RU212488U1

RU212488U1 - AIR COOLED BRUSHLESS SYNCHRONOUS GENERATOR

Info

Publication number: RU212488U1
Application number: RU2022110838U
Authority: RU
Inventors: Олег Игоревич Дунст; Валерий Николаевич Захаренков; Олег Григорьевич Клочков; Андрей Дмитриевич Куприянов; Алексей Алексеевич Сулыгин
Original assignee: Акционерное общество "Аэроэлектромаш"
Filing date: 2022-04-21
Publication date: 2022-07-26

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к бесщеточным синхронным генераторам, предназначенным для использования на летательных аппаратах, например на вертолетах. Технический результат заключается в снижении массогабаритных показателей. Генератор электрического тока содержит несущий корпус, вал, основную генерирующую машину, генератор основного возбуждения, генератор исходного возбуждения и воздушную крыльчатку. Несущий корпус включает в себя первый и второй щиты, а также цилиндрическую часть, расположенную между ними. Первый щит имеет наружный крепежный фланцевый участок. Вал удерживается первой и второй подшипниковыми опорами, установленными соответственно в первом и во втором щитах. Индуктор основной генерирующей машины и воздушная крыльчатка закреплены на валу между первой и второй подшипниковыми опорами. Якорь генератора основного возбуждения и индуктор генератора исходного возбуждения закреплены на валу с той стороны второй подшипниковой опоры, которая противоположна стороне расположения первой подшипниковой опоры. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

The utility model relates to electrical engineering, in particular to brushless synchronous generators intended for use on aircraft, such as helicopters. The technical result is to reduce weight and size indicators. The electric current generator contains a bearing body, a shaft, a main generating machine, a main excitation generator, an initial excitation generator and an air impeller. The bearing body includes the first and second shields, as well as a cylindrical part located between them. The first shield has an external mounting flange section. The shaft is held by the first and second bearing supports installed respectively in the first and second shields. The inductor of the main generating machine and the air impeller are fixed on the shaft between the first and second bearing supports. The armature of the main excitation generator and the inductor of the initial excitation generator are fixed on the shaft from that side of the second bearing support, which is opposite to the side of the first bearing support. 5 z.p. f-ly, 2 ill.

Description

Область техникиTechnical field

[1] Полезная модель относится к бесщеточным синхронным генераторам, предназначенным для использования на летательных аппаратах, условия эксплуатации которых допускают воздушное охлаждение генератора, например на вертолетах. [1] The utility model relates to brushless synchronous generators intended for use in aircraft, the operating conditions of which allow air cooling of the generator, such as helicopters.

Предпосылки к созданию полезной моделиPrerequisites for creating a utility model

[2] Традиционный бесщеточный синхронный генератор (далее – бесщеточный генератор), предназначенный для использования на летательном аппарате совместно с газотурбинным двигателем, содержит три последовательно соединенных друг с другом синхронных генератора, а именно: подвозбудитель, возбудитель и основной генератор. Индуктор подвозбудителя, якорь возбудителя и индуктор основного генератора расположены на приводном валу бесщеточного генератора (далее – приводной вал), и соответственно, являются роторами. Одновременно с этим, в качестве статоров данных генераторов выступают якорь подвозбудителя, индуктор возбудителя и якорь основного генератора, которые расположены на несущем корпусе бесщеточного генератора (далее – несущий корпус).[2] A conventional brushless synchronous generator (hereinafter referred to as a brushless generator) designed for use in an aircraft in conjunction with a gas turbine engine contains three synchronous generators connected in series with each other, namely: a subexciter, an exciter and a main generator. The sub-exciter inductor, the exciter armature and the main generator inductor are located on the drive shaft of the brushless generator (hereinafter referred to as the drive shaft), and, accordingly, are rotors. At the same time, the sub-exciter armature, the exciter inductor and the main generator armature, which are located on the carrier housing of the brushless generator (hereinafter referred to as the carrier housing), act as stators of these generators.

[3] Индуктор подвозбудителя содержит постоянные магниты, поэтому для создания ЭДС в обмотке якоря подвозбудителя достаточно самого факта вращения приводного вала, что обеспечивает автономность работы подвозбудителя и бесщеточного генератора в целом. Закрепленный на несущем корпусе первичный выпрямитель преобразует переменный ток, протекающий в обмотке якоря подвозбудителя, в постоянный ток, который подается на обмотку индуктора возбудителя, в результате чего в обмотке якоря возбудителя также индуцируется переменная ЭДС и протекает переменный ток.[3] The subexciter inductor contains permanent magnets, therefore, to create an EMF in the armature winding of the subexciter, the very fact of rotation of the drive shaft is sufficient, which ensures the autonomy of the subexciter and the brushless generator as a whole. The primary rectifier fixed on the supporting body converts the alternating current flowing in the sub-exciter armature winding into direct current, which is supplied to the exciter inductor winding, as a result of which an alternating EMF is also induced in the exciter armature winding and alternating current flows.

[4] Обмотка якоря возбудителя, в свою очередь, соединена с обмоткой индуктора основного генератора через основной выпрямитель, поэтому в обмотке индуктора основного генератора протекает постоянный ток. Индуцируемый в обмотке якоря основного генератора переменный ток создает на ее концах трехфазное переменное напряжение, которое поступает в бортовую сеть летательного аппарата. Следует отметить, что основной выпрямитель расположен на приводном валу, что позволяет избежать использования щеток для передачи электрического тока на основной выпрямитель и от него, или другими словами, реализовать концепцию бесщеточного генератора.[4] The exciter armature winding is in turn connected to the main generator inductor winding through the main rectifier, so that DC current flows in the main generator inductor winding. The alternating current induced in the armature winding of the main generator creates a three-phase alternating voltage at its ends, which enters the onboard network of the aircraft. It should be noted that the main rectifier is located on the drive shaft, which avoids the use of brushes to transfer electric current to and from the main rectifier, or in other words, to realize the concept of a brushless generator.

