特許 7406619 ガスタービンエンジンの端子台

(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】

(24)【登録日】2023-12-19

(45)【発行日】2023-12-27

(54)【発明の名称】ガスタービンエンジンの端子台

(51)【国際特許分類】

   H01R 9/22 20060101AFI20231220BHJP

   H02K 5/22 20060101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

H01R9/22

H02K5/22

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022501968

(86)(22)【出願日】2021-02-18

(86)【国際出願番号】 JP2021006117

(87)【国際公開番号】W WO2021167002

(87)【国際公開日】2021-08-26

【審査請求日】2022-08-10

(31)【優先権主張番号】62/978,965

(32)【優先日】2020-02-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】新井 篤典

(72)【発明者】

【氏名】▲崎▼本 建城

(72)【発明者】

【氏名】廣田 隼人

(72)【発明者】

【氏名】大▲桑▼ 達也

(72)【発明者】

【氏名】前里 晃

(72)【発明者】

【氏名】坂本 翔

【審査官】濱田 莉菜子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－００４１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２５４５８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／２０３５８９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｒ ９／００

Ｈ０１Ｒ ９／１５－９／２８

Ｈ０２Ｋ ５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンエンジンンのケーシング内の複数の電気部品からケーシング外の電気装置に向けた配線に用いられる端子台であって、
前記複数の電気部品及び前記電気装置の複数の電線の複数の端子が第１方向に重ねられて当接する少なくとも１層の導体と、
前記第１方向において前記複数の端子及び前記導体を挟むように積層された少なくとも２層の絶縁体と、
前記少なくとも２層の絶縁体のうち前記第１方向の一端側に位置する一端側の絶縁体に対向するストッパと、
前記少なくとも２層の絶縁体のうち前記第１方向の他端側に位置する他端側の絶縁体と前記ストッパとの間に配置され、前記第１方向において前記複数の端子を前記導体に押圧するバネと、を備え、
前記端子は、前記導体の前記第１方向に向いた面に当接する載置部と、前記電線が接続される電線接続部と、前記載置部のうち前記電線接続部とは反対側の端からフック状に突出した抜止部と、を有する、ガスタービンエンジンの端子台。

【請求項2】

ガスタービンエンジンンのケーシング内の複数の電気部品からケーシング外の電気装置に向けた配線に用いられる端子台であって、
前記複数の電気部品及び前記電気装置の複数の電線の複数の端子が第１方向に重ねられて当接する少なくとも１層の導体と、
前記第１方向において前記複数の端子及び前記導体を挟むように積層された少なくとも２層の絶縁体と、
前記少なくとも２層の絶縁体のうち前記第１方向の一端側に位置する一端側の絶縁体に対向するストッパと、
前記少なくとも２層の絶縁体のうち前記第１方向の他端側に位置する他端側の絶縁体と前記ストッパとの間に配置され、前記第１方向において前記複数の端子を前記導体に押圧するバネと、を備え、
前記少なくとも１層の導体は、前記第１方向に離れて配置された第１導体及び第２導体を含み、
前記少なくとも２層の絶縁体は、前記第１方向において前記第１導体と前記第２導体との間に挟まれた絶縁体を含み、
前記第１導体に導通する前記複数の電気部品は、複数の第１電気部品であり、かつ、前記第１導体に導通する前記電気装置は、第１電気装置であり、
前記第２導体に導通する前記複数の電気部品は、複数の第２電気部品であり、かつ、前記第２導体に導通する前記電気装置は、第２電気装置である、ガスタービンエンジンの端子台。

【請求項3】

前記第１電気部品は、センサであり、かつ、前記第１電気装置は、コントローラであり、
前記第２電気部品は、電力消費装置であり、かつ、前記第２電気装置は、電源装置である、請求項２に記載のガスタービンエンジンの端子台。

【請求項4】

前記絶縁体は、セラミックからなる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスタービンエンジンの端子台。

【請求項5】

前記導体及び前記絶縁体は、それぞれリング形状を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービンエンジンの端子台。

【請求項6】

前記ケーシング内のフレームに固定されるスタッドボルトを更に備え、
前記スタッドボルトは、リング状の前記導体及び前記絶縁体の中心を前記第１方向に挿通し、
前記ストッパは、前記スタッドボルトに螺合されるナットである、請求項５に記載のガスタービンエンジンの端子台。

