CN101197527B - 电磁变速传动装置和燃气涡轮发动机 - Google Patents

电磁变速传动装置和燃气涡轮发动机 Download PDF

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Abstract

一种电磁变速传动装置，包括外转子(14)和内转子(12)。内转子(12)可独立地在外转子(14)的中心孔中旋转。外转子(14)可独立地围绕内转子(12)旋转。其中一个转子具有多个配置成对(18)，并且面向空气间隙(30)的永久磁铁，空气间隙(30)设置在外转子(14)和内转子(12)之间。另一转子具有多个围绕磁力可穿透的铁芯而间隔开的凹槽(32)，其具有埋置的绕组(38)。外转子(14)和内转子(12)可同时在一个方向上旋转。响应于外转子部分(14)和内转子部分(12)的旋转，在成对永久磁铁(18)，空气间隙，外转子铁芯(14)和内转子部分(12)铁芯之间产生磁通路径，从而在绕组(38)中产生感应电功率，绕组(38)在内转子部分(12)和外转子部分(14)之间传递功率。

Description

电磁变速传动装置和燃气涡轮发动机
技术领域
本发明涉及一种用于在发动机的转轴之间传递功率的方法和装置，并且更具体地说，涉及一种电磁变速传动装置EVT(Electromagnetic Variable Transmission)，其用于将扭矩和功率直接从以某一速度操作的一个转轴传递到以不同于第一轴的速度操作的另一转轴上。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括一个或多个压缩机，其后面则是燃烧器和高压涡轮和低压涡轮。这些发动机构件设置成连续流通，并围绕发动机的纵轴中心线而设置在环形外壳中。压缩机在操作期间通过相应的涡轮和压缩机空气来驱动。压缩机空气在燃烧器中与燃料混合，并点火，以便产生热的燃烧气体。燃烧气体流过高压涡轮和低压涡轮，其吸取由热的燃烧气体所产生的能量，以便驱动压缩机，并用于产生辅助的输出功率。
发动机功率被作为轴功率或推力进行传递，以便为飞行中的飞机提供动力。例如，在其它可旋转的负荷中，例如旁路涡轮风扇发动机中的风扇转子，或燃气涡轮螺旋桨发动机中的螺旋桨中，从高压涡轮和低压涡轮中吸取功率，以便驱动相应的风扇转子和螺旋桨。
很好理解的是，在操作过程中，单个的涡轮风扇发动机的部件需要不同的功率参数。例如，风扇转速在一定程度上局限于顶部速度，并且因为风扇直径是非常大的，所以转速必须非常低。另一方面，核心压缩机由于其小得多的顶圆直径而可能在较高的转速下驱动。因此，分开的带有独立的功率传递装置的高压涡轮和低压涡轮对于飞机燃气涡轮发动机中的风扇和核心压缩机是必需的。而且因为涡轮在较高的转速下是最有效的，所以驱动风扇的较低速度的涡轮需要补充级以吸取必要的功率。
许多新的飞机系统设计成可适应比当前飞机系统更大的电负荷。当前正在研制的商业客机设计的电系统规格可能需要高达两倍于当前商业客机的电功率。这种提高的电功率需求必须源于为飞机提供动力的发动机中吸取的机械功率。当以相对较低的功率水平操作飞机发动机时，例如，当从高空怠速下降时，从发动机的机械功率中吸取这种额外电功率可能会降低恰当操作发动机的能力。
在燃气涡轮发动机中，传统上从高压(HP)发动机卷轴(spool)中吸取电功率。相对较高的HP发动机卷轴的操作速度使其成为驱动连接在发动机上的发电机的理想的机械功率源。然而，其需要从发动机中的补充源中吸取功率，而非仅仅依赖于HP发动机卷轴来驱动发电机。LP(低压)发动机卷轴提供了备选的功率源，然而，相对较低的LP发动机卷轴的速度通常需要使用齿轮箱，因为低速发电机通常比以较高速度进行操作的相似额定功率的发电机要大。燃气涡轮发动机的增压腔具有能够包含反结构同步发电机的可用空间，然而，增压部分在LP发动机卷轴的速度下旋转。
