CN107846124A - 一种盘式内装式航空起动发电机 - Google Patents
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Abstract
一种盘式内装式航空起动发电机，属于航空工程领域，包括高压轴、第一定子铁心、转子铁心、第一电枢线圈和第二定子铁心等。其特征在于：所述转子铁心固定在航空发动机高压轴上；结构相同的第一定子铁心和第二定子铁心对称的位于转子铁心的轴向两侧并且固定在航空发动机壳体上；转子铁心圆周上均布有3k个扇形通孔，k为大于1的正整数；第一定子铁心和第二定子铁心朝向转子铁心的一侧各有4k个均布的扇形凸出的电枢极，且第一定子铁心的电枢极上绕有集中式的电枢线圈。本发明的技术转子铁心转动惯量小，可以高速旋转；转子铁心位于发动机高压轴上，转速高，功率大，因此非常适合作为航空内装式发电机。
Description
技术领域
一种盘式内装式航空起动发电机，属于航空工程领域。
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。
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势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。
目前，关于航空发电机的专利如申请号：201380081219.2：用于航空器的发电机。包括燃气涡轮发电机，其具有限定排气腔体的排气区段，燃烧排气通过排气腔体沿限定排气向量的方向排除；以及磁流体动力发电机，其具有形成磁场的磁场发生器，磁场具有垂直于排气向量的磁场线。
还有相关的专利申请，例如申请号为201710265219.8：一种高速航空航天用涡喷发电机。包括带绕组定子铁心、带绕组转子铁心、前轴承、励磁机定子、励磁机转子、永磁极转子、永磁极定子等。可以作为航空航天、军工设备等高端领域的电源。该电机实质还是一种常用的多级式电机。
磁阻类电机是近年来随着现代微机控制技术、电力电子技术和计算机辅助设计技术发展起来的一种新型电机，该类电机转子结构简单、可控参数多、容错性好、效率高、成本低，在牵引运输、通用工业、家用电器等领域得到了较广泛的应用。尤其是转子无永磁体和励磁绕组，可高温高速运行，非常适合作为内装航空起动发电机使用。尤其在航空领域，在上世纪80年代后期，美国GE公司便开始研究利用开关磁阻电机作为航空起动发电机。目前世界先进的F - 35战斗机将成为欧美下一代的主战机型，该飞机也采用磁阻类电机作为起动发电机。
本申请与上述结构都不相同，采用盘式内装式结构，盘式电机在国内市场上比较少见。与上述电机专利相比具有体积小、重量轻、效率高的优点。此外，本发明的技术转子铁心转动惯量小，可以高速旋转；转子位于发动机高压轴上，转速高，功率大，因此非常适合作为航空内装式发电机。
发明内容
为了发明一种盘式航空内装起动发电机，提供一种功损耗少、有效输出功率大、结构紧凑的电机，采取以下技术方案：
一种盘式内装式航空起动发电机，包括高压轴、、第一定子铁心、转子铁心、第一定子线圈和第二定子铁心，其特征在于：
所述转子铁心固定在航空发动机高压轴上； 第一定子铁心、转子铁心和第二定子铁心皆呈圆盘状，结构相同的第一定子铁心和第二定子铁心对称的位于转子铁心的轴向两侧并且固定在航空发动机壳体上； 第一定子铁心和第二定子铁心的圆盘中心有穿过高压轴的孔；转子铁心圆周上均布有6k个扇形通孔，k为大于1的正整数；
第一定子铁心和第二定子铁心朝向转子铁心的一侧各有8k个均布的扇形凸出的电枢极，第一定子铁心和第二定子铁心上的电枢极在轴向上对齐，且第一定子铁心的电枢极上绕有集中式的第一定子线圈，沿圆周方向相邻第一定子线圈的绕制方向相反；第一定子铁心、第二定子铁心和转子铁心皆由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成。
如上所述的一种盘式内装式航空起动发电机，其特征在于：第二定子铁心的电枢极上绕有集中式的第二定子线圈，沿圆周方向相邻第二定子线圈的绕制方向相反。
如上所述的一种盘式内装式航空起动发电机，其特征在于：转子铁心通孔的扇形外径比电枢极端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比电枢极端面扇形的内径小。
如上所述的一种盘式内装式航空起动发电机，其特征在于：第一定子线圈组成第一通道 ，第二定子线圈组成第二通道，当其中一个通道出现故障后另一个通道可以继续容错运行。
一种盘式内装式航空起动发电机，包括励磁绕组、励磁铁心、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高压轴上；
皆呈圆盘状励磁铁心、转子铁心和电枢铁心同轴顺序排列，励磁铁心和电枢铁心固定在航空发动机壳体上；励磁铁心和电枢铁心的圆盘中心有穿过高压轴的孔；励磁铁心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7k个扇形通孔，k为正整数；
励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有6k个均布的扇形凸出的励磁极；
电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有6k个均布的扇形凸出的电枢极；
励磁极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；
励磁铁心和电枢铁心由卷绕成盘状的硅钢片线切割制成；