【請求項7】

前記他端側の絶縁体は、前記フレームに支持され、
前記他端側の絶縁体は、前記導体及び端子に対して前記スタッドボルトを隔離するように前記一端側の絶縁体に向けて前記第１方向に延びた絶縁筒部を有する、請求項６に記載のガスタービンエンジンの端子台。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガスタービンエンジンンのケーシング内の複数の電気部品からケーシング外の電気装置に向けた配線に用いられる端子台に関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮機、燃焼器及びタービンが回転軸に沿って配置されたガスタービンエンジンが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－３１２８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ガスタービンエンジンでは、限られた搭載スペースの中で配線を取り廻す必要がある。エンジンのケーシング内の高温領域に配置されたセンサやデバイスの配線をその付近で統合し、ケーシング外に取り廻すためのコンパクトかつ低コストの端子台が求められる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係るガスタービンエンジンの端子台は、ガスタービンエンジンンのケーシング内の複数の電気部品からケーシング外の電気装置に向けた配線に用いられる端子台であって、前記複数の電気部品及び前記電気装置の複数の電線の複数の端子が第１方向に重ねられて当接する少なくとも１層の導体と、前記第１方向において前記複数の端子及び前記導体を挟むように積層された少なくとも２層の絶縁体と、前記少なくとも２層の絶縁体のうち前記第１方向の一端側に位置する一端側の絶縁体に対向するストッパと、前記少なくとも２層の絶縁体のうち前記第１方向の他端側に位置する他端側の絶縁体と前記ストッパとの間に配置され、前記第１方向において前記複数の端子を前記導体に押圧するバネと、を備える。

【0006】

前記構成によれば、ガスタービンエンジンンのケーシング内の複数の電気部品からケーシング外の電気装置に向けた配線に用いられる端子台をコンパクトかつ簡素にできる。

【発明の効果】

【0007】

本開示の一態様によれば、ガスタービンエンジンンのケーシング内の複数の電気部品からケーシング外の電気装置に向けた配線に用いられる端子台をコンパクトかつ簡素にできる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係るガスタービンエンジンの断面図である。

【図2】図２は、図１の端子台の分解斜視図である。

【図3】図３は、図２の端子台の断面図である。

【図4】図４は、図３の端子台の拡大図である。

【図5】図５は、図３の端子台の電気接続を説明するブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

【0010】

図１は、実施形態に係るガスタービンエンジン１の断面図である。図１に示すように、ガスタービンエンジン１は、回転軸５に沿って配置された、圧縮機６、燃焼器７及びタービン８を備える。圧縮機６で圧縮された空気が燃焼器７にて燃焼し、その燃焼ガスがタービン８を回転させて回転軸５が駆動される。なお、回転軸５の軸線が延びる方向を軸線方向Ｘと称し、軸線方向Ｘに直交する方向を径方向Ｙと称する。

【0011】

圧縮機６、燃焼器７及びタービン８は、外殻３によって覆われている。外殻３の径方向Ｙの外方には、ケーシング２が設けられている。ケーシング２と外殻３との間には、バイパス路４が形成されている。ケーシング２の外側には、コントローラ３１（第１電気装置）及び電源装置３２（第２電気装置）が配置されている。ケーシング２の径方向Ｙの内方かつ燃焼器５の下流側は、６５０℃を超える高温領域Ｈになる。高温領域Ｈには、端子台１０が配置されている。

【0012】

端子台１０は、ケーシング２内の燃焼器７の下流側において、タービン８の径方向Ｙの外側に設けられたフレームＦに固定されている。例えば、端子台１０は、ケーシング２の径方向Ｙの内側に配置された状態でフレームＦの径方向Ｙの外側に配置されている。なお、ガスタービンエンジン１にリバースフロー型の燃焼器７を採用した場合等は、ガスタービンエンジン１の軸線方向Ｘにおける燃焼器７の後流で且つタービン８の径方向Ｙの外側の外殻３に端子台１０が設けられてもよい。

