CN109391159B - 模块化配电组件 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种模块化配电组件，所述模块化配电组件包括：第一功率模块和一组第二功率模块，所述第一功率模块具有电力输入、延伸穿过所述第一功率模块的第一孔，以及在所述第一孔处的第一母线连接器；所述一组第二功率模块具有相应的电力开关，延伸穿过所述一组第二功率模块的第二孔，以及在所述第二孔处的第二母线连接器，其中，所述第一功率模块和所述一组第二功率模块具有附连接口，所述附连接口适于将所述第一功率模块以物理方式固定到所述一组第二功率模块。

Description

模块化配电组件
技术领域
本申请涉及电力系统，尤其涉及配电组件。
背景技术
电力系统，例如在飞机配电系统中所发现的那些，采用例如发电机的发电系统或电源来生成电力，从而对电气负载(例如飞机的系统和子系统中的负载)供电。当电力穿越电力母线以将电力从电源递送到电气负载时，遍及电力系统分散的配电节点确保递送到电气负载的电力满足针对所述负载设计的电力标准。配电节点可例如进一步提供升压或降压电力转换、直流电(DC)-交流电(AC)电力转换或AC-DC电力转换，或用于选择性地启用或禁用到特定电气负载的电力递送的开关操作，所述开关操作取决于例如可用配电供应、电气负载功能性的关键性或例如起飞、巡航或地面操作等飞机操作模式。
典型的配电节点包括一个或多个机架组件，机架组件用于包括例如提供前述的转换或开关功能的许多电子卡。机架组件通常不被优化地包含于最小的可配置安装体积内，导致机架组件比需要的更大，并导致未使用的或未充分利用的部件。
发明内容
在一方面，本公开涉及一种模块化配电组件，包括：第一功率模块，所述第一功率模块具有电力输入、延伸穿过所述第一功率模块的第一孔、以及在所述第一孔处的第一母线连接器；以及一组第二功率模块，所述一组第二功率模块具有相应的电力开关、延伸穿过所述一组第二功率模块的第二孔、以及在所述第二孔处的第二母线连接器。所述第一功率模块和所述一组第二功率模块具有附连接口，所述附连接口适于将所述第一功率模块以物理方式固定到所述一组第二功率模块，并且其中，以物理方式固定所述第一功率模块和所述一组第二功率模块将一组第一孔和第二孔对准以通过其接收连续母线。
在另一方面，本公开涉及一种模块化配电设备，包括：第一端模块和第二端模块，所述第一端模块或所述第二端模块的至少一个具有端模块通信接口、电源或处理器的至少一个；以及至少一个开关模块，所述至少一个开关模块具有开关模块电力接口，所述开关模块电力接口被配置成通过母线连接器电连接至另一开关模块；并具有开关元件、输入/输出连接器和开关模块通信接口。所述母线连接器包括孔，所述孔通过所述至少一个开关模块延伸，并适于在与所述开关元件连接的弹簧式连接器中接收母线。
本申请技术方案1涉及一种模块化配电组件，包括：
第一功率模块，所述第一功率模块具有电力输入、延伸穿过所述第一功率模块的第一孔，以及在所述第一孔处的第一母线连接器；以及
一组第二功率模块，所述一组第二功率模块具有相应的电力开关、延伸穿过所述一组第二功率模块的第二孔、以及在所述第二孔处的第二母线连接器；
其中，所述第一功率模块和所述一组第二功率模块具有附连接口，所述附连接口适于将所述第一功率模块以物理方式固定到所述一组第二功率模块，并且其中，以物理方式固定所述第一功率模块和所述一组第二功率模块将一组第一孔和第二孔对准以通过其接收连续母线。
本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的模块化配电组件，其中，所述第一功率模块和所述一组第二功率模块包括配准的相应的一组附连接口。
本申请技术方案3涉及根据技术方案2所述的模块化配电组件，其中，所述第一功率模块和所述一组第二功率模块能够通过所述附连接口机械连接。
本申请技术方案4涉及根据技术方案1所述的模块化配电组件，其中，所述第一孔和所述第二孔是配准的。
本申请技术方案5涉及根据技术方案4所述的模块化配电组件，其还包括与所述第一孔和所述第二孔配准的一组非导电绝缘体。
本申请技术方案6涉及根据技术方案5所述的模块化配电组件，其中，所述一组绝缘体尺寸确定为相对于所述第一孔和所述第二孔保持所述第一孔和所述第二孔或所述第一母线连接器和所述第二母线连接器的至少一种情况之间的轴向间距。
本申请技术方案7涉及根据技术方案1所述的模块化配电组件，其还包括通过所述第一孔和所述第二孔接收的并与所述第一母线连接器和所述第二母线连接器连接的连续母线。
本申请技术方案8涉及根据技术方案1所述的模块化配电组件，其中，所述第一母线连接器或所述第二母线连接器的至少一个是弹簧式连接器。
