(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷分配および管理システムであって、
（ａ）  電力を分配するために電力を受け取るようにされ、追加の電力が利用可能かどうかを示す電力分配回路（１２）と、
（ｂ）  追加の電力が利用可能である時に、少なくとも１つの電力の取出し口（６８）に対して電力を提供するために電力分配回路（１２）に対して接続されている少なくとも１つの電力装置（１４）とを含む前記システムであって、
少なくとも１つの電力装置は、
（ａ）  電力分配回路（１２）に接続されている少なくとも１つの電力コンパレータ（６０）と、
（ｂ）  少なくとも１つの電力変換器（６０）のそれぞれに対して各電力の取出し口（６８）および電力分配回路（１２）に接続され、追加の電力が利用可能な時に電力要求信号（８８）に応答して少なくとも１つの電力変換器（６０）のそれぞれを動作させる制御回路（６４）とを特徴とし、
電力取出し口（６０）は、
（ａ）  電力要求信号を発生する制御回路（６４）のそれぞれに接続されている電力要求回路（１０６）と、
（ｂ）  電力を電子装置（３２）に対して供給するために少なくとも１つの電力コンパレータ（６０）のそれぞれに接続されているコネクタ（１０８）とをさらに含み、
制御回路（６４）は、
（ａ）  取出し口可能化信号（１０４）を発生して取出し口を動作させる外部可能化回路（９８）と、
（ｂ）  追加の電力が利用可能であり、電力要求が取出し口から受け取られ、取出し口可能化信号が存在している時に電力を取出し口（６８）に供給するコンバータ（６０）を動作させるために、電力分配回路（１２）、コンバータ（６０）、外部可能化回路（９８）および取出し口（６８）に接続される電力可能化回路（１００）とを含むことを特徴とする前記システム。
【請求項２】
負荷分配および管理システムであって、
（ａ）  電力を分配するために電力を受け取るようにされ、追加の電力が利用可能かどうかを示す電力分配回路（１２）と、
（ｂ）  追加の電力が利用可能である時に少なくとも１つの電力の取出し口（６８）に電力を提供するために電力分配回路（１２）に接続される少なくとも１つの電力装置（１４）とを含む前記システムであって、
電力分配回路は、
（ａ）  電力を受け取る電力入力（１８、２０）と、
（ｂ）  少なくとも１つの電力装置（３４）によって取り出される電力量を検出する電力装置（１８、２０）と少なくとも１つの電力装置（３４）の間に接続される電力検出回路（３４）と、
（ｃ）  少なくとも１つの電力装置（１４）のそれぞれによって取り出される電力の合計量を求めるために、それぞれの電力検出回路（３４）に接続されている合計電力検出回路（３８）と、
（ｄ）  利用可能な電力の最大量を提供する最大電力利用回路（４０）と、
（ｅ）  電力の合計量と最大量とを比較し、追加の電力が利用可能かどうかを示すために電力検出回路（３８）と最大電力利用回路（４０）とに接続されるコンパレータ（３８）とを含み、
コンパレータ（３８）は、電力の合計量が利用可能な電力の最大量以下の第１の電力レベルより大きいか等しい状態になるまで追加の電力が利用可能であることを示すため、電力の合計量が第２の電力レベルより小さくなるまで追加の電力が利用可能であることを示さないようにするヒステリシス回路（３８）を含むことを特徴とする前記システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの電力装置（１４）は、追加の電力が利用可能かどうかを示すために電力分配回路（１２）に接続されるディスプレイ回路（１１２）をさらに含むことを特徴とする前記システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、取出し口（６０）に電力の供給が開始される時に一時的な追加の電力を提供する電流ブースト回路（１２０）をさらに特徴とする前記システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの電力装置（１４）のそれぞれは、故障を示すテスト回路（７２）を含み、
電力分配回路（１２）は、電力装置（１４）が故障しているかどうかを示すマスター・テスト回路（４２）をさらに含むことを特徴とする前記システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、電力が取出し口（６０）に供給され始める時に一時的な追加の電力を提供する電流ブースト回路（１２０）をさらに含むことを特徴とする前記システム。
【請求項７】
電源（１６）から電力を分配する電源装置であって、
（ａ）  電源（１６）に接続される少なくとも１つの電力コンバータ（６０）と、
（ｂ）  少なくとも１つの電力コンバータ（６８）のそれぞれに接続される少なくとも１つの取出し口（６０）と、
（ｃ）  少なくとも１つの電力コンバータ（６０）のそれぞれに対して少なくとも１つの電力取出し口（６８）のそれぞれに接続され、電力要求信号（８８）に応答して少なくとも１つの電力コンバータ（６０）を動作させる制御回路（６４）とを含み、
少なくとも１つの電力コンバータ（６８）は、
電力要求信号（８８）を発生する電力要求回路（１０６）と、
電力を電子装置（３２）に供給する少なくとも１つの電力コンバータのそれぞれに接続されるコネクタ（１０８）とを含むことを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、前記制御回路（６４）は、
（ａ）  少なくとも１つの取出し口（６８）を動作させるために取出し口可能化信号（１０４）を発生する外部可能化回路（９８）と、
（ｂ）  コンバータ（６０）、外部可能化回路（９８）および取出し口（６８）に接続され、電力要求（８８）が取出し口（６８）から受け取られ、取出し口可能化信号（７８）が存在している時に取出し口（６８）に電力を供給するコンバータ（６０）を動作させる電力可能化回路（１００）と含むことを特徴とする前記装置。
