(57)【要約】  航空機の電気系統には、一次ＡＣバスおよび二次電池に接続される電源安定化装置が含まれる。二次電池は、舵面アクチュエータからの逆起電力を吸収可能とする定格電圧を有する。そして一次ＡＣバスにおける電圧および周波数に基づいて、二次電池の充放電を制御することにより、電気系統の安定化を図る。【選択図】  図１
2015533699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置としての直流電源および交流電源と、当該交流電源に接続される交流電源バスと、を備える航空機が備える少なくとも一つの電気機器に電力を供給可能とする電気系統と、
前記交流電源バスおよび前記直流電源に接続され、前記電源装置の出力を安定化する電源安定化装置と、
から少なくとも構成され、
前記直流電源は、前記電気機器からの逆起電力を吸収し、かつ、前記電気機器における過渡的な必要電力を供給するよう構成され、
前記電源安定化装置は、
ＰＷＭコンバータを備える電力変換部と、
当該電力変換部を制御する電源安定化制御部と、を備え、
当該電源安定化制御部は、前記交流電源バスの電圧の変動および周波数の変動の少なくとも一方を監視し、その監視結果に基づいて、前記直流電源の充放電を制御することにより、前記電気系統の安定化を図る、
航空機用電気系統安定化システム。
【請求項２】
前記航空機は補助動力装置（ＡＰＵ）およびラムエアタービン（ＲＡＴ）を備え、
前記電気系統は、
前記交流電源として、前記補助動力装置に設けられ、交流発電を可能とするＡＰＵ始動発電機と、エンジンに設けられる交流発電機と、前記ラムエアタービンに設けられるＲＡＴ発電機とを備えているとともに、
前記直流電源として、二次電池およびキャパシタの少なくとも一方を備えており、
前記直流電源および前記ＡＰＵ始動発電機は、前記電源安定化装置にそれぞれ接続されているとともに、前記交流発電機および前記ＲＡＴ発電機は前記交流電源バスを介して前記電源安定化装置に接続され、さらに前記ＡＰＵ始動発電機は、前記交流電源バスを介しても前記電源安定化装置に接続されている、
請求項１に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項３】
前記電気系統は、前記電力変換部を前記ＡＰＵ始動発電機または前記交流発電機に切り換え可能に接続する電源リレーを備え、
前記補助動力装置が停止状態にあって、前記電源リレーが切り換えられて前記電力変換部が前記ＡＰＵ始動発電機に接続されているときには、
前記電源安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換して前記ＡＰＵ始動発電機に供給することにより、前記補助動力装置を始動させる、
請求項２に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項４】
前記電気系統は、前記電力変換部を前記ＡＰＵ始動発電機または前記交流発電機に切り換え可能に接続する電源リレーを備え、
前記直流電源が充電可能な状態にあって、前記電源リレーが切り換えられて前記電力変換部が前記交流発電機または前記ＡＰＵ始動発電機に接続されているときには、
前記電源安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記交流発電機または前記ＡＰＵ始動発電機からの交流電力を直流電力に変換して前記直流電源に供給することにより、当該直流電源を充電する、
請求項２に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項５】
前記交流電源バスには、前記電気機器の少なくとも一つが接続されており、
前記電気機器に対して、前記交流電源バスを介して前記交流発電機から交流電力が供給されないときには、
前記電源安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換して、前記交流電源バスを介して前記電気機器に一時的に供給する、
請求項２に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項６】
前記電気系統は、
前記交流電源バスを介して前記交流発電機から電力供給されるように構成され、前記直流電源よりも低い定格電圧を有するエッセンシャルバスと、
当該エッセンシャルバスおよび前記直流電源の間に介在する電圧変換器と、
を備え、
前記直流電源は、前記電力変換部を介して、常に前記エッセンシャルバスに接続されており、
前記エッセンシャルバスに対して、前記交流発電機から交流電力が供給されないときには、遮断なく前記エッセンシャルバスに電力を供給する、
請求項２に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項７】
前記交流発電機が停止し、前記ＲＡＴ発電機が前記交流電源バスに交流電力を供給しているときには、
前記電力安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記ＲＡＴ発電機からの交流電力を、直流電力に変換して前記エッセンシャルバスに供給する、
請求項６に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項８】
前記航空機は、１台の前記補助動力装置を搭載するとともに、前記交流発電機が設けられたエンジンを、左右それぞれに少なくとも１基ずつ搭載しており、
前記交流電源バスとしては、前記左側の交流発電機に接続される左側の交流電源バスと、前記右側の交流発電機に接続される右側の交流電源バスとを備えており、
前記電気系統は、
前記左側の交流発電機および前記左側の交流電源バスに加えて、前記直流電源、前記電源安定化装置、並びに、前記エッセンシャルバスを備える左側電気系統と、
前記右側の交流発電機および前記右側の交流電源バスに加えて、前記直流電源、前記電源安定化装置、並びに前記エッセンシャルバスを備える右側電気系統と、の二系統となっており、
左右の前記交流電源バス同士と前記ＡＰＵ始動発電機とが電源リレーにより接続可能となっているとともに、左右の前記エッセンシャルバス同士も互いに電源リレーにより接続可能となっている、
請求項６に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項９】
前記電源安定化制御部は、
前記交流電源バスの電圧および周波数の少なくとも一方を計測し、その計測値の一次遅れの値を制御の目標値とし、
この目標値と前記計測値との偏差に応じて、前記直流電源の充放電を制御している、
請求項１に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項１０】
前記電源安定化制御部は、
前記直流電源の充電状態を監視し、当該充電状態の計測値と予め設定された充電率の目標値との偏差に基づいて、前記直流電源の充放電の充放電量を補正する、
請求項１に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項１１】
前記電源安定化制御部は、
前記目標値と前記計測値との偏差に対して、有効電力用または無効電力用にそれぞれ予め設定される比例定数を乗算することで、有効電力の電力指令信号または無効電力の電力指令信号を生成するとともに、
前記直流電源の充電状態の計測値と予め設定される充電状態の目標値との偏差から有効電力補正値を生成し、
さらに、生成された有効電力の前記電力指令信号を基本値として、この基本値に対して、前記有効電力補正値を加算することで、有効電力の電力指令信号の最終値を生成し、
無効電力の前記電力指令信号と有効電力の前記電力指令信号の最終値とに基づいて、前記直流電源の充放電を制御する、
請求項９に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項１２】
前記電源安定化制御部は、有効電力の電力指令信号の前記基本値に対して、前記有効電力補正値に加えて、さらに、前記直流電源から交流電源バスに対して補助的な電力を供給するために予め設定される、過負荷対応補正値を加算することによって、有効電力の電力指令信号の最終値を生成する、
請求項１１に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項１３】
前記交流電源で発電される交流電力が可変周波数である場合、
前記電源安定化制御部は、
監視による電圧の変動が電圧上昇であれば、前記電力変換部を制御して、前記電圧上昇に比例して前記直流電源に有効電力を充電するか、前記電圧上昇に比例して進み力率の無効電力を出力させるか、あるいはその両方を組み合わせて行い、
監視による電圧の変動が電圧降下であれば、前記電力変換部を制御して、前記電力降下に比例して前記直流電源から有効電力を放電させるか、前記電圧上昇に比例して遅れ力率の無効電力を出力させるか、あるいはその両方を組み合わせて行う、
請求項１に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項１４】
前記交流電源で発電される交流電力が一定周波数である場合、
前記電源安定化制御部は、
監視による周波数の変動が周波数上昇であれば、前記電力変換部を制御して、前記周波数上昇に比例して前記直流電源に有効電力を充電し、
監視による周波数の変動が周波数降下であれば、前記電力変換部を制御して、前記周波数降下に比例して前記直流電源から有効電力を放電させる、
請求項１に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項１５】
前記交流電源で発電される交流電力が一定周波数である場合、
前記電源安定化装置は、
監視による電圧の変動が電圧上昇であれば、前記電力変換部を制御して、前記電圧上昇に比例して進み力率の無効電力を出力させ、
監視による電圧の変動が電圧降下であれば、前記電力変換部を制御して、前記電圧降下に比例して遅れ力率の無効電力を出力させる、
請求項１に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項１６】
前記電気機器が、舵面制御用のアクチュエータである、
請求項１に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項１７】
前記航空機は、前記油圧系統および抽気系統の少なくとも一方が電気化されており、
前記電気系統は、前記電気機器の制御器に接続される直流電源バスを備え、
当該直流電源バスには、前記油圧系統および前記抽気系統のうち電気化された系統の制御器も接続されている、
請求項１に記載の航空機用電気系統安定化システム。
【請求項１８】
電源装置としての直流電源および交流電源と、当該交流電源に接続される交流電源バスと、を備える航空機が備える少なくとも一つの電気機器に電力を供給可能とする電気系統において、
前記直流電源として、前記電気機器からの逆起電力を吸収し、かつ、前記電気機器における過渡的な必要電力を供給するよう構成されているものを用い、
前記交流電源バスの電圧の変動および周波数の変動の少なくとも一方を監視し、その監視結果に基づいて、前記直流電源の充放電を制御することにより、前記電気系統の安定化を図る、
航空機用電気系統安定化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用電気系統安定化システムに関し、特に、交流電源および直流電源を含む交流主体の電気系統の安定化を図ることが可能な航空機用電気系統安定化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機には、動力系統として、一般に、油圧系統、抽気系統、および電気系統の３種類が搭載されており、油圧系統は脚部、舵面等の動作に用いられ、抽気系統は内部の空調、与圧、防除氷装置等の動作に用いられ、電気系統は様々な電気機器または電子機器の動作に用いられている。近年では、油圧系統および抽気系統は、少なくとも一部が効率性の高い電気系統に置き換えられる傾向にある。例えば、航空機が備える各種アクチュエータ（舵面制御用アクチュエータを含む）については、従来の油圧駆動式に代えて電動式のものが広く採用されつつある。このように油圧系統、抽気系統等をできる限り電気系統に置き換えた航空機は、一般にＭＥＡ（More Electric Aircraft）と呼ばれる。
【０００３】
ところで、航空機のＭＥＡ化が進むと、電源変動が発生しやすくなり電気系統の安定化が損なわれることが知られている。例えば、電動式のアクチュエータでは、駆動モータから大きな逆起電力（電力戻り）が発生することにより、電気系統の電圧が一時的に大幅に上昇することがあるほか、エンジンに設けられる発電機への電力戻りが発生することにより、エンジンギアボックスへのバックラッシュによる悪影響が懸念される。あるいは、電気系統から給電される電力負荷（電気系統から給電される搭載機器）が一時的に増加すると大幅な電圧降下が発生することになる。
【０００４】
そこで、ＭＥＡ化の進んだ電気系統においては、前述した電圧上昇または電圧降下に対処するために様々な構成を採用することが知られている。例えば、前述したアクチュエータからの逆起電力に対応する構成としては、アクチュエータの制御器内に抵抗器を設けることが知られている。この構成によれば、駆動モータからの逆起電力は抵抗器で熱に変換されて消費されるので、電気系統に戻ることが回避される。また、一時的な電力負荷の増加による電圧降下に対しては、降下の程度に合わせて発電容量を大きくした交流発電機を採用することが知られている。
【０００５】
ただし、このような従来の構成では、航空機の重量増加を招くおそれがある。例えば前者の構成では、大きな逆起電力を十分に消費するために大型の抵抗器が必要となる。それゆえアクチュエータの制御器が大型化することに加え、発生する熱量も大きくなるので、大型の放熱器も必要となる。そのため、大型の制御器および放熱器を搭載するだけ航空機の重量が増加してしまう。また、後者の構成では、発電容量を増加すれば交流発電機そのものの大型化を招くため、やはり航空機の重量が増加してしまう。さらに、前者の構成では、放熱器を設けるとしても本来必要でない発熱が生ずるため、制御器においては、発熱の影響を考慮した設計が必要となる。
【０００６】
そこで、例えば特許文献１：米国公開特許２００９／０３０２１５３号公報には、小型の航空機において、バッテリまたはキャパシタ等の直流電源を用いて、逆起電力等の余剰電力を吸収したり電圧降下で不足した電力を補足したりする電気システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国公開特許２００９／０３０２１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、図１４に示すように、一般的な民間航空機の電気系統では、交流１１５Ｖ，４００Ｈｚ一定周波数あるいは交流２３０Ｖ，３６０〜８００Ｈｚ可変周波数の交流が主体となっている。これに対して、特許文献１に記載される電気システムは、典型的な例の一つとして戦闘機のアクチュエータの逆起電力（１５０〜２００ｋＷ）が例示されているように、その電気系統は直流２７０Ｖ主体である。そして、特許文献１には、交流１１５Ｖにも適用可能である等の記載が含まれるものの、具体的な適用構成については明確に記載されていない。そのため、直流主体の電気系統を対象とする特許文献１に開示の電気システムは、交流主体の電気系統にそのまま適用することはできない。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、交流主体の電気系統を備える航空機において、重量増加を回避しつつ電気系統を良好に安定化することが可能な航空機用電気系統安定化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る航空機用電気系統安定化システムは、前記の課題を解決するために、電源装置としての直流電源および交流電源と、当該交流電源に接続される交流電源バスと、を備える航空機が備える少なくとも一つの電気機器に電力を供給可能とする電気系統と、前記交流電源バスおよび前記直流電源に接続され、前記電源装置の出力を安定化する電源安定化装置と、から少なくとも構成され、前記直流電源は、前記電気機器からの逆起電力を吸収し、かつ、前記電気機器における過渡的な必要電力を供給するよう構成され、前記電源安定化装置は、ＰＷＭコンバータを備える電力変換部と、当該電力変換部を制御する電源安定化制御部と、を備え、当該電源安定化制御部は、前記交流電源バスの電圧の変動および周波数の変動の少なくとも一方を監視し、その監視結果に基づいて、前記直流電源の充放電を制御することにより、前記電気系統の安定化を図る構成である。