本申请技术方案9涉及根据技术方案1所述的模块化配电组件，其还包括母线，所述母线通过所述第一孔和所述第二孔轴向地接收并与所述第一母线连接器和所述第二母线连接器导电连接，其中，所述母线将所述电力输入连接至所述一组第二功率模块电力开关。
本申请技术方案10涉及根据技术方案9所述的模块化配电组件，其中，所述母线相对于所述第一功率模块或所述第二功率模块的至少一个是键控的。
本申请技术方案11涉及根据技术方案10所述的模块化配电组件，其中，只有在定向为与对应的键控第一孔、第二孔、第一母线连接器或第二母线连接器的至少一个配准时，才能够接收键控母线。
本申请技术方案12涉及根据技术方案9所述的模块化配电组件，其中，所述母线具有圆形横截面。
本申请技术方案13涉及一种模块化配电设备，包括：
第一端模块和第二端模块，所述第一端模块或所述第二端模块的至少一个具有端模块通信接口、电源或处理器的至少一个；以及
至少一个开关模块，所述至少一个开关模块具有开关模块电力接口，所述开关模块电力接口被配置成通过母线连接器电连接至另一开关模块；并具有开关元件、输入/输出连接器和开关模块通信接口；
其中，所述母线连接器包括孔，所述孔延伸穿过所述至少一个开关模块，并适于在与所述开关元件连接的弹簧式连接器中接收母线。
本申请技术方案14涉及根据技术方案13所述的模块化配电设备，其中，所述第一端模块、所述第二端模块和所述至少一个开关模块包括配准的相应一组附连接口。
本申请技术方案15涉及根据技术方案14所述的模块化配电设备，其中，所述第一端模块、所述第二端模块和所述至少一个开关模块能够通过所述附连接口机械连接。
本申请技术方案16涉及根据技术方案15所述的模块化配电设备，其还包括与所述至少一个开关模块孔配准的一组非导电绝缘体。
本申请技术方案17涉及根据技术方案13所述的模块化配电设备，其还包括至少两个开关模块和母线，所述母线通过所述至少两个开关模块孔轴向地接收并与所述弹簧式连接器导电连接。
本申请技术方案18涉及根据技术方案17所述的模块化配电设备，其中，所述母线相对于所述至少两个开关模块的至少一个是键控的。
本申请技术方案19涉及根据技术方案18所述的模块化配电设备，其中，只有在定向为与对应的键控开关模块孔或开关模块弹簧式连接器的至少一个配准时，才能够接收键控母线。
本申请技术方案20涉及根据技术方案17所述的模块化配电设备，其中，所述母线具有圆形横截面。
附图说明
在附图中：
图1是根据本文中所描述的各个方面的飞机和飞机的配电系统的俯视图。
图2是根据本文中所描述的各个方面的飞机和图1的配电系统的配电节点的示意图。
图3是根据本文中所描述的各个方面用于配电节点的模块化配电组件的分解等距视图。
图4是根据本文中所描述的各方面的图3的配电组件组装后的示意剖视图。
图5是根据本文中所描述的各方面的图4的配电组件组装后的横截面图。
具体实施方式
本公开的所描述的方面涉及与模块化配电组件相关联的方法和组件。其中可使用这种方法和设备的一个实例环境包括但不限于用于飞机的配电系统。虽然本说明书主要是针对用于飞机的配电系统，但是其也可适用于使用其中接收输入电力的基于结点的配电系统的任何环境，所述输入电力在(必要时)例如转换或修改和配电时作用于一个或多个电气负载。
虽然将描述“一组”各种元件，但应了解，“一组”可包括任何数目的相应元件，包括仅一个元件。对于元件使用术语“近侧”或“最接近”指代相比另一个部件相对更靠近所述元件的部件。如本文中使用的术语“轴向”或“轴向地”指沿所描述的部件例如母线导体的纵向轴线的维度。
另外，虽然可在本文中使用例如“电压”、“电流”和“电力”的术语，但对所属领域的技术人员将明显的，当描述电路的方面或电路操作时，这些术语可以是可互换的。非限制性示例配电总线连接或断开连接可借助于开关、总线联络逻辑或被配置成启用或禁用总线下游的电负载的通电的任何其它连接器来启用或操作。
所有方向性参考(例如径向、轴向、上部、下部、向上、向下、左边、右边、横向、前方、后方、顶部、底部、上方、下方、垂直、水平、顺时针、逆时针)仅用于指认的目的以帮助读者对本发明的理解，且并不产生具体来说关于其位置、定向或使用的限制。除非另外指明，否则连接参考(例如，附接、耦合、连接和接合)应在广义上来解释，且可以包括一系列元件之间的中间构件以及元件之间的相对移动。因而，连接参考不一定推断两个元件直接连接且彼此成固定关系。在非限制性实例中，连接或断开连接可被选择性地配置以提供、启用、停用或类似地操作相应元件之间的电连接。
