CN107681794B - 航空发动机喷口侧容错发电机 - Google Patents
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Abstract
航空发动机喷口侧容错发电机，属于航空工程领域，包括励磁线圈、励磁铁心、转子铁心、电枢线圈和电枢铁心。所述转子铁心固定在航空发动机低压轴的喷口一侧；励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；转子铁心圆周上均布有12个扇形通孔；励磁铁心朝向转子铁心的一侧带有10个扇形凸出的励磁极；电枢铁心朝向转子铁心的一侧带有10个扇形凸出的电枢极；每个励磁极上都绕有一个集中式的励磁线圈，每个电枢极上都绕有集中式的电枢线圈。本发明的技术转子铁心转动惯量小，可以高速旋转，因此非常适合作为航空发动机喷口侧容错发电机。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空发动机喷口侧容错发电机，属于航空电气工程领域。
背景技术
多电飞机和全电飞机是现代飞机发展的必然趋势。具备起动发电机是多电飞机的重要特征，它在传统航空燃气涡轮发动机基础上，将内装式起动发电机用支承发动机转子的磁悬浮轴承安装于飞机发动机内部，省去传动机构并高速运转，以提供足够的电力供给分布式电子控制系统、电动燃油泵和电力作动器等部件。
随着科学技术的发展，电机在军事、民用的各个领域得到越来越广泛的应用，但是，航空航天等对连续运行有高要求的领域，其工作环境恶劣且能源有限，要求开发出具有高可靠性和高能量密度的电机，因此，研究将高能量密度、高可靠性以及较高的容错能力等优点集于一身的新型电机结构，成为相关领域的一个重要课题。
目前我国在航空发电机领域基础较为薄弱，在该领域专利申请较少。例如，专利申请号为201710025078.2的专利申请：一种飞轮式发电机，该电机应用于航空领域。包括转子和定子。该申请发电机与主减速器的输入轴和涡轮发动机的主轴直接相连，并且同轴布置，可以省去复杂的传动机构。还有相近的专利如申请号为：201520206101.4：航空发电机控制器，具体涉及到航空发电机控制器，包括交流励磁机。该申请励磁装置可以通过滑动变阻器的粗调及励磁装置的微调作用来调节励磁电流的大小，保证发电机的运行平稳、安全。
电励磁双凸极电机是在成熟产品开关磁阻电机和永磁双凸极电机基础上研制开发的产品，该电机同时具备上述两种电机的优点。一些关于电励磁双凸极电机的专利，例如发明人还提出了一种模块化电励磁双凸轮电机（申请号：201710075112.7），该发明提出了一种模块化电励磁双凸极电机。它具备各自独立的标准的单元模块，各模块能够组成电机系统完成电动或发电功能。模块化电机的隔离性能好，在部分模块出现故障后其余模块仍能不受影响的工作适合构成容错电机。
现有相关专利还有：一种电励磁双凸极电机定子冲片，申请号：201410339438.2，发明了一种电励磁双凸极电机定子冲片，其在定子冲片的内边缘上均匀分布有两种不同的槽型，第一种槽型呈梯形状，槽底宽度大于槽口宽度，第二种槽型呈矩形状，槽底宽度等于槽口宽度；这两种槽型的槽口和槽底之间还分别设有槽肩，槽肩为圆角凸起；第一种槽型与第二种槽型间隔分布。
还有申请号:201210471608.3,发明了一种内外双定子电励磁双凸极起动发电机，公开的电机单元采用12/8/6极结构，内定子极数为外定子极数的一半，且内定子极弧系数小，在保证内外定子各向绕组同步的同时提高了电机内部的空间利用率。
本申请航空发电机采用容错技术，该技术解决了电机不对称控制的难题，电机某一绕组或驱动器某一相烧坏，电机成不对称驱动时，容错技术还有能力正常发电运行。例如在专利申请号为201710026732.1的专利申请：汽车用五相强容错永磁电机。该申请电机应用了容错技术，当电机的其中一相出现故障后，其余各相可以继续进行，容错技术保证了电机在局部故障的情况下仍能稳定运行。
本发明采用盘式电机结构，定转子接触面积大，电机比功率高，转子无励磁源，可高速可靠地旋转。转子铁心转动惯量小，定转子极数少，可以高速旋转，适合作为航空用发电机。
发明内容
为了发明航空发动机喷口侧容错发电机本发明采用如下技术方案。
航空发动机喷口侧容错发电机，包括励磁线圈、励磁铁心、转子铁心、电枢线圈和电枢铁心，其特征在于：所述转子铁心固定在航空发动机低压轴的喷口一侧； 皆呈圆盘状的励磁铁心、转子铁心和电枢铁心同轴顺序排列，励磁铁心和电枢铁心固定在航空发动机壳体上；励磁铁心和电枢铁心的圆盘中心有穿过低压轴的孔；励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；转子铁心沿圆周方向均布有12个扇形通孔；励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有10个均布的扇形凸出的励磁极；电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有10个均布的扇形凸出的电枢极；
励磁极端面的扇形和电枢极端面的扇形外形一致且在轴向上对齐；励磁铁心和转子铁心由卷绕成盘状的硅钢片线切割制成；每个励磁极上都绕有一个集中式的励磁线圈，相邻的励磁线圈绕制方向相反；每个电枢极上都绕有一个集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反。
如上所述的航空发动机喷口侧容错发电机，其特征在于：转子铁心通孔的扇形外径比励磁极端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比永磁体端面扇形的内径小。
