用于飞行器涡轮发动机中的电机的电连接的制作方法

1.本发明涉及一种配备有电机的飞行器涡轮机以及用于维护该涡轮机的方法。


背景技术：

2.现有技术特别地包括文献fr-a1-2 842 565、fr-a1-2 896 537和fr-a1-2 922 265，这些文献描述了配备有电机的涡轮机。
3.航空界现在对商业航空使用混合发动机的相关性提出了许多问题。电能的使用现在不仅被认为是满足飞行器的功能，而且还被认为使涡轮机的功能电气化。
4.该观察导致了对混合发动机架构的解决方案的研究，该解决方案将化石燃料能源和电能结合，以确保推进部分(涡轮机的风扇)的驱动和某些发动机和/或飞行器功能的供给。
5.这些架构特别地可以是基于高涵道比和减速器类型的架构，也可以是基于多个(2个或3个)本体的架构。在这些架构中，涡轮机包括低压本体和高压本体，每个本体包括将压缩机的转子连接到涡轮的转子的轴。
6.为飞行器涡轮机配备电机是已知的。我们记得，电机是基于电磁的机电设备，例如使得能够将电能转换为功或机械能。该过程是可逆的并且可以用于产生电力。
7.因此，根据机器的最终用途，我们使用以下术语：
[0008]-发电机，该发电机表示从机械能中产生电能的电机，
[0009]-电动机，该电动机用于从电能中产生机械能。
[0010]
电机既可以在电动机模式下运行，也可以在发电机模式下运行。
[0011]
高电力电机在涡轮机的低压本体上，特别是在高涵道比类型涡轮机的低压本体上的集成是非常复杂的。多个安装区域是可能的，但是每个安装区域的优点和缺点是众多且不同的(机器的机械集成、机器的耐温性、机器的可接近性等问题)。
[0012]
该问题的一种解决方案是将电机直接集成在涡轮机的风扇的下游。然而，一个困难是该机器与电力电子电路的连接，该电力电子电路通常位于距机器一距离处。
[0013]
在这种环境下，使用电力线束会带来一些技术问题。大直径的线束具有非常大的弯曲半径，这将不符合这种环境。线束的集成将需要支撑件来限制振动传递到周围部件和周围部件的损坏。
[0014]
本发明提出了一种对上述所讨论问题中的至少一些问题的解决方案。


技术实现要素：

[0015]
本发明提出了一种飞行器涡轮机，该飞行器涡轮机包括：
[0016]-气体发生器，该气体发生器具有纵向轴线，
[0017]-风扇，该风扇位于气体发生器的上游端部处并且被构造成围绕所述轴线旋转，以及
[0018]-具有大致环形形状的电机，该电机被同轴地安装在风扇的下游并且包括转子和
定子，该转子能够旋转地联接到风扇，
[0019]
风扇被构造成产生主气流，该主气流的一部分流动到气体发生器的主环形管道中以形成主流，主气流的另一部分在气体发生器和机舱壳体之间延伸的次级环形管道中流动以形成次级流，
[0020]
主管道由与气体发生器同轴的第一环形外壳和第二环形外壳界定，主管道由用于连接第一外壳和第二外壳的被称为igv的矫直器叶片以及位于igv的下游的入口壳体的管状臂穿过，
[0021]
气体发生器包括气体发生器的第三环形外壳，该第三环形外壳同轴地围绕第二外壳，第二外壳和第三外壳在该第二外壳和第三外壳的上游端部处连接在一起，以形成用于使主流和次级流分开的环形分离器鼻部，
[0022]
其特征在于，电机的定子通过至少一个刚性导电杆连接到电力电子电路，该杆包括：
[0023]-第一端部部分，该第一端部部分用于连接到电机，该第一端部部分位于第一外壳内，
[0024]-第二端部部分，该第二端部部分用于连接到电路，该第二端部部分位于第二外壳和第三外壳之间，以及
[0025]-中间部分，该中间部分在入口壳体的管状臂中的一个管状臂内延伸。
[0026]
