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技術 初期過渡電流抑制

出願人 ザ・ボーイング・カンパニー
発明者 ホリー,ロバートディー.カリアー,トーマスエフ.ソロドフニク,ユージンノザリ,ファラッド
出願日 2013年4月23日 (6年11ヶ月経過) 出願番号 2013-090004
公開日 2013年11月7日 (6年4ヶ月経過) 公開番号 2013-230082
状態 特許登録済
技術分野 整流装置
主要キーワード 可溶性リンク バックアップ保護 軽航空機 ピーク電流レベル 電流変圧器 安全操作 故障レベル 電力分配システム
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図面 (6)

課題

電力システムにおける初期過渡電流抑制のためのシステム及び方法を提供する。

解決手段

発電機106は、電力分配システム111に出力電流118を供給するように構成される。電流センサ136は、出力電流118を感知するように構成される。スイッチ126は、閉じられるときに、出力電流118を接地124に送るように構成される。コントローラ130は、閾値レベル128を上回る出力電流118のレベル識別に応じて時間遅延132のためにスイッチ126を閉じ、かつ時間遅延132終了の識別に応じてスイッチ126を自動的に開くように構成される。

概要

背景

航空機は、航空機上で種々の機能を実行するための種々の電子装置及びシステムを採用する。航空機上の電子装置及びシステムのための電力は、航空機の電力システムにより供給される。航空機の電力システムは、種々の電力分配及び変換システムとともに、任意の数の発電機を備える。たとえば、任意の数の発電機は、航空機エンジンにより駆動される。分配線は、発電機から種々の電力分配及び変換システムへ生成された電力を運ぶ

航空機の電力変換システムは、たとえば、整流器及び変圧器を備える。整流器は、発電機により供給される交流(AC)電力から直流(DC)電力を供給するために使用される。変圧器は、様々なレベルのAC電力及びDC電力を供給するために使用される。航空機の電力分配システムは、ACバス及びDCバス、並びにバスとバスとの間及びバスと航空機上の種々の負荷との間で電力を運ぶための種々の分配線を含む。

電力システムで発生する好ましくない状態から航空機の電力システムのコンポーネントを保護することが望ましい。そのような好ましくない状態の例は、初期過渡故障電流をもたらす故障状態である。初期過渡故障電流は、故障発生直後の期間に発生する故障から生じる電力システムにおける電流である。たとえば、初期過渡故障電流は、故障発生後に第一の一又は複数の周期中に発生する故障から生じる電力システムにおける電流である。初期過渡故障電流は、通常、故障から生じる最も高いレベルの過渡電流を表す。初期過渡故障電流の大きさは、通常の定常状態故障電流の大きさの3〜4倍とされる。

航空機の電力システムにおける初期過渡イベントは、主要な発電機バスで激しい故障が発生するときに引き起こされる。エネルギーは、発電機空隙及び磁気に蓄えられる。主要バスで激しい故障が起こると、このすべてのエネルギーが故障に放出される。

初期過渡イベントの継続時間は、通常は比較的短い。たとえば、初期過渡故障電流は、故障発生後数ミリ秒間だけ存在する。航空機の電力システムでの初期過渡イベントに対し、この比較的短い期間の後、航空機の発電機制御ユニットは、もとの許容可能な故障電流限界まで発電機バスで電流を規制する。

航空機の電力システムにおける保護装置及び電力制御装置は、航空機の電力システムで発生する初期過渡故障電流及び他の好ましくない状態など、好ましくない状態に耐えるように大きさが決定されることが望ましい。航空機の電力システムの発電性能として、より高い故障レベルに耐えるために航空機の電力システムにおける保護装置及び電力制御装置の性能を高めることが望ましい。

より高い故障レベルに耐える能力は、航空機の電力システムにおける保護装置及び電力制御装置の大きさを増やすことにより獲得される。しかしながら、航空機の電力システムにおいてより大きい保護装置及び電力制御装置を使用することにより、航空機の重量が増加し、これにより好ましくない方法で航空機の運用費が増大することにもなる。さらに、過去において、供給者が初期過渡故障電流に耐えるような好ましくない接点材料を使用したことがある。しかしながら、このような材料は、他の好ましくない特性を有するかもしれない。別の方法として、航空機の電力システムでの保護装置及び電力制御装置にバックアップ保護を提供するために、ヒュージブルリンクを使用することができる。

概要

電力システムにおける初期過渡電流抑制のためのシステム及び方法を提供する。発電機106は、電力分配システム111に出力電流118を供給するように構成される。電流センサ136は、出力電流118を感知するように構成される。スイッチ126は、閉じられるときに、出力電流118を接地124に送るように構成される。コントローラ130は、閾値レベル128を上回る出力電流118のレベルの識別に応じて時間遅延132のためにスイッチ126を閉じ、かつ時間遅延132終了の識別に応じてスイッチ126を自動的に開くように構成される。

目的

別の方法として、航空機の電力システムでの保護装置及び電力制御装置にバックアップ保護を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

電力システム(100)の初期過渡電流を抑制するための方法であって、コントローラ(236)により、閾値レベル(128)を上回る電力システム(100)の電流のレベル識別に応じて時間遅延(132)のために電力システム(100)の電流(118)を接地(124)に送ること、及び時間遅延(132)の終了の識別に応じてコントローラ(236)により電力システム(100)の電流を接地(124)に送ることを自動的に停止することを含む方法。

請求項2

コントローラ(236)により、電力システム(100)の複数の相電流(120)を感知すること、コントローラ(236)により、複数の相電流(120)の一つが閾値レベル(128)を上回るときに、閾値レベル(128)を上回る電力システム(100)の電流のレベルを識別すること、及びコントローラ(236)により、閾値レベル(128)を上回る電力システム(100)の電流のレベルの識別に応じて時間遅延(132)のために複数の相電流(120)を接地(124)に送ることをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