[5] Генератор, выполненный согласно описанной выше конфигурации, содержит выделяющие тепло компоненты, такие как обмотки, сердечники, диоды основного выпрямителя и т.п., и требует интенсивного охлаждения. В этих целях на приводном валу генератора вблизи передней подшипниковой опоры устанавливают вентилятор, который создает воздушный поток, проходящий в продольном направлении через весь объем корпуса генератора и обеспечивающий эффективный отвод тепла от указанных компонентов. [5] The generator configured according to the above configuration contains heat-generating components such as windings, cores, main rectifier diodes, and the like, and requires intensive cooling. For this purpose, a fan is installed on the generator drive shaft near the front bearing support, which creates an air flow passing in the longitudinal direction through the entire volume of the generator housing and ensuring efficient heat removal from these components.

[6] Прототипом изобретения является генератор ГТ40ПЧ8Б, в основных чертах соответствующий описанной выше конфигурации. Конструкция прототипа раскрыта в документе «Генераторы ГТ40ПЧ8Б и ГТ40ПЧ8В. Руководство по технической эксплуатации 8А0.311.017 РЭ» от 01.08.2000, представленном в Интернете на 30.03.2022, г.: http://www.aviakrug.com/docs/tech_docs/y408rus.pdf (стр. 5, 7-11). Для закрепления на летательном аппарате прототип снабжен крепежным фланцем, который расположен на торцевом участке несущего корпуса со стороны приводной шестерни, закрепленной на приводном валу. Несущий корпус удерживает приводной вал посредством двух подшипников, установленных на торцевых участках несущего корпуса. Между закрепленными в подшипниках опорными цапфами на приводном валу закреплены крыльчатка, индуктор основного генератора, основной выпрямитель, якорь возбудителя и индуктор подвозбудителя.[6] The prototype of the invention is the GT40PCH8B generator, which basically corresponds to the configuration described above. The design of the prototype is disclosed in the document “Generators GT40PCH8B and GT40PCH8V. Technical operation manual 8А0.311.017 РЭ" dated 08/01/2000, presented on the Internet on 03/30/2022, http://www.aviakrug.com/docs/tech_docs/y408rus.pdf (pp. 5, 7-11 ). For mounting on an aircraft, the prototype is equipped with a mounting flange, which is located on the end section of the carrier housing from the side of the drive gear mounted on the drive shaft. The bearing housing holds the drive shaft by means of two bearings mounted on the end sections of the bearing housing. An impeller, an inductor of the main generator, a main rectifier, an exciter armature and an exciter inductor are fixed between the support pins fixed in the bearings on the drive shaft.

[7] Ввиду того, что столь большое число массивных устройств оказывается установленным на приводном валу между опорными цапфами, приводной вал испытывает значительную изгибающую нагрузку. Для устойчивости к данному неблагоприятному фактору приводной вал должен обладать очень высокой жесткостью, что требует выполнения приводного вала с использованием большого количества металла, вследствие чего приводной вал становится весьма тяжелым.[7] Due to the fact that such a large number of massive devices are installed on the drive shaft between the support pins, the drive shaft is subjected to a significant bending load. To resist this adverse factor, the drive shaft must have a very high rigidity, which requires the drive shaft to be made using a large amount of metal, whereby the drive shaft becomes very heavy.

[8] Далее, поскольку прототип имеет консольное закрепление, а торцевые участки несущего корпуса с установленными в них подшипниками оказываются далеко разнесенным друг от друга, то значительной изгибающей нагрузке подвержена и цилиндрическая часть несущего корпуса. Меры по усилению цилиндрической части также связаны с увеличением материалоемкости и веса несущего корпуса, что является нежелательным для бесщеточного генератора, применяемого в авиации.[8] Further, since the prototype has a cantilever attachment, and the end sections of the carrier housing with the bearings installed in them are far apart from each other, the cylindrical part of the carrier housing is also subject to a significant bending load. Measures to strengthen the cylindrical part are also associated with an increase in material consumption and weight of the supporting body, which is undesirable for a brushless generator used in aviation.

[9] Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, состоит в снижении веса бесщеточного генератора с воздушным охлаждением.[9] The technical problem addressed by the utility model is to reduce the weight of an air-cooled brushless generator.

Сущность полезной моделиThe essence of the utility model

[10] Для решения указанной технической проблемы в качестве полезной модели предложен генератор электрического тока, содержащий несущий корпус, вал, основную генерирующую машину, генератор основного возбуждения, генератор исходного возбуждения и воздушную крыльчатку. Несущий корпус включает в себя первый и второй щиты, а также цилиндрическую часть, расположенную между ними, при этом первый щит имеет наружный крепежный фланцевый участок. Вал удерживается первой и второй подшипниковыми опорами, установленными соответственно в первом и во втором щитах. Индуктор основной генерирующей машины и воздушная крыльчатка закреплены на валу между первой и второй подшипниковыми опорами. Якорь генератора основного возбуждения и индуктор генератора исходного возбуждения закреплены на валу с той стороны второй подшипниковой опоры, которая противоположна стороне расположения первой подшипниковой опоры. [10] To solve this technical problem, an electric current generator is proposed as a utility model, containing a supporting body, a shaft, a main generating machine, a main excitation generator, an initial excitation generator and an air impeller. The supporting body includes the first and second shields, as well as a cylindrical part located between them, while the first shield has an external mounting flange section. The shaft is held by the first and second bearing supports installed respectively in the first and second shields. The inductor of the main generating machine and the air impeller are fixed on the shaft between the first and second bearing supports. The armature of the main excitation generator and the inductor of the initial excitation generator are fixed on the shaft from that side of the second bearing support, which is opposite to the side of the first bearing support.

