ES2576177T3 - Alimentación eléctrica de los equipamientos soportados por el rotor de un motor de aeronave - Google Patents

Alimentación eléctrica de los equipamientos soportados por el rotor de un motor de aeronave Download PDF

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ES2576177T3 ES11735458.9T ES11735458T ES2576177T3 ES 2576177 T3 ES2576177 T3 ES 2576177T3 ES 11735458 T ES11735458 T ES 11735458T ES 2576177 T3 ES2576177 T3 ES 2576177T3
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Abstract

Motor (1) de aeronave que comprende: - un estator, - un eje principal (3), un primer rotor (5) y un segundo rotor (4), - un mecanismo de transmisión (6) apto para convertir una rotación del eje principal en una rotación del primer rotor en un primer sentido y en una rotación del segundo rotor en un segundo sentido, opuesto al citado primer sentido, - al menos un primer equipamiento eléctrico soportado por el primer rotor y al menos un segundo equipamiento eléctrico soportado por el segundo rotor, caracterizado por el hecho de que comprende: - al menos un primer bobinado inductor (8) soportado por el estator, - una unidad de regulación (12) apta para hacer circular una corriente eléctrica continua en el citado primer bobinado inductor, y - al menos un primer bobinado inducido (10) soportado por el primer rotor (5) y conectado al primer equipamiento eléctrico y al menos un segundo bobinado inducido (11) soportado por el segundo rotor (4) y conectado al citado segundo equipamiento eléctrico, - estando situado el primer bobinado inductor (8) entre el primer bobinado inducido (10) y el segundo bobinado inducido (11) en una posición del eje principal.

Description

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DESCRIPCION
Alimentacion electrica de los equipamientos soportados por el rotor de un motor de aeronave Antecedentes del invento
El invento se refiere a la alimentacion de energla electrica de los equipamientos electricos soportados o incorporados en el rotor de un motor de aeronave, como se muestra en el documento EP 2 163 474.
El campo de aplicacion del invento es mas particularmente el de los motores de avion, especialmente los motores de turbina de gas. En particular, el invento se refiere a un motor de soplante no carenada, que comprende dos rotores contra-rotatorios, soportando cada uno unas palas orientables.
Existen motores en los que el rotor soporta palas orientables. La orientacion de las palas puede ser modificada en vuelo para permitir un funcionamiento optimizado del motor. Es especialmente el caso de motores del tipo motor de soplante no carenada. (“Open Rotor”, en ingles), que comprende dos rotores contra-rotatorios, soportando cada uno palas orientables. Por ejemplo, la orientacion de las palas puede ser modificada por un accionador electromecanico soportado por el rotor.
Para alimentar tal accionador, debe ser transmitida energla electrica al rotor. Para ello, se utiliza tlpicamente un dispositivo de escobillas. Sin embargo, los dispositivos de escobillas son generalmente poco fiables y estan sujetos a un rapido desgaste. Necesitan por lo tanto un mantenimiento regular. Ademas, son generalmente pesados y voluminosos, y pueden plantear problemas de compatibilidad con los aceites circundantes.
Para resolver estos problemas, el documento FR 2 712 250 propone utilizar un motor electrico cuyo estator sea fijo y cuyo rotor no posea ninguna union electrica con el estator y sea solidario de una rueda dentada unida mecanicamente a las palas a orientar. Esta solucion impone pues una union mecanica entre el motor electrico y las palas. La parte fija del motor electrico no puede entonces estar posicionada libremente, lo que implica limitaciones de concepcion. Ademas, no hay energla electrica disponible en el rotor para alimentar un equipamiento electrico. El mismo documento propone pues utilizar tambien un transformador rotativo que permita alimentar un pestillo.
Cuando la potencia a transmitir es elevada, un transformador rotativo es generalmente un dispositivo pesado y voluminoso. Ademas, es necesario alimentarlo a partir de una fuente cuya potencia corresponde a la potencia requerida por el rotor. Asl, son necesarios un convertidor de potencia y una fuente de energla dimensionada para una potencia elevada.
Objeto y resumen del invento
El invento contempla proporcionar un motor de aeronave con palas orientables, de los inconvenientes de la tecnica anterior citada anteriormente. En particular, transmitir energla electrica a los rotores contra-rotatorios de un motor, de dispositivo pesado y voluminoso.
