JP4976687B2 - 電動モータ手段によって移動される回転アクチュエータリングによって作動するステータ翼ステージ - Google Patents

Description

本発明は、ケーシングに配置された少なくとも一つの可変ピッチのステータ翼ステージを含むステータを有する、ターボ機械に関し、前記翼は、回転アクチュエータリングによって移動され、回転アクチュエータリングは、ケーシングの外側に配置されかつケーシングによって担持される。さらに詳細には、本発明は、翼の位置決め制御の精度及び応答速度を向上させるために、前記アクチュエータリングを移動する電気駆動装置に関する。本発明は、特に、航空機のジェットエンジンの分野に適用し、さらに詳細には、そのようなエンジンにおける圧縮機に適用する。

上記した種類のターボ機械において、圧縮機のステータには、少なくとも一つの可変ピッチのステータ翼ステージが装備されており、流れ部における翼の方向は調節自在である。したがって、翼の迎え角は、前記アクチュエータリングを移動させるサーボ制御システムによって、作動状態に応じて制御されることができる。
米国特許第４１３０３７５号明細書 欧州特許第０５２７９３号明細書

一例として、米国特許第４１３０３７５号は、アクチュエータリングを記載し、該アクチュエータリングは、ただ循環して移動し、かつ二つの重なるリングで構成される。内側リングは、径方向に延びたスタッドによってケーシングに固定して取り付けられたトラックリングを構成し、外側リングは、本来のアクチュエータリングであり、翼を作動させるクランクにリンクを介して取り付けられていると共に、ホイールのシステムを介してトラックリングに延びている。そのようなシステムは、他の条件が同じならば、重くかさばる。

加えて、アクチュエータリングは、一つ以上のアクチュエータによって駆動される。結果として、翼が位置決めされる精度、及びそれら翼の作動速度が不十分であり得る。

さらに、欧州特許第０５２７９３号は、アクチュエータリングを駆動するように構成されたリニア電動モータの構造を記載している。記載されたシステムは、前記アクチュエータリングの径方向外側に位置する電気誘導要素を利用している。誘導要素は、かさばり、かつケーシングの外側の利用可能なスペースに組み込むことが困難である。加えて、アクチュエータリングは、特に、アクチュエータリングとアクチュエータリングを支持するケーシングとの間に起こり得る直径の変化（温度上昇による）を考慮したときに、満足のいく心出しがなされない。

本発明は、第１の態様において、上述の欠点を呈しないアクチュエータリング用の電気駆動装置を提供しようとしている。

さらに正確には、本発明は、ケーシング内に配置される翼を備える可変ピッチのステータ翼ステージを提供し、前記翼は、前記ケーシングの外側にアクチュエータリングを備える駆動システムによって移動され、かつケーシングによって担持され、前記アクチュエータリングは、前記ステージの翼を同時に作動させるために、クランクによって前記ステージの翼に接続される、可変ピッチのステータ翼ステージであって、前記アクチュエータリングは、回転においてだけ移動するように拘束され、前記ターボ機械の軸に心出しがなされ、前記駆動システムは、二つの同軸部分を備え、二つの同軸部分は、ケーシングに固定された内側部分と、前記アクチュエータリングを含む外側部分とであり、アクチュエータリングは、前記クランクに接続され、かつ前記内側部分のまわりに回転自在に案内されることと、少なくとも一つの電気駆動ユニットが、二つの部分の間に配置されていることとを特徴とする。

好ましい実施形態では、上述のシステムは、さらに、前記内側部分が、固定環状レールを備え、該固定環状レールは、前記ケーシングまわりに同軸に前記ケーシングの外側面から突出することと、前記外側部分は、前記アクチュエータリングに加えて、周方向に離間しかつ前記レールに沿って移動するように拘束されている少なくとも三つの移動装置を備えることと、各移動装置が、径方向案内装置によって前記アクチュエータリングに結合されていることと、前記駆動ユニットは、移動装置の一つと前記内側部分との間に配置されていることとを特徴としている。

一つの可能な実施形態では、前記駆動ユニットは、前記内側部分と前記外側部分との間で、特に、ケーシングの外側面と移動装置の少なくとも一つとの間で、構造的に共有されたリニア電動モータである。

他の可能性としては、駆動ユニットは、ステッパ電動モータを備え、ラックアンドピニオン歯車手段は、モータのシャフトと一方の部分との間に配置され、前記モータの本体は、他方の部分によって担持されている。

