CN114679006B - 一种抗超转航空直流起动电机结构 - Google Patents

Abstract

一种抗超转航空直流起动电机结构，包括直流起动电机，在直流起动电机上连接有超转组件，超转组件包括：心轴，其左端与直流起动电机的输出轴相连；在芯轴的中部设置有心轴盘；传动轴，设置于的右侧，与心轴同轴设置；在传动轴上套设有外星轮，外星轮与传动轴之间通过圆柱滚子进行单向传动；外星轮与心轴盘之间通过摩擦片结构进行传动；齿轮，设置在传动轴的右端，用于与发动机的起动齿轮啮合传动。当发动机点火后向高速区运转，转速超过直流起动电机本体的转速后，可以将心轴与传动轴断开，避免了直流起动电机转子发生超转而承受高速离心力以及碳刷和换向器的无效磨损，大大提升了直流起动电机的使用寿命。

Description

一种抗超转航空直流起动电机结构

技术领域

本发明涉及航空发动机电起动技术领域，尤其涉及一种抗超转航空直流起动电机结构。

背景技术

在航空发动机动力系统中，起动电机作为发动机的第一级起动动力源，是发动机的核心部件，主要作用是负责地面和空中起动发动机，带转发动机转速达到稳定的工作状态并最终实现点火。起动电机与发动机同轴连接，在发动机完成起动后，起动电机会承受20000r/min以上的超转转速，对于直流起动电机，在如此高的转速下长时工作，其碳刷和换向器会出现急剧磨损，并产生较大的换向火花，转子电枢绕组在高速离心力的作用下，会出现变形和离散，与定子发生扫膛。发动机出现卡滞或堵转时，对起动电机会产生较大的负载转矩，引起起动电机堵转过热或转子轴断裂的故障。起动电机的使用寿命将大大缩短，因此在发动机完成点火后或出现堵转、卡滞时需要及时将直流起动电机脱开。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种抗超转航空直流起动电机结构，旨在解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种抗超转航空直流起动电机结构，包括直流起动电机，在直流起动电机上连接有超转组件，该超转组件包括：

芯轴，其左端与直流起动电机的输出轴相连；在芯轴的中部设置有芯轴盘；

传动轴，设置于的右侧，与所述芯轴同轴设置；在传动轴上套设有外星轮，外星轮与传动轴之间通过圆柱滚子进行单向传动；所述外星轮与所述芯轴盘之间通过摩擦片结构进行传动；

齿轮，设置在所述传动轴的右端，用于与发动机的起动齿轮啮合传动。

优选的，所述摩擦片结构包括设置在外星轮阶梯内孔中第一铜片环和第二铜片环；第一铜片环和第二铜片环的外周面均与外星轮的内孔面通过花键啮合传动；

第二铜片环的左侧面抵靠在芯轴盘，右侧面抵靠在外星轮内孔的台阶面上；

第一铜片环的右侧面抵靠在芯轴盘的左侧面上；在第一铜片环的左侧设置有碟簧；

在碟簧外部套有螺纹圈，碟簧的左端抵靠在螺纹圈内孔的卡台上；在外星轮外部套有卡套，外星轮外圆台阶面抵靠在卡套内孔的卡台上；螺纹圈与卡套旋合压紧所述碟簧。

优选的，所述芯轴的右端插入至传动轴的内孔中，所述芯轴的右端与传动轴的内孔之间设置有第一轴承。

优选的，在所述传动轴上套设有保持架；圆柱滚子安装该保持架上；在保持架外柱面上设置有多个凸台，在每个凸台的一侧设置有磁铁用于使圆柱滚子保持或恢复初始的携程位置；在保持架的内壁上设置有润滑油槽。

优选的，还包括超转组件壳体；该超转组件壳体为左端敞口中空状结构；所述超转组件设置在超转组件壳体的内部；在传动轴与超转组件壳体右端面内孔之间设置有第二轴承；超转组件壳体敞口端扣在直流起动电机的前端盖上，并通过螺钉紧固连接。

