專利名稱：：旋轉(zhuǎn)機械的可變磁性聯(lián)接的制作方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及一種用于聯(lián)接》走轉(zhuǎn)機械的方法和裝置，更具體地涉及渦輪風扇機械(turbofanmachine)的高壓(HP)和低壓(LP)渦輪軸的聯(lián)接。
背景技術(shù)：
：氣體渦輪發(fā)動機通常包括一個或多個壓縮機，其后按順序跟有燃燒室及高壓和低壓渦輪機。這些發(fā)動機部件在一個環(huán)形的外部機殼內(nèi)根據(jù)串行流連通(serialflowcommunication)的方式排列，并圍繞發(fā)動機的縱軸中心線進行布置。壓縮機在工作時由相應的渦輪機及壓縮機氣體驅(qū)動。壓縮機氣體和燃料混合，在燃燒室被點火，以產(chǎn)生高溫燃燒氣體。燃燒氣體流過高壓和低壓渦輪機，渦輪機將高溫燃燒氣體產(chǎn)生的功率提取(extract)出來，用于驅(qū)動壓縮機，并用來產(chǎn)生輔助輸出功率。發(fā)動機功率被轉(zhuǎn)換成軸功率或牽引力來為飛行中的飛機提供動力。例如，在其它的可旋轉(zhuǎn)負載中，如支路渦輪風扇發(fā)動機的風扇轉(zhuǎn)子，或燃氣渦輪螺旋槳發(fā)動機的螺旋槳，從高壓和低壓渦輪提取出的功率用來驅(qū)動相應的風扇轉(zhuǎn)子和螺旋槳。人所共知，渦輪發(fā)動機的單個部件在工作時需要不同的功率參數(shù)。例如，風扇旋轉(zhuǎn)速度被周緣速度限制在某個程度，并且，由于風扇直徑很大，因此旋轉(zhuǎn)速度必然很低。而另一方面，主壓縮機由于其周緣直徑小得多，因此可以以更高的旋轉(zhuǎn)速度進行驅(qū)動。因此，對飛機氣體渦輪發(fā)動機里的風扇和主壓縮機，有必要采用具有獨立的功率傳遞裝置的高壓和低壓渦輪機。此外，由于渦輪在較高的旋轉(zhuǎn)速度下效率較高，因此驅(qū)動風扇的低速渦輪需要額外的級來提取必要的功率。許多新的飛機系統(tǒng)被設計成能夠比現(xiàn)有的飛機系統(tǒng)提供更大的電力負載。商用客機設計的電力系統(tǒng)規(guī)格正在被發(fā)展成其電力要求可能是現(xiàn)有商用客機的兩倍。這一增長的電力要求必須由從為飛機提供動力的發(fā)動機中提取出的機械能派生出來。當飛機發(fā)動機以相對較低的功率水平運轉(zhuǎn)時，如，當緩慢地從某個高度下降時，從發(fā)動機的機械能中提取出這一額外的電能可能會降低適當操作發(fā)動機的能力。傳統(tǒng)上，電能是從氣體渦輪發(fā)動機中的高壓(HP)發(fā)動機線軸(enginespool)上提取出來的。HP發(fā)動機線軸相對較高的運轉(zhuǎn)速度使其成為驅(qū)動聯(lián)接到發(fā)動機的發(fā)電機的理想機械功率源。然而，人們希望還可以從發(fā)動機中其它的來源獲取功率，而不是僅僅依靠HP發(fā)動機線軸來驅(qū)動發(fā)電機。LP發(fā)動機線軸提供了備用的功率轉(zhuǎn)換來源，但是，LP發(fā)動機線軸相對較低的速度典型情況下要求使用變速箱，因為低速發(fā)電機常常比高速運行的相同標稱功率的發(fā)電機要大。不過，當發(fā)動機以相對較j氐的功率水平(如，正在或接近從某個高度緩慢下降，低功率滑行，等)運轉(zhuǎn)時，從發(fā)動機提取這種額外的機械能可能會導致發(fā)動機的可操作性降低。傳統(tǒng)上，這種功率是從高壓(HP)發(fā)動機線軸提取的。它相對較高的運轉(zhuǎn)速度使其成為驅(qū)動聯(lián)接到發(fā)動機上的發(fā)電機的理想4幾械功率源。但是，通過借助于一些其它方法向其傳遞扭矩和功率，人們有時希望還可以增加這個線軸上可以提供的功率數(shù)。發(fā)動機內(nèi)另一個功率源是低壓(LP)線軸，該線軸典型情況下以比HP線軸慢得多的速度運轉(zhuǎn)，并且覆蓋相對較寬的速度范圍。在沒有轉(zhuǎn)換的情況下分接這一低速機械功率源會導致使用不切實際的體積龐大的發(fā)電機。針對這種轉(zhuǎn)換，人們已經(jīng)提出了許多解決方案，包括不同類型的常規(guī)傳動裝置，機械傳動裝置，以及電機裝置。這些解決方案之一是利用一個第三中間壓力(IP)線軸來單獨驅(qū)動發(fā)電機的渦輪發(fā)動機。不過，這個第三線軸有時也要求聯(lián)接到HP線軸。用來聯(lián)接IP和HP線軸的手段是機械變速器或粘性聯(lián)接機構(gòu)。2005年5月24日公告的，標題為"帶扭矩調(diào)制能力的差速傳動滿輪發(fā)動機(DifferentialGearedTurbineEnginewithTorqueModulationCapacity)"的美國專利US6,895,741公開了一種具有三個軸的機械傳動發(fā)動機。通過采用附加的周轉(zhuǎn)齒輪(epicyclicgear)傳動裝置，風扇、壓縮機和渦輪軸被以機械方式進行聯(lián)接。電磁機械可被控制，來有選擇地針對壓縮機和風扇的速度特征調(diào)制扭矩，或調(diào)制渦輪，壓縮機和風扇之間的旋轉(zhuǎn)速度關系。所述機械可以被用作電子起動機。壓縮機轉(zhuǎn)子軸和風扇轉(zhuǎn)子軸其中之一或兩者均可以由接收電能，并作為電動機工作從而以電氣方式啟動發(fā)動機的機械轉(zhuǎn)動。但是，這并沒有給不使用機械變速箱而聯(lián)接同時轉(zhuǎn)動的HP和LP渦輪軸提供解決方案。