一种面向轴扇发动机模式转换的环形分布式辅助电机组并网驱动/制动装置及方法

技术领域

本发明涉及一种面向轴扇发动机模式转换的环形分布式辅助电机组并网驱动/制动装置及方法，属于动力系统技术领域。

背景技术

垂直起降高速飞行器既能像传统直升机一样，无需专用机场和跑道，通过垂直起降与空中悬停，向条件恶劣的作战地域快速投送兵力、物资支援，或隐蔽在障碍物后对敌发动突袭，同时便于伪装，不易被敌方发现，从而大大提高了战场生存率，或依托良好的低速性能，对目标进行凝视侦察；又能像固定翼飞机一样远距离高速经济巡航，迅速飞抵任务空域，精确打击特定目标后快速撤离，具有极高的机动性。因此，垂直起降高速飞行器完全符合“快速支持、敏捷打击”的要求，可以很好地满足我军未来的作战需要。

决定垂直起降高速飞行器研制成败的关键在于其动力系统。目前在航空，尤其是垂直起降高速飞行器的应用中，轴扇发动机是最有发展前途的一体化解决方案，亟待发展模式转换的辅助电机技术。受限于航空中的安装空间以及重量限制，传统电机驱动/制动装置的应用十分不利。针对此，有必要提出环形分布式辅助电机组并网驱动/制动技术。

针对分布式永磁同步电机直接驱动问题，发明专利公布号为CN113997959A的专利提出了一种分布式永磁直驱智能驾驶齿轨机车及其控制方法，解决了永磁同步电机组的分布式直接驱动问题，但该发明仅用于智能驾驶齿轨机车，且仅限于将电机用于驱动。

针对发电机组技术的开发问题，发明专利公布号为CN114776518A的专利提出了一种双直驱型风轮风力发电机组，简化了风力发电机组的结构，降低了机组维护难度和成本，提高了发电效率。但该发明在布局上仍无法做到环形分布式，且该发明只可用于双发电机的发电机组，而非多台发电机。

针对发电机组技术的轻量化问题，发明专利公布号为CN114294108A的专利提出了一种准同期并网技术的新型智能发电机组，采用了准同期并网技术，满足了发电机组轻量小型便于携带的需求。但该发明仍然仅限于发电机，且仅限于地面移动运输，无法应用于垂直起降高速飞行器。

需要设计相应的环形分布式辅助电机组并网驱动/制动装置，以解决应用于垂直起降高速飞行器的多个辅助电机并网问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向轴扇发动机模式转换的环形分布式辅助电机组并网驱动/制动装置及方法，旨在克服多台辅助电机彼此之间由于安装时机械角度的偏差而导致的电磁学物理量的相位不同，且难以调控，造成的并网发电、分布式驱动困难的难题，实现轻便、对安装空间需求低的环形分布式辅助电机组的设计实现，提高垂直起降飞行器的经济性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种面向轴扇发动机模式转换的环形分布式辅助电机组并网驱动/制动装置，包括：行星齿轮式传动机构、内涵增压叶轮盘、多个辅助电机、发电机并网系统和分布式直接驱动系统，所述内涵增压叶轮盘通过叶片的叶冠直接与所述行星式齿轮传动机构的太阳轮连接，所述多个辅助电机安装在机架结构上，其轴通过齿轮啮合的方式与行星式齿轮传动机构的外齿圈配合，通过环形分布式安装辅助电机组，从而降低了辅助电机对安装空间的需求，使驱动/制动装置轻量化，同时增加了辅助电机的硬件余度，有利于增加驱动/制动装置的可靠性；

所述的发电机并网系统/分布式直接驱动系统，包括：一体化调压整流逆变器、直流母线、负载，所述辅助电机发出三相交流电，通过各自所对应的一体化调压整流逆变器获得稳定、具有特定电压的直流电，最终给负载供电，所述直流母线接通一体化调压整流逆变器，从而向辅助电机发出驱动电流，使辅助电机以一定的转速、力矩转动，从而克服了多台辅助电机由于安装造成的初始相位不同，导致作为发电机并网困难的问题；

所述的一体化调压整流逆变器，包括：调压器、SPWM逆变器、电机控制器，所述辅助电机作为发电机时，发出三相交流电，经由调压器调控的SPWM逆变器，所述SPWM逆变器作为可控整流器，将三相交流电转变为稳定的、具有一定电压的直流电，然后直接接入直流母线，所述直流母线为控制电路供电，而上位机则发出辅助电机动作的力矩、转速指令，由电机控制器接收，然后控制所述SPWM逆变器发出驱动电流，驱动辅助电机，所述SPWM内部集成有电流传感器可监测所述辅助电机绕组内的电流，反馈回电机控制器，完成电机电角度的解算，同时判断相电流是否超过堵转电流的0.8倍，如果电流超出该范围，则可切断驱动电流，从而克服了多台辅助电机由于安装造成的初始相位不同，导致作为电动机分布式驱动、发电机组并网困难的问题，同时又降低了对安装空间的需求，可实现辅助电机组的小型化、轻量化。