优选的，第二轴承的内圈左端抵靠在传动轴的台阶上；所述齿轮设置有内圈延长段；该内圈延长段的左端抵靠在第二轴承的内圈右端面上；

在传动轴的右端头设置有止动垫圈和螺母，所述螺母旋紧时推动所述止动垫圈压紧所述齿轮。

优选的，所述芯轴的左端设置有花键孔；芯轴与直流起动电机的输出轴采用花键连接。

优选的，所述第二铜片环的厚度大于第一铜片环的厚度。

优选的，在所述超转组件壳体外圆柱面靠近右端位置处设置有耳板，该耳板上设置有安装孔。

优选的，所述超转组件壳体内腔口部为阶梯状；直流起动电机的前端盖外圆为阶梯状；前端盖右端插入至超转组件壳体内腔口部；且超转组件壳体的左端面抵靠在前端盖外圆的阶梯上。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：

(1)本发明所提供的一种抗超转航空直流起动电机结构，在直流起动电机的传动输出端设置了超转组件，使得直流起动电机本体与超转组件形成一体化集成，当直流起动电机工作在正常的起动转速区时，直流起动电机带动芯轴转动，通过芯轴盘与摩擦片结构、外星轮以及圆柱滚子结构带动传动轴转动，传动轴上的齿轮与发动机的起动齿轮进行啮合传动，带转动发动机的转速上升，当发动机点火后向高速区运转，转速超过直流起动电机本体的转速后，此时传动轴的转速超越外星轮的转速，传动轴通过摩擦力带动圆柱滚子运动至超越位置，在该位置外星轮、圆柱滚子和传动轴三者之间无摩擦力，三者处于脱开状态。从而将芯轴与传动轴断开，避免了直流起动电机转子发生超转而承受高速离心力以及碳刷和换向器的无效磨损，大大提升了直流起动电机的使用寿命。

(2)本发明所提供的一种抗超转航空直流起动电机结构，直流起动电机在进行起动时，若发动机发生卡滞或堵转时，会对直流起动电机产生一个较大的负载转矩，该转矩大于超转组件上芯轴盘与摩擦片结构之间设定的摩擦力矩时。芯轴盘与摩擦片将会打滑，从而对直流起动电机的保护，避免引起直流起动电机出现堵转过热或转子轴断裂的故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明所提供的抗超转航空直流起动电机结构的示意图

图2为本发明所提供的抗超转航空直流起动电机结构的立体图；

图3为本发明中超转组件的剖视图；

图4为本发明中超转组件的立体结构示意图一；

图5为本发明中超转组件的立体结构示意图二；

图6为本发明中超转组件去掉卡套、螺纹圈、外星轮之后的结构示意图；

图7为本发明中外星轮的结构示意图；

图8为本发明中保持架的结构示意图；

图9为利用本发明对发动机进行起动的工作过程框图

图10为本发明的工作原理图。

附图标号说明：100、直流起动电机；101、外罩；102、后端盖轴承；103、后端盖组件；104、电枢；105、定子；106、前端盖；107、轴承盖；108、前端盖轴承；200、超转组件；300、超转组件壳体；301、耳板；1、螺纹圈；2、碟簧；3、芯轴；3-1、芯轴盘；4、第一轴承；5、第一铜片环；6、第二铜片环；7、卡套；7-1、凹槽；8、外星轮；9、圆柱滚子；10、保持架；10-1、凸台；10-2、润滑油槽；11、传动轴；12、第二轴承；13、齿轮；13-1、内圈延长段；14、止动垫圈；15、六角薄螺母；16、磁铁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

结合图1所示，一种抗超转航空直流起动电机结构，包括直流起动电机100，该直流起动电机100包括外罩101、后端盖组件103、电枢104、定子105、前端盖106、轴承盖107等组成，在后端盖组件103与直流起动电机100的输出轴之间设置有后端盖轴承102，在前端盖106与直流起动电机100的输出轴之间设置有前端盖轴承108，该前端盖轴承108安装在轴承盖107内部。

结合图1至图3所示，进一步地，在直流起动电机100上连接有超转组件200，该超转组件200包括：

芯轴3，其左端与直流起动电机100的输出轴相连；在芯轴3的中部设置有芯轴盘3-1；

传动轴11，设置于的右侧，与所述芯轴3同轴设置；在传动轴11上套设有外星轮8，外星轮8与传动轴11之间通过圆柱滚子9进行单向传动；所述外星轮8与所述芯轴盘3-1之间通过摩擦片结构进行传动；

