(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の独立した回転軸間で動力を伝達するための電磁可変トランスミッションであって、
中空円筒状のアウターロータ部分（１４）および円筒状のインナーロータ部分（１２）を含んでおり、
該インナーロータ（１２）は該アウターロータ部分（１４）の中央開口内に配置され、該アウターロータ部分（１４）内で独立して回転可能であり、該アウターロータ（１４）は該インナーロータ部分（１２）の周囲で独立して回転可能であり、
該アウターロータ部分（１４）および該インナーロータ部分（１２）の一方は、第１の面に対して間隔をあけて配置された複数の永久磁石対（１８）を有しており、該磁石（１８）は空隙（３０）に面して対で構成され、該空隙（３０）は該アウターロータ部分（１４）と該インナーロータ部分（１２）の間に配置されており、
該アウターロータ部分（１４）およびインナーロータ部分（１２）のもう一方は、磁気透過性のコア部分に対して間隔をあけて配置された複数のスロット（３２）を有しており、少なくともいくつかのスロット（３２）はその中に埋め込まれた巻線（３８）を有しており、
前記巻線（３８）は、該巻線が形成する複数の極対の各々が、前記アウターロータ部分（１４）又はインナーロータ部分（１２）の前記永久磁石対（１８）と対応するよう配置され、
該アウターロータ部分（１４）および該インナーロータ部分（１２）は、同時に一方向に回転可能であり、
前記電磁可変トランスミッションは、電源（５０）を含むトルク制御回路に電力を供給するための少なくとも１つの補助巻線（５２）と、制御装置部分（４８）と、少なくとも１つの電源スイッチ（６２）とをさらに有しており、該制御装置部分（４８）は、少なくとも１つの前記巻線（３８）内の環流を切り替えるための該電源スイッチ（６２）を動作させて、機械力の伝達を制御するように構成され、
該アウターロータ部分（１４）と該インナーロータ部分（１２）の共回転に応じて、該複数の永久磁石対（１８）、該空隙（３０）、該アウターロータ部分（１４）およびインナーロータ部分（１２）のコアの間に磁路が生成され、該磁路は該巻線内に電力を誘導し、該インナーロータ部分（１２）と該アウターロータ部分（１４）の間で機械力を伝達させる、
電磁可変トランスミッション。
【請求項２】
該巻線（５２）は複数の単相ループで構成され、各ループが単独の巻線と直列に接続されたスイッチ（６２）を有して、該スイッチ（６２）が導電状態にあるときに閉電流ループを形成する、請求項１に記載の電磁可変トランスミッション。
【請求項３】
該巻線（３８）は３つの脚を有するＹ字形構成で構成され、該３つの脚の少なくとも２つが該巻線（３８）を流れる電流を調節するためのスイッチ（４０）を有する、請求項１に記載の電磁可変トランスミッション。
【請求項４】
該巻線（３８）は、ループ内に直列接続された３つの巻線と、該直列ループ内に配置された単独のスイッチ（４０）とを有するように構成されて、該巻線（３８）を流れる電流を調節する、請求項１に記載の電磁可変トランスミッション。
【請求項５】
該巻線（３８）は、複数の多重Ｙ字形接続、複数のデルタ構成およびそれらの組み合わせの１つで構成された多重並列回路で構成される、請求項１に記載の電磁可変トランスミッション。
【請求項６】
該巻線（３８）、該補助巻線および該トルク制御回路の制御ユニットが、該アウターロータ部分（１４）または該インナーロータ部分（１２）の１つの上に取り付けられる、請求項１に記載の電磁可変トランスミッション。
【請求項７】
該トルク制御回路はまた、制御信号を該トルク制御回路に伝達する一方、該アウターロータ部分（１４）または該インナーロータ部分（１２）の軸上で回転する該制御装置部分（４８）と無線通信する固定制御装置（４８）をさらに有する、請求項６に記載の電磁可変トランスミッション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの回転軸間で動力を伝達するための方法および装置を対象としており、より詳細には、ある速度で動作する１つの回転軸から、第１の軸と異なる速度で動作する別の回転軸へ直接トルクと動力を伝達するための電磁可変トランスミッション（ＥＶＴ）を対象としている。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは通常、１つ以上の圧縮機と、それに続いて順に、燃焼器と、高圧および低圧タービンとを含む。これらのエンジン部品は直流連絡して配列され、環状外筒内のエンジンの長手方向軸中心線の周囲に配置される。該圧縮機は、それぞれのタービンと動作中の圧縮機空気によって駆動される。該圧縮機空気は燃料と混合され、該燃焼器内で点火されて、高温燃焼ガスを発生させる。該燃焼ガスは該高圧および低圧タービンを流れ、そこで該高温燃焼ガスによって生成されたエネルギーを抽出して、該圧縮機を駆動し、補助出力を発生させる。
