带有发电机的涡轮风扇发动机的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]涡轮发动机，并且特别是燃气涡轮发动机(也称为燃烧式涡轮发动机)是从经过发动机到许多个涡轮机叶片上的燃烧气体的流中提取能量的旋转式发动机。燃气涡轮发动机已经用于陆地和海上运输和发电，但是最常用于诸如飞机(包括直升机)的航空应用。在飞机中，燃气涡轮发动机用于推进航空器。
[0002]燃气涡轮发动机可以具有两个或更多个转轴(spool)，包括低压(LP)转轴和高压(HP)转轴，低压转轴提供整个推进系统的大部分推力，高压转轴通过沿向后方向引导排出气体而驱动一个或更多个压缩机，并产生附加的推力。
[0003]燃气涡轮发动机还可使用一个或更多个转轴的机械动力来给诸如发电机、启动器/发电机、永磁交流发电机(PMA)、燃油栗、液压栗(例如航空器上除了推进之外所需的功能的设备)的许多不同的附件供能。例如，现在的航空器需要用于航空电子设备、电动机和其它电子设备的电力。与燃气涡轮发动机联接的发电机将发动机的机械动力转换成为附件提供电力的电能。
[0004]通过使用发动机的压力转轴来旋转发电机转子并因此生成电力，发电机从燃气涡轮发动机中提取机械动力来生成用于航空器的电力。一个生成的电信号的示例为400Hz处的 115VAC。
【发明内容】
[0005]—方面，一种涡轮风扇发动机包括具有带有多个叶片的可旋转的风扇的涡轮发动机，、具有围绕叶片的一部分的机舱、以及发电机。发电机进一步包括:主机，其具有主转子绕组和主定子绕组；励磁机，其具有励磁机转子绕组和励磁机定子绕组；整流器，其将励磁机转子绕组电连接到主转子绕组；以及发电机控制单元(G⑶)，其电联接到励磁机定子绕组和主定子绕组，并且通过向励磁机定子绕组供电来控制主机的励磁。主转子绕组和励磁机转子绕组限定转子组件，转子组件位于至少一个叶片内，并且主定子绕组和励磁机定子绕组限定定子组件，定子组件沿转子组件的旋转路径固定地位于机舱内，借此涡轮发动机的运转使风扇旋转，风扇使转子组件沿其旋转路径旋转经过定子组件以发电。
【附图说明】
[0006]在附图中:
[0007]图1是按照本发明的一个实施例的涡轮风扇发动机的透视图。
[0008]图2是沿图1的线2-2截取的局部截面图，其显示了按照本发明的一个实施例的定子和转子组件。
[0009]图3是显示按照本发明的第二实施例的启动机/发电机组件的示意图。
【具体实施方式】
[0010]尽管本发明的实施例可以在使用生成电力的燃气涡轮发动机的任何环境中实施，但当前考虑在喷气式发动机环境中实施，其中发电机典型地称作电动机或电机。因此，对当前考虑的环境的简要概述应当有助于更全面了解本发明。燃气涡轮发动机可以是可变速的涡扇发动机，诸如General Electric GEnx或CF6系列发动机，它们通常用在现代民用和军用航空，或者燃气涡轮发动机也可以是各种已知的其它燃气涡轮发动机，诸如涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机。燃气涡轮发动机还可以具有补燃器(afterburner)，其焚烧低压涡轮机区域下游的额外的燃料量，以增加排出气体的速度，并由此提高推力。
[0011]图1是用于航空器的燃气涡轮发动机10的透视图，其作为本发明的实施例将证明是有优点的环境的示例。发动机10以下游顺序流关系包括:驱动轴12，其包括诸如低压(LP)风扇区段14的可旋转的风扇，该风扇区段具有多个LP风扇叶片16 ;以及低压(LP)涡轮区段18，其具有多个LP涡轮叶片20。驱动轴12通过例如间隔的轴承(未显示)的允许旋转的发动机10元件支撑。发动机10进一步包括机舱24 (示出为虚线轮廓)，其围绕风扇叶片16和涡轮叶片20中的每一组，并且沿发动机10的长度的至少一部分轴向延伸。
