用于混合动力式热/电推进飞行器的电气构架和包括这种构架的双发动机飞行器的制作方法

1.本发明涉及一种用于混合动力式热/电推进飞行器的电气构架，所述飞行器针对每个涡轴发动机包括这样的构架。


背景技术：

2.现有技术尤其包括文件fr-a1-3012796，ep-a1-1852953，us-a1-2018/291807，fr-a1-3065840，ep-a1-2974964和us-a1-2012/098329。
3.从现有技术中已知飞行器的混合动力式推进装置，通常称为并联混合动力，具有热电发电功能。
4.混合动力式推进装置通常包括用于每个涡轴发动机的多个电力分配网络：用于供给推进系统的相关设备的推进电力分配网络、用于供给飞行器负载的非推进电力分配网络和用于涡轴发动机的电控系统的负载的电力分配网络。然而，这些电力分配网络一般是由单独的能源供给的。
5.有必要共享这些不同的电力分配网络的能源。事实上，不共享这些能源的解决方案，例如具有用于推进电力分配网络的专用发电机的解决方案，具有如下缺点：
[0006]-在每个涡轴发动机中集成了大量的电机，
[0007]-涡轴发动机内的发电机之间的功率分配的灵活性降低，
[0008]-发电机的重要尺寸设定，以及
[0009]-混合动力有关的特定设备的低使用率(特定设备的使用率低于10％)，该设备因此在不使用时体现了不必要的质量。
[0010]
本发明的目的是提出一种解决方案，使得能够弥补这些缺点中的至少一些。


技术实现要素：

[0011]
本发明的目的是提供一种混合动力式热-电推进构架，其遵从电气安全的主要原则，例如推进电力分配网络、非推进电力分配网络和用于涡轴发动机的电控系统的负载的电力分配网络之间的电隔绝，以及涡轴发动机的电力分配网络之间的电隔离，并在部件或设备的数量方面进行了优化。
[0012]
特别地，本发明提供了一种混合动力式推进构架，使得能够以最佳和安全的方式从涡轴发动机的高压轴和低压轴注入和收集动力以满足飞行器的推进需要，并向飞行器的负载提供电力，并向涡轴发动机飞行器的电控系统的负载提供电力。
[0013]
本发明的原理是基于使三个待被供给的电力分配网络共享特定的源。
[0014]
为此，本发明涉及一种用于混合动力式热/电推进飞行器的电气构架，所述飞行器包括两个涡轴发动机，每个涡轴发动机设置有电控系统，所述构架针对每个涡轴发动机包括：
[0015]-高压直流推进电力分配网络，
[0016]-非推进电力分配网络，所述非推进电力分配网络与飞行器的负载或涡轴发动机耦接，
[0017]-多个第一电机，所述第一电机机械地耦接到所述涡轴发动机的高压轴，每个所述第一电机被配置成：以马达模式运行以提供机械推进动力，以及以发电机模式运行以接收机械动力并提供电力，
[0018]-多个第二电机，所述第二电机机械地耦接到所述涡轴发动机的低压轴，所述第二电机被配置成：以马达模式运行以提供机械推进动力，以及以发电机模式运行以接收机械动力并提供电力，
[0019]-至少一个辅助能量源，所述辅助能量源耦接到所述推进电力分配网络，并且所述辅助能量源配置成在所述第一电机和/或第二电机以马达模式运行时向所述第一电机和第二电机提供能量，并配置成供给所述推进电力分配网络，
[0020]-电能转换构件，所述电能转换构件耦接到所述第一电机和第二电机、辅助能量源和所述推进电力分配网络，
[0021]-与所述电控系统的负载耦接的电力分配网络，以及
[0022]-至少一个第三电机，所述第三电机机械地耦接到所述高压轴，并且所述第三电机配置成以发电机模式运行以接收机械动力并提供电力，所述第三电机专用于耦接到所述电控系统的负载的所述电力分配网络。
[0023]
推进电力分配网络用于对大功率设备(特别是与推进系统有关的设备，如电机)供给。该网络具有构架中最高的电压水平。仅用于大功率设备的推进电力分配网络的使用使得要提供的电流被最小化，并因此能够减少具有大横截面的电缆的数量，从而减小了电缆所需的总体尺寸和质量。
[0024]
非推进电力分配网络用于向中等功率设备(即，与非推进系统有关的设备，称为飞行器的“负载”)或涡轴发动机或飞行器的低功率负载供给动力。该网络具有低于推进电力分配网络的电压水平的电压水平。非推进电力分配网络可以是直流或交流电力分配网络。
[0025]
第一电机在发电机模式下运行时是电源，在马达模式下运行时(特别是在涡轴发动机起动时)是负载。
[0026]
以相同的方式，一个或多个第二电机在发电机模式下工作时是电源，在马达模式下工作时(特别是在涡轴发动机起动时)是负载。
[0027]
有利地，根据本发明的构架在其各组件之间，特别是在主源(第一电机和第二电机)和附加源(辅助能量源)之间提供协同作用，以便在运行的各个阶段向电力分配网络的所有耗能器件提供电能，这能够实现电力分配网络的质量和体积的优化，特别是由于共享设备以在飞行器内执行各种功能。
[0028]
根据本发明的构架保证了飞行器内不同功能的可用性，并且保证了飞行器的安全运行。
[0029]
有利地，根据本发明的构架可被重新配置，这获得了适应飞行器需要的可用性和运行安全性。
[0030]
特别是由于在推进电力分配网络上存在附加的源，根据本发明的构架的能量管理和尺寸设置得以优化。这有利地实现了构架的质量和体积的优化。事实上，在每一时刻都可选择最适合飞行器需要的电能来源，以及各种源之间的最佳分配(涡轴发动机的源(第一电
机和第二电机)或飞行器的源(辅助能量源))。
[0031]
有利的是，特别是由于所提供的电力供应的灵活性，涡轴发动机的电控系统的设备，例如马达-泵型的设备的尺寸被优化。
[0032]
推进式电力分配网络可被设计为网络质量约束比非推进式电力分配网络的网络质量约束低。有利地，这能够限制保证网络质量所需的滤波元件的质量(原因在于，该网络将专用于大量的负载或高功率能量源，大量的负载或高功率能量源的敏感性自然低于由非推进电力分配网络供给的飞行器负载)。由于各种电子功率转换器的控制，这也能够限制对推进电力分配网络的保护元件的切断负载的限制(通过限制故障电流)。
[0033]
与所述电控系统的负载耦接的电力分配网络可包括：
