(57)【要約】  航空機用の発電制御装置は、航空機エンジンの回転動力を変速して発電機に伝達し且つ複数の変速段を有する有段変速機を備えた発電装置の制御装置であって、前記有段変速機の入力回転数又は出力回転数を監視回転数として受信する回転数受信部と、前記監視回転数が第１閾値を上回ると、前記有段変速機を上位段から下位段にシフトダウンさせるシフトダウン信号を出力し、前記監視回転数が第２閾値を下回ると、前記有段変速機を前記下位段から前記上位段にシフトアップさせるシフトアップ信号を出力し、前記第１閾値を前記第２閾値よりも大きい値に設定した有段変速制御部と、を備える。
2020105081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機エンジンの回転動力を変速して発電機に伝達し且つ複数の変速段を有する有段変速機を備えた発電装置の制御装置であって、
前記有段変速機の入力回転数又は出力回転数を監視回転数として受信する回転数受信部と、
前記監視回転数が第１閾値を上回ると、前記有段変速機を上位段から下位段にシフトダウンさせるシフトダウン信号を出力し、前記監視回転数が第２閾値を下回ると、前記有段変速機を前記下位段から前記上位段にシフトアップさせるシフトアップ信号を出力し、前記第１閾値を前記第２閾値よりも大きい値に設定した有段変速制御部と、を備える、航空機用の発電制御装置。
【請求項２】
前記監視回転数は、前記有段変速機の前記出力回転数であり、
前記出力回転数のフルレンジのうち下限値を０％として上限値を１００％としたとき、前記有段変速制御部は、前記第１閾値を前記フルレンジの６０％〜１００％の範囲内に設定し、前記第２閾値を前記フルレンジの２０％〜４０％の範囲内に設定している、請求項１に記載の航空機用の発電制御装置。
【請求項３】
前記監視回転数は、前記有段変速機の前記入力回転数であり、
前記入力回転数のフルレンジのうち下限値を０％として上限値を１００％としたとき、前記有段変速制御部は、前記第１閾値を前記フルレンジの３０％〜５０％の範囲内に設定し、前記第２閾値を前記フルレンジの２０％〜４０％の範囲内に設定している、請求項１に記載の航空機用の発電制御装置。
【請求項４】
前記有段変速制御部は、前記航空機の離陸時から巡航時までの間に前記監視回転数が前記第１閾値を上回り、かつ、前記航空機の巡航時から着陸時までの間に前記監視回転数が前記第２回転数を下回るように、前記第１閾値及び前記第２閾値を設定している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の航空機用の発電制御装置。
【請求項５】
前記有段変速機と前記発電機との間の動力伝達経路には無段変速機が介設されており、
前記変速機制御装置は、前記発電機に入力される回転数が一定になるように前記無段変速機の入力回転数に基づいて前記無段変速機を制御する無段変速制御部を更に備え、
前記回転数受信部は、前記有段変速機の前記出力回転数を前記無段変速機の前記入力回転数として受信し、かつ、前記有段変速機の前記出力回転数を前記監視回転数として受信する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の航空機用の発電制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発電制御装置と、
航空機エンジンの回転動力を変速し、複数の変速段を有する有段変速機と、
前記有段変速機で変速された動力が伝達される発電機と、を備える、航空機用の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機エンジンの回転動力を変速して発電機に伝達し且つ複数の変速段を有する有段変速機を備えた発電装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の多くは、飛行用エンジンで駆動される発電装置を主電源として備える。当該発電装置の一例としては、駆動機構一体型発電装置（Integrated  Drive  Generator：IDG）が挙げられ、この発電装置では、発電機と、当該発電機の上流側に配置された無段変速機とを一体に備える（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５８４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンから取り出す動力に大きな回転数変動が生じる場合を想定し、発電装置に入力する動力の回転数変動レンジが大きくなっても、適切な回転数に調整して発電機に動力伝達できる構成を考える必要がある。その対策として、発電装置の無段変速機の変速レンジを大きくしようとすると、無段変速機を大径化する必要があり、装置全体が大型化してしまうので好ましくない。発電装置の大型化を抑えたまま大きな回転数変動に対応する方策としては、発電装置の上流側に小型の有段変速機（例えば、２段式の有段変速機）を設け、その有段変速機の変速動作により発電装置に入力される動力の回転数変動レンジを狭めることが考えられる。【０００５】
