JP2008502294A - 航空機に適用可能な回路不均衡検出及び回路断続器並びにそのパッケージング - Google Patents

Abstract

航空機に適用可能な回路不均衡検出及び回路断続器は、電流不均衡が感知されたときに電気回路を遮断する。電流不均衡検出及び回路断続器は、ハウジング、電源、電気回路のライン再度で電流不均衡を感知するセンサシステム、論理コントローラ、及び予測される電流レベルでキャリーブレーク及びメークキャリーブレークタイプの接地事故状況に耐えることができる接点を有する電力リレーを含む電力コントローラを含んでいる。パワーアップにおいて装置は、リレー接点のいずれもが閉じられた位置において故障していないことを確かめるため、及び、リレーコイルを制御するスイッチングＦＥＴが短絡しているかどうかをチェックするためのテストを実行する。

Description

本発明は、概して、電気的制御システムに関し、より詳細には、電流不均衡が感知されたときに負荷に対する電力を切断する飛行機の電気制御システムに関する。

[関連出願]
これは、２００１年２月１日に出願され、現在の特許第６，５８３，９７５号である出願番号０９／７７５，３３７号の一部係属出願の出願番号０９／９５４，４７４号であって、２００１年９月１４日に出願され、現在の特許番号６，６１８，２２９号である出願番号０９／９５４，４７４号の分割出願である、２００３年７月１日に出願された出願番号１０／６１１，２１８号の一部継続出願である。

電気機械技術において、電流不均衡は、燃料ポンプ内でのアークの発生など悲惨な結果に繋がり得る重要な問題を指示している。燃料ポンプは、多くの場合、容器から燃料を直接ポンピングするために燃料容器内に収容されるので、燃料ポンプ内のアークの発生は、燃料−空気混合物の爆発及び続いて起こる燃料容器の破壊に繋がり、破局的であり得る。そのような発生の重大性に照らして、他の関連する問題と共にこのタイプのアークの発生を抑制し得る装置又は方法が必要とされる。現在では、飛行機に利用されている共通タイプの回路保護装置は熱回路遮断器である。しかしながら、アークの発生は、典型的には、熱回路遮断器を動作させない。したがって、飛行機の電流不均衡検出の機能に対する必要性が長い間探られている。電流不均衡の１つの非常に重要な形態は、電流が望まれていないときに電流が回路又は電気的装置からグランドに流れている接地事故である。従来技術では、接地事故検出は、別個の接地事故中断装置によって取り組まれてきている。しかしながら、そのような従来技術は、航空機を配線し直す必要性を含む制限を有している。航空機を配線し直す必要性に加えて、接地事故中断システムを調整するために付加的な空間が見出されなければならなかった。

Ａｕｔｒｏｎｉｃｓ（モデル２３２６−１）によって作られた１つの現在利用可能な接地事故中断装置は、燃料ポンプに対する接地事故保護の目的のために大きな商用航空機に用いられてきている。Ａｕｔｒｏｎｉｃｓユニットは、接地事故を検出し、変流器の利用による故障を指示する信号を出力し、燃料ポンプ制御リレーに対する電力を取り除くことによって動作する。

２つの異なるタイプの接地事故の状況が起こり得る。第１のタイプの接地事故の状況は、通常の接地事故中断（ＧＦＩ）動作中（制御電圧オン状態）に生じており、接地事故はリレー接点が閉じられた後に生じ、電力は負荷に与えられている。リレー用語において、これは、“キャリーブレイク（carry-break）”として知られており、すなわち、接点が故障電流を遮断しなければならないときに、リレー接点は完全に閉じられ、電流を流す。多くの従来の２５アンペアリレーは、故障なしに５００アンペアの電流の大きさを遮断し得る。しかしながら、第２のタイプの接地事故の状況は、リレー接点に対してより厳しい状況である。この第２のタイプの接地事故の状況は、ＧＦＩがまさに動力を供給され、リレー接点が存在する接地事故に対して閉じる（接続）ときに起こる。リレー用語において、“メークキャリーブレイク（make-carry-break）”として知られており、すなわち、リレー接点がまさに閉じて、リレーがすぐに故障電流を開放し遮断するように命令される。この第２のタイプの接地事故の状況において、厳しいアークの発生は、リレー接点において“contact bounce（接点のはね返り）”の結果として起こり、移動する接点は、それらの固有の質量及びバネのため、接点が静止することになる前に、何度か電気的接触し切断する。不運なことに、厳しいアークの発生は、このタイプの接触事故の状況における接点のはね返り中に起こり、同時にリレー接点の溶接をも結果として生じ得る。リレーを用いて実行されたテストは、第２のタイプの接地事故の状況において、２５アンペアの従来のリレー接点が１５０アンペアの低いアーク接地事故電流と共に溶接されることになり得ることを示した。

それゆえ、接地事故遮断が接地事故断続器の故障なしに常に実行され得ることを保証するために、キャリーブレイク（carry-break）とメークキャリーブレイク（make-carry-break）のタイプの接地事故の状況、及び故障電流振幅を取り扱うことができる航空機に対する改善された回路保護装置の必要性が存在する。また、リレー接点が閉じた位置において故障していないことを確かめて、リレーコイルを制御するスイッチングＦＥＴがショートしていないことをチェックするために電源を入れてテストを実行する接地事故回路断続器を提供することが望まれる。