如本文所使用的，“系统”或“控制器模块”可以包括至少一个处理器和存储器。存储器的非限制性实例可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存存储器或例如光盘、DVD、CD-ROM等的一种或多种不同类型的便携式电子存储器，或这些类型的存储器的任何合适组合。处理器可被配置以运行任何合适的程序或可执行指令，其被设计成进行各种方法、功能性、处理任务、计算等等，以实现或达成技术操作或本文中所描述的操作。程序可以包括计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这类机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。通常，这样的计算机程序可以包括具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果的例程、程序、对象、组件、数据结构、算法等。
如本文所使用的，可控开关元件或“开关”是可受到控制从而在第一工作模式和第二工作模式之间切换的电设备，在第一工作模式中，开关“闭合”，其意在将电流从开关输入传输至开关输出，在第二工作模式中，开关“断开”，其意在避免电流在开关输入和开关输出之间传输。在非限制性示例中，可以有选择地配置连接或者断开连接(例如，由可控开关元件启用或禁用的连接)，从而对相应元件之间的电连接予以提供、启用或者禁用等。
本公开的各方面可以在具有开关的任何电路环境中实施。可包括本公开的各方面的电路环境的一个非限制性实例可包括飞机电源系统架构，其使得从涡轮发动机优选是燃气涡轮发动机的至少一个转轴产生电功率，并将电功率通过至少一个例如固态功率控制器(SSPC)开关器件的固态开关传递到一组电气负载。SSPC的一个非限制性示例可以包括基于碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)的高电力开关。可以基于SiC或GaN的固态材料构造、它们以较小且较轻的形状因子处理高电压和大电力水平的能力以及它们极快速地执行电操作的高速开关能力而对SiC或GaN加以选择。可以包括额外的开关设备或额外的硅基电力开关。
示范性附图仅仅是出于说明的目的，且本发明的附图中反映的尺寸、位置、次序和相对大小可变化。
如图1所示，示出的飞机10具有至少一个燃气涡轮发动机，示出为左发动机系统12和右发动机系统14。或者，电力系统可以具有更少或附加的发动机系统。左发动机系统12和右发动机系统14可基本上相同，并且还可包括至少一个电源，例如电机或发电机18。还示出了飞机具有一组耗电部件或电气负载20，例如，致动器负载、飞行关键负载和非飞行关键负载。电气负载20通过配电系统而与发电机18中的至少一个电联接，所述配电系统包括例如输电线22或母线以及配电节点16。应了解，图1的本公开的所说明的方面仅是配电系统的一个非限制性实例，而且本公开可以设想除了所示出的之外的很多其他可能的方面和配置。此外，图1中所描绘的各种部件的数目和放置同样是与本申请相关联的方面的非限制性实例。
在飞机10中，操作中的左发动机系统12和右发动机系统14提供机械能，通常可通过转轴提取所述机械能从而为发电机18提供驱动力。发电机18继而生成电力，例如AC或DC电力，且向输电线22提供生成的电力，所述输电线22将电力递送到遍及飞机10安置的配电节点16。配电节点16通过传输线22接收AC或DC电力，并且可按需要提供切换、电力转换或配电管理功能以便向电气负载20提供用于负载操作所需的电力。
示例配电管理功能可包括但不限于取决于例如可用配电供应、电气负载20功能性的关键性或例如起飞、巡航或地面操作的飞机操作模式来选择性地启用或停用到特定电气负载20的电力输送。为了方便图示和理解，配电节点16显示为与单个电气负载20选择性耦连。本公开的各方面可包括配电节点16，其与一组电气负载20选择性耦连，其中，配电节点16可选择性启用或停用将电力递送到个别电气负载20或其子集，如本文中描述的。另外，配电节点16的全部或子集还可被并入(未示出)以便在单个节点16失效或故障的情况下提供冗余电力供应。
可包括额外管理功能。此外，可包括用于对电气负载20供电的额外电源，例如应急电源、冲压空气涡轮系统、起动机/发电机或电池组，且它们可代替电源。应了解，虽然本发明的一个方面示出在飞机环境中，但本发明不限于此且一般应用到非飞机应用，例如其它移动应用和非移动工业、商业和住宅应用中的电力系统。
图2示意性图示了图1的配电节点16。如所示，配电节点16可包括模块化配电设备或模块化配电组件24，其在一个或多个端模块28之间具有一组开关模块26。在图示的方面，配电节点16包括第一端模块28，其显示为公共控制模块30；和相对的第二端模块28，其可包括端板32或实体盖。公共控制模块还可包括一组子部件或子系统，包括但不限于通信接口控制器34、处理器38和存储器40。
