CN114909222A - 包括嵌入式电机和相关联冷却系统的燃气涡轮发动机 - Google Patents

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Abstract

提供了一种从位于燃气涡轮发动机中的电机去除热量的方法，电机在径向方向上至少部分地位于核心气流路径的内侧，电机包括外电机定子和内电机转子。该方法包括使用冷却剂通路将液体冷却剂径向向内引导经过外电机定子并朝向内电机转子。将液体冷却剂引导到内电机转子和转子支撑件中的一个或两者上和/或引导通过内电机转子和转子支撑件中的一个或两者，从而从内电机转子去除热量。

Description

包括嵌入式电机和相关联冷却系统的燃气涡轮发动机
技术领域
本说明书大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地，涉及包括嵌入式电机和用于冷却电机的相关联冷却系统的燃气涡轮发动机。
背景技术
燃气涡轮发动机经常用作飞行器推进系统的一部分。燃气涡轮发动机可包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。空气由风扇提供到压缩机区段，在压缩机区段中空气被压缩并输送到燃烧区段。在燃烧区段中，空气与燃料混合然后燃烧。然后燃烧气体被输送到涡轮区段，在将燃烧气体输送到排气区段之前驱动涡轮区段。
在操作期间，燃气涡轮发动机内的温度可能上升。为了管理燃气涡轮发动机的温度升高，可以提供用于从燃气涡轮发动机的各个部件去除热能的各种冷却系统。燃气涡轮发动机的某些部件可能比其他部件更擅长处理温度升高。例如，可能希望限制可嵌入燃气涡轮发动机内的电机的温度升高。
发明内容
根据本公开的实施例，提供了一种从位于燃气涡轮发动机中的电机去除热量的方法，电机在径向方向上至少部分地位于核心气流路径的内侧，电机包括外电机定子和内电机转子。该方法包括使用冷却剂通路将液体冷却剂径向向内引导经过外电机定子并朝向内电机转子。将液体冷却剂引导到内电机转子和转子支撑件中的一个或两者上和/或引导通过内电机转子和转子支撑件中的一个或两者，从而从内电机转子去除热量。
一种燃气涡轮发动机，其包括以串行流动顺序布置的压缩机区段和涡轮区段。压缩机区段和涡轮区段一起限定核心气流路径。旋转构件可与压缩机区段的至少一部分和涡轮区段的至少一部分一起旋转。电机在径向方向上至少部分地位于核心气流路径的内侧。电机包括外电机定子和联接到旋转构件的内电机转子。冷却系统包括冷却剂通路，冷却剂通路引导液体冷却剂经过外电机定子到内电机转子，以从内电机转子去除热量。
本文所述的燃气涡轮发动机及其使用方法的附加特征、实施例和优点将在随后的详细描述中阐述，并且部分地，对于本领域技术人员来说显而易见的是，基于本文所公开的教导，这些特征、实施例和优点被设想并考虑在本公开的范围内。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都描述了各种实施例，并且旨在提供用于理解本文描述和要求保护的主题的性质和特性的概述或框架。包括附图以提供对各种实施例的进一步理解，并且附图被并入本说明书并构成本说明书的一部分。附图示出了本文描述的各种实施例，并且与描述一起用于解释本文描述和要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的包括电机的燃气涡轮发动机的示意剖视图；
图2是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图1的燃气涡轮发动机的一部分的示意立体图，包括电机的位置以及电气系统和用于冷却电气系统和电机的冷却系统；
图3是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的包括外壳内的电机的图1的燃气涡轮发动机的后部的示意剖视图；
图4是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的包括外壳内的电机的燃气涡轮发动机的后部的另一个实施例的示意剖视图；
图5示出了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的导向液体冷却剂通过图4的外壳的定子隔室的方法；
图6示意性地示出了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的导向液体冷却剂通过图5的外壳的定子隔室的方法；
图7示出了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的导向液体冷却剂通过外壳的定子隔室的方法；
图8示出了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的导向液体冷却剂通过外壳的定子隔室的方法；
