JP7281282B2

JP7281282B2 - 独立速可変周波数に基づく電動推進システムのアーキテクチャ

Info

Publication number: JP7281282B2
Application number: JP2019000585A
Authority: JP
Inventors: リジュンガオ，; ションイーリウ，
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2039-01-07
Also published as: CN110015433A; JP2019165619A; US10454278B2; EP3509209B1; US20190214828A1; EP3509209A1

Description

この開示は、概して交流電流（ＡＣ）の配電という分野に関し、詳細には、独立速可変周波数（ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｓｐｅｅｄｖａｒｉａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＩＳＶＦ）に基づく電動推進システムに関する。

商用輸送体（特に航空機）は、典型的には、稼働するのに十分な推力を生成するための複雑な推進システムを含む。典型的な航空機では、ＡＣバス上のＡＣ電力信号（ｐｏｗｅｒｓｉｇｎａｌ）を生成するために、エンジンにＡＣ発電機が連結されうる。しかし、ＡＣ電力信号は、典型的には、推進システム（例えばプロペラなど）を駆動するよう構成されたＡＣモータの周波数要件を満たさない。ＡＣ電力信号は、ＤＣバス上の直流電流（ＤＣ）電力信号を生成するように、整流されうる。次いで個々のモータコントローラが、ＤＣ電力信号を、ＡＣモータの周波数要件を満たすＡＣ電力信号に変換しうる。

発電機によって作り出されたＡＣ電力信号を整流するために使用される機器は、自動伝送整流器ユニット又は別種の整流器を含みうる。この機器により、航空機に相当な重量が付加されうる。更に、ＡＣ電力信号を整流することは、そもそもいくらかの電力損失をもたらす。同様に、ＡＣモータを制御するために使用されるモータコントローラも重量を付加することがあり、それらがＤＣ電力信号を（典型的にはインバータの使用を通じて）ＡＣモータを駆動させるのに使用されるＡＣ電力信号に変換する際に、相当な電力損失が生じうる。それ以外の欠点も存在しうる。

上述の欠点のうちの少なくとも１つを克服しうるシステム及び方法が、開示される。例えば、ＡＣ配電システムは、ＡＣモータ推進システムの稼働時に、本書で定義している完全分配電力型電力変換（ｆｕｌｌ－ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ－ｐｏｗｅｒ－ｒａｔｅｄｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）を回避しうる。一部の実施形態では、このシステムは、ＡＣバス上のＡＣ電力信号の周波数をＡＣモータ推進システムの周波数要件の範囲内のものにするために、本書に記載のＩＳＶＦ発電機を含みうる。一部の実施形態では、システムは、ＡＣバス上のＡＣ電力信号とは無関係な回転周波数でＡＣモータが稼働することを可能にするために、本書に記載の可変速独立周波数（ＶＳＩＦ）モータを含みうる。

一実施形態では、ＡＣ配電システムは、原動機の周波数とは別個の周波数を有するＡＣ電力信号を生成するよう構成された、ＩＳＶＦ発電機を含む。このシステムは、ＩＳＶＦ発電機からＡＣ電力信号を受信するよう構成された、ＡＣバスを更に含む。システムは、完全分配電力型電力変換が実施されなくともＡＣバスからＡＣ電力信号を受信するよう構成された、少なくとも１つのＡＣ負荷であって、ＩＳＶＦ発電機によって生成されるＡＣ電力信号の周波数がこのＡＣ負荷の周波数要件を満たす、少なくとも１つのＡＣ負荷も含む。

一部の実施形態では、ＡＣ負荷はＡＣモータであり、ＡＣ負荷の周波数要件はＡＣモータの回転周波数要件に対応する。一部の実施形態では、このモータは航空機の推進システムに組み込まれる。一部の実施形態では、システムは、ＩＳＶＦ発電機によって生成されるＡＣ電力信号の周波数を、ＡＣ負荷の周波数要件を満たすように制御するよう構成された、発電機制御ユニットを含む。一部の実施形態では、システムは、ＡＣバスからＡＣ電力信号を受信するよう構成された、少なくとも１つの追加ＡＣ負荷を含む。一部の実施形態では、少なくとも１つのこの追加ＡＣ負荷は、ＡＣ負荷と同じ周波数要件を有する。一部の実施形態では、システムは、原動機の周波数とは別個の周波数を有する第２ＡＣ電力信号を生成するよう構成された、第２ＩＳＶＦ発電機と、第２ＩＳＶＦ発電機からＡＣ電力信号を受信するよう構成された、第２ＡＣバスと、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも第２ＡＣバスから第２ＡＣ電力信号を受信するよう構成された第２ＡＣ負荷であって、第２ＩＳＶＦ発電機によって生成される第２ＡＣ電力信号の周波数は第２ＡＣ負荷の周波数要件を満たす、第２ＡＣ負荷とを、含む。一部の実施形態では、原動機は輸送体のエンジンである。

一実施形態では、交流電流（ＡＣ）配電システムは、ＡＣ電力信号を生成するよう構成された発電機を含む。このシステムは、発電機からＡＣ電力信号を受信するよう構成された、ＡＣバスを更に含む。システムは、完全分配電力型電力変換が実施されなくともＡＣバスからＡＣ電力信号を受信するよう構成されたＡＣモータであって、ＡＣ電力信号の周波数とは別個の回転周波数で回転するよう構成されている、ＡＣモータも含む。システムは、ＡＣバスからＡＣ電力信号を受信すること、ＡＣ電力信号の部分電力変換を実施して変換済み電力信号を生成すること、及び変換済み電力信号をＡＣモータに提供することによって、ＡＣモータの回転周波数を制御するよう構成された、モータ制御ユニットを含む。

