消除主電能傳輸線束的飛機供電系統及其電能分配方法與流程

2023-05-26 21:45:26 3

本發明主要屬於飛機供電系統技術領域，具體涉及消除主電能傳輸線束的飛機供電系統及其電能分配方法。

背景技術：

在飛機上，供電系統包括電能產生系統和電能傳輸分配系統。電能產生系統指發電機。在飛機上，發電機需要和發動機進行機械連接，發電機將機械功率轉換為電能。電能傳輸分配系統指配電系統及其連接線束。在飛機上，配電系統位於飛機的機身部位，電能產生系統通過主電能傳輸線束將電能集中傳輸至配電系統中，配電系統通過多根長距離線束將電能分配至各電能負載。

在現有的飛機的供電系統中，如圖1所示，發電機10與配電系統20之間採用導線、銅排或其他主電能傳輸線束15進行電氣連接，此結構形式的缺點在於，由於發電機的輸出電能由線束集中傳輸，在電功率很大的條件下，為了增加線束可靠性和降低線束髮熱，需提高線束的截面積，導致主電能傳輸線束重量很大，進而增加了飛機重量降低了飛機運行的利潤。

現有飛機的供電系統中，配電系統20與電能負載30之間距離較遠，需要額外的長導線25連接配電系統20和電能負載30，進一步增加了電能傳輸分配系統的重量降低了飛機運行的利潤。

消除飛機主電能傳輸線束15有利於飛機減重並降低油耗，有利於降低主電氣線束15故障並防止由於主電氣線束15故障所產生的熱量、電磁幹擾等因素造成的飛機機體損傷以及其他機上設備的故障。減小飛機配電系統20與電能負載30之間的距離，有利於減少電氣線束距離，降低機載設備重量。但由於飛機電能的產生、分配系統以及電能負載分布於機身各個部位，因此消除飛機線束連接並縮短配電系統與電能負載之間的距離之後，需要有特定的媒介和分配技術將電能進行傳輸。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供一種消除主電能傳輸線束的飛機供電系統及其電能分配方法，該供電系統提供了一種從電能產生系統至配電系統之間的電能產生和分配技術解決方案。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種消除主電能傳輸線束的供電系統，所述供電系統利用電磁感應裝置產生交變電磁波，並通過導磁金屬機體傳遞所述交變電磁波至電能發生器，電能發生器產生交流電能為電能負載供電，所述供電系統通過導磁金屬機體傳遞交變電磁波，能夠減少電氣線束距離，降低機載設備重量。

進一步地，所述供電系統包括電磁微波發生裝置、導磁金屬機體、至少一個電能發生單元和電能負載；

所述電磁微波發生裝置用於產生交變電磁波；

所述導磁金屬機體用於傳遞所述交變電磁波；

所述電能發生單元中包括電能發生器，電能發生器感應所述導磁金屬機體傳遞的交變電磁波，並產生交流電能；

所述電能發生單元向所述電能負載供電。

進一步地，所述導磁金屬機體的一部分機體環繞所述電磁微波發生裝置，所述導磁金屬機體與所述電磁微波發生裝置之間有一氣隙空間；

所述電磁微波發生裝置採用表貼式轉子磁極結構，所述電磁微波發生裝置包括轉子軛部以及粘貼在轉子軛部表面的至少一對磁鋼，每對磁鋼包括一個N型磁鋼和一個與所述N型磁鋼對應的S型磁鋼；

所述轉子軛部由圓形片狀軟磁材料疊壓而成的圓柱體，所述圓形片狀軟磁材料為厚度0.1mm-0.3mm的1j22矽鋼片，轉子軛部的表面設置磁鋼，磁鋼粘貼至轉子軛部的表面，所述磁鋼包括N型磁鋼和S型磁鋼，N型磁鋼的磁力線向裡穿過轉子軛部，S型磁鋼的磁力線向外穿出轉子軛部；每一個N型磁鋼均對應一個S型磁鋼，形成一個電磁波環路，電磁微波發生器可粘貼n（n≥1）對極磁鋼，使得在氣隙空間內部形成n個電磁波環路。

