CN104321957A - 包括异步电机的电能供应系统以及安装有这种电能供应系统的引擎 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种电能供应系统，其包括异步电机(100)、用于利用推进引擎的转子旋转异步电机的转子(110)的装置(130)以及用于利用异步电机的所述转子向至少一个电设备供电的电连接件(140)，其特征在于，该异步电机(100)进一步配备成经由所述异步电机的定子(120)接收交流电能，在由该异步电机的转子的推进引擎的所述转子所驱动的速度的预定范围内，其所具有的将电能从所述定子(120)传递到所述转子(110)的效率优于将旋转机械能转换为电能的效率。

Description

包括异步电机的电能供应系统以及安装有这种电能供应系统的引擎
技术领域
本发明涉及一种尤其用于向由旋转支撑件支承的电设备提供动力的电能供应系统。本发明还涉及一种安装有这种电能供应系统的引擎。
背景技术
本发明具体用来提供用于电驱动设备的工具，所述电驱动设备由引擎转子的叶片或者沿引擎的相反方向旋转的两个转子的叶片所支承，例如用于叶片的除冰设备或用于电定位这种叶片的系统。
已知用于这种装置的电能供应系统在例如文件US4621978中所描述的刷子装置的帮助下传递来自飞机或引擎的静止部分的电能。然而，这些装置笨重且不够可靠，并且要求与用于在运转过程中对它们进行冷却的系统一起定期维护。还发现与在它们的环境中出现的油状物兼容有关的问题。
还已知旋转变压器也用来传递来自飞机或引擎的静止部分的电能。存在以低频率(低于1kHz)运转的这种变压器，所述变压器具有U形或E形类型的结构，所具有的拓扑寻求解决层压材料的问题。相反，在高频率范围中(高于1kHz)，在高功率处(高于5kW)，当温度提升时(通常在200℃以上)，层压材料将失去它们的特性。这导致高水平的损失且导致变压器对振动和冲击敏感。在详细的上下文中描述旋转变压器的文件的例子是WO2010/081654。
还已知的是文件FR2962271，其通过使用作为自激发电机运转的异步电机教导将电能传递到旋转支撑件。
本发明寻求解决上述问题并提供了一种可靠、需要少维护、重量轻且占据有限空间的技术方案。
发明内容
为此目的，提供了一种电源，其包括异步电机、用于利用引擎的转子驱动异步电机的转子旋转的装置以及用于利用异步电机的所述转子向电设备提供动力的电连接件，系统的特征在于，所述异步电机也被布置成经由所述异步电机的定子接纳交流(AC)电能，其在引擎的转子驱动下异步电机的转子的驱动速度的预确定范围内将电能从定子转移到转子所具有的效率相对于将旋转机械能转换成电能所使用的效率更稿。
通过进行这种设计选择，异步电机可以放置就位，用于经由其转子对电设备提供动力，该机器所具有的重量和体积极大地小于在现有技术中所描述的这种类型的异步发电机的重量和体积。相对于使用U核心或E核心型旋转变压器，使用异步电机的优点被保留，因为分层材料没有出现问题。维护的要求非常低。
在一特定实施例中，该异步电机具有至少在转子中或定子中的前进波绕组。其用来提高异步电机的可靠性。
在一特定实施例中，该异步电机所具有的绕组每个狭槽仅具有一个线棒。因此，所要求的连接件的数量减少，从而使其可降低装置的重量和尺寸。
在另一方面，本发明还提供了一种具有支承电设备的转子的引擎，该转子包括如以上所述的至少一个电能供应系统，电设备与电能供应系统的电连接件相连。这种转子具有改进的性能，因为为了向由引擎的转子所支承的电设备提供动力的目的，其利用重量更小、更紧密且更可靠的装置。
在各种可能的装置结构中，异步电机的所述定子被布置为经由发电机接收来自引擎、来自引擎的辅助变速箱(AGB)或来自AC电源的AC电能。在不同的其他可能的装置中，异步电机的所述定子相对于引擎的机舱是静止的，或相对于引擎的第二转子是静止的。
