用于配备有发电机的涡轮发动机的减速齿轮的制作方法

本公开内容涉及一种用于配备有发电机的涡轮发动机的机械减速齿轮。

机械减速齿轮可以特别地被使用在航空器涡轮喷气发动机中，以便向航空器提供电能。但是，它也可以被使用在任何其他类型的涡轮发动机中。

背景技术：

新的航空器模型以及机上提供的使用模式和服务的变化趋向于增加航空器对电力的需求。因此，为了增加由此供应给航空器的电功率，必须增加从涡轮喷气发动机提取的机械功率。

通常，这些功率提取是在引擎的高压(hp)轴上执行的，尤其是借助于辅助驱动齿轮箱来执行。

然而，这样的提取对引擎的可操作性生成了强应力，后者极大地降低了其性能。此外，对于每个引擎，存在一个水平，超过该水平，在不牺牲引擎的正常操作的情况下不再能够提取机械能。

因此，真正需要一种允许供应更大电功率的装置，该装置至少部分地不具有上述已知配置的固有缺点。

技术实现要素：

本公开内容涉及一种用于涡轮发动机、特别是用于航空器的涡轮发动机的机械减速齿轮，包括：配备有外齿的太阳齿轮，该太阳齿轮具有形成减速齿轮的主轴线的中心轴线；配备有内齿且与太阳齿轮同轴的环形齿轮；同时与太阳齿轮和环形齿轮啮合的行星齿轮；承载主轴的行星架，行星齿轮围绕主轴被旋转地安装；以及至少一个发电机，其中发电机包括安置在第一行星齿轮的第一正面上的第一组电磁元件，以及安置在行星架的第一正表面上的第二组电磁元件，行星架的所述第一正表面面向第一行星齿轮的第一正面延伸，使得第一组电磁元件和第二组电磁元件被安置成彼此面对，其中第一组电磁元件和第二组电磁元件中的一个是第一组线圈，该第一组线圈中的每个线圈围绕平行于主轴线的方向缠绕，并且其中第一组电磁元件和第二组电磁元件中的另一个被配置为当它以相对于第一组线圈的相对移动而被驱动时在第一组线圈中感应出电流。

因此，由于这种类型的减速齿轮，可以以简单、有效和紧凑的方式提取机械能并将其转换为电能。

特别地，由于这种轴向通量配置，发电机可以很容易被集成到机械减速齿轮的通常构件中，而无需向其附加新系统。首先，不需要中间传动元件，因为发电机本身被包括在减速齿轮中。其次，电磁元件可以被直接安装在行星架和行星齿轮上，它们自然地面向行星架移动，而无需在减速齿轮周围安装线圈，这为系统提供了极大的紧凑性，并且因此保持减速齿轮在涡轮发动机内的集成不变或者实际上不变。最后，由于在行星齿轮和行星架之间的接口上的这种位置，发电机可从用于行星齿轮轴承的冷却装置中受益，而不必放置特定的附加冷却装置。

此外，由于这种类型的减速齿轮最常连接到涡轮发动机的低压(lp)轴，因此这种配置允许从lp轴而不是从hp轴提取机械能，从而减轻了后者的负担，这确保了涡轮发动机更好的可操作性和更好的性能。

在某些实施例中，第一组电磁元件和第二组电磁元件中的另一个是第一组磁体，其每个磁极被定向在平行于主轴线的方向上。这种类型的磁体自然地生成它们自己的磁场，而无需从外部激活它们，这在旋转齿轮的范围内是有利的。然而，在其他实施例中，电磁体也是可以想到的。

在某些实施例中，太阳齿轮、环形齿轮和行星齿轮被放置在同一平面中。这确保了系统的大容量。

在某些实施例中，行星架的旋转被阻挡。因此，减速发生在太阳齿轮和环形齿轮之间。在这种类型的配置中，行星架因此是固定的，这有利于行星架上的线圈的布线以及发电机产生的电流的回收。特别地，行星架可以被固定到涡轮发动机的壳体(定子)上。

在某些实施例中，第一组电磁元件是所述第一组磁体，并且第二组电磁元件是所述第一组线圈。实际上，将线圈安装和布线到行星架上更容易。

在某些实施例中，发电机包括安置在太阳齿轮的第二正面上的第三组电磁元件和安置在行星架的第二正表面上的第四组电磁元件，所述第二正表面面向太阳齿轮的第二正面延伸，其中第三组电磁元件和第四组电磁元件中的一个是第二组线圈，该第二组线圈中的每个线圈围绕平行于主轴线的方向缠绕，并且其中第三组电磁元件和第四组电磁元件中的另一个被配置为当它以相对于第二组线圈的相对移动而被驱动时在第二组线圈中感应出电流。这种类型的配置允许提取两倍的能量。此外，它确保了行星齿轮两侧上的对称性，这允许消除由行星齿轮承受的电磁力的合力：因此避免了行星齿轮的移动和/或在其齿中的过大应力。

