CN102985323A - 给由旋转支承件支撑的装置供应电力 - Google Patents

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Abstract

一种装置，其包括固定部件、相对于所述固定部件能够被旋转地驱动的旋转支承件、由所述旋转支承件支撑的电器装置(23)的至少一个物件、以及能够供应电能给所述电器装置的电力供应设备，其特征在于，所述电力供应设备包括具有固定到所述固定部件的定子(8)和由所述旋转支承件支撑的转子(10)的异步电机(30)以及激励设备(24)，所述定子具有包括至少一个开关(21)的电路(20)，该开关(21)能够在所述电路断开的断开状态与在所述电路闭合的闭合状态之间切换，所述转子包括连接到所述电器装置的至少一个线圈，所述激励设备能够提供无功电流给所述定子的所述电路或给所述转子的所述线圈。

Description

给由旋转支承件支撑的装置供应电力
背景技术
本发明涉及供应电能给由旋转支承件支撑的电器装置。具体地，本发明涉及供应电能给由飞行器引擎的转子支撑的电器装置。
给由飞行器引擎的转子支撑的叶片装备包括旨在防止形成冰的加热电阻的除冰设备是公知的。为了供应电力给所述除冰设备，必须给转子传输电能。
为此，通常使用电刷设备。然而，电刷设备通常不大可靠并且遭受快速磨损。它们因此需要定期维护。此外，它们通常较笨重以及麻烦并且会产生与周围油物兼容性的问题。
经由旋转变压器向转子传输电能也是公知的。当要传输的功率较高时，旋转变压器通常是笨重、麻烦的设备。此外，必须由它的功率与转子需要的功率相应的电源来供应。因此需要量身定做来输送高功率的功率变换器和能量源。
此外，异步电机能够用作自激励异步发电机是已知的。异步电机通常包括具有闭合电路(连接在闭合电路中的鼠笼式转子或线圈)的转子和具有至少一个能够连接到负载的线圈的定子。为了用作自激励异步发电机，旨在供应无功功率的电容器组连接到异步电机。
当转子被旋转地驱动时，并且如果与负载和旋转速度关联地、合适地选择电容器组的电容值，那么所述异步电机能够用作发电机并且供应电能给定子负载。
发明内容
本发明着手提供在其中给由旋转支承件支撑的电器装置必须供应电力的装置，并且其不具有前述现有技术的至少一些缺点。具体地，本发明的其中一个目的在于允许以可靠方式向电器装置传输电能并且不需要笨重、麻烦的设备。
为此，本发明提供包括固定部件、相对于所述固定部件能够被旋转地驱动的旋转支承件、至少一个由所述旋转支承件支撑的电器装置的物件、以及能够供应电能给所述电器装置的物件的电力供应设备，其特征在于，所述电力供应设备包括具有固定到所述固定部件的定子和由所述旋转支承件支撑的转子的异步电机以及激励设备；所述定子具有包括能够在所述电路断开的断开状态与所述电路闭合的闭合状态之间切换的至少一个开关的电路；所述转子包括连接到所述电器装置的至少一个线圈；所述激励设备能够提供无功电流给所述定子的所述电路或给所述转子的所述线圈。
当所述开关处于它的闭合状态时，所述定子的电路闭合。如果所述旋转支承件，并且因此所述异步电机的转子被旋转地驱动，那么所述异步电机然后能够用作自激励异步发电机并且在所述转子的线圈中产生电能。换句话说，当设备供应电力到由旋转支承件支撑的电器装置的物件时，本发明通过使用配置来用作自激励异步发电机的异步电机，其中相对于在背景技术中引用的自激励异步发电机颠倒定子和转子的角色。因此能够产生电能，该电能可以在所述旋转支承件处获得，允许电力被供应到由所述旋转支承件支撑的电器装置，不需要电刷设备或旋转变压器。此外，由电器装置消耗的电力完全从所述旋转支承件获取。为了产生电力给所述旋转支承件，不需要供应电力到所述异步电机的定子。
所述激励设备可以包括电容器。
当所述旋转支承件的旋转速度和所述电器装置的负载基本上恒定时，所述电容器允许所述异步电机的自激励。在这种情况下，所述装置可以使用恒定容量的电容器作为激励设备，并且因此是简单的结构。
所述激励设备可以包括可变容量的电容器组，或者能够供应指令无功电流(commanded reactive current)的电器设备。
这样使得能够导致在所述旋转速度和/或负载改变时，所述异步电机操作为自激励异步发电机。
根据一个实施方式，所述激励设备连接到所述定子的所述电路。
所述装置可以包括电子命令单元，其能够发送切换所述开关的命令并且能够根据表示在所述电路中循环的电流的测量信号值来估算在所述电器装置中循环的电流。所述电子命令单元由能够从所述异步电机的定子获取电力的设备供电。
