(57)【要約】  ジェットエンジン組立体は、少なくとも１つのスプールと発電機を有するジェットエンジンを含む。ロータおよびステータを含み、ロータが少なくとも１つのスプールに作動的に連結されており、電動機が電気を発生するようにロータの磁界の回転を制御する電子整流子を含む発電機。また、ステータおよびロータを有する発電機から電気を発生させる方法であって、電気を発生させるために磁界の回転を制御することを含む方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのスプール（２６／２８）を有するジェットエンジン（１０）と、
発電機（３４）であって、
ロータ（５４）およびステータ（５８）を含み、前記ロータ（５４）の速度が前記スプール（２６／２８）の速度によって変化するように前記ロータ（５４）が前記少なくとも１つのスプール（２６／２８）に作動的に連結される、同期電動機（４０）と、
前記同期電動機（４０）が所定の周波数で電気を発生するように前記ロータ（５４）の回転に対して前記ロータ（５４）の磁界（１０８）の回転を制御する電子整流子（８０）と、
を含む発電機（３４）と、
を含むジェットエンジン組立体。
【請求項２】
前記所定の周波数は、一定の周波数を含む、請求項１記載のジェットエンジン組立体。
【請求項３】
前記発生する電気は、交流、多相、定電圧、および、４００Ｈｚで３相１１５ＶＡＣ、のうちの少なくとも１つを含む、請求項２記載のジェットエンジン組立体。
【請求項４】
前記ロータ（５４）を前記少なくとも１つのスプール（２６／２８）に直結する補機ギアボックスと、前記ロータ（５４）が定速装置なしで前記少なくとも１つのスプール（２６／２８）に作動的に連結されること、のうちの少なくとも一方をさらに含む、請求項１記載のジェットエンジン組立体。
【請求項５】
前記少なくとも１つのスプール（２６／２８）は、低圧スプール（２８）と高圧スプール（２６）のうちの少なくとも一方を含む、請求項１記載のジェットエンジン組立体。
【請求項６】
前記ロータ（５４）の回転速度を示すロータ速度信号を提供する第１の速度センサ（９４）をさらに含み、前記ロータ速度信号は、前記電子整流子（８０）に対する入力として提供される、請求項１記載のジェットエンジン組立体。
【請求項７】
前記発電機（３４）は、ＰＭＧステータ（６０）およびＰＭＧロータ（５６）を有し前記同期電動機（４０）の前記ロータ（５４）と共に回転する永久磁石発電機（ＰＭＧ５０）をさらに含み、前記ＰＭＧロータ（５６）は、前記第１の速度センサ（９４）を含む、請求項６記載のジェットエンジン組立体。
【請求項８】
前記発電機（３４）は、励磁機ステータ（６４／６８／７２／７６）および励磁機ロータ（６２／６６／７０／７４）を有し前記同期電動機（４０）の前記ロータ（５４）と共に回転する励磁機（４２／４４／４６／４８）をさらに含む、請求項７記載のジェットエンジン組立体。
【請求項９】
前記磁界（１０８）の回転を制御することは、前記磁界（１０８）の回転および前記ロータ（５４）の回転における差異が一定であるように回転方向および回転速度のうちの少なくとも一方を制御することを含む、請求項１記載のジェットエンジン組立体。
【請求項１０】
ステータ（５８）およびロータ（５４）を有し可変速度のエンジン（１０）によって回転される発電機（３４）から所定の周波数を有する電気を発生させる方法であって、所定の周波数で電気を発生させるために前記ロータ（５４）の回転に対して前記ロータ（５４）の磁界の回転を制御することを含む、電気を発生させる方法。
【請求項１１】
前記所定の周波数は、一定の周波数を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記磁界（１０８）の回転を制御することは、前記磁界（１０８）の回転速度および回転方向のうちの少なくとも一方を制御することを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記磁界（１０８）の回転を制御することは、前記磁界（１０８）の回転速度を制御して前記磁界（１０８）および前記ロータ（５４）の回転速度の間の相対速度の差異を一定に維持することと、前記ロータ（５４）の回転速度に対して前記磁界（１０８）の回転速度を制御して所定の差異を維持すること、のうちの少なくとも一方を