CN102263442A - 旋翼设备的电力供给和控制装置及装备有该装置的飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于旋翼(5)的设备(9)的电力供给和控制装置(10)，该装置具有在静止参照系中的三相AC发电机(20)。该电力供给和控制装置(10)包括旋转磁场变压器(30)，该变压器具有静止部分(31)和旋转部分(32)，静止部分连接于所述发电机(20)，而旋转部分(32)连接于设置在旋转参照系中的序列发生器(50)，且所述装置包括控制装置(51)，该控制装置控制该序列发生器(50)并位于所述静止参照系中，且该控制装置由无触连接装置(200)连接于序列发生器(50)，所述序列发生器(50)适合于根据所述控制装置(51)的命令来对所述设备(9)进行供电。

Description

旋翼设备的电力供给和控制装置及装备有该装置的飞行器

技术领域

本申请要求2010年5月28日提交的法国专利申请第1002257号的优先权，该申请的全部内容以参见的方式纳入本文。

本发明涉及用于旋翼设备的电力供给和控制装置，并涉及装备有此种装置的飞行器。

因此，本发明属于如下技术领域中，即电力供给和控制装置，用于存在于旋翼上的设备，并具有从静止参照系到旋转参照系的通路。更具体地说，该技术领域是用于对旋翼飞行器旋翼的除冰和防冰装置的电力供给和控制装置的技术领域。

背景技术

已知一种具有交流电源(AC)发电机的第一装置，该交流电源发电机连接于有时称为“电力除冰”单元的电气单元。该电气单元具体设有整流器和序列发生器，用于以预定顺序对多个电缆供电。此外，为了安全起见，该电气单元是双重设置的。

发电机和电气单元都安装在静止参照系中，即安装在飞行器的机身中。

因此，该第一装置包括滑环，该滑环包括由电刷连接在一起的非旋转部分和旋转部件。借助示例，非旋转部分具有已知为滑环的圆形电气轨道，该滑环由来自电气单元的电缆所供电，而旋转部分具有沿每个滑环行进的相应电刷。

旋转部分然后以在电气单元中所编制的顺序对每个桨叶的多个加热垫进行供电，以在桨叶上进行除冰或防止在桨叶上形成冰，且每个垫由电缆连接于滑环旋转部分的电刷。

尤其是因存在大量电缆和滑环的原因，组合有带有滑环的电气单元的第一装置非常重。

因此，该第一装置能易于安装在强有力的重型旋翼飞行器上。然而，将此种装置安装在中等重量的旋翼飞行器上可能减少的乘客数量，例如减少两名乘客。

此外，每个电刷和相对应滑环之间的摩擦倾向于降低滑环的性能。要求拆卸该装置的维护工作则需要相对频繁地进行。遗憾的是，有时难于接触滑环，且需要使旋翼飞行器长时间停飞，故维护成本会很高。

最后，应注意到由于电气单元安装在飞行器机身中，因而电气单元可能会干扰附近的电气设备。此外，电气单元具有无法忽略的庞大体积且因此是不利的。

文献US7602081具有设置在静止参照系中的控制单元的第二装置，该控制单元连接于滑环。

那些滑环则经由设置于旋转参照系中的分配单元对电气设备进行供电。

控制单元则产生经由滑环传输至分配单元的电，滑环用作旋转参照系和非旋转参照系之间的分界面，且分配单元根据到达该分配单元的电信号对其所接收的电进行转换并对电气设备供电。

文献US2006/0226292也使用具有电刷的滑环。

最后，文献US5519275具有使信息能经由载波电流传输的旋转电力变压器。

载波电流技术是较佳的。然而，数据传输率和所观察到的干涉使该技术局限于有限的应用。

应注意到，相同的技术适用于滑环。难于使例如来自温度传感器或冰传感器的小功率信号能经由滑环或载波电流输送。

应注意到，现有技术还包括涉及用于机翼表面的模块化除冰/防冰装置的文献US5572178和文献EP1541467。

发明内容

因此，本发明的一目的是提出较轻型的装置，该装置可克服上述局限，且不会干扰设置在机身中的设备并且无需大量维护。

一方面，本发明试图避免使用用于将电力输送至旋翼上的设备并用于控制所述设备的滑环。

根据本发明，用于旋翼的设备的电力供给和控制装置具有在静止参照系中、例如固定于旋翼飞行器机身的三相AC发电机。应理解的是，发电机可以是用于其它目的的交流发电机，例如设有所述旋翼的旋翼飞行器的基本交流发电机。因此，该发电机并不需要仅仅专用于该电力供给和控制装置。