这样使得可以阻止所述激励设备、所述开关以及诊断设备免于承受与在所述旋转支承件处出现的高温相关的应力，以及与离心加速相关的机械应力。
根据一个变型，所述装置包括在所述开关处于它的闭合状态时能够使得电流在所述电路中循环的辅助启动设备。
所述装置可以是包括固定部件以及支撑要供电的电器装置的物件的旋转支承件的任何类型装置，例如飞行器引擎，在其中电器装置从所述引擎的转子接收电力。因此，本发明还涉及一种飞行器引擎，其还包括主轴、第二旋转支承件、以及能够将所述主轴的旋转转换成所述旋转支承件沿着第一方向的旋转以及所述第二旋转支承件沿着与所述第一方向相对的第二方向的旋转的功率变速箱。
根据一个实施方式，所述旋转支承件支撑叶片，所述电器装置包括具有集成在所述叶片中的电阻的除冰设备。
本发明还涉及一种用于供应电力到仪器的电器装置的方法，所述仪器包括固定部件、相对于所述固定部件能够被旋转地驱动的旋转支承件，所述电器装置由所述旋转支承件支撑、以及能够供应电能给所述电器装置的电力供应设备，其特征在于，所述电力供应设备包括具有固定到所述固定部件的定子和由所述旋转支承件支撑的转子的异步电机以及激励设备，所述定子具有包括能够在所述电路断开的断开状态与所述电路闭合的闭合状态之间切换的至少一个开关的电路，所述转子包括连接到所述电器装置的至少一个线圈，所述激励设备能够提供无功电流给所述定子的所述电路或给所述转子的所述线圈，所述方法包括使所述异步电机用作自激励异步发电机的步骤。
附图说明
在阅读下面给出的作为非限制性的描述以及参考附图，将更好地理解本发明，其中
图1为根据本发明一个实施方式的飞行器引擎的透视图；
图2为在图1中的引擎的局部截面图；
图3为供应电力到在图1中的引擎的设备的示意图；
图4为在图3中的电力供应设备的一个相的等价电路图；以及
图5和6分别与图3和4相似，示出实施方式的变型。
具体实施方式
图1非常示意性示出的飞行器引擎1的透视图。引擎1是具有两个相对旋转的旋转支承件的非管道风扇式引擎。每个旋转支承件支撑叶片14。在图2中的视图示意性示出引擎1在能够将主轴的旋转变换为旋转支承件沿着两个相对方向的旋转的功率变速箱处的部分。
引擎1包括固定部件2以及被旋转驱动的主轴3，例如气体涡轮机。引擎1还包括旋转支承件4和旋转支承件5。轴承7能够使主轴3旋转以及旋转支承件4和5相对于固定部件2旋转。
功率变速箱6将主轴3连接到旋转支承件4和旋转支承件5。更具体地，当主轴3沿着第一方向旋转时，功率变速箱6沿着相同第一方向驱动旋转支承件5并且沿着第二相对方向驱动旋转支承件4。功率变速箱6还降低旋转速度。例如，对于主轴3的+6000rpm的一般旋转速度，旋转支承件5以+900rpm的速度旋转，而旋转支承件4以-900rpm的速度旋转。
在图2中未示出由旋转支承件4和5支撑的叶片14。每个旋转支承件4和5支撑包括集成在叶片14中的电阻的除冰设备(未示出)。
引擎1还包括都固定到固定部件2的定子8和定子9，以及由引擎1的旋转支承件5支撑的转子10和由引擎1的旋转支承件4支撑的转子11。定子8和转子10形成供应电力到旋转支承件5的除冰设备的第一异步电机。下面详细描述该异步电机的构造和功能。定子9和转子11相应形成供应电力到旋转支承件4的除冰设备的第二异步电机。该异步电机的构造和功能基本上与第一异步电机的构造和功能相同，并且因此将不详细描述。
最后，引擎1包括电子命令单元12和具有给电子命令单元12供电的永久磁铁的发电机13，其允许自主操作。作为变型或附加形式，电子命令单元12可以例如从在飞行器上的机载网络获取电力。作为第二种变型，电子命令单元12可以由飞行器的机载网络和能够从异步电机获取电力的设备17获得电力。如果应用允许，然后将可以保证功能的自主性，不需要增加辅助发电机13。下面更详细地描述设备17。
图3示意性示出在其中供应电力到旋转支承件5的除冰设备的电阻23的方法。如前面解释，异步电机30由定子8和转子10形成。
定子8包括电路20，其包括线圈22和开关21。在示出的实例中，电路20是三相电路。作为变型，它可以是单相或多相电路。还作为另一种变型，线圈22可以用棒取代。
当开关21处于它们的闭合状态时，电路20为闭合电路，并且当开关21处于它们的断开状态时，电路20是开路电路。
电子命令单元12接收表示在电路20中循环的电流的测量信号值。并且，电子命令单元12可以发送开关21断开或闭合的命令。
异步电机30的转子10包括连接到电阻23的线圈(未示出)。在示出的实例中，转子10的电路是三相电路。作为一种变型，它可以是多相电路的单相。
自激励电容器24连接到转子10。
