JP3029976B2 - ヘリコプタの動力伝達装置 - Google Patents

ヘリコプタの動力伝達装置

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JP3029976B2
JP3029976B2 JP1189595A JP1189595A JP3029976B2 JP 3029976 B2 JP3029976 B2 JP 3029976B2 JP 1189595 A JP1189595 A JP 1189595A JP 1189595 A JP1189595 A JP 1189595A JP 3029976 B2 JP3029976 B2 JP 3029976B2
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龍彦 五井
信義 山内
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株式会社コミュータヘリコプタ先進技術研究所
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Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、主ロータの回転速度を
広範囲にわたって連続的に可変にするヘリコプタの動力
伝達装置に関する。

【0002】

【従来の技術】近年、市街地のヘリポートに離発着する
コミュータヘリコプタの要望が高まっており、実現のた
めには騒音の低減化が要求されている。騒音対策として
有効な手段の1つは、主ロータの回転速度を落とすこと
である。

【0003】図8は、従来のヘリコプタの動力伝達機構
の一例を示す構成図である。主ロータは主ロータ軸14
の延長上に固定されており、テールロータはテールロー
タ軸18の延長上に固定されている。1対のエンジン
1、2の出力軸は2万〜3万rpmで回転し、ギヤボッ
クス3、4によって約6000rpmまで減速され、フ
リーホイールクラッチ5、6を介してスパイラルベベル
ギヤ7、8に連結し、さらに1つのコレクタギヤ13に
噛合して、主ロータ軸14を約350rpmで回転駆動
する。周辺のアクセサリ部に関して、滑油ポンプはスパ
イラルベベルギヤ7、8によって駆動され、油圧ポンプ
は伝達軸9、10を介して駆動され、冷却ファンは伝達
軸11を介して駆動される。

【0004】一方、コレクタギヤ13のトルクを分流す
るようにギヤ15が噛合して、3本のテールロータ軸1
6、17、18と連結し、テールロータを約2200r
pmで回転駆動している。

【0005】なお、他の先行技術として、特開平4−2
87799号、特開平4−306196号、特開平5−
139386号、特開平5−149351号などがあ
る。

【0006】

【発明が解決しようとする課題】従来のヘリコプタで
は、エンジン1、2の回転は、各種の歯車列によって固
定の減速比で減速されるため、主ロータおよびテールロ
ータは一定回転数でしか回転できない。

【0007】したがって、騒音低減化のために主ロータ
の回転速度を下げるにはエンジンの回転数を下げる必要
があるが、通常のエンジンは所定回転数で最大性能を発
揮するように設計されているため、回転数を自由に制御
することは難しく、せいぜい3%程度下げるのが限度で
ある。また、エンジンを電子制御して燃料流量や点火時
期を最適化することによって、回転数を制御する方法も
考えられるが、効率の低下や共振の発生、伝達系の許容
強度などの問題があり、現時点では数%の回転数可変の
ものしか実用化されていない。また、主ロータの回転数
をあまり下げてしまうと、揚力が低下して、ヘリコプタ
の飛行性能まで低下してしまう恐れがある。

【0008】そこで、市街地上空では主ロータ回転数を
落として騒音を減らし、その他の場所では主ロータを最
適回転数に戻して、最高の性能で飛行することが現実的
である。たとえば、主ロータ回転数、つまり翼端速度を
10%下げれば、等価重量騒音レベルは3dB〜5dB
下がるという報告がある。

【0009】本発明の目的は、エンジン回転数を一定に
保った状態で、主ロータの回転速度を広範囲にわたって
(可変範囲は0〜30%以上にわたって任意に設計可
能)連続的に変化させることが可能なヘリコプタの動力
伝達装置を提供することである。

【0010】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの出
力軸と連結し、変速比が連続可変であるトラクション変
速機構と、トラクション変速機構の出力軸と連結した第
1太陽歯車と、第1太陽歯車の外周と噛合し、ハウジン
グに軸支された第1遊星歯車と、エンジンの出力軸と連
結した第2太陽歯車と、第2太陽歯車の外周と噛合する
第2遊星歯車と、第1遊星歯車および第2遊星歯車が内
歯と噛合するリング歯車と、第2遊星歯車の公転運動を
取り出して、コレクタ歯車を駆動するキャリアと、コレ
クタ歯車に直結し、主ロータを回転駆動する主ロータ軸
とを備えることを特徴とするヘリコプタの動力伝達装置
である。また本発明は、エンジンの出力軸からコレクタ
歯車を経由しないで駆動トルクを分流してテールロータ
を駆動することを特徴とする。また本発明は、エンジン
の出力軸からコレクタ歯車を経由しないで駆動トルクを
分流してアクセサリ部を駆動することを特徴とする。

