BRPI0800221B1 - Circuito de fonte de alimentação de eletricidade em uma aeronave - Google Patents

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Abstract

circuito de fonte de alimentação de eletricidade em uma aeronave, e, aeronave. a invenção relaciona-se a um circuito de fonte de alimentação em uma aeronave, o circuito incluindo uma rede de distribuição de eletricidade 17 a bordo da aeronave para acionar equipamento elétrico 5b situado em um motor da aeronave ou nos arredores de dito motor e um gerador de fonte de alimentação 27 integrado no motor da aeronave para acionar um circuito de degelo 5a. o equipamento elétrico inclui cargas de nacela 5b conectadas a um barramento de distribuição de tensão de cc 35, ele mesmo estando conectado a um circuito de conversor de tensão 34 acionado pela rede de distribuição 17. o circuito de degelo 5a inclui pelo menos uma resistência elétrica 61 para dissipar eletricidade possivelmente retornada ao barramento de distribuição de tensão de cc 35 por pelo menos algumas das cargas de nacela.

Description

“CIRCUITO DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO DE ELETRICIDADE EM UMA AERONAVE”
Fundamento da Invenção [0001] A invenção relaciona-se a prover eletricidade a equipamento elétrico em um motor de aeronave e/ou de seu ambiente.
[0002] O campo de aplicação da invenção é mais particularmente que de motores de avião, em particular motores de turbina a gás. Não obstante, a invenção também é aplicável a motores de helicóptero.
[0003] O termo equipamento elétrico em um motor de aeronave ou de seu ambiente é usado aqui para cobrir não só equipamento elétrico que é útil para habilitar o motor a operar, mas também equipamento elétrico associado com a nacela de motor tal como, por exemplo, circuitos elétricos de degelo ou anticongelamento tais como circuitos para anti-congelamento de nacela (NAT) ou atuadores para uso em um sistema de abertura de tampa de reverso de empuxo (TRCOS) ou atuadores eletromecânicos para uso em controle de atuação de reverso de empuxo elétrico (ETRAC) para um motor de avião de turbina a gás, ou até mesmo circuitos associados com a asa levando o motor, tal como, por exemplo, circuitos elétricos de degelo ou anti-congelamento de asa de avião.
[0004] Um esquema tradicional para produzir e distribuir eletricidade de um motor de avião de turbina a gás é mostrado na Figura 3.
[0005] Dois geradores 111a, 111b (ou mais de dois para os propósitos de redundância ou de otimizar a geração de eletricidade, dependendo da aplicação sob consideração) estão montados em uma caixa de engrenagens de acessório 113, que está acoplada mecanicamente a um eixo de turbina do motor. Os geradores 111a, 111b são tipicamente motor de arranque/geradores (S/G) incluindo um gerador síncrono que está associado com excitação e que distribui uma tensão alternada a uma frequência que varia como uma função de velocidade de motor, a montagem de excitador e do gerador síncrono sendo controladas para operar de um modo de motor síncrono ao partir a turbina.
[0006] As tensões alternadas distribuídas pelos geradores 111a, 111b são
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2/10 levadas por linhas 115a, 115b a uma rede elétrica 117 para distribuir eletricidade a bordo do avião, chamada a rede a bordo. Um circuito 119 da rede a bordo e conectado às linhas 115a, 115b distribuim corrente alternada (CA) a uma tensão alternada regulada, tipicamente a 115 Volts CA (Vca) ou 230 Vca, em um ou mais barramentos de distribuição. O circuito 119 também aciona um conversor de tensão 121 que distribui uma tensão de corrente contínua regulada (CC), tipicamente 270 Volts CC (Vcc) ou ±270 Vcc em um ou mais barramentos. As tensões distribuídas pelos circuitos 119 e 121 acionam cargas elétricas diferentes a bordo do avião, principalmente na zona de fuselagem dele.