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記所定の差異は、一定である、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記発生する電気は、交流、多相、定電圧、および、４００Ｈｚで３相１１５ＶＡＣ、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジェットエンジン組立体および電気を発生するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジン、および、特に燃焼タービンエンジンとしても公知であ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に向かう燃焼ガスの流れからエネルギを抽出するロータリーエンジンである。ガスタービンエンジンは、陸上および航海上の移動や発電に使用されてきたが、ヘリコプターを含む飛行機などの飛行用途で使用するのが最も一般的である。飛行機では、ガスタービンエンジンは、航空機の推進用に使用される。
【０００３】
ガスタービンエンジンは、推進システムの推力全体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後部方向に排気生成物を導いて追加の推力を産出する高圧（ＨＰ）スプールと、を含む２つ以上のスプールを有することが可能である。トリプルスプールガスタービンエンジンは、第３の中圧（ＩＰ）スプールを含む。
【０００４】
また、ガスタービンエンジンは、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、液圧ポンプ、たとえば、推進力以外の航空機に必要な機能のための機器などのいくつかの異なった付属機器に動力を供給するために１つまたは複数のスプールの機械力も利用する。たとえば、現代の航空機は、アビオニクス機器、原動機、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と連結された発電機は、エンジンの機械力を、付属機器に電力供給するために必要な電気エネルギに変換する。
【０００５】
ガスタービンエンジンの圧力スプールから力を抽出するために定速発電機と可変周波数発電機（ＶＦＧ：ｖａｒｉａｂｌｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ）を使用することは公知である。同期３相発電機の電圧および周波数は、スプールによる直接駆動時のスプールの速度の関数である。個々のスプールの速度がエンジン動作中に変動し得るので、発生する電気の電圧および周波数も変動する場合がある。これらの電気変動により、一定の電圧と周波数が要求される航空機の電気系統に問題が発生する。したがって、この問題に対応するために、ギアボックス（ｇｅａｒ  ｂｏｘ）が使用され、 ギアボックスは、スプールを発電機に機械式に連結し、スプールの速度にかかわらず、一定の速度で発電機を駆動して所望の電圧および周波数を出力するように構成される。たとえば、ＨＰスプールのためにギアボックスが採用される場合があり、速度出力に対する速度入力のギアボックス比により、スプールの機械速度が、発電機の所望の動作速度以内まで低減される。典型的には、定周波数発電機（ＣＦＧ：ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の常用速度は、航空機システム用に４００Ｈｚの出力を生み出すために４極機械で１２，０００ＲＰＭである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０３１４８７７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
１つの態様では、ジェットエンジン組立体は、少なくとも１つのスプールと発電機を有するジェットエンジンを含む。発電機は、ロータおよびステータを含み、ロータの速度がスプールの速度によって変化するようにロータが少なくとも１つのスプールに作動的に連結される、同期電動機と、同期電動機が所定の周波数で電気を発生するようにロータの回転に対してロータの磁界の回転を制御する電子整流子と、をさらに含む。
【０００８】