進一步地，所述電磁微波發生裝置與發動機連接，發動機能夠帶動所述電磁微波發生裝置進行轉動；當發動機帶動電磁微波發生裝置轉動時，在導磁金屬機體和電磁微波發生裝置之間的氣隙內部產生交變電磁波；

所述電能發生器為多匝銅線繞組或銅包鋁線繞組，所述電能發生器與所述導磁金屬機體連接並感應所述導磁金屬機體傳遞的交變電磁波，在繞組中產生交流電能。

進一步地，所述電能發生器單元包括第一電能發生器、第二電能發生器、第一功率匯流條、第二功率匯流條和固態功率開關；

所述固態功率開關包括第一固態功率開關、第二固態功率開關和一母聯固態功率開關。

進一步地，第一固態功率開關設置於第一電能發生器和第一功率匯流條之間，第一電能發生器和第一固態功率開關通過線束連接，第一固態功率開關和第一功率匯流條通過線束連接；

第二固態功率開關設置於第二電能發生器和第二功率匯流條之間，第二電能發生器和第二固態功率開關通過線束連接，第二固態功率開關和第二功率匯流條通過線束連接；

所述母聯固態功率開關設置於第一固態功率開關和第二固態功率開關之間，所述母聯固態功率開關與所述第一固態功率開關和所述第二固態功率開關之間均採用線束連接。

進一步地，在電能發生器輸出端分別安裝電流傳感器和電壓傳感器。電流傳感器用於檢測電能發生器的輸出電流，判斷過流故障；電壓傳感器用於檢測電能發生器的輸出電壓，判斷過壓故障；

所述第一電能發生器和第二電能發生器分別包括一個故障顯示器，當電能發生器生器過流故障或過壓故障時，發出故障警告。

進一步地，所述電能發生器單元還包括至少一個電池，電池通過繼電器與所述第二功率匯流條連接。

進一步地，所述供電系統還包括一系統控制器，所述系統控制器能夠控制供電系統內任意一個或任意兩個以上固態功率開關的導通與關斷，並且能夠控制供電系統內任意一個或任意兩個以上繼電器的導通與關斷，以實現對固態功率開關和繼電器的系統集成控制。

一種飛機供電系統的電能分配方法，所述電能分配方法包括以下步驟：

（1）發動機帶動電磁微波發生裝置旋轉，電磁微波發生裝置在導磁金屬機體和電磁微波發生裝置之間的氣隙內部產生交變電磁波；

（2）交變電磁波由飛機的導磁金屬機體傳遞至電能發生單元，電能發生單元中的電能發生器感應所述交變電磁波，並產生交流電能；

（3）由電能發生器輸出端的電流傳感器和電壓傳感器檢測第一電能發生器是否發生故障，若第一電能發生器未發生故障，直接進入步驟（4）；若第一電能發生器發生過流故障或過壓故障，繼續檢測第二電能發生器是否發生故障，若第二電能發生器未發生故障，直接進入步驟（5）；若第一電能發生器和第二電能發生器均發生過流故障或過壓故障，進入步驟（6）；

（4）系統控制器控制第一固態功率開關和母聯固態功率開關為導通狀態，並控制第二固態功率開關和電池上的繼電器為關斷狀態；

第一電能發生器通過導磁金屬機體接收由電磁微波發生裝置產生的交變電磁波，並產生交流電能，第一電能發生器產生的交流電能通過第一功率匯流條及第二功率匯流條被傳輸至電能負載；

（5）系統控制器控制第二固態功率開關和母聯固態功率開關為導通狀態，並控制第一固態功率開關和電池上的繼電器為關斷狀態；

第二電能發生器通過導磁金屬機體接收由電磁微波發生裝置產生的交變電磁波，並產生交流電能，第二電能發生器產生的交流電能通過第一功率匯流條及第二功率匯流條被傳輸至電能負載；

