(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正バスレール、負バスレール、およびグランドを含む航空機電力配電システムに使用するバスセンタリングデバイスであって、
中心ノードと、
第１の既定デューティサイクルで前記中心ノードを前記正バスレールに結合するように構成された第１のスイッチング構成要素と、
第２の既定デューティサイクルで前記中心ノードを前記負バスレールに結合するように構成された第２のスイッチング構成要素と、
前記中心ノードとグランドの間に結合された、三脚相間変圧器を含む誘導性構成要素であって、前記中心ノードの電圧をグランド電位にほぼ等しく維持するように構成され、前記正バスレールと前記中心ノードの間の電圧が、前記負バスレールと前記中心ノードの間とほぼ等しい電圧に維持される、誘導性構成要素と、
前記第１のスイッチング構成要素および前記誘導性構成要素と結合された第１の電流制限デバイスであって、前記第１のスイッチング構成要素がオフにされたときに、前記誘導性構成要素からの電流を継続させるように構成された第１の電流制限デバイスと、
前記第２のスイッチング構成要素および前記誘導性構成要素と結合された第２の電流制限デバイスであって、前記第２のスイッチング構成要素がオフにされたときに、前記誘導性構成要素からの電流を継続させるように構成された第２の電流制限デバイスとを備える、デバイス。
【請求項２】
前記第１のスイッチング構成要素が約５０％の第１のデューティサイクルで切り替えられ、前記第２のスイッチング構成要素が約５０％の第２のデューティサイクルで切り替えられ、前記第２のスイッチング構成要素の切替えが、前記第１のスイッチング構成要素の切替えから約１８０°位相遅延される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
第３のスイッチング構成要素、第４のスイッチング構成要素、第５のスイッチング構成要素、および第６のスイッチング構成要素を備える、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第３のスイッチング構成要素が約５０％の第３のデューティサイクルで切り替えられ、前記第４のスイッチング構成要素が約５０％の第４のデューティサイクルで切り替えられ、前記第４のスイッチング構成要素の切替えが、前記第３のスイッチング構成要素の切替えから約１８０°位相遅延される、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第５のスイッチング構成要素が約５０％の第５のデューティサイクルで切り替えられ、前記第６のスイッチング構成要素が約５０％の第６のデューティサイクルで切り替えられ、前記第６のスイッチング構成要素の切替えが、前記第５のスイッチング構成要素の切替えから約１８０°位相遅延される、請求項３または４に記載のデバイス。
【請求項６】
正バスレール、負バスレール、およびグランドを含む航空機電力配電システムであって、
電源と、
負荷と、
バスセンタリングデバイスとを備え、前記バスセンタリングデバイスが、
中心ノードと、
第１の既定デューティサイクルで前記中心ノードを前記正バスレールに結合するように構成された第１のスイッチング構成要素と、
第２の既定デューティサイクルで前記中心ノードを前記負バスレールに結合するように構成された第２のスイッチング構成要素と、
前記中心ノードとグランドの間に結合された三脚相間変圧器であって、前記中心ノードの電圧をグランド電位にほぼ等しく維持するように構成され、前記正バスレールと前記中心ノードの間の電圧が、前記負バスレールと前記中心ノードの間とほぼ等しい電圧に維持される、三脚相間変圧器と、
前記第１のスイッチング構成要素および前記誘導性構成要素と結合された第１の電流制限デバイスであって、前記第１のスイッチング構成要素がオフにされたときに、前記誘導性構成要素からの電流を継続させるように構成された第１の電流制限デバイスと、
前記第２のスイッチング構成要素および前記誘導性構成要素と結合された第２の電流制限デバイスであって、前記第２のスイッチング構成要素がオフにされたときに、前記誘導性構成要素からの電流を継続させるように構成された第２の電流制限デバイスとを備える、システム。
【請求項７】