しかし、有段変速機が変速する際には変速ショックが発生するため、発電装置に入力される動力の回転数が瞬間的に大きく変動し得る。航空機が有段変速機の変速閾値に近いエンジン回転数で暫く飛行した場合には、このような回転数の瞬間的な大変動が繰り返されることになり、発電が安定し難くなる。【０００６】
そこで本発明は、発電機の上流側に有段変速機を備えた発電装置において、瞬間的な回転数変動の多発を防止して発電を安定させる制御装置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】
【０００７】
本発明の一態様に係る航空機用の発電制御装置は、航空機エンジンの回転動力を変速して発電機に伝達し且つ複数の変速段を有する有段変速機を備えた発電装置の制御装置であって、前記有段変速機の入力回転数又は出力回転数を監視回転数として受信する回転数受信部と、前記監視回転数が第１閾値を上回ると、前記有段変速機を上位段から下位段にシフトダウンさせるシフトダウン信号を出力し、前記監視回転数が第２閾値を下回ると、前記有段変速機を前記下位段から前記上位段にシフトアップさせるシフトアップ信号を出力し、前記第１閾値を前記第２閾値よりも大きい値に設定した有段変速制御部と、を備える。【０００８】
前記構成によれば、シフトダウン時の第１閾値がシフトアップ時の第２閾値よりも大きい値であるため、監視回転数が第１閾値を上回ってシフトダウンした後に、監視回転数が変動して直ぐに第２閾値を下回ってシフトアップしてしまうことが抑制される。よって、発電機の上流側に有段変速機を備えた発電装置において、瞬間的な回転数変動の多発を防止して発電を安定させることができる。【０００９】
前記監視回転数は、前記有段変速機の前記出力回転数であり、前記出力回転数のフルレンジのうち下限値を０％として上限値を１００％としたとき、前記有段変速制御部は、前記第１閾値を前記フルレンジの６０％〜１００％の範囲内に設定し、前記第２閾値を前記フルレンジの２０％〜４０％の範囲内に設定している構成としてもよい。【００１０】
前記構成によれば、前記同様に、航空機が巡航飛行する回転数レンジとは異なるレンジに第１及び第２閾値が設定されるため、監視回転数が第１閾値を上回ってシフトダウンした後は監視回転数が減少せずにそのまま増加する可能性が高くなり、監視回転数が第２閾値を下回ってシフトアップした後は監視回転数が増加せずにそのまま減少する可能性が高くなる。よって、監視回転数が変動して直ぐに第２閾値を下回ってシフトアップしてしまうことを更に抑制できる。【００１１】
前記監視回転数は、前記有段変速機の前記入力回転数であり、前記入力回転数のフルレンジのうち下限値を０％として上限値を１００％としたとき、前記有段変速制御部は、前記第１閾値を前記フルレンジの３０％〜５０％の範囲内に設定し、前記第２閾値を前記フルレンジの２０％〜４０％の範囲内に設定している構成としてもよい。【００１２】
前記構成によれば、航空機が巡航飛行する回転数レンジとは異なるレンジに第１及び第２閾値が設定されるため、監視回転数が第１閾値を上回ってシフトダウンした後は監視回転数が減少せずにそのまま増加する可能性が高くなり、監視回転数が第２閾値を下回ってシフトアップした後は監視回転数が増加せずにそのまま減少する可能性が高くなる。よって、監視回転数が変動して直ぐに第２閾値を下回ってシフトアップしてしまうことを更に抑制できる。【００１３】
前記有段変速制御部は、前記航空機の離陸時から巡航時までの間に前記監視回転数が前記第１閾値を上回り、かつ、前記航空機の巡航時から着陸時までの間に前記監視回転数が前記第２回転数を下回るように、前記第１閾値及び前記第２閾値を設定している構成としてもよい。【００１４】
