JP2011004596A - 電流障害検出器および回路遮断器とそれらの実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気回路のライン側と負荷側との間の電流経路中に電力制御器が位置する。電力制御器は制御供給の存在下で電流経路をクローズし、また制御供給の不在下で電流経路をオープンする。
【解決手段】電流経路に電気的につながれた電源が制御供給を提供する。センサー・システムは、電源から電力を受信し、電流経路の電流を監視して、電流経路の電流状態を表示するセンサー信号を出力する。論理制御器も電源から電力を受信し、センサー信号を受信して、センサー信号が設定基準を満たさないときは電力制御器から制御供給を除去する。センサー・システムは、２またはそれ以上の電線相互間で電流バランスを監視するための不均衡センサーと、個々のライン中の電流を監視するための過電流センサーの一方または両方を含むことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は一般的に電気制御システムに関するものであって、更に詳細には、電流経路の電流状態を監視し、電流障害の検出に応じてその電流経路を遮断する航空機電気制御システムに関する。

電気−機械技術では、電流の不均衡は悲惨な結果、例えば燃料ポンプ中でのアーク放電等につながりかねない重大な問題を示唆するものである。燃料ポンプは燃料ベッセル内部に収容されて、ベッセルから直接燃料を汲み出すようになっている場合が多いので、燃料ポンプ中でアーク放電が発生すると、燃料と空気の混合物の爆発と、それに伴う燃料ベッセルの亀裂につながりかねず、それは大惨事となり得る。そのような状態の重大さに鑑み、このような放電とともにその他の付随する問題を抑制できる装置あるいは方法論が必要とされる。現時点では、航空機で一般的に採用されているタイプの回路保護装置は感熱式回路遮断器である。しかし、放電は感熱式回路遮断器を作動できないことが多い。従って、航空機において電流不均衡を検出する機能が長い間求められてきた。電流不均衡の１つの非常に重要な形は接地事故であり、その場合、回路または電気装置からグラウンドへ望まれていない電流が流れる。従来技術では、接地事故検出は独立した接地事故遮断ユニットによって処理されてきた。しかし、そのような従来技術のシステムは、航空機の配線をやり直す必要があるなどの制約を有している。航空機の配線やり直しの必要性に加えて、接地事故遮断システムを収容する付加的な空間を見いだす必要がある。

オートロニクス（Ａｕｔｒｏｎｉｃｓ）によって製造される現在利用できる１つの接地事故遮断ユニット（モデル２３２６−１）は燃料ポンプの接地事故保護のために商用の航空機で広く用いられている。オートロニクスのユニットは接地事故を検出し、電流変成器を用いて故障を表示する信号を出力し、そして燃料ポンプ制御リレーへの電力を停止するように動作する。

従来技術の接地事故検出システムは、航空機燃料ポンプを含む航空機の電気システムでのアーク放電を低減するためには有効である。この問題は連邦航空局（Ｆｅｄｅｒａｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）（ＦＡＡ）の主要な関心事となり、最近の研究によって燃料タンクの点火を防止するための多様な研究および規制が展開されている。ＦＡＡが主催して２００１年６月２０日から２１日にシータック・エアポート・ヒルトン（ＳＥＡＴＡＣ Ａｉｐｏｒｔ Ｈｉｌｔｏｎ）で開催された燃料タンクの点火防止に関する会議は、輸送用航空機の規定ＳＦＡＲ第８８条および関連の認証手順と耐空性基準をより良く理解するためのものであった。これに関連して、さらに、２００１年５月７日のＦｅｄｅｒａｌ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ ｏｆ Ｍｏｎｄａｙ（制定順規則集）にはＳＦＡＲ第８８条に関連する論文“燃料タンクシステムのフォールト・トレラントな評価要求および関連する耐空性および認証基準（Ｆｕｅｌ Ｔａｎｋ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆａｕｌｔ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ａｉｒｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ａｎｄ Ｃｉｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）”が発表されている。これらの資料およびＦＡＡ会議は、接地事故を検出することと、回路に作用して可燃性材料に曝される燃料ポンプ等内部でのアーク放電を可能な限り最大限に防止することの重要性を強調している。

上で述べたオートロニクス社のモデル２３２６−１シリーズの接地事故電流検出器のほかに、プリメックス・アエロスペース社（ＰＲＩＭＥＸ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｏｍｐａｎｙ）からも部品番号４３７，４３７として販売されている接地事故検出システムがある。プリメックス・システムは電流変成器を使用して、３相４００ヘルツの電動機の接地事故電流を検出する。しかし、これらの従来技術のシステムは、それらを航空機に広く採用する場合には、最初から搭載する機器としてもあるいは後から取り付ける機器としても、それらが既に存在する機器のほかに別個にスペースを必要とし、また配線を必要とするという重大な制約を含んでいる。本発明は多くの動作上および機能上の特徴を提供するが、それらのなかには、それが既存のリレー用のパネル上で利用可能なスペースに収まること、それが監視するシステムの電力を利用して動作すること、更に、接地事故を検出し監視されるシステムから電力を取り除くことをより高速かつより効率的に行なうことが含まれる。

航空機用の進歩した回路保護装置に対する需要が存在する。更に、その回路保護装置は航空機の既存の装置内部に含められるか、あるいは既存の装置と一緒に実装できて既存の電気回路への接続を共用できることが望ましい。これは、どんな航空機であろうと航空電子用のスペースは限られており、新しい装置を収容するために配線を追加することは非常に困難だからである。本発明はそれらおよびその他の関心事に対処する。

簡単にまた一般的な表現で述べれば、本発明は、電気回路のライン側と負荷側との間の電流経路内の電流状態を監視し、電流障害状態が検出されたときにその電流経路を遮断するための装置および方法を指向する。

本発明は、ライン側と負荷側とを有する回路を保護するための、特に航空機に使用するのに適した電流不均衡検出および回路遮断器に関する。１つの現在の実施の形態では、本発明は電流不均衡検出および回路遮断器を既存の航空機電力制御リレーのパッケージに組み込む。例えば、燃料システムへの応用では、電流不均衡検出および回路遮断器は燃料ポンプ制御リレーのパッケージに組み込まれる。従って、本発明は、既存の航空機に後付けできるし、あるいはリレー・システムを既に採用している新たに建造される航空機および新しい航空機設計に採用することができる。電流不均衡検出および故障回路遮断器は、筐体、電源、監視すべき回路、センサー、論理制御器および電力制御器（例えば、リレー、接触器、固体リレー、その他）を含む。１つの実施の形態では、本発明はまた、故障表示器、テスト用押しボタン・スイッチおよびリセット・スイッチを含むことができる。電源はセンサー、論理制御器および電力制御器に電力を供給するように構成される。センサーは監視している回路中の電流不均衡を検出するように構成される。１つの実施の形態では、電流不均衡を監視するセンサーはホール効果センサーである。論理制御器はリレーの制御入力信号を監視し、センサーからの入力を処理するように構成される。

別の実施の形態では、論理制御器はセンサー信号を予め定められた許容動作を表す限界と比較し、センサー信号がその許容範囲を逸脱したときに、回路電流の不均衡を表す信号を出力する。電力制御器は論理制御器から入力を受信し、電流不均衡が検出されたときに、回路の負荷側への電力を遮断するように構成される。１つの実施の形態では、電流不均衡が検出されたことによる回路の負荷側からの電力除去は、電流不均衡検出および回路遮断器への電源が再投入されるまで維持される。別の実施の形態では、電力除去はリセット・スイッチが押されるまで維持される。更に別の実施の形態では、故障表示器が、電流不均衡状態が発生しているかどうかの表示を与える。保守時に、ユニットの動作チェックのためのテスト用押しボタン・スイッチを設けることができる。故障表示器をリセットするために故障リセット・スイッチが使用される。

本発明はまた、ライン側と、接地事故を起こした負荷側とを有する電気的負荷用の電気回路を遮断するための方法を提供する。要約すると、本方法は、電源を供給すること、回路のライン側を連続して監視して電流不均衡を検出すること、リレー制御入力を連続して監視すること、論理制御器から入力を受信すること、電流不均衡が検出されたときに、リレー制御入力信号を遮断することおよび故障表示器を駆動することを含む。本方法の１つの態様では、電流不均衡が検出されたときに、回路を遮断することは電源が再投入されるまで維持される。典型的には、監視される電流が供給される負荷は電動機である。別の１つの態様では、電流不均衡検出および回路遮断器は付加的な信号、入力、配線、あるいは電力源を必要とせず、監視されている回路からそれの電力を取る。本方法の１つの用途では、回路の負荷側が燃料ポンプに接続され、アーク放電は燃料ポンプ内部で終端する。

１つの実施の形態では、本発明は接地事故検出および回路遮断（ＧＦＩ）を実行するように構成されており、従来技術のシステムに比べて重要な特徴を有する。本発明のＧＦＩシステムは既存のリレー・システムと同じ容器に実装されるため、それを既存の航空機に後付けすることは容易である。それはＡＣまたはＤＣ回路とは切り離して容易に動作するし、監視している回路からそれ自身の電源をもらえるので、航空機に変更の追加や配線を行なわずに、ＡＣまたはＤＣ配線された航空機のいずれであっても使用できる。更に、本発明のＧＦＩシステムは監視されている回路に直接的に作用し、それの一部となるため、従来技術のシステムで重要な問題点、すなわち監視されている回路に対して別に接続しなければならないと言う問題を回避できる。本発明における別の本質的な特徴は、故障した回路からの電力除去を迅速に行なえることである。これは検出と制御が同じ１つの場所で行われるため、その場検出および制御ができるからである。

現在就航しているほとんどの航空機は既に述べた制約を有する回路遮断器を使用している。本発明の電子的および電気機械的特徴は、そのような回路遮断器によって提供される保護に加えて付加的な保護を与えるため、本発明を既存の航空機、新たに製造されるおよび新しい航空機設計に容易に後付けできる形で実装することによって、本発明の利点を広く応用することが望ましい。従って、本発明の別の１つの態様では、電流不均衡検出および回路遮断器の電子的および電気機械的要素は、従来技術の電力制御器と類似の形状因子を有する筐体に収容される。本発明は、既存の電力制御器電気コネクタを介して、監視および制御すべき回路につながれて、制御すべきその回路から電力を取り出す。そのような回路遮断器によって提供される保護に加えて付加的な保護を与えることができる形状因子は複数存在するが、最も望ましい形状因子は航空機に使用される電力制御器に関するものである。

現時点での１つの好適な実施の形態では、本発明は電気回路のライン側と負荷側との間の電流経路を遮断するための装置である。本装置は前記電流経路に、ライン側あるいは負荷側のいずれかで電気的につながれた電源を含んでいる。本装置はまた、電流経路中に位置する電力制御器を含む。電力制御器は、制御供給の存在下で電流経路をクローズさせ、また制御供給の不在下で電流経路をオープンするように適合している。本装置はさらに、センサー・システムおよび論理制御器を含む。センサー・システムは電源から電力を受信し、電流経路の電流を監視し、更に、電流経路の電流状態を表示するセンサー信号を出力する。論理制御器もまた電源から電力を受信し、センサー信号を受信し、そしてセンサー信号が設定基準を満たさない場合には電力制御器から制御供給を除去する。

本装置の詳細な面では、制御供給は電源によって提供され、電源は、電力制御器がオープンでセンサー信号が設定基準を満たすときに、電力制御器に電流経路をクローズさせるのに十分な第１の期間、第１の電圧を有する制御供給を出力するように適合している。電源は、この第１の期間が経過後、電力制御器をクローズ位置に保持するのに十分な、第１の電圧よりも低い第２の電圧を有する制御供給を出力する。本装置の別の詳細な面では、センサー・システムは、線間での電流不均衡を測定するための、３相ＡＣシステムの３本の電線あるいはＤＣシステムの２本の電線に付随する単一のセンサーか、あるいは各電線ラインについて個々の電流測定を行なうようになった、電流経路の電線の１つに付随する個別センサー、あるいはそれらの組合せを含む。