さらに、空間はアビオニクスに対していずれかの航空機では制限され、新たな装置を調整するための配線を付加することは非常に難しいので、回路保護装置が航空機の既存の装置内に含まれるか、又は既存の電気回路に対して同じ接続を共有して、既存の装置と共にパッケージ化されていることが望ましい。本発明は、これら及び他の問題に取り組むものである。

航空機燃料ポンプを含んでいる航空機電気システムにおいてアークの発生を低減させるための接地事故検出は、連邦航空局の大きな関心事になっており、最近の研究は、燃料タンクの着火を妨げるための試行において様々な調査及び規則を公表している。

本発明は、ラインサイド及び負荷サイドを有する回路を保護するために航空機での利用に特に魅力的である電流不均衡検出及び回路断続器である。一般に望ましい一実施形態では、本発明は、既存の航空機電力制御リレーパッケージ内に電流不均衡検出及び回路断続器を取り込んでいる。例えば、燃料システムアプリケーションでは、電流不均衡検出及び回路断続器は、燃料ポンプ制御リレーパッケージ内に取り込まれる。それゆえ、本発明は、既存の航空機に対して改装し、又は新たに組立てられる航空機及び既にリレーシステムを取り込んでいる新しい航空機デザインにおいて利用され得る。電流不均衡検出及び故障回路断続器は、ハウジング、電源、監視するための回路、センサシステム、論理コントローラ、及び電力コントローラ（例えば、リレー、接触器、固体リレーなど）を含んでいる。現在望ましい実施形態では、本発明はまた、故障指示器、テストスイッチ及びリセットスイッチに対するプレス部を含み得る。電源は、センサ、論理コントローラ、及び電力コントローラに電力を提供するように構成され、センサシステムは、監視されている回路の電流不均衡を感知するように構成される。１つの現在望ましい実施形態では、電流不均衡を監視するためのセンサシステムは、代替的に、変流器（ＣＴ）又は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）装置又は例えば別の同様の適当な装置を含み得るが、そのセンサシステムはホール効果装置を含んでいる。論理コントローラは、リレー制御入力信号を監視し、センサからの入力を処理するように構成される。

現在望ましい実施形態では、論理コントローラは、許容動作を表す所定の限界点とセンサ信号を比較し、センサ信号が許容限度外にあるときに回路電流不均衡を表す信号を出力する。電力コントローラは、論理コントローラから入力を受信し、電流不均衡が感知されたときに回路の負荷サイドに対する電力を取り除くように構成される。現在望ましい実施形態では、感知される回路不均衡のため、回路の負荷サイドからの電力の排除は、電流不均衡検出及び回路断続器に対する電源が循環されるまで維持される。別の現在望ましい実施形態では、電力の排除は、リセットスイッチが動作されるまで維持される。現在望ましい実施形態では、故障指示器は、電流不均衡状況が生じたかどうかの指示を提供する。テストスイッチに対するプレス部は、メインテナンス中にユニットの動作をチェックするために含まれ得る。現在望ましい実施形態では、故障リセットスイッチは、故障指示器及び電流不均衡検出及び回路断続器をリセットするのに用いられる。

本発明はまた、電気的負荷に対する電気回路であって、ラインサイド及び負荷サイドを有する電気回路を、接地事故と共に遮断する方法を提供する。要するに、その方法は、電力の供給をすること、電流不均衡に対して回路を連続的に監視し及び感知すること、リレー制御入力を連続的に監視すること、論理コントローラからの入力を受信し、電流不均衡が感知されたときにリレー制御入力信号を遮断すること、及び故障指示器を動作可能にすることを備えている。本発明の１つの現在望ましい態様は、電流不均衡が感知されたときの回路の遮断は、電源が循環（回帰）されるまで維持される。典型的には、監視されている電流を供給されている負荷はモータである。別の望ましい態様では、電流不均衡検出及び回路断続器は、付加的な信号、入力、配線、又は電力源を必要としないが、監視される回路からその電力を取る。代替的には、電力は、例えば外部リレー制御信号などの外部ソースから得てもよい。１つの現在望ましい方法の利用では、回路の負荷サイドは燃料ポンプに接続されており、アークの発生は、燃料ポンプ内で終端される。

１つの現在望ましい実施形態では、本発明は、接地事故検出及び回路遮断（ＧＦＩ）を実現するように構成され、従来技術のシステムを超える重要な利点を提供する。本発明のＧＦＩシステムは既存のリレーシステムと同じエンベロープにパッケージ化されるので、それは、既存の飛行機に対して容易に改装され得る。それは、監視されている回路によって動力を供給されるそれ自身の電源を含み、ＡＣ又はＤＣ回路のいずれかのオフ（off）を容易に動作させるので、それは、航空機における更なる変化又は配線なしにＡＣ又はＤＣのいずれかの有線の航空機に用いられ得る。更に、本発明のＧＦＩシステムは直接的に動作し、監視されている回路の一部であるので、それは、監視されている回路に別個に接続されなければならなかった従来技術のシステムの大きな問題点を回避する。本発明に対する別の実質的な利点は、単一の場所で感知及び制御がなされ、したがってもとの場所で感知し制御することを提供するので、それが故障を有する回路からの電力をより迅速に除去することである。