一部の実施形態では、このＡＣモータは航空機の推進システムに組み込まれる。一部の実施形態では、発電機はＩＳＶＦ発電機、可変速可変周波数（ＶＳＶＦ）発電機、又は定速定周波数（ＣＳＣＦ）発電機である。一部の実施形態では、システムは、ＡＣバスからＡＣ電力信号を受信するよう構成された、少なくとも１つの追加ＡＣモータを含む。一部の実施形態では、ＡＣモータの周波数要件は、追加ＡＣモータの周波数要件とは異なる。一部の実施形態では、少なくとも１つの追加ＡＣモータは非推進モータ負荷である。一部の実施形態では、システムは、ＡＣバスからＡＣ電力信号を受信するよう構成された、少なくとも１つのユーティリティ負荷を含む。一部の実施形態では、システムは、第２ＡＣ電力信号を生成するよう構成された第２発電機と、第２発電機から第２ＡＣ電力信号を受信するよう構成された、第２ＡＣバスと、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも第２ＡＣバスから第２ＡＣ電力信号を受信するよう構成された、第２ＡＣモータとを、含む。一部の実施形態では、第２ＡＣモータは、第２ＡＣ電力信号の周波数とは別個の回転周波数で回転するよう構成される。一部の実施形態では、システムは、第２ＡＣバスから第２ＡＣ電力信号を受信すること、第２ＡＣ電力信号の部分電力変換を実施して変換済みの第２電力信号を生成すること、及び変換済みの第２電力信号を第２ＡＣモータに提供することによって、第２ＡＣモータの回転周波数を制御するよう構成された、第２モータ制御ユニットを含む。

一実施形態では、ＡＣ配電方法は、ＩＳＶＦ発電機において、原動機の周波数とは別個の周波数を有するＡＣ電力信号を生成することを含む。この方法は、ＡＣバスにおいて、ＩＳＶＦ発電機からのＡＣ電力信号を受信することを更に含む。方法は、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、ＡＣ負荷においてＡＣバスからのＡＣ電力信号を受信することであって、ＩＳＶＦ発電機によって生成されるＡＣ電力信号の周波数はＡＣ負荷の周波数要件を満たす、ＡＣ負荷においてＡＣ電力信号を受信することも、含む。

一部の実施形態では、方法は、追加ＡＣ負荷において、ＡＣバスからのＡＣ電力信号を受信することであって、追加ＡＣ負荷はＡＣ負荷と同じ周波数要件を有する、追加ＡＣ負荷においてＡＣ電力信号を受信することを、含む。一部の実施形態では、方法は、発電機制御ユニットにおいて、ＩＳＶＦ発電機によって生成されるＡＣ電力信号の周波数を制御することを含む。一部の実施形態では、方法は、第２ＩＳＶＦ発電機において、原動機の周波数とは別個の周波数を有する第２ＡＣ電力信号を生成することと、第２ＡＣバスにおいて、このＩＳＶＦ発電機からの第２ＡＣ電力信号を受信することと、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、第２ＡＣ負荷において第２ＡＣバスからの第２ＡＣ電力信号を受信することであって、第２ＩＳＶＦ発電機によって生成される第２ＡＣ電力信号の周波数は第２ＡＣ負荷の周波数要件を満たす、第２ＡＣ負荷において第２ＡＣ電力信号を受信することとを、含む。

一実施形態では、ＡＣ配電方法は、発電機において、ＡＣ電力信号を生成することを含む。この方法は、ＡＣバスにおいて、発電機からのＡＣ電力信号を受信することを更に含む。方法は、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、ＡＣモータにおいてＡＣバスからのＡＣ電力信号を受信することも含む。方法は、ＡＣ電力信号を使用して、このＡＣ電力信号の周波数とは別個の回転周波数で、ＡＣモータを回転させることを含む。

一部の実施形態では、方法は、モータ制御ユニットにおいてＡＣ電力信号を受信すること、ＡＣ電力信号の部分電力変換を実施して変換済み電力信号を生成すること、及び変換済み電力信号をＡＣモータに提供することによって、ＡＣモータの回転周波数を制御することを、含む。一部の実施形態では、方法は、ＡＣバスに連結された追加ＡＣモータにおいて、ＡＣバスからのＡＣ電力信号を受信することと、ＡＣ電力信号を使用して、ＡＣモータの回転周波数とは異なる回転周波数で追加ＡＣモータを回転させることであって、ＡＣモータの周波数要件は追加ＡＣモータの周波数要件とは異なる、追加ＡＣモータを回転させることとを、含む。一部の実施形態では、方法は、第２発電機において、第２ＡＣ電力信号を生成することと、第２ＡＣバスにおいて、この発電機からの第２ＡＣ電力信号を受信することと、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、第２ＡＣモータにおいて第２ＡＣバスからの第２ＡＣ電力信号を受信することと、第２ＡＣ電力信号を使用して、この第２ＡＣ電力信号の周波数とは別個の回転周波数で、第２ＡＣモータを回転させることとを、含む。

ＡＣ配電システムの一実施形態を示す概略図である。ＡＣ配電システムの一実施形態を示す概略図である。ＡＣ配電方法の一実施形態を示すフロー図である。ＡＣ配電方法の一実施形態を示すフロー図である。ＡＣ配電システムを含む航空機の一実施形態を示すブロック図である。

本開示は様々な改変例及び代替形態に適用しやすいものであるが、具体的な実施形態が例として図面に示されており、それらについて本書で詳しく説明する。しかし、本開示は開示されている特定の形態に限定されることを意図するものではないことを、理解すべきである。むしろ、開示の範囲に含まれる全ての改変例、同等物、及び代替例を対象とすることが、意図されている。

