CN113251111A - 具有电动机的齿轮箱组件 - Google Patents

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阿莱西奥·加乔利
布西·法布里齐奥
朱塞佩·阿根泰利
塞尔瓦托·加罗法洛
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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机(100)的齿轮箱组件(150)，包括：行星齿轮组(152)，该行星齿轮组(152)包括太阳齿轮(158)，行星齿轮和环形齿轮(154)，太阳齿轮(158)被构造为连接到燃气涡轮发动机(100)的第一驱动轴(326)，并且环形齿轮(154)被构造为连接到燃气涡轮发动机(100)的第二驱动轴(326)；电机组件(206)，该电机组件(206)包括输入(228)和电机(230)，电机(230)包括联接到输入(228)的转子(234)和固定地定位在齿轮箱组件(150)内的定子(232)，电机组件(206)的输入(228)联接到行星齿轮组(152)的太阳齿轮(158)，环形齿轮(154)或行星齿轮中的一个。

Description

具有电动机的齿轮箱组件
技术领域
本主题大体涉及用于燃气涡轮发动机的齿轮箱组件，该齿轮箱组件具有集成在其中的电动机。
背景技术
典型的飞行器推进系统包括一个或多个燃气涡轮发动机。对于某些推进系统，燃气涡轮发动机通常包括布置成彼此流动连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心通常以串行流动顺序包括压缩机区段，燃烧区段，涡轮区段和排气区段。在操作中，从风扇向压缩机区段的入口提供空气，在压缩机区段中，一台或多台轴向压缩机逐渐压缩空气，直至其到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合并在燃烧区段内燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段导向至涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，然后被导向通过排气区段，例如，进入大气。
通常，涡轮区段的高压涡轮通过高压轴驱动高压压缩机，而低压涡轮通过低压轴驱动低压压缩机。风扇区段也可以由低压轴驱动。在该流动路径传输方案中，可以添加机械地连接到涡轮区段后部的发动机轴的电动机。电机可以将混合功能添加到燃气涡轮发动机。
在某些操作中，电机可以以发电机模式操作，由此电机产生电能以存储在电池中。在某些其他操作中，电机可以以马达模式操作，以在发动机轴处增加机械扭矩。此外，在其他操作中，电机可以以被限定为添加特定功能模式的辅助模式(例如作为ETS(发动机转向系统))来操作。
然而，联接至发动机轴的电机可能未在所有操作模式下均按期望操作。因此，用于提供改进的操作的组件将是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实施本发明而获知。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于燃气涡轮发动机的齿轮箱组件。该齿轮箱组件包括：行星齿轮组，该行星齿轮组包括太阳齿轮，行星齿轮和环形齿轮，太阳齿轮被构造为连接到燃气涡轮发动机的第一驱动轴，并且环形齿轮被构造为连接到燃气涡轮发动机的第二驱动轴；电机组件，该电机组件包括输入和电机，电机包括联接到输入的转子和固定地定位在齿轮箱组件内的定子，电机组件的输入联接到行星齿轮组的太阳齿轮，环形齿轮或行星齿轮中的一个。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的示意横截面视图。
图2是根据本公开的示例性方面的行星齿轮箱组件的示意横截面视图，该行星齿轮箱组件可以被结合到发动机的扭矩流动路径中。
图3是根据本公开的另一示例性方面的齿轮箱组件的示意横截面视图。
图4是根据本公开的又一示例性方面的齿轮箱组件的示意横截面视图。
图5是根据本公开的又一示例性方面的齿轮箱组件的示意横截面视图。
图6是根据本公开的示例性方面的涡轮螺旋桨发动机的示意图，该涡轮螺旋桨发动机结合了根据本公开的示例性实施例的齿轮箱组件。
图7是根据本公开的另一示例性方面的涡轮螺旋桨发动机的示意图，该涡轮螺旋桨发动机结合了根据本公开的示例性实施例的齿轮箱组件。
图8是根据本公开的又一示例性方面的涡轮螺旋桨发动机的示意图，该涡轮螺旋桨发动机结合了根据本公开的示例性实施例的齿轮箱组件。
图9是根据本公开的示例性方面的涡轮轴发动机的示意图，该涡轮轴发动机结合了根据本公开的示例性实施例的齿轮箱组件。
图10是根据本公开的示例性方面的用于操作燃气涡轮发动机的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中相同或相似的标记已经用于指代本发明的相同或相似的部分。
词语“示例性”在本文中用来表示“用作示例，实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施方式不必被解释为比其他实施方式优选或有利。