更具体地说，该电力供给和控制装置适合于为除冰或防冰类型的装置供电，该除冰或防冰类型的装置用于防止旋翼飞行器旋翼、具体是升力旋翼或抗扭旋翼的桨叶结冰。而该电力供给和控制装置还可用于将电力输送至任何类型的设备，例如照明灯。

该电力供给和控制装置的特征在于，该装置包括旋转磁场变压器，该变压器具有静止部分和旋转部分，静止部分电连接于发电机，而旋转部分电连接于设置在旋转参照系中的序列发生器，且该电力供给和控制装置包括控制装置，该控制装置控制该序列发生器并位于静止参照系中，且该控制装置由非接触型连接装置连接于序列发生器，序列发生器适合于根据控制装置的命令来对设备进行供电。

因此，本发明将变压器、序列发生器以及非接触连接装置结合起来。这些部件之间的协同作用例如用于取代上述第一装置的电气单元和滑环。

因此，本发明的电力供给和控制装置并不具有设置在旋翼飞行器机身中的、会干扰附近设备的电力单元，而是具有带有静止部分的变压器，该静止部分适合于固定于旋翼飞行器机身并与适合于固定于旋翼的旋转部分协配。

该变压器将电力输送至序列发生器，该序列发生器使所述电力在旋翼的设备的各个部分中共享。因此，序列发生器位于与旋翼相关联的旋转参照系中而非位于机身内部。

此外，本发明电力供给和控制装置的组合包括例如非接触型连接装置、光学旋转接头或者超声旋转接头或者甚至提供高频连接的装置，具体用于将命令传输至序列发生器。可通过非接触型连接装置例如响应于至少一个设置在驾驶舱中的控制装置而控制电力和控制命令经由序列发生器的输送。

通常，序列发生器可具有处理器或等同装置，该处理器或等同装置具有在由控制装置致动时由该序列发生器所执行的逻辑。

如上所述，非接触型连接装置可用于将任何类型的信息既从机身输送至旋翼又从旋翼输送至机身，而不会降低性能。

从维护角度来看，可使用无需复杂维护作业的部件。

于是，此种电力供给和控制装置的新颖组合提供多个协同工作的元件，以提供比现有装置有益的替代。

该电力供给和控制装置还可包括一个或多个以下特征。

例如，变压器的静止部分由旋转部分所围绕，由此明显有利于接近变压器的旋转部分以进行维护工作。

静止部分可选地包括变压器的主要部件，而变压器的次级部件设置在变压器的旋转部分上。

此外，静止部分可包括至少三个三相初级线圈，每个初级线圈由发电机供电，且这三个初级线圈构成变压器的主要部件。例如，三个电导体利用115伏特(V)的AC对变压器的主要部件进行供电。

类似的是，旋转部分可包括至少三个三相次级线圈，这三个次级线圈构成变压器的次级部件。为了安全起见，该系统例如通过提供两组次级线圈可以是双重的。因此此种系统是冗余的。

在一变型中，旋转部分包括至少一个PD3整流器类型的变电器，用于将直流电(DC)输送至序列发生器。

具有索引号q的PD类型整流器包括一电路，该电路具有星形结构的电源和与星形结构电源一起呈“电桥”结构的两个开关或整流器，而索引号q代表相位数。可参考该文献，以获得关于此种整流器的更详细内容。