[0007] Associada com o motor, uma unidade de controle de motor de autoridade total (ECU) 143 é acionada por um gerador 127, tal como um gerador de ímã permanente ou alternador de ímã permanente (PMA) montado na caixa de engrenagens 113. A ECU 143 também está conectada a um dos circuitos 119, 121 por exemplo, o circuito de tensão alternada regulada 119, assim para habilitá-lo a ser acionado corretamente contanto que o motor não tenha alcançado uma velocidade que é suficiente para habilitar o PMA 127 a fornecer a eletricidade requerida, ou no caso da falha de PMA. A ECU 143 faz uso da eletricidade que recebe para habilitar seus componentes operarem e para excitar vários elementos do motor tais como sensores ou sondas, atuadores ou servo-válvulas que requerem quantidades limitadas de energia elétrica.
[0008] No momento, há uma tendência para substituir energia hidráulica cada vez mais com energia elétrica para atuar várias partes de equipamento elétrico em um motor de aeronave ou em seu ambiente. Por exemplo, alguns aviões são providos com reversores de empuxo atuados eletricamente 147. Assim, o circuito inclui conversores de CA/CC 133 tendo entradas conectadas à rede a bordo 117 por linhas de fonte de alimentação elétrica 145, 149, 151 e tendo saídas conectadas a um tal reversor de empuxo elétrico 147 e também a equipamento estático, tais como circuitos 153, 155 para degelar a nacela de motor e a asa levando o motor.
[0009] O fornecimento de eletricidade da rede a bordo da aeronave às várias cargas externas à fuselagem por meio de linhas de fonte de alimentação que
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Objetivo e Sumário da Invenção [0010] Um objetivo da invenção é prover um circuito de fonte de alimentação elétrica que não apresenta uma tal desvantagem e que habilita uma pluralidade de partes de equipamento elétrico ser acionada em um motor de aeronave e/ou de seu ambiente.
[0011] Este objetivo é alcançado por um circuito de fonte de alimentação de eletricidade em uma aeronave, o circuito incluindo uma rede para distribuir eletricidade a bordo da aeronave e acionar equipamento elétrico situado em um motor da aeronave ou no ambiente de dito motor, dito equipamento elétrico incluindo cargas de nacela conectadas a um barramento de distribuição de tensão CC, dito barramento estando conectado a um circuito conversor de tensão acionado por dita rede de distribuição, e a fonte de alimentação de eletricidade incluindo um gerador de fonte de alimentação integrado no motor de aeronave para acionar um circuito de degelo, dito circuito de degelo incluindo pelo menos uma resistência elétrica para dissipar eletricidade possivelmente retornada ao barramento de distribuição de tensão CC por pelo menos algumas das cargas de nacela.
[0012] O circuito da invenção assim torna possível reduzir o comprimento de cabo para levar eletricidade ao circuito de degelo. Além disso, o cabo levando eletricidade da rede de distribuição de eletricidade a bordo do avião pode ser de diâmetro pequeno. Isto torna possível otimizar o peso e o tamanho dos cabos. Além disso, o circuito de degelo não impõe qualquer restrição de regulação particular e consequentemente o gerador de fonte de alimentação pode ser de uma configuração que é simples, robusta, compacta, e leve em peso. Além disso, não há nenhuma necessidade para ter uma resistência elétrica a ser dedicada somente a dissipar a eletricidade que pode ser retomada ao barramento de distribuição de
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4/10 eletricidade de CC pelos atuadores elétricos na nacela. Isto ademais reduz peso e habilita eletricidade ser economizada.
[0013] Vantajosamente, dito circuito de degelo está conectado diretamente a dito gerador de fonte de alimentação para receber uma tensão alternada.
[0014] O circuito da invenção assim habilita o circuito de degelo (que é puramente resistive) receber uma tensão alternada sem a tensão alternada ser transformada em uma tensão CC, assim habilitando perdas de potência serem reduzidas e reduzindo o tamanho e o peso do circuito.
