JP6682524B2 - 磁気歯車付き減速機を備えるターボ機械の機器支持体 - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械の分野に関する。本発明は、特に、ターボジェット機エンジンのまたはターボプロップエンジン機エンジンのエンジンシャフトと補機ギアボックス、すなわちＡＧＢを用いたこの機器との間の、およびＰＧＢ型のプロペラ用ギアボックスを用いたターボプロップエンジン機のエンジンとプロペラとの間の、補助機器および機械式変速機の取付けに関する。

その略語ＡＧＢによって当業者によく知られている、補機ギアボックスは、エンジンに取り付けられ、その運転に、または航空機の運転に必要な異なる補助機器を支持する。これらのさまざまな補機は、特に、発電機、起動装置、交流電源、燃料または油用の液圧ポンプを備えることができ、伝動軸を通してエンジンシャフトによって機械的に駆動される。補機を駆動するための必要な動力は、通常、ターボ機械の圧縮機から機械的に引き出される。

習慣的に、ＡＧＢは、補機を機械的に駆動するように平行なシャフトを持つ伝動装置を備える。したがって、補機の分離は、伝動装置の中心の間の距離によって決定され、それらのそれぞれのサイズによってではない。したがって、この分離を増加するために、１つまたは複数の中間歯車を追加することが必要であるが、それは、ＡＧＢのサイズもその質量も増加するという欠点を有する。そのうえ、ＡＧＢの伝動装置のすべてのシャフトは平行であり、補機は、ＡＧＢおよびエンジンに対して必然的に同じ向きを有する。

そのうえ、ターボファンエンジンエンジンの場合は、ガス発生器が、ファンケーシングに収容されるファンに接続される。この場合、ナセルは、略円形断面を有する。したがって、ＡＧＢを収容するために利用できる空間は、ターボ機械の周りでナセルに収容される環状部分によって画定され、したがって、略湾曲形状を有する（図１を参照されたい）。

エンジン性能を向上させるために、１つの解決策は、それによってターボ機械の外径を増大することなく、ファンのサイズを増大するようにファンにおいてナセルのサイズを低減することから成る。したがって、ファンの下でナセルに利用できる空間は、強く減少され、したがって、とにかくナセル内のファンの下にＡＧＢを組み入れることができるように該ＡＧＢのサイズを低減するか、またはターボ機械の中央コンパートメントにおいて（すなわち「コア」領域において）ファンの下流でＡＧＢを置き換えることが必要であり、利用できる空間は、さらにより制限される。

したがって、従来のターボファンエンジンＡＧＢは、新しいファン構成に対して、およびターボ機械のコア領域に対して構造的、寸法的、および機能の観点から適していない。

したがって、ＡＧＢが、
ターボファンエンジンのエンジンシャフトによって駆動される入力大歯車部材から、および一次伝動部材から形成される一次アングルドライブと、
２つの噛み合い非平行伝動部材を備える二次アングルドライブを通して一次駆動手段によって駆動される、補機伝動軸の少なくとも１つの機械的駆動アセンブリと
を備える、出願人の名義の文献ＦＲ１３５５２４１に提案されている。

非平行軸線を持つ伝動装置のこの種のＡＧＢは、容易に調整され、かつ、しかしながらそれらの駆動速度を変更することなく、それらのサイズを考慮する必要もないことによって異なる補機を取り付ける際に柔軟性を可能にする利点を有する。

しかしながら、ＡＧＢの仕様を更新することは、ある一定の既存ラインの補機のまたは回転速度の変化をもたらす場合もあり、それは、ＡＧＢの運動連鎖を定義し直すことを必要とし、それから生じるリスクが増大する。

したがって、本発明の目的は、調整することができ、かつ、しかしながらそれらの駆動速度を変更することなく、それらのサイズを考慮する必要がないことによって異なる補機を取り付ける際に柔軟性を可能にすることができ、また中位の重量を有し、タービンエンジンのより大きな外周にわたって補機を配置することができる、タービンエンジンに使用され得る補機ギアボックスまたはＰＧＢ型のギアボックスなどの機器支持体を提案することである。

