CN107528442A - 航空内装式永磁起动发电机 - Google Patents
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Abstract
航空内装式永磁起动发电机，属于电气工程领域，包括永磁体、永磁磁轭、转子铁心、电枢绕组和电枢铁心，其特征在于：所述转子铁心固定在航空发动机低压轴的进气口一侧；永磁磁轭和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；转子铁心圆周上均布有5k个扇形通孔，k为大于1的正整数；永磁磁轭朝向转子铁心的一侧固定扇形永磁体；电枢铁心朝向转子铁心的一侧带有扇形凸出的电枢极；每相邻的3个永磁体充磁方向相同，每个电枢极上都绕有集中式的电枢线圈。本发明的技术进气口温度较低能适应永磁体工作；转子铁心转动惯量小，定转子极数少，可以高速旋转；既可以作为电动机运行又可以作为发电机运行，因此非常适合作为航空内装式起动发电机。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空内装式永磁起动发电机，属于航空电机技术领域。
背景技术
多电飞机和全电飞机是现代飞机发展的必然趋势。具备起动发电机是多电飞机的重要特征，它在传统航空燃气涡轮发动机基础上，将内装式起动发电机用支承发动机转子的磁悬浮轴承安装于飞机发动机内部，省去传动机构并高速运转，以提供足够的电力供给分布式电子控制系统、电动燃油泵和电力作动器等部件。起动发电机既能当作起动机运行，又能当做发电机运行，在起动发动机后为用电设备供电。
我国发动机工业整体行业实力起步晚，技术基础较为薄弱，加上欧美长期对中国封锁发动机技术，使我国不能引进消化吸收最先进技术。而目前国内外严峻的形式和强大的民用需求要求我们研发先进的航空发动机。航空内装式起动发电机便是目前急需研发的关键技术，而这方面目前尚未检索到公开的专利文献。
永磁电机不需要励磁电流就能产生磁场，因此能量转化效率高。永磁发电机中的永磁体既是励磁源，又是磁路的组成部分。永磁式发电机省去了励磁式发电机的励磁绕组、碳刷、滑环结构整机结构简单，避免了励磁绕组易烧坏、滑环易磨损等故障，可靠性大为提高。
目前国内外已有部分采用永磁起动发电机的研究，例如申请号为201310153475.X的发明专利：起动发电机提出了一种转子磁铁呈90度平面圆弧状的起动发电机。授权的发明专利：离心式永磁起动机发电装置：ZL 201510044107.7，发明了一种环绕固定在飞轮外转子内壁有多块永磁材料的起动发电机。
盘式永磁电机因其机械及电磁结构特殊适合应用于对转矩和机械结构有特殊要求的场合。申请专利号：201310485356.4的发明专利，该专利提出发电机采用双定子盘式结构，其永磁体的数量和发电机系统的数量相等，该电机既没有电励磁绕组，也没有永磁体，结构简单，转动惯量小，励磁磁场由永磁体提供，故障率低。
传统的永磁起动机，其电枢绕组与永磁体相距太近，因此电枢反应对永磁体的减磁甚至退磁明显。本发明提出的航空内装式永磁起动发电机，磁路路径短，且大部分的电枢反应磁路路径经过硅钢片，因此铜耗少。另外，还具有两个互补得N极定子线圈和S极定子线圈，永磁体个数少，装配简单。
本发明采用盘式电机结构，定转子接触面积大，电机比功率高，转子无励磁源，可高速可靠地旋转。本发明的技术进气口温度较低能适应永磁体工作。转子铁心转动惯量小，定转子极数少，可以高速旋转，既可以作为电动机运行又可以作为发电机运行，因此非常适合作为航空内装式起动发电机。
发明内容
为了发明一种航空内装式永磁起动发电机，提供一种功损耗少、有效输出功率大、结构紧凑、使用方便的永磁起动电机，采取以下技术方案：
航空内装式永磁起动发电机，包括永磁体、永磁磁轭、转子铁心、电枢绕组和电枢铁心，其特征在于：所述转子铁心固定在航空发动机的低压轴进气口一侧； 永磁磁轭、转子铁心和电枢铁心皆呈圆盘状，永磁磁轭和电枢铁心固定在航空发动机外壳上；永磁磁轭和电枢铁心的圆盘中心有穿过低压轴的孔；永磁磁轭和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧。
转子铁心圆周上均布有5k个扇形通孔，k为大于1的正整数；永磁磁轭朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布固定6k个扇形永磁体；电枢铁心朝向转子铁心的一 侧沿圆周方向有6k个均布的扇形凸出的电枢极；永磁体端面的扇形和电枢极端面的扇形外形一致且在轴向上对齐； 永磁磁轭和电枢铁心由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成。
每相邻的3个充磁方向相同的永磁体组成一组永磁体，相邻的两组永磁体充磁方向相反；
每个电枢极上都绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反。
如上所述航空内装式永磁起动发电机，其特征在于：转子铁心扇形外通孔径比永磁体端面扇形的外径大，转子铁心扇形通孔内径比永磁体端面扇形的内径小。
如上所述航空内装式永磁起动发电机，其特征在于：转子铁心扇形通孔的外弧角度大于转子铁心扇形通孔的内弧角度。
本发明的有益效果是：
1 转子铁心带通孔的转盘，质量轻，转动惯量小，响应迅速；
2各相绕组完全隔离，永磁体和电枢绕组隔离，短路电流不会引起故障的传播，十分适合对可靠性要求较高的航空领域；