因此，存在對這樣一種系統(tǒng)的需要，這種系統(tǒng)能夠不使用機械變速箱而可控地傳遞以不同速度各自旋轉(zhuǎn)的機械之間的功率；并存在對使用磁性聯(lián)接技術(shù)傳遞各自旋轉(zhuǎn)機械之間扭矩的系統(tǒng)的需要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明描述了一種新方法，所述方法用于可變地傳遞從一臺旋轉(zhuǎn)機械到另一臺旋轉(zhuǎn)機械的機械扭矩，其僅依靠行星磁性變速箱的磁性作用將兩臺機械相互聯(lián)接。第二種方法用于可變地控制所述扭矩傳遞。本發(fā)明可用于渦輪風扇發(fā)動機，來聯(lián)接渦輪風扇發(fā)動機中以不同速度旋轉(zhuǎn)的軸，從而可控地傳遞功率。通過將相對高速和低速的發(fā)動機軸連接到一個周轉(zhuǎn)齒輪磁性變速箱，可通過可控地操縱所述周轉(zhuǎn)齒輪變速箱的第三輸入來調(diào)制出有效的傳動比。在正常工作速度范圍內(nèi)，扭矩調(diào)制提供了軸間可控的功率傳遞。本發(fā)明對于從發(fā)動機提取出更大數(shù)量的機械能，或增強動態(tài)發(fā)動機性能尤其有用。作為可選方案，可采用附加傳動來獲得想要的可操作性范圍。一方面，本發(fā)明涉及用于在發(fā)動機的一對獨立且同時旋轉(zhuǎn)的軸之間傳遞扭矩的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括一個磁性變速箱。所述磁性變速箱有第一環(huán)結(jié)構(gòu)，第二環(huán)結(jié)構(gòu)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)。所述第一環(huán)結(jié)構(gòu)，第二環(huán)結(jié)構(gòu)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)每個都包括一個穿過其中的環(huán)形孔，且其上有多個內(nèi)嵌的磁極。中間環(huán)結(jié)構(gòu)被置于第一環(huán)結(jié)構(gòu)和第二環(huán)結(jié)構(gòu)之間。第一環(huán)結(jié)構(gòu)，第二環(huán)結(jié)構(gòu)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)以同軸的方式布置，彼此同心，且相對其它環(huán)結(jié)構(gòu)均可以獨立地旋轉(zhuǎn)。第一環(huán)結(jié)構(gòu)和第二環(huán)結(jié)構(gòu)各自和單獨的旋轉(zhuǎn)發(fā)動機軸相聯(lián)。中間環(huán)結(jié)構(gòu)和第一環(huán)結(jié)構(gòu)及第二環(huán)結(jié)構(gòu)配合，決定該軸對之間進行扭矩-扭矩傳遞(torquetransferredtorque)的扭距的水平。中間環(huán)結(jié)構(gòu)可聯(lián)接到一臺;^走轉(zhuǎn)機械。所述旋轉(zhuǎn)機械有一個控制器，此機械可操作用來調(diào)整軸對之間的角速度比，并由此調(diào)節(jié)軸對之間傳遞的功率比。在一個實施例中，旋轉(zhuǎn)機械是一臺設置成響應于由控制器發(fā)出的信號從中間環(huán)結(jié)構(gòu)接收功率并向中間環(huán)結(jié)構(gòu)提供功率的電動機/發(fā)電機，使得功率在旋轉(zhuǎn)軸對之間能夠可變地分配。另一方面，本發(fā)明涉及一臺氣體渦輪發(fā)動機。所述氣體渦輪發(fā)動機包括低壓渦輪線軸和高壓渦輪線軸，至少一個壓縮級，燃燒室，排氣系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)風扇葉片裝置。低壓渦輪線軸和高壓渦輪線軸通過磁性變速箱進行磁性聯(lián)接。所述磁性變速箱有第一環(huán)結(jié)構(gòu)，第二環(huán)結(jié)構(gòu)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)。所述第一環(huán)結(jié)構(gòu)，第二環(huán)結(jié)構(gòu)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)每個都包括一個穿過其中的環(huán)形孔，且其上有多個內(nèi)嵌的磁極件。中間環(huán)結(jié)構(gòu)被置于第一環(huán)結(jié)構(gòu)和第二環(huán)結(jié)構(gòu)之間。第一環(huán)結(jié)構(gòu)，第二環(huán)結(jié)構(gòu)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)以同軸的方式布置，彼此同心，且相對其它環(huán)結(jié)構(gòu)可獨立旋轉(zhuǎn)。第一環(huán)結(jié)構(gòu)和第二環(huán)結(jié)構(gòu)各自和單獨的旋轉(zhuǎn)發(fā)動機軸相聯(lián)。中間環(huán)可操作，用來在高壓渦輪線軸和低壓渦輪線軸之間傳遞扭矩。中間環(huán)結(jié)構(gòu)可與^走轉(zhuǎn)機械相聯(lián)。