[0034]-第一直流电力分配子网络，所述第一直流电力分配子网络被配置为由所述推进电力分配网络或由所述非推进电力分配网络对其供给，以及
[0035]-第二交流电力分配子网络。
[0036]
所述构架还可包括隔绝和切断构件，所述隔绝和切断构件被配置为从第一配置切换到第二配置，反之亦然，在所述第一配置，所述第二交流动力子网络耦接到所述第三电机，以便由所述第三电机对其供给，在第二配置，所述第二交流电力分配子网络经由至少一个电子功率转换器耦接到所述第一直流电力分配子网络，以便由所述第一直流电力分配子网络对其供给。
[0037]
根据本发明的构架可包括至少一个电子功率转换器，所述电子功率转换器将所述推进电力分配网络和所述非推进电力分配网络连接。
[0038]
根据本发明的构架可包括至少一个电子功率转换器，所述电子功率转换器将所述推进电力分配网络和耦接到所述电控系统的负载的所述电力分配网络连接。
[0039]
根据一个实施例，第一电机以直接连接的方式机械耦接到高压轴上。
[0040]
根据另一个实施例，第一电机通过第一附件齿轮箱机械耦接到高压轴上。
[0041]
根据一个实施例，一个或多个第二电机以直接连接的方式机械耦接到低压轴上。
[0042]
根据另一个实施例，一个或多个第二电机通过第二附件齿轮箱机械耦接到低压轴上。
[0043]
第一电机可相互隔离。
[0044]
根据一个实施例，第一电机在第一附件齿轮箱上相互隔离(完全隔离)。
[0045]
根据另一个实施例，第一电机在高压轴上相互隔离(完全隔离)。
[0046]
根据另一个实施例，这些第一电机在高压轴上具有共同的外壳，并通过磁路和电路相互隔离(内部隔离)。磁路和电路可以部分或完全隔离。
[0047]
根据另一个实施例，这些第一电机在高压轴上具有共同的壳体并且具有共同的转子磁路，并且在定子上彼此磁隔离和电隔离。
[0048]
根据另一个实施例，这些第一电机在高压轴上具有共同的壳体并且具有共同的转子和定子，并且在定子上彼此电隔离。
[0049]
根据本发明的构架可包括多个辅助能量源。
[0050]
该辅助能量源可包括一个或多个可逆的能量存储元件和/或一个或多个辅助电机和/或一个或多个燃料电池。有利地，包括可逆的能量存储元件的辅助能量源使得构架能够在收集阶段存储从涡轴发动机的高压和低压轴提取的能量和从其他辅助能量源提取的能
量，以便在其他阶段再利用。
[0051]
所述一个或多个可逆的能量存储元件可包括电池和/或超级电容器。
[0052]
在一个实施例中，所述一个或多个可逆的能量存储元件是超级电容器，所述电能转换构件包括耦接在所述一个或多个可逆的能量存储元件和推进电力分配网络之间的可逆的直流到直流电子功率转换器。
[0053]
在一个实施例中，所述一个或多个可逆的能量存储元件是电池，所述电能转换构件包括耦接在所述一个或多个可逆的能量存储元件和推进电力分配网络之间的可逆的直流到直流电子功率转换器。
[0054]
在另一个实施例中，所述一个或多个可逆的能量存储元件是电池，所述一个或多个可逆的能量存储元件直接耦接到所述推进电力分配网络。
[0055]
一个或多个辅助能量源可布置在飞行器中，即，一个或多个辅助能量源可不被集成在涡轴发动机中。
[0056]
一个或多个辅助能量源可为两个涡轴发动机所共享。
[0057]
根据一个实施例，电能转换构件设置在第一电机和第二电机附近。
[0058]
根据另一实施例，电能转换构件远离第一电机和第二电机布置，例如，布置在涡轴发动机中，特别是在短舱中，或在飞行器中。
[0059]
所述推进电力分配网络可包括：
[0060]-第一推进电力分配子网络，所述第一推进电力分配子网络耦接到所述第一电机和第二电机，以及
[0061]-第二推进电力分配子网络，所述第二推进电力分配子网络耦接到所述辅助能量源。
[0062]
所述构架还可包括隔绝和切断构件，所述隔绝和切断构件布置在第一推进电力分配子网络和第二推进电力分配子网络之间，并被配置成实现或禁止所述第一推进电力分配子网络和第二推进电力分配子网络之间的连接。
[0063]
第一电机和第二电机可通过相关的电子功率转换器并联连接到第一推进电力分配子网络。
[0064]
所述构架可包括布置每个第一电机及其相关的电子功率转换器与所述第一推进电力分配子网络之间的隔绝和切断构件，所述隔绝和切断构件被配置成实现或禁止每个第一电机与所述推进电力分配子网络之间的连接。
[0065]
所述构架可包括布置在一个第二电机或多个第二电机及其相关的电子功率转换器与所述第一推进电力分配子网络之间的隔绝和切断构件，所述隔绝和切断构件被配置成实现或禁止所述一个第二电机或多个第二电机与所述推进电力分配子网络之间的连接。
[0066]
所述第一电机和第二电机可通过所述电能转换构件耦接到所述第一推进电力分配子网络。
[0067]
所述电能转换构件可包括耦接在所述第一电机和所述推进电力分配网络之间的直流到交流电子功率转换器。
[0068]
所述电能转换构件可包括耦接在所述一个第二电机或多个第二电机和所述推进电力分配网络之间的直流到交流电子功率转换器。
[0069]
所述构架可包括布置在辅助能量源和第二推进电力分配子网络之间的隔绝和切
断构件，所述隔绝和切断构件配置成实现或禁止所述辅助能量源和推进电力分配子网络之间的连接。
[0070]
所述辅助能量源可通过电能转换构件耦接到所述第二推进电力分配子网络。所述电能转换构件可包括耦接在所述辅助能量源和所述推进电力分配网络之间的电子功率转换器。当辅助能量源为电池或超级电容器的类型时，该电子功率转换器是直流到直流的。当辅助能量源为起动器-发电机的类型时，该电子功率转换器是直流到交流的。
[0071]
第一推进电力分配子网络可被布置在涡轴发动机中。
[0072]
第二推进电力分配子网络可被布置在飞行器中，即，推进第二电力分配子网络不被布置在涡轴发动机中。
[0073]
根据一个实施例，所述推进电力分配网络被配置成直接对飞行器的一部分负载供给。
[0074]
一个或多个辅助电机可耦接到一个或多个辅助动力单元。
[0075]