前記第１のスイッチング構成要素が約５０％の第１のデューティサイクルで切り替えられ、前記第２のスイッチング構成要素が約５０％の第２のデューティサイクルで切り替えられ、前記第２のスイッチング構成要素の切替えが、前記第１のスイッチング構成要素の切替えから約１８０°位相遅延される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記デバイスが第３のスイッチング構成要素、第４のスイッチング構成要素、第５のスイッチング構成要素、および第６のスイッチング構成要素を備える、請求項６または７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第３のスイッチング構成要素が約５０％の第３のデューティサイクルで切り替えられ、前記第４のスイッチング構成要素が約５０％の第４のデューティサイクルで切り替えられ、前記第４のスイッチング構成要素の切替えが、前記第３のスイッチング構成要素の切替えから約１８０°位相遅延される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第５のスイッチング構成要素が約５０％の第５のデューティサイクルで切り替えられ、前記第６のスイッチング構成要素が約５０％の第６のデューティサイクルで切り替えられ、前記第６のスイッチング構成要素の切替えが、前記第５のスイッチング構成要素の切替えから約１８０°位相遅延される、請求項８または９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記誘導性構成要素がさらに、前記三脚相間変圧器に結合されたインダクタを含む、請求項６から１０のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
正バスレール、負バスレール、およびグランドを含む航空機電力配電システムをセンタリングする方法であって、
電源、および前記電源に結合される負荷を用意するステップと、
前記正バスレール、前記負バスレール、および前記グランドにバスセンタリングデバイスを結合するステップであって、前記バスセンタリングデバイスが、
中心ノードと、
第１のスイッチング構成要素、第２のスイッチング構成要素、および前記中心ノードとグランドの間に結合された誘導性構成要素と、
を含む、ステップと、
三脚相間変圧器を前記第１のスイッチング構成要素および前記第２のスイッチング構成要素とに結合するステップと、
第１の既定デューティサイクルで前記中心ノードを前記正バスレールに結合するステップと、
第２の既定デューティサイクルで前記中心ノードを前記負バスレールに結合するステップと、
前記中心ノードの電圧をグランド電位にほぼ等しく維持するステップとを含み、前記正バスレールと前記中心ノードの間の電圧が、前記負バスレールと前記中心ノードの間とほぼ等しい電圧に維持される、
方法。
【請求項１３】
前記第１のスイッチング構成要素を約５０％の第１のデューティサイクルで切り替えるステップと、前記第２のスイッチング構成要素を約５０％の第２のデューティサイクルで切り替えるステップとをさらに含み、前記第２のスイッチング構成要素の切替えが、前記第１のスイッチング構成要素の切替えから約１８０°位相遅延される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第３、第４、第５、および第６のスイッチング構成要素を、第１の入力端子および第２の入力端子のうちの少なくとも一方に結合するステップをさらに含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第３のスイッチング構成要素を約５０％の第３のデューティサイクルで切り替えるステップと、前記第４のスイッチング構成要素を約５０％の第４のデューティサイクルで切り替えるステップとをさらに含み、前記第４のスイッチング構成要素の切替えが、前記第３のスイッチング構成要素の切替えから約１８０°位相遅延される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第５のスイッチング構成要素を約５０％の第５のデューティサイクルで切り替えるステップと、前記第６のスイッチング構成要素を約５０％の第６のデューティサイクルで切り替えるステップとをさらに含み、前記第６のスイッチング構成要素の切替えが、前記第５のスイッチング構成要素の切替えから約１８０°位相遅延される、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１７】
インダクタを前記三脚相間変圧器に結合するステップをさらに含む、請求項１２から１６のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に航空機電力システムに関し、より具体的には電気バスセンタリングの方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機電力システムでは、多数の構成要素に電力を供給する。最近の傾向として、航空機に搭載される電気構成要素が多くなっている。この傾向により、航空機電力配電システムからの電力需要が増大することになる。少なくとも一部の知られている航空機電力配電システムでは、配電、すなわちバス、の電圧レベルを高めることによって、給電線重量を最小限にしている。一部の知られている航空機では、航空機バス電圧が直流２７０ボルト（ＶＤＣ）を超える。
【０００３】
