(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機ガスタービンエンジン（１０）であって、
低圧タービン（２６）と、
前記タービン（２６）に駆動可能に接続される二重反転可能発電機（１８０）と、
を備え、
前記二重反転可能発電機（１８０）が、発電機ステータ（１８６）と、二重反転可能半径方向内側極及び外側マグネットロータ（２１６、２１２）とを含み、
前記航空機ガスタービンエンジン（１０）が、更に、エンジン作動中に前記二重反転可能半径方向内側極及び外側マグネットロータ（２１６、２１２）を二重反転させるために、前記タービン（２６）と前記二重反転可能発電機（１８０）との間に動作可能に配置されるギヤボックス（５６）を備える
ことを特徴とする、航空機ガスタービンエンジン（１０）
【請求項２】
ファンブレード（１４）のファン段（１０４）を含むファンセクション（１２）と、
前記ファンセクション（１２）の下流側にあるブースタ段の二重反転可能な第１及び第２のセット（１５、１９）を含む、二重反転可能ブースタ（１６）と、
を更に備え、
前記ファンブレード（１４）のファン段（１０４）及び前記ブースタ段の二重反転可能な第１のセットが、前記半径方向内側極及び外側マグネットロータ（２１６、２１２）の一方と共回転し、前記ブースタ段の二重反転可能な第２のセットが、前記半径方向内側極及び外側マグネットロータ（２１６、２１２）の他方と共回転する、
請求項１に記載の航空機ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項３】
前記二重反転可能発電機（１８０）及び前記ギヤボックス（５６）が、前記二重反転可能ブースタ（１６）のブースタ段の二重反転可能な第１及び第２のセット（１５、１９）の半径方向内向きに位置付けられた前記エンジン（１０）のブースタキャビティ（５７）内に配置される、
請求項２に記載の航空機ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項４】
前記半径方向外側マグネットロータ（２１２）、前記半径方向内側極ロータ（２１６）、及び前記発電機ステータ（１８６）が同心であり、前記半径方向外側マグネットロータ（２１２）が前記半径方向内側極ロータ（２１６）を囲み、前記半径方向内側極ロータ（２１６）が前記発電機ステータ（１８６）を囲み、
前記マグネットロータ（２１２）及び前記内側極ロータ（２１６）間にロータエアギャップ（１３０）と、
前記極ロータ（２１６）及び前記ステータ（１８６）間に変圧器エアギャップ（２２４）と、
を更に備える、
請求項３に記載の航空機ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項５】
前記ブースタ段の第２のセット（１９）の第２のブースタブレード列（６６）と噛み合う前記ブースタ段の第１のセット（１５）の第１のブースタブレード列（４８）を更に備える、航空機ガスタービンエンジン（１０）。
請求項２に記載の
【請求項６】
前記タービンが低圧タービン（２６）であり、
前記極ロータ（２１６）、前記ファン段（１０４）、及び前記ブースタ段の第１のセット（１５）が、前記低圧タービン（２６）に駆動可能に接続され、
前記マグネットロータ（２１２）及び前記ブースタ段の第２のセット（１９）が、ファン段（１０４）に対して二重反転して、ギアボックス（５６）を介して低圧タービン（２６）に駆動可能に接続される、
請求項２に記載の航空機ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項７】
前記ギアボックス（５６）が、前記エンジン（１０）のファンフレーム（３４）により支持される環状キャリア（２０２）と、該環状キャリア（２０２）から片持ちにされるピン（２０６）上に回転可能に装着されるプラネタリギア（２０４）と、を含み、
前記ギアボックス（５６）が更に、前記プラネタリギア（２０４）と噛み合い、且つ該プラネタリギアの半径方向内向きに回転可能に装着されたサンギア（２０８）を含み、
前記ギアボックス（５６）が更に、前記プラネタリギア（２０４）と噛み合い、且つ該プラネタリギアの半径方向外向きに回転可能に装着されたリングギア（２１０）を含み、
前記ブースタ段の第２のセット（１９）が、前記サンギア（２０８）に接続され、
前記サンギア（２０８）が、低圧シャフト（３０）によって前記低圧タービン（２６）に駆動可能に接続される、
請求項４に記載の航空機ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記ギアボックス（５６）が、前記エンジン（１０）のテールコーン（２９０）内に配置され、
前記ギアボックス（５６）が、前記エンジン（１０）の後方タービンファンフレーム（１３４）により支持される環状キャリア（２０２）と、該環状キャリア（２０２）から片持ちにされるピン（２０６）上に回転可能に装着されるプラネタリギア（２０４）と、を含み、
前記ギアボックス（５６）が更に、前記プラネタリギア（２０４）と噛み合い、且つ該プラネタリギアの半径方向内向きに回転可能に装着されたサンギア（２０８）を含み、
前記ギアボックス（５６）が更に、前記プラネタリギア（２０４）と噛み合い、且つ該プラネタリギアの半径方向外向きに回転可能に装着されたリングギア（２１０）を含む、
請求項１に記載の航空機ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
