(57)【要約】【課題】向上された電力品質特性を備えたＤＣ電力を航空機に提供するための航空機電源。【解決手段】１つの実施例に従って、航空機電源は、入力フィルタと、降圧変圧器と、１つ以上の整流器ネットワークと、電圧変調減衰器を備えた出力フィルタとを含んで、電力品質特性を受動的に向上させる。電圧変調減衰器は、インダクタ、キャパシタ、およびダイオードの特定の配置を用いて、航空機電源における電圧過渡状態を減少させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機電源であって、
ＤＣ電力出力と、
前記ＤＣ電力出力の少なくとも１つの端子に結合され、少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つの並列に接続されたダイオードとを有する電圧変調減衰器とを備える航空機電源。
【請求項２】
変圧器と整流器回路とをさらに備え、前記変圧器は、前記整流器回路に接続された２次巻線を含み、前記整流器回路は、前記電圧変調減衰器を介して前記ＤＣ電力出力に接続されている、請求項１に記載の航空機。
【請求項３】
前記変圧器は、第２の２次巻線と第２の整流器回路とをさらに含み、前記第２の２次巻線は、前記第２の整流器回路に接続されており、前記第２の整流器回路は、前記電圧変調減衰器を介して前記ＤＣ電力出力に接続されている、請求項２に記載の航空機電源。
【請求項４】
前記変圧器は、３相変圧器である、請求項３に記載の航空機電源。
【請求項５】
前記変圧器は、ワイ構成で接続された１次巻線を含み、前記２次巻線は、デルタ−ワイ構成で接続されている、請求項４に記載の航空機電源。
【請求項６】
前記ダイオードは、並列に前記インダクタの両端間に逆電流方向に接続された第１のダイオードを含み、前記電圧変調減衰器は、並列に前記インダクタの両端間に順電流方向に接続された第２のダイオードを含む、請求項２に記載の航空機電源。
【請求項７】
前記電圧変調減衰器は、並列に前記インダクタの両端間に前記順電流方向に接続された複数のダイオードを含む、請求項６に記載の航空機電源。
【請求項８】
前記ダイオードは、並列に前記インダクタの両端間に逆電流方向に接続された第１のダイオードを含み、前記電圧変調減衰器は、並列に前記インダクタの両端間に順電流方向に接続された第２のダイオードを含む、請求項１に記載の航空機電源。
【請求項９】
前記電圧変調減衰器は、並列に前記インダクタの両端間に前記順電流方向に接続された複数のダイオードを含む、請求項８に記載の航空機電源。
【請求項１０】
前記ＤＣ電力出力の両端間に接続されたキャパシタをさらに備える、請求項９に記載の航空機電源。
【請求項１１】
前記電圧変調減衰器は、前記ＤＣ電力出力の負端子と直列に接続されている、請求項８に記載の航空機電源。
【請求項１２】
前記電圧変調減衰器は、受動的構成部品のみを含む、請求項１に記載の航空機電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、概して電源に関し、より具体的には、ＤＣ電力を提供する航空機電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
航空機電気システムは、通常、特定の電力品質特性を必要とする電気部品、装置、機器などを含む。たとえば、特定の電気部品は、ＤＣ電源に電気的障害がある場合、適切に機能しないことがある。電気的障害には、停電、高電圧過渡状態、低電圧過渡状態、リップル電圧、およびその他を含めて、広範な現象が含まれ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
試験中に示される電力品質特性は、実際の航空機運航中に示される電力品質特性と劇的に異なり得る。試験中、ＤＣ電力は、高度に調整され安定した環境中で、プログラム可能な電源によって提供され得る。しかしながら、実際の航空機運航中、ＤＣ電力は、通常、可変速度で動作しているエンジンに結合されたＡＣ発電機から得られ、この発電機から、ＡＣ電力は変圧され、整流され、フィルタをかけられるなどする。他の要因と同様に、この動作の可変性は、理想とは言えない電力品質特性を示すＤＣ電力をもたらす恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の概要