別の態様では、ステータおよびロータを有し可変速度のエンジンによって回転される発電機から所定の周波数を有する電気を発生させる方法であって、所定の周波数で電気を発生させるためにロータの回転に対してロータの磁界の回転を制御することを含む方法。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に従った航空機用のガスタービンエンジンの図解的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態に従った航空機用の発電機組立体の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に従った発電機組立体回転軸の図解図である。
【図４】本発明の実施形態に従った主機ロータを示す図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った部分断面図である。
【図５】本発明の実施形態に従ったシーケンスの第１のサイクルで磁極が通電される主機ロータの図解図である。
【図６】本発明の実施形態に従ったシーケンスの第２のサイクルで磁極が通電される主機ロータの図解図である。
【図７】本発明の実施形態に従ったシーケンスの第３のサイクルで磁極が通電される主機ロータの図解図である。
【図８】本発明の実施形態に従ったシーケンスの第４のサイクルで磁極が通電される主機ロータの図解図である。
【図９】本発明の実施形態に従ったシーケンスの第５のサイクルで磁極が通電される主機ロータの図解図である。
【図１０】本発明の実施形態に従ったシーケンスの第６のサイクルで磁極が通電される主機ロータの図解図である。
【図１１】本発明の実施形態に従ったシーケンスの第７のサイクルで磁極が通電される主機ロータの図解図である。
【図１２】本発明の実施形態に従ったシーケンスの第８のサイクルで磁極が通電される主機ロータの図解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、電気を発生させる発電機を用いる任意の環境下で実施することができるが、発電機が電動機または電気機械として典型的に言及されるジェットエンジンの環境下で実施すべきことが現在一般に考えられる。したがって、考慮した環境の概要は、より完全な理解の助けになるはずである。ガスタービンエンジンは、現代の商業および軍事の航空機産業で広く使用されているＧｅｎｅｒａｌ  ＥｌｅｃｔｒｉｃのＧＥｎｘまたはＣＦ６シリーズのエンジンなどのターボファンエンジンにすることができ、あるいは、ターボプロップまたはターボシャフトなどの他の公知の様々なガスタービンエンジンにすることができよう。ガスタービンエンジンは、排出ガスの速度を上昇させるために、したがって推力を増大させる、低圧タービン領域の下流側の追加的な量の燃料を燃焼させるアフターバーナを有することもできる。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態が有利なことを示す環境の一例としての航空機用のガスタービンエンジン１０の図解的な断面図である。エンジン１０は、ファン１４、昇圧器または低圧（ＬＰ）圧縮機１６、高圧（ＨＰ）圧縮機１８、燃焼セクション２０、ＨＰタービン２２、および、ＬＰタービン２４を含むファンセクション１２を、下流に向かう直列の流れの関係で含む。ＨＰシャフトまたはスプール２６は、ＨＰタービン２２をＨＰ圧縮機１８に駆動連結し、ＬＰシャフトまたはスプール２８は、ＬＰタービン２４をＬＰ圧縮機１６およびファン１４に駆動連結する。ＨＰタービン２２は、ロータ３０の外周に実装されたタービンブレード３２を有するＨＰタービンロータ３０を含む。
【００１２】
エンジンは、ガスタービン航空機エンジンの上または中に実装される同期発電機組立体３４をさらに含む。発電機組立体３４は、ファンを含むガスタービンエンジンの空気取入れ領域または高圧圧縮領域の近くのコア上のいずれかの外側に実装することができる。発電機３４におよびそこから電力を移すために、発電機組立体３４の外部には、少なくとも１つの電圧出力が提供される。この力の連結は、図示のように、電力ケーブル３６によって伝達され、交流、多相、および定電圧出力のうちの少なくとも１つを、発電機組立体３４の接地基準と共に提供することができる。発電機組立体３４は、一定の周波数または所定の制限内での可変の周波数などの所定の周波数で電力を追加的に発生させることができる。発生される電気の１つの例は、所定の４００Ｈｚで３相１１５ＶＡＣを含む。位相、電流、および電圧の代替的な発生が想定される。
