CN105874674B - 用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种为至少一个被装载在涡轮机转子(12)上的副电负载供电的装置，所述装置包括：主电路，所述主电路用于将主电功率传输到至少一个被装载的主电负载(16)上并且包括用于使定子与转子之间旋转电连接的旋转电连接装置(15)；和至少一个副电路，所述至少一个副电路用于传输副功率并且包括至少一个定子副导体(28)，所述定子副导体与副电功率源联接，所述副电功率源适用于以具有所选副频率的功率信号的形式发送副功率，所述副功率被选择成能够使副功率借助于旋转电连接装置(15)而无干扰地被选择性传输，所述传输独立于主功率的传输。

Description

用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置
技术领域
本发明涉及一种用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置，所述涡轮机转子装配成相对于涡轮机定子旋转。本发明还涉及一种装配有这种用于独立传输复合电功率的装置的涡轮机(尤其是具有螺旋桨的涡轮机(例如飞行器的涡轮螺旋桨发动机、飞行器(直升飞机、自转旋翼飞机、无人驾驶飞机)的转动机翼、或风车的螺旋桨)；或者轴向压缩机或轴向涡轮等)，以及本发明尤其涉及包括至少一个这种涡轮机的飞行器，以及涉及一种包括至少一个这种涡轮机的风车。
背景技术
在全文中，术语“传输电功率”表示在直流或交流电压下确立直流或交流的电流，所述电流具有不随时间变化的预定特征，这与控制或通讯电信号(自然地不连续或者具有随时间变化的特征，以便传输信息)不同。
涡轮机转子包括具有压缩机叶片的旋转轴(轴向或离心；打开或关闭；用于可压缩的流体或不可压缩的流体)和/或涡轮(轴向或离心；打开或关闭；用于可压缩的流体或不可压缩的流体)。已知使用不同的电动和/或电子系统(例如用于叶片除霜、冲击检测或振动检测(WO03102599、WO03104821、WO9957435)、或其它)来装配涡轮机转子、尤其是这种转子的叶片是有利的。
然而在该背景技术中，其中一个问题在于对于被装载在转子上的这些不同电负载(charge électrique)的供电问题。事实上，WO03102599和WO03104821例如使用电池。该解决方案不令人满意并且实际上不被采用。事实上，该解决方案规定了被装载的电动系统的性能的较大限制，这是因为该解决方案不能够提供较大的能量总量和/或充足的续航，或者需要成本较大的规律性保养操作。而且，该解决方案不具有充足的可靠性(电池的运行可被涡轮机转子上承受的较大加速或振动影响，并且电池的运行和续航的实际时间不受与定子连成一体的系统控制)。另外，该解决方案的问题在于考虑电池质量(导致不平衡)和电池体积的电池一体化。
WO9957435提出了在风车情况下使用由利用转子旋转的充电装置充电的蓄电池、或者太阳能板、或者叶片所具有的小涡轮、又或由风车驱动的发电机的电功率作为电能源。所有这些解决方案的缺点在于实际采用较为困难。例如，专用于为被装载的电动监控系统供电的转动收集器的使用理论上是可能的，但实际上构成笨重、体积大、并且昂贵的解决方案。
另外，已知涡轮机包括用于使功率在定子与转子之间传输的主电路，例如用于为叶片的电动除霜系统供电，(参见例如US6851929、US7355302、US7602081、EP2664545等)已提出使用用于传输功率的该主电路，以在定子与转子之间朝向除霜系统的被装载的电子控制单元传输控制信号。对于该被装载的电子单元的供电由主电路实施，并且可在不通过主电路向除霜系统传输功率时不被启用，除非设置有转子所具有的蓄能器，该解决方案具有与上述解决方案相同的缺点。
发明内容
本发明旨在通过提供一种用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置来消除这些缺点，所述涡轮机转子装配成相对于涡轮机定子旋转。
本发明还旨在提供一种用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置，该装置具有与涡轮机的运行约束相适应的可靠性，该装置在涡轮机中的一体化基本不影响该涡轮机或不同构件的性能和运行，并且该装置安装和使用成本较低。
本发明还旨在提供一种装置，该装置与其在涡轮机上、尤其在飞行器的涡轮机上的一体化相适应。为此，本发明更确切地旨在提供一种装置，该装置较轻、体积较小、可靠、可作为认证的使用寿命较长、并且与飞行器或风车上的一体化约束相适应。
本发明尤其提供一种装置，该装置一方面能够使至少一个被装载在涡轮机转子上的主电负载被供电，另一方面能够使至少一个被装载在该转子上的副电负载被独立供电。本发明尤其旨在提供一种供电装置，该供电装置能够根据对于该副电负载的特定需求来调节对于每个被装载的副电负载的供电特征(而不需要规定每个副电负载的性能限制)，所述调节不受续航限制，并且确保了每个副电负载被供电，该供电独立于对于被装载在转子上的每个主电负载的供电。
本发明还尤其旨在提供一种用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置，该装置能够使至少一个被装载的副电负载被供电，该供电独立于对于被装载的其它电负载(例如电动除霜系统)的供电(即在不对于被装载的其它电负载供电时确保了对于至少一个被装载的副电负载的供电)。本发明还尤其旨在提供一种供电装置，该供电装置避免了被装载在转子上的电池或蓄能器的一体化，因此免去了被装载在转子上的电池或蓄能器。
本发明还旨在提供一种用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置，该装置能够使每个被装载的副电负载被选择性供电，而不干扰由其它供电装置供电的其它被装载的电动构件。
本发明还尤其旨在提供一种用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置，该装置能够监控使功率在涡轮机定子与涡轮机转子之间传输的传输电路的至少一部分。
