專利名稱：電動機-發(fā)電機和原動機的齒輪傳動組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及一種可旋轉地連結原動機和電動機-發(fā)電機的齒輪傳動組件。
背景技術：
已知諸如渦輪機的原動機。典型的渦輪機包括風扇部、壓縮部、燃燒部以及渦輪部。渦輪機在壓縮部中具有至少一個轉子。轉子可被加速到相對較高的轉速直到轉子快速旋轉足以維持渦輪機的運轉。與渦輪機分離的電動機-發(fā)電機在渦輪機的起動過程中用作電動機用以使轉子旋轉。在渦輪機靠自身維持之后，電動機-發(fā)電機用作發(fā)電機并由渦輪機驅動。原動機的轉速可不同于電動機-發(fā)電機的最佳速度。而且，轉速在渦輪機的運轉過程中大幅變化，由此期望給電動機-發(fā)電機提供相對恒定的旋轉輸入。因此，使用液力機械式變速器來在原動機和電動機-發(fā)電機之間加速或減速旋轉。液力機械式變速器的尺寸和重量必須增大以適應更大范圍的轉速。

發(fā)明內容
示例機械式變速器組件接收以第一轉速旋轉的輸入并提供以第二轉速旋轉的輸出。機械式變速器選擇性地調節(jié)第二轉速。通過原動機提供輸入。輸出被提供給可旋轉地驅動電動機-發(fā)電機的液壓泵組件。示例原動機齒輪傳動裝置包括具有差速器組件和液壓泵的液力機械式變速器。液力機械式變速器可旋轉地驅動電動機-發(fā)電機。原動機以第一轉速可旋轉地驅動機械式變速器。機械式變速器選擇性地進行調節(jié)，從而以第一轉速或不同于第一轉速的第二轉速可旋轉地驅動液壓泵。使用原動機驅動電動機-發(fā)電機的示例方法包括用原動機的輸入軸驅動機械式變速器。輸入軸以第一轉速旋轉。該方法用機械式變速器的第一輸出軸驅動液壓泵。第一輸出軸以第二轉速旋轉。該方法使用液壓泵驅動電動機-發(fā)電機。該方法選擇性地調節(jié)機械式變速器使得第一轉速不同于第二轉速。


所披露的實例的這些和其他的特征通過下面的說明書和附圖可被更好地理解，下文是簡要的描述
圖I示出了示例渦輪機、電動機-發(fā)電機以及齒輪傳動裝置的示意圖。圖2示出了圖I的齒輪傳動裝置的更詳細的視圖。圖3是示出了表示利用圖I的齒輪傳動裝置時示例轉速關系的曲線圖。圖4不出了適于與圖I的潤輪機和電動機-發(fā)電機一起使用的另一不例齒輪傳動
>J-U ρ α裝直。
具體實施例方式參照圖I和圖2，示例燃氣渦輪發(fā)動機10用于推進飛行器。燃氣渦輪發(fā)動機10是一種類型的渦輪機，該渦輪機是一種類型的原動機。燃氣渦輪發(fā)動機10圍繞軸線X沿圓周方向設置。燃氣渦輪發(fā)動機10包括風扇部
14、低壓壓縮機部16、高壓壓縮機部18、燃燒部20、高壓渦輪部22以及低壓渦輪部24。其他的示例渦輪機可包括更多的或更少的部。在運轉過程中，空氣在低壓壓縮機部16和高壓壓縮機部18中被壓縮。被壓縮的空氣隨后在燃燒部20中與燃料混合并被燃燒。燃燒的產物膨脹通過高壓渦輪部22和低壓渦輪部24。低壓壓縮機部16包括轉子26。高壓壓縮機部18包括轉子28。示例轉子26和28包括交替的多排旋轉翼型或旋轉葉片和靜止翼型或靜止葉片。 高壓渦輪部22包括轉子30。低壓渦輪部24包括轉子32。轉子30和32被設置為響應于通過高壓渦輪部22和低壓渦輪部24的膨脹而圍繞軸線X旋轉。示例轉子30和32包括交替的多排旋轉翼型或旋轉葉片和靜止翼型或靜止葉片。轉子30經由高壓轉軸34連結到轉子28。轉子32經由低壓轉軸36連結到轉子26。因此，轉子30和32的旋轉使轉子28和26旋轉，由此分別驅動高壓壓縮機部18和低壓壓縮機部16中的壓縮。