電流を接地(124)に送ることは、電流を接地(124)につなぐためにスイッチ(126)を閉じることを含み、電流を接地(124)に送ることを自動的に停止することは、時間遅延(132)の終了の識別に応じてスイッチ(126)を自動的に開くことを含む、請求項1又は2に記載の方法。

請求項4

コントローラ(236)により、閾値レベル(128)を上回る電力システム(100)の電流のレベルの識別に応じて、スイッチコントローラ(140)の状態を第一の状態(154)から第二の状態(156)へ変更することであって、スイッチコントローラ(140)が第二の状態(156)にあるときにスイッチ(126)は閉じされるように構成される、変更すること、及び時間遅延(132)の終了の識別に応じて、スイッチコントローラ(140)の状態を第二の状態(156)から第一の状態(154)へ自動的に変更することであって、スイッチコントローラ(140)が第一の状態(154)にあるときにスイッチ(126)は開く(142)ように構成される、自動的に変更することをさらに含む、請求項3に記載の方法。

請求項5

閾値レベル(128)を上回る電力システム(100)の電流のレベルの識別に応じて時間遅延(132)のために電力システム(100)の電流を接地(124)に送り、かつ時間遅延(132)の終了の識別に応じて電力システム(100)の電流を接地(124)に送ることを自動的に停止するように構成されるコントローラ(236)を備える装置。

請求項6

コントローラ(236)に接続され、かつ電力システム(100)の電流を感知するように構成される電流センサ(234)をさらに備える、請求項5に記載の装置。

請求項7

電流センサ(234)は、電力システム(100)の発電機(202)により提供される出力電流(118)を感知するように構成され、かつコントローラ(236)は、閾値レベル(128)を上回る出力電流(118)のレベルの識別に応じて時間遅延(132)のために出力電流(118)を接地(124)に送るように構成される、請求項6に記載の装置。

請求項8

電流センサ(234)は、電力システム(100)の複数の相電流(120)を感知するように構成され、かつコントローラ(236)は、複数の相電流(120)の一つが閾値レベル(128)を上回るときに、閾値レベル(128)を上回る電力システム(100)の電流のレベルを識別し、かつ閾値レベル(128)を上回る電力システム(100)の電流のレベルの識別に応じて時間遅延(132)のために複数の相電流(120)を接地(124)に送るように構成される、請求項6に記載の装置。

請求項9

コントローラ(236)に接続され、かつスイッチ(126)が閉じられる(144)ときに電流を接地(124)に送るように構成されるスイッチ(126)をさらに備え、コントローラ(236)は、閾値レベル(128)を上回る電力システム(100)の電流のレベルの識別に応じてスイッチ(126)を閉じ(144)、かつ時間遅延(132)の終了の識別に応じてスイッチ(126)を自動的に開く(142)ように構成される、請求項5乃至7のいずれか一項に記載の装置。

請求項10

コントローラ(236)及びスイッチ(126)に接続され、スイッチコントローラ(140)が第一の状態(154)にあるときにはスイッチ(126)を開き(142)、かつスイッチコントローラ(140)が第二の状態(156)にあるときにはスイッチ(126)を閉じる(144)ように構成されるスイッチコントローラ(140)をさらに備え、コントローラ(236)は、閾値レベル(128)を上回る電力システム(100)の電流のレベルの識別に応じてスイッチコントローラ(140)の状態(152)を第一の状態(154)から第二の状態(156)へ変更し、かつ時間遅延(132)の終了の識別に応じてスイッチコントローラ(140)の状態(152)を第二の状態(156)から第一の状態(154)に自動的に変更するように構成される、請求項9に記載の装置。

技術分野

0001

本開示は、概して、航空機での発電及び電力分配のためのシステムなどの電力システムに関する。本開示は、より具体的には、そのような電力システムにおいて、たとえば初期過渡電流(subtransient current)の状態などの好ましくない状態を識別し、そのシステムを好ましくない状態から保護することに関する。

背景技術

0002

航空機は、航空機上で種々の機能を実行するための種々の電子装置及びシステムを採用する。航空機上の電子装置及びシステムのための電力は、航空機の電力システムにより供給される。航空機の電力システムは、種々の電力分配及び変換システムとともに、任意の数の発電機を備える。たとえば、任意の数の発電機は、航空機エンジンにより駆動される。分配線は、発電機から種々の電力分配及び変換システムへ生成された電力を運ぶ

0003

航空機の電力変換システムは、たとえば、整流器及び変圧器を備える。整流器は、発電機により供給される交流(AC)電力から直流(DC)電力を供給するために使用される。変圧器は、様々なレベルのAC電力及びDC電力を供給するために使用される。航空機の電力分配システムは、ACバス及びDCバス、並びにバスとバスとの間及びバスと航空機上の種々の負荷との間で電力を運ぶための種々の分配線を含む。

0004

電力システムで発生する好ましくない状態から航空機の電力システムのコンポーネントを保護することが望ましい。そのような好ましくない状態の例は、初期過渡故障電流をもたらす故障状態である。初期過渡故障電流は、故障発生直後の期間に発生する故障から生じる電力システムにおける電流である。たとえば、初期過渡故障電流は、故障発生後に第一の一又は複数の周期中に発生する故障から生じる電力システムにおける電流である。初期過渡故障電流は、通常、故障から生じる最も高いレベルの過渡電流を表す。初期過渡故障電流の大きさは、通常の定常状態故障電流の大きさの3〜4倍とされる。

0005

航空機の電力システムにおける初期過渡イベントは、主要な発電機バスで激しい故障が発生するときに引き起こされる。エネルギーは、発電機空隙及び磁気に蓄えられる。主要バスで激しい故障が起こると、このすべてのエネルギーが故障に放出される。

0006

初期過渡イベントの継続時間は、通常は比較的短い。たとえば、初期過渡故障電流は、故障発生後数ミリ秒間だけ存在する。航空機の電力システムでの初期過渡イベントに対し、この比較的短い期間の後、航空機の発電機制御ユニットは、もとの許容可能な故障電流限界まで発電機バスで電流を規制する。

