(57)【要約】【課題】  諸条件の変動による影響を抑制して、良好な同期投入を実現することを可能とする、同期投入制御方法および同期投入制御装置を提供する。【解決手段】  複数の電力供給源の間での電力供給の切り換えに際して、切り換え用の遮断器に投入指令を出力する。電力供給源の少なくとも一方は、変速装置を介して駆動源により駆動される発電機である。電力供給源の間の周波数差および位相差が所定範囲内にある場合には、これらが所定範囲内に維持されるように、変速装置の発電機駆動回転数をフィードバック制御する。このとき、検出した位相差を比例積分制御して得られる出力値を、前記変速装置への回転数指令に加算することによって、発電機回転数指令を演算する。フィードバック制御は、この発電機回転数指令に基づいて行われ、前記所定範囲内にある間に、遮断器に投入指令を出力する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が変速装置を介して駆動源により駆動される発電機を備える複数の電力供給源の間での電力供給の切り換えに際して、当該電力供給源間の周波数差および位相差がそれぞれ所定範囲内となる場合に、切り換え用の遮断器に投入指令を出力する同期投入制御方法であって、
前記電力供給源の間の周波数差および位相差を検出し、
検出された前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内にあるか否かを判定し、
前記所定範囲内にある場合には、前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内に維持されるように、前記変速装置の発電機駆動回転数をフィードバック制御し、
前記所定範囲内に無い場合には、前記変速装置の回転数指令にオフセットを付与して前記変速装置の発電機駆動回転数を制御し、
さらに、前記所定範囲内にある場合には、検出した前記位相差を比例積分制御して得られる出力値を、前記変速装置の回転数指令に加算することによって、発電機回転数指令を演算し、当該発電機回転数指令に基づいて前記フィードバック制御するとともに、前記遮断器に投入指令を出力する、
同期投入制御方法。
【請求項２】
さらに、前記電力供給源の間の電圧差を検出し、検出された前記電圧差が所定範囲内となるように、前記発電機に界磁電流指令を出力するとともに、
検出された前記電圧差と、前記電力供給源の間の前記周波数差および前記位相差とがそれぞれ前記所定範囲内となる場合に、前記遮断器に投入指令を出力する、
請求項１記載の同期投入制御方法。
【請求項３】
さらに、前記電力供給源の何れが負荷側であるかを判定し、負荷側である電力供給源の周波数が他方よりも低く、かつ、負荷側である電力供給源の位相が他方よりも遅れるように、前記所定範囲をシフトさせる、
請求項１に記載の同期投入制御方法。
【請求項４】
前記変速装置は、トロイダル無段変速機を含んでいる、
請求項１に記載の同期投入制御方法。
【請求項５】
前記変速装置が備えるパワーローラの傾転角は油圧サーボ系により調整され、
当該油圧サーボ系は、油圧アクチュエータおよび当該油圧アクチュエータを駆動するサーボ弁を含み、
前記サーボ弁は、前記駆動源の出力回転数と、前記変速装置の発電機駆動回転数と、前記発電機回転数指令と、に基づくサーボ弁開度指令により駆動される、
請求項４に記載の同期投入制御方法。
【請求項６】
前記トロイダル無段変速機は、変速装置が備える入力ディスクおよび出力ディスクにパワーローラを押し付けるためのクランプ力を発生するクランプ機構を有する、
請求項４に記載の同期投入制御方法。
【請求項７】
前記駆動源が航空機のエンジンである、
請求項１に記載の同期投入制御方法。
【請求項８】
少なくとも一方が変速装置を介して駆動源により駆動される発電機を備える複数の電力供給源の間での電力供給の切り換えに際して、当該電力供給源間の周波数差および位相差がそれぞれ所定範囲内となる場合に、切り換え用の遮断器に投入指令を出力する同期投入制御装置であって、
前記電力供給源の間の周波数差を検出する周波数差検出器と、
前記電力供給源の間の位相差を検出する位相差検出器と、
検出された前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内にあるか否かを判定することにより、投入指令を生成して前記遮断器に出力する同期投入制御器と、を備え、
当該同期投入制御器は、前記所定範囲内にある場合には、前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内に維持されるように、前記変速装置の発電機駆動回転数をフィードバック制御する一方、
前記所定範囲内に無い場合には、前記変速装置への回転数指令にオフセットを付与して前記変速装置の発電機駆動回転数を制御し、
さらに、前記同期投入制御器は、前記所定範囲内にある場合には、検出した前記位相差を比例積分制御して得られる出力値を、前記変速装置の回転数指令に加算することによって、発電機回転数指令を演算し、当該発電機回転数指令に基づいて前記フィードバック制御するとともに、前記遮断器に投入指令を出力する、
同期投入制御装置。
【請求項９】
前記電力供給源の間の電圧差を検出する電圧差検出器と、
検出された前記電圧差が所定範囲内となるように、前記発電機に界磁電流指令を出力する電圧調整器と、をさらに備え、
前記同期投入制御器は、検出された前記電圧差と、前記電力供給源の間の前記周波数差および前記位相差がそれぞれ前記所定範囲内となる場合に、前記遮断器に投入指令を出力する、
請求項８記載の同期投入制御装置。
【請求項１０】
前記電力供給源の何れが負荷側であるかを判定する電力検出器をさらに備え、
前記同期投入制御器は、負荷側である電力供給源の周波数が他方よりも低く、かつ位相が他方よりも遅れるように、前記所定範囲をシフトさせる、
請求項８に記載の同期投入制御装置。
【請求項１１】
前記変速装置は、トロイダル無段変速機を含んでいる、
請求項８に記載の同期投入制御装置。
【請求項１２】
前記変速装置が備えるパワーローラの傾転角は油圧サーボ系により調整され、
当該油圧サーボ系は、油圧アクチュエータおよび当該油圧アクチュエータを駆動するサーボ弁を含み、
前記駆動源の出力回転数と、前記変速装置の発電機駆動回転数と、前記同期投入制御器により演算された前記発電機回転数指令と、に基づいてサーボ弁開度指令を生成する回転数制御器を備え、
前記サーボ弁は、前記サーボ弁開度指令に基づいて駆動される、
請求項１１に記載の同期投入制御装置。
【請求項１３】
前記トロイダル無段変速機は、変速装置が備える入力ディスクおよび出力ディスクにパワーローラを押し付けるためのクランプ力を発生するクランプ機構を有する、
請求項１１に記載の同期投入制御装置。
【請求項１４】
前記駆動源が航空機のエンジンである、
請求項８に記載の同期投入制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電力供給源の間で電力供給を切り換えるに際して、遮断機の同期投入を制御する制御方法および制御装置に関し、特に、少なくとも一つの電力供給源が変速機を介して駆動される発電機を備える場合に用いられる同期投入制御方法および同期投入制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の多くは、飛行用の主エンジン駆動の発電機を主電源として備え、また、補助電源として、補助エンジン駆動の発電機を有するＡＰＵ（Auxiliary Power Unit）およびバッテリ等を備えている。
【０００３】
主エンジン駆動の発電機としては、例えば、駆動機構一体型発電装置（Integrated Drive Generator：以下、「ＩＤＧ」と称す）が挙げられる。ＩＤＧは、主エンジンが始動しているときに、当該主エンジンにより駆動されて発電し、機内に電力を供給する。ＡＰＵは、一般に、駐機中であって主エンジンが停止しているときに発電し、ＩＤＧに代わって機内に電力を供給する。バッテリは、ＩＤＧおよびＡＰＵの何れも使用されないときに、最小限必要の電力を限られた時間供給する。
【０００４】
駐機中でＩＤＧおよびＡＰＵが停止しているときには、航空機には、外部電源設備（ＧＰＵ：Ground Power Unit）が接続され、機内に電力を供給することもできるようになっている。
【０００５】
これら複数の電力供給源を瞬断することなく切り換えるときには、同期投入制御が行われる。同期投入制御は、複数の電力供給源の間において電圧、周波数、および位相を実質的に一致させた状態で、切り換え用の遮断器を同期投入する制御である。このような同期投入制御技術としては、例えば、特許文献１に開示される同期投入制御方法および装置が挙げられる。
【０００６】
特許文献１では、電力供給源間の周波数差および位相差が所定範囲内に入るように、発電機と当該発電機を駆動するエンジンとの間に設けられた変速機の発電機駆動回転数をフィードバック制御している。これにより、位相差が停滞するような場合であっても、位相差を積極的に操作して速やかに同期投入条件を満足する位相差を得ることができるとともに、位相差を所定範囲内に長時間安定して維持することができる。そのため、同期投入時に外乱の影響を受けにくくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６４７８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特に航空機の分野では、近年、機体運用の条件がより厳しくなる傾向にあるため、同期投入制御においても、要求される条件が厳しくなっている。
【０００９】
具体的には、近年、航空機が着陸した後には、当該航空機において無瞬断切換えを常時可能とすることが要求されている。ここで、例えば通常の温度条件あるいは高温の条件であれば、従来の同期投入制御で無瞬断切換えが可能であった。しかしながら、低温の条件であると、電力供給源の諸条件（例えば、変速機の潤滑油の粘度、制御弁の特性等）の変動が累積して、位相差の変動が大きい状態で停滞しやすくなる。この場合、同期投入に一度失敗すると再度の同期投入に時間を要するため、無瞬断切換えを常時可能とする要求に対応することができない。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、諸条件の変動による影響を抑制して、良好な同期投入を実現することを可能とする、同期投入制御方法および同期投入制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る同期投入制御方法は、前記の課題を解決するために、少なくとも一方が変速装置を介して駆動源により駆動される発電機を備える複数の電力供給源の間での電力供給の切り換えに際して、当該電力供給源間の周波数差および位相差がそれぞれ所定範囲内となる場合に、切り換え用の遮断器に投入指令を出力する同期投入制御方法であって、前記電力供給源の間の周波数差および位相差を検出し、検出された前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内にあるか否かを判定し、前記所定範囲内にある場合には、前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内に維持されるように、前記変速装置の発電機駆動回転数をフィードバック制御し、前記所定範囲内に無い場合には、前記変速装置の回転数指令にオフセットを付与して前記変速装置の発電機駆動回転数を制御し、さらに、前記所定範囲内にある場合には、検出した前記位相差を比例積分制御して得られる出力値を、前記変速装置の回転数指令に加算することによって、発電機回転数指令を演算し、当該発電機回転数指令に基づいて前記フィードバック制御するとともに、前記遮断器に投入指令を出力する構成である。
