本发明属于航空电动机领域，特别涉及到新型铁基非晶合金航空电动机及控制系统。
背景技术：
：自从19世纪20年代世界上出现第一台永磁电动机，到19世纪末，各种交直流电动机的基本类型及其基本理论和设计方法，大体上都已经建立起来了，但是还仅仅停留在理论研究的阶段。至到20世纪随着工业的高速发展，不断对电动机提出各种更新、更高的要求，而自动化方面突飞猛进的发展促使控制电动机及其特种电机发展更为迅速。在这个时期内，对电动机内部的电磁过程、发热过程及其物理过程展开了深入的研究，计算机辅助设计技术得到了广泛的应用，真正使多目标变参数全局优化设计成为可能，其次加上结构和工艺的不断改进，新工艺措施包括线圈的绝缘和成型技术的应用，硅钢片自动化涂漆自动化的应用，电动机转子铸铝技术的应用等，最后新型材料在这一时期得到广泛的应用，电动机磁铁材料采用冷轧硅钢片，永磁材料采用稀土磁体、钕铁硼磁体，绝缘材料采用聚酯薄膜、有机硅漆、云母等。促使电机的功率密度大大提高，19世纪末电动机的功率密度为60kg/kW，而到了20世纪70年代降低到10kg/kW，与此同时，电动机的体积也减少了50％以上。目前随着计算机辅助分析及数值仿真技术的迅速发展，电动机已经发展成为一个比较成熟的学科，电动机也已经在生活及生产中得到了广泛的应用。但是，目前电动机仍存在高损耗、低导磁性的问题，严重制约了电机电动机能量密度的提高；除此之外许多领域的电动机调速范围需要达到200～600r/min，但是传统的电动机达不到这样的高频率，一旦强行达到会造成铁磁材料的损耗的急剧增加，使得电动机效率降低，给冷却系统的设计带来很大的难度。技术实现要素：本发明为了克服现有技术存在的不足之处，提出了新型铁基非晶合金航空电动机及控制系统，解决了现有技术中电动机的高损耗、低导磁性的问题。本发明是通过以下技术方案来实现的：新型铁基非晶合金航空电动机，包括定子、定子铁芯、绕组、转子、机座、端盖；所述定子设置有梯形开槽，所述定子铁芯安装在机座上，所述绕组安装在定子的梯形开槽内，所述转子包括轴、转子骨架、永磁体、磁轭，所述磁轭放置在转子骨架的槽内，并用硅胶粘合，所述永磁体放置在磁轭的槽内，并用硅胶粘合；所述转子安装在定子内，所述转子通过轴承与端盖固定连接；所述永磁体设置成环形瓦片状样式且所述永磁体设置在转子的表面；所述定子铁芯与所述转子之间设置有缝隙；所述端盖设置在机座的端面上。作为优选，所述定子采用2605SA1型铁基非晶合金材料。作为优选，所述绕组采用成型线圈绕组。作为优选，所述永磁体采用NdFeB型钕铁硼永磁体，且在所述定子上采用表贴式安装。作为优选，所述轴选用34CrMo4钢制成，所述转子骨架选择T351铝棒材料制成，所述磁轭选用DW470-50硅钢片制成。作为优选，所述机座和端盖均选用6082型航空铝材制成。一种新型铁基非晶合金航空电动机的控制系统包括：步骤1：确定电动机性能参数；如表一所示：名称指标电动机类型铁基非晶合金永磁同步电动机额定功率30kW额定转速3200r/min极对数20相数三相绕组连接方式14Y2额定转矩90N·m最大转矩120N·m散热方式对流风冷表一：电动机性能参数表；步骤2：确定电动机结构参数；如表二所示：表二：电动机结构参数表；步骤3：控制系统分析；根据电动机的结构参数，利用ANSYSMaxwell软件中的RMxport模块对铁基非晶合金电动机进行瞬态场、静态场的有限元建模与求解，分析电动机空载起动和额定运行时场量分布、磁电流、力矩、损耗；所述步骤3还包括：步骤3.1：建立电动机模型；根据电动机的结构参数，在RMxprt模块里快速确定电动机的电磁及结构设计，然后导入到ANSYSMaxwell2D中建立二维有限元仿真模型，最后运用瞬态求解器分析电动机的动态特性，步骤3.2：网格剖析；选用Maxwell软件，对电机的静态场和瞬态场进行从内到外、从疏到密的网格剖分，从而得到电机的静态场和瞬态场的工况特性；步骤3.3：设置电动机外部控制电路；电动机外部控制电路采用三相桥式星型接法的逆变器结构，三相6状态控制；在MaxwellCircuitEditor编辑模块中完成对外部控制电路的设置，包括：转子电角度、脉冲宽度和功率器件导通顺序设置；确定转子电角度，在每个电周期内，转子电角度αp可表示为如公式(1)所示：αP＝360°/P(1)其中P为极对数，由电动机设计参数可知电动机极对数为20，因此转子电角度αP＝360°/20＝18°确定脉冲宽度，脉冲宽度就是每个电周期中每相导通的电角度αw，按120°导通设计，单相导通的电角度可表示为如公式(2)所示：确定功率器件导通顺序，该电动机外部控制电路采用三相桥式星型接法的逆变器结构，三相6状态控制，因此，每个状态之间的换相延迟时间如公式(3)所示：αd=αp6---(3)]]>式中αd为换相延迟时间，即功率管状态换相延迟时间；初相角这里的初相角是指A相反电势的初相角，因此对应于A+，C-，B+，A-，C+，B-的电角度αw依次为7.5°，22.5°，37.5°，52.5°，67.5°，82.5°；步骤3.4：电动机的动态特性，使用电动机的1/4模型进行计算，可以节省运算资源。