図１を参照するに、ＡＣ配電システム１００の一実施形態が示されている。システム１００はエンジン１０２を含みうる。エンジン１０２は、輸送体（航空機など）のエンジンであってよく、この輸送体の主要動力源を提供しうる。例えば、エンジン１０２は、ジェットエンジン、ターボプロペラエンジン、タービンエンジン、内燃エンジン、別種の機械エンジン、又はそれらの組み合わせでありうる。

システム１００は、第１ＩＳＶＦ発電機１０４と、第２ＩＳＶＦ発電機１５４とを更に含みうる。第１ＩＳＶＦ発電機１０４及び第２ＩＳＶＦ発電機１５４は、エンジン１０２が電気的動力信号を生成するための原動機として稼働するように、エンジン１０２に連結されうる。例えば、第１ＩＳＶＦ発電機１０４は、エンジン１０２から機械的動力を受け、この機械的動力を第１ＡＣ電力信号に変換しうる。同様に、第２ＩＳＶＦ発電機１５４は、エンジン１０２から機械的動力を受け、この機械的動力を第２ＡＣ電力信号に変換しうる。システム１００は、２つのＩＳＶＦ発電機を含むものとして示されているが、実際には２よりも多い又は少ない数のＩＳＶＦ発電機を含みうる。

本書において、ＩＳＶＦ発電機は、原動機による機械的な回転を、原動機の回転周波数とは別個の周波数を有するＡＣ電力信号に変換する、ＡＣ発電機である。ＩＳＶＦ発電機は、独立周波数を実現するために、ギアボックス、又は、ＡＣ電力信号が発電機から出た後にＡＣ電力信号に適用されうる追加的なＡＣ／ＤＣ電力変換に、依拠するものではないことがある。ＩＳＶＦ発電機の補足的な例は、２０１７年１１月２１日出願の「独立速可変周波数交流電流発電機（ＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＳｐｅｅｄＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＡｌｔｅｒｎａｔｉｎｇＣｕｒｒｅｎｔＧｅｎｅｒａｔｏｒ）」と題された米国特許出願第１５／８１９，９１９号に見い出されうる。別種のＩＳＶＦ発電機も使用されうる。第１ＩＳＶＦ発電機１０４によって生成される第１ＡＣ電力信号と第２ＩＳＶＦ発電機１５４によって生成される第２ＡＣ電力信号のそれぞれの周波数は、エンジン１０２の回転周波数とは無関係であるので、互いに等しいものである必要はない。むしろ、場合によっては、ＩＳＶＦ発電機１０４、１５４の各々は、独立かつ固有の周波数を有するＡＣ電力信号を生成するよう、稼働しうる。

システム１００は、ＡＣ電力信号の周波数を制御するために、第１ＩＳＶＦ発電機１０４によって生成されるＡＣ電力信号の周波数を制御するよう構成された第１発電機制御ユニット１０６と、第２ＩＳＶＦ発電機１５４によって生成されるＡＣ電力信号の周波数を制御するよう構成された第２発電機制御ユニット１５６とを、含みうる。

システムは、第１ＡＣバス１０８と第２ＡＣバス１５８も含みうる。第１ＡＣバス１０８は、第１ＩＳＶＦ発電機１０４によって生成されたＡＣ電力信号を受信するよう構成されうる。同様に、第２ＡＣバス１５８は、第２ＩＳＶＦ発電機１５４によって生成されたＡＣ電力信号を受信するよう構成されうる。

一部の実施形態では、第１ＡＣバス１０８は、第１回路遮断器１１０を介して、第１ＩＳＶＦ発電機１０４の出力部に連結されうる。同様に、第２ＡＣバス１５８は、第２回路遮断器１６０を介して、第２ＩＳＶＦ発電機１５４の出力部に連結されうる。第３回路遮断器１１１により、第１ＡＣバス１０８と第２ＡＣバス１５８が連結されうる。回路遮断器１１０、１１１、１６０により、システム１００が複数の状態に構成されることが可能になる。第１状態では、回路遮断器１１０、１６０は閉じている（ＩＳＶＦ発電機１０４、１５４によって生成されたＡＣ電力信号がそれぞれのＡＣバス１０８、１５８を通ることが可能である）。第３回路遮断器１１１は開いている（ＡＣバス１０８、１５８を分離させている）。この構成では、ＡＣバス１０８、１５８の各々は、異なる周波数を伴う別々のＡＣ電力信号を受信しうる。第２状態では、第２回路遮断器１６０が開いている一方で、回路遮断器１１０、１１１は閉じうる。この構成では、第１ＩＳＶＦ発電機１０４が、第１ＡＣバス１０８と第２ＡＣバス１５８の両方を駆動しうる。そのため、ＡＣバス１０８、１５８の各々は、同じ周波数を伴う同じＡＣ電力信号を搬送しうる。第３状態では、第１回路遮断器１１０が開いている一方で、回路遮断器１１１、１６０は閉じうる。この構成では、第２ＩＳＶＦ発電機１５４が、第１ＡＣバス１０８と第２ＡＣバス１５８の両方を駆動しうる。第４状態では、回路遮断器１１０、１１１、１６０のそれぞれが閉じうる。この構成では、ＩＳＶＦ発電機１０４、１５４は、ＡＣバス１０８、１５８の両方を同じ周波数で駆動するために、連動しうる。この状態は、ＩＳＶＦ発電機１０４、１５４の一方が、他方からのＡＣ電力信号を補完することを可能にするために、使用されうる。