この発明の１つの局面に従って、ＤＣ電力出力と、ＤＣ電力出力の少なくとも１つの端子に結合され、少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つの並列に接続されたダイオードとを有する電圧変調減衰器とを含む航空機電源が提供される。いくつかの実施例において、航空機電源は、電圧変調減衰器を介してＤＣ電力出力に接続された整流器回路に接続された２次巻線を有する変圧器を含む種類であり得る。また、いくつかの実施例において、電圧変調減衰器は、並列にインダクタの両端間に逆電流方向に接続されたダイオードを含み得、並列にインダクタの両端間に順電流方向に接続された１つ以上の追加のダイオードを含み得る。電圧変調減衰器は、供給ＤＣ電力に関して減少された過渡状態および電圧リップルを提供することなどによって、ＤＣ出力電圧の品質の向上を提供する。
【０００５】
図面の簡単な説明
この発明の好ましい例示的な実施例は、以下に添付の図面に関連して説明される。図中、類似の呼称は、類似の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】向上された電力品質特性を提供することができる例示的な航空機電源の概略図である。
【図２Ａ】先行技術の航空機電源についての電流および電圧波形のプロットを示す図である。
【図２Ｂ】図１に示したものなどの、電圧変調減衰器を含む例示的な航空機電源についての電流および電圧波形のプロットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
好ましい実施例の詳細な説明
この明細書中に説明される航空機電源は、向上された電力品質特性を備えたＤＣ電力を提供することができ、かつシステムの信頼性を妥協せずにそうすることができる。航空機電源は、変圧器整流器ユニット（ＴＲＵ）を用いてＤＣ電力を提供するＡＣ／ＤＣシステムに関連して以下に説明されるが、他の実施例も用いられ得ることが理解されるべきである。例として、航空機電源は、可変周波数ＡＣ電力、定周波数ＡＣ電力、および／またはＤＣ電力の任意の組合せを提供し得、ＤＣ電力を提供することのみに限定されない。
【０００８】
図１に示される例示的な実施例に従って、航空機電源１０は、航空機発電機からのＡＣ電力をレセプタクル１２で受け、ＤＣ電力をＤＣ電力出力１４に提供する。ＡＣ電力は、３相１１５Ｖ（ＲＭＳ）波形として４００Ｈｚの定周波数で提供されてもよいが、代わりに他の電力入力が用いられ得る。説明のため、航空機電源１０は、入力フィルタ２０と変圧器２２の１次巻線とを含む高電圧部１６と、変圧器２２の２次巻線と整流器ネットワーク２４、２６と出力フィルタ２８とを含む低電圧部１８とに分けられている。１つの実施例に従って、出力フィルタ２８は、航空機電源１０の電力品質特性を受動的に向上させる、インダクタ、キャパシタ、およびダイオードの特定の配置を含む。
【０００９】
入力フィルタ２０は、航空機発電機からのＡＣ電力をレセプタクル１２で受け、入来するＡＣ電圧信号にフィルタをかけるまたは別の方法で整える多数のインダクタおよび／または他の電気部品を含んでもよい。１つの例において、航空機発電機がレセプタクル１２で定周波数（ＣＦ）電力を生じることができるように、一体型駆動発電機（integrated drive generator：ＩＤＧ）を用いて、航空機エンジンからの可変速の機械的出力を定速の機械的出力に変換してもよい。各相が１２０°ずつ分離されている３相信号であってもよいＣＦ電力は、次にフィルタリングのための入力フィルタ２０などに提供され得る。他の航空機発電機、ＡＣ電源、および入力フィルタも用いられ得る。
【００１０】
変圧器２２は、航空機発電機１２によって提供されたＡＣ電力の電圧を航空機の電気部品にとってより安定したレベルまで降圧する。１つの例において、変圧器２２は、１１５Ｖ（ＲＭＳ）信号をおよそ２８Ｖ（ＲＭＳ）の電圧に降圧するが、他の電圧レベルも用いられ得る。ここで示す実施例において、変圧器２２は、ワイ（Ｙ）構成に配置された１次巻線４０と、デルタ（△）−ワイ構成にそれぞれ配置された２次巻線４２、４４とを含む。上述のように、１次巻線４０は、高電圧部１６の一部であってもよく、２次巻線４２、４４は、低電圧部１８の一部であってもよい。この技術分野において知られている他の巻線配置およびトポロジも用いられ得るので、当然これは、単なる例示的な変圧器配置である。別の可能な変圧器配置には、当業者には知られているように、デルタ１次巻線およびデルタ−ワイ２次巻線が含まれる。