所述构架可包括与起动器-发电机耦接的至少一个辅助动力单元，所述辅助动力单元通过至少一个直流到交流电子功率转换器耦合到推进电力分配网络。直流到交流电子功率转换器可配置为：向起动器-发电机提供动力以起动辅助动力单元，并在辅助动力单元起动时向推进电力分配网络提供动力。
[0076]
构架可包括设置在辅助动力单元和推进电力分配网络之间的二极管电桥。
[0077]
直流到交流电子功率转换器可以配置为：一旦辅助动力单元起动，就对飞行器电机进行供给，例如，对飞行器空调系统的压缩机进行供给。
[0078]
第一直流电力分配子网络的电压可小于或等于推进电力分配网络的电压。
[0079]
所述电能转换构件可包括耦接在所述第一直流电力分配子网络和所述推进电力分配网络之间的直流到直流电子功率转换器。
[0080]
直流到直流电子功率转换器可具有电流隔离。
[0081]
所述电能转换构件可包括耦接在所述第一直流电力分配子网络和所述非推进电力分配网络之间的电子功率转换器。
[0082]
在一个实施例中，非推进电力分配网络是直流电力分配网络，电子功率转换器是直流到直流电子功率转换器。
[0083]
在一个实施例中，非推进电力分配网络是交流电力分配网络，电子功率转换器是直流到交流电子功率转换器。
[0084]
第三电机可以是永磁电机。
[0085]
所述电能转换构件可包括并联布置在所述第一直流电力分配子网络和所述第二交流电力分配子网络之间的多个直流到交流电子功率转换器。
[0086]
所述电能转换构件可包括耦接在所述非推进电力分配网络和所述推进电力分配网络之间的至少一个或多个电子功率转换器。
[0087]
电子功率转换器可以相互并联连接。
[0088]
电子功率转换器可以是可逆的。
[0089]
电子功率转换器可具有电流隔离。这可以确保某些类型的缺陷不会从一个电力分配网络传播到另一个电力分配网络。
[0090]
在一个实施例中，非推进电力分配网络是直流电力分配网络，这些电子功率转换
器是直流到直流电子功率转换器。
[0091]
在一个实施例中，非推进电力分配网络是交流电力分配网络，这些电子功率转换器是直流到交流电子功率转换器。这些转换器可与辅助动力单元或外部源同步，以避免切换源期间对负载的供给中的电压下降，或允许根据不同的能量源来对消耗进行管理和优化。
[0092]
本发明还涉及一种混合动力式热/电推进飞行器，包括两个涡轴发动机，每个涡轴发动机包括高压轴和低压轴，所述飞行器针对每个涡轴发动机包括根据本发明的混合动力式推进构架。
[0093]
根据一个实施例，第一涡轴发动机的推进电力分配网络耦接到第二涡轴发动机的推进电力分配网络。所述飞行器还包括布置在所述第一涡轴发动机和第二涡轴发动机的推进电力分配网络之间的隔绝和切断构件，所述隔绝和切断构件被配置成实现或禁止这些电力分配网络之间的连接。
[0094]
根据另一个实施例，所述第一涡轴发动机和第二涡轴发动机的推进电力分配网络是独立且隔离的。
[0095]
飞行器还可包括备用非推进电力分配网络。备用非推进电力分配网络可由两个涡轴发动机的非推进电力分配网络对其供给。
[0096]
第一涡轴发动机的非推进电力分配网络可与第二涡轴发动机的非推进电力分配网络隔离。
[0097]
所述负载可包括飞行器的环境控制系统(ecs)，所述环境控制系统控制飞行器舱内的压力和温度，并且所述电子功率转换器可被配置为：作为辅助动力单元的起动器运行，并在连接到所述飞行器的环境控制系统时作为飞行器的环境控制系统的电子功率转换器运行。辅助动力单元可被配置成切换到二极管电桥以向第二推进电力分配子网络提供直流电能。
[0098]
所述推进电力分配网络和所述非推进电力分配网络可被隔离和电隔绝。
[0099]
由于推进电力分配网络只向对电磁干扰(emi)不太敏感的大功率设备供给，因此可以保证与推进电力分配网络的规范约束相符的网络质量，同时限制对推进电力分配网络的滤波约束。
[0100]
这也使得非推进电力分配网络可以参照飞行器的结构，以便利于实施保护措施，并(通过使用飞行器的返回电流)限制低功率负载的布线的重量，同时利用与飞行器隔离的推进电力分配网络保证推进电力分配网络的高可用性。
[0101]
所述推进电力分配网络和耦接到电控系统的负载的电力分配网络可被隔离和电隔绝。
[0102]
非推进电力分配网络可以是交流电力分配网络。在这种情况下，非推进电力分配网络和第二交流电力分配子网络可以同步并并联地耦接。
[0103]
辅助动力单元可以是燃料电池。在这种情况下，构架包括布置在辅助动力单元和推进电力分配网络之间的直流到直流电子功率转换器。
附图说明
[0104]
通过阅读以下以非限制性示例的方式参照附图给出的说明，本发明将被更好的理
解，并且本发明的其它细节、特征和优点将变得更清楚，在附图中：
[0105]
[图1]图1示意性地示出了根据本发明实施例的混合动力式推进构架，
[0106]
[图2-图6]图2至图6示意性地示出了根据本发明的混合动力式推进构架的第一电机的实施例，
[0107]
[图7]图7示出了根据本发明另一实施例的混合动力式推进构架，
[0108]
[图8]图8示出了根据本发明另一实施例的混合动力式推进构架，以及
[0109]
[图9]图9示意性地示出了在辅助电机和飞行器负载之间共享电子功率转换器。
[0110]
在不同实施例中，具有相同功能的元件在图中具有相同的附图标记。
具体实施方式
[0111]
图1示出了用于具有混合动力式热/电推进的双发动机飞行器的电气构架。在这里，构架仅针对飞行器的两个涡轴发动机中的一个来描述和展示，但构架由与各涡轴发动机相关的两个几乎对称的部分组成。尽管未示出，但与构架的与第二涡轴发动机相关联的部分以镜像方式重复。
[0112]
构架包括与第一涡轴发动机相关联的部分10、与飞行器相关联的部分12以及与第二涡轴发动机(未示出)相关联的部分。虚线a、b表示两个涡轴发动机和飞行器之间的分隔线。
[0113]
该构架包括两个电机mg1 hp和mg2 hp，它们通过直接耦接或通过减速齿轮箱(即齿轮系统)来机械耦接到涡轴发动机的高压轴上。每个电机mg1 hp，mg2 hp被配置成：以马达模式运行以提供机械推进动力，以及以发电机模式运行以接收机械动力并提供电力。
