KR101353221B1

KR101353221B1 - 가스 터빈 트랜스미션 하우징에 장착되는 스타터/발전기의 일체형 모듈

Info

Publication number: KR101353221B1
Application number: KR1020087023555A
Authority: KR
Inventors: 세르쥬 베랑제르; 뽀 크레머; 사무엘 베꿔렐르; 알랭 바쏘; 드니 베르셰링
Original assignee: 히스파노 수이자
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2014-01-17
Also published as: US20090309461A1; CA2643598C; DE602006008831D1; US8013488B2; ATE441027T1; JP2009528468A; RU2008138571A; KR20090007689A; RU2406846C2; ES2332331T3; BRPI0621383B1; WO2007096493A1; IL193665A0; BRPI0621383A2; EP1994269A1; EP1994269B1; JP4691168B2; CA2643598A1

Abstract

본 발명의 스타터/발전기(S/G)는 가스 터빈 트랜스미션 하우징에 기계적으로 연결되되, 계자권선을 형성한 로우터와 전기자를 형성한 고정자를 갖춘 발전기(10)와, 계자권선을 형성한 고정자와 상기 발전기 계자권선에 연결된 전기자를 형성한 로우터를 갖춘 동력기(20)를 구비한다. 발전기 로우터(12)와 동력기 로우터(22)는 트랜스미션 하우징 기어 휠(86)을 상기 기어 휠의 양 측면에 공통의 샤프트(54)에 장착된다.

Description

가스 터빈 트랜스미션 하우징에 장착되는 스타터/발전기의 일체형 모듈 {INTEGRATION OF A STARTER/GENERATOR MODULE IN A GAS TURBINE TRANSMISSION HOUSING}

본 발명은 가스 터빈과 특히 트랜스미션 하우징 또는 보조 기어 박스에 스타터/발전기(starter/generator;이하 S/G)의 장착에 관한 것이다. 본 발명의 작용 분야는 비행기 또는 헬리콥터의 항공엔진뿐만 아니라 보조 동력 유닛(이하 APU)용 가스 터빈에 관한 것이다.

가스 터빈에서, 설비 또는 부속품의 다수의 물품들은 터빈 샤프트로 전달된 기계동력으로부터 기계 트랜스미션으로 구동된다. 케이싱에 수용된 기어 휠 세트로 이루어진 기계 트랜스미션은 트랜스미션 하우징 또는 보조 기어 박스라 명명된다. 특히, 부속품들은 수력 생성, 연료 공급, 윤활, 및 하나 이상의 전기 S/G를 위한 다양하고 상이한 펌프로 이루어진다.

가스 터빈이 작동중 일 때, 각기 S/G는 전기발전기로 작동하고 비행기 또는 헬리콥터 및 이들의 엔진(들)을 위한 하나 이상의 전기에너지 분배센터로 공급하는 전압을 생산한다.

가스 터빈이 정지상태일 때, S/G는 트랜스미션 하우징이 연결된 터빈 샤프트 를 회전시켜 가스 터빈을 개시하도록 외부에너지원에서 공급받은 스타터로 작동할 수 있다.

공지된 유형의 S/G는 주 로우터와 주 고정자를 갖춘 주 동기발전기와, 로우터에 전기자(armature)와 고정자에 계자권선(field winding)을 갖춘 동력기(energizer)로 이루어진다. 동력기 전기자는 정류기 브릿지를 통해 동기발전기의 주 로우터에 회전하는 다이오드를 공급한다. 전기에너지 생성모드에서, 동기발전기의 전기자는 다이오드의 동력기 브릿지로 전달된 직류를 공급받은 계자권선의 회전구동으로 인해 교류 전압을 생산하되, 교류 전압의 주파수는 회전속도에 따라 가변적으로 생산된다. 개시모드에서는, 동력기로 공급받는 주 로우터와 외부공급원으로부터 교류 전압을 공급받는 주 고정자는 동기모터와 같이 작동한다.

이러한 공지된 S/G는 트랜스미션 하우징의 일 측면 상에서 특정한 케이싱에 일반적으로 장착되고 이에 기계적으로 연결되어 비교적 설비의 부피가 크다. 전기설비 이외에도, S/G는 윤활탱크를 갖춘 윤활시스템과 기어로 구동된 펌프를 구비한다. 이러한 결과로 부피와 질량이 커지게 되며, 이러한 다수의 S/G는 하나의 단일 트랜스미션 하우징에 장착될 수 있다.

본 발명의 목적은 가스 터빈 트랜스미션 하우징에 일체형 S/G를 제안하는 것으로, 이는 상당한 부피와 크기를 줄일 수 있는 반면에 쉽게 탈거할 수 있다.