然而，当发动机以相对较低的功率水平操作时(例如，从高空以怠速或接近怠速下降时，出租汽车低功率滑行时等等)，从发动机中吸取这种补充的机械功率可能导致发动机操作性的降低。传统上，这种功率吸取自高压(HP)发动机卷轴。它的相对较高的工作速度使其成为用于驱动连接在发动机上的发电机的理想的机械功率源。然而，有时需要通过一些其它装置为其传递扭矩和功率而增加该卷轴上可得到的功率数量。
发动机中的另一动力源是低压(LP)卷轴，其通常在比HP卷轴低得多的速度下，并且在相对较宽的速度范围内操作。在不经过转换的条件下抽取这种低速机械功率源的功率会导致不实际的大的发电机。当前已经提出了许多针对这种转换的解决方案，包括各种类型的传统传动装置，机械齿轮装置，和机电结构。一种解决方案是涡轮发动机利用第三中间压力(IP)的卷轴来独立地驱动发电机。然而，这第三卷轴有时也需要联接到HP卷轴上。用于联接IP和HP卷轴的装置是机械离合器或粘性类型的联接机构。
2005年5月24日公布的，题名为″带扭矩调制能力的差速齿轮传动的涡轮发动机″的美国专利No.US6,895,741，其公开了一种具有三轴的机械齿轮传动的发动机。风扇、压缩机和涡轮轴通过应用额外的行星齿轮装置而机械地联接在一起。通过利用电磁机器和功率转换设备可使有效的齿轮比变化。
不同于具有转子或旋转部分以及定子或固定部分的传统电机的是，本发明包括两个旋转部分。此外，在传统的电机中，功率要么从电功率转换成机械功率，或者从机械功率转换成电功率。相反，本发明用于在没有任何电功率输出或输入的条件下，将机械功率从一个转轴传递至另一转轴。这也是本发明和仪器的传动装置之间的主要区别。
发明内容
本发明涉及一种用于在一对独立的转轴之间传递功率的电磁变速传动装置。这种电磁变速传动装置包括空心的圆柱形外转子部分和空心的圆柱形内转子部分，内转子部分设置在外转子部分的中心孔中，并且可独立地在外转子部分中旋转。外转子部分可沿周向围绕内转子部分独立地旋转。外转子部分和内转子部分的其中第一个部分具有围绕第一表面间隔开的多对永久磁铁。磁铁成对设置并面向一个空气间隙。该空气间隙设置在外转子部分和内转子部分之间。外转子部分和内转子部分的另一个具有多个围绕着磁力可穿透的铁芯部分而间隔开的凹槽。其中一些凹槽具有埋置在其中的绕组。外转子部分和内转子部分可同时在一个方向上旋转。响应于外转子部分和内转子部分的旋转，在多对永久磁铁、空气间隙和内转子芯部分之间产生了磁通路径。磁通路径感应绕组中的电功率，并造成机械功率在内转子部分和外转子部分之间传递。
根据本发明的一实施例，所述外转子部分和所述内转子部分的所述其中第一个是所述外转子部分，所述另一个是所述内转子部分。
根据本发明的另一实施例，所述外转子部分和所述内转子部分的所述其中第一个是所述内转子部分，所述另一个是所述外转子部分。
根据本发明的另一实施例，所述电磁变速传动装置还包括用于为扭矩控制电路提供功率的至少一个辅助绕组，所述扭矩控制电路包括电源、控制器部分和至少一个电源开关，所述控制器部分配置成操作所述电源开关，以便切换其中至少一个所述绕组中的流通电流，用来控制机械功率的传递。
根据本发明的另一实施例，所述绕组配置成多个单相回路，各个回路具有与单个绕组串联连接的开关，以便在所述开关处于导通状态时形成闭合的电流回路。
根据本发明的另一实施例，所述绕组配置成具有三个臂的星形配置，所述三个臂中的至少两个具有用于调节流过所述绕组的电流的开关。
根据本发明的另一实施例，所述绕组配置成具有串联成回路的三个绕组，以及设置在所述串联回路中以便调节流过所述绕组的电流的单个开关。