在配电节点16的一个非限制性方面，一组开关模块26可包括第一开关模块42、第二开关模块44、第三开关模块46、第四开关模块48、第五开关模块50、第六开关模块52和第七开关模块54。本公开的各方面可包括，其中，一组开关模块26中的每一个基本上是相同的，即有相似的构造和组成。替代性地，一组开关模块26可包括相似构造和组成的至少两个子集。一组开关模块26的相似度可实现更快、更容易或更高效的维修操作。
以共同的物理对准显示个别开关模块42、44、46、48、50、52、54，例如，一组开关模块26的纵向方向与相邻的开关模块26平行，或者其中，一组开关模块26串联地或者成串地布置。一组开关模块26的每个模块42、44、46、48、50、52、54可包括至少一个开关模块电力接口56、至少一个输入/输出连接器58、开关模块通信接口60和开关元件62。
在一个非限制性实例中，每个模块42、44、46、48、50、52、54可包括两个电力接口56，这两个电力接口56在模块42、44、46、48、50、52、54的相对的纵向端示意性图示。同样，在另一非限制性实例中，每个模块42、44、46、48、50、52、54可包括两个输入/输出连接器58，这两个输入/输出连接器58在模块42、44、46、48、50、52、54的相对的纵向端示意性示出。每个相应的模块42、44、46、48、50、52、54的开关模块通信接口60可共同限定公共控制接口60，公共控制接口60还可与公共控制模块30的通信接口控制器34通信耦连。
输入/输出连接器58的至少子集可个别地与至少一个电气负载20电耦连。例如，第三开关模块46、第四开关模块48和第五开关模块50分别显示为具有与对应的开关元件62通过对应的输入/输出连接器58耦连的电气负载20。尽管只有一个输入/输出连接器58与开关模块26的子集耦连，但本公开的非限制性方面可包括，其中，开关模块26可包括一组输入/输出连接器58，或者其中，一组电气负载20与一个输入/输出连接器58电耦连。换种方式讲，单个开关模块26可包括一组电耦连电气负载20和一组输入/输出连接器58。还可包括这些方面，其中，开关模块26可包括与每个输入/输出连接器58对应的开关元件62。
开关元件62的各方面可包括电力开关，例如，固态功率控制器，固态开关或者晶体管，例如基于碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)的电力开关。开关元件62的附加非限制性实例可包括无极性开关元件62。固态开关的另外的非限制性实例可包括也能够高速切换的硅基电力开关。
电力接口56可以被配置成例如将相应的模块42、44、46、48、50、52、54的开关元件62电耦连到相同模块42、44、46、48、50、52、54的至少一个输入/输出连接器58。另外或者替代性地，电力接口56可以被配置成接收导体64，例如，母线连接器。可选择导体64以例如实现相应模块42、44、46、48、50、52、54的电力接口56到另一模块42、44、46、48、50、52、54的至少一个电力接口56的电连接。例如，如所示，一个导体64将相应的电力接口56电连接在第一开关模块42和第二开关模块44之间。同样，另一导体64将相应的电力接口56电连接在第二开关模块44、第三开关模块46、第四开关模块48、第五开关模块50和第六开关模块52之间。可基于期望的配置，即一组模块26的期望的电耦连，选择导体64的长度。另外，可以选择电力接口56或导体64的配置，例如，输入/输出连接器58可与相应的开关元件62在有导体64或无导体64的情况下电耦连。
尽管未图示，但开关模块26的各方面可以可选地包括附加的电力电子部件，其被配置成例如提供或启用电力转换操作(例如，AC到DC转换，DC到AC转换，第一DC电力到第二DC电力等)，以取决于例如可用的配电供应，电气负载功能的关键性或例如起飞、巡航或地面操作的飞机操作模式，选择性启用或停用将电力递送到一个或多个特定的电气负载20。
配电节点16或配电组件24的各方面可被选择性或电耦连至飞机10的附加电力元件。例如，第一开关模块42显示为还与另一配电节点16通过在输入/输出连接器58处接收的传输线电耦连。如所示，第七开关模块54可与发电机18通过在输入/输出连接器58处接收的传输线22电耦连。尽管示出了相应的配电节点16和发电机18，但本公开的各方面可包括与另一配电节点16电耦连的输入/输出连接器58，一组配电节点16，或者至少一个供电元件，例如，发电机18、辅助发电机、紧急电源或其组合。
