一种双冷却双凸极起发电机的制作方法

1.本发明涉及一种双冷却双凸极起发电机，属于电气工程技术领域。


背景技术：

2.发动机是飞机的心脏，起发电机与发动机直连，在发动机的工作过程中，起动阶段利用起发电机的起动功能带动发动机转子转动，发动机实现点火并达到正常工作状态后，由发动机带动起发电机转子转动，起发电机切换到发电机模式，起发电机内部发生电磁感应，将发动机的部分机械能转换为电能，为飞机上用电设备供电。
3.多电化是飞机发展趋势，新一代飞机对供电系统提出了更高要求，起发电机是发动机的重要组成部分，某型号发动机要求起发电机转速为3000rpm时起动功率达到100kw，13000rpm时发电功率不小于150kw，起发电机有效材料部分功重比达到3kw/kg。
4.直流有刷起发电机功率密度大，但是受电刷限制，电机寿命短且可靠性不满足要求，且直流有刷电机难以满足270v、150kw的性能输出要求；永磁起发电机寿命长，但是故障时不可灭磁，安全性不满足要求，虽然永磁起发电机本体重量轻，功率密度大，但受电子元器件功能限制，与其配对的起发控制器体积庞大，造成起发电机和控制器组成的起发系统总功率密度较低。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种双冷却双凸极起发电机，该双冷却双凸极起发电机能有效解决电机功率高损耗大导致的发热问题，且具有良好的制造性、装配性、安全性、维修性。
6.本发明通过以下技术方案得以实现。
7.本发明提供的一种双冷却双凸极起发电机，包括内机壳；所述内机壳中同轴固定定子电枢并安装有转子组件，内机壳外套装外机壳，有油道在外机壳和内机壳之间，有风道在定子电枢和转子组件之间，内机壳后端有旋变定子配合转子组件安装，内机壳后端固定有后罩笼罩旋变定子所在空间。
8.所述转子组件尾端有风扇结构。
9.所述内机壳后端在转子组件穿过的位置有支架，转子组件通过轴承安装于支架，旋变定子安装在支架后端。
10.所述外机壳和内机壳之间通过内机壳外圆凸起设置有螺旋槽，螺旋槽两端分别连通于第一油嘴和第二油嘴，第一油嘴和第二油嘴均安装于外机壳。
11.所述第一油嘴和第二油嘴位置相近。
12.所述外机壳前端开有通风孔。
13.所述后罩后端面开有通风孔。
14.所述外机壳后端固定有后端盖，后端盖后端固定有外罩，后端盖和外罩笼罩后罩，外罩和后罩之间的腔体连通于第一气嘴、第二气嘴、第三气嘴、第四气嘴，第一气嘴、第二气
嘴、第三气嘴、第四气嘴以径向设置于外机壳上靠近外机壳前端的位置；第一气嘴、第二气嘴、第三气嘴、第四气嘴以外机壳轴心线为圆心沿圆周均布。
15.所述转子组件上在对应内机壳前后两端的位置分别有第二外挡圈和第一外挡圈，第二外挡圈由第三轴承和第四轴承同轴夹装，第一外挡圈由第二轴承和第一轴承同轴夹装。
16.所述转子组件由短轴和主轴组成，短轴和主轴通过花键联接，在短轴和主轴之间装有弹簧；在短轴上有卡槽，卡槽中装有挡圈，挡圈推动弹簧；在短轴上开有断裂槽，使得短轴和主轴之间的传动力矩大于预期值时短轴断裂而机械分离。
17.本发明的有益效果在于：在满足体积小、重量轻的要求下，通过油冷加风冷的双冷却设计解决了电机功率高损耗大导致的发热问题，结构新颖，具有良好的制造性、装配性、安全性、维修性，满足了新一代军用发动机的使用要求。
附图说明
18.图1为本发明至少一种实施方式的结构示意图；
19.图2为图1中a-a面旋转剖视图；
20.图3为图1中b-b面剖视图；
21.图4为图1中转子组件的结构示意图；
22.图5为图1中转子组件的爆炸结构图。