因此，本发明提出了一种用于电机集成的解决方案，第一个优点与以下事实相关：即在该机器的集成区域中，理想地直接在风扇的下游并因此在一个或多个压缩机的上游，其中普遍存在的温度相对较低，因此对于该机器是最佳的。特别地如果涡轮机包括减速器，机器的转子由风扇驱动，并因此处于相对较低的速度。另外，该机器位于尽可能靠近流的流动管道，具有相对较大的直径，并因此与现有技术的机器相比可以产生显著的电力。
[0027]
此外，本发明提供了对该环境中机器的电连接问题的解决方案。该连接由一个或多个刚性杆确保，每个刚性杆延伸穿过入口壳体的管状臂，即尽可能靠近涡轮机的主流和次级流的分离器鼻部。
[0028]
根据本发明的涡轮机可包括以下特征中的一个或多个，这些特征被彼此独立地采用或被彼此结合地采用：
[0029]-杆具有大致s形或z形的形状，该杆的中间部分相对于端部部分中的每一个端部部分以介于90
°
至180
°
之间的角度倾斜；
[0030]-该杆具有多边形和恒定的横截面，并且可以扭曲；
[0031]-涡轮机包括围绕气体发生器的机舱壳体以及用于将机舱壳体连接到所述第三环形外壳的被称为ogv的叶片；
[0032]-机舱壳体限定了围绕气体发生器的次级流的次级流管道；
[0033]-ogv位于igv臂的下游并且布置成与入口壳体的管状臂大致对应；
[0034]-所述第二部分与ogv中的一个ogv大致对应地延伸；
[0035]-气体发生器包括用于附接ogv的环形凸缘，环形凸缘位于所述第二外壳和第三外壳之间，这些凸缘中的至少一个凸缘包括用于使所述杆通过的凹口；
[0036]-杆由绝缘护套围绕并且包括第一端部和第二端部，该第一端部暴露用于可释放地附接到用于电连接到所述定子的元件，该第二端部暴露用于可释放地附接到用于电连接
到所述电路的线束；
[0037]-电机位于所述分离器鼻部的上游；
[0038]-电机的定子通过围绕所述轴线规则分布的多个刚性导电杆连接到电力电子电路；
[0039]-所述第一端部部分布置成与所述igv和/或所述分离器鼻部大致对应；
[0040]-所述电力电路位于第二外壳和第三外壳之间；
[0041]-入口壳体的所述管状臂在该管状臂的径向内端部处包括由所述第一端部部分穿过的孔，入口壳体的所述管状臂包括由所述中间部分穿过的内腔，内腔在该内腔的径向内端处由臂的密封壁封闭；
[0042]-所述孔形成在属于入口壳体的环形附接凸缘中，该凸缘被构造成将入口壳体附接到环形轴承支承件和/或电机的所述定子。
[0043]
本发明还涉及一种用于维护如上所述的涡轮机的方法，该方法包括以下步骤：
[0044]-将布置成与该杆对应的ogv拆卸和移除，以及
[0045]-将杆拆卸和移除以用于维护。
附图说明
[0046]
在以下以非限制性示例的方式做出的描述中并且参照附图，本发明将被更好的理解，并且本发明的其它细节、特征和优点将变得更加清楚，在附图中：
[0047]
[图1]图1是具有高涵道比和减速器的飞行器涡轮机的轴向横截面的示意性视图；
[0048]
[图2]图2是根据本发明的配备有电机的飞行器涡轮机的轴向横截面的局部示意性半视图；
[0049]
[图3]图3类似于图2，并且示出了从机器的定子到电力电子电路的电连接杆，
[0050]
[图4]图4是图2的涡轮机的一部分的示意性透视图，并且特别地示出了入口壳体的管状臂，该管状臂用作用于电连接杆的通道，
[0051]
[图5]图5是图2的涡轮机的一部分的另一个示意性透视图，并且特别地示出了电连接杆的路径，
[0052]
[图6a-图6d]图6a至图6d是图3的详细视图，并且示出了用于维护涡轮机的方法的步骤，
[0053]
[图7]图7是图2的涡轮机的一部分的示意性透视图，并且示出了用于维护涡轮机的方法的步骤中的一个步骤，
[0054]
[图8]图8是电线束的示意性横截面视图，以及
[0055]
[图9]图9是电连接杆的实施例示意性横截面视图。
具体实施方式
[0056]
首先参照图1，图1示意性地示出了双本体和双流式飞行器涡轮机10。
