CN109309421A - 电机设备 - Google Patents

Abstract

一种电机设备，包括：具有旋转轴线并且在其中限定腔的转子；和定位在所述转子的所述腔内的导管，所述导管包括布置成接收流体的入口和布置成排出所述流体的出口，所述入口具有距所述旋转轴线的第一径向距离，并且所述出口具有距所述旋转轴线的第二径向距离，所述第一径向距离大于所述第二径向距离。

Description

电机设备

技术领域

本公开涉及电机设备。

背景技术

电机（如发电机和电动机）可包含定子、转子、磁体布置和电导体（通常被称作‘绕组’）。在一些实例中，磁体布置可为安装在转子上的永磁体，并且电导体可安装在定子上。在这类电机充当发电机的情况下，转子可旋转并且通过磁体布置产生的移动磁场在电导体中感应电流以提供来自电机的电输出。在这类电机充当电动机的情况下，电可供应到电导体以产生吸引/排斥磁体布置并且因此引起转子旋转的磁场。安装在转子上的磁体布置可在操作期间产生可不利于电机操作的热能。

发明内容

根据第一方面，提供电机设备，包括：具有旋转轴线并且在其中限定腔的转子；定位在转子的腔内的导管，导管包括布置成接收流体的入口和布置成排出流体的出口，入口具有距旋转轴线的第一径向距离并且出口具有距旋转轴线的第二径向距离，第一径向距离大于第二径向距离。

转子可包含平行于旋转轴线延伸的第一部分。导管可联接到第一部分，用于经由热传导接收来自第一部分的热能。

转子可具有限定转子的第一端部的第二部分和限定转子的第二端部的第三部分。导管可在转子的第一端部与转子的第二端部之间延伸。

入口可与转子的第一端部相邻定位。出口可与转子的第二端部相邻定位。

转子可布置成在第一圆周方向上旋转。导管可具有具有圆周分量的取向。圆周分量可在方向上与第一圆周方向相反。

电机设备可进一步包括在转子的腔内的第一流体。第一流体的沸点可低于转子的操作温度。

电机设备可进一步包括：在其中限定腔的轴；和在轴的腔内用于将轴冷却到低于第一流体的沸点的温度的第二流体。

电机设备可进一步包括定位在转子的腔内的另一导管。另一导管可包括布置成接收流体的入口和布置成排出流体的出口。入口可具有距旋转轴线的第三径向距离，并且出口可具有距旋转轴线的第四径向距离。第三径向距离可大于第四径向距离。

第三径向距离可与第一径向距离相同或不同，并且第四径向距离可与第二径向距离相同或不同。

导管可定位在转子的腔内的第一圆周位置处。另一导管可定位在转子的腔内的第二圆周位置处。第二圆周位置可与第一圆周位置不同。

根据第二方面，提供燃气涡轮发动机，包括如任何前述段落中所描述的电机设备。

根据第三方面，提供推进系统，包括燃气涡轮发动机；如任何前述段落中所描述的电机设备；和布置成接收来自电机设备的扭矩的推进风机。

技术人员应了解，除其中相互排斥外，关于上述方面中的任一项描述的特征可细节上作必要修改后应用于任何其它方面。此外，除其中相互排斥外，本文所描述的任何特征可应用于任何方面和/或与本文所描述的任何其它特征组合。

附图说明

现将参考附图仅借助于实例描述实施例，在附图中：

图1说明根据第一实例的电机设备的示意性截面侧视图；

图2A说明根据第二实例的电机设备的示意性截面侧视图；

图2B说明通过视图A在图2A中所说明的电机设备的示意性截面正视图；

图3说明在操作中的在图2A和2B中说明的电机设备的示意性截面侧视图；

图4说明根据一个实例的包括电机设备的燃气涡轮发动机的示意图；和

图5说明根据一个实例的包括电机设备的推进系统的示意图。

具体实施方式

在以下描述中，术语‘连接’和‘联接’意指操作地连接和联接。应了解，在提到的特征之间可存在任何数目的中间组件，包含没有中间组件。

图1说明根据第一实例的电机设备10。电机设备10包含转子12和导管14。电机设备10可配置成作为发电机或作为电电动机操作。

在一些实例中，电机设备10可为电机的模块。如本文所用，措辞‘模块’是指其中在稍后的时间并且可能通过另一个制造商或通过最终用户包含一个或多个特征的装置或设备。举例来说，在电机设备10为电机的模块的情况下，电机设备10可仅包含转子12和导管14，并且电机的剩余特征（如例如磁体布置、定子和电气绕组）可通过另一个制造商或通过终端用户添加。

