JP2010220465A - 電力分配 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い有効度および信頼性を有する電力供給システムを提供する。
【解決手段】セーフティクリティカル給電ネットワークにおける１つ以上の負荷１０２に電力分配するための電力供給システム１００に関する。電力供給システム１００は、少なくとも１つの電源１０４、電力バス１０６および分散型制御システムを備える。分散型制御システムは、データバス１１２を介して少なくとも１つのバスモジュール１１０に動作可能に結合された中央制御装置１０８を備える。バスモジュール１１０は、それぞれの電源１０４を電力バス１０６に接続するように動作可能なバスコントローラ１１４を含む。そのような分散型制御システムを用いると、全体的な給電ネットワークの安全性を損なわずに、給電ネットワークの、簡単なモジュール式拡張が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に電力分配に関する。より詳細には、本発明は、例えばある航空機で設けられ得るなどの、セーフティクリティカル（高信頼性）給電ネットワークにおける電力供給システムおよび電力分配方法に関する。
分配された電力を消費する様々な電気負荷に対して、様々な電源からの電力を分配するための給電ネットワークを設けることは一般に周知である。
しかし、ある用途については、様々な電気負荷の高信頼の連続運転が、安全上不可欠なことがある。例えば航空機では、補助翼などの翼表面を操作するための電動アクチュエータ、方向舵、フラップ、リフトダンパ、操向システム用の駆動モータ、逆推力装置などが高信頼で動作可能であることを保証する必要があり得る。
したがって、様々な発電機または他の給電ネットワーク要素が故障したとき、それらに結合されたすべての電気負荷が遮断されないことを保証するために、冗長性、負荷管理などの様々な設計上の特微を有する給電ネットワークを設けることが既知である（５〜１２）。
しかしながら、そのような給電ネットワークは、以前の従来型電力供給の改善をもたらすが、そのようなネットワークに関連した様々な欠点が依然として存在する。例えば、これらのネットワークは複雑なコントローラ構成を必要とする傾向があり、そのようなシステムは、例えば、特に機体のまわりに電気接触器を分配する必要があるとき、サイズを拡大するのが困難であるばかりでなく、予測不能の障害が生じる可能性も高くなる。
米国特許第６８５６０４５号公報
したがって、本発明は、従来型給電ネットワーク技法に関連した前述の欠点を考慮して考案されたものである。
本発明の第１の態様によれば、セーフティクリティカル給電ネットワークにおける１つ以上の負荷に電力分配するための電力供給システムが提供される。電力供給システムは、少なくとも１つの電源、電力バスおよび分散型制御システムを備える。分散型制御システムは、データバスを介して少なくとも１つのバスモジュールに動作可能に結合された中央制御装置を備える。バスモジュールは、電力バスに電源を接続するように機能するバスコントローラを含む。
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様によって提供された電力供給システムで用いるバスモジュールが提供される。バスモジュールは、バスモジュールに関連した電力バスに電源を接続するように機能するバスコントローラを備える。
本発明の第３の態様によれば、セーフティクリティカル給電ネットワークにおいて電力分配するための方法が提供される。この方法は、中央制御装置からの命令を局所的バスコントローラでチェックして、それらの命令が実行しても安全であればそれらを実行するステップを含む。例えば、本発明の第２の態様によってバスモジュールに設けられた局所的バスコントローラによって命令の実行が安全であると判断されなかった場合は、バスコントローラはセーフモードで動作する。
本発明の様々な態様による分散型制御システム構成および電力供給のための方法を提供することにより、高い有効度および信頼性を有する電力供給システムを提供することができる。そのような電力供給システムは、例えば航空宇宙の電力分配システムなどにおけるセーフティクリティカル用途に用いるのに特に適する。
さらに、本発明の様々な実施形態は、簡単なモジュール構成を提供する。これによって、複数の余分な接続線を加える必要性なしで、また、偶然の予測不能な障害（例えば命令の競合／タイミングエラー／などによって引き起こされるもの）が生じるところまでシステム構成を複雑にすることなく、電力供給システムを拡張することが容易になる。
付加的特典として、本発明のある実施形態は、必要とする配線がより少ないので、従来型の電力供給システム向けのものより、物理的により軽く、より小型にすることができ、このことは、例えば航空宇宙などの、重量および空間が制限された用途にとって特に利益になる。
次に、本発明の様々な態様および実施形態を、添付図面に関連して説明する。