【００１２】
前記構成によれば、位相差フィードバック制御を遮断器による切換え完了まで継続的に実施するとともに、位相差が所定範囲内にあるときに、比例制御を行うのではなく比例積分制御を行っている。そのため、極僅かなわずかな位相差を打ち消して位相差を実質的に０に維持することができる。これにより、安定した同期投入条件を長期的に維持することができるとともに、良好な同期投入条件を迅速に実現することができ、かつ、同期投入時の衝撃をより一層有効に抑制することができる。さらに、位相差を実質的に０とすることができるので、位相差の所定範囲を従来よりも広げることができる。これにより、位相差を迅速に０に収束させることができるので、例えば油温が急激に低下するような状態であっても、同期投入条件を速やかに実現することができる。
【００１３】
前記構成の同期投入制御方法においては、さらに、前記電力供給源の間の電圧差を検出し、検出された前記電圧差が所定範囲内となるように、前記発電機に界磁電流指令を出力するとともに、検出された前記電圧差と、前記電力供給源の間の前記周波数差および前記位相差とがそれぞれ前記所定範囲内となる場合に、前記遮断器に投入指令を出力する構成であってもよい。
【００１４】
前記構成によれば、同期投入制御方法が、同期投入制御機能だけでなく、発電機の供給電圧（出力電圧）を一定に制御する電圧制御機能を兼ね備えることになる。そのため、複数の電力供給源を含む電力系統において、同期投入および電圧の双方を良好に制御することができる。
【００１５】
また、前記構成の同期投入制御方法においては、さらに、前記電力供給源の何れが負荷側であるかを判定し、負荷側である電力供給源の周波数が他方よりも低く、かつ、負荷側である電力供給源の位相が他方よりも遅れるように、前記所定範囲をシフトさせる構成であってもよい。
【００１６】
前記構成によれば、中立位置近傍にあった位相差の所定範囲を、より低い位置またはより高い位置に移動させる。このように、状況に応じて位相差の所定範囲をより低くシフトさせたり、より高くシフトさせたりすることで、同期投入時の衝撃を有効に抑制することができる。
【００１７】
また、前記構成の同期投入制御方法においては、前記変速装置は、トロイダル無段変速機を含んでいる構成であってもよい。
【００１８】
前記構成によれば、変速装置が、応答の迅速なトロイダル無段変速機を含む構成となっている。そのため、発電機の回転数を良好に調整することができるとともに、発電機駆動回転数を良好にフィードバック制御することができる。そのため、良好な同期投入条件をより迅速に実現することができる。
【００１９】
また、前記構成の同期投入制御方法においては、前記変速装置が備えるパワーローラの傾転角は油圧サーボ系により調整され、当該油圧サーボ系は、油圧アクチュエータおよび当該油圧アクチュエータを駆動するサーボ弁を含み、前記サーボ弁は、前記駆動源の出力回転数と、前記変速装置の発電機駆動回転数と、前記発電機回転数指令と、に基づくサーボ弁開度指令により駆動される構成であってもよい。
【００２０】
前記構成によれば、例えば油温が急激に低下するような状態となることにより油圧サーボ系にさまざまなノイズが累積することにより、位相差の変動に停滞が生じるとしても、この停滞を考慮することなく良好な同期投入条件を迅速に実現することができ、かつ、同期投入時の衝撃をより一層有効に抑制することができる。
【００２１】
また、前記構成の同期投入制御方法においては、前記トロイダル無段変速機は、変速装置が備える入力ディスクおよび出力ディスクにパワーローラを押し付けるためのクランプ力を発生するクランプ機構を有する構成であってもよい。
【００２２】
また、前記構成の同期投入制御方法においては、前記駆動源が航空機のエンジンである構成であってもよい。
【００２３】
航空機分野では、制御上の許容範囲が一般的な場合に比べて非常に狭くなっているが、前記構成によれば、位相差フィードバック制御において位相差を実質的に０とすることができるので、航空機分野の無瞬断切換えのように制御上の許容範囲が非常に狭い場合であっても、良好な同期投入を実現することができる。
【００２４】
また、本発明に係る同期投入制御装置は、前記の課題を解決するために、少なくとも一方が変速装置を介して駆動源により駆動される発電機を備える複数の電力供給源の間での電力供給の切り換えに際して、当該電力供給源間の周波数差および位相差がそれぞれ所定範囲内となる場合に、切り換え用の遮断器に投入指令を出力する同期投入制御装置であって、前記電力供給源の間の周波数差を検出する周波数差検出器と、前記電力供給源の間の位相差を検出する位相差検出器と、検出された前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内にあるか否かを判定することにより、投入指令を生成して前記遮断器に出力する同期投入制御器と、を備え、当該同期投入制御器は、前記所定範囲内にある場合には、前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内に維持されるように、前記変速装置の発電機駆動回転数をフィードバック制御する一方、前記所定範囲内に無い場合には、前記変速装置への回転数指令にオフセットを付与して前記変速装置の発電機駆動回転数を制御し、さらに、前記同期投入制御器は、前記所定範囲内にある場合には、検出した前記位相差を比例積分制御して得られる出力値を、前記変速装置の回転数指令に加算することによって、発電機回転数指令を演算し、当該発電機回転数指令に基づいて前記フィードバック制御するとともに、前記遮断器に投入指令を出力する構成である。
【００２５】
前記構成によれば、位相差フィードバック制御を電力供給源の切換え完了まで継続的に実施するとともに、位相差が所定範囲内にあるときに、比例制御を行うのではなく比例積分制御を行っている。そのため、極僅かなわずかな位相差を打ち消して位相差を実質的に０に維持することができる。これにより、安定した同期投入条件を長期的に維持することができるとともに、良好な同期投入条件を迅速に実現することができ、かつ、同期投入時の衝撃をより一層有効に抑制することができる。さらに、位相差を実質的に０とすることができるので、位相差の所定範囲を従来よりも広げることができる。これにより、位相差を迅速に０に収束させることができるので、例えば油温が急激に低下するような状態であっても、同期投入条件を速やかに実現することができる。
【００２６】
前記構成の同期投入制御装置においては、前記電力供給源の間の電圧差を検出する電圧差検出器と、検出された前記電圧差が所定範囲内となるように、前記発電機に界磁電流指令を出力する電圧調整器と、をさらに備え、前記同期投入制御器は、検出された前記電圧差と、前記電力供給源の間の前記周波数差および前記位相差がそれぞれ前記所定範囲内となる場合に、前記遮断器に投入指令を出力する構成であってもよい。
【００２７】
前記構成によれば、同期投入制御装置が、同期投入制御機能だけでなく、発電機の供給電圧（出力電圧）を一定に制御する電圧制御機能を兼ね備えることになる。そのため、複数の電力供給源を含む電力系統において、同期投入および電圧の双方を良好に制御することができる。
【００２８】
また、前記構成の同期投入制御装置においては、前記電力供給源の何れが負荷側であるかを判定する電力検出器をさらに備え、前記同期投入制御器は、負荷側である電力供給源の周波数が他方よりも低く、かつ位相が他方よりも遅れるように、前記所定範囲をシフトさせる構成であってもよい。
【００２９】
前記構成によれば、中立位置近傍にあった位相差の所定範囲を、より低い位置またはより高い位置に移動させる。このように、状況に応じて位相差の所定範囲をより低くシフトさせたり、より高くシフトさせたりすることで、同期投入時の衝撃を有効に抑制することができる。
【００３０】
また、前記構成の同期投入制御装置においては、前記変速装置は、トロイダル無段変速機を含んでいる構成であってもよい。
【００３１】
前記構成によれば、変速装置が、応答の迅速なトロイダル無段変速機を含む構成となっている。そのため、発電機の回転数を良好に調整することができるとともに、発電機駆動回転数を良好にフィードバック制御することができる。そのため、良好な同期投入条件をより迅速に実現することができる。
【００３２】
また、前記構成の同期投入制御装置においては、前記変速装置が備えるパワーローラの傾転角は油圧サーボ系により調整され、当該油圧サーボ系は、油圧アクチュエータおよび当該油圧アクチュエータを駆動するサーボ弁を含み、前記駆動源の出力回転数と、前記変速装置の発電機駆動回転数と、前記同期投入制御器により演算された前記発電機回転数指令と、に基づいてサーボ弁開度指令を生成する回転数制御器を備え、前記サーボ弁は、前記サーボ弁開度指令に基づいて駆動される構成であってもよい。
【００３３】
前記構成によれば、例えば油温が急激に低下するような状態となることにより油圧サーボ系にさまざまなノイズが累積することにより、位相差の変動に停滞が生じるとしても、この停滞を考慮することなく良好な同期投入条件を迅速に実現することができ、かつ、同期投入時の衝撃をより一層有効に抑制することができる。
【００３４】
また、前記構成の同期投入制御装置においては、前記トロイダル無段変速機は、変速装置が備える入力ディスクおよび出力ディスクにパワーローラを押し付けるためのクランプ力を発生するクランプ機構を有する構成であってもよい。
【００３５】
また、前記構成の同期投入制御装置においては、前記駆動源が航空機のエンジンである構成であってもよい。
【００３６】
航空機分野では、制御上の許容範囲が一般的な場合に比べて非常に狭くなっているが、前記構成によれば、位相差フィードバック制御において位相差を実質的に０とすることができるので、航空機分野の無瞬断切換えのように制御上の許容範囲が非常に狭い場合であっても、良好な同期投入を実現することができる。
【００３７】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、諸条件の変動による影響を抑制して、良好な同期投入を実現することを可能とする、同期投入制御方法および同期投入制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る同期投入制御方法および同期投入制御装置の適用対象となる航空機用発電装置をエンジンに取り付けた構成の一例を示す模式図である。
【図２】図１に示す航空機用発電装置の具体的な構成の一例を示す模式図である。
【図３】図２に示す航空機用発電装置が備える油圧サーボ系の構成の一例を示す模式図である。
【図４】図２に示す航空機用発電装置に適用される同期投入制御装置の構成の一例を示す模式的ブロック図である。
【図５】図４に示す同期投入制御装置が、各電力供給源の電圧パルスから位相差を検出する方法を説明する電圧波形である。
【図６】図４に示す同期投入制御装置により実行される同期投入制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】図６に示す同期投入制御方法により操作される位相差の時系列的な変化を示すグラフである。
