CN102947176B - 飞机发动机转子所支撑装置的供电 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞机发动机(1)，包括定子(2)、主轴(3)、第一转子(4)、第二转子(5)、传动机构(6)、由第一转子支撑的第一电气装置和由第二转子支撑的第二电气装置，其特征在于，包括：至少一个由定子支撑的第一磁场绕组(8)，控制装置(12)，能够在所述第一磁场绕组内循环直流电流，由第一转子支撑的并连接到所述第一电气装置上的至少一个第一电枢绕组(10)，和由第二转子支撑的并连接到所述第二电气装置上的至少一个第二电枢绕组(11)。

Description

飞机发动机转子所支撑装置的供电

技术领域

本发明涉及向飞机发动机转子所携带电气装置的供电。

更具体地讲，本发明的应用领域是飞机发动机领域，特别是燃气涡轮发动机领域。本发明特别涉及无函道风扇发动机，包括两个对转转子，每个转子带有可调节叶片。

背景技术

在转子带有可调节叶片的发动机上，叶片的方向在飞行期间是可以调整的，从而赋予发动机最佳使用。这是无函道风扇发动机类型发动机的情况(开式转子)，包括两个对转的转子，每个转子装有可调节叶片。例如，叶片的方向可以通过转子所支撑的机电执行机构来调整。

电力必须传输给转子，以便向该促动器供电。为此，通常使用一种电刷装置。然而，电刷装置一般可靠性较低，易于快速磨损。因此，它们需要定期维修。另外，这种装置通常较重，体积大，还存在与周围滑油的兼容问题。

为了解决这些问题，文件FR 2 712 250提出了使用一种电机，其定子为固定式，而其转子与定子之间没有电气联系，固定到齿轮上，后者机械连接到需要转向的叶片上。因此，这个解决方案提出了电机和叶片之间的机械联系。因此，电机的固定部分不能自由定位，因为其受到设计限制。此外，在转子级上没有可向电气装置供电的电力。因此，该文件还提出了使用旋转变压器来输送电力。

当需要传递的功率很高时，旋转变压器通常很笨重，体积大。另外，必须从动力源来向其供电，该动力源对应于转子级上所要求的动力。高功率所要求的功率变换器和功率源也是必不可少的。

发明内容

本发明的目的是提供一种叶片可调整的飞机发动机，其撇弃了至少部分上述现有技术的不足。特别是，本发明的目的是将电力可靠地传输给带有对转转子的发动机转子，无需使用一个体积大笨重的设备。

为此，本发明提出了一种飞机发动机，包括：

定子

主轴、第一转子和第二转子，

传动机构，能够将主轴旋转变换为第一转子沿第一方向的旋转动作，并沿与所述第一方向相反的第二方向变换为第二转子的旋转动作，

由第一转子携带的至少一个第一电气装置和由第二转子携带的至少一个第二电气装置，

其特征在于，其包括：

由定子携带的至少一个第一磁场绕组，

可使直流电在所述第一磁场绕组内流动的控制装置，

由第一转子携带的和连接到所述第一电气装置上的至少一个第一电枢绕组，和由第二转子携带的并连接到所述第二电气装置上的至少一个第二电枢绕组。

根据这些特性，不必使用电刷装置来向转子传递功率。实际上，与第一电枢绕组和/或第二电枢绕组一起，第一磁场绕组构成了同步发电机，产生转子级上可用的电力。

根据实施例，在主轴的一个位置时，所述第一磁场绕组位于第一电枢绕组和第二电枢绕组之间。

在这种情况下，第一磁场绕组为电枢绕组所共有，限制了体积。

第一磁场绕组可呈现出平行于主轴旋转轴线的轴线。

根据另一个实施例，发动机包括至少一个由定子携带的第二磁场绕组，而且，其中，对于主轴的一个位置来讲，第一磁场绕组面向第一电枢绕组，而第二磁场绕组面向第二电枢绕组。

在这种情况下，第一磁场绕组和第一电枢绕组构成同步发电机，产生第一转子级可用电力。同样地，第二磁场绕组和第二电枢绕组构成同步发电机，产生第二转子级可用电力。控制装置可根据为每个转子所产生的电力的变化情况，独立地调整每个发电机的直流电。