【００１１】
整流器ネットワーク２４、２６は、それぞれ２次巻線４２、４４に接続されており、ＤＣ電力をＤＣ電力出力１４に提供できるように、降圧ＡＣ電力を整流する。ここで示す実施例において、整流器ネットワーク２４、２６は、降圧２次電圧の全波整流を提供する電力ダイオード５０−７２のバンクの形態で設けられている。整流器ネットワーク２４、２６は、相間変圧器８０を通して結合されており、この相間変圧器は、デルタ２次巻線４２とワイ２次巻線４４とを磁気的に結合する。相間変圧器８０は、コンバータ状態情報をＦＡＤＥＣシステムなどの１つ以上の航空機構成部品に提供する不良検知リレーに接続された１対の高電圧タップを含んでもよい。整流器ネットワーク２４、２６は、一般的にＤＣ出力１４に出力フィルタ２８を介して接続されている。
【００１２】
出力フィルタ２８は、整流器ネットワーク２４、２６の出力側に接続されており、ＤＣ電力バスに提供された電力の電力品質特性を受動的に向上させるために用いられてもよい。出力フィルタは、ここに示す例示的なものを含めて、多数の異なる方法で配置されてもよい。この特定の実施例に従って、出力フィルタ２８は、キャパシタ８２と、インダクタ８４と、逆ダイオード８６と、いくつかの順ダイオード８８−９２とを有する電圧変調減衰器７８を含み、これらは、合わせてＤＣ電力出力端子での電圧過渡状態を減少させることができる。図１には、電圧変調減衰器７８が一般的にＤＣ電力出力１４の負端子に接続されて示されているが、電圧変調減衰器をＤＣ電力出力の正極に接続する、ＤＣ電力出力の正極と負極との両方に接続する、または航空機電源１０の何らかの他の構成部品に接続することも可能である。好ましくは、電圧変調減衰器は、整流器ネットワーク２４、２６の出力側およびＤＣ電源１４の入力側で接続されている。しかしながら、これは必ずしも必要ではない。その上、電圧変調減衰器７８を、その内容の全体がこの明細書中に引用により援用される２００９年１０月２８日に出願された米国特許出願第１２／６０７，０９０号に開示された閉ループ変圧器制御システムなどの航空機電源の能動的に制御された特徴に関連して用いることが可能である。
【００１３】
キャパシタ８２は、ＤＣ電力出力１４の正端子と負端子との間に接続されており、３ｍＦなどの任意の適切なキャパシタンスを有してもよい。インダクタ８４は、ＤＣ電力出力１４の負端子と直列に接続されており、適切な誘導および抵抗特性を示す。１つの例において、インダクタ８４は、４０−６０μＨの間のインダクタンスを有し、約２ｍΩの抵抗を有する。当然、他のインダクタンスおよび抵抗を有するインダクタも用いられ得る。この実施例に従って、電圧変調減衰器７８は、インダクタ８４と並列に逆電流方向に接続された単一の逆ダイオード８６と、インダクタ８４と並列に順電流方向に接続された３つの順ダイオード８８−９２を含む。ダイオード８８−９２は、予期される動作環境に耐えるのに十分に高い定格電流を有するべきであり、１つの例において、各々８０アンペア定格を有するシリコンダイオードまたはショットキーダイオードである。構成部品の数がより少ないまたはより多いものも含めて、他のキャパシタ／インダクタ／ダイオード配置も用いられ得る。たとえば、電圧変調減衰器７８は、単一のダイオードを順方向に含み得、その場合、この単一のダイオードは、大量の電流を扱うように設計されている。順方向と逆方向とについて異なる種類のダイオードを用いることも可能であり、その場合、ダイオードの種類によって、順電圧降下が異なる。こういったダイオードの種類および電圧降下の選択は、リップル電圧などの電力品質特性を向上させるように特定的に行なわれ得る。さらに、出力フィルタ２８および／または電圧変調減衰器７８が、ＤＣ電力出力を無負荷状態または低負荷状態で制限する、キャパシタ８２と並列に接続されたブリードレジスタ（たとえば４０Ω、２５Ｗレジスタ）を含むことが可能である。
【００１４】
