旋转机械的可变磁性联接制造技术

一种用于在涡轮风扇发动机（１０）的一对独立且同时地旋转的轴之间传递扭矩的系统，包括磁性变速箱（１１０）。所述磁性变速箱（１１０）有第一环结构（１１６）、第二环结构（１１２）和中间环结构（１１４）。每个环结构都有穿过其上的一个环形孔，环上嵌有多个磁极件（２０２）。中间环结构（１１４）置于第一环结构（１１６）和第二环结构（１１４）之间。每个环结构均同轴同心，且相对其它环结构能够独立旋转。第一环结构（１１６）和第二环结构（１１２）每个都和单独的旋转发动机轴联接，而中间环（１１４）可操作，用于在这对轴之间传递扭矩。优选地，中间环结构（１１４）与旋转机械联接。旋转机械有一个控制器，且此机械可操作用于调整轴对之间传递的扭矩比。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于联接》走转机械的方法和装置，更具体地涉及涡轮风扇机械(turbofan machine)的高压(HP)和低压(LP)涡轮轴的联接。
技术介绍
气体涡轮发动机通常包括一个或多个压缩机，其后按顺序跟有 燃烧室及高压和低压涡轮机。这些发动机部件在一个环形的外部机 壳内根据串行流连通(serial flow communication)的方式排列，并围绕 发动机的纵轴中心线进行布置。压缩机在工作时由相应的涡轮机及 压缩机气体驱动。压缩机气体和燃料混合，在燃烧室被点火，以产 生高温燃烧气体。燃烧气体流过高压和低压涡轮机，涡轮机将高温 燃烧气体产生的功率提取(extract)出来，用于驱动压缩机，并用来产 生辅助输出功率。发动机功率被转换成轴功率或牵引力来为飞行中的飞机提供动 力。例如，在其它的可旋转负载中，如支路涡轮风扇发动机的风扇 转子，或燃气涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨，从高压和低压涡轮提取 出的功率用来驱动相应的风扇转子和螺旋桨。人所共知，涡轮发动机的单个部件在工作时需要不同的功率参 数。例如，风扇旋转速度被周缘速度限制在某个程度，并且，由于 风扇直径很大，因此旋转速度必然很低。而另一方面，主压缩机由 于其周缘直径小得多，因此可以以更高的旋转速度进行驱动。因此， 对飞机气体涡轮发动机里的风扇和主压缩机，有必要采用具有独立 的功率传递装置的高压和低压涡轮机。此外，由于涡轮在较高的旋转速度下效率较高，因此驱动风扇的低速涡轮需要额外的级来提取 必要的功率。许多新的飞机系统被设计成能够比现有的飞机系统提供更大的 电力负载。商用客机设计的电力系统规格正在被发展成其电力要求 可能是现有商用客机的两倍。这一增长的电力要求必须由从为飞机 提供动力的发动机中提取出的机械能派生出来。当飞机发动机以相 对较低的功率水平运转时，如，当緩慢地从某个高度下降时，从发 动机的机械能中提取出这一额外的电能可能会降低适当操作发动机 的能力。传统上，电能是从气体涡轮发动机中的高压(HP)发动机线轴(engine spool)上提取出来的。HP发动机线轴相对较高的运转速度使 其成为驱动联接到发动机的发电机的理想机械功率源。然而，人们 希望还可以从发动机中其它的来源获取功率，而不是仅仅依靠HP发 动机线轴来驱动发电机。LP发动机线轴提供了备用的功率转换来源， 但是，LP发动机线轴相对较低的速度典型情况下要求使用变速箱， 因为低速发电机常常比高速运行的相同标称功率的发电机要大。不过，当发动机以相对较j氐的功率水平(如，正在或接近从某个 高度緩慢下降，低功率滑行，等)运转时，从发动机提取这种额外的 机械能可能会导致发动机的可操作性降低。传统上，这种功率是从 高压(HP)发动机线轴提取的。它相对较高的运转速度使其成为驱动联 接到发动机上的发电机的理想4几械功率源。但是，通过借助于一些 其它方法向其传递扭矩和功率，人们有时希望还可以增加这个线轴 上可以提供的功率数。