CN112436675A - 一种航空发动机的双发电机结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航空发动机的双发电机结构，包括曲轴，以及两个串联的发电机，包括第一发电机和第二发电机，所述第一发电机与第二发电机均为内定子外转子发电机，所述第一发电机的外转子与所述曲轴传动连接，所述第一发电机的内定子与曲轴箱体固定连接，所述第二发电机的内定子与曲轴箱体固定连接，所述第二发电机的外转子与曲轴或者第一发电机的外转子柔性连接。采用本发明的双发电机结构，即提高了强度又避免振动和轴断裂。

Description

一种航空发动机的双发电机结构
技术领域
本发明涉及航空发动机，尤其涉及航空发动机的双发电机结构。
背景技术
航空发动机对空间和重量都有较高要求，尤其是对于无人机来说，外形尺寸以及重量对无人机都有非常严重的影响。客户为了达到更高的发电量，可采用的方法一般有：第一种，更换大功率的发电机，但是会增大发动机的尺寸；第二种，采用两个发电机，这样一来可在尺寸允许的范围内提高发电量。
一般来说，现有航空发动机的发电机是固定套设在曲轴上的，通过曲轴转动带动发电机转子转动进行发电。若采用将两个发电机均安装在发动机曲轴上，对发动机曲轴的轴向尺寸要求加大，需在现有的发动机的基础上重新开模设计。并且现有的设计通过曲轴直接与发电机的转子刚性连接以带动发电机转子转动发电，存在后端发电机重心距离发动机远、转动惯量大，导致轴系转速波动大、易出现共振、断轴等缺点，不能满足发电机寿命需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全性能高且发电量大的航空发动机的双发电机结构。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的：一种航空发动机的双发电机结构，包括曲轴，以及两个串联的发电机，包括第一发电机和第二发电机，所述第一发电机与第二发电机均为内定子外转子发电机，所述第一发电机的外转子与所述曲轴传动连接，所述第一发电机的内定子与曲轴箱体固定连接，所述第二发电机的内定子与曲轴箱体固定连接，所述第二发电机的外转子与曲轴或者第一发电机的外转子柔性连接。采用上述方式设置的双发电机结构，采用刚性连接+柔性连接的方式，能够避免出现断轴等危险，提高了发动机的安全性能。并且采用双发电机较高，能够增大航空发动机的发电量。
优选的，所述第二发电机的外转子与曲轴或者第一发电机的外转子通过柔性联轴器传动连接。
优选的，在所述曲轴上传动连接有同轴线的连接轴，所述第二发电机的外转子通过轴承套设在所述连接轴上并通过柔性联轴器与所述连接轴连接。
为进一步提高可靠性和安全性，所述第一发电机的外转子固定连接有连接轴，所述连接轴与曲轴同轴线设置，所述第二发电机的外转子通过轴承套设在所述连接轴上并通过柔性联轴器与所述连接轴连接。
为进一步提高可靠性和安全性，所述连接轴的朝向曲轴的一端设置有法兰盘，所述法兰盘通过螺钉与第一发电机的外转子的端面固定连接。
为进一步缩短轴向距离，所述连接轴朝向曲轴的一端设置有轴肩，所述第二发电机的内定子通过滚珠轴承套设在所述连接轴上，所述滚珠轴承一端通过轴肩限位、另一端通过第二发电机的内定子的台阶面限位，所述第二发电机的内定子通过支架与曲轴箱体固定连接。
为进一步提高安全性和稳定性，第二发电机的外转子通过滚针轴承套设在所述连接轴上，所述第二发电机的外转子的外端通过套设在连接轴上的轴套限位，所述轴套外套设有柔性联轴器，所述柔性联轴器的径向通过螺钉与轴套和连接轴固定连接，所述柔性联轴器的轴向通过螺钉与第二发电机的外转子固定连接。
优选的，所述第一发电机的外转子与曲轴键连接，且在所述曲轴端面设置有对所述第一发电机的外转子进行限位的限位件。
为进一步提高使用寿命，所述第一发电机的外转子与曲轴为锥面配合，所述曲轴尾端具有向内的锥度，所述第一发电机的外转子的内孔设置有与所述曲轴尾端相配合的内锥面，所述曲轴的端面设置有垫片，螺钉穿过垫片与所述曲轴内孔螺接，所述螺钉对所述第一发电机的外转子限位。
为进一步提高结构可靠性，在所述第二发电机外套设有罩壳，所述罩壳与曲轴箱体或者支架固定连接。
为进一步提高散热性能，在所述曲轴箱体上设置有通风孔，所述罩壳以及支架上设置有通风孔。
为进一步提高散热性能，所述第一发电机的外转子以及第二发电机的外转子内圈设置有扇形导流片。
有益效果：
本发明的航空发动机双发电机采用串联的刚性连接+柔性连接方案，能避免发动机在转动时的大惯量带来的对曲轴的伤害。且在航空发动机原传动轴系基础上，匹配双发电机连接，满足散热需求，可以避免刚性连接方案出现的问题。
