CN107076030B - 包括具有磁性齿轮的减速器的涡轮机的设备支撑 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设备支撑(1)，所述设备支撑(1)包括：‑至少一个附件(3)，所述附件(3)包括输出轴(30)，‑输入齿轮(12)，所述输入齿轮(12)既由马达轴(2)以主要速度旋转又被连接至附件的输出轴(30)，以便以确定的输出速度旋转输出轴(30)，‑输入轴(14)，所述输入轴(14)由输入齿轮(12)以确定的输入速度旋转，和‑具有磁性齿轮的减速器(20)，所述具有磁性齿轮的减速器(20)被布置在输入轴(14)和输出轴(30)之间，使得输入速度不同于输出速度。

Description

包括具有磁性齿轮的减速器的涡轮机的设备支撑

技术领域

本发明涉及涡轮机的领域。本发明尤其涉及辅助设备的安装，以及涡轮喷气发动机或者涡轮螺旋桨发动机的发动机轴与采用附件齿轮箱或者AGB的这种设备之间、或者发动机与采用PGB型的螺旋桨齿轮箱的涡轮螺旋桨的螺旋桨之间的机械传动。

背景技术

其缩写AGB对本领域的技术人员来说是众所周知的附件齿轮箱支撑安装在发动机上且对于发动机的运行和飞行器的运行来说是必需的不同的辅助设备。这些不同的附件可具体包括发生器、启动器、交流发电机、用于燃料或油的液压泵，并且这些不同的附件由发动机轴经传动轴机械地驱动。用于驱动附件的必需的动力一般从涡轮机的压缩机机械地发掘。

通常，AGB包括具有平行轴的齿轮装置，以便机械地驱动附件。附件的间隔因此通过齿轮装置的中心点之间的距离确定，而非通过它门各自的尺寸确定。为了增大该间隔，因此需要增加一个或多个中间齿轮，中间齿轮具有增大AGB的尺寸和AGB的质量的缺点。此外，AGB的所有齿轮装置的轴是平行的，附件需要关于AGB和发动机具有相同的定向。

此外，就涡轮风扇发动机来说，气体发生器被连接至容纳在风扇罩中的风扇。那么，短舱具有大体上圆形的截面。可用于容纳AGB的空间因此通过容纳在短舱中、在涡轮机周围的环形部分限定，并因此具有大体弯曲的形状(参见图1)。

为了改进发动机的性能，一种解决方法包括减小在风扇处的短舱的尺寸以便增大风扇的尺寸，但不会增大涡轮机的外直径。在短舱中、在风扇下面的可利用的空间因此被大大减小；从而需要减小AGB的尺寸以便无论如何都能够将AGB集成在短舱中的风扇下方，或者将AGB重置在风扇的下游、在涡轮机的中央室(其在“核心”区域中)中，在中央室中，可利用的空间甚至更有限。

因此，从结构、空间和功能的角度来讲，传统的涡轮风扇AGB不适于新的风扇结构并且不适于涡轮机的核心区域。

因此，属于申请人所有的文献FR 1355241中已提出了一种AGB，所述AGB包括：

-初级角驱动器，所述初级角驱动器由通过涡轮风扇的发动机轴驱动的输入齿轮旋转部件和初级齿轮部件构成，

-附件传动轴的至少一个机械驱动组件，所述机械驱动组件由初级驱动装置经包括两个啮合的非平行的齿轮部件的次级角驱动器来驱动。

这种具有非平行轴线的齿轮装置的AGB具有的优点是，很容易被调整并且在不必考虑不同的附件的尺寸的情况下还允许在安装不同的附件时的灵活性，但是不改变所述附件的驱动速度。

然而，AGB的规格的更新会导致附件或者某些既有线路上的旋转速度的改变，这涉及到重新限定AGB的运动链和由所述重新限定引起的风险增大。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提出一种可用于涡轮发动机的设备支撑例如附件齿轮箱或者PGB型齿轮箱，所述设备支撑可被调整并且使得在不必考虑不同的附件的尺寸的情况下允许在安装不同的附件时的灵活性，但是不改变附件的驱动速度成为可能，所述设备支撑还具有中等的重量并且使得将附件分布在涡轮发动机的较大的周边上成为可能。

