具有中空电动机的并联混合式动力装置的制作方法

1.本公开涉及航空器动力系统，并且更特别地涉及混合式航空器动力总成。


背景技术：

2.航空器动力系统在多个参数上的效率和功能不同，例如推力要求、空气温度、空气速度、海拔等。航空器起飞时需要最大的推力，其中对发动机功率的需求最大。然而，在任务的剩余时间里，航空器发动机通常不需要像起飞时那样大的推力。发动机的尺寸和重量允许它们产生起飞所需的动力，然而在起飞后，发动机实际上尺寸过大，因为产生用于平飞巡航的推力所需的动力相对较低。
3.常规技术已被视为满足其期望目的。然而，一直存在对改进的航空器动力系统的需求。


技术实现要素：

4.一种用于航空器的混合式电动力总成系统包括齿轮箱，所述齿轮箱具有用于输出以驱动鼓风机以获得航空器推力的第一旋转轴。所述系统包括第一原动机，所述第一原动机通过第二旋转轴连接到所述齿轮箱以用于向所述齿轮箱输入动力。此外，所述系统包括第二原动机，所述第二原动机通过第三旋转轴连接到所述齿轮箱。所述第二原动机能够具有中空芯，并且所述第一旋转轴和所述第二旋转轴中的至少一者穿过所述中空芯和所述第三旋转轴。冷却空气路径能够穿过所述中空芯而被限定，并且径向空气通道接收来自所述中空芯的空气，所述径向空气通道在所述第二原动机与所述齿轮箱之间径向地延伸并且与所述第二原动机进行热交换。
5.所述第一原动机和所述第二原动机能够都在所述齿轮箱的一侧，使得所述第二原动机在所述齿轮箱与所述第一原动机之间，并且所述第二旋转轴穿过所述中空芯并穿过所述第三旋转轴。所述第二原动机和所述第一原动机能够在所述齿轮箱的相对侧，使得所述第一旋转轴穿过所述中空芯并穿过所述第三旋转轴。
6.所述齿轮箱能够被配置成接收从所述第二旋转轴和所述第三旋转轴并行输入的旋转动力，并且向所述第一旋转轴输出旋转动力，使得来自所述第二原动机和所述第一原动机中的任一者或两者的动力能够为所述第一原动机提供动力。
7.所述齿轮箱能够包括行星齿轮组，所述行星齿轮组包括被连接以驱动所述第一旋转轴的太阳轮、被连接以接收来自所述第三旋转轴的输入的内齿圈以及啮合在所述内齿圈与所述太阳轮之间的一组行星齿轮。所述行星齿轮能够全部连接到支架，所述支架被连接以接收来自所述第二旋转轴的输入。
8.所述第一轴能够连接到鼓风机，其中所述鼓风机被定位成使空气移动通过所述冷却路径。所述第二原动机能够是电动推进器，所述电动推进器能够包括相对于所述齿轮箱固定安装的定子和在所述定子内的转子，其中所述转子连接到所述第三旋转轴以实现到所述齿轮箱的旋转输入。多个辐条能够将所述转子连接到所述第三旋转轴。
9.所述第一原动机能够是热发动机。所述第二原动机能够是电动机器。所述齿轮箱能够被配置成在以下至少一种情况下向所述第一旋转轴提供预定输出速度：所述第二旋转轴以第一输入速度向所述齿轮箱提供动力输入，并且所述第三旋转轴同时以所述第一输入速度向所述齿轮箱提供动力输入，和/或所述第二旋转轴以第二输入速度向所述齿轮箱提供动力输入，并且所述第三旋转轴同时以第三输入速度向所述齿轮箱提供动力输入，所述第三输入速度不同于所述第二输入速度一种方法包括，在混合式电传动系统中，用第一原动机和第二原动机驱动齿轮箱以驱动鼓风机以获得航空器推力，其中所述第一原动机和所述第二原动机并行地向所述齿轮箱提供动力输入。驱动所述齿轮箱包括经由所述第二原动机的中空芯向所述齿轮箱输送来自所述第一原动机的动力输入。
10.所述方法能够包括利用通过所述中空芯的空气流来冷却所述第二原动机。利用空气流来冷却所述第二原动机能够包括用所述鼓风机将空气驱动到所述中空芯中。
11.所有的推力能够由所述第一原动机提供，而所述第二原动机能够在巡航期间闲置。在起飞和爬升期间，所述第一原动机和所述第二原动机均能够将航空器所需的全部动力贡献给所述齿轮箱。所述第一原动机和所述第二原动机均能够贡献一部分动力，但是相对于彼此不均等，以驱动所述齿轮箱。