二重反転可能前方及び後方ファン段（３１２、３１４）を含むファンセクション（１２）と、
前記ファンセクション（１２）の下流側にブースタ段の二重反転可能な第１及び第２のセット（３１５、３１９）を含む二重反転可能ブースタ（１６）と、
を更に備え、
前記ブースタ段の第１のセット（３１５）が前記前方ファン段（３１２）に接続され且つこれと回転可能であり、
前記ブースタ段の第２のセット（３１９）が前記後方ファン段（３１４）に接続され且つこれと回転可能であり、
前記タービンが低圧タービン（２６）であり、
前記二重反転可能発電機（１８０）が、前記低圧タービン（２６）の二重反転可能第１及び第２のタービンセクション（４４０、４４２）に直接駆動可能に接続される、
請求項１に記載の航空機ガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機ガスタービンエンジン用発電機に関し、より詳細には、二重反転可能ロータを備えた航空機ガスタービンエンジン用発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボファンタイプの航空機ガスタービンエンジンは通常、前方ファン及びブースタ圧縮機、ミドルコアエンジン、並びに後方低圧出力タービンを含む。コアエンジンは、高圧圧縮機、燃焼器、及び高圧タービンを直列流れの関係で含む。コアエンジンの高圧圧縮機及び高圧タービンは、高圧シャフトによって相互連結される。高圧圧縮機、タービン及びシャフトは、本質的に高圧ロータ又はスプールを形成する。高圧圧縮機は、回転駆動されて、コアエンジンに流入する空気を比較的高圧に加圧する。この高圧空気は次に、燃焼器にて燃料と混合され且つ点火されて、高エネルギーガスストリームを形成する。ガスストリームは、後方に流れて高圧タービンを通過し、該高圧タービン及び高圧シャフトを回転駆動し、次いで高圧シャフトが圧縮機を回転駆動する。高圧タービンから流出するガスストリームは、第２のタービンすなわち低圧タービンを通って膨張する。低圧タービンは、低圧シャフトを介してファン及びブースタ圧縮機を回転駆動し、これらの全てが、低圧ロータ又はスプールを形成する。低圧シャフトは、高圧ロータを貫通して延びる。
【０００３】
幾つかのファンジェットエンジンは、二重反転タービンを有し、この二重反転タービンが二重反転ファン及びブースタ、すなわち低圧圧縮機に動力を供給するように設計されてきた。米国特許第４，７９０，１３３号、第４，８６０，５３７号、第５，３０７，６２２号及び第６，７３２，５０２号は、二重反転ファン及びブースタすなわち低圧圧縮機に動力を供給する二重反転低圧タービン（ＬＰＴ）を開示している。生成される推力の大部分はファンによって発生する。また、ギヤボックスを使用してファン及びブースタの二重反転を生じさせる二重反転ファンエンジンのような様々な設計も存在している。従来のブースタは、低速にて極めて効率が悪く、妥当な効率を得るためにより高次の段数となる。比較的少ないブースタ段数で高効率のブースタを提供するために、二重反転ブースタを備えた航空機ターボファンガスタービンエンジンが開発されてきた。
【０００４】
航空機システムは、次第に、益々大きな電気負荷に対応するよう設計されている。電力は、航空機を作動させるエンジンから機械的に抽出される。比較的低出力レベルで航空機エンジンが作動している場合、例えば、高所から緩慢に降下する間、エンジン機械的出力からの電力抽出は、エンジンを適切に作動させる能力を低下させる可能性がある。航空機出力のより大きな需要量を必要とする現在のターボファン航空機ガスタービンエンジンは、コア（高圧ロータ）駆動ギヤボックスに装着される極めて大型の発電機を利用する。進入のような、低推力且つ高電力が必要とされる飛行条件では、コアは、電力需要を保持するために高速で稼働しなくてはならないが、進入速度を維持するのに損なわれるはずの推力がより多く生じる結果となり、従って、燃料効率が低下する。
【０００５】
電力は、ガスタービンエンジンにおける高圧（ＨＰ）エンジンスプールから抽出することができる。ＨＰエンジンスプールの比較的高い運転速度により、エンジンに接続された発電機を駆動する機械的動力源を理想的なものにする。しかしながら、発電機を駆動するためにＨＰエンジンスプールにだけ依存するのではなく、エンジン内の他の発生源から動力を引き出すことが望ましい。低圧（ＬＰ）エンジンスプールは、動力伝達装置の代替の発生源を提供するが、低速度の発電機は、高速度で作動する類似の定格発電機よりも大型であることが多いので、比較的低速度のＬＰエンジンスプールは通常、ギヤボックスの使用を必要とする。ＬＰロータ又はスプールから切り離されて作動する発電機は、速度を上昇させるためにＬＰロータ又はギヤボックスの速度が低速であることに起因して、大型の発電機を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，５０８，１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、広範囲のエンジン運転速度にわたり多大な量の電力を提供するのに使用することができる、航空機ターボファンガスタービンエンジン用発電機に対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