本発明はまた、予測される電流レベルのキャリーブレイク（carry-break）及びメークキャリーブレイク（make-carry-break）タイプの接地事故状況に耐えることができるリレー接点を接地事故回路断続器に提供することによって、キャリーブレイク（carry-break）及びメークキャリーブレイク（make-carry-break）タイプの接地事故状況と、メークキャリーブレイク（make-carry-break）故障電流振幅の両方を取り扱い、ＤＦＩ要求に従うが、既存の航空機及び電力コントローラに改装するのに必要なサイズ及び配置をさらに維持することができる航空機のための改善された回路保護装置を提供する。望ましい態様では、電流不均衡検出及び回路断続器の電子的及び電気機械的要素は、従来の電力コントローラに類似のフォームファクタを有するハウジング内に収容される。本発明は、既存の電力コントローラ電気コネクタを介して監視され制御されることになる回路と接続し、それは制御されることになる回路からの電力を引き出す。代替的には、電力は、例えば外部リレー制御信号などの外部ソースから引き出され得る。非常に多くの可能性のあるフォームファクタが存在する一方で、最も望ましいフォームファクタは、航空機に用いられる電力コントローラに関するものである。本発明はまた、いずれのリレー接点も閉じた位置で故障していないことを確かめるために、また、リレーコイルを制御するスイッチングＦＥＴが短絡していないことをチェックするために、電源を入れてテストを実現する改善された接地事故回路断続器を提供する。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を例を通して説明する添付図面と関連して記載される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は、ボーイング７５７航空機のために適応された制御システム１０の好ましい実施形態を例証しており、図５は、ボーイング７４７航空機のために適応された制御システム１０の好ましい実施形態を例証しており、それぞれは、電流不均衡が感知されたときに負荷に対する電力を切断するように本発明に従って構成されている。図１及び５を参照すると、本発明の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器１０は、ラインサイド２４及び接地事故を有する負荷サイド２６を有する回路２０を遮断する。負荷は、モータであってもよいし、負荷を引き出す任意の電気的デバイスであってもよく、設備及び人員の保護が望まれる。本発明の電流不均衡検出及び回路断続器は、電源３０、センサシステム４０、論理コントローラ５０、電力コントローラ６０、及び故障指示器及びリセット５５を含んでいる。好ましい態様では、センサシステムは、例えば、他の類似のセンサ装置も適当であり得るが、ホール効果装置、変流器（ＣＴ）、又は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）装置を含み得る。電源は、論理コントローラに電力を提供するように構成され、センサは、回路２４のラインサイド２０において電流不均衡を感知し、論理コントローラにセンサ信号を出力するように構成される。論理コントローラは、センサ及びリレー制御入力信号からのセンサ信号入力を受信して処理し、電力コントローラは、論理コントローラからの入力を受信し、電流不均衡が感知されたときに回路の負荷サイドに対する電力を取り除くように構成される。

図２及び６は、電源の好ましい実施形態の詳細図を例証しており、図３及び７は、論理コントローラの好ましい実施形態の詳細図を例証している。図４及び８を参照すると、本発明の好ましい実施形態において本発明の制御システムで利用するためのセンサを示しており、前記センサは、１０Ｖで動作するときに２３３ｍＶ／Ａの出力を有するＡｍｐｌｏｃ Ｐｒｏ５ホール効果線形電流センサである。全３つのラインサイドワイヤは、センサコアを通過する。キルヒホッフの電流の法則は、ノードの網電流が０であることを述べている。負荷サイドポンプ巻線のＹ字状の接続ポイントを考えると、相巻線の網電流は、代数的に合計されると０である。接地事故が存在する場合、すなわち電流がセンサを介して供給されるがセンサを介して戻らない場合には、相巻線（ワイヤ）の電流の代数的合計は、接地事故電流に等しいだろう。

図３及び７を参照すると、好ましい実施形態では、センサの出力は、不均衡を測定しないとき対しておよそ半分の供給電圧である。増幅器Ｕ３Ａは、要素１０によって信号を増幅する。ゲインは、抵抗Ｒ５とＲ３の比によって設定される。３ｄｂポイントは、キャパシタＣ４のリアクタンスがＲ５の抵抗に等しい場合である。これは、３３８６Ｈｚで生じる。抵抗Ｒ１、Ｒ２、及びＲ４は増幅器をバイアスし、抵抗Ｒ４に対して１ｍｅｇの最大値がその特定のワーストケースの高い出力ではセンサを用いて増幅器の出力を中間の供給に調整することを必要とされるように選択される。ワーストケースのセンサの低出力に対する較正は、容易に達成される。

増幅器Ｕ３Ｂ及びＵ３Ｃと、抵抗Ｒ６、Ｒ７及びＲ８は、例えば、他の適切な閾値も適し得るが、３．０Ａｒｍｓの電流不均衡を検出するように設定される。増幅器Ｕ３Ｂ又はＵ３Ｃからの高い出力は、不均衡が３．０Ａｒｍｓの閾値又は他の選択された閾値を超過して存在することを指示している。ＩＣ Ｕ４Ａ“ＯＲ’ｓ”は、増幅器Ｕ３Ｂ又はＵ３Ｃから出力する。その出力の論理０は、１つ又は他の故障状況が存在することを指示する。同時に起こる不均衡入力は処理され得るが、正の不均衡が負の不均衡と同時に存在し得ないので、物理的に可能ではない。