A estos efectos, el invento propone un motor de aeronave que comprende:
- un estator,
- un eje principal, un primer rotor y un segundo rotor,
- un mecanismo de transmision apto para convertir una rotacion del eje principal en una rotacion del primer rotor en un primer sentido y en una rotacion del segundo rotor en un segundo sentido opuesto a dicho primer sentido,
- al menos un primer equipamiento electrico soportado por el primer rotor y al menos un segundo equipamiento electrico soportado por el segundo rotor,
caracterizado por el hecho de que comprende.
- al menos un primer bobinado inductor soportado por el rotor,
- una unidad de regulacion apta para hacer circular una corriente electrica continua en el citado primer bobinado inductor, y
- al menos un primer bobinado inducido soportado por el primer rotor y conectado al citado primer equipamiento electrico y al menos un segundo bobinado inducido soportado por el segundo rotor y conectado al citado segundo equipamiento electrico,
- estando situado el primer bobinado inductor entre el primer bobinado inducido y el segundo bobinado inducido en una posicion del eje principal.
que no presente al menos algunos un objetivo del invento es permitir manera fiable y sin necesitar un
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Gracias a estas caracterlsticas, no es necesario utilizar un dispositivo de escobillas para transmitir potencia al rotor. En efecto, el primer bobinado inductor forma, con el primer bobinado inducido y/o con el segundo bobinado inducido, una generatriz slncrona que produce la potencia electrica disponible para el rotor.
Ademas, el primer bobinado inductor es comun a los bobinados inducidos, lo que limita el tamano.
El primer bobinado inductor puede presentar un eje orientado paralelamente al eje de rotacion del eje principal.
Segun otro modo de realization, no cubierto por las reivindicaciones, el motor comprende al menos un segundo bobinado inductor soportado por el estator, y en el cual, para una position del eje principal, el primer bobinado inductor esta enfrente del primer bobinado inducido y el segundo bobinado inductor esta enfrente del segundo bobinado inducido.
En este caso, el primer bobinado inductor y el primer bobinado inducido forman una generatriz slncrona que produce potencia electrica disponible para el primer rotor. De forma correspondiente, el segundo bobinado inductor y el segundo bobinado inducido forman una generatriz slncrona que produce potencia electrica disponible para el segundo rotor. La unidad de regulation puede adaptar la corriente continua de cada generatriz independientemente, en funcion de potencia electrica a producir para cada rotor.
El primer bobinado inductor y el segundo bobinado inductor pueden estar situados uno al lado de otro segun una direction axial. El primer bobinado inductor y el segundo bobinado inductor pueden estar tambien situados a la misma distancia del eje principal segun una direccion radial.
Esto permite limitar el tamano de los bobinados en una direccion radial.
Segun una variante, no cubierta por las reivindicaciones, el primer bobinado inductor y el segundo bobinado inductor estan situados en un mismo lugar segun una direccion axial y a una distancia diferente del eje principal segun una direccion radial.
Esta disposition permite limitar el tamano segun una direccion axial.
Segun un modo de realizacion, el citado al menos un primer equipamiento electrico comprende un primer accionador electromecanico apto para modificar la orientation de una pala soportada por el primer rotor, y el citado al menos un segundo equipamiento electrico comprende un segundo accionador electromecanico apto para modificar la orientacion de una pala soportada por el segundo rotor.
El citado al menos un primer equipamiento electrico puede comprender un primer dispositivo anti-escarcha, y el citado al menos un segundo equipamiento electrico puede comprender un segundo dispositivo anti-escarcha.
Segun un modo de realizacion, no cubierto por las reivindicaciones, el motor comprende al menos un segundo bobinado inductor soportado por el primer rotor y conectado al citado primer bobinado inducido. Para una posicion del eje principal, el segundo bobinado inductor esta situado enfrente del segundo bobinado inducido.
En este modo de realizacion, el segundo bobinado inductor y el segundo bobinado inducido forman una maquina electrica que produce la energla del segundo rotor, sin necesitar de un bobinado inductor suplementario en el estator.
