(57)【要約】  本開示は、タービンエンジン10のためのシャフト組立体95を対象としており、シャフト組立体95は軸方向および径方向を定め、タービンエンジン10はファンまたはプロペラ組立体14とエンジンコア20とを備え、さらに、ファンまたはプロペラ組立体14はギヤボックス45を備える。シャフト組立体95は、軸方向において延在した複数のカップリングシャフト歯105を定めるカップリングシャフト100を備え、各々のカップリングシャフト歯105はカップリングシャフト100に沿って周方向の配置にある。カップリングシャフト100は第1の材料103を含み、複数のカップリングシャフト歯105は、第1の材料103と異なる第2の材料104を含む。
2020507706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向および径方向を定める、タービンエンジン(10)のためのシャフト組立体(95)であって、前記タービンエンジン(10)はファンまたはプロペラ組立体(14)とエンジンコア(20)とを備え、さらに、前記ファンまたはプロペラ組立体(14)はギヤボックス(45)を備え、前記シャフト組立体(95)は、
前記軸方向において延在した複数のカップリングシャフト歯(105)を定めるカップリングシャフト(100)を備え、各々のカップリングシャフト歯(105)は前記カップリングシャフト(100)に沿って周方向の配置にあり、さらに、前記カップリングシャフト(100)は第1の材料(103)を備え、前記複数のカップリングシャフト歯(105)は、前記第1の材料(103)と異なる第2の材料(104)を備える、シャフト組立体(95)。
【請求項２】
前記カップリングシャフト(100)は、前記軸方向に沿って第1の端部(101)と第2の端部(102)とをさらに定め、前記第1の端部(101)は前記エンジンコア(20)に隣接し、前記第2の端部(102)は前記ギヤボックス(45)に隣接し、前記カップリングシャフト(100)は、前記第1の端部(101)において前記エンジンコア(20)に連結され、前記第2の端部(102)において前記ギヤボックス(45)に連結される、請求項1に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項３】
前記複数のカップリングシャフト歯(105)は前記カップリングシャフト(100)の前記第2の端部(102)から前記軸方向において延在する、請求項2に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項４】
前記第2の材料(104)は永久磁石材料である、請求項1から3のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項５】
前記第2の材料(104)は前記第1の材料(103)より大きい磁束を定める、請求項4に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項６】
前記複数のカップリングシャフト歯(105)は空所(106)と出口(107)とを各々定める、請求項1から5のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項７】
前記複数のカップリングシャフト歯(105)は、前記空所(106)内に配置される挿入体(108)を各々備え、前記挿入体(108)は、前記複数のカップリングシャフト歯(105)において前記第2の材料を備える、請求項6に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項８】
前記径方向において前記カップリングシャフト(100)の内側に配置される基準シャフト(200)をさらに備え、前記基準シャフト(200)は前記カップリングシャフト(100)に沿って前記軸方向において延在し、前記基準シャフト(200)は、前記軸方向に延在すると共に前記複数のカップリングシャフト歯(105)と隣接する複数の基準シャフト歯(205)を定め、各々の基準シャフト歯(205)は、前記複数のカップリングシャフト歯(105)に対して周方向で交互の配置にあり、前記複数の基準シャフト歯(205)は、前記第1の材料(103)と異なる前記第2の材料(104)を各々備える、請求項1から7のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項９】
前記複数の基準シャフト歯(205)は空所(106)と出口(107)とを各々定める、請求項8に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項１０】
前記複数の基準シャフト歯(205)は、前記空所(106)内に配置される挿入体(108)を各々備え、前記挿入体(108)は、前記複数の基準シャフト歯(205)において前記第2の材料を備える、請求項9に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項１１】