所述旋轉(zhuǎn)機械有一個控制器，該機械可操作用于調(diào)節(jié)高壓渦輪線軸和低壓渦輪線軸之間傳遞的功率比。所述旋轉(zhuǎn)機械可以是一臺設置成響應于由控制器發(fā)發(fā)電機，使得功率在旋轉(zhuǎn)軸對之間能夠可變地分配。本發(fā)明還涉及在氣體渦輪發(fā)動機的第一和第二獨立旋轉(zhuǎn)軸之間傳遞扭矩的方法。所述方法包括如下步驟提供具有第一環(huán)結(jié)構(gòu)，第二環(huán)結(jié)構(gòu)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)的可調(diào)節(jié)磁性變速箱，所述第一環(huán)結(jié)構(gòu)，第二環(huán)結(jié)構(gòu)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)每個都包括一個穿過其中的環(huán)形孔，且其上有多個內(nèi)嵌的磁極，中間環(huán)結(jié)構(gòu)被置于第一環(huán)結(jié)構(gòu)和第二環(huán)結(jié)構(gòu)之間，第一環(huán)結(jié)構(gòu)，第二環(huán)結(jié)構(gòu)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)以同軸的方式布置，彼此同心，且相對其它環(huán)結(jié)構(gòu)可獨立旋轉(zhuǎn)；將磁性變速箱的第一軸聯(lián)接到第一環(huán)結(jié)構(gòu)；將磁性變速箱的第二軸聯(lián)接到第二環(huán)結(jié)構(gòu)；將旋轉(zhuǎn)機械和中間環(huán)結(jié)構(gòu)相聯(lián)，且所述中間環(huán)結(jié)構(gòu)和第一環(huán)結(jié)構(gòu)，第二環(huán)結(jié)構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)機械三者中至少兩者同時旋轉(zhuǎn)；通過操縱旋轉(zhuǎn)機械向中間環(huán)結(jié)構(gòu)提供或從中提:取功率，從而控制第一環(huán)結(jié)構(gòu)和第二環(huán)結(jié)構(gòu)之間傳遞的功率比。許多其它的功率聯(lián)接技術(shù)涉及多電動機/發(fā)電機裝置，此類裝置用發(fā)電方法將機械能轉(zhuǎn)換為電能，該電能然后被應用至電動機，電動機把電能轉(zhuǎn)換回另一根軸上的機械能。這種系統(tǒng)大量地依賴電力接線，電源連接器，以及輔助控制系統(tǒng)來實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換，而成本及不可靠性也隨之增加。本發(fā)明的一個優(yōu)勢是在發(fā)動機線軸之間不需要機械聯(lián)接或接觸，從而減少了振動傳遞。本發(fā)明的另一個優(yōu)勢是它既可位于發(fā)動機內(nèi)部亦可位于發(fā)動機外部。而本發(fā)明的又一個優(yōu)勢是其可應用于其它類型的需要可變扭矩傳遞的機械裝置(如，混合動力汽車傳動等)本發(fā)明還有一個優(yōu)勢是其允許一個旋轉(zhuǎn)軸到另一個旋轉(zhuǎn)軸之間沒有任何機械接觸的連續(xù)可變扭矩功率聯(lián)接。本發(fā)明還允許沒有轉(zhuǎn)換成電能的中間轉(zhuǎn)換過程的扭矩或功率聯(lián)接。本發(fā)明的另一個優(yōu)勢是它提供了一種在任何多線軸渦輪發(fā)動機的線軸之間可控地傳遞機械能的方法，此方法可容許使用機械傳動裝置時會造成的缺陷。由于輸入和輸出之間沒有機械接觸，因而發(fā)生嚴重故障或咬死的機會較小。本發(fā)明提供了一種以對發(fā)動機容量影響最小的方式從渦輪發(fā)動機中提取更大量機械功率的系統(tǒng)，通過可變地選擇功率提取源，所述系統(tǒng)可以隱性地提升發(fā)動機的可操作性。通過下列更詳細的描述和伊c選實施例，以及與之相關聯(lián)的以范例方式顯示本發(fā)明原理的附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢將變得更加明顯。圖1是普通渦輪風扇發(fā)動^L的示意圖。圖2是磁性周轉(zhuǎn)齒輪傳動裝置的示意圖。圖3是機械周轉(zhuǎn)齒輪行星變速箱的示意圖。圖4是顯示圖3所示周轉(zhuǎn)齒輪變速箱的矢量數(shù)學關系的列線圖。圖5是具有可變磁性變速箱的渦輪風扇發(fā)動機10的示意圖。圖6是顯示可變磁性變速箱三環(huán)排列的分解圖。圖7是一個優(yōu)選實施例的示意圖，該圖顯示了帶可變磁性變速箱的渦輪風扇發(fā)動機，該變速箱有可變扭矩控制器。圖8是圖7中所示可變扭矩控制器的示意圖。圖9顯示了一個簡化的裝置，其中磁性變速箱以固定比率排列聯(lián)接到HP線軸和LP線軸。在任何可能的地方，所有附圖中相同的標號用來指相同或相似的零件。零部件清單渦輪風扇發(fā)動機10風扇35增壓器11高壓壓縮片幾20燃燒室22高壓渦輪23低壓渦輪27低壓線軸29高壓線軸21磁性周轉(zhuǎn)齒輪變速箱110內(nèi)磁性環(huán)112中間或中級環(huán)114外磁性環(huán)116磁極件112a磁極件114a磁極件116a機械周轉(zhuǎn)齒輪變速箱120太陽齒輪122行星齒輪124環(huán)形齒輪126太陽齒輪輪齒122a行星齒輪輪齒124a環(huán)形齒輪輪齒126a載架(carrier)121行星齒輪124齒輪角速度軸線132齒輪角速度軸線co。