【請求項９】
請求項７記載の装置において、取出し口（６８）に電力が供給され始める時に一時的に追加の電力を提供する電流ブースト回路（１２０）をさらに含むことを特徴とする装置。
【請求項１０】
電力分配システムであって、
電源（１６）と、
電源（１６）から電力を受け取る複数の出力回路（１４）と、
電力分配回路（１２）とを含み、
電力分配回路（１２）は、
電力分配システムにおける瞬時合計負荷を連続的に監視する複数の電力検出回路（３４）であって、複数の電力検出回路（３４）の各々が電源（１６）に結合され、電力の一部分を連続的に受け取り検出する複数の電力検出回路（３４）と、
複数の電力検出回路（３４）に結合され、電源（１６）から取り出される瞬時電力の合計量を集計し合計を所定の最大電力レベルと比較する電力コンパレータ（３８）と、
複数の電力利用回路（３６）であって、それぞれが複数の電力検出回路（３４）の対応する１つおよび電力コンパレータ（３８）に結合され、複数の出力回路（１４）のうちの関連した１つに供給する利用可能電力量を示し個々の出力信号（２８）を提供する電力利用回路と、
電力コンパレータ（３８）に結合され、電力コンパレータ（３８）に対する制御入力として所定の最大電力レベルを提供する最大負荷回路とを含み、
複数の出力回路（１４）は、複数の電力利用回路（３６）の対応する１つおよび複数の電力検出回路（３４）の対応する１つに個別に結合され、複数の出力回路（１４）は、所定の最大電力レベルが超過していないことを示す複数の電力利用回路（３６）のうちの対応する１つによって可能化される電力分配システムであって、
電力分配回路（１２）は、
状態の指示情報を受け取るために複数の出力回路（１４）のそれぞれに直接かつ連続的に接続されるマスター・テスト回路（４２）をさらに含み、
電力分配回路（１２）は、
マスター・テスト回路（４２）に連続的かつ直接に接続されているディスプレイ（４４）をさらに含むことを特徴とする電力分配システム。
【発明の詳細な説明】
本発明は、１つまたはそれ以上の電気的負荷に対して電力を供給することに関する。さらに詳細には、本発明は、制限された電力環境において１つまたはそれ以上の負荷に対する電力の供給を管理することに関する。
交通システム、たとえば、航空機または船舶または列車などは、限られた電力だけしか供給しないのが普通である。この電源は、必要不可欠なシステムだけでなく、重要でない機器に対しても同様に電力を供給する。たとえば、航空機の中では、推進システムは、ライフ・サポート、通信およびフライト・コントロールなどの必要不可欠な機器およびコーヒー・メーカー、フライト内の商用の電話および座席における娯楽センターなどの必要不可欠ではない機器の両方を動作させるために有限の量の電力を提供する。
電力が限られているので、必要不可欠ではない機器は、他の必要不可欠でない機器と電力を求めて競合する。必要不可欠でない機器からの負荷が許容できる負荷を超えた場合、必要不可欠な機器のいくつかから電力が奪われる可能性がある。さらに、電源自身がその追加の負荷からダメージを受ける可能性がある。
従来の電力監視システムは、電源から取り出されている電力の量を測定する。電源から取り出されている電力の量がリミット値を超えた時、これらの電力監視システムは、どの機器の電源をオフにするか、あるいは、どの機器を電力節約モードにするかを決定する。負荷の電力要求を監視して調整するこれらの技法は、「電力平均分配法（ｌｏａｄ-ｓｈｅｄｄｉｎｇ）」と普通に呼ばれている。
電力平均分配システムは、負荷に電力が供給されるべきか、あるいは負荷が再構成されるべきかどうかを個別に通信するためのコントローラを必要とするのが普通である。そのようなシステムにおいては、各負荷には、それ専用の通信制御信号線が提供されるか、あるいは負荷のすべてをデイジー・チェーンに接続することができる。
いくつかの負荷監視システムによって、複数の負荷制御ユニットが制御監視プロセッサからの消費レートのブロードキャストに基づいて、どの負荷に電力を供給するか、あるいは再構成するかを決定することができる。
従来の電力監視および制御システムは、複雑であり、普通は負荷の重要性に基づいた優先度の方式を含む。
したがって、同時負荷に対する電力の利用可能度を最大にしながら、過剰電力消費を防ぐ負荷の分配および管理システムが必要である。
さらに、追加の電力が利用できるようになるまで、そして現在の負荷に電力を供給する必要がなくなるまで、負荷がオンラインで入って来るのを防止する、負荷の分配および管理のシステムが必要である。
したがって、本発明は、関連技術の制限および欠点のために生じる１つまたはそれ以上の問題を実質的に緩和する電源に向けられている。
具体化され、広く記述される本発明の目的に従って、負荷分配および監視システムは、電力を分配し、追加の電力が利用できるかどうかを示し、追加の電力が利用できる時に少なくとも１つのパワー・ユニットが、少なくとも１つの電力の取出し口に対して電力を供給するために、電力分配回路に接続されるようにするために電力を受け取るように適応されている電力分配回路を含む。
本発明の他の態様においては、電力分配回路は、電力を受け取るための電力入力と、その電力入力と少なくとも１つの各パワー・ユニットとの間に接続されていて、少なくとも１つの各パワー・ユニットによって取り出される電力の量を検出するための電力センス回路と、少なくとも１つのパワー・ユニットのそれぞれによって取り出される合計の量を求めるために各電力センス回路に対して接続されている合計電力センス回路と、利用できる最大の量の電力を供給するための最大電力利用回路と、合計電力センス回路と最大電力利用可能回路とに接続されていて電力の合計量と利用可能電力の最大量とを比較し、そして追加の電力が利用できるかどうかを示すコンパレータとを含む。
他の態様においては、本発明は、取出し口に対して電力の供給が開始される時に一時的な追加の電力を提供するための電流ブースト回路を含む。