[0057]
涡轮机10通常包括气体发生器12，该气体发生器的上游布置有风扇14。风扇14被壳体16围绕，该壳体被机舱18围绕，该机舱围绕并沿着气体发生器12的主要部分延伸。
[0058]
气体发生器12在此包括两个本体，即低压本体12a或lp和高压本体12b或hp。每个本体包括压缩机和涡轮。
[0059]
术语“上游”和“下游”被认为是沿着涡轮机10中的气体流动的主方向f，该方向f平行于涡轮机的纵向轴线a。
[0060]
气体发生器12从上游到下游包括低压压缩机20、高压压缩机22、燃烧室24、高压涡轮26和低压涡轮28。
[0061]
风扇14包括由风扇轴32驱动旋转的环形排的轮叶30，该风扇轴通过减速器33连接到低压本体12a的转子。穿过风扇的气流(箭头f)在气体发生器12的上游被环形分离器鼻部34分成径向内部环形流和径向外部环形流，该径向内部环形流被称为主流36，该主流在气体发生器12的主环形管道中流动，该径向外部环形流被称为次级流38，该次级流在气体发生器12和机舱18之间的次级环形管道中流动并提供用于涡轮机的大部分推力。
[0062]
入口壳体40在结构上将气体发生器12连接到壳体16和机舱18。入口壳体40包括环形排的径向内部臂42和环形排的径向外部矫直器叶片44，该径向内部臂延伸到主流36的流动管道中，该径向外部矫直器叶片被称为外部齿轮轮叶(outer gear vane，ogv)并延伸到次级流38的流动管道中。
[0063]
臂42的数量通常是有限的(小于十)，并且该臂是管状的并由辅助件穿过。
[0064]
这些臂42具有结构作用，因为这些臂使得能够在轴承支撑件和悬架之间传递力。这些臂还具有使辅助件通过的作用，使得能够通过对辅助件进行整流使辅助件通过管道，从而限制管道中的空气动力学损失。这些臂不具有流矫直功能，因为这些臂不具有弯度，而且数量不足以执行该功能。
[0065]
矫直器叶片44(ogv)的数量通常大于十。矫直器叶片由于特定的数量和弯度而使得能够矫直风扇的流。矫直器叶片还具有结构功能，因为矫直器叶片支撑围绕风扇的壳体(风扇壳体)。
[0066]
主流36的流动管道也由矫直器叶片52穿过，该矫直器叶片被称为内部齿轮轮叶(inner gear vane，igv)。igv52围绕轴线a均匀地分布，并且位于入口壳体40的上游，更准确地位于臂42的上游。当来自风扇的流进入主管道时，这些叶片使得能够矫直来自风扇的流。这些叶片不具有结构作用。这些叶片具有足够的数量(例如多于10个)并具有一定的弯度，以使得矫直风扇的穿过主管道的流。
[0067]
主流36的流动管道由两个同轴的环形外壳界定，这两个同轴的环形外壳分别为内部环形外壳37a和外部环形外壳37b。特别地，igv52和臂42连接到这些外壳37a、37b。次级流38的流动管道在内部由与外壳37a、37b同轴的环形外壳39界定，并且在外部由机舱壳体16界定。ogv44连接到外壳37b、39。
[0068]
外壳37a、37b、39中的每一个外壳可以由多个相邻的壁或盖形成。
[0069]
低压本体12a的转子以及风扇轴32在上游由轴承46、48和50引导。这些轴承46、48、50是滚珠或滚子类型的轴承，并且每个轴承包括被安装在要被引导的轴上的内部环、由环形轴承支撑件承载的外部环以及在环之间的滚子轴承。
[0070]
以已知的方式，减速器33是周转齿轮系类型的减速器，并且包括以轴线a为中心的太阳齿轮、围绕轴线延伸的环形齿轮以及与太阳齿轮和环形齿轮啮合并由行星架承载的行星齿轮。
[0071]
在所示的示例中，环形齿轮是固定的，并且被固定地连接到轴承46、48的支撑件62。行星架是可旋转的并由风扇轴32联接。减速器的太阳齿轮通过输入轴56联接到低压本
体的主轴58。
[0072]