そのために、本発明は、エンジンシャフトを備えるエンジン用の機器支持体であって、
出力軸を備える少なくとも１つの補機と、
入力大歯車であって、前記入力大歯車が、主速度でエンジンのエンジンシャフトによって一方では回転駆動され、他方では決められた出力速度でこれを回転駆動するように補機の出力軸に連結される、入力大歯車と、
決められた入力速度で入力大歯車によって回転駆動される入力軸と、
入力速度が出力速度と異なるように入力軸と出力軸との間に挿入される磁気伝動装置付き歯車式減速機と、
を備える、機器支持体を提案する。

上述の機器支持体のある一定の好ましいが非限定的な特徴は、下記のものであり、すなわち、
入力大歯車は、曲がり歯傘歯車を備え、
機器支持体はまた、入力速度と等しい速度で入力大歯車によって回転駆動される出力軸を備える第２の補機を備え、
機器支持体はまた、機器支持体ハウジングを備え、磁気伝動装置付き減速機は、入力軸に取り付けられる内部ロータと、出力軸に取り付けられる外部ロータと、機器支持体のハウジングに対して取り付けられ、内部ロータと外部ロータとの間に収容されるステータと、を備え、内部ロータ、外部ロータ、およびステータが、入力軸および出力軸と同軸であり、
磁気伝動装置付き減速機はまた、冷却システムを備え、
機器支持体はまた、機器支持体ハウジングに対して固定される減速機ハウジングを備え、減速機ハウジングは、入力軸および出力軸と同軸の内部円筒形ハウジングおよび外部円筒形ハウジングを備え、前記内部ハウジングは、外部ハウジングの内部に延在し、冷却システムは、冷却液を収容するように設計される冷却空間を備え、前記冷却空間は、内部ハウジングと外部ハウジングとの間に設けられ、
補機は、機器支持体に対して固定される補機ハウジングに収容され、内部ハウジングおよび外部ハウジングのうちの一方は、内部フランジによって機器支持体ハウジングに固定されるが、外部ハウジングおよび内部ハウジングのうちの他方は、外部フランジによって補機ハウジングに取り付けられ、
機器支持体はまた、一方では内部ロータと減速機ハウジングとの間に、および他方では外部ロータと減速機ハウジングとの間に配置される実質的に環状の動的シールを備え、
機器支持体はまた、前記冷却空間のための流体密シールを確実にするように構成される、内部ハウジングと外部ハウジングとの間の冷却空間の両側に実質的に環状の形状の静的ガスケットを備え、
冷却空間は、内部ハウジングおよび外部ハウジングと実質的に同軸の少なくとも１つの環状凹部と、内部ハウジングに形成され、環状凹部から半径方向に延在する一連の環状溝とを備え、
機器支持体は、ターボファンエンジンまたはターボプロップエンジン機用の補機ギアボックスあるいはターボプロップエンジン機用のギアボックスを備える。

第２の態様によれば、本発明はまた、上述のような機器支持体を備えるタービンエンジンを提案する。

第３の態様によれば、本発明はまた、この種のエンジンを備える航空機を含む。

本発明の他の特徴、目的、および利点は、非限定的な例として与えられる添付の図面に関して、後に続く詳細な説明を読むとより明確に明らかになるであろう。

補機が省略されている、先行技術に従う平行軸を持つ補機ギアボックス型の機器支持体の例の斜視図である。 先行技術に従う非平行軸線を持つ補機ギアボックス型の機器支持体の例の斜視概略図である。 本発明に従う機器支持体の構成の例の一部概略図である。 磁気伝動装置付き減速機の一実施形態の軸線方向断面図である。 図４ａの磁気伝動装置付き減速機の正面図である。 冷却空間が認められ得る、磁気伝動装置付き減速機ハウジングの一部断面図である。

本発明は、エンジンの運転に、または航空機の運転に必要な、補助機器または補機３を機械的に駆動するように設計されるターボファンエンジンおよび補機ギアボックス１を備える航空機を参照して非常に詳しく説明されることになる。しかしながら、これは、本発明が特にＰＧＢ型のギアボックスなどのその他の型の機器支持体にまた適用され、補機ギアボックス１が補機３を支持し駆動する必要があるその他のタービンエンジンに使用でき、かつ以下で説明される補機３の数がタービンエンジンの仕様に応じて異なる場合がある限りにおいて限定的なものではない。

