JP4084159B2

JP4084159B2 - タービンエンジン点火システムのための鉄共振変圧器を備えた励起回路

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Publication number: JP4084159B2
Application number: JP2002296951A
Authority: JP
Inventors: ジョセフコステロジョン
Original assignee: チャンピオンエアロスペイスインコーポレイテッド
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-10-10
Also published as: FR2830691B1; GB2382106B; US20030067284A1; US6603216B2; JP2003124024A; FR2830691A1; HK1057387A1; GB0223241D0; GB2382106A

Description

【０００１】
【技術の分野】
本発明は、一般に、航空機および他のタービンエンジン点火システムにおける点火プラグのために用いられる励起回路に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービンエンジン点火システムは、典型的には、エンジンの点火プラグ（点火器）の点火に使用する放電エネルギーを発生させるための励起回路を含んでいる。これらの回路は、航空機産業において普通に使用されているが、航空機のタービンエンジンに限定されるものではない。例えば、ガスタービン発電機および他の小タービンエンジンは、一以上の点火プラグにスパークエネルギーを与えるために、典型的には励起回路を使用するであろう。今日使用されている多くの励起回路は、電源から受取った入力電圧を、制御され且つ連続した高電圧イオン化パルスに昇圧するために変圧器を利用する。これらイオン化パルスの高電圧特性は、イオン化電流が各点火プラグの電極間の空気ギャップを横切って首尾よくアークを発生するために必要である。こうして、各点火プラグは適正にスパークまたは点火を発生し、エンジン内で燃料を燃焼させることができる。このようにして点火プラグが発火される特定の速度は、通常はスパーク速度と称される。
【０００３】
誘導性および容量性の両方の放電励起回路が知られており、それぞれ充電回路、一以上のエネルギー蓄積装置、および放電回路を含んでいる。誘導性励起回路については、エネルギー蓄積装置として変圧器が使用され、エネルギーは、変圧器の一次側を流れる駆動電流によって生じる磁界の中に蓄積される。このエネルギーは、例えば一次側に対して直列のトランジスタスイッチを用い、一次電流を周期的に遮断することにより、蓄積された磁界を使用して二次側に高電圧パルスを発生させる変圧器フライバックを生じさせることによって、変圧器の二次巻線を介して周期的に点火器へ放出される。
【０００４】
容量性の放電励起回路の場合、エネルギー蓄積装置はタンクキャパシタであり、これは比較的大きな放電蓄積容量を有するキャパシタである。このキャパシタは、その後に点火プラグへ放出するためにスパークエネルギーを保存するために使用され、また変圧器の二次側に配置して、そこで変圧器から高電圧充電電流を受取ることができる。該キャパシタが点火プラグを点火するために充分な所定の電圧レベルまで充電されたら、該キャパシタに蓄積された電荷が点火プラグを通して放電され、それによって燃料を燃焼させるための望ましいアークが発生される。このキャパシタの放電は、励起回路内のスパークギャップのようなスイッチ装置を使用した公知の方法で制御することができる。
【０００５】
航空機に搭載された交流（AC）入力電圧を供給される多くの容量性放電励起回路をにおいて、充電回路は、入力電圧を上げるための電圧マルチプライヤと組合せた線形変圧器を含むことが多い。この電圧マルチプライヤ自身は、カスケード型電圧二倍器のような、二つの整流ダイオードを含む普通の電圧二倍器である。
【０００６】
AC電源の良好な調節が与えられない場合、このような回路の使用は問題を生じる可能性がある。例えば航空機への適用において、航空機の電力システムは、通常は400ヘルツで115 VACの電力を供給し、振幅および周波数において約20％以下の変動が生じ得る。電圧二倍器を備えた線形変圧器を利用する従来の容量性放電励起回路の場合、これら入力AC供給源は、広範に変化する入力電流およびスパーク速度を生じる可能性がある。このような回路の試験によって、入力電流は、例えば0.05アンペアから5アンペアまで変化し、スパーク速度は1スパーク／秒から15スパーク／秒まで変化し得ることが示された。1〜3スパーク／秒のスパーク速度が望ましい場合に、このような高い入力電流およびスパーク速度は望ましくなく、点火プラグ（および励起回路自身）の動作寿命の低下を生じる可能性がある。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、例えば航空機のガスタービンエンジンを動作させるのに適した点火システムにおいて、一以上の点火プラグを点火するための励起回路を提供する。