在一特定的实施例中，引擎包括支承第二电设备的第二转子，引擎具有如以上所述的至少一个第二电能供应系统。第二电设备与第二电能供应系统的电连接件相连，两个电能供应系统平行布置以经由各自的定子接收来自共源极的AC电能。因此，具有两个对转转子的无导管风扇可以以这种方式配备。
在各种可能的装置中，在电设备与电能供应系统的电连接件之间的连接件经由机械动力变速箱、经由旋转变压器、经由发电机或经由沿着与第一转子相反的方向旋转的引擎的第二转子穿过。
特别地，电设备可以包括用于将叶片除冰的装置或用于电定位叶片的系统。
附图说明
本发明参考以下附图在以下描述：
图1显示了本发明的电能供应系统的广义实施例；
图2显示了图1实施例的特定方面；
图3是图2的特定方面的另外一个视图；
图4是图2和3的特定方面的另外一个视图；
图5是图2至4的特定方面的另外一个视图；
图6显示了本发明的引擎的实施例；
图7显示了图6实施例的特定实施方面；
图8显示了本发明的引擎的另外一个实施例；以及
图9显示了图8实施例的特定实施方面。
具体实施方式
图1显示了在本发明的普通实施例中的电能供应系统。其包括由转子110和定子120组成的机器100。转子110与机械装置130相连，以使其可由引擎的转子驱动。转子线圈与电连接件140相连，用于向电设备供电。定子线圈与电连接件150相连，用于应用电能，特别是交流电能。对于在驱动速度的预确定范围中由引擎的转子驱动的异步电机的转子，异步电机100将电能从定子120转移到转子110的效率相对于旋转机械能被转换成电能所具有的效率更高。这通过设计获得：对于一些旋转速度，变压器效应被优化，对输出扭矩造成了影响。
在例中，转子110可配备有平衡的三相绕组。为此目的，该机器具有在定子上和在转子上的相同数量对数的电极，或者其具有能够适于平衡三相电的绕组。
例如，图1的系统的一个可能的设计利用六对具有1mm的气隙的电极。针对24.7kW的供应电功率，120伏特(V)均方根(rms)的电压以600赫兹(Hz)输入到定子(相对于空挡)上，同时异步电机的转子以15Hz被驱动。从转子获得的电压于是具有690Hz的频率，108Vrms的振幅(相对于空挡)，以及24kW的输出功率。可以看到，当主要地与变压器功能关联时，从转子获得3.3kW的机械能，并且该机器仅仅导致4kW的损失。
由引擎的转子驱动的异步电机的转子的速度的预确定范围被设置为大约15Hz的旋转频率，例如10Hz至20Hz的范围，或14Hz至16Hz的范围，在所述速度的所述预确定范围内，将电能从定子120传递到转子110的效率相对于旋转机械能被转换成电能所使用的效率更高。在所示出的例子中，通过与从由引擎传递的电能输出的3.3kW的功率有关的低数值的损失(4kW)披露了优化的效应，该电能没有被优化，因为输出功率特别地被忽略以优化变压器的效果。
通过调节由电连接件150所输入的功率来调节传递到电连接件140的功率。在特定情况下，由于由引擎传递的功率，定子所需要的功率可以低于来自转子的输出功率。荷载可以经由异步电机观察到，以确定其运转状态。
功率可以使用静止的转子来传递，其中案例的操作仅为变压器类型。
规定异步电机可具有涉及径向或轴向通量变化的类型的拓扑。
图2显示在图1中所显示的机器100的转子或定子的绕组的实施例。可以在定子上和在转子上均使用相同类型的绕组，然而，还可以在转子上和在定子上使用不同的绕组。绕组是前进波绕组，其使得可每转子或定子狭槽仅使用一个线棒，从而减少棒间短路的风险。
在图2中，所显示的十四个狭槽编号201至214，绕组具有九个导体，编号为301至309。在所显示的实施例中，各电极均具有与三相电压的相同相位平行连接的三个线棒。
因此，导体部分301，302和303插入到形成第一电极的连续狭槽201，202和203中。在各狭槽的出口处，所有的三个导体301，302和303均沿着相同的方向以直角弯曲，并分别经由狭槽212，211和210穿过(即沿着转子或定子的周边，离开其狭槽的第一导体随后是最后一个进入到另外一个狭槽中的)。