0007

航空機の電力システムにおける保護装置及び電力制御装置は、航空機の電力システムで発生する初期過渡故障電流及び他の好ましくない状態など、好ましくない状態に耐えるように大きさが決定されることが望ましい。航空機の電力システムの発電性能として、より高い故障レベルに耐えるために航空機の電力システムにおける保護装置及び電力制御装置の性能を高めることが望ましい。

0008

より高い故障レベルに耐える能力は、航空機の電力システムにおける保護装置及び電力制御装置の大きさを増やすことにより獲得される。しかしながら、航空機の電力システムにおいてより大きい保護装置及び電力制御装置を使用することにより、航空機の重量が増加し、これにより好ましくない方法で航空機の運用費が増大することにもなる。さらに、過去において、供給者が初期過渡故障電流に耐えるような好ましくない接点材料を使用したことがある。しかしながら、このような材料は、他の好ましくない特性を有するかもしれない。別の方法として、航空機の電力システムでの保護装置及び電力制御装置にバックアップ保護を提供するために、ヒュージブルリンクを使用することができる。

発明が解決しようとする課題

0009

したがって、少なくとも上述の問題点のいくつかと、起こりうる他の問題点を考慮する方法及び装置を有することが有利であろう。

課題を解決するための手段

0010

本開示の実施形態は、電力システムの初期過渡電流の抑制方法を提供する。コントローラは、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために電力システムの電流を接地に送る。コントローラは、時間遅延終了の識別に応じて、電力システムの電流を接地に送ることを自動的に停止する。

0011

本開示の別の実施形態は、コントローラを備える装置を提供する。コントローラは、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために電力システムの電流を接地に送り、かつ時間遅延終了の識別に応じて電力システムの電流を接地に送ることを自動的に停止するように構成される。

0012

本開示の別の実施形態は、発電機、電流センサ、スイッチ及びコントローラを備える装置を提供する。発電機は、電力分配システムに出力電流を供給するように構成される。電流センサは、出力電流を感知するように構成される。スイッチは、閉じられると、出力電流を接地に送るように構成される。閾値レベルを上回る出力電流のレベルの識別に応じて時間遅延のためにスイッチを閉じ、かつ時間遅延終了の識別に応じてスイッチを自動的に開くように構成される。

0013

本開示の一つの態様によれば、電力システムの初期過渡電流を抑制するための方法が提供される。方法は、コントローラにより、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために電力システムの電流を接地に送ること、及びコントローラにより、時間遅延終了の識別に応じて電力システムの電流を接地に送ることを自動的に停止することを含む。有利には、電流は、電力システムにおいて発電機により供給される出力電流とする。好適には、発電機、電力システム、及びコントローラは航空機上にあるとする。有利には、本開示は、コントローラにより、電力システムの複数の相電流を感知すること;複数の相電流の一つが閾値レベルを上回るときに、コントローラにより、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルを識別すること;及びコントローラにより、閾値レベルを上回る電力システムにおける電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために複数の相電流を送ることをさらに含んでもよい。有利には、電流を接地に送ることは、電流を接地につなぐためにスイッチを閉じることを含み、電流を接地に送ることを自動的に停止することは、時間遅延終了の識別に応じて、スイッチを自動的に開くことを含む。好適には、スイッチは、半導体スイッチとする。好適には、本開示は、コントローラにより、閾値レベルを上回る電力システムでの電流レベルの識別に応じて第一の状態から第二の状態へスイッチコントローラの状態を変更することであって、スイッチコントローラが第二の状態にあるときには、スイッチが閉じられるように構成される、変更すること;及び時間遅延終了の識別に応じて第二の状態から第一の状態へスイッチコントローラの状態を自動的に変更することであって、スイッチコントローラが第一の状態にあるときには、スイッチは開くように構成される、変更することをさらに含むことができる。

0014

本開示のさらなる態様によれば、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために電力システムの電流を接地に送り、かつ時間遅延終了の識別に応じて電力システムの電流を接地に送ることを自動的に停止するように構成されるコントローラを備える装置が提供される。有利には、本開示は、コントローラに接続され、かつ電力システムの電流を感知するように構成される電流センサをさらに備える。好適には、電流センサは、電力システムの発電機により供給される出力電流を感知するように構成され、コントローラは、閾値レベルを上回る出力電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために出力電流を接地に送るように構成される。好適には、電流センサは、電力システムにおいて複数の相電流を感知するように構成され;かつコントローラは、複数の相電流の一つが閾値レベルを上回るときに閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルを識別し、かつ閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じて時間遅延のために複数の相電流を接地に送るように構成される。有利には、本開示は、コントローラに接続され、かつ閉じられるときに電流を接地に送るように構成されるスイッチをさらに備え、コントローラは、閾値レベルを上回る電力システムの電流のレベルの識別に応じてスイッチを閉じるように、かつ時間遅延終了の識別に応じてスイッチを自動的に開くように構成される。好適には、スイッチは、半導体スイッチとする。好適には、本開示は、コントローラ及びスイッチに接続され、スイッチコントローラが第一の状態にあるときにはスイッチを開き、かつスイッチが第二の状態にあるときにはスイッチを閉じるように構成されるスイッチコントローラをさらに備え、コントローラは、閾値レベルを上回る電力システムにおける電流のレベルの識別に応じて第一の状態から第二の状態へスイッチコントローラの状態を変更し、かつ時間遅延終了の識別に応じて第二の状態から第一の状態にスイッチコントローラの状態を自動的に変更するように構成される。有利には、コントローラ及び電力システムは、航空機上にあるとする。

