CN114909218B - 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

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，电机包括外发电机定子和内发电机转子。该方法包括将冷却气流径向引导通过气流通路到外壳，外壳至少部分地由热屏蔽件，至少部分地围绕电机限定。使用冷却歧管将冷却气流径向向内引导经过外发电机定子并朝向内发电机转子，从而从发电机转子去除热量。

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，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，电机包括外发电机定子和内发电机转子。该方法包括将冷却气流径向引导通过气流通路到外壳，外壳至少部分地由热屏蔽件至少部分地围绕电机限定。使用冷却歧管将冷却气流径向向内引导经过外发电机定子并朝向内发电机转子，从而从发电机转子去除热量。

根据本公开的另一个实施例，燃气涡轮发动机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。电机包括外发电机定子和联接到旋转构件的内发电机转子。热屏蔽件至少部分地围绕电机形成外壳。热屏蔽件至少部分地限定至少部分地围绕电机的冷却气流路径。冷却歧管将从气流通路接收的冷却气流引导经过外发电机定子并到达内发电机转子。

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电机的图1的燃气涡轮发动机的后部的示意剖视图；

图4A是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的具有冷却沟道(channel)的图3的电机的发电机转子的一部分的示意剖视图；

图4B是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的具有图4A的冷却沟道的发电机转子的一部分的示意剖视图；

图4C是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于图1的燃气涡轮发动机中的电机的一部分的示意剖视图；

图5A是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的包括冷却系统的图1的燃气涡轮发动机的示意剖视图；

图5B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另一个实施例的示意剖视图；

图6A是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于图1的燃气涡轮发动机中的涡轮后框架的支柱的示意剖视图；

图6B是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于图1的燃气涡轮发动机中的涡轮后框架的另一个支柱的示意剖视图；

图6C是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于图1的燃气涡轮发动机中的涡轮后框架的另一个支柱的示意剖视图；

图6D是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于图1的燃气涡轮发动机中的涡轮后框架的另一个支柱的示意剖视图；

图7是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的燃气涡轮发动机的另一个后部和电机的示意剖视图；和

图8是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的燃气涡轮发动机的另一个后部和电机的示意剖视图。

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。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，该气流通路通过涡轮后框架的支柱提供。可以围绕气流通路和沿气流通路设置隔热毯，以减少从离开涡轮区段的外部排气到流过气流通路的冷却空气的热传递。

在一些实施例中，燃气涡轮发动机包括将冷却空气引导到电机的内发电机转子上的冷却系统。例如，冷却板可以在旋转构件和内发电机转子之间安装在内发电机转子的内侧，内发电机转子连接到旋转构件，使得内发电机转子与旋转构件一起旋转以产生电力。在一些实施例中，冷却板可以是转子结构的一部分并且将空气直接引导到转子部件上。在一些实施例中，冷却板还可以连接到旋转构件，使得冷却板与内发电机转子一起旋转。冷却板被成形和布置成将从气流通路接收的冷却空气引导至转子用于冷却。

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可以是与第二轴48同轴安装并且可与第二轴48一起旋转的发电机。电机60可以用作将电能转换成机械能的电动机。在一些实施例中，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、开式转子或非管道式风扇发动机。

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。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5A)。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和多个发电机冷却管道82，多个发电机冷却管道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6A-6D)。主管道78、周向管道80和多个发电机冷却管道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，多个发电机冷却管道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包括四个发电机冷却管道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，发电机冷却管道82延伸通过支柱88进入与电机60流体连通的发电机联接器以冷却电机60。每个发电机冷却管道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，发电机管道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、多个发电机冷却管道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被导向通过每个发电机管道82、通过支柱88中的一个，并进入发电机联接器以电连接到电机60。

