CN112420676A - 一种用于航空发电机的具有短路保护功能的旋转整流二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于航空发电机的具有短路保护功能的旋转整流二极管，包括管座、二极管芯片、管帽、绝缘子、导电杆、熔体、石英砂；管座、管帽、绝缘子、导电杆所构成的封闭空间中填充有石英砂；管座与二极管芯片保持电连接；二极管芯片与熔体保持电连接；熔体与导电杆保持电连接。正常工作时，其工作特性与现有旋转整流二极管相同；当二极管芯片出现短路时，导电通路电流急剧升高，熔体在电流的热效应作用下熔断并产生电弧，石英砂吸收电弧能量并促进电弧熄灭，最终切断上述导电通路。本发明在旋转整流二极管出现短路故障后，可自行将所在支路切断，实现短路保护，且本发明不改变旋转整流二极管封装和外电路，可实现现有旋转整流二极管的原位替换。
Description
技术领域
本发明涉及旋转整流二极管领域，具体涉及一种具有短路保护功能的旋转整流二极管，该设计可用于航空三级无刷发电机的旋转整流器。
背景技术
典型航空三级无刷发电机的拓扑结构如图1所示。其中，旋转整流器位于发电机转子上，由6支旋转整流二极管组成，其在发电机正常工作时与发电机转子一同高速旋转。当旋转整流二极管短路时，发电机励磁电流会异常升高，引起发电系统故障，甚至导致发电系统退网，严重危及飞机飞行安全。
航空发电机结构设计极为紧凑，没有加入独立短路保护器件(如熔断器)的空间，即使通过增加发电机体积的方式，留出安装独立保护器件的空间，但由于旋转整流二极管在工作期间处于高速旋转状态，因此也要求保护器件及其固定方式需耐受极高的离心力，导致实现难度较大，所以现有技术无法对旋转整流二极管的短路故障进行有效保护，这使得旋转整流二极管的短路故障成为危及飞行安全的巨大隐患。
发明内容
为排除上述安全隐患，本发明提出了一种用于航空发电机的具有短路保护功能的旋转整流二极管。在旋转整流二极管出现短路故障后，可自行将所在支路切断，实现短路保护，保障飞机飞行安全。本发明不改变旋转整流二极管封装和外电路，可实现现有旋转整流二极管的原位替换。
本发明的技术方案为：
所述一种用于航空发电机的具有短路保护功能的旋转整流二极管，包括管座(1)、二极管芯片(2)、管帽(3)、绝缘子(4)、导电杆(5)、熔体(6)、石英砂(7)；
所述管座(1)一端为航空发电机旋转整流二极管的电连接接口，所述管座(1)另一端为安装面，安装面上具有用于安装二极管芯片(2)的凸台以及用于与管帽(3)密封连接的封口；
所述二极管芯片(2)电连接固定安装在管座(1)安装面的凸台上；
所述管帽(3)为中空结构，一端与管座(1)安装面的封口密封连接，另一端密封连接绝缘子(4)；
所述绝缘子(4)中心具有用于穿过导电杆(5)的通孔；所述绝缘子(4)密封固定在管帽(3)的一端；
所述导电杆(5)穿过绝缘子(4)，并与绝缘子(4)密封连接；所述导电杆(5)外端为航空发电机旋转整流二极管的电连接接口；
管座(1)、管帽(3)、绝缘子(4)、导电杆(5)构成的封闭空间中具有二极管芯片(2)和熔体(6)，熔体(6)两端分别与二极管芯片(2)以及导电杆(5)内端固定电连接；且在封闭空间内还填充满石英砂(7)；
所述熔体(6)能够二极管芯片(2)出现短路时熔断。
进一步的，所述熔体(6)能够二极管芯片(2)出现短路时熔断并产生电弧，所述电弧能够融化熔断位置附近的石英砂，且石英砂冷却后能够在熔断位置凝固形成绝缘体。
进一步的，所述熔体(6)为具有缩口结构，且缩口位置在二极管芯片(2)出现短路时熔断。
进一步的，管座与二极管芯片之间、二极管芯片与熔体之间、熔体与导电杆之间均采用焊接方式实现固定电连接。
有益效果
本发明提出了一种用于航空发电机的具有短路保护功能的旋转整流二极管，在正常工作时，其工作特性与现有旋转整流二极管相同；当旋转整流二极管短路时，其所在支路的电流急剧升高，此时旋转整流二极管内部的熔体在电流的热效应作用下熔断并产生电弧，石英砂吸收电弧能量并促进电弧熄灭，将该支路由短路状态转变为开路状态，该状态下发电机系统可长期运行，保障飞机飞行安全。
本发明的有益效果有以下2点：
1.与现有技术相比，本发明所提出的具有短路保护功能的旋转整流二极管不仅具有常规旋转整流二极管的功能，还可在其发生短路故障后，自行实现短路保护功能，使发电系统在短路故障发生后依然可以长期运行，保障飞机飞行安全。
2.本发明所提出的具有短路保护功能的旋转整流二极管与现有旋转整流二极管封装保持一致，使用时也无需改变外电路，不仅解决了发电机内没有空间安装独立保护器件的问题，同时可实现现有旋转整流二极管的原位替换，具有较高的实用性和可操作性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1典型航空三级无刷发电机拓扑结构；
