CN109519279B - 涡轮机和推进系统 - Google Patents

Abstract

一种涡轮机和一种推进系统，所述涡轮机包括涡轮部段，所述涡轮部段包括涡轮。所述涡轮包括第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片，所述第一多个涡轮转子叶片和所述第二多个涡轮转子叶片沿着轴向方向交替地间隔。所述涡轮机也包括齿轮箱。所述第一多个涡轮转子叶片和所述第二多个涡轮转子叶片均联接到所述齿轮箱的环形齿轮、行星齿轮或太阳齿轮中的一个，使得所述第一多个涡轮转子叶片通过所述齿轮箱与所述第二多个涡轮转子叶片一起可旋转。所述涡轮机也包括电机组件，所述电机组件包括转子，所述转子联接到所述齿轮箱的所述环形齿轮、所述行星齿轮或所述太阳齿轮中的一个，使得所述转子在操作期间相对于定子旋转。

Description

涡轮机和推进系统

技术领域

本主题总体上涉及一种涡轮机，并且更特别地，涉及一种具有齿轮箱的涡轮机，所述齿轮箱具有至少部分地集成在其中的电机组件。

背景技术

燃气涡轮发动机大体上包括布置成彼此流动连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心一般包括呈串流次序的压缩机部段、燃烧部段、涡轮部段和排气部段。在操作中，空气从风扇提供到压缩机部段的入口，在所述压缩机部段，一个或多个轴向压缩机渐进地压缩空气，直到空气到达燃烧部段为止。燃料与压缩空气混合且在燃烧部段内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧部段传送到涡轮部段。燃烧气体流动通过涡轮部段对涡轮部段进行驱动且接着被传送通过排气部段例如到大气。

这些燃气涡轮发动机中的至少一些附加地包括外机舱，所述外机舱至少部分地封闭风扇和/或核心，并且限定具有核心的旁通气流通道。为了从涡轮机的操作产生电力，燃气涡轮发动机可以包括机舱内的发电机。发电机可以联接到核心的一个或多个旋转部件，使得其与核心一起可旋转。

然而，在机舱内包括发电机可能导致相对较重的发电机，其可能在机舱内占据相对大的占地面积。因此这可能导致罩下区域结果中不太理想的空气动力学线。因此，包括不位于外机舱中的诸如发电机的电机的燃气涡轮发动机将是有益的。此外，包括在具有减小的总重量的燃气涡轮发动机内的电机也是有用的。

发明内容

本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实施而得知。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种涡轮机。所述涡轮机限定径向方向和轴向方向。所述涡轮机包括涡轮部段，所述涡轮部段包括涡轮，所述涡轮包括第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片，所述第一多个涡轮转子叶片和所述第二多个涡轮转子叶片沿着轴向方向交替地间隔。所述涡轮机也包括齿轮箱，所述齿轮箱包括环形齿轮，行星齿轮和太阳齿轮，其中所述第一多个涡轮转子叶片和所述第二多个涡轮转子叶片均联接到所述环形齿轮、所述行星齿轮或所述太阳齿轮中的一个，使得所述第一多个涡轮转子叶片通过所述齿轮箱与所述第二多个涡轮转子叶片一起可旋转。所述涡轮机也包括电机组件，所述电机组件包括转子和定子，所述转子联接到所述齿轮箱的所述环形齿轮、所述行星齿轮或所述太阳齿轮中的一个，使得所述转子在所述涡轮机的操作期间相对于所述定子旋转。

在某些示例性实施例中，所述齿轮箱还包括行星齿轮架，其中所述行星齿轮限定局部轴线并且可旋转地联接到所述行星齿轮架，使得其围绕其局部轴线可旋转，其中所述电机组件的所述转子联接到所述行星齿轮，使得所述转子围绕所述行星齿轮的局部轴线与所述行星齿轮一起可旋转。

在某些示例性实施例中，所述齿轮箱的所述行星齿轮包括多个行星齿轮，其中所述齿轮箱还包括行星齿轮架，其中所述多个行星齿轮中的每个行星齿轮限定局部轴线并且可旋转地联接到所述行星齿轮架，使得其围绕其相应的局部轴线可旋转，其中所述电机组件还包括多个转子，其中所述多个转子的每一个联接到所述多个行星齿轮的行星齿轮中的一个，使得其围绕相应的行星齿轮的局部轴线与相应的行星齿轮一起可旋转。

在某些示例性实施例中，所述电机组件配置成在操作期间产生约100千瓦的电功率至约10兆瓦的电功率。

在某些示例性实施例中，所述电机组件配置成在操作期间向第一可旋转部件，第二可旋转部件或两者提供约130马力至约13,000马力的机械功率。

根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述第一多个涡轮转子叶片联接到所述环形齿轮，其中所述第二多个涡轮转子叶片联接到所述太阳齿轮，并且其中所述电机组件的所述转子联接到所述环形齿轮或所述太阳齿轮中的一个。

在某些示例性实施例中，所述第一多个涡轮转子叶片配置为多个低速涡轮转子叶片，其中所述第二多个涡轮转子叶片配置为多个高速涡轮转子叶片，并且其中所述多个低速涡轮转子叶片配置成在与所述多个高速涡轮转子叶片相反的圆周方向上旋转。

在本公开的另一示例性实施例中，提供了一种涡轮机。所述涡轮机包括第一可旋转部件；第二可旋转部件；固定部件；以及齿轮箱。所述齿轮箱包括环形齿轮，太阳齿轮，行星齿轮和行星齿轮架，所述行星齿轮限定局部轴线并且联接到所述行星齿轮架，其中所述第一可旋转部件，所述第二可旋转部件和所述固定部件均联接到所述环形齿轮、所述行星齿轮架或所述太阳齿轮中的一个，使得所述第一可旋转部件通过所述齿轮箱与所述第二可旋转部件一起可旋转。所述涡轮机也包括电机组件，所述电机组件包括转子和定子，所述转子联接到所述齿轮箱的所述行星齿轮，使得所述转子在所述涡轮机的操作期间围绕所述行星齿轮的局部轴线与所述行星齿轮一起可旋转。

在某些示例性实施例中，所述第一可旋转部件是第一多个涡轮转子叶片，其中所述第二可旋转部件是第二多个涡轮转子叶片，其中所述第一多个涡轮转子叶片和所述第二多个涡轮转子叶片沿着所述涡轮机的轴向方向交替地间隔。

例如，在某些示例性实施例中，所述第一多个涡轮转子叶片配置为多个低速涡轮转子叶片，其中所述第二多个涡轮转子叶片配置为多个高速涡轮转子叶片，并且其中所述多个低速涡轮转子叶片配置成在与所述多个高速涡轮转子叶片相反的圆周方向上旋转。

在某些示例性实施例中，所述定子相对于所述行星齿轮架固定。

在某些示例性实施例中，所述行星齿轮联接到沿着所述行星齿轮的局部轴线延伸的行星齿轮轴，并且其中所述电机组件的所述转子联接到所述行星齿轮轴。

例如，在某些示例性实施例中，所述行星齿轮和所述行星齿轮轴一起基本完全由轴承组件可旋转地支撑，所述轴承组件包括位于所述行星齿轮和所述转子的前方的第一轴承和位于所述行星齿轮和所述转子的后方的第二轴承。

在某些示例性实施例中，所述齿轮箱的所述行星齿轮是第一行星齿轮，其中所述齿轮箱还包括第二行星齿轮，所述第二行星齿轮联接到所述行星齿轮架并且限定局部轴线，其中所述电机组件的所述转子和所述定子配置为第一电机的一部分，其中所述电机组件还包括第二电机，所述第二电机包括第二转子和第二定子，其中所述第二转子联接到所述齿轮箱的所述第二行星齿轮，使得所述第二转子在所述涡轮机的操作期间围绕所述第二行星齿轮的局部轴线与所述第二行星齿轮一起可旋转。