如果另一配电节点16或发电机18将电力供应到配电节点16或配电组件24，则输入/输出连接器58可作为输入连接器58操作以接收供应的电力。相反，如果输入/输出连接器58正将电力供应至另一配电节点16或供应至发电机18(例如，用于起动起动器/发电机的操作)，则连接器58正作为输出连接器58操作以递送电力。本公开的各方面可包括操作配电节点16、配电组件24、开关元件62或其组合，使得输入/输出连接器58可操作地在接收输入电力或将输出电力供应至例如负载之间切换，或者平衡电流或在电源和电气负载20之间提供电力冗余。
公共控制模块30或处理器38可以被配置成控制配电节点16或配电组件24的有效操作。在此意义上，公共控制模块30或处理器38能够可操作地控制一组开关模块26以选择性启用或停用穿越第一电连接(即第一供电或“热”电力接口56或输入连接器58)将电力供应至另一电连接(即相对的电力接口56或输出连接器58)。公共控制模块30或处理器38通过通信接口控制器34和通信接口60选择性操作相应的开关元件62，可操作地控制一组开关模块26。本公开的各方面可包括，其中，处理器38可包括通信接口控制器34。
公共控制模块30的存储器40可存储一组操作控制简档或程序，以配置或操作配电节点16、配电组件24或其组合。存储器40可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、快闪存储器或一个或多个不同类型的便携式电子存储器(例如磁盘、DVD、CD-ROM等)，或这些类型的存储器的任何合适组合。公共控制模块30或处理器38可以可操作地与存储器40耦连，使得公共控制模块30和存储器40中的一个可以包括计算机程序的全部或一部分，所述计算机程序具有用于控制前述部件的操作或操作前述部件的方法的可执行指令集。程序可以包括计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这类机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。通常，这样的计算机程序可以包括具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果的例程、程序、对象、组件、数据结构、算法等。
机器可执行指令、相关联数据结构和程序表示如本文中所公开的用于执行信息交换的程序代码的实例。机器可执行指令可包括例如使通用计算机、专用计算机、公共控制模块30或专用处理机器执行某一功能或功能组的指令和数据。在实施中，所述功能可以转换成包括可由处理器38执行的一组可执行指令的计算机程序。
因此，公共控制模块30或处理器38可以被配置成通过独立地控制模块26的对应一组开关元件62，有效地控制一组模块26的操作(例如，通过通信接口控制器34或通信接口60)。在此意义上，一组模块26的个别的开关元件62可独立地控制启用或停用将电力供应至耦连的电气负载20。
图3图示了本公开的一方面的非限制性等距视图，其中，配电组件24被分解以图示公共控制模块30和一组开关模块26之间的互连的一部分。如所示，公共控制模块30和一组开关模块26的每一个可包括至少一个通信总线调整片70，其从要在相邻模块26的对应通信总线槽(未示出)中接收的相应的模块30、26垂直地延伸。总体上，通信总线调整片70可操作地限定通信接口60，如上面解释的。在此意义上，每个通信总线调整片70和对应的通信总线槽可以被配置成实现与配置的模块26、30的每一个的通信，包括数据包、数据消息、可操作指令等等的传输和接收。尽管通信接口60显示为具有独立的通信总线调整片70，但本公开的非限制性方面可包括，其中，通信接口60包括通过配电组件24的连续总线。
在一个非限制性实例配置中，模块26、30可包括一组通信总线调整片70(以及对应的通信总线槽)，以提供或限定一组通信接口60，提供通信接口60的冗余，或者其中，第一通信接口60提供与第二通信接口60(例如，第一个发送数据，而第二个返回数据等)不同的功能。本公开的另外的非限制性方面可包括，其中，在不必需或不需要通信总线调整片70促进通信接口60与下一相邻的例如端板32的模块或元件通信时，可选择性移除通信总线调整片70。
图3还图示了导体64的非限制性配置，其被配置成或选择为在配电组件24的模块26、30的预定子集之间延伸。尽管图示了两个电力接口56，但可包括任何数目的电力接口56。而且，将要理解，与图示的实例相比，可以替代性位置或配置设置电力接口56或导体64的对准和放置。一组电力接口56可类似地位于每个模块上26、30，且可被配准地确定大小、成形、配置、布置以接收公共导体64或一组导体64。在另一非限制性实例中，电力接口56、导体64或其组合可类似地是键控的(keyed)，使得当模块26和导体64被适当地定位和对准时，导体64只由一组模块26、30接收。