第一磁场绕组和第二磁场绕组可沿轴向并排布置。第一磁场绕组和第二磁场绕组也可沿径向与主轴保持相同距离。

这样，在径向上，限制了绕组所占空间。

根据另一个方式，第一磁场绕组和第二磁场绕组沿轴向布置在相同部位上，沿径向则与主轴位于不同距离上。

这种布置限制了沿轴向所占有的空间。

控制装置由永磁发电机和/或机上电网供电。

永磁发电机确保了功能的自动化。

根据实施例，控制装置能够使交流电在所述第一磁场绕组内流动。

这样，即使在主轴空转或低速运转时，由于在变压器方式内运行的绕组，也可将电力传送给转子。

在同步发电机工作方式时，磁场绕组仅产生发电机的磁通量。于是，电枢绕组层面可用电力便被机械地从主轴和转子中抽取。向磁场绕组提供所需功率只对应于一小部分转子级可用电力，这有利于控制装置的尺寸设计。

在变压器工作方式时，转子电枢绕组级可用功率几乎完全源自注入定子磁场绕组的功率。如果在同一级上必须保持低速所需功率，在该变压器工作方式时，这将涉及控制装置功率的规格设计。然而，在大多数情况下，转子装置(除霜和叶片调整执行机构)在低转速时所要求的功率更少，因为这远非标称的工作条件。因此，这种变压器工作方式不会引起控制装置的尺寸过大。如果控制装置的供电可以从替代电网上获得，诸如3x115Vac 400Hz～800Hz电网，后者直接向定子磁场绕组提供交流电，简化了控制装置，后者不再使用逆变器级。

根据实施例，所述至少一个第一电气装置包括能够对第一转子携带叶片方向进行修正的第一机电执行机构，而且所述至少一个第二电气装置包括对第二转子携带叶片方向进行修正的第二机电执行机构。

所述至少一个第一电气装置包括第一防冰装置，所述至少一个第二电气装置包括第二防冰装置。

根据实施例，发动机包括至少一个由第一转子携带并连接到所述第一电枢绕组的第二磁场绕组。对于主轴的一个位置来讲，第二磁场绕组面向第二电枢绕组。

在这个实施例中，第二磁场绕组和第二电枢绕组构成电机，提供第二转子级的动力，没有需要附加磁场绕组的定子。

附图说明

通过如下非限定性的说明，并参照附图，可以更清楚地理解本发明，附图如下：

图1为根据本发明实施例的飞机发动机透视图，

图2为图1所示发动机的局部剖面图，

图3到图7类似于图2，示出了其它的实施例。

具体实施方式

图1示出了飞机发动机1透视图，所示为非常示意性的。发动机1为无函道式风扇发动机类型的发动机，带有两个对转转子。每个转子带有可调整的叶片。图2示意图给出了传动机构(动力齿轮箱)级上的发动机1的部分，用来将主轴的旋转动作转换为沿两个相反方向的转子的旋转动作。

发动机1包括壳体2和主轴3，定子就固定该壳体上，主轴3(例如)由燃气轮机(图中未示)带动旋转。发动机1还包括转子4和转子5。轴承7可使得主轴3和转子4和5相对于壳体2旋转。

传动机构6将主轴3连接到转子4和转子5上。更确切地说，当主轴3沿第一方向转动时，传动机构6会沿相同的第一方向驱动转子5和沿第二相反方向驱动转子4转动。传动机构6还减少转速。因此，例如，对于主轴3典型转速+6000rpm来讲，转子5会以+900rpm的速度旋转，而转子4则以-900rpm转速旋转。