例如，在某些示例性实施例中，所述电机组件包括主电线(electric line)，并且其中所述第一电机和所述第二电机与所述主电线串联电连接。

在某些示例性实施例中，所述第一可旋转部件是所述涡轮机的低压转轴，并且其中所述第二可旋转部件是所述涡轮机的风扇组件的风扇轴。

在本公开的另一实施例中，提供了一种推进系统。所述推进系统包括涡轮机，所述涡轮机包括齿轮箱和电机组件，所述齿轮箱包括环形齿轮，行星齿轮和太阳齿轮，并且所述电机组件包括转子和定子，所述电机组件的所述转子联接到所述齿轮箱的所述环形齿轮、所述行星齿轮或所述太阳齿轮中的一个，使得所述转子在操作期间相对于所述定子旋转。所述推进系统也包括电力部件，所述电机组件与所述电力部件可电连接以便在所述涡轮机的操作期间向所述电力部件提供电力或从所述电力部件接收电力。

在某些示例性实施例中，所述电力部件配置为电能存储单元，所述电能存储单元配置成在所述涡轮机的操作期间从所述涡轮机的所述电机接收电力。

在某些示例性实施例中，所述电力部件配置为电推进器，所述电推进器配置成当所述涡轮机的所述电机向所述电推进器提供电力时产生用于所述推进系统的推力。

在某些示例性实施例中，所述电机组件配置成在操作期间产生约100千瓦的电功率至约10兆瓦的电功率。

技术方案1.一种限定径向方向和轴向方向的涡轮机，所述涡轮机包括：

包括涡轮的涡轮部段，所述涡轮包括第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片，所述第一多个涡轮转子叶片和所述第二多个涡轮转子叶片沿着轴向方向交替地间隔；

包括环形齿轮，行星齿轮和太阳齿轮的齿轮箱，其中所述第一多个涡轮转子叶片和所述第二多个涡轮转子叶片均联接到所述环形齿轮、所述行星齿轮或所述太阳齿轮中的一个，使得所述第一多个涡轮转子叶片通过所述齿轮箱与所述第二多个涡轮转子叶片一起可旋转；以及

包括转子和定子的电机组件，所述转子联接到所述齿轮箱的所述环形齿轮、所述行星齿轮或所述太阳齿轮中的一个，使得所述转子在所述涡轮机的操作期间相对于所述定子旋转。

技术方案2.根据技术方案1所述的涡轮机，其中所述齿轮箱还包括行星齿轮架，其中所述行星齿轮限定局部轴线并且可旋转地联接到所述行星齿轮架，使得其围绕其局部轴线可旋转，其中所述电机组件的所述转子联接到所述行星齿轮，使得所述转子围绕所述行星齿轮的局部轴线与所述行星齿轮一起可旋转。

技术方案3.根据技术方案1所述的涡轮机，其中所述齿轮箱的所述行星齿轮包括多个行星齿轮，其中所述齿轮箱还包括行星齿轮架，其中所述多个行星齿轮中的每个行星齿轮限定局部轴线并且可旋转地联接到所述行星齿轮架，使得其围绕其相应的局部轴线可旋转，其中所述电机组件还包括多个转子，其中所述多个转子的每一个联接到所述多个行星齿轮的行星齿轮中的一个，使得其围绕相应的行星齿轮的局部轴线与相应的行星齿轮一起可旋转。

技术方案4.根据技术方案1所述的涡轮机，其中所述电机组件配置成在操作期间产生约100千瓦的电功率至约10兆瓦的电功率。

技术方案5.根据技术方案1所述的涡轮机，其中所述电机组件配置成在操作期间向第一可旋转部件、第二可旋转部件或两者提供约130马力至约13,000马力的机械功率。

技术方案6.根据技术方案1所述的涡轮机，其中所述第一多个涡轮转子叶片联接到所述环形齿轮，其中所述第二多个涡轮转子叶片联接到所述太阳齿轮，并且其中所述电机组件的所述转子联接到所述环形齿轮或所述太阳齿轮中的一个。

技术方案7.根据技术方案1所述的涡轮机，其中所述第一多个涡轮转子叶片配置为多个低速涡轮转子叶片，其中所述第二多个涡轮转子叶片配置为多个高速涡轮转子叶片，并且其中所述多个低速涡轮转子叶片配置成在与所述多个高速涡轮转子叶片相反的圆周方向上旋转。

技术方案8.一种涡轮机，其包括：

第一可旋转部件；

第二可旋转部件；

固定部件；

齿轮箱，所述齿轮箱包括环形齿轮、太阳齿轮、行星齿轮和行星齿轮架，所述行星齿轮限定局部轴线并且联接到所述行星齿轮架，其中所述第一可旋转部件，所述第二可旋转部件和所述固定部件均联接到所述环形齿轮、所述行星齿轮架或所述太阳齿轮中的一个，使得所述第一可旋转部件通过所述齿轮箱与所述第二可旋转部件一起可旋转；以及

包括转子和定子的电机组件，所述转子联接到所述齿轮箱的所述行星齿轮，使得所述转子在所述涡轮机的操作期间围绕所述行星齿轮的局部轴线与所述行星齿轮一起可旋转。

技术方案9.根据技术方案8所述的涡轮机，其中所述第一可旋转部件是第一多个涡轮转子叶片，其中所述第二可旋转部件是第二多个涡轮转子叶片，其中所述第一多个涡轮转子叶片和所述第二多个涡轮转子叶片沿着所述涡轮机的轴向方向交替地间隔。

技术方案10.根据技术方案9所述的涡轮机，其中所述第一多个涡轮转子叶片配置为多个低速涡轮转子叶片，其中所述第二多个涡轮转子叶片配置为多个高速涡轮转子叶片，并且其中所述多个低速涡轮转子叶片配置成在与所述多个高速涡轮转子叶片相反的圆周方向上旋转。

技术方案11.根据技术方案8所述的涡轮机，其中所述定子相对于所述行星齿轮架固定。

技术方案12.根据技术方案8所述的涡轮机，其中所述行星齿轮联接到沿着所述行星齿轮的局部轴线延伸的行星齿轮轴，并且其中所述电机组件的所述转子联接到所述行星齿轮轴。

技术方案13.根据技术方案12所述的涡轮机，其中所述行星齿轮和所述行星齿轮轴一起基本完全由轴承组件可旋转地支撑，所述轴承组件包括位于所述行星齿轮和所述转子的前方的第一轴承和位于所述行星齿轮和所述转子的后方的第二轴承。

技术方案14.根据技术方案8所述的涡轮机，其中所述齿轮箱的所述行星齿轮是第一行星齿轮，其中所述齿轮箱还包括第二行星齿轮，所述第二行星齿轮联接到所述行星齿轮架并且限定局部轴线，其中所述电机组件的所述转子和所述定子配置为第一电机的一部分，其中所述电机组件还包括第二电机，所述第二电机包括第二转子和第二定子，其中所述第二转子联接到所述齿轮箱的所述第二行星齿轮，使得所述第二转子在所述涡轮机的操作期间围绕所述第二行星齿轮的局部轴线与所述第二行星齿轮一起可旋转。

技术方案15.根据技术方案14所述的涡轮机，其中所述电机组件包括主电线，并且其中所述第一电机和所述第二电机与所述主电线串联电连接。

技术方案16.根据技术方案8所述的涡轮机，其中所述第一可旋转部件是所述涡轮机的低压转轴，并且其中所述第二可旋转部件是所述涡轮机的风扇组件的风扇轴。

技术方案17.一种推进系统，其包括：

包括齿轮箱和电机组件的涡轮机，所述齿轮箱包括环形齿轮、行星齿轮和太阳齿轮，并且所述电机组件包括转子和定子，所述电机组件的所述转子联接到所述齿轮箱的所述环形齿轮、所述行星齿轮或所述太阳齿轮中的一个，使得所述转子在操作期间相对于所述定子旋转；以及

电力部件，所述电机组件与所述电力部件可电连接以便在所述涡轮机的操作期间向所述电力部件提供电力或从所述电力部件接收电力。

技术方案18.根据技术方案17所述的推进系统，其中所述电力部件配置为电能存储单元，所述电能存储单元配置成在所述涡轮机的操作期间从所述涡轮机的所述电机接收电力。

技术方案19.根据技术方案17所述的推进系统，其中所述电力部件配置为电推进器，所述电推进器配置成当所述涡轮机的所述电机向所述电推进器提供电力时产生用于所述推进系统的推力。

技术方案20.根据技术方案17所述的推进系统，其中所述电机组件配置成在操作期间产生约100千瓦的电功率至约10兆瓦的电功率。

参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本发明的完整和启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，在附图中：

