专利名称：航空器电气箱的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及航空器电气箱。更具体而言，本发明涉及在航空器中容纳电气设备的箱体，其中使用电气母线向电气设备提供电力。
背景技术：
通常已知电气箱用于保护配电系统不被环境污染以及用于保护人员不会触电I，2，3。一些这样的系统可使用例如由纤维复合材料和增强玻璃纤维制成的复合材料来提供绝缘部件4。此外，还已知的是使用复合材料来提供各种配电设备的整个箱体5。然而尽管多种容纳家用电气设备的箱体是已知的，在航空器中使用箱体的条件对这类箱体提出了严格的技术要求，尤其是当其用于容纳主配电设备时(例如提供三相415伏特供应的类型)。这些技术要求可由不同民航当局提出和/或从制造的角度来看是合乎需要的6，7。例如，达到不同民航当局的绝缘、屏蔽、振动、冲击、防火、冷却等规定要求的传统箱体可能是沉重的，因为为了制造这样的箱体需要额外的结构支承。因此，减少在航空器中容纳电气设备的箱体的重量显然是合乎需要的。
发明内容
因此，本发明在设计时考虑了当电气设备的箱体用于航空器中时与该箱体相关的前述缺陷。根据本发明的一个方面，因此提供了一种在航空器中容纳电气设备的箱体。该箱体包括一个或多个面板，其限定用于容纳电气设备的封闭空间。该箱体还包括至少一个电气母线，其为该电气设备提供电力。至少一个电气母线构造为为箱体提供结构支承。通过提供这样一种箱体，即其中母线本身为该箱体提供结构支承，本发明的多个方面和实施例能够在航空器中提供重量减轻的电气箱。此外，因为这种箱体在制造和组装步骤中能够减少螺栓、铆钉等的使用需求，其还可比传统箱体更简单和快速地制造。
现将结合附图描述本发明的多个方面和实施例，其中图I示出了传统航空器电气箱的后视图；图2示出了根据本发明的一个实施例的在航空器中容纳电气设备的箱体的后视图；以及图3示出了用在图2的箱体中的三相母线。
具体实施例方式图I示出了传统航空器电气箱10的后视图。电气箱10包括限定封闭空间50的铝制外壳20。铝制背板40附加到外壳20并支承铜制、基本为E形的母线30。母线30电气连接到外部供电单元(未示出)并用于为容纳在封闭空间50内的电气部件(未示出)提供电力。电气部件也可安装到背板40，背板40还为航空器电气箱10提供机械支承。横向定向的增强条80为航空器电气箱10提供进ー步的机械支承。航空器电气箱10还包括四个安装托架60以将组装好的航空器电气箱10固定到航空器机身(未示出)。
图2示出了根据本发明的一个实施例的在航空器中容纳电气设备的箱体100的后视图。箱体100包括四块面板110，其设置为相互对置且平行的面板110对，它们一起限定具有基本矩形截面形状的封闭空间150。还可设置额外的前面板(未示出)以当箱体100一旦安装在航空器中后防止进入封闭空间150。可在封闭空间150内容纳像例如大功率机电开关(未示出)的各种电气设备。这些电气设备可例如安装在可选择地设置的背板(未示出)上。封闭空间150内还设置了铝制母线130。母线130是在各个面板-母线接ロ 132处连接在一对对置的面板110之间的三相母线(例如见下面的图3)。这样的构型为箱体100提供了增强的机械强度和刚度而不需要提供额外的结构支承部件。这使得能够提供相对轻量的箱体100，尤其是当使用铝制(或其他轻量导电材料)母线130和一个或多个以复合材料制造的面板110吋。例如，一个或多个面板110可使用碳纤维、玻璃纤维、树脂等制造。还可为这些复合材料提供一种或多种导电元件(例如线栅、金属颗粒等)以在封闭空间150内提供电磁(EMC)屏蔽。在各个实施例中，箱体100用于在航空器中分配主电力。面板110可设计为提供天然对流冷却、轻量、紧凑的设计，以在物理上和电学上保护部件零件免于机械负载和静电放电的损坏，从而实现像例如在D0160E6中指定的一组环境条件。例如，各个面板可包括多个下侧孔112，上侧孔114和/或侧边孔116以提供预定的气流模式，该气流模式在箱体100内有效地提供冷却。也可经由孔112、114、116中的ー些提供接线和外部连接。这些孔112、114、116中的多个或全部还可被屏蔽以帮助防止外部物体进入箱体100。在由申请人制造和测试的一个实施例中，研究了主配电使用复合材料面板的可能性。发现在航空器中使用批量包装要求(volume packaging requirements)本身使得需要使用预浸溃材料(预浸溃体)和手工铺设步骤。在面板设计中使用碳复合材料实现了轻量的“硬売”结构，该硬壳结构被研究以测试代替传统的制造、机加工并铆接在一起的铝制部件的可行性。使用由先进复合材料集団有限公司8供应的MTM 系列的预浸溃碳纤维复合材料来组装面板110。纤维增强复合材料是ー种结构系统，其包括一种类型材料的基质，并以纤维形式的另一材料增强，在本实例中，这两种成分为环氧树脂和碳纤維。