CN109642502A - 嵌入式电动机器 - Google Patents

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Abstract

一种燃气涡轮发动机包括压缩机区段和涡轮机区段，这两个区段一起限定了核心空气流动路径。此外，旋转部件可随所述压缩机区段的至少一部分和所述涡轮机区段的至少一部分旋转。电动机器与所述旋转部件共轴地安装、并且沿着所述燃气涡轮发动机的径向方向至少部分地被定位于在所述核心空气流动路径的内侧。电连通总线电连接至所述电动机器并且延伸穿过所述核心空气流动路径，以例如将所述电动机器电连接至所述燃气涡轮发动机的或包括所述燃气涡轮发动机的推进系统的一个或多个系统。

Description

嵌入式电动机器
技术领域
本主题总体上涉及一种具有嵌入式电动机器的燃气涡轮发动机、以及一种用于包括所述燃气涡轮发动机的航空装置的推进系统。
背景技术
典型的飞行器推进系统包括一个或多个燃气涡轮发动机。对于某些推进系统，燃气涡轮发动机总体上包括被安排成彼此处于流动连通的风扇和核心。此外，燃气涡轮发动机的核心总体上包括处于串联流动顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮机区段、以及排气区段。在操作中，空气从风扇被提供至压缩机区段的入口，在这里，一个或多个轴向压缩机将空气逐渐压缩直至它到达燃烧区段。燃料与经压缩的空气混合并且在燃烧区段内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段输送至涡轮机区段。燃烧气体流经涡轮机区段驱动了涡轮机区段并且接着被输送穿过排气区段，例如到达大气。
对于某些飞行器，可能有利的是，推进系统包括电动风扇以补充由推进系统所包含的这一个或多个燃气涡轮发动机提供的推进动力。然而，对飞行器提供足够量的能量储存装置以对电动风扇供电可能在空间和重量上是负担不起的。值得注意的是，某些燃气涡轮发动机可以包括被定位在例如燃气涡轮发动机的整流罩内的辅助发电机。然而，这些辅助发电机不是被配置用于提供足够量的电力来充分驱动电动风扇。
相应地，一种用于以下飞行器的推进系统是有用的：所述飞行器具有一个或多个燃气涡轮发动机以及能够对电动风扇或其他电推进器提供希望量的电力的发电机。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述、或者可以从描述中显现、或者可以通过实践本发明来学习。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机限定了径向方向和轴向方向。所述燃气涡轮发动机包括以串联流动顺序安排的压缩机区段和涡轮机区段，所述压缩机区段和涡轮机区段一起限定了核心空气流动路径。所述燃气涡轮发动机还包括旋转部件，所述旋转部件可随所述压缩机区段的至少一部分和所述涡轮机区段的至少一部分旋转。所述燃气涡轮发动机还包括联接至所述旋转部件的电动机器，所述电动机器沿着所述径向方向至少部分地位于所述核心空气流动路径的内侧。所述燃气涡轮发动机还包括电连接至所述电动机器的电连通总线，所述电连通总线的至少一部分延伸穿过所述核心空气流动路径。
在本公开的另一个示例性实施例中，提供了一种用于航空装置的推进系统。所述推进系统包括电推进器、和限定了径向方向和轴向方向的燃气涡轮发动机。所述燃气涡轮发动机包括以串联流动顺序安排的压缩机区段和涡轮机区段，所述压缩机区段和涡轮机区段一起限定了核心空气流动路径。所述燃气涡轮发动机还包括旋转部件，所述旋转部件可随所述压缩机区段的至少一部分和所述涡轮机区段的至少一部分旋转。所述燃气涡轮发动机还包括联接至所述旋转部件的电动机器，所述电动机器沿着所述径向方向至少部分地位于所述核心空气流动路径的内侧。所述燃气涡轮发动机还包括将所述电动机器电连接至所述电推进器的电连通总线，所述电连通总线的至少一部分延伸穿过所述核心空气流动路径。
参照以下说明书和所附权利要求来使本发明的这些和其他特征、方面以及优点变得更容易理解。被结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图展示了本发明的实施例、并且与本说明一起用于解释本公开的原理。
附图说明
参照附图，在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可实现的公开、包括其最佳模式，在附图中：
图1是根据本公开的多个不同的示例性实施例的飞行器的顶视图。
图2是图1的示例性飞行器的左舷侧视图。
图3是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。
图4是根据本公开的示例性实施例的嵌入在燃气涡轮发动机中的电动机器的示意性截面视图。
图5是根据本公开的另一个示例性实施例的嵌入在燃气涡轮发动机中的电动机器的示意性截面视图。
图6是根据本公开的示例性实施例的被定位在冷却导管内的电缆的特写截面视图。
图7是根据本公开的又一个示例性实施例的嵌入在燃气涡轮发动机中的电动机器的示意性截面视图。
图8是根据本公开的再一个示例性实施例的嵌入在燃气涡轮发动机中的电动机器的示意性截面视图。
图9是根据本公开的示例性实施例的电缆的特写截面视图。
图10是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。
具体实施方式
现在详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中展示。详细描述中使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相同或相似的标记用于指代本发明的相同或相似的部分。如在此所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地使用以将一个部件与另一个部件区分开、并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。术语“前”和“后”指代燃气涡轮发动机内的相对位置，其中“前”指代更靠近发动机入口的位置，而“后”指代更靠近发动机喷嘴或排气的位置。术语“上游”和“下游”指代相对于流体流动路径中的流体流而言的相对方向。例如，“上游”指代流体来自的方向，而“下游”指代流体去到的方向。