图9示出了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的导向液体冷却剂通过外壳的定子隔室的方法；
图10A是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图4的电机的电机转子的示意剖视图；
图10B是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图10A的内电机转子的一部分的示意剖视图；
图10C是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的外电机定子和内电机转子的一部分的示意剖视图；
图11A是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；
图11B是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；
图12A是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；
图12B是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；
图12C是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；
图12D是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；
图12E是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；
图12F是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；
图13A是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；
图13B是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；
图13C是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；
图13D是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的与图4的电机一起使用的转子支撑件的一部分的示意剖视图；和
图14是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的包括外壳内的电机的燃气涡轮发动机的后部的另一个实施例的示意剖视图。
具体实施方式
本文描述的实施例总体上针对燃气涡轮发动机，其包括嵌入式电机和用于冷却电机的相关联冷却系统。燃气涡轮发动机可包括以串行流动顺序布置并且一起限定核心气流路径的压缩机区段和涡轮区段。旋转构件(诸如轴、线轴等)可与压缩机区段和涡轮区段的至少一些部分一起旋转。电机嵌入燃气涡轮发动机内。电机可以与旋转构件一起旋转并且与旋转构件同轴地定位，沿燃气涡轮发动机的径向方向至少部分地位于核心气流路径的内侧。电机可以是由旋转构件驱动的发电机。
燃气涡轮发动机包括冷却电机的冷却系统，由于电机在燃气涡轮发动机中的向后位置可能需要该冷却系统。特别地，电机可以在径向方向上至少部分地位于核心气流路径的内侧并且在尾锥内向后。可以提供至少部分地包围电机的外壳。外壳可以至少部分地限定围绕电机的至少一个气流路径。在一些实施例中，围绕电机的至少一个气流路径可以接收来自气流通路的空气，该气流通路通过燃气涡轮发动机的结构构件(例如涡轮后框架的支柱) 提供。
电机包括外电机定子和内电机转子。外电机定子和内电机转子可各自位于外壳内的单独隔室中。燃气涡轮发动机包括将液体冷却剂引导至外电机定子和内电机转子的冷却系统。例如，位于定子隔室中的外电机定子可以包括冷却套，冷却套接收来自液体冷却剂源的液体冷却剂。此外，外电机定子的端绕组可以被淹没在液体冷却剂中。液体冷却剂也被输送到转子隔室中的内电机转子。液体冷却剂可以通过通路被输送到内电机转子和/或液体冷却剂可以喷射到电机转子上。因为定子隔室和转子隔室是分开的隔室，所以通过外电机定子和内电机转子的液体冷却剂回路可以保持分开并且不会在电机内混合。
参考图1，示例性燃气涡轮发动机10可构造用于安装在飞行器上的机翼或机身。在一些实施例中，燃气涡轮发动机10也可用于提供动力。燃气涡轮发动机10包括：风扇区段12，其包括风扇14；压缩机区段16；以及涡轮区段18。风扇区段12、压缩机区段16和涡轮区段18可包括一个或多个转子盘20，一个或多个转子盘20包括从其径向延伸的转子叶片。空气被吸入燃气涡轮发动机10并由风扇14加速。空气或其至少一部分在压缩机区段 16中被压缩并被输送到燃烧室，在燃烧室中空气与燃料混合并燃烧，从而产生热燃烧气体。燃烧气体通过涡轮区段18，涡轮区段18从燃烧气体中提取机械功以使附接的压缩机区段 16转动，从而进一步压缩上游空气以产生自持过程。燃烧气体通过喷嘴区段22排出。
