JP2015043687A - 航空機のエンジンの定周波数始動装置／発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い航空機のエンジンの定周波数始動装置／発電機を提供する。【解決手段】タービンエンジン用の定周波数始動装置／発電機５５が、第１のインバータ／コンバータ５６と、第２のインバータ／コンバータ６０と、前記第１のインバータ／コンバータ５６を前記第２のインバータ／コンバータ６０に電気的に接続するＤＣリンク５８と、主同期機を有する電気機械とを備えており、始動モードおよび稼働モードで動作可能である。【選択図】図３

Description

本発明は、航空機のエンジンの定周波数始動装置／発電機に関する。

現時点において、航空機のエンジンの始動に使用されるとともに、始動後の航空機のエンジンからの機械的なエネルギを機上の電力系統のための電気エネルギに変換するためにも使用される航空機用の始動装置／発電機システムが存在する。これらのシステムにおいて、例えば、可変の電圧および可変の周波数の電力が、始動モードにて始動装置／発電機を駆動するために接続される。始動後に、始動装置／発電機は、発電モードで動作して航空機のための電力を生成する。

一態様においては、タービンエンジン用の定周波数始動装置／発電機が、第１の定周波数のＡＣ入力と、第１の定周波数のＡＣ出力と、第１のＤＣ入力と、第１のＤＣ出力とを有する第１のインバータ／コンバータと；第２のＡＣ入力と、第２のＡＣ出力と、第２のＤＣ入力と、第２のＤＣ出力とを有する第２のインバータ／コンバータと；前記第１のＤＣ出力を前記第２のＤＣ入力に電気的に接続し、前記第２のＤＣ出力を前記第１のＤＣ入力に電気的に接続するＤＣリンクと；前記第２のＡＣ出力に電気的に接続されたＡＣ入力および前記第２のＡＣ入力に電気的に接続されたＡＣ出力を有している主同期機と、前記第３のＤＣ−ＡＣインバータのＡＣ出力に電気的に接続されたＡＣ入力を有しているＡＣ励磁機とを有する電気機械と；を備える。前記第２のインバータ／コンバータが、前記主機のＡＣ出力を前記第２のＡＣ入力から電気的に切り離すとともに、前記主機のＡＣ入力を前記第２のＡＣ出力に電気的に接続して、前記主機を始動モードにて始動させる始動モード、および前記励磁機のＡＣ入力を前記第２のＡＣ出力に電気的に接続し、該第２のインバータ／コンバータが前記主機のＡＣ入力を前記第２のＡＣ出力から電気的に切り離すとともに、前記主機のＡＣ出力を前記第２のＡＣ入力に電気的に接続して、前記主機を発電モードにて動作させる発電モードで動作する。

別の態様においては、主同期機と励磁機とを有する電気機械の動作方法が、であって、外部の電源からのＡＣ入力を受け取り、該ＡＣ入力を第１のインバータ／コンバータでＤＣ出力に変換し、該ＤＣ出力を第２のインバータ／コンバータに供給することによって該ＤＣ出力を第２のＡＣ入力に変換し、前記第２のＡＣ出力を前記主機に供給することによって該主機の回転を開始させることにより、前記電気機械を始動モードで始動させるステップと；前記主機の回転の開始後に、第３のＡＣ出力を前記励磁機に供給することによって前記主同期機を加速させることによって、前記電気機械を発電モードで動作させるステップと；前記発電モードにおいて前記主機によって第４のＡＣ出力を生成し、該第４のＡＣ出力を前記第２のインバータ／コンバータによって第２のＤＣ出力に変換し、該第２のＤＣ出力を第５のＡＣ出力に変換することによって、生成された電気を供給するステップと；を含む。

始動装置／発電機アセンブリの断面図である。 始動装置／発電機アセンブリの回転シャフトの概略図である。 本発明の実施形態による定周波数始動装置／発電機の概略図である。

