RU2840962C1

RU2840962C1 - Integrated electric machine with detachable parameters control system

Info

Publication number: RU2840962C1
Application number: RU2024136332A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Евгеньевич Вавилов; Александр Александрович Подгузов; Михаил Валерьевич Охотников; Оксана Алексеевна Юшкова
Filing date: 2024-12-04
Publication date: 2025-05-30

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical equipment, in particular to the aircraft engine starting devices and the aircraft on-board system power supply. Electrical machine comprises stator with winding and rotor with permanent magnets. At that, the electric machine is made in the integrated design and comprises a housing with guides, which are fixed to the housing and the stator, and in which a detachable flexible base is installed with the parameters monitoring system containing at least one rotor position sensor, at least one temperature sensor and at least at least one vibration sensor.

EFFECT: improving reliability and simplifying maintenance of electrical machine.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области авиастроения, в частности к устройствам, обеспечивающим запуск авиационного двигателя и электроснабжение бортовой системы самолета.The invention relates to the field of aircraft construction, in particular to devices that ensure the starting of an aircraft engine and the power supply of the aircraft's on-board system.

Известен стартер-генератор газотурбинной силовой установки летательного аппарата [Патент РФ № 2659426, МПК F02C 7/047, F02C 7/12, F02C 7/268, F01D 25/02, F01D 25/12, опубликовано 02.07.2018 г.], выполненный в виде обратимой электрической машины, статор которой закреплен на корпусе, а ротор - через планетарный редуктор подключен к выходному валу двигателя, при этом обратимая электрическая машина снабжена системой охлаждения с каналами подвода и отвода охлаждающего воздуха.A starter-generator for a gas turbine power plant of an aircraft is known [RU Patent No. 2659426, IPC F02C 7/047, F02C 7/12, F02C 7/268, F01D 25/02, F01D 25/12, published on July 2, 2018], made in the form of a reversible electric machine, the stator of which is fixed to the housing, and the rotor is connected to the output shaft of the engine through a planetary gearbox, while the reversible electric machine is equipped with a cooling system with channels for supplying and removing cooling air.

Недостатком аналога является невысокая надежность ввиду сложности организации системы управления и значительной трудоемкости при ее техническом обслуживании.The disadvantage of the analogue is its low reliability due to the complexity of the control system organization and the significant labor intensity of its maintenance.

Известен модуль [Патент РФ № 2406846, МПК F02C 7/275, F02C 7/32, опубликовано 20.12.2010 г.], содержащий трансмиссионную коробку газовой турбины и, по меньшей мере, один стартер/генератор, механически соединенный с трансмиссионной коробкой, в котором трансмиссионная коробка содержит зубчатую передачу с несколькими шестернями, стартер/генератор, состоящий из генерирующего блока и возбуждающего блока, роторы которых установлены на общем валу с шестерней, зацепляющейся с зубчатой передачей трансмиссионной коробки.A module is known [RU Patent No. 2406846, IPC F02C 7/275, F02C 7/32, published on 20.12.2010] containing a transmission box of a gas turbine and at least one starter/generator mechanically connected to the transmission box, in which the transmission box contains a gear transmission with several pinions, a starter/generator consisting of a generating unit and an exciter unit, the rotors of which are mounted on a common shaft with a pinion meshing with the gear transmission of the transmission box.

Недостатком технического решения является сложность конструкции, состоящей из двух электрических машин, высокие массо-габаритные показатели.The disadvantage of the technical solution is the complexity of the design, consisting of two electric machines, and high weight and dimensions.

Известен интегрированный стартер-генератор газотурбинного двигателя [Патент РФ № 2252316, МПК F01D 15/10, опубликовано 20.05.2005 г.], содержащий систему постоянных магнитов, закрепленную на роторе турбокомпрессора, и статор электрической машины с обмоткой, установленный на корпусе подшипниковой опоры, причем статор электрической машины укреплен на наружной поверхности корпуса подшипниковой опоры ротора турбокомпрессора, а система постоянных магнитов электрической машины установлена на внутренней поверхности ротора турбокомпрессора таким образом, что данная система охватывает наружную поверхность статора электрической машины.An integrated starter-generator for a gas turbine engine is known [RU Patent No. 2252316, IPC F01D 15/10, published on 20.05.2005], comprising a system of permanent magnets secured to a turbocharger rotor, and a stator of an electric machine with a winding, mounted on a bearing support housing, wherein the stator of the electric machine is secured to the outer surface of the bearing support housing of the turbocharger rotor, and the system of permanent magnets of the electric machine is mounted on the inner surface of the turbocharger rotor in such a way that this system covers the outer surface of the stator of the electric machine.

