CN102900542A - 电动机-发电机和原动机的齿轮传动组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动机-发电机和原动机的齿轮传动组件。示例机械式变速器组件接收以第一转速旋转的输入并提供以第二转速旋转的输出。机械式变速器选择性地调节第二转速。输入由原动机提供。输出被提供给可旋转地驱动电动机-发电机的液压泵组件。

Description

电动机-发电机和原动机的齿轮传动组件
技术领域
本发明总体涉及一种可旋转地连结原动机和电动机-发电机的齿轮传动组件。
背景技术
已知诸如涡轮机的原动机。典型的涡轮机包括风扇部、压缩部、燃烧部以及涡轮部。涡轮机在压缩部中具有至少一个转子。转子可被加速到相对较高的转速直到转子快速旋转足以维持涡轮机的运转。
与涡轮机分离的电动机-发电机在涡轮机的起动过程中用作电动机用以使转子旋转。在涡轮机靠自身维持之后，电动机-发电机用作发电机并由涡轮机驱动。
原动机的转速可不同于电动机-发电机的最佳速度。而且，转速在涡轮机的运转过程中大幅变化，由此期望给电动机-发电机提供相对恒定的旋转输入。因此，使用液力机械式变速器来在原动机和电动机-发电机之间加速或减速旋转。液力机械式变速器的尺寸和重量必须增大以适应更大范围的转速。
发明内容
示例机械式变速器组件接收以第一转速旋转的输入并提供以第二转速旋转的输出。机械式变速器选择性地调节第二转速。通过原动机提供输入。输出被提供给可旋转地驱动电动机-发电机的液压泵组件。
示例原动机齿轮传动装置包括具有差速器组件和液压泵的液力机械式变速器。液力机械式变速器可旋转地驱动电动机-发电机。原动机以第一转速可旋转地驱动机械式变速器。机械式变速器选择性地进行调节，从而以第一转速或不同于第一转速的第二转速可旋转地驱动液压泵。
使用原动机驱动电动机-发电机的示例方法包括用原动机的输入轴驱动机械式变速器。输入轴以第一转速旋转。该方法用机械式变速器的第一输出轴驱动液压泵。第一输出轴以第二转速旋转。该方法使用液压泵驱动电动机-发电机。该方法选择性地调节机械式变速器使得第一转速不同于第二转速。
附图说明
所披露的实例的这些和其他的特征通过下面的说明书和附图可被更好地理解，下文是简要的描述：
图1示出了示例涡轮机、电动机-发电机以及齿轮传动装置的示意图。
图2示出了图1的齿轮传动装置的更详细的视图。
图3是示出了表示利用图1的齿轮传动装置时示例转速关系的曲线图。
图4示出了适于与图1的涡轮机和电动机-发电机一起使用的另一示例齿轮传动装置。
具体实施方式
参照图1和图2，示例燃气涡轮发动机10用于推进飞行器。燃气涡轮发动机10是一种类型的涡轮机，该涡轮机是一种类型的原动机。
燃气涡轮发动机10围绕轴线X沿圆周方向设置。燃气涡轮发动机10包括风扇部14、低压压缩机部16、高压压缩机部18、燃烧部20、高压涡轮部22以及低压涡轮部24。其他的示例涡轮机可包括更多的或更少的部。
在运转过程中，空气在低压压缩机部16和高压压缩机部18中被压缩。被压缩的空气随后在燃烧部20中与燃料混合并被燃烧。燃烧的产物膨胀通过高压涡轮部22和低压涡轮部24。
低压压缩机部16包括转子26。高压压缩机部18包括转子28。示例转子26和28包括交替的多排旋转翼型或旋转叶片和静止翼型或静止叶片。
高压涡轮部22包括转子30。低压涡轮部24包括转子32。转子30和32被设置为响应于通过高压涡轮部22和低压涡轮部24的膨胀而围绕轴线X旋转。示例转子30和32包括交替的多排旋转翼型或旋转叶片和静止翼型或静止叶片。
转子30经由高压转轴34连结到转子28。转子32经由低压转轴36连结到转子26。因此，转子30和32的旋转使转子28和26旋转，由此分别驱动高压压缩机部18和低压压缩机部16中的压缩。在燃气涡轮发动机10的运转过程中，低压转轴36与高压转轴34相比在更大范围的转速上旋转。
参照具有两个转轴构造的燃气涡轮发动机10描述了本发明中的原动机的实例，但实例不限于这些构造。即，可以使用其他类型的涡轮机以及具有其他构造的燃气涡轮发动机，例如，单一转轴的轴向设计、三个转轴的轴向设计，并且可以使用其他的原动机，例如，活塞发动机、转子活塞发动机等。存在各种各样的具有可从本文披露的实例中收益的原动机的布置方式。
在该实例中，当电动机-发电机50以发电机模式工作时，低压转轴36驱动电动机-发电机50。低压转轴36可驱动电动机-发电机50，而高压转轴34不驱动电动机-发电机50，或者除低压转轴36驱动电动机-发电机50以外，高压转轴34也驱动电动机-发电机50。当在发电机模式下运转时，电动机-发电机50将电力提供给飞行器上的各种负载。通常要求电动机-发电机50提供相对恒定频率下的电力，或者确保所传递的电力在例如360-800赫兹的频率范围内变化。 