本発明の実施形態は、例えば同期機または主機（ｍａｉｎ ｍａｃｈｉｎｅ）を使用する任意の環境において実施可能であるが、その具体的な例が、始動装置／発電機（Ｓ／Ｇ）である。Ｓ／Ｇは、現時点において、ジェットエンジン環境に組み込まれるものと想定される。想定される環境の概要および典型的な始動方法が、より完全な理解に役立つはずである。図１が、ガスタービン航空機エンジンに取り付けられる電気機械アセンブリ１０を示している。ガスタービンエンジンは、現代の商用および軍用の航空機において広く使用されているＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社のＧＥｎｘまたはＣＦ６という一連のエンジンなどのターボファンエンジンであってよく、あるいはターボプロップまたはターボシャフトなどの種々の他の公知のガスタービンエンジンであってよい。ガスタービンエンジンは、排出されるガスの速度を高めることによって推力を増加させるために、低圧タービンの領域の下流で追加の燃料を燃焼させるアフタバーナをさらに有することができる。

電気機械アセンブリ１０は、励磁機回転子１４および励磁機固定子１６を有する第１の機械１２と、主機回転子２０および主機固定子２２を有する同期の第２の機械１８とを備える。少なくとも１つの電力接続部が、電気機械アセンブリ１０への電力の伝達および電気機械アセンブリ１０からの電力の伝達をもたらすために、電気機械アセンブリ１０の外側に設けられる。電力が、電力ケーブル３０として示されているこの電力接続部によって、電気負荷に直接的または間接的に伝えられ、電気機械アセンブリ１０からの接地基準出力を有する３相をもたらすことができる。

さらに、電気機械アセンブリ１０は、共通の軸３４を中心にしてガスタービンエンジン（図示されていない）であってよい軸回転の供給源に機械的に接続された回転シャフト３２を備える。回転シャフト３２は、間隔を空けて位置したベアリング３６によって支持されている。励磁機回転子１４および主機回転子２０は、回転シャフト３２に取り付けられ、電気機械アセンブリ１０内に回転に関して固定された固定子１６、２２に対して回転する。固定子１６、２２を、電気機械アセンブリ１０のハウジング部分の任意の適切な部位に取り付けることができる。電気機械アセンブリ１０は、回転シャフト３２を例えばガスタービンエンジン（図示されていない）に接続する機械的なシャフト３７（四角形で概念的に図示されている）をさらに備えることができる。機械的なシャフト３７は、回転シャフト３２の回転によって生み出される機械的な力が、ガスタービンエンジンに回転をもたらすために機械的なシャフト３７を介して伝達されるように構成されている。

図示の実施形態においては、第２の機械１８が、電気機械アセンブリ１０の後部に位置し、第１の機械１２が、電気機械アセンブリ１０の前部に位置する。第１の機械１２および第２の機械１８について、他の位置も考えられる。

次に、図２に眼を向けると、電気機械アセンブリ１０は、励磁機固定子１６に出力リード４４によって接続された外部の励磁機インバータ４０をさらに備え、励磁機インバータ４０は、図式的に、制御回路５０の内側に位置することができる。図示のとおり、励磁機固定子１６は、３相の励磁をもたらすための３つのリードＬ７、Ｌ８、Ｌ９を備えている。励磁機インバータ４０は、励磁機固定子１６の３つのリードＬ７、Ｌ８、Ｌ９の各々に励起をもたらすための３相のＡＣ電力を供給する。励磁機固定子１６が３つのリードＬ７、Ｌ８、Ｌ９を有するものとして示されているが、励磁機固定子１６がリードを１つだけ有することができ、あるいは任意の数の複数のリードを有することができるなど、別の構成も考えられる。これに対応して、励磁機インバータ４０は、構成されたリードの各々にただ１つまたは複数の相のＡＣ電力を供給することができる。

励磁機回転子１４が、図示のとおり、ダイオード主体の回転整流器として示されている整流器４６に供給される３相の出力をリードＬ１、Ｌ２、Ｌ３によってもたらすように構成された巻線を備えている。さらに整流器４６が、主機回転子２０への共通の供給配線４８に供給を行う。

主機固定子２２は、制御回路５０につながるように構成されたリードＬ４、Ｌ５、Ｌ６を有しており、主機固定子２２を、航空機の一定の周波数の補助電源ユニット（ＡＰＵ）５２および配電ノード５４などの外部の交流（ＡＣ）電源に接続することができる。別の動作中のタービンエンジンまたは他の電気機械１０の出力、一般的な３相の商用電源、地上の電源車、あるいは必要な３相電力を生み出すためのインバータに組み合わせられた電池などの直流（ＤＣ）電源など、別の一定の周波数の外部電源も考えられる。

