CN102811905B - 一种倾斜盘系统以及采用该倾斜盘系统产生电流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倾斜盘系统，其包括旋转外环和非旋转内环，旋转外环适用于支撑线圈，并且非旋转内环适用于支撑第一和第二磁体。第一和第二磁体产生磁场，并且随着旋转外环的转动使线圈经过磁场而产生电流。

Description

一种倾斜盘系统以及采用该倾斜盘系统产生电流的方法

技术领域

本申请大致上涉及倾斜盘，并且更具体地涉及一种具有交流发电机的倾斜盘。

背景技术

倾斜盘和交流发电机在本领域中都是公知的。倾斜盘为一种将飞行控制输入传递给旋翼系统的装置。交流发电机用于将机械能转化成为电能，电能依次被引导进入一个或多个电气子系统。

电能是启动设置在传统旋翼飞机的旋翼和/或旋翼系统上的电气子系统所必需的。交流发电机为一种将来自飞机引擎的机械能转化成电能为飞机电气子系统供电的有效设备。

通常地，飞机交流发电机设置在接近引擎的位置，当将电能引导进入一个或多个设置在旋翼系统上的电气子系统时，由于倾斜盘的连续旋转而产生问题。当将电能传送经过旋翼系统时通常地使用滑环和/或其它合适的装置。

尽管之前的发展代表了倾斜盘系统领域的进步，但是仍然存在很多缺点。

附图说明

被认为是本申请的独特性的新颖性特征在所附的权利要求中提出。然而，本申请自身，优选的应用模式，以及进一步的目标和优点将参照下面结合附图进行的详细描述而被最好地理解，其中：

图1为根据本申请的优选实施例的具有倾斜盘系统的旋翼飞机的侧视图；

图2为图1的倾斜盘系统的斜视图；

图3为图2的倾斜盘系统沿III-III方向切开的剖面图；

图4为图2的倾斜盘系统的交流发电机子系统的非旋转磁性元件的顶视图；

图5为从图2的倾斜盘系统的测试中收集的数据的表格；

图6为图3的倾斜盘系统的一个替代实施例；并且

图7为利用图2的倾斜盘系统产生电能的优选方法的流程图。

具体实施方式

尽管本申请的系统和方法易受各种修改和替代形式的影响，其具体的实施方式通过图中的例子被示出并且在这里进行详细的描述。然而应当理解的是这里对具体实施方式的描述并不是为了将本发明限定到公开的特定实施方式，而恰好相反，本发明如所附的权利要求所限定的旨在覆盖落在本申请的精神和范围内的全部修改，等同，以及替代的方案。

本申请的倾斜盘系统克服了与传统的用于将电能从交流发电机传递给一个或多个设置在旋翼系统上的电气子系统的方法和装置相关联的共同缺点。示出的具体实施方式在下面进行描述。当然可以意识到在任何实际实施方式的发展过程中，多种特定的实施方式被确定以实现开发者的特定目标，例如服从与系统相关的以及商业相关的参数，其由一种实施方式转换到另一种。此外，可以意识到这种发展结果可能是复杂并且耗时的，但是仍然是享有本公开的本领域技术人员所经历的常规程序。

现在参照图1，示出根据本申请的优选实施例的旋翼飞机101的侧视图。旋翼飞机101包括一个或多个具有可操作地与倾斜盘系统107相关联的旋翼105的旋翼系统103。倾斜盘系统107适用于选择性地使旋翼105倾斜并旋转，其相应地改变飞机101的空气动力学性能。

应该理解的是倾斜盘系统107适用于提供与本领域中已知的传统倾斜盘系统相同的操纵性，即旋转，枢转，倾斜，和/或其它关于旋翼轴的运动。此外，可以理解的是，对倾斜盘系统107的简化描述并不是狭义地解释为具有图中示出的准确的几何外形，除非是指定的，而是应该解释为具有必要的外形，尺寸和用于执行传统倾斜盘的必要操作的其它几何轮廓。进而，应当理解的是必要的组件，例如轴承，螺栓，衬垫，以及其它的倾斜盘系统的必要组件并没有被示出，以便快速并且容易地描述本申请的倾斜盘系统；然而，可以理解的是，尽管没有在图中示出，本发明的倾斜盘系统包括本领域中传统已知的作为倾斜盘运行的全部组件。

在示例性的实施例中，倾斜盘系统107被用于旋翼飞机，即，直升机；然而，应该意识到，代替该优选的实施例，该倾斜盘系统可以容易地适用于其它类型的飞机，包括固定和倾斜翼飞机。同样，倾斜盘系统107用于旋翼飞机的主旋翼系统；然而，应该意识到该倾斜盘系统可以容易地适用于其它类型的旋翼系统，包括尾旋翼系统，还有具有多个主旋翼的飞机，例如双旋翼飞机。可以意识到，倾斜盘系统107省去了经过桅杆的专用线；并且还省去了对滑环的需求，这大大地减轻了增加到飞机101的重量。

