[发明专利]叶尖电机

说明书

技术领域

本发明涉及电机(electrical machine)，尤其涉及气体涡轮发动机内的电机。

发明背景

气体涡轮发动机比如航空发动机要求为发动机内和发动机外的多种目的而产生电能，比如用于为控制系统提供动力，或者为机架提供电能。如今，供应气体涡轮发动机所需要的电能的发电机由机械变速箱所驱动。发电机和机械变速箱安装在发动机的机舱内。发电机的尺寸在不断增加，以便满足飞机不断增加的动力要求。对于机翼安装型或机身安装型气体涡轮发动机而言，发电机增加的尺寸可能要求扩大机舱，从而导致增加了飞机阻力。

一种系统提供了电机，其作为发电机或马达而运行，并且结合在气体涡轮发动机内。压缩机叶片可在径向外端被罩起来，以便将叶片的空气动力部分从电转子突出部隔开。除了罩之外，电机上设置有附接到压缩机叶片上的转子突出部。突出部在磁通芯体通道内运行，从而引起位于发动机的燃烧气体路径外部的电机内容易获得优化的磁通路径。叶片的罩形成了围绕气体路径的外部周缘的环，用于容纳气体，罩在罩与通道的壁之间具有密封，以便抵抗围绕罩并进入通道的气体泄露。

另一种系统提供了从发动机的转动构件到发电机之间的机械联接，以便产生足够的电能，进而满足不断增加的要求。另一种试图减小机械联接系统内的机械复杂度的系统，将发电机结合在发动机的旋转线轴(spool)内，优选地结合在高压线轴内。然而，已发现：发动机的中心轴线区域内的空间限制导致这个建议并不完全令人满意。

类似地，另一种气体涡轮发动机包括发电机。发电机也可作为马达来运行，以便提供驱动力，比如用于启动发动机。发动机包括至少一个转动叶片环。马达/发电机由转动部分和固定部分所形成，转动部分包括转动叶片环，固定部分包括多个周向地围绕叶片环设置的线圈。虽然此方法减小了机器构造的复杂度，然而它依赖于传统的方法和系统来对风扇叶片进行激励。

因此，需要一种方法和系统，以便将气体涡轮风扇或压缩机叶片作为磁极使用，以便用于集成式电机，进而在现有的机舱内产生增加的飞机发动机电能，同时提供横向磁通量电机，其适合于风扇或压缩机叶尖的结构，以便激励系统。

发明内容

以下段落总结了本发明的实施例，该发明由这里所附的独立权利要求所限定。在一个实施例中，本发明涉及叶尖(blade tip)电机，其具有横向磁通量机、配置有多个叶片和多个转子磁极元件的转动叶片结构。多个转子磁极元件中的各个转子磁极元件，设置在多个叶片中的其中一个的末端上。叶尖电机也包括多个定子元件，其中多个定子元件中的各个定子元件，周向地设置并周向地围绕多个叶片的周向周缘的至少一部分而隔开。叶尖电机也具有至少一个线圈元件。横向磁通量机为转动叶片结构提供激励，其具有旋转运动，并且其中该多个转子元件靠近该多个定子元件，而不是穿过该多个定子元件而通过，从而导致至少一个线圈元件内的磁通量变化。

本发明的另一个实施例涉及气体涡轮发动机，其具有低压线轴涡轮和高压线轴涡轮、压缩腔室、增压燃烧腔室、排放系统以及转动叶片结构，其中转动叶片结构具有多个叶片。叶尖电机也包括多个转子元件，其中多个转子元件中的各个转子元件设置在多个叶片中的一个叶片的末端上。本发明也包括多个定子元件，其中多个定子元件中的各个定子元件周向地设置并周向地围绕多个叶片的周向周缘而隔开。此外，多个定子元件中的一个定子元件上设置有至少一个线圈元件，并且气体涡轮发动机具有转动叶片结构，该转动叶片结构具有旋转运动，其中转子元件靠近多个定子元件而通过，从而导致至少一个线圈元件内的定子元件的磁通量变化。

本发明的一个优点是：在没有进一步增加机舱尺寸的情况下，飞机发动机的发电量得以增加。

本发明的又一个优点是：改善了叶片的偏移性能。

本发明的另一个优点是：在没有降低性能的情况下，允许轴向主轴的运动。

本发明的又另一个优点是：将磁极与叶片的导边(leading edge)结合起来，并且改善了尖部构造。

从优选实施例的以下更详细的描述出发，并结合附图，本发明的其它特征和优点将变得清楚，附图通过举例的形式展示了本发明的原理。

附图说明

图1为穿过传统气体涡轮发动机的简化截面。

图2展示了本发明的单相线圈配置。

图3展示了本发明，其围绕图1中的风扇组件而设置。

图3A为展示于图3中的区域3A的放大图。

图4展示了具有单个线圈绕组的单个定子芯体。

图5展示了在定子芯体内感应出的定向磁场。