【００１３】
図２を参照すると、発電機組立体３４は、回転軸３８と、同期主機（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｍａｉｎ  ｍａｃｈｉｎｅ）４０と、４つの励磁機４２、４４、４６、４８と、永久磁石発電機（ＰＭＧ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）５０と、を含む。回転軸３８は、離間した軸受５２によって支持される。主機４０およびＰＭＧ５０の個々は、それぞれのロータ５４、５６と、対応するそれぞれのステータ５８、６０とを有する。第１の励磁機４２は、第１の励磁機ロータ６２および対応する第１の励磁機ステータ６４を有する。第２の励磁機４４は、第２の励磁機ロータ６６および対応する第２の励磁機ステータ６８を有する。第３の励磁機４６は、第３の励磁機ロータ７０および対応する第３の励磁機ステータ７２を有する。第４の励磁機４８は、第４の励磁機ロータ７４および対応する第４の励磁機ステータ７６を有する。ロータ５４、５６、６２、６６、７０、７４は、発電機組立体３４の中に回転可能に取り付けられるステータ５８、６０、６４、６８、７２、７６に対して回転するように回転軸３８に実装される。ステータ５８、６０、６４、６８、７２、７６は、発電機組立体３４のハウジング部の任意の適切な部分に実装することができる。
【００１４】
図示実施例では、主機４０は、発電機組立体３４の後部に配置され、ＰＭＧ５０は、発電機組立体３４の前部に配置される。励磁機４２、４４、４６、４８は、発電機組立体３４の中で主機４０およびＰＭＧ５０の間に位置付けされる。主機４０の他の位置には、励磁機４２、４４、４６、４８およびＰＭＧ５０が想定され、特許性のある範囲は、どの単一の実施形態によっても限定されるべきではない。たとえば、主機４０の両側に励磁機４２、４４、４６、４８が配置される代替の位置付けが想定される。
【００１５】
図３は、発電機組立体３４の図解図を示す。回転軸３８は、機械式連結器７８によって、ＨＰスプール２６として示されているエンジン１０の少なくとも１つのスプールと連結される。この意味では、ＨＰスプール２６は、エンジン１０からの軸回転の直接のソース（ｓｏｕｒｃｅ）となり、これにより、回転軸３８の速度、したがって、ロータ５４、５６、６２、６６、７０、７４の速度は、ＨＰスプール２６の速度によって様々である。
【００１６】
少なくとも２つの磁極を備えた永久磁石を有するＰＭＧロータ５６が示されている。ＰＭＧステータ６０は、ＰＭＧロータ５６と電磁気的に整列しており、共通の電子整流子８０を介して励磁機ステータ６４、６８、７２、７６に対する共通の供給線に供給される導線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に沿った３相出力を提供するために配置された巻線を含む。ＰＭＧステータ６０は、回転軸３８の回転速度を示す信号を電子整流子８０に提供するように構成されたロータ速度センサ９４をさらに含む。ロータ速度センサ９４は、ＰＭＧロータ５６に隣接して示されており、永久磁石の極性の変化を検出することで回転速度信号を発生させるために動作する。タコメータなどの代替のセンサおよび回転速度を検知する方法が想定される。さらに、ロータ速度センサ９４は、ＰＭＧロータ５６と一体にすることができると想定される。
【００１７】
第１の励磁機ステータ６４は、電子整流子８０から延在しかつ第１の励磁機ロータ６２と電磁気的に整列する第１の励磁機界磁巻線８２を含む。第１の励磁機ロータ６２は、逆方向バイアスダイオード整流器８４に供給される図示のような導線に沿った３相出力を提供するために配置された巻線を含む。
【００１８】
第２の励磁機ステータ６８は、電子整流子８０から延在しかつ第２の励磁機ロータ６６と電磁気的に整列する第２の励磁機界磁巻線８６を含む。第２の励磁機ロータ６６は、順方向バイアスダイオード整流器８８に供給される図示のような導線に沿った３相出力を提供するために配置された巻線を含む。
【００１９】
