(57)【要約】  本発明は、電気駆動装置（２）に関するものである。特に、燃料タンク（３）から航空機エンジン（４）の燃焼室への燃料の供給と計量を行なう燃料計量ユニット（１）に使用され、前記電気駆動装置（２）は、冗長のエンジン装置を形成するために、少なくとも一つのワークモジュール（５）を駆動し、前記電気駆動装置（２）は、電気が別々に供給され、一つの共通する回転シャフト（７）に設けられた、少なくとも二つのエンジンモジュール（６）からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気駆動装置（２）、とりわけ、燃料タンク（３）から航空機エンジン（４）の燃焼室への燃料の供給と計量を行なう燃料計量ユニット（１）用であって、前記電気駆動装置（２）は、少なくとも一つのワークモジュール（５）を駆動し、
前記電気駆動装置（２）は、冗長のエンジン配列を形成するために、電気が別々に供給され、一つの共通する回転シャフト（７）に設けられた、少なくとも二つのエンジンモジュール（６）からなることを特徴とする電気駆動装置（２）。
【請求項２】
前記エンジンモジュール（６）は、少なくとも一つの巻線本体（９）を有するステータ（８）と、前記回転シャフト（７）に固定されたロータ（１０）とから構成される三相回転式電流モータとを有し、前記ステータ（８）と前記ロータ（１０）とは、前記回転シャフト（７）上に積み重ねられ、互いに隣接している配置されている請求項１に記載の電気駆動装置（２）。
【請求項３】
前記エンジンモジュール（６）は、一種の軸流機械のような非同期機械、または、星形にスロットが形成されたロータ（１０）を有するリラクタンスモータとして設計されている請求項１または２に記載の電気駆動装置（２）。
【請求項４】
前記ステータ（８）は、ディスクモータを構成する配置の複数のトロイダルのステータコアを有し、前記巻線本体（９）が取付けられている請求項２または３に記載の電気駆動装置（２）。
【請求項５】
前記巻線本体（９）は、前記ステータ（８）の前方に配置し、前記ロータ（１０）に対向している請求項２〜４のいずれか１項に記載の電気駆動装置（２）。
【請求項６】
前記エンジンモジュール（６）の積み重ね構造は、２つのステータ（８）、すなわち回転シャフト（７）の伸長方向中心部に配列されたステータ（８）は、端部側に配列されたステータ（８）と共にロータ（１０）の両側に隣接し、端部側に配列されたステータ（８）は、一つのローター（１０）とのみ隣接し、前記電気駆動装置（２）本体の端部体をそれぞれ構成していることに特徴付けられる請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気駆動装置（２）。
【請求項７】
中心部に配列された前記ステータ（８）は、前方に配置された二つの反対向きの巻線本体（９）を有し、端部側に配置された前記ステータ（８）は、前方に一つのみの巻線本体（９）を有する請求項６に記載の電気駆動装置（２）。
【請求項８】
前記ロータ（１０）は、前記ステータ（８）の間にそれぞれ同一距離で離間配置され、前記ステータ（８）と前記ロータ（１０）との間には、それぞれの同一エアギャップが形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気駆動装置（２）。
【請求項９】
個々の前記エンジンモジュール（６）は、モジュールが故障した場合に、前記ポンプモジュール（５）を駆動するのにそれぞれ十分な定格出力を示す請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気駆動装置（２）。
【請求項１０】
個々の前記エンジンモジュール（６）にトリガーを出力でき、電力を供給可能な、巻線の短絡時には短絡した巻線本体（９）をシャットダウンさせるようにした、コントロールユニット（１１）が設けられた請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気駆動装置（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気駆動装置に関し、特に、航空機エンジンの燃料タンクから燃焼室への燃料の供給と計量を行なう燃料計量ユニットに関し、電気駆動装置が少なくとも一つのポンプモジュールを駆動するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機エンジンの燃料計量ユニットは、ドイツ公開特許公報ＤＥ１９９０８５３１Ａ１に開示されおり、それは、ポンプモジュールを駆動するための電気駆動装置を有している。駆動装置は、回転式電流モータを使用し、回転式電流モータに電力とトリガーを与えるコントロールユニットが設けられている。特に、回転式電流モータは、費用的効果が高い設計とされ、同期モータまたは非同期モータに構成されている。また、簡易なロータ構造であるが、低効率である抵抗モータを用いることができる。さらに、燃料計量ユニットとしては、回転式電流モータとして設計された駆動装置を有するものが知られている。しかし、これらのものは、回転式電流モータの整流器を頻繁に保守しなければならないという欠点がある。
