(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力バスの電気供給を、第１の電気周波数で動作している第１の電源から、前記第１の電気周波数とは異なる第２の電気周波数で動作している第２の電源に切換える方法であって、
前記第１の電気周波数と一致するように、一時電源の出力周波数を調整するステップと、
前記第１の電気周波数にて前記一時電源から前記電力バスに電力を供給するステップと、
前記第１の電源を前記電力バスから切り離すステップと、
前記第２の電気周波数と一致するように、前記一時電源の出力周波数を調整するステップと、
前記第２の電源を前記電力バスに結合するステップと
を含み、
前記一時電源がコンデンサおよび変換器を備え、
前記一時電源から前記電力バスに電力を供給する前記ステップが、前記電力バスに電力を供給しながら前記コンデンサを放電するステップを含み、
前記一時電源の出力周波数を調整するステップが、
前記第１の電源または前記第２の電源の回転角を求めるステップと、
前記第１の電源または前記第２の電源の電圧および前記コンデンサの電圧を求めるステップと、
前記回転角および前記電圧から前記変換器内のトランジスタのスイッチングパターンを決定するステップと、
を含む、
方法。
【請求項２】
前記電力バスから前記一時電源を充電するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記一時電源と前記第２の電源の間の位相差がゼロ度となるように、前記一時電源の出力を調整するステップをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の電気周波数と一致するように前記一時電源の出力周波数を調整する前記ステップが、前記一時電源の出力周波数を前記第１の電気周波数から前記第２の電気周波数に１００ミリ秒未満で調整するステップを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
主負荷バス、第１の電源バス、第２の電源バス、および一時電源のそれぞれに動作可能に結合可能な電力切換装置であって、
前記第１の電源バスの第１の電気周波数と一致するように前記一時電源の出力周波数を調整し、
前記一時電源から前記主負荷バスに電力を供給し、
前記第１の電源バスを前記主負荷バスから切り離し、
前記第１の電気周波数とは異なる前記第２の電源バスの第２の電気周波数と一致するように前記一時電源の出力周波数を調整し、
前記第２の電源バスを前記主負荷バスに結合する
ように構成され、
前記一時電源がエネルギー蓄積デバイスおよび変換器を備え、
前記電力切換装置が、
前記第１の電源バスまたは前記第２の電源バスの回転角を求め、
前記第１の電源バスまたは前記第２の電源バスの電圧および前記エネルギー蓄積デバイスの電圧を求め、
前記回転角および前記電圧から前記変換器内のトランジスタのスイッチングパターンを決定する、
ようにさらに構成された、
電力切換装置。
【請求項６】
前記一時電源が前記電力切換装置と共に単一のハウジング内に配置される、請求項５に記載の電力切換装置。
【請求項７】
前記一時電源と前記第２の電源バスの間の位相差がゼロ度となるように、前記変換器の出力を調整するようにさらに構成されている、請求項５または６に記載の電力切換装置。
【請求項８】
前記主負荷バスから前記エネルギー蓄積デバイスを充電するようにさらに構成されている、請求項５から７のいずれかに記載の電力切換装置。
【請求項９】
前記第１の電源バスは、第１のスイッチを通して前記主負荷バスに電気的に結合可能であり、
前記第２の電源バスは、第２のスイッチを通して前記主負荷バスに電気的に結合可能であり、
前記電力切換装置は、前記第１のスイッチを開くことによって前記第１の電源バスを前記主負荷バスから切り離すように構成され、
前記電力切換装置は、前記第２のスイッチを閉じることによって前記第２の電源バスを前記主負荷バスに結合するように構成されている、
請求項５から８のいずれかに記載の電力切換装置。
【請求項１０】
負荷バスを第１の電源バスから第２の電源バスに切換えるためのシステムであって、前記第１の電源バスは第１のスイッチを通して電力バスに電気的に結合可能であり、前記第２の電源バスは第２のスイッチを通して前記電力バスに電気的に結合可能である、システムにおいて、
前記負荷バスに電気的に結合された一時電源と、
前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記一時電源に動作可能に結合されたコントローラとを備え、
前記コントローラが、