航空機ガスタービンエンジンが、タービンに駆動可能に接続され且つ発電機ステータを有する二重反転可能発電機と、二重反転可能半径方向内側極及び外側マグネットロータとを含む。エンジンは更に、エンジン作動中に二重反転可能半径方向内側極及び外側マグネットロータを二重反転させるために、タービンと二重反転可能発電機との間に動作可能に配置されるギヤボックスを更に含むことができる。
【０００９】
二重反転可能発電機のより特定の実施形態において、半径方向外側マグネットロータ、半径方向内側極ロータ、前記発電機ステータがエンジン中心線の周りに同心であり、半径方向外側マグネットロータが半径方向内側極ロータを囲み、半径方向内側極ロータが発電機ステータを囲む。二重反転可能発電機は更に、マグネット及び極ロータ間のロータエアギャップと、極ロータ及びステータ間の変圧器エアギャップを含む。
【００１０】
エンジンの１つの実施形態は更に、ファンブレードのファン段を含むファンセクションと、ファンセクションの下流側にあるブースタ段の二重反転可能な第１及び第２のセットを含む。ファンブレードのファン段及びブースタ段の第１のセットは、半径方向内側極及び外側マグネットロータの１つと共回転可能である。ブース多段の第２のセットは、半径方向内側極と外側マグネットロータの他方と共回転可能である。二重反転可能発電機及びギヤボックスが、二重反転可能ブースタのブースタ段の二重反転可能な第１及び第２のセットの半径方向内向きに位置付けられたエンジンのブースタキャビティ内に配置することができる。ブースタ段の第１のセットの第１のブースタブレード列が、ブースタ段の第２のセットの第２のブースタブレード列と噛み合うことができる。
【００１１】
エンジンのより詳細な実施形態は、更に、タービンが低圧タービンであり、極ロータ、ファン段、及びブースタ段の第１のセットが、低圧タービンに駆動可能に接続される。外側マグネットロータ及びブースタ段の第２のセットが、ファン段に対して二重反転して、ギアボックス（５６）を介して低圧タービン（２６）に駆動可能に接続される。
【００１２】
ギアボックスは、エンジンのファンフレームにより支持される環状キャリアと、該環状キャリアから片持ちにされるピン上に回転可能に装着されたプラネタリギアと、を含むことができる。サンギアは、プラネタリギアと噛み合い、プラネタリギアの半径方向内向きに回転可能に装着される。リングギアは、プラネタリギアと噛み合い、プラネタリギアの半径方向外向きに回転可能に装着される。ブースタ段の第２のセットが、サンギアに接続され、サンギアが、低圧シャフトによって低圧タービンに駆動可能に接続される。
【００１３】
航空機ガスタービンエンジンの別の実施形態は、二重反転可能前方及び後方ファン段を有するファンセクションと、ファンセクションの下流側にあるブースタ段の二重反転可能な第１及び第２のセットを含む二重反転可能ブースタとを備える。ブースタ段の第１のセットは、前方ファン段に接続され且つこれと共に回転可能であり、ブースタ段の第２のセットは、後方ファン段に接続され且つこれと回転可能である。二重反転可能発電機は、低圧タービンの二重反転可能第１及び第２のタービンセクションに直接駆動可能に接続される。
【００１４】
或いは、二重反転可能発電機は、低圧タービンの環状二重反転可能低圧内側及び外側ドラムモータに直接駆動可能に接続することができる。
【００１５】
二重反転可能発電機のより詳細な実施形態は、回転可能な軸方向に延びる棒状極の対応するセットを支持する極ハブを備えた、極組立体を有する極ロータを含む。棒状極の各々は、極ハブのそれぞれに対する半径方向に延びるコネクタにより接続される半径方向外側棒状部を含む。ステータはまた、中心線の周りを囲み中心に配置されたほぼ円筒形の環状中心極セクションを含み、環状軸方極の周りに巻き付けられた固定の第１及び第２の軸方向巻線を有する。半径方向極は、中心極セクションから半径方向外向きに延び、軸方向巻線間に中心を置くことができる。半径方向巻線が半径方向極の周りに巻き付けられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】二重反転可能ブースタ段及び二重反転可能発電機を備えた、航空機ターボファンガスタービンエンジンの例示的な実施形態の長手方向断面図。
【図２】二重反転可能ブースタ段及び図１に示す二重反転可能発電機のより詳細な拡大長手方向断面図。
【図３】図２の線３−３からとった、二重反転可能発電機が駆動作される差動歯車ギヤボックスの軸方向図。
【図４】図２に示す二重反転可能発電機の部分切り欠く斜視図。
【図５】図４の線５−５からとった、二重反転可能発電機のステータの固定半径巻線の立面図。
【図６】図４に示す二重反転可能発電機の極ロータの斜視図。
【図７】図６に示す極ロータの拡大斜視図。
【図８】図４に示す二重反転可能発電機の斜視図。
【図９】二重反転可能ファン及びブースタ段並びに二重反転可能発電機を備えた航空機用二重反転可能ファンガスタービンエンジンの例示的な実施形態の長手方向断面図。
【図１０】エンジンのブースタキャビティ内に装着され、二重反転可能低圧タービンにより駆動される二重反転可能発電機を備えた、航空機用二重反転可能ファンガスタービンエンジンの例示的な実施形態の長手方向断面図。
【図１１】エンジンのテールコーンに装着され、噛み合った二重反転可能低圧タービンにより駆動される二重反転可能発電機を備えた、航空機用二重反転可能ファンガスタービンエンジンの例示的な実施形態の長手方向断面図。
【図１２】エンジンのブースタキャビティ内に装着され、噛み合った二重反転可能低圧タービンにより駆動される二重反転可能発電機を備えた、航空機用二重反転可能ファンガスタービンエンジンの例示的な実施形態の長手方向断面図。