【０００３】
種々の駆動装置のコンセプトは、それぞれ利点と欠点を持ち、高い動作信頼性は、組合わすエンジンコンセプトの選択により決定される。正確には、エンジンへの燃料供給は、航空機の駆動を保証するものでなければならない、なぜならば、仮に、航空機エンジンの燃焼器への燃料の供給及び計量装置が故障した場合、エンジンも故障するからである。
【０００４】
標準的なコンセプトは、航空機エンジンの圧縮機シャフトの出力を介して動作されるギヤボックスを介して駆動される燃料計量ユニットの駆動装置である。しかしながら、この場合の問題点は、航空機エンジンの出力シャフトを介する回転駆動がエンジンの駆動位置に依存し、一定の回転速度が得られないことである。
【０００５】
航空機の製造における一般的な傾向を受けて、航空機を駆動する個々の部品の電化を進めるために（ＭＥＥ＝ｍｏｒｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｅｎｇｉｎｅ）、燃料計量ユニットにおいても、ポンプモジュールを駆動する専用の電気的駆動装置を装備するものが必要とされている。よって、燃料計量ユニットの駆動装置には、特に要求レベルの高い動作信頼性（１Ｅ―６  安全性要求）に関する特別な安全要件が課せられている。
【０００６】
通常の回転式電流モータは巻線本体を有し、巻線本体には多くの種々の理由により短絡が生じ駆動装置が故障する。多くの場合、回転式電流モータは、三相の巻線を有する。そして、回転式電流モータの設計に用いられている回転巻線の形式によらず、短絡が生じた場合、駆動装置は故障する。電気のみで駆動される燃料計量ユニットの駆動装置において、巻線の短絡による故障は、航空機エンジンの故障を意味し、それは、特に、航空機が離陸した状況においては、死亡事故につながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
よって、例えば、燃料計量ユニットには、ポンプモジュールとして設計されたワークモジュールを駆動する電気駆動装置に拘わらず、完全に余剰の設計システムを、つまり、総体的な多重システムを当てにすることなしの高い動作信頼性が要求されるのである。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、先行技術の種々の問題点を克服し、特に、高い動作信頼性を有する簡易な構造を特徴とする航空機のワークモジュールの電気駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的は、請求項１の特徴により達成される。本発明のさらに有利な形態は、従属請求項に開示されている。
【００１０】
本発明は、電気駆動装置が、冗長の（リダンダントの：ｒｅｄｕｎｄａｎｔ）エンジン装置を形成するために、電気が別々に供給され、一つの共通する回転シャフトに設けられた、少なくとも二つのエンジンモジュールからなる技術的な教示を含むものである。
【００１１】
電気駆動装置の実施形態の利点は、個別に設計されているけれども、高いレベルの動作信頼性を示すコンパクトなモータユニットを適用できることにある。多くの場合、複数の出力シャフトを介して１つ以上のワークモジュールまたはポンプモジュールを駆動するが、本実施形態では、２つ以上の電気駆動装置を備える必要はない。本発明によって提供される電気駆動装置は、別系列から電気が供給される複数のエンジンモジュールから構成されるが、これらのエンジンモジュールは、１つの共通する回転シャフト上で動作する。
【００１２】
この場合、個々のエンジンモジュールには、電力、回転速度あるいは最小または最大トルクに対応するエンジンモジュールのトリガーが供給される。また、エンジンモジュールは、相互に連結されず独立している。
【００１３】