Недостатком аналога является невысокая надежность ввиду сложности технического обслуживания системы управления в случае ее отказа и отсутствия возможности ее замены.The disadvantage of the analogue is its low reliability due to the complexity of maintenance of the control system in the event of its failure and the lack of the possibility of replacing it.

Известна индукторная электрическая машина со встроенным преобразователем [Патент РФ № 2689380, МПК Н02К 19/24, Н02К 11/30, Н02К 5/22, опубликовано 28.05.2019 г.], содержащая статор с фазными обмотками, размещенными на зубцах магнитопровода статора в его пазах, безобмоточный ротор, на валу которого закреплен зубчатый магнитопровод, подшипниковые щиты и преобразователь, в состав которого входят силовые транзисторные модули, их драйверы, емкостный фильтр в цепи питания, контроллер, выполненный с возможностью приема сигналов управления индукторной электрической машиной и формирования сигналов управления драйверами, по меньшей мере один датчик тока и/или датчик положения ротора, соединенный с контроллером, при этом статор имеет 2N фаз, где N больше или равно двум, последовательно с обмотками каждой фазы включен диод, фазные обмотки через разнонаправленно включенные диоды попарно объединены и непосредственно и/или через датчики тока подключены к выходным выводам силовых транзисторных модулей, которые реализованы по мостовой или полумостовой схеме и вместе с входным емкостным фильтром или с частью его конденсаторов размещены на подшипниковом щите и/или по меньшей мере на одном радиаторе, прижатом к подшипниковому щиту или прикрепленном к нему.An induction electric machine with a built-in converter is known [RU Patent No. 2689380, IPC H02K 19/24, H02K 11/30, H02K 5/22, published on 05/28/2019], comprising a stator with phase windings located on the teeth of the stator magnetic circuit in its slots, a windingless rotor, on the shaft of which a toothed magnetic circuit is fixed, bearing shields and a converter, which includes power transistor modules, their drivers, a capacitive filter in the power supply circuit, a controller configured to receive control signals for the induction electric machine and generate control signals for the drivers, at least one current sensor and/or rotor position sensor connected to the controller, wherein the stator has 2N phases, where N is greater than or equal to two, a diode is connected in series with the windings of each phase, the phase windings are connected through differently connected the diodes are combined in pairs and are connected directly and/or via current sensors to the output terminals of the power transistor modules, which are implemented using a bridge or half-bridge circuit and, together with the input capacitive filter or with part of its capacitors, are placed on the bearing shield and/or on at least one radiator pressed against the bearing shield or attached to it.

Недостатком аналога является невысокая надежность ввиду отсутствия возможности замены системы управления при ее отказе, а также сложность технического обслуживания.The disadvantage of the analogue is its low reliability due to the lack of the ability to replace the control system in the event of its failure, as well as the complexity of maintenance.

Известна электрическая машина [Патент РФ № 2641659, МПК Н02К 9/22, Н02К 11/00, опубликовано 19.01.2018 г.], содержащая электронный блок, содержащий печатную плату, множество электронных компонентов для поверхностного монтажа и множество электронных компонентов для штырькового монтажа, и рассеиватель для рассеивания тепла, генерируемого электронным блоком, при этом электронные компоненты поверхностного монтажа и электронные компоненты штырькового монтажа обращены к рассеивателю, а электронный блок содержит по меньшей мере один передающий элемент, соединенный с печатной платой в местоположении по меньшей мере одного электронного компонента поверхностного монтажа, чтобы обеспечивать передачу тепла, генерируемого электронным компонентом поверхностного монтажа, к рассеивателю.An electric machine is known [RU Patent No. 2641659, IPC H02K 9/22, H02K 11/00, published on 19.01.2018], comprising an electronic unit comprising a printed circuit board, a plurality of surface-mounted electronic components and a plurality of pin-mounted electronic components, and a dissipator for dissipating heat generated by the electronic unit, wherein the surface-mounted electronic components and the pin-mounted electronic components face the dissipator, and the electronic unit comprises at least one transmitting element connected to the printed circuit board at the location of at least one surface-mounted electronic component to ensure the transfer of heat generated by the surface-mounted electronic component to the dissipator.

Недостатком аналога является невысокая надежность ввиду отсутствия возможности замены системы управления при ее отказе, сложность технического обслуживания.The disadvantage of the analogue is its low reliability due to the lack of the ability to replace the control system in the event of its failure, and the complexity of maintenance.

