JP2017008935A

JP2017008935A - 相対位置の測定

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Publication number: JP2017008935A
Application number: JP2016119478A
Authority: JP
Inventors: イアン・フランシス・プレンティス; Ian Francis Prentice
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2036-06-16
Also published as: JP6242948B2; US11156119B2; US20200003071A1; US10436056B2; CA2932599C; EP3109409A1; US20160376912A1; CA2932599A1; CN106289046B; BR102016014682A8; CN106289046A

Abstract

【課題】細長いスロットまたは開口を必要としないで、シャフトに対するピッチ変更機構の位置を測定する。【解決手段】フィードバックセンサシステムが提供される。フィードバックセンサシステムは、軸方向の周りに回転可能な第１のリング、および同じく軸方向の周りに回転可能な第２のリングを含む。第１のリングは１つまたは複数の第１のリング要素を含み、第２のリングは１つまたは複数の第２のリング要素を含む。フィードバックセンサシステムはまた、第１のリングの表面に向けられて、１つまたは複数の第１のリング要素、および１つまたは複数の第２のリング要素によって影響を受けるパラメータを検知するセンサを含む。センサは、パラメータを検知することによって第２のリングに対する第１のリングの位置を決定することができる。【選択図】図１

Description

本主題は一般に、１つのリングの別のリングに対する位置を決定するためのフィードバックセンサに関する。

ガスタービンエンジンは一般に、互いに機械的に連通して配置されたファンおよびコアを含む。さらに、ガスタービンエンジンのコアは一般に、直列流れ順に、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、および排気セクションを含む。作動時、空気は圧縮機セクションの入口を通って流れ、圧縮機セクションで、１つまたは複数の軸流圧縮機が空気を漸進的に圧縮した後、空気は燃焼セクションに達する。燃料は圧縮空気と混合され、燃焼セクション内で燃焼して燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは燃焼セクションからタービンセクションへ送られる。燃焼セクションを通った燃焼ガスの流れは、タービンセクションを駆動し、その後、排気セクションを通って、例えば大気へ流れる。特定の構成では、タービンセクションは、ガスタービンエンジンの軸方向に沿って延在する１つまたは複数のシャフトによって、圧縮機セクションに機械的に結合される。

ファンは、ガスタービンエンジンのコアよりも大きな半径の複数のブレードを含み、ファンおよび複数のブレードは１つまたは複数のシャフトによって駆動される、または１つまたは複数のシャフトとともに回転可能である。特定のガスタービンエンジンでは、ファンは、複数のブレードがそれぞれ、ピッチ変更機構によって各ピッチ軸の周りに回転可能となるような可変ピッチファンである。ピッチ変更機構は、複数のブレードおよび１つまたは複数のシャフトに対するその角度位置を変えることによって、複数のブレードのそれぞれをそれらの各ピッチ軸周りに回転させることができる。

特定の実施形態では、複数のブレードに対するピッチ変更機構の位置を測定して複数のブレードのピッチを測定するためにフィードバックセンサを備えることは有益となり得る。典型的には、ピッチ変更機構は、１つまたは複数のシャフト内に、または１つまたは複数のシャフトに隣接して少なくとも部分的に配置される。したがって、複数のブレード、および１つまたは複数のシャフトに対するピッチ変更機構の位置を測定するために、センサがピッチ変更機構を見通すための細長いスロットまたは開口を１つまたは複数のシャフトは含まなければならない。しかしながら、このような構成では、１つまたは複数のシャフトの強度を下げる可能性がある、または細長いスロットまたは開口を入れるために１つまたは複数のシャフトの強度をさらに上げる必要がある。これに代えて、センサを１つまたは複数のシャフト内に配置して、例えば無線通信ネットワークを使ってセンサをガスタービンエンジンのコントローラに接続することができる。しかしながら、このような構成は信頼性が低くなり得る。

したがって、細長いスロットまたは開口を必要としないで、１つまたは複数のシャフトに対するピッチ変更機構の位置を測定することができるセンサは有用となろう。より具体的には、１つまたは複数のシャフトに対するピッチ変更機構の位置を１つまたは複数のシャフトを通して測定することができるセンサは特に有用となろう。

米国特許出願公開第２０１４／０２８８８６５号公報

本発明の態様および利点は、以下の説明で部分的に明らかにされ、またはその説明から理解することができ、または本発明の実施を通じて学ぶことができる。

本開示の１つの例示的な実施形態では、フィードバックセンサシステムが提供される。フィードバックセンサシステムは、軸方向の周りに回転可能な第１のリングを含む。第１のリングは、１つまたは複数の第１のリング要素を有する表面を含む。フィードバックセンサシステムはまた、軸方向の周りに回転可能な第２のリングを含む。第２のリングは、１つまたは複数の第２のリング要素を有する表面を含む。フィードバックセンサシステムはまた、第１のリングの表面に向けられて、１つまたは複数の第１のリング要素、および１つまたは複数の第２のリング要素によって影響を受けるパラメータを検知して、第２のリングに対する第１のリングの位置を決定するセンサを含む。

本開示の別の例示的な態様では、ガスタービンエンジン内での第２のリングに対する第１のリングの位置を決定するための方法が提供される。第１のリングは、１つまたは複数の第１のリング要素を有する表面を含み、第２のリングは、１つまたは複数の第２のリング要素を有する表面を含む。本方法は、センサを第１のリングの表面の方へ向けることと、１つまたは複数の第１のリング要素、および１つまたは複数の第２のリング要素によって影響を受けるパラメータをセンサで検知することと、センサで検知されたパラメータに基づいて、第２のリングに対する第１のリングの位置を決定することと含む。