0015

本開示のさらなる態様によれば、電力分配システムに出力電流を提供するように構成される発電機;出力電流を感知するように構成される電流センサ;閉じられるときに出力電流を接地に送るように構成されるスイッチ;及び閾値レベルを上回る出力電流のレベルの識別に応じて時間遅延のためにスチッチを閉じ、かつ時間遅延終了の識別に応じてスイッチを自動的に開くように構成されるコントローラを備える装置が提供される。有利には、本開示は、コントローラ及びスイッチに接続され、かつスイッチコントローラが第一の状態にあるときにはスイッチを開き、スイッチコントローラが第二の状態にあるときにはスイッチを閉じるように構成されるスイッチコントローラをさらに備え、コントローラは、閾値レベルを上回る出力電流のレベルの識別に応じて第一の状態から第二の状態へスイッチコントローラの状態を変更し、かつ時間遅延終了の識別に応じて第二の状態から第一の状態にスイッチコントローラの状態を自動的に変更するように構成される。有利には、閾値レベルは第一の閾値レベルとし、電力分配システムと任意の数の負荷との間で接続される任意の数の電力コントローラをさらに備え、任意の数の電力コントローラは、任意の数の第二の閾値レベル未満の任意の数の負荷に供給される電流を制御するために大きさが決定され、任意の数の第二の閾値レベルは、第一の閾値レベル未満とする。好適には、出力電流のレベルが時間遅延終了での任意の数の第二の閾値レベル未満となるように、時間遅延が選択される。有利には、発電機、電力分配システム、電流センサ、スイッチ、及びコントローラは、航空機上にあるとする。

0016

上述のフィーチャ及び機能は、本発明の種々の実施形態において単独で達成することができるか、又は他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態のさらなる詳細は、後述の説明及び図面を参照して理解できるだろう。

0017

実施形態の特徴と考えられる新規のフィーチャは、添付の特許請求の範囲に明記される。しかしながら、実施形態、好適な使用モード、さらにはその目的及び特徴は、添付図面とともに本発明の好適な実施形態の以下の詳細な説明を参照することにより最もよく理解されるだろう。

図面の簡単な説明

0018

一つの実施形態による電力システムのブロック図である。
一つの実施形態による航空機の電力システムのブロック図である。
一つの実施形態による過渡電流及び閾値レベルの波形図である。
一つの実施形態によるスイッチコントローラのブロック図である。
一つの実施形態による初期過渡電流抑制プロセスのフローチャートである。

実施例

0019

種々の実施形態は、任意の数の種々の検討事項を認識し考慮する。本明細書でアイテムを参照する際に使用される「任意の数の」は、一又は複数のアイテムを意味する。例えば、任意の数の種々の検討事項は、一又は複数の種々の検討事項を意味する。

0020

電力システムにおいて好ましくない状態が起こった場合に、航空機で電力システムの安全な動作を提供することが望ましいということを、種々の実施形態は認識し考慮する。そのような好ましくない状態の例は、発電機故障電流とする。

0021

最新民間航空機で起こりうる発電機故障電流は、他の航空機よりも高いことがあるということを、種々の実施形態は認識し考慮する。たとえば、限定されないが、最新の民間航空機での初期過渡電流は、6000アンペアピークにまで達すると測定されたことがある。

0022

いくつかの最新の民間航空機では故障電流レベルが比較的高い可能性があるので、特大回路遮断器及び接触器が使用された、又はバックアップ保護として好ましくない接点材料及び可溶性リンクが使用された、ということを種々の実施形態は認識し考慮する。たとえば、回路遮断器製造業者の中には、銀タングステン接点、銀タングステンカーバイド接点、及び銀モリブデン接点を使用したものもいる。このような材料は、徐々に酸化する可能性があり、ゆえに、航空機の電力システムでの使用には好ましい材料ではない。

0023

一つの実施形態によれば、電力システムにおける初期過渡故障電流、過渡故障電流、又は他の故障電流、或いは故障電流の組み合わせは、故障電流が閾値レベルを超えるときに、低インピーダンススイッチング装置を介して接地に短絡される。故障電流がその最大ポテンシャルに到達する前に、閾値レベルが選択され、故障電流を接地に送る。次いで、スイッチング装置は、時間遅延後に開かれ、電流を故障に流すようにする。時間遅延は、選択された期間とする。あるいは、接地に送られる故障電流が所望の故障電流レベルを下回るときに、時間遅延の終了が識別される。初期過渡電流又は他の故障電流の抑制を提供するように電流を接地に短絡するための適切な時間遅延期間は、電力システムの特性に基づくとする。故障が存在し渦電流状態が電力システムに存続するならば、電力システムの別の保護装置が、渦電流状態に応じて開かれる。大きな故障電流がスイッチング装置を介して接地に送られるので、電力システムの他の保護装置の大きさは縮小できる。

0024

ここで図1を参照すると、実施形態による電力システムのブロック図が示される。この例では、電力システム100は、航空機102に電力を供給することができる。

0025

航空機102は、任意の種類の航空機とする。たとえば、限定されないが、航空機102は、固定翼回転翼、又は軽航空機とする。航空機102は、乗客貨物、乗客及び貨物の両方を運ぶために構成されてもよく、また任意の他の操作又は命令を実行するために使用されてもよい。航空機102は、航空機、隊、又は任意の他の民間機関又は軍事機関により運航される。

0026

航空機102は、実施形態が実施されるプラットフォーム104の例である。実施形態による初期過渡故障電流の抑制及び他の故障電流の抑制は、航空機102以外のプラットフォーム上の又はそのための電力システム100に提供される。たとえば、限定されないが、プラットフォーム104は、空中、宇宙上、水面、水中、又は任意の他の作動環境又は環境の組み合わせにおいて走行するために構成される任意の乗物とすることができる。

0027

実施形態による初期過渡故障電流の抑制及び他の故障電流の抑制は、乗物以外のプラットフォーム上の又はそのための電力システム100に提供される。たとえば、プラットフォーム104は、電力システム100により電力が供給される任意の固定構造又は任意の可動構造を含むことができる。

0028

電力システム100は、発電機106及び電力分配及び変換システム108を備える。たとえば、発電機106は、航空機102のエンジンの作動により駆動される。たとえば、限定されないが、発電機106は、電力分配及び変換システム108に供給される可変周波数三相AC電力を生成することができる。