如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“前向”和“后向”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前向是指更靠近发动机入口的位置，而后向是指更靠近发动机喷嘴或排气的位置。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，而“下游”是指流体向其流动的方向。
除非本文另有说明，否则术语“联接”，“固定”，“附接到”等是指直接联接，固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接，固定或附接。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”，“一种”和“该”包括复数形式。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言被用于修改可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生变化的任何定量表示。因此，由诸如“大约”，“近似”和“基本上”的术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或者用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指的是在10％的范围内。
在这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指示，否则这种范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围均包括端点，并且端点可彼此独立地组合。
现在参考附图，其中在整个附图中相同的数字表示相同的元件，图1提供了根据本公开的示例性实施例的推进发动机的示意横截面视图。在某些示例性实施例中，推进发动机可以被构造为涡轮风扇喷气发动机100，在本文中被称为“涡轮风扇发动机100”。如图1所示，涡轮风扇发动机100限定轴向方向A(平行于供参考的纵向中心线101延伸)，径向方向R和周向方向C(绕轴向方向A延伸；未示出)。通常，涡轮风扇发动机100包括风扇区段102和设置在风扇区段102下游的核心涡轮发动机104。
所示的示例性核心涡轮发动机104通常包括限定环形入口108的基本上管状的外壳106。外壳106以串行流动关系包围：压缩机区段，其包括第二增压器或低压(LP)压缩机110和第一高压(HP)压缩机112；燃烧区段114；涡轮区段，其包括第一高压(HP)涡轮116和第二低压(LP)涡轮118；以及喷射排气喷嘴区段110。压缩机区段，燃烧区段114和涡轮区段共同限定从环形入口108延伸通过LP压缩机110，HP压缩机112，燃烧区段114，HP涡轮区段116，LP涡轮区段118和喷射排气喷嘴区段120的核心空气流动路径121。第一高压(HP)轴或线轴122驱动地将HP涡轮116连接到HP压缩机112。第二低压(LP)轴或线轴124驱动地将LP涡轮118连接到LP压缩机110。因此，LP线轴124可与LP涡轮118一起旋转，并且HP线轴122可与HP涡轮116一起旋转。
对于所示的实施例，风扇区段102包括具有多个风扇叶片128的风扇126，该多个风扇叶片128以间隔开的方式联接至盘130。如图所示，风扇叶片128通常沿着径向方向R从盘130向外延伸。在某些示例性实施例中，风扇126可以是可变螺距风扇，或替代地，风扇126可以是固定螺距风扇。风扇叶片128和盘130可与风扇区段102的风扇轴134一起绕纵向轴线101旋转，并且更具体地，对于所示的实施例，可通过风扇轴134绕纵向轴向101旋转。
仍参考图1的示例性实施例，盘130被可旋转前毂136覆盖，该可旋转前毂136在空气动力学上成形为促进气流通过多个风扇叶片128。另外，示例性风扇区段102包括环形风扇壳体或外机舱138，其周向地围绕风扇126和/或核心涡轮发动机104的至少一部分。机舱138由多个周向间隔开的出口导向轮叶140相对于核心涡轮发动机104被支撑。机舱138的下游区段142在核心涡轮发动机104的外部分上方延伸，以便在它们之间限定旁路气流通道144。注意，将理解的是，涡轮风扇发动机100限定了旁路比。
仍参考图1，风扇126可通过LP轴124跨齿轮箱组件150旋转。如下面将更详细描述的，齿轮箱组件150包括行星齿轮组，用于将LP轴124的转速降低到更有效的风扇转速。另外，示例性齿轮箱组件150包括可与行星齿轮组一起操作的电机组件。
然而，应当理解，图1所示的示例性涡轮风扇发动机100仅作为示例提供，并且在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机100可以具有任何其他合适的构造。例如，在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机100可以替代地被构造为非导管式涡轮风扇发动机，或者如上所述，可以包括可变螺距风扇126。此外，发动机100的示例性涡轮可以包括任何其他合适数量和/或构造的压缩机，涡轮，轴/线轴等。此外，尽管被描绘为涡轮风扇发动机100，但是在其他实施例中，涡轮风扇发动机100可以被构造为任何其他合适的燃气涡轮发动机，例如涡轮轴发动机，涡轮喷气发动机，涡轮螺旋桨发动机等。此外，在其他实施例中，燃气涡轮发动机可以不是航空燃气涡轮发动机，而是替代地可以被构造为例如航改燃气涡轮发动机，发电燃气涡轮发动机等。
