JP2018197544A

JP2018197544A - 遊星ギアシステムおよびエアタービンスタータ

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Publication number: JP2018197544A
Application number: JP2018084625A
Authority: JP
Inventors: スブラタ・ナヤク; Nayak Subrata; ラビンドラ・シャンカール・ガニガー; Shankar Ganiger Ravindra; デビッド・アラン・ドランシャック; Allan Dranschak David; マーク・デビッド・ジンガー; David Zinger Marc; シロー・モンゴメリ・エマーソン・メイヤース; Montgomery Emerson Meyers Shiloh; パラビ・トリパシ; Tripathi Pallavi; シャラド・プンドリク・パティル; Pundlik Patil Sharad; マーク・レスリー・リッカート; Leslie Rickert Mark; ハーシャ・サンジェーワ・ブラシンガラージェ; Sanjeewa Bulathsinghalage Harsha; マシュー・キース・マードック; Keith Murdock Matthew
Original assignee: Unison Industries LLC
Current assignee: Unison Industries LLC
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2018-12-13
Also published as: CA3003005A1; US10495182B2; EP3401531A1; KR102077392B1; CA3003005C; ES2880419T3; CN108952970A; EP3401531B1; KR20180123636A; CN108952970B; US20180347669A1

Abstract

【課題】遊星ギアシステムおよびエアタービンスタータを提供する。【解決手段】エンジン用エアタービンスタータは、入口、出口、および入口と出口との間に延びてガス流を通すための流路を画定するハウジングを含む。タービン部材は、前記ハウジング内に軸支されて前記流路内に配置され、機械的動力を前記ガス流から回転可能に抽出し、タービン出力シャフトを有する。エアタービンスタータは、タービン出力シャフトと駆動結合され、太陽ギアと、ハウジングに取り付けられたリングギアと、太陽ギアとリングギアを動作可能に結合し、太陽ギアは、タービン出力シャフトに結合される一組の遊星ギアとを含む遊星ギアシステムをさらに含む。【選択図】図２

Description

本発明は、遊星ギアシステムおよびエアタービンスタータに関する。

モータまたはエンジンなどの駆動機構は、回転可能な出力シャフトなどの機構出力で駆動運動を生成することができる。出力シャフトは、たとえば、出力シャフトに接続された回転可能な駆動シャフトを介して別の機器に回転運動を与えることができる。回転運動を受ける機器は、駆動回転運動をエネルギ源として利用して動作することができる。一例の構成では、燃焼タービンエンジンとしても知られるガスタービンエンジンは、多数のタービンブレードに向けてエンジンを通過する燃焼ガスの流れからエネルギを抽出する回転エンジンである。ガスタービンエンジンは、回転運動の少なくとも一部をアクセサリギアボックスなどの回転機器に与えることができ、回転運動は、多数の異なるアクセサリに動力を供給するために利用される。アクセサリには、発電機、スタータ／発電機、永久磁石オルタネータ（ＰＭＡ）または永久磁石発電機（ＰＭＧ）、燃料ポンプ、および油圧ポンプを挙げることができる。

遊星ギアシステムは、スタータのギアトレインをコンパクトなプロファイルエンベロープ内に嵌め込むことによって、スタータを含む１つまたは複数のアクセサリを駆動するために利用することができる。遊星ギアシステムは、入力ギアと出力ギアとの間に噛合する１つまたは複数の遊星ギアを含み、遊星ギアは、自軸の周りを回転し、ギアトレインの別の軸の周りを公転するように設計される。

欧州特許第２９９８６１５号

一態様では、本開示は、入口、出口、および前記入口と前記出口との間に延びてガス流を通すための流路を画定するハウジングを備える、エンジン用エアタービンスタータに関する。タービン部材は、前記ハウジング内に軸支されて前記流路内に配置され、機械的動力を前記ガス流から回転可能に抽出し、タービン出力シャフトを有する。遊星ギアシステムは、前記タービン出力シャフトと駆動結合され、太陽ギアと、前記ハウジングに取り付けられたリングギアと、前記太陽ギアと前記リングギアを動作可能に結合し、前記太陽ギアは、前記タービン出力シャフトに結合される一組の遊星ギアとを含み、駆動シャフトは、前記エンジンに動作可能に結合されて共に回転するように構成され、前記遊星ギアシステムは、トルクを前記タービン出力シャフトから前記駆動シャフトに伝達し、前記リングギアは、前記リングギアと前記一組の遊星ギアとの間のインターフェース間で負荷を分配するように構成された可撓性リングギアを備える。

