[发明专利]电力发电机系统

说明书

一种电力发电机系统具有：输入轴，多个输出轴以及多个发电机。所述系统进一步具有配置为控制齿轮切换布置的控制器。控制器在输出轴的旋转频率达到较窄的旋转频率范围的界限时，通过依次执行以下步骤来改变输出轴的齿轮比：（i）使选择的一个发电机与负载断开连接，使得其余连接的发电机增加它们的电力输出，以继续向负载供应总电力，（ii）改变输入轴与断开连接的选择的发电机的输出轴之间的齿轮比，使得选择的发电机的输出轴的旋转频率远离频率界限，以保持在较窄的旋转频率范围内，（iii）将选择的发电机重新连接到负载，并且（iv）依次对各个其他发电机重复步骤（i）至（iii），直到多个发电机的齿轮比被改变。

技术领域

本公开涉及一种电力发电机系统。

背景技术

航空燃气涡轮发动机通常具有电力发电机作为发动机驱动附件，以满足飞机电力需求。传统上，这种发电机安装在发动机风扇壳或核心外部的附属齿轮箱上并由其驱动。齿轮箱通过齿轮箱和轴系统由发动机转子中的一个提供动力。这通常是发动机的高压转子。

飞机电气和电子系统的尺寸取决于它们必须适应的频率范围。因此，有利的是限制这一频率范围，并且方便的是发动机的高压转子自然具有窄的频带。然而，从高压转子吸收大量机械动力会对发动机的可操作性产生不利影响。

因此，期望能从发动机的中压或低压转子为发电机提供动力。但是，这些转子具有比高压转子宽得多的速度范围。例如，在地面空转时，涡轮风扇的风扇可能仅以其最大速度的12%旋转。这表示对应转子中的8:1速度范围，这对于发电频率范围是不可接受的。通常，大约2:1或更低的发电频率范围是可接受的。将发电机尺寸确定成使转子速度最小化，并且以较高的速度管理其电力输出将不具有竞争力，因为低频发电机的非常大的尺寸。替代地，通过使用集成驱动发电机（IDG）可以实现有限的频率范围，所述IDG具有恒定速度液压驱动，以从更宽的输入速度范围实现窄的输出速度范围。但是，IDG本质上效率低，从发动机核心提取的电力比需要的多，并且需要大型冷却器来去除余热。因此，它们通常只在电力需求相对小的地方使用。

因此，期望的是使用齿轮箱输送有限的（例如，传统的2:1）速度范围。但是，速度切换的齿轮箱的问题是，不可能中断机身动力需求，以卸下齿轮箱用于齿轮切换。双离合器变速器可能可以避免这个问题，但在高扭矩下切换可能会导致严重的离合器磨损。具有两个全额定发电机，使得一个可以在另一个改变齿轮时接管也是可能的，但这将引起与携带两倍所需发电机能力相关的重量上的弊端。

发明内容

本公开提供了一种如所附权利要求中所述的电力发电机系统、燃气涡轮发动机和控制电力发电机系统的方法。

本公开至少部分地基于这样的认识，即特定的发电机通常可以在有限的时间段（通常以秒计数）内承受严重（例如，100%）过载，并且因此可以通过在显著较短的时间段（例如，200 ms）内执行齿轮改变来避免两个全额定发电机的重量上的弊端。这样，有可能只携带所需的发电机能力，并且然后以两个或更多个阶段切换，而不会中断飞机的电力输送。

因此，本公开的第一方面提供一种电力发电机系统，其具有：

用于接收旋转输入驱动的输入轴；

多个输出轴，所述多个输出轴通过相应的齿轮切换布置连接到输入轴，从而在输入轴与各个输出轴之间提供不同的齿轮比；以及

通过相应的输出轴旋转提供动力的多个发电机，发电机的电力输出被组合以为负载供应总电力；

其中，输入轴在旋转频率范围内操作，并且齿轮切换布置配置为切换输入轴与输出轴之间的齿轮比，使得输出轴在较窄的旋转频率范围内操作；

所述系统进一步具有控制器，所述控制器配置为控制齿轮切换布置，控制器在输出轴的旋转频率达到较窄的旋转频率范围的界限时通过依次执行以下步骤来改变输出轴的齿轮比：