前記複数の基準シャフト歯(205)は前記複数のカップリングシャフト歯(105)と略同じ周囲に配置される、請求項8に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項１２】
前記径方向において前記カップリングシャフト(100)と前記基準シャフト(200)との間に配置される1つまたは複数のスペーサ(150)をさらに備える、請求項8に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項１３】
前記径方向において前記複数のカップリングシャフト歯(105)に向けて配置されるトルクセンサ(140)をさらに備える、請求項1から12のいずれか一項に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項１４】
前記第2の材料(104)は、前記トルクセンサ(140)に対して略垂直な角度において、前記第1の材料(103)より大きい磁束密度を定める、請求項13に記載のシャフト組立体(95)。
【請求項１５】
1つまたは複数の前記トルクセンサ(140)は、前記複数のカップリングシャフト歯(105)に対して略垂直な角度において前記複数のカップリングシャフト歯(105)に向けて延在する、請求項13に記載のシャフト組立体(95)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府支援の研究
本出願につながるプロジェクトは、無償協定No. CS2-ENG-GAM-2014-2015-01の下での欧州連合のHorizon 2020の研究および革新プログラムの下で、Clean Sky 2 Joint Undertakingから資金を受けている。
【０００２】
ここでの主題は、概してタービンエンジンに関する。より詳細には、本主題は、タービンエンジンのファンまたはプロペラギヤボックス組立体に関する。
【背景技術】
【０００３】
タービンエンジンは、性能、燃料消費、および騒音発生に関する効率を増加させる一方で、タービンエンジンのパッケージング(例えば、軸方向寸法または径方向寸法)を概して維持または縮小させるよう、継続的に課題を与えられている。これらの困難を満たすことに従って、タービンエンジンは、同様または増大した構造的性能を提供する一方で重量または大きさを低減させるために、異なる材料を組み込んでいる。
【０００４】
タービンエンジンは、エンジンのシャフトからのトルクを測定するためにトルクセンサを備えてもよい。トルクセンサは、特定の種類の材料のシャフトからのトルクを概して測定し、それによりシャフトに使用され得る材料の種類を制限する。結果として、タービンエンジンは、タービンエンジンシャフトの重量または大きさを低減するために異なる材料を組み込むことに関して、トルク測定要件によって少なくとも部分的に制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そのため、トルク測定要件によるタービンエンジンシャフトのための材料の種類の制限を克服し得るタービンエンジンに対する要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様および利点は、以下の記載において一部で明記されているか、記載から明らかであり得るか、または、本発明の実施を通じて学習され得る。
【０００７】
本開示は、軸方向および径方向を定める、タービンエンジンのためのシャフト組立体を対象にしている。タービンエンジンはファンまたはプロペラ組立体とエンジンコアとを備える。ファンまたはプロペラ組立体はギヤボックスを備える。シャフト組立体は、軸方向において延在した複数のカップリングシャフト歯を定めるカップリングシャフトを備える。各々のカップリングシャフト歯はカップリングシャフトに沿って周方向の配置にある。カップリングシャフトは第1の材料を含み、複数のカップリングシャフト歯は、第1の材料と異なる第2の材料を含む。
【０００８】
一例では、カップリングシャフトは、軸方向に沿って第1の端部と第2の端部とをさらに定める。第1の端部はエンジンコアに隣接し、第2の端部はギヤボックスに隣接する。カップリングシャフトは、第1の端部においてエンジンコアに連結され、第2の端部においてギヤボックスに連結される。別の例では、複数のカップリングシャフト歯はカップリングシャフトの第2の端部から軸方向において延在する。
【０００９】
様々な例では、第2の材料は永久磁石材料である。一実施形態では、第2の材料は第1の材料より大きい磁束を定める。
【００１０】
別の例では、複数のカップリングシャフト歯は空所と出口とを各々定める。一例では、複数のカップリングシャフト歯は、空所内に配置される挿入体を各々備える。挿入体は、複数のカップリングシャフト歯において第2の材料を備える。
【００１１】