发动机内另 一 个功率源是低压(LP)线轴，该线轴典型情况下以 比HP线轴慢得多的速度运转，并且覆盖相对较宽的速度范围。在没 有转换的情况下分接这一低速机械功率源会导致使用不切实际的体 积庞大的发电机。针对这种转换，人们已经提出了许多解决方案，包括不同类型的常规传动装置，机械传动装置，以及电机装置。这些解决方案之 一是利用一个第三中间压力(IP)线轴来单独驱动发电机的涡轮发动 机。不过，这个第三线轴有时也要求联接到HP线轴。用来联接IP和HP线轴的手段是机械变速器或粘性联接机构。2005年5月24日公告的，标题为带扭矩调制能力的差速传动 满轮发动机(Differential Geared Turbine Engine with Torque Modulation Capacity)的美国专利US 6,895,741公开了 一种具有三个轴的机械传 动发动机。通过采用附加的周转齿轮(epicyclic gear)传动装置，风扇、 压缩机和涡轮轴被以机械方式进行联接。电磁机械可被控制，来有 选择地针对压缩机和风扇的速度特征调制扭矩，或调制涡轮，压缩 机和风扇之间的旋转速度关系。所述机械可以被用作电子起动机。 压缩机转子轴和风扇转子轴其中之一或两者均可以由接收电能，并 作为电动机工作从而以电气方式启动发动机的机械转动。但是，这 并没有给不使用机械变速箱而联接同时转动的HP和LP涡轮轴提供 解决方案。因此，存在对这样一种系统的需要，这种系统能够不使用机械 变速箱而可控地传递以不同速度各自旋转的机械之间的功率；并存 在对使用磁性联接技术传递各自旋转机械之间扭矩的系统的需要。
技术实现思路
本专利技术描述了一种新方法，所述方法用于可变地传递从一台旋 转机械到另 一台旋转机械的机械扭矩，其仅依靠行星磁性变速箱的 磁性作用将两台机械相互联接。第二种方法用于可变地控制所述扭 矩传递。本专利技术可用于涡轮风扇发动机，来联接涡轮风扇发动机中 以不同速度旋转的轴，从而可控地传递功率。通过将相对高速和低 速的发动机轴连接到一个周转齿轮磁性变速箱，可通过可控地操纵 所述周转齿轮变速箱的第三输入来调制出有效的传动比。在正常工 作速度范围内，扭矩调制提供了轴间可控的功率传递。本专利技术对于从发动机提取出更大数量的机械能，或增强动态发动机性能尤其有 用。作为可选方案，可采用附加传动来获得想要的可操作性范围。一方面，本专利技术涉及用于在发动机的一对独立且同时旋转的轴 之间传递扭矩的系统。所述系统包括一个磁性变速箱。所述磁性变 速箱有第一环结构，第二环结构和中间环结构。所述第一环结构， 第二环结构和中间环结构每个都包括一个穿过其中的环形孔，且其上有多个内嵌的磁极。中间环结构被置于第 一 环结构和第二环结构 之间。第一环结构，第二环结构和中间环结构以同轴的方式布置， 彼此同心，且相对其它环结构均可以独立地旋转。第一环结构和第 二环结构各自和单独的旋转发动机轴相联。中间环结构和第一环结构及第二环结构配合，决定该轴对之间进行扭矩-扭矩传递(torque transferred torque)的扭距的水平。中间环结构可联接到一台;^走转机械。所述旋转机械有一个控制 器，此机械可操作用来调整轴对之间的角速度比，并由此调节轴对 之间传递的功率比。在一个实施例中，旋转机械是一台设置成响应 于由控制器发出的信号从中间环结构接收功率并向中间环结构提供 功率的电动机/发电机，使得功率在旋转轴对之间能够可变地分配。另一方面，本专利技术涉及一台气体涡轮发动机。所述气体涡轮发 动机包括低压涡轮线轴和高压涡轮线轴，至少一个压缩级，燃烧室， 排气系统和旋转风扇叶片装置。低压涡轮线轴和高压涡轮线轴通过 磁性变速箱进行磁性联接。所述磁性变速箱有第一环结构，第二环 结构和中间环结构。所述第一环结构，第二环结构和中间环结构每 个都包括一个穿过其中的环形孔，且其上有多个内嵌的磁极件。