在狭槽之间的导体部分构成了导体悬突部，所述导体悬突部表示所消耗的体积和重量，并使用前进波绕组，使得可缩短它们的长度。与三相AC电压的第二相位平行相连的导体304，305和306分别占据狭槽204，205和206，在弯曲成直角且占据伸出型截面后，它们分别返回到在附图中未示出且附图标记为214和213的狭槽(再次地，离开其狭槽的第一导体随后是最后一个进入到下一个狭槽中的)。该图还显示了占据狭槽207，208和209且与三相电压的第三个相位平行相连的导体307，308和309。在狭槽201，202，203与狭槽210，211，212之间的导体301，302和303的悬突部在此实施例中设置为与狭槽有一段距离，同时在狭槽204，205，206与狭槽213，214之间的导体304，305和306的悬突部位于靠近狭槽的位置。
图3显示了在图2实施例的变型的端对端视图中的一个相位的导体。该导体与在它们端部351和352的外电路相连。此图以以下顺序显示与狭槽有两段距离的悬突部：接近于悬突部，远离悬突部，接近于悬突部，接近于悬突部，远离悬突部。通过此布置，再次地，离开其狭槽的第一导体随后是最后一个进入到另外一个狭槽中的。
图4显示了在图2和3的变型中的三个相位的导体。在此例中，每个电极均存在三个线棒，如在前图中那样。一单个导体用于各相位。随后三个完整的匝围绕在其两个自由端之间的转子或定子的周边，其与在四个点处的转子的或定子的地面相连，其中两个点靠近第一自由端，其中两个点靠近第二自由端。附图标记410和420用来显示三个导体中一个的自由端。相同的连接方案用于另两个连接器。当靠近具有附图标记410的两个自由端中的一个时，该导体穿过相同导体的两个部分，所述相同导体在以平行的方式遵循在它们之前围绕周边制造完整的匝，然而，当靠近附图标记420的两端中的第二个时，导体跟随相同导体的两个部分，而不穿过它们，所述相同导体以平行的方式遵循周边的完整匝。有交叉靠近自由端的连接的附图标记是411和412，无交叉靠近自由端的连接的附图标记是421和422。
图5显示了端到端的一个相位的导体，规定如果每个电极存在n个导体，则图5只显示被n除的导体匝数，仅用于三个相位中的一个。
图6显示了在具有例如无导管风扇的两个对转转子的引擎上实施本发明的可能。
AC电通过飞机的电网610获得或通过AGB 615或由引擎620(自由涡轮，第一转子或后转子，或者第二转子或前转子)获得。当使用AGB或转子时，使用各自的发电机616或621。在控制系统626的控制下的开关625使得可选择性地选择电源。如果有必要，其包括用于格式化供应到异步电机的电能的电能转换器。电能通过两个变压器630和631被从静止参照系A转移到两个反转旋转参照系B和C，所述变压器630和631在来自开关625的出口处彼此平行地相连。参照系B和C分别是两个转子Fwd 640和Aft641。电能最后被传递到用于在这些转子的叶片上提拱动力的装置，给定各自的附图标记650和651。
变压器630和631是参考附图1至5所描述的电能供应系统。
图6实施例的一变型在图7中显示，其显示了其他实施例的细节。AC电能(标记625)通过两个导线700和710被传递到引擎(参照系A)的定子，所述导线中的第一个包括变压器630，并继续直到转子640的叶片650，所述导线中的第二个包括变压器610并在到达转子641的叶片651之前通过动力变速箱(PGB)机构720继续。不同轴承显示在该图中，以指示在不同元件之间的相对旋转。
图8显示了也在具有两个反转转子的引擎上的本发明的另外一个可能实施例。
如以上的交流电通过飞机的电网610或通过AGB 615或通过引擎620获得。
电能最初通过变压器810和通过变压器820平行地从静止参照系A传递到旋转参照系B，所述变压器也可以是发电机820。参照系B是转子Fwd640的参照系。转子640的叶片650由变压器810提供动力。变压器830将由变压器或由发电机820所传递的能量从参照系B传递到参照系C。参照系C是转子Aft641的参照系。转子641的叶片651由变压器830提供动力。变压器830和810以及可选择地变压器820是参考附图1至5所描述的电能供应系统。
