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(lǐng)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(fēng)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(jìn)行布置。壓縮機在工作時由相應(yīng)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(fù)載中，如支路渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子，或燃?xì)鉁u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(yīng)的風(fēng)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(fēng)扇旋轉(zhuǎn)速度被周緣速度限制在某個程度，并且，由于風(fēng)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(jìn)行驅(qū)動。因此，對飛機氣體渦輪發(fā)動機里的風(fēng)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(fēng)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(shè)計成能夠比現(xiàn)有的飛機系統(tǒng)提供更大的電力負(fù)載。商用客機設(shè)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(dāng)飛機發(fā)動機以相對較低的功率水平運轉(zhuǎn)時，如，當(dāng)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(dāng)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(biāo)稱功率的發(fā)電機要大。不過，當(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(biāo)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(fēng)扇、壓縮機和渦輪軸被以機械方式進(jìn)行聯(lián)接。電磁機械可被控制，來有選擇地針對壓縮機和風(fēng)扇的速度特征調(diào)制扭矩，或調(diào)制渦輪，壓縮機和風(fēng)扇之間的旋轉(zhuǎn)速度關(guān)系。所述機械可以被用作電子起動機。壓縮機轉(zhuǎn)子軸和風(fēng)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(fēng)扇發(fā)動機，來聯(lián)接渦輪風(fēng)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(jìn)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(shè)置成響應(yīng)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(fēng)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(jìn)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(shè)置成響應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yán)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(xì)的描述和伊c選實施例，以及與之相關(guān)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(fēng)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(xué)關(guān)系的列線圖。圖5是具有可變磁性變速箱的渦輪風(fēng)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(fēng)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(biāo)號用來指相同或相似的零件。零部件清單渦輪風(fēng)扇發(fā)動機10風(fēng)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(biāo)140水平軸線138太陽齒輪速度w,坐標(biāo)142環(huán)形齒輪速度Wr坐標(biāo)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(fēng)扇發(fā)動機10,其具有風(fēng)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(guān)系布置。所述風(fēng)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(yù)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(guān)接渦輪風(fēng)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(fù)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(fù)載，會導(dǎo)致所述磁性變速箱偏離這一理想的關(guān)系，但造成這些細(xì)微速度變化[見下面公式l]的合力位于恢復(fù)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(dāng)?shù)耐耆粍邮酱判宰兯傧湓O(shè)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(yīng)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(yīng)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(biāo)140沿橫坐標(biāo)軸138位于太陽齒輪速度w5和環(huán)形齒輪速度A的縱坐標(biāo)142，144之間。載架坐標(biāo)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(biāo)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(fēng)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(yīng)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(jìn)一步細(xì)節(jié)所討論的而有選擇地進(jìn)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(jìn)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(guān)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(shè)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(fù)。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(fù)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(shè)計時仔細(xì)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(jìn)行控制的連續(xù)可變方法。這種連續(xù)可變性的應(yīng)用可在HP和LP線軸21,29的整個操作范圍內(nèi)可選地應(yīng)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(jìn)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(jìn)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(fēng)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(biāo)準(zhǔn)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(fēng)扇速度控制下把功率移動到風(fēng)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(fēng)扇裝置可采用磁性變速箱110。作為一個范例，三線軸渦輪風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)扇的笫三根線軸。或者在兩線軸渦輪風(fēng)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(fēng)扇或連^l矣上的增壓器。本發(fā)明還可應(yīng)用于渦輪風(fēng)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(fù)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(fù)到相同的旋轉(zhuǎn)速度。在本發(fā)明的另一應(yīng)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(biāo)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(jìn)，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(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)中相當(dāng)大的功率損失)，并使得電負(fù)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(lǐng)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(lǐng)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(yīng)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(yīng)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(shè)置成響應(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(dāng)?shù)耐耆粍邮酱判宰兯傧湓O(shè)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(yīng)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(guān)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(yīng)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(fēng)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(fēng)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