特許 6017154 位置限界が油圧によって制御される回転流体操作器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6017154

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】位置限界が油圧によって制御される回転流体操作器

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/12 20060101AFI20161013BHJP

   B63H 1/06 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   F15B15/12 C

   F15B15/12 K

   B63H1/06

【請求項の数】12

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-59599(P2012-59599)

(22)【出願日】2012年3月16日

(65)【公開番号】特開2012-197934(P2012-197934A)

(43)【公開日】2012年10月18日

【審査請求日】2015年3月11日

(31)【優先権主張番号】13/051,468

(32)【優先日】2011年3月18日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー・チャールズ・グリン

(72)【発明者】

【氏名】ダレック・トム・ザトルスキ

(72)【発明者】

【氏名】ニコラス・ロウ・ディンスモア

(72)【発明者】

【氏名】ブランドン・ウェイン・ミラー

【審査官】 冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０５４４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２１５０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５２０１６３７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １５／１２

Ｂ６３Ｈ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジング（１２）と、ロータ（１４）と、通路とを備える回転流体操作器装置であって、
前記ハウジング（１２）は、
協同して概ね円筒状の内部チャンバ（３０）を画定している周囲壁（２６）および末端壁（２８）であって、第１のボス（３２）が前記周囲壁（２６）から半径方向に内側に向かって延在している周囲壁（２６）および末端壁（２８）と、
前記末端壁（２８）と連絡している円筒状の穴（４６）を画定しているポートブロック（４４）であって、前記穴（４６）と連絡しているロータサプライポート（５０）およびロータドレンポート（５４）、および前記第１のボス（３２）中のステータ孔を介して前記内部チャンバ（３０）と連絡しているステータポート（４２）をさらに含むポートブロック（４４）と
を含み、
前記ロータ（１４）は、
回転軸の周りに前記内部チャンバ（３０）内で回転するように取り付けられ、
横方向に外側に向かって延在しているアーム（６２）を備えたボディ（５６）と、
前記ハウジング（１２）の前記穴（４６）の中に受け取られる第１のスタブ軸（５８）であって、横方向に貫通して通っているロータベーススロット（６６）を含む第１のスタブ軸（５８）と、
前記内部チャンバ（３０）と連絡している前記アーム（６２）の中に配置され、かつ、前記回転軸に対して接線方向に配向される第１のロータポート（７０）と、
前記ロータベーススロット（６６）と前記第１のロータポート（７０）とを相互接続している内部通路（６４、６８）と
前記ポートブロック（４４）内の通路であって、前記穴（４６）と連絡しており、前記ハウジング（１２）に対して、前記ロータ（１４）の予め選択済みの第１の角位置で、前記ロータベーススロット（６６）を介して前記ロータサプライポート（５０）と前記ロータドレンポート（５４）とを相互接続する、通路と
を含む、回転流体操作器装置。

【請求項2】

前記ポートブロック（４４）内の前記通路が、
前記穴（４６）の一部の周りに延在している、前記穴（４６）および前記ロータサプライポート（５０）の両方と連絡しているロータサプライ溝（４８）と、
前記穴（４６）の一部の周りに延在している、前記穴（４６）および前記ロータドレンポート（５４）の両方と連絡しているロータドレン溝（５２）と
を備える、請求項１記載の装置。

【請求項3】

前記ロータ（１４）が、前記内部チャンバ（３０）と連絡している前記アーム（６２）内に配置された第２のロータポート（７４）を含み、
前記第２のロータポート（７４）は、前記ロータ（１４）に対して接線方向に配向され、かつ、前記第１のロータポート（７０）の反対側に配向される、請求項１記載の装置。

【請求項4】

第２のボス（３４）が前記第１のボス（３２）の反対側の前記周囲壁（２６）から半径方向に内側に向かって延在し、これらの前記ボスが前記ロータ（１４）の運動を前記ハウジング（１２）に対して第２の角位置と第３の角位置の間の範囲に制限するために配置され、前記第１の角位置が前記第２の角位置と前記第３の角位置の間に存在する、請求項１記載の装置。