故障状況が存在する場合、それは、論理１を表すＩＣ Ｕ５ＡからラッチＵ４Ｂ及びＵ４Ｃに通過する。ピン５における論理１は、出力ピン４を強制し、トランジスタＱ１をオフにし、電力リレー制御ステージ１７−１へのドライブ信号を取り除く。ピン９はラッチに対する他の入力であり、通常は、論理０である。これは、ピン１０をハイ（高レベル）にし、論理１をピン６に与えることによってラッチを設定する。

好ましい実施形態では、パワーアップ（電源を入れる）シーケンスは、電力制御セクションを非動作モードに初期化する。これは、電流不均衡状況を擬態するためにＩＣ Ｕ５Ａのピン２に論理０を与えることによって成し遂げられる。

ＩＣ Ｕ５Ｂ、抵抗Ｒ１３、キャパシタＣ５及びダイオードＣＲ８によって作成されるパワーアップリセットパルスは、典型的には７ミリ秒である。リセットは、抵抗１３を介してＩＣ Ｕ５Ｂによって設定される閾値にキャパシタＣ５を充電するのにかかる時間によって決定される。ダイオードＣＲ８は、クイックリセットを提供する。

パワーアップにおいて、ＧＦＩは、リレー接点のいずれもが閉路を失敗していないことを確かめ、リレーコイルを制御するスイッチングＦＥＴが短絡していないことをチェックするためにテストを実行する。これらの２つの故障は、重大な項目であり、ＧＦＩが故障電流を遮断しないようにし、それゆえ、パワーアップビルトインテスト（ＢＩＴ）によってチェックされる。制御電圧がＯＮに切り換えられているときに利用可能な３相１１５ＶＡＣ電力があれば、リレー接点の状態はチェックされる。内部電子回路は、リレーが閉じられるように命令される前に接点が全開であるかどうかを知るためにチェックし、また、リレーが閉じられるように命令された後に接点の全てが閉じられているかどうかを知るためにチェックする。リレーでの故障が検出されれば、リレーコイルに対する電力は抑止され、機械的故障指示器が作動する。別の態様では、また、パッケージ制約条件内にＧＦＩ設計を維持する一方で補助的な接点をリレー設計に取り込むことは有利であり、その場合、３相１１５ＶＡＣ電力に対するリレーの主要接点の状態は、補助的な接点の状態をチェックすることによってチェックされ得る。

図２及び６を参照すると、ダイオードＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、ＣＲ４、ＣＲ５、及びＣＲ６は、三相全波ブリッジを形成する。キャパシタＣ１は、ブリッジによって生成される２８１Ｖピーク電圧に対して記憶装置として動作する。レギュレータは、望ましくは、下側にインダクタを有する変則のアーキテクチャを備えたバック型（back-type）の構成である。これは、回路が必ずしもアースを基準とする必要がないので受け入れられ得る。実際には、オンボードの電気的接地は、アースより高くおよそ２７０Ｖである。

望ましくは、スイッチャは、従来にはないモードで動作する。出力電圧が低いことをそれが感知するならば、それは、インダクタＬ１を通る電流が所定量に達するまでオンにしてそしてオンを維持する。別の方法では、サイクルがスキップされる。エネルギーはインダクタＬ１に記憶され、ダイオードＣＲ７を介して出力キャパシタＣ３に転送される。適切なレギュレーションは、ツェナーＶＲ１及びオプトカプラＵ２によって決定される。キャパシタＣ２は、レギュレータがその内部回路を動作させるのに用いる少量のエネルギーを記憶するのに役立つ。

図９から１３を参照すると、電流不均衡が感知されたときに回路を遮断するために、ＡＣ−ＤＣアプリケーションに適応される本発明の制御システムの代替的な好ましい実施形態を例証している。図９に示されるように、本発明の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器１０は、ラインサイド２４及び接地事故を有する負荷サイド２６を有する回路２０を遮断する。負荷はモータであってもよいし、負荷を引き出す任意の電気的デバイスであってもよく、設備及び人員の保護が望まれる。本発明の電流不均衡検出及び回路断続器は、電源３０、センサシステム４０、論理コントローラ５０、電力コントローラ６０、及び故障指示器及びリセット５５を含んでいる。好ましい態様では、センサシステムは、例えば、他の類似のセンサ装置も適当であり得るが、ホール効果装置、変流器（ＣＴ）、又は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）装置を含み得る。電力コントローラは、直流（ＤＣ）によって制御されてもよいし、代替的に、交流（ＡＣ）によって制御されてもよい。電源は、論理コントローラに電力を提供するように構成され、センサは、回路２４のラインサイド２０において電流不均衡を感知し、論理コントローラにセンサ信号を出力するように構成される。論理コントローラは、リレー制御入力信号を受信して処理し、センサからのセンサ入力信号を受信して処理するように構成され、電力コントローラは、論理コントローラからの入力を受信し、電流不均衡が感知されたときに回路の負荷サイドに対する電力を取り除くように構成される。

図１０及び１１は、電源の好ましい実施形態の詳細図を例証する。図１２は、論理コントローラの好ましい実施形態の詳細図を例証する。本発明の好ましい実施形態において本発明の制御システムで利用するためのセンサを示しており、前記センサは、１０Ｖで動作するときに２３３ｍＶ／Ａの出力を有するＡｍｐｌｏｃ Ｐｒｏ５ホール効果線形電流センサである。全３つのラインサイドワイヤは、センサコアを通過する。キルヒホッフの電流の法則は、ノードの網電流が０であることを述べている。負荷サイドポンプ巻線のＹ字状の接続ポイントを考えると、相巻線の網電流は、代数的に合計されると０である。接地事故が存在する場合、すなわち電流がセンサを介して供給されるがセンサを介して戻らない場合には、相巻線（ワイヤ）の電流の代数的合計は、接地事故電流に等しいだろう。

