配电架构的制作方法

由于液压和机械系统被沿飞行器纵向分布的电气部件所取代，大型飞行器中的电力需求不断增加。位于中央区域的一个或多个发电机可以为飞行控制系统、乘客舒适系统、安全系统和其他系统提供主电力。此外，如果主电源发生故障，电池电源可以向应急负载提供备用电力。这些应急负载中的一些负载设计成直接在可能低于发电机电压的电池电压例如28vdc下操作。遗憾的是，由于需要采用更重的电线将相对较高电流分配给应急负载，飞行器有效负载或性能可能降低。

维持飞行器性能并且适应当今飞行器不断增长的电力需求的一种方法是以相对较高电压将来自集中式发电机的电流分配到每个应急负载，然后在每个低电压负载附近降低电压。有利地，这样可减轻主电力布线的重量并且包括用于向每个负载分配电池备用电力的冗余路径。遗憾的是，仍然需要重型布线来将来自集中式电池的电池备用电力分配到分布在飞行器各处的应急负载。此外，每个应急负载处可能需要设置二次电压转换器，一个用于主电力并且一个用于备用电力，因而增加了飞行器重量。

技术实现要素：

在一个方面中，公开一种配电架构，所述配电架构可以包括以第一电压将来自主电源的电流输送到一组分布式负载的主总线，其中所述一组负载的子集需要低于所述第一电压的第二电压。配电单元可以连接在所述主总线与所述子集中的每个负载之间，并且可以包括将所述第一电压转换成所述第二电压的电压转换器。电池总线可以在所述主总线不工作时以所述第二电压从电池向所述子集输送电流。所述电池总线可以以高于所述电池总线上的所述第二电压的第三电压操作。所述电压转换器可以在所述主总线不工作时将所述第三电压转换成用于所述子集的所述第二电压，其中所述电池总线的重量足以适应所述第三电压下的电流。

在另一方面中，公开一种用于飞行器的配电架构，所述配电架构可以包括主总线，所述主总线用于以第一电压将来自所述飞行器上的主电源的电流输送到分布在所述飞行器各处的一组负载。所述一组负载的子集可以需要低于所述第一电压的第二电压。配电单元可以连接在所述主总线与所述子集中的每个负载之间。所述配电单元可以包括用于将所述第一电压转换成所述第二电压的电压转换器。所述架构可以包括电池总线，所述电池总线在所述主总线不工作时以所述第二电压从电池向所述一组负载输送电流。所述电池总线可以以高于所述电池总线上的所述第二电压的第三电压操作，并且所述电压转换器可以在所述主总线不工作时将所述第三电压转换成用于所述子集的所述第二电压，其中所述电池总线在所述飞行器上具有减轻的重量。

在又一个方面中，公开一种在飞行器上配电的方法，所述方法包括以第一电压经由主总线将来自所述飞行器上的主电源的电流输送到分布在所述飞行器各处的一组负载。所述方法可以进一步包括在位于所述主总线与所述一组负载中需要低于所述第一电压的第二电压的子集之间的配电单元中将第一电压转换成所述第二电压。所述方法可以进一步包括：当所述主总线不工作时，以高于所述第二电压的第三电压将来自电池的电流输送到连接到所述配电单元的电池总线。所述方法可以进一步包括当所述主总线不工作时将所述第三电压转换成用于所述子集的所述第二电压，其中所述电池总线在所述飞行器上具有减轻的重量。

附图说明

图1是根据本公开第一实施例的配电架构的示意图。

图2是根据本公开第二实施例的配电架构的示意图。

图3示出根据本公开实施例的图1和图2所示配电单元的第一版式。

图4示出根据本公开实施例的图1和图2所示配电单元的第二版式。

图5示出根据本公开实施例的图1和图2所示配电单元的第三版式。

具体实施方式

基于本公开应认识到，所属领域需要一种将集中式电源与分布在飞行器各处的电气负载之间的电线布线重量减至最小的配电架构。此外，所属领域中需要一种建立用于应急负载的冗余配电路径的配电架构。此外，所属领域中需要一种减少适应各种发电机和负载电压所需的电压转换器的数量的配电架构。

