一种航空发动机用无壳无轴高压高速起动发电装置的制作方法

本发明属于航空发动机起动技术领域/飞机电源技术领域,特别是涉及一种航空发动机用无壳无轴高压高速起动发电装置。

背景技术：

航空发动机起动需要依靠外部辅助动力或风车状态提供足够外部助转力，且工作时需要电源供电。辅助动力通常采用燃气涡轮起动机、空气涡轮起动机、电动机或低压直流起动发电机等单一或组合的外置形式，燃气涡轮起动机、空气涡轮起动机、电动机只具有起动航空发动机的功能，不具备发电功能，起动完成后成为“死重”，航空发动机还需配小功率发电机或由飞机/无人机提供电源，显然这样的组合技术方案极其复杂，系统重量大，外部迎风阻力大。目前航空发动机使用的电动机、起动发电机属于低压低转速起动发电装置，功重比低，功率小，不能满足中等和大推力/功率航空发动机使用需要等问题。飞机/无人机的电源，由二动力装置或辅助动力装置上的发电机作为主电源，无论低压直流发电机、115v/400hz交流发电机也属于低转速发电系统，功重比低，功率小，容错能力差，重量大，系统复杂，可靠度不高等突出问题。另外随着新型大功率探测设备和电磁、激光新型武器发展对电能需求的增加，以及新概念全电飞机和多电发动机的发展要求，航空发动机推/功重比不断提高，系统减少和高度融合等新要求，满足功能和战技指标设计要求。显然需要一种新型起动发电装置，既能实现各种推力/功率级的航空发动机起动，又能实现发电，向航空发动机和飞机/无人机提供所需电能，特别是多电/全电航空发动机、多电/全电飞机所需的高功率级发电系统。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是针对上述的不足和缺陷等问题，以及新概念全电/多电航空发动机和飞机的发展要求，航空发动机高推/功重比、融合等设计技术需要，提出一种结构简单、效率高、功重比高/重量轻、容错能力强，且可适应不同推力/功率级的航空发动机起动和飞机/无人机发电需要的内置于航空发动机的无壳无轴高压高速起动发电装置。

技术方案：

一种航空发动机用无壳无轴高压高速起动发电装置，其特征在于，包括无壳定子组件3、无轴转子组件2和转速传感器组件4；

其中：无壳定子组件设置于发动机机匣1或压气机出口与燃烧室间的专用内壁上；无轴转子组件2无轴承，设置于发动机轴5上，起动时由外部提供的电源供电产生电磁转矩带转发动机轴5转动，当起动达到给定转速时，由控制器转换到发电状态，由发动机轴5带动无轴转子组件2转动发电，由控制器调节发电品质，并提供监控保护功能；转速传感器组件4设置在发动机轴5和发动机机匣1上，用于判断航空发动机起动初始转子的旋转方向，即控制相线的起动供电次序，同时提供多路转速信号给发动机控制系统。

所述外部提供的电源不低于240v。

所述无壳定子组件3,由叠片与挡板组合焊接，并在其极或齿上装配绕组形成，绕组用环氧板制成的槽楔固定，同相绕组线由电解铜板制成的集流环相连接后，集中从航空发动机空心支板中引出。

所述无壳定子组件3与发动机机匣1内壁面过盈配合，发动机机匣1上设置安装定位止口结构；其定子轭含绕组的发热量，一部分以传导+对流+辐射冷却，即由定子经发动机机匣1内壁传递至流道低温态空气冷却，另一部分以对流冷却为主，经发动机空气系统引入低温态低压空气，从各极或齿间流道，绕组缝隙，转子与定子间间隙进行冷却，保证定子温升在要求的范围内。

所述无轴转子组件2,由叠片与挡板组合焊接后，过盈装配轴套形成，经轴套安装于发动机轴5上，一端由发动机轴肩定位，另一端在发动机轴上用防松压紧螺帽固定；转子极和轭均以对流+辐射冷却形式，经发动机空气系统引入低温态低压空气，从转子与定子间间隙，转子极或齿形成的槽道进行冷却，从发动机空气系统引入低温态低压空气均经前端进入后端流出。

所述转子与定子间间隙，范围为0.5mm～1.0mm。

所述转速传感器组件4包括转动件、四个位置传感器和静止件，其中，转动件通过其上的8齿音轮，安装于音轮轴套上，音轮轴套安装于发动机轴5上，且与无壳定子组件3和无轴转子组件2之间设定固定的对应位置关系，四个位置传感器通过静止件安装在发动机机匣1上，其中三个位置传感器用于确定转向，一个位置传感器带有磁钢定位板，其余两个位置传感器与其角度相差120°分布，与磁钢定位板形成对应关系，通过控制器采集三只传感器的位置信息得到相角偏差，经解析求得旋转方向；第四个位置传感器任意布置。

