特許 7365816 ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス及び直流ＤＣ電気システム相互接続

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-12

(45)【発行日】2023-10-20

(54)【発明の名称】ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス及び直流ＤＣ電気システム相互接続

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20231013BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 309H

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019148700

(22)【出願日】2019-08-14

(65)【公開番号】P2020036527

(43)【公開日】2020-03-05

【審査請求日】2022-02-15

(31)【優先権主張番号】16/116,446

(32)【優先日】2018-08-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500107762

【氏名又は名称】ハミルトン・サンドストランド・コーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＨＡＭＩＬＴＯＮ ＳＵＮＤＳＴＲＡＮＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】フランシス シー．ベリール

(72)【発明者】

【氏名】ジェフ ウィリアム グッド

(72)【発明者】

【氏名】ジョージ イー．ウルフ，ジュニアー

(72)【発明者】

【氏名】バリー ティー．ドレーガー

(72)【発明者】

【氏名】ケネス シー．クレイマー

(72)【発明者】

【氏名】チャド ルカ

(72)【発明者】

【氏名】カイル エルマー

(72)【発明者】

【氏名】スティーヴン エム．クワーク

【審査官】清水 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０６０９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１３０７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－０２３７４７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１２－０４９６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５２１６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５０９０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１４９６０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／０８７４４２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ １／００ － １／１６

Ｈ０２Ｈ １／００ － ３／２５３

Ｈ０２Ｈ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流（ＤＣ）過電圧監視及び保護デバイスであって、
電力入力線に動作可能に接続された過電圧センサであって、前記過電圧センサは、事前選択された電圧及び時間閾値を上回る電圧を検出すると、状態を変化させるように構成される、前記過電圧センサと、
前記過電圧センサに動作可能に接続された過電圧リレーであって、前記過電圧リレーは、事前選択された閾値を上回る前記電圧が検出されるとき、第１の位置と第２の位置との間で移動するように構成された１つ以上のリレースイッチを含む、前記過電圧リレーと、
前記電力入力線を介して監視されている電力とは別個に、前記過電圧リレーに電力を提供するように前記過電圧リレーに動作可能に接続された独立リレー電源と、
を含み、
前記第１の位置は、通常動作の間は閉位置であり、前記第２の位置は、事前選択された閾値を上回る前記電圧が検出されるときに開放位置であり、
前記１つ以上のリレースイッチは、事前選択された閾値を上回る前記電圧が検出されるとき、前記独立リレー電源を介して前記過電圧リレーに供給される前記電力を介して前記開放位置にラッチされ、
前記１つ以上のリレースイッチが前記第２の位置から前記第１の位置にリセットされることを可能にするように、前記過電圧リレーに動作可能に接続されたリレー有効／リセットスイッチを更に含む、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス。

【請求項2】

前記１つ以上のリレースイッチが前記開放位置にあるとき、前記ＤＣ過電圧監視及び保護デバイスを通じた電力の流れが停止される、請求項１に記載のＤＣ過電圧監視及び保護デバイス。

【請求項3】

前記過電圧リレーは、前記１つ以上のリレースイッチが前記第１の位置にあるとき、電路を設けるように１つ以上の電気分離素子コイル線に動作可能に接続される、請求項１に記載のＤＣ過電圧監視及び保護デバイス。

【請求項4】

前記リレー電源及び前記過電圧リレーに動作可能に接続されたリレー回路ブレーカを更に含む、請求項１に記載のＤＣ過電圧監視及び保護デバイス。

【請求項5】

直流（ＤＣ）電気システムであって、
入力直流（ＤＣ）電源に動作可能に接続された電力入力線と、
１つ以上の素子に電力を提供するように、前記１つ以上の素子に動作可能に接続された１つ以上の電力出力線と、
前記電力入力線及び前記電力出力線に動作可能に接続されたＤＣ過電圧監視及び保護デバイスであって、
事前選択された電圧及び時間閾値を上回る電圧を検出すると、状態を変化させるように構成された過電圧センサと、
前記過電圧センサに動作可能に接続された過電圧リレーであって、前記過電圧リレーは、事前選択された閾値を上回る前記電圧が検出されるとき、第１の位置と第２の位置との間で移動するように構成された１つ以上のリレースイッチを含む、前記過電圧リレーと、
前記電力入力線を介して検知されている前記電力とは別個に、前記過電圧リレーに電力を提供するように前記過電圧リレーに動作可能に接続されたリレー電源と、
を含む、前記ＤＣ過電圧監視及び保護デバイスと、
を含み、
前記第１の位置は、通常動作の間は閉位置であり、前記第２の位置は、事前選択された閾値を上回る前記電圧が検出されるときに開放位置であり、
前記１つ以上のリレースイッチは、事前選択された閾値を上回る前記電圧が検出されるとき、前記リレー電源を介して前記過電圧リレーに供給される前記電力を介して前記開放位置にラッチされ、
前記１つ以上のリレースイッチが前記第２の位置から前記第１の位置にリセットされることを可能にするように、前記過電圧リレーに動作可能に接続されたリレーリセットスイッチを更に含む、ＤＣ電気システム。