[0015] De acordo com outra característica da presente invenção, dito gerador de fonte de alimentação é um gerador de rotor enrolado dedicado.
[0016] O gerador de fonte de alimentação é assim simples e robusto.
[0017] Vantajosamente, o circuito de fonte de alimentação de inclui um gerador de ímã permanente (PMA) acoplado mecanicamente a dito gerador de fonte de alimentação, dito gerador de ímã permanente sendo projetado para acionar pelo menos uma unidade de controle de motor (ECU) para regular eletronicamente o motor.
[0018] Assim, o gerador de ímã permanente (PMA) acionando a unidade de controle de motor (ECU) para regular eletronicamente o motor é compartilhado com o gerador acionando o circuito de degelo.
[0019] A pelo menos uma unidade de controle de motor (ECU) está conectada vantajosamente a dito gerador de ímã permanente para receber uma tensão alternada. Isto habilita o circuito ser simplificado.
[0020] Vantajosamente, dito gerador de ímã permanente aciona uma pluralidade de unidades de controle de motor, as unidades sendo por exemplo acionadas por meio de interface.
[0021] De acordo com uma característica da presente invenção, o gerador de fonte de alimentação é uma máquina de rotor enrolado e dito gerador de ímã permanente corresponde a um estágio de ímã permanente de dita máquina de rotor enrolado. É assim possível economizar um eixo de saída da caixa de engrenagens de acessório.
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5/10 [0022] Vantajosamente, o circuito de fonte de alimentação inclui:
• uma entrada conectada à rede de distribuição de eletricidade para receber uma tensão alternada, dito conversor de tensão estando conectado à dita entrada para converter a tensão alternada provida pela rede de distribuição de eletricidade em uma tensão CC; e • uma chave para fornecer uma tensão distribuída por dito conversor ao barramento de distribuição de tensão CC.
[0023] O circuito assim torna possível ter um nó de eletricidade seguro disponível na redondeza do motor para acionar cargas integradas no motor ou situadas em sua vizinhança, só com uma ligação à rede de eletricidade a bordo da aeronave bastando para assegurar que eletricidade esteja disponível na rede de eletricidade do motor. Além disso, o conversor pode ser dimensionado para todo o equipamento elétrico com a exceção do equipamento de degelo, por esse meio reduzindo o tamanho do conversor.
[0024] A invenção também provê uma aeronave incluindo um circuito de fonte de alimentação como definido acima.
Breve Descrição dos Desenhos [0025] A invenção pode ser melhor entendida ao ler a descrição seguinte dada por meio de indicação não limitante e com referência aos desenhos acompanhantes, em que:
• Figura 1 é uma vista altamente diagramática de um sistema da invenção para acionar eletricamente e controlar equipamento em um motor de aeronave e em seus arredores;
• Figura 2 é uma vista mais detalhada de um equipamento de um dispositivo de fonte de alimentação elétrica da Figura 1; e • Figura 3, descrita acima, é uma representação altamente diagramática de um esquema conhecido para produzir e distribuir eletricidade em uma aeronave. Descrição Detalhada de Concretizações da Invenção [0026] Figura 1 é um diagrama de circuito para acionar eletricamente e controlar um conjunto 5 de partes de equipamento elétrico 5a e 5b em um motor de aeronave
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6/10 e em seus arredores, em particular em associação com um motor de avião de turbina a gás.
[0027] O circuito da Figura 1 inclui pelo menos um gerador 11 tal como um S/G montado em uma caixa de engrenagens de acessório (representada por 13) que está acoplada mecanicamente a um eixo de turbina do motor (não mostrado). A tensão alternada distribuída pelos geradore(s) S/G 11 é levada por uma ou mais linhas 15 a uma rede elétrica 17 para distribuir eletricidade a bordo do avião, chamada a rede a bordo. Um circuito 19 da rede a bordo provê um ou mais barramentos de distribuição com uma tensão alternada que é tipicamente regulada a 115 Vac ou 230 Vac e a uma frequência que varia como uma função da velocidade de rotação do eixo de turbina. O circuito 19 também pode acionar um circuito conversor de tensão 21 para fornecer uma tensão CC regulada, tipicamente 270 Vcc ou ±270 Vcc em um ou mais barramentos. As tensões produzidas pelos circuitos 19 e 21 acionam várias cargas na zona de fuselagem do avião.