0029

電力分配及び変換システム108は、電力変換システム109及び電力分配システム111を備えることができる。電力変換システム109は、発電機106により供給されるAC電力を負荷112のための電力に変換するように構成される装置及びシステムを備えることができる。たとえば、限定されないが、電力変換システム109は、整流器、変圧器、整流器及び変圧器、他の電力変換装置又はシステム、或いは電力変換装置又はシステムの任意の組み合わせを含むことができる。発電機106により供給されるAC電力からDC電力を供給するために、整流器を使用することができる。変圧器は、様々なレベルのAC電力及びDC電力を供給するために使用することができる。

0030

電力分配システム111は、電力を負荷112に分配するための構造体を備えることができる。また、電力分配システム111は、任意の数のACバス、任意の数のDCバス、または任意の数のACバス及びDCバスを備えることができる。分配線は、電力分配及び変換システム108のバス間及び電力分配及び変換システム108及び負荷112のバス間で電力を運ぶために提供される。

0031

負荷112は、電力を使用する航空機102又はプラットフォーム104に任意の電気装置又はシステムを備えることができる。負荷112は、電力システム100の一部としてもよい。たとえば、限定されないが、負荷112は、航空機102の一部とすることができ、又は航空機102内又は航空機102上に配置されてもよい。

0032

一つの実施形態によれば、電力システム100において好ましくない状態である場合の電力システム100の安全操作が、電力コントローラ114により提供される。たとえば、電力コントローラ114は、電力分配及び変換システム108の種々の場所、或いは電力システム100の他の場所又は場所の組み合わせに提供される種々のコントローラ及び保護装置を備えることができる。電力コントローラ114は、電力システム100の種々の場所で好ましくない状態の識別に応じて接触器又は他の回路遮断器を開く、又は他の適切な処置を取るように構成される。

0033

たとえば、限定されないが、電力システム100の種々の場所での電流レベル、電圧レベル、或いは他の状態又は状態の組み合わせが閾値レベル116を上回ると識別されるときには、電力コントローラ114は、電力システム100を保護するための適切な処置を取るように構成することができる。適切な時間に適切な処置が取られて好ましくない状態から電力システム100を保護する、又は他の所望の状態又は状態の組み合わせを満たすために、閾値レベル116は、電力システム100の特性に基づき選択される。

0034

一つの実施形態によれば、発電機106は、電力分配及び変換システム108に出力電流118を供給する。たとえば、多相電力システムにおいて、出力電流118は、複数の相電流120を含むことができる。いかなる場合でも、出力電流118は、電流レベル122により規定される。電力システム100の故障の結果として、出力電流118は、初期過渡故障電流又は他の故障電流を含むこともある。この場合、電流レベル122は、好ましくないレベルまで上昇する。

0035

一つの実施形態によれば、電流レベル122が閾値レベル128を上回るときに、出力電流118は、スイッチ126を介して接地124に送られる。一つの実施形態によれば、初期過渡抑制コントローラ130は、電流レベル122がいつ閾値レベル128を上回るかを識別し、電流レベル122が閾値レベル128を上回るとスイッチ126を制御して出力電流118を接地124に送るように構成することができる。また、一つの実施形態によれば、初期過渡抑制コントローラ130は、スイッチ126を制御して、時間遅延132の後に出力電流118を接地124に送ることを停止するように構成することができる。

0036

一つの実施形態によれば、初期過渡抑制コントローラ130は、電流レベル122がいつ閾値レベル128を上回るかを識別するための初期過渡識別子134を含むことができる。初期過渡識別子134は、電流レベル122を監視し、かつ電流レベル122を閾値レベル128と比較するように構成することができる。閾値レベル128は、固定閾値レベルであってもよく、或いはオペレータにより設定又は変更されてもよい。たとえば、初期過渡抑制コントローラ130のソフトウェアを使用して実施される機能により、ユーザは、他の航空機の必要に応じて又は他の理由から閾値レベル128を設定又は変更することができる。

0037

電流センサ136は、出力電流118を感知するために使用することができる。たとえば、限定されないが、電流センサ136は、電流変圧器又は出力電流118を感知するための任意の他の装置を備えることができる。電流センサ136の出力は、初期過渡識別子134に提供され、初期過渡識別子134により使用されて、電流レベル122を識別し、電流レベル122が閾値レベル128を上回るかどうかを決定する。また、電流センサ136の出力は、接地124に送られる出力電流118のレベルがいつ所望の電流レベルを下回るかを識別するためにも使用することができる。

0038

閾値レベル128を上回る電流レベル122の識別に応じて、初期過渡識別子134は、出力電流118の好ましくない高い電流レベル122を抑制するために、初期過渡抑制器138を作動させる。たとえば、初期過渡抑制器138は、時間遅延132中に接地124に出力電流118を送ることにより、出力電流118の好ましくない電流レベル122を抑制するように構成される初期過渡抑制コントローラ130の一部とすることができる。時間遅延132は、適切なタイマー装置又は機能により設けられる選択された期間とすることができる。あるいは、接地124に送られる出力電流118のレベルが所望の故障電流レベルを下回るときに、時間遅延132の終了が識別されてもよい。

0039

初期過渡抑制器138は、スイッチコントローラ140を備えることができる。スイッチコントローラ140は、スイッチ126を開く及び閉じるための適切な制御信号を生成するように構成される。たとえば、電力システム100の通常の作動中には、スイッチ126は開く142とする。スイッチ126が開く142ときには、スイッチ126を介して電流は流れない。具体的には、スイッチ126が開く142ときには、出力電流118は、スイッチ126を介して接地124に送られない。

0040

スイッチ126が閉じられる144ときには、出力電流118は、スイッチ126を介して接地124に流れる。ゆえに、スイッチコントローラ140は、閾値レベル128を上回る電流レベル122の識別に応じて、スイッチ126を閉じるように構成される。