齿轮13，设置在所述传动轴11的右端，该齿轮13用于与发动机的起动齿轮进行传动以对发动机进行起动。

在直流起动电机100的传动输出端设置了超转组件200，使得直流起动电机100的本体与超转组件200形成一体化集成，当直流起动电机100工作在正常的起动转速区时，直流起动电机100带动芯轴3转动，通过芯轴盘3-1与摩擦片结构、外星轮8以及圆柱滚子9形成的传动结构带动传动轴11转动，传动轴11上的齿轮13与发动机的起动齿轮处于啮合状态，带转动发动机的转速上升，当发动机点火后向高速区运转，转速超过规定的超转转速后，此时传动轴11的转速超越外星轮8的转速，传动轴11通过摩擦力带动圆柱滚子9运动至超越位置，在该位置外星轮8、圆柱滚子9和传动轴11三者之间无摩擦力传动，三者处于脱开状态。从而将芯轴3与传动轴11之间的传断开，避免了直流起动电机100的转子发生超转而承受高速离心力以及碳刷和换向器的无效磨损，大大提升了直流起动电机100的使用寿命。

结合图3、图4及图5所示，所述摩擦片结构包括设置在外星轮8阶梯内孔中第一铜片环5和第二铜片环6第二铜片环6的左侧面抵靠在芯轴盘3-1，右侧面抵靠在外星轮8内孔的台阶面上；第一铜片环5的右侧面抵靠在芯轴盘3-1的左侧面上；在第一铜片环5的左侧设置有碟簧2；在碟簧2外部套有螺纹圈1，碟簧2的左端抵靠在螺纹圈1内孔的卡台上；在外星轮8外部套有卡套7，外星轮8外圆台阶面抵靠在卡套7内孔的卡台上；螺纹圈1与卡套7旋合压紧所述碟簧2；结合图6及图7所示，第一铜片环5和第二铜片环6的外周面均与外星轮8的内孔面通过花键啮合传动。

通过调节螺纹圈1与卡套7之间的旋合程度以调节碟簧2的压缩量，使芯轴盘3-1与第一铜片环5、第二铜片环6之间产生设定的摩擦力矩并进行摩擦传动。通过螺纹圈1与卡套7相互配合的结构可以便于调节碟簧2的压缩量，进一步调整摩擦力的大小。外星轮8通过花键与第一铜片环5、和第二铜片环6通过花键配合传递扭矩，芯轴3依靠芯轴盘3-1与第一铜片环5、和第二铜片环6之间的摩擦力将转速和转矩传递至外星轮8，扭矩和转锁传递方式简单有效。

结合图1及图3所示，在本实施例中，所述芯轴3的左端设置有花键孔3-2；芯轴3与直流起动电机100的输出轴采用花键连接。采用花键连接方式，直接将直流起动电机100的输出轴插入到芯轴3的花键孔3-1中即可实现扭矩传递，结构简单。

结合图3所示，所述芯轴3的右端插入至传动轴11的内孔中，所述芯轴3的右端与传动轴11的内孔之间设置有第一轴承4。通过该结构，可以使得传动轴11很好地与芯轴3保持同轴设置，同时可以使得传动轴11相对与芯轴3进行转动，保证整个超转组件200平稳运行。

结合图3及图5、图6所示，在所述传动轴11上套设有保持架10；圆柱滚子9安装该保持架10上；在保持架10外柱面上设置有多个凸台10-1，在每个凸台10-1的一侧设置有磁铁16用于使圆柱滚子9保持或恢复初始的携程位置；在保持架10的内壁上设置有润滑油槽10-2。通过利用保持架10对圆柱滚子9进行安装，对圆柱滚子9形成保持作用。磁铁16与外星轮8的凸台侧面之间保持一定的磁力，使圆柱滚子9可保持或恢复初始的携程位置，在该位置外星轮8、圆柱滚子9和传动轴11三者之间的摩擦力最大，三者处于啮合状态。当传动轴11的转速超越外星轮8的转速后，传动轴11通过摩擦力带动圆柱滚子9和保持架10，克服保持架10的磁力，将圆柱滚子9带至超越位置，在该位置外星轮8、圆柱滚子9和传动轴11三者之间无摩擦力，三者处于脱开状态。