参考图3，示出了嵌入燃气涡轮发动机10的涡轮区段18，特别是尾锥65内的电机60。电机60通过发电机转子子组件100附接到第二轴48。电机60包括发电机转子子组件100和发电机定子子组件102。发电机转子子组件100包括转子支撑构件106，转子支撑构件106在连接件112处连接到第二轴48。连接件112的释放可有助于将发电机转子子组件100从燃气涡轮发动机10的后部66移除。转子支撑构件106包括径向部分107和轴向部分109。在一些实施例中，轴向部分109可以形成为允许冷却气流直接流入内发电机转子104，如箭头111所示，如下文将进一步详细描述的。

发电机定子子组件102包括外发电机定子124，外发电机定子124固定地连接到包括定子支撑构件126的静止支撑组件125。静止支撑组件125还包括定子支撑构件126和外发电机定子124之间的冷却套132，冷却套132包括由元件133表示的多个冷却剂腔，其可以接收来自液体冷却剂源的冷却剂液体(例如油)，用于在操作期间控制外发电机定子124的温度。

发电机转子子组件100和发电机定子子组件102都包括冷却歧管140和142，冷却歧管140和142至少部分地围绕它们各自的内发电机转子104和外发电机定子124。内冷却歧管140安装到静止支撑结构144，静止支撑结构144又使用轴承146安装到轴48，并且还在相对端148处安装到涡轮后框架86。支撑结构144也被示为在连接件150处安装到定子支撑构件126。连接件150的释放可有助于将发电机定子子组件102从燃气涡轮发动机10的后部66移除。

内冷却歧管140从支撑结构144径向延伸到内冷却板152。内冷却板152在内发电机转子104下方轴向和径向延伸。在内发电机转子104和内冷却板152之间提供空间以在其间提供气流通路154，使得冷却气流156可以被引导至内发电机转子104。在一些实施例中，内冷却板152可以安装到轴48和/或内发电机转子104(例如，使用转子支撑构件106)，以随其旋转。

简要参考图4A作为示例，示出了内发电机转子104的实施例，其包括向各个冷却管道203提供冷却气流的管道202(例如，其可以形成气流通路154)。冷却管道203可以轴向和/或径向定向并且可以将气流直接发送到内发电机转子104的部件，例如表面安装的永磁体，如图4B所示。在图4B的示例中，冷却管道203可以连接到转子盘205或形成为转子盘205的一部分。转子盘205可以包括冷却管道203的相对侧上的表面安装的永磁体(SPM)209。作为另一个示例，图4C示出了径向烟道204，其将气流从通路154引导通过磁体209之间的发电机转子并到达发电机转子102和外发电机定子124之间的间隙，在该间隙中冷却气流可以行进远离电机。如图3所示，密封件206(例如迷宫式密封件)可用于调整通过径向延伸的烟道204和/或冷却管道203的气流速率。在其他实施例中，可以不使用密封件206并且气流速率可以由通过冷却歧管140的开口的数量和尺寸来控制。

再次参考图3，内冷却歧管140的径向部分160从内冷却板152径向向外延伸并且围绕端部绕组158延伸，连接到静止支撑组件125。如下文将更详细描述的，内冷却歧管140包括气流开口(由元件162和164表示)，其将进入的冷却气流166分成撞击端部绕组158的多个冷却气流156和168。密封件206还可以用于控制冷却气流156和168之间的气流速率。在其他实施例中，可以没有密封件206并且可以使用开口162和164的数量和直径来控制气流分流。例如，冷却气流156和168的气流速率可以不同或者它们可以大致相同。

外冷却歧管142也安装到静止支撑组件125。在一些实施例中，外冷却歧管142和内冷却歧管140可以是相同歧管结构的一部分并且以不同于图3所示横截面的横截面连接在一起。在一些实施例中，外冷却歧管142和内冷却歧管140可以是例如通过静止支撑组件125间接连接在一起的单独结构。外冷却歧管142包括允许冷却气流172撞击端部绕组174的气流开口(由元件169表示)。