別の態様では、本開示は、太陽ギアと、前記太陽ギアと噛合するように構成された一組の遊星ギアと、前記一組の遊星ギアと噛合するように構成されたギア面を画定する半径方向内側部分および半径方向外側部分を含む可撓性リングギアであって、前記半径方向内側部分は、一組のスロットを介して前記半径方向外側部分から離間され、前記可撓性リングギアは、前記一組のスロットの間に位置して前記半径方向内側部分と前記半径方向外側部分を結合する一組のブリッジを含む可撓性リングギアとを備え、前記一組のブリッジの少なくとも１つのブリッジは、前記一組の遊星ギアの少なくとも１つからの負荷により歪曲するように構成される、遊星ギアシステムに関する。

さらに別の態様では、本開示は、入力に動作可能に結合された太陽ギアと、前記太陽ギアと噛合するように構成された一組の遊星ギアと、出力に動作可能に結合され、前記一組の遊星ギアと噛合するように構成されたギア面を画定する半径方向内側部分および半径方向外側部分を含む可撓性リングギアであって、前記半径方向内側部分は、前記半径方向外側部分から突出したカンチレバーを備え、前記カンチレバーを形成する前記半径方向内側部分の少なくとも一部は、前記一組の遊星ギアの少なくとも１つの遊星ギアの移動による偏心を撓むことで吸収するように構成される可撓性リングギアとを備える、遊星ギアシステムに関する。

本明細書に記載の様々な態様によるアクセサリギアボックスおよびスタータを有するタービンエンジンの概略図である。本明細書に記載の様々な態様によるスタータの拡大概略断面図である。本明細書に記載の第１の態様における図２のスタータ用遊星ギアシステムの断面図である。通常動作状態における図３の遊星ギアシステムの拡大断面図である。過負荷動作状態における図３の遊星ギアシステムの拡大断面図である。本明細書に記載の第２の態様における図２のスタータ用遊星ギアシステムの斜視図である。無負荷動作状態における図５の遊星ギアシステムの拡大断面図である。負荷動作状態における図５の遊星ギアシステムの拡大断面図である。本明細書に記載の第３の態様における図２のスタータ用遊星ギアシステムの斜視図である。破線で負荷動作状態を示す、無負荷動作状態における図７の遊星ギアシステムの拡大断面図である。

本開示は、回転機器、具体的にはタービンエンジンのスタータ用回転シャフトに結合された遊星ギアシステムと結合された回転シャフトの形態で運動を生成する駆動機構に関する。遊星ギアシステムの入力ギアと出力ギアとの間のインターフェースでギア負荷を対称的にすることが望ましい。本明細書に記載の例は、遊星ギアシステムを有するタービンエンジンおよびスタータの適用を対象としているが、本開示は、遊星ギアシステムを含む任意の実装形態に適用することができる。

方向についてのあらゆる言及（たとえば、半径方向、上部、下部、上方、下方、左、右、横、前、後ろ、最上部、最下部、上、下、垂直、水平、時計方向、反時計方向）は、あくまでも読み手による本開示の理解を助けるための識別の目的で使用されているにすぎず、とりわけ本開示の位置、向き、および使用に関して、限定を生じさせるものではない。接続についての言及（たとえば、取り付けられる、結合される、接続される、および接合される）は、広く解釈されるべきであり、別段の指示がない限り、１群の要素間の中間部材および要素間の相対移動を含むことができる。したがって、接続についての言及は、必ずしも２つの要素が直接的に接続されて互いに固定された関係にあることを意味しない。例示される図面は、あくまでも説明を目的とするものであり、添付の図面に反映される寸法、位置、順序および相対サイズは、様々に変更可能である。

本明細書で使用する場合、「前方」または「上流」という用語は、エンジン入口に向かう方向の移動、または別の構成要素と比較してエンジン入口に相対的に近い構成要素を示す。「後方」または「下流」という用語は、エンジン中心線に対してエンジンの後部または出口に向かう方向を示す。さらに、本明細書で使用する場合、「半径方向の」または「半径方向に」という用語は、エンジンの中心長手方向軸線とエンジン外周との間に延びる寸法を示す。さらに、「一組の」は、ただ１つの要素を含む、それぞれ記載された要素の任意の数を含むことができることをさらに理解されたい。

図１を参照すると、スタータモータまたはエアタービンスタータ１０は、トランスミッションハウジングとしても知られるアクセサリギアボックス（ＡＧＢ）１２に結合され、共にガスタービンエンジンなどのタービンエンジン１４に取り付けられて概略的に示されている。このアセンブリは、一般に一体型スタータ／発電機ギアボックス（ＩＳＧＢ）と呼ばれる。タービンエンジン１４は、空気を高圧圧縮領域１８に供給するファン１６を有する空気取入口を備える。ファン１６を有する空気取入口および高圧圧縮領域は、燃焼の上流のタービンエンジン１４の「低温セクション」として集合的に知られる。高圧圧縮領域１８は、燃焼チャンバ２０に高圧空気を供給する。燃焼チャンバでは、高圧空気が燃料と混合されて燃焼される。高温の加圧燃焼ガスは、高圧タービン領域２２および低圧タービン領域２４を通過し、その後タービンエンジン１４から排気される。加圧ガスが高圧タービン領域２２の高圧タービン（図示せず）および低圧タービン領域２４の低圧タービン（図示せず）を通過するとき、タービンがタービンエンジン１４を通過するガスの流れから回転エネルギを抽出する。高圧タービン領域２２の高圧タービンは、シャフトにより高圧圧縮領域１８の圧縮機構（図示せず）に結合することができ、それにより圧縮機構に動力を供給する。低圧タービンは、シャフトにより空気取入口のファン１６に結合することができ、それによりファン１６に動力を供給する。