12.所述第二原动机能够是电动机器，因此所述方法还能够包括在地面上的电池再充电期间利用来自所述第一原动机的动力或在飞行期间通过使螺旋桨自转而以发电机模式来驱动所述电动机器。所述第二原动机能够是电动机器，因此所述方法还能够包括使用从所述电动机器输入到所述齿轮箱的动力来驱动所述第一原动机以启动所述第一原动机。
13.本领域技术人员从结合图式进行的以下详细描述中将变得更易于了解本公开的系统和方法的这些和其他特征。
附图说明
14.因此，本公开相关领域的技术人员将容易了解如何在无需过度实验的情况下制作和使用本公开的装置和方法，将参考特定图在下文中详细地描述所述装置和方法的实施方案，其中：图1是根据本公开构造的系统的实施方案的示意图，展示出经由齿轮箱连接到鼓风机的多个原动机；图2是图1的系统的实施方案的示意图，展示出图1的原动机相对于齿轮箱的配置；并且图3是根据本公开的至少一个方面的方法的示意性框图。
具体实施方式
15.现在将参考图式，其中相同参考数字标注本公开的类似结构特征或方面。为了解释和图解目的并且非限制，根据本公开的系统的实施方案的部分视图在图1中示出并且大致用参考字符100标注。如将描述的，根据本公开的系统的其他实施方案或其方面将在图2到图3中提供。本文中描述的系统和方法能够具有许多不同的应用。在其他功能中，本文中描述的系统和方法能够用于动力装置的原动机。
16.系统100 (例如用于航空器的混合式电动力总成)能够包括齿轮箱102，所述齿轮箱具有用于输出以驱动鼓风机
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106以获得航空器推力的第一旋转轴104。在一些实施方案中，例如本实施方案，鼓风机106是螺旋桨。预期在其他实施方案中，鼓风机106可以是不同类型的，例如但不限于例如直升机旋翼。系统100能够包括第一原动机108，所述第一原动机通过第二旋转轴110连接到齿轮箱102以用于向齿轮箱102输入动力。
17.此外，系统100能够包括第二原动机112，所述第二原动机通过第三旋转轴114连接到齿轮箱102。第二原动机112能够具有中空芯116，并且第一旋转轴和第二旋转轴104、110中的至少一者能够穿过中空芯116和第三旋转轴114。冷却空气路径118能够穿过中空芯116，并且例如穿过在中空芯116下游的径向空气通道120，而被限定。空气能够流经径向空气通道120并且在第二原动机112与齿轮箱102之间径向地退出，使得径向空气通道120能够与第二原动机112进行热交换，例如用于冷却第二原动机112。
18.在实施方案中，例如图2所示的实例，第一原动机108和第二原动机112能够都在齿轮箱102的一侧，例如在共同的横向侧。在这种情况下，第二原动机112能够在齿轮箱102与第一原动机108之间，并且第二旋转轴110能够穿过中空芯116并且穿过第三旋转轴114。然而，也有可能，如在图1所示的实例中，第二原动机112和第一原动机108能够在齿轮箱102的相对的横向侧。在那里，第一旋转轴104能够穿过中空芯116并且穿过第三旋转轴114。
19.齿轮箱102能够被配置成接收从第二旋转轴和第三旋转轴110、114并行输入的旋转动力，并且向第一旋转轴104输出旋转动力，使得来自第二原动机112和第一原动机108中的任一者或两者的动力能够经由第一旋转轴104为鼓风机106提供动力。齿轮箱102能够包括行星齿轮组122，所述行星齿轮组包括太阳轮124、内齿圈126和一组行星齿轮128。太阳轮124能够被连接以驱动第一旋转轴104，内齿圈126能够被连接以接收来自第三旋转轴114的输入，并且行星齿轮128能够啮合在内齿圈126与太阳轮124之间。行星齿轮128能够全部连接到支架130，所述支架能够被连接以接收来自第二旋转轴110的输入。
20.仍然参考图1，第一轴104能够连接到鼓风机106，其中鼓风机106被定位成使空气移动通过冷却路径118。第二原动机112能够是电动推进器，所述电动推进器能够包括相对于齿轮箱102固定安装的定子132和在定子132内的转子134。转子134能够连接到第三旋转轴114以实现到齿轮箱102的旋转输入。为了保持中空芯116，多个辐条136能够将转子134连接到第三旋转轴114。