变电器可包括二极管或实际上是闸流晶体管，而闸流晶体管例如经由非接触型连接装置所控制。

变压器的旋转部分具有面向非旋转部分的内围并具有外围，且PD3整流器类型的变电器打开至外围。

因此，AC到DC的转换在变压器内发生，且变电器包含在变压器的旋转部分中。

例如，三个电导体则利用115V的AC对变压器的主要部件进行供电。两个电导体可离开变压器、更确切的是变电器以利用270V的DC对序列发生器供电。

此外，为了优化尺寸，位于旋转部分和静止部分之间的非接触连接装置可以是共轴的。

此外，非接触型连接装置可以是光学旋转接头，该光学旋转接头包括静止部件和旋转部件，静止部件由光学纤维连接于控制装置，而旋转部件例如由光学纤维连接于序列发生器。

此种光学旋转接头具体用于执行多重技术，由此使电力供给和控制装置在面对各种情况中更灵活，这是由于任何电气系统可由多重控制来控制。与此相反，应该想到一组带有电刷的滑环和载波电流技术并不适用于任何类型的控制信号，这是由于例如会由电刷产生噪声并且由于产生低水平的载波电流。

在一变型中，光学旋转接头包括至少一个单向透镜，且该单向透镜有利于命令从静止部件传向旋转部件。在另一变型中，并且根据需要，光学旋转接头包括至少一个双向透镜，该双向透镜有利于信号从静止部件传向旋转部件和信号从旋转部件传向静止部件，且该信号可以是例如来自传感器的命令或实际信息。

在另一形式中，非接触型连接装置包括超声旋转接头。此种超声旋转接头可包括静止部件和旋转部件，静止部件根据其所接收的命令来发射超声波，而旋转部件接收所述超声波。

在另一变型中，非接触型连接装置包括第一天线和第二天线，第一天线连接于控制装置，而第二天线连接于序列发生器。第一天线和第二天线彼此协配，且第一天线可选地能够将信号传输至第二天线和/或经由一个或多个部件接收来自静止参照系中第二天线的信号，而第二天线可选地能够将信号传输至第一天线和/或接收来自旋转参照系中第一天线的信号。

除了电力供给和控制装置以外，本发明还提供设有此种装置的飞行器。

通常，本发明的飞行器设有由旋翼桅杆驱动的旋翼，该旋翼桅杆由设置在飞行器机身内部的动力齿轮箱所驱动旋转，且该旋翼具有电气设备的至少一部分。

当飞行器是旋转机翼飞行器时，所述旋翼可以是所述旋转机翼的元件或者可以是抗扭旋翼。如果飞行器设有至少一个螺旋桨，则所述旋翼是所述螺旋桨的元件。

飞行器的具体特征在于，该飞行器包括用于旋翼的设备的电力供给和控制装置，该电力供给和控制装置具有设置在机身中的三相AC发电机，且该电力供给和控制装置具有旋转磁场变压器，该旋转磁场变压器设有连接于机身的静止部分和约束成与旋翼一起旋转的旋转部分，该静止部分连接于发电机，而旋转部分连接于约束成与旋翼一起旋转的序列发生器，并且该电力供给和控制装置包括控制装置，该控制装置设置在机身中并经由非接触型连接装置连接于序列发生器，该序列发生器根据控制装置的命令来对设备进行供电。

AC发电机可以是传统的、还用于其它目的的飞行器交流发电机，且发电机可由所述动力齿轮箱所驱动。

此外，飞行器可包括电力供给装置的一个或多个上述特征，或者实际上包括一个或多个以下特征。

例如，变压器的静止部分包括在旋翼桅杆内部的紧固轴，该紧固轴用于例如直接地或者经由动力齿轮箱固定于机身，而旋转部分和序列发生器固定于旋翼。

此外，由电力供给和控制装置所供电的设备例如包括至少一个诸如防冰或除冰装置之类用于防止结冰的装置。

附图说明

从下面参照附图以说明方式给出的实施例描述中，将更详细地呈现本发明及其优点，在附图中：

图1是说明本发明的视图；

图2是本发明飞行器的示意剖视图；

图3是变压器的剖视图；

图4是变压器的一种形式变电器的电路图；以及

图5是具有两个次级部件和两个变电器的变压器的视图。

在一幅以上附图中出现的元件在各幅图中采用相同的附图标记。

具体实施方式

图1以示意方式示出本发明的飞行器1。

飞行器1包括机身3和旋翼5，例如抗扭旋翼或旋翼飞行器的旋转机翼2的旋翼，或者实际上是飞行器的螺旋桨。

静止参照系与机身3相关联，而与此相反旋转参照系与旋翼5相关联，且旋转参照系相对于静止参照系绕旋翼5的旋转轴线旋转。

机身3的静止元件则被称为“静止的”，而与此相反地，与旋翼5一起相对于机身3旋转的元件被称为“旋转的”。

本发明提供用于对固定于旋翼5的设备9进行供电和控制的装置10。借助示例，对于具有三个桨叶的旋翼来说，设备9可包括用于第一桨叶的第一加热垫9′、用于第二桨叶的第二加热垫9″以及用于第三桨叶的第三加热垫9′″，这些加热垫用于对桨叶进行除冰或者防止在这些桨叶上形成冰。可使用其它用于除冰或防冰的装置。