飞机101进一步设置有交流发电机子系统109，其适用于将来自旋翼系统103的机械能转化成电能，并且将电能传送给一个或多个电气子系统111和/或其它与旋翼飞机101可操作关联的耗能装置。在优选的实施例中，交流发电机子系统109产生电能并为与旋翼系统103相关联的一个或多个电气子系统提供电能；然而，应当意识到，交流发电机子系统109能够容易地适用于为一个或多个由飞机101携带的电气子系统提供电能。例如，交流发电机子系统109可以适用于为设置在飞机机身内的电气子系统提供电能。

电气子系统111优选地为一个选择性地设置在旋翼系统103的一个或多个组件上用于提供旋翼系统的实时监控的传感器。传感器使得能够轻松并快速地对旋翼系统103进行诊断，其相应地减少了飞机的故障时间以及由于常规的维护检查而产生的相关成本。然而，可以意识到电气子系统111的替代实施例可以包括代替优选实施例的不同的电子设备。例如，替代实施例可以包括照明，警告装置，和/或可操作地与旋翼系统103相关联的合适的装置。

参照附图中的图2，示出了根据本申请的优选实施例的倾斜盘系统107的斜视图。倾斜盘系统107包括一个或多个内环201和外环203。应当理解的是，外环203适用于围绕旋转轴205旋转，同时内环201围绕轴205保持不动。在优选的实施例中，交流发电机子系统109包括分别由外环203和内环201支撑并且分别连接到其上的旋转和非旋转的组件。下面对交流发电机子系统109作进一步的图示和描述。

图3示出图2的倾斜盘系统107从III-III处切开的剖面侧视图。交流发电机子系统109优选地包括一个或多个第一非旋转磁性元件301，相对的非旋转磁性元件303，以及设置在它们中间的旋转缠绕元件305。非旋转元件301和303通过连接装置309(即螺栓)牢固地连接到内环201的一个部件307，同时旋转元件305通过连接装置311(即螺栓)牢固地连接到外环203。在优选的实施例中，部件307为上部支承引导件，其由内环201所支撑。可以意识到替代的实施例可以包括其它的装置或结构，可以由内环201支撑或连接到其上，适用于连接到非旋转元件301和303。

非旋转元件301设置有一个或多个磁体313；同样，非旋转元件303也设置有一个或多个相对的磁体315，其选择性地设置成磁极与磁体313相反。非旋转元件301和303之间的间隔优选地保持较小的距离以提高交流发电机子系统109的效率。在优选的实施例中，该间隔大约为0.05英寸；然而，替代的实施例可以包括取决于期望的用途的不同距离。在优选的实施例中，磁体313和315布置成磁极处于交替方向，即，北极然后南极，彼此相对。这种布置在相对的磁体之间产生一个磁场(未示出)，其在垂直于元件301和303的纵向长度的平面里垂直延伸。在优选的实施例中，磁体313和315制造成具有一平方英寸的长度以及大约0.5英寸的厚度；然而，这些长度和厚度可以根据期望的用途进行修改。

缠绕元件305设置有一个或多个选择性地设置在磁体313和磁体315之间的导线线圈317，以使得线圈317的一侧面对磁体313，同时线圈317相反的一侧面对磁体315。线圈317包括用于保持住一定长度的金属导线321的基座319。在优选的实施例中，缠绕元件305包括十八个导线321的线圈317；然而，线圈的数量在替代的实施例中可以根据期望的性能而改变。应当可以理解的是，电流在线圈317经过磁场时在线圈内部产生。此后，电流被引导进入一个或多个电气子系统111。

缠绕元件305进一步设置有一个连接到侧表面325并且与导线321和327可导电地连接的可选择的整流器323。应当理解的是，在某些实施例中并不需要整流器323。导线327可导电地连接到电气子系统111，由此提供将电能从交流发电机子系统109传送给电气子系统111的导引装置。缠绕元件305优选地以大约400转每分钟(RPM)的转速旋转；然而，可以意识到旋翼系统通常具有特定的每分钟旋转速度，由此为电气子系统111提供不同的电压输出。

根据交流发电机子系统109的构造方法，可以采用具有n+1个磁体的单相或n相缠绕结构。n相磁体和线圈结构，典型地n为三的倍数，产生变化的电流接着对变化的电流进行整流处理以为安装在旋翼系统上的电气子系统提供必要的电能。倾斜盘系统107优选地配置成三相系统，但是还可以根据磁体，线圈，以及相关线路的布置配置成各种相数。