转子4带有可调整叶片(图中未示)。转子4所携带的机电执行机构(图中未示)允许这些叶片的方向得以修正。转子4还带有防冰装置(图中未示)，包括与叶片相连的电阻器。转子5同样带有可调整叶片、机电执行机构和防冰装置。根据不同方式，转子4和5带有非可调整的叶片。

下面介绍向转子4和5携带的电气装置供电的部件，特别是机电执行机构和上述的除冰装置。

图2示出了壳体2的定子所携带磁场绕组8和转子5所携带电枢绕组10。在所示的主轴3位置，磁场绕组8和电枢绕组10彼此面对。电枢绕组8连接到转子5所携带的电气装置上。同样，壳体2的定子带有面向转子4所携带电枢绕组11的磁场绕组9。电枢绕组11连接到由转子4所支撑的电气装置上。

实际上，每个磁场绕组8和9和每个电枢绕组10和11构成了一组绕组，沿周向分布。在下面所述绕组时，应该会明白，这系指构成组成部分的那组绕组。

控制装置12连接到磁场绕组8和9上。控制装置12由安装在主轴3和壳体2上的永磁发电机13供电。此外，或取代发电机13供电，控制装置12可以由机上电网供电。

当发动机主轴3转动时，其带动转子4和5的旋转。因此，电枢绕组10和11旋转，并在磁场绕组8和9的前方运行。控制装置12由发电机13和/或机上电网供电，并向磁场绕组8和9供直流电。

由于磁场绕组8和9所产生的磁场和转子4和5的转动，在电枢绕组10和11内产生电压。换句话说，磁场绕组8和电枢绕组10构成同步发电机，产生转子5级上可用交流电压。磁场绕组和电枢绕组11相应地构成同步发电机，产生转子4级上可用交流电压。控制装置12调节磁场绕组8和9内的电压和直流幅度，以便转子4和5级上可用功率对应于所需功率电平。

最终形成的交流电压供给转子4和5所携带电气装置。更确切地说，对于每个转子来讲，防冰装置结构简单，包括导线、连接部件和电阻加热部件。可由电枢绕组直接供电，无需转子携带的功率电子器件。机电叶片调整执行机构经由转子携带功率变换器来由电枢绕组供电。

为此，无需使用电刷装置来向转子4和5所支撑的电气装置供电。另外，在发动机1设计时，绕组的位置可以不依赖于需供电的电气装置和叶片，因为电力很容易经由导线输送给转子4和5。

当发动机1不运行时，也就是说，当主轴3和转子4，5相对于壳体2都不旋转时，同样可以向转子4和5所携带电气装置供电。为此，控制装置12向磁场绕组8和9供交流电压。然后，磁场绕组8和电枢绕组10构成变压器，传输转子5级可用交流电压。相应地，磁场绕组9和电枢绕组11构成变压器，传输转子4级可用交流电压。当转子4和5的旋转不能在同步发电机工作方式下产生足够电压时，这种变压器工作方式也可以以低旋转速度使用。

在同步发电机工作方式期间，在转子4和5所需电力电平主要是在主轴3的旋转时提取。为了向磁场绕组8和9供直流电压，控制装置12所提供的电力不是很高。

另外，当飞机在地面时，例如，检查机电叶片调整执行机构和相关电子器件的工作是否正常时，在维护保养阶段，可主要使用变压器工作方式。在这种情况下，作用在叶片上的空气动力不是很高。另外，在这些情况下，不用除冰，或以低功率除冰。为向磁场绕组8和9供交流电压，控制装置12提供的电力也相应地不是很高。

由此可以看出，在两种工作方式下，不要求控制装置12提供很高的电力输出。因此，控制装置12可以设计用于低电力输出，从而实现重量降低和体积缩小。因此，控制装置12不会产生高的热损耗，在飞机上，可置于提供较好工作条件的区域，称之为“受控区”。

