CN110792513A - 电机电弧路径保护 - Google Patents

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CN110792513A CN201910706721.7A CN201910706721A CN110792513A CN 110792513 A CN110792513 A CN 110792513A CN 201910706721 A CN201910706721 A CN 201910706721A CN 110792513 A CN110792513 A CN 110792513A
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布兰登·韦恩·米勒
丹尼尔·艾伦·尼亚加思
克里斯多佛·詹姆斯·克罗格
克里斯蒂安·泽维尔·史蒂文森
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Abstract

在本公开的一个示范性方面，发动机包括：驱动轴；电机，包括定子组件和转子组件，转子组件能够相对于定子组件旋转；以及电隔断部，驱动轴通过电隔断部联接到转子组件。

Description

电机电弧路径保护
技术领域
本主题大体涉及一种用于具有电机的发动机的电弧路径保护。
背景技术
至少一个已知燃气涡轮发动机以串形流动布置包括压缩机、燃烧器和涡轮，压缩机用于压缩流过发动机的空气，燃烧器用于将燃料与压缩空气混合，使得混合物可以被点燃，涡轮用于从点燃的燃料-空气混合物中提取动力并且向例如压缩机提供这种动力。
在某些构造中，包括以上涡轮机械的燃气涡轮发动机可以用以驱动发电机。例如，燃气涡轮发动机可以是飞行器的辅助动力单元(APU)，APU包括用于为飞行器的各种系统产生电力的发电机。依据APU的大小，可以产生相对高的电压电力。尽管处理高压电力的部件可以包括绝缘体以容纳这种动力，但是，绝缘体可能随时间而磨损或劣化。在这种情况下，高压电力可以形成电弧并且通过发电机传导到APU的涡轮机械，对APU的涡轮机械造成损坏。
由此，用于具有电机的燃气涡轮发动机的用于减少电力传导通过发动机并损坏发动机的风险的一个以上特征将是有用的。
发明内容
本发明的各方面及优点将在以下描述中部分地阐述，或者，可以从描述中显而易见，或者可以经过实践本发明来得知。
在本公开的一个示范性方面，提供了一种发动机。发动机包括：驱动轴；电机，包括定子组件和转子组件，转子组件能够相对于定子组件旋转；以及电隔断部，驱动轴通过电隔断部联接到转子组件。
在某些示范性实施例中，电隔断部构造成实质上传递驱动轴和电机的转子组件之间的转矩的全部。
在某些示范性实施例中，发动机是包括压缩机和涡轮的涡轮发动机，其中，驱动轴联接到涡轮发动机的压缩机或涡轮中的至少一个。
例如，在某些示范性实施例中，涡轮发动机是涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机中的至少一个。
例如，在某些示范性实施例中，涡轮发动机是辅助动力单元。
例如，在某些示范性实施例中，涡轮发动机限定核心空气流路，并且其中，电机沿着径向方向定位在核心空气流路的至少一部分的内侧。
在某些示范性实施例中，发动机是航空风扇发动机，其中，航空风扇发动机包括具有多个风扇叶片的风扇，并且其中，驱动轴联接到多个风扇叶片，用于驱动多个风扇叶片。
在某些示范性实施例，电隔断部实质上完全由非导电材料形成。
例如，在某些示范性实施例中，非导电材料具有大于大约1×1010ρ(Ω·m)的电阻率。
例如，在某些示范性实施例中，非导电材料是塑料材料。
在某些示范性实施例中，电机包括多个空气轴承，并且其中，使用多个空气轴承可旋转地联接转子组件和定子组件。
例如，在某些示范性实施例中，在发动机操作期间，使用多个空气轴承可旋转地完全联接转子组件和定子组件，多个空气轴承包括至少一个径向空气轴承和至少一个推力空气轴承。
在某些示范性实施例中，电机包括多个机械轴承，其中，使用多个机械轴承可旋转地联接转子组件和定子组件，并且其中，多个机械轴承中的每一个包括电绝缘部。
在某些示范性方面，该方法进一步包括静止构件，其中，电机的定子组件联接到静止构件，并且其中，静止构件包括电绝缘区段。
在某些示范性实施例中，发动机构造成在操作期间产生至少大约250马力，并且其中，驱动轴构造成在操作期间传递至少大约250磅-英尺的转矩。
在某些示范性实施例中，发动机构造成在操作期间产生至少大约2,000马力，并且其中，驱动轴构造成在操作期间传递至少大约1,500磅-英尺的转矩。
在本公开的示范性方面中，提供了一种用于操作发动机的方法。该方法包括，通过电隔断部实质上传递转子组件和驱动器之间的全部推力，利用发动机的驱动轴，使电机的转子组件相对于电机的定子组件旋转。
在某些示范性方面，通过电隔断部实质上传递转子组件和驱动轴之间的全部推力，利用驱动轴，使转子组件相对于定子组件旋转包括：利用驱动轴驱动转子组件。
