Интегрированный стартер-генератор с встроенным мультипликатором Российский патент 2025 года по МПК F02C7/12 H02K9/00 H02K1/28 H02K1/20 

Изобретение относится к области авиастроения, в частности к устройствам, обеспечивающим запуск авиационного двигателя и электроснабжение бортовой системы самолета.

Известен двигатель летательного аппарата [Патент GB 2597719 A, МПК B64D35/02, H02K7/116, опубл. 09.02.2022 г.], содержащий статор с обмоткой, вал и интегрированный планетарный редуктор, содержащий солнечную шестерню, неподвижно прикрепленную к валу с возможностью вращения вместе с валом, кольцевую шестерню, окружающую солнечную шестерню и выполненную с возможностью передачи движения к солнечной шестерне или от нее через по меньшей мере одну планетарную шестерню, при этом кольцевая шестерня имеет множество полюсов магнитного ротора, при этом по меньшей мере одна планетарная шестерня расположена относительно солнечной шестерни так, чтобы передавать движение между солнечной шестерней и коронной шестерней, при этом обмотки статора расположены радиально вокруг зубчатого венца.

Недостатками аналога являются высокие массогабаритные показатели, за счет применения общего корпуса, наличие механической связи между статорным и роторным узлами через подшипниковый узел.

Известен мотор-редуктор с постоянными магнитами со встроенной шестерней [Патент CN 115313756 A, МПК H02K1/276, H02K3/28, H02K5/16, H02K5/173, H02K7/116, опубл. 08.11.2022 г.], в котором используется тихоходный двигатель с постоянными магнитами, а планетарный редуктор встроен в ротор с постоянными магнитами, при этом внутреннее зубчатое кольцо в планетарном редукторе жестко соединено с ротором с постоянными магнитами и служит ведущим колесом, солнечное колесо жестко соединено с торцевой крышкой двигателя, планетарная передача между внутренним зубчатым венцом и солнечным колесом используется в качестве ведомого колеса, а водило соединено с центральным валом для передачи большого крутящего момента при низкой частоте вращения.

Недостатками аналога являются высокие массогабаритные показатели, за счет применения общего корпуса, соединяющего статор и ротор, применения редуктора снижающего частоту вращения, а также сложность монтажа и технического обслуживания.

Известна вращающаяся электрическая машина [Заявка JP 2009071910 A, МПК B60K6/26, B60K6/46, B60K6/54, H02K1/02, H02K1/18, H02K1/22, H02K1/27, H02K1/30, H02K15/03, H02K7/116, опубл. 02.04.2009 г.] включает в себя статор с зубцовой обмоткой, ротор с постоянными магнитами, в который встроены планетарный редуктор и муфта.

Недостатками аналога являются отсутствие возможности обеспечения интегрированного исполнения, а также сложность монтажа и технического обслуживания.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является 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, опубл. 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.

Недостатками прототипа являются отсутствие возможности обеспечения интегрированного исполнения, применение замедляющего редуктора и большие осевые размеры за счет установки сцепления.

Задачей изобретения является упрощение монтажа, технического обслуживания и ремонта, что достигается за счет выполнения статора независимо от ротора, устанавливаемых и снимаемых с газотурбинного двигателя раздельно друг от друга.

Технический результат состоит в повышении удельной мощности стартер-генератора за счет повышения частоты вращения ротора, обеспечиваемого прямым механическим контактом через шлицевое соединение с приводным валом газотурбинного двигателя.