이러한 목적은 가스 터빈 트랜스미션 하우징과 트랜스미션 하우징에 기계적으로 연결된 하나 이상의 S/G로 이루어진 조립체로서 성취되는데, 이 조립체는,

- 다수의 기어 휠을 갖춘 기어 트레인을 구비한 트랜스미션 하우징과;

- 계자권선을 형성하는 로우터와 전기자를 형성하는 고정자를 갖춘 발전기와, 계자권선을 형성하는 고정자와 발전기 계자권선에 연결된 전기자를 형성하는 로우터를 갖춘 동력기로 이루어진 스타터/발전기; 및

- 기어 휠 양쪽에, 트랜스미션 하우징 기어 트레인과 맞물리는 기어 휠을 갖는 공통의 샤프트에 장착된 발전기 로우터와 동력기 로우터;로 이루어진다.

트랜스미션 하우징과의 특별한 기계적 연결 없이도 할 수 있기 때문에, 이러한 장착으로 실제로 질량을 줄이게 되되, 조립체가 장착될 때 상기 기어 휠은 트랜스미션 하우징의 일부를 형성한다.

덧붙여서 트랜스미션 하우징의 일 측면에 S/G를 장착하는 것과 비교하면, 부피의 저감과 향상된 질량 균형은 기어 휠의 양 측면 상에 동기발전기와 동력기를 배열하여 성취된다.

추가로, 트랜스미션 하우징과 S/G는 윤활/냉각의 동일한 수단을 공유할 수 있다.

바람직하기로, 동력기 전기자는 기어 휠을 통과하게 전기연결하여 발전기 계자권선에 연결된다.

바람직하기로, 동력기 전기자가 정류기를 형성하는 회전 다이오드 브릿지를 갖춘 동기발전기 계자권선에 연결되어, 다이오드는 기어 휠로 지지될 수 있다.

공급설비는 공통의 샤프트에 장착된 로우터를 갖춘 자여자발전기(permanent magnet generator)로 만들어질 수 있다.

바람직하게는, 자여자발전기는 동력기와 같이 기어 휠의 동일한 측면 상에 장착되어서, 좋은 질량 균형을 형성한다.

한 실시예에서, 기어 휠과 샤프트를 갖춘 S/G는 병진이동으로 트랜스미션 하우징에 결합될 수 있거나 트랜스미션 하우징으로부터 분리될 수 있는 모듈 혹은 S/G 모듈을 형성한다.

트랜스미션 하우징에 S/G 모듈의 분리 또는 결합은 공통의 샤프트의 축과 평행하거나 수직되게 병진이동을 수단으로 실현될 수 있다.

S/G 모듈은 하나 이상의 개구부를 갖는 케이스에 수용될 수 있는바, 이를 관통하여 기어 휠이 트랜스미션 하우징의 하나 이상의 다른 기어 휠과 결합될 수 있다.

바람직하기로, S/G 모듈은 트랜스미션 하우징의 케이싱에 밀봉방식으로 접합된 케이스에 수용된다.

S/G 모듈은 트랜스미션 하우징의 시스템으로부터 윤활/냉각액을 공급받을 수 있다.

다른 실시예에서, 트랜스미션 하우징과 S/G는 공통의 케이싱에 수용된다.

바람직하기로, 그런 후에, 상기 기어 휠을 갖춘 샤프트와 발전기 로우터 및 동력기로 형성된 조립체는 샤프트 축과 평행하게 병진이동으로 트랜스미션 하우징으로부터 분리될 수 있다.

각각의 실시예에서, 2개 이상의 S/G는 트랜스미션 하우징에서 일체될 수 있으며, 각 S/G는 트랜스미션 하우징의 기어 휠로 공통의 샤프트에 장착될 수 있다.

본 발명은 또한 전술된 바와 같이 트랜스미션 하우징과 하나 이상의 스타터/발전기로 형성된 조립체를 갖춘 가스 터빈 뿐만 아니라 이러한 가스 터빈을 장착한 항공엔진 또는 보조 동력 유닛에 관한 것이다.

본 발명은 또한 가스 터빈 트랜스미션 하우징에 일체될 수 있는 스타터/발전기 모듈에 관한 것으로, 이러한 모듈은 계자권선을 형성하는 로우터와 전기자를 형성하는 고정자를 갖춘 발전기와, 계자권선을 형성하는 고정자와 발전기 계자권선에 전기적으로 연결된 전기자를 형성하는 로우터를 갖춘 동력기, 기어 휠, 및 샤프트로 이루어지는데, 발전기 로우터와 동력기 로우터는 기어 휠의 양 측면 상에서 기어 휠과 공통으로 장착된다.

S/G 모듈은 하나 이상의 개구부를 갖은 케이스에 수용될 수 있는바, 이 개구부를 관통하여 기어 휠이 하나 이상의 다른 트랜스미션 하우징 기어 휠에 연결될 수 있다.

S/G 모듈의 특징에 따르면, 동력기 전기자는 기어 휠을 통과하여 전기연결로 발전기 계자권선에 연결된다.

S/G 모듈의 다른 특징에 따르면, 동력기 전기자는 회전하는 다이오드 브릿지로 발전기 계자권선에 연결되며, 다이오드는 기어 휠로 지지된다.