在某些实施例中，第三组电磁元件和第四组电磁元件中的另一个是第二组磁体，第二组磁体中的每个磁体被定向在平行于主轴线的方向上。

在某些实施例中，第三组电磁元件是所述第二组磁体并且第四组电磁元件是所述第二组线圈。

在某些实施例中，第二组磁体的配置相对于减速齿轮的中间平面而与第一组磁体的配置对称。

在某些实施例中，第二组线圈的配置相对于减速齿轮的中间平面而与第一组线圈的配置对称。因此，确保了两个发电单元的对称且兼容的操作。施用在行星齿轮上的力被进一步平衡。

在某些实施例中，至少一组磁体，并且优选地每组磁体，包括多个磁体的环，该多个磁体沿着以行星齿轮的旋转轴线为中心的同一圆而被规则地间隔开，并且所有磁体被轴向地定向同时交替它们北极的方向。

在某些实施例中，小于1cm的空间将磁体环内的两个连续磁体分开。

在某些实施例中，至少一组磁体，并且优选地每组磁体，包括在10至60个磁体之间，优选地在12至48个磁体之间。

在某些实施例中，至少一组磁体中的磁体并且优选地每组磁体中的磁体是永磁体，优选地为钐钴类型。特别地，钐钴型磁体具有高居里温度，允许它们在减速齿轮的工作温度下不会失去其磁化。

在某些实施例中，至少一组磁体中的磁体并且优选地每组磁体中的磁体具有大于300℃的居里温度。

在某些实施例中，至少一组线圈，并且优选地每组线圈，包括多个线圈的环，该多个线圈沿着以行星齿轮的旋转轴线为中心的同一圆而被规则地间隔开，所有线圈围绕轴向方向缠绕。

在某些实施例中，小于1cm的空间将线圈环内的两个连续线圈分开。

在某些实施例中，至少一组线圈并且优选地每组线圈包括三个线圈组件，一个给定组件的线圈在同一电路内彼此电连接。这样允许产生三相电流。

在某些实施例中，相同线圈组件的线圈被串联组装。这允许获得更高的电压。然而，并联或混合组件也是可以考虑的。

在某些实施例中，第一组线圈和第二组线圈被串联组装。在其他实施例中，它们可以被并联组装。

在某些实施例中，所述线圈环包括整数个连续线圈组，每组依次包括形成第一线圈组件的一部分的一批线圈、形成第二线圈组件的一部分的一批线圈、和形成第三线圈组件的一部分的一批线圈。这实际上允许基于较小的单元线圈获得较大尺寸的线圈。特别地，每批可以包括两个线圈。然而，在其他实施例中，每批可以包括单个线圈。

在某些实施例中，至少一组线圈并且优选地每组线圈包括在10至60个线圈之间，优选地在12至48个线圈之间。特别地，在给定的发电单元内，线圈的数目可以等于磁体的数目；但是，这种相等不是必须的。

在某些实施例中，至少一组线圈中的线圈并且优选地每组线圈中的线圈包括在2至20个绕组之间，优选地在2至10个绕组之间。

在某些实施例中，至少一组线圈中的线圈以圆形、椭圆形或三角形的轮廓进行缠绕。特别地，线圈可以主要在圆周方向上或在径向方向上延伸。这允许调整磁体的形状和安置。

在某些实施例中，至少一组线圈并且优选地每组线圈被安装在套环上，该套环被施加到特定行星齿轮的特定正面或行星架的特定正表面。这允许有利于线圈的安装，线圈能够首先被组装到套环，然后，其次，整个套环被组装到行星齿轮或行星架。这也有利于减速齿轮的维护。

在某些实施例中，所述至少一组线圈中的至少一个线圈，优选地每个线圈，围绕由套环承载的芯进行缠绕。该芯，优选地是铁磁芯，允许在线圈内部引导磁场，从而改善了能量的传递。这种类型的配置也有利于线圈的放置。

在某些实施例中，至少一组磁体的平面与面对的一组线圈的平面之间的距离在1mm至3mm之间。优选地，对于所有磁体和所有线圈都验证了该距离范围。实际上，该气隙距离确保了磁体和线圈之间的良好能量传递。

