(57)【要約】      （修正有）【課題】２つ以上の発電機の間の電力を、共有のバスの上の単一の負荷に割り当てるための回路および方法を提供する。【解決手段】２つ以上の発電機４８，５０の間の電力を、共有のバス８０の上の単一の負荷８２に割り当てるための回路および方法は、それぞれの発電機のための分配調整器６０，６２およびフィードバックループを含む。デジタル分配命令入力、および、フィードバックループの電流が、分配調整器に、発電機出力部における発電機の電力を変化させることとなり、それによって、分配命令にしたがって、共有のバスの上の負荷を割り当て、出力部における電力の割り当てを確認する。【選択図】図２
2014131469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの発電機の間の電力を、共有のＤＣバスの上の単一の負荷に割り当てるための回路であって、前記回路が、
互いに電気的に並列な第１の発電機および第２の発電機と、
前記第１の発電機に連続的に接続されている第１の分配調整器、および、前記第２の発電機に連続的に接続されている第２の分配調整器と、
第１の発電機出力部と前記ＤＣバスとの間に連続的に接続されている第１のフィルター、および、第２の発電機出力部と前記ＤＣバスとの間に連続的に接続されている第２のフィルターと、
前記第１および第２の分配調整器のそれぞれに対するデジタル入力部と、
前記第１のフィルターの出力部と、前記第１の分配調整器の入力部との間の第１の電流フィードバックループと、
前記第２のフィルターの出力部と、前記第２の分配調整器の入力部との間の第２の電流フィードバックループと
を含み、
前記デジタル入力部における分配命令、および、前記第１および第２の電流フィードバックループの電流が、前記第１および第２の分配調整器に、前記第１および第２の発電機出力部における前記第１および第２の発電機の前記電力を変化させることとなり、それによって、前記分配命令にしたがって、前記ＤＣバスの上の前記負荷を割り当てる、回路。
【請求項２】
前記分配調整器のそれぞれが、最大基準電圧および最小基準電圧を有する、請求項１記載の回路。
【請求項３】
前記フィルターのそれぞれが、寄生抵抗を有するインダクターを含む、請求項２記載の回路。
【請求項４】
前記第１および第２の分配調整器の最大および最小基準電圧のそれぞれが、それぞれの前記寄生抵抗に基づいて決定される、請求項３記載の回路。
【請求項５】
前記第１および第２のフィルターのうちの少なくとも１つが、ＣＬＣフィルターである、請求項１記載の回路。
【請求項６】
それぞれの発電機が、制御装置を含む、請求項１記載の回路。
【請求項７】
前記第１および第２の分配調整器のそれぞれが、それぞれの前記発電機に基準電圧を送信することによって、それぞれの前記発電機を作動させる、請求項６記載の回路。
【請求項８】
前記第１および第２の発電機のそれぞれの前記作動が、それぞれの基準電圧に応答するそれぞれの前記制御装置を含む、請求項７記載の回路。
【請求項９】
それぞれの発電機が、タービンエンジンの中のスプールに機械的に接続されている、請求項１記載の回路。
【請求項１０】
前記第１および第２の発電機のうちの少なくとも１つが、タービンエンジンの中の高圧スプールに機械的に接続されている、請求項９記載の回路。
【請求項１１】
前記第１および第２の発電機のうちの少なくとも１つが、タービンエンジンの中の低圧スプールに機械的に接続されている、請求項９記載の回路。
【請求項１２】
前記デジタル入力部の前記値の総計が、全負荷を表す、請求項１記載の回路。
【請求項１３】
少なくとも２つの発電機の間の電力を、共有のＤＣバスの上の単一の負荷に割り当てるための方法であって、前記方法が、
前記少なくとも２つの発電機のうちのそれぞれのために、分配調整器および電流フィードバックループを提供するステップと、
それぞれの分配調整器に対してデジタル入力を発生させるステップであって、前記デジタル入力が、前記少なくとも２つの発電機の間の選択された割り当てを表す、ステップと、
それぞれの分配調整器から、前記少なくとも２つの発電機のうちのそれぞれ１つへ、基準電圧信号を送信し、それぞれの発電機の前記出力部における前記電力を変化させるステップと、
それぞれの前記電流フィードバックループの中で、電流によって、前記出力部における電力の前記割り当てを確認するステップと
を含む、方法。
【請求項１４】