在某些示范性方面，通过电隔断部实质上传递转子组件和驱动轴之间的全部推力，利用驱动轴，使转子组件相对于定子组件旋转包括：利用转子组件驱动驱动轴。
在某些示范性方面，发动机是包括压缩机和涡轮的涡轮发动机，涡轮部分地限定核心空气流路，其中，电机沿着发动机的径向方向至少部分地定位在核心空气流路的内侧，并且其中，驱动轴联接到压缩机或涡轮中的至少一个，或者，以其他方式能够与压缩机或涡轮中的至少一个一起旋转。
参考以下描述和所附权利要求书，将更好地了解本发明的这些及其他特征、方面和优点。并入并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并同描述一起用来说明本发明的原理。
附图说明
针对本领域普通技术人员，参考附图，在说明书中阐述本发明的、并包括其最佳模式的全面且能实现的公开，其中：
图1是根据本公开示范性实施例的飞行器的俯视图。
图2是图1的示范性飞行器的侧视图。
图3是根据本公开示范性实施例的辅助动力单元的示意性横截面视图。
图4是根据本公开实施例的电隔断部的特写视图。
图5是根据本公开另一实施例的电隔断部的特写视图。
图6是根据本公开又一实施例的电隔断部的特写视图。
图7是根据本公开另一示范性实施例的辅助动力单元的示意性横截面视图。
图8是图7的示范性辅助动力单元的电机的轴承的特写视图。
图9是根据本公开示范性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。
图10是根据本公开示范性实施例的航空风扇发动机的示意性横截面视图。
图11是根据本公开一方面的用于操作发动机的方法的流程示图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的本实施例，其一个以上示例图示在附图中。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中类似或相似的标记已用以指代本发明的类似或相似的零件。
文中使用的术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换地使用，以将一个部件与另一部件区分开，而不意在指明各个部件的位置或重要性。
术语“前”和“后”指代部件或系统内的相对位置，并且指代部件或系统的正常操作姿态。例如，参照燃气涡轮发动机，前指代更接近燃气涡轮发动机的入口的位置，后指代更接近燃气涡轮发动机的排口的位置。
术语“联接”、“固定”、“附接”等等指代直接联接、固定或附接以及通过一个以上中间部件或特征的间接联接、固定或附接，除非另有指定。
除非上下文另有清楚标示，否则，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。
通篇说明书和权利要求书文中使用的近似语言应用于修饰任何定量表示，该表示可以允准变化而不招致其所涉及的基本功能的变动。由此，术语或各术语(诸如，“大约”、“近似”和“实质上”)所修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些实例中，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精确度、或者用于构筑或制造部件和/或系统的方法或机器的精确度。例如，近似语言可以指代在10％的余量内。
这里及通篇说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，这些范围被识别并包括其中含有的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。例如，文中公开的所有范围都包括端点，并且端点能够独立地彼此组合。
现在参考附图，其中，同一数字在所有附图中指示相同元素，图1提供可以包含本公开各种实施例的示范性飞行器10的俯视图。图2提供图1中图示的飞行器10的左舷侧24视图。如图1和图2所示，飞行器10共同限定通过其延伸的纵向方向L、竖直方向V、横向方向T、前端14和后端16。
另外，飞行器10包括机身20和一对机翼22(或者确切地，第一机翼22A和第二机翼22B)，机身20从飞行器10的前端14朝向飞行器10的后端16纵向延伸。第一机翼22A大体沿着相对于纵向方向L的横向方向T从机身20，从机身20的左舷侧24向外延伸。进一步，相似地，第二机翼22B大体沿着相对于纵向方向L的横向方向T从机身20，从机身20的右舷侧26向外延伸。对于所描绘的示范性实施例，每个机翼22A，22B包括一个以上前缘襟翼28和一个以上尾缘襟翼30。
仍参考图1和图2的示范性飞行器10，飞行器10进一步包括竖直稳定器32和一对水平稳定器36，竖直稳定器32具有用于偏航控制的方向舵襟翼34，水平稳定器36每个皆具有用于俯仰控制的升降舵襟翼38。机身20附加地包括外表面40。然而，应当理解，在本公开的其他示范性实施例中，飞行器10可以附加地或替代地包括任何其他合适的稳定器构造，稳定器可以或可以不直接沿着竖直方向V或水平/横向方向T延伸。此外，替代的稳定器可以是任何合适的形状、大小、构造或取向，同时仍然在本主题的范围内。