本发明还旨在提供一种具有相同优点的涡轮机，即该涡轮机包括具有上述优点的用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置。
本发明还尤其旨在提供一种涡轮机，该涡轮机的转子可装配有至少一个被装载的主电负载和至少一个被装载的副电负载，对于所述至少一个被装载的副电负载的供电通过具有上述优点的用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置而被确保独立于对于每个主电负载的供电。
本发明更具体地旨在提供一种处于开放空气中的轴向涡轮机(飞行器的涡轮螺旋桨发动机或活塞式发动机的螺旋桨或鼓风机、风车螺旋桨等)
本发明还旨在提供一种包括至少一个这种涡轮机的飞行器。本发明还旨在提供一种包括至少一个这种涡轮机的风车。
为此，本发明涉及一种用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置，所述涡轮机转子装配成相对于定子旋转，所述装置包括：
-称为主电路的电路，所述主电路用于传输电功率并且包括：
○称为定子主导体的导电体，所述定子主导体与所述定子连成一体并且与至少一个称为主源的电功率源联接，所述主源适用于发送称为主功率的电功率，
○称为转子主导体的导电体，所述转子主导体与所述转子连成一体并且与所述转子所具有的至少一个主电负载联接以用于为所述至少一个主电负载供应主功率，
○用于使定子主导体与转子主导体之间旋转电连接的旋转电连接装置，所述旋转电连接装置能够确保所述定子主导体与所述转子主导体之间的电功率传输，
-至少一个称为副电路的电路，所述副电路用于传输称为副功率的电功率并且包括：
○至少一个称为定子副导体的导电体，所述定子副导体与所述定子连成一体并且与称为副源的电功率源联接，所述副源不同于每个主源并且适用于以具有称为副频率的预定频率的功率信号的形式发送副功率，所述副频率被选择成能够使副功率通过旋转电连接装置而在所述定子主导体和所述转子主导体上无干扰地被选择性传输，所述传输独立于主功率向每个主电负载的传输，
○至少一个称为定子联结装置的电联结装置，所述定子联结装置在每个定子副导体与至少一个称为定子混合导体的定子主导体之间，所述定子联结装置适用于为每个定子混合导体供应由每个定子副导体发送的副功率。
本发明还旨在提供一种能够使复合电功率经由同一旋转电连接装置而被独立传输到涡轮机转子上的装置。由此被传输在转子上的每个电功率可具有所有合适的特征，尤其是关于电压和电流的特征。其中一个电功率可经过旋转电连接装置而为直流型的。至少一个电功率可为(单相或三相)交流型的。
因此，可为转子所具有的复合电负载独立供电并且/或者还可执行对于一个(或多个)将电功率传输到转子上的电路的运行和/或质量的持久监控。
旋转电连接装置可由本身已知的所有结构形成，其确保了两个旋转零件之间的彼此电连接。该装置可为旋转接触式电连接装置(例如具有电刷的收集器)、或者无接触式旋转电连接装置。
在根据本发明的装置中，转子不具有每个副源。所述每个副源与定子或与涡轮机外部的系统(例如飞行器机架或者风车杆所具有的系统)连成一体。副源根据所需特征发送副功率，并且本身由可作为主源的任意能量源(例如具有涡轮机的飞行器的电网或者在风车情况下的陆地电网)供电。每个电功率源、尤其每个副源可从由功率源、电压源和电流源构成的组中选择。这有利地涉及稳定的供电。
副频率被选择成使副功率在主导体中的传输与电功率或信号经由这些主导体的所有其它传输分开。副频率不同于主频率。尤其有利地，根据本发明，主频率和副频率的倍数比至少大于2、尤其大于10。优选地，副频率大于主频率。作为变型还可相反地设置成使副频率小于主频率。
在一些实施例中，有利地，根据本发明，所述副电路包括：
-至少一个定子环路滤波器，
-至少一个转子环路滤波器，
-这些环路滤波器被选择和配置成在主电路中形成至少一个副功率传输环路，所述至少一个副功率传输环路包括所述旋转电连接装置和至少一个定子联结装置，并且能够使所述副功率循环。
环路滤波器根据副功率和独立于副功率的能够由主电路传输的电功率的特征来适配。
尤其有利地，根据本发明，主功率被传输到具有称为主频率的频率的主电路中，副频率不同于主频率。另外，每个环路滤波器为适用于通过过滤具有主频率的电功率而选择性传输具有副频率的副功率的滤波器。
而且，有利地，根据本发明，每个定子联结装置包括使每个副源与主功率隔离的滤波器。为此，每个副源被保护抵御主功率。
有利地，根据本发明，上述滤波器中的每个可由无线链路控制(RLC)型无源滤波器形成。然而还可使用更复杂的滤波器，例如具有运算放大器的有源滤波器，必要时具有一体化电路的形式，这例如涉及定子所具有的滤波器。
在一些实施例中，有利地，根据本发明，副频率大于主频率(至少大两倍)，每个环路滤波器为用于选择性传输副功率的高通滤波器，并且定子联结装置包括使所述副源与主功率隔离的高通滤波器。另外，在这些实施例中，有利地，根据本发明，每个环路滤波器为夹置在两个主导体之间以在主电路中形成环路的并联电容。事实上，简单的并联电容足以用作高通滤波器。
副频率的选择还适用于本发明的应用的一般背景。有利地，根据本发明，副频率大于10kHz。另外，通常，主频率小于1kHz，这尤其是在飞行器的情况下。
根据本发明的装置尤其能够通过副电功率经由一部分主电路、尤其是经由所述旋转电连接装置为至少一个被装载在转子上的副电负载独立供电，所述副电功率完全独立于可由主电路传输以用于为至少一个也被装载在转子上的其它电负载供电的电功率(例如用于为除霜系统供电的电功率)。为此，根据本发明的装置因此为经由同一旋转电连接装置为被彼此独立装载在转子上的多个电负载供电的供电装置，尤其是转子所具有的至少一个副电负载的供电装置。
因此根据第一方面，本发明涉及用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置，其特征在于，所述副电路包括：