모듈은 또한 공통의 샤프트에 장착된 로우터를 갖춘 자여자발전기를 구비한다. 바람직하기로, 그런 다음에, 자여자발전기는 동력기와 같이 기어 휠의 동일한 측면 상에 배열된다.

도 1은 가스 터빈 엔진의 개략도이다.

도 2는 스타터/발전기의 일반 전기회로도이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 터빈 트랜스미션 하우징에 S/G의 일체형 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4는 도 3의 S/G 모듈의 상세 단면도이다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제1실시예의 변형예에 따른 트랜스미션 하우징에 S/G의 일체형 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7은 도 5 및 도 6의 S/G 모듈의 상세 단면도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스미션 하우징에 S/G의 일체형 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 첨부도면을 참조로 한 아래의 설명으로 국한되지 되지 않으며, 이 설명으로 인해 더욱 쉽게 이해될 것이다.

본 발명의 적용 분야는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 비행기 가스 터빈 엔진에 관한 것이지만, 본 발명은 다른 가스 터빈 항공엔진, 전형적인 헬리콥터 엔진 뿐만 아니라 가스 터빈 보조 동력 유닛에 적용가능하다.

도 1의 엔진은 연소실(1)을 구비하는데, 연소가스는 고압터빈(2)과 저압터빈(3)을 구동하는 연소실(1)에 남겨진다. 터빈(2)은 압력하의 공기를 연소실(1)로 공급하는 고압압축기(4)에서 샤프트를 수단으로 하여 결합되지만, 터빈(3)은 엔진 흡입구에서 팬(5)에 다른 샤프트를 수단으로 하여 결합된다.

트랜스미션 하우징(7) 또는 보조 기어 박스는 터빈 샤프트에서 기계 동력 테이크오프(9)를 수단으로 하여 연결되고 하나 이상의 (일반적으로 2개의) 스타터/발전기(S/G)를 구비한 다양하고 상이한 부속품을 구동하기 위해 기어 휠 세트를 구비한다.

도 2는 동기발전기(10)와 동력기(20) 및 자여자발전기(30;이하 PMG)로 이루어진 S/G의 전반적인 전기회로도를 간략하게 도시한 것으로, 회전하는 부품 또는 이들의 로우터는 동심축에 놓이고 축(A)을 갖는 하나의 단일 회전 샤프트에 장착된다.

주 기계를 형성하는 동기발전기(10)는 계자권선(12)을 형성하는 주 로우터와 전기자(14)를 형성하는 주 고정자를 구비한다. 동력기(20)는 정류기를 형성하는 회전 다이오드 브릿지(24)에 연결된 전기자(22)를 형성하는 로우터와 계자권선(26)을 형성하는 고정자를 구비한다. PMG(30)는 영구자석(34)을 받치는 로우터(32)와 전기자(36)를 형성하는 고정자를 구비한다.

전기에너지 생성모드에서, 정류기(24)에 연결된 동기발전기의 계자권선(12)은 동력기로 생성된 직류를 수취하고 교류 전압은 전기자(14)로 생성되고 비행기 또는 헬리콥터 탑재공급시스템(44)과 같은 전기에너지 분배회로의 직류 버스(42)에 하니스(18;harness)로 전달된다. 조절회로(40;발전기 제어 유닛(또는 GCU))는 하니스(18)를 거쳐 PMG(30)로 공급된다. 회로(40)는 발전기(10)로 생산된 출력 교류 전압의 대표값 정보를 라인(46)으로 수취하고 기준값까지 출력 전압의 진폭을 조절하기 위해 하니스(28)를 걸쳐 동력기의 계자권선(26)에 공급될 직류를 제어하는데, 주파수를 갖는 전압은 샤프트(A)의 회전속도에 따라 가변한다.

개시모드에서, 조절회로(40)는 교류 버스(42;또는 다른 공급원)에서 라인(48)을 수단으로 하여 전압을 공급받아 작동되고 동력기 계자권선(26)에 교류를 공급한다. 이와 동시에, 전기자(14)는 교류 버스(42;또는 다른 공급원)에서 하니스(18)로 교류를 공급받은 다음에, 동기모터의 작동이 일어난다.

전술된 바와 같이, S/G 뿐만 아니라 이의 작동 및 GCU에 위한 조절은 본질적으로 공지된 유형의 것으로, 전력 생성모드에서, PMG와 동력기 및 동기발전기는 한 단계에서 다른 단계로 증폭하는 연속적인 단계를 형성한다. 만약 조절회로(40)가 다른 곳으로부터 공급받을 수 있다면 PMG의 존재는 필요하지 않게 된다. 또한, GCU의 기능은 엔진 전기 조절기 회로(ECU)에서 일체될 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 가스 터빈 트랜스미션 하우징에 S/G의 일체형 모듈(50)의 한 실시예를 도해한 것이다. 트랜스미션 하우징(70)은 기어 트레인(80)을 감싸는 케이싱(72)으로 이루어지고 비행기 엔진 또는 헬리콥터 엔진 또는 선택가능하기로 APU의 터빈과 같은 가스 터빈의 터빈 샤프트에 동력연결(90)로서 기계적으로 연결된다.

