CN102104293A - 发电机封装布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电机封装布置。具体地，一种发电机包括通过驱动齿轮轴承安装到主转子轴的驱动齿轮以及键接到驱动齿轮从而与其一起旋转的输入钳口板，输入钳口板限定输入钳口，输入钳口选择性地与分离钳口啮合，分离轴可响应于分离系统轴向运动，该分离系统轴向地将输入钳口和分离钳口分开以允许主转子轴和驱动齿轮之间通过驱动齿轮轴承的相对旋转。

Description

发电机封装布置

本公开要求2009年12月18日提交的美国临时专利申请No. 61/284451的优先权；2009年12月18日提交的美国临时专利申请No. 61/284452的优先权；以及2009年12月18日提交的美国临时专利申请No. 61/284453的优先权。

技术领域

本公开涉及发电机封装布置，其利于将较重的发电机安装到较小的齿轮箱上，而不会不利地影响齿轮箱重量，同时保持希望的发电机设计特征。

背景技术

随着现代商用飞机向更电子化的构造转变，相对较大的发电机被安装到较小的发动机机舱中。这些相对较重的发电机还被安装到较小的附件齿轮箱。随着发电机重量开始成为附件齿轮箱负载中的大部分，有必要对附件齿轮箱进行特殊的设计改变以适应发电机。而且，由于发电机通常离开附件齿轮箱悬臂安装，较重的发电机会导致悬垂弯矩增大，这要求增大附件齿轮箱壳体的壁厚和重量。

发明内容

根据本公开示例性方面的附件系统包括4极发电机，其与附件齿轮箱整体安装，使得发电机的驱动齿轮与齿轮系啮合接合。

根据本公开示例性方面的4极发电机包括限定法兰的发电机壳体。驱动轴组件被支撑在发电机壳体内，并且主发电机动力部分被支撑在驱动轴组件上且轴向邻近法兰。

根据本公开示例性方面的发电机包括通过驱动齿轮轴承安装到主转子轴的驱动齿轮以及键接到驱动齿轮从而与其一起旋转的输入钳口板，输入钳口板限定输入钳口，输入钳口选择性地与分离钳口啮合，分离轴可响应于分离系统轴向运动，该分离系统轴向地将输入钳口和分离钳口分开以允许主转子轴和驱动齿轮之间通过驱动齿轮轴承的相对旋转。

附图说明

通过下面对公开的非限制性实施例的详细描述，各种特征将对于本领域技术人员变得明显。伴随详细描述的附图能够简述如下：

图1是安装到飞机附件齿轮箱的发电机的总体透视图；

图2是连接到附件齿轮箱的发电机的剖视图；

图3是从附件齿轮箱分离的发电机的剖视图；以及

图4是发电机的电路简图。

具体实施方式

图1示意性地示出了发电机20，其通过驱动齿轮20G安装到飞机附件齿轮箱AG（示意性示出），驱动齿轮20G绕发电机旋转轴线A旋转以形成附件齿轮箱系统10。应理解的是发电机20可替代地为起动发电机。

发电机20包括发电机壳体20H，其限定了安装法兰20F，该安装法兰20F相对于附件齿轮箱AG在驱动齿轮20G的轴向外侧。驱动齿轮20G在贝状部（scallop）21处延伸穿过发电机壳体20H的侧区域，以与附件齿轮箱AG内的齿轮系G啮合。驱动齿轮20G与附件齿轮箱AG的齿轮系G为一整体。即，驱动齿轮20G是齿轮系G的一部分，使得驱动齿轮20G下游的齿轮用于驱动相关联的附件系统。