3定转子导磁面积大，在同样饱和的磁密下，本申请的技术磁通量大，反电势高，电机功率大；
4永磁体和电枢绕组易于散热，能适合航空发动机的高温运行环境；
5电机转子结构简单，不仅提高了电机转子的机械强度，而且更适合航空发动机的高速转动；
6总的磁链较短，硅钢片磁阻小，铁耗少；
7电枢绕组为集中式绕组，内阻小（铜耗少），效率高，且各个绕组互相隔离。
附图说明
图1是航空内装式永磁起动发电机装置的纵剖图，其中1永磁磁轭，2永磁体，3转子铁心，4电枢极，5电枢绕组，6电枢铁心，7轴。
图2是永磁极示意图，其中1永磁磁轭，2永磁体。
图3是转子铁心示意图，其中3转子铁心，7轴。
图4是电枢极示意图，其中5电枢绕组，6电枢铁心。
具体实施方式
图1是航空内装式永磁起动发电机装置的纵剖图，其中1永磁磁轭，2永磁体，3转子铁心，4电枢极，5电枢线圈，6电枢铁心，7轴。其特征在于：所述转子铁心固定在航空发动机的低压轴进气口一侧； 永磁磁轭、转子铁心和电枢铁心皆呈圆盘状，永磁磁轭和电枢铁心固定在航空发动机外壳上；永磁磁轭和电枢铁心的圆盘中心有穿过低压轴的孔；永磁磁轭和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；永磁磁轭和电枢铁心由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成。
图2是永磁极示意图，其中1永磁磁轭，2永磁体。永磁磁轭朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布固定12个扇形永磁体，本实施例中k=2；每相邻的3个充磁方向相同的永磁体组成一组永磁体，相邻的两组永磁体充磁方向相反。
图3是转子铁心示意图，其中3转子铁心，7轴。转子铁心圆周上均布有10个扇形通孔，k为大于1的正整数，本实施例中k=2；其特征在于：转子铁心扇形通孔的外弧角度大于转子铁心扇形通孔的内弧角度。其特征在于：转子铁心扇形外通孔径比永磁体端面扇形的外径大，转子铁心扇形通孔内径比永磁体端面扇形的内径小。
图4是电枢极示意图，其中5电枢绕组，6电枢铁心。电枢铁心朝向转子铁心的一 侧沿圆周方向有12个均布的扇形凸出的电枢极，本实施例中k=2；永磁体端面的扇形和电枢极端面的扇形外形一致且在轴向上对齐；每个电枢极上都绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反。
其工作原理：由于本发明的励磁源永磁体和电枢极在轴向上对齐，因此当转子铁心能导磁的部分与电枢极对齐时，该电枢极匝链的磁阻最小、电枢绕组磁链最大；当转子铁心的扇形通孔对齐电枢极时，该电枢极匝链的磁阻最大、电枢绕组磁链最小。
当转子铁心能导磁的部分逐渐靠近电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。当转子铁心能导磁的部分脱离电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。
由于本申请电机电枢绕组与永磁体的互感、电枢绕组匝链的磁链也在不断变化，因此如果移动转子铁心，则电枢绕组会产生感应电动势。这就是本申请电机作为发电机运行的原理。
本申请电机作为电动机运行时，给产生正的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给产生负的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的转矩。
Claims (3)
1.航空内装式永磁起动发电机，包括永磁体、永磁磁轭、转子铁心、电枢绕组和电枢铁心，其特征在于：
所述转子铁心固定在航空发动机低压轴的进气口一侧；
永磁磁轭、转子铁心和电枢铁心皆呈圆盘状，永磁磁轭和电枢铁心固定在航空发动机外壳上；永磁磁轭和电枢铁心的圆盘中心有穿过低压轴的孔；
永磁磁轭和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；
转子铁心圆周上均布有5k个扇形通孔，k为大于1的正整数；
永磁磁轭朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布固定6k个扇形永磁体；
电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向有6k个均布的扇形凸出的电枢极；
永磁体端面的扇形和电枢极端面的扇形外形一致且在轴向上对齐；
永磁磁轭和电枢铁心由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成；
每相邻的3个充磁方向相同的永磁体组成一组永磁体，相邻的两组永磁体充磁方向相反；
每个电枢极上都绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反。
2.如权利要求1所述的航空内装式永磁起动发电机，其特征在于：
转子铁心扇形外通孔径比永磁体端面扇形的外径大，转子铁心扇形通孔内径比永磁体端面扇形的内径小。
3.如权利要求1所述的航空内装式永磁起动发电机，其特征在于：
转子铁心扇形通孔的外弧角度大于转子铁心扇形通孔的内弧角度。
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