(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 213088117 U(45)授权公告日 2021.04.30
(21)申请号 202021531597.X(22)申请日 2020.07.29
(73)专利权人 西安空天能源动力智能制造研究
院有限公司
地址 710100 陕西省西安市国家民用航天
产业基地航天中路385号众创广场三楼303-306室(72)发明人 宋志平 陈喆 刘林涛 姚远
李资晨 (74)专利代理机构 北京科家知识产权代理事务
所(普通合伙) 11427
代理人 陈娟(51)Int.Cl.
F02C 6/00(2006.01)F02C 3/04(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图1页
F02C 3/06(2006.01)F02C 3/08(2006.01)H02K 7/18(2006.01)
(54)实用新型名称
一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机(57)摘要
本实用新型公开了一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机，其特征在于：包括电机和发动机，电机安装在发动机内部，所述电机包括电机转子磁钢，所述发动机包括同轴安装的多个压气机和发动机主轴，多个压气机和电机转子磁钢套设在发动机主轴上，且电机转子磁钢位于多个压气机之间。本实用新型提供一种适用于小型涡轮发动机的嵌入式电机设计，解决了现有技术中电机功率密度低，发电功率小，重量、体积大且冷却效果更好的问题。
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权 利 要 求 书
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1.一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机，其特征在于：包括电机和发动机，电机安装在发动机内部，所述电机包括电机转子磁钢，所述发动机包括同轴安装的多个压气机和发动机主轴，多个压气机和电机转子磁钢套设在发动机主轴上，且电机转子磁钢位于多个压气机之间。
2.根据权利要求1所述的一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机，其特征在于：所述电机还包括电机定子绕组；
所述发动机还包括同轴安装的压气机机匣、压气机机匣支柱和压气机叶轮；所述电机定子绕组套设在电机转子磁钢外侧且两者均安装在压气机机匣内，电机定子绕组与压气机机匣之间形成气流通道，压气机机匣支柱安装在压气机机匣底部且压气机机匣支柱内设与压气机机匣内部贯通连接的空腔，压气机叶轮套设在电机转子磁钢上且压气机叶轮位于压气机机匣内。
3.根据权利要求1所述的一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机，其特征在于：所述压气机为离心式压气机或轴流式压气机。
4.根据权利要求1所述的一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机，其特征在于：所述电机为永磁直流电机。
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说 明 书
一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机
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技术领域
[0001]本实用新型属于燃气轮机装置技术领域，尤其涉及一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机。
背景技术
[0002]涡轮发动机分布式发电系统为近年来新兴的研究热点，具有体积小、重量轻、效率高、清洁可靠等特点，广泛应用于各类航空器与车辆的动力装置、辅助动力系统等，具有广泛的军用、民用前景。随着电力电子技术的不断进步，各种航空器的机载设备耗电量也迅速提高，在保留原有发动机尺寸基本不变的前提下，对发动机的发电能力提出了更高的要求。[0003]对于小型涡轮发动机而言，发动机主轴的转速大大高于大型的涡轮发动机，高转速可以显著提高发电机的功率密度，从而减小大功率电机带来的附加质量对于整台发动机的影响。将发电机置于涡轮发动机的内部，可以充分利用原有空余空间，同时借助运行时产生的气流对发电机进行充分的冷却。[0004]申请号：2018216163750，公开日：2019.08.09，专利名称《一种一体式离心压缩机》，公开了进气道从侧面进入，但与电机隔开，因此电机无法借助进气对其进行冷却；申请号：2008200508767，公开日：2009.4.15，专利名称《热力发电核心机》，从结构上讲他们这个属于地面燃机，进气、排气结构都是地面燃机才会使用的蜗壳结构，结构重量很大，电机与发动机为两个的组件。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种利用发动机原有的内部空间，将起动/发电机嵌入至发动机的内部，实现电机与发动机同转速运转，从而提高发电机的功率密度，减小电机所需体积，同时，将发动机运行时产生的高速气流引入发电机内部，对发电机进行充分的冷却的适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机。[0006]为了解决技术问题，本实用新型的技术方案是：一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机，包括电机和发动机，电机安装在发动机内部，所述电机包括电机转子磁钢，所述发动机包括同轴安装的多个压气机和发动机主轴，多个压气机和电机转子磁钢套设在发动机主轴上，且电机转子磁钢位于多个压气机之间。[0007]优选的，所述电机还包括电机定子绕组；[0008]所述发动机还包括同轴安装的压气机机匣、压气机机匣支柱和压气机叶轮；[0009]所述电机定子绕组套设在电机转子磁钢外侧且两者均安装在压气机机匣内，电机定子绕组与压气机机匣之间形成气流通道，压气机机匣支柱安装在压气机机匣底部且压气机机匣支柱内设与压气机机匣内部贯通连接的空腔，压气机叶轮套设在电机转子磁钢上且压气机叶轮位于压气机机匣内。[0010]优选的，所述压气机为离心式压气机或轴流式压气机。[0011]优选的，所述电机为永磁直流电机。