第３の励磁機ステータ７２は、電子整流子８０から延在しかつ第３の励磁機ロータ７０と電磁気的に整列する第３の励磁機界磁巻線９０を含む。第３の励磁機ロータ７０は、逆方向バイアスダイオード整流器８４に供給される図示のような導線に沿った３相出力を提供するために配置された巻線を含む。
【００２０】
第４の励磁機ステータ７６は、電子整流子８０から延在しかつ第４の励磁機ロータ７４と電磁気的に整列する第４の励磁機界磁巻線９２を含む。第４の励磁機ロータ７４は、順方向バイアスダイオード整流器８８に供給される図示のような導線に沿った３相出力を提供するために配置された巻線を含む。
【００２１】
電子整流子８０は、ロータ速度センサ９４の信号に基づいて導線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から１つまたは複数のセットの励磁機界磁巻線８２、８６、９０、９２への電流を電子的に切替えることが可能にされる。
【００２２】
主機ロータ５４は、電圧印加時にロータ５４上に磁界１０８を発生させるように構成されるロータ５４の周りに配置された第１、第２、第３、および、第４のセットの主機ロータ界磁巻線１００、１０２、１０４、１０６を含む。図示のように、第１および第２のロータ界磁巻線１００、１０２は、第２および第１の励磁機ロータ６６、６２のそれぞれの出力と電気的に連結される。さらに、図示のように、第３および第４のロータ界磁巻線１０４、１０６は、第４および第３の励磁機ロータ７４、７０のそれぞれの出力と電気的に連結される。したがって、個々のセットのロータ界磁巻線１００、１０２、１０４、１０６は、それぞれに連結された励磁機界磁巻線８６、８２、９２、９０に電圧を印加することに電圧印加的に依存している。主機ステータ５８は、主機ロータ５４と電磁気的に整列した導線Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９を有し、個々の導線Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９が単相電流を電力ケーブル３６に伝達し得るように構成される。
【００２３】
図４は、４つの磁極対を備えたロータとロータの回転方向１２６を示している図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った図解的な断面図である。図示のように、主機ロータ５４は、半径方向に離間しかつ回転軸３８の周りに整列される第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７および第８の磁極１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４を含む。磁極１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４が、第１、第２、第３および第４のロータ界磁巻線１００、１０２、１０４、１０６と電気的に連結するために、どのように構成され得るかの一例は次の通りである。第１のロータ界磁巻線１００は、第１および第５の磁極１１０、１１８が常に磁気的に第３および第７の磁極１１４、１２２と対向するように、第１、第３、第５および第７の磁極１１０、１１４、１１８、１２２の周りに巻き付けられる。第２のロータ界磁巻線１０２は、方向が反対であるが第１のロータ界磁巻線１００と同じように磁気的に対向する磁極１１０、１１４、１１８、１２２の周りに巻き付けられる。第３のロータ界磁巻線１０４は、第２および第６の磁極１１２、１２０が常に磁気的に第４および第８の磁極１１６、１２４と対向するように、第２、第４、第６および第８の磁極１１２、１１６、１２０、１２４の周りに巻き付けられる。第４のロータ界磁巻線１０６は、方向が反対であるが第３のロータ界磁巻線１０４と同じように磁気的に対向する磁極１１２、１１６、１２０、１２４の周りに巻き付けられる。
【００２４】