结合图1、图2所示，所述抗超转航空直流起动电机结构还包括超转组件壳体300；该超转组件壳体300为左端敞口中空状结构；所述超转组件200设置在超转组件壳体300的内部；在传动轴11与超转组件壳体300右端面内孔之间设置有第二轴承12；超转组件壳体300敞口端扣在直流起动电机100的前端盖106上，并通过螺钉紧固连接。通过利用超转组件壳体300的内腔来形成超转组件200的安装容置空间，通过利用传动轴11与超转组件壳体300之间的第二轴承12与第一轴承4相配合，可以更好地保证传动轴11与芯轴3保持同轴，进而保证整个超转组件200转动更加平稳。

结合图3、图5所示，在本实施例中，所述第二轴承12的内圈左端抵靠在传动轴11的台阶上；所述齿轮13设置有内圈延长段13-1；该内圈延长段13-1的左端抵靠在第二轴承12的内圈右端面上；在传动轴11的右端头设置有止动垫圈14和螺母15，所述螺母15旋紧时推动所述止动垫圈14压紧所述齿轮13。通过利用内圈延长段13-1顶紧所述第二轴承12，同时利用螺母15、止动垫圈14即可将齿轮13、以及第二轴承12装紧固定。

结合图3所示，在本实施例中，所述第二铜片环6的厚度大于第一铜片环5的厚度。第一铜片环5的左侧为碟簧2，第一铜片环5采用厚度薄的结构，变形好，可以防止第一铜片环5在加工平面度不好时，始终可以保证在碟簧2作用下整面与芯轴盘3-1贴合良好；第二铜片环6因需要与外形轮啮合好，就要保证一定的花键长度，所以采用厚度大于第一铜片环5的结构。

如图1、图2所示，在所述超转组件壳体300外圆柱面靠近右端位置处设置有耳板301，该耳板301上设置有安装孔。通过设置耳板301，便于将整个抗超转航空直流起动电机结构与发动机连接安装。

结合图1、图2所示，所述超转组件壳体300内腔口部为阶梯状；直流起动电机100的前端盖106外圆为阶梯状；前端盖106右端插入至超转组件壳体300内腔口部；且超转组件壳体300的左端面抵靠在前端盖106外圆的阶梯上。通过利用超转组件壳体300内腔口部阶梯与前端盖106外圆为阶梯相配合的结构形式，可以很好地保证超转组件壳体300与直流起动电机100的轴线重合，且便于两者的定位及安装。

结合图9及图10所示，本发明的工作原理如下：

给直流起动电机100上电，直流起动电机100向超转组件200的芯轴3输出转速n1和扭矩T1，在保持架10磁力的作用下，圆柱滚子9处于初始的携程位置，外星轮8、圆柱滚子9和传动轴11三者处于啮合状态。超转组件200的外星轮8向发动机输出转速n2和扭矩T2(n2＝n1)，带转发动机起动之后，发动机输出转速n3和扭矩T3(n3＝n2＝n1)。当发动机点火后，自身产生旋转动力并向高速区加速起动；当发动机的转速n3超过直流起动电机100的转速n1后(n3＞n1)，超转组件200的传动轴11克服保持架10的磁力，带动圆柱滚子9运动至超越位置，外星轮8、圆柱滚子9和传动轴11三者处于脱开状态，发动机带仅带转超转组件200的传动轴11在旋转(n2＝n3＞n1)，从而将直流起动电机100的输出轴与发动机脱开，避免了发动机进入高速区超转时带转直流起动电机100旋转，导致直流起动电机100的转子承受高速离心力损坏、碳刷与换向器出现无效磨损的情况。

直流起动电机100在进行起动时，若发动机发生卡滞或堵转时，会对直流起动电机100机产生一个较大的负载转矩，该转矩大于超转组件200上芯轴盘3-1与第一铜片环5、第二铜片环6之间设定的摩擦力矩时。芯轴与第一铜片环5、第二铜片环6将会打滑，从而对起动电机的保护，避免引起直流起动电机出现堵转过热或转子轴断裂的故障。