【請求項6】

前記１つ以上のリレースイッチが前記第１の位置にあるとき、電力が前記１つ以上の素子に提供される、請求項５に記載のＤＣ電気システム。

【請求項7】

前記１つ以上のリレースイッチが前記開放位置にあるとき、前記１つ以上の電力出力線を通じた前記１つ以上の素子への電力の流れが停止される、請求項５に記載のＤＣ電気システム。

【請求項8】

前記リレーリセットスイッチは、航空機の操縦席に位置する、請求項５に記載のＤＣ電気システム。

【請求項9】

前記リレー電源及び前記過電圧リレーに動作可能に接続されたリレー回路ブレーカを更に含む、請求項５に記載のＤＣ電気システム。

【請求項10】

前記入力ＤＣ電源は、変圧器整流器ユニットである、請求項５に記載のＤＣ電気システム。

【請求項11】

前記入力ＤＣ電源は、ＡＣ電源から電力供給される変圧器整流器ユニット（ＴＲＵ）である、請求項５に記載のＤＣ電気システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

例示的な実施形態は、交流（ＡＣ）及び／または直流（ＤＣ）電圧制御システムの分野に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、システム電圧コントローラは、車両ＡＣまたはＤＣ電力バスを供給する、過電圧を監視及び制御する２つの（２）異なるアプローチを必要とする。

【0003】

異なる電圧保護アプローチが、単一のユニットまたはアセンブリ、通常は電力制御ユニットに含まれず、そこでは、制御ユニットの保護が共通モードのイベントによって機能停止になることを理由に、独立し且つ異なる保護が必要とされる。

【0004】

過電圧（ＯＶ）保護は、ユーザ機器が機能停止になりまたは故障することをもたらすのに十分に高い出力電圧を有する電圧電力の危険から保護する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態では、直流（ＤＣ）過電圧監視及び保護デバイスは、電力入力線に動作可能に接続された過電圧センサを含む。過電圧センサは、事前選択された電圧及び時間閾値を上回る電圧を検出すると、状態を変化させるように構成される。過電圧リレーは、過電圧センサに動作可能に接続される。過電圧リレーは、事前選択された閾値を上回る電圧が検出されるとき、第１の位置と第２の位置との間で移動するように構成された１つ以上のリレースイッチを含む。独立リレー電源は、電力入力線を介して監視されている電力とは別個に、過電圧リレーに電力を提供するように過電圧リレーに動作可能に接続される。

【0006】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、第１の位置は、通常動作の間は閉位置であり、第２の位置は、事前選択された閾値を上回る電圧が検出されるときに開放位置である。

【0007】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、１つ以上のリレースイッチが開放位置にあるとき、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイスを通じた電力の流れが中断され、よって、電気バスの分離を生じさせる。

【0008】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、１つ以上のリレースイッチは、事前選択された閾値を上回る電圧が検出されるとき、独立リレー電源を介して過電圧リレーに供給される電力を介して開放位置においてラッチされる。

【0009】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、リレー有効／リセットスイッチは、１つ以上のリレースイッチが第２の位置から第１の位置にリセットされることを可能にするように、過電圧リレーに動作可能に接続される。

【0010】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、過電圧リレーは、１つ以上のリレースイッチが第１の位置にあるとき、電路を設けるように１つ以上の電気分離素子コイル線に動作可能に接続される。

【0011】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、リレー回路ブレーカは、リレー電源及び過電圧リレーに動作可能に接続される。

【0012】

別の実施形態では、直流（ＤＣ）電気システム相互接続は、入力直流（ＤＣ）電源に動作可能に接続された電力入力線と、１つ以上の素子に電力を提供するように、１つ以上の素子に動作可能に接続された１つ以上の電力出力線と、電力入力線及び電力出力線に動作可能に接続されたＤＣ過電圧監視及び保護デバイスと、を含む。ＤＣ過電圧監視及び保護デバイスは、事前選択されたタイミング及び電圧閾値を上回る電圧を検出すると、状態を変化させるように構成された過電圧センサと、過電圧センサに動作可能に接続された過電圧リレーと、を含む。過電圧リレーは、事前選択された閾値を上回る電圧が検出されるとき、第１の位置と第２の位置との間で移動するように構成された１つ以上のリレースイッチを含む。リレー電源は、電力入力線を介して検知されている電力とは別個に、過電圧リレーに電力を提供するように過電圧リレーに動作可能に接続される。

