设有带轴向磁通的电磁泵的涡轮机的制作方法

1.本发明涉及涡轮机领域，该类型的涡轮机包括旋转卷轴(spool)，该旋转卷轴包括递送机械动力的驱动轴。
2.本发明适用于任何类型的涡轮机、尤其是用于飞行器中的涡轮机，诸如涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和带有无罩风扇的涡轮机，带有无罩风扇的涡轮机也被称为“敞开式转子”。


背景技术：

3.传统的涡轮机以已知方式包括一个或多个旋转卷轴。每个旋转卷轴包括压缩机、涡轮和驱动轴，驱动轴将涡轮连接到压缩机，以驱动压缩机旋转。涡轮机所产生的一部分动力用于驱动涡轮喷气发动机或飞行器运行所必需的不同附件(或辅助机器)，例如润滑泵或燃料泵。
4.为此，涡轮机通常包括将驱动轴连接到泵的附件齿轮箱。当驱动轴被驱动旋转时，附件齿轮箱将旋转运动传递到不同附件。换言之，驱动轴所产生的机械能量通过附件齿轮箱传递到泵。
5.然而，该技术解决方案有以下缺点：
[0006]-旋转卷轴所递送的机械动力的一部分被提取以驱动泵，
[0007]-泵的转速取决于驱动轴的转速，泵于是不是根据独立的驱动速度可控制的，
[0008]-驱动轴和泵之间的机械连接必需动态密封质量，而这难以实现，
[0009]-驱动轴和泵之间的机械连接需要将泵放置在附件齿轮箱附近，这极大限制了涡轮机中的泵的安装可能性。


技术实现要素：

[0010]
本发明的目的尤其在于提供一种不具有上述缺点的涡轮机。
[0011]
这一目的的实现得益于一种涡轮机，该涡轮机包括旋转卷轴，该旋转卷轴包括提供机械动力的驱动轴，其特征在于，该涡轮机包括：至少一个与驱动轴机械地脱离接合的电磁泵，每个电磁泵包括至少一个定子，定子界定环形内部容积，在其中存在能够驱动流体的转子；环形地分布在转子上的多个磁体；以及至少一组环形地分布在定子内部的多个线圈，多个线圈的线圈沿轴向方向面对磁体。
[0012]
因此，根据本发明的涡轮机配备有一个或多个泵，这些泵与驱动轴机械地脱离接合，并且独立于轴速度进行控制。因此，能够更自由地选择泵的转速，涡轮机中的泵的安装可能性方面也更加自由。
[0013]
此外，通过沿轴向方向放置面向彼此的多个永磁体和多个线圈，泵的径向体积得到了极大地优化。由此获得了非常紧凑的泵。
[0014]
根据本发明的涡轮机的具体特征，转子包括设有多个叶片的轮，多个磁体的磁体保持在轮的外周缘处。
[0015]
根据本发明的涡轮机的另一具体特征，每个电磁泵包括分别存在于轮的一侧和另一侧上的第一多个线圈和第二多个线圈，第一多个线圈和第二多个线圈的线圈沿轴向方向面对磁体。两组多个线圈允许在一组多个线圈发生故障或失效的情况下确保冗余。多个线圈的冗余还可用于将永磁体所经受的电磁场的功率加倍。
[0016]
根据本发明的涡轮机的另一具体特征，转子包括内齿轮，该内齿轮与带内齿的外齿圈协配，多个磁体的磁体保持在外齿圈的外周缘处。
[0017]
根据本发明的涡轮机的另一具体特征，每个电磁泵包括分别存在于外齿圈的一侧和另一侧上的第一多个线圈和第二多个线圈，第一多个线圈和第二多个线圈的线圈沿轴向方向面对磁体。两组多个线圈的使用允许在一组多个线圈发生故障或失效的情况下确保冗余，和/或使永磁体所经受的电磁场的功率加倍。
[0018]
根据本发明的涡轮机的另一具体特征，转子包括内齿轮，该内齿轮与带内齿的外齿圈协配，多个磁体的磁体保持在内齿轮上。
[0019]
根据本发明的涡轮机的另一具体特征，每个电磁泵包括存在于齿轮的一侧和另一侧上的第一多个线圈和第二多个线圈，第一多个线圈和第二多个线圈的线圈沿轴向方向面对磁体。两组多个线圈的使用允许在一组多个线圈发生故障或失效的情况下确保冗余，和/或使永磁体所经受的电磁场的功率加倍。
[0020]
根据本发明的涡轮机的另一具体特征，多磁体的磁体以halbach结构环形地布置。这种特定布置允许增加转子外侧的磁场，而基本上消除转子内侧的磁场。因此，磁场的损耗降低，从而改善了线圈对转子的控制。
[0021]
本发明还有一个目的，即一种飞行器，这种飞行器包括至少一个涡轮螺旋桨发动机或一个涡轮喷气发动机，该涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机包括根据本发明的涡轮机。
附图说明
[0022]
