ターボジェットエンジンの複数の機能を制御するためのシステム

专利摘要:
本発明は、各々が作動装置（１０、２０）に関連付けられたターボジェットエンジンの複数の機能を制御するための制御システム（１）に関する。本発明による制御システムは、作動装置の各々に機械エネルギーを供給するように設計された電気モータ（３０）と、電気モータのための電子制御ユニット（６０）と、モータと作動装置との間に介在される少なくとも１つのスイッチング装置（５０）であって、電気モータによって供給された機械エネルギーを作動装置の１つに選択的に分配供給することができる少なくとも１つのスイッチング装置（５０）とを備える。
公开号:JP2011512477A
申请号:JP2010546383
申请日:2009-02-13
公开日:2011-04-21
发明作者:スタツツ，アントワーヌ；ドウガン，トマ；バデル，ニコラ；ブデイヤフ，ラシツド
申请人:スネクマ；
IPC主号:F02K1-76

专利说明:

[0001] 本発明は、航空エンジンおよび／またはその周囲の電気機械機器への電力供給および制御に関する。特に、本発明は航空エンジンに適用され、具体的にはターボジェットタイプのガスタービンエンジンに適用される。]
背景技術

[0002] 用語「航空エンジンまたはその周囲の電気機械装置」は、本明細書では、エンジンの実際の動作に有用な装置だけでなく、エンジン室に付随する装置も対象に含めて使用される。例として、このような装置は、エンジンが動作中、またはエンジンが停止されるときのエンジンの種々の機能を作動させるための電気機械装置、例えば、特に、ガスタービンの航空機エンジンの逆推力装置を作動させるための装置、またはメンテナンスカバー（カバーの開閉）を作動させるための装置を含めることができる。]
[0003] 上述した各々の電気機械作動装置は、一般に、少なくとも１つのアクチュエータと、アクチュエータを作動させるための電気モータと、電気モータを制御するための制御電子機器であって、電気機械作動装置の固有の要件に応じて大きさが決められた制御電子機器とを備える。]
先行技術

[0004] 欧州特許第０８４３０８９号明細書]
発明が解決しようとする課題

[0005] 本発明の目的は、このような電気機械作動装置によってより多くの航空機エンジンの機能を制御することである。]
[0006] このため、このような作動装置への電力供給と制御とを簡素化して、製造コストを低減し、さらに設計の複雑さを低減する、特に、全体の体積、重量、寸法を低減する必要がある。]
課題を解決するための手段