【請求項5】

前記ハウジング（１２）が、前記周囲壁（２６）、前記側壁および前記ポートブロック（４４）を含んだベース（２２）を備え、前記内部チャンバ（３０）を閉じるカバー（２４）が前記ベース（２２）に取り付けられた、請求項１記載の装置。

【請求項6】

前記アーム（６２）が概ね長方形の立体である、請求項１記載の装置。

【請求項7】

前記第１のボス（３２）がくさび形である、請求項１記載の装置。

【請求項8】

前記ロータ（１４）の前記ボディ（５６）が、前記第１のスタブ軸（５８）から反対側に延在している第２のスタブ軸（６０）を含む、請求項１記載の装置。

【請求項9】

前記内部通路が、前記ベーススロット（６６）を相互接続している中央ギャラリ（６４）、および前記第１のロータポート（７０）の各々から前記中央ギャラリまで延在している第１の横方向ギャラリ（６８）を備える、請求項１記載の装置。

【請求項10】

前記ロータ（１４）が、横方向に外側に向かって延在している複数のアーム（６２）を含み、個々のアーム（６２）が、前記内部チャンバ（３０）および前記内部通路と連絡している前記アーム（６２）の中に配置され、かつ、前記ロータ（１４）に対して接線方向に配向される第１のロータポート（７０）を含む、請求項１記載の装置。

【請求項11】

請求項１記載の回転流体操作器装置を動作させる方法であって、前記ロータ（１４）をそれぞれ第１の方向または前記第１の方向とは逆の第２の方向に回転させるために、加圧流体を前記ロータサプライポート（５０）または前記ステータポート（４２）に選択的に提供するステップを含み、前記第１の方向の運動が前記第１の角位置と前記第２の角位置の間に制限される方法。

【請求項12】

前記ロータサプライポート（５０）および前記ロータドレンポート（５４）の両方に同時に圧力を加えることにより、前記ロータ（１４）を前記第１の方向に前記第１の角位置を超えて回転させるステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は一般に流体操作器に関し、より詳細にはこのような操作器のための運動制御に関する。

【背景技術】

【0002】

航空機発電装置は、通常、プロペラあるいはファンブレードなどの推力生成エーロフォイルエレメントを駆動するために使用される。様々な飛行条件で最大可能推進効率を提供するために、エーロフォイルエレメントの迎え角（すなわち「ピッチ角」）をそれらを支えている回転ハブに対して変化させることが知られている。

【0003】

ピッチを制御する一般的な方法には、加圧流体の流れに応じてブレードピッチ角を変化させる流体操作器が使用されている。操作器は、「粗動」から「微動」へ、ピッチ角を介してブレードを移動させることができ、また、地上運転に適したピッチ角を提供することも可能である。安全上の理由から、飛行中、ブレードピッチ角を制限することが重要である。ブレードピッチ角を制限することにより、発電装置の速度超過もしくは過剰構造負荷の強制または航空機に対する予期せぬ偏揺れ運動が回避される。従来技術による典型的な可変ピッチプロペラには、ブレードピッチ角を制限する機械式ピッチ停止またはロックが含まれており、ブレードを地上運転範囲内の位置に向かって移動させるためには手動で後退させなければならない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第６１９６８０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

機械式ピッチ停止は有効ではあるが、それらは基本操作器デバイスの複雑性を増し、重量を重くし、また、コストを高くしている。したがって２つの回転運動範囲を提供する操作器であって、これらの２つの範囲の間にリミットを画定する機械式ロックまたは停止が存在しない操作器が必要である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この必要性は、２つの動作範囲を有する回転操作器を提供する本発明によって対処され、これらの２つの範囲の間のリミットは油圧によって制御される。

