(57)【要約】【課題】  ターボファンエンジン内の複数の回転機械間で機械トルクを可変伝達するシステムを提供する。【解決手段】  ターボファンエンジン（１０）内の複数の回転機械間で機械トルクを可変伝達するシステム。２つのデバイスが使用される。第１デバイスは、遊星磁気ギアボックス（５０）の磁気特性に依存して磁気機械を連結する。第２デバイスは、磁気機械間でトルク伝達を可変制御するために使用される。システムは、ターボファンエンジン（１０）内において異なる速度で回転している回転シャフト（５２、５４）を連結して動力を制御可能に伝達する。システム内で動力を伝達するために、固定ギア比は、遊星磁気ギアボックス（５０）へ相対的に高速および低速のエンジンシャフト（５２、５４）を連結することによって得られる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボファンエンジン（１０）内において発電機（５８）に動力を供給するために高圧スプール（５２）と低圧スプール（５４）とを可変連結するためのシステムであって、前記システムは、
第１入力部分（６２）、第２入力部分（６４）、および出力シャフトを有する差動ギア部分（５０）と、
独立して回転可能な内側ロータ部分（１１２）と独立して回転可能な外側ロータ部分（１１４）とを有し、前記内側ロータ部分（１１２）は、前記高圧スプール（５２）および前記低圧スプール（５４）の中の１つと連結され、前記外側部分（１１４）は、前記別のスプール（５２、５４）と連結され、前記高圧スプール（５２）と前記低圧スプール（５４）との間でトルクを伝達できる電磁可変動力伝達装置（１１０）と、
前記電磁可変動力伝達装置（１１０）と平行して前記高圧スプール（５２）と前記低圧スプール（５４）との間に連結されている前記差動ギア部分（５０）と、
前記出力シャフトに機械的に連結された前記発電機（５８）と、
を含み、
前記差動ギア部分（５０）は、前記高圧スプール（５２）の回転速度と、前記低圧スプール（５４）の回転速度と、前記発電機（５０）を駆動するための前記出力シャフトの出力速度とを均等にできるように配置されており、さらに前記ＥＶＴ（１１０）は、前記低圧スプール（５４）から前記高圧スプール（５２）へ動力を制御可能に連結できるように配置されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記高圧スプール（５２）は前記第１入力部分（６２）に連結され、前記低圧スプール（５４）は前記第２入力部分（６４）に連結されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記低圧スプール（５４）は前記第１入力部分（６２）に連結され、前記高圧スプール（５２）は前記第２入力部分（６４）に連結されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記差動ギア部分（５０）は遊星ギアボックスであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記差動ギア部分（５０）はオープン差動ギアボックスであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記差動ギア部分（５０）は差動制限装置すなわちトルセン差動装置であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記差動ギア部分（５０）は少なくとも１つの粘性連結を含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項８】
発電機（５８）に動力を供給するために、ターボファンエンジン（１０）の高圧スプール（５２）および低圧スプール（５４）を可変連結するための方法であって、前記方法は、
差動ギア部分（５０）および電磁可変動力伝達装置（１１０）を提供するステップと、
前記電磁可変動力伝達装置（１１０）に前記高圧スプール（５２）および前記低圧スプール（５４）を連結するステップと、
前記ＥＶＴ（１１０）を介して前記高圧スプール（５２）と前記低圧スプール（５４）との間でトルクを制御可能に伝達するステップと、
前記電磁可変動力伝達装置（１１０）と平行に、前記高圧スプール（５２）と前記低圧スプール（５４）との間に前記差動ギア部分（５０）を連結するステップと、
前記高圧スプール（５２）の回転速度と、前記低圧スプール（５４）の回転速度と、前記差動ギア部分（５０）の出力シャフトの出力速度とを均等化するステップと、