【図１３】図４に示す二重反転可能発電機用の代替のステータの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の上記の態様及び他の特徴は、添付図面を参照しながら、以下の明細書において説明される。
【００１８】
図１及び２には、エンジン中心線８の回りを囲み、周囲空気５の入口空気流を受け取るファンセクション１２を有する例示的なターボファンガスタービンエンジン１０が図示される。ファンセクション１２は、ファンブレード１４の単一のファン段１０４を含む。ファンセクション１２の下流側には、二重反転可能なブースタ段の第１及び第２のセット１５、１９を備えた二重反転可能ブースタ１６がある。ブースタ段の第１のセット１５は、回転可能なブースタブレード１７の第１、第３、及び第５のブースタ段３８、４０、４２を含む。ブースタ段の第２のセット１９は、二重反転可能なブースタ段６５を備えた二重反転可能な第２及び第４のブースタ段６２、６４を含む。ブースタ段の第１及び第２のセット１５、１９の１つは、エンジン中心線８の回りに時計回りに回転可能であり、ブースタ段の第１及び第２のセット１５、１９の他方は、エンジン中心線８の回りに反時計回りに回転可能である。従って、ブースタ段の第１及び第２のセット１５、１９は、互いに二重反転可能であるように説明することができる。
【００１９】
第１、第３、及び第５のブースタ段３８、４０、４２は、第１、第３、及び第５のブースタブレード列４８、５０、５２をそれぞれ有する。第１及び第３のブースタブレード列４８、５０は、第２及び第４のブースタブレード列６６、６８と噛み合う。
【００２０】
図１を参照すると、ファンセクション１２に続いて、高圧圧縮機（ＨＰＣ）１８と、ＨＰＣ１８により加圧された空気５と燃料とを混合して、高圧タービン（ＨＰＴ）２４を通って下流側に流れる燃焼ガスを発生させるようにする燃焼器２０と、燃焼ガスがエンジン１０から排出される低圧タービン（ＬＰＴ）２６とがある。高圧シャフト２７は、ＨＰＴ２４をＨＰＣ１８に連結する。高圧圧縮機１８、燃焼器２０、及び高圧タービン２４は総称して、本発明においては高圧シャフト２７を含むコアエンジン２５と呼ばれる。
【００２１】
図１及び２を参照すると、単一のファン段１０４は、低圧シャフト３０により低圧タービン２６に駆動可能に接続される。ブースタ段の第１のセット１５はまた、低圧シャフト３０に駆動可能に接続される。ブースタ段の第２のセット１９は、ファン段１０４に対して二重反転するように差動歯車ギヤボックス５６を介して低圧シャフト３０に駆動可能に接続される。ギヤボックス５６は、二重反転可能ブースタ１６のブースタ段の二重反転可能な第１及び第２のセット１５、１９の半径方向内方に位置付けられたエンジンのブースタキャビティ５７内に配置される。
【００２２】
ギヤボックス５６は、図３に更に示すように、ファンフレーム３４により支持される環状キャリア２０２と、環状キャリア２０２から片持ちされるピン２０６上に回転可能に装着されたプラネタリギア２０４とを含む。サンギア２０８は、プラネタリギア２０４と噛み合い、該プラネタリギア２０４の半径方向内方に回転可能に装着され、リングギア２１０は、プラネタリギア２０４と噛み合い、該プラネタリギア２０４の半径方向外方に回転可能に装着される。サンギア２０８は、低圧シャフト３０により低圧タービン２６に駆動可能に接続される。サンギア２０８は、プラネタリギア２０４を駆動するよう動作可能であり、該プラネタリギア２０４は、サンギア２０８に対して二重反転してリングギア２１０を駆動するよう動作可能である。ブースタ段の第２のセット１９は、ファン段１０４及びブースタ段の第１のセット１５に対して二重反転可能であるようにリングギア２１０に接続される。
【００２３】
図１及び２には、ブースタキャビティ５７内に配置された二重反転可能発電機１８０が示される。二重反転可能発電機１８０は、エンジン中心線８と一致する回転軸を有し、発電機ステータ１８６がその周りに配置される。発電機ステータ１８６は、ファンフレーム３４に装着されてこれにより支持される。半径方向内側極ロータ２１６は、発電機ステータ１８６を囲み、半径方向外側マグネットロータ２１２は、半径方向内側極ロータ２１６を囲み、エンジン作動中に二重反転する。半径方向外側マグネットロータ２１２は、半径方向内側極ロータ２１６に対して二重反転可能である。極ロータ２１６は、低圧シャフト３０により低圧タービン２６に駆動可能に接続され、従って、ファン段１０４及びブースタ段の第１のセット１５と共回転可能である。マグネットロータ２１２は、リングギア２１０に駆動可能に接続され、従って、極ロータ２１６に対して二重反転可能であり、ブースタ段の第２のセット１９と共回転可能である。発電機ステータ１８６は、ファンフレーム３４に装着され且つこれにより支持される。半径方向外側マグネットロータ２１２及び半径方向内側極ロータ２１６並びに発電機ステータ１８６は、本明細書で例示されるようにエンジン中心線８と一致する中心線の周りで同心である。更に、本明細書で示される二重反転可能発電機１８０の例示的な実施形態において、半径方向外側マグネットロータ２１２及び半径方向内側極ロータ２１６並びに発電機ステータ１８６は、軸方向に同一の広がりを有する。二重反転可能発電機１８０は、マグネットと極ロータ２１２、２１６との間にロータエアギャップ１３０と、極ロータ２１６とステータ１８６との間に変圧器エアギャップ２２４とを含む。本発明の出願人に譲受された、２００９年６月１５日出願の名称「ＣＯＵＮＴＥＲ−ＲＯＴＡＴＡＢＬＥ  ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ（二重反転可能発電機）」の特許出願２３０３１７−２では、二重反転可能発電機が開示され、当該特許出願は引用により本明細書に組み込まれる。