选定的MTM 46复合材料具有中等程度的性能水平并在相对较低的温度(80°C)固化而不需要使用压热器。MTM 46材料专门为了以低压エ艺制造高质量的层压材料而开发。然而尽管本特定实施例使用了这种特定材料，一般而言预浸溃体混合物可为了特定的机械和热力性能而优化，如有需要可在基质内实现高纤维含量。为了制造复合材料面板110，预浸溃材料以手工铺设到阴模表面中、真空袋装、并随后加热到120°C。这允许树脂最初时回流并最终固化。树脂在环境温度下为近固态，且预浸溃体具有略微粘性/胶粘的触感，这辅助了将层铺设到模中该铺设包括七层预浸溃体，每一层相对于相邻层以45 °定向。针对高强度应用，纤维定向可设计为沿负载条件对齐提供高强度。带有典型的50%体积纤维的面板110的密度为大约I. 51克/立方厘米(纤维密度为I. 77克/立方厘米而树脂密度为I. 25克/立方厘米)。面板110用于提供带有封闭空间150的箱体100，该封闭空间的高度尺寸(大致相当于母线130的最长尺寸)为30英寸(大约75厘米)，宽度尺寸为20英寸(大约50厘米)，以及深度尺寸(沿着垂直于包含母线130的平面的轴线限定)为10英寸(大约25厘米)。图3示出了用在图2中示出的箱体100中的三相母线130。实际制造的母线130为大功率母线，其被设计为用于在航空器中分配主高压(HT)电力。母线130利用以堆迭布置设置的第一导体136、第二导体138和第三导体140形成。相应的导体136、138、140设置为分配三相三角形电力供应(未示出)的相应的电力相。当安装在箱体100中时，母线130还提供了机械增强。第一导体136、第二导体138和第三导体140以粉末涂敷各个铝制切出部分并煅烧从而在其上形成绝缘涂层的方式制造。之后粉末涂敷的导体136、138、140和粘性附连成形热固性纤维玻璃DELMAR片(未示出)间布并一起形成层状结构(例如参见9)。可以可选或备选地使用保持螺栓(未示出)来固定母线130，使得导体136、138、140相对于彼此保持位置固定。通过以粉末涂敷导体136、138、140并以云母、纤维玻璃或其他电绝缘片将其隔离，提供了例如双重绝缘的母线布置。第一导体136和第三导体140在其每个端部设置有安装通孔134。第二导体138的尺寸定义为使得当第一导体、第二导体和第三导体在最终组装完成的母线130中对齐时，第二导体的任何部分都没有位于第一导体136和第三导体140的通孔134之间。由此，这样的布置在母线130的每个端部提供了各自的凹口 144，在各个对置的面板110上形成的各自的唇缘146可插入凹口 144中。这些唇缘146本身可设置有与第一导体136和第三导体140的各个通孔134对齐的通孔以形成通道，各个螺栓(未示出)可经由通道穿过。通道可在其中设置各自的绝缘扣眼(未示出)，而螺栓可使用各自的螺母(未示出)固定就位以提供箱体100的面板-母线接口 132。在这种构型中，第二导体138的最靠近通孔134的端部优选为邻接各个唇缘146从而还提供了机械支承。还在每个导体136、138、140上各自设置了多个横向臂142。这些横向臂优选为在每个导体136，138，140之间竖直地错开，使得多个电气部件可连接到多个电气相而不需要复杂的接线并保持每一电气相所需接线之间最大的物理隔离。由此，这帮助减小了任何接线失效而导致电力相之间短路的几率。母线130可使用像例如铜的各种导电材料制造。然而，在优选实施例中使用了铝，因为尽管需要更大体积的材料(例如相比于铜)，申请人发现当提供同样的额定功率时可减少总重量。然而，铜作为导体在空间要求是决定性因素的较小箱体中仍可以是优选的。申请人:的实施例与传统箱体的比较如前述那样制造了采用复合材料8，9和铝制母线的箱体。其与具有同样尺寸并使用铜制母线的传统箱体(例如见图I)进行了比较。两个设计均满足D0160E、D0254和ANSIC37. 20 [6,7]的要求。
传统箱体的重量为11kg，相比本发明实施例的重量仅为3. 6kg。由于典型地在任何ー个航空器中可能需要使用三个这样的箱体，使用本发明的实施例将可能为每个航空器节省22. 2kg或更多(的重量)。显然这从燃料效率和减排的观点看来都是有利的，尤其是考虑到航空器较长的运行寿命。此外，本发明的多个实施例与航空器的传统的电气箱相比具有简化的构造。而且，因为减少了对各种部件钻孔，提供铆钉，以螺栓将各部件固定在一起等的需要，箱体的制造可以加速。本发明的某些箱体实施例的简化结构由此可以更快地制造井比传统的箱体更轻。本领域技术人员还将意识到可提供多种本发明的实施例。例如，面板可设置为单件一体式结构而非连接在一起的多个单独的面板。在某些实施例中，箱体可设置为硬壳式或半硬壳式结构。可设置多种母线-箱体机械增强布置。母线也可使用多个电隔离且导电的元件制成，或可包括一个单相导电元件。