前記発電機（５８）を前記出力シャフトに機械連結することによって前記発電機（５８）を駆動するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
入力速度比の所定比率に基づいて負荷に対して動力伝達比を構成するステップも含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ＨＰおよびＬＰスプール（５２、５４）の中の１つに対する所定の選択にしたがって、前記ＬＰまたはＨＰスプール（５４、５２）の中の１つから別のスプール（５４、５２）へトルクを連結するステップも含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械を連結するための装置および方法、より詳細に述べると、ターボファン機械の高圧（ＨＰ）および低圧（ＬＰ）タービンシャフトの連結に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に燃焼器と、高圧および低圧タービンとが順に続く１つ以上の圧縮機を含む。これらのエンジン構成要素は、シリアルフロー連絡で配置され、環状外部ケーシング内にエンジンの長手方向軸中心線に沿って配置されている。圧縮機は、動作中、各タービンおよび圧縮機空気によって駆動される。圧縮機空気は、燃料と混合され、燃焼器内で点火されて熱い燃焼ガスが発生される。燃焼ガスは、高圧および低圧タービンを通って流れ、該タービンは、熱い燃焼ガスによって発生したエネルギーを抽出し、圧縮機を駆動し、補助出力動力を作り出す。
【０００３】
エンジン動力は、航空機に飛行動力を供給するためにシャフト動力すなわち推力として伝達される。たとえば、バイパスターボファンエンジン内のファンロータ、またはガスタービンプロペラエンジン内のプロペラなどの他の回転可能な負荷において、動力は、各ファンロータおよびプロペラを駆動するために高圧および低圧タービンから取り出される。
【０００４】
動作中、ターボファンエンジンの個々の構成要素が異なった動力パラメータを必要とすることは公知である。たとえば、ファン回転速度は、先端速度によってある程度制限されていて、ファン直径が非常に大きいので、回転速度は非常に遅くならなければならない。他方、コア圧縮機は、非常に小さい直径のため、より速い回転速度で駆動される可能性がある。したがって、航空機ガスタービンエンジン内のファンおよびコア圧縮機に対しては、独立した動力伝達デバイスを備えた別個の高圧および低圧タービンが必要になる。その上、タービンはより高い回転速度において最も効率的であるので、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に段の追加が必要になる。
【０００５】
多くの新しい航空機システムは、現行の航空機システムの電気負荷より大きい負荷に対応できるように設計されている。現在開発されている民間定期旅客機設計の電気システム仕様は、現行の民間定期旅客機の最高２倍の電力を必要としている。この増加した電力需要は、航空機に動力を供給するエンジンから取り出された機械動力から取り出されなければならない。相対的に低動力レベルで航空機エンジンが動作しているとき、たとえば、高度からの滑空降下時、エンジン機械動力からこの追加電力を抽出すると、エンジンを適切に動作させる能力が低下する可能性がある。
【０００６】
従来、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取り出されている。ＨＰエンジンスプールの相対的に高い動作速度は、エンジンに連結された発電機を駆動するために理想的な機械動力源になる。しかし、発電機を駆動するためにＨＰエンジンスプールに専ら依存するよりも、エンジン内部にある更なる源から動力を抽出することが望ましい。ＬＰエンジンスプールは動力伝達の代替源を提供するが、低速発電機は、高速で動作する同じ定格の発電機よりも大きい場合が多いので、ＬＰエンジンスプールの相対的に遅い速度には、一般にギアボックスを使用する必要がある。しかし、エンジンが相対的に低動力レベル（たとえば、高度からの滑空降下時、誘導路走行時の低動力など）で動作しているとき、エンジンからこの追加機械動力を抽出すると、エンジン操作性を低下させることにつながる。したがって、いくつかの他の手段を介してこのスプールにトルクおよび動力を伝達することによって、このスプールで使用可能な動力量を時々増大させることが望ましい。
【０００７】