様々な例では、シャフト組立体は径方向においてカップリングシャフトの内側に配置される基準シャフトをさらに備え、基準シャフトはカップリングシャフトに沿って軸方向において延在する。基準シャフトは、軸方向に延在すると共に複数のカップリングシャフト歯と隣接する複数の基準シャフト歯を定める。各々の基準シャフト歯は、複数のカップリングシャフト歯に対して周方向で交互の配置にある。複数の基準シャフト歯は、第1の材料と異なる第2の材料を各々備える。
【００１２】
一例では、複数の基準シャフト歯は空所と出口とを各々さらに定める。別の例では、複数の基準シャフト歯は、空所内に配置される挿入体を各々備える。挿入体は、複数の基準シャフト歯において第2の材料を備える。なおも別の例では、複数の基準シャフト歯は複数のカップリングシャフト歯と略同じ周囲に配置される。さらに別の例では、シャフト組立体は、径方向においてカップリングシャフトと基準シャフトとの間に配置される1つまたは複数のスペーサをさらに備える。
【００１３】
様々な例では、シャフト組立体は、径方向において複数のカップリングシャフト歯に向けて配置されるトルクセンサをさらに備える。一例では、第2の材料は、トルクセンサに対して略垂直な角度において、第1の材料より大きい磁束密度を定める。別の例では、1つまたは複数のトルクセンサは、複数のカップリングシャフト歯に対して略垂直な角度において複数のカップリングシャフト歯に向けて延在する。
【００１４】
本開示の別の態様は、軸方向および径方向を定めるタービンエンジンを対象にしている。タービンエンジンは、ギヤボックスと、概して径方向に配置されるトルクセンサとを備えるファンまたはプロペラ組立体を備える。タービンエンジンは、エンジンコアと、第1の端部においてエンジンコアに結合され、第2の端部においてファンまたはプロペラ組立体のギヤボックスに結合されるシャフト組立体をさらに備える。トルクセンサはシャフト組立体に隣接して配置される。シャフト組立体は、軸方向において延在した複数のカップリングシャフト歯を定めるカップリングシャフトを備え、各々のカップリングシャフト歯はカップリングシャフトに沿って周方向の配置にあり、さらに、カップリングシャフトは第1の材料を備え、複数のカップリングシャフト歯は第2の材料をさらに備える。シャフト組立体は、径方向においてカップリングシャフトの内側に配置される基準シャフトをさらに備え、基準シャフトはカップリングシャフトに沿って軸方向において延在し、基準シャフトは、軸方向に延在すると共に複数のカップリングシャフト歯と隣接する複数の基準シャフト歯を定め、各々の基準シャフト歯は、複数のカップリングシャフト歯に対して周方向で交互の配置にある。
【００１５】
タービンエンジンの様々な例では、複数のカップリングシャフト歯および/または複数の基準シャフト歯は空所と出口とを各々定める。一例では、複数のカップリングシャフト歯および複数の基準シャフト歯は、空所内に配置される挿入体を各々備え、挿入体は、複数のカップリングシャフト歯と複数の基準シャフト歯との各々において第2の材料を備える。
【００１６】
タービンエンジンの一例では、第2の材料は、トルクセンサに対して略垂直な角度において、第1の材料より大きい磁束密度を定める。
【００１７】
タービンエンジンの別の例では、1つまたは複数のトルクセンサは、複数のカップリングシャフト歯に対して略垂直な角度において複数のカップリングシャフト歯に向けて延在する。
【００１８】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の記載および添付の請求項を参照してより良く理解されることになる。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の例を示しており、記載と共に本発明の原理を説明するように供する。
【００１９】
当業者を対象にした、本発明の最良の態様を含む本発明の完全で可能な開示は、添付の図を参照する本明細書において明記されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の態様による、タービンエンジン配置の例示の実施形態の概略的な断面図である。
【図２】本開示の態様による、タービンエンジン配置の別の例示の実施形態の概略的な断面図である。
【図３】例示のギヤボックスとエンジンコアとを連結するカップリングシャフトの例示の実施形態の概略的な断面図である。
【図４】例示のギヤボックスとエンジンコアとを連結するカップリングシャフトの別の例示の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本明細書および図面における符号の繰り返しの使用は、本発明の同じまたは同類の特徴または要素を表すように意図されている。
【００２２】
ここで、本発明の1つまたは複数の例が図面に示されている本発明の実施形態が詳細に参照される。各々の例は、本発明の説明のために提供され、本発明の限定ではない。実際、様々な変更および変化が、本発明の範囲から逸脱することなく本発明において行われ得ることは、当業者には明らかである。例えば、一実施形態の一部として図示または記載されている特徴は、なおもさらなる実施形態を生み出すために別の実施形態と共に使用できる。したがって、本発明が、添付の特許請求の範囲内およびそれらの均等物内にあるとしてこのような変更および変化を網羅することが意図されている。
