CN103814507B

CN103814507B - 用于旋转翼航空器或固定翼航空器的电磁功率传输装置

Info

Publication number: CN103814507B
Application number: CN201280043041.8A
Authority: CN
Inventors: 埃里克·尚特里奥克斯; 帕斯卡尔·克雷蒂安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-04
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2032-08-17
Also published as: US9810224B2; FR2979614A1; EP2769459B1; US20140248168A1; CA2847352A1; CN103814507A; IL231287A0; EP2769459A4; AU2012304248A1; CA2847352C; AU2012304248B2; WO2013029085A1; EP2769459A1; IL231287B; FR2979614B1

Abstract

本发明涉及由一个或多个旋翼及/或一个或多个螺旋桨组成的旋转翼航空器或固定翼航空器，借助于至少一个轴致使所述一个或多个旋翼及/或所述一个或多个螺旋桨旋转，所述航空器包括经配置以通过致使所述轴旋转而确保所述航空器的推进及/或上升的分布式电机单元，所述电机单元为直接连接到所述旋转轴的分布式电机单元，所述单元与所述轴之间未插置用于传输移动的机构，所述分布式电机单元由多个堆叠式电机元件构成，每一所述电机元件直接连接到所述旋转轴且由至少一个固定定子及至少一个移动转子组成，所述至少一个移动转子能够连接到所述旋转轴以便向其传输以下种类的机械功率，其中：·Pr=所述航空器的所述推进及/或所述上升所必需的标称机械功率，·Pim=能够由层级i上的所述电机元件递送到所述旋转轴的最大机械功率，举例来说，Pim<Pr，·Ki=层级i上的所述电机元件的功率减额，举例来说，0<ki<1，Ki为在时刻t可依据未损坏电机元件数目及/或依据所述航空器的所述推进及/或所述上升所必需的所述标称机械功率而调整的变量，n=构成所述分布式电机单元的电机元件的数目，举例来说，n>2，‑所述移动转子及所述旋转轴的旋转轴线为同轴的。

Description

用于旋转翼航空器或固定翼航空器的电磁功率传输装置

本申请案主张2011年9月4日申请的第1157828号法国申请案的优先权，所述法国申请案的内容被视为以引用的方式并入本文中。

说明书

技术领域

本发明针对于一种配备有由电机元件堆叠构成的分布式电机单元的旋转翼航空器或固定翼航空器，每一电机元件产生旋翼轴的旋转中设定所必需的总功率的一部分。

本发明涉及应用于具有固定翼的航空器(飞机)或具有旋转翼的航空器(直升机)的电磁功率传输装置的技术领域，而不管这些航空器是有人驾驶的还是无人驾驶的(举例来说：无人架驶飞机)。

背景技术

用于航空器的传统推进系统一股由热力发动机或涡轮轴发动机或涡轮风扇发动机及耦合到旋翼轴的机械减速齿轮组成。减速齿轮当前用于：

-直升机中，用于传输由一个或一个以上发动机或涡轮轴发动机产生的机械扭矩，从而驱动一个或一个以上旋翼(主旋翼或后旋翼)。此在旋翼轴上引起从高旋转速度(对于涡轮机，通常为30,000r/min)到低速度(对于普通直升机，在500r/min与300r/min之间的范围中)的变速。

-飞机中，用于发动机或涡轮轴发动机，从而驱动螺旋桨(或旋翼)。

应注意，在现代机器中安装的机械传输齿轮箱应能够在壳体断裂的情况下耐受30分钟的飞行而无需润滑，条件是飞行以减少的功率发生，此在最佳情况中涉及终止任务且在不幸地频繁的情况中涉及由于机械组合件在飞行中的过早瓦解而使航空器及其机务人员损失。耐受弹道式冲击的能力在操作现场是基本的。总的来说，航空器及其机务人员可能在机械减速齿轮出现故障的情况下损失。一股来说，所产生的结果是惨烈的。

先前在专利文件CA2.230.270(MARTEL)中揭示了一种准许在单个航空器中使用多个发动机的多机动轴。每一发动机均能够产生航空器的推进所必需的总功率的全部。此装置准许在发动机中的一者崩溃的情况下使用其余的发动机。然而，来自每一发动机的输出轴从螺旋桨轴偏移且复杂的滑轮与离合器系统确保能量的传送。此推进系统不仅需要相对大的物理大小(因为为了设想的冗余度，发动机组合件尺寸过大)，而且其并不在滑轮与离合器出现故障的情况下提供最优的安全性。

