(57)【要約】【課題】原動機とモータジェネレータを回転可能に連結するためのさらなるギアアッセンブリが提供される。【解決手段】機械式変速機アッセンブリは、第１の回転速度で回転する入力を受け取り、第２の回転速度で回転する出力を供給する。機械式変速機５６は、第２の回転速度を選択的に調節する。入力は原動機によって供給される。出力はモータジェネレータ５０を回転可能に駆動する油圧ポンプアッセンブリに供給される。原動機でモータジェネレータ５０を駆動する方法は、原動機からの入力シャフト７０で変速機５６を駆動することを含む。シャフト７０は、第１の回転速度で回転する。方法は変速機５６からの第１の出力シャフト７２で油圧ポンプ５８を駆動する。シャフト７２は、第２の回転速度で回転する。方法はポンプ５８でモータジェネレータ５０を駆動する。方法は第１の回転速度が第２の回転速度とは異なるように変速機５６を選択的に調節する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回転速度で回転する入力を受け取り、第２の回転速度で回転する出力を供給する機械式変速機を備える機械式変速機アッセンブリであって、機械式変速機は、第２の回転速度を選択的に調節し、前記入力は、原動機によって供給され、前記出力は、モータジェネレータを回転可能に駆動する油圧ポンプアッセンブリに供給されることを特徴とする機械式変速機アッセンブリ。
【請求項２】
前記入力は、原動機の低圧スプールによって供給されることを特徴とする請求項１記載の機械式変速機アッセンブリ。
【請求項３】
前記入力は、原動機から機械式変速機へ直接延在する入力シャフトによって供給されることを特徴とする請求項１記載の機械式変速機アッセンブリ。
【請求項４】
前記入力の回転速度は、最高速度と最低速度の間で変動し、最高速度は、最低速度より少なくとも５倍大きいことを特徴とする請求項１記載の機械式変速機アッセンブリ。
【請求項５】
機械式変速機は、２段変速の変速機であることを特徴とする請求項１記載の機械式変速機アッセンブリ。
【請求項６】
機械式変速機からの出力は、油圧ポンプに直接供給されることを特徴とする請求項１記載の機械式変速機アッセンブリ。
【請求項７】
機械式変速機からの出力は、油圧ポンプをモータジェネレータに回転可能に連結する差動装置を介して油圧ポンプアッセンブリに供給されることを特徴とする請求項１記載の機械式変速機アッセンブリ。
【請求項８】
機械式変速機は、太陽なし差動装置を備えることを特徴とする請求項１記載の機械式変速機アッセンブリ。
【請求項９】
機械式変速機は、第１の位置と第２の位置の間で移動可能であり、第１の回転速度は、機械式変速機が第１の位置にあるとき第２の回転速度と同じであり、機械式変速機が第２の位置にあるとき第２の回転速度の半分に等しいか半分を下回ることを特徴とする請求項１記載の機械式変速機アッセンブリ。
【請求項１０】
原動機は、ターボ機械であることを特徴とする請求項１記載の機械式変速機アッセンブリ。
【請求項１１】
機械式変速機は、第１の回転速度で回転する入力を受け取り、第３の回転速度で回転する出力を供給し、第３の回転速度は、第１の回転速度および第２の回転速度とは異なることを特徴とする請求項１記載の機械式変速機アッセンブリ。
【請求項１２】
差動アッセンブリおよび油圧ポンプを有する油圧・機械式変速機と、
油圧・機械式変速機によって回転可能に駆動されるモータジェネレータと、
第１の回転速度で原動機によって回転可能に駆動される機械式変速機と、
を備える原動機・モータジェネレータギア構成であって、機械式変速機は、第１の回転速度で、あるいは第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で油圧ポンプを回転可能に駆動するように選択的に調節可能であることを特徴とする原動機・モータジェネレータギア構成。
【請求項１３】
機械式変速機は、ターボ機械の低圧スプールによって駆動されることを特徴とする請求項１２記載の原動機・モータジェネレータギア構成。
【請求項１４】
第１の回転速度は、最高速度と最低速度の間で変動し、最高速度は、最低速度より少なくとも５倍大きいことを特徴とする請求項１２記載の原動機・モータジェネレータギア構成。
【請求項１５】
機械式変速機は、２段変速の変速機であることを特徴とする請求項１２記載の原動機・モータジェネレータギア構成。
【請求項１６】
機械式変速機は、差動アッセンブリを油圧ポンプに回転可能に連結することを特徴とする請求項１２記載の原動機ターボ機械・モータジェネレータギア構成。
【請求項１７】
機械式変速機は、油圧・機械式変速機アッセンブリを回転させる差動装置を回転可能に駆動することを特徴とする請求項１２記載の原動機・モータジェネレータギア構成。
【請求項１８】
モータジェネレータは、３６０〜８００ヘルツの出力を有する狭い帯域で変動可能な周波数のモータジェネレータであることを特徴とする請求項１２記載の原動機・モータジェネレータギア構成。