【０００８】
本発明の一つの側面に従えば、エネルギー蓄積装置、充電回路、および放電回路を含む励起装置が提供される。充電回路は入力電力を受取り、その後に放電回路を介して点火器へ供給するために、エネルギー蓄積装置にエネルギーを蓄積する。充電回路は入力端、出力端、および鉄共振変圧器（ferro-resonant transformer）ネットワークを有し、該ネットワークは一次巻線が入力端に接続され且つ二次巻線が出力端に接続された飽和変圧器を含む。入力端を介して充電回路により受取られた動作電力は、エネルギー蓄積装置に保存される。放電回路は、エネルギー蓄積装置からスパークエネルギーを受取るように接続された高電圧出力端を有し、これはスパークギャップのようなスイッチを経由してもよい。充電回路における変圧器ネットワークは、一次巻線に対して直列の誘導コイルおよび一次巻線に接続されたキャパシタを含んでいる。鉄共振変圧器ネットワークは、該コイルのインダクタンスおよび該キャパシタのキャパシタンスによって少なくとも部分的に決定される共振周波数を有する。この変圧器は、励起回路の動作の際に、前記コイルおよび一次側を流れる電流が変圧器の飽和を生じるように設計される。こうして、励起装置で使用される入力電流を制御および制限することができる。
【０００９】
本発明のもう一つの側面に従えば、可変周波数および可変振幅の交流（AC）電圧を受取ることができる入力ノードと、電荷を蓄積できる一以上の蓄積装置と、該一以上の蓄積装置を電気的に充電できる充電回路とを含む励起回路が提供される。充電回路自身は、昇圧鉄共振変圧器ネットワークおよび全波整流器を含んでいる。この昇圧鉄共振変圧器ネットワークは、前記入力ノードと前記全波整流器の間に電気的に接続されており、また全波整流器は、昇圧鉄共振変圧器ネットワークと一以上の蓄積装置の間に電気的に接続される。加えて、当該励起回路は、基本的には放電回路およびスイッチ装置を含んでいる。この放電回路は、前記一以上の蓄積装置に電気的に接続され、また前記一以上の点火プラグにも電気的に接続される。前記スイッチ装置は、前記一以上の蓄積装置および前記放電回路の何れか一方または両方に電気的に接続される。このような構成において、前記一以上の点火プラグを点火するために十分な所定の充電レベルにまで、前記一以上の蓄積装置が充電回路により充電されるときは何時でも、前記スイッチ装置は、前記一以上の蓄積装置の前記放電回路を通しての放電および前記一以上の点火プラグの点火を可能にすることができる。
【００１０】
本発明の開示された実施例において、昇圧鉄共振変圧器ネットワークは、チョークコイル、昇圧変圧器、および一以上のキャパシタを含む。このチョークコイルは、好ましくは調整可能な強磁性体コアインダクターであり、第一の末端および第二の末端を有している。チョークコイルの第一の末端は、前記入力ノードに電気的に接続される。昇圧変圧器は、強磁性体コア、該強磁性体コアの回りに巻き付けられた一次巻線、および同様に前記強磁性体コアの回りに巻き付けられた二次巻線を有している。一次巻線は、前記チョークコイルの第二の末端に電気的に接続された第一の末端、および電気的アースに電気的に接続可能な第二の末端を有している。他方、二次巻線は第一の末端および第二の末端を有しており、これらは両方とも全波整流器に電気的に接続される。一以上のキャパシタが、前記一次巻線および電気的アースの間に電気的に接続可能であるように、前記昇圧変圧器の一次巻線の中に繋がれる。このような構成において、前記一以上のキャパシタの少なくとも一つは、好ましくは同調キャパシタである。
【００１１】
また、本発明の開示された実施例において、放電回路は一以上のブリーダ抵抗器、および一以上のパルス形成ネットワークを含んでいる。この一以上のブリーダ抵抗器は、一以上の蓄積装置に電気的に接続される。一以上のパルス形成ネットワークは、一以上のブリーダ抵抗器に電気的に接続され、また一以上の点火プラグに電気的に接続可能である。このような構成において、各パルス形成ネットワークは、好ましくはインダクタ／キャパシタ・ピーキングネットワークである。