タービンエンジンは、最新の民間航空および軍用航空で一般に使用される、ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＧＥｎｘ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であってもよく、またはターボプロップまたはターボシャフトなどの様々な他の既知のタービンエンジンであってもよい。タービンエンジンはまた、排気ガスの速度を増加させてそれにより推力を増大させるために、低圧タービン領域２４の下流で追加の量の燃料を燃焼させるアフターバーナを有してもよい。

ＡＧＢ１２は、機械的動力テークオフ２６により高圧または低圧タービン領域２２、２４のいずれかでタービンエンジン１４に結合される。機械的動力テークオフ２６は、複数のギアと、ＡＧＢ１２をタービンエンジン１４に機械的に結合するための手段とを含む。通常動作状態では、動力テークオフ２６は、タービンエンジン１４からの動力をＡＧＢ１２に変換し、たとえば、限定はしないが、燃料ポンプ、電気システム、およびキャビン環境制御装置などの航空機のアクセサリに動力を供給する。エアタービンスタータ１０は、ファン１６を含む空気取入口領域または高圧圧縮領域１８の近傍のコアのいずれかの外側に取り付けることができる。

次に図２を参照すると、ＡＧＢ１２に取り付けることができるエアタービンスタータ１０がより詳細に示されている。一般に、エアタービンスタータ１０は、入口３２、出口３４、および入口３２と出口３４との間に延びてガス流を通すための流路３６を画定するハウジング３０を含む。１つの非限定的な例では、ガスは、空気であり、地上動作空気カート、補助動力装置、または既に動作中のエンジンからのクロスブリードスタートのいずれかによって供給される。エアタービンスタータ１０は、ハウジング３０内に軸支されて流路３６内に配置され、機械的動力を流路３６に沿ってガス流から回転可能に抽出するタービン部材３８を含む。ギアボックス４２は、ハウジング３０内に取り付けられる。さらに、ギアボックス４２内に配置されてタービン部材３８に駆動結合されたギアトレイン４０は、回転させることができる。

ギアトレイン４０は、リングギア４６と、太陽ギア７０の周りに回転可能な一組の遊星ギア４８とを有する遊星ギアシステム４４を含む。タービンシャフト５０は、タービン部材３８へとギアトレイン４０の太陽ギア７０に結合し、機械的動力をギアトレイン４０に伝達することができる。タービンシャフト５０は、ギアトレイン４０に結合され、一対のタービン軸受５２によって回転可能に支持される。ギアトレイン４０は、一対のキャリア軸受５３によって支持される。ギアボックス内部５４は、ギアトレイン４０、リングギア４６、および軸受５２、５３などの内部に収容された機械部品の潤滑および冷却を行うために、限定はしないが、グリースまたはオイルを含む潤滑剤を含むことができる。

ギアボックス４２には、タービンシャフト５０が通って太陽ギア７０に接続する開口５６があり、これにより遊星ギア４８を回転させ、遊星ギア４８はリングギア４６を押して遊星アーム５７を回転させる。遊星アーム５７は、遊星ギアシステム４４をキャリアシャフト５８を介して駆動シャフト６４に結合する。キャリアシャフト５８は、一対の離間した軸受６２によって取り付けられ支持されるクラッチ６０を通過する。駆動シャフト６４は、ギアボックス４２から延びてクラッチ６０に結合され、さらに一対の離間した軸受６２によって支持される。駆動シャフト６４は、ギアトレイン４０によって駆動され、非限定的な例として、出力シャフト６５を介してＡＧＢ１２に結合され、それにより始動動作中に駆動シャフト６４が駆動運動をＡＧＢ１２に供給する。

クラッチ６０は、タービンシャフト５０、キャリアシャフト５８、および駆動シャフト６４を備える単一の回転可能なシャフト６６を形成する任意のタイプのシャフトインターフェース部分とすることができる。シャフトインターフェース部分は、限定はしないが、ギア、スプライン、クラッチ機構、またはそれらの組合せを含む任意の既知の結合方法によるものとすることができる。シャフトインターフェース部分の一例は、ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃの米国特許第４，２８１，９４２号に開示されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