专利文件KR2004.0018612(KOREA AEROSPACE)描述了一种准许通过以下操作来改进机器的反应性的推进系统：借助推进控制器快速且准确地检测所述系统的状态。此系统包含：能量产生单元；发电机；电池组；由驾驶员操作的两个电机。所述电机不包含于分布式架构中，在所述分布式架构中每一电机产生航空器的推进所必需的总功率的一部分，所述电机中的每一者为完全独立的。此处，同样此推进系统并不在电机中的一者出现故障的情况下提供最优安全性。

专利文件US2009/0145998(SALYER)描述了一种用于航空器且特定来说用于直升机的混合推进系统。此系统包含：能量产生单元；发电机；电机，所述电机的转子与直升机的主旋翼同轴；电池组，其能够独立地为电机供电。在电机出现故障的情况下，将不再充分地保证航空器的安全性。

专利文件US5.054.716(WILSON)描述了一种用于“倾斜旋翼”类型的航空器的推进系统。单独电机与所述旋翼中的每一者相关联。传输机构准许所述旋翼以一方式彼此连接使得在电机中的一者出现故障的情况下，其余电机将能够向两个旋翼传输机械能。然而，在传输机构出现故障的情况下，将不再保证航空器的安全性。

文件DE102008014404(SWISS UAV GMBH)揭示一种无人类驾驶员的航空器，其包括混合设计的动力设施。内燃机驱动交流发电机从而产生电流。后者为电机供电，从而提供主动力设施及/或缓冲电池。还可给电机供应由缓冲电池提供的电流。在电机的轴与旋翼的旋转轴之间插置有由离合器及90。角齿轮单元构成的传输机构。在此传输机构出现故障的情况下，将不再保证航空器的安全性。

文件DE202008002249U1(DILL HANS DIETER)也揭示一种包括混合设计的动力设施(电机及内燃机)的航空器。在电机的轴与旋翼的旋转轴之间插置有由齿轮构成的传输机构。在此传输机构出现故障的情况下，将不再保证航空器的安全性。

本文中对专利文件或作为现有技术给出的其它材料的参考不应被视为承认在权利要求中的任一项的优先权日期时所述文件或材料为已知的或其所含有的信息为常见一股知识的部分。

鉴于这种情况，本发明的一方面是增加传输组合件的可靠性，同时减小其物理大小、重量及维护成本。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种用于由一个或多个旋翼及/或一个或多个螺旋桨组成的旋转翼航空器或固定翼航空器的推进装置，通过至少一个轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)致使所述至少一个旋翼及/或所述一个或一个以上螺旋桨以可变或恒定速度旋转，所述推进装置包含经配置以通过致使所述轴旋转而确保所述航空器的推进及/或上升的分布式电机单元(GEMD)，其中：

-所述电机单元(GEMD)由直接连接到所述旋转轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)的分布式电机元件(Ee1、Ee2、…、Een)组成，其中所述电机元件与所述轴之间未插置用于传输移动的机构，

-所述电机元件(Ee1、Ee2、…、Een)彼此物理分离，且所述电机元件中的每一者被插入到专用外壳中，

-所述分布式电机单元(GEMD)包括：多个堆叠式电机元件(Ee1、Ee2、…、Een)，每一电机元件直接连接到所述旋转轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)；至少一个定子；及至少一个转子，其能够连接到所述旋转轴以便根据以下方程式向其传输机械功率：

Pγ = Σ_{i = 1}^{n} K_{i} \cdot P_{im}

其中：

·Pr表示所述航空器的所述推进及/或所述上升所必需的标称机械功率，

·Pim表示能够由层级i上的电机元件递送到所述轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)的最大机械功率，其中Pim<Pr，

·Ki表示层级i上的所述电机元件的功率减额，其中0<ki<1，Ki为在时刻t可依据有效电机元件数目及/或依据所述航空器的所述推进及/或所述上升所必需的所述标称机械功率(Pr)而调整的变量，

