CN102269146B - 用于航空发动机的电动计量泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于航空发动机的电动计量泵，包括：供电接口；通讯接口；驱动控制单元，所述驱动控制单元与供电接口和所述通讯接口相连用于根据所述控制指令驱动电机工作并对转速进行控制；共轴连接的润滑冷却泵、电机和主油泵，电机带动润滑冷却泵和主油泵转动，主油泵对进入主油泵的油液进行增压，驱动控制单元通过控制电机的转速以控制主油泵的供油量。本发明通过电动计量泵来实现航空发动机的燃油增加和计量功能，可取消或者大大简化发动机传动附件的结构，减少发动机最大截面的面积和重量。此外，由于没有燃油回流到泵的进口或油箱，因此也简化了液压油路，降低了系统的能量损失，提高了系统效率，减少或消除了燃油的附加温升。

Description

用于航空发动机的电动计量泵

技术领域

本发明涉及航空航天机械设计及制造技术领域，特别涉及用于航空发动机的智能型电动计量泵。

背景技术

目前航空发动机燃油增压和计量主要依靠供油装置和调节装置来实现，通过发动机传动附件可以将发动机转子扭矩传递给供油装置，即由发动机转子为供油装置提供动力。这样燃油经过供油装置增压后进入到调节装置，调节装置根据发动机指令调节进入发动机的燃油。通常供油装置和调节装置的体积均较大，结构复杂，产品内部中包含有多组精密偶件，这些精密偶件对燃油的污染度要求较高，因此工作时常常会出现杂质卡死活门偶件的故障。其次，目前的传动附件一般由笨重的齿轮箱和复杂的润滑系统构成，因此这也在一定程度上增加了发动机的重量。再者，由于供油装置转速与发动机的转速直接相关，因此使得在大多数工作状态下，供油装置所提供的燃油量远远大于发动机所需要的燃油量，大量的燃油需要经过调节装置重新回流到油箱或供油装置进口，因此存在很大部分的燃油溢流或节流损失，从而造成不必要的功率浪费，同时会导致燃油温度升高。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别提出解决现有航空发动机燃油增压和计量装置体积大、效率低和故障率高等问题。

本发明实施例提出了一种用于航空发动机的电动计量泵，包括：供电接口，所述供电接口与外部电源相连；通讯接口，所述通讯接口与上位机相连，接收上位机的控制指令；驱动控制单元，所述驱动控制单元与所述供电接口和所述通讯接口相连，所述驱动控制单元根据所述控制指令驱动电机工作并对转速进行控制；共轴连接的润滑冷却泵、所述电机和主油泵，且所述润滑冷却泵、所述电机和所述主油泵依次相连，所述电机与所述供电接口相连，所述电机带动所述润滑冷却泵和所述主油泵转动，其中，所述电机和所述驱动控制单元之间设有冷却油路，所述润滑冷却泵将外部工作油液打入所述冷却油路以对所述电机和所述驱动控制单元进行冷却和润滑，所述主油泵包括主油泵进口和主油泵出口，所述主油泵对进入所述主油泵的油液进行增压，所述驱动控制单元通过控制所述电机的转速以控制所述主油泵的供油量；进油路和出油路，所述出油路与所述主油泵出口相连；所述进油路通过过滤器与所述主油泵进口相连，所述过滤器对进入所述主油泵的油液进行过滤，以防止所述油液中多余物质卡滞所述主油泵；和安全阀，所述安全阀与所述出油路相连，所述安全阀在所述主油泵出口出现异常时开启以对所述出油路的油液进行分流。

在本发明的一个实施例中，所述驱动控制单元进一步包括：功率驱动电路，所述功率驱动电路用于驱动所述电机转动；转子检测电路，所述转子检测电路用于检测所述电机转子的位置信息；和控制器，所述控制器分别与所述功率驱动电路、所述转子检测电路、所述供电接口和所述通讯接口相连，所述控制器根据所述电机转子的位置信息对所述电机进行换相控制并计算所述电机的当前转速，以及所述控制器根据所述上位机的控制指令和所述电机的当前转速向所述驱动控制单元输出相应占空比的PWM信号。