134齒輪角速度軸線coJ36載架速度a^坐標140水平軸線138太陽齒輪速度w,坐標142環(huán)形齒輪速度Wr坐標144箭頭146箭頭148交點ws152交點w。154交點wf156斜線158電動機/發(fā)電機(M/G)160起動機/發(fā)電機變速箱162起動才幾/發(fā)電才幾164起動才幾/發(fā)電才幾166可變扭矩聯(lián)接器200永磁體202轉(zhuǎn)子204輸出軸206陣則盜頭208具體實施方式圖1所示為示范性普通渦輪風扇發(fā)動機10,其具有風扇35,增壓器ll，高壓壓縮機20,燃燒室22，高壓渦輪23以及低壓渦輪27，所有的部件均根據(jù)串行的軸向流關系布置。所述風扇35,增壓器11以及低壓渦輪由低壓線軸29按串行方式連接。高壓壓縮機20,燃燒室22和高壓渦輪由高壓線軸21按串行方式連接。主發(fā)動機中的燃燒室22將來自高壓壓縮機20的增壓空氣和燃料混合，并將得到的燃料和空氣混合物點火產(chǎn)生燃燒氣體。這些氣體所做的一部分功由高壓渦輪葉片(未示出)提取出來，用于驅(qū)動高壓壓縮機20。燃燒氣體從主發(fā)動機排出到一個功率渦輪或一個具有一排低壓渦輪葉片的低壓渦輪(未示出)中。下面參見圖2,此圖顯示了》茲性周轉(zhuǎn)齒輪傳動裝置或變速箱110，其包括內(nèi)磁體環(huán)112,中間或中級環(huán)114，以及外磁體環(huán)]16。每個環(huán)(內(nèi)環(huán)112,中間環(huán)114及外環(huán)116)都裝有預定數(shù)量的磁極件112a，114a以及116a，這些零件嵌在沿環(huán)結(jié)構(gòu)112，114和116的空隙之間。磁極件112a和116a由永磁體構(gòu)成，磁極件114a由磁力可穿透的材料構(gòu)成，磁極件114a之間則由磁力不能穿透的部分114b隔開。內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)和外環(huán)結(jié)構(gòu)U2，116由^f茲力能夠穿透的材料構(gòu)成。磁性變速箱110有固定的扭矩比，該扭矩比由每個環(huán)112，114和116上的磁極件數(shù)量決定。磁性變速箱1104關接渦輪風扇發(fā)動機10的HP和LP線軸21,29。注意所述固定扭矩比只有在環(huán)112，114,116的旋轉(zhuǎn)速度滿足下面列出的公式1時才適用。由于發(fā)動機中的力使得轉(zhuǎn)子的速度各自獨立，因此只有在中間環(huán)能夠在足夠低的負載下沒有滑動地自由旋轉(zhuǎn)時，才能夠?qū)崿F(xiàn)理想的扭矩分離。固定扭矩比是一個理想屬性，它描述了磁性變速箱110的運轉(zhuǎn)趨向。在磁性變速箱110上加上負載，會導致所述磁性變速箱偏離這一理想的關系，但造成這些細微速度變化[見下面公式l]的合力位于恢復所述理想的扭矩比，并使得這些速度趨向一致[如公式l]的方向上。磁性變速箱110提供了與圖3所示機械周轉(zhuǎn)齒輪行星變速箱120相當?shù)耐耆粍邮酱判宰兯傧湓O計。在磁性傳動裝置110中獲得了高度的磁性聯(lián)接，這使得該裝置具有了可以與機械周轉(zhuǎn)齒輪行星變速箱120相媲美的扭矩密度。但是，所述磁性變速箱.110工作時環(huán)112，114和116之間沒有機械接觸，因而減小了機械振動。牽出扭矩使磁性變速箱110可以滑行，與機械傳動裝置在扭矩過剩的情況下會發(fā)生咬死和斷裂相比，這一特性容許了一個安全系數(shù)。磁性變速箱110和機械周轉(zhuǎn)齒輪變速箱相比還有額外的優(yōu)越性，因為磁性變速箱的傳動比可以小于l(即，1Q<1.0)，而機械周轉(zhuǎn)齒輪變速箱(見例如下面的公式2)的傳動比則限制為i?！?.0(對差速變速箱，i。=1.0)。再參見圖3，如上所述，磁性變速箱IIO有內(nèi)環(huán)112,中間環(huán)114以及外環(huán)116,它們類似于機械周轉(zhuǎn)齒輪變速箱120中的三個主要部件，即，最里面的"太陽"齒輪122、中間"行星"齒輪124以及最外面的環(huán)形齒輪126分別對應內(nèi)環(huán)112，中間環(huán)114以及外環(huán)116。每個齒輪122,124和126上的齒分別代表122a，124a和126a。栽架121用來保持圍繞"太陽"齒輪122的中間"行星"齒輪124的一致位置。參見圖4，太陽齒輪122的角速度(由o)s代表)，行星齒輪124的角速度(由Wp代表)以及環(huán)形齒輪126的角速度(由o^代表)如圖4所示的列線圖所示。每個齒輪角速度avC0p和a^分別由縱軸線132，134和136代表。角速度Ws，Wp和o^由如下的公式1確定，其中載架的速度a^可對應于行星齒輪的角速度00p:wc(l-/。)=叭—(,0)(w》公式1其中行星齒輪組的傳動比為i。，i0=公式2z,=環(huán)形齒輪的齒數(shù)^=太陽齒輪的齒數(shù)載架速度we的縱坐標140沿橫坐標軸138位于太陽齒輪速度w5和環(huán)形齒輪速度A的縱坐標142，144之間。載架坐標140按橫軸138下面的箭頭146,148所示的1比-,。的比率將兩條外部坐標142,144之間的距離分開。線158與縱軸線132,134及136的交點150,152及154分別定義了角速度^，Wc和A的值。