-至少一个称为转子副导体的导电体，所述转子副导体与所述转子连成一体，
-至少一个称为转子联结装置的电联结装置，所述转子联结装置在每个转子副导体与至少一个称为转子混合导体的转子主导体之间，所述转子联结装置适用于为每个转子副导体选择性供应由每个转子混合导体发送的副功率，
并且至少一个转子副导体与至少一个被装载在转子上的副电负载联接，所述至少一个被装载在转子上的副电负载因此借助于旋转电连接装置由(由所述副电路发送的)副功率供应电功率。
因此，根据本发明的装置能够由至少一个主源经由包括所述旋转电连接装置的主电路为至少一个被装载在转子上的主负载选择性独立供电，并且能够由至少一个不同于每个主源的副源经由并入一部分主电路的副电路为至少一个被装载在转子上的副电负载选择性独立供电，并且尤其能够通过至少一个转子副导体为所述旋转电连接装置选择性独立供电，所述至少一个转子副导体不同于每个转子主导体并且通过转子联结装置而与所述每个转子主导体联接。
在一些实施例中，有利地，根据本发明，主电路包括在主源与定子主导体之间的至少一个开关，并且每个定子联结装置与定子主导体相关联，所述定子主导体与旋转电连接装置直接联接，即尤其在每个定子联结装置与旋转电连接装置之间未夹置有开关。换句话说，每个定子联结装置夹置在所述至少一个开关(即所有主功率开关)与旋转电连接装置之间。为此，能够在主功率未被传输时传输副功率，主源通过处于断开位置上的开关模块与定子主导体隔离。
副电功率经由副电路被发送到每个被装载的副电负载上，以便为该被装载的副电负载供电。尤其在一些实施例中，有利地，根据本发明，至少一个被装载的副电负载包括供电电路，所述供电电路包括用于发送直流供电电压的副功率整流器。
另外，在一些实施例中，有利地，根据本发明，由所述副电路供应副功率的每个被装载的副电负载仅由来自所述副源的所述副功率单独供电。然而作为变型还可设置使同一被装载的副电负载不仅由由副电路发送的所述副功率供电，还部分由其它不同的副电路和/或由发送未借助于旋转电连接装置传输的电功率的其它供电装置供电。
根据(可或不可与上面组合的)其它方面，本发明涉及用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个检测器，所述至少一个检测器配置用于发送代表在副电路中流动的电流(尤其是在所述副功率传输环路中流动的电流和/或在定子副导体中流动的电流和/或由副源发送的电流)的至少一个参数的信号，以能够使所述参数被监控。根据本发明的装置因此为监控副电路良好运行和/或至少一部分主电路、尤其是旋转电连接装置良好运行的监控装置。
有利地，根据本发明，这种检测器从由电流检测器和电压检测器形成的组中选择。其它变型(频率检测器、相位检测器、功率检测器等)也是可能的。
在一些实施例中，有利地，根据本发明的装置包括电流检测器，所述电流检测器配置用于发送代表在副电路中流动的电流的强度的信号。有利地，根据本发明，这种电流检测器为定子所具有并且发送代表该电流的强度的信号，该信号可被传输到中央系统以用于处理和采用(尤其作为对于存在性和/或值和/或该电流强度变化的监控)。根据本发明的装置可包括唯一的副电路(该副电路包括唯一的副功率源)、唯一的定子副导体、和唯一的转子副导体。作为变型，根据本发明的装置可包括多个副电路(不同的副电路能够为不同的被装载的电负载彼此独立供电)和/或多个副功率源和/或多个定子副导体和/或多个转子副导体和/或多个定子联结装置和/或多个转子联结装置。副电路尤其可在主电路的相线(phase)中的每个上形成。同一副电路也可为多个被装载的电动构件供电。作为变型，可设置多个副电路，每个副电路分别为其中一个被装载的电动构件供电，不同的被装载的电动构件因此被彼此独立供电。
在每个副导体与至少一个主导体之间的联结装置的功能在于在定子位置处将副功率电流注入主导体中并且在转子位置处从主导体提取副功率电流。考虑到由于主电路通常可运输的电流的特征极其不同于副功率电流的特征，优选地所设置的感应联结装置导致副导体与主导体之间的隔离。
因此，有利地，根据本发明，每个电联结装置包括通过感应形成联结的隔离变压器。更具体地，在实施例中，根据本发明的装置为独立于至少一个被装载的副电负载的供电装置，有利地，根据本发明：
-每个定子联结装置包括称为定子隔离变压器的变压器，该变压器通过感应形成在定子混合导体与每个定子副导体之间的联结，
-每个转子联结装置包括称为转子隔离变压器的变压器，该变压器通过感应形成在转子混合导体与每个转子副导体之间的联结。
另外，每个副电路有利地适用于避免在主电路与副电路之间的所有干扰，即在主电路与副电路之间或在副电路与主电路之间的所有多余电流的注入。为此，有利地，根据本发明：
-每个定子联结装置包括与所述定子混合导体联接的环路滤波器，该环路滤波器尤其在定子隔离变压器的上游，
-每个转子联结装置包括与所述转子混合导体联接的环路滤波器，该环路滤波器尤其在转子隔离变压器的下游，
-这些环路滤波器适用于形成使副功率在主电路中的定子联结装置与转子联结装置之间传输的环路，以将所述副功率选择性传输到每个被装载的副电负载上。
定子电联结装置和转子电联结装置因此能够分别保护定子副导体和转子副导体抵御在主电路中流动的电功率。这些装置还能够保护与主电路联接的不同构件抵御副功率。有利地，根据本发明，每个转子联结装置包括使每个被装载的副电负载与主功率隔离的滤波器。
另外，有利地，根据本发明，在实施例中，副频率大于主频率，转子联结装置包括使每个被装载的副电负载与主功率隔离的高通滤波器。
在转子方面，为了避免将副功率全部注入主负载中，需设置为：
-对于副频率，使形成转子环路滤波器的并联电容的阻抗小于主负载的阻抗(尤其至少小10倍)，
-对于主频率的最大值，使形成转子环路滤波器的并联电容的阻抗大于主负载的阻抗(尤其至少大10倍)。
在定子方面，为了避免将副功率完全注向主负载，需设置为：
-对于副频率，使形成定子环路滤波器的并联电容的阻抗小于主源的阻抗(尤其至少小10倍)，
-对于主频率的最大值，使形成定子环路滤波器的并联电容的阻抗大于主源的阻抗(尤其至少大10倍)。