如果需要，这种母线可全部或部分地嵌入在至少ー个面板中以为箱体提供额外的机械支承。此夕卜，尽管參照包括三个堆迭的板形且大体上平坦/平面的、基本在平面内延伸并由绝缘材料隔离的条的三相母线描述了母线的实施例，多种备选布置也是可能的。例如可使用具有各种形状(例如杆状、平面等)的単相母线。这样的母线可根据箱体的电カ要求(其可能很高)选择或设计。可提供传导电压、高压和/或高电流的母线，例如输送> 100伏持、>30安培、> 3kW、> 5kW、> IOkW等的AC和/或DC电力。例如，可使用各种三相星形或三角形构型、三相AC每相415伏特/400安培，三相270伏特，单相270或450伏特AC，270伏特DC等电源。此外，尽管本发明实施例结合复合材料进行了描述，本领域技术人员将认识到也可使用例如用于制造由以机加工托架增强的铝金属片外壳组成的标准主配电外壳的传统制造方法。可提供这种外壳以利用制造材料的特性中的固有优势，例如机械强度、导热特性、电磁防护等。此外，也可使用具有合金密度减小的多种材料(例如烧结材料)和/或新结构理念以提供根据本发明的实施例。引用I. US2766405 (Edmunds)2. US3761780(Plummer)3. US5811734 (Ponsioen)4.US2008/0100993(Muller)5. US2007/0053142 (Allen)6.涉及面板振动和热学方面的D0160E标准要求，以及涉及机载电子硬件的设计保证指引的 D0254 标准均可从 http://www. rtca. org/downloads/DEC % 202004 % 20- %2005-01-06. htm 获得7.涉及母线的热学方面的 ANSIC37. 20 标准可从 http://webstore. ansi, org/RecordDetail. aspx sku = ANSI/IEEE % 20C37. 20. 1-2002 获得8.先进复合材料集团有限公司，Composites House, Sinclair Close, Heanor,Derby shire DE757SP, United Kingdom, http://www. advanced-composites. co. uk
9. UTR级层压材料可从RiichlingGlastic ComPosites，4321Glenridge Road，Cleveland, Ohio，OH 44121，USA, www. glastic. com 获得如果允许，上述引用的内容在此也纳入此申请作全部参考 。
权利要求
1.一种在航空器中容纳电气设备的箱体，所述箱体包括一个或多个面板，所述一个或多个面板限定在航空器中容纳电气设备的封闭空间，所述箱体还包括至少一个电气母线，所述至少一个电气母线为所述电气设备提供电力，所述至少一个电气母线进一步构造为为所述箱体提供结构支承。
2.如权利要求I所述的箱体，其中所述一个或多个面板由复合材料制成。
3.根据前述任一权利要求所述的箱体，其中至少一个电气母线包括铜和铝中的一个或多个。
4.根据前述任一权利要求所述的箱体，其中所述母线为大功率母线。
5.根据前述任一权利要求所述的箱体，其中所述母线为三相母线。
6.如权利要求5所述的箱体，其中所述三相母线包括三个由绝缘材料隔开的板形条。
7.根据前述任一权利要求所述的箱体，其中所述封闭空间的高度尺寸为从大约50厘米至大约150厘米、宽度尺寸为从大约40厘米至大约150厘米以及深度尺寸为从大约10厘米至大约50厘米。
8.根据前述任一权利要求所述的箱体，其中所述面板中的至少一个结合了一种或多种导电元件以在所述封闭空间内提供电磁(EMC)屏蔽。
9.根据前述任一权利要求所述的箱体，其中所述面板中的至少一个设置为硬壳式或半硬壳式结构。
10.根据前述任一权利要求所述的箱体，其中至少一个母线全部或部分嵌入在所述面板的至少一个中。
11.一种大体如上文结合附图所述的在航空器中容纳电气设备的箱体。
全文摘要
本发明的一个方面提供了一种在航空器中容纳电气设备的箱体100。所述箱体100包括一个或多个面板110，其限定在航空器中容纳电气设备的封闭空间150。所述箱体100还包括至少一个电气母线130，其为所述电气设备提供电力。所述至少一个电气母线130构造为为所述箱体100提供结构支承。通过提供这样一种箱体100，其中母线130本身为该箱体100提供结构支承，本发明的多个方面和实施例能够在航空器中提供一种重量减轻的电气箱100。因为这种箱体100在制造和组装步骤中能够减少螺栓、铆钉等的使用需求，其还可比传统箱体更简单和快速地制造。
文档编号H02B1/20GK102623905SQ20121002851
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者J·布雷特 申请人:通用电气航空系统有限公司