[11] Технический результат полезной модели состоит в том, что длина участка приводного вала, находящегося между подшипниковыми опорами, значительно уменьшена, что естественным образом уменьшает плечо действия силы тяжести самого приводного вала и элементов, закрепленных на валу. Соответственно уменьшается и момент указанной силы, или другими словами, изгибающая нагрузка. Ввиду данного обстоятельства приводной вал может быть выполнен с использованием меньшего количества металла, и соответственно с меньшим весом. Аналогичным образом снижается изгибающая нагрузка на цилиндрическую часть несущего корпуса, что также позволяет выполнить ее с меньшей толщиной стенки, а значит более легкой. [11] The technical result of the utility model is that the length of the section of the drive shaft located between the bearings is significantly reduced, which naturally reduces the arm of the force of gravity of the drive shaft itself and the elements mounted on the shaft. Accordingly, the moment of the specified force, or in other words, the bending load, also decreases. In view of this circumstance, the drive shaft can be made using less metal, and therefore with less weight. Similarly, the bending load on the cylindrical part of the supporting body is reduced, which also allows it to be made with a smaller wall thickness, and therefore lighter.

[12] В частном случае полезной модели на внутренней поверхности цилиндрической части выполнены продольные ребра, к вершинам которых прикреплен якорь основной генерирующей машины. Данное исполнение позволяет, во-первых, увеличить прочность цилиндрической части без существенного увеличения ее веса, а во-вторых, создать каналы для охлаждения якоря основной генерирующей машины.[12] In a particular case of the utility model, longitudinal ribs are made on the inner surface of the cylindrical part, to the tops of which the anchor of the main generating machine is attached. This design allows, firstly, to increase the strength of the cylindrical part without a significant increase in its weight, and secondly, to create channels for cooling the armature of the main generating machine.

[13] В другом частном случае полезной модели второй щит снабжен гильзой, пролегающей в осевом направлении в сторону, которая противоположна стороне расположения первого щита, а вал снабжен ступицей, расположенной внутри гильзы. Индуктор генератора основного возбуждения при этом закреплен на внутренней поверхности гильзы, а якорь генератора основного возбуждения закреплен на цилиндрической стенке ступицы. Данное исполнение позволяет обеспечить закрепление индуктора генератора основного возбуждения на втором щите, а не на цилиндрической части корпуса, как это выполнено в прототипе. Благодаря такому решению описанный ниже легкий корпус, по существу, не имеет силовой функции и может быть выполнен облегченным. [13] In another particular case of the utility model, the second shield is provided with a sleeve extending axially to the side opposite to the side of the first shield, and the shaft is provided with a hub located inside the sleeve. In this case, the main excitation generator inductor is fixed on the inner surface of the sleeve, and the main excitation generator armature is fixed on the cylindrical wall of the hub. This design allows you to secure the inductor of the main excitation generator on the second shield, and not on the cylindrical part of the housing, as is done in the prototype. Thanks to this solution, the lightweight body described below has essentially no power function and can be made lightweight.

[14] В развитии данного частного случая на радиальной стенке ступицы закреплен выпрямительный блок, включенный в электрическую цепь между якорем генератора основного возбуждения и индуктором основной генерирующей машины. Данное исполнение позволяет разместить выпрямительный блок, не увеличивая продольный размер приводного вала, т.е. минимизируя изгибающую нагрузку на приводном валу.[14] In the development of this particular case, a rectifier unit is fixed on the radial wall of the hub, which is included in the electrical circuit between the armature of the main excitation generator and the inductor of the main generating machine. This design allows you to place the rectifier unit without increasing the longitudinal size of the drive shaft, i.e. minimizing the bending load on the drive shaft.

[15] В другом частном случае полезной модели бесщеточный генератор содержит легкий корпус, прикрепленный к несущему корпусу со стороны второго щита. Поскольку легкий корпус не является силовым элементом конструкции корпуса, он может быть выполнен тонкостенным и характеризоваться малым весом. Соответственно, используемая в полезной модели пара из несущего корпуса и легкого корпуса оказывается существенно легче, чем выполняющий ту же самую функцию несущий корпус прототипа.[15] In another particular case of the utility model, the brushless generator comprises a lightweight housing attached to the supporting housing from the side of the second shield. Since the light body is not a structural element of the body, it can be thin-walled and light in weight. Accordingly, the pair of carrier body and light body used in the utility model is significantly lighter than the carrier body of the prototype performing the same function.

[16] В развитии данного частного случая легкий корпус содержит третий щит, снабженный гильзой, пролегающей в осевом направлении в сторону второго щита, при этом якорь генератора исходного возбуждения закреплен на внутренней поверхности гильзы. Такое закрепление якоря генератора исходного возбуждения представляется целесообразным с точки зрения удобства монтажа. В то же время, поскольку якорь генератора исходного возбуждения имеет сравнительно небольшой вес, то он не оказывает существенной нагрузки на легкий корпус, и его размещение на легком корпусе не сопровождается заметным утяжелением последнего. [16] In the development of this particular case, the light body contains a third shield, equipped with a sleeve, which runs axially towards the second shield, while the anchor of the initial excitation generator is fixed on the inner surface of the sleeve. Such a fixation of the armature of the initial excitation generator seems appropriate from the point of view of ease of installation. At the same time, since the armature of the initial excitation generator has a relatively small weight, it does not exert a significant load on the light body, and its placement on a light body is not accompanied by a noticeable weighting of the latter.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

[17] Осуществление полезной модели будет пояснено ссылками на фигуры:[17] The implementation of the utility model will be explained with reference to the figures:

фиг. 1 – продольный разрез бесщеточного генератора, выполненного согласно полезной модели;fig. 1 is a longitudinal section of a brushless generator made according to the utility model;

фиг. 2 – общий вид второго щита бесщеточного генератора, выполненного согласно полезной модели.fig. 2 is a general view of the second shield of the brushless generator, made according to the utility model.