システム１００は、第４回路遮断器１１６を介して第１ＡＣバス１０８から第１ＡＣモータ１１４に電力を提供するために、少なくとも１つの第１配電ライン１１２を含みうる。第１ＡＣモータ１１４は、第１推進システム１１８（プロペラなど）、又はその他の推力生成デバイスに、機械的動力を提供しうる。システム１００は、第５回路遮断器１６６を介して第２ＡＣバス１５８から第２ＡＣモータ１６４に電力を提供するための、少なくとも１つの第２配電ライン１６２も含みうる。第２ＡＣモータ１６４は、第２推進システム１６８に動力供給しうる。追加の配電ライン１２０、１７０により、ＡＣバス１０８、１５８から他のＡＣ負荷（追加ＡＣモータなど）又はユーティリティ負荷に、ＡＣ電力が提供されうる。追加の配電ライン１２０、１７０に連結された追加ＡＣモータがあればそれらは、ＡＣモータ１１４、１６４と同じ周波数要件を有しうる。

注目すべきは、システム１００は、ＩＳＶＦ発電機１０４、１５４によってＡＣ電力信号が生成された後に完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、機能することが可能である。詳細には、ＡＣモータ１１４、１６４は、かかる完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、それぞれのバス１０８、１５８からＡＣ電力信号を直接受信しうる。

本書において、完全分配電力型電力変換とは、ＡＣ電力信号をＤＣ電力信号に、又はＤＣ電力信号をＡＣ電力信号に変換することであって、電力信号内に分配される電気エネルギーの実質的に全て（例えば、発電機によって生成された気エネルギー、又はある特定の負荷が必要とする電気エネルギーの実質的に全て）が変換される、電力信号を変換することである。例えば、完全分配電力型電力変換は、典型的には、配電バスと負荷との間に配置される、介在型の整流器、インバータ、モータコントローラ、又は別種の電力変換器に依拠する。対照的に、図１に示しているように、第１ＡＣモータ１１４は、第１ＡＣバス１０８に直接的に（それらの間に配置された介在型の整流器、インバータ、モータコントローラ、又は別種の電力変換器を有することなく）連結されうる。

発電機制御ユニット１０６、１５６は、ＡＣモータ１１４、１６４の周波数要件を満たすように、ＩＳＶＦ発電機１０４、１５４によって生成されるＡＣ電力信号の周波数を調整しうる。そのため、ＡＣバス１０８、１５８に存在するＡＣ電力信号の周波数が、ＡＣモータ１１４、１６４を駆動するために直接使用されうる。これにより、ＡＣバス１０８、１５８上のＡＣ電力信号を更に変換するいかなる必要もなくなりうる。

稼働中、ＩＳＶＦ発電機１０４、１５４は、エンジン１０２の周波数とは別個の周波数であって、ＡＣモータ１１４、１６４の周波数要件を満たす周波数を有する、ＡＣ電力信号を生成しうる。ＡＣ電力信号は、それぞれのＡＣバス１０８、１５８において受信されうる。ＡＣバス１０８、１５８からの電力信号は、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、ＡＣモータ１１４、１６４において受信されうる。

システム１００の利点は、ＩＳＶＦ発電機を使用してＡＣバス１０８、１５８上のＡＣ電力信号の周波数をＡＣモータ１１４、１６４の周波数要件に合わせることによって、配電アーキテクチャから、追加の変換素子（完全分配電力型の整流器やインバータなど）が省略されうることである。これにより、配電が効率的になり、かつ重量が軽くなりうるシステム１００は、航空機輸送体に組み込まれた場合、航空機の製造、保守、及び稼働に関連するコストを押し下げうる。更に、システム１００は、典型的な航空機輸送体の配電システムと比較して単純化されており、したがって、寿命の延長がもたらされうる。それ以外の利点も存在しうる。

図２を参照するに、ＡＣ配電システム２００の一実施形態が示されている。システム２００は、システム１００と同様に、エンジン１０２と、回路遮断器１１０、１１１、１１６、１６０、１６６と、第１ＡＣバス１０８と、第２ＡＣバス１５８と、配電ライン１１２、１２０、１６２、１７０と、推進システム１１８、１６８とを含みうる。

システム２００は、第１発電機２０４と、第２発電機２５４とを更に含みうる。発電機２０４、２５４は、図１に関連して説明しているＩＳＶＦ発電機、又は、可変速可変周波数（ＶＳＶＦ）発電機や定速定周波数（ＣＳＣＦ）発電機などといった別種の発電機を含みうる。第１発電機２０４及び第２発電機２５４は、エンジン１０２が電気的動力信号を生成するための原動機として稼働するように、エンジン１０２に連結されうる。例えば、第１発電機２０４は、エンジン１０２から機械的動力を受け、この機械的動力を第１ＡＣ電力信号に変換しうる。同様に、第２発電機２５４は、エンジン１０２から機械的動力を受け、この機械的動力を第２ＡＣ電力信号に変換しうる。システム２００は、２つの発電機を含むものとして示されているが、実際には２よりも多い又は少ない数の発電機を含みうる。

システム２００は、第１発電機制御ユニット２０６と、第２発電機制御ユニット２５６とを含みうる。発電機２０４、２５４がＩＳＶＦ発電機を含む実施形態では、発電機制御ユニット２０６、２５６は、発電機２０４、２５４によって生成されるＡＣ電力信号の周波数を制御しうる。他の実施形態では、ＡＣ電力信号の周波数は、エンジン１０２の回転周波数又は他の要因に依存することがあり、発電機制御ユニット２０６、２５６は、発電機２０４、２５４における発電の別の態様を制御しうる。一部の実施形態では、発電機制御ユニット２０６、２５６は省略されうる。

第１発電機２０４と第２発電機２５４によって生成されるＡＣ電力信号はそれぞれ、第１ＡＣバス１０８と第２ＡＣバス１５８に送信されうる。回路遮断器１１０、１１１、１６０により、システム２００が種々の状態で運転されることが可能になり、ＡＣバス１０８、１５８に、図１のシステム１００に関連して説明したのと同じ配電構成がもたらされうる。