有益效果

本发明的优点是：结构简单、效率高、功重比高/重量轻、容错能力强，可适应不同推力/功率级的航空发动机起动和飞机/无人机发电需要。特点是定子组件无壳体结构；同相绕组线由电解铜板制成的集流环相连接后集中引出；无壳定子组件采用传导+对流+辐射冷却和引入低温态低压空气对流冷却；转子组件不带专用轴，引入低温态低压空气对流冷却；带磁钢定位板的转速传感器组件具有位置区分和多用途；三大组件均为分体内置于航空发动机内部；该装置采用直流高压输出，适用于高转速，适应各种起动包线、工作包线和大气环境。

附图说明

图1为本发明的装配示意图。

图2为无壳定子组件周向定位(逆)示意图。

图3为无壳定子组件同相绕组线的出线位置示意图。

其中，1.发动机机匣，2.转子组件，3.定子组件，4.转速传感器组件，5.发动机轴。

具体实施方式：

本发明具体实施方式是一种航空发动机用无壳无轴高压高速起动发电装置，由无壳定子组件、无轴转子组件和转速传感器组件三大组件组成。

无壳定子组件3,由叠片与挡板组合焊接，并在其极或齿上装配绕组形成，绕组用环氧板制成的槽楔固定，同相绕组线由电解铜板制成的集流环相连接后，集中从航空发动机空心支板中引出，如图2所示；无壳定子组件3与发动机机匣1内壁面过盈配合，发动机机匣1上设置安装定位止口结构；其定子轭含绕组的发热量，一部分以传导+对流+辐射冷却，即由定子经发动机机匣1内壁传递至流道低温态空气冷却，另一部分以对流冷却为主，经发动机空气系统引入低温态低压空气，从各极或齿间流道，绕组缝隙，转子与定子间间隙进行冷却，保证定子温升在要求的范围内。

带轴套的无轴转子组件2,由叠片与挡板组合焊接后，过盈装配轴套形成，经轴套安装于发动机轴5上，一端由发动机轴肩定位，另一端在发动机轴上用防松压紧螺帽固定；转子极和轭均以对流+辐射冷却形式，经发动机空气系统引入低温态低压空气，从转子与定子间间隙，间隙控制在0.5mm～1.0mm，转子极齿形成的槽道进行冷却。从发动机空气系统引入低温态低压空气均经前端进入后端流出。

转速传感器组件4包括转动件、四个位置传感器和静止件。转动件通过其上的8齿音轮，安装于音轮轴套上，音轮轴套安装于发动机轴5上，且与无壳定子组件3和无轴转子组件2之间设定固定的对应位置关系，四个位置传感器通过静止件安装在发动机机匣1上，其中三个位置传感器用于确定转向，一个位置传感器带有磁钢定位板，其余两个位置传感器与其角度相差120°分布，与磁钢定位板形成对应关系，通过控制器采集三只传感器的位置信息得到相角偏差，经解析求得旋转方向；第四个位置传感器任意布置。

本发明工作原理，其作用是作为航空发动机的起动机和飞机主电源。该起动发电装置涉及三大组件，无壳定子组件、无轴转子组件、转速传感器组件。无壳定子组件为不带外壳体结构，充分利用发动机内机匣作为壳体，减轻了重量，且提高了与发动机低温态内流的换热效率，定子轭上带绕组固定结构和引线盘结构，方便绕组固定和引出线集合后引出线经发动机前支板内腔引出；无轴转子组件为无轴结构，直接利用发动机轴装配，要求一定的机构设计技巧，具有一定的设计难度。在航空发动机起动状态，由外部电源设备提供不小于240v的高压电，经控制器和变换器开关控制，将电能转化成所需的机械能，驱动航空发动机高压转子旋转，实现航空发动机地面/空中辅助起动和地面保护功能；在发电状态，经控制器和变换器控制，将机械能转化成满足品质需求的电能，为飞机/航空发动机提供电能，作为飞机的主电源。

本发明通过简化结构，减少占用空间和重量，带包线的无壳体定子组件靠发动机机匣凸台定位，与机匣小过盈配合，保证在宽温度变化范围可靠固定，导线通过引线环焊接后由二次引出线穿过发动机支板引至外部接线器上，这样发动机机匣起到电机壳体和传递热量的作用。带轴套的无轴转子结构简单、重量轻、维护性好，安装于发动机轴上，通过发动机轴设置的凸台定位，用调整垫片协调与定子的位置匹配，最后用防松压紧螺帽固定。该起动发电装置需配控制器和功率变换器，以及外部起动高压电源。通过控制器依相序控制功率变换器开关角，使高压电源为起动发电装置提供满足要求的电能，起动发电装置将电能转化成机械能，驱动发动机高压转子加速旋转。通过控制器按发电控制策略，经功率变换器输出高压电能，满足输出电源的品质和保护要求。