【0011】

【作用】本発明に従えば、エンジンの出力軸とコレクタ
歯車との間に変速比が連続可変であるトラクション変速
機構を設けることによって、エンジンの回転数を一定に
保った状態で主ロータの回転数を連続的に減少または増
加させることができる。したがって、エンジン性能を最
大限引き出した状態で、主ロータ回転数の減少によって
騒音の低減化が可能になり、逆に主ロータ回転数の増加
によってヘリコプタの運動性能(旋回、加速、上昇率、
高地性能など)の向上が可能になる。

【0012】また、トラクション変速機構は、たとえば
ハーフトロイダル型CVT(Continuously Variable Tr
ansmission)やフルトロイダル型CVTなどで構成さ
れ、小型軽量で低損失の減速機構が実現する。また、こ
のような変速機構をエンジンの出力軸のように、エンジ
ンの出力軸から主ロータ軸までの伝達経路のうち最高速
で回転する伝達軸に設けることによって、最大許容トル
クが小さくて済むため、変速機構の小型軽量化に寄与す
る。

【0013】また本発明に従えば、エンジンの出力軸と
コレクタ歯車との間に変速比が連続可変であるトラクシ
ョン変速機構および遊星変速機構を設けることによっ
て、エンジンの回転数を一定に保った状態で主ロータの
回転数を連続的に減少または増加させることができる。
したがって、上述と同様に、騒音の低減化またはヘリコ
プタの運動性能の向上が可能になる。

【0014】さらに詳説すると、第1太陽歯車、第1遊
星歯車およびリング歯車から成る第1遊星機構と第2太
陽歯車、第2遊星歯車およびリング歯車から成る第2遊
星機構とが設けられ、リング歯車は共通である。トラク
ション変速機構の出力は第1太陽歯車および第1遊星歯
車を介してリング歯車に伝達され、一方、エンジンの出
力は第2太陽歯車および第2遊星歯車を介してキャリア
に伝達されている。そこで、トラクション変速機構によ
ってリング歯車の回転数を増加または減少させると、こ
れに応じてキャリアの回転数も増加または減少させるこ
とができる。こうしてエンジンの出力トルクの大部分は
第2遊星機構によって伝達され、一方、変速制御に要す
るトルクはトラクション変速機構および第1遊星機構に
よって伝達されるため、トラクション変速機構の負荷が
軽減され、寿命や信頼性および効率が向上する。

【0015】また、エンジンの出力軸からコレクタ歯車
を経由しないで駆動トルクを分流して、テールロータや
滑油ポンプ、油圧ポンプ、冷却ファン等のアクセサリ部
を駆動しているため、コレクタ歯車および主ロータの回
転数が変速制御によって変化しても、エンジンが一定回
転数で回転する限り、テールロータやアクセサリ部の動
作は安定に行われる。また、片側エンジンが不作動とな
っても、残るエンジンにてテールロータおよびアクセサ
リ類を駆動できるため、飛行の継続が可能である。

【0016】

【実施例】図1は、ヘリコプタの動力伝達装置の一例を
示す構成図である。1対のエンジン21、22の出力軸
は、一方向のトルク伝達が可能なフリーホイールクラッ
チ23、24を経由して、歯車25、26にそれぞれ連
結している。各歯車25、26は、ハーフトロイダル型
CVTやフルトロイダル型CVTなどのトラクション変
速機構27、28の入力軸とそれぞれ連結され、所望の
変速比で減速または増速される。トラクション変速機構
27、28の出力軸はベベルギヤ29、30にそれぞれ
連結され、さらにベベルギヤ31a、32aと噛合して
回転軸方向が変換される。ベベルギヤ31aと一体的に
回転する歯車31bおよびベベルギヤ32aと一体的に
回転する歯車32bはコレクタギヤ33と噛合して、主
ロータ軸34を回転駆動する。こうしてエンジン21、
22の回転数を一定に保持した状態で、トラクション変
速機構27、28の変速比を調整することによって、主
ロータ軸34に連結した主ロータの回転数を調整するこ
とができる。またトラクション変速機構27、28をエ
ンジン出力軸のように、エンジン21、22の出力軸か
ら主ロータ軸34までの伝達経路のうち最高速で回転す
る伝達軸に設けることによって、最大許容トルクが小さ
くて済むため、変速機構の小型軽量化に寄与する。

