專利名稱：同步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步電機(jī)，特別地涉及一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的同步電機(jī)，例 如電起動(dòng)器/發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前的宇航應(yīng)用中，使用傳統(tǒng)的繞線勵(lì)磁式(wound-field)同步電機(jī)來生成電 功率。這些同步電機(jī)使用例如來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向驅(qū)動(dòng)軸和齒輪箱的復(fù)雜機(jī)械 傳動(dòng)系統(tǒng)而耦合到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子。這些同步電機(jī)安裝在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的如下 位置如果存在關(guān)于同步電機(jī)的故障，則在該位置處可容易地接近這些同步電機(jī)以進(jìn)行維 護(hù)和/或更換。提出了將同步電機(jī)嵌入在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，例如同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子耦合到燃?xì)鉁u 輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子。嵌入式同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于其允許去除或者極大地簡化復(fù)雜的機(jī)械傳 動(dòng)系統(tǒng)，以提供顯著的操作和效率益處。然而，如果存在故障/失靈，則這些嵌入式同步電 機(jī)難以被去除和更換。EP0659234B1公開了在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中使用耦合式同步電機(jī)和嵌 入式同步電機(jī)。所期望的是使用同步電機(jī)來起動(dòng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)以及發(fā)電，因?yàn)檫@去除對空氣起 動(dòng)器的依賴并且提供額外的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)益處。功率電子接口配備有同步電機(jī)以使得同步電 機(jī)能夠充當(dāng)電動(dòng)機(jī)而非發(fā)電機(jī)。特別地，功率電子接口允許輸入和輸出頻率不同，與同步電 機(jī)正作為電動(dòng)機(jī)操作還是作為發(fā)電機(jī)操作無關(guān)。利用功率電子轉(zhuǎn)換器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 功率密度很高的機(jī)器技術(shù)，例如在同步電機(jī)中采用的永磁體設(shè)計(jì)，其與傳統(tǒng)的同步電機(jī)相 比提供進(jìn)一步的尺寸和重量益處。需要用于航空器燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高可靠性和故障容忍的嵌入式同步電機(jī)。特別 地，需要容忍一相中的開路故障的同步電機(jī)。因此，本發(fā)明尋求提供一種減少優(yōu)選地克服上述問題的新型同步電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種同步電機(jī)，其包括多相；檢測部件，被布置為檢測同步電 機(jī)的至少一相中的故障；隔離部件，被布置為使同步電機(jī)的具有故障的至少一相隔離；相 移部件，被布置為產(chǎn)生同步電機(jī)的剩余相內(nèi)的電壓(emf)和電流之間的受控相移以調(diào)整由 同步電機(jī)的剩余相產(chǎn)生的二次諧波功率的相角，使得同步電機(jī)的剩余相的二次諧波功率向 量的向量和是零以消除扭矩波動(dòng)，并且相移部件被布置為使所有剩余相的相角移動(dòng)相同的 預(yù)定角以使同步電機(jī)的功率輸出最大化。