另外，在根据本发明的装置的一些实施例中，副功率小于主功率，例如大约为主功率的5％至10％。然而，本发明还应用为副功率大于主功率。
在一些实施例中，有利地，根据本发明，所述转子包括至少一个叶片，至少一个被装载的副电负载包括称为第三电路的电路，所述第三电路包括：
-在转子联结装置与称为转子第三导体的导电体之间的至少一个电联结装置，所述至少一个电联结装置适用于为转子第三导体供应由转子联结装置发送的电流，
-在转子第三导体与转子的叶片所具有的环型电路之间的至少一个电联结装置，
-在所述环型电路与转子的所述叶片所具有的至少一个称为第三电负载的电负载的供电单元之间的至少一个电联结装置。该第三电负载例如为涡轮机叶片所具有的第三电路，多个第三电路因此由唯一且相同的副电路并联供电。
而且，优选地，这些电联结装置优选地为与隔离变压器联结的联结装置，所述隔离变压器通过感应实施联结，并且包括合适的环路滤波器。
还可加设使通过电联结装置彼此联接的大量功率传输电路按迭瓦状排列，所述功率传输电路优选地为具有能够通过感应来实施联结的隔离变压器类型的。
本发明涉及一种涡轮机，所述涡轮机包括：装配成相对于定子旋转的转子、至少一个被装载在所述转子上的主电负载、和至少一个被装载在所述转子上的副电负载，其特征在于，所述涡轮机包括根据本发明的用于将复合电功率独立传输到转子上的装置。
有利地，根据本发明的涡轮机的特征还在于，转子包括至少一个螺旋桨，所述至少一个螺旋桨具有与所述转子装配成一体旋转的多个叶片，以及所述转子包括螺旋桨的至少一个叶片的除霜装置，所述除霜装置作为主电负载。这可尤其涉及飞行器的螺旋桨(在空气中打开的轴向压缩机：鼓风机或者推进或升力螺旋桨(即其中包括转动机翼))、或风车的螺旋桨(在空气中打开的轴向涡轮)。
另外，有利地，根据本发明，至少一个被装载的副电负载从电变流器和电致动器的组中选择。
电变流器尤其可为检测器，所述检测器包括：至少一个敏感元件，所述至少一个敏感元件能够发送电测量信号；和至少一个电路，所述至少一个电路与每个敏感元件相关联，以用于为所述每个敏感元件供电并且/或者处理由所述敏感元件发送的测量信号。副功率为(供电和/或信号处理)电路和/或这种电变流器的敏感元件供电。作为非限制性示例，可涉及电子微系统，所述电子微系统安装在转子的叶片中和/或轴上，以用于测量速度(或检测是否超过预定速度阈值)并且/或者用于检测冲击并且/或者测量振动并且/或者为由螺旋桨执行的匝数计数并且/或者测量温度(或检测是否超过预定温度阈值)并且/或者测量压力或应力(或检测是否超过预定压力阈值或预定应力阈值)等等。
尤其有利地，根据本发明，至少一个被装载的副电负载包括至少一个电变流器，所述至少一个电变流器包括至少一个敏感元件，所述至少一个敏感元件从加速计、压电传感器、振动传感器、温度传感器、应力仪、压力传感器、声音传感器、电流传感器、电压传感器、湿度传感器、臭氧传感器、烟传感器、灰传感器、变形传感器、霜传感器、冰传感器的组中选择。其它示例也是可能的。
作为变型或作为组合，有利地，根据本发明，至少一个被装载的副电负载包括至少一个被供应副功率的电致动器，例如电动阀、制动器、伺服阀等。
本发明还涉及一种包括至少一个根据本发明的涡轮机的飞行器。本发明还涉及一种包括至少一个根据本发明的涡轮机的风车。
本发明还涉及一种用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置，尤其是涉及组合了全部或部分上述或下述特征的一种被装载在涡轮机转子上的至少一个副电负载的供电装置、一种涡轮机、一种飞行器和一种风车。
附图说明
通过阅读下文作为非限制性示例给出的详细说明和附图，本发明的其它目的、特征和优点将更加清楚，在附图中：
-图1为涡轮机和根据本发明的用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置的第一实施例的接线图，其中所述装置构成被彼此独立装载的多个电负载的供电装置，
-图2为涡轮机和根据本发明的装置的第二实施例的接线图，其中所述装置构成被彼此独立装载的多个电负载的供电装置，
-图3为更详细示出根据本发明的用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置的定子联结装置实施例的接线图，
-图4为更详细示出根据本发明的供电装置的转子联结装置的第一变型的接线图，
-图5为更详细示出根据本发明的供电装置的转子联结装置的第二变型的接线图，
-图6为涡轮机和根据本发明的装置的第三实施例的接线图，其中所述装置构成监控副电路和/或至少一部分主电路良好运行的监控装置，
-图7为涡轮机和根据本发明的装置的第四实施例的接线图，其中所述装置同时构成符合图1的被彼此独立装载的多个电负载的供电装置和监控副电路和/或至少一部分主电路良好运行的监控装置，
-图8为涡轮机和根据本发明的装置的第五实施例的接线图，其中所述装置构成监控副电路和/或至少一部分主电路良好运行的监控装置，
-图9为涡轮机和根据本发明的装置的第六实施例的接线图，其中所述装置构成监控副电路和/或至少一部分主电路良好运行的监控装置。
具体实施方式
涡轮机包括定子11和装配成相对于定子11旋转的转子12。在附图上，涡轮机的一般机械特征和热力学特征未详细示出，本发明应用于考虑这些机械特征和热力学特征的所有类型的涡轮机，所述涡轮机涉及轴向或离心、打开或关闭、用于可压缩的流体(例如空气)或不可压缩的流体(例如水)的涡轮机，涉及压缩机(其中包括风扇、鼓风机、螺旋桨或泵)，以及/或者涉及涡轮等等。在所有这些情况下，转子12包括被引导成相对于定子11旋转的主轴25和与该轴装配成一体旋转的至少一个叶片24(通常为围绕轴25均匀分布的多个叶片)。