図１２を参照すると、好ましい実施形態では、センサの出力は、不均衡を測定しないときに対しておよそ半分の供給電圧である。増幅器Ｕ３Ａは、要素１０によって信号を増幅する。ゲインは、抵抗Ｒ５とＲ３の比によって設定される。３ｄｂポイントは、キャパシタＣ４のリアクタンスがＲ５の抵抗に等しい場合である。これは、３３８６Ｈｚで生じる。抵抗Ｒ１、Ｒ２、及びＲ４は増幅器をバイアスし、抵抗Ｒ４に対して１ｍｅｇの最大値がその特定のワーストケースの高い出力ではセンサを用いて増幅器の出力を中間の供給に調整することを必要とされるように選択される。ワーストケースのセンサの低出力に対する較正は、容易に達成される。

増幅器Ｕ３Ｂ及びＵ３Ｃと、抵抗Ｒ６、Ｒ７及びＲ８は、例えば、他の適切な閾値も適し得るが、３．０Ａｒｍｓの電流不均衡を検出するように設定される。増幅器Ｕ３Ｂ又はＵ３Ｃからの高い出力は、不均衡が３．０Ａｒｍｓの閾値又は他の選択された閾値を超過して存在することを指示している。ＩＣ Ｕ４Ａ“ＯＲ’ｓ”は、増幅器Ｕ３Ｂ又はＵ３Ｃから出力する。その出力の論理０は、１又は他の故障状況が存在することを指示する。同時に起こる不均衡入力は処理され得るが、正の不均衡が負の不均衡と同時に存在し得ないので、物理的に可能ではない。

故障状況が存在する場合、それは、論理１を表すＩＣ Ｕ５ＡからラッチＵ４Ｂ及びＵ４Ｃに通過する。ピン５における論理１は、出力ピン４を強制し、トランジスタＱ１をオフにし、電力制御ステージへのドライブ信号を取り除く。ピン９はラッチに対する他の入力であり、通常は、論理０である。これは、ピン１０をハイ（高レベル）にし、論理１をピン６に与えることによってラッチを設定する。

好ましい実施形態では、パワーアップシーケンスは、電力制御セクションを非動作モードに初期化する。これは、電流不均衡状況を擬態するためにＩＣ Ｕ５Ａのピン２に論理０を与えることによって成し遂げられる。

ＩＣ Ｕ５Ｂ、抵抗Ｒ１３、キャパシタＣ５及びダイオードＣＲ８によって作成されるパワーアップリセットパルスは、典型的には７ミリ秒である。リセットは、抵抗１３を介してＩＣ Ｕ５Ｂによって設定される閾値にキャパシタＣ５を充電するのにかかる時間によって決定される。ダイオードＣＲ８は、クイックリセットを提供する。

パワーアップにおいて、ＧＦＩは、リレー接点のいずれもが閉路を失敗していないことを確かめ、リレーコイルを制御するスイッチングＦＥＴが短絡していないことをチェックするためにテストを実行する。これらの２つの故障は、重大な項目であり、ＧＦＩが故障電流を遮断しないようにし、それゆえ、パワーアップビルトインテスト（ＢＩＴ）によってチェックされる。制御電圧がＯＮに切り換えられているときに利用可能な３相１１５ＶＡＣ電力があれば、リレー接点の状態はチェックされる。内部電子回路は、リレーが閉じられるように命令される前に接点が全開であるかどうかを知るためにチェックし、また、リレーが閉じられるように命令された後に接点の全てが閉じられているかどうかを知るためにチェックする。リレーでの故障が検出されれば、リレーコイルに対する電力は抑止され、機械的故障指示器が作動する。別の態様では、また、パッケージ制約条件内にＧＦＩ設計を維持する一方で補助的な接点をリレー設計に取り込むことは有利であり、その場合、３相１１５ＶＡＣ電力に対するリレーの主要接点の状態は、補助的な接点の状態をチェックすることによってチェックされ得る。

図１０及び１１を参照すると、ダイオードＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、ＣＲ４、ＣＲ５、及びＣＲ６は、三相全波ブリッジを形成する。キャパシタＣ１は、ブリッジによって生成される２８１Ｖピーク電圧に対して記憶装置として動作する。レギュレータは、望ましくは、下側にインダクタを有する変則のアーキテクチャを備えたバック型（back-type）の構成である。これは、回路が必ずしもアースを基準とする必要がないので受け入れられ得る。実際には、オンボードの電気的接地は、それぞれ１０Ｖ及び２０Ｖの供給のアースより高くおよそ２７０Ｖ及び２６０Ｖである。

