(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の電気機器を収容するためのハウジングであって、
航空機の電気機器を収容するための囲まれた空間を画定している１つまたは複数の平行なパネルの組であって、該平行なパネルの組の各々が対応するリップを有している、前記パネルの組と、
両端に凹部を有する少なくとも１つの電気母線バーと、
を含み、
前記少なくとも１つの母線バーが、前記電気機器電力を供給する、積み重ねられた第１乃至第３の導体を使用して形成されており、
前記少なくとも１つの電気的母線バーの各凹部は、前記パネルの組の各々が対応するリップ間に接続されて、前記ハウジングに構造的な支持を提供し、
前記ハウジングにより囲まれた前記空間は、約５０ｃｍから約１５０ｃｍまでの高さ寸法、約４０ｃｍから約１５０ｃｍまでの幅寸法、および約１０ｃｍから約５０ｃｍまでの深さ寸法を有する、ハウジング。
【請求項２】
前記１つまたは複数のパネルは複合材料で作製されている、請求項１記載のハウジング。
【請求項３】
前記少なくとも１つの電気母線は、銅およびアルミニウムの１つまたは複数を含む、請求項１乃至２のいずれか記載のハウジング。
【請求項４】
前記母線は高出力母線である、請求項１乃至３のいずれか記載のハウジング。
【請求項５】
前記母線は三相母線である、請求項１乃至４のいずれか記載のハウジング。
【請求項６】
前記三相母線は、絶縁材料により分離されている３本の平板形状のバーを含む、請求項５記載のハウジング。
【請求項７】
前記パネルの少なくとも１つは、前記囲まれた空間の内部に電磁（ＥＭＣ）遮蔽を実現するために、１つまたは複数の導電性素子を組み込んでいる、請求項１乃至６のいずれか記載のハウジング。
【請求項８】
前記パネルの少なくとも１つは、モノコック構造またはセミモノコック構造を実現する、請求項１乃至７のいずれか記載のハウジング。
【請求項９】
前記少なくとも１つの母線は、前記パネルの少なくとも１つに完全にまたは部分的に埋め込まれる、請求項１乃至８のいずれか記載のハウジング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的に、航空機用電気ハウジングに関する。さらに詳細には、本発明は、電気母線を使用して電気機器に電気を供給する航空機の電気機器を収容するためのハウジングに関する。
【背景技術】
【０００２】
配電システムを環境汚染から防護し、人を感電死から防護する電気ハウジングが、一般に既知である。いくつかのそのようなシステムでは、例えば繊維複合材料および強化用ガラス繊維から作製されている複合材料を使用して、絶縁部品を設ける可能性がある。さらに、また、複合材料を使用して、種々の配電設備のためのハウジング全体を設けることが既知である。
【０００３】
しかし、家庭用電気機器を収容するための多数のハウジングが既知であるが、航空機で使用するためのハウジングの設備には、特にそれらが（例えば、三相４１５ボルト電源を提供するタイプの）主要配電設備を収容するのに使用される場合、そのようなハウジングに関する厳密な技術要件が課される。そのような技術要件は、様々な航空機関により課される可能性がありかつ／または製造の観点から望ましい可能性がある。
【０００４】
例えば、様々な航空機関の絶縁要件、遮蔽要件、振動要件、衝撃要件、耐火要件、冷却調整要件等を満たす従来のハウジングは、そのようなハウジングを製造するのに必要とされる付加的な構造支柱のため、重量である可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／１７８８２１号明細書
【特許文献２】米国特許第２，７６６，４０５号明細書
【特許文献３】米国特許第３，７６１，７８０号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８１１，７３４号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００８／０１００９９３号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００７／００５３１４２号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＤＯ１６０Ｅ  ｓｔａｎｄａｒｄ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ  ｒｅｌａｔｉｎｇ  ｔｏ  ｐａｎｅｌ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ａｓｐｅｃｔｓ  ａｎｄ  ＤＯ２５４  ｓｔａｎｄａｒｄ  ｒｅｌａｔｉｎｇ  ｔｏ  ｄｅｓｉｇｎ  ａｓｓｕｒａｎｃｅ  ｇｕｉｄａｎｃｅ  ｆｏｒ  ａｉｒｂｏｒｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｈａｒｄｗａｒｅ  ｂｏｔｈ  ａｖａｉｌａｂｌｅ  ｆｒｏｍ  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｔｃａ．ｏｒｇ／ｄｏｗｎｌｏａｄｓ／ＤＥＣ％２０２００４％２０−％２００５−０１−０６．ｈｔｍ
