CN108616197B - 一种小型航空发动机直驱式起动发电机装置 - Google Patents

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Abstract

一种小型航空发动机直驱式起动发电机装置，起动发电机装置串联安装在航空发动机的输出轴上，由航空发动机直接驱动；该起动发电机装置采用单边轴承和定子支架的组合支撑形式，具体由起动发电机定子组件、起动发电机转子组件、轴承和定子支架组成；定子组件与定子支架通过第一止口定位，转子组件与发动机转子通过第二止口进行定位，螺栓将起动发电机转子组件轴向固锁。定子支架4环抱固定在发动机定子上，并采用螺钉固定连接。定子支架为起动发电机定子组件提供了一个垂直于发动机轴系的轴向和单侧径向支撑，轴承提供另一侧径向支撑，从而保证起动发电机径向气隙均匀。

Description

一种小型航空发动机直驱式起动发电机装置
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，可用于小型航空发动机输出轴串联布置的直驱式起动发电机装置或发电机装置，尤其是无人机用活塞式发动机驱动的起动发电机或发电机。
背景技术
近年来，随着无人机平台技术的快速发展，长航时、大载重的平台要求使得无人机匹配小型活塞式航空发动机成为重要动力方案。为了满足机载设备在长航时飞行过程中的用电需要，由航空发动机带动发电机为众多机载设备提供电能。同时，利用电机装置的可逆原理，将发电机工作在电动机模式，可实现小型航空发动机的地面或空中电起动，提高无人机的自主化和安全性水平。
发电机与小型航空发动机的连接形式可分为传动式和直驱式两类，其中,传动式是指通过齿轮、皮带轮等传动装置将发动机动力传递到发电机；直驱式是指发动机与发电机同轴连接，发动机动力直接传递给发电机。直驱式连接简化了发电机的取力结构，对提高发电系统效率、可靠性和维护性等具有重要意义。
目前，小型航空发动机直驱式发电机多采用定转子分装式结构，如专利文献CN201610263992.6公开的一种小型航空发动机输出轴串联布置的分装式发电机结构，发电机利用发动机轴系进行支撑，定转子间的形位公差由定子组件与支架、转子组件与发动机轴配合保证，这依赖于发动机出轴方向上具备专用的定位止口，且定子组件与支架间、转子组件与发动机轴间具有准确的配合关系。
一般发动机定转子之间的气隙单边高度为0.5～1mm，一旦定、转子安装发生偏心，将使得发电机输出电压产生畸变，发电机局部磁路发生饱和，严重影响发电机输出性能，同时，偏心还会造成发电机产生径向磁偏力，加速发动机轴承的磨损。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种小型航空发动机直驱式起动发电机装置结构形式，能够有效保证定、转子间的形位公差，减低对发动机专用定位止口和支架安装精度要求，结构紧凑，安装简单，通用性强。
本发明的技术方案是：一种小型航空发动机直驱式起动发电机装置，由起动发电机定子组件1、起动发电机转子组件2、轴承3和定子支架4四部分组成；起动发电机定子组件1与定子支架4通过第一止口定位，而转子组件2与发动机转子5通过第二止口进行定位，螺栓7将起动发电机转子组件2轴向固锁。定子支架4环抱固定在发动机定子6上,并采用螺钉固定连接。定子支架4为起动发电机定子组件1提供了一个垂直于发动机轴系的轴向和单侧径向支撑，轴承3提供另一侧径向支撑，从而保证起动发电机径向气隙均匀。
单轴承支撑形式使得起动发电机定转子组件的径向形位公差主要由轴承3保证，降低了定子支架加工与安装精度要求。转子组件2与发动机转子的止口连接、定子支架4和起动发电机定子组件1的止口连接、和定子支架4与发动机定子6间的抱轴连接，增加了起动发电机与发动机之间的定位约束。由此构成的发动机支撑结构，可实现起动发电机质心向发动机方向移动，在发动机、起动发电机、螺旋桨串联布局时，可有效缩短螺旋桨旋转面与发动机的距离。