【００２３】
本明細書で用いられるとき、「第1」、「第2」、および「第3」の用語は、ある構成要素を別のものから区別するために置き換え可能に使用でき、個々の構成要素の場所または重要性を表すようには意図されていない。
【００２４】
「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。
【００２５】
トルク測定要件によるタービンエンジンシャフトのための材料の種類の制限を克服できるタービンエンジンの配置が概して提供される。タービンエンジンは、ギヤボックスを備えるファンまたはプロペラ組立体と、エンジンコアとを概して備える。ギヤボックスとエンジンコアとは、軸方向において延在した複数のカップリングシャフト歯を定めるカップリングシャフトを用いて連結される。様々な実施形態では、カップリングシャフトは、第1の材料と、第1の材料とは異なる第2の材料とを含み、複数のカップリングシャフト歯は第2の材料を含む。なおも様々な実施形態では、タービンエンジンは、第2の材料を含む複数の基準シャフト歯を定める基準シャフトを含む。各々のシャフトは、第2の材料が複数のカップリングシャフト歯および基準シャフト歯において配置される空所を定める。
【００２６】
ここで図示および記載されている本開示の実施形態は、トルク測定システムに少なくとも基づくシャフト材料への制限を排除できる。例えば、シャフトの第1の材料は、誘導トルクセンサには概してあまり適さない可能性のある第2の材料に対してより小さいかまたはより弱い磁束または磁束密度を含む構造的に適した第1の材料を定めてもよい。また、シャフトの第2の材料は、構造的な性能要件による制限を排除する一方で、誘導トルクセンサにとってより適している可能性のあるより大きい磁束または磁束密度を定めてもよい。そのため、各々のシャフトは、磁気特性のほとんどまたは全くない第1の材料を定め得る。例えば、シャフト材料は非強磁性材料を含み得る。
【００２７】
ここで図面を参照すると、図1および図2は各々、本開示の態様による例示のガスタービンエンジン10(ここでは、「エンジン10」と称される)の概略的な断面図である。図1では、エンジン10は、本開示の態様を組み込む高バイパスターボファンエンジンとして示されている。図2では、エンジン10は、本開示の態様を組み込むターボプロップエンジンとして示されている。ターボファンエンジンおよび/またはターボプロップエンジンを参照して以下でさらに記載されているが、本開示は、船舶用および産業用のタービンエンジンならびに補助動力ユニットを含むプロップファン、ターボジェット、およびターボシャフトタービンエンジンを含め、風力タービンおよびターボ機械にも概して適用可能でもある。図1および図2に示しているように、エンジン10は、参照の目的のためにエンジン10を貫いて延在する軸方向の中心軸12を有する。エンジン10は、軸方向Aと、径方向Rと、軸方向Aに沿って前方端99および後方端98とを定めている。
【００２８】
概して、エンジン10はエンジンコア20とファンまたはプロペラ組立体14とを備え得る。エンジンコア20は、連続流れ配置において、圧縮機区域21と、燃焼区域26と、タービン区域31とを概して備え得る。圧縮機区域21は、高圧圧縮機(HPC:High Pressure Compressor)24および低圧圧縮機(LPC:Low Pressure Compressor)22などの1つまたは複数の圧縮機を定めることができる。タービン区域31は、高圧タービン(HPT:High Pressure Turbine)28および低圧タービン(LPT:Low Pressure Turbine)30などの1つまたは複数のタービンを定めることができる。様々な実施形態では、圧縮機区域21は中間圧力圧縮機(IPC:Intermediate Pressure Compressor)をさらに備え得る。なおも他の実施形態では、タービン区域31は中間圧力タービン(IPT:Intermediate Pressure Turbine)をさらに備え得る。
【００２９】
圧縮機区域21における圧縮機22、24の各々と、タービン区域31におけるタービン28、30とは、1つまたは複数のロータ32を備え得る。一実施形態では、ロータ32は、圧縮機区域21をタービン区域31に連結するエンジン10の1つまたは複数のシャフト35を備える。他の実施形態では、ロータ32は、径方向Rにおいて少なくとも部分的に延在したディスク33と、周方向に隣接した配置で連結され、ディスク33から径方向Rにおいて外向きに延在した複数のエアフォイルとを定める。1つまたは複数のロータ32は各々が一体に連結され得る。例えば、タービン区域31または圧縮機区域21の各々のロータ32は、ボルト、ナット、もしくはリベットなどの機械的な締結具によって、または、溶接、摩擦接合、拡散接合などの接合処理によって、連結され得る。様々な実施形態では、圧縮機区域21の1つまたは複数の圧縮機は、1つまたは複数の駆動シャフト35を用いてタービン区域31の1つまたは複数のタービンと駆動可能に連結されてそのようなタービンと回転可能であり得る。