图3的非限制性图示方面另外图示了类似地位于每个模块26、30上的附接接口72，例如，一组附接点。如所示，附接接口72可以被配准地确定大小、成形、配置以接收公共附接件74，例如被配置成将配电组件24以物理方式固定在一起的杆。为了理解，图示了单个公共附接件74，但本公开的各方面根据需要可包括一组公共附接件74。例如，一组附接件74可包括，其中，每个个别的附接件将至少两个相邻的模块26、30的子集以物理方式固定在一起。
本公开的各方面还可包括，其中，模块26、30以类似方形的配置之外的替代性几何形状(例如，圆形、三角形、梯形等)配置。在这种替代性配置中，附接接口72或公共附接件74的位置可对应地定位在拐角、一个或多个轴线或相对于几何配置的位置处，使得配电组件24可以物理方式固定在一起，如本文中描述的。本公开的可替代非限制性方面可包括，其中，附接接口72和公共附接件74配置有机械固定机构，例如，相应的螺杆机构，以实现配电组件24的固定。可包括替代性固定机构。例如，附接接口72或公共附接件74的至少一个可包括定位销，其用于物理固定目的或对准目的，或者相邻的模块26、30之间的密封。
图4图示了图3的配电组件124组装后的示意剖视图。组装后的配电组件124类似于配电组件24；因此，相似部分将使用相似编号加100来标识，且应了解除非另外指出，否则对配电组件24的相似部分的描述适用于组装后的配电组件124。为了便于理解和解释，一个不同是图4的等距视图图示了电力接口56和导体64更靠近组装后的配电组件124的边缘或一侧。如所示，开关模块126可包括相应的外壳176，其被剖开，以图示电力接口56、输入/输出连接器58和电力电子衬底，例如印刷电路板(PCB)180。本公开的非限制性方面可包括，其中，电力电子衬底、PCB 180等可支撑或包括本文中描述的相应的开关元件62。本公开的另外的非限制性方面可包括，其中，PCB 180包括用来如本文中描述的操作的任何其它电力电子器件。
在非限制性实例中，输入/输出连接器58可与相应的外壳176通过电绝缘体188电隔离。
相应的开关模块126的电力接口56可包括限定开关模块126的开口的孔178、通过其延伸的外壳176等。总体上，一组开关模块126的一组孔178限定用于配电组件124的适于或被配置成通过其接收例如电力母线的连续或直导体64的连续对准。电力接口56的非限制性方面可包括至少一个电绝缘元件，显示为第一绝缘元件184和第二绝缘元件186。除了将导体64与一组开关模块126的一组外壳176电绝缘之外，绝缘元件184、186的非限制性方面可包括或者可以被配置成提供相邻的开关模块126、外壳176等之间的轴向间距或维持该轴向间距。在另一非限制性实例中，一组绝缘元件184、186的布置可适于或允许当导体64由电力接口56或通过一组孔178接收时对准导体64。在非限制性实例中，孔178、电力接口56或导体64的至少一个是键控的，以用于定向接收，绝缘元件184、186的至少一个也可以可选地是键控的。
一组模块126的每一个还可包括导电连接器，导电连接器适于与导体64连接以保持与导体64的电接触，导体64例如弹簧式连接器189、百叶窗式连接器或具有触点的任何直通连接器。如所示，形式为弹簧式连接器189的一个这种导电连接器可以被配置成或适于通过中心开口接收导体64，同时与导体64进行导电接触。在一个非限制性实例中，导电连接器可以关于导体64是环形的。导电连接器还可与PCB 180或电力开关通过接触点182电连接。
在另一非限制性实例中，一组功率模块126可包括相应的一组散热元件或散热器190，图示为翅片，用于主动或被动冷却电力开关或PCB 180。散热元件的另外的非限制性实例可包括散热片、散热管等等。散热元件可以被配置成使得需要时使冷却空气或冷却剂通过散热元件86，以实现期望的冷却过程，期望的冷却分布或期望的操作条件。
如所示，本公开的非限制性方面可包括，其中，导体64通常是具有圆形横截面的圆柱形杆，其中，导体64由正交于一组模块126的至少一个的主纵向平面的电力接口56接收。在此实例中，一组模块126可以被平行地对准，使得与一组模块126垂直地接收导体64。绝缘体184、186，电力接口56，孔178等的至少子集还可与导体64的几何横截面形状或轮廓对应，使得可通过其接收导体。尽管在本文中描述和图示了导体64的基本上圆形的横截面，但导体64，及对应的绝缘体184、186，电力接口56、孔178等的非限制性方面可具有替代性几何横截面、轮廓、形状等。
图5图示了根据本公开的另一方面组装后的配电组件224的示意横截面视图。组装后的配电组件224类似于配电组件24、124；因此，相似部分将使用相似编号加200来标识，且应了解除非另外指出，否则对配电组件24、124的相似部分的描述适用于组装后的配电组件224。与前面提到的一组开关模块126相比，一个不同是组装后的配电组件224包括具有不同形式但相似电力接口256连接的一组开关模块226、292。