本発明の一実施形態による電力供給システムを示す図である。 図１の電力供給システムの様々な構成要素に接続されたバスモジュールの拡大図である。 本発明の様々な実施形態による図２のバスモジュールの機能を実施するための論理の概略図である。 本発明の一実施形態による４つのバスの電力供給システムを示す図である。
図１は、本発明の一実施形態による電力供給システム１００を示す。電力供給システム１００は、例えば様々な航空機で見られるものなどのセーフティクリティカル給電ネットワークにおける１つ以上の負荷１０２への電力分配に用いられてよい。
電力供給システム１００は、少なくとも１つの電源１０４、電力バス１０６および分散型制御システムを備える。分散型制御システムは、データバス１１２を介して少なくとも１つのバスモジュール１１０に動作可能に結合された中央制御装置１０８を備える。１つ以上のバスモジュール１１０のそれぞれが、電力バス１０６にそれぞれの電源１０４を接続するように機能するそれぞれのバスコントローラ１１４を備える。
電力供給システム１００は、ユーザシステム（図示せず）向けに個々に給電された複数の負荷に対応するように用いられてよい。ユーザシステムは、ユーザシステムインターフェイス１７０を介して電力供給システム１００に接続することができる。ユーザは、ユーザインターフェイス１７０によって、例えばどの電源が利用可能か、どの電源が接続されているか、開／閉である接触器結合部はどれか、等のことなど、バスネットワークのハイレベルの構成を見ることができる。
システムの状態入力１８０も中央制御装置１０８に供給される。システムの状態入力１８０は、例えば、電源を投入する、地上電力を受け入れる、（プログラムされた論理を無視して）選択された電源を接続する／切り離すなど、ユーザがどのシステム状態を必要とするか示すためにコントローラ１０８に供給される信号である。
様々な用途向けに、電源１０４は、例えば、地上の外部交流電源または直流電源、飛行中の交流電源または直流電源、電池電源などを含んでよい。負荷１０２は、例えば、様々な使用中の動作特性の負荷を絶縁するために複数のバスバーが用いられる様々な工業用システム、乗り物のシステム、または建築物のシステム用に設けられた負荷、例えば、補助的な／肝要でない負荷（例えば背景照明および標識、ラップトップコンピュータ用シート電力などの消費者負荷、料理／コーヒー用の調理台電力など）、有益な／基本的な負荷（例えば、ユーザ用および航空管理用の特定の照明、着氷防止、フル機能の飛行管理、第２の飛行制御機能等、航空機のフル稼動範囲に必要とされる負荷など）、ならびに非常時の／重要な負荷（例えば、緊急信号、火災を検出し、かつ抑止する負荷、第１の飛行制御、限定された計器の組、加圧制御、燃料ポンプ、着陸装置の展開など、最も近い空港へ飛行して着陸するのに必要な負荷など）などを含んでよい。そのような負荷１０２は、例えば、様々な電圧および／または周波数の供給要件を有することがある。
図１に示された実施形態では、バス１０６は、複数のバス部分１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃから形成されたスプリット電力バスである。バス部分１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃのそれぞれは、それ自体のバスモジュール１１０に関連づけられ、それぞれのバスモジュール１１０の制御下で、それぞれの電源１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃへ動作可能に接続可能である。スプリットバスを用いると、必要に応じてワイヤリングハーネス内に冗長性を与えること、ならびに様々な電圧／周波数の電源／発電機を使用することが可能になる。
好ましくは、電力供給システム１００は、互いに連続して接続された複数のバスモジュール１１０を備える。これによって、例えば有効でない局所的電源をバイパスする、あるいはバスが不良であるなら電力を止める、といった個々のバスモジュールの選択的動作を用いることができる直線的に拡大縮小可能な構成がもたらされる。
各電気バス部分１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃは、バス部分１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃに接続する電気接触器ユニット１１６を駆動することができる関連したバスコントローラ１１４、１１４ａ、１１４ｂを有する。様々な実施形態で、複数のバスコントローラ１１４、１１４ａ、１１４ｂは、それらの動作を、バスコントローラの他のものと連係して働かせることができる。ある実施形態では、電気接触器ユニット１１６は、電気リレーを備えてよい。
例えば、バス部分１０６ｃ上に電力があると、次いで、連係して働くバスコントローラ１１４、１１４ｂならびに連係して働くバスコントローラ１１４、１１４ａによってバス部分１０６ｂも電力供給され、バス部分１０６ａを接続することが可能になる。コントローラ１０８は、この状態を要求し、それによって、バスコントローラ１１４、１１４ａ、１１４ｂの連係動作シーケンスを開始する。したがって、バスコントローラ１１４、１１４ａ、１１４ｂが、それぞれの電気接触器ユニット１１６を閉じる順序は、問題にならないはずである。
