(57)【要約】  本発明は、測定されるべきトルクを受けている伝導シャフト（１２）と、参照シャフト（１４）と、これら２つのシャフト間の、測定されるべきトルクを表す角変形を測定するためのデバイスとを備える、捻回トルクセンサに関する。このトルクセンサは、伝導シャフト（１２）が、伝導シャフトの入力（２８）と称される、伝導シャフト（１２）の一端から、反対端へ延びる穴（２４）を備えることと、このトルクセンサが、これら２つのシャフトの温度を閉じ込めるためのエンクロージャ（２２）と、前記穴（２４）、シャフトの前記入力（２８）における穴（２４）の中へ流体を注入するためのインジェクタ（３２）と、および、流体循環回路における流体温度センサ（３４）を備え、測定された温度が、トルク測定を補正するために意図されていることと、を特徴とする。
2019504317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定されるべきトルクを受けている、伝導シャフト（１２）と称される、第１のシャフトと、参照シャフトと称される第２のシャフト（１４）と、伝導シャフト（１２）と参照シャフト（１４）との間の角変形を測定するためのデバイスとを備え、前記角変形は、測定されるべきトルクを表す、捻回トルクセンサであって、
伝導シャフト（１２）が、内壁（２６）を形成しシャフトの入力（２８）と称される伝導シャフト（１２）の一端からシャフトの出力（３０）と称される反対端へ延びる穴（２４）を備え、捻回トルクセンサが、
第１および第２のシャフトの温度閉じ込めエンクロージャ（２２）と、
流体循環回路（３２）であって、
伝導シャフト（１２）の前記穴（２４）によって構成される部分と、
シャフトの前記入力（２８）における穴（２４）への流体インジェクタ（３２）と、
主温度センサ（３４）と称され、流体循環回路における流体の温度を測定するために適切な温度センサであって、測定された流体の温度は、トルク測定の補正のために意図されている、温度センサと、
を備える流体循環回路と、
を備える、ことを特徴とする、捻回トルクセンサ。
【請求項２】
伝導シャフト（１２）および参照シャフト（１４）が同軸であり、伝導シャフト（１２）は、参照シャフト（１４）の内側に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
伝導シャフト（１２）および参照シャフト（１４）が同軸であり、参照シャフト（１４）は、伝導シャフト（１２）の内側に配置され、流体が、伝導シャフト（１２）の内壁（２６）と、参照シャフト（１４）の外壁（３５）との間を循環することを特徴とする、請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
流体が、油であり、流体循環回路が、油圧回路であることを特徴とする、請求項１から３のうちいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
主温度センサ（３４）が、シャフトの入力（２８）における流体の温度を測定するために適切であることを特徴とする、請求項１から４のうちいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項６】
シャフトの出力（３０）における流体の温度を測定するために適切な補助温度センサ（３６）を備えることを特徴とする、請求項５に記載のトルクセンサ。
【請求項７】
穴（２４）が、遷移ゾーン（３１）によって接続される２つの穴サブセクション、すなわち、シャフトの入力（２８）と同じ側における第１のサブセクションと、シャフトの出力（３０）と同じ側における第２のサブセクションとを備え、第２のサブセクションは、第１のサブセクションの直径よりも小さな直径を有することを特徴とする、請求項１から６のうちいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項８】
第２のサブセクションが、第１のサブセクションに対して、および、穴（２４）に対して、オフセットされていることを特徴とする、請求項７に記載のトルクセンサ。
【請求項９】
回転シャフトを備えるタービンエンジンであって、回転シャフトのトルクを測定するために適切な、請求項１から８のうちのいずれかに従う捻回トルクセンサ（１０ａ、１０ｂ）を備えることを特徴とする、タービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサに関する。特に、本発明は、特に、航空機のタービンエンジンにおいて、回転要素のトルクを測定することを意図された捻回トルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