【図８】図６に示す同期投入制御方法において可変オフセットにより位相差を制御する方法を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態２に係る同期投入制御方法および同期投入制御装置において、位相差を所定範囲内に移動させる制御を説明するためのグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る同期投入制御装置の構成の一例を示す模式的ブロック図である。
【図１１】図９に示す同期投入制御装置により実行される同期投入制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る同期投入制御方法および同期投入制御装置が適用される航空機用発電装置の具体的な構成の一例を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る同期投入制御方法および同期投入制御装置が適用される航空機用発電装置に用いられる、トロイダル無段変速機の要部構成の一例を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係る同期投入制御方法および同期投入制御装置が適用されるガスタービン駆動型発電システムの構成の一例を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態６に係る同期投入制御方法および同期投入制御装置が適用される蒸気タービン駆動型発電システムの構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００４１】
（実施の形態１）
本実施の形態１では、本発明に係る同期投入制御方法および同期投入制御装置を航空機用発電装置に適用した例を挙げて、本発明を具体的に説明する。まず、航空機用発電装置の具体的な一例について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。
【００４２】
［航空機用発電装置の構成例］
図１に模式的に示すように、本実施の形態１に係る航空機用発電装置１０Ａ（以下、適宜「発電装置１０Ａ」と略す。）は、航空機のエンジン６０の側部に取り付けられている。エンジン６０は、２軸型ファンエンジンであり、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３およびファン６４を備えているとともに、回転軸として、中空の高圧軸６５と、この高圧軸６５の中空部に挿通された低圧軸６６を備えている。図１に示すように、圧縮機６１から供給される圧縮空気が燃焼器６２で燃焼され、その燃焼により発生する高温高圧の燃焼ガスがタービン６３に供給される。
【００４３】
タービン６３は前段側の高圧タービン６３１と後段側の低圧タービン６３２とを有する。圧縮機６１は、中空の高圧軸６５を介して高圧タービン６３１に連結されており、この高圧タービン６３１より回転駆動される。ファン６４は、低圧軸６６を介して低圧タービン６３２に連結され、この低圧タービン６３２により回転駆動される。低圧タービン６３２から噴射される燃焼ガスのジェット流と、ファン６４により生成される高速空気流とによりエンジン推力が得られる。
【００４４】
低圧軸６６におけるファン６４の後方には、図示しない傘歯車を介して連結軸６７の一端部がギヤ連結されており、この連結軸６７の他端部に補機１５のギヤボックス１６が連結されている。発電装置１０Ａは、後述する変速機入力軸（図２参照）がギヤボックス１６に連結されて、低圧軸６６の回転がギヤボックス１６を介して伝達されるよう構成されている。なお、発電装置１０Ａのエンジン６０への取り付け構成はこれに限定されず、公知の他の構成であってもよい。
【００４５】
図１に示すように、発電装置１０Ａは、エンジン６０の低圧軸６６に連動するギヤボックス１６の前側に配置されている。発電装置１０Ａは、図２に模式的に示すように、発電機２０Ａおよび変速装置３０Ａを備えており、さらに、エンジン６０（図２には図示せず）に取り付けられるケーシング２１を備える。ケーシング２１は、発電機２０Ａおよび変速装置３０Ａを収容する。変速装置３０Ａは、トロイダル無段変速機３１Ａ（ＣＶＴ，Continuously Variable Transmission）を含む定速駆動装置２２Ａ（ＣＳＤ，Constant Speed Drive）を備えている。
【００４６】
ケーシング２１内には、多目的で使用されるオイルを貯留するオイルサンプ（図示せず）が設けられるとともに、オイルポンプユニット（図示せず）も収容されている。オイルの用途は、例えば、トロイダル無段変速機３１Ａでのトラクションドライブ、油圧機器または油圧式機構の作動、発電機２０Ａの冷却、および定速駆動装置２２Ａの潤滑である。オイルポンプユニットは、トロイダル無段変速機３１Ａの出力により駆動され、例えば、図示しない吸引側ポンプおよび油圧ポンプ３３０等の供給側ポンプにより構成される。オイルポンプユニットは、吸引側ポンプによりオイルサンプのオイルを吸い上げ、供給側ポンプによりオイルを前記用途に供する。
【００４７】
ケーシング２１内では、トロイダル無段変速機３１Ａ、発電機２０Ａ、およびオイルポンプユニットは、上下方向に並んで配置されている。なお、発電装置１０Ａは、ギヤボックス１６の後側に配置されてもよい。発電機２０Ａは、トロイダル無段変速機３１Ａの上方に配置されてトロイダル無段変速機３１Ａの出力により駆動される。
【００４８】
トロイダル無段変速機３１Ａは、前記の通り、エンジン６０の回転軸（低圧軸６６）に連結されているので、エンジン６０は、発電機２０Ａの駆動源となる。発電機２０Ａは、トロイダル無段変速機３１Ａを介してエンジン６０により回転駆動されることにより発電を行い、航空機の照明、空調および防水装置などの各種の負荷に対し電力を供給する。
【００４９】
定速駆動装置２２Ａは、低圧軸６６（エンジン６０の回転軸、図２には図示せず）の回転動力を発電機２０Ａに伝達する動力伝達経路２１１Ａを形成する。トロイダル無段変速機３１Ａは、動力伝達経路２１１Ａの一部を構成する。動力伝達経路２１１Ａは、エンジン６０の回転軸をトロイダル無段変速機３１Ａに接続する入力経路２３Ａ、およびトロイダル無段変速機３１Ａを発電機軸２０１に接続する出力経路２４Ａを含む。入力経路２３Ａおよび出力経路２４Ａは、回転により動力を伝達する要素（例えば、軸およびギヤ）によって構成される。
【００５０】
定速駆動装置２２Ａは、低圧軸６６（図２には図示せず）の回転動力に基づいて発電機２０Ａを定速で駆動する。発電装置１０Ａにおいて、回転動力は、低圧軸６６から入力経路２３Ａを介してトロイダル無段変速機３１Ａに入力され、トロイダル無段変速機３１Ａで変速され、出力経路２４Ａを介して発電機軸２０１に出力される。発電機軸２０１が回転すると、発電機２０Ａは発電機軸２０１の回転速度に比例した周波数で交流電力を発生する。トロイダル無段変速機３１Ａの変速比は、低圧軸６６の回転速度の変動に関わらず発電機軸２０１の回転速度を適値（航空機内の電装品の作動に適した周波数（例えば４００Ｈｚ）と対応する値）に保つように、連続的に変更される。これにより周波数が一定の適値に保たれる。
【００５１】
［トロイダル無段変速機］
トロイダル無段変速機３１Ａは、図２に示すように、変速機入力軸３２Ａ、変速機出力軸３４Ａ、入力ディスク３５ａ，３６ａ、出力ディスク３５ｂ，３６ｂ、パワーローラ３５ｃ，３６ｃ、トラニオン３５ｄ，３６ｄ、およびクランプ機構３７を備えている。
【００５２】
変速機入力軸３２Ａおよび変速機出力軸３４Ａは、変速機軸線Ｐ１上で同軸状に配置される。入力ディスク３５ａ，３６ａは変速機入力軸３２Ａ上に一体回転可能に設けられ、出力ディスク３５ｂ，３６ｂは変速機出力軸３４Ａ上に一体回転可能に設けられる。
【００５３】
入力ディスク３５ａ，３６ａのうち一方である第一入力ディスク３５ａは、出力ディスク３５ｂ，３６ｂの一方である第一出力ディスク３５ｂとともに対をなし、変速機軸線Ｐ１の延在方向に対向して第一キャビティ３５を形成する。第一キャビティ３５は、第一入力ディスク３５ａの対向面３５ｅと第一出力ディスク３５ｂの対向面３５ｆにより規定され、変速機入力軸３２Ａおよび変速機出力軸３４Ａの径方向外方で周方向に連続した円環状を有する。
【００５４】
同様に、入力ディスク３５ａ，３６ａのうち他方である第二入力ディスク３６ａは、出力ディスク３５ｂ，３６ｂの他方である第二出力ディスク３６ｂとともに対をなし、変速機軸線Ｐ１の延在方向に対向して第二キャビティ３６を形成する。第二キャビティ３６は、第二入力ディスク３６ａの対向面３６ｅと第二出力ディスク３６ｂの対向面３６ｆにより規定され、変速機入力軸３２Ａおよび変速機出力軸３４Ａの径方向外方で周方向に連続した円環状を有する。
【００５５】
トロイダル無段変速機３１Ａは、本実施の形態ではダブルキャビティ型であり、第一キャビティ３５および第二キャビティ３６と、二つの第一パワーローラ３５ｃおよび二つの第二パワーローラ３６ｃを備える。これらキャビティ３５，３６は、変速機入力軸３２Ａおよび変速機出力軸３４Ａの延在方向に沿って所定の間隔で並列して設けられている。なお、トロイダル無段変速機３１Ａは、ダブルキャビティ型に限定されず、キャビティを三つ以上有する構成であってもよい。第一キャビティ３５内には第一パワーローラ３５ｃが配置され、第二キャビティ３６内には第二パワーローラ３６ｃが配置される。
【００５６】
本実施の形態では、トロイダル無段変速機３１Ａは中央入力型である。二つの入力ディスク３５ａ，３６ａは、変速機入力軸３２Ａ上で背中合わせに配置される。入力経路２３Ａの下流端を構成する要素は、変速機入力軸３２Ａ上に固定され、二つの入力ディスク３５ａ，３６ａ間に配置される。変速機出力軸３４Ａは、中空の変速機入力軸３２Ａに挿通され、変速機入力軸３２Ａから突出する二つの突出部３５１，３６１を有する。第一出力ディスク３５ｂは第一突出部３５１に設けられて第一入力ディスク３５ａと対向し、第二出力ディスク３６ｂは第二突出部３６１に設けられて第二入力ディスク３６ａと対向する。
【００５７】
第一パワーローラ３５ｃは、第一キャビティ３５で周方向に概略等間隔をあけて配置され、第一トラニオン３５ｄが第一パワーローラ３５ｃと一対一で対応する。第一トラニオン３５ｄは、傾転軸線Ｐ２の周りに回転可能かつ傾転軸線Ｐ２の延在方向に変位可能にケーシング２１に支持される。第一パワーローラ３５ｃは、転動軸線Ｐ３の周りに回転可能に第一トラニオン３５ｄに支持される。第一パワーローラ３５ｃは、傾転軸線Ｐ２の延在方向に変位可能、傾転軸線Ｐ２周りに回転（傾転、公転）可能かつ転動軸線Ｐ３周りに回転（自転）可能な状態で第一キャビティ３５内に配置され、第一入力ディスク３５ａの対向面３５ｅおよび第一出力ディスク３５ｂの対向面３５ｆと接触する。
【００５８】
なお、第二パワーローラ３６ｃの第二キャビティ３６内での配置、第二トラニオン３６ｄのケーシング２１への支持、第二トラニオン３６ｄによる第二パワーローラ３６ｃの支持、第二パワーローラ３６ｃおよび第二トラニオン３６ｄの回転方向等については、前記と同様であるため説明を省略する。
【００５９】
クランプ機構３７は、いわゆるカム式である。クランプ機構３７は、第一カム面３７ｂを有する第一カムディスク３７ａ、第一カム面３７ｂと変速機軸線Ｐ１の軸線方向に向き合う第二カム面３７ｄを有する第二カムディスク３７ｃ、保持器３７ｆに保持された状態でカム面３７ｂ，３７ｄの間に挟まれた複数個のローラ３７ｅ、および押圧子３７ｇを有する。中央入力型では、第一カムディスク３７ａが変速機出力軸３４Ａの第一突出部３５１に設けられる。第一出力ディスク３５ｂは第二カムディスク３７ｃを兼ねており、第二カム面３７ｄは第一出力ディスク３５ｂの背面に設けられている。押圧子３７ｇは第二突出部３６１に設けられる。第一カム面３７ｂおよび第二カム面３７ｄは、凹凸を円周方向に交互に配列した形状になっている。