基準電圧を提供することが、それぞれの分配調整器に対して、最大および最小基準電圧を確立するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記方法が、前記出力部における調整電圧の点を、それぞれの発電機に送信するステップをさらに含み、調整電圧の前記点が、前記出力部の任意のフィルタリングの前に測定される、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記最大および最小基準電圧を確立することが、前記フィルターの前記電気的特性に基づく、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記デジタル入力の前記値の総計が、全負荷を表す、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発電機の間の電力を割り当てるための回路および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジン、とりわけ、燃焼タービンエンジンとしても知られているガスタービンエンジンは、エンジンを通って多数のタービンブレードの上を通過する燃焼ガスの流れからエネルギーを抽出する回転エンジンである。ガスタービンエンジンは、陸用および船舶用の移動力および発電のために使用されてきたが、また、ヘリコプターを含む飛行機などのような航空用の用途にも多く使用されている。飛行機において、ガスタービンエンジンが、航空機の推進のために使用されている。
【０００３】
ガスタービンエンジンは、２つ以上のスプールを有することが可能であり、２つ以上のスプールは、全体的な推進システムの推力のかなりの部分を提供する低圧（ＬＰ）スプールと、１つまたは複数の圧縮機を駆動し、かつ、排気生成物を後部方向に方向付けることによって追加的な推力を生成する高圧（ＨＰ）スプールとを含む。
【０００４】
また、ガスタービンエンジンは、通常、発電機、始動機／発電機、永久磁石交流発電機（ＰＭＡ）、燃料ポンプ、および液圧式ポンプ（例えば、推進以外の機能のための機器）などのような、多数の異なる補機に動力を供給する。例えば、現代の航空機は、航空電子機器、モーター、および、他の電気機器のための電力を必要とする。ガスタービンエンジンに連結されている発電機は、エンジンの機械的動力を、補機に動力を供給するのに必要とされる電気エネルギーに変換する。一方の発電機が、タービンエンジンのＬＰスプールに接続され、もう一方の発電機が、タービンエンジンのＨＰスプールに接続されており、両方の発電機の出力が、同じバスに行く場合には、発電機同士の間の電力を割り当てることが有利である可能性がある。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の１つの態様は、少なくとも２つの直流電流（ＤＣ）発電機の間の電力を、共有のＤＣバスの上の単一の負荷に割り当てるための回路に関する。回路は、互いに並列な第１の発電機および第２の発電機と、第１の発電機に連続的に接続されている第１の分配調整器、および、第２の発電機に連続的に接続されている第２の分配調整器とを含む。第１のフィルターが、第１の発電機出力部とＤＣバスとの間に連続的に接続されており、第２のフィルターが、第２の発電機出力部とＤＣバスとの間に連続的に接続されている。デジタル入力部が、第１および第２の分配調整器のそれぞれに提供される。第１の電流フィードバックループが、第１のフィルターの出力部と、第１の分配調整器の入力部との間に配設されており、第２の電流フィードバックループが、第２のフィルターの出力部と、第２の分配調整器の入力部との間に配設されている。したがって、デジタル入力部における分配命令、および、第１および第２の電流フィードバックループの電流が、第１および第２の分配調整器に、第１および第２の発電機出力部における第１および第２の発電機の電力を変化させることとなり、それによって、分配命令にしたがって、ＤＣバスの上の負荷を割り当てる。
【０００６】
本発明の他の態様は、少なくとも２つのＤＣ発電機の間の電力を、共有のＤＣバスの上の単一の負荷に割り当てるための方法に関する。方法は、少なくとも２つのＤＣ発電機のうちのそれぞれのために、分配調整器および電流フィードバックループを提供するステップと、それぞれの分配調整器に対してデジタル入力を発生させるステップであって、デジタル入力が、少なくとも２つのＤＣ発電機の間の選択された割り当てを表す、ステップと、それぞれの分配調整器から、少なくとも２つのＤＣ発電機のうちのそれぞれ１つへ、基準電圧信号を送信し、それぞれの発電機の出力部における電力を変化させるステップと、それぞれの電流フィードバックループの中で、電流によって、出力部における電力の割り当てを確認するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】航空機のためのガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】図１のガスタービンエンジンの電力システム構成の概略ブロック図であり、システム構成が、本発明の第１の実施形態による、２つの発電機の間の電力を割り当てるための回路を有することを示す図である。