现在参考图2，提供了根据本公开的示例性实施例的齿轮箱组件150的特写示意图。齿轮箱组件150可以被结合到以上参考图1描述的涡轮风扇发动机100中，或者替代地可以被集成到任何其他合适的燃气涡轮发动机(例如，涡轮螺旋桨发动机，非导管式涡轮风扇发动机等，例如以下参考图6至图9描述的发动机中的一个或多个)中。与图1的实施例一样，图2的示例性齿轮箱组件150包括行星齿轮组152。尽管在图2中未示出，但是示例性齿轮箱组件150还包括可与其一起操作的电机组件(见下面讨论的图3至图5的实施例)。
对于本实施例，行星齿轮组152包括环形齿轮154，一个或多个行星齿轮156和太阳齿轮158。齿轮箱组件150限定中心轴线155，相对于中心轴线155的径向方向R以及围绕中心轴线155延伸的周向方向C。对于所示的实施例，径向方向R和周向方向C与图1的示例性涡轮发动机100的径向方向R和周向方向相同。
太阳齿轮158附接到LP线轴124并可与其一起旋转，使得太阳齿轮158可通过LP涡轮118和LP线轴124围绕齿轮箱组件150的中心轴线155旋转。另外，对于所示的实施例，行星齿轮组152包括接合在太阳齿轮158和环形齿轮154之间的多个行星齿轮156。具体地，对于所示的实施例，行星齿轮组152包括接合在太阳齿轮158和环形齿轮154之间的四个行星齿轮156。然而，在其他实施例中，行星齿轮组152可包括任何其他合适数量的行星齿轮156，例如三个行星齿轮156，五个行星齿轮156，六个行星齿轮156等。
多个行星齿轮156中的每一个可围绕各自的行星齿轮轴线160旋转，并且可旋转地附接到行星齿轮架161。此外，每个示例性行星齿轮156是单个齿轮(即，行星齿轮组152被构造为单级齿轮箱)。然而，应该理解，在其他实施例中，一个或多个行星齿轮156可以替代地被构造为限定任何合适齿轮比的复合齿轮(例如，见下面讨论的图3的实施例)。例如，复合齿轮可包括两个或更多个齿轮部分，该两个或更多个齿轮部分在共同的齿轮轴上一起旋转并且在不同的轴向位置处与相应的配对齿轮啮合(使得例如与描绘的单级布置相比，行星齿轮组152限定了多个“级”)。另外，对于所示的实施例，行星齿轮架161是固定行星齿轮架161，其连接至燃气涡轮发动机的接地结构162。例如，行星齿轮架161可以附接到齿轮箱组件壳体(见下面讨论的图3的实施例)。
现在参考图3，提供了根据本公开的示例性实施例的用于燃气涡轮发动机的齿轮箱组件200。示例性齿轮箱组件200可被结合到以上参考图1讨论的示例性涡轮风扇发动机100中(例如，作为齿轮箱组件150)，或者替代地，可被结合到任何其他合适的燃气涡轮发动机(例如，不同构造的涡轮风扇发动机，涡轮轴发动机，涡轮螺旋桨发动机，涡轮喷气发动机等)，利用齿轮箱的任何其他合适的内燃机等中。因此，其内安装有齿轮箱组件200的燃气涡轮发动机(或其他发动机)通常可包括第一驱动轴202和第二驱动轴204。第一驱动轴202可跨齿轮箱组件200驱动第二驱动轴204。例如，当结合到图1的示例性涡轮风扇发动机100中时，第一驱动轴202可以是LP轴124，而第二驱动轴204可以是风扇轴134。然而，当结合到其他发动机中时，第一驱动轴202和第二驱动轴204可以替代地被构造为任何其他合适的轴。
示例性齿轮箱组件200通常包括行星齿轮组，电机组件206和齿轮箱组件壳体208。对于所示的实施例，行星齿轮组更具体地是第一行星齿轮组210，并且齿轮箱组件壳体208基本上完全包围第一行星齿轮组210和电机组件206。
第一行星齿轮组210可以以与上面参考图2讨论的示例性行星齿轮组152类似的方式构造。例如，第一行星齿轮组210包括第一太阳齿轮212，第一行星齿轮214和第一环形齿轮216。第一太阳齿轮212被构造为用于连接至发动机的第一驱动轴202，并且第一环形齿轮216被构造为用于连接至发动机的第二驱动轴204。更具体地，如图3所示，对于所示的实施例，第一太阳齿轮212固定地联接到第一驱动轴202，并且第一环形齿轮216固定地联接到第二驱动轴204。以这种方式，第一太阳齿轮212和第一驱动轴202被构造为一起旋转，并且第一环形齿轮216和第二驱动轴204被构造为一起旋转。
此外，如针对所示的实施例将理解的，第一行星齿轮214是复合行星齿轮。这样，第一行星齿轮214包括直接与第一太阳齿轮212接合的第一级218和直接与第一环形齿轮216接合的第二级220。第一行星齿轮214的第一级218和第二级220通过行星齿轮轴222彼此固定地联接。然而，值得注意的是，在其他示例性方面，第一行星齿轮214可以不是复合行星齿轮，并且因此可以仅包括一级。
同样对于所示的实施例，第一行星齿轮组210还包括第一行星齿轮架224。第一行星齿轮214可旋转地联接至第一行星齿轮架224，并且更具体地，对于所示的实施例，行星齿轮轴222通过行星齿轮轴承组226可旋转地联接至第一行星齿轮架224。包括复合行星齿轮可以允许进一步修改第一行星齿轮组210的总齿轮比。尽管在图3的实施例的示意图中示出了单个第一行星齿轮214，但是应当理解，第一行星齿轮组210可以包括任何合适数量的第一行星齿轮214(例如四个第一行星齿轮214，如图2的实施例中所示，或者替代地，三个第一行星齿轮214，五个第一行星齿轮214等)。
简要地，将理解的是，对于所示的实施例，第一行星齿轮架224固定地定位在齿轮箱组件200内。更具体地，对于所示的实施例，第一行星齿轮架224固定地联接至齿轮箱组件200的齿轮箱组件壳体208。这样，第一行星齿轮组210的第一行星齿轮214可以不被构造为在周向方向C上旋转。