同时，发电机使用维护方便。前端为外转子内定子发电机，通过曲轴刚性连接直接驱动前端发电机外转子、曲轴箱体固定发电机定子。后端为外转子内定子发电机，通过前端发电机外转子连接一与曲轴同轴发电机连接轴，发电机连接轴与后端发电机外转子通过柔性件连接，柔性连接件可实现圆周方向减振、轴向/径向偏转通过外转子与连接轴之间滚针轴承满足；使得双发电机不会发生偏移，运行更可靠。而且通过曲轴箱体连接发电机支架，发电机支架固定后端发电机内定子，定子内部设计滚动轴承支撑发电机连接轴，保证后端发电机稳定工作。
另外，本发明的采用曲轴(与第一发电机刚性连接)+连接轴(与第二发电机柔性连接)的方式，避免因轴过长导致的端部振动较大以及共振，提高轴的可靠性，避免曲轴的断裂危险。并且能够降低振动强度，保证工作的可靠性。
附图说明
图1为实施例中航空发动机的双发电机结构主视图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为罩壳与支架的连接轴测图。
标号说明：1曲轴、2第一发电机、21第一发电机的内定子、22第一发电机的外转子、3第二发电机、31第二发电机的内定子、32第二发电机的外转子、4曲轴箱体、5支架、51连接支耳、52定子连接孔、53箱体连接孔、54罩壳连接孔、6连接轴、61连接轴法兰、62连接轴轴肩、7连接键、8垫片、9螺钉、10滚珠轴承、11滚针轴承、12轴套、13柔性联轴器、14罩壳、15通风孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例：如图1-3所示，本实施例提供一种航空发动机的双发电机结构，尤其适用于无人机。包括曲轴1，以及两个串联的发电机，分别为第一发电机2和第二发电机3，本实施例中的第一发电机为内定子外转子发电机，所述第二发电机也为内定子外转子发电机。本实施例中所述的“串联”，是指两个发电机的轴线为同一根直线。
在本实施例中，所述第一发电机的内定子21与曲轴箱体4采用螺钉固定连接，所述第一发电机的外转子22与曲轴传动连接。具体的：所述曲轴端部具有向内(轴心)的锥度，所述第一发电机的外转子的内圈具有与曲轴相配合的锥度。且所述曲轴与所述第一发电机的外转子的内圈之间还设置有连接键7。因此，所述曲轴与所述第一发电机的外转子采用键连接的同时采用锥度配合的方式进行限位。另外，所述曲轴的端面设置有垫片8，螺钉9穿过垫片与所述曲轴内孔螺接，所述螺钉对所述第一发电机的外转子进行另一个方向的限位。采用这样的方式，能够保证键连接中键的使用寿命，避免磨损。
所述第二发电机的内定子31与曲轴箱体直接或间接地固定连接，所述第二发电机的外转子32可与直接或间接与曲轴连接，也可直接或间接与第一发动机的外转子连接，在本实施例中，所述第一发电机的内定子通过支架与曲轴箱体固定连接，所述第二发电机的外转子采用间接的方式与第一发电机的外转子连接。
具体的，还包括一个连接轴6，所述连接轴与所述曲轴同轴线设置。所述连接轴一端具有法兰盘61，所述连接轴通过所述法兰盘与所述第一发电机的外转子固定连接，此处采用螺钉固定连接。所述连接轴朝向曲轴的一端的外壁上设置有轴肩62，所述第二发电机的内定子通过滚珠轴承19套设在所述连接轴上，所述滚珠轴承一端通过轴肩限位、另一端通过第二发电机的内定子的台阶面限位。所述第二发电机的内定子通过支架5与曲轴箱体固定连接。所述第二发电机的外转子通过滚针轴承11套设在所述连接轴上，所述第二发电机的外转子的外端通过套设在连接轴上的轴套12限位，所述轴套外套设有柔性联轴器13，且所述轴套端部设置有对柔性联轴器进行限位的台阶。所述柔性联轴器的径向通过螺钉与轴套和连接轴固定连接，所述柔性联轴器的轴向通过螺钉与第二发电机的外转子固定连接。如此一来，则完成了第一发电机和第二发电机的安装。
在本实施例中，用来连接第二发电机的内定子与曲轴箱体之间的支架为伞状，其小端具有内圈并且所述内圈上设置有轴向的定子连接孔52，采用螺钉穿过所述定子连接孔与所述第二发电机的内定子连接，其大端端面设置有轴向的箱体连接孔53，采用螺钉穿过所述箱体连接孔与所述曲轴箱体连接。
作为本实施例中的另一实施方式，在所述第二发电机外套设有罩壳14，所述罩壳与曲轴箱体或者支架固定连接。在本实施例中，所述支架的大端具有向外伸出的连接支耳51，所述支耳上设置有罩壳连接孔54，采用螺钉穿过所述罩壳连接孔54将所述连接支耳与所述罩壳固定连接。在本实施例中所述连接支耳为4个，且大致在周向上均匀分布。
作为本实施例中的另一实施方式，在所述曲轴箱体上设置有通风孔15，所述罩壳以及支架上均设置有通风孔。
作为本实施例中的另一实施方式，所述第一发电机的外转子以及第二发电机的外转子内圈设置有扇形导流片。
