JP6110588B2 - 配電システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば航空機の配電システムなどの配電システムに関する。

航空機にとっての主要な関心事の１つはシステムの重量である。重量を軽減できれば、航空機の燃料消費が低減し、飛行範囲が拡大する。航空機の構造、燃料、機器及び電気配線の全てが航空機の重量の一因になる。民間航空機の電気配線及び関連機器の重量は数百キロ又は数トンになることがある。

本発明の実施形態の目的は、航空機の電気配線及び／又は関連機器の重量を軽減することにある。

本発明の第１の態様によれば、航空機の配電システムが提供される。配電システムは配電バスと、各々が配電バスによって給電される複数の局部電圧変換器とを有する。

複数の局部電圧変換器を備えることにより、配電システムは特定の電圧で数本の、又は僅か一本の配電バスのみを使用し、給電される複数個の電気機器の各々で、又はその近傍で所望の電圧に変換し得る。それによって、航空機に搭載される様々な種類の電気機器に給電するために、典型的には各々が異なる電圧（典型的には２８ボルト、１１５ボルト及び２３０ボルト）にある、航空機の長さに沿った少なくとも３本の配電バスを有する従来のシステムよりも、変圧器／配電ボックスなどの関連機器の重量が大幅に軽減される。

更に、１つ又は数個のコンポーネントに備えられる局部電圧変換器は、典型的に、航空機全体に特定の電圧で給電するためのバスの主電圧変換器よりも大幅に小型で軽量であるため、航空機により容易に収納できる。

本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様による配電システムを備える航空機が提供される。

次に本発明の実施形態を単に例示を目的として添付図面を参照して説明する。

航空機の従来の配電システムを示す図である。 本発明を示す実施形態の配電システムを示す図である。 本発明の実施形態の配電システムのより詳細な実施例を示す図である。 局部電圧変換器を示す図である。

図１は、従来の配電システムを備えた航空機１０を示す。図示の通り、航空機には、航空機の推進力を付与すると共に、航空機に搭載された様々な電気機器の電力を供給する幾つかのエンジン１１が搭載される。航空機１０には、適宜の電気コネクタ１２を介してエンジン１１からの電力を受ける主配電ボックス（ＰＰＤＢ）１３を備えている。ＰＰＤＢ１３は、各々が異なる電圧、典型的には２３０ボルトＡＣ、１１５ボルトＡＣ、及び２８ボルトＤＣにある少なくとも３本の配電バス１４、１５、１６に電力を供給する幾つかの変圧器を収納している。図１には、単一のＰＰＤＢ１３及び対応するバスのセット１４、１５、１６が示されているが、航空機は２つ以上のＰＰＤＢ１３及びバスのセット１４、１５、１６を有していても良い。例えば、１セットのバスを航空機１０の両側に備えても良く、又はエンジンごとに備えても良い。

航空機は典型的には、電力負荷需要が異なる多様な電気コンポーネントを有する。例えば、翼のフラップを動作するための、及び／又はランディングギヤを持ち上げるための幾つかの油圧システムの電力負荷需要はより高く、典型的にはより高電圧のバス１４から電力を受ける。調理室のオーブン、コックピット用計器、及び航行中の乗客用娯楽用などのその他の航空機の電気コンポーネントは、一般にはそれほど電力を必要とせず、別の低電圧バス１５、１６の１本に接続すれば良い。

図１から分かるように、電力はＰＰＤＢ１３で適宜のシステム電圧に遠隔変換され、次いで様々な航空機コンポーネント／負荷に別のより低い電圧を引き続き供給するために様々な補助配電ボックス（ＳＰＤＢ）１８に送られる。

図２は、本発明の実施形態による配電システムを示す。この実施例では、配電システムは配電バス１１０と、複数の局部電圧変換器１２０とを有する。局部電圧変換器１２０は、バス１１０上の電圧を変換器１２０の近傍のいずれかの負荷１３０が必要とする適宜の電圧に変換するので、単一の電圧のみで動作するバス１１０しか必要ない。そのため、各々が異なる電圧で動作する別個のバス１４、１５、１６を必要とする図１に示した構成と比較して、電気配線の重量が大幅に軽減される。バス１１０を備えるための配線のサイズ及び重量を低減できるので、システムの最高電圧が配電バス１１０で使用されることが好ましい。（同じ電力でより多くの電流を、ひいてはより厚い配線を必要とする）所定の機器により低い電圧が必要な場合は、この電圧は局部電圧変換器１２０によって局部的に変換され、より短い距離の配線１３１によって供給される。従って、局部電圧変換器１２０と適宜の低い電圧負荷１３０との距離が比較的短い場合はより厚い配線のみ必要であり、配電システムの配線の重量が更に軽減される。

１つ又は２つの電圧（例えば２８Ｖ ＤＣ、１１５Ｖ ＤＣ）で、且つ配電バスの電圧（例えば２３０Ｖ ＡＣ）で給電するように局部電圧変換器１２０を構成しても良い。

図３は、図２に示される本発明の実施形態のより詳細な実施例を示す。この実施例で概略的に示されるように、主配電ボックス（ＰＰＤＢ）１００は、図１に示されるＰＰＤＢ１３によって供給される複数の電圧とは対照的に１つの電圧しか供給する必要がないため、図１に示される従来の配電よりも大幅に小型化できる。その結果、本発明の実施形態の簡略化されたＰＰＤＢ１００は、従来のＰＰＤＢ１３よりも著しく小型で軽量、且つ安価になり、ひいては重量とコストが更に低減される。