如从以上描述中将理解的，燃气涡轮发动机的第一驱动轴202被构造为跨第一行星齿轮组210驱动燃气涡轮发动机的第二驱动轴204。更特别地，对于所示的实施例，第一驱动轴202固定地联接至第一太阳齿轮212；第一太阳齿轮212直接与第一行星齿轮214的第一级218接合；第一行星齿轮214的第一级218跨行星齿轮轴222固定到第一行星齿轮214的第二级220；第一行星齿轮214的第二级220直接与第一环形齿轮216接合；并且第一环形齿轮216固定地联接至第二驱动轴204。将理解的是，“直接接合的”部件/齿轮在图3中示意性地示出为轴线。在至少某些实施例中，齿轮可以通过彼此啮合的相应齿轮齿直接接合以传递扭矩(例如，见图2)。
此外，如上所述，齿轮箱组件200包括电机组件206。电机组件206包括输入228和电机230。电机组件206的输入228联接到第一行星齿轮组210的旋转部件，例如联接到第一行星齿轮组210的第一环形齿轮216，太阳齿轮212或第一行星齿轮214中的一个。更具体地，对于所示的实施例，由于第一环形齿轮216被构造为旋转，因此输入228联接到第一环形齿轮216。
然而，在其他示例性实施例中，第一环形齿轮216可以固定地定位在齿轮箱组件壳体208内，并且输入228可以替代地经由例如第一行星齿轮架224联接至第一行星齿轮214。
仍然参考图3，输入228可以是联接到第一行星齿轮组210的第一环形齿轮216或以其他方式从第一行星齿轮组210的第一环形齿轮216延伸(例如，与第一行星齿轮组210的第一环形齿轮216一体地形成)的任何合适的机械连接器，例如杆，板，或其他刚性或基本上刚性的几何形状。
另外，电机230通常包括定子232和转子234。对于所示的实施例，定子232被固定地定位到齿轮箱组件200，并且更具体地被固定地定位在齿轮箱组件200内，并且还更具体地，被固定地安装到齿轮箱组件壳体208。此外，转子234联接至电机组件206的输入228。这样，转子234可以可通过第一行星齿轮组210的第一环形齿轮216旋转，或者替代地可以向第一行星齿轮组210的第一环形齿轮216增加动力。
电机230可以具有任何合适的构造。例如，电机230可以以任何合适的方式被构造为将机械动力转换成电力，或者将电力转换成机械动力。例如，电机230可以被构造为可操作以生成或利用交流(AC)电力的异步或感应电机。替代地，电机230可以被构造为可操作以生成或利用AC电力或直流(DC)电力的同步电机。以这种方式，应当理解，定子232，转子234或两者通常可以包括以任何合适数量的相布置的多个线圈或绕组中的一个或多个，一个或多个永磁体，一个或多个电磁体等。
此外，如所指出的，转子234联接至电机组件206的输入228，并且因此可与第一行星齿轮组210的环形齿轮一起旋转。更具体地，对于所示的实施例，电机组件206进一步包括第二齿轮组，其中电机230跨第二齿轮组联接到输入228。还更具体地，第二齿轮组是第二行星齿轮组236，并且电机230跨第二行星齿轮组236联接到输入228。包括第二行星齿轮组236可以允许电机230以期望的操作速度旋转，而不管第一驱动轴202和/或第二驱动轴204的期望旋转速度如何。然而，在其他实施例中，第二齿轮组可以不是行星齿轮组，而是可以具有任何其他合适的齿轮构造。仍然替代地，电机230的转子234可以以任何其他合适的方式(例如通过直接机械连接)由输入228驱动。
仍参考图3所示的示例性实施例，第二行星齿轮组236包括第二太阳齿轮238，第二行星齿轮240和第二环形齿轮242。电机组件206的输入228联接到第二行星齿轮组236的第二行星齿轮240，并在第一环形齿轮216和第二行星齿轮240之间延伸。
此外，对于所示的实施例，第二环形齿轮242固定地定位在齿轮箱组件200内，并且更具体地，固定地安装到齿轮箱组件壳体208。同样，对于所示的实施例，电机组件206的电机230的转子234联接到第二行星齿轮组236的第二太阳齿轮238。更具体地，第二太阳齿轮238联接至延伸到电机230的转子234的延伸腹板245，从而将第二太阳齿轮238机械地联接至电机230的转子234。此外，对于所示的实施例，第二太阳齿轮238和延伸腹板245由通过差动轴承组件244的第二驱动轴204支撑(反之亦然)。
然而，在其他实施例中，第二太阳齿轮238可以通过任何其他合适的结构联接至电机230的转子234。此外，在其他示例性实施例中，电机230的转子234可以通过第二行星齿轮组236构造的任何其他构造联接到输入228(例如，联接到第二环形齿轮242，其中太阳齿轮固定地定位在齿轮箱组件200内)。此外，尽管示出了示例性电机230的示例性定子232定位在齿轮箱组件壳体106内，但是在其他示例性实施例中，定子232可以通过直接或间接地固定到壳体106(在壳体106内或壳体106外部)来固定地定位到齿轮箱组件。
因此，在操作中，第二行星齿轮240直接与第二环形齿轮242和第二太阳齿轮238接合。对于所示的实施例，鉴于第二环形齿轮242固定地定位在齿轮箱组件200内，第二行星齿轮240可以与第一环形齿轮216一起旋转，从而允许在电机230和第一环形齿轮216之间传递动力。
简要地，如示意性地描绘的，电机230电联接到电力总线250。电力总线250可以是包括齿轮箱组件200的燃气涡轮发动机的电力总线，结合有燃气涡轮发动机的飞行器的电力总线，或两者。所描绘的电力总线250包括一个或多个电力存储装置，例如电池组252。电力总线250可基于发动机的操作状况，燃气涡轮发动机或飞行器的电力需求，燃气涡轮发动机的机械动力需求等在电机230与电池组252之间传递电力。