0041

スイッチ126は、スイッチ126が閉じられる144ときにスイッチ126を介して接地124に流れる出力電流118に低インピーダンスを供給する半導体スイッチ146として実施することができる。たとえば、限定されないが、半導体スイッチ146は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ148又は別の適切な半導体スイッチング装置とすることができる。別の例として、半導体スイッチ146は、スイッチング装置又は他の装置の組み合わせを使用して実施することができる。

0042

一つの実施形態によれば、スイッチ126は、できる限り発電機106に近接して配置することができる。発電機106に近接してスイッチ126を配置することで、より多くの出力電流118がスイッチ126を介して接地124まで到達できるように、発電機106から電力分配及び変換システム108まで延在する分配線のインピーダンス活用することができる。多くの場合、このような分配線のインピーダンスは、スイッチ126のインピーダンスを上回る。

0043

たとえば、限定されないが、発電機106は、航空機102のに配置される航空機のエンジンにより駆動することができる。発電機分配線は、航空機102の本体において、航空機102の翼に配置される発電機106から電力分配及び変換システム108に電力を運ぶことができる。この場合、スイッチ126を航空機102の翼の発電機106近傍に配置し、発電機106から航空機102の本体への発電機分配線の比較的高いインピーダンスを活用して、より多くの出力電流118をスイッチ126を介して接地124に到達させることが望ましい。

0044

一つの実施形態によれば、スイッチコントローラ140は、時間遅延132後にスイッチ126を自動的に開くように構成される。時間遅延132は、選択された期間とする。或いは、時間遅延132の終了は、接地124に送られる出力電流118のレベルが所望の故障電流閾値レベルを下回るときに識別されてもよい。

0045

時間遅延132は、固定された期間でもよく、また固定された電流閾値レベルに基づいてもよい。また、期間又は時間遅延132の閾値レベルは、オペレータにより設定又は変更することができる。たとえば、初期過渡抑制コントローラ130のソフトウェアを使用して実施される機能により、ユーザは種々の航空機の必要性に応じて又は他の理由から時間遅延132を設定又は変更することができる。

0046

たとえば、限定はされないが、初期過渡抑制器138は、閾値レベル128を上回ると識別される電流レベル122に応じてスイッチコントローラ140がスイッチ126を閉じるのとほぼ同時に、カウンタ又は時間遅延132を測定するための他の装置を起動するように構成することができる。この例では、スイッチコントローラ140は、時間遅延132の終了の識別に応じてスイッチ126を自動的に開くように構成される。別の例では、スイッチコントローラ140は、所望の故障電流閾値レベルを下回る接地124に送られる出力電流118の識別に応じてスイッチ126を自動的に開くように構成されてもよい。

0047

一つの例では、スイッチコントローラ140は、フリップフロップ150又は状態152をラッチするための別の適切な装置を備えることができる。たとえば、フリップフロップ150の状態152は、第一の状態154又は第二の状態156のどちらかとすることができる。フリップフロップ150が第一の状態154にあるときには、スイッチコントローラ140の出力は、スイッチ126が開いた142状態を維持するように制御する。フリップフロップ150が第二の状態156にあるときには、スイッチコントローラ140の出力は、スイッチ126が閉じられる144ように制御する。フリップフロップ150の状態152は、出力電流118の電流レベル122が閾値レベル128を上回るとの指示に応じて、第一の状態154から第二の状態156へ自動的に変更できる。フリップフロップ150の状態152は、時間遅延132の終了の識別に応じて第二の状態156からもとの第一の状態154に自動的に変更できる。

0048

ここで述べられるように初期過渡抑制コントローラ130により実行される機能は、ハードウェア158又はハードウェア158及びソフトウェア160内で実施することができる。初期過渡抑制コントローラ130により実行される機能がハードウェエア158及びソフトウェア160内で実施される場合には、初期過渡抑制コントローラ130は、所望の機能を実行するためにソフトウェア160を起動させるためのプログラム可能プロセッサユニットを備えることができる。たとえば、限定されないが、プロセッサユニットは、マイクロプロセッサ、他のプロセッサユニット、又はプロセッサユニットの組み合わせとすることができる。そのようなプロセッサユニットは、汎用又は特定コンピュータ或いは他のコンピュータ装置のどちらかで提供することができる。

0049

プロセッサユニットは、メモリ固定記憶域、又はその両方に読み込まれるソフトウェア160の命令を実行する役割を果たす。プロセッサユニットは、特定の実施次第で、任意の数のプロセッサマルチプロセッサコア、又は他の種類のプロセッサとしてもよい。さらに、プロセッサ装置は、単一チップ上でメインプロセッサ二次プロセッサ共存する任意の数の異種プロセッサシステムを使用して実施することができる。別の実施例では、プロセッサユニットは、同一形態の複数のプロセッサを含む対称マルチプロセッサシステムであってもよい。

0050

異なる実施形態のプロセッサは、コンピュータで実行される命令の形式でソフトウェア160を使用してプロセッサユニットにより実行される。実施形態による所望の機能を実行するためにプロセッサユニットを制御するための命令は、プロセッサユニットと通信する記憶装置に配置することができる。たとえば、限定されないが、命令は固定記憶域上の機能的な形式とすることができる。これらの命令は、プロセッサ装置により実行されるようにメモリに読み込まれる。

0051

これらの命令は、プログラム命令プログラムコード、コンピュータで使用可能なプログラムコード、又はコンピュータ可読プログラムコードと呼ばれ、プロセッサユニットにより読み込み可能及び実行可能である。種々の実施形態のプログラムコードは、例えば、メモリ又は固定記憶域などの種々の物理媒体又はコンピュータ可読記憶媒体上で実施できる。

0052

別の実施例では、初期過渡抑制コントローラ130の機能性は、特定用途向けに製造又は構成される回路を有する、たとえばハードウェア158などのハードウェアユニットで実施される。この種のハードウェアは、動作を実行するように構成される記憶装置からメモリへのプログラムコードの読み込みを必要とせずに、動作を実行することができる。