航空機バス電圧が高くなるにつれ、偶発的な放電の危険が増すことで、付随する危険が保守要員および他の航空機構成要素に対して増大することになる。さらに、航空機バス電圧が高いことで、望ましくないコロナ放電の危険が増大する。したがって、一部の知られている航空機システムでは、単極性バスではなく、航空機シャーシグランドにセンタリングされた双極性バスを使用して、２７０ＶＤＣを超える航空機バス電圧が供給される。しかし、少なくとも一部の知られている双極性バス実施では、効率が単極性バス実施よりも低い。さらに、少なくとも一部の知られている双極性バス実施では、単極性バス実施と比べて航空機の重量が増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，２９５，２１５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態では、正バスレール、負バスレール、およびグランドを含む航空機電力配電システムに使用するバスセンタリングデバイスが提示される。このバスセンタリングデバイスは、中心ノードと、中心ノードを第１の既定デューティサイクルで正バスレールに結合するように構成された第１のスイッチング構成要素と、中心ノードを第２の既定デューティサイクルで負バスレールに結合するように構成された第２のスイッチング構成要素とを含む。このデバイスはまた、中心ノードとグランドの間に結合された誘導性構成要素を含む。この誘導性構成要素は、中心ノードの電圧をグランド電位にほぼ等しく維持するように構成され、正バスレールと中心ノードの間の電圧が、負バスレールと中心ノードの間とほぼ等しい電圧に維持される。デバイスはまた、第１のスイッチング構成要素および誘導性構成要素に結合された第１の電流制限デバイスを含む。第１の電流制限デバイスは、第１のスイッチング構成要素がオフにされたときに、誘導性構成要素からの電流を継続させるように構成されている。デバイスは、第２のスイッチング構成要素および誘導性構成要素に結合された第２の電流制限デバイスを含む。第２の電流制限デバイスは、第２のスイッチング構成要素がオフにされたときに、誘導性構成要素からの電流を継続させるように構成されている。
【０００６】
別の実施形態では、正バスレール、負バスレール、およびグランドを含む航空機電気バスシステムが提示される。このシステムは、電源、負荷、およびバスセンタリングデバイスを含む。このバスセンタリングデバイスは、中心ノードと、中心ノードを第１の既定デューティサイクルで正バスレールに結合するように構成された第１のスイッチング構成要素と、中心ノードを第２の既定デューティサイクルで負バスレールに結合するように構成された第２のスイッチング構成要素とを含む。このデバイスはまた、中心ノードとグランドの間に結合された誘導性構成要素を含む。この誘導性構成要素は、中心ノードの電圧をグランド電位にほぼ等しく維持するように構成され、正バスレールと中心ノードの間の電圧が、負バスレールと中心ノードの間とほぼ等しい電圧に維持される。デバイスはまた、第１のスイッチング構成要素および誘導性構成要素に結合された第１の電流制限デバイスを含む。第１の電流制限デバイスは、第１のスイッチング構成要素がオフにされたときに、誘導性構成要素からの電流を継続させるように構成されている。デバイスは、第２のスイッチング構成要素および誘導性構成要素に結合された第２の電流制限デバイスを含む。第２の電流制限デバイスは、第２のスイッチング構成要素がオフにされたときに、誘導性構成要素からの電流を継続させるように構成されている。
【０００７】
別の実施形態では、正バスレール、負バスレール、およびグランドを含む航空機電力配電システムをセンタリングする方法が提示される。この方法は、電源、および電源に結合される負荷を用意するステップと、正バスレール、負バスレール、およびグランドにバスセンタリングデバイスを結合するステップとを含む。このバスセンタリングデバイスは、中心ノード、第１のスイッチング構成要素、第２のスイッチング構成要素、および誘導性構成要素を含む。この誘導性構成要素は中心ノードとグランドの間に結合されている。この方法はまた、第１の既定デューティサイクルで中心ノードを正バスレールに結合するステップと、第２の既定デューティサイクルで中心ノードを負バスレールに結合するステップと、中心ノードの電圧をグランド電位にほぼ等しく維持するステップとを含み、正バスレールと中心ノードの間の電圧は、負バスレールと中心ノードの間とほぼ等しい電圧に維持される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な航空機電力配電システムのブロック図である。
【図２】図１に示された航空機電力配電システムと共に使用できる従来技術の電力配電システムの一部分の概略図である。
【図３】図１に示された航空機電力配電システムと共に使用できる例示的なバスセンタリングデバイスの概略図である。