将理解的是，在某些示例性实施例中，电机230可以作为发电机操作，使得机械动力可以通过第二行星齿轮组236从第一环形齿轮216传递到电机230的转子234，其中电机230将这种机械动力转换为电力。电机230可以进一步将这种电力230传输到电力总线250(例如，以对电池组252进行充电，或者用于任何其他合适的目的)。然而，将进一步理解的是，在其他示例性方面，电机230可以作为电动机操作，将电力转换为机械动力，使电机230的转子234在周向方向C上旋转，并跨第二行星齿轮组236驱动第一环形齿轮216。以这种方式，电机组件206的电机230可旋转第二驱动轴204，第一驱动轴202或两者。电机230可以在这样的操作期间从电力总线250(例如从电池组252或其他合适的电力源)接收电力。
仍参考图3所示的示例性电机230，将理解的是，转子234位于定子232的内部(例如，处于“转子内(in-runner)”构造)，并且转子234和定子232被构造为径向磁通电机230(即，大致沿径向方向R布置/间隔)。然而，将理解的是，在其他示例性实施例中，电机230可具有任何其他合适的构造。例如，简要地参考图4和图5，提供了根据本公开的其他示例性方面的相应齿轮箱组件200的相应电机组件206的电机230。图4和5的齿轮箱组件200可以以与图3的示例性齿轮箱组件200相似的方式构造。这样，将理解的是，相同的数字表示相同的部分。
特别地参考图4，电机230包括转子234和定子232。然而，与图3所示的示例性径向通量电机230相反，图4的示例性电机230被构造为轴向通量电机。通过这种构造，转子234和定子232沿齿轮箱组件200的轴向方向A布置，并且更具体地，沿轴向方向A彼此间隔开。
特别地参考图5，电机230再次包括转子234和定子232。然而，与图3的示例性转子内电机230相反，图5的示例性电机230被构造为“转子外”电机。更具体地，对于图5的电机230，转子234沿着齿轮箱组件200的径向方向R从定子232向外定位。
现在返回参考图3，如上所述，齿轮箱组件200还包括齿轮箱组件壳体208。对于所示的实施例，齿轮箱组件壳体208通常在前端254和后端256之间延伸，并且基本上完全包围第一行星齿轮组210和电机组件206(即，包围第一行星齿轮组210和电机组件206的所有移动和/或啮合部件)，或更具体地，对于所示的实施例，完全包围第一行星齿轮组210和电机组件206。对于所示的实施例，齿轮箱组件壳体208还在后端256处限定用于容纳燃气涡轮发动机的第一驱动轴202的第一开口258，以及在前端254处限定用于容纳燃气涡轮发动机的第二驱动轴204的第二开口260。此外，所示的示例性齿轮箱组件200包括位于后端256处的第一轴承组件262，用于在齿轮箱组件壳体208的后端256处将齿轮箱组件壳体208可旋转地安装到燃气涡轮发动机的第一驱动轴202。类似地，所示的示例性齿轮箱组件200包括位于前端254处的第二轴承组件264，用于在齿轮箱组件壳体208的前端254处将齿轮箱组件壳体208可旋转地安装到燃气涡轮发动机的第二驱动轴204。
尽管未示出，但是齿轮箱组件200还可以包括一个或多个润滑油组件，用于向第一行星齿轮组210，第二行星齿轮组236或两者提供润滑油。此外，齿轮箱组件200可包括一个或多个冷却特征，用于将第一行星齿轮组210，电机组件206或两者的温度维持在期望的操作温度范围内。
根据上述示例性方面中的一个或多个，燃气涡轮发动机包含具有可与第一行星齿轮组一起操作的电机组件的齿轮箱组件，可有助于从燃气涡轮发动机提取附加的动力，以为飞行器提供所需的电力量。附加地或替代地，根据上述示例性方面中的一个或多个，燃气涡轮发动机包含具有可与第一行星齿轮组一起操作的电机组件的齿轮箱组件，可允许电机组件在某些操作期间将动力添加至燃气涡轮发动机的一个或多个方面，例如第一驱动轴，第二驱动轴或两者。
如上所述，在其他示例性实施例中，齿轮箱组件200可以被结合到任何其他合适的发动机和/或推进组件中，或以其他方式与其一起使用。例如，现在参考图6至图9，示出了本公开的各种附加实施例，其中，本公开的齿轮箱组件200与各种其他的燃气涡轮发动机和/或推进组件一起使用。
例如，首先参考图6，齿轮箱组件200被示出为结合到涡轮螺旋桨发动机300中。涡轮螺旋桨发动机300以串行流动顺序包括具有涡轮机气流(由箭头312指示)的入口302，压缩机区段304，燃烧区段306，涡轮区段308和排气口310，以及螺旋桨组件314。燃烧区段306包括逆流燃烧器316。压缩机区段304包括第一压缩机318，并且涡轮区段308包括第一涡轮320和第二涡轮322。第一涡轮320通过第一轴324联接到第一压缩机318，并且第二涡轮通过第二轴326联接到螺旋桨组件314。更具体地，根据本公开的示例性实施例，第二轴326跨齿轮箱组件200联接至螺旋桨组件314，该第二轴326被构造为使得螺旋桨组件314被布置成与涡轮机械部件(例如，压缩机区段304，燃烧区段306和涡轮区段308)成直线。因此，如上所述，齿轮箱组件200通常可包括结合在其中的电机。
将意识到，螺旋桨组件314通常包括由第二轴326跨齿轮箱组件200驱动的螺旋桨轴326 328，以及由螺旋桨轴326 328驱动的多个螺旋桨330。多个螺旋桨330加速环境气流332以生成推力。因此，将意识到，所示的示例性涡轮螺旋桨发动机300处于“拉动式”构造。
现在参考图7，根据另一实施例，齿轮箱组件200被示出为结合到涡轮螺旋桨发动机300中。更具体地，图7中描绘的涡轮螺旋桨发动机300类似地以串行流动顺序包括具有涡轮机气流(由箭头312指示)的入口302，压缩机区段304，燃烧区段306，涡轮区段308和排气口310，以及螺旋桨组件314。螺旋桨组件314由涡轮螺旋桨发动机300的第二轴326跨齿轮箱组件200驱动，该齿轮箱组件200根据本公开的实施例构造。