在某些实施例中，行星齿轮相对于行星架轴向地被阻挡。这种类型的阻挡允许确保磁体和线圈之间的实际上恒定的气隙，这避免了在发电机所生成的电流中的不期望的波动。

在某些实施例中，相对于至少一个行星齿轮组，即相对于太阳齿轮或相对于环形齿轮，行星齿轮轴向地被阻挡。它们尤其可以例如借助于人字齿而相对于环形齿轮被阻挡。这种类型的轴向阻挡允许确保行星齿轮的实际上恒定的定位以及因此造成的发电机的实际上恒定的定位，这避免了在发电机所生成的电流中的不期望的波动。

在某些实施例中，由行星齿轮的发电机所生成的功率被包括在1kw至3kw之间。

在某些实施例中，每个行星齿轮都配备有发电机。每个行星齿轮的发电机可以串联或并联连接。

本公开内容还涉及一种包括根据前述实施例中任一个所述的减速齿轮的涡轮发动机。

在某些实施例中，涡轮发动机还包括风扇和连接到低压涡轮的低压轴，其中减速齿轮连接在低压轴和风扇之间，以便以比低压轴的速度更低的速度驱动风扇。

在某些实施例中，低压轴连接到减速齿轮的太阳齿轮，风扇连接到减速齿轮的环形齿轮，并且行星架被固定到壳体。因此，行星架被阻止旋转。

在本公开内容中，术语“轴向”、“径向”、“切向”、“内部”、“外部”及其派生词相对于减速齿轮的行星齿轮组的旋转轴线而被定义；“轴向平面”的含义是穿过该旋转轴线的平面，而“径向平面”的含义是垂直于该旋转轴线的平面。

在阅读以下对所提出的减速齿轮和涡轮发动机的示例性实施例的详细描述之后，上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。该详细描述参考附图。

附图说明

附图是示意性的并且主要旨在图示本公开内容的原理。

在这些附图中，从一个附图到下一个附图，相同的元件(或元件的部分)用相同的附图标号来进行标记。

[图1]图1是根据本公开内容的涡轮发动机的轴向截面图。

[图2]图2示出了减速齿轮示例的概略示意图。

[图3]图3是该减速齿轮示例的轴向截面图。

[图4]图4是图3的截面的透视图。

[图5]图5是图4的区域v的放大图。

[图6]图6是减速齿轮示例的另一细节图。

具体实施方式

为了使本公开内容更加具体，以下参考附图详细描述减速齿轮的一个示例。应当记住，本发明不限于该示例。

图1在沿穿过其主轴线a的垂直平面的截面图中示出了具有根据本公开内容的减速齿轮1的双流涡轮喷气发动机。它根据气流的循环从上游到下游包括风扇2、低压压缩机3、高压压缩机4、燃烧室5、高压涡轮6和低压涡轮7。

在具有减速齿轮1的这种类型的涡轮喷气发动机中，高压涡轮6借助于高压轴8驱动高压压缩机4。低压涡轮7就其自身而言也被称为快速涡轮7，其借助于低压轴9驱动低压压缩机3(也被称为快速压缩机)。快速涡轮7还借助于减速器10驱动风扇2。以这种方式，风扇2可以以降低的速度被驱动，从空气动力学的角度来看这是有利的，而低压压缩机4可以以较高的速度被驱动，从热力学的角度来看这是有利的。

如图2中示意性所示，该减速器10是周转齿轮系，其配备有环形齿轮11、太阳齿轮12和行星齿轮13。行星齿轮13被旋转地安装在行星架15的主轴14上。在当前配置中，太阳齿轮12由低压轴9驱动，环形齿轮11驱动风扇2的轴2a，并且行星架15被固定。

在图3和图4中更详细地示出了减速齿轮。因此，应注意，行星架15包括前板15a和后板15b，在它们之间以规则的间隔延伸五个主轴14。行星齿轮13借助于滚动元件轴承16被旋转地安装在每个主轴14上。行星齿轮13相对于行星架15轴向地被阻挡。

每个行星齿轮13具有被设计成与环形齿轮11的人字齿11a以及与太阳齿轮12的人字齿12a啮合的人字齿13a。以这种方式，减速齿轮10的所有齿轮11、12和13相对于彼此轴向地被阻挡。

此外，正如从图5中可更清楚看到的，每个行星齿轮13都配备有发电机20。更确切地说，每个发电机20包括被对称地安置在行星齿轮13的两侧上的两个发电单元20a、20b。

