(57)【要約】航空機に適用可能な地絡回路遮断器は、電流の不均衡が検出された時に回路を遮断する。この回路遮断器は、電源と、回路の線路側において電流の不均衡を検出するセンサと、論理制御装置と、電力制御装置と、を含む。電源は、センサ、論理制御装置、および電力制御装置に電力を供給する。論理制御装置はセンサからの入力を受け取り、電力制御装置は論理制御装置からの入力を受け取って、センサが電流の不均衡を検出した時に回路の負荷側への電力を遮断する。電流の不均衡の検出による電力の遮断は、電源がサイクルし終わるまで維持される。この回路遮断器は、好ましくは、追加の信号、入力、または電源を必要としない、自律的なものとする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気負荷に対する電気回路であって、線路側および負荷側を有する前記電気回路を地絡の際に遮断するシステムにおいて、前記システムは、
前記回路の前記線路側に接続された電源と、
前記回路により電力を供給されてモニタされるように構成されたセンサであって、前記回路における電流の不均衡を検出し、前記電流不均衡の前記検出に基づき、前記回路の前記負荷側に現れる望ましくない電流の存在を示すセンサ信号を供給する前記センサと、
前記回路により電力を供給されてモニタされるように構成された論理制御装置であって、前記センサから前記センサ信号を受け取り、前記センサ信号を、前記電気回路における受け入れ可能な動作のための所定範囲と比較し、前記センサ信号が前記所定範囲を超えた場合は故障を表す信号を出力する前記論理制御装置と、
前記論理制御装置から前記故障信号を受け取り、前記論理制御装置からの入力に応答して前記回路の前記負荷側への電力を除去する電力制御装置と、
を含む前記システム。
【請求項２】
前記負荷はモータを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
回路を遮断する前記システムは、モニタされる前記電気回路から動作するための電力を受け取る、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
回路を遮断する前記システムは、前記回路により動作させられる装置内のアーク放電を抑制する、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
電気負荷に供給する電気回路を遮断する方法において、電気回路は、電源に接続された線路側および電気負荷に接続された負荷側を有し、前記方法は、
前記回路における電流の不均衡に関しセンサを用いて前記回路をモニタするステップであって、前記センサはモニタされる前記回路から電力を得る前記ステップと、
前記センサの出力を、受け入れ可能な動作を表すセンサ出力の所定範囲と比較するステップと、
もし前記センサ出力が、受け入れ可能な動作を表すセンサ出力の前記範囲を超えたならば、回路故障を表す信号を発生するステップと、
前記回路故障信号が表示された時に、前記電気回路の前記負荷側から電力を除去するステップと、
を含む前記方法。
【請求項６】
電気負荷に対する電気回路であって、線路側および負荷側を有する前記電気回路を地絡の際に遮断する方法において、前記方法は、
ａ．電力の供給を行うステップと、
ｂ．電流不均衡に関し前記回路を連続的にモニタするステップと、
ｃ．前記回路において電流不均衡を検出し、前記電流不均衡を表す信号を発生し、前記電流不均衡を表す前記信号を論理制御装置に供給するステップと、
ｄ．前記論理制御装置において、センサから受け取った前記信号と、受け入れ可能な動作を表す信号レベルの範囲とを比較ずるステップと、
ｅ．前記センサからの前記信号が、受け入れ可能な動作の前記範囲内にない時に、前記論理制御装置から遮断信号を出力するステップと、
ｆ．前記遮断信号が検出された時に前記回路を遮断するステップと、
を含む前記方法。
【請求項７】
電流の不均衡が検出された時に前記回路を遮断する前記ステップは、前記電源が再投入されるまで維持される、請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記負荷はモータを含む、請求項５記載の方法。
【請求項９】
前記電気回路をリセットするステップをさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項１０】
モニタされる前記回路から前記方法のための電力を供給するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項１１】
アーク放電を抑制するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項１２】