本申请总体上涉及一种用于飞行器的推进系统的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机中嵌入有电动机器。在至少某些实施例中，所述燃气涡轮发动机包括压缩机区段和涡轮机区段，这两个区段以串联流动顺序安排、并且一起限定了核心空气流动路径。旋转部件、例如轴或线轴可随压缩机区段和涡轮机区段的至少一部分旋转。所述燃气涡轮发动机还包括嵌入在燃气涡轮发动机内的电动机器。例如，所述电动机器可随所述旋转部件旋转、并且与所述旋转部件共轴地、沿着所述燃气涡轮发动机的径向方向被定位成至少部分地在所述核心空气流动路径的内侧。例如，在至少某些实施例中，所述电动机器可以是发电机、被所述旋转部件驱动。此外，所述燃气涡轮发动机包括至少部分地限定了缓冲空腔的空腔壁。所述缓冲空腔环绕所述电动机器的至少一部分以将所述电动机器与例如燃气涡轮发动机的核心空气流动路径内的相对高温进行热隔离。
现在参照附图，其中，在所有图中，相同的数字指示相同的元件，图1提供了示例性飞行器10的顶视图，其可以结合本发明的多个不同实施例。图2提供了如图1所展示的飞行器10的左舷侧视图。如1和图2共同所示，飞行器10限定了延伸穿过其中的纵向中心线14、竖直方向V、横向方向L、前端16、以及后端18。此外，飞行器10限定了在飞行器10的前端16与后端18之间延伸的中线15。如在此所使用的，“中线”指代沿着飞行器10的长度延伸的中点线，未考虑飞行器10的附件(例如，下文讨论的机翼20和安定面)。
此外，飞行器10包括：机身12，所述机身从飞行器10的前端16朝向飞行器10的后端18纵向地延伸；以及一对机翼20。如在此所使用的，术语“机身”总体上包括飞行器10的整个本体、例如飞行器10的尾翼。此类机翼20中的第一机翼相对于纵向中心线14从机身12的左舷侧22横向地向外延伸，并且此类机翼20中的第二机翼相对于纵向中心线14从机身12的右舷侧24横向地向外延伸。对于所描绘的示例性实施例，这些机翼20中的每一个机翼包括一个或多个前缘襟翼26和一个或多个后缘襟翼28。飞行器10进一步包括：竖直安定面30，所述竖直安定面具有用于偏航控制的方向舵襟翼32；以及一对水平安定面34，每个水平安定面具有用于俯仰控制的升降舵襟翼36。机身12还包括外表面或蒙皮38。然而，应了解的是，在本公开的其他示例性实施例中，飞行器10可以额外地或替代性地包括可以沿着或不沿着竖直方向V或水平/横向方向L直接延伸的任何其他适合的安定面构型。
图1和图2的示例性飞行器10包括推进系统100、在此被称为“系统100”。示例性系统100包括一个或多个飞行器发动机和一个或多个电推进发动机。例如，所描绘的实施例包括：多个飞行器发动机，每个飞行器发动机被配置为安装至飞行器10上、例如这对机翼20之一上；以及电推进发动机。更确切地，对于所描绘的实施例，这些飞行器发动机被配置为燃气涡轮发动机、或者更确切地被配置为以翼下构型附接至机翼20上并且悬挂在其下方的涡轮风扇喷气发动机102、104。此外，电推进发动机被配置为安装在飞行器10的后端处，并且因此，所描绘的电推进发动机可以被称为“后发动机”。另外，所描绘的电推进发动机被配置用于吸入并消耗跨越飞行器10的机身12形成边界层的空气。相应地，所描绘的示例性后发动机可以被称为边界层吸入(BLI)风扇106。BLI风扇106在机翼20和/或喷气发动机102、104的后部位置处安装至飞行器10上。确切地，对于所描绘的实施例，BLI风扇106在后端18处固定地连接至机身12上，使得BLI风扇106被结合在后端18处的尾部区段中或与之融合，并且使得中线15延伸穿过其中。然而，应了解的是，在其他实施例中，电推进发动机可以以任何其他适合的方式来配置、并且可以不必被配置为后风扇或BLI风扇。
仍然参照图1和图2的实施例，在某些实施例中，推进系统进一步包括可与喷气发动机102、104一起操作的一个或多个发电机108。例如，喷气发动机102、104中的一者或两者被配置用于从旋转轴(例如，LP轴或HP轴)向发电机108提供机械动力。虽然被示意性地描绘在相应的喷气发动机102、104之外，但是在某些实施例中，发电机108可以被定位在相应的喷气发动机102、104内。此外，发电机108可以被配置用于将机械动力转换成电力。对于所描绘的实施例，推进系统100包括用于每个喷气发动机102、104的发电机108、并且还包括功率调节器109和能量储存装置110。发电机108可以向功率调节器109发送电力，所述功率调节器可以将电能转换为适当的形式、并且将能量储存在能量储存装置110中或将电能发送给BLI风扇106。对于所描绘的实施例，发电机108、功率调节器109、能量储存装置110、以及BLI风扇106均连接至电连通总线111上，使得发电机108可以与BLI风扇106和/或能量储存装置110处于电连通，并且使得发电机108可以向能量储存装置110或BLI风扇106中的一者或两者提供电力。相应地，在这样的实施例中，推进系统100可以被称为气-电推进系统。
然而，应了解的是，仅通过举例的方式提供图1和图2中所描绘的飞行器10和推进系统100，并且在本公开的其他示例性实施例中，可以提供具有以任何其他适合的方式配置的推进系统100的任何其他适合的飞行器10。例如，应了解的是，在多个不同的其他实施例中，BLI风扇106可以替代性地位于靠近飞行器10的后端18的任何适合位置处。另外，在又其他实施例中，电推进发动机可以不位于飞行器10的后端处、并且因此可以不被配置为“后发动机”。例如，在其他实施例中，电推进发动机可以被结合在飞行器10的机身中、并且因此被配置为“吊舱式发动机”，或吊舱安装式发动机。进一步，在又其他实施例中，电推进发动机可以被结合在飞行器10的机翼中、并且因此可以被配置为“融合式机翼发动机”。此外，在其他实施例中，电推进发动机可以不是边界层吸入式风扇、并且代替地可以安装在飞行器10上的任何适合的位置处作为自由流注入风扇。此外，在又其他实施例中，推进系统100可以不包括例如功率调节器109和/或能量储存装置110，而是，所述一个或多个发电机108可以直接连接至BLI风扇106上。