【００１２】
更に、本発明の開示された実施例において、各蓄積装置はタンクキャパシタであり、スイッチ装置はスパークギャップ装置である。全波整流器は、好ましくはブリッジ型の整流器であり、四つの整流ダイオードがブリッジ構成で電気的に接続されている。
【００１３】
一定の従来の容量性放電励起回路と比較すると、ここに開示される励起回路は、（1）搭載された電源の周波数および振幅が実質的に変化するAC入力電圧を供給する航空機適用においても、点火プラグのスパーク速度の制御を効果的に維持し、（2）少ないスペースを占め、（3）軽く、（4）整流器区画のダイオードが故障した場合にも頑丈であるという利点を有する。
【００１４】
以下、図１を参照して、本発明の一実施例を説明する。
【００１５】
【開示された実施例の詳細な説明】
以下では、本発明の図示された実施例の詳細な説明を、構造の説明から初め、続いて当該実施例の動作および利点を説明する。
【００１６】
＜開示された実施例の構造＞
図１は、励起回路10を示す電気回路図であり、該励起回路は交流（AC）電源と二つの点火器との間に電気的に接続される。この励起回路10は、航空機の点火システムにおける複数の点火プラグを点火させるために利用することができ、この場合、一つの点火プラグは例えば第一のガスタービンエンジンにあり、第二の点火プラグは、例えばアフターバーナーのような第二のガスタービンエンジンにある。一般に、励起回路10は、電源から受取ったAC入力電圧を、制御された連続的な高電圧イオン化パルスに昇圧および変圧するように働く。各イオン化パルスの高電圧特性は、イオン化電流が、点火プラグの電極間の空気表面ギャップを横切ってアークを生じるように設計される。この方法において、各点火プラグは、空気／燃料混合物を、その関連のタービンエンジン内で適正に発火および点火することができる。図１において、励起回路10は一般に、入力ノード12、電磁気インターフェース（EMI）フィルター回路14、充電回路32、スイッチ装置80、および放電回路78を含んでいる。
【００１７】
入力ノード12は、航空機に搭載されたAC電源バスのようなAC電源に電気的に接続され、これは、通常は400 Hertzで115 Vrmsを与えるが、比較的大きな範囲（例えば320〜480 Hertzで90〜125 Vrms）内で変化し得る。入力ノード12はEMIフィルター回路14の一部であり、図示の実施例において、該回路は、三つの直列に接続されたインダクタ16，24，30、および二つの並列接続されたキャパシタ20，28を含むπ型ネットワークとして実施される。このπ型ネットワークは、特に、インダクタ16が入力ノード12と回路ノード18の間に電気的に接続され、インダクタ24がノード18と回路ノード26の間に接続され、また、インダクタ30がノード26と充電回路32の間に接続されるように構成される。ノード18と、航空機に搭載された確立された電気的アースとの間には、キャパシタ20が接続される。このような構成が与えられれば、EMIフィルター回路14は一般に、そうでないときにはその動作の際に励起回路10から流出するEMI放射を減衰させることができる。予測されるように、与えられた適用について、EMIフィルタリングは必要でないこともあり、或いは、必要または望ましい場合にも、望ましいEMI減少量に応じて、π型ネットワーク以外のEMI設計を使用することもできるであろう。
【００１８】
EMIフィルター回路14は、インダクタ30によって、充電回路32に電気的に接続される。充電回路32自体は、主に、昇圧鉄共振変圧器ネットワーク34および全波整流器36を含んでいる。鉄共振変圧器ネットワーク34は、チョークコイル38、昇圧変圧器44、および二つのキャパシタ48，50を含んでいる。チョークコイル38は、強磁性体コア40を有するインダクタ42を含んだ同調（可変インダクタンス）コイルであることができる。昇圧変圧器44は、強磁性体コア52、強磁性体コア52の回りに巻回された一次巻線46、およびこれも強磁性体コイル52の回りに巻回された二次巻線54を含んでいる。二つのキャパシタ48，50の少なくとも一方は、好ましくは同調（可変キャパシタンス）キャパシタである。チョークコイル38は、入力ノード12（EMIフィルター回路14を介して）に直接接続された第一の端部と、昇圧変圧器44の一次巻線46の一方の端部に接続された第二の端部とを有している。一次巻線46の他端は、回路ノード56に示されているように、アースに接続される。二次巻線54の二つの端部の夫々は、回路ノード58，66において全波整流器36に接続される。最後に、二つのキャパシタ48および50は直列に接続され、また昇圧変圧器44の一次巻線46の中間に接続されて、二つのキャパシタ48，50が、一次巻線46上の中間端子と電気的アースとの間に接続されるようになっている。このような構成が与えられれば、昇圧鉄共振変圧器ネットワーク34は、EMIフィルター回路14を介して、入力ノード12と全波整流器36との間に電気的に接続される。こうして、変圧器ネットワーク34は、電源から受取ったAC入力電圧を、全波整流器36に供給する前に昇圧することができる。
