CN110999043A - 包括含可逆通风装置的启动马达的涡轮机及相关冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及直升机涡轮机，该直升机涡轮机包括被构造成使驱动轴(12)旋转的电动启动马达(20)、用于冷却电动马达的散热器(26)以及由电动马达驱动的通风轮(28)，其特征在于，该通风轮(28)是可逆的，涡轮机包括超越离合器(22)，该超越离合器被构造成将扭矩从电动马达(20)传递到驱动轴(12)，该电动马达(20)被构造成在第一旋转方向上，该电动马达使驱动轴(12)和通风轮(28)旋转以产生沿直接方向通过散热器(26)的空气流，并且在相反的旋转方向上，该电动马达仅使通风轮(28)旋转以产生沿与直接方向相反的方向通过散热器(26)的空气流。

Description

包括含可逆通风装置的启动马达的涡轮机及相关冷却方法
技术领域
本发明涉及涡轮发动机。特别地，本发明涉及直升机的涡轮发动机以及相关的冷却方法，该涡轮发动机配备有电动启动马达和用于冷却所述电动马达的电子部件的系统。
背景技术
现有技术特别包括以编号FR-A1-2 992 630公布的法国专利申请和以编号WO-A1-2013/007225公布的国际申请。
在被称为混合动力的运行情况下，直升机中使用的涡轮发动机可以在飞行期间处于备用状态，然后在需要时重新启动。这些涡轮发动机的重新启动是通过电动启动马达执行的，该电动启动马达通过超越离合器来驱动涡轮发动机的驱动轴，该超越离合器在涡轮发动机达到一定旋转速度后会脱离接合。电动马达的电子部件由包括通风轮的冷却系统冷却。
当直升机着陆时，涡轮发动机就会停止。由于不再有任何强制的动态或自然通风(因为直升机已经停止)，因此涡轮发动机的温度向电动马达及其电子部件扩散。特别地，位于涡轮发动机一侧的电动马达的电子部件的温度升高并且可导致这些部件损坏。在电动马达连接到涡轮发动机的情况下，电动马达开始旋转以通风将导致涡轮发动机的旋转，这不是所希望的。
因此，发明人寻求一种降低电动马达的电子部件的温度的解决方案。
发明目的
本发明旨在克服已知涡轮发动机的缺点中的至少一些。
特别地，本发明旨在在本发明的至少一个实施例中提供一种涡轮发动机，该涡轮发动机使得能够在涡轮发动机停机期间减少涡轮发动机的启动系统的电动启动马达的电子部件的发热。
本发明还旨在在本发明的至少一个实施例中提供一种涡轮发动机，该涡轮发动机使用减小的功率以减少发热。
本发明还旨在在至少一个实施例中提供一种涡轮发动机，可以在不通过关闭的涡轮发动机输入任何电能的情况下对该涡轮发动机的电动启动马达的电子部件进行冷却。
本发明还旨在在至少一个实施例中提供一种用于冷却涡轮发动机的电动马达的电子部件的方法。
发明内容
为此，本发明涉及直升机涡轮发动机，该直升机涡轮发动机包括：
-至少一个压缩机、至少一个涡轮以及所述压缩机和涡轮的驱动轴，
-电动启动马达，该电动启动马达包括电子部件并且被构造成使所述驱动轴旋转，
-用于使电动马达的电子部件冷却的系统，该系统包括用于冷却电子部件的散热器和由电动马达驱动的通风轮，
其特征在于：
-通风轮是可逆通风轮，当该通风轮沿第一旋转方向旋转时，该通风轮适于产生沿被称为直接方向的第一方向的空气流，并且当该通风轮沿第二旋转方向旋转时，该通风轮适于产生沿与直接方向相反的、被称为相反方向的方向的空气流，
-涡轮发动机包括超越离合器，所述超越离合器被构造成当电动马达在涡轮发动机运行并驱动驱动轴时根据第一旋转方向并且以至少等于驱动轴的速度的速度旋转时，将由电动马达产生的扭矩传递到驱动轴，