[0114]
换言之，电机mg1 hp，mg2 hp提供了专用于涡轴发动机的推进需要的机械动力注入和收集功能，包括用于起动的动力注入，并构成涡轴发动机的并联混合。电机mg1 hp和mg2 hp还确保了用于飞行器和涡轴发动机的发电功能(非推进)，其尤其用于涡轴发动机的电控系统的设备。
[0115]
因此，电机mg1 hp和mg2 hp在发电机模式下运行时是电源，在马达模式下运行时(特别是在涡轴发动机起动时)是负载。
[0116]
电机mg1 hp，mg2 hp能够以直接连接的方式被机械耦接到高压轴上。替代性地，电机mg1 hp和mg2 hp通过附件齿轮箱(accessory gear box，agb)机械耦接到高压轴上。附件齿轮箱可专用于电机mg1 hp，mg2 hp。特别地，每个电机mg1 hp，mg2 hp与高压轴之间可设置有锥形齿轮箱。
[0117]
电机mg1 hp，mg2 hp可被相互隔离。特别地，如图2至图6所示，根据所需的隔离程度，可以有不同的配置。
[0118]
图2示出通过附件齿轮箱14机械耦接到高压轴上的电机mg1 hp和mg2 hp。附件齿轮箱14的机械输入端16用于耦接到高压轴。附件齿轮箱14的第一机械输出端18耦接到电机mg1 hp，附件齿轮箱14的第二机械输出端20耦接到电机mg2 hp。每个电机mg1 hp，mg2 hp包括定子22a，22b、转子24a，24b、专用于各电机的外壳28a，28b。电机mg1 hp，mg2 hp在附件齿轮箱14上被彼此隔离。根据附件齿轮箱14设定的传动比，电机mg1 hp，mg2 hp可以具有与高压轴的转速不同的转速。
[0119]
图3示出以直接连接的方式机械耦接到高压轴26上的电机mg1 hp和mg2 hp。电机
mg1 hp，mg2 hp以与高压轴相同的速度旋转。每个电机mg1 hp，mg2 hp包括定子22a，22b、转子24a，24b以及专用于各电机的外壳28a，28b。电机mg1 hp，mg2 hp在高压轴26上被彼此隔离。
[0120]
图4示出以直接连接的方式机械耦接到高压轴26上的电机mg1 hp和mg2 hp。每个电机mg1 hp，mg2 hp包括其自身的定子22a，22b和转子24a，24b，以及两个电机共用的壳体28。电机mg1 hp，mg2 hp在内部通过磁路和电路相互隔离(细节未示出)。
[0121]
图5示出以直接连接的方式机械耦接到高压轴26上的电机mg1 hp和mg2 hp。每个电机mg1 hp，mg2 hp包括其自身的定子22a，22b，两个电机共用的转子24和壳体28，以及共用的转子磁路(其细节未示出)。电机mg1 hp，mg2 hp在定子22a，22b上彼此磁隔离和电隔离。
[0122]
图6示出以直接连接的方式机械耦接到高压轴26上的电机mg1 hp和mg2 hp。每个电机mg1 hp，mg2 hp包括两个电机共用的定子22，转子24和壳体28，以及共用的定子和转子磁路(其细节未示出)。电机mg1 hp，mg2 hp在定子22上彼此电隔离。
[0123]
该构架包括至少一个电机mg bp，该电机通过直接耦接或通过减速齿轮箱来机械耦接到涡轴发动机的低压轴上。尽管未示出，构架可包括多个机械耦接到涡轴发动机的低压轴的电机mg bp。此处，只示出了一个电机mg bp。电机mg bp被配置成：以马达模式运行以提供机械推进动力，以及以发电机模式运行以接收机械动力并提供电力。
[0124]
换言之，电机mg bp确保了专用于涡轴发动机的推进需要的机械动力的注入和收集功能，并构成了涡轴发动机的并联混合动力。电机mg bp还确保了用于飞行器和涡轴发动机的发电功能(非推进)，其尤其用于涡轴发动机的电控系统的设备。
[0125]
电机mg bp在发电机模式下运行时是电源，并且在马达模式下运行时是负载。
[0126]
电机mg bp能够以直接连接的方式被机械耦接到低压轴上。替代性地，电机mg bp通过附件齿轮箱机械耦接到低压轴上。附件齿轮箱可专用于电机mg bp。特别地，电机mg bp与低压轴之间可设置有锥形齿轮箱。
[0127]
电机mg bp可被相互隔离。特别地，根据所需的隔离程度，电机mg1 hp和mg2 hp的图2至6所示的不同配置对于电机mg bp而言也是可行的。
[0128]
与图2类似，电机mg bp可通过附件齿轮箱机械耦接到低压轴上，附件齿轮箱的机械输入端用于连接到低压轴上。附件齿轮箱的第一机械输出端用于耦接到第一电机mg bp，附件齿轮箱的第二机械输出端用于耦接到第二电机mg bp。每个电机mg bp可包括定子、转子和自身的外壳。电机mg bp在附件齿轮箱上被彼此隔离。根据附件齿轮箱设定的传动比，电机mg bp可以具有与高压轴的转速不同的转速。
[0129]
与图3类似，电机mg bp能够以直接连接的方式被机械耦接到低压轴上。电机mg bp能够以与低压轴相同的速度旋转。每个电机mg bp可包括定子、转子和自身的外壳。电机mg bp可在高压轴上被彼此隔离。
[0130]
与图4类似，电机mg bp能够以直接连接的方式被机械耦接到高压轴上。每个电机mg bp可包括自身的定子和转子，以及两个电机共用的外壳。电机mg bp可在内部通过磁路和电路相互隔离。
[0131]
与图5类似，电机mg bp能够以直接连接的方式被机械耦接到高压轴上。每个电机mg bp包括其自身的定子，两个电机共用的转子和壳体，以及共用的转子磁路。电机mg bp可
在定子上被彼此磁隔离和电隔离。
[0132]
与图6类似，电机mg bp能够以直接连接的方式被机械耦接到高压轴上。每个电机mg bp可包括两个电机共用的定子，转子和壳体，以及共用的定子和转子磁路。电机mg bp可在定子上被彼此电隔离。
[0133]
该构架包括辅助能量源30，以便在向涡轴发动机的高压轴和低压轴的动力注入阶段具有附加的能量源(与混合动力的概念有关)，并且在电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp不可用(当电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp用于动力注入并且因此其本身不能提供能量时，或者当涡轴发动机关闭或发生故障时)的情况下供给推进电力分配网络32。