转子12可包括任何合适铁磁性材料（如例如铁、镍或钴）并且可具有任何合适形状（例如转子12可具有圆形截面形状或多边形截面形状）。转子12具有轴线16并且布置成围绕轴线16在圆周方向上（例如在箭头17的方向上）旋转。转子12在其中限定腔18并且包含平行于轴线16延伸的第一部分20，限定转子12的第一端部23的第二部分22和限定25的第二端部的第三部分24。可密封腔18使得在操作中流体可含于腔18内。

导管14定位在转子12的腔18内，并且还可称作管道。导管14包括布置成接收流体的入口26和布置成排出流体的出口28。入口26具有距轴线16的第一径向距离30，并且出口28具有距轴线16的第二距离32。第一径向距离30大于第二径向距离32（即，导管14的出口28定位成比导管14的入口26更接近轴线16）。

导管14可在转子12的第一端部23与转子12的第二端部25之间延伸，如在图1中所说明。入口26可与转子12的第一端部23相邻定位，并且出口28可与转子12的第二端部25相邻定位。在其它实例中，导管14可仅围绕转子12沿圆周延伸，并且入口26和出口28可具有相同轴向位置。在另外实例中，导管14可沿轴线16并且围绕转子12沿圆周延伸并且因此具有螺旋形状。

导管14为L形，并且入口26平行于轴线16取向，并且出口28垂直于轴线16取向。应了解，在其它实例中，导管14可具有不同形状，并且入口26和出口28可具有不同取向。举例来说，入口26和出口28两者可垂直于轴线16取向，并且导管14可因此为U形。

导管14可联接到第一部分20。举例来说，导管14可直接连接到转子12的第一部分20并且与转子12的第一部分20邻接。在其它实例中，导管14可不直接连接到第一部分20并且可替代地联接到第二部分22和第三部分24并且限定与第一部分20的间隙。

导管14可包封在入口26与出口28之间。举例来说，导管14可在入口26与出口28之间具有圆形、椭圆或多边形截面形状。在其它实例中，导管14可在入口26与出口28之间沿至少一个或多个部分打开。举例来说，导管14中的一个或多个部分可具有U形截面形状。

图2A和2B说明根据第二实例的电机设备101。电机设备101类似于电机设备10，并且其中特征是类似的，使用相同的附图标号。

电机设备101包含轴34、转子12、磁体布置36、条带38、定子40、第一轴承42、第二轴承44和壳体46。

轴34布置成围绕纵向轴线16在第一圆周方向17上旋转。磁体布置36通过条带38安装在转子12的第一部分20上，并且转子12安装在轴34上。因此，转子12、磁体布置36和条带38布置成围绕纵向轴线16在第一圆周方向17上旋转。

磁体布置36可为永磁体的布置，或可为布置成用作电磁体（用于绕线磁场或感应）的细长电导体（其可称为‘绕组’），或可包括多个铁磁性叠片（其中电机101为转换式磁阻电动机）。

壳体46具有垂直于轴线16延伸的第一端部构件48和第二端部构件50。壳体46的第一端部构件48通过第一轴承42安装在轴34上，并且壳体46的第二端部构件50通过第二轴承44安装在轴34上。因此壳体46相对于轴34为静态的。定子40安装在壳体46上在第一端部构件48与第二端部构件50之间，并且相对于轴34、转子12和磁体布置36也为静态的。定子40可包括永磁体的布置，或可包括布置成用作电磁体的细长电导体（其可称为‘绕组’），或可包括多个铁磁性叠片（其中电机101为转换式磁阻电动机）。