【図３】図２の２つの発電機の間の電力を割り当てるための回路を有する発電機の電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
説明されている本発明の実施形態は、好ましくは、航空機エンジンなどのようなタービンエンジンから機械的動力を抽出する、２つ以上の発電機の間の電力を割り当てることに関し、より詳細には、電力の割り当ての制御を可能にする電気回路に関する。しかし、本発明は、そのように限定されるものではなく、他の可動式の用途、ならびに、非可動式の産業用、商業用、および住宅用の用途などのような、航空機でないタービンの用途の中の電力システム構成に一般的に適用されるということが理解されることとなる。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態が有利であることを証明することとなる環境の例として、航空機のためのガスタービンエンジン１０の概略断面図である。エンジン１０は、下流へ連続する流れの関係において、ファン１４を含むファンセクション１２と、ブースターまたは低圧（ＬＰ）圧縮機１６と、高圧（ＨＰ）圧縮機１８と、燃焼セクション２０と、ＨＰタービン２２と、ＬＰタービン２４とを含む。ＨＰシャフトまたはスプール２６が、ＨＰタービン２２をＨＰ圧縮機１８に駆動接続しており、ＬＰシャフトまたはスプール２８が、ＬＰタービン２４をＬＰ圧縮機１６およびファン１４に駆動接続している。ＨＰタービン２２は、ＨＰタービンローター３０を含み、ＨＰタービンローター３０は、ローター３０の周囲部に取り付けられたタービンブレード３２を有する。ブレード３２が、ブレードプラットフォーム３４から半径方向外側のブレード先端部３６へ、半径方向外向きに延在している。
【００１０】
図２は、本発明の一実施形態による電力システム構成４０の概略ブロック図である。システム構成４０は、複数の発電システムを含んでおり、本明細書では、複数の発電システムは、並列に配置されている少なくとも第１の発電システム４２および第２の発電システム４４を含むものとして示されており、共通出力のＤＣ電気バス８０を共有するように構成されている。第１および第２の発電システム４２、４４は、実質的に同一であることが可能である。しかし、類似しない（ｄｉｓｌｉｋｅ）発電システムも、想定される。発電システム４２、４４のそれぞれは、航空機の電気的仕様の中で三相交流（ＡＣ）電力を生成するように構成されている。例えば、現在の実施形態は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−５４４Ｆ規格の下で作動し、２５４ＶのＤＣシステムに関する直流電流（ＤＣ）の正常運転特性が、航空機の電気利用機器の入力端子において提供されるように、２５０．０Ｖから２６８．０Ｖの間で作動することを要求している。
【００１１】
システム構成は、発電システム４２、４４のそれぞれにデジタル信号を提供するように構成された車両管理システム（ＶＭＳ）４６をさらに含む。ＶＭＳ４６は、発電システム４２、４４から離れて示されており、理想的には、他の航空機の電子部品とともに位置付けられている。しかし、ＶＭＳ４６の代替的な設置が、設計検討されることが可能であり、ガスタービンエンジン１０の中に、発電システム４２、４４の中に、または、任意の他の適切な場所に含まれることが可能である。
【００１２】
第１の発電システム４２は、図１に示されているガスタービンエンジン１０のＨＰスプール２６に接続されている。同様に、第２の発電システム４４は、ガスタービンエンジン１０のＬＰスプール２８に接続されている。本明細書で示されている第１の発電システム４２は、発電のための駆動力として、ＨＰスプール２６によって提供される機械的動力を使用する。第１の発電システム４２は、ＨＰスプール２６に連結されるように示されており、第２の発電システム４４は、ＬＰスプール２８に連結されるように示されているが、任意の発電機／スプールの組み合わせが、同様に機能することが可能であり、例えば、第１の発電システム４２が、ＬＰスプール２８に連結されることが可能であるということなどが想定される。そのうえ、システム構成４０は、ＨＰおよびＬＰスプール２６、２８に加えて中圧スプールを有する３−スプール／３−発電機エンジンなどのような、２つより多い発電機、または、２つより多いスプールを有するエンジンの上で実行されることも可能である。そのうえ、発電機システム４２、４４は、同じエンジン１０の中に存在する必要はない。例えば、３つの発電システムは、それらが共通出力電力バスを共有するようにそれぞれ構成されている限り、２つの異なるエンジン１０の中のＨＰまたはＬＰスプール２６、２８に連結されることが可能である。
【００１３】