【００１９】
全波整流器36自体は一般にはブリッジ型整流器であり、電気的にブリッジ構成に接続された四つの整流ダイオード60，64、68および72を含んでいる。即ち、ブリッジ型整流器は、まず第一に、ダイオード60のカソードが回路ノード62およびノード56の両方を介して電気的アースに接続され、またダイオード60のアノードがノード58に電気的に接続されるように構成されている。第二に、ダイオード64は電気的アースとノード66の間に電気的に接続されており、ダイオード64のカソードがノード62および56を介して電気的アースに接続され、またダイオード64のアノードがノード66に電気的に接続されるようになっている。第三に、ダイオード68はノード58と回路ノード70の間に電気的に接続され、ダイオード68のカソードがノード58に電気的に接続され、また、ダイオード68のアノードがノード70に電気的に接続されるようになっている。第四に、ダイオード72はノード66とノード70の間に接続され、ダイオード72のカソードがノード66に接続され、またダイオード72のアノードはノード70に電気的に接続されるようになっている。ノード70は、抵抗器74を介して放電回路78の入力ノード76に電気的に接続される。
【００２０】
放電回路は二つのチャンネル、即ち、チャンネルＡおよびチャンネルＢを有しており、その夫々は二つの点火プラグ（図示せず）の一方に接続される。以下の説明において、図１に示す二つのチャンネルの対応する部分は、該部分が何れのチャンネルに関連するかを示すために「Ａ」または「Ｂ」の添え字と共に、同じ参照番号を使用して特定される。放電回路78の入力76は、第一のエネルギー蓄積装置84A、第二のエネルギー蓄積装置84B、およびスイッチ装置80に直接接続される。両方のエネルギー蓄積装置84Aおよび84Bは、それぞれタンク（蓄積）キャパシタ86Aおよび86Bの形態である。このような構成が与えられると、全波整流器36は、変圧器ネットワーク34と両キャパシタ86Aおよび86Bの間に電気的に接続される。こうして、充電回路32の全波整流器36は、変圧器ネットワーク34から受取った昇圧されたAC電圧を、該電圧が蓄積キャパシタ86Aおよび86Bの両方を充電するために利用される前に整流することができる。
【００２１】
キャパシタ86Aは、放電回路78のノード76および回路ノード92Aの間に電気的に接続される。こうして第一の蓄積キャパシタ86Aは、充電回路32によってノード76に送給される、昇圧され且つ整流された電圧から供給される電荷を蓄積することができる。同様に、第二の蓄積キャパシタ86Bは、放電回路78のノード76と回路ノード92Bの間に電気的に接続される。このような構成が与えられると、第二のキャパシタ86Bもまた、充電回路32によってノード76に送給される、昇圧され且つ整流された電圧から供給される電荷を蓄積することができる。図１に例示した特定の実施例において、第一の蓄積キャパシタは、第一のガスタービンエンジン「チャンネルＡ」に付随した点火プラグを特異的に点火するために利用される電荷を蓄積するための専用である。他方、第二の蓄積キャパシタ86Bは、第二のガスタービンエンジン「チャンネルＢ」に付随した点火プラグを特異的に点火するために利用される電荷を蓄積するための専用である。
【００２２】
スイッチ装置80は、両方のタンクキャパシタ86Aおよび86Bに電気的に接続されている。図示の実施例において、スイッチ装置80はスパークギャップ82を含んでいる。しかし、その代りに、例えばサイリスタ、シリコン制御整流器（SCR）等のような、多くの別のタイプの公知のスイッチ装置を、励起回路の設計に組込んでもよいことが理解される。既知のように、スパークギャップは、点火プラグでアークを発生するのに充分な電圧を、蓄積キャパシタ86Aおよび86Bに充電することを可能にする。従って、スパークギャップを横切ってアークを発生するのに充分な電圧レベルまで、蓄積キャパシタ86Aおよび86Bの一方が充電回路32によって充電されると、該キャパシタがスパークギャップ82を通して放電する点火器は、その対応する点火プラグを点火する。
【００２３】