エンジン内の別の動力源は、一般にＨＰスプールよりはるかに遅い速度で、かつ相対的に広い速度範囲にわたって動作する低圧（ＬＰ）スプールである。変換することなくこの低速機械動力源に接続すると、結果的に非現実的な大きさの発電機になる。さまざまなタイプの従来の動力伝達装置、機械伝動装置、および電気機械式構造物を含む多くの解決策が、この変換に対して提案されてきた。
【０００８】
１つの解決策は、第３の中間圧力（ＩＰ）スプールを利用して発電機を単独で駆動できるタービンエンジンである。しかし、この第３スプールは、ＨＰスプールに時々連結することも必要である。ＩＰおよびＨＰスプールの連結に使用される手段は、機械的クラッチまたは粘性タイプの連結機構である。
【０００９】
２００５年５月２４日に公布された、表題「トルク変調能力を備えた差動ギヤードタービンエンジン（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｇｅａｒｅｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｅｎｇｉｎｅ  ｗｉｔｈ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）」の米国特許第６，８９５，７４１号に、３軸を有する機械式ギヤードエンジンが開示されている。ファン、圧縮機、およびタービンのシャフトが、更なる遊星ギア装置を利用することによって、機械的に連結されている。効率的なギア比は、電磁機械および動力変換装備の使用により可変である。
【００１０】
日本の豊田工機株式会社により製造されたトルク感応型トルセン（登録商標）差動装置は、電子制御、クラッチ、または粘性連結なしで動作する機械デバイスである。トルセン（登録商標）差動装置は、全輪駆動車両での使用が公知である。エンジントルクが全輪に均等に配分されるとき、差動装置はオープンである。１つ以上の車輪が牽引力を失い始めた場合、トルク差動装置は、トルセン（登録商標）差動装置内のギアを噛み合わせる。トルセン（登録商標）差動装置は、一般に空転車輪に加えられるトルクに対して牽引車輪に加えられるトルク量を決定するギア比すなわちバイアス比を備えて設計されている。トルセン（登録商標）差動装置は、一般に全輪駆動車両の前輪と後輪との間で動力を伝達するために使用される。トルセン（登録商標）差動装置は、実際に空転が発生する前に安定車輪にトルクを伝達する。
【特許文献１】米国特許第６，９６８，７０１Ｂ２号公報
【特許文献２】米国特許第６，７９２，７４５Ｂ２号公報
【特許文献３】米国特許第６，６４７，７０８Ｂ２号公報
【特許文献４】米国特許第６，５２６，７５７Ｂ２号公報
【特許文献５】米国特許第６，１２４，６４６号公報
【特許文献６】米国特許第５，７９９，４８４号公報
【特許文献７】米国特許第５，５５３，４４８号公報
【特許文献８】米国特許第５，１１４，１０３号公報
【特許文献９】米国特許第５，０８１，８３２号公報
【特許文献１０】米国特許第４，９１６，８９４号公報
【特許文献１１】米国特許第６，８９５，７４１Ｂ２号公報
【特許文献１２】米国特許第４，８５６，３７７号公報
【特許文献１３】米国特許出願第２００６／００４２２５２Ａ１号
【特許文献１４】米国特許出願第２００５／００５６０２１Ａ１号
【特許文献１５】欧州特許公開第１，６１７，０５３Ａ２号
【特許文献１６】国際特許公開第９，７２６４５４Ａ１号
【特許文献１７】国際特許公開第９，６００，８４５Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、必要なものは、エンジン内においてディスクリート速度で回転している複数のシャフトを連結して動力を抽出するシステムである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ターボファンエンジン内の複数の回転機械間で機械トルクを可変的に伝達するシステムに関する。該システムは、ターボファンエンジン内において異なる速度で回転している回転シャフトを連結し、それらシャフト間で動力を制御可能に伝達できる。システム内で動力を伝達するために、相対的に高速および低速のエンジンシャフトを磁気ギアボックスに連結することによって、固定ギア比が得られる。次に、トルク感応機構が遊星ギア列内に使用され、ＬＰスプールからＨＰスプールへ動力を伝達でき、それによって、ＨＰスプールから取り出される所要の動力が低減される。あるいは、遊星ギアボックスの特性に依存する磁気デバイスを遊星ギアボックスの代わりに使用できる。この装置が提供する利点は、エンジンスプールを機械的に連結する必要がなくなることである。この動力伝達を制御することにより、特に有利な構成とすることができ、エンジンからの機械動力量を増大させて抽出することができる、すなわち、動的エンジン特性を向上させることができる。