図２の局部電圧変換器１２０を、図３の補助配電ボックス（ＳＰＤＢ）１４０と一体化しても良い。ＳＰＤＢ１４０は局部電圧変換器１２０が必要であるためサイズはやや大きくなるが、配電バス１１０から１つの供給電圧しか受ける必要がないことで単に簡略化されることにとどまらない。従って、本発明の実施形態のＳＰＤＢ１４０は全体として、各々が異なる電圧で数本のバスから電力を受ける従来の実施例よりも小型で軽量である。

バス１１０によって供給される電圧を必要とする電気機器の場合は、その点については局部電圧変換器の必要がないので、配電バス１１０から単一の電圧を受けるように構成され、且つ局部電圧変換器を必要としない更に簡略化されたＳＰＤＢ１５０を使用しても良い。例えば、航空機の機器に利用できる最高の電圧（この例では２３０Ｖ）を供給するように構成された配電バス１１０を使用すれば、ランディングギヤに給電するＳＰＤＢ１５０には局部電圧変換器は必要ない。

その結果、配電バス１１０がより少ない電圧、典型的には単一の電圧のみを供給するように複数の局部電圧変換器１２０を備えることによって、配電バス１１０の電気配線の重量が著しく軽減されると共に、ＰＰＤＢ１００及びＳＰＤＢ１４０が簡略化され、ひいては重量、サイズ及びコストが低減される。

図４は、局部電圧変換器１２０の実施例を示す。この実施例では、局部電圧変換器１２０は、２３０ボルトＡＣである、配電システムによって供給される最高の負荷電圧でバス１１０から電力を受ける。局部電圧変換器１２０は、多くの航空機の場合は例えば１１５ボルトＡＣ又は２８ボルトＤＣであるが、本実施例では２８ボルトＤＣであるより低い電圧で出力を供給する。

本実施例の局部電圧変換器１２０は、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）変換器構成２００を含む。本実施例のＳＭＰＳ変圧器構成は、昇圧、降圧が可能であり、２８ボルトである所望の出力電圧を供給する適宜の巻線を備える。本実施例において、局部電圧変換器１２０は、位相シフトを低減するためにＡＤ／ＤＣ変換及び力率改善段２３０を備えるためのコンデンサ２１０／ダイオード構成２２０を更に含む。ＳＭＰＳ構成２００には、高圧中間レール２４０によって力率１が供給される。

前述のように、配電バス１１０は好ましくは単一の電圧のみで動作し、この単一の電圧は好ましくは、配電システムによって給電される負荷／電気機器の最高電圧、本実施例では２３０ボルトＡＣである。その結果、バスはほんの少し高い電圧で動作するので、バス１１０の電気巻線は、結果として高い電流を有することになる、より低い電圧を供給するバスよりも薄い巻線で良い。配電バス１１０は、好ましくはＡＣ電力も供給する。好ましくは１０ｋＨｚ以上、更に好ましくは５０ｋＨｚ以上である比較的高いスイッチング周波数で動作するので、物理的に小型で軽量、且つ効率的な局部電圧変換器１２０を備えられる。より小型で軽量の局部電圧変換器１２０を備えることによって、専用の支持体などを備える必要はなく、より容易に航空機構造に一体化することが可能になり、更なる軽量化と簡略化が実現される。

本発明の実施形態を、添付図面を参照して記載したが、提示された実施例には本発明から逸脱することなく多くの変更を行っても良い。例えば、航空機に配電システムを１つだけ備えても良く、２つ以上の配電システムを備えても良い。更に、各々の配電システムは１つ又は複数のエンジンから電力を受けても良い。

Claims (8)

1. 航空機の配電システムであって、
   複数の航空機エンジンから電力を受け、単一の配電バスに単一の電圧で給電するように構成された唯一の主配電ボックスと、
   各々が前記配電バスにより給電される複数の局部電圧変換器と
   を有し、
   前記配電バスが１つの電圧のみで動作するように構成され、
   前記局部電圧変換器の各々が、調整可能な出力電圧を供給するように構成された電源を含む
   配電システム。
2. 各々が局部電圧変換器を含む２つ以上の補助配電ボックスを備え、各補助配電ボックスは前記バスから単一の電圧を受け、前記配電バスによって供給される電圧とは異なる電圧で１つ又は複数の負荷に給電するように構成される、請求項１のいずれかに記載の配電システム。
3. 前記配電システムが、異なる電圧で給電されるように構成された複数の負荷に給電するように構成され、前記配電バスが、前記配電システムによって供給される最高の負荷電圧で給電するように構成される、請求項１又は２に記載の配電システム。
4. 前記局部電圧変換器が、１つの別の電圧で、且つ前記配電バスの電圧で給電するように構成される、請求項１乃至３のいずれかに記載の配電システム。
5. 前記局部電圧変換器が、２つの別の電圧で、且つ前記配電バスの電圧で給電するように構成される、請求項１乃至４のいずれかに記載の配電システム。
6. 前記局部電圧変換器が、１０ｋＨｚ以上のスイッチング周波数で動作するように構成されたスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）変圧器である、請求項１乃至５のいずれかに記載の配電システム。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の配電システムを備える、航空機。
8. 請求項１から６のいずれかに記載の２つ以上の配電システムを備える、請求項７に記載の航空機。
   

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