放電回路78自身は、蓄積キャパシタ86Aおよび86B、一対のパルス形成ネットワーク98Aおよび98B、並びに二つのチャンネルＡおよびＢに対応した二つの「ミラー式」片側部分を含む抵抗器ネットワークを具備している。該抵抗器ネットワークのチャンネルＡ部分は、一般に、第一の蓄積キャパシタ86Aを放電させることにより、最終的には、第一のガスタービンエンジンを動作させることに関連した点火プラグを点火させるための専用である。この抵抗器ネットワークの片側部分は、ノード92Aにおいて第一のパルス形成ネットワーク98Aに接続されており、特に、ブリーダ抵抗器88Aおよびブリーダ低広域90Aが、ノード76とノード92Aとの間で電気的に並列に接続されるように構成されている。加えて、抵抗器ネットワークのチャンネルＡ側部分は抵抗器94Aを含んでおり、これはノード92Aと電気的アースとの間に電気的に接続される。これとは対照的に、抵抗器ネットワークのチャンネルＢ側部分は、ノード92Bにおいて第二のパルス形成ネットワーク98Bに接続されており、蓄積キャパシタ86Bを放電させることによって、最終的には、第二のガスタービンエンジンを動作させることに関連した点火プラグを点火させるための専用である。チャンネルＡと同様に、抵抗器ネットワークのこの片側部分は、ノード76とノード92Bの間に電気的に並列にされるブリーダ抵抗器88Bおよびブリーダ抵抗器90Bを含んでいる。また、チャンネルＢの抵抗器ネットワークは抵抗器94Bを含んでおり、これはノード96を介してノード92と電気的アースとの間に電気的に接続される。
【００２４】
放電回路78の第一のパルス形成ネットワーク98Aは、第一の蓄積キャパシタ86Aから受取った夫々の放電された電荷を単一の高電圧イオン化パルスに整形するために使用され、該パルスは、第一のガスタービンエンジンを動作させることに関連した点火プラグを適正に点火させる。図示の実施例において、第一のパルス形成ネットワーク98Aは、一般に、インダクタ／キャパシタ・ピーキングネットワークを含んでいる。しかし、例えば1998年12月22日にWilmot et al.に発行された米国特許第5,852,381号に開示されているような、代替の多くの公知のパルス形成ネットワーク（PFNs）を代りに使用することができる。このピーキングネットワーク98A自体は、インダクタ102Aおよびキャパシタ106Aの両方を含んでいる。インダクタ102Aはノード92Aと高電圧出力ノード104Aの間に電気的に接続され、また、キャパシタ106Aはノード104Aと回路ノード108Aの間に電気的に接続される。ノード104Aは、同軸点火器リード110Aの正の導電体を介して、航空機の第一のガスタービンエンジンを動作させる点火プラグに電気的に接続される。ノード108Aは、同軸点火器リード110Aのアース導電体と電気的アースとの間に電気的に接続される。
【００２５】
放電回路78の第二のパルス形成ネットワーク98Bは、第二の蓄積キャパシタから受取った夫々の放電された電荷を、第二のガスタービンエンジンの動作に関連した点火プラグを適正に点火させる高電圧イオン化パルスに整形するために使用される。図示の実施例において、第二のパルス形成ネットワーク98Bは、一般にはインダクタ／キャパシタ・ピーキングネットワークを含んでいる。ピーキングネットワーク98B自体は、主に、インダクタ102Bおよびキャパシタ106Bの両方を含んでいる。インダクタ102Bは、ノード92Bと第二の高電圧出力ノード104Bとの間に電気的に接続され、また、キャパシタ106Bは、ノード104Bと回路ノード108Bとの間に電気的に接続される。ノード104Bは、同軸点火器リード110Bの正の導電体を介して、航空機に搭載された第二のガスタービンエンジンを動作させる点火プラグに電気的に接続される。ノード108Bは、同軸点火器リード110Bのアース導電体と、電気的アースとの間に電気的に接続される。
【００２６】
このような構成が与えられると、放電回路78は、スパークギャップ80と、航空機の二つのガスタービンエンジンに使用される二つの点火器プラグとの間に電気的に接続される。こうして、蓄積キャパシタが、点火プラグを点火するのに充分な予め定められた充電レベルにまで充電回路32によって充電されたときは何時でも、スパークギャップ80は、放電回路78を通して蓄積キャパシタの放電を可能にし、点火プラグに望ましいスパークを形成させることができる。
【００２７】
＜開示された実施例の動作＞