各バスコントローラ１１４、１１４ａ、１１４ｂは、好ましくは、それ自体の関連したバス１０６ｂ、１０６ａ、１０６ｃおよび何らかの関連したフィーダバスに関するパラメータを測定するための様々なインターフェイスを備え、フィーダバスは、電気接触器を介して別のバスへ電力を供給することができる任意の電気バスである。例えばバス間の故障保護のために、すなわちバス間の電線がアースまたは別の電線へショートした場合、様々な電流値を測定してよい。
バスコントローラ１１４は、データバス１１２によって中央制御装置１０８と通信することができるように、データバスインターフェイスも有する。中央制御装置１０８は、特定の実施形態向けに設計された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として設けられてよい。各バスコントローラ１１４、１１４ａ、１１４ｂは、中央制御装置１０８からの命令を解釈して、様々なバスおよび電気接触器からのすべての状態データを測定するように機能する。中央制御装置１０８は、各バスコントローラ１１４によってどの電気接触器１１６を閉じるべきなのかということに関するシステム命令を供給する。これらのシステム命令は、ユーザコマンドおよび／または電源、接触器、バスなどの故障を扱うための論理に基づくものでよい。
中央制御装置１０８は、２重または３重の冗長システムでよく、どの電源が給電ネットワークへ接続可能であるか、所望の通常の構成状態は何か、また、何らかの故障条件の構成がどのようなものか、といったことを判断する構成論理を与える。したがって、中央制御装置１０８は、すべての電源１０４、接触器ユニット１１６、およびバスコントローラ１１４に関する詳細を含む、電力供給システム１００の全体に関する情報を備える。この情報は、バスコントローラ１１４が採用するべき構成を求める命令をバスコントローラ１１４に与えるのに用いることができるルックアップテーブルにアクセスするための入力として作用する。
例えば、第１の通常の構成（ＮＣ１）では、各バス１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃは、それ自体のそれぞれの電源１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃによって電力が供給され、閉じている電気結合接触器１１６はない。しかし、例えば電源１０４ｂが故障する第１の失われた電源構成（ＬＳＣ１）では、接触器１１６ｄが開き、左側にある２つの電気接触器１１６ｅ、１１６ｆ（あるいは中央制御装置１０８の命令によっては右側のもの）が閉じ、それによって再度バス部分１０６ｂに電力を供給する。
各バスコントローラ１１４、１１４ａ、１１４ｂにチェック論理（図示せず）が設けられ、中央制御装置１０８からの命令が、バスコントローラでの実行に有効であり、かつ電気的に安全であることを確認するように機能する。安全であれば、次いでバスコントローラ１１４、１１４ａ、１１４ｂは、指示通りに適切な電気接触ユニット１１６を動作させてよい。しかし、（例えば要求された構成が達成されないといった）エラーが生じると、バスコントローラ１１４、１１４ａ、１１４ｂは、中央制御装置１０８へエラーメッセージを送り返し、それによって元の未変更の構成を用いてフォールバック構成が開始され得るように機能する。例えば、バスコントローラ１１４は、例えば接触器が閉じなかった、バスが故障（短絡）しているなど、故障タイプを特定するために、デジタルデータを送り返してよい。次いで、故障タイプ次第で、中央制御装置１０８は、組込み論理を用いて、各バスコントローラ１１４へどの接触器の命令を送るか判断してよい。
さらなる実施例として、本発明の様々な実施形態によってバスコントローラ１１４、１１４ａ、１１４ｂを動作するための様々な技法を、以下でより詳細に説明する。
電力供給システム１００は、高可用性および／または高信頼性が必要なセーフティクリティカル電力分配用途で用いるのに特に適切である。好ましい１つの用途は、航空宇宙の電力分配システム向けである。
その上、簡単なモジュール構成（例えばバスモジュール１１０の連続した接続）を用いることによって電力供給システムの拡張が簡単になり、物理的分配を容易に行うことができ、システム接続構成を不必要に複雑にしたり、あるいは、例えばより複雑な構成を用いるとき生じることがある命令の競合／タイミングエラー／などによって引き起こされ得る予測不能の障害を誘発したりする可能性がない。
図２は、さらなる明瞭さのために、図１の電力供給システム１００の様々な構成要素に接続されたバスモジュール１１０の拡大図を示す。
そのようなバスモジュール１１０の物理的実施形態では、様々な構成要素、例えば１つ以上の、電源１０４、負荷１０２、バス１０６および電気コネクタユニット１１６などが外部要素として設けられてよいことを理解されたい。例えば、本発明の様々な実施形態では、バスモジュール１１０によって与えられる様々なコネクタ、制御ライン、ならびに論理および／または制御機能は、例えばＩＣ／ＡＳＩＣパッケージの外部に設けられる様々な構成要素に結合された個別の集積回路またはＡＳＩＣによってもたらされてよい。