-电动马达被构造成在第一运行模式下和第一旋转方向上，一方面通过超越离合器驱动驱动轴，另一方面驱动通风轮以产生沿直接方向通过散热器的空气流，并且在第二运行模式下和相反的旋转方向上仅驱动通风轮，以产生沿相反方向通过散热器的空气流。
因此，根据本发明的涡轮发动机在涡轮发动机停机时，通过使马达沿相反方向旋转能够使电动启动马达的电子部件通风。由于超越离合器，沿相反方向运行的电动马达不会使涡轮发动机旋转，而只会使通风轮旋转。
通风轮是可逆的，因此通风轮可以通过改变其旋转方向在两个方向上产生空气流。可以在申请人的以序列号FR-A1-3 025 665公开的专利申请中找到示例性可逆通风轮。
因此，利用根据本发明的涡轮发动机，当涡轮发动机停止时，可以通过使电动马达的旋转方向反向来继续冷却电动启动马达和电动马达的电子部件。由于存在超越离合器和可逆通风轮，这是可能的。
有利地并且根据本发明，在第二运行模式下，电动马达由专用电池供电。
根据本发明的这个方面，该电池使得能够在电动马达既不通过涡轮发动机(该涡轮发动机被关闭)供电，也不通过直升机的任何设备(因为该直升机的任何设备已被停止)供电时为电动马达供电。
有利地并且根据本发明，通风轮在第二运行模式下的旋转速度被配置成小于通风轮在第一运行模式下的旋转速度。
根据本发明的这个方面，该旋转速度被降低以使得能够进行有效的通风并限制电子部件的发热现象，但是也通过使用高度降低的运行功率进行，轮旋转所需的功率增加所需的通风轮的旋转速度的立方。
因此，在由电池供电的本发明的变型中，电池可以是强有力的并且可以减小电池的容量。
根据优选的变型，通风轮在第二运行模式下的旋转速度被配置成小于或等于通风轮在第一运行模式下的旋转速度。这种变型能够在通风与耗电量之间取得良好的折衷。
本发明还涉及用于使涡轮发动机的电动启动马达的电子部件通风的方法，所述涡轮发动机包括：
-至少一个压缩机、至少一个涡轮以及所述压缩机和涡轮的驱动轴，
-所述电动启动马达，所述电动启动马达包括电子部件并且被构造成通过超越离合器使所述驱动轴旋转，
-用于使电动马达的电子部件的冷却系统，该系统包括用于冷却电子部件的散热器和由电动马达驱动的通风轮，
其特征在于，该通风轮是可逆的，该方法包括：
-第一驱动步骤：由电动马达一方面通过超越离合器驱动驱动轴，另一方面驱动通风轮以产生沿直接方向通过散热器的空气流，
-第二驱动步骤：由电动马达仅驱动通风轮以产生沿与直接方向相反的方向通过散热器的空气流。
有利地并且根据本发明，在涡轮发动机停机之后执行第二驱动步骤。
有利地并且根据本发明，在第二驱动步骤中，当电动马达的旋转速度小于涡轮发动机的旋转速度时，沿第一旋转方向或沿相反的旋转方向驱动通风轮，并且如果电动马达的旋转速度大于或等于涡轮发动机的旋转速度，则仅沿相反的旋转方向驱动通风轮。
因此，当电动马达不驱动涡轮发动机时，由于存在超越离合器，马达也可以沿任一旋转方向驱动通风轮。当电动马达的旋转速度大于或等于涡轮发动机的旋转速度时，超越离合器开始起作用，从而仅沿相反的方向驱动通风机。
有利地，根据本发明的涡轮发动机适于实施根据本发明的方法。
有利地，本发明的方法适于在根据本发明的涡轮发动机中实施。
本发明还涉及其特征在于结合了上文或下文提到的所有特征或一些特征的涡轮发动机和方法。
附图说明
通过阅读仅以非限制性的方式给出并参考附图的以下描述，本发明的其他目的、特征和优点将显现，在附图中：
-图1是根据本发明的实施例的涡轮发动机的示意图，
-图2是表示根据现有技术然后根据本发明的实施例的涡轮发动机的电动启动马达的电子部件的温度的曲线图。
具体实施方式