图1和图2的示范性飞行器10还包括推进系统。所描绘的示范性推进系统包括多个飞行器发动机，其中至少一个安装到一对机翼22A，22B中的每一个。具体地，多个飞行器发动机包括安装到第一机翼22A的第一飞行器发动机42和安装到第二机翼22B的第二飞行器发动机44。在至少某些示范性实施例中，飞行器发动机42，44可以构造为以翼下构造悬挂在机翼22A，22B下方的涡轮风扇喷气发动机(如，参见图7)。然而，替代地，在其他实施例中，可以提供任何其他合适的飞行器发动机。例如，在其他示范性实施例中，第一和/或第二飞行器发动机42，44可以替代地构造为涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机等。进一步，仍在其他示范性实施例中，推进系统可以包括一个以上电动或混合电动飞行器发动机(如，电动风扇)。
此外，应当理解，图1和图2的示范性飞行器包括辅助动力单元50。对于所描绘的实施例，辅助动力单元50定位在机身20内靠近飞行器10的后端16。可以提供辅助动力单元50用于产生电力，以操作或驱动一个以上飞行器系统。附加地或替代地，辅助动力单元50可以构造成产生电力，例如以起动飞行器发动机42，44中的一个以上。
现在参考图3，描绘了图1和图2的示范性辅助动力单元50的特写示意图。如将理解的，辅助动力单元50是发动机，更具体地，是涡轮发动机，其限定轴向方向A、沿着轴向方向A延伸的轴线51、径向方向R和周向方向C(绕着轴线51延伸；参见图5)并且进一步包括压缩机区段和涡轮区段。更具体地，对于所描绘的实施例，压缩机区段包括压缩机52，涡轮区段包括涡轮54。压缩机52和涡轮54一起至少部分地限定辅助动力单元50的核心空气流路56。进一步，辅助动力单元50包括驱动轴58，驱动轴58联接到压缩机52或涡轮54中的至少一个，更具体地，驱动轴58在压缩机52和涡轮54之间延伸并且联接压缩机52和涡轮54。以这种方式，压缩机52能够与涡轮54一起旋转并且由涡轮54驱动。
辅助动力单元50进一步限定入口60，入口60构造成接收空气流，空气流可以是来自飞行器10的机身20外侧的环境气流。在辅助动力单元50操作期间，空气从入口60流动到压缩机52，其中压缩机52的叶轮62(联接到驱动轴58)压缩空气流。另外，示范性辅助动力单元50包括燃烧区段64，所描绘的示范性燃烧区段64包括反流燃烧器66。以这种方式，来自压缩机区段的压缩空气在与燃料混合之前在燃烧器66周围流动，并且进入燃烧器66的燃烧室68，在燃烧室68中，燃料-空气混合物燃烧，以产生燃烧气体。燃烧气体流过涡轮区段的涡轮54，更具体地，驱动涡轮54的叶轮70，使涡轮54旋转。进一步，驱动轴58联接到涡轮54的叶轮70，使得涡轮54的旋转使驱动轴58旋转/驱动驱动轴58。
附加地，发动机(或者确切地，辅助动力单元50)包括静止构件和旋转构件。旋转构件构造成，在具有压缩机52或涡轮54中的一个以上的辅助动力单元50操作期间，绕着辅助动力单元50的中心线轴线51旋转。相对地，静止构件构造成，在辅助动力单元50操作期间，相对于旋转构件保持静止。对于所描绘的实施例，旋转构件是辅助动力单元50的驱动轴58，静止构件是静止支撑构件72。可注意的是，静止支撑构件72固定地联接到入口支柱74，入口支柱74定位在辅助动力单元50的核心空气流路56内，在辅助动力单元50的压缩机区段的压缩机52的上游。如下面将更详细地论述的，静止支撑构件72(也可以描述为定子组件支座)可以提供电机76的电绝缘(也在下面论述)。然而，在其他实施例中，静止构件可以是在辅助动力单元50操作期间相对于旋转构件保持静止的任何其他合适的部件。
另外，示范性辅助动力单元50进一步包括定位在其前端处的电机76。示范性电机76大体包括定子组件78和转子组件80。进一步，如示意性描绘的，转子组件80大体包括转子82和转子轴84。相似地，定子组件78大体包括定子86和定子轴88。电机76可以构造为任何合适类型的电机76，诸如交流电机、直流电机、永磁电机、感应电机、有刷电机等。由此，将理解，定子86、转子82或两者均可以包括一个以上永磁体、电磁体、线圈等。
进一步，所描绘的电机76通过电通信总线90的电线92电联接到电通信总线90。更具体地，电机76的定子86电联接到电通信总线90的电线92。电通信总线可以将电机76电联接到飞行器、推进系统等的电源电路。对于所描绘的实施例，电通信总线90进一步包括控制器94。控制器94可以大体包括电力电子器件、传感器、计算机、处理器等。以这种方式，控制器94可以调节和/或引导向电机76提供的电力、从电机76提取的电力或者两者。
另外，在辅助动力单元50操作期间，转子组件80能够相对于定子组件78旋转。更具体地，定子组件78联接到辅助动力单元50的静止构件，转子组件80联接到辅助动力单元50的旋转部件，或者以其他方式能够与辅助动力单元50的旋转部件一起旋转，对于所描绘的实施例，辅助动力单元50的旋转部件是驱动轴58。由此，当作为发电机操作时，电机76的转子组件80可以通过辅助动力单元50的驱动轴58驱动，以产生电力，也称之为从辅助动力单元50提取电力。相对地，当作为电动机操作时，电机76的转子组件80可以驱动辅助动力单元50的驱动轴58，以例如起动辅助动力单元50。