現時点で好適な別の実施の形態では、本発明は集積された電流障害検出／回路遮断器であって、それはライン側と負荷側とを有する電流経路中に位置するように適合した回路遮断器と、電流経路に電気的につながれた電源とを含む。本装置はまた、電源から電力を受信し、電流経路の電流を監視して、電流経路中の電流状態を表示するセンサー信号を出力するセンサー・システムを含む。本装置は更に、電源から電力を受信し、センサー出力を受信して、センサー信号が設定基準を満たさないときは回路遮断器をオープンする制御器を含む。

別の態様では、本発明は、それに電気的につながれた電源を有する電気回路のライン側と負荷側との間の電流経路を遮断する方法に関する。本方法は電力制御器を電流経路に配置することを含む。電力制御器は、制御供給が与えられるときはクローズ位置を取り、そうでなければオープン位置を取るように適合している。電流経路の電流を監視し、センサー・システムを用いて、電流経路の電流状態を表すセンサー信号を出力し、更に、センサー信号が設定基準を満たすときだけ電力制御器に制御供給を提供する。

詳細な態様では、本方法は更に、電源によってセンサー・システムに供給される電力の電圧レベルを監視することと、センサー・システムへの電圧レベルが予め定められた値よりも低いときはセンサー信号を無視することを含む。センサー信号を無視することによって、本システムの電流障害検出機能は本質的に禁止されて、それは電圧供給が予め定められた値かそれを超えるまで維持される。関連する詳細な態様では、本方法は更に、外部のオン／オフ電力スイッチを監視して、次の条件のいずれかが成立するときに電力制御器から制御供給を除去する：センサー信号が設定基準を満たさないとき、あるいは外部電力スイッチがオフのとき。更に別の詳細な態様では、設定基準は負荷側につながれた電気的負荷の動作電流に依存し、それは第１の期間は第１の動作電流を有し、第２の期間は第２の動作電流を有する。この場合に、本方法は更に、第１の期間には第１の動作電流に基づいて第１のレベルに、また第２の期間は第２の動作電流に基づいて第２のレベルに設定基準を設定することを含む。

別の態様では、本発明は、ライン側と負荷側とを有し、それらの間に電力制御器を有する電気回路を流れる電流を監視するための装置に関する。電力制御器は制御供給の存在下で電流経路をクローズし、また制御供給の不在下で電流経路をオープンする。電気回路は筐体内に収容され、本装置はこれも筐体に収容されて電流経路に電気的につながれた電源を含む。本装置はまた、いずれも筐体に収容されたセンサー・システムと論理制御器とを含む。センサー・システムは電源から電力を受信し、電流経路の電流を監視し、電流経路の電流状態を表すセンサー信号を出力する。論理制御器は電源から電力を受信し、センサー信号を受信し、センサー信号が設定基準を満たさないときは電力制御器から制御供給を除去する。詳細な態様では、本装置は更に、電力制御器の一部分の周囲に位置するフレキシブル・プリント配線基板を含み、電源、センサー・システムおよび論理制御器の少なくとも１つを含む回路がその基板上に搭載される。

別の面では、本発明は、電流経路の負荷側とライン側との間に位置し、特定の形状因子を有する筐体に収容された既存の電力制御器を置き換える方法に関する。本方法は、電流経路から既存の電力制御器を除去すること、電流経路を通る電流状態を監視して、電流状態が設定基準を満たさないときは電流経路を遮断するように適合した装置を提供することを含む。本装置は、除去された電力制御器のそれと本質的に同じ形状因子を有する筐体に収容される。本方法は更に、電流経路中の、除去された電力制御器が前に位置していた場所に装置を設置することを含む。

別の面では、本発明は、電気回路のライン側と負荷側との間の電流経路をクローズするための装置に関する。本装置は、オープン位置とクローズ位置とを有する電力制御器を含む。電力制御器は電流経路中に位置して、第１の制御供給の存在下でオープン位置からクローズ位置へスイッチし、第２の制御供給の存在下でクローズ位置を維持する。本装置は更に電源を含み、それは電力制御器がオープンしたときに、第１の電圧を有する第１の制御供給を第１の期間出力し、第１の期間の終了後、第１の電圧よりも低いが電力制御器をクローズ位置に保持するには十分な第２の電圧を有する第２の制御供給を出力する。

別の１つの態様では、本発明は、第１の期間にわたって関連する第１の動作電流を有し、また第２の期間にわたって第２の動作電流を有する電気的負荷につながれた電気回路のライン側と負荷側との間の電流経路を遮断するための装置に関する。本装置は、電流経路中に位置する電力制御器を含む。電流制御器は制御供給の存在下で電流経路をクローズし、また制御供給の不在下で電流経路をオープンする。本装置はまた、電流経路の電流を監視して、電流経路の電流状態を表示するセンサー信号を出力するセンサー・システムを含む。本装置は更に、センサー信号を受信する論理制御器を含み、それは第１の期間に第１の動作電流によって定義される第１の設定基準とセンサー信号とを比較して、もしセンサー信号が第１の設定基準を満たさなければ電力制御器から制御供給を除去する。第２の期間には、論理制御器はセンサー信号を第２の動作電流によって定義される第２の設定基準と比較して、もしセンサー信号が第２の設定基準を満たさなければ電力制御器から制御供給を除去する。

本発明に従って構成された、電源、センサー・システム、論理制御器および電力制御器を含むシステムの一般的なブロック図。 電源、電流不均衡センサーを含むセンサー・システム、論理制御器、外部ＤＣポンプ入力スイッチおよびＤＣリレーを含む電力制御器を含むシステムの１構成のブロック図。 図２の電源の模式図を構成する。 図２の電源の模式図を構成する。 図２の電源の模式図を構成する。 図２の電流不均衡センサーの模式図。 図２の論理制御器の模式図を構成する。 図２の論理制御器の模式図を構成する。 図２の論理制御器の模式図を構成する。 図２の論理制御器の模式図を構成する。 図２の論理制御器の模式図を構成する。 図２の論理制御器の模式図を構成する。 図２の論理制御器の模式図を構成する。 図２の論理制御器の模式図を構成する。 図２の論理制御器の模式図を構成する。 図２の論理制御器の模式図を構成する。 電源、電流不均衡センサーおよび３つの過電流センサーを含むセンサー・システム、論理制御器、外部ＤＣポンプ入力スイッチおよびＤＣリレーを含む電力制御器を含むシステムの別の構成のブロック図。 図６の電源の模式図を構成する。 図６の電源の模式図を構成する。 図６の電源の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 図６の論理制御器の模式図を構成する。 電源、電流不均衡センサーを含むセンサー・システム、論理制御器、外部ＡＣポンプ入力スイッチおよびＤＣリレーを含む電力制御器を含むシステムの別の構成のブロック図。 図９の電源の模式図を構成する。 図９の電源の模式図を構成する。 図９の電流不均衡センサーの模式図。 図９の論理制御器の模式図を構成する。 図９の論理制御器の模式図を構成する。 電源、電流不均衡センサーおよび３つの過電流センサーを含むセンサー・システム、論理制御器、外部ＡＣポンプ入力スイッチおよびＤＣリレーを含む電力制御器を含むシステムの別の構成のブロック図。 電源、電流不均衡センサーを含むセンサー・システム、論理制御器、外部ＡＣポンプ入力スイッチおよびＡＣリレーを含む電力制御器を含むシステムの別の構成のブロック図。 図１４の電源の模式図。 図１４の電流不均衡センサーの模式図。 図１４の論理制御器の模式図を構成する。 図１４の論理制御器の模式図を構成する。 電源、電流不均衡センサーおよび３つの過電流センサーを含むセンサー・システム、論理制御器、外部ＡＣポンプ入力スイッチおよびＡＣリレーを含む電力制御器を含むシステムの別の構成のブロック図。 本発明に従って構成され、ボーイング７３７／７４７クラシックおよびエアバス航空機に使用するように適合した装置の鳥瞰図。 図１９ａの装置の上面図。 図１９ａの装置の前面図。 図１９ａの装置の底面図。 図１９ａの装置の鳥瞰図であって、一部切り取って、電力制御器、センサー・システム、その上にシステム部品を有するフレキシブル・プリント配線基板を含む部品を示す図。 図１９ｅのフレキシブル・プリント配線基板の平面図。 本発明に従って構成され、ボーイング７４７−４００，７５７，および７６７航空機に使用するように適合した装置の鳥瞰図。 図２０ａの装置の上面図。 図２０ａの装置の前面図。 図２０ａの装置の底面図。 図２０ａの装置の鳥瞰図であって、一部切り取って、電力制御器、センサー・システム、その上にシステム部品を有するプリント配線基板を含む部品を示す図。 本発明に従って構成され、ＤＣ−１０，ＭＤ１０およびＭＤ１１航空機に使用するように適合した装置の鳥瞰図。 図２１ａの装置の上面図。 図２１ａの装置の前面図。 図２１ａの装置の底面図。 図２１ａの装置の鳥瞰図であって、一部切り取って、電力制御器、センサー・システム、その上にシステム部品を有するフレキシブル・プリント配線基板を含む部品を示す図。 図２１ｅのフレキシブル・プリント配線基板の平面図。 電源、電流不均衡センサーを含むセンサー・システム、ソレノイド駆動および回路遮断器およびソレノイドを含む電力制御器を含むシステムの電流障害検出器／回路遮断器構成のブロック図。 図２２のシステムの模式図。 本発明に従って構成された電流障害検出器／回路遮断器の鳥瞰図。 図２４ａの装置の上面図。 図２４ａの装置の前面図。 図２４ａの装置の底面図。 図２４ａの装置の一部切断図であって、回路遮断器およびソレノイド、センサー・システム、その上にシステム部品を有するプリント配線基板を含む部品を示す図。 電源、電流不均衡センサーおよび過電流センサーを含むセンサー・システムおよびＤＣリレーを含む電力制御器を含むシステムのＤＣ式独立型電流障害検出器構成。 図２５の電源の模式図。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 図２５の論理制御器を構成する。 電源、電流不均衡センサーおよび３個の過電流センサーを含むセンサー・システムおよびＡＣリレーを含む電力制御器を含むシステムのＡＣ式独立型電流障害検出器構成。 電源、電流不均衡センサーおよび３個の過電流センサーを含むセンサー・システムおよび固体リレーを含む電力制御器を含むシステムの固体式独立型電流障害検出器構成。 本発明に従って構成された独立型電流障害検出器装置の鳥瞰図。 図３０ａの装置の上面図。 図３０ａの装置の前面図。 図３０ａの装置の鳥瞰図であって、一部切り取って、電力制御器およびその上にシステム部品を有するプリント配線基板を含む部品を示す図。

本発明のこれらおよびその他の態様および特徴は、本発明の特徴を例示的に説明する、以下の詳細な説明および添付図面から明らかになろう。

ここで図面を参照すると、それらは例示の目的で与えられているのであって限定するものではないが、特に図１を参照すると、本発明に従って、電気回路のライン側２４と負荷側２６との間の電流経路２０を前記電気回路中で電流障害が検出されたときに遮断するように構成されたシステム１０が示されている。電流障害状態は、電気回路中での電流不均衡状態や過電流状態の結果である。

システム１０は、その最も基本的な形態では、電源３０、センサー・システム４０、論理制御器５０および電力制御器６０を含む。電源３０は論理制御器５０、センサー・システム４０および電力制御器６０に電力を供給する。電力制御器６０は電気−機械式リレーでよく、ＡＣコイルあるいはＤＣコイルのいずれでもよいし、また固体装置でも構わない。コイル式リレーには電源から供給される制御供給３２によって電力が与えられる。制御供給３２の復路３４は論理制御器５０を通過する。他の実施の形態では、制御供給３２は電源３０の代わりに外部スイッチを経て直接電力制御器６０に送られる。