バスモジュール１１０は、電気バス１０６に関連したバスコントローラ１１４を含む。バスコントローラ１１４は、以下の機能をもたらす。ａ）別のバスコントローラ、または例えばゼネレータコントロールパネル（ＧＣＵ）、任意の接触器ユニット１１６と協同で動作する能力。ｂ）隣接したバスの電源電圧ならびにそれ自体のローカルバス１０６の電源電圧を測定する能力。ｃ）ある命令を実行しても安全かどうか判断するように機能する論理。様々な実施形態で、論理は、異種の電源がともに接続されないように、かつ／または無遮断電力切換え（ＮＢＰＴ）を行うなら、そのような異種の電源が限定された時間のみ結合されるように機能する。
バスコントローラ１１４は、データバス１１２に接続するためのデータバスインターフェイスを有する。データバスインターフェイスは、とりわけ、どの接触器を閉じるように試みるべきかを示す命令を受け取り、バスコントローラの状態を伝送し、かつ任意のそのような接触器を動作させるのに成功するという目的の、外部の中央制御装置１０８にリンクすることができる双方向通信チャネルを設ける。
データバス１１２を介して受け取った命令をバスコントローラ１１４が実行しても安全かどうか確認するように機能するチェック論理（図示せず）がさらに設けられる。適宣、電気系統の構成次第で、チェック論理の動作に応答して、限定された局所的再構成の権限がバスコントローラ１１４に委ねられてよい。
例えば、航空機では、電源１０４が不意に切り離されると、関連するバスコントローラ１１４は、飛行中には、中央制御装置１０８が命令メッセージを出すのを待つことなく直ちに右側のバス１０６に接続することができる。しかし、航空機が地上にあるとき、より多くの電力供給の置換が利用可能であり、したがって、バスコントローラ１１４は、代わりに、中央制御装置１０８からの構成命令を待ってよい。これは、いわゆる「前もって与えられた」応答、すなわち、中央制御装置１０８が、バスコントローラ１１４に、飛行中に電力が失われたら待たずに右側へ接続するように指示するものでよい。そのような動作は非常に迅速であり、したがって負荷１０２から見たいかなる停電も短く（一般に５０ミリ秒未満）、したがって負荷１０２の設計を簡易化することが可能になる。同様に、中央制御装置１０８からの通信が失われると、バスコントローラ１１４は、そのような損失の後に、あらかじめ設定された構成を常に実行してよい。したがって、そのような設計は、負荷１０２に対して、電力の非常に高い可用性を有するシステムをもたらす。
バスモジュール１１０は、第１のバスコネクタ１１８および第２のバスコネクタ１２０を有し、第１のバスコネクタ１１８および／または第２のバスコネクタ１２０を電力バス１０６へ電気的に接続するように機能する。バスコネクタ１１８、１２０は、隣接するスプリットバス部分を互いに接続するように、かつ／またはバス１０６を様々な接続構成にするように用いられてよい。例えば、ａ）バスコネクタ１１８と１２０とが、バス１０６をバイパスしてともに接続されてよく（例えば下の図４を参照されたい）、ｂ）バスコネクタ１１８、１２０が両方ともバス１０６に接続されてよく、ｃ）バスコネクタ１２０がバス１０６に接続されずに、バスコネクタ１１８がバス１０６に接続されてよく、かつ／または、ｄ）バスコネクタ１１８がバス１０６に接続されずに、バスコネクタ１２０がバス１０６に接続されてよい。
この実施形態では、バスコントローラ１１４は、第１の電力コネクタライン１４２によって第１のバスコネクタ１１８に結合され、第２の電力コネクタライン１５２によって第２のバスコネクタ１２０に結合される。バスコントローラ１１４は、必要に応じて、電力コネクタライン１４２、１５２を介して、第２のバスコネクタ１２０に第１のバスコネクタ１１８を接続し、それによって電力バス１０６をバイパスすることができる。この構成によって、隣接したバスモジュール１１０を、連続してデイジーチェーン接続し、また、１つ以上のバスをバイパス／絶縁するように動作させることができ、したがって、システム全体のバス構成を動的に再構成することが可能になる。
さらに、バスコントローラ１１４は、第１のバスコネクタ１１８および第２のバスコネクタ１２０の一方または両方を、バス１０６に接続することができる。電圧感知接続１４６も設けられ、これを介して、バスコントローラ１１４は、バス１０６上に電力が供給されているかどうか測定することができる。外部電源１０４からの電力が利用可能かどうか、バスコントローラ１１４が判断することができるように、電力感知ライン１４０も設けられる。接触器制御ライン１４４は、ＧＣＵ（例えば図３を参照されたい）とともに電気接触器１１６ｄを作動させるように機能し、バス１０６に外部電源１０４を接続する。