前記構成によれば、監視回転数が第１閾値を上回ってシフトダウンした後は監視回転数が減少せずにそのまま増加する可能性が高くなり、監視回転数が第２閾値を下回ってシフトアップした後は監視回転数が増加せずにそのまま減少する可能性が高くなる。よって、監視回転数が変動して直ぐに第２閾値を下回ってシフトアップしてしまうことを更に抑制できる。【００１５】
前記有段変速機と前記発電機との間の動力伝達経路には無段変速機が介設されており、前記変速機制御装置は、前記発電機に入力される回転数が一定になるように前記無段変速機の入力回転数に基づいて前記無段変速機を制御する無段変速制御部を更に備え、前記回転数受信部は、前記有段変速機の前記出力回転数を前記無段変速機の前記入力回転数として受信し、かつ、前記有段変速機の前記出力回転数を前記監視回転数として受信する構成としてもよい。【００１６】
前記構成によれば、有段変速機を制御するための回転数センサと、無段変速機を制御するための回転数センサとを共用することができ、センサ数を低減することができる。また、有段変速制御部の閾値判定に用いる監視回転数を有段変速機の出力回転数とすることで、当該監視回転数を有段変速機の入力出力回転数とした場合に比べ、第１閾値と第２閾値との差を大きくしやすくなり、監視回転数が変動して短時間内に変速を繰り返すことを更に好適に抑制できる。【００１７】
本発明の一態様に係る航空機用の発電装置は、前記した発電制御装置と、航空機エンジンの回転動力を変速し、複数の変速段を有する有段変速機と、前記有段変速機で変速された動力が伝達される発電機と、を備える。【００１８】
前記構成によれば、前述したように、発電機の上流側に有段変速機を備えた発電装置において、瞬間的な回転数変動の多発を防止して発電を安定させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、発電機の上流側に有段変速機を備えた発電装置において、瞬間的な回転数変動の多発を防止して発電を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る航空機エンジン及び発電装置を示す模式図である。
【図２】図１に示す発電装置のブロック図である。
【図３】図２に示す発電制御装置のブロック図である。
【図４】図２に示す有段変速機の入力回転数及び出力回転数と無段変速機の出力回転数との関係を示すグラフである。
【図５】変形例の図４相当の図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００２２】
図１は、実施形態に係る航空機エンジン１及び発電装置１３を示す模式図である。図１に示すように、航空機エンジン１は、２軸ガスタービンエンジンであって、ファン２、圧縮機３、燃焼器４、タービン５、高圧軸６及び低圧軸７を備える。ファン２は、航空機エンジン１の前部に配置され、その周囲がファンケースで覆われている。タービン５は、前段側の高圧タービン８及び後段側の低圧タービン９を有する。高圧タービン８は、高圧軸６を介して圧縮機３と連結されている。高圧軸６は、内部に中空空間を有する筒状の軸体である。低圧タービン９は、低圧軸７を介してファン２と連結されている。低圧軸７は、高圧軸６の中空空間に挿通されている。
【００２３】
低圧軸７には、径方向外方に延びた連結軸１１が動力伝達可能に接続されている。連結軸１１には、ギヤボックス１２が動力伝達可能に接続されている。ギヤボックス１２には、発電装置１３が動力伝達可能に接続されている。即ち、低圧軸７の回転動力が、連結軸１１及びギヤボックス１２を介して発電装置１３に伝達される。低圧軸７の回転数変動は、高圧軸６の回転数変動よりも大きいため、発電装置１３に入力される動力の回転数変動レンジは大きくなる。なお、発電装置１３に伝達するための動力は、低圧軸７の代わりに高圧軸６から取り出されてもよい。
【００２４】
図２は、図１に示す発電装置１３のブロック図である。図２に示すように、発電装置１３は、有段変速機２１、無段変速機２２、発電機２３及び発電制御装置２５を備える。発電装置１３は、センサとして、回転数センサ２４を備える。航空機エンジン１の低圧軸７から取り出した回転動力は、有段変速機２１及び無段変速機２２によって夫々変速されてから発電機２３に入力され、発電機２３で発電された電力が航空機の電気機器（図示せず）に供給される。即ち、エンジン１から取り出す動力に大きな回転数変動が生じる場合を想定し、発電機２３に入力される動力の回転数が安定するように有段変速機２１及び無段変速機２２により回転数が調整される。
【００２５】