優(yōu)選地，相移部件包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器，每相具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選地，同步電機(jī)是電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。優(yōu)選地，同步電機(jī)是起動(dòng)器/發(fā)電機(jī)。優(yōu)選地，同步電機(jī)包括永磁體電機(jī)。
優(yōu)選地，同步電機(jī)包括具有多個(gè)周向隔開的永磁體的轉(zhuǎn)子和具有多個(gè)電線圈的定子。優(yōu)選地，同步電機(jī)包括三相或更多相。優(yōu)選地，同步電機(jī)包括五相。五相按相隔72電度布置。典型地，五相按相隔72電度布置并且五相的二次諧波功率角間隔144電度的角， 相移部件被布置為產(chǎn)生同步電機(jī)中的剩余相的第一相內(nèi)的電壓(emf)和電流之間的18度 相移提前，剩余相的第二相內(nèi)的電壓(emf )和電流之間的36度相移提前，剩余相的第三相 內(nèi)的電壓(emf )和電流之間的M度相移提前，剩余相的第四相內(nèi)的電壓(emf )和電流之間 的72度相移提前，使得同步電機(jī)的剩余相的二次諧波功率向量的向量和是零以消除扭矩 波動(dòng)。優(yōu)選地，相移部件被布置為針對所有剩余相產(chǎn)生額外的45度相移延遲以使同步 電機(jī)的功率輸出最大化。優(yōu)選地，相移部件被布置為產(chǎn)生剩余相的第一相中的凈27°相角延遲，剩余相的 第二相中的凈9°延遲，剩余相的第三相中的凈9°相角提前以及剩余相的第四相中的凈27° 相角提前。優(yōu)選地，同步電機(jī)包括同步磁阻電機(jī)。本發(fā)明還提供了一種操作包括多相的同步電機(jī)的方法，該方法包括檢測同步電 機(jī)的至少一相中的故障；使同步電機(jī)的具有故障的至少一相隔離；產(chǎn)生同步電機(jī)的剩余相 內(nèi)的電壓(emf)和電流之間的受控相移以調(diào)整由同步電機(jī)的剩余相產(chǎn)生的二次諧波功率的 相角，使得同步電機(jī)的剩余相的二次諧波功率向量的向量和是零以消除扭矩波動(dòng)，并且使 所有剩余相的相角移動(dòng)相同的預(yù)定角以使同步電機(jī)的功率輸出最大化。優(yōu)選地，每相具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器，該方法包括使用轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生受控相移。優(yōu)選地，同步電機(jī)是電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。優(yōu)選地，同步電機(jī)是起動(dòng)器/發(fā)電機(jī)。優(yōu)選地，同步電機(jī)包括永磁體電機(jī)。優(yōu)選地，同步電機(jī)包括具有多個(gè)周向隔開的永磁體的轉(zhuǎn)子和具有多個(gè)電線圈的定子。優(yōu)選地，同步電機(jī)包括三相或更多相。優(yōu)選地，同步電機(jī)包括五相。優(yōu)選地，五相按相隔72電度布置。典型地，五相按相隔72電度布置并且五相的二次諧波功率角間隔144電度的角， 以產(chǎn)生同步電機(jī)中的剩余相的第一相內(nèi)的電壓(emf)和電流之間的18度相移提前，剩余相 的第二相內(nèi)的電壓(emf)和電流之間的36度相移提前，剩余相的第三相內(nèi)的電壓(emf)和 電流之間的M度相移提前，剩余相的第四相內(nèi)的電壓(emf)和電流之間的72度相移提前， 使得同步電機(jī)的剩余相的二次諧波功率向量的向量和是零以消除扭矩波動(dòng)。優(yōu)選地，針對所有剩余相產(chǎn)生額外的45度相移延遲以使同步電機(jī)的功率輸出最 大化。優(yōu)選地，產(chǎn)生剩余相的第一相中的凈27°相角延遲，剩余相的第二相中的凈9°延 遲，剩余相的第三相中的凈9°相角提前以及剩余相的第四相中的凈27°相角提前。