在燃氣渦輪發(fā)動機10的運轉過程中，低壓轉軸36與高壓轉軸34相比在更大范圍的轉速上旋轉。參照具有兩個轉軸構造的燃氣渦輪發(fā)動機10描述了本發(fā)明中的原動機的實例，但實例不限于這些構造。即，可以使用其他類型的渦輪機以及具有其他構造的燃氣渦輪發(fā)動機，例如，單一轉軸的軸向設計、三個轉軸的軸向設計，并且可以使用其他的原動機，例如，活塞發(fā)動機、轉子活塞發(fā)動機等。存在各種各樣的具有可從本文披露的實例中收益的原動機的布置方式。在該實例中，當電動機-發(fā)電機50以發(fā)電機模式工作時，低壓轉軸36驅動電動機-發(fā)電機50。低壓轉軸36可驅動電動機-發(fā)電機50，而高壓轉軸34不驅動電動機-發(fā)電機50，或者除低壓轉軸36驅動電動機-發(fā)電機50以外，高壓轉軸34也驅動電動機-發(fā)電機50。當在發(fā)電機模式下運轉時，電動機-發(fā)電機50將電力提供給飛行器上的各種負載。通常要求電動機-發(fā)電機50提供相對恒定頻率下的電力，或者確保所傳遞的電力在例如360-800赫茲的頻率范圍內變化。
在燃氣渦輪發(fā)動機10的運轉過程中，低壓轉軸36的轉速大幅變化。低壓轉軸36的潛在轉速的范圍大于高壓轉軸34的潛在轉速的范圍。齒輪傳動裝置52適應低壓轉軸36的轉速的變化并可旋轉地驅動電動機-發(fā)電機50。在現(xiàn)有技術中，通常使用高壓轉軸34驅動電動機-發(fā)電機50。示例齒輪傳動裝置52包括液力機械式變速器54以及與液力機械式變速器54分離的機械式變速器56。液力機械式變速器54可無級變速并包括液壓泵58和差速器66。在該實例中，機械式變速器56被設置為可在第一位置和第二位置之間選擇性地調節(jié)。在第一位置，機械式變速器56使差速器66以與低壓轉軸36相同的速度旋轉。在第二位置，機械式變速器56使差速器66以比低壓轉軸36更快的速度旋轉。示例機械式變速器56是兩速變速器。在其他的實例中，機械式變速器56可在三速至更多的速度之間調節(jié)。
在一個具體的實例中，當機械式變速器56處于第一位置時，在低壓轉軸36以2，OOOrpm旋轉時，差速器66以4，OOOrpm旋轉。在該具體的實例中，當機械式變速器56處于第二位置時，在低壓轉軸36以4，OOOrpm旋轉時，差速器66以4，OOOrpm旋轉。液壓泵58可還調節(jié)轉速。液壓泵58經由差速器66使電動機-發(fā)電機50旋轉。示例機械式變速器56從低壓轉軸36經由輸入部70接收旋轉輸入，在該實例中，輸入部70是輸入軸。在一個實例中,輸入部70的轉速可在燃氣渦輪發(fā)動機10的運轉過程中在高速和低速之間變化，該高速是低速五倍的速度。例如，在燃氣渦輪發(fā)動機10的運轉過程中，輸入部70可在高速端以5，OOOrpm旋轉并且可在低速端以1，OOOrpm旋轉。在該實例中，輸入部70與機械式變速器56直接接合。機械式變速器56隨后經由輸出部72提供旋轉輸出，輸出部72也與機械式變速器56直接接合。在該實例中，輸出部72是差動齒圈。示例機械式變速器56在輸出部72以與輸入部70相同的速度旋轉的位置以及輸 入部70每旋轉一周輸出部72旋轉兩周的位置間移動。示例機械式變速器56包括封閉的差動齒輪傳動裝置。示例機械式變速器56的設計與差速器66的設計類似。本領域的技術人員在受益于本文之后將明白如何設計可在輸入部和輸出部以相同的速度旋轉的位置以及輸出部以輸入部兩倍的速度旋轉的位置之間移動的其他類型的機械式變速器。機械式變速器56與控制器74連接。