Breve descripcion de los dibujos
El invento sera comprendido mejor con la lectura de la descripcion hecha a continuation, a tltulo indicativo pero no limitativo, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de un motor de aeronave,
- la figura 2 es una vista en corte parcial del motor de la figura 1, segun un modo de realizacion no cubierto por las reivindicaciones,
- las figuras 3 a 7 son vistas similares a la figura 2, que representan otros modos de realizacion, no estando los modos de realizacion de las figuras 3, 4, 6 y 7 cubiertos por las reivindicaciones.
Descripcion detallada de los modos de realizacion
La figura 1 representa una vista en perspectiva de un motor 1 de aeronave, representado de manera muy esquematica. El motor 1 es un motor de tipo soplante no carenada que presenta dos rotores contra-rotatorios. Cada rotor soporta palas orientables. La vista de la figura 2 representa esquematicamente la parte del motor 1 al nivel de un
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Segun un modo de realizacion, el citado al menos un primer equipamiento electrico comprende un primer accionador electromecanico apto para modificar la orientacion de una pala soportada por el primer rotor, y el citado al menos un segundo equipamiento electrico comprende un segundo accionador electromecanico apto para modificar la orientacion de una pala soportada por el segundo rotor.
El citado al menos un primer equipamiento electrico puede comprender un primer dispositivo anti-escarcha, y el citado al menos un segundo equipamiento electrico puede comprender un segundo dispositivo anti-escarcha.
Segun un modo de realizacion, el motor comprende al menos un segundo bobinado inductor soportado por el primer rotor y conectado al citado primer bobinado inducido. Para una posicion del eje principal, el segundo bobinado inductor esta situado enfrente del segundo bobinado inducido.
En este modo de realizacion, el segundo bobinado inductor y el segundo bobinado inducido forman una maquina electrica que produce la energla del segundo rotor, sin necesitar de un bobinado inductor suplementario en el estator.
Breve descripcion de los dibujos
El invento sera comprendido mejor con la lectura de la descripcion hecha a continuacion, a tltulo indicativo pero no limitativo, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de un motor de aeronave, segun un modo de realizacion de la invencion,
- la figura 2 es una vista en corte parcial del motor de la figura 1,
- las figuras 3 a 7 son vistas similares a la figura 2, que representan otros modos de realizacion.
Descripcion detallada de los modos de realizacion
La figura 1 representa una vista en perspectiva de un motor 1 de aeronave, representado de manera muy esquematica. El motor 1 es un motor de tipo soplante no carenada que presenta dos rotores contra-rotatorios. Cada rotor soporta palas orientables. La vista de la figura 2 representa esquematicamente la parte del motor 1 al nivel de un mecanismo de transmision (“Power Gear Box”, en ingles), que permite convertir la rotacion de un eje principal en una rotacion de los rotores en dos sentidos opuestos.
El motor 1 comprende un carter 2 sobre el que esta fijado un estator, y un eje principal 3 accionado en rotacion, por ejemplo, por una turbina de gas (no representada). El motor 1 comprende igualmente un rotor 4 y un rotor 5. Unos cojinetes 7 permiten la rotacion del eje principal 3 y de los rotores 4 y 5 con respecto al carter 2.
Un mecanismo de transmision 6 une el eje principal 3 al rotor 4 y al rotor 5. De una manera mas precisa, cuando el eje principal 3 gira en un primer sentido, el mecanismo de transmision 6 acciona el rotor 5 en el mismo primer sentido y el rotor 4 en un segundo sentido opuesto. El mecanismo de transmision 6 reduce igualmente la velocidad de rotacion. Asl, por ejemplo, para una velocidad de rotacion tlpica del eje principal 3 de +6000 rpm, el rotor 5 gira a una velocidad de +900 rpm y el rotor 4 gira a una velocidad de -900 rpm.
El rotor 4 soporta palas orientables. (no representadas). Un accionador electromecanico (no representado), soportado por el rotor 4, permite modificar la orientacion de las palas. El rotor 4 soporta igualmente un dispositivo anti-escarcha (no representado) que comprende resistencias electricas integradas en las palas. De forma correspondiente, el rotor 5 soporta palas orientables, un accionador electromecanico y un dispositivo anti-escarcha. Como variante, los rotores 4 y 5 soportan palas no orientables.