【００６０】
第一出力ディスク３５ｂが回転すると、第一カム面３７ｂの第二カム面３７ｄに対する周方向の位置がずれ、第一カム面３７ｂの凸部分に乗り上げたローラ３７ｅによって第一出力ディスク３５ｂが第一入力ディスク３５ａに向けて押される。これにより、第一入力ディスク３５ａと第一出力ディスク３５ｂとの間の第一パワーローラ３５ｃこれらディスク３５ａ，３５ｂに押し付けられる。同時に、第一カムディスク３７ａが第一突出部３５１を第一出力ディスク３５ｂとは反対側へ押圧する。第二突出部３６１および押圧子３７ｇがこれに連動し、第二出力ディスク３６ｂが押圧子３７ｇによって第二入力ディスク３６ａに向けて押圧される。これにより、第二入力ディスク３６ａと第二出力ディスク３６ｂとの間の第二パワーローラ３６ｃが、これらディスク３６ａ，３６ｂに押し付けられる。
【００６１】
中央入力型では、出力経路２４Ａが、変速機出力軸３４Ａと同軸状に配置された延長軸３６２を有し、延長軸３６２が、ドグクラッチ３６３を介して突出部３５１，３６１のいずれか（例えば、第二突出部３６１）と結合される。変速機出力軸３４Ａがクランプ機構３７の作用で変速機軸線Ｐ１の延在方向に変位しても、動力が変速機出力軸３４Ａからドグクラッチ３６３を介して延長軸３６２に伝達される。
【００６２】
発電装置１０Ａは直列型であり、定速駆動装置２２Ａの動力伝達経路２１１Ａはトロイダル無段変速機３１Ａを迂回する経路を含まない。ただし、油圧ポンプ３３０のように発電装置１０Ａの１以上の補機１５は、入力経路２３Ａまたは出力経路２４Ａから取り出された回転動力に基づいて駆動される。
【００６３】
入力経路２３Ａは、低圧軸６６（エンジン６０の回転軸）の回転動力が入力される発電装置入力軸２３１、および発電装置入力軸２３１の回転をトロイダル無段変速機３１Ａに伝達する入力ギヤ２３２を含む。入力ギヤ２３２は、発電装置入力軸２３１に設けられた駆動ギヤ２３３、および駆動ギヤ２３３と噛合されて発電装置入力軸２３１に設けられた被動ギヤ２３４を有する。発電装置入力軸２３１は変速機軸線Ｐ１と平行であり、入力ギヤ２３２は平行軸ギヤ対である。
【００６４】
出力経路２４Ａは、トロイダル無段変速機３１Ａから出力された回転を発電機軸２０１に伝達する出力ギヤ２４１を含む。発電機軸２０１は変速機軸線Ｐ１と平行であり、出力ギヤ２４１は平行軸ギヤ列である。中央入力型では、出力ギヤ２４１は、延長軸３６２に設けられた駆動ギヤ２４２、発電機軸２０１に設けられた被動ギヤ２４３、および駆動ギヤ２４２の回転を被動ギヤ２４３に伝達する１以上（例えば二つ）のアイドルギヤ２４４，２４５を含む。
【００６５】
ここで、以下の説明では、各パワーローラ３５ｃ，３６ｃと各対向面３５ｅ，３６ｅとの接触部を「入力側接触部」、各パワーローラ３５ｃ，３６ｃと各対向面３５ｆ，３６ｆとの接触部を「出力側接触部」、変速機軸線Ｐ１から入力側接触部までの距離を「入力側接触半径ｒin」、変速機軸線Ｐ１から出力側接触部までの距離を「出力側接触半径ｒout」、入力側接触半径ｒinの出力側接触半径ｒoutに対する比を「半径比」という（半径比＝ｒin／ｒout）。各パワーローラ３５ｃ，３６ｃの傾転軸線Ｐ２の延在方向における位置を「ローラ位置Ｘ」、各パワーローラ３５ｃ，３６ｃの傾転軸線Ｐ２周りの回転角を「傾転角φ」という。
【００６６】
第二出力ディスク３６ｂの後側には、クランプ機構３７が設けられている。このクランプ機構３７は、第一パワーローラ３５ｃおよび第二パワーローラ３６ｃを押圧する押圧力を発生するための軸力発生機構として機能する。ケーシング２１内のオイルは、トラクションオイルとしてパワーローラ３５ｃ，３６ｃの表面に供給される。クランプ機構３７は変速機軸線Ｐ１の延在方向にクランプ力（押圧力）を発生するので、このクランプ力により第一パワーローラ３５ｃは、第一入力ディスク３５ａと第一出力ディスク３５ｂとに押し付けられる。第二パワーローラ３６ｃもクランプ機構３７のクランプ力により第二入力ディスク３６ａと第二出力ディスク３６ｂとに押し付けられる。
【００６７】
これにより、入力側接触部および出力側接触部に高粘度の油膜が形成され、トロイダル無段変速機３１Ａがトラクションドライブにより変速機入力軸３２Ａの回転を変速機出力軸３４Ａに伝達できる。変速機入力軸３２Ａが回転すると、入力ディスク３５ａ，３６ａが一体回転し、パワーローラ３５ｃ，３６ｃが入力側接触部で生じる油膜の剪断抵抗で転動軸線Ｐ３周りに回転駆動される。パワーローラ３５ｃ，３６ｃが転動軸線Ｐ３周りに回転すると、出力ディスク３５ｂ，３６ｂが出力側接触部で生じる油膜の剪断抵抗で回転駆動され、変速機出力軸３４Ａが一体回転する。
【００６８】
なお、クランプ機構３７は、前記の通りカム式（カムクランプ）であるため、トルクに比例したクランプ力を生じさせるために、第二出力ディスク３６ｂの後側（出力側の動力が合流する位置）に設けられる。クランプ機構３７が油圧式（油圧クランプ）である場合、カム式と同様に第二出力ディスク３６ｂの後側に設けられればよいが、第一入力ディスク３５ｂの前側に設けられてもよい。
【００６９】
トロイダル無段変速機３１Ａの変速比は、出力ディスク３５ｂ，３６ｂの回転速度ＮCVToutの入力ディスク３５ａ，３６ａの回転速度ＮCVTinに対する比であり、前述した半径比と等しい（変速比＝ＮCVTout／ＮCVTin＝ｒin／ｒout）。変速比は傾転角φに応じて連続的に変化し、傾転角φはローラ位置Ｘに応じて連続的に変化する。この点、ローラ位置Ｘが変更されると、パワーローラ３５ｃ，３６ｃがサイドスリップを生じる。パワーローラ３５ｃ，３６ｃはサイドスリップを解消するまで傾転軸線Ｐ２周りに回転し、それにより傾転角φが変更される。傾転角φが変化するときには、入力側接触部および出力側接触部が入力側の対向面３５ｅ，３６ｅ並びに出力側の対向面３５ｆ，３６ｆ上で変位し、入力側接触半径ｒinおよび出力側接触半径ｒoutが連続的に変更される。これにより、半径比、すなわちトロイダル無段変速機３１Ａの変速比が連続的に変更される。
【００７０】
［油圧アクチュエータ］
トロイダル無段変速機３１Ａは、図３に示すように、パワーローラ３５ｃ，３６ｃの位置を調節する油圧回路としての油圧サーボ系３３を備えている。油圧サーボ系３３は、第一油圧シリンダ３３１、第二油圧シリンダ３３２、サーボ弁３３３、給油ライン３３４、油路３３５，３３６等を備えており、これらにより油圧アクチュエータを構成している。なお、図３では、説明の便宜上、第一パワーローラ３５ｃに油圧サーボ系３３が連結されている構成のみを図示しているが、同様に第二パワーローラ３６ｃに対しても油圧サーボ系３３が連結されている。
【００７１】
油圧シリンダ３３１，３３２は、それぞれトラニオン３５ｄ，３６ｄおよびこれに支持されるパワーローラ３５ｃ，３６ｃと一対一で対応する。サーボ弁３３３は、スプールを有するスプール弁３３３ａと、スプールをスライドさせてその位置を調整する弁駆動部３３３ｂとを備えている。
【００７２】
図３に示すように、ローラ位置Ｘは油圧サーボ系３３によって変更され、それにより傾転角φおよび変速比が調整される。油圧サーボ系３３においては、油圧ポンプ３３０が、定速駆動装置２２Ａの出力経路２４Ａから取り出された回転動力に基づき定速で駆動され、ケーシング２１内のオイルを吐出する。油圧ポンプ３３０は、給油ライン３３４を介して、油圧サーボ系３３のサーボ弁３３３に接続される。ケーシング２１内のオイルは、油圧サーボ系３３の作動油として油圧ポンプ３３０から供給される。
【００７３】
油圧シリンダ３３１，３３２は、それぞれピストンボディ３３１ａ，３３２ａ、ピストン３３１ｂ，３３２ｂおよびロッド３３１ｃ，３３２ｃを含み、ピストンボディ３３１ａ，３３２ａの内部は、それぞれピストン３３１ｂ，３３２ｂにより増速油室３３１ｄ，３３２ｄと減速油室３３１ｅ，３３２ｅとに仕切られる。ロッド３３１ｃ，３３２ｃは、傾転軸線Ｐ２と同軸状に配置され、ピストン３３１ｂ，３３２ｂをトラニオン３５ｄ，３６ｄに連結し、トラニオン３５ｄ，３６ｄとともに傾転軸線Ｐ２の延在方向に移動する。
【００７４】
サーボ弁３３３は、スプールを有するスプール弁３３３ａと、スプール位置を調整する弁駆動部３３３ｂとを備える。全ての増速油室３３１ｄ，３３２ｄが油路３３５を介してスプール弁３３３ａの増速ポートに接続され、全ての減速油室３３１ｅ，３３２ｅが、油路３３６を介してスプール弁３３３ａの減速ポートに接続される。弁駆動部３３３ｂは、図示しない制御器から与えられる駆動信号に応じてスプールの背圧を調整してスプールを変位させる。
【００７５】
一方の油路３３５に作動油が供給されると、油圧シリンダ３３１，３３２の増速油室３３１ｄ，３３２ｄにオイルが供給され、減速油室３３１ｅ，３３２ｅから他方の油路３３６を介してオイルが排出される。これにより、ピストン３３１ｂ，３３２ｂがそれぞれピストンボディ３３１ａ，３３２ａ内を進退移動し、これに伴ってロッド３３１ｃ，３３２ｃが進退移動する。それゆえ、変速比を大きくするようにローラ位置Ｘおよび傾転角φが変更される。オイルがその逆に流れると、変速比を小さくするようにしてローラ位置Ｘおよび傾転角φが変更される。
【００７６】
サーボ弁３３３は、このようにして増速油室３３１ｄ，３３２ｄおよび減速油室３３１ｅ，３３２ｅに供給される作動油の流量および圧力を制御し、それにより、ローラ位置Ｘ、傾転角φおよび変速比が調整される。したがって、トロイダル無段変速機３１Ａでは、油圧サーボ系３３が図示しない制御器から動作指令を受けると、四つのパワーローラ３５ｃ，３６ｃのローラ位置Ｘおよび傾転角φは、半径比が動作指令値に対応する同値となるように調整される。
【００７７】
［同期投入制御装置の構成例］
次に、前記構成の発電装置１０Ａに適用される同期投入制御装置、並びに、これらを含む同期投入制御システムの一例について、図４を参照して具体的に説明する。
【００７８】
図４に示すように、航空機の電力供給源としては、前述した発電装置１０Ａとともに、外部電源設備（ＧＰＵ）等の電源系統１４の二つが設けられている。電源系統１４および発電装置１０Ａは、それぞれ第一遮断器１１および第二遮断器１２を介して航空機の負荷１３（航空機内の各種機器等）に接続されている。また、図４に示す構成では、負荷１３と、第一遮断器１１および第二遮断器１２との間に、接点１７が設けられている。電源系統１４および発電装置１０Ａは、同期投入制御装置４０および電圧調整装置５０との間で、制御指令の入出力が行われる（図中破線矢印）。
【００７９】
つまり、本実施の形態における同期投入制御システムでは、相互切換えされる電力供給源として、電源系統１４および発電装置１０Ａを備えるとともに、これら二つの電力供給源それぞれに切換手段としての第一遮断器１１および第二遮断器１２を備え、さらに、同期投入制御装置４０および電圧調整装置５０を備えている構成となっている。
【００８０】
発電装置１０Ａは、前記の通り、発電機２０Ａおよび変速装置３０Ａを備えている。変速装置３０Ａは、前述したトロイダル無段変速機３１Ａおよび油圧サーボ系３３に加えて、回転数制御器３８を備えている。なお、図２で例示したトロイダル無段変速機３１Ａの詳細な構成については、同期投入制御に制御系統に直接的に関係しないので、図４では図示しない。