S/G 모듈(50)은 기어 트레인(80)과 맞물려 있는 2개의 기어 휠(85,87) 사이에 삽입된 기어 휠(86)을 구비한 케이싱 또는 케이스(52)에 수용되어 있는 실제 S/G로 이루어진다.

S/G를 형성하는 동력기(20)와 PMG(30) 및 동기발전기(10)의 회전 부품은 기어 휠(86)과 공통으로 샤프트(54)에 장착된다. 동기발전기(10)는 기어 휠(86)의 한쪽 측면 상에 장착되는 한편, 동력기(20)와 PMG(30)는 다른쪽 측면에 장착되어, 기어 휠(86)의 양쪽 측면 사이의 질량 불균형을 제한하고, 그러므로 트랜스미션 하우징(70)으로부터 S/G 모듈(50)의 돌출을 제한한다.

샤프트(54)는 롤링부재 베어링(53a,53b)으로 케이스(52)에 지지된다. 샤프트(54)는 단일 부품으로 만들어지거나 회전이동으로 견고하게 감져지고 축방향으로 정렬된 다수의 부품으로 이루어질 수 있다. 도해된 실시예에서, 발전기 로우터는 샤프트(54)의 2개의 관형 부품 사이로 삽입된다. 기어 휠(86)은 샤프트(54)를 갖춘 단일 부품 혹은 예컨대 스플라인 연결을 수단으로 샤프트(54)와 함께 회전이동으로 결합 및 분리될 수 있게 만들어질 수 있다.

발전기 계자권선(12)의 코일을 받치는 주 로우터는 샤프트(54)에 장착되는 반면에, 전기자(14)의 권선을 받치는 주 고정자는 케이스(52) 내부에서 고정된다. 전기자(14)에 연결된 하니스(18)는 연결유닛(55)과 연결되거나 외부로 뻗도록 밀봉방식으로 케이스(52)를 지나 통과한다.

유사하게, 전기자(22)의 권선을 받치는 동력기(20)의 로우터는 샤프트(54)에 장착되는 반면에, 계자권선(26)의 코일을 받치는 동력기의 고정자는 케이스(52) 내부에서 고정된다. 정류기를 형성하는 회전 다이오드 브릿지는 전기자가 안착된 기어 휠(66)의 측면 상에서 전기자(22)에 연결되며, 또 한편으로는 기어 휠(66)의 다른 쪽 측면 상에서 동기발전기의 계자권선(12)에 연결된다. 전기자(22)와 계자권선(12) 사이의 연결은 기어 휠(86)에 형성된 통로(86a)를 통해 이루어진다. 회전 다이오드 브릿지(24)는 바람직하게 동력기(20) 또는 발전기(10)를 향해 있는 회전 된 기어 휠(66)의 한 접촉면에 형성된 하나 이상의 오목부(86b)에 수용된 기어 휠(86)로 지지된다. 이러한 방식으로, 다이오드의 효과적인 보유가 달성되고, 손상을 방지하며, 회전이동으로써 연결된다. 동력기 계자권선(26)의 공급전류는 밀봉방식으로 케이스(52)를 통과하여 케이스(52)의 외부면에 고정된 커넥터(56)에 접합된 하니스(28)를 수단으로 공급된다.

도해된 실례에서, PMG(30)는 샤프트(54)의 단부에 장착되고, 동력기(20)는 기어 휠(66)과 PMG(30) 사이에 위치된다. PMG의 자석(34)은 샤프트(54)에 고정되는 한편, 자석(34)과 접하게 위치된 PMG의 전기자(36)의 권선은 케이스(52) 내부에 고정된 부품(37)으로 지지된다. PMG로 생산된 전류는 하니스(28)와 같이 케이스(52)를 관통하여 지나가는 커넥터(56)에 접합된 하니스(38)로 이송된다. 전술된 바와 같이, PMG는 생략될 수 있다.

케이스(52)는 샤프트(54)와 같은 동일 축(A)을 갖는 일반적인 실린더 형상으로 되어 있고, 발전기(10)가 내부에 수용된 부품(52a)과, 동력기(20) 및 PMG(30)가 내부에 수용된 부품(52c), 및 부품(52a,52c)과 접합하고 기어 휠(86)이 내부에 위치된 중간 부품(52b)으로 이루어진다. 축 단부에서, 케이스(52)는 커버를 수단으로 하여 밀봉방식으로 밀폐된다.

중간 부품(52b)의 벽은 이 벽의 마주보는 영역에 형성된 개구부 혹은 구멍(57a,57b)을 구비하고, 이를 관통하여 기어 휠(86)이 기어 휠(85,87)과 맞물릴 수 있다. 모듈(50)이 트랜스미션 하우징(도 4)에서 일체되면, 케이스(52)의 부품(52a,52c)은 트랜스미션 하우징(70)의 케이싱(72)의 마주보는 벽(74,76)의 외부 면에서 바깥쪽으로 돌출한다.