热屏蔽件176限定外壳178，外壳178从联接器159延伸，联接器159绕电机60轴向和径向地联接到涡轮后框架86。热屏蔽件176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。

管道组件180连接到联接器159。管道组件180包括第一管道结构184和第二管道结构188，第一管道结构184经由管道支撑支架186连接到联接器159，第二管道结构188也经由管道支撑支架186连接到联接器159，使得第一管道结构184和第二管道结构188流体连通。可以提供由元件190和192表示的密封件以在管道结构184和188之间提供气密密封。管道支撑支架186可以包括由元件187和189表示的开口，其允许第一管道结构184和第二管道结构188之间的气流。

第一管道结构184流体连接到延伸通过支柱88的空气通路194。第一管道结构184通向一个或多个出口196，一个或多个出口196将冷却气流166提供给内冷却歧管140。第二管道结构188流体连接到第一管道结构184。第二管道结构188包括一个或多个出口198，一个或多个出口198将冷却气流172提供给外冷却歧管142。

内发电机转子104和外发电机定子124一起操作，以在发动机操作期间随着第二轴48旋转而产生电力。在一些实施例中，内发电机转子104包括绕外发电机定子124周向分布的多个永磁体，使得内发电机转子104绕外发电机定子124的旋转产生AC电力信号。外发电机定子124可以包括多个绕组，多个绕组经由导体210传导地连接到电连接器212。电连接器212可由连接到联接器159的管道支撑支架186支撑。

电连接器212是电联接器，其被构造为在电联接到外发电机定子124的电连接器212和电线170之间提供传导连接。例如，电线170可以被导向通过涡轮后框架86的支柱88中的一个。电连接器212可具有位于第一管道结构184中的第一部分216和位于第二管道结构188中的第二部分218。如将在下文进一步描述的，管道组件180可用于将冷却空气导向到外壳178中并通过外壳178，以从电机60去除热量。

参考图5A，如上所述，燃气涡轮发动机10包括用于从电机60去除热量的冷却系统64。冷却系统64包括阀组件74，其控制来自空气源(例如来自压缩机区段16和/或风扇区段12)的冷却空气的流动。特别地，图5A示出了燃气涡轮发动机10的核心区段24的实施例，其中风扇区段12与核心区段24相邻。HP压缩机36包括全部被压缩机壳体包围的多级旋转叶片和静止轮叶。

燃气涡轮发动机10可以可选地结合用于控制增压器失速裕度的可变排放阀(“VBV”)系统。VBV系统包括安装在风扇毂框架222内的一个或多个可变排放阀220。可变排放阀220在燃气涡轮发动机10的低功率操作期间(例如在怠速时)打开，以排放一部分压缩空气。可变排放阀220可以在燃气涡轮发动机10的高功率操作时(例如在巡航或起飞期间)关闭，因为可能不需要排放。当可变排放阀220打开时，空气从增压流动路径通过风扇毂框架222并进入旁通管道，或更一般地进入罩30外部的旁通空间。在所示示例中，发动机10包括至少一个旁通管道226，旁通管道226限定从风扇毂框架222到与旁通气流通道58连通的排放口224的气流路径。在一些实施例中，主管道78可连通地连接到旁通管道226以从其接收冷却空气。在一些实施例中，主管道78可以连接到压缩机区段16的上游位置以从其接收冷却空气。

冷却系统64包括主管道78，其可以连通地连接到旁通管道226。提供旁通管道226以将空气从风扇抽向旁通气流通道58。提取的空气可以用作冷却空气，因为冷却空气的温度低于没有冷却空气的后部66中的操作温度。特别地，冷却空气可用于冷却尾锥65(图3)中的电机60。