【０００３】
エンジン出力は軸出力または推力として伝達されて、飛行中の航空機に動力を供給する。例えば、バイパスターボファンエンジン内のファンロータや、ガスタービンプロペラエンジン内のプロペラ等の他の回転負荷では、該高圧および低圧タービンから動力を抽出して、該ファンロータおよび該プロペラそれぞれを駆動する。
【０００４】
動作中、ターボファンエンジンの個別部品は異なる出力パラメータを必要とすることがよく知られている。例えば、ファン回転速度は先端速度の程度に限られており、ファン直径が非常に大きいので、回転速度は非常に低くなければならない。一方、コア圧縮機は、先端直径が非常に小さいため、より高速の回転速度で駆動することができる。したがって、航空機のガスタービンエンジン内のファンとコア圧縮機には、独立した動力伝達装置を備えた別個の高速および低速タービンが必要である。さらにまた、タービンはより高速の回転速度で最も効率が良いので、該ファンを駆動する低速タービンは必要な動力を抽出するための追加段を必要とする。
【０００５】
多くの新しい航空機システムは、現在の航空機システムよりも大きな電力負荷を収容するように設計されている。現在開発されている民間航空機の設計の電気システム仕様は、現在の民間航空機の電力の２倍を要求する可能性がある。この増大した電力要求は、該航空機に動力を供給するエンジンから抽出される機械力に由来するものに違いない。例えば高度のアイドリング降下中など、航空機エンジンを比較的低い出力レベルで動作させる際に、該エンジンの機械力からさらに電力を抽出することは、該エンジンを適切に動作させる能力を低減させる可能性がある。
【０００６】
昔から、電力はガスタービンエンジン内の高圧（ＨＰ）エンジンスプールから抽出される。比較的高い運転速度の該ＨＰエンジンスプールは、該エンジンに接続された発電機を駆動するための機械力の理想的な供給源となる。しかしながら、該発電機を駆動するためには、該ＨＰエンジンスプールのみに依存するよりも、該エンジン内のさらなる供給源から動力を引き出すのが望ましい。ＬＰエンジンスプールは動力伝達の代わりの供給源を提供するが、低速の発電機はより高速で動作する同様の定格発電機よりも大きいことがよくあるので、比較的低速の該ＬＰエンジンスプールは通常ギアボックスの使用が必要になる。ガスタービンエンジンのブーストキャビティは、ひっくり返った発電機を収容することのできる有効な空間を有しているが、ブースト部分は該ＬＰエンジンスプールの速度で回転する。
【０００７】
しかしながら、比較的低い出力レベルで動作させる際（例えば、高度のアイドリング降下時やその近辺、地上走行用の低出力など）にエンジンからさらなる機械力を抽出することは、エンジン操作性の減少につながる可能性がある。昔から、この動力は該高圧（ＨＰ）エンジンスプールから抽出される。比較的高い運転速度のＨＰエンジンスプールは、該エンジンに取り付けられた発電機を駆動するための機械力の理想的な供給源となる。しかしながら、他の何らかの手段を介してトルクと動力を伝達することによって、時々このスプールで利用することのできる動力の量を増大させることが望ましい。
【０００８】
該エンジン内の別の動力源は該低圧（ＬＰ）スプールであり、通常該ＨＰスプールよりもかなり遅い速度で、かつ比較的広い速度範囲で動作する。変圧せずにこの低速の機械力を引き出すには、非実現的な大きさの発電機になってしまう。この変圧に関する多くの解決法が提案されており、さまざまなタイプの従来型変速機、機械的歯車や電気機械的構成が含まれる。１つの解決法は、発電機を独立して駆動するために第３の中圧（ＩＰ）スプールを利用するタービンエンジンである。しかしながら、この第３スプールもまた時々該ＨＰスプールに連結する必要がある。該ＩＰスプールとＨＰスプールを連結するために使用される手段は、機械クラッチや粘性型の連結機構である。
【０００９】