Технический результат достигается тем, что стартер-генератор газотурбинного двигателя содержащий статор, закрепленный на корпусе, ротор, подключенный к выходному валу двигателя, систему охлаждения, согласно изобретению, к корпусу, в котором закреплен статор с обмоткой и герметичной цилиндрической вставкой, прикреплены передний подшипниковый щит и задний подшипниковый щит, имеющие с корпусом герметичное соединение, обеспечиваемое резиновым уплотнением, а в ротор встроен мультипликатор, на внутренней поверхности которого выполнены шлицы для соединения с приводным валом газотурбинного двигателя, при этом статор и ротор выполнены раздельными.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид интегрированного стартер-генератора с встроенным мультипликатором. На фиг. 2 представлен вид спереди интегрированного стартер-генератора с встроенным мультипликатором. На фиг. 3 показано движение хладагента в интегрированном стартер-генераторе с встроенным мультипликатором.

Интегрированный стартер-генератор содержит корпус 1 (фиг. 1), в котором закреплен статор 2 с обмоткой 3. На внутреннюю поверхность статора 3 установлена герметичная цилиндрическая вставка 4, имеющая герметичное соединение с передним подшипниковым щитом 5 и задним подшипниковым щитом 6, закрепленными с торцов корпуса 1, обеспечиваемое резиновыми уплотнениями 7. В ротор 8 с постоянными магнитами 9, прижимаемыми к нему бандажом 10 и торцевыми кольцами 11, встроен мультипликатор 12, на внутренней поверхности которого выполнены щлицы 13 (фиг. 2) для соединения с приводным валом 14 газотурбинного двигателя (на фиг. не показан). На переднем подшипниковом щите 5 закреплен штуцер 15 для подачи хладагента в канал охлаждения 16 переднего подшипникового щита 5, на заднем подшипниковом щите 6 закреплен штуцер 17 для отвода хладагента из канала охлаждения 18 заднего подшипникового щита 6. На переднем подшипниковом щите 5 (фиг. 2) также закреплены клеммные наконечники 19 (фиг. 2), соединенные с обмоткой 3 (фиг. 1) статора 2 (фиг. 1) для подключения к ним питающих кабелей 20 (фиг. 2).

Интегрированный стартер-генератор работает следующим образом. Интегрированный стартер-генератор устанавливают во внутреннюю полость газотурбинного двигателя (ГТД) (на фиг. не показан) путем соединения заднего подшипникового щита 6 (фиг. 1) с корпусом ГТД. Далее соединяют ротор 8 с приводным валом 14 ГТД (на фиг. не показан) через мультипликатор 12 с шлицевым соединением 13 (фиг. 2) на его внутреннем поверхности. После установки интегрированного стартер-генератора на ГТД подключают питающие кабели 20 (фиг. 2) к клеммным наконечникам 19, трубопровод (на фиг. не показан) к штуцеру 15 (фиг. 1) для подачи хладагента в канал охлаждения 16 переднего подшипникового щита 5 и к штуцеру отвода хладагента 17 из канала охлаждения 18 заднего подшипникового щита 6.

Перед запуском ГТД и началом работы стартерного режима интегрированного стартер-генератора, через штуцер 15 (фиг. 2) на переднем подшипниковом щите 5, подается хладагент, заполняющий канал охлаждения 16 (фиг. 3) переднего подшипникового щита 5 и попадает в зону лобовых частей обмотки 3 статора 2, ограниченную передним подшипниковым щитом 5, где создается зона повышенного давления «p1» (фиг. 3), за счет подачи в нее хладагента из штатной системы охлаждения ГТД (на фиг. не показан). Благодаря этому потоки хладагента разделяются и омывают всю поверхность лобовых частей обмотки 3, далее хладагент проходит по пазам, образованным статором 2 и обмоткой 3, охлаждая статор 2 с обмоткой 3. Далее хладагент попадает в зону лобовых частей обмотки 3 ограниченную задним подшипниковым щитом 6, где потоки соединяются, охлаждая поверхность лобовых частей обмотки 3, создавая при этом область пониженного давления «р2» (фиг. 3) за счет принудительной откачки хладагента штатной системой охлаждения ГТД (на фиг. не показан). Принудительный отвод хладагента из канала охлаждения 18 в заднем подшипниковом щите 6 осуществляется через штуцер 17 в трубопровод (на фиг. не показан).

