专利名称：具有起动机/发电机的附件传动箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有起动机/发电机的附件传动箱。
背景技术：
燃气轮机发动机，也称为燃气涡轮发动机，是从穿过发动机、到达多个涡轮叶片上的经燃烧气体流中提取能量的旋转式发动机。燃气轮机发动机已经用于地面和海上运动与动力产生，但是最普遍的是用于航空应用，例如用于飞机和直升机。在飞机中，燃气轮机发动机用于推进航空器。燃气轮机发动机通常还对许多不同的附件提供动力，例如发电机、起动机/发电机、永磁交流发电机(PMA)、燃料泵和液压泵。所有这些装备提供除使航空器运动之外在航空器上所需的功能。例如，当燃气轮机发动机运行起动机发电机(S/G)产生电功率时以及当需要起动燃气轮机时，S/G在从另一个能量源提供了能量时用作起动马达。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种用于燃气轮机发动机的组件，其包括附件传动箱、 传动齿轮和以机械的方式安装到附件传动箱上的起动机/发电机。起动机/发电机包括可旋转的轴、由该轴承载的小齿轮、由该轴承载的主机械、由该轴承载的永磁发电机(PMG)和由该轴承载的励磁器。PMG和励磁器位于轴上、小齿轮和主机械之间，并且当起动机发电机安装到附件传动箱上时，小齿轮与传动齿轮啮合。
在图中图1是具有附件传动箱的燃气轮机发动机的示意图。图2是起动机/发电机的外部的示意图。图3是安装到附件传动箱上的起动机/发电机的示意性截面图。部件列表10燃烧室20高压涡轮区域30低压涡轮区域50 风扇60高压压缩区域90机械动力分出装置100附件传动箱101起动机/发动机102具有安装到附件传动箱上的起动机/发动机的组件110S/G壳体的第一部分
112夹持交接部113 夹具114S/G壳体的第二部分120第一功率连接器组件122电功率连接件124电功率连接件126电功率连接件128电功率连接件130第二功率连接器组件132电连接件134电连接件140 油入口端口144 油出口端口150小齿轮170可旋转的轴172主机械172a主机械转子172b主机械定子174永磁发电机(PMG)174a PMG 转子174b PMG 定子176励磁器176a励磁器转子176b励磁器定子180隔开的轴承184隔开的轴承
具体实施例方式本发明涉及将包含不止一个构件的起动机/发电机(S/G)联接到也称为变速器壳体的附件传动箱(AGB)上。安装到AGB上的S/G具有各种应用，包括起动燃气轮机发动机 (AGB以机械的方式联接到其上)，以及在燃气轮机发动机运行时产生电功率。参照图1，示意性地示出了包括AGB100和S/G101的组件102安装到燃气轮机发动机1上。此组件通常被称为一体化起动机/发电机传动箱(ISGB)。燃气轮机发动机1包括进气口，在进气口处具有风扇50，风扇50将空气供应到高压压缩区域60。具有风扇50的进气口与高压压缩区域共同被称为燃气轮机发动机的在燃烧上游的“冷区段”。高压压缩区域60为燃烧室10提供高压空气。在燃烧室中，高压空气与燃料混合且燃烧。在从燃气轮机发动机中排出之前，热的且加压的经燃烧气体穿过高压涡轮区域20和低压涡轮区域30。 当加压气体穿过高压涡轮区域20的高压涡轮(未显示)和低压涡轮区域30的低压涡轮 (未显示)时，涡轮从穿过燃气轮机发动机1的气体流中提取旋转能。高压涡轮区域20的高压涡轮可通过轴联接到高压压缩区域60的压缩机构(未显示)上，以对压缩机构提供动力。低压涡轮可通过轴联接到进气口的风扇50上，以对风扇50提供动力。燃气轮机发动机可为常用于现代商用和军用航空中的涡轮风扇发动机，例如通用电气的GEnx或CF6系列发动机，或者燃气轮机发动机可为各种各样的其它已知的燃气轮机发动机，例如涡轮螺桨发动机或涡轮轴发动机。燃气轮机发动机还可具有后燃室，其在低压涡轮区域30下游燃烧额外量的燃料，以提高排出的气体的速度，以及从而增大推力。附件传动箱(AGB) 100联接到燃气轮机发动机1的涡轮轴上，通过机械动力分出装置(take off)90联接到低压涡轮或高压涡轮上。机械动力分出装置容纳了多个齿轮和用于以机械的方式将AGB100联接到燃气轮机发动机上的机构。组件102可安装在或者容纳了风扇50的进气口区域的外部上或者高压压缩区域60附近的芯体上。图2示出了根据本发明的一个实施例的且可安装到AGB100上的S/G101。S/G101 在概念上可分成第一壳体部分110和第二壳体部分114，当S/G安装到AGB100上时，第一壳体部分110在AGB100的外部，当S/G101安装到AGB100上时，第二壳体部分114嵌套在 AGB100内。夹持交接部112用来将S/G101夹持到AGB100上。