도 3 및 도 4의 실례에서, 모듈(50)은 기어 휠(85,87)에서 기어 휠(86)을 분리하여 트랜스미션 하우징(70)에서 뽑아낼 수 있거나 축(A)과 평행한 병진이동을 수단으로 하여 기어 휠(85,87)에 기어 휠(86)을 결합하여 트랜스미션 하우징(70)에서 일체될 수 있다. 도 3에서, 모듈(50)은 트랜스미션 하우징(70)에서 부분적으로 뽑아내어져 도시되었다.

모듈(50)의 적출(분리) 및 이의 일체(결합)은 이 실례에서 케이스(52)의 부품(52a)이 위치된 벽(74)의 측면 상에서 실행된다. 분리 또는 결합이동 중에, 케이스(52)의 부품(52c)은 기어 휠(85,87) 사이에서 그리고 벽(74,76)에 형성된 동심축의 원형 개구부(74a,76a)를 관통하여 지나가지만, 케이스(52)의 중간 부품(52b)은 개구부(74a)를 관통하여 지나간다. 부품(52b,52c)의 크기와, 개구부(74a,76a)의 크기, 및 기어 휠(85,86) 사이의 거리는 적절하게 각각 선택된다. 부품(52a)은 중간 부품(52b)에 접합 근처에서 외부플랜지(58)를 받치고, 케이스를 결합하는 이동을 수단으로 플랜지는 케이싱(72)의 벽(74)에 대해서 인접하게 한정되며, 이러한 인접은 기어 휠(85,87)과 기어 휠(86)의 결합과 일치한다.

케이스(52)는 예컨대 벽(74)에 플랜지(58)로 죄어 케이싱(72)에 고정된다. 물론, 다른 고정방법은 탄성변형 체결부재와 같은 공지된 유형의 신속한 체결방법을 적용할 수 있다.

실질적으로 부품(52a,52b) 사이 그리고 부품(52b,52c) 사이의 접합점에서, 케이스의 외부벽은 각 밀봉부(74b,76b)의 간섭으로 개구부(74a,76a)에 끼워 넣어진 다. 따라서, 트랜스미션 하우징(70)에 S/G 모듈(50)의 장착은 밀봉되어 실행되되, 모듈(50)이 트랜스미션 하우징에 일체될 때 구멍(57a,57b)은 케이싱(72)의 내부에서만 존재한다.

냉각 및 윤활액을 S/G 모듈(50)에 공급하는 채널(59)은 케이스(52)의 융기부(52d)에 구비되고 트랜스미션 하우징(70)의 냉각 및 윤활시스템에 연결된 파이프(78)에 연결된 벽(74)을 향해 있는 플랜지(58)의 표면 상에 개구한다. 채널(59)과 파이프(78) 사이의 밀봉된 접합부는 벽(74)를 관통하여 커넥터(79)를 수단으로 만들어진다. 채널(59)은 발전기(10)의 전기자(14)를 냉각하는 시스템(14a)에 연결되고 또한 베어링(53a,53b)의 윤활을 제공하고 케이스(52) 내부에 오일 미스트(oil mist)를 형성하는 노즐(도시되지 않음)에 연결된다. 냉각 및 윤활액은 구멍(57a)을 지나 케이싱(72)으로 재생(화살표 f)되어 트랜스미션 하우징 냉각 및 윤활시스템으로 다시 순환된다. 케이스(52)의 부품(52c)의 내부용적이 부품(52b,52c) 사이에 접합부에서 실제로 베어링(53b)을 끼워 넣어 케이스의 공구대(rest)에서 떨어져, 통로가 케이스의 부품(52c)과 상기 부품의 외부까지 액체의 순환을 위해서 베어링(53b)의 지지로 형성된다.

비록 케이스(52)가 원형의 개구부(74a,76a)를 구비한 일반적인 실린더로 기술되었을지라도, 다른 형상의 케이스가 적용될 수 있으며, 개구부(74a,76a)의 형상은 적절하게 선택된다.

덧붙여서, 하나의 S/G의 일체형 모듈(50)이 도시되었어도, 다수의 모듈, 일반적으로 2개의 모듈이 기어 트레인과 다른 높이에서 트랜스미션 하우징(70)에 일 체될 것이다.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 가스 터빈 트랜스미션 하우징에 S/G의 일체형 모듈의 변형예를 도시한 것이다.

변형예는 도 3 및 도 4에 도시된 S/G의 일체형 모듈과는 다른 것으로, S/G 모듈(150)은 트랜스미션 하우징(70) 한쪽 단부에서 일체로 되어 있고, S/G 모듈의 축(A)과 수직한 병진이동을 수단으로 하여 하우징에 결합되거나 하우징과 분리될 수 있다.

도 3 및 도 4, 도 5 내지 도 7에서 공통 부재에는 동일한 참조부호를 부여한다.