前記第１の電源バスおよび前記第２の電源バスの電気的パラメータを求め、
前記第１の電源バス上で求められた第１の電気周波数と一致するように、前記一時電源の出力周波数を調整し、
前記一時電源から前記電力バスに電力を供給し、
前記第１のスイッチを開いて前記第１の電源バスを前記電力バスから切り離し、
前記第１の電気周波数とは異なる、前記第２の電源バス上で検出された第２の電気周波数と一致するように、前記一時電源の出力周波数を調整し、
前記第２のスイッチを閉じて前記第２の電源バスを前記電力バスに結合する
ように構成され、
前記一時電源が、コンデンサおよび電池のうちの少なくとも１つおよび変換器を備え、
前記コトローラが、
前記第１の電源バスまたは前記第２の電源バスの回転角を求め、
前記第１の電源バスまたは前記第２の電源バスの電圧および前記コンデンサおよび電池のうちの少なくとも１つの電圧を求め、
前記回転角および前記電圧から前記変換器内のトランジスタのスイッチングパターンを決定する、
ようにさらに構成された、
システム。
【請求項１１】
前記コントローラが、前記電力バス、前記第１の電源バス、および前記第２の電源バスのうちの少なくとも１つから前記エネルギー蓄積デバイスを充電するようにさらに構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラが、前記一時電源と前記第２の電力バスの間の位相差が約ゼロ度となるように、前記一時電源の出力を調整するようにさらに構成されている、請求項１０または１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記一時電源の出力周波数を、前記第１の電気周波数から前記第２の電気周波数に１００ミリ秒未満で調整するように構成されている、請求項１０から１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の電源バスおよび前記第２の電源バスのうちの少なくとも１つが、可変電気周波数にて動作する電源に結合される、請求項１０から１３のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、一般に可変周波数（ＶＦ）発電システムに関し、より詳細には負荷への電力を中断せずに、異なる周波数の２つの電源の間で負荷を切換えることに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の知られている航空機は、信頼性の改善および重量の最小化を容易にするために、電源としてＶＦ発電システムを用いている。ＶＦシステムの１つの欠点は、無遮断電力切換えを行うために、他のＶＦシステムまたは一定周波数システムと並列にすることが容易にできないことである。遮断型電力切換えは、電子機器のリセット、および客室の音声および／または照明システムへの電力の中断などの望ましくない影響を生じ、これらは乗客の気を散らしまたは不快にさせる可能性がある。現在は、異なる周波数で動作する２つの電源間の無遮断切換えは、一方の電源の出力を調整して、他方の電源の周波数および位相と一致させることによって行われる。しかしこの構成は、電力切換えのために一方または両方の電源を操作することができる比較的複雑な制御システムを必要とし、これらの電源に対する他の要求と競合し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６６３０７５２号
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、一時電源を用いて、第１の電気周波数で動作している第１の電源から、第１の電気周波数とは異なる第２の電気周波数で動作している第２の電源に電力バスを切換える方法が提供される。方法は、第１の電気周波数と一致するように、一時電源の出力周波数を調整するステップと、一時電源から電力バスに電力を供給するステップとを含む。方法はまた、第１の電源を電力バスから切り離すステップを含む。方法はさらに、第２の電気周波数と一致するように、一時電源の出力周波数を調整するステップを含む。方法はさらに、第２の電源を電力バスに結合するステップを含む。
【０００５】
他の態様では、電力切換装置が提供される。電力切換装置は、主負荷バス、第１の電源バス、第２の電源バス、および一時電源のそれぞれに動作可能に結合可能である。電力切換装置は、第１の電源バスの第１の電気周波数と一致するように一時電源の出力周波数を調整するように構成される。電力切換装置はさらに、一時電源から主負荷バスに電力を供給し、第１の電源バスを主負荷バスから切り離すように構成される。電力切換装置はまた、第２の電源バスの第２の電気周波数と一致するように一時電源の出力周波数を調整するように構成され、第２の電気周波数は第１の電気周波数とは異なる。電力切換装置はさらに、第２の電源バスを主負荷バスに結合するように構成される。