本開示のさらに別の例示的な実施形態では、軸方向を定めるガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、シャフトによって圧縮機セクションに機械的に結合されたタービンセクションと、シャフトによって駆動されるファンとを含む。ファンは複数のファンブレードを含む。ガスタービンエンジンはまた、複数のファンブレードのピッチを変えるように複数のファンブレードと機械的に連通した作動部材を含む。ガスタービンエンジンはまた、フィードバックセンサシステムを含む。フィードバックセンサシステムは、ガスタービンエンジンのシャフトとともに回転可能な第１のリングを含む。第１のリングは、１つまたは複数の第１のリング要素を有する表面を含む。フィードバックセンサシステムはまた、ガスタービンエンジンの作動部材とともに回転可能な第２のリングを含む。第２のリングは、１つまたは複数の第２のリング要素を有する表面を含む。フィードバックセンサシステムはまた、第１のリングの表面に向けられて、１つまたは複数の第１のリング要素、および１つまたは複数の第２のリング要素によって影響を受けるパラメータを検知して、第２のリングに対する第１のリングの位置を決定するセンサを含む。

本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照すればよりよく理解できるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものであり、本記述と併せて本発明の実施形態を例示して本発明の原理を説明する働きをしている。

当業者を対象として、最良の態様を含む本発明の完全かつ有効な開示を、添付の図を参照して本明細書で説明する。

本主題の様々な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの前方端の概略図である。本開示の例示的なガスタービンによるフィードバックセンサシステムを含む、図２の例示的なガスタービンエンジンの前方端の拡大概略図である。図３の例示的なフィードバックセンサシステムの断面図である。図３の例示的なフィードバックセンサシステムによって検知されたパラメータの値を示すグラフである。本開示の別の例示的な実施形態によるフィードバックセンサシステムの概略断面図である。本開示の例示的な態様によるガスタービンエンジン内での第２のリングに対する第１のリングの位置を決定するための方法の流れ図である。

次に、本発明の実施形態を詳細に参照するが、それらのうちの１つまたは複数の例を添付図面に示す。詳細な説明では、図面内の要素を指すために数字表示および文字表示を使用する。図面および記述における類似または同様の表示は、本発明の類似または同様の部品を指すために使用されている。本明細書で使用するとき、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」は、１つの構成部品を別の構成部品と区別するために交換可能に使用される場合があり、個々の構成部品の位置または重要性を意味することを意図していない。

次に、図面を参照するが、これらの図面では、図面全体を通して同一の数字は同じ要素を示している。図１は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。より具体的には、図１の実施形態では、ガスタービンエンジンは高バイパスターボファンジェットエンジン１０であり、本明細書では、これを「ターボファンエンジン１０」と称する。図１に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（参考のために示した長手方向中心線１２に平行に延在する）、半径方向Ｒ、および周方向（符号なし）を定める。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４、およびファンセクション１４の下流に配置されたコアタービンエンジン１６を含む。

図示の例示的なコアタービンエンジン１６は一般に、環状の入口２０を画定する実質的に管状の外側ケーシング１８を含む。外側ケーシング１８内には、直列流れ関係で、ブースタまたは低圧（ＬＰ：ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅ）圧縮機２２および高圧（ＨＰ：ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅ）圧縮機２４を含む圧縮機セクション、燃焼セクション２６、高圧（ＨＰ）タービン２８および低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクション、ならびにジェット排気ノズルセクション３２が収まっている。高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動可能に接続する。低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動可能に接続する。

図示の実施形態では、ファンセクション１４は、間隔を置くようにしてディスク４２に結合された複数のファンブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。図示のように、ファンブレード４０は、半径方向Ｒに概ね沿ってディスク４２から外向きに延在する。ファンブレード４０およびディスク４２は、動力歯車装置４４を通るＬＰシャフト３６によって、長手方向軸１２の周りを周方向に一緒に回転することができる。動力歯車装置４４は複数の歯車を含んで、ＬＰシャフト３６の回転速度をより効率的なファンの回転速度に下げる。さらに、ファンブレード４０が適切な作動部材４６に動作可能に結合されることによって、各ファンブレード４０は、ディスク４２に対してピッチ軸Ｐの周りを回転することができる。作動部材４６は、ファンブレード４０のピッチを同時にまとめて変えるように構成される。さらに、図示の実施形態では、作動部材４６はまた、長手方向軸１２の周りを周方向に回転することができる。作動部材４６は、その角度位置を複数のブレード４０およびＬＰシャフト３６に対して変えることによって、各ファンブレード４０のピッチをある程度変える。例えば、作動中、作動部材４６の少なくとも一部分は複数のブレード４０およびＬＰシャフト３６に対して一時的に速度を上げて、または下げて、複数のファンブレード４０およびＬＰシャフト３６に対するその角度位置を変えて、複数のブレード４０のそれぞれのピッチを変えることができる。

図１の例示的な実施形態をさらに参照すると、ディスク４２は、空気流が複数のファンブレード４０を通りやすくなるように空気力学的な輪郭をもつ回転可能な前面スピナ４８によって覆われる。さらに、例示的なファンセクション１４は、ファン３８、および／またはコアタービンエンジン１６の少なくとも一部分を周方向に取り囲む環状のファンケーシングまたは外側ナセル５０を含む。当業者であれば、ナセル５０は、周方向に離間した複数の出口案内翼５２によって、コアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成することができることを理解されたい。さらに、ナセル５０の下流セクション５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分を覆って延在して、それらの間にバイパス空気流通路５６を画定することができる。