不管操作模式如何，电机76的定子组件78可以产生或接收具有相对高电压、高电流水平或两者的电力。在例如定子组件78的定子86内的绝缘破坏或者以其他方式不足以容纳电力的情形下，定子组件78所产生或接收的电可以通过电弧连接到电机76的一个以上导电部件。在这种情况下，电力可以通过例如转子组件80传导并且传导到辅助动力单元50的驱动轴58。一旦传导到辅助动力单元50的驱动轴58，这种电可以流过一个以上相对敏感部件，对这种部件(诸如一个以上轴承、传感器等)造成损坏。
由此，对于所描绘的实施例，辅助动力单元50进一步包括电隔断部96，驱动轴58通过电隔断部96联接到转子组件80。具体地，对于所描绘的实施例，转子组件80只通过电隔断部96联接到辅助动力单元50的驱动轴58，使得电隔断部96构造成实质上传递电机76的转子组件80中的驱动轴58之间的转矩的全部。例如，当作为电动机操作时，实质上电机76所产生的转矩的全部通过电隔断部96从电机76的转子组件80的转子轴84传递到驱动轴58。相似地，当作为发电机操作时，实质上辅助动力单元50所产生(将要传递到电机76)的转矩的全部通过电隔断部96从驱动轴58传递到电机76的转子组件80的转子轴84。
为了防止电从电机76的转子组件80传导到辅助动力单元50的驱动轴58，电隔断部96实质上完全由非导电材料形成。例如，在某些示范性方面，非导电材料可以是塑料材料，诸如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、酚类或酚醛树脂、聚醚醚酮、聚酰亚胺等中的一个以上。将理解，以这种方式，在至少某些示范性实施例中，非导电性材料可以具有大于大约1×1010ρ(Ω·m)和多达大约1×1026ρ(Ω·m)的电阻率。例如，非导电性材料可以具有大于大约1×1012ρ(Ω·m)的电阻率，诸如大于大约1×1014ρ(Ω·m)的电阻率，诸如大于大约1×1016ρ(Ω·m)的电阻率。
另外，如将从图3理解的，所描绘的示范性电隔断部96基本是在电机76(更特别地，转子轴84)和驱动轴58之间延伸的轴。进一步，电隔断部96限定转子轴84和驱动轴58之间的最小间隙距离(即，两个部件之间的最小距离)。对于所描绘的实施例，最小间隙距离至少大约为0.25英寸，诸如至少大约0.5英寸，诸如至少大约0.75英寸，诸如至少大约1.5英寸，诸如至少大约三(3)英寸。最小间隙距离仅在其上端处受电机76和由驱动轴58驱动的发动机的部件之间的距离(可以在一(1)英尺左右并且多达十(10)英尺左右)限制。转子轴84和驱动轴58之间的这种最小间隙距离可以进一步确保部件之间的任何电弧形成的可能性低，而不管电隔断部96的高电阻。
通过根据一个以上这些示范性实施例包括电隔断部96，辅助动力单元50可以以合理程度的确定性来确保通过电机76的定子组件78产生或者传递到电机76的定子组件78(并且通过例如电弧传导到转子组件80)的电不从转子组件80传导到辅助动力单元50的驱动轴58而潜在性地损坏其某些部件。
进一步，如上面注明的，在某些示范性实施例中，静止支撑构件72还可以构造成提供电机76的电绝缘，更具体地，定子组件78的电绝缘。例如，静止支撑构件72可以由与用于转子组件80的电隔断部96相似的材料形成，诸如合适的塑料材料或其他非传导材料。附加地或替代地，支撑构件72可以包括具有合适结构的部分或区段，用于将定子组件78相对于辅助动力单元50电绝缘。例如，在某些实施例中，静止支撑构件72可以包括下面参考图4至图6描述的结构中的一个以上。以这种方式，定子组件78可以与发动机/辅助动力单元50电绝缘。然而，替代地，可以运用任何其他合适的结构。
另外，如上面注明的，将理解，转子组件80构造成相对于定子组件78旋转，更具体地说，转子组件80和定子组件78可旋转地联接。对于所描绘的实施例，电机76包括多个空气轴承。更具体地，对于所描绘的实施例，在辅助动力单元50操作期间，使用多个空气轴承可旋转地完全联接转子组件80和定子组件78。对于所示出的实施例，多个空气轴承包括至少一个径向空气轴承98和至少一个推力空气轴承100。对于所示出的实施例，径向空气轴承98定位在电机76的前端处，在转子82和定子86的前侧，推力空气轴承100定位在电机76的后端处，在转子82和定子86的后侧。在某些示范性实施例中，多个空气轴承(即，对于所示出的实施例，径向空气轴承98和推力空气轴承100)可以从例如辅助动力单元50的压缩机区段的压缩机52接收压缩空气。然而，在其他实施例中，空气轴承可以从任何其他合适的高压空气源接收压缩空气流。
将理解，在辅助动力单元50和电机76操作期间，通过多个空气轴承将转子组件80可旋转地联接到定子组件78可以进一步减少通过电机76的定子组件78产生或者向电机76的定子组件78提供的电传递到转子组件80。更具体地，通过运用空气轴承，在操作期间，转子轴84可以不与定子轴88物理接触，在两个部件之间创建绝缘层(即，空气)。