【請求項１９】
原動機からの入力であって、第１の回転速度で回転する入力で機械式変速機を駆動し、
機械式変速機からの第１の出力であって、第２の回転速度で回転する第１の出力で油圧ポンプを駆動し、
油圧ポンプからの第２の出力でモータジェネレータを駆動し、
第１の回転速度が第２の回転速度とは異なるように機械式変速機を選択的に調節する、
こと含むことを特徴とする、原動機でモータジェネレータを駆動する方法。
【請求項２０】
第１の出力は、油圧ポンプを直接駆動する差動装置に供給され、第２の出力は、モータジェネレータを直接駆動する差動装置に供給されることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
第１の出力は、油圧ポンプを直接駆動することを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
原動機は、ターボ機械の低圧スプールであることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、原動機とモータジェネレータを回転可能に連結するギアアッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械などの原動機が知られている。通常のターボ機械は、ファンセクション、圧縮セクション、燃焼器セクション、およびタービンセクションを備える。ターボ機械は、圧縮セクションに少なくとも１つのロータを有する。ロータは、ターボ機械の作動を維持するのに十分速く回転するまで、比較的高い回転速度へと加速される必要がある。
【０００３】
モータジェネレータは、ターボ機械と独立しており、ターボ機械の始動時にロータを回転させるモータとして使用される。ターボ機械の自立後、モータジェネレータは、発電機として使用され、ターボ機械によって駆動される。
【０００４】
原動機の回転速度は、モータジェネレータの最適速度とは異なることがある。また、回転速度は、作動時にかなり変化するが、比較的安定した回転入力をモータジェネレータに供給するのが望ましい。従って、原動機とモータジェネレータの間で回転を逓増または逓減するために油圧・機械式変速機が使用される。油圧・機械式変速機の大きさおよび重量は、より広範囲の回転速度に適合させるために増加させる必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
原動機とモータジェネレータを回転可能に連結するためのさらなるギアアッセンブリが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施例の機械式変速機アッセンブリは、第１の回転速度で回転する入力を受け取り、第２の回転速度で回転する出力を供給する。機械式変速機は、第２の回転速度を選択的に調節する。入力は、原動機によって供給される。出力は、モータジェネレータを回転可能に駆動する油圧ポンプアッセンブリに供給される。
【０００７】
実施例の原動機ギア構成は、差動アッセンブリおよび油圧ポンプを有する油圧・機械式変速機を備える。モータジェネレータは、油圧・機械式変速機によって回転可能に駆動される。機械式変速機は、第１の回転速度で原動機によって回転可能に駆動される。機械式変速機は、第１の回転速度で、あるいは第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で油圧ポンプを回転可能に駆動するように選択的に調節する。
【０００８】
原動機でモータジェネレータを駆動する実施例の方法は、原動機からの入力シャフトで機械式変速機を駆動することを含む。入力シャフトは、第１の回転速度で回転する。方法は、機械式変速機からの第１の出力シャフトで油圧ポンプを駆動する。第１の出力シャフトは、第２の回転速度で回転する。方法は、油圧ポンプでモータジェネレータを駆動する。方法は、第１の回転速度が第２の回転速度とは異なるように機械式変速機を選択的に調節する。
【０００９】
開示された実施例のこれらの特徴および他の特徴は、以下の詳細な説明および図面から最も良く理解できる。以下は図面の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例のターボ機械、モータジェネレータ、およびギア構成の概略図である。
【図２】図１のギア構成の詳細図である。
【図３】図１のギア構成を用いたときの実施例の回転速度の関係を示すグラフである。
【図４】図１のターボ機械およびモータジェネレータと共に使用するのに適した、別の実施例のギア構成の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１、図２を参照すると、実施例のガスタービンエンジン１０は、航空機を推進するのに使用される。ガスタービンエンジン１０は、実施例の種類のターボ機械であり、このターボ機械は、実施例の種類の原動機である。
【００１２】