发动机核心区段24被核心罩30包围(包含在其中)，核心罩30限定风扇旁通空气流过的旁通气流通道58的内侧边界。所示的是管道式涡轮风扇，其包括风扇14或被外机舱52包围的多个风扇中的一个，外机舱52与核心罩30间隔开并且限定旁通气流通道58的外侧边界。在该示例中，旁通气流通道58也可以称为“风扇管道”。替代地，在开式转子发动机的情况下，将不存在外机舱52并且旁通气流通道58将仅由核心罩30的外表面界定。核心罩30内侧的空间称为“罩下空间”232。在实践中，罩下空间232可以例如通过通风口233(在图1中示意性地示出)通向周围的外部环境。就本公开而言，被称为发动机内部的东西是指位于由外机舱52或核心罩30(在诸如开式转子发动机的情况下，其中不存在外机舱52)围绕的空间内的东西。

主管道78可以完全或至少部分地位于罩下空间232内。主管道78具有与旁通管道226流体连通的一个或多个入口，由元件234表示。在一些实施例中，主管道78的入口234直接连接到旁通气流通道58，无论是否连接到旁通管道226。主管道78还具有与周向管道80流体连通的出口，由元件236表示，周向管道80与多个发电机冷却管道82(图2)流体连通。

阀组件74可以结合在主管道78内并且包括一个或多个阀，一个或多个阀可操作以控制通过主管道78的气流。作为一个示例，阀组件74可以包括阀238，阀238可以是可控阀，可控阀包括可在打开和关闭构造之间移动的流量控制元件。在打开构造中，通过主管道78的气流被流量控制元件允许，并且在关闭构造中，通过主管道78的气流被流量控制元件抑制。在一些实施例中，阀238可以具有可变中间构造，其允许将气流调整到预定的最小和最大流速之间的选定气流速率。作为示例，阀238可以在正常发动机操作期间允许来自旁通管道226的冷却空气的总流速的高达约100％(例如高达约70％，例如高达约50％，例如高达约25％，例如高达约10％，例如约10％至约90％，例如约30％至约70％)通过主管道78。

旁通管道76可具有入口240，入口240在阀组件74上游的位置处与主管道78流体连接。旁通管道76可具有出口242，出口242在阀组件74下游的位置处流体连接到主管道78。旁通管道76的入口240和出口242可以在阀组件74的相对侧上，使得当阀238处于关闭构造时冷却气流可以绕过阀组件74。

旁通管道76包括入口240和出口242之间的冷却鼓风机组件81。冷却鼓风机组件81可以是可操作以将冷却气流从入口240吹向、泵向或移向出口242的任何设备。用于操作冷却鼓风机组件81的动力源可以是机械的、液压的、气动的或电动的。例如，鼓风机转子可以联接到电动机。在一个示例中，电动机可以是AC感应电动机或DC电动机。电动机可以利用由飞机提供的电源，或者可以利用其自己的电源，例如，冷却鼓风机组件内部的电源。此外，冷却鼓风机组件81的尺寸可以设计成提供用于冷却电机60的足够排放压力和流速，这可以至少部分地取决于燃气涡轮发动机的尺寸。此外，可以控制冷却鼓风机组件81的速度以便自动地和/或响应于用户输入来改变空气速度。例如，由冷却鼓风机组件81提供的体积空气流速可以在约1m³/min(50cfm)至约28.3m³/min(1000cfm)之间的任何地方。

当燃气涡轮发动机10运行时，阀组件74处于打开构造并且鼓风机组件81处于非活动状态。旁通管道76被来自旁通管道226和/或旁通气流通道58的冷却空气加压。冷却空气行进通过阀组件74，进入周向管道80，然后通过发电机冷却管道82(图2)。图5A示出了转换器72位于旁通气流通道58中的实施例。图5B示出了转换器72位于机舱52中的另一个实施例。