【図４】図１に示された航空機電力配電システムと共に使用できる代替のバスセンタリングデバイスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、例示的な航空機電力配電システム１０のブロック図である。システム１０は、航空機配電ライン、すなわちバス５０を介して少なくとも１つの負荷４０に結合された少なくとも１つの電源２０を含む。この例示的な実施形態では、電源２０は、ロータおよびステータ（図示せず）を含む三相同期交流発電機である。例示的な実施形態では、電源２０は、三相交流を直流（ＤＣ）に変換する整流回路（図示せず）を含み、この直流を使用してバス５０に通電し、最終的に負荷４０に通電する。電源２０は、航空機シャーシグランド（図示せず）に対して浮いているＤＣ電力を発生することができる。このように、バスセンタリングデバイス３０をバス５０に結合して、バス５０を実質的にグランドにセンタリングすることができる。本明細書では、「センタリング」という語は、第１の電圧レールおよび第２の電圧レールを、第１の電圧レールが基準点の上のある正レベルである電圧レベルを有し、第２の電圧レールが第１の電圧レベルとほぼ等しいが基準点に対して負である電圧レベルを有するように調整することを指す。例えば、あるバスは、３００ＶＤＣの第１の電圧レールおよび１００ＶＤＣの第２の電圧レールを有することができる。このバスを０ＶＤＣのグランドレベルでセンタリングすると、＋１００ＶＤＣの第１の電圧レール、および−１００ＶＤＣの第２のレールが得られる。
【００１０】
図２は、従来技術の電力配電システム１００の一部分の概略図である。従来技術のシステム１００は、正端子１０２および負端子１０４を含む。端子１０２および１０４は、バス５０（図１に示す）などの航空機電気バスに接続するように構成されている。正端子１０２および負端子１０４は、それぞれコンデンサ１０８および１１０を介して航空機シャーシグランド１０６に結合される。従来技術のシステム１００はまた、発電の際に使用する三相Ｙ接続ステータまたは変圧器などの発電機１１２を含む。発電機１１２は、共通中心点１２０で一緒に結合されている第１の巻線１１４、第２の巻線１１６、および第３の巻線１１８を含む。中心点１２０はシャーシグランド１０６に結合され、これにより従来技術のシステム１００をグランド１０６でセンタリングすることが容易になる。インダクタ１４０を、下記のように中心点１２０とシャーシグランド１０６の間に結合することができる。第１の巻線１１４の端子１２２が、ダイオード１２８を介して正端子１０２に結合され、またダイオード１３４を介して負端子１０４に結合される。第２の巻線１１６の端子１２４が、ダイオード１３０を介して正端子１０２に結合され、またダイオード１３６を介して負端子１０４に結合される。第３の巻線１１８の端子１２６が、ダイオード１３２を介して正端子１０２に結合され、またダイオード１３８を介して負端子１０４に結合される。
【００１１】
動作時、発電機１１２は三相交流電力を発生する。より具体的には、ロータ（図示せず）が第１の巻線１１４、第２の巻線１１６および第３の巻線１１８それぞれの中に交番磁界を誘起する。この磁界により、交流電流が、ほぼ０°、１２０°、および２４０°の位相オフセットで巻線１１４、１１６、および１１８を流れる。ダイオード１２８、１３０、１３２、１３４、１３６、および１３８により、巻線１１４、１１６、および１１８から供給される交流を直流に変換することが容易になる。巻線１１４、１１６、および１１８を流れる電流の位相オフセットにより、端子１０２と１０４に結合されうる１つまたは複数の負荷（図示せず）にほぼ均一な電力を供給することが容易になる。巻線１１４、１１６および１１８のＹ構成により、１つまたは複数の大振幅第３高調波電流が中心点１２０接続部にシャーシグランド１０６へ向けて生じうる。これらの電流を最小にするために、インダクタ１４０が設けられる。しかし、高調波電流を適正に低減するには、インダクタ１４０が十分に高いインダクタンスを有さなければならない。そのため、インダクタ１４０により相当な重量が電力配電システムに付加される可能性がある。複数の発電機が航空機電力配電システムに設けられる場合には、複数のインダクタ１４０が設けられなければならない。したがって、従来技術のシステム１００では、航空機電力配電システムの重量が大幅に、また望ましいことではなく増大する。
【００１２】
図３は、本発明の例示的な一実施形態によるバスセンタリングデバイス２００の概略図である。この例示的な実施形態では、デバイス２００は、正バス端子２０２および負バス端子２０４を含む。端子２０２および２０４は、電気バス５０（図１に示す）などの一次配電ラインに接続するように構成されている。より具体的には、例示的な実施形態では、正端子２０２はバス５０の正ＤＣ電圧レール（図示せず）に結合され、負端子２０４はバス５０の負ＤＣ電圧レール（図示せず）に結合される。正端子２０２は正ノード２２２に結合され、負端子２０４は負ノード２２４に結合され、シャーシグランド２０６はグランドノード２２６に結合される。第１のコンデンサ２０８は、正ノード２２２とグランドノード２２６の間に結合される。第２のコンデンサ２１０は、負ノード２２４とグランドノード２２６の間に結合される。第１のスイッチングデバイス２１２のコレクタが正ノード２２２に結合され、第１のスイッチングデバイス２１２のドレインが共通ノード２２８に結合される。第２のスイッチングデバイス２１４のコレクタが共通ノード２２８に結合され、第２のスイッチングデバイス２１４のドレインが負ノード２２４に結合される。インダクタ２１６が共通ノード２２８とグランドノード２２６の間に結合される。