また、ターボジェット機エンジンは、通常、決められた空気流れをエンジン自体に流入させるための開口を形成するナセルを備える。一般に、ターボファンエンジンは、エンジンに流入される空気を圧縮するための１つまたは複数のセクションを備える。したがって、圧縮された空気は、燃焼室に流入され、そこで燃焼される前に燃料と混合される。次いで、この燃焼から生じる高温排気ガスは、タービンの異なる段において膨張される。次いで、タービンは、ファンに回転動力を供給する。

補機駆動ギアボックス１、すなわちＡＧＢ１は、たとえばファンの下に、または中央コンパートメントにおいてエンジンのハウジングに取り付けられることができ、エンジンシャフト２、通常、圧縮機シャフトから必要な駆動動力を引き出すことによって一連の補機３を機械的に駆動する。

このために、エンジンシャフト２は、エンジンケーシングに収容され、回転軸線を規定する。そのうえ、補機３は各々、対応する補機３を機械的に駆動するように設計される出力軸３０を備える。

Ｌ’ＡＧＢ１に関する限り、半径方向伝動軸４を通してエンジンシャフト２に連結され、それに関する限り、エンジンシャフト２によって駆動される。

ＡＧＢ１はまた、主速度でエンジンシャフト２によって回転駆動され、決められた出力速度でこれを回転駆動するように補機３の出力軸３０に連結される、入力大歯車１２を備える。出力速度は、特に、出力軸３０が連結される補機３の型によって決定される。補機３に基づく出力速度の決定は、従来のものと変わりがなく、ここではさらに説明されない。

Ｌ’ＡＧＢ１はまた、決められた入力速度で入力大歯車１２によって回転駆動される入力軸１４と、入力速度が出力速度と異なるように入力軸１４と出力軸３０との間に挿入される磁気伝動装置付き減速機２０とを備える。

したがって、磁気伝動装置付き減速機２０、または磁気歯車付き減速機２０により、（補機３の出力軸線に沿って）低減された軸線方向サイズおよび制限された重量に対して簡単な、費用のかからない、信頼性のある方法で出力軸３０の駆動速度を変更することができる。

以下に、本発明は、非平行伝動装置を持つ型のＡＧＢ１に関してより詳しく説明されることになる。しかしながら、これは、補機３の出力軸３０とＡＧＢ１の入力大歯車１２との間に磁気歯車付き減速機２０を挿入することが十分である限り、本発明がまた、（図１に示されるように）平行軸線の伝動装置を備えるＡＧＢ１に対して実質的な変更なしで適用できることを制限するものではない。

非平行軸線を有する伝動装置のＡＧＢ１は、
半径方向伝動軸４によって一次アングルドライブ１１によって駆動される一次シャフト１０と、
補機３の出力軸３０を機械的に駆動するための一連のアセンブリであって、各々は、その寸法およびその幾何学的形状を考慮して、こうして補機３がターボファンエンジン８の外周のより大きな角度セクタにわたって配置され得るアングルドライブ１６を備える、一連のアセンブリと、
を備える。各アングルドライブ１６は、ＡＧＢ１の一次シャフト１０によって駆動される入力大歯車１６ａと、入力大歯車と噛み合わされ、それが連結される出力軸３０を駆動するように設計される出力歯車１６ｂとを備えることができる。入力大歯車１６ａおよび出力歯車１６ｂは、（傘歯車型の）交差軸線または（ウォームねじ型の）非交差軸線を有することができる。

ＡＧＢ１のこの型についてのより多くの情報について以前に引用した文献ＦＲ１３５５２４１を参照することができる。

一次シャフト１０および機械的補機３駆動アセンブリは、ＡＧＢのハウジング１８に収容される。

ここに、入力大歯車１２は、したがって、ＡＧＢ１の一次シャフト１０に取り付けられ、一次アングルドライブ１１および半径方向伝動軸４を用いてエンジンシャフト２によって回転駆動される。したがって、入力大歯車１２の回転速度は、エンジンシャフト２の回転速度、エンジンシャフト２と半径方向伝動軸４との間の減速比、および半径方向伝動軸４とＡＧＢ１の一次シャフト１０との間の減速比によって与えられる。