バスモジュール１１０は、バスコントローラ１１４に接続される第１の信号ライン１３４および第２の信号ライン１３６も含む。これらの信号ライン１３４、１３６（例えば図３のラインＳ＿１およびＳ＿３に対応する）によって、隣接するバスモジュール１１０のバスコントローラ１１４が互いに通信することが可能になる。信号ライン１３４、１３６は、電気接触器１１６を設定するべき状態を示す、隣接したバスモジュール１１０からの離散的２値信号レベル表示（例えば２進の１＝接点閉、２進の０＝接点開、あるいはその逆）をもたらすのに用いられる。
第１の外部電圧感知接続１３２および第２の外部電圧感知接続１３８も設けられ、これらによって、外部バスモジュール１１０は、電力バス１０６が稼動中であるかどうか、稼動中であるならどんなタイプの電源が与えられているのか判断するために、電力バス１０６に接続され得る。例えば、電圧感知接続１３２、１３８は、外部バスモジュール１１０によって、隣接したバスモジュール１１０が稼動中の電源１０４を制御しているかどうか、電源１０４は交流電源か直流電源か、電源１０４の動作電圧レベル、交流電源であるならその周波数などを求めるために用いられてよい。
信号ライン１３４、１３６および電圧感知接続１３２、１３８は、独立した動作が可能なインターフェイスをともにもたらし、これによって、個々のバスモジュール１１０が、中央制御装置１０８から独立して安全に相互作用することが可能になる。
バスモジュール１１０によって、４つの接触器制御ライン１４４、１４８、１５０、１５４も与えられる。接触器制御ライン１４４、１４８、１５０、１５４は、外部に設けられた様々な電気接触器ユニット１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄへ駆動信号（および不活性化信号）を供給するように機能する。
接触器制御ライン１５０上の信号伝達は、第１のバスコネクタ１１８に対して電気バス１０６を接続／切断するために、第１の電気接触器ユニット１１６ａにおける電気接触を開閉するのに用いられる。接触器制御ライン１４８上の信号伝達は、第２のバスコネクタ１２０に対して電気バス１０６を接続／切断するために、第２の電気接触器ユニット１１６ｂにおける電気接触を開閉するのに用いられる。
接触器制御ライン１５４上の信号伝達は、１つ以上の電気負荷１０２に順に結合された負荷コネクタ１２２に対して電力バス１０６を接続／切断するために、第３の電気接触器ユニット１１６ｃにおける電気接触を開閉するのに用いられる。様々な実施形態で、負荷１０２が優先を指定されて、バスモジュール１１０を含むシステムに設けられた他の負荷１０２に対してその相対的重要性を示してよい。
接触器制御ライン１４４上の信号伝達は、電源１０４に対して電気バス１０６を直接的に接続／切断するために、第４の電気接触器ユニット１１６ｄにおける電気接触を開閉するのに用いられる。
様々な実施形態で、隣接したバスモジュール１１０は、それらが行動計画として同意した場合、電気接触器ユニット１１６を作動させるように構成される。例えば、バスコントローラ１１４は、隣接したバスモジュール１１０によって信号ライン１３４、１３６のそれぞれ上にアサートされた様々な信号によって、特定の接触器ユニット１１６内の接点を開閉するためのバスコントローラ１１４のプロポーザルに、隣接したバスモジュール１１０が同意したかどうかチェックしてよい。
適宣、バスモジュール１１０は、あるタイプの外部接触器ユニット１１６を駆動するための駆動回路を備えてよい。例えば、バスモジュール１１０は、外部接触器ユニット１１６内に設けられたリレー接点に電力を供給するための固体駆動回路を含んでよい。中央制御装置１０８は、従来型の組み込まれたマイクロコントローラとして、ＲＡＭ、ＲＯＭ、およびデータバスインターフェイスを、例えば一体型モジュールのアビオニクス（ＩＭＡ）下の機能の一部分として備えてよい。
隣接したバスモジュールに接続するために、バスモジュール１１０に少なくとも１つの外部コネクタ（例えば信号ライン１３４、１３６および電圧感知接続１３２、１３８）を設けることによって、２つ以上のバスモジュール１１０を連続して接続することができる。バスモジュールが、集中型の命令構成に必要な星形構成に接続されるのではなく、ともに「デイジーチェーン接続」され得るので、これによって、最小限の追加配線で容易な接続が可能になる。したがって、構成上の複雑さを最小限にし、また、例えば航空機胴体で物理的に分散した複数のコントローラを用いたとき、別の方法を用いたならば生じることがある、例えば伝送の待ち時間、データ命令のタイミングの競合によって予測不能の障害が生じる可能性を低減する簡単で拡大縮小可能な構成がもたらされる。
図３は、図２のバスモジュール１１０の機能を実施するための論理図２１０を概略的に示す。
バスコントローラ１１４の論理機能は「機能Ｅ」として既知であり、以下でさらに詳細に説明される。機能Ｅは、換言すれば、様々な実施形態において、セーフモードで動作するようにバスモジュール１１０を構成することができるブール論理回路によってもたらされてよい。