【００１３】
例示的な実施形態では、第１のスイッチングデバイス２１２は、トランジスタＱ１、およびトランジスタＱ１と並列に結合されたダイオード２１８を含む。より具体的には、トランジスタＱ１は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。例示的な実施形態では、第２のスイッチングデバイス２１４は、トランジスタＱ２、およびトランジスタＱ２と並列に結合されたダイオード２２０を含む。より具体的には、トランジスタＱ１はＩＧＢＴである。ダイオード２１８および／または２２０は、トランジスタＱ１および／またはＱ２が「オフ」状態に切り替わったときにインダクタ２１６からの電流を継続させるように構成されている。一代替実施形態では、第１のスイッチングデバイス２１２および第２のスイッチングデバイス２１４のそれぞれは、別々のトランジスタの種類を含み、あるいは本明細書で説明する動作ができる他の任意のスイッチングデバイスを含む。本明細書で説明するように、デバイス２００では、インダクタ１４０（図２に示す）などの第３高調波抑制インダクタの使用を必要とせずに、バス５０をセンタリングすることが容易になる。もっと正確に言えば、デバイス２００の設計では、インダクタ１４０よりも小さいインダクタンスを有するインダクタ２１６を用いて、バス５０をセンタリングすることが容易になる。このように、インダクタ２１６には、比較的小さなコアおよび／または巻線を備えることができ、これによりデバイス２００の重量を低減することが容易になる。
【００１４】
動作時、バス５０を介して、ＶｐがＶｎよりも正になるように第１のＤＣ電圧Ｖｐが正端子２０２に加えられ、第２のＤＣ電圧Ｖｎが負端子２０４に加えられる。第１のスイッチングデバイス２１２が、第１の外部制御デバイスによって第１のデューティサイクルで切り替えられる。第２のスイッチングデバイス２１４が、第２の外部制御デバイスによって第２のデューティサイクルで切り替えられる。例示的な実施形態では、第１のデューティサイクルが約５０％、第２のデューティサイクルが約５０％であるが、第２のスイッチングデバイス２１４の導通開始は、第１のスイッチングデバイス２１２の導通開始から約１８０°位相遅延される。そのようにして、第１のスイッチデバイス２１２と第２のスイッチングデバイス２１４は、交互の時間に切り替わる。より具体的には、第１のスイッチングデバイス２１２が「オン」状態に切り替えられるときに、第２のスイッチングデバイス２１４が「オフ」状態に切り替えられる。第１のスイッチングデバイス２１２が「オフ」状態に切り替えられるときに、第２のスイッチングデバイス２１４が「オン」状態に切り替えられる。そのようにして、共通ノード２２８の電圧は、第１のＤＣ電圧Ｖｐと第２のＤＣ電圧Ｖｎの間で、ほぼ方形波のパターンで交番する。こうして、共通ノード２２８の平均電圧は（Ｖｐ＋Ｖｎ）／２とおおよそ等しくなる。インダクタは一般に、ＤＣ電流を実質的に妨げずにインダクタに流すことができるので、インダクタ２１６により、共通ノード２２８の電圧がグランド２０６の電圧とおおよそ等しくされる。こうして、バスセンタリングデバイス２００は、ＶｐおよびＶｎ、ならびにバス５０を実質的にグランド２０６にセンタリングする。より具体的には、グランド２０６に対して、第１のＤＣ電圧Ｖｐはほぼ（Ｖｐ＋Ｖｎ）／２にされ、第２のＤＣ電圧Ｖｎはほぼ−（Ｖｐ＋Ｖｎ）／２にされる。
【００１５】
図４は、本発明の一代替実施形態によるバスセンタリングデバイス３００の概略図である。この代替実施形態では、デバイス３００は正バス端子３０２および負バス端子３０４を含む。端子３０２および３０４は、電気バス５０（図１に示す）などの一次配電ラインに接続するように構成されている。より具体的には、代替実施形態では、端子３０２はバス５０の正ＤＣ電圧レール（図示せず）に結合され、端子３０４はバス５０の負ＤＣ電圧レール（図示せず）に結合される。正端子３０２は正ノード３５８に結合され、負端子３０４は負ノード３６０に結合され、航空機シャーシグランド３０６はグランドノード３６２に結合される。正端子３０２は、第１のコンデンサ３０８を介してグランド３０６に結合される。負端子３０４は、第２のコンデンサ３１０を介してグランド３０６に結合される。