现在参照图3，提供了根据本公开的示例性实施例的推进发动机的示意性截面视图。在某些示例性实施例中，所述推进发动机可以被配置为高旁通涡轮风扇喷气发动机200、在此被称为“涡轮风扇200”。值得注意的是，在至少某些实施例中，喷气发动机102、104还可以被配置为高旁通涡轮风扇喷气发动机。在多个不同的实施例中，涡轮风扇200可以代表喷气发动机102、104。然而，替代性地，在其他实施例中，涡轮风扇200可以被结合到任何其他适合的飞行器10或推进系统100中。
如图3所示，涡轮风扇200限定了轴向方向A(平行于纵向中心线201延伸，为了参考而提供)、径向方向R、以及周向方向C(围绕轴向方向A延伸；图3中未描绘)。总体上，涡轮风扇200包括风扇区段202以及布置在风扇区段202下游的核心涡轮发动机204。
所描绘的示例性核心涡轮发动机204总体上包括基本上管状的外壳206，所述外壳限定了环形入口208。外壳206包围了处于串联流动关系的：压缩机区段(包括增压器或低压(LP)压缩机210和高压(HP)压缩机212)；燃烧区段214；涡轮机区段(包括高压(HP)涡轮机216和低压(LP)涡轮机218)；以及喷射式排气喷嘴区段220。压缩机区段、燃烧区段214、以及涡轮机区段一起限定了核心空气流动路径221，所述核心空气流动路径从环形入口208延伸穿过LP压缩机210、HP压缩机212、燃烧区段214、HP涡轮机区段216、LP涡轮机区段218以及喷射式喷嘴排气区段220。高压(HP)轴或线轴222将HP涡轮机216驱动地连接至HP压缩机212。低压(LP)轴或线轴224将LP涡轮机218驱动地连接至LP压缩机210。
对于所描绘的实施例，风扇区段202包括可变桨距风扇226，所述可变桨距风扇具有以间隔开的方式联接至盘230上的多个风扇叶片228。如所描绘的，这些风扇叶片228总体上沿着径向方向R从盘230向外延伸。每个风扇叶片228由于这些风扇叶片228操作性地联接至适合的致动构件232上而可相对于盘230围绕桨距轴线P旋转，所述致动构件被配置用于共同地统一改变这些风扇叶片228的桨距。风扇叶片228、盘230、以及致动构件232可一起绕纵向轴线12由LP轴224借助于动力齿轮箱234来旋转。动力齿轮箱234包括多个齿轮，以用于将LP轴224的旋转速度逐步减小至更有效的风扇旋转速度。
仍然参照图3的示例性实施例，盘230被可旋转的前毂236覆盖，所述前毂在空气动力学方面被构形以促进气流穿过所述多个风扇叶片228。此外，示例性风扇区段202包括环形风扇外壳或外短舱238，所述环形风扇外壳或外短舱周向地环绕风扇226、和/或核心涡轮发动机204的至少一部分。短舱238相对于核心涡轮发动机204被多个周向间隔开的出口导向叶片240支撑。短舱238的下游区段242延伸跨过核心涡轮发动机204的外部分以在其间限定旁通气流通路244。
虽然未描绘，但是涡轮风扇发动机10的各种各样的旋转部件(例如，LP轴224、HP轴222、风扇202)可以由一个或多个油润滑轴承来支撑。所描绘的涡轮风扇发动机10包括润滑系统245，所述润滑系统用于对这些油润滑轴承中的一个或多个提供润滑油。进一步，润滑系统245可以包括一个或多个热交换器，以将来自润滑油的热量与例如旁通空气、排出空气或燃料进行传递。
此外，所描绘的示例性涡轮风扇200包括可随风扇226旋转的电动机器246。确切地，对于所描绘的实施例，电动机器246被配置为发电机，所述发电机共轴地安装至LP轴224并且可随之旋转(对于所描绘的实施例，LP轴224还通过动力齿轮箱234来使风扇226旋转)。如在此所使用的，“共轴”是指轴线对齐。然而，应了解的是，在其他实施例中，电动机器246的轴线可以与LP轴224的轴线偏离、并且进一步可以从LP轴224的轴线倾斜，使得电动机器246可以被定位于至少部分地在核心空气流动路径221的内侧的任何适合的位置处。
电动机器246包括转子248和定子250。在某些示例性实施例中，电动机器246的转子248和定子250以与下文所描述的电动机器的示例性转子和定子基本上相同的方式来配置。值得注意的是，当涡轮风扇发动机200集成到上文参照图1和图2所描述的推进系统100中时，发电机108可以以与图3的发电机246基本上相同的方式来配置。
然而，还应了解的是，图3中所描绘的示例性涡轮风扇发动机200仅通过举例的方式提供，并且在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机200可以具有任何其他适合的构型。例如，在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机200可以被配置为涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、不同地配置的涡轮风扇发动机、或任何其他适合的燃气涡轮发动机。
现在参照图4，描绘了根据本公开的示例性实施例的嵌入在燃气涡轮发动机内的电动机器246。更具体地，对于所描绘的实施例，电动机器246嵌入在燃气涡轮发动机的涡轮机区段内、并且还更具体地附接至燃气涡轮发动机的LP轴224上。此外，电动机器246被定位成至少部分地位于涡轮机区段内或沿着轴向方向A在其后方。在某些示例性实施例中，图4中所描绘的电动机器246和燃气涡轮发动机可以以与上文参照图3所描述的示例性电动机器246和涡轮风扇发动机200基本上相同的方式来配置。相应地，相同或相似的数字可以指代相同或相似的部分。
如所描绘的，电动机器246总体上包括转子248和定子250。转子248经由多个转子连接构件252直接附接至LP轴224上，使得转子248可随LP轴224旋转。相比之下，定子250经由一个或多个定子连接构件254附接至涡轮机区段的结构支撑构件256上。在至少某些示例性实施例中，电动机器246可以是发电机，使得转子248和转子连接构件252被LP轴224驱动。对于这样的实施例，转子248相对于定子250的旋转可以产生电力，所述电力可以经由电连通总线258来传递，如下文更详细讨论的。