望ましくは、スイッチャは、従来にはないモードで動作する。出力電圧が低いことをそれが感知するならば、それは、インダクタＬ１又はＬ１Ａを通る電流が所定量に達するまでオンにしてそしてオンを維持する。別の方法では、サイクルがスキップされる。エネルギーはインダクタＬ１又はＬ１Ａに記憶され、ダイオードＣＲ７又はＣＲ７Ａを介して出力キャパシタＣ３又はＣ３Ａに転送される。適切なレギュレーションは、ツェナーＶＲ１又はＶＲ１Ａ及びオプトカプラＵ２又はＵ２Ａによって決定される。キャパシタＣ２又はＣ２Ａは、それぞれのレギュレータがその内部回路を動作させるのに用いる少量のエネルギーを記憶するのに役立つ。

現在使用されているほとんどの航空機は、既に述べた制限を有する回路遮断器を利用している。本発明の電子的及び電気機械的な側面が、付加的な保護を上記の回路遮断器によって提供される保護に与える一方で、既存の航空機に対する改装、新たに構成されたもの及び新しい航空機設計に対する改装を容易にする形態で本発明をパッケージ化することは望ましく、それによって、広範囲のアプリケーションに本発明の利益をもたらす。したがって、本発明のさらに現在好ましい態様では、電流不均衡検出及び回路断続器の電子的及び電気機械的な要素が、従来技術の電力コントローラに類似のフォームファクタを有するハウジング内に収容される。本発明は、既存の電力コントローラ電気コネクタを介して監視され制御されることになる回路と接続し、それは制御されることになる回路からの電力を引き出す。代替的には、電力は、例えば外部リレー制御信号などの外部ソースから引き出され得る。上記の回路遮断器によって提供される付加的な保護を与えることができる非常に多くのフォームファクタが存在する一方で、我々のフォームファクタの１つは、ボーイング７５７航空機及びその類似のものに用いられる電力コントローラに関するものであり、取り付け面の上におよそ１．７８インチの設置高さ、取り付け面の上におよそ１．５３インチの幅、電気的端子の上部から下部まで３．２８インチのトータルの高さを有している。

図１４を参照すると、本発明の１つの現在好ましい態様では、各々の上述の回路構成は、対応するハウジング７０に有利に含まれ、典型的には、上部７２から下部７４までたった約３．２８インチ（約８．３３ｃｍ）であり、その前面７６及び背面７８の側面に沿ってたった約１．５３インチ（約３．８９ｃｍ）の幅であり、前面取り付けフランジ８２の前面側８０から背面取り付けフランジ８６の背面側８４までたった約２．５１インチ（タ約６．３８ｃｍ）である。ハウジングはまた、約５００アンペアのメークキャリーブレイク（make-carry-break）故障電流レベルに対して２５アンペアＧＦＩに定格される接点を有する典型的には１インチ立方形リレーのリレー８７と、接点抵抗に評価できる変化を有しない１５以上の接地事故サイクルとを含み、又は、約１５００アンペアのメークキャリーブレイク（make-carry-break）故障電流レベルに対して５０アンペアＧＦＩの定格のリレーと、接点抵抗に評価できる変化を有しない１５以上の接地事故サイクルとを含んでいる。

図１４、図１５及び図１６を参照すると、端末ブロック又はコネクタプレート８８などの電気的コネクタ手段は、航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器ハウジングの下部に提供され、他の従来型のワイヤコネクタも適当であり得るが、典型的には、Ａ１、Ａ２、Ｘ１、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２及びＸ２の８つのネジ型電気的コネクタを備えている。

図４、図８、図１３及び図１６を参照すると、コネクタＡ１及びＡ２は、第１のライン及び負荷Ａを調整し、コネクタＢ１及びＢ２は、第２のライン及び負荷Ｂを調整し、コネクタＣ１及びＣ２は、第３のライン及び負荷Ｃを調整する。図１５及び図１６に示されるように、コネクタプレートは、ネジ９０を取り付けることによって航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器のハウジングに取り付けられ、更に以下に説明されるように、図１８及び図１９に例証されるハウジングにおけるスリーブ９２を介して延びている。

図１７、図１８及び図１９を参照すると、上述の回路構成のコンポーネントを取り付ける、第１のプリント回路基板９４及び第２のプリント回路基板９６などの１又は複数の回路基板は、取り付けネジ９０のスリーブ９２の周りに適合するプリント回路基板にノッチ９８を有するハウジング内に取り付けられ得る。

論理コントローラが電子回路として実装されるように開示されている一方で、論理コントローラは、マイクロプロセッサベースの論理コントローラとして実装してもよいし、本発明の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器の他のコンポーネントは、１又は複数のマイクロプロセッサによって少なくとも部分的に実装してもよい。

上述から、本発明は、様々なシステム及びコンポーネントに適応され得る航空機の電気設備におけるアークの発生を抑制する方法及び装置を提供することが認識され得る。本発明は、電力の付加的な信頼性のある迅速な切断を既存のシステムに提供し、回路の接地事故からの被害を低減する。本発明の特定の形態が例証され述べられている一方で、様々な変更が本発明の意図及び範囲から逸脱することなくなされ得ることも明らかであろう。したがって、本発明は特許請求の範囲によってものを除いて限定されることを意図するものではない。