第一发电单元20a包括第一组永磁体21和第一组线圈22。由钐钴合金制成的磁体21被安装在行星齿轮13的前部正面13v上，以便使它们的极的方向与行星齿轮13的旋转轴线b对准，因此沿着涡轮发动机1的减速齿轮10的主轴线a对准。这些磁体21，数目是28，沿着以行星齿轮13的旋转轴线b为中心的环形齿轮而被布置，同时交替其北极的方向。因此，在行星齿轮13的整个圆周上，其北极指向前方的磁体21a和其北极指向后方的磁体21b彼此交替跟随。

正如在图6中可更清楚看到的，第一组线圈22被安装在环形套环23上，该环形套环23被施加到行星架15的前板15a的正表面15v上，该正表面15v面对行星齿轮13的前部正面15v。前部正面13v和前部正表面15v平行并且都在减速齿轮的径向平面中延伸：因此它们与轴向方向a正交。

更精确地，第一组线圈22包括在每个组件内串联连接的三个线圈组件22a、22b、22c，从而形成三个不同的电路。通过按照第一组件、第二组件、第三组件的顺序，这些线圈22，数目是27，沿着以行星齿轮13的旋转轴线b为中心的环形齿轮而被安置。因此，第一组件22a的线圈、第二组件22b的线圈和第三组件22c的线圈在套环23的整个圆周上一个接一个地交替跟随。

所有线圈22绕着平行于行星齿轮的旋转轴线b的方向进行缠绕。而且，它们全都共享相同的缠绕方向。更精确地，在图6中注意到，套环23具有形成芯的突起23a，线圈22缠绕在芯上。套环23由铁磁材料制成，特别是由铁钴合金或铁镍合金制成。

在本示例中，磁体21和线圈22具有在圆周方向上延伸的椭圆形形状，线圈22的形状被安置成面对磁体21的形状。更精确地，由线圈22形成的环被安置成面对由磁体21形成的环。

第二发电单元20b与第一发电单元20a完全相似——除了它被对称地安置在行星齿轮13的后侧上之外。

因此，它包括分别与第一组磁体21和第一组线圈22相似的第二组永磁体26和第二组线圈27。与第一组磁体21类似，磁体26被安装在行星齿轮13的后部正面13r上。第二组线圈27也被安装在环形套环28上，该环形套环就其自身而言被施加到行星架15的后板15b的正表面15r上，该正表面15r面对行星齿轮13的后部正面13r。后部正面13r和后部正表面15r平行并且都在减速齿轮的径向平面中延伸：因此它们与轴向方向a正交。

因此，第二组磁体26交替地包括其北极指向前方的第一磁体组件26a和其北极指向后方的第二磁体组件26b。因此，第二组线圈27就其自身而言交替地包括形成第一电路的第一线圈组件27a、形成第二电路的第二线圈组件27b和形成第三电路的第三线圈组件27c。

因此，这种类型的发电机20可以装备每个行星齿轮13。在本示例中，每个行星齿轮13的发电机20允许在减速齿轮10的正常操作期间供应2kw的电功率。因此，减速齿轮总共可以供应10kw。

因此，当涡轮发动机1在操作中时，行星齿轮13绕着其主轴14高速旋转，而行星架15就其自身而言保持不动。因此，每个发电单元20a、20b的磁体21、26在面向它们定位的线圈22、27的前面高速通过，这由于磁体21、26的方向的交替而导致电流感应进入线圈22、27中。结果，不同的线圈组件22、27的电缆连接导致每个发电单元20a、20b在三个不同的端子上生成三相电流。然后，两个发电单元20a、20b串联连接，以便获得发电机20的共同输出，然后每个行星齿轮13的发电机20自身串联组装，以便获得整个减速齿轮10的共同输出。

在该示例中，正如已经陈述的，磁体21、26和线圈22、27具有椭圆形状。然而，不言而喻，这些磁体21、26和这些线圈22、27可以取决于预期应用的特殊性——特别是取决于行星齿轮的几何形状而具有其他形状。

尽管已经通过参考特定实施例描述了本发明，但是显而易见的是，在不脱离权利要求所限定的本发明的总体范围的情况下，可以对这些示例进行修改和改变。特别地，所例示/提到的不同实施例的个体特征可以被组合到另外的实施例中。因此，必须以说明性而非限制性的意义来考虑说明书和附图。

还显而易见的是，参考方法所描述的所有特征都可以单独或组合地转移至装置，并且相反地，参考装置所描述的所有特征都可以单独或组合地转移至方法。