【００２４】
二重反転可能発電機１８０は、図４〜８により詳細に示されている。図４を参照すると、二重反転可能発電機１８０は、ステータ１８６、極ロータ２１６、及びマグネットロータ２１２を含む、永久磁石発電機（ＰＭＧ）である。マグネットロータ２１２は、円周方向に交互する北／南及び南／北の方位Ｎ、Ｓを備えたマグネット２１４の円形アレイを含む。マグネット２１４は、マグネット保持リング２１５内に半径方向に保持される。マグネット２１４は、非磁性材料のスペーサ２１３により互いから円周方向に分離される。
【００２５】
図４、６、及び７を参照すると、極ロータ２１６は、軸方向に延びる回転可能棒状極２４２の対応する第１、第２、及び第３のセット２３６、２３８、２４０を支持する第１、第２、及び第３の極ハブ２３０、２３２、２３４を有する第１、第２、及び第３の極組立体２２５、２２７、２２９を含む。棒状極２４２の各々は、半径方向に延びるコネクタ２４６により第１、第２、及び第３の極ハブ２３０、２３２、２３４に接続された軸方向に延びる外側棒状部２４４を含む。コネクタ２４６は、第１、第２、及び第３の極ハブ２３０、２３２、２３４のそれぞれから外側棒状部２４４に半径方向外向きに延びる。アーバーの形態とすることができる非磁性材料２１７は、第１、第２、及び第３の極組立体２２５、２２７、２２９間に軸方向及び半径方向に配置される。非磁性材料２１７は、透明網掛けとして示され、極ロータ２１６に中実の円筒形環状形状を与えるのを助ける。非磁性材料２１７は、明確にする目的で図４及び７には示されていない。
【００２６】
図４、６、及び７に示された極ロータ２１６は、３つのハブと、１２の極とを有し、各極が１つの棒状部と１つのコネクタとを備える。極ロータ２１６の代替の実施形態は、様々な数のハブ及び各ハブ上に様々な数の極を含むことができる。ハブ及び極の組み合わせは、磁性鋼から作ることができ、均質又は積層化することができる。積層体は、エンジン中心線８に沿って軸方向にスタックすることができる。積層体の別の可能性のある向きは、中心線８に沿って軸方向にスタックされる積層体のハブ及び棒状セクション、並びにハブ及び棒状セクションとコネクタとの間にほぼ円周方向にスタックされるコネクタセクションに向けたものである。
【００２７】
図４、５、及び８を参照すると、ステータ１８６は、固定の第１及び第２の軸方向巻線２５２、２５４並びに半径方向巻線２６２として本明細書で示される固定巻線２２８を有するステータ円筒形シャフト又は環状ハブ２７２を含む。ほぼ円筒形又は環状の中心極セクション２５０は、ステータ円筒形シャフト又は環状ハブ２７２上に中心が置かれ、中心線８の周りを囲む。固定の第１及び第２の軸方向巻線２５２、２５４は、ステータ円筒形シャフト又は環状ハブ２７２上に中心が置かれた環状の第１及び第２の軸方向極２５６、２５８それぞれの周りに巻き付けられる。固定の半径方向極２６０は、中心極セクション２５０から半径方向外向きに延びて、第１及び第２の軸方向巻線２５２、２５４間で軸方向に中心が置かれる。半径方向巻線２６２は、半径方向極２６０の周りに巻き付けられる。半径方向極２６０は、中心極セクション２５０の周りに等角度に間隔を置いて配置される。図４〜６に示すステータ１８６の例示的な実施形態は、４つの半径方向極２６０を有する。二重反転可能発電機１８０の他の実施形態は、これよりも多い又は少ない半径方向極、軸方向極、及び／又はマグネット２１４を有することができる。
【００２８】
マグネット及び極ロータ２１２、２１６は、互いに対して二重反転可能である。マグネットロータ２１２は、１つの回転方向（時計回り、又は反時計回り）に駆動され、従来のオルタネータである場合と同様に回転磁束場を提供する。極ロータ２１６は、別の回転方向（時計回り、又は反時計回り）で駆動される。何れかの所与の円周方向位置において、磁束場は、適切な正弦振幅を有してＮ−ＳとＳ−Ｎ極性の間を交互する。固定巻線２２８は、二重反転可能マグネット及び極ロータ２１２、２１６に対して固定され、図１及び２でファンフレーム３４により支持されるように本明細書で示されている。
【００２９】
代替のステータ２７０が図１３に示される。代替のステータ２７０は軸方向巻線を持たない。代替のステータ２７０は、ステータシャフト又はハブ２７２から半径方向外向きに延びる固定半径方向極２６０の３つのセット（他の数のセットを用いることもできる）を有し、該セットは、ハブ２７２上に均等に配分される。半径方向巻線２６２は、半径方向極２６０の周りに巻き付けられる。半径方向極２６０は、ハブ２７２の周りを等距離に間隔を置いて配置される。
【００３０】
従来のＰＭＧにおいて、マグネットロータは固定の同軸ステータの内部又は外部に位置付けられ、該ステータは、磁極上で電気巻線を貫通する交番磁界を伝導する磁極を有する。巻線内の交番磁界は、巻線において電解を誘起し、従って、外部電気システムに提供するために電位を生成する。所与の幾何形状及びマグネット設計において、発生電圧は、磁界が発振する周波数に比例し、すなわち、マグネットロータが回転する速度に比例する。
【００３１】