图1是根据本公开的方面的包含涡轮部段的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性截面图；

图2是根据本公开的示例性方面的涡轮部段的特写示意性横截面图；

图3是描绘根据本公开的示例性实施例的涡轮部段的涡轮的示例性叶片桨距角的横截面图；

图4是包含在图2的涡轮部段中的根据本公开的示例性实施例的齿轮箱和电机组件的特写示意图；

图5是图4的齿轮箱和电机组件的示意性轴向视图；

图6是根据本公开的示例性实施例的图4的电机组件内的各种部件的电连接的示意图；

图7是根据本公开的另一示例性实施例的电机组件内的各种部件的电连接的示意图；

图8是根据本公开的另一示例性实施例的齿轮箱和电机组件的特写示意图；以及

图9是根据本公开的示例性实施例的包括推进系统的飞行器的俯视示意图。

在本说明书和图中参考标号的重复使用意图表示本发明的相同或相似特征或元件。

具体实施方式

现将详细参考本发明的当前实施例，其中的一个或多个实例示于附图中。详细描述中使用数字和字母标号来指代图中的特征。图中和描述中使用相同或类似的标示来指代本发明的相同或类似部分。

如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，而并非意欲表示个别部件的位置或重要性。

术语“前”和“后”指代燃气涡轮发动机或运载工具内的相对位置，且指代所述燃气涡轮发动机或运载工具的正常操作姿态。例如，相对于燃气涡轮发动机，前是指更接近发动机入口的位置，而后是指更接近发动机喷嘴或排气口的位置。

术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流的相对方向。举例来说，“上游”是指流体从其流出的方向，而“下游”是指流体流到的方向。

术语“联接”，“固定”，“附接到”等是指直接联接，固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征间接联接，固定或附接，除非在本文中另有说明。

除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一”以及“所述”包括复数参考物。

术语“低速”和“高速”是指在涡轮机的操作期间两个部件的相对速度，例如相对转速，并且不暗示或要求任何最小或最大绝对速度。

如在整个说明书和权利要求书中所用的近似语言用于修饰任何定量表示，这些定量表示可容许变化而不会导致其相关的基本功能变化。因此，由例如“约”、“大约”和“大体上”等词语修饰的值并不限于所指定的确切值。在至少一些情况下，估计性措辞可对应于用于测量值的仪器的精确度，或对应于用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精确度。例如，近似语言可指处于10％的裕度内。

此处以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制会进行组合和/或互换，除非上下文或措辞另外指示，否则认定此类范围包括其中含有的所有子范围。举例来说，本文公开的所有范围包括端点，且所述端点可独立地彼此组合。

本公开总体上涉及一种涡轮机，其包括第一可旋转部件，第二可旋转部件，固定部件和齿轮箱。齿轮箱包括环形齿轮，行星齿轮和太阳齿轮，第一可旋转部件，第二可旋转部件和固定部件的每一个联接到环形齿轮、行星齿轮或太阳齿轮中的一个，使得第一可旋转部件通过齿轮箱与第二可旋转部件一起可旋转。在某些实施例中，第一可旋转部件可以是涡轮机的第一多个涡轮转子叶片，并且第二可旋转部件可以是涡轮机的第二多个涡轮转子叶片。

涡轮机也包括至少部分地集成到齿轮箱中的电机组件。例如，在至少某些实施例中，电机组件可以包括电机，所述电机具有联接到齿轮箱的行星齿轮的转子和联接到例如齿轮箱的行星齿轮架的定子。此外，在这些示例性实施例中的某些中，电机组件还可以包括以与齿轮箱的相应多个行星齿轮类似的方式联接的多个电机。然而，在其它实施例中，电机组件的电机可以替代地包括联接到环形齿轮、太阳齿轮或行星齿轮架的转子(例如，在环形齿轮或太阳齿轮保持固定的情况下)。

根据一个或多个这些示例性实施例包括集成到齿轮箱中的电机组件可以导致总体更高效的燃气涡轮发动机，原因是可以减小齿轮箱和电机的总重量。此外，根据一个或多个这些示例性实施例包括集成到齿轮箱中的电机组件可以导致更紧凑的电机组件，假设齿轮箱内的某些部件可以起到双重功能。

现参考附图，其中相同的标记贯穿各图指示相同的元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。更确切地说，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为高旁通涡扇喷气发动机10，其在本文中被称为“涡扇发动机10”。如图1所示，涡扇发动机10界定轴向方向A(平行于用于参考而提供的纵向中心线12延伸)、径向方向R和圆周方向(即，围绕轴向方向A延伸的方向；未示出)。通常，涡扇10包括风扇部段14和设置在风扇部段14下游的核心涡轮发动机16。

所描绘的示例性核心涡轮发动机16通常包括限定环形入口20的大体上管状外壳体18。外壳体18以串联流关系包覆：压缩机部段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧部段26；涡轮部段，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴部段32。压缩机部段、燃烧部段26和涡轮部段一起界定核心空气流动路径37，所述核心空气流动路径从环形入口20延伸经过LP压缩机22、HP压缩机24、燃烧部段26、HP涡轮部段28、LP涡轮部段30和喷气喷嘴排气部段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22。

对于所描绘的实施例，风扇部段14包括风扇38，所述风扇具有以间隔开的方式连接到盘42的多个风扇叶片40。如图所示，风扇叶片40从盘42大体沿着径向方向R朝外延伸。风扇叶片40和盘42可通过跨越动力齿轮箱46的LP轴36围绕纵向轴线12一起旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，以用于将LP轴36的旋转速度逐步降低到更高效的旋转风扇速度。

仍参考图1的示范性实施例，盘42由可旋转的前部机舱48覆盖，前部机舱48具有空气动力学轮廓以促使空气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇部段14包括环形风扇壳体或外部机舱50，其沿圆周包围风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当领会对于所示的实施例，机舱50相对于核心涡轮发动机16由多个周向间隔的出口引导轮叶52支撑。此外，机舱50的下游段54在核心涡轮发动机16的外部部分上方延伸，以便在其间限定旁通气流通道56。

在涡扇发动机10的操作期间，一定体积的空气58通过机舱50的相关联入口60和/或风扇部段14进入涡扇10。当所述体积的空气58横穿风扇叶片40时，如由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或传送到旁通气流通道56中，且如由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或传送到LP压缩机22中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常称为旁通比。在空气的第二部分64被导引通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧部段26时，空气的第二部分64的压力接着增加，在燃烧部段26处，空气与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。

燃烧气体66被导引通过HP涡轮28，在HP涡轮28处经由连接到外壳体18的HP涡轮定子轮叶68和连接到HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的顺序级提取来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分，因此使HP轴或转轴34旋转，进而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66接着被导引通过LP涡轮30，在LP涡轮30处，经由联接到外鼓73的第一多个LP涡轮转子叶片72和联接到内鼓75的第二多个LP涡轮转子叶片74的有序级从燃烧气体66提取热能和动能的第二部分。第一多个LP涡轮转子叶片72和第二多个LP涡轮转子叶片74通过齿轮箱80交替地间隔并彼此可旋转以一起驱动LP轴或转轴36，因此导致LP轴或转轴36旋转。这由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。

而且，尽管未描绘，但涡轮机还可以包括电机组件，所述电机组件与可旋转地连接LP轴36与风扇38的动力齿轮箱46集成，或与可旋转地连接第一多个LP涡轮转子叶片72和第二多个LP涡轮转子叶片74的齿轮箱80集成，或与两者集成。如下面将更详细讨论，在某些示例性实施例中，涡扇发动机10可以包括集成到这些齿轮箱中的一个或两者中的电机组件，例如，从而在涡扇发动机10的操作期间产生电力，或者替代地，将机械功率添加到涡扇发动机10(例如，在紧急操作或高功率需求操作期间)。

燃烧气体66随后被导引通过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴部段32以提供推进力。同时，当空气的第一部分62在从涡扇10的风扇喷嘴排气部段76排出之前被导引通过旁通气流通道56时，空气的第一部分62的压力显著增大，从而也提供推进力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴部段32至少部分地限定热气体路径78，以用于将燃烧气体66导引通过核心涡轮发动机16。