【０００６】
他の態様では、電力バスを第１の電源バスから第２の電源バスに切換えるためのシステムが提供される。第１の電源バスおよび第２の電源バスは、それぞれ第１のスイッチおよび第２のスイッチを通して電力バスに電気的に結合可能である。システムは、電力バスに電気的に結合された一時電源を含む。システムはまた、第１のスイッチ、第２のスイッチ、および一時電源に動作可能に結合されたコントローラを含む。コントローラは、第１の電源バスおよび第２の電源バスの電気的パラメータを検知するように構成される。コントローラはまた、第１の電源バス上で検出された第１の電気周波数と一致するように一時電源の出力周波数を調整し、一時電源から電力バスに電力を供給するように構成される。コントローラはさらに、第１のスイッチを開いて第１の電源バスを電力バスから切り離すように構成される。コントローラはまた、第２の電源バス上で検出された第２の電気周波数と一致するように一時電源の出力周波数を調整するように構成され、第２の電気周波数は第１の電気周波数とは異なる。コントローラはさらに、第２のスイッチを閉じて第２の電源バスを電力バスに結合するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】電力切換装置を含む電力システムの概略図である。
【図２】電力切換装置コントローラの概略図である。
【図３】図１に示されるような一時電源を用いて、第１の電源から第２の電源に電力バスを切換える方法の例示のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の説明では、例としてかつ制限的ではなく、例示の電力切換装置およびそれを用いる方法を示す。説明は当業者が本発明を製造し、使用することを明確に可能にし、説明は現在、本発明を実施する最良の形態と考えられるものを含む、本発明のいくつかの実施形態、変形形態、変更形態、代替形態、および使用について説明する。本明細書では本発明は、好ましい一実施形態、すなわち可変周波数発電システム用の無遮断電力切換変換器に応用されるように述べられる。しかし本開示は、広い範囲のシステムおよび／または多様な他の商業用、工業用、および／または民生用の用途における一般的な用途を有することが企図される。
【０００９】
本明細書で述べられる無遮断電力切換変換器は、電源自体の出力周波数を一致させる必要なしに異なる周波数で動作する電源の間での中断のない電力切換えをもたらす。さらに、電力は１つの電源から別の電源に１秒未満で切換えられるので、比較的小型で軽量なエネルギー蓄積デバイス（たとえば、コンデンサまたは電池）のみを必要とする。したがってエネルギー蓄積デバイスを含む装置は、比較的発熱が少なく、外部冷却システムは必要ない。それによりこのような変換器は、新しい航空機内の電力システムの一部として設置することができ、または既存の航空機に容易にレトロフィットすることができる。
【００１０】
図１は、電力切換装置１０５を含む例示の電力システム１００の概略図である。電力システム１００はまた、主負荷バス１１０を含む。主負荷バス１１０には、１つまたは複数の電気装置（図１には示さず）が電気的に結合される。通常の動作時は、第１の電源１１５または第２の電源１２０から、主負荷バス１１０に電力が供給される。第１の電源１１５および／または第２の電源１２０は、原動機および発電機を備える。発電機は、原動機の速度および電力出力の必要性により可変周波数で動作し得る。
【００１１】
例示的実施形態では第１の電源は、航空機の発電機を駆動するジェットエンジンを備える。離陸などの、動作の一部の段階の間は、ジェットエンジンは高速で動作し、したがって発電機は高い周波数で動作する。高高度巡航などの別の動作シナリオでは、ジェットエンジンは低速で動作し、発電機は低い周波数で動作する。
【００１２】
第１の電源１１５および／または第２の電源１２０は、ジェットエンジンなどの原動機の電力出力の必要性に基づいて可変電気周波数で動作し得る。第１の電源１１５は、第１の電源バス１２５に電気的に結合される。第１のスイッチ１３５の接点は、第１の電源バス１２５と主負荷バス１１０の間に配置される。第１の電源バス１２５は、第１のスイッチ１３５を閉じる、または開くことにより、主負荷バス１１０に結合、または主負荷バス１１０から減結合することができる。第２のスイッチ１４０の接点は、第２の電源バス１３０と主負荷バス１１０の間に配置される。第２の電源１２０は、第２の電源バス１３０に電気的に結合される。第２の電源バス１３０は、第２のスイッチ１４０を閉じる、または開くことにより、主負荷バス１１０に結合、または主負荷バス１１０から減結合することができる。