【非特許文献２】ＡＮＳＩ  Ｃ３７．２０  ｓｔａｎｄａｒｄ  ｒｅｌａｔｉｎｇ  ｔｏ  ｂｕｓｂａｒ  ｔｈｅｒｍａｌ  ａｓｐｅｃｔｓ  ａｖａｉｌａｂｌｅ  ｆｒｏｍ  ｈｔｔｐ：／／ｗｅｂｓｔｏｒｅ．ａｎｓｉ．ｏｒｇ／ＲｅｃｏｒｄＤｅｔａｉｌ．ａｓｐｘ？ｓｋｕ＝ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ％２０Ｃ３７．２０．１−２００２
【非特許文献３】Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｇｒｏｕｐ  Ｌｉｍｉｔｅｄ，  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｈｏｕｓｅ，  Ｓｉｎｃｌａｉｒ  Ｃｌｏｓｅ，  Ｈｅａｎｏｒ，  Ｄｅｒｂｙｓｈｉｒｅ  ＤＥ７５  ７ＳＰ，  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｋｉｎｇｄｏｍ，  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｄｖａｎｃｅｄ−ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．ｃｏ．ｕｋ
【非特許文献４】Ｇｒａｄｅ  ＵＴＲ  ｌａｍｉｎａｔｅ  ａｖａｉｌａｂｌｅ  ｆｒｏｍ  Ｒｏｅｃｈｌｉｎｇ  Ｇｌａｓｔｉｃ（ｒｅｇｉｓｔｅｒｅｄ  ｔｒａｄｅｍａｒｋ）  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，  ４３２１  Ｇｌｅｎｒｉｄｇｅ  Ｒｏａｄ，  Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，  Ｏｈｉｏ，  ＯＨ  ４４１２１，  ＵＳＡ，  ｗｗｗ．ｇｌａｓｔｉｃ．ｃｏｍ
【発明の概要】
【０００７】
したがって、明らかに、航空機の電気機器を収容するためのハウジングの重量低減が望ましいと考えられる。
【０００８】
したがって、本発明は、航空機に使用される場合の電気機器用ハウジングに関する上記の欠点を念頭において考案されている。
【０００９】
本発明の態様によれば、したがって、航空機の電気機器を収容するためのハウジングが提供されている。該ハウジングは、電気機器を収容するための囲まれた空間を画定している１つまたは複数のパネルを含む。ハウジングはまた、電気機器に電力を供給する少なくとも１つの電気母線を含む。少なくとも１つの電気母線は、ハウジングに構造支柱をもたらすように構成されている。
【００１０】
母線自体がハウジングに構造支柱をもたらすハウジングを提供することにより、本発明の種々の態様および実施形態は、重量が低減された電気ハウジングが航空機内に設けられることを可能にする。さらに、また、そのようなハウジングは、製造工程および組立工程中にボルト、リベット等の使用の必要性がより低い可能性があるので、従来のハウジングに比べて、より容易により短時間で製造することができる。
【００１１】
本発明の種々の態様および実施形態が、ここで、添付図面に関連して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の航空機の電気ハウジングの後面図である。
【図２】本発明の実施形態による、航空機の電気機器を収容するためのハウジングの後面図である。
【図３】図２のハウジングで使用するための三相母線の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、従来の航空機の電気ハウジング１０の後面図を示す。電気ハウジング１０は、囲まれた空間５０を画定しているアルミニウムの筐体２０を含む。アルミニウムの背板４０が、筐体２０に取り付けられており、銅のほぼＥ形の母線３０を支持している。母線３０は、外部電源ユニット（図示せず）に電気的に接続されており、囲まれた空間５０の内部に収容されている電気構成要素（図示せず）に電力を供給するのに使用される。