S/G 모듈(150)은 모듈 케이스(152)의 돌출을 수단으로 하여 S/G 모듈(50)과는 다른데, 다른 부재는 모듈(150)을 형성하는 반면에, 원칙적으로 발전기(10)와, 동력기(20), PMG(30), 및 공통의 축(54)에 장착된 기어 휠(86)은 모듈(50)의 부재들과 유사하다.

케이스(152)는 일반적인 실린더 형상으로 그 중심 부분에 케이스(152)와 일체로 관형 변이부(152d)를 구비하고 개구부(153)를 형성한다. 개구부(153)는 한 편평면에 위치하고 외부 플랜지(158)로 둘러싸인다.

케이스(152)는 개구부(153)과 대응하는 형상으로 형성된 개구부(73)가 있는 케이싱의 한쪽 단부인 트랜스미션 하우징 케이싱(72)에 접합된다. 케이스(152)와 케이싱(72) 사이의 연결은 예컨대 개구부(73) 둘레로 케이싱(72)의 유사 플랜지(73a)에 플랜지(158)로 죄어 형성된다. 플랜지(173,73) 사이에 밀봉부(73b)를 갖 춰, S/G 모듈(150)은 트랜스미션 하우징(70)에 밀봉되어 장착된다. 다른 연결수단이 탄성변형부재로 체결하는 공지된 유형의 신속한 체결방법을 적용할 수 있다. 비록 개구부(153,73)가 직사각형으로 도시되었을지라도, 다른 형상이 채택될 수도 있다. 덧붙여서, 케이스(152)와 케이싱(72) 사이의 접합면은 편평하거나 다르게 될 수 있다.

트랜스미션 하우징(70)에 S/G 모듈(150)의 일체 또는 결합, 트랜스미션 하우징에서 S/G 모듈의 적출 또는 분리는 축(A)과 수직한 병진운동으로서 실행된다. 기어 휠(86)은 개구부(73,153)를 관통하여 트랜스미션 하우징 기어 트레인의 기어 휠(87)과 맞물린다.

냉각 및 윤활액을 S/G 모듈(150)에 공급하는 채널(159)은 변이부(152d)의 융기부에 구비되고 플랜지(73a)로 향해 있는 플랜지(158)의 면에 개구되어 있다. 채널(159)은 트랜스미션 하우징(70)의 냉각 및 윤활시스템에 연결된 파이프(178)에 연결된다. 채널(159)과 파이프(178) 사이의 접합은 플랜지(158,73a)를 관통한 커넥터(179)를 수단으로 하여 만들어진다.

냉각 및 윤활액의 순환은 개구부(173,73)를 관통하여 트랜스미션 하우징의 케이싱(72)으로 복귀하는데, S/G 모듈(50)과 관련하여 전술된 바와 같이 시행된다.

일반적인 실린더 형상의 케이스(152)가 고려될지라도, 특히 케이싱(72)의 개구부에 케이스를 삽입을 제한하고 트랜스미션 하우징의 2개의 기어 휠 사이에 기어 트레인이 존재하지 않기 때문에 다른 형상이 가능하다.

추가로, S/G 제2모듈(150)은 트랜스미션 하우징의 다른쪽 단부에서 일체될 수 있다. 또한, S/G 케이스(50)와 S/G 케이스(150)는 하나의 단일 트랜스미션 하우징에서 일체가능하다.

도 8은 가스 터빈 트랜스미션 하우징에 본 발명에 따른 S/G의 일체형 모듈을 형성하는 다른 방법을 도해한다. 동일한 참조부호는 도 4에 도시된 실시예에서 공통으로 사용되는 부재에 부여된다. 트랜스미션 하우징(70)은 기어 트레인(80)을 에워싸는 케이싱(72)으로 이루어지고 비행기 엔진 또는 헬리콥터 엔진, 선택가능하기로 APU의 터빈과 같은 가스 터빈의 터빈 샤프트에 기계적으로 연결된다.

S/G는 트랜스미션 하우징 기어 트레인(80)의 기어 휠(86)과 일체되되, 기어 휠(86)은 기어 휠(85,87) 사이에 삽입된다. 보조 S/G가 다른 기어 휠과 동일한 방식으로 일체될 수 있다. 동기발전기(10)와 동력기(20) 및 PMG(30)의 회전부품은 예컨대 기어 휠과 단일 부품으로 형성하여 기어 휠(86)에 공통으로 샤프트(54)에 장착된다. 샤프트(54)는 롤링부재 베어링(53a,53b)으로서 케이싱(72)에 지지된다.

동기발전기(10)는 기어 휠(86)의 한쪽 측면에 장착되는 반면에, 동력기(20)와 PMG(30)는 다른쪽 측면에 장착된다.

발전기 계자권선(12)의 코일을 받치는 주 로우터는 샤프트(54)에 장착되는 반면에, 전기자(14)의 권선을 받치는 주 고정자는 케이싱(72)에 고정된다. 전기자(14)에 연결된 하니스(18)는 연결유닛(55)과 연결되거나 외부로 뻗도록 밀봉방식으로 케이스(52)를 지나 통과한다.