図３が、本発明の一実施形態による定周波数始動装置／発電機５５を示している。図示のとおり、始動制御回路は、第１のインバータ／コンバータ５６と、第２のインバータ／コンバータ６０と、ＤＣリンク５８とを備えている。第１のインバータ／コンバータ５６は、第１の定周波数のＡＣ入力６２と、第１の定周波数のＡＣ出力６４と、第１のＤＣ入力６６と、第１のＤＣ出力６８とを備えている。第２のインバータ／コンバータは、第２のＡＣ入力７０と、第２のＡＣ出力７２と、第２のＤＣ入力７４と、第２のＤＣ出力７６とを備えている。

ＤＣリンク５８は、第１および第２のインバータ／コンバータ５６、６０の間を延び、第１のＤＣ出力６８を第２のＤＣ入力７４に電気的に接続するとともに、第２のＤＣ出力７６を第１のＤＣ入力６６に電気的に接続する伝送線などの導電性材料を備えることができる。ＤＣリンク５８は、励磁機インバータ４０にも電気的に接続される。さらに、ＤＣリンク５８が、図３の概略図に示されているよりもはるかに長い伝送長に及んでもよく、例えば航空機の全長に及んでよいことに、注意すべきである。

制御回路５０は、随意による出力フィルタ７８と、電子スイッチ８０とをさらに備えて図示されており、ここで出力フィルタ７８は、例えば低域通過フィルタを備え、第１のＡＣ入力６２および第１のＡＣ出力６４に接続される。出力フィルタ７８を電子スイッチ８０に電気的に接続することもできる。電子スイッチ８０が、第１および第２の位置を有するものとして示されており、電子スイッチ８０が第１の位置にあるとき、出力フィルタ７８がＡＰＵ５２に電気的に接続され、かつ配電ノード５４からは電気的に切り離され、電子スイッチ８０が第２の位置にあるとき、出力フィルタ７８が配電ノード５４に電気的に接続され、かつＡＰＵ５２からは電気的に切り離される。

随意による出力フィルタ７８を有さない実施形態においては、電子スイッチ８０を、電子スイッチ８０が第１の位置にあるときに、第１のＡＣ入力６２がＡＰＵ５２に電気的に接続され、第１のＡＣ出力６４が配電ノード５４から電気的に切り離され、電子スイッチ８０が第２の位置にあるときに、第１のＡＣ出力６４が配電ノード５４に電気的に接続され、第１のＡＣ入力６２がＡＰＵ５２から電気的に切り離されるように、第１のインバータ／コンバータ５６に直接接続することができる。

さらに、制御回路５０は、第２のＡＣ入力７０に接続された主機ＡＣ出力８６と、第２のＡＣ出力７２に接続された主機ＡＣ入力８８とを有して示されている。第２のインバータ／コンバータ６０が、定周波数始動装置／発電機５５が始動モードにあるとき、主機ＡＣ出力８６を第２のＡＣ入力７０から選択的に切り離すとともに、主機ＡＣ入力８８を第２のＡＣ出力７２に選択的に接続し、定周波数始動装置／発電機５５が発電モードにあるとき、主機ＡＣ入力８８を第２のＡＣ出力７２から選択的に切り離すとともに、主機ＡＣ出力８６を第２のＡＣ入力７０に選択的に接続するように構成されている。この図においては、主機ＡＣ入力８８および主機ＡＣ出力８６の両方を、主機固定子２２の巻線（図示されていない）に電気的に接続することができる。

制御回路５０は、定周波数始動装置／発電機５５の動作を制御するための第１のコントローラ９０および第２のコントローラ９２として示されている少なくとも１つのコントローラをさらに備える。第１のコントローラ９０は、通信回線（点線として示されている）を介して第１のインバータ／コンバータ５６および電子スイッチ８０に接続され、双方向の通信を行う。第２のコントローラ９２は、第１のコントローラ９０、第２のインバータ／コンバータ６０、および励磁機インバータ４０の各々に接続されて示されており、第１のコントローラ９０、第２のインバータ／コンバータ６０、および励磁機インバータ４０の各々と双方向に通信する。