为此，本发明提出了一种用于发动机的设备支撑，所述发动机包括发动机轴，所述设备支撑包括：

-至少一个附件，所述附件包括输出轴，

-输入齿轮，所述输入齿轮在一方面由发动机的发动机轴以主要速度旋转驱动，在另一方面被连接至附件的输出轴以便以确定的输出速度旋转驱动输出轴，-输入轴，所述输入轴由输入齿轮以确定的输入速度旋转驱动，和

-具有磁性齿轮的齿轮减速器，所述具有磁性齿轮的减速器被插入在输入轴和输出轴之间，以便输入速度不同于输出速度。

上述设备支撑的某些优选的但非限制性的特征如下：

-输入齿轮包括螺旋锥齿轮，

-设备支撑还包括第二附件，所述第二附件包括由输入齿轮以与输入速度相等的速度旋转驱动的输出轴，

-设备支撑还包括设备支撑壳体，具有磁性齿轮的减速器包括被连接至输入轴的内部转子、被连接至输出轴的外部转子和关于设备支撑壳体被连接并且被容纳在内部转子和外部转子之间的定子，内部转子、外部转子和定子与输入轴和输出轴是同轴的，

-具有磁性齿轮的减速器还包括冷却系统，

-设备支撑还包括关于设备支撑壳体被固定的减速器壳体，并且其中，所述减速器壳体包括内部圆筒形壳体和外部圆筒形壳体，所述内部圆筒形壳体和所述外部圆筒形壳体与输入轴和输出轴是同轴的，所述内部壳体在所述外部壳体的内部延伸，和冷却系统包括被设计成接纳冷却剂的冷却空间，所述冷却空间被设置在内部壳体和外部壳体之间，

-附件被容纳在关于设备支撑被固定的附件壳体中，内部壳体和外部壳体中的一个借助于内部凸缘被固定至设备支撑壳体，而外部壳体和内部壳体中的另一个借助于外部凸缘被连接至附件壳体，

-设备支撑还包括基本上环形的动态密封，所述基本上环形的动态密封在一方面被设置在内部转子和减速器壳体之间并且在另一方面被设置在外部转子和减速器壳体之间，

-设备支撑还包括在内部壳体和外部壳体之间的冷却空间的两侧上具有基本上环形形状的静态垫圈，所述静态垫圈被配置成确保用于所述冷却空间的不漏流体的密封，

-冷却空间包括与内部壳体和外部壳体基本上是同轴的至少一个环形凹部和在内部壳体中形成且从环形凹部径向延伸的一连串的环形槽，

-设备支撑包括用于涡轮风扇或者涡轮螺旋桨的附件齿轮箱或者用于涡轮螺旋桨的齿轮箱。

根据第二方面，本发明还提出了一种包括如上文所述的设备支撑的涡轮发动机。

根据第三方面，本发明还包括一种包括这样的发动机的飞行器。

附图说明

通过阅读下文跟随的和关于以非限制性示例的方式给出的附图的详细说明，本发明的其他特征、目的和优点将显得更加清楚，在附图中：

图1为符合现有技术的附件齿轮箱型智能平行轴的设备支撑的示例的透视图，设备支撑上的附件已被省略，

图2为符合现有技术的具有非平行轴线的附件齿轮箱型的设备支撑的示例的透视示意图，

图3为符合本发明的设备支撑的结构的示例的局部示意图，

图4a为具有磁性齿轮的减速器的实施例的轴向剖视图，

图4b为图4a的具有磁性齿轮的减速器的主视图，和

图5为具有磁性齿轮的减速器壳体的局部剖视图，减速器壳体上的冷却空间可被观察到。

具体实施方式

将参考如下飞行器非常具体地描述本发明，该飞行器包括涡轮风扇和被设计成机械地驱动辅助设备的附件齿轮箱1、或者对发动机的运行或者飞行器的运行来说是必需的附件3。然而，这在某种程度上并不是限制性的，使得本发明也适用于任何其他类似的设备支撑例如尤其是PGB型齿轮箱，附件齿轮箱1可用于需要支撑和驱动附件3的任何其他涡轮发动机，和下文跟随地描述的附件3的数量根据涡轮发动机的需要可以是不同的。