【００８１】
回転数制御器３８は、エンジン６０の出力回転数であるエンジン回転数Ｎ１と、後述する同期投入制御装置４０からの指令と、トロイダル無段変速機３１Ａの発電機駆動回転数Ｎ２と、に基づいてサーボ弁開度指令ｉを生成する。生成したサーボ弁開度指令ｉは油圧サーボ系３３に入力され、油圧サーボ系３３は、入力されたサーボ弁開度指令ｉに応じて、図４には図示しないサーボ弁３３３の開度を調整する。これにより、サーボ弁３３３を介して流れる作動油の流量が変化するので、この流量がストローク指令ｘとしてトロイダル無段変速機３１Ａに入力される。
【００８２】
トロイダル無段変速機３１Ａでは、入力されたストローク指令ｘに応じた流量を有する作動油に応じて、油圧サーボ系３３の第一油圧シリンダ３３１および第二油圧シリンダ３３２（図４には図示せず）が動作する。第一油圧シリンダ３３１のピストン３３１ｂおよび第二油圧シリンダ３３２のピストン３３２ｂには、前記の通り、ロッド３３１ｃ，３３２ｃを介してトロイダル無段変速機３１Ａのトラニオン３５ｄ，３６ｄに連結されているので、これにより、第一パワーローラ３５ｃおよび第二パワーローラ３６ｃの傾転角θが調節され、トロイダル無段変速機３１Ａの変速比が制御される。発電機２０Ａは、変速されたトロイダル無段変速機３１Ａの発電機駆動回転数Ｎ２で駆動される一方で、当該発電機駆動回転数Ｎ２は、回転数制御器３８にフィードバックされる。これにより、発電機２０Ａの出力周波数は一定に制御される（周波数一定制御）。
【００８３】
電源系統１４および発電機２０Ａには、電圧調整装置５０が接続されている。電圧調整装置５０は、電圧差検出器５１および電圧調整器５２を備えている。電圧差検出器５１は、電源系統１４および発電機２０Ａからの供給電圧をそれぞれ検出し、これら供給電圧の差（電圧差）Ｖを算出する。検出した電圧差Ｖは、電圧調整器５２に与えられる。電圧調整器５２は、電圧差Ｖを後述する同期投入制御装置４０に与える一方、電圧差Ｖに応じた界磁電流指令ｊを発電機２０Ａに与える。これにより、発電機２０Ａの供給電圧（出力電圧）は一定に制御される（電圧一定制御）。
【００８４】
本実施形態に係る同期投入制御装置４０は、周波数差検出器４１、位相差検出器４２、同期投入制御器４３を備えている。周波数差検出器４１は、電源系統１４および発電機２０Ａの周波数差ｆを検出する。本実施の形態では、周波数差検出器４１は、まず、電源系統１４および発電機２０Ａの各交流電圧波形を矩形波に変換し、これら矩形波の一周期の時間を計測する。そして、電源系統１４および発電機２０Ａの出力周波数をそれぞれ検出することにより、周波数差ｆを検出している。
【００８５】
位相差検出器４２は、電源系統１４および発電機２０Ａの位相差φを検出する。本実施の形態では、位相差検出器４２は、電源系統１４および発電機２０Ａの各交流電圧差を矩形波に変換し、これら矩形波の立ち上がりの時間差を計測することによって、位相差φを検出している。
【００８６】
より具体的には、位相差検出器４２は、電源系統１４および発電機２０Ａの電圧パルスをそれぞれ計測し、図５に示すように、電圧のゼロクロス点間から各周期を計測し、各周期に基づいて、次式（１）〜（３）を用いて周波数差ｆを演算する。ここで、ｆPWS （単位：Ｈｚ）は電源系統１４の周波数、ｆGEN （単位：Ｈｚ）は発電機２０Ａの周波数、ＴPWS は電源系統１４の周期、ＴGEN は発電機２０Ａの周期である。
【００８７】
ｆ＝ｆGEN −ｆPWS   …（１）
ｆPWS ＝（１／ＴPWS ）  …（２）
ｆGEN ＝（１／ＴGEN ）  …（３）
なお、電源系統１４および発電機２０Ａの各電圧パルスは、電圧調整装置５０から取得してもよいし、電源系統１４および発電機２０Ａから図示しない電圧検出器を介して取得してもよい。
【００８８】
また、位相差検出器４２は、電源系統１４側を基準として、次式（４）または（５）に基づいて位相差φ（単位：°）を演算する。ここで、式（４）は、Ｔφ＜（ＴPWS ／２）の場合の演算式であり、式（５）は、Ｔφ≧（ＴPWS ／２）の場合の演算式である。また、式（４）および（５）では、発電機２０Ａ側の位相が遅れている場合を「正側」としている。
【００８９】
φ＝３６０×（Ｔφ／ＴPWS ）  …（４）
φ＝３６０−３６０×（Ｔφ／ＴPWS ）  …（５）
検出された周波数差ｆおよび位相差φは、同期投入制御器４３に与えられる。同期投入制御器４３は、周波数差ｆおよび位相差φに基づいて発電機回転数指令Ｎ2refを演算し、変速装置３０Ａの回転数制御器３８に与える。また、同期投入制御器４３は、電圧調整器５２から与えられた電圧差Ｖと、検出された周波数差ｆおよび位相差φとが所定範囲内にあるか否かを判定する。
【００９０】
電位差Ｖ、周波数差ｆ、および位相差φの全てが所定範囲内にある場合には、第一遮断器１１および第二遮断器１２のうち、負荷１３が接続されている電力供給源側（負荷側）の遮断器に投入指令Ｃ１を出力し、負荷１３が接続されていない電力供給源側（無負荷側）の遮断器に切断指令Ｃ２を出力する。例えば、航空機が電源系統１４に接続されている場合には、発電機２０Ａに接続される第二遮断器１２が無負荷側の遮断器となり、電源系統１４に接続される第一遮断器１１が負荷側の遮断器となるので、第二遮断器１２に投入指令Ｃ１が出力され、第一遮断器１１に切断指令Ｃ２が出力されることになる。
【００９１】
なお、第一遮断器１１に対して投入指令Ｃ１が出力されるときには、第二遮断器１２に対して切断指令Ｃ２が出力され、第二遮断器１２に対して投入指令Ｃ１が出力されるときには、第一遮断器１１には切断指令Ｃ２が出力される。このように、投入指令Ｃ１および切断指令Ｃ２は「表裏の関係」にあるため、説明の便宜上、投入指令Ｃ１および切断指令Ｃ２をまとめて「投入指令Ｃ」と略す（図４参照）。
【００９２】
［同期投入制御方法の一例］
次に、前記構成の同期投入制御装置４０により実行される同期投入制御方法の一例について、図６および図７を参照して具体的に説明する。
【００９３】
同期投入制御装置４０の同期投入制御器４３は、まず、検出された位相差φが、予め設定された上限値φａよりも小さく、かつ、下限値φｂよりも大きいか否か、すなわち位相差φが所定範囲内（φｂ＜φ＜φａ）にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。
【００９４】
位相差φが所定範囲内から外れる場合（位相差φが上限値φａ以上（φ≧φａ）または下限値φｂ以下（φ≦φｂ）である場合、ステップＳ０１で"ＮＯ"）には、同期投入制御器４３は、位相差φが同期投入条件を満足していないと判断して、回転数一定指令（所謂「定格回転数」）αに所定のオフセットβを加算する。
【００９５】
同期投入制御器４３は、オフセットβの加算によって発電機回転数指令Ｎ2refを演算し、これを回転数制御器３８に与える（ステップＳ０２）。これにより、同期投入制御器４３は、図７における「周波数差オフセット制御」領域（図中斜線の領域）に示すように、積極的に位相差φの傾斜角度を小さくするように制御する。位相差φの傾斜角度が小さくなることによって、位相差φが所定範囲外の状態で停滞しないように制御することができる。
【００９６】
なお、前述した例では、位相差φが停滞することを防止する目的から、定格回転数αに対してオフセットβを加算しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、オフセットβを減算するように構成してもよい。
【００９７】
一方、位相差φが所定範囲内（φｂ＜φ＜φａ）にある場合（ステップＳ０１で"ＹＥＳ"）には、同期投入制御器４３は、位相差φが所定範囲内（φｂ＜φ＜φａ）にあるため、位相差φが同期投入条件を満足していると判断する。そして、同期投入制御器４３は、定格回転数αに、制御ゲインＫFBおよびその積分値に位相差φを乗じたものを加算することによって、発電機回転数指令Ｎ2refを演算する。演算された発電機回転数指令Ｎ2refは回転数制御器３８に与えられる（ステップＳ０３）。これにより、同期投入制御器４３は、図６の「位相差フィードバック制御」領域に示すように、所定範囲内に入った位相差φを、当該所定範囲内にてφ＝０となるように制御する。
【００９８】
そして、同期投入制御器４３は、ステップＳ０２またはステップＳ０３の後で、他の同期投入条件も含めて全ての同期投入条件を満足しているか否かを判定する（ステップＳ０４）、全ての同期投入条件を満足している場合（ステップＳ０４で"ＹＥＳ"）には、第一遮断器１１および第二遮断器１２の一方に投入指令Ｃ１を出力し、他方には、切断指令Ｃ２を出力する（ステップＳ０５）。一方、全ての同期投入条件を満足していない場合（ステップＳ０４で"ＮＯ"）には、ステップＳ０１からの処理に戻り、必要に応じて周波数差オフセット制御を継続する。
【００９９】
投入指令Ｃ（投入指令Ｃ１および切断指令Ｃ２）が出力されると、一方の遮断器（例えば、第二遮断器１２）は、固有の切換え時間（例えば、約５０ｍsec）後に投入が完了し、他方の遮断器（例えば、第一遮断器１１）の切断が完了して、切り換えが完了する。なお、一方の遮断器の投入が完了してから、前記他方の遮断器の切断が完了するまでの間は、両方の電力供給源から電力が供給される状態（いわゆる「パララン状態」）となっている。また、切換え完了後は、変速装置３０Ａは、無負荷状態で回転数一定制御を行う。
【０１００】
なお、本実施の形態では、オフセットβを固定値として設定しているが本発明はこれに限定されない。例えば、オフセットβを段階的に変化させ、フィードバック制御に移行する前に、位相差φを可能な限り緩やか変化させるように構成することも可能である。つまり、本発明には、前述した同期投入制御方法において、オフセットβを固定値とするのではなく可変値とする構成も含まれる。
【０１０１】
例えば、図８に示すように、まず、オフセットβとして、再投入準備のためのオフセット値であるβ＝β１を与え、その後、オフセットβを、β＝β１からβ＝β２，β３…（β１＞β２＞β３…）のように段階的に小さくして、位相差φを段階的に小さくする方向へ変化させる。このようなオフセットβの段階的な変化値は、例えば、位相差φの大きさに応じた値として用意されてもよいし、位相差φの傾き（変化量）θの大きさに応じた値として用意されてもよい。これら変化値のデータは、テーブル形式として、同期投入制御器４３の図示しないメモリに予め格納しておけばよい。
【０１０２】
このように、本実施の形態では、図７に示すように、位相差フィードバック制御を第一遮断器１１および第二遮断器１２の切換え完了まで継続的に実施している。また、図６に示すように、同期投入制御方法では、位相差φが所定範囲内にあるときに比例制御（Ｐ制御）を行うのではなく、比例積分制御（ＰＩ制御）を行っている（図６のステップＳ０３参照）。つまり、周波数差および位相差が所定範囲内にある場合には、検出した位相差を比例積分制御して得られる出力値を、定格回転数α（変速装置３０Ａの回転数指令）に加算することによって、発電機回転数指令Ｎ2refを演算している。
【０１０３】
そのため、種々の外乱を受けても実質的に位相差φ＝０に維持することができるので、安定した同期投入条件を長期的に維持することが可能となる。また、本実施の形態に係る同期投入制御システムでは、図２に示すように、同期投入制御器４３および回転数制御器３８に制御機能を集約している。そのため、同期投入制御システムを設計する上で、パラメータ調整または保守等を容易化することができる。