第１の発電システム４２は、従来の交流発電機または誘導発電機などのようなＡＣ発電セクション５２を有する第１の発電機４８を含む。図示されているように、ＨＰスプール２６が、ＨＰ駆動アッセンブリによって第１の発電機４８に作動可能に連結されることが可能であり、ＨＰ駆動アッセンブリは、必要に応じて、ＨＰスプール２６に機械的に連結された入力部と、ＡＣ発電セクション５２に機械的に連結された出力部とを有している。ＨＰ駆動アッセンブリの一実施形態は、補機ギアボックス５６である。補機ギアボックス５６の中で、動力は、他のエンジン補機にも伝達されることが可能である。
【００１４】
第１の発電機４８は、連続的に接続されている第１の分配調整器６０をさらに含み、第１の分配調整器６０は、ＶＭＳ４６に連結された電気入力部と、ＡＣ発電セクション５２および第１の整流器デバイス７２の両方に連結された電気出力部とを有している。図示されている実施形態は、第１の発電機４８の中に第１の分配調整器６０を位置決めすることを示しているが、代替的な位置決めが、想定される。
【００１５】
第１の発電機４８のＡＣ発電セクション５２は、ＨＰスプール２６によって供給された機械的動力を電力に変換し、可変周波数電力出力を生成し、電力出力は、三相出力ＡＣケーブル６４を有するように図示されている。第１の発電機４８からのＡＣケーブル６４は、ＡＣ電力出力をＤＣ電力出力６８に変換するために、第１の整流器デバイス７２に電気的に接続されている。この実施形態では、第１の整流器デバイス７２は、能動型整流器であり、ＡＣ側とＤＣ側との間の電力の流れは、双方向的である。第１の整流器デバイス７２が受動型整流器である代替的な実施形態が想定され、そこでは、電力の流れは、ＡＣからＤＣへ一方向的である。
【００１６】
第２の発電システム４４は、ＡＣ発電セクション５４を有する第２の発電機５０を含む。図示されているように、ＬＰスプール２８が、ＬＰ駆動アッセンブリによって第２の発電機５０に作動可能に連結されることが可能であり、ＬＰ駆動アッセンブリは、必要に応じて、ＬＰスプール２８に機械的に連結された入力部と、ＡＣ発電セクション５４に機械的に連結された出力部とを有している。ＬＰ駆動アッセンブリの一実施形態は、補機ギアボックス５８である。補機ギアボックス５８の中で、動力は、他のエンジン補機にも伝達されることが可能である。
【００１７】
第２の発電機５０は、連続的に接続されている第２の分配調整器６２をさらに含み、第２の分配調整器６２は、ＶＭＳ４６に連結された電気入力部と、ＡＣ発電セクション５４および第２の整流器デバイス７４の両方に連結された電気出力部とを有している。図示されている実施形態は、第２の発電機５０の中に第２の分配調整器６２を位置決めすることを示しているが、代替的な位置決めが、想定される。
【００１８】
第２の発電機５０のＡＣ発電セクション５４は、ＬＰスプール２８によって供給された機械的動力を電力に変換し、可変周波数電力出力を生成し、電力出力は、三相出力ＡＣケーブル６６を有するように図示されている。第２の発電機５０からのＡＣケーブル６６は、ＡＣ電力出力をＤＣ電力出力７０に変換するために、第２の整流器デバイス７４に電気的に接続されている。この実施形態では、第２の整流器デバイス７４は、能動型整流器であり、ＡＣ側とＤＣ側との間の電力の流れは、双方向的である。第２の整流器デバイス７４が受動型整流器である代替的な実施形態が想定され、そこでは、電力の流れは、ＡＣからＤＣへ一方向的である。
【００１９】
第１の発電機４８からのＤＣ電力出力６８は、共通ＤＣ電気バス８０に供給される前に、電圧高調波を均一化させるために、連続的に接続されている第１のフィルター７６に供給される。同様に、第２の発電機５０からのＤＣ電力出力７０は、共通ＤＣ電気バス８０に供給される前に、電圧高調波を均一化させるために、連続的に接続されている第２のフィルター７８に供給される。共通ＤＣ電気バス８０は、ＤＣ電源を必要とする航空機の電気負荷８２にＤＣ電力を供給するように構成されている。
【００２０】
運転中に、ガスタービンエンジン１０が稼働している状態では、ＨＰタービン２２が、ＨＰスプール２６を回転させ、ＬＰタービン２４が、ＬＰスプールを回転させる。補機ギアボックス５６が、回転しているＨＰスプール２６によって駆動させられ、ＨＰスプール２６から第１の発電機４８へ機械的動力を伝送する。第１の発電機４８が、ＨＰスプール２６によって供給された機械的動力を電力に変換し、第１の分配調整器６０の信号に応答して、ＤＣ電力出力６８を生成させる。補機ギアボックス５８が、回転しているＬＰスプール２８によって駆動させられ、ＬＰスプール２８から第２の発電機５０へ機械的動力を伝送する。第２の発電機５０が、ＬＰスプール２８によって供給された機械的動力を電力に変換し、第２の分配調整器６２に応答して、ＤＣ電力出力７０を生成させる。電力出力６８、７０は、それぞれ、共通ＤＣ電気バス８０へ提供される。
【００２１】