[0028] De acordo com a invenção, o circuito de fonte de alimentação inclui, em associação com o motor (representado por 23), um gerador de fonte de alimentação 27 integrado no motor de avião para acionar um circuito 5a para anti-congelamento de nacela de motor (NAI) ou degelo, ou um circuito para degelar uma asa levando o motor.
[0029] Isto toma possível encurtar o comprimento do cabo levando eletricidade ao circuito de degelo 5a. Deveria ser observado que o cabo conectado ao circuito de degelo resistive 5a é de um diâmetro que é grande comparado com os diâmetros de cabos conectados a outras partes de equipamento elétrico. Assim, reduzindo o comprimento de um cabo deste tipo serve para reduzir o peso e o tamanho dos cabos necessários para levar eletricidade a cargas que são externas à fuselagem. Além disso, desde que o circuito de degelo 5a é puramente resistive, não requer qualquer restrição de regulação particular e consequentemente, o gerador de fonte de alimentação 27, por exemplo um gerador do tipo tendo um rotor enrolado dedicado, pode apresentar uma configuração que é simples, robusta, compacta, e de pequeno peso.
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7/10 [0030] Além disso, o circuito de degelo 5a pode ser conectado diretamente ao gerador de fonte de alimentação 27 a fim de receber uma tensão alternada. Não há assim nenhuma necessidade para ter um conversor de tensão para transformar a tensão alternada em uma tensão CC. Isto serve para reduzir perdas de potência e reduzir o tamanho e o peso da fonte de alimentação.
[0031] Além disso, pelo menos uma unidade de controle de motor (ECU) 30 também está conectada ao gerador de fonte de alimentação 27.
[0032] Vantajosamente, a ECU 30 recebe uma tensão alternada do gerador de fonte de alimentação 27. Este gerador distribui CA à ECU 30, que pode ser regulada ou variável como uma função de velocidade de motor. Além disso, a ECU 30 também pode ser conectada ao circuito de tensão CA 19 por uma linha 16 assim para habilitá-la a ser acionada corretamente até que o motor tenha alcançado uma velocidade que é suficiente para habilitar o gerador de fonte de alimentação 27 fornecer a energia elétrica requerida. Além disso, o circuito 19 também aciona um equipamento elétrico 5b correspondendo a cargas na nacela.
[0033] Figura 2 mostra uma concretização do circuito de fonte de alimentação da invenção em maior detalhe.
[0034] Neste exemplo, o circuito de fonte de alimentação inclui um gerador de ímã permanente 28 (PMA) acoplado mecanicamente ao gerador de fonte de alimentação 27. O gerador de ímã permanente 28, que está associado com o gerador de fonte de alimentação 27, é projetado para acionar uma ou mais ECUs 30. Mais particularmente, o gerador de ímã permanente 28 aciona as ECUs 30 por circuito de interface 31.
[0035] Por meio de exemplo, a fim de economizar em um eixo de saída da caixa de engrenagens de acessório, o gerador de fonte de alimentação 27 é uma máquina de rotor enrolado e o gerador de ímã permanente 28 corresponde a um estágio de ímã permanente desta máquina de rotor enrolado.
[0036] Além disso, o circuito de fonte de alimentação inclui um barramento de corrente contínua de alta tensão (HVOC) 35 para distribuir uma tensão CC e um dispositivo de fonte de alimentação seguro 29 fazendo parte da rede de distribuição
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8/10 de eletricidade associada com o motor (representado por 23).