根据本发明的另一实施例，所述绕组配置成多个并联电路，所述多个并联电路配置成多个星形连接、多个三角形配置以及它们的结合的其中之一。
根据本发明的另一实施例，所述绕组、所述辅助绕组以及所述扭矩控制电路控制单元安装在所述外转子部分或所述内转子部分的其中之一上。
根据本发明的另一实施例，所述扭矩控制电路还包括固定的控制器，所述控制器与所述控制器部分保持无线通信，用于在所述外转子部分或所述内转子部分的轴上旋转的同时，将控制信号传输到所述扭矩控制电路上。
根据本发明的另一实施例，所述扭矩控制电路由在所述轴之间的转差频率控制。
根据本发明的另一实施例，所述扭矩控制电路包括离心式开关，所述离心式开关由所述转子的离心力控制，以便控制在所述轴之间传递扭矩所达到的速度。
根据本发明的另一实施例，所述扭矩控制电路包括电源和辅助线圈，所述控制电路控制所述绕组中的电流。
根据本发明的另一实施例，各个电源开关包括反向并联连接的一对可控硅整流器(SCR)。
根据本发明的另一实施例，各个电源开关包括反向串联连接的一对绝缘栅双极性晶体管单元，各个绝缘栅双极性晶体管单元具有绝缘栅双极性晶体管及与所述绝缘栅双极性晶体管反向并联的二级管。
在另一方面，本发明涉及一种燃气涡轮发动机。这种燃气涡轮发动机包括设置成连续流通并且围绕发动机纵轴而设置在环形外壳中的至少一个压缩机、燃烧器、高压涡轮和低压涡轮。在操作期间，压缩机由高压涡轮和低压涡轮以及压缩机空气来驱动。发电机设置在环形外壳中；并且提供了电磁变速传动装置用于在一对独立的转轴之间传递功率，其中一个独立的转轴连接在HP(高压)涡轮上，而另一独立的转轴连接在LP(低压)涡轮上。电磁变速传动装置包括空心的圆柱形外转子部分和空心的圆柱形内转子部分，内转子部分设置在外转子部分的中心孔中，并且可独立地在外转子部分中旋转。外转子部分可独立地周向围绕内转子部分而旋转。外转子部分和内转子部分的其中第一个部分具有围绕第一表面而间隔开的多对永久磁铁。磁铁成对设置并面向一个空气间隙。该空气间隙设置在外转子部分和内转子部分之间。外转子部分和内转子部分的另一个具有多个围绕着磁力可穿透的铁芯部分而间隔开的凹槽。其中一些凹槽具有埋置在其中的绕组。外转子部分和内转子部分可同时在一个方向上旋转。响应于外转子部分和内转子部分的旋转，在多对永久磁铁、空气间隙、外转子芯和内转子芯部分之间产生了磁通路径。磁通路径感应绕组中的电功率，并导致机械功率在内转子部分和外转子部分之间传递。
根据本发明的另一实施例，其中一个所述轴连接在所述低压涡轮上，而另一个所述轴连接在所述高压涡轮上。
根据本发明的另一实施例，所述电磁变速传动装置定位在所述发动机环形外壳中。
本发明的优势是在同时旋转的轴之间实现扭矩传递，这是在这两个轴之间没有任何机械连接的条件下通过旋转的电磁场而实现的。绕组中感应的励磁电流在空气间隙中产生电磁场，以便与另一转子上的永久磁铁所驱动的电磁场相互作用，从而将扭矩和功率从上面固定有永久磁铁的PM转子传递至感应转子，即带有绕组的转子上。因为没有进出EVT的电功率流发生，所以不需要具有通常在传统的功率传递装置，例如电动机和发电机中所提供的功率转换器和相关的控制器。
本发明的另一优势是提高燃料效率、可靠性和故障误差。
本发明的又一优势是在发动机的整个速度范围内以可变速度比将功率从低速LP涡轮轴传递至高速涡轮轴的能力。利用电磁技术可在LP涡轮轴和HP涡轮轴之间没有机械联接的条件下传递机械功率。而且由于不存在机械齿轮，所以还没有与之相关的听得见的噪音。
本发明的还一优势是不需要外部电功率源，并且用于内部产生的励磁电流的控制电路并不复杂。
从以下作为本发明原理示例而结合附图显示的优选实施例的更详细的描述中，将清楚本发明的其它方面和优点。
附图说明