主機４０の整流は、回転軸線に対して磁界１０８の方向および速度を制御するために励磁機４２、４４、４６、４８の電圧印加によって制御することができる。この形式では、磁界１０８は、回転軸３８の回転速度に対して必要に応じてより速くまたはより遅く回転させることができる。この整流を達成するために、第１の励磁機界磁巻線８２の電圧印加により、結果として３相出力が第１の励磁機ロータ６２上に生じ、逆方向バイアス整流器によって整流されて第１、第３、第５および第７の磁極１１０、１１４、１１８、１２２に伝達され、これにより、第１および第５の磁極１１０、１１８が磁気的にＮ（ｎｏｒｔｈ）となり、第３および第７の磁極１１４、１２２が磁気的にＳ（ｓｏｕｔｈ）となる。さらに、第２の励磁機界磁巻線８６に電圧を印加することにより、結果として３相出力が第２の励磁機ロータ６６上に生じ、順方向バイアス整流器によって整流されて第１、第３、第５および第７の磁極１１０、１１４、１１８、１２２に伝達され、これにより、第１および第５の磁極１１０、１１８が磁気的にＳとなり、第３および第７の磁極１１４、１２２が磁気的にＮとなる。第３の励磁機界磁巻線９０に電圧を印加することにより、結果として３相出力が第３の励磁機ロータ７０上に生じ、逆方向バイアス整流器によって整流されて第２、第４、第６および第８の磁極１１２、１１６、１２０、１２４に伝達され、これにより、第２および第６の磁極１１２、１２０が磁気的にＮとなり、第４および第８の磁極１１６、１２４が磁気的にＳとなる。第４の励磁機界磁巻線９２に電圧を印加することにより、結果として３相出力が第４の励磁機ロータ７４上に生じ、順方向バイアス整流器によって整流されて第２、第４、第６および第８の磁極１１２、１１６、１２０、１２４に伝達され、これにより、第２および第６の磁極１１２、１２０が磁気的にＳとなり、第４および第８の磁極１１６、１２４が磁気的にＮとなる。
【００２５】
電子整流子８０は、磁極１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４の磁気の方向、したがって、主機ロータ５４の磁界１０８、を作動的に制御するために、第１、第２、第３および第４の励磁機界磁巻線８２、８６、９０、９２に選択的に電圧印加する。特定の電圧印加のシーケンスで励磁機界磁巻線８２、８６、９０、９２の電圧印加を交番させることにより、電子整流子８０は、ロータ５４の回転方向１２６に関係なく、主機ロータ５４に対して磁界１０８を効果的に回転させることが可能である。たとえば、８つのサイクルの切替え動作では、電子整流子８０は、次のシーケンス、（図５に示すように）第１の励磁機界磁巻線８２に電圧印加すること、（図６に示すように）第１および第３の励磁機界磁巻線８２、９０に電圧印加すること、（図７に示すように）第３の励磁機界磁巻線９０に電圧印加すること、（図８に示すように）第２および第３の励磁機界磁巻線８６、９０に電圧印加すること、（図９に示すように）第２の励磁機界磁巻線８６に電圧印加すること、（図１０に示すように）第２および第４の励磁機界磁巻線８６、９２に電圧印加すること、（図１１に示すように）第４の励磁機界磁巻線９２に電圧印加すること、（図１２に示すように）第１および第４の励磁機界磁巻線８２、９２に電圧印加すること、を使用することによって、図４に示すようなロータの時計回り（ＣＷ）方向の回転１２６とは反対である反時計回り（ＣＣＷ）に磁界１０８を回転させることが可能である。２つの励磁機界磁巻線が同時に電圧印加されて、たとえば、２つの磁気的にＮ極が隣り合わせに生じる場合、主機ロータ５４の（図５〜１２に示されている点付き矢印のような）「有効なＮ」が２つのＮ極の間に角度的に存在する。
【００２６】
第１および第２の励磁機界磁巻線８２、８６が同じ磁極１１０、１１４、１１８、１２２の周りに逆に巻かれるので、電子整流子が、これらの２つの界磁巻線８２、８６を同時に電圧印加することは決してない。同様に、第３および第４の界磁巻線９０、９２が同じ磁極１１２、１１６、１２０、１２４の周りに逆に巻かれるので、電子整流子が、これらの２つの界磁巻線９０、９２を同時に電圧印加することは決してない。また、上記のシーケンス例により主機ロータ５４の磁界１０８がＣＣＷに回転するが、たとえば、磁界１０８をＣＷに回転させ、あるいは、シーケンス中の１つまたは複数の励磁機界磁巻線８２、８６、９０、９２の電圧印加をなくす、複数の代替のシーケンスが想定される。さらに、電子整流子８０は、発電機３４の動作を中断せずに、また、発電機３４の出力電力供給を休止せずに、発電機組立体３４の動作中に１つのシーケンスから別のシーケンスに変化するために構成される。電子整流子８０は、シーケンス動作の速度を動的に増加または減少させることも、あるいは、必要に応じて、シーケンスの向きを変えることもできる。
【００２７】