图3到图5类似于图2，示出了其它的实施例。在这些附图中，与图2部件相同或类似的部件都采用相同的参考标记，为此不再赘述。

图3的实施例与图2的实施例几乎相同。在图3中，磁场绕组8和9沿轴向并排设置，也就是说，沿主轴3和转子4和5的旋转轴线平行的方向。磁场绕组8和9在径向上也位于与主轴3相同距离上。同样，电枢绕组10和11沿轴向并排设置，在径向上，与主轴3处于相同距离。通过比较，在图2中，与主轴3的距离，磁场绕组9和电枢绕组11分别稍远于磁场绕组8和电枢绕组10。图2和图3的布置在径向上限制了绕组占有的空间。

在图4所示实施例中，在轴向上，磁场绕组8和9及电枢绕组10和11都位于相同部位。在径向上，与主轴的距离，磁场绕组9和电枢绕组11则稍远于磁场绕组8和电枢绕组10。这个布置在轴向上限制了绕组所占有的空间。

在图5所示实施例中，发动机1包括磁场绕组8，如主轴3所示位置，该绕组面向电枢绕组10和11。换句话说，与电枢绕组10一起，磁场绕组8构成第一同步发电机，与电枢绕组11一起，构成第二同步发电机。磁场绕组8为两个发动机所共有。通过限制所用绕组数，图5所示布置形式可减小重量和绕组的体积。

此外，图5所示绕组方向不同于图2和图4所示方向。沿轴向和非径向方向产生磁通量。不同方向使得所占有空间不同。方向的选择使得可用空间在发动机1的设计阶段就要予以考虑。

图5实施例的工作原理大体上与图2实施例的相同。然而，无法产生每个转子的不同电力，正如此前实施例所述情况一样，控制装置12可使不同幅度电流在磁场绕组8和绕组9内循环。

在图6所示实施例中，绕组8至11的方向相对于主轴3，既不是径向的，也不是轴向的。这种布置可以实现特别集成，限制了体积，考虑了设计时的限制因素。

在图7所示实施例中，转子5支撑着磁场绕组20，后者通过连接部分21而连接到电枢绕组10上。在所示位置处，磁场绕组20面向转子4的电枢绕组11。

根据第一不同方式，连接部分21包括由二极管构成的桥整流器。在这种情况下，磁场绕组20供以直流电。转子4和5的相对转动可在电枢绕组11内产生电力。

根据另一个方式，连接部分21直接将电枢绕组10连接到磁场绕组20上。在这种情况下，磁场绕组20供以交流电，并产生旋转磁场。根据相对于上述第一不同方式的双气穴速度，旋转磁场和转子4，5的相对转动在电枢绕组11内产生电力。

Claims (7)

1.一种飞机发动机,包括：

定子，

主轴、第一转子和第二转子，

传动机构，能够将主轴旋转动作沿第一方向变换为第一转子的旋转动作，并沿与所述第一方向相反的第二方向变换为第二转子的旋转动作，

由第一转子携带的至少一个第一电气装置和由第二转子携带的至少一个第二电气装置，

由定子携带的至少一个第一磁场绕组，

可使直流在所述第一磁场绕组内流动的控制装置，和

由第一转子携带的和连接到所述第一电气装置上的至少一个第一电枢绕组，由第二转子携带的并连接到所述第二电气装置上的至少一个第二电枢绕组；

在主轴的一个位置上，所述第一磁场绕组(8)位于第一电枢绕组(10)和第二电枢绕组(11)之间。

2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述第一磁场绕组相对于主轴旋转轴线的轴线周向分布。

3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述控制装置由永磁发电机供电。

4.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述控制装置由机上电网供电。

5.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述控制装置能够使交流电流在所述第一磁场绕组内流动。

6.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述第一电气装置包括第一机电执行机构，能够对第一转子所携带的叶片方向进行修正，和所述至少一个第二电气装置包括第二机电执行机构，能够对第二转子所携带的叶片方向进行修正。

7.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述至少一个第一电气装置包括第一防冰装置，和所述至少一个第二电气装置包括第二防冰装置。