燃气涡轮发动机10限定平行于纵向中心线23延伸的轴向方向A、垂直于轴向方向A延伸的径向方向R以及围绕轴向方向A延伸的周向方向C。如本文所用，术语“内”和“外”是参考中心线23使用的，使得内更靠近中心线23而外更远离中心线23。燃气涡轮发动机10包括风扇区段12和核心区段24，核心区段24在轴向方向上位于风扇区段12的下游。
燃气涡轮发动机10包括管状核心罩30，其至少部分地限定环形入口32。核心罩30以串行流动关系包围：压缩机区段16，其包括增压或低压(LP)压缩机34和高压(HP)压缩机36；燃烧区段38，其包括燃烧室；涡轮区段18，其包括高压(HP)涡轮40和低压 (LP)涡轮42；以及喷射排气喷嘴区段22。压缩机区段16、燃烧区段38和涡轮区段18 一起限定从环形入口32延伸通过LP压缩机34、HP压缩机36、燃烧区段38和HP涡轮 40的核心气流路径44。第一轴或线轴45将HP涡轮40驱动地连接到HP压缩机36。第二轴或线轴48将LP涡轮42驱动地连接到LP压缩机34和风扇14。
风扇区段12包括风扇14，风扇14具有以间隔开的方式联接到盘49的多个风扇叶片46。风扇叶片46大体沿径向方向R从盘49向外延伸。盘49被可旋转的前毂50覆盖，前毂50在空气动力学上成形为促进空气流过多个风扇叶片46。示例性风扇区段12包括环形风扇壳体或外机舱52，其周向围绕风扇14和/或核心区段24的至少一部分。外机舱52由多个周向间隔开的支柱相对于核心区段24被支撑，多个周向间隔开的支柱也用作出口导向轮叶54。外机舱52的下游区段56在核心罩30的外部分上延伸，以在其间限定旁通气流通道58。
燃气涡轮发动机10包括电机60，电机60可与风扇14一起旋转并且位于尾锥65内。电机60与第二轴48同轴安装并且可与第二轴48一起旋转。在其它实施例中，电机60的轴线可以从第二轴48的轴线径向偏移并且还可以倾斜于第二轴48的轴线，使得电机60 可以定位在至少部分地位于核心气流路径44内侧的任何合适的位置。在一些实施例中，电机60可以与第一轴45一起旋转。
图1中描绘的燃气涡轮发动机10仅作为示例提供。在其他示例性实施例中，燃气涡轮发动机10可以使用利用嵌入式电机的其他类型燃气涡轮发动机代替，而不会失去清晰度。示例包括涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、开式转子或管道式风扇发动机。
参考图2，燃气涡轮发动机10的一部分的立体图被示意性地示出并且大体上描述了电气系统62和冷却系统64。电气系统62包括设置在燃气涡轮发动机10(图1)的后部66 中的电机60。后部66设置在燃气涡轮发动机10的核心区段24的轴向下游。电机60可以将由燃气涡轮发动机10产生(例如，由核心区段24中生成的排气产生)的机械能转换成电能，该电能可用于为燃气涡轮发动机10的电气装置或设置在结合有燃气涡轮发动机10 的飞行器上其他地方的部件供电。在一些实施例中，电机60可以将电能转换成机械能。将电机60定位在燃气涡轮发动机10的后部66中可以使电机60易于维护、修理和更换。电机60可以经由一组连接件被集成到燃气涡轮发动机10中，该组连接件可以被移除而无需侵入性地拆卸整个燃气涡轮发动机10，例如无需将燃气涡轮发动机10从飞行器的机翼移除。
将电机60定位在后部66中提供了对电机60的可接近性，但会为燃气涡轮发动机10产生额外的设计考虑。经由核心区段24产生的排气可以处于相对较高的温度(例如，在各种实施例中超过约700℃或更高)，这使得冷却电机60是有益的。另外，燃气涡轮发动机 10的后部66可以不直接连接到结合有燃气涡轮发动机10的飞行器(例如，燃气涡轮发动机10可以经由从外机舱52(图1)延伸的挂架连接到飞行器的机翼，机舱52从核心区段 24径向向外设置)。鉴于此，为了将经由电机60产生的电力提供给飞行器的其他部分，电力被导向通过燃气涡轮发动机10。
鉴于前述，电气系统62包括连接组件70，连接组件70被导向通过冷却系统64。连接组件70包括将电机60传导地连接到转换器72的多个电连接器73(例如，电力电缆)。例如，电机60可以从旋转的LP轴48中的机械能产生交流(“AC”)电力信号，电力经由连接组件70被导向到转换器72(位于发动机的前部分中)。转换器72可以从AC电力信号产生DC电压，用于与飞行器上的替代位置通信(例如，经由电气通信总线)。转换器72和连接组件70的结构可以至少部分地取决于电机60的结构和能力而变化。例如，在各种实施例中，电机60可以产生具有任意数量相(例如，一相、两相、三相、四相等) 的AC电力信号。