【００１４】
また、電気構成要素は、背板４０に取り付けられていてもよく、それにより、航空機の電気ハウジング１０に対する機械的支持を付加的にもたらす。さらに、航空機の電気ハウジング１０に対する機械的支持は、横方向に配置されている強化バー８０によりもたらされる。航空機の電気ハウジング１０は、組立て済みの航空機の電気ハウジング１０を航空機の機体（図示せず）に固定する４つの取付けブラケット６０を付加的に含む。
【００１５】
図２は、本発明の実施形態による、航空機の電気機器を収容するためのハウジング１００の後面図を示す。ハウジング１００は、パネル１１０の各対向するパネル対として設けられている４枚のパネル１１０を含み、それらは、全体で、ほぼ長方形の横断面形状を有する囲まれた空間１５０を画定している。また、一旦ハウジング１００が航空機内に設置されると囲まれた空間１５０への接近を防止するために、付加的な前面パネル（図示せず）が設けられていてもよい。
【００１６】
例えば高出力電気機械スイッチ（図示せず）などの種々の電気機器が、囲まれた空間１５０の内部に収容されていてもよい。そのような電気機器は、例えば、適宜設けられる背板（図示せず）上に取り付けられてもよい。
【００１７】
また、アルミニウムの母線１３０が、囲まれた空間１５０の内部に設けられていてもよい。母線１３０は、各パネル−母線インターフェース１３２において一対の対向するパネル１１０間に接続されている三相母線（例えば、以下の図３を参照）である。そのような構成により、追加の構造支柱構成要素を設けることを要さずに、ハウジング１００の機械的強度および剛性が強化される。このことにより、特にアルミニウムの（または他の軽量導電性材料の）母線１３０および複合材料を使用して作製された１つまたは複数のパネル１１０と共に使用される場合、比較的軽量のハウジング１００を設けることが可能になる。例えば、１つまたは複数のパネル１１０は、炭素繊維、ガラス繊維、樹脂等を使用して構成されていてもよい。また、そのような複合材料には、囲まれた空間１５０の内部に電磁（ＥＭＣ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）遮蔽を実現するために、１つまたは複数の導体素子（例えば、ワイヤグリッド、金属粒子等）が備え付けられていてもよい。
【００１８】
種々の実施形態では、ハウジング１００は、航空機内で主要電力を供給するために使用される。パネル１１０は、例えばＤＯ１６０Ｅ内に明示されているものなどの一連の環境条件に対応するために、機械的荷重および静電放電から構成部品を物理的かつ電気的に防護する、必然的に対流冷却式の軽量小型の設計を実現するように設計することができる。例えば、パネルのそれぞれは、ハウジング１００の内部を冷却するのに効果的な所定の気流パターンをもたらす様々な下部通気孔１１２、上部通気孔１１４および／または側部通気孔１１６を含んでいてもよい。また、通気孔１１２、１１４、１１６のいくつかを通して配線および外部接続を設けることができる。さらに、そのような通気孔１１２、１１４、１１６のいくつかまたはすべてが遮蔽されて、ハウジング１００内への異物侵入の防止を助けてもよい。
【００１９】
出願人により構成され、試験された一実施形態では、主要電力の供給のために複合パネルを使用する可能性が調査された。航空機で使用するためのボリュームパッケージング要件は、予備含浸材料（プリプレグ）の使用および手動レイアップ工程に役立つことが分かった。パネル設計における炭素繊維複合材料の使用により、従来の製造され、機械加工され、共にリベット留めされるアルミニウムの構成要素を取り換える実現可能性を考査するために調査された軽量「モノコック」構造が実現された。
【００２０】
パネル１１０は、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｇｒｏｕｐ  Ｌｉｍｉｔｅｄにより供給されるＭＴＭ（登録商標）系からの予備含浸炭素繊維複合材料を使用して組み立てられた。繊維強化複合材料は、別の材料の繊維形態で強化されている一種類の材料の母材を含む構造系であり、この例では、２つの構成物質はエポキシ樹脂および炭素繊維である。
【００２１】
選択されたＭＴＭ（登録商標）４６複合材料は、中程度の性能レベルを有しており、オートクレーブの使用を要さずに、比較的低温（８０℃）で硬化した。ＭＴＭ（登録商標）４６材料は、具体的には、低圧工程を用いて高品質薄板を製造するために開発された。但し、本特定の実施形態はこの特定の材料を使用したが、一般に、プリプレグ複合材は、状況に応じた機械的性能および熱的性能に最適化されることが可能であり、所望に応じて母材の内部で高い繊維含有量が達成可能である。