入力大歯車１２は、入力軸１４を回転駆動するように入力軸１４と一体の関連する入力大歯車１３を回転駆動する。入力大歯車１３および入力大歯車１２の噛み合いを可能にするために、入力大歯車１３は、入力大歯車１２と同じ型の、および同じモジュールの歯を有するように選択される。たとえば、入力大歯車１２は、曲がり歯傘歯車形式のものであってもよい。その場合は、入力大歯車１３はまた、曲がり歯傘歯車形式の、同じモジュールのものである。入力大歯車１３と入力大歯車１２との間の減速比は、入力軸１４の回転速度を決定する。

好ましくは、入力大歯車１２は、入力大歯車１２と同じモジュールの、および同じ型の第２の歯車１６ｂを駆動することができる。この場合、第２の歯車１６ｂは、これを回転駆動するように補機３の出力歯車３０に取り付けられる。従来、第２の歯車１６ｂの回転速度は、第２の歯車１６ｂと入力大歯車１２との間の歯車比に依存し、ここに、速度は入力軸１４の回転速度に実質的に等しい。

磁気歯車付き減速機２０は、
たとえば、キャッスルコネクタを用いて入力軸１４に取り付けられ、第１の数の磁極を備える、内部ロータ２２と、
出力軸３０に取り付けられ、第２の数の磁極を備える外部ロータ２３と、
ＡＧＢ１のハウジング１８に対して固定されるステータ２６であり、前記ステータ２６が、内部ロータ２２と外部ロータ２３との間に収容され、第３の数の磁極を備える、ステータ２６と
を備える。

内部ロータ２２および外部ロータ２３は、入力軸１４および出力軸３０と同軸であり、したがって、図４ａおよび図４ｂで視認できる軸線Ｘを規定する。それ自体知られている方法で、内部ロータ２２の、および外部ロータ２３の磁極の数は、磁気歯車付き減速機２０の減速比を決定する。そのうえ、磁極の型（構成材料）および磁極の幾何学的形状により、内部ロータ２２と外部ロータ２３との間の連結、およびしたがって入力軸１４と出力軸３０との間の連結を調整することができる。

１つの実施形態においては、内部ロータ２２は、１よりも大きな減速比を得るように外部ロータ２３よりも少ない磁極を備える。そのうえ、内部ロータ２２の、およびステータ２６の磁極は、サマリウムコバルト磁石を含むことができるが、外部ロータ２３の磁極は、強磁性体棒を含むことができる。

磁気歯車付き減速機２０の実装により、回転速度が補機３にとって高すぎる場合は、必要に応じて溶融手段の追加を回避することができることが留意されよう。実際に、異なる磁極の選択により、出力軸３０が切り離れる最大結合速度を規定することができる。実際に、入力軸１４と出力軸３０との間の連結があまりに顕著になる場合は、内部ロータ２２の磁極と外部ロータ２３の磁極との間の電磁相互作用は、もはや出力軸３０を回転駆動するのに十分ではなく、この場合、連結解除が生じ、それは、入力軸１４が出力軸３０から機械的に隔離されることができるヒューズの役割を演ずる。

また、磁気歯車付き減速機２０の実装により、接触なしで、およびしたがって異なる噛合部材２２、２３の摩耗なしでトルク伝達に備えることができる。

磁気歯車付き減速機２０は、その環境から磁気歯車付き減速機２０を隔離するように構成されるハウジング２６に収容される。特に、ハウジング２６により、磁気歯車付き減速機２０を破損させ得るであろう、ロータ２２、２３の間の流体の存在により剪断力を導入することによってその性能を低下させ得るであろう、（異なる部材を潤滑するような）ＡＧＢ１の噛合部材から油の導入を回避することを可能にする。実際に、運転中に、ＡＧＢのハウジング１８は、それを構成する異なる噛合部材の移動から生じる油の霧を相対的に連続的に含むことが留意されよう。

また、補機３は、補機ハウジング３２に収容され得る。

磁気歯車付き減速機２０のハウジング２８および補機ハウジング３２は、ＡＧＢハウジング１８に対して固定される。

磁気歯車付き減速機２０は、エンジンの飛行の異なる段階中に温度の増加ができ、それは、冷却システムを含むことができる。しかしながら、冷却システムは、冷却液Ｆにそれらを沈めることなく、磁気歯車付き減速機２０の運転部品、すなわち内部ロータ２２、外部ロータ２３、およびステータ２４を効果的に冷却することができなければならない。