[0037] O dispositivo de fonte de alimentação 29 tem uma entrada 32, uma chave 33 e um conversor de tensão CA/CC 34.
[0038] A entrada 32 está conectada à rede de distribuição de eletricidade 17, e mais particularmente ao circuito 19, a fim de receber uma tensão alternada. O conversor de tensão 34 está conectado à entrada 32 para o propósito de converter a tensão alternada distribuída pela rede de distribuição de eletricidade 17 em uma tensão CC. Além disso, a chave 33 habilita fornecer uma tensão do conversor 34 ao barramento de distribuição de CC 35.
[0039] Assim, o gerador de fonte de alimentação 27 distribui energia elétrica de CA à ECU 30, qual energia é regulada ou variável como uma função de velocidade de motor. Além disso, a chave 33 habilita a ECU 30 ser conectada pelo dispositivo de fonte de alimentação 29 e circuito de interface 31 ao circuito de tensão alternada 19 pela linha 16 a fim de ser acionada corretamente até que o motor tenha alcançado uma velocidade que é suficiente para habilitar a eletricidade requerida ser distribuída pelo gerador de fonte de alimentação 27.
[0040] Esta configuração assim faz disponível um nó de fonte de alimentação elétrica segura. O gerador de fonte de alimentação 27 distribui uma tensão alternada diretamente a equipamento 5a para degelar a nacela de motor ou a asa. Em contraste, essa porção do equipamento elétrico que corresponde a cargas de nacela 5b é conectada ao barramento de distribuição de tensão CC 35.
[0041] Mais particularmente, os circuitos de degelo 5a estão conectados ao gerador de fonte de alimentação 27 por um módulo de fonte de alimentação de degelo 47a, que inclui uma chave e dispositivo de proteção controlado por uma unidade de controle central 51 e/ou pela ECU 30.
[0042] O circuito de degelo 5a também inclui pelo menos uma resistência elétrica 61 para dissipar a eletricidade que pode ser retornada ao barramento de distribuição de CC 33 por pelo menos algumas das cargas de nacela 5b. O possível retorno de eletricidade ao barramento de distribuição de CC 35 é representado por referência 63. A dissipação desta energia elétrica pela resistência elétrica 61 é feita possível
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9/10 por uma conexão 65 entre o barramento de distribuição de tensão CC 35 e a resistência elétrica 61.
[0043] Além disso, o barramento 35 aciona um módulo de fonte de alimentação de nacela 47b junto com um dispositivo de controle incluindo a unidade de controle central 51.
[0044] Neste exemplo, os módulos de fonte de alimentação 47a, 47b são controlados pela unidade de controle central 51. Está conectado a sensores (não mostrado) associados com pelo menos algum do equipamento elétrico e também está conectado à ECU 30. O módulo de fonte de alimentação de nacela 47b está associado com equipamento elétrico 5b na nacela.
[0045] O módulo de fonte de alimentação de nacela 47b inclui um inversor 53 e um circuito de chave 55. O inversor 53 serve para fornecer uma tensão alternada ao equipamento elétrico 5b, qual tensão alternada é obtida da tensão CC distribuída pelo barramento 35, enquanto o circuito de chave 55 serve para ativar as partes de equipamento elétrico 5b. A unidade de controle central 51 controla o módulo 47b e em particular o circuito de chave 55 assim para ativar cada parte de equipamento 5b como uma função de informação recebida da ECU 30 e/ou dos sensores associados com o equipamento 5b.
[0046] Deveria ser observado que o circuito de fonte de alimentação pode incluir dois geradores de eletricidade de fonte de alimentação 27 e possivelmente dois barramentos de distribuição de CC 35, por exemplo do tipo de CC de alta tensão (HVDC).
[0047] Assim, o uso de dois geradores torna possível diminuir a falha de um gerador enquanto conservando uma fonte de alimentação que é feita segura pela conexão 16 à rede a bordo do avião, e também torna possível compartilhar a energia elétrica que é distribuída.