涡轮喷气发动机通常还包括短舱，所述短舱形成用于允许确定的空气流进入自身的发动机的开口。一般，涡轮风扇包括用于将被允许进入发动机的空气压缩的一个或多个部分。因此，压缩的空气被允许进入燃烧室并且在燃烧室中被燃烧之前与燃料混合。之后，由这种燃烧产生的炽热废气被扩展在涡轮的不同级中。之后，涡轮向风扇提供旋转动力。

附件驱动齿轮箱1或者AGB 1可被连接至发动机的壳体例如在风扇的下方或者中心舱室中，并且通过利用来自发动机轴2(一般为压缩机轴)的必要的驱动动力来机械地驱动一连串的附件3。

为此，发动机轴2被容纳在发动机罩中并且限定旋转的轴线。此外，附件3中的每个包括输出轴30，输出轴30被设计成机械地驱动相应的附件3。

L’AGB 1就其本身而言通过径向传动轴4被连接至发动机轴2，径向传动轴4就其本身而言由发动机轴2驱动。

AGB 1还包括输入齿轮12，输入齿轮12由发动机轴2以主要速度旋转驱动，并且输入齿轮12被连接至附件3的输出轴30，以便以确定的输出速度旋转驱动输出轴30。输出速度具体通过连接有输出轴30的附件3的类型确定。基于附件3对输出速度的确定是常见的，在此将不再进一步描述。

L’AGB 1还包括输入轴14和具有磁性齿轮的减速器20，所述输入轴14由输入齿轮12以确定的输入速度旋转驱动，所述具有磁性齿轮的减速器20被插入在输入轴14和输出轴30之间，以便输入速度不同于输出速度。

因为输出轴30的减小的轴向尺寸(沿着附件3的输出轴线)和被限制的重量，所以具有磁性齿轮装置的减速器20或者具有磁性齿轮的减速器20使得以简单、廉价和可靠的方式改变输出轴30的驱动速度成为可能。

在下文中，本发明将更加具体地描述具有非平行齿轮装置的类型的AGB 1的实例。不过，这并不是限制性的，本发明在没有实质性改变的情况下还适用于包括具有平行轴线的齿轮装置的AGB 1(如图1中所示出的)，在某种程度上来说，它足以使具有磁性齿轮的减速器20插入在附件3的输出轴30和AGB1的输入齿轮12之间。

一种具有非平行轴线的齿轮装置的AGB 1，包括：

-初级轴10，所述初级轴10由径向传动轴4借助于初级角驱动11驱动，

-用于机械地驱动附件3的输出轴30的一系列组件，考虑到附件3的尺寸和附件3的几何形状，每个组件包括角驱动16，从而允许附件3被分布在涡轮风扇8的周边的较大角度扇区上。每个角驱动16可包括输入齿轮16a和输出齿轮16b，输入齿轮16a由AGB 1的初级轴10驱动，输出齿轮16b与输入齿轮啮合并且被设计成驱动连接输出齿轮16b的输出轴30。输入齿轮16a和输出齿轮16b可具有相交的轴线(属于锥形齿轮类型)和非相交的轴线(属于蜗杆类型)。