本实施例的航空发动机双发电机采用第一发电机刚性连接+第二发电机柔性连接方案，在航空发动机原传动轴系基础上，匹配双发电机连接，满足散热需求，可以避免刚性连接方案出现的问题。同时，发电机使用维护方便。前端为外转子内定子发电机，通过曲轴刚性连接直接驱动前端发电机外转子、曲轴箱体固定发电机定子。后端为外转子内定子发电机，通过前端发电机外转子连接一与曲轴同轴发电机连接轴，发电机连接轴与后端发电机外转子通过柔性件连接，柔性连接件可实现圆周方向减振、轴向/径向偏转通过外转子与连接轴之间滚针轴承满足。通过曲轴箱体连接发电机支架，发电机支架固定后端发电机内定子，定子内部设计滚动轴承支撑发电机连接轴，保证后端发电机稳定工作。

Claims (13)

1.一种航空发动机的双发电机结构，其特征在于：包括曲轴以及两个串联的发电机，包括第一发电机和第二发电机，所述第一发电机与第二发电机均为内定子外转子发电机，所述第一发电机与曲轴刚性连接，所述第二发电机与曲轴直接或间接的柔性连接。
2.如权利要求1所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：所述第一发电机的外转子与所述曲轴传动连接，所述第一发电机的内定子与曲轴箱体固定连接，所述第二发电机的内定子与曲轴箱体直接或间接固定连接，所述第二发电机的外转子与曲轴或者第一发电机的外转子直接或间接柔性连接。
3.如权利要求2所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：所述第二发电机的外转子与曲轴或者第一发电机的外转子通过柔性联轴器传动连接。
4.如权利要求3所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：在所述曲轴上传动连接有同轴线的连接轴，所述第二发电机的外转子通过轴承套设在所述连接轴上并通过柔性联轴器与所述连接轴连接。
5.如权利要求3所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：所述第一发电机的外转子固定连接有连接轴，所述连接轴与曲轴同轴线设置，所述第二发电机的外转子通过轴承套设在所述连接轴上并通过柔性联轴器与所述连接轴连接。
6.如权利要求5所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：所述连接轴的朝向曲轴的一端设置有法兰盘，所述法兰盘通过螺钉与第一发电机的外转子的端面固定连接。
7.如权利要求6所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：所述连接轴朝向曲轴的一端设置有轴肩，所述第二发电机的内定子通过滚珠轴承套设在所述连接轴上，所述滚珠轴承一端通过轴肩限位、另一端通过第二发电机的内定子的台阶面限位，所述第二发电机的内定子通过支架与曲轴箱体固定连接。
8.如权利要求5、6或7所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：第二发电机的外转子通过滚针轴承套设在所述连接轴上，所述第二发电机的外转子的外端通过套设在连接轴上的轴套限位，所述轴套外套设有柔性联轴器，所述柔性联轴器的径向通过螺钉与轴套和连接轴固定连接，所述柔性联轴器的轴向通过螺钉与第二发电机的外转子固定连接。
9.如上述任一项权利要求所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：所述第一发电机的外转子与曲轴键连接，且在所述曲轴端面设置有对所述第一发电机的外转子进行限位的限位件。
10.如权利要求9所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：所述第一发电机的外转子与曲轴为锥面配合，所述曲轴尾端具有向内的锥度，所述第一发电机的外转子的内孔设置有与所述曲轴尾端相配合的内锥面，所述曲轴的端面设置有垫片，螺钉穿过垫片与所述曲轴内孔螺接，所述螺钉对所述第一发电机的外转子限位。
11.如上述任一项权利要求所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：在所述第二发电机外套设有罩壳，所述罩壳与曲轴箱体或者支架固定连接。
12.如权利要求11所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：在所述曲轴箱体上设置有通风孔，所述罩壳以及支架上设置有通风孔。
13.如上述任一项权利要求所述的航空发动机的双发电机结构，其特征在于：所述第一发电机的外转子以及第二发电机的外转子内圈设置有扇形导流片。
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