【0013】

図２は、図１の端子台１０の分解斜視図である。図３は、図２の端子台１０の断面図である。図４は、図３の端子台１０の拡大図である。図５は、図３の端子台１０の電気接続を説明するブロック図である。図２乃至５に示すように、端子台１０は、スタッドボルトＢ、絶縁体１２、導電リング１３（導体）、端子１４，１５、絶縁リング１６（絶縁体）、導電リング１７（導体）、端子１８，１９、絶縁リング２０（絶縁体）、バネワッシャ２１、絶縁リング２２及びナットＮ（ストッパ）を備える。

【0014】

スタッドボルトＢは、中間軸部Ｂａと、スタッドボルトＢの軸線方向Ｐにおいて中間軸部Ｂａの一側に突出した根元ネジ部Ｂｂと、軸線方向Ｐにおいて中間軸部Ｂａから他側に突出した先端ネジ部Ｂｃと、を有する。中間軸部Ｂａは、先端ネジ部Ｂｃよりも大径である。スタッドボルトＢは、フレームＦに埋設されたインサートネジＩに根元ネジ部Ｂｂが螺合されることでフレームＦに固定されている。スタッドボルトＢは、フレームＦから径方向Ｙの外方に突出している。スタッドボルトＢは、例えば、耐熱性及び導電性を有する金属（例えば、Ｆｅ基、Ｎｉ基又はＣｏ基を主とする超合金）からなる。本実施形態では、スタッドボルトＢの軸線方向Ｐ（第１方向）は、ガスタービンエンジン１の径方向Ｙに延びているが、他の方向に延びていてもよい。

【0015】

絶縁体１２は、絶縁材料からなる。絶縁体１２は、例えば、絶縁性及び耐熱性を有するセラミックからなる。絶縁リング部１２ａ（他端側の絶縁体）と、絶縁リング部１２ａの内周端から絶縁リング部１２ａに対して垂直に突出した絶縁筒部１２ｂと、を有する。絶縁リング部１２ａは、環状板形状を有する。絶縁リング部１２ａは、フレームＦに支持されている。絶縁リング部１２ａ及び絶縁筒部１２ｂは、スタッドボルトＢに遊びをもって外嵌されている。筒部１２ｂは、スタッドボルトＢの軸線方向Ｐに沿って延びている。筒部１２ｂは、導電リング１３，１７及び端子１４，１５，１８，１９に対してスタットボルトＢを隔離する。

【0016】

導電リング１３は、導電性材料からなる環状板である。導電リング１３は、軸線方向Ｐにおいて絶縁リング部１２ａ上に載せられている。導電リング１３は、例えば、耐熱性及び導電性を有する金属（例えば、Ｆｅ基、Ｎｉ基又はＣｏ基を主とする超合金）からなる。導電リング１３は、絶縁筒部１２ｂに遊びをもって外嵌されている。即ち、導電リング１３の内径は、絶縁筒部１２ｂの外径よりも大きい。導電リング１３の外径は、絶縁リング部１２ａの外径と同一又はそれより小さい。

【0017】

複数の端子１４は、ケーシング２内に配置された複数のセンサ４１，４２（第１電気部品）に電線２５を介してそれぞれ接続されている。センサ４１は、例えば、温度センサ等を含む。端子１４は、導電性材料からなる。端子１５は、例えば、耐熱性及び導電性を有する金属（例えば、Ｆｅ基、Ｎｉ基又はＣｏ基を主とする超合金）からなる。端子１４は、軸線方向Ｐにおいて導電リング１３上に載せられている。

【0018】

複数の端子１４の各々は、載置部１４ａ、電線接続部１４ｂ及び抜止部１４ｃを有する。載置部１４ａは、導電リング１３の軸線方向Ｐに向いた面に当接する。電線接続部１４ｂは、載置部１４ａの端に設けられて電線２５が接続されている。抜止部１４ｃは、載置部１４ａのうち電線接続部１４ｂとは反対側の端からフック状に突出している。即ち、載置部１４ａ及び抜止部１４ｃの全体は、Ｌ字形状を有する。

【0019】

端子１５は、ケーシング２外に配置されたコントローラ３１に電線２６を介して接続されている。端子１５は、例えば、耐熱性及び導電性を有する金属（例えば、Ｆｅ基、Ｎｉ基又はＣｏ基を主とする超合金）からなる。端子１５は、軸線方向Ｐにおいて導電リング１３上に載せられている。端子１５の数は、端子１４の数よりも少ない。即ち、電線２６の数は、電線２５の数よりも少ない。端子１５の形状は、端子１４の形状と実質的に同じであるため、その説明を省略する。

