帶有發(fā)電機的渦輪風扇發(fā)動機的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]渦輪發(fā)動機，并且特別是燃氣渦輪發(fā)動機(也稱為燃燒式渦輪發(fā)動機)是從經(jīng)過發(fā)動機到許多個渦輪機葉片上的燃燒氣體的流中提取能量的旋轉式發(fā)動機。燃氣渦輪發(fā)動機已經(jīng)用于陸地和海上運輸和發(fā)電，但是最常用于諸如飛機(包括直升機)的航空應用。在飛機中，燃氣渦輪發(fā)動機用于推進航空器。
[0002]燃氣渦輪發(fā)動機可以具有兩個或更多個轉軸(spool)，包括低壓(LP)轉軸和高壓(HP)轉軸，低壓轉軸提供整個推進系統(tǒng)的大部分推力，高壓轉軸通過沿向后方向引導排出氣體而驅動一個或更多個壓縮機，并產(chǎn)生附加的推力。
[0003]燃氣渦輪發(fā)動機還可使用一個或更多個轉軸的機械動力來給諸如發(fā)電機、啟動器/發(fā)電機、永磁交流發(fā)電機(PMA)、燃油栗、液壓栗(例如航空器上除了推進之外所需的功能的設備)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備、電動機和其它電子設備的電力。與燃氣渦輪發(fā)動機聯(lián)接的發(fā)電機將發(fā)動機的機械動力轉換成為附件提供電力的電能。
[0004]通過使用發(fā)動機的壓力轉軸來旋轉發(fā)電機轉子并因此生成電力，發(fā)電機從燃氣渦輪發(fā)動機中提取機械動力來生成用于航空器的電力。一個生成的電信號的示例為400Hz處的 115VAC。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]—方面，一種渦輪風扇發(fā)動機包括具有帶有多個葉片的可旋轉的風扇的渦輪發(fā)動機，、具有圍繞葉片的一部分的機艙、以及發(fā)電機。發(fā)電機進一步包括:主機，其具有主轉子繞組和主定子繞組；勵磁機，其具有勵磁機轉子繞組和勵磁機定子繞組；整流器，其將勵磁機轉子繞組電連接到主轉子繞組；以及發(fā)電機控制單元(G⑶)，其電聯(lián)接到勵磁機定子繞組和主定子繞組，并且通過向勵磁機定子繞組供電來控制主機的勵磁。主轉子繞組和勵磁機轉子繞組限定轉子組件，轉子組件位于至少一個葉片內(nèi)，并且主定子繞組和勵磁機定子繞組限定定子組件，定子組件沿轉子組件的旋轉路徑固定地位于機艙內(nèi)，借此渦輪發(fā)動機的運轉使風扇旋轉，風扇使轉子組件沿其旋轉路徑旋轉經(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)明的一個實施例的渦輪風扇發(fā)動機的透視圖。
[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)明的一個實施例的定子和轉子組件。
[0009]圖3是顯示按照本發(fā)明的第二實施例的啟動機/發(fā)電機組件的示意圖。
【具體實施方式】
[0010]盡管本發(fā)明的實施例可以在使用生成電力的燃氣渦輪發(fā)動機的任何環(huán)境中實施，但當前考慮在噴氣式發(fā)動機環(huán)境中實施，其中發(fā)電機典型地稱作電動機或電機。因此，對當前考慮的環(huán)境的簡要概述應當有助于更全面了解本發(fā)明。燃氣渦輪發(fā)動機可以是可變速的渦扇發(fā)動機，諸如General Electric GEnx或CF6系列發(fā)動機，它們通常用在現(xiàn)代民用和軍用航空，或者燃氣渦輪發(fā)動機也可以是各種已知的其它燃氣渦輪發(fā)動機，諸如渦輪螺旋槳發(fā)動機或渦輪軸發(fā)動機。燃氣渦輪發(fā)動機還可以具有補燃器(afterburner)，其焚燒低壓渦輪機區(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是用于航空器的燃氣渦輪發(fā)動機10的透視圖，其作為本發(fā)明的實施例將證明是有優(yōu)點的環(huán)境的示例。發(fā)動機10以下游順序流關系包括:驅動軸12，其包括諸如低壓(LP)風扇區(qū)段14的可旋轉的風扇，該風扇區(qū)段具有多個LP風扇葉片16 ;以及低壓(LP)渦輪區(qū)段18，其具有多個LP渦輪葉片20。驅動軸12通過例如間隔的軸承(未顯示)的允許旋轉的發(fā)動機10元件支撐。發(fā)動機10進一步包括機艙24 (示出為虛線輪廓)，其圍繞風扇葉片16和渦輪葉片20中的每一組，并且沿發(fā)動機10的長度的至少一部分軸向延伸。