【００１１】
前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記航空機は補助動力装置（ＡＰＵ）およびラムエアタービン（ＲＡＴ）を備え、前記電気系統は、前記交流電源として、前記補助動力装置に設けられ、交流発電を可能とするＡＰＵ始動発電機と、エンジンに設けられる交流発電機と、前記ラムエアタービンに設けられるＲＡＴ発電機とを備えているとともに、前記直流電源として、二次電池およびキャパシタの少なくとも一方を備えており、前記直流電源および前記ＡＰＵ始動発電機は、前記電源安定化装置にそれぞれ接続されているとともに、前記交流発電機および前記ＲＡＴ発電機は前記交流電源バスを介して前記電源安定化装置に接続され、さらに前記ＡＰＵ始動発電機は、前記交流電源バスを介しても前記電源安定化装置に接続されている構成であってもよい。
【００１２】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記電気系統は、前記電力変換部を前記ＡＰＵ始動発電機または前記交流発電機に切り換え可能に接続する電源リレーを備え、前記補助動力装置が停止状態にあって、前記電源リレーが切り換えられて前記電力変換部が前記ＡＰＵ始動発電機に接続されているときには、前記電源安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換して前記ＡＰＵ始動発電機に供給することにより、前記補助動力装置を始動させる構成であってもよい。
【００１３】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記電気系統は、前記電力変換部を前記ＡＰＵ始動発電機または前記交流発電機に切り換え可能に接続する電源リレーを備え、前記直流電源が充電可能な状態にあって、前記電源リレーが切り換えられて前記電力変換部が前記交流発電機または前記ＡＰＵ始動発電機に接続されているときには、前記電源安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記交流発電機または前記ＡＰＵ始動発電機からの交流電力を直流電力に変換して前記直流電源に供給することにより、当該直流電源を充電する構成であってもよい。
【００１４】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記交流電源バスには、前記電気機器の少なくとも一つが接続されており、前記電気機器に対して、前記交流電源バスを介して前記交流発電機から交流電力が供給されないときには、前記電源安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換して、前記交流電源バスを介して前記電気機器に一時的に供給する構成であってもよい。
【００１５】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記電気系統は、前記交流電源バスを介して前記交流発電機から電力供給されるように構成され、前記直流電源よりも低い定格電圧を有するエッセンシャルバスと、当該エッセンシャルバスおよび前記直流電源の間に介在する電圧変換器と、を備え、前記直流電源は、前記電力変換部を介して、常に前記エッセンシャルバスに接続されており、前記エッセンシャルバスに対して、前記交流発電機から交流電力が供給されないときには、遮断なく前記エッセンシャルバスに電力を供給する構成であってもよい。
【００１６】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記交流発電機が停止し、前記ＲＡＴ発電機が前記交流電源バスに交流電力を供給しているときには、前記電力安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記ＲＡＴ発電機からの交流電力を、直流電力に変換して前記エッセンシャルバスに供給する構成であってもよい。
【００１７】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記航空機は、１台の前記補助動力装置を搭載するとともに、前記交流発電機が設けられたエンジンを、左右それぞれに少なくとも１基ずつ搭載しており、前記交流電源バスとしては、前記左側の交流発電機に接続される左側の交流電源バスと、前記右側の交流発電機に接続される右側の交流電源バスとを備えており、前記電気系統は、前記左側の交流発電機および前記左側の交流電源バスに加えて、前記直流電源、前記電源安定化装置、並びに、前記エッセンシャルバスを備える左側電気系統と、前記右側の交流発電機および前記右側の交流電源バスに加えて、前記直流電源、前記電源安定化装置、並びに前記エッセンシャルバスを備える右側電気系統と、の二系統となっており、左右の前記交流電源バス同士と前記ＡＰＵ始動発電機とが電源リレーにより接続可能となっているとともに、左右の前記エッセンシャルバス同士も互いに電源リレーにより接続可能となっている構成であってもよい。
【００１８】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記電源安定化制御部は、前記交流電源バスの電圧および周波数の少なくとも一方を計測し、その計測値の一次遅れの値を制御の目標値とし、この目標値と前記計測値との偏差に応じて、前記直流電源の充放電を制御している構成であってもよい。
【００１９】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記電源安定化制御部は、前記直流電源の充電状態を監視し、当該充電状態の計測値と予め設定された充電率の目標値との偏差に基づいて、前記直流電源の充放電の充放電量を補正する構成であってもよい。
【００２０】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記電源安定化制御部は、前記目標値と前記計測値との偏差に対して、有効電力用または無効電力用にそれぞれ予め設定される比例定数を乗算することで、有効電力の電力指令信号または無効電力の電力指令信号を生成するとともに、前記直流電源の充電状態の計測値と予め設定される充電状態の目標値との偏差から有効電力補正値を生成し、さらに、生成された有効電力の前記電力指令信号を基本値として、この基本値に対して、前記有効電力補正値を加算することで、有効電力の電力指令信号の最終値を生成し、無効電力の前記電力指令信号と有効電力の前記電力指令信号の最終値とに基づいて、前記直流電源の充放電を制御する構成であってもよい。
【００２１】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、生成された有効電力の前記電力指令信号に対して、前記有効電力補正値に加えて、さらに、前記直流電源から交流電源バスに対して補助的な電力を供給するために予め設定される、過負荷対応補正値を加算することによって、有効電力の電力指令信号の最終値を生成する構成であってもよい。
【００２２】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記交流電源で発電される交流電力が可変周波数である場合、前記電源安定化制御部は、監視による電圧の変動が電圧上昇であれば、前記電力変換部を制御して、前記電圧上昇に比例して前記直流電源に有効電力を充電するか、前記電圧上昇に比例して進み力率の無効電力を出力させるか、あるいはその両方を組み合わせて行い、監視による電圧の変動が電圧降下であれば、前記電力変換部を制御して、前記電力降下に比例して前記直流電源から有効電力を放電させるか、前記電圧上昇に比例して遅れ力率の無効電力を出力させるか、あるいはその両方を組み合わせて行う構成であってもよい。
【００２３】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記交流電源で発電される交流電力が一定周波数である場合、前記電源安定化制御部は、監視による周波数の変動が周波数上昇であれば、前記電力変換部を制御して、前記周波数上昇に比例して前記直流電源に有効電力を充電し、監視による周波数の変動が周波数降下であれば、前記電力変換部を制御して、前記周波数降下に比例して前記直流電源から有効電力を放電させる構成であってもよい。
【００２４】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記交流電源で発電される交流電力が一定周波数である場合、前記電源安定化装置は、監視による電圧の変動が電圧上昇であれば、前記電力変換部を制御して、前記電圧上昇に比例して進み力率の無効電力を出力させ、監視による電圧の変動が電圧降下であれば、前記電力変換部を制御して、前記電圧降下に比例して遅れ力率の無効電力を出力させる構成であってもよい。
【００２５】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記電気機器が、舵面制御用のアクチュエータである構成であってもよい。
【００２６】
また、前記構成の航空機用電気系統安定化システムにおいては、前記航空機は、前記油圧系統および抽気系統の少なくとも一方が電気化されており、前記電気系統は、前記電気機器の制御器に接続される直流電源バスを備え、当該直流電源バスには、前記油圧系統および前記抽気系統のうち電気化された系統の制御器も接続されている構成であってもよい。
【００２７】
また、本発明に係る航空機用電気系統安定化方法は、前記の課題を解決するために、電源装置としての直流電源および交流電源と、当該交流電源に接続される交流電源バスと、を備える航空機が備える少なくとも一つの電気機器に電力を供給可能とする電気系統において、前記直流電源として、前記電気機器からの逆起電力を吸収し、かつ、前記電気機器における過渡的な必要電力を供給するよう構成されているものを用い、前記交流電源バスの電圧の変動および周波数の変動の少なくとも一方を監視し、その監視結果に基づいて、前記直流電源の充放電を制御することにより、前記電気系統の安定化を図る方法である。
【００２８】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明では、以上の構成により、交流主体の電気系統を備える航空機において、重量増加を回避しつつ電気系統を良好に安定化することが可能な航空機用電気系統安定化システムを提供できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る航空機用電気系統安定化システムの構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す航空機用電気系統安定化システムが備える電源安定化装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、図１に示す航空機用電気系統安定化システムの要部構成であって、図２に示す電源安定化装置によるＡＰＵ始動時の状態の一例を示す概略ブロック図である。
【図４】図４は、図２に示す航空機用電気系統安定化システムの要部構成であって、図２に示す電源安定化装置による二次電池の充放電を制御する状態の一例を示す概略ブロック図である。
【図５】図５Ａは、図２に示す電源安定化装置が備える電源安定化制御部に含まれる充放電制御回路の一例を示す概略ブロック図であり、図５Ｂは、電源安定化制御部に含まれるＳＯＣ補正回路の一例を示す概略ブロック図である。
【図６】図６は、図２に示す電源安定化装置が備える電源安定化制御部に含まれる充放電制御回路の他の例を示す概略ブロック図である。
【図７】図７は、図１に示す航空機用電気系統安定化システムにおいて、電源安定化装置の制御による状態遷移の一例を示す模式図である。
【図８】図８Ａは、図１に示す航空機用電気系統安定化システムにおいて、補助動力装置の始動時に二次電池（直流電源）から電力が供給される状態を示す模式的ブロック図であり、図８Ｂは、通常時に交流発電機（交流電源）から電力が供給される状態を示す模式的ブロック図である。
【図９】図９は、図１に示す航空機用電気系統安定化システムにおいて、アクチュエータから生じた逆起電力の吸収、および、電圧降下時の電力の補足の状態を示す模式的ブロック図である。
【図１０】図１０は、図１に示す航空機用電気系統安定化システムにおいて、交流発電機（交流電源）から電力が供給されない事態が発生したときに二次電池（直流電源）からアクチュエータおよびエッセンシャルバスへ電力が供給される状態を示す模式的ブロック図である。
【図１１】図１１は、図１に示す航空機用電気系統安定化システムにおいて、ラムエアタービン発電機からアクチュエータおよびエッセンシャルバスへ電力が供給される状態を示す模式的ブロック図である。
【図１２】図１２は、図５Ａに示す充放電制御回路の他の例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、図６に示す充放電制御回路の他の例を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、従来の一般的な航空機用電気系統の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００３２】
［航空機用電気系統安定化システムの全体構成］
まず、本発明の実施の形態１に係る航空機用電気系統安定化システムの全体構成の一例について、図１を参照して具体的に説明する。
【００３３】
本実施の形態に係る航空機用電気系統安定化システムは、交流主体の電気系統を備える航空機に設けられる。ここで、当該航空機は、動力系統の一つである電気系統が交流主体で構成されてもよいし、この電気系統に加えて油圧系統および抽気系統の少なくとも一方が、交流主体で電気化された構成であってもよい。
【００３４】
また、本実施の形態に係る航空機は、油圧系統の一部のみ、または抽気系統の一部のみ、あるいは油圧系統および抽気系統の一部のみが、交流主体で電気化された構成であってもよい。例えば、油圧系統の一部のみが電気化された構成としては、少なくとも舵面制御用のアクチュエータ（以下、説明の便宜上、「舵面アクチュエータ」と略す。）の一部または全部が電気化された構成を挙げることができる。
【００３５】
本実施の形態に係る航空機は、図１に示すように、左右のエンジン１１Ｌ，１１Ｒと、補助動力装置（ＡＰＵ）１２と、ラムエアタービン（ＲＡＴ）１７とを備えている。左エンジン１１Ｌおよび右エンジン１１Ｒはいずれも航空機の推進用エンジンであり、それぞれ交流発電機１４Ｌ，１４Ｒを備えている。
【００３６】
