1.本发明涉及减速器的领域，特别地涉及用于飞行器涡轮机的减速器的领域。本发明特别地针对配备有电机的减速器以及包括这种减速器的涡轮机。
背景技术：2.现有技术包括文献us-a1-2019/085714、wo-a1-2019/243558以及us-a-4291233。
3.飞行器涡轮机(例如双流涡轮机)通常包括带有护罩的风扇，该风扇被布置在涡轮机的入口处并且由低压轴旋转。减速器可以被插入在风扇和低压轴之间，使得风扇以比低压轴的速度更低的速度旋转。速度的降低还使得风扇的尺寸能够增大，从而使得能够实现非常高的涵道比。除了飞行器的推进之外，涡轮机还使用永磁体交流发电机(permanent magnet alternator，pma)和附件齿轮箱(accessory gear box，agb)确保产生电流，以向各种设备项目(例如飞行器的机舱的照明或飞行器的机舱的空调和加压系统)供电。
4.已知对涡轮机进行配备，特别是对电机的附件齿轮箱进行配备。电机是基于电磁学的机电装置，该机电装置使得能够将电能转换为机械能(发电机模式)，或者可逆地，使得能够从机械能产生电能(马达模式)。电机在发电机模式下可以像在马达模式下一样表现良好。
5.面对航空领域的环境挑战和对电力的需求(随着飞行器的新功能和设备项目的数量而随之增长)，出现了涡轮机的混合动力的问题。如上所述的电机不能够为飞行器的所有功能提供显著的电力增益，并且机械能转换成电力的效率不在最佳状态。此外，电机在涡轮机的各个区域中的集成是复杂的，并且受到总体尺寸要求、电机的某些部件的耐温性、接近性、涡轮机本身性能等的限制。
技术实现要素：6.本发明的目的是提供易于集成的电机，以在涡轮机中提供额外电力，而无需实质上改变涡轮机的构件。
7.根据本发明，这通过一种用于飞行器涡轮机的具有周转齿轮系的减速器来实现，减速器包括以纵向轴线为中心的太阳齿轮和环形齿轮、以及承载至少一个行星齿轮的行星架，至少一个行星齿轮被安装成能够围绕平行于纵向轴线x的行星齿轮轴线旋转，太阳齿轮能够围绕纵向轴线旋转，行星齿轮与太阳齿轮和环形齿轮啮合，行星架能够围绕纵向轴线移动，并且环形齿轮是固定而不旋转的，减速器包括集成在减速器中的电机，电机包括转子和定子，转子被安装在行星架上以被驱动围绕纵向轴线x旋转，定子被安装在环形齿轮上。
8.因此，该解决方案使得能够实现上述目标。特别地，该构型使得能够一方面由于电机被集成到减速器中而避免了使涡轮机杂乱，另一方面利用减速器布置(固定的环形齿轮和可移动的行星架)来控制转子和定子的位置，以具有可接受的空气间隙。此外，因为减速器和电机的构件可以彼此独立地组装，也可以与涡轮机的其他构件独立地组装，因此将电机集成到减速器中使得能够提供模块化方法。通过电机和减速器位于同一位置的事实也使
得安装和拆卸得到了简化。
9.减速器还包括被单独地采用或组合地采用的以下特征中的一项或多项：
[0010]-电机的定子围绕电机的转子延伸。
[0011]-定子包括第一环状部件，第一环状部件以纵向轴线为中心，并且沿着纵向轴线在环形齿轮的下游延伸。
[0012]-特别地，与现有技术的位于减速器的中心处的转子和定子不同，减速器的下游的转子和定子更易于接近，这意味着电机必须与减速器的每个构件同时安装。
[0013]-第一环状部件被装配在环形齿轮上或形成为环形齿轮的一体部件。
[0014]-转子包括第二环状部件，第二环状部件被安装在行星架的笼架上。
[0015]-电线束在环形齿轮的外部延伸，至少一个电缆在电线束的内部循环，至少一个电缆被连接到电机的定子。
[0016]-行星架包括环状笼架，环状笼架承载滑动轴承，行星齿轮被安装在滑动轴承上。
[0017]
本发明还涉及一种飞行器涡轮机，该飞行器涡轮机包括具有纵向轴线x的驱动轴以及具有风扇轴的风扇，风扇轴通过具有以上特征中的任一项特征的减速器由驱动轴驱动旋转，环形齿轮被附接到涡轮机的定子壳体，并且行星架被联接到风扇轴，以驱动风扇轴围绕纵向轴线旋转。
[0018]
涡轮机还包括被单独地采用或组合地采用的以下特征中的一项或多项：
[0019]-太阳齿轮被联接到驱动轴，以驱动太阳齿轮围绕纵向轴线旋转。