[0007] 上述の目的のために、本発明は、各々の作動装置に関連付けられるターボジェットエンジンの複数の異なる機能を制御するための制御システムを提供する。前記システムは：
作動装置の各々に機械エネルギーを供給するように構成された電気モータと、
電気モータのための電子制御ユニットと、
モータと作動装置との間に介在する少なくとも１つのスイッチング装置であって、電気モータによって供給された機械エネルギーを作動装置の１つに選択的に分配供給する働きをする少なくとも１つのスイッチング装置とを備える。]
[0008] したがって、本発明により、同時に作動されないターボジェットエンジンの各々の異なる機能に関連付けられる複数の電気機械作動装置間で制御電子機器および電気モータを共有することが可能になる。用語「共有」は、本明細書では、同じ制御電子機器および同じ電気モータが全ての電気機械作動装置に使用されるという意味で使用される。]
[0009] 逆推力装置とメンテナンスカバーとを備える機能の例では、本発明により、航空機にブレーキをかけるときに逆推力装置を作動させるために、またメンテナンスカバーを開くために、選択的に使用する共通の制御システムを有することが可能になる。]
[0010] さらに、有利には、本発明により、完全に互いに互換性があり、多量の電力を消費するが、制限された持続時間にわたって消費する、いわゆる「主」機能（例えば、逆推力装置）を作動させるように大きさが決められ、作動されるのにあまり電力を必要としない１つ以上の、いわゆる「二次」機能（例えば、メンテナンスカバー）の作動にも適する制御電子機器および電気モータを利用できるようになる。]
[0011] したがって、本発明によって可能になる制御電子機器と電気モータとの共有が、コストおよび重量の低減、また、体積および設計の複雑さの低減につながる。本発明によれば、複数の機能を制御するのに１つの電気モータと１つの電子制御ユニットとで十分であり、このことで電力伝送ハーネスの必要性を制限できる。]
[0012] さらに、ターボジェットエンジンの主機能に対して重複して制御電子機器と電気モータとが設けられ、このことにより二次機能は通常はそうでなくても、このような冗長性から恩恵を得ることができる。]
[0013] 本発明の特別な実施形態では、各スイッチング装置はモータにより供給される機械エネルギーを受け取るのに適した１つの入口と２つの出口とを有し、スイッチング装置は、入口で受け取る機械エネルギーを出口の一方または他方に切り替えるのに適している。]
[0014] 第１の変形形態では、本発明の制御システムは１つのスイッチング装置を有し、スイッチング装置からの各出口は各作動装置に接続される。]
[0015] この第１の変形形態では、本発明の制御システムは２つの機能しか制御できない。]
[0016] 第２の変形形態では、制御システムは少なくとも２つのスイッチング装置を含み、スイッチング装置の１つの出口の一方は別のスイッチング装置の入口に接続される。]
[0017] この第２の変形形態では、制御電子機器およびモータは少なくとも３つの機能の間で共有可能となる。]
[0018] 本発明の特定の実施形態では、スイッチング装置の少なくとも１つは、入口で受け取る機械エネルギーを、電気コマンド信号を受け取るときには一方の出口に切り替え、電気コマンド信号がないときには他方の出口に切り替えるのに適している。]
[0019] 特に、信号がないときに、スイッチング装置は機械エネルギーを主機能に関連付けられた作動装置に切り替えるように構成されることができる。その結果、デフォルトでは主機能の制御が優先する。]
[0020] 本発明の別の特定の実施形態では、スイッチング装置の少なくとも１つは、受信される機械コマンドに応じて、入口で受け取る機械エネルギーを出口の一方または他方に切り替えるのに適している。]
[0021] 有利には、本発明のシステムの電子制御ユニットは、制御される機能に応じて、送達される電力をモータ類に適合させるのに適している。]
[0022] その結果、スイッチング装置によって選択された作動装置に対してモータによって供給される機械エネルギーは、前記作動装置に関連付けられた機能の要件に従う。]
[0023] 本発明のシステムはさらに、モータの電子制御ユニットに、どの作動装置が分配供給されたエネルギーを有しているかについて伝えるための手段を含むことができる。]
[0024] この情報は、特に、スイッチング装置が機械コマンドによって制御されるとき、特に電子制御ユニットが、制御される機能に応じてモータに送達する電力の大きさを決めることができるように働く。]
[0025] また、この情報は、機械エネルギーが適切な作動装置に正確に切り替えられているかを確認するための手段を構成し、このことでシステムの安全性が強化される。]
[0026] 本発明の他の特性および利点は、制限的な特徴を持たない実施形態を示す添付図面を参照してなされた以下の説明から明らかである。]
図面の簡単な説明

[0027] 本発明の制御システムを示す図であり、その環境で、制御システムによりターボジェットエンジンの２つの機能が制御できる第１の実施形態を示す図である。
図１に示された制御システムでの使用に適したスイッチング装置の動作の例を示す図である。
図１に示された制御システムでの使用に適したスイッチング装置の動作の例を示す図である。
本発明の制御システムを示す図であり、その環境で、制御システムがターボジェットエンジンの３つの機能を制御する働きをする第２の実施形態を示す図である。] 図１
実施例