動作の際、動いているガスタービンエンジン１０により、ＨＰタービン２２は、ＨＰスプール２６を回転させる。回転するＨＰスプール２６は、ＨＰスプール２６から発電機組立体３４の回転軸３８に機械力を伝達する。回転するＰＭＧロータ５６は、電子整流子８０に力を供給するＰＭＧステータ６０の導線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に３相出力を発生させる。電子整流子８０は、ロータ速度センサ９４からロータ速度信号を受けて、ロータ速度信号に応じて第１、第２、第３および第４の励磁機界磁巻線８２、８６、９０、９２を選択的に電圧印加する。
【００２８】
励磁機ロータ６２、６４、６６、６８の回転により、３相電力が発生し、整流器８４、８８によってＤＣ電力に変換される。ＤＣ電力は、ロータ界磁巻線１００、１０２、１０４、１０６に供給される。主機ロータ５４は、主機ステータ５８に対して回転して、導線Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９で３相電力が発生し、電力ケーブル３６に、したがって、航空機に供給される。電力を引き出す電気的な負荷の形式にもよるが、発電機組立体３４によって発生する電力は、負荷で消費される前にさらなる過程を経る場合がある。
【００２９】
励磁機界磁巻線８２、８６、９０、９２を選択的に電圧印加する電子整流子８０は、回転軸３８の速度に関係なく所定の周波数で出力電気を発生させる。たとえば、回転軸３８が所望の電力周波数を発生させるのに要する動作可能速度より上の回転速度でＣＷ方向に回転している場合、電子整流子８０は、ロータ速度センサ９４を用いてロータ速度を検知し、主機ステータ５８に対して回転する磁界１０８を動作可能速度まで減少させるために算出される回転速度でＣＣＷ方向に励磁機界磁巻線８２、８６、９０、９２を介して主機ロータ５４の磁界１０８を順序付ける。別の言い方をすれば、磁界１０８の回転速度は、主機ステータ５８に対して、磁界１０８の「有効な」回転を所望の電力発生に要する動作可能速度に導くために、主機ロータ５４の回転速度を減少させる。
【００３０】
この実施形態または代替の実施形態では、電子整流子８０は、所望の一定の電力周波数を発生させるのに要する動作可能速度より下の可変速度で回転している回転軸３８の原因となる磁界１０８の回転を制御することもできる。たとえば、電子整流子８０は、ロータ速度センサ９４を用いてロータ速度を検知することによってＣＷ方向に非常に遅く回転する回転軸３８を補償することができ、主機ステータ５８に対して有効に回転する磁界１０８を動作可能速度まで増加させるために算出される回転速度でＣＷ方向に主機ロータ５４の磁界１０８を順序付けることができる。別の言い方をすれば、磁界１０８の回転速度は、主機ステータ５８に対して磁界１０８の「有効な」回転を所望の電力発生に要する動作可能速度に導くために主機ロータ５４の回転速度を増加させる。
【００３１】
さらに、電子整流子８０は、磁界１０８の一定の有効な回転を作出するために、必要に応じて順序付けの方向を変えることができると想定される。電子整流子８０の動作により、磁界１０８の回転速度および主機ロータ５４の間の相対速度の一定または所定の差異を維持するために、主機ロータ５４の磁界１０８の回転速度を制御することもできる。したがって、発電機組立体３４によって発生される電力は、エンジン１０の動作の速度にかかわらず、一定のままである。
【００３２】
本開示物によって、上記図面に示されたものに加えて多数の他の可能な実施形態および構成が考えられる。たとえば、ＨＰスプール２６に直結された発電機組立体３４が示されているが、どんな発電機／スプールの組合せも同様に機能することができ、たとえば、発電機組立体３４がＬＰスプール２８その他に連結できると想定される。さらに、複数の発電機組立体３４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発電機のエンジンなどの、１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１０に実施することもできる。これらの代替のスプール実施形態では、可変速度のエンジンのスプールの可変速度により、一定の電力出力を発生することができる。
【００３３】