[0134]
特别地，辅助能量源30耦接到推进电力分配网络32，并且配置成：当电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp在马达模式下运行时向电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp提供能量，并且当电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp不可用时向推进电力分配网络32供给能量。
[0135]
即使电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp理论上可用，也可以使用辅助能量源30，以实现能量优化或出于尺寸设计的目的。例如，在某些阶段，从辅助能量源30提取能量的能量成本会比从涡轴发动机的电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp提取能量的能量成本低。类似地，降低电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp(即，主电机)的功率，并使用辅助能量源30(即，附加能量源)来提供附加能量，可能成本会更低。
[0136]
辅助能量源30可包括可逆的能量存储元件34，34'(存储元件34'耦接到第二涡轴发动机的电力分配网络32')。存储元件34可包括电池和/或超级电容器。如图1所示，存储元件34优选地布置在构架的飞行器部分12中，而不是布置在涡轴发动机部分10中。构架的与涡轴发动机相关联的两个部分之间可共享存储元件34。替代性地，如图1所示，存储元件34，34'独立地用于各涡轴发动机。
[0137]
辅助能量源30可包括一个或多个辅助电机apu sg1，所述辅助电机为辅助动力单元36。电机apu sg1可用于起动这些辅助动力单元36。如图1所示，辅助电机apu sg1可布置在构架的飞行器部分12中，而不是布置在涡轴发动机部分10中。构架的与涡轴发动机相关的两个部分之间可共享辅助电机apu sg1，如图1所示。图4、5和6所示的有关共享的变型也可应用于辅助电机apu sg1。在图2和图3所示的替代方案中，辅助电机apu sg1可独立地用于各涡轴发动机。
[0138]
辅助能量源30可包括一个或多个燃料电池(未示出)。燃料电池可位于飞行器中，即，它们不布置在涡轴发动机中。构架的与涡轴发动机相关联的两个部分之间可共享燃料电池，或者，燃料电池可独立地用于各涡轴发动机。在图1所示的构架中，燃料电池可以代替辅助动力单元36。
[0139]
该构架包括电能转换构件，所述电能转换构件耦接到电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp、辅助能量源30和推进电力分配网络32。电能转换构件与辅助能量源30相关联，以控制能量和相关联的推进电力分配网络32。电能转换构件(即，功率电子器件)包括电子功率转换器。
[0140]
每个电机mg1 hp，mg2 hp通过并联布置的至少一个或多个可逆电子功率转换器38a，38b耦接到推进电力分配网络32。由于推进电力分配网络32是直流电力分配网络，所以这些转换器38a，38b是直流-交流转换器(图1中的dc/ac，是“直流(direct current)”dc和“交流(alternative current)”ac的缩写)。这些转换器38a，38b确保对从电机mg1 hp，mg2 hp抽取的或发送到电机mg1 hp，mg2 hp的电力进行控制的功能，以确保这些电机的功能。
[0141]
电机mg bp通过并联布置的至少一个或多个可逆电子功率转换器40耦接到推进电力分配网络32。由于推进电力分配网络32是直流电力分配网络，所以这些转换器40是dc/ac转换器。这些转换器40确保对从电机mg bp抽取或发送到电机mg bp的电力的控制功能，以确保电机的功能。
[0142]
转换器38a，38b，40连接到推进电力分配网络32，以提供必要的电力或将电力从电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp传输到存储元件34，34'或到耗能者(即负载)。这些转换器38a，38b，40还有助于推进电力分配网络32的稳定。这些转换器38a，38b，40可位于电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp附近，并且特别是尽可能靠近这些电机(例如集成至这些电机)。替代性地，这些转换器38a，38b，40可远离电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp布置，即，迁移到涡轴发动机中的另一个位置，例如，布置在风扇隔室中、涡轴发动机的核心或挂架中、或迁移到飞行器中(即，涡轴发动机的外部)。
[0143]
当存储元件34，34'是超级电容器时，该超级电容器通过一个或多个可逆的直流到直流电子功率转换器42，42'(图1中的dc/dc)连接到推进电力分配网络32，32'。这些转换器42，42'确保了对从存储元件34，34'抽取或发送到存储元件34，34'的电能进行控制的功能，以确保存储元件的功能。这些转换器42，42'还有助于推进电力分配网络32，32'的稳定。
[0144]
当存储元件34，34'是电池时，所述电池可通过一个或多个可逆dc/dc电子功率转换器42，42'连接到推进电力分配网络32，32'(转换器42'耦接到推进电力分配网络32'和与第二涡轴发动机相关联的存储元件34')。替代性地，电池可直接耦接到推进电力分配网络32，32'。
[0145]
因此，构架针对每个涡轮机都包括高压直流推进电力分配网络32，32'。推进电力分配网络32，32'用于供给与推进系统有关的设备。