为了有关这种类型的AGB 1的更多信息，参考之前所引用的文献FR 1355241是可能的。

初级轴10和机械附件3驱动组件被容纳在AGB的壳体18中。

在此，输入齿轮12因此被连接至AGB 1的初级轴10并且由发动机轴2借助于初级角驱动11和径向传动轴4旋转驱动。输入齿轮12的旋转速度因此受发动机轴2的旋转速度、发动机轴2与径向传动轴4之间的减速比和径向传动轴4与AGB 1的初级轴10之间的减速比影响。

输入齿轮12旋转驱动相关的输入齿轮13，输入齿轮13与输入轴14成一体，以便旋转驱动输入齿轮14。为了允许输入齿轮13和输入齿轮12的啮合，输入齿轮13被选定成与输入齿轮12具有相同类型和相同模数的齿。例如，输入齿轮12可以是螺旋锥齿轮型的。那么，输入齿轮13也是螺旋锥齿轮型的并且具有相同的模数。输入齿轮13和输入齿轮12之间的减速比决定输入轴14的旋转速度。

优选地，输入齿轮12可驱动与输入齿轮12具有相同模数和与输入齿轮12是相同类型的第二齿轮16b。第二齿轮16b然后被连接至附件3的输出齿轮30，以便旋转驱动输出齿轮30。通常，第二齿轮16b的旋转速度取决于第二齿轮16b和输入齿轮12之间的齿轮比：在此，该速度基本上等于输入轴14的旋转速度。

具有磁性齿轮的减速器20包括：

-内部转子22，所述内部转子22例如利用堡垒连接器连接至输入轴14并且包括第一数量的磁极，

-外部转子23，所述外部转子23被连接至输出轴30并且包括第二数量的磁极，和

-定子26，所述定子26关于AGB 1的壳体18被固定，所述定子26被容纳在内部转子22和外部转子23之间并且包括第三数量的磁极。

内部转子22和外部转子23与输入轴14和输出轴30是同轴的并因此限定轴线X，轴线X在图4a和4b中是可见的。按照本身已知的方式，内部转子22的磁极的数量和外部转子23的磁极的数量决定具有磁性齿轮的减速器20的减速比。此外，磁极(组成材料)的类型和磁极的几何形状使得调整内部转子22和外部转子23之间的耦合、并由此调整输入轴14和输出轴30之间的耦合成为可能。

在一个实施例中，内部转子22包括比外部转子23更少的磁极，以便获得大于1的减速比。此外，内部转子22的磁极和定子26的磁极可包括钐-钴磁铁，而外部转子23的磁极可包括铁磁杆。

将要指出的是，具有磁性齿轮的减速器20的实施在用于附件3的旋转速度太高的情况下使得如果需要则避免增加可熔的装置成为可能。事实上，不同磁极的选择使得限定最大耦合速度成为可能，输出轴30以所述最大耦合速度脱离。事实上，当输入轴14和输出轴30之间的耦合变得太大时，内部转子22的磁极和外部转子23的磁极之间的电磁相互作用不再足以旋转驱动输出轴30：然后解耦合发生，解耦合起着熔断器的作用，所述熔断器允许输入轴14与输出轴30机械地隔离。

具有磁性齿轮的减速器20的实施也使得在没有接触并因此没有不同的啮合部件22、23的磨损的情况下提供转矩传递成为可能。

具有磁性齿轮的减速器20被容纳在壳体26中，壳体26被配置成使具有磁性齿轮的减速器20与它所处的环境隔离。具体来讲，壳体26使得避免从AGB1的啮合部件引入将能够损坏具有磁性齿轮的减速器20的油(用于润滑不同的部件)成为可能，并且使得通过引入由于转子22、23之间的流体的存在而导致的剪切来降低其性能成为可能。事实上，将要指出的是，在工作期间，AGB的壳体18相对连续地包括由构成AGB的不同的啮合部件的运动产生的油雾。

附件3还可以被容纳在附件壳体32中。

具有磁性齿轮的减速器20的壳体28和附件壳体32关于AGB壳体18被固定。

具有磁性齿轮的减速器20能够增加在发动机的飞行的不同阶段期间的温度，具有磁性齿轮的减速器20可包括冷却系统。然而，冷却系统必须能够有效地冷却具有磁性齿轮的减速器20的有效部分，即为内部转子22、外部转子23和定子24，而非将它们淹没在冷却剂F中。