ターボファンエンジン１０の作動中、ある量の空気５８が、ナセル５０および／またはファンセクション１４に付随する入口６０を通ってターボファン１０に入る。その量の空気５８がファンブレード４０を通りすぎると、矢印６２で示す空気５８の第１の部分はバイパス空気流通路５６内に向けられ、または送られ、矢印６４で示す空気５８の第２の部分はＬＰ圧縮機２２内に向けられ、または送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との比は通常、バイパス比として知られる。次いで、空気の第２の部分６４は、高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通るように送られて、その圧力を増大させられ、さらに燃焼セクション２６内に送られて、そこで燃料と混合されて燃焼して燃焼ガス６６が発生する。

燃焼ガス６６はＨＰタービン２８を通るように送られ、そこで、燃焼ガス６６から、エネルギーおよび／または運動エネルギーの一部分が、外側ケーシング１８に結合されたＨＰタービンステータベーン６８と、ＨＰシャフトまたはスプール３４に結合されたＨＰタービンロータブレード７０との連続した段によって取り出され、したがって、ＨＰシャフトまたはスプール３４が回転させられ、それによって、ＨＰ圧縮機２４の作動が維持される。次いで、燃焼ガス６６はＬＰタービン３０を通るように送られ、そこで、燃焼ガス６６から、熱エネルギーおよび運動エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合されたＬＰタービンステータベーン７２と、ＬＰシャフトまたはスプール３６に結合されたＬＰタービンロータブレード７４との連続した段によって取り出され、したがって、ＬＰシャフトまたはスプール３６が回転させられ、それによって、ＬＰ圧縮機２２の作動および／またはファン３８の回転が維持される。

続いて、燃焼ガス６６はコアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通るように送られて推進力を与える。同時に、空気の第１の部分６２がバイパス空気流通路５６を通るように送られると、空気の第１の部分６２の圧力が実質的に上昇し、その後、ターボファン１０のファンノズル排気セクション７６から排出されてこれもまた推進力を与える。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、およびジェット排気ノズルセクション３２は、燃焼ガス６６をコアタービンエンジン１６を通って送るための高温ガス通路７８を少なくとも部分的に画定する。

図示していないが、ターボファンエンジン１０の動作は、圧縮機セクション、タービンセクション、燃焼セクション２６、および／または周囲環境などの様々な状態を検出する圧力および温度センサなどのいくつかのセンサによって監視することができる。これに加えて、下記でより詳細に論じるように、ターボファンエンジン１０はさらにフィードバックセンサシステム１００（図２参照）を備えて、ＬＰシャフト３６に対する作動部材４６の位置を測定して複数のファンブレード４０のピッチを決定することができる。フィードバックセンサシステム１００を含むセンサは、ターボファンエンジン１０の特定の態様を制御するために備えられたコントローラ（図示せず）と動作可能に連通することができる。コントローラは、概ね、タービンエンジンを本明細書で説明するように制御および／または操作することができる当技術分野で知られた任意のタービンエンジン制御システムとすることができる。一般に、コントローラは、コンピュータで実施する様々な機能を実行するように構成された１つまたは複数のプロセッサおよび関連する記憶装置を有する任意のコンピュータシステムを含んでターボファンエンジン１０を制御することができる。例えば、コントローラは、特定の航空機エンジンの制御で使用される全デジタル電子式制御（ＦＡＤＥＣ：ｆｕｌｌ−ａｕｔｈｏｒｉｔｙｄｉｇｉｔａｌｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｎｔｒｏｌ）制御システムを含むことができる。

本明細書で使用するとき、用語「プロセッサ」は、コンピュータに含まれるものとして当技術分野で言及される集積回路を指すだけでなく、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、特定用途向け集積回路、および他のプログラム可能な回路も指すことを理解されたい。さらに、記憶装置は一般に、限定するものではないが、コンピュータ読取可能な媒体（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ））、コンピュータ読取可能な非揮発性媒体（例えば、フラッシュメモリ）、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ：ｃｏｍｐａｃｔｄｉｓｃ−ｒｅａｄｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ：ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌｄｉｓｋ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ：ｄｉｇｉｔａｌｖｅｒｓａｔｉｌｅｄｉｓｃ）、および／または他の適切な記憶素子を含む記憶素子を含むことができる。記憶装置は、プロセッサによって実行されるとき、所望の機能を実行するソフトウェアまたは他の制御命令を含むことができる。

図１に示したターボファンエンジン１０は単なる一例であり、他の例示的な実施形態では、任意の他の適切なガスタービンエンジンが提供される場合があることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、ターボファンエンジン１０はアンダクテッドターボファンエンジンの場合があり、動力歯車装置４４を含む場合も含まない場合もあり、かつ／または可変ピッチファン３８を含む場合も含まない場合もある。本明細書で使用するとき、用語「ファン」は、ターボファンエンジン１０などのダクテッドターボファンエンジンのファン３８、アンダクテッドターボファンエンジンのファン構成部品、および／またはターボプロップエンジンのプロペラ構成部品を指す場合がある。

次に、図２を参照すると、本開示の例示的な実施形態によるターボファンエンジン１０の前方端の拡大図が示されている。具体的には、図２の拡大図は、本開示の例示的な実施形態によるフィードバックセンサシステム１００を含むターボファンエンジン１０の前方端のファン３８の一部分を示している。図示の例示的な実施形態では、ＬＰシャフト３６はファン３８のディスク４２に取り付けられ、ファン３８はＬＰシャフト３６によって駆動される。次に、複数のファンブレード４０のそれぞれは、複数の各トラニオン機構１０２を通じてディスク４２に取り付けられる。トラニオン機構１０２によって、各ファンブレード４０は各ピッチ軸Ｐの周りに回転することができる。