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可選地，同步電機(jī)包括同步磁阻電機(jī)。


將參照附圖借助于示例更全面地描述本發(fā)明，其中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的具有同步電機(jī)的渦輪風(fēng)扇式燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。圖2示出圖1中示出的同步電機(jī)的部分橫截面視圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的同步電機(jī)和功率電子轉(zhuǎn)換器的示意圖。圖如是示出正常操作中的五相同步電機(jī)的二次諧波功率向量的曲線圖。圖4b是示出正常操作中的五相同步電機(jī)的二次諧波功率向量的曲線圖，其中二 次諧波功率向量被重新布置以示出它們總和為零。圖如是示出其中一相具有開路故障的五相同步電機(jī)的二次諧波功率向量的曲線 圖。圖恥是示出其中一相具有開路故障的五相同步電機(jī)的二次諧波功率向量的曲線 圖，其中二次諧波功率向量被重新布置以示出它們總和不為零。圖6是示出在二次諧波功率向量的相角已被調(diào)整因此它們總和為零之前和之后 的其中一相具有開路故障的五相同步電機(jī)的二次諧波功率向量的曲線圖。圖7是示出在故障之前以及在一相中的開路故障后的相角重新平衡之后的五相 同步電機(jī)的無波動(dòng)功率相量的曲線圖。圖8是示出在故障之前以及在一相中的開路故障后的用于增加功率的相角重新 平衡和相移之后的五相同步電機(jī)的無波動(dòng)功率相量的曲線圖。
具體實(shí)施例方式如圖1中示出的渦輪風(fēng)扇式燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10包括進(jìn)氣口 12、風(fēng)扇部分14、壓縮 機(jī)部分16、燃燒部分18、渦輪部分20和排氣口 22。渦輪部分20包括高壓渦輪、中壓渦輪和 低壓渦輪。壓縮機(jī)部分包括中壓壓縮機(jī)和高壓壓縮機(jī)，且風(fēng)扇部分包括風(fēng)扇。高壓渦輪被 布置為經(jīng)由第一軸驅(qū)動(dòng)高壓壓縮機(jī)，中壓渦輪被布置為經(jīng)由第二軸驅(qū)動(dòng)中壓壓縮機(jī)，而低 壓渦輪被布置為經(jīng)由第三軸驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。同步電機(jī)40被嵌入在渦輪風(fēng)扇式燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 10中。如圖2中更清楚地示出的同步電機(jī)40包括轉(zhuǎn)子42，具有在轉(zhuǎn)子42的外周上的 多個(gè)周向隔開的永磁體43 ；和定子44，具有布置在定子44上的徑向向內(nèi)延伸的齒狀物48 上的多個(gè)電線圈46。線圈46被布置成多個(gè)發(fā)電相。在該布置中同步電機(jī)40的轉(zhuǎn)子42由 渦輪風(fēng)扇式燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的第三軸驅(qū)動(dòng)，但是可以同樣地由渦輪風(fēng)扇式燃?xì)鉁u輪發(fā) 動(dòng)機(jī)10的第二軸或第一軸驅(qū)動(dòng)。同步電機(jī)40，特別地是永磁體發(fā)電機(jī)，包括多個(gè)等同的相50A、50B、50C、50D和 50E，它們彼此磁隔離、電隔離和熱隔離，使得任何一相中的故障不會(huì)影響任何其他相。永磁 體發(fā)電機(jī)40的這些相50A、50B、50C、50D和50E的電阻抗被有意地布置為高以限制在同步 電機(jī)端子處的短路條件期間發(fā)生的故障電流，使得系統(tǒng)能夠繼續(xù)在所設(shè)計(jì)的熱限制內(nèi)安全 地操作。在永磁體發(fā)電機(jī)40的端子處產(chǎn)生的交變電壓的幅度隨著永磁體電機(jī)40的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度并因此隨著渦輪風(fēng)扇式燃汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度而改變，并且源阻 抗隨著電負(fù)載改變而引起添加的調(diào)節(jié)作用。