[0012]通過使用諸如驅動軸12和LP風扇區(qū)段16的旋轉元件以形成發(fā)電機的轉子和諸如機艙24的靜止構件以形成定子來使發(fā)電機與噴氣式發(fā)動機一體地形成。具體來說，如圖所示，每個LP風扇葉片16進一步包括集成在每個葉片16的徑向尖端內(nèi)的轉子組件22。盡管轉子組件22被描述為集成在每個葉片16的徑向尖端內(nèi)，但預期可以采用將組件22緊固到葉片16的替代方案，諸如機械緊固、粘合劑等。機艙24進一步包括多個定子組件26，其固定地位于機艙24內(nèi)，圍繞機艙24隔開，并且沿LP風扇葉片16的轉子組件22的旋轉路徑軸向排列。
[0013]驅動軸12被配置成用于相對于機艙24的旋轉，使得轉子組件22的旋轉路徑與固定的定子組件26軸向對齊。機艙24另外包括發(fā)電機控制單元(GCU) 28，其固定地位于機艙24內(nèi)。定子組件26和GCU 28可以集成在機艙24內(nèi)，或者它們可以使用緊固到機艙24的替代方案，諸如機械緊固，粘合劑等。定子組件26可以成套地圍繞機艙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)動機10、機艙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)明的一個實施例的發(fā)電機30以及轉子組件22和定子組件26。應理解，盡管圖2僅示出了轉子組件22與定子組件26之間的單個相互作用，但是如在圖2和后文中使用的用語“發(fā)電機30”是指所有的轉子組件22與定子組件26的共同的相互作用。
[0015]發(fā)電機30包括主機34、勵磁機36和永磁發(fā)電機(PMG) 38。轉子組件22包括主轉子40、勵磁機轉子42和PMG轉子44。定子組件26包括對應的主定子46、勵磁機定子48和PMG定子50。PMG轉子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轉子44電磁對齊，并且包括繞組，該繞組布置成沿導體54提供用于供應到G⑶28的單相輸出。盡管圖示了 PMG 38，但是應理解，PMG 38是可選的構件。例如，本發(fā)明的實施例可預想到?jīng)]有可選的PMG 38，其中備選的供能源(諸如電池)沿導體54提供供應到GCU 28的輸出。
[0016]勵磁機定子48包括經(jīng)由導體54電聯(lián)接到G⑶28的繞組，并且與勵磁機轉子42電磁對齊。勵磁機轉子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)由導體54實現(xiàn)。整流器52的一個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)由導體54與G⑶28電聯(lián)接的繞組，并且主定子46與主轉子40電磁對齊。主轉子40包括用于經(jīng)由導體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30的每個定子組件26，并且可操作地配置成將電流從一個或更多個PMG定子50電子切換至一個或更多個勵磁機定子48或勵磁機定子48的組。在此意義上，G⑶28能夠通過選擇性地向勵磁機定子48的繞組供電來控制主機34的勵磁而控制當前實施例中的電力的生成。此外，盡管每個單獨的轉子組件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，但是所有的轉子和定子組件22，26相互作用的累積效果可以結合以在GCU 28處產(chǎn)生三相位或多相位。例如，單獨的轉子和定子組件22，26可只從PMG 44相互作用中發(fā)電，但是可能不能在主機34中發(fā)電，或者反之亦然。選擇的電子開關可能是可變的，基于驅動軸12的旋轉速度，所需的電壓或頻率生成，或者基于轉子組件22與定子組件26之間相互作用來定時的。如果期望直流輸出，G⑶28可以進