图4给出异步电机30的一个相的等价电路图。在该图中：
-g表示滑动电阻(slip)；
-R2表示定子电阻；
-jX2表示定子漏电感；
-R1表示转子电阻；
-jX1表示转子漏电感；
-jXm表示磁化电感；
-Rm表示磁损耗；
-Im表示磁化电流；
-RL表示负载，即电阻23；
-VL表示在电阻RL的末端处的电压；以及
-C表示电容器24。
滑动电阻等于：
g＝(Nr/(60*p)-Fst)/Nr/(60*p)
其中，
-Nr是旋转支承件5的旋转速度，单位为转数每分钟；
-p是极对的数量；以及
-Fst是产生的电流的频率。
-异步电机30如下起作用。
当开关21断开时，没有电流能够在定子8的电路20中循环。线圈22因此不产生任何磁场。因此在转子10的线圈中没有产生电压并且没有电力供应到电阻23。
当开关21闭合时，电流能够在定子8的电路20中循环。线圈22因此能够产生磁场。如果引擎1的旋转支承件5的旋转速度Nr与电容器24的值良好关联，那么异步电机30借助电容器24能够用作自激励异步发电机并且因此可以在转子10的线圈中产生电压，其能够供应电力到电阻23。
一旦开关21闭合，异步电机30的剩余磁通量引发自启动现象。在一个实施方式中，辅助启动设备25连接到电路20。一旦开关21闭合，辅助启动设备25发送电流脉冲到电路20中，例如经由变压器，以便产生剩余磁场并且启动。
换句话说，异步电机30配置来用作自激励异步发电机，其中与在背景技术中引用的自激励异步发电机相比颠倒了定子和转子的角色。这样使得能够供应电力到由引擎1的旋转支承件5支撑的电阻23。不需要电刷设备或旋转变压器。此外，由电阻23消耗的电力完全从旋转支承件5的旋转获取。不需要供应电力到异步电机30的定子8以产生电力给转子10。
为了用作所述自激励异步发电机，必须恰当选择尤其是与异步电机30的特征、旋转支承件5的旋转速度Nr、以及负载，即电阻23相关的电容器24的容量值。容量值的确定是本领域的技术人员公知的并且不需要给出其中的详细描述。
如之前解释的，引擎1是具有两个相反旋转的旋转支承件的非导管风扇式引擎。在额定功率时，这种类型的引擎基本上以恒定旋转速度运行。此外，电阻23形成基本上恒定的电阻负载。电容器24因此可以是恒定容量的简单电容器。
然而，本发明不限于供应电力到在这种类型的引擎中的除冰设备。本发明可以大体上涉及包括固定部件以及支撑要供电的电器装置的物件的旋转支承件的任何类型装置。因此旋转速度和负载值不必须是常数。
为了用作自激励异步发电机，当旋转速度和/或负载改变时，每个电容器24可以用包括多个电容器和能够使电容器组的容量改变的开关的电容器组替换。并且作为变型，自激励无功电流可以由电器或电子设备供应。
如前面所述的，电子命令单元12接收表示在电路20中循环的电流的测量信号值。知到了在电路20中循环的电流，电子命令单元12可以估算在电阻23中循环的电流并且因此促进检测在功率供应设备组件中的错误。电子命令单元12还能够接收其他信号，尤其表示旋转速度Nr、温度的信号…使得它能够证实机器30的作用是相称的。
如果电子命令单元12根据定子电流估算在电阻23中的电流很强，例如考虑到短路类型的错误，它可以命令开关21断开来阻止叶片14的退化。
还可以确定不需要在引擎1的旋转支承件5处的任何开关、传感器或其他电子元件，可以保证异步电机30的命令发送和监视。这样使得能够避免与会出现在旋转支承件5处的高温(有时候高于200℃)相关的限制以及与离心加速相关的机械限制。
然而，即使电子命令单元12不检测错误或者不命令开关21断开，也保护叶片14避免过电流。短路类型的错误导致在电阻23的值的改变。在这种情况下，电容器24不再适合于用作自激励异步发电机，并且产生了退化现象，导致停止产生电力。
此外，如前面所述的，根据一个变型，电子命令单元12可以由能够从异步电机30的定子8获取电力的设备17获得供电。设备17示出在图3中。为了利用这个电力，设备17在电路20的每个相的线路中包括电阻15以及用来处理在电阻15上获取的电压的设备16。一旦异步电机30启动，在电路20的每个相中循环的电流导致在相应相的电阻15上的压降并且处理设备16利用这些压降来给电子命令单元12供电。根据一个变型，电阻15可以可选择地用变压器替换。
图5和6与图3和4相似，示出实施例的变型。与在图3和4中的元件相同或相似的元件带有相同参考标记，并且将不进一步详细地描述。
可以发现在该实施例的变型中，电容器24串联地集成在定子8的电路20中。电容器24因此可以定位在与引擎1的旋转支承件5保持一定的距离处，其也能够避免与会出现在旋转支承件5处的高温(有时候高于200℃)相关的限制以及与离心加速相关的机械限制。