さらに、作動部材４６は、半径方向Ｒに沿ってファン３８のディスク４２およびトラニオン機構１０２の内側に配置される。作動部材４６は、複数のファンブレード４０のそれぞれのピッチを変えるために、中心線１２の周りを周方向Ｃ（図４参照）にファン３８とともに回転する。図示の実施形態では、作動部材４６は角度作動部材４６である。より具体的には、作動部材４６は複数の延長部１０４を含み、各延長部１０４は、概ね半径方向Ｒに沿って外向きに各トラニオン機構１０２へ延在する。延長部１０４は、ディスク４２内の各トラニオン機構１０２およびファンブレード４０を回転させて、このようなファンブレード４０のピッチを変える。延長部１０４が回転すると、作動部材４６のアーム１０６の角度位置は、ＬＰシャフト３６、ディスク４２、および複数のファンブレード４０に対し変化する。

したがって、図示の実施形態では、複数のファンブレード４０の各ファンブレード４０のピッチは、ＬＰシャフト３６に対する作動部材４６の角度位置、より具体的には、作動部材４６のアーム１０６の角度位置を測定することによって測定することができる。フィードバックセンサシステム１００は、このような測定を行うために備えられる。より具体的には、フィードバックセンサシステム１００は、センサが作動部材４６を物理的に見通すためにＬＰシャフト３６に孔、スロット、開口などを何ら必要とすることなくこのような測定を行うために備えられる。したがって、このような実施形態では、ＬＰシャフト３６の強度を下げて、ＬＰシャフト３６に対する作動部材４６の位置を測定する必要がない。

次に、図２のフィードバックセンサシステム１００の拡大図を示す図３も参照すると、フィードバックセンサシステム１００は全体として、ターボファンエンジン１０の軸方向Ａの周りを回転可能な第１のリング１０８、これもまたターボファンエンジン１０の軸方向Ａの周りを回転可能な第２のリング１１０、およびセンサ１１２を含む。図示の実施形態では、第１のリング１０８は、ＬＰシャフト３６とともに回転可能である、すなわち、より具体的には、ＬＰシャフト３６に取り付けられ、第２のリング１１０は、作動部材４６とともに回転可能である、すなわち、より具体的には、作動部材４６のアーム１０６に固定して取り付けられ、かつ、センサ１１２は、静止構成部品、すなわち、非回転構成部品に取り付けられて、第１のリング１０８に近接した固定位置にある。図示の実施形態では、第１のリング１０８は、第２のリング１１０の表面１１８と実質的に平行に延在する表面１１４を画定し、その結果、第２のリング１１０は、第１のリング１０８内に入れ子状になっている。さらに、第１および第２のリング１０８、１１０の表面１１４、１１８は、ターボファンエンジン１０の軸方向Ａに対してゼロより大きな角度になっている。

第１および第２のリング１０８、１１０はそれぞれ、実質的に永続して環状の形状を有する剛性の高い材料で形成することができ、任意の適切な取付手段を用いてターボファンエンジン１０内に取り付けることができる。例えば、第１および第２のリング１０８、１１０の一方または両方は、構成部品およびターボファンエンジン１０と、例えば、溶接によって一体で形成することができ、さもなければ、ターボファンエンジン１０内の構成部品に１つまたは複数の適切な機械的締結具を用いて取り付けることができる。これに加えて、またはこれに代えて、第１および第２のリング１０８、１１０の一方または両方は、１つまたは複数の可撓性の材料で形成して、各構成部品に取り付けることによって「リング状」または「環状」にすることができる。

次に、図４もまた参照すると、図２のフィードバックセンサシステム１００のターボファンエンジン１０の軸方向に沿った断面図が示されている。図示のように、第１のリング１０８の表面１１４は、１つまたは複数の第１のリング要素１１６を含み、第２のリング１１０の表面１１８は同様に、１つまたは複数の第２のリング要素１２０を含む。センサ１１２は、第１のリング１０８の表面１１４に向けられて、１つまたは複数の第１のリング要素１１６、１つまたは複数の第２のリング要素１２０、およびセンサ１１２と第１および第２のリング１０８、１１０との間の離隔距離によって影響を受けるパラメータを検知して、第２のリング１１０に対する第１のリング１０８の位置を決定する。より具体的には、センサ１１２はセンシング軸１２２を定める。センサ１１２は、センシング軸１２２に沿って第１および第２のリング１０８、１１０から所定の離隔距離だけ離れて配置され、かつ、センシング軸１２２が第１のリング１０８の表面１１４を通り、さらに第２のリング１１０の表面１１８を通って延在するように配置される。

図示の実施形態では、１つまたは複数の第１のリング要素１１６は、第１のリング１０８の表面１１４に沿って離間した複数の第１のリングの歯であり、１つまたは複数の第２のリング要素１２０は、第２のリング１１０の表面１１８に沿って離間した複数の第２のリングの歯である。図示の実施形態では、第１のリングの歯のそれぞれ、および第２のリングの歯のそれぞれは実質的に同じ四角の幾何形状（外形）を有することに留意されたい。しかしながら、他の例示的な実施形態では、１つまたは複数の第１のリング要素１１６、および１つまたは複数の第２のリング要素１２０は任意の他の適切な幾何形状を有することができることを理解されたい。さらに、本明細書で使用するとき、「実質的に」または「約」などの近似の用語は、１０パーセント（１０％）の誤差内であることを指すことを理解されたい。

第１のリング１０８は、周方向Ｃの周りに連続したリングであり、第２のリング１１０もまた周方向Ｃの周りに連続したリングである。第１のリング１０８は、隣接する第１のリング１０８の各要素間の厚さより厚い１つまたは複数の第１のリング要素１１６のそれぞれにおける厚さを定める。同様に、第２のリング１１０は、隣接する第２のリング１１０の各要素間の厚さより厚い１つまたは複数の第２のリング要素１２０のそれぞれにおける厚さを定める。本明細書で使用するとき、第１および第２のリング１０８、１１０の厚さは、センシング軸１２２に沿った厚さを指す。

