CN104632464A - 一种电磁互带转动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁互带转动装置，解决了现有技术中风扇轴和低压压气机轴不能保持各自最佳转速比的问题。其技术方案包括风扇轴、风扇、低压压气机轴、若干永磁铁、若干电磁铁和若干抗磁性件。在低压压气机轴的腔体内壁均布设有若干永磁铁且永磁铁的磁极沿低压压气机轴大径段的径向方向分布；在风扇轴的外壁设有绝缘件，绝缘件上均布设有若干电磁铁；若干永磁铁之间和若干电磁铁之间均设有抗磁性件。本发明调节涡扇发动机的低压压气机和风扇的转速比，机械调节机构简单，且使得应用电磁互带转动技术的发动机性能可以明显改善。

Description

一种电磁互带转动装置
技术领域
本发明涉及一种电磁互带转动装置，特别是一种应用于航空发动机上的电磁互带转动装置。
背景技术
现今航空发动机要达到较好的性能，压气机的不同级应当以不同的转速转动，这样可以使得气流通过航空发动机中压气机的每一级时都能达到合适的增压比。对于涡扇发动机，在现有的技术条件下，通常的做法是设计双转子或者三转子发动机，使得气流以最为合适的增压比通过风扇、低压压气机以及高压压气机的级，而现今除过英国罗罗公司的三转子涡扇发动机、普惠公司的新型齿轮传动式涡扇发动机以外，其他航空发动机都不能做到涡扇发动机风扇与低压压气机转速的分离。其中普惠公司齿轮传动风扇发动机GTF通过在低压压气机和风扇之间增加一个齿轮减速装置，完成低压压气机与风扇速度的匹配。降低的风扇压比需要更大的直径，齿轮传动风扇的叶尖速度降低以减小噪音；罗罗公司三转子设计涡扇发动机。三转子设计的目的是解决压气机和风扇转速上的矛盾。所谓三转子就是在双转子发动机上又增加了一级风扇转子，这样，风扇、高压压气机和低压压气机都自成一体，各有各的转速。三个转子之间没有相对固定的机械联接，如此，风扇和低压转子之间就不受牵制，而是可以各自在最为适合的转速上运转，设计师们就可以相对自由地设计发动机风扇转速、风扇直径以及函道比，而低压压气机的转速也可以不受风扇的掣肘，低压压气机的转速提高之后压气的效率提高、级数减少、重量减轻，发动机的长度又可以进一步缩小。但与双转子发动机相比，三转子结构更复杂。而经查阅资料发现现阶段还未发现电磁互带转动技术在航空发动机上的类似的研究以及应用。
发明内容
本发明解决的技术问题是：设计一种电磁互带转动装置，使风扇和低压转子之间就不受牵制，各自在最为适合的转速上运转，让设计人员相对自由地设计发动机风扇转速、风扇直径以及函道比，同时低压压气机的转速也可以不受风扇的掣肘，低压压气机的转速提高之后压气的效率提高、级数减少、重量减轻，发动机的长度又可以进一步缩小，也避免因采用更为复杂的三转子结构的产生额外的重量增加。
本发明的技术方案是：包括风扇轴2、风扇5、低压压气机轴1、若干永磁铁3、若干电磁铁4和若干抗磁性件6；低压压气机轴1由两个不同轴径的柱状体组成，且大径段为中空腔体；风扇轴2的一端连接风扇5，另一端置于大径段的空腔体中，且置于大径段空腔体中的一端未与大径段中空腔体的底部接触；若干永磁铁3、若干电磁铁4均为条状，在低压压气机轴1的腔体内壁上均布设有若干永磁铁3，且若干永磁铁3之间设有抗磁性件6，永磁铁3的磁极沿低压压气机轴1大径段的径向方向分布；在风扇轴2的外壁上均布设有若干电磁铁4，在风扇轴(2)的外壁上设有绝缘件，绝缘件上均布设有若干电磁铁(4)；且若干电磁铁4之间设有若干抗磁性件6；电磁铁4的抗磁性件6与永磁铁3位于低压压气机轴1大径段的同一径向方向上；若干永磁铁3与若干电磁铁4以及若干电磁铁4之间的抗磁性件6均未接触；若干电磁铁4与若干永磁铁3以及若干永磁铁3之间的抗磁性件6均未接触。