電流不均衡が感知されたときに回路を遮断する、ボーイング７５７航空機に適応された本発明の制御システムの第１の実施形態のブロック図を例証している。 図１に示される制御システムの電源部の詳細図を例証している。 図１に示される制御システムの論理コントローラ部の詳細図を例証している。 図１の制御システムに対するセンサシステムの詳細図を例証している。 電流不均衡が感知されたときに回路を遮断する、ボーイング７４７航空機に適応された本発明の制御システムの第２の実施形態のブロック図を例証している。 図５に示される制御システムの電源部の詳細図を例証している。 図５に示される制御システムの論理コントローラ部の詳細図を例証している。 図５の制御システムに対するセンサシステムの詳細図を例証している。 電流不均衡が感知されたときに回路を遮断するＡＣアプリケーションにおいてＤＣリレーの速度を提供するようにされた本発明の制御システムの代替的な好ましい実施形態のブロック図を例証する。 図９に示された制御システムの電源部の１セクションの好ましい実施形態の詳細図を例証している。 図９に示される制御システムの電源部の第２のセクションの詳細図を例証している。 図９に示される制御システムの好ましい論理コントローラ部の詳細図を例証している。 図９の制御システムに対するセンサシステムの詳細図を例証している。 本発明に従う航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器の側面立面図である。 図１４に示される航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器の背面図である。 図１４に示される航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器の底面図である。 図１４に示される航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器の側面の部分的な切断図である。 図１７の線１８−１８に沿って切り取られる航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器の断面図である。 図１７の線１９−１９に沿って切り取られる航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器の断面図である。

Claims (34)