[0028] 図１は、第１の実施形態の本発明の制御システム１を示す図である。この第１の実施形態では、ターボジェットの２つの異なる機能、具体的には、この例では、ターボジェットの逆推力装置（「主」機能）と、メンテナンスハッチまたはカバー（「二次」機能）とが制御される。] 図１
[0029] しかしながら、本発明は、同時に作動される種類の機能でなければ、３つ以上の複数の機能（本発明の第２の実施形態について後述する）や他のタイプの機能にも同様に十分適用できる。]
[0030] 各々の機能は、１つ以上のアクチュエータを備えることができる電気機械作動装置に関連付けられる。したがって、逆推力装置は、可撓性伝動軸を介して接続される６つのアクチュエータＦＰ１からＦＰ６を備える電気機械作動装置１０に関連付けられる（ここで示されている例では、逆推力装置のドア１つにつき３つのアクチュエータ）。このように電気機械的に作動される逆推力装置の例は、欧州特許第０８４３０８９号明細書に詳細に記載されている。同様に、メンテナンスカバーは、単一のアクチュエータＦＳ１を備える電気機械作動装置２０に関連付けられる。]
[0031] 制御システム１は、逆推力装置用の作動装置１０またはメンテナンスカバー用の作動装置２０の一方または他方に機械エネルギーを送達するのに適した電気モータ３０を含む。]
[0032] このために、モータ３０によって送達される機械エネルギーは、機械伝動軸４０を介して、モータ３０と作動装置１０、２０との間に介在されたスイッチング装置５０に伝えられる。機械エネルギーは、その後、作動される機能に応じて、スイッチング装置５０によって選択的に作動装置の一方または他方に分配供給される。]
[0033] 制御システム１はさらに、電気モータ３０のための電子制御ユニット６０を含む。この電子制御制御ユニット６０は、制御される機能に応じて、電気モータ３０を制御するように構成される。]
[0034] 特に、電子制御ユニット６０は、電気モータ３０に電力を供給するために電力を生成するように構成された電力モジュール６１（パワーエレクトロニクスとも呼ばれる）を備える。さらに、電子制御ユニット６０は、制御される機能に応じてモータ３０に送達される電力に適合させるように、電力モジュール６１によって生成された電力を制御するための制御手段６２を含む。]
[0035] 制御システム１が設計されるとき、モジュール６１の電力容量は、作動されるのに最も高い電力を必要とする機能（主機能）、すなわちこの例では、逆推力装置に対して有利に大きさが決められる。その結果、電力モジュール６１は、作動されるのにあまり電力を必要としない機能（二次機能）、すなわち、この例では、メンテナンスカバーを作動させることができるのに十分な電力を送達するのにも適している。]
[0036] このため、モジュール６１の電力容量は、二次機能と比べて過大とされる（ｏｖｅｒｄｉｍｅｎｓｉｏｎｅｄ）。二次機能への損傷を避けるために、制御手段６２は、モータ３０に供給される電気の電圧と電流とを調節することによって、モータに送達される電力が制御される機能に応じて適合されるようにする。]
[0037] モータ３０に供給される電源の電圧および電気は、特に、制御される各機能のために予め設定された電圧および電流の測定値に基づいて決定されることができる。電気モータ３０はさらに、モータ３０に送達される電力が正確に調節されるように、電子制御ユニット６０に電気モータ３０によって実際に加えられるトルクの情報を伝えるセンサ（図示せず）を含む場合もある。]
[0038] 電子制御ユニット６０は、どの機能が制御されるかを特定するために、また適切な電圧と電流とを印加するために、全自動デジタルエンジン制御（ＦＡＤＥＣ）装置７０からの情報を利用することができる。このような情報は、例えば、電子制御装置６０が制御される機能を特定できるようにするターボジェットエンジンの動作パラメータを含む、または変形形態では、実際に制御される機能を特定するデジタルコマンドの形で受信される。]
[0039] このように、本発明によれば、単一の電子制御ユニット６０および単一の電気モータ３０が、逆推力装置およびメンテナンスカバー用の２つの各作動装置１０、２０を作動させるのに使用される。これらの２つの機能は同時に動作されるように設計されていないので、スイッチング装置５０は、電気モータ３０によって供給されたエネルギーを、選択的にこれらの機能に関連付けられた作動装置の一方または他方に送達しなければならない。]