冷却系统64将冷却空气从空气源导向至电机60，以将电机60保持在期望的温度范围内，尽管电机60被设置成靠近经由核心区段24产生的相对高温的排气。冷却系统64可以包括与空气源流体连通的阀组件74(也见图2)。在实施例中，阀组件74可以由控制器控制(例如，FADEC控制的)，或者其可以在发动机停机期间或之后在预设定时间段内启动。基于靠近电机或核心罩内其他地方的温度传感器，鼓风机可以替代地操作一段时间。在启动鼓风机时(在停机期间或之后)，阀组件74被打开并且冷却空气被吸入冷却系统 64。冷却系统64还可以包括可用于绕过阀组件74的旁通管道76。冷却鼓风机组件81可以经由控制器控制，以在阀组件74关闭的时间段期间操作。不管燃气涡轮发动机10的操作状态如何，都可以使用旁通管道76和冷却鼓风机组件81向电机60提供冷却空气。冷却鼓风机组件81可以由飞行器或专门供冷却鼓风机组件81使用的另一个电源供电。
冷却系统64可以包括多个不同的管道，这些管道具有在燃气涡轮发动机10内的各个位置处在不同方向上延伸的结构。如图所示，冷却系统64包括主管道78、周向管道80和多个电机冷却管道82，多个电机冷却管道82可能会或可能不会继续通过支柱88(即支柱 88可以具有它们自己的气流通路；见图2)。主管道78、周向管道80和多个电机冷却管道82可以设计成提供足够的空间用于将连接组件70导向到电机60，同时减少对燃气涡轮发动机10的空气动力学性能的影响。
阀组件74控制通过主管道78的气流。主管道78将冷却空气引向电机60所在的后部66。周向管道80将冷却空气分成周向部分并且围绕涡轮后框架86在周向方向上引导冷却空气。在实施例中，多个电机冷却管道82将冷却空气的每个周向部分分成冷却部分，冷却部分经由涡轮后框架86的支柱88提供给电机60。在一些实施例中，冷却系统64包括四个电机冷却管道82，其经由涡轮后框架86的四个单独支柱88向电机60提供冷却空气。应当注意，燃气涡轮发动机10的任何合适的现有结构都可以制成冷却管道，该冷却管道构造成将冷却空气引导到期望位置。在实施例中，电机冷却管道82延伸通过支柱88进入与电机60流体连通的电机联接器以冷却电机60。每个电机冷却管道82可以附接到支柱88 的外端90中的一个，以将冷却空气提供到由支柱88限定的内腔中，电机管道82附接到该支柱88。支柱88可以是翼型的并且在核心罩30和发动机核心的内部部件之间提供刚性结构，以及在排出气流时将离开发动机核心的气流从角方向或旋流方向转向轴向方向。
连接组件70的电连接器73延伸通过主管道78、周向管道80、多个电机冷却管道82和涡轮后框架86的支柱88，以将转换器72传导地连接到电机60。在实施例中，电连接组件70的各组电连接器延伸通过冷却系统64的管道的不同组合，以将电机60的不同部分 (例如，终端)连接到转换器72。例如，电连接器的第一子集92可以被引导通过周向管道80的第一部分，并且电连接器的第二子集94可以被引导通过周向管道80的第二部分。电连接器的第一子集92和电连接器的第二子集94可以进一步划分，使得基线组电连接器 96被导向通过每个电机管道82、通过支柱88中的一个，并进入电机联接器以电连接到电机60。
参考图3，示意性地示出了嵌入燃气涡轮发动机10的后部66，特别是尾锥65内的电机60。电机60通过电机转子子组件100附接到第二轴48。电机60包括电机转子子组件 100和电机定子子组件102。
整个电机60容纳在外壳110内。外壳110被轴向延伸的分隔壁116分成定子隔室112和转子隔室114。分隔壁116被形成和定位为减少或消除对由内电机转子118提供的激励场的干扰。内电机转子118通过转子支撑件120连接到第二轴48，使得内电机转子118与第二轴48一起旋转。外电机定子122固定地安装到外壳110。例如，外电机定子122可以安装在分隔壁116上。外壳110可以使用轴承124和126安装到第二轴48，使得外壳110 和外电机定子122在燃气涡轮发动机10内保持静止，而内电机转子118旋转。在一些实施例中，外壳110也可以安装到涡轮后框架86。
热屏蔽件130限定外壳132，外壳132轴向和径向地绕电机60从涡轮后框架86延伸。热屏蔽件130可以由任何合适的材料(例如陶瓷、铝、钢等)形成。如本文所用，“热屏蔽件”是指有效减少对电机60的对流、传导和辐射热传递中的一种或多种的结构。
热屏蔽件130可以至少部分地在核心气流路径44和电机60之间限定用于冷却气流134的路径。冷却气流134可以从冷却系统64(图2)接收，冷却系统64(图2)导向冷却气流134通过支柱88并径向向内到外壳132。冷却气流134在核心气流路径44和电机 60之间提供气流缓冲腔136，然后可以被导向到热屏蔽件130中的开口138并离开尾锥 65。
为了直接从电机60去除热量，外电机定子122和内电机转子118都处于气流缓冲腔136内的其自己的分离湿润的环境中。可以提供由箭头140表示的主液体冷却剂供应部(例如，油或任何其他合适的液体冷却剂)，其将液体冷却剂输送到外壳110中。在图示示例中，主液体冷却剂供应部140首先沿通道142轴向输送液体冷却剂，然后沿通道144和146 径向输送液体冷却剂。尽管未示出，但由箭头描绘的任何通道都可以是携带液体冷却剂的合适形式的导管。