然而，对于所示的实施例，涡轮机械的入口302设置在涡轮螺旋桨发动机300的前端，涡轮螺旋桨发动机300的排气口310设置在涡轮螺旋桨发动机300的后端，并且螺旋桨组件314也设置在涡轮螺旋桨发动机300的后端。因此，图7中描绘的示例性涡轮螺旋桨发动机300可以被称为逆流，直列，螺旋桨推动式涡轮螺旋桨发动机。
现在参考图8，示出了根据本公开的又一示例性实施例的齿轮箱组件200结合到涡轮螺旋桨发动机300中。图8所示的示例性涡轮螺旋桨发动机300类似地以串行流动顺序包括具有涡轮机气流(由箭头312指示)的入口302，压缩机区段304，燃烧区段306，涡轮区段308和排气口310，以及螺旋桨组件314。根据本公开的实施例，螺旋桨组件314由涡轮螺旋桨发动机300的轴326跨齿轮箱组件200驱动。
然而，对于所示的实施例，螺旋桨组件314不与涡轮机械成直线，而是使用偏置齿轮组件334从涡轮机械偏置。偏置齿轮组件334将旋转能量从可与涡轮机械一起旋转的发动机轴326传递到螺旋桨组件314。更具体地，偏置齿轮组件334可与根据本公开的实施例的齿轮箱组件200一起操作，使得发动机轴326跨偏置齿轮组件334和根据本公开的实施例的齿轮箱组件200旋转螺旋桨组件314。
现在参考图9，根据本公开的又一示例性实施例，齿轮箱组件200被示出为结合到燃气涡轮发动机中。更具体地，对于图9的实施例，燃气涡轮发动机是涡轮轴发动机400。图9中描绘的示例性涡轮轴发动机400以与图6至图8的示例性涡轮螺旋桨发动机300类似的方式构造，并且相应地以串行流动顺序包括具有涡轮机气流(由箭头412指示)的入口402，压缩机区段404，燃烧区段406，涡轮区段408和排气口410，以及螺旋桨组件414。螺旋桨组件414由涡轮轴发动机400的轴426跨根据本公开的实施例的齿轮箱组件200驱动。
然而，对于所示的实施例，螺旋桨组件314远离涡轮轴发动机400，诸如可以被结合到直升机中。通过这种构造，涡轮轴发动机400的发动机轴326可以旋转一个或多个连接轴436和一个或多个连接齿轮组件438，其中一个或多个连接轴436和一个或多个连接齿轮组件438又旋转螺旋桨组件414。更具体地，对于所示的实施例，涡轮轴发动机400的发动机轴326旋转一个或多个连接轴436和一个或多个连接齿轮组件438，其中一个或多个连接轴436和一个或多个连接齿轮组件438又跨根据本公开的实施例的齿轮箱组件200旋转螺旋桨组件414。
然而，将理解，在其他示例性实施例中，根据本公开的实施例的齿轮箱组件200可以替代地被结合到用于运载器的任何其他合适的燃气涡轮发动机和/或驱动组件中。
现在参考图10，提供了根据本公开的示例性方面的用于操作燃气涡轮发动机的齿轮箱组件的方法300。示例性方法500可以与以上参考图1至图9描述的一个或多个示例性齿轮箱组件一起使用。因此，齿轮箱组件通常可包括行星齿轮组和电机组件。行星齿轮组可包括太阳齿轮，行星齿轮和环形齿轮。行星齿轮组的太阳齿轮可连接至燃气涡轮发动机的第一驱动轴，并且行星齿轮组的环形齿轮可连接至燃气涡轮发动机的第二驱动轴。
方法500通常包括在(502)确定燃气涡轮发动机处于第一操作模式，以及在(504)，在燃气涡轮发动机处于第一操作模式时以发电机模式操作电机组件的电机，以从燃气涡轮发动机提取动力。在至少某些示例性方面，电机组件可以进一步包括联接至齿轮箱组件的行星齿轮组的环形齿轮，太阳齿轮或行星齿轮中的一个的输入。
方法500进一步包括在(506)确定燃气涡轮发动机处于第二操作模式，以及在(508)，在燃气涡轮发动机处于第二操作模式时以电动机模式操作电机组件的电机，以向燃气涡轮发动机增加动力。
在至少某些示例性方面，第一操作模式是第一飞行模式，并且第二操作模式是第二飞行模式。例如，第一飞行模式和第二飞行模式可以各自是例如起飞飞行模式，爬升飞行模式，巡航飞行模式，逐步改变飞行模式，下降飞行模式等中的一个。第二飞行模式可以不同于第一飞行模式。此外，将理解，在至少某些示例性方面，燃气涡轮发动机的第二驱动轴可以是燃气涡轮发动机的风扇轴，该风扇轴例如联接至燃气涡轮发动机的风扇。对于这样的示例性方面，在(508)以电动机模式操作电机组件的电机可包括在(510)，在燃气涡轮发动机处于第二飞行模式时向燃气涡轮发动机的风扇轴增加动力，并且更具体地，向具有电机的风扇轴燃气涡轮发动机增加动力。
替代地，在其他示例性实施例中，第二操作模式可以不是飞行操作模式，并且替代地可以是例如燃气涡轮发动机的停机模式。停机模式可以指在燃气涡轮发动机被关闭期间和/或在燃气涡轮发动机已经被关闭之后(即，在不再向发动机的燃烧区段提供燃料以生成燃烧气体之后)的操作。对于这样的示例性方面，在(508)以电动机模式操作电机组件的电机可包括在(512)，在燃气涡轮发动机与电机处于停机模式时旋转燃气涡轮发动机的第一驱动轴。例如，燃气涡轮发动机的第一驱动轴可以是例如燃气涡轮发动机的低压轴。对于这样的示例性方面，在(508)当燃气涡轮发动机处于停机模式时旋转燃气涡轮发动机的第一驱动轴可以包括在(514)旋转燃气涡轮发动机的低压轴，以防止低压轴的转子弯曲状态。在(514)旋转燃气涡轮发动机的低压轴以防止低压轴的转子弯曲状态可包括以小于大约每分钟200转(“rpm”)(例如小于大约100rpm，例如小于大约60rpm，例如小于大约30rpm，例如至少大约0.5rpm)的旋转速度旋转燃气涡轮发动机的低压轴。