在本发明的一个实施例中，所述功率驱动电路为全桥驱动。

在本发明的一个实施例中，所述驱动方式为二二导通的三相六状态的控制方式。

在本发明的一个实施例中，所述控制器通过所述通讯接口将所述电机的当前转速反馈至所述上位机。

本发明实施例的智能型电动计量泵具有以下优点：

1、本发明实施例通过电机为油泵提供动力，从而避免使用结构复杂、体积较大的传动机构，降低了电动计量泵的制造成本，并减轻了发动机的重量。

2、本发明实施例将增压装置与调节装置合二为一，通过控制电机的转速实现油液的增压和计量，从而避免了燃油溢流或节流损失。

3、本发明实施例将电机、油泵和驱动控制单元一体化地进行结构设计，可以减少产品体积和重量，并利用油泵的工作油液为电机和驱动控制单元提供润滑和冷却。

4、本发明实施例还可通过驱动控制单元提供故障在线检测和离线诊断功能，从而大幅地提高产品工作的可靠性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的智能型电动计量泵的结构图；

图2为本发明实施例的驱动控制单元结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明实施例通过电动计量泵来实现航空发动机的燃油增加和计量功能，可取消或者大大简化发动机传动附件的结构，减少发动机最大截面的面积和重量。此外，在本发明实施例中，由于没有燃油回流到泵的进口或油箱，因此也简化了液压油路，降低了系统的能量损失，提高了系统效率，减少或消除了燃油的附加温升。因此，本发明实施例的电动计量泵可用于环境条件恶劣、结构设计紧凑的发动机。

如图1所示，为本发明实施例的智能型电动计量泵的结构图。该智能型电动计量泵包括供电接口1、通讯接口2、润滑冷却泵3、电机4、主油泵5、过滤器6、安全阀7、驱动控制单元8和冷却油路9。其中，供电接口1与外部电源相连，通讯接口2与上位机相连，与上位机进行通讯，接收上位机的控制指令并将电机4的当前转速等信息反馈给上位机。驱动控制单元8与供电接口1和通讯接口2相连，驱动控制单元8根据上位机发送的控制指令驱动电机4工作并对电机4的转速进行控制，从而实现对电机转速的闭环控制。润滑冷却泵3、电机4和主油泵5共轴连接，以使电机4带动润滑冷却泵3和主油泵5转动。如图1所示，润滑冷却泵3、电机4和主油泵5依次相连，即电机4设置在润滑冷却泵3和主油泵5之间，且电机4与供电接口1相连。这样的配置方式一方面可以使得电机4带动的润滑冷却泵3和主油泵5保持相同的转速，另一方面润滑冷却泵3打出的工作油液可进入电机4和驱动控制单元8之间的冷却油路9，从而对电机4和驱动控制单元8进行冷却和润滑。其中，主油泵5包括主油泵进口和主油泵出口，通过主油泵5对进入主油泵5的油液进行增压，这样驱动控制单元8就可以通过控制电机4的转速以控制主油泵5的供油量。

该智能型电动计量泵还包括进油路10和出油路11，出油路11与主油泵出口相连，进油路10通过过滤器6与主油泵入口相连。过滤器6对进入主油泵5的油液进行过滤，以防止油液中多余物质卡滞主油泵5。安全阀7与出油路11相连，安全阀7在主油泵出口出现异常时自行开启，从而对出油路11中的油液进行分流，实现压力卸荷，以保证主油泵出口的压力基本保持不变。

如图2所示，为本发明实施例的驱动控制单元结构图。该驱动控制单元8进一步包括功率驱动电路81、转子检测电路82和控制器83。功率驱动电路81用于驱动电机4转动，其中，功率驱动电路81可采用全桥驱动。具体地，驱动方式为二二导通的三相六状态的控制方式，为电机4的电枢注入一定PWM占空比的电流，使得电机4的电枢产生旋转磁场。转子检测电路82用于检测电机4的转子的位置信息，并上传给控制器83。控制器83分别与功率驱动电路81、转子检测电路82、供电接口1和通讯接口2相连，控制器83根据电机转子的位置信息对电机4进行换相控制并计算电机4的当前转速，以及控制器83根据上位机的控制指令和电机4的当前转速向功率驱动电路81输出相应占空比的PWM信号，并理由控制器83自带的PWM发生器输出该PWM信号，从而控制功率驱动电路81中功率管的导通时间，以实现调速。