23.图中：1-第一气嘴，2-c相引出线，3-第二气嘴，4-第一油嘴，5-旋变引出线，6-励磁绕组引出线，7-第二油嘴，8-第三气嘴，9-a相引出线，10-第四气嘴，11-b相引出线，12-外罩，13-后罩，14-旋变定子，15-支架，16-后端盖，17-外机壳，18-内机壳，19-定子电枢，20-轴承盖，21-转子组件，22-短轴，23-第二锁紧螺母，24-第二卡圈，25-轴套，26-第二外挡圈，27-第二内挡圈，28-销，29-第三键，30-磁轭，31-第二轴承，32-第一轴承，33-旋变转子，34-风扇，35-第一锁紧螺母，36-第一卡圈，37-平垫圈，38-第一键，39-第一轴套，40-第二键，41-第二轴套，42-第一外挡圈，43-第一内挡圈，44-转子铁芯，45-侧板，46-主轴，47-第三轴承，48-第四轴承，49-挡圈，50-弹簧。
具体实施方式
24.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
25.实施例1
26.如图1至图5所示的一种双冷却双凸极起发电机，包括内机壳18；所述内机壳18中同轴固定定子电枢19并安装有转子组件21，内机壳18外套装外机壳17，有油道在外机壳17和内机壳18之间，有风道在定子电枢19和转子组件21之间，内机壳18后端有旋变定子14配合转子组件21安装，内机壳18后端固定有后罩13笼罩旋变定子14所在空间。
27.实施例2
28.基于实施例1，转子组件21尾端有风扇34结构。
29.实施例3
30.基于实施例1，内机壳18后端在转子组件21穿过的位置有支架15，转子组件21通过轴承安装于支架15，旋变定子14安装在支架15后端。
31.实施例4
32.基于实施例1，外机壳17和内机壳18之间通过内机壳18外圆凸起设置有螺旋槽，螺旋槽两端分别连通于第一油嘴4和第二油嘴7，第一油嘴4和第二油嘴7均安装于外机壳17。
33.实施例5
34.基于实施例4，第一油嘴4和第二油嘴7位置相近。
35.实施例6
36.基于实施例1，外机壳17前端开有通风孔。由此使得气道散热风可由外机壳17前端吹出。
37.实施例7
38.基于实施例1，后罩13后端面开有通风孔。由此使得气道散热风可由后罩13后端吸入。
39.实施例8
40.基于实施例1，外机壳17后端固定有后端盖16，后端盖16后端固定有外罩12，后端盖16和外罩12笼罩后罩13，外罩12和后罩13之间的腔体连通于第一气嘴1、第二气嘴3、第三气嘴8、第四气嘴10，第一气嘴1、第二气嘴3、第三气嘴8、第四气嘴10以径向设置于外机壳17上靠近外机壳17前端的位置。由此使得气道进气口位于外机壳17相对前端的位置。
41.进一步的，为提升进气散热效率，第一气嘴1、第二气嘴3、第三气嘴8、第四气嘴10以外机壳17轴心线为圆心沿圆周均布。
42.实施例9
43.基于实施例1，转子组件21上在对应内机壳18前后两端的位置分别有第二外挡圈26和第一外挡圈42，第二外挡圈26由第三轴承47和第四轴承48同轴夹装，第一外挡圈42由第二轴承31和第一轴承32同轴夹装。
44.实施例10
45.基于实施例1，转子组件21由短轴22和主轴46组成，短轴22和主轴46通过花键联接，在短轴22和主轴46之间装有弹簧50；在短轴22上有卡槽，卡槽中装有挡圈49，挡圈49推动弹簧50；在短轴22上开有断裂槽，使得短轴22和主轴46之间的传动力矩大于预期值时短轴22断裂而机械分离。
46.实施例11
47.基于上述实施例，采用风冷加油冷的双冷却设计，通过强制冷却带走起发电机热量，避免温度过高烧毁电机。2个油嘴为油冷接口，第一油嘴4为进油口，第二油嘴7为出油口；4个气嘴为风冷进气接口，包括第一气嘴1、第二气嘴3、第三气嘴8、第四气嘴10。
48.如图2所示，内机壳18外圆设计有螺旋槽，第一油嘴4和第二油嘴7均装配在外机壳17上，外机壳17上设计油路，使得螺旋槽右端与第一油嘴4相通，螺旋槽左端与第二油嘴4相通，冷却油从第一油嘴4进入，通过外机壳17管道进入外机壳17和内机壳18组成的螺旋管道中流动，再通过外机壳17另一侧管道从第二油嘴7流出，实现油冷。