【0017】一方、エンジン21、22の出力は、歯車
25、26とそれぞれ噛合する歯車35、36に分流さ
れる。歯車35、36は、滑油ポンプ、油圧ポンプ、冷
却ファン等のアクセサリ37、38を駆動するととも
に、歯車39と噛合してテールロータ軸40を経由して
テールロータ41を回転駆動している。こうしてトラク
ション変速機構27、28に入る前のエンジントルクを
用いて、コレクタギア33を経由しないでテールロータ
41やアクセサリ37、38を駆動しているため、主ロ
ータの変速制御の影響を回避でき、動作の安定化が図ら
れる。また、片側エンジンが不作動となっても、残るエ
ンジンにてテールロータおよびアクセサリ類を駆動でき
るため、飛行の継続が可能である。

【0018】なお、図1においてトラクション変速機構
27、28をフリーホイールクラッチ23、24を介し
て連結する構成を示したが、エンジン21、22に直結
する構成にして、エンジンギヤボックスとすることもで
きる。

【0019】図2はトラクション変速機構27、28の
一例を示す図であり、図2(a)(b)は減速時および
増速時の正面図、図2(c)は斜視図である。図2は、
ハーフトロイダル型CVTの例を示すものであるが、そ
の他にもフルトロイダル型CVTなども本発明に適用で
きる。

【0020】ハーフトロイダル型CVTにおいて、入力
軸51は加圧装置52に固定され、加圧装置52によっ
て押付けられる入力ディスク53を回転駆動する。入力
ディスク53および出力ディスク54の内側にはトロイ
ダル曲面状の接触面が対向するように形成される。伝動
ローラ57が入力ディスク53および出力ディスク54
の各接触面と接触することによって、トラクションドラ
イブが実現する。伝動ローラ57は接触面に沿って傾転
可能なようにトラニオン56によって軸支されている。
トラニオン56は伝動ローラ57の傾転軸方向(紙面垂
直方向)に沿って変位自在であり、その変位量を調整す
ることによって伝動ローラ57の傾転角度を制御するこ
とが可能になる。

【0021】ここで、伝動ローラ57と入力ディスク5
3との接触半径をr1、伝動ローラ57と出力ディスク
54との接触半径をr2とすると、変速比はr1/r2
で与えられる。図2(a)ではr1<r2であるため、
入力ディスク53の回転数より出力ディスク54の回転
数が減少して、減速状態となる。一方、図2(b)では
r1>r2であるため、入力ディスク53の回転数より
出力ディスク54の回転数が増加して、増速状態とな
る。こうして所望の変速比で減速または増速された出力
ディスク54は、出力軸55を介して外部に連結され
る。

【0022】このようにトラクション変速機構は、変速
比を連続的に調整可能であり、しかも小型軽量な構成で
高い伝達効率を有するため、重量制限の厳しいヘリコプ
タ用の変速機構として好適である。

【0023】図3は、本発明の一実施例を示す構成図で
ある。1対のエンジン21、22の出力軸は、一方向の
トルク伝達が可能なフリーホイールクラッチ23、24
を経由して、歯車25、26にそれぞれ連結している。
各歯車25、26は、前述のようなトラクション変速機
構27、28および遊星変速機構43、44に連結さ
れ、所望の変速比で減速または増速される。遊星変速機
構43、44の出力軸はベベルギヤ29、30にそれぞ
れ連結され、さらにベベルギヤ31a、32aと噛合し
て回転軸方向が変換される。ベベルギヤ31aと一体的
に回転する歯車31bおよびベベルギヤ32aと一体的
に回転する歯車32bはコレクタギヤ33と噛合して、
主ロータ軸34を回転駆動する。こうしてエンジン2
1、22の回転数を一定に保持した状態で、トラクショ
ン変速機構27、28の変速比を調整することによっ
て、主ロータ軸34に連結した主ロータの回転数を調整
することができる。

【0024】一方、エンジン21、22の出力は、歯車
25、26とそれぞれ噛合する歯車35、36に分流さ
れる。歯車35、36は、滑油ポンプ、油圧ポンプ、冷
却ファン等のアクセサリ37、38を駆動するととも
に、歯車39と噛合してテールロータ軸40を経由して
テールロータ41を回転駆動している。こうしてトラク
ション変速機構27、28に入る前のエンジントルクを
用いて、コレクタギア33を経由しないでテールロータ
41やアクセサリ37、38を駆動しているため、主ロ
ータの変速制御の影響を回避でき、動作の安定化が図ら
れる。また、片側エンジンが不作動となっても、残るエ
ンジンにてテールロータおよびアクセサリ類を駆動でき
るため、飛行の継続が可能である。