２００５年５月２４日に発行され、「トルク容量調節を備えたディファレンシャルギアエンジン」という題名の米国特許第６，８９５，７４１号（特許文献１）は、３つの軸を有する機械的ギアエンジンを開示する。ファン、圧縮機およびタービン軸は、追加の遊星歯車機構を適用することによって機械的に連結される。効果的なギア比は、電磁機械や電力変換装置の使用によって変化する。
【特許文献１】米国特許第６，８９５，７４１号公報
【特許文献２】米国特許第７，０３２，８５９Ｂ２号公報
【特許文献３】米国特許第６，９２０，０２３Ｂ２号公報
【特許文献４】米国特許第６，９１４，３４４Ｂ２号公報
【特許文献５】米国特許第６，７９６，１２３Ｂ２号公報
【特許文献６】米国特許第６，１８２，５２２Ｂ１号公報
【特許文献６】米国公開特許第２００６／００１６９２９Ａ１号公報
【特許文献７】米国公開特許第２００５／０１９４２３１Ａ１号公報
【特許文献８】国際公開特許第０１／１３５００Ａ１号公報
【特許文献９】国際公開特許第０１／１１２６０Ａ２号公報
【特許文献１０】特開平０１−２４４９２６号公報
【特許文献１１】欧州特許第１３３８８３２Ａ２号公報
【特許文献１２】欧州特許第１１１４９５２Ａ１号公報
【特許文献１３】欧州特許第０７４８９５３Ａ２号公報
【特許文献１４】欧州特許第０１８２６１６Ａ１号公報
【特許文献１５】欧州特許第０１２０６８７Ａ２号公報
【特許文献１６】国際公開特許第０３／０７５４３７Ａ１号公報
【非特許文献１】ＭＡＲＴＩＮ  Ｊ．ＪＯＥＩＪＭＡＫＥＲＳ，ＪＡＮ  Ａ．ＦＥＲＲＥＩＲＡ；“Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”；Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ，Ｄｅｌｆｔ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｍｅｋｅｌｗｅｇ  ４，２６２８  ＣＤ  Ｄｅｌｆｔ，Ｔｈｅ  Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ；ｍ．ｊ．ｈｏｅｉｊｍａｋｅｒｓ＠ｅｗｉ．ｔｕｄｅｌｆｔ．ｎｌ；０−７８０３−８４８７−３／０４  Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ  ２００４  ＩＥＥＥ
【非特許文献２】ＭＡＲＴＩＮ  Ｊ．ＪＯＥＩＪＭＡＫＥＲＳ；“Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｃｉｔｙ  ｂｕｓ”；Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ，Ｄｅｌｆｔ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｍｅｋｅｌｗｅｇ  ４，２６２８  ＣＤ  Ｄｅｌｆｔ，Ｔｈｅ  Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ；ｍ．ｊ．ｈｏｅｉｊｍａｋｅｒｓ＠ｅｗｉ．ｔｕｄｅｌｆｔ．ｎｌ；０−７８０３−８３９９−０／０４  Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ  ２００４  ＩＥＥＥ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ロータすなわち回転部分およびステータすなわち固定部分を有する従来の電気機械と異なって、本発明は２つの回転部分を含む。さらに、従来の電気機械では、動力は電力から機械力または機械力から電力へ変換される。対照的に、本発明は電気出力や入力なしで１つの回転軸から別の回転軸へ機械力を伝達するために使用される。このことは、本発明と以前の可変トランスミッションの間の大きな相違点でもある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、一対の独立した回転軸間で動力を伝達するための電磁可変トランスミッションを対象としている。該電磁可変トランスミッションは、中空円筒状のアウターロータ部分および中空円筒状のインナーロータ部分を含んでおり、該インナーロータ部分は該アウターロータ部分の中央開口内に配置され、該アウターロータ部分内で独立して回転可能である。該アウターロータ部分は、該インナーロータ部分の周囲で独立して回転可能である。