端绕组148和150可以使用喷嘴由液体冷却剂淹没，由箭头152和154表示。单独的液体冷却剂通道149(例如，冷却套)可用于将液体冷却剂输送通过外电机定子122。通道149中的液体冷却剂可以与主液体冷却剂供应部140的液体冷却剂具有相同或不同的成分。
液体冷却剂被输送经过外电机定子122，然后被输送到转子支撑件120，如箭头156表示。在一些实施例中，液体冷却剂可用于润滑轴承124和126，并从轴承124和126去除热量。如下面将更详细地描述的，液体冷却剂然后可以沿转子支撑件120被输送到内电机转子118并且从内电机转子118去除，分别由箭头162和164表示。在一些实施例中，液体冷却剂可以通过关闭通道输送和/或例如使用喷嘴喷射到内电机转子118上。在这点上，转子隔室114可以像贮槽一样在内电机转子118旋转时收集和分配液体冷却剂。在一些实施例中，内电机转子118本身可包括液体冷却剂行进通过的通路166。
由箭头168、170、172和174表示的冷却剂清除子系统可用于从转子隔室114移除和再循环用过的润滑剂，并通过定子隔室112返回。例如，筛、排放口和/或阀可以定位成使得用过的液体冷却剂可以被收集和去除，例如返回液体冷却剂源(例如，罐)。还可以提供排放口177，其可以直接从转子隔室114中去除用过的液体冷却剂。
现在参考图4，另一个简化示例包括上面讨论的许多部件，包括内电机转子178、外电机定子180、热屏蔽件182等。如上所述，外壳184容纳电机188，电机188具有定子隔室 190和外电机定子180以及转子隔室194和内电机转子178。示出了电连接器198，其使用电线202将电机188电连接到另一个电气装置，例如图2的转换器72。尽管未示出，但图 3的电机60还包括电连接器和电线。
外壳184包括安装到涡轮后框架的框架204，包括外部208以及侧部210和212。侧部210和212可以使用轴承216和218连接到旋转构件214，使得外壳184在旋转构件214 旋转时保持静止。盖215可安装到框架204，其覆盖旋转构件214并密封外壳184的端部。定子支撑件220将外电机定子180安装在定子隔室190内。外壳184被轴向延伸的分隔壁 222分成定子隔室190和转子隔室194。
如上所述，外电机定子180和内电机转子196都处于气流缓冲腔224内的其自己的分离湿润的环境中。可以使用任何合适的方法和系统将液体冷却剂输送到外电机定子180。图5-9示意性地示出了各种液体冷却剂输送方案。首先参考图5和6，示出了定子隔室190a，其包括外电机定子180a。外电机定子180a包括前端绕组195a、后端绕组196a以及在端绕组195a和196a之间延伸的冷却套198a(即，热交换器)。外电机定子192电连接到电连接器200。
在图5和6的第一示例中，液体冷却剂通过冷却剂入口226a被轴向输送，直接输送到前端绕组195a上并通过冷却套198a。用过的液体冷却剂然后被输送到后端绕组196a和冷却剂出口228a，用过的液体冷却剂然后可以再循环回到冷却剂供应部。应当注意，只有围绕外电机定子180的外壳的部分可以由液体冷却剂淹没，而其他部分可以保持干燥的空气体积。此外，可以有任何数量的合适入口和出口，例如两个或更多个，例如四个或更多个等。
在第二个示例中，图7示出了冷却剂输送实施例，其中液体冷却剂被轴向输送通过冷却剂入口226b，直接输送到前端绕组195b上并通过冷却套198b。然后将用过的液体冷却剂输送到后端绕组196b并通过冷却套198b返回。用过的液体冷却剂然后被引导到冷却套198b处的冷却剂出口228b，其中用过的液体冷却剂然后可以再循环回到冷却剂供应部。
在第三示例中，图8示出了冷却剂输送实施例，其中液体冷却剂通过相对的冷却剂入口226c和230c被径向和/或轴向输送，直接输送到前端绕组195c和后端绕组196c上，并通过冷却套198c。用过的液体冷却剂然后通过冷却套198c从前端绕组195c和后端绕组 196c输送。用过的液体冷却剂然后被引导到冷却套198c处的冷却剂出口228c，其中用过的液体冷却剂然后可以再循环回到冷却剂供应部。
在第四示例中，图9示出了冷却剂输送实施例，其中液体冷却剂通过冷却剂入口226d 被径向输送，直接进入冷却套198d。然后将用过的液体冷却剂输送到前端绕组195d和后端绕组196d。然后将用过的液体冷却剂引导到端绕组195d和196d处的冷却剂出口228d和232d，其中用过的液体冷却剂然后可以再循环回到冷却剂供应部。
再次参考图4，可以使用任何合适的方法和系统将液体冷却剂输送到内电机转子178。在图3的示例中，主液体冷却剂通道234和236被导向通过定子隔室190并进入转子隔室194。冷却剂通道234和236将液体冷却剂输送到喷嘴238、240和242，喷嘴238、240和 242将液体冷却剂以预选方向和压力喷射到内电机转子178和/或转子支撑件272上，如下所述。因为可能期望减少液体冷却剂与一些部件和/或位置的接触，所以可以提供抛油环(slinger)244、246、248。抛油环244、246、248是至少部分地阻止液体冷却剂进入预选区域(例如内电机转子178和外电机定子180之间的间隙252)的结构，例如板、O形环等。