這種永磁體發(fā)電機(jī)40的多相性質(zhì)意味著輸出 相必須被組合以使輸出功率能夠被實(shí)用地分送到電負(fù)載中心。同步電機(jī)40的每相50A、50B、50C、50D和50E配備有多個(gè)功率電子交流-直流 (AC-DC)轉(zhuǎn)換器52A、52B、52C、52D和52E中的相應(yīng)一個(gè)轉(zhuǎn)換器。使用這些功率電子AC-DC 轉(zhuǎn)換器52A、52B、52C、52D和52E來解決電力發(fā)電機(jī)相的組合和電壓調(diào)節(jié)問題，如圖3中所 示，所述轉(zhuǎn)換器使得系統(tǒng)能夠在公共DC總線53處組合。對于AC-DC轉(zhuǎn)換器52A至52E，有 可能產(chǎn)生不同于350伏特的電壓?？蛇x地，轉(zhuǎn)換器52A至52E可以是AC-AC轉(zhuǎn)換器。已知單電相提供電功率，其在相對于電壓和電流的電頻率的二次諧波頻率下脈 動(dòng)。同步電機(jī)40針對其正常操作條件(即無故障)進(jìn)行最優(yōu)化。例如，同步電機(jī)40具 有五相50A、50B、50C、50D和50E,并且各相的e. m. f (電動(dòng)勢)被布置為相隔.72電度。這 在同步電機(jī)40的設(shè)計(jì)中是固定的。通常對于具有m相的同步電機(jī)40，各相被布置為相隔 360/m電度并且m相的二次諧波功率角在無故障操作中間隔2X360/m電度的角。這種同步電機(jī)40在不存在故障時(shí)的正常操作中工作良好。然而，一旦發(fā)生開路故 障，則同步電機(jī)40的關(guān)聯(lián)故障相被隔離，喪失了組合的恒定功率輸出特性。該問題發(fā)生的 原因是從同步電機(jī)40的剩余四相貢獻(xiàn)的功率的二次諧波分量不再相加為零。由于得到的 大扭矩波動(dòng)，因此這是嚴(yán)重的缺點(diǎn)。在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)換器被布置即被操作為當(dāng)電路配置在開路故障條件期間改變時(shí)恢 復(fù)抵消二次諧波功率。例如，如果在第五相50E中存在故障，則轉(zhuǎn)換器52E檢測到同步電機(jī) 40的第五相50E中的故障并且轉(zhuǎn)換器52E被布置為隔離同步電機(jī)40的第五相50E。剩余 的轉(zhuǎn)換器52A、52B、52C和52D被布置為產(chǎn)生同步電機(jī)40的剩余相50A、50B、50C和50D內(nèi) 的基礎(chǔ)電壓(e. m. f)和基礎(chǔ)電流之間的受控相移，使得同步電機(jī)40的剩余相50A、50B、50C 和50D的二次諧波功率向量的向量和是零以消除扭矩波動(dòng)。特別地，剩余轉(zhuǎn)換器52A、52B、52C和52D被布置為調(diào)整由同步電機(jī)40的剩余相 50A、50B、50C和50D產(chǎn)生的基礎(chǔ)電流的相角，使得剩余相之間的間隔角再次是相等的，即90 電度，使得同步電機(jī)40的剩余相50A、50B、50C和50D的二次諧波電流向量的向量和實(shí)際上 是零。這消除或者基本上消除同步電機(jī)40中的扭矩波動(dòng)。一旦二次諧波功率向量已被布置為它們總和為零，則剩余轉(zhuǎn)換器52A、52B、52C和 52D隨后均被布置為使剩余相50A、50B、50C和50D中的基礎(chǔ)電流的相角移動(dòng)相同的角，使得 同步電機(jī)的輸出扭矩/功率被最大化。將參照具有五相的同步電機(jī)來描述本發(fā)明的原理?？紤]承載基礎(chǔ)正弦e.m. f Ε. sin(wt)和基礎(chǔ)電流I. sin(wt+phi)的單相，其中phi 是e. m. f和電流之間的相角。該相中的瞬時(shí)功率P是_
1.P= Ε. I. sin (wt). sin (wt+phi) =0. 5E. I [cos (phi) -cos (2wt+phi)]
在五相故障容忍的同步電機(jī)中的故障前，各相(編號(hào)為0，1，2，3和4)具有它們的在時(shí) 間上等距隔開的e.m. f，使得當(dāng)所有相在相同的相角phi下操作(即優(yōu)選的平衡操作)時(shí)，它 們的凈瞬時(shí)功率P是-