图2本发明所述一种具有短路保护功能的旋转整流二极管的结构示意图。
其中，1为管座、2为二极管芯片、3为管帽、4为绝缘子、5为导电杆、6为熔体、7为石英砂。
图3典型熔体结构。
具体实施方式
下面详细描述本发明的具体实施方式，所述实施方式是示例性的，旨在用于阐述本发明的实用性，不能理解为对本发明的限制。
本发明的目的在于提出一种用于航空发动机的具有短路保护功能的旋转整流二极管，在旋转整流二极管出现短路故障后，可自行将所在支路切断，实现短路保护，保障飞机飞行安全。同时本发明不改变旋转整流二极管封装和外电路，可实现现有旋转整流二极管的原位替换。
以航空发电机常用的陶瓷金属密封封装旋转整流二极管为例，如图2所示，该旋转整流二极管包括管座1、二极管芯片2、管帽3、绝缘子4、导电杆5、熔体6、石英砂7。
所述管座1下端为航空发电机旋转整流二极管的电连接接口，所述管座1另一端为安装面，安装面上具有用于安装二极管芯片2的凸台以及用于与管帽3密封连接的封口。
所述二极管芯片2通过焊接方式电连接固定安装在管座1安装面的凸台上。
所述管帽3为中空结构，下端与管座1安装面的封口密封连接，另一端密封连接绝缘子4。
所述绝缘子4中心具有用于穿过导电杆5的通孔；所述绝缘子4密封固定在管帽3的一端。
所述导电杆5穿过绝缘子4，并与绝缘子4密封连接；所述导电杆5外端为航空发电机旋转整流二极管的电连接接口。
管座1、管帽3、绝缘子4、导电杆5构成的封闭空间中具有二极管芯片2和熔体6，熔体6两端分别与二极管芯片2以及导电杆5内端通过焊接方式电连接固定；且在封闭空间内还填充满石英砂7。
所述熔体6能够二极管芯片2出现短路时熔断。熔体可采用铜等导电材料，并采用具有缩口的易于熔断的熔体结构，如图3所示。
在旋转整流二极管正常工作时，通过旋转整流二极管的典型电流值为2-10A，电流通过由导电杆5、熔体6、二极管芯片2、管座1组成的导电通路流通，电流正常通过熔体，不会引起熔体熔断；当旋转整流二极管发生短路故障时，通过旋转整流二极管的典型短路电流值为30-150A，该短路电流通过熔体时，会导致缩口处剧烈发热，当缩口处温度超过熔体熔点时，缩口处熔断并产生电弧；石英砂作为熄弧介质吸收电弧能量并促进电弧的熄灭且能够保持熔体熔断后的绝缘，基本原理是，当缩口处产生电弧时，石英砂会吸收电弧产生的热量并融化，当电弧能量不足以继续融化石英砂时，电弧熄灭，此后融化的石英砂冷却，并在熔断的缩口间凝固成为良好的绝缘体，可靠切断熔体所在的电流通路。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (4)
1.一种用于航空发电机的具有短路保护功能的旋转整流二极管，其特征在于：包括管座(1)、二极管芯片(2)、管帽(3)、绝缘子(4)、导电杆(5)、熔体(6)、石英砂(7)；
所述管座(1)一端为航空发电机旋转整流二极管的电连接接口，所述管座(1)另一端为安装面，安装面上具有用于安装二极管芯片(2)的凸台以及用于与管帽(3)密封连接的封口；
所述二极管芯片(2)电连接固定安装在管座(1)安装面的凸台上；
所述管帽(3)为中空结构，一端与管座(1)安装面的封口密封连接，另一端密封连接绝缘子(4)；
所述绝缘子(4)中心具有用于穿过导电杆(5)的通孔；所述绝缘子(4)密封固定在管帽(3)的一端；
所述导电杆(5)穿过绝缘子(4)，并与绝缘子(4)密封连接；所述导电杆(5)外端为航空发电机旋转整流二极管的电连接接口；
管座(1)、管帽(3)、绝缘子(4)、导电杆(5)构成的封闭空间中具有二极管芯片(2)和熔体(6)，熔体(6)两端分别与二极管芯片(2)以及导电杆(5)内端固定电连接；且在封闭空间内还填充满石英砂(7)；
所述熔体(6)能够二极管芯片(2)出现短路时熔断。
2.根据权利要求1所述一种用于航空发电机的具有短路保护功能的旋转整流二极管，其特征在于：所述熔体(6)能够二极管芯片(2)出现短路时熔断并产生电弧，所述电弧能够融化熔断位置附近的石英砂，且石英砂冷却后能够在熔断位置凝固形成绝缘体。
3.根据权利要求2所述一种用于航空发电机的具有短路保护功能的旋转整流二极管，其特征在于：所述熔体(6)为具有缩口结构，且缩口位置在二极管芯片(2)出现短路时熔断。
4.根据权利要求1所述一种用于航空发电机的具有短路保护功能的旋转整流二极管，其特征在于：管座与二极管芯片之间、二极管芯片与熔体之间、熔体与导电杆之间均采用焊接方式实现固定电连接。
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