如在前述段落中所提到，转子12布置成绕轴线16在第一圆周方向17上旋转。导管14具有具有圆周分量54和径向分量56的取向52。圆周分量54在方向上与第一圆周方向17相反。在图2A和2B中说明的实例中，导管14具有第一部分58和第二部分60。第一部分58的取向仅具有轴向分量53（即，第一部分58仅平行于轴线16延伸）。第二部分60的取向仅具有圆周分量54和径向分量56。

电机设备101包含定位在转子12的腔18内的多个导管14。如在图2B中所说明，多个导管14可定位围绕轴线16的不同圆周位置处（即，多个导管14围绕轴线16布置成行）。在其它实例中，多个导管14可定位在彼此相同的圆周位置处，并且替代地定位在不同轴向位置处（即，多个导管14布置成列）。在另外实例中，可定位多个导管14使得电机设备101具有两列或更多列的导管，和两行或更多行的导管。

图3说明在操作期间电机设备102的截面侧视图。电机设备102类似于电机设备101，并且其中特征是类似的，使用相同的附图标号。

电机设备102与电机设备101不同在于，电机设备102包含在转子12的腔18内的第一流体62；和在轴34内的第二流体64。第一流体62可为沸点低于转子12的操作温度的任何合适流体。举例来说，第一流体62可为制冷剂、低沸点流体，或氢氟醚类热传递流体，如3MNovec 7500。第二流体64可为用于将轴34冷却到低于第一流体62的沸点的温度的任何合适流体。举例来说，第二流体64可为在冷却剂料流中的流体，如空气、水、二醇、用于燃气涡轮发动机的燃料或用于燃气涡轮发动机的油。

在电机设备101操作期间，转子12绕轴线16在第一圆周方向17上旋转，并且热能通过磁体布置36产生。热能从磁体布置36流动并且进入转子12的第一部分20。第一流体62在腔18内和导管14中循环并且去除来自第一部分20和磁体布置36的热能。

更详细地，转子12的旋转引起第一流体62（以液体形式）径向向外移动到转子12的第一部分20并且进入导管14的入口26。如在图3中所说明，在腔18中的第一流体62（以液体形式）的体积小于在出口28的径向位置与第一部分20之间限定的体积。因此，入口26浸入第一流体62（以液体形式）中，并且在转子12旋转期间，出口28定位在第一流体62（以液体形式）外。

第一流体62在导管14内朝向出口28流动，并且热能从转子20传递到第一流体62。在导管14连接到第一部分20并且与第一部分20邻接的情况下，热能经由热传导传递。在其它实例中，其中导管14限定与第一部分20的间隙，热能通过在间隙中的第一流体62经由对流传递。热能传递到在导管14中的第一流体62引起在导管14中的第一流体62沸腾并且从液相改变成气相。第一流体62（以气体形式）从出口28排出并且朝向轴34径向向内移动。第二流体64将轴34冷却到低于第一流体62的沸点的温度，并且因此，第一流体62在轴34上冷凝并且从气相改变成液相。第一流体62（以液体形式）与轴34脱离并且再次径向向外移动到转子12的第一部分20并且进入导管14的入口26。

轴34可布置成使得第二流体64的温度维持在低于第一流体62的沸点的温度下。举例来说，轴34可沿轴线16延伸到相对冷的位置，并且通过第二流体64接收的热能可在所述位置处耗散。借助于另一个实例，轴34可包括冷却布置或联接到所述冷却布置，所述冷却布置去除来自第二流体64的热量。在一个实例中，轴34的一部分可定位在冷却空气流中。在另一个实例中，轴34可联接到一个或多个热管。

电机设备10、101、102可为有利的，因为导管14使得流体能够在转子12的腔18内循环并且冷却转子12和磁体布置36。去除来自转子12和磁体布置36的热能可改进电机设备10、101、102的性能。此外，导管14的取向的圆周分量54可在操作期间为转子12提供附加扭矩并且因此改进电机设备10、101、102的性能。