在S/G101的外部上提供了多个电连接件，以准备将电功率传送到S/G101以及从 S/G101传送出电功率。电连接件包括包含了电功率连接件122、124、1 和1 的第一功率连接器组件120。这些功率连接件可用于三相，其具有来自S/G101的接地基准输出。电功率连接件122、124、1沈和1 可通过电缆连接到航空器的电功率分配节点上，以对航空器上的各种器件-例如灯和座椅靠背监视器提供功率。可存在包括电连接件132和134的第二功率连接器组件130。这些电连接件将与S/G101内的其它构件进行电气交互。如图所示，S/G101是油冷却的，并且提供了油入口端口 140和油出口端口 144，以用于控制将油供应到S/G以及从S/G供应油。冷却油可用来消散S/G的电气和机械功能所产生的热量。图3中最佳地看到S/G101的内部，图3是联接到AGB100上的S/G101的截面图。 可旋转的轴170位于S/G内，且是用于支承各种各样的构件(包括S/G内的构件)的主要结构。可旋转的轴170的直径可为固定的或沿着可旋转的轴170的长度而改变。可旋转的轴170由隔开的轴承180、184支承。一个构件，S卩小齿轮150，提供于可旋转的轴170上，且在S/G101联接到AGB100上时，接合AGB中的传动齿轮171 (示意性地显示为箱)。传动齿轮通过齿轮系联接到功率分出装置90上。这样，来自发动机1的功率分出量就可用来通过AGB100驱动S/G101。S/G101的若干个构件具有固定构件和旋转构件，其中旋转构件提供于可旋转的轴 170上。这些构件的实例包括主机械172、励磁器176和PMG174，对应的旋转构件分别包括主机械转子172a、励磁器转子176a和PMG转子174a，而对应的固定构件包括主机械定子 172b、励磁器定子176b和PMG定子174b。固定构件可安装到第一壳体部分110和第二壳体部分114中的任一个/两者的任何适当部件上。励磁器176对主机械172的励磁绕组提供直流电。主机械172和PMG174在可旋转的轴170旋转时供应AC电功率。构件可为已知马达和发电机的任何组合。例如，主机械可为或者同步发电机或者异步发电机。除了此实施例中显示的附件之外，可存在可能需要针对具体应用来运行的其它构件。例如，除了所显示的机电附件，可存在由同一可旋转的轴170驱动的其它附件，例如油泵、流体压缩机或液压泵。S/G101利用夹具113附连到AGB上，将S/G101的夹持交接部112夹持到AGB100 的壳体上。S/G101的第一壳体部分110显示为在AGB100的壳体的开口的外部，而S/G101 的第二壳体部分114的一部分则嵌套在AGB100的壳体的开口内。将励磁器176和PMG174定位在主机械172和小齿轮150之间是有益的，因为这减小了来自由轴承载的各种附件的且作用于小齿轮150及其与传动齿轮171的相配部上的力矩。S/G嵌套在AGB内进一步减小了力矩。此力矩通常被称为悬垂力矩，其大致等于小齿轮150和组件102的质心之间的距
离乘以组件的重量。当明白和理解了其中非常需要物理空间(减小的物理大小最终意味着推力必须克服的较少的气动阻力和飞机必须承载的较少的重量)的涡轮发动机环境中的S/G101的空间限制以及来自主机械的所需的功率输出时，这些益处的价值就变得更加清楚。空间约束和功率要求趋向于将主机械的设计推向更低的极数，因为这会降低S/G101和整个组件 102的总重量和大小。但是，更低的极数需要更快的旋转速度来实现期望的功率输出。另外，由于通常使用软材料，例如硅铁合金，所以低极数有助于降低由于高频的磁场切换而造成的过度的磁心损耗。磁场的高频切换还可产生难以从组件102中去除的高水平的热量。 因此，在S/G101内使用低极数马达和发电机。在一个实施例中，主机械可具有低至二的极数。由于使用了低极数马达和发电机，需要这样的组件构造102来最大化功率输出该组件构造102最小化组件102的悬垂力矩且最大化可旋转的轴170的旋转速度。PMG174、励磁器176和主机械172的相对位置对可旋转的轴170的最大临界旋转速度和安装到AGB上的 S/G101的组件102的悬垂力矩有影响。为了最大化可旋转的轴170的旋转速度，应当最小化隔开的轴承180和184之间的长度的跨度。为了最小化悬垂力矩，使励磁器176和PMG174定位成比主机械172更靠近小齿轮150是有利的。在一个实施例中，具有PMG转子17 和PMG定子174b的PMG174最靠近小齿轮150，而具有励磁器转子176a和励磁器定子17 的励磁器176在PMG174和主机械172之间。备选地，具有励磁器转子176a和励磁器定子176b的励磁器176最靠近小齿轮150，而具有PMG转子17 和PMG定子174b的PMG174在励磁器和主机械之间。所有附件均放置在小齿轮150同一侧，并且励磁器176和PMG174放置成比主机械172更靠近小齿轮。