【００１３】
電力切換装置１０５は、主負荷バス１１０に電気的に結合された一時電源１４５を含む。電力切換装置１０５はまた、コントローラ１５０を含む。コントローラ１５０は、第１のスイッチ１３５、第２のスイッチ１４０、および一時電源１４５に動作可能に結合される。コントローラ１５０は、切換起動器１５２に通信可能に結合される。切換起動器１５２は、コマンドをコントローラ１５０に送ることによって、第１の電源１１５から第２の電源１２０への切換を命令するように構成される。
【００１４】
コントローラ１５０は、それだけには限らないが第１の電源バス１２５および第２の電源バス１３０の電気周波数などの電気的パラメータを求めるように構成される。コントローラ１５０はまた、トランジスタ１６５を用いて、第１の電源バス１２５の求められた電気周波数と実質的に一致するように一時電源１４５の出力周波数を調整するように構成される。コントローラ１５０は、一時電源１４５の出力が第１の電源バス１２５と同相となり、絶対値が第１の電源バス１２５の電圧と実質的に一致するように、一時電源１４５を動作させる。コントローラ１５０は、電力を主負荷バス１１０から一時電源１４５に切換える。コントローラ１５０は、第１のスイッチ１３５を開いて第１の電源バス１２５を主負荷バス１１０から切り離す。コントローラ１５０は、第２の電源バス１３０上の求められた周波数と実質的に一致するように一時電源１４５の出力周波数を調整する。例示的実施形態ではコントローラ１５０は、第１のスイッチ１３５が完全に開くのに十分な間、一時電源１４５の調整を遅延させる。コントローラ１５０は、第２のスイッチ１４０を閉じて、第２の電源バス１３０を主負荷バス１１０に結合する。
【００１５】
例示的実施形態では、コントローラ１５０は、一時電源１４５の出力周波数を第１の電気周波数から第２の電気周波数に調整することによって、第２の電気周波数と実質的に一致するように一時電源１４５の出力周波数を調整する。コントローラ１５０は、トランジスタ１６５のファイヤリングまたは導通時間を制御することによって一時電源１４５の出力周波数を調整する。例示的実施形態ではコントローラ１５０は、出力周波数を約１００ミリ秒未満で実質的に直線的に、第１の電気周波数から第２の電気周波数に調整する。代替的実施形態ではコントローラ１５０は、出力周波数を第２の電気周波数に向かって漸近的に調整する。一例では、所与の６００Ｈｚの第１の周波数と４００Ｈｚの第２の周波数に対して、コントローラ１５０は、一時電源１４５の出力を平均で１ミリ秒当たり約５Ｈｚだけ調整し、それにより２００Ｈｚ全体の調整は約４０ミリ秒以内で行われる。
【００１６】
図１に示されるように、電力切換装置１０５は、内部構成要素として一時電源１４５を含む。例示的実施形態では一時電源１４５は、電力切換装置１０５と共に単一のハウジング内に配置される。電力切換装置１０５はさらに、またはその代わりに外部一時電源（図１には示さず）に動作可能に結合可能とすることができる。電力切換装置１０５は、電力切換装置１０５の内部および／または外部の複数の一時電源に動作可能に結合可能とする、または結合することができる。
【００１７】
例示的実施形態では、一時電源１４５は、エネルギー蓄積デバイス１５５を含む。エネルギー蓄積デバイス１５５は、たとえばコンデンサなどの静電的蓄積デバイス、電池または燃料電池などの電気化学的蓄積デバイス、または電気エネルギーを蓄積し放出することができる他の任意のデバイスを含む。例示的実施形態では一時電源１４５は、変換器１６０を含み、変換器１６０は、エネルギー蓄積デバイス１５５からの直流を、主負荷バス１１０用の交流（ＡＣ）に変換する。変換器１６０は、トランジスタ１６５およびインダクタ１７０を含む。コントローラ１５０は、たとえばトランジスタ１６５の出力を制御することにより、一時電源１４５の出力（たとえば、周波数、電圧、および位相）を制御する。具体的にはコントローラ１５０は、トランジスタ１６５のファイヤリングまたは導通時間を制御して、選択可能な周波数にて交流正弦波を発生する。インダクタ１７０は、トランジスタ１６５の出力をフィルタリングして変換器１６０の正弦波出力を平滑化する。他の変換器実装形態も企図される。エネルギー蓄積デバイス１５５は、変換器１６０が接続された電源バスの位相に対して変換器１６０の位相を調整することにより、コントローラ１５０によって充電される。たとえば主負荷バス１１０が第１の電源バス１２５に結合された場合は、エネルギー蓄積デバイス１５５を充電するためには、コントローラ１５０は第１の電源１１５の位相の後を追うように、すなわち遅れるように変換器１６０の位相を調整する。