然而，应了解，图1中仅以举例方式描绘了示范性涡扇发动机10，并且在其它示范性实施例中，涡扇发动机10可以具有任何其它合适的配置。例如，在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可以替代地配置为任何其它合适的涡轮机，包括例如任何其它合适数量的轴或转轴，并且不包括例如动力齿轮箱46和/或风扇38等。因此，应当领会在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可以替代地配置为例如涡轮喷气发动机，涡轮轴发动机，涡轮螺旋桨发动机等，并且还可以配置为航改式燃气涡轮发动机或工业燃气涡轮发动机。

现在参考图2，提供了根据本公开的示例性实施例的涡轮机的涡轮部段100的示意性侧视横截面图。图2中描绘的示例性涡轮部段100可以包含到例如上面参考图1描述的示例性涡扇发动机10中。然而，在其它示例性实施例中，涡轮部段100可以集成到利用涡轮的任何其它合适的机器中。

因此，应当领会涡轮机通常限定径向方向R，轴向方向A和纵向中心线102。此外，涡轮部段100包括涡轮104，涡轮机部段100的涡轮104可围绕轴向方向A可旋转(即，包括围绕轴向方向A可旋转的一个或多个部件)。例如，在某些实施例中，涡轮104可以是低压涡轮(例如图1的示例性低压涡轮30)，或者替代地可以是任何其它涡轮(例如，高压涡轮，中间涡轮，用作高压涡轮和/或低压涡轮的一部分的两用涡轮等)。

而且，对于所示的示例性实施例，涡轮104包括沿着轴向方向A间隔的多个涡轮转子叶片。更具体地，对于所示的示例性实施例，涡轮104包括第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108。如下面将更详细讨论，第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108沿着轴向方向A交替地间隔。

首先参考第一多个涡轮转子叶片106，第一多个涡轮转子叶片106中的每一个大致沿着径向方向R在径向内端110和径向外端112之间延伸。另外，第一多个涡轮转子叶片106包括第一涡轮转子叶片106A，第二涡轮转子叶片106B和第三涡轮转子叶片106C，每个大致沿着轴向方向A彼此间隔。第一多个涡轮转子叶片106中的至少两个沿着轴向方向A彼此间隔并且在相应的径向外端112处彼此联接。更具体地，对于所示的实施例，第一涡轮转子叶片106A，第二涡轮转子叶片106B和第三涡轮转子叶片106C的每一个通过它们相应的径向外端112彼此联接。更具体地，仍然是第一多个涡轮转子叶片106的第一涡轮转子叶片106A，第二涡轮转子叶片106B和第三涡轮转子叶片106C的每一个在它们相应的径向外端112处通过外鼓114联接。

此外，第二多个涡轮转子叶片108也均大致沿着径向方向R在径向内端118和径向外端120之间延伸。另外，对于所示的实施例，第二多个涡轮转子叶片108包括第一涡轮转子叶片108A，第二涡轮转子叶片108B和第三涡轮转子叶片108C，每个大致沿着轴向方向A彼此间隔。对于所示的实施例，第二多个涡轮转子叶片108中的至少两个沿着轴向方向A彼此间隔，并且在相应的径向内端118处通过内鼓116彼此联接。

应当领会，第一多个涡轮转子叶片106和/或第二多个涡轮转子叶片108可以以任何合适的方式联接在一起，并且如本文所使用的，“在径向内端处联接”和“在径向外端处联接”通常是指用于连接相应部件的任何直接或间接连接装置或机构。例如，在某些示例性实施例中，第二多个涡轮转子叶片108可以包括沿着轴向方向A间隔的转子(未示出)的多个级，第一涡轮转子叶片108A，第二涡轮转子叶片108B和第三涡轮转子叶片108C在相应的径向内端118处通过例如燕尾基部联接到相应的转子级。相应的转子级又可以联接在一起，从而“将第二多个涡轮转子叶片108在它们相应的径向内端118处联接”。

仍然参考图2中所示的实施例，如上所述，第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108沿着轴向方向A交替地间隔。如本文所使用的，术语“沿着轴向方向A交替地间隔”是指第二多个涡轮转子叶片108包括沿着轴向方向A定位在第一多个涡轮转子叶片106的两个轴向间隔的涡轮转子叶片之间的至少一个涡轮转子叶片。例如，对于所示的实施例，沿着轴向方向A交替地间隔是指第二多个涡轮转子叶片108包括沿着轴向方向A定位在第一多个涡轮转子叶片106的第一和第二涡轮转子叶片106A、106B之间、或沿着轴向方向A定位在第一多个涡轮转子叶片106的第二和第三涡轮转子叶片106B、106C之间的至少一个涡轮转子叶片。更具体地，对于所示的实施例，第一多个涡轮转子叶片106的第一涡轮转子叶片106A定位在第二多个涡轮转子叶片108的第一涡轮转子叶片108A的后方；第一多个涡轮转子叶片106的第二涡轮转子叶片106B定位在第二多个涡轮转子叶片108的第一和第二涡轮转子叶片108A、108B之间；第一多个涡轮转子叶片106的第三涡轮转子叶片106C定位在第二多个涡轮转子叶片108的第二和第三涡轮转子叶片108B、108C之间。

然而，值得注意的是，在其它示例性实施例中，第一多个涡轮转子叶片106可以具有任何其它合适的配置和/或第二多个涡轮转子叶片108可以具有任何其它合适的配置。例如，在其它示例性实施例中，第一和/或第二多个涡轮转子叶片106、108可以以分离鼓配置(splitdrum configuration)进行配置。更具体地，在某些替代的示例性实施例中，第一涡轮转子叶片106A的径向外端112可以联接到第二涡轮转子叶片106B的径向外端112，并且第二涡轮转子叶片106B的径向内端110可以联接到第三涡轮转子叶片106C的径向内端110。利用这样的示例性实施例，第一多个涡轮转子叶片106的第一涡轮转子叶片106A和第二涡轮转子叶片106B可以通过第一外鼓联接，并且第一多个涡轮转子叶片106的第二涡轮转子叶片106B和第三涡轮转子叶片106C进一步可以通过第一内鼓联接。此外，在这些替代的示例性实施例中的某些中，关于第二多个涡轮转子叶片108，第一涡轮转子叶片108A的径向内端118可以联接到第三涡轮转子叶片108C的径向内端118，并且第三涡轮转子叶片108C的径向外端120进一步可以联接到第二涡轮转子叶片108B的径向外端120。利用这样的示例性实施例，第一涡轮转子叶片108A和第三涡轮转子叶片108C可以通过第二内鼓联接，并且第三涡轮转子叶片108C和第二涡轮转子叶片108B可以通过第二外鼓联接。

在另外的其它示例性实施例中，第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108可以具有任何其它合适的配置。

还将领会，对于本文所述的实施例，第一多个涡轮转子叶片106的第一涡轮转子叶片106A，第二涡轮转子叶片106B和第三涡轮转子叶片106C通常相应地表示涡轮转子叶片的第一级，涡轮转子叶片的第二级和涡轮转子叶片的第三级。类似地将领会，第二多个涡轮转子叶片108的第一涡轮转子叶片106A，第二涡轮转子叶片106B和第三涡轮转子叶片108C也均通常相应地表示涡轮转子叶片的第一级，涡轮转子叶片的第二级和涡轮转子叶片的第三级。然而，在其它示例性实施例中，第一多个涡轮转子叶片106和/或第二多个涡轮转子叶片108可以包括任何其它合适数量的涡轮转子叶片级，例如两级，四级等，并且进一步在某些示例性实施例中，涡轮104可以另外包括定子轮叶的一个或多个级。

现在简要参考图3，大体上提供第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108的示例性取向。更具体地，图3描绘了第一多个涡轮转子叶片106的涡轮转子叶片106A的第一级和第二多个涡轮转子叶片108的涡轮转子叶片108A的第一级。在至少某些示例性实施例中，第一多个涡轮转子叶片可以配置成在第一圆周方向C1上旋转，而第二多个涡轮转子叶片可以配置成在第二圆周方向C2上旋转。