中 间环结构被置于第一环结构和第二环结构之间。第一环结构，第二 环结构和中间环结构以同轴的方式布置，彼此同心，且相对其它环 结构可独立旋转。第一环结构和第二环结构各自和单独的旋转发动 机轴相联。中间环可操作，用来在高压涡轮线轴和低压涡轮线轴之 间传递扭矩。中间环结构可与^走转机械相联。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在发动机的一对独立且同时地旋转的轴之间传递扭矩的系统，所述系统包括：　　　　磁性变速箱（１１０），所述磁性变速箱（１１０）包括第一环结构（１１６），第二环结构（１１２）及中间环结构（１１４），所述第一环结构（１１６）、第二环结构（１１２）和中间环结构（１１４）各自都有从中穿过的环形孔，并且具有对应的嵌在其中的多个磁极件（１１２ａ，１１４ａ，１１６ａ），所述中间环结构（１１４）置于第一环结构（１１６）和第二环结构（１１２）之间，所述第一环结构（１１６）、第二环结构（１１２）和中间环结构（１１４）中的每一个均相对于其余的所述环结构同轴地布置，彼此同心，并且能够彼此独立地旋转；　　　　所述第一环结构（１１６）和第二环结构（１１２）每个都联接到单独的发动机（１０）的旋转轴上，所述中间环结构（１１４）与第一环结构（１１６）及第二环结构（１１２）协同配合，并决定在这对轴之间传递的扭矩的水平。

【技术特征摘要】
US 2006-12-22 11/6156271.一种用于在发动机的一对独立且同时地旋转的轴之间传递扭矩的系统，所述系统包括磁性变速箱(110)，所述磁性变速箱(110)包括第一环结构(116)，第二环结构(112)及中间环结构(114)，所述第一环结构(116)、第二环结构(112)和中间环结构(114)各自都有从中穿过的环形孔，并且具有对应的嵌在其中的多个磁极件(112a，114a，116a)，所述中间环结构(114)置于第一环结构(116)和第二环结构(112)之间，所述第一环结构(116)、第二环结构(112)和中间环结构(114)中的每一个均相对于其余的所述环结构同轴地布置，彼此同心，并且能够彼此独立地旋转；所述第一环结构(116)和第二环结构(112)每个都联接到单独的发动机(10)的旋转轴上，所述中间环结构(114)与第一环结构(116)及第二环结构(112)协同配合，并决定在这对轴之间传递的扭矩的水平。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中间环结构(114)联 接到旋转机械，而所述旋转机械有控制器，所述旋转机械可操作， 以用来调整所述这对轴之间传递的扭矩的水平。3. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述旋转机械是设置成 响应于所述控制器发出的信号从中间环结构(l 14)接收功率以及向其 提供功率的电动机/发电机(160)，从而使得在所述的这对旋转轴之间 以可变的方式传递扭矩。4. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述旋转机械包括转子 部分(204)和其中嵌有多个永磁体(202)的第三环结构(114)，所述转子 部分(204)包括输出轴(206)，并被设置成能够沿所述旋转机械的轴线 双向移动，从而与所述第三环(114)内的转子(204)磁性联接，第三环 (114)被驱动而与发动机(lO)的 一根独立旋转的轴联接，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM凯恩，JM德贝杜特，K钟，MW瓦萨克，MR沙，PD图特，曲荣海，吴畏，
申请(专利权)人：JM凯恩，JM德贝杜特，K钟，MW瓦萨克，MR沙，PD图特，曲荣海，吴畏，
类型：发明
国别省市：US[美国]