【0007】

本発明の一態様によれば、回転流体操作器装置には、協同して概ね円筒状の内部チャンバを画定している周囲壁および末端壁であって、第１のボスが周囲壁から半径方向に内側に向かって延在している周囲壁および末端壁と、末端壁と連絡している円筒状の穴を画定しているポートブロックであって、穴と連絡しているロータサプライポートおよびロータドレンポート、およびボス中のステータ孔を介して内部チャンバと連絡しているステータポートをさらに含んだポートブロックとを含んだハウジングが含まれている。ロータは、回転軸の周りに内部チャンバ内で回転するように取り付けられており、ロータには、横方向に外側に向かって延在しているアームを備えたボディと、ハウジングの穴の中に受け取られる第１のスタブ軸であって、横方向に貫通して通っているベーススロットを含んだ第１のスタブ軸と、内部チャンバと連絡しているアームの中に配置され、かつ、回転軸に対して接線方向に配向される第１のロータポートと、ロータベーススロットと第１のロータポートとを相互接続している内部通路が含まれている。ポートブロック内の、穴と連絡している通路は、ハウジングに対して、ロータの予め選択済みの第１の角位置で、ロータベーススロットを介してロータサプライポートとロータドレンポートとを相互接続するように構成されている。

【0008】

本発明は、添付の図面に照らして行う以下の説明を参照することによって最も良好に理解することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一態様に従って構築された回転流体操作器の外部斜視図である。

【図2】カバーが取り外された図１の操作器の斜視図である。

【図3】図１の操作器のロータの斜視図である。

【図4】中央部分に沿って取った、ロータが第１の位置に位置している操作器の略横断面図である。

【図5】末端部分に沿って取った、ロータが第１の位置に位置している、図１の操作器の略横断面図である。

【図6】中央部分に沿って取った、ロータが第２の位置に位置している操作器の略横断面図である。

【図7】末端部分に沿って取った、ロータが第２の位置に位置している、図１の操作器の略横断面図である。

【図8】中央部分に沿って取った、ロータが第３の位置に位置している操作器の略横断面図である。

【図9】末端部分に沿って取った、ロータが第３の位置に位置している、図１の操作器の略横断面図である。

【図10】中央部分に沿って取った、ロータが第４の位置に位置している操作器の略横断面図である。

【図11】末端部分に沿って取った、ロータが第４の位置に位置している、図１の操作器の略横断面図である。

【図12】ポンプおよび弁システムに結合された回転流体操作器の略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図面を参照すると、全く同じ参照数表示は、様々な図を通して同じ構成要素を表しており、図１および２は、本発明に従って構築された回転流体操作器１０を示したものである。操作器１０の主なコンポーネントは、ハウジング１２およびロータ１４である。以下でより詳細に説明するように、操作器１０は、操作器１０がその様々なポートに加圧油圧油の流れが提供されると、ロータ１４の制御された回転運動を生成するように動作させることができる。操作器１０は、回転運動を必要とする任意の機械的負荷に対して使用することができるが、操作器１０は、ガスタービンエンジンファンブレードあるいはプロペラブレード（図示せず）などのエーロフォイルのピッチ角を制御するためにとりわけ有用である。

【0011】

ハウジング１２は、インボード端１８およびアウトボード端２０を有しており、ボルトまたは他の適切なファスナによって互いにアセンブルされるベース２２およびカバー２４からアセンブルされている。ハウジング１２は、協同して概ね円筒状の内部チャンバ３０を画定している周囲壁２６および末端壁２８を有している。２つの互いに反対側のボス３２および３４は、もしそうでなければ円筒状の内部チャンバ３０である内部チャンバ３０の中心に向かって突出している。個々のボス３２、３４は、間隔を隔てた２つの平らな側壁３６および凹状に湾曲した末端壁３８を備えたくさび形をしている。これらのボスのうちの一方のボス３２には、中にステータサプライ孔４０が形成されている（図４に最も良好に示されている）。ステータサプライ孔４０は、内部チャンバ３０の内部に向かって開いており、また、図には示されていない内部通路を介してステータポート４２（図１に示されている）と連絡している。本明細書において使用されている「サプライ」および「ドレン」などの用語は、単に便利に参照されているにすぎず、必ずしも特定のポートまたは構造の唯一の機能を記述しているわけではないことに留意されたい。