Известна бескорпусная синхронная вращающаяся электрическая машина [патент РФ №2710902, МПК H02K 21/12, H02K 11/21, H02K 11/25, H02K 9/22, опубликовано 14.01.2020 г.], содержащая статор и ротор, по крайней мере один датчик положения ротора и печатную плату с первой электрической схемой, соединяющей катушки статора, и второй электрической схемой, соединяющей датчики положения ротора, при этом в составе статора используется теплопроводный компаунд с коэффициентом теплопроводности не менее 0,5 Вт/м⋅К, по крайней мере один датчик температуры, на печатную плату установлен по крайне мере один штырьковый лепесток, при этом датчики положения ротора имеют возможность настройки и фиксации на печатной плате.A frameless synchronous rotating electric machine is known [RU Patent No. 2710902, IPC H02K 21/12, H02K 11/21, H02K 11/25, H02K 9/22, published on 14.01.2020], comprising a stator and a rotor, at least one rotor position sensor and a printed circuit board with a first electrical circuit connecting the stator coils and a second electrical circuit connecting the rotor position sensors, wherein the stator contains a heat-conducting compound with a thermal conductivity coefficient of at least 0.5 W/m⋅K, at least one temperature sensor, at least one pin petal is mounted on the printed circuit board, wherein the rotor position sensors have the ability to be adjusted and fixed on the printed circuit board.

Задачей изобретения является сокращение времени на ремонт и техническое обслуживание.The objective of the invention is to reduce the time for repair and maintenance.

Технический результат состоит в повышении надежности и упрощении технического обслуживания интегрируемой электрической машины.The technical result consists in increasing the reliability and simplifying the maintenance of the integrated electric machine.

Технический результат достигается тем, что электрическая машина содержит статор с обмоткой и ротор с постоянными магнитами, при этом электрическая машина выполнена в интегрируемом исполнении и содержит корпус с направляющими, которые крепятся к корпусу и статору и в которых установлено съемное гибкое основание с системой контроля параметров, содержащей по крайней мере один датчик положения ротора, по крайней мере один датчик температуры и по крайней мере один датчик вибрации.The technical result is achieved in that the electric machine contains a stator with a winding and a rotor with permanent magnets, wherein the electric machine is made in an integrated design and contains a housing with guides that are attached to the housing and stator and in which a removable flexible base is installed with a parameter control system containing at least one rotor position sensor, at least one temperature sensor and at least one vibration sensor.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена интегрируемая электрическая машина с системой контроля параметров, а на фиг. 2 представлено съемное гибкое основание с датчиками положения ротора, температуры и вибрации. На фиг. 3 показано крепление направляющих статору, с установленным в них съемным гибким основанием.The essence of the invention is explained by drawings. Fig. 1 shows an integrated electric machine with a parameter control system, and Fig. 2 shows a removable flexible base with rotor position, temperature and vibration sensors. Fig. 3 shows the fastening of the stator guides with a removable flexible base installed in them.

Интегрируемая электрическая машина со съемной системой контроля параметров (фиг. 1) содержит корпус 1, статор 2 с обмоткой 3, ротор 4 с постоянными магнитами 5, съемное гибкое основание 6 с системой контроля параметров, содержащей датчики положения 7 (фиг. 2) ротора 4 (фиг. 1), датчик температуры 8 (фиг. 2) и датчик вибрации 9 (фиг. 2), установленное в направляющих 10 (фиг. 3), закрепленных к корпусу 1 и статору 2 и демонтируемое через отверстие в корпусе 1, закрытое герметичным вводом 11.An integrated electric machine with a removable parameter monitoring system (Fig. 1) comprises a housing 1, a stator 2 with a winding 3, a rotor 4 with permanent magnets 5, a removable flexible base 6 with a parameter monitoring system containing position sensors 7 (Fig. 2) of a rotor 4 (Fig. 1), a temperature sensor 8 (Fig. 2) and a vibration sensor 9 (Fig. 2) installed in guides 10 (Fig. 3) secured to the housing 1 and the stator 2 and dismantled through an opening in the housing 1, closed by a sealed input 11.