電気回路において、
線路側と、
負荷側と、
電力を供給する電源と、
前記電源から電力を受け取り、前記回路における電流不均衡を検出し、電流不均衡の量を示すセンサ信号を供給するように構成されたセンサと、
前記電源から電力を受け取り、前記センサから前記センサ信号を受け取り、前記センサ信号を、受け入れ可能な動作を表すセンサ信号レベルの範囲と比較し、前記センサ信号が受け入れ可能な動作の前記範囲内にない時は故障信号を出力するように構成された論理制御装置と、
前記論理制御装置から前記故障信号を受け取るように、また、前記故障信号が前記論理制御装置から受け取られた時は、前記回路の前記負荷側への電力を除去するように、構成された電力制御装置と、を含み、
前記論理制御装置は、電流不均衡に関し前記回路のモニタを行い、電流不均衡の場合には電力を遮断ずる指令を前記電力制御装置に供給してアーク放電を防止する、
前記電気回路。
【請求項１３】
前記論理制御装置および前記電力制御装置は、モニタされる前記回路から電力を受け取る、請求項１２記載の回路。
【請求項１４】
電力の前記遮断は、前記回路により動作させられる装置内のアーク放電を抑制する、請求項１２記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、一般的には電気的制御システムに関し、特に、電流の不均衡が検出された時に負荷への電力を遮断する、航空機の電気的制御システムに関する。
【０００２】
電気機械技術において、電流の不均衡は、燃料ポンプ内のアーク放電のような災害をもたらすこととなる深刻な問題である。燃料ポンプ内のアーク放電は、燃料容器の裂け目を生じさせることがある。航空機においては、そのような裂け目は破滅的である。従って、このタイプのアーク放電を抑制できる装置または方法論が必要である。現在、航空機において用いられている一般的なタイプの電流保護装置は、熱的回路遮断器である。しかし、アーク放電は、一般に熱的回路遮断器を作動させない。従って、特に航空機用の、改善された地絡回路遮断装置が必要とされている。本発明は、これらの問題および他の問題を解決する。
【０００３】
（発明の要約）
本発明は、線路側および負荷側を有する回路を遮断するための、航空機において用いるのに特に適する地絡回路遮断器（ｇｒｏｕｎｄ ｆａｕｌｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ）に関する。この地絡回路遮断器は、現存の航空機に対して追加導入でき、あるいは、新しく構成される航空機、および新しい航空機の設計において用いることができる。この航空機に適用可能な地絡回路遮断器は、電源と、モニタされる回路と、センサと、論理制御装置と、電力制御装置と、を含む。電源は、センサおよび論理制御装置に電力を供給するように構成されている。電力制御装置へ電力を供給するための、第２の電源をオプションとして備えてもよい。センサは、モニタされる回路の線路側において電流の不均衡を検出するように構成されている。論理制御装置は、センサからの入力を処理するように構成されている。ここでの実施例においては、論理制御装置は、センサ信号を、受け入れ可能な動作を表すセンサ信号の範囲と比較し、センサ信号が受け入れ可能な信号範囲外へ出た時は、回路電流の不均衡を表す信号を出力する。電力制御装置は、論理制御装置からの入力を受け取り、電流の不均衡が検出された時は、回路の負荷側への電力を除去する。ここでの実施例においては、電流の不均衡の検出による、回路の負荷側からの電力の除去は、電源を一旦切り再投入されるまで維持される。
【０００４】
本発明はまた、電気負荷に対する電気回路であって、線路側および負荷側を有する前記電気回路を、地絡の際に遮断する方法を提供する。簡単にいうと、この方法は、電力の供給を行うステップと、電流の不均衡が発生しないか回路を連続的にモニタするステップと、回路の線路側において電流の不均衡を検出するステップと、電源およびセンサからの入力を処理するステップと、論理制御装置からの入力を受け取るステップと、電流の不均衡が検出された時に回路を遮断するステップと、を含む。ここでの１つの特徴は、電流の不均衡が検出された時の回路の遮断が、電源が再投入されるまで維持されることである。一般に、電流を供給される負荷はモータである。もう１つの特徴は、追加の信号、入力、または電源の必要がないことである。本方法のここでの１つの適用においては、回路の負荷側は燃料ポンプに接続され、その燃料ポンプ内におけるアーク放電が抑制される。