【００１８】
動作時は、コントローラ１５０は、一時電源１４５と第２の電源バス１３０の間の位相差が約ゼロ度となるように一時電源１４５の出力を調整する。それによりコントローラ１５０は、第２のスイッチ１４０を閉じる前に、一時電源１４５と第２の電源バス１３０の間の位相ロックを得ることができる。
【００１９】
例示的実施形態では、コントローラ１５０は、動作時に変換器１６０を通じて第１の電源バス１２５または第２の電源バス１３０から一時電源１４５を充電する。たとえば、電力切換装置１０５が主負荷バス１１０を第１の電源バス１２５から第２の電源バス１３０に切換えた後に、エネルギー蓄積デバイス１５５は部分的にまたは完全に放電される。エネルギー蓄積デバイス１５５は、主負荷バス１１０への電力を中断せずに第２の電源バス１３０から第１の電源バス１２５への同様な切換えをその後に実行できることを確実にするために、第２の電源バス１３０から充電される。
【００２０】
代替的実施形態では、コントローラ１５０は一時電源１４５を主負荷バス１１０から充電する。主負荷バス１１０は交流を伝送しており、エネルギー蓄積デバイス１５５は直流を必要とする。したがって充電を容易にするために、主負荷バス１１０とエネルギー蓄積デバイス１５５の間に整流器（図１には示さず）が配置される。整流器は、一時電源１４５内（たとえば、変換器１６０内）に含まれる。
【００２１】
一部の実施形態では、電力切換装置１０５は、プロセッサ１７５を含む。例示的実施形態ではプロセッサ１７５は、コントローラ１５０に含まれる。
【００２２】
図２は、コントローラ１５０などの電力切換装置コントローラの概略図である。図１と２の両方を参照すると、コントローラ１５０は、コントローラ１５０のための順序付けおよび論理制御をもたらす転換状態機械２０５を含む。転換状態機械２０５は、切換起動器１５２と通信可能に結合可能であり、それにより転換状態機械２０５は、切換起動器１５２からバス切換コマンドを受け取る。転換状態機械２０５は、第１のスイッチ１３５、第２のスイッチ１４０、第３のスイッチ２１０、および第４のスイッチ２１５に動作可能に結合される。例示的実施形態では、第３のスイッチ２１０は、コントローラ入力バス２２０を第１の電源バス１２５または第２の電源バス１３０のいずれか一方に結合する双投スイッチである。第４のスイッチ２１５の接点は、ＤＣリンク調節器２２５と加算ブロック２２７の間に配置される。
【００２３】
コントローラ入力バス２２０には、位相ロックループ２３０および電圧絶対値計算器２３５が結合される。位相ロックループ２３０は、コントローラ入力バス２２０の位相角を監視する。位相ロックループ２３０は、位相ロックループ２３０の出力位相角を調整するループフィルタ（図示せず）を含む。ループフィルタは、位相ロックループ２３０が短期間にわたって第１の電源バス１２５との同期から第２の電源バス１３０との同期に調整するのを確実にするように、十分長い時定数に従って動作する。この緩やかな調整は、主負荷バス１１０に接続された装置の動作に悪影響を及ぼし得る、主負荷バス１１０の第１の電源バス１２５から第２の電源バス１３０への突然の移行を防止する。
【００２４】
電圧絶対値計算器２３５は、位相ロックループ２３０に供給されるコントローラ入力バス２２０上のＡＣ電圧の絶対値を計算する。この電圧絶対値は、以下で述べるように変換器の出力を調節するために用いられる。例示的実施形態では、変換器の出力電圧は、電源バス（すなわち第１の電源バス１２５、または第２の電源バス１３０）によって主負荷バス１１０に供給される電圧に実質的に等しい。このようにして電圧を一致させることで、システム内の不必要な損失および／または発熱を引き起こし得る無効電力の循環が防止される。
【００２５】
位相ロックループ２３０からの出力は、ＤＣリンク調節器２２５の出力に加算され、位相角変換器２４０に供給される。位相角変換器２４０は、位相ロックループ２３０からの回転角（θ）をα、β座標系に変換する。例示的実施形態では以下の式、すなわち、α＝ｃｏｓ（θ）、β＝ｓｉｎ（θ）が用いられる。
【００２６】
ＤＣリンク調節器２２５は、電力が主負荷バス１１０から変換器１６０を通って流れ、ＤＣバス電圧設定値２４５によって規定される目標電圧までエネルギー蓄積デバイス１５５を充電するように、位相ロックループ２３０の出力に印加されるべき適切な位相角を生じる。例示的実施形態では、ＤＣリンク調節器２２５は比例積分（ＰＩ）型帰還ループコントローラであり、ＤＣバス電圧設定値２４５は４５０ボルト（Ｖ）に設定される。