유사하게, 전기자(22)의 권선을 받치는 동력기(20)의 로우터는 샤프트(54)에 장착되는 반면에, 계자권선(26)의 코일을 받치는 동력기의 고정자는 케이싱(72)에 고정된다. 정류기를 형성하는 회전 다이오드 브릿지(24)는 정류기가 위치된 기어 휠(54)의 일 측면에서 전기자(22)에 연결되며, 이와는 달리 기어 휠에 형성된 통로(86a)를 지나 기어 휠(86)의 다른쪽 측면에서 동기발전기의 계자권선(12)에 연결된다. 회전 다이오드 브릿지(24)는 동력기(20)를 향한 있는 기어 휠(86)의 접합면에 형성된 하우징(86b)에 지지되는 것이 바람직한데, 다이오드의 효과적인 보유가 달성되고, 손상을 방지하며, 회전이동으로써 연결된다. 동력기 계자권선(26)의 공급전류는 밀봉방식으로 케이싱(72)을 통과하여 케이싱(72)의 외부면에 고정된 커넥터(56)에 접합된 하니스(28)를 수단으로 공급된다.

도해된 실례에서, PMG는 샤프트(54)의 단부에 형성된 축 오목부(60)에 수용된다. PMG 자석(34)은 오목부(60)의 실린더 내부면에 고정되는 반면에, 자석과 접촉하게 위치된 PMG 전기자(36)의 권선은 케이싱(72)에 고정된 축 로드(68)로 지지된다. PMG의 이러한 장착으로, S/G의 크기를 줄일 수 있고, 그러므로 조립체의 조밀화에 공헌하며, 동력기 로우터와 고정자가 PMG를 둘러쌀 수 있다. 물론 다른 변형예에서, 샤프트(54)의 외주면에 고정된 자석을 갖춘 발전기에 대해서 축방향으로 오프셋 방식으로 PMG를 장착할 수 있고 케이싱(72)에 고정된 PMG 전기자로 에워싸일 수 있다. 전기자(36)로 생성된 전류는 하니스(28)와 같이 케이싱(72)을 밀봉방식으로 관통하여 지나가는 커넥터(56)에 접합된 하니스(38)로 이송된다.

기어 휠(86)을 구비한 샤프트(54)와, 동력기(20)의 로우터, PMG(30)의 로우터, 및 동기발전기(10)의 주 로우터로 형성된 조립체는 샤프트(54)의 축과 평행한 병진이동을 수단으로 하여 트랜스미션 하우징으로부터 적출되어 분리될 수 있다. 도해된 실례에서, 이 적출은 동기발전기(10)가 위치된 측면에서 실행될 수 있다. 이러한 적출을 돕기 위해, 바람직하기로 동력기(20)의 로우터의 외경은 기어 휠(86)과 맞물리는 기어 휠의 치상돌기 사이의 최소 거리보다 작아야 (또는 실제로 동등한 방식으로 치상돌기 사이의 틈새에서 기어 휠(86)의 직경보다 작아야) 한다. 유사하게, 치상돌기의 끝(tip)에서 기어 휠(86)의 직경이 동기발전기(10)의 고정자의 내경보다 작아야 바람직하다.

도 8의 실시예에 따른 공통의 케이싱(72)을 갖춘 트랜스미션 하우징에 S/G의 일체형 모듈은 일체로 되어 크기와 질량을 줄일 뿐만 아니라 S/G가 냉각 및 윤활에 위해 트랜스미션 하우징에 장점을 갖게 하며, 냉각 및 윤활은 하나 이상의 노즐을 수단으로 하여 케이싱 내부에 오일 미스트를 만들어 용이하게 달성된다.

본 발명에 따른 가스 터빈 트랜스미션 하우징에 하나 이상의 S/G의 일체형 모듈은 일체로 되어 크기와 질량을 줄일 수 있으며, S/G 및 트랜스미션 하우징 사이에 냉각 및 윤활을 위한 공급원을 줄이는 한편, 분리가능하다. 도 3 내지 도 7의 실시예에서, S/G 모듈의 분리와 장착은 특히 신속하고 용이하게 이뤄지며, 효율은 유지되고, 비행기 엔진의 경우에 비행기 날개 아래에서 신속한 작업을 통해 S/G 모듈을 제거하고 교체할 수 있다.

Claims

가스 터빈 트랜스미션 하우징과 상기 가스 터빈 트랜스미션 하우징에 기계적으로 결합된 하나 이상의 스타터/발전기로 이루어지며,

다수의 기어 휠을 갖춘 기어 트레인으로 이루어진 트랜스미션 하우징과; 및

계자권선을 형성하는 로우터와 전기자를 형성하는 고정자를 갖춘 발전기와, 계자권선을 형성하는 고정자와 발전기 계자권선에 연결되어 전기자를 형성하는 로우터를 갖춘 동력기로 이루어진 스타터/발전기;를 포함하여 이루어지고,

