專利名稱：混合模式功率發(fā)生結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電功率發(fā)生系統(tǒng)(EPGS)。
背景技術：
在飛機應用中，所產(chǎn)生的電功率大部分源自飛機發(fā)動機所供應的機械功率，機械功率由發(fā)電機轉換為交流(AC)電功率。飛機發(fā)動機速度的變化導致發(fā)電機所產(chǎn)生的輸出電壓和頻率的變化。然而，一些負載對于電壓和頻率的變化敏感，因此，現(xiàn)代飛機上采用的大多數(shù)發(fā)電機提供穩(wěn)定輸出電壓以及恒定的輸出頻率或者在所附接的負載可接受的限定范圍內(nèi)的可變頻率。例如，恒定頻率發(fā)電機使用機械聯(lián)軸器以提供恒定頻率AC輸出，而不論發(fā)動機速度的變化如何。然而，機械聯(lián)軸器增加了發(fā)電機的成本和重量?？勺冾l率發(fā)電機是恒定頻率發(fā)電機的替代方案，但是仍然必須能夠提供在嚴格限定的范圍(例如， 350Hz-800Hz)內(nèi)的AC輸出。該要求也增加了可變頻率發(fā)電機的重量和成本。通過使用發(fā)電機場控制或功率轉換電子器件來實現(xiàn)對于發(fā)電機輸出電壓的調(diào)節(jié)，這二者均增加了功率發(fā)生系統(tǒng)的成本和重量。穩(wěn)定電壓、恒定頻率和可變頻率發(fā)電機的更便宜的替代方案是隨意源(wild-source generator)發(fā)電機,其提供可變電壓、可變頻率的AC輸出，尤其在相比可變電壓發(fā)電機中看到的輸出頻率范圍更大的輸出頻率范圍的情況下。傳統(tǒng)上，隨意源發(fā)電機無法應用在飛機應用中，因為它們不能提供飛機上的大多數(shù)負載所需的高質(zhì)量(即，穩(wěn)定的頻率)類型的功率。

發(fā)明內(nèi)容
一種電功率發(fā)生系統(tǒng)(EPGS )采用了隨意源發(fā)電機和穩(wěn)定電壓發(fā)電機二者，所述穩(wěn)定電壓發(fā)電機產(chǎn)生可變的或恒定的頻率。所述隨意源發(fā)電機被聯(lián)接成從飛機發(fā)動機上的低壓力轉子(spool)接收機械功率并且響應性地產(chǎn)生隨意源輸出以供頻率和電壓耐受負載使用。所述具有可變和/或恒定頻率輸出的穩(wěn)定電壓發(fā)電機被聯(lián)接成從所述飛機發(fā)動機上的高壓力轉子接收機械功率并且響應性地產(chǎn)生具有可變和/或恒定頻率輸出的穩(wěn)定電壓以供電壓和頻率不耐受負載使用。


附圖是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的混合模式電功率發(fā)生系統(tǒng)(EPGS)的功能框圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種混合模式電功率發(fā)生系統(tǒng)(EPGS)，其利用隨意源發(fā)電機來產(chǎn)生用于電壓和頻率耐受負載的功率。本發(fā)明的一個益處在于可用由隨意源發(fā)電機產(chǎn)生的功率來供應功率質(zhì)量要求較低的負載(即，電壓和頻率耐受負載)，隨意源發(fā)電機相比可變/恒定頻率發(fā)電機通常重量較輕，從而較為便宜。
附圖是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的混合模式電功率發(fā)生系統(tǒng)(EPGS)的功能框圖。混合模式EPGS從飛機發(fā)動機10獲得動力，飛機發(fā)動機10包括低壓力(LP)轉子12 (被示作為前部12a和后部12b)和高壓力(HP)轉子14。LP轉子12包括風扇16、LP壓縮機18和LP渦輪20，其全部經(jīng)由LP軸22連接。HP轉子14包括HP壓縮機24和HP渦輪26，其經(jīng)由HP軸28連接。燃燒器30位于HP壓縮機24和HP渦輪26之間?；旌夏Ｊ紼PGS包括隨意源發(fā)電機32以及可變和/或恒定頻率發(fā)電機34。高壓力(HP)轉子14位于發(fā)動機的內(nèi)部中，并且包括由HP軸28連接到彼此的HP壓縮機24和HP渦輪26。當旋轉時，HP壓縮機24壓縮空氣并且將其推入燃燒器30中，由此產(chǎn)生從前到后流過燃燒器30的氣體路徑。