【００２７】
第４のスイッチ２１５の接点は、ＤＣリンク調節器２２５と加算ブロック２２７の間に配置され、加算ブロック２２７は、ＤＣバスセンス１５７によって供給されるインバータのＤＣリンク電圧から、ＤＣバス電圧設定値２４５を減算することによって、ＤＣバス電圧誤差信号を生じる。転換状態機械２０５は、第４のスイッチ２１５に動作可能に結合され、それにより転換状態機械２０５は、ＤＣリンク調節器２２５が加算ブロック２２７に電気的に結合されるかどうかを制御する。ＤＣリンク調節器は、第４のスイッチ２１５によって加算ブロック２２７に結合されたときにのみ、入力としてＤＣバス電圧誤差信号を受け取る。
【００２８】
ＤＣバス電圧設定値２４５は、変換器１６０のＤＣバス電圧に対する調節設定値である。たとえば、１１５Ｖの航空機バスの場合は、エネルギー蓄積デバイス１５５から、２８１ボルト直流（ＶＤＣ）の最小電圧を必要とする。ＤＣバス電圧設定値２４５の設定を高くするほど、利用可能な蓄積エネルギーのより大きなパーセンテージをエネルギー蓄積デバイス１５５から引き出して利用することができる。エネルギー蓄積デバイス１５５に蓄積されるエネルギーは、バス電圧の２乗に比例する。したがってフィルイン動作時に引き出すことができる有用な電力のパーセンテージは以下の通り、すなわち、（Ｖsetpoint2−Ｖmin2）／Ｖsetpoint2となる。たとえば、４５０Ｖの設定値では、エネルギー蓄積デバイス１５５の総蓄積エネルギーの６１％を、バス切換時に主負荷バス１１０に供給することが可能となる。
【００２９】
電圧絶対値計算器２３５の出力Ｖmagは、変調度計算器２５０に送られる。変調度計算器２５０はまた、ＤＣバスセンス１５７を通じて変換器のＤＣバス電圧（Ｖdc）を受け取る。変調度計算器２５０は、望ましい変調度を計算し、フィルイン事象時にエネルギー蓄積デバイス１５５の出力電圧が低下するのに対して、変換器の出力電圧が所望の絶対値のままとなることを可能にするフィードフォワード補償をもたらす。例示的実施形態では、変調度計算器２５０の出力は、Ｖmag／Ｖdcである。
【００３０】
変調度計算器２５０の出力は、乗算器２５５にて位相角変換器２４０の出力と組み合わされる。乗算器２５５は、位相角変換器２４０からの単位長さ（α、β）を、変調度計算器２５０からの変調度だけスケーリングする。結果としての出力は、変換器からの所望の出力電圧を表す２次元ベクトルＶαβとなる。この信号は、空間ベクトル変調器２６０に送られる。
【００３１】
空間ベクトル変調器２６０は、一時電源１４５の出力電圧の平均値が入力信号Ｖαβと等しくなるように、トランジスタ１６５のスイッチングパターンを計算する。例示的実施形態では空間ベクトル変調器２６０は、パルス幅変調を用いて所望の出力を達成する。
【００３２】
例示のシナリオでは、転換状態機械２０５が切換起動器１５２からバス切換コマンドを受け取ると、主負荷バス１１０は、第１の電源バス１２５によって電力供給される。転換状態機械２０５は、以下の表１に示されるように、スイッチ１３５、１４０、２１０、および２１５を操作することによって、主負荷バス１１０の第２の電源バス１３０への切換を統合する。
【００３３】
【表１】
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一部の実施形態では、転換状態機械２０５は、主負荷バス１１０、第１の電源バス１２５、第２の電源バス１３０、および／またはＤＣバスセンス１５７の電気的パラメータを監視する。監視されたパラメータに基づいて転換状態機械２０５は、障害状態に対する保護をもたらす。障害状態は、たとえば通電されていないバスへの切換要求、および仕様外のバス電圧を含む。他の障害状態に対する保護も企図される。検出された障害状態の種類に応じて、転換状態機械２０５は、１つの電源バスから別の電源バスへ遮断型切換えを行う。たとえば、変換器に給電しているバスが仕様外の場合、主負荷バス１１０がそれに切換えられるバスが仕様外の場合、主負荷バス１１０上の負荷が所定の最大負荷を超える場合、または切換えが要求された時点でエネルギー蓄積デバイス１５５が十分に充電されていない場合は、遮断型切換えが適切となり得る。
【００３４】