磁気歯車付き減速機２０のハウジング２６は、たとえば、入力軸１４および出力軸３０と同軸の円筒形内部ハウジング２７および円筒形外部ハウジング２８を含むことができ、内部ハウジング２７は、外部ハウジング２８の内部に延在する。この場合、冷却液Ｆが循環することができる閉じ込められた冷却空間４０を画定するように、隙間が、内部ハウジング２７と外部ハウジング２８との間に設けられ得る。変形形態として、冷却空間４０は、内部ハウジング２７および外部ハウジング２８の対向面を機械加工することによって形成され得る。

図に示される実施形態においては、内部ハウジング２７は、内部フランジ２７ａによってＡＧＢハウジング１に取り付けられるが、外部ハウジング２８は、外部フランジ２８ａによって補機３ハウジングに取り付けられる。変形形態として、内部ハウジング２７は、外部フランジ２８ａによって補機ハウジング３０に固定されることもできるが、内部ハウジング２７は、内部フランジ２７ａによってＡＧＢ１ハウジングに取り付けられる。したがって、内部ハウジング２７および外部ハウジング２８は、ＡＧＢ１ハウジングにおよび補機３ハウジングに対して固定される。

冷却空間４０は、特に、内部ハウジング２７および外部ハウジング２８の対向する壁に機械加工される環状凹部４２の形状を有することができ、そのセクションは、選択された冷却液Ｆ、および磁気歯車付き減速機２０を十分に冷却するために必要な対流熱交換に応じて規定され得る。次いで、磁気歯車付き減速機２０は、（磁気歯車付き減速機２０の軸線方向に）冷却空間４０の両側に、冷却空間４０の流体密性を確実にし、内部ロータ２２、外部ロータ２３、またはステータ２４に向かう冷却液Ｆの通過を避けることができるＯリング型の静的ガスケット４１ａを備えることができる。

また任意選択的に、磁気歯車付き減速機２０は、静的ガスケット４１ａに加えてまたはその代わりに、減速機ハウジング２６と、一方では内部ロータ２２との、および他方では外部ロータとの間に配置されるラビリンスシール型の動的シール４１ｂを備えることができる。図に示された例においては、第１のラビリンラビリンスシール４１ｂは、内部フランジ２７ａにおいて、内部ハウジング２７の半径方向壁と内部ロータ２２との間に形成され、第２のラビリンスシール４１ｂは、外部フランジ２８ａにおいて、外部ハウジング２８の半径方向壁と外部ロータ２３との間に形成される。変形形態として、動的シール４１ｂは、エアシール（空間を封止するためのラビリンスの中間への空気の注入）を含むことができる。

たとえば、冷却空間４０は、実質的に円形または平行六面体セクションを持つ出力軸３０および入力軸１４と同軸の環状形状を有し、内部ハウジング２７に形成され、環状凹部４２から半径方向に延在する一連の環状溝４４を備えることができる。したがって、溝４４により、低減された半径方向および軸線方向サイズに対して内部ハウジング２７との対流熱交換を最大化することができる。

冷却空間４０には、特に、別個のリザーバから冷却液Ｆが供給され得る。そのうえ、冷却空間４０は、ＡＧＢ１ハウジングの内部領域と流体連通していることができ、次いで、冷却液Ｆは、噛合部材を潤滑するように霧の形でＡＧＢ１のハウジング１８の中で循環するように設計される油を含む。たとえば、ダクト４６が、冷却空間４０に油を持って来るように潤滑油源と磁気歯車付き減速機２０のケーシング２６との間に形成され得る。次いで、油は、環状冷却空間４０の中で循環し、これは、強制対流によって、磁気歯車付き減速機２０を冷却し、次いで、出口４８によって高温で冷却空間４０を去り、専用のダクト４８を用いてＡＧＢ１ハウジングに入る。

したがって、図４ｂに示される例においては、冷却液Ｆは、ダクト４６を通して環状冷却空間４０に入り、ＡＧＢ１のハウジングを通過し、磁気歯車付き減速機２０を冷却し、次いで、それの反対側端部においてダクト４８を通して出て行く。次いで、冷却液Ｆは、ＡＧＢハウジング１８に送られ得る。