本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例により示している添付図面と関連する、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【０００５】
（実施例の詳細な説明）
図１は、ボーイング７５７航空機に適合する制御システム１０の実施例を示し、図５は、ボーイング７４７航空機に適合する制御システム１０の実施例を示し、これらはそれぞれ、電流の不均衡が検出された時に負荷への電力を遮断するように、本発明により構成されている。図１および図５を参照すると、航空機に適用可能な本発明の地絡回路遮断器１０は、線路側２４および負荷側２６を有する回路２０を地絡の際に遮断する。負荷は、設備または人を保護する必要があるモータ、または負荷をもたらす任意の電気装置である。本発明の地絡回路遮断器は、電源３０と、センサ４０と、論理制御装置５０と、電力制御装置６０と、を含む。電源は、論理制御装置へ電力を供給するように構成され、センサは、回路２０の線路側２４における電流の不均衡を検出し、センサ信号を論理制御装置に出力するように構成されている。論理制御装置は、センサからのセンサ信号入力を受け取って処理するように構成され、電力制御装置は、論理制御装置からの入力を受け取り、電流の不均衡が検出された時は、回路の負荷側への電力を除去するように構成されている。
【０００６】
図２および図６は、電源の実施例の詳細図を示し、図３および図７は、論理制御装置の実施例の詳細図を示す。本発明の制御システムにおいて用いるセンサを示す図４および図８を参照すると、本発明の実施例において、センサは好ましくは集積回路Ｕ７を含み、これは、１０Ｖで動作する時に２３３ｍＶ／Ａの出力を有するアンプロックプロ５（Ａｍｐｌｏｃ  Ｐｒｏ  ５）ホール効果線形センサである。３つのポンプ電力相線は、全てセンサコアを通過する。キルヒホッフの電流法則は、ノードにおける正味電流は０であることを述べている。ポンプ巻線のＹ接続点を考察し、相巻線の入力を顧慮すると、相巻線における正味電流は、代数的に加算された時は０となる。もし地絡が存在すれば、すなわち、電流がセンサを通って供給されるが、センサを通って復帰しない場合は、相線における電流の代数和は地絡電流に等しくなる。例えば、第４の線をＹ接続点に追加し、電源に復帰させるようにはできるが、センサは通過しない。４つの線全てにおける正味電流はなお０であるが、３つの相線を経由し、センサを通過する不均衡電流は、第４の線における電流に等しい。
【０００７】
実施例においては、センサの出力は、不均衡が測定されないためには、供給電圧のほぼ１／２である。増幅器Ｕ３Ａは、増幅率１０で信号を増幅する。利得は、抵抗Ｒ５およびＲ３の比により設定される。３ｄｂの点は、キャパシタＣ４のリアクタンスがＲ５の抵抗に等しい場合に得られる。これは、３３８６Ｈｚにおいて起こる。抵抗Ｒ１、Ｒ２、およびＲ４は増幅器をバイアスし、これらの抵抗は、センサが特定の最悪ケースでの高出力として、増幅器の出力を中程度の供給となるように、抵抗Ｒ４の１メグオームの最大値が要求されるように選択される。センサの低出力の悪い場合の校正は、容易に行われる。
【０００８】
増幅器Ｕ３ＢおよびＵ３Ｃ、および抵抗Ｒ６、Ｒ７、およびＲ８は、約１．５Ａよりも大きい電流不均衡を検出するように設定される。増幅器Ｕ３ＢまたはＵ３Ｃからの高出力は、１．５Ａのスレショルドを超える不均衡が存在することを示す。集積回路Ｕ４Ａは、増幅器Ｕ３ＢおよびＵ３Ｃからの出力を「ＯＲ演算」する。その出力における論理０は、１つまたは他の故障条件が存在することを示す。同時に起こる不均衡入力は処理可能であるが、正の不均衡は負の不均衡と同時に存在できないので、同時に起こる不均衡入力は物理的にはあり得ない。
【０００９】
もし故障条件が存在すれば、それは集積回路Ｕ５Ａを通過し、論理１を集積回路Ｕ４ＢおよびＵ４Ｃを含むラッチに与える。ピン５における論理１は、出力ピン４を低として、トランジスタＱ１をターンオフし、これは電力制御段への駆動信号を除去する。ラッチへの他の入力であるピン９は、常態においては論理０にある。これはピン１０を高とし、論理１をピン６に与えることによりラッチを設定する。
【００１０】
実施例において、電源投入シ−ケンスは、電力制御部を非動作モードに初期化する。これは、電流不均衡条件をまねて、論理０を集積回路Ｕ５Ａのピン２に与えることにより行われる。
集積回路Ｕ５Ｂ、抵抗Ｒ１３、キャパシタＣ５およびダイオードＣＲ８により作られる電源投入リセットパルスは、一般に７ｍｓｅｃのものである。このリセットは、抵抗Ｒ１３を経てキャパシタＣ５を、集積回路Ｕ５Ｂにより設定されるスレショルドまで充電するのに要する時間により決定される。ダイオードＣＲ８は、高速リセットを提供する。
