JP6057908B2 - 航空機から再生される電気エネルギーを処理するための方法およびアーキテクチャ - Google Patents

Description

本発明は、特に、タキシング動作時に作動する航空機の電動アクチュエータによって再生されるエネルギーを処理するための方法およびアーキテクチャに関する。

タキシング機能は、例えば、メインギアに配置される電動アクチュエータを用いて航空機を地上走行させて、減速させることで航空機の速度を監視することである。また、このアクチュエータにより、航空機は、下り傾斜の滑走路上で、または追い風の場合に制動することができる。この時、アクチュエータは、減速または制動電気エネルギーを電力が散逸される回路網に戻す。

アクチュエータのトルクの符号と速度の符号とが同じである（２つのパラメータの積が正符号である）場合、電気式アーキテクチャは、発電機からアクチュエータにエネルギーを供給する、すなわち、アーキテクチャは駆動標準モードで作動する。発電機は、熱機械によって、通常、補助動力装置、略してＡＰＵ（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｔ）によって駆動される。

トルクの符号と速度の符号とが逆である（２つのパラメータの積が負符号である）場合、アクチュエータは、いわゆる「補助機構」となり、コマンドがアクチュエータからエネルギーを除去することにより負荷を制動する。この時、アーキテクチャとアクチュエータは、「再生」エネルギーの発電モードで動作する。

補助機構として動作する場合、電気回路網の電圧の急上昇という不利な条件の下でアクチュエータの位置で再生エネルギーを散逸させる必要があるが、電圧の急上昇は電圧破壊につながる可能性がある。

現在のエネルギー散逸方法は、エネルギーを「消費」するのに使用される抵抗器による方法である。従来は、このようなエネルギーは、ブレーキ「チョッパ」を使用してセラミック抵抗器のジュール効果によって散逸される。

このような方法は、再生エネルギー全体を変換するために散逸されるエネルギーを完全に識別する必要があるので、最適化するのは非常に難しい。また、このような強い電力系統において、エネルギーが散逸されるには、大容量のセラミックと制動機能専用の特別な電力変換装置が必要である。

本発明の目的は、エネルギー散逸抵抗器によって生じる不利点を克服することである。上述の目的を達成するために、本発明は、エネルギーをアーキテクチャの発電機に戻してこのエネルギーを機械エネルギーに変換することを提案する。

具体的には、本発明は、航空機の可逆電動アクチュエータによって再生されたエネルギーの処理方法を目的とする。標準モードにおいて、熱機械によって駆動される発電機が、電圧変換マルチウェイ回路を介して駆動モードで動作しているアクチュエータに電力を供給する。少なくとも１つのアクチュエータの制動段階で、電気エネルギーの再生は、電気エネルギー発電モードで動作しているアクチュエータ（複数可）によって、回路の対応する経路（複数可）を通って生じる。再生エネルギーは、少なくとも１つのアクチュエータの経路からの逆方向のエネルギー伝送によって駆動モードの発電機に伝送される。変換されたエネルギーは、駆動モードで操作されている発電機を介して機械エネルギーとして熱機械に伝送される。

逆方向のエネルギー伝送は、駆動モードの状態である少なくとも１つのアクチュエータの経路と発電機との間の専用リンクによって行われる。あるいは、複数の経路のうちの少なくとも１つから、全エネルギーを可逆的に供給できる電圧変換回路によって直接行われる場合もある。

有利には、変換回路は、航空機の地上でのタキシング機能用または熱機械の始動機能用のいずれかに使用することができる。また、駆動モードの発電機によって発生した機械エネルギーは、熱機械および／または動力分配機械適応手段（減速機、リターン機構など）を介して動作可能である航空機の１つの機器（ポンプ、オルタネータなど）に供給可能である。

