idg

定义

整体传动发电机是一种把恒速传动装置（Constant Speed Drive，CSD）与无刷交流发电机组装为一体、并共用滑油与冷却系统的发电装置，英文缩写为 IDG^[3][2]。它在结构上可分为两半：一半是自动变速的恒速传动装置，另一半是油冷发电机，两者合用壳体与油路^[5][3]。

在飞机上，它安装在发动机附件齿轮箱上，由该齿轮箱的输出轴驱动，属于恒速恒频电源系统的核心部件^[2][3]。与恒速传动装置单独安装于发动机与发电机之间的分离式方案相比，把两者合为一体可以减少管路与安装接口，并共用润滑油路^[6]。

其内部的发电机通常为三级式无刷交流发电机，由永磁副励磁机、交流励磁机、旋转整流器与主发电机构成，其中永磁副励磁机还为发电控制与保护电路供电^[3][7][8]。

原理

飞机发动机的转速随飞行状态与推力需求大幅变化，而交流电频率与发电机转速、极对数成正比，直接驱动会带来频率漂移，因此需要在发动机与发电机之间加入恒速环节^[3][9]。整体传动发电机的作用即把变化的输入转速转换为恒定的输出转速，输出转速精度通常要求在 1% 以内^[3]。

最常见的恒速方案是齿轮差动液压式：差动游星齿轮机构的一路输入直接来自发动机，另一路由液压泵—液压马达组件提供补偿转速，调速器感受输出转速并控制变量泵的排量，从而改变补偿转速的方向和大小^[3]。当输入转速低于制动点转速时液压马达正转，高于制动点时反转，使输出转速始终回到额定值^[6]。

近年的设计方案以无级变速器替代部分液压环节。例如有专利方案在恒速传动装置中采用双腔环面滚轮式无级变速器，输入、输出盘之间由多个功率滚轮经高黏度牵引油膜传递剪切力，滚轮的倾转位置连续改变传动比，从而在发动机转速变化时保持发电机轴转速恒定^[10]。

发电机侧采用三级式无刷励磁结构：永磁副励磁机发出交流电，经控制单元处理后供给交流励磁机励磁绕组，励磁机电枢在转子上，产生的三相电由旋转整流器整流后送入主发电机转子励磁绕组，主发电机定子输出三相交流电^[3][7]。以典型 40 kVA、115 V、400 Hz 的三级式整体传动发电机为例，主励磁机与副励磁机的工作频率分别约为 600 Hz 与 800 Hz^[7]。

滑油在装置内承担三重任务：润滑齿轮与轴承、作为液压泵—马达传递功率的介质、并带走发电机与传动部件的热量^[11]。滑油由内部泵输送，经空气/滑油散热器和燃油/滑油冷却器降温后返回，散热器堵塞时相应的旁通阀会打开以维持油路^[8]。

发展历程

恒速恒频交流电源在飞机上的普及始于 20 世纪 50 年代前后，早期恒速传动装置与发电机分开安装，中间以传动轴相连^[3]。此后为简化安装、共用油路，工程上把两者装入同一壳体，形成了整体传动发电机这一组合式结构^[3][2]。

20 世纪 70 年代以后生产的恒速恒频电源系统普遍采用这种一体化形式，恒速传动装置与无刷交流发电机共用壳体与油路，成为民航与军用飞机上应用最广的电源形态之一^[3]。

围绕结构与可靠性，后续专利持续改进其内部布局。例如有专利把励磁机与主发电机转子装在一根由恒速传动装置驱动的轴上，把永磁副励磁机转子装在另一根同源驱动的轴上，以缩短壳体长度、减轻重量^[12]；也有专利提出同轴直线的紧凑布置，减少齿轮连接环节^[13]。

随着功率电子技术进步，直接由发动机驱动的变速恒频与变频交流方案出现，取消了复杂的恒速传动环节，在部分新机型上替代了整体传动发电机^[3][11]。不过在大量在役机型上，整体传动发电机仍作为主交流电源使用^[1]。

应用

整体传动发电机主要用作飞机的主交流电源。以波音 737 系列为例，机上装有两台整体传动发电机，每台可提供 115/200 V、400 Hz、90 kVA 的三相交流电，两台发电机分别由左右发动机附件齿轮箱驱动，构成飞机交流电源系统的主要电能来源^[4][9]。

不同机型的额定参数存在差异。有专利与海关归类资料显示，部分整体传动发电机为交流输出、容量在 75 kVA 以下，这类装置按交流发电机归入相应税目^[5]。在波音 737-800 的手册数据中，整体传动发电机把变化的输入转速转换为每分钟 24000 转的恒定转速^[4]；教材资料给出的常见恒速输出转速还包括 6000、8000、12000 转每分钟，对应不同极对数的发电机^[3]。

除主电源外，这一组合形式也曾被扩展到起动功能。有专利方案在整体传动发电机中设置起动与发电两条功率路径，通过单向离合器使电机/发电机在起动阶段作为电动机直接带动原动机，起动完成后再经差动机构与液压传动以恒频方式发电^[14]。

在维修与试验环节，整体传动发电机需要专门的检测系统。已有专利提出的检测系统由原动机、扭矩转速传感器、高速齿轮箱、滑油系统、励磁控制与加载系统等组成，可模拟不同飞行状态下的工作条件以检测性能指标^[15]。

局限

整体传动发电机内部包含差动齿轮、变量泵、定量马达、调速与滑油系统等大量高速运动部件，结构复杂、制造与维护成本高，能量经液压环节转换后效率也偏低^[3]。液压式恒速装置在输入转速变化范围很大时效率下降明显，因此简单电磁式方案只能用于转速变化小、容量小的场合^[3]。

滑油状态直接决定其可用性。滑油压力过低或油温过高时，驱动灯或故障灯会点亮，需要人工脱开；油温超过设定值(不同机型资料给出的阈值在 182 至 200 摄氏度之间)时，内部热熔脱开机构会自动把恒速传动装置与输入轴分离^[4][16][17]。热脱开后一般无法在机上复位，只能拆下送修^[4]。

脱开也意味着该侧失去电源。人工脱开只能在发动机停车状态下借助复位环恢复，运行中脱开后发电机不再发电^[4][8]。此外，装置输入轴设有较细的剪切段，力矩过大时先行剪断，以避免故障波及发动机附件齿轮箱，但这同样会使该发电机退出工作^[4]。

长期在高空、高振动载荷环境下工作，使部件寿命与维修间隔难以按常规方法确定。相关研究多依赖历史故障数据做可靠性分析，用威布尔分布等模型估算维修时间间隔，并借助快速存取记录器数据开展性能监控^[1][18]。相比不带恒速传动装置的变频发电机，其零附件数量更多，在简化系统与降低维护负担方面处于劣势^[7][11]。

参见

• 恒速传动装置 —— 整体传动发电机中负责把变化输入转速变为恒定输出转速的核心部分。

• 恒速恒频电源系统 —— 以整体传动发电机为主电源的飞机供电体制。

• 无刷交流发电机 —— 整体传动发电机所采用的发电机形式，通常为三级式结构。

• 变速恒频电源系统 —— 以功率变换器替代恒速传动环节的另一类恒频供电方案。

• 差动游星齿轮 —— 齿轮差动液压式恒速传动装置实现转速补偿的关键机构。