二重反転可能発電機１８０は、ロータを１つの方向で回転させ、従来「ステータ」と呼ばれるものを別の方向で回転することにより、発電機の見かけ上の速度を増大させる。回転する「ステータ」からシステムの固定部分に電流を流すためにスリップリングを必要としないために、回転する変圧器の概念を利用し、これによって磁極が極ロータ２１６上で回転され、巻線２２８が、発電機ステータ１８６、すなわちファンフレーム３４に装着され且つこれにより支持されるエンジン１０の固定部品上にある。回転変圧器において、磁束は、軸方向に分離された特徴のないリング形エアギャップにわたって送られる。従来の磁気軸受ロータは、同じ速度が観測される必要があり、従来の機械と同様に直径が制限されるが、巻線又はマグネットを備えていない単純な磁気合金形状（同極又は誘導発電機のロータと同様の）を有する極ロータは、より高速で回転することができる。二重反転可能発電機１８０は、マグネットと極ロータ２１２、２１６との間のロータエアギャップ１３０と、極ロータ２１６とステータ１８６との間の変圧器エアギャップ２２４を含む。
【００３２】
二重反転可能発電機１８０は、二重反転可能ガスタービンエンジンロータ要素を提供する他の種々のガスタービンエンジン設備で使用することができる。二重反転可能発電機１８０は、二重反転可能低圧タービンによって二重反転可能ファンと共に駆動することができる。二重反転可能発電機１８０は、同様に二重反転可能高圧タービンによって駆動することができる。二重反転可能発電機１８０は、テールコーン又は中心本体キャビティなど、ブースタキャビティ以外のキャビティにおいてエンジン内に配置することができる。
【００３３】
図１及び２を参照すると、ファンケーシング１１により半径方向に境界付けられたバイパスダクト２１、及び回転可能な環状半径方向内側バイパスダクト壁９が、ブースタ１６と、コアエンジン２５の高圧圧縮機１８に対するコアエンジン入口ダクト２９とを囲む。ファンケーシング１１は、ファンフレームストラット３５によりファンフレーム３４に固定接続される。ファンフレーム３４により半径方向内向きに支持される複数のブースタストラット３７は、第４のブースタ段６４と第５のブースタ段４２との間のコアエンジン入口ダクト２９に配置される。バイパスダクト２１は、環状ファンケーシング１１により半径方向外向きに境界付けられ、且つ図２に示す環状の半径方向内側バイパスダクト壁９により半径方向内向きに境界付けられる。半径方向内側バイパスダクト壁９は、第１のブースタ段３８の第１のブースタブレード列４８に固定装着された回転可能壁セクション２２を含む。半径方向内側バイパスダクト壁９はまた、ファンフレーム３４に固定装着された固定又は非回転可能壁セクション２３を含む。
【００３４】
図９には、エンジン１０の後端２９２においてテールコーン内に配置された二重反転可能発電機１８０と共に、図１に示したターボファンガスタービンエンジン１０が示されている。ギヤボックス５６はまた、テールコーン２９０内に配置され、環状キャリア２０２が後方タービンファンフレーム１３４により支持される。ギヤボックス５６のプラネタリギア２０４は、環状キャリア２０２から片持ちにされたピン２０６上に回転可能に装着される。サンギア２０８は、プラネタリギア２０４と噛み合い、該プラネタリギア２０４の半径方向内向きに回転可能に装着され、リングギア２１０は、プラネタリギア２０４と噛み合い、該プラネタリギア２０４の半径方向外向きに回転可能に装着される。サンギア２０８及びブースタ段の第２のセット１９は、半径方向外側低圧シャフト４３０により低圧タービン２６に駆動可能に接続される。サンギア２０８は、プラネタリギア２０４を駆動するよう動作可能であり、該プラネタリギア２０４は、リングギア２１０及びファン段１０４、並びにブースタ段の第１のセット１５を駆動するよう動作可能であり、該ブースタ段の第１のセット１５は、半径方向内側低圧シャフト４３２によりリングギア２１０に駆動可能に接続される。従って、ブースタ段の第２のセット１９は、ファン段１０４並びにブースタ段の第１のセット１５に対して二重反転するよう動作可能である。
【００３５】
図１０には、二重反転可能な前方及び後方ファン段３１２、３１４がエンジン中心線８の周りを囲むファンセクション１２を含む、航空機用二重反転ファンガスタービンエンジン３１０の別の例示的な実施形態の長手方向断面図が示されている。周囲空気５は、ファンセクション１２の前方及び後方ファン段３１２、３１４のファンブレード１４を通って流れる。ファンセクション１２の下流側には、二重反転可能なブースタ段の第１及び第２のセット３１５、３１９を有する二重反転可能ブースタ１６がある。ブースタ段の第１のセット３１５は、前方ファン段３１２に接続され、これと共に回転可能である。ブースタ段の第２のセット３１９は、後方ファン段３１４に接続され、これと共に回転可能である。
【００３６】
ブースタ段の第１のセット３１５は、回転可能ブースタブレード３６５の第１及び第３のブースタ段３３８、３４０を含む。ブースタ段の第２のセット３１９は、二重反転可能ブースタブレード３１７を備えた二重反転可能な第２及び第４のブースタ段３６２、３６４を含む。ブースタ段の第１及び第２のセット３１５、３１９の１つは、エンジン中心線８の周りに時計方向に回転可能であり、ブースタ段の第１及び第２のセット３１５、３１９の別の１つは、エンジン中心線８の周りに反時計方向に回転可能である。従って、ブースタ段の第１及び第２のセット３１５、３１９は、互いに対して二重反転可能であると説明することができる。
【００３７】