[图1]图1是符合本发明第一实施例的电磁泵的分解立体示意图，
[0023]
[图2]图2是符合本发明第一实施例的电磁泵的另一分解立体示意图，
[0024]
[图3]图3是符合本发明第二实施例的电磁泵的分解立体示意图，
[0025]
[图4]图4是符合本发明第二实施例的电磁泵的另一分解立体示意图，
[0026]
[图5]图5是符合本发明第三实施例的电磁泵的分解立体示意图，
[0027]
[图6]图6是符合本发明第三实施例的电磁泵的另一分解立体示意图，
[0028]
[图7]图7是符合本发明第四实施例的电磁泵的分解立体示意图，
[0029]
[图8]图8是符合本发明第四实施例的电磁泵的另一分解立体示意图，
[0030]
[图9]图7是符合本发明第五实施例的电磁泵的分解立体示意图，
[0031]
[图10]图8是符合本发明第五实施例的电磁泵的另一分解立体示意图，
[0032]
[图11]图11示出了根据halbach结构的永磁体的环形布置，
[0033]
[图12]图12是根据本发明的涡轮机的示意图。
具体实施方式
[0034]
本发明总体上应用于配备有至少一个独立于涡轮机的发动机速度进行控制的泵
的任何涡轮机。其尤其应用于、但不限于带有侧向或再生通道的液环泵和摆线转子式泵。
[0035]
图1和2示出了符合本发明的一个实施例的电磁泵100。在此处描述的示例中，电磁泵100是液环型泵，包括由壳体111和法兰112组成的固定泵体或定子110。壳体111包括：实心圆柱形中心部分1110，中心部分1110设有抽吸/排放端口1111和围绕中心部分1110同心延伸的圆形外壁1112；环形凹部1113，环形凹部1113界定在中心部分1110和外壁1112之间。法兰112包括排放/抽吸端口1120。
[0036]
电磁泵100还包括叶轮或转子120，该叶轮或转子120包括设有多个叶片122的轮121，这些叶片122沿径向方向dr从轮延伸，该轮的外周缘处存在环123。在此处描述的示例中，环123固定在叶片122的径向外端上。叶轮120包括旋转轴124，该旋转轴124意图由轴承1114和1124支承，轴承1114和1124分别存在于壳体111和法兰112上。在已知的液环型泵中，轴例如借助于横杆(图1和2中未示出)偏心地放置在叶轮120上，从而产生叶片间(或轮叶间)容积的变化，其允许例如通过端口1111抽吸正在被泵送的流体，然后在压力下例如通过端口1120输送该流体。泵100也可以是侧通道泵，也称为再生泵。在这种情况下并且以已知方式，此处存在于法兰112上的侧向通道1125(图1中的虚线)在端口1111和1120之间延伸。与侧向通道1125中存在的速度场(涡流)相关联的叶片间(或轮叶间)容积变化的演变允许例如通过端口1111抽吸流体，然后在压力下例如通过端口1120输送该流体。电磁泵100还包括环形地分布在叶轮或转子120上的多个永磁体130，以及环形地分布在固定泵体或定子110内侧的多个线圈140。更准确地，在此处描述的示例中，永磁体130保持在存在于环123中的凹部1230中，而线圈140保持在存在于壳体111中的环形凹部1113中。
[0037]
一旦将构成泵100的所有元件组装起来，线圈140就定位成沿轴向方向da面向永磁体130。以已知方式，通过控制线圈中的循环电流实现对电磁泵100的控制(扭矩和转速)。
[0038]
通过将永磁体130直接固定到叶轮120，泵的驱动装置的一部分直接集成在移动元件内，这允许获得驱动装置的高度集成，从而减少泵的体积。
[0039]
此外，通过沿轴向方向放置多个永磁体和多个线圈，泵的径向体积得到了极大优化。这样就得到了非常紧凑的泵，可以相对于与之相关的涡轮机的发动机速度独立地控制该泵。
[0040]
图3和4示出了电磁泵200的另一实施例，与如图1和2所描述的电磁泵100不同的是，其包括双线圈。更准确地，对于泵100，泵200包括：叶轮或转子220，该叶轮或转子220包括：设有多个叶片222的轮221，叶片222沿径向方向dr从轮延伸；环223，该环223固定到叶片222的径向外端。
[0041]