参照图2，发电机20通常包括主发电机动力部分22、激励器24、整流器组件26和可选的永磁体发电机（PMG）28。发电机20提供了封装布置，在其中，发电机20最重的部分（例如主发电机动力部分22）通常邻近齿轮箱安装法兰20F定位并且至少部分地在附件齿轮箱AG内。在公开的非限制性实施例中，示出了4极整体安装齿轮箱发电机。应认识到的是，2极机器以相对较高速度操作并且可具有比4极机器相对较大的芯，然而4极机器提供了相对较大的转子机械强度并且可具有相对较高的可靠性。应认识到的是，任何极数设计的发电机均可与附件齿轮箱AG为一整体，如本文所述。

主发电机动力部分22提供交流（AC）功率到飞机电气总线（未示出）。激励器24提供激励电流到主发电机动力部分22的场（field）。整流器组件26为了主发电机动力部分22的主场部分而提供激励器电枢交流（AC）功率到直流（DC）功率的转换。如果要求发电机自激，则发电机20还将包括PMG 28，其为了发电机场激励功率而提供AC功率到发电机控制单元。

主发电机动力部分22、激励器24和可选的PMG 28安装在共用转子轴组件30上，该共用转子轴组件30被主轴承34A、34B支撑在发电机20的发电机壳体20H内。在一个非限制性实施例中，齿轮箱安装法兰20F和主发电机动力部分22轴向位于主轴承34A、34B之间，激励器24安装在转子轴组件30上位于第二主轴承34B的轴向外侧。PMG 28在激励器24的轴向外侧，并且激励器24安装成与附件齿轮箱AG相对，即主场/定子位于激励器24和驱动齿轮20G之间。

转子轴组件30通常包括主转子轴36和分离轴38。花键36A形成在主转子轴36的内孔的轴向中间部分并与分离轴38上的花键38A匹配。在公开的非限制性实施例中，分离轴38包括减小直径的扭转部分38T和剪切部分38S。扭转部分38T提供了相对低的扭转刚度以最小化扭矩尖峰传递率。剪切部分38S本质上是保险装置（fuse），其在出现过大的齿轮系扭矩负载时将断开。

分离系统42提供了在出现发电机故障时使发电机20与附件齿轮箱AG脱离的能力。分离系统42包括邻近分离轴38的端部分的分离钳口（jaw）38J，该分离钳口38J选择性地与输入钳口板40上的输入钳口40J啮合。弹簧41将分离轴38远离主转子轴36偏置。输入钳口板40键接到驱动齿轮20G以在其之间传递扭矩。当希望发电机20不操作时，在分离钳口38J响应于分离系统42的致动而与输入钳口40J轴向分开时（如图3所示），输入钳口板40允许主转子轴36和驱动齿轮20G之间的选择性相对旋转。

分离系统42通常包括柱塞44，其选择性地由电/热螺线管46致动。当被致动时，柱塞44运动到图3所示位置，并沿着分离轴38的斜坡螺旋48骑乘到封闭直径（lockout diameter）50，这维持分离钳口38J与输入钳口板40轴向分开。也就是说，柱塞44与斜坡螺旋48的接合导致分离轴38沿具有花键的界面36A-38A轴向平移从而使分离钳口38J与输入钳口40J分开，这使驱动齿轮20G与转子轴组件30分离。在一个非限制性实施例中，封闭直径是所述分离轴38的远端38E。

参照图3，一旦钳口38J、40J已经分开，传递到转子轴组件30中的机械功率停止并且发电机20的速度通过封装在转子驱动齿轮20G和转子轴组件30之间的驱动齿轮轴承52惯性下降到0 rpm。在一个非限制性实施例中，驱动齿轮轴承52在主轴承34A的轴向外侧。驱动齿轮轴承52允许驱动齿轮20G继续旋转并由此将功率传递到任何下游系统。例如，如果发电机将要发生故障，发电机20可与附件齿轮箱AG分离而不对通过齿轮系G啮合接合的下游系统产生影响。也就是说，在发电机20与附件齿轮箱AG分离的情况下，附件齿轮箱AG仍能够驱动下游系统，即使驱动齿轮20G与齿轮系G为一整体。