该电力供给和控制装置10包括发电机20，具体用于产生115V和400赫兹(Hz)的三相AC。该发电机20位于机身3中，从而发电机20是静止的并且并不与旋翼5一起旋转。

发电机20电连接于旋转馈送变压器30，用于从静止参照系过渡至旋转参照系。

变压器包括连接于机身3的静止部分31和约束成与旋翼5旋转的旋转部分32。

应注意到，旋转部分32可包括具有PD3整流器类型的变电器45，用于将来自发电机20的AC转换成DC。

旋转部分则连接于序列发生器50。该序列发生器例如以预定顺序对电气设备9进行供电。当电气设备9包括多个加热垫9′、9″、9′″时，序列发生器能例如以预先建立的顺序和频率、或者实际上根据诸如到达该序列发生器的来自温度传感器或冰传感器的信息之类的信息对所述加热垫进行供电。

可理解的是，序列发生器可以是特别简单的电气设备，或者实际上可包括处理器或其等同装置以对设备9进行供电和控制。

此外，该电力供给和控制装置10设有用于命令序列发生器将电输送给设备9的特定部分的控制装置51。

控制装置51位于静止参照系中，即固定于机身3而非旋翼5。控制装置51可包括电气开关，以用于打开和关闭设备9。

因此，控制装置需要能将命令传输给序列发生器50。

在这些情形下，该电力供给和控制装置10具有非接触型连接装置200，该非接触型连接装置200使所述命令能从与机身相关联的静止参照系通至与旋翼相关联的旋转参照系，而不会使所传送信息劣化，并且还可使信号从旋转参照系行进至静止参照系。

与变压器类似，非接触型连接装置包括静止部件62和旋转部件63，静止部件连接于机身3并且与控制装置51通信，而旋转部件63约束成与旋翼5旋转并且与序列发生器50通信。

在一较佳实施例中，非接触型连接装置200是光学旋转接头60，静止部件62经由光学纤维与控制装置51通信，而旋转部件63经由另一光学纤维例如与序列发生器通信。

光学旋转接头60在静止部件62和旋转部件63之间还可包括至少一个透镜64。

在一变型中，透镜是单向透镜，有利于信息从静止部件62朝旋转部件63的输送。在另一变型中，透镜是双向透镜，有利于信息从静止部件62朝旋转部件63的输送，并且还有利于从旋转部件63到静止部件62的输送。

在另一形式中，非接触型连接装置200包括使用超声的旋转接头。借助示例，控制装置经由超声波与静止部件62通信，静止部件经由超声波与旋转部件63通信，最后旋转部件经由超声波与序列发生器通信。

在另一形式中，静止部件62是第一传输和/或接收天线，而旋转部件是以高频与第一天线进行通信的第二接收和/或传输天线。

图2是飞行器1的剖视图，示出电力供给和控制装置10的变型构造。

飞行器1包括动力设备8，该动力设备驱动动力齿轮箱7并最终驱动通常称为“旋翼桅杆”的桅杆6。并未示出动力齿轮箱的装置以避免使图2过分拥挤。

桅杆6则固定于旋翼5、例如直升飞机的主升力旋翼的毂100，利用毂来驱动多个桨叶8’。

此外，旋翼然后包括设备9的至少一部分，例如包括诸如防冰或除冰类型装置之类用于防止结冰的装置9′、9″。这些用于防止结冰的装置可以是主动的，例如考虑温度调节参数，或者这些装置可以是被动的。