（6）系統控制器控制電池上的繼電器和母聯固態功率開關為導通狀態，並控制第一固態功率開關和第二固態功率開關為關斷狀態；使電池通過第一功率匯流條及第二功率匯流條向電能負載供電。

本發明的有益技術效果：

（1）本發明所述供電系統避免了使用主電能傳輸線束，有利於飛機減重並降低油耗，有利於降低主電氣線束故障並防止由於主電氣線束故障所產生的熱量、電磁幹擾等因素造成的飛機機體損傷以及其他機上設備的故障。

（2）所述供電系統相對於傳統技術減小了配電系統與用電負載之間的距離，有利於減少電氣線束距離，降低機載設備重量。

（3）此供電系統簡化了配電邏輯，具有餘度供電功能，提高了系統的穩健性。

附圖說明

圖1為現有技術中飛機供電系統結構示意圖；

圖2為本發明中飛機供電系統結構示意圖；

圖3為本發明實施例1中供電系統（供電系統包括一個電能發生單元）整體架構示意圖；

圖4為本發明實施例2中供電系統（供電系統包括兩個電能發生單元）整體架構示意圖；

圖5為供電系統中電磁微波發生裝置、導磁金屬機體和電能發生器的裝配示意圖；

附圖標記：5.發動機，10.發電機，15.主電能傳輸線束，20.配電系統，25.長導線，30.電能負載，110.電磁微波發生裝置，40.導磁金屬機體，50.交變電磁波，215、218.第一電能發生器，216、217.第二電能發生器，25、28.第一功率匯流條，26、27.第二功率匯流條，220、224.第一固態功率開關，221、223.第二固態功率開關，222、225.母聯固態功率開關，60.系統控制器，70.電池，71、72繼電器。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，並不用於限定本發明。

相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。

實施例1

一種消除主電能傳輸線束的供電系統，如圖3所示，所述供電系統包括一電磁微波發生裝置110、一導磁金屬機體、一個電能發生單元和電能負載30；

所述電磁微波發生裝置110用於產生交變電磁波50；所述導磁金屬機體用於傳遞所述交變電磁波50；所述電能發生單元中包括電能發生器，電能發生器感應所述導磁金屬機體傳遞的交變電磁波50，並產生交流電能；所述電能發生單元向所述電能負載30供電。

如圖5所示，所述導磁金屬機體40的一部分機體環繞所述電磁微波發生裝置110，所述導磁金屬機體40與所述電磁微波發生裝置110之間有一氣隙空間。

所述電磁微波發生裝置110採用表貼式轉子磁極結構，所述電磁微波發生裝置110包括轉子軛部以及粘貼在轉子軛部表面的至少一對磁鋼，每對磁鋼包括一個N型磁鋼和一個與所述N型磁鋼對應的S型磁鋼；

所述轉子軛部由圓形片狀軟磁材料疊壓而成的圓柱體，所述圓形片狀軟磁材料為厚度0.1mm-0.3mm的1j22矽鋼片，轉子軛部的表面設置磁鋼，磁鋼粘貼至轉子軛部的表面，所述磁鋼包括N型磁鋼和S型磁鋼，N型磁鋼的磁力線向裡穿過轉子軛部，S型磁鋼的磁力線向外穿出轉子軛部；每一個N型磁鋼均對應一個S型磁鋼，形成一個電磁波環路，電磁微波發生器可粘貼n（n≥1）對極磁鋼，使得在氣隙空間內部形成n個電磁波環路，在本實施例中n取5。

所述電磁微波發生裝置110與發送機5連接，發動機5能夠帶動所述電磁微波發生裝置110進行轉動；當發動機帶動電磁微波發生裝置110轉動時，在金屬機體40和電磁微波發生裝置110之間的氣隙內部產生交變電磁波；