输入轴56由轴承50引导，该轴承由轴承支撑件60承载。风扇轴32由轴承46、48引导。
[0073]
轴承支承件60、62围绕轴线a延伸，并且是连接到定子，特别地连接到入口壳体40的固定部件。
[0074]
图2是图1的一部分的放大的、更详细的视图，并且示出了根据本发明的涡轮机的实施例。
[0075]
图2中的已经参照图1描述的元件由相同的附图标记表示。
[0076]
特别地，图2示出了在风扇盘32a和减速器33之间的区域z，电机70安装在该区域中。在图2中仅可见减速器33的环形齿轮的一个支撑件33a，该元件例如连接到入口壳体40或轴承支撑件62。
[0077]
图2中的图中的横截面穿过igv52中的一个igv，该igv可能是完整的。
[0078]
该横截面穿过ogv44以及穿过臂42，该臂是管状的，以使辅助件通过如上所述。每个臂42包括上游边缘42a和下游边缘42d，上游边缘和下游边缘分别是主流36的前缘和后缘。
[0079]
每个臂42包括内腔42c，该内腔在径向外部由ogv44的壁44a封闭。该壁44a与ogv44形成为一个部件，并且附接到入口壳体40的环形凸缘，该环形凸缘分别是上游环形凸缘43a和下游环形凸缘43b。腔42c通过壁42b与辅助件隔离开。
[0080]
每个臂42的内腔42c在径向内部由入口壳体40的环形壁40a封闭。在该壁40a的上游端部处，入口壳体40包括用于附接轴承支撑件62的径向内部环形凸缘40b。在壁40a的下游端部处，入口壳体40包括例如用于附接环形沟部的径向内部环形附接凸缘40c，该环形沟部用于通过离心来回收由减速器33喷射的油。
[0081]
在图1中可见的减速器33以及轴承46、48、50位于环形润滑外壳e中，该环形润滑外壳在上游由轴承支承件62和至少一个不可见的密封件密封，并且在下游由轴承支承件60和至少一个不可见的密封件密封。外壳e的外周边特别地由壁40a密封。
[0082]
图2使得能够示出上述外壳37a由多个连续的壁(例如壁40a)和环形护罩64形成，该环形护罩位于壁40a的上游并且连接到igv52的内周边。
[0083]
外壳37b由多个连续的壁和特别地环形护罩66形成，该环形护罩位于入口壳体40的上游。该护罩66围绕护罩64延伸，并且连接到igv52的外周边。
[0084]
外壳39由多个连续的壁(例如壁44a)和环形护罩68形成，该环形护罩位于壁44a的上游。该护罩68围绕护罩66延伸，并且护罩66、68的上游端部连接在一起以形成分离器鼻部34。
[0085]
如上所述，电机70位于环形区域z中，该区域z在此在上游由风扇14，特别地由用于将风扇轮叶30连接到风扇轴32的盘32界定，并且在下游由轴承支撑件62界定。
[0086]
电机70具有大致环形的形状，并且包括转子70a和定子70b。转子70a具有围绕轴线a延伸的大致环形的形状，并且由支撑元件72承载，该支撑元件本身具有大致环形的形状。
[0087]
在所示的示例中，支撑元件72包括圆柱形壁72a，该圆柱形壁被转子70a围绕并附接到转子的内周边。该壁72a的上游端部一方面连接到用于附接到风扇盘32a的径向内部环形凸缘72b，另一方面连接到外部环形边沿72c。
[0088]
边沿72c包括内圆柱形表面72d，该内圆柱形表面支承在风扇14的外圆柱形表面上，以确保转子70a的定心。边沿72c还包括迷宫型密封的外部环形擦拭器72e。
[0089]
定子70b也具有大致环形的形状，并且由环形支撑元件74承载。
[0090]
元件74包括外环形表面74a，该外环形表面在内部限定气流f的流动管道、在风扇14和分离器鼻部34之间。元件74附接到定子70b的外周边并且包括上游端部，该上游端部例如通过可磨损的环形涂层与前述擦拭器72e配合。
[0091]