インバータ／コンバータ５６、６０の各々は、第１および第２のそれぞれのＡＣ入力６２、７０を第１および第２のそれぞれのＤＣ出力６８、７６に能動的に整流するように構成されている。インバータ／コンバータ５６、６０の一例は、３相４線インバータ／コンバータなどの中性線を有する３相インバータ／コンバータ、または中性線を持たない３相インバータ／コンバータであってよい。各々のインバータ／コンバータ５６、６０を、ＡＣからＤＣへの変換によって類似のＤＣ出力６８、７６の電圧（例えば、２８ＶＤＣまたは２７０ＶＤＣ）が生み出されるように構成することができる。

同様に、各々のインバータ／コンバータ５６、６０は、第１および第２のそれぞれのＤＣ入力６６、７４を第１および第２のそれぞれのＡＣ出力６４、７２に変換するように構成される。各々のインバータ／コンバータ５６、６０を、各々のＡＣ出力６４、７２が電圧または周波数において異なってもよいように、非類似のＤＣ−ＡＣ変換を可能にするように構成してもよいと考えられる。さらに、第１のインバータ／コンバータ５６を、第１のＤＣ入力６６を第１の定周波数のＡＣ出力６４（４００Ｈｚの３相電力など）に変換するように構成できる一方で、第２のインバータ／コンバータ６０を、１つ以上の相を有してよい可変の第２のＡＣ出力７２をもたらすように構成することができる。第１および第２のインバータ／コンバータ５６、６０を、より小さくて軽量なフォームファクタで大きな電力を取り扱うことができるがゆえに、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはチッ化ガリウム（ＧａＮ）などの半導体インバータ／コンバータ材料から構成することができる。第１および第２のインバータ／コンバータ５６、６０について、他の組成または構成も考えられる。

複数のＡＣ入力、出力、および接続６２、６４、７０、７２、８６、８８について、ただ１つの接続だけしか図示されていないが、多相の信号の各相に対応するように、複数の導体または配線が存在できると考えられる。例えば、第１のＡＣ入力６２が、３相の電力で構成されてよく、したがって３つの導体（図ではただ１つの接続によって表される）を有してもよいと考えられる。同様に、電子スイッチ８０を、複数のＡＣ電力相への切り換えおよび複数のＡＣ電力相からの切り換えを行うように構成できることを、理解すべきである。

電気機械アセンブリ１０は、本発明の方法にしたがって、始動モードおよび発電モードという２つの別個のモードで動作し、始動モードは、回転シャフト３２に始動のトルクおよび加速度をもたらすように動作し、発電モードは、定常状態の自給自足によって動作し、ＡＣ電力を生成する。

始動モードの開始時に、回転シャフト３２は回転しておらず、電子スイッチ８０は第１の位置にある。この状態から、ＡＰＵ５２から入力されるＡＣ電力が電子スイッチ８０に供給され、電子スイッチ８０を通って電力が出力フィルタ７８に渡される。出力フィルタ７８は、ＡＰＵ５２の電気的特性にもとづき、ＡＰＵ５２からのＡＣ電力について何らかのフィルタ処理を実行しても、実行しなくてもよい。例えば、出力フィルタ７８は、ＡＰＵ５２からのＡＣ電力についてはいかなるフィルタ処理動作も行わなくてよいが、別のエンジンからのＡＣ電力など、別の電源についてはフィルタ処理動作を実行することができる。

次に、ＡＣ電力が、出力フィルタ７８から第１のインバータ／コンバータ５６の第１のＡＣ入力６２にもたらされる。第１のインバータ／コンバータが、ＡＣ電力を２８ＶＤＣまたは２７０ＶＤＣなどの所定のＤＣ電力に変換し、このＤＣ電力を第１のＤＣ出力６８を介してＤＣリンク５８にもたらす。ＤＣリンク５８が、ＤＣ電力を第２のインバータ／コンバータ６０の第２のＤＣ入力７４に伝える。また、ＤＣリンク５８は、励磁機インバータ４０にもＤＣ電力を供給する。あるいは、ＤＣリンク５８は、この時点では励磁機インバータ４０にＤＣ電力を供給しなくてもよい。第２のインバータ／コンバータ６０が、ＤＣ電力を適切なＡＣ電力に変換し、この適切なＡＣ電力を第２のＡＣ出力７２に供給する。