次に述べるように、励起装置10は、航空機の点火システム環境において遭遇し得る入力電源電圧および周波数の範囲に亘って、比較的一定の入力電流およびスパーク速度を維持するように設計される。従って、例えば90〜125ボルト（V）で変化する「有効」電圧、および320〜480ヘルツ（Hz）で変化する周波数を有するAC入力電圧が電源によって入力ノード12に印加され、特に、図１に記載された励起回路10は、理想的には該入力電流が一般に１アンペア（A）を越えないように、また二つの点火プラグの夫々が一般に1秒当り1〜４スパークの範囲内のスパーク速度を有するように、昇圧変圧器44の一次巻線46を流れるAC入力電流を制御および調整できるべきである。これを達成するために、何よりも先ず、チョークコイル38は、好ましくは約400 Hzで約0.05〜0.06ヘンリー（H）以下の調整可能な全インダクタンス、および約25℃で約2.8オーム以下の調整可能な抵抗を有する。チョークコイル38の強磁性体コア40の効果を割り引くと、インダクタコイル42単独では、好ましくは約120 Hzで約1.1ミリヘンリー（mH）以下の調整可能な全インダクタンスを有する。次に、昇圧変圧器44に関して、一次巻線46は、好ましくは約400 Hzで約160 mHのインダクタンス、および約１オームの抵抗を有する。他方、二次巻線54は、好ましくは約400 Hzで約50 Hのインダクタンス、および約2.2キロオームの抵抗を有する。強磁性体コア52の回りの二次巻線54と一次巻線46の間の昇圧巻線比は、約30対１（即ち、30：1）である。最後に、キャパシタ48および50の夫々は、好ましくは約0.5マイクロファラッド（μF）に調整される。
【００２８】
励起回路10の動作の際に、AC入力電圧が入力ノード12に印加された後、電圧は、充電回路32の昇圧鉄共振変圧器ネットワーク34に通される前に、先ずEMIフィルター回路14を通してフィルターされる。チョークコイル38およびキャパシタ48，50は共に、昇圧鉄共振変圧器ネットワーク34の全体の動作のために、一般的に約400Hzの理想的な共振周波数または「中央」周波数を確立する。そうする際に、チョークコイル38は一般に飽和せず、またキャパシタ48および50は、一般に共振キャパシタとして機能する。チョークコイル38とは対照的に、昇圧変圧器44の一次巻線は動作の際に屡々飽和するに至り、従って、意図した設計による飽和状態で動作するのが普通である。その際、一次巻線46は、高い周波数および大きな振幅を有する入力電圧に起因して、昇圧変圧器44の一次巻線46に時々流れようとする過剰に高い入力電流を調節および制限することができる。一般に、チョークコール38の特定のインダクタンスおよび抵抗によって指定される抵抗器／インダクタ／キャパシタ（RLC）特性、共振キャパシタ48および50の特定の特性、並びに一次巻線46の特定のインダクタンスおよび抵抗が一緒になって、昇圧鉄共振変圧器ネットワーク34の全体の入力電流調節特性を主に制御する。従って、周波数および振幅が変化する入力電圧が昇圧鉄共振変圧器ネットワーク34を通過するときに、このような入力電圧に応答して、全体の励起回路10を動作させるための有効バンド幅が確立される。こうして、昇圧鉄共振変圧器ネットワーク34はこのバンド幅に亘って動作するときに、昇圧変圧器44の二次巻線を横切って得られる昇圧された出力電圧もまた、入力電圧の動作周波数における何等かのシフトに関する線型シフトを介して効果的に調節される。従って、例えば、昇圧鉄共振変圧器ネットワークが、フィルターされた115ボルトのAC入力電圧を受取ると、昇圧変圧器44の二次巻線54を横切って、調節および昇圧された約2800ボルトのAC出力電圧が誘導される。
【００２９】
AC入力電圧がこうして昇圧された後、二次巻線54を横切って得られるAC出力電圧は、充電回路32の全波整流器36によって完全に整流される。整流されると、得られた電圧は、ノード70、抵抗器74、ノード76、ノード92A、抵抗器94A、およびノード96を通って電気的アースへと形成される充電回路を介して、タンクキャパシタ86A（即ち、第一のエネルギー蓄積装置84A）を充電するために利用される。同時に、得られた電圧はまた、ノード70、抵抗器74、ノード76、ノード92B、抵抗器94B、およびノード96を通って電気的アースへと形成される充電経路を介して、キャパシタ86B（即ち、第二のエネルギー蓄積装置84B）を充電するためにも利用される。好ましくは、タンクキャパシタ86Aおよび86Bの夫々は、11ジュールの電荷エネルギーを蓄積することができる。タンクキャパシタ86Aおよび86Bの両者を充電するために利用される整流された電圧は、適切に調節された昇圧変圧器44の二次巻線54を横切るAC出力電圧から供給されるから、タンクキャパシタ86Aまたはタンクキャパシタ86Bは何れも時期尚早に充電されることはない。この方法において、両タンクキャパシタ86Aおよび86Bの充電時間は、入力ノード12において電源により供給される入力電圧の全体の周波数および電圧範囲に亘って、一般に、夫々が約0.25〜0.75秒の好ましい範囲内であるように制限される。