然而，将理解，在其他示范性实施例中，可以提供任何其他合适的构造，用于电隔断部96、发动机(即，对于上面的实施例，辅助动力单元50)和/或电机76。例如，现在简要参考图4至图6，提供了根据本公开的电隔断部96的三个替代实施例。所描绘的电隔断部96可以以与上述电隔断部96实质上相同的方式构造而成。例如，电隔断部96可以将发动机的驱动轴58联接到发动机的电机76的转子组件80，或者更具体地，联接到转子组件80的转子轴84。
图4至图6的示范性实施例可以减少电隔断部96上的机械应力的量，使得电隔断部96可以由没有传统轴的材料强度特性的材料形成。例如，首先特别参考图4，转子轴84和驱动轴58沿着发动机的轴向方向A重叠，电隔断部96沿着发动机的径向方向R在转子轴84和驱动轴58之间延伸。可注意的是，电隔断部96在第一附接点102处联接到转子轴84并且在第二附接点104处联接到驱动轴58。第一附接点102和第二附接点104沿着轴向方向A实质上对齐。
相对地，对于图5的实施例，驱动轴58沿着轴向方向A再次与转子轴84重叠，并且对于所描绘的实施例，转子轴84嵌套在驱动轴58内。更具体地，驱动轴58包括沿着发动机的周向方向C间隔开的多个向内延伸的齿106，相似地，转子轴84包括沿着发动机的周向方向C间隔开的多个向外延伸的齿108。电隔断部96周向上定位在齿106，108之间，以将两个轴58，84电绝缘。以这种方式，将理解，电隔断部96构造为定位在转子轴84的转子轴花键和驱动轴58的驱动轴花键之间的插入件。可注意的是，在其他实施例中，转子轴84和驱动轴58可以切换。
相似地，图6可以以与图5相似的方式构造而成。例如，驱动轴58沿着轴向方向A再次与转子轴84重叠，对于所描绘的实施例，转子轴84嵌套在驱动轴58内。附加地，驱动轴58包括沿着发动机的周向方向C间隔开的多个向内延伸的齿106，相似地，转子轴84包括沿着发动机的周向方向C间隔开的多个向外延伸的齿108。电隔断部96周向上定位在齿106，108之间，以将两个轴58，84电绝缘。更具体地，电隔断部96构造为绝缘涂层，以提供所需电绝缘。
进一步，将理解，在这些实施例中的每一个中，驱动轴58和转子轴84限定设计成减少在其间形成电弧的可能性的最小间隙距离。进一步，仍在其他实施例中，可以提供任何其他合适地构造的电隔断部96。
另外，如上面注明的，仍在其他示范性实施例中，可以提供任何其他合适的构造，用于发动机(即，对于上面的实施例，辅助动力单元50)和电机76。例如，现在简要参考图7，提供了根据本公开另一示范性实施例的辅助动力单元50。对于所描绘的实施例，辅助动力单元50以与上面参考图3描述的示范性辅助动力单元50实质上相同的方式构造而成。由此，相同或相似的数字可以指代相同或相似的零件。
例如，如所描绘的，示范性辅助动力单元50包括驱动轴58，驱动轴58能够与压缩机区段的压缩机52和涡轮区段的涡轮54一起旋转。附加地，辅助动力单元50包括电机76，电机76包括能够相对于定子组件78旋转的转子组件80。转子组件80大体包括转子82和转子轴84，相似地，定子组件78大体包括定子86和定子轴88。
使用多个轴承可旋转地联接转子组件80和定子组件78。然而，对于所描绘的实施例，多个轴承不构造为空气轴承，而是构造为机械轴承。更具体地，多个轴承包括第一机械轴承110和第二机械轴承112，第一机械轴承110定位成靠近电机76的前端，第二机械轴承112定位成靠近电机76的后端。对于所示出的实施例，第一机械轴承110构造为滚珠轴承，第二机械轴承112构造为滚子轴承。
还简要参考图8，提供第一机械轴承110的特写横截面示意性视图，将理解，第一机械轴承110大体包括外座圈114、内座圈116和定位在其间的多个滚珠118。附加地，对于所示出的实施例，第一机械轴承110包括定位在外座圈114和定子轴88之间的电绝缘层120。电绝缘层120可以是任何合适的电绝缘材料，诸如具有与上面关于电隔断部96论述的相同的电阻的材料。因此，电绝缘层可以使第一机械轴承110电绝缘，阻止(或者，至少减少可能性)电通过第一机械轴承110从定子组件78传导到转子组件80。相似地，将理解，尽管未描绘，但是，第二机械轴承112可以相似地包括定位在外座圈和定子轴88之间的电绝缘层。可注意的是，通过将电绝缘层定位在外座圈114和定子轴88之间，轴承110本身(即，外座圈114、滚子或滚珠118、内座圈116等)可以绝缘而不导电，其中导电可能对轴承110造成损坏。
然而，将理解，在其他示范性实施例中，可以提供任何其他合适的构造，用于使定子组件78和转子组件80之间的可旋转连接电绝缘。例如，代替包括电绝缘层120或除了包括电绝缘层120以外，轴承滚动元件、内座圈和/或外座圈本身可以是电绝缘层。例如，在某些示范性实施例中，机械轴承可以包括陶瓷滚子元件，诸如陶瓷滚珠118(用于图8的滚珠轴承110构造)，或者，用于滚子轴承的陶瓷滚子(例如，滚子轴承112)。陶瓷滚子元件可以由任何合适的材料形成，以提供所需电绝缘(例如，在针对电隔断部96论述的范围内)，诸如氮化硅陶瓷材料。