交流发电机子系统109允许使用现有的旋转和非旋转接口产生电能。交流发电机子系统109产生为一个或多个电气子系统111供电的充足的电能。可以意识到，电气子系统111可以匹配有相关的电子装置，使得其与由旋翼飞机101携带或从旋翼飞机101上卸下的其它电气子系统之间能够进行无线通讯。例如，电气子系统包括发射器，其用于将实时数据传递给由飞机机身承载的接收器，接收器将飞机工作情况的实时数据发送给飞行员。同样还应该意识到如果交流发电机子系统109被正确地构造并组装，在非旋转元件和旋转元件之间不存在直接的接触，这使得交流发电机子系统109具有无限期的使用寿命。

在优选的实施例中，交流发电机子系统109包括夹在第一和第二组磁体之间的线圈；然而，应当意识到交流发电机子系统109可以包括附加的线圈和磁体，以改变交流发电机子系统109的输出电能。例如，替代的实施例可以包括磁体、线圈、磁体、磁体、线圈、以及磁体的夹层结构或者磁体、线圈、磁体、线圈、以及磁体的夹层结构。

运行中，飞机引擎(未示出)转动旋翼轴205，旋翼轴进而转动旋翼105。一个或多个可操作地与旋翼105相关联的驱动链节旋转外环203，外环进而旋转缠绕元件305。电压分别随着缠绕元件305的线圈317经过由非旋转元件301和303的磁体313和315产生的磁场而产生。此后，电压被引导通过导线321进入整流器323。整流器323对电压进行约束以及整流，接着通过导线327将其引导进入电气子系统111。

现在参照图4，示出非旋转磁性元件301的顶视图。元件301包括一个或多个基座401，从基座401伸出的外环403，以及从基座401伸出的内部结构405；所有关联的组件用于将磁体313支撑和固定在固定位置。在优选实施例中，基座401的平面402相对地平行于非旋转内环201的顶表面329而设置。

为了提高磁体的效率，元件301进一步设置有连接到基座401并且处于基座401的表面和磁体313的表面之间的金属板407。在优选实施例中，金属板407由铁合金材料构成；然而，替代的实施例可以包括不同于优选实施例的其它合适的材料。优选实施例包括16个磁体313；然而，替代的实施例可以根据交流发电机子系统109的优选电能输出以及优选的相数而包括更多或更少的磁体。应当意识到，非旋转磁性元件303与元件301的结构和功能实质上相同，并且优选地包括和元件301相同的特征。

倾斜盘系统107已经成功地进行了测试，并且图5示出包括测试过程中采集的数据的表格。在优选的实施例中，交流发电机子系统109在100％的旋翼转速时产生了在68.8瓦特(10欧姆负载)下大约26.68伏特的电压。应当意识到，倾斜盘系统107可以通过改变交流发电机子系统109而容易地被修改以产生不同的电能输出，例如，设置更多或更少的磁体，线圈，和/或添加附加线路，例如变压器。

参照图6，示出倾斜盘系统107的一个替代实施例。倾斜盘系统601在功能上与倾斜盘系统107实质上相同。应当理解的是倾斜盘系统107的特征可以容易地结合到倾斜盘系统601中；并且同样地，倾斜盘系统601的特征可以互换地结合到倾斜盘系统107中。

倾斜盘系统601包括一个或多个内环603和外环605。应当理解的是，外环605适于围绕旋转轴607旋转，同时内环603围绕轴607保持静止。在示例性的实施例中，由环支撑线圈和磁体而不是如前面图中所示以及上面关于优选实施例的详细描述那样将交流发电机子系统设置在环上方。

内环603包括与倾斜盘系统107的部件307的结构和功能相同的部件609。部件609牢固地连接到支撑结构611，由此将支撑结构611保持在相对固定的位置。内环603进一步设置有一个或多个部分地或全部地设置在其中的磁体613；同样地，结构611设置有一个或多个同样部分地或全部地设置在其中的磁体615。与倾斜盘系统107类似，倾斜盘601的磁体被定向和定位成产生一个线圈在其中经过的磁场。外环605包括一个或多个优选地穿过外环605的厚度延伸的线圈。应当理解的是线圈617的功能基本上与线圈317相同。

运行中，飞机引擎(未示出)转动旋翼轴607，旋翼轴接着转动旋翼。一个或多个可操作地与旋翼相关联的驱动链节转动外环605，外环接着转动线圈617。随着线圈617在磁场中旋转产生电压。此后，电压通过导线619被引导进入可选择的整流器621。整流器621对由磁体和线圈产生的电压进行约束和整流，接着通过导线623将其引导进入电气子系统111。