0053

例えば、限定されないが、そのようなハードウェアユニットは、回路システム特定用途向け集積回路ASIC)、プログラム可能な論理装置、又は任意の数の動作を実行するように構成される他の適する種類のハードウェアとすることができる。プログラム可能な論理装置とともに、この装置は任意の数の動作を実行するように構成される。装置は、後で再構成することができるか、又は任意の数の動作を実行するように恒久的に構成することができる。プログラム可能な論理装置の例は、たとえば、限定されないが、プログラマブルロジックアレイプログラマブルアレイロジックフィールドプログラマブルロジックアレイフィールドプログラマブルゲートアレイ、及び他の適するハードウェア装置を含む。この種の実施により、種々の実施形態のプロセスがハードウェアユニットで実施されるので、プログラムコードは省略することができる。

0054

さらに別の実施例では、初期過渡抑制コントローラ130により提供される機能性は、コンピュータ及びハードウェアユニットに見られるプロセッサの組み合わせを使用して、実施される。初期過渡抑制コントローラ130は、所望の機能を実行するように構成される任意の数のハードウェアユニット及び任意の数のプロセッサを備えることができる。この例では、初期過渡抑制コントローラ130により提供される機能性のいくつかは、任意の数のハードウェアユニットで実施され、他方、他のプロセスは、任意の数のプロセッサで実施される。

0055

さらに別の実施例では、初期過渡抑制コントローラ130により提供される機能性は、ディスクリート回路コンポーネントを単独で又はハードウェアユニット、プロセッサユニット、又はその両方との組み合わせで使用して実施することができる。

0056

ここで図2を参照すると、実施形態による航空機の電力システムのブロック図が示される。この例では、電力システム200は、図1の航空機102の電力システム100の一部分を実施する例である。

0057

電力システム200は、発電機202を備える。発電機202は、航空機のエンジンにより駆動される。たとえば、限定はされないが、発電機202は、種々の周波数三相AC電力を生成することができる。発電機分配線204は、発電機202からACバス206へ生成されたAC電力を運ぶことができる。

0058

発電機回路遮断器207は、発電機分配線204上に設けられる。発電機回路遮断器207は、それが開かれるときには、発電機202からACバス206を切断するように構成される任意の装置である。たとえば、限定はされないが、発電機回路遮断器207は、発電機コントローラ208により制御され、電力システム200の好ましくない状態の識別に応じて発電機202からACバス206を切断する。

0059

ACバス206は、発電機202により提供されるAC電力を種々の負荷に分配するように構成される。たとえば、限定はされないが、ACバス206は、発電機202により提供されるAC電力を整流器210、AC負荷212及びAC負荷214に分配するように構成することができる。

0060

整流器接触器209は、ACバス206と整流器210との間に設けられる。整流器接触器209は、それが開かれるときに、整流器210をACバス206から切断するように構成される任意の装置である。たとえば、限定はされないが、整流器接触器209は、電力システム200の好ましくない状態の識別に応じて整流器210をACバス206から切断するように、整流器コントローラ211により制御される。

0061

整流器210は、ACバス206で提供されるAC電力をDC電力に変換するように構成することができる。整流器210は、任意のAC電力からDC電力への変換器とするこができる。整流器210からのDC電力は、DCバス216に提供される。

0062

種々のDC負荷は、DCバス216のDC電力により電力供給される。たとえば、限定はされないが、そのようなDC負荷は、モータコントローラ218、モータ220、モータコントローラ222、及びモータ224を含む。別の実施形態では、DCバス216に接続されるDC負荷は、単独のモータ及びモータコントローラ又は複数のモータ及びモータコントローラを含むことができる。別の実施形態では、DCバス216に接続されるDC負荷は、付加的に又は代替的にモータ及びモータコントローラ以外の任意の数のDC負荷を備えてもよい。

0063

モータ220及び224は、任意の種類の電気モータとすることができる。たとえば、限定はされないが、モータ220及び224は、誘導モータ永久磁石モータ、独立励磁同期モータ、又は他の種類の電気モータとすることができる。モータ220及び224は、同じ又は異なる種類のモータとすることができる。

0064

モータコントローラ218及び222は、それぞれ、モータ220及び224それぞれを制御するのに適切な任意の種類のモータコントローラとする。制御されるモータの種類次第で、モータコントローラ218及び222は、任意の適切な大きさ及び複雑さとすることができる。一つの例では、モータコントローラ218、モータコントローラ222又はその両方は、モータ220又はモータ224の駆動用にそれぞれ電力変換を提供する半導体多機能モータコントローラとすることができる。この種のモータコントローラは、種々のモータ及びモータ負荷を駆動するために使用することができる。

0065

AC負荷212及び214は、任意の数のAC負荷とする。接触器226は、ACバス206とAC負荷212との間に提供される。接触器228は、ACバス206とAC負荷214との間に提供される。接触器226及び228は、接触器226が開かれるときにはAC負荷212をACバス206から切断し、接触器228が開かれるときにはAC負荷214をACバス206から切断するように構成される任意の装置とする。たとえば、限定はされないが、接触器226は、電力システム200の好ましくない状態の識別に応じてAC負荷212をACバス206から切断するために、負荷コントローラ230により制御される。接触器228は、電力システム200の好ましくない状態の識別に応じてAC負荷214をACバス206から切断するように、負荷コントローラ232により制御される。

0066

この例では、整流器210は、図1の電力変換システム109の一つの例である。ACバス206及びDCバス216は、図1の電力分配システム111の例である。発電機コントローラ208、整流器コントローラ211、負荷コントローラ230、及び負荷コントローラ232は、図1の電力コントローラ114の例である。

0067

この例では、電流センサ234は、発電機202の出力で電流を感知するように構成される。電流センサ234の出力は、コントローラ236に提供される。この例では、コントローラ236は、図1の初期過渡抑制コントローラ130の例である。