【００３０】
両タンクキャパシタ86Aおよび86Bが夫々約3500ボルトの予め定められた充電レベルに対応する保存電荷を蓄積したら、スパークギャップ装置82（即ち、スイッチ装置80）がアークを発生し、それによってタンクキャパシタ86Aおよび86Bの一方または両方が、点火プラグの放電回路78を通してそれらの蓄積した電荷を迅速に放電することを可能にする。より詳細に言えば、タンクキャパシタ86Aは、ノード92A、パルス形成ネットワーク98A、および同軸点火器リード110Aを通って、第一のガスタービンエンジン「Ａ」を動作させることに関連した点火プラグへと形成される放電経路を介して、効果的に放電される。同時に、タンクキャパシタ86Bは、ノード92B、パルス形成ネットワーク98B、および同軸点火器リード110Bを通って、第二のガスタービンエンジン「B」を動作させることに関連した点火プラグへと形成される放電経路を介して、効果的に放電される。第一のパルス形成ネットワーク98Aは、タンクキャパシタ86Aから受取った各放電された電荷を、第一のガスタービンエンジン「Ａ」を動作させることに関連した点火器プラグを適正に点火させるための、単一の高電圧イオン化パルスに形成する。同様に、第二のパルス形成ネットワーク98Bは、タンクキャパシタ86Bから受取った各放電された電荷を、第二のガスタービンエンジン「Ｂ」を動作させることに関連した点火器プラグを適正に点火させるための、単一の高電圧イオン化パルスに形成する。
【００３１】
励起回路10について上記で述べた特定の構成の結果として、320〜480 ヘルツでの90〜125 Vrmsの可変入力について、励起回路10への入力電流は、昇圧鉄共振変圧器ネットワーク34により、0.6アンペア未満に首尾よく制御および制限できることが実験によって示された。更に、その結果得られる第一および第二のガスタービンエンジン「Ａ」および「Ｂ」の動作に関連した二つの点火プラグのスパーク速度は、1秒当り1〜3スパークの範囲内に首尾よく維持できることもまた、実験によって示された。これらを考慮すると、励起回路10を使用することにより、搭載された電源がAC入力電圧を供給し且つその周波数および振幅の両方が変化するような航空機での適用においても、点火プラグのスパーク速度制御を効果的に維持することができる。その結果、第一および第二のガスタービンエンジン「Ａ」および「Ｂ」の滑らかで且つ適正な動作が、励起回路10を用いて実現される。
【００３２】
入力電流およびスパーク速度の両方を制御できることに加えて、励起回路10の全波整流器36と組合せた昇圧鉄狂信変圧器ネットワーク34は、従来の電圧二倍器と組合せた線形変圧器よりも一般に少ないスペースを占め、また一般に軽い（即ち軽量である）。このような固有のサイズおよび重量特性は、特に航空機および航空宇宙産業での適用において望ましいものであることができる。
【００３３】
更に、全波整流器36と組合せた昇圧鉄狂信変圧器ネットワーク34を励起回路10の中に組込むことによって、この励起装置は、一つのダイオードの故障によって動作不能になることはない。即ち、全波整流器36内の四つのダイオード60，64，68および72のうちの一つだけが故障しても、全体の励起回路10は、一般には適切に機能することができる。
【００３４】
最後に，本発明による励起回路は航空機および航空宇宙での適用に理想的に適しているが、当該励起回路に関して本明細書で教示および権利請求した根底をなす発明思想は、当該励起回路を航空機および航空宇宙産業での適用のみに利用されるように制限するものではない。更に、当該励起回路は二つのガスタービンエンジンを含む適用だけでなく、一つまたは如何なる数のガスタービンエンジンを含む適用においても動作可能であるように、容易に適合され得ることが理解されるべきである。
【００３５】
ここでは本発明の特定の実施例を説明してきたが、特許請求の範囲は開示された実施例に限定されるものではなく、逆に、種々の変形および均等な構成をカバーすることを意図しており、特許請求の範囲は、このような変形および均等な構造の全てを包含するように充分に広い範囲に一致すべきものであることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、航空機のガスタービンエンジンにおける二つの点火プラグを点火するための励起回路の電気回路図である。