通過改變周轉(zhuǎn)齒輪傳動裝置的速度，斜線158旋轉(zhuǎn)。扭矩Ts,L和l根據(jù)公式3作用在太陽齒輪122，行星齒輪124以及環(huán)形齒輪126的軸上<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>下面參見圖5，該圖示意性地顯示了在HP線軸21和LP線軸29之間布置有可變磁性變速箱110的渦輪風扇發(fā)動機10。磁性變速箱110的外環(huán)116和HP線軸21聯(lián)接，內(nèi)環(huán)112和LP線軸29聯(lián)接，而第三個環(huán)114和電動機/發(fā)電機(M/G)160聯(lián)接。發(fā)動機10還包括和HP線軸21聯(lián)接的常規(guī)變速箱162,用來驅(qū)動起動機/發(fā)電機164，166，它們給飛機系統(tǒng)提供最初的電能來源。應該理解本發(fā)明可用于具有多于兩根線軸的發(fā)動機，,人而可以和發(fā)動機具備更高速度和更低速度的線軸聯(lián)接。中間環(huán)114和M/G160聯(lián)接。為了取消聯(lián)接，使得中間環(huán)U4能夠空轉(zhuǎn)，從而4吏發(fā)動機線軸21，29之間沒有由磁性變速箱110提供的聯(lián)接，或者為了調(diào)整內(nèi)環(huán)112和外環(huán)116之間聯(lián)接的程度或百分比，中間環(huán)114可分成兩個有效環(huán)114b和114c，這兩個環(huán)可進行可控調(diào)節(jié)，從而^f吏磁場的相位調(diào)整提前或延后。此目的可通過在一條公共鍵連接軸上安裝兩個獨立的環(huán)114b,114c,并提供用于對各自磁場進行相位調(diào)整的控制機構(gòu)(未示出)來實現(xiàn)。另一個備選方法是提供獨立的完整的環(huán)114,環(huán)上具有交錯的磁極件114b，114c,磁極件帶有外部相位控制器(未示出)，用于各自磁場的控制?？刂七B接到磁性變速箱110的軸之間的磁性聯(lián)接的能力，尤其是通過允許中間環(huán)空轉(zhuǎn)而使得軸21，29之間沒有由磁性變速箱110所提供的聯(lián)接的能力，為必要時分離兩根軸(如HP線軸21和LP線軸29)提供了安全特性。應該注意到，HP線軸21,LP線軸29和M/G的排列可以根據(jù)下面進一步細節(jié)所討論的而有選擇地進行修改，從而使內(nèi)環(huán)112，中間環(huán)114和外環(huán)116可以與HP線軸21,LP線軸29及M/G的任意一個聯(lián)接，進而獲得備選的扭矩傳遞特性。參見圖6,此圖是顯示磁性變速箱110三環(huán)結(jié)構(gòu)的分解圖。內(nèi)環(huán)112包括LP線軸磁體112a。在此實施例中中間環(huán)114的磁極件114b，114c交錯排列，如同軸條紋114b，114c所示。中間環(huán)114被連接到M/G160，用于控制HP線軸21和LP線軸29之間扭矩的相對分配。外部磁體環(huán)116聯(lián)接到HP線軸21，而內(nèi)部磁體環(huán)112聯(lián)接到LP線軸29。112，114和116這些環(huán)每個環(huán)都是同軸同心，并相對其它環(huán)肯b夠獨立旋轉(zhuǎn)。下面參見圖7和圖8，它們顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。/磁性變速箱110被構(gòu)造成使得HP線軸21(該軸通常以比LP線軸29更高的速度旋轉(zhuǎn))被連接到內(nèi)環(huán)磁體112，從而以較高的速度驅(qū)動內(nèi)環(huán)磁體，而LP線軸21則^^皮聯(lián)接到以比HP線軸更低的速度運轉(zhuǎn)的外環(huán)磁體116。例如，對于一套固定的行星齒輪輪齒122a,這種關系遵循了磁性變速箱110的固有傳動比。不過，HP和LP線軸21，29可以以變化的速度彼此獨立地旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，不能接受固定比率的聯(lián)接，因此中間磁體環(huán)114也被設置成獨立旋轉(zhuǎn)。中間環(huán)114將以公式1和公式2所定義的角速度轉(zhuǎn)動。線158(見圖4)在HP對LP速度的某些特定比值會通過零速度點。通過給可移動的中間環(huán)114施加一個扭矩，該扭矩根據(jù)磁性變速箱公式1和2被傳遞到內(nèi)環(huán)112和外環(huán)116上。在可移動中間環(huán)114上施加的扭矩在期望的方向上對傳遞功率可為正或為負。此扭矩施加在旋轉(zhuǎn)的中間環(huán)114上，因此功率在這一位置可按正反任一方向流動。此^t傳遞功率的功率源及負載必須以可變的方式4是供。例如，如圖5所示，電動機_發(fā)電機160可以用來提供或消耗中間環(huán)114上的功率。但是，此電能必須從已有的電能系統(tǒng)獲取。在這樣做時，會以機械的和電的方式產(chǎn)生循環(huán)功率。如果不在設計時仔細考慮這一點，會引起功率系統(tǒng)重量和尺寸的增加。為了使不需要的循環(huán)功率最小化，采用了可變扭矩聯(lián)接器200來改變施加到中間環(huán)114的輸出扭矩或周轉(zhuǎn)齒輪磁性變速箱110的其它輸入。