センサー・システム４０は電流経路２０を流れる電流を監視して、電流経路中の電流状態を示す１または複数のセンサー信号４２を出力する。論理制御器５０はセンサー・システム４０からの１または複数のセンサー信号４２を受信して、センサー信号の少なくとも１つが設定基準を満たさないときには、電力制御器６０から電力を除去する。設定基準については以下に説明するが、一般には、電気回路中で許容できる電流不均衡および過電流状態の限度を定義する。センサー信号が設定基準を満たさないときは、論理制御器５０が制御供給３２の復路３４を遮断する。これによって、電力制御器６０は電流経路２０を遮断し、それに従って回路の負荷側２６への電力を除去する。論理制御器５０は障害表示およびシステム試験およびリセットに関連する回路および外部スイッチを含む。電流経路２０の遮断によって、論理制御器５０は障害表示を提供するが、それはＬＥＤの点灯や機械式表示（図示されていない）でよい。機械式表示は電力を必要としない点で有利であり、従ってシステムへの電力が遮断されても、なお、障害が表示される。

本発明のシステム１０は各種の航空機および航空機内部の各種システムで使用するように適合可能である。例えば、本システムは、ボーイング（Ｂｏｅｉｎｇ）７３７，７４７，７５７，７６７，ＤＣ−１０，ＭＤ１１およびエアバスの燃料システムの任意のものに、航空機燃料システム内部のポンプに電力を供給するために使用される電源回路を監視する手段として採用されよう。システム１０は更に、油圧式ポンプ／電動機および遮断弁を含むブレーキ・システムや、スイッチ制御式の照明、ファン、オーブン等を含む航空機環境システムのような、電気−機械式装置や固体式スイッチを採用するその他の航空機システムに応用できる。

本発明のシステムは３つの基本構成に分類されよう。第１の基本構成は集積された電流障害保護／電力制御器である。この構成は電流障害保護を電力制御リレー中に組み込むことによって、既存の航空機システムのリレーを置き換えようとするものである。第２の基本構成は集積された電流障害保護／回路遮断器である。この構成は電流障害保護を回路遮断器に組み込んで、既存の航空機システムの回路遮断器を置き換えようとするものである。第３の基本構成は独立型の電流障害保護装置である。この構成は既存の航空機システム部品を置き換えるものではなくて、その代わりに、既存の航空機回路遮断器と航空機負荷との間に組み込むように考えた付加的な装置である。これら３つの構成の各々について以下に航空機燃料システムに関連して説明する。しかし、これらのシステムの応用は燃料システムに限定されない。

（集積された電流障害保護／電力制御器）
燃料システムの各ポンプはそれの電力を、電気−機械式リレーを介して３相ＡＣ電源から受け取るのが普通である。リレーそれ自身は典型的にはＤＣコイル式リレーであるが、ＡＣコイル式リレーを使用しても構わない。ＤＣコイル式リレーは現時点でその応答時間が最長でも約１０−１５ミリ秒（ｍｓｅｃ）と高速であるため好まれている。典型的なＡＣコイル式リレーは約１５−５０ｍｓｅｃの応答時間を要する。しかし、ＤＣコイル式リレーの応答時間に近づけるＡＣコイル式リレー設計が現在企業で開発されている。リレーの種類に依存して、ＡＣ制御供給あるいはＤＣ制御供給のいずれかがリレーに電力を供給する。これらの制御供給はしばしばポンプ入力と呼ばれる。リレーへの電力入力はコックピットのスイッチを通して切り換えできるのが一般的である。

本発明のシステムは典型的な航空機燃料システムに使用されているリレーを置き換えることを意図している。このために、本システムは、既存の航空機システムに使用されているリレーの種類および切り換え可能なポンプ入力の種類に依存して、いくつかの構成のうちで任意の１つを選ぶ。例えば、ボーイング７５７およびＤＣ−１０航空機はＤＣリレー・コイルとＡＣポンプ入力とを採用している。ボーイング７３７，７４７および７６７およびエアバス航空機はＤＣリレー・コイルとＤＣポンプ入力とを採用している。これらの既存の航空機構成の各々に対して、本システムは対応するリレーと、そのリレーに電力供給するために必要な回路とを含む。本発明のシステムはこれら既存の航空機システム構成に限定されず、各種の考え得るシステムで使用するように完全に適合可能である。例えば、本システムはＡＣポンプ入力あるいはＤＣポンプ入力のいずれかで使用できるようにＡＣリレーを含むように構成されよう。以下は本システムの各種構成についての説明である。構成を説明し易くするために、それらをリレーの種類およびポンプ入力の種類に基づいて分類している。

（ＤＣポンプ入力を備えたＤＣリレー）
図２を参照すると、ボーイング７３７／７４７クラシック航空機に存在するような、ＤＣポンプ入力８０とＤＣコイル式リレー６０とを有する航空機燃料システムで使用するためのシステム１０が示されている。システム１０は、電気回路の入力側２４で１１５ＶＡＣの３相ラインの各々から取り出された電源３０を含む。電源３０は、センサー・システム４０、論理制御器５０およびＤＣリレー６０に電力を供給する。論理制御器５０へのＤＣポンプ入力８０は、航空機のＤＣ電源から電力を受け取るコックピットのポンプ・スイッチ８２によって提供される。

図３−１ないし図３−３を参照すると、１つの好適な実施の形態では、電源はフライバック（ｆｌｙ−ｂａｃｋ）型のスイッチング電源であり、２つのリニア電源Ｕ１４およびＵ１５を備えている。電源Ｕ１４は、電流センサーの利得を最大化するように電流センサーＵ７（図４）に対して７ＶＤＣを供給し、他方、電源Ｕ１５は論理制御器回路（図５ａ−１ないし図５ｃ−３）に対して５ＶＤＣを供給する。以下で後述するように、電源は更に、２８ＶＤＣあるいは１６ＶＤＣのいずれかの制御供給を電力制御器に供給する。

電源の入力側では、ダイオードＣＲ１２，ＣＲ１３，ＣＲ１４，ＣＲ１５，ＣＲ１６およびＣＲ１７が全波３相ブリッジを構成する。コンデンサＣ１７およびＣ１８はこのブリッジで生成された、ピーク電圧が約３００Ｖの電圧を蓄積するための装置である。抵抗Ｒ４２，Ｒ４３はフィルタ機能を提供し、抵抗Ｒ４２とコンデンサＣ１７とで１つのＲＣ回路網を、また抵抗Ｒ４３とコンデンサＣ１８とで別のＲＣ回路網を構成することによって２極のフィルタを構成している。抵抗Ｒ４４およびＲ４５は、入力から出てダイオードＣＲ１５，ＣＲ１６およびＣＲ１７のいずれかを通って戻る雑音に対するＥＭＩ保護を提供する。ダイオードＶＲ２およびＶＲ３は制御回路Ｕ１２およびトランジスタＱ８を、或る構成では４５０Ｖおよび８００Ｖであるそれらの各々の動作能力を超える電圧スパイクから保護する。

制御回路Ｕ１２は変成器Ｌ２の一次巻線両端の電圧をトランジスタＱ８を介して検出する。抵抗Ｒ４９およびコンデンサＣ２２は制御回路Ｕ１２の検出入力へ伝わる雑音を除去する。もし制御ユニットＵ１２が出力電圧が低レベルであることを検出すれば、それはターンオンし、変成器Ｌ２を流れる電流が予め定められた量に達するまでオンのままに留まる。抵抗Ｒ５０は変成器Ｌ２を流れる電流が予め定められた量まで上昇することを許容する。一旦、予め定められた量に達すると、装置は停止して、エネルギーは変成器Ｌ２の二次側に転送される。二次側では、コンデンサＣ２６が高周波雑音を除去し、またコンデンサＣ２５はエネルギーの主要部分を蓄える。変成器Ｌ２の二次側からのエネルギーは次に、リニア電源Ｕ１４およびＵ１５に供給される。

図２に戻ると、センサー・システム４０は電流経路２０を構成する３相の３本の電線を取り囲む単一のセンサーを含んでいる。センサー４０は、電線間の電流不均衡を示す出力センサー信号を供給することによって、電流経路２０の電流状態を判断する。

図４を参照すると、１つの実施の形態では、センサー４０は、アンプロック・プロ５（Ａｍｐｌｏｃ Ｐｒｏ ５）型ホール効果線形電流センサーのようなホール効果センサーである。別の実施の形態では、センサー４０は電流変成器か、あるいは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）装置でよい。センサー４０は、１０Ｖで動作するとき２３３ｍＶ／Ａの出力を有する。接地事故検出は３相すべての電流を単一の電流センサーで監視することによって実行される。電流センサー４０は３相電流によって生成される磁束を代数的に加算して、結果に比例する出力信号４２を生成する。３相のＡＣ燃料ポンプはグラウンドにつながれない中性点を有するのが普通であるため、システムは“クローズ”されており、燃料ポンプに流れる電流はリターン電流と同じ大きさで逆向きである必要がある。従って、接地事故状態が存在しなければ、電流センサーで測定される磁束はゼロである。接地事故状態が発生すると、電流がグラウンドに流れるため（それはセンサーを通って戻らない）、閉じたループ系が断ち切られて、その結果、センサーで測定される磁束は不均衡になる。磁束の不均衡は電流に比例するので、センサーの出力は電流損失の大きさを与える。好適な実施の形態では、センサーの出力は不均衡が測定されない場合は、供給電圧の約半分である。

図２に戻って、センサー・システム４０からのセンサー信号出力４２は論理制御器５０によって受信される。論理制御器５０はセンサー信号４２を設定基準と比較して、もし基準が満たされていなければ電源３２の復路３４を遮断する。これによって、電力制御器６０への駆動信号が除去されるため、ＤＣリレーはトリップ状態にラッチされ、負荷側２６への電流経路２０を遮断する。論理制御器５０は故障表示およびシステム試験およびリセットに関連する回路および外部スイッチを含んでいるが、説明を分かり易くするためにそれらのスイッチは図２に示されていない。

図５ａ−１ないし図５ａ−３を参照すると、センサー出力は、センサー出力信号の利得を調節するための増幅器Ｕ１Ａに入力される。増幅器Ｕ１Ａはまた、ＥＭＩや落雷の脅威から保護するための低域通過フィルタとしても機能する。抵抗Ｒ６，Ｒ７およびＲ８は、センサー出力信号を比較するための設定基準を設定する。具体的には、これらの抵抗は、Ｕ１Ｂの６ピンおよびＵ１Ｃの１０ピンにおける電圧基準レベルをセットするが、このとき一方の電圧は上限の閾値電圧に対応し、他方は下限の閾値電圧に対応する。これらの電圧レベルは、次に、上限および下限の電流不均衡閾値に対応し、それらは１つの実施の形態では、それぞれ＋１．５Ａ実効値および−１．５Ａ実効値である。

増幅器Ｕ１Ａからの電圧が６ピンの上限閾値電圧を超えるか、あるいは１０ピンの下限閾値電圧を下回る場合には、対応する増幅器Ｕ１Ｂ，Ｕ１Ｃの出力は高レベルとなって故障信号として利用できる。これら増幅器のいずれかからの高レベル出力はトランジスタＱ１のゲートを高レベルに持ち上げるため、これは次にトランジスタＱ２の出力を高レベルに駆動する。トランジスタＱ２の出力は増幅器Ｕ２Ａを通過する。増幅器Ｕ２Ａの出力は論理ゲートＵ１０Ｂへの入力となる（図５ｂ−３）。