一种面向轴扇发动机模式转换的环形分布式辅助电机组并网驱动/制动装置的控制方法，其特征在于，所述上位机发出辅助电机动作的力矩、转速指令，由电机控制器接收，然后控制所述SPWM逆变器发出驱动电流，驱动辅助电机，所述SPWM内部集成有电流传感器可监测所述辅助电机绕组内的电流，反馈回电机控制器，完成电机电角度的解算，同时判断相电流是否超过堵转电流的0.8倍，如果电流超出该范围，则可切断驱动电流。

与现有技术相比，本发明的优势是：克服了由于多台辅助电机由于安装造成的初始相位不同，导致作为电动机分布式直接驱动困难、作为发电机并网困难的难题；通过环形分布式安装辅助电机组，从而降低了辅助电机对安装空间的需求，使驱动/制动装置轻量化，同时增加了辅助电机的硬件余度，有利于增加驱动/制动装置的可靠性。

附图说明

图1为本发明的辅助电机组及其一种应用方式的三维结构示意图。

图2为本发明的辅助电机组的一种发电机并网/分布式直接驱动系统。

图3为本发明的一体化调压整流逆变器示意图。

图中：1-行星齿轮式传动机构、2-内涵增压叶轮盘、3-辅助电机

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种面向轴扇发动机模式转换的环形分布式辅助电机组并网驱动/制动装置，包括：行星齿轮式传动机构1、内涵增压叶轮盘2、多个辅助电机3、发电机并网系统和分布式直接驱动系统，所述内涵增压叶轮盘2通过叶片的叶冠直接与所述行星式齿轮传动机构1的太阳轮连接，所述多个辅助电机3安装在机架结构上，其轴通过齿轮啮合的方式与行星式齿轮传动机构1的外齿圈配合，通过环形分布式安装辅助电机组，从而降低了辅助电机对安装空间的需求，使驱动/制动装置轻量化，同时增加了辅助电机的硬件余度，有利于增加驱动/制动装置的可靠性；

请参阅图2，本发明实施例中，所述的发电机并网系统/分布式直接驱动系统，包括：一体化调压整流逆变器、直流母线、负载，所述辅助电机发出三相交流电，通过各自所对应的一体化调压整流逆变器获得稳定、具有特定电压的直流电，最终给负载供电，所述直流母线接通一体化调压整流逆变器，从而向辅助电机发出驱动电流，使辅助电机以一定的转速、力矩转动，从而克服了多台辅助电机由于安装造成的初始相位不同，导致作为发电机并网困难的问题；

请参阅图3，本发明实施例中，所述的一体化调压整流逆变器，包括：调压器、SPWM逆变器、电机控制器，所述辅助电机作为发电机时，发出三相交流电，经由调压器调控的SPWM逆变器，所述SPWM逆变器作为可控整流器，将三相交流电转变为稳定的、具有一定电压的直流电，然后直接接入直流母线，所述直流母线为控制电路供电，而上位机则发出辅助电机动作的力矩、转速指令，由电机控制器接收，然后控制所述SPWM逆变器发出驱动电流，驱动辅助电机，所述SPWM内部集成有电流传感器可监测所述辅助电机绕组内的电流，反馈回电机控制器，完成电机电角度的解算，同时判断相电流是否超过堵转电流的0-8倍，如果电流超出该范围，则可切断驱动电流，从而克服了多台辅助电机由于安装造成的初始相位不同，导致作为电动机分布式驱动、发电机组并网困难的问题，同时又降低了对安装空间的需求，可实现辅助电机组的小型化、轻量化。

请参阅图3，本发明实施例中，一种面向轴扇发动机模式转换的环形分布式辅助电机组并网驱动/制动装置的控制方法，其特征在于，所述上位机发出辅助电机动作的力矩、转速指令，由电机控制器接收，然后控制所述SPWM逆变器发出驱动电流，驱动辅助电机，所述SPWM内部集成有电流传感器可监测所述辅助电机绕组内的电流，反馈回电机控制器，完成电机电角度的解算，同时判断相电流是否超过堵转电流的0.8倍，如果电流超出该范围，则可切断驱动电流。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。