在燃气涡轮发动机10的运转过程中，低压转轴36的转速大幅变化。低压转轴36的潜在转速的范围大于高压转轴34的潜在转速的范围。齿轮传动装置52适应低压转轴36的转速的变化并可旋转地驱动电动机-发电机50。在现有技术中，通常使用高压转轴34驱动电动机-发电机50。
示例齿轮传动装置52包括液力机械式变速器54以及与液力机械式变速器54分离的机械式变速器56。液力机械式变速器54可无级变速并包括液压泵58和差速器66。
在该实例中，机械式变速器56被设置为可在第一位置和第二位置之间选择性地调节。在第一位置，机械式变速器56使差速器66以与低压转轴36相同的速度旋转。在第二位置，机械式变速器56使差速器66以比低压转轴36更快的速度旋转。示例机械式变速器56是两速变速器。在其他的实例中，机械式变速器56可在三速至更多的速度之间调节。
在一个具体的实例中，当机械式变速器56处于第一位置时，在低压转轴36以2,000rpm旋转时，差速器66以4,000rpm旋转。在该具体的实例中，当机械式变速器56处于第二位置时，在低压转轴36以4,000rpm旋转时，差速器66以4,000rpm旋转。液压泵58可还调节转速。液压泵58经由差速器66使电动机-发电机50旋转。
示例机械式变速器56从低压转轴36经由输入部70接收旋转输入，在该实例中，输入部70是输入轴。在一个实例中，输入部70的转速可在燃气涡轮发动机10的运转过程中在高速和低速之间变化，该高速是低速五倍的速度。例如，在燃气涡轮发动机10的运转过程中，输入部70可在高速端以5,000rpm旋转并且可在低速端以1,000rpm旋转。
在该实例中，输入部70与机械式变速器56直接接合。机械式变速器56随后经由输出部72提供旋转输出，输出部72也与机械式变速器56直接接合。在该实例中，输出部72是差动齿圈。
示例机械式变速器56在输出部72以与输入部70相同的速度旋转的位置以及输入部70每旋转一周输出部72旋转两周的位置间移动。
示例机械式变速器56包括封闭的差动齿轮传动装置。示例机械式变速器56的设计与差速器66的设计类似。本领域的技术人员在受益于本文之后将明白如何设计可在输入部和输出部以相同的速度旋转的位置以及输出部以输入部两倍的速度旋转的位置之间移动的其他类型的机械式变速器。
机械式变速器56与控制器74连接。在燃气涡轮发动机10的运转过程中，控制器74根据低压转轴36的转速启动机械式变速器56在第一位置和第二位置之间的移动。控制器74可监视低压转轴36的转速来决定何时启动在第一位置和第二位置之间的移动。控制器74可自动地启动移动或者可能需要手动的输入，例如，开关。
例如，在继续参照图1和图2的状态下参照图3，在低压转轴36的转速沿路径78从低压转轴36的总潜在速度的大约20%增加至45%时，控制器74可维持机械式变速器56处于第一位置。在该实例中，总潜在速度的20%约为2,000rpm，总潜在速度的45%约为4,000rpm。当低压转轴36达到其总潜在速度的45%时，控制器74将机械式变速器56移动到输入部70与输出部72一起旋转的第二位置。在其他的实例中，可将机械式变速器移动到第三位置。
在该实例中，输出部72使差速器66旋转，差速器66随后将旋转输入提供给液压泵58。液压泵58还调节转速以确保电动机-发电机50提供相对恒定的输出。液压泵58经由差速器66可旋转地驱动电动机-发电机50。 
明显地，在该实例中，即使低压转轴36以低于4,000rpm的速度旋转时，液压泵58始终接收大于4,000rpm的输入。在该实例中，机械式变速器56确保来自差速器66的转速维持4,000rpm以上。
在其他的实例中，液压泵58接收以4,000rpm或更小的转速旋转的输入。该输入速度对于液压泵58是最佳的。
在继续参照图1的状态下参照图4，另一示例齿轮传动装置152包括机械式变速器156、差速器166以及液压泵158。图4中使用的附图标记相应于前面加“1”的图3中的附图标记。
在该实例中，输入170通过差速器166被提供给机械式变速器。通过连结到低压转轴36的轴80使差速器166旋转。机械式变速器156随后在两个位置之间选择性地移动，从而使液压泵158以期望的速度旋转。控制器174可用于控制机械式变速器156在第一位置和第二位置之间的移动。