該アウターロータ部分および該インナーロータ部分の一方は、第１の面に対して間隔をあけて配置された複数の永久磁石対を有する。該磁石は、空隙に面して対で構成される。該空隙は、該アウターロータ部分と該インナーロータ部分の間に配置される。該アウターロータ部分およびインナーロータ部分のもう一方は、磁気透過性のコア部分に対して間隔をあけて配置された複数のスロットを有する。いくつかのスロットは、その中に埋め込まれた巻線を有する。該アウターロータ部分と該インナーロータ部分は、同時に一方向に回転可能である。該アウターロータ部分と該インナーロータ部分の共回転に応じて、該複数の永久磁石対、該空隙およびインナーロータ部分のコアの間に磁路が生成される。該磁路は該巻線内に電力を誘導し、該インナーロータ部分と該アウターロータ部分の間で機械力を伝達させる。
【００１２】
別の態様において、本発明はガスタービンエンジンを対象としている。該ガスタービンエンジンは、直流連絡して配列され、環状外筒内の該エンジンの長手方向軸の周囲に配置された少なくとも１つの圧縮機と、燃焼器と、高圧タービンおよび低圧タービンとを含む。該圧縮機は、高圧および低圧タービンと動作中の圧縮機空気によって駆動される。該環状外筒内に発電機が配置され、一方が該ＨＰタービンに取り付けられ、もう一方が該ＬＰタービンに取り付けられている一対の独立した回転軸間で動力を伝達するために電磁可変トランスミッションが提供される。該電磁可変トランスミッションは、中空円筒状のアウターロータ部分および中空円筒状のインナーロータ部分を含んでおり、該インナーロータ部分は該アウターロータ部分の中央開口内に配置され、該アウターロータ部分内で独立して回転可能である。該アウターロータ部分は、該インナーロータ部分の周囲で独立して回転可能である。該アウターロータ部分および該インナーロータ部分の一方は、第１の面に対して間隔をあけて配置された複数の永久磁石対を有する。該磁石は、空隙に面して対で構成される。該空隙は、該アウターロータ部分と該インナーロータ部分の間に配置される。該アウターおよびインナーロータ部分のもう一方は、電磁透過性のコア部分に対して間隔をあけて配置された複数のスロットを有する。いくつかのスロットは、その中に埋め込まれた巻線を有する。該アウターロータ部分と該インナーロータ部分は、同時に一方向に回転可能である。該アウターロータ部分と該インナーロータ部分の共回転に応じて、該複数の永久磁石対、該空隙、該アウターロータ部分のコアおよび該インナーロータ部分のコアの間に磁路が生成される。該磁路は該巻線内に電力を誘導し、該インナーロータ部分と該アウターロータ部分の間で機械力を伝達させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の利点は、同時に回転する軸の間のトルク伝達が、２つの軸の間を機械的接続せずに回転する電磁界を介して達成されることである。空隙内に電磁界を生成するために必要なのは該巻線内に誘導された界磁電流だけであり、他方のロータ上の該永久磁石によって駆動される電磁界と相互に作用して、該永久磁石が固定されるＰＭロータから巻線を備えた誘導ロータへトルクと動力を伝達する。該ＥＶＴの内部や外部への電力潮流は発生しないので、例えば電動機や発電機などの従来の動力伝達装置に通常設けられる電力変換器や関連する制御機器を必要としない。
【００１４】
本発明の別の利点は、燃料効率、信頼性および耐故障性が向上することである。
【００１５】
本発明のさらなる利点は、該エンジンの全速度範囲にわたって動力を伝達するための可変速度比を備えて、該低速のＬＰタービン軸から高速のタービン軸へ動力を伝達する能力である。電磁法技術を使用して、該ＬＰタービン軸と該ＨＰタービン軸の間の機械的リンク機構を形成せずに機械力が伝達される。また、機械式歯車が存在しないため、それに関連する可聴ノイズもない。
【００１６】
本発明のさらに別の利点は、外部電力源が必要なく、内部発生した界磁電流用の制御回路が単純なことである。
【００１７】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の原則を一例として例証する添付図面と併せて、以下の好適な実施形態の、より詳細な説明から明らかとなるであろう。
【００１８】