2.P=pO + —+p4=0. 5{5E. I. cos(phi)-E. I. [cos (2wt+phi+(0 X 1440 ))+···
7+cos(2wt+phi+(4X144°)]}
3.其中144°=2X72°并且是五相同步電機(jī)中的二次諧波功率的間隔(即 360°/5=72°)。4.還參見圖如和4b，代數(shù)學(xué)表明形式cos(2wt+phi+(nX144°))的所有項(xiàng)總和 是零，其中n=0，l，2，3或4。因此對于五相同步電機(jī)，故障前的瞬時(shí)電功率與時(shí)間無關(guān)即 P=2. 5E. I. cos (phi)，并且因此在同步電機(jī)中不存在扭矩波動(dòng)?，F(xiàn)在假設(shè)在同步電機(jī)的五相的一相比如說是相0中發(fā)生開路故障。參見圖fe和 恥，來自方程2的形式cOS(2Wt+phi+(nX144° ))的四個(gè)剩余項(xiàng)不再總和為零，并且因此凈 瞬時(shí)電功率包括cos (2wt+…)項(xiàng)。因而，相0中的故障在同步電機(jī)中引入了扭矩波動(dòng)。本發(fā)明尋求恢復(fù)同步電機(jī)的平衡操作，使得C0S(2wt+…)項(xiàng)再一次被抵消，盡管 同步電機(jī)在一相中具有開路故障。本發(fā)明通過使用每相的功率電子轉(zhuǎn)換器來調(diào)整各相的基礎(chǔ)電流的相角phi來實(shí) 現(xiàn)這一點(diǎn)。根據(jù)方程2看到，如果使各相的電流的相角在逆時(shí)針方向上提前如下，則得到了 功率平衡的四相系統(tǒng)，參見圖6
4a.相 3，phi=phi+18° ；相 1，phi=phi+36° ；相 4，phi=phi+54° 和相 2，phi=phi+72°。在方程5中給出了重新平衡的數(shù)學(xué)，其中僅列出了來自方程2的功率的二次諧波 項(xiàng)以便于證明重新平衡之后它們總和為零_
5.ρ，二次諧波=0. 5E. I[cos (2wt+{phi+36°}+144°)+cos(2wt+{phi+72°} +288°)+cos (2w t+{phi+18°}+432°)+cos(2wt+{phi+54°}+576°)]
6.因此，ρ， 二 次諧波=0. 5E. I [cos(2wt+phi + 180°)+cos(2wt+phi+00) + cos(2wt+phi+90°)+ cos(2wt+phi+270°)]=0
7.既然每相具有其自身的與其他相中的相角不同的相角，那么根據(jù)方程1和4a，凈時(shí) 不變或無波動(dòng)功率，即方程2中的0.5X5E. Icos(phi) = 2. 5E. Icos (phi)變?yōu)?
8.無扭矩波動(dòng)的功率p，=0. 5E. I [cos (phi+36。) +cos (phi+72。) + cos (phi+18。) + cos(phi+54°)]
8a.如果故障前，由方程1給出的來自五相的無波動(dòng)功率被定義為100%功率。9.則對于一相開路，假設(shè)無故障的剩余四相沒有增容(up-rating)，最大無波動(dòng) 功率潛在地是80%。10.然而，方程8中給出的無波動(dòng)功率小于80%最大值。由與用于計(jì)算電機(jī)繞組 的分布因數(shù)相似的數(shù)學(xué)可以表明方程8，即當(dāng)一相先前已變?yōu)殚_路時(shí)的故障后重新平衡， 僅代表53%無波動(dòng)功率，參見圖7?？傒敵鰺o扭矩波動(dòng)功率的減少主要?dú)w因于調(diào)整功率的二次諧波分量的相對相角 以便于抵消的動(dòng)作。這使得產(chǎn)生無用的無功功率，其減少可用的總有功功率。參見圖8，為了從53%向80%水平恢復(fù)無波動(dòng)功率，有必要使合成的ρ’延遲，即順 時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，使得其與“來自四相的潛在”線對齊并從而貢獻(xiàn)其全部75%無波動(dòng)功率。11.該旋轉(zhuǎn)是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的使用每相上的功率電子轉(zhuǎn)換器將相角phi改 變?yōu)镻hi - 45°。在數(shù)學(xué)上方程8變?yōu)?