第１のリング１０８はさらに、複数の第１のリング要素１１６とは異なる幾何形状を有する標識１２４を含む。より具体的には、図示の実施形態では、第１のリング１０８は、１つまたは複数の第１のリング要素１１６の厚さより厚い標識１２４における厚さを定める。しかしながら、他の実施形態では、標識１２４は、１つまたは複数の第１のリング要素１１６からそれ自体を識別するための任意の他の幾何形状を有することができることを理解されたい。下記で論じるように、標識１２４は第１のリング１０８の新たな周期を示す。さらに、標識１２４と１つまたは複数の第１のリング要素１１６とは、周方向Ｃの周りを第１のリング１０８の表面１１４に沿って均等に離間している。同様に、１つまたは複数の第２のリング要素１２０もまた、周方向Ｃの周りを第２のリング１１０の表面１１８上を均等に離間している。

第２のリング１１０の表面１１８には、第１のリング１０８の表面１１４にある第１のリング要素１１６とは異なる数の第２のリング要素１２０があることに留意されたい。例えば、図示の実施形態では、第２のリング１１０の表面１１８にある第２のリング要素１２０は、第１のリング１０８の表面１１４にある第１のリング要素１１６より６つ少ない。しかしながら、他の例示的な実施形態では、第２のリング１１０の表面１１８は任意の他の適切な数の第２のリング要素１２０を有することができることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、第２のリング１１０の表面１１８にある第２のリング要素１２０は、第１のリング１０８の表面１１４にある第１のリング要素１１６より少なくとも４つ少なくすることができる、または、第１のリング１０８の表面１１４にある第１のリング要素１１６より少なくとも２つ少なくすることができる。しかしながら、これに代えて、他の例示的な実施形態では、第２のリング１１０の表面１１８にある第２のリング要素１２０は、第１のリング１０８の表面１１４にある第１のリング要素１１６より多くすることができる。

図示の実施形態では、第１のリング要素１１６が、第２のリング要素１２０と周方向Ｃに沿って完全に重なっているのは数か所だけである。これは、標識１２４と第１のリング要素１１６とが第１のリング１０８の表面１１４に均等な間隔で配置されていること、第２のリング要素１２０が第２のリング１１０の表面１１８に均等な間隔で配置されていること、および第１のリング要素１１６と第２のリング要素１２０の数が異なることの結果である。上述のように、図示の実施形態では、第２のリング１１０にある第２のリング要素１２０は、第１のリング１０８にある第１のリング要素１１６より６つ少ない。したがって、図示の実施形態では、第１のリング要素１１６と第２のリング要素１２０とは、周方向Ｃに沿って６か所の最高点１２６で完全に重なる。

さらに、フィードバックセンサシステム１００は、第１のリング要素１１６と第２のリング要素１２０との重なり量に基づいて、第２のリング１１０に対する第１のリング１０８の角度位置を決定するように構成される。より具体的には、図示の実施形態では、１つまたは複数の第１のリング要素１１６、および１つまたは複数の第２のリング要素１２０によって影響を受ける、センサ１１２によって検知されるパラメータは、磁束である。したがって、第１のリング１０８、または少なくとも第１のリング要素１１６を鉄鋼材料で形成することができ、かつ、第２のリング１１０、または少なくとも第２のリング要素１２０を同様に鉄鋼材料で形成することができる。したがって、最高点１２６においては、第１のリング１０８の要素は第２のリング１１０の要素と完全に重なっており、センサ１１２によって検知される磁束の量は比較的高い。対照的に、最高点１２６と最高点１２６との間では、すなわち最低点１２８では、第１のリング１０８の要素は、隣接する第２のリング要素１２０の間に位置しており、センサ１１２によって検知される磁束の量は比較的低い。さらに、標識１２４が第１のリング要素１１６とは異なる幾何形状の場合、標識１２４がセンサ１１２の下を通るときにセンサ１１２によって検知される磁束の量は、最高点１２６でセンサ１１２が検知する磁束の量よりもさらに高い。このような構成によって、フィードバックセンサシステム１００は、第１のリング１０８の１回転を決定することができる。このような構成によってまた、センサ１１２は、検知された最高点１２６および最低点１２８に対する検知された標識１２４の位置に基づいて、第２のリング１１０に対する第１のリング１０８の角度位置を決定することができる。

しかしながら、他の例示的な実施形態では、１つまたは複数の第１および第２のリング要素１１６、１２０は、任意の他の適切な態様で磁化することができることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、第１および第２のリング１０８、１１０の一方または両方を電磁石として構成することができる。このような構成では、第１および第２のリング１０８、１１０の一方または両方は、第１および第２のリング１０８、１１０の各表面に突き出て延在する要素を含まないようにできることに留意されたい。例えば、第１および第２のリング要素１１６、１２０は電荷を有するコイルまたは他の電線構成体を含むことができて、その結果、第１および第２のリング１０８、１１０は磁場を有する離散した領域を画定する。

次に、図５を参照すると、図２の例示的なフィードバックセンサシステム１００の作動中に、センサ１１２によって検知された例示的なパラメータの値のグラフが示されている。グラフには、Ｘ軸に回転角度、およびＹ軸に検知されたパラメータの値の単位（ゼロで正規化されている）が含まれる。図示のように、センサ１１２は、最高点１２６と最低点１２８との間を振動するパラメータの変化過程を検知する。センサ１１２はまた、標識１２４がセンサ１１２の下を通ることに応答した外れ値１３０を検知する。外れ値１３０は、第１および第２のリング１０８、１１０の新たな周期を示す。さらに、前述したように、センサ１１２は、検知したパラメータの値の変化過程に対する標識１２４／外れ値１３０の位置に基づいて、第２のリング１１０に対する第１のリング１０８の角度位置を決定することができる。