图1是本发明电磁变速传动装置的一个实施例的横截面示意图。
图1A是本发明电磁变速传动装置的一个实施例的横截面示意图。
图2-5是用于转子绕组的各种互连图，这种互连可用于图1(内转子绕组)和图1A(外转子绕组)的配置。
图6是利用可控硅整流器(SCR)的用于扭矩控制电路的电路原理图。
图6A是利用反向串联的绝缘栅双极性晶体管(IGBT)器件的用于扭矩控制电路的电路原理图。
图7是用于辅助控制系统的电路原理图。
图8是用于扭矩控制的控制电路的一个备选实施例。
图9是用于扭矩控制的控制电路选项的一个备选实施例。
图10是与图1所示EVT装置相对应的本发明的一个优选实施例。
图11是与图1A所示EVT装置相对应的本发明的一个备选实施例。
图12是飞机发动机中的本发明的PM感应EVT的示意图。
在可能的任何地方，将在全部附图中使用相同的标号来表示相同或相似的部件。
具体实施方式
参见图1，电磁变速传动装置(EVT)10包括两个旋转的构件，即内转子12和外转子14。内转子12和外转子14在相同方向上围绕公共轴线16旋转。外转子14具有多个面向内转子12的外表面34的永久磁铁极对18。极对18的磁铁以交替的方式进行定位，使得极对中的一个磁铁将其北极定向在径向向外的方向，并且相邻的磁铁将其南极定向在径向向内的方向。可选的极帽24可连接在各磁铁部分22的顶部上，以减少当在内转子12和外转子14的旋转速度之间存在较大差异时，由于磁铁22内部的磁通槽谐波而在磁铁中引起的磁损失。极帽24可以是适合于形成磁路的层压迭片、软磁复合材料，或其它磁性可穿透材料。夹块26定位在磁铁22之间，以便将磁铁22和极帽24固定到实心的转子芯28上。转子铁芯28优选由镇静钢或层压的钢板迭片制成。转子铁芯28在构造上与反结构(inside-out)同步PM电机中的永久磁铁(PM)转子相似。
外转子14和内转子12由空气间隙30分开。内转子12类似于传统的感应式电机转子，其由钢迭片结构和绕组构成。凹槽32定位在内转子迭片结构36的外表面34上。凹槽32可以是打开的，半关闭的，或关闭的。多相绕组(未显示)设置在凹槽32中。多相绕组形成内转子12的多个极对。外转子14上的极对数量与内转子12的极对数量是相同的。
参见图2至图5，其显示了几个典型的用于转子绕组38[图1实施例中的内转子绕组，或图1A实施例中的外转子绕组]的互连设计。图2显示了与开关40三个单相连接的转子绕组38，开关40与各相绕组38串联。图3中的转子绕组配置成与开关40构成星形连接，开关40位于星形连接的三个臂的其中两个臂上，这是切断流过星形电路的电流所需要的，但可将另一开关40连接在第三相上。在图4中，对转子绕组38使用三角连接配置，并且使用单个开关40来切断三角形电路布置中的电流。在图5中，显示了多个并联电路，其是图3和4的三角形电路42和星形连接44的多个并联组合。注意在本发明的范围内还可利用其它互连结构，因为图2至5所显示的配置只是示例，而非限制本领域中的技术人员易于理解的各种配置。虽然图2至5所显示的电路优选配置成3相绕组，但是，也可使用任意数量的电相位。开关40优选是一对反向并联连接的可控硅整流器(SCR)，或任何其它具有双方向电流控制能力的功率器件。
图6显示了一个典型的用于控制在内转子12和外转子14之间传递扭矩和功率的控制电路。图6的电路控制传递多少扭矩和功率，以及何时在这两个转子之间传递扭矩和功率，以满足发动机的功率要求。示例性的转子绕组46可代表如图2的单个绕组38，或者转子绕组46可代表多个绕组38。例如三个串联连接的绕组38，如图4。同样，图2至5中的开关40可以是图6中的开关40或图6A中的开关40。V、L和R是嵌入在图2至5中的电路中的绕组的净效应。典型的转子绕组38由电感46a(L)和电阻46b(R)表示。由于绕组联接的磁通量的变化而在绕组38中感应电压V。磁通量由相对的转子上的磁铁驱动，而磁通量变化是由于这两个转子的相对速度而引起的。一对功率器件40a和40b设置成反向并联。功率器件优选是可控硅整流器(SCR)。开关40还可由图6A中的两个绝缘双极性选通晶体管(IGBT)单元41a，41b组成。IGBT单元41a，41b反向串联连接。各IGBT单元41a，41b由至少一个IGBT和至少一个与IGBT反向并联连接的二极管组成。