具有磁性齿轮的减速器20的壳体26可例如包括圆筒形内部壳体27和圆筒形外部壳体28，圆筒形内部壳体27和圆筒形外部壳体28与输入轴14和输出轴30是同轴的，内部壳体27在外部壳体28的内部延伸。之后，间隙可被提供在内部壳体27和外部壳体28之间以便限定冷却剂F在其中可循环的有限的冷却空间40。作为变型，冷却空间40可通过加工内部壳体27和外部壳体28的相对的表面来形成。

在附图中所示出的实施例中，内部壳体27借助于内部凸缘27a被连接至AGB壳体1，而外部壳体28借助于外部凸缘28a被连接至附件3壳体。作为变型，内部壳体27可借助外部凸缘28a被固定至附件壳体30，而内部壳体27借助于内部凸缘27a被连接至AGB 1壳体。内部壳体27和外部壳体28因此关于AGB 1壳体和关于附件3壳体被固定。

冷却空间40可具体具有环形凹部42的形式，环形凹部42被加工到内部壳体27和外部壳体28的相对的壁中，冷却空间40的截面可根据选定的冷却剂F和对于充分地冷却具有磁性齿轮的减速器20来说是必需的对流热交换来限定。然后，具有磁性齿轮的减速器20在冷却空间40的两侧上(在具有磁性齿轮的减速器20的轴向方向上)可包括O型环类型的静态垫圈41a，静态垫圈41a使得确保冷却空间40的流体密封性和避免冷却剂F朝向内部转子22、外部转子23或者定子24通过成为可能。

可选择地，除了静态垫圈41a之外或者作为静态垫圈41a的替换，具有磁性齿轮的减速器20还可包括迷宫密封类型的动态密封41b，所述动态密封41b在一方面被设置在减速器壳体26和内部转子22之间，在另一方面被设置在减速器壳体26和外部转子23之间。在附图中所示出的示例中，第一迷宫密封41b形成在内部壳体27的径向壁和内部凸缘27a处的内部转子22之间，和第二迷宫密封41b形成在外部壳体28的径向壁和外部凸缘28a处的外部转子23之间。作为变型，动态密封41b可包括空气密封(将空气注入用于密封空间的迷宫的中间)。

例如，冷却空间40可具有与输出轴30和输入轴14同轴的环形形状，输出轴30和输入轴14具有基本上圆形的或平行六面体的截面，并且冷却空间40包括在内部壳体27中形成并且从环形凹部42径向延伸的一连串的环形槽44。因为减小的径向和轴向尺寸，槽44使得最大化与内部壳体27的对流热交换成为可能。

冷却空间40可具体由来自单独的储液器的冷却剂F提供。冷却空间40可进一步与AGB 1壳体的内部区域流体连通：那么冷却剂F包括油，所述油被设计成以雾的形式在AGB 1的壳体18中循环以便润滑啮合部件。例如，管道46可被形成在润滑油源和具有磁性齿轮的减速器20的罩26之间，以便将油带入冷却空间40。然后，所述油在环形冷却空间40中循环，在所述环形冷却空间40中，油通过强制对流来冷却具有磁性齿轮的减速器20，之后以较高的温度通过出口48离开冷却空间40，然后利用专用的管道48进入AGB 1壳体。

因此，在图4b中所示出的示例中，冷却剂F经管道46进入环形冷却空间40、通过AGB1的壳体并冷却具有磁性齿轮的减速器20、然后在具有磁性齿轮的减速器20的另一端处经导管48离开。之后，冷却剂F可被送至AGB壳体18。

Claims (9)

1.一种用于发动机的设备支撑(1)，所述发动机包括发动机轴(2)，所述设备支撑(1)包括用于涡轮风扇或者涡轮螺旋桨的附件齿轮箱(AGB)或者用于涡轮螺旋桨的齿轮箱(PGB)，并且包括：