ガスタービンエンジン１０は、軸Ｘ周りに周方向に配置される。ガスタービンエンジン１０は、ファンセクション１４、低圧圧縮機セクション１６、高圧圧縮機セクション１８、燃焼セクション２０、高圧タービンセクション２２、および低圧タービンセクション２４を備える。他の実施例のターボ機械は、より多数あるいはより少数のセクションを備えることができる。
【００１３】
作動時に、低圧圧縮機セクション１６および高圧圧縮機セクション１８で空気が圧縮される。圧縮された空気は次いで燃焼セクション２０で燃料と混合され、燃焼する。燃焼生成物は、高圧タービンセクション２２および低圧タービンセクション２４に亘って膨張する。
【００１４】
低圧圧縮機セクション１６は、ロータ２６を備える。高圧圧縮機セクション１８は、ロータ２８を備える。実施例のロータ２６、２８は、回転エーロフォイルまたは回転ブレードおよび静止エーロフォイルまたは静止ブレードの交互の列を備える。
【００１５】
高圧タービンセクション２２は、ロータ３０を備える。低圧タービンセクション２４は、ロータ３２を備える。ロータ３０、３２は、高圧タービンセクション２２および低圧タービンセクション２４に亘る膨張に応じて軸Ｘ周りに回転するように構成される。実施例のロータ３０、３２は、回転可能エーロフォイルまたは回転可能ブレードおよび静止エーロフォイルまたは静止ブレードの交互の列を備える。
【００１６】
ロータ３０は、高圧スプール３４を介してロータ２８に連結される。ロータ３２は、低圧スプール３６を介してロータ２６に連結される。従って、ロータ３０、３２の回転によって、ロータ２８、２６が回転し、それによって、高圧圧縮機セクション１８および低圧圧縮機セクション１６内でそれぞれ圧縮が行われる。ガスタービンエンジン１０の作動時に、低圧スプール３６は、高圧スプール３４より広範囲の回転速度に亘って回転する。
【００１７】
本開示における原動機の実施例は、２つのスプール構成を有するガスタービンエンジン１０を参照して説明するとはいえ、実施例は、そのような構成に限定されない。すなわち、他の種類のターボ機械や、単一スプール軸構成、３スプール軸構成などの他の構成を有するガスタービンエンジンが使用可能なばかりでなく、ピストンエンジン、バンケルエンジンその他などの他の原動機も使用可能である。本願で開示される実施例から恩恵を受け得るであろう原動機を有するさまざまな構成がある。
【００１８】
本実施例では、モータジェネレータ５０が発電機モードで作動するとき、低圧スプール３６がモータジェネレータ５０を駆動する。低圧スプール３６は、高圧スプール３４の代わりに、あるいは高圧スプール３４に加えて、モータジェネレータ５０を駆動することができる。発電機モードで作動するとき、モータジェネレータ５０は、航空機上のさまざまな負荷に電力を供給する。モータジェネレータ５０は一般に、比較的一定の周波数で電力を供給すること、または、供給電力の変動が３６０〜８００ヘルツなどの周波数範囲に確実に収まることが要求される。
【００１９】
低圧スプール３６の回転速度は、ガスタービンエンジン１０の作動時にかなり変動する。低圧スプール３６の可能性のある回転速度の範囲は、高圧スプール３４の可能性のある速度範囲より大きい。ギア構成５２は、低圧スプール３６からの回転速度の変動を吸収し、モータジェネレータ５０を回転可能に駆動する。従来技術では、高圧スプール３４が一般に、モータジェネレータ５０を駆動するのに使用される。
【００２０】
実施例のギア構成５２は、油圧・機械式変速機５４と、油圧・機械式変速機５４とは別の機械式変速機５６とを備える。油圧・機械式変速機５４は、常に変動可能であり、油圧ポンプ５８と、差動装置６６とを備える。
【００２１】
本実施例では、機械式変速機５６は、第１の位置と第２の位置の間で選択的に調節されるように構成される。第１の位置では、機械式変速機５６は、低圧スプール３６と同じ速度で差動装置６６を回転させる。第２の位置では、機械式変速機５６は、低圧スプール３６より速く差動装置６６を回転させる。実施例の機械式変速機５６は、２段変速の変速機である。他の実施例では、機械式変速機５６は、３速、または４速以上の間で調節可能である。
【００２２】
特定の一実施例では、機械式変速機５６が第１の位置にあるとき、差動装置６６は、低圧スプール３６が２，０００ｒｐｍで回転するとき４，０００ｒｐｍで回転する。この特定の実施例では、機械式変速機５６が第２の位置にあるとき、差動装置６６は、低圧スプール３６が４，０００ｒｐｍで回転するとき４，０００ｒｐｍで回転する。油圧ポンプ５８は、さらに回転速度を調節することができる。油圧ポンプ５８は、差動装置６６を介してモータジェネレータ５０を回転させる。
【００２３】
実施例の機械式変速機５６は、この実施例では入力シャフトである入力部７０を介して低圧スプール３６から回転入力を受け取る。一実施例では、入力部７０の回転速度は、ガスタービンエンジン１０の作動時に低速度より５倍大きな高速度の間で変動し得る。例えば、ガスタービンエンジン１０の作動時に入力部７０は、高速端の５，０００ｒｐｍから低速端の１，０００ｒｐｍの間で回転することができる。