每相邻的两个励磁极上绕有一个励磁绕组，相邻的励磁绕组绕制方向相反；
每个电枢极上都绕有一个集中式的电枢绕组，相邻电枢绕组的绕制方向相反。
本发明的有益效果是：
1 转子铁心只有一个带通孔的转盘，质量轻，转动惯量小，响应迅速，响应快，定转子极数少，可以高速旋转；
2依据开关磁阻电机原理工作，控制技术成熟；
3各相绕组完全隔离，电枢绕组易于散热，能适合高温运行环境，短路电流不会引起故障的传播，提高了可靠性；
4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。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是一种盘式内装式航空起动发电机实施例一纵剖图。其中，1第一定子铁心；2第一定子线圈；3转子铁心；4第二定子铁心；5第二定子线圈；6高压轴。
图2是实施例一转子铁心示意图。其中，3转子铁心； 6高压轴。
图3是实施例一第一定子铁心示意图。其中，1第一定子铁心；2第一定子线圈。
图4是实施例一第二定子铁心示意图。其中，4第二定子铁心；5第二定子线圈。
图5是一种盘式内装式航空起动发电机实施例二纵剖图，其中1、励磁铁心，2励磁绕组、，3、转子铁心，4、电枢绕组，5、电枢铁心，6、高压轴。
图6是实施例二励磁极示意图。其中1、励磁铁心，2、励磁绕组。
图7是实施例二转子铁心示意图。其中3、转子铁心，6、高压轴。
图8是实施例二电枢极示意图。其中4、电枢绕组，5、电枢铁心。
具体实施方式
图1是一种盘式内装式航空起动发电机实施例一纵剖图。其中，1第一定子铁心；2第一定子线圈；3转子铁心；4第二定子铁心；5第二定子线圈；6高压轴。
一种盘式内装式航空起动发电机，其特征在于：包括高压轴、第一定子铁心、转子铁心、第一定子线圈和第二定子铁心。
所述转子铁心固定在航空发动机高压轴上；第一定子铁心、转子铁心和第二定子铁心皆呈圆盘状，结构相同的第一定子铁心和第二定子铁心对称的位于转子铁心的轴向两侧并且固定在航空发动机壳体上； 第一定子铁心和第二定子铁心的圆盘中心有穿过高压轴的孔；转子铁心圆周上均布有3k个扇形通孔，k为大于1的正整数，本实施例中k=2。
第一定子铁心和第二定子铁心朝向转子铁心的一侧各有4k个均布的扇形凸出的电枢极，本实施例中k=2，第一定子铁心和第二定子铁心上的电枢极在轴向上对齐，且第一定子铁心的电枢极上绕有集中式的第一定子线圈，沿圆周方向相邻第一定子线圈的绕制方向相反；第一定子铁心、第二定子铁心和转子铁心皆由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成。
转子铁心通孔的扇形外径比电枢极端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比电枢极端面扇形的内径小。
第一定子线圈组成第一通道 ，第二定子线圈组成第二通道，当其中一个通道出现故障后另一个通道可以继续容错运行。
图2是实施例一转子铁心示意图。其中，3转子铁心； 6高压轴。转子铁心呈圆盘状，转子铁心圆周上均布有3k个扇形通孔，k为大于1的正整数，本实施例中k=2；转子铁心通孔的扇形外径比励磁极端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比永磁体端面扇形的内径小。
图3是实施例一第一定子铁心示意图。其中，1第一定子铁心；2第一定子线圈。第一定子铁心呈圆盘状，结构相同的第一定子铁心和第二定子铁心对称的位于转子铁心的轴向两侧并且固定在航空发动机壳体上； 第一定子铁心的圆盘中心有穿过高压轴的孔。第一定子铁心朝向转子铁心的一侧有8k个均布的扇形凸出的电枢极,第一定子铁心和第二定子铁心上的电枢极在轴向上对齐，且第一定子铁心的电枢极上绕有集中式的第一定子线圈，沿圆周方向相邻第一定子线圈的绕制方向相反。
图4是实施例一第二定子铁心示意图。其中，4第二定子铁心；5第二定子线圈。第二定子铁心皆呈圆盘状，结构相同的第一定子铁心和第二定子铁心对称的位于转子铁心的轴向两侧并且固定在航空发动机壳体上； 第二定子铁心的圆盘中心有穿过高压轴的孔； 第二定子铁心朝向转子铁心的一侧有4k个均布的扇形凸出的电枢极，第一定子铁心和第二定子铁心上的电枢极在轴向上对齐。
同第一定子铁心一样，第二定子铁心的电枢极上也可以绕有集中式的第二定子线圈，沿圆周方向相邻第二定子线圈的绕制方向相反。
图5是一种盘式内装式航空起动发电机实施例二纵剖图，包括励磁绕组、励磁铁心、转子铁心、电枢绕组和电枢铁心，所述转子铁心固定在航空发动机高压轴上；
皆呈圆盘状励磁铁心、转子铁心和电枢铁心同轴顺序排列，励磁铁心和电枢铁心固定在航空发动机壳体上；励磁铁心和电枢铁心的圆盘中心有穿过高压轴的孔；励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧。
励磁极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。
图6是实施例二励磁极示意图。励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有12个均布的扇形凸出的励磁极，励磁铁心由卷绕成盘状的硅钢片线切割制成；每相邻的两个励磁极上绕有一个励磁绕组，相邻的励磁绕组绕制方向相反。
图7是实施例二转子铁心示意图。转子铁心圆周上均布有14个扇形通孔，转子铁心通孔的扇形外径比励磁极端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比永磁体端面扇形的内径小。