元件74的下游端部与护罩64轴向对准，该护罩的上游周边边缘轴向接合在元件74的环形凹槽74b中。该凹槽74b轴向向下游定向。护罩64的上游边缘在元件74的凹槽74b中的接合确保了重叠，并因此避免了管道中的会干扰流f的台阶。
[0092]
元件74的下游端部还包括用于附接到轴承支撑件62或入口壳体40的环形凸缘76。该凸缘76具有大致u形的轴向横截面，并且具有径向向外定向的开口。因此，该凸缘76限定了环形空间x，该环形空间用于定子70b的电连接，如下文将特别地参照图3更详细地描述。在所示的示例中，凸缘76通过螺钉附接到轴承支撑件62的凸缘和入口壳体的凸缘40b。
[0093]
元件74可以由单个部件形成，或者由围绕彼此安装的两个环形且同轴的部件形成。
[0094]
这种安装的特性之一在于电机70(特别是该电机的定子70b)位于尽可能靠近通过风扇14之后的主流f。这一方面使得能够与到目前为止提出的技术相比具有带有大直径并因此带有更高的潜在功率的电机，并且另一方面使得能够具有由流f冷却的电机。有利地，电机的热损耗通过这种冷却来消散。
[0095]
为此，优选地，被流f掠过的表面74a具有空气动力学轮廓，如图所示。元件74通过定子70b和流f之间的热传导来确保热交换。
[0096]
定子70b通过电连接装置连接到电力电子电路78，该电力电子电路位于两个外壳37b、39之间并因此位于气体发生器12中。
[0097]
图3至图5示出了包括刚性杆80的这些电连接装置的实施例。
[0098]
另外地，尽管一个或多个电线束可用于定子70b的电连接，但使用提供了许多优点的至少一个刚性杆80。
[0099]
在本发明的优选实施例中，定子70b通过第一电线束82c连接到杆80的一个端部，杆的相对端部通过第二电线束82d连接到电路78。在这种情况下，优选地，每个线束82c、82d的芯部82a的横截面与杆80的主体80a的横截面相同或接近。优选地，杆80的横截面，特别是杆的主体80a的横截面在杆的整个长度上是恒定的。
[0100]
在图7中整体可见的杆80被成形为从区域z延伸到电路78。杆可以具有例如l形、s形、z形等的大致复杂的形状。
[0101]
杆80包括端部(分别为上游端部84a和下游端部84b)，端部是暴露的，即未被护套80b覆盖，以能够将杆80连接到线束82c、82d(图4、图5和图7)。
[0102]
杆的端部84a、84b中的每一个端部包括用于安装螺栓88(螺钉和螺母，或甚至垫圈)的孔86。该螺栓88用于优选地通过凸耳90将杆80的端部84a、84b附接到对应的线束82c、82d。凸耳连接到线束的一个端部并且包括板，该板旨在施加在对应的端部84a、84b上，并通过螺栓88在端部拧紧和附接(图5)。
[0103]
如在所示的示例中(图7)，杆80可以扭曲，然后杆包括杆的端部中的在平面p1中延
伸的一个端部84a(图4中的平面p1穿过涡轮机的轴线a)和杆的端部中的在垂直于平面p1的平面p2中延伸的另一个端部84b(平面p2与以轴线a为中心的圆周大致相切-图5和图7)。
[0104]
本发明提出了杆80从定子70b到电路78，更具体地在线束82c、82d之间的特定路径。注意，在实践中，定子70b可以通过多个杆80连接到电路78。然后，优选地，这些杆80围绕轴线a均匀地分布，并且每个杆通过线束82c、82d连接到定子70b和电路78。因此，对杆80的以下描述适用于从电机的定子到电力电子电路的每个电连接杆。
[0105]
在图3至图7所示的实施例中，杆80然后沿着轴线a和ogv44延伸穿过入口壳体40的管状臂42中的一个管状臂。
[0106]
因此，杆80具大致z形或s形的形状，并且包括：
[0107]-第一端部部分80d，该第一端部部分包括用于连接到电机70的端部84a，该第一端部部分80d位于第一外壳37a内，