システム２００は、第１の可変速独立周波数（ＶＳＩＦ）モータ２１４と、第２ＶＳＩＦモータ２６４とを含みうる。第１ＶＳＩＦモータ２１４は第１ＡＣバス１０８から第１ＡＣ電力信号を受信してよく、第２ＶＳＩＦモータ２６４は第２ＡＣバス１５８から第２ＡＣ電力信号を受信しうる。

本書において、ＶＳＩＦモータは、ＡＣ電力信号をこのＡＣ電力信号の周波数とは別個の回転周波数を伴う機械的回転に変換する、ＡＣモータである。ＶＳＩＦモータは、独立回転周波数を実現するために、ギアボックス、又は、ＡＣ電力信号がモータに動力供給する前にＡＣ電力信号に適用されうる追加的なＡＣ／ＤＣ電力変換に、依拠するものではない。むしろ、ＶＳＩＦモータは、ステータ上及びロータ上の巻線の複数の位相を使用しうる。ステータ上の少なくとも１つの位相が、ロータを回転させるよう構成された回転磁界を生成しうる一方で、ロータ上の少なくとも１つの別の位相は第２回転磁界を生成し、この第２回転磁界は、第１の位相によって生成された回転磁界の回転周波数に関連して、ロータの回転周波数を増大させるか減少させるかのいずれかである。典型的なＶＳＩＦモータでは、ロータの回転周波数をモータを駆動するＡＣ信号の周波数から分離させるために、３つ以上の巻線が使用されうる。

システム２００は、ＶＳＩＦモータ２１４、２６４の回転周波数を制御するために、第１ＶＳＩＦモータ２１４の回転周波数を制御するよう構成された第１モータ制御ユニット２２２、及び、第２ＶＳＩＦモータ２６４の回転周波数を制御するよう構成された第２モータ制御ユニット２７２を含みうる。

本書において、モータ制御ユニットは、典型的な輸送体電気システムにおいて使用されるモータコントローラとは異なる。詳細には、典型的な輸送体電気システムにおいて使用されるモータコントローラは、それぞれのモータを駆動するために、完全分配電力型電力変換に依拠するものである。対照的に、本書におけるモータ制御ユニットは、ＶＳＩＦモータのロータに取り付けられた巻線の組において回転磁界を生成するのに十分な部分電力変換だけを実施すればよく、その一方で、ＡＣ電力信号内の電力の大部分は、いかなる変換もされずに、ＶＳＩＦモータに直接運ばれる。ＶＳＩＦモータ２１４、２６４は、推進システム１１８、１６８を駆動するために使用されうる。

システム２００は、非推進ＡＣモータ負荷を更に含みうる。例えば、システム２００は、第６回路遮断器２２６を介して第１ＡＣバス１０８から第３ＶＳＩＦモータ２２８に第１ＡＣ電力信号を提供する、第３配電ライン２２４を含みうる。第３ＶＳＩＦモータ２２８は、第３モータ制御ユニット２３０によって制御されうる。システム２００は、第７回路遮断器２７６を介して第２ＡＣバス１５８から第４ＶＳＩＦモータ２７８に第２ＡＣ電力信号を提供する、第４配電ライン２７４も含みうる。第４ＶＳＩＦモータ２７８は、第４モータ制御ユニット２８０によって制御されうる。第３ＶＳＩＦモータ２２８及び第４ＶＳＩＦモータ２７８は、非推進システム（通気システム、電気作動システム、その他の動力システム、又はそれらの組み合わせなど）の一部として、使用されうる。

稼働中に、発電機２０４、２５４は、ＡＣ電力信号を生成し、このＡＣ電力信号をそれぞれのＡＣバス１０８、１５８に送信しうる。ＡＣ電力信号の周波数は、推進システム１１８、１６８の回転周波数要件、又は、システム２００によって電力供給されるその他の動力システムの要件から、外れていることがある。ＡＣバス１０８、１５８からの電力信号は、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、ＶＳＩＦモータ２１４、２６４において受信されうる。モータ制御ユニット２２２、２７２は、それぞれのＡＣ電力信号とは無関係の周波数で稼働するよう、ＶＳＩＦモータ２１４、２６４を制御しうる。この方式では、ＶＳＩＦモータ２１４、２６４の回転周波数は、ＡＣ電力信号の周波数とは無関係に、推進システム１１８、１６８の要件の範囲内に含まれうる。同様に、非推進関連負荷に関連するＶＳＩＦモータ２２８、２７８は、ＡＣ電力信号の周波数とは無関係な回転周波数で、運転されうる。

システム２００の利点は、ＶＳＩＦモータを使用して推進システム１１８、１６８を駆動させることによって、推進システム１１８、１６８が、それぞれの周波数要件の範囲内で稼働しうることである。更に、システム１００と同様に、追加の変換素子（完全分配電力型の整流器やインバータなど）が、配電アーキテクチャから省略されうる。これにより、配電が効率的になり、かつ重量が軽くなりうるシステム２００は、航空機輸送体に組み込まれた場合、航空機の製造、保守、及び稼働に関連するコストを押し下げうる。更に、システム２００は、典型的な航空機輸送体の配電システムと比較して単純化されており、したがって、より長い寿命を有しうる。それ以外の利点も存在しうる。

図３を参照するに、ＡＣ配電方法３００の一実施形態が示されている。方法３００は、３０２で、ＩＳＶＦ発電機において、原動機の周波数とは別個の周波数を有するＡＣ電力信号を生成することを含みうる。例えば、第１ＩＳＶＦ発電機１０４は、エンジン１０２の回転周波数とは無関係なＡＣ電力信号を生成しうる。