涡轮机装配有主供电电路，所述主供电电路能够在和定子连成一体的电设备与和转子连成一体的被装载的电设备之间传输功率。该主供电电路包括使和定子连成一体的称为定子主导体13的导电体与和转子连成一体的称为转子主导体14的导电体之间旋转电连接的旋转电连接装置15。该旋转电连接装置15能够确保电功率在主导体13、14之间传输，而转子12被驱动成相对于定子11旋转。而且，这种旋转电连接装置15可作为本发明保护范围内的任何不同实施变型的对象，只要所述旋转电连接装置能够确保在定子主导体13与转子主导体14之间传输电功率。这例如可涉及使用滑动环和/或电刷和/或毛(cil)(即导电并且可弹性弯曲的线或圆柱形细长件)和/或轴向弹性恢复接触片等的转动接触。该旋转电连接装置15为具有至少一个线路的转动收集器(电流回复可通过质量进行)。旋转电连接装置15还可包括：用于相线传输的唯一线路(voie)，电流回复通过质量进行；用于至少一个相线和一个中性线(neutre)或者至少两个相线的传输的至少两个线路，存在或者不存在通过质量进行电流回复。所有的构造、尤其是单相或三相构造是可能的。
例如，旋转电连接装置15能够传输称为主功率的电功率，所述主功率能够为通过转子叶片的焦耳效应来电动除霜的电阻16供电。
该主功率被传输电功率的主电路传输，所述主电路包括定子主导体13、转子主导体14、旋转电连接装置15、电能主源17和开关模块18，所述电能主源例如可为飞行器电网中的一个或者为陆地电网，所述开关模块被供电管理模块19控制，以能够为不同的定子主导体13中的每个选择性供应主功率。
在图1示出的实施例中，开关模块18和供电管理模块19为定子11所具有。供电管理模块19本身与用于处理数字数据和控制的中央系统20联接，所述中央系统可为飞行器上的信息系统或风车的控制站或其它。
在所示的示例中，主源17在相线21和中性线22上发送的单相交流电流，该电流一方面为供电管理模块19供电，另一方面借助于开关23为定子主导体13供电，所述开关由供电管理模块19控制。相线与N个(在所示的示例中N＝2)定子主导体13并联联接，以使主电路包括N+1个定子主导体13、N+1个转子主导体14、旋转电连接装置15和中性线，所述旋转电连接装置允许在N+1个线路上的连接：N个相线分别与N个除霜电阻16联接。形成相线的每个转子主导体14与其中一个除霜电阻16的一个接线柱串联联接，除霜电阻16的另一个接线柱与形成中性线的转子主导体14联接。通常，转子12的每个叶片24包括除霜电阻16中的一个，供电管理模块19适用于以合适和本身已知的方式管理对于不同叶片24的不同电阻16的周期性供电。
另外供电管理模块19形成电功率(称为副功率)的称为副源的源，所述副源适用于为被装载在转子21上并且构成被装载的副电负载的M个电动构件30供电。副功率不同于主功率，被装载的电动构件30不同于构成被供应主功率的主负载的除霜电阻。该副功率由供电管理模块19发送到称为副供电导体27的导体上，所述副供电导体与M个定子副导体28联接，所述M个定子副导体与该副供电导体27并联连接。在图1示出的实施例中，M＝N＝2，但是，被装载的电动构件30的数量M可不同于被供应主功率的系统的数量N，这两个数量通常不同于2并且可对应或不对应于转子的叶片24的数量。
每个定子副导体28分别为定子的M个隔离变压器29的一个线圈供电，所述线圈的两个接线柱与供电管理模块19联接。每个定子隔离变压器29的另一个线圈由定子主导体13中的一个形成。每个定子隔离变压器29的这两个线圈通过电磁感应而彼此联结，以使由定子副导体28发送的副功率被传输到由定子主导体13形成的变压器29的线圈上。
每个定子隔离变压器29因此通过感应而在发送副功率的定子副导体28与其中一个定子主导体13之间实施联结，以在该定子主导体13中注入所述副功率，该定子主导体因此构成能够一方面传输主功率另一方面传输副功率的定子混合导体。然而，每个定子隔离变压器29还能够使主电路与由此形成的每个副电路隔离。每个定子隔离变压器29布置在开关模块18的下游，即每个定子隔离变压器与和旋转电连接装置15直接联接的定子主导体13相关联而未夹置有开关。因此，副功率被传输到旋转电连接装置15上，该传输独立于管理主功率的开关模块18的开关位置。
另外，开关模块18和主源通过M个定子环路滤波器31而与副功率隔离，每个环路滤波器31与定子混合导体13中的一个联接。在图1的实施例中，每个环路滤波器31由并联电容形成，所述并联电容夹置在定子混合导体13与中性线22之间。
被注入主电路中的副功率被旋转电连接装置15传输到与M个定子混合导体13相对应的M个称为转子混合导体的转子主导体14上。
与转子混合导体14联接的每个除霜电阻16由于转子环路滤波器32而与副功率隔离，所述转子环路滤波器在所示的示例中为与电阻16的两个接线柱联接的并联电容。转子混合导体14中与电阻16联接的一个(即在所示的示例中与中性线联接的一个)形成转子隔离变压器33的一个线圈35。转子隔离变压器33的另一个线圈36与称为转子副导体34的导体联接，所述转子副导体本身与M个被装载的电动构件30中的一个联接。隔离变压器33的线圈35、36通过电磁感应而联结，以使在线圈35中流动的副功率被传输到线圈36中并且能够为被装载的电动构件30(构成被装载的副电负载)供应来自供电管理模块19的副功率，该供应借助于旋转电连接装置15但独立于经由该旋转电连接装置15被传输以用于为除霜电阻16(构成主电负载)供电的主电功率。
注意到在所示的示例中，设置有与被装载的电动构件30一样多的隔离变压器29、33(即每个叶片一个)，还可相反地设置唯一的转子隔离变压器33和唯一的定子隔离变压器29，副功率的分配通过仅用于该作用的副电路而在不同的被装载的电动构件30位置处、必要时在不同的叶片位置处实施。实际上，转子隔离变压器33的数量优选地根据被装载在转子12上的不同电动构件30所需的不同副功率来选择。因此，当被装载在转子12上的所有电动构件30需要同一种类供电时，唯一的转子隔离变压器33是足够的。当相反地不同种类的供电被使用时，可有利地设置同样多的副电路与转子隔离变压器33，并且存在要提供的供电的特征。在后一种假设的情况下，供电管理模块19为不同的定子隔离变压器29彼此独立供电，这与在所示的示例中设置的情况相反。