可能な限り、全図面にわたって同一または同様の部品を参照するために同一の参照符号を使用するものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１を参照すると、電磁可変トランスミッション（ＥＶＴ）１０は、インナーロータ１２およびアウターロータ１４の２つの回転部品を含む。インナーロータ１２とアウターロータ１４は共に、共通軸１６の周囲を同一方向に回転する。アウターロータ１４は、インナーロータ１２の外面３４に面する複数の永久磁極対１８を有する。磁石の極対１８は、対の一方の磁石がＮ極を半径方向外方に向け、隣接した磁石がＳ極を半径方向内方に向けるように、交互に配向されている。インナーロータ１２とアウターロータ１４の回転速度間に大きな差があるとき、磁石２２の内部の磁束スロット高調波による磁石への誘導損失を減少するために、任意の極帽２４を各磁石部分２２の頂部に取り付けてもよい。極帽２４は、軟磁性複合材料や、磁路を形成するのに適した他の磁気透過性材料を積み重ねて積層してもよい。クラップ２６は、磁石２２と極帽２４をソリッドロータコア２８に固定するために磁石２２の間に位置付けられる。ロータコア２８は、好ましくはソリッドスチールまたは鋼板の積層体で作られる。ロータコア２８は、ひっくり返った永久磁石（ＰＭ）電気機械内の永久磁石（ＰＭ）と同様に構成される。
【００２０】
アウターロータ１４とインナーロータ１２は、空隙３０によって隔てられる。インナーロータ１２は、従来の誘導機モータと同様に鋼板と巻線で構成される。スロット３２は、インナーロータ積層体３６の外面３４上に位置付けられる。スロット３２は、開いていても、半分閉じていても、閉じていてもよい。多相巻線（図示せず）は、スロット３２内に配置される。多相巻線は、インナーロータ１２の複数の極対を形成する。アウターロータ１４上の極対の数は、インナーロータ１２の極対の数と同じである。
【００２１】
図２から図５を参照すると、ロータ巻線３８（図１の実施形態におけるインナーロータ巻線または図１Ａの実施形態におけるアウターロータ巻線のどちらか）のいくつかの例示的な相互接続が示される。図２は、３つの単相接続としてロータ巻線３８を示しており、各相の巻線３８と直列に配線されたスイッチ４０を備える。図３のロータ巻線は３つの脚の２つがスイッチ４０とＹ字形接続して構成されており、別のスイッチ４０を第３の相に接続することもできるが、必要なのはＹ字形回路に流れる電流を断つことだけである。図４では、ロータ巻線３８にデルタ接続構成が使用され、デルタ回路配列に流れる電流を断つために単独のスイッチ４０が使用される。図５では、多重並列回路が示されており、図３および図４のデルタ回路４２とＹ字形接続４４の多重並列組み合わせである。なお、図２から図５に示された構成は例示目的であり、当業者には容易に理解できるであろうさまざまな構成に限定するものではないので、他の相互接続構成も本発明の範囲内で採用することができる。図２から図５に示された回路は好ましくは３相巻線として構成されるが、あらゆる数の電相を使用することができる。スイッチ４０は、好ましくは逆並列に接続された一対のシリコン制御整流器（ＳＣＲ）、または両方向の電流制御能力を有する他の何らかの電源装置である。
【００２２】
図６は、インナーロータ１２とアウターロータ１４の間で伝達されるトルクと動力を制御するための例示的な制御回路を示す。図６の回路は、所要エンジン出力を満たすために、伝達されるトルクと動力の量、２つのロータ間でトルクと動力を伝達するタイミングを制御する。例示的なロータ巻線４６は図２のような単独の巻線３８を表すことができ、ロータ巻線４６は図４のような複数の巻線３８、例えば３つの直列接続された巻線３８を表わすこともできる。また、図２から図５のスイッチ４０は、図６のスイッチ４０または図６Ａのスイッチ４０のどちらかであり得る。Ｖ、ＬおよびＲは、図２から図５で具体化される回路内の巻線の正味効果である。例示的なロータ巻線３８は、インダクタンス４６ａ（Ｌ）と抵抗４６ｂ（Ｒ）として表される。電圧Ｖは、巻線で接続された磁束の変化によって巻線３８に誘導される。磁束が反対側のロータ上の磁石によって駆動されるのに対して、磁束変化は２つのロータの相対速度によるものである。一対の電源装置４０ａおよび４０ｂは、逆並列に配列される。好ましくは、電源装置はシリコン制御整流器（ＳＣＲ）である。スイッチ４０は、図６Ａの２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）ユニット４１ａ、４１ｂで構成することもできる。ＩＧＢＴユニット４１ａ、４１ｂは、逆直列に接続される。ＩＧＢＴユニット４１ａ、４１ｂの各々は、少なくとも１つのＩＧＢＴと、ＩＧＢＴと逆並列である少なくとも１つのダイオードで構成される。