本发明中机座和端盖作为铁基非晶合金航空电动机定子和轴承的固定装置，保证了铁基非晶合金航空电动机良好的散热能力。本发明中轴选用34CrMo4钢制成，保证铁基非晶合金航空电动机轴的强度；转子骨架选择T351铝棒材料制成，保证了强度和重量要求。本发明中机座和端盖均选用6082型航空铝材制成，保证了铁基非晶合金航空电动机的强度和散热。本发明铁基非晶合金永磁同步电动机选用铁基非晶合金材料作为定子铁芯，与传统电动机相比具有高效节能、低噪声、安全性能高的优点。与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：(1)绕组采用集中成型线圈绕组制作，简单，易于实现自动化生产，一致性好，还可以减小线圈端部及有效绕组电阻引起的损耗；(2)本发明的转子可以在铁基非晶合金航空电动机气隙内产生足够的磁场强度，与定子绕组相互作用产生转矩以驱动自身的旋转；(3)永磁体在定子上采用表贴式安装，便于机械加工，转动惯量小，结构简单；(4)高效节能、低噪声、安全性能高，可被广泛用于航空航天、军事设备、电子设备、交通工具、发电设备等领域；(5)采用铁基非晶合金材料制作的盘式永磁同步电动机，可以减少电动机的高频铁耗，提高电动机效率，优化冷却系统设计，铁基非晶合金材料的应用解决了永磁同步电动机在航空的动力系统领域应用的瓶颈问题。附图图1：为本发明的定子结构图；图2：为本发明的绕组结构图；图3：为本发明的转子结构图；图4：为本发明的机座和端盖的结构图；图5：为本发明的一种新型铁基非晶合金航空电动机结构图；图6：为本发明新型铁基非晶合金航空电动机瞬态特性分析流程；图7：为本发明新型铁基非晶合金航空电动机二维模型；图8：为本发明新型铁基非晶合金航空电动机剖分图；图9：为本发明新型铁基非晶合金航空电动机外部控制电路；图10：为本发明新型铁基非晶合金航空电动机空载磁力线分布；图11：为本发明新型铁基非晶合金航空电动机空载磁通密度云图；图12：为本发明新型铁基非晶合金航空电动机负载磁通密度云图；图13：负载转矩波形；图14：负载转速波形；图15：为本发明新型铁基非晶合金航空电动机机械特性曲线；图16：为本发明新型铁基非晶合金航空电动机转速与效率曲线。附图序号说明：1定子、2绕组、3轴、4转子骨架、5磁轭、6永磁体、7端盖、8机座、9转子、10梯形开槽。具体实施例下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，具体实施方式的内容不作为对本发明的保护范围的限定。结合图1-图5，新型铁基非晶合金航空电动机，包括定子1、定子铁芯、绕组2、转子9、机座8、端盖7；所述定子1设置有梯形开槽10，所述定子铁芯安装在机座8上，所述绕组2安装在定子1的梯形开槽10内，所述转子9包括轴3、转子9骨架4、永磁体6、磁轭5；所述磁轭5放置在转子9骨架4的槽内，并用硅胶粘合，所述永磁体6放置在磁轭5的槽内，并用硅胶粘合；所述转子9安装在定子1内，所述转子9通过轴3承与端盖7固定连接；所述永磁体6设置成环形瓦片状样式且所述永磁体6设置在转子9的表面；所述定子1铁芯与所述转子9之间设置有缝隙；所述端盖7设置在机座8的端面上。所述的定子1采用2605SA1型铁基非晶合金材料。所述的定子1采用2605SA1型铁基非晶合金材料；与传统电动机相比有高效节能、低噪声、安全性能高的优点。所述绕组2采用成型线圈绕组2；简单，易于实现自动化生产，一致性好，还可以减小线圈端部及有效绕组2电阻引起的损耗。所述的永磁体6采用NdFeB型钕铁硼永磁体6，且在所述定子1上采用表贴式安装；便于机械加工，转动惯量小，结构简单。所述轴3选用34CrMo4钢制成，保证铁基非晶合金航空电动机轴3的强度；所述转子9骨架4选择T351铝棒材料制成，保证了强度和重量要求；所述磁轭5选用DW470-50硅钢片制成。所述机座8和端盖7均选用6082型航空铝材制成；保证了铁基非晶合金航空电动机的强度和散热。