【００１１】
ダイオードＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、ＣＲ４、ＣＲ５、およびＣＲ６は、全波３相ブリッジを形成する。キャパシタＣ１は、このブリッジが発生した２８１Ｖのピーク電圧の蓄積装置として動作する。調整器は、好ましくは、低側にインダクタを有する異常アーキテクチャを持った、バック型（ｂｕｃｋ−ｔｙｐｅ）構成のものとする。これは、回路が大地接地を基準とする必要がないために、受け入れることができる。実際に、オンボード接地は、大地接地よりも約２７０Ｖ高い。
【００１２】
好ましくは、スイッチャは、非従来モードで動作する。もしそれが出力電圧の低いことを検出すれば、それはターンオンし、インダクタＬ１を通る電流が所定量に達するまでオン状態に留まる。そうでない場合は、そのサイクルはスキップされる。エネルギーは、インダクタＬ１に蓄積され、ダイオードＣＲ７を経て出力キャパシタＣ３に転送される。適正な調整は、ツェナーＶＲ１およびオプトカプラＵ２により決定される。キャパシタＣ２は、調整器がその内部回路を動作させるために用いる少量のエネルギーを蓄積する働きをする。
【００１３】
図９から図１３までを参照すると、電流の不均衡が検出された時に回路を遮断するための、ＡＣ−ＤＣアプリケーションに適する本発明の制御システムの別の実施例が示されている。図９に示されているように、航空機に適用できる本発明の地絡回路遮断器１０は、線路側２４および負荷側２６を有する回路２０を地絡の際に遮断する。負荷は、設備または人の保護が所望されるモータであってもよく、または負荷をもたらす任意の電気装置であってもよい。本発明の地絡回路遮断器は、電源３０と、センサ４０と、論理制御装置５０と、電力制御装置６０と、を含む。電源は、論理制御装置へ電力を供給するように構成され、センサは、回路２０の線路側２４における電流の不均衡を検出し、センサ信号を論理制御装置に出力するように構成されている。論理制御装置は、センサからのセンサ信号入力を受け取って処理するように構成され、電力制御装置は、論理制御装置からの入力を受け取り、電流の不均衡が検出された時は、回路の負荷側への電力を除去するように構成されている。
【００１４】
図１０および図１１は、電源の実施例の詳細図を示す。図１２は、論理制御装置の実施例の詳細図を示す。本発明の制御システムにおいて用いるセンサを示す図１３を参照すると、本発明の実施例においては、センサは好ましくは集積回路Ｕ７を含み、これは、１０Ｖで動作する時に２３３ｍＶ／Ａの出力を有するアンプロックプロ５ホール効果線形センサである。３つのポンプ電力相線は、全てセンサコアを通過する。キルヒホッフの電流法則は、ノードにおける正味電流は０であることを述べている。ポンプ巻線のＹ接続点を考察し、相巻線の入力を顧慮すると、相巻線における正味電流は、代数的に加算された時は０となる。もし地絡が存在すれば、すなわち、電流がセンサを通って供給されるが、センサを通って復帰しない場合は、相線における電流の代数和は地絡電流に等しくなる。例えば、第４の線をＹ接続点に追加し、電源に復帰させるようにはできるが、センサは通過しない。４つの線全てにおける正味電流はなお０であるが、３つの相線を経由し、センサを通過する不均衡電流は、第４の線における電流に等しい。
【００１５】
実施例においては、センサの出力は、不均衡が測定されないためには、供給電圧のほぼ１／２である。増幅器Ｕ３Ａは、増幅率１０で信号を増幅する。利得は、抵抗Ｒ５およびＲ３の比により設定される。３ｄｂの点は、キャパシタＣ４のリアクタンスがＲ５の抵抗に等しい場合に得られる。これは、３３８６Ｈｚにおいて起こる。抵抗Ｒ１、Ｒ２、およびＲ４は増幅器をバイアスし、それらの抵抗は、センサが指定された高出力の悪い場合にある時は、増幅器の出力を中程度の供給に調整するために、抵抗Ｒ４の１メグオームの最大値が要求されるように選択されている。センサ最悪ケースの低出力の校正は、容易に行われる。
【００１６】
増幅器Ｕ３ＢおよびＵ３Ｃ、および抵抗Ｒ６、Ｒ７、およびＲ８は、約１．５Ａよりも大きい電流不均衡を検出するように設定される。増幅器Ｕ３ＢまたはＵ３Ｃからの高出力は、１．５Ａのスレショルドを超える不均衡が存在することを示す。集積回路Ｕ４Ａは、増幅器Ｕ３ＢおよびＵ３Ｃからの出力を「ＯＲ演算」する。その出力における論理０は、１つまたは他の故障条件が存在することを示す。同時に起こる不均衡入力は処理可能であるが、正の不均衡は負の不均衡と同時に存在できないので、同時に起こる不均衡入力は物理的にはあり得ない。
【００１７】