本発明のさらに他の態様においては、制限された電力の電源からの電力を管理して分配する方法が提供され、その方法は、複数の取出し口を提供するステップと、複数の取出し口から取り出される電力の量を測定するステップと、測定された電力が利用できる最大電力量より少ない場合に複数の取出し口をイネーブルするステップと、そして測定されて電力の量が利用できる最大の電力量よりも大きかった場合に複数の取出し口をイネーブルするのを防止するステップとを含む。
前記の一般的な説明および次の詳細説明は、例を示すものであり、また、説明的であって、特許請求されている本発明についてのさらに詳しい説明を提供することを意図している。
添付の図面は、本発明についてのさらに進んだ理解を提供するために含められており、この明細書の一部を構成し、本発明のいくつかの実施形態を説明と一緒に示し、本発明の原理を説明するのに役立つ。
図１は、本発明の現在の好適な実施形態に従って、負荷分配および管理システム（ＬＤＭＳ）を示す。
図２は、本発明による図１の中の１つのパワー・ユニットの例を示す。
図３は、図２の中のパワー・ユニットのいくつかのコンポーネントをさらに詳細に示す。
図４は、本発明の好適な実施形態による図２のコンバータのさらに詳細の説明図である。
図５は、図１のＬＤＭＳの回路図である。
図６は、本発明によるパワー・ユニットの回路図である。
図７は、本発明による補助電源の回路図である。
図８は、図２の制御回路の回路図である。
図９は、図４によるＤＣ-ＤＣコンバータの回路図である。
図１０は、本発明によるフィードバック制御ユニットの回路図である。
図１１は、図４の力率補償回路の回路図である。
図１２は、図１の電力利用可能回路の回路図である。
図１３は、図１の電力コンバータの回路図である。
図１４は、本発明によるＬＤＭＳの電力回路の回路図である。
図１５は、図１の分配電源の追加の回路図である。
図１６は、図１のマスター・テスト回路の回路図である。
以下、添付図面の中で示されている本発明の現在の好適な実施形態に対する詳細説明の中で参照が行なわれる。
本発明の負荷分配および管理システムの例示としての実施形態が図１に示されている。それは全体的に参照番号１０によって示されており、電力分配回路および少なくとも１つのパワー・ユニットを含む。
ここで具体化されている図１から分かるように、負荷分配および管理システム（ＬＤＭＳ）１０は、電力分配回路１２、パワー・ユニット１２および電子装置３２を含む。
電力分配回路１０は、２本の線、すなわち、電力線１８および電力の帰路の線２０を経由して電源１６に接続されている。電力の帰路の線２０は、システム全体を通じて回路を完了するためのグランドとして働く。また、電力分配回路１０は、一組の線２２を経由してパワー・ユニット１４にも接続されている。パワー・ユニット１４は、少なくとも１つのパワー・ユニット１４ａを含む。任意の数のパワー・ユニット１４を接続することができ、それらは１４ｂ〜１４ｎによって示される。ここでｎは、パワー・ユニット１４の合計数を表す。線２２の集合は、パワー・ユニット１４ａに接続されている一組の線２２ａ、パワー・ユニット１４ｂに接続されている一組の線２２ｂ、パワー・ユニット１４ｎに接続されている一組の線２２ｎの線を含む。パワー・ユニットの実際の数は、特定の応用によって変わる。
線２２の集合は、１４ａ、．．．１４ｎの各パワー・ユニットごとに４本の線を含む。線２２の集合は、電力線２４ａ、．．．２４ｎ、電力の帰路の線２６ａ、．．．２６ｎ、電力利用可能信号線２８ａ、．．．２８ｎおよびフォールト信号線３０ａ、．．．３０ｎを含む。この分野の技術に熟達した人であれば、線の他の組合せでも同じ結果が得られることが分かる。たとえば、電力利用可能信号線およびフォールト信号線は、その設計に対する小さな、明白な変更の範囲内で各パワー・ユニットに対して単独の線で実装することができる。電力線２４ａ、．．．２４ｎおよび電力利用可能信号線２８ａ、．．．２８ｎは、電力分配回路１２の出力であり、電力の帰路の線２６ａ、．．．２６ｎおよびフォールト信号線３０ａ、．．．３０ｎは、それぞれのパワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎの出力である。
各パワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎは、それぞれ電子装置３２ａ、．．．３２ｎおよび３３ａ、．．．３３ｎに対して電力を提供する。追加の各パワー・ユニットは、電子装置の接続に対する別の場所を提供する。さらに、本発明の１つの好適な実施形態は、各パワー・ユニットに付加されている２つ以上の電子装置を含む。各パワー・ユニット１４に付加される電子装置の数は、単純に設計選択の問題である。
電力分配回路１２は、電源１６から電力を受け取り、その電力をパワー・ユニット１４に対して分配する。簡単のために、負荷分配および管理システム１０は、３台のパワー・ユニットで説明されるが、任意の数のユニットが想像される。電力分配回路１２には４つの主要な機能がある。それらは、（１）パワー・ユニット１４によって取り出される電力の量を監視する機能、（２）追加の電力が利用できるかどうかを判定する機能およびそのことを指示する機能、（３）システムのステータスを求めて指示する機能および（４）追加の電力が利用できるようになるまでパワー・ユニットが追加の電力を取り出すのを防止する機能である。
電源１６は、交流（ＡＣ）および直流（ＤＣ）の電源を含む、よく知られた任意の適切な電源であってよい。たとえば、電源１６は、航空機のタービン・エンジン、１つまたはそれ以上バッテリ、または機関車のエンジンから取り出される電力であってよい。他の好ましい電源としては、携帯型または静止型の電力発生源がある。電源１６として、どれを選ぶかは設計の選択の問題である。測定できる電力を供給できる任意の電源が本発明の範囲内にある。通常、航空機の場合、合計の電力は、一般に約１００Ｗから約１００，０００Ｗまでの範囲内にある。
パワー・ユニット１４は、電力分配回路１２から受け取った電力を下記の或る規準に基づいて電子装置３２および３３に対して提供する。