それぞれ発電機４８、５０の可変周波数電力出力は、本発明の実施形態によれば、そのそれぞれの分配調整器６０、６２に応答して、選択されることが可能である。電力を引き出す電気負荷８２のタイプに応じて、システム構成４０によって抽出されたＤＣ電力は、負荷８２によって使用される前に、さらなる処理を受けることが可能である。
【００２２】
図３は、発電機４８、５０の間で電力を割り当てるための図２のシステム構成４０の制御回路図８３である。ＶＭＳ４６は、第１および第２の分配命令８４、８６を発生させ、第１および第２の分配命令８４、８６は、それぞれ、第１の分配調整器６０および第２の分配調整器６２に伝送される。第１および第２の分配命令８４、８６は、それぞれ、第１および第２の発電機４８、５０のそれぞれによって供給されることとなる所望の電力比率の割り当てを表すデジタル信号である。分配命令８４、８６の総計は、システム構成４０のための所望の全電力負荷を表す。したがって、分配命令８４、８６は、０と１との間の任意の値（０および１を含む）であり、それぞれの発電機によって扱われる負荷の合計負荷に対する比率を表すことが可能であり、分配命令８４、８６の総計は、１．０に等しくなるようになっている。代替的な分配命令値および範囲が、想定される。その電力が割り当てされることとなる２つより多い発電機が存在する場合には、それぞれの分配命令は、分配命令の総計が１に等しくなる限り、１の何分の１であることが可能である。
【００２３】
第１の発電システム４２の第１のフィルター７６は、さらに、ＣＬＣフィルターとして図示されており、典型的に、第１の発電機４８によって生成される固有のスイッチング高調波の伝送が、電気負荷８２に到達することを防止するために使用される。同様に、第２の発電システム４４の第２のフィルター７８は、ＣＬＣフィルターとして図示されており、典型的に、第２の発電機５０によって生成される固有のスイッチング高調波の伝送が、電気負荷８２に到達することを防止するために使用される。フィルター７６、７８のそれぞれが、固有の寄生抵抗ＲL1、ＲL2を有する。フィルター７６、７８のための典型的なインダクタンスの非限定的な例は、１０μＨである。ＲL1およびＲL2のための典型的な寄生抵抗の非限定的な例は、１０ミリオームである。フィルター７６、７８のための典型的な静電容量の非限定的な例は、１００μＦである。
【００２４】
第１の発電システム４２は、第１の電圧基準８８と、第１の調整電圧とをさらに含み、第１の電圧基準８８は、第１の分配調整器６０から第１の発電機４８へ伝送され、第１の調整電圧は、第１の発電機電力出力６８において測定され、第１の発電機４８に伝送される。
【００２５】
第２の発電システム４４は、第２の電圧基準９０と、第２の調整電圧とをさらに含み、第２の電圧基準９０は、第２の分配調整器６２から第２の発電機５０へ伝送され、第２の調整電圧は、第２の発電機電力出力７０において測定され、第２の発電機５０に伝送される。
【００２６】
それぞれの発電機４８、５０は、さらに、供給された電圧基準８８、９０に応答して、ＤＣ電力出力６８、７０において、適合するＤＣ出力電圧を発生させることによって、作動するように構成されている。例えば、第１の発電機４８に伝送される２７１ＶＤＣの第１の電圧基準８８によって、発電機が、整流されたＤＣ電力を、２７１ＶＤＣ（第１のＤＣ電力出力６８において測定された場合）で生成させられる。それぞれの発電機４８、５０は、発電機励磁の手段として電圧基準８８、９０を提供することを含む、複数の手段によって、または、追加的に、電圧基準８８、９０に応答して、それぞれの整流器デバイス７２、７４において、能動型整流を提供することによって、ＤＣ出力電圧を制御することが可能である。電圧基準８８、９０に応答して、それぞれの発電機の電力出力を変化させる代替的な手段が、想定される。そのうえ、それぞれの発電機は、それぞれの電圧基準８８、９０をそれぞれの調整電圧と比較するための制御装置（図示せず）を含むことが可能である。この例では、それぞれの発電機４８、５０の中に存在するそれぞれの発電機制御装置が、調整電圧をそれぞれの電圧基準８８、９０に適合させるように、それぞれの発電機を駆動させることが可能である。
【００２７】
第１の分配調整器６０は、第１の最大基準電圧９６および第１の最小基準電圧９８への電気的連結をさらに含む。第１の最大および最小基準電圧９６、９８は、第１の電圧基準８８の限界を画定する。第１の最大および最小基準電圧９６、９８は、寄生抵抗ＲL1、および、システム構成４０の所望の運転特性にしたがって決定され、以下に、より詳細に説明されることとなる。第１の最大および最小基準電圧９６、９８が決定されると、それらは、それらの特定の電気システム特性に対して、静的であり続ける。
【００２８】
