[发明专利]永磁发电机

说明书

本发明提供了一种布置成由飞机发动机驱动的发电机，该发电机包括定子和转子。定子包括定子芯和多个功率通道，定子芯具有基本上环形的横截面，并且具有在定子的纵向轴线的方向上纵向延伸的多个狭槽，狭槽用于接纳导体以形成定子的绕组，其中，每个功率通道包括具有至少第一相绕组的成组绕组，第一相绕组包括第一组线圈，第一组线圈包括以搭接绕组构造缠绕的多个导体，第一组线圈具有分离相带，使得第一组线圈至少包括第一线圈和第二线圈，第一线圈相对于第二线圈机械地移位定子的预定数量的狭槽。转子包括永磁体，永磁体适于例如通过层压转子磁体来减小涡流损耗。

技术领域

本发明涉及一种设置成由飞行器发动机驱动的永磁发电机。特别地，本发明涉及一种容错的高速永磁发电机。

背景技术

飞行器推进系统通常包括可连接到发电机的发动机，比如涡轮发动机或喷气发动机。发电机通常由包括转子和定子的磁路部件的组件形成。众所周知，转子相对于定子的旋转引起转子产生的磁场与设置在定子上的绕组的相互作用，从而产生感应电动势(EMF)和/或电流。在永磁发电机中，转子的磁场是由永磁体产生的，随着定子绕组通过永磁体的移动磁场，永磁体在定子绕组中感应出AC电压。

许多新的飞行器技术，比如混合动力飞行器和纯电动飞行器，都需要具有冗余和容错能力的高性能和低重量的发电机。然而，与使用转子绕组产生转子磁场的同步发电机不同，与永磁发电机相关的问题是转子磁通是固定的并不能被禁用。因此，只要转子旋转，永磁发电机便继续产生反EMF并提供任何故障。因此，为了能够满足混合动力电动飞行器的最新发展所提出的苛刻要求，就需要一种能够实现例如大于30000rpm的高速度的容错且冗余的永磁发电机。

永磁发电机中的容错的先前解决方案已涉及在定子的齿周围使用不重叠的集中绕组。然而，这样的布置受到以下事实的限制，即，电频率由极数决定。对于航空航天应用，使用集中绕组会导致高的极数，通常为10或更高，这在高速下会产生很高的电频率。例如，极数10将导致在40000rpm时大约为3.3kHz的电气频率。然而，使用当前的电子控制技术，这样的频率是不可管理的，或者至少是非常具有挑战性的，因此，此类设计仅限于要求速度低于20000rpm的应用中，以便将电频率和相关损耗保持在可接受的水平内。因此，集中绕组提供的解决方案不适用于高速发电机。

在具有一定冗余度水平的较低频率下实现高速的一种方式是使用具有至少两个功率通道的重叠绕组。在这种情况下，每个相带被分成两个或更多部分，以形成两组或更多组分离的电绝缘绕组。在这样的布置中，在功率通道之间存在电位移，例如分别针对6相、9相和12相的30°电位移、20°电位移或15°电位移。

然而，在这种布置中，如果第一组绕组被加载并且第二组绕组发生短路，则第一组绕组将经受随后的电压和功率下降。例如，在具有30度电位移的双三相绕组中，一组绕组中的三相短路会导致另一组绕组中的电压和功率下降近50％。这是由于各组绕组之间的磁耦合。换言之，两个通道共享引导其磁通的同一磁路。因此，通常用于高速发电机的标准分布式绕组不提供容错。

因此，需要用于在高速下使用的冗余且容错的发电机。

发明内容

为了解决上述问题，特别是磁耦合问题，提出了一种解决方案，其中在定子中使用分离式分布绕组。这些也被称为具有分离相带(split phase belt)构造的搭接绕组。如同标准分布式绕组中那样，每相都分为两部分以形成两组绕组，即两个功率通道。