-至少一个附件(3)，所述附件(3)包括输出轴(30)，和

-输入齿轮(12)，所述输入齿轮(12)在一方面由所述发动机的所述发动机轴(2)以主要速度旋转驱动，在另一方面被连接至所述附件的所述输出轴(30)以便以确定的输出速度旋转驱动所述输出轴(30)，

所述设备支撑(1)的特征在于，所述设备支撑(1)还包括输入轴(14)和具有磁性齿轮的减速器(20)，所述输入轴(14)由所述输入齿轮(12)以确定的输入速度旋转驱动，所述具有磁性齿轮的减速器(20)被插入在所述输入轴(14)和所述输出轴(30)之间，以便所述输入速度不同于所述输出速度，以及所述设备支撑还包括设备支撑壳体(18)，所述具有磁性齿轮的减速器(20)包括：

-内部转子(22)，所述内部转子(22)被连接至所述输入轴(14)，

-外部转子(23)，所述外部转子(23)被连接至所述输出轴(30)，和

-定子(24)，所述定子(24)关于所述设备支撑壳体(28)被固定并且被容纳在所述内部转子(22)和所述外部转子(23)之间，

所述内部转子(22)、所述外部转子(23)和所述定子(24)与所述输入轴(14)和所述输出轴(30)是同轴的。

2.根据权利要求1所述的设备支撑(1)，其中所述输入齿轮(12)包括螺旋锥齿轮。

3.根据权利要求1或2中的任一项所述的设备支撑(1)，还包括第二附件(3)，所述第二附件(3)包括由所述输入齿轮(12)以与所述输入速度相等的速度旋转驱动的输出轴(30)。

4.根据权利要求1或2中的任一项所述的设备支撑(1)，所述具有磁性齿轮的减速器(20)还包括冷却系统(40)。

5.根据权利要求4所述的设备支撑(1)，还包括关于所述设备支撑壳体(18)被固定的减速器壳体(26)，其中：

-所述减速器壳体(26)包括圆筒形内部壳体(27)和圆筒形外部壳体(28)，所述圆筒形内部壳体(27)和所述圆筒形外部壳体(28)与所述输入轴(14)和所述输出轴(30)是同轴的，所述内部壳体(27)在所述外部壳体(28)的内部延伸，和

-所述冷却系统包括被设计成接纳冷却剂(F)的冷却空间(40)，所述冷却空间(40)被设置在所述内部壳体(27)和所述外部壳体(28)之间。

6.根据权利要求5所述的设备支撑(1)，其中所述附件(3)被容纳在关于所述设备支撑壳体(8)被固定的附件壳体(32)中，所述内部壳体(27)和所述外部壳体(28)中的一个借助于内部凸缘(27a)被连接至所述设备支撑壳体(18)，而所述外部壳体(28)和所述内部壳体(27)中的另一个借助于内部凸缘(28a)被连接至附件壳体(32)。

7.根据权利要求5所述的设备支撑(1)，还包括基本上环形的动态密封(41b)，所述基本上环形的动态密封(41b)在一方面被设置在所述内部转子(22)和所述减速器壳体(26)之间，且在另一方面被设置在所述外部转子(23)和所述减速器壳体(26)之间。

8.根据权利要求5所述的设备支撑(1)，还包括在所述内部壳体(27)和所述外部壳体(28)之间的所述冷却空间(40)的两侧上具有有角度的形状的静态垫圈(41a)，所述静态垫圈(41a)被配置成确保所述冷却空间(40)的密封。

9.根据权利要求5所述的设备支撑(1)，其中，所述冷却空间(40)包括与所述内部壳体(27)和所述外部壳体(28)基本上是同轴的至少一个环形凹部(42)，和在所述内部壳体(27)中形成且从所述环形凹部(42)径向延伸的一连串的环形槽(44)。