[0020]-润滑围封部至少部分地由护罩界定，护罩至少部分地形成风扇轴和主管道的径向内壁。
[0021]-减速器和电机被布置在润滑围封部中，润滑围封部被布置在内壳体的上游。
[0022]
本发明还涉及一种用于上述涡轮机的模块化组装的方法，该方法包括以下步骤：
[0023]-对如上所述的减速器进行组装，
[0024]-通过将转子安装在行星架上并且将定子安装在环形齿轮上来将电机与减速器集成，以及
[0025]-将包括减速器和集成的电机的组件安装在涡轮机的润滑围封部中。
附图说明
[0026]
通过阅读本发明的以纯说明性的且非限制性的示例的方式给出的实施例的以下详细说明性描述，并且参照附图，本发明将被更好地理解并且本发明的其它目的、细节、特征以及优点将变得更清楚，在附图中：
[0027]
[图1]图1是具有根据本发明的减速器的双流涡轮机的示意性轴向横截面视图；
[0028]
[图2]图2是具有根据本发明的减速器的双流涡轮机的风扇模块的示意性轴向横截面详细视图，该减速器被插入在涡轮机的驱动轴和风扇轴之间；
[0029]
[图3]图3是根据本发明的减速器的上游轴向半截面透视图；以及
[0030]
[图4]图4是根据本发明的减速器的下游轴向半截面透视图。
具体实施方式
[0031]
图1示出了本发明所应用的具有纵向轴线x的涡轮机1的轴向横截面视图。所示出
的涡轮机是根据本发明的用于安装在飞行器上的双流和双主体的涡轮机。当然，本发明不限于这种类型的涡轮机。
[0032]
在本技术中，术语“上游”、“下游”、“轴向”以及“轴向地”是相对于涡轮机中的气体流动的方向限定的，也是沿着纵向轴线(甚至在图1中是从左到右)限定的。术语“径向”、“径向地”、“内部”和“外部”也是相对于径向轴线z限定的，该径向轴线垂直于涡轮机的轴线x。
[0033]
具有双流和双主体的该涡轮机1包括被安装在气体发生器3的上游的风扇2。风扇2包括多个风扇叶片4，多个风扇叶片从盘5(参见图2)的外周径向地延伸，风扇轴6延伸穿过盘。风扇2由风扇壳体7围绕，风扇壳体至少部分地承载机舱8。机舱围绕气体发生器3并且沿着纵向轴线x延伸。
[0034]
气体发生器3从上游到下游包括低压压缩机9、高压压缩机10、燃烧室11、高压涡轮12以及低压涡轮13。高压(haute pression，hp)压缩机10通过hp轴连接到hp涡轮，以形成被称为高压主体的第一主体。低压(basse pression，bp)压缩机9通过bp轴14连接到bp涡轮，以形成被称为低压主体的第二主体。hp轴在bp轴14的内部延伸。
[0035]
通过风扇2进入涡轮机的空气流f被涡轮机的分离器鼻部15分成主空气流f1和次级空气流f2，主空气流特别地在主管道16中流动穿过气体发生器3，次级空气流在次级管道中围绕气体发生器3流动。主管道16和次级管道17是同轴的。次级空气流f2通过使机舱8终止的次级喷嘴18喷射，而主空气流f1通过位于气体发生器的下游的喷射喷嘴19喷射到涡轮机的外部。主空气流和次级空气流在主空气流和次级空气流的相应的喷嘴的出口处汇合。
[0036]
参照图2，风扇轴6被连接到驱动轴，驱动轴通过动力传递机构20驱动风扇轴围绕纵向轴线旋转。在该示例中，驱动轴是低压轴14。动力传递机构20使得风扇2的速度能够降低到比低压轴14的速度更低的速度。另一方面，动力传递机构20使得能够布置具有大直径的风扇，以增大涵道比。有利地，风扇的涵道比高于10。优选地，涵道比介于12至18之间。
[0037]
动力传递机构包括减速器21，在这种情况下，减速器是具有周转齿轮系的减速器。周转齿轮系的减速器被容纳在润滑围封部22中，润滑围封部被布置在气体发生器的上游。润滑围封部使得能够对减速器21和旋转引导轴承进行润滑。特别地，润滑围封部22被布置在环状内壳体23中，环状内壳体由空气动力学形状的入口锥部24向上游延伸。
[0038]