捻回トルクセンサは、トルクを測定するためのデバイスであって、その動作原理は、測定されるべきトルクを受けている、伝導シャフトと称される、第１のシャフトにおける捻れを測定し、伝導シャフトと、測定されるべきトルクを受けていない、参照シャフトと称される第２のシャフトとの間のこの捻れによる角変形を比較することである。この比較は、測定されるべきトルクを推定することを可能にする。
【０００３】
特に、角変形の測定は、ホニック車を形成する読取歯を各シャフトへ追加し、センサの正面における各歯の通過を、センサによって獲得することによって行われる。伝導シャフトにトルクが無いと、伝導シャフトにおける読取歯と、参照シャフトにおける読取歯とが、ある距離によって間隔を空けられる。伝導シャフトがトルクを受けている場合、結果として得られる捻れが、シャフトの変形と、参照シャフトにおける読取歯に対する、伝導シャフトにおける読取歯の移動とを引き起こす。この移動は、参照シャフトにおける歯と比較して、センサの正面において歯が通過するために要される時間の変化を引き起こし、そこから、シャフトが受けているトルクを推定することを可能にする。
【０００４】
そのようなトルクセンサが、たとえば、航空機のタービンエンジンにおけるように、高温変化が支配的な環境において使用される場合、伝導シャフトにおける捻れは、伝導シャフトの温度に依存して、測定されるべき同じトルクについて、異なり得る。したがって、測定される角変形が、同じように変動し、測定されるトルクは、トルクセンサが較正された温度に依存して、幾分大きな誤差を有する。
【０００５】
トルクセンサが受ける可変温度による測定誤差を阻止するために、幾つかの解決策が提案されている。
【０００６】
特に、提案されている１つの解決策は、ホニック車において、傾斜された読取歯を使用し、温度の影響を低減することを可能にすることである。しかしながら、読取歯の傾斜によってなされる補正は、一定であり、トルクに依存しない。したがって、この補正は、１つのトルク範囲のみのために最適化されており、この範囲外の誤差を招く。
【０００７】
別の解決策は、温度における変動を受けないように、トルクセンサを、閉じられた環境に配置することである。しかしながら、トルクセンサを閉じ込めることは、温度における変動を、低減するが、完全に除去する訳ではない。したがって、測定誤差は、補正されず、測定精度が悪影響を受ける。
【０００８】
ますます正確なトルク測定要件が、発明者に対して、これら問題に応じた斬新な解決策を追及させた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、既知の捻回トルクセンサの欠点のうちの少なくとも幾つかを解消することを目的とする。
【００１０】
特に、本発明は、本発明の少なくとも１つの実施形態において、トルクを高精度で測定することを可能にする、トルクセンサを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明はまた、少なくとも１つの実施形態において、トルク測定が温度変動によって影響されないトルクセンサを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明はまた、本発明の少なくとも１つの実施形態において、複数の航空機タービンエンジンへ容易に適応され得るトルクセンサ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】
【００１３】
この目的のために、本発明は、測定されるべきトルクを受けている、伝導シャフトと称される、第１のシャフトと、参照シャフトと称される第２のシャフトと、伝導シャフトと参照シャフトとの間の角変形を測定するためのデバイスとを備え、前記角変形は、測定されるべきトルクを表す、捻回トルクセンサであって、
伝導シャフトが、内壁を形成しシャフトの入力と称される伝導シャフトの一端からシャフトの出力と称される反対端へ延びる穴を備え、捻回トルクセンサが、
第１および第２のシャフトの温度閉じ込めエンクロージャと、
流体循環回路であって、
伝導シャフトの前記穴によって構成される部分と、
シャフトの前記入力における穴への流体インジェクタと、
主温度センサと称され、流体循環回路における流体の温度を測定するために適切な温度センサであって、測定された流体の温度は、トルク測定の補正のために意図されている、温度センサと、を備える流体循環回路と、
を備える、ことを特徴とする、捻回トルクセンサに関する。
【００１４】