スタータ１０は、限定はしないが、アルミニウム、ステンレス鋼、鉄、またはチタンなどの高強度軽量金属のダイカストを含む任意の既知の材料および方法によって形成することができる。ハウジング３０およびギアボックス４２は、エアタービンスタータ１０、したがって航空機に不必要な重量を加えることなく、適切な機械的剛性を提供するのに十分な厚さで形成することができる。

回転可能なシャフト６６は、限定はしないが、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、チタン、タングステン、バナジウム、またはモリブデンを含むものなどの高強度金属合金の押出または機械加工を含む任意の既知の材料および方法によって構成することができる。タービンシャフト５０、キャリアシャフト５８、および駆動シャフト６４の直径は、固定されてもよく、または回転可能なシャフト６６の長さに沿って変更してもよい。直径は、ロータとステータの間隔だけでなく、異なるサイズにも対応するように変更することができる。

本明細書に記載のように、流路３６に沿って供給される空気は、タービン部材３８を回転させて回転シャフト５０、５８、６４の回転を駆動する。したがって、始動動作中、スタータ１０は、回転シャフト５０、５８、６４の回転を介してタービンエンジン１４の駆動機構とすることができる。この後、クラッチ６０が残りの回転シャフト５０、５８、６４の回転を防止することができるので、エンジン１４は代わりにスタータ１０を駆動し、駆動シャフト６４のみを駆動する。

上の図で示したものに加えて、多くの他の可能な例および構成が、本開示によって企図される。さらに、ＡＧＢ１２、動力テークオフ２６、もしくはスタータ１０またはそれらの構成要素のような様々な構成要素の設計および配置は、多くの異なるインライン構成が実現できるように再構成することができる。

図３を参照すると、遊星ギアシステム４４がより詳細に示されており、太陽ギア７０がタービンシャフト５０に結合されていることがより明確に分かる。一組の遊星ギア４８は、限定はしないが、太陽ギア７０を取り囲む３つの遊星ギアとして示されている。内側インターフェース７２が形成され、ここで太陽ギア７０が一組の遊星ギア４８に接触する。太陽ギア７０、一組の遊星ギア４８、または太陽ギア７０と一組の遊星ギア４８の両方は、非限定的な例として、ピニオンギアであることが企図される。ピニオンギアは、円形のギアであり、通常、遊星ギアシステム４４のギアのうちの最小のものを指すか、または遊星ギアシステム４４の駆動ギアとすることができる。非限定的な例として、太陽ギア７０は、ピニオンギアとして示されている。

リングギア４６は、遊星ギア４８に外接する。リングギア４６は、ギア面７８を画定する半径方向内側部分７６を含む。外側インターフェース８０が形成され、ここで一組の遊星ギア４８がリングギア４６のギア面７８と噛合する。リングギア４６は、半径方向外側部分７４でギアボックス４２内に取り付けられ、それによりリングギア４６がスタータ１０の静止構成要素となる。

本開示の態様によれば、リングギア４６は、可撓性リングギア８２と考えることができる。より具体的には、一組のスロット８４が、リングギア４６の半径方向外側および内側部分７４、７６の間に設けられる。一組のスロット８４は各々、リングギア４６の半径方向外側部分７４に設けられた先端部分８８で終端する実質的な円周部分８６を含むことができる。８つのスロットを有するものとして示されているが、一組のスロット８４は、単一のスロットを含む任意の数のスロットを含むことができ、図３に示す一組のスロット８４は、説明のためのものであり、限定することを意味するものではない。

ブリッジ９０は、一組のスロット８４の２つの間に位置し、リングギア４６の半径方向内側部分７６から半径方向外側部分７４に延びる。ブリッジ９０は、線形のブリッジである必要はない。たとえば、屈曲部９１をブリッジ９０に含めることができる。屈曲部９１は、ブリッジ９０が半径方向外側部分７４に沿って実質的に円周方向に向くところから、ブリッジ９０が半径方向内側部分７６に接続する実質的に半径方向へと向く場所を画定する。ブリッジ９０は、スロット８４の数に応じて一組のブリッジに含めることができる。８つのブリッジを有するものとして示されているが、一組のブリッジ９０は、より多いまたは少ない数のブリッジを含んでもよい。図３に示す一組のブリッジ９０は、説明のためのものであり、限定することを意味するものではない。

一組のバンパ９２が、可撓性リングギア８２の半径方向外側および内側部分７４、７６の各々から延びる。一組のバンパは、一組のスロット８４内に延びる。第１のバンパ９２ａは、ブリッジ９０が可撓性リングギア８２の半径方向外側部分７４と接触する第１のスロット８４の可撓性リングギア８２の半径方向外側部分７４から延びる。第２のバンパ９２ｂは、ブリッジ９０が可撓性リングギア８２の半径方向内側部分７６と接触する第２のスロット８４の可撓性リングギア８２の半径方向内側部分７６から延びる。一組のバンパ９２のうちの１つのバンパのみが含まれ、外側または内側部分７４、７６のいずれか１つから延びることができると企図される。一組のバンパ９２は、可撓性リングギア８２の半径方向外側および内側部分７４、７６の一方または両方から延びる複数のバンパ９２であるとさらに企図される。図３に示す一組のバンパ９２は、説明のためのものであり、限定することを意味するものではない。

