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公開番号2025126859
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-29
出願番号2024034391
出願日2024-02-19
発明の名称疑似可変サイクルジェットエンジン機構
出願人個人
代理人
主分類F02C 7/32 20060101AFI20250822BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】航空機の脱炭素化を達成するために燃料エネルギを有効活用し、効率的に作動するように改良したジェットエンジン機構を提供する。
【解決手段】回転機械の構成要素の特性を踏まえ、遊星歯車機構をジェットエンジンの構成要素として適用し、圧縮機軸とタービン軸と発電電動機軸のこれら3軸の入出力により動力の合成機構と分配機構を構成する。遊星歯車機構の3軸入出力による共線関係を活用し、発電電動機の制動による速度線図(共線図)上での回転数変化により、作動点を能動的に変化させ、あたかも可変サイクルエンジンの挙動を可能とする機構を提供する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
遊星歯車機構を有するジェットエンジンであって、
前記遊星歯車機構の遊星歯車の公転を伝達する遊星キャリアはスプールの圧縮機と接続して遊星歯車軸を、
前記遊星歯車機構の太陽歯車と内歯車は、前記スプールのタービンまたは発電電動機と接続して太陽歯車軸と内歯車軸を備え、
前記遊星歯車軸と前記太陽歯車軸と前記内歯車軸のこれら３軸の入出力により、
前記遊星歯車機構を動力合成機構と動力分配機構の両機能として作動させること
を特徴とするジェットエンジン機構。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記太陽歯車は前記タービンと接続して前記太陽歯車軸を構成し、前記内歯車は前記発電電動機と接続して前記内歯車軸を構成すること
を特徴とする請求項１に記載のジェットエンジン機構。
【請求項３】
前記太陽歯車は前記発電電動機と接続して前記太陽車軸を構成し、前記内歯車は前記タービンと接続して前記内歯車軸を構成すること
を特徴とする請求項１に記載のジェットエンジン機構。
【請求項４】
前記発電電動機の回転数とトルクを可変制御させ、トルクサポートにより共線図上で共線関係にある前記圧縮機と前記タービンの回転数を変化させることにより、前記圧縮機と前記タービンの作動点を制御すること
を特徴とする請求項２または請求項３に記載のジェットエンジン機構。
【請求項５】
余剰時には回生エネルギを充電し、または、不足時にはエネルギを放電するための電気的または機械的エネルギ貯蔵装置を備え、前記発電電動機に充放電すること
を特徴とする請求項４に記載のジェットエンジン機構。
【請求項６】
前記発電電動機の回転数とトルクを変化させ仕事を変化させることにより、
スプール前後の前記圧縮機と前記タービンの仕事の配分も変化させることでマッチングを変化させ、定常作動点を制御すること
を特徴とする請求項４または請求項５に記載のジェットエンジン機構。
【請求項７】
前記発電電動機がトルクサポートすることにより、
急加減速の過渡においても、準定常の作動点変化となるように、過渡作動点を制御すること
を特徴とする請求項４または請求項５に記載のジェットエンジン機構。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、擬似的に、可変サイクルエンジンとして作動可能とし、エネルギを有効活用するジェットエンジン機構に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
脱炭素化の流れにより、車の世界では、従来のガソリン車から、ハイブリッド車や電気自動車へシフトしている。国や地域によっては、一気に電気自動車にシフトしている。
【０００３】
空の移動体においても、従来のジェットエンジンから、電動方式も含めた推進方式の実現化が目指されている。代表的なものとしては、空飛ぶ車であり、電気のみで飛行するいわば大型ドローンのようなものである。電気のみでプロペラ推進力を得ることに限界が有るため、搭乗人数含めたペイロードと航続距離を増大させることが非常に困難である。また、大型ドローンでは、機動性やステルス性は期待できないとの課題もある。
【０００４】
空の移動体の電動化を進め、ペイロードと航続距離も確保するためには、車のように一気にバッテリ式電気自動車にシフトするのではなく、車のハイブリッド自動車、つまり、従来の化石燃料による推進力と電動化の両方の良い面を併せ持つ方式にシフトすることが現実的な解決策である。
【０００５】
特許文献１において、遊星歯車機構を備えるパワートレインをガスタービンに適用した態様が知られている。しかし、ガスタービンを一つのエネルギ源とみなしており、その構成要素やその特性に踏み込んだ具体的な接続方法の実施の形態が示されていない。
【０００６】
特許文献２においては、遊星歯車機構を備えたジェットエンジンの具体的な接続方法の実施の形態が示されている。空飛ぶ車を意識しすぎた為か、遊星歯車機構の入出力３軸として、ガスタービン回転軸と車輪駆動軸とプロペラ軸が駆動することになっており、ガスタービンを一つのエネルギ源とみなしている。ガスタービンと同軸である回転軸に発電電動機を設置し制動を行う実施の形態である。しかし、ガスタービンと発電電動機が同軸であるために、現実的には、発電電動機による制動よりも燃焼器への燃料流量による制動に支配されている。図１３に、特許文献２の実施例について示す概略図を示す。
【０００７】
図１４に、特許文献２の実施例の模式図と速度線図を示す。ガスタービン全体を一つのエネルギ源である内燃機関８１とみなし、その出力軸であるシャフト８４と車輪駆動シャフト９５とプロペラまたはファンの駆動シャフト９３の入出力３軸を遊星歯車機構９０に接続している。ガスタービンの構成要素やその特性に踏み込んだ具体的な接続方法は示されていない。更に、発電電動機９１はシャフト８４を制動しており、圧縮機８２とタービン８３はシャフト８４と同軸であるため、同一回転数で制動される。先に述べた通り、発電電動機９１による制動よりも燃焼器８９への燃料流量による制動に支配される。
【０００８】
特許文献１も特許文献２のいずれにおいても、遊星歯車機構を適用した実施例ではあるが、回転機械であるガスタービンをレシプロエンジンと同様に、単一のエネルギ源とみなしている。回転機械は、圧縮部と熱エネルギを付加され膨張するタービン部と特性の異なる構成要素を組み合わせて作動させる。これら構成部品とその特性を考慮したガスタービンシステムとして、有効な作動を達成できる実施の形態になっていない不都合があった。
【０００９】
特許文献３は、回転機械の構成部品を考慮し、有効に作動することが出来る実施の形態である。圧縮系回転軸とタービン系回転軸のそれぞれの最適な作動回転数が異なるため、遊星歯車機構を適用し、それぞれの最適な回転数で作動できるようにした実施の形態である。しかし、遊星歯車機構の入出力２軸のみを使用し、１軸は固定し使用していない。よって、遊星歯車機構の歯数のギア比により同じ割合で回転数が変化する減速機と同じである。この実施の形態では、３軸全てを使用することが出来る遊星歯車機構の潜在的能力を十分に発揮できていない不都合がある。圧縮機部とタービン部の回転数は、ギア比を介して同じ割合で変化する従属的な関係であり、独立的な回転数変化を達成できる実施の形態になっていないとの不都合がある。
【００１０】
図１５に、特許文献３の実施例の模式図と速度線図を示す。内燃機関８１のジェットエンジンの構成要素として、遊星歯車機構９０を適用している。タービンシャフト８５と圧縮機シャフト８６の入出力２軸を遊星歯車機構９０に接続している。燃焼器８９に供給される燃料流量によって、圧縮機８２とタービン８３の回転数が変化する。回転数の変化割合は、遊星歯車機構９０の歯車のギア比により同じ割合で変化する。
（【００１１】以降は省略されています）

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