应当领会，对于图3中描绘的实施例，第一多个涡轮转子叶片106的每个涡轮转子叶片106A包括翼型180，并且类似地，第二多个涡轮转子叶片108的每个涡轮转子叶片108A包括翼型182。翼型180均限定出口角184，并且类似地，翼型182均限定出口角186。出口角184、186均表示纵向中心线102(即，它们安装在其中的涡轮机的)与从相应翼型180、182的上游端188朝向下游端190流动的气体的出口方向的角关系。对于所示的实施例，出口角184可以是负角，例如负锐角，而出射角186可以是正角度，例如正锐角(“正”和“负”在本文中用于表示从相同的视角观察的相应出口角184、186的相对值)。值得注意的是，翼型180、182的出口角184、186相应地使第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108相应地在第一和第二圆周方向C1、C2上旋转。

仍然参考图3，翼型180、182均可以还包括吸力侧192和压力侧194。翼型180的吸力侧192配置成朝向第一圆周方向C1凸出，并且翼型180的压力侧194配置成朝向第一圆周方向C1凹入。翼型182的吸入侧192配置成朝向第二圆周方向C2凸出，并且翼型180的压力侧194配置成朝向第二圆周方向C2凹入。这样的配置可以进一步使第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108相应地在第一和第二圆周方向C1、C2上旋转。

现在返回参考图2中所示的示例性涡轮部段100，涡轮机还包括齿轮箱122，转轴124(在至少某些示例性实施例中，其可以配置为上面参考图1描述的示例性低压转轴36)，和轴承组件162。此外，涡轮部段100另外包括涡轮中心框架150，涡轮后框架152和各种支撑组件，以连接和支撑涡轮部段100内的各种可旋转部件和固定部件。具体地，对于图2的实施例，涡轮部段100另外包括具有第一支撑构件128的第一支撑构件组件126，具有第二支撑构件134的第二支撑构件组件132，具有径向内部中心框架支撑构件158和径向外部中心框架支撑构件160的中心框架支撑件组件154，以及后框架支撑组件156。

第一支撑构件组件126的第一支撑构件128大致在第一多个涡轮转子叶片106和转轴124之间延伸，并且更特别地，将第一多个涡轮转子叶片106的第一涡轮转子叶片106A的径向内端110联接到转轴124。以这样的方式，应当领会对于所示的实施例，第一多个涡轮转子叶片106配置为多个低速涡轮转子叶片，而第二多个涡轮转子叶片108配置为多个高速涡轮转子叶片。这可能是由于齿轮箱122的齿轮传动以及第一多个涡轮转子叶片106与转轴124一起直接可旋转的事实(其可能限制第一多个涡轮转子叶片106的转速)。另外，第二支撑构件组件132的第二支撑构件134联接到第二多个涡轮转子叶片108，或更特别地，对于所示的实施例，联接到第二多个涡轮转子叶片108的第一涡轮转子叶片108A的径向内端118。

然而，值得注意的是，在其它示例性实施例中，第一支撑构件128可以在径向内端110处(直接地或通过例如未示出的转子)联接到第一多个涡轮转子叶片106内的任何其它涡轮转子叶片，并且类似地，第二支撑构件134可以在径向内端118处(直接地或通过例如未示出的转子)联接到第二多个涡轮转子叶片108的任何其它涡轮转子叶片。

而且，提供轴承组件162以允许各种支撑组件可旋转地彼此支撑。具体地，对于所示的实施例，轴承组件162包括第一轴承164，第二轴承166，第三轴承168和第四轴承170。第一轴承164和第二轴承166均通过第二支撑构件134可旋转地支撑第二多个涡轮转子叶片108，并且均由中心框架支撑组件154的径向外部中心框架支撑构件160支撑。另外，轴承组件162的第三轴承168和第四轴承170均可旋转地支撑转轴124，并且相应地由涡轮中心框架150和涡轮后框架152支撑。如示意性所示，对于所示的实施例，第一轴承164配置为滚珠轴承，第二轴承166，第三轴承168和第四轴承170均配置为滚柱轴承。然而，在其它示例性实施例中，第一轴承164，第二轴承166，第三轴承168和第四轴承170可以替代地以任何其它合适的方式配置，例如滚柱轴承或滚珠轴承中的另一个，或者替代地，锥形滚柱轴承，空气轴承等。此外，在其它示例性实施例中，轴承组件162可以具有任何其它合适的配置，包括轴承的任何其它合适的放置和轴承的数量。

如将进一步领会，对于图2中所示的示例性涡轮部段100，第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108通过齿轮箱122彼此一起可旋转。对于所示的实施例，齿轮箱122与涡轮104的中点176对准或定位在其后方。值得注意的是，如本文所使用的，参考轴向方向A，术语“与...对准”是指具有相同轴向位置的至少一部分的两个部件和/或位置。另外，术语“中点”通常是指涡轮104的最前涡轮转子叶片的最前前缘和涡轮104的最后涡轮转子叶片的最后后缘之间的中途的轴向位置。因此，对于所示的实施例，涡轮104的中点176是第二多个涡轮转子叶片108的第三涡轮转子叶片108C的最前前缘172和第一多个涡轮转子叶片106的第一涡轮转子叶片106A的最后后缘174之间的中途的轴向位置。

然而，应当领会，在其它示例性实施例中，齿轮箱122可以定位在任何其它合适的位置。例如，在其它示例性实施例中，齿轮箱122可以替代地定位在涡轮104的中点176的前方。

仍然参考图2，示出的示例性齿轮箱122大体上包括环形齿轮144，太阳齿轮148，行星齿轮146(或者更确切地说是多个行星齿轮146)和行星齿轮架。多个行星齿轮146的每一个可旋转地联接到行星齿轮架147，如下面将更详细描述。涡轮机的第一可旋转部件，涡轮机的第二可旋转部件和涡轮机的固定部件均联接到环形齿轮144，太阳齿轮148或行星齿轮146中的一个，使得第一可旋转部件通过齿轮箱122与第二可旋转部件一起可旋转。更特别地，对于所示的实施例，第一可旋转部件是第一多个涡轮转子叶片106，第二可旋转部件是第二多个涡轮转子叶片108，并且固定部件是前涡轮框架150或后涡轮框架152中的一个。因此，对于所示的实施例，第一多个涡轮转子叶片106，第二多个涡轮转子叶片108以及涡轮中心框架150或涡轮后框架152中的一个均联接到环形齿轮144，太阳齿轮148和行星齿轮146中的一个(例如，通过行星齿轮架147)，使得第一多个涡轮转子叶片106通过齿轮箱122与第二多个涡轮转子叶片108一起可旋转。更具体地，仍然对于所示的实施例，环形齿轮144联接到第一多个涡轮转子叶片106，太阳齿轮148联接到第二多个涡轮转子叶片108，并且行星齿轮146联接到涡轮中心框架150(通过行星齿轮架147)。

此外，对于所示的实施例，第一支撑构件128将第一多个涡轮转子叶片106联接到齿轮箱122的环形齿轮144。另外，第二支撑构件134类似地将第二多个涡轮转子叶片108，或者更确切地说，第二多个涡轮转子叶片108的第一涡轮转子叶片108A的径向内端118，联接到齿轮箱122的太阳齿轮148。多个行星齿轮146和行星齿轮架147联接到中心框架支撑组件154，更特别地，联接到中心框架支撑组件154的径向外部中心框架支撑构件160。

以这样的方式，应当领会，对于所示的实施例，第一多个涡轮转子叶片106配置成在与第二多个涡轮转子叶片108相反的方向上旋转。例如，第一多个涡轮转子叶片106可以配置成在第一圆周方向C1(参见图3)上旋转，而第二多个涡轮转子叶片108可以配置成在与第一圆周方向C1相反的第二圆周方向C2(参见图3)上旋转。然而，应当理解，尽管本文提供的结构因此使涡轮104能够“反向旋转”，但是在其它实施例中，涡轮104可以替代地配置为“共同旋转”，其中第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108均在相同的圆周方向上旋转。

进一步应当理解，如本文使用和描述的第一圆周方向C1和第二圆周方向C2旨在表示相对于彼此的方向。因此，第一圆周方向C1可以指顺时针旋转(从下游朝上游观察)，并且第二圆周方向C2可以指逆时针旋转(从下游朝上游观察)。替代地，第一圆周方向C1可以指逆时针旋转(从下游朝上游观察)，并且第二圆周方向C2可以指顺时针旋转(从下游朝上游观察)。