Создание области с пониженного давления «р2» (фиг. 3) способствует предотвращению протечки масла в активный воздушный зазор стартер-генератора, что повышает надежность работы системы охлаждения статора. Исключение возможности протечки масла из зон лобовых частей в зону активного воздушного зазора также обеспечивается герметичными соединениями между подшипниковыми щитами 5, 6 и герметичной цилиндрической вставкой 4, обеспечиваемыми резиновыми уплотнениями 7.

Для запуска стартерного режима работы интегрированного стартер-генератора на обмотку 3 (фиг. 1) статора 2 от системы управления самолета (на фиг. не показан) через питающие кабеля 20 (фиг. 2) и клеммные наконечники 19 (фиг. 2) подается питание. За счет взаимодействия вращающегося электромагнитного поля, создаваемого обмоткой 3 (фиг. 1) статора 2, и магнитного поля постоянных магнитов 9 (фиг. 1) ротора 8, ротор 8 с встроенным мультипликатором 12 начинает вращаться и передавать валу 14 ГТД (на фиг. не показан) вращающий момент через шлицевое соединение 13. При этом встроенный мультипликатор 12 имеет передаточное число более 1.

Питающие кабели 20 (фиг. 2) для подключения к клеммным наконечникам 19 (фиг. 2) проводят через шахту (на фиг. не показан) в ГТД, оставшуюся от привода промежуточного редуктора, утратившего свою актуальность ввиду применения интегрированной конструкции стартер-генератора.

При достижении частоты вращения ГТД (на фиг. не показан), соответствующей стартерному режиму работы, от системы управления самолета (на фиг. не показан) через питающие кабели 20 (фиг. 2) и клеммные наконечники 19 (фиг. 2) происходит отключение питания обмотки 3 (фиг. 1) статора 2 и интегрированный стартер-генератор переходит в генераторный режим работы. При этом, вал 14 (фиг. 1) ГТД (на фиг. не показан) вращает ротор 8 с постоянными магнитами 9 и встроенным в него мультипликатором 12 через шлицевое соединение 13 между ними, и за счет взаимодействия вращающегося магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами 9 ротора 8 и электромагнитного поля обмотки 3 статора 2, на выходах обмотки 3 статора 2 возникает переменный электрический ток.

Таким образом, предлагаемая конструкция интегрированного стартер-генератора позволяет повысить его удельную мощность.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам, обеспечивающим запуск авиационного двигателя и электроснабжение бортовой системы самолета. Технический результат заключается в повышении удельной мощности стартер-генератора за счет повышения частоты вращения ротора, обеспечиваемого прямым механическим контактом через шлицевое соединение с приводным валом газотурбинного двигателя. Стартер-генератор газотурбинного двигателя содержит статор, закрепленный на корпусе, ротор, подключенный к выходному валу двигателя, систему охлаждения. К корпусу, в котором закреплен статор с обмоткой и герметичной цилиндрической вставкой, прикреплены передний подшипниковый щит и задний подшипниковый щит, имеющие с корпусом герметичное соединение, обеспечиваемое резиновым уплотнением. В ротор встроен мультипликатор, на внутренней поверхности которого выполнены шлицы для соединения с приводным валом газотурбинного двигателя. Статор и ротор выполнены раздельными. 3 ил.

Стартер-генератор газотурбинного двигателя, содержащий статор, закрепленный на корпусе, ротор, подключенный к выходному валу двигателя, систему охлаждения, отличающийся тем, что к корпусу, в котором закреплен статор с обмоткой и герметичной цилиндрической вставкой, прикреплены передний подшипниковый щит и задний подшипниковый щит, имеющие с корпусом герметичное соединение, обеспечиваемое резиновым уплотнением, а в ротор встроен мультипликатор, на внутренней поверхности которого выполнены шлицы для соединения с приводным валом газотурбинного двигателя, при этом статор и ротор выполнены раздельными.