共通の回転シャフトに設けられているそれぞれのエンジンモジュールは、簡易な組立てと個々に故障したエンジンモジュールを交換するために、分離または積み重ね構造に設計されている。さらに、仮に、あるエンジンモジュールが短絡した場合、エンジンモジュールにトリガーを与えるコントロールユニットは、そのエンジンモジュールから電気的に切断される。一連のプロセスにおいて、コントロールユニットは、エンジンモジュールの短絡を検出する電気部品を有し、短絡が生じた場合、そのエンジンモジュールを停止させる。
【００１４】
この場合、エンジンモジュールは、それぞれのエンジンモジュールがポンプモジュールを駆動するのに十分な出力を有する大きさとされる。特に、二次災害が、この方法により回避できる。すなわち、短絡したモータをシャットダウンすることにより火災あるいはそのような災害の拡大を回避することができる。この場合、コントロールユニットは、エンジンモジュールを駆動させるモータ巻線の最小または最大パワー消費量に基づき設計することができる。仮に、個々のエンジンモジュールの供給パラメータが、最小または最大仕様値から外れた場合、エンジンモジュールは自動的にシャットダウンされる。そのような一連の動作において、２つ以上のエンジンモジュールは、電気駆動装置を形成する共通の回転シャフトに設けられている。そして、動作信頼性のレベルは、エンジンモジュールの個数を増やすことによりさらに高められる。
【００１５】
好適なエンジンモジュールは、少なくとも一つの巻線本体を有するステータからなる三相回転式電流モータと、回転シャフトに固定されたロータを有し、ステータとロータとは回転シャフト上に積み重ねして配置され互いに隣接している。その結果、電気駆動装置の小型ユニットが形成され、それは、一般の回転式電流モータに比較して小型である。
【００１６】
エンジンモジュールのさらなる実施形態は、一種の軸流機械として機能する非同期機械、または、星形にスロットの入ったロータを有するリラクタンスモータに関するものである。電気駆動装置を形成するために、いろいろなモータのコンセプトをモジュール的に組み合わせたものでもよい。一種の軸流機械のように機能する非同期モータは、側面には巻線本体が取付けられ円板電機子型ステータを有するものでもよい。その結果、巻線本体は、ロータに対向し、ここにディスクロータは、巻線本体と面平行に配列される。巻線本体とロータは対になって積み重ねすることができ、トロイダルディスクロータは、トロイダルステータと同様に積み重ねされているものでもよい。よって、ステータは、個々のエンジンモジュールが、ポンプモジュールを駆動するのに十分な出力を有する大きさとされる。そして、ステータとロータとは、エンジンモジュールが駆動中に必要な出力を供給するための積み重ね要素の数により大きさが決まる。ステータコアにより形成されたステータは複数の巻線本体を有している。
【００１７】
巻線本体は、ステータの前方に配列され、それぞれが近接するロータに対向する。ステータとロータとの間には、それぞれ同じ大きさの空隙が形成され、それは、より高い効率を達成するために可能な限り小さくされる。
【００１８】
好適な実施形態によれば、エンジンモジュールの積み重ね構造は、２つのステータを有し、エンジンモジュールの間でかつ回転シャフトの伸長方向中心のステータは、他のステータと共にロータの両側に隣接して、前記の他のステータは一方の端部に位置し前記電気駆動装置本体の端部体を構成している。これらの各端部に配置されたステータは、前方にただ一つの巻線本体を有し、ここに中心に配置されたステータは、前方に配置された二つの反対向きの巻線本体を有する。
【００１９】
よって、中心部に配置されたステータは、巻線本体を前方の一方の端部と前方の他方の端部に位置させ、二つのロータと協働する。端部に配置されたステータは、隣接するロータに対向する１つの巻線本体のみを有する。
【００２０】
中心部に配列されたロータは、両面形態で動作し、第１の隣接側に設けられた巻線本体も、第２の隣接側に設けられた巻線本体も、単一の中心ロータと協働するのが好適である。結果として、電気駆動装置は、ロータの数に対し２倍の巻線本体の数を有する。
【００２１】
ステータの間の中心でロータが駆動するために、ロータは、好適にはステータの間に、それぞれのステータから同一距離に配置されている。好適なステータの実施形態は、ステータは分割可能、例えば、２分割部分で構成されている。仮に、巻線本体が故障した場合、ステータと取付けられた巻線本体は、電気駆動装置を分解することなく交換することができる。
本発明を改良する追加的な手段は、後述する本発明の好適な典型的実施形態の説明と図面に詳述されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の航空機エンジンの燃焼室への燃料の計量及び供給を行なう電気駆動装置を有する燃料計量ユニットの概略図である。