如所示，开关模块226、292或模块外壳276的至少子集可包括一组电力电子衬底，例如，PCB 280，并显示为两个PCB 280。另一个不同是在一组功率模块226、292之间散热器290可变化。组装后的配电组件224可包括相应的一组孔278、电绝缘子288和适于与导体64连接的导电连接器，例如，弹簧式连接器289或百叶窗式连接器，其可基本上类似于本公开的之前描述的方面操作。在本公开的非限制性实例中，电绝缘子可包括或可以被配置成提供相邻的开关模块226、292，外壳276，PCB 280等之间的轴向间距或维持该轴向间距。
本发明涵盖除了上图中所示出的方面和配置之外的许多其它可能的方面和配置。例如，本公开的一个方面考虑了一种配置，其中，两个端模块28可包括公共控制模块30，以实现例如控制开关模块的冗余。另外，在配电节点16或配电组件24中可包括任何数目的开关模块26，且所述开关模块26可基于例如AC或DC电力的配电要求，例如电压电平的电力输出，电气负载20的关键性，例如电流汲取等的负载或电流平衡等布置或组装。在另一实例配置中，一组开关模块或开关模块的子集可被电并联地设置，以执行附加或替代性配电或开关操作。在又一配置中，输入/输出连接器58可被选择性启用或配置以只在输入或输出模式之一操作。在另一非限制性方面，一个或多个电压转换器模块可与电输出或电气负载20直接连接。类似地，在另一非限制性方面，一个或多个电压转换器模块可与电力输入例如发电机18直接连接。
在再一配置中，一组模块26、30的物理配置可以是键控的或被布置成使得配电组件24只可以一个已知的布置被适当地耦连、组装或操作以防止不正确的组装或操作。例如，公共附接件74、通信总线调整片70或电力接口56的至少一个可以是键控的或布置成提供已知的组件定向。在又一布置中，提供双向或双极开关的两个开关模块26的上述的配置可用单个开关模块26取代，单个开关模块26被配置成提供配电节点16或配电组件24之间的双向或双极开关以及更大的配电网络。在本公开的又一方面，第一配电组件24的公共控制模块30可与至少另一配电组件24的至少一个另一公共控制模块30通信耦连，使得配电网络可在网络上共享控制、感知、状态或误差。
本文中公开的各方面提供了用于在配电网络中通过组装模块化和可扩展配电和转换组件，分配电力的方法和组件。上面描述的各方面的技术效果是可根据需要或按需设计模块化配电节点或组件，以操作到电气负载的电力开关功能，或者如本文中描述的功率转换和另外的开关功能。在上面的各方面可以实现的一个优点是针对特定的配电需求的定制可降低所述配电节点中包括的不必要部件的数目。在另一方面，在一组功率模块之间可利用直通电力连接器的使用，以促进将多个相邻模块与均匀导体截面的总线共同连接。
在另一方面，上述的各方面在将来自电源的总线与一组模块连接时，可减少机械连接(例如，螺栓、螺杆等)的使用。由于减少了可能随时间磨损的机械部件，机械连接的减少提高了可靠性。通过消除机械部件，可实现附加空间和重量的节省。
而且，可选择配电组件本身以只提供有限数目的电力输出，包括针对特定的节点操作所需的预期数目的电气负载定制的不相似的电力输出特性(通过电力转换器模块)。因此，本公开的各方面使得优化每个节点安装的部件尺寸和电力转换操作。通过减少部件的数目，并减少总安装节点体积，本公开的上述各方面具有相比常规配电系统的优异的重量和尺寸优势。
上述方面的另一优势是通过减少不必要部件的数目可减少所述配电组件或节点的成本。而且，系统的减少数目的零件使配电系统、配电组件或节点内在地更加可靠。上面描述的各方面的又一优点是配电组件的较小的安装体积可以允许更靠近被节点提供服务的电气负载安装组件。此更靠近的接近度导致与组件输出的互连传输线长度的降低，因此导致由于布线的对应重量降低。电力转换功能还可允许在不必包括外部电力转换组件下更靠近电气负载安装组件。还可通过在系统中使用较小转换器定制电力转换功能，以在允许由于较小电力转换带来的最小冷却的同时，最小化在设置位置的过度供电。而且，通过使用较小的转换器，可包括中断更少、所需体积更小或热要求更低的电力转换的冗余。
又一附加优点可包括由于配电节点与电气负载的接近度最小化的电线重量，设计和使用电力电子器件的更大的灵活性，模块化构造和可重使用的模块带来的降低的工程、开发、测试和验证劳动和成本。另外，通过减少将电力总线电连接至配电节点或PCB的电力接口的数目，进一步降低热损耗的量。电力总线与PCB的接近度以及降低的总线长度进一步降低了热损耗。