有段変速機２１には、航空機エンジン１から取り出した回転動力が入力される。有段変速機２１は、複数のギヤ列から動力伝達させるギヤ列を選択して変速を行う変速機であり、動力伝達させるギヤ列を切り替える際には出力回転数に変動が生じる。本実施形態では、有段変速機２１は、一例として２段変速式であり、下位段（等速段）と、下位段よりも変速比が大きい（減速比が小さい）上位段（増速段）とを有する。有段変速機２１では、下位段から上位段にシフトアップするときや上位段から下位段にシフトダウンするときには、一のギヤ列が選択された状態からディスエンゲージ状態（ニュートラル状態）を経て他のギヤ列が選択された状態へと切り替わる。なお、本実施形態では、有段変速機２１の変速段が２段のみの構成を例示したが、２段よりも多くてもよい。
【００２６】
無段変速機２２には、有段変速機２１が変速して出力する回転動力が入力される。無段変速機２２には、例えば、トロイダル式の無段変速機を用いることができる。トロイダル式の無段変速機は、入力ディスク及び出力ディスクに挟まれたパワーローラの位置をアクチュエータにより変化させることで、パワーローラを傾転させて変速比を変更するものである。トロイダル式の無段変速機は、公知であるためその詳細構造の説明は省略する。なお、無段変速機は、他の形式のものでもよく、例えば、油圧式変速機（Hydro Static Transmission）でもよい。
【００２７】
発電機２３には、無段変速機２２が変速して出力する回転動力が入力される。発電機２３は、交流発電機である。発電機２３は、一定回転数の動力が入力されることで一定周波数の交流を発電する。回転数センサ２４は、有段変速機２１と無段変速機２２との間の動力伝達軸の回転数を検出する。発電制御装置２５は、回転数センサ２４で検出された回転数に応じて、有段変速機２１及び無段変速機２２の変速動作を制御する。なお、無段変速機２２を設けず、発電機２３で発電される交流の周波数を一定としない構成としてもよい。
【００２８】
図３は、図２に示す発電制御装置２５のブロック図である。図３に示すように、発電制御装置２５は、ハードウェア面において、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ及びＩ／Ｏインターフェース等を有する。発電制御装置２５は、ソフトウェア面において、回転数受信部３１、有段変速制御部３２及び無段変速制御部３３を有する。回転数受信部３１は、Ｉ／Ｏインターフェースにより実現される。有段変速制御部３２及び無段変速制御部３３は、不揮発性メモリに保存されたプログラムに基づいてプロセッサが揮発性メモリを用いて演算処理することで実現される。
【００２９】
回転数受信部３１は、回転数センサ２４で検出された有段変速機２１の出力回転数を、有段変速機２１を制御するための監視回転数Ｎとして受信する。回転数センサ２４で検出された有段変速機２１の出力回転数は無段変速機２２の入力回転数でもあるため、この監視回転数Ｎは、無段変速機２２を制御するための監視回転数としても利用される。なお、有段変速機２１と無段変速機２２との間に歯車を介在させ、有段変速機２１の出力回転数Ｎ２が、無段変速機２２の入力回転数と一致しない構成としてもよい。
【００３０】
有段変速制御部３２は、監視回転数Ｎが第１閾値Ａ１を上回ると、有段変速機２１を上位段から下位段にシフトダウンさせるシフトダウン信号を出力する。有段変速制御部３２は、監視回転数Ｎが第２閾値Ａ２を下回ると、有段変速機２１を下位段から上位段にシフトアップさせるシフトアップ信号を出力する。第１閾値Ａ１は、第２閾値Ａ２よりも大きい値に設定されている。
【００３１】
無段変速制御部３３は、無段変速機２２から発電機２３に入力される動力の回転数が一定となるように、監視回転数Ｎに応じて無段変速機２２の変速比を連続的に制御する。即ち、無段変速制御部３３は、監視回転数Ｎが増加すると無段変速機２２の変速比を減速側に変化させ、監視回転数Ｎが減少すると無段変速機２２の変速比を増速側に変化させる。
【００３２】
図４は、図２に示す有段変速機２１の入力回転数及び出力回転数と無段変速機２２の出力回転数との関係を示すグラフである。なお、図４では、上位段（高速段）が増速であり且つ下位段（低速段）が等速である二段変速の例を示すが、上位段が下位段よりも増速比が大きい（減速比が小さい）構成であればこれに限られない。図４に示すように、監視回転数は、有段変速機２１の出力回転数である。有段変速制御部３２は、航空機の離陸時から巡航時までの間に監視回転数が第１閾値Ａ１を上回り、かつ、航空機の巡航時から着陸時までの間に監視回転数が第２回転数Ａ２を下回るように、第１閾値Ａ１及び第２閾値Ａ２が設定されている。