【0013】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、１つ以上のリレースイッチが第１の位置にあるとき、電力が１つ以上の素子に提供される。

【0014】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、第１の位置は、通常動作の間は閉位置であり、第２の位置は、事前選択された閾値を上回る電圧が検出されるときに開放位置である。

【0015】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、１つ以上のリレースイッチが開放位置にあるとき、１つ以上の電力出力線を通じた１つ以上の素子への電力の流れが停止される。

【0016】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、１つ以上のリレースイッチは、事前選択された閾値を上回る電圧が検出されるとき、リレー電源を介して過電圧リレーに供給される電力を介して開放位置においてラッチされる。

【0017】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、リレー有効／リセットスイッチは、１つ以上のリレースイッチが第２の位置から第１の位置にリセットされることを可能にするように、過電圧リレーに動作可能に接続される。

【0018】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、リレー有効／リセットスイッチは、航空機の操縦席に位置する。

【0019】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、リレー回路ブレーカは、リレー電源及び過電圧リレーに動作可能に接続される。

【0020】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、入力電源は、変圧器整流器ユニットである。

【0021】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、ＤＣ電源は、ＡＣ電源から電力供給される変圧器整流器ユニット（ＴＲＵ）である。

【0022】

加えてまたは代わりに、この実施形態または他の実施形態において、過電圧保護は、ＴＲＵからＤＣ電圧を検知するとき、ＡＣ電圧に基づいて関与される。

【0023】

以下の説明は、いずれも限定するものと考えられるべきではない。添付図面を参照して、同一の要素は、同一の参照符号が付される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】標準動作状態（ＤＣ ＯＶが存在しない）にある、示されるＤＣ ＯＶ素子との電力ＤＣシステム相互接続の概略図である。

【図2】保護関与（ＤＣ ＯＶが存在する）状態にある、示されるＤＣ ＯＶ素子との電気ＤＣシステム相互接続の概略図である。

【図3】保護リセット（ＤＣ ＯＶ保護が無効化された）状態にある、示されるＤＣ ＯＶ素子との電気ＤＣシステム相互接続の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図面を参照して、例示として且つ限定するものではないとして、開示される装置及び方法の１つ以上の実施形態の詳細な説明が本明細書で提示される。

【0026】

図１を参照して、例示されるのは、直流（ＤＣ）システム相互接続１０である。ＤＣシステム相互接続１０は、入力電力線（フィーダ）１４を介して、例えば、変圧器整流器ユニット（ＴＲＵ）または発電機などのＤＣ一次電源１２から電力入力を受信するように構成され、コンタクタまたはリレーなどのＤＣ分離素子５２に電力を案内する。

【0027】

ＤＣ分離素子出力５２は、ＤＣ分離素子出力線１８を介して、ＤＣ電力バス２０にＤＣ電力を案内（接続）する。

【0028】

ＤＣシステム相互接続１０は更に、直流（ＤＣ）過電圧監視及び保護デバイス２６を含む。ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６は、ＤＣ分離素子出力線１８に電気的に接続され、アース端子２２を基準として、ＤＣ電力バス２０においてＤＣ電圧を監視するように構成される。

【0029】

ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６は、電圧センサ２４を含む。ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６が標準位置にあるとき、図１に示されるように、ＤＣ分離デバイス５２のコイルが励起され、ＤＣ分離電力線３４を通じてＤＣ分離デバイス電力１６から供給されることを可能にするアース端子がスイッチ３０を介して設けられる。

【0030】

ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６は、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６のＤＣ過電圧コントローラ２８に接続された、熱回路ブレーカ（ＴＣＢ）４２などのリレー保護デバイスを介して、独立電源４０から電力供給される。ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６は、電圧センサ２４を介した電力に依存しない。

【0031】

独立電源４０によって供給される熱回路ブレーカ４２は、リレー電力線４６に沿って入来するリレー電力を保護するように、リレー電力線４６に沿って位置する。いくつかの実施形態では、熱回路ブレーカ４２は、５アンペア回路ブレーカであるが、当業者は、他の回路ブレーカ４２が利用されてもよいことを容易に認識するであろう。