参见图7，图6中用于扭矩控制电路的功率可通过电源50来提供，电源50由HP卷轴54驱动的转子14上的辅助绕组52来激励。整个控制系统48可定位在HP卷轴54上，并由HP卷轴54提供功率，或可由LP卷轴提供功率。控制电路48控制绕组38中的电流。控制电路48必须定位在绕组38所定位的相同的感应转子上，以避免这两个旋转部件之间的导线连接。出于相同的理由，控制电路48必须由同一感应转子提供功率。该感应转子可配置在内部或外部，如图1和1A中所示。由双向箭头56指示的控制信号可通过外部固定的控制单元60而无线发送至控制单元58。
接下来参见图8，其显示了用于扭矩控制的另一典型的控制电路。在这个实施例中，受到转子12和14a的离心力控制的开关62控制着在LP和HP卷轴之间传递扭矩的速度。开关62必须位于与绕组38相同的感应转子上，并且感应转子可如图1和1A中所示定位在内部或外部。转子绕组46具有特征电感L和电阻R，以及感应电压V。离心式开关62在转子12或14a以低速旋转时关闭，并且在转子12或14a超过预定的速度时打开，以响应转速所施加的离心力。如果必要，可包含可选的电阻器，其具有带负温度系数的电阻RNTC。电阻器RNTC限制了当离心式开关62关闭时发生的电流脉冲。当离心式开关62处于关闭位置时，在LP卷轴64和HP卷轴54之间发生扭矩传递，并且当离心式开关打开时，HP和LP卷轴64，54分离。
在图9中，显示了用于扭矩控制的另一典型的控制电路备选方案。在图9所显示的配置中，不需要控制开关。扭矩传递受到这两个轴之间的转差频率或速度差的控制。在飞机巡航或起飞期间，HP和LP卷轴以较高的速度旋转，并且在这两个卷轴之间或在EVT的这两个转子之间的速度差异较小。因此绕组中感应的转差频率或电流频率较低。在飞机着陆或怠速下降期间，LP卷轴速度的减少超过了HP卷轴速度的变化，并且转差频率较大。基于感应电机原理，在较大的转差频率下比在较小的转差频率下，在这两个EVT转子之间将存在更大的扭矩和功率传递。图10中的齿轮箱66和68的齿轮比选择成可在高速和低速范围内获得所需的转差频率。通过对于高转差频率利用趋肤效应，调节匝数和导线横截面积，或者通过选择材料而设计转子绕组46的特征电感L和电阻R，使得当需要以怠速或接近怠速下降传递扭矩时，可将所需扭矩从LP卷轴传递至HP卷轴，而在巡航和起飞期间不需要传递扭矩时，可最大程度地减小扭矩传递。
根据本发明的另一实施例，在图1所显示的转子线槽中具有一个或多个辅助绕组52。绕组或绕组52中的感应电功率可用于为定位在转子上的电路中的开关的控制电路提供功率。
SCR开关40、控制单元58和电源50优选安装在与主转子绕组38相同的转子上，从而不需要集电环将固定部分电连接在旋转的绕组38上。控制SCR开关40所需要的信号可无线发送到内转子12上(见图7)。
图1A显示了本发明的一个备选实施例。在这个配置中，转子设置成与图1相反，即，外转子14a具有凹槽32a，绕组现在位于外部，并且内转子12a具有永久磁铁PM极22a。