【００２２】
複合パネル１１０を製造するために、プリプレグ材料が雌の金型表面内に手でレイアップされ、真空バッグをかけられ、次いで１２０℃まで加熱された。これにより、樹脂は最初にリフローし、最終的に硬化することが可能になった。樹脂は、室温でほとんど固体であり、プリプレグは、樹脂に対して軽度のネバネバ／べとべと感を有しており、それが、金型内への層のレイアップにおいて助けとなった。
【００２３】
レイアップは７層のプリプレグで構成されており、各層は、隣接する層に対して４５°で配置されていた。高強度用途では、繊維の配向が、荷重条件に合わせた高強度を実現するように設計されてもよい。典型的な５０％の繊維量を有するパネル１１０の密度は、約１．５１グラム毎立方センチメートルであった（繊維密度が１．７７グラム毎立方センチメートル、樹脂密度が１．２５グラム毎立方センチメートルであった）。
【００２４】
パネル１１０が使用されて、３０インチ（約７５ｃｍ）の（母線１３０の最長寸法と実質的に等しい）高さ寸法、２０インチ（約５０ｃｍ）の幅寸法、および１０インチ（約２５ｃｍ）の（母線１３０を含む平板に対して垂直な軸に沿って画定されている）深さ寸法を有する囲まれた空間１５０を伴うハウジング１００を実現した。
【００２５】
図３は、図２に示されているハウジング１００内で使用するための三相母線１３０を示す。実際に作製されている母線１３０は、航空機内で主要高圧（ＨＴ）電力を供給するのに使用されるように設計されている高出力母線である。
【００２６】
母線１３０は、積層配置で設けられている第１の導体１３６と、第２の導体１３８と、第３の導体１４０とを使用して形成されている。各導体１３６、１３８、１４０は、三相デルタ電源（図示せず）の各電力層を分けるように設けられている。母線１３０は、ハウジング１００内に設置されると、機械的強化を付加的にもたらす。
【００２７】
第１の導体１３６、第２の導体１３８および第３の導体１４０は、各アルミニウムの切抜きに粉末塗装することおよびそれらを焼いて絶縁被覆を形成することにより作製されている。粉末塗装された導体１３６、１３８、１４０の間には、次いで、接着結合された形状の熱硬化性繊維ガラスＤＥＬＭＡＲシート（図示せず）が差し入れられ、一緒に挟み込まれる（例えば、非特許文献３参照）。保持ボルト（図示せず）が適宜または代替的に使用されて、導体１３６、１３８、１４０が互いに対して空間的に固定されたままであるように、母線１３０を固定してもよい。導体１３６、１３８、１４０を粉末塗装しかつ雲母、繊維ガラスまたは他の電気的絶縁シーティングを使用してそれらを分離することにより、例えば、二重絶縁母線装置がもたらされる。
【００２８】
第１の導体１３６および第３の導体１４０には、その各端部に取付け用貫通孔１３４が設けられている。第２の導体１３８は、諸導体が最終的な組立て済みの母線１３０に揃えられた時、そのどの部分も第１の導体１３６の貫通孔１３４と第３の導体１４０の貫通孔１３４との間にないような大きさに作製されている。この配置により、母線１３０の各端部に各凹部１４４が設けられ、その凹部内に、各対向するパネル１１０上に形成されている各リップ部１４６を入れることが可能である。そのようなリップ部１４６は、自身に、第１の導体１３６の各貫通孔１３４および第３の導体１４０の各貫通孔１３４と揃っている貫通孔を設けて、各ボルト（図示せず）が通過してもよい経路を形成することができる。該経路には、その中に絶縁グロメット（図示せず）が設けられていてもよく、各ナット（図示せず）を使用してボルトを定位置に固定して、ハウジング１００のパネル−母線インターフェース１３２をもたらすことができる。この構造では、貫通孔１３４に最も近接している第２の導体１３８の端部は、付加的な機械的支持をもたらすために、各リップ部１４６に当接していることが好ましい。
【００２９】
また、様々な横方向アーム１４２が、各それぞれの導体１３６、１３８、１４０上に設けられている。これらは、複雑な配線を必要とせずかつ各電気相に必要な配線間に最大限の物理的分離を維持しながら、種々の電気構成要素が異なる電気相に接続されてもよいように、各導体１３６、１３８、１４０間で垂直方向にずらして配置されていることが好ましい。したがって、このことは、任意の配線の故障が電力相間の短絡に繋がる機会を最小限にすることを助ける。
【００３０】