論理ゲートＵ１０Ｂは２つの付加的入力を受信する。１つは制御供給回路からであり、１つはセンサー電力監視回路からである。論理ゲートＵ１０Ｂが動作するために、それの入力の各々は論理的に低レベルでなければならない。制御供給回路に関して（図５ｂ−１）、外部のＤＣ制御供給は光カプラーＵ３、増幅器Ｕ２Ｂおよび論理ゲートＵ４Ａを通過する。別の構成では、制御供給回路は、抵抗Ｒ１２およびＲ１３の値を４．９９ｋから４９．９ｋに変えることによって、外部のＡＣ制御供給を受信するように適合されよう。制御供給が高レベル、すなわち、パイロットのスイッチがオンのとき、Ｕ４Ａの出力は低レベルであり、論理ゲートＵ１０Ｂはそのゲートへの他入力が低レベルであれば、動作を許可される。

センサー電力監視回路に関して（図５ｂ−３）、トランジスタＱ７は電流センサーへの７ＶＤＣ電源を監視して、電圧供給がセンサーが正しく動作するレベル以下に低下したときは、センサー出力が電力制御器の動作を実行するのを禁止する。供給電圧が動作レベルより低下したときは、トランジスタＱ７はターンオンし、それは次に論理ゲートＵ１０Ｂが動作するのを禁止する。このシステムは、本質的に、電圧供給が予め定められた値かそれ以上になるまでセンサー信号を無視し、そうなったときに論理ゲートＵ１０Ｂの動作を回復する。

論理制御器は、電源投入時にシステムが故障状態に置かれ、その間には負荷に電力を供給しないように設計される。システムが立ち上がり安定したあとで、故障が存在しなければシステムは動作モードに切り換えられる。リセットの間は、リセット回路（図５ｂ−３）中の論理ゲートＵ９Ａからの信号はＵ１１Ａを通って入力され、論理ゲートＵ９ＣおよびＵ９Ｄで構成されるラッチ（図５ｂ−４）に送られて、そのラッチを、抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ９（図５ｂ−３）の値および、１４０ないし５６０ｍｓという管理回路の遅延時間に依存して、第１の６０ないし１００ミリ秒（ｍｓ）の間故障状態に置く。長いほうの遅延はリセット時間を制御する。それぞれに制限があるため、２つの方法が使用される。

ラッチＵ９Ｃ／Ｕ９Ｄはまた、論理ゲートＵ１０Ｂ（図５ｂ−３）からの故障信号によっても故障状態に置かれる。そのような故障はラッチを永久にセットすることになる。ラッチからの故障を除去するためにリセット機能が必要である。電源投入時のリセットにおいて、履歴ラッチに対する禁止がある。もし故障状態になれば、ラッチＵ９Ｃ／Ｕ９Ｄはラッチ状態になり、それの出力はＵ１０Ｃ（図５ｂ−４）に送られる。正しく動作するためには、Ｕ１０Ｃに対するすべての入力が低レベルでなければならない。もし論理ゲートＵ９Ｃの出力が高レベルであれば、故障状態が存在し、ゲートＵ１０Ｃの出力は低レベルである。そのような出力はトランジスタＱ３（図５ｃ−１）のゲートを低レベルにセットし、それによって制御供給からグラウンドへの経路を禁止し、リレーを脱励起する、すなわちリレーをオープンする。Ｕ９Ｃからの出力はまた、論理ゲートＵ５Ｂ，Ｕ５ＣおよびＵ５Ｄにも入力され（図５ｃ−４）、それらは次に、論理ゲートＵ９Ｃの出力が高レベルのときに、ＬＥＤ ＣＲ６をオンにセットする。

論理ゲートＵ１１ＣおよびＵ１１Ｄ（図５ｃ−３）は、電源内部の回路と共同して、ポップアップ電源を構成する。ポップアップ電源は、リレーＵ６（図５ｃ−１）がそのオープン位置からそのクローズ位置に移行するときに、そのリレーに対して第１の制御供給電圧を供給する。コンデンサＣ１３と抵抗Ｒ４０の値によって決まるように、或る一定の時間、リレーが一旦クローズすると、電源は第１の電圧よりも低い第２の電圧をリレーＵ６に供給してリレーをクローズさせようとする。これにより、電源およびリレー・コイルでの熱放散は少なくなる。

ゲートＵＣ１０（図５ｂ−４）の出力が高レベルのとき、トランジスタＱ３はターンオンする。これは、トランジスタＱ３を通る制御供給のため復路を提供することによって、リレーに対する２８ＶＤＣの制御供給の存在を確立する。制御供給の存在は、リレーＵ６にエネルギーを与え、それをクローズさせる。リレーをクローズさせる命令の最初で論理ゲートＵ１１Ｄの出力は高レベルになり、論理ゲートＵ１１Ｃにフィードバックされる。ゲートＵ１１Ｄの出力が高レベルに変化するとき、電源内部のトランジスタＱ９（図３−３）はターンオンし、それは抵抗Ｒ５４に電流を引き込むことで、抵抗Ｒ５２を分流する。これによって、抵抗Ｒ５３の上部の電圧は２８ＶＤＣになる。抵抗Ｒ５２が分流されないときは、抵抗Ｒ５２およびＲ５３両端の電圧は約１６ＶＤＣである。このように、ポップアップ電源は、２８ＶＤＣを供給してリレーをプル・イン、すなわちオープン位置からクローズ位置に切り換え、また１６ＶＤＣを供給してリレーＵ６をクローズ位置に保持する。リレーをクローズさせる命令の頭から、抵抗Ｒ４０とコンデンサＣ１３（図５ｃ−３）で決まる時間が経過した時点で、ゲートＵ１１Ｄの出力は低レベルに移行し、Ｑ９をターンオフして電圧を１６ＶＤＣにもどす。

過電流保護を持たない装置に対して、本方式は、電力制御器がクローズするまで第１電圧を維持し、もし電力制御器がオープンすれば第１電圧に戻るようにするはずである。そうでなければ、電力制御器がクローズしている限り、第２電圧を維持する。過電流では、このことは第１電圧によって最低でも第１の期間にわたって補強される。

故障状態の間、論理ゲートＵＣ９（図５ｂ−４）の出力は高レベルである。この出力が論理ゲートＵ５ＢおよびＵ５Ｃ（図５ｃ−４）を通ることによって、Ｕ５Ｃの出力は高レベルにセットされる。これは、トランジスタＱ６をターンオンさせ、ＬＥＤ ＣＲ６を点灯させる。ゲートＵ５Ｃの高レベル出力は論理ゲートＵ１０Ａ（図５ｃ−２）に入力され、後者はインバータとして機能してゲートＵ４Ｄの１１ピンに論理低レベルを出力する。ゲートＵ４Ｄの１２ピンも低レベルである。このように、ゲートＵ４Ｄの出力はトランジスタＱ５を駆動し、後者は次にラッチ・リレーＵ７を駆動する。ラッチ・リレーの３ピンは２ピンに接するように切り換えられて、それによってゲートＵ４Ｄの１２ピンに５ＶＤＣを供給するため、Ｕ４Ｄの出力は低レベルになる。ゲートＵ４Ｄの出力が低レベルに移行すると、トランジスタＱ５はターンオフして論理電力が節約される。

一旦故障状態に入ると、論理制御器をリセットするためにリセット・スイッチＳ２（図５ｂ−１）が使用されよう。スイッチＳ２がクローズすると、増幅器Ｕ２Ｃの出力は高レベルとなり、Ｕ４Ｂ（図５ｃ−１）の出力は低レベルに移行する。ゲートＵ４Ｃ（図５ｃ−２）では、両入力が低レベルのため、出力は高レベルである。ゲートＵ４Ｃからの高レベル出力はトランジスタＱ４をターンオンさせ、それが次にラッチ・リレーＵ７を駆動して３および２ピンを３および１ピンに接するように切り換える。これはゲートＵ４Ｃの出力を低レベルに移行させ、またトランジスタＱ４をターンオフさせる。

論理制御器は、前に述べたリセット・スイッチＳ２および故障表示ＬＥＤ ＣＲ６を含む各種の保守回路を含む。更に、コイルＬ１、抵抗Ｒ２５およびＲ２６およびスイッチＳ１を含むテスト用の押しボタン回路（図５ｃ−１）が含まれている。コイルは電流センサー（図示されていない）の回りに十分な回数だけ巻き付けられており、そうすることによって、スイッチＳ１がクローズしたときに、センサーが電流の不均衡を示す信号を出力する。１つの構成では、コイルはセンサーの回りに２５回巻き付けられる。

このようなシステムは、電流経路２０について電流不均衡を監視し、負荷に対してＧＦＩ保護を提供する。しかし、電気回路には単一のセンサーによって検出できない故障状態が存在しよう。例えば、単一センサーよりも下流で、電線のうち任意の２本間で短絡が発生すれば、それでもセンサーを通って流れる電流の和はゼロのままである。従って、その短絡は未検出のままで残る。本発明に従えば、このことはセンサー・システムの一部として過電流センサーを含めることで保護される。

図６を参照すると、ボーイング７４７−４００やボーイング７６７航空機に設けられているように、ＤＣポンプ入力８０およびＤＣコイル式リレー６０を有する航空機燃料システムで使用するためのそのようなシステム１０が示されている。システム１０は、電気回路の入力側２４において、１１５ＶＡＣの３相ラインの各々から取り出される電源３０を含んでいる。電源３０はセンサー・システム４０中の各センサー、論理制御器５０およびＤＣリレー６０に電力を供給する。

電源はフライバック型のスイッチング電源で、その構成および動作は先に図３−１ないし図３−３に関して説明したものと同様である。電源は２つのリニア電源Ｕ１４，Ｕ１５を含む。電源Ｕ１４はセンサー・システム中の各電流センサーに７ＶＤＣを供給し、また電源Ｕ１５は論理制御器回路に５ＶＤＣを供給する。電源はまた、ポップアップ電源としても機能し、２８ＶＤＣあるいは１６ＶＤＣのいずれかの制御供給をＤＣリレーに供給する。論理制御器５０に対するＤＣポンプ入力８０は、航空機ＤＣ電源から電力を受信するコックピットのポンプ・スイッチ８２によって供給される。例示的電源の詳細な模式図は図７−１ないし図７−３に与えられる。

センサー・システム４０は電流経路２０を構成する３相の３本の電線を取り囲む単一の不均衡センサー４４を含む。センサー・システム４０はまた、３つの過電流センサー４６を含む。過電流センサー４６の各々は電流経路２０を構成する３本の電線の１本を取り囲む。不均衡センサー４４および過電流センサー４６は両方とも、前に図４に関して述べたホール効果センサーでよい。不均衡センサー４４は３相の電線を通る３相電流によって生成される磁束を代数的に加算して、その結果に比例する出力信号４２を生成する。過電流センサー４６の各々はそれに関連する電線を流れる電流量を示す信号４８を出力する。別の構成では、センサー４４、４６は電流変成器あるいはＧＭＲセンサーでもよい。

引き続き図６を参照すると、不均衡センサー４４および過電流センサー４６からの信号４２，４８は論理制御器５０に供給されて、そこでそれらは対応する予め定められた基準と比較される。不均衡センサー４４に関しては、その基準は先に図２に関連して述べたものと類似のもの、すなわち、−１．５Ａ実効値ないし＋１．５Ａ実効値である。過電流センサー４６に関して、その基準は回路の負荷側２６につながる電気的負荷の関数である。１つの実施の形態では、閾値は負荷の動作電流の１．２５倍である。好適な実施の形態では、論理はハードウエア的に組み込まれる。あるいは、この論理はプログラマブル・ファームウエアによって提供される。いずれの場合でも、その論理は、もしセンサー信号４２，４８のいずれかが予め定められた基準を満たさなければ、制御供給３２の復路３４が遮断されるというものである。これによって、電力制御器６０への駆動信号が除去されて、ＤＣリレーはトリップ状態にラッチされ、負荷側２６への電流経路２０は遮断される。