前述したように、第２のリング１１０の表面１１８には、第１のリング１０８の表面１１４に含まれる第１のリング要素１１６より６つ少ない第２のリング要素１２０が含まれることに留意されたい。したがって、検知されたパラメータの変化過程は、１回転当たり（すなわち、３６０度の回転当たり）６回繰り返す。このような構成では、フィードバックセンサシステム１００は、最大６０度の全範囲に対して−３０度と＋３０度との間で相対角度位置を決定することができる。上記の図２の例示的な実施形態に対する作動部材４６では、複数のファンブレード４０のそれぞれに対するピッチの変化の全範囲になる相対角度の動きが６０度より小さいことが必要であることに留意されたい。しかしながら、他の例示的な実施形態では、作動部材４６が、複数のファンブレード４０のそれぞれに対するピッチの変化の全範囲になる相対角度の動きが６０度より大きいことを必要とする場合がある。第１のリング１０８の表面１１４の第１のリング要素１１６の数、および第２のリング１１０の表面１１８の第２のリング要素１２０の数を修正することによって、フィードバックセンサシステム１００は、３６０度までの相対的な動きを測定するように構成することができる。例えば、フィードバックセンサシステム１００は、第１のリング要素１１６より１つだけ少ない第２のリング要素１２０を備えることによって、３６０度までの相対角度の動きを測定することができる。その上、さらに他の例示的な実施形態では、センサ１１２は、例えば、標識１２４が３６０度の印を超えて通る回数を数えることによって、３６０度より大きな相対的な動きを検知するように構成することができる。

したがって、本開示によるフィードバックセンサシステムは、第２のリングを直接の見通すことを必要とせずに、第２のリングに対する第１のリングの位置をより容易に検知することができる。なお、例示的なフィードバックセンサシステムは、作動部材とともに使用されるように描かれているが、他の実施形態では、例示的なフィードバックセンサシステムは、その代わりに、軸方向Ａの周りに回転可能で、センサが構成部品のうちの１つを直接見通すことが困難となる場合がある入れ子になった任意の他の構成部品とともに使用することができることを理解されたい。

次に、図６を参照すると、本開示の別の例示的な実施形態によるフィードバックセンサシステム１００の断面図が示されている。図示の実施形態では、第１のリング１０８は、図２から４に示した第１のリング１０８と実質的に同じ態様で構成される。例えば、第１のリング１０８は環状の形状を画定し、標識１２４（図示せず）および１つまたは複数の第１のリング要素１１６を有する表面１１４を含む。１つまたは複数の第１のリング要素１１６は、第１のリング１０８の表面１１４上の離間した複数の歯である。図６の実施形態は、１つまたは複数の第２のリング要素１２０を備える表面１１８を有する第２のリング１１０をさらに含む。しかしながら、図６の実施形態では、１つまたは複数の第２のリング要素１２０は、第２のリング１１０の表面１１８から、第２のリング１１０の長さに沿って（すなわち、軸方向Ａに沿って）渦巻き状に延在した複数の螺旋状の隆起１２０である。より具体的には、図示の実施形態では、第２のリング１１０は、円筒として構成され、第１および第２のリング１０８、１１０の表面１１４、１１８は、軸方向Ａに実質的に平行である。図示の例示的な実施形態では、第２のリング１１０に対する第１のリング１０８の角度位置は変化しないことに留意されたい。しかしながら、第２のリング１１０に対する第１のリング１０８の軸方向位置は変化する。したがって、図６の例示的なフィードバックセンサシステム１００は、第２のリング１１０に対する第１のリング１０８の軸方向位置を決定するように構成される。

さらに具体的には、図示の実施形態では、第２のリング１１０が、第１のリング１０８に対して軸方向Ａに沿って動くと、第２のリング要素１２０は、第１のリング要素１１６と異なった態様で並ぶことになる。図６の例示的な実施形態の軸方向断面は、図４に示した断面と実質的に同じに見えることに留意されたい。さらに、図６の例示的なフィードバックセンサシステム１００の作動中にセンサ１１２によって検知されるパラメータの値は、図５のグラフに示された値と実質的に同じに見える。

図２から４、および／または図６の例示的な実施形態は、第２のリングに対して第１のリングの位置を測定することが望ましい任意の機械に組み込むことができる。例えば、特定の実施形態では、フィードバックセンサシステム１００は、ＬＰシャフト３６および複数のファンブレード４０に対して軸方向Ａに沿って動かすことによって、複数のファンブレード４０のピッチを変える作動部材４６を含むターボファンエンジン１０などのガスタービンエンジン内に組み込むことができる。これに加えて、またはこれに代えて、図６の例示的な実施形態は、例えば、互いの中に入れ子状になったガスタービンエンジンの２つの構成部品の間の相対的な熱膨張を測定するために使用することができる。さらに、図２から４、および／または図６の例示的な実施形態は、本明細書では、ガスタービンエンジン内に組み込むように説明したが、他の実施形態では、その代わりに、任意の他の適切な機械内に組み込むことができる。