上述の構造は、径方向スペースをほとんど占めず、重さが軽い。有利な実施形態では、上述したように、外側部分及び内側部分は、第１に、ターボ機械の軸に対するアクチュエータリングの心出しが、ケーシング及びアクチュエータリングの温度の効果に関係なく、常に正確に行われるように、かつ第２に、前記温度変化が、前記内側部分及び外側部分によってそれぞれ担持された前記駆動ユニットの要素の間の結合に影響を与えないように、構成されている。電動モータがいわゆるリニアモータであるときは、モータのステータとロータとの間の間隔が、一定のままであることが不可欠であり、これは、確かに事実である。なぜならば、それらモータのステータおよびロータの一方は、ターボ機械のステータケーシングの外壁によって担持されており、それらの他方は、前記ステータに固定されたレールによって厳密に決定される経路に従って、ターボ機械のステータの表面上を移動するように拘束される移動装置によって担持されているからである。この間隔は、温度に関係なく同じままである。その理由は、アクチュエータリングとケーシングとの間の寸法変化が、前記径方向案内装置によって吸収されるからである。

さらに、モータが、ケーシングまたは移動装置に装備されたステッパタイプであるときは、伝達精度及び品質を保持するように、ラックと噛合するピニオンが、常にラックから同じ距離のままであることが重要である。これは、上記のものと同じ理由により、提案されたシステムに適用される。

好ましい実施形態において、前記外側部分は、周方向にほぼ等距離にある少なくとも四つの移動装置を有し、二つの同じ駆動ユニットは、前記内側部分と、直径方向にほぼ対向する二つの各移動装置との間に配置される。

本発明は、また、上述のステータ翼ステージを備える圧縮機、及び少なくとも１つのそのようなステータを含むターボ機械を提供する。

本発明は、単に例として与えられ、且つ添付図面を参照してなされた以下の記載を読むことにより、よりよく理解でき、本発明の他の利点もさらに明瞭に分かるであろう。

図１から図３をさらに詳細に参照すると、可変ピッチのステータ翼１２（そのうちの一つは図３に見られる）を収容し、軸Ｘを有するターボ機械のケーシング１１が見られる。翼は、図１に示されていない。各翼は、旋回軸１４を有し、旋回軸１４は、ケーシングから突出し、かつクランク１６によってケーシングの外側でアクチュエータリング１８に接続される。径方向クランク駆動穴２０が、アクチュエータリングを通して形成され、クランクの端部に固定されたほぞ２１が、径方向クランク駆動穴２０に係合される。これらの径方向クランク駆動穴は、アクチュエータリングの移動が周方向だけであるので、楕円である。アクチュエータリングを周方向に旋回させると、ケーシングの中ですべての翼１２が、同時に同じ角度だけ旋回することが理解されるだろう。したがって、本発明が航空機のジェットエンジンに対して適用されるときは、翼の方向が、飛行状態に応じて調節されることができる。

外側では、ケーシング１１は、固定同軸環状レール２４を担持している。上述した例では、レールは、ケーシングの壁と一体的に作られており、その外表面から突出している。レールは、実際には分割され、有用なセグメントのみが設けられている。好ましくは互いにほぼ等距離にある、周方向に離間した少なくとも三つの移動装置２６ａ及び２６ｂが、レールに沿って移動するように拘束されている。各移動装置は、ターボ機械の軸Ｘに対して、アクチュエータリング１８の正確な自動心出しを行う働きをする径方向案内装置２８によって、アクチュエータリングに結合されている。上述の例では、互いに９０°で規則的に離間しており、それぞれ、径方向案内装置２８を担持している、四つの移動装置２６ａ、２６ｂがある。

ここで説明されている例では、レール２４は、ケーシングに固定されている二つの平行トラックリング３０ａ、３０ｂで構成されており、移動装置２６ａ、２６ｂは、二つのトラックリングの間で移動するように形作られている。二つの（分割された）トラックリング３０ａ、３０ｂは、対向するサイドリムを備え、移動装置は、サイドリムと転がり係合しているＶ溝ホイール３４を担持している。加えて、各移動装置２６ａまたは２６ｂは、前記アクチュエータリングを包囲する支持体３６を含む。ホイール３４は、前記支持体で自由に回転するように取り付けられている。

上述の例では、各移動装置２６は、各トラックリング３０ａ、３０ｂの二つのリムと対で協働する、四つのＶ溝ホイール３４を有している。

一組の翼を駆動するシステムは、主として、同軸に重なる二つの部分を備える。本説明では、用語「内側部分」は、ケーシングに固定された一組の要素、特にレール２４を示すのに用いられ、用語「外側部分」は、前記内側部分に対して移動することができる一組の要素、特に前記アクチュエータリング１８及び前記移動装置２６ａ、２６ｂを示すのに用いられる。