動力は、磁力によってエンジンスプールと補助負荷との間で純粋に伝達されるので、動作要求に適するようにいずれかまたはすべての負荷を切り離す自由度が存在する。ＨＰスプールは、たとえば、エンジン始動時ＬＰスプールから切り離すことができる、すなわち、スプールは、別の要素の連結慣性を取り除くことによって、過渡応答を向上させるために切り離すことができる。好ましい実施形態においては、全範囲にわたって操作性を可能にするために追加のギア装置が設けられる。本発明の別の利点は、エンジンシャフト間に可変動力伝達が、エンジンシャフト間に機械的な連動機構なしで達成されることである。
【００１３】
別の態様において、本発明は、ガスタービンエンジンに関する。タービンエンジンは、シリアルフロー連通して配置され、かつ環状外側ケーシング内でエンジンの長手方向シャフトのまわりに配置された、圧縮機、燃焼器、高圧タービン、および低圧タービンを含む。圧縮機は、動作中、高圧および低圧タービン、および圧縮機空気によって駆動される。可変連結器部分も高圧スプールと低圧スプールとを連結するために設けられていて、ターボファンエンジン内の発電機に電源を供給できるようになっている。可変連結器部分は、第１入力部分、第２入力部分、および出力シャフトを有する差動ギア部分を含む。電磁可変動力伝達装置は、独立して回転可能な内側ロータ部分および独立して回転可能な外側ロータ部分を有する。内側ロータ部分は、高圧スプールまたは低圧スプールのいずれかに連結され、外側部分は残りのスプールに連結されて、高圧スプールと低圧スプールとの間でトルクを伝達できる。差動ギア部分は、電磁可変動力伝達装置と平行に高圧スプールと低圧スプールとの間に連結される。発電機は、出力シャフトに機械的に連結される。差動ギア部分は、高圧スプールおよび低圧スプールの回転速度、および発電機を駆動するための出力シャフトの出力速度を均等にするように配置される。電磁可変動力伝達装置（ＥＶＴ）は、低圧スプールから高圧スプールへ動力を制御可能に連結できるように配置される。
【００１４】
本発明は、エンジンナセルすなわちハウジングの内側または外側のいずれかに配置できる。本発明の可変磁気ギアボックスをターボファンエンジンに関連して説明しているが、可変トルク伝達装置が必要なあらゆる機械装備、たとえば、ハイブリッド自動車トランスミッションに可変磁気連結を応用することは、本発明の範囲内であると考えられる。
【００１５】
本発明のいくつかの場合において、ＨＰスプールに追加動力を連結することが望ましい場合もある。追加動力がＬＰスプールからＨＰスプールに伝達され、かつ利用可能になるとき、動力分割をＨＰスプールに対してより大量に構成することができる。この分割によって、負荷に対してより低い速度範囲をもたらすことができる。この追加連結を達成させる機構および該機構の利益は、本発明の範囲内であり、以下でさらに詳細に説明する。
【００１６】
ＨＰスプールに追加動力を連結するために開示された１つのシステムには、電磁可変動力伝達装置（ＥＶＴ）が使われている。ＥＶＴは、追加動力がＨＰスプールから必要とされるとき、ＬＰスプールからＨＰスプールへトルクを制御可能に連結できる。この機能を備えることによって、オープン差動装置の比率を選択してより大量の動力引き出しをＨＰに偏らせることができる。遊星ギアボックス（ＰＧＢ）はトルクと速度とを分割する同様の機能を行うので、ＰＧＢをオープン差動装置の代わりにしてもよい。そのように遊星ギアボックスを使用する場合、差動装置出力（またはＰＧＢキャリア）の速度範囲は低減される。その結果として、この速度範囲の低減によって、発電機の大きさだけでなく、接続された電源システムの電気動作周波数もより好都合に調整できる。このことによって、物理的により小さいシステムを必要とするところにＥＶＴの使用が可能になる。
【００１７】
ＨＰスプールに追加動力を連結する別の方法は、差動制限装置を利用することである。従来の自動車用途において、差動制限装置は、より遅い車輪には余分にトルクを与え、より速い車輪にはより少なく与えることによって、車輪速度が、設定された量から逸脱することを防ぐ。この装置は、両車輪に伝達された動力が所定範囲内に確実にとどまるようにすることを容易にする。同様の原理が本発明に適用され、本発明においては、差動装置へのＨＰスプールおよびＬＰスプールの入力速度は、差動装置の空転制限機構が係合され、かつ特定のエンジン動作条件の間、ＨＰスプールからのトルク伝達により強力にバイアスがかかるようになっている。そのようなトルクバイアスを与える１つのシステムは、トルセン（登録商標）差動装置である。トルセン（登録商標）差動装置は、スラストプレートによってトルクを伝達できるように摩擦に一部依存するが、一般により高い摩耗率の影響下にあるクラッチすなわちディスクを必要としない。
