用于多转子旋翼飞行器的包括改进的DC/AC转换装置的混合动力推进系统的制作方法

本发明涉及用于多转子旋翼飞行器的混合动力推进系统，以及用于制造这种混合动力推进系统的方法。

背景技术：

从现有背景技术中，已知一种用于多转子旋翼飞行器的混合动力推进系统，包括：

-内燃机和耦合到内燃机的发电机，使得在使用中，内燃机驱动发电机，

-连接到发电机的整流器，用于将由发电机输送的交流电转换成直流电，用于将直流电转换成交流电的装置，以及将整流器连接到转换装置的电网，

-连接到转换装置的电动机，使得在使用中，转换装置向第一电动机提供交流电，和

-耦合到电动机的螺旋桨，使得在使用中，电动机驱动螺旋桨。

特别地，转换装置包括分别连接到电动机的逆变器，以便为电动机提供交流电。

然而，这些推进系统具有相对较重的缺点。

技术实现要素：

特别地，本发明的目的是为该问题提供简单、经济和有效的解决方案。

为此，它为旋翼飞行器提供了一种混合动力推进系统，包括：

-内燃机和耦合到内燃机的发电机，使得在使用中，内燃机驱动发电机，

-连接到发电机的整流器，用于将由发电机输送的交流电转换成直流电，配置成将直流电转换成交流电的转换装置，以及将整流器连接到转换装置的电网，

-连接到转换装置的至少一个第一组的至少两个第一电动机，使得在使用中，转换装置向第一电动机提供交流电，和

-分别耦合到第一电动机的螺旋桨，使得在使用中，第一电动机驱动螺旋桨。

根据本发明，转换装置包括第一逆变器，所述逆变器配置成并联向第一电动机供电。

因此，本发明的主要原理在于借助于同一逆变器将旋翼飞行器的混合动力推进系统的若干电动机的电源连接在一起。

因此，本发明允许相对于已知的混合动力推进系统的重量减轻，一方面，通过减少逆变器的数量，并且还通过减少cem过滤器的数量和重量。

此外，通过同一逆变器的多个电动机的电源使得能够优化这些电动机的同步。这使得混合动力推进系统的升力得以改善。

优选地，由第一逆变器供电的第一电动机的数量为两个。

在本发明的一些实施方式中，耦合到第一电动机的螺旋桨是两个同轴对转螺旋桨。

在本发明的一个优选实施方式中，混合动力推进系统包括至少一个其他组的至少两个其他电动机，以及分别连接到这些其他电动机的其它螺旋桨，并且，转换装置包括用于其他组的其他电动机或每个其他组的其他电动机的另外的相应的逆变器，所述另外的相应的逆变器配置成并联向其他相应的电动机供电。

在这种情况下，有利地，第一电动机和其他电动机具有以下固有特性：对于第一组和其他组或每个其他组中的任何一组的电动机计算的固有特性的方差，低于对于所有第一电动机和其他电动机计算的所述固有特性的方差。

所考虑的固有特性优选是电或电磁特性，诸如定子电阻、同步电感和转子磁通。

优选地，混合动力推进系统还包括与发电机并联连接到电网的能量存储单元。

本发明还涉及一种多转子旋翼飞行器，其包括上述类型的混合动力推进系统。

本发明还涉及一种用于制造上述类型的混合动力推进系统的方法，其包括至少以下各个步骤：

-提供多个电动机、螺旋桨、内燃机、发电机、整流器、电网和第一逆变器；

-将发电机耦合到内燃机；

-将整流器连接到发电机；

-借助于电网将第一逆变器连接到整流器；

-在多个电动机中选择第一组的至少两个第一电动机；

-将第一电动机与第一逆变器并联连接；

-将螺旋桨的至少一部分耦合到第一电动机。

在本发明的优选实施方式中，该方法还包括以下各个步骤：

-在多个电动机中选择至少一个其他组的至少两个其他电动机；

-为其他组的其他电动机或每个其他组的其他电动机提供相应的另外的逆变器；

-将其他组的其他电动机或每个其他组的其他电动机与相应的另外的逆变器并联连接。

优选地，选择第一电动机和其他电动机以便使，对于第一组和其他组或每个其他组中的任何一组的电动机计算的固有特性的方差，低于对于所有第一电动机和其他电动机计算的所述固有特性的方差。

附图说明

通过阅读通过非限制性示例的以下说明并参考附图，将更好地理解本发明和进一步的细节，其优点和特征将显现：

-图1是根据本发明优选实施方式的多转子旋翼飞行器的示意俯视图；

-图2是装备图1的飞行器的混合动力推进系统的局部示意图；

-图3是图2的混合动力推进系统的一部分的示意图，特别示出了属于该系统的逆变器和两个电动机。

具体实施方式

图1示出了旋翼飞行器10，例如八旋翼飞行器，其类型包括四对12、14、16、18的对转螺旋桨12a、12b、14a、14b、16a、16b、18a、18b。

通常，这些螺旋桨分别耦合到电动机(图1中不可见)，因此电动机可旋转地驱动螺旋桨。这些电动机本身通过由诸如涡轮机的内燃机22驱动的发电机20供应电能。发电机20和电动机之间的连接在相对高压下以直流电运行，以改善电源稳定性和功率管理。为此，整流器确保由发电机20输送的交流电转换成直流电，而转换装置确保将该直流电转换成用于电动机的交流电，这将在下文更清楚地显示。发电机20和直流电动机之间的连接特别有利，因为发电机20以恒定速率运行，因此可以在转换后具有稳定的直流电压。