この適切なＡＣ電力が、第２のＡＣ出力７２から電気機械アセンブリ１０の主機ＡＣ入力８８に伝えられる。ＡＣ電力が、例えば主機固定子２２の巻線に駆動されて、主機固定子２２内に回転磁界を生成し、これが主機回転子２０において電流を誘導する。続く誘導電流が、付随の回転シャフト３２の回転を開始させるために充分なトルクを主機回転子２０に生じさせる。あるいは、主機ＡＣ入力８８を、ＡＣ電力に応答して回転シャフト３２に始動トルクを生じさせることができる任意の他の巻線組または電気機械アセンブリ１０の別の構成要素に接続してもよい。

上述の始動モードの間、第１および第２のコントローラ９０、９２の各々は、第１および第２のそれぞれのインバータ／コンバータ５６、６０と通信し、動作を制御する。例えば、第１のコントローラ９０が、定常または動的な電力変換であってよい第１のインバータ／コンバータ５６におけるＡＣ電力のＤＣ電力への変換を制御することができる。同様に、第２のコントローラ９２は、第２のインバータ／コンバータ６０におけるＤＣ電力のＡＣ電力への変換を制御することができ、主機回転子２０の回転を開始させるための第２のＡＣ出力７２の供給を制御する。

コントローラ９０、９２のうちの少なくとも一方が、第２のインバータ／コンバータ６０が始動の方法、アルゴリズム、所定のプロフィール、最適化された動作、周波数段階動作、あるいは定格電圧または温度測定値などの電気機械アセンブリの物理的または電気的特性にもとづく動的フィードバックプロフィールにしたがって主機回転子２０の回転を開始させるためのＡＣ電力を供給するように、始動モードにおいて定周波数始動装置／発電機５５を制御する本発明の実施形態が考えられる。上述の始動方法のいずれも、第１または第２のコントローラ９０、９２のいずれかに保存することが可能であり、コントローラ９０、９２の間の双方向の通信によって、一方のコントローラ９０、９２が他方のコントローラ９０、９２に本方法の適用のやり方を指示するマスタ／スレーブ構成にてコントローラ９０、９２を動作させることを可能にできると考えられる。

さらに、上述の始動モードの際に、第２のコントローラ９２が、励磁機インバータ４０がＤＣ電力を容認できる単相、２相、または３相の励磁信号に変換しても、しなくてもよいように、励磁機インバータ４０を制御することができる。いずれにせよ、第２のコントローラ９２による励磁機インバータ４０の制御は、励磁信号が励磁機固定子１６に伝えられなくてもよいため、重要でなくてよい。

回転シャフト３２が、例えば本方法またはアルゴリズムによって定められる最小動作周波数にひとたび達すると、コントローラ９０、９２の少なくとも一方が、定周波数始動装置／発電機５５に対して始動モードから発電モードへの変化を指示する。このモードの変化の時点において、主機回転子２０は、回転しているが、電気機械アセンブリ１０の予定の動作速度では回転していない場合がある。始動モードから発電モードへの変化の時点において、第１のコントローラ９０が、配電ノード５４を出力フィルタ７８に接続できるよう、第２の電子スイッチに対して第１の位置から第２の位置への切り換わりを指示する。

発電モードにおいては、主機回転子２０の回転によって主機固定子２２のリードＬ４、Ｌ５、Ｌ６に３相の出力が生じ、主機ＡＣ出力８６に電力がもたらされる。主機ＡＣ出力８６が第２のインバータ／コンバータ６０に供給され、第２のインバータ／コンバータ６０がＡＣ電力をＤＣ電力に整流し、これが第２のＤＣ出力７６を介してＤＣリンク５８に供給される。ＤＣリンク５８が、このＤＣ電力を励磁機インバータ４０にさらに供給する。第２のコントローラ９２が、励磁機固定子１６に励磁をもたらすために、例えば一方法またはアルゴリズムにしたがって励磁機インバータ４０を制御し、励磁が回転シャフト３２の回転周波数を指揮し続ける。回転シャフト３２の回転周波数を指揮することにより、制御された励起は、動作中の電気機械アセンブリ１０を予定される動作速度または定常状態の発電モードに加速させる。この加速の期間において、少なくとも１つのコントローラ９０、９２が、生成されるＡＣ電力の配電ノードへの供給を防止するように第１および／または第２のインバータ／コンバータ５６、６０を制御することができる。