在燃燒器30中，由HP壓縮機24提供的經(jīng)壓縮的空氣與燃料混合并且被點燃以產(chǎn)生推力。HP渦輪26從燃燒器(即，從膨脹的氣體)提取能量并且經(jīng)由HP軸28將所提取的能量傳輸?shù)紿P壓縮機24，由此維持經(jīng)壓縮的空氣進入燃燒器30的流動，使得發(fā)動機10是自持的(一旦被啟動)。低壓力轉子12包括位于HP轉子14的任一側(即，前側和后側)上的元件，所述元 件包括經(jīng)由LP軸22連接到彼此的風扇16、LP壓縮機18和LP渦輪20。飛機發(fā)動機10內(nèi)的燃燒所產(chǎn)生的能量被LP渦輪20提取并經(jīng)由LP軸22被傳輸?shù)絃P壓縮機18和風扇16，LP壓縮機18和風扇16響應性地將空氣流供應到HP壓縮機24中。LP轉子12上的部件大于(即，在直徑上大于)HP轉子14上的部件，并且相比HP轉子14上的對應部件以低得多且更加可變的速度旋轉。通常，發(fā)電機出于多個原因而被連接到HP轉子。HP轉子的速度相比LP轉子的速度可變性較小，從而與HP轉子相關聯(lián)的發(fā)電機提供更一致的輸出頻率或者需要更少的速度控制措施來提供期望的輸出頻率。另外，在許多飛機發(fā)動機中，HP轉子必須旋轉以便產(chǎn)生啟動發(fā)動機所需的氣體路徑。如果發(fā)電機也被用作啟動馬達，則其必須被連接到HP轉子以便進行發(fā)動機啟動操作。本發(fā)明利用了不是飛機上的所有負載均需要高質(zhì)量的功率(即，穩(wěn)定電壓以及恒定或受控的頻率)的事實。在附圖所示的實施例中，電壓和頻率耐受負載40是那些不需要嚴密受控的電壓和/或頻率的負載。一般地，電壓和頻率耐受負載40是電阻性負載(S卩，不包含電容性或電感性元件的負載)。在飛機應用中，電壓和頻率耐受負載可包括用在除冰器中的電阻性加熱器。隨意源發(fā)電機32經(jīng)由電分配總線44向電壓和頻率耐受負載40提供隨意源輸出，而可變/恒定頻率發(fā)電機34產(chǎn)生更高質(zhì)量的功率，以便經(jīng)由電分配總線46供高質(zhì)量的、隨意源不耐受的或頻率不耐受的負載42使用。在附圖所示的實施例中，由低壓力轉子12產(chǎn)生的動力經(jīng)由LP塔軸36傳輸?shù)诫S意源發(fā)電機32。在其他實施例中，可采用其他公知的將功率傳輸?shù)诫S意源發(fā)電機32的手段。例如，隨意源發(fā)電機32可以經(jīng)由直接驅(qū)動從低壓力轉子12的軸(未示出)接收機械能，可以經(jīng)由機械齒輪箱聯(lián)接或者其他公知手段被安裝在低壓力轉子12周圍(其中，轉子的軸充當隨意源發(fā)電機的定子或轉子)。類似地，由HP轉子14產(chǎn)生的動力通過HP塔軸38傳輸?shù)娇勺?恒定頻率發(fā)電機34。再一次地，在其他實施例中，可采用其他公知的將機械能傳輸?shù)娇勺?恒定頻率發(fā)電機34的手段。取決于應用，隨意源發(fā)電機32可被實施為永磁體發(fā)電機(PMG)、繞線磁極式同步發(fā)電機或者其他公知的發(fā)電機構造。然而，由于隨意源發(fā)電機32的輸出被提供給電壓和頻率耐受負載，所以該發(fā)電機不需要電壓調(diào)節(jié)、速度補償或其他用于提供高質(zhì)量(即，穩(wěn)定電壓、一致的頻率)輸出的機制。結果，隨意源發(fā)電機32的成本和/或重量小于其他被連接成從低壓力轉子12提取功率的發(fā)電機的成本和/或重量。隨意源發(fā)電機32將低壓力轉子12所供應的機械能轉換成可變頻率、可變電壓的AC輸出，以經(jīng)由電分配總線44分配到電壓和頻率耐受負載40。隨意源發(fā)電機32由于發(fā)電機所產(chǎn)生的頻率和/或電壓的范圍而被稱為是“隨意的”，其可被限定為大于與可變頻率發(fā)電機相關的電壓和頻率范圍的電壓和/或頻率范圍。例如，各種規(guī)格(例如，軍用規(guī)格MIL-STD-704F)定義了可變頻率發(fā)電機所產(chǎn)生的最大可允許電壓和頻率范圍。所提供的電壓和/或頻率范圍大于關于可變頻率發(fā)電機所定義的頻率范圍的發(fā)電機被分類為隨意源發(fā)電機。在一個實施例中，可變頻率發(fā)電機提供在350Hz-800Hz的頻率范圍內(nèi)的AC輸出。因而，隨意源發(fā)電機所提供的AC輸出在大于關于可變頻率發(fā)電機限定的頻率范圍的頻率范圍內(nèi)。