参见图1，在本公开的第一实施例中，配电架构10可以包括以第一电压20将来自主电源12的电流输送到一组分布式负载24和34的主总线14，其中所述一组负载34的子集16需要低于所述第一电压20的第二电压30。所述主电源12可以是发电机，所述发电机产生交流电(ac)输出，并且可以产生115vac的单相或三相信号。或者，主电源12可以是直流电源，或者所述主电源可以是非发电机电源，例如维护和修理情况中使用的地面基电源。架构10可以进一步包括连接在所述主总线14与所述子集16中的每个二次负载34之间的配电单元32，其中所述配电单元32可以包括用于将所述第一电压20转换成所述第二电压30的电压转换器36。变换单元22可以以不属于所述子集16的一部分的形式插入在所述主总线14与所述主负载24之间，以用于向多个主负载24馈电。此外，所述变换单元22的功能可以包括在所述配电单元32内，以用于向多个二次负载34馈电。例如，所述变换单元22可以是断路器，以便从驾驶舱(pilotcabin)或飞行器中的其他中央位置对每个负载进行远程控制。

继续参见图1，电池总线44可以在所述主总线14不工作时以第二电压将来自电池18的电流输送到所述子集16。电池18与电池总线44之间的升压电路42可以将第二电压30升高到高于第二电压30的第三电压40，其中所述电压转换器36在主总线14不工作时将第三电压40转换成用于所述子集16的第二电压30。电池总线44可以具有足以适应第三电压40下的电流的重量48(图2)。电池总线44上在第三电压40下的电流可以是直流电(dc)。由于第三电压40相对较高，因此以第二电压30在负载线路38上输送的电流可以显著高于在电池总线44输送的电流，因此相对于电池18直接以第二电压30向二次负载34馈电的配置而言，电池总线44的重量48可以显著减小。例如，将升压电路42连接到配电单元32的电线的截面积可以以与第三电压40与第二电压30之间比率成比例的方式减小，从而将电池总线44的重量减小到足以避免电线过热或熔断的量。或者，可以允许在升压电路42与每个负载34之间设置相对于直接馈电配置的更高设计电阻(未图示)，同时仍然为电池总线44的电阻性发热提供足够裕度。

如果主总线发生故障或未被选择为进行操作，则所述主总线可能不工作。在未图示的实施例中，电池18可以直接以第三电压40操作，而不需要升压电路42。例如，电池18可以以第三电压40操作并且提供此第三电压，所述第三电压是高于所述第一电压的直流电压；并且可以以270vdc操作，从而有利地减小电池总线44的重量48。此外，主总线14可以以第一电压20操作并且具有此第一电压，所述第一电压处于高直流电压(hvdc)下，例如270cdv。主总线14还可以以高于270cvdc的电压操作。此外，电池18可以包括任何储能装置，例如燃料电池、备用发电机或储氢装置。每个配电单元32可以向一个或多个二次负载34馈电，并且每个变换单元22可以向一个或多个主负载24馈电。

参见图1和2，架构10可以包括将来自主电源12的电流输送到分布在飞行器各处的负载24和34，其中在电池18与电池总线44之间添加升压电路42使得所述电池总线在所述飞行器上的重量48减轻。或者，所述电池18可以在没有升压电路42的情况下直接将第三电压40提供给电池总线44，从而提供相同的重量减轻优势。例如，位于飞行器中央区域62中的发电机12可以将来自飞行器前部区域60的第一电压20分配到位于飞行器前部区域60、中央区域62和后部区域64中的二次负载34，所述负载大体上纵向分布并且使主总线14内产生电阻损耗(未图示)。优选地，以等于或大于第一电压20的第三电压40操作总线44可以使电池总线44中的电阻损耗等于或小于主总线14中的电阻损耗，从而将电池总线44的重量减至最小。变换单元22可以是模块化供电瓦片(modularpowertile，mpt)，其中包括用于一个或多个主负载24中的每个负载的断路器。除了电压转换器36之外，配电单元32还可以包括mpt。

在实施例中，所述第二电压30可以是28vdc并且可以是各种应急负载的工作电压，所述应急负载例如是以下项中的一者或多者：疏散灯、近地警告(gpw)、集成模块化航空电子(ima)计算机、外部照明、灭火设备、导航电子设备、飞行控制器或仪表显示器。在未图示的实施例中，架构10可以包括需要低于第一电压的第四电压的一组辅助负载(未图示)，其中分配给所述辅助组的配电单元包括用于将所述第一电压和所述第三电压转换成第四电压的电压转换器。在优选实施例中，所述第三电压可以等于或高于所述第一电压。例如，所述第三电压可以是约270vdc并且所述第一电压可以是约115vac。或者，所述第一电压20可以是200vac或更高值，或者可以是270vdc或更高值，其中电力需求的增加可以迫使发电机设计迁移到更高电压。