第１のスイッチングデバイス３１２、第３のスイッチングデバイス３１６および第５のスイッチングデバイス３２０のそれぞれのコレクタは、正ノード３５８に結合される。第２のスイッチングデバイス３１４、第４のスイッチングデバイス３１８および第６のスイッチングデバイス３２２のそれぞれのドレインは、負ノード３６０に結合される。第１のスイッチングデバイス３１２のドレイン、および第２のスイッチングデバイス３１４のコレクタは、第１の共通ノード３６６に結合される。第３のスイッチングデバイス３１６のドレイン、および第４のスイッチングデバイス３１８のコレクタは、第２の共通ノード３６８に結合される。第５のスイッチングデバイス３２０のドレイン、および第６のスイッチングデバイス３２２のコレクタは、第３の共通ノード３７０に結合される。デバイス３００はさらに、インダクタ３３２および三脚相間変圧器３２４を含み、三脚相間変圧器３２４は、第１の巻線３２６、第２の巻線３２８、および第３の巻線３３０を含む。第１の巻線３２６の第１の端子３３４は、第１の共通ノード３６６に結合される。第２の巻線３２８の第１の端子３３８は、第２の共通ノード３６８に結合される。第３の巻線３３０の第１の端子３４２は、第３の共通ノード３７０に結合される。第１の巻線３２６、第２の巻線３２８、および第３の巻線３３０はそれぞれ、共通インダクタノード３６４に一緒に結合されているそれぞれの第２の端子３３６、３４０、および３４４を含む。インダクタ３３２は、グランドノード３６２とインダクタノード３６４の間に結合される。一実施形態では、インダクタノード３６４は、インダクタ３３２を介してグランド３０６に結合される。代替実施形態では、インダクタ３３２が省かれ、第１の巻線の第２の端子３３６、第２の巻線の第２の端子３４０および第３の巻線の第２の端子３４４のそれぞれが直にグランド３０６に結合される。
【００１６】
代替実施形態では、第１のスイッチングデバイス３１２、第２のスイッチングデバイス３１４、第３のスイッチングデバイス３１６、第４のスイッチングデバイス３１８、第５のスイッチングデバイス３２０、および第６のスイッチングデバイス３２２は、それぞれのトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５およびＱ６と、それぞれのトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５およびＱ６に結合された付随するダイオード３４６、３４８、３５０、３５２、３５４および３５６とを含む。より具体的には、代替実施形態では、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５およびＱ６は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。ダイオード３４６、３４８、３５０、３５２、３５４および／または３５６は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５および／またはＱ６が「オフ」状態に切り替えられたときに、インダクタ２１６からの電流を継続させるように構成されている。別の実施形態では、第１のスイッチングデバイス３１２、第２のスイッチングデバイス３１４、第３のスイッチングデバイス３１６、第４のスイッチングデバイス３１８、第５のスイッチングデバイス３２０、および第６のスイッチングデバイス３２２は、別のトランジスタの種類を含み、あるいは本明細書で説明する動作ができる他の任意のスイッチングデバイスを含む。本明細書で説明するように、デバイス３００では、インダクタ１４０（図２に示す）などの第３高調波抑制インダクタの使用を必要とせずに、バス５０をセンタリングすることが容易になる。もっと正確に言えば、デバイス３００の設計では、インダクタ１４０よりも小さいインダクタンスを有するインダクタ３３２および／または三脚相間変圧器３２４を用いて、バス５０をセンタリングすることが容易になる。このように、インダクタ３３２および／または三脚相間変圧器３２４には、少なくとも１つの比較的小さなコアおよび／または巻線を備えることができ、これによりデバイス３００の重量を低減することが容易になる。
【００１７】
動作時、バス５０を介して、ＶｐがＶｎよりも正になるように第１のＤＣ電圧Ｖｐが正端子３０２に加えられ、第２のＤＣ電圧Ｖｎが負端子３０４に加えられる。第１のスイッチングデバイス３１２が、外部制御デバイスによって第１のデューティサイクルで切り替えられる。第２のスイッチングデバイス３１４が、外部制御デバイスによって第２のデューティサイクルで切り替えられる。代替実施形態では、第１のデューティサイクルが約５０％、第２のデューティサイクルが約５０％であるが、第２のスイッチングデバイス３１４の導通開始は、第１のスイッチングデバイス３１２の導通開始から約１８０°位相遅延される。第３のスイッチングデバイス３１６が、外部制御デバイスによって第３のデューティサイクルで切り替えられる。