电磁泵200还包括由第一壳体211和第二壳体212组成的固定泵体或定子210。壳体211和212各自分别包括实心圆柱形中心部分2110、2120，中心部分2110、2120设有抽吸/排放端口2111、2121和围绕中心部分2110、2120同心延伸的圆形外壁2112、2122。第一环形凹部2113界定在中心部分2110和外壁2112之间的第一壳体211中。第二环形凹部2123界定在中心部分2120和外壁2112之间的第二壳体212中。
[0042]
电磁泵200还包括环形地保持在存在于环223中的凹部2230中的多个永磁体230，以及第一多个线圈240和第二多个线圈250。第一多个线圈240环形地分布在第一环形凹部2113中，而第二多个线圈250环形地分布在第二环形凹部2123中。
[0043]
一旦组装泵200，叶轮220的旋转轴224由轴承2214和2224支承，轴承2214和2224分
别存在于第一壳体211和第二壳体212上，而第一多个线圈240和第二多个线圈250分别存在于轮220的一侧和另一侧上，并沿轴向方向da面向磁体。
[0044]
除了如前所述的泵100的集成性和紧凑性的优点外，电磁泵200还包括两组多个线圈，在一组多个线圈发生故障或失效的情况下允许确保冗余，每组多个线圈都具有与控制系统的自有连接。多个线圈的冗余还可用于将永磁体所经受的电磁场的功率加倍。还应注意，始终为了优化泵的体积，仅有多个线圈是冗余的，并且多个线圈尽可能靠近永磁体。
[0045]
泵200也可以是侧通道泵，也称为再生泵，如之前所解释的关于泵100的内容。
[0046]
图5和6示出了符合本发明的另一实施例的电磁泵300。在该实施例中，电磁泵300是摆线转子式泵，包括由壳体311和法兰312组成的固定泵体或定子310。壳体311包括实心圆柱形中心部分3110、围绕中心部分3110同心延伸的圆形外壁3112、界定在中心部分3112和外壁3112之间的环形凹部3113。法兰312包括抽吸端口3120和排放端口3121。
[0047]
电磁泵300还包括转子320，转子320包括内齿轮321和外齿圈322，外齿圈322沿径向方向dr存在于内齿轮321周围。此处，内齿轮包括由六个齿3210组成的外齿，而外齿圈322包括由七个齿3220组成的内齿。内齿轮321包括旋转轴324，该旋转轴324意图由轴承3114和3124支承，轴承3114和3124分别存在于壳体311和法兰312上。以对于摆线转子式泵已知的方式，流体从端口3120抽吸，然后经由端口3121在囊体中排出，在内齿轮321和外齿圈322的旋转期间，在这两个元件的相应的齿3210和3220之间产生。
[0048]
电磁泵300还包括环形地分布在外齿圈322的外周缘上方的多个永磁体330，以及环形地分布在固定泵体或定子310内侧的多个线圈340。更准确地，在此处描述的示例中，永磁体330保持在存在于外齿圈322中的凹部3221中，而线圈340保持在存在于壳体311中的环形凹部3113中。
[0049]
一旦将构成泵300的所有元件组装起来，线圈340就定位成沿轴向方向da面向永磁体330。以已知方式，通过控制线圈中的循环电流实现对电磁泵300的控制(扭矩和转速)。
[0050]
通过将永磁体330直接固定到外齿圈322，驱动泵的装置的一部分直接集成在移动元件内，这允许获得驱动装置的高度集成，从而减少泵的体积。
[0051]
此外，通过沿轴向方向放置面向彼此的多个永磁体和多个线圈，泵的径向体积得到了极大地优化。由此获得非常紧凑的泵，其可以相对于与之相关的涡轮机的发动机速度进行独立控制。
[0052]
图7和8示出了电磁泵400的另一实施例，与如图5和6所描述的电磁泵300不同的是，其包括双线圈。更准确地，对于泵300，泵400包括转子420，该转子包括内齿轮421和外齿圈422，内齿轮421的外齿在此由六个齿4210组成，外齿圈422的内齿由七个齿4220组成，外齿圈422沿径向方向dr存在于内齿轮421周围。电磁泵400也包括由第一壳体411和第二壳体412组成的固定泵体或定子410。壳体411和412各自分别包括实心圆柱形中心部分4110、4120和围绕中心部分4110、4120同心延伸的圆形外壁4112、4122，壳体412的中心部分4120包括抽吸端口4121和排放端口4124。第一环形凹部4113界定在中心部分4110和外壁4112之间的第一壳体411中。第二环形凹部4123界定在中心部分4120和外壁4122之间的第二壳体412中。