定常状態の発電モードにおいて、電気機械アセンブリ１０は、リードＬ４、Ｌ５、Ｌ６に３相の電力を生成し、主機ＡＣ出力８６にＡＣ電力をもたらしている。ＡＣ電力は、電気機械アセンブリ１０から第２のインバータ／コンバータ６０の第２のＡＣ入力７０にもたらされる。第２のインバータ／コンバータ６０が、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換して、このＤＣ電力をＤＣリンク５８に供給し、ＤＣリンク５８が、ＤＣ電力を第１のインバータ／コンバータ５６の第１のＤＣ入力６６に伝える。第１のインバータ／コンバータ５６が、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、このＡＣ電力を第１のＡＣ出力６４を介して出力フィルタ７８にもたらす。出力フィルタ７８が、必要に応じて電気的または信号のフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後のＡＣ電力を配電ノード５４にもたらす。

さらに、定常状態の発電モードにおいて、第１および第２のコントローラ９０、９２は、航空機の電気系統にとって充分な電力の生成を保証するように、定周波数始動装置／発電機の動作を制御する。例えば、第１のコントローラが、充分な量の電力が配電ノード５４に供給されていることを保証するために、第１のインバータ／コンバータ５６におけるＤＣ−ＡＣ電力変換を監視することができる。さらに、第２のコントローラ９２が、充分な電力が電気機械アセンブリ１０によって生成されているかどうかを判断するように第２のインバータ／コンバータ６０を制御し、必要であれば主機ＡＣ出力８６に生成される電力を増加または減少させるべく電気機械アセンブリ１０の励磁を変更するように励磁機インバータ４０を制御することができる。コントローラ９０、９２の少なくとも一方が必要とされるとおりに電気機械アセンブリの出力を検出、予想、または調節することができる別の構成も考えられる。

上述の図に示した実施形態および構成に加えて、他の多数の可能な実施形態および構成が、本明細書の開示によって想定される。例えば、本発明の一実施形態は、上述のコントローラ９０、９２の両方の制御を実行するように構成された単一のコントローラを想定する。さらに、例えば電子スイッチ８０が始動モードから発電モードへの段階的変化または秩序正しい変化を可能にすべく種々の段階にて動作できるように設定される構成が考えられる。

本発明の別の代案の実施形態においては、電子スイッチ８０を、既存の構成要素に統合することができる。さらに別の実施形態においては、少なくとも１つのコントローラ９０、９２に、上述の構成要素の選択的な接続を制御するための１つ以上の電子スイッチを組み込むことができ、あるいは１つ以上の電子スイッチ８０に、コントローラを組み込むことができる。

本発明のさらに別の実施形態においては、ＤＣリンク５８が、航空機内のＤＣ負荷を動作させるためのＤＣ電力バスをさらに備えることができる。そのような実施形態においては、コントローラ９０、９２の一方が、充分な電力がもたらされていることを保証し、あるいは電気機械アセンブリ１０の電力の調整を調節するために、ＤＣ電力バスとの双方向の通信を有することができる。さらに、第１および／または第２のコントローラ９０、９２を、定周波数始動装置／発電機についての障害または診断のアプリケーションまたは情報を提供するように構成できると考えられる。

さらに、電気機械アセンブリ１０は、永久磁石発電機（ＰＭＧ）回転子およびＰＭＧ固定子を有する電気機械アセンブリ１０のＰＭＧ部分を備えることができる。この構成においては、ＰＭＧを、必要とされる励磁機固定子の励磁の一部またはすべてを生み出すように構成することができ、この励磁を、例えば第２のコントローラ９２によって制御することができる。さらに、種々の構成要素の設計および配置を、いくつかの異なるインラインの構成を実現できるように整理し直すことができる。

本明細書に開示の方法は、定周波数始動装置／発電機を使用する航空機のエンジンの始動を提供する。上述の方法において実現できる１つの利点は、この方法が、定周波数のＡＣ入力において充分な始動トルクをもたらす点にある。したがって、この方法は、空気式の始動の構成部品を置き換え、航空機にとって大幅な重量の削減および空間の要件をもたらすことができる。あるいは、上述の方法は、航空機の駆動装置一体型発電機（ＩＤＧ）、定速駆動装置（ＣＳＤ）、および／または空気タービン始動装置（ＡＴＳ）ユニットを置き換え、始動の動作について動作効率の向上および重量の制約の軽減をもたらすことができる。