图3示出了流过支柱88中的一个并在电线170旁边流动的冷却气流166。在一些实施例中，可以沿支柱88设置隔热层。图6A-6D示意性地示出了不同支柱88的实施例，其包括隔热层246，隔热层246可以进一步将流过支柱的冷却气流166与来自发动机涡轮的周围排气隔离。图6A示出了位于外壁248a的内表面上并且与冷却气流直接接触的隔热层246a。图6B示出了位于内部通路壁250b的外表面上的隔热层246b，内部通路壁250b在通过支柱88b的开口254内限定通路252。图6C示出了位于内部通路壁250c的内表面上的隔热层246c。图6D示出了位于外壁248d的外表面上的隔热层246d。图6A-6D示出了各种隔热层放置示例，并且可以设想其他示例，包括图6A-6D的布置的任何组合。此外，可以使用任何合适的材料(例如钛合金、铁镍合金、先进的低CTE超合金、陶瓷等)来形成隔热层，或者作为热毯和/或应用为涂层。

再次参考图3，冷却气流166可以从电线170去除热量，然后流入管道组件180的第一管道结构184。第一管道结构184包括将冷却气流166提供给内冷却歧管140的出口196。第一管道结构184包括连接到管道支撑支架186的另一个出口255，使得冷却气流166被供应到第二管道结构188。可以看出，第一管道结构将冷却气流166分成多个冷却气流166a和166b。冷却气流166a被引导经过外发电机定子124，通过支撑结构144中的一个或多个开口256，然后被内冷却歧管140分成多个冷却气流156和168。如上所述，冷却气流156沿气流通路154在冷却板152和内发电机转子104之间被引导，从而从内发电机转子104去除热量。然后可以引导冷却空气以撞击外发电机定子124的端部绕组158。冷却气流168沿不同的路径流过内冷却歧管140，并且直接撞击端部绕组158而不流过内发电机转子104。例如，当没有密封件206时，可以使用密封件206和/或开口162、164的数量和直径来控制形成冷却气流156和168的气流166a的百分比。一旦进入内冷却歧管140，冷却空气还可以行进通过内发电机转子104和外发电机定子124之间的间隙250，并从电机60，特别是从发电机转子子组件100的部件(例如磁体)去除热量。

冷却气流166b被从第一管道结构184引导到第二管道结构188，并且越过电连接器212。在所示实施例中，冷却气流166b不像冷却气流166a那样分成多个气流，而是被引导离开出口198并进入外冷却歧管142。冷却气流166b然后通过开口169离开外冷却歧管142并撞击端部绕组174。

用过的冷却气流156、168和166b然后可以相遇并且沿不同的路径被引导出外壳178。如本文所用，术语“用过的冷却气流”是指已从电机60去除热量的冷却空气。用过的冷却气流，即使已经从电机60去除热量，仍然可以具有足够低的温度以在电机60和流出尾锥65的排气之间提供热缓冲。

一些用过的冷却气流257可以直接流出热屏蔽件176中的开口256并流出尾锥65。另一个用过的冷却气流258可以由热屏蔽件176部分地围绕电机向前引导，从而形成气流缓冲腔260。用过的冷却气流258然后可以被引导回通过支柱88(如用过的冷却气流262所示)和/或引导出尾锥65的后部(如用过的冷却气流264所示)，形成与气流缓冲腔260径向间隔开的另一个气流缓冲腔266。

各种歧管、管道和其他气流装置可用于引导流越过和通过内发电机转子104。例如，图7图示了使用改变气流方向的加速器270的另一个简化示例。图7包括上面讨论的许多部件，包括发电机转子274、发电机定子276、热屏蔽件278等。为简单起见很大程度上省略了歧管和管道组件，但冷却气流278布置被示出，其中冷却气流279被引导至发电机转子274并且还撞击发电机定子276的端部绕组280。加速器270是类似于叶轮或翅片的结构，其使冷却气流更周向地移动。加速器270可以是静止的，或者加速器270可以例如与轴272一起旋转。在一些实施例中，加速器270可以安装到转子支撑构件275和内发电机转子274并与其一起旋转。在所示实施例中，内冷却板281安装到转子支撑构件275并与其一起旋转，从而产生增加的冷却气流的周向流动。