当设计飞机部件时，所要解决的重要因素是大小、重量和可靠性。上文所描述的配电组件重量更轻、大小更小、性能更高、系统可靠性更强。较少数目个部件和减少的维护将使得产品成本和操作成本降低。在飞行期间，重量和大小的减小与竞争性优点相关。
在未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。一个特征可能未在所有方面中示出并不意味着应被认作不能示出所述特征，而是为了简化描述才未示出。因此，不同方面的各种特征可以根据需要混合和匹配以形成新的方面，不管新方面是否被明确描述。本发明涵盖本文所描述的特征的所有组合或排列。
本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本公开的可获专利的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种模块化配电组件，包括：
第一功率模块，所述第一功率模块具有电力输入、延伸穿过所述第一功率模块的第一孔，以及在所述第一孔处的第一母线连接器；以及
一组第二功率模块，所述一组第二功率模块具有相应的电力开关、延伸穿过所述一组第二功率模块的第二孔、以及在所述第二孔处的第二母线连接器；
其中，所述第一功率模块和所述一组第二功率模块具有附连接口，所述附连接口适于将所述第一功率模块以物理方式固定到所述一组第二功率模块，并且其中，以物理方式固定所述第一功率模块和所述一组第二功率模块将一组第一孔和第二孔对准以通过其接收连续母线。
2.根据权利要求1所述的模块化配电组件，其中，所述第一功率模块和所述一组第二功率模块包括配准的相应的一组附连接口。
3.根据权利要求2所述的模块化配电组件，其中，所述第一功率模块和所述一组第二功率模块能够通过所述附连接口机械连接。
4.根据权利要求1所述的模块化配电组件，其中，所述第一孔和所述第二孔是配准的。
5.根据权利要求4所述的模块化配电组件，其还包括与所述第一孔和所述第二孔配准的一组非导电绝缘体。
6.根据权利要求5所述的模块化配电组件，其中，所述一组绝缘体尺寸确定为相对于所述第一孔和所述第二孔保持所述第一孔和所述第二孔或所述第一母线连接器和所述第二母线连接器的至少一种情况之间的轴向间距。
7.根据权利要求1所述的模块化配电组件，其还包括通过所述第一孔和所述第二孔接收的并与所述第一母线连接器和所述第二母线连接器连接的连续母线。
8.根据权利要求1所述的模块化配电组件，其中，所述第一母线连接器或所述第二母线连接器的至少一个是弹簧式连接器。
9.根据权利要求1所述的模块化配电组件，其还包括母线，所述母线通过所述第一孔和所述第二孔轴向地接收并与所述第一母线连接器和所述第二母线连接器导电连接，其中，所述母线将所述电力输入连接至所述一组第二功率模块电力开关。
10.根据权利要求9所述的模块化配电组件，其中，所述母线相对于所述第一功率模块或所述第二功率模块的至少一个是键控的。
11.根据权利要求10所述的模块化配电组件，其中，只有在定向为与对应的键控第一孔、第二孔、第一母线连接器或第二母线连接器的至少一个配准时，才能够接收键控母线。
12.根据权利要求9所述的模块化配电组件，其中，所述母线具有圆形横截面。
13.一种模块化配电设备，包括：
第一端模块和第二端模块，所述第一端模块或所述第二端模块的至少一个具有端模块通信接口、电源或处理器的至少一个；以及
至少一个开关模块，所述至少一个开关模块具有开关模块电力接口，所述开关模块电力接口被配置成通过母线连接器电连接至另一开关模块；并具有开关元件、输入/输出连接器和开关模块通信接口；
其中，所述母线连接器包括孔，所述孔延伸穿过所述至少一个开关模块，并适于在与所述开关元件连接的弹簧式连接器中接收母线。
14.根据权利要求13所述的模块化配电设备，其中，所述第一端模块、所述第二端模块和所述至少一个开关模块包括配准的相应一组附连接口。
15.根据权利要求14所述的模块化配电设备，其中，所述第一端模块、所述第二端模块和所述至少一个开关模块能够通过所述附连接口机械连接。
16.根据权利要求15所述的模块化配电设备，其还包括与至少一个开关模块孔配准的一组非导电绝缘体。
17.根据权利要求13所述的模块化配电设备，其还包括至少两个开关模块和母线，所述母线通过至少两个开关模块孔轴向地接收并与所述弹簧式连接器导电连接。
18.根据权利要求17所述的模块化配电设备，其中，所述母线相对于所述至少两个开关模块的至少一个是键控的。
19.根据权利要求18所述的模块化配电设备，其中，只有在定向为与对应的键控开关模块孔或开关模块弹簧式连接器的至少一个配准时，才能够接收键控母线。
20.根据权利要求17所述的模块化配电设备，其中，所述母线具有圆形横截面。
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