以下实施例是示例。尽管该说明书提及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个提及都涉及同一实施例，或者这些特征仅适用于单个实施例。不同实施例的单个特征也可以组合以提供其他实施例。在附图中，出于说明和清楚的目的，不严格遵守尺度和比例。
图1示意性地示出了涡轮发动机10，根据涡轮发动机的简化视图，该涡轮发动机10以已知的方式包括驱动压缩机14和涡轮16的驱动轴12，燃烧室18位于驱动轴12与涡轮16之间。
为了能够快速重新启动涡轮发动机，例如在直升机飞行中，当涡轮发动机处于待命状态时，电动启动马达20通过超越离合器22(在此用圆圈示意性表示)连接到驱动轴12。
超越离合器22具有多个功能：一方面，能够确保当电动马达根据第一旋转方向旋转时电动马达仅驱动驱动轴，并且当电动马达根据第二旋转方向旋转时电动马达不驱动驱动轴，另一方面，当驱动轴以比电动马达更大的速度旋转时，超越离合器与驱动轴脱离接合。
电动马达20包括电子部件24，该电子部件24一方面因为其运行而遭受发热，另一方面由于接近涡轮发动机而在其运行期间产生热量。
用于冷却电动马达的电子部件的系统包括散热器26，在此，该散热器26在电动马达外部包括多个叶片，这些叶片由于通过通风轮28产生沿第一方向(被称为直接方向)的空气流而进行通风。通风轮28由电动马达直接驱动。
当在直升机中使用涡轮发动机时并且当直升机处于飞行和移动状态时，由于环境空气的缘故，也部分自然地对电子部件24以及更一般地对构成涡轮发动机10的所有元件的进行通风。
根据本发明，通风轮28是可逆的，即，通风轮被布置成当通风轮沿第一旋转方向旋转时产生沿直接方向的空气流，并且当通风轮沿第二旋转方向旋转时产生沿与该直接方向相反的方向(被称为相反方向)的空气流。
当涡轮发动机10被关闭时，不再通过直升机的前进对涡轮发动机进行冷却，并且在气体燃烧之后，涡轮发动机所存储的热量被传播到电子部件24，该热量被添加到由这些电子部件24在其运行期间释放的热量中，并且导致电子部件24的整体发热。
图2是表示在现有技术的涡轮发动机和根据现有技术的冷却方法中电子部件、特别是二极管的温度在第一时间段30中随时间的变化的曲线图，以及在根据本发明的实施例的涡轮发动机中和根据本发明的实施例的冷却方法中电子部件、特别是二极管的温度在第二时间段32中随时间的变化的曲线图。IGBT晶体管可获得相同的曲线。
在现有技术中，由于冷却系统不再起作用，因此部件的温度在第一时间段30期间升高，例如在此从大约107℃升高至大约115℃。
在本发明中，特别是在根据所述实施例的涡轮发动机10中，在涡轮发动机停机之后，电动马达根据第二旋转方向旋转。因此，可逆的通风轮28产生沿相反的方向的空气流，从而将电子部件的温度例如在此从107℃降低到82℃。
因此，根据本发明的方法，在第一步骤期间，当涡轮发动机处于第一运行模式(在该第一运行模式下涡轮发动机被开启)时，通风轮使部件通风，并且由于通风轮的可逆方面，在第二步骤期间，当涡轮发动机处于第二运行模式(在该第二运行模式下涡轮发动机被关闭)时，通风轮也使部件通风。
为了限制通风轮的耗电量和功率，可以在第二步骤期间以降低的速度驱动通风轮。例如，通风轮在第一运行模式下的额定性能为：
-旋转速度：30000转/分钟，
-产生的空气流量：130l/s，
-功率：1kW。
在第二种运行模式下，性能可能会降低三分之一，使得能够进行适当的通风，从而降低所使用的功率：
-旋转速度：10000转/分钟，
-产生的空气流量：43l/s，
-功率：40W。
这是由于以下事实：功率演变为旋转速度的立方。
为了在该第二运行模式期间为电动马达供电，涡轮发动机可包括专用电池34。