遊星ギア４８、太陽ギア７０、およびリングギア４６は、限定はしないが、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、チタン、タングステン、バナジウム、またはモリブデンを含むものなどの高強度金属合金の押出または機械加工を含む任意の材料および方法によって構成することができる。

図４Ａは、ブリッジ９０およびバンパ９２ａ、９２ｂを含む遊星ギアシステム４４の一部の拡大図である。間隙９４が、バンパ９２ａ、９２ｂの各々と、可撓性リングギア８２の半径方向外側および内側部分７４、７６との間に形成される。可撓性リングギア８２は、可撓性リングギア８２と一組の遊星ギア４８との間の外側インターフェース８０にわたって負荷を分配するように構成される。通常動作状態では、図示のブリッジ９０を含む一組のブリッジは、必要に応じて歪曲するように構成される。一組のブリッジ９０は、遊星ギア４８の同心性の歪みを吸収して、負荷が外側インターフェース８０に均等に分配されるようにする。間隙９４が開いたままである一方、一組のブリッジ９０は歪曲することで、すべての外側インターフェース８０において可撓性および負荷の均等な分配をもたらす。半径方向内側部分７６は、遊星ギアシステム４４の遊星ギア４８の少なくとも１つの移動による偏心を撓むことで吸収するように構成される。

図４Ｂを参照すると、異常または過負荷動作状態では、一組のブリッジ９０の少なくとも１つは、バンパ９２ａ、９２ｂの少なくとも１つの端部９３が可撓性リングギア８２の半径方向外側または内側部分７４、７６と接触する点に歪曲する。図示の例では、ブリッジ９０の歪曲時に、両方のバンパ９２ａ、９２ｂが移動して間隙９４を閉鎖し、それにより一組のスロット８４の少なくとも一部が閉鎖され、円周部分８６を先端部分８８から分離する。バンパ９２ａ、９２ｂは、ブリッジ９０が歪曲する程度を制限し、制御する。バンパ９２ａ、９２ｂおよび対応する間隙９４は、通常の動作制限に従って寸法決めされる。通常動作状態には、エンジン１４の始動時のトルクおよび速度が含まれる。エアタービンスタータ１０の仕様は、最高速度と最大トルクまたはストールトルクを開示している。遊星ギアシステム４４は、設置されるエアタービンスタータ１０に固有のギアボックス比および入口条件を有することができる。バンパ９２ａ、９２ｂは、ブリッジ９０の破損を防止し、遊星ギア４８から可撓性リングギア８２を通してギアボックス４２に負荷を伝達し、可撓性リングギア８２への損傷を防止するように機能する。過負荷動作状態では、可撓性リングギア８２は、リングギア４６の可撓性態様なく負荷が伝達され続けるように、従来のソリッドリングギアのように機能する。

図５〜図８は、本明細書に記載の本開示の他の態様による可撓性リングギア１８２、２８２を示す。可撓性リングギア１８２、２８２は、可撓性リングギア８２と同様であるため、同様の部分は、それぞれ１００と２００だけ増加した同様の数字で識別される。可撓性リングギア８２の同様の部分の説明は、特に断らない限り、可撓性リングギア１８２、２８２に適用されることを理解されたい。

図５に示すように、可撓性リングギア１８２は、可撓性リングギア１８２がギアボックス４２に取り付けられる半径方向外側部分１７４を画定する本体１９６を有する。カンチレバー１９８は、本体１９６から軸方向に突出し、半径方向内側部分１７６の少なくとも一部を画定する。一組の遊星ギア１４８が、外側インターフェース１８０で可撓性リングギア１８２に動作可能に結合される。一組の遊星ギア１４８と噛合するように構成されたギア面１７８は、可撓性リングギア１８２の半径方向内側部分１７６に沿って軸方向に延びる。

図６Ａに示すように、カンチレバー１９８は、カンチレバー１９８および本体１９６が開始位置２００において９０度の角度θを形成するように、本体１９６から延びる。

図６Ｂを参照すると、カンチレバー１９８は、角度θが二次位置２０２に変化し得るような可撓性を与える。遊星ギア１４８（図５）は、角度θが二次位置２０２まで減少するようにカンチレバー１９８を押すことができる。角度θは、非限定的な例では、８０〜９０度の範囲であり得る。角度ひずみを許容することによって不均一な負荷を吸収するのに十分な角度は、８０〜９０度より大きくても小さくてもよいことが理解される。カンチレバー１９８は、遊星ギア１４８の同心性の歪みを吸収して、負荷が外側インターフェース１８０に均等に分配されるようにする。二次位置２０２は非限定的な例であり、ある範囲の位置に位置することができることを理解されたい。