图2示出的第二实施例与前一个实施例的不同之处在于旋转电连接装置15仅具有用于相线传输和中性线传输的两个线路，在不同的除霜系统16之间的主功率转换通过被装载在转子12上的开关模块38实施。该开关模块38由能够以本身已知的方式通过电流载体或通过调制而被传输到主导体13、14上的控制信号来控制。开关模块38为用于为除霜电阻16供电的N个环路39选择性供电。该开关模块38包括用于每个供电环路39(即用于每个除霜电阻16)的开关68，该开关能够为该供电环路39和对应的除霜电阻16选择性供应主功率。
唯一的定子隔离变压器29由供电管理模块19供电。定子环路滤波器31夹置在该定子隔离变压器29与由供电管理模块19控制的相线和中性线的开关23之间。在所示的示例中，该定子环路滤波器31为联接在两个定子主导体13之间(即在相线与中性线之间)的并联电容。定子隔离变压器29与定子主导体13中的一个(即与在所示的示例中的中性线22)相关联，该中性线形成定子隔离变压器的线圈中的一个，该定子隔离变压器29的另一个线圈由与供电管理模块19联接的定子副导体28供电。
唯一的转子隔离变压器33与转子主导体14中的一个(即与在所示的示例中接收中性线的转子主导体14)相关联，该转子主导体形成该转子隔离变压器33的线圈中的一个。该转子隔离变压器33借助于夹置在该转子隔离变压器33与转子开关模块38之间的转子环路滤波器32而夹置在旋转电连接装置15与转子开关模块38之间。在所示的示例中，该转子环路滤波器32为联接在两个转子主导体14之间(即在相线与中性线之间)的并联电容。转子隔离变压器33的另一个线圈与转子副导体34联接，以便为该转子副导体34供应副功率。
转子副导体34能够为被装载在转子12上的M个电动构件30并联供电。每个被装载的副电负载包括第三电路，所述第三电路包括转子第三导体40，所述转子第三导体与副导体34以及与叶片支撑脚的隔离变压器41的一个线圈联接。该叶片支撑脚的隔离变压器41的另一个线圈由与开关模块38联接的其中一个环路39的其中一个导体形成。环路滤波器42夹置在叶片支撑脚的隔离变压器41与开关模块38之间。在所示的示例中，环路滤波器42为夹置在环路39的两个导体之间的并联电容，所述两个导体与同一除霜电阻16的两个接线柱联接。
在要供电的被装载的电动构件30(构成转子的每个叶片所具有的第三电负载)附近，称为隔离供电变压器43的隔离变压器43也与为电阻16供电的环路39相关联，该环路的其中一个导体形成该隔离供电变压器43的一个线圈。该隔离供电变压器43的另一个线圈与被装载的电动构件30联接以用于经由旋转电连接装置15、转子隔离变压器33、叶片支撑脚的隔离变压器41和隔离供电变压器43来为所述被装载的电动构件供应副功率。环路滤波器44夹置在除霜电阻16与隔离供电变压器43之间。在所示的示例中，该环路滤波器44为使除霜电阻16的两个接线柱联接的并联电容。
图3为供电管理模块19(并入副源)和用于将副功率注入主电路中的定子隔离变压器29的实施例。时钟50发送具有与副功率的副频率对应的预定频率的时钟信号51。该时钟信号51被提供到n-p-n型三极管52的基极，该三极管的发射端接地并且该三极管的接收端借助于并联的稳压二极管54而与带通滤波器53联接，所述稳压二极管保护三极管52抵御可来自主电路的多余电压脉冲。
带通滤波器53能够传输具有副频率的功率，并且一方面消除由切割(découpage)产生的较高谐波，另一方面消除可尤其来自主电路的低频率分量，以及消除能够使隔离变压器29饱和的连续分量。带通滤波器53的输出端(LC串联滤波器的输出端)形成定子副导体28，所述定子副导体可被卷成围绕环形框架60的多匝线圈。这样形成的线圈具有与直流电压+V的源61联接的相对的接线柱。在所示的示例中，带通滤波器53包括串联电容55、LC并联滤波器和LC串联滤波器，所述串联电容过滤直流分量，所述LC并联滤波器包括电感56和电容57，所述LC串联滤波器包括电感58(被添加在由定子副导体28形成的线圈的电感上)和电容59。
定子主导体13被卷成围绕环形框架60的一(或多)匝。通常，由该定子主导体13形成的线圈(具有最大直径)的匝数少于由定子副导体28形成的线圈的匝数。
由时钟信号51确定的副频率被选择为能够使副频率在主电路上无干扰地并且独立于主功率传输。尤其注意到即使当主功率未被传输时(即例如当开关23断开时)，副功率经由旋转电连接装置15而由主电路传输。然而副功率与主功率同时由主电路传输。飞行器上的电网提供通常频率小于1kHz的主功率，并且该频率通常最大等于650Hz。同样，陆地电网通常提供频率小于100Hz的交流电流。因此副频率足够大以与主频率区分，所述副频率优选地大于10kHz，例如在100kHz至500kHz之间选择。所述副频率还有利地被选择为能够例如通过电流载体来传输其它信号，例如在同一主电路上的具有不同频率的控制信号或测量信号。
图4为转子隔离变压器33和被装载的电动构件30中包括的供电电路(能够从副功率中提取直流供电电压+V)的实施例。转子主导体14被卷成围绕转子隔离变压器33的环形框架70的一或多匝。转子副导体34被卷成围绕该环形框架70的多匝，并且由此形成的线圈的两个接线柱与供电电路71的两个输入接线柱联接，所述供电电路包括带通滤波器73，所述带通滤波器在所示的示例中由包括串联电感74和串联电容75的LC串联滤波器和包括并联电感76和并联电容77的LC并联滤波器形成。该带通滤波器73能够消除主功率的低频率分量以及例如用于传输控制测量信号的具有被传输到主电路中的极高频率的分量。这适用于传输副功率的副频率。
该带通滤波器73的两个输出接线柱借助于过滤非直流分量的并联电容79而与桥式整流二极管78联接，所述桥式整流二极管的两个输出端形成供电电路71的输出接线柱。所述输出接线柱中的一个接地，而另一个输出接线柱72发送直流电压+V，该直流电压能够为被装载的电动构件30供电。优选地，桥式整流二极管78被选择为具有可能的最佳效率，例如具有极小阈值的肖特基二极管。