這樣，本發(fā)明采用了隨意源發(fā)電機和可變/恒定頻率發(fā)電機二者來滿足飛機的功 率要求。該布置的一個益處在于隨意源發(fā)電機通常比可變和/或恒定頻率發(fā)電機更為便宜(在重量上)。因此，用來自成本高效的隨意源發(fā)電機的功率來供應頻率耐受負載是高效的。盡管已經(jīng)參照(一個或多個)示范實施例描述了本發(fā)明，但本領域技術人員將會理解的是，在不背離本發(fā)明范圍的情況下可作出各種改變并可用等同物替換其元件。另外，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)范圍的情況下，可作出許多修改以使具體情況或材料適應本發(fā)明的教導。因此，所意圖的是，本發(fā)明不限于所公開的(一個或多個)具體實施例，而是本發(fā)明將會包括落在所附權利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
權利要求
1.一種電功率發(fā)生系統(tǒng)(EPGS)，包括 隨意源發(fā)電機，所述隨意源發(fā)電機被聯(lián)接成從飛機發(fā)動機上的低壓力轉子接收機械功率并且響應性地產(chǎn)生隨意源輸出以供電壓和頻率耐受負載使用；和 具有穩(wěn)定電壓輸出的可變頻率和/或恒定頻率發(fā)電機，所述可變頻率和/或恒定頻率發(fā)電機被聯(lián)接成從所述飛機發(fā)動機上的高壓力轉子接收機械功率并且響應性地產(chǎn)生可變和/或恒定頻率輸出以供電壓和頻率不耐受負載使用。
2.如權利要求I所述的EPGS，其中，所述隨意源發(fā)電機是永磁體發(fā)電機(PGM)。
3.如權利要求I所述的EPGS，其中，所述隨意源發(fā)電機是繞線磁極式同步電機。
4.如權利要求I所述的EPGS，其中，所述可變頻率發(fā)電機是啟動馬達，其被聯(lián)接成向所述高壓力轉子提供機械能以啟動所述飛機發(fā)動機。
5.一種電功率發(fā)生和分配系統(tǒng)(EP⑶S)，包括 飛機發(fā)動機，所述飛機發(fā)動機具有低壓力轉子和高壓力轉子； 隨意源發(fā)電機，所述隨意源發(fā)電機被聯(lián)接成從所述低壓力轉子接收機械功率并且響應性地產(chǎn)生隨意源輸出； 可變頻率和/或恒定頻率發(fā)電機，所述可變頻率和/或恒定頻率發(fā)電機被聯(lián)接成從所述高壓力轉子接收機械功率并且響應性地產(chǎn)生具有可變/恒定頻率的穩(wěn)定電壓輸出； 至少一個電壓和/或頻率耐受負載，所述至少一個電壓和/或頻率耐受負載被連接成接收由所述隨意源發(fā)電機產(chǎn)生的隨意源輸出；和 至少一個隨意源不耐受負載，所述至少一個隨意源不耐受負載被連接成接收由所述可變頻率和/或恒定頻率發(fā)電機產(chǎn)生的具有可變/恒定頻率輸出的穩(wěn)定電壓。
6.如權利要求5所述的EPGDS，其中，所述隨意源發(fā)電機是永磁體發(fā)電機(PGM)。
7.如權利要求5所述的EPGDS，其中，所述隨意源發(fā)電機是繞線磁極式同步電機。
8.如權利要求5所述的EPGDS，其中，所述可變頻率發(fā)電機是啟動馬達，其被聯(lián)接成向所述高壓力轉子提供機械能以啟動所述飛機發(fā)動機。
9.如權利要求5所述的EPGDS，其中，所述頻率耐受負載是電阻性負載。
全文摘要
本發(fā)明涉及混合模式功率發(fā)生結構。具體地，一種電功率發(fā)生系統(tǒng)(EPGS)采用了隨意源發(fā)電機和可變和/或恒定頻率發(fā)電機二者。所述隨意源發(fā)電機被聯(lián)接成從飛機發(fā)動機上的低壓力轉子接收機械功率并且響應性地產(chǎn)生隨意源輸出以供電壓和頻率耐受負載使用。所述可變和/或恒定頻率發(fā)電機被聯(lián)接成從所述飛機發(fā)動機上的高壓力轉子接收機械功率并且響應性地產(chǎn)生可變和/或恒定頻率輸出以供電壓和頻率不耐受負載使用。
文檔編號F02C6/20GK102966438SQ201210317600
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權日2011年8月31日
發(fā)明者M.J.塞格爾, T.A.斯皮爾林, D.S.貝林, C.R.勒格羅斯, B.M.格雷爾 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司