然而，应了解的是，在其他示例性实施例中，电动机器246可以代替地具有任何其他适合的构型。例如，在其他实施例中，电动机器246可以包括转子248，所述转子径向地位于定子250(例如，作为运行中的电动机器)内侧。
仍然参照图4的示例性电动机器246，结构支撑构件256可以被配置为后框架组件257的一部分、并且从燃气涡轮发动机的后框架组件257的后框架支柱258延伸。后支柱258延伸穿过燃气涡轮发动机的核心空气流动路径221、并且被配置用于对燃气涡轮发动机提供结构支撑。结构支撑构件256还向前延伸以支撑后发动机轴承262——后发动机轴承262可旋转地支撑LP轴224的后端。
定子连接构件254可以是从燃气涡轮发动机的结构支撑构件256延伸的环形/圆柱形构件。对于所描绘的实施例，定子连接构件254通过一个或多个轴承来支撑所述多个转子连接构件252的旋转。更确切地，电动机器前轴承264被定位在电动机器246的前方、并且沿着径向方向R位于转子连接构件252与定子连接构件254之间。类似地，电动机器后轴承266被定位在电动机器246的后方、并且沿着径向方向R位于转子连接构件252与定子连接构件254之间。尤其对于所描绘的实施例，电动机器前轴承264被配置为滚柱元件轴承，并且电动机器后轴承266包括一对轴承，这对轴承被配置为滚柱元件轴承和滚珠轴承。然而，应了解的是，在其他实施例中，电动机器前轴承264和电动机器后轴承266可以具有任何其他适合的构型，并且本公开不旨在限于所描绘的特定构型，除非此类限制被添加到权利要求中。
所述燃气涡轮发动机进一步包括空腔壁268，所述空腔壁环绕电动机器246的至少一部分。更确切地，对于所描绘的实施例，空腔壁268基本上完全环绕电动机器246、从电动机器246前方的位置(通过定子连接构件254附接至结构支撑构件256上)延伸至电动机器246后方的位置。空腔壁268至少部分地限定了电动机器坑槽270，所述电动机器坑槽基本上完全环绕电动机器246。更确切地，电动机器坑槽270从电动机器246前方的位置连续延伸至电动机器246后方的位置。燃气涡轮发动机的某些部件包括开口272，以允许实现电动机器坑槽270的这种连续延伸。
值得注意的是，对于所描绘的实施例，电动机器坑槽270还包绕燃气涡轮发动机的后发动机轴承262。燃气涡轮发动机包括：密封臂274，所述密封臂附接至结构支撑构件256上并且延伸至后发动机轴承262的前方以与LP轴224形成密封；并且包括在电动机器坑槽270内的后发动机轴承262。值得注意的是，提供了密封组件276作为密封臂274和/或LP轴224的一部分，以提供这样的密封、并且维持密封的电动机器坑槽270。还如所描绘的，燃气涡轮发动机进一步包括与电动机器前轴承264和电动机器后轴承266相邻的多个密封组件276，以维持密封的电动机器246，即防止润滑油到达电动机器246的转子248和定子250。
此外，所描绘的燃气涡轮发动机包括电动机器润滑系统278，其中电动机器润滑系统278与电动机器坑槽270处于流体连通以向电动机器坑槽270提供热流体。对于所描绘的实施例，电动机器润滑系统278可以独立于燃气涡轮发动机润滑系统、例如上文参照图3所描述的润滑系统245来操作。
确切地，对于所描绘的实施例，电动机器润滑系统278包括连接至供应管线282上的供应泵280，所述供应管线延伸至电动机器坑槽270。供应管线282从沿着径向方向R在核心空气流动路径221外侧的位置延伸穿过后发动机支柱258(并且穿过核心空气流动路径221)、穿过空腔壁268、并且到达电动机器坑槽270。热流体可以是润滑油或其他适合用于润滑电动机器前轴承264和电动机器后轴承266以及后发动机轴承262的润滑油。值得注意的是，热流体进一步被配置用于接收来自所述多个轴承和所述电动机器坑槽270的热量。经加热的热流体经由润滑系统278的清除管线284从电动机器坑槽270中清除掉，清除管线284从电动机器坑槽270延伸穿过核心空气流动路径221、并且到达清除泵286。然而，应了解的是，虽然对于所描绘的实施例，清除管线284在支柱260外的位置处延伸穿过核心空气流动路径221，但是在其他实施例中，清除管线284可以代替地与供应管线282并排地延伸穿过支柱260。
值得注意的是，对于所描绘的实施例，电动机器润滑系统278(包括供应泵280和清除泵286)可以至少部分地由电动机器246供电。此外，虽然未描绘，但是电动机器润滑系统278可以进一步包括一个或多个热交换器，以在被清除的热流体穿过供应管线282被提供返回至电动机器坑槽270之前降低此热流体的温度。
值得注意的是，对于这样的实施例，润滑系统278可以进一步被配置为燃气涡轮发动机的冷却系统的一部分以降低电动机器246的温度。例如，本公开的发明人已经发现，对于至少某些实施例，向润滑油供应管线282提供低于约275°F、例如低于约250°F温度的润滑油可以允许润滑油接收为了在燃气涡轮发动机的操作期间将电动机器246维持在希望的温度操作范围内而必需的一定量的热量。应了解的是，如在此所使用的，近似术语例如“约”或“大致”是指在10％的误差边际内。并且，应了解的是，在其他实施例中，被提供至供应管线282的润滑油可以具有任何其他适合的温度。
为了进一步维持电动机器246的温度，所描绘的示例性燃气涡轮发动机的冷却系统进一步包括缓冲空腔288，所述缓冲空腔环绕电动机器246的至少一部分以将电动机器246热隔离。更确切地，对于所描绘的实施例，空腔壁268还至少部分地限定缓冲空腔288，其中缓冲空腔288被定位成与电动机器坑槽270的空腔壁268相对。此外，如图4所描绘的，延伸构件290附接至结构支撑构件256上或与之一体地形成、并且至少部分地围绕空腔壁268延伸。确切地，对于所描绘的实施例，结构支撑构件256和延伸构件290一起完整地围绕空腔壁268延伸。结构支撑构件256和延伸构件290一起限定了缓冲空腔288，对于所描绘的实施例，所述缓冲空腔从电动机器246前方的位置沿着轴向方向A连续延伸至电动机器246后方的位置。缓冲空腔288可以用作针对延伸穿过燃气涡轮发动机的涡轮机区段的核心空气流动路径221内的相对高的操作温度的隔离体。