新型铁基非晶合金航空电动机的控制系统包括：步骤1：确定电动机性能参数；如表一所示：名称指标电动机类型铁基非晶合金水磁同步电动机额定功率30kW额定转速3200r/min极对数20相数三相绕组连接方式14Y2额定转矩90N·m最大转矩120N·m散热方式对流风冷表一：电动机性能参数表步骤2：确定电动机结构参数；如表二所示：表二：电动机结构参数表步骤3：控制系统分析；根据电动机的结构参数，利用ANSYSMaxwell软件中的RMxport模块对铁基非晶合金电动机进行瞬态场、涡流场的有限元建模与求解，分析电动机空载起动和额定运行时场量分布、磁电流、力矩、损耗；所述步骤3还包括：步骤3.1：建立电动机模型；根据表一里的额定功率PN、额定电压VN、额定转速nN、额定转矩TN性能指标进行电动机的结构参数计算，得到表二的电动机结构参数，根据电动机的结构参数，在RMxprt模块里快速确定电动机的电磁及结构设计，然后导入到ANSYSMaxwell2D中建立二维有限元仿真模型，最后运用瞬态求解器分析电动机的动态特性，结合图6，将表2所示电动机结构参数输入到RMxprt模块中，完成铁基非晶合金永磁同步电动机二维模型的建立，如图7所示；然后对各参数进行解算，在Solutions中得到电动机的分析结果及各种特性曲线，根据这些数据可方便的修改各项参数，反复解算，得到优化方案；步骤3.2：网格剖析；结合图8，选用Maxwell软件，对电机的静态场和瞬态场进行从内到外、从疏到密的网格剖分，从而得到电机的静态场和瞬态场的工况特性；步骤3.3：结合图9，设置电动机外部控制电路；电动机外部控制电路采用三相桥式星型接法的逆变器结构，三相6状态控制；在MaxwellCircuitEditor编辑模块中完成对外部控制电路的设置，包括：转子电角度、脉冲宽度和功率器件导通顺序设置；确定转子电角度，在每个电周期内，转子电角度αp可表示为如公式(1)所示：αP＝360°/P(1)其中P为极对数，由电动机设计参数可知电动机极对数为20，因此转子电角度αP＝360°/20＝18°确定脉冲宽度，脉冲宽度就是每个电周期中每相导通的电角度αw，按120°导通设计，单相导通的电角度可表示为如公式(2)所示：确定功率器件导通顺序，该电动机外部控制电路采用三相桥式星型接法的逆变器结构，三相6状态控制，因此，每个状态之间的换相延迟时间如公式(3)所示：αd=αp6---(3)]]>式中αd为换相延迟时间，即功率管状态换相延迟时间；初相角这里的初相角是指A相反电势的初相角，因此对应于A+，C-，B+，A-，C+，B-的电角度αw次为7.5°，22.5°，37.5°，52.5°，67.5°，82.5°；步骤3.4：电动机的动态特性：使用电动机的1/4模型进行计算，可以节省运算资源，电动机空载分析时，电流激励源为零；电动机负载时将初始速度设为0、主动惯量设置为0.0559373kg·m2、阻尼系数设置为0.00590812N_m_sec/rad、负载转矩设置当speed＜91.91时，负载转矩设置范围在-3.84948*speed和-32518.2/speed之间，负号代表方向、额定转速设置为3200r·min-1，计算得到的电动机空载的磁力线分布如图10所示，电动机空载的磁通密度云图如图11所示，电动机负载的磁通密度云图，如图12所示；通过空载和负载的磁通密度云图可知，空载运行时，定子齿部磁通密度最大值为1.78112T，轭部磁通密度最大值为1.42193T；负载运行时齿部最大磁通密度为2.37812T，电动机磁路未达到饱和状态，不会因磁路饱和产生温升问题；结合图13和图14，电动机在90ms时达到稳定状态，此时转速为3249r·min-1，能够满足电机设计相关标准要求；结合图15和图16，当电动机转速达到3200r·min-1时，电动机的效率为95.2899％，满足设计要求；本发明中机座和端盖作为铁基非晶合金航空电动机定子和轴承的固定装置，保证了铁基非晶合金航空电动机良好的散热能力。本发明中轴选用34CrMo4钢制成，保证铁基非晶合金航空电动机轴的强度；转子骨架选择T351铝棒材料制成，保证了强度和重量要求。本发明中机座和端盖均选用6082型航空铝材制成，保证了铁基非晶合金航空电动机的强度和散热。具体实施方式的内容是为了便于本领域技术人员理解和使用本发明而描述的，并不构成对本发明保护内容的限定。本领域技术人员在阅读了本发明的内容之后，可以对本发明进行合适的修改。本发明的保护内容以权利要求的内容为准。在不脱离权利要求的实质内容和保护范围的情况下，对本发明进行的各种修改、变更和替换等都在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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