【００１８】
本発明によれば、構成可能な動的システム内でターボファンエンジンのどちらか一方のエンジンスプールから動力を抽出することが可能である。本発明によれば、別の方法では不可能であると思われるほどの比較的小さい発電機システムがＬＰスプールから動力を抽出することができる機能も提供される。さらに、本発明によれば、機体電力システム設計でより大きい可能性が提供されるだけでなく、エンジン操作性への影響が最小化される。ＬＰスプールタービンおよびＨＰスプールタービンの両方からのトルクを連結することによって、動力抽出問題に解決策が与えられる。その上、差動装置（すなわちＰＧＢ）を備えたトルク連結システムを使用することにより、さまざまな大きさおよび種類の機械の相互運用が可能になる。さらに、ＥＶＴデバイスを応用すると、ＨＰスプールタービンとＬＰスプールタービンとの間でいかなる機械接触もなく、トルク連結の制御が可能になる。本発明の差動制限装置は、トルクにバイアスをかけて、負荷に対する動作速度範囲をさらに拡大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の別の特徴および利点は、例示によって本発明の原理を図示した添付の図面と共に説明した好ましい実施形態のより詳細な以下の記載から明白となるであろう。
可能な限りどんな場合でも、同一または類似部品を指すために全図面を通して同一参照番号を使用する。
【００２０】
全体として軸方向に延在する軸線、すなわち、全体として前方方向１４および後方方向１６に延在する中心線１２を有する典型的なターボファンエンジン１０を図１に示す。バイパスターボファンエンジン１０は、高圧圧縮機２０と、燃焼器２２と、高圧タービンブレード２４の列を有する高圧タービン（ＨＰＴ）２３とを含み、すべてが直列に軸流関係に配置されたコアエンジン１８（ガス発生器とも呼ばれる）を含む。高圧圧縮機２０の高圧圧縮機ブレード２４は、エンジン１０の中心線１２のまわりに同軸状に配置され、高圧スプール２１を形成するより大きい直径の環状コアエンジンシャフト２６によって高圧タービンブレード２４に駆動係合で固定連結されている。
【００２１】
コアエンジン１８内の燃焼器２２は、高圧圧縮機２０からの圧縮空気を燃料と混合し、その結果生じた燃料と空気の混合物に点火して、燃焼ガスを作り出すことができる。これらのガスから、高圧タービンブレード２４によって取り出されるいくつかの仕事によって高圧圧縮機２０が駆動される。燃焼ガスは、コアエンジン１８から動力タービン、すなわち、低圧タービンブレード２８の列を有する低圧タービン（ＬＰＴ）２７へ排出される。低圧タービンブレード２８は、エンジン１０におけるコアエンジンシャフト２６の中心線１２のまわりに同軸状に配置され、低圧スプール２９を形成するより小さい直径の環状低圧シャフト３０に固定的に取り付けられている。低圧シャフト３０は、エンジンファンセクション３５の軸方向に間隔をあけて配置された第１および第２段ファン３１および３３を回転させる。第１および第２段ファン３１および３３は、全体として半径方向外方に延在し円周方向に間隔をあけて配置された第１および第２段ファンブレード３２および３６それぞれの第１および第２段列を含む。
【００２２】
ファンバイパスダクト４０は、第２段ファン３３およびコアエンジン１８に外接している。コア排出空気流１７０は、低圧タービン２７から排出されて、後部可変領域バイパス噴射装置（ＶＡＢＩ）５３を通ってバイパスダクト４０から排出されたバイパス空気流１７８と混合される。混合は、排気流が形成される後部排気管６９内で行われ、排気流は可変領域排気ノズル１２２を通って排出される。エンジン１０の潜在推力を向上させるためにさらに再燃焼装置１３０を使用してもよい。
【００２３】