さらに、インバータ／コンバータに半導体部品を使用することで、始動動作のための構成部品の信頼性の向上および航空機の保守の必要性の軽減がもたらされる。

航空機の構成部品の設計時に、注意すべき重要な因子は、サイズ、重量、および信頼性である。上述の方法によれば、システムが、システム全体を本質的により信頼性の高いものにする定周波数始動装置／発電機をもたらすことができるため、部品の数が少ない。これは、重量がより軽く、サイズがより小さく、性能がより高く、信頼性がより高いシステムをもたらす。部品の数が少ないこと、および保守が少なくて済むことで、製品コストの削減および稼働コストの削減につながる。重量の軽減およびサイズの縮小は、飛行時の競争力の利点につながる。

本明細書は、最良の態様を含む本発明の実施形態を開示するとともに、装置またはシステムの製作および使用ならびに関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本発明の特許可能な技術的範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者にとって想到される他の実施例も含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含むならば、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。

１０ 電気機械アセンブリ、電気機械
１２ 第１の機械
１４ 励磁機回転子
１６ 励磁機固定子
１８ 第２の機械
２０ 主機回転子
２２ 主機固定子
３０ 電力ケーブル
３２ 回転シャフト
３４ 共通の軸
３６ ボールベアリング、ベアリング
３７ 機械的なシャフト
４０ 励磁機インバータ
４４ 出力リード
４６ 整流器
４８ 整流器の共通の出力、共通の供給配線
５０ 制御回路
５２ 補助電源ユニット（ＡＰＵ）
５４ 配電ノード
５５ 定周波数始動装置／発電機
５６ 第１のインバータ／コンバータ
５８ ＤＣリンク
６０ 第２のインバータ／コンバータ
６２ 第１のＡＣ入力、第１の定周波数のＡＣ入力
６４ 第１のＡＣ出力、第１の定周波数のＡＣ出力
６６ 第１のＤＣ入力
６８ 第１のＤＣ出力
７０ 第２のＡＣ入力
７２ 第２のＡＣ出力
７４ 第２のＤＣ入力
７６ 第２のＤＣ出力
７８ 出力フィルタ
８０ 電子スイッチ
８６ 主機ＡＣ出力
８８ 主機ＡＣ入力
９０ 第１のコントローラ
９２ 第２のコントローラ

Claims (14)