在图1或图1A的任一配置中，磁通量由永久磁铁驱动，并如同传统的PM电机跨过空气间隙30而联接转子绕组38。当PM转子14，12a旋转时，在空气间隙30中引起旋转的磁通量场(未显示)。基于传统的感应式电机原理，当PM转子14或12a以不同于感应转子12或14a的速度旋转时，在绕组中产生感应电压和电流。当PM转子14或12a旋转快于感应转子12或14a时，扭矩从PM转子14或12a传递至感应转子12或14a。当PM转子14或12a旋转慢于感应转子12或14a时，扭矩从感应转子12或14a传递至PM转子14或12a。
图10显示了与图1所示EVT装置相对应的本发明的一个优选实施例，其中EVT10包括连接在LP卷轴64上的外部PM类型的转子14，以及连接在HP卷轴54上的内部感应类型的转子12。内转子12的互连绕组由回路37表示。LP卷轴速度N4通过齿轮箱1∶Y逐步提高至速度N3。为了将扭矩从LP卷轴64传递至HP卷轴54，外转子或PM转子14的转速N3必须高于内转子或感应转子12的速度N2。具有齿轮比1∶X的第一齿轮箱68用于将HP卷轴54联接到内转子12上，并且具有齿轮比1∶Y的第二齿轮箱66用于将LP卷轴64联接到外转子14上。齿轮箱66，68用于匹配HP卷轴54的速度N1和LP卷轴64的速度N4，其分别对应于所需的EVT转子速度N2和N3。根据发动机卷轴操作速度和EVT转子速度，可省略其中一个齿轮箱66，68。外转子速度N3大于内转子12的速度N2，从而基于感应原理，扭矩和功率将以速度N2传递给轴55。在其中一个或这两个齿轮箱66，68上可采用可变齿轮比。在图1的配置中，对于以速度N4旋转的LP卷轴和以速度N1旋转的HP卷轴，速度变换与方程1相关：
N1*X＝N2＜N3＝N4/Y             方程1
其中N4＜N1。
图11显示了与图1A的EVT装置相对应的本发明的一个备选实施例，其中EVT10通过齿轮箱66，68而连接在飞机发动机的LP卷轴64和HP卷轴54上。为了将扭矩从LP卷轴64传递至HP卷轴54，外部感应类型的转子14a(互连绕组由回路37表示)的转速N3必须高于内部PM类型的转子12a的速度N2。具有齿轮比1∶X的第一齿轮箱68用于将LP卷轴64联接到内转子12a上，并且具有齿轮比1∶Y的第二齿轮箱66用于将HP卷轴54联接到外转子14a上。齿轮箱66用于使EVT10的外转子速度N3与HP卷轴54的速度N4相匹配。根据发动机卷轴操作速度和EVT转子速度，可省略其中一个齿轮箱66，68。在图11的配置中，对于以速度N4旋转的HP卷轴和以速度N1旋转的LP卷轴，速度变换与方程2相关：
N1*X＝N2＞N3＝N4/Y            方程2
其中N4＞N1；且
齿轮比X＞＝1。
可选地，可使用可变齿轮比。
作为可选项，上述任一齿轮箱66，68可具有可变齿轮比，以减少EVT中的这两个转子的速度范围，从而减小当LP卷轴或HP卷轴的速度范围太大时的最大速度和相关的机械应力。
接下来参见图12，飞机发动机110中的PM感应EVT的典型装置具有核心发动机138，其在轴向串行流通关系上包括低压压缩机或增压压缩机120，高压压缩机114，燃烧室或燃烧器124，高压涡轮116和低压涡轮118。核心发动机138位于入口122和风扇112的下游。风扇112与核心发动机138以及旁路导管和旁路喷嘴(未显示)保持轴向串行流通关系。风扇112、压缩机114和低压涡轮118由第一轴64联接，并且压缩机114和涡轮116与第二轴54联接。进入入口122的一部分气流通过旁路导管引导，并通过旁路喷嘴排出，并且剩余气流穿过核心发动机138，并通过核心发动机喷嘴排出。EVT10通过齿轮箱66和轴57而联接在LP轴或卷轴64上。EVT10的输出轴57通过齿轮箱68而连接在HP轴或卷轴54上。一对起动机/发电机130通过主齿轮箱而联接在HP卷轴54上，以接收来自HP卷轴的功率，或为HP卷轴提供功率，这依赖于这对起动机/发电机130是作为起动机还是发电机进行操作。如本领域中的技术人员所将理解的那样，图12只是可供本发明用于在LP轴64和HP轴54之间共享扭矩的许多可能的起动机/发电机130和主齿轮箱132配置中的其中一个示例。另外，EVT10可定位在发动机外壳的内部或外部。