而且，仍参考图2，并且现在也参考图4，应当领会，涡轮机还包括与齿轮箱122集成的电机组件220。值得注意的是，图4提供了图2的示例性齿轮箱122和电机组件220的一部分的特写横截面示意图。

如图所示，电机组件220大体上包括第一电机222，第一电机222包括第一转子224和第一定子225。第一转子224联接到齿轮箱122的环形齿轮144，行星齿轮146或太阳齿轮148中的一个，使得第一转子224在涡轮机的操作期间相对于第一定子225旋转。

更具体地，特别参考图4，应当领会，可以是第一行星齿轮146A的所示的行星齿轮146限定局部轴线226A并且可旋转地联接到行星齿轮架147，使得其围绕其局部轴线226A可旋转。此外，第一电机222的第一转子224联接到第一行星齿轮146A，使得第一转子224围绕第一行星齿轮146A的局部轴线226A与第一行星齿轮146A一起可旋转。更特别地，仍然对于所示的实施例，第一行星齿轮146A联接到第一行星齿轮轴228A，第一行星齿轮轴228A沿着第一行星齿轮146A的局部轴线226A延伸。第一电机222的第一转子224联接到第一行星齿轮轴228A，使得第一行星齿轮146A的旋转相应地使第一转子224旋转。

相比之下，第一电机222的第一定子225相对于行星齿轮架147固定。具体地，对于所示的实施例，第一电机222包括从行星齿轮架147延伸到第一定子225以将第一定子225固定就位的安装件230。以这样的方式，第一电机222的第一转子224配置成在涡轮机的操作期间相对于第一电机222的第一定子225旋转。

如上所述，对于所示的实施例，包括第一电机222的电机组件220集成到齿轮箱122中。例如，对于所示的实施例，齿轮箱122包括第一行星齿轮轴承组件232。第一行星齿轮146A和第一行星齿轮轴228A一起基本完全由第一行星齿轮轴承组件232可旋转地支撑。第一行星齿轮轴承组件232大体上包括位于第一行星齿轮146A和第一电机222的第一转子224的前方的第一轴承234，以及位于第一行星齿轮146A和第一电机222的第一转子224的后方的第二轴承236。对于所示的实施例，第一轴承234和第二轴承236是第一行星齿轮轴承组件232的唯一轴承。

应当领会，将电机组件220集成到齿轮箱122中可以允许两个部件的尺寸和重量的总体减小，原因是两个部件共享某些部件的使用。另外，将第一电机222的第一转子224联接到第一行星齿轮146A可以导致更高效的电机222，原因是第一行星齿轮146A的相对高的转速可以为第一电机222提供期望的转子尖端速度以实现高效操作。

现在也参考图5，提供了上面参考图4描述的齿轮箱122和电机组件220的轴向视图。如图所示，齿轮箱122包括多个行星齿轮146，并且电机组件220还包括多个转子和多个定子。多个转子的每一个联接到多个行星齿轮146的行星齿轮146中的一个，使得每个转子围绕相应行星齿轮146的局部轴线226与相应行星齿轮146一起可旋转。

更具体地，对于图5的实施例，齿轮箱122包括四个行星齿轮146，并且电机组件220包括四个电机。具体地，多个行星齿轮146包括第一行星齿轮146A，第二行星齿轮146B，第三行星齿轮146C和第四行星齿轮146D，并且类似地，电机组件220包括第一电机222，第二电机238，第三电机240和第四电机242。行星齿轮146A、146B、146C、146D的每一个限定相应的局部轴线226A、226B、226C、226D并且可旋转地联接到行星齿轮架147(为了清楚起见在图5中以虚线示出)，使得其可以相对于行星齿轮架147围绕其相应的局部轴线226A、226B、226C、226D旋转。

此外，电机组件220的电机238、240、242的每一个可以以与上面参考图4描述的第一电机222类似的方式配置。例如，如上所述，第一电机222包括联接到第一行星齿轮146A的第一转子224和固定到行星齿轮架147的第一定子225。类似地，第二电机238包括联接到第二行星齿轮146B的第二转子244和联接到行星齿轮架147的第二定子246；第三电机240包括联接到第三行星齿轮146C的第三转子248和联接到行星齿轮架147的第三定子250；第四电机242包括联接到第四行星齿轮146的第四转子252和联接到行星齿轮架147的第四定子254。更具体地，对于所示的实施例，每个行星齿轮146A、146B、146C、146D包括沿着相应行星齿轮146A、146B、146C、146D的相应局部轴线226A、226B、226C、226D延伸的相应行星齿轮轴228A、228B、228C、228D，并且相应电机222、238、240、242的转子224、244、248、252联接到相应的行星齿轮轴228A、228B、228C、228D。

现在参考图6，提供了上面参考例如图5描述的示例性电机组件220的示意图。如图所示，电机组件220还包括主电线255，并且图6示意性地示出了上述示例性电机组件220的多个电机中的每一个(即，第一电机222，第二电机238，第三电机240和第四电机242)和主电线255之间的电连接。对于所示的实施例，多个电机222、238、240、242的每一个大体上包括正端子256和负端子258。此外，多个电机222、238、240、242的每一个彼此并且与主电线255串联电连接。具体地，对于所示的实施例，第一电机222的负端子258电连接到第二电机238的正端子256，第二电机238的负端子258电连接到第三电机240的正端子256，并且第三电机240的负端子258电连接到第四电机242的正端子256。此外，对于所示的实施例，主电线255包括正电线260和负电线262。第四电机242的负端子258电连接到主电线255的负电线262，并且第一电机222的正端子256电连接到主电线255的正电线260。

应当领会，包括在这样的示例性实施例中配置的多个电机222、238、240、242可以允许电机组件220通过主电线255例如以较高的电压提供电力。例如，对于所示的实施例，将电机222、238、240、242串联连接可以允许电机组件220以电机中的单独一个的电压的大约四倍的电压提供电力。应当领会，当例如所产生的电力被提供给飞行器上的电力吸收器时，这可能是有益的。更具体地，在较高电压下传输电力可以允许使用更小和更轻的电线(与配置成以更高电流传输相同瓦数的电线相比)，这可以导致用于飞行器的整体更轻的推进系统。

然而，应当领会，在其它示例性实施例中，多个电机222、238、240、242可以替代地以任何其它合适的方式电联接在一起并且与主电线255电联接。例如，现在简要参考图7，示出了上面参考例如图4和5描述的示例性电机组件220的替代示例性实施例。图7的示例性电机组件220可以以与上面参考图6描述的示例性电机组件220基本相同的方式配置。例如，图7的示例性电机组件220大体上包括多个电机(即，第一电机222，第二电机238，第三电机240和第四电机242)，每个电机包括正端子256和负端子258。另外，图7的示例性电机组件220包括具有正电线260和负电线262的主电线255。然而，对于所示的实施例，多个电机222、238、240、242替代地彼此并且与主电线255并联连接。更具体地，多个电机222、238、240、242的每一个的正端子256连接在一起并连接到主电线255的正电线260。此外，多个电机222、238、240、242的每一个的负端子258连接在一起并连接到主电线255的负电线262。

应当领会，包括根据这样的示例性实施例配置的多个电机222、238、240、242可以导致具有增加的冗余度的更鲁棒的电机组件220。此外，这样的配置可以允许电机组件220以比其它可能情形更高的电流提供电力。例如，对于所示的实施例，并联连接电机222、238、240、242可以允许电机组件220以电机中的单独一个所产生的电流电力大约四倍的电流提供电力。

然而，值得注意的是，在其它示例性实施例中，多个电机222、238、240、242可以以任何其它合适的方式连接在一起并连接到主电线260。例如，在其它示例性实施例中，电机组件220的多个电机222、238、240、242可以使用并联和串联连接的组合连接在一起。

还应当领会，上述实际示例性电机组件220仅作为示例提供。例如，在其它示例性实施例中，电机组件220可以不包括多个电机222、238、240、242的每一个，而是可以仅包括具有联接到例如第一行星齿轮146A的第一转子224的第一电机222。因此，使用术语“第一”电机并不意味着在电机组件220内必然存在多个电机。然而，附加地或替代地，在另外的其它示例性实施例中，齿轮箱122可以包括任何其它合适数量的行星齿轮146，并且此外，电机组件220可以包括任何其它合适数量的电机(例如，两个，三个等)。