方法３００は、３０４で、ＡＣバスにおいて、ＩＳＶＦ発電機からのＡＣ電力信号を受信することを更に含みうる。例えば、ＡＣ電力信号は第１ＡＣバス１０８において受信されうる。

方法３００は、３０６で、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、ＡＣ負荷においてＡＣバスからのＡＣ電力信号を受信することであって、ＩＳＶＦ発電機によって生成されるＡＣ電力信号の周波数はＡＣ負荷の周波数要件を満たす、ＡＣ負荷においてＡＣ電力信号を受信することも、含みうる。例えば、ＡＣ電力信号は第１ＡＣモータ１１４において受信されうる。図１に示しているように、ＡＣ電力信号は、いかなる変換回路も通過することなく、第１ＡＣモータ１１４に直接送信されうる。

方法３００の利点は、ＩＳＶＦ発電機を使用してＡＣバス上のＡＣ電力信号の周波数をＡＣ負荷の周波数要件に合わせることによって、配電アーキテクチャから、追加の変換素子（完全分配電力型の整流器やインバータなど）が省略されうることである。方法３００は、航空機輸送体に組み込まれた場合、航空機の製造、保守、及び稼働に関連するコストを押し下げうる。更に、方法３００は、典型的な航空機輸送体の配電方法と比較して単純化されており、したがって、航空機輸送体の寿命の延長を可能にしうる。それ以外の利点も存在しうる。

図４を参照するに、ＡＣ配電方法４００の一実施形態が示されている。方法４００は、４０２で、発電機においてＡＣ電力信号を生成することを含みうる。例えば、発電機２０４がＡＣ電力信号を生成しうる。

方法４００は、４０４で、ＡＣバスにおいて、発電機からのＡＣ電力信号を受信することを更に含みうる。例えば、ＡＣ電力信号はＡＣバス１０８において受信されうる。

方法４００は、４０６で、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、ＡＣモータにおいてＡＣバスからのＡＣ電力信号を受信することも含みうる。例えば、ＡＣ電力信号は、完全分配電力型電力変換を実施するいかなる整流器、インバータ、モータコントローラ、又は別種の電力変換器も介在させずに、ＡＣモータ２１４において直接受信されうる。

方法４００は、４０８で、ＡＣ電力信号を使用して、このＡＣ電力信号の周波数とは別個の回転周波数で、ＡＣモータを回転させることを含みうる。例えば、ＡＣモータ２１４は、ＡＣ電力信号の周波数とは別個の周波数で稼働するよう、モータ制御ユニット２２２によって制御されうる。

図５を参照するに、航空機５００の一実施形態が示されている。航空機５００は、機体５０２と、内装５０４と、複数のシステム５１０とを含みうる。高レベルシステム５１０の例は、推進システム５１２、電気システム５１４、液圧システム５１６、環境システム５１８、航行システム５２０、及び制御システム５２２のうちの、一又は複数を含む。任意の数の他のシステムも含まれてよい。航空宇宙産業の例を示しているが、本開示の原理は、他の産業（自動車産業など）にも適用されうる。

本書で説明しているように、システム１００、２００は航空機５００に組み込まれうる。例えば、電気システム５１４は、図１の、ＩＳＶＦ発電機１０４、１５４、発電機制御ユニット１０６、１５６、ＡＣバス１０８、１５８、及び／又はＡＣモータ１１４、１６４を含みうる。電気システム５１４は、代替的又は追加的に、図２の、発電機２０４、２５４、発電機制御ユニット２０６、２５６、ＶＳＩＦモータ２１４、２２８、２６４、２７８、及び／又はモータ制御ユニット２２２、２３０、２７２、２８０を含みうる。

更に、本開示は以下の条項による実施形態を含む。

条項１．交流電流（ＡＣ）配電システムであって、原動機の周波数とは別個の周波数を有するＡＣ電力信号を生成するよう構成された、独立速可変周波数（ＩＳＶＦ）発電機と、ＩＳＶＦ発電機からＡＣ電力信号を受信するよう構成された、ＡＣバスと、完全分配電力型電力変換が実施されなくともＡＣバスからＡＣ電力信号を受信するよう構成された、少なくとも１つのＡＣ負荷であって、ＩＳＶＦ発電機によって生成されるＡＣ電力信号の周波数がこのＡＣ負荷の周波数要件を満たす、少なくとも１つのＡＣ負荷とを備える、システム。

条項２．ＡＣ負荷がＡＣモータであり、ＡＣ負荷の周波数要件がＡＣモータの回転周波数要件に対応している、条項１に記載のシステム。

条項３．ＡＣモータが航空機の推進システムに組み込まれている、条項２に記載のシステム。

条項４．ＩＳＶＦ発電機によって生成されるＡＣ電力信号の周波数を、ＡＣ負荷の周波数要件を満たすように制御するよう構成された、発電機制御ユニットを更に備える、条項１に記載のシステム。

条項５．ＡＣバスからＡＣ電力信号を受信するよう構成された、少なくとも１つの追加ＡＣ負荷を更に備える、条項１に記載のシステム。

条項６．少なくとも１つの追加ＡＣ負荷がＡＣ負荷と同じ周波数要件を有する、条項５に記載のシステム。

条項７．原動機の周波数とは別個の周波数を有する第２ＡＣ電力信号を生成するよう構成された、第２ＩＳＶＦ発電機と、第２ＩＳＶＦ発電機から第２ＡＣ電力信号を受信するよう構成された、第２ＡＣバスと、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも第２ＡＣバスから第２ＡＣ電力信号を受信するよう構成された第２ＡＣ負荷であって、第２ＩＳＶＦ発電機によって生成される第２ＡＣ電力信号の周波数が第２ＡＣ負荷の周波数要件を満たす、第２ＡＣ負荷とを更に備える、条項１に記載のシステム。