在经由动力齿轮箱7所输送的来自动力设备的驱动下，桅杆6驱动固定于旋翼5的元件绕旋转轴线AX旋转。

飞行器则具有用于对设备9进行供电或甚至控制的装置10。

发电机20和控制装置51设置在机身3内。在这些情形下，电力供给和控制装置10具有电力变压器30和非接触型连接装置200，该电力变压器30和非接触型连接装置200分别用于将发电机20和控制装置51连接于序列发生器50。

电力变压器30具有连接于机身3的静止部分31。例如，静止部分包括用于传输电能的主动部分31′和将所述主动部分固定于机身3的紧固轴31″。

紧固轴通过桅杆6内部，从而例如如图3所示地直接固定于机身3或者经由动力齿轮箱7间接地固定于机身3。

类似的是，紧固轴31″通过毂，使得用于输送电能的主动部分31′位于毂100的上方。

电力变压器30在毂上方还包括旋转部分32，该旋转部分仍固定于毂100，以与旋翼5一起绕旋转轴线AX旋转。旋转部分32则围绕静止部分31，且更具体地说围绕静止部分构成变压器主要部件的主动部分31′。

旋转部分还安装有与序列发生器50通信的变电器45。变电器45藉由传统装置固定于变压器的旋转部分32，然后该旋转部分用作变压器30和变电器的次级部件。

该序列发生器50则连接于设备9，例如连接于所述设备9的装置9′、9″以防止结冰。

此外，非接触型连接装置包括呈固定于机身3的静止部件62形式的旋转接头60，静止部件62面向旋转接头60的旋转部件63，例如固定于序列发生器50中心、以约束成与旋翼5一起绕旋转轴线AX旋转的部件。

在一种形式中，旋转接头是光学旋转接头。包括至少一个单向或双向透镜64的组件则可设置在静止部件62和旋转部件63之间。

不管实施例如何，旋转接头60、电力变压器的旋转部件32以及所述静止部件31位于相同轴线上。

图3是本发明电力变压器30的示意剖视图。

静止部分31代表变压器30的主要部件。在这些情形下，静止部分具有三个初级线圈33、34和35，这些线圈在几何上以120度的角度彼此相位偏移。

这三个初级线圈33、34和35经由三个相应电导体连接于输送传统三相供电的变电器20。

这三个初级线圈则产生旋转磁场，该旋转磁场与变压器的次级部件、即旋转部分32协配。

只要适当地连接有变量线圈，则旋转磁场以与相频与旋翼旋转频率之和相等的旋转频率扫过次级部件。然后，旋转磁场有利地沿与旋翼5相反的方向进行旋转，以使其旋转频率最大。例如，如果相的角频率是115Hz，且如果旋翼以5Hz的频率旋转，则通过次级部件匝数的磁场与120Hz频率相对应。

应注意到，旋翼在速度上可有少许变化。AC转换成DC以避免将变频传输至序列发生器，而此种变频会损坏序列发生器和各种相关电路。

此外，次级部件具有至少一组三个三相次级线圈36、37和38，这三个三相次级线圈围绕面向静止部分31的旋转部分内围41设置，且气隙使次级线圈36、37和38与初级线圈33、34和35隔开。内围还可包括磁路39。

此外，旋转部分32包括具有PD3类型整流器的变电器，该变电器引至旋转部分外围42以易于接近，由此有利于任何必要的维护。为了安全原因，该整流器还可是双重的，由此有利地提供冗余度。

图4是示出此种具有PD3整流器类型的变电器45的电路图。

每个次级线圈36、37和38的接线端连接于PD3整流器类型的变电器45，该变电器45通常包括二极管或闸流晶体管46。

最后，变电器45由电导体连接于序列发生器50。

应注意到，可提供两组三个次级线圈来作为安全措施。在图5所示的方案中，以星形结构连接第一组线圈300，而以三角结构连接第二组线圈400，以优化向DC的变换，且每组线圈与相应的变电器45协配。

当然，本发明在其实施方式方面可有许多变型。尽管描述了若干实施例，但是容易理解，不可能穷举地给出所有可能实施例。当然可设想在本发明范围内还可用等同装置来替换所述装置中的任一个。

Claims (14)

