CN109792199A - 配备有电机的航空器涡轮螺旋桨发动机 - Google Patents

配备有电机的航空器涡轮螺旋桨发动机 Download PDF

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Abstract

本发明的电机为双电机，包括可逆的第一电机(32,33,34)和在两个绕组之间感应发电的第二电机(30,35)。第二电机可用于螺旋桨除冰，感应接收绕组(30)装配在螺旋桨轴(2)上。第一电机可作为电动机为航空器滑行供能。在特定实施例中，装配在定子(31)上的绕组为两个电机所共有，并通过不同的磁通量来控制两个电机。本发明使得两个具有不同功能的电机可以很好地集成在航空器发动机中，具有占地空间小，质量轻的优点。

Description

配备有电机的航空器涡轮螺旋桨发动机
本发明的主题是提供一种配备有电机的航空器涡轮螺旋桨发动机。
涡轮螺旋桨发动机包括螺旋桨、螺旋桨传动轴和燃气涡轮机，燃气涡轮机通常与螺旋桨传动轴相连以便能驱动螺旋桨传动轴。在标准飞行期间，航空器会再现五个阶段：起飞前在地面的行驶或滑行、起飞、飞行、着陆及再次滑行。在飞行期间，航空器由螺旋桨推进而移动，螺旋桨受燃气涡轮机作用被驱动旋转。但是，也有其他驱动螺旋桨的模式，包括当燃气涡轮机不起作用时，尤其是航空器在滑行阶段时所使用的模式。这种在涡轮机关闭状态下移动的模式由于显著节约燃料而受到赞赏。此时，使用电机来移动航空器。航空器还需要恒定的电力供应来保障各种服务，包括能够独立于电机运行而进行的螺旋桨除冰作业。现有技术(GB 584 563A)包括配备有电机的螺旋桨发动机，电机布设在螺旋桨传动轴周围，目的是为了执行除冰作业，或是作为可逆发电机运行或改变螺旋桨叶片的迎角，因此能够在必要时驱动螺旋桨传动轴。广泛应用的结构(US 2 488 392A)包括沿着螺旋桨传动轴首尾相接布置的两个电机，这两个电机能够独立地实现上述两种功能，但应注意到，这种布置方式非常复杂，涉及明显的质量和尺寸的增加。并且，现有的除冰装置基于带电刷的集电器的使用，从而将通常连续的电流输送到结合在螺旋桨和螺旋桨传动轴中的旋转装置，这些除冰装置本身就结构复杂，易受磨损。
本发明的根本目的是提供一种电机，该电机具有减少的尺寸和质量，易于集成到涡轮螺旋桨发动机的结构中，并且能够为包括螺旋桨除冰在内的多种功能的实现提供能量。
本发明涉及一种涡轮螺旋桨发动机，其配备有满足上述需求的电机，更具体地，该涡轮螺旋桨发动机包括螺旋桨、螺旋桨传动轴和设于螺旋桨传动轴周围的电机，其特征在于，电机包括第一电机和第二电机，第一电机形成于定子和第一转子上，第二电机形成于定子和对应于螺旋桨传动轴的第二转子上，定子、第一转子和第二转子同轴设置，第一电机和第二电机分别由不同的电路控制，第一电机可逆，第二电机属于螺旋桨除冰电路，第二转子带有感应绕组，第一转子和第二转子通过机械传动装置相连。
通过这一方式获得两个电机，这两个电机独立运行，但它们结构简单，布置紧凑，相互集成，因此能够在涡轮螺旋桨发动机和航空器中占据减少的体积和质量，尤其是具有减少的轴向尺寸，电机元件和涡轮螺旋桨发动机的其他部分之间几乎没有机械连接器件，其电气连接也并不复杂。
本发明很好地将电机集成在涡轮螺旋桨发动机中。两个电机独立运行，无论螺旋桨传动轴的状态如何-旋转还是静止-都是如此。
本发明的另一方面是提供具有这种螺旋桨发动机的航空器。
下面将通过附图对本发明的各个方面、特征及有益效果加以描述。
-图1示出了本发明配备的涡轮螺旋桨发动机的示意图；
-图2示出了电机的实现方式；
-图3示出了电机的另一种实现方式。
图1示出了本发明的涡轮螺旋桨发动机，其包括燃气涡轮机1、螺旋桨2、螺旋桨传动轴3，螺旋桨传动轴3向燃气涡轮机1的方向延伸，并且通过传动装置与平行于其的涡轮轴4相连，涡轮轴4在距离螺旋桨传动轴3很近的地方延伸，传动装置是公知的但未在图中示出。螺旋桨传动轴3被保护壳5所包围，螺旋桨传动轴3通过滚动轴承6和7被支撑在壳5中。滚动轴承6靠近螺旋桨2，滚动轴承7邻近用于驱动螺旋桨传动轴3的齿轮8，齿轮8与前述传动装置啮合。电机9是本发明的独特之处，其布设在螺旋桨传动轴3周围，位于第一滚动轴承6和齿轮8之间，并且被壳5所包围。本发明的航空器其他地方没有改进，故在此不再展示其完整视图。
下面看图2，图2示出了电机9。
在该实施例中，螺旋桨传动轴3被同轴转子10所包围，该同轴转子又被属于壳5的定子环11所包围。定子环11配备有主绕组13，主绕组13可以为三相绕组但更普遍的是多相绕组。转子10配备有磁极环14。最后，螺旋桨传动轴3配备有轴向略微偏离转子10和定子环11的接收器绕组15。图2中示出的其他器件包括：布设在内转子10端部的轮齿12，轮齿12连接到机械传动装置，以便根据电机的运行模式将机械能传输给转子10或反过来收集该转子10产生的能量；磁桥16，包括部段17和部段18，部段17连接到定子11并轴向柱状延伸，部段18从部段17开始向靠近螺旋桨传动轴3的方向径向延伸，其端部位于接收绕组15的前端或与接收绕组15并列，这样接收绕组15便能够在部段18和转子10之间延伸；以及将主绕组13连接至全连式母线20的电装置19，电装置19特别地包括从全连式母线20开始设置的滤波器21、主转换器22和至少三条导线组成的主电路23以及辅助电路24，主电路23通向主绕组13的相位，辅助电路24上配备有辅助转换器25，辅助电路24通向主绕组13的中性线。