ＡＰＵ１２は、エンジン１１Ｌ，１１Ｒとは別に装備された補助的な動力源であり、エンジン１１Ｌ，１１Ｒと同様に燃料の燃焼により動作する。ＡＰＵ１２も、交流発電機としてＡＰＵ始動発電機１２４を備えている。ＲＡＴ１７は、ＡＰＵ１２とは別に装備された補助的な動力源であり、通常は航空機内に格納され、非常時等には航空機外に展開される。機外に展開されたＲＡＴ１７は、航空機の飛行により生じる空気流（飛行風）により動作する。ＲＡＴ１７も、交流発電機としてＲＡＴ発電機１７１を備えている。
【００３７】
ＡＰＵ１２は、緊急時の動力源として用いられるだけでなく、後述するように左右のエンジン１１Ｌ，１１Ｒを起動させる際にも用いられる。一方、ＲＡＴ１７は、基本的に、非常用の動力源であり、飛行中の緊急時に際して安全上で必要最低限の電力を供給できるように構成されている。
【００３８】
前記航空機に適用される、本実施の形態に係る航空機用電気系統安定化システムは、図１に示すように、左側電気系統２０Ｌおよび右側電気系統２０Ｒと、左側電気系統２０Ｌに接続される電源安定化装置３０Ｌおよび二次電池１３Ｌと、右側電気系統２０Ｒに接続される電源安定化装置３０Ｒおよび二次電池１３Ｒから少なくとも構成されている。
【００３９】
左側電気系統２０Ｌは、電源装置として、左エンジン１１Ｌの交流発電機１４Ｌ、ＡＰＵ１２のＡＰＵ始動発電機１２４、ＲＡＴ１７のＲＡＴ発電機１７１、並びに、二次電池１３Ｌを備えている。また、右側電気系統２０Ｒには、右エンジン１１Ｒの交流発電機１４Ｒ、ＡＰＵ始動発電機１２４、ＲＡＴ発電機１７１、並びに二次電池１３Ｒを備えている。
【００４０】
前述した電源装置のうちＡＰＵ始動発電機１２４は、図１に示すように、左側電気系統２０Ｌおよび右側電気系統２０Ｒの双方に直接接続可能に構成されている。また、ＲＡＴ発電機１７１は、図１に示すように、バックアップバス２９を介して左側電気系統２０Ｌおよび右側電気系統２０Ｒの双方に接続可能に構成されている。
【００４１】
したがって、本実施の形態では、左側電気系統２０Ｌおよび右側電気系統２０Ｒのいずれも、電源装置として３つの交流電源と１つの直流電源との合計４つを備えていることになる。
【００４２】
２つの電気系統のうち左側電気系統２０Ｌの構成について説明すると、左側電気系統２０Ｌの交流発電機１４Ｌは、一次電源リレー２８１を介して一次交流電源バス（一次ＡＣバス）２１Ｌに接続されており、一次ＡＣバス２１Ｌは、ＡＰＵ始動発電機１２４、変圧整流器（ＴＲＵ）２５１Ｌ、変圧器２６１Ｌ、整流器２５３Ｌ、およびモータコントローラ３３３に対して、それぞれ二次電源リレー２８２を介して接続されている。また、電源安定化装置３０Ｌは、始動切換リレー２８３を介して一次ＡＣバス２１Ｌに接続されている。したがって、交流発電機１４Ｌは、一次ＡＣバス２１Ｌを介して、電源安定化装置３０Ｌ、変圧整流器（ＴＲＵ）２５１Ｌ、変圧器２６１Ｌ、整流器２５３Ｌ、およびモータコントローラ３３３に交流電力を供給可能となっている。
【００４３】
また、ＡＰＵ始動発電機１２４は、一次電源リレー２８１および二次電源リレー２８２を介して一次ＡＣバス２１Ｌに接続されている。また、ＲＡＴ発電機１７１は、一次電源リレー２８１を介してバックアップバス２９に接続され、このバックアップバス２９は、二次電源リレー２８２を介して一次ＡＣバス２１Ｌに接続されている。したがって、一次ＡＣバス２１Ｌには、交流発電機１４Ｌだけでなく、ＡＰＵ始動発電機１２４またはＲＡＴ発電機１７１からも交流電力が供給可能となっている。
【００４４】
さらに、電源安定化装置３０Ｌは、一次交流電源バス２１Ｌを介さない経路でもＡＰＵ始動発電機１２４に接続されている。具体的には、図１に示すように、電源安定化装置３０Ｌは、一方の始動切換リレー２８３を介して一次ＡＣバス２１Ｌに接続されているので、電源安定化装置３０Ｌは、一次ＡＣバス２１Ｌを介した経路（図１では、一方の始動切換リレー２８３、一次ＡＣバス２１Ｌ、二次電源リレー２８２、および一次電源リレー２８１を経由する経路）でＡＰＵ始動発電機１２４に接続されていることになる。この経路を便宜上「通常経路」と称する。また、電源安定化装置３０Ｌは、通常経路とは別に、他方の始動切換リレー２８３を介した経路（図１では、他方の始動切換リレー２８３、一次電源リレー２８１を経由する経路）でもＡＰＵ始動発電機１２４に接続されている。この経路を便宜上「始動時経路」と称する。
【００４５】
電源安定化装置３０Ｌは、二次電池１３Ｌに接続されており、この二次電池１３Ｌは、電圧変換器２６２Ｌおよび整流素子２５２Ｌを介して、エッセンシャルバス２２Ｌに接続されている。また、変圧整流器２５１Ｌは直流電源バス（ＤＣバス）２７Ｌに接続され、ＤＣバス２７Ｌには、直流電源切換リレー２８５を介してエッセンシャルバス２２Ｌが接続されている。
【００４６】
この構成によれば、エッセンシャルバス２２Ｌに対しては、一次ＡＣバス２１Ｌを介する経路により、交流電源（交流発電機１４Ｌ、ＡＰＵ始動発電機１２４）から電力の供給が可能となっているとともに、電圧変換器２６２Ｌを介する経路により、直流電源（二次電池１３Ｌ）からも電力の供給が可能となっている。また、変圧器２６１Ｌは、二次交流電源バス（二次ＡＣバス）２３Ｌに接続されている。
【００４７】
一次ＡＣバス２１Ｌに接続されるモータコントローラ３３３は、舵面アクチュエータ１５が備えるモータ（舵面アクチュエータモータ）１５１を制御する。また、一次ＡＣバス２１Ｌには、前述した整流器２５３Ｌを介して直流電源バス（ＤＣバス）２４Ｌが接続され、このＤＣバス２４Ｌには、モータコントローラ３３４が接続されている。このモータコントローラ３３４は、航空機が備える大きな電力負荷、例えば、空調コンプレッサのモータ、油圧ポンプのモータ等を制御する。
【００４８】
なお、図１では、説明の便宜上、空調コンプレッサのモータ、油圧ポンプのモータ等をまとめて、代表的な１つの「油圧／空調用モータ１６１」として図示している。また、舵面アクチュエータ１５（および舵面アクチュエータモータ１５１）も代表的な１つのみを図示している。
【００４９】
もう一方の電気系統である右側電気系統２０Ｒの構成は、図１に示すように、前述した左側電気系統２０Ｌと同一である。すなわち、電源装置として交流発電機１４Ｒ（交流電源）および二次電池１３Ｒ（直流電源）を備えるとともに、左側電気系統２０Ｌと共有するかたちでＡＰＵ始動発電機１２４およびＲＡＴ発電機１７１を備えている。また、右側電気系統２０Ｒは、電源バスとして、一次ＡＣバス２１Ｒ、エッセンシャルバス２２Ｒ、二次ＡＣバス２３Ｒ、ＤＣバス２７Ｒを備えるとともに、電源安定化装置３０Ｒを備えている。
【００５０】
一次ＡＣバス２１Ｒには、一次電源リレー２８１を介して交流発電機１４Ｒが接続されているとともに、二次電源リレー２８２および一次電源リレー２８１を介してＡＰＵ始動発電機１２４が接続されている。また、一次ＡＣバス２１Ｒは、二次電源リレー２８２、バックアップバス２９および一次電源リレー２８１を介してＲＡＴ発電機１７１にも接続されている。また、電源安定化装置３０Ｒは、前述したように通常経路（一方の始動切換リレー２８３を介した経路）で一次ＡＣバス２１Ｒに接続されているとともに、始動時経路（他方の始動切換リレー２８３を介した経路）でＡＰＵ始動発電機１２４（および一次ＡＣバス２１Ｒ）に接続されている。
【００５１】
右側電気系統２０Ｒは、前記の電源装置、電源バス、および電源安定化装置３０Ｒに加えて、ＴＲＵ２５１Ｒ、整流素子２５２Ｒ、整流器２５３Ｒ、変圧器２６１Ｒ、電圧変換器２６２Ｒ等といった、変圧または整流等を行う要素（component，説明の便宜上、「変圧／整流要素」と称する。）を備えており、これら変圧／整流要素は、左側電気系統２０Ｌと同じ構成となるように一次ＡＣバス２１Ｒに接続され、あるいは、他の要素（電源バス、電源装置他）に接続されている。また、一次ＡＣバス２１Ｒには、二次電源リレー２８２を介してモータコントローラ３３３が接続され、整流器２５３ＲにはＤＣバス２４Ｒを介してモータコントローラ３３４が接続されている。なお、右側電気系統２０Ｒについては、これ以上の具体的な説明は省略する。
【００５２】
左側電気系統２０Ｌと右側電気系統２０Ｒとは、左右間接続リレー２８４を介在することによって、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒ同士、二次ＡＣバス２３Ｌ，２３Ｒ同士、並びにＤＣバス２７Ｌ，２７Ｒ同士で接続できるようになっている。左側電気系統２０Ｌおよび右側電気系統２０Ｒは、電気系統としてそれぞれ独自に作動するよう構成されているが、一方の電気系統において発電が停止すれば、これら電源バス同士の間に介在する左右間接続リレー２８４が切り換えられることにより他方の電気系統に電力を供給することができる。
【００５３】
このように左側電気系統２０Ｌおよび右側電気系統２０Ｒとは互いに接続可能となっているため、左側電気系統２０Ｌの交流電源である交流発電機１４Ｌから右側電気系統２０Ｒに電力の供給が可能であり、また、左側電気系統２０Ｌの直流電源である二次電池１３Ｌから右側電気系統２０Ｒに電力の供給が可能である。右側電気系統２０Ｒから左側電気系統２０Ｌの電力供給も同様である。また、ＡＰＵ始動発電機１２４およびＲＡＴ発電機１７１は、左側電気系統２０Ｌおよび右側電気系統２０Ｒのいずれにも接続されているので、双方に電力供給が可能である。
【００５４】
また、電気系統２０Ｌ，２０Ｒにおいては、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒ同士が互いに接続可能となっているだけでなく、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１ＲにＡＰＵ始動発電機１２４も接続され、また、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒ同士も接続され、さらには、二次ＡＣバス２３Ｌ，２３Ｒ同士も接続可能となっている。それゆえ、航空機の電気系統としては、各電気系統２０Ｌ，２０Ｒが互いに接続された二重冗長系として構成されている。したがって、一方の電気系統から他方の電気系統に電力が供給可能になっている。それゆえ、電気系統の信頼性をより一層向上することができる。なお、各電気系統２０Ｌ，２０Ｒの間には、左右間接続リレー２８４（一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒの間には２つの二次電源リレー２８２）が介在しているので、これら電気系統２０Ｌ，２０Ｒの間は、常に電気的に接続されているわけではない。
【００５５】
前記構成の電気系統２０Ｌ，２０Ｒにおいて、交流電源から電力が供給される基本的な経路について簡単に説明する。まず、交流発電機１４Ｌ，１４ＲまたはＡＰＵ始動発電機１２４からの三相交流電力（説明の便宜上、「通常交流電力」と称する。）は、全て一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに供給されるので、電力負荷に対する通常交流電力の供給は、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介して行われることになる。
【００５６】
また、航空機が飛行中であって、交流発電機１４Ｌ，１４ＲおよびＡＰＵ始動発電機１２４のいずれからも電力が供給できない状態が発生すれば、ＲＡＴ１７が始動して、ＲＡＴ発電機１７１が発電を開始する。ＲＡＴ発電機１７１もバックアップバス２９を介して一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに接続されているので、ＲＡＴ発電機１７１で発電される三相交流電力（説明の便宜上、「ＲＡＴ交流電力」と称する。）も、バックアップバス２９を介して一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに供給される。
【００５７】
このとき、ＲＡＴ交流電力は、航空機の飛行に際して安全上で必要最小限となる電力負荷、すなわち、舵面アクチュエータ１５およびエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに接続されている電気機器に限って供給される。具体的には、ＲＡＴ交流電力は、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒからモータコントローラ３３３を介して舵面アクチュエータ１５に供給される。また、ＲＡＴ交流電力は、後述するように、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒから電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒで直流電力に変換され、電圧変換器２６２Ｌ，２６２Ｒおよび整流素子２５２Ｌ，２５２Ｒを経由して、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒへ供給される。
【００５８】
このとき、他の電力負荷である、例えば油圧／空調用モータ１６１に対しては、ＲＡＴ交流電力は供給されない。それゆえ、整流器２５３Ｌ，２５３Ｒと一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒとの間に介在する二次電源リレー２８２が切断状態に切り換わることにより、ＲＡＴ交流電力の供給が遮断される。
【００５９】
［電気系統の構成要素］
次に、各電気系統２０Ｌ，２０Ｒを構成する電源装置、電源バス、変圧／整流要素等について具体的に説明する。まず、電源装置のうち交流電源の一つである交流発電機１４Ｌ，１４Ｒは、前述した通り、それぞれ左エンジン１１Ｌ、右エンジン１１Ｒに設けられており、三相交流電力を発電する。三相交流電力の電圧および周波数は特に限定されないが、本実施の形態では、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒとして、可変周波数（ＶＦ）の発電機が用いられてもよいし、一定周波数（ＣＦ）の発電機が用いられてもよい。
【００６０】
交流発電機１４Ｌ，１４ＲがＶＦの発電機である場合、その電圧および周波数の一例としては、２３０ＶＡＣ、３６０〜８００ＨｚＶＦを挙げることができる。あるいは、１１５ＶＡＣ、３６０〜８００ＨｚＶＦであってもよく、この場合には、図１に示す変圧器２６１Ｌ，２６１Ｒは無くてもよい。また、交流発電機１４Ｌ，１４ＲがＣＦの発電機である場合、その電圧および周波数の一例としては、２３０ＶＡＣ、４００ＨｚＣＦを挙げることができる。あるいは、１１５ＶＡＣ、４００ＨｚＣＦであってもよく、この場合にも、変圧器２６１Ｌ，２６１Ｒは無くてもよい。
【００６１】
また、交流電源の一つであるＡＰＵ始動発電機１２４は、ＡＰＵ１２が備えるマイクロガスタービン（図示せず）に設けられ、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒと同様に三相交流電力を発電する。マイクロガスタービンは、タービンおよびコンプレッサが同軸に結合され、そのコンプレッサ軸にＡＰＵ始動発電機１２４が設けられている。ＡＰＵ始動発電機１２４が発電する三相交流電力も、本実施の形態では、２３０ＶＡＣ、４００ＨｚＣＦであるが、１１５ＶＡＣ、４００ＨｚＣＦであってもよい。
【００６２】
また、非常用の交流電源であるＲＡＴ発電機１７１は、ＲＡＴ１７が備えるプロペラの回転により発電する交流発電機であり、飛行に際して安全上で必要最小限の三相交流電力を発電できるように構成されている。ＲＡＴ発電機１７１に接続されるバックアップバス２９は、ＲＡＴ発電機１７１からの三相交流電力を一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに供給するために設けられる。
【００６３】