本発明は、さらに上述の方法を実施することができるアーキテクチャに関する。該アーキテクチャは、熱機械によって駆動されて交流電圧を送ることができる可逆発電機と、機械力を航空機に供給することができる電動アクチュエータと、交流電圧を直流電圧に変換することができる交流電圧整流手段を備えるマルチリンク交流電圧変換器とを備える。電力変換装置は、前記リンク上に配置され、整流手段によって送られる直流電圧によって電力が供給されて同じ数の電動アクチュエータを操作することができる。少なくとも１つの電力変換装置の少なくとも１つのリンク上にバイパス接続される接続手段により、この電力伝送変換装置（複数可）から逆方向のエネルギー伝送手段を形成することができるようにバスバーを介して発電機を操作することができ、直流電圧バスおよびバイパス接続されない他の変換器はエネルギー供給源となる。また、変換回路は、駆動モードで動作している発電機に用いられる逆方向電気エネルギー伝送手段を備える。

整流手段は、少なくとも１つの整流器または少なくとも１つの変換器とすることができる。

あるいは、逆方向エネルギー伝送手段は、直接、複数の経路のうちの１つからの電圧変換回路によって形成されてもよく、整流手段および変換手段は可逆手段としてもよい。この場合、整流手段は、可逆変換器で形成される。

電気エネルギーは、発電機を介して始動モードで熱機械に供給するために、発電モードのアクチュエータによって、または直流電圧源によって供給される。

特定の実施形態によれば、
電源は、過剰供給インダクタを介してバイパス手段に接続される低電圧源であり、接地プラグによって送電され整流器によって直流電圧に変換されるバッテリまたは三相電圧源で形成されてもよく、
整流手段は、少なくとも１つの整流器および可逆変換器から選択され、変換器を介してアクチュエータに給電する直流電圧バスと結合され、
変換器は、ＤＣ−ＡＣ変換器およびＨブリッジから選択され、
接続手段は、接触器、スイッチ、および双安定フリップフロップの中から選択され、
熱機械は、航空機の主エンジンを始動するため、かつ故障時に主エンジンと差し替えるための補助動力装置または同等の装置である。

本発明の他の態様、特徴、および利点は、特定の実施形態に関して添付図面を参照しながら説明した以下の非限定的な記述から明らかになるであろう。

逆方向のエネルギー伝送用の１つのバスを備えた本発明の再生エネルギーを処理するアーキテクチャスキーマを示す図である。 バッテリである電圧源から１つのＡＰＵを始動モードで使用した場合の図１のアーキテクチャスキーマを示す図である。 逆方向のエネルギー伝送のために可逆変換器を備える代替アーキテクチャスキーマを示す図である。

図１のスキーマを参照すると、タキシング機能のアクチュエータとして使用される４つの電気エンジン１０ａ〜１０ｄによって供給される再生エネルギーを処理するアーキテクチャＡ１は、
補助熱源として１つのＡＰＵ２によって駆動され、三相交流電圧を送る１つの発電機１と、
三相電圧をバス４の入力部に伝送される直流電圧「ＤＣ」に変換するために発電機１の出力部の１つのリンクＬ１上に配置される１つのダイオード受動整流器３と、
電気リンクＬａ〜Ｌｄ上で対応するエンジンを三相電圧で操作できるように可逆電力変換器であるＤＣ／ＡＣ変換器５ａ〜５ｄを介して、標準モードで４つのエンジン１０ａ〜１０ｄのそれぞれにエネルギーを供給するための１つの「ＤＣ」電圧バス４（「ＤＣ」は直流を意味する）と、
ＤＣ／ＡＣ変換器と対応エンジンとの間のリンクＬａ〜Ｌｄそれぞれに配置されて、エンジン１０ａ〜１０ｄの２つの動作モード、つまりタキシング機能の標準モードに対応する駆動モード（矢印Ｆ_Ｍ）と再生エネルギーモードに対応する発電モード（矢印Ｆ_Ｒ）に従って各リンクを設定できるようにする１組の双投式接触器６ａ〜６ｄと、
発電モードにおいて、接触器６ａ〜６ｄを介して発電機１に電気的に再接続するための１つのバスバー７と
を備える。