优选地，还提供能量存储单元26，以通过以本身已知的方式完成或替代发电机20来临时供应电动机。能量存储单元26例如是电化学类型，但也可以是静电(电容)或机械类型。

在这种情况下，上述直流连接具有另一个优点，因为这种连接一方面提供了一种简单的方式将发电机20和能量存储单元26连接，另一方面，将发电机20和能量存储单元26连接到电动机。

可替代地，能量存储单元26可以通过斩波器(也称为直流-直流转换器)连接到系统的其余部分，使得尤其可以确保能量存储单元26的适当再充电，并且还确保如果能量存储单元26失效电气系统的冗余。

所有这些元件形成混合动力推进系统30，现在将参考图2进一步详细描述。

因此，混合动力推进系统30包括内燃机22和发电机20。后者通常包括耦合到内燃机22的输出轴32的转子，输出轴32诸如自由或连接的涡轮机的轴。

发电机20的电输出端连接到整流器34的输入端，以将由发电机20提供的交流电ac转换成直流电dc。

整流器34的输出端借助于电网44并联连接到转换装置的相应输入端，即第一逆变器36、第二逆变器38、第三逆变器40和第四逆变器42，用于再转换直流电dc为交流电ac以供应电动机。

更确切地说，第一逆变器36具有与第一组46的两个第一电动机46a、46b并联连接的输出端，由此通过第一逆变器36供应交流电ac。

类似地，另外的逆变器38、40、42分别具有输出端，这些输出端分别与其他组48、50、52并联连接，每组包括另外两个相应的电动机48a、48b、50a、50b、52a、52b。

因此，混合动力推进系统30包括多个组，每个组具有两个电动机，并且配置成使得同一组的电动机通过同一相应逆变器供应电能。

每组的两个电动机46a-52b分别耦合到相应的对转螺旋桨对12-18的两个螺旋桨。

通过同一逆变器供应电动机使得混合动力推进系统的重量减小。

另外，这样的配置使得这些电动机因此由其驱动的螺旋桨适当地同步。这使得混合动力推进系统的升力得以改善，特别是在诸如图中所示系统的对转螺旋桨系统的情况下。

另一方面，能量存储单元26也并联连接到每个逆变器36-42。

电动机46a-52b都是相同类型的。然而，为了优化每组的两个电动机的联合控制和同步，电动机46a-52b分布在不同的组46-52中，以便使对于任何组46-52中的电动机计算的至少一个固有特性的方差，低于对于所有电动机46a-52b计算的所述固有特性的方差。换句话说，根据上述固有特性的值收集电动机，以使每组内该特性的值偏差最小化。

所考虑的固有特性优选是电特性或电磁特性，例如定子电阻、同步电感和转子磁通。

在本发明的优选实施方式中，电动机46a-52b是多相异步电动机。这些电动机可以是不同类型的，诸如感应电动机或可变磁阻电动机。

优选地，每组的两个电动机都是多转子单定子类型，这使得电动机的重量和体积能够减小，同时有助于最小化每组内的电动机的定子启动电阻器的变化。这尤其有利于使得同一组的两个电动机内的各自电流相等。

图3示出了第一逆变器36以及第一组两个电动机46a、46b的示例性配置。另外的逆变器38-42具有类似的配置。

如图3所示，第一逆变器36是桥式逆变器，其包括三个逆变器分支60、62、64，分别将三个交流电相66、68、70输送到两个第一电动机46a、46b中的每一个。第一逆变器36包括备用逆变器分支72，该备用逆变器分支72最初不起作用并且设置成在三个分支60、62、64中的一个失效时替换三个分支60、62、64中的一个。第一逆变器36通常还包括用于控制逆变器分支60、62、64的模块74和cem滤波模块76。

混合动力推进系统30可以借助于包括以下步骤的方法制造：

-提供电动机46a-52b、螺旋桨12a-18b、内燃机22、发电机20、整流器34、电网44，以及由第一逆变器36、第二逆变器38、第三逆变器40和第四逆变器42组成的转换装置；

-将发电机20耦合到内燃机22；

-将整流器34连接到发电机20；

-借助于电网44将每个逆变器36-42连接到整流器34；

-将电动机46a-52b分配成两个电动机的组，使得对于任何组中的电动机46-52计算的电动机的至少一个固有特性的方差，低于对于所有电动机46a-52b计算的所述固有特性的方差；

-将每组电动机并联连接到相应的逆变器36-42；

-将螺旋桨分别耦合到电动机46a-52b。

如上所述，本发明的一般原理在于借助于逆变器将多转子旋翼飞行器的混合动力推进系统的电动机的电源连接在一起。

在不脱离本发明的范围的情况下，该一般原理可以应用于混合动力推进系统的各种配置。

因此，螺旋桨的数量可以高于或低于8。例如在四转子型飞行器(有时称为四转子直升机)的情况下，螺旋桨的数量可以等于四。另外，由同一组的电动机驱动的螺旋桨可能不会采用同轴对转螺旋桨的配置。

逆变器的数量以及这些逆变器的类型也可以变化。

此外，由同一逆变器供电的电动机的数量可以高于两个。然而，希望该数量保持相对较低以保持推进构件的足够冗余，这种冗余对于确保飞行器安全是合乎需要的。

在其最一般的方面，根据本发明的混合动力推进系统因此包括至少一个逆变器和由该逆变器供应的至少两个电动机。