CN102104294A - 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，一种附件系统包括附件齿轮箱和2极发电机，附件齿轮箱包括齿轮系，2极发电机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，其包含剪切部分、分离机构和扭转顺从部。

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附件齿轮箱，附件齿轮箱包括齿轮系和2极发电机，2极发电机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2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。

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2极发电机的转子组件的分解视图；

图4是分离系统的一个非限制性实施例的分解视图；

图5是处于分离状态的图4的分离系统的扩展视图；

图6是从附件齿轮箱分离的图2的发电机的剖视图；

图7是分离系统的另一个非限制性实施例；以及

图8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（示意性示出）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2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、整流器组件26和可选的PMG 28安装到共用转子轴组件30（也在图3中示出），该共用转子轴组件30被轴承装置34A、34B支撑在发电机20的发电机壳体20H内。

整流器组件26安装到转子轴组件30内部，并且典型地包括三个或六个分立二极管70，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。二极管70在转子轴组件30内部的定位提供了对发电机20内的空间的高效利用。分立的二极管70和相关联的电连接以紧凑方式布置使得二极管70将容易地装配在二极管壳体72内，该二极管壳体72装配在转子轴组件30内。二极管壳体72提供对二极管70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72内以提供支撑和电绝缘。

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轴向位于轴承装置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的轴向内侧，并且激励器24安装成与附件齿轮箱AG相对，即主发电机动力部分22位于激励器24和驱动齿轮20G之间。

转子轴组件30通常包括分离轴38和加伸轴（stub shaft）40。加伸轴40插入转子轴组件30中并被支撑在驱动齿轮20G的圆柱部分20GS内。加伸轴40在花键40S、36S处插入转子轴组件30中，并且加伸轴40轴向保持在圆柱部分20GS内位于转子轴组件30中的法兰36F和保持器环43之间。应理解的是，各种轴布置、部分和部件可替代地或额外地被提供。

在公开的非限制性实施例中，加伸轴40包括减小直径的扭转部分40T和剪切部分40A。扭转部分40T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40A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提供受控断开而不损坏其他部件。新的加伸轴40可由此在随后的维护操作期间被容易地替换。

驱动齿轮20G由轴承装置34A支撑，该轴承装置34A包括第一驱动齿轮轴承34A-1和第二驱动齿轮轴承34A-2。驱动齿轮轴承34A-1、34A-2在驱动齿轮20G的任一侧上位于圆柱部分20GS和壳体20H之间。

分离系统42（图4和图5中更详细地示出）提供了在发电机出现故障时使发电机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选择性地与加伸轴40上的输入钳口40J啮合。为了正常操作，弹簧41将分离轴38向加伸轴40偏置。

在一个非限制性实施例中，分离系统42包括自激励锥形制动器组件44（也在图4和图5中示出）。锥形制动器组件44是分离系统42的一个非限制性实施例，其利于相对高速的2极整体安装齿轮箱发电机的制动操作。分离系统42可经由电/热螺线管而被主动致动或通过例如锁（例如易熔焊料）熔融而被动致动。

参照图4，锥形制动器组件44通常包括锥形制动器46、扭转弹簧48和锥形制动器轴50，该锥形制动器轴50通过ACME螺纹38T安装到分离轴38。当被致动时，锥形制动器46被释放以经由扭转弹簧48轴向平移并接触锥形制动器轴50。一旦锥形制动器46和锥形制动器轴50之间形成接触，则锥形制动器轴50相对于分离轴38的旋转速度被制动。因为锥形制动器轴50在ACME螺纹38T上安装到分离轴38并且锥形制动器轴50被止推轴承54轴向约束，分离轴38沿圆柱部分20GS内的花键20S、38S远离加伸轴40轴向平移（图5）。当分离轴38在ACME螺纹38T上沿花键20S、38S远离加伸轴40轴向平移时，钳口38J、40J分开。

参照图6，一旦钳口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的速度通过驱动齿轮轴承34A-1、34A-2惯性下降到0 rpm。在一个非限制性实施例中，驱动齿轮轴承34A-1、34A-2允许驱动齿轮20G继续旋转并由此将功率通过附件齿轮箱AG传递到任何下游系统。位于圆柱部分20GS内的轴承34A-3在驱动齿轮20G的圆柱部分20GS内支撑转子轴组件30。应理解的是，各种轴承装置可替代地或额外地被提供。

如果发电机将要发生故障，发电机20可与附件齿轮箱AG分离而不对通过附件齿轮箱AG的齿轮系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。

参照图7，分离系统的另一个非限制性实施例42A包括柱塞60，其选择性地由电/热螺线管62致动。当被致动时，柱塞60沿着分离轴38’的斜坡螺旋64骑乘到封闭直径（lockout diameter）66，这维持分离钳口38J’与输入钳口板40J’轴向分开。也就是说，柱塞60与斜坡螺旋64的接合导致分离轴38’沿具有花键的界面38S、20S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’分离，如上所述。分离系统42在维护程序期间可通过手动方式外部重设。

参照图8，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20H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，这是因为它们是共用部件。

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20与附件齿轮箱AG机械脱离的能力，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 (14)

1.一种附件系统，包括：

包括齿轮系的附件齿轮箱；以及

2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第二齿轮中的一个或多个，所述第一和第二齿轮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.如权利要求1所述的附件系统，其中，所述驱动齿轮包括圆柱部分。

7.如权利要求6所述的附件系统，进一步包括与加伸轴接合的驱动轴，所述加伸轴在钳口连接界面处选择性地与分离轴接合，所述分离轴花键连接到所述圆柱部分。

8.如权利要求7所述的附件系统，其中，所述分离轴能够在所述圆柱部分内轴向运动。

9.一种2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且轴向邻近所述法兰。

10.如权利要求9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。

11.如权利要求10所述的发电机，其中，所述分离系统包括锥形制动器。

12.如权利要求10所述的发电机，其中，所述分离系统包括柱塞，所述柱塞由螺线管选择性地致动。

13.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。

14.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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