参照图7，流程图701示出本申请优选的方法。方框703描述第一步骤，其包括提供一个具有旋转外环和非旋转内环的倾斜盘。接着，如在方框705中描述的，通过设置第一磁体和相对的第二磁体产生磁场，其中磁体由非旋转内环支撑。此后，如方框707所描述的，通过使线圈通过磁场而产生电流，其中线圈由外环支撑。下一步包括采用整流器对电流进行整流，如方框709所描述的。最后，最后一步包括通过导体(即导线)引导电流到电气子系统中，如方框711所描述的。

很明显，本申请描述和示出了具有显著优点的倾斜盘系统。上面公开的具体实施例仅仅是说明性的，实施例是可以修改的并且可以以对得益于这里的教导的本领域技术人员来说不同但等效的方式实施。由此显而易见的是上面公开的具体实施例可以进行替换或修改，并且全部的变形都被认为位于本发明的范围和精神内。因此，这里寻求的保护如在说明书中提出的。尽管上面示出了现有的实施例，它们并不仅限于这些实施例，而是适合于各种变化和修改但不会脱离其精神范围。

Claims (16)

1.一种倾斜盘系统，包括：

外环；

具有顶表面的内部非旋转环；以及

交流发电机子系统，具有：

具有第一磁体的第一非旋转磁性元件，该第一非旋转磁性元件可操作地与内部非旋转环相关联；

具有第二磁体的第二非旋转磁性元件，该第二非旋转磁性元件可操作地与内部非旋转环相关联；以及

具有线圈的缠绕元件，缠绕元件与外环可操作地关联，缠绕元件配置成在第一非旋转磁性元件和第二非旋转磁性元件之间通过；

其中第一磁体和第二磁体选择性地设置成在两者之间产生磁场；并且

其中，随着外环的旋转，线圈经过磁场，其接着在线圈内部产生电流；

进一步包括：与内部非旋转环可操作关联的支承引导件；其中第一非旋转磁性元件和第二非旋转磁性元件通过连接装置牢固地固定到支承引导件。

2.如权利要求1所述的倾斜盘系统，进一步包括：

由缠绕元件支撑的整流器；

其中，整流器适用于对电流进行整流。

3.如权利要求1所述的倾斜盘系统，进一步包括：金属板，其连接到第一非旋转磁性元件的表面，并且设置在第一非旋转磁性元件的表面和第一磁体的表面的之间。

4.如权利要求1所述的倾斜盘系统，其中第一非旋转磁性元件包括：

具有表面的基座；

其中，基座的表面被定向成与内部非旋转环表面的顶表面相对地平行。

5.如权利要求4所述的倾斜盘系统，第一非旋转磁性元件进一步包括：

从基座的表面伸出的外环；以及

从基座的表面伸出的内部结构；

其中外环和内部结构在相对固定的位置牢固地支撑磁体。

6.如权利要求1所述的倾斜盘系统，进一步包括：

可导电地连接到线圈的电气子系统；

其中，随着外环的旋转，交流发电机子系统为电气子系统提供电流。

7.如权利要求6所述的倾斜盘系统，其中电气子系统为与旋翼系统可操作关联的传感器。

8.如权利要求6所述的倾斜盘系统，其中电气子系统为与旋翼系统可操作关联的灯。

9.一种倾斜盘系统，包括：

适用于支撑线圈的外环；

适用于支撑第一磁体的内部非旋转环；

与内部非旋转环可操作关联并且适用于支撑第二磁体的结构；

其中线圈配置成在内部非旋转环和该结构之间通过；

其中第一磁体和第二磁体选择性地设置成在两者之间产生磁场；并且

其中线圈经过磁场，接着在线圈内部产生电流；进一步包括：

与内部非旋转环可操作关联的支承引导件；

其中内部非旋转环牢固地连接到支承引导件。

10.如权利要求9所述的倾斜盘系统，进一步包括：

由外环支撑的整流器；

其中整流器适用于对电流进行整流。

11.如权利要求9所述的倾斜盘系统，进一步包括：

与线圈可导电地连接的电气子系统。

12.如权利要求11所述的倾斜盘系统，其中电气子系统为与旋翼系统可操作关联的传感器。

13.如权利要求11所述的倾斜盘系统，其中电气子系统为与旋翼系统可操作关联的灯。

14.一种采用倾斜盘系统产生电流的方法，倾斜盘系统具有外环和内部非旋转环，该方法包括：

通过与非旋转环可操作关联的第一磁体和第二磁体产生磁场；

提供与外环可操作关联的线圈；

转动旋转环；并且

随着旋转环的转动，通过使线圈经过由第一磁体和第二磁体产生的磁场而产生电流；进一步包括：

与内部非旋转环可操作关联的支承引导件；

其中内部非旋转环牢固地连接到支承引导件。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括：

采用整流器对电流进行整流。

16.如权利要求14所述的方法，进一步包括：

将电流引导进入与线圈可导电地连接的电气子系统中。