21.在实施方案中，第一原动机108能够是热发动机，而第二原动机112能够是电动机器。当第二原动机112是电动机器时，所述第二原动机也可以充当被配置成对电能存储器再充电的发电机。因此，即使当从第二旋转轴和第三旋转轴110、114输入的动力以两种不同的速度提供时，齿轮箱102也能够被配置成向第一旋转轴104提供预定输出速度。举例来说，第二旋转轴110能够以第一转速向齿轮箱102提供输入，并且第三旋转轴114能够以第二转速向齿轮箱102提供输入，所述第二转速不同于所述第一转速。
22.根据本技术的方法200能够包括，在混合式电传动系统中，用第一原动机108和第二原动机112驱动齿轮箱102以驱动鼓风机106以获得航空器推力，其中第一原动机和第二原动机108、112是平行的，如框202所示。方法200能够包括，在框204，利用通过中空芯116的空气流来冷却第二原动机112。利用空气流来冷却第二原动机112能够包括，在框206，用鼓风机106将空气驱动到中空芯116中。举例来说，冷却能够是将空气驱动到中空芯116中，因
为来自连接到齿轮箱102的旋转输出端的螺旋桨(例如鼓风机106)的螺旋桨冲洗在螺旋桨下游流向第二原动机112。
23.在方法200中，所有的推力能够由第一原动机108提供，而第二原动机112能够在巡航期间保持闲置。在起飞和爬升期间，第一原动机和第二原动机108、112都能够将航空器所需的所有动力贡献给齿轮箱102。另外或替代地，第一原动机和第二原动机108、112均能够贡献一部分动力，但是相对于彼此不均等，以驱动齿轮箱102。
24.如果第二原动机112是电动机器，则方法200还能够包括，在框208，在地面上的电池再充电期间利用来自第一原动机108的动力或在飞行期间通过使螺旋桨自转而以发电机模式来驱动所述电动机器。当第二原动机112是电动机器时，方法200还能够包括，在框210，使用从电动机器输入到齿轮箱102的动力来驱动第二旋转轴以启动第一原动机108。
25.例如上述系统100的混合式动力装置能够组合来自两个不同来源的动力输入，所述不同来源例如热发动机和电动机(例如原动机108、112)。热发动机和电动机的运行速度不同。有可能混合式动力装置能够以并联或串联架构安装，然而并联架构提供其自身的优势。举例来说，长圆柱形和平行架构能够更容易地配合在航空器机舱内。另外，并联架构允许螺旋桨由原动机108、112中的任一者或所述原动机的组合独立驱动。
26.原动机108、112能够是如本文中所述的电动机和/或热发动机，然而，本领域技术人员应当理解，原动机不限于这两种可能性。如上所述，原动机和鼓风机经由行星齿轮系统以机械方式连接。行星齿轮系统能够被设计成齿轮比的特定组合，能够转换两种不同速度的输入以达到理想的输出速度。虽然可以使用常规的行星齿轮系统，但是混合式动力装置内的中空芯电动机的布置允许改进电动原动机的冷却。
27.混合式动力装置会给航空器增加额外的重量，并且比常规系统占用更多空间，因此在不牺牲功能和维护通道的情况下创建紧凑的混合式动力装置布局至关重要。举例来说，电动机需要紧凑并且具有高功率重量比。通常，对于交流电动机，具有绕组的定子充满冷却剂。然而，在混合式系统中，还需要冷却转子内的磁体，否则，随着温度升高，磁体可能会退磁，因此，电动机的整体效率降低。用于交流电动机的常规冷却技术不适合于所描述的混合式电力系统。
28.因此，使用中空芯，例如，如上所述的中空芯116，电动机能够具有更大的直径，从而为定子绕组提供更多空间，同时转子具有增加的暴露于环境空气以进行冷却的表面。例如来自鼓风机的空气的自然或力对流会是冷却转子中的磁体的具成本效率的解决方案，从而扩展磁体的可用性。
29.如上所述并且在图中示出的本公开的方法和系统提供混合式动力装置内的改进冷却。虽然已经示出并且描述本公开的设备和方法，但是本领域技术人员将易于了解，可对所述设备和方法进行变化和/或修改而不脱离本公开的范围。