電力分配回路１２は、電力センス回路、電力利用可能回路、電力コンパレータ、最大負荷回路、マスター・テスト回路およびディスプレイを含む。ここで具体化されていて図２に示されているように、電力分配回路１２は、電力センス回路３４、電力利用可能回路３６、電力コンバータ３８、最大負荷回路４０、マスター・テスト回路４２およびディスプレイ４４を含む。
各電力センス回路３４ａ、．．．３４ｎは、電力線１８および電力の帰路の線２０に接続されている。電力センス回路３４ａ、．．．３４ｎは、電力線１８をそれぞれ、電源線２４ａ、．．．２４ｎに接続し、そして電力の帰路の線２０を電源の帰路の線２６ａ、．．．２６ｎに接続している。また、電力センス回路３４は、それぞれ信号線４８ａ、．．．４８ｎを経由して電力利用可能回路３６に対して出力を提供し、そしてセンス信号線４６ａ、．．．４６ｎを経由して電力コンパレータ３８にも出力を提供する。
電力コンパレータ３８は、最大負荷回路４０から入力を受け取り、電力センス信号線４６ａ、．．．４６ｎを経由して電力センス回路３４から入力を受け取る。電力コンパレータは、電力利用可能回路３６ａ、．．．３６ｎの各々に共通の信号線５０上に信号を出力する。
マスター・テスト回路４２は、フォールト信号線３０ａ、．．．３０ｎを経由してパワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎからそれぞれの入力を受け取る。ディスプレイ４４は、マスター・テスト回路４２の出力５２ａ、．．．５２ｎに接続されている。
電力センス回路３４は、電力線２４および電力の帰路の線２６から各パワー・ユニット１４によって取り出される電力の量を測定する。電力センス回路３４は、取り出される電力を測定するために有効な任意のタイプの回路であってよく、そのタイプは、電源１６が発生する電力のタイプによって変わる。たとえば、電源１６が交流を発生する場合、電力センス回路３４は、電流を測定する。代わりに、電源１６が直流を発生する場合、電力センス回路３４は、電圧を測定する。
電力センス回路３４ａは、パワー・ユニット１４ａによって取り出される電力の量を測定し、信号線４６ａを経由して、この量を電力コンパレータ３８に対して通信する。同様に、電力センス回路３４ｂは、パワー・ユニット１４ｂによって取り出される電力の量を測定し、信号線４６ｂを経由して、この量を電力コンパレータ３８に対して通信する。電力センス回路３４ｎも同様に動作する。電力をセンスする実際の実装は、設計の選択の問題であり、任意のよく知られた方法および回路によって実現することができる。
また、電力センス回路３４は、そのそれぞれのパワー・ユニット１４がそれぞれの各パワー・ユニット１４に対する最大電力のリミットを超えたかどうかを判定する。たとえば、パワー・ユニット１４によって取り出されている電力の量がパワー・ユニット３４ａの最大電力のリミット値を超えていると測定した場合、電力センス回路１４ａは、信号線４８ａ上に信号を発生する。各パワー・ユニット１４に対する最大電力のリミット値は、そのパワー・ユニットの特性に依存して決定される。１つの好ましい範囲は、約２．５Ｖ〜約４．５Ｖである。電力を測定し、その電力がリミット値を超えたかどうかを判定するための技法は、この分野の技術においてよく知られている。電力センス回路３４ａは、パワー・ユニット１４ａによって取り出されている電力の量がパワー・ユニット１４ａの最大電力のリミット値以下のあるヒステリシス値以下の落ちた後、信号線４８ａからその信号を取り除く。ヒステリシス値は、電子装置３２ａによって取り出される電力の量を期待し、したがって、装置３２ａは、パワー・ユニット１４ａがその最大電力のリミット値を超える電力を取り出さないようにする。電力センス３４ｂ、．．．３４ｎも同様に動作する。各パワー・ユニット１４に対する最大電力のリミット値は、ユーザが入力するか、あるいは回路の中であらかじめ設定しておくことができる。
他の好適な実施形態においては、２台以上のパワー・ユニットがデイジー・チェーン方式で各電力センス回路に接続されている。たとえば、追加のパワー・ユニットは、その追加のパワー・ユニットを線２４ａ、２６ａ、２８ａに対して接続することによって電力センス・ユニット３４ａに接続される。各電力センス回路に対して接続されるパワー・ユニットの特定の数は、設計の選択の問題である。
電力コンパレータ３８は、各電源１４によって取り出されている電力の量を受信し、その入力４６ａ、．．．４６ｎの各々を合計することによって取り出されている電力の合計量を求める。たとえば、電力コンパレータ３８は、信号線４６ａを経由してパワー・ユニット１４ａによって取り出されている電力の量を受け取り、同様に、信号線４６ｎを経由してパワー・ユニット１４ｎによって取り出されている電力の量を受け取る。電力コンパレータ３８は、信号線４６ａ、．．．４６ｎの値を集計し、ＬＤＭＳ１０によって電源１６から取り出されている電力の合計量を求める。電力コンパレータ３８は、ＬＤＭＳ１０によって取り出されている電力の合計量を信号線５４上で最大負荷回路４０から入力される値に対して比較する。電力の合計量が線５４上の値より大きくなった場合、電力コンパレータ３８は、信号線５０上のシステム利用可能信号を取り除くことによって、電力が利用できなくなっていることを示す。電力コンパレータが信号線５０上にシステム利用可能信号を出力して、電力がふたたび利用可能であることを示すためには、電力の合計量がヒステリシス値以下に落ちなければならない。そのヒステリシス値は、最大負荷回路４０によって線５４上に出力された値以下の量であるとして選択される。そのヒステリシス値は、予測されている追加の電力取出しによって合計の電力が線５４上に提示されている最大負荷の値を超えないように、電子装置３２によって取り出されるべき電力の期待される追加の量を予期する。たとえば、その電子装置がコンピュータであって、そのコンピュータがハード・ドライブの操作を実行していた場合、追加の電力が取り出されることになる。