再生モードでは、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器（図示されている例では、２つのＤＣ／ＡＣ変換器５ｃ、５ｄ）を使用して制動を行い、対応するＤＣ／ＡＣ変換器５ａ、５ｂを通って電圧バスＤＣ４にエネルギーを返す（矢印Ｆ_Ｒ）。

この電圧バスＤＣ４の位置で回収されたエネルギーは、その後、残りのＤＣ−ＡＣ変換器（複数可）（図示されている例では２つのＤＣ／ＡＣ変換器５ａ、５ｂ）と専用バスバー７を使用して発電機１に戻される。この残りのＤＣ／ＡＣ変換器は、その後、再生モードに設定された接触器６ａ、６ｂによってそれぞれのエンジン１０ａ、１０ｂから切断される。同様にして、発電機１は、接触器６ｅによって整流器３から切断されて専用バス７に接続される。したがって、発電機１と２つの残りのＤＣ／ＡＣ変換器５ａ、５ｂとは、専用バスバー７を介して接続される。

この時、残りのＤＣ／ＡＣ変換器は、発電機１を駆動モードで操作して、ＡＰＵ２の位置で電気エネルギーを機械エネルギーに変換するのに適した形となる。有利には、エネルギーは、特別な変換器を追加せずに戻される。典型的には、約４０ｋＷの電力をＡＰＵに供給することができる。

図１の再生モードのアーキテクチャＡ１の構造は、図２に示されるように、ＡＰＵ２の始動モードで使用することも可能である。

ＡＰＵ始動は、発電機１を始動機として、すなわち、「駆動」モードで使用して、発電機１にエネルギーを供給することで行われる。実際に、直流低電圧から発電機１のような発電機を始動させることができる。

そのためには、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器（図示されている例では２つのＤＣ／ＡＣ変換器５ｃ、５ｄ）の出力部は、有利には、リンクＬｅ、Ｌｄ上で、ＤＣ／ＡＣ変換器と対応する接触器との間に、過剰供給インダクタ８ｃ、８ｄ（「ブースト自己誘導型コイル」とも呼ばれる）を介して、直流低電圧源、この場合はバッテリ９に接続される。

このＤＣ／ＡＣ変換器５ｃ、５ｄは、バッテリ９の直流低電圧を電圧バスＤＣ４で実現される直流電圧まで上昇させるように、ブーストモードで操作される（矢印Ｆ_Ｂ）。残りのＤＣ／ＡＣ変換器５ａ、５ｂは、図１の再生モードの動作と同様の形で、専用バスバー７を介して、上述のようにして発生した電圧から発電機１を始動機モードで操作する（矢印Ｆｓ）。

２つのＤＣ／ＡＣ変換器５ｃ、５ｄは、当然、接触器６ｃ、６ｄによってそれぞれのエンジン１０ｃ、１０ｄから切断され、この同じ接触器によって、ブースト自己誘導型コイル８ｃ、８ｄを介して直流低電圧バッテリ９に接続される。バッテリは、航空機に装備する２８Ｖのバッテリである。あるいは、電圧は、２８Ｖに変換された３×１１５Ｖの回路網に接続されたタルマック舗装の接地プラグから発生させてもよい。

図３を参照して、代替のアーキテクチャＡ２について説明する。このアーキテクチャＡ２は、受動整流器３の代わりに、可逆変換器１１（この場合、ＤＣ／ＡＣ変換器）を備え、それにより接触器および専用バスバー７を省くことができる。

したがって、可逆変換器１１により、エネルギーを発電機１から電気エンジン１０ａ〜１０ｄに標準モードで伝達することができる。また、この変換器１１により、エネルギー再生段階でエネルギー返還と発電機１の駆動モードでの操作とが可能になる（両矢印Ｆ_Ｄ）。また、図２の接触器、ブースト自己誘導型コイル、および直流電圧源を使用して、ＡＰＵ２を始動させることもできる。