1. 電気回路内の電流を監視し前記電気回路を遮断する航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器であって、
   前記電気回路は、ラインサイドとそこに接続される電気的負荷を有する負荷サイドとを有しており、前記航空機に適応可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、
   前記電気回路のラインサイドと負荷サイドに接続する電気コネクタ手段を含むハウジングと、
   前記ハウジングに配置され、前記電気回路に電気的に接続される電源と、
   前記電気回路において電流不均衡を感知し、前記電流不均衡の前記感知に基づいて前記電気回路内の望ましくない電流の存在を指示するセンサ信号を提供するために前記ハウジングに配置されるセンサシステムと、
   前記センサ信号を前記センサシステムから受信し、故障を表す故障信号を出力するために、前記ハウジングに配置されており、監視されている前記電気回路によって動力を供給されるように構成される論理コントローラと、
   前記故障信号を前記論理コントローラから受信し、前記論理コントローラからの前記故障信号に応答して前記電気回路の前記負荷サイドに対する電力を取り除くように構成される前記ハウジングに配置される電力コントローラであって、予測される電流レベルでキャリーブレーク（carry-break）及びメークキャリーブレーク（make-carry-break）タイプの接地事故状況に耐えることができる接点を有する電力リレーを含む電力コントローラとを備えた航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
2. 前記接点は、接点抵抗において評価できる変化を有しない約５００アンペアのメークキャリーブレーク故障電流レベルに対して２５アンペアの電流に定格される請求項１に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
3. 前記接点は、接点抵抗において評価できる変化を有しない約１５００アンペアのメークキャリーブレーク故障電流レベルに対して５０アンペアの電流に定格される請求項１に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
4. 前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、前記電気回路によって動作している装置内のアークの発生を遮断する請求項１に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
5. 前記ハウジングは、前記航空機に対する既存の電力コントローラのエンベロープと整合するエンベロープを有しており、同じ監視の構成を用いている請求項１に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
6. 前記電気コネクタ手段は、監視されている前記電気回路の前記ラインサイド及び前記負荷サイドに接続される前記ハウジングに電気コネクタプレートを備えている請求項１に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
7. 前記電気コネクタプレートは、複数の電気コネクタを備えている請求項６に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
8. 前記前記コネクタプレートは、第１の負荷ラインを調整する第１の対のコネクタと、第２の負荷ラインを調整する第２の対のコネクタと、第３の負荷ラインを調整する第３の対のコネクタとを備えている請求項７に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
9. 前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器が適切に動作しているかどうかを決定するためにパワーアップシーケンス中に試験するように構成される請求項１に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
10. 電気回路を電気的負荷に対して遮断する、航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器であって、
    前記電気回路はラインサイド及び負荷サイドを有し、
    前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、
    前記電気回路のラインサイド及び負荷サイドに接続する電気コネクタ手段を有するハウジングと、
    前記ハウジングに配置され、前記電気回路に接続される電源と、
    前記電気回路において電流不均衡を感知し、前記電流不均衡の前記感知に基づいて前記電気回路内の電流不均衡の存在を指示するセンサ信号を提供するために前記ハウジングに配置されるセンサシステムと、
    遮断されたときに前記電気回路の前記負荷サイドに対する電力を取り除くように構成される直流（ＤＣ）制御される電力コントローラであって、予測される電流レベルでキャリーブレーク及びメークキャリーブレークタイプの接地事故状況に耐えることができる接点を有する電力リレーを含む電力コントローラと、
    外部リレー制御信号及び前記センサ信号を前記センサシステムから受信し、前記電気回路が許容し得る動作を得るための所定範囲と前記センサ信号を比較し、電流不均衡を表す故障信号を出力するために、前記ハウジングに配置されており、前記電源によって動力を供給されるように構成され、前記センサ信号が前記所定範囲を超えるときに前記電力コントローラが遮断されるようにする論理コントローラと、
    電流不均衡状況が生じたことを指示するために、前記故障信号を前記論理コントローラから受信するように構成される故障指示器と、
    前記故障指示器及び前記電流不均衡検出及び回路断続器をリセットするリセットスイッチとを備えており、
    前記ハウジングは、空間において前記航空機に利用される既存の電力コントローラと整合する前記電流不均衡検出及び回路断続器をパッケージ化するフォームファクタを有している航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
11. 前記論理コントローラは、前記外部リレー制御信号を受信し、前記電力コントローラに電圧を与え、前記電力コントローラの動力源を断つようにこの信号を処理し、
    前記外部リレー制御信号は、前記航空機に依存して、交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）である請求項１０に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
12. 前記論理コントローラは、ＡＣ又はＤＣの外部リレー制御信号のいずれか一方を受け付けて処理することができる請求項１１に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
13. 前記接点は、接点抵抗において評価できる変化を有しない約５００アンペアのメークキャリーブレーク故障電流レベルに対して２５アンペアの電流に定格される請求項１０に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
14. 前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、監視されている前記電気回路の前記ラインサイドからのみ動作するように電力を受信する請求項１０に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
15. 前記接点は、接点抵抗において評価できる変化を有しない約１５００アンペアのメークキャリーブレーク故障電流レベルに対して５０アンペアの電流に定格される請求項１０に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
16. 前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、前記電気回路によって動作している装置内でアークの発生を抑制する請求項１０に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
17. 前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、前記電気回路によって動作している装置内で接地事故状況を中断する請求項１０に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
18. 前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、既存の航空機電力コントローラを置換するようにサイジングされ、構成される請求項１０に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
19. 前記電気コネクタ手段は、前記ラインサイド、前記負荷サイド、及び前記外部リレー制御信号に接続する電気コネクタを備えている請求項１０に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
20. 前記電気コネクタは、複数の電気コネクタを備えている請求項１９に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
21. 前記電気コネクタは、第１のライン及び負荷サイドを調整する第１の対のコネクタと、第２のライン及び負荷サイドを調整する第２の対のコネクタと、第３のライン及び負荷サイドを調整する第３の対のコネクタと、前記外部リレー制御信号を調整する対のコネクタとを備えている請求項２０に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
22. 前記ハウジングは、前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器のコンポーネントを取り付ける前記ハウジング内に少なくとも１つの回路基板を含んでいる請求項１０に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
23. 前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器が適切に動作しているかどうかを決定するためにパワーアップシーケンス中に試験するように構成される請求項１０に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
24. 電気回路を電気的負荷に対して遮断する、航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器であって、
    前記電気回路はラインサイド及び負荷サイドを有し、
    前記断続器は、
    前記電気回路のラインサイド及び負荷サイドに接続する電気コネクタ手段を有するハウジングと、
    前記ハウジングに配置され、前記電気回路に接続される少なくとも１つの電源と、
    前記電気回路において電流不均衡を感知し、前記電流不均衡の前記感知に基づいて前記電気回路内の電流不均衡の存在を指示するセンサ信号を提供するために前記ハウジングに配置されるセンサシステムと、
    外部リレー制御信号及び前記センサ信号を前記センサシステムから受信し、前記電気回路が許容し得る動作を得るための所定範囲と前記センサを比較し、前記センサ信号が前記所定範囲を超えているときに前記リレー制御信号を遮断するために、前記ハウジングに配置され、前記電源の１つによって動力を供給されるように構成される論理コントローラと、
    前記リレー制御信号によって電圧を与えられるように、及び、前記リレー制御信号が遮断されたときに前記電気回路の前記負荷サイドに対する電力を取り除くように構成される電力コントローラであって、予測される電流レベルでキャリーブレーク及びメークキャリーブレークタイプの接地事故状況に耐えることができる接点を有する電力リレーを含む電力コントローラと、
    電流不均衡状況が生じたことを指示するために、前記故障信号を前記論理コントローラから受信するように構成される故障指示器と、
    前記故障指示器及び前記電流不均衡検出及び回路断続器をリセットするリセットスイッチとを備えている航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
25. 前記接点は、接点抵抗において評価できる変化を有しない約５００アンペアのメークキャリーブレーク故障電流レベルに対して２５アンペアの電流に定格される請求項２４に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
26. 前記センサシステムは、前記回路の前記負荷サイドに接続される変流器を備えている請求項２４に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
27. 前記論理コントローラは、前記動力コントローラに直接動力を供給するために前記リレー制御信号を受信し、
    前記リレー制御信号は、前記航空機に依存して、交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）であり、
    電力コントローラのタイプは、ＡＣ又はＤＣのリレー制御信号に対応している請求項２４に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
28. 前記接点は、接点抵抗において評価できる変化を有しない約１５００アンペアのメークキャリーブレーク故障電流レベルに対して５０アンペアの電流に定格される請求項２４に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
29. 前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、監視されている前記電気回路の前記ラインサイドからのみ動作するように電力を受信する請求項２４に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
30. 前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、前記電気回路によって動作している装置内のアークの発生を遮断する請求項２４に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
31. 前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、前記電気回路によって動作している装置内の接地事故状況を停止する請求項２４に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
32. 前記電気コネクタ手段は、前記ラインサイド、前記負荷サイド、及び前記外部リレー制御信号に接続する電気コネクタを備えている請求項２４に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
33. 前記電気コネクタは、複数の電気コネクタを備えている請求項２４に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。
34. 前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器は、前記航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器が適切に動作しているかどうかを決定するためにパワーアップシーケンス中に試験するように構成される請求項２４に記載の航空機に適用可能な電流不均衡検出及び回路断続器。

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