主总线14和电池总线44的拓扑结构可以各自是星形、环形、树状，或所属领域中已知的其他拓扑结构。图1和图2中所图示的星形或直连(homerun)拓扑结构可以包括从主电源12到每个变换单元22的直达路径，并且可以包括从升压电路42到每个配电单元32的直达路径。环形拓扑结构可以包括：用于主电源的圆形总线覆盖用于备用(电池)电源的圆环，其中配电单元32围绕所述环部署并且由每个环馈电。树状(tree-and-branch)架构可以包括更接近电源的星形拓扑结构以及到达各个配电单元的抽头或环形拓扑结构。根据每个二次负载所需的电流以及第一电压和第三电压的选择，以上每一者均可以具有电线截面积及因此而所需的重量方面的优势。

现在参照图3到图5，其中示出配电单元32的各种实施例，其中如图所示，所述配电单元容纳各种主总线14和电池总线44配置，例如图1到图2所示的架构。配电单元32可以包括电压转换器36，所述电压转换器将第一电压20转换成低于第一电压的第二电压30，从而通过负载线路38向二次负载34提供主电力。电池18与电池总线44之间的升压电路42可以将第二电压30升高到高于第二电压的第三电压40，其中所述电压转换器36在主总线不工作时将第三电压40转换成用于所述子集16的二次负载34的第二电压30，并且其中电池总线44在飞行器上的重量减轻。图3到图5中示出三个负载34。但是，任何数量的负载34可以由任一个配电单元32供电。在优选实施例中，电压转换器36可以包括整流器50和直流到直流转换器52，所述直流到直流转换器通过变换单元22向负载34馈电，其中所述第一电压为约115vac，并且所述第三电压为约270vdc。在另一个优选实施例中，整流器(图4)可以整流第一电压，并且所述第三电压可以等于整流后的第一电压，以便组合在直流到直流转换器52的直流链路输入54中。例如，所述第一电压可以是用于飞行器发电机中的三相115v交流电源，并且对直流链路输入54的整流可以有利地等于第三电压的270v直流输入。有利地，使第三电压和第一电压匹配以具有同等功率电压可以消除设置针对第三电压的单独直流到直流转换器的需要。

在其他实施例中，第三电压40可以大于第一电压20。例如，大于270vdc的第三电压以及三相115vac的第一电压这两者均可以使用直流到直流转换器52，所述直流到直流转换器52在正常操作期间接纳整流后的第一电压并且在主总线不工作期间接纳直接第三电压输入。由于直流到直流转换器52可以适应一系列输入电平，因此可以通过设置一个共用直流到直流转换器52来容易地设计用于配电单元32中的重量减轻的系统。或者，在另一实施例中，所述第三电压40可以小于第一电压20，使得所述电压转换器36可以包括直流升压电路(未示出)，以用于将第三电压40升高到足以支持直流到直流转换器52正常操作的直流链路54电压。整流器50可以包括所属领域中已知的用于交流信号转换成直流信号的无源和/或有源部件，例如二极管桥式整流器，并且可以包括用于去除整流后波形中的纹波的任何平滑电路或滤波电路。

在图5所示的另一个实施例中，所述升压电路42可以将电池输出逆变成交流波形并且将其升压到高于第二电压30的第三电压40，其中电压转换器36可以包括用于对总线电压40进行整流的额外整流器50。在交流第一电压的情况下，第一电压和第三电压这两者可以各自具有用于向直流到直流转换器52馈电的整流器50。在实施例中，第一电压20和第三电压可以各自是交流电压并且可以是等效的，使得它们共用(未示出)公共整流器50。继电器或开关(未示出)可以设置在电压转换器36的输入端处，以用于在主总线故障的情况下从主总线14切换到电池总线44。在另一个实施例中，所述第一电压20可以是不需要整流器50(图5中的虚线)的直流电压。有利地，第三电压超出第二电压的所有组合可以提供重量足以适应第三电压下的电流的电池总线。

本公开中预期存在除上述附图中所示之外的许多其他可能的实施例和配置。在尚未描述的范围内，各种实施例的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。一个特征无法在所有实施例中说明并不旨在解释成无法实现，而是出于简要描述的目的如此执行。因此，不同实施例的各种特征可以根据需要组合和匹配，以形成新的实施例，无论所述新实施例是否明确说明。此外，尽管已经描述了“一组”或“多个”各种元件，但是应理解，“一组”或“多个”可以包括仅具有一个元件的任意数量的相应元件。本公开包括本说明书中所述特征的结合或排列。

本说明书使用示例来公开本公开的实施例，包括最佳模式，同时还使得所属领域中的任何普通技术人员能够实践本公开的实施例，包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包括的任何方法。本发明的专利保护范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域的技术人员得出的其他示例。如果其他示例的结构构件与权利要求书的字面意义相同，或如果所述示例包括的等效结构构件与权利要求书的字面意义无实质差别，则所述示例也应在权利要求书的范围内。