したがって、本発明に従う捻回トルクセンサは、第１に、伝導シャフトの外部の温度の影響を顕著に低減することを可能にする閉じ込めによって、第２に、主温度センサによって測定されることによって知られた流体の温度を、伝導シャフトへ与えることを可能にする、伝導シャフトに形成された穴における流体の循環によって、伝導シャフトに温度を与えることを可能にする。したがって、伝導シャフトの温度は、流体の温度に非常に近く、知られているので、（伝導シャフトの捻れによって）測定された角変形におけるその影響を予測することと、シャフトのこの温度に従って、トルク測定に対する補正を行うこととが可能である。
【００１５】
温度センサによって流体の温度を測定することは、伝導シャフトの温度を測定するよりもより簡単である。
【００１６】
さらに、本発明に従うトルクセンサは、適合および較正手順を簡素化することを可能にし、ここでは、たとえば、トルクセンサがエンジンに搭載された場合、現実の動作状況におけるトルクの正しい測定を可能にする適合パラメータが決定される。これら適合パラメータは、たとえば、伝導シャフトの温度と、測定された角変形との間のリンクを形成し、そこからトルクを推定することを可能にする。先行技術では、この適合は、トルクセンサが搭載されるべきエンジンにおいて実行されねばならない。エンジンの実質的な改造の場合、トルクセンサの適合が、再度実行されねばならない。本発明では、閉じ込めと、流体によって与えられた温度とによって、適合パラメータは、トルクセンサが搭載されたエンジンと独立し、適合手順は、適合されるべき本発明に従うすべてのトルクセンサによって使用され得るテストエンジンにおいて、または、完全なエンジンを必要としない適切な適合ベンチにおいて実行され得るので、適合手順が簡素化される。
【００１７】
流体循環回路および温度センサは、トルク測定を補正するためのデバイスの一部を形成する。このトルク測定補正デバイスは、温度センサによって提供された温度測定から、トルク測定を補正することを可能にする計算器を備える。
【００１８】
トルクセンサはさらに、複数の温度センサを備え得る。しかしながら、閉じ込めによって、流体の温度はほとんど変動しないので、一般に、１つ温度センサのみ必要である。
【００１９】
有利なことに、そして、本発明の第１の変形に従って、伝導シャフトおよび参照シャフトは、同軸であり、伝導シャフトは、参照シャフトの内側に配置される。
【００２０】
本発明のこの態様に従って、トルクセンサに求められる空間要件が、大幅に低減される。伝導シャフトおよび参照シャフトによって形成されるアセンブリは、しばしば、トルクセンサシャフトと称される。
【００２１】
有利なことに、そして、本発明の第２の変形に従って、伝導シャフトおよび参照シャフトは、同軸であり、参照シャフトは、伝導シャフトの内側に配置され、流体は、伝導シャフトの内壁と、参照シャフトの外壁との間を循環する。
【００２２】
本発明のこの態様に従って、トルクセンサに対する空間要件は大幅に低減され、トルクセンサは、伝導シャフトの内側、すなわち、伝導シャフトにおける穴における参照シャフトの存在に関わらず、伝導シャフトの温度を調整するように、流体が、伝導シャフトの内壁と接触するように構成される。
【００２３】
有利なことに、そして、本発明に従って、流体は、油であり、流体循環回路は、油圧回路である。
【００２４】
本発明のこの態様に従って、油は、産業分野において広く使用されている流体であり、その循環回路は制御され、伝導シャフトに温度を与えるために、伝導シャフトとの良好な熱交換を可能にする。
【００２５】
さらに、トルクセンサがタービンエンジンにおいて使用される場合、既存の（油圧回路とも称される）油循環回路を少なくとも部分的に再使用することが可能である。特に、主温度センサは、別の用途のために、タービンエンジンに既に存在している温度センサであり得る。
【００２６】
本発明の他の変形に従って、流体は、燃料（たとえば、灯油）、ガス（たとえば、空気）等であり得る。
【００２７】
有利なことに、そして、本発明に従って、主温度センサは、シャフトの入力における流体の温度を測定するために適切である。
【００２８】
本発明のこの態様に従って、主温度センサは、流体がシャフトの穴の中を循環する場合、シャフトに与えられる温度に近い、シャフトの入力における温度を低下させることを可能にする。
【００２９】
さらに、トルクセンサが、タービンエンジンにおいて使用される場合、温度センサは、機器の様々なアイテムにおいて循環する前に、油圧回路の開始点において頻繁に存在するので、したがって、冗長となる追加の温度センサの搭載を必要とすることなく、トルクセンサのために使用され得る。
【００３０】
有利なことに、そして、本発明のこの最後の態様に従って、トルクセンサは、シャフトの出力における流体の温度を測定するために適切な補助温度センサを備える。
【００３１】
本発明のこの態様に従って、シャフトの出力へ第２のセンサを追加することは、伝導シャフトを通過した後、流体の温度におけるあらゆる変動を検出することを可能にする。この変動は、シャフトの閉じ込めの不完全な場合に当てはまり得る。したがって、第２のセンサによって考慮され、補正され得る。したがって、温度の測定は、このように正確にされ、より安定化する。