第２の分配調整器６２は、第２の最大基準電圧１００および第２の最小基準電圧１０２への電気的連結をさらに含む。第２の最大および最小基準電圧１００、１０２は、第２の電圧基準９０の限界を画定する。第２の最大および最小基準電圧１００、１０２は、寄生抵抗ＲL2、および、システム構成４０の所望の運転特性にしたがって決定され、以下に、より詳細に説明されることとなる。第１の最大および最小基準電圧１００、１０２が決定されると、それらは、それらの特定の電気システム特性に対して、静的であり続ける。
【００２９】
システム構成４０は、それぞれの発電機４８、５０によって提供される電流の比率を測定し、それぞれの分配調整器６０、６２にその比率を提供するために、電流フィードバックループ（分配比率計算ブロック１０４として図示されている）をさらに含む。図示されているように、第１の電流測定部１０６が、第１のフィルター７６の出力部に位置付けられており、第２の電流測定部１０８が、第２のフィルター７８の出力部に位置付けられている。分配比率計算ブロック１０４が、電流測定部１０６、１０８のそれぞれを加え、以下の等式を使用して、それぞれの発電機４８、５０によって提供される合計電流の比率を計算する。
【００３０】
【数１】
2014131469.tif 000003
および
【００３１】
【数２】
2014131469.tif 000004
、ここで、Ｒａｔｉｏ1およびＲａｔｉｏ2は、第１および第２の発電機４８、５０に関するそれぞれ第１および第２の電流比率フィードバックループ値であり、Ｉ1およびＩ2は、それぞれ第１および第２の電流測定部１０６、１０８において測定された電流値である。
【００３２】
最大基準電圧９６、１００および最小基準電圧９８、１０２は、寄生抵抗ＲL1、ＲL2、および、システム構成４０の所望の運転特性にしたがって決定される。最大および最小基準電圧９６、９８、１００、１０２は、電気負荷８０の予期される電流の引き出しに基づくことが好ましい。例えば、本発明の一実施形態では、電気負荷８０は、２００Ａを必要とする。また、この場合では、第１および第２の発電システム４２、４４は、同様のものであり、（ＭＩＬ−ＳＴＤ−７０４の航空機電力特性要件の通りに）共通ＤＣ電気バス８０において２７０ＶＤＣを生成することが予期される。同様に、両方の寄生抵抗は、同様のものであり、それぞれ、１０ミリオームで測定される。
【００３３】
この例では、第１の最大基準電圧および第１の最小基準電圧９６、９８は、第１の分配命令８４によって決定されるように、必要とされる最大および最小電力生成の範囲によって限定されている。第１の分配命令８４が、第１の発電システム４２に、２００Ａの１００％を生成することを要求するとき、結果的に、第１の寄生抵抗器ＲL1を通して、２Ｖの降下が存在することとなる（電圧降下＝電流＊抵抗、ＶRL1＝２００Ａ＊０．０１０オーム＝２Ｖ）。この第１の寄生抵抗器の電圧降下を、共通ＤＣ電気バス８０において予期される２７０Ｖに加えると、第１の最大基準電圧９６は、このシステムの例では、２７２Ｖになる。同様に、同様の電気的特性が、第２の発電システム４４において、同じ第２の最大基準電圧１００を導くこととなる。
【００３４】
同様に、第１の最小限（ｍｉｎｉｍａｌ）基準電圧９８は、第１の発電システムの電気的特性にしたがって、必要とされる最小電力生成を使用して、決定される。第１の分配命令８４が、第１の発電システム４２に、２００Ａの０％を供給することを要求するとき、結果的に、第１の寄生抵抗器ＲL1を通して、０Ｖの降下が存在することとなる（電圧降下＝電流＊抵抗、ＶRL1＝０Ａ＊０．０１０オーム＝０Ｖ）。この第１の寄生抵抗器の電圧降下を、共通ＤＣ電気バス８０において予期される２７０Ｖに加えると、第１の最小基準電圧９８は、このシステムの例では、２７０Ｖになる。同様に、同様の電気的特性が、第２の発電システム４４において、同じ第２の最小基準電圧１０２を導くこととなる。
【００３５】
結果として生じる２７２Ｖおよび２７０Ｖの最大および最小基準電圧９６、９８、１００、１０２は、十分に、ＭＩＬ−ＳＴＤ−７０４仕様のＤＣ正常運転特性要件の中にある。
【００３６】
本発明のこの実施形態の電気的運転が、さらに詳細に説明されることとなる。ガスタービンエンジン１０の運転中に、ＶＭＳ４６が、第１の分配命令８４および第２の分配命令８６の信号を発生させ、第１の分配命令８４および第２の分配命令８６の信号は、それぞれの第１および第２の供給調整器６０、６２に伝送され、それぞれの２つの発電機４８、５０の間の所望の電力割り当てに基づいている。所望の電力割り当ては、手動入力、ソフトウェアアルゴリズム、ガスタービンエンジン１０の予期される運転特性などによって、決定されることが可能である。
【００３７】