[0040] このために、伝動軸４０を介して電気モータ３０によって送達される機械エネルギーを受け取るのに適している入口Ｅと、作動装置１０、２０にそれぞれ接続される２つの出口Ｓ１、Ｓ２とを有するスイッチング装置５０が検討される。]
[0041] 示された例では、スイッチング装置５０は、入口で受け取られたエネルギーを２つの出口の一方または他方に切り替えるために、クラッチ式の機構を利用する。知られている方法では、クラッチ機構は２つの部品（例えば、２つの伝動軸）を一体化して、そのうちの一方に他方からの回転運動を伝える働きをする。したがって、このような機構を利用することによって、入口Ｅを出口Ｓ１と結合する、または入口Ｅを出口Ｓ２と結合することが可能になる。]
[0042] このような機構を実行するスイッチング装置５０の例は、図２Ａ、図２Ｂに示されている。] 図２Ａ 図２Ｂ
[0043] これらの図で示されているスイッチング装置５０は、電気コマンド信号を受信したか否かに応じて、入口Ｅで受け取る機械エネルギーを出口Ｓ１、Ｓ２の一方または他方に切り替える。このコマンド信号は、例えば、航空機のＦＡＤＥＣ７０からの信号としてもよいし、電子制御ユニット６０からの信号としてもよい。]
[0044] 知られている方法では、このような動作を実行するには、スイッチング装置５０は：
入口Ｅに結合される入口軸５１と、
出口Ｓ１に結合される第１の出口軸５２と、
出口Ｓ２に結合される第２の出口軸５３と、
入口軸５１と共に回転するように拘束され、並進可動な金属板５４と、
一端が入口軸５１に接続され、他端が金属板５４に接続された戻りバネ５５と、
内部にコアが配置されることのできるソレノイドを有する電磁石５６とを備える。]
[0045] 好ましい方法では、スイッチング装置５０は、電気コマンド信号を受信しない場合、電気モータ３０から受け取る機械エネルギーを主機能（Ｓ１）、すなわち、この例では、逆推力装置に関連付けられた作動装置１０に送達する。反対に、スイッチング装置５０が電気コマンド信号ＳＩＧを受信する場合、電気モータ３０によって供給された機械エネルギーを二次機能（Ｓ２）、すなわち、この例では、メンテナンスカバーに関連付けられた作動装置２０に送達する。このようにして、デフォルトでは、主機能への電力供給および主機能の制御が優先する。]
[0046] このために、戻りバネ５５は、電磁石５６のソレノイドが電気的に駆動されていない場合（すなわち、スイッチング装置５０が電気コマンド信号を受信していない場合）、金属板５４を摩擦ディスク５７に押圧する働きをするように静止長（ｒｅｓｔ ｌｅｎｇｔｈ）を有する。ディスク５７は、第１の出口軸５２と共に回転するように拘束される（図２Ａ参照）。したがって、金属板５４は、（入口軸５１を介して）電気モータ３０による回転が始まると、ディスク５７を介して摩擦によってこの回転運動を第１の出口軸５２に伝達する。このようにして、電気モータ３０によって入口Ｅに送達された機械エネルギーは、摩擦によってスイッチング装置５０の出口Ｓ１（のみ）に伝達されて、逆推力装置の作動装置１０に送達される。その後、作動装置１０は受け取る機械エネルギーを種々のアクチュエータＦＰ１からＦＰ６に分配供給し、それによって逆推力装置が作動可能となる。この分配供給は、当業者には知られている方法で可撓性伝動軸によって行われるが、本明細書には詳細に説明されていない。] 図２Ａ
[0047] 電磁石５６のソレノイドが電気コマンド信号ＳＩＧによって駆動されると（図２Ｂ参照）、電磁石５６のソレノイドは金属板５４を自身の方に引き付ける。その後、金属板は、摩擦ディスク５８に押圧される。ディスク５８は、第２の出口軸５３と共に回転するように拘束される。したがって、金属板５４は、（入口軸５１を介して）電気モータ３０による回転が始まると、ディスク５８を介して摩擦によってこの回転運動を第２の出口軸５３に伝達する。このようにして、電気モータ３０によって入口Ｅに送達された機械エネルギーは、摩擦によってスイッチング装置５０の出口Ｓ２（のみ）に伝達されて、メンテナンスカバーの作動装置２０に送達される。その後、作動装置２０は、受け取る機械エネルギーを可撓伝送軸を介してアクチュエータＦＳ１に伝達し、それにより、例えば、メンテナンスカバーを開ける。] 図２Ｂ