当工作在起动发电机状态时，发动机转子5带动起动发电机转子组件2旋转，轴承3的内环随动旋转。起动发电机转子组件2与起动发电机定子组件1之间产生的发电力矩，一边通过起动发电机转子组件2，经螺栓7传递到发动机转子5上；另一边通过起动发电机定子组件1，经定子支架4传递到发动机定子6上。
当工作在起动机状态时，起动机转子组件2带动发动机转子5旋转。转子组件2与定子组件1之间的产生的电动力矩，一边通过转子组件2，经螺栓7作用到发动机转子5上，带动发动机转子5旋转；另一边通过起动发电机定子组件1，经定子支架4传递到发动机定子6上。
本发明的有益效果与特点是：
(1)通过单边轴承和定子支架的组合支撑形式，提高了小型航空发动机直驱式起动发电机定转子之间的定位精度；
(2)利用多个定位止口连接，增加了起动发电机与发动机之间的定位约束；
(3)定子支架与发动机定子之间通过抱轴连接，不依赖发动机上预留的专用定位接口，通用性强；
(4)在发动机—起动发电机—螺旋桨串联共轴布局时，缩短了螺旋桨旋转面与发动机之间的距离，降低了螺旋桨驱动扭矩的传递长度，结构紧凑、安装简单。
附图说明
图1为本发明所述小型航空发动机直驱式起动发电机装置结构剖视图。
图2为本发明所述起动发电机定子组件结构示意图。
图3为本发明所述起动发电机转子组件结构示意图。
图4为本发明所述起动发电机定子支架结构示意图。
图5为本发明所述起动发电机装置在小型航空发动机安装示意图。
其中，附图标记为：起动发电机定子组件1，起动发电机转子组件2，轴承3，定子支架4，发动机转子5，发动机定子6，螺栓7，活塞式航空发动机8，起动发电机9，定子铁芯11、定子绕组12，定子壳体13，磁钢21、转子磁轭22，转子端盖23。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的说明。
如图1所示，小型航空发动机直驱式起动发电机装置，包括：起动发电机定子组件1、起动发电机转子组件2、轴承3和定子支架4。首先将一对定子支架4通过锁紧螺钉环抱在发动机定子6上；然后将起动发电机定子组件1从发动机出轴外侧方向推入定子支架4，通过定位止口和螺钉紧固；将轴承3装入转子组件2的轴承台上，从发动机出轴外侧方向将转子组件2推入定子组件1，轴承3的外环进入定子组件1的轴承室，其转子组件2的内孔止口卡入发动机转子5；最后用螺栓7紧固起动发电机转子组件2，微调定子支架4的轴向位置，避免轴承3轴向载荷过大。
如图2所示，起动发电机定子组件1结构，包括：定子铁芯11、定子绕组12和定子壳体13。定子铁芯11由硅钢片叠压成型，定子绕组12嵌放在定子铁芯11的槽内，然后将定子铁芯11压入定子壳体13中，则完成定子组件1的装配。
如图3所示，起动发电机转子组件2结构，包括：磁钢21、转子磁轭22和转子端盖23。首先将转子磁轭22与转子端盖23通过螺钉紧固，然后使用专用粘接剂将磁钢21粘结在转子磁轭22的内表面，待粘接剂固化后完成起动发电机转子组件2的装配。一般起动发电机转子组件2还要完成动平衡。
如图4所示，图4示意了起动发电机定子支架4的结构，周向对称布置的两个定子支架4通过螺钉环抱在发动机定子上，构成起动发电机定子组件1的结构支撑。
本发明所述的起动发电机装置安装于发动机上的安装结构如图5所示。起动发电机9串联安装在活塞式航空发动机8的出轴上，由活塞式航空发动机8直接驱动。在起动发电机9的外侧再安装螺旋桨等推进动力装置，由此可构成发动机—起动发电机—螺旋桨的串联布局结构。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明的上述实施例是对方案的说明而不能用于限制本发明，与本发明有保护范围相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明保护的范围内。