49.如图3所示，第一气嘴1、第二气嘴3、第三气嘴8、第四气嘴10均装配在图中外机壳17右侧(即外机壳17前端)，在外机壳17与气嘴装配相应位置均设计通孔，外罩12装配在图中外机壳17左侧(即外机壳17后端)，在后罩13左端面设计有一定数量的通风孔，在后端盖16、主轴46中间凸台、外机壳17右端面上设计有通风孔，冷却空气从4个气嘴进入外罩12与
外机壳17之间的空间，通过后罩13左端面的通风孔，在风扇34的助力下，气流通过后端盖16、主轴46中间凸台的通孔，从外机壳17右端面上通风孔出气，实现风冷。
50.如图4所示，转子组件左右两端各设置了2个角接触轴承，第一轴承32和第二轴承31的轴承外圈和内圈之间分别装配了第一外挡圈42和第一内挡圈43；第三轴承47和第四轴承48的轴承外圈和内圈之间分别装配了第二外挡圈26和第二内挡圈27，转子两端各采用两个角接触轴承，既满足了高转速要求，也满足了高承载要求。
51.如图4所示，主轴46与短轴22通过花键联接，在主轴46与短轴22之间装配弹簧50，在短轴22的卡槽中装配一个弹簧钢挡圈49，装配状态弹簧50处于压缩状态，短轴22受到弹簧50向右的推力，在挡圈49的作用下实现短轴22轴向限位，短轴22上根据材料力学设计了一个细脖子，当力矩过大时，会从细脖子处断裂，使得电机与发动机传动系统机械分离，从而保护发动机安全，短轴22断裂后，可向右用力拉短轴22使得挡圈49径向压缩，拔出并更换短轴22，实现输出轴在剪切力断裂后可更换。
52.各零部件组成部分的具体装配关系为：第一气嘴1、第二气嘴7、第三气嘴8、第四气嘴10、第一油嘴4、第二油嘴7通过螺钉装配在外机壳17上；定子电枢19和转子铁芯44采用传统电励磁双凸极结构，定子电枢19中的定子铁芯采用高饱和软磁合金硅钢片叠装后激光焊接而成，转子铁芯44同样采用高饱和软磁合金硅钢片叠装后激光焊接而成，定子电枢19中包括励磁绕组和a、b、c三相绕组，励磁绕组引出线6、a相引出线9、b相引出线11、c相引出线2通过外机壳17上对应通孔引出；外罩12通过螺钉装配在外机壳17上，后罩13通过螺钉装配在后端盖16上，旋变定子14通过螺钉装配在支架15上，旋变引出线5从后罩13上的通孔和外机壳17上的通孔引出，旋变定子14和旋变转子33组成一个旋变，旋变的作用是为外部控制器提供转子位置信号，支架15通过螺钉装配在后端盖16上，定子电枢19装配在内即可18内腔中，外机壳17和内机壳18装配后通过激光焊接组合在一起形成一个组件，轴承盖20通过螺钉装配在外机壳17上；转子组件21上4个轴承装配在后端盖16和外机壳17内部轴承室内。在转子组件21的第一轴承32左侧，从右至左依次装配了第二轴套41、旋变转子33、第一轴套39、风扇34、平垫圈37、第一卡圈36、第一锁紧螺母35，旋变转子33与主轴46之间用第二键40防转，风扇34与主轴46之间用第一键38防转。磁轭30与主轴46通过径向销28固定，磁轭30外圆设计4个键槽，转子铁芯44与磁轭30之间通过键29防转，侧板45与磁轭30之间采用电子束焊固定。在第四轴承48右侧，从左到右依次装配轴套25、第二卡圈24、第二锁紧螺母23。
53.起发电机通过短轴22上的花键与发动机传动轴传统，通过外机壳17上的安装止口与发动机机匣定位安装，通过外机壳17上的40个安装孔用螺栓固定在发动机上。
54.工作原理为：在起动阶段，借助旋变反馈转子位置信号，利用起动控制器给起发电机绕组供电并控制输出转速和转矩；使起发电机以一定转速带动发动机涡轮旋转，起发电机带动发动机涡轮转动至点火转速，发动机机点火成功且转速升至脱开转速后，起动控制器停止供电。在发电阶段，在励磁绕组通入直流电，励磁绕组产生的磁通经过定子轭、定子极、气隙、转子极、转子轭形成回路。当发动机传动轴带动起发电机转子旋转，磁链也不断变化，因此电枢绕组将感应出电势。经发电控制器进行电源变换后实现为飞机机上其他用电设备提供270v稳定直流电。