一部の実施形態では、転換状態機械２０５は、それ自体、コントローラ１５０、電力切換装置１０５、および／または電力システム１００の試験を行うことができる。試験は、転換状態機械２０５によって自動的に（たとえば定期的に、または転換状態機械２０５が電源オンされたときに）開始することができ、または作業者によって手動により（たとえば、モーメンタリスイッチを作動させることにより）開始することができる。試験時に転換状態機械２０５が機能不良の構成要素または接続を検出した場合は、転換状態機械２０５は、可視表示器、可聴警報器、および／または監視システムへの信号などの警報を起動する。一部の実施形態では、転換状態機械２０５は、本明細書で述べられる動作を行うためのプロセッサ１７５を含む。
【００３５】
図３は、一時電源を用いて第１の電源から第２の電源に電力バスを切換える方法３００のフローチャートである。例示的実施形態では、方法３００は、第１の電源が第１の電気周波数で動作し、第２の電源が第１の電気周波数とは異なる第２の電気周波数で動作している状態で示される。
【００３６】
方法３００は、第１の電気周波数と実質的に一致させるように一時電源の出力周波数を調整するステップ３０５と、一時電源から電力バスに電力を供給するステップ３１０とを含む。一部の実施形態では、一時電源の出力周波数は、第１の電気周波数と等しくなるように調整され、一時電源の出力はまた、第１の電源と位相ロックを達成するように調整される。
【００３７】
方法３００はまた、第１の電源を電力バスから切り離すステップ３１５を含む。方法３００はさらに、第２の電気周波数と実質的に一致するように一時電源の出力周波数を調整するステップ３２０を含む。例示的実施形態では第２の電気周波数と一致するように一時電源の出力周波数を調整するステップ３２０は、一時電源の出力周波数を第１の電気周波数から第２の電気周波数に約１００ミリ秒未満で調整するステップを含む。例示的実施形態では、第２の電源を電力バスに結合するステップ３２５の前に、方法３００は、一時電源と第２の電源の間の位相差が約ゼロ度となる（すなわち、位相ロックが達成される）ように一時電源の出力を調整するステップ３２２を含む。
【００３８】
方法３００はさらに、第２の電源を電力バスに結合するステップ３２５を含む。例示的実施形態では、方法３００はまた、一時電源が電力バスの間で負荷バスを切換えるために用いられていないときに、電力バスから一時電源を充電するステップ３３０を含む。
【００３９】
方法３００は、電力バスへの電力の中断なしに、かつ負荷を切換える前にバスの周波数をほぼ等しくするために電源のうちの１つの原動機を調整する必要なしに、第１の電源から第２の電源への円滑な遷移を達成する。方法３００はまた、第１の電源から第２の電源へ切換えるときの電力バス上のサージまたは過渡事象を低減するのを容易にする。
【００４０】
一実施形態では、一時電源は、コンデンサ、電池、および／または燃料電池などのエネルギー蓄積デバイスを含む。一時電源から電力バスに電力を供給するステップ３１０は、電力バスに電力を供給しながらエネルギー蓄積デバイスを放電するステップを含む。一部の実施形態では、一時電源はまた、エネルギー蓄積デバイスから供給される直流を交流に変換するための変換器を含む。
【００４１】
電源は、スイッチを閉じることによって電力バスに結合することができ、スイッチを開くことによって電力バスから減結合することができる。電源を電力バスに結合し、電源を電力バスから減結合する他の方法も企図される。
【００４２】
上述の実施形態は、２つの電源の間で電気的負荷を切換えるものであるが、任意の数の電源を用いて、同様な方法、装置、およびシステムを実装することができる。たとえば航空機電力バスは、主発電機と補助電力ユニット（ａｕｘｉｌｉａｒｙ  ｐｏｗｅｒ  ｕｎｉｔ：ＡＰＵ）を含むことができ、また陸上の電源（すなわち「地上電源」）に電気的に結合可能とすることができる。この例では、電力切換装置は、３つの電源のそれぞれに結合することができ、任意の２つの電源間の無遮断切換えを実行することができる。
【００４３】
一部の実施形態では、電力切換装置は、無遮断（すなわち中断のない）フェイルオーバ機能を行う。電力切換装置は、連続して、または定期的に第１の電源の第１の電気周波数を検出する。電力切換装置は、第１の電源内の機能不良を検出し、第１の電気周波数にて一時電源から電力バスに電力を供給する。電力切換装置は、第１の電源を電力バスから切り離す。電力切換装置は、第２の電源（たとえば、ＡＰＵ）の第２の電気周波数を検出し、第２の電気周波数と一致するように一時電源の出力周波数を調整し、第２の電源を電力バスに結合する。
【００４４】
本明細書で用いられるプロセッサという用語は、中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、および本明細書で述べられる機能を実行することが可能な他の任意の回路またはプロセッサを指す。