【００２３】
図７を参照すると、図６のトルク制御回路用の動力は、ＨＰスプール５４によって駆動されるロータ１４上の補助巻線５２によって励起される電源５０を介して提供することができる。制御システム４８全体はＨＰスプール５４上に位置付けられ、ＨＰスプール５４によって動力を供給することができ、または交互にＬＰスプールによって動力を供給することができる。制御回路４８は、巻線３８内の電流を制御する。制御回路４８は、２つの回転部品間の配線接続を省くために、巻線３８が位置付けられる同一の誘導ロータ上に位置付けなければならない。同じ理由から、制御回路４８は同じ誘導ロータによって動力を供給しなければならない。誘導ロータは、図１および図１Ａで示されるように、内側または外側のどちらにも構成することができる。双方向矢印５６で示される制御信号は、外部固定制御ユニット６０によって制御ユニット５８に無線で伝達することができる。
【００２４】
次に図８を参照すると、トルク制御用の別の例示的な制御回路がある。この実施形態では、ロータ１２および１４ａの遠心力によって制御されるスイッチ６２が、ＬＰスプールとＨＰスプールの間でトルクが伝達される速度を制御する。スイッチ６２は巻線３８と同じ誘導ロータ上になければならず、図１および図１Ａで示されるように、誘導ロータは内側または外側のどちらにも位置付けることができる。ロータ巻線４６は、特有のインダクタンスＬと抵抗Ｒ、および誘導電圧Ｖを有する。遠心スイッチ６２は、回転速度によって加えられる遠心力に応じて、ロータ１２または１４ａが低速で回転するときに閉じ、ロータ１２または１４ａが所定の速度を超えるときに開く。必要ならば、負の温度係数をもつ抵抗ＲＮＴＣを有する抵抗器を任意的に含んでもよい。抵抗器ＲＮＴＣは、遠心スイッチ６２が閉じたときに発生する電流パルスを制限する。遠心スイッチ６２が閉位置にあるときに、トルクの伝達がＬＰスプール６４とＨＰスプール５４の間で起こり、遠心スイッチが開くと、ＨＰスプール５４およびＬＰスプール６４は切り離される。
【００２５】
図９には、トルク制御用の別の例示的な制御回路オプションがある。図９に示される構成では、制御スイッチは必要ない。トルク伝達は、滑り周波数、すなわち２つの軸間の速度差によって制御される。航空機の巡航または離陸中は、ＨＰおよびＬＰスプールはより高速で回転し、２つのスプール間またはＥＶＴの２つのロータ間の速度差はより小さくなる。したがって、滑り周波数、または巻線内に誘導された電流の周波数はより低くなる。航空機の着陸またはアイドリング降下中は、ＨＰスプールの速度変化以上にＬＰスプールの速度が減少し、滑り周波数がより大きくなる。誘導機の原則に基づくと、滑り周波数が小さなときよりも滑り周波数が大きなときの方が、２つのＥＶＴロータ間で伝達されるトルクと動力がより多くなるであろう。図１０のギアボックス６６および６８のギア比は、所望の滑り周波数が高速および低速範囲の両方で達成されるように選択される。ロータ巻線４６の特有のインダクタンスＬと抵抗Ｒは、例えば、高い滑り周波数の表皮効果を使用して回転と導体の断面領域を調整することによって、もしくはアイドリング降下時点またはその付近でトルクが必要とされるときは所望のトルクをＬＰスプールからＨＰスプールへ伝達することができる一方、巡航や離陸中のトルクが必要でないときはトルク伝達が最小化されるように材料を選択することによって、設計される。
【００２６】
本発明の別の実施形態によると、図１に示されるロータのスロット内に１つ以上の補助巻線５２がある。１つまたは複数の巻線５２内の誘導電力は、ロータ上に位置付けられる回路内の１つまたは複数のスイッチの制御回路に電力を供給するために使用することができる。
【００２７】
ＳＣＲスイッチ４０、制御ユニット５８および電源５０は、好ましくは主要なロータ巻線３８と同一のロータ上に取り付けられるので、固定部分を回転する巻線３８に電気接続するためにスリップリングを必要としない。ＳＣＲスイッチ４０を制御するのに必要な信号は、インナーロータ１２に無線で伝達することができる（図７参照）。
【００２８】
図１Ａは、本発明の代替実施形態を示す。この構成では、ロータは図１の逆となるように配列されており、アウターロータ１４ａが巻線を備えたスロット３２ａを有し、今回はこれが外側となり、インナーロータ１２ａが永久磁石（ＰＭ）極２２ａを有する。