それぞれの供給調整器６０、６２は、それぞれの分配命令８４、８６を受け取り、電圧基準８８、９０を決定し、それぞれの発電機４８、５０に伝送し、そして、発電機４８、５０は、そのそれぞれのＤＣ電力出力を変化させる。それぞれの発電機４８、５０に伝送するためのそれぞれの電圧基準８８、９０の決定は、それぞれの分配調整器６０、６２によって、運転中に計算されることが可能であり、または、代替的に、それは、ルックアップテーブルなどのような既知のデータから参照されることが可能である。
【００３８】
それぞれの発電システム４２、４４は、分配比率計算ブロック１０４の中で所望の分配割り当てを確認することによって、さらに作動する。分配比率計算ブロック１０４は、電流測定部１０６、１０８を読み、それぞれの発電機４８、５０によって提供される電流比率を決定する。次いで、分配比率計算ブロック１０４は、それぞれの電流比率フィードバック値１１０、１１２を、それぞれの分配調整器６０、６２に伝送し、それぞれの発電機電力出力の実際の割り当てが、（それぞれの分配命令８４、８６によって信号で伝えられたような）それぞれの発電機電力出力の所望の割り当てに整合していることを確認する。例えば、第１の発電機４８が０．６または６０％という電流比率フィードバック値１１０を供給していることを、分配比率計算ブロック１０４が決定する場合には、０．６（供給される共通ＤＣ電気バス８０の電流の６０％という所望の第１の発電機電力割り当てを表している）という第１の分配命令８４のデジタル信号が、確認される。電流比率フィードバック値１１０、１１２は、必ずしも、分配命令８４、８６信号と同じ値を表さない可能性があるということが留意されるべきである。
【００３９】
電流比率フィードバック値１１０、１１２が、それぞれの発電システム４２、４４の所望の電力割り当てを確認していない過渡的瞬間の間に、それぞれの分配調整器６０、６２が、それぞれの発電機の電力出力を修正するために、電圧を上昇または低下させることによって、電圧基準８８、９０をさらに変化させることが可能である。
【００４０】
本発明の一実施形態では、上述の同じ電気的特性および要件を使用して、所望の電力割り当ての６０％または０．６という第１の分配命令８４が、第１の分配調整器６０に伝送され、所望の電力割り当ての４０％または０．４という第２の分配命令８６が、第２の分配調整器６２に伝送される。それぞれの分配調整器は、以下のように要求されるそれぞれの電圧基準８８、９０を計算する。
【００４１】
第１の発電機によって供給される電流：２００Ａの６０％＝１２０Ａ
第２の発電機によって供給される電流：２００Ａの４０％＝８０Ａ
要求される基準電圧：共通ＤＣ電気バス電圧＋寄生抵抗を通して予期される電圧降下
第１の基準電圧：２７０Ｖ＋（１２０Ａ＊０．０１オーム）＝２７１．２Ｖ
第２の基準電圧：２７０Ｖ＋（８０Ａ＊０．０１オーム）＝２７０．８Ｖ
それぞれの発電機４８、５０は、ＤＣ電力出力６８、７０において、それぞれ、２７１．２Ｖおよび２７０．８Ｖを生成させることによって、それぞれの電圧基準８８、９０に応答する。
【００４２】
この例では、電流フィードバックループは、第１の電流測定部１０６において１２０Ａを測定し、第２の電流測定部１０８において８０Ａを測定することとなる。第１の電流比率フィードバック値１１０は、０．６になるように計算されることとなり、第２の電流比率フィードバック値１１２は、０．４になるように計算されることとなる。これらのそれぞれの電流比率フィードバック値１１０、１１２は、分配命令８４、８６の所望の電力割り当てを確認することとなる。
【００４３】
上記の図に示されているものに加えて、多くの他の可能な実施形態および構成が、本開示によって考えられる。例えば、本発明の別の実施形態では、手動入力、ソフトウェアアルゴリズム、ガスタービンエンジン１０の予期される運転特性などによって決定されるような所望の電力割り当ては、第１の分配命令８４だけを表すことが可能である。この実施形態では、第２の分配命令８６は、残りの電力割り当てになるように、ＶＭＳ４６によって計算されることが可能であり、合計電力割り当ての総計が１００％に等しくなるようになっている。
【００４４】
２つより多い発電システムが所望の電力割り当てのために並列に使用されている、本発明のさらなる他の実施形態では、分配命令が、手動入力、ソフトウェアアルゴリズム、ガスタービンエンジン１０の予期される運転特性などによって、少なくとも、並列の発電システムから１を引いた合計数に対して決定され、ＶＭＳ４６が残りの電力割り当てを計算しなければならず、合計電力割り当ての総計が１００％に等しくなるようになっている。
【００４５】
本発明のさらなる実施形態では、発電システム４２、４４は、ＡＣ電力出力を整流する必要がないＤＣ発電機であることが可能である。
【００４６】