【００３０】
ファンまたはプロペラ組立体14はファンロータ15を概して備える。ファンロータ15は、ファンロータ15に結合され、径方向Rにおいてファンロータ15から外向きに延在する複数のファンまたはプロペラブレード42を備える。ファンロータ15は、軸方向Aにおいて減速または動力のギヤボックス45から前方端99に向けて延在できる。ファンまたはプロペラ組立体14は、ギヤボックス45に結合され、後方端98に向けて延在すると共にエンジンコア20と結合されるカップリングシャフト100をさらに備えるシャフト組立体95をさらに備える。
【００３１】
一実施形態では、ギヤボックス45は、星形歯車52と複数の遊星歯車54とを備える歯車列50を備え得る。複数の遊星歯車54は、星形歯車52に対して固定された軸において各々の遊星歯車54が回転するように各々固定され得る。環状歯車56が、複数の遊星歯車54を包囲し、回転し、動力およびトルクを星形歯車52から複数の遊星歯車54を通じて伝達する。一実施形態では、星形歯車52は、カップリングシャフト100に取り付けられ得る、一体物であり得る、または、カップリングシャフト100と一体であり得る。様々な実施形態では、ギヤボックス45は、複数の遊星歯車54と星形歯車52との間、または、複数の遊星歯車54と環状歯車56との間で、径方向に配置される追加の遊星歯車をさらに備え得る。
【００３２】
図1および図2に戻って参照すると、カップリングシャフト100は、軸方向Aに沿って延在した概して中空の環状の表面を定め得る。カップリングシャフト100は、トルクおよび動力を星形歯車52へ伝えるためにエンジンコア20に連結され得る。ファンロータ15は、トルクを星形歯車52から受け、トルクを伝達してファンまたはプロペラ組立体14を駆動するために、包囲する環状歯車56または遊星歯車54に連結され得る。動力およびトルクがエンジンコア20から伝えられると、ギヤボックス45は、ファンまたはプロペラ組立体14についてより適切に調節されたファンロータ15への出力速度において動力およびトルクを提供する。
【００３３】
ここで図3および図4を参照すると、シャフト組立体95を含むエンジン10の一部分の例示の実施形態が提供されている。図3は、シャフト組立体95の例示の実施形態を含むエンジン10の断面での側面図を提供している。図4は、シャフト組立体95の別の例示の実施形態を含むエンジン10の斜視図を提供している。カップリングシャフト100は、軸方向Aにおいて延在した複数のカップリングシャフト歯105を定めている。各々のカップリングシャフト歯105はカップリングシャフト100に沿って周方向の配置にある。カップリングシャフト100は第1の材料103をさらに含み、複数のカップリングシャフト歯105は、第1の材料103と異なる第2の材料104を各々含む。
【００３４】
カップリングシャフト100は、軸方向Aに沿って第1の端部101と第2の端部102とをさらに定め得る。一実施形態では、第1の端部101はエンジンコア20に隣接し、第2の端部102はギヤボックス45に隣接する。様々な実施形態では、カップリングシャフト100は、第1の端部101においてエンジンコア20に連結され、第2の端部においてギヤボックス45に連結される。図3に示した実施形態では、複数のカップリングシャフト歯105はカップリングシャフト100の第2の端部102から軸方向Aにおいて延在する。
【００３５】
なおも図3および図4を参照すると、様々な実施形態では、エンジン10およびシャフト組立体95は、径方向Rにおいてカップリングシャフト100の内側に配置される基準シャフト200をさらに備える。基準シャフト200はカップリングシャフト100に沿って軸方向Aにおいて延在する。基準シャフト200は、軸方向Aに延在すると共に複数のカップリングシャフト歯105と隣接する複数の基準シャフト歯205を定める。各々の基準シャフト歯205は、複数のカップリングシャフト歯105に対して周方向で交互の配置にある。一実施形態では、複数の基準シャフト歯205は、軸方向の中心線12に対して複数のカップリングシャフト歯105と略同じ周囲に配置される。様々な実施形態では、基準シャフト歯205は、複数のカップリングシャフト歯105に対して略周方向で隣接する配置を定めるために、軸方向Aにおいて少なくとも部分的に延在でき、径方向Rにおいて少なくとも部分的に延在できる。なおも他の実施形態では、基準シャフト200は第1の材料103を含み得る。代替で、なおも他の実施形態では、基準シャフト200は、第1の材料103または第2の材料104以外の材料を含んでもよく、その場合、他の材料は、第2の材料104に対してより小さいかまたはより弱い磁束または磁束密度を定める。
【００３６】