[0048] 本明細書で示された例では、スイッチング装置５０は、摩擦クラッチ機構を利用する。しかしながら、もちろん、他のクラッチ機構、例えば、噛み合いクラッチ機構なども考えられる。]
[0049] 別の実施形態（図示せず）では、スイッチング装置５０は、機械的なコマンドに応じて、電気モータ３０によって送達され入口Ｅで受け取られた機械エネルギーを出口Ｓ１、Ｓ２の一方または他方に切り替える。]
[0050] 例として、この機械コマンドはレバーによるものとしてもよい。レバーは、位置Ａのときは、入口軸を固定して第１の出口軸と共に回転させる（それにより、入口Ｅを出口Ｓ１と結合する）働きをし、位置Ｂのときは、入口軸を固定して第２の出口軸と共に回転させる（したがって、入口Ｅを出口Ｓ２と結合する）働きをする。]
[0051] 電気コマンド信号と同様の方法で、レバーのためのデフォルト位置が想定されることができ、デフォルトではスイッチング装置は機械エネルギーを逆推力装置の作動装置に送達する働きをする。その後、レバーの位置を他方の位置に（例えば、手動で）変えることで、機械エネルギーがメンテナンスカバーの作動装置に分配供給されるようになる。メンテナンスカバーの閉動作は、レバーをデフォルトでの位置に戻させるように構成されることができる。]
[0052] 有利な特徴によれば、例えば、スイッチング装置５０に配置された位置戻りセンサ（図１には図示せず）が、航空機のＦＡＤＥＣ７０または電子制御ユニット６０に、どの作動装置が機械エネルギーの分配供給を受けるようになっているか（すなわち、どの機能が作動されるか）についての情報を伝える働きをする。] 図１
[0053] このことにより、特にスイッチング装置５０が機械エネルギーを適切な作動装置に送達するのを確認することができる。]
[0054] さらに、スイッチング装置５０は、機械コマンドにより、機械エネルギーを受け取る作動装置を選択するように制御され、このコマンドがスイッチング装置に達しない、またはスイッチング装置に認識されない場合、この情報により、電子制御ユニット６０は、選択された作動装置に関連付けられた機能に応じてモータ３０によって送達された電力に適合することができる。]
[0055] 上述したように、本発明はさらに、ターボジェットエンジンに３つ以上の機能の制御にも適用できる。このように以下に、図３を参照して、どれも同時に作動されないターボジェットエンジンの３つの異なる機能が電力供給される本発明の第２の実施形態について説明する。この例では、これらの機能は、逆推力装置（主機能）と２つのメンテナンスカバー、例えば、エンジンカバーとファンカバー（二次機能）である。] 図３
[0056] 各機能は、それぞれの作動装置に関連付けられる。したがって、逆推力装置が作動装置１０に関連付けられ、２つのメンテナンスカバーは作動装置２０ａ、２０ｂにそれぞれ関連付けられる。]
[0057] 本発明の制御システム１’は、第１の実施形態で上述したのと同じように、電気モータ３０と、電子制御ユニット６０と、ＦＡＤＥＣ７０とを備える。]
[0058] 制御システム１’はさらに、モータ３０と作動装置１０、２０ａ、２０ｂとの間に介在される第１のスイッチング装置５０ａと、第２のスイッチング装置５０ｂを含む。スイッチング装置５０ａ、５０ｂは、第１の実施形態で説明したスイッチング装置５０と同様である。]
[0059] したがって、第１のスイッチング装置５０ａは、伝動軸４０を介して電気モータ３０に接続され、さらに作動装置１０および第２のスイッチング装置５０ｂの入口にそれぞれ接続される２つの出口に接続される入口を含む。したがって、第１のスイッチング装置５０ａは、例えば、本発明の第１の実施形態で説明したような電気コマンド信号または機械コマンド信号に応じて、電気モータ３０から受け取る機械エネルギーを作動装置１０または第２のスイッチング装置５０ｂに（すなわち、作動装置２０ａまたは作動装置２０ｂに向けて）送達するように構成される。]
[0060] 第２のスイッチング装置５０ｂは、第１のスイッチング装置５０ａの出口の一方に接続される入口と、作動装置２０ａおよび作動装置２０ｂにそれぞれ接続される２つの出口とを有する。したがって、第２のスイッチング装置５０ｂは、例えば、本発明の第１の実施形態で説明したような電気コマンド信号または機械コマンド信号に応じて、（スイッチング装置５０ａを介して）電気モータ３０から受け取る機械エネルギーを作動装置２０ａまたは作動装置２０ｂに送達するように構成される。]