图2示出定子8和9以及转子10和11定位在引擎1中的实例。其他位置可以考虑作为变型。此外，旋转支承件4和5的仅其中一个可以装备有异步电机。并且，可以给旋转支承件4和5的其中一个提供多个异步电机。例如如果除冰设备包括多组电阻，每个预定周期要给每组连续供电，那么引擎1可以每组包括一个异步电机。
最后，已经描述了当主轴3和引擎1的旋转支承件4和5被以额定速度旋转地驱动时，在额定操作情况下供电到除冰设备。在一个变型实施方式中，当旋转已经停止或者旋转速度减慢时还可以利用在变压器模式中的异步电机30给除冰设备供电。为此，引擎1包括可以连接到电路20的交流电压源。

Claims (11)

1.一种装置(1)，该装置(1)包括固定部件(2)、相对于所述固定部件(2)能够被旋转地驱动的旋转支承件(4，5)、由所述旋转支承件(4，5)支撑的电器装置(23)的至少一个物件、以及能够供应电能给所述电器装置(23)的电力供应设备，其特征在于，
所述电力供应设备包括具有固定到所述固定部件的定子(8，9)和由所述旋转支承件支撑的转子(10，11)的异步电机(30)以及激励设备(24)，
所述定子(8)具有包括至少一个开关(21)的电路(20)，该开关(21)能够在所述电路断开的断开状态与在所述电路闭合的闭合状态之间切换，
所述转子(10)包括连接到所述电器装置(23)的至少一个线圈，
所述激励设备(24)能够提供无功电流给所述定子的所述电路或给所述转子的所述线圈。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述激励设备(24)包括电容器。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述激励设备包括可变容量的电容器组。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述激励设备包括能够提供指令无功电流的电器设备。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的装置，其中所述激励设备(24)连接到所述定子(8)的所述电路(20)。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的装置，该装置包括电子命令单元(12)，其能够发送切换所述开关的命令并且能够关联表示在所述电路(20)中循环的电流的测量信号值来估算在所述电气装置(23)中循环的电流。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述电子命令单元(12)由能够从所述异步电机(30)的定子(8)获取电力的设备(17)供电。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的装置，该装置包括在所述开关(21)处于其闭合状态时能够使得电流在所述电路(20)中循环的辅助启动设备(25)。
9.一种包括根据权利要求1至8任意一项所述的装置的飞行器引擎，所述引擎还包括主轴(3)、第二旋转支承件(4)、以及能够将所述主轴的旋转转换成所述旋转支承件(5)沿着第一方向的旋转以及所述第二旋转支承件(4)沿着与所述第一方向相对的第二方向的旋转的功率变速箱(6)。
10.根据权利要求9所述的飞行器引擎，其中所述旋转支承件(5)支撑叶片(14)，所述电器装置(23)包括具有集成在所述叶片(14)中的电阻的除冰设备。
11.一种用于供应电力到装置(1)的电器装置(23)的物件的方法，所述装置(1)包括固定部件(2)、相对于所述固定部件能够被旋转地驱动的旋转支承件(4，5)、所述电器装置(23)所述旋转支承件支撑、以及能够供应电能给所述电器装置的电力供应设备，其特征在于，
所述电力供应设备包括具有固定到所述固定部件的定子(8，9)和由所述旋转支承件支撑的转子(10，11)的异步电机(30)以及激励设备(24)，
所述定子具有包括至少一个开关(21)的电路，该开关(21)能够在所述电路断开的断开状态与在所述电路闭合的闭合状态之间切换，
所述转子包括连接到所述电器装置的至少一个线圈，
所述激励设备能够提供无功电流给所述定子的所述电路或给所述转子的所述线圈，所述方法包括导致所述异步电机用作自激励异步发电机的步骤。
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