图8是实施例二电枢极示意图。电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有12个均布的扇形凸出的电枢极。每个电枢极上都绕有一个集中式的电枢绕组，相邻电枢绕组的绕制方向相反。所述的互补型航空电励磁双凸极起动发电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组依次分相为A相、B相、C相、A相、B相、C相，……，以此循环2次。电枢铁心由卷绕成盘状的硅钢片线切割制成。
实施例一的工作原理：由于本发明的第一电枢铁心和第二电枢铁心在轴向上对齐，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，第一电枢绕组与的第二电枢绕组互感在增加。当转子铁心能导磁的部分脱离电枢极时，第一电枢绕组与的第二电枢绕组自感在减小。
由于本申请电机电枢绕组通电后电枢绕组匝链的磁链随转子位置变换也在不断变化，因此如果在转子极靠近某相电枢绕组所在的定子极时给该电枢绕组通电，则该电枢绕组会产生强大的磁场阻止转子下一阶段脱离该相电枢绕组所在的定子极，此时相电枢绕组感应电动势。这就是本申请起动发电机作为发电机运行的原理。
本申请起动发电机作为电动机运行时，给自感上升的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给自感下降的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的转矩。
实施例二的工作原理为：
由于本发明的电励磁磁极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。
给本发明电机的励磁绕组通电时，在电机内部会建立起磁场，产生的磁通将经过各相的定子轭部、定子齿部、空气隙、转子齿部、转子轭部形成闭合回路。
本申请电机电枢绕组与励磁绕组的互感、电枢绕组匝链的磁链也在不断变化，因此如果给励磁绕组通电提供励磁磁场并移动转子铁心，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。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。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种盘式内装式航空起动发电机，包括高压轴、第一定子铁心、转子铁心、第一定子线圈和第二定子铁心，其特征在于：
所述转子铁心固定在航空发动机高压轴上；
第一定子铁心、转子铁心和第二定子铁心皆呈圆盘状，结构相同的第一定子铁心和第二定子铁心对称的位于转子铁心的轴向两侧并且固定在航空发动机壳体上；
第一定子铁心和第二定子铁心的圆盘中心有穿过高压轴的孔；
转子铁心圆周上均布有3k个扇形通孔，k为大于1的正整数；
第一定子铁心和第二定子铁心朝向转子铁心的一侧各有4k个均布的扇形凸出的电枢极，第一定子铁心和第二定子铁心上的电枢极在轴向上对齐，且第一定子铁心的电枢极上绕有集中式的第一定子线圈，沿圆周方向相邻第一定子线圈的绕制方向相反；
第一定子铁心、第二定子铁心和转子铁心由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成。
2.如权利要求1所述的一种盘式内装式航空起动发电机，其特征在于：
第二定子铁心的电枢极上绕有集中式的第二定子线圈，沿圆周方向相邻第二定子线圈的绕制方向相反。
3.如权利要求1所述的一种盘式内装式航空起动发电机，其特征在于：
转子铁心通孔的扇形外径比电枢极端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比电枢极端面扇形的内径小。
4.如权利要求1所述的一种盘式内装式航空起动发电机，其特征在于：第一定子线圈组成第一通道 ，第二定子线圈组成第二通道，当其中一个通道出现故障后另一个通道可以继续容错运行。
5.一种盘式内装式航空起动发电机，包括励磁绕组、励磁铁心、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高压轴上；
皆呈圆盘状的励磁铁心、转子铁心和电枢铁心同轴顺序排列，励磁铁心和电枢铁心固定在航空发动机壳体上；励磁铁心和电枢铁心的圆盘中心有穿过高压轴的孔；
励磁铁心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7k个扇形通孔，k为正整数；
励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有6k个均布的扇形凸出的励磁极；
电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有6k个均布的扇形凸出的电枢极；
励磁极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；
励磁铁心和电枢铁心由卷绕成盘状的硅钢片线切割制成；
每相邻的两个励磁极上绕有一个励磁绕组，相邻的励磁绕组绕制方向相反；
每个电枢极上都绕有一个集中式的电枢绕组，相邻电枢绕组的绕制方向相反。
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| CN107846124B (zh) | 2019-11-05 |
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