【0012】

ポートブロック４４は、ベース２２の末端壁２８から突出している。図５に最も良好に示されているように、ポートブロック４４には、末端が閉じた円筒状の穴４６が含まれている。ロータサプライ溝４８は、穴４６の一部の周りに延在しており、穴４６およびロータサプライポート５０の両方と連絡している。ロータドレン溝５２は、穴４６の一部の周りに延在しており、穴４６およびロータドレンポート５４の両方と連絡している。

【0013】

図３は、ロータ１４を示したものである。ロータ１４は、通常、互いに反対側の末端から延在しているインボードスタブ軸５８およびアウトボードスタブ軸６０を備えた円筒状ボディ５６を有している。ボディ５６は、ボス３２と３４の間に受け取られるようにサイズ化されており、概ね長方形の２つのアーム６２がボディ５６から互いに反対方向に横方向に延在している。アウトボードスタブ軸６０は、ファンブレードあるいはプロペラブレードなどの回転させるべき機械負荷に結合されるように適合されている。インボードスタブ軸５８は、ポートブロック４４の穴４６の中に受け取られるようにサイズ化されている。ロータ１４は、特定の用途に適合するよう、異なる数のアームを含むことができ、例えば１つだけ、あるいは３つ以上のアームを設けることができる。一般に、ハウジング１２は、ロータ１４のアーム毎に１つのボスを含むことになる。

【0014】

ロータ１４には、いくつかの内部通路が含まれている。中央ギャラリ６４は、インボードスタブ軸５８および通路を介してボディ５６の中へ上に向かって延在している。互いに直径方向に反対側のベーススロット６６は、中央ギャラリ６４とインボードスタブ軸５８の外部周囲表面の間を延在している。インボード横方向ギャラリ６８は、一方のアーム６２からボディ５６および中央ギャラリ６４を通って反対側のアーム６２の中へ延在している。インボードロータポート７０は、インボード横方向ギャラリ６８の個々の末端から、インボード横方向ギャラリ６８に対して直角の方向（つまりロータ１４の回転軸に対して接線の方向）に延在しており、関連するアーム６２の外部に向かって開いている。アウトボード横方向ギャラリ７２は、一方のアーム６２からボディ５６を通って反対側のアーム６２の中へ延在している。アウトボードロータポート７４は、アウトボード横方向ギャラリ７２の個々の末端から、アウトボード横方向ギャラリ７２に対して直角の方向（つまりロータ１４の回転軸に対して接線の方向）に延在しており、関連するアーム６２の外部に向かって開いている。横方向ギャラリ６８および７２の末端は、解放することも、あるいは栓を使用して閉じることも可能である。

【0015】

ロータ１４は、ハウジング１２の中にアセンブルされると、スタブ軸５８および６０に対して平行である回転軸の周りに、アーム６２がボス３２および３４と接触する２つの限界位置の間で自由に回転することができる。これらのアーム６２は、内部チャンバ３０を事実上４つの個別空洞に分割している。これらの空洞のサイズは、ロータ１４が移動すると変化する。単なる参照目的にすぎないが、これらの空洞は、図２に、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」および「Ｄ」のラベルが振られている。