所述電能發生器為多匝銅線繞組或銅包鋁線繞組，所述電能發生器與所述導磁金屬機體連接並感應所述導磁金屬機體傳遞的交變電磁波，在繞組中產生交流電能。由於電能發生器通過貼近導磁金屬機體的方式與導磁金屬機體連接，該連接方式能夠提高電能轉化效率，使得電能轉化效率高於90%；並且上述繞組式的電能發生器安裝在用電設備附近，減少了設備之間的連接線纜。

所述電能發生器單元包括第一電能發生器215、第二電能發生器216、第一功率匯流條25、第二功率匯流條26和固態功率開關；所述固態功率開關包括第一固態功率開關220、第二固態功率開關221和一母聯固態功率開關222。

第一固態功率開關220設置於第一電能發生器215和第一功率匯流條25之間，第一電能發生器215和第一固態功率開關220通過線束連接，第一固態功率開關220和第一功率匯流條25通過線束連接；

第二固態功率開關221設置於第二電能發生器216和第二功率匯流條26之間，第二電能發生器216和第二固態功率開關221通過線束連接，第二固態功率開關221和第二功率匯流條26通過線束連接。

所述母聯固態功率開關設置於第一固態功率開關220和第二固態功率開關221之間，所述母聯固態功率開關222與所述第一固態功率開關220和所述第二固態功率開關221之間均採用線束連接。

在電能發生器輸出端分別安裝電流傳感器和電壓傳感器；電流傳感器用於檢測電能發生器的輸出電流，判斷過流故障；電壓傳感器用於檢測電能發生器的輸出電壓，判斷過壓故障；

所述第一電能發生器215和第二電能發生器216分別包括一個故障顯示器，當電能發生器生器過流故障或過壓故障時，發出故障警告。

所述電能發生器單元還包括一個電池70，電池70通過繼電器71與所述第二功率匯流條26連接。

所述供電系統還包括一系統控制器60，所述系統控制器60能夠控制供電系統內第一固態功率開關220、第二固態功率開關221和母聯固態功率開關222的導通與關斷，並且能夠控制供電系統內繼電器71的導通與關斷，以實現對固態功率開關和繼電器的系統集成控制。

一種飛機供電系統的電能分配方法，所述電能分配方法包括以下步驟：

（1）電磁微波發生裝置110產生交變電磁波50；

（2）由電能發生器輸出端的電流傳感器和電壓傳感器檢測第一電能發生器是否發生故障，若第一電能發生器215未發生故障，直接進入步驟（3）；若第一電能發生器215發生過流故障或過壓故障，繼續檢測第二電能發生器216是否發生故障，若第二電能發生器216未發生故障，直接進入步驟（4）；若第一電能發生器215和第二電能發生器216均發生過流故障或過壓故障，進入步驟（5）；

（3）系統控制器60控制第一固態功率開關220和母聯固態功率222開關為導通狀態，並控制第二固態功率開關221和電池上的繼電器71為關斷狀態；

第一電能發生器215通過導磁金屬機體40接收由電磁微波發生裝置110產生的交變電磁波50，並產生交流電能，第一電能發生器215產生的交流電能通過第一功率匯流條25及第二功率匯流條26被傳輸至電能負載30；

（4）系統控制器60控制第二固態功率開關221和母聯固態功率開關222為導通狀態，並控制第一固態功率開關220和電池70上的繼電器71為關斷狀態；

第二電能發生器216通過導磁金屬機體接收由電磁微波發生裝置110產生的交變電磁波50，並產生交流電能，第二電能發生器216產生的交流電能通過第一功率匯流條25及第二功率匯流條26被傳輸至電能負載30；

（5）系統控制器60控制電池70上的繼電器71和母聯固態功率開關222為導通狀態，並控制第一固態功率開關220和第二固態功率開關221為關斷狀態；使電池通過第一功率匯流條25及第二功率匯流條26向電能負載供電。