図3および図4に示しているように、エンジン10およびシャフト組立体95は、カップリングシャフト100と基準シャフト200との間で径方向Rに沿って配置された1つまたは複数のスペーサ150をさらに備え得る。カップリングシャフト100、1つまたは複数のスペーサ150、および基準シャフト200の組み合わせは、カップリングシャフト100へ径方向において発揮される力を用いて基準シャフト200がスペーサ150およびカップリングシャフト100に対して位置決めおよび/または保持されるように、圧入または締まり嵌めの配置を定め得る。例えば、熱をカップリングシャフト100および/もしくはスペーサ150に加えることなど、または、熱をスペーサ150および/もしくは基準シャフト200から除去する(つまり、冷却する)ことなど、温度差が、カップリングシャフト100、スペーサ150、および/または基準シャフト200を組み立てるおよび保持するために使用されてもよい。
【００３７】
ここで図3を参照すると、様々な実施形態では、エンジン10は、径方向Rに沿って複数のカップリングシャフト歯105および/または基準シャフト歯205に向けて配置される1つまたは複数のトルクセンサ140をさらに備える。一実施形態では、トルクセンサ140は、基準シャフト200に対するカップリングシャフト100の捩じれ角度または位相変位を測定するように構成される回転トルクセンサを定める。様々な実施形態では、1つまたは複数のトルクセンサ140は、複数の歯105、205に対して略垂直な角度において複数の歯105、205に向けて延在する。複数のトルクセンサ140を含む様々な実施形態では、複数のトルクセンサ140は、軸方向の中心線12に対して略等しい周方向の間隔にある。一実施形態では、エンジン10は、軸方向の中心線12に対して略180度離間された2つのトルクセンサ140を備える。他の実施形態では、複数のトルクセンサ140は、軸方向の中心線12に対して等しくない周方向の配置で置かれてもよい。
【００３８】
図3および図4に戻って参照すると、様々な実施形態では、第2の材料104は、第1の材料103より強い磁気特性を定める永久磁石材料である。一実施形態では、第2の材料104は強磁性材料を定める。他の実施形態では、第2の材料104は第1の材料103より大きい磁束を定める。なおも他の実施形態では、第2の材料104は第1の材料103より大きい磁束密度を定める。一実施形態では、第2の材料104は、1つまたは複数のトルクセンサ140に対して略垂直な角度において、第1の材料103より大きい磁束密度を定める。別の実施形態では、第2の材料104は、径方向Rに沿って1つまたは複数のトルクセンサ140と略平行な角度において第1の材料より大きい磁束密度を定める。様々な実施形態では、第2の材料104は、トルクセンサ140に、および/または、複数の歯105、205に対するトルクセンサ140の径方向Rにおける所望の間隔に少なくとも基づいて定められ得る。例えば、第2の材料104は、1つまたは複数のトルクセンサ140が複数の歯105、205から径方向Rにおいてより外向きに配置され得るようにより大きい磁束または磁束密度を定めてもよい。
【００３９】
図3および図4を参照すると、一実施形態では、複数のカップリングシャフト歯105および/または複数の基準シャフト歯205は、第2の材料104が配置される空所106を各々定める。第2の材料104は、カップリングシャフト100または基準シャフト200の第1の材料103内で一体に形成され得る。例えば、カップリングシャフト100および/または基準シャフト200は、第2の材料104が空所106に置かれ、第1の材料103が第2の材料104の周りに形成される追加的な製造を用いて形成されてもよい。
【００４０】
図4に示したものなど、他の実施形態では、エンジン10は、第2の材料104を備える複数の挿入体108を備えてもよい。複数のカップリングシャフト歯105および/または複数の基準シャフト歯205は、第2の端部102に向けて配置された各々の空所106において出口107をさらに定め得る。複数の挿入体108は、カップリングシャフト歯105の各々、および/または、基準シャフト歯205の各々の中に配置され得る。一実施形態では、挿入体108は各々の歯105、205の空所106内に配置され得る。様々な実施形態では、挿入体108は、各々の出口107を通じて各々の空所106に配置または除去され得る。
【００４１】
図1〜図4に関連して図示および記載したエンジン10の他の部品、構成要素、または組立体に加えて、カップリングシャフト100、基準シャフト200、および/またはスペーサ150を含むシャフト組立体95は限定されることはないが、クロム、コバルト、タングステン、タンタル、モリブデン、および/もしくはレニウムを各々が含み得る鉄に基づく合金、チタンに基づく合金、ニッケルに基づく合金、またはコバルトに基づく合金を含むタービンエンジンに適した金属または複合材料から形成され得る。カップリングシャフト100は、鋳造、鍛造、機械加工、またはそれらの組み合わせを用いて形成され得る。追加または代替で、カップリングシャフト100は、単一の一体構造として、または、1つもしくは複数の機械的な締結具、もしくは結合処理、またはそれらの組み合わせによって結合されたいくつかの構成要素の組立体として、形成され得る。