好適な実施の形態では、システムは過電流故障状態を検出するために２段階の閾値基準を与えるように構成される。１つの基準は負荷の通常動作中に適用され、他方は負荷の起動時に適用される。各々に対する過電流閾値は異なる。通常動作では、ＤＣリレーはクローズし、１１５ＶＡＣがポンプ電動機に供給されて、ポンプ電動機はそれの定常状態の動作電流を有する。通常動作時には、システムは定常状態の動作電流に基づく閾値を用いて過電流状態を検出する。例えば、もし電動機の定常状態の動作電流が５Ａであれば、設定される閾値は１．２５×５Ａ実効値である。

起動操作では、負荷はオフであるため、ＤＣリレーをクローズすることによって電力が供給される。起動操作時には、システムは負荷の起動電流に基づいて設定される閾値を用いて過電流を検出する。例えば、もし起動電流が２０Ａであれば、設定される閾値は１．２５×２０Ａ実効値である。システムはこの起動時の閾値を一定の期間、すなわち起動時間の間使用し、それが終わると通常時の閾値に切り換える。起動時間の長さは負荷がパワーアップされて安定するのに要する時間に基づくが、例えば、約８０ｍｓ以上の範囲にある。こうして、もしシステムが起動時間内に起動閾値を超える電流を検出すれば、リレーはオープンして負荷から電力が除去される。このような２段階閾値システムの利点は、負荷の起動時の妨害トリップを防止し、通常動作時の詳細な監視を可能とすることである。

図８ａ−１ないし図８ｃ−４を参照すると、論理制御器のセンサー制御回路は、前に図５ａ−１ないし図５ｃ−４に関連して説明したものと類似している。不均衡センサー出力は増幅器Ｕ１Ａ（図８ａ−１）に入力され、それはセンサー出力信号の利得を調節する。抵抗Ｒ６，Ｒ７およびＲ８（図８ａ−２）はセンサー出力信号を比較する設定基準をセットする。具体的には、これらの抵抗はＵ１Ｂの６ピンおよびＵ１Ｃの１０ピンの電圧基準レベルをセットして、一方の電圧が上限の閾値電圧に、他方が下限に閾値電圧に対応するようにする。これらの電圧レベルは、次に、上限および下限の電流不均衡閾値に対応し、それらは１つの実施の形態では、それぞれ＋１．５Ａ実効値および−１．５Ａ実効値である。

もし増幅器Ｕ１Ａから入力する電圧が６ピンの上限閾値電圧を超えるか、あるいは１０ピンの下限閾値電圧を下回れば、対応する増幅器Ｕ１Ｂ，Ｕ１Ｃの出力は高レベルに移行する。これら増幅器のいずれかからの高レベル出力はトランジスタＱ２（図８ａ−４）のゲートを低レベルに駆動し、後者は次にトランジスタＱ４を高レベルに駆動する。トランジスタＱ３の出力は増幅器Ｕ４Ｄを通過する。増幅器Ｕ４Ｄの出力は論理ゲートＵ８に入力される。

過電流センサー出力の各々は増幅器Ｕ２Ａ，Ｕ３Ａ，Ｕ４Ａ（図８ａ−１および図８ａ−３）に入力され、それらはセンサー出力信号の利得を調節する。各増幅器の出力は一対の比較器Ｕ２Ｂ／Ｕ２Ｃ，Ｕ３Ｂ／Ｕ３Ｃ，Ｕ４Ｂ／Ｕ４Ｃ（図８ａ−２および図８ａ−４）に入力され、それらは３相電流経路のラインＡ，ＢおよびＣの各々に関する過電流検出器として機能する。

先に説明したように、論理制御器は過電流検出器用として起動閾値と通常閾値とを供給するように構成される。それらの閾値は抵抗Ｒ７６とＲ７７とによって設定される。通常動作時には部品Ｕ５Ａ（図８ａ−３）がオンで、抵抗Ｒ７７（図８ａ−４）を短絡する。抵抗Ｒ７６の両端に現れる電圧は小さく、通常閾値に対する過電流閾値を設定する。１つの構成では、Ｒ７６は２４．３ｋで、通常閾値は１５Ａである。３つの過電流増幅器Ｕ２Ａ，Ｕ３Ａ，Ｕ４Ａの任意の１つが通常閾値に対応する電圧よりも大きな電圧を有する信号を出力する場合には、その増幅器に付随する過電流検出器の出力は高レベルになる。これらの過電流検出器の任意のものからの高レベル出力はトランジスタＱ２のゲートを低レベルに駆動し、後者は次にトランジスタＱ３の出力を高レベルに駆動する。トランジスタＱ２の出力は増幅器Ｕ４Ｄを通過する。増幅器Ｕ４Ｄの出力は論理ゲートＵ８に入力される。

起動操作の間は、部品Ｕ５Ａはオフで、抵抗Ｒ７６およびＲ７７の両端に発生する電圧はより大きくなり、過電流閾値を起動時の値に設定する。１つの構成では、抵抗Ｒ７６は２４．３ｋで、抵抗Ｒ７７は１２７ｋであり、起動閾値は６０Ａである。部品Ｕ５Ａのオン／オフ動作は、トランジスタＱ１およびＱ９（図８ａ−３および図７−３）を通して、先に述べたポップアップ電源の動作にリンクされる。起動操作の期間、すなわち部品Ｕ５Ａがオフの期間はコンデンサＣ５３（図８ｃ−３）および抵抗Ｒ１１１によって決まる。例えば、１マイクロファラッドのコンデンサＣ５３と１００Ｋの抵抗Ｒ１１１の場合には、起動時間は約７０ｍｓである。

図８ｂ−１ないし図８ｃ−４に示された論理制御器回路のリセットは、先に図５ｂ−１ないし図５ｃ−４に関連して説明したものと同様である。模式図には示していないが、論理制御器は、リセット・スイッチおよびテスト用押しボタン・スイッチを含む各種保守回路や、先に図５ｂ−１および図５ｃ−１に関連して説明したものと類似の回路を含むことができる。

（ＡＣポンプ入力を備えるＤＣリレー）
図９を参照すると、ボーイング７５７航空機に備えられているような、ＡＣポンプ入力８０およびＤＣコイル式リレー６０を有する航空機燃料システムに使用するためのシステムが示されている。このシステムは、電気回路の入力側２４で１１５ＶＡＣ３相ラインの各々から取り出した電源３０を含んでいる。電源３０はセンサー・システム４０、論理制御器５０およびＤＣリレー６０に電力を供給する。論理制御器５０へのＡＣポンプ入力８０は、３相ラインの１本から取り出されるコックピットのポンプ・スイッチ８２によって与えられる。

図１０ａおよび１０ｂを参照すると、電源は１０Ｖ供給（図１０ａ）と２０Ｖ供給（図１０ｂ）とを含んでいる。電源は、全波３相ブリッジを構成するダイオードＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３，ＣＲ４，ＣＲ５およびＣＲ６を含む。コンデンサＣ１は、ブリッジで生成されたピーク電圧２８１Ｖの電圧用の蓄積装置として機能する。調整器は下側にインダクタを有する変則的なアーキテクチャを持つバック（ｂｕｃｋ）型構成のものである。この回路はアース・グラウンドに基準を取る必要がないのでこのようなことが許される。実際、基板上のグラウンド電位は、１０Ｖおよび２０Ｖの供給ラインについて、それぞれアース・グラウンドから約２７０Ｖおよび２６０Ｖ高い電位にある。

スイッチャは非従来型モードで動作することが好ましい。出力電圧が低いことが検出されたときは、対応する制御器がターンオンして、インダクタＬ１またはＬ１Ａを流れる電流が予め定められた量に達するまでオンのままに留まる。そうでなければ、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に蓄えられて、ダイオードＣＲ７またはＣＲ７Ａを通って出力コンデンサＣ３またはＣ３Ａに転送される。適正な調整はツェナー・ダイオードＶＲ１またはＶＲ１Ａと光カプラーＵ２またはＵ２Ａとで決まる。コンデンサＣ２またはＣ２Ａは、それぞれ対応する調整器がその内部回路を動作させるために使用する少量のエネルギーを蓄えるのに役立つ。

図９に戻って、センサー・システム４０は、電流経路２０を構成する３相の３本の電線を取り囲む単一のセンサーを含む。センサー４０は、電線相互間の電流不均衡を示す出力センサー信号４２を供給することによって、電流経路２０の電流状態を判断する。

図１１を参照すると、１つの実施の形態では、センサー４０はアンプロック・プロ５（Ａｍｐｌｏｃ Ｐｒｏ５）型ホール効果線形電流センサーのようなホール効果センサーである。別の実施の形態では、センサー４０は電流変成器あるいは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）装置でよい。センサー４０は１０Ｖで動作するときに２３３ｍＶ／Ａの出力を有する。接地事故検出は３相全体の電流を単一の電流センサーで監視することによって実行される。電流センサー４０は３相電流によって生成される磁束を代数的に加算して、その結果に比例する出力信号４２を生成する。３相のＡＣ燃料ポンプはグラウンドにつながれない中性点を有するのが普通であるため、システムは“クローズ”されて、燃料ポンプに流れる電流はリターン電流と同じ大きさで逆向きである必要がある。従って、接地事故状態が存在しなければ、電流センサーで測定される磁束はゼロである。接地事故状態が発生すると、電流がグラウンドに流れるため（それはセンサーを通って戻らない）、閉じたループ系が断ち切られて、その結果、センサーで測定される磁束は不均衡になる。磁束の不均衡は電流に比例するので、センサーの出力は電流損失の大きさを与える。好適な実施の形態では、センサーの出力は、不均衡が測定されない場合は、供給電圧の約半分である。

図９に戻って、センサー・システム４０からのセンサー出力信号４２は論理制御器５０によって受信される。論理制御器５０はセンサー信号４２を設定基準と比較して、もし基準が満たされなければ電力制御器への電源３２の復路３４を遮断する。これは電力制御器への駆動信号を除去することになり、ＤＣリレーはトリップ状態にラッチされ、負荷側２６への電流経路２０を遮断する。

図１２−１および図１２−２を参照すると、１つの好適な実施の形態では、センサーの出力は、不均衡が測定されない場合、供給電圧の約半分である。増幅器Ｕ３Ａは信号を１０倍に増幅する。この利得は抵抗Ｒ５とＲ３との比によって決まる。３ｄｂの点はコンデンサＣ４のリアクタンスがＲ５の抵抗値に等しいところである。これは３３８６Ｈｚで発生する。抵抗Ｒ１，Ｒ２およびＲ４は増幅器にバイアスを与えるが、これらは、センサーが指定された最悪の高出力を有するときに、増幅器の出力を中間の供給電圧に調整するためには、抵抗Ｒ４が最大値１メガを取る必要があるとして選ばれたものである。センサーが最悪の低出力を有する場合についての校正は容易に行なうことができる。

増幅器Ｕ３ＢおよびＵ３Ｃと、抵抗Ｒ６，Ｒ７およびＲ８は、１つの実施の形態ではそれぞれ＋１．５Ａ実効値および−１．５Ａ実効値である上限および下限の電流閾値の外側で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からの高出力は電流閾値を超えて不均衡が存在することを示す。ゲートＵ４Ａは増幅器Ｕ３ＢおよびＵ３Ｃからの出力の“論理和”を取る。その出力が論理０であるのは一方または他方の故障状態が存在することを示す。同時に入力する不均衡を取り扱うことはできるが、負の不均衡と同時に正の不均衡は存在し得ないため、物理的に不可能である。