1. タービンエンジン用の定周波数始動装置／発電機（５５）であって、
   第１の定周波数のＡＣ入力（６２）と、第１の定周波数のＡＣ出力（６４）と、第１のＤＣ入力（６６）と、第１のＤＣ出力（６８）とを有する第１のインバータ／コンバータ（５６）、
   第２のＡＣ入力（７０）と、第２のＡＣ出力（７２）と、第２のＤＣ入力（７４）と、第２のＤＣ出力（７６）とを有する第２のインバータ／コンバータ（６０）、
   前記第１のＤＣ出力（６８）を前記第２のＤＣ入力（７４）に電気的に接続し、前記第２のＤＣ出力（７６）を第１のＤＣ入力（６６）に電気的に接続するＤＣリンク（５８）、および
   前記第２のＡＣ出力（７２）に電気的に接続されたＡＣ入力および前記第２のＡＣ入力（７０）に電気的に接続されたＡＣ出力を有している主同期機と、第３のＡＣ出力に電気的に接続されたＡＣ入力を有しているＡＣ励磁機とを有する電気機械（１０）
   を備えており、
   前記第２のインバータ／コンバータ（６０）が、
   前記第２のインバータ／コンバータ（６０）が前記主機のＡＣ出力を前記第２のＡＣ入力（７０）から電気的に切り離すとともに、前記主機のＡＣ入力を前記第２のＡＣ出力（７２）に電気的に接続して、前記主機を始動モードにて始動させる始動モード、および
   前記励磁機のＡＣ入力が前記第３のＡＣ出力に電気的につながり、前記第２のインバータ／コンバータ（６０）が前記主機のＡＣ入力を前記第２のＡＣ出力（７２）から電気的に切り離すとともに、前記主機のＡＣ出力を前記第２のＡＣ入力（７０）に電気的に接続して、前記主機を発電モードにて動作させる発電モード
   で動作する定周波数の始動装置／発電機。
2. 前記発電モードにおいて前記励磁機のＡＣ入力を前記ＤＣリンク（５８）のＤＣ出力に選択的に接続する励磁機インバータ（４０）をさらに備える請求項１に記載の定周波数始動装置／発電機（５５）。
3. 前記第１のインバータ／コンバータ（５６）を前記第２のインバータ／コンバータ（６０）に電気的に接続するＤＣリンク（５８）をさらに備える請求項２に記載の定周波数始動装置／発電機（５５）。
4. 前記第１のインバータ／コンバータ（５６）に作用可能に接続され、前記第１のインバータ／コンバータ（５６）の動作を制御する第１のコントローラ（９０）をさらに備える請求項３に記載の定周波数始動装置／発電機（５５）。
5. 前記第２のインバータ／コンバータ（６０）および励磁機インバータ（４０）に作用可能に接続され、前記第２のインバータ／コンバータ（６０）および励磁機インバータ（４０）の動作を制御する第２のコントローラ（９２）をさらに備える請求項４に記載の定周波数始動装置／発電機（５５）。
6. 前記第２のコントローラ（９２）が、前記第２のインバータ／コンバータ（６０）、励磁機インバータ（４０）、ＤＣリンク（５８）、または第１のコントローラ（９０）のうちの少なくとも１つと双方向の通信を行う請求項５に記載の定周波数始動装置／発電機（５５）。
7. 前記第１のコントローラ（９０）が、前記第１のインバータ／コンバータ（５６）と双方向の通信を行う請求項６に記載の定周波数始動装置／発電機（５５）。
8. 前記第１または第２のインバータ／コンバータ（５６、６０）の少なくとも一方が、半導体インバータ／コンバータをさらに備える請求項１に記載の定周波数始動装置／発電機（５５）。
9. 前記半導体インバータ／コンバータが、炭化ケイ素またはチッ化ガリウムの少なくとも一方をさらに含む請求項８に記載の定周波数始動装置／発電機（５５）。
10. 主同期機と励磁機とを有する電気機械（１０）の動作方法であって、
    外部の電源からのＡＣ入力を受け取り、前記ＡＣ入力を第１のインバータ／コンバータ（５６）でＤＣ出力に変換し、前記ＤＣ出力を第２のインバータ／コンバータ（６０）に供給することによって前記ＤＣ出力を第２のＡＣ入力（７０）に変換し、前記第２のインバータ／コンバータ（６０）からの第２のＡＣ出力（７２）を前記主機に供給することによって前記主機の回転を開始させることにより、前記電気機械（１０）を始動モードで始動させるステップと、
    前記主機の回転の開始後に、第３のＡＣ出力を前記励磁機に供給することによって前記主同期機を加速させることによって、前記電気機械（１０）を発電モードで動作させるステップと、
    前記発電モードにおいて前記主機によって第４のＡＣ出力を生成し、前記第４のＡＣ出力を前記第２のインバータ／コンバータ（６０）によって第２のＤＣ出力（７６）に変換し、前記第２のＤＣ出力（７６）を第５のＡＣ出力に変換することによって、生成された電気を供給するステップと
    を含む電気機械（１０）の動作方法。
11. 前記電気機械（１０）の始動時に、コントローラが、アルゴリズム、所定のプロフィール、またはフィードバックプロフィールのうちの少なくとも１つにしたがって前記主機の回転を開始させるべく前記主機への前記第２のＡＣ出力（７２）の供給を制御する請求項１０に記載の電気機械（１０）の動作方法。
12. 前記回転の開始後に、前記コントローラが、前記励磁機への前記第３のＡＣ出力の供給を制御する請求項１１に記載の電気機械（１０）の動作方法。
13. 前記生成された電気を供給するステップが、前記コントローラによって前記第１のインバータ／コンバータ（５６）、第２のインバータ／コンバータ（６０）、または前記電気機械（１０）による電気の生成のうちの少なくとも１つを制御することを含む請求項１１に記載の電気機械（１０）の動作方法。
14. 前記第１のインバータ／コンバータ（５６）、第２のインバータ／コンバータ（６０）、または前記電気機械（１０）による電気の生成のうちの少なくとも１つを制御することが、検出または予想される第５のＡＣ出力の特性のうちの少なくとも１つによって決定される請求項１３に記載の電気機械（１０）の動作方法。