本发明的进一步技术方案是：所述风扇轴2与风扇5通过销键进行固定连接。
本发明的进一步技术方案是：所述若干永磁铁3粘接在低压压气机轴1的中空腔体内壁上。
本发明的进一步技术方案是：若干电磁铁4粘接在风扇轴2外壁的绝缘件上。
本发明的进一步技术方案是：所述抗磁性件6为采用热解碳材料制成的条状体。
本发明的进一步技术方案是：所述抗磁性件6尺寸与磁贴尺寸相同，且采用粘接方式与低压压气机轴1的中空腔体内壁和风扇轴2外壁的绝缘件相连接。
本发明的技术效果在于：设计一种电磁互带转动装置，调节涡扇发动机的低压压气机和风扇的转速比，并且相应的机械调节机构简单，相比应用三转子或者通过齿轮减速装置的发动机，应用电磁互带转动技术的发动机的重量可以明显减轻。
工作原理：本发明是将电磁感应原理应用到涡扇发动机的减速机构上，特别是涡扇发动机的低压压气机和风扇之间。这种结构用于调节低压压气机和风扇之间的转速比，使得低压压气机和风扇转速匹配，风扇和低压转子之间就不受牵制，而是各自在最为适合的转速上运转，被称为电磁互带转动装置。电磁铁上通有由发动机涡轮电机中产生的电流，低压压气机轴运转时带动永磁铁进行转动，永磁铁的电磁线切割电磁铁中的电流形成电磁安培力。电磁安培力绕风扇轴转动形成旋转力矩，进而带动风扇转动。通过调节电磁铁中电流的大小来调节永磁铁与电磁铁之间电磁安培力的大小，进而对风扇的转速进行调节。当发动机运行工况发生变化导致进口气流改变时，通过改变电磁铁中供给电流的大小，调节永磁铁与电磁铁之间的旋转力矩，控制低压压气机与风扇在各自的最佳转速下转动，使发动机处于最佳的工作条件下。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为本发明中磁铁与低压压气机轴和风扇轴分布的的主视图
图3为本发明磁铁与低压压气机轴和风扇轴分布的剖视图
图4为本发明磁铁与低压压气机轴和风扇轴分布的侧视图
附图标记说明：1-低压压气机轴；2-风扇轴；3-永磁铁；4-电磁铁；5-风扇；6-抗磁性件。
具体实施方式
下面结合具体实施实例，对本发明技术方案进一步说明。
1.参见图1-图4，本发明设计了一种电磁互带转动装置，包括风扇轴2、风扇5；其特征在于，还包括低压压气机轴1、若干永磁铁3、若干电磁铁4和若干抗磁性件6；低压压气机轴1由两个不同轴径的柱状体组成，且大径段为中空腔体；风扇轴2的一端通过销键进行固定连接风扇5，另一端置于大径段的空腔体中，且置于大径段空腔体中的一端未与大径段中空腔体的底部接触；若干永磁铁3、若干电磁铁4均为条状。在低压压气机轴1的腔体内壁上均布粘接有若干永磁铁3，且若干永磁铁3之间设有抗磁性件6，永磁铁3的磁极沿低压压气机轴1大径段的径向方向分布；在风扇轴(2)的外壁上设有绝缘件，绝缘件上均布设有若干电磁铁(4)；若干电磁铁4之间设有若干抗磁性件6，所述抗磁性件6为热解碳材料制成的条状体，在本实例中，抗磁性件6尺寸与磁条尺寸相同，且采用粘接方式与低压压气机轴1的中空腔体内壁相连接。电磁铁4的抗磁性件6与永磁铁3位于低压压气机轴1大径段的同一径向方向上；永磁铁3与若干电磁铁4及若干电磁铁4之间的抗磁性件6均未接触；电磁铁4与若干永磁铁3以及若干永磁铁3之间的抗磁性件6均未接触。