1.一种用于旋翼(5)的设备(9)的电力供给和控制装置(10)，所述电力供给和控制装置(10)具有在静止参照系中的三相AC发电机(20)，其中，所述电力供给和控制装置(10)包括旋转磁场变压器(30)，所述旋转磁场变压器具有静止部分(31)和旋转部分(32)，所述静止部分(31)电连接于所述发电机(20)，而所述旋转部分(32)电连接于设置在旋转参照系中的序列发生器(50)，且所述电力供给和控制装置(10)包括控制装置(51)，所述控制装置用于控制所述序列发生器(50)并位于所述静止参照系中，并且所述控制装置(51)由非接触型连接装置(200)连接于所述序列发生器(50)，所述序列发生器(50)适合于根据所述控制装置(51)的命令来对所述设备(9)进行供电。

2.如权利要求1所述的电力供给和控制装置，其特征在于，所述静止部分(31)由所述旋转部分(32)所围绕。

3.如权利要求1所述的电力供给和控制装置，其特征在于，所述静止部分(31)具有三个三相初级线圈(33、34、35)，而所述旋转部分(32)具有三个三相次级线圈(36、37、38)。

4.如权利要求1所述的电力供给和控制装置，其特征在于，所述旋转部分(32)包括至少一个PD3整流器类型的变电器(45)，以将DC输送至所述序列发生器(50)。

5.如权利要求4所述的电力供给和控制装置，其特征在于，所述旋转部分(32)具有面向所述静止部分(31)的内围(41)并具有外围(42)，且所述变电器(45)引至所述外围(42)。

6.如权利要求1所述的电力供给和控制装置，其特征在于，所述非接触型连接装置(200)、所述旋转部分(32)以及所述静止部分(31)位于相同轴线上。

7.如权利要求1所述的电力供给和控制装置，其特征在于，所述非接触型连接装置(200)是光学旋转接头(60)，所述光学旋转接头包括由光学纤维(65)连接于所述控制装置(51)的静止部件(62)和连接于所述序列发生器(50)的旋转部件(63)。

8.如权利要求7所述的电力供给和控制装置，其特征在于，所述光学旋转接头(60)包括至少一个单向透镜(64)，且所述单向透镜有利于命令从所述静止部件(62)传向所述旋转部件(63)。

9.如权利要求7所述的电力供给和控制装置，其特征在于，所述光学旋转接头(60)包括至少一个双向透镜(64)，且所述双向透镜有利于信号从所述静止部件(62)传向所述旋转部件(63)以及从所述旋转部件(63)传向所述静止部件(62)。

10.如权利要求1所述的电力供给和控制装置，其特征在于，所述非接触型连接装置(200)是超声旋转接头。

11.如权利要求1所述的电力供给和控制装置，其特征在于，所述非接触型连接装置(200)包括第一天线和第二天线，所述第一天线连接于所述控制装置(51)，而所述第二天线连接于所述序列发生器。

12.一种设有由旋翼桅杆(6)驱动的旋翼(5)的飞行器(1)，所述旋翼桅杆(6)由位于所述飞行器(1)的机身(3)内部的动力齿轮箱(7)驱动旋转，且所述旋翼(5)包括至少一部分电力设备(9)，其中所述飞行器包括如权利要求1所述的用于所述旋翼(5)的设备(9)的电力供给和控制装置(10)，所述电力供给和控制装置(10)具有设置在所述机身(3)中的三相AC发电机(20)，且所述电力供给和控制装置(10)具有旋转磁场变压器(30)，所述旋转磁场变压器设有连接于所述机身(3)的静止部分(31)和约束成与所述旋翼(5)一起旋转的旋转部分(32)，所述静止部分(31)连接于所述发电机(20)，而所述旋转部分(32)连接于约束成与所述旋翼(5)一起旋转的序列发生器(50)，并且所述电力供给和控制装置(10)包括控制装置(51)，所述控制装置设置在所述机身(3)中并经由非接触型连接装置(200)连接于所述序列发生器(50)，所述序列发生器(50)根据所述控制装置(51)的命令来对所述设备(9)进行供电。

13.如权利要求12所述的飞行器，其特征在于，所述静止部分(31)在所述桅杆(6)内部包括紧固轴(31″)用以固定于所述机身(3)，而所述旋转部分(32)和所述序列发生器(50)固定于所述旋翼(5)。

14.如权利要求12所述的飞行器，其特征在于，所述设备(9)包括至少一个适合于防止结冰的装置。

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