条項８．原動機が輸送体のエンジンである、条項１に記載のシステム。

条項９．交流電流（ＡＣ）配電システムであって、ＡＣ電力信号を生成するよう構成された発電機と、発電機からＡＣ電力信号を受信するよう構成された、ＡＣバスと、完全分配電力型電力変換が実施されなくともＡＣバスからＡＣ電力信号を受信するよう構成されたＡＣモータであって、ＡＣ電力信号の周波数とは別個の回転周波数で回転するよう構成されている、ＡＣモータと、ＡＣバスからＡＣ電力信号を受信すること、ＡＣ電力信号の部分電力変換を実施して変換済み電力信号を生成すること、及び変換済み電力信号をＡＣモータに提供することによって、ＡＣモータの回転周波数を制御するよう構成された、モータ制御ユニットとを備える、システム。

条項１０．ＡＣモータが航空機の推進システムに組み込まれている、条項９に記載のシステム。

条項１１．発電機が、独立速可変周波数（ＩＳＶＦ）発電機、可変速可変周波数（ＶＳＶＦ）発電機、又は定速定周波数（ＣＳＣＦ）発電機である、条項９に記載のシステム。

条項１２．ＡＣバスからＡＣ電力信号を受信するよう構成された、少なくとも１つの追加ＡＣ負荷を更に備える、条項９に記載のシステム。

条項１３．ＡＣモータの周波数要件が追加ＡＣモータの周波数要件とは異なる、条項１２に記載のシステム。

条項１４．少なくとも１つの追加ＡＣモータが非推進モータ負荷である、条項１２に記載のシステム。

条項１５．ＡＣバスからＡＣ電力信号を受信するよう構成された、少なくとも１つのユーティリティ負荷を更に備える、条項９に記載のシステム。

条項１６．第２ＡＣ電力信号を生成するよう構成された第２発電機と、第２発電機から第２ＡＣ電力信号を受信するよう構成された、第２ＡＣバスと、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも第２ＡＣバスから第２ＡＣ電力信号を受信するよう構成された第２ＡＣモータであって、第２ＡＣ電力信号の周波数とは別個の回転周波数で回転するよう構成されている、第２ＡＣモータと、第２ＡＣバスから第２ＡＣ電力信号を受信すること、第２ＡＣ電力信号の部分電力変換を実施して変換済みの第２電力信号を生成すること、及び変換済みの第２電力信号を第２ＡＣモータに提供することによって、第２ＡＣモータの回転周波数を制御するよう構成された、第２モータ制御ユニットとを更に備える、条項９に記載のシステム。

条項１７．交流電流（ＡＣ）配電方法であって、独立速可変周波数（ＩＳＶＦ）発電機において、原動機の周波数とは別個の周波数を有するＡＣ電力信号を生成することと、ＡＣバスにおいて、ＩＳＶＦ発電機からのＡＣ電力信号を受信することと、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、ＡＣ負荷においてＡＣバスからのＡＣ電力信号を受信することであって、ＩＳＶＦ発電機によって生成されるＡＣ電力信号の周波数がＡＣ負荷の周波数要件を満たす、ＡＣ負荷においてＡＣ電力信号を受信することとを含む、方法。

条項１８．追加ＡＣ負荷においてＡＣバスからのＡＣ電力信号を受信することであって、追加ＡＣ負荷がＡＣ負荷と同じ周波数要件を有する、追加ＡＣ負荷においてＡＣ電力信号を受信することを更に含む、条項１７に記載の方法。

条項１９．発電機制御ユニットにおいて、ＩＳＶＦ発電機によって生成されるＡＣ電力信号の周波数を制御することを更に含む、条項１７に記載の方法。

条項２０．第２ＩＳＶＦ発電機において、原動機の周波数とは別個の周波数を有する第２ＡＣ電力信号を生成することと、第２ＡＣバスにおいて、第２ＩＳＶＦ発電機からの第２ＡＣ電力信号を受信することと、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、第２ＡＣ負荷において第２ＡＣバスからの第２ＡＣ電力信号を受信することであって、第２ＩＳＶＦ発電機によって生成される第２ＡＣ電力信号の周波数は第２ＡＣ負荷の周波数要件を満たす、第２ＡＣ負荷において第２ＡＣ電力信号を受信することとを更に含む、条項１７に記載の方法。

条項２１．交流電流（ＡＣ）配電方法であって、発電機において、ＡＣ電力信号を生成することと、ＡＣバスにおいて、発電機からのＡＣ電力信号を受信することと、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、ＡＣモータにおいてＡＣバスからのＡＣ電力信号を受信することと、ＡＣ電力信号を使用して、このＡＣ電力信号の周波数とは別個の回転周波数で、ＡＣモータを回転させることとを含む、方法。

条項２２．モータ制御ユニットにおいてＡＣ電力信号を受信すること、ＡＣ電力信号の部分電力変換を実施して変換済み電力信号を生成すること、及び変換済み電力信号をＡＣモータに提供することによって、ＡＣモータの回転周波数を制御することを更に含む、条項２１に記載の方法。

条項２３．ＡＣバスに連結された追加ＡＣモータにおいて、ＡＣバスからのＡＣ電力信号を受信することと、ＡＣ電力信号を使用して、ＡＣモータの回転周波数とは異なる回転周波数で追加ＡＣモータを回転させることであって、ＡＣモータの周波数要件は追加ＡＣモータの周波数要件とは異なる、追加ＡＣモータを回転させることとを更に含む、条項２１に記載の方法。