此外，对于所描绘的实施例，燃气涡轮发动机进一步包括冷却管道292。冷却管道292与缓冲空腔288处于气流连通以向缓冲空腔288提供冷却气流。例如，在所描绘的实施例中，冷却管道292限定了出口293，所述出口延伸穿过结构支撑构件256以使冷却气流从冷却管道292穿过结构支撑构件256进入缓冲空腔288中。冷却管道292还可以与相对冷的空气源处于气流连通以提供冷却气流。在某些示例性实施例中，冷空气源可以是燃气涡轮发动机的压缩机区段(其中，冷却气流可以从压缩机区段转向)、或燃气涡轮发动机的风扇(其中，冷却气流可以从风扇转向)。值得注意的是，对于所描绘的实施例，燃气涡轮发动机进一步包括排气管道291。排气管道291与缓冲空腔288处于气流连通、并且被配置用于将冷却气流排放至核心空气流动路径221、旁通通路(例如，图3的通路244)或周围位置。这样的构型可以允许实现穿过缓冲空腔288的连续冷却气流。
如所讨论的，电动机器润滑系统278、冷却管道292、以及缓冲空腔288各自被配置为冷却系统的一部分，以将电动机器246的至少某些部件维持在希望的温度范围内。例如，对于电动机器246被配置为发电机的实施例，所述发电机可以被配置为包括多个永磁体294(用虚线描绘)的永磁发电机。对于这些实施例，转子248可以包括所述多个永磁体294，并且定子250可以包括导电线的一个或多个线圈(未示出)。然而，应了解的是，在其他实施例中，电动机器246可以替代性地被配置为电磁发电机(包括多个电磁体和有源电路系统)、感应式电动机器、开关磁阻式电动机器、同步AC电动机器、或任何其他适合的发电机或电动马达。
如应了解的是，所述多个永磁体294(在包括时)中的每一个永磁体限定了居里温度极限值，所述居里温度极限值可以低于延伸穿过燃气涡轮发动机的涡轮机区段的核心空气流动路径221内的温度。燃气涡轮发动机的冷却系统将电动机器246、更具体地每个永磁体294的温度维持成低于所述多个永磁体294的居里温度极限值。进一步，冷却系统可以将电动机器246的温度维持成低于居里温度极限值的预定极限值，以例如提高电动机器246的使用寿命。例如，在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机的冷却系统可以将电动机器246的温度维持成低于居里温度极限值的至少约50华氏度(°F)极限值、例如低于居里温度极限值的至少约75°F极限值或100°F极限值。将电动机器246的温度维持成低于居里温度极限值的此类极限值可以进一步防止电动机器246的任何永磁体经历不可恢复的(或永久的)去磁，这可能对电动机器246寿命具有负面影响。
然而，应了解的是，图4的实施例中所描绘的示例性冷却系统仅通过举例的方式提供。在其他实施例中，燃气涡轮发动机可以包括任何其他适合的冷却系统。例如，在其他实施例中，电动机器润滑系统278可以具有任何其他适合的构型。例如，电动机器润滑系统278可以与发动机润滑系统278一起操作。此外，在某些实施例中，空腔壁268可以具有用于将电动机器246的温度维持在希望的操作范围内的任何其他适合的特征。例如，现在简要地参照图5，描绘了根据本公开的另一个示例性实施例的嵌入在燃气涡轮发动机内的电动机器246的示意性截面视图。图5中所描绘的示例性燃气涡轮发动机可以以与图4中所描绘的示例性燃气涡轮发动机基本上相同的方式来配置，并且相应地，相同或相似的数字可以指代相同或相似的部分。然而，对于图5的实施例，空腔壁268(至少部分地限定了缓冲空腔288)进一步包括隔离层296，以将电动机器246与延伸穿过燃气涡轮发动机的涡轮机区段的核心空气流动路径221内的相对热的操作温度进一步隔离。隔离层296可以是任何适合用于降低环绕电动机器246的空腔壁268的热导率的隔离物。此外，虽然未描绘，但是在某些实施例中，结构支撑构件256和延伸构件290(也至少部分地限定了缓冲空腔288)的一部分也可以包括隔离层。
再次参照图4的实施例，如上文简要讨论的，在燃气涡轮发动机的操作期间，LP轴224可以使电动机器246的转子248旋转，从而允许电动机器246用作产生电力的发电机。此外，电动机器246与电连通总线258处于电连通、即与之电连接。电连通总线258在核心空气流动路径221的径向内侧的位置处电连接至电动机器246上。电连通总线258包括安装至定子连接构件254上的第一接合盒298。第一接合盒298接纳来自电动机器246(对于所描绘的实施例，来自电动机器246的定子250)的电气线路300、并且将电气线路300连接至电连通总线258的中间区段302上。中间区段302延伸穿过核心空气流动路径221到达第二接合盒304，所述第二接合盒在燃气涡轮发动机的整流罩内安装在核心空气流动路径221的径向外侧的位置处。第二接合盒304将电连通总线258的中间区段302连接至电连通总线258的出口线路306上，以便连接至燃气涡轮发动机和/或安装有燃气涡轮发动机的飞行器的一个或多个系统。如上文简要提及的，电动机器润滑系统278可以电连接至电连通总线258的出口线路306上以对电动机器润滑系统278供电。
如图4中所述且描绘的，电连通总线258的至少一部分延伸穿过核心空气流动路径221。更确切地，对于所描绘的实施例，电连通总线258的中间区段302在燃气涡轮发动机的燃烧区段(例如，图3的示例性涡轮风扇发动机200的燃烧区段214)下游的位置处延伸穿过核心空气流动路径221。特别地，中间区段302延伸穿过后支柱258/被定位在其内，后支柱258位于核心空气流动路径221的紧邻HP涡轮机216下游的这部分中。
此外，如示意性描绘的，所描绘的示例性中间区段302是电连通总线258的被冷却部分，包括被定位在包含冷却流体的导管内/延伸穿过其中的电缆308(即，电导体)。确切地，现在还参照图6，提供了中间区段302的一部分的特写视图，所述部分被配置为延伸穿过燃气涡轮发动机的核心空气流动路径221。如所描绘的，电连通总线258的中间区段302包括电缆308，所述电缆位于供应管线282内并且与之共轴地延伸，使得在操作期间，电缆308被例如提供至电动机器坑槽270的相对冷的热流体流(箭头310表示)环绕。相应地，对于所描绘的实施例，供应管线282被认为是电动机器润滑系统278的一部分以及电连通总线258的中间区段302的一部分。在操作期间，环绕位于电连通总线258的中间区段302内的电缆308的热流体可以保护电缆308免于核心空气流动路径221内的相对高的温度，从而将电缆308的温度维持在希望的操作范围内。然而，应了解的是，在其他实施例中，电连通总线258的中间区段302可以代替地包括位于清除管线284(在某些实施例中，还可以延伸穿过支柱260)内并且与之共轴地延伸的电缆308。