在工作时，驱动控制单元接收上位机的指令，并根据控制算法确定给定时刻电动计量泵所需转速，即指令转速，同时驱动控制单元对电机电枢中注入相应占空比的PWM电流，其可为三相正弦波电流，也可为方波电流，从而使得电机电枢产生旋转磁场，拉动转子磁极按照指令转速旋转，转轴输出轴带动主油泵（定排量容积泵）旋转。这样本发明实施例就可通过控制电机转速来控制油泵输出流量大小，进而实现计量功能。

本发明实施例的智能型电动计量泵具有以下优点：

1、本发明实施例通过电机为油泵提供动力，从而避免使用结构复杂、体积较大的传动机构，降低了电动计量泵的制造成本，并减轻了发动机的重量。

2、本发明实施例将增压装置与调节装置合二为一，通过控制电机的转速实现油液的增压和计量，从而避免了燃油溢流或节流损失。

3、本发明实施例将电机、油泵和驱动控制单元一体化地进行结构设计，可以减少产品体积和重量，并利用油泵的工作油液为电机和驱动控制单元提供润滑和冷却。

4、本发明实施例还可通过驱动控制单元提供故障在线检测和离线诊断功能，从而大幅地提高产品工作的可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种用于航空发动机的电动计量泵，其特征在于，包括：

供电接口，所述供电接口与外部电源相连；

通讯接口，所述通讯接口与上位机相连，接收上位机的控制指令；

驱动控制单元，所述驱动控制单元与所述供电接口和所述通讯接口相连，所述驱动控制单元根据所述控制指令驱动电机工作并对所述电机的转速进行控制；

共轴连接的润滑冷却泵、所述电机和主油泵，且所述润滑冷却泵、所述电机和所述主油泵依次相连，所述电机与所述供电接口相连，所述电机带动所述润滑冷却泵和所述主油泵转动，其中，所述电机和所述驱动控制单元之间设有冷却油路，所述润滑冷却泵将外部工作油液打入所述冷却油路以对所述电机和所述驱动控制单元进行冷却和润滑，所述主油泵包括主油泵进口和主油泵出口，所述主油泵对进入所述主油泵的油液进行增压，所述驱动控制单元通过控制所述电机的转速以控制所述主油泵的供油量；

进油路和出油路，所述出油路与所述主油泵出口相连；

所述进油路通过过滤器与所述主油泵进口相连，所述过滤器对进入所述主油泵的油液进行过滤，以防止所述油液中多余物质卡滞所述主油泵；和

安全阀，所述安全阀与所述出油路相连，所述安全阀在所述主油泵出口出现异常时开启以对所述出油路的油液进行分流。

2.如权利要求1所述的用于航空发动机的电动计量泵，其特征在于，所述驱动控制单元进一步包括：

功率驱动电路，所述功率驱动电路用于驱动所述电机转动；

转子检测电路，所述转子检测电路用于检测所述电机转子的位置信息；和

控制器，所述控制器分别与所述功率驱动电路、所述转子检测电路、所述供电接口和所述通讯接口相连，所述控制器根据所述电机转子的位置信息对所述电机进行换相控制并计算所述电机的当前转速，以及所述控制器根据所述上位机的控制指令和所述电机的当前转速向所述驱动控制单元输出相应占空比的PWM信号。

3.如权利要求2所述的用于航空发动机的电动计量泵，其特征在于，所述功率驱动电路为全桥驱动。

4.如权利要求3所述的用于航空发动机的电动计量泵，其特征在于，所述驱动方式为二二导通的三相六状态的控制方式。

5.如权利要求2所述的用于航空发动机的电动计量泵，其特征在于，所述控制器通过所述通讯接口将所述电机的当前转速反馈至所述上位机。

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