以下说明装置的运行方式。主绕组13和配备有磁极环14的转子10构成第一电机，当燃气涡轮机1停止运行时，该第一电机能够根据当时的要求向航空器提供电能或反过来为航空器的移动提供机械能。通过传动装置来利用转子10的机械能的该传动装置包括一系列行星齿轮40，行星齿轮40将轮齿12连接至螺旋桨传动轴3的轮齿41，以使得螺旋桨传动轴3通过行星齿轮42旋转，行星齿轮42的轴与定子刚性连接(连接至壳5)。这种传动装置允许转子10和螺旋桨传动轴3之间进行动力的逆向传输。
接收器绕组15是感应绕组，接收绕组15与主绕组13联合时形成第二电机，第二电机仅仅作为发电机运行，并且提供其以便被分配给螺旋桨2的叶片除冰：为此，接收器绕组15通过电路26连接至螺旋桨2中所包括的热电加热装置27，电路26与螺旋桨传动轴3刚性连接；接收器绕组15可以非常简单，并且特别地由导线组成。总之，本发明允许不使用会在旋转中产生摩擦的电子连接件。与定子相关联的绕组依赖于刚性连接到定子的控制器件，与螺旋桨传动轴相关联的绕组服务于设置在该传动轴上或与之关联的螺旋桨上的器件。
可以看出，在实际操作中组合电机通过占据壳5中此前没有被利用的空间而很容易集成到涡轮螺旋桨发动机中，这种布置方式减少了零件数量，几乎不需要对现有结构进行修改，由此减少了质量和尺寸。由此，特别地，避免了使用带有电刷的集电器来将电流从固定的发电机传输到螺旋桨传动轴2的需要，而且将每个电机的一部分组装在定子11(并且，此处，对主绕组13也适用)上是非常经济的，并且使用可逆电机具有非常大的优势，它允许通过第二电机将除冰和滑行结合起来。
下面说明如何实现两个电机的独立运行。第一电机具有常规运行模式，其基于与其同轴的主绕组13和磁极14之间的相互电磁作用而运行。电能通过主电路23传输。第二电机通过接收器绕组15感应主绕组13产生的单极磁通而运行。单极磁通是穿过磁桥16、螺旋桨传动轴3、内转子10和定子11的环路，因此其会穿过接收器绕组15。由于接收器绕组15远离主磁通，因此只有在主绕组13上施加单极分量时才会被激励，因而其可以独立于第一电机而作为电动机或发电机运行。供加热装置27使用的电流可以是交流电，也可以通过整流器转换为直流电。最后，螺旋桨传动轴3的转速(或其他性能)没有任何影响。
可以由独立的交流发电机产生单极磁通分量，该交流发电机连接在主转换器22的主电源负极和主绕组13的中性点之间，以便在主电流上叠加高频单极分量，通过电路24改变主绕组13中性位的电压并对主绕组13的相位进行星形配置，建立作为励磁器的主绕组13的相位失衡。为了提供这一额外电流，可以使用辅助转换器25或主转换器22本身，通过利用主转换器22的高频淬灭频率，使主绕组13的瞬时电流自动地不平衡，由此它们的非零和形成单极电流，然后便可以省略辅助转换器25。
两台电机通过两条不同的电路23和24进行控制，以确保它们的独立运行。为方便起见，可以这样说，电路“控制”可逆电机，即使它是作为电动机运行的。
本发明的另一个实施例将通过图3进行描述。电机的附图标记为29。螺旋桨传动轴3同样包括接收器绕组30，并且被定子环31和转子32所包围。转子32配备有磁极环33，如前所述；但是，在此实施例中转子32包围定子环31，定子环31由此而在转子32和螺旋桨传动轴3之间延伸。定子环31带有有主绕组34和与之同轴的辅助绕组35，主绕组34位于外圈。进一步，接收器绕组30与辅助绕组35同轴设置。
辅助绕组35为三相绕组，通过具有三条导线的电路37连接至辅助转换器36，并受辅助转换器36所控制。辅助转换器36进一步通过滤波器20连接至全连式母线20，就像前一实施例中的主转换器22一样。类似地，主绕组34由独立的转换器38和电路39控制。
本装置的第一电机包括转子32的磁极33和主绕组34，这是一个可逆电机，其运行方式如前所述。
第二电机由作为感应器的辅助绕组35和接收器绕组30构成，辅助绕组35在接收器绕组30内产生感应电流。此处的感应没必要使用单极分量来引入具有特定形状的磁通，但是与前述实施例一样，接收器绕组30通过加热装置分配给螺旋桨2除冰。
此处，机械传动装置43与前文提及的机械传动装置40大体相同，机械传动装置43也将转子32连接至壳5，并允许其通过利用第一电机的可逆性来双向交换机械动力。
本实施例的优点与前一实施例类似，在于能够实现组合电机与壳5的良好集成，结构简单紧凑。
相应特点如下：
-定子至少带有一个电机绕组13、34、35；
-定子上的绕组13连接至每一个电路；
-第二电机布设在第二转子(螺旋桨传动轴3)上，其朝向临近第二转子的磁桥端部或设于所述端部和包围定子的一部分第二转子之间。
-第二电机连接到热电加热装置。