Claims (6)

1.一种小型航空发动机直驱式起动发电机装置，其特征在于，起动发电机装置(9)串联安装在航空发动机(8)的输出轴上，由航空发动机(8)直接驱动；该起动发电机装置(9)采用单边轴承(3)和定子支架(4)的组合支撑形式，其具体由起动发电机定子组件(1)、起动发电机转子组件(2)、单边轴承(3)和定子支架(4)四部分组成；其中，所述起动发电机定子组件(1)与所述定子支架(4)通过第一止口定位，而所述起动发电机转子组件(2)与发动机转子(5)通过第二止口进行定位，螺栓(7)将起动发电机转子组件(2)轴向固锁；定子支架(4)环抱固定在发动机定子(6)上，并采用螺钉固定连接；所述定子支架(4)为起动发电机定子组件(1)提供了一个垂直于发动机轴系的轴向和单侧径向支撑，所述单边轴承(3)提供另一侧的径向支撑，从而保证起动发电机径向气隙均匀；
当工作在起动发电机状态时，发动机转子(5)带动起动发电机转子组件(2)旋转，单边轴承(3)的内环随动旋转；所述起动发电机转子组件(2)与起动发电机定子组件(1)之间产生的发电力矩，一边通过起动发电机转子组件(2)，经螺栓(7)传递到发动机转子(5)上；另一边通过起动发电机定子组件(1)，经所述定子支架(4)传递到发动机定子(6)上；
当工作在起动机状态时，起动发电机转子组件(2)带动发动机转子(5)旋转；起动发电机转子组件(2)与起动发电机定子组件(1)之间的产生的电动力矩，一边通过起动发电机转子组件(2)经螺栓(7)作用到发动机转子(5)上，带动发动机转子(5)旋转；另一边通过起动发电机定子组件(1)，经所述定子支架(4)传递到发动机定子(6)上。
2.根据权利要求1所述的直驱式起动发电机装置，其特征在于，所述起动发电机定子组件(1)结构，具体包括：定子铁芯(11)、定子绕组(12)和定子壳体(13)；定子铁芯(11)由硅钢片叠压成型，定子绕组(12)嵌放在定子铁芯(11)的槽内，然后将定子铁芯(11)压入定子壳体(13)中，则完成所述起动发电机定子组件(1)的装配。
3.根据权利要求1或2所述的直驱式起动发电机装置，其特征在于，起动发电机转子组件(2)结构，具体包括：磁钢(21)、转子磁轭(22)和转子端盖(23)；首先将转子磁轭(22)与转子端盖(23)通过螺钉紧固，然后使用专用粘接剂将磁钢(21)粘结在转子磁轭(22)的内表面，待粘接剂固化后完成起动发电机转子组件(2)的装配。
4.根据权利要求1或2所述的直驱式起动发电机装置，其特征在于，周向对称布置的两个所述定子支架(4)通过螺钉环抱在发动机定子(6)上，构成起动发电机定子组件(1)的结构支撑。
5.根据权利要求1或2所述的直驱式起动发电机装置，其特征在于，该航空发动机为活塞式航空发动机。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述直驱式起动发电机装置的装配组装方法，其特征在于，首先将一对定子支架(4)通过锁紧螺钉环抱在发动机定子(6)上；然后将起动发电机定子组件(1)从发动机输出轴外侧方向推入定子支架(4)，通过第一定位止口、第二定位止口和螺钉紧固；将单边轴承(3)装入起动发电机转子组件(2)的轴承台上，从发动机输出轴外侧方向将起动发电机转子组件(2)推入起动发电机定子组件(1)，单边轴承(3)的外环进入起动发电机定子组件(1)的轴承室，其起动发电机转子组件(2)的内孔止口卡入发动机转子(5)；最后用螺栓(7)紧固起动发电机转子组件(2)，微调定子支架(4)的轴向位置，避免单边轴承(3)轴向载荷过大。
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