例えば、独立したバスレベルのコントローラを設けることにより、高レベルの安全性で多くのバスバーを管理するのに、単一の一般的タイプのブール論理機械２１４を用いることができる。これは、例えば競合または壊れた命令があって中央制御装置１０８からの命令を安全に実行することができない場合、自律性の個々のバスモジュール１１０は、そのとき命令を無視することができるので有利である。様々な実施形態で、バスモジュール１１０は、デフォルトでフェイルセーフモードになることができ、これらは、局所的な知能／自律性の機能を備えることにより、後で必要に応じて分離して動作することができる。
本明細書に説明された手法の関連する利益は、バスコントローラ１１４が一旦構成するように指示されると、それらはすべて、命令を自律的に、できるだけ迅速に実行し得ることである。これは、安全な論理条件が局所的に満たされると直ちに、バスコントローラ１１４が適切な接触器１１６を構成することができることを保証する。したがって、従来型の集中管理されたシステムから複数の接触器を操作する必要性に伴うことがあるいかなる遅延も低減することができる。
機能Ｅ
機能Ｅは、中央制御装置１０８によって送られ得る好ましい接続経路が備わっている場合、自律的に動作することができる。好ましい接続経路は、以下の制御信号を用いて定義されてよい。
１．ｏｔｈｅｒ＿ｓｉｄｅ＿ｅｘｅｒｔｅｄ
２．ｔｈｉｓ＿ｓｉｄｅ＿ｅｘｅｒｔｅｄ
あるいは、個々のバスコントローラ１１４の接触器の状態は、中央制御装置１０８から指定されてよい。本発明の様々な実施形態により、中央制御装置１０８とバスコントローラ１１４との間で、ある論理機能をどう分割するかということに関して設計者の選択肢が与えられる。
機能Ｅは、任意のバスバー（または仮想のバスバー）への電源の接続を制御する包括的機能をもたらす。この方策は、バスマネージャ機能用に高度なモジュラ設計手法を可能にするために採用され、任意の特定のバスネットワークに適するように組み立てられたブロック（シミュレーション、ソフトウェア、ファームウェアおよび／またはハードウェア）の検査を簡単にする。
図３に示される機能Ｅは、モジュラ機能の境界およびそれに関する主要なインターフェイス（以下の表１の信号称呼によってラベルが付けられている）を示す。機能の完全性にとって、例えばバスタイなどの機能の動作を２つの個別のユニットが同意する必要がある場合を除けば、これらの論理機能は完全に別々であり、一般に、情報を求めて互いに依存することがなく、ただ一つの例外は電源側の信号ラインであることに留意されたい。この独立したチェックおよび同意の設計手法により、高度な完全性機能がもたらされる。
機能Ｅが、利用可能な電源１０４の優先接続を制御するとき、電源の優先順位の一実施例は次の通りでよい。
１．それ自体の（関連づけられた）発電機１０４
２．右側の結合電源１２０
３．左側の結合電源１１８
機能Ｅは、接続用電源の有効性の判断、電気接触器ユニットの操作、故障検出、他の機能へのメッセージ、それ自体の電力が利用可能であることの表示および他の側の電力が利用可能であるかどうかの感知に必要なポイントをすべて感知することができる。この最後の機能は、優先順位に従って、例えば第１の例の電源への最も直接的な接続経路の選択を可能にするために制御することを可能にするように与えられる。しかし、この接続経路が故障した場合、この機能は（バス上の不必要な電力切断を防ぐが）代替電源を用いることを排除しない。
図３に示された、機能Ｅによって使用される様々な制御信号およびスイッチング信号が、次に以下の表１でさらに定義され説明される。
Figure 2010220465
（注）Ｎ＿ＯＫ、ｂｕｓ＿Ｎ＿ｉｎｈｉｂｉｔ、ｔｈｉｓ＿ｓｉｄｅ＿ｅｘｅｒｔｅｄおよびｏｔｈｅｒ＿ｓｉｄｅ＿ｅｘｅｒｔｅｄは、一般的な離散的信号でよく、あるいは特定の実施構成次第で通信バス１１２に組み込まれる。
「ｔｈｉｓ＿ｓｉｄｅ＿ｅｘｅｒｔｅｄ」信号および「ｏｔｈｅｒ＿ｓｉｄｅ＿ｅｘｅｒｔｅｄ」信号の目的は、環状接続および１つの側当り複数の発電機が存在する電気ネットワークで、最善の接続ルートが用いられることを保証することであり、というのは、そのようなネットワークでは、そうしないとバス機能Ｅが最善の利用可能な経路を通して接続しない可能性があるためである。
したがって、本発明の様々な実施形態において機能Ｅを備えることにより、利用可能な電力および接続された負荷の要件に従って、どの電源がそれぞれの特定のバスバータイプに電力を供給するかを正確に、安全に、かつ効率的に構成することができる電気バス管理コントローラを備えることが可能になる。例えば、そのようなコントローラは、例えば主発電機、補助発電機、ならびに航空機上のそれぞれの負荷タイプに対応するための交流および／または直流であり得る外部電源といった複数の電源を有する航空機で用いるバスモジュール１１０に設けられてよい。したがって、そのような機構は、様々な動作モードに対応するために、電源当り１つの電気分配バスならびに補助バスを設けてよい。