図７において、第３の例示的な可撓性リングギア２８２は、一組の半径方向外側部分２７４ａ、２７４ｂが延びる本体２９６を含む。可撓性リングギア２８２は、半径方向外側部分２７４ａ、２７４ｂの両方でギアボックス４２に取り付けられる。一組のカンチレバー２９８（図８）が、一組の半径方向外側部分２７４ａ、２７４ｂの間に軸方向に延びて空洞３０４を画定する。一組のカンチレバー２９８は、半径方向内側部分２７６の少なくとも一部を画定する。一組の遊星ギア２４８が、外側インターフェース２８０で可撓性リングギア２８２に動作可能に結合される。一組の遊星ギア２４８と噛合するように構成されたギア面２７８は、可撓性リングギア２８２の半径方向内側部分２７６に沿って軸方向に延びる。

図８に示すように、一組のカンチレバー２９８は、開始位置３００において本体２９６と９０度の角度α、βを各々形成する半径方向外側部分２７４ａ、２７４ｂの間に延びる。一組のカンチレバー２９８は、角度α、βが二次位置３０２に変化し得るような可撓性を与える。図示の例では、遊星ギア１４８（図５）は、角度βが二次位置３０２まで減少するようにカンチレバー１９８を押すことができる。角度α、βは、非限定的な例では、８０〜９０度の範囲であり得る。角度ひずみを許容することによって不均一な負荷を吸収するのに十分な角度は、８０〜９０度より大きくても小さくてもよいことが理解される。一組のカンチレバー２９８は、遊星ギア２４８の同心性の歪みを吸収して、負荷が外側インターフェース２８０に均等に分配されるようにする。図示の二次位置３０２は非限定的な例であり、カンチレバー２９８の一方または両方に生じ得ることを理解されたい。さらに、二次位置３０２は、ある範囲の位置にあってもよく、図示の二次位置３０２に限定されない。一組のカンチレバー２９８を用いて、可撓性リングギア２８２は、一組の遊星ギア２４８の負荷分配における軸方向可変性を提供する。

有限要素解析では、可撓性リングギアは、ソリッドリングギアより半径方向に４０〜５０倍の撓みが認められた。可撓性リングギアと比較してソリッドリングギアの温度を測定する実験では、可撓性リングギアのランニング温度は、ソリッドリングギアより１０〜１５度低いままであった。この可撓性の増加および動作温度の低下は、より長い動作寿命およびより効率的に動作するスタータに変換され得る。

ギア噛合の可撓性は、不均一な負荷分配に起因するギア歯のピーク負荷を低減し、ひいてはギアシステムの寿命を延ばす。特に不均一な負荷の低減は、遊星ギア軸受およびキャリア軸受を含む軸受システムおよび支持ギアボックス構成要素の寿命を延ばす。ギアボックス構成要素の磨耗が減少すると、他のスタータ構成要素に影響を与える可能性があるスタータのオイルにおける金属削りくずの蓄積もまた、低減される。さらに、本明細書に記載の遊星ギアシステムは、敏感な構成要素の負荷挙動がより予測可能であるためにギアボックスのマージンを低減することができるので、重量およびコストの節約をもたらし得る。

既に説明されていない限りにおいて、様々な態様の異なる特徴および構造を、所望に応じて互いに組み合わせて使用することができる。ある特徴をすべての態様において示すことはできないという事実は、説明を簡潔にするためになされているにすぎず、それが不可能であるとの解釈を意味するものではない。したがって、新規な実施例が明白に記載されているか否かを問わず、新規な実施例を形成するように、異なる態様の様々な特徴を所望のように混合し適合させることができる。さらに、「一組の」種々の要素が説明されているが、「一組」は、ただ１つの要素を含む、任意の数のそれぞれの要素を含んでもよいことが理解されよう。本明細書に記載されている特徴の組合せまたは置換は、本開示によって包含される。

本明細書は、本発明の態様を最良の形態を含めて開示するとともに、あらゆるデバイスまたはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の態様の実施を当業者にとって可能にするために、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。