【００２９】
図１または図１Ａの構成の両方において、従来のＰＭ機械と同様に、磁束が永久磁石によって駆動され、空隙３０を超えてロータ巻線３８を接続する。ＰＭロータ１４、１２ａが回転すると、回転する磁束場（図示せず）が空隙３０内に誘導される。従来の誘導機の原則に基づいて、ＰＭロータ１４または１２ａが誘導ロータ１２または１４ａと異なる速度で回転すると、電圧と電流が巻線内に誘導される。ＰＭロータ１４または１２ａが誘導ロータ１２または１４ａよりも速く回転すると、トルクがＰＭロータ１４または１２ａから誘導ロータ１２または１４ａへ伝達される。ＰＭロータ１４または１２ａが誘導ロータ１２または１４ａよりも遅く回転すると、トルクが誘導ロータ１２または１４ａからＰＭロータ１４または１２ａへ伝達される。
【００３０】
図１０は、図１のＥＶＴ配列に対応する本発明の好適な実施形態を示しており、ＥＶＴ１０は、ＬＰスプール６４に接続されたＰＭ型アウターロータ１４と、ＨＰスプール５４に接続された誘導型インナーロータ１２を含む。インナーロータ１２の相互接続された巻線は、ループ３７で示される。ＬＰスプールの速度Ｎ４は、ギアボックス１：Ｙによって速度Ｎ３まで高められる。ＬＰスプール６４からＨＰスプール５４へトルクを伝達するために、アウターすなわちＰＭロータ１４の回転速度Ｎ３は、インナーすなわち誘導ロータ１２の速度Ｎ２よりも高くなければならない。ギア比１：Ｘを有する第１ギアボックス６８はＨＰスプール５４をインナーロータ１２に連結するために使用され、ギア比１：Ｙを有する第２ギアボックス６６はＬＰスプール６４をアウターロータ１４に連結するために使用される。ギアボックス６６、６８は、ＨＰスプール５４の速度Ｎ１とＬＰスプール６４の速度Ｎ４を所望のＥＶＴロータ速度Ｎ２およびＮ３それぞれに対応するように適合させるために使用される。エンジンスプールの運転速度とＥＶＴのロータ速度に応じて、ギアボックス６６、６８の一方が省略される。アウターロータ速度Ｎ３はインナーロータ１２の速度Ｎ２よりも大きいので、トルクと動力は誘導原則に基づいて速度Ｎ２で軸５５に伝達されることになる。可変ギア比は、ギアボックス６６、６８の一方または両方で採用することができる。速度Ｎ４で回転するＬＰスプールと速度Ｎ１で回転するＨＰスプールを備えた図１の構成では、速度変換は式１によって関連付けられる。
【００３１】
［式１］
Ｎ１×Ｘ＝Ｎ２＜Ｎ３＝Ｎ４／Ｙ  （ただし、Ｎ４＜Ｎ１）
図１１は、図１ＡのＥＶＴ配列に対応する本発明の代替実施形態を示しており、ＥＶＴ１０は、ギアボックス６６、６８を介して航空機エンジンのＬＰスプール６４とＨＰスプール５４に接続される。ＬＰスプール６４からＨＰスプール５４へトルクを伝達するために、（ループ３７で示される巻線の相互接続を有する）誘導型アウターロータ１４ａの回転速度Ｎ３は、ＰＭ型インナーロータ１２ａの速度Ｎ２よりも低くなければならない。ギア比１：Ｘを有する第１ギアボックス６８はＬＰスプール６４をインナーロータ１２ａに連結するために使用され、ギア比１：Ｙを有する第２ギアボックス６６はＨＰスプール５４をアウターロータ１４ａに連結するために使用される。ギアボックス６６は、ＥＶＴ１０のアウターロータ速度Ｎ３をＨＰスプール５４の速度Ｎ４に適合させるために使用される。エンジンスプールの運転速度とＥＶＴのロータ速度に応じて、ギアボックス６６、６８の一方を省略してもよい。Ｎ４で回転するＨＰスプールとＮ１で回転するＬＰスプールを備えた図１１の構成では、速度変換は式２によって関連付けられる。
【００３２】
［式２］
Ｎ１×Ｘ＝Ｎ２＞Ｎ３＝Ｎ４／Ｙ  （ただし、Ｎ４＞Ｎ１およびギア比Ｘ≧１）
任意的に、可変ギア比を適用してもよい。
【００３３】
選択枝として、上述のギアボックス６６、６８のどちらもＥＶＴ内の２つのロータの速度範囲を減少させるために可変ギア比を有することができるので、最高速度が減少し、それに伴ってＬＰスプールまたはＨＰスプールの速度範囲のどちらかが大き過ぎたときの機械適応力も減少する。
【００３４】