如上所述的航空发动机喷口侧容错发电机，其特征在于：每个励磁极的端面都贴有一个永磁体，相邻永磁体的充磁方向相反。
本发明的有益效果如下：
1各相绕组完全隔离，励磁线圈和电枢线圈隔离，短路电流不会引起故障的传播，提高了可靠性；
2励磁线圈和电枢线圈并非放置于电机内侧，而且没有永磁体，当放置于发动机喷口处时，更容易采取散热措施，能够适合航空发动机高温、高速运行环境；
3本发明的电机绕组皆为集中式线圈，内阻小，效率高，易于使用陶瓷绝缘的耐高温漆包线。
4转子铁心只有一个带通孔的转盘，质量轻，转动惯量小，响应迅速；
5转子铁心导磁面积大，在同样饱和的磁密下，本申请的技术磁通量大，反电势高，电机功率大；
6具备五相绕组，即使其中一相或两相绕组出现故障，其余各相绕组仍旧具备较高的容错运行能力。
附图说明
图1是航空发动机喷口侧容错发电机装置剖视图，其中1、低压轴，2、励磁铁心，3、励磁线圈，4、转子铁心，5、电枢线圈，6、电枢铁心。
图2是励磁极示意图其中2、励磁铁心，3、励磁线圈。
图3是转子铁心示意图。其中1、低压轴，4、转子铁心。
图4是电枢极示意图。其中5、电枢绕组，6、电枢铁心。
具体实施方式
本发明提供增程式电动车五相永磁电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是航空发动机喷口侧容错发电机装置剖视图，包括励磁绕组、励磁铁心、转子铁心、电枢绕组和电枢铁心，其特征在于：所述转子铁心固定在航空发动机低压轴的喷口一侧；皆呈圆盘状的励磁铁心、转子铁心和电枢铁心同轴顺序排列，励磁铁心和电枢铁心固定在航空发动机壳体上；励磁铁心和电枢铁心的圆盘中心有穿过低压轴的孔。
励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；励磁极端面的扇形和电枢极端面的扇形外形一致且在轴向上对齐。
励磁铁心和电枢铁心由卷绕成盘状的硅钢片线切割制成制成。
图2是励磁极示意图。每个励磁极上都绕有一个集中式的励磁线圈，相邻的励磁线圈绕制方向相反；每个励磁极的端面都贴有一个永磁体，相邻永磁体的充磁方向相反。励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有10个均布的扇形凸出的励磁极。
图3是转子铁心示意图转子铁心通孔的扇形外径比励磁极端面扇形的外径大，转子铁心缺口的扇形内径比永磁体端面扇形的内径小，转子铁心圆周上均布有12个扇形通孔。
图4是电枢极示意图。每个电枢极上都绕有一个集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反；电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有10个均布的扇形凸出的电枢极。
本发明技术的工作原理为：
由于本发明的电励磁磁极和电枢极在轴向上对齐，因此当转子铁心能导磁的部分与电枢极对齐时，该电枢极匝链的磁阻最小、电枢绕组磁链最大；当转子铁心的扇形通孔对齐电枢极时，该电枢极匝链的磁阻最小、电枢绕组磁链最大。
当转子铁心能导磁的部分逐渐靠近电枢极时，该相电枢绕组与励磁绕组的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。当转子铁心能导磁的部分脱离电枢极时，该相电枢绕组与励磁绕组的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。
本申请电机电枢绕组与励磁绕组的互感、电枢绕组匝链的磁链也在不断变化，因此如果给励磁绕组通电提供励磁磁场并移动转子铁心，则电枢绕组会产生感应电动势。这就是本申请电机作为发电机运行的原理。作为电动机运行时，给产生正的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给产生负的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的转矩。
Claims (2)
1.航空发动机喷口侧容错发电机，包括励磁线圈、励磁铁心、转子铁心、电枢线圈和电枢铁心，其特征在于：
所述转子铁心固定在航空发动机低压轴的喷口一侧；
皆呈圆盘状的励磁铁心、转子铁心和电枢铁心同轴顺序排列，励磁铁心和电枢铁心固定在航空发动机壳体上；励磁铁心和电枢铁心的圆盘中心有穿过低压轴的孔；
励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；
转子铁心沿圆周方向均布有12个扇形通孔；
励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有10个均布的扇形凸出的励磁极；
电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有10个均布的扇形凸出的电枢极；
励磁极端面的扇形和电枢极端面的扇形外形一致且在轴向上对齐；
励磁铁心和电枢铁心由卷绕成盘状的硅钢片线切割制成；
每个励磁极上都绕有一个集中式的励磁线圈，相邻励磁线圈绕制方向相反；
每个电枢极上都绕有一个集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈绕制方向相反；
每个励磁极的端面都贴有一个永磁体，相邻永磁体的充磁方向相反。
2.如权利要求1所述的航空发动机喷口侧容错发电机，其特征在于：
转子铁心通孔的扇形外径比励磁极端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比永磁体端面扇形的内径小。
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