下面将对极性的分布举两个实例，对本装置的工作过程进行进一步的解释说明
当低压压气机轴1顺时针转动时，永磁铁3上与低压压气机轴1内壁粘接的一端为N极，另一端为S极。电磁铁4上的电流方向由风扇5端向低压压气机轴1端流动。当低压压气机轴1逆时针转动时，永磁铁3上与低压压气机轴1内壁粘接的一端为N极，另一端为S极。电磁铁4上的电流方向由低压压气机轴1端向风扇5端流动。当低压压气机轴1顺时针转动时，永磁铁3上与低压压气机轴1内壁粘接的一端为S极，另一端为N极。电磁铁4上的电流方向由低压压气机1端向风扇5端流动。当低压压气机轴1逆时针转动时，永磁铁3上与低压压气机轴1内壁粘接的一端为S极，另一端为N极。电磁铁4上的电流方向由风扇5端向低压压气机1端流动。低压压气机轴1带动风扇轴2转动的过程为：电磁铁4上通有由发动机涡轮电机中产生的电流，低压压气机轴1运转时带动永磁铁3进行转动，永磁铁3的电磁线切割电磁铁4中的电流形成电磁安培力。电磁安培力绕风扇轴2转动形成旋转力矩，进而带动风扇轴2转动。改变两者的转速比的过程为：通过调节电磁铁4中电流的大小来调节永磁铁3与电磁铁4之间电磁安培力的大小，进而对风扇轴2的转速进行调节。

Claims (6)

1.一种电磁互带转动装置，包括风扇轴(2)、风扇(5)；其特征在于，还包括低压压气机轴(1)、若干永磁铁(3)、若干电磁铁(4)和若干抗磁性件(6)；低压压气机轴(1)由两个不同轴径的柱状体组成，且大径段为中空腔体；风扇轴(2)的一端连接风扇(5)，另一端置于大径段的空腔体中，且置于大径段空腔体中的一端未与大径段中空腔体的底部接触；若干永磁铁(3)、若干电磁铁(4)均为条状，在低压压气机轴(1)的腔体内壁上均布设有若干永磁铁(3)，且若干永磁铁(3)之间设有抗磁性件(6)，永磁铁(3)的磁极沿低压压气机轴(1)大径段的径向方向分布；在风扇轴(2)的外壁上设有绝缘件，绝缘件上均布设有若干电磁铁(4)；若干电磁铁(4)之间设有若干抗磁性件(6)；电磁铁(4)之间的抗磁性件(6)与永磁铁(3)位于低压压气机轴(1)大径段的同一径向方向上；若干永磁铁(3)与若干电磁铁(4)以及若干电磁铁(4)之间的抗磁性件(6)均未接触；若干电磁铁(4)与若干永磁铁(3)以及若干永磁铁(3)之间的抗磁性件(6)均未接触。
2.如权利要求1所述的一种电磁互带转动装置，其特征在于，所述风扇轴(2)与风扇(5)通过销键进行固定连接。
3.如权利要求1所述的一种电磁互带转动装置，其特征在于，所述若干永磁铁(3)粘接在低压压气机轴(1)的中空腔体内壁上。
4.如权利要求1所述的一种电磁互带转动装置，其特征在于，若干电磁铁(4)粘接在风扇轴(2)外壁的绝缘件上。
5.如权利要求1所述的一种电磁互带转动装置，其特征在于，所述抗磁性件(6)为采用热解碳材料制成的条状体。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种电磁互带转动装置，其特征在于，所述抗磁性件(6)尺寸与磁铁尺寸相同，且采用粘接方式与低压压气机轴(1)的中空腔体内壁和风扇轴(2)外壁的绝缘件相连接。
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