【０１０４】
また、本発明では、同期投入制御に要求される条件が厳しくなっても、良好で安定した同期投入条件を維持する期間を確保しやすくすることができる。
【０１０５】
例えば、航空機の運用において、着陸後には電力供給源の無瞬断での切換え（同期投入）をできる限り常時実施したい、という要求が近年出されている。例えば、航空機の置かれている環境の温度がより低い温度（低温条件）となるように、油温が急激に低下するような状態になると、変速装置３０Ａを構成する油圧サーボ系３３では、油圧シリンダ３３１，３３２に用いられる作動油の粘度が上昇するおそれがある。また、サーボ弁３３３のスプールが低温により冷却され過ぎると、スプールの特性が変わってしまい、油圧シリンダ３３１，３３２等を備える油圧アクチュエータが良好に動作できなくなる可能性がある。
【０１０６】
このようなノイズが油圧サーボ系３３に累積すると、位相差φに影響が生じ、位相差φの変動が大きい状態で停滞が生じてしまう。同期投入制御においては、位相差φは０付近（φ≒０）となっている必要があるが、ある一定の範囲（すなわち、前述した所定範囲）で変動している必要がある。ここで、位相差φは周波数差Δｆの積分値に等しいため、周波数差Δｆが与えられない状態では、位相差φの変動が停滞する。
【０１０７】
従来では、近年のように、できる限り常時の同期投入は要求されていない。それゆえ、前記のような油温が急激に低下するような状態であっても、ある一定の時間をかけて航空機を暖気しておけば、このような状態に由来するノイズを減らすことができる。言い換えれば、従来では、低温の条件では、諸条件が安定するまで長時間待機してから無瞬断切換えを行えばよい。そのため、従来では、位相差フィードバック制御でＰ制御を行うことにより、位相差φをできるだけ０に近づけている。これにより、位相差φには極僅かなオフセットが発生するものの、同期投入時に生じる衝撃の影響を十分に小さくすることができる。
【０１０８】
ところが、できる限り常時の同期投入を実施するためには、例えば低温の条件では、諸条件が安定するまで長時間待機してから無瞬断切換えを行う必要が生じるため、無瞬断切換えが可能になるまでに要する時間によって位相差が変動してしまうことになる。この場合、同期投入に一度失敗すると再度の投棄投入に時間を要するため、無瞬断切換えを常時可能とする要求に対応することができない。
【０１０９】
そこで、本発明では、位相差オフセット制御においてＰＩ制御を行っている（図６のステップＳ０３参照）。これにより、極僅かなわずかな位相差φのオフセットも打ち消して、位相差φ＝０とすることができる（図５参照）。そのため、位相差φ＝０に積極的に実現することになるため、従来のように、位相差φの変動の停滞を考慮することなく良好な同期投入条件を迅速に実現することができ、かつ、同期投入時の衝撃をより一層有効に抑制することができる。
【０１１０】
また、本発明では、位相差フィードバック制御において位相差φ＝０とすることができるので、位相差φの所定範囲（φａ＞０＞φｂ）を従来よりも広げることができる。一般に、位相差φの所定範囲を広げ過ぎると、位相差φのオフセット量が増加するため、位相差φのずれが大きくなる。位相差φのずれが大きいということは、同期投入時の衝撃も大きくなるため、従来では、位相差φの所定範囲はできるだけ狭めるように設定している。これに対して、本発明では、位相差φの所定範囲を広げることができるため、位相差フィードバック制御を継続的に実施することができる。そのため、位相差φを迅速に０に収束させることができるので、例えば油温が急激に低下するような状態であっても、同期投入条件を速やかに実現することができる。
【０１１１】
［変形例］
なお、本実施の形態では、前述した通り、電圧調整装置５０により電圧一定制御を行った上で、検出される電圧差、周波数差および位相差がそれぞれ所定範囲内となる場合に、同期投入制御器４３が第一遮断器１１および第二遮断器１２に投入指令Ｃを出力している。そのため、本発明に係る同期投入制御方法および同期投入制御装置は、同期投入制御機能だけでなく電圧制御機能を兼ね備えている。このように、電圧制御機能を兼ねていれば、複数の電力供給源を含む電力系統において、同期投入および電圧の双方を良好に制御することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、同期投入制御方法および同期投入制御装置が電圧制御機能を有していなくてもよい。したがって、本発明では、電圧調整装置５０は必須構成でなくてもよい。
【０１１２】
また、本実施の形態では、変速装置３０Ａが、変速機構として、ダブルキャビティ型のハーフトロイダル無段変速機３１Ａを備えている。ハーフトロイダル無段変速機３１Ａは迅速な応答が可能であるため、駆動源であるエンジン６０の回転数が変化しても、発電機２０Ａの回転数を良好に調整することができるとともに、本発明に係る同期投入制御を適用すれば、発電機駆動回転数を良好にフィードバック制御することができる。そのため、良好な同期投入条件をより迅速に実現することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ダブルキャビティ型のハーフトロイダル無段変速機以外の公知の変速機であっても利用することが可能である。
【０１１３】
さらに、本実施の形態で例示した同期投入制御装置４０と、これを備える同期投入制御システム（図１０に示す構成の制御システム）を構成する発電機２０Ａ、変速装置３０Ａ、電圧調整装置５０、並びに、第一遮断器１１、第二遮断器１２、電源系統１４等の具体的な構成は特に限定されず、公知の様々な構成を採用することができる。また、本発明では、同期投入制御システムにおいて、発電機２０Ａ、変速装置３０Ａ、同期投入制御装置４０、電圧調整装置５０、並びに、第一遮断器１１、第二遮断器１２、電源系統１４以外の構成が含まれてもよいことは言うまでもない（例えば、後述の実施の形態２参照）。
【０１１４】
（実施の形態２）
前記実施の形態１に係る航空機用発電装置１０Ａでは、位相差φの所定範囲（φｂ＜φ＜φａ）を固定値として設定していたが、本発明はこれに限定されず、例えば、位相差φの所定範囲を負荷１３の切り換え方向に応じて変更することもできる。このような構成について、図９〜図１１を参照して具体的に説明する。
【０１１５】
航空機に対して外部の電源系統１４を接続している状態では、負荷１３を切り換える方向としては、（１）電源系統１４から発電機２０Ａへの切換え方向と、（２）発電機２０Ａから電源系統１４への切換え方向との二つがあり得る。同期投入を実施するときには、一般には、負荷１３側の周波数が低く、かつ、位相が遅れていることが望ましい。これは、図９に示すように、切り換え方向に応じて位相差φの所定範囲を変更すれば、より一層良好に同期投入できることを意味している。
【０１１６】
図９では、図中上側に（１）電源系統１４から発電機２０Ａへの切換え方向における位相差の移動制御を示し、図中下側に（２）発電機２０Ａから電源系統１４への切換え方向における位相差の移動制御を示している。ここで、周波数差ｆ［Ｈｚ］＝発電機周波数ｆGEN ［Ｈｚ］−電源系統周波数ｆPWS ［Ｈｚ］であり、位相差φは、電源系統１４側を基準とし、発電機２０Ａが位相遅れ側である場合を「正」とする。
【０１１７】
図９上側（前記（１）の切換え方向に対応）に示すように、電源系統１４の周波数に対して、オフセットβを正の方向（β＞０）へ増加させた場合、位相差φは減少方向に傾きを増す。逆に、図９下側（前記（２）の切換え方向に対応）に示すように、電源系統１４の周波数に対して、オフセットβを負の方向（β＜０）へ減少させた場合、位相差φは増加方向に傾きを増す。ここでは、負荷１３が接続されている側（負荷側）の電力供給源の周波数を、負荷１３が接続されていない側（無負荷側）の電力供給源の周波数よりも小さくする必要がある。そのため、前記（１）の切換え方向ではオフセットβは正となり、前記（２）の切換え方向ではオフセットβは負となる。
【０１１８】
ここで、図９における網掛けした円形の領域Ｉは、同期投入において特に好ましくない領域であり、白抜きの円形の領域ＩＩは、同期投入において特に好ましい領域である。つまり、領域Ｉでは、位相差φが大きいため、同期投入時に生じる衝撃（例えば、トルクピークまたは過渡トルクの動揺等）が大きくなる。一方、領域ＩＩでは、位相差φが所定範囲内にあり、特に本発明では、実質的に位相差φ＝０とすることができるので、同期投入時に生じる衝撃が抑制される。
【０１１９】
図９上側に示すように、位相差φが正（φ＞０）である場合、電源系統１４に対して発電機２０Ａの位相が遅れている。したがって、前記（１）の切換え方向では、もともと中立位置（φ≒０［deg］）近傍にあった位相差φの所定範囲（φｂ＜φ＜φａ）を、より低い位置に移動させる。また、前記（２）の切換え方向では、中立位置近傍にあった位相差φの所定範囲を、より高い位置に移動させる。このように、状況に応じて位相差φの所定範囲をより低くシフトさせたり、より高くシフトさせたりすることで、同期投入時の衝撃を有効に抑制することができる。
【０１２０】
このように位相差φの所定範囲をシフトさせる場合には、例えば、図１０に示す構成の同期投入制御システムを用いることができる。本実施の形態２に係る同期投入制御システムは、前記実施の形態１で説明した同期投入制御システムの構成に対して、さらに、電力検出器５３を備えるとともに、同期投入制御器４３に対して切換え指令Ｃ３が与えられる構成を有している。
【０１２１】
切換え指令Ｃ３は、二つの電力供給源である電源系統１４および発電機２０Ａ（発電装置１０Ａ）のいずれが、「負荷側」の電力供給源であるのかを検出するための指令である。電力検出器５３は、電源系統１４および発電機２０Ａの電力を検出することにより、「負荷側情報」、つまり、負荷側の電力供給源の周波数が低く、かつ、移送が遅れていることを示す情報を取得し、同期投入制御器４３に与える構成である。なお、それ以外の構成は、前記実施の形態１で説明した同期投入制御システムと同様であるため、その具体的な説明を省略する。
【０１２２】
このような同期投入制御システムで実施される同期投入制御方法は、例えば、図１１に示すように、前記実施の形態１で説明した同期投入制御方法において、さらに切換え状態を確認するステップ（ステップＳ０６）を、ステップＳ０１の前に追加する方法となっている。
【０１２３】
ステップＳ０６では、同期投入制御器４３は、切換え指令Ｃ３に基づいて、電源系統１４および発電機２０Ａのいずれが負荷側であるのかを判定するとともに、電力検出器５３からの「負荷側情報」に基づいて、負荷側の電力供給源の周波数が低く、かつ位相が遅れていることを判定し、その判定結果に基づいて、位相差φの所定範囲（φａ＜φ＜φｂ）を図９に示すようにシフトさせる。
【０１２４】
より具体的には、（１）電源系統１４が負荷側の電力供給源であると判定した場合には、オフセットβをβ＞０に設定するとともに、位相差φの所定範囲を、その上限値φａがφａ＜０となるようにシフトさせる。一方、（２）発電機２０Ａが負荷側の電力供給源であると判定した場合には、オフセットβをβ＜０に設定するとともに、位相差φの所定範囲を、その下限値φｂがφｂ＞０となるようにシフトさせる。
【０１２５】
なお、ステップＳ０６以降の処理、すなわち図１１におけるステップＳ０１〜ステップＳ０５については、前記実施の形態１で説明済であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１２６】