Claims

少なくとも一つの点火プラグを点火するための励起回路であって：
エネルギー蓄積装置と；
入力端、出力端、並びに該入力端に接続された一次巻線および該出力端に接続された二次巻線を備えた飽和変圧器を含んだ変圧器ネットワークを有する充電回路であって、前記変圧器ネットワークは更に、前記一次巻線と直列の誘導コイルおよび前記一次巻線に接続されたキャパシタを含む、前記充電回路と；
前記エネルギー蓄積装置に接続された高電圧出力端を有する放電回路と
を具備し、
前記充電回路から前記入力端を介して受取られた動作電力が、前記エネルギー蓄積装置に蓄積され；
前記変圧器ネットワークは、前記コイルのインダクタンスおよび前記キャパシタのキャパシタンスに少なくとも部分的に依存する共振周波数を有し、前記励起回路の動作の際に、前記コイルおよび前記一次側を流れる電流が前記変圧器の飽和を生じ、
前記入力端はある範囲の値に亘って変化する周波数を有する AC 電源に接続され、前記共振周波数は前記範囲内の値の周波数に設定される
前記励起回路。
請求項１に記載の励起回路であって、前記エネルギー蓄積装置は前記二次巻線に接続された蓄積キャパシタを具備する励起回路。
請求項２に記載の励起回路であって、更に、前記二次巻線と前記蓄積キャパシタの間に接続された全波整流器を具備する励起回路。
請求項３に記載の励起回路であって、更に、前記蓄積キャパシタが予め定められた電圧レベルに充電されたときに、前記点火プラグを通して前記蓄積キャパシタを放電させるように動作するスイッチ装置を具備する励起回路。
請求項４に記載の励起回路であって、前記スイッチ装置はスパークギャップを具備する励起回路。
請求項２に記載の励起回路であって、更に、第二の蓄積キャパシタを具備し、前記蓄積キャパシタの夫々が前記励起回路の別の出力リードに接続されて、前記蓄積キャパシタから二つの異なる点火プラグにエネルギーを供給する励起回路。
請求項２に記載の励起回路であって、前記放電回路は、前記蓄積キャパシタ、スパークギャップ、および回路内に接続されたパルス形成ネットワークを含み、点火器が前記高電圧出力とアース接続の間に接続されたときに、前記蓄積キャパシタが前記スパークギャップ、前記パルス形成ネットワークおよび点火器を含む経路を通して放電するようになっている励起回路。
少なくとも一つの点火プラグを点火するための励起回路であって：
エネルギー蓄積装置と；
入力端、出力端、並びに該入力端に接続された一次巻線および該出力端に接続された二次巻線を備えた飽和変圧器を含んだ変圧器ネットワークを有する充電回路であって、前記変圧器ネットワークは更に、前記一次巻線と直列の誘導コイルおよび前記一次巻線に接続されたキャパシタを含み、前記一次巻線は前記コイルとアースの間に接続され、前記キャパシタは前記一次巻線の中間端子に接続される、前記充電回路と；
前記エネルギー蓄積装置に接続された高電圧出力端を有する放電回路と
を具備し、
前記充電回路から前記入力端を介して受取られた動作電力が、前記エネルギー蓄積装置に蓄積され；
前記変圧器ネットワークは、前記コイルのインダクタンスおよび前記キャパシタのキャパシタンスに少なくとも部分的に依存する共振周波数を有し、前記励起回路の動作の際に、前記コイルおよび前記一次側を流れる電流が前記変圧器の飽和を生じる
前記励起回路。
請求項８に記載の励起回路であって、前記キャパシタは同調キャパシタである励起回路。
請求項９に記載の励起回路であって、更に、前記同調キャパシタと直列に接続された第二のキャパシタを具備する励起回路。
少なくとも一つの点火プラグを点火するための励起回路であって：
エネルギー蓄積装置と；
入力端、出力端、並びに該入力端に接続された一次巻線および該出力端に接続された二次巻線を備えた飽和変圧器を含んだ変圧器ネットワークを有する充電回路であって、前記変圧器ネットワークは更に、前記一次巻線と直列の誘導コイルおよび前記一次巻線に接続されたキャパシタを含み、前記一次巻線は前記コイルよりも高いインダクタンスを有し、動作に際して、前記コイルおよび前記一次巻線を流れる電流が前記変圧器を飽和させる一方、前記コイルは未飽和のままである、前記充電回路と；
前記エネルギー蓄積装置に接続された高電圧出力端を有する放電回路と
を具備し、
前記充電回路から前記入力端を介して受取られた動作電力が、前記エネルギー蓄積装置に蓄積され；
前記変圧器ネットワークは、前記コイルのインダクタンスおよび前記キャパシタのキャパシタンスに少なくとも部分的に依存する共振周波数を有し、前記励起回路の動作の際に、前記コイルおよび前記一次側を流れる電流が前記変圧器の飽和を生じる
前記励起回路。