内壳体23包括环状转子护罩23a，环状转子护罩围绕纵向轴线x相对于内壳体23的环状定子护罩23b旋转。风扇2的盘5被安装在护罩23a中。定子护罩23b在结构上通过第一定子叶片25(缩写为“igv”)连接到入口壳体27，第一定子叶片围绕纵向轴线x径向地延伸到主空气流f1中。入口壳体27在上游承载分离器鼻部15，入口壳体27通过管道间壳体29在下游延伸。当然，转子护罩23a、盘5形成转子组合件，而入口壳体27、定子叶片25以及定子护罩23b形成定子组合件。第二定子叶片26(被称为“ogv”)在结构上将入口壳体27连接到风扇壳体7，第二定子叶片围绕纵向轴线x径向地延伸到次级空气流中。有利地，占据润滑围封部22的润滑剂是雾状的油。
[0039]
具有周转齿轮系的减速器21通常包括太阳齿轮30(或内行星齿轮)、至少一个行星齿轮31、行星架32以及环形齿轮(外行星齿轮)33。在该示例中，减速器包括多个行星齿轮，例如三个行星齿轮。太阳齿轮30以纵向轴线x为中心，并且通过太阳齿轮轴34沿着纵向轴线x可旋转地联接到驱动轴(在此为bp轴)。太阳齿轮轴包括用于与互补的第二联接元件配合的第一元件，互补的第二联接元件由太阳齿轮承载。行星齿轮31由行星架32承载。每个行星
齿轮31与太阳齿轮30的外齿部和环形齿轮33的内齿部啮合。行星齿轮31各自被引导围绕平行于纵向轴线x的行星齿轮轴线a旋转。行星齿轮轴线a被固定到行星架32。环形齿轮33围绕太阳齿轮30，并且以纵向轴线x为中心。
[0040]
行星架32被可旋转地联接到风扇轴6，环形齿轮33被固定到涡轮机的定子壳体。换言之，环形齿轮33是固定而不旋转的。这样，太阳齿轮30形成减速器的入口，而行星架32形成减速器的出口。风扇轴6、太阳齿轮轴34以及驱动轴(bp轴14)围绕纵向轴线旋转并且是同轴的。在实施例的该示例中，行星架32和风扇轴6是一体的。换言之，行星架和风扇轴形成为一个部件。风扇轴6通过至少一个轴承35被引导相对于涡轮机的固定结构旋转。有利地，至少一个轴承是滚珠轴承。特别地，轴承包括被安装在风扇轴6上的内环36、由环状支撑部38承载的外环37，以及在内环与外环之间的滚子39(滚珠)。环状支撑部38被固定到涡轮机的固定结构。
[0041]
在图3和图4中，环形齿轮33由同轴的第一部分33a和第二部分33b形成。每个第一部分33a和第二部分33b包括环形齿轮的齿部的部段。每个第一环形齿轮部分和第二环形齿轮部分包括在一个端部处沿着径向轴线向外延伸的环状凸缘40a、40b。环状凸缘通过诸如螺钉、螺栓、螺母或类似元件的附接构件41彼此附接。凸缘40a、40b位于垂直于纵向轴线的中间平面的水平处。环形齿轮33还被附接到环形齿轮架42，该环形齿轮架通过如上所述的附接构件被附接到轴承35的环状支撑部38。围封部22的闭合盖43径向地覆盖环形齿轮33和环形齿轮架42的部段。
[0042]
在实施例的本示例中，涡轮机还包括电机50，以受益于额外电力。电机50用作发电机和马达。在电机用作马达的情况下，除了风扇和矿物燃料能够提供推进功能之外，电机也能够提供推进功能。在发电机模式下，电机提供例如至少一百千瓦的额外电力。
[0043]
电机包括转子51和定子52。如在图3和图4中所示，电机被布置在润滑围封部22中(在气体发生器中)，使得电机也可以由润滑剂冷却。润滑围封部中的温度最多为约150℃，这对于电机而言是可接受的。这是因为电机的部件(电导体、电绝缘体、磁路、温度传感器、励磁机)的温度通常不应超过该值。此外，该电机产生的高动力被直接排出到润滑油中。
[0044]
围封部22至少部分地由护罩23b、28界定，护罩至少部分地形成轴承35的支撑部38、风扇轴6以及主管道的径向内壁。空气在围封部22的外部流通，例如在支撑部38与内壳体23和管道间壳体27的组件之间流通。
[0045]
电机被集成到减速器21中，这使得能够便于集成到气体发生器中，特别地集成到润滑围封部22中。为此，转子51被安装在行星架32上以被驱动围绕纵向轴线旋转，定子52被安装在环形齿轮33上。
[0046]