然而，将意识到，在至少某些示例性方面，方法500可包括当燃气涡轮发动机的操作模式为第二飞行操作模式时，并且当燃气涡轮发动机的操作模式为停机模式时，以电动机模式操作电机组件的电机。对于这样的示例性方面，在(506)确定燃气涡轮发动机处于第二操作模式可以包括确定燃气涡轮发动机处于第二飞行操作模式，在(508)以电动机模式操作电动机组件的电动机可以包括利用电机向风扇轴增加动力，并且方法500可以进一步包括确定燃气涡轮发动机处于第三操作模式，其中第三操作模式是燃气涡轮发动机的停机模式(如上所述)，以及以电动机模式操作电机组件的电机，以在燃气涡轮发动机处于停机模式时旋转燃气涡轮发动机的第一驱动轴(例如，以防止转子弯曲状态，也如上所述)。
这样，将理解的是，根据本公开的一个或多个示例性方面操作燃气涡轮发动机可以允许燃气涡轮发动机利用示例性齿轮箱组件的电机组件来提供燃气涡轮发动机和/或飞行器的所需电力量，从而为燃气涡轮发动机提供所需的推力量，和/或减少在燃气涡轮发动机关闭之后损坏燃气涡轮发动机的可能性。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：
一种用于燃气涡轮发动机的齿轮箱组件，包括：行星齿轮组，该行星齿轮组包括太阳齿轮，行星齿轮和环形齿轮，太阳齿轮被构造为连接到燃气涡轮发动机的第一驱动轴，环形齿轮被构造为连接到燃气涡轮发动机的第二驱动轴；电机组件，该电机组件包括输入和电机，电机包括联接到输入的转子和固定地定位到齿轮箱组件的定子，电机组件的输入联接到行星齿轮组的太阳齿轮，环形齿轮或行星齿轮中的一个。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，其中，行星齿轮组还包括行星齿轮架，其中，行星齿轮可旋转地联接到行星齿轮架，其中，行星齿轮架固定地定位在齿轮箱组件内，并且其中，电机组件的输入联接到行星齿轮组的环形齿轮。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，其中，行星齿轮组是第一行星齿轮组，其中，电机组件包括第二行星齿轮组，并且其中，电机的转子跨第二行星齿轮组联接到电机组件的输入。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，其中，第一行星齿轮组的太阳齿轮，行星齿轮和环形齿轮被构造为第一太阳齿轮，第一行星齿轮和第一环形齿轮，其中，第二行星齿轮组包括第二太阳齿轮，第二行星齿轮和第二环形齿轮，其中，电机组件的输入联接到第二行星齿轮组的第二行星齿轮。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，其中，电机组件的电机的转子联接到第二行星齿轮组的第二太阳齿轮。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，其中，第二环形齿轮固定地定位在齿轮箱组件内。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，其中，电机组件的输入联接到行星齿轮组的环形齿轮，其中，行星齿轮组的行星齿轮是包括第一级和第二级的复合行星齿轮，其中，第一级与行星齿轮组的太阳齿轮啮合，并且其中，第二级与行星齿轮组的环形齿轮啮合。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，其中，电机以轴向通量构造布置。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，其中，电机以径向通量构造布置。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，其中，齿轮箱组件限定径向方向，并且其中，转子沿着径向方向位于定子的内侧。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，其中，齿轮箱组件限定径向方向，并且其中，转子沿着径向方向位于定子的外侧。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，进一步包括：齿轮箱组件壳体，该齿轮箱组件壳体在前端和后端之间延伸；第一轴承组件，该第一轴承组件位于后端，用于在齿轮箱组件壳体的后端将齿轮箱组件壳体可旋转地安装到燃气涡轮发动机的第一驱动轴；第二轴承组件，该第二轴承组件位于前端，用于在齿轮箱组件壳体的前端将齿轮箱组件壳体可旋转地安装到燃气涡轮发动机的第二驱动轴。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，进一步包括：齿轮箱组件壳体，其中，电机的定子固定在齿轮箱组件的齿轮箱组件壳体内。
根据前述条项中任一项所述的齿轮箱组件，其中，电机组件的输入直接联接到行星齿轮组的太阳齿轮，环形齿轮或行星齿轮中的一个。
一种燃气涡轮发动机，包括：涡轮机，该涡轮机包括以串行流动顺序布置的压缩机，燃烧区段和涡轮，涡轮机还包括可与涡轮一起旋转的发动机轴；风扇区段，该风扇区段包括风扇和风扇轴，风扇轴联接到风扇，用于驱动风扇；以及齿轮箱组件，该齿轮箱组件包括：行星齿轮组，该行星齿轮组包括太阳齿轮，行星齿轮和环形齿轮，太阳齿轮连接到燃气涡轮发动机的发动机轴，并且环形齿轮联接到风扇轴；以及电机组件，该电机组件包括输入和电机，电机包括联接到输入的转子和固定地定位到齿轮箱组件的定子，电机组件的输入联接到行星齿轮组的太阳齿轮，环形齿轮或行星齿轮中的一个。