【００４２】
集合的に図1〜図4に関連して図示および記載したように、エンジン10の動作の間、矢印90によって概略的に指示されているようなある量の空気がエンジン10に入る。空気90がファンまたはプロペラブレード42を横切って通過するとき、矢印91によって概略的に指示されている空気のうちの一部分が、推力を提供するためにエンジンコア20の外側に方向付けまたは経路決定される。また、矢印92によって概略的に指示されている空気のうちの別の一部分が、圧縮機区域21への関連する入口80を通じて方向付けまたは経路決定される。空気92は、LPC22およびHPC24を通じてなど圧縮機区域21を通じて燃焼区域26に向けて流れるとき、漸進的に圧縮される。
【００４３】
矢印93によって概略的に指示されているようなここでは圧縮されている空気が燃焼区域26へ導入され、燃焼区域26では、燃料が導入され、圧縮された空気93のうちの少なくとも一部分と混合され、点火されて燃焼ガス94を形成する。燃焼ガス94はタービン区域31へ流れ、タービン区域31の回転部材に、圧縮機区域21および/またはファンもしくはプロペラ組立体14におけるそれぞれの結合された回転部材の動作を回転および支持させる。例えば、HPC24とHPT28とは、エンジン10を駆動するために結合されて回転可能とでき、LPT30を駆動するために燃焼区域26において燃焼ガス94を発生させ得る。LPT30はLPC22に連結され得る。図1を参照すると、カップリングシャフト100は、第1の端部101においてLPC22に取り付けられ、第2の端部102においてギヤボックス45に取り付けられ得る。他の実施形態では、カップリングシャフト100は、第1の端部101においてHPC24に取り付けられ得る。図2を参照すると、カップリングシャフト100は、第1の端部101においてLPT30に取り付けられ、第2の端部102においてギヤボックス45に取り付けられ得る。他の実施形態では、カップリングシャフト100は、第1の端部101においてHPT28に取り付けられ得る。ギヤボックス45は、エンジンコア20(例えば、圧縮機区域21またはタービン区域31)からの回転速度を低減させ、所望の大きさのトルクおよび回転速度をファンまたはプロペラ組立体14に提供し得る。
【００４４】
この文書の記載は、最良の形態を含め、本発明を開示するために、および、任意の装置またはシステムを作って使用することと、任意の組み込まれている方法を実施することとを含め、当業者に本発明を実施させることができるように、例を使用している。本発明の特許請求可能な範囲は、請求項によって定められ、当業者の思いつく他の例を含み得る。このような他の例は、請求項の文字通りの文言と異ならない構造的な要素を含む場合、または、請求項の文字通りの文言と非実質的な違いを伴う等価の構造的な要素を含む場合、請求の範囲の範囲内にあるように意図されている。
【００４５】
本発明のさらなる態様は、以下の項の主題によって提供される。
【００４６】
［項１］
軸方向および径方向を定める、タービンエンジン(10)のためのシャフト組立体(95)であって、前記タービンエンジン(10)はファンまたはプロペラ組立体(14)とエンジンコア(20)とを備え、さらに、前記ファンまたはプロペラ組立体(14)はギヤボックス(45)を備え、前記シャフト組立体(95)は、
前記軸方向において延在した複数のカップリングシャフト歯(105)を定めるカップリングシャフト(100)を備え、各々のカップリングシャフト歯(105)は前記カップリングシャフト(100)に沿って周方向の配置にあり、さらに、前記カップリングシャフト(100)は第1の材料(103)を備え、前記複数のカップリングシャフト歯(105)は、前記第1の材料(103)と異なる第2の材料(104)を備える、シャフト組立体(95)。
【００４７】
［項２］
前記カップリングシャフト(100)は、前記軸方向に沿って第1の端部(101)と第2の端部(102)とをさらに定め、前記第1の端部(101)は前記エンジンコア(20)に隣接し、前記第2の端部(102)は前記ギヤボックス(45)に隣接し、前記カップリングシャフト(100)は、前記第1の端部(101)において前記エンジンコア(20)に連結され、前記第2の端部(102)において前記ギヤボックス(45)に連結される、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００４８】
［項３］
前記複数のカップリングシャフト歯(105)は前記カップリングシャフト(100)の前記第2の端部(102)から前記軸方向において延在する、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００４９】
［項４］
前記第2の材料(104)は永久磁石材料である、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００５０】
［項５］
