帶有發(fā)電機(jī)的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且特別是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(也稱為燃燒式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))是從經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)到許多個(gè)渦輪機(jī)葉片上的燃燒氣體的流中提取能量的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)用于陸地和海上運(yùn)輸和發(fā)電，但是最常用于諸如飛機(jī)(包括直升機(jī))的航空應(yīng)用。在飛機(jī)中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用于推進(jìn)航空器。
[0002]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有兩個(gè)或更多個(gè)轉(zhuǎn)軸(spool)，包括低壓(LP)轉(zhuǎn)軸和高壓(HP)轉(zhuǎn)軸，低壓轉(zhuǎn)軸提供整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)的大部分推力，高壓轉(zhuǎn)軸通過沿向后方向引導(dǎo)排出氣體而驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)，并產(chǎn)生附加的推力。
[0003]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還可使用一個(gè)或更多個(gè)轉(zhuǎn)軸的機(jī)械動(dòng)力來給諸如發(fā)電機(jī)、啟動(dòng)器/發(fā)電機(jī)、永磁交流發(fā)電機(jī)(PMA)、燃油栗、液壓栗(例如航空器上除了推進(jìn)之外所需的功能的設(shè)備)的許多不同的附件供能。例如，現(xiàn)在的航空器需要用于航空電子設(shè)備、電動(dòng)機(jī)和其它電子設(shè)備的電力。與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)接的發(fā)電機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)換成為附件提供電力的電能。
[0004]通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力轉(zhuǎn)軸來旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子并因此生成電力，發(fā)電機(jī)從燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中提取機(jī)械動(dòng)力來生成用于航空器的電力。一個(gè)生成的電信號(hào)的示例為400Hz處的 115VAC。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]—方面，一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有帶有多個(gè)葉片的可旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，、具有圍繞葉片的一部分的機(jī)艙、以及發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括:主機(jī)，其具有主轉(zhuǎn)子繞組和主定子繞組；勵(lì)磁機(jī)，其具有勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組和勵(lì)磁機(jī)定子繞組；整流器，其將勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組電連接到主轉(zhuǎn)子繞組；以及發(fā)電機(jī)控制單元(G⑶)，其電聯(lián)接到勵(lì)磁機(jī)定子繞組和主定子繞組，并且通過向勵(lì)磁機(jī)定子繞組供電來控制主機(jī)的勵(lì)磁。主轉(zhuǎn)子繞組和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組限定轉(zhuǎn)子組件，轉(zhuǎn)子組件位于至少一個(gè)葉片內(nèi)，并且主定子繞組和勵(lì)磁機(jī)定子繞組限定定子組件，定子組件沿轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)路徑固定地位于機(jī)艙內(nèi)，借此渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)使風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，風(fēng)扇使轉(zhuǎn)子組件沿其旋轉(zhuǎn)路徑旋轉(zhuǎn)經(jīng)過定子組件以發(fā)電。
【附圖說明】
[0006]在附圖中:
[0007]圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的透視圖。
[0008]圖2是沿圖1的線2-2截取的局部截面圖，其顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的定子和轉(zhuǎn)子組件。
[0009]圖3是顯示按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的啟動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組件的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]盡管本發(fā)明的實(shí)施例可以在使用生成電力的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的任何環(huán)境中實(shí)施，但當(dāng)前考慮在噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境中實(shí)施，其中發(fā)電機(jī)典型地稱作電動(dòng)機(jī)或電機(jī)。因此，對當(dāng)前考慮的環(huán)境的簡要概述應(yīng)當(dāng)有助于更全面了解本發(fā)明。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以是可變速的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如General Electric GEnx或CF6系列發(fā)動(dòng)機(jī)，它們通常用在現(xiàn)代民用和軍用航空，或者燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)也可以是各種已知的其它燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還可以具有補(bǔ)燃器(afterburner)，其焚燒低壓渦輪機(jī)區(qū)域下游的額外的燃料量，以增加排出氣體的速度，并由此提高推力。