【0025】なお、図3においてトラクション変速機構
27、28および遊星変速機構43、44をフリーホイ
ールクラッチ23、24を介して連結する構成を示した
が、エンジン21、22に直結にして、エンジンギヤボ
ックスとすることもできる。

【0026】図4はトラクション変速機構27および遊
星変速機構43の一例を示す構成図であり、図5はその
断面図である。なお、図4(a)および図5(a)は、
シングルキャビティ式ハーフトロイダル型CVTを使用
した例であり、図4(b)および図5(b)は、ダブル
キャビティ式ハーフトロイダル型CVTを使用した例で
ある。また、トラクション変速機構28および遊星変速
機構44も同一の構成であるため、重複説明を省略す
る。

【0027】まずシングルキャビティ式ついて説明す
る。図4(a)および図5(a)において、歯車25と
直結した軸70はトラクション変速機構27の中空部を
通って第2太陽歯車65と連結してエンジントルクの大
部分を伝達するとともに、軸70のトルクの一部は加圧
装置52を介して入力ディスク53に伝達される。さら
に、入力ディスク53のトルクは、トラニオン56によ
って軸支された伝動ローラ57を介して所望の変速比で
出力ディスク54に伝達される。出力ディスク54のト
ルクは中空の軸71と連結した第1太陽歯車61に伝達
される。

【0028】次に遊星変速機構43において、第1太陽
歯車61のトルクはその外周と噛合する第1遊星歯車6
2に伝達される。第1遊星歯車62はハウジング60に
軸支され、かつリング歯車63の内歯に噛合している。
そのため、第1太陽歯車61のトルクはそのままリング
歯車63に伝達され、別の内歯と噛合する第2遊星歯車
64に伝達される。第2遊星歯車64は第2太陽歯車6
5と噛合しており、第2太陽歯車65の回転数およびリ
ング歯車63の回転数に応じて第2遊星歯車64の公転
回転数が決定される。第2遊星歯車64の公転運動はキ
ャリア66によって取り出され軸72から出力される。

【0029】このように変速比が連続可変であるトラク
ション変速機構27でリング歯車63を駆動することに
よって、遊星変速機構43の変速比を任意に制御するこ
とができる。そのためエンジントルクの大部分は遊星変
速機構43を経由して伝達可能になり、トラクション変
速機構27の伝達許容トルクの低減化が可能になる。

【0030】次にダブルキャビティ式について説明す
る。図4(b)および図5(b)において、歯車25と
直結した軸70は第2太陽歯車65と連結してエンジン
トルクの大部分を伝達する。軸70のトルクの一部は歯
車73、75によって軸77に分流して、入力ディスク
53、53aに伝達される。さらに、入力ディスク5
3、53aのトルクは、トラニオン56、56aによっ
て軸支された伝動ローラ57、57aを介して所望の変
速比で出力ディスク54、54aに伝達される。このよ
うに2つの伝動ローラ57、57aを並列的に連結した
ダブルキャビティ式では、シングルキャビティ式と比べ
て伝動ローラの接触面積が増加するため、耐久性や寿命
の点で有利となるとともに軸力が内部で完結するため、
効率が向上する。

【0031】出力ディスク54、54aは歯車76に固
定され、そのトルクは歯車76と噛合する歯車74に伝
達され、さらに中空の軸71と連結した第1太陽歯車6
1に伝達される。

【0032】次に遊星変速機構43において、第1太陽
歯車61のトルクはその外周と噛合する第1遊星歯車6
2に伝達される。第1遊星歯車62はハウジング60に
軸支され、かつリング歯車63の内歯に噛合している。
そのため、第1太陽歯車61のトルクはそのままリング
歯車63に伝達され、別の内歯と噛合する第2遊星歯車
64に伝達される。第2遊星歯車64は第2太陽歯車6
5と噛合しており、第2太陽歯車65の回転数およびリ
ング歯車63の回転数に応じて第2遊星歯車64の公転
回転数が決定される。第2遊星歯車64の公転運動はキ
ャリア66によって取り出され軸72から出力される。

【0033】このように変速比が連続可変であるトラク
ション変速機構27でリング歯車63を駆動することに
よって、遊星変速機構43の変速比を任意に制御するこ
とができる。そのためエンジントルクの大部分は遊星変
速機構43を経由して伝達可能になり、トラクション変
速機構27の伝達許容トルクの低減化が可能になる。

【0034】図6は、シングルキャビティ式ハーフトロ
イダル型CVTを使用した例を示す部分斜視図である。
エンジン21、22の出力トルクは、シングルキャビテ
ィ式のトラクション変速機構27、28および遊星変速
機構43、44に入力され、トラクション変速機構2
7、28の変速比を調整することによって、全体の変速
比が決定され、ベベルギヤ29、30を減速または増速
する。これによって主ロータ軸34に連結した主ロータ
の回転数を可変にできる。