本発明によれば、電気駆動ユニット４０が、内側部分と外側部分との間に配置または配分されている。用語「電気駆動ユニット」は、電力を消費して変位駆動を行うことができる、何らかのアクチュエータアセンブリを意味するのに用いられている。

有利には、駆動ユニットまたは各駆動ユニットは、移動装置２６と前記内側部分との間で共用されている。

特に図２及び図３に特に示されているように、駆動ユニット４０は、前記内側部分と、前記外側部分に属する移動装置との間で、構造的に共用されるリニア電動モータである。

したがって、リニアモータは、その移動部４０ａとその固定部４０ｂとの間の距離が、特に温度上昇によるアクチュエータリング１８とケーシング１１との間の径変化に関係なく、変化しないままである。したがって、モータによって伝達されるトルクも変化せず、その変位精度も変化しないままである。

このように、リニアモータは、「ステータ」（固定部４０ｂ）を備え、このステータは、ケーシングによって担持され、かつケーシングの湾曲した外表面の一定の長さにわたって、レールの二つの平行トラックリングの間に設けられる。リニアモータはまた、「ロータ」（移動部４０ａ）を備え、このロータは、移動装置２６によって担持され、かつステータに対して移動する。ロータとステータは、対向表面が、常にわずかな一定の径方向距離だけ離間するように、曲率半径が一定且つ同じである。

上述の実施形態では、外側部分が、周方向にほぼ等距離にある四つの移動装置を有するときは、前記内側部分と直径の方向にほぼ対向している二つの移動装置２６ｂとの間に配置された二つの同じ駆動ユニット４０が、設けられている。リニアモータ要素を担持する二つの移動装置２６ｂは、他の二つよりも長い。

図１及び図２の実施形態では、各駆動ユニット４０に対して、アクチュエータリング１８は、曲率半径が増加したセクタの形態の接続ブリッジ４５を有する。ブリッジ４５は、径方向ねじによって、アクチュエータリングの他の二つのセグメント４６ａ、４６ｂに固定されている。各ブリッジ４５は、対応する駆動ユニット４０の一部を担持する移動装置２６ｂを収容する、スペース４８を残すように形作られている。駆動ユニットの一部を担持する前記移動装置に対応する径方向案内装置２８は、それ自体、前記移動装置２６ｂと隣接する接続ブリッジ４５との間に取り付けられている。案内装置は、ロッド４８によって構成され、ロッド４８は、径方向に延び、移動装置に固定され、かつ転がりブッシュ５０に係合される。ブッシュは、接続ブリッジ４５を通して径方向穴に延びている。この構造は、径方向案内機能を変えることなく反対にすることができる（即ち、ブッシュは、移動装置に固定され、ロッドはブリッジに固定されることができる）。

アクチュエータリングに接続されたクランク１６は、その径方向外側に接続されるが、ブリッジ４５に接続され、その径方向内側に取り付けられたクランクを除く。したがって、すべてのクランクは、共通の円筒表面を占めている。

図３は、上述のタイプのリニアモータを用いた変形例を示し、移動装置２６ｃの本体は、アクチュエータリング１８の一体部分を形成すると共に、二つの上述の径方向案内装置２８によってアクチュエータリング１８に接続される。さらに正確には、前記本体は、各端に一種のフォーク５５を備え、そこには、駆動リングセグメントに隣接する端孔内で摺動可能な、径方向ロッドが取り付けられている。移動装置の本体は、また、リニアモータのロータ要素を収容する長尺状空洞５８を有する。この変形例では、アクチュエータリング１８の径方向範囲は、その中に組み込まれたリニアモータを有することによって増大しない。

図４及び図５に模式的に示された変形例では、前記駆動ユニットは、ステッパ電動モータ６０と、ラック６２と、モータのシャフトと前記内側部分または外側部分の一つとの間に配置されたピニオン６１歯車手段とを備え、モータの本体は、それぞれ外側、内側の他の部分によって担持されている。したがって、図４を参照すると、モータは、移動装置２６ｂによって担持され、ラック６２は、ケーシングの外側面に固定されている。この非限定の例では、モータの軸は、ターボ機械の軸Ｘに平行に延びており、レールの径方向外側を通って、ケーシングの外側面に固定されレールに平行な湾曲ラック６２と噛合するピニオン６１で終端している。

反対に、図５の模式的な例は、反対の構成を示しており、モータ６０は、ケーシング１１によって担持され、前記ラック６２は、移動装置２６ｂによって担持されている。

ターボ機械の軸に垂直なケーシングの断面図であり、アクチュエータリングが、前記ケーシングのまわりにどのように取り付けられているかを示す図である。 リニアモータを装着した図１のアクチュエータリングの一部を示す詳細な拡大断面図である。 リニアモータを装着した変形例のアクチュエータリングの部分の斜視図である。 ステッパモータを用いた実施形態の模式図である。 ステッパモータを用いた他の実施形態の模式図である。