一実施形態では、バスおよびサブバスはリレーまたは電気接触器で接続され、また、接触器が設定される状態は、以下の条件の１つ以上に基づいて論理的に定義される。ａ）利用可能な電源および、例えば、地上での動作モードでは、地上の客室および貨物整備であって外部電源が利用可能、地上の作業であって利用可能な外部電源なし、地上の保守整備であってバッテリー電源のみ、飛行中の動作モードでは、飛行中の通常動作であってすべての通常電源が利用可能、飛行中であって（いずれか）１つの主電源が失われた、飛行中であって（いずれか）２つの主電源が失われた、飛行中であって（いずれか）３つの主電源が失われた、飛行中であって（いずれか）４つの主電源が失われた、飛行中であってすべての交流電源が失われた、など、関連した「航空機」の動作モード、ｂ）いずれかの分配過負荷状態の包含、ならびに、ｃ）いずれかの１つ以上の接触器故障。
図４は、本発明の一実施形態による４つのバスの電力供給システム４００を示す。電力供給システム４００は、それぞれのバスモジュール（図示せず）によって環状構成で連続的に接続されたバス４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ、４０６ｄを含む。バスモジュールは、例えば図３に関連して上記で説明されたような、機能Ｅを実施するための論理回路を含む。
第２の発電機４０４ｂだけが投入され、すべての主要バス４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ、４０６ｄがそれに接続しようとするやっかいな接続問題を示す図４を検討する。この場合、この条件に対して以下の３つの問題が起こり得る。
１．論理上の優先順位によって、必要な経路を通らずに接続される可能性がある。
２．最優先の接続がなされるとき、待ち時間によって不必要なブレーク転送が引き起こされる可能性がある。
３．独立したバスコントローラ１１４の動作によって引き起こされるタイミング競合によって、諸接触器が、開と閉との間で振動する可能性がある。
例えば次のようなことが起こり得る。バス４０６ｂが電力を供給し、バス４０６ａおよび４０６ｃは、どの電力が利用可能か認識する。次いで、バス４０６ａおよび４０６ｃがそれらのバスタイ接触器を介して接続される。次いで、バス４０６ｄが、競合状態の動作に依存して４０６ａまたは４０６ｃからの電力を認識する。バス４０６ｄが、先ず４０６ａに接続され、次いで４０６ｃに接続されると仮定すると、バス４０６ｄは、４０６ｄを好ましい電源と見なすことになる（それがそれ自体の側にあるので、次に４０６ｂと４０６ｃとの間の結合を開くことになる）。
この論理上の推論から、各バスは、電源があるのはそのバス自体のパネルか、あるいは別のパネルかということに従って、その好ましい優先順位リストを修正する必要があるかどうかということを認識するべきであることが示され得る。
したがって、機能Ｅの優先順位の仕様（４つの発電機構成の第３の発電機と同等なバスｎの特定のケースに関して定義されたもの）は、論理上次のようにコーディングされ得る。
ＩＦ ＮＯＴ ｂｕｓ＿ｎ＿ｉｎｈｉｂｉｔ ＴＨＥＮ
ＣＡＳＥ｛
１．ＩＦ Ｖ＿１ ＡＮＤ ｔｈｉｓ＿ｓｉｄｅ＿ｅｘｅｒｔｅｄ ＴＨＥＮ ｐｒｉｏｒｉｔｙ
１． Ｓ＿２
２． Ｓ＿３
３． Ｓ＿１
２．ＩＦ Ｖ＿１ ＡＮＤ ｏｔｈｅｒ＿ｓｉｄｅ＿ｅｘｅｒｔｅｄ ＴＨＥＮ ｐｒｉｏｒｉｔｙ：
１． Ｓ＿２
２． Ｓ＿１
３． Ｓ＿３
｝
ＥＬＳＥ
ＮＯＴ（Ｓ＿１ ＡＮＤ Ｓ＿２ ＡＮＤ Ｓ＿３）
ＥＮＤ；
ＩＦ Ｓ＿２ ＡＮＤ Ｖ＿２ ＴＨＥＮ ｔｈｉｓ＿ｓｉｄｅ＿ｅｘｅｒｔｅｄ
ＩＦ（Ｓ＿１ ＯＲ Ｓ＿２ ＯＲ Ｓ＿３）ＡＮＤ ＮＯＴ Ｖ＿２ ＴＨＥＮ ＮＯＴ ｎ＿ＯＫ
当業者なら、本発明の多くの様々な実施形態が提供され得ることに気付くであろう。例えば、本発明の様々な実施形態は、電力供給システム、バスモジュール、バスコントローラ、制御方法などを実施するために、符号化された機能を備えてよい。そのような機能は、例えば１つ以上のソフトウェア、ハードウェアおよびファームウェア要素を用いてもたらされ得る。
従来、電気バス用の配電システムは、一般にボックスに含まれているが、新規の構成はそれほど集中型ではなく、ボックスがより多数になって物理的に分配され、制御がより困難になっている。例えば、電気バスの制御は、いくつかのやり方で例えば次のように伝統的に行われている。１）６ユニット以内の電源コントローラの協同作用で、電気バスの接続を管理するために、クロスリンクを用いて連係を維持し、かつ論理的操作を修正する。２）系統的に中心に配置されて、すべての分配ユニットに（例えば星形状の配線構成で）接続された１つまたは２つのユニットを使用する。しかし、それと対照的に、本発明の様々な実施形態は、局所的に実行することができる分配された機能を提供する一方で、論理制御器ユニットをできるだけ簡単にする。
本発明の様々な態様および実施形態は、従来型の手法に対して以下の利点の１つ以上を提供することができる。ａ）中央制御装置とバスコントローラとの間に独立した命令および保護回路を設け、危険な誤った操作の可能性を最小限にする。ｂ）独立した局所的コントローラを使用することにより、局所的な高速再構成を可能にする。ｃ）デジタル中央制御装置またはスーパーバイザを備えることを可能にし、すべての電気バスに首尾一貫した確定的論理構造をもたらす。ｄ）様々な数の電気バスおよびネットワーク構成を容易に扱うために、モジュール方式で拡張可能なシステムを提供する。ｅ）分配された電気バスシステムに対する電気制御および監視用の接続（例えば電線またはプリント回路線路）を最小限にする。ｆ）バスコントローラ論理の論理変更を用いて、非並列の電源動作および並列の電源に対応する。