为了更清楚起见，在此以示意性方式示出了电动马达及其冷却系统。实际上，存在如下布置，使得能够将电动马达和通风轮布置在同一轴线上，该电动马达包括在其边缘上的散热器和通风轮，该通风轮在散热器的水平处产生围绕电动马达的空气流。

Claims (6)

1.直升机涡轮发动机，所述直升机涡轮发动机包括：
-至少一个压缩机(14)、至少一个涡轮(16)以及所述压缩机和所述涡轮的驱动轴(12)，
-电动启动马达(20)，所述电动启动马达包括电子部件(24)并且被构造成使所述驱动轴(12)旋转，
-用于使电动马达的电子部件(24)冷却的系统，所述系统包括用于冷却电子部件的散热器(26)和由所述电动马达驱动的通风轮(28)，
其特征在于：
-所述通风轮(28)是可逆通风轮，当所述通风轮沿第一旋转方向旋转时，所述通风轮适于产生沿被称为直接方向的第一方向的空气流，并且当所述通风轮沿第二旋转方向旋转时，所述通风轮适于产生沿与所述直接方向相反的、被称为相反方向的方向的空气流，
-所述涡轮发动机包括超越离合器(22)，所述超越离合器被构造成，当所述电动马达(20)在所述涡轮发动机运行并驱动所述驱动轴时根据第一旋转方向并且以至少等于所述驱动轴(12)的速度的速度旋转时，将由所述电动马达(20)产生的扭矩传递到所述驱动轴(12)，
-所述电动马达(20)被构造成在第一运行模式下和第一旋转方向上，一方面通过所述超越离合器(22)驱动所述驱动轴(12)，另一方面驱动所述通风轮(28)以产生沿所述直接方向通过所述散热器(26)的空气流，在第二运行模式下和相反的旋转方向上，仅驱动所述通风轮(28)以产生沿所述相反方向通过所述散热器(26)的空气流。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，在所述第二运行模式下，所述电动马达(20)由专用电池(34)供电。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机，其特征在于，所述通风轮(28)在所述第二运行模式下的旋转速度被配置成小于所述通风轮(28)在所述第一运行模式下的旋转速度。
4.使涡轮发动机(10)的电动启动马达的电子部件通风的方法，所述涡轮发动机包括：
-至少一个压缩机(14)、至少一个涡轮(16)以及所述压缩机和所述涡轮的驱动轴(12)，
-所述电动启动马达(20)，所述电动启动马达包括电子部件(24)并且被构造成通过超越离合器(22)使所述驱动轴(12)旋转，
-用于使电动马达的电子部件冷却的系统，所述系统包括用于冷却电子部件的散热器(26)和由所述电动马达驱动的通风轮(28)，
其特征在于，所述通风轮(28)是可逆的，所述方法包括：
-第一驱动步骤：由所述电动马达(20)一方面通过所述超越离合器(22)驱动所述驱动轴(12)，另一方面驱动所述通风轮(28)以产生沿直接方向通过所述散热器(26)的空气流，
-第二驱动步骤：由所述电动马达(20)仅驱动所述通风轮(28)，以产生沿与所述直接方向相反的方向通过所述散热器(26)的空气流。
5.根据权利要求4所述的通风方法，其特征在于，在所述涡轮发动机(10)停机之后执行第二驱动步骤。
6.根据权利要求4所述的通风方法，其特征在于，在所述第二驱动步骤中，当所述电动马达的旋转速度小于所述涡轮发动机的旋转速度时，沿第一旋转方向或沿相反的旋转方向驱动所述通风轮，如果所述电动马达的旋转速度大于或等于所述涡轮发动机的旋转速度，则仅沿相反的旋转方向驱动所述通风轮。
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