しかしながら、さらに他の例示的な実施形態では、第１のリング１０８に対する第２のリング１１０の位置を検知するために、任意の他の適切な手段を提供することができることもまた理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、センサ１１２によって検知されるパラメータは、磁束ではなくて、その代わりに、例えば光学的な値とすることができる。例えば、そのような例示的な実施形態では、第１および第２のリング１０８、１１０は透明または半透明な材料で形成することができ、１つまたは複数の第１のリング要素１１６および１つまたは複数の第２のリング要素１２０はそれぞれ、第１のリング１０８および第２のリング１１０の残りの部分より透明度が大きい、または小さい第１および第２のリング１０８、１１０の部分とすることができる。さらに、このような例示的な実施形態では、光源もまた第１のリング１０８および第２のリング１１０内に配置することができ、光の強度をセンサ１１２（光学センサ１１２とすることができる）によって検知し、第２のリング１１０に対する第１のリング１０８の位置を決定することができる。

次に、図７を参照すると、ガスタービンエンジン内での第２のリングに対する第１のリングの位置を決定するための方法（２００）が提供される。特定の例示的な実施形態では、図７の例示的な方法（２００）は、図２から５を参照して、または図６および７を参照して上記で説明したフィードバックセンサシステム１００とともに使用することができる。したがって、第１のリングは、１つまたは複数の第１のリング要素を含む表面を有することができ、第２のリングは、１つまたは複数の第２のリング要素を含む表面を有することができる。

例示的な方法（２００）は、（２０２）において、センサを第１のリングの表面の方へ向けること、ならびに、（２０４）において、１つまたは複数の第１のリング要素、および１つまたは複数の第２のリング要素によって影響を受けるパラメータをセンサで検知することを含む。例えば、特定の例示的な実施形態では、パラメータは磁束とすることができる。さらに、例示的な方法（２００）は、これに加えて、（２０６）において、センサで検知されたパラメータに基づいて、第２のリングに対する第１のリングの位置を決定することを含む。例示的な方法（２００）が図２から５のフィードバックセンサシステムとともに使用されるとき、（２０６）において、第２のリングに対する第１のリングの位置を決定することは、第２のリングに対する第１のリングの角度位置を決定することを含むことができる。対照的に、例示的な方法（２００）が図６および７のフィードバックセンサシステムとともに使用されるとき、（２０６）において、第２のリングに対する第１のリングの位置を決定することは、第２のリングに対する第１のリングの軸方向位置を決定することを含むことができる。

さらに、図７に示した方法（２００）の特定の例示的な態様では、（２０６）において、センサで検知されたパラメータに基づいて、第２のリングに対する第１のリングの位置を決定することは、（２０８）において、パラメータの値の変化過程を検知すること、（２１０）において、第１のリングの表面に含まれる標識を検知すること、および、（２１２）において、検知されたパラメータの値の変化過程における標識の位置に基づいて、第２のリングに対する第１のリングの位置を決定することをさらに含むことができる。

図７に示した例示的な態様による方法によって、第２のリングを見通すことを必要とせずに、第２のリングに対する第１のリングの位置を検知することができる。したがって、このような例示的な態様による方法によって、第１のリングに、または第１のリングが取り付けられた構成部品にいかなる孔、スロット、または他の開口を有することなく、第２のリングに対する第１のリングの角度位置または軸方向位置を検知することができる。

本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるように本発明を開示している。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。

１０ターボファンエンジン
１２長手方向または軸方向中心線
１４ファンセクション
１６コアタービンエンジン
１８外側ケーシング
２０入口
２２低圧（ＬＰ）圧縮機
２４高圧（ＨＰ）圧縮機
２６燃焼セクション
２８高圧（ＨＰ）タービン
３０低圧（ＬＰ）タービン
３２ジェット排気セクション
３４高圧（ＨＰ）シャフト／スプール
３６低圧（ＬＰ）シャフト／スプール
３８ファン
４０ブレード
４２ディスク
４４動力歯車装置
４６作動部材
４８スピナ
５０ファンケーシングまたはナセル
５２出口案内翼
５４下流セクション
５６バイパス空気流通路
５８空気
６０入口
６２空気の第１の部分
６４空気の第２の部分
６６燃焼ガス
６８ステータベーン
７０タービンロータブレード
７２ステータベーン
７４タービンロータブレード
７６ファンノズル排気セクション
７８高温ガス通路
１００フィードバックセンサシステム
１０２トラニオン機構
１０４延長部
１０６アーム
１０８第１のリング
１１０第２のリング
１１２センサ
１１４第１のリングの表面
１１６第１のリング要素
１１８第２のリングの表面
１２０第２のリング要素
１２２センシング軸
１２４標識
１２６最高点
１２８最低点
１３０外れ値