Claims (8)

1. エンジンシャフト（２）を備えるエンジン用の機器支持体（１）であり、前記機器支持体（１）が、ターボ送風機またはターボプロップエンジン機用の補機ギアボックス（ＡＧＢ）あるいはターボプロップエンジン機用のギアボックス（ＰＧＢ）を備え、
   出力軸（３０）を備える第１の補機（３）と、
   入力大歯車（１２）であり、前記入力大歯車（１２）が、主速度で一方ではエンジンのエンジンシャフト（２）によって回転駆動され、決められた出力速度で第１の補機を回転駆動するように第１の補機の出力軸（３０）に他方では連結される、前記入力大歯車（１２）と
   を含む前記機器支持体（１）であって、
   前記機器支持体（１）がまた、決められた入力速度で前記入力大歯車（１２）によって回転駆動される入力軸（１４）と、入力速度が出力速度と異なるように第１の補機（３）の出力軸（３０）と入力軸（１４）との間に挿入される磁気歯車の減速機（２０）とを備え、
   前記機器支持体がまた、機器支持体ハウジング（１８）を備え、磁気歯車の減速機（２０）が、
   入力軸（１４）に取り付けられる、内部ロータ（２２）と、
   出力軸（３０）に取り付けられる、外部ロータ（２３）と、
   機器支持体ハウジング（１８）に関して固定され、内部ロータ（２２）と外部ロータ（２３）との間に収容される、ステータ（２４）と
   を備え、
   内部ロータ（２２）、外部ロータ（２３）、およびステータ（２４）が、第１の補機の出力軸（３０）および入力軸（１４）と同軸であり、
   入力大歯車（１２）の前記決められた入力速度と等しい速度で前記入力大歯車（１２）によって回転駆動される出力軸（３０）を備える第２の補機（３）を備えることを特徴とする、機器支持体（１）。
2. 前記入力大歯車（１２）が、曲がり歯傘歯車を備える、請求項１に記載の機器支持体（１）。
3. 磁気歯車の減速機（２０）がまた、冷却システムを備える、請求項１または２のいずれか一項に記載の機器支持体（１）。
4. また、機器支持体ハウジング（１８）に関して固定される減速機ハウジング（２６）を備え、
   減速機ハウジング（２６）が、入力軸（１４）および出力軸（３０）と同軸の円筒形の内部ハウジング（２７）および円筒形の外部ハウジング（２８）を備え、内部ハウジング（２７）が、外部ハウジング（２８）の内部に延在し、
   冷却システムが、冷却液（Ｆ）を収容するように設計される冷却空間（４０）を備え、前記冷却空間（４０）が、内部ハウジング（２７）と外部ハウジング（２８）との間に設けられる、請求項３に記載の機器支持体（１）。
5. 補機（３）が、機器支持体ハウジング（１８）に関して固定される補機ハウジング（３２）に収容され、内部ハウジング（２７）および外部ハウジング（２８）のうちの一方が、内部フランジ（２７ａ）によって機器支持体ハウジング（１８）に取り付けられるが、外部ハウジング（２８）および内部ハウジング（２７）のうちの他方が、内部フランジ（２８ａ）によって補機ハウジング（３２）に取り付けられる、請求項４に記載の機器支持体（１）。
6. また、一方では内部ロータ（２２）と減速機ハウジング（２６）との間に、および他方では外部ロータ（２３）と減速機ハウジング（２６）との間に配置される実質的に環状の動的シール（４１ｂ）を備える、請求項４との組み合わせで得られる、請求項４または５のいずれか一項に記載の機器支持体（１）。
7. また、前記冷却空間（４０）の封止を確実にするように構成される、内部ハウジング（２７）と外部ハウジング（２８）との間の前記冷却空間（４０）の両側に実質的に角張った形状の静的ガスケット（４１ａ）を備える、請求項４から６のいずれか一項に記載の機器支持体（１）。
8. 前記冷却空間（４０）が、内部ハウジング（２７）および外部ハウジング（２８）と実質的に同軸の、環状凹部（４２）と、内部ハウジング（２７）に形成され、環状凹部（４２）から半径方向に延在する一連の環状溝（４４）とを少なくとも備える、請求項４から７のいずれか一項に記載の機器支持体（１）。

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