[0146]
电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp和辅助能量源30连接到推进电力分配网络32，32'，例如，可通过它们的转换器38a，38b，40，42，42'连接。推进电力分配网络32，32'的电压u在0v dc和+u vdc或
±
u/2v dc版本中被控制在540v dc到1000v dc之间的预定值附近。通过转换器38a，38b，40，42，42'，74，74'来确保对推进电力分配网络32，32'的电压的控制。
[0147]
推进电力分配网络32，32'包括第一推进电力分配子网络44，该第一推进电力分配子网络位于涡轴发动机中，与转换器38a，38b，40相关联的电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp并联连接到所述第一推进电力分配子网络。在图1中，第一推进电力分配子网络44布置在构架的涡轴发动机部分10中，而不在飞行器部分12中。
[0148]
隔绝和切断构件48a，48b，50布置在每个电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp和第一推进电力分配子网络44之间，以便实现或阻断每个电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp及其相关转换器和推进电力分配网络32，32'之间的连接。隔绝和切断构件48a，48b，50具有对第一推进电力分配子网络44进行重新配置和保护的功能。隔绝和切断构件48a，48b，50可以安装在局部配电箱49中，如图1、7和8所示。
[0149]
推进电力分配网络32，32'还包括位于飞行器中的第二推进电力分配子网络46，46'，与转换器42，42'，74，74'相关联的辅助能量源30连接到该第二推进电力分配子网络。在图1中，第二推进电力分配子网络46，46'布置在构架的飞行器部分12中，而不在涡轴发动机部分10中。
[0150]
隔绝和切断构件52布置在推进电力分配子网络44，46之间(隔绝和切断构件52'布
置在第二涡轴发动机的推进电力分配网络32'的推进电力分配子网络之间)。这些隔绝和切断构件52被配置成实现或阻断推进电力分配子网络44，46之间的连接。隔绝和切断构件52具有对推进电力分配子网络44，46进行重新配置和保护的功能。
[0151]
隔绝和切断构件54，54'布置在存储元件34，34'(以及相关的转换器42，42')和推进电力分配子网络46，46'之间(隔绝和切断构件54'连接在存储元件34'和第二涡轴发动机的推进电力分配网络32'之间)。这些隔绝和切断构件54被配置成实现或阻断存储元件34和推进电力分配子网络46之间的连接。
[0152]
如图1所示，涡轴发动机的推进电力分配网络32，32'是独立和隔离的。第一涡轴发动机的推进电力分配子网络46不能直接连接到第二涡轴发动机的推进电力分配子网络46'。
[0153]
替代性地(未示出)，涡轴发动机的推进电力分配网络32，32'被相互连接。隔绝和切断构件布置在涡轴发动机的推进电力分配网络32，32'之间，并配置成实现或禁止涡轴发动机的推进电力分配网络32，32'之间的连接。这些隔绝和切断构件具有对涡轴发动机的推进电力分配网络32，32'进行重新配置和保护的功能。涡轴发动机的推进电力分配网络32，32'之间的连接可以处于打开或闭合状态。涡轴发动机的推进电力分配网络32，32'可以被直接电连接并交换电力。例如，第二涡轴发动机的推进电力分配网络32'的存储元件34'可用于向第一涡轴发动机10的电机mg1 hp，mg2 hp，mg bp提供电力。
[0154]
构架包括非推进电力分配网络56，56'(网络56'是与第二涡轴发动机相关联的非推进电力分配网络)，其被配置为对飞行器的负载进行供给。非推进电力分配网络56，56'被隔离。隔绝和切断构件104可布置在非推进电力分配网络56，56'之间，以便实现或阻断非推进电力分配网络56，56'之间的连接。隔绝和切断构件104具有对非推进电力分配网络56，56'进行重新配置和保护的功能。
[0155]
飞行器还可包括备用(或紧急)非推进电力分配网络58。备用非推进电力分配网络58独立于非推进电力分配网络56，56'。备用非推进电力分配网络58可由非推进电力分配网络56，56'对其进行供给。
[0156]
非推进电力分配网络56，56'通过推进电力分配子网络46，46'和转换器60，60'来对飞行器的负载进行供给。
[0157]
如图1和图7所示，非推进电力分配网络56，56'可由外部源62，62'供给和/或由一个或多个辅助电机apu sg2供给和/或由推进电力分配子网络46，46'经由转换器60，60'供给，所述辅助电机耦接到一个或多个辅助动力单元64。辅助动力单元64可以与辅助动力单元36混用，辅助动力单元36上安装有多个起动器-发电机类型的电机。
[0158]
如图8所示，可从外部源62，62'直接对推进电力分配子网络46，46'供给。隔绝和切断构件63，63'可设置在推进电力分配子网络46，46'和外部源62，62'之间，以便实现或阻断外部源62，62'和推进电力分配网络46，46'之间的连接。
[0159]
如图1所示，辅助电机apu sg2可布置在构架的飞行器部分12中，而不是布置在涡轴发动机部分10中。构架的与涡轴发动机相关的两个部分之间可共享辅助电机apu sg2，如图1所示。替代性地，辅助电机apu sg2可独立地用于各涡轴发动机。如图8所示，辅助电机apu sg2仅连接到非推进电力分配网络56。辅助电机apu sg2可耦接到一个或多个dc/ac电子功率转换器66。
[0160]
推进电力分配网络32和非推进电力分配网络56之间的连接可通过并联连接的一个或多个电子功率转换器60，60'(转换器60'连接到与第二涡轴发动机相关的推进电力分配网络32'和非推进电力分配网络56')来实现。这些转换器60，60'可以是可逆的或不可逆的。
[0161]