Claims (9)

1.涡轮螺旋桨发动机，包括螺旋桨(2)、螺旋桨传动轴(3)和布设在螺旋桨传动轴周围的电机(9，29)，其特征在于，电机包括第一电机和第二电机，第一电机形成在定子(11,31)和第一转子(10,32)上，第二电机形成在定子和对应于螺旋桨传动轴的第二转子(3)上，定子、第一转子和第二转子同轴；第一电机和第二电机由不同的电路(23,24,37,39)控制，第一电机可逆，第二电机属于螺旋桨除冰电路，第二转子(3)带有感应绕组(15,30)，第一转子通过机械传动装置连接至第二转子。
2.根据权利要求1所述的涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，定子带有至少一个绕组(13,34,35)，第一转子带有磁极(14,33)。
3.根据权利要求2所述的涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，定子上仅有一个绕组(13)，该绕组接入每个电路，由第一电机和第二电机共享。
4.根据权利要求3所述的涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，绕组为多相绕组，第一电机的电路(23)连接至定子上的绕组(13)的相位，第二电机的电路(24)连接至所述绕组(13)的中性线。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，它包括位于定子(11)和第二转子(3)之间的磁极(16)，第二电机布设在第二转子上，朝向邻近第二转子的磁极端部，或位于所述端部和包围定子的一部分第二转子之间。
6.根据权利要求1或2所述的涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，第一转子(32)包围定子(31)，第一电机和第二电机包括布设在定子上的同轴绕组(34,35)。
7.根据权利要求6所述的涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，布设在定子上的第二电机的绕组(35)与布设在第二转子上的第二电机的感应绕组(30)同轴。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，第二电机连接至热电加热装置(27)。
9.航空器，其特征在于，它包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的涡轮螺旋桨发动机。
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