代替的に、本発明の実施形態は、スプールと回転軸３８に対する機械式連結器７８との間に中間の速度変換装置を使用することを追加的に含むことができる。たとえば、補機ギアボックスまたは定速度装置は、ＬＰスプール２８に機械式に連結される入力と回転軸３８に機械式に連結される出力とを有することができ、補機ギアボックスによって軸方向回転速度のソースが変えられる。中間の速度交換装置は、上記のスプールの任意の間に連結することができ、また、軸方向回転速度のソースを増加、減少、または一定にすることができ、説明されているように電子整流子８０がそれに対して行動できよう。中間の速度交換装置内で、回転力は、他のエンジン付属機器に伝達することもできる。
【００３４】
さらに、発電機組立体３４は、同じエンジン１０の中に存在することを要しない。たとえば、２つの異なるエンジン１０のＨＰまたはＬＰスプール２６、２８には、３つの発電機組立体３４を連結することができる。
【００３５】
本明細書に開示された実施形態では、裏返した構造を備えるＰＭＧ  ＲＡＴシステムが提供される。上記実施形態で実現され得る１つの利点は、ジェットエンジンの利用可能な任意のスプールから電力を抽出するために容易に利用可能である一般的設計の発電機であり、その結果、別個の開発での無視できない費用が省かれ、個別に動作するスプールから電力を抽出する発電機のソースになる。さらに、航空機の電力発生の構成要素を設計する際に、対処すべき重要なファクタは、複数の動作状態における信頼性である。上記実施形態により、それを駆動する機械式のスプールの動作速度にかかわらず、電力中断のない電力発生を実現することができる。さらに、上記の発電機組立体では、中間の速度交換装置が必要ないので、システムとしての部品点数が低減され、したがって、本実施形態により、統制のある電力出力を最低限の電力変換機器で実現でき、システム全体が本質的に一段と信頼性のあるものになる。この結果、重量が低減され、寸法が縮小され、性能が向上され、そして、システムの信頼性が向上される。部品数の低減とメンテナンスの減少により、製品原価の低減と運転経費の低減がもたらされよう。重量および寸法の減少は、飛行中における競争力のある利益と相関がある。
【００３６】
この記載した説明は、本発明を開示するために、また、任意の装置またはシステムの製造および使用ならびに組み込まれる任意の方法の実施を含む本発明の実施をどの当業者もできるようにするためにも、最良の形態を含む例を用いている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの用語と異なることのない構造要素を有する場合や特許請求の範囲の文字通りの用語から実質差異がない同等の構造要素を含む場合において、特許請求の範囲の範囲内にあるべきことを意図している。
【符号の説明】
【００３７】
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  ロータ
３２  タービンブレード
３４  発電機組立体
３６  電力ケーブル
３８  回転軸
４０  （同期）主機
４２  第１の励磁機
４４  第２の励磁機
４６  第３の励磁機
４８  第４の励磁機
５０  永久磁石発電機
５２  軸受
５４  主機ロータ
５６  ＰＭＧロータ
５８  主機ステータ
６０  ＰＭＧステータ
６２  第１の励磁機ロータ
６４  第１の励磁機ステータ
６６  第２の励磁機ロータ
６８  第２の励磁機ステータ
７０  第３の励磁機ロータ
７２  第３の励磁機ステータ
７４  第４の励磁機ロータ
７６  第４の励磁機ステータ
８０  電子整流子
８２  第１の励磁機界磁巻線
８４  逆方向バイアスダイオード整流器
８６  第２の励磁機界磁巻線  ８８  順方向バイアスダイオード整流器
９０  第３の励磁機界磁巻線
９２  第４の励磁機界磁巻線
９４  ロータ速度センサ
１００  第１のロータ界磁巻線
１０２  第２のロータ界磁巻線
１０４  第３のロータ界磁巻線
１０６  第４のロータ界磁巻線
１０８  磁界
１１０  第１の磁極
１１２  第２の磁極
１１４  第３の磁極
１１６  第４の磁極
１１８  第５の磁極
１２０  第６の磁極
１２２  第７の磁極
１２４  第８の磁極
１２６  回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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