分离系统42能够经由电/热螺线管46而被电致动或通过例如锁（例如易熔焊料）熔融而直接机械致动。分离系统42在维护程序期间可通过手动方式外部重设。

整流器组件26安装到转子轴组件30内部。整流器组件26典型地包括三个或六个分立二极管60，其布置成使得它们提供对激励器24产生的AC功率的整流。整流器组件26的DC输出供给到主发电机动力部分22的主场中。

二极管60在转子轴组件30内部的定位提供了发电机20内的空间的高效利用。分立的二极管60和相关联的电连接以紧凑方式布置使得二极管60将容易地装配在二极管壳体62内，该二极管壳体62装配在转子轴组件30内。二极管壳体62提供对二极管60的支撑、电连接和各种电路的绝缘。应理解的是，额外的部件可设在二极管壳体62内以提供支撑和电绝缘。

参照图4，激励器24的三相输出连接到旋转整流器AC连接并且整流器组件26的DC输出连接到主发电机动力部分22。激励器24的AC输出经由导线提供到整流器组件26，该导线从激励器24向内延伸到整流器组件26。导线附接到激励器24内的独立绕组并且独立地连接到整流器组件26内的三个AC电路。整流器组件26的DC输出经由导线或母线连接到主发电机动力部分22，该导线或母线从整流器组件26轴向和径向延伸到主发电机动力部分22。

本文公开的发电机20装置还允许分解器（未示出）封装在其中。分解器是包括转子和定子的旋转装置。分解器转子安装到转子轴组件30并且定子安装到壳体。分解器提供电信号，该电信号能够被控制单元用于发电机或起动机/发电机以识别发电机或起动机/发电机转子相对于壳体的位置。分解器转子和定子的确切构造可变化，并且可由绕线转子或实心转子构成。分解器定子由一个或多个绕组构成，该绕组与由分解器转子产生的旋转磁场耦合。该耦合产生了定子绕组内的电信号，该电信号供给到控制单元以确定转子位置。转子位置信息被控制单元用于确定适当的控制信号，该控制信号必须应用到发电机或起动机/发电机以实现正确操作。

发电机20提供了封装布置，在其中，发电机20最重的部分接近齿轮箱安装法兰20F定位。这最小化了必须由附件齿轮箱AG反作用的悬垂力矩，并且允许发电机壳体和附件齿轮箱壳体二者更轻。该封装布置还最小化壳体以及发电机20和附件齿轮箱AG之间的轴/轴承重量，这是因为它们共用部件。

即使具有最小化的悬垂力矩，发电机20提供了封装布置，其维持希望的发电机设计特征，例如：在出现过大的齿轮系扭矩负载时的发电机机械输入轴剪切保险装置（剪切部分），具有相对较低扭转刚度以最小化扭矩尖峰传递率的轴，当发电机出现故障时使发电机与齿轮箱机械脱离（机械分离）的能力，为了起动性能封装分解器的能力，以及轴内部整流器组件封装布置。

应理解的是，相对位置术语，例如“前”、“后”、“上”、“下”、“之上”、“之下”等等是参照车辆的正常操作姿态的，并且不应被认为是以其他方式限制。

应理解的是，在全部几张附图中相同附图标记指示相应或相似元件。还应理解的是，尽管在所示实施例中公开了具体部件装置，但是其他装置将从中获益。

尽管示出、描述并要求保护了具体步骤序列，应理解的是，除非以其他方式明确指出，步骤可按照任意顺序、分开或结合地执行，并且仍将从本公开获益。

前面的描述是示例性的而不被限制限定在其内。本文公开了各种非限制性实施例，但是本领域技术人员将认识到根据前面教导的各种修改和变型将落入所附权利要求的范围内。因此应理解的是，在所附权利要求的范围内，将可不同于所具体描述的来实施本公开。为此原因，所附权利要求应被研究以确定真实范围和内容。