【００３３】
前記した構成によれば、シフトアップ時の第１閾値Ａ１がシフトダウン時の第２閾値Ａ２よりも大きい値であるため、航空機エンジン１の加速時には、監視回転数Ｎが第１閾値Ａ１を上回ってシフトダウンした後に、監視回転数Ｎが変動して直ぐに第２閾値Ａ２を下回ってシフトアップしてしまうことが抑制される。また、航空機エンジン１の減速時には、監視回転数Ｎが第２閾値Ａ２を下回ってシフトアップした後に、監視回転数Ｎが変動して直ぐに第１閾値Ａ１を上回ってシフトダウンしてしまうことが抑制される。よって、発電機２３の上流側に有段変速機２１を備えた発電装置１３において、瞬間的な回転数変動の多発を防止して発電を安定させることができる。
【００３４】
また、有段変速機２１の出力回転数のフルレンジのうち下限値を０％として上限値を１００％としたとき、有段変速制御部３１は、例えば、第１閾値Ａ１をフルレンジの６０％〜１００％の範囲内に設定し、第２閾値Ａ２をフルレンジの２０％〜４０％の範囲内に設定している。この設定によれば、航空機が巡航飛行する回転数レンジとは異なるレンジに第１閾値Ａ１及び第２閾値Ａ２が設定されるため、監視回転数Ｎが第１閾値Ａ１を上回ってシフトアップした後は監視回転数Ｎが減少せずにそのまま増加する可能性が高くなり、監視回転数Ｎが第２閾値Ａ２を下回ってシフトアップした後は監視回転数Ｎが増加せずにそのまま減少する可能性が高くなる。よって、監視回転数Ｎが変動して短時間内に変速を繰り返すことを更に抑制できる。
【００３５】
また、有段変速機２１の制御の入力信号となる監視回転数Ｎ（有段変速機２１の出力回転数）は、無段変速機２２の制御の入力信号となる回転数（無段変速機２２の入力回転数）と共通としているため、有段変速機２１を制御するための回転数センサ２４は無段変速機２２を制御するための回転数センサとして共用することができ、センサ数を低減することができる。なお、回転数センサを共用せずに、有段変速機２１の入力回転数を検出する回転数センサを更に設けてもよい。
【００３６】
図５は、変形例の図４相当の図面である。図５に示すように、監視回転数は、有段変速機２１の入力回転数である。変形例の有段変速制御部３２は、監視回転数が第１閾値Ｂ１を上回ると、有段変速機２１を上位段から下位段にシフトダウンさせるシフトダウン信号を出力する。変形例の有段変速制御部３２は、監視回転数が第２閾値Ｂ２を下回ると、有段変速機２１を下位段から上位段にシフトアップさせるシフトアップ信号を出力する。第１閾値Ｂ１は、第２閾値Ｂ２よりも大きい値に設定されている。有段変速機２１の入力回転数のフルレンジのうち下限値を０％として上限値を１００％としたとき、有段変速制御部３２は、例えば、第１閾値Ｂ１を前記フルレンジの３０％〜５０％の範囲内に設定し、第２閾値Ｂ２をフルレンジの２０％〜４０％の範囲内に設定している。
【００３７】
図４と図５との対比から分かるように、有段変速制御部３２の閾値判定に用いる監視回転数を有段変速機２１の出力回転数とした場合（図４）における第１閾値Ａ１と第２閾値Ａ２との間の差は、有段変速制御部３２の閾値判定に用いる監視回転数を有段変速機２１の入力回転数とした場合（図５）における第１閾値Ｂ１と第２閾値Ｂ２との間の差よりも大きくなる。よって、有段変速制御部３２の閾値判定に用いる監視回転数を有段変速機２１の出力回転数とすれば、センサノイズなどの影響で監視回転数が変動した場合に、当該監視回転数が誤って第１閾値Ａ１を超える（又は第２閾値Ａ２を下回る）可能性が低減され、誤った変速動作のリスクを下げることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  航空機エンジン
１３  発電装置
２１  有段変速機
２２  無段変速機
２３  発電機
２４  回転数センサ
２５  発電制御装置
３１  回転数受信部
３２  有段変速制御部
３３  無段変速制御部
【図１】
2020105081.tif 000003
【図２】
2020105081.tif 000004
【図３】
2020105081.tif 000005
【図４】
2020105081.tif 000006
【図５】
2020105081.tif 000007
【国際調査報告】
2020105081.tif 000008
2020105081.tif 000009
2020105081.tif 000010
2020105081.tif 000011