如上所述，可以提供冷却剂清除子系统以从隔室190和194去除和收集液体冷却剂。定子隔室190可以包括例如挡风筛254，挡风筛254是多孔的并且允许液体冷却剂从转子隔室194流过排放端口256，然后通过返回管线(未示出)回到液体冷却剂供应部。可以提供各种排放通道/端口258、260、262、264以允许液体冷却剂逸出外壳184，用于重新使用和/或处置。
图10A示意性地示出了内电机转子178的一部分，其可以将液体冷却剂输送到内电机转子178的内部部件。在该实施例中，内电机转子178包括形成液体冷却剂通路276的轴向延伸的管道271，液体冷却剂通路276通过内电机转子178和/或转子支撑件272，将液体冷却剂提供给各个冷却剂通路274b。冷却剂通路274b可以径向和/或轴向延伸并且可以将液体冷却剂直接输送到内电机转子178的部件。例如，图10B示出了在磁体278之间引导液体冷却剂的通路274b。
在一些实施例中，轴向通路可以通向通过转子盘的径向通路。在图10C的示例中，轴向延伸的冷却管道274c可以连接到转子盘275或形成为转子盘275的一部分，并且通向径向通路279。转子盘275可以包括在冷却通路279的相对侧上的表面安装的永磁体278。
在一些实施例中，转子支撑件272可以包括冷却剂保持特征，例如用于增加冷却剂在转子支撑件272的内表面上的停留时间的凹部和/或挡板。参考图11A，作为示例，喷嘴280和282可以将液体冷却剂引导到转子支撑件272a的支撑腹板288的相对侧上的内表面285中的凹部284和286上。凹部284和286可以是不连续的或连续的，形成围绕转子支撑件 272的整个360度盘形状的圆。图11B图示了凹部289的阵列的另一个示例。如箭头290 所示，由于转子支撑件272b的旋转和内表面的斜坡形状而对液体冷却剂产生的离心力迫使液体冷却剂轴向行进到转子支撑件272b的外边缘。凹部可以相互连接(例如，以形成螺旋形)或是圆形和分开的。
虽然上面主要描述了使用喷嘴来将液体冷却剂输送到内电机转子178，但是可以设想其他输送方法和结构。图12A-12F示出了不同转子支撑件的实施例，其中冷却剂通路用于将液体冷却剂输送到内电机转子。参考图12A，液体冷却剂通路292被设置成通过转子支撑件296的支撑腹板294。液体冷却剂通路分成通路298和300，并且液体冷却剂通过转子支撑件296的轮缘306的相对端302和304离开。图12B示出了类似的实施例，不同之处在于转子支撑件308由半区段310和312形成。提供固定特征313以将区段310和312 固定在一起。图12C示出了液体冷却剂通路314沿支撑腹板316的外表面设置并且例如以类似于图10B的方式被输送通过内电机转子318的实施例。参考图12D，示出了另一个实施例，其中液体冷却剂通路320在轮缘322下方分开并通过支撑腹板328的相对表面324 和326离开。图12E示出了另一个实施例，其中液体冷却剂通路330在轮缘332中分开并通过内表面334和336离开。图12F示出了使用连接到转子支撑件340的外部液体冷却剂通路338并且液体冷却剂例如以类似于图10B的方式被输送通过内电机转子342的实施例。
图13A-13D示出了在相对于它们的支撑轮缘的不同位置和角度的各种支撑腹板布置。图13A示出了中间支撑腹板344，其中a可以等于或可以不等于b。图13B示出了端部支撑腹板346。图13C示出了多个端部支撑腹板348和350，图13D示出了成角度的端部支撑腹板351。
参考图14，示出了燃气涡轮发动机350的另一个实施例，其示出了结合有波纹管支撑件354的替代外壳352布置。波纹管支撑件354不仅支撑内电机转子356，而且还形成外壳352的一部分。波纹管支撑件354可以连接到可旋转构件358，使得波纹管支撑件354 与其一起旋转。
上述喷气涡轮发动机包括冷却系统，冷却系统有助于从电机(例如，电机组件)中去除热量并产生热障以减少电机上的外部热负载。冷却系统可以包括冷却剂通路，冷却剂通路将液体冷却剂引导到期望位置，例如朝向内电机转子和外电机定子的端绕组。冷却剂通路可用于预选流动模式，以便向期望位置提供更新和用过的液体冷却剂。此外，内电机转子和/或转子支撑件可以设置有促进液体冷却剂到达电机转子的内部部件的冷却剂通路、冷却板等。这样的冷却通路可以放大经过和通过内电机转子的液体冷却剂的内部冷却效果。
如本文所用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数指代。因此，例如，对“一”部件的引用包括具有两个或更多个此类部件的方面，除非上下文另有明确指示。