图5示出了供电电路71的另一实施例。在该实施例中，该电路包括控制器80，该控制器例如为与具有较小损失的N通道金属-氧化物-半导体型场效应管(MOSFET)(可为PSMN075-100MSE三极管(参考www.nxp.com))的桥81相关联的型号(参考www.1inear.com)。桥81直接在两个输入端83上接收由转子副导体34形成的线圈的两个接线柱，并且将直流电压+V发送到输出接线柱82上。
并联电容31、32形成定子环路滤波器和转子环路滤波器，不同滤波器的构件根据副频率fs的值来适配。以下表格给出并联电容31、32的值C1的选择示例，阻抗有利地需对于副频率为大约1Ω而对于主功率的频率fp大于200Ω。
C1(μF) 0，47 0，66 1 0，47 0，66 1 0，47 0，66 1
fp(Hz) 620 620 620 620 620 620 620 620 620
Ω(fp) 540 380 250 540 380 250 540 380 250
fs(kHz) 200 200 200 135 135 135 100 100 100
Ω(fs) 1，7 1，2 0，8 2，5 1，8 1，2 3，4 2，4 1，6
另外，对于大约110kHz的副频率，对于带通过率器53的电容57和59可选择例如大约47nF的值，对于带通滤波器53的串联电感58(其中包括由副导体28形成的线圈的电感)和并联电感56可选择大约47μH的值。同样的值可被用于被装载的电动构件30的供电电路的带通滤波器73。
在本发明的变型中，可使用具有副频率的正弦信号来代替简单的时钟信号51，以改善功率的传递并且减少多余的发射。
可由根据本发明的装置供应副频率的被装载的电动构件30可为任意的并且可有利地从电变流器和电致动器的组中选择。所述被装载的电动构件尤其可涉及电检测器，所述电检测器包括至少一个敏感元件，所述至少一个敏感元件从由加速计、压电传感器、振动传感器、温度传感器、应力仪、压力传感器、声音传感器、电流传感器、电压传感器、湿度传感器、臭氧传感器、烟传感器、灰传感器、变形传感器、霜传感器、冰传感器形成的组中选择。其它示例也是可能的。作为变型或作为组合，有利地，根据本发明，至少一个被装载的副电负载包括至少一个被供应副功率的电致动器，例如电动阀、制动器、伺服阀等。
注意到副电路还可适用于使信号(尤其是控制信号和/或通讯信号和/或测量信号)在定子与转子之间以一个方向或者以另一个方向传输。副电路尤其还可适用于将由被装载的检测器(尤其是由副电路供应副功率的被装载的电动构件30的电检测器)发送的测量信号传输到中央信息系统120以便被采用。为此，这些信号例如可通过副功率的调制而被传输，因此副功率可被用于作为载频(porteuse)。例如，这些信号可通过频率相对于副频率fs的调制而被传输。作为变型或作为组合，还可设置相位和/或幅度的调制。
在图6的第三实施例中，根据本发明的装置与图2的第二实施例的相似之处在于涉及复合功率在转子上的传输，但仅构成了监控包括旋转电连接装置15的一部分主电路良好运行的监控器。为此，电流表65以串联方式布置在定子副导体28上并且发送在该定子副导体28中流动的电流的测量信号66，该测量信号被传输到供电管理模块19，之后被传输到中央系统20以用于处理和采用。中央系统20尤其可适用于监控穿过定子副导体28的电流的强度是否大于预定阈值，该预定阈值能够检测通过旋转电连接装置15建立的电接触中的任何异常。环路滤波器31、32和带通滤波器53还适用于避免将主功率完全注向副源以及将副功率完全注向除霜电阻16和主源17。
图7示出的第四实施例与图1的第一实施例相似，其不同之处仅在于该第四实施例不仅构成了为多个不同的电负载彼此独立供电的供电装置，还构成了监控包括旋转电连接装置15的一部分主电路和能够为副负载30供电的每个副电路良好运行的监控器。为此，电流表65以串联方式布置在每个定子副导体28上，所述每个定子副导体为定子隔离变压器29的线圈供电。每个电流表65将代表在对应的定子副导体28中流动的电流的强度的信号发送到供电管理模块19上。每个电流表65能够检测不仅在通过旋转电连接装置15建立的电接触中还任选地在对应的副供电电路中的任何异常。作为变型(未示出)或作为组合，还可设置成使电流表以串联方式布置在与不同的定子副导体28联接的副供电导体27中，以监控与被发送到转子上的总副功率对应的总电流。
图8示出的第五实施例与图6的第三实施例相似，除了转子12包括如图2的第二实施例中的被装载的开关模块38。该开关模块38由控制信号控制，所述控制信号能够以本身已知的方式通过电流载体或通过调制而被传输到主导体13、14上。开关模块38为用于为除霜电阻16供电的N个环路39选择性供电。在该实施例中，环路滤波器31、32适用于阻止副功率被完全注入除霜电阻16的供电环路39中，但需能够向开关模块38传输主功率和控制信号。需要时，可设置比简单的电容更复杂的滤波器以用于以合适的方式使这些功率以及频率信号分开。在该第五实施例中，根据本发明的装置还包括电流表65，该电流表以串联方式布置在定子副导体28上，并且发送代表在定子副导体28中流动的电流的强度的信号66。副功率仅在由环路滤波器31、32限界的环路中流动，以使根据本发明的装置仅为监控旋转电连接装置15良好运行的监控装置。
图9示出的第六实施例与图8示出的第五实施例的不同之处在于电容67在被装载的开关模块38的每个开关68之间并联联接，这能够使副功率在除霜电阻16的每个供电环路39中选择性流动，当这些开关断开时，定子的电流表65能够持久监控不同除霜电路的组件(其中包括旋转电连接装置15)中的电连续性。这些电容67被选择为不传输主功率，并且这些电容代替了第五实施例和第二实施例的转子环路滤波器32。
本发明可作为相对于仅在附图上示出和在上文中描述的这些实施例的大量实施变型的对象。尤其是，联结装置能够以不采用隔离变压器的方式(例如借助于耦合电容)来实施，隔离变压器可被实施成不同于环形变压器，每个副源和每个供电管理模块19的特征可变化，等等。另外，主功率不需要作为用于为除霜系统供电的功率，本发明涉及其它的使用和应用，其中具有不同特征的两种电功率需在涡轮机的定子与转子之间被传输。