一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒは、本実施の形態では、２３０ＶＡＣを定格電圧とする電源バスであり、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒ、ＡＰＵ始動発電機１２４またはＲＡＴ発電機１７１からの三相交流電力を左側電気系統２０Ｌおよび右側電気系統２０Ｒにそれぞれ供給するために設けられる。
【００６４】
ＴＲＵ２５１Ｌ，２５１Ｒは、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒからの２３０ＶＡＣの電力を２８ＶＤＣの電力に変換する。ＤＣバス２７Ｌ，２７Ｒは、ＴＲＵ２５１Ｌ，２５１Ｒで変換された２８ＶＤＣの電力をエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに供給するための電源バスである。エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒは、本実施の形態では２８ＶＤＣを定格電圧とする電源バスであり、ＴＲＵ２５１Ｌ，２５１Ｒで変換された２８ＶＤＣの電力を、航空機を操縦する上で重要な制御システム（例えば、航空機を操縦する上で重要な表示装置あるいは制御装置等）に供給する。
【００６５】
変圧器２６１Ｌ，２６１Ｒは、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１ＲからのＡＣ２３０Ｖの電力を１１５ＶＡＣに降圧する。二次ＡＣバス２３Ｌ，２３Ｒは、変圧器２６１Ｌ，２６１Ｒで降圧された１１５ＶＡＣの電力を、航空機に搭載されている各種電気機器または電子機器に供給する。
【００６６】
電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒは、交流電源（交流発電機１４Ｌ，１４Ｒ）と二次電池１３Ｌ，１３Ｒとの間に介在し、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒの電圧を調整して各電気系統２０Ｌ，２０Ｒの安定化を図る。なお、その具体的な構成については後述する。二次電池１３Ｌ，１３Ｒは各電気系統２０Ｌ，２０Ｒの直流電源であり、本実施の形態では、２５０Ｖの定格電圧、１０ＡＨ（Ampere-Hour）の容量を有する。
【００６７】
二次電池１３Ｌ，１３Ｒは、舵面アクチュエータ１５等の大きな電力負荷（電気機器、搭載機器）からの逆起電力を吸収し、電気機器における過渡的に必要な電力を供給するよう構成されている。具体的には、二次電池１３Ｌ，１３Ｒは、電力負荷からの逆起電力を吸収可能とする定格電圧を有していればよく、本実施の形態では、前記の通り２５０Ｖとなっているが、この値に限定されない。また、二次電池１３Ｌ，１３Ｒの容量も、本実施の形態では、前記の通り１０ＡＨとなっているが、この値に限定されない。
【００６８】
例えば、後述するように、従来の航空機の一般的な電気系統においては、二次電池の定格電圧としては、例えば２４ＶＤＣ（図１４の二次電池９１３参照）が挙げられる。これに対して、本実施の形態の二次電池１３Ｌ，１３Ｒの定格電圧は、例えば２５０Ｖであり、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒの電圧（２３０ＶＡＣ）あるいはＡＰＵ始動発電機１２４の電圧と略同等である。
【００６９】
それゆえ、本実施の形態で用いられる直流電源（二次電池１３Ｌ，１３Ｒ、あるいは後述するキャパシタ等）の定格電圧は、従来の一般的な航空機用二次電池を基準とすれば、少なくともその約１０倍（具体的には８〜１２倍程度）の定格電圧を有していることが好ましく、交流電源の電圧を基準とすれば、少なくとも略同等（具体的には０．９〜１．１倍程度）の定格電圧を有していることが好ましい。直流電源としてこのような定格電圧を有するものを用いれば、電力負荷からの逆起電力を吸収することができ、また、後述する過負荷による電圧低下にも十分対応することができる。
【００７０】
なお、直流電源としては、このような定格電圧または容量を有するものに限定されず、電力負荷からの逆起電力を吸収することが可能であれば、必要に応じて、さらに大きな定格電圧または容量を有する直流電源を用いることができる。
【００７１】
電圧変換器２６２Ｌ，２６２Ｒは、二次電池１３Ｌ，１３Ｒからの２５０ＶＤＣを２８ＶＤＣに降圧する。整流素子２５２Ｌ，２５２Ｒは、降圧された２８ＶＤＣの電力をエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに向けて流すように整流する。それゆえ、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒには、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒから電力が供給可能になっているだけでなく、二次電池１３Ｌ，１３Ｒからも電力が供給可能となっている。
【００７２】
整流器２５３Ｌ，２５３Ｒは、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒからの２３０ＶＡＣの電力を＋／−２７０ＶＤＣの電力に変換する。整流器２５３Ｌ，２５３Ｒに接続されるＤＣバス２４Ｌ，２４Ｒは、変換された＋／−２７０ＶＤＣの電力を油圧／空調用モータ１６１等の大きな電力負荷に供給する。
【００７３】
一次電源リレー２８１、二次電源リレー２８２、始動切換リレー２８３、左右間接続リレー２８４、直流電源切換リレー２８５は、いずれも、各電気系統２０Ｌ，２０Ｒの所定の箇所で、必要に応じて、通電を接続状態または切断状態に適宜切り換える「リレー要素」である。なお、これらリレー要素は、図１では、いずれもキャパシタの記号で図示している。
【００７４】
一次電源リレー２８１は、交流電源に直接接続されているリレー要素であって、当該交流電源から一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒ等に電力を供給するときには接続状態となり、電力を供給しないときには切断状態となる。二次電源リレー２８２は、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに直接接続されているリレー要素（一次電源リレー２８１および始動切換リレー２８３を除く）であって、交流電源から一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介して各要素に電力を供給するときには接続状態となり、電力を供給しないときには切断状態となる。
【００７５】
また、始動切換リレー２８３は、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒに接続されるリレー要素であり、本実施の形態では、２つの始動切換リレー２８３が電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒに接続されている。一方の始動切換リレー２８３は、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒおよび一次ＡＣバス２１Ｌの間に介在している。他方の始動切換リレー２８３は、電源安定化装置３０Ｌ，３０ＲおよびＡＰＵ始動発電機１２４の間に介在している。
【００７６】
他方の始動切換リレー２８３は、後述するように、ＡＰＵ始動発電機１２４を始動する場合には接続状態となり、これによって、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介さない経路（始動時経路）で電源安定化装置３０Ｌ，３０ＲをＡＰＵ始動発電機１２４に接続する。交流発電機１４Ｌ，１４Ｒ（あるいはＡＰＵ始動発電機１２４、ＲＡＴ発電機１７１）等から一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介して交流電力が供給されるときには、他方の始動切換リレー２８３は切断状態となり、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒは通常経路（一方の始動切換リレー２８３を介した経路）で一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに接続されることになる。
【００７７】
また、左右間接続リレー２８４は、前述したように、左側電気系統２０Ｌおよび右側電気系統２０Ｒの間で電力を供給可能とするためのリレー要素であり、一方の電気系統２０Ｌまたは２０Ｒから他方の電気系統２０Ｒまたは２０Ｌに電力を供給する場合には接続状態となり、電力供給の必要がない場合には切断状態となる。言い換えれば、左右の交流発電機１４Ｌ，１４Ｒの双方が正常に動作しているときには切断状態にあり、左右の交流発電機１４Ｌ，１４Ｒのうち一方のみが正常に動作しているとき、もしくは、ＡＰＵ始動発電機１２４から交流電力を供給するとき等には、接続状態となる。
【００７８】
また、直流電源切換リレー２８５は、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１ＲからＴＲＵ２５１Ｌ，２５１ＲおよびＤＣバス２７Ｌ，２７Ｒを介して供給される直流電力をエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに供給可能とするためのリレー要素である。例えば、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１ＲからＴＲＵ２５１Ｌ，２５１ＲおよびＤＣバス２７Ｌ，２７Ｒを介して電力供給しているときには接続状態となり、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒからエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに直流電力を供給できないときには切断状態となる。
【００７９】
なお、前述した電源装置、電源バス、変圧／整流要素、リレー要素等の具体的な構成は特に限定されず、特に断りの無い限り、航空機の分野で公知の電源装置、電源バス、整流器および変圧器等が好適に用いられる。また、モータコントローラ、アクチュエータ等の電力負荷についても、航空機が備える公知の構成が好適に用いられる。
【００８０】
［電源安定化装置の基本構成］
次に、各電気系統２０Ｌ，２０Ｒに接続される電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒの基本構成の一例について、図２ないし図４を参照して具体的に説明する。
【００８１】
本実施の形態に係る電源安定化装置３０Ｌまたは３０Ｒは、図２ないし図４に示すように、電力変換部３３、一次ＡＣバス監視部３４、二次電池監視部３５、および電源安定化制御部３６から少なくとも構成されている。なお、図２は、電源安定化装置３０Ｌまたは３０Ｒの全体構成を模式的に示す概略ブロック図であるが、図３および図４は、電源安定化制御部３６による制御構成を示す概略ブロック図であるので、図３および図４においては、説明の便宜上、図２に図示される一次ＡＣバス監視部３４および二次電池監視部３５は省略している。
【００８２】
電力変換部３３は、直流電源である二次電池１３Ｌまたは１３Ｒと、交流電源である交流発電機１４Ｌ，１４ＲあるいはＡＰＵ始動発電機１２４との間で、直流電力および交流電力を相互に変換可能とするものであり、本実施の形態では、ＰＷＭコンバータ３３１と昇圧コンバータ３３２とから構成されている。
【００８３】
図３に示すように、ＰＷＭコンバータ３３１は、２つの始動切換リレー２８３の切り換えにより、始動時経路（図１参照）でＡＰＵ１２のＡＰＵ始動発電機１２４に接続された状態で、ＡＰＵ始動発電機１２４を始動する。したがって、ＰＷＭコンバータ３３１は、ＡＰＵ始動発電機１２４のモータコントローラに相当する。また、ＰＷＭコンバータ３３１の出力により一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒの安定化も行われる。ＰＷＭコンバータ３３１の具体的な構成は特に限定されず、本実施の形態では、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いたインバータ回路が用いられる。
【００８４】
また、図３および図４に示すように、昇圧コンバータ３３２は、二次電池１３Ｌまたは１３Ｒに接続され、ＰＷＭコンバータ３３１に供給するために、二次電池１３Ｌまたは１３Ｒからの直流電力を昇圧する。昇圧コンバータ３３２の具体的な構成は特に限定されず、本実施の形態では、例えばＩＧＢＴを用いた双方向チョッパ回路が用いられる。なお、二次電池１３Ｌまたは１３Ｒの直流電力を昇圧する必要がなければ、昇圧コンバータ３３２は無くてもよい。
【００８５】
ここで、図２ないし図４には模式的に１つのみ示しているが、電気系統２０Ｌ，２０Ｒには２つの始動切換リレー２８３が設けられており、これら始動切換リレー２８３は、電力変換部３３を、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介さずにＡＰＵ始動発電機１２４に接続するか（始動時経路）、または一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介して交流電源（交流発電機１４Ｌ，１４Ｒ、ＡＰＵ始動発電機１２４、またはＲＡＴ発電機１７１）に接続する（通常経路）ように、切り換え可能に構成されている（図１も参照）。
【００８６】
なお、前述したように、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒは、始動時経路および通常経路の２経路でＡＰＵ始動発電機１２４に接続されており、これら２経路のそれぞれに始動切換リレー２８３が設けられている。図２では、始動時経路の始動切換リレー２８３のみを図示している。具体的には、ＡＰＵ始動発電機１２４を示すブロックは、他方の始動切換リレー２８３に直接接続するよう図示しており、通常経路については、一方の始動切換リレー２８３を省略し、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１ＲおよびＡＰＵ始動発電機１２４の間をつなぐラインで図示している。また、図２の交流発電機のブロックは、交流発電機１４Ｌ，１４ＲだけでなくＲＡＴ発電機１７１を含むものとする。
【００８７】
また、図３および図４では、始動時経路を説明する便宜上、ＡＰＵ始動発電機１２４を１つの円形ブロックで模式的に示し、ＡＰＵ始動発電機１２４以外の他の交流電源（交流発電機１４Ｌ，１４ＲおよびＲＡＴ発電機１７１）をまとめて１つの円形ブロックで模式的に示している。また、始動切換リレー２８３は、始動時経路に設けられるもののみを図示し、通常経路に設けられるものは省略している。ただし、前述したように、ＡＰＵ始動発電機１２４は、他の交流電源と同様に通常経路でも接続電源安定化装置３０Ｌ，２０Ｒに接続されているので、他の交流電源を示す円形ブロックについては、通常経路でＡＰＵ始動発電機１２４が接続されている場合も含むものとして、符号「１２４」を括弧書きで併記している。
【００８８】
ＡＰＵ１２が停止状態にあって、ＡＰＵ１２の始動が必要なときには、図３に示すように、始動切換リレー２８３が切り換えられて、電力変換部３３が始動時経路でＡＰＵ始動発電機１２４（ＡＰＵ１２）に接続される。そして、電源安定化制御部３６は、電力変換部３３を制御して、二次電池１３Ｌ，１３Ｒからの直流電力を交流電力に変換してＡＰＵ始動発電機１２４（ＡＰＵ１２）に供給することにより、ＡＰＵ１２を始動させる。
【００８９】