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说 明 书
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相对于现有技术，本实用新型的优点在于：
[0013](1)本实用新型利用发动机原有的内部空间，将电机嵌入至发动机的内部，其转子磁钢直接安装于发动机的主轴上，实现电机与发动机同转速运转，电机为起动、发电一体化设计，两种模式均运行在发动机转速下，不需要变速装置，且发电模式最大功率位于发动机设计点转速下，此时转速最高，功率密度远高于常规发电装置；[0014](2)本实用新型电机布置于发动机的气流通道内侧，可以充分利用压气机产生的高速流动的空气进行冷却；[0015](3)本实用新型电机转子与发动机转子为一体式结构，充分利用发动机内部空间，结构紧凑，体积小。附图说明
[0016]图1、本实用新型一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机剖面结构示意图；[0017]附图标记说明：[0018]1、电机转子磁钢，2、压气机，3、发动机主轴，4、电机定子绕组，5、压气机机匣，6、压气机机匣支柱，7、压气机叶轮，8、气流通道。具体实施方式
[0019]下面结合实施例描述本实用新型具体实施方式：[0020]需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。[0021]同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。[0022]如图1所示，包括电机和发动机，电机一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机，安装在发动机内部，电机包括电机转子磁钢1，发动机包括同轴安装的多个压气机2和发动机主轴3，多个压气机2套设在发动机主轴3上，电机转子磁钢1安装在多个压气机2之间，电机转子磁钢1的一侧同轴安装在发动机主轴3上。电机转子与发动机转子为一体式结构，不需齿轮等传递扭矩的手段；且电机内嵌于发动机的内部，与转子同轴安装。[0023]根据实际需要，电机也可以设计为仅作为起动机使用，或仅作为发电机使用。[0024]具体地，电机还包括电机定子绕组4；[0025]发动机还包括同轴安装的压气机机匣5、压气机机匣支柱6和压气机叶轮7；[0026]电机定子绕组4套设在电机转子磁钢1外侧且两者均安装在压气机机匣5内，电机定子绕组4与压气机机匣5之间形成气流通道8，压气机机匣支柱6安装在压气机机匣5底部且压气机机匣支柱6内设与压气机机匣5内部贯通连接的空腔，压气机叶轮7套设在电机转子磁钢1的一侧。电机内嵌于发动机的内部，可以充分利用进气气流进行冷却。[0027]压气机机匣5与气流通道8所构成的角度并不固定，气流通道8不一定是沿发动机轴向进气与出气，也可能是从发动机直径方向进气、轴向出气；或者轴向进气、径向出气；或
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者径向进气、径向出气；所构成角度即进、出气的角度与发动机轴线所呈的角度；收缩、扩张或者周向的气流通道均可以产生冷却效果；[0028]压气机机匣支柱6的数量、与气流通道8所构成的角度并不固定，对气流通道8的堵塞效果可以通过调整气流通道8面积来避免，即调整气流通道的容积。[0029]电机转子磁钢1直接安装于发动机主轴3上，所对应的电机定子绕组4安装于压气机机匣5内，绕组的电缆通过压气机机匣支柱6穿出至发动机外部；压气机叶轮7、电机定子绕组4、电机转子磁钢1、压气机机匣5共同安装组成压气机单元体，压气机叶轮7位于压气机一侧。
[0030]具体地，压气机2为离心式压气机或轴流式压气机。电机安装位置不限于轴流压气机与离心压气机中间，也可根据需要安装于多个轴流压气机或多个离心压气机中间。[0031]具体地，电机为永磁直流电机。[0032]本实用新型的工作原理如下：[0033]如图1所示，
[0034]1)将电机定子绕组4安装至压气机机匣5上，完成压气机静子部件的装配。[0035]2)将压气机2套入发动机主轴3中，将电机转子磁钢1从前部装在发动机主轴3上，将另一部分压气机机匣5从前部装入压气机2外部，完成压气机部分的装配；[0036]3)将1)中所提到的压气机静子部件从前部套入电机转子磁钢1上，将压气机叶轮7从前部套入电机转子磁钢1上，完成整个装配。[0037]4)气流通道8位于电机定子绕组4外部，压气机机匣支柱6从气流通道8中间穿过，利用发动机工作时产生的气流对电机定子绕组4及轴流压气机机匣5进行冷却。[0038]上面对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
[0039]不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。
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说 明 书 附 图
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图1
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