[0053]
电磁泵400还包括环形地保持在存在于外齿圈422中的凹部4221中的多个永磁体430，以及第一多个线圈440和第二多个线圈450。
[0054]
第一多个线圈440环形地分布在第一环形凹部4113中，而第二多个线圈450环形地分布在第二环形凹部4123中。
[0055]
一旦组装泵400，内齿轮421的旋转轴424由轴承4114和4124支承，轴承2214和2224分别存在于第一壳体411和第二壳体412上，而第一多个线圈440和第二多个线圈450分别存在于外齿圈422的一侧和另一侧上，并沿轴向方向da面向磁体。
[0056]
除了如前所述的泵300的集成性和紧凑性的优点外，电磁泵400还包括两组多个线圈，在一组多个线圈发生故障或失效的情况下允许确保冗余，每组多个线圈都具有到控制系统的其自有连接。多线圈的冗余还可用于将永磁体所经受的电磁场的功率加倍。还应注意，仍然为了优化泵的体积的目的，仅有多个线圈是冗余的，其尽可能靠近永磁体。
[0057]
图9和10示出了电磁泵500的另一实施例，与如图5和6所描述的电磁泵300不同的是，永磁体保持在内齿轮上。更准确地，对于泵300，摆线转子式泵500包括由壳体511和法兰512组成的固定泵体或定子510。壳体511包括环形凹部5113。法兰512包括抽吸端口5120和排放部5121。
[0058]
电磁泵500还包括转子520，转子520包括内齿轮521和外齿圈522，外齿圈522沿径向方向dr存在于内齿轮521周围。内齿轮包括在此由六个齿5210组成的外齿，而外齿圈522包括在此由七个齿5220组成的内齿。内齿轮521包括旋转轴524，该旋转轴524意图由轴承5114和5124支承，轴承5114和5124分别存在于壳体511和法兰512上。
[0059]
电磁泵500还包括多个永磁体530和多个线圈540，永磁体530围绕旋转轴524环形地保持在内齿轮521中，线圈540保持在存在于壳体511中的环形凹部5113中。
[0060]
一旦将构成泵500的所有元件组装起来，线圈540就定位成沿轴向方向da面向永磁体530。以已知方式，通过控制线圈中的循环电流实现对电磁泵500的控制(扭矩和转速)。
[0061]
通过将永磁体530直接固定在内齿轮321上，驱动泵的装置的一部分直接集成在移动元件内，这允许获得驱动装置的高度集成，并因此减少泵的体积。
[0062]
此外，通过沿轴向方向放置面向彼此的多个磁体和多个线圈，泵的径向体积得到了极大地优化。因此获得了非常紧凑的泵，其可以相对于与之相关的涡轮机的发动机速度进行独立控制。
[0063]
对于如先前所述的泵，电磁泵500可以配备双线圈，即包括分别位于内齿轮一侧和另一侧的第一多个线圈和第二多个线圈，第一多个线圈和第二多个线圈沿轴向方向面对磁体。
[0064]
根据本发明的附加特征，先前描述有关图1至4的实施例的存在于叶轮的外环上的永磁体，或者先前描述有关图5至8的实施例的存在于外齿圈上的永磁体，或者先前描述有关图9和10的实施例的存在于内齿轮上的永磁体，可以按照halbach结构进行布置。图11示出了根据halbach结构设置的永磁体的示例。在本示例中，永磁体10如先前所述在转子中环形地分布，同时在径向方向和周向方向反转磁体的极性，如图11所示的箭头所示。这种特定设置允许增加转子外侧的磁场20，而基本上消除转子内侧的磁场。因此，磁场的损耗降低，这改善了线圈对转子的控制。
[0065]
根据本发明的电磁泵尤其可用于向涡轮机供应燃料或润滑剂。
[0066]
图12示出了涡轮机的示例，该涡轮机包括燃料供应管线，该燃料供应管线在此包括燃料贮存部10、低压泵11、过滤器12、高压泵13、计量装置14和油/燃料热交换器15。涡轮
机还包括附件箱17(“齿轮箱”)，该附件箱连接驱动轴18，驱动轴18意图在涡轮机中递送机械动力。根据本发明，低压泵11和高压泵13由电磁泵组成，例如液环型电磁泵或者侧通道或再生型电磁泵。低压泵11和高压泵13与驱动轴18机械地脱离，并各自独立控制，例如与涡轮机的控制装置集成的数字计算机16。
[0067]
关于涡轮机的供油回路，低压和/或高压馈送泵也可以部分或全部由独立于发动机速度进行控制的电磁泵代替。在这种情况下，优选地但并排它地使用摆线转子式泵。