最大負荷回路４０は、ＬＤＭＳ１０に対して利用できる最大負荷に等しい信号を発生する。オペレータがその最大利用可能負荷を入力する。最大負荷回路４０を実装するために、多くのよく知られた技法および回路を採用することができる。１つの好適な実施形態は、並列に接続される各種の抵抗に接続されているＤＩＰスイッチを含む。
電力利用可能回路３６は、信号線２８上に電力利用可能信号を出力する。たとえば、電力利用可能回路３６ａは、信号線２８ａ上に電力利用可能信号を発生し、それがパワー・ユニット１４ａに伝送される。電力利用可能回路３６ｂ、．．．３６ｎも同様な方法で動作する。
電力利用可能回路３６は、電力センス回路３４およびコンパレータ３８から信号を受け取る。電力利用可能回路３６は、追加の電力が利用可能であることを電力コンパレータ３８が信号線５０上で示し、そしてそのパワー・ユニット１４に対する最大電力のリミット値が超過していないことを示している時にのみ、それぞれのパワー・ユニット１４に対して電力利用可能信号を発生する。たとえば、電力利用可能回路３６ａは、電力センス回路３４ａからの信号線４８ａおよびコンパレータ３８からの信号線５０を調べることによって、信号線２８ａ上に電力利用可能信号を発生するかどうかを決定する。最大の電力をユニットが超過していないことを電力センス回路３４ａが示し、追加の電力が利用できることを電力コンパレータ３８が示していた場合、電力利用可能回路３６ａは、信号線２８ａ上に電力利用可能信号を発生する。パワー・ユニット１４ａに対する最大電力リミット値が超過していることを電力センス回路が示すか、あるいは電力コンパレータ３８が信号線５０から追加の電力利用可能信号を取り除いた場合、電力利用可能回路３６ａは、信号線２８ａから電力利用可能信号を取り除く。他の電力利用可能回路３６ｂ、．．．３６ｎも、それぞれ同様に動作する。
マスター・テスト回路４２は、フォールト信号線３６を経由してパワー・ユニット３４のそれぞれのフォールト・ステータスの指示を受信する。たとえば、マスター・テスト回路４２は、信号線３０ａ、．．．３０ｎを経由してパワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎのフォールト・ステータスを受信する。マスター・テスト回路４２は、出力５２ａ、．．．５２ｎを使ってディスプレイ４４を動作させ、パワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎのそれぞれのステータスを表示する。追加のパワー・ユニット１４が含められた場合、追加の信号線５２が各追加の関連付けられた電力センス回路３６に対して必要となる。マスター・テスト回路４２は、各種の方法で実装することができる。１つの好ましい実装は、そのフォールト信号線３０の値をラッチするためのラッチ回路およびディスプレイ４４を動作させるためのドライバ回路を含む。
ディスプレイ４４は、特定のパワー・ユニット１４がフォールト状態にあるかどうかを表示するのに有効な任意のタイプのディスプレイであってよい。たとえば、１つの好適な実施形態は、発行ダイオード（ＬＥＤＳ）のバンクを含む。各パワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎには一対のＬＤＥが対応しており、そのペアのそれぞれの色が異なっている。たとえば、各ペアの１つは、緑であってフォールトのない状態を示し、他は赤であってフォールト状態を示すことができる。
各パワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎの動作および機能は実質的に類似している。簡単のため、次の説明は、パワー・ユニット１４ａの構造および機能に関連する。次の説明は、パワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎのいずれにも等しく適用される。
パワー・ユニット１４ａは、一対のコンバータ、一対の制御回路、一対の取出し口およびテスト回路を含む。ここで具体化されている図２を参照すると、パワー・ユニット１４ａは、コンバータ６０、コンバータ６２、制御回路６４、制御回路６６、取出し口６８、取出し口７０およびテスト回路７２を含む。似た部分または同様な部分は、図面全体を通じて同じ参照文字によって識別される。図２は２台の電子装置３２ａおよび３３ａを受け持っているパワー・ユニット１４ａを示しているが、任意の数の装置にパワー・ユニット１４ａなどのパワー・ユニットから電力を供給することができる。３台以上の電子装置を含めるためには、追加の各電子装置に対して必要とされる数だけのコンバータ、取出し口および各追加の取出し口に対する制御回路の要素を単純に追加するだけでよい。
コンバータ６０は、電力線２４ａおよび電力の帰路の線２６ａに対して接続されている。また、コンバータ６０は、電力線７４および電力の帰路の線７６を経由して取出し口６８にも接続され、イネーブル信号線７８を経由して制御回路６４にも接続されている。コンバータ６２は、電力線２４ａおよび電力の帰路の線２６ａに対して接続されている。また、コンバータ６２は、電力線８０および電力の帰路の線８２を経由して取出し口７０にも接続され、そしてイネーブル信号線８４を経由して制御回路６６にも接続されている。
制御回路６４は、電力利用可能信号線２８ａ、コンバータ６０に接続され、テスト信号線８６を経由して制御回路７２に接続され、そして電力要求信号線８８および電力可能信号線９０を経由して取出し口６８に接続されている。制御回路６６は、電力利用可能信号線２８ａ、コンバータ６２に接続され、テスト信号線９２を経由してテスト回路７２に接続され、そして電力要求信号線９４および電力利用可能信号線９６を経由して取出し口７０に接続されている。