もし故障状態が存在すれば、それは論理１を表示しているゲートＵ５Ａを通って、ゲートＵ４ＢおよびＵ４Ｃを含むラッチに送られる。５ピンの論理１は出力ピンの４を強制的に低レベルとし、トランジスタＱ１をターンオフさせるので、ＤＣリレーへの電源からの復路が遮断されて、ＤＣリレーへの駆動信号が等価的に除去され、それをオープンさせて負荷側２６への電流経路２０を遮断する。ラッチへのもう１つの入力である９ピンは通常は論理０にある。これは、１０ピンを高レベルに移行させ、６ピンに論理１を示すことによってラッチをセットする。

１つの好適な実施の形態では、起動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。このことは、ゲートＵ５Ａの２ピンに論理０を与えて、電流不均衡状態を模擬することによって実行される。ゲートＵ５Ｂ、抵抗Ｒ１３、コンデンサＣ５およびダイオードＣＲ８によって生成される起動リセット・パルスは典型的には７ｕｓｅｃである。リセットは、抵抗Ｒ１３を通してコンデンサＣ５を、ゲートＵ５Ｂによって設定される閾値まで充電するのに要する時間で決まる。ダイオードＣＲ８は迅速なリセットを与える。

図１３を参照すると、図９のシステムが位相相互の電流を監視するための過電流センサー４６を有するセンサー・システム４０を含むように修正されている。そのようなシステムの構成は先に図６に関連して説明したものと類似している。

（ＡＣポンプ入力を備えたＡＣリレー）
図１４を参照すると、ＡＣポンプ入力とＡＣコイル式リレー６０を有する航空機燃料システムに使用するためのシステムが示されている。このシステムは、電気回路の入力側２４で１１５ＶＡＣの３相ラインの各々から取り出した電源３０を含んでいる。電源３０はセンサー・システム４０および論理制御器５０に電力を供給する。リレー６０へのＡＣポンプ入力８０は、３相ラインの１本から取り出されるコックピットのポンプ・スイッチ８２によって与えられる。

図１５を参照すると、電源３０の１つの実施の形態では、ダイオードＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３，ＣＲ４，ＣＲ５およびＣＲ６が全波３相ブリッジを構成する。コンデンサＣ１は、ブリッジで生成されるピーク電圧２８１Ｖの電圧用の蓄積装置として機能する。調整器は下側にインダクタを有する変則的なアーキテクチャを持つバック型構成のものであることが好ましい。この回路はアース・グラウンドに基準を取る必要がないのでこのようなことが許される。実際、基板上のグラウンド電位は、アース・グラウンドから約２７０Ｖ高い電位にある。

スイッチャは非従来型モードで動作することが好ましい。出力電圧が低いことが検出されると、それはターンオンして、インダクタＬ１を流れる電流が予め定められた量に達するまでオンのままに留まる。そうでなければ、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に蓄えられて、ダイオードＣＲ７を通って出力コンデンサＣ３に転送される。適正な調整はツェナー・ダイオードＶＲ１と光カプラーＵ２とで決まる。コンデンサＣ２は、調整器がその内部回路を動作させるために使用する少量のエネルギーを蓄えるのに役立つ。

図１４に戻って、センサー・システム４０は、電流経路２０を構成する３相の３本の電線を取り囲む単一のセンサーを含む。センサー４０は、電線相互間の電流不均衡を示す出力センサー信号４２を供給することによって、電流経路２０の電流状態を判断する。

図１６を参照すると、１つの実施の形態では、センサー４０はアンプロック・プロ５型ホール効果線形電流センサーのようなホール効果センサーである。別の実施の形態では、センサー４０は電流変成器あるいは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）装置でよい。センサー４０は１０Ｖで動作するときに２３３ｍＶ／Ａの出力を有する。接地事故検出は、３相全体の電流を単一の電流センサーで監視することによって実行される。電流センサー４０は３相電流によって生成される磁束を代数的に加算して、その結果に比例する出力信号４２を生成する。３相のＡＣ燃料ポンプはグラウンドにつながれない中性点を有するのが普通であるため、システムは“クローズ”されて、燃料ポンプに流れる電流はリターン電流と同じ大きさで逆向きである必要がある。従って、接地事故状態が存在しなければ、電流センサーで測定される磁束はゼロである。接地事故状態が発生すると、電流がグラウンドに流れるため（それはセンサーを通って戻らない）、閉じたループ系が断ち切られて、その結果、センサー４０で測定される磁束は不均衡になる。磁束の不均衡は電流に比例するので、センサー４０の出力は電流損失の大きさを与える。好適な実施の形態では、センサー４０の出力は、不均衡が測定されない場合は、供給電圧の約半分である。

図１４に戻って、センサー・システム４０からのセンサー出力信号４２は論理制御器５０によって受信される。論理制御器５０は、センサー信号４２を設定基準と比較して、もし基準が満たされなければ電力制御器への電源３２の復路３４を遮断する。

図１７−１および図１７−２を参照すると、論理制御器５０の増幅器Ｕ３Ａはセンサー信号４２を受信して、その信号を１０倍に増幅する。この利得は抵抗Ｒ５とＲ３との比によって決まる。３ｄｂの点はコンデンサＣ４のリアクタンスがＲ５の抵抗値に等しいところである。これは３３８６Ｈｚで発生する。抵抗Ｒ１，Ｒ２およびＲ４は増幅器にバイアスを与えるが、これらは、センサーが指定された最悪の高出力を有するときに、増幅器の出力を中間の供給電圧に調整するために、抵抗Ｒ４が最大値１メガを取る必要があるとして選ばれたものである。センサーが最悪の低出力を有する場合についての校正は容易に行なうことができる。

増幅器Ｕ３ＢおよびＵ３Ｃと、抵抗Ｒ６，Ｒ７およびＲ８は、１つの実施の形態ではそれぞれ＋１．５Ａ実効値および−１．５Ａ実効値である上限および下限の電流閾値の外側で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実効値の閾値を超えて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からの出力の“論理和”を取る。その出力が論理０であるのは一方または他方の故障状態が存在することを示す。同時に入力する不均衡を取り扱うことはできるが、負の不均衡と同時に正の不均衡は存在し得ないため、物理的に不可能である。

もし故障状態が存在すれば、それは論理１を表示している集積回路Ｕ５Ａを通って、集積回路Ｕ４ＢおよびＵ４Ｃを含むラッチに送られる。５ピンの論理１は出力ピンの４を強制的に低レベルとし、トランジスタＱ１をターンオフさせるので、電力制御器６０への電源３２からの復路３４が遮断されて、電力制御器への駆動信号が除去されるので、ＡＣリレーがトリップ、すなわちオープン状態にラッチされ、負荷側２６への電流経路２０が遮断される。ラッチへのもう１つの入力である９ピンは通常は論理０にある。これは、１０ピンを高レベルに移行させ、６ピンに論理１を示すことによってラッチをセットする。

１つの好適な実施の形態では、起動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。このことは、集積回路Ｕ５Ａの２ピンに論理０を与えて、電流不均衡状態を模擬することによって実行される。集積回路Ｕ５Ｂ、抵抗Ｒ１３、コンデンサＣ５およびダイオードＣＲ８によって生成される起動リセット・パルスは典型的には７ｕｓｅｃである。リセットは、抵抗Ｒ１３を通してコンデンサＣ５を、集積回路Ｕ５Ｂによって設定される閾値まで充電するのに要する時間で決まる。ダイオードＣＲ８は迅速なリセットを与える。

図１８を参照すると、図９のシステムが位相相互の電流を監視するための過電流センサー４６を有するセンサー・システム４０を含むように修正されている。そのようなシステムの構成は先に図６に関連して説明したものと類似している。

（実装）
現在就航しているほとんどの航空機は既に述べた制約を有する回路遮断器を使用している。本発明の電子的および電気機械的特徴は、そのような回路遮断器によって提供される保護に加えて付加的な保護を与えるため、本発明を既存の航空機、新たに製造されるおよび新しい航空機設計に容易に後付けできる形で実装することによって、本発明の利点を広く応用することが望ましい。従って、本発明の別の１つの現時点で好適な態様では、システムの電子的および電気機械的要素は、既存の電力制御器と類似の形状因子を有する筐体に収容される。本システムは、既存の電力制御器電気コネクタを介して、監視および制御すべき回路につながれて、保守すべきその回路から電力を取り出す。そのような回路遮断器によって提供される保護に加えて付加的な保護を与えることができる形状因子は複数存在するが、集積された電流障害遮断器の変形は：リレーおよび電流障害遮断器回路、あるいは固体スイッチング装置および電流障害遮断器回路に基づいている。集積された電流障害遮断器は特定の航空機に組み込むために特別に誂えられる。航空機に特定のリレーの組み込みを受け入れるように、形状や合致度が調整される。

図１９ａ−１９ｄを参照すると、上述の集積された電流障害保護／電力制御器のいくつかは、ボーイング７３７クラシック、７４７クラシックおよびエアバス航空機に使用される既存の電力制御器筐体９０の形状因子に適合するように構成することができる。そのような筐体９０は典型的にはコネクタ部分９２、マウンティング・フランジ９４およびカバー９６を含む。筐体９０のおよその寸法は次のようになっている：上部９８から底部１００までが約２．６５インチ（約６．７３ｃｍ）、その側面１０２に沿った幅が約１．５０インチ（約３．８１ｃｍ）、マウンティング・フランジ９４の前面１０４からマウンティング・フランジの裏面１０６までが約２．０インチ（約５．０８ｃｍ）である。

コネクタ部分９２は端子ブロックやコネクタ・プレート１０８のような電気コネクタ手段を含み、それらには通常、８本のネジ・タイプの電気コネクタＡ１，Ａ２，Ｘ１，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２およびＸ２が附属するが、その他の従来型のワイヤ・コネクタでも構わない。図１９ｄを参照すると、ピンＡ１およびＡ２は第１ラインＡおよび負荷Ａを受け入れ、ピンＢ１およびＢ２は第２ラインＢおよび負荷Ｂを受け入れ、またピンＣ１およびＣ２は第３ラインＣおよび負荷Ｃを受け入れている。

図１９ｃおよび図１９ｆを参照すると、電源３０、センサー・システム４０、論理制御器５０および電力制御器６０を構成する回路はフレキシブル回路基板１１０上に搭載されている。フレキシブル回路基板１１０は柔軟な部分１１４によって互いに結合された硬い回路基板１１２の複数部分を含む。回路基板１１０は、図１９ｅに示されるように、筐体カバー９６内にぴったり収まる長方形の形に折り畳まれている。フレキシブル回路基板を使用することで、このシステム回路は、それが置き換わる部分と同じ形状因子を有する筐体内にぴったり合致することが可能となる。故障表示器１１６およびリセットおよびテスト・ボタンはカバーの外側上部に位置している。

図２０ａ−２０ｆを参照すると、上述の集積された電流障害保護／電力制御器のいくつかは、ボーイング７４７−４００、７５７および７６７航空機に使用される既存の電力制御器筐体１２０の形状因子に適合するように構成できる。そのような筐体１２０は典型的には、コネクタ部分１２２、マウンティング・フランジ１２４およびカバー１２６を含む。筐体１２０のおよその寸法は次のようになっている：上部１２８から底部１３０まで約３．２８インチ（約８．３３ｃｍ）、その短い側面１３２に沿った幅が約１．５３インチ（約３．８９ｃｍ）、そしてその長い側面１３４に沿った幅が約２．５１インチ（約６．３８ｃｍ）である。

コネクタ部分１２２は端子ブロックやコネクタ・プレート１３６のような電気コネクタ手段を含み、それらには通常、８本のネジ・タイプの電気コネクタＡ１，A２，Ｘ１，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２およびＸ２が附属するが、その他の従来型のワイヤ・コネクタでも構わない。図２０ｄを参照すると、コネクタＡ１およびＡ２は第１ラインＡおよび負荷Ａを受け入れ、コネクタＢ１およびＢ２は第２ラインＢおよび負荷Ｂを受け入れ、またコネクタＣ１およびＣ２は第３ラインＣおよび負荷Ｃを受け入れている。