１０スタータ
１２アクセサリギアボックス
１４タービンエンジン
１６ファン
１８高圧圧縮領域
２０燃焼チャンバ
２２高圧タービン領域
２４低圧タービン領域
２６動力テークオフ
３０ハウジング
３２入口
３４出口
３６流路
３８タービン部材
４０ギアトレイン
４２ギアボックス
４４遊星ギアシステム
４６リングギア
４８一組の遊星ギア
５０タービンシャフト
５２タービン軸受
５３キャリア軸受
５４ギアボックス内部
５６開口
５７遊星アーム
５８キャリアシャフト
５８回転シャフト
６０クラッチ
６２離間した軸受
６４駆動シャフト
６５出力シャフト
６６回転可能なシャフト
７０太陽ギア
７２内側インターフェース
７４半径方向外側部分
７６半径方向内側部分
７８ギア面
８０外側インターフェース
８２可撓性リングギア
８４一組のスロット
８６円周部分
８８先端部分
９０一組のブリッジ
９１屈曲部
９２ａバンパ
９２ｂバンパ
９３端部
９４間隙
１４８一組の遊星ギア
１７０太陽ギア
１７２内側インターフェース
１７４半径方向外側部分
１７６半径方向内側部分
１７８ギア面
１８０外側インターフェース
１８２可撓性リングギア
１９６本体
１９８カンチレバー
２００開始位置
２０２二次位置
２４８一組の遊星ギア
２７４ａ半径方向外側部分
２７４ｂ半径方向外側部分
２７０太陽ギア
２７２内側インターフェース
２７４ａ半径方向外側部分
２７４ｂ半径方向外側部分
２７６半径方向内側部分
２７８ギア面
２８０外側インターフェース
２８２可撓性リングギア
２９６本体
２９８一組のカンチレバー
３００開始位置
３０２二次位置
３０４空洞