可以取决于发动机架构和期望冷却特性来选择新的和用过的冷却气流的流动路径。例如，图8示出了实施例，其中通过空气通路285和支柱287进入外壳284的大部分冷却气流282沿电线289被引导到位于电机288后部的电连接器286上，然后被导向到发电机定子294的端部绕组290和发电机转子292。在该实施例中，冷却气流282从电连接器286被引导并且在电机288的前侧和后侧之间分开。在一些实施例中，可以在发电机转子292的径向内侧或其他地方添加加速器，以将更多的周向流动矢量引入到流向发电机转子292的冷却气流中。

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，发电机组件)中去除热量并产生多个热障以减少电机上的外部热负载。冷却系统可以包括管道组件，管道组件将冷却气流引导到期望位置，例如朝向发电机转子和发电机定子的端部绕组。管道组件和冷却歧管可用于预选流动模式，以便向期望位置提供更新和用过的冷却空气。此外，发电机转子可以设置有促进冷却空气到达发电机转子的内部部件的气流通路、冷却板等。这样的冷却通道可以放大穿过和通过发电机转子的冷却气流的内部冷却效果。

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，所述电机包括外发电机定子和内发电机转子，所述方法包括：将冷却气流径向引导通过气流通路到外壳，外壳至少部分地由热屏蔽件至少部分地围绕所述电机限定；以及使用冷却歧管将所述冷却气流径向向内引导经过所述外发电机定子并朝向所述内发电机转子，从而从所述发电机转子去除热量。

条项2：根据任何上述条项所述的方法，进一步包括将所述冷却气流径向引导通过所述内发电机转子的径向延伸的沟道。

条项3：根据任何上述条项所述的方法，其中所述内发电机转子包括多个径向延伸的沟道，所述多个径向延伸的沟道将所述冷却气流径向向外引向所述内发电机转子和所述外发电机定子之间的间隙。

条项4：根据任何上述条项所述的方法，其中所述冷却歧管安装到静止支撑结构，所述冷却歧管包括轴向延伸的冷却板，所述轴向延伸的冷却板位于所述内发电机转子的径向内侧，从而限定另一个气流通路，所述方法包括将所述冷却气流轴向引导通过所述另一个气流通路。

条项5：根据任何上述条项所述的方法，进一步包括使用密封件来限制通过所述另一个气流通路的所述冷却气流的流速。

条项6：根据任何上述条项所述的方法，使用通过所述冷却歧管的一个或多个开口来限制通过所述另一个气流通路的所述冷却气流的流速，所述一个或多个开口的直径尺寸被设计为限制所述冷却气流。

条项7：根据任何上述条项所述的方法，其中所述内发电机转子包括转子盘，所述转子盘包括多个表面安装的永磁体和接收所述冷却气流的轴向延伸的冷却管道。

条项8：根据任何上述条项所述的方法，其中所述冷却管道在相邻永磁体之间轴向延伸。

条项9：根据任何上述条项所述的方法，其中所述内发电机转子包括转子盘，所述转子盘包括径向延伸的沟道，所述方法包括将所述冷却气流引导至所述内发电机转子和所述外发电机定子之间的间隙。

条项10：根据任何上述条项所述的方法，其中所述冷却歧管包括在所述发电机转子旁边延伸的径向部分，所述径向部分将所述冷却气流引向所述外发电机定子的端部绕组，并且将用过的冷却空气引导到所述内发电机转子和所述外发电机定子之间的间隙中。

条项11：根据任何上述条项所述的方法，进一步包括加速器，所述加速器位于所述内发电机转子的径向内侧并联接到所述旋转构件，当所述冷却气流接近所述内发电机转子时，所述加速器在周向方向上移动所述冷却气流。