【0020】

絶縁リング１６は、絶縁材料からなる環状板である。絶縁リング１６は、例えば、絶縁性及び耐熱性を有するセラミックからなる。絶縁リング１６は、軸線方向Ｐにおいて端子１４，１５上に載せられている。絶縁リング１６は、絶縁筒部１２ｂに遊びをもって外嵌されている。即ち、絶縁リング１６の内径は、絶縁筒部１２ｂの外径よりも大きい。

【0021】

導電リング１７は、導電性材料からなる環状板である。導電リング１７は、軸線方向Ｐにおいて絶縁リング１６上に載せられている。導電リング１７は、導電リング１３から軸線方向Ｐに離れている。導電リング１７は、例えば、耐熱性及び導電性を有する金属（例えば、Ｆｅ基、Ｎｉ基又はＣｏ基を主とする超合金）からなる。導電リング１７は、絶縁筒部１２ｂに遊びをもって外嵌されている。即ち、導電リング１７の内径は、絶縁筒部１２ｂの外径よりも大きい。

【0022】

複数の端子１８は、ケーシング２内に配置された複数の電力消費装置４５，４６（第２電気部品）に電線２７を介してそれぞれ接続されている。電力消費装置４５，４６は、例えば、イグナイタ等を含む。端子１８は、例えば、耐熱性及び導電性を有する金属（例えば、Ｆｅ基、Ｎｉ基又はＣｏ基を主とする超合金）からなる。端子１８は、軸線方向Ｘにおいて導電リング１７上に載せられている。端子１８の形状は、端子１４の形状と実質的に同じであるため、その説明を省略する。

【0023】

端子１９は、ケーシング２外に配置された電源装置３２に電線２８を介して接続されている。端子１９は、例えば、耐熱性及び導電性を有する金属（例えば、Ｆｅ基、Ｎｉ基又はＣｏ基を主とする超合金）からなる。端子１９は、軸線方向Ｐにおいて導電リング１７上に載せられている。端子１９の数は、端子１８の数よりも少ない。即ち、電線２８の数は、電線２７の数よりも少ない。端子１８，１９は、端子１３，１４から軸線方向Ｐに離れている。端子１９の形状は、端子１４の形状と実質的に同じであるため、その説明を省略する。

【0024】

絶縁リング２０は、絶縁材料からなる環状板である。絶縁リング２０は、例えば、絶縁性及び耐熱性を有するセラミックからなる。絶縁リング２０は、軸線方向Ｐにおいて端子１８，１９上に載せられている。絶縁リング２０は、絶縁筒部１２ｂに遊びをもって外嵌されている。即ち、絶縁リング２０の内径は、絶縁筒部１２ｂの外径よりも大きい。

【0025】

バネワッシャ２１は、環状の皿バネである。バネワッシャ２１は、軸線方向Ｐにおいて絶縁リング２０上に載せられている。バネワッシャ２１は、軸線方向Ｐに弾性を有する。バネワッシャ２１は、スタッドボルトＢに遊びをもって外嵌されている。

【0026】

絶縁リング２２は、絶縁材料からなる環状板である。絶縁リング２２は、例えば、絶縁性及び耐熱性を有するセラミックからなる。絶縁リング２２は、軸線方向Ｐにおいてバネワッシャ２１上に載せられている。絶縁リング２２は、スタッドボルトＢに遊びをもって外嵌されている。絶縁リング２２の内径は、絶縁筒部１２ｂの外径よりも小さい。

【0027】

前記したように、絶縁リング部１２ａ、導電リング１３、端子１４，１５、絶縁リング１６、導電リング１７、端子１８，１９、絶縁リング２０、バネワッシャ２１及び絶縁リング２２が、この順にフレームＦ側から積層されて積層体３０を構成している。積層体３０は、スタッドボルトＢの中間軸部Ｂａに遊びをもって外嵌されている。端子１４，１５，１８，１９は、軸線方向Ｐに直交する方向において、導電リング１３，１７、絶縁リング１６，２０，２２及びバネワッシャ２１の群よりも外方に突出している。