（実施の形態３）
前記実施の形態１および２に係る航空機用発電装置１０Ａでは、図２に示すように、発電装置１０Ａが直列型であり、変速装置３０Ａに用いられるトロイダル無段変速機３１Ａが中央入力型であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、本実施の形態３では、図１２に示すように、遊星歯車機構２７と組み合わせた構成のトロイダル無段変速機３１Ｂを用いている。
【０１２７】
具体的には、図１２に示すように、本実施の形態３に係る航空機用発電装置１０Ｂは、基本的な構成については前記実施の形態１で説明した航空機用発電装置１０Ａと同様であり、変速装置３０Ｂが備えるトロイダル無段変速機３１Ｂもダブルキャビティ型である。ただし、トロイダル無段変速機３１Ｂは、ダブルキャビティ型かつ中央出力型であって、第一キャビティ３５および第二キャビティ３６の間に遊星歯車機構２７が配置された構成となっている。
【０１２８】
トロイダル無段変速機３１Ｂは、変速機入力軸３２Ｂが、中空の変速機出力軸３４Ｂに挿通され、二つの突出部３５１，３６１を有する。二つの入力ディスク３５ａ，３６ａは、変速機出力軸３４Ｂで背中合わせに配置される。第一入力ディスク３５ａは第一突出部３５１に設けられて第一出力ディスク３５ｂと対向し、第二入力ディスク３６ａは第二突出部３６１に設けられて第二出力ディスク３６ｂと対向する。クランプ機構３９は、入力ディスク３５ａ，３５ｂおよび突出部３５１，３６１に設けられる。入力経路２３Ｂは、変速機入力軸３２Ｂと同軸状に配置されて延長軸３５２を有する。この延長軸３５２には、入力ギヤ２３６の被動ギヤ２３８が設けられる。延長軸３５２が、ドグクラッチ３５３を介して突出部３５１，３６１のいずれか（例えば第一突出部３５１）と結合される。
【０１２９】
発電装置１０Ｂは、パワースプリット型であり、定速駆動装置２２Ｂの動力伝達経路２１１Ｂが、入力経路２３Ｂから分岐してトロイダル無段変速機３１Ｂを迂回する分流経路２５を含む。定速駆動装置２２Ｂは、トロイダル無段変速機３１Ｂ、分流経路２５の下流端、および出力経路２４Ｂの上流端と接続される遊星歯車機構２７を備える。中央出力型では、遊星歯車機構２７および出力経路２４Ｂの上流端が二つのキャビティ３５，３６の間に配置される。
【０１３０】
分流経路２５は、動力分流軸２８１、動力分流軸２８１に設けられて入力ギヤ２３６の駆動ギヤ２３７と噛合する第一ギヤ２８２、および動力分流軸２８１に設けられた第二ギヤ２８３を含む。遊星歯車機構２７は、リングギヤ２７１、サンギヤ２７２、プラネットギヤ２７３およびキャリア２７４を含み、変速機軸線Ｐ１と同軸状に配置される。リングギヤ２７１は、外歯および内歯を有し、分流経路２５の第二ギヤ２８３がリングギヤ２７１の外歯と噛合される。サンギヤ２７２は、変速機出力軸３４Ｂ上に設けられる。プラネットギヤ２７３は、リングギヤ２７１およびサンギヤ２７２の内歯と噛合され、キャリア２７４により自転可能に支持される。出力経路２４Ｂの上流端を構成する外ギヤ２７０がキャリア２７４に設けられ、変速機出力軸３４Ｂがキャリア２７４および外ギヤ２７０を貫通している。リングギヤ２７１、サンギヤ２７２およびキャリア２７４は固定されておらず回転可能であり、プラネットギヤ２７３は自転および公転可能である。
【０１３１】
このため、発電装置入力軸２３５の回転動力は、入力ギヤ２３６、延長軸３５２およびドグクラッチ３５３を介してトロイダル無段変速機３１Ｂに入力される一方、入力ギヤ２３６から分流経路２５に分流される。トロイダル無段変速機３１Ｂから出力される回転は遊星歯車機構２７のサンギヤ２７２に入力され、分流経路２５からの回転は遊星歯車機構２７のリングギヤ２７１に入力される。これら二つの回転は、遊星歯車機構２７で合流されてキャリア２７４に出力され、出力経路２４Ｂを介して発電機軸２０１に伝達される。
【０１３２】
このように、本実施の形態では、発電機２０Ｂを駆動するための回転駆動力を、トロイダル無段変速機３１Ｂを介して全て伝達するのではなく、トロイダル無段変速機３１Ｂと遊星歯車機構２７とに分流させて伝達している。そのため、トロイダル無段変速機３１Ｂの寿命を伸ばすことができるとともに、トロイダル無段変速機３１Ｂそのものの重量を軽減することもできる。
【０１３３】
また、本実施の形態では、トロイダル無段変速機３１Ｂと遊星歯車機構２７との間で動力を分流させている。一般的に無段変速機構により伝達可能な動力の上限は比較的低いとされているが、このような動力の分流によって、発電装置１０Ｂにおける伝達可能な動力の上限を引き上げることが容易になる。さらに、遊星歯車機構２７の効率が良好であるため、発電装置１０Ｂ全体の動力伝達効率も良好なものとすることができる。
【０１３４】
なお、本実施の形態に係る発電装置１０Ｂにおける同期投入制御方法および同期投入制御装置（並びに、図４または図１０に示すような、同期投入制御装置を備える同期投入制御システム）は、前記実施の形態１または２で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態で用いられる発電機２０Ｂは、前記実施の形態１または２で用いられる発電機２０Ａと同様の構成であってもよいし、公知の他の構成であってもよい。
【０１３５】
（実施の形態４）
前記実施の形態１〜３では、トロイダル無段変速機３１Ａまたは３１Ｂは、油圧シリンダ３３１，３３２によってパワーローラ３５ｃ，３６ｃを駆動させる構成となっていたが、本発明はこれに限定されない。本実施の形態４では、例えば、カムおよびレバーを備えるパワーローラ制御機構を用いてパワーローラ３５ｃ，３６ｃの傾転角θの変化量（傾転角変化量θｇ）を機械的に検出している。これにより、パワーローラ３５ｃ，３６ｃの位置を変位させて傾転角θをフィードバック制御することができる。
【０１３６】
具体的には、図１３に模式的に示すように、本実施の形態に係るトロイダル無段変速機３１Ｃの要部は、前記実施の形態１〜３に係るトロイダル無段変速機３１Ａまたは３１Ｂと同様に、パワーローラ３５ｃ，３６ｃおよび油圧サーボ系３３を備えているが、さらに、パワーローラ制御機構３９を備えている。
【０１３７】
パワーローラ制御機構３９は、油圧シリンダ３９１と、制御弁機構３９２と、傾転角変化量検出機構３９３とを備えている。油圧シリンダ３９１は、パワーローラ３５ｃ，３６ｃの位置を変位させる油圧アクチュエータであって、基本的には、前記実施の形態１で説明した第一油圧シリンダ３３１および第二油圧シリンダ３３２と同様の構成を有している。なお、図１３では、説明の便宜上、ピストン３９１ａと油路ポート３９１ｂとを図示し、油路等については図示しない。制御弁機構３９２は、油圧シリンダ３９１への給油流量を調節する。傾転角変化量検出機構３９３は、傾転角変化量θｇを機械的に検出し、検出した変化量に応じて制御弁機構３９２の弁開度を操作する。
【０１３８】
制御弁機構３９２は、変速モータ３９４によって駆動されるスリーブ３９２ａと、スリーブ３９２ａの内径部に嵌合されるスプール弁３９２ｂと、スプール弁３９２ｂを押圧するスプリング３９５と、を備えている。また、スリーブ３９２ａには、スプール弁３９２ｂにより開閉される油路ポート３９２ｃが設けられている。したがって、制御弁機構３９２は、油圧サーボ系３３のサーボ弁３３３に相当する。また、傾転角変化量検出機構３９３は、カム３９６およびレバー３９７を備えている。
【０１３９】
制御弁機構３９２のスプール弁３９２ｂには、レバー３９７の押圧力が入力可能となっている。レバー３９７は、カム３９６によって駆動される。カム３９６は、パワーローラ３５ｃ，３６ｃを支持する図示しないトラニオン３５ｄ，３６ｄに連結されている。また、カム３９６は斜面３９６ａを有しており、カム３９６を回転させることにより、レバー３９７を揺動させることができる。
【０１４０】
このような構成のパワーローラ制御機構３９では、変速モータ３９４の回転位置により変速機構における目標変速比を指示する変速指令が与えられる。そして、傾転角変化量検出機構３９３により機械的に検出される傾転角変化量θｇに応じて制御弁機構３９２の弁開度が操作される。これにより、油圧シリンダ３９１への給油流量（図１３の矢印Ｈ）が調節されてパワーローラ３５ｃ，３６ｃの位置指令が与えられる。この給油流量の変化に応じて油圧シリンダ３９１のピストン３９１ａの位置が変位されパワーローラ３５ｃ，３６ｃの位置が調節される。
【０１４１】
前記実施の形態１〜３では、変速装置３０Ａの回転数制御器３８は、エンジン６０のエンジン回転数Ｎ１と、トロイダル無段変速機３１Ａまたは３１Ｂの発電機駆動回転数Ｎ２と、同期投入制御器４３により演算された発電機回転数指令Ｎ2refと、に基づいてサーボ弁開度指令ｉを生成していた。これに対して、本実施の形態では、回転数制御器３８は、エンジン６０のエンジン回転数Ｎ１と、トロイダル無段変速機３１Ｃの発電機駆動回転数Ｎ２と、同期投入制御器４３により演算された発電機回転数指令Ｎ2refと、に加えて、パワーローラ制御機構３９による傾転角変化量θｇも用いて、サーボ弁開度指令ｉを生成している。これによって、パワーローラ３５ｃ，３６ｃの傾転角θをより良好に制御することができる。
【０１４２】
それゆえ、本実施の形態によれば、前述した実施の形態１と同様に、油圧サーボ系３３またはパワーローラ制御機構３９にさまざまなノイズが累積することにより、位相差の変動に停滞が生じるとしても、この停滞を考慮することなく良好な同期投入条件を迅速に実現することができ、かつ、同期投入時の衝撃をより一層有効に抑制することができる。
【０１４３】
なお、本実施の形態に係るトロイダル無段変速機３１Ｃにおいて、図１３で図示した要部以外の構成は、前記実施の形態１〜３で説明したトロイダル無段変速機３１Ａまたは３１Ｂと同様であるため、その具体的な説明は省略する。また、本実施の形態に係るトロイダル無段変速機３１Ｃを備える発電装置の具体的な構成、並びに、当該発電装置における同期投入制御方法および同期投入制御装置の具体的な構成も、前述したサーボ弁開度指令ｉの生成を除いて前記実施の形態１〜３で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１４４】
（実施の形態５）
前記実施の形態１〜４では、航空機用発電装置を例示して本発明を説明したが、本発明は、航空機分野に限定されず、他の発電装置または発電システムにも適用することができる。本実施の形態５では、ガスタービン駆動型発電システムを例示して、本発明に係る同期投入制御方法および同期投入制御装置を説明する。
【０１４５】
図１４に示すように、本実施の形態では、ガスタービン駆動型発電システム７１は、複合型同期投入制御装置７０、第一遮断器１１、第二遮断器１２、負荷１３、接点１７、電源系統１８、および発電機２０Ｃを備えている。複合型同期投入制御装置７０は、前記実施の形態１〜４で説明した同期投入制御装置４０、電圧調整装置５０、回転数制御器３８、および油圧サーボ系３３を備える構成となっている。また、発電機２０Ｃは、前記実施の形態１〜４で説明したトロイダル無段変速機３１Ａ〜３１Ｃを備える構成となっている。電源系統１８は、公知の商用電源等であればよい。それゆえ、本実施の形態におけるその他の構成は、前記実施の形態１〜４と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１４６】