【0032】

ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６は、図１に示される実施形態にあるように、通常は閉リレースイッチである、１つ以上の内部リレースイッチ３０及び３６を含む。閉位置にあるリレースイッチ３０及び３６により、図１に示されるように、独立電力が１つ以上の出力４８及び５０の各々を通じて供給される。

【0033】

ここで図２を参照して、ＤＣ電圧が事前選択された閾値よりも大きく、電圧センサ２４によって検出される電圧条件が存在する構成にある、ＤＣシステム相互接続１０が例示される。電圧センサ２４における過電圧の検出は、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６の状態における変化を生じさせ、図２に示されるようにリレースイッチ３０及び３６を開放する。リレースイッチ３０及び３６が開放位置にあるとき、１つ以上の電力出力線４８及び５０に沿った電気分離素子電気コイル電力３２及び５６の流れが停止する。スイッチ３０及び３６を開放することによって、ＤＣ分離素子５２及び任意選択のインターロックリレーリレー５４が開放される。

【0034】

ＤＣ分離素子５２のこの迂回開放は、ＤＣ電力バス２０に接続された素子が過電圧条件に起因して損傷することから保護する。

【0035】

ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６は、例えば、航空機の操縦席においてＤＣシステム相互接続１０からリモートに位置してもよい、有効／リセットスイッチ３８に動作可能に接続される。ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６が電圧センサ２４によって作動されるとき、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６は、独立電力線４６を介してその電力を維持するので、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６は、ラッチされた開放において維持されることができ、または手動操作なしに、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６が不意にリセットしないことを保証するように作動し、位置することができる。ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６のそのような手動リセットは、有効／リセットスイッチ３８においてもたらされる。図１及び図２の例示では、有効／リセットスイッチ３８が、「オン」位置において示され、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６が有効にされていることを意味する。

【0036】

図３に示されるように、有効／リセットスイッチ３８が「オフ」位置に移動するとき、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６がリセットされ、リレースイッチ３０及び３６を、示されるようなそれらの通常の閉位置に再度移動させる。更に、電圧制御２８が電力供給されない。いくつかの実施形態では、有効／リセットスイッチ３８は、操縦席においてパイロットまたは他の航空機の人員によって手動で操作される。代わりに、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６は、独立電源４０の電力供給を下げることによってリセットされる。

【0037】

ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６は、制御及び保護の異なる実装態様をサポートするように、システムアーキテクチャに応じて電圧及び時間の制約に対して設定されることができ、他の電力システムコントローラとは独立することができる。ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６の実装態様は、アナログ回路において、またはＤＣシステム電圧及び負荷に対して必要とされるような電圧対時間作動曲線についてのソフトウェア定義曲線を介して行われることができる。

【0038】

制御及び保護についての電力は、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６の制御されない解放を防止するために、監視条件、次いで機械的にラッチされた（能動的）条件にある保護条件からのＤＣ電力、または別個の（独立した）ＤＣ電源、及び別個のＤＣ電源からの電力によるラッチされた条件にある保護条件からのＤＣ電力のいずれかである。

【0039】

保護リセットは、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６とは独立して、例えば、外部有効／リセットスイッチ３８を介した外部オペレータのアクションによって、またはシステム制御によって行われることができる。外部操作アクションは、アース端子／開放またはアース端子／２８Ｖリセット信号によるものとすることができるが、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６とは異なる。更に、ＤＣ過電圧監視及び保護デバイス２６は、既存のコントローラまたは車両配線の最小限の途絶による既存のシステムの内部に設計または設置されたモジュールとして構成されることができる。

【0040】

用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、本出願の時点において利用可能な機器に基づいて、特定の量の測定と関連付けられた誤差の程度を含むことを意図している。

【0041】

本明細書で使用される技術用語は、特定の実施形態を説明することを目的としているにすぎず、本開示を限定することを意図していない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確に他を示さない限り、複数形を含むことを意図している。更に、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で使用されるとき、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／または素子の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、素子、及び／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことが理解されよう。

【0042】

本開示が例示的な実施形態（複数可）を参照して説明されてきたが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われてもよく、同等物がそれらの要素に対して置き換えられてもよいことが当業者によって理解されよう。加えて、本開示の教示に対して特定の状態又は材料に適合するように、それらの必須の範囲から逸脱することなく、多くの修正が行われてもよい。したがって、本開示が、本開示を実現するために考慮される最良モードとして開示された特定の実施形態に限定されるのではなく、むしろ、本開示は、請求項の範囲内にある全ての実施形態を含むことを意図している。

【図1】

【図2】

【図3】