范围在本文中可以表示为从“约”一个特定值，和/或到“约”另一个特定值。当表达这样的范围时，另一个实施例包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当值表示为近似值时，通过使用先行词“约”，将理解特定值形成另一个实施例。将进一步理解，每个范围的端点关于另一个端点和独立于另一个端点都是重要的。术语“约”可以包括在特定值的百分之十以内(例如在特定值的百分之五以内，例如在特定值的百分之二以内，例如在特定值的百分之一以内)的任何值。
如本文所用的方向性术语，例如上、下、右、左、前、后、顶部、底部、上方、下方仅参考所绘制的图而作出，并不旨在暗示绝对取向，除非另有明确说明。术语“轴向”和“纵向”均指平行于燃气涡轮发动机中心线的方向，而“径向”指垂直于纵向方向的方向。术语“切向”和“周向”是指相互垂直于径向方向和纵向方向的方向。术语“向前”或“前”是指在操作期间通过或围绕部件的气流中的上游位置，而术语“向后”或“后”是指在操作期间下游的位置。这些方向性术语仅用于描述的方便，并且也不需要由此描述的结构的特定取向。
除非另有明确说明，否则本文所阐述的任何方法绝不旨在被解释为要求其步骤以特定顺序执行，也不意味着需要任何设备特定取向。因此，在任何方面，如果方法权利要求实际上并未叙述其步骤所遵循的顺序，或者任何设备权利要求实际上并未叙述单个部件的顺序或取向，或者权利要求或描述中没有另外具体说明步骤将被限制为特定顺序，或者对于设备的部件的特定顺序或取向没有被叙述，则绝不打算推断顺序或取向。这适用于任何可能的非明确解释基础，包括：与步骤安排、操作流程、部件顺序或部件取向有关的逻辑问题；源自语法组织或标点符号的简单含义；以及说明书中描述的实施例的数量或类型。
进一步方面由以下条项中的主题提供：
条项1：一种从位于燃气涡轮发动机中的电机去除热量的方法，所述电机在径向方向上至少部分地位于核心气流路径的内侧，所述电机包括外电机定子和内电机转子，所述方法包括：使用冷却剂通路将液体冷却剂径向向内引导经过所述外电机定子并朝向内电机转子；以及将所述液体冷却剂引导到所述内电机转子和转子支撑件中的一个或两者上和/或引导通过所述内电机转子和所述转子支撑件中的一个或两者，从而从所述内电机转子去除热量。
条项2：根据任何上述条项所述的方法，其中所述电机位于外壳内。
条项3：根据任何上述条项所述的方法，其中所述外电机定子位于定子隔室中，并且所述内电机转子位于与所述定子隔室分开的转子隔室中。
条项4：根据任何上述条项所述的方法，包括：沿第一冷却剂通路将液体冷却剂引导到所述外电机定子，从而从所述外电机定子去除热量；以及沿不同于所述第一冷却剂通路的第二冷却剂通路将液体冷却剂引导到所述内电机转子。
条项5：根据任何上述条项所述的方法，其中来自所述第一冷却剂通路和所述第二冷却剂通路的所述液体冷却剂不在所述电机内混合。
条项6：根据任何上述条项所述的方法，其中沿所述第一冷却剂通路引导液体冷却剂的步骤包括将液体冷却剂引导到前端绕组和后端绕组，其中所述液体冷却剂通过所述前端绕组和所述后端绕组中的一个或两者或冷却套被引向所述外电机定子。
条项7：根据任何上述条项所述的方法，其中沿所述第二冷却剂通路引导液体冷却剂的步骤包括将液体冷却剂喷射到所述内电机转子和转子支撑件中的一个或两者上，所述转子支撑件将所述内电机转子连接到旋转构件。
条项8：根据任何上述条项所述的方法，其中沿所述第二冷却剂通路引导液体冷却剂的步骤包括引导液体冷却剂通过转子支撑件，所述转子支撑件将所述内电机转子连接到旋转构件。
条项9：根据任何上述条项所述的方法，进一步包括从所述转子隔室排出液体冷却剂。
条项10：根据任何上述条项所述的方法，进一步包括至少部分地围绕所述外壳引导冷却空气，从而形成冷却空气缓冲器。
条项11：一种燃气涡轮发动机，包括：压缩机区段和涡轮区段，所述压缩机区段和所述涡轮区段以串行流动顺序布置，所述压缩机区段和所述涡轮区段一起限定核心气流路径；旋转构件，所述旋转构件能够与所述压缩机区段的至少一部分和所述涡轮区段的至少一部分一起旋转；电机，所述电机在径向方向上至少部分地位于所述核心气流路径的内侧，所述电机包括外电机定子和联接到所述旋转构件的内电机转子；以及冷却系统，所述冷却系统包括冷却剂通路，所述冷却剂通路引导液体冷却剂经过所述外电机定子到所述内电机转子，以从所述内电机转子去除热量。
条项12：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括包围所述电机的外壳，所述外壳包括容纳所述外电机定子的定子隔室和容纳所述内电机转子的转子隔室，所述定子隔室与所述转子隔室分开。
条项13：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，其中分隔壁将所述定子隔室和所述转子隔室分开。
条项14：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，包括位于所述转子隔室中的喷嘴，所述喷嘴被构造成将液体冷却剂喷射到所述内电机转子和转子支撑件中的一个或两者上，所述转子支撑件将所述内电机转子连接到所述旋转构件，所述冷却剂通路将液体冷却剂输送到所述喷嘴。