本発明は、上述の実施例に限定されない。例えば、切り替え可能な任意のタイプの接触器（スイッチ、セレクタ、ＳＲフリップフロップなど）または能動電力部品（ＩＧＢＴ、ＭＯＳ、ダイオード、サイリスタなど）、変換器（ＤＣ／ＡＣ変換器、Ｈブリッジなど）、およびフィルタと併用可能な整流器（ダイオード、サイリスタなど）を使用することができる。さらに、上述のバスＤＣおよびバスバーの代わりに、便利な任意の電気配電機構を使用してもよい。

Claims (9)

1. 航空機の可逆電動アクチュエータによって再生されるエネルギーの処理方法であり、標準モードにおいて、熱機械によって駆動される発電機が駆動モードで動作しているアクチュエータに、電圧変換マルチウェイ回路を介して電力を供給する処理方法であって、少なくとも１つのアクチュエータの制動段階では、電気エネルギーの再生は、電気エネルギー発電モードで動作しているアクチュエータ（複数可）によって、回路の対応リンク（複数可）を介して生じること、再生エネルギーは、駆動モードの状態のアクチュエータ（複数可）の少なくとも１つのリンクと発電機との間の専用バスバーを介して、電気エネルギー発電モードで動作しているアクチュエータ（複数可）の少なくとも１つのリンクからの逆方向のエネルギー伝送によって駆動モードの発電機に伝送されること、および伝送されたエネルギーは、駆動モードの発電機を介して熱機械によって機械エネルギーに変換されることを特徴とする、処理方法。
2. 電圧変換マルチウェイ回路が、航空機の地上でのタキシング機能用または熱機械の始動機能用のいずれかに使用される、請求項１に記載の処理方法。
3. 駆動モードの発電機によって発生した機械エネルギーが、熱機械および／または動力分配機械適応手段を介して動作可能である航空機の１つの機器に供給される、請求項１または請求項２に記載の処理方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の処理方法を実施することができるアーキテクチャであって、熱機械によって駆動されて交流電圧を送ることができる可逆発電機と、機械力を航空機に供給することができる電動アクチュエータと、交流電圧を直流電圧に変換することができる交流電圧整流手段を備える電圧変換マルチウェイ回路とを備え、電力変換装置が前記複数のリンク上に配置され、整流手段によって送られる直流電圧によってエネルギーが供給されて同じ数の電動アクチュエータを操作することができ、少なくとも１つの電力変換装置の少なくとも１つのリンク上にバイパス接続される接続手段により、この電力変換装置からの逆エネルギー伝送手段を形成するように専用バスバーを介して発電機を操作することができ、直流電圧バスおよびバイパス接続されない他の電力変換装置はエネルギー供給源となること、および電圧変換マルチウェイ回路はさらに、駆動モードで動作している発電機に用いられる逆方向電気エネルギー伝送手段を備え、前記直流電圧バスは、電圧変換マルチウェイ回路の一部であり、交流電圧整流手段と電力変換装置との間に位置することを特徴とするアーキテクチャ。
5. 整流手段が、少なくとも１つの整流器または少なくとも１つの変換器とすることができる、請求項４に記載のアーキテクチャ。
6. 電気エネルギーが、発電モードのアクチュエータによって供給される、請求項４または請求項５に記載のアーキテクチャ。
7. 電気エネルギーが、発電機を介して始動モードで熱機械に供給するために直流電圧源によって供給される、請求項４〜６のいずれか一項に記載のアーキテクチャ。
8. 直流電圧源が、過剰供給インダクタを介して接続手段に接続される低電圧源であり、接地プラグによって送電され整流器によって直流電圧に変換されるバッテリまたは三相電圧源で形成されてもよい、請求項７に記載のアーキテクチャ。
9. 熱機械が、航空機の主エンジンを始動し、かつ故障時に主エンジンと差し替えるための補助動力装置または同等の装置である、請求項４〜８のいずれか一項に記載のアーキテクチャ。

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