第４のスイッチングデバイス３１８が、外部制御デバイスによって第４のデューティサイクルで切り替えられる。代替実施形態では、第３のデューティサイクルが約５０％、第４のデューティサイクルが約５０％であるが、第４のスイッチングデバイス３１８の導通開始は、第３のスイッチングデバイス３１６の導通開始から約１８０°位相遅延される。さらに、第３のスイッチングデバイス３１６の導通開始は、第１のスイッチングデバイス３１２の導通開始から約１２０°位相遅延され、第４のスイッチングデバイス３１８の導通開始は、第２のスイッチングデバイス３１４の導通開始から約１２０°位相遅延される。第５のスイッチングデバイス３２０が、外部制御デバイスによって第５のデューティサイクルで切り替えられる。第６のスイッチングデバイス３２２が、外部制御デバイスによって第６のデューティサイクルで切り替えられる。代替実施形態では、第５のデューティサイクルが約５０％、第６のデューティサイクルが約５０％であるが、第６のスイッチングデバイス３２２の導通開始は、第５のスイッチングデバイス３２０の導通開始から約１８０°位相遅延される。さらに、第５のスイッチングデバイス３２０の導通開始は、第１のスイッチングデバイス３１２の導通開始から約２４０°位相遅延され、第６のスイッチングデバイス３２２の導通開始は、第２のスイッチングデバイス３１４の導通開始から約２４０°位相遅延される。別の実施形態では、第１、第２、第３、第４、第５および／または第６のデューティサイクルは約５０％とは相違し、かつ／または第１のスイッチングデバイス３１２、第２のスイッチングデバイス３１４、第３のスイッチングデバイス３１６、第４のスイッチングデバイス３１８、第５のスイッチングデバイス３２０および第６のスイッチングデバイス３２２の切替えが、必要に応じて異なる量だけ位相遅延される。代替実施形態では、第１のスイッチングデバイス３１２、第２のスイッチングデバイス３１４、第３のスイッチングデバイス３１６、第４のスイッチングデバイス３１８、第５のスイッチングデバイス３２０、および第６のスイッチングデバイス３２２は、１つの外部制御デバイスによって切り替えられる。別の実施形態では、第１のスイッチングデバイス３１２、第２のスイッチングデバイス３１４、第３のスイッチングデバイス３１６、第４のスイッチングデバイス３１８、第５のスイッチングデバイス３２０、およ���第６のスイッチングデバイス３２２は、複数の外部制御デバイスによって切り替えられる。
【００１８】
こうして、第１のスイッチングデバイス３１２と第２のスイッチングデバイス３１４は、図３で前述したのと同様に、交互の時間に切り替わる。同様に、第３のスイッチングデバイス３１６と第４のスイッチングデバイス３１８が交互の時間に切り替わり、第５のスイッチングデバイス３２０と第６のスイッチングデバイス３２２が交互の時間に切り替わる。したがって、バスセンタリングデバイス３００は、各対が前の対から１２０°インタリーブされている３対の交互スイッチングデバイスを用いて動作すること以外は、バスセンタリングデバイス２００（図３に示す）と同じように動作する。そのようにして、第一の共通ノード３６６の電圧は、第１のＤＣ電圧Ｖｐと第２のＤＣ電圧Ｖｎの間で、ほぼ方形波のパターンで交番し、（Ｖｐ＋Ｖｎ）／２とおおよそ等しい平均電圧を有する。インダクタは一般に、ＤＣ電流を実質的に妨げずにインダクタに流すことができるので、第１の巻線３２６により、第１の共通ノード３６６の電圧がグランド３０６の電圧とおおよそ等しくされる。同様に、第２の巻線３２８により、第２の共通ノード３６８の電圧がグランド３０６の電圧とおおよそ等しくされ、第３の巻線３３０により、第３の共通ノード３７０の電圧がグランド３０６の電圧とおおよそ等しくされる。こうして、バスセンタリングデバイス３００は、ＶｐおよびＶｎ、ならびにバス５０を実質的にグランド３０６にセンタリングする。より具体的には、グランド３０６に対して、第１のＤＣ電圧Ｖｐはほぼ（Ｖｐ＋Ｖｎ）／２にされ、第２のＤＣ電圧Ｖｎはほぼ−（Ｖｐ＋Ｖｎ）／２にされる。
【００１９】
スイッチングデバイス３１２、３１４、３１６、３１８、３２０および３２２の第１、第２、第３、第４、第５および第６のデューティサイクルのインターリービングの結果として、リップル電流が第１の巻線の第２の端子３３６、第２の巻線の第２の端子３４０および第３の巻線の第２の端子３４４の共通端点で生じる。このリップル電流は、バスセンタリングデバイス３００のスイッチング周波数のほぼ３倍になる周波数を有する。より具体的には、リップル電流は、第１のスイッチングデバイス３１２、第２のスイッチングデバイス３１４、第３のスイッチングデバイス３１６、第４のスイッチングデバイス３１８、第５のスイッチングデバイス３２０および第６のスイッチングデバイス３２２のスイッチング周波数のほぼ３倍になる周波数を有する。さらに、上記の各デューティサイクルのインターリービングの結果として、リップル電流は、バスセンタリングデバイス２００で見られるリップル電流振幅のほぼ３分の１になる振幅を有する。こうして、当業者には、バスセンタリングデバイス３００は、より大きい電力配電システムと共に使用することが容易になることが理解されよう。当業者にはまた、バスセンタリングデバイス３００は、追加のスイッチングデバイスおよび／または変圧器巻線を含むように拡張して、より高い配電システム電力レベルに対処できることが理解されよう。