通过将所有附件放置在小齿轮150的同一侧，而非将附件分成在小齿轮150的 (两侧中的)任一侧的两部分，隔开的轴承180和184可放置成彼此更加紧靠，从而允许可旋转的轴170有更大的旋转速度。更大的旋转速度继而会从低极数发电机中产生更大的功率输出。通过使用低极数发电机，降低了组件的总重量，从而减小了组件102的悬垂力矩。 另外，通过将PMG174和励磁器176放置成更靠近小齿轮150，S/G101的容纳PMG174和/或励磁器176的部分可部分地嵌在AGB 100的开口内。通过这么做，组件102的质心移动至更靠近小齿轮，从而减小组件102的悬垂力矩。本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这样的其它实例意图处于权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种用于燃气轮机发动机(1)的组件(102)，包括包括传动齿轮(171)的附件传动箱(100)；以机械的方式安装到所述附件传动箱(100)上的起动机/发电机(101)，包括可旋转的轴(170)；由所述轴(170)承载的小齿轮(150)；由所述轴(170)承载的主机械(172)；由所述轴(170)承载的永磁发电机(PMG) (174)；由所述轴(170)承载的励磁器(176)；其中，所述PMG(174)和励磁器(176)位于所述轴(170)上、所述小齿轮(150)和所述主机械(17 之间，并且当所述起动机/发电机(101)安装到所述附件传动箱(100)上时， 所述小齿轮(170)与所述传动齿轮(171)啮合。
2.根据权利要求1所述的组件(102)，其特征在于，所述组件(10 进一步包括可旋转地支承所述轴(170)的第一轴承(184)，且所述PMG (174)与励磁器(176)位于所述轴(170) 上、所述第一轴承(184)和所述主机械(17 之间。
3.根据权利要求1或2中任一项权利要求所述的组件(102)，其特征在于，所述第一轴承(184)位于所述轴(170)上、所述小齿轮(150)与所述PMG (174)和所述励磁器(176)之间。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的组件(102)，其特征在于，所述组件 (102)进一步包括可旋转地支承所述轴(170)的第二轴承(180)。
5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的组件(102)，其特征在于，所述 PMG(174)、励磁器(176)和主机械(172)中的至少一个位于所述轴(170)上、所述第一轴承 (184)和第二轴承(180)之间。
6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的组件(102)，其特征在于，所述 PMG(174)位于所述轴(170)上、所述励磁器(176)和所述小齿轮(150)之间。
7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的组件(102)，其特征在于，所述第一轴承(184)位于所述轴(170)上、所述PMG(174)和所述小齿轮(150)之间。
8.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的组件(102)，其特征在于，当所述起动机/发电机(101)安装到所述附件传动箱(100)上时，所述PMG(174)和励磁器(176)中的至少一个位于所述附件传动箱(100)内。
9.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的组件(102)，其特征在于，当所述起动机/发电机(101)安装到所述附件传动箱(100)上时，所述起动机/发电机(101)壳体 (114)中的一部分嵌套在所述附件传动箱(100)的进入开口内。
全文摘要
本发明涉及一种具有起动机/发电机的附件传动箱。一种用于燃气轮机发动机(1)的组件(102)包括包含传动齿轮(171)的附件传动箱(100)以及以机械的方式安装到附件传动箱(100)上的起动机/发电机(101)。起动机/发电机(101)包括可旋转的轴(170)、由该轴(170)承载的小齿轮(150)、由该轴承载的主机械(172)、由该轴(170)承载的永磁发电机(PMG)(174)和由该轴(170)承载的励磁器(176)。
文档编号F02C7/26GK102235246SQ20111010790
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月20日
发明者J·奇沃特, 黄豪 申请人:通用电气公司