值得注意的是，电缆308可以是任何适合的电缆308、并且对于所描绘的实施例包括环绕导电核心部分314的电绝缘层312。电绝缘层312可以包括任何适合的能够暴露于相对高的温度并且进一步能够将相对大量电力绝缘的电绝缘物，所述电力可以通过电缆308的导电核心部分314传送(参见以下讨论)。此外，虽然未描绘，但是电缆308还可以包括阻挡层，所述阻挡层环绕电绝缘层312和导电核心部分314，以防止润滑油接触绝缘层312和导电核心部分314。此外，还在某些实施例中，电缆308可以以与下文参照图9所描述的电缆308基本上相同的方式来配置。
如下文更详细讨论的，电连通总线258的中间区段302被配置用于传递相对高功率水平的电力。相应地，在操作期间，由于传递相对高的功率水平，因此电连通总线258的中间区段302可能经历相对大量的焦耳发热或电阻发热。虽然经历了电阻发热并且暴露于核心空气流动路径221，但是将中间区段302的电缆308与润滑油供应管线282共轴地定位可以有助于将电缆308的温度维持在希望的操作温度范围内。
然而，应了解的是，在其他示例性实施例中，电连通总线258可以具有任何其他适合用于将电力从位于核心空气流动路径221的径向内侧的电动机器246传递至在核心空气流动路径221的径向外侧的位置的构型。例如，现在简要地参照图7，描绘了根据本公开的又一个示例性实施例的嵌入在燃气涡轮发动机内的电动机器246的示意性截面视图。图7中所描绘的示例性燃气涡轮发动机可以以与图4中所描绘的示例性燃气涡轮发动机基本上相同的方式来配置，并且相应地，相同或相似的数字可以指代相同或相似的部分。
然而，对于图7的实施例，电连通总线258代替地被配置为超导或超级导电电连通总线258。相应地，对于图7的实施例，电连通总线258的中间区段302可以不被配置为具有电动机器润滑系统278的供应管线282。代替地，示例性电连通总线258包括单独的被冷却导管316，电缆308位于所述被冷却导管内并且在其内延伸。电连通总线258包括制冷剂系统318，用于在被冷却导管316内提供冷的制冷剂，以将延伸穿过其中的电缆308的温度维持在相对低的温度。例如，在某些实施例中，制冷剂系统可以将电缆308的温度维持为或低于形成电缆308的材料的临界温度、或者比形成电缆308的材料的临界温度低至少1°F。
此外，冷的制冷剂延伸至第一接合盒298，在第一接合盒处，制冷剂在通过回流管线320(部分地描绘出)返回时与电气线路分开。对于所描绘的实施例，电连通总线258还可以包括用于使制冷系统318以制冷循环来操作的部件，例如泵、冷凝器、以及膨胀阀(未描绘)。值得注意的是，在至少某些实施例中，中间区段302的延伸穿过核心空气流动路径221的这部分可以用作制冷循环的蒸发器。
虽然对于所描绘的实施例，燃气涡轮发动机包括分开的电动机器润滑系统278和制冷剂系统318，但是在其他实施例中，电连通总线258的制冷剂系统318所利用的制冷剂还可以用作用于电动机器246内的各个轴承(并且对于所描绘的实施例，用于后发动机轴承262)的润滑油，使得制冷剂系统318和电动机器润滑系统278可以一起被配置为单一系统。
现在参照图8，描绘了根据本公开的再一个示例性实施例的嵌入在燃气涡轮发动机内的电动机器246的示意性截面视图。图8中所描绘的示例性燃气涡轮发动机可以以与图4中所描绘的示例性燃气涡轮发动机基本上相同的方式来配置，并且相应地，相同或相似的数字可以指代相同或相似的部分。然而，对于图8的实施例，电连通总线258的中间区段302不是与冷却流体导管(例如，供应管线282)共轴地配置的。代替地，对于图8的实施例，电连通总线258的中间区段302由电缆308形成，所述电缆被设计成承受住燃气涡轮发动机的核心空气流动路径221在燃气涡轮发动机的燃烧区段下游的位置处的相对高的温度。
更确切地，如与上文所描述的实施例一样，电连通总线258包括第一接合盒298、第二接合盒304、以及在其间延伸的电缆308(即，中间区段302)。虽然电缆308被描绘为单一电缆，但是在某些实施例中，所述电缆可以包括多个电缆。现在还简要地参照图9，提供了电缆308的示意性特写视图，电缆308由能够传输相对大量电力并且暴露于核心空气流动路径221内的相对高温而不被氧化的材料形成。
例如，在某些实施例中，电缆308可以由至少一个实心镍丝芯组成。或者，如在所描绘的实施例中，电缆308可以由至少一个高电导率芯体积、例如低电阻率/高电导率电缆芯322、以及至少一个介电(电绝缘)阻挡体积、例如高电阻率电缆护套324组成。电缆芯322位于电缆护套324内，使得电缆护套324包绕电缆芯322。在某些示例性实施例中，电缆芯322可以是铜芯体积，并且电缆护套324可以是非铜的护套体积。电缆护套324可以通过一种或多种封装工艺来创建，例如浸渍、共挤出、电镀、喷涂、包覆、型锻、辊轧成型、焊接或其组合。所描绘的电缆308还包括位于电缆芯322与电缆护套324之间的氧化阻挡体积323。值得注意的是，电缆308可以被配置为丝编织物、交叉且压实的线束、交叉线束的交叉束、或任何其他适合于以减少AC耦合损失的方式来传递交流电(“AC”)的电缆构型。
此外，对于所描绘的实施例，电缆308的电缆芯322和电缆护套324被覆盖并且包绕在高温电绝缘材料326内。例如，在某些实施例中，高温电绝缘材料326可以是喷涂的层状阻挡涂层(陶瓷)、至少一个碎片式重叠的带层(云母、玻璃纤维、陶瓷纤维和/或聚合物膜)、外部护甲(armor)阻挡物(编织的、金属的和/或非金属的)、或其组合。高温电绝缘材料326可以适合于在相对高温下传递相对大量电力的绝缘电缆，如下所讨论的。进一步，对于所描绘的实施例，电缆308包括至少一个外部护甲体积325作为抗磨损阻挡物，在某些实施例中所述抗磨损阻挡物可以与绝缘材料326相同。