12. 無扭矩波動(dòng)功率 p"=0. 5E. I[cos(phi-45。+36。)+cos(phi-45。+72。)+ cos (phi-45°+18°)+ cos (phi-45°+54° ) ] =0. 5E. I [cos (phi-9°)+cos (phi + 27°)+cos(phi-27°)+ cos(phi+9°)]
三角恒等式cos (A-B)+cos (A+B) =2. cosA. cosB可以用于簡化方程12如下-13a. cos (phi-9°)+cos(phi+9°)=2cos(phi)cos(9°) 13b. cos (phi-27°)+cos(phi+27°)=2cos(phi)cos(27°)
14.因此，ρ"=0· 5Ε· I X 2cos (phi) X [cos (9°) +cos (27°) ] =1. 879E. I. cos (phi)。15.從方程7、8a和14看到，開路故障后和重新平衡后的無波動(dòng)功率可以高達(dá)p"/ p=l. 879/2. 5X100%=75%。16.由于來自五相同步電機(jī)的四相的最大功率是額定功率的80%，因此實(shí)施無波 動(dòng)策略的成本僅為額定功率的80-75%=5%。如果故障前相角phi使得phi的模數(shù)>0°，則可以使phi的模數(shù)向零減少以增加功 率，從而使無波動(dòng)策略的成本(方程16)向零減少。當(dāng)實(shí)施以上策略時(shí)，存在針對每相的相 角的多種改變(多達(dá)三種)。智能控制器能夠立刻實(shí)現(xiàn)所有這些改變。注意，在上文大部分 中，電功率是用于描述無波動(dòng)策略的參數(shù)。然而，由于(i)功率是旋轉(zhuǎn)速度和扭矩的乘積以 及(i i )旋轉(zhuǎn)速度被假設(shè)為明顯恒定(這在例如在由航空器燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步電機(jī) 中電功率與系統(tǒng)功率相比是小的時(shí)候是真的)，因此上述內(nèi)容同樣良好地應(yīng)用于無波動(dòng)電 磁扭矩。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其允許具有一相中的開路故障的同步電機(jī)在不產(chǎn)生扭矩波動(dòng) 的情況下操作同時(shí)產(chǎn)生較接近于故障同步電機(jī)的理論最大值的扭矩/功率，例如其使同步 電機(jī)的無扭矩波動(dòng)功率輸出最大化。因而，這將消除因諧振引起的振動(dòng)和/或損壞。本發(fā)明可應(yīng)用于具有多個(gè)獨(dú)立相(特別地是三相或多相)的任何同步電機(jī)，并且每 個(gè)獨(dú)立相具有其自身的獨(dú)立功率電子轉(zhuǎn)換器并且假如各相是平衡的并且在故障前在時(shí)間 上等距隔開。注意，故障容忍的同步電機(jī)通常具有四相、五相、六相或七相。盡管通過參照單相中的故障和單相的隔離來描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明同樣可應(yīng) 用于存在不止一相中的故障以及不止一相的隔離的情況。盡管通過參照永磁體同步電機(jī)來 描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明還可應(yīng)用于同步磁阻電機(jī)或者其他電機(jī)。本發(fā)明可應(yīng)用于任何 拓?fù)涞耐诫姍C(jī)，例如軸向磁通電機(jī)。本發(fā)明還可應(yīng)用于除1標(biāo)么(per unit)電抗電機(jī)以 外的同步電機(jī)。盡管通過參照渦輪風(fēng)扇式燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)來描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明同樣可應(yīng) 用于其他航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，例如渦輪噴氣、渦輪螺旋槳或渦輪軸燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)并且 還可應(yīng)用于海運(yùn)和工業(yè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。盡管通過參照三軸燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)來描述了本發(fā)明，但是其同樣可應(yīng)用于雙軸燃 氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或單軸燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。