如圖8所示，可變扭矩聯(lián)4^器200具有用于輸入的旋轉(zhuǎn)永磁體202,驅(qū)動輸出軸206的旋轉(zhuǎn)鼠籠式感應轉(zhuǎn)子204,以及可滑動磁屏蔽控制(未示出)。轉(zhuǎn)子204在鍵連接的輸出軸206上滑動，以選擇性地控制可變扭矩聯(lián)接器200的輸出扭矩。通過將可變扭矩聯(lián)接器相對發(fā)動機中心線軸向滑動，如箭頭208所示，調(diào)整了感應電流和轉(zhuǎn)子上的扭矩。此聯(lián)接器200的輸出通過軸206施加在磁性變速箱110的輸入端中間環(huán)114上，從而使變速箱對經(jīng)過它的功率流進行控制。除了可變扭矩聯(lián)接器200以外，還可采用數(shù)個其它機構(gòu)，包括連續(xù)及無級變速機械傳動機構(gòu)，液壓傳動機構(gòu)，電動機-發(fā)電機組合，以及新型電機裝置。本發(fā)明公布了一個周轉(zhuǎn)齒輪磁性變速箱110，所述變速箱結(jié)合了一種用于對通過其自身的功率流進行控制的連續(xù)可變方法。這種連續(xù)可變性的應用可在HP和LP線軸21,29的整個操作范圍內(nèi)可選地應用，從而使得，例如，在一些運行方案中中間環(huán)114可在沒有施加任何扭矩的情況下完全自由旋轉(zhuǎn)。相反地，在其它的運行方案中，如果維持HP線軸21到LP線軸29之間速度比所必需的扭矩固定的話，中間環(huán)114可能被限制只能按一個方向旋轉(zhuǎn)。磁性變速箱的固定傳動比被變成可變傳動比。具有可變傳動比的磁性變速箱110提供了控制從第一根機械旋轉(zhuǎn)軸到第二根機械旋轉(zhuǎn)軸的功率傳遞的能度進行優(yōu)化。下面的表1列出了LP線軸29,HP線軸21及M/G裝置160可針對扭矩聯(lián)接而進行配置的可能組合。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>另一方面，磁性變速箱no可在渦輪風扇發(fā)動機的HP線軸21和LP線軸29之間提供固定比率的扭矩傳遞，其中如M/G]60或可變扭矩聯(lián)接器200這樣的第三輸入沒有連接到中間環(huán)114。例如，在圖9中，有一個簡化的裝置，其中磁性變速箱IIO被連接到HP線軸21和LP線軸29。這個裝置通過標準的機械變速箱裝置162從HP線軸21提取功率，其中變速箱162被連接到一個或多個起動機168,或起動機/發(fā)電機164。隨著由起動機-發(fā)電機164提取得功率增加，LP線軸29可以通過磁性變速箱110提供額外的功率，使得由HP線軸21提供的功率數(shù)接近恒定，并允許HP線軸21的速度保持恒定。這至少有三個有益效果，即，(l)提升緊急牽引力所需加速時間短，(2)HP線軸的穩(wěn)定性富余高，及(3)減少了由于降低LP線軸速度所造成的無效牽引力。扭矩聯(lián)接磁性變速箱110可用來以其他方式在內(nèi)部增強性能及可操作性，例如，傳遞扭矩來優(yōu)化HP渦輪機23和LP渦輪機27之間的功率分離，或利用LP線軸21作為功率源/接收器來協(xié)助主發(fā)動機28的加速或減速。注意這種配置不能被用作用于控制穩(wěn)定態(tài)飛行速度穩(wěn)定性的牽引力控制裝置，因為在風扇速度控制下把功率移動到風扇會使循環(huán)重新平衡。這會改變?nèi)剂狭?，但不會產(chǎn)生更多的牽引力。除附圖所示的那些范例之外，還有多種渦輪風扇裝置可采用磁性變速箱110。作為一個范例，三線軸渦輪風扇(如，HP，LP和輔助)可配置所述磁性變速箱110，使得這三根線軸的任意兩根能夠聯(lián)接。作為備選，在有三根線軸的渦輪風扇里，可配置兩個磁性變速箱110，來將任何一根線軸與其它兩根線軸相聯(lián)。在另一個其它配置中，可將一個三線軸渦輪風扇配置成使得一個磁性變速箱110能夠聯(lián)接到所有的三根軸，每個環(huán)112,114和116聯(lián)接一根線軸。磁性變速箱110的輸入功率可來自渦輪風扇的笫三根線軸?；蛘咴趦删€軸渦輪風扇中，可采用由使用變速箱而形成的第三根附屬線軸來分離HP線軸的零件，如連接上的風扇或連^l矣上的增壓器。本發(fā)明還可應用于渦輪風扇發(fā)動機之外的其它旋轉(zhuǎn)機械。例如，汽車樣式的差速驅(qū)動系統(tǒng)可采用磁性變速箱110，其中左軸連接到一個環(huán)結(jié)構(gòu)，右軸連接到另一個環(huán)結(jié)構(gòu)，而中間環(huán)固定[即，i。=l]。在有良好牽引力的直線傳動裝置(straight-linedriving)中，兩個環(huán)以相同的速度反向旋轉(zhuǎn)。在曲線階段，環(huán)速稍有偏離，一個較快而另一個較慢，且小的恢復扭矩趨向于使較快的軸降速而使較慢的軸加速。如果一個輪脫開，會有一些滑行速度，在這些速度上，大部分扭矩產(chǎn)生作用，從滑行輪上將功率傳遞到具有所生成的牽引力的輪上，從而使這些輪恢復到相同的旋轉(zhuǎn)速度。在本發(fā)明的另一應用中，一個多發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)可由一主原動機驅(qū)動，其中有一主發(fā)電機，而其他發(fā)電機為從發(fā)電機。主原動機到主發(fā)電機之間的聯(lián)接是剛性的，它連接到多個磁性變速箱110的第一環(huán)上。