図２０ｅを参照すると、電源３０および論理制御器５０を構成する回路は２枚の回路基板１３８，１４０に搭載されており、それらはセンサー・システム４０および電力制御器６０の上方に位置する。故障表示器１４２およびリセットおよびテスト・ボタンはカバーの外側上部に位置する。

図２１ａ−２１ｄを参照すると、上述の集積された電流障害保護／電力制御器のいくつかは、ＤＣ−１０航空機に使用される既存の電力制御器筐体１５０の形状因子に適合するように構成することができる。そのような筐体１５０は典型的にはコネクタ部分１５２、マウンティング・フランジ１５４およびカバー１５６を含む。筐体１５０のおよその寸法は次のようになっている：上部１５８から底部１６０までが約３．２５インチ（約８．２６ｃｍ）、その側面１６２に沿った幅が約２．５０インチ（約６．３５ｃｍ）である。

コネクタ部分１５２は端子ブロックやコネクタ・プレート１６４のような電気コネクタ手段を含み、それらには通常、８本のネジ・タイプの電気コネクタＡ１，Ａ２，Ｘ１，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２およびＸ２が附属するが、その他の従来型のワイヤ・コネクタでも構わない。

図２１ｅおよび図２１ｆを参照すると、電源３０および論理制御器５０を構成する回路はフレキシブル回路基板１６６に搭載されている。フレキシブル回路基板１６６は柔軟な部分１７０によって互いに結合された硬い回路基板１６８の複数部分を含む。回路基板１６６は、筐体カバー１５６内にぴったり収まる長方形の形に折り畳まれている。保守システム回路はカバーの上部付近に位置しており、カバーの外側上部に位置する故障表示器１７２およびリセットおよびテスト・ボタンとのインタフェースとなっている。

（集積された電流障害保護／回路遮断器）
別の実施の形態では、本発明は、ここでは故障保護遮断器（ＦＰＢ）と呼ぶ集積された電流障害保護回路遮断器を提供する。ＦＰＢは、既存の航空機システムの回路遮断器と置き換えるための回路遮断器に対して、先に説明した集積された電流障害保護／電力制御器の電流障害保護機能を組み込んだものである。ＦＰＢは、検出および制御用電子回路と電気機械部品とを回路遮断器と一緒に単一の実装に統合されて含んでおり、３相の１１５ＶＡＣ回路遮断器としての既存の能力および機能を維持しながら、接地事故および／または過電流検出を追加提供するようになっている。ここではＦＰＢプッシュプル・ボタンと呼ぶ拡張プッシュプル・ボタンが、内部回路遮断器のプッシュプル・ボタンに取り付けられて、この拡張が電気機械的にトリップすると、それは回路遮断器のプッシュプル・ボタンを引き開ける。好適な実施の形態では、電気機械的トリップは、回路遮断器を引き開けるのに必要な力を与えるように、ソレノイドおよびひげぜんまいで行なわれる。ＦＰＢプッシュプル・ボタンを手動で操作して回路遮断器を開閉し、燃料ポンプへの電力停止および供給を行なうこともできる。

図２２を参照すると、１つの構成では、ＦＰＢは電源１００、電流センサー１１０、制御器またはソレノイド駆動１２０、ソレノイド１３０、プッシュプル・ボタン（図示されていない）を備えた機械式回路遮断器１４０およびテスト・スイッチ１５０を含む。ＦＰＢプッシュプル・ボタンは電気機械的にトリップして、接地事故状態をラッチし、燃料ポンプへの３相電力を停止し、ＦＰＢ表示を与える。ＦＰＢは完全に内蔵式のユニットであり、それの電子回路電源は負荷側の３相電力から得て、回路遮断器と同じ航空機ワイヤ・インタフェースを使用する。

図２３を参照すると、ＦＰＢは単一の電流センサーＬ２を使用して、３相電流によって生成される正味のフラックスを検出する。フラックス信号はソレノイド駆動Ｑ１に入力され、そこでそれは妨害トリップを排除するために調節およびフィルタリングされて、どちらかの極性の正味のフラックスが検出される。接地事故が発生すると、ソレノイド駆動Ｑ１はソレノイドＬ１に作用してプッシュプル・ボタンを電気機械的に駆動させ、３相電力を除去する。ＦＰＢプッシュプル・ボタンは、プッシュプル・ボタンが手動でリセットされるまで、ラッチされた故障状態に留まる。ＦＰＢが故障状態にあるときは、ポンプ制御スイッチ１６０（１１５ＶＡＣまたは２８ＶＤＣ）の入れなおしは燃料ポンプの制御に対して効果を持たない。

１つの構成では、ＦＰＢは、１つの構成では−１．５Ａ実効値ないし＋１．５Ａ実効値である、設定範囲の外側に電流不均衡が存在するときに、接地事故状態を検出する。この範囲は、電動機巻線の絶縁と汚染された燃料との関数である、燃料ポンプ電動機リーク電流が妨害トリップを起こすのを防止するのに十分なマージンを与える。

故障状態の閾値を決める場合と同じように、妨害トリップもまた、故障検出速度を選ぶときの関心事である。接地事故に対するＦＰＢ応答は、検出時間と反応時間に分けることができる。反応時間はプッシュプル・ボタンの電気機械的駆動に依存し、また検出時間は妨害トリップを最小化することに依存する。ＦＰＢは、雑音、ＥＭＩ、落雷およびＨＩＲＦによって最も一般的に引き起こされる高周波効果を減衰させるためのフィルタ・システムを含む。典型的には、これらの高周波信号は誤り表示を与える。システムの帯域幅および動作範囲は妨害トリップを最小化するために制限され、他方では、検出の周波数スペクトルは可能な限り広く保つようにされる。対象となる範囲の信号を測定するために、適切な感度範囲を持つセンサー１１０が選ばれる。

ＦＰＢの動作は、ＦＰＢのライン側への３相電力が遮断される事態では失われる。しかし、電力遮断がどの程度の期間であっても、ラッチされたＦＰＢ故障状態になったり、あるいはラッチされたＦＰＢ故障状態がリセットされたりすることはない。遮断が終了すると、ＦＰＢは遮断前のモードに復帰する。

接地事故状態はＦＰＢの上部に位置するＦＰＢプッシュプル・ボタンをトリップし、ボタンを高く押し上げてＦＰＢ状態が目で見えるようにする。トリップ状態にあるＦＰＢは、ＦＰＢ上のプッシュプル・ボタン１４２を手動でリセットすることによってのみリセットできる。

好適な実施の形態では、端から端までのテストでＦＰＢの正常動作を実証する。このことはＦＰＢ筐体の上部に位置するテスト用押しボタン・スイッチ１５０で実行される。このスイッチを押すと、最大閾値をちょうど超える電流をセンサーに流すことによって接地事故状態を模擬する。この手動テストはＦＰＢをラッチし、負荷側コンタクトから電力を除去し、目で見えるようにプッシュプル・ボタンを押し上げる。ＦＰＢ故障状態をクリアするためには、プッシュプル・ボタンをリセット（押し込む）しなければならない。

（実装）
図２４ａ−２４ｅを参照すると、上述の集積された電流障害保護／回路遮断器は、ボーイング７００シリーズ航空機および同型機に使用されている既存の１５Ａおよび２０Ａ回路遮断器筐体１８０の形状因子に適合するように構成できる。そのような筐体１８０は典型的には、コネクタ部分１８２、カバー１８４およびプッシュプル・ボタン１４２を含む。１５Ａ回路遮断器の筐体１８０のおよその寸法は次のようになっている：上部１８８から底部１９０まで約４．００インチ（約１０．１６ｃｍ）、その長い側面１９２に沿った幅が約２．００インチ（約５．０８ｃｍ）、そしてその短い側面１９４に沿った幅が約１．３８インチ（約３．５１ｃｍ）である。

コネクタ部分１８２は、６個の端子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，およびＣ２を備えた端子ブロックやコネクタ・プレートのような電気コネクタ手段を含む。図２４ｄを参照すると、コネクタＡ１およびＡ２は第１ラインＡおよび負荷Ａを受け入れ、コネクタＢ１およびＢ２は第２ラインＢおよび負荷Ｂを受け入れ、またコネクタＣ１およびＣ２は第３ラインＣおよび負荷Ｃを受け入れている。センサー・システム１１０はコネクタ部分１８２の上方に位置する。入力ラインＡ，ＢおよびＣはセンサー・システム１１０を貫通して、電力制御器１４０として機能する回路遮断器に入力する。出力ラインＡ，ＢおよびＣはコネクタ部分に戻る。

電源１００およびソレノイド駆動１２０を構成する回路は、回路基板１９６に搭載されている。電源１００およびソレノイド駆動１２０はソレノイド１３０とのインタフェースとなる。

（独立型電流障害保護装置）
本発明の別の実施の形態に従えば、本システムは独立型の装置として構成することができるため、電源と負荷に付随する復路が装置にとってアクセス可能である限り、回路遮断器と負荷との間の回路のどこにでも組み込むことができる。先に説明したシステム構成と同じように、本独立型装置は、監視される電力ラインのライン側からそれらのための動作電力を取り出す。従って、装置によって付加的な電源は必要とされない。

（ＤＣ構成）
図２５を参照すると、本システムはＤＣ電源と、その電源によって電力を供給される負荷との間の電流経路を監視するように適合している。本システムは、電気回路の入力側２４でＤＣラインおよび戻りラインから取り出される電源３０を含む。電源３０はセンサー・システム４０、論理制御器５０および電力制御器６０に電力を供給する。センサー・システム４０は１つの不均衡センサー４４と１つの過電流センサー４６とを含む。

図２６を参照すると、１つの好適な実施の形態では、電源は２つのリニア電源Ｕ１およびＵ２を有する。電源Ｕ１は、電流センサーから最大限の利得を得るために、電流センサー４４，４６（図２５）に７ＶＤＣを供給し、他方、電源Ｕ２は論理制御器回路に５ＶＤＣを供給する。

電源の入力側において、２８ＶＤＣが航空機から受信される。ダイオードＣＲ１はブロッキング・ダイオードとして働く。コンデンサＣ１はダイオードＣＲ１によって出力される約２６ＶＤＣ用の蓄積装置として働く。抵抗Ｒ２およびＲ３は、電源Ｕ１の出力を７ＶＤＣにセットするための電圧分割器として機能する。ダイオードＣＲ１３はコンデンサＣ１５およびＣ１６と組み合わされて、電源Ｕ２の出力を５ＶＤＣにセットするように機能する。

図２５に戻って、電源の接地事故保護は２８ＶＤＣ電力の電流と負荷のリターン信号を不均衡センサー４４によって監視することで実行される。この電流センサー４４は、電力およびリターン電流によって生成される磁束を代数的に加算して、その結果に比例する出力信号４２を生成する。２８ＶＤＣの電力と、接地事故センサーを通る燃料ポンプの負荷リターン電流とによって、本システムは“クローズ”し、燃料ポンプに流れ込む電流がリターン電流と同じ大きさで逆向きである必要がある。従って、接地事故状態が存在しないときは、センサーで測定される磁束はゼロである。接地事故状態が発生すると、電流がグラウンドに流れ（これはセンサーを通って戻ってこない）、閉じたループ系が断ち切られて、センサーで測定される磁束は不均衡になる。フラックスの不均衡は電流に比例するので、センサーの出力４２は電流損失の大きさを与える。

接地事故という専門用語はグラウンドへのアーク放電／短絡を意味するが、本検出法では、グラウンド経路への電力や、閉じたループ系の外部の任意の航空機配線への電力の結果としての電流損失による電流不均衡状態を検出する。本システムは、このように、据付後に何らかの不正な接続を検出することもできる。