【図２】本発明の４つのエンジンモジュールを有する電気駆動装置の概略図である。
【図３】電気駆動装置の概略図であり、少なくとも１つのエンジンモジュールが分解図として図示されている。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、燃料タンク３から航空機エンジン４の燃焼室への燃料の供給と計量を行なう電気駆動装置２を有する燃料計量ユニット１の概略図を示している。電気駆動装置２は、コントロールユニット１１によりトリガーと電気が供給されるモータ「Ｍ」として示されている。コントロールユニット１１と電気駆動装置２との間には、供給線及び制御線１２が図示されており、電気駆動装置２に多数の冗長なトリガーを出力するために複数本設けられている。
【００２４】
電気駆動装置２は、燃料タンク３と航空機エンジン４との間に設けられたポンプモジュール５を、回転シャフト７を介して駆動させる。１つのポンプモジュール５が図示されているが、電気駆動装置２は、燃料タンク３と航空機エンジン４との間に設けられた全てのポンプモジュール５、すなわち複数のポンプモジュール５を駆動させることができる。燃料の流れ方向は、燃料タンク３、ポンプモジュール５、航空機エンジン４の間の連結部に矢印で示されている。
【００２５】
図２は、４つのエンジンモジュール６を有する電気駆動装置２の概略図を示している。個々のエンジンモジュールは、ステータ８に取付けられた、星形の回転式電流巻線として図示された巻線本体９を有している。巻線本体９は、ステータ８の前方に、それぞれのロータ１０に対向して配置している。
【００２６】
ロータ１０は、回転シャフト７に回転可能に固定されており、前記回転シャフトを駆動する。概略図に示めされたステータ８は４つだが、端部の２つのステータと積み重ねされた駆動装置２の中心部の両サイド形態として作動する一つのステータ８と考えれば３つである。中心部のステータ８は、ロータ１０の間に設けられており、第１の巻線本体９と第２の巻線本体９とが中心部のステータ８に設けられている。巻線本体は、それぞれ第１ロータ１０と第２ロータ１０を指向している。
【００２７】
仮に、例えば、短絡により一つの巻線本体９が動作しなくなった場合、コントロールユニットによりシャットダウンできるようになっている。そして、回転シャフト７は、一定または調節された電圧が加えられる残り３つの巻線本体９により駆動される。巻線本体９と連結されたステータ８とロータ１０とは、それぞれのエンジンモジュール６を形成する。典型的な実施形態によれば、外方と内方にそれぞれ２個のエンジンモジュール６を有する。
【００２８】
図３は、エンジンモジュール６上にさらなるエンジンモジュール６’が隣接するエンジンモジュール６の斜視図を示している。詳細に図示されたエンジンモジュール６は、巻線本体９を有するステータ８を有し、巻線本体９からは巻線終端部１３が延長している。典型的な実施形態によれば、巻線本体９は三相巻きに設計されるため、これらは、三つの部分を有する。ステータ８に近接して配列されるロータ１０は、ディスクロータとして設計され、積み重ねされかつトロイダル形態を示している。全てのロータ１０とステータ８とは、回転シャフト７の周りに同心的に設けられており、ロータ１０は、回転シャフト７に回転可能に取付けられている。ステータ８は、ハウジング内に設けられているが、一方で、駆動装置用のハウジングは図示されていない。
【００２９】
本発明は、前述した好適な典型的な実施形態の設計に限定されるものではない。実際に、基本的に異なるデザインですら既述の到達を利用して、数多くの変形例が考えられる。
【００３０】
前述したとおり、本発明によれば、多くの動作中の個々のモジュールの電気的トリガーを必要な出力に適合させることができる。仮に、全てのモジュールが動作中の場合、個々のモジュールには、電力とトリガーが供給され、その電力の合計値は、必要なポンプ容量に一致する。仮に、１つのモジュールが故障した場合、残りのモジュールのパワーは、回転シャフト７へのパワーを減少させないように、より大きな電力が供給されるように調整される。このトリガーは、使用中に適切な電力を生成するコントロールユニット１１により生成される。かかる動作モードによれば、電気駆動装置２は、簡素かつコンパクトな構造に関わらず、冗長な巻線配列に基づく回転式電流モータの信頼性と同様の非常に高い動作信頼性を達成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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