在该实例中，输出部172是从机械式变速器156直接延伸到液压泵158的输出轴。输出部172使机械式变速器156旋转。液压泵158随后经由差速器166使电动机-发电机150旋转。
所披露的实例的特征包括能够从涡轮机的低压转轴接收输入并且能够将旋转输入提供给电动机-发电机的齿轮传动装置。
尽管披露了示例实施例，但本领域的普通技术人员将认识到可在权利要求的范围内进行某些变型。为此，应该研究下面的权利要求来确定本发明的真实的范围和内容。

Claims (22)

1.一种机械式变速器组件，包括：
机械式变速器，所述机械式变速器接收以第一转速旋转的输入并提供以第二转速旋转的输出，所述机械式变速器选择性地调节所述第二转速，其中，所述输入由原动机提供，所述输出被提供给可旋转地驱动电动机-发电机的液压泵组件。
2.如权利要求1所述的机械式变速器组件，其中，所述输入由所述原动机的低压转轴提供。
3.如权利要求1所述的机械式变速器组件，其中，所述输入由从所述原动机直接延伸到所述机械式变速器的输入轴提供。
4.如权利要求1所述的机械式变速器组件，其中，所述输入的转速在最大速度与最小速度之间变化，所述最大速度至少是所述最小速度五倍大。
5.如权利要求1所述的机械式变速器组件，其中，所述机械式变速器是两速变速器。
6.如权利要求1所述的机械式变速器组件，其中，所述机械式变速器的所述输出被直接提供给所述液压泵。
7.如权利要求1所述的机械式变速器组件，其中，所述机械式变速器的所述输出经由将所述液压泵可旋转地连结到所述电动机-发电机的差速器提供给所述液压泵组件。
8.如权利要求1所述的机械式变速器组件，其中，所述机械式变速器包括封闭的差速器。
9.如权利要求1所述的机械式变速器组件，其中，所述机械式变速器能够在第一位置与第二位置之间移动，当所述机械式变速器处于所述第一位置时，所述第一转速与所述第二转速相等，当所述机械式变速器处于所述第二位置时，所述第一转速等于或小于所述第二转速的一半。
10.如权利要求1所述的机械式变速器组件，其中，所述原动机是涡轮机。
11.如权利要求1所述的机械式变速器组件，其中，所述机械式变速器接收以第一转速旋转的输入并提供以第三转速旋转的输出，所述第三转速不同于所述第一转速和所述第二转速。
12.一种原动机和电动机-发电机的齿轮传动装置，包括：
液力机械式变速器，所述液力机械式变速器具有差速器组件和液压泵；
电动机-发电机，所述液力机械式变速器可旋转地驱动所述电动机-发电机；以及
机械式变速器，原动机以第一转速可旋转地驱动机械式变速器，所述机械式变速器能够选择性地调节，从而以第一转速或不同于所述第一转速的第二转速可旋转地驱动液压泵。
13.如权利要求12所述的原动机和电动机-发电机的齿轮传动装置，其中，所述机械式变速器由涡轮机的低压转轴驱动。
14.如权利要求12所述的原动机和电动机-发电机的齿轮传动装置，其中，所述第一转速在最大速度与最小速度之间变化，所述最大速度至少是所述最小速度五倍大。
15.如权利要求12所述的原动机和电动机-发电机的齿轮传动装置，其中，所述机械式变速器是两速变速器。
16.如权利要求12所述的原动机和电动机-发电机的齿轮传动装置，其中，所述机械式变速器将所述差速器组件可旋转地连结到所述液压泵。
17.如权利要求12所述的原动机和电动机-发电机的齿轮传动装置，其中，所述机械式变速器可旋转地驱动使所述液力机械式变速器组件旋转的差速器。
18.如权利要求12所述的原动机和电动机-发电机的齿轮传动装置，其中，所述电动机-发电机是具有介于360至800赫兹之间的输出的窄带变频电动机-发电机。
19.一种使用原动机驱动电动机-发电机的方法，包括：
使用来自原动机的输入驱动机械式变速器，所述输入以第一转速旋转；
使用来自所述机械式变速器的第一输出驱动液压泵，所述第一输出以第二转速旋转；
使用来自所述液压泵的第二输出驱动电动机-发电机；以及
选择性地调节所述机械式变速器使得所述第一转速不同于所述第二转速。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一输出被提供给直接驱动所述液压泵的差速器，所述第二输出被提供给直接驱动所述电动机-发电机的差速器。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一输出直接驱动所述液压泵。
22.如权利要求19所述的方法，其中，所述原动机是涡轮机的低压转轴。
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