前記第2の材料(104)は前記第1の材料(103)より大きい磁束を定める、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００５１】
［項６］
前記複数のカップリングシャフト歯(105)は空所(106)と出口(107)とを各々定める、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００５２】
［項７］
前記複数のカップリングシャフト歯(105)は、前記空所(106)内に配置される挿入体(108)を各々備え、前記挿入体(108)は、前記複数のカップリングシャフト歯(105)において前記第2の材料を備える、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００５３】
［項８］
前記径方向において前記カップリングシャフト(100)の内側に配置される基準シャフト(200)をさらに備え、前記基準シャフト(200)は前記カップリングシャフト(100)に沿って前記軸方向において延在し、前記基準シャフト(200)は、前記軸方向に延在すると共に前記複数のカップリングシャフト歯(105)と隣接する複数の基準シャフト歯(205)を定め、各々の基準シャフト歯(205)は、前記複数のカップリングシャフト歯(105)に対して周方向で交互の配置にあり、前記複数の基準シャフト歯(205)は、前記第1の材料(103)と異なる前記第2の材料(104)を各々備える、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００５４】
［項９］
前記複数の基準シャフト歯(205)は空所(106)と出口(107)とを各々定める、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００５５】
［項１０］
前記複数の基準シャフト歯(205)は、前記空所(106)内に配置される挿入体(108)を各々備え、前記挿入体(108)は、前記複数の基準シャフト歯(205)において前記第2の材料を備える、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００５６】
［項１１］
前記複数の基準シャフト歯(205)は前記複数のカップリングシャフト歯(105)と略同じ周囲に配置される、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００５７】
［項１２］
前記径方向において前記カップリングシャフト(100)と前記基準シャフト(200)との間に配置される1つまたは複数のスペーサ(150)をさらに備える、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００５８】
［項１３］
前記径方向において前記複数のカップリングシャフト歯(105)に向けて配置されるトルクセンサ(140)をさらに備える、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００５９】
［項１４］
前記第2の材料(104)は、前記トルクセンサ(140)に対して略垂直な角度において、前記第1の材料(103)より大きい磁束密度を定める、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【００６０】
［項１５］
1つまたは複数の前記トルクセンサ(140)は、前記複数のカップリングシャフト歯(105)に対して略垂直な角度において前記複数のカップリングシャフト歯(105)に向けて延在する、任意の前項に記載のシャフト組立体(95)。
【符号の説明】
【００６１】
10  エンジン
12  中心軸
14  ファンまたはプロペラ組立体
15  ファンロータ
20  エンジンコア
21  圧縮機区域
22  低圧圧縮機(LPC)
24  高圧圧縮機(HPC)
26  燃焼区域
28  高圧タービン(HPT)
30  低圧タービン(LPT)
31  タービン区域
32  ロータ
33  ディスク
35  シャフト
42  ファンまたはプロペラブレード
45  減速または動力のギヤボックス、ギヤボックス
50  歯車列
52  星形歯車
54  遊星歯車
56  環状歯車
80  入口
90  空気
91  空気のうちの一部分
92  空気のうちの別の一部分
93  圧縮された空気
94  燃焼ガス
95  シャフト組立体
98  後方端
99  前方端
100  カップリングシャフト
101  第1の端部
102  第2の端部
103  第1の材料
104  第2の材料
105  カップリングシャフト歯、歯
106  空所
107  出口
108  挿入体
140  トルクセンサ
150  スペーサ
200  基準シャフト
205  基準シャフト歯、歯
A  軸方向
R  径方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2020507706.tif 000008