Se describen ahora los elementos que permiten la alimentacion electrica de los equipamientos electricos soportados por los rotores 4 y 5, a saber, los accionadores electromecanicos y los dispositivos anti-escarcha citados anteriormente.
La figura 2 representa un bobinado inductor 8 soportado por el estator del carter 2 y un bobinado inducido 10 soportado por el rotor 5. En la posicion representada del eje principal 3, el bobinado inductor 8 y el bobinado inducido 10 estan enfrentados. El bobinado inducido 8 esta conectado a los equipamientos electricos soportados por el rotor 5. De forma correspondiente, el estator del carter 2 soporta un bobinado inductor 9 que esta enfrentado a un bobinado inducido 11 soportado por el rotor 4. El bobinado inducido 11 esta conectado a los equipamientos electricos soportados por el rotor 4.
En la practica, cada uno de los bobinados inductores 8 y 9 y de los bobinados inducidos 10 y 11 forman parte de un conjunto de bobinados respectivos, repartidos de forma circunferencial. A continuacion, cuando se haga referencia a un bobinado, habra que entender que se designa al conjunto de los bobinados del que forma parte.
Una unidad de regulacion 12 esta conectada a los bobinados inductores 8 y 9. La unidad de regulacion 12 esta alimentada por una generatriz 13 de imanes permanentes montada sobre el eje principal 3 y sobre el carter 2. Como
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complemento o en lugar de la alimentacion por la generatriz 13, la unidad de regulacion 12 puede ser alimentada desde una red electrica de a bordo de la aeronave.
Ahora se describe el funcionamiento del motor 1.
Cuando el eje principal 3 del motor 1 gira, acciona la rotacion de los rotores 4 y 5. Asl, los bobinados inducidos 10 y 11 giran y pasan por delante de los bobinados inductores 8 y 9. La unidad de regulacion 12 es alimentada a partir de la generatriz 13 y/o de la red de a bordo, y alimenta los bobinados inductores 8 y 9 con corriente continua.
En razon de los campos magneticos generados por los bobinados inductores 8 y 9 y por la rotacion de los rotores 4 y 5, se genera una tension electrica en los bobinados inducidos 10 y 11. Dicho de otra manera, el bobinado inductor 8 y el bobinado inducido 10 forman una generatriz slncrona que produce una tension alterna disponible para el rotor 5. De forma correspondiente, el bobinado inductor 9 y el bobinado inducido 11 forman una generatriz slncrona que produce una tension alterna disponible para el rotor 4. La unidad de regulacion 12 puede adaptar las amplitudes de las tensiones y de las corrientes continuas en los bobinados inductores 8 y 9 para que las potencias disponibles en los rotores 4 y 5 correspondan a las potencias requeridas.
Las tensiones alternas producidas permiten alimentar los equipamientos electricos soportados por los rotores 4 y 5. De una manera mas precisa, para cada rotor, el dispositivo anti-escarcha puede presentar una estructura sencilla, que comprenda cables, elementos de conexion y elementos resistivos de calefaccion. Puede estar alimentado directamente a partir de los bobinados inducidos, sin necesitar de una electronica de potencia soportada por el rotor. El accionador electromecanico de orientacion de las palas puede estar alimentado a partir de los bobinados inducidos, a traves de un convertidor de potencia soportado por el rotor.
Asl, no es necesario utilizar dispositivos de escobillas para alimentar los equipamientos electricos soportados por los rotores 4 y 5. Ademas, durante la conception del motor 1, los bobinados pueden estar posicionados independientemente de los equipamientos electricos a alimentar y de las palas, pues la potencia electrica puede ser transportada facilmente a los rotores 4 y 5 por cableado.
Es igualmente posible alimentar los equipamientos electricos soportados por los rotores 4 y 5 cuando el motor 1 esta parado, es decir cuando el eje principal 3 y los rotores 4 y 5 no giran con respecto al carter 2. En este caso, la unidad de regulacion 12 alimenta los bobinados inductores 8 y 9 con una tension alterna. El bobinado inductor 8 y el bobinado inducido 10 forman entonces un transformador que transmite una tension alterna disponible al rotor 5. De forma correspondiente, el bobinado inductor 9 y el bobinado inducido 11 forman un transformador que transmite una tension alterna disponible al rotor 4. Este modo de funcionamiento en modo transformador puede ser utilizado tambien con un velocidad baja de rotacion, cuando la rotacion de los rotores 4 y 5 no permite producir una tension suficiente en un modo de funcionamiento como generador slncrono.