例えば、本発明の一態様は、セーフティクリティカル給電ネットワークで電力分配するための方法を提供する。この方法は、中央制御装置からの命令を局所的バスコントローラでチェックして、それらの命令が実行しても安全であればそれらを実行し、そうでなければバスコントローラをセーフモードで動作させるステップを含む。適宣、中央制御装置へエラーコードが送り返されてよい。適宣、中央制御装置は、何らかの矛盾する命令が出されたかどうか判断し、かつ／またはバスコントローラが互いに通信することができるかどうかということ、および／またはバスコントローラが中央制御装置と通信することができるかどうかということをテストするために、適宣、複数の局所的バスコントローラと協同で、何らかの新規の命令を求めて周期的にポーリングしてもよい。
１００ 電力供給システム
１０２ 負荷
１０４ 電源
１０６ 電力バス
１０６ａ バス部分
１０６ｂ バス部分
１０６ｃ バス部分
１０８ 中央制御装置
１１０ バスモジュール
１１２ データバス
１１４ バスコントローラ
１１４ａ バスコントローラ
１１４ｂ バスコントローラ
１１６ 電気接触器
１１６ａ 電気接触器
１１６ｂ 電気接触器
１１６ｃ 電気接触器
１１６ｄ 電気接触器
１１６ｅ 電気接触器
１１６ｆ 電気接触器
１１８ バスコネクタ
１２０ バスコネクタ
１３２ 外部電圧感知接続
１３４ 信号ライン
１３６ 信号ライン
１３８ 外部電圧感知接続
１４０ 電力感知ライン
１４２ 電力コネクタライン
１４４ 接触器制御ライン
１４６ 電圧感知接続
１４８ 接触器制御ライン
１５０ 接触器制御ライン
１５２ 電力コネクタライン
１５４ 接触器制御ライン
１７０ ユーザインターフェイス
１８０ 状態入力
２１０ 論理図
２１４ ブール論理機械
４００ 電力供給システム
４０４ａ 発電機
４０４ｂ 発電機
４０４ｃ 発電機
４０４ｄ 発電機
４０６ａ バス
４０６ｂ バス
４０６ｃ バス
４０６ｄ バス

Claims (10)

  1. セーフティクリティカル給電ネットワークにおいて１つ以上の負荷に電力分配するための電力供給システムであって、
    少なくとも１つの電源と、
    電力バスと、
    分散型制御システムとを備え、
    この分散型制御システムが、データバスを介して少なくとも１つのバスモジュールに動作可能に結合された中央制御装置を有し、前記バスモジュールが、前記電力バスにそれぞれの電源を接続するように動作可能なそれぞれのバスコントローラを備える、ことを特徴とする電力供給システム。
  2. 前記電力バスが、複数のバス部分を備えたスプリットバスであり、前記スプリットバスの各部分が、それぞれのバスモジュールの制御下でそれぞれの電源に動作可能に接続可能である請求項１記載の電力供給システム。
  3. 前記バスモジュールが、第１のバスコネクタおよび第２のバスコネクタを有し、前記第１のバスコネクタおよび／または前記第２のバスコネクタを前記電力バスへ電気的に接続するように機能する請求項１記載の電力供給システム。
  4. 前記バスモジュールが、少なくとも１つの負荷コネクタを有し、前記少なくとも１つの負荷コネクタを前記電力バスへ電気的に接続するように機能する請求項１記載の電力供給システム。
  5. 前記バスモジュールが、隣接したバスモジュールに接続するための少なくとも１つの外部コネクタを有する請求項１記載の電力供給システム。
  6. 前記バスモジュールが、外部接触器ユニットを駆動するための駆動回路を有する請求項１記載の電力供給システム。
  7. 請求項１記載の電力供給システムで用いるバスモジュールであって、当該バスモジュールに関連した電力バスに電源を接続するように機能するバスコントローラを備えるバスモジュール。
  8. 第１のバスコネクタおよび第２のバスコネクタをさらに備え、前記バスコントローラが、前記第１のバスコネクタおよび／または前記第２のバスコネクタを電力バスへ電気的に接続するように機能する請求項７記載のバスモジュール。
  9. 前記バスモジュールをセーフモードで動作させるように構成されたブール論理回路を備える請求項７記載のバスモジュール。
  10. セーフティクリティカル給電ネットワークにおいて電力を分配する方法であって、
    局所的バスコントローラで中央制御装置からの諸命令をチェックするステップと、
    前記諸命令が実行しても安全であれば、それら命令を実行させ、安全でなければ、前記バスコントローラをセーフモードで動作させる、ステップとを含むことを特徴とする電力分配方法。
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