母線１３０は、例えば銅などの種々の導電性材料を使用して作製されてもよい。しかし、（例えば銅と比較して）より大量の材料が必要であるが、同一出力定格を実現している場合には全体的な重量低減が得られることを出願人が知ったため、好適な実施形態ではアルミニウムが使用される。それにも関わらず、導体としての銅は、空間要件が最重要要素であるより小さいハウジング内での使用に依然として好適である可能性がある。
出願人の実施形態と従来のハウジングとの比較
複合材料を使用するハウジングおよびアルミニウムの母線を、前述の通り製造した。これを、同一寸法を有しかつ銅の母線を使用している従来のハウジングと比較した。例えば図１参照。両設計は、ＤＯ１６０Ｅ、ＤＯ２５４およびＡＮＳＩ  Ｃ３７．２０の要件を満たした。
【００３１】
従来のハウジングは、僅か３．６ｋｇの重さの実施形態と比較して、１１ｋｇの重さがあった。通常、３つのそのようなハウジングが任意の一機の航空機において使用される可能性があるので、本発明の実施形態を使用することにより、航空機一機当たり２２．２ｋｇ以上低減することができる可能性がある。明らかに、このことは、特に航空機の長い運転耐用年数を考慮した場合、燃料効率および排出削減の両方の観点から有利である。
【００３２】
さらに、航空機用の従来の電気ハウジングと比較した場合、本発明の種々の実施形態が、簡易化された構造を有する。さらに、種々の構成要素に穴を開け、リベット留めをし、部品を一緒にボルト留めする必要が減るので、ハウジングの製造を迅速化することができる。したがって、本発明のあるハウジング実施形態の簡易化された構造は、従来のハウジングより製造がより速く、より軽量である。
【００３３】
当業者はまた、本発明の多数の実施形態が提供され得ることに気付くであろう。例えば、パネルは、互いに結合された複数の個々のパネルとしてではなく、単一の統合構造として提供されることが可能であると考えられる。ある実施形態では、ハウジングは、モノコック構造またはセミモノコック構造を実現する可能性がある。様々な母線−ハウジング機械的強化装置が提供され得る。
【００３４】
母線はまた、複数の電気的に分離された導電性素子を使用して形成されてもよいか、または１つの単相導電性素子を含むことができると考えられる。そのような母線は、所望に応じて、ハウジングに付加的な機械的支持をもたらすために、パネルの少なくとも１つに完全にまたは部分的に埋め込まれてもよい。さらに、概してある平面内に延在しており、絶縁材料により分離されている３本の積層板形状のほぼ平坦な／平面的なバーを含む三相母線を参照して母線の実施形態が記載されているが、種々の代替的装置が可能である。例えば、様々な形状を有する単相母線が使用されてもよい（例えば、ロッド形状、平面等）。そのような母線は、ハウジングの所要電力に従って選択または設計されてもよく、該所要電力は高い可能性がある。例えば＞１００ボルト、＞３０アンペア、＞３ｋＷ、＞５ｋＷ、＞１０ｋＷ等でＡＣおよび／またはＤＣ電流を供給する、高電圧母線、高圧母線および／または高電流母線が設けられてもよい。例えば、三相星形またはデルタ構成、三相ＡＣ４１５ボルト／一相当たり４００アンペア、三相２７０ボルト、単相２７０または４５０ボルトＡＣ、２７０ボルトＤＣ等の電源が使用されてもよい。
【００３５】
さらに、本発明の実施形態が複合材料に関連して記載されているが、当業者は、例えば機械加工されたブラケットで強化されたシートメタルアルミニウムの筐体で構成されている標準的な主要配電筐体を製造するための従来の製造方法もまた使用されてもよいことに気付くと考えられる。そのような筐体は、例えば機械強度、熱伝導特性、ＥＭＣ保護特性等の、その製造材料の性質に固有の利点を役立てるように設けられてもよい。さらに、また、合金密度が低減した種々の材料（例えば、焼結材料）および／または新規の構造概念が使用されて、本発明による実施形態を提供することができると考えられる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  （従来の航空機の）電気ハウジング
２０  筐体
３０、１３０  （電気）母線
４０  背板
５０、１５０  囲まれた空間
６０  取付けブラケット
８０  強化バー
１００  ハウジング
１１０  パネル
１１２  下部通気孔
１１４  上部通気孔
１１６  側部通気孔
１３２  パネル−母線インターフェース
１３４  貫通孔
１３６  第１の導体
１３８  第２の導体
１４０  第３の導体
１４２  横方向アーム
１４４  凹部
１４６  リップ部
【図１】
0006006496.tif 000002
【図２】
0006006496.tif 000003
【図３】
0006006496.tif 000004