상기 발전기 로우터와 상기 동력기 로우터는 상기 트랜스미션 하우징에 결합된 기어 휠과 함께 공통의 샤프트에 장착되어 상기 기어 휠에 의해 공통으로 구동되도록 되어 있고, 상기 발전기 로우터와 상기 동력기 로우터는 상기 기어 휠 양 측면 상에 장착된, 가스 터빈 트랜스미션 하우징에 결합된 스타터/발전기를 포함하는 조립체.
제1항에 있어서, 상기 동력기 전기자는 상기 기어 휠을 통과한 전기적인 연결에 의해 발전기 계자권선에 연결되는 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 동력기 전기자는 회전 다이오드 브릿지로 상기 발전기 계자권선에 연결되고, 상기 다이오드는 상기 기어 휠로 지지되는 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 영구자석을 받치는 로우터와 전기자를 형성하는 고정자를 구비한 자여자발전기를 구비하며, 상기 자여자발전기의 로우터는 상기 공통의 샤프트에 장착되는 조립체.
제4항에 있어서, 상기 자여자발전기는 동력기와 같이 상기 기어 휠의 동일한 측면에 배열되는 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스타터/발전기는 병진이동으로 트랜스미션 하우징으로부터 결합되거나 분리될 수 있는 구조로, 상기 기어 휠과 샤프트와 함께 모듈로 형성되는 조립체.
제6항에 있어서, 상기 모듈의 결합과 분리는 상기 공통의 샤프트의 축과 평행하게 실행되는 조립체.
제6항에 있어서, 상기 모듈의 결합과 분리는 상기 공통의 샤프트의 축과 수직되게 실행되는 조립체.
제6항에 있어서, 상기 모듈은 하나 이상의 개구부를 갖춘 케이스에 수용되며, 상기 개구부를 관통하여 상기 기어 휠이 상기 하우징의 적어도 하나의 다른 기어 휠에 결합될 수 있는 조립체.
제6항에 있어서, 상기 모듈은 상기 트랜스미션 하우징의 케이싱에 밀봉방식으로 접합된 케이스에 수용되는 조립체.
제6항에 있어서, 상기 모듈은 트랜스미션 하우징 시스템으로부터 윤활/냉각액을 공급받는 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 트랜스미션 하우징과 스타터/발전기는 공통의 케이싱에 수용되는 조립체.
제12항에 있어서, 상기 기어 휠을 갖춘 샤프트와 발전기 로우터 및 동력기 로우터로 형성된 상기 조립체는 상기 샤프트 축과 평행한 병진이동으로 상기 트랜스미션 하우징에서 분리될 수 있는 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 트랜스미션 하우징 기어 휠을 갖춘 공통의 샤프트에 각각 장착된 2개 이상의 스타터/발전기로 이루어진 조립체.
터빈의 샤프트와 하나 이상의 스타터/발전기에 기계적으로 결합된 트랜스미션 하우징을 갖추며, 상기 트랜스미션 하우징과 스타터/발전기는 제1항 또는 제2항에 따른 조립체를 형성하는 가스 터빈.
제15항에 따른 터빈을 갖춘 가스 터빈 비행기 엔진.
제15항에 따른 터빈을 갖춘 가스 터빈 보조 동력 유닛(APU).
가스 터빈의 트랜스미션 하우징에 일체화될 수 있는 스타터/발전기 모듈로서,

계자권선을 형성하는 로우터와 전기자를 형성하는 고정자를 갖춘 발전기와, 계자권선을 형성하는 고정자와 상기 발전기 계자권선에 연결된 전기자를 형성하는 로우터를 갖춘 동력기, 기어 휠, 및 샤프트를 포함하여 이루어지고,

상기 발전기의 로우터와 상기 동력기의 로우터는 상기 트랜스미션 하우징에 결합된 기어 휠과 함께 공통으로 상기 샤프트에 장착되어 상기 기어 휠에 의해 공통으로 구동되도록 되어 있고, 상기 발전기 로우터와 상기 동력기 로우터는 상기 기어 휠 양 측면 상에 장착되고, 가스 터빈의 트랜스미션 하우징에 일체화될 수 있는, 스타터/발전기 모듈.
제18항에 있어서, 상기 모듈은 하나 이상의 개구부를 갖춘 케이스에 수용되며, 상기 개구부를 통하여 상기 기어 휠이 하나 이상의 다른 트랜스미션 하우징 기어 휠에 결합할 수 있는 스타터/발전기 모듈.
제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 동력기 전기자는 상기 기어 휠을 통과한 전기적 연결에 의해 상기 발전기 계자권선에 연결되는 스타터/발전기 모듈.
제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 동력기 전기자는 회전 다이오드 브릿지에 의해 상기 발전기 계자권선에 연결되며, 상기 다이오드는 상기 기어 휠로 지지되는 스타터/발전기 모듈.
제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 공통의 샤프트에 장착된 로우터를 갖춘 자여자발전기를 추가로 구비하는 스타터/발전기 모듈.
제22항에 있어서, 상기 자여자발전기는 상기 동력기와 같이 상기 기어 휠의 동일한 측면에 위치되는 스타터/발전기 모듈.