第１及び第３のブースタ段３３８、３４０は、第１及び第３のブースタブレード列３４８、３５０それぞれを有する。第２及び第４のブースタ段３６２、３６４は、第２及び第４のブースタブレード列３６６、３６８をそれぞれ有する。第１及び第３のブースタブレード列３４８、３５０は、第２及び第４のブースタブレード列３６６、３６８と噛み合う。
【００３８】
二重反転可能発電機１８０は、ブースタキャビティ５７内に配置され、ギアボックス５６を使用することなく、低圧タービン２６の二重反転可能第１及び第２のタービンセクション４４０、４４２により直接駆動される。半径方向内側極ロータ２１６は、ファンフレーム３４により装着され支持される発電機ステータ１８６を囲み、半径方向外側マグネットロータ２１２は、半径方向内側極ロータ２１６を囲む。半径方向外側マグネットロータ２１２及び半径方向内側極ロータ２１６は、エンジン作動中に二重反転する。二重反転可能発電機１８０は、エンジン中心線８に一致する回転軸を有し、半径方向内側極ロータ２１６及び半径方向外側マグネットロータ２１２がエンジン作動中にその周りを二重反転する。
【００３９】
極ロータ２１６、前方ファン段３１２、及びブースタ段の第１のセット３１５は、半径方向外側低圧シャフト４３０により低圧タービン２６の第１のタービンセクション４４０に駆動可能に接続される。マグネットロータ２１２、後方ファン段３１４、及びブースタ段の第２のセット３１９は、半径方向内側低圧シャフト４３２により低圧タービン２６の第２のタービンセクション４４２に駆動可能に接続される。
【００４０】
図１１には、二重反転可能な前方及び後方ファン段３１２、３１４がエンジン中心線８の周りを囲むファンセクション１２を含む、航空機用二重反転ファンガスタービンエンジン３１０の別の例示的な実施形態の長手方向断面図が示されており、二重反転可能発電機１８０は、エンジン３１０の後端２９２においてテールコーン２９０内に配置され、二重反転可能発電機１８０は、二重反転可能低圧タービン２６の環状低圧内側及び外側ドラムロータ４４６、４４８により直接駆動される。
【００４１】
周囲空気５は、ファンセクション１２において前方及び後方ファン段３１２、３１４のファンブレード１４を通って流れる。ファンセクション１２の加硫側には、二重反転可能なブースタ段の第１及び第２のセット３１５、３１９を有する二重反転可能ブースタ１６がある。ブースタ段の第１のセット３１５は、前方ファン段３１２に接続され、これと共に回転可能である。ブースタ段の第２のセット３１９は、後方ファン段３１４に接続され、これと共に回転可能である。
【００４２】
ブースタ段の第１のセット３１５は、回転可能ブースタブレード３６５の第１及び第３のブースタ段３３８、３４０を含む。ブースタ段の第２のセット３１９は、二重反転可能ブースタブレード３１７を備えた二重反転可能な第２及び第４のブースタ段３６２、３６４を含む。ブースタ段の第１及び第２のセット３１５、３１９の１つは、エンジン中心線８の周りに時計方向に回転可能であり、ブースタ段の第１及び第２のセット３１５、３１９の別の１つは、エンジン中心線８の周りに反時計方向に回転可能である。従って、ブースタ段の第１及び第２のセット３１５、３１９は、互いに対して二重反転可能であると説明することができる。
【００４３】
第１及び第３のブースタ段３３８、３４０は、第１及び第３のブースタブレード列３４８、３５０それぞれを有する。第２及び第４のブースタ段３６２、３６４は、第２及び第４のブースタブレード列３６６、３６８をそれぞれ有する。第１及び第３のブースタブレード列３４８、３５０は、第２及び第４のブースタブレード列３６６、３６８と噛み合う。
【００４４】
内側ドラムロータ４４６は、該内側ドラムロータ４４６から半径方向外向きに延びる第２の低圧タービンブレード４６２を有する複数の軸方向に間隔を置いて配置された第２の低圧タービンブレード列４３６を含む。外側ドラムロータ４４８は、該外側ドラムロータ４４８から半径方向内向きに延びる第１の低圧タービンブレード４６０を有する複数の軸方向に間隔を置いて配置された第１の低圧タービンブレード列４３８を含む。第１の低圧タービンブレード列４３８は、第２の低圧タービンブレード列４３６と噛み合う。
【００４５】
二重反転可能発電機１８０は、後方タービンフレーム１３４により装着され支持される発電機ステータ１８６を囲む、半径方向内側極ロータ２１６と、半径方向内側極ロータ２１６を囲む半径方向外側マグネットロータ２１２とを含む。半径方向外側マグネットロータ２１２と半径方向内側極ロータ２１６とは、エンジン作動中に二重反転する。二重反転可能発電機１８０は、エンジン中心線８に一致する回転軸を有し、半径方向内側極ロータ２１６及び半径方向外側マグネットロータ２１２がエンジン作動中にその周りを二重反転する。
【００４６】
極ロータ２１６、前方ファン段３１２、及びブースタ段の第１のセット３１５は、低圧タービン２６の内側ドラムロータ４４６に駆動可能に接続される。マグネットロータ２１２、後方ファン段３１４、及びブースタ段の第２のセット３１９は、低圧タービン２６の外側ドラムロータ４４８に駆動可能に接続される。従って、極ロータ２１６、前方ファン段３１２、及びブースタ段の第１のセット３１５は、エンジン作動中にマグネットロータ２１２、後方ファン段３１４、及びブースタ段の第２のセット３１９に対して二重反転する。
【００４７】
半径方向外側低圧シャフト４３０は、外側ドラムロータ４４８を後方ファン段３１４及びブースタ段の第２のセット３１９に駆動可能に接続する。半径方向内側低圧シャフト４３２は、内側ドラムロータ４４６を後方ファン段３１４及びブースタ段の第２のセット３１９に駆動可能に接続する。二重反転可能発電機１８０は、二重反転可能低圧タービン２６の環状低圧内側及び外側ドラムロータ４４６、４４８により直接駆動される。