Следует отметить, что форма и размеры отдельных элементов бесщеточного генератора, отображенных на фигурах, могут являться условными и могут быть показаны так, чтобы наиболее наглядно проиллюстрировать взаимное расположение элементов бесщеточного генератора и их причинно-следственную связь с заявленным техническим результатом. It should be noted that the shape and dimensions of the individual elements of the brushless generator shown in the figures can be conditional and can be shown in such a way as to most clearly illustrate the mutual arrangement of the elements of the brushless generator and their causal relationship with the claimed technical result.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

[18] Осуществление полезной модели будет показано на наилучших известных авторам примерах ее реализации, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.[18] The implementation of the utility model will be shown on the best examples of its implementation known to the authors, which are not restrictions on the scope of protected rights.

[19] В дальнейшем изложении понятия «подвозбудитель», «возбудитель» и «основной генератор» являются идентичными понятиям «генератор исходного возбуждения», «генератор основного возбуждения» и «основная генерирующая машина» соответственно, а понятие «подшипник» – понятию «подшипниковая опора».[19] In the following presentation, the concepts of "sub-exciter", "exciter" and "main generator" are identical to the concepts of "generator of the initial excitation", "generator of the main excitation" and "main generating machine", respectively, and the concept of "bearing" - to the concept of "bearing support".

[20] Бесщеточный генератор 1 (фиг. 1) содержит несущий корпус 10, который образован первым щитом 11, вторым щитом 12 и цилиндрической частью 13, выполненными из алюминиевого сплава и жестко скрепленными друг с другом так, что цилиндрическая часть 13 расположена между первым щитом 11 и вторым щитом 12. В первом и во втором щитах 11 и 12 установлены соответственно первый и второй подшипники 21 и 22, которые удерживают приводной вал 30 с возможностью его вращения.[20] The brushless generator 1 (FIG. 1) comprises a carrier body 10, which is formed by a first shield 11, a second shield 12, and a cylindrical part 13, made of aluminum alloy and rigidly fastened to each other so that the cylindrical part 13 is located between the first shield 11 and the second shield 12. In the first and second shields 11 and 12, respectively, the first and second bearings 21 and 22 are installed, which hold the drive shaft 30 with the possibility of its rotation.

[21] Следует отметить, что форма цилиндрической части 13 может отличаться от строго цилиндрической и определяться с учетом необходимости закрепления навесного оборудования и т.п. Аналогично этому, первый и второй щиты 11 и 12 могут иметь различную форму при условии образования вместе с несущей частью 13 несущего корпуса 10 и надлежащего закрепления первого и второго подшипников 21 и 22.[21] It should be noted that the shape of the cylindrical part 13 may differ from strictly cylindrical and be determined taking into account the need to secure attachments, etc. Likewise, the first and second shields 11 and 12 may have different shapes, provided that the first and second bearings 21 and 22 are formed together with the bearing part 13 and properly fixed.

[22] На первом щите 11 расположен фланцевый участок 14, который предназначен для закрепления бесщеточного генератора 1 на летательном аппарате. Фланцевый участок 14 может быть выполнен с первым щитом 11 заодно или представлять собой отдельную деталь, прикрепленную к первому щиту 11.[22] On the first shield 11 is a flange portion 14, which is designed to secure the brushless generator 1 on the aircraft. The flange section 14 can be integral with the first shield 11 or be a separate piece attached to the first shield 11.

[23] Приводной вал 30 образован скрепленными друг с другом первым и вторым вальными элементами 31 и 32. Первый вальный элемент 31 выполнен полым, а второй вальный элемент 32 имеет участок, который вставлен в полость первого вального элемента 31 со стороны первого щита 11 с обеспечением жесткой фиксации. На свободном конце второго вального элемента 32 выполнена приводная шестерня 33, которая предназначена для вхождения в зацепление с шестерней редуктора, передающего крутящий момент от двигателя летательного аппарата.[23] The drive shaft 30 is formed by first and second shaft elements 31 and 32 fastened together. hard fixation. At the free end of the second shaft element 32, a drive gear 33 is made, which is designed to engage with the gear of a gearbox that transmits torque from the aircraft engine.

[24] Таким образом, бесщеточный генератор 1 предназначен для консольного закрепления через первый щит 11, при этом удержание приводного вала 30 в заданном положении обеспечивается несущим корпусом 10, обладающим высокой жесткостью. Одновременно с этим бесщеточный генератор 1 снабжен легким корпусом 90, который по существу, не является силовым элементом для удержания приводного вала 30. Функция легкого корпуса 90 подробно раскрыта ниже.[24] Thus, the brushless generator 1 is designed to be cantilevered through the first shield 11, while holding the drive shaft 30 in a predetermined position is provided by the bearing body 10 having high rigidity. At the same time, the brushless generator 1 is provided with a light body 90, which is not essentially a force member for holding the drive shaft 30. The function of the light body 90 is detailed below.

[25] Бесщеточный генератор 1 включает в себя три синхронных генератора: основной генератор 40, возбудитель 50 и подвозбудитель 60. Индуктор 41 основного генератора, якорь 52 возбудителя и индуктор 61 подвозбудителя закреплены на приводном валу 30 и являются роторами в своих генераторах 40, 50, 60 соответственно. Одновременно с этим, в качестве статоров генераторов 40, 50, 60 выступают соответственно якорь 42 основного генератора, индуктор 51 возбудителя и якорь 62 подвозбудителя. Якорь 42 основного генератора и индуктор 51 возбудителя закреплены на несущем корпусе 10, а якорь 62 подвозбудителя закреплен на легком корпусе 90.[25] The brushless generator 1 includes three synchronous generators: a main generator 40, an exciter 50, and a sub-exciter 60. The main generator inductor 41, the exciter armature 52, and the sub-exciter inductor 61 are fixed on the drive shaft 30 and are rotors in their generators 40, 50, 60 respectively. At the same time, the main generator armature 42, the exciter inductor 51 and the subexciter armature 62 act as stators of the generators 40, 50, 60, respectively. The armature 42 of the main generator and the exciter inductor 51 are fixed on the carrier body 10, and the armature 62 of the sub-exciter is fixed on the light body 90.