本明細書で開示されている実施形態は、タービンエンジン発電機同士の間の電力を割り当てるための回路を提供する。上記の実施形態で実現されることが可能な１つの利点は、上述の実施形態が、従来のタイプタービン発電システムに対して優位な重量およびサイズの利点を有するということである。並列に構成されている発電機同士の間の提案された割り当てによって、単一のより大型の発電機、または、より大型の機械駆動力を必要とすることなく、高い電力出力が、実現されることが可能である。
【００４７】
説明されているシステムおよび方法のいくつかの実施形態の実施に際して実現されることが可能な他の利点は、ＤＣ電力が、ガスタービンエンジン１０の両方のスプール２６、２８から抽出されることが可能であるということである。また、ガスタービンエンジン１０の運転効率は、ＨＰおよびＬＰスプール２６、２８から引き出される電力を切れ目なく制御することによって、向上する。
【００４８】
説明されているシステムおよび方法のいくつかの実施形態の実施に際して実現されることが可能な他の利点は、ＤＣ電力がガスタービンエンジン１０のＬＰスプール２８およびＨＰスプール２６から抽出されることが可能であるので、（１つまたは複数の）システム構成が、余剰なＤＣ発電のレベルを提供することが可能であるということである。両方のスプール２６、２８から電力を引き出すことは、ＤＣ電力に関する余剰性の向上を提供し、スプール２６、２８または発電機４２、４４のうちの１つが故障した場合には、ＤＣ電力が、依然として、残りの運転可能なスプール２６、２８および発電機４２、４４から抽出されることが可能であるようになっているということである。
【００４９】
説明されているシステムおよび方法のいくつかの実施形態の実施に際して実現されることが可能なさらなる他の利点は、ＨＰおよびＬＰスプール２６、２８の間でＤＣ負荷を分配することによって、航空機の下降モードの間に典型的に遭遇するエンジンストール問題を回避するということである。ＬＰスプールおよびＨＰスプールから電力を引き出すことが可能であるということによって、航空機が、下降中に、ストールのリスクなしに、低い毎分回転数で稼働し、それによって、航空機の燃料効率を維持することが可能になる。
【００５０】
この書面による説明は、本発明を開示するために、また、任意の当業者が本発明を実施（任意のデバイスまたはシステムを製造および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含む）することができるように、例（最良の形態を含む）を使用している。本発明の特許の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が考え付く他の例を含むことが可能である。そのような他の例が、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含んでいる場合には、または、特許請求の範囲の文言とわずかに異なる、均等な構造的要素を含んでいる場合には、そのような他の例は、特許請求の範囲内に含まれるということが意図されている。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ガスタービンエンジン
１２  ファンセクション
１４  ファン
１６  ＬＰ圧縮機
１８  ＨＰ圧縮機
２０  燃焼セクション
２２  ＨＰタービン
２４  ＬＰタービン
２６  ＨＰスプール
２８  ＬＰスプール
３０  ＨＰＴローター
３２  ブレード
３４  ブレードプラットフォーム
３６  ブレード先端部
４０  電力システム構成
４２  第１の発電システム
４４  第２の発電システム
４６  車両管理システム（ＶＭＳ）
４８  第１の発電機
５０  第２の発電機
５２  ＡＣ発電セクション
５４  ＡＣ発電セクション
５６  補機ギアボックス
５８  補機ギアボックス
６０  第１の分配調整器
６２  第２の分配調整器
６４  ＡＣケーブル
６６  ＡＣケーブル
６８  ＤＣ電力出力
７０  ＤＣ電力出力
７２  第１の整流器デバイス
７４  第２の整流器デバイス
７６  第１のフィルター
７８  第２のフィルター
８０  共通ＤＣ電気バス
８２  電気負荷
８３  制御回路図
８４  第１の分配命令
８６  第２の分配命令
８８  第１の電圧基準
９０  第２の電圧基準
９６  第１の最大基準電圧
９８  第１の最小基準電圧
１００  第２の最大基準電圧
１０２  第２の最小基準電圧
１０４  分配比率計算ブロック
１０６  第１の電流測定部
１０８  第２の電流測定部
１１０  第１の電流比率フィードバック値
１１２  第２の電流比率フィードバック値
【図１】
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【図２】
2014131469.tif 000006
【図３】
2014131469.tif 000007
【外国語明細書】
2014131469000001.pdf