Интегрируемая электрическая машина со съемной системой контроля параметров работает следующим образом: при подаче питающего напряжения на обмотку 3 статора 2, закрепленного в корпусе 1, ротор 4 с постоянными магнитами 5 начинает вращаться и, образуемое постоянными магнитами 5 магнитное поле, процессе вращения ротора 4 (фиг. 1) пересекает датчики 7 (фиг. 2) положения ротора 4, передавая сигнал на внешнее измерительное устройство (на фиг. не показано). Одновременно с этим с помощью датчиков температуры 8 (фиг. 2) производиться замер температуры обмотки 3 (фиг. 1) статора 2 и замер вибрации на магнитопроводе 2 электрической машины с помощью датчика вибрации 9 (фиг. 2). При необходимости замены съемное гибкое основание 6 (фиг. 3), с установленными на нем датчиками положения 7 (фиг. 2) ротора 4 (фиг. 1), датчиками температуры 8 (фиг. 2) и датчиками вибрации 9 по направляющим 10 (фиг. 2, фиг. 3) извлекают (вытягивают) из электрической машины через отверстие в корпусе 1 (на фиг. не показано), а вместо него устанавливают аналогичное съемное гибкое основание через отверстие (на фиг. не показано) в корпусе 1 по направляющим 10 (фиг. 2, фиг. 3) с последующей установкой герметичного ввода 11 (фиг. 2, фиг. 3), защищающего электрическую машину от попадания внутрь нее посторонних частиц и влаги. Объективность данных, получаемых датчиками положения 7 (фиг. 2) ротора 4 (фиг. 1) от постоянных магнитов 5 на роторе 4 и датчиками температуры 8 (фиг. 2) от обмотки 3 (фиг. 1) обеспечивается благодаря креплению направляющих 10 (фиг. 3) к статору 2 и корпусу 1. Объективность данных с датчика вибрации 9 (фиг. 2) обеспечивается жестким креплением съемного гибкого основания 6 в направляющих 10.The integrated electric machine with a removable parameter control system operates as follows: when supply voltage is applied to winding 3 of stator 2, secured in housing 1, rotor 4 with permanent magnets 5 begins to rotate and the magnetic field formed by permanent magnets 5, during rotation of rotor 4 (Fig. 1), intersects sensors 7 (Fig. 2) of the rotor 4 position, transmitting a signal to an external measuring device (not shown in the Fig.). At the same time, with the help of temperature sensors 8 (Fig. 2), the temperature of winding 3 (Fig. 1) of stator 2 is measured and vibration on magnetic circuit 2 of the electric machine is measured with the help of vibration sensor 9 (Fig. 2). If replacement is necessary, the removable flexible base 6 (Fig. 3), with position sensors 7 (Fig. 2) of the rotor 4 (Fig. 1), temperature sensors 8 (Fig. 2) and vibration sensors 9 installed on it along guides 10 (Fig. 2, Fig. 3) is removed (pulled out) from the electric machine through an opening in the housing 1 (not shown in the Fig.), and a similar removable flexible base is installed in its place through an opening (not shown in the Fig.) in the housing 1 along guides 10 (Fig. 2, Fig. 3), followed by installation of a sealed input 11 (Fig. 2, Fig. 3), which protects the electric machine from foreign particles and moisture getting inside it. The objectivity of the data obtained by the position sensors 7 (Fig. 2) of the rotor 4 (Fig. 1) from the permanent magnets 5 on the rotor 4 and the temperature sensors 8 (Fig. 2) from the winding 3 (Fig. 1) is ensured by fastening the guides 10 (Fig. 3) to the stator 2 and the housing 1. The objectivity of the data from the vibration sensor 9 (Fig. 2) is ensured by rigidly fastening the removable flexible base 6 in the guides 10.

Повышение надежности интегрируемой электрической машины обеспечивается возможностью замены (например, с целью модернизации или ремонта) гибкого основания 6 с системой контроля параметров без съема с объекта эксплуатации и полного разбора интегрированной электрической машины. The increased reliability of the integrated electric machine is ensured by the possibility of replacing (for example, for the purpose of modernization or repair) the flexible base 6 with the parameter control system without removing it from the operating facility and completely disassembling the integrated electric machine.

Упрощение технического обслуживания обеспечивается применением направляющих и герметичного ввода позволяющих производить монтаж и демонтаж гибкого основания 6 с системой контроля параметров без дополнительных вмешательств в конструкцию интегрированной электрической машины.Simplification of maintenance is ensured by the use of guides and a sealed input that allow the installation and dismantling of the flexible base 6 with the parameter control system without additional interventions in the design of the integrated electrical machine.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет повысить надежность и упростить техническое обслуживание.Thus, the proposed design allows to increase reliability and simplify maintenance.

Claims

An electric machine comprising a stator with a winding and a rotor with permanent magnets, wherein the electric machine is made in an integrated design and comprises a housing with guides that are attached to the housing and stator and in which a removable flexible base is installed with a parameter monitoring system containing at least one rotor position sensor, at least one temperature sensor and at least one vibration sensor.