[26] Индуктор 61 подвозбудителя снабжен тангенциально намагниченными постоянными магнитами, которые размещены в теле сердечника, выполненного как и другие сердечники генераторов 40, 50, 60 в виде пакета листов из электротехнической стали. Трехфазная обмотка якоря 62 подвозбудителя соединена с обмоткой индуктора 51 возбудителя через первичный выпрямитель (не показан). Поскольку первичный выпрямитель соединен с неподвижными обмотками якоря 62 подвозбудителя и индуктора 51 возбудителя, то он может быть закреплен, например на легком корпусе 90, или может быть вынесен за пределы бесщеточного генератора 1.[26] The sub-exciter inductor 61 is provided with tangentially magnetized permanent magnets, which are housed in a core body made like the other cores of the generators 40, 50, 60 in the form of a stack of electrical steel sheets. The three-phase armature winding 62 of the subexciter is connected to the winding of the exciter inductor 51 via a primary rectifier (not shown). Since the primary rectifier is connected to the fixed windings of the armature 62 of the sub-exciter and the exciter inductor 51, it can be fixed, for example, on a light housing 90, or can be placed outside the brushless generator 1.

[27] Заметим, что первичный выпрямитель может быть выполнен в составе блока управления, который помимо выпрямления переменного тока способен изменять силу постоянного тока в обмотке индуктора 51 возбудителя. Данная функция блока управления призвана обеспечить требуемую величину переменного напряжения на концах обмотки якоря 42 основного генератора, которое является выходным напряжением бесщеточного генератора 1.[27] Note that the primary rectifier can be implemented as part of the control unit, which, in addition to rectifying the alternating current, is able to change the strength of the direct current in the winding of the inductor 51 of the exciter. This function of the control unit is designed to provide the required amount of AC voltage at the ends of the armature winding 42 of the main generator, which is the output voltage of the brushless generator 1.

[28] Трехфазная обмотка якоря 52 возбудителя соединена с обмоткой индуктора 41 основного генератора через основной выпрямитель 53, выполненный в виде диодной схемы и закрепленный на приводном валу 30. Обмотка якоря 42 основного генератора также представляет собой трехфазную обмотку.[28] The three-phase armature winding 52 of the exciter is connected to the winding of the main generator inductor 41 through the main rectifier 53, made in the form of a diode circuit and fixed on the drive shaft 30. The armature winding 42 of the main generator is also a three-phase winding.

[29] Для охлаждения генераторов 40, 50, 60 бесщеточный генератор 1 снабжен вентилятором, который выполнен в виде крыльчатки 70, установленной на приводном валу 30 между индуктором 41 основного генератора и первым подшипниками 21. Крыльчатка 70 обеспечивает поступление охлаждающего воздуха через отверстия в легком корпусе 90 и вывод отработанного воздуха через отверстия 17, выполненные на цилиндрической части 13.[29] To cool the generators 40, 50, 60, the brushless generator 1 is provided with a fan, which is in the form of an impeller 70 mounted on the drive shaft 30 between the main generator inductor 41 and the first bearings 21. The impeller 70 provides cooling air through holes in the lightweight housing 90 and the outlet of the exhaust air through the holes 17, made on the cylindrical part 13.

[30] Приводной вал 30 имеет двухопорный участок 34, расположенный между первым и вторым подшипниками 21 и 22, и консольный участок 35, расположенный с той стороны второго подшипника 22, которая противоположна стороне расположения первого подшипника 21. Обратим внимание, что приводной вал прототипа не имеет консольного участка и по существу содержит один лишь только двухопорный участок. [30] The drive shaft 30 has a two-bearing section 34 located between the first and second bearings 21 and 22, and a cantilever section 35 located on the side of the second bearing 22 that is opposite to the side of the first bearing 21. Note that the drive shaft of the prototype is not has a cantilever section and essentially contains only one two-support section.

[31] Индуктор 41 основного генератора и крыльчатка 70 закреплены на двухопорном участке 34, в то время как якорь 52 возбудителя и индуктор 61 подвозбудителя закреплены на консольном участке 35. По сравнению с прототипом сила тяжести оборудования, закрепленного на двухопорном участке 34, а также плечи действия данной силы относительно подшипников 21, 22 существенно уменьшены, что выражается в снижении изгибающей нагрузки, действующей на приводной вал 30. Соответственно снижаются и требования к жесткости приводного вала 30, а значит приводной вал 30 может быть выполнен менее металлоемким, т.е. более легким. [31] The main generator inductor 41 and the impeller 70 are fixed on the two-leg section 34, while the exciter armature 52 and the sub-exciter inductor 61 are fixed on the cantilever section 35. the actions of this force relative to the bearings 21, 22 are significantly reduced, which is expressed in a decrease in the bending load acting on the drive shaft 30. Accordingly, the requirements for the rigidity of the drive shaft 30 are also reduced, which means that the drive shaft 30 can be made less metal-intensive, i.e. lighter.