【００３２】
有利なことに、そして、本発明に従って、穴は、遷移ゾーンによって接続される２つの穴サブセクション、すなわち、シャフト入力側における第１のサブセクションと、シャフト出力側における第２のサブセクションとを備え、第２のサブセクションは、第１のサブセクションの直径よりも小さな直径を有する。
【００３３】
本発明のこの態様に従って、穴の直径を減少させることは、遷移ゾーンにおけるシケインの形成によって、より良好な油の循環を可能にする。
【００３４】
有利なことに、そして、本発明のこの最後の態様に従って、第２のサブセクションは、第１のサブセクションに対して、および、穴に対して、オフセットされている。
【００３５】
本発明はまた、回転シャフトを備えるタービンエンジンに関し、回転シャフトのトルクを測定するために適切な、本発明に従う捻回トルクセンサを備えることを特徴とする。
【００３６】
本発明はまた、上述されたまたは下述された特徴のうちのすべてまたは幾つかによる組合せにおいて特徴付けられるトルクセンサおよびタービンエンジンに関する。
【００３７】
本発明の他の目的、特徴、および利点は、単に非限定的な例によって与えられ、以下の添付図面を参照する以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態に従う捻回トルクセンサの部分断面図における概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に従う捻回トルクセンサの一部の断面図における概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下の実施形態は例である。説明は、１つまたは複数の実施形態を参照しているが、これは、必ずしも、各参照が、同じ実施形態に関連していることも、または、特徴が、唯一の実施形態のみに適合することも意味しない。他の実施形態を提供するために、様々な実施形態の単純な特徴も組み合わされ得る。これら図面では、例示および明瞭さの目的のために、縮尺および大きさは、厳密には尊重されていない。特に、図示されている様々なシャフトの長さは、本発明の様々な実施形態に従って変動し得る。
【００４０】
図１は、本発明の第１の実施形態に従う捻回トルクセンサ１００を部分的な断面図において概略的に図示する。
【００４１】
トルクセンサは、２つシャフト、すなわち、伝導シャフト１２と称される第１のシャフトと、参照シャフト１４と称される第２のシャフトとを備える。この第１の実施形態では、伝導シャフト１２および参照シャフト１４は、同軸であり、伝導シャフト１２は、参照シャフト１４の内側に配置される。
【００４２】
伝導シャフト１２は、捻回トルクセンサ１０によって測定されるべきトルクを受ける一方、参照シャフト１４は、そのトルクを受けていない。したがって、伝導シャフト１２は、測定されるべきトルクを表す捻れを受ける。
【００４３】
伝導シャフト１２および参照シャフト１４はおのおの、読取歯１８を備えるホニック車１６ａ、１６ｂを備え、２つのホニック車１６ａ、１６ｂは、読取センサ２０が、２つのホニック車１６ａ、１６ｂにおける読取歯１８の通過を検出するように構成される。この読取りは、たとえば、光学的または磁気的に行われ、伝導シャフト１２のみが、測定されるべきトルクを受けているという事実によって、各歯の通過同士間の時間を判定し、それによって、伝導シャフト１２と参照シャフト１４との間の角変形を判定することを可能にする。伝導シャフト１２の捻れを表す角変形は、測定されるべきトルクを判定することを可能にする。ホニック車１６ａ、１６ｂおよび読取センサ２０は、角変形を測定するためのデバイスを形成する。
【００４４】
トルクセンサ１０における温度の影響、特に、伝導シャフト１２の捻れにおける温度の影響を低減するために、トルクセンサ１０は、第１に、トルクセンサ１０の外部の温度の影響を除去または制限することを可能にする温度閉じ込めエンクロージャ２２を、第２に、通過する流体の温度を伝導シャフト１２に与えることを可能にする流体循環回路を備える。
【００４５】
流体循環回路は、流体を、この穴２４を通って循環させるように、伝導シャフト１２に、穴２４からなる部分を備える。穴２４は、内壁２６を形成し、シャフトの入力２８と称される伝導シャフト１２の一端から、シャフトの出力３０と称される反対端へ延びる。穴２４は、流体の循環を改善するように、１つまたは複数のシケインを形成する、遷移ゾーン３１によって接続された異なる直径を有する複数のサブセクションを備え得る。
【００４６】