次に図４を参照すると、電磁可変動力伝達装置（ＥＶＴ）は、中空外側ロータ部分１１４および中空内側ロータ部分１１２を含む。内側ロータ部分１１２は、外側ロータ部分１１４の中央開口部内に位置している。ロータ部分１１２、１１４は、相互に独立して回転できる。内側ロータ部分１１２は、外側ロータ部分１１４の内側で独立して回転できる。外側ロータ部分１１４は、内側ロータ部分１１２の周りで円周方向に独立して回転できる。外側ロータ部分１１４は、内側すなわち第１表面１２０のまわりに間隔をあけて配置された複数の永久磁石対１１８を有する。磁石１１８は、対になってエアギャップに面して構成されている。エアギャップは、外側ロータ部分と内側ロータ部分との間に配置されている。外側および内側ロータ部分の中の他方の１つは、磁気透過性コア部分のまわりに間隔をあけて配置された複数のスロットを有する。外側ロータ部分および内側ロータ部分は、同時に一方向に回転できる。外側ロータ部分および内側ロータ部分の同時回転に応じて、磁束経路が複数の永久磁石対、エアギャップ、および内側ロータ部分コアの間に発生する。磁束経路が巻き線内に電力を誘起し、内側ロータ部分１１２と外側ロータ部分１１４との間で機械動力の伝達が起こる。
【００２４】
トルク伝達は、２つのシャフト間にいかなる機械連結もなく、回転する電磁場を通って平行して回転するシャフト間で達成される。誘起された界磁電流は、すべて電磁場の発生に費やされる。
【００２５】
電磁可変動力伝達装置（ＥＶＴ）１１０は、内側ロータ１１２および外側ロータ１１４の２つの回転する構成要素を含む。内側ロータ１１２および外側ロータ１１４の両方は、共通軸線１１６のまわりを同一方向に回転する。内側ロータ１１２は、外側ロータ１１４の内側表面１２０に面している複数の永久磁石柱対１１８を有する。ロータコアは、裏返しになった永久磁石（ＰＭ）電気機械内のＰＭロータと構造上類似である。ＥＶＴについてのより詳細な説明は、本発明の被譲渡人に譲渡され、本明細書と同一日付けで出願された米国特許出願第１１／５６７５９２号に述べられており、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００２６】
図２を参照すると、差動装置すなわち遊星ギアセット５０は、エンジン１０のＨＰスプール５２およびＬＰスプール５４に連結され、スプール間で所望の比率の動力配分ができる。差動装置すなわち遊星ギアセット５０と平行して、電磁可変動力伝達装置（ＥＶＴ）１１０があり、必要なとき、ＬＰスプール５４からＨＰスプール５２へ動力を制御可能に連結できる。次に、差動装置５０は、発電機５８に連結され、電力を作り出す。所定のエンジン動作状態に対して、各スプール５２、５４から抽出された動力を、差動ギアボックス５０に加えられる各速度に応じて分割できる。たとえば、ＨＰスプール５２の速度が１００００ｒｐｍ、ＬＰスプールの５４の速度が１０００ｒｐｍの場合、ＨＰスプール５２の速度を２：１の割合だけシフトダウンし、ＬＰスプール５４の速度を５：１の割合だけシフトアップした後、差動装置５０の対抗する入力６２、６４において現れる速度は、５０００ｒｐｍとなり、差動装置キャリアも５０００ｒｐｍとなる。負荷は差動装置出力に加えられるので、トルクは差動装置入力間に均等に分割され、対抗する入力は速度が一致するので、それぞれから抽出される動力は等しくなる。エンジン１０の状態が変わるにつれて、ＨＰスプール５２とＬＰスプール５４との間の動力分割もそれに応じて変わる。差動装置出力から加えられる負荷は、電気負荷でも機械負荷でもよい。エンジン速度の増加が発生した場合、より大きい相対速度変化をともなうスプールがより大きい負荷配分比率をとることになる。１つのスプールがより大きい負荷配分比率を担うことは最良ではない可能性がある一方、負荷伝達はこの装置の必須の特性である。ギアセット５０には、ギアの相対的なサイジングに基づいて固定速度関係で動作するギア列が採用され、ＨＰおよびＬＰギアのサイジングは所望の速度比を達成するために異なる。各シャフト上のトルクは、定常状態の動作を維持するために等しくなければならない。動力は、トルクと速度の積に等しいので、各シャフトに伝達される総動力は、シャフトが回転している速度に比例する。同じトルクをともなってより速い速度で回転しているシャフトほど、必ずより多くの動力を伝達する。このことは、「速度分割」デバイスと呼べるが、「動力分割」とは呼べない。この連結によって、非常に広い速度範囲を有する場合が多いＬＰスプール５４から動力を抽出するという問題も改善される。スプール５２、５４間の幅広い速度変化は、さまざまな速度および速度範囲に対応するために、発電機および動力システムの設計に困難をもたらす。ＨＰスプール５２およびＬＰスプール５４を連結する別の手段には、機械クラッチまたは粘性連結機構がある。粘性連結は、濃厚な流体で満たされた密閉ハウジングの内部に２セットのプレートを有することを含む。１セットのプレートは、各出力シャフトに連結される。通常状態の下では、両セットのプレートと粘性流体は同速度で回転する。一方のスプールが他方のスプールより速く回転するとき、そのスプールに対応するプレートのセットは他方のプレートより速く回転する。両プレート間にくっついている粘性流体は速い方のディスクに追いつこうとして、遅い方のディスクが引きずられる。これによって、より遅く動いているスプールに、より多くのトルクが伝達される。