根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，行星齿轮组还包括行星齿轮架，其中，行星齿轮可旋转地联接到行星齿轮架，其中，行星齿轮架固定地定位到齿轮箱组件，并且其中，电机组件的输入联接到行星齿轮组的环形齿轮。
一种用于操作燃气涡轮发动机的齿轮箱组件的方法，齿轮箱组件包括行星齿轮组和电机组件，行星齿轮组包括太阳齿轮，行星齿轮和环形齿轮，太阳齿轮连接到燃气涡轮发动机的第一驱动轴，并且环形齿轮连接到燃气涡轮发动机的第二驱动轴，该方法包括：确定燃气涡轮发动机处于第一操作模式；在燃气涡轮发动机处于第一操作模式时，以发电机模式操作电机组件的电机以从燃气涡轮发动机提取动力，电机组件还包括联接到行星齿轮组的太阳齿轮，环形齿轮或行星齿轮中的一个的输入；确定燃气涡轮发动机处于第二操作模式；在燃气涡轮发动机处于第二操作模式时，以电动机模式操作电机组件的电机，以向燃气涡轮发动机增加动力。
根据前述条项中任一项所述的方法，其中，第一操作模式是第一飞行模式，并且其中，第二操作模式是第二飞行模式。
根据前述条项中任一项所述的方法，其中，燃气涡轮发动机的第二驱动轴是燃气涡轮发动机的风扇轴，并且其中，以电动机模式操作电机组件的电机包括向风扇轴增加动力。
根据前述条项中任一项所述的方法，其中，第二操作模式是燃气涡轮发动机的停机模式。
根据前述条项中任一项所述的方法，其中，以电动机模式操作电机组件的电机包括：在燃气涡轮发动机与电机处于停机模式时旋转燃气涡轮发动机的第一驱动轴。
根据前述条项中任一项所述的方法，其中，燃气涡轮发动机的第一驱动轴是燃气涡轮发动机的低压轴，并且其中，在燃气涡轮发动机处于停机模式时旋转燃气涡轮发动机的第一驱动轴包括旋转燃气涡轮发动机的低压轴，以防止低压轴的转子弯曲状态。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机(100)的齿轮箱组件(150)，其特征在于，包括：
行星齿轮组(152)，所述行星齿轮组(152)包括太阳齿轮(158)、行星齿轮和环形齿轮(154)，所述太阳齿轮(158)被构造为连接到所述燃气涡轮发动机(100)的第一驱动轴(326)，并且所述环形齿轮(154)被构造为连接到所述燃气涡轮发动机(100)的第二驱动轴(326)；和
电机组件(206)，所述电机组件(206)包括输入(228)和电机(230)，所述电机(230)包括联接到所述输入(228)的转子(234)和固定地定位到所述齿轮箱组件(150)的定子(232)，所述电机组件(206)的所述输入(228)联接到所述行星齿轮组(152)的所述太阳齿轮(158)，所述环形齿轮(154)或所述行星齿轮中的一个。
2.根据权利要求1所述的齿轮箱组件(150)，其特征在于，其中，所述行星齿轮组(152)进一步包括行星齿轮架(161)，其中，所述行星齿轮可旋转地联接到所述行星齿轮架(161)，其中，所述行星齿轮架(161)固定地定位在所述齿轮箱组件(150)内，并且其中，所述电机组件(206)的所述输入(228)联接到所述行星齿轮组(152)的所述环形齿轮(154)。
3.根据权利要求1所述的齿轮箱组件(150)，其特征在于，其中，所述行星齿轮组(152)是第一行星齿轮组(210)，其中，所述电机组件(206)包括第二行星齿轮组(236)，并且其中，所述电机(230)的所述转子(234)跨所述第二行星齿轮组(236)联接到所述电机组件(206)的所述输入(228)。
4.根据权利要求3所述的齿轮箱组件(150)，其特征在于，其中，所述第一行星齿轮组(210)的所述太阳齿轮(158)、所述行星齿轮和所述环形齿轮(154)被构造为第一太阳齿轮(212)、第一行星齿轮(214)和第一环形齿轮(216)，其中，所述第二行星齿轮组(236)包括第二太阳齿轮(238)、第二行星齿轮(240)和第二环形齿轮(242)，其中，所述电机组件(206)的所述输入(228)联接到所述第二行星齿轮组(236)的所述第二行星齿轮(240)。
5.根据权利要求4所述的齿轮箱组件(150)，其特征在于，其中，所述电机组件(206)的所述电机(230)的所述转子(234)联接到所述第二行星齿轮组(236)的所述第二太阳齿轮(238)。
6.根据权利要求5所述的齿轮箱组件(150)，其特征在于，其中，所述第二环形齿轮(242)固定地定位在所述齿轮箱组件(150)内。
7.根据权利要求1所述的齿轮箱组件(150)，其特征在于，其中，所述电机组件(206)的所述输入(228)联接到所述行星齿轮组(152)的所述环形齿轮(154)，其中，所述行星齿轮组(152)的所述行星齿轮是包括第一级(218)和第二级(220)的复合行星齿轮，其中，所述第一级(218)与所述行星齿轮组(152)的所述太阳齿轮(158)啮合，并且其中，所述第二级(220)与所述行星齿轮组(152)的所述环形齿轮(154)啮合。
8.根据权利要求1所述的齿轮箱组件(150)，其特征在于，其中，所述电机(230)以轴向通量构造布置。
9.根据权利要求1所述的齿轮箱组件(150)，其特征在于，其中，所述电机(230)以径向通量构造布置。
10.根据权利要求9所述的齿轮箱组件(150)，其特征在于，其中，所述齿轮箱组件(150)限定径向方向，并且其中，所述转子(234)沿着所述径向方向位于所述定子(232)的内侧。
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