【0028】

ナットＮは、積層体３０から突出したスタッドボルトＢの先端ネジ部Ｂｃに螺合されて絶縁リング２２（一端側の絶縁体）に対向している。フレームＦとの間で積層体３０を挟んでいる。ナットＮは、例えば、耐熱性及び導電性を有する金属（例えば、Ｆｅ基、Ｎｉ基又はＣｏ基を主とする超合金）からなる。ナットＮは、軸線方向Ｐにおいて絶縁リング２２をばねワッシャ２１に向けて押圧する位置に位置決めされる。具体的には、ナットＮは、バネワッシャ２１が撓んで且つ更なる弾性変形の余地がある状態になる所定位置に位置決めされる。これにより、バネワッシャ２１の弾性力を限度として、端子１４，１５が導電リング１３に押圧され、端子１８，１９が導電リング１７に軸線方向Ｐに押圧される。

【0029】

スタッドボルトＢは、先端ネジ部Ｂｃに螺合されたナットＮが大径の中間軸部Ｂａの軸線方向Ｐの端面に突き当たった状態で前記所定位置に位置づけられるようにフレームＦに固定されている。即ち、先端ネジ部ＢｃにおいてナットＮを底づかせることで、フレームＦの表面からナットＮまでの距離が固定される。これにより、積層体３０を構成する各部品に過度な軸力が付与されることが防止される。よって、線膨張係数が小さくて割れやすいセラミックを絶縁リング１２，１６，２０，２２に用いることができる。

【0030】

絶縁リング１２ａ，１６，２０，２２は、絶縁性及び耐熱性を有する材料であって６５０℃を超える高温下でも機能し、かつ、端子台１０は、スタッドボルトＢ及びナットＮで締結するシンプルな積層構造であるため、端子台１０を低コストかつコンパクト化できる。そのため、端子台１０は、燃焼器７及びタービン８の後流側の高温領域Ｈに配置することができる。

【0031】

電線２６，２８は、バイパス路４を通過してケーシング２外に導かれてコントローラ３１及び電源装置３２にそれぞれ接続されている。このようにして、端子台１０は、ケーシング２内のセンサ４１，４２及び電力消費装置４５，４６からケーシング２外のコントローラ３１及び電源装置３２に向けた配線に用いられる。

【0032】

なお、本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、絶縁リング１２，１６，２０，２２は、真円のリング形状とする代わりに、楕円や多角形等のリング形状であってもよい。絶縁リング１２，１６，２０，２２は、リング形状ではなく他の形状（例えば、Ｃ形状、円弧状）でもよい。

【0033】

バネワッシャ２１は、最上の絶縁リング２２と最下の絶縁リング部１２ａとの間に介在していれば他の層に介在していてもよい。導電リング１３，１７は、２層としたが、１層でも３層以上でもよい。絶縁リング１２ａ，１６，２０，２２は、４層としたが、２層でも５層以上でもよい。絶縁筒部１２ｂは、軸線方向Ｐに直交する方向において、少なくとも導電リング１３，１８及び端子１４，１５，１８，１９に対向していればよく、絶縁リング２０及びバネワッシャ２１に対向していなくてもよい。

【符号の説明】

【0034】

１ ガスタービンエンジン
２ ケーシング
３ 外殻
４ バイパス路
５ 回転軸
６ 圧縮機
７ 燃焼器
８ タービン
１０ 端子台
１２ 絶縁体
１２ａ 絶縁リング部
１２ｂ 絶縁筒部
１３ 導電リング（導体）
１４，１５，１８，１９ 端子
１４ａ 載置部
１４ｂ 電線接続部
１４ｃ 抜止部
１６ 絶縁リング（絶縁体）
１７ 導電リング（導体）
２０ 絶縁リング（絶縁体）
２１ バネワッシャ
２２ 絶縁リング（絶縁体）
２５～２８ 電線
３１ コントローラ（第１電気装置）
３２ 電源装置（第２電気装置）
４１，４２ センサ（第１電気部品）
４５，４６ 電力消費装置（第２電気部品）
Ｂ スタッドボルト
Ｆ フレーム
Ｎ ナット（ストッパ）
Ｐ 軸線方向（第１方向）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】