また、二次電池１３Ｌ，１３Ｒが充電可能な状態にあって、図４に示すように、始動切換リレー２８３が切り換えられて電力変換部３３が通常経路で接続されているときには、電源安定化制御部３６は、電力変換部３３を制御して、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに接続されている交流電源（交流発電機１４Ｌ，１４Ｒ、またはＡＰＵ始動発電機１２４）からの交流電力を直流電力に変換して二次電池１３Ｌ，１３Ｒに供給することにより、当該二次電池１３Ｌ，１３Ｒを充電する。
【００９０】
また、図４に示すように、始動切換リレー２８３が切り換えられて電力変換部３３が通常経路で接続されたときであって、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに、複数の電気機器の少なくとも一つ、例えば、舵面アクチュエータ１５が接続されているとする。このとき、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒが故障して、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに交流電力が供給されない事態が発生したとする。この場合、ＡＰＵ始動発電機１２４が発電を開始するか、または、ＲＡＴ発電機１７１が発電を開始して、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに交流電力が供給されることになる。
【００９１】
しかしながら、これら交流電源による発電は、前記事態が発生した直後に遅滞なく開始できるとは限らない。そのため、前記事態が発生すると、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに対して、一時的に交流電力が供給されない状態が発生するおそれがある。これに対して、電源安定化制御部３６は、電力変換部３３を制御して、二次電池１３Ｌ，１３Ｒからの直流電力を交流電力に変換して、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介して、飛行に際して安全上で必要最小限となる電力負荷（電気機器）に対して一時的に交流電力を供給することができる。
【００９２】
一次ＡＣバス監視部３４は、図２に示すように、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒの電圧の変動および周波数の変動の少なくとも一方を監視し、その監視結果（図中矢印ｍ１）である計測電圧値を電源安定化制御部３６に出力する。一次ＡＣバス監視部３４の具体的構成は特に限定されず、公知の交流電力監視ユニット等を好適に用いることができる。
【００９３】
二次電池監視部３５は、図２に示すように、二次電池１３Ｌ，１３Ｒの充電状態を監視し、その監視結果（図中矢印ｍ２）を電源安定化制御部３６に出力する。二次電池監視部３５の具体的な構成は特に限定されず、二次電池１３Ｌ，１３Ｒの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge，充電率）を検出可能とする公知のＳＯＣ検出器を好適に用いることができる。
【００９４】
なお、ＳＯＣ検出器としては、充放電電流を積算する積算ＳＯＣ法を用いたタイプと、電池電圧、電流および温度等から充電状態を推定する瞬時ＳＯＣ法を用いたタイプと、が知られており、いずれのタイプであっても好適に用いることができる。しかしながら、本実施の形態では、好ましくは、積算ＳＯＣ法で生じる累積誤差を瞬時ＳＯＣ法で補正する構成のものが用いられる。これにより、ＳＯＣ検出器を長期間使用してもＳＯＣの誤差の累積が抑制されるので、電源安定化制御部３６に出力されるＳＯＣの精度を良好なものとすることができる。そのため、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒにより電気系統２０Ｌ，２０Ｒをより良好に安定化することができる。
【００９５】
電源安定化制御部３６は、電源安定化装置３０Ｌまたは３０Ｒの制御器であって、図２ないし図４に示すように、一次ＡＣバス監視部３４により一次ＡＣバス２１Ｌまたは２１Ｒの電圧および周波数の少なくとも一方を監視（モニタ）し、その電圧および周波数に基づいて電力変換部３３を制御する。これにより、直流電源である二次電池１３Ｌまたは１３Ｒの充放電を制御する。
【００９６】
なお、本実施の形態では、前記の通り、二次電池監視部３５により得られる、二次電池１３Ｌ，１３Ｒの充電状態も監視して制御に利用している。これに加えて、図２に示すように、電気系統２０Ｌ，２０Ｒから得られる、ＡＰＵ始動指令、発電機作動状態、電源安定化開始指令等の情報も、電源安定化制御部３６に出力され（図中矢印ｍ０）、電力変換部３３の制御に利用される。
【００９７】
本実施の形態では、後述するように、交流電源（交流発電機１４Ｌ，１４Ｒ）が可変周波数（ＶＦ）である場合には、一次ＡＣバス２１Ｌまたは２１Ｒの電圧を監視し、電圧の計測値の一次遅れの値を制御の目標値とし、この目標値と計測値との偏差に応じて、直流電源の充放電を制御している。また、交流電源が一定周波数（ＣＦ）である場合には、一次ＡＣバス２１Ｌまたは２１Ｒの電圧および周波数を監視し、電圧および周波数の計測値の一次遅れの値を制御の目標値とし、この目標値と計測値との偏差に応じて、直流電源の充放電を制御している。
【００９８】
本実施の形態における電源安定化制御部３６の具体的な構成は特に限定されず、前述した電力指令信号を生成するために、公知のスイッチング素子、減算器、比較器等による論理回路として構成されてもよいし、あるいは、電源安定化制御部３６となるマイクロコントローラのＣＰＵが、同マイクロコントローラの記憶部に格納されるプログラムに従って動作することにより実現される機能構成であってもよい。
【００９９】
［電源安定化制御部の構成例：ＶＦ対応型］
次に、電源安定化制御部３６の具体的な構成の一例について、図５Ａ，Ｂを参照して説明する。
【０１００】
交流発電機１４Ｌ，１４ＲがＶＦの発電機である場合には、電源安定化制御部３６は、図５Ａに示すように、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒの電圧（すなわち電気系統２０Ｌ，２０Ｒの電圧）を監視し、その監視結果に基づいて、有効電力および／または無効電力を充放電する「充放電制御回路」を含んでいる。なお、この充放電制御回路を含む電源安定化制御部３６を、説明の便宜上「ＶＦ対応型」と称する。
【０１０１】
具体的には、図５Ａに示すように、ＶＦ対応型の電源安定化制御部３６は、例えば、第一遅れ演算器３４１、第二遅れ演算器３４２、減算器３４５、第一比較制御器３６１、第二比較制御器３６２、および加算器３６５から構成される充放電制御回路を含んでいる。
【０１０２】
電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒを構成する一次ＡＣバス監視部３４は、図２に示すように、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒの電圧を監視しており、図５Ａに示すように、計測電圧値Ｖｍを監視結果ｍ１として第一遅れ演算器３４１に出力する（図３および図４も参照）。第一遅れ演算器３４１は、フィルタによる時間遅れを示しており、この出力として系統電圧値Ｖgen を生成し、第二遅れ演算器３４２および減算器３４５に出力する。なお、第一遅れ演算器３４１の時定数Ｔｍは測定遅延時間として設定されている。
【０１０３】
第二遅れ演算器３４２は、系統電圧値Ｖgen に時間遅れ処理を施して系統電圧目標値Ｖref を生成し、減算器３４５に出力する。なお、第二遅れ演算器３４２の時定数Ｔｓは適宜設定可能であり、本実施の形態では１０秒に設定されている。減算器３４５は、系統電圧目標値Ｖref から系統電圧値Ｖgen を減算し、その減算値（偏差、Ｖref −Ｖgen ）を第一比較制御器３６１および第二比較制御器３６２に出力する。
【０１０４】
第一比較制御器３６１は、無効電力の充放電を制御するための電力指令信号Ｑcmd を生成する制御器であり、比例定数Ｋｑが予め設定されている。また、第二比較制御器３６２は、有効電力の充放電を制御するための電力指令信号Ｐcmd を生成する制御器であり、比例定数Ｋｑが予め設定されている。第一比較制御器３６１は、減算器３４５の出力値である減算値に比例定数Ｋｑを乗算することにより、電力指令信号Ｑcmd （＝Ｋｑ×（Ｖref −Ｖgen ））を生成し、これを図３または図４において矢印ｓ１で示すように電力変換部３３のＰＷＭコンバータ３３１に出力する。
【０１０５】
一方、第二比較制御器３６２は、減算値に比例定数Ｋｐを乗算し、この乗算値（Ｋｐ×（Ｖref −Ｖgen ））を加算器３６５に出力する。この乗算値は、有効電力の電力指令信号Ｐcmd の基本値となる。加算器３６５に対しては、後述するように有効電力補正値Ｐsoc_cmp も出力される。加算器３６５は、乗算値（基本値）と有効電力補正値Ｐsoc_cmp とを加算することで、最終的な電力指令信号Ｐcmd （＝Ｋｐ×（Ｖref −Ｖgen ）＋Ｐsoc_cmp 、電力指令信号Ｐcmd の最終値）を生成し、図３または図４において矢印ｓ１，ｓ２で示すように電力変換部３３に出力する。電力変換部３３では、これら電力指令信号Ｑcmd およびＰcmd に基づいて、二次電池１３Ｌ，１３Ｒの充放電を制御する。
【０１０６】
より具体的には、監視による電圧の変動が一時的な電圧上昇であれば、系統電圧目標値Ｖref よりも系統電圧値Ｖgen の方が大きくなる。それゆえ、減算器３４５からの減算値はマイナスの値となる（Ｖref −Ｖgen ＜０）ので、第二比較制御器３６２を介して（Ｋｐの乗算）加算器３６５から出力される（Ｐsoc_cmp の加算）有効電力の電力指令信号Ｐcmd もマイナスの値となる。そのため、電力変換部３３は、電源安定化制御部３６の制御により、電力指令信号Ｐcmd に基づいて、電圧上昇の値に比例して二次電池１３Ｌ，１３Ｒ（直流電源）に有効電力を充電することになる。
【０１０７】
また、第一比較制御器３６１から出力される無効電力の電力指令信号Ｑcmd は、当該第一比較制御器３６１でマイナスの減算値に比例定数Ｋｑが乗算されるため、マイナスの値となる。そのため、電力変換部３３は、電源安定化制御部３６の制御により、電力指令信号Ｑcmd に基づいて、電圧上昇の値に比例して進み力率の無効電力を出力させることになる。
【０１０８】
一方、監視による電圧の変動が一時的な電圧降下であれば、系統電圧目標値Ｖref よりも系統電圧値Ｖgen の方が小さくなる。それゆえ、減算器３４５からの減算値はプラスの値となる（Ｖref −Ｖgen ＞０）ので、加算器３６５から出力される有効電力の電力指令信号Ｐcmd もプラスの値となる。そのため、電力変換部３３は、電源安定化制御部３６の制御により、電力指令信号Ｐcmd に基づいて、電圧降下の値に比例して二次電池１３Ｌ，１３Ｒ（直流電源）に有効電力を放電させることになる。
【０１０９】
また、第一比較制御器３６１から出力される無効電力の電力指令信号Ｑcmd は、当該第一比較制御器３６１でプラスの減算値に比例定数Ｋｑが乗算されるため、プラスの値となる。そのため、電力変換部３３は、電源安定化制御部３６の制御により、電力指令信号Ｑcmd に基づいて、電圧降下の値に比例して遅れ力率の無効電力を出力させることになる。
【０１１０】
このように、本実施の形態では、系統電圧値Ｖgen の一次遅れの値Ｖref を所定の電圧値である系統電圧目標値を用いている。これにより、電気系統２０Ｌ，２０Ｒの電圧の変動が過渡的（または一時的）な場合にのみ、電力指令信号を生成することになる。そのため、電源安定化制御部３６は、電気系統２０Ｌ，２０Ｒで定常的に生じる電圧の偏差に反応して電力指令信号を生成することがない。その結果、二次電池１３Ｌ，１３Ｒが過放電または過充電になるおそれを有効に抑制することができる。
【０１１１】
また、本実施の形態では、電源安定化制御部３６は、監視による電圧の変動が電圧上昇であれば、電力変換部３３を制御して、電圧上昇に比例して直流電源（二次電池１３Ｌ，１３Ｒ）に有効電力を充電してもよいし、電圧上昇に比例して進み力率の無効電力を出力させてもよいし、有効電力の充電および進み力率の無効電力の出力の双方を行わせてもよい。これにより、後述するように、電気系統２０Ｌ，２０Ｒに生じた一時的な電圧上昇と交流電源への電力戻りの発生とを有効に抑制することができる。
【０１１２】
一方、電源安定化制御部３６は、監視による電圧の変動が電圧降下であれば、電力変換部３３を制御して、電力降下に比例して直流電源から有効電力を放電させてもよいし、電圧降下に比例して遅れ力率の無効電力を出力させてもよいし、有効電力の放電および遅れ力率の無効電力の出力の双方を行わせてもよい。これにより、後述するように電気系統２０Ｌ，２０Ｒに生じた一時的な電圧低下を有効に抑制することができる。
【０１１３】
なお、充放電制御回路を構成する第一遅れ演算器３４１および第二遅れ演算器３４２は、本実施の形態では、一次遅れ演算処理を行う構成であるが、本発明はこれに限定されず、時間遅れ演算処理を行う構成であれば、二次遅れ演算処理等、他の演算処理を行う構成であってもよい。
【０１１４】
ここで、有効電力補正値Ｐsoc_cmp の生成について説明する。本実施の形態に係る電源安定化制御部３６は、図５Ａに示す充放電制御回路に加えて、図５Ｂに示すような、二次電池１３Ｌ，１３ＲのＳＯＣを補正する「ＳＯＣ補正回路」も含んでいる。有効電力補正値は、このＳＯＣ補正回路で生成され、加算器３６５に出力される。この充電状態制御回路は、本実施の形態では、図５Ｂに示すように、減算器３５１と上下限リミッタ３５２から構成されている。
【０１１５】
電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒを構成する二次電池監視部３５は、図２に示すように、二次電池１３Ｌ，１３Ｒの充電状態を監視しており、図５Ｂに示すように、監視結果ｍ２であるＳＯＣの計測値ＳＯＣｍを減算器３５１に出力する（図３および図４も参照）。ＳＯＣ補正回路には、予めＳＯＣの目標値ＳＯＣref が設定されているので、減算器３５１は、目標値ＳＯＣref と計測値ＳＯＣｍとを比較して減算する。得られる減算値ＳＯＣdiff（ＳＯＣref −ＳＯＣ）は、上下限リミッタ３５２に出力される。
【０１１６】
上下限リミッタ３５２では、減算値ＳＯＣdiffに基づいて有効電力補正値Ｐsoc_cmp を生成して、充放電制御回路の加算器３６５に出力する。減算値ＳＯＣdiffがプラスの場合、すなわち、計測値ＳＯＣｍが目標値ＳＯＣref を下回っている場合、有効電力補正値Ｐsoc_cmp はマイナスとなるように生成される（Ｐsoc_cmp ＜０）。これにより、有効電力の電力指令信号Ｐcmd は充電側となるように補正される。一方、減算値ＳＯＣdiffがマイナスの場合、すなわち、計測値ＳＯＣｍが目標値ＳＯＣref を上回っている場合、有効電力補正値Ｐsoc_cmp はプラスとなるように生成される（Ｐsoc_cmp ＞０）。これにより、有効電力の電力指令信号Ｐcmd は放電側となるように補正される。
【０１１７】
このように、本実施の形態では、直流電源が二次電池１３Ｌ，１３Ｒであるときに、その充電状態（ＳＯＣ）を監視して、この監視による計測値ＳＯＣｍと予め設定されるＳＯＣの所定値（目標値ＳＯＣref ）との偏差に応じて、二次電池１３Ｌ，１３Ｒの充放電量を補正している。これにより、電気系統２０Ｌ，２０Ｒの安定化動作が長期間に及んでも、二次電池１３Ｌ，１３Ｒが過放電または過充電になるおそれを有効に抑制することができる。
【０１１８】