隔绝和切断构件102，102'可布置在推进电力分配子网络46，46'和转换器60，60'之间(隔绝和切断构件102'连接到与第二涡轴发动机相关联的推进电力分配网络32'和转换器60')，以便实现或禁止电力分配网络32，56之间的连接。隔绝和切断构件102具有对电力分配网络32，56进行重新配置和保护的功能。
[0162]
非推进电力分配网络56，56'可以是dc或ac电力分配网络。
[0163]
因此，转换器60，60'可以是dc/dc或dc/ac转换器。在图1中，转换器60，60'是dc/dc转换器。
[0164]
当非推进电力分配网络56，56'是dc电力分配网络时，转换器60，60'可以具有电流隔离，因此是隔离转换器。这可以确保某些类型的缺陷不会从一个电力分配网络传播到另一个电力分配网络。
[0165]
当非推进电力分配网络56，56'是ac电力分配网络时，转换器60，60'是具有电流隔离的dc/ac转换器。这使得非推进电力分配网络56，56'与辅助动力单元64能够在相位和频率上同步(于是，不需要相关联的电子功率转换器)。辅助动力单元64于是可以是ac发电机。这种同步可以允许：在两个源(转换器60，60'和辅助电机apu sg2)之间执行无中断功率转移(no break power transfer，nbpt)类型的转换(这允许在电源改变期间不切断对飞行器负载的电力供给)，或者并行使用这两个源。
[0166]
隔离转换器(隔离dc/dc或隔离dc/ac)允许非推进电力分配网络56，56'的电势参考飞行器的结构，即，参考飞行器的机械质量。这使得能够使用飞行器的结构来确保低功率负载的电流反馈(例如，单相ac，或0v/+270v或0v/-270v dc)。这还能够确保在缺陷情况下对非推进电力分配网络56，56'进行简单，快速和有效的保护(例如，通过断路器或远程电流断路器(remote-current circuit breaker，rccb)，或通过熔断器)。此外，这允许选择与非推进电力分配网络56，56'不同的飞行器推进电力分配网络32，32'对地面的参考：相对于地面的阻抗电力分配网络能够确保推进电力分配网络32，32'的更大可用性，以及相对于地面的电力分配网络能够确保推进电力分配网络32，32'的更容易保护。
[0167]
如图7和图8所示，示出了图1的构架的变型，也可以直接从推进电力分配网络32，32'(特别是从推进电力分配子网络46)对飞行器负载68，70，72，68'，70'，72'中的一些(负载68'，70'，72'与第二涡轴发动机的推进电力分配网络32'耦接)供给。有利的是，当部分负载由推进电力分配网络32，32'供给时，外部源62，62'通过隔绝和切断构件63，63'与推进电力分配网络32，32'断开。
[0168]
负载68，70，72可包括机翼冰保护系统(wing ice protection system，wips)、控制飞行器机舱压力和温度的环境控制系统(environmental control system，ecs)或电动轮滑行系统(electric wheel taxing system)。如果推进电力分配网络32具有比非推进电力分配网络56更高的电压，则有利地可以由推进电力分配网络32对更高功率的负载进行供给，以便限制流过对负载进行供给的线束的电流，降低隔离dc/dc转换器的功率，并使用更高效率的供给路径。
[0169]
如图7和图8所示，隔绝和切断构件69，69'可布置在推进电力分配子网络46，46'和负载68，68'之间，以便实现或禁止推进电力分配网络32和负载68，68'之间的连接。
[0170]
如图7和图8所示，隔绝和切断构件71，71'可布置在推进电力分配子网络46，46'和负载70，70'之间，以便实现或禁止推进电力分配网络32和负载70，70'之间的连接。
[0171]
如图7和图8所示，隔绝和切断构件73，73'可布置在推进电力分配子网络46，46'和负载72，72'之间，以便实现或禁止推进电力分配网络32和负载72，72'之间的连接。
[0172]
如图1所示，辅助电机apu sg1是辅助动力单元36的起动器-发电机，并通过起动发电机的dc/ac电子功率转换器74，74'连接到推进电力分配网络32，32'(转换器74'耦接到第二涡轴发动机的推进电力分配网络32')。辅助电机apu sg1和每个转换器74，74'之间的连接可以是三相类型的，即，包括如图2至图6中的定子22a，22b和22的起始位置处所示的三根导线。当辅助能量源30是燃料电池时，转换器74，74'是dc/dc转换器。转换器74专用于起动辅助动力单元36(起动模式)，并且一旦辅助动力单元36被起动，就用于向推进电力分配网络32提供动力(发电模式)。
[0173]
转换器74可用于其他功能，特别是用于驱动飞行器的其他电动机。具体地，转换器74可以用作辅助动力单元36的起动转换器，于是，一旦辅助动力单元36被起动并被控制在恒定的速度(由辅助动力单元36的计算机控制)，布置在辅助电机apu scg1和推进电力分配网络32之间的二极管电桥可以用于向推进电力分配网络32提供dc电压。于是，推进电力分配网络32上的其他转换器38a，38b，40，42，60使得能够控制电压，从而能够控制功率和能量流。当辅助动力单元36不运行时，特别是当飞行器飞行时，或者当辅助动力单元36通过二极管电桥提供动力时，转换器74是可用的并可用于对飞行器的其他电机供给，例如对飞行器空调系统中的压缩机供给。
[0174]
图9示出了辅助电机apu sg1和负载(ecs)70之间共享转换器74的示意图。当开关k1打开、开关k2闭合并且开关k3打开时，转换器74(在这种情况下是逆变器)控制辅助电机apu sg1的起动。当开关k1打开、开关k2打开并且开关k3闭合时，辅助电机apu sg1对推进电力分配子网络46供给。当开关k1闭合、开关k2打开并且开关k3闭合时，转换器74可用于对ecs70供给和进行控制。根据本发明，二极管电桥的使用使得能够提供直流动力供应网络，而不是交流网络。此外，转换器74与辅助电机apu sg1共享，而不与主动力源的起动器-发电机共享。此外，这些功能在构架中是富余的，使得辅助电机apu sg1能够在飞行器飞行中由转换器74，74'之一重新起动，而仅切断对ecs70，70'的一部分的供给，或使用转换器66不切断对ecs70，70'的供给。