ガスタービン駆動型発電システム７１は、一般的なものであり、圧縮機７１１、燃焼器７１２、タービン７１３、燃料調整弁７１４を備えている。圧縮機７１１は大気から空気を取り込んで燃焼器７１２に圧送する。燃焼器７１２は、圧縮空気を加熱してタービン７１３に圧送する。タービン７１３は加熱された圧縮空気により駆動され、発電機２０Ｃを動作させる。燃料調整弁７１４は、燃焼器７１２を通過する圧縮空気の流量を調整する。このように、ガスタービン駆動型発電システム７１は発電機２０Ｃの駆動源となる。
【０１４７】
本実施の形態では、複合型同期投入制御装置７０は、電源系統１８および発電機２０Ｃから同期投入条件に係るパラメータを検出し、燃料調整弁７１４の開度を調整することによって、発電機駆動回転数Ｎ２を調整している。なお、具体的な同期投入制御方法については、前記実施の形態１または２で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１４８】
前述したように、本実施の形態のようなタービン駆動による発電システムでは、同期投入における制御上の許容範囲は、航空機分野の無瞬断切換え時よりも広くなっている。そのため、発電システムにおける同期投入では、例えば、オペレータによる手動切換えを実施することができる。ここで、本発明では、位相差フィードバック制御において位相差φ＝０とすることができるので、同期投入条件を迅速かつ良好に実現することが可能となる。そのため、本発明は、発電システムにおける同期投入を自動切換えとする場合に適用することが可能となる。
【０１４９】
（実施の形態６）
前記実施の形態５では、航空機用発電装置以外の例として、ガスタービン駆動型発電システムを例示したが、本実施の形態６では、蒸気タービン駆動型発電システムを例示して、本発明に係る同期投入制御方法および同期投入制御装置を説明する。
【０１５０】
図１５に示すように、本実施の形態では、蒸気タービン駆動型発電システム７２は、複合型同期投入制御装置７０、第一遮断器１１、第二遮断器１２、負荷１３、接点１７、電源系統１８、および発電機２０Ｃを備えている。複合型同期投入制御装置７０、発電機２０Ｃ、および電源系統１８は、いずれも前記実施の形態５と同様であり、他の構成も前記実施の形態１〜４と同様であるため、その説明は省略する。
【０１５１】
蒸気タービン駆動型発電システム７２は、一般的なものであり、復水器７２１、給水ポンプ７２２、ボイラ７２３、蒸気圧調整弁７２４、およびタービン７２５を備えている。復水器７２１は、タービン７２５から送出される蒸気を冷却して凝縮させる。給水ポンプ７２２は、復水器７２１で凝縮された水をボイラ７２３に圧送して供給する。ボイラ７２３は、給水ポンプ７２２からの水を加熱して蒸気を生成する。蒸気圧調整弁７２４は、ボイラ７２３を通過する蒸気の圧力を調整する。タービン７２５は、ボイラ７２３から供給される蒸気により駆動され、発電機２０Ｃを動作させる。このように、蒸気タービン駆動型発電システム７２は発電機２０Ｃの駆動源となる。
【０１５２】
本実施の形態では、複合型同期投入制御装置７０は、電源系統１８および発電機２０Ｃから同期投入条件に係るパラメータを検出し、蒸気圧調整弁７２４の開度を調整することによって、発電機駆動回転数Ｎ２を調整している。なお、具体的な同期投入制御方法については、前記実施の形態１または２で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１５３】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【符号の説明】
【０１５４】
１０Ａ，１０Ｂ    航空機用発電装置（発電装置）
１１    第一遮断器
１２    第二遮断器
１３    負荷
１４，１８    電源系統（電力供給源）
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｂ    発電機（電力供給源）
２７    遊星歯車機構
３０Ａ，３０Ｂ    変速装置
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ    トロイダル無段変速機（無段変速機）
３２Ａ，３２Ｂ    変速機入力軸
３３    油圧サーボ系
３４Ａ，３４Ｂ    変速機出力軸
３５，３６    キャビティ
３５ａ，３６ａ    入力ディスク
３５ｂ，３６ｂ    出力ディスク
３５ｃ，３６ｃ    パワーローラ
３５ｄ，３６ｄ    トラニオン
３７，３９    クランプ機構
３８    回転数制御器
３９    パワーローラ制御機構
４０    同期投入制御装置
４１    周波数差検出器
４２    位相差検出器
４３    同期投入制御器
５０    電圧調整装置
５１    電圧差検出器
５２    電圧調整器
５３    電力検出器
６０    航空機のエンジン（駆動源）
７０    複合型同期投入制御装置
７１    ガスタービン駆動型発電システム（駆動源）
７２    蒸気タービン駆動型発電システム（駆動源）
３３１，３３２，３９１    油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
３３３    サーボ弁
３９２    制御弁機構（サーボ弁）
３９６    カム
３９７    レバー
【図１】
2020092600.tif 000003
【図２】
2020092600.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月18日(2020.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が変速装置を介して駆動源である航空機のエンジンにより駆動される発電機を備える複数の電力供給源の間での電力供給の切り換えに際して、当該電力供給源間の周波数差および位相差がそれぞれ所定範囲内となる場合に、切り換え用の遮断器に投入指令を出力する同期投入制御方法であって、
前記変速装置がトロイダル無段変速機を含んでいるとともに、パワーローラおよび当該パワーローラの傾転角を調整する油圧サーボ系、および、前記パワーローラの前記傾転角の変化量を用いて当該傾転角をフィードバック制御するパワーローラ制御機構を備え、
前記油圧サーボ系は、油圧アクチュエータおよび当該油圧アクチュエータを駆動するサーボ弁を含み、
前記電力供給源の間の周波数差および位相差を検出し、
検出された前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内にあるか否かを判定し、
前記所定範囲内にある場合には、前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内に維持されるように、前記変速装置の発電機駆動回転数をフィードバック制御し、
前記所定範囲内に無い場合には、前記変速装置の回転数指令にオフセットを付与して前記変速装置の発電機駆動回転数を制御し、
さらに、前記所定範囲内にある場合には、検出した前記位相差を比例積分制御して得られる出力値を、前記変速装置の回転数指令に加算することによって、発電機回転数指令を演算し、当該発電機回転数指令に基づいて前記フィードバック制御するとともに、前記遮断器に投入指令を出力し、
前記サーボ弁は、前記駆動源の出力回転数と、前記変速装置の前記発電機駆動回転数と、演算された前記発電機回転数指令と、前記パワーローラ制御機構による前記傾転角の変化量と、に基づくサーボ弁開度指令により駆動される、
同期投入制御方法。
【請求項２】
さらに、前記電力供給源の間の電圧差を検出し、検出された前記電圧差が所定範囲内となるように、前記発電機に界磁電流指令を出力するとともに、
検出された前記電圧差と、前記電力供給源の間の前記周波数差および前記位相差とがそれぞれ前記所定範囲内となる場合に、前記遮断器に投入指令を出力する、
請求項１記載の同期投入制御方法。
【請求項３】
さらに、前記電力供給源の何れが負荷側であるかを判定し、負荷側である電力供給源の周波数が他方よりも低く、かつ、負荷側である電力供給源の位相が他方よりも遅れるように、前記所定範囲をシフトさせる、
請求項１に記載の同期投入制御方法。
【請求項４】
前記トロイダル無段変速機は、変速装置が備える入力ディスクおよび出力ディスクにパワーローラを押し付けるためのクランプ力を発生するクランプ機構を有する、
請求項１に記載の同期投入制御方法。
【請求項５】
少なくとも一方が変速装置を介して駆動源である航空機のエンジンにより駆動される発電機を備える複数の電力供給源の間での電力供給の切り換えに際して、当該電力供給源間の周波数差および位相差がそれぞれ所定範囲内となる場合に、切り換え用の遮断器に投入指令を出力する同期投入制御装置であって、
前記変速装置がトロイダル無段変速機を含んでいるとともに、パワーローラおよび当該パワーローラの傾転角を調整する油圧サーボ系、および、前記パワーローラの前記傾転角の変化量を用いて当該傾転角をフィードバック制御するパワーローラ制御機構を備え、
前記油圧サーボ系は、油圧アクチュエータおよび当該油圧アクチュエータを駆動するサーボ弁を含むとともに、前記変速装置は、さらに前記サーボ弁を駆動するサーボ弁開度指令を生成する回転数制御器を備え、
前記電力供給源の間の周波数差を検出する周波数差検出器と、
前記電力供給源の間の位相差を検出する位相差検出器と、
検出された前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内にあるか否かを判定することにより、投入指令を生成して前記遮断器に出力する同期投入制御器と、を備え、
当該同期投入制御器は、前記所定範囲内にある場合には、前記周波数差および前記位相差が前記所定範囲内に維持されるように、前記変速装置の発電機駆動回転数をフィードバック制御する一方、
前記所定範囲内に無い場合には、前記変速装置への回転数指令にオフセットを付与して前記変速装置の発電機駆動回転数を制御し、
さらに、前記同期投入制御器は、前記所定範囲内にある場合には、検出した前記位相差を比例積分制御して得られる出力値を、前記変速装置の回転数指令に加算することによって、発電機回転数指令を演算し、当該発電機回転数指令に基づいて前記フィードバック制御するとともに、前記遮断器に投入指令を出力し、
前記回転数制御器は、前記駆動源の出力回転数と、前記変速装置の前記発電機駆動回転数と、前記同期投入制御器により演算された前記発電機回転数指令と、前記パワーローラ制御機構による前記傾転角の変化量と、に基づいて前記サーボ弁開度指令を生成し、
前記サーボ弁は、前記サーボ弁開度指令に基づいて駆動される、
同期投入制御装置。
【請求項６】
前記電力供給源の間の電圧差を検出する電圧差検出器と、
検出された前記電圧差が所定範囲内となるように、前記発電機に界磁電流指令を出力する電圧調整器と、をさらに備え、
前記同期投入制御器は、検出された前記電圧差と、前記電力供給源の間の前記周波数差および前記位相差がそれぞれ前記所定範囲内となる場合に、前記遮断器に投入指令を出力する、
請求項５記載の同期投入制御装置。
【請求項７】
前記電力供給源の何れが負荷側であるかを判定する電力検出器をさらに備え、
前記同期投入制御器は、負荷側である電力供給源の周波数が他方よりも低く、かつ位相が他方よりも遅れるように、前記所定範囲をシフトさせる、
請求項５に記載の同期投入制御装置。
【請求項８】
前記トロイダル無段変速機は、変速装置が備える入力ディスクおよび出力ディスクにパワーローラを押し付けるためのクランプ力を発生するクランプ機構を有する、
請求項５に記載の同期投入制御装置。