２８Ｖが負荷のリターン電流へ流れることは正常であり、閉じたループ系は電流損失を生じないため、２８ＶＤＣから負荷へ戻るアーク放電／短絡は接地事故としては検出されない。このアーク放電−短絡は通常レベルを超えて電流強度を増大させるが、それは不均衡状態ではなく、接地事故センサーでの対応する磁束合計はゼロになろう。

この望ましくない故障状態を検出するために、２８ＶＤＣ電力信号の電流レベルを監視する過電流センサー４６を用いて過電流保護が実行される。このセンサー４６を通る電流によって発生する磁束は電流強度に比例する出力信号を生ずる。この電流強度が予め定められた閾値限度を超えると、過電流状態が発生する。接地事故検出と同じように、過電流検出はトリップ状態をラッチする。過電流検出のための閾値限度は、燃料ポンプの最大起動およびポンプの最大動作電流が妨害トリップを起こさないように十分マージンを取って選ばれる。起動時と動作時の電流の差によって、本発明の他の実施の形態に関連して先に述べたのと同じように、過電流設計では２つの閾値限度が使用される。

動作時には、本システムはライン側２４と負荷側２６との間の電気回路２０について望ましくない接地事故および過電流状態を監視する。センサー４４，４６によって発生するこれらのフラックス信号が論理制御器５０に入力される。論理制御器５０はこれらの信号を調整し、いずれかの極性の雑音フラックスを排除するためのフィルタを通す。接地事故か過電流状態が発生すると、論理制御器５０はリレー電力入力３２の復路３４を遮断する。これはリレー６０をオープン状態にラッチして、それによって負荷側２６への電流経路２０を遮断する。ＬＥＤ５２が検出された故障を表示する。リレー６０は、システムの筐体にあるリセット・ボタン５４を手動で押すことによってリセットされるまで、ラッチされたままに留まる。論理制御器６０内部の別のラッチ・リレー（後に説明する）を用いて故障状態を記憶し、その結果、故障状態を無期限に保持させる。こうすれば、制御スイッチ８２を介しての燃料ポンプの２８ＶＤＣ電力の再投入がシステムをリセットすることはない。システムが故障状態にないときは、燃料ポンプの制御は航空機のポンプ制御スイッチ８２を通して行われる。

手動のリセット・スイッチ５４は、航空機コックピットでのスイッチ８２や回路遮断器８４の入れなおしが、発生している接地事故や過電流状態に対して電力を再印加するのを防止する。手動リセットは、故障に対し必要な保守トラブルシューティングを行なって故障を切り離した後で、意識的な保守作業を実行せざるを得なくする。

システムの完全性を確認するための定期的な保守点検は、筐体上に位置する２つのテスト用押しボタン・スイッチを押すことで行なわれる。１つのスイッチは接地事故テスト５６のためで、もう１つは過電流テスト５８のためのものである。装置が正しく機能していることを示す正の可視表示がＬＥＤ５２によって与えられる。

独立型電流障害保護装置の１つの構成では、−１．５Ａ実効値ないし＋１．５Ａ実効値の許容範囲の外で電流不均衡が存在するときに、接地事故検出がなされる。この範囲は、燃料中に混入する成分によって通常発生するリーク電流が妨害トリップを引き起こさないための十分なマージンを与える。

過電流検出は、２８ＶＤＣ電力の電流レベルを監視するための別のセンサーで行なわれる。このセンサーを通過する２８ＶＤＣ電流によって発生する磁束は電流強度に比例する出力信号を生成するため、電流強度が予め定められた閾値を超えるときに過電流状態が発生する。接地事故状態と同じように、過電流検出はトリップ状態をラッチする。以前に述べた実施の形態と同じように、過電流検出のための閾値限度は、正常な起動および動作条件が妨害トリップを引き起こすことを防止するのに十分なマージンを持たせて選ばれる。そのため、本発明の別の実施の形態について先に述べたものと同様に、過電流設計は２段階の閾値を有し、１つの閾値は起動時のため、他方の閾値は動作時のためのものである。

接地事故テスト用スイッチ５６を押すことによって、最大閾値を少し超えた電流を不均衡センサー４４に流すことにより、接地事故状態が模擬される。この手動のテストは、ＬＥＤ５２を点灯することによって接地事故を目で見えるように表示し、その故障状態をラッチし、リレー６０をオープンさせる。このラッチした接地事故状態、ＬＥＤをクリアして、リレー６０がクローズできるようにするためにはリセット・スイッチを押さなければならない。過電流テスト用スイッチ５８は、閾値を少し超えた電流を過電流センサー４６に流すことにより、過電流状態を模擬する。過電流検出の可視表示はＬＥＤ５２の点灯、故障状態のラッチおよびリレー６０のオープンによって与えられる。リセット・スイッチ５４を押せば、この場合も、装置はクリアされ、端から端までのテストが完了し、装置を通常の使用に復帰させる。端から端までのテストを実行するときは、接地事故テスト用スイッチ５６と、過電流テスト用スイッチ５８とはどの順番で押しても構わない。これらのスイッチは誤って押すことを防止するために保護される。別の構成では、システムには２つのＬＥＤが備えられ、１つは接地事故状態を表示し、他方は過電流状態を表示する。

実際の故障状態が発生したときは、本装置はそれのリレーから電力を取り去り、ポンプへの電力を除去する。本装置は、航空機の警報システムに対して直接的な出力を持たないため、航空機搭乗員は、保護されている部品についての既存の警報手続きによって故障状態を知らされる。電動機の電力が取り去られると、ポンプは圧力を失って、ブースト・ポンプ圧力の圧力スイッチが航空機搭乗員に対してブースト・ポンプが不作動であることを警告する。ブースト・ポンプを起動させようと試みても成功しない。必要な故障分離手順を実行したあとで、故障状態後の装置のリセットが地上整備員によって行なわれる。

図２７ａないし図２７ｃを参照すると、論理制御器は、本発明の他の実施の形態に関連して先に説明したものと類似の回路を含んでいる。具体的には、センサー制御回路（図２７ａ）は、不均衡センサーから受信した不均衡信号を調整する増幅器Ｕ３Ａと、過電流センサーから受信した過電流信号を調整する増幅器Ｕ４Ａとを含む。過電流センサーからの出力は増幅器Ｕ４ＢおよびＵ４Ｃに入力される。部品Ｕ６はトランジスタＱ７および抵抗Ｒ１９およびＲ２０と組み合わされて、図８ａに関連して説明したのと同じようにして、過電流閾値を通常動作時の閾値か、あるいは起動時の閾値のいずれかにセットする。

保守回路（図２７ｃ）は３個のスイッチＳ１，Ｓ２およびＳ３を含む。スイッチＳ１は、図５ｂに関して先に説明したものと同様のリセット・スイッチとして機能する。スイッチＳ２、抵抗Ｒ４１およびコイルＬ１は不均衡センサーに関するテスト用押しボタン回路として機能し、他方、スイッチＳ３、抵抗Ｒ４２およびコイルＬ２は過電流センサーに関するテスト用押しボタン回路として機能する。いずれの場合でも、コイルは関連する電流センサーの周囲に、その関連スイッチがクローズしたときに、センサーが電流障害状態を表示する信号を出力するのに十分な回数、巻き付けられる。論理回路の残りの部分は、図２７ｂおよび図２７ｃに示すように、図５ｂおよび図５ｃ−４に関して先に述べたのと同様である。

（ＡＣ構成）
図２８を参照すると、別の構成において、本システムは、ＡＣ電源と、その電源によって電力を与えられる負荷との間の電流経路を監視するように適合している。本システムは、電気回路の入力側２４で１１５ＶＡＣの３相ラインの各々から取り出される電源３０を含んでいる。電源３０は、センサー・システム４０、論理制御器５０および電力制御器６０に電力を供給する。センサー・システム４０は単一のセンサー４４と３つの過電流センサー４６とを含む。単一のセンサー４４は、電線相互間の電流バランスを示す出力センサー信号４２を与えることによって、電流経路２０の電流状態を判断する。過電流センサー４６の各々はそれに付随する電線を流れる電流量を示す信号４８を出力する。

これらの信号は論理制御器５０に供給されて、そこで、図８ａ−１ないし図８ｃ−４に関して説明したのと同じように、許容できる最大閾値と比較される。センサー信号４２，４８のどれかが予め設定基準を満たさないときは、電源３２からＡＣリレー６０への復路３４が遮断される。

（固体構成）
図２９を参照すると、別の構成で、本システムは、ＡＣ電源と、その電源によって電力を与えられる負荷との間の電流経路を監視するように適合している。本システムは、電気回路の入力側２４で１１５ＶＡＣの３相ラインの各々から取り出される電源３０を含んでいる。電源３０は、センサー・システム４０、論理制御器５０および電力制御器６０に電力を供給する。センサー・システム４０は単一のセンサー４４と３つの過電流センサー４６とを含む。単一のセンサー４４は、電線相互間の電流バランスを示す出力センサー信号４２を与えることによって、電流経路２０の電流状態を判断する。過電流センサー４６の各々はそれに付随する電線を流れる電流量を示す信号４８を出力する。

これらの信号は論理制御器５０に供給されて、そこで、図８ａ−１ないし図８ｃ−４に関して説明したのと同じように、許容できる最大閾値と比較される。センサー信号４２，４８のどれかが予め設定基準を満たさないときは、論理制御器５０は固体装置をオープン位置に切り換えて、それによって負荷側２６への電流経路を遮断する。

（実装）
図３０ａ−３０ｄを参照すると、上述の独立型電流障害保護装置は対応する筐体２００に収容することができるが、それは１つの実施の形態では次のような寸法になっている：上部２０２から底部２０４までが約２．５０インチ（約６．３５ｃｍ）で、側面２０６に沿った幅が約４．００インチ（約１０．１６ｃｍ）である。この筐体は更に、既存の航空機配線とのインタフェースとするための、ライン入力コネクタ２０８およびライン出力コネクタ２１０を含む。

図２５および図３０ｄを参照すると、入力コネクタ２０８は航空機からのＤＣ入力ラインを受け入れ、他方、出力コネクタ２１０は航空機負荷へのＤＣラインを受け入れている。電源３０、論理制御器５０および保守システム７０を構成する回路は回路基板２１２に搭載される。保守システム７０回路は、筐体１８０の上部に位置するテスト・ボタンとのインタフェースである。センサー・システム（見えていない）は回路基板２１２の下側に位置する。入力ラインＡおよびＢはセンサー・システムを貫通して、電力制御器６０に入力する。

以上のことから、本発明が、多様なシステムおよび部品に適合されるであろう航空機内の電気機器で電流状態を維持するための方法および装置を提供することが理解されよう。従って、それは既存システムに対して、信頼できる迅速な電流切断を追加提供し、それによって回路中の接地事故や過電流状態による損傷を低減する。本発明の特定の形態について図示および説明してきたが、本発明の精神およびスコープから外れることなく各種の修正が可能であることは明らかであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲によるもの以外は限定されることがない。

Claims (1)

1. 電気回路のライン側と負荷側との間の電流経路を遮断するための装置であって、
   前記電流経路に電気的につながれた電源、
   前記電流経路中に位置し、制御供給の存在下で前記電流経路をクローズし、また前記制御供給の不在下で前記電流経路をオープンするように適合した電力制御器、
   前記電源から電力を受信し、前記電流経路の電流を監視して、前記電流経路中の電流状態を表示するセンサー信号を出力するように適合したセンサー・システム、および
   前記電源から電力を受信し、前記センサー信号を受信して、前記センサー信号が設定基準を満たさないときに、前記電力制御器からの前記制御供給を除去するように適合した論理制御器、
   を含む装置。

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