CN104500293A - 一种多工况无刷直流电动泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞机燃油系统技术领域，涉及一种多工况无刷直流电动泵的设计和结构。本发明所述的多工况无刷直流电动泵由一个具有多状态工作能力的无刷直流电动机驱动安装在其轴上的叶轮旋转，抽吸燃油流过滤网、泵芯壳体和叶轮离心增压，然后进入径向导叶进一步扩散增压，转向轴向流动，增压燃油经过泵罩与电机的壳体间的环形流道汇流，经泵罩顶部的单向活门及活门壳体输出。以往输油泵即使有多个工作状态也按最大工况设计，自身不具备调节能力，依靠调节阀来控制流量压力，工作在单一曲线上；而多工况无刷直流电动泵匹配设计的多工况，可以使泵在各状态工作时“恰好”满足当前工况需求，工作在一组相似的“流量-压力”曲线上，形成较大工作包线范围。

Description

一种多工况无刷直流电动泵

技术领域

一种多工况无刷直流电动泵属于飞机燃油系统技术领域，涉及一种由无刷直流电动机驱动、可在多个工况点工作的宽包线离心式燃油泵的设计和结构。

背景技术

多年以来，运输类飞机及其输油泵因型号替代周期长等原因发展缓慢，输油泵工作状态单一、功重比低、效率低、维护困难；究其原因，主要是这些泵采用有刷电机驱动，转速低，无控制，工况点不可调或可调范围极小。

近年来，民航机、运输机和水上飞机不断地提高机载成品的高可靠性、长寿命、易维护、高功重比和自适应性能等要求，而无刷直流电动机技术也随之发展进步。相比有刷电机，无刷直流电机无换向器，工作平稳、转速高，方便控制。

发明内容

本发明的目的：设计研制一种可直接控制多状态工作的无刷直流电动泵，能在很宽的“流量-压力”包线范围内工作，具有多状态切换工作、拆装自封、左右件/对称件、耐坠撞和全面防错等功能，可以满足新一代运输类飞机燃油系统功能和综合管理需要，同时提高输油泵可靠性和安全性，改善维护性，大幅降低产品重量。

本发明的技术方案：本发明由泵芯组件(9)和拆装自封组件(10)两部分组成，其中泵芯组件(9)包括无刷直流电动机(1)、离心叶轮(2)、滤网(3)、泵入口段(4)和径向导叶(5)，装自封组件(10)包括泵罩(6)、单向活门(7)和活门壳体(8)；每两个径向导叶(5)间形成的流道，流道中心线的朝向从泵入口段(4)处的径向转为径向导叶(5)尾端的轴向。如图1所示，由一个无刷直流电动机(1)驱动安装在无刷直流电动机(1)轴上的离心叶轮(2)旋转，抽吸油箱内的燃油经滤网(3)和扇形截面的径向流道后进入泵入口段(4)，流经离心叶轮(2)离心增压，然后进入径向导叶(5)进一步扩散增压，形成的增压燃油汇流后经过泵罩(6)与无刷直流电动机(1)壳体间轴向环形流道，经泵罩(6)顶部的菌状单向活门(7)和活门壳体(8)，流出到燃油出口管。如图2所示，所述无刷直流电动机(1)自带控制器，无刷直流电动机(1)的输出功率和转速状态多级可调、连续可调，使无刷直流电动泵在较大的“流量-压力”包线范围内工作在一组相似曲线上。

如图3、图4所示，多工况泵芯为由控制器控制多状态切换工作的无刷电机驱动的离心泵，泵芯组件整体安装在拆装自封结构内。其中多状态切换工作功能通过确定泵和无刷直流电动机的多个工作状态，在控制器内设计电机调速控制模块来控制电机工作。拆装自封功能主要在拆装时自封燃油入口(11)和出口(12)，打开或自封燃油入口依靠通过定位和限位结构与泵芯联动的密封筒实现；打开燃油出口依靠电机顶部的顶杆打开柱塞活门实现，而自封燃油出口依靠弹簧压紧柱塞活门实现；左右件/对称件功能在拆装自封组件和多工况泵芯组件之间用安装或对称调位结构来实现；防错功能通过接口的限位和定位等综合防错设计来满足；通过一体化和四巧设计(“取消、重排、简化、合并”)方法优化，提高功重比和可靠性；耐坠撞要求通过内部结构和安装结构的保护、缓冲和吸能设计来满足。

本发明的有益效果：本发明是国内外首次研究的、可在较宽包线范围工作、实时满足燃油系统调节要求的运输类飞机输油泵，其功能集成、一体化结构、拆装自封及壳体设计上有多项创新，具有完全自主知识产权。

本发明成功地在输油泵上满足了大跨度的多个流量-压力输出要求，解决了输油泵多状态和宽包线工作需求及难题，满足故障监测、诊断和重构管理要求，大幅度减小功耗，工作适应性强。