[32] В свою очередь, якорь 52 возбудителя и индуктор 61 подвозбудителя, закрепленные на консольном участке 35, являются существенно менее массивными элементами по сравнению с индуктором 41 основного генератора, поэтому приводной вал 30 на своем консольном участке 35 может быть выполнен с еще меньшей жесткостью, а значит и с уменьшенным весом. Как видно на фиг. 1, консольный участок 35 имеет существенно меньший диаметр по сравнению с диаметром двухопорного участка 34. Заметим, что уменьшение жесткости приводного вала на участке размещения якоря возбудителя и индуктора подвозбудителя в прототипе является невозможным.[32] In turn, the armature 52 of the exciter and the inductor 61 of the subexciter, fixed on the cantilever section 35, are significantly less massive elements compared to the inductor 41 of the main generator, so the drive shaft 30 on its cantilever section 35 can be made with even less rigidity. and hence reduced weight. As seen in FIG. 1, the cantilever section 35 has a significantly smaller diameter compared to the diameter of the two-bearing section 34. Note that it is impossible to reduce the rigidity of the drive shaft in the area where the exciter armature and the subexciter inductor are located in the prototype.

[33] Далее, поскольку якорь 52 возбудителя и индуктор 61 подвозбудителя размещены на приводном валу 30 за пределами несущего корпуса 10, то по сравнению с прототипом первый и второй щиты 11 и 12 оказываются приближенными друг к другу, а длина цилиндрической части 13 становится меньше. Соответственно уменьшается плечо воспринимаемого цилиндрической частью 13 веса бесщеточного генератора 1, а значит и действующая на цилиндрическую часть 13 изгибающая нагрузка, что позволяет выполнить цилиндрическую часть 13 менее металлоемкой и более легкой. Следует также отметить, что снижение веса приводного вала 30 и цилиндрической части 13 уменьшает нагрузку на второй щит 12, благодаря чему он может быть выполнен с более широкими воздушными проходами 18.[33] Further, since the exciter armature 52 and the subexciter inductor 61 are placed on the drive shaft 30 outside the carrier housing 10, compared with the prototype, the first and second shields 11 and 12 are close to each other, and the length of the cylindrical part 13 becomes shorter. Accordingly, the arm of the brushless generator 1 perceived by the cylindrical part 13 is reduced, and hence the bending load acting on the cylindrical part 13, which makes it possible to make the cylindrical part 13 less metal-intensive and lighter. It should also be noted that reducing the weight of the drive shaft 30 and the cylindrical part 13 reduces the load on the second shield 12, so that it can be made with wider air passages 18.

[34] Таким образом, размещение индуктора 41 основного генератора на двухопорном участке 34 приводного вала 30, а якоря 52 возбудителя и индуктора 61 подвозбудителя - на консольном участке 35, позволяет выполнить бесщеточный генератор 1 более легким, т.е. решить поставленную перед полезной моделью техническую проблему. Кроме того, как будет показано ниже, снижение веса бесщеточного генератора 1 при сохранении его габаритов на уровне прототипа, предоставляет возможность получения еще одного взаимосвязанного эффекта. Поскольку элементы несущего корпуса 10 и легкого корпуса 90 становятся менее металлоемкими по сравнению с корпусом прототипа, то они получают более широкие воздушные проходы и тем самым способствуют улучшению охлаждения бесщеточного генератора 1.[34] Thus, placing the main generator inductor 41 on the two-bearing section 34 of the drive shaft 30, and the exciter armature 52 and the sub-exciter inductor 61 on the cantilever section 35, allows the brushless generator 1 to be made lighter, i.e. solve the technical problem posed to the utility model. In addition, as will be shown below, reducing the weight of the brushless generator 1 while maintaining its dimensions at the level of the prototype, provides the possibility of obtaining another interconnected effect. Since the elements of the main body 10 and the light body 90 become less metal-intensive compared to the body of the prototype, they receive wider air passages and thus contribute to improved cooling of the brushless generator 1.

[35] Далее, якорь 42 основного генератора закреплен на внутренней поверхности цилиндрической части 13. В частности, на внутренней поверхности цилиндрической части 13 выполнены продольные ребра 16, и якорь 42 основного генератора прикреплен к их вершинам. Такое исполнение цилиндрической части 13 позволяет повысить ее жесткость без увеличения металлоемкости, а также создать дополнительные каналы для прохождения охлаждающего воздуха.[35] Further, the main oscillator armature 42 is fixed to the inner surface of the cylindrical portion 13. Specifically, longitudinal ribs 16 are formed on the inner surface of the cylindrical portion 13, and the main oscillator armature 42 is attached to their tops. This design of the cylindrical part 13 makes it possible to increase its rigidity without increasing the metal consumption, and also to create additional channels for the passage of cooling air.

[36] Второй щит 12 (фиг. 1 и 2) снабжен первой гильзой 15, которая жестко прикреплена ко второму щиту 12 или выполнена с ним заодно. Первая гильза 15 пролегает в продольном направлении в ту сторону, которая противоположна стороне расположения первого щита 11. Одновременно с этим на консольном участке 35 жестко закреплена ступица 80, содержащая цилиндрическую стенку 81 и радиальную стенку 82. Ступица 80 при этом расположена внутри первой гильзы 15.[36] The second shield 12 (FIGS. 1 and 2) is provided with a first sleeve 15 which is rigidly attached to or integral with the second shield 12. The first sleeve 15 runs in the longitudinal direction in the direction opposite to the side of the first shield 11. At the same time, a hub 80 is rigidly fixed on the cantilever section 35, containing a cylindrical wall 81 and a radial wall 82. The hub 80 is located inside the first sleeve 15.