条項２４．第２発電機において、第２ＡＣ電力信号を生成することと、第２ＡＣバスにおいて、発電機からの第２ＡＣ電力信号を受信することと、完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、第２ＡＣモータにおいて第２ＡＣバスからの第２ＡＣ電力信号を受信することと、第２ＡＣ電力信号を使用して、この第２ＡＣ電力信号の周波数とは別個の回転周波数で、第２ＡＣモータを回転させることとを更に含む、条項２１に記載の方法。

様々な実施形態を図示し、説明してきたが、当業者には自明であるように、本開示はそれらに限定されるわけではなく、それらの改変例及び変形例の全てを含むと理解されるものである。

Claims

交流電流（ＡＣ）配電システム（１００、２００）であって、
原動機の周波数とは別個の周波数を有する第１のＡＣ電力信号を生成するよう構成された、第１の独立速度可変周波数発電機（第１のＩＳＶＦ発電機（１０４、２０４））と、
前記第１のＩＳＶＦ発電機から前記第１のＡＣ電力信号を受信するよう構成された、第１のＡＣバス（１０８）と、
完全分配電力型電力変換が実施されなくとも前記第１のＡＣバスから前記第１のＡＣ電力信号を受信するよう構成された、第１のＡＣ負荷であって、前記第１のＩＳＶＦ発電機によって生成される前記第１のＡＣ電力信号の周波数が前記第１のＡＣ負荷の周波数要件を満たす、第１のＡＣ負荷と、
前記原動機の周波数とは別個の周波数を有する第２のＡＣ電力信号を生成するよう構成された、第２の独立速度可変周波数発電機（第２のＩＳＶＦ発電機（１５４、２５４））と、
前記第２のＩＳＶＦ発電機から前記第２のＡＣ電力信号を受信するよう構成された、第２のＡＣバス（１５８）と、
完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、前記第２のＡＣバスから前記第２のＡＣ電力信号を受信するよう構成された、第２のＡＣ負荷であって、前記第２のＩＳＶＦ発電機によって生成される前記第２のＡＣ電力信号の周波数が前記第２のＡＣ負荷の周波数要件を満たす、第２のＡＣ負荷と、を備える
システム（１００、２００）。
前記第１および第２のＡＣ負荷が第１および第２のＡＣモータ（１１４、１６４、２１４、２２８、２６４、２７８）であり、前記第１および第２のＡＣ負荷の周波数要件が前記第１および第２のＡＣモータの回転周波数要件に対応している、請求項１に記載のシステム。
前記第１および第２のＡＣモータが航空機の推進システム（１１８、１６８、５１２）に組み込まれている、請求項２に記載のシステム。
前記第１のＩＳＶＦ発電機によって生成される前記第１のＡＣ電力信号の周波数を、前記第１のＡＣ負荷の周波数要件を満たすように制御するよう構成された、第１の発電機制御ユニット（１０６、２０６）と、前記第２のＩＳＶＦ発電機によって生成される前記第２のＡＣ電力信号の周波数を、前記第２のＡＣ負荷の周波数要件を満たすように制御するよう構成された、第２の発電機制御ユニット（１５６、２５６）と、を更に備える、請求項１又は２に記載のシステム。
前記第２のＡＣ負荷がさらに前記第１のＡＣ負荷と同じ周波数要件を有する、請求項１に記載のシステム。
前記原動機が輸送体のエンジン（１０２）である、請求項１、２、４に記載のシステム。
交流電流（ＡＣ）配電方法（３００、４００）であって、
第１の独立速度可変周波数発電機（第１のＩＳＶＦ発電機（１０４））において、原動機の周波数とは別個の周波数を有する第１のＡＣ電力信号を生成すること（３０２、４０２）と、
第２の独立速度可変周波数発電機（第２のＩＳＶＦ発電機（２０４））において、前記原動機の周波数とは別個の周波数を有する第２のＡＣ電力信号を生成すること（３０２、４０２）と、
第１のＡＣバス（１０８）において、前記第１のＩＳＶＦ発電機からの前記第１のＡＣ電力信号を受信すること（３０４、４０４）と、
第２のＡＣバス（１５８）において、前記第２のＩＳＶＦ発電機からの前記第２のＡＣ電力信号を受信すること（３０４、４０４）と、
完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、第１のＡＣ負荷において前記第１のＡＣバスからの前記第１のＡＣ電力信号を受信すること（３０６、４０６）であって、前記第１のＩＳＶＦ発電機によって生成される前記第１のＡＣ電力信号の周波数が前記第１のＡＣ負荷の周波数要件を満たす、第１のＡＣ負荷において前記第１のＡＣ電力信号を受信すること（３０６、４０６）と、
完全分配電力型電力変換が実施されなくとも、第２のＡＣ負荷において前記第２のＡＣバスからの前記第２のＡＣ電力信号を受信すること（３０６、４０６）であって、前記第２のＩＳＶＦ発電機によって生成される前記第２のＡＣ電力信号の周波数が前記第２のＡＣ負荷の周波数要件を満たす、第２のＡＣ負荷において前記第２のＡＣ電力信号を受信すること（３０６、４０６）と、を含む、方法（３００、４００）。
前記第２のＡＣ負荷において、前記第１のＡＣバスからの前記第１のＡＣ電力信号を受信することであって、前記第２のＡＣ負荷がさらに前記第１のＡＣ負荷と同じ周波数要件を有する、第２のＡＣ負荷において前記第１のＡＣ電力信号を受信することを更に含む、請求項７に記載の方法。
第１の発電機制御ユニット（１０６、２０６）において、前記第１のＩＳＶＦ発電機によって生成される前記第１のＡＣ電力信号の周波数を制御することと、第２の発電機制御ユニット（１５６、２５６）において、前記第２のＩＳＶＦ発電機によって生成される前記第２のＡＣ電力信号の周波数を制御することとを更に含む、請求項７又は８に記載の方法。