Claims

軸方向（Ａ）の周りに回転可能な第１のリング（１０８）であって、１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）を有する表面（１１４）を含む第１のリング（１０８）と、
前記軸方向（Ａ）の周りに回転可能な第２のリング（１１０）であって、１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）を有する表面（１１８）を含む第２のリング（１１０）と、
前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）に向けられて、前記１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）、および前記１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）によって影響を受けるパラメータを検知して、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の位置を決定するセンサ（１１２）と
を備えるフィードバックセンサシステム（１００）。
前記パラメータが磁束である、請求項１記載のフィードバックセンサシステム（１００）。
前記１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）が、前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）に沿って離間した複数の歯であり、前記１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）が、前記第２のリング（１１０）の前記表面（１１８）に沿って離間した複数の歯であり、かつ前記フィードバックセンサシステム（１００）が、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の角度位置を決定するように構成された、請求項１記載のフィードバックセンサシステム（１００）。
前記１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）が、前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）に沿って離間した複数の歯であり、前記１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）が、前記第２のリング（１１０）の前記表面（１１８）から延在した複数の螺旋状の隆起であり、かつ前記フィードバックセンサシステム（１００）が、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の軸方向位置を決定するように構成された、請求項１記載のフィードバックセンサシステム（１００）。
前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）が、前記複数の第１のリング要素（１１６）とは異なる幾何形状を有する標識（１２４）をさらに含んで前記第１のリング（１０８）の新たな周期を示す、請求項１記載のフィードバックセンサシステム（１００）。
前記標識（１２４）と前記１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）とが、前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）に沿って均等に離間し、かつ前記１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）が、前記第２のリング（１１０）の前記表面（１１８）に沿って均等に離間している、請求項５記載のフィードバックセンサシステム（１００）。
前記フィードバックセンサシステム（１００）がガスタービンエンジンで使用するために構成され、前記第１のリング（１０８）が、前記ガスタービンエンジンの回転シャフトに取り付けられるように構成され、前記第２のリング（１１０）が、前記ガスタービンエンジンの作動部材（４６）に取り付けられるように構成され、前記作動部材（４６）が、前記ガスタービンエンジンのファンブレード（４０）のピッチを変えるように構成され、かつ前記センサ（１１２）が前記ガスタービンの静止構成部品に取り付けられるように構成された、請求項１記載のフィードバックセンサシステム（１００）。
前記第２のリング（１１０）の前記表面（１１８）にある第２のリング要素（１２０）が、前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）にある第１のリング要素（１１６）より少なくとも２つ少ない、請求項１記載のフィードバックセンサシステム（１００）。
前記第２のリング（１１０）の前記表面（１１８）にある第２のリング要素（１２０）が、前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）にある第１のリング要素（１１６）より少なくとも４つ少ない、請求項１記載のフィードバックセンサシステム（１００）。
前記第１のリング（１０８）が、各隣接する第１のリング要素（１１６）の間の厚さより厚い、前記１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）のそれぞれにおける厚さを定める連続したリングであり、かつ前記第２のリング（１１０）もまた、各隣接する第２のリング要素（１２０）の間の厚さより厚い、前記１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）の厚さを定める連続したリングである、請求項１記載のフィードバックセンサシステム（１００）。
前記センサ（１１２）がセンシング軸（１２２）を定め、かつ前記センシング軸（１２２）が前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）、および前記第２のリング（１１０）の前記表面（１１８）を通って延在するように前記センサ（１１２）が配置される、請求項１記載のフィードバックセンサシステム（１００）。
ガスタービンエンジン内での第２のリング（１１０）に対する第１のリング（１０８）の位置を決定するための方法（２００）であって、前記第１のリング（１０８）が、１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）を有する表面（１１４）を含み、前記第２のリング（１１０）が、１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）を有する表面（１１８）を含み、
センサ（１１２）を前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）の方へ向けることと、
前記１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）、および前記１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）によって影響を受けるパラメータを前記センサ（１１２）で検知することと、
前記センサ（１１２）で検知された前記パラメータに基づいて、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の位置を決定することと
を含む方法（２００）。
前記センサ（１１２）で検知された前記パラメータに基づいて、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の位置を決定することが、
パラメータの値の変化過程を検知することと、
前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）に含まれる標識（１２４）を検知することと、
前記検知されたパラメータの値の変化過程における前記標識（１２４）の位置に基づいて、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の位置を決定することと
を含む、請求項１２記載の方法（２００）。
前記パラメータが磁束であり、前記１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）が前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）の隆起した歯であり、かつ前記１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）が前記第２のリング（１１０）の前記表面（１１８）の隆起した歯である、請求項１２記載の方法（２００）。
前記センサ（１１２）で検知された前記パラメータに基づいて、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の位置を決定することが、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の角度位置を決定することを含む、請求項１２記載の方法（２００）。
前記センサ（１１２）で検知された前記パラメータに基づいて、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の位置を決定することが、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の軸方向位置を決定することを含む、請求項１２記載の方法（２００）。
軸方向（Ａ）を定めるガスタービンエンジンであって、
シャフトによって圧縮機セクションに機械的に結合されたタービンセクションと、
前記シャフトによって駆動され、複数のファンブレード（４０）を含むファン（３８）と、
前記複数のファンブレード（４０）のピッチを変えるように前記複数のファンブレード（４０）と機械的に連通した作動部材（４６）と、
フィードバックセンサシステム（１００）であって、
前記ガスタービンエンジンの前記シャフトとともに回転可能な第１のリング（１０８）であって、１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）を有する表面（１１４）を含む第１のリング（１０８）と、
前記ガスタービンエンジンの前記作動部材（４６）とともに回転可能な第２のリング（１１０）であって、１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）を有する表面（１１８）を含む第２のリング（１１０）と、
前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）に向けられて、前記１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）、および前記１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）によって影響を受けるパラメータを検知して、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の位置を決定するセンサ（１１２）と
を含むフィードバックセンサシステム（１００）と
を備えるガスタービンエンジン。
前記パラメータが磁束である、請求項１７記載のガスタービンエンジン。
前記１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）が、前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）に沿って離間した複数の歯であり、前記１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）が、前記第２のリング（１１０）の前記表面（１１８）に沿って離間した複数の歯であり、かつ前記フィードバックセンサシステム（１００）が、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の角度位置を検知するように構成された、請求項１７記載のガスタービンエンジン。
前記１つまたは複数の第１のリング要素（１１６）が、前記第１のリング（１０８）の前記表面（１１４）に沿って離間した複数の歯であり、前記１つまたは複数の第２のリング要素（１２０）が、前記第２のリング（１１０）の前記表面（１１８）から延在した複数の螺旋状の隆起であり、前記フィードバックセンサシステム（１００）が、前記第２のリング（１１０）に対する前記第１のリング（１０８）の軸方向位置を検知するように構成された、請求項１７記載のガスタービンエンジン。