在燃氣渦輪發(fā)動機10的運轉過程中，控制器74根據(jù)低壓轉軸36的轉速啟動機械式變速器56在第一位置和第二位置之間的移動?？刂破?4可監(jiān)視低壓轉軸36的轉速來決定何時啟動在第一位置和第二位置之間的移動?？刂破?4可自動地啟動移動或者可能需要手動的輸入，例如，開關。例如，在繼續(xù)參照圖I和圖2的狀態(tài)下參照圖3，在低壓轉軸36的轉速沿路徑78從低壓轉軸36的總潛在速度的大約20%增加至45%時，控制器74可維持機械式變速器56處于第一位置。在該實例中，總潛在速度的20%約為2，OOOrpm,總潛在速度的45%約為4，OOOrpm0當?shù)蛪恨D軸36達到其總潛在速度的45%時，控制器74將機械式變速器56移動到輸入部70與輸出部72 —起旋轉的第二位置。在其他的實例中，可將機械式變速器移動到第三位置。在該實例中，輸出部72使差速器66旋轉，差速器66隨后將旋轉輸入提供給液壓泵58。液壓泵58還調節(jié)轉速以確保電動機-發(fā)電機50提供相對恒定的輸出。液壓泵58經由差速器66可旋轉地驅動電動機-發(fā)電機50。明顯地，在該實例中，即使低壓轉軸36以低于4，OOOrpm的速度旋轉時，液壓泵58始終接收大于4，OOOrpm的輸入。在該實例中，機械式變速器56確保來自差速器66的轉速維持4，OOOrpm以上。在其他的實例中，液壓泵58接收以4，OOOrpm或更小的轉速旋轉的輸入。該輸入速度對于液壓泵58是最佳的。在繼續(xù)參照圖I的狀態(tài)下參照圖4，另一示例齒輪傳動裝置152包括機械式變速器156、差速器166以及液壓泵158。圖4中使用的附圖標記相應于前面加“ I”的圖3中的附圖標記。在該實例中，輸入170通過差速器166被提供給機械式變速器。通過連結到低壓轉軸36的軸80使差速器166旋轉。機械式變速器156隨后在兩個位置之間選擇性地移動，從而使液壓泵158以期望的速度旋轉。控制器174可用于控制機械式變速器156在第一位置和第二位置之間的移動。在該實例中，輸出部172是從機械式變速器156直接延伸到液壓泵158的輸出軸。輸出部172使機械式變速器156旋轉。液壓泵158隨后經由差速器166使電動機-發(fā)電機150旋轉。所披露的實例的特征包括能夠從渦輪機的低壓轉軸接收輸入并且能夠將旋轉輸入提供給電動機-發(fā)電機的齒輪傳動裝置。 盡管披露了示例實施例，但本領域的普通技術人員將認識到可在權利要求的范圍內進行某些變型。為此，應該研究下面的權利要求來確定本發(fā)明的真實的范圍和內容。
權利要求
1.一種機械式變速器組件,包括 機械式變速器，所述機械式變速器接收以第一轉速旋轉的輸入并提供以第二轉速旋轉的輸出，所述機械式變速器選擇性地調節(jié)所述第二轉速，其中，所述輸入由原動機提供，所述輸出被提供給可旋轉地驅動電動機-發(fā)電機的液壓泵組件。
2.如權利要求I所述的機械式變速器組件，其中，所述輸入由所述原動機的低壓轉軸提供。
3.如權利要求I所述的機械式變速器組件，其中，所述輸入由從所述原動機直接延伸到所述機械式變速器的輸入軸提供。
4.如權利要求I所述的機械式變速器組件，其中，所述輸入的轉速在最大速度與最小速度之間變化，所述最大速度至少是所述最小速度五倍大。
5.如權利要求I所述的機械式變速器組件，其中，所述機械式變速器是兩速變速器。
6.如權利要求I所述的機械式變速器組件，其中，所述機械式變速器的所述輸出被直接提供給所述液壓泵。
7.如權利要求I所述的機械式變速器組件，其中，所述機械式變速器的所述輸出經由將所述液壓泵可旋轉地連結到所述電動機-發(fā)電機的差速器提供給所述液壓泵組件。