[37] Индуктор 51 возбудителя закреплен на внутренней поверхности перовой гильзы 15, а якорь 52 возбудителя закреплен на цилиндрической стенке 81 так, что в радиальном направлении он перекрывается с индуктором 51 возбудителя. Данная конфигурация позволяет закрепить индуктор 51 возбудителя на несущем корпусе 10 без увеличения длины цилиндрической части 13, т.е. без ее продолжения за пределы второго щита 12, что способствует снижению веса бесщеточного генератора 1. [37] The exciter inductor 51 is fixed on the inner surface of the feather sleeve 15, and the exciter armature 52 is fixed on the cylindrical wall 81 so that it overlaps with the exciter inductor 51 in the radial direction. This configuration makes it possible to fix the exciter inductor 51 on the carrier body 10 without increasing the length of the cylindrical part 13, i.e. without its continuation beyond the second shield 12, which helps to reduce the weight of the brushless generator 1.

[38] Далее, основной выпрямитель 53 закреплен на радиальной стенке 82 ступицы 80, в результате чего обеспечено его бесщеточное электрическое соединение как с якорем 52 возбудителя, так и с индуктором 41 основного генератора. Кроме того, данное расположение основного выпрямителя 53 обеспечивает его эффективное охлаждение потоком воздуха, чему также способствуют отверстия 83, выполненные на радиальной стенке 82.[38] Further, the main rectifier 53 is fixed to the radial wall 82 of the hub 80, thereby providing its brushless electrical connection with both the exciter armature 52 and the main generator inductor 41. In addition, this location of the main rectifier 53 ensures its effective cooling by air flow, which is also facilitated by the holes 83 made on the radial wall 82.

[39] Легкий корпус 90 образован цилиндрической частью 91 и третьим щитом 92. Цилиндрическая часть 91 одной своей торцевой стороной прикреплена ко второму щиту 12, при этом на другой торцевой стороне цилиндрической части 91 закреплен третий щит 92. Легкий корпус 90 предназначен для ограничения случайного доступа к возбудителю 50 и подвозбудителю 60, а также для обеспечения опоры якорю 62 подвозбудителя. Установка легкого корпуса 90 на несущем корпусе 10 может быть осуществлена на завершающем этапе сборки бесщеточного генератора 1, что обеспечивает удобство монтажа элементов возбудителя 50, подвозбудителя 60, основного выпрямителя 63, а также множества электрических кабелей, соединяющих эти и другие элементы. [39] The light body 90 is formed by a cylindrical part 91 and a third shield 92. The cylindrical part 91 is attached to the second shield 12 with one end side, while the third shield 92 is fixed to the other end side of the cylindrical part 91. The light body 90 is designed to restrict accidental access to the exciter 50 and the sub-exciter 60, as well as to provide support to the anchor 62 of the sub-exciter. The installation of the light body 90 on the carrier body 10 can be carried out at the final stage of the assembly of the brushless generator 1, which provides for the convenience of mounting the elements of the exciter 50, the subexciter 60, the main rectifier 63, as well as the many electrical cables connecting these and other elements.

[40] Как упоминалось выше, легкий корпус 90 практически не выполняет силовой функции, поэтому он выполнен тонкостенным и имеет большое число открытых проходов для воздуха, которые могут быть выполнены как на третьем щите 92, так и на цилиндрической части 91. Благодаря данному обстоятельству легкий корпус 90 приобретает малый вес, что создает существенное преимущество перед прототипом, в котором возбудитель и подвозбудитель размещены в объемном и тяжелом несущем корпусе.[40] As mentioned above, the light body 90 has almost no power function, so it is thin-walled and has a large number of open air passages that can be made both on the third shield 92 and on the cylindrical part 91. Due to this circumstance, it is lightweight housing 90 acquires a low weight, which creates a significant advantage over the prototype, in which the exciter and subexciter are placed in a bulky and heavy carrier housing.

[41] Третий щит 92 содержит установочное кольцо 93 и вторую гильзу 94, жестко соединенные друг с другом. Установочное кольцо 93 предназначено для прикрепления третьего щита к цилиндрической части 91, а вторая гильза 94, пролегающая в продольном направлении в сторону второго щита 12, служит для закрепления якоря 62 подвозбудителя. Поскольку якорь 62 подвозбудителя является достаточно легким узлом, то третий щит 92 имеет лишь небольшое число сравнительно тонких крепежных участков, связывающих установочное кольцо 93 со второй гильзой 94, и образующих широкие воздушные проходы 95.[41] The third shield 92 includes a mounting ring 93 and a second sleeve 94 rigidly connected to each other. The mounting ring 93 is designed to attach the third shield to the cylindrical part 91, and the second sleeve 94, which runs in the longitudinal direction towards the second shield 12, serves to secure the anchor 62 of the exciter. Since the sub-exciter armature 62 is a fairly light assembly, the third shield 92 has only a small number of relatively thin fastening sections connecting the mounting ring 93 to the second sleeve 94 and forming wide air passages 95.

[42] Таким образом, третий щит 92 остается почти полностью открытым в продольном направлении, создавая минимальное препятствие забортному воздуху, поступающему через третий щит 92 в легкий корпус 90. Одновременно с этим множество воздушных проходов может быть выполнено и на цилиндрической части 91. По существу, возбудитель 50, подвозбудитель 60 и основной выпрямитель 63 могут контактировать с более значительным объемом воздуха, чем это доступно аналогичным элементам в прототипе. Данное обстоятельство позволяет повысить эффективность охлаждения не только указанных элементов, но и основного генератора 40, поскольку поступающий к нему воздух является менее нагретым.[42] Thus, the third shield 92 remains almost completely open in the longitudinal direction, creating a minimal obstruction to the outboard air entering through the third shield 92 into the light body 90. At the same time, a plurality of air passages can be made on the cylindrical part 91. As such , exciter 50, sub-exciter 60 and main rectifier 63 may be in contact with a larger volume of air than is available to similar elements in the prototype. This circumstance makes it possible to increase the efficiency of cooling not only of these elements, but also of the main generator 40, since the air supplied to it is less heated.