【0016】

加圧油圧油を操作器１０に選択的に供給するための手段が提供されている。図１２は、ポンプ７６、ロータサプライポート５０、ロータドレンポート５４およびステータポート４２にそれぞれ結合された３つの３位置弁７８、８０および８２、および貯蔵容器８４を含んだシステムを概略的に示したものである。個々の弁７８、８０および８２は、関連するポートをポンプ出口圧力または貯蔵容器８４に接続するように動作させることができる。弁７８、８０および８２は、手動、油圧または電子制御などの任意の便利な手段によって動作させることができる。この単純な概略システムは、操作器１０の基本油圧動作を説明するために使用されているが、操作器１０を実際の航空機システムの中に組み込むために他の制御システムを提供することも可能であることは理解されよう。詳細には、知られているタイプのプロペラ制御機構または定速機構を提供することができる。

【0017】

次に、操作器１０の一般動作について、図２〜１１を参照して、操作器１０を使用してプロペラブレード（図示せず）の位置を制御する文脈の中で説明する。図４〜１１に示されているように、航空機の飛行方向は、ページの左側に向かっており、また、プロペラの回転方向は、ページの上側に向かっているものとする。図４〜１１においては、個々の対の図の上側の図は、アーム６２に沿った１つの断面における操作器１０を示しており、また、その対の下側の図は、インボードスタブ軸５８に沿った断面における操作器１０を示している。ロータ１４を反時計方向に回転させることは、ピッチ角を大きくすることである（例えば「粗動ピッチ」）と見なされ、また、ロータ１４を時計方向に回転させることは、ピッチ角を小さくすることである（例えば「微動ピッチ」）と見なされる。

【0018】

ロータ１４を時計方向に移動させるためには、ロータサプライポート５０をポンプ吐出圧力に結合することによってそのロータサプライポート５０が加圧され、ロータドレンポート５４が貯蔵容器８４に結合され、また、ステータポート４２が貯蔵容器８４に結合される。それにより、加圧された流体がロータベーススロット６６を通って流れ、インボード横方向ギャラリ６８に流入した後、最終的にインボードロータポート７０から流出する。インボードロータポート７０から流出する流体によって空洞ＢおよびＤ（図２参照）が満たされる。結果として得られる、アーム６２に対する流体圧力によってロータ１４が時計方向に駆動される。これが生じている間、アーム６２が流体を反対側の空洞ＡおよびＣから変位させる。空洞Ａから変位した流体は、ステータサプライ孔４０から流出し、そこからステータポート４２へ流出する。空洞Ｃから変位した流体は、アウトボードロータポート７４へ流入し、アウトボード横方向ギャラリ７２を横切った後、反対側のアウトボードロータポート７４から流出し、次にステータサプライ孔４０から流出し、そこから貯蔵容器８４へ流出する。

【0019】

ロータ１４を反時計方向へ移動させるためには、次の事象が生じることになる。ロータサプライポート５０が貯蔵容器８４に結合され、ロータドレンポート５４が同じく貯蔵容器８４に向かって開かれ、また、ステータポート４２をポンプ吐出圧力に結合することによってそのステータポート４２が加圧される。それにより、加圧された流体がステータサプライ孔４０から流出して空洞Ａを満たす。流体の一部は、アウトボードロータポート７４に流入し、アウトボード横方向ギャラリ７２を横切った後、反対側のアウトボードロータポート７４から流出して空洞Ｃに流入する。結果として得られる、アーム６２に対する流体圧力によってロータ１４が反時計方向に駆動される。これが生じている間、アーム６２が流体を反対側の空洞ＢおよびＤから変位させる。空洞ＢおよびＤから変位した流体は、インボードロータポート７０に流入し、インボード横方向ギャラリ６８に流入し、次に中央ギャラリ６４に流入してロータベーススロット６６へ向かった後、ロータサプライポート５０およびロータドレンポート５４のいずれか、あるいはそれらの両方から流出する（ロータ１４の位置で決まる）。

【0020】

図４および５を参照すると、プロペラ「ハイピッチ」すなわち「全粗動」位置に対応する全反時計方向位置に位置しているロータ１４が示されている。この位置では、ロータ１４とボス３２および３４の干渉によってそれ以上の反時計方向の運動が防止される。これは「ハード停止」と見なされる。