図１の実施例において、ファンモータ９０を用いて回路構成部品を冷却してもよく、レセプタクル９８を設けてもよく（たとえば、ＭＳ３１０２Ｒ−２０−１７Ｐ）、ＤＣ電力出力１４は、たとえば端子盤を含むまたは端子盤に接続され得る。図１に示された航空機電源は、単なる例示的な実施例であり、電圧変調減衰器７８は、他の適切な航空機電源とともに用いられてもよく、この特定の実施例に限定されないことが理解されるべきである。
【００１５】
動作中、航空機電源１０は、電圧過渡状態の減少を含めて、向上された電力品質特性を示すＤＣ電力を航空機に提供する。ここで示す特定の実施例に従って、電圧変調減衰器７８は、受動的配置−−すなわち、キャパシタ／インダクタ／ダイオードの組合せ−−を用いて、ＤＣ電力出力における電圧過渡状態または電圧スパイクを減少させるまたは軽減する。当業者は、システムの入力側にある原因（たとえば航空機発電機、伝送線、電力コンバータなど）および出力側にある原因（たとえば異なる電気機器の要求に帰因する負荷の相当な変化）を含めて、多数の異なる原因が、ＤＣ電力における電圧過渡状態に関与し得ることを理解するであろう。例示的な電圧変調減衰器７８は、ＤＣ電力出力１４から引込まれた電流サージによって引起される、低から高へおよび高から低への電圧過渡状態に対処するのによく適している。たとえば、ある軍用ハードウェアの動作は、航空機の他の構成部品に影響を及ぼす恐れのあるＤＣ電力出力における相当の電流サージまたはパルス負荷をもたらすことがある。電圧変調減衰器７８は、結果として生じる電圧過渡状態を減少させるまたは軽減することによって、航空機電源１０の電力品質特性を向上させることができ、かつ追加的な不良モードを通じて信頼性を低下させずにそうすることができる。
【００１６】
図２Ａおよび図２Ｂを参照して、２つの別々の航空機ＤＣ電源の性能を示すプロット１００、２００が示されている。図２Ａにおいて、プロット１００は、先行技術航空機電源についての電流波形１０２と電圧波形１０４とを含む。図２Ｂにおいて、プロット２００は、電圧変調減衰器７８を有する航空機電源１０についての電流波形２０２と電圧波形２０４とを含む。先行技術航空機電源は、当業者には知られているように、従来の受動的フィルタネットワークと、ＤＣ電圧出力の負端子と直列に接続された単一のインダクタとを含んでもよい。こういった種類の回路は、リップル電圧を減少させるために適していることがあるものの、ＤＣ電力出力にある動的負荷によって引起される高電圧過渡状態および低電圧過渡状態の影響をより受けやすい恐れがある。
【００１７】
図２Ａを見ると、電流波形１０２は約５０アンペアから約１９０アンペアまで変動し、およそ１４０アンペアの振幅である。立上がり１１０などで電流が急速に増加すると、対応する電圧ディップ１１２が電圧波形１０４に起こる。電流の変化が大きいほど（すなわちｄｉ／ｄｔが大きいほど）、ＤＣ電力出力１４において直列接続されたインダクタにかかる結果として生じる電圧降下は大きい。同様のしかし逆の現象は、立下がり１２０で電流が減少すると起こり、それは次に、対応する電圧スパイク１２２を電圧波形１０４に引起す。当業者は、そのような極端な電圧過渡状態または変動は、ＤＣ電源に接続された機器およびハードウェアに有害である恐れがあることを理解するであろう。
【００１８】
プロット１００をプロット２００と対比して、電圧変調減衰器７８は、電圧波形２０４中の変動を大いに減少させるまたは軽減することを見て取ることができる。たとえば、電流波形２０２中の立上がり２１０は、電流波形１０２中の立上がり１１０と類似するが、それでもこの立上がりは、約１０ｖである電圧ディップ１１２と比較し、約２ｖの電圧ディップ２１２しか引起さない。同様に、立下がり２２０は、立下がり１２０によって引起されたものよりもはるかに小さい電圧スパイク２２２を引起す。特定の理論によって縛られたいわけではないものの、この電圧過渡状態の相当の減少に対する１つの説明は、電圧変調減衰器７８の構成部品の組合せおよび配置である。ＤＣ電源上の装置が突然より多くのエネルギを要求すると、インダクタ８４を流れる電流は、急増し、対応する電圧降下がインダクタの両端間で起こる。インダクタにかかる電圧降下は、ダイオード８８−９２のための必要なターンオン電圧を提供する（典型的に、これは約０．２ｖ−０．