虽然已经参照一个优选实施例描述了本发明，但是本领域中的技术人员应该懂得，在不脱离本发明的范围内可进行各种变化，并用等效物替代其元件。另外，在不脱离本发明的本质的范围内，还可制成许多改型，使特殊的情形或材料适应本发明公开的传授知识。因此，本发明并不局限于作为被认为是实现本发明的最佳模式的特殊的实施例，相反本发明将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种用于在一对独立地旋转的轴之间传递功率的电磁变速传动装置，其包括：
空心的圆柱形外转子部分和圆柱形内转子部分，所述内转子设置在所述外转子部分的中心孔中，并且可独立地在所述外转子部分中旋转，所述外转子可独立地围绕所述内转子部分周向地旋转；
所述外转子部分和所述内转子部分的其中第一个具有围绕第一表面而间隔开的多对永久磁铁，所述磁铁配置成对并且面向空气间隙，所述空气间隙设置在所述外转子部分和所述内转子部分之间；
所述外转子部分和所述内转子部分的另一个具有围绕磁力可穿透的铁芯部分而间隔开的多个凹槽，其中至少一些所述凹槽包括埋置在其中的绕组；
所述外转子部分和所述内转子部分可同时沿一个方向旋转；
其中，响应于所述外转子部分和所述内转子部分的共同旋转，在所述多对永久磁铁、所述空气间隙以及所述外转子部分和所述内转子部分的铁芯之间产生磁通路径，所述磁通路径在所述绕组中感生电功率，并导致在所述内转子部分和所述外转子部分之间传递机械功率。
2.根据权利要求1所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述外转子部分和所述内转子部分的所述其中第一个是所述外转子部分，所述另一个是所述内转子部分。
3.根据权利要求1所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述外转子部分和所述内转子部分的所述其中第一个是所述内转子部分，所述另一个是所述外转子部分。
4.根据权利要求1所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述电磁变速传动装置还包括用于为扭矩控制电路提供功率的至少一个辅助绕组，所述扭矩控制电路包括电源、控制器部分和至少一个电源开关，所述控制器部分配置成操作所述电源开关，以便切换其中至少一个所述绕组中的流通电流，用来控制机械功率的传递。
5.根据权利要求4所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述绕组配置成多个单相回路，各个回路具有与单个绕组串联连接的开关，以便在所述开关处于导通状态时形成闭合的电流回路。
6.根据权利要求4所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述绕组配置成具有三个臂的星形配置，所述三个臂中的至少两个具有用于调节流过所述绕组的电流的开关。
7.根据权利要求4所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述绕组配置成具有串联成回路的三个绕组，以及设置在所述串联回路中以便调节流过所述绕组的电流的单个开关。
8.根据权利要求4所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述绕组配置成多个并联电路，所述多个并联电路配置成多个星形连接、多个三角形配置以及它们的结合的其中之一。