进一步，如上面注明的，将理解，在其他示范性实施例中，发动机可以具有任何其他合适的构造。例如，在其他示范性实施例中，发动机可以是任何其他合适的涡轮发动机，诸如燃气涡轮发动机，诸如涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机中的任何一个。具体地，例如，现在参考图9，提供了根据本公开另一示范性实施例的发动机的示意性横截面视图。对于所描绘的实施例，发动机构造为高旁通涡轮风扇发动机200。可注意的是，在至少某些实施例中，图1和图2的飞行器发动机42，44可以以与下面论述的图9中描绘的示范性涡轮风扇发动机200实质上相同的方式构造而成。
如图9所示，涡轮风扇发动机200限定轴向方向A(平行于为了参考提供的纵向中心线201延伸)、径向方向R和周向方向C(绕着轴向方向A延伸；图9中未描绘)。大体上，涡轮风扇发动机200包括风扇区段202和安置在风扇区段202下游的涡轮机204。
所描绘的示范性涡轮机204大体包括实质上筒状的外壳体206，外壳体18限定环状入口208。外壳体206以串行流动关系包围：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；涡轮区段，包括高压(HP)涡轮216和低压(LP)涡轮218；以及喷射排气喷嘴区段220。压缩机区段、燃烧区段214和涡轮区段一起至少部分地限定从环状入口208延伸到喷射排气喷嘴区段220的核心空气流路221。涡轮风扇发动机进一步包括一个以上驱动轴。更具体地，涡轮风扇发动机包括将HP涡轮216驱动地连接到HP压缩机212的高压(HP)轴或线轴222，以及将LP涡轮218驱动地连接到LP压缩机210的低压(LP)轴或线轴224。
对于所描绘的实施例，风扇区段202包括风扇226，风扇38具有以间隔开的方式联接到盘230的多个风扇叶片228。风扇叶片228和盘230通过LP轴224能够一起绕着纵向轴线201旋转。盘230通过可旋转的前轮毂236覆盖，前轮毂236具有空气动力学轮廓，以促进通过多个风扇叶片228的气流。
附加地，示范性涡轮风扇发动机200包括环状风扇壳体或外机舱238，外机舱238周向上围绕风扇226和/或涡轮机204的至少一部分。机舱238通过多个周向上间隔开的出口导向轮叶240而相对于涡轮机204被支撑。机舱238的下游区段242可以在涡轮机204的外部分上延伸，以便在其间限定旁路气流通道244。
另外，仍参考图9，所描绘的示范性涡轮风扇发动机200包括能够与风扇226一起旋转的电机76。具体地，对于所描绘的实施例，电机76定位在涡轮风扇发动机200的涡轮区段内或者涡轮区段的后侧，并且至少部分地沿着径向方向R在核心空气流路221的内侧。另外，所描绘的示范性电机76同轴地安装到LP轴224并且能够与LP轴224一起旋转(LP轴224也使风扇226旋转)。如文中使用的，“同轴”指代轴线对齐。然而，应当理解，在其他实施例中，电机76的轴线可以从LP轴224的轴线201径向偏移，并且进一步可以相对于LP轴224的轴线201倾斜，使得电机76可以定位于至少部分地在核心空气流路221的内侧的任何合适位置。进一步，在其他实施例中，电机76可以定位在任何其他合适的位置。例如，在其他实施例中，电机76可以安装在例如压缩机区段内、在核心空气流路221的径向外侧以及在外壳体206内等。
电机76大体包括转子组件80和定子组件78。在某些示范性实施例中，电机76的转子组件80和定子组件78可以以与上面参考图1至图3描述的电机76的示范性转子组件80和定子组件78实质上相同的方式构造而成。例如，如示意性描绘的，转子组件80大体包括转子82和转子轴84。进一步，所描绘的涡轮风扇发动机200包括电隔断部96。驱动轴(或者确切地，LP轴)224通过电隔断部96联接到转子组件80。如同上面的实施例，电隔断部96构造成实质上传递LP轴224和电机76的转子组件80之间的转矩的全部。以这种方式，将理解，包括电隔断部96以将驱动轴58联接到转子组件80可以帮助确保通过涡轮风扇发动机200的电机76产生或者向涡轮风扇发动机200的电机76提供的电不非希望地通过转子组件80传导并且例如传导到LP轴224，传导到涡轮风扇发动机200的相对敏感部件。
进一步，示范性涡轮风扇发动机200附加地包括静止构件72，定子组件78联接到静止构件72。静止构件72可以以与上面论述的静止构件72相似的方式构造而成，因而可以包括电绝缘区段，以进一步将电机76与涡轮机204电绝缘。附加地，静止构件72可以联接到发动机200的任何合适的静止结构，诸如支柱或框架，诸如对于所示出的实施例，后支柱或后框架。