【００２４】
入力部７０は本実施例では、機械式変速機５６と直接係合する。機械式変速機５６は次いで、同様に機械式変速機５６と直接係合する出力部７２を介して回転出力を供給する。出力部７２は、本実施例では差動リングギアである。
【００２５】
実施例の機械式変速機５６は、出力部７２が入力部７０と同じ速度で回転する位置から、出力部７２が入力部７０の１回の回転につき２回回転する別の位置へと移動する。
【００２６】
実施例の機械式変速機５６は、太陽なし差動ギア構成を有する。実施例の機械式変速機５６は、差動装置６６に類似した構成を有する。本開示の恩恵を受ける当業者ならば、入力部と出力部が同じ速度で回転する位置と出力部が入力部の倍の速さで回転する第２の位置の間で移動可能な他の種類の機械式変速機をどのように設計するか理解するであろう。
【００２７】
機械式変速機５６は、制御装置７４に接続される。ガスタービンエンジン１０の作動時に、制御装置７４は、低圧スプール３６の回転速度に応じて第１の位置と第２の位置の間で機械式変速機５６の移動を開始する。制御装置７４は、第１の位置と第２の位置の間でいつ移動を開始するかを判断するために、低圧スプール３６の回転速度を監視することができる。制御装置７４は、自動的に移動を開始することができ、あるいは、スイッチなどの手動入力を必要とすることができる。
【００２８】
例えば、図１、図２を同時に参照しながら図３を参照すると、制御装置７４は、低圧スプール３６の回転速度が経路７８に沿って低圧スプール３６の可能な全速度の約２０％から４５％に増加する間、機械式変速機５６を第１の位置に維持することができる。本実施例では、可能な全速度の２０％は、約２，０００ｒｐｍであり、可能な全速度の４５％は、約４，０００ｒｐｍである。低圧スプール３６がその可能な全速度の４５％に到達すると、制御装置７４は、入力部７０が出力部７２と共に回転する第２の位置に機械式変速機５６を移動させる。他の実施例が、機械式変速機を第３の位置に移動させることもできる。
【００２９】
本実施例では、出力部７２が差動装置６６を回転させ、次いで、差動装置６６が回転入力を油圧ポンプ５８に供給する。油圧ポンプ５８は、モータジェネレータ５０が比較的安定した出力を確実に供給するように、さらに回転速度を調節する。油圧ポンプ５８は、差動装置６６を介してモータジェネレータ５０を回転可能に駆動する。
【００３０】
本実施例では、低圧スプール３６が４，０００ｒｐｍより遅い速度で回転しているときでさえ、４，０００ｒｐｍより大きな速度の入力を常に受け取ることに留意されたい。機械式変速機５６によって、そのような実施例では、差動装置６６からの回転速度が確実に４，０００ｒｐｍより上に維持される。
【００３１】
他の実施例では、油圧ポンプ５８は、４，０００ｒｐｍまたはそれより下で回転する入力を受け取る。入力速度は、油圧ポンプ５８について最適化される。
【００３２】
図１を同時に参照しながら図４を参照すると、別の実施例のギア構成１５２が、機械式変速機１５６、差動装置１６６、および油圧ポンプ１５８を備える。図４で使用される参照符号は、図３の参照符号の前に「１」を付けたものに相当する。
【００３３】
本実施例では、入力部１７０が、差動装置１６６によって機械式変速機に供給される。差動装置１６６は、低圧スプール３６に連結されたシャフト８０によって回転する。機械式変速機１５６は次いで、所望の速度で油圧ポンプ１５８を回転させるように２つの位置の間で選択的に移動する。制御装置１７４が、第１の位置と第２の位置の間で機械式変速機１５６の移動を制御するのに使用され得る。
【００３４】
出力部１７２は本実施例では、機械式変速機１５６から油圧ポンプ１５８へ直接延在する出力シャフトである。出力部１７２が、機械式変速機１５６を回転させる。油圧ポンプ１５８が次いで、差動装置１６６を介してモータジェネレータ１５０を回転させる。
【００３５】
開示された実施例の特徴は、ターボ機械の低圧スプールから入力を受け取り、回転入力をモータジェネレータに供給することができるギア構成を含む。
【００３６】
例示的な実施例を開示したとはいえ、当業者ならば特定の修正例が特許請求の範囲に含まれるであろうことを理解するであろう。それゆえ、特許請求の範囲の真の範囲および内容を決定するには添付の特許請求の範囲を検討する必要がある。
【符号の説明】
【００３７】
３６…低圧スプール
５０、１５０…モータジェネレータ
５２、１５２…ギア構成
５４、１５４…油圧・機械式変速機
５６、１５６…機械式変速機
５８、１５８…油圧ポンプ
６６、１６６…差動装置
７０、１７０…入力部
７２、１７２…出力部
７４、１７４…制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013029106.tif 000005
【図４】
2013029106.tif 000006