もし故障条件が存在すれば、それは集積回路Ｕ５Ａを通過し、論理１を集積回路Ｕ４ＢおよびＵ４Ｃを含むラッチに与える。ピン５における論理１は、出力ピン４を低として、トランジスタＱ１をターンオフし、これは電力制御段への駆動信号を除去する。ラッチへの他の入力であるピン９は、常態においては論理０にある。これはピン１０を高とし、論理１をピン６に与えることによりラッチを設定する。
【００１８】
実施例において、電源投入シーケンスは、電力制御部を非動作モードに初期化する。これは、電流不均衡条件をまねて、論理０を集積回路Ｕ５Ａのピン２に与えることにより行われる。
集積回路Ｕ５Ｂ、抵抗Ｒ１３、キャパシタＣ５およびダイオードＣＲ８により作られる電源投入リセットパルスは、一般に７ｍｓｅｃのものである。このリセットは、抵抗Ｒ１３を経てキャパシタＣ５を、集積回路Ｕ５Ｂにより設定されるスレショルドまで充電するのに要する時間により決定される。ダイオードＣＲ８は、高速リセットを提供する。
【００１９】
ダイオードＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、ＣＲ４、ＣＲ５、およびＣＲ６は、全波３相ブリッジを形成する。キャパシタＣ１は、このブリッジが発生した２８１Ｖのピーク電圧の蓄積装置として動作する。調整器は、低側にインダクタを有する異常アーキテクチャを持った、バック型構成のものである。これは、回路が大地接地を基準とする必要がないために、受け入れることができる。実際に、オンボード接地は、１０Ｖおよび２０Ｖの供給において、それぞれ大地接地よりも約２７０Ｖおよび２６０Ｖ高い。
【００２０】
好ましくは、スイッチャは、非従来モードで動作する。もし出力電圧が低いことが検出されれば、対応する制御装置はターンオンし、インダクタＬ１またはＬ１Ａを通る電流が所定量に達するまでオン状態に留まる。そうでない場合は、そのサイクルはスキップされる。エネルギーは、インダクタＬ１またはＬ１Ａに蓄積され、ダイオードＣＲ７またはＣＲ７Ａを経て出力キャパシタＣ３またはＣ３Ａに転送される。適正な調整は、ツェナーＶＲ１またはＶＲ１ＡおよびオプトカプラＵ２またはＵ２Ａにより決定される。キャパシタＣ２またはＣ２Ａは、それぞれの調整器がその内部回路を動作させるために用いる少量のエネルギーを蓄積する働きをする。
【００２１】
以上から、本発明は、航空機における電気装置内のアーク放電を抑制する、さまざまなシステムおよび部品に適応できる方法および装置を提供することがわかる。本発明は、そのようなものとして、従来のシステムよりも信頼性に富む高速の電力遮断を提供し、それにより、回路内の地絡による損傷を減少させる。本発明の特定の形式を図示し、説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな改変を行えることは明らかである。従って、添付の特許請求の範囲による以外に、本発明を制限することを意図してはいない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
電流の不均衡が検出された時に回路を遮断するための、ボーイング７５７航空機に適合する本発明の制御システムの第１の実施例のブロック図を示す。
【図２】
図１に示されている制御システムの電源部分の詳細図を示す。
【図３】
図１に示されている制御システムの論理制御装置部分の詳細図を示す。
【図４】
図１の制御システム用のセンサの詳細図を示す。
【図５】
電流の不均衡が検出された時に回路を遮断するための、ボーイング７４７航空機に適合する本発明の制御システムの第２の実施例のブロック図を示す。
【図６】
図５に示されている制御システムの電源部分の詳細図を示す。
【図７】
図５に示されている制御システムの論理制御装置部分の詳細図を示す。
【図８】
図５の制御システム用のセンサの詳細図を示す。
【図９】
電流の不均衡が検出された時に回路を遮断するための、ＡＣアプリケーションにおけるＤＣリレーの速度を与えるのに適した本発明の制御システムの別の実施例のブロック図を示す。
【図１０】
図９に示されている制御システムの電源部分の１つのセクションの実施例の詳細図を示す。
【図１１】
図９に示されている制御システムの電源部分の第２のセクションの詳細図を示す。
【図１２】
図９に示されている制御システムの論理制御装置部分の詳細図を示す。
【図１３】
図９の制御システム用のセンサの詳細図を示す。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004519185.tif 000043
2004519185.tif 000044
【国際調査報告】
2004519185.tif 000045
2004519185.tif 000046