［電源安定化制御部の構成例：ＣＦ対応型］
次に、電源安定化制御部３６の具体的な構成の他の例について、図６を参照して具体的に説明する。
【０１１９】
交流発電機１４Ｌ，１４ＲがＣＦの発電機である場合には、電源安定化制御部３６は、図６に示すように、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒの電圧および周波数（すなわち電気系統２０Ｌ，２０Ｒの電圧および周波数）を監視し、その監視結果に基づいて、有効電力および／または無効電力を充放電する「充放電制御回路」を含んでいる。なお、この充放電制御回路を含む電源安定化制御部３６を、説明の便宜上「ＣＦ対応型」と称する。
【０１２０】
具体的には、図６に示すように、ＣＦ対応型の電源安定化制御部３６は、例えば、第一遅れ演算器３４１、第二遅れ演算器３４２、第一減算器３４６、第一比較制御器３６３、ＰＬＬ演算器３４４、第三遅れ演算器３４３、第二減算器３４７、第二比較制御器３６４、および加算器３６５から構成される充放電制御回路を含んでいる。
【０１２１】
図６には示さない一次ＡＣバス監視部３４は、計測電圧値Ｖｍを監視結果ｍ１として第一遅れ演算器３４１に出力する。第一遅れ演算器３４１は、フィルタの遅れを示しており、この出力として系統電圧値Ｖgen を生成し、第二遅れ演算器３４２および第一減算器３４６に出力する。第二遅れ演算器３４２は、系統電圧値Ｖgen に時間遅れ処理を施して系統電圧目標値Ｖref を生成し、第一減算器３４６に出力する。第一減算器３４６は、系統電圧目標値Ｖref から系統電圧値Ｖgen を減算し、その減算値（偏差、Ｖref −Ｖgen ）を第一比較制御器３６３に出力する。
【０１２２】
第一比較制御器３６３は、無効電力の充放電を制御するための電力指令信号Ｑcmd を生成する比較制御器であり、比例定数Ｋｖが予め設定されている。第一比較制御器３６３は、第一減算器３４６からの減算値に比例定数Ｋｖを乗算することにより、電力指令信号Ｑcmd （＝Ｋｖ×（Ｖref −Ｖgen ））を生成し、図３または図４において矢印ｓ１示すように電力変換部３３のＰＷＭコンバータ３３１に出力する。電力変換部３３では、この電力指令信号Ｑcmd と後述する電力指令信号Ｐcmd に基づいて、二次電池１３Ｌ，１３Ｒの充放電を制御する。
【０１２３】
より具体的には、監視による電圧の変動が一時的な電圧上昇であれば、系統電圧目標値Ｖref よりも系統電圧値Ｖgen の方が大きくなる。それゆえ、ＶＦ対応型と同様に、第一減算器３４６からの減算値はマイナスの値となり、第一比較制御器３６３から出力される無効電力の電力指令信号Ｑcmd はマイナスの値となる。そのため、電力変換部３３は、電源安定化制御部３６の制御により、電力指令信号Ｑcmd に基づいて、電圧上昇の値に比例して進み力率の無効電力を出力させることになる。
【０１２４】
一方、監視による電圧の変動が一時的な電圧降下であれば、系統電圧目標値Ｖref よりも系統電圧値Ｖgen の方が小さくなる。それゆえ、ＶＦ対応型と同様に、第一比較制御器３６３から出力される無効電力の電力指令信号Ｑcmd はプラスの値となる。そのため、電力変換部３３は、電源安定化制御部３６の制御により、電力指令信号Ｑcmd に基づいて、電圧上昇の値に比例して遅れ力率の無効電力を出力させることになる。
【０１２５】
また、図６には示さない一次ＡＣバス監視部３４は、計測電圧値ＶｍをＰＬＬ演算器３４４にも出力する。ＰＬＬ演算器３４４は、計測電圧値Ｖｍに位相同期演算（Phase Locked Loop；ＰＬＬ演算）を施すことにより、電気系統２０Ｌ，２０Ｒの系統周波数Ｆgen を生成し、第三遅れ演算器３４３に出力する。第三遅れ演算器３４３は、第二遅れ演算器３４２と同じ構成であり、系統周波数Ｆgen に時間遅れ処理を施して系統周波数目標値Ｆref を生成し、第二減算器３４７に出力する。第二減算器３４７は、系統周波数目標値Ｆref から系統周波数Ｆgen を減算し、その減算値（偏差、Ｆref −Ｆgen ）を第二比較制御器３６４に出力する。
【０１２６】
第二比較制御器３６４は、有効電力の充放電を制御するための電力指令信号Ｐcmd を生成する比較制御器であり、比例定数Ｋｆが予め設定されている。第二比較制御器３６４は、減算値に比例定数Ｋｆを乗算し、この乗算値（＝Ｋｆ×（Ｆref −Ｆgen ））を加算器３６５に出力する。この乗算値は、有効電力の電力指令信号Ｐcmd の基本値となる。加算器３６５に対しては、前述したように、ＳＯＣ補正回路（図５Ｂ参照）から有効電力補正値Ｐsoc_cmp も出力されるので、加算器３６５は、乗算値（基本値）と有効電力補正値Ｐsoc_cmp とを加算することで、最終的な電力指令信号Ｐcmd （＝Ｋｆ×（Ｆref −Ｆgen ）＋Ｐsoc_cmp 、電力指令信号Ｐcmd の最終値）を生成し、図３または図４において矢印ｓ１，ｓ２で示すように電力変換部３３に出力する。電力変換部３３では、この電力指令信号Ｐcmd と前述した電力指令信号Ｑcmd に基づいて、二次電池１３Ｌ，１３Ｒの充放電を制御する。
【０１２７】
より具体的には、監視による周波数の変動が一時的な周波数上昇であれば、系統周波数目標値Ｆref よりも系統周波数Ｆgen の方が大きくなる。それゆえ、減算器３４５からの減算値はマイナスの値となる（Ｆref −Ｆgen ＜０）ので、第二比較制御器３６４を介して（Ｋｆの乗算）加算器３６５から出力される（Ｐsoc_cmp の加算）有効電力の電力指令信号Ｐcmd もマイナスの値となる。そのため、電力変換部３３は、電源安定化制御部３６の制御により、電力指令信号Ｐcmd に基づいて、周波数上昇の値に比例して二次電池１３Ｌ，１３Ｒ（直流電源）に有効電力を充電することになる。
【０１２８】
一方、監視による周波数の変動が一時的な周波数降下であれば、系統周波数目標値Ｆref よりも系統周波数Ｆgen の方が小さくなる。それゆえ、第二減算器３４７からの減算値はプラスの値となる（Ｆref −Ｆgen ＞０）ので、加算器３６５から出力される有効電力の電力指令信号Ｐcmd もプラスの値となる。そのため、電力変換部３３は、電源安定化制御部３６の制御により、電力指令信号Ｐcmd に基づいて、周波数降下の値に比例して二次電池１３Ｌ，１３Ｒ（直流電源）に有効電力を放電させることになる。
【０１２９】
このように、ＣＦ対応型では、交流電力の周波数が一定であるので、電源安定化制御部３６では、電圧の目標値については、ＶＦ対応型と同様に、系統電圧値Ｖgen の一次遅れの値Ｖref を用いており、周波数の目標値については、系統周波数Ｆgen の一次遅れの値Ｆref を用いている。
【０１３０】
これにより、電気系統２０Ｌ，２０Ｒの電圧の変動および／または周波数の変動が過渡的（または一時的）な場合にのみ、電力指令信号を生成することになる。そのため、電源安定化制御部３６は、電気系統２０Ｌ，２０Ｒで定常的に生じる電圧または周波数の偏差に反応して電力指令信号を生成することがない。その結果、二次電池１３Ｌ，１３Ｒが過放電または過充電になるおそれを有効に抑制することができる。
【０１３１】
また、本実施の形態では、電源安定化制御部３６は、監視による周波数の変動が周波数上昇であれば、電力変換部３３を制御して、周波数上昇に比例して直流電源（二次電池１３Ｌ，１３Ｒ）に有効電力を充電し、監視による電圧の変動が電圧上昇であれば、電圧上昇に比例して進み力率の無効電力を出力させる。これにより、後述するように、電気系統２０Ｌ，２０Ｒに生じた一時的な逆起電力による電圧上昇を有効に抑制することができる。
【０１３２】
一方、電源安定化制御部３６は、監視による周波数の変動が周波数降下であれば、電力変換部３３を制御して、周波数降下に比例して直流電源から有効電力を放電させ、監視による電圧の変動が電圧降下であれば、電圧降下に比例して遅れ力率の無効電力を出力させる。これにより、後述するように電気系統２０Ｌ，２０Ｒに生じた一時的な電圧低下を有効に抑制することができる。
【０１３３】
［電気系統の安定化］
次に、前記構成の電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒによる各電気系統２０Ｌ，２０Ｒの安定化の一例について、図２ないし図４に加えて、図７、図８Ａ，Ｂ、図９、図１０および図１１を参照して具体的に説明する。なお、説明の便宜上、図８Ａ，Ｂおよび図９ないし図１１においては、舵面アクチュエータ１５以外に電気化された系統の電力負荷（例えば、油圧系統では油圧ポンプ、抽気系統では空調コンプレッサ）を「符号１６のブロック」で図示する。
【０１３４】
図７に示すように、本実施の形態に係る安定化システムは、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒの制御により、停止状態を含めて、合計５つの状態を遷移するように構成されている。図中中心の状態Ｍ０が停止状態であり、ＡＰＵ１２の始動が要求されれば、電源安定化装置３０Ｌ，３０ＲによりＡＰＵ１２が始動されるので、安定化システムは、図中上方の状態Ｍ１：ＡＰＵ始動状態に移行する。なお、ＡＰＵ１２の始動が完了すれば、状態Ｍ０：停止状態に戻る。また、バックアップが要求されれば、図中下方の状態Ｍ４：バックアップ状態に移行し、バックアップの停止が要求されれば、状態Ｍ０：停止状態に戻る。
【０１３５】
そして、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒに含まれるＶＦの発電機が起動し、電気系統２０Ｌ，２０Ｒの安定化の開始が要求されれば、安定化システムは、図中向かって右側の状態Ｍ２：ＶＦ電源安定化状態に移行する。なお、ＶＦの交流発電機１４Ｌ，１４Ｒが停止したり、安定化の停止が要求されたりすれば、状態Ｍ０：停止状態に戻る。同様に、ＡＰＵ始動発電機１２４が、発電機として電源を供給している状態、あるいは、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒに含まれるＣＦの発電機が電力を供給している状態で、電気系統２０Ｌ，２０Ｒの安定化の開始が要求されれば、図中向かって左側の状態Ｍ３：ＣＦ電源安定化状態に移行する。なお、これらの交流発電機１４Ｌ，１４ＲあるいはＡＰＵ始動発電機１２４が停止したり、安定化の停止が要求されたりすれば、状態Ｍ０：停止状態に戻る。
【０１３６】
また、交流電源のうちＲＡＴ発電機１７１は、ＶＦ発電機に分類される。それゆえ、ＲＡＴ発電機１７１が発電機として電力を供給している状態で電気系統２０Ｌ，２０Ｒの安定化開始が要求されれば、安定化システムは、図中向かって右側の状態Ｍ２：ＶＦ電源安定化状態に移行する。なお、ＲＡＴ発電機１７１が停止したり、安定化の停止が要求されたりすれば、状態Ｍ０：停止状態に戻る。
【０１３７】
次に、前述した状態遷移を参照しながら、各電気系統２０Ｌ，２０Ｒの安定化について説明する。まず、図３および図８Ａに示すように、ＡＰＵ１２のＡＰＵ始動発電機１２４の始動時には、安定化システムは図７の状態Ｍ０から状態Ｍ１へ移行し、電源安定化装置３０Ｌまたは３０Ｒは、図中ブロック矢印Ｆ１に示すように、二次電池１３Ｌまたは１３Ｒを放電させる。このとき、電力変換部３３は、始動切換リレー２８３の切り換えにより、通常経路ではなく始動時経路でＡＰＵ始動発電機１２４側に接続されている。そして、電源安定化制御部３６は、二次電池１３Ｌ，１３Ｒから一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに向けて直流−交流変換を行うように電力変換部３３を制御する。
【０１３８】
具体的には、電源安定化制御部３６は、二次電池１３Ｌまたは１３ＲからＡＰＵ始動発電機１２４に向けて放電するための電力指令信号を生成し、電力変換部３３を構成するＰＷＭコンバータ３３１および昇圧コンバータ３３２に入力する。図３（および図４）においては、ＰＷＭコンバータ３３１に入力される電力指令信号を細線矢印ｓ１で示し、昇圧コンバータ３３２に入力される電力指令信号を細線矢印ｓ２で示している。本実施の形態では、これら電力指令信号は、ＰＷＭコンバータ３３１または昇圧コンバータ３３２を構成する複数のスイッチング素子（例えばパワー半導体素子）のＯＮ／ＯＦＦを行うゲート駆動信号である。
【０１３９】
このゲート駆動信号の入力によってＰＷＭコンバータ３３１または昇圧コンバータ３３２の各スイッチング素子が切り換えられることで、二次電池１３Ｌ，１３Ｒからブロック矢印Ｆ１に示すように放電が行われる。その結果、二次電池１３Ｌ，１３ＲからＡＰＵ始動発電機１２４に対して電力が供給されるので、ＡＰＵ始動発電機１２４を始動することができる。次に、ＡＰＵ始動発電機１２４が始動すれば、ＡＰＵ１２により左エンジン１１Ｌおよび右エンジン１１Ｒも始動するので、これらエンジン１１Ｌ，１１Ｒに設けられる交流発電機１４Ｌ，１４Ｒが発電を開始する。
【０１４０】
また、ＡＰＵ始動発電機１２４の始動によって、当該ＡＰＵ始動発電機１２４からの交流電力が一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに供給されることになる。このとき、安定化システムは、状態Ｍ１から状態Ｍ０に戻った後、安定化開始要求に応じて状態Ｍ３に移行する。この状態からエンジン１１Ｌ，１１Ｒが始動するので、図８Ｂに示すように、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに対する交流電力の供給元は、ＡＰＵ始動発電機１２４から交流発電機１４Ｌ、１４Ｒに切り換わる。安定化システムは、この交流電源の切り換わりにおいて、一旦、状態Ｍ０を経由してから、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒの形態（ＶＦまたはＣＦ）に応じて、状態Ｍ２またはＭ３に移行する。
【０１４１】
これに伴い、電力変換部３３は始動時経路から通常経路に切り換わる。そして、電源安定化制御部３６は、電力変換部３３において一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒから二次電池１３Ｌ，１３Ｒに向けてＡＣ−ＤＣ変換を行う。これにより、図４および図８Ｂのブロック矢印Ｆ３に示すように、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒからの電力が二次電池１３Ｌ，１３Ｒに供給されるので、二次電池１３Ｌ，１３Ｒが充電される。
【０１４２】
具体的には、図４の細線矢印ｍ１に示すように、一次ＡＣバス監視部３４（図４には図示せず）が一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒの電圧および周波数（すなわち各電気系統２０Ｌ，２０Ｒの電圧および周波数）をモニタしているので、電源安定化制御部３６は、このモニタ結果に基づいて電力指令信号ｓ１およびｓ２を生成し、電力変換部３３を構成するＰＷＭコンバータ３３１または昇圧コンバータ３３２に入力する。電力指令信号ｓ１およびｓ２の入力により、ＰＷＭコンバータ３３１および昇圧コンバータ３３２の各スイッチング素子が切り換えられることで、二次電池１３Ｌ，１３Ｒに対してブロック矢印Ｆ３に示すように充電が行われる。
【０１４３】
なお、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒから供給される交流電力は、主として舵面アクチュエータ１５、他の電力負荷１６に対して供給される。それゆえ、図８Ｂにおいては、これら電力負荷への供給電力を示すブロック矢印Ｆ２を相対的に太く図示し、二次電池１３Ｌ，１３Ｒの充電用の供給電力を示すブロック矢印Ｆ３を相対的に細く図示している。また、図８Ｂにおける状態は、通常経路で交流電源から電力が供給される状態であるが、このときの交流電源には、交流発電機１４Ｌ，１４ＲだけでなくＡＰＵ始動発電機１２４も含まれる。