[0012]通过使用诸如驱动轴12和LP风扇区段16的旋转元件以形成发电机的转子和诸如机舱24的静止构件以形成定子来使发电机与喷气式发动机一体地形成。具体来说，如图所示，每个LP风扇叶片16进一步包括集成在每个叶片16的径向尖端内的转子组件22。尽管转子组件22被描述为集成在每个叶片16的径向尖端内，但预期可以采用将组件22紧固到叶片16的替代方案，诸如机械紧固、粘合剂等。机舱24进一步包括多个定子组件26，其固定地位于机舱24内，围绕机舱24隔开，并且沿LP风扇叶片16的转子组件22的旋转路径轴向排列。
[0013]驱动轴12被配置成用于相对于机舱24的旋转，使得转子组件22的旋转路径与固定的定子组件26轴向对齐。机舱24另外包括发电机控制单元(GCU) 28，其固定地位于机舱24内。定子组件26和GCU 28可以集成在机舱24内，或者它们可以使用紧固到机舱24的替代方案，诸如机械紧固，粘合剂等。定子组件26可以成套地围绕机舱24布置或成组。另夕卜，GCU 28可以根据需要备选地位于发动机10、机舱24或航空器的另一部分内。
[0014]图2是沿图1的线2-2截取的局部截面图，其显示了按照本发明的一个实施例的发电机30以及转子组件22和定子组件26。应理解，尽管图2仅示出了转子组件22与定子组件26之间的单个相互作用，但是如在图2和后文中使用的用语“发电机30”是指所有的转子组件22与定子组件26的共同的相互作用。
[0015]发电机30包括主机34、励磁机36和永磁发电机(PMG) 38。转子组件22包括主转子40、励磁机转子42和PMG转子44。定子组件26包括对应的主定子46、励磁机定子48和PMG定子50。PMG转子44显示为具有带有至少拥有两极的永久磁铁。PMG定子50与PMG转子44电磁对齐，并且包括绕组，该绕组布置成沿导体54提供用于供应到G⑶28的单相输出。尽管图示了 PMG 38，但是应理解，PMG 38是可选的构件。例如，本发明的实施例可预想到没有可选的PMG 38，其中备选的供能源(诸如电池)沿导体54提供供应到GCU 28的输出。
[0016]励磁机定子48包括经由导体54电联接到G⑶28的绕组，并且与励磁机转子42电磁对齐。励磁机转子42包括绕组，其布置成提供与整流器52电联接的单相输出，前述联接经由导体54实现。整流器52的一个示例可以是基于二极管的整流器，用于将单相输入整流为直流输出。
[0017]主定子46包括布置成经由导体54与G⑶28电联接的绕组，并且主定子46与主转子40电磁对齐。主转子40包括用于经由导体54接收整流器52的直流输出的绕组。
[0018]G⑶28电联接到发电机30的每个定子组件26，并且可操作地配置成将电流从一个或更多个PMG定子50电子切换至一个或更多个励磁机定子48或励磁机定子48的组。在此意义上，G⑶28能够通过选择性地向励磁机定子48的绕组供电来控制主机34的励磁而控制当前实施例中的电力的生成。此外，尽管每个单独的转子组件22和定子组件26相互作用可只在PMG定子50的绕组内生成单相位或脉冲，但是所有的转子和定子组件22，26相互作用的累积效果可以结合以在GCU 28处产生三相位或多相位。例如，单独的转子和定子组件22，26可只从PMG 44相互作用中发电，但是可能不能在主机34中发电，或者反之亦然。选择的电子开关可能是可变的，基于驱动轴12的旋转速度，所需的电压或频率生成，或者基于转子组件22与定子组件26之间相互作用来定时的。如果期望直流输出，G⑶28可以进