定子52包括第一部件53，第一部件是围绕纵向轴线的环状部件并且被固定到环形齿轮33。在此，第一环状部件53沿着纵向轴线x在环状的环形齿轮33的下游延伸。第一环状部件53是环形齿轮上的装配部件(即，第一环状部件是分开的和/或使用不同的制造方法制成)。定子52(第一环状部件)可以通过胶合、拧紧(螺钉/螺栓/螺母)等附接到环形齿轮33。替代地，环状部件53形成为环形齿轮的一体部件(即形成为一个部件)。定子52围绕转子51延伸。如在图3和图4中示出，有利地，第一环状部件53由环形齿轮的第二部分33b(被布置在减速器的下游)承载。
[0047]
至于转子51，该转子还包括围绕纵向轴线x的环状的第二部件55。转子51可以通过
胶合、拧紧(螺钉/螺栓/螺母)等附接到行星架。第一部件和第二部件是同心的。应当理解，第二部件55也在减速器的下游延伸。第一环状部件53的长度l1大致小于第二部件55的长度l2。为了实现转子51在行星架上的安装，行星架包括以纵向轴线为中心的环状笼架58。第一侧翼59被安装在减速器的上游，而第二侧翼60被安装在减速器的下游。第一侧翼和第二侧翼中的每一个包括轴向孔口61(参见图3)，轴向孔口沿着平行于纵向轴线x的轴线穿过第一侧翼和第二侧翼在两侧的壁。每个行星齿轮围绕行星齿轮轴线可旋转地安装在轴承62上。优选地但不排它地，每个轴承是滑动轴承。每个轴承与行星齿轮轴线同轴，并且轴承的自由端部62a、62b分别被安装在第一侧翼59和第二侧翼60中的对应孔口的水平处。油膜在每个轴承的外表面63和每个行星齿轮的内表面64之间循环。该油膜通过润滑回路69连续地供给，以提高减速器的性能并延长滑动轴承的使用寿命。
[0048]
如在图3和图4中示出，第二环状部件55被安装在第二侧翼60的外周。为此，第二侧翼60具有沿着径向轴线向外延伸的环状轴环65。轴环65被容纳在第二环状部件55中的凹槽66中。凹槽66被布置在第一环状部件53的径向内表面67中并且面向纵向轴线。第二环状部件55还具有径向外表面68(沿着径向轴线与径向内表面相对)并且承载永磁体。永磁体被布置成面向由第一环状部件53承载的线圈。当然，相反地，第二环状部件可以包括线圈，第一环状部件可以包括永磁体。
[0049]
参照图4，电线束70从环形齿轮33径向向外延伸并且从减速器向外延伸。特别地，电机50包括至少一个电缆71，至少一个电缆将电定子连接到电子控制系统(例如fadec或完全授权控制系统)，以使得电力能够被供给到电机。有利地，电机50的其他电缆被收集在该单个线束70中。电线束70通过壳体臂或定子叶片在围封部的外部延伸。行星齿轮减速器的环形齿轮33是固定的这一事实特别有利于该电线束从围封部的外部朝向涡轮机的外部构件离开。
[0050]
例如，当电机50在马达模式下运行时，电机向减速器21的出口增加扭矩，以向风扇提供更多的动力。一个或多个电池可以被安装在飞行器中，并且电能通过电缆71带到电机50。该电能使得电机50的转子51能够旋转。因此电能被转换成机械能。通过风扇轴6供应能量输入以辅助风扇2的旋转。
[0051]
当电机在发电机模式下时，电机50从减速器21获取扭矩以提供额外电力。扭矩通过轴14传递到减速器21，并且传递到风扇轴6和电机50。电机将机械能转化成电能，以向电设备(例如附接到飞行器的电池、飞行器设备或附接到飞行器的电动马达)(非详尽清单)供电。
[0052]
正如我们已经看到的，电机50在减速器21上的集成使得减速器+电机的组件能够模块化。为此，在安装期间，减速器21首先与减速器的各个部件组装在一起。然后，电机50以及电机的转子和定子被安装在减速器上，其中，定子被安装在环形齿轮33上，转子被安装在行星架32上。定子和转子在减速器的下游延伸，特别地在环形齿轮和行星架的下游延伸。该位置有利于电机在减速器上的安装和拆卸。如果定子与环形齿轮是一体的，则定子与环形齿轮同时被组装在减速器上。电缆71被连接到电机50。最后，减速器和电机作为单个单元被安装在润滑围封部22中，因此组件容易地模块化。该组件从上游向下游滑动，使得太阳齿轮轴34与驱动轴(bp轴)联接。然后，盘5和风扇轴6从内壳体的上游插入，以将风扇轴6联接到行星架32。然后入口锥部24被安装在内壳体上以关闭风扇模块。