コンバータ６０は、電力線２６ａおよび電力の帰路の線２８ａ上で提供される電力を電子装置３２ａが使える形式に変換する。たとえば、電力は、電力線２６ａおよび電力の帰路の線２８ａ上でＡＣで供給される場合があるが、電子装置３２ａはＤＣで動作する。この場合、コンバータ６０は、ＡＣの電力をＤＣの電力に変換する。１つの好適な実施形態においては、コンバータ６０は、１１５Ｖの交流を１２Ｖの直流に変換する。変換のタイプは、応用によって異なり、選定された任意の電圧または電流の動作範囲に対して、ＤＣからＤＣへそしてＤＣからＡＣへの変換を含むすべてのタイプの変換が等しく使える。そのような変更は、この分野の技術に熟達している人にとっては明らかである。コンバータ６０は、或るタイプの電力を別のタイプの電力に変換するために、任意のよく知られている技法または方法によって実装することができる。電力線７４および電力の帰路の線７６上での変換の好ましい範囲としては、ＡＣまたはＤＣのいずれかにおいて約３Ｖから約１１５Ｖまでの範囲が含まれる。
代わりに、コンバータ６０は、複数の選択可能なサブ・コンバータを含んでいて、各コンバータが入力電力をそれぞれの異なる出力電力に変換し、その選択がシステムによって決定されるようになっていてもよい。たとえば、コンバータ６０は、１２Ｖ-ＤＣへのコンバータおよび２１２Ｖ-ＡＣへのコンバータを含むことができる。所望のコンバータを選択するためにスイッチを取出し口６８に設けることができる。
図３は、パワー・ユニット１４ａの一部分をさらに詳細に示している。図３を参照すると、制御回路６４は、外部イネーブル回路、電力イネーブル回路およびテスト回路を含む。ここで具体化されている図３を参照すると、制御回路６４は、外部イネーブル回路９８、電力イネーブル回路１００を含む。
外部イネーブル回路９８は、イネーブル信号線１０４を経由して電力イネーブル回路１００に接続されている。電力イネーブル回路は、イネーブル回路９８、電力利用可能信号線２８ａに接続され、イネーブル信号線７８を経由してコンバータ６０に接続され、そして電力要求信号線８８を経由して取出し口６８に接続されている。
外部イネーブル回路９８は、所定の規準に基づいて追加のイネーブル信号をイネーブル信号線１０４上に提供する。外部イネーブル回路９８は、有効なクレジット・カードが外部回路９８によって受け付けられた時に、イネーブル信号線１０４上にイネーブル信号を提供するクレジット・カードの入力装置であることが好ましい。代わりに、外部イネーブル回路９８は、ユーザのイネーブル情報を提供する任意のタイプのシステムであってもよい。たとえば、あらかじめ選択されたコードまたは音声識別システム付きのキーパッド入力装置であってもよい。さらに、外部イネーブル回路９８は、どの取出し口を外部的にイネーブルするかをオペレータが決定するように、中央の場所において各取出し口に対して働き掛けるようになっていてもよい。また、外部イネーブル回路９８は、オペレータが外部イネーブル装置をディスエーブルしたいか、あるいは使わないようにしたい時に、信号線１０４上に連続のイネーブル信号を提供することもできる。
電力イネーブル回路１００は、イネーブル信号線７８上にイネーブル信号を提供してコンバータ６０を動作させる。電力イネーブル回路１００は、電力要求信号線８８上での取出し口６８からの電力要求に応答して、電力が利用可能であることを電力利用可能信号線２８ａが示したいた場合、イネーブル信号線７８上にイネーブル信号を提供する。電力イネーブル回路１００は、コンバータ６０をディスエーブルするために電力利用可能信号線２８ａ上の電力利用可能信号の除去には応答しない。したがって、電力イネーブル回路１００は、追加の電力が利用可能である時にコンバータ６０を単にオンにすることができるだけであり、追加の電力が利用できなくなった時にコンバータ６０をオフにする必要はない。
また、図３は、取出し口６８をさらに詳細に示している。取出し口６８は、スイッチ１０６およびプラグ１０８を含む。スイッチ１０６は、信号線１１０を経由して、電子装置３２ａのプラグ１０８に対する接続に応答して、電力要求信号線８８上に電力要求を発生する。
スイッチ１０６は、電子装置がプラグ１０８に接続された時に電気的な信号を発生することができる。任意のよく知られたタイプのスイッチであってよい。スイッチ１０６の１つの好ましい実装は、コネクタがプラグ１０８に装着された時に１つの回路を完成する機械的接点である。
プラグ１０８は、電力線７４および電力の帰路の線７６上で電子装置３２ａに対する電気的接続を提供し、よく知られた方法で実装することができる。１つの好ましい実装は、自動車の電力の取出し口に似ているが、電子装置をその取出し口に対して接続するために任意の接続デバイスが等しく使える。１つの例は、家庭の代表的な壁のソケットまたは電気的接触のための一般的な任意のタイプのコネクタなどがある。
テスト回路７２は、ＬＤＭＳ１０の初期化時に取出し口６８および７０のそれぞれのチェックを実行する。補助電源（図示せず）によってＬＤＭＳ１０に対して最初に電力が供給されると、テスト回路７２は、電力イネーブル回路１００に或る時間だけ電力コンバータ６０をイネーブルさせる。この好ましい時間は、７秒であるが、信号線７４および７６上でコンバータ６０の出力を測定することができる任意の時間であって十分である。その時間の後、線７および７６において電力出力が測定される。その電力の量が過小電圧または過大電圧などの受け入れ可能な範囲外にあった場合、テスト回路７２の中のフォールト・タイマが計時を開始する。そのような受け入れ可能な好ましい動作範囲は、約１０Ｖから約１６Ｖまでである。その好ましい受け入れ可能な動作範疇は、その取出し口に付加されている電子コンポーネントの選択および電子装置のタイプによって変わる。規定の時間より長い間、その電力が受け入れ可能な範囲外に止まっていた場合、フォールトが発生している。そのような時間の好ましい範囲は、約４００ｍ秒から約６００ｍ秒の範囲である。もちろん、その範囲は、電子コンポーネントおよび電子装置の特性によって変わる。フォールトが発生した場合、テスト回路７２は、そのフォールトが訂正されるまで電力イネーブル回路１００をディスエーブル状態にさせる。フォールトは、すべて電力分配回路１２に対して逆方向に通信される。