符号の説明

１１ ケーシング
１２ 可変ピッチのステータ翼
１４ 旋回軸
１６ クランク
１８ アクチュエータリング
２０ 径方向クランク駆動穴
２１ ほぞ
２４ 固定同軸環状レール
２６ａ、２６ｂ 移動装置
２８ 径方向案内装置
３０ａ、３０ｂ 平行トラックリング
３４ ホイール
３６ 支持体
４０ 電気駆動ユニット
４０ａ 移動部
４０ｂ 固定部
４５ 接続ブリッジ
４８ スペース
５０ 転がりブッシュ
５５ フォーク
６１ ピニオン
６２ ラック

Claims (10)

1. ケーシング（１１）に配置される翼を備える可変ピッチのステータ翼ステージであり、前記翼は、前記ケーシングの外側にアクチュエータリング（１８）を備える駆動システムによって移動され、かつ前記ケーシングによって担持され、前記アクチュエータリングが、前記ステージの翼を同時に作動させるために、クランク（１６）によって前記ステージの翼に接続される、可変ピッチのステータ翼ステージであって、前記アクチュエータリング（１８）が、回転においてだけ移動するように拘束され、かつ前記ターボ機械の軸に心出しがなされ、前記駆動システムが、二つの同軸部分を備え、二つの同軸部分が、前記ケーシングに固定された内側部分（２４）と、前記アクチュエータリング（１８）を含む外側部分とであり、前記アクチュエータリング（１８）が、前記クランクに接続され、かつ前記内側部分のまわりに回転自在に案内され、少なくとも一つの電気駆動ユニット（４０、６０、６１、６２）が、二つの部分の間に配置されることと、
   前記内側部分が、固定環状レール（２４）を備え、該固定環状レール（２４）が、前記ケーシングの周囲で同軸に前記ケーシングの外側面から突出することと、前記外側部分が、前記アクチュエータリング（１８）に加えて、周方向に離間しかつ前記レールに沿って移動するように拘束されている少なくとも三つの移動装置（２６ａ、２６ｂ）を備えることと、各移動装置が、径方向案内装置（２８）によって前記アクチュエータリングに結合されていることと、前記駆動ユニットが、移動装置の一つと前記内側部分との間に配置されることとを特徴とする、可変ピッチのステータ翼ステージ。
2. 前記駆動ユニットが、前記内側部分と前記移動装置との間に構造的に共有された、リニア電動モータ（４０）であることを特徴とする、請求項１に記載の翼ステージ。
3. 前記駆動ユニットが、ステッパ電動モータ（６０）と、モータのシャフトと前記内側部分または前記外側部分の一方との間に配置された、ラックアンドピニオン歯車手段（６２、６１）とを備え、前記モータの本体が、それぞれ他の外側部分または内側部分によって担持されることを特徴とする、請求項１に記載の翼ステージ。
4. 前記モータ（６０）が、ケーシング（１１）によって担持されていることと、前記ラックが、前記移動装置（２６ｂ）によって担持されることとを特徴とする、請求項３に記載の翼ステージ。
5. 前記モータ（６０）が、前記移動装置（２６ｂ）によって担持されていることと、前記ラック（６２）は、前記ケーシングの外側面に固定されていることとを特徴とする、請求項３に記載の翼ステージ。
6. 前記外側部分が、周方向に離間した少なくとも四つの移動装置（２６ａ、２６ｂ）を備えることと、二つの同じ駆動ユニット（４０）が、前記内側部分と直径方向にほぼ対向する二つの各移動装置（２６ｂ）との間に係合されることとを特徴とする、請求項１に記載の翼ステージ。
7. 各駆動ユニットに対して、前記アクチュエータリングが、接続ブリッジ（４５）を含み、該接続ブリッジ（４５）が、前記対応する駆動ユニットの移動装置を収容するスペース（４８）を残すように形作られた、増大された曲率半径のセクタの形態であることを特徴とする、請求項２から６のいずれか一項に記載の翼ステージ。
8. 前記駆動ユニットの前記移動装置（２６ｂ）に対応する前記径方向案内装置（２８）が、前記移動装置と隣接する接続ブリッジ（４５）との間に取り付けられることを特徴とする、請求項７に記載の翼ステージ。
9. 請求項１から８に記載の可変ピッチのステータ翼ステージを少なくとも一つ備える、圧縮機。
10. 請求項９に記載の圧縮機を少なくとも一つ含む、ターボ機械。

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