图4说明包括电机设备10、101、102、压缩机段68、燃烧段70、涡轮机段72和一个或多个轴74的燃气涡轮发动机66的示意图。电机设备10、101、102经由传动系统76联接到轴74中的一个并且可因此用作发电机。举例来说，电机设备10、101、102可经由燃气涡轮发动机66的辅助变速箱联接到轴74中的一个。在其它实例中，电机设备10、101、102可直接安装在轴74中的一个上。举例来说，在图2A、2B和3中说明的轴34可为轴74中的一个。

图5说明包括电机设备10、101、102、燃气涡轮发动机80和至少一个风机82的推进系统78的示意图。在一些实例中，推进系统78可在飞行器上使用以提供推力。

燃气涡轮发动机80布置成产生电能并且将产生的电能提供到电机设备10、101、102。在一些实例中，燃气涡轮发动机80可为在图4中所说明的燃气涡轮发动机66（即，燃气涡轮发动机80包含充当发电机的电机设备10、101、102）。电机设备10、101、102充当电动机并且使一个或多个风机82旋转以产生推力。

应理解本公开不限于上述实施例，并且可在不脱离本文所描述的概念的情况下进行各种修改和改进。举例来说，在图1中所说明的导管14可与在图2A、2B和3中说明的导管14相同（或类似）取向。具体来说，导管14可取向以具有在方向上与转子12的预期旋转方向相反的圆周分量。

除其中相互排斥外，任何特征可单独或与任何其它特征组合采用，并且本公开延伸到并且包含本文所描述的一个或多个特征的组合和子组合。

Claims (12)

1.一种电机设备，包括：

具有旋转轴线并且在其中限定腔的转子；

定位在所述转子的所述腔内的导管，所述导管包括布置成接收流体的入口和布置成排出所述流体的出口，所述入口具有距所述旋转轴线的第一径向距离，并且所述出口具有距所述旋转轴线的第二径向距离，所述第一径向距离大于所述第二径向距离。

2.根据权利要求1所述的电机设备，其中所述转子包含平行于所述旋转轴线延伸的第一部分，并且所述导管联接到所述第一部分，用于经由热传导接收来自所述第一部分的热能。

3.根据权利要求1所述的电机设备，其中所述转子具有限定所述转子的第一端部的第二部分和限定所述转子的第二端部的第三部分，所述导管在所述转子的所述第一端部与所述转子的所述第二端部之间延伸。

4.根据权利要求3所述的电机设备，其中所述入口与所述转子的所述第一端部相邻定位，并且所述出口与所述转子的所述第二端部相邻定位。

5.根据权利要求1所述的电机设备，其中所述转子布置成在第一圆周方向上旋转，并且所述导管具有具有圆周分量的取向，所述圆周分量在方向上与所述第一圆周方向相反。

6.根据权利要求1所述的电机设备，进一步包括在所述转子的所述腔内的第一流体，所述第一流体的沸点低于所述转子的操作温度。

7.根据权利要求6所述的电机设备，进一步包括：在其中限定腔的轴；和在所述轴的所述腔内用于将所述轴冷却到低于所述第一流体的所述沸点的温度的第二流体。

8.根据权利要求1所述的电机设备，进一步包括定位在所述转子的所述腔内的另一导管，所述另一导管包括布置成接收流体的入口和布置成排出所述流体的出口，所述入口具有距所述旋转轴线的第三径向距离，并且所述出口具有距所述旋转轴线的第四径向距离，所述第三径向距离大于所述第四径向距离。

9.根据权利要求8所述的电机设备，其中所述第三径向距离与所述第一径向距离相同或不同，并且所述第四径向距离与所述第二径向距离相同或不同。

10.根据权利要求8所述的电机设备，其中所述导管定位在所述转子的所述腔内的第一圆周位置处，并且所述另一导管定位在所述转子的所述腔内的第二圆周位置处，所述第二圆周位置与所述第一圆周位置不同。

11.一种燃气涡轮发动机，包括根据前述权利要求中任一项所述的电机设备。

12.一种推进系统，包括：燃气涡轮发动机；根据权利要求1到10中任一项所述的电机设备；和布置成接收来自所述电机设备的扭矩的推进风机。