制御回路６６、コンバータ６２および取出し口７０も同様に動作する。
１つの好適な実施形態においては、取出し口６８および７０は、電力が利用できるかどうかを示すディスプレイ１１２を含む。ディスプレイ１１２は、信号線１１４を経由して電力利用可能信号線２８ａに接続されている。ディスプレイ１１２は、たとえば、ＬＥＤなどのよく知られた任意のディスプレイ・デバイスによって実装することができる。
コンバータ６０の好適な実施形態が図４に示されている。コンパレータ６２は、動作においてコンバータ６０に類似している。図４に示されているように、コンバータ６０は、力率回路１１６、ＤＣ-ＤＣコンバータ１１８および電流ブースト回路１２０を含む。
力率回路１１６は、電力線２４ａおよび電力の帰路の線２６ａおよびＤＣ-ＤＣコンバータ１１８に接続されている。１つの好適な実施形態においては、力率回路１１６は、ＡＣ信号をＤＣ信号に変換して、その電流波形を電圧波形にマッチさせ、電子装置からの電流スパイクから電源を隔離する。力率回路は、１１５Ｖ-ＡＣ信号を２００Ｖ-ＤＣ回路に変換することが好ましい。他の変換も同等に好ましい。
ＤＣ-ＤＣコンバータ１１８は、力率回路１１６からの高電圧信号を電子装置３２ａが使える電圧に変換する。たとえば、好ましい変換は、２００Ｖ-ＤＣから約１０Ｖ-ＤＣ〜約１６Ｖ-ＤＣの範囲への変換である。最も好ましいのは１２Ｖ-ＤＣに対する変換である。
電流ブースト回路１２０は、線１２１を経由してＤＣ-ＤＣコンバータに付加されている。通常、新しい電子装置がＬＤＭＳ１０から電力を取出しはじめる時、ＤＣ-ＤＣコンバータ１１８の定格の動作範囲を超える初期電流サージが発生する可能性がある。ＤＣ-ＤＣの好ましい定格動作電流は、約５Ａから約７Ａの範囲である。電流サージは、定格の動作電流範囲の数倍にまで高くなる可能性がある。したがって、ＤＣ-ＤＣコンバータは、付加されている電子装置３２ａが必要とする電流を供給することができない可能性がある。電流ブースト回路１２０は、初期電流サージをセンスし、一般に、その初期電流サージを賄うための時間の期間の間だけ電力線７４および７６上で利用できる電流の量を増加する。好ましい増加は、ＤＣ-ＤＣコンバータ１１８の定格動作電流の約１．５〜２倍である。初期電流サージを賄うための好ましい時間の長さは、約４０ｍ秒から５０ｍ秒の範囲である。その時間の長さは、その取出し口に付加されている電子装置のタイプによって変わる。
１つの好適な実施形態においては、コンバータ６０は、線２４ａおよび２６ａ上の１１５Ｖ-ＡＣ信号を線７４および７６上の１２ＶのＤＣ信号に変換する。この実施形態においては、コンバータ６０は、次のものを含む。
動作において、ＬＤＭＳ１０は、航空機、ボートあるいは鉄道において見られるような制限された電源から各種の電子装置３２に電力を供給している。
各種の電源に対して適用できるが、ＬＤＭＳ１０の動作は、航空機に対して適用されている好適な実施形態に従って以下に記述される。
ＬＤＭＳ１０は、電源１６として働く航空機のタービン・エンジンからの補助電源に対して接続されている。
航空機の乗客コンパートメントのビジネス・クラスまたはコーチ・クラスには座席の並びがある。各並びの中の座席の数は、航空機のタイプによって異なっている。この好適な実施形態は、特定のタイプの航空機には限定されない。２つの座席ごとに、１つのパワー・ユニット１４が提供され、それは２つの取出し口をサポートする。異なるタイプの構成も可能であり、同等に好ましい。
電源の初期投入時に、組込みのテスト信号が信号線１２２上でイネーブルされ、マスター・テスト回路４２は、各パワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎのステータスの信号線３０ａ、．．．３０ｎを経由してレポートを受け取る。各パワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎのステータスは、過小電圧、過大電圧が検出されたかどうかを含む。そのようなステータスは、任意のよく知られた手段によってディスプレイ４０上で表示されるか、あるいはマスター・テスト回路４２によってログされる。
他の実施形態においては、パワー・ユニット１４ａは、電源１６に直接接続することができる。この実施形態においては、パワー・ユニット１４ａは、電力分配回路１２には接続されていない。この構成においては、電源利用可能信号線２８ａは、追加の利用できる電力を示すためにジャンパ線などによって連続的に設定されるので、テスト回路７２は、分配回路１２に対してフォールト・ステータスをレポートしない。テスト回路７２は、別のディスプレイ（図示せず）に対して直接にフォールトをレポートすることができる。
１つの好適な実施形態が図１〜３およびパワー・ユニット１４ａを使って以下に説明される。前記のように、パワー・ユニット１４ａは、例として示されており、他のパワー・ユニット１４ｂ、．．．１４ｎも同様に動作する。
ラップトップ・コンピュータ、ゲーム・システムなどの電子装置に電力を供給して欲しいユーザは、プラグ・コネクタをプラグ１０８に挿入し、信号線１１０を経由してスイッチ１０６を動作させる。スイッチ１０６は、電力要求信号線８８上で電力イネーブル回路１００に対して電力要求を送信する。電力イネーブル回路１００は、信号線１０４を経由して外部回路が接続をイネーブルされたかどうかを判定する。ユーザは、有効なクレジット・カードをクレジット・カード・リーダに挿入するが、有効なクレジット・カード番号を入力するよう要求される可能性がある。それによって外部イネーブル回路がトランザクションを有効化し、信号線１０４上でイネーブル信号を電力イネーブル回路１００に対して送る。
ディスプレイ１１２は、ユーザが電力を取り出そうとする前に、電力が利用可能であるかどうかをユーザに対して表示することができる。