[0048] A tensão CC distribuída no barramento 35 (ou possivelmente os barramentos 35 pode ser uma tensão regulada, por exemplo regulada a um valor nominal de 270 Vcc ou ±270 Vcc, com regulação sendo provida pelo circuito conversor de CA/CC. Em uma variante, a tensão CC distribuída pelos barramentos
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10/10 não precisa ser regulada, com uma gama de variação sobre um valor nominal então sendo aceitável, em particular como uma função de variações nas tensões distribuídas pelo circuito 19.
[0049] A invenção também provê uma aeronave incluindo um circuito de fonte de alimentação de eletricidade incluindo uma rede de distribuição de eletricidade 17 a bordo da aeronave acionando equipamento elétrico 5b situado no motor de aeronave ou nos arredores do motor, e um gerador de fonte de alimentação 27 integrado no motor de aeronave para acionar um circuito de degelo 5a.

Claims (8)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Circuito de fonte de alimentação de eletricidade em uma aeronave, compreendendo uma rede (17) para distribuir eletricidade a bordo da aeronave e acionar equipamento elétrico (5b) situado em um motor da aeronave ou no ambiente de dito motor, a fonte de alimentação de eletricidade inclui um gerador de fonte de alimentação de eletricidade (27) integrado no motor de aeronave para acionar um circuito de degelo (5a);
    o circuito de fonte de alimentação de eletricidade caracterizado pelo fato de que:
    o equipamento elétrico inclui cargas de nacela (5b) conectadas a um barramento de distribuição de tensão CC (35), dito barramento (35) sendo conectado a um circuito conversor de tensão (34) acionado por dita rede de distribuição (17); e o circuito de degelo (5a) inclui pelo menos uma resistência elétrica (61) para dissipar eletricidade possivelmente retomada ao barramento de distribuição de tensão CC (35) por pelo menos algumas das cargas de nacela.
  2. 2. Circuito de fonte de alimentação de eletricidade de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito circuito de degelo (5a) está conectado diretamente a dito gerador de fonte de alimentação (27) para receber uma tensão alternada.
  3. 3. Circuito de fonte de alimentação de eletricidade de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que dito gerador de fonte de alimentação (27) é um gerador de rotor enrolado dedicado.
  4. 4. Circuito de fonte de alimentação de eletricidade de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que inclui um gerador de ímã permanente (28) acoplado mecanicamente a dito gerador de fonte de alimentação (27), dito gerador de ímã permanente (28) sendo projetado para acionar pelo menos uma unidade de controle de motor (30) para regular eletronicamente o motor.
  5. 5. Circuito de fonte de alimentação de eletricidade de acordo com a
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    2/2 reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que dita pelo menos uma unidade de controle de motor (30) está conectada a dito gerador de imã permanente (28) para receber uma tensão alternada.
  6. 6. Circuito de fonte de alimentação de eletricidade de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que dito gerador de imã permanente (28) aciona uma pluralidade de unidades de controle de motor (30), as unidades de controle de motor sendo acionadas por um circuito de interface (32).
  7. 7. Circuito de fonte de alimentação de eletricidade de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que o gerador de fonte de alimentação (27) é uma máquina de rotor enrolado e pelo fato de que dito gerador de imã permanente (28) corresponde a um estágio de imã permanente de dita máquina de rotor enrolado.
  8. 8. Circuito de fonte de alimentação de eletricidade de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que inclui:
    uma entrada (32) conectada à rede de distribuição de eletricidade (17) para receber uma tensão alternada, dito conversor de tensão (34) estando conectado à dita entrada (32) para converter a tensão alternada provida pela rede de distribuição de eletricidade (17) em uma tensão CC; e uma chave (33) para fornecer uma tensão distribuída por dito conversor (34) ao barramento de distribuição de tensão CC (35).
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