而且，尽管对于上面参考例如图4描述的实施例，示例性电机组件220包括具有联接到第一行星齿轮146A的第一转子224的第一电机222，但在其它示例性实施例中，电机组件220可以附加地或替代地包括一个或多个电机，其中转子联接到例如太阳齿轮148，环形齿轮144或行星齿轮架147(例如，当太阳齿轮148或环形齿轮144中的一个连接到固定构件时)。例如，简要参考图8，描绘了本公开的替代示例性实施例。具体地，图8描绘了根据本公开的另一示例实施例的齿轮箱122和集成电机组件220的特写示意性横截面图。图8的示例性齿轮箱122和电机组件220可以以与上面参考图4描述的示例性齿轮箱122和电机组件220基本相同的方式配置。

例如，齿轮箱122大体上包括环形齿轮144，联接到行星齿轮架147的多个行星齿轮146，以及太阳齿轮148。环形齿轮144联接到第一可旋转部件(其可以是第一多个涡轮转子叶片106)，太阳齿轮148联接到第二可旋转部件(其可以是第二多个涡轮转子叶片108)，并且多个行星齿轮146和行星齿轮架147联接固定部件(其可以是涡轮中心框架150)。另外，电机组件220包括与齿轮箱122集成的第一电机222。

然而，对于图8的实施例，第一电机222的第一转子224不能与第一行星齿轮146A一起旋转，而是第一电机222的第一转子224联接到环形齿轮144或太阳齿轮148中的一个并且与其一起可旋转。更具体地，对于图8的实施例，第一电机222的第一转子224联接到环形齿轮144并且与其一起可旋转。类似于上述实施例，第一电机222的第一定子225固定到行星齿轮架147，使得第一电机222的第一转子224在涡轮机的操作期间相对于第一定子225旋转。因此，应当领会，利用这样的示例性实施例，第一电机222可以配置为“外部”电机(与上面参考例如图4描述的电机组件220的电机222、238、240、242的“内部”配置相比)。

还应当领会，在本公开的至少某些示例性实施例中，可以提供集成到具有第一可旋转部件、第二可旋转部件和固定部件的涡轮机的任何其它合适的齿轮箱122中的电机组件220，其中第一可旋转部件，第二可旋转部件和固定部件均联接到齿轮箱的环形齿轮、行星齿轮(通过行星齿轮架)或太阳齿轮中的一个，使得第一可旋转部件通过齿轮箱与第二可旋转部件一起可旋转。例如，在其它示例性实施例中，涡轮机可以包括集成到例如动力齿轮箱中的电机组件220，所述动力齿轮箱将涡轮机的低压转轴可旋转地联接到涡轮机的风扇组件的风扇轴。例如，在某些示例性实施例中，电机组件220可以集成到上面参考图1描述的示例性涡轮机10的动力齿轮箱46中，使得第一可旋转部件是低压转轴36，并且第二可旋转部件是上面参考图1描述的示例性涡扇发动机10的风扇组件38的风扇轴。

应当领会，在至少某些示例性实施例中，电机组件220可以是相对强大的电机组件220，其能够产生相对大量的电功率和/或提供相对大量的机械功率。例如，在某些示例性实施例中，其中电机组件220配置为发电机组件(即，电机组件220的所有电机用作发电机以将机械功率转换成电功率)，电机组件220可以配置成产生涡轮机的操作期间的约一百(100)千瓦的电功率至涡轮机的操作期间的约十(10)兆瓦的电功率。例如，在某些示例性实施例中，电机组件220可以配置成在涡轮机的操作期间产生至少约二百(200)千瓦的电功率，例如至少约三百(300)千瓦的电功率，例如至少约四百(400)千瓦的电功率。

此外，在其它示例性实施例中，其中电机组件220配置为电动机组件(即，电机组件220的所有电机操作以接收电力并将这样的电力转换为机械功率)，电机组件220可以配置成在操作期间向涡轮机的第一可旋转部件，涡轮机的第二可旋转部件或两者提供约一百三十(130)马力至约13,000马力的机械功率。例如，在某些示例性实施例中，电机组件220可以配置成在操作期间提供至少约二百六十(260)马力，例如至少约三百九十(390)马力，例如至少约五百二十(520)马力。

还应当领会，在一个或多个上述实施例中，本文描述的电机组件220的电机或每个电机可以是任何合适类型的电机。例如，在某些示例性实施例中，电机可以是交流(“AC”)电机，直流(“DC”)电机或两者的某种组合。此外，在某些示例性实施例中，一个或多个电机可以是以下的一种或多种：异步或感应电机(例如，绕线电场电机)，同步电机，永磁电机，无刷电机，有刷电机等。

利用上述示例性实施例中的一个或多个，包括具有与其集成的电机组件220的齿轮箱122的涡轮机可以配置为推进系统300的一部分。例如，现在简要地参考图9，提供了具有推进系统300的示例性飞行器302的示意图，其可以包含本公开的各种实施例。如图9中所示，飞行器302限定延伸通过其中的纵向中心线304，横向方向L，前端306和后端308。而且，飞行器302包括从飞行器302的前端306纵向延伸到飞行器302的后端308的机身310，第一机翼312和第二机翼314。第一和第二机翼312、314均相对于纵向中心线304横向向外延伸。第一机翼312和机身310的一部分一起限定飞行器302的第一侧316，并且第二机翼314和机身310的另一部分一起限定飞行器302的第二侧318。对于所示的实施例，飞行器302的第一侧316配置为飞行器302的左舷侧，并且飞行器302的第二侧318配置为飞行器302的右舷侧。

用于所示的示例性实施例，机翼312、314的每一个包括一个或多个前缘襟翼320和一个或多个后缘襟翼322。飞行器302还包括具有用于偏航控制的舵翼板(未示出)的竖直稳定器324和一对水平稳定器326，每个水平稳定器具有用于俯仰控制的升降襟翼328。机身310另外包括外表面或蒙皮330。

然而，应当领会，示例性飞行器302仅作为示例提供，并且在其它示例性实施例中，飞行器302可以具有任何其它合适的配置。

另外，如上所述，示例性飞行器302包括推进系统300。推进系统包括第一推进器332和第二推进器334。第一推进器332可以是具有齿轮箱的涡轮机，所述齿轮箱具有与其集成的电机组件。例如，第一推进器332可以是上面参考图1至8描述的示例性涡扇发动机10和涡轮机中的一个或多个，其包括具有与其集成的电机组件220的示例性齿轮箱80或122。然而，在其它实施例中，第一推进器332可以包括具有齿轮箱的任何其它合适的涡轮机，所述齿轮箱具有与其集成的根据本公开的任何其它实施例的电机组件。

所示的示例性推进系统300的第二推进器334是电推进器(例如，具有驱动螺旋桨/风扇的电动机的电风扇)。更具体地，推进系统300还包括电总线336和电能存储单元338(例如，一个或多个电池)。电总线336将电推进器电连接到电机组件220，并且更具体地电连接到第一推进器332的电机组件220的主电线255(参见例如图6)，并且还电连接到电能存储单元338。电总线336可以选择性地将电机组件220电连接到电能存储单元338和/或第二推进器334(即电推进器)。

因此，在某些实施例中，电机组件220可以电连接到一个或多个电力部件，例如电能存储单元338或电推进器(即，第二推进器334)，以便在涡轮机和推进系统300的操作期间向这样的电力部件提供电力或从其接收电力。例如，当电力部件配置为电能存储单元338时，电能存储单元338可以配置成在涡轮机的操作期间从涡轮机的电机组件220接收电力。附加地或替代地，在某些实施例中，电能存储单元338可以配置成在操作期间向涡轮机的电机组件220提供电力。例如，可以从电能存储单元338向电机组件220提供电力以补充涡轮机在某些操作期间(例如在某些高功率操作期间)产生的电量，或者替代地，可以配置成在紧急操作期间驱动涡轮机或涡轮机的风扇。