【００４５】
本明細書で用いられる「ソフトウェア」と「ファームウェア」という用語は、置き替え可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む、プロセッサ１７５によって実行するためにメモリに記憶される任意のコンピュータプログラムを含む。上記のメモリの種類は例示的なものにすぎず、したがってコンピュータプログラムを記憶するために用いることができるメモリの種類について限定するものではない。
【００４６】
上記明細書に基づいて理解されるように、上述の本開示の実施形態は、技術的効果が１つの周波数で動作している電源から異なる周波数で動作している電源へ負荷バスを切換えることである、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの任意の組み合わせまたはサブセットを含むコンピュータプログラミングまたは工学技術を用いて、実装することができる。このような切換えを２つの周波数の間の緩やかな調整により行うことによって、負荷バスに接続された装置における中断またはリセットが防止される。コンピュータ可読コード手段を有するいずれのこのような結果としてのプログラムも、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体内に実施する、または設けることができ、それによって本開示の述べられた実施形態による、コンピュータプログラム製品、すなわち製造品を作ることができる。コンピュータ可読媒体は、たとえばそれだけには限らないが、固定（ハード）ドライブ、フロッピディスク、光ディスク、磁気テープ、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）などの半導体メモリ、および／またはインターネットまたは他の通信ネットワークまたはリンクなどの任意の送信／受信媒体とすることができる。コンピュータコードを含む製造品は、１つの媒体から直接コードを実行することにより、またはコードを１つの媒体から別の媒体にコピーすることにより、またはネットワークを通してコードを送信することにより、作製かつ／または使用することができる。
【００４７】
上記では無遮断電力切換変換器、および中断のない電力切換の方法の例示的実施形態について詳述した。方法およびシステムは、本明細書に述べられた特定の実施形態に限定されるものではなく、方法およびシステムの構成要素は、本明細書で述べられた他の構成要素からは独立におよび別々に利用することができる。たとえば本明細書で述べられた方法およびシステムは、他の工業用および／または民生用用途をもつことができ、航空機における可変周波数発電機のみに実施することに限定されない。むしろ本発明は、多くの他の産業に関連して実装および利用することができる。
【００４８】
本書では、最良の形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置またはシステムを製造および使用し、任意の組み込まれた方法を行うことを含めて、本発明を実施することを可能にするために、例を用いている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の例を含み得る。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言との差異がごくわずかな等価の構造要素を含む場合は、特許請求の範囲に包含されるものとする。
【符号の説明】
【００４９】
１００  電力システム
１０５  電力切換装置
１１０  主負荷バス
１１５  第１の電源
１２０  第２の電源
１２５  第１の電源バス
１３０  第２の電源バス
１３５  第１のスイッチ
１４０  第２のスイッチ
１４５  一時電源
１５０  コントローラ
１５２  切換起動器
１５５  エネルギー蓄積デバイス
１５７  ＤＣバスセンス
１６０  変換器
１６５  トランジスタ
１７０  インダクタ
１７５  プロセッサ
２０５  転換状態機械
２１０  第３のスイッチ
２１５  第４のスイッチ
２２０  コントローラ入力バス
２２５  ＤＣリンク調節器
２２７  加算ブロック
２３０  位相ロックループ
２３５  電圧絶対値計算器
２４０  位相角変換器
２４５  ＤＣバス電圧設定値
２５０  変調度計算器
２５５  乗算器
２６０  空間ベクトル変調器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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