条项12：根据权利要求1所述的方法，进一步包括轴向延伸的冷却板，所述轴向延伸的冷却板位于所述内发电机转子的径向内侧，从而限定与所述内发电机转子一起旋转的另一个气流通路，所述方法包括将所述冷却气流轴向引导通过所述另一个气流通路。

条项13：一种燃气涡轮发动机，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，所述电机包括外发电机定子和联接到所述旋转构件的内发电机转子；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；以及冷却歧管，所述冷却歧管将从气流通路接收的冷却气流引导经过所述外发电机定子并到达所述内发电机转子。

条项14：根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，进一步包括向内邻近所述内发电机转子的冷却板，所述冷却板具有径向延伸的沟道，所述径向延伸的沟道将所述冷却气流径向向外引向所述内发电机转子。

条项15：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述冷却板包括多个径向延伸的沟道，所述多个径向延伸的沟道将所述冷却气流径向向外引向所述内发电机转子。

条项16：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述冷却歧管安装到静止支撑结构，所述冷却歧管包括轴向延伸部分，所述轴向延伸部分位于所述冷却板的径向内侧，从而限定另一个气流通路，所述另一个气流通路在所述冷却板和所述冷却歧管的所述轴向延伸部分之间轴向引导所述冷却气流。

条项17：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述冷却歧管安装到静止支撑结构，所述冷却歧管包括轴向延伸部分，所述轴向延伸部分位于所述内发电机转子的径向内侧，从而限定另一个气流通路，所述另一个气流通路在所述内发电机转子和所述冷却歧管的所述轴向延伸部分之间轴向引导所述冷却气流。

条项18：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括所述另一个气流通路中的密封件，所述密封件由此限制所述冷却气流的流速。

条项19：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述内发电机转子包括转子盘，所述转子盘包括多个表面安装的永磁体和接收所述冷却气流的轴向延伸的冷却管道。

条项20：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述冷却管道在相邻永磁体之间轴向延伸。

条项21：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述内发电机转子包括转子盘，所述转子盘包括径向延伸的沟道，所述径向延伸的沟道将所述冷却空气引导到所述内发电机转子和所述外发电机定子之间的间隙。

条项22：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述冷却歧管包括径向部分，所述径向部分在所述内发电机转子旁边延伸并将所述冷却气流引向所述外发电机定子的端部绕组，并且将用过的冷却空气引导到所述内发电机转子和所述外发电机定子之间的间隙中。

条项23：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括加速器，所述加速器位于所述内发电机转子的径向内侧并且联接到所述旋转构件，所述加速器构造成当所述冷却气流接近所述内发电机转子时在周向方向上移动所述冷却空气。

条项24：根据任何上述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述支柱包括隔热层，所述隔热层围绕所述气流通路并沿着所述气流通路，所述气流通路径向延伸通过所述支柱。

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 (24)

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，所述电机包括外发电机定子和内发电机转子，其特征在于，所述方法包括：