可注意的是，从文中的论述中，将理解，在至少某些实施例中，包括根据文中描述的一个以上实施例的电机的发动机可以是相对高功率的发动机。例如，发动机可以构造成产生至少大约250马力(hp)，诸如至少大约500hp，诸如至少大约1000hp，诸如至少大约2000hp，诸如至少大约10,000hp，诸如至少大约20,000hp，诸如多达大约150,000hp。以这种方式，将理解，发动机的驱动轴(例如，图3的驱动轴58或图9的LP轴224)可以构造成，在发动机操作期间(诸如在峰值操作条件期间)，传递相对大量的转矩，诸如至少大约250磅-英尺的转矩。例如，驱动轴可以构造成传递至少大约450磅-英尺的转矩，或者至少大约750磅-英尺的转矩。或者在其他实施例中，驱动轴可以构造成传递至少大约1,500磅-英尺的转矩，诸如至少大约5,000磅-英尺的转矩，10,000磅-英尺的转矩，或者50,000磅-英尺的转矩，以及多达大约150,000磅-英尺的转矩。
进一步，仍在其他示范性实施例中，包括电机76和电隔断部96的发动机仍可以具有其他合适的构造。例如，现在简要参考图10，提供了根据本公开又一示范性实施例的发动机的示意性横截面视图。对于所描绘的实施例，发动机构造为航空风扇发动机250。更具体地，对于图10的实施例，发动机构造为电动力航空风扇发动机250。以这种方式，将理解，航空风扇发动机250大体包括风扇252、驱动轴58和电机76，风扇252具有多个风扇叶片254，驱动轴58联接到多个风扇叶片254，用于驱动多个风扇叶片254。图10的电机76可以以与上面参考图1至图9描述的一个以上示范性电机76实质上相同的方式构造而成。例如，图10的电机76大体包括转子组件80和定子组件78。电动航空风扇发动机250的驱动轴58通过电隔断部96联接到电机76的转子组件80，使得电隔断部96构造成实质上传递驱动轴58和电机76的转子组件80之间的转矩的全部。
可注意的是，图10的示范性电动风扇航空发动机250可以包含如图1至图3的飞行器的示范性推进系统中。利用这种示范性实施例，航空风扇发动机250可以安装到例如机翼22中的一个以上，在飞行器10的后端16处等。以这种方式，电动航空风扇发动机250可以构造成接收例如由诸如图9的实施例中的推进系统的一个以上燃气涡轮发动机驱动的分离式电机所产生的电力。
进一步，将理解，仍在本公开的其他示范性实施例中，任何其他合适类型的发动机可以与本公开一起运用。例如，除了上述实施例以外，本公开可以与任何合适的电机和涡轮、运用电机的冲压空气涡轮等组合。
现在参考图11，提供了根据本公开示范性方面的用于操作发动机的方法300。示范性方法300可以与上面参考图1至图9描述的示范性发动机和电机中的一个以上一起运用。例如，在某些示范性方面，发动机可以是具有压缩机和部分地限定核心空气流路的涡轮的涡轮发动机。进一步，在某些示范性方面，电机可以沿着发动机的径向方向至少部分地定位在核心空气流路的内侧，驱动轴可以联接到压缩机或涡轮中的至少一个，或者以其他方式能够与之一起旋转。例如，发动机可以是辅助动力单元、涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。然而，可注意的是，在一个以上这些实施例中，电机可以不定位在核心空气流路的内侧，而是可以位于任何其他合适的位置。仍在其他示范性方面，发动机可以是航空风扇发动机，不包括涡轮机械。
如所描绘的，示范性方法300包括，在(302)，通过电隔断部实质上传递转子组件和驱动轴之间的全部推力，利用发动机的驱动轴，使电机的转子组件相对于电机的定子组件旋转。可注意的是，示范性方法300的电隔断部可以以与上述一个以上示范性电隔断部相同的方式构造而成。
将理解，在某些示范性方面，电机可以作为发电机操作。由此，利用这种示范性方面，在(302)，通过电隔断部实质上传递转子组件和驱动轴之间的全部推力，利用驱动轴，使转子组件相对于定子组件旋转可以包括：在(304)，利用驱动轴驱动转子组件。相对地，在其他示范性方面，电机可以操作为电动马达操作。由此，利用这种示范性方面，在(302)，通过电隔断部实质上传递转子组件和驱动轴之间的全部推力，利用驱动轴，使转子组件相对于定子组件旋转可以包括：在(306)，利用转子组件驱动驱动轴。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，并执行任何并入的方法。本发明的专利权范围由权利要求书来限定，可以包括本领域技术人员容易想到的其他示例。这种其他示例意在包括于权利要求书的范围内，如果该示例包括与权利要求书的文字语言并无不同的结构元素的话，或者，如果该示例包括与权利要求书的文字语言无实质不同的等同结构元素的话。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种发动机，包含：驱动轴；电机，所述电机包含定子组件和转子组件，所述转子组件能够相对于所述定子组件旋转；以及电隔断部，所述驱动轴通过所述电隔断部联接到所述转子组件。
2.根据任何在前条项的发动机，其中，所述电隔断部构造成实质上传递所述驱动轴和所述电机的所述转子组件之间的转矩的全部。
3.根据任何在前条项的发动机，其中，所述发动机是包含压缩机和涡轮的涡轮发动机，其中，所述驱动轴联接到所述涡轮发动机的所述压缩机或所述涡轮中的至少一个。
4.根据任何在前条项的发动机，其中，所述涡轮发动机是涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机中的至少一个。