Durante el funcionamiento en modo de generador slncrono, las potencias electricas necesarias en los rotores 4 y 5 estan producidas esencialmente en la rotacion del eje principal 3. La potencia electrica que debe suministrar la unidad de regulacion 12 para alimentar los bobinados inductores 8 y 9 con tension continua no es muy elevada.
Por otra parte, el funcionamiento en modo transformador puede ser utilizado esencialmente durante las fases de mantenimiento, cuando el avion esta en el suelo, por ejemplo para comprobar el buen funcionamiento de los accionadores electromecanicos de orientacion de las palas y de la electronica de potencia asociada, En este caso, las fuerzas aerodinamicas ejercidas sobre las palas son poco elevadas. Ademas, en estas situaciones, el anti- escarcha no se utiliza o se utiliza con baja potencia. Asl, la potencia electrica que debe suministrar la unidad de regulacion 12 para alimentar los bobinados inductores 8 y 9 con tension alterna no es muy elevada.
Se constata que en los dos modos de funcionamiento, la unidad de regulacion 12 no debe suministrar una potencia electrica elevada. La unidad de regulacion 12 puede asl ser dimensionada para una potencia electrica baja, lo que conduce a un peso y un tamano reducidos. La unidad de regulacion 12 no genera por lo tanto perdidas termicas elevadas y puede estar situada en una zona de la aeronave que ofrezca buenas condiciones de funcionamiento, llamada “zona controlada”.
Las figuras 3 y 5 son figuras similares a la figura 2 y representan otros modos de realization. En estas figuras, los elementos identicos o similares a elementos de la figura 2 son designados con las mismas referencias y no son descritos con detalle.
El modo de realizacion de la figura 3 es casi identico al de la figura 2. En la figura 3, los bobinados inductores 8 y 9 estan situados uno al lado de otro segun una direction axial, es decir una direction paralela al eje de rotacion del eje principal 3 y de los rotores 4 y 5. Los bobinados inductores 8 y 9 estan situados igualmente a la misma distancia del eje principal 3 segun una direccion radial. Asimismo, los bobinados inducidos 10 y 11 estan situados uno al lado de otro segun una direccion axial, y a la misma distancia del eje principal 3 segun una direccion radial. Por comparacion, en la figura 2, el bobinado inductor 9 y el bobinado inducido 11 estan ligeramente mas alejados del eje principal 3 que el bobinado inductor 8 y el bobinado inducido 10, respectivamente. Las disposiciones de las figuras 2 y 3 permiten limitar el tamano de los bobinados segun una direccion radial.
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En el modo de realizacion de la figura 4, segun una direccion axial, los bobinados inductores 8 y 9 y los bobinados inducidos 10 y 11 estan situados en un mismo lugar. Segun una direccion radial, el bobinado inductor 9 y el bobinado inducido 11 estan mas alejados del eje que el bobinado inductor 8 y el bobinado inducido 10. Esta disposicion permite limitar el tamano de los bobinados en una direccion axial.
En el modo de realizacion de la figura 5, el motor 1 comprende un bobinado inductor 8 que, en la posicion representada del eje principal 3, esta frente a los bobinados inducidos 10 y 11. Dicho de otra manera, el bobinado inductor 8 forma, con el bobinado inducido 10, una primera generatriz slncrona y, con el bobinado inducido 11, una segunda generatriz slncrona. El bobinado inductor 8 es comun a ambas generatrices. Al limitar el numero de bobinados utilizados, la disposicion de la figura 5 permite reducir el peso y el tamano de los bobinados.
Por otra parte, la orientacion de los bobinados en la figura 5 es diferente a la de las figuras 2 a 4. El flujo magnetico se genera segun una direccion axial y no radial. Esta orientacion diferente permite una ocupacion diferente del espacio. La eleccion de la orientacion permite tener en cuenta, durante la concepcion del motor 1, el espacio disponible.