【０１４４】
このような通常時の電力供給状態で、例えば、逆起電力等の電圧上昇が生じたり電力負荷の増大により電圧降下が生じたりすれば、図９に示すように、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒは、二次電池１３Ｌ，１３Ｒにより電圧上昇を吸収させたり電圧降下で不足した電力を補給させたりする安定化制御を行う。図９では、逆起電力および補足電力をまとめて双方向のブロック矢印Ｒ０で図示している。
【０１４５】
具体的には、例えば、図４の細線矢印ｍ１に示すように、一次ＡＣバス監視部３４（図４には図示せず）が、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒの電力状態をモニタし、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒにおいて逆起電力の発生（電圧の上昇、周波数の上昇等）が検知されれば、電源安定化制御部３６は、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒから二次電池１３Ｌ，１３Ｒに向かって電力が供給されるように、電力指令信号ｓ１およびｓ２を生成して電力変換部３３に入力する。ここでモニタする電力状態は、少なくとも電圧であればよいが、例えば電圧とともに周波数等もモニタすることができる。
【０１４６】
電力変換部３３を構成するＰＷＭコンバータ３３１および昇圧コンバータ３３２では、電力指令信号に基づいて各スイッチング素子が切り換えられ、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに流入した逆起電力は、図４のブロック矢印Ｒ０−３（ブロック矢印Ｆ３と同じ方向）に示すように二次電池１３Ｌ，１３Ｒに向かって流れることになる。ここで、二次電池１３Ｌ，１３Ｒは逆起電力を吸収可能とする程度に高電圧化されているので、発生した逆起電力は、二次電池１３Ｌまたは１３Ｒに充電されることによって良好に吸収される。
【０１４７】
また、前述したように、電源安定化制御部３６は、電圧の上昇時には、電力変換部３３を制御して、電圧の上昇に比例して進み力率の無効電力を出力させる。この制御によっても、電圧の上昇を抑制することができる。
【０１４８】
同様に、図４の細線矢印ｍ１に示すように、一次ＡＣバス監視部３４（図４には図示せず）が、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒの電力状態をモニタし、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒにおいて大幅な電力低下（電圧の降下、周波数の降下等）が検知されれば、電源安定化制御部３６は、二次電池１３Ｌ，１３Ｒから一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに向かって電力が供給されるように、電力指令信号ｓ１およびｓ２を生成して電力変換部３３に入力する。
【０１４９】
電力変換部３３を構成するＰＷＭコンバータ３３１および昇圧コンバータ３３２では、電力指令信号に基づいて各スイッチング素子が切り換えられ、二次電池１３Ｌ，１３Ｒからの直流電力は、図４のブロック矢印Ｒ０−４に示すように一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに向かって流れることになる。その結果、二次電池１３Ｌ，１３Ｒが交流発電機１４Ｌ，１４Ｒを補助することになり、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒの過負荷状態を緩和することができる。つまり、過負荷状態による大幅な電圧低下を、二次電池１３Ｌ，１３Ｒからの供給電力により補足することができる。
【０１５０】
また、前述したように、電源安定化制御部３６は、電圧の降下時には、電力変換部３３を制御して、電圧の降下に比例して遅れ力率の無効電力を出力させる。この制御によっても、電圧の降下を抑制することができる。
【０１５１】
このように、本実施の形態によれば、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒが一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒの電圧および周波数をモニタして直流電源の充放電を制御するため、大きな逆起電力（電力戻り）を一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介して直流電源で吸収したり、一時的な電圧降下を直流電源からの電力供給により補足したりすることができる。その結果、従来のように、例えば舵面アクチュエータ１５の制御器内に抵抗器を設けて、逆起電力を発熱として消費させたり、交流電源の発電容量を最大負荷に合わせて大きくしたりする必要がなくなる。それゆえ、本発明に係る航空機用電気系統安定化システムによれば、重量増加を回避しつつ各電気系統２０Ｌ，２０Ｒを良好に安定化することができる。
【０１５２】
さらに、図１０に示すように、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒに何らかの異常（図中×印Ｅｍ）が生じて、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに電力が供給されない事態が発生しても、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒの電源安定化制御部３６は、二次電池１３Ｌ，１３Ｒから一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに向けてＤＣ−ＡＣ変換を行うように電力変換部３３を制御する。この状態は、図７の状態Ｍ４：バックアップ状態に相当する。
【０１５３】
つまり、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒには、電気機器の少なくとも一つが接続されているが、この電気機器に対して、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介して交流発電機１４Ｌ，１４Ｒから交流電力が供給されないときには、電源安定化制御部３６は、電力変換部３３を制御して、二次電池１３Ｌ，１３Ｒからの直流電力を交流電力に変換して、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介して電気機器に一時的に電力を供給可能としている。これにより、図１０のブロック矢印Ｆ４に示すように、二次電池１３Ｌ，１３Ｒから一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに交流電力が供給される。
【０１５４】
交流発電機１４Ｌ，１４Ｒから電力が供給されない事態が発生すれば、ＡＰＵ１２またはＲＡＴ１７を起動することによりＡＰＵ始動発電機１２４またはＲＡＴ発電機１７１も起動して発電を開始するが、これら補助発電機の起動には、ある程度の起動時間（例えば５秒程度）を要する。このようなごく短い起動時間であっても電力が供給されなければ航空機の運行に影響が生じるおそれがあるので、電源安定化制御部３６は、電力変換部３３を制御して二次電池１３Ｌ，１３Ｒから交流電力を供給させ、例えば、舵面アクチュエータ１５等を動作させることが可能となる。
【０１５５】
具体的には、電源安定化制御部３６が、例えば図４に示すような交流電力の供給状態から、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒの同時停止等といった異常が検知されれば、電源安定化制御部３６は、二次電池１３Ｌ，１３Ｒから一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに向かって電力が供給されるように、電力指令信号ｓ１およびｓ２を生成して電力変換部３３に入力する。
【０１５６】
電力変換部３３を構成するＰＷＭコンバータ３３１および昇圧コンバータ３３２では、電力指令信号に基づいて各スイッチング素子が切り換えられ、二次電池１３Ｌ，１３Ｒからの直流電力は、図４のブロック矢印Ｆ４（ブロック矢印Ｒ０−４と同じ方）に示すように一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに向かって流れることになる。
【０１５７】
また、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒには、飛行に際して安全上で必要最小限となる重要な電力負荷が接続されている。本実施の形態では、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒの同時停止等により補助発電機が起動するまでの間、図１０のブロック矢印Ｆ４に示すように、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに対しても、二次電池１３Ｌ，１３Ｒからの直流電源を電圧変換器２６２Ｌ，２６２Ｒおよび整流素子２５２Ｌ，２５２Ｒを介して供給することが可能となっている。
【０１５８】
エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒには、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒから一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介して変圧整流器２５１Ｌ，２５１Ｒで直流変換された電力が供給されている。これに加えて、高電圧化された二次電池１３Ｌ，１３Ｒからの直流電力は、電圧変換器２６２Ｌ，２６２Ｒで降圧されて、整流素子２５２Ｌ，２５２Ｒを通してエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに常時接続されている。
【０１５９】
そのため、非常時に交流発電機１４Ｌ，１４Ｒからの電力供給が停止したような場合、すなわち、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに対して、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介して交流発電機１４Ｌ，１４Ｒから交流電力が供給されないときには、二次電池１３Ｌ，１３Ｒから電力を継続的に供給することができる。それゆえ、リレー要素の切り換えによる瞬断を生じさせることなく、無瞬断で電力を補給することが可能となり、重要な制御システムの不時停止を回避することができる。
【０１６０】
さらに、航空機の飛行中にエンジン１１Ｌ，１１Ｒに取り付けられた交流発電機１４Ｌ，１４Ｒが同時に停止した場合、あるいは、エンジン１１Ｌ，１１Ｒそのものが同時に停止した場合には、ＲＡＴ１７が機外に展開され、図１１に模式的に示すように、ＲＡＴ１７が備えるＲＡＴ発電機１７１が起動する。ＲＡＴ発電機１７１は、前述したように、飛行に際して安全上で必要不可欠な電気負荷に電力を供給可能となっている。なお、図１１では、ＲＡＴ発電機１７１からの供給電力をブロック矢印Ｆ５で図示している。
【０１６１】
ここで、前記必要不可欠な電気負荷としては、舵面アクチュエータ１５およびエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに接続される電気機器が挙げられる。このうち、特に舵面アクチュエータ１５は、過渡的に大きな負荷量が必要となる電力負荷（電気機器）である。これに対して、ＲＡＴ発電機１７１は、非常用の電源装置であるため、その発電容量は交流発電機１４Ｌ，１４Ｒ等と比較して小さなものとなっている。それゆえ、ＲＡＴ発電機１７１のみを交流電源とする場合、電気系統２０Ｌ，２０Ｒにおいては、他の交流電源を用いた場合と比較して、一時的な電力変動に対して大きな電圧変動が生じやすくなる。
【０１６２】
これに対して本実施の形態では、図１１の双方向のブロック矢印Ｒ０に示すように、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒが、二次電池１３Ｌ，１３Ｒにより電圧上昇を吸収させたり電圧降下で不足した電力を補給させたりする安定化制御を行う。それゆえ、ＲＡＴ発電機１７１を交流電源とする場合には、本実施の形態に係る安定化システムによる電気系統２０Ｌ，２０Ｒを安定化させる効果はより顕著なものとなる。
【０１６３】
具体的には、図１１のブロック矢印Ｆ５に示すように、ＲＡＴ発電機１７１からの供給電力は、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介して舵面アクチュエータ１５に供給される。ここで、舵面アクチュエータ１５に起因して一時的な電力負荷の増大あるいは逆起電力が発生しても、このような電圧変動（または周波数変動）は、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒの安定化制御により抑制される。
【０１６４】
さらに、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒの電力変換部３３は、電源安定化制御部３６の制御により、ＲＡＴ発電機１７１の交流電力を直流電力に変換することができるので、図１１の矢印Ｆ５に示すように、この直流電力をエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに供給することができる。したがって、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒは、ＲＡＴ発電機１７１を交流電源とする場合、電気系統２０Ｌ，２０Ｒを安定化させることができるだけでなく、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒへ直流電力を供給するための電力変換器としても機能することができる。
【０１６５】
加えて、本実施の形態に係る航空機用電気系統安定化システムによれば、従来の一般的な電気系統と比較して、構成の簡素化を図ることもできるという利点がある。具体的には、図１４に示すように、従来の電気系統９２０Ｌ，９２０Ｒは、基本的には図１に示す本実施の形態に係る電気系統２０Ｌ，２０Ｒと同様の構成を有しているが、左側電気系統９２０Ｌの二次ＡＣバス２３Ｌには、二次電池用充電器９２４を介して二次電池９１３が接続されており、この二次電池９１３は、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに接続されている。また、二次電池用充電器９２４と二次電池９１３との間には、充電切換リレー２８６が介在しているとともに、二次電池９１３とエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒとの間には、電池電源切換リレー２８７が介在している。
【０１６６】
一方、右側電気系統９２０Ｒの二次ＡＣバス２３Ｒには、ＡＰＵ始動用二次電池用充電器９２５を介して、ＡＰＵ始動用二次電池９２２が接続され、このＡＰＵ始動用二次電池９２２には、昇圧器９２３を介してＡＰＵ始動制御器９２１（モータコントローラ）が接続されている。ＡＰＵ始動制御器９２１は、一次ＡＣバス２１Ｌ，２１ＲとともにＡＰＵ１２（ＡＰＵ始動発電機１２４）に接続されている。また、ＡＰＵ始動用二次電池用充電器９２５とＡＰＵ始動用二次電池９２２との間には、充電切換リレー２８６が介在している。