将冷却气流径向向内引导通过气流通路到外壳，所述气流通路径向延伸穿过涡轮后框架的支柱，所述外壳至少部分地由热屏蔽件至少部分地围绕所述电机限定；以及

使用冷却歧管将所述冷却气流径向向内引导经过所述外发电机定子并朝向所述内发电机转子，从而从所述发电机转子去除热量，所述内发电机转子从所述外发电机定子径向向内设置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述冷却气流径向引导通过所述内发电机转子的径向延伸的沟道。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中所述内发电机转子包括多个径向延伸的沟道，所述多个径向延伸的沟道将所述冷却气流径向向外引向所述内发电机转子和所述外发电机定子之间的间隙。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述冷却歧管安装到静止支撑结构，所述冷却歧管包括轴向延伸的冷却板，所述轴向延伸的冷却板位于所述内发电机转子的径向内侧，从而限定另一个气流通路，所述方法包括将所述冷却气流轴向引导通过所述另一个气流通路。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括使用密封件来限制通过所述另一个气流通路的所述冷却气流的流速。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使用通过所述冷却歧管的一个或多个开口来限制通过所述另一个气流通路的所述冷却气流的流速，所述一个或多个开口的直径尺寸被设计为限制所述冷却气流。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述内发电机转子包括转子盘，所述转子盘包括多个表面安装的永磁体和接收所述冷却气流的轴向延伸的冷却管道。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述冷却管道在相邻永磁体之间轴向延伸。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述内发电机转子包括转子盘，所述转子盘包括径向延伸的沟道，所述方法包括将所述冷却气流引导至所述内发电机转子和所述外发电机定子之间的间隙。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述冷却歧管包括在所述发电机转子旁边延伸的径向部分，所述径向部分将所述冷却气流引向所述外发电机定子的端部绕组，并且将用过的冷却空气引导到所述内发电机转子和所述外发电机定子之间的间隙中。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括加速器，所述加速器位于所述内发电机转子的径向内侧并联接到旋转构件，当所述冷却气流接近所述内发电机转子时，所述加速器在周向方向上移动所述冷却气流。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括轴向延伸的冷却板，所述轴向延伸的冷却板位于所述内发电机转子的径向内侧，从而限定与所述内发电机转子一起旋转的另一个气流通路，所述方法包括将所述冷却气流轴向引导通过所述另一个气流通路。

13.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，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，所述电机包括外发电机定子和联接到所述旋转构件的内发电机转子；

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；以及

冷却歧管，所述冷却歧管将从气流通路接收的冷却气流引导经过所述外发电机定子并到达所述内发电机转子，所述气流通路径向延伸穿过涡轮后框架的支柱，所述内发电机转子从所述外发电机定子径向向内设置。

14.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括向内邻近所述内发电机转子的冷却板，所述冷却板具有径向延伸的沟道，所述径向延伸的沟道将所述冷却气流径向向外引向所述内发电机转子。

15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述冷却板包括多个径向延伸的沟道，所述多个径向延伸的沟道将所述冷却气流径向向外引向所述内发电机转子。

16.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述冷却歧管安装到静止支撑结构，所述冷却歧管包括轴向延伸部分，所述轴向延伸部分位于所述冷却板的径向内侧，从而限定另一个气流通路，所述另一个气流通路在所述冷却板和所述冷却歧管的所述轴向延伸部分之间轴向引导所述冷却气流。

17.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述冷却歧管安装到静止支撑结构，所述冷却歧管包括轴向延伸部分，所述轴向延伸部分位于所述内发电机转子的径向内侧，从而限定另一个气流通路，所述另一个气流通路在所述内发电机转子和所述冷却歧管的所述轴向延伸部分之间轴向引导所述冷却气流。

18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括所述另一个气流通路中的密封件，所述密封件由此限制所述冷却气流的流速。

19.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述内发电机转子包括转子盘，所述转子盘包括多个表面安装的永磁体和接收所述冷却气流的轴向延伸的冷却管道。

20.根据权利要求19所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述冷却管道在相邻永磁体之间轴向延伸。

21.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述内发电机转子包括转子盘，所述转子盘包括径向延伸的沟道，所述径向延伸的沟道将所述冷却气流引导到所述内发电机转子和所述外发电机定子之间的间隙。

22.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述冷却歧管包括径向部分，所述径向部分在所述内发电机转子旁边延伸并将所述冷却气流引向所述外发电机定子的端部绕组，并且将用过的冷却空气引导到所述内发电机转子和所述外发电机定子之间的间隙中。

23.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括加速器，所述加速器位于所述内发电机转子的径向内侧并且联接到所述旋转构件，所述加速器构造成当所述冷却气流接近所述内发电机转子时在周向方向上移动所述冷却气流。

24.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述支柱包括隔热层，所述隔热层围绕所述气流通路并沿着所述气流通路，所述气流通路径向延伸通过所述支柱。