9.根据权利要求4所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述绕组、所述辅助绕组以及所述扭矩控制电路控制单元安装在所述外转子部分或所述内转子部分的其中之一上。
10.根据权利要求9所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述扭矩控制电路还包括固定的控制器，所述控制器与所述控制器部分保持无线通信，用于在所述外转子部分或所述内转子部分的轴上旋转的同时，将控制信号传输到所述扭矩控制电路上。
11.根据权利要求4所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述扭矩控制电路由在所述轴之间的转差频率控制。
12.根据权利要求4所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述扭矩控制电路包括离心式开关，所述离心式开关由所述转子的离心力控制，以便控制在所述轴之间传递扭矩所达到的速度。
13.根据权利要求4所述的电磁变速传动装置，其特征在于，所述扭矩控制电路包括电源和辅助线圈，所述控制电路控制所述绕组中的电流。
14.根据权利要求4所述的电磁变速传动装置，其特征在于，各个电源开关包括反向并联连接的一对可控硅整流器(SCR)。
15.根据权利要求4所述的电磁变速传动装置，其特征在于，各个电源开关包括反向串联连接的一对绝缘栅双极性晶体管单元，各个绝缘栅双极性晶体管单元具有绝缘栅双极性晶体管及与所述绝缘栅双极性晶体管反向并联的二级管。
16.一种燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机包括：
至少一个压缩机、燃烧器、高压涡轮以及低压涡轮，它们设置成连续流通并且围绕所述发动机的纵向轴而设置在环形外壳中，在运行期间，所述至少一个压缩机由所述高压涡轮和所述低压涡轮以及压缩机空气驱动；发电机和电磁变速传动装置，所述发电机设置在所述环形外壳中，所述电磁变速传动装置用于在一对独立地旋转的轴之间传递功率，
所述电磁变速传动装置包括：
空心的圆柱形外转子部分和圆柱形内转子部分，所述内转子设置在所述外转子部分的中心孔中并且可独立地在所述外转子部分中旋转，所述外转子可独立地围绕所述内转子部分周向地旋转；
所述外转子部分和所述内转子部分的其中第一个具有围绕第一表面而间隔开的多对永久磁铁，所述磁铁配置成对并且面向空气间隙，所述空气间隙设置在所述外转子部分和所述内转子部分之间；
所述外转子部分和所述内转子部分的另一个具有围绕磁力可穿透的铁芯部分而间隔开的多个凹槽，其中至少一些所述凹槽包括埋置在其中的绕组；
所述外转子部分和所述内转子部分可同时沿一个方向旋转；
其中，响应于所述外转子部分和所述内转子部分的共同旋转，在所述多对永久磁铁、所述空气间隙以及所述外转子部分和所述内转子部分的铁芯之间产生磁通路径，所述磁通路径在所述绕组中感生电功率并且导致在所述内转子部分和所述外转子部分之间传递机械功率。
17.根据权利要求16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中一个所述轴连接在所述低压涡轮上，而另一个所述轴连接在所述高压涡轮上。
18.根据权利要求16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述电磁变速传动装置定位在所述发动机环形外壳中。
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