[0011]圖1是用于航空器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的透視圖，其作為本發(fā)明的實(shí)施例將證明是有優(yōu)點(diǎn)的環(huán)境的示例。發(fā)動(dòng)機(jī)10以下游順序流關(guān)系包括:驅(qū)動(dòng)軸12，其包括諸如低壓(LP)風(fēng)扇區(qū)段14的可旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇，該風(fēng)扇區(qū)段具有多個(gè)LP風(fēng)扇葉片16 ;以及低壓(LP)渦輪區(qū)段18，其具有多個(gè)LP渦輪葉片20。驅(qū)動(dòng)軸12通過例如間隔的軸承(未顯示)的允許旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)10元件支撐。發(fā)動(dòng)機(jī)10進(jìn)一步包括機(jī)艙24 (示出為虛線輪廓)，其圍繞風(fēng)扇葉片16和渦輪葉片20中的每一組，并且沿發(fā)動(dòng)機(jī)10的長度的至少一部分軸向延伸。
[0012]通過使用諸如驅(qū)動(dòng)軸12和LP風(fēng)扇區(qū)段16的旋轉(zhuǎn)元件以形成發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和諸如機(jī)艙24的靜止構(gòu)件以形成定子來使發(fā)電機(jī)與噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)一體地形成。具體來說，如圖所示，每個(gè)LP風(fēng)扇葉片16進(jìn)一步包括集成在每個(gè)葉片16的徑向尖端內(nèi)的轉(zhuǎn)子組件22。盡管轉(zhuǎn)子組件22被描述為集成在每個(gè)葉片16的徑向尖端內(nèi)，但預(yù)期可以采用將組件22緊固到葉片16的替代方案，諸如機(jī)械緊固、粘合劑等。機(jī)艙24進(jìn)一步包括多個(gè)定子組件26，其固定地位于機(jī)艙24內(nèi)，圍繞機(jī)艙24隔開，并且沿LP風(fēng)扇葉片16的轉(zhuǎn)子組件22的旋轉(zhuǎn)路徑軸向排列。
[0013]驅(qū)動(dòng)軸12被配置成用于相對于機(jī)艙24的旋轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)子組件22的旋轉(zhuǎn)路徑與固定的定子組件26軸向?qū)R。機(jī)艙24另外包括發(fā)電機(jī)控制單元(GCU) 28，其固定地位于機(jī)艙24內(nèi)。定子組件26和GCU 28可以集成在機(jī)艙24內(nèi)，或者它們可以使用緊固到機(jī)艙24的替代方案，諸如機(jī)械緊固，粘合劑等。定子組件26可以成套地圍繞機(jī)艙24布置或成組。另夕卜，GCU 28可以根據(jù)需要備選地位于發(fā)動(dòng)機(jī)10、機(jī)艙24或航空器的另一部分內(nèi)。
[0014]圖2是沿圖1的線2-2截取的局部截面圖，其顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的發(fā)電機(jī)30以及轉(zhuǎn)子組件22和定子組件26。應(yīng)理解，盡管圖2僅示出了轉(zhuǎn)子組件22與定子組件26之間的單個(gè)相互作用，但是如在圖2和后文中使用的用語“發(fā)電機(jī)30”是指所有的轉(zhuǎn)子組件22與定子組件26的共同的相互作用。
[0015]發(fā)電機(jī)30包括主機(jī)34、勵(lì)磁機(jī)36和永磁發(fā)電機(jī)(PMG) 38。轉(zhuǎn)子組件22包括主轉(zhuǎn)子40、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子42和PMG轉(zhuǎn)子44。定子組件26包括對應(yīng)的主定子46、勵(lì)磁機(jī)定子48和PMG定子50。PMG轉(zhuǎn)子44顯示為具有帶有至少擁有兩極的永久磁鐵。PMG定子50與PMG轉(zhuǎn)子44電磁對齊，并且包括繞組，該繞組布置成沿導(dǎo)體54提供用于供應(yīng)到G⑶28的單相輸出。盡管圖示了 PMG 38，但是應(yīng)理解，PMG 38是可選的構(gòu)件。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可預(yù)想到?jīng)]有可選的PMG 38，其中備選的供能源(諸如電池)沿導(dǎo)體54提供供應(yīng)到GCU 28的輸出。
[0016]勵(lì)磁機(jī)定子48包括經(jīng)由導(dǎo)體54電聯(lián)接到G⑶28的繞組，并且與勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子42電磁對齊。勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子42包括繞組，其布置成提供與整流器52電聯(lián)接的單相輸出，前述聯(lián)接經(jīng)由導(dǎo)體54實(shí)現(xiàn)。整流器52的一個(gè)示例可以是基于二極管的整流器，用于將單相輸入整流為直流輸出。
[0017]主定子46包括布置成經(jīng)由導(dǎo)體54與G⑶28電聯(lián)接的繞組，并且主定子46與主轉(zhuǎn)子40電磁對齊。主轉(zhuǎn)子40包括用于經(jīng)由導(dǎo)體54接收整流器52的直流輸出的繞組。
[0018]G⑶28電聯(lián)接到發(fā)電機(jī)30的每個(gè)定子組件26，并且可操作地配置成將電流從一個(gè)或更多個(gè)PMG定子50電子切換至一個(gè)或更多個(gè)勵(lì)磁機(jī)定子48或勵(lì)磁機(jī)定子48的組。在此意義上，G⑶28能夠通過選擇性地向勵(lì)磁機(jī)定子48的繞組供電來控制主機(jī)34的勵(lì)磁而控制當(dāng)前實(shí)施例中的電力的生成。此外，盡管每個(gè)單獨(dú)的轉(zhuǎn)子組件22和定子組件26相互作用可只在PMG定子50的繞組內(nèi)生成單相位或脈沖，但是所有的轉(zhuǎn)子和定子組件22，26相互作用的累積效果可以結(jié)合以在GCU 28處產(chǎn)生三相位或多相位。例如，單獨(dú)的轉(zhuǎn)子和定子組件22，26可只從PMG 44相互作用中發(fā)電，但是可能不能在主機(jī)34中發(fā)電，或者反之亦然。選擇的電子開關(guān)可能是可變的，基于驅(qū)動(dòng)軸12的旋轉(zhuǎn)速度，所需的電壓或頻率生成，或者基于轉(zhuǎn)子組件22與定子組件26之間相互作用來定時(shí)的。如果期望直流輸出，G⑶28可以進(jìn)