然而，在其它实施例中，电力部件可以是电推进器(即，第二推进器334)。利用这样的实施例，电机组件220可以配置成向电推进器(即，第二推进器334)提供电力，使得在涡轮机的电机组件220为电推进器(即，第二推进器334)提供电力时电推进器产生用于推进系统300的推力。

然而，应当领会，在其它示例性实施例中，推进系统300可以具有任何其它合适的配置。例如，在其它示例性实施例中，推进系统300可以包括多个电推进器，每个这样的电推进器电联接到电总线336(并且可电连接到电机组件220)。附加地或替代地，推进系统300可以包括任何其它合适数量的燃气涡轮发动机，例如本文所讨论的一个或多个示例性涡轮机，其每一个包括根据本公开的一个或多个示例性实施例的电机组件。此外，推进系统300可以沿着例如第一机翼312，第二机翼314，后端308等以任何合适的方式布置电推进器和燃气涡轮发动机。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳方式，并且还使所属领域的技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (20)

1.一种限定径向方向和轴向方向的涡轮机，所述涡轮机包括：

包括涡轮的涡轮部段，所述涡轮包括第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片，所述第一多个涡轮转子叶片和所述第二多个涡轮转子叶片沿着轴向方向交替地间隔；

包括环形齿轮，行星齿轮和太阳齿轮的齿轮箱，其中所述第一多个涡轮转子叶片和所述第二多个涡轮转子叶片均联接到所述环形齿轮、所述行星齿轮或所述太阳齿轮中的一个，使得所述第一多个涡轮转子叶片通过所述齿轮箱与所述第二多个涡轮转子叶片一起可旋转，其中所述齿轮箱还包括行星齿轮架；以及

包括转子和定子的电机组件，所述电机的所述转子联接到所述齿轮箱的所述环形齿轮、所述行星齿轮或所述太阳齿轮中的一个，使得所述转子在所述涡轮机的操作期间相对于所述定子旋转，并且所述定子在径向上位于所述行星齿轮和所述环形齿轮之间，所述环形齿轮从所述定子的两个端部轴向向外延伸。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述行星齿轮限定局部轴线并且可旋转地联接到所述行星齿轮架，使得其围绕其局部轴线可旋转，其中所述电机组件的所述转子联接到所述行星齿轮，使得所述转子围绕所述行星齿轮的局部轴线与所述行星齿轮一起可旋转。

3.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述齿轮箱的所述行星齿轮包括多个行星齿轮，其中所述齿轮箱还包括行星齿轮架，其中所述多个行星齿轮中的每个行星齿轮限定局部轴线并且可旋转地联接到所述行星齿轮架，使得其围绕其相应的局部轴线可旋转，其中所述电机组件还包括多个转子，其中所述多个转子的每一个联接到所述多个行星齿轮的行星齿轮中的一个，使得其围绕相应的行星齿轮的局部轴线与相应的行星齿轮一起可旋转。

4.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述电机组件配置成在操作期间产生100千瓦的电功率至10兆瓦的电功率。

5.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述电机组件配置成在操作期间向第一可旋转部件、第二可旋转部件或两者提供130马力至13,000马力的机械功率。

6.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述第一多个涡轮转子叶片联接到所述环形齿轮，其中所述第二多个涡轮转子叶片联接到所述太阳齿轮，并且其中所述电机组件的所述转子联接到所述环形齿轮或所述太阳齿轮中的一个。

7.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述第一多个涡轮转子叶片配置为多个低速涡轮转子叶片，其中所述第二多个涡轮转子叶片配置为多个高速涡轮转子叶片，并且其中所述多个低速涡轮转子叶片配置成在与所述多个高速涡轮转子叶片相反的圆周方向上旋转。

8.一种涡轮机，其包括：

第一可旋转部件；

第二可旋转部件；

固定部件，所述固定部件相对于所述第一可旋转部件和所述第二可旋转部件固定；

齿轮箱，所述齿轮箱包括环形齿轮、太阳齿轮、行星齿轮和行星齿轮架，所述行星齿轮限定局部轴线并且联接到所述行星齿轮架，其中所述第一可旋转部件，所述第二可旋转部件和所述固定部件均联接到所述环形齿轮、所述行星齿轮架或所述太阳齿轮中的一个，使得所述第一可旋转部件通过所述齿轮箱与所述第二可旋转部件一起可旋转；以及

包括转子和定子的电机组件，所述转子联接到所述齿轮箱的所述行星齿轮，使得所述转子在所述涡轮机的操作期间围绕所述行星齿轮的局部轴线与所述行星齿轮一起可旋转，并且所述定子在径向上位于所述行星齿轮和所述环形齿轮之间，所述环形齿轮从所述定子的两个端部轴向向外延伸。

9.根据权利要求8所述的涡轮机，其中所述第一可旋转部件是第一多个涡轮转子叶片，其中所述第二可旋转部件是第二多个涡轮转子叶片，其中所述第一多个涡轮转子叶片和所述第二多个涡轮转子叶片沿着所述涡轮机的轴向方向交替地间隔。

10.根据权利要求9所述的涡轮机，其中所述第一多个涡轮转子叶片配置为多个低速涡轮转子叶片，其中所述第二多个涡轮转子叶片配置为多个高速涡轮转子叶片，并且其中所述多个低速涡轮转子叶片配置成在与所述多个高速涡轮转子叶片相反的圆周方向上旋转。

11.根据权利要求8所述的涡轮机，其中所述定子相对于所述行星齿轮架固定。

12.根据权利要求8所述的涡轮机，其中所述行星齿轮联接到沿着所述行星齿轮的局部轴线延伸的行星齿轮轴，并且其中所述电机组件的所述转子联接到所述行星齿轮轴。

13.根据权利要求12所述的涡轮机，其中所述行星齿轮和所述行星齿轮轴一起完全由轴承组件可旋转地支撑，所述轴承组件包括位于所述行星齿轮和所述转子的前方的第一轴承和位于所述行星齿轮和所述转子的后方的第二轴承。

14.根据权利要求8所述的涡轮机，其中所述齿轮箱的所述行星齿轮是第一行星齿轮，其中所述齿轮箱还包括第二行星齿轮，所述第二行星齿轮联接到所述行星齿轮架并且限定局部轴线，其中所述电机组件的所述转子和所述定子配置为第一电机的一部分，其中所述电机组件还包括第二电机，所述第二电机包括第二转子和第二定子，其中所述第二转子联接到所述齿轮箱的所述第二行星齿轮，使得所述第二转子在所述涡轮机的操作期间围绕所述第二行星齿轮的局部轴线与所述第二行星齿轮一起可旋转。

15.根据权利要求14所述的涡轮机，其中所述电机组件包括主电线，并且其中所述第一电机和所述第二电机与所述主电线串联电连接。

16.根据权利要求8所述的涡轮机，其中所述第一可旋转部件是所述涡轮机的低压转轴，并且其中所述第二可旋转部件是所述涡轮机的风扇组件的风扇轴。

17.一种推进系统，其包括：

包括齿轮箱和电机组件的涡轮机，所述齿轮箱包括环形齿轮、行星齿轮和太阳齿轮，并且所述电机组件包括转子和定子，所述电机组件的所述转子联接到所述齿轮箱的所述环形齿轮、所述行星齿轮或所述太阳齿轮中的一个，使得所述转子在操作期间相对于所述定子旋转；以及

电力部件，所述电机组件与所述电力部件可电连接以便在所述涡轮机的操作期间向所述电力部件提供电力或从所述电力部件接收电力；

其中，所述行星齿轮限定局部轴线并且围绕其局部轴线可旋转，其中，所述电机组件的所述转子联接到所述行星齿轮，使得所述转子围绕所述行星齿轮的所述局部轴线与所述行星齿轮一起可旋转，所述行星齿轮从所述局部轴线径向向外延伸到所述定子的外表面。

18.根据权利要求17所述的推进系统，其中所述电力部件配置为电能存储单元，所述电能存储单元配置成在所述涡轮机的操作期间从所述涡轮机的所述电机接收电力。

19.根据权利要求17所述的推进系统，其中所述电力部件配置为电推进器，所述电推进器配置成当所述涡轮机的所述电机向所述电推进器提供电力时产生用于所述推进系统的推力。

20.根据权利要求17所述的推进系统，其中所述电机组件配置成在操作期间产生100千瓦的电功率至10兆瓦的电功率。

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