【００４８】
図１２には、図１１に示すような二重反転可能低圧タービン２６の二重反転可能環状低圧内側及び外側ドラムロータ４４６、４４８により直接駆動されるが、ブースタキャビティ５７内に配置される二重反転可能発電機１８０を備えた、図１０に示すのと同様の航空機用二重反転ファンガスタービンエンジン３１０の別の例示的な実施形態の長手方向断面図が示されている。
【００４９】
例示的な方法で本発明を説明してきた。使用した技術用語は、限定の用語としてではなく、説明の用語の性質のものであることが意図される点を理解されたい。本明細書では本発明の好ましく例示的な実施形態であると考えられるものについて説明してきたが、当業者であれば、本明細書の教示から本発明の他の修正が明らかになる筈であり、従って、全てのこのような修正は、本発明の技術思想及び技術的内に属するものとして特許請求の範囲において保護されることが望まれる。
【００５０】
従って、本特許によって保護されるべきものは、提出した特許請求の範囲で定義され且つ区別される発明である。
【符号の説明】
【００５１】
５  周囲空気
８  エンジン中心線
９  バイパスダクト壁
１０  ガスタービンエンジン
１１  ファンケーシング
１２  ファンセクション
１４  ファンブレード
１５  ブースタ段の第１のセット
１６  ブースタ
１７  ブースタブレード
１８  高圧圧縮機（ＨＰＣ）
１９  ブースタ段の第２のセット
２０  燃焼器
２１  バイパスダクト
２２  回転可能壁セクション
２３  非回転可能壁セクション
２４  高圧タービン（ＨＰＴ）
２５  コアエンジン
２６  低圧タービン（ＬＰＴ）
２７  高圧シャフト
２９  入口ダクト
３０  低圧シャフト
３４  ファンフレーム
３５  ファンフレームストラット
３７  ブースタストラット
３８  第１のブースタ段
４０  第３のブースタ段
４２  第５のブースタ段
４８  第１のブースタブレード列
５０  第３のブースタブレード列
５２  第５のブースタブレード列
５６  ギアボックス
５７  ブースタキャビティ
６２  第２のブースタ段
６４  第４のブースタ段
６５  ブースタブレード
６６  第２のブースタブレード列
６８  第４のブースタブレード列
１０４  ファン段
１３０  ロータエアギャップ
１３４  タービンフレーム
１８０  二重反転可能発電機
１８６  発電機ステータ
２０２  環状キャリア
２０４  プラネタリギアｓ
２０６  ピン
２０８  サンギア
２１０  リングギア
２１２  外側マグネットロータ
２１３  スペーサ
２１４  マグネット
２１５  マグネット保持リング
２１６  内側極ロータ
２１７  非磁性材料
２２４  変圧器エアギャップ
２２５  第１の極組立体
２２７  第２の極組立体
２２８  固定巻線
２２９  第３の極組立体
２３０  第１の極ハブ
２３２  第２の極ハブ
２３４  第３の極ハブ
２３６  第１のセット
２３８  第２のセット
２４０  第３のセット
２４２  棒状極
２４４  外側棒状部
２４６  コネクタ
２５０  中心極セクション
２５２  第１の軸方向巻線
２５４  第２の軸方向巻線
２５６  第１の軸方向磁極
２５８  第２の軸方向磁極
２６０  半径方向磁極
２６２  半径方向巻線
２７０  代替のステータ
２７２  環状ハブ
２９０  テールコーン
２９２  後端
３１０  ガスタービンエンジン
３１２  前方ファン段
３１４  後方ファン段
３１５  ブースタ段の第１のセット
３１７  二重反転可能ブースタブレード
３１９  ブースタ段の第２のセット
３３８  第１のブースタ段
３４０  第３のブースタ段
３４８  第１のブースタブレード列
３５０  第３のブースタブレード列
３６２  第２のブースタ段
３６４  第４のブースタ段
３６５  回転可能ブースタブレード
３６６  第２のブースタブレード列
３６８  第４のブースタブレード列
４３０  外側低圧シャフト
４３２  内側低圧シャフト
４３６  第２の低圧タービンブレード列
４３８  第１の低圧タービンブレード列
４４０  第１のタービンセクション
４４２  第２のタービンセクション
４４６  内側ドラムロータ
４４８  外側ドラムロータ
４６０  低圧第１のタービンブレード
４６２  低圧第２のタービンブレード
【図１】
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【図２】
0005634770.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005634770.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005634770.tif 000008
【図８】
0005634770.tif 000009
【図９】
0005634770.tif 000010
【図１０】
0005634770.tif 000011
【図１１】
0005634770.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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