主原動機和從發(fā)電4幾之間的聯(lián)接是扭轉(zhuǎn)彈性的，相對標稱位置具有有限范圍的切線位移。從發(fā)電機被連接到相同數(shù)量的磁性變速箱110的一個或多個二MJ不上。中間環(huán)114^皮控制用于在所述切線位移地有限范圍內(nèi)使從發(fā)電機推后或前進，使得所有的從發(fā)電機都以和主發(fā)電機相同的相角運轉(zhuǎn)。這種布置消除了變速箱不一致和磨損、轉(zhuǎn)子和定子制造公差等問題(這些問題可導致發(fā)電系統(tǒng)中相當大的功率損失)，并使得電負載更均勻地分配在所有發(fā)電機上。本發(fā)明的以上書面描述使用包括最佳實施模式的范例來公布本發(fā)明，并使得任何具備本領域技術(shù)的人員能夠制造和使用本發(fā)明。本發(fā)明可申請專利的范圍由權(quán)利要求限定，并可包含具備本領域技術(shù)人員想到的其它范例。對于此類其它范例，如果它們的結(jié)構(gòu)元件與所附權(quán)利要求的字面語言描述沒有實質(zhì)性的區(qū)別，則應屬于所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種用于在發(fā)動機的一對獨立且同時地旋轉(zhuǎn)的軸之間傳遞扭矩的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括磁性變速箱(110)，所述磁性變速箱(110)包括第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)，第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)及中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)，所述第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)、第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)各自都有從中穿過的環(huán)形孔，并且具有對應的嵌在其中的多個磁極件(112a，114a，116a)，所述中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)置于第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)和第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)之間，所述第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)、第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)中的每一個均相對于其余的所述環(huán)結(jié)構(gòu)同軸地布置，彼此同心，并且能夠彼此獨立地旋轉(zhuǎn)；所述第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)和第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)每個都聯(lián)接到單獨的發(fā)動機(10)的旋轉(zhuǎn)軸上，所述中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)與第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)及第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)協(xié)同配合，并決定在這對軸之間傳遞的扭矩的水平。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)機械，而所述旋轉(zhuǎn)機械有控制器，所述旋轉(zhuǎn)機械可操作，以用來調(diào)整所述這對軸之間傳遞的扭矩的水平。3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機械是設置成響應于所述控制器發(fā)出的信號從中間環(huán)結(jié)構(gòu)(l14)接收功率以及向其提供功率的電動機/發(fā)電機(160)，從而使得在所述的這對旋轉(zhuǎn)軸之間以可變的方式傳遞扭矩。4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機械包括轉(zhuǎn)子部分(204)和其中嵌有多個永磁體(202)的第三環(huán)結(jié)構(gòu)(114)，所述轉(zhuǎn)子部分(204)包括輸出軸(206)，并被設置成能夠沿所述旋轉(zhuǎn)機械的軸線雙向移動，從而與所述第三環(huán)(114)內(nèi)的轉(zhuǎn)子(204)磁性聯(lián)接，第三環(huán)(114)被驅(qū)動而與發(fā)動機(lO)的一根獨立旋轉(zhuǎn)的軸聯(lián)接，以便在轉(zhuǎn)子部分(204)內(nèi)感應產(chǎn)生電磁場，從而有選擇地控制輸出軸(206)的輸出扭矩，并且所述轉(zhuǎn)子(204)的輸出軸(206)聯(lián)接到第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)、中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)或第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)的其中之一上。