[0108]-第二端部部分80e，该第二端部部分包括用于连接到电路78的端部84b，该第二端部部分80e位于第二外壳37b和第三外壳39之间，以及
[0109]-中间部分80c，该中间部分在入口壳体40的管状臂42中的一个管状臂内延伸。
[0110]
第一部分80d是大致直的，并且大致平行于轴线a从空间x延伸到腔42c的内部。端部84a位于上述空间x中，并且在该空间x中通过螺栓88连接到线束82c。第一部分80d轴向穿过入口壳体40的上游凸缘40b中的孔40d。图3示出了壁40a在杆80的径向内部并因此在孔40d的径向内部延伸，以确保腔42c与外壳e密封。
[0111]
中间部分80c相对于第一部分80d以120
°
至150
°
范围内的角度α倾斜。部分80c从上游向下游径向向外延伸，并且可以跟随容纳有该部分的臂42的倾斜度。
[0112]
第二部分80e是大致直的，并且大致平行于轴线a延伸到电路78。为此，第二部分轴向穿过入口壳体40的下游凸缘43b中的凹口92。这是轴向凹口92，该轴向凹口形成在ogv44的附接凸缘43b的外周边处，并且成形为使得杆80可以延伸穿过该凹口92，而不干扰臂44到凸缘43b的附接。图5还使得能够示出端部84b在凸缘43b的下游弯曲，以大致平行于该凸缘定向。
[0113]
中间部分80c相对于第二部分80e以120
°
至150
°
范围内的角度β倾斜。
[0114]
图6a至图6d和图7示出了用于维护涡轮机10的方法的步骤。
[0115]
按照图6a至图6d所示步骤的顺序，这些步骤使得能够用于杆80的安装。应该理解，以相反的顺序重复这些步骤足以进行杆80的拆卸。
[0116]
在图6a和图6b所示的第一步骤之前，旨在布置成与杆80对应的ogv44被拆卸和移除。
[0117]
然后，可以通过首先将杆的部分80d通过臂的腔的敞开的径向外端部接合到臂42的腔42c中来安装杆80。
[0118]
然后，杆80的端部84a必须尽可能靠近壁40a和孔40d(图6a和图7)。
[0119]
然后，杆80倾斜，使得杆的相对端部84b更接近轴线a(图6b)。实际上，为了便于将杆80接合在臂的腔42c中的先前步骤，杆必须相对于轴线a大致径向倾斜。
[0120]
杆80的倾斜继续(图6c)，然后杆可以轴向向上游移位，使得杆的端部84a穿过孔40d，并位于上述空间x中。
[0121]
然后，可以安装例如ogv44、护罩64-68和igv52的围绕元件。
[0122]
图8示出了电线束82的大致圆形形状的横截面，该电线束包括由一股导线形成的导电芯部82a和绝缘外部护套82b。图9示出了杆80的实施例的示例，该杆包括导电体80a，该导电体优选地具有多边形形状并且例如具有矩形的横截面。杆80还包括绝缘外部护套80b。
[0123]
本发明使得能够提供许多优点：
[0124]-与线束相反，杆80使得能够具有非常短的弯曲半径，这在相关环境中是必要的；这使得能够将分离器鼻部34的厚度限制为接近杆80的厚度；此外，杆的“可扭曲”轮廓使得能够根据以下穿过区域适应杆本身：进入入口壳体40的臂42的径向位置(在平面p1中)和在ogv44处的轴向位置(在平面p2中)；
[0125]-杆80是刚性的，因此没有由于太大的柔性而产生振动的风险，因此不需要在入口壳体40的臂中进行特定的支撑；
[0126]-上述路径与在入口壳体40的臂中循环的所有油辅助件相容；此外，入口壳体40的壁(特别是壁40a和42b)将杆80与这些油辅助件隔离开，这限制了火灾的风险；
[0127]-该路径避免了杆80到油外壳e中的通路；这避免了增加密封；以及
[0128]-模块化通过仅移除涡轮机的几个部件而与杆80的组装/拆卸的容易性相关联。
[0129]
本发明可应用于在结构壳体(例如入口壳体或其它壳体)的上游配备有电机的任何涡轮机。