【０１６７】
さらに、ＲＡＴ発電機１７１に接続されているバックアップバス２９には、バックアップ用変圧整流器９２６が接続されている。このバックアップ用変圧整流器９２６は、ＲＡＴ発電機１７１の交流電力を直流電力に変換して、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒへ供給するための変圧／整流要素であり、直流電源切換リレー２８５を介してエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに接続されている。
【０１６８】
この構成では、直流電源として、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒのバックアップ電源である二次電池９１３と、ＡＰＵ１２の始動専用に設けられるＡＰＵ始動用二次電池９２２との２個の電池が必要となる。しかも、これら二次電池９１３，９２２は、本実施の形態に係る電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒに接続されているわけではないので、充電用にそれぞれ二次電池用充電器９２４、ＡＰＵ始動用二次電池用充電器９２５が接続され、さらに、これら充電器９２４，９２５と二次電池９１３，９２２の間には、充電切換リレー２８６が介在している必要がある。
【０１６９】
さらに、本実施の形態では、電源安定化装置３０Ｌ，３０ＲをＡＰＵ１２の始動時の制御器として用いることができるが、従来の構成では、別途ＡＰＵ始動制御器９２１を設ける必要がある。加えて、ＡＰＵ始動用二次電池９２２の定格電圧は２４ＶＤＣであるため、ＡＰＵ１２を始動させるためには、昇圧器９２３により昇圧する必要がある。
【０１７０】
このように、従来の電気系統９２０Ｌ，９２０Ｒでは、直流電源である二次電池９１３，９２２に対してそれぞれ充電器９２４，９２５が必要であり、さらに、ＡＰＵ１２を始動させるために、ＡＰＵ始動制御器９２１および昇圧器９２３が必要である。加えて、ＲＡＴ発電機１７１からエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒにバックアップ電力を供給するためには、バックアップ用変圧整流器９２６および直流電源切換リレー２８５を介した経路が必要となる。また、ＴＲＵ２５１Ｌ，２５１Ｒから直流電力が供給されないときには、二次電池９１３からバックアップ電力を供給する必要があり、そのためには、電池電源切換リレー２８７が必要となる。それゆえ、本実施の形態よりも、電気系統の構成要素（充電器、昇圧器、始動制御器等）の種類が多くなり、電気系統そのものの構成が複雑化して、重量およびコストの増加を招くおそれがある。
【０１７１】
加えて、二次電池９１３の定格電圧は２４ＶＤＣであるため、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒの定格電圧２８ＶＤＣとほぼ同程度である。それゆえ、二次電池９１３を充電するためには、専用の充電器９２４が必要となる。また、二次ＡＣバス２３Ｌから専用の充電器９２４により二次電池９１３を充電することになるため、当該二次電池９１３と二次電池用充電器９２４との間には、充電切換リレー２８６を介在させ、二次電池９１３とエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒとの間には、電池電源切換リレー２８７を介在させる必要がある。それゆえ、二次電池９１３は、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに常時接続することができない。
【０１７２】
このような構成であれば、非常時に交流発電機１４Ｌ，１４Ｒからの電力供給が停止した場合、特に電池電源切換リレー２８７の切り換えによって二次電池９１３から電力が供給される際に、一時的な電力遮断（瞬断）が生じることになる。この電力遮断が発生すると、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに接続される電気機器が一時停止してしまう。そのため、これら電気機器は、一時停止を回避するために、それぞれバッテリまたはキャパシタ等の非常用電源を内蔵する必要がある。
【０１７３】
これに対して本実施の形態に係る各電気系統２０Ｌ，２０Ｒは、図１に示すように、それぞれが同じ構成を有しているため、従来と比較して構成要素の種類を削減することが可能となり、電気系統の構成の簡素化を図ることができる。
【０１７４】
特に、電気系統の構成の簡素化に関しては、本実施の形態であれば、充電器９２４，９２５および充電切換リレー２８６が不要となり、また、ＡＰＵ始動制御器９２１および昇圧器９２３が不要となり、さらに、ＲＡＴ発電機１７１からバックアップ電力を供給する上で、バックアップ用変圧整流器９２６および直流電源切換リレー２８５の経路が不要となるとともに、瞬断の原因となる電池電源切換リレー２８７も不要となる。
【０１７５】
しかも、本実施の形態では、前述したように電力供給の切り換えに伴う瞬断を回避できるため、エッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒに接続されている電気機器に非常用電源を設ける必要がなくなり、これら電気機器の重量増加を回避できたり信頼性を向上させたりすることができる。
【０１７６】
また、本実施の形態では、従来とは異なり、左右の各電気系統２０Ｌ，２０Ｒのそれぞれが電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒと二次電池１３Ｌ，１３Ｒとを備えている。それゆえ、直流電源を用いてＡＰＵ１２を始動する系統を二重化することができるとともに、二次電池１３Ｌ，１３Ｒによるエッセンシャルバス２２Ｌ，２２Ｒへ電力を供給する系統も二重化することができる。
【０１７７】
また、二次電池１３Ｌ，１３Ｒは、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒおよび一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒを介してＡＰＵ１２に接続されており、しかも、大きな電力負荷を吸収できる程度の高い定格電圧を有している。それゆえ、ＡＰＵ１２の始動時に大電流を流すために用いられる、二次電池９１３，９２２からの大電流用の配線を削減することが可能となり、その結果、機体を軽量化することもできる。
【０１７８】
［変形例］
本実施の形態では、直流電源として定格電圧２５０Ｖの二次電池１３Ｌ，１３Ｒを例示しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、同様の定格電圧を有するキャパシタであってもよいし、キャパシタおよび二次電池の組合せであってもよい。ここでいうキャパシタは、ウルトラキャパシタと呼ばれる大容量の電気二重層キャパシタを挙げることができる。このように、本発明においては、直流電源は、舵面アクチュエータ１５等の電気機器からの逆起電力を吸収し、過渡的な必要電力を供給するよう構成されていればよく、その具体的な構成は二次電池１３Ｌ，１３Ｒに限定されない。
【０１７９】
また、航空機の重量を過剰に増大させない限り、二次電池および／またはキャパシタを複数台組み合わせて直流電源としてもよい。ただし、直流電源がキャパシタの場合、電気系統の安定化は可能であっても、ＡＰＵ１２を始動させることができない。それゆえ、ＡＰＵ１２の始動に関しては、始動用の直流電源等を別途設けてもよい。
【０１８０】
また、本発明に係る航空機用電気系統安定化システムは、動力系統の多くが電気化された航空機に好適に用いることができるが、特に舵面アクチュエータ１５の少なくとも一部が電気化、あるいは舵面アクチュエータ１５が全て電気化された航空機に好適に用いることができる。
【０１８１】
図９に例示される大きな逆起電力または電力需要は、電気系統にとって大きな電力負荷が存在すれば生じ易くなり、このような電力負荷としては、舵面アクチュエータ１５、他のアクチュエータ、各種ヒータ、コンプレッサ、その他のモータ等が挙げられる。この中でも、特に舵面アクチュエータ１５から大きな逆起電力が生じやすい。舵面アクチュエータ１５は、航空機の舵面を動作させるために用いられ、航空機の運動に伴って急激に動作することがある。それゆえ、航空機が運動する際には舵面アクチュエータ１５から大きな逆起電力が生じやすいので、少なくとも舵面アクチュエータ１５が電気化された航空機について、本発明に係る航空機用電気系統安定化システムを好適に用いることができる。
【０１８２】
また、本発明に係る航空機用電気系統安定化システムにおいては、図１２および図１３に示すように、電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒは、交流電源（交流発電機１４Ｌ，１４Ｒ、ＡＰＵ始動発電機１２４、もしくはＲＡＴ発電機１７１）に過負荷が発生したときに、二次電池１３Ｌ，１３Ｒから一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに対して一定の負荷を供給させるように構成されてもよい。
【０１８３】
二次電池１３Ｌ，１３Ｒから一定の負荷が供給可能である電源安定化装置３０Ｌ，３０Ｒについて、交流電源がＶＦの発電機である場合（ＶＦ対応型）を例示して説明する。この場合の電源安定化制御部３６は、図１２に示すように、基本的に図５に示す構成と同様の構成を有する充放電制御回路を備えている。ただし、図１２に示す充放電制御回路では、加算器３６５に対して、さらに過負荷対応補正値Ｐoverloadが入力される点が、図５に示す充放電制御回路とは異なっている。この過負荷対応補正値Ｐoverloadは、二次電池１３Ｌ，１３Ｒから一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに対して、一定の補助的な電力（補助的な負荷）を供給することによって、交流電源の過負荷を緩和（または実質的に相殺）するための補正値である。
【０１８４】
図１２に示す充放電制御回路は、図５Ａに示す充放電制御回路と同様に、有効電力補正値Ｐsoc_cmp および電力指令信号Ｑcmd を生成し、電力変換部３３に出力する。前述したように、減算器３４５から出力された減算値（系統電圧目標値Ｖref と系統電圧値Ｖgen との偏差）は、第一比較制御器３６１および第二比較制御器３６２に出力される。第一比較制御器３６１は、減算値から電力指令信号Ｑcmd を生成し、電力変換部３３に出力するが、第二比較制御器３６２は、減算値から乗算値を生成し加算器３６５に出力する。
【０１８５】
ここで、加算器３６５に対しては、第二比較制御器３６２からの乗算値（有効電力の電力指令信号Ｐcmd の基本値）、並びに、ＳＯＣ補正回路（図５Ｂ参照）からの有効電力補正値Ｐsoc_cmp が入力されるが、さらに、予め設定される過負荷対応補正値Ｐoverloadも入力される。加算器３６５は、乗算値、有効電力補正値Ｐsoc_cmp 、および過負荷対応補正値Ｐoverloadを加算することで、電力指令信号Ｐcmd （＝Ｋｐ×（Ｖref −Ｖgen ）＋Ｐsoc_cmp ＋Ｐoverload）を生成し、電力変換部３３に出力する。電力変換部３３では、これら電力指令信号Ｑcmd およびＰcmd に基づいて、二次電池１３Ｌ，１３Ｒの充放電を制御する。
【０１８６】
電力変換部３３は、電源安定化制御部３６の制御により、電力指令信号Ｐcmd に基づいて、電圧上昇の値または電圧降下の値に比例して二次電池１３Ｌ，１３Ｒ（直流電源）に有効電力を充電または放電する。このとき、電力指令信号Ｐcmd には、前記の通り、過負荷対応補正値Ｐoverloadが含まれている。そのため、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒに過負荷が発生しても、過負荷に対応する有効電力（一定の負荷）を二次電池１３Ｌ，１３Ｒから一次ＡＣバス２１Ｌ，２１Ｒに対して供給することができる。
【０１８７】
また、交流発電機１４Ｌ，１４ＲがＣＦの発電機である場合（ＣＦ対応型）であっても、図１３に示すように、電源安定化制御部３６が備える充放電制御回路は、基本的に図６に示す構成と同様である。図６に示す充放電制御回路との相違点は、加算器３６５に対して、過負荷対応補正値Ｐoverloadが入力される点である。なお、図１３に示す充放電制御回路による電力指令信号Ｑcmd およびＰcmdの生成、これら電力指令信号の電力変換部３３への出力、電力変換部３３による二次電池１３Ｌ，１３Ｒの充放電の制御（一定の負荷の供給）については、ＶＦ対応型の場合と同様であるため、その説明を省略する。ただし、有効電力の電力指令信号Ｐcmd を生成する際には、ＶＦ対応型とは異なり、図６に示す充放電制御回路と同じく、周波数の減算値（系統周波数目標値Ｆref と系統周波数Ｆgen との偏差）を用いている。
【０１８８】
このように、本発明に係る航空機用電気系統安定化システムにおいては、有効電力の充放電を制御する電力指令信号Ｐcmd を生成する際に、過負荷対応補正値Ｐoverloadを用いてもよい。これにより、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒに過負荷が発生しても、二次電池１３Ｌ，１３Ｒから過負荷対応補正値Ｐoverloadに基づく有効電力が供給される。そのため、過負荷の発生による電気系統２０Ｌ，２０Ｒへの影響を有効に抑制または回避することが可能となるだけでなく、交流発電機１４Ｌ，１４Ｒの過負荷容量を低減することも可能となる。
【０１８９】
なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１９０】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
本発明は、民間航空機の電気系統の安定化の分野に好適に用いることができ、特に、少なくとも舵面アクチュエータが電気化された航空機、好ましくは、他の動力系統も電気化されたＭＥＡの分野に広く好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１９２】
１１Ｌ    左エンジン
１１Ｒ    右エンジン
１２    補助動力装置（ＡＰＵ、電源装置）
１３Ｌ，１３Ｒ    二次電池（電源装置、直流電源）
１４Ｌ，１４Ｒ    交流発電機（電源装置、交流電源）
１５    舵面アクチュエータ
１６    他の電力負荷
１７    ラムエアタービン（ＲＡＴ）
２０Ｌ    左側電気系統
２０Ｒ    右側電気系統
２１Ｌ，２１Ｒ    一次交流電源バス（一次ＡＣバス）
２２Ｌ，２２Ｒ    エッセンシャルバス
２３Ｌ，２３Ｒ    二次交流電源バス（二次ＡＣバス）
２４    直流電源バス（ＤＣバス）
３０Ｌ，３０Ｒ    電源安定化装置
３３    電力変換部
３４    一次ＡＣバス監視部
３５    二次電池監視部
３６    電源安定化制御部
１２４    ＡＰＵ始動発電機（電源装置、交流電源）
１５１    舵面アクチュエータモータ
１６１    油圧／空調用モータ
１７１    ＲＡＴ発電機
２５１Ｌ，２５１Ｒ    変圧整流器（ＴＲＵ）
２５３Ｌ，２５３Ｒ    整流器
２６１Ｌ，２６１Ｒ    変圧器
２６２Ｌ，２６２Ｒ    電圧変換器
３３１    ＰＷＭコンバータ
３３２    昇圧コンバータ
３３３，３３４    モータコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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