盡管通過參照嵌入在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的同步電機(jī)來描述了本發(fā)明，但是同樣可 能將本發(fā)明應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的其他位置處的同步電機(jī)。本發(fā)明還可應(yīng)用于其他應(yīng)用的同步電機(jī)，尤其可應(yīng)用于例如其中例如在安全關(guān)鍵 應(yīng)用中需要高扭矩密度和高可用性的故障容忍的同步電機(jī)。在本發(fā)明中，無波動(dòng)功率指的是同步電機(jī)的軸/轉(zhuǎn)子上的機(jī)械功率，而非同步電 機(jī)的端子處的電功率。
9
權(quán)利要求
1.一種同步電機(jī)(40)，包括多相(50A、50B、50C、50D、50E)；檢測部件，被布置為檢測 所述同步電機(jī)(40)的至少一相(50E)中的故障；隔離部件，被布置為使所述同步電機(jī)(40) 的具有故障的所述至少一相(50E)隔離；相移部件(52A、52B、52C、52D)，被布置為產(chǎn)生所述 同步電機(jī)(40)的剩余相(50A、50B、50C、50D)內(nèi)的電壓(emf )和電流之間的受控相移以調(diào)整 由所述同步電機(jī)(40)的剩余相(50A、50B、50C、50D)產(chǎn)生的二次諧波功率的相角，使得所述 同步電機(jī)的剩余相的二次諧波功率向量的向量和是零以消除扭矩波動(dòng)，并且所述相移部件 (52A、52B、52C、52D)被布置為使所有所述剩余相(50A、50B、50C、50D)的相角移動(dòng)相同的預(yù) 定角以使所述同步電機(jī)(40)的功率輸出最大化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電機(jī)，其中所述相移部件(52A、52B、52C、52D、52E)包括 多個(gè)轉(zhuǎn)換器，每相(50A、50B、50C、50D、50E)具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同步電機(jī)，其中所述同步電機(jī)(40)是電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同步電機(jī)，其中所述同步電機(jī)(40)是起動(dòng)器/發(fā)電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的同步電機(jī)，其中所述同步電機(jī)(40)包括永磁體電機(jī) 或者同步磁阻電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的同步電機(jī)，其中所述同步電機(jī)(40)包括具有多個(gè)周向隔開的 永磁體(43)的轉(zhuǎn)子(42)和具有多個(gè)電線圈(46)的定子(44)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的同步電機(jī)，包括三相或更多相(50A、50B、50C、 50D、50E)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的同步電機(jī)，包括五相(50A、50B、50C、50D、50E)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的同步電機(jī)，其中所述五相(50A、50B、50C、50D、50E)按相隔72電度布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的同步電機(jī)，其中所述五相(50A、50B、50C、50D、50E)按相隔 72電度布置并且所述五相(50A、50B、50C、50D、50E)的二次諧波功率角間隔144電度的角， 所述相移部件(52A、52B、52C、52D)被布置為產(chǎn)生所述同步電機(jī)(40)中的剩余相的第一相 (50A)內(nèi)的電壓(emf)和電流之間的18度相移提前，剩余相的第二相(50B)內(nèi)的電壓(emf) 和電流之間的36度相移提前，剩余相的第三相(50C)內(nèi)的電壓(emf )和電流之間的M度相 移提前，剩余相的第四相(50D)內(nèi)的電壓(emf)和電流之間的72度相移提前，使得所述同步 電機(jī)(40)的剩余相(50A、50B、50C、50D)的二次諧波功率向量的向量和是零以消除扭矩波 動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的同步電機(jī)，其中所述相移部件(52A、52B、52C、52D)被布置 為針對所有剩余相(50A、50B、50C、50D)產(chǎn)生額外的45度相移延遲以使所述同步電機(jī)的功率輸出最大化。