5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子部分(204)是鼠籠式感應轉(zhuǎn)子。6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述磁性變速箱(110)包括與機械式周轉(zhuǎn)齒輪行星變速箱相當?shù)耐耆粍邮酱判宰兯傧湓O計。7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述磁性變速箱(110)的牽出扭矩允許第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)和第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)及中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)響應于額外施加的扭矩而滑動，從而防止對所述磁性變速箱(110)造成機械損傷。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)、第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)及中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)分別有角速度Wp，oOs和ov它們彼此通過以下公式而關聯(lián)wc(l-,0)=w廠(g(其中，比率i。=-z/z5，而z/^是由位于磁性變速箱(110)外行星環(huán)上的第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)中所包含的永磁體(202)的數(shù)目對第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)中所包含的永磁體(202)的凄丈目之比所定義的比率。9.根據(jù)權(quán)利要求8所迷的系統(tǒng)，其特征在于，扭矩Ts，Te和Tf分別對應于第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)、第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)以及中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114),并且根據(jù)如下公式將扭矩施加在第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)、第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)上<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動機(10)是渦輪風扇航空發(fā)動機，其具有聯(lián)，接到第一軸上的高壓渦輪(23)，以及聯(lián)接到第二軸上的低壓渦輪(27)。全文摘要一種用于在渦輪風扇發(fā)動機(10)的一對獨立且同時地旋轉(zhuǎn)的軸之間傳遞扭矩的系統(tǒng)，包括磁性變速箱(110)。所述磁性變速箱(110)有第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)、第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)和中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)。每個環(huán)結(jié)構(gòu)都有穿過其上的一個環(huán)形孔，環(huán)上嵌有多個磁極件(202)。中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)置于第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)和第二環(huán)結(jié)構(gòu)(114)之間。每個環(huán)結(jié)構(gòu)均同軸同心，且相對其它環(huán)結(jié)構(gòu)能夠獨立旋轉(zhuǎn)。第一環(huán)結(jié)構(gòu)(116)和第二環(huán)結(jié)構(gòu)(112)每個都和單獨的旋轉(zhuǎn)發(fā)動機軸聯(lián)接，而中間環(huán)(114)可操作，用于在這對軸之間傳遞扭矩。優(yōu)選地，中間環(huán)結(jié)構(gòu)(114)與旋轉(zhuǎn)機械聯(lián)接。旋轉(zhuǎn)機械有一個控制器，且此機械可操作用于調(diào)整軸對之間傳遞的扭矩比。文檔編號H02K51/00GK101222172SQ20071030535公開日2008年7月16日申請日期2007年12月21日優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日發(fā)明者J·M·凱恩,貝杜特J·M·德,K·鐘,M·R·沙,M·-W·瓦薩克,P·D·圖特,畏吳,曲榮海申請人:通用電氣公司