Claims (17)

1.一种附件系统，包括：

包括齿轮系的附件齿轮箱；以及

4极发电机，其与所述附件齿轮箱整体安装，使得所述发电机的驱动齿轮与所述齿轮系啮合接合。

2.如权利要求1所述的附件系统，其中，所述齿轮系包括第一和/或第二齿轮，所述第一和/或第二齿轮均与所述驱动齿轮啮合接合。

3.如权利要求1所述的附件系统，其中，在所述驱动齿轮从所述发电机分离的情况下，所述齿轮系是可驱动的。

4.如权利要求1所述的附件系统，进一步包括：

发电机壳体，其限定贝状部，所述驱动齿轮延伸穿过贯通所述贝状部形成的开口。

5.如权利要求1所述的附件系统，进一步包括：

由所述发电机壳体限定的安装法兰，所述安装法兰轴向定位成邻近主发电机动力部分。

6.一种4极发电机，包括：

发电机壳体，其限定法兰；

驱动轴组件，其被支撑在所述发电机壳体内；以及

主发电机动力部分，其被支撑在所述驱动轴组件上并且轴向邻近所述法兰。

7.如权利要求6所述的发电机，进一步包括：

驱动齿轮，其通过分离系统选择性地连接到所述驱动轴组件。

8.如权利要求7所述的发电机，其中，所述分离系统进一步包括：

主转子轴，其限定主轴花键；

分离轴，其限定分离轴花键和分离钳口，所述分离轴花键与所述主轴花键匹配；

输入钳口板，其键接到所述驱动齿轮用于与其一起旋转，所述输入钳口板限定输入钳口，所述输入钳口选择性地与所述分离钳口啮合，所述分离轴能够响应于分离系统而轴向运动，所述分离系统轴向地将所述输入钳口和所述分离钳口分开以允许所述主转子轴和所述驱动齿轮之间通过驱动齿轮轴承的相对旋转。

9.一种发电机，包括：

主转子轴，其限定主轴花键；

分离轴，其限定分离轴花键和分离钳口，所述分离轴花键与所述主轴花键匹配；

驱动齿轮，其通过驱动齿轮轴承安装到所述主转子轴；

输入钳口板，其键接到所述驱动齿轮用于与其一起旋转，所述输入钳口板限定输入钳口，所述输入钳口选择性地与所述分离钳口啮合，所述分离轴能够响应于分离系统而轴向运动，所述分离系统轴向地将所述输入钳口和所述分离钳口分开以允许所述主转子轴和所述驱动齿轮之间通过所述驱动齿轮轴承的相对旋转。

10.如权利要求9所述的发电机，其中，所述主轴花键形成在所述主转子轴的内孔上。

11.如权利要求9所述的发电机，其中，所述分离系统包括分离柱塞，所述分离柱塞选择性地接触所述分离轴上的斜坡螺旋以沿所述主轴花键和所述分离轴花键相对于所述主转子轴轴向驱动所述分离轴。

12.如权利要求9所述的发电机，其中，所述驱动齿轮延伸穿过贯通贝状部限定的开口，所述贝状部形成在齿轮箱壳体中。

13.如权利要求12所述的发电机，其中，所述驱动齿轮在第一主轴承的轴向外侧，所述第一主轴承支撑所述齿轮箱壳体内的所述主转子轴。

14.如权利要求9所述的发电机，进一步包括：

主发电机动力部分，其被支撑在所述主转子轴上位于所述第一主轴承和所述第二主轴承内侧。

15.如权利要求14所述的发电机，进一步包括：

由所述发电机壳体限定的安装法兰，所述安装法兰轴向位于所述第一主轴承和所述第二主轴承之间。

16.如权利要求9所述的发电机，其中，所述主转子轴包括剪切部分。

17.如权利要求9所述的发电机，其中，所述主转子轴包括扭转顺从部分。

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