[43] Кроме того, ввиду сниженной металлоемкости второго щита 12, его воздушные проходы 18 являются более широкими по сравнению с прототипом, что позволяет уменьшить сопротивление потоку охлаждающего воздуха, направляющегося к основному генератору 40, а значит улучшить его охлаждение.[43] In addition, due to the reduced metal content of the second shield 12, its air passages 18 are wider compared to the prototype, which allows to reduce the resistance to the flow of cooling air directed to the main generator 40, and thus improve its cooling.

[44] Далее, на цилиндрической части 91 закреплена клеммная панель 96, которая соединена с обмоткой якоря 42 основного генератора, и с которой снимается выходное напряжение бесщеточного генератора 1. Размещение клеммной панели 96 на легком корпусе 90 позволяет произвести монтаж электрических кабелей, соединяющих обмотку якоря 42 основного генератора с клеммной панелью 96, до установки легкого корпуса 90, что существенно упрощает технологию сборки бесщеточного генератора 1. [44] Further, on the cylindrical part 91, a terminal board 96 is fixed, which is connected to the armature winding 42 of the main generator, and from which the output voltage of the brushless generator 1 is taken. 42 main generator with 96 terminal panel, before installing the 90 light body, which greatly simplifies the assembly technology of brushless generator 1.

[45] Следует отметить и еще одно преимущество бесщеточного генератора 1, которое обеспечивается легким корпусом 90, и которое не достигается в прототипе. Ввиду отсутствия связи со вторым подшипником 22 и с приводным валом 30, третий щит 92 или даже весь легкий корпус 90 могут быть легко демонтированы. Благодаря этому предоставляется возможность получения доступа к возбудителю 50, подвозбудителю 60, основному выпрямителю 63, а также к множеству электрических кабелей бесщеточного генератора 1, например, с целью технического обслуживания указанных элементов и их ремонта. [45] It should be noted that another advantage of the brushless generator 1, which is provided by the light body 90, and which is not achieved in the prototype. Due to the lack of communication with the second bearing 22 and with the drive shaft 30, the third shield 92 or even the entire light housing 90 can be easily dismantled. This makes it possible to gain access to the exciter 50, the subexciter 60, the main rectifier 63, as well as to the plurality of electric cables of the brushless generator 1, for example, in order to maintain these elements and repair them.

[46] Воздушное охлаждение бесщеточного генератора 1 осуществляется следующим образом. Крыльчатка 70, которая вращается вместе с приводным валом 30, обеспечивает приток забортного воздуха через воздушные проходы 95 третьего щита 92, а также воздушные проходы, выполненные в цилиндрической части 91. Воздух обтекает подвозбудитель 60, возбудитель 50 и основной выпрямитель 63, после чего через воздушные проходы 18 поступает в несущий корпус 10. Далее воздух проходит через каналы между ребрами 16, отверстия в сердечнике индуктора 41 основного генератора (не показаны), зазор между индуктором 41 и якорем 42 основного генератора и т.п., после чего выбрасывается через отверстия 17. Контакт воздуха с нагретыми элементами бесщеточного генератора 1 сопровождается их охлаждением в результате процесса теплоотдачи.[46] The air cooling of the brushless generator 1 is carried out as follows. The impeller 70, which rotates with the drive shaft 30, provides the inflow of outside air through the air passages 95 of the third shield 92, as well as the air passages made in the cylindrical part 91. The air flows around the sub-exciter 60, the exciter 50 and the main rectifier 63, and then through the air passages 18 enter the carrier housing 10. Then the air passes through the channels between the ribs 16, holes in the core of the inductor 41 of the main generator (not shown), the gap between the inductor 41 and the armature 42 of the main generator, etc., after which it is ejected through the holes 17 The contact of air with the heated elements of the brushless generator 1 is accompanied by their cooling as a result of the heat transfer process.

[47] Бесщеточный генератор 1 может быть установлен на летательном аппарате так, что при нахождении летательного аппарата в полете воздушные проходы 95 третьего щита 92 открыты встречному потоку забортного воздуха, что многократно усиливает его приток.[47] The brushless generator 1 can be installed on the aircraft so that when the aircraft is in flight, the air passages 95 of the third shield 92 are open to the oncoming flow of outside air, which greatly enhances its inflow.

Claims

1. An electric current generator containing a carrier housing, a shaft, a main generating machine, a main excitation generator, an initial excitation generator and an air impeller, while the carrier housing includes the first and second shields, as well as a cylindrical part located between them, the first the shield has an external mounting flange section, while the shaft is held by the first and second bearing supports installed respectively in the first and second shields, the inductor of the main generating machine and the air impeller are fixed on the shaft between the first and second bearing supports, and the armature of the main excitation generator and the inductor generator of the initial excitation are fixed on the shaft from that side of the second bearing support, which is opposite to the side of the location of the first bearing support.

2. The generator according to claim 1, in which longitudinal ribs are made on the inner surface of the cylindrical part, to the tops of which the anchor of the main generating machine is attached.

3. The generator according to claim 1, in which the second shield is provided with a sleeve, which runs in the longitudinal direction to the side opposite to the side of the first shield, and the shaft is provided with a hub located inside the sleeve, while the main excitation generator inductor is fixed on the inner surface of the sleeve, and the anchor of the main excitation generator is fixed on the cylindrical wall of the hub.

4. The generator according to claim 3, in which a rectifier unit is fixed on the radial wall of the hub, included in the electrical circuit between the main excitation generator armature and the main generating machine inductor.

5. The generator according to claim. 1, which contains a lightweight body attached to the supporting body from the side of the second shield.

6. The generator according to claim 5, the light body of which contains a third shield equipped with a sleeve running in the longitudinal direction towards the second shield, while the anchor of the initial excitation generator is fixed on the inner surface of the sleeve.