还如所描绘的，电动机器润滑系统278(被配置为总电动机器冷却系统的一部分)被配置用于通过连接管线328直接向第二接合盒304提供热流体，以主动冷却第二接合盒304。此外，电动机器润滑系统278的热流体供应管线282延伸至第一接合盒298、并且直接向第一接合盒298提供热流体流以主动冷却第一接合盒298。值得注意的是，对于所描绘的实施例，第一接合盒298包括热流体出口330，以用于将向其提供的热流体流喷射至电动机器坑槽270。
在电动机器246的操作期间，通过主动冷却第一接合盒298和第二接合盒304，可以允许包括电缆308的中间区段302在相对高的温度(例如由于暴露于核心空气流动路径221而产生的温度或由于电缆308的焦耳发热或电阻发热而产生的温度)下操作。利用这样的配置，可以在第一接合盒298和第二接合盒304处降低电缆308的温度，从而允许电缆308电连接至其他电气线路(例如，出口线路306和电气线路300)，这些电气线路可以不是被配置用于在中间区段302的电缆308能够操作的相对高的温度下操作。
此外，还如示意性所描绘的，可以通过将第二接合盒304装配有嵌入式辅助流体流动回路331来实现进一步的有益冷却，所述流体流动回路与流体传输连接管线328处于热传递连通。辅助流体流动回路331内的辅助流体可以是由流体供应管线282所供应的相同流体、或者替代性地可以是不同的传热流体。进一步，虽然未描绘，但是辅助流体自身可以与散热介质、例如飞行器发动机燃料、推进器风扇空气、或马达电子器件冷却剂进行后续的热传递连通。
在根据本公开的示例性实施例的包括电动机器246的燃气涡轮发动机的操作期间，电动机器246可以被配置用于生产相对大量的交流电电力。例如，在某些实施例中，电动机器246可以被配置用于产生五百(500)伏(“V”)或更大的电力、并且通过电连通总线258来递送。例如，在某些实施例中，电动机器246可以被配置用于产生六百(600)V或更大的电力并且通过电连通总线258来递送。这样的配置可以通过所公开的用于将电动机器246的温度维持在某个操作温度范围内的冷却系统、和/或通过将电连通总线258的中间区段302以允许其被暴露于燃气涡轮发动机的燃烧区段下游的核心空气流动路径221内的相对高温的方式进行设计来实现。
再次简要地参照图1和图2，在本公开的某些示例性实施例中，提供了具有多个燃气涡轮发动机和电动机器的推进系统100。例如，推进系统100可以包括第一发动机102和电动机器108、以及第二发动机104和电动机器108。第一发动机102和第二发动机104以及相应的电动机器108中的每一个可以以与上文参照图4至图8所描述的燃气涡轮发动机和嵌入式电动机器246中的一个或多个基本上相同的方式来配置。对于这样的示例性实施例，第一发动机102和电动机器108可以被配置用于产生第一电压水平的电力，并且第二发动机104和电动机器108可以被配置用于产生第二电压水平的电力。所产生的第一电压水平和第二电压水平可以通过电连通总线111提供至电推进装置、例如所描绘的示例性BLI风扇106。值得注意的是，在至少某些实施例中，电推进装置可能需要(或希望)高于第一发动机102和第二发动机104以及相应的电动机器108中的每一个可以单独地安全产生的电压水平的电力。相应地，在某些示例性方面，相对于飞行器10的地平面的第一电压水平可以是正电压水平，并且第二电压水平可以是相对于飞行器10的地平面的负电压水平。进一步，在至少某些实施例中，第一电压水平可以具有与第二电压水平的绝对值基本上相同的绝对值。因此，利用这样的构型，这对第一发动机102和第二发动机104以及相应的电动机器108可以能够向电推进装置的电端子提供为单一发动机和电动机器可能能够产生的大致两倍大的净差动电压，因此向电推进装置提供希望量的电力。
此外，现在参照图10，提供了根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。在某些实施例中，图10中所描绘的示例性燃气涡轮发动机可以以与上文参照图3所描述的示例性燃气涡轮发动机基本上相同的方式来配置。相应地，相同或相似的数字可以指代相同或相似的部分。例如，如所描绘的，燃气涡轮发动机被配置为涡轮风扇发动机，所述涡轮风扇发动机总体上包括风扇202和核心涡轮发动机204。核心涡轮发动机204包括通过LP轴224连接至LP涡轮机218上的LP压缩机210、以及通过HP轴222连接至HP涡轮机216上的HP压缩机212。对于所描绘的实施例，涡轮风扇发动机200进一步包括电动机器246。电动机器246可以以与上文参照图4至图9所描述的实施例中的一个或多个实施例基本上相同的方式来配置。
然而，如示意性地且用虚线描绘的，对于所描绘的实施例，电动机器246可以被定位在任何其他适合的位置处。例如，电动机器246可以是电动机器246A，所述电动机器与LP轴224共轴地安装在HP压缩机212前方并且基本上在LP压缩机210的径向内侧的位置处。额外地或替代性地，电动机器246可以是电动机器246B，所述电动机器与HP轴222共轴地安装在例如HP压缩机212前方的位置处。还额外地或替代性地，电动机器246可以是电动机器246C，所述电动机器与LP轴224共轴地安装在至少部分地位于HP涡轮机216的后方并且至少部分地位于LP涡轮机218的前方的位置处。还额外地或替代性地，电动机器246可以是电动机器246D，所述电动机器与LP轴224和HP轴222共轴地安装，使得电动机器246D是差动电动机器。此外，在又其他实施例中，电动机器246可以安装在任何其他适合的位置处。
本书面说明书使用实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也使得本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统以及执行所并入的任何方法。本发明可获得专利的保护范围由权利要求来限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其他实例。如果这些其他实例包括与权利要求的字面语言并非不同的结构要素，或如果它们包括具有与权利要求的字面语言非实质性差异的等同结构要素，则它们意图处于权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机限定了径向方向和轴向方向，所述燃气涡轮发动机包括：