本发明所提供的抗超转航空直流起动电机结构，可实现对起动电机在发动机高速工作状态或出现堵转卡滞情况时的有效保护。该类起动电机可广泛应用于航空、汽车及船舶发动机的电起动技术领域，可大大提高起动电机的使用寿命。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种抗超转航空直流起动电机结构，包括直流起动电机(100)，其特征在于，在直流起动电机(100)上连接有超转组件(200)，该超转组件(200)包括：

芯轴(3)，其左端与直流起动电机(100)的输出轴相连；在芯轴(3)的中部设置有芯轴盘(3-1)；

传动轴(11)，设置于的右侧，与所述芯轴(3)同轴设置；在传动轴(11)上套设有外星轮(8)，外星轮(8)与传动轴(11)之间通过圆柱滚子(9)进行单向传动；所述外星轮(8)与所述芯轴盘(3-1)之间通过摩擦片结构进行传动；

齿轮(13)，设置在所述传动轴(11)的右端；

所述摩擦片结构包括设置在外星轮(8)阶梯内孔中第一铜片环(5)和第二铜片环(6)；第一铜片环(5)和第二铜片环(6)的外周面均与外星轮(8)的内孔面通过花键啮合传动；

第二铜片环(6)的左侧面抵靠在芯轴盘(3-1)，右侧面抵靠在外星轮(8)内孔的台阶面上；

第一铜片环(5)的右侧面抵靠在芯轴盘(3-1)的左侧面上；在第一铜片环(5)的左侧设置有碟簧(2)；

在碟簧(2)外部套有螺纹圈(1)，碟簧(2)的左端抵靠在螺纹圈(1)内孔的卡台上；在外星轮(8)外部套有卡套(7)，外星轮(8)外圆台阶面抵靠在卡套(7)内孔的卡台上；螺纹圈(1)与卡套(7)旋合压紧所述碟簧(2)；

在所述传动轴(11)上套设有保持架(10)；圆柱滚子(9)安装该保持架(10)上；在保持架(10)外柱面上设置有多个凸台(10-1)，在每个凸台(10-1)的一侧设置有磁铁(16)用于使圆柱滚子(9)保持或恢复初始的携程位置；在保持架(10)的内壁上设置有润滑油槽(10-2)。

2.如权利要求1所述的一种抗超转航空直流起动电机结构，其特征在于：所述芯轴(3)的右端插入至传动轴(11)的内孔中，所述芯轴(3)的右端与传动轴(11)的内孔之间设置有第一轴承(4)。

3.如权利要求1所述的一种抗超转航空直流起动电机结构，其特征在于：还包括超转组件壳体(300)；该超转组件壳体(300)为左端敞口中空状结构；所述超转组件(200)设置在超转组件壳体(300)的内部；在传动轴(11)与超转组件壳体(300)右端面内孔之间设置有第二轴承(12)；超转组件壳体(300)敞口端扣在直流起动电机(100)的前端盖(106)上，并通过螺钉紧固连接。

4.如权利要求3所述的一种抗超转航空直流起动电机结构，其特征在于：第二轴承(12)的内圈左端抵靠在传动轴(11)的台阶上；

所述齿轮(13)设置有内圈延长段(13-1)；该内圈延长段(13-1)的左端抵靠在第二轴承(12)的内圈右端面上；

在传动轴(11)的右端头设置有止动垫圈(14)和螺母(15)，所述螺母(15)旋紧时推动所述止动垫圈(14)压紧所述齿轮(13)。

5.如权利要求1所述的一种抗超转航空直流起动电机结构，其特征在于：所述芯轴(3)的左端设置有花键孔(3-2)；芯轴(3)与直流起动电机(100)的输出轴采用花键连接。

6.如权利要求1所述的一种抗超转航空直流起动电机结构，其特征在于：所述第二铜片环(6)的厚度大于第一铜片环(5)的厚度。

7.如权利要求3所述的一种抗超转航空直流起动电机结构，其特征在于：在所述超转组件壳体(300)外圆柱面靠近右端位置处设置有耳板(301)，该耳板(301)上设置有安装孔。

8.如权利要求3所述的一种抗超转航空直流起动电机结构，其特征在于：所述超转组件壳体(300)内腔口部为阶梯状；直流起动电机(100)的前端盖(106)外圆为阶梯状；前端盖(106)右端插入至超转组件壳体(300)内腔口部；且超转组件壳体(300)的左端面抵靠在前端盖(106)外圆的阶梯上。