[0175]
如图1和图7所示，隔绝和切断构件106，106'可布置在推进电力分配子网络46，46'和转换器74，74'之间(隔绝和切断构件106'耦接到与第二涡轴发动机相关联的推进电力分配网络32'和转换器74')，以便实现或禁止进电力分配子网络32和辅助动力单元36之间的连接。隔绝和切断构件52，54，63，69，71，73，102，106可以安装在局部配电箱99中，如图7和8所示。相似地，隔绝和切断构件52'，54'，63'，69'，71'，73'，102'，106'可以安装在局部配电箱99'中，如图7和8所示。
[0176]
每个涡轴发动机都配备了电控系统(或mee，more electric engine，即“更多电机”的缩写)。因此，必须提供一定量的设备，如涡轴发动机中存在的致动器、泵或计算机。
[0177]
构架包括耦接到电控系统负载的电力分配网络76。
[0178]
电力分配网络76包括专用于电控系统负载80的一部分的高压直流电力分配子网络78。例如，电力分配子网络78可以专用于可变几何形状，或tras(“反推器致动系统，thrust reverser actuation system”的缩写)，或nai(“nacelle anti-icing，短舱防冰”的缩写)。电力分配子网络78的电压可小于或等于推进电力分配网络32的电压。
[0179]
电力分配子网络78可由推进电力分配网络32对其进行供给。dc/dc电子功率转换器82可耦接在电力分配子网络78和推进电力分配网络32之间。转换器82可具有电流隔离，因此是隔离转换器。
[0180]
隔绝和切断构件98可设置在推进电力分配子网络44和转换器82之间，以便实现或禁止电力分配子网络78和推进电力分配子网络44之间的连接。隔绝和切断构件98具有对电力分配网络78，44进行重新配置和保护的功能。
[0181]
在推进电力分配网络32不可用的阶段，可由非推进电力分配网络56对电力分配子网络78供给。根据所考虑的非推进电力分配网络56(ac或dc)，一个或多个电子功率转换器(未示出)可布置在非推进电力分配网络56和电力分配子网络78之间。当非推进电力分配网络56是直流电力分配网络时，这些电子功率转换器是dc/dc转换器。当非推进电力分配网络56是ac电力分配网络时，这些电子功率转换器是dc/ac转换器。
[0182]
隔绝和切断构件100可设置在电力分配子网络78和非推进电力分配网络56之间，以便实现或禁止电力分配子网络78和非推进电力分配子网络56之间的连接。隔绝和切断构件100具有对电力分配子网络76，56进行重新配置和保护的功能。
[0183]
电力分配网络76包括交流电力分配子网络84，该交流电力分配子网络的频率和电压水平与涡轴发动机高压轴的速度成比例(恒定电压/频率比，另称为“恒定v/f”)。电力分配子网络84专用于电控系统的负载86的一部分。优选地，电力分配子网络84专用于马达泵类型的负载，例如，燃料泵86或油泵88。
[0184]
可由机械耦接到涡轴发动机的高压轴的专用电机pmg3 hp(也称为用于控制功能的专用发电机)来对电力分配子网络84供给。该电机pmg3 hp可以是永磁机(pmg，“permanent magnet generator，永磁发电机”的缩写)。这使得能够获得几乎恒定的v/f比，而不需要功率电子器件。永磁机pmg3 hp的有源部分可以与电机mg1 hp，mg2 hp位于同一外壳90内，如图1所示。
[0185]
电力分配子网络84可通过并联布置的一个或多个dc/ac电子功率转换器92来由电力分配子网络78供给。
[0186]
转换器92能以与涡轴发动机的高压轴的速度成比例的其它电压和频率特性来对电力分配子网络84供给。这使得能够实现直接连接到电力分配子网络84的负载的特定操作模式，特别是，针对某些马达泵类型的负载的独立于涡轴发动机的高压轴的速度的速度控制(可变速度或处于低速的恒定速度)。这也使得能够优化这些马达泵和相关系统的尺寸。
[0187]
替代性地，转换器92能以“恒定v/f”特性对电力分配子网络84供给，作为机电转换方案的冗余。这种冗余可提供与专用于控制功能的发电机所能够提供的标称水平相同的功率，或者性能降低水平的较低功率，但保证了涡轴发动机的充分的可操作性。
[0188]
隔绝和切断构件94(例如，双位置触头)使得能够在来自专用电机pmg3hp的供给和经由转换器92而来自电力分配子网络78的供给之间进行选择。具体地，隔绝和切断构件94被配置为从第一配置切换到第二配置，反之亦然，在第一配置，电力分配子网络84耦接到电
机pmg3 hp，以便由该电机对其供给，在第二配置，电力分配子网络84经由转换器92耦接到电力分配子网络78，以便由电力分配子网络78对其供给。在图1中，当从电机pmg3 hp对电力分配子网络84供给时，隔绝和切断构件94被示为处于常闭(nc)位置。当然，当从电力分配子网络78对电力分配子网络84供给时，隔绝和切断构件94可以处于常开(no)位置。隔绝和切断构件94可以安装在局部配电箱95中，如图1、7和8所示。
[0189]
隔绝和切断构件96可设置在电力分配子网络78和转换器92之间，以便实现或禁止电力分配子网络78和电力分配子网络84之间的连接。隔绝和切断构件96具有对电力分配子网络78，84进行重新配置和保护的功能。隔绝和切断构件96，100可以安装在局部配电箱97中，如图1、7和8所示。
[0190]
本发明主要针对双发动机飞行器的两个涡轴发动机中的一个进行了描述。当然，这些特征也适用于另外那个对称的涡轴发动机。
[0191]
本发明主要针对包括高压(hp)体和低压(bp)体的双体涡轮机进行了描述。当然，根据本发明的构架可集成到三体涡轮机中，三体涡轮机包括高压体、低压体和中压体。在三体涡轮机上，电机耦接到hp轴和bp轴上。