技术特征：1.一种用于飞行器涡轮机(1)的具有周转齿轮系的减速器(21)，所述减速器(21)包括以纵向轴线x为中心的太阳齿轮(30)和环形齿轮(33)、以及承载至少一个行星齿轮(31)的行星架(32)，所述至少一个行星齿轮被安装成能够围绕平行于所述纵向轴线x的行星齿轮轴线a旋转，所述太阳齿轮(30)能够围绕所述纵向轴线旋转，所述行星齿轮(31)与所述太阳齿轮(30)和所述环形齿轮(33)啮合，所述行星架(32)能够围绕所述纵向轴线移动，并且所述环形齿轮(33)是固定而不旋转的，其特征在于，所述减速器(21)包括与所述减速器集成的电机(50)，所述电机包括转子(51)和定子(52)，所述转子被安装在所述行星架(32)上以被驱动围绕所述纵向轴线x旋转，所述定子被安装在所述环形齿轮(33)上。2.根据前一项权利要求所述的减速器(21)，其特征在于，所述电机(50)的所述定子(52)围绕所述电机的所述转子(51)延伸。3.根据前述权利要求中任一项所述的减速器(21)，其特征在于，所述定子(52)包括第一环状部件(53)，所述第一环状部件以所述纵向轴线为中心，并且沿着所述纵向轴线在所述环形齿轮(33)的下游延伸。4.根据前一项权利要求所述的减速器(21)，其特征在于，所述第一环状部件(53)被装配在所述环形齿轮(33)上或形成为所述环形齿轮(33)的一体部件。5.根据前一项权利要求所述的减速器(21)，其特征在于，所述转子包括第二环状部件(55)，所述第二环状部件被安装在所述行星架(32)的笼架(58)上。6.根据前述权利要求中任一项所述的减速器(21)，其特征在于，电线束(70)在所述环形齿轮(33)的外部延伸，至少一个电缆(71)在所述电线束(70)的内部循环，所述至少一个电缆被连接到所述电机(50)的所述定子(52)。7.根据前述权利要求中任一项所述的减速器(21)，其特征在于，所述行星架(32)包括环状笼架(58)，所述环状笼架承载滑动轴承(62)，所述行星齿轮被安装在所述滑动轴承上。8.一种飞行器涡轮机(1)，所述飞行器涡轮机包括具有纵向轴线x的驱动轴(14)以及具有风扇轴(6)的风扇(2)，所述风扇轴通过根据前述权利要求中任一项所述的减速器(21)由所述驱动轴驱动旋转，所述环形齿轮(33)被附接到所述涡轮机的定子壳体，并且所述行星架(32)被联接到所述风扇轴(6)，以驱动所述风扇轴围绕所述纵向轴线旋转。9.根据前一项权利要求所述的涡轮机，其特征在于，所述减速器(21)和所述电机(50)被布置在润滑围封部(22)中，所述润滑围封部被布置在内壳体的上游。10.根据权利要求8或9所述的涡轮机，其特征在于，所述太阳齿轮被联接到所述驱动轴(14)，以驱动所述太阳齿轮围绕所述纵向轴线旋转。11.一种用于根据前一项权利要求所述的涡轮机(10)的模块化组装的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：-对根据权利要求1至7中任一项所述的减速器(21)进行组装，-通过将所述转子(51)安装在所述行星架上并且将所述定子(52)安装在所述环形齿轮(33)上来将所述电机(50)与所述减速器(50)集成，以及-将所述减速器和集成的电机(50)的组件安装在所述涡轮机的所述润滑围封部(22)中。
技术总结本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机(1)的行星齿轮减速器(21)，该减速器(21)包括以纵向轴线X为中心的太阳齿轮(30)和环形齿轮(33)、以及承载至少一个行星齿轮(31)的行星架(32)，至少一个行星齿轮能够围绕平行于纵向轴线X的行星轴线A旋转地安装，太阳齿轮(30)能够围绕纵向轴线旋转，行星齿轮(31)与太阳齿轮(30)和环形齿轮(33)啮合，行星架(32)能够围绕纵向轴线移动，并且环形齿轮(33)是固定而不旋转的。根据本发明，减速器(21)包括与减速器集成的电机(50)，电机包括转子(51)和定子(52)，转子被安装在行星架(32)上以围绕纵向轴线X旋转，定子被安装在环形齿轮(33)上。摘要附图：图2。2。2。
技术研发人员：保罗
受保护的技术使用者：赛峰飞机发动机公司
技术研发日：2021.03.03
技术公布日：2022/11/1