此系列的连接用来减轻特定的合并约束。
图8实施例的变型在具有其他实施例细节的图9中显示。AC电能(标记625)通过导线900和910被传递到引擎的定子(参照系A)，所述导线中的第一个包括变压器810，并继续到达转子640的叶片650，同时，所述导线中的第二个包括变压器或发电机910和变压器830，并继续到达转子641的叶片651。不同轴承在该图中显示，以指示在不同元件之间的相对旋转。在此变型中，电源线避免PGB机构。
以上参考非限制性实施例描述了本发明，其延伸至权利要求的范围内的任何变型。

Claims (15)

1.一种电能供应系统，其包括异步电机(100)、利用引擎的转子驱动所述异步电机的转子(110)旋转的装置(130)以及利用所述异步电机的转子向电设备供电的电连接件(140)，其特征在于，所述异步电机(100)还设置为经由所述异步电机的定子(120)接收交流电能，在所述引擎的所述转子的驱动下，在所述异步电机的转子的驱动速度的预定范围内，所述电能供应系统将电能从所述定子(120)转移到所述转子(110)的效率优先于将旋转机械能转换成电能的效率。
2.根据权利要求1所述的电能供应系统，其中所述异步电机具有至少在一转子中或在一定子中的前进波绕组(图2-5)。
3.根据权利要求1或2所述的电能供应系统，其中所述异步电机的绕组每个狭槽(201-214)仅具有一个线棒(301-309)。
4.一种具有负载电设备的转子(640，641)的引擎，所述转子包括至少一个根据权利要求1至3中任何一项所述的电能供应系统(630，631；810，830)，所述电设备与所述电能供应系统的电连接件相连。
5.根据权利要求4所述的引擎，其中所述异步电机的所述定子设置为经由发电机(621)接收来自所述引擎(620)的交流电能供应。
6.根据权利要求4或5所述的引擎，其中所述异步电机的所述定子设置为经由发电机(615)接收来自所述引擎的辅助变速箱(615)的交流电能。
7.根据权利要求4至6中任何一项所述的引擎，其中所述异步电机的所述定子设置为接收来自一交流电能供应网络(610)的交流电能。
8.根据权利要求4至7中任何一项所述的引擎，其中所述异步电机(630，631；810)的所述定子相对于所述引擎的机舱(A)是静止的。
9.根据权利要求4至8中任何一项所述的引擎，其中所述异步电机(830)的所述定子相对于所述引擎的转子(640)是静止的。
10.根据权利要求4至9中任何一项所述的引擎，其包括负载第二电设备的第二转子(640，641)，所述引擎具有至少一个根据权利要求1所述的第二电能供应系统(630，631；810，830)，所述第二电设备与所述第二电能供应系统的电连接件相连，所述两个电能供应系统平行布置，以经由各自的定子接收来自一公共源(625)的交流电能。
11.根据权利要求4至10中任何一项所述的引擎，其中在所述电设备与所述电能供应系统的电连接件之间的一连接件穿过一机械动力变速箱(720)。
12.根据权利要求4至11中任何一项所述的引擎，其中在所述电设备与所述电能供应系统的电连接件之间的一连接件穿过一旋转变压器(820)。
13.根据权利要求4至12中任何一项所述的引擎，其中在所述电设备与所述电能供应系统的电连接件之间的一连接件穿过沿着与第一转子(641)相反的方向旋转的所述引擎的第二转子(640)。
14.根据权利要求4至13中任何一项所述的引擎，其中所述电设备包括用于为叶片除冰的装置。
15.根据权利要求4至14中任何一项所述的引擎，其中所述电设备包括用于电定位叶片的系统。
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