5.根据任何在前条项的发动机，其中，所述涡轮发动机是辅助动力单元。
6.根据任何在前条项的发动机，其中，所述涡轮发动机限定核心空气流路，并且其中，所述电机沿着径向方向定位在所述核心空气流路的至少一部分的内侧。
7.根据任何在前条项的发动机，其中，所述发动机是航空风扇发动机，其中，所述航空风扇发动机包含具有多个风扇叶片的风扇，并且其中，所述驱动轴联接到所述多个风扇叶片，用于驱动所述多个风扇叶片。
8.根据任何在前条项的发动机，其中，所述电隔断部实质上完全由非导电材料形成。
9.根据任何在前条项的发动机，其中，所述非导电材料具有大于大约1×1010ρ(Ω·m)的电阻率。
10.根据任何在前条项的发动机，其中，所述非导电材料是塑料材料。
11.根据任何在前条项的发动机，其中，所述电机包含多个空气轴承，并且其中，使用所述多个空气轴承可旋转地联接所述转子组件和所述定子组件。
12.根据任何在前条项的发动机，其中，在所述发动机操作期间，使用所述多个空气轴承可旋转地完全联接所述转子组件和所述定子组件，所述多个空气轴承包括至少一个径向空气轴承和至少一个推力空气轴承。
13.根据任何在前条项的发动机，其中，所述电机包含多个机械轴承，其中，使用所述多个机械轴承可旋转地联接所述转子组件和所述定子组件，并且其中，所述多个机械轴承中的每一个包含电绝缘部。
14.根据任何在前条项的发动机，进一步包含：静止构件，其中，所述电机的所述定子组件联接到所述静止构件，并且其中，所述静止构件包含电绝缘区段。
15.根据任何在前条项的发动机，其中，所述发动机构造成在操作期间产生至少大约250马力，并且其中，所述驱动轴构造成在操作期间传递至少大约250磅-英尺的转矩。
16.根据任何在前条项的发动机，其中，所述发动机构造成在操作期间产生至少大约2,000马力，并且其中，所述驱动轴构造成在操作期间传递至少大约1,500磅-英尺的转矩。
17.一种用于操作发动机的方法，包含：通过电隔断部实质上传递转子组件和驱动器之间的全部推力，利用所述发动机的驱动轴，使电机的所述转子组件相对于所述电机的定子组件旋转。
18.根据任何在前条项的方法，其中，通过所述电隔断部实质上传递所述转子组件和所述驱动轴之间的全部推力，利用所述驱动轴，使所述转子组件相对于所述定子组件旋转包含：利用所述驱动轴驱动所述转子组件。
19.根据任何在前条项的方法，其中，通过所述电隔断部实质上传递所述转子组件和所述驱动轴之间的全部推力，利用所述驱动轴，使所述转子组件相对于所述定子组件旋转包含：利用所述转子组件驱动所述驱动轴。
20.根据任何在前条项的方法，其中，所述发动机是包含压缩机和涡轮的涡轮发动机，所述涡轮部分地限定核心空气流路，其中，所述电机沿着所述发动机的径向方向至少部分地定位在所述核心空气流路的内侧，并且其中，所述驱动轴联接到所述压缩机或所述涡轮中的至少一个，或者，以其他方式能够与所述压缩机或所述涡轮中的至少一个一起旋转。

Claims (10)

1.一种发动机，其特征在于，包含：
驱动轴；
电机，所述电机包含定子组件和转子组件，所述转子组件能够相对于所述定子组件旋转；以及
电隔断部，所述驱动轴通过所述电隔断部联接到所述转子组件。
2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中，所述电隔断部构造成实质上传递所述驱动轴和所述电机的所述转子组件之间的转矩的全部。
3.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中，所述发动机是包含压缩机和涡轮的涡轮发动机，其中，所述驱动轴联接到所述涡轮发动机的所述压缩机或所述涡轮中的至少一个。
4.如权利要求3所述的发动机，其特征在于，其中，所述涡轮发动机是涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机中的至少一个。
5.如权利要求3所述的发动机，其特征在于，其中，所述涡轮发动机是辅助动力单元。
6.如权利要求3所述的发动机，其特征在于，其中，所述涡轮发动机限定核心空气流路，并且其中，所述电机沿着径向方向定位在所述核心空气流路的至少一部分的内侧。
7.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中，所述发动机是航空风扇发动机，其中，所述航空风扇发动机包含具有多个风扇叶片的风扇，并且其中，所述驱动轴联接到所述多个风扇叶片，用于驱动所述多个风扇叶片。
8.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中，所述电隔断部实质上完全由非导电材料形成。
9.如权利要求8所述的发动机，其特征在于，其中，所述非导电材料具有大于大约1×1010ρ(Ω·m)的电阻率。
10.如权利要求8所述的发动机，其特征在于，其中，所述非导电材料是塑料材料。
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