７ｖであり、ダイオードの特定の種類による）。インダクタ８４と並列に接続されたダイオード８８−９２は、一旦適切なターンオン電圧でバイアスをかけられると順バイアス状態で動作することができ、電流が流れることを可能にする。この時点で、ＤＣ電力出力１４の負端子に流れている相当な量の全電流は、インダクタ８４からダイオード８８−９２へ分流されてもよい。電流の変化（すなわちｄｉ／ｄｔ）が落ち着き、波形２０２の平坦域２２４の間などのより定常状態に戻るにつれて、インダクタ８４にかかる電圧降下は、ターンオン電圧未満まで減少され、電流は、インダクタからダイオード８８−９２へ戻る。
【００１９】
電圧過渡状態を減少させることの向上に加えて、電圧変調減衰器７８は、より明瞭でより理想的な矩形波を電流に提供してもよい。違う言い方をすれば、先行技術航空機電源システムについての電流波形１０２は、立上がり１１０と立下がり１２０との両方に過渡点１３０を有する。こういった過渡点は、理想的とは言えない電流矩形波をもたらし、信号の立上がり時間および立下がり時間を増加させる恐れがある。航空機電源１０についての電流波形２０２は、必ずしも完璧な矩形波ではないものの、同じ過渡点を示さない。リップル電圧および電圧調整の向上などの他の利点も、電圧変調減衰器７８を用いることで享受されてもよい。上述の電力品質特性は、航空機電気システムが示し得る関連する特性または品質のうちほんのいくつかに過ぎないことが理解されるべきである。数多くの他の特性および動作パラメータも、航空機電気システムのＡＣまたはＤＣ出力を測定または評価するために用いられ得る。
【００２０】
例示的な実施例に従って、電圧変調減衰器７８は、高アンペア航空機電源、例として２４０アンペアＤＣ電源とともに用いられるとき、ＤＣ電力出力１４の負端子に接続されている。電圧変調減衰器７８は、５０アンペアのものなど低アンペア航空機電源とともに用いられるとき、ＤＣ電力出力１４の正端子に接続されている。当然、他の配置が確実に可能であるので、これらは単なるいくつかの可能性である。
【００２１】
前述の内容は、この発明の１つ以上の好ましい例示的な実施例の説明であることが理解されるべきである。この発明は、この明細書中に開示された特定の実施例に限定されるのではなく、以下の特許請求の範囲によってのみ定義される。そのうえ、前述の説明に含まれた記述は、特定の実施例に関し、用語または語句が上記に明示的に定義されている場合を除いて、この発明の範囲の限定または特許請求の範囲において用いられる用語の定義として解釈されるべきでない。当業者にはさまざまな他の実施例ならびに開示された実施例のさまざまな変形および変更が明らかとなるであろう。そのような他の実施例、変形、および変更のすべては、添付の特許請求の範囲の範囲内に入ることが意図される。
【００２２】
この明細書および特許請求の範囲中で用いられる用語「たとえば」、「例として」、「のような」、および「など」、ならびに動詞「備える」、「有する」、「含む」、およびこれらの動詞の他の変化形は、１つ以上の構成要素または他の項目の列挙に関連して用いられるとき、各々制約のないものとして解釈されるべきであり、それは、その列挙は、他の追加の構成要素または項目を排除するものとして考えられるべきでないことを意味する。他の用語は、その用語が異なる解釈を必要とする文脈中で用いられているのでない限り、その用語の合理的に最も広い意味を用いて解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００２３】
１０  航空機電源、１２  レセプタクル、１４  ＤＣ電力出力、１６  高電圧部、１８  低電圧部、２０  入力フィルタ、２２  変圧器、２４，２６  整流器ネットワーク、２８  出力フィルタ、４０  一次巻線、４２，４４  二次巻線、５０−７２  電力ダイオード、７８  電圧変調減衰器、８０  相間変圧器、８２  キャパシタ、８４  インダクタ、８６  逆ダイオード、８８−９２  順ダイオード、９８  レセプタクル。
【図１】
2010159050.tif 000003
【図２Ａ】
2010159050.tif 000004
【図２Ｂ】
2010159050.tif 000005
【外国語明細書】
2010159050000001.pdf