权利要求:

請求項1
各々が各作動装置（１０、２０、２０ａ、２０ｂ）に関連付けられており、同時に動作されないターボジェットエンジンの複数の異なる機能を制御するための制御システム（１、１’）であって、作動装置の各々に機械エネルギーを供給するように構成された電気モータ（３０）と、電気モータのための電子制御ユニット（６０）と、モータと作動装置との間に介在される少なくとも１つのスイッチング装置（５０、５０ａ、５０ｂ）であって、電気モータによって供給された機械エネルギーを作動装置の１つに選択的に分配供給する働きをする少なくとも１つのスイッチング装置（５０、５０ａ、５０ｂ）とを備える、システム（１、１’）。
請求項2
各スイッチング装置（５０）が、モータ（３０）によって供給された機械エネルギーを受け取るのに適した入口（Ｅ）と２つの出口（Ｓ１、Ｓ２）とを有し、スイッチング装置は、入口で受け取る機械エネルギーを出口の一方または他方に切り替えるのに適している、請求項１に記載のシステム（１、１’）。
請求項3
１つのスイッチング装置（５０）を含み、スイッチング装置の各出口（Ｓ１、Ｓ２）が各作動装置（１０、２０）に接続される、請求項２に記載のシステム（１、１’）。
請求項4
少なくとも２つのスイッチング装置（５０ａ、５０ｂ）を含み、スイッチング装置の一方（５０ａ）の出口の一方は他方のスイッチング装置（５０ｂ）の入口に接続される、請求項２に記載のシステム（１、１’）。
請求項5
少なくとも１つのスイッチング装置（５０、５０ａ、５０）が、入口（Ｅ）で受け取る機械エネルギーを、電気コマンド信号を受信するときには出口の一方（Ｓ２）に切り替え、電気コマンド信号がないときには他方の出口（Ｓ１）に切り替えるのに適している、請求項２から４のいずれか一項に記載のシステム（１、１’）。
請求項6
少なくとも１つのスイッチング装置（５０、５０ａ、５０ｂ）は、受信する機械コマンドに応じて、入口（Ｅ）で受け取る機械エネルギーを出口（Ｓ１、Ｓ２）の一方または他方に切り替えるのに適している、請求項２から５のいずれか一項に記載のシステム（１、１’）。
請求項7
電子制御ユニット（６０）は、制御される機能に基づいて、モータ（３０）に送達される電力を適合させるのに適している、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム（１、１’）。
請求項8
モータの電子制御ユニット（６０）に、どの作動装置が分配供給されたエネルギーを有しているかについての情報を伝えるための手段を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム（１、１’）。
請求項9
システムにより制御される機能が、少なくとも逆推力装置と、メンテナンスカバーとを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。