0068

コントローラ236は、発電機分配線204上の発電機202からACバス206に供給される電流のレベルを識別し、発電機202からの電流レベルが閾値レベルを上回るかどうかを判定するために電流センサ234により供給される出力を使用することができる。閾値レベルを上回る電流レベルの識別に応じて、コントローラ236は、選択された期間中に電流を発電機202から接地240に送るためにスイッチ238を閉じる。コントローラ236は、所望の故障電流レベルが得られたら、選択された期間の終了の識別に応じて発電機202から接地240へ電流を送ることを停止するために、スイッチ238を開く。

0069

図1及び図2は、種々の実施形態が実施される方法に対する物理的又は構造的な制限を示唆することを意図していない。図示されたコンポーネントに加えて、代えて、又は加え及び代えて他のコンポーネントを使用することができる。いくつかの実施形態では、いくつかのコンポーネントは不要である。また、ブロックは、いくつかの機能的なコンポーネントを示すために提示される。異なる実施形態において実施されるとき、これらの一又は複数のブロックは、異なるブロックに合成又は分割することができる。

0070

たとえば、限定されないが、一つの実施形態による初期過渡抑制コントローラは、システムの電源が入るといつでも、機能性試験を実行することができる。この機能性試験は、初期過渡抑制コントローラのソフトウェアで実施される。

0071

ここで図3を参照すると、実施形態による過渡電流及び閾値レベルの波形図が示される。この例では、波形300、302及び304は、ある期間にわたってのアンペアでの三相電流のレベルを示す。この例では、直線306は1000アンペアでの閾値レベルを示し、直線308は−1000アンペアでの閾値レベルを示す。実施形態によれば、波形300、302、及び304により表される電流は、絶対値において、直線306及び308により示される閾値レベルを上回る波形300、302、及び304により表される相電流の任意の一つのレベルの識別に応じて、選択された期間に接地に送られる。この例では、期間がおよそ0.015秒と選択されると、波形300、302、及び304により表される相電流のピーク電流レベルは、接地へ相電流を送ることが停止されるときには、直線306及び308により示される閾値レベルの範囲内となるだろう。

0072

ここで図4を参照すると、実施形態によるスイッチコントローラのブロック図が示される。この例では、スイッチコントローラ400は、図1のスイッチコントローラ140を実施する一つの例である。

0073

この例では、スイッチコントローラ400は、フリップフロップ402を備える。フリップフロップ402の出力Q404は、スイッチ406に接続される。フリップフロップ402の出力Q404は、電流レベルがフリップフロップ402の入力S410で受信される閾値レベル408を上回るという指示に応じて設定される。スイッチ406は、フリップフロップ402の出力Q404の設定に応じて閉じされる。

0074

フリップフロップ402の出力Q404は、時間遅延412を介してフリップフロップ402の入力R414に接続される。ゆえに、フリップフロップ402の出力Q404は、フリップフロップ402の出力Q404の設定に応じて時間遅延412の後に消去される。スイッチ406は、フリップフロップ402の出力Q404の消去に応じて開かれる。

0075

時間遅延412は、フリップフロップ402の出力Q404が設定されるときに、選択された期間の時間を測り始めるために起動されるタイマー装置又はタイマー機能とする。この場合、フリップフロップ402の出力Q404は、選択される期間の終了を示すタイマー装置又はタイマー機能に応じて消去される。また、時間遅延412は、所望の故障電流レベルを下回る故障電流レベルを識別するための装置又は機能を備えることができる。この場合、フリップフロップ402の出力Q404は、所望の故障電流レベルを下回る故障電流レベルを識別する装置又は機能に応じて、消去される。

0076

ここで図5を参照すると、一つの実施形態による初期過渡電流抑制のためのプロセスのフローチャートが示される。図5のプロセスは、たとえば、図1の初期過渡抑制コントローラ130により実施される。

0077

プロセスは、電力システムの電流レベルを識別することにより開始する(工程502)。次いで、電流レベルが閾値レベルを上回るかどうかが判定される(工程504)。電流レベルが閾値レベルを上回らない場合には、プロセスは工程502に戻る。閾値レベルを上回る電流レベルが識別されるまで、工程502及び504は繰り返される。

0078

工程504において電流レベルが閾値レベルを上回ると判定される場合には、時間遅延が開始され(工程506)、電流が接地に送られる(工程508)。たとえば、半導体スイッチを閉じることにより、電流は接地に送られる。次いで、時間遅延が終了するかどうかが判定される(工程510)。たとえば、選択期間後又は接地に送られる電流が所望の電流レベルを下回ると、時間遅延が終了する。時間遅延が終了しなければ、プロセスは工程508に戻り、時間遅延が終了するまで、電流は接地に送られ続ける。工程510で時間遅延が終了すると判定される場合には、電流を接地に送ることが停止され(工程512)、その後、プロセスは終了する。たとえば、電流を接地に送ることを停止することは、半導体スイッチを開くことを含む。

0079

種々の図示された実施形態でのフローチャート及びブロック図は、種々の実施形態における装置及び方法のいくつかの可能な実施の構造、機能性、及び工程を示す。その際、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、工程又はステップモジュールセグメント、機能又は部分を表わすことができる。いくつかの別の実施においては、ブロックに記載された機能又は機能群は、図の中に記載の順序を逸脱して現れることがある。例えば、場合によっては、連続して示されている二つのブロックがほぼ同時に実行されること、又は時には含まれる機能によってはブロックが逆の順番に実行されることもある。

0080

種々の実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提供されているものであり、網羅的な説明であること、又は開示された形態に実施形態を限定することを意図していない。当業者には、多数の修正例及び変形例が明らかであろう。さらに、種々の実施形態は、他の所望の実施形態と比較すると、別の特性を提供できる。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最も好ましく説明するため、及び他の当業者に対し、様々な実施形態の開示と、考慮される特定の用途に適した様々な修正との理解を促すために選択及び記述されている。

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