8.如權利要求I所述的機械式變速器組件，其中，所述機械式變速器包括封閉的差速器。
9.如權利要求I所述的機械式變速器組件，其中，所述機械式變速器能夠在第一位置與第二位置之間移動，當所述機械式變速器處于所述第一位置時，所述第一轉速與所述第二轉速相等，當所述機械式變速器處于所述第二位置時，所述第一轉速等于或小于所述第二轉速的一半。
10.如權利要求I所述的機械式變速器組件，其中，所述原動機是渦輪機。
11.如權利要求I所述的機械式變速器組件，其中，所述機械式變速器接收以第一轉速旋轉的輸入并提供以第三轉速旋轉的輸出，所述第三轉速不同于所述第一轉速和所述第二轉速。
12.—種原動機和電動機-發(fā)電機的齒輪傳動裝置,包括 液力機械式變速器，所述液力機械式變速器具有差速器組件和液壓泵； 電動機-發(fā)電機，所述液力機械式變速器可旋轉地驅動所述電動機-發(fā)電機；以及機械式變速器，原動機以第一轉速可旋轉地驅動機械式變速器，所述機械式變速器能夠選擇性地調節(jié)，從而以第一轉速或不同于所述第一轉速的第二轉速可旋轉地驅動液壓栗。
13.如權利要求12所述的原動機和電動機-發(fā)電機的齒輪傳動裝置，其中，所述機械式變速器由渦輪機的低壓轉軸驅動。
14.如權利要求12所述的原動機和電動機-發(fā)電機的齒輪傳動裝置，其中，所述第一轉速在最大速度與最小速度之間變化，所述最大速度至少是所述最小速度五倍大。
15.如權利要求12所述的原動機和電動機-發(fā)電機的齒輪傳動裝置，其中，所述機械式變速器是兩速變速器。
16.如權利要求12所述的原動機和電動機-發(fā)電機的齒輪傳動裝置，其中，所述機械式變速器將所述差速器組件可旋轉地連結到所述液壓泵。
17.如權利要求12所述的原動機和電動機-發(fā)電機的齒輪傳動裝置，其中，所述機械式變速器可旋轉地驅動使所述液力機械式變速器組件旋轉的差速器。
18.如權利要求12所述的原動機和電動機-發(fā)電機的齒輪傳動裝置，其中，所述電動機-發(fā)電機是具有介于360至800赫茲之間的輸出的窄帶變頻電動機-發(fā)電機。
19.一種使用原動機驅動電動機-發(fā)電機的方法,包括 使用來自原動機的輸入驅動機械式變速器，所述輸入以第一轉速旋轉； 使用來自所述機械式變速器的第一輸出驅動液壓泵，所述第一輸出以第二轉速旋轉； 使用來自所述液壓泵的第二輸出驅動電動機-發(fā)電機；以及 選擇性地調節(jié)所述機械式變速器使得所述第一轉速不同于所述第二轉速。
20.如權利要求19所述的方法，其中，所述第一輸出被提供給直接驅動所述液壓泵的差速器，所述第二輸出被提供給直接驅動所述電動機-發(fā)電機的差速器。
21.如權利要求19所述的方法，其中，所述第一輸出直接驅動所述液壓泵。
22.如權利要求19所述的方法，其中，所述原動機是渦輪機的低壓轉軸。
全文摘要
本發(fā)明涉及電動機-發(fā)電機和原動機的齒輪傳動組件。示例機械式變速器組件接收以第一轉速旋轉的輸入并提供以第二轉速旋轉的輸出。機械式變速器選擇性地調節(jié)第二轉速。輸入由原動機提供。輸出被提供給可旋轉地驅動電動機-發(fā)電機的液壓泵組件。
文檔編號F02C7/36GK102900542SQ201210263329
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權日2011年7月28日
發(fā)明者G.C.小萊默斯, D.S.貝林 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司