次に図１２を参照すると、航空機エンジン１１０内のＰＭ誘導ＥＶＴの例示的配列は、低圧圧縮機または昇圧圧縮機１２０と、高圧圧縮機１１４と、燃焼器すなわちバーナー１２４と、高圧タービン１１６および低圧タービン１１８とを直列軸流関係で含むコアエンジン１３８を有する。コアエンジン１３８は、入口１２２とファン１１２の下流にある。ファン１１２は、コアエンジン１３８、バイパス管路およびバイパスノズル（図示せず）と直列軸流関係にある。ファン１１２と圧縮機１１４と低圧タービン１１８は第１の軸６４によって連結され、圧縮機１１４とタービン１１６は第２の軸５４で連結される。入口１２２に入る空気流の一部分はバイパス管路を流れ、バイパスノズルから排気されて、残りの空気流はコアエンジン１３８を通り抜け、コアエンジンノズルから排気される。ＥＶＴ１０は、ギアボックス６６と軸５７を介してＬＰ軸すなわちスプール６４に連結される。ＥＶＴ１０の出力軸５７は、ギアボックス６８を介してＨＰ軸すなわちスプール５４に連結される。一対の始動機／発電機１３０は、第１ギアボックスを介してＨＰスプール５４に連結されて、一対の始動機／発電機１３０が始動機または発電機のどちらとして動作しているかに応じて、ＨＰスプールから動力を受けたり、ＨＰスプールへ動力を与えたりする。図１２は、当業者には容易に理解できるように、ＬＰ軸６４とＨＰ軸５４の間でトルクを共有するために本発明で使用することのできる、考えられる多くの始動機／発電機１３０と第１ギアボックス１３２の配列の中の単なる一例である。また、ＥＶＴ１０はエンジン筐体の内部または外部のどちらに位置付けてもよい。
【００３５】
本発明を好適な実施形態を参照して説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、その要素に変更を加えることができるとともに、同等のもので置き換えることができることが当業者には理解できるであろう。さらに、本発明の本質的範囲から逸脱することなく、多くの修正を加えて本発明の教示に特定の状況や材料を適応させることができる。したがって、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示された特定の実施形態に限定するのではなく、添付の請求項の範囲内のすべての実施形態を含むことを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の電磁可変トランスミッションの一実施形態の断面概略図である。
【図１Ａ】本発明の電磁可変トランスミッションの一実施形態の断面概略図である。
【図２】図１（インナーロータ巻線）および図１Ａ（アウターロータ巻線）の構成で使用することのできる、ロータ巻線のひとつの相互接続図である。
【図３】図１（インナーロータ巻線）および図１Ａ（アウターロータ巻線）の構成で使用することのできる、ロータ巻線の別の相互接続図である。
【図４】図１（インナーロータ巻線）および図１Ａ（アウターロータ巻線）の構成で使用することのできる、ロータ巻線の別の相互接続図である。
【図５】図１（インナーロータ巻線）および図１Ａ（アウターロータ巻線）の構成で使用することのできる、ロータ巻線の別の相互接続図である。
【図６】シリコン制御整流器（ＳＣＲ）を使用したトルク制御回路の概略回路図である。
【図６Ａ】逆直列の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）ユニットを使用したトルク制御回路の概略回路図である。
【図７】補助制御システムの概略回路図である。
【図８】トルク制御用の制御回路の代替実施形態である。
【図９】トルク制御用の制御回路オプションの代替実施形態である。
【図１０】図１のＥＶＴ配列に対応する本発明の好適な実施形態である。
【図１１】図１ＡのＥＶＴ配列に対応する本発明の代替実施形態である。
【図１２】航空機エンジンにおける本発明のＰＭ誘導ＥＶＴの概略図である。
【図１】
0005398977.tif 000002
【図１Ａ】
0005398977.tif 000003
【図２】
0005398977.tif 000004
【図３】
0005398977.tif 000005
【図４】
0005398977.tif 000006
【図５】
0005398977.tif 000007
【図６】
0005398977.tif 000008
【図６Ａ】
0005398977.tif 000009
【図７】
0005398977.tif 000010
【図８】
0005398977.tif 000011
【図９】
0005398977.tif 000012
【図１０】
0005398977.tif 000013
【図１１】
0005398977.tif 000014
【図１２】
0005398977.tif 000015