Claims

エンジン（１４）用エアタービンスタータ（１０）であって、
入口（３２）、出口（３４）、および前記入口（３２）と前記出口（３４）との間に延びてガス流を通すための流路（３６）を画定するハウジング（３０）と、
前記ハウジング（３０）内に軸支されて前記流路（３６）内に配置され、機械的動力を前記ガス流から回転可能に抽出し、タービン出力シャフト（５０）を有するタービン部材（３８）と、
前記タービン出力シャフト（５０）と駆動結合され、太陽ギア（７０、１７０、２７０）と、前記ハウジング（３０）に取り付けられたリングギア（４６）と、前記太陽ギア（７０、１７０、２７０）と前記リングギア（４６）を動作可能に結合し、前記太陽ギア（７０、１７０、２７０）は、前記タービン出力シャフト（５０）に結合される一組の遊星ギア（４８、１４８、２４８）とを含む遊星ギアシステム（４４）と、
前記エンジン（１４）に動作可能に結合されて共に回転するように構成された駆動シャフト（６４）とを備え、
前記遊星ギアシステム（４４）は、トルクを前記タービン出力シャフト（５０）から前記駆動シャフト（６４）に伝達し、前記リングギア（４６）は、前記リングギア（４６）と前記一組の遊星ギア（４８、１４８、２４８）との間のインターフェース間で負荷を分配するように構成された可撓性リングギア（８２、１８２、２８２）を備える、エアタービンスタータ（１０）。
前記可撓性リングギア（８２、１８２、２８２）が、前記一組の遊星ギア（４８、１４８、２４８）と噛合するように構成されたギア面（７８、１７８、２７８）を画定する半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）と、前記ハウジング（３０）に取り付けられた半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）とを備える、請求項１に記載のエアタービンスタータ（１０）。
前記可撓性リングギア（８２、１８２、２８２）が、前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）と前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）との間に位置した一組のスロット（８４）をさらに備える、請求項２に記載のエアタービンスタータ（１０）。
前記可撓性リングギア（８２、１８２、２８２）が、前記一組のスロット（８４）の間に位置して前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）と前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）を結合する一組のブリッジ（９０）をさらに備え、前記一組のブリッジ（９０）の少なくとも１つのブリッジ（９０）が、負荷により歪曲するように構成される、請求項３に記載のエアタービンスタータ（１０）。
前記少なくとも１つのブリッジ（９０）が、前記遊星ギアシステム（４４）の通常負荷時に前記一組のスロット（８４）の１つのスロット（８４）を閉鎖することなく歪曲するように構成される、請求項４に記載のエアタービンスタータ（１０）。
前記少なくとも１つのブリッジ（９０）が、前記遊星ギアシステム（４４）の異常負荷時に歪曲して前記スロット（８４）の少なくとも一部を閉鎖するように構成される、請求項５に記載のエアタービンスタータ（１０）。
前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）または前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）の一方から前記一組のスロット（８４）の１つのスロット（８４）内に延びる少なくとも１つのバンパ（９２ａ、９２ｂ）をさらに備え、前記バンパ（９２ａ、９２ｂ）が、前記異常負荷時に前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）または前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）の他方と係合して前記スロット（８４）の前記少なくとも一部を閉鎖する、請求項６に記載のエアタービンスタータ（１０）。
前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）または前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）の一方から前記一組のスロット（８４）の１つのスロット（８４）内に延びる少なくとも１つのバンパ（９２ａ、９２ｂ）をさらに備え、前記バンパ（９２ａ、９２ｂ）が、異常負荷時に前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）または前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）の他方と係合する、請求項４に記載のエアタービンスタータ（１０）。
前記少なくとも１つのバンパ（９２ａ、９２ｂ）が、前記少なくとも１つのブリッジ（９０）に隣接する、請求項８に記載のエアタービンスタータ（１０）。
前記少なくとも１つのバンパ（９２ａ、９２ｂ）が、前記少なくとも１つのブリッジ（９０）に隣接する少なくとも２つのバンパ（９２ａ、９２ｂ）を備える、請求項９に記載のエアタービンスタータ。
前記少なくとも１つのブリッジ（９０）の第１の側の第１のバンパ（９２ａ、９２ｂ）が、前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）から延び、前記少なくとも１つのブリッジ（９０）の第２の側の第２のバンパ（９２ａ、９２ｂ）が、前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）から延びる、請求項１０に記載のエアタービンスタータ（１０）。
前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）が、前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）から突出したカンチレバー（１９８、２９８）を備え、前記カンチレバー（１９８、２９８）を形成する前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）の少なくとも一部が、負荷により歪曲するように構成される、請求項２に記載のエアタービンスタータ（１０）。
太陽ギア（７０、１７０、２７０）と、
前記太陽ギア（７０、１７０、２７０）と噛合するように構成された一組の遊星ギア（４８、１４８、２４８）と、
前記一組の遊星ギア（４８、１４８、２４８）と噛合するように構成されたギア面（７８、１７８、２７８）を画定する半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）および半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）を含む可撓性リングギア（８２、１８２、２８２）であって、前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）は、一組のスロット（８４）を介して前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）から離間され、前記可撓性リングギア（８２、１８２、２８２）は、前記一組のスロット（８４）の間に位置して前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）と前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）を結合する一組のブリッジ（９０）を含む可撓性リングギア（８２、１８２、２８２）とを備え、
前記一組のブリッジ（９０）の少なくとも１つのブリッジ（９０）は、前記一組の遊星ギア（４８、１４８、２４８）の少なくとも１つからの負荷により歪曲するように構成される、遊星ギアシステム（４４）。
前記少なくとも１つのブリッジ（９０）が、前記遊星ギアシステム（４４）の通常負荷時に前記一組のスロット（８４）の１つのスロット（８４）を閉鎖することなく歪曲するように構成される、請求項１３に記載の遊星ギアシステム（４４）。
前記少なくとも１つのブリッジ（９０）が、前記遊星ギアシステム（４４）の異常負荷時に歪曲して前記スロット（８４）の少なくとも一部を閉鎖するように構成される、請求項１３に記載の遊星ギアシステム（４４）。
前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）または前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）の一方から前記一組のスロット（８４）の１つのスロット（８４）内に延びる少なくとも１つのバンパ（９２ａ、９２ｂ）をさらに備え、前記バンパ（９２ａ、９２ｂ）が、前記異常負荷時に前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）または前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）の他方と係合して前記スロット（８４）の前記少なくとも一部を閉鎖する、請求項１３に遊星ギアシステム（４４）。
前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）または前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）の一方から前記一組のスロット（８４）の１つのスロット（８４）内に延びる少なくとも１つのバンパ（９２ａ、９２ｂ）をさらに備え、前記バンパ（９２ａ、９２ｂ）が、異常負荷時に前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）または前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）の他方と係合する、請求項１３に記載の遊星ギアシステム（４４）。
前記少なくとも１つのバンパ（９２ａ、９２ｂ）が、前記少なくとも１つのブリッジ（９０）に隣接する、請求項１７に記載の遊星ギアシステム（４４）。
前記少なくとも１つのバンパ（９２ａ、９２ｂ）が、前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）から延びる前記少なくとも１つのブリッジ（９０）の第１の側の第１のバンパ（９２ａ、９２ｂ）と、前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）から延びる前記少なくとも１つのブリッジ（９０）の第２の側の第２のバンパ（９２ａ、９２ｂ）とを備える、請求項１８に記載の遊星ギアシステム（４４）。
入力に動作可能に結合された太陽ギア（７０、１７０、２７０）と、
前記太陽ギア（７０、１７０、２７０）と噛合するように構成された一組の遊星ギア（４８、１４８、２４８）と、
出力に動作可能に結合され、前記一組の遊星ギア（４８、１４８、２４８）と噛合するように構成されたギア面（７８、１７８、２７８）を画定する半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）および半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）を含む可撓性リングギア（８２、１８２、２８２）であって、前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）と前記半径方向外側部分（７４、１７４、２７４ａ、２７４ｂ）は、動作可能に結合され、前記半径方向内側部分（７６、１７６、２７６）は、前記一組の遊星ギア（４８、１４８、２４８）の少なくとも１つの遊星ギア（４８、１４８、２４８）の移動による偏心を撓むことで吸収するように構成される可撓性リングギア（８２、１８２、２８２）とを備える、遊星ギアシステム（４４）。