また、電力イネーブル回路１００は、電力利用可能信号線２８ａも調べる。電力イネーブル回路は、次の３つの条件がすべて満足されない限り、コンバータ６０に対してイネーブル信号を信号線７８上に発生しない。（１）信号線２８ａを調べることによって電力が利用可能であることが知られている。（２）外部イネーブル回路が信号線１０４上にイネーブル信号を出力している。（３）電力要求が取出し口６８から受信されている。
これらの３つの条件がすべて満足されている時、電力イネーブル回路１００は、イネーブル信号を信号線７８上に出力してコンバータ６０を動作させる。また、内部の時間が活性化される。コンバータ６０の出力が所定の時間内に定格の動作範囲内になかった場合、フォールト信号が電力分配回路１２に対して送られる。
フォールトの発生時に、電力分配回路は、そのフォールトをログし、パワー・ユニット１４ａの電力利用可能信号を信号線２８ａから取り除き、電力イネーブル回路１００は、コンバータ６０の動作を停止させる。ユーザがプラグ１０８から切り離すことによって信号線８８上の電力要求を取り除くと、イネーブルされているパワー・ユニット１４ａに関連付けられた回路がリセットされる。
電力分配回路１２は、パワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力の合計量を監視する。電力センス回路３４ａ、．．．３４ｎのそれぞれがそれぞれのパワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力の量をセンスする。入力４６ａ、．．．４６ｎの合計によって与えられる電力の合計量が最大の負荷リミット値を超えていることを電力コンパレータ３８が判定すると、電力コンパレータは、電力利用可能信号を信号線５０から取り除き、追加の電力が利用できないことを示す。最大負荷リミット値は、電源１６およびＬＤＭＳ１０の各種の電気的コンポーネントが破損され始める値か、あるいは、そのデバイスの許容レベル以下の何らかの安全レベルなどのコンポーネントの許容レベルに設定することができる。
電力コンパレータは、パワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力の合計量を監視し続ける。この電力の合計量が或るヒステリシス・レベル以下に落ちた時、電力コンパレータ３８は、電力利用可能信号をふたたび信号線５０に出力する。そのヒステリシス・レベルは、依然として接続されている電子装置の中の予期されている電流の変動を考慮するための最大負荷リミット値以下である。
電力コンパレータ３８は、ＬＤＭＳ１０によって取り出されている電力の合計量を監視している間、電力センス回路３４ａ、．．．３４ｎは、そのそれぞれのパワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力の量を監視する。電力センス回路１４ａ、．．．１４ｎは、パワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力の量を連続的に測定し、その結果を信号線４６ａ、．．．４６ｎ上に出力することによって動作する。ほぼ同時に、電力センス回路３４ａ、．．．３４ｎも、パワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力の量をそのそれぞれのパワー・ユニットの最大値と比較する。パワー・ユニット３４ａ、．．．３４ｎによって取り出されている電力の量がそのそれぞれのパワー・ユニットの最大値を超えていた場合、電力センス回路３４ａ、．．．３４ｎは、そのそれぞれの回路３６ａ、．．．３８ｎに対してそのリミット値が超過していることを示す。そのそれぞれの信号線４８ａ、．．．４８ｎ上の信号に応答して、回路３６ａ、．．．３６ｎは、そのそれぞれの出力信号線２８ａ、．．．２８ｎから電力利用可能信号を取り除く。
電力センス回路３４ａ、．．．３４ｎは、そのそれぞれのパワー・ユニット１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力の量が電力コンパレータ３８の中で見られるのと同様に動作するヒステリシス値以下に落ちた時、そのリミット値超過信号を取り除く。
信号線５０によって示されているように、電力が利用可能となっていて、そして電力センス回路がそれぞれの入力信号線４６ａ、．．．４６ｎの回路３６ａ、．．．３６ｎ以上にリミット値超過信号がない時、回路３６ａ、．．．３６ｎは、そのそれぞれの出力信号線２８ａ、．．．２８ｎ上に電力利用可能信号を出力する。
したがって、ＬＤＭＳ１０は、限られた電力資源に対して競合している優先度の等しい複数の電子装置に対して、限られた電源が電力を供給できるようにするためのシステムおよび技法を提供する。実際に、システムの最大値を超過するまでは追加の装置を付加することができる。追加の装置は、電力の合計量が規定されたレベルに落ちるまで電力を取り出すことが許されない。指定されたレベルに落ちた時、追加の装置を付加することができる。代わりに、本発明は、電源から取り出されている電力に妨害を与えずに、新しい装置が追加される時に余分の電流を供給するための電流ブースト・システムを提供する。
この分野の技術に熟達した人にとっては、本発明の精神または適用範囲から離れることなしに本発明の中で各種の変更または変形が可能であることは明らかである。したがって、本発明は、本発明の変更および変形が付加されている請求項およびそれぞれと等価な範囲内にある場合には、本発明の変更および変形をカバーすることが意図されている。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
0003810801.tif 000009
【図６Ｂ】
0003810801.tif 000010
【図６Ｃ】
0003810801.tif 000011
【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１５Ｇ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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