【００２７】
さらに発電機および動力システムは、より低い速度範囲でより効率的に動作し、むしろより低い速度範囲（すなわち、最小速度に対する最大速度の比）が選ばれる。ＨＰスプール５２およびＬＰスプール５４の機械連結によれば、両スプールの速度と速度範囲の平均化が可能になる。たとえば、ＬＰスプール５４が４〜１の速度範囲を有し、ＨＰスプール５２が２〜１の速度範囲を有する場合、その結果生じる負荷の速度範囲は、３〜１になる。これによって、広範囲の速度に対応できる発電機または動力システムの設計を試みるよりもむしろより小さくかつより単純な発電機を負荷として加えることが可能になる。このギア連結は、遊星ギアの太陽およびリングギアがまったく同じギアサイズおよびピッチになるように作られた単純な遊星ギアボックス（図示せず）を使うことによっても達成される。この遊星ギアセットの場合、１つの可能な配置は、太陽ギアに噛み合っている一方のスプール、リングギアに噛み合っている他方のスプール、および負荷に噛み合っているキャリアを含む。遊星ギアセットが使用されるとき、スプールからの必要な入力ギア比はさまざまであるが、全く同じ数学的条件をギア連結によって満たすことができる。
【００２８】
図３は、トルセン（登録商標）差動ギアケース５０の部分図を示す。差動ギアケース５０は、ＨＰスプール５２およびＬＰスプール５４に連結され動力を配分できる。シャフト６０は、差動装置５０から発電機（図示せず）へ伸びて配置される。差動装置５０によって、ＨＰスプール５２およびＬＰスプール５４は自らの速度を差動装置に移し、両スプール５２、５４の速度を平均化し、より効率的な動作機械１０を作り出すことが可能になる。
【００２９】
本発明について、好ましい実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明の精神から逸脱することなく、さまざまな変更が可能であり、等価物を該実施形態の要素に代用できることは、当業者には自明であろう。さらに、多くの修正によって、本発明の本質的範囲から逸脱することなく、本発明の教示に特定の状況または材料を適合させることが可能である。したがって、本発明は、本発明を実行するために熟考された最良の様式として開示された特定の好ましい実施形態に限定されることはないが、本発明が添付の特許請求の範囲の範囲内に入るすべての好ましい実施形態を含むことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】典型的な航空機ターボファンガスタービンエンジンの縦断面略図である。
【図２】エンジンスプール間でトルクにバイアスをかける一方、発電機に動力を出力するＥＶＴの配置を説明する動力フロー図である。
【図３】本発明のトルセン差動装置の部分図である。
【図４】電磁可変動力伝達装置（ＥＶＴ）の断面略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ターボファンエンジン
１２  中心線
１４  前方方向
１６  後方方向
１８  コアエンジン
２０  高圧圧縮機
２１  高圧スプール
２２  燃焼器
２３  高圧タービン（ＨＰＴ）
２４  高圧タービンブレード
２６  コアエンジンシャフト
２７  低圧タービン（ＬＰＴ）
２８  低圧タービンブレード
２９  低圧スプール
３０  低圧シャフト
３１  第１段ファン
３２  第１ファンブレード
３３  第２段ファン
３５  エンジンファンセクション
３６  第２段ファンブレード
４０  ファンバイパスダクト
５０  遊星磁気ギアボックス
５２  高圧エンジンシャフト（ＨＰスプール）
５４  低圧エンジンシャフト（ＬＰスプール）
５８  発電機
６０  トルセンシャフト
６２  第１差動入力部分
６４  第２差動入力部分
６９  後部排気管
１１０  電磁可変動力伝達装置（ＥＶＴ）
１１２  内側ロータ部分
１１４  外側ロータ部分
１１８  永久磁石対
１２０  第１表面
１２２  可変領域排気ノズル
１３０  再燃焼装置
１７０  コア排出空気流
１７８  バイパス空気流
【図１】
2008144762.tif 000003
【図３】
2008144762.tif 000004
【図４】
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【図２】
2008144762.tif 000006