Claims (15)

1.一种用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置，所述涡轮机转子装配成相对于定子旋转，所述装置包括：
-称为主电路的电路，所述主电路用于传输电功率并且包括：
○称为定子主导体(13)的导电体，所述定子主导体与所述定子连成一体并且与至少一个称为主源的电功率源联接，所述主源适用于发送称为主功率的电功率，
○称为转子主导体(14)的导电体，所述转子主导体与所述转子连成一体并且与所述转子所具有的至少一个主电负载联接以用于为所述至少一个主电负载供应主功率，
○用于使定子主导体与转子主导体之间旋转电连接的旋转电连接装置(15)，所述旋转电连接装置能够确保所述定子主导体与所述转子主导体之间的电功率传输，
-至少一个称为副电路的电路，所述副电路用于传输称为副功率的电功率并且包括：
○至少一个称为定子副导体(28)的导电体，所述定子副导体与所述定子连成一体并且与称为副源的电功率源联接，所述副源不同于每个主源并且适用于以具有称为副频率的预定频率的功率信号的形式发送副功率，所述副频率被选择成能够使副功率通过旋转电连接装置(15)而在所述定子主导体和所述转子主导体上无干扰地被选择性传输，所述选择性传输独立于主功率向每个主电负载的传输，
○至少一个称为定子联结装置的电联结装置，所述定子联结装置在每个定子副导体(28)与至少一个称为定子混合导体的定子主导体之间，所述定子联结装置适用于为每个定子混合导体供应由每个定子副导体(28)发送的副功率。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述副电路包括：
-至少一个定子环路滤波器(31)，
-至少一个转子环路滤波器(32)，
-这些环路滤波器被选择和配置成在主电路中形成至少一个副功率传输环路，所述至少一个副功率传输环路包括所述旋转电连接装置(15)和至少一个定子联结装置，并且能够使所述副功率循环。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，主功率被传输到具有称为主频率的频率的主电路中，副频率不同于主频率，并且每个环路滤波器(31，32)为适用于通过过滤具有主频率的电功率而选择性传输具有副频率的副功率的滤波器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，每个定子联结装置包括使每个副源与主功率隔离的滤波器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述副电路包括：
-至少一个称为转子副导体(34)的导电体，所述转子副导体与所述转子连成一体，
-至少一个称为转子联结装置的电联结装置，所述转子联结装置在每个转子副导体(34)与至少一个称为转子混合导体的转子主导体之间，所述转子联结装置适用于为每个转子副导体(34)选择性供应由每个转子混合导体发送的副功率，
-至少一个转子副导体(34)与至少一个被装载的副电负载联接，所述至少一个被装载的副电负载借助于旋转电连接装置(15)由副功率供应电功率。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，每个转子联结装置包括使每个被装载的副电负载与主功率隔离的滤波器。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，至少一个被装载的副电负载包括供电电路(71)，所述供电电路包括用于发送直流供电电压的副功率整流器。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个检测器，所述至少一个检测器配置用于发送代表在副电路中流动的电流的至少一个参数的信号，以能够使所述参数被监控。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，每个电联结装置包括通过感应形成联结的隔离变压器。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子(12)包括至少一个叶片(24)，至少一个被装载的副电负载包括称为第三电路的电路，所述第三电路包括：
-在转子联结装置与称为转子第三导体(40)的导电体之间的至少一个电联结装置，所述至少一个电联结装置适用于为转子第三导体供应由转子联结装置发送的电流，
-在转子第三导体(40)与转子的叶片(24)所具有的环型电路之间的至少一个电联结装置，
-在所述环型电路与转子的所述叶片所具有的至少一个称为第三电负载的电负载的供电单元之间的至少一个电联结装置。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，主电路包括在主源与定子主导体之间的至少一个开关，每个定子联结装置与定子主导体相关联，所述定子主导体与所述旋转电连接装置直接联接而未夹置有开关。
12.一种涡轮机，所述涡轮机包括：装配成相对于定子(11)旋转的转子(12)、至少一个被装载在所述转子上的主电负载、和至少一个被装载在所述转子上的副电负载，其特征在于，所述涡轮机包括根据权利要求1至11中任一项所述的用于将复合电功率独立传输到涡轮机转子上的装置。
13.根据权利要求12所述的涡轮机，其特征在于，转子(12)包括至少一个螺旋桨，所述至少一个螺旋桨具有与所述转子装配成一体旋转的多个叶片(24)，以及所述转子包括螺旋桨的至少一个叶片的除霜装置(16)，所述除霜装置作为主电负载，并且至少一个被装载的副电负载从电变流器和电致动器的组中选择。
14.一种飞行器，所述飞行器包括至少一个根据权利要求12或13所述的涡轮机。
15.一种风车，所述风车包括至少一个根据权利要求12或13所述的涡轮机。
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