El funcionamiento del modo de realizacion de la figura 5 es sensiblemente identico al modo de realizacion de la figura 2. Sin embargo, no es posible generar una potencia electrica diferente para cada motor, como es el caso en los modos de realizacion precedentes, en los que la unidad de regulacion 12 puede hacer circular corrientes de diferentes amplitudes en el bobinado inductor 8 y en el bobinado inductor 9.
En el modo de realizacion de la figura 6, los bobinados 8 a 11 no estan orientados ni radial ni axialmente con respecto al eje principal 3. Esta disposicion permite una integracion especlfica que permite limitar el tamano teniendo en cuenta los requisitos de concepcion.
En el modo de realizacion de la figura 7, el rotor 5 soporta un bobinado inductor 20 conectado al bobinado inducido
10 mediante una conexion 21. En la posicion representada, el bobinado inductor 20 esta frente al bobinado inducido
11 del rotor 4.
Segun una primera variante, la conexion 21 puede comprender un puente rectificador formado por diodos. En este caso, el bobinado inductor 20 es alimentado con corriente continua. La rotacion relativa de los rotores 4 y 5 permite la generacion de una potencia electrica en el bobinado inducido 11.
Segun otra variante, la conexion 21 puede conectar directamente el bobinado inducido 10 con el bobinado inductor 20. En este caso, el bobinado inductor 20 es alimentado con corriente alterna y genera un campo magnetico rotativo. El campo rotativo y la rotacion relativa de los rotores 4 y 5 permiten la generacion de una potencia electrica en el bobinado inducido 11, segun una velocidad de entre-hierro doble con respecto a la primera variante citada anteriormente.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Motor (1) de aeronave que comprende:
    - un estator,
    - un eje principal (3), un primer rotor (5) y un segundo rotor (4),
    - un mecanismo de transmision (6) apto para convertir una rotacion del eje principal en una rotacion del primer rotor en un primer sentido y en una rotacion del segundo rotor en un segundo sentido, opuesto al citado primer sentido,
    - al menos un primer equipamiento electrico soportado por el primer rotor y al menos un segundo equipamiento electrico soportado por el segundo rotor, caracterizado por el hecho de que comprende:
    - al menos un primer bobinado inductor (8) soportado por el estator,
    - una unidad de regulacion (12) apta para hacer circular una corriente electrica continua en el citado primer bobinado inductor, y
    - al menos un primer bobinado inducido (10) soportado por el primer rotor (5) y conectado al primer equipamiento electrico y al menos un segundo bobinado inducido (11) soportado por el segundo rotor (4) y conectado al citado segundo equipamiento electrico,
    - estando situado el primer bobinado inductor (8) entre el primer bobinado inducido (10) y el segundo bobinado inducido (11) en una posicion del eje principal.
  2. 2. Motor segun la reivindicacion 1, en el cual dicho primer bobinado inductor (8) presenta un eje orientado paralelamente al eje de rotacion del eje principal.
  3. 3. Motor segun una de las reivindicaciones 1 y 2, en el cual la citada unidad de regulacion es alimentada por una generatriz de imanes permanentes (13).
  4. 4. Motor segun una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual la citada unidad de regulacion es alimentada por una red de a bordo,
  5. 5. Motor segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual la unidad de regulacion es apta para hacer circular una corriente electrica alterna en el citado primer bobinado inductor.
  6. 6. Motor segun una de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual el citado al menos un primer equipamiento electrico comprende un primer accionador electromecanico apto para modificar la orientacion de una pala soportada por el primer rotor, y el citado al menos un segundo equipamiento electrico comprende un segundo accionador electromecanico apto para modificar la orientacion de una pala soportada por el segundo rotor.
  7. 7. Motor segun una de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual el citado al menos un primer equipamiento electrico comprende un primer dispositivo anti-escarcha, y el citado al menos un segundo equipamiento electrico comprende un segundo dispositivo anti-escarcha.
ES11735458.9T 2010-06-15 2011-06-08 Alimentación eléctrica de los equipamientos soportados por el rotor de un motor de aeronave Active ES2576177T3 (es)

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