【0021】

図６および７は、「全微動」すなわち最小飛行ピッチ位置におけるロータ１４を示したものである。この位置では、ベーススロット６６は、ロータサプライ溝４８とロータドレン溝５２を接続し、したがってロータサプライポート５０とロータドレンポート５４を相互接続する。流体の供給が、上で説明したように時計方向の運動のために構成されている場合、ロータサプライポート５０からのすべての加圧流体にロータ４をバイパスさせ、貯蔵容器８４に直接戻すことができる。したがってそれ以上の時計方向の回転は生じない。逆に、流体の供給が、上で説明したように反時計方向の運動のために構成されている場合、正規に動作させることができる。本質的には、時計方向の回転には「油圧」すなわち「ソフト停止」制限が存在している。図４および５に示されている反時計方向制限と、図６および７に示されている時計方向制限との間の運動範囲は、インフライトピッチ角範囲に対応することになる第１の運動範囲として概念的に解釈することができる。

【0022】

図８および９は、時計方向へのさらなる運動を許容するために、上で説明した「ソフト停止」から変化させることができる方法を示したものである。実際には、小さいブレードピッチ角を提供するためには（例えば「地上微動」または「ベータ」運転のために）、あるいは逆推力を提供するためには、さらに時計方向の位置が必要になる。この位置では、ロータサプライポート５０およびロータドレンポート５４はいずれも加圧され、また、ステータポート４２は貯蔵容器８４に結合される。ロータドレンポート圧力とロータサプライポート圧力が平衡し、それにより中央ギャラリ６４への加圧流体の流入が許容され、上で説明したように時計方向へのロータ１４のさらなる運動が実現される。

【0023】

図１０および１１は、最大時計方向すなわち「最大逆」位置におけるロータを示したものである。この位置では、ロータ１４とボス３２および３４の干渉によってそれ以上の時計方向の運動が防止される。これは「ハード停止」と見なされる。図４および５に示されている反時計方向制限と、図１０および１１に示されている時計方向制限との間の運動範囲は、上で説明した第１の範囲より広い第２の運動範囲として概念的に解釈することができる。

【0024】

上で説明した操作器１０によれば、２つの異なる利用可能運動範囲が提供される。制限モードにある場合、駆動角度は、制限されていない場合より小さい。この制限は、すべて油圧制御を使用して課され、したがって重量、複雑性、および従来技術による機械式停止に関わる複雑化が回避される。この操作器は、航空機プロペラブレードおよびファンブレードのコンパクトで単純なピッチ制御を提供するのにとりわけ有用である。

【0025】

以上、回転流体操作器について説明した。本発明の特定の実施形態について説明されているが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な改変を加えることができることは当業者には明らかであろう。したがって本発明の好ましい実施形態および本発明を実践するための最良モードについての以上の説明は、単に説明を目的として提供されたものにすぎず、制限することを目的としたものではない。

【符号の説明】

【0026】

１０ 回転流体操作器
１２ ハウジング
１４ ロータ
１８ インボード端
２０ アウトボード端
２２ ベース
２４ カバー
２６ 周囲壁
２８、３８ 末端壁
３０ 内部チャンバ
３２、３４ ボス
３６ 側壁
４０ ステータサプライ孔
４２ ステータポート
４４ ポートブロック
４６ ポートブロックの穴
４８ ロータサプライ溝
５０ ロータサプライポート
５２ ロータドレン溝
５４ ロータドレンポート
５６ ロータのボディ
５８ インボードスタブ軸
６０ アウトボードスタブ軸
６２ アーム
６４ 中央ギャラリ
６６ ベーススロット
６８ インボード横方向ギャラリ
７０ インボードロータポート
７２ アウトボード横方向ギャラリ
７４ アウトボードロータポート
７６ ポンプ
７８、８０、８２ ３位置弁
８４ 貯蔵容器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】