したがって、流体は、穴２４の中を循環し、内壁２６と接触し、熱移動によって、伝導シャフト１２に温度を与えることを可能とする。閉じ込めエンクロージャによる伝導シャフト１２の閉じ込めはまた、伝導シャフト１２の温度におけるあらゆる変動が、確かに、流体の温度における変動のみに関連することを保証することを可能にする。穴２４における流体の経路は、伝導シャフト１２の入力２８と出力３０との間で、伝導シャフト１２を通過する矢印によって表される。
【００４７】
流体は、流体循環回路のインジェクタ３２によって、シャフトの入力２８において、穴２４へ注入される。インジェクタ３２は、穴の内壁２６における流体の拡散と、穴２４に沿った流体の循環とを可能にする。穴２４の出力において、流体は、流体循環回路における循環を継続する。
【００４８】
流体の温度を知るために、流体循環回路は、少なくとも１つの温度センサを備え、この実施形態では、主温度センサ３４は、シャフトの入力２８における流体の温度を測定するように、インジェクタ３２の前に、シャフトの入力２８の近くに配置される。
【００４９】
したがって、流体の温度が測定され、トルクセンサ１０のトルク測定に対する補正を行うことを可能にし、伝導シャフト１２の捻れは、その温度に依存して可変的であり、この温度を知ることで、トルクの正確な測定を取得するように、捻れにおける変動を判定し、そこから、ホニック車１６ａ、１６ｂを読み取るためのセンサ２０によって判定されるトルクに対してなされるべき補正を推定することを可能にする。読取センサ２０の測定、および、主温度センサ３４によって測定された温度からのトルクのこの計算は、たとえば、（図示しない）コンピュータによって実行され得る。
【００５０】
参照シャフト１４は、トルクを受けておらず、したがって、その温度に従って変動可能な捻れを有していないので、いずれの流体循環回路も必要としない。
【００５１】
図２は、本発明の第２の実施形態に従う捻回トルクセンサ２００の一部を概略的に図示する。
【００５２】
第１の実施形態におけるように、トルクセンサは、２つのシャフト、すなわち、伝導シャフト１２と参照シャフト１４とを備える。この第２の実施形態では、伝導シャフト１２および参照シャフト１４は同軸であり、第１の実施形態とは異なり、伝導シャフト１２の内側に配置されるものは、参照シャフト１４である。図面を簡素化するために、ホニック車を備えるトルクセンサ１０の一部は、第１の実施形態と同様であるので、図示されていない。
【００５３】
したがって、インジェクタ３２によって注入された流体の循環は、伝導シャフトの内壁２６と、参照シャフト１４の外壁３５との間の、穴２４において生じる。図中の矢印は、トルクセンサにおける流体の経路を図示する。
【００５４】
さらに、この第２の実施形態では、トルクセンサ１０は、主温度センサ３４と補助温度センサ３６とを備え、補助温度センサ３６はシャフトの出力における第２の温度の測定を提供する。この補助温度センサ３６は、測定を正確にすることを可能にし、外部要素による伝導シャフト１２の温度における変動を引き起こす、閉じ込めエンクロージャ２２による伝導シャフト１２の不完全な閉じ込めの場合に役立つ。実際、伝導シャフト１２の不完全な閉じ込めは、主温度センサ３４によって測定されたシャフトの入力における値と、補助温度センサ３６によって測定されたシャフトの出力における値の間の温度の変動を引き起こし、その変動は小さいままである。トルクセンサ１０の測定を補正するために使用される測定済温度値は、小さな変動を考慮するために、たとえば、シャフトの入力および出力において測定された温度間の平均であり得る。
【００５５】
第１および第２の実施形態において使用される流体は、たとえば、油である。特に、これら実施形態のうちの１つに従うトルクセンサが、航空機タービンエンジンにおいて使用される場合、トルクエンジンは、機器の様々なアイテムを供給することを意図された油圧回路を備える。この油圧回路における油は、トルクセンサの流体循環回路を供給するために使用され得る。さらに、油圧回路の要素は再使用され得、たとえば、油圧回路によって分配された油のための温度センサは、油が、この温度センサとシャフトの入力との間で、温度における変動を受けないのであれば、トルクセンサの主温度センサとして使用され得る。
【００５６】
他の実施形態に従って、使用される流体は、たとえば、燃料（特に、灯油）またはガス（特に、空気）であり得、これらはまた、しばしば、航空機のタービンエンジンにおいて利用可能である。
【図１】
2019504317.tif 000003
【図２】
2019504317.tif 000004
【国際調査報告】
2019504317.tif 000005
2019504317.tif 000006
2019504317.tif 000007
2019504317.tif 000008