本发明功能、结构和性能的综合一体化设计，集成了多状态工作、同步式拆装自封、对称件/左右件、限流启动、耐坠撞和全面防错功能，制造工艺性和使用维护性好，重量轻、体积小、功重比高、可靠性高、接口适应性强。

本发明具有良好的模块化扩展和系列化改型能力，适于产业化发展。

附图说明：

图1是本发明一种多工况无刷直流电动泵工作原理；

图2是本发明多工况工作示意；

图3是本发明多工况泵芯组件示意；

图4是本发明拆装自封组件示意；

图5是本发明的一体化泵壳体示意；

图6是本发明的电机原理图；

1—无刷直流电动机，2—离心叶轮，3—滤网，4—泵入口段，5—径向导叶，6—泵罩，7—单向活门，8—壳体。

具体实施方式

具体实施方式见图1至图6。下面将通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

所述的多工况无刷直流电动泵，由泵芯组件和拆装自封组件两部分组成，其中泵芯组件包括无刷直流电动机1、离心叶轮2、滤网3、泵入口段4和径向导叶5，装自封组件包括泵罩6、单向活门7和活门壳体8。如图3、图4所示。由一个无刷直流电动机(1)驱动安装在无刷直流电动机(1)轴上的离心叶轮(2)旋转，抽吸油箱内的燃油经滤网(3)和扇形截面的径向流道后进入泵入口段(4)，流经离心叶轮(2)离心增压，然后进入径向导叶(5)进一步扩散增压，形成的增压燃油汇流后经过泵罩(6)与无刷直流电动机(1)壳体间轴向环形流道，经泵罩(6)顶部的菌状单向活门(7)和活门壳体(8)，流出到燃油出口管。所述无刷直流电动机(1)自带控制器，无刷直流电动机(1)的输出功率和转速状态多级可调、连续可调。如图1、图2。

使无刷直流电动泵在较大的“流量(P)-压力(Q)”包线范围内工作在一组相似曲线上。

每两个径向导叶5间形成的流道，流道中心线的朝向从泵入口段4处的径向转为径向导叶5尾端的轴向ZC。如图5所示。

本发明的驱动电机采用永磁无刷直流电动机型式，如图6。图中DMS为三相永磁电动机，通过检测电机反电势信号，经逻辑变换电路LTC，产生PWM信号经驱动逆变器电路DR控制逆变器UI工作，经UI后给电机提供三相对称、与电势同相位的方波电流驱动电动机运转。电机采用内外浸油设计，省去动密封并为控制器提供良好冷却；电机设计内循环来保证轴承的润滑和电机及轴承的冷却；拆装自封结构采用机械式定位和限位防错设计等。通过系统的一体化设计、防错设计和四巧设计，大幅度减少零组件、连接件和调节环节，显著提高可靠性。本发明的多工况额定功率跨200W～500W范围，通过综合仿真和优化设计泵的水力性能及电机的电磁性能，合理匹配设多个设计点及变工况点参数，使泵在加力、额定和低压等各工况满足不同参数要求，且均具有较高效率，满足较窄的性能区间要求。以往输油泵即使有多个工作状态也按最大工况设计，自身不具备调节能力，依靠调节阀来控制流量压力，工作在单一流量Q-压力P曲线上；而多工况无刷直流电动泵匹配设计的多工况，可以使泵在各状态工作时“恰好”满足当前工况需求，工作在一组相似的曲线上(如A状态为加力、B状态额定、C状态为低压等等)，较以往输油泵额定和低压工作状态时大幅度节能，如图2，其状态及性能连续可调，在“宽包线”较大范围工作。

Claims (3)

1.一种多工况无刷直流电动泵，其特征在于，所述的直流电动泵包括泵芯组件和拆装自封组件；其中，泵芯组件包括一个无刷直流电动机(1)、安装在无刷直流电动机(1)轴上的离心叶轮(2)、滤网(3)、泵入口段(4)和径向导叶(5)；拆装自封组件包括泵罩(6)、单向活门(7)和活门壳体(8)；该离心叶轮(2)由所述的无刷直流电动机(1)驱动旋转，抽吸油箱内的燃油，燃油经滤网(3)和扇形截面的径向流道后进入泵入口段(4)，经离心叶轮(2)离心增压，然后进入径向导叶(5)进一步扩散增压，形成的增压燃油汇流后经过泵罩(6)与无刷直流电动机(1)壳体间轴向的环形流道，经泵罩(6)顶部的菌状单向活门(7)和活门壳体(8)，流出到燃油出口管；所述无刷直流电动机(1)自带控制器，无刷直流电动机(1)的输出功率和转速状态为多级连续可调。

2.根据权利要求1所述的多工况无刷直流电动泵，其特征在于：所述的径向导叶(5)为多个，每两个径向导叶(5)间形成流道，流道中心线的朝向从泵入口段(4)处的径向转为径向导叶(5)尾端的轴向。

3.根据权利要求1或2所述的多工况无刷直流电动泵，其特征在于：所述的无刷直流电动泵能够在较大的“流量-压力”包线范围内工作在一组相似曲线上。