實施例2

一種消除主電能傳輸線束的供電系統，如圖2和5所述，所述供電系統包括一電磁微波發生裝置110、一導磁金屬機體40、兩個電能發生單元和若干個電能負載30；

所述電磁微波發生裝置110用於產生交變電磁波50；所述導磁金屬機體用於傳遞所述交變電磁波50；所述電能發生單元中包括電能發生器，電能發生器感應所述導磁金屬機體傳遞的交變電磁波50，並產生交流電能；所述電能發生單元向所述電能負載30供電。

如圖5所示，所述導磁金屬機體40的一部分機體環繞所述電磁微波發生裝置110，所述導磁金屬機體40與所述電磁微波發生裝置110之間有一氣隙空間。

所述電能發生器為多匝銅線繞組或銅包鋁線繞組，所述電能發生器與所述導磁金屬機體10連接並感應所述導磁金屬機體10傳遞的交變電磁波50，在繞組中產生交流電能。

所述電磁微波發生裝置110與發送機5連接，發動機5能夠帶動所述電磁微波發生裝置110進行轉動；當發動機帶動電磁微波發生裝置110轉動時，在金屬機體40和電磁微波發生裝置110之間的氣隙內部產生交變電磁波；

所述電能發生器為多匝銅線繞組，所述電能發生器感應所述導磁金屬機體傳遞的交變電磁波，在繞組中產生交流電能。

本實施例中，上述兩個電能發生器單元中的第一個電能發生器單元包括第一電能發生器215、第二電能發生器216、第一功率匯流條25、第二功率匯流條26、第一固態功率開關220、第二固態功率開關221和一母聯固態功率開關222。

在上述第一個電能發生器單元中：第一固態功率開關220設置於第一電能發生器215和第一功率匯流條25之間，第一電能發生器215和第一固態功率開關220通過線束連接，第一固態功率開關220和第一功率匯流條25通過線束連接。

第二固態功率開關221設置於第二電能發生器216和第二功率匯流條26之間，第二電能發生器216和第二固態功率開關221通過線束連接，第二固態功率開關221和第二功率匯流條26通過線束連接。

所述母聯固態功率開關設置於第一固態功率開關220和第二固態功率開關221之間，所述母聯固態功率開關222與所述第一固態功率開關220和所述第二固態功率開關221之間均採用線束連接。

該第一個所述電能發生器單元還包括一個電池70，電池70通過繼電器71與所述第二功率匯流條26連接。

在本實施例中，兩個電能發生器單元中的第二個電能發生器單元包括第一電能發生器218、第二電能發生器217、第一功率匯流條28、第二功率匯流條27、第一固態功率開關224、第二固態功率開關223和一母聯固態功率開關225。

在上述第二個電能發生器單元中：第一固態功率開關224設置於第一電能發生器218和第一功率匯流條28之間，第一電能發生器218和第一固態功率開關224通過線束連接，第一固態功率開關224和第一功率匯流條28通過線束連接。

第二固態功率開關223設置於第二電能發生器217和第二功率匯流條27之間，第二電能發生器217和第二固態功率開關223通過線束連接，第二固態功率開關223和第二功率匯流條27通過線束連接。

所述母聯固態功率開關設置225於第一固態功率開關224和第二固態功率開關223之間，所述母聯固態功率開關225與所述第一固態功率開關224和所述第二固態功率開關223之間均採用線束連接。

該第二個所述電能發生器單元還包括兩個電池70，電池70通過繼電器72與所述第二功率匯流條27連接。

在電能發生器215、216、217、218的輸出端分別安裝電流傳感器和電壓傳感器；電流傳感器用於檢測電能發生器的輸出電流，判斷過流故障；電壓傳感器用於檢測電能發生器的輸出電壓，判斷過壓故障；

所述第一電能發生器215、218和第二電能發生器216、217分別包括一個故障顯示器，當電能發生器生器過流故障或過壓故障時，發出故障警告。

所述供電系統還包括一系統控制器60，所述系統控制器60能夠控制供電系統內任意一個或任意兩個以上固態功率開關的導通與關斷，並且能夠控制供電系統內任意一個或任意兩個以上繼電器的導通與關斷，以實現對固態功率開關和繼電器的系統集成控制。