【0035】図7は、ダブルキャビティ式ハーフトロイ
ダル型CVTを使用した例を示す部分斜視図である。エ
ンジンの出力トルクは、ダブルキャビティ式のトラクシ
ョン変速機構27および遊星変速機構43に入力され、
トラクション変速機構27の変速比を調整することによ
って、遊星変速機構43のリング歯車43の回転数が制
御されて全体の変速比が決定される。

【0036】このように変速比可変のトラクション変速
機構を用いて、遊星変速機構の変速制御を行っているた
め、トラクション変速機構の負担が軽減され、高い信頼
性を持つ動力伝達機構を実現できる。

【0037】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、主
ロータの回転数を連続的に変速することが可能になるた
め、エンジン性能を最大限引き出した状態で、主ロータ
回転数の減少によって騒音の低減化が可能になり、逆に
主ロータ回転数の増加によってヘリコプタの運動性能の
向上が可能になる。

【0038】また、エンジンの出力軸からコレクタ歯車
を経由しないで駆動トルクを分流して、テールロータや
アクセサリ部を駆動しているため、主ロータの変速制御
の影響を受けずに安定な動作が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図1】ヘリコプタの動力伝達装置の一例を示す構成図
である。

【図2】トラクション変速機構27、28の一例を示す
図であり、図2(a)(b)は減速時および増速時の正
面図、図2(c)は斜視図である。

【図3】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図4】トラクション変速機構27および遊星変速機構
43の一例を示す構成図であり、図4(a)はシングル
キャビティ式ハーフトロイダル型CVTを使用した例で
あり、図4(b)はダブルキャビティ式ハーフトロイダ
ル型CVTを使用した例である。

【図5】図5(a)は図4(a)の断面図であり、図5
(b)は図4(b)の断面図である。

【図6】シングルキャビティ式ハーフトロイダル型CV
Tを使用した例を示す部分斜視図である。

【図7】ダブルキャビティ式ハーフトロイダル型CVT
を使用した例を示す部分斜視図である。

【図8】従来のヘリコプタの動力伝達機構の一例を示す
構成図である。

【符号の説明】

21、22 エンジン 23、24 フリーホイールクラッチ 25、26、31b、32b、35、36、39 歯車 27、28 トラクション変速機構 29、30、31a、32a ベベルギヤ 33 コレクタギヤ 34 主ロータ軸 37、38 アクセサリ 40 テールロータ軸 41 テールロータ 43、44 遊星変速機構 52 加圧装置 53、53a 入力ディスク 54、54a 出力ディスク 56、56a トラニオン 57、57a 伝動ローラ 60 ハウジング 61 第1太陽歯車 62 第1遊星歯車 63 リング歯車 64 第2遊星歯車 65 第2太陽歯車 66 キャリア 70、71、72、77 軸 73、74、75、76 歯車

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−287799(JP,A) 特開 平4−296241(JP,A) 特開 平4−41935(JP,A) 特開 平5−193579(JP,A) 特開 平7−103304(JP,A) 特開 昭61−247595(JP,A) 米国特許4170437(US,A) 米国特許5214973(US,A) 米国特許4489625(US,A) 米国特許4632337(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B64C 27/12 F16H 37/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの出力軸と連結し、変速比が連
    続可変であるトラクション変速機構と、 トラクション変速機構の出力軸と連結した第1太陽歯車
    と、 第1太陽歯車の外周と噛合し、ハウジングに軸支された
    第1遊星歯車と、 エンジンの出力軸と連結した第2太陽歯車と、 第2太陽歯車の外周と噛合する第2遊星歯車と、 第1遊星歯車および第2遊星歯車が内歯と噛合するリン
    グ歯車と、 第2遊星歯車の公転運動を取り出して、コレクタ歯車を
    駆動するキャリアと、 コレクタ歯車に直結し、主ロータを回転駆動する主ロー
    タ軸とを備えることを特徴とするヘリコプタの動力伝達
    装置。
  2. 【請求項2】 エンジンの出力軸からコレクタ歯車を経
    由しないで駆動トルクを分流してテールロータを駆動す
    ることを特徴とする請求項1記載のヘリコプタの動力伝
    達装置。
  3. 【請求項3】 エンジンの出力軸からコレクタ歯車を経
    由しないで駆動トルクを分流してアクセサリ部を駆動す
    ることを特徴とする請求項1記載のヘリコプタの動力伝
    達装置。
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