条项15：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括从所述转子隔室排出液体冷却剂的排放口。
条项16：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括热屏蔽件，所述热屏蔽件至少部分地围绕所述电机形成外壳，所述热屏蔽件至少部分地限定冷却气流路径，所述冷却气流路径至少部分地围绕所述电机。
条项17：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括涡轮后框架，所述涡轮后框架在所述涡轮区段下游并且包括支柱，所述支柱包括径向延伸通过所述支柱的与所述外壳流体连通的气流通路。
条项18：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述冷却剂通路是第一冷却剂通路，所述冷却系统包括将液体冷却剂引导到所述外电机定子的第二冷却剂通路，其中所述液体冷却剂通过所述前端绕组和所述后端绕组中的一个或两者或冷却套被引向所述外电机定子。
条项19：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括向内邻近所述内电机转子的冷却板，所述冷却板具有径向延伸的沟道，所述径向延伸的沟道径向向外朝向所述内电机转子引导液体冷却剂。
条项20：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述冷却剂通路延伸通过将所述内电机转子连接到所述旋转构件的转子支撑件。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对本文描述的实施例进行各种修改和变化。因此，本说明书旨在覆盖本文描述的各种实施例的修改和变化，前提是这些修改和变化落入所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (10)

1.一种从位于燃气涡轮发动机中的电机去除热量的方法，所述电机在径向方向上至少部分地位于核心气流路径的内侧，所述电机包括外电机定子和内电机转子，其特征在于，所述方法包括：
使用冷却剂通路将液体冷却剂径向向内引导经过所述外电机定子并朝向内电机转子；以及
将所述液体冷却剂引导到所述内电机转子和转子支撑件中的一个或两者上和/或引导通过所述内电机转子和所述转子支撑件中的一个或两者，从而从所述内电机转子去除热量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述电机位于外壳内。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中所述外电机定子位于定子隔室中，并且所述内电机转子位于与所述定子隔室分开的转子隔室中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，包括：
沿第一冷却剂通路将液体冷却剂引导到所述外电机定子，从而从所述外电机定子去除热量；以及
沿不同于所述第一冷却剂通路的第二冷却剂通路将液体冷却剂引导到所述内电机转子。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中来自所述第一冷却剂通路和所述第二冷却剂通路的所述液体冷却剂不在所述电机内混合。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中沿所述第一冷却剂通路引导液体冷却剂的步骤包括将液体冷却剂引导到前端绕组和后端绕组，其中所述液体冷却剂通过所述前端绕组和所述后端绕组中的一个或两者或冷却套被引向所述外电机定子。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中沿所述第二冷却剂通路引导液体冷却剂的步骤包括将液体冷却剂喷射到所述内电机转子和转子支撑件中的一个或两者上，所述转子支撑件将所述内电机转子连接到旋转构件。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中沿所述第二冷却剂通路引导液体冷却剂的步骤包括引导液体冷却剂通过转子支撑件，所述转子支撑件将所述内电机转子连接到旋转构件。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括从所述转子隔室排出液体冷却剂。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括至少部分地围绕所述外壳引导冷却空气，从而形成冷却空气缓冲器。
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