以串联流动顺序安排的压缩机区段和涡轮机区段，所述压缩机区段和涡轮机区段一起限定了核心空气流动路径；
可随所述压缩机区段的至少一部分和所述涡轮机区段的至少一部分旋转的旋转部件；
联接至所述旋转部件的电动机器，所述电动机器沿着所述径向方向至少部分地位于所述核心空气流动路径的内侧；以及
电连接至所述电动机器的电连通总线，所述电连通总线的至少一部分延伸穿过所述核心空气流动路径。
2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述电动机器沿着所述轴向方向至少部分地安装在所述涡轮机区段内或后方。
3.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，进一步包括
位于所述压缩机区段与所述涡轮机区段之间的燃烧区段，其中，所述电连通总线的至少一部分在所述燃烧区段下游的位置处延伸穿过所述核心空气流动路径。
4.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述电连通总线包括中间区段，其中，所述中间区段包括被定位在包含冷却流体的导管中的电缆。
5.如权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中，所述电连通总线的中间区段延伸穿过所述核心空气流动路径。
6.如权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中，所述冷却流体是润滑油。
7.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述电连通总线包括电缆，其中，所述电缆包括至少一个高电导率芯体积、至少一个氧化阻挡体积、至少一个介电阻挡体积、以及至少一个外部护甲体积。
8.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，进一步包括：
支柱，所述支柱在所述燃气涡轮发动机的涡轮机区段内延伸穿过所述核心空气流动路径，并且其中，所述电连通总线在所述支柱内延伸穿过所述核心空气流动路径。
9.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，进一步包括：
冷却系统，其中，所述电连通总线包括用于将所述电连通总线的中间区段电连接至所述电动马达上的第一接合块，并且其中，所述冷却系统被配置用于主动冷却所述第一接合块。
10.如权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其中，所述电连通总线包括沿着所述径向方向位于所述核心空气流动路径的外侧、用于将所述电连通总线的中间区段电连接至出口线路的第二接合块，并且其中，所述冷却系统被配置用于主动冷却所述第二接合块。
11.如权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其中，所述中间区段是所述电连通总线的未冷却区段。
12.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述电连通总线被配置为超导电连通总线。
13.如权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其中，所述超导电连通总线包括制冷剂系统。
14.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述电动机器是被配置用于在所述燃气涡轮发动机的操作期间产生500伏电力或更大电力的发电机。
15.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述电动机器与所述旋转部件共轴地安装。
16.一种用于航空装置的推进系统，包括：
电推进器；以及
燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机限定了径向方向和轴向方向，所述燃气涡轮发动机包括
以串联流动顺序安排的压缩机区段和涡轮机区段，所述压缩机区段和涡轮机区段一起限定了核心空气流动路径；
可随所述压缩机区段的至少一部分和所述涡轮机区段的至少一部分旋转的旋转部件；
联接至所述旋转部件的电动机器，所述电动机器沿着所述径向方向至少部分地位于所述核心空气流动路径的内侧；以及
将所述电动机器电连接至所述电推进器的电连通总线，所述电连通总线的至少一部分延伸穿过所述核心空气流动路径。
17.如权利要求16所述的推进系统，其中，所述燃气涡轮发动机是第一燃气涡轮发动机，并且其中，所述电动机器是第一电动机器，其中，所述第一燃气涡轮发动机和第一电动机器被配置用于产生第一电压水平的电力，其中，所述推进系统进一步包括：
第二燃气涡轮发动机，所述第二燃气涡轮发动机包括电连接至所述电连通总线的第二电动机器，其中，所述第二燃气涡轮发动机和第二电动机器被配置用于产生第二电压水平的电力，其中，所述第一电压水平处于正电压水平并且所述第二电压水平处于负电压水平，并且其中，所述第一燃气涡轮发动机和第一电动机器以及第二燃气涡轮发动机和第二电动机器一起为所述电推进器提供希望的功率水平。
18.如权利要求16所述的推进系统，其中，所述电连通总线包括中间区段，其中，所述中间区段包括被定位在包含冷却流体的导管中的电缆。
19.如权利要求18所述的推进系统，其中，所述电连通总线的中间区段延伸穿过所述核心空气流动路径。
20.如权利要求16所述的推进系统，进一步包括：
冷却系统，其中，所述电连通总线包括用于将所述电连通总线的中间区段电连接至所述电动马达的第一接合块，其中，所述冷却系统被配置用于主动冷却所述第一接合块，并且其中，所述中间区段是所述电连通总线的未冷却区段。
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