12.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，包括根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的同步電機(jī) (40)。
13.一種操作包括多相(50A、50B、50C、50D、50E)的同步電機(jī)(40)的方法，所述方法包 括檢測所述同步電機(jī)(40)的至少一相(50E)中的故障；使所述同步電機(jī)(40E)的具有故障 的所述至少一相(50E)隔離；產(chǎn)生所述同步電機(jī)(40)的剩余相(50A、50B、50C、50D)內(nèi)的電 壓(emf )和電流之間的受控相移以調(diào)整由所述同步電機(jī)(40 )的剩余相(50A、50B、50C、50D) 產(chǎn)生的二次諧波功率的相角，使得所述同步電機(jī)(40)的剩余相(50A、50B、50C、50D)的二次諧波功率向量的向量和是零以消除扭矩波動(dòng)，并且使所有所述剩余相(50A、50B、50C、50D) 的相角移動(dòng)相同的預(yù)定角以使所述同步電機(jī)(40)的功率輸出最大化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中每相(50A、50B、50C、50D、50E)具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換 器，所述方法包括使用所述轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生所述受控相移。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中所述同步電機(jī)是電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的方法，包括三相或更多相(50A、50B、50C、 50D、50E)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括五相(50A、50B、50C、50D、50E)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述五相(50A、50B、50C、50D、50E)按相隔72電度布置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述五相(50A、50B、50C、50D、50E)按相隔72電 度布置并且所述五相(50A、50B、50C、50D、50E)的二次諧波功率角間隔144電度的角，以產(chǎn) 生所述同步電機(jī)(40)中的剩余相的第一相(50A)內(nèi)的電壓(emf)和電流之間的18度相移 提前，剩余相的第二相(50B)內(nèi)的電壓(emf )和電流之間的36度相移提前，剩余相的第三相 (50C)內(nèi)的電壓(emf)和電流之間的M度相移提前，剩余相的第四相(50D)內(nèi)的電壓(emf) 和電流之間的72度相移提前，使得所述同步電機(jī)(40 )的剩余相(50A、50B、50C、50D )的二次 諧波功率向量的向量和是零以消除扭矩波動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的同步電機(jī)，針對所有剩余相(50A、50B、50C、50D)產(chǎn)生額外 的45度相移延遲以使所述同步電機(jī)(40)的功率輸出最大化。
全文摘要
一種同步電機(jī)(40)包括多相(50A、50B、50C、50D、50E)和檢測部件，該檢測部件被布置為檢測同步電機(jī)(40)的至少一相(50E)中的開路故障。隔離部件被布置為使同步電機(jī)(40)的具有故障的至少一相(50E)隔離。相移部件(52A、52B、52C、52D、52E)被布置為產(chǎn)生同步電機(jī)(40)的剩余相內(nèi)的電壓(emf)和電流之間的受控相移以便調(diào)整由同步電機(jī)(40)的剩余相(50A、50B、50C、50D)產(chǎn)生的二次諧波功率的相角，使得同步電機(jī)的剩余相的二次諧波功率向量的向量和是零以消除扭矩波動(dòng)。相移部件(52A、52B、52C、52D)被布置為按相同的預(yù)定角來調(diào)整所有剩余相(50A、50B、50C、50D)的相角以使同步電機(jī)(40)的無扭矩波動(dòng)功率輸出最大化。
文檔編號(hào)H02P9/30GK102119481SQ200980130692
公開日2011年7月6日 申請日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月9日
發(fā)明者A·G·L·穆迪, D·R·特賴納, J·J·A·庫倫, S·A·龍 申請人:勞斯萊斯有限公司