【００２０】
上述の各実施形態では、電気バスセンタリングのための効率的で費用効果が大きい方法および装置を実現することが容易になる。説明した各実施形態では、電力配電システムをグランドにセンタリングするためのより軽量で効率的なデバイスを実現することが容易になる。バスセンタリングデバイスにより、第３高調波抑制インダクタを使用しないで第３高調波電流を低減することが容易になる。上述の各実施形態ではまた、複数の電源を並列に結合できるようにすることも容易になる。さらに、このデバイスにより、電力配電システム内のリップル電流の大きさを低減することが容易になる。
【００２１】
電気バスセンタリングの方法および装置の例示的な諸実施形態を以上で詳細に説明している。これらの方法および装置は、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されず、むしろ、この装置の諸構成要素および／またはこの方法の諸ステップは、本明細書で説明した他の構成要素および／またはステップとは独立して、また別個に利用することができる。例えば、バスセンタリングデバイスはまた、他の測定システムおよび方法と組み合わせて使用することもでき、本明細書で説明した航空機電力配電システムと共に実施することだけには限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他の電力システム応用例と関連して実施および利用することができる。
【００２２】
本発明の様々な実施形態の具体的な特徴は、一部の図面に示され、他の図面には示されていないことがあるが、これは単に便宜のためにすぎない。本発明の原理によれば、ある図面のどの特徴も、他の任意の図面のどの特徴とも組み合わせて参照および／または特許請求することができる。
【００２３】
本明細書では諸例を用いて、本発明をベストモードを含めて開示し、また当業者が本発明を実施することを、任意のデバイスまたはシステムを作製および使用すること、および組み込まれる任意の方法を実施することを含めて可能にしている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲に定義されており、また当業者に想到される他の例を含むことができる。このような他の例は、それが特許請求の範囲の文字通りの言葉と相違しない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文字通りの言葉とは実質的な違いがない等価の構造要素を有する場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００２４】
２００  バスセンタリングデバイス
２０２  正端子
２０４  負端子
２０６  シャーシグランド、グランド
２０８  第１のコンデンサ
２１０  第２のコンデンサ
２１２  第１のスイッチングデバイス
２１４  第２のスイッチングデバイス
２１６  インダクタ
２１８  ダイオード
２２０  ダイオード
２２２  正ノード
２２４  負ノード
２２６  グランドノード
２２８  共通ノード
３００  バスセンタリングデバイス
３０２  正バス端子
３０４  負バス端子
３０６  航空機シャーシグランド、グランド
３０８  第１のコンデンサ
３１０  第２のコンデンサ
３１２  第１のスイッチングデバイス
３１４  第２のスイッチングデバイス
３１６  第３のスイッチングデバイス
３１８  第４のスイッチングデバイス
３２０  第５のスイッチングデバイス
３２２  第６のスイッチングデバイス
３２４  三脚相間変圧器
３２６  第１の巻線
３２８  第２の巻線
３３０  第３の巻線
３３２  インダクタ
３３４  第１の巻線の第１の端子
３３６  第１の巻線の第２の端子
３３８  第２の巻線の第１の端子
３４０  第２の巻線の第２の端子
３４２  第３の巻線の第１の端子
３４４  第３の巻線の第２の端子
３４６  ダイオード
３４８  ダイオード
３５０  ダイオード
３５２  ダイオード
３５４  ダイオード
３５６  ダイオード
３５８  正ノード
３６０  負ノード
３６２  グランドノード
３６４  共通インダクタノード、インダクタノード
３６６  第１の共通ノード
３６８  第２の共通ノード
３７０  第３の共通ノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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