·n表示构成所述分布式电机单元(GEMD)的电机元件的数目，其中n>2，

-所述移动转子(Rt)及所述轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)的旋转轴线为同轴的。

鉴于所述分布式电机单元与旋转轴直接连接，使用至今的传输机构被完全消除且特定来说是电机元件与旋转轴或螺旋桨之间的任何形式的角齿轮单元或齿轮装置，借此相对于从现有技术中熟悉的发动机单元减小物理大小且显著地增加传输链的可靠性。此外，电机元件的堆叠式架构使得可在对所述元件中的一者或一者以上造成损坏的情况下通过重新指派由未损坏电机元件供应的功率而继续以完全的安全性向所述旋转轴传输充足功率。类似地，审慎地对电机元件定尺寸避免了所有的尺寸过大且准许实现最优的功率重量比。耐受弹道式冲击的能力在操作现场为基本的，且本发明提供此改进。

所述电机元件可经定尺寸使得能够共同地递送所述航空器的所述推进及/或上升所必需的所述标称机械功率的所述电机元件的最小数目“Nmin”为，其中，Nmin>2。

电子控制单元可以一方式与用于连续控制每一电机元件的完整性的构件相关联，使得在一个或一个以上电机元件出现故障的情况下，所述电子控制单元将发出既定用于未损坏电机元件的设定点，从而使得能够通过以下操作实时地以线性方式重新配置由所述未损坏电机元件中的每一者递送的功率：修改所述变量“Ki”使得所述分布式电机单元继续向所述旋转轴传输足以用于所述航空器的所述推进及/或所述上升的水平的功率。

所述电机元件的全部或部分可经定尺寸使得每一者向所述旋转轴递送不同的最大机械功率Pim，针对所述电机元件中的每一者，所述功率减额因数Ki为不同的。

在变体实施例中，所有所述电机元件经定尺寸使得每一者向所述旋转轴递送相同的最大机械功率Pim，针对所述电机元件中的每一者，所述功率减额因数Ki为相同的。

根据本发明的另一实施例，电机元件的堆叠由不同于或等于转子的数目的数目个定子组成。

在一实施例中，所述推进装置由以下各项组成：

-能量产生单元，其既定用以产生电能，所述能量产生单元与用于分布所述能量的构件相关联，

-用于存储由所述产生单元产生的所述电能的构件，

-经由功率控制器以如下方式给所述分布式电机单元供应电能：

o通过所述用于存储电能的构件，

o及/或通过所述产生单元。

所述用于存储电能的构件可有利地由电池组及/或超级电容器及/或任何其它构件构成。

所述电能产生单元优选地由以下各项中的一者构成：

热化学发电机，

热电发电机，

放射性同位素发电机，

燃料电池，

配备有内部线性或旋转发电机或操作外部发电机的涡轮轴发动机、内燃机。

电子控制单元可经配置以依据所述航空器的功率要求而控制所述分布式电机单元的操作点。

所述推进装置可由经配置以控制向所述分布式电机单元的所述供电的电子控制单元组成，所述控制单元包括含有以下各项的程序：

-用于给所述分布式电机单元唯一地供应由所述产生单元产生的所述电能的指令，

-用于给所述分布式电机单元唯一地供应存储于所述存储构件中的所述电能的指令，

-用于通过组合由所述产生单元产生的所述电能与存储于所述存储构件中的所述电能来向所述分布式电机单元供电的指令。

根据本发明的又一实施例，所述推进装置可由以下各项组成：

-用于控制所述产生单元的操作状态的构件，

-电子控制单元，其经配置以控制向所述分布式电机单元的所述供电，所述控制单元包括含有用于在所述产生单元出现故障的情况下给所述分布式电机单元唯一地供应存储于所述存储构件中的所述电能的指令的程序。

所述推进装置还可包括经配置以控制向所述分布式电机单元的所述供电的电子控制单元，所述控制单元包括含有用于给所述电机单元唯一地供应存储于所述存储构件中的所述电能的指令及在适当的情况下用于同时停止所述产生单元的功能的指令的程序。为了抑制航空器的任何红外标志，此为特别有利的。

附图说明

通过参考附图阅读以下对优选实施例的描述将较容易地了解本发明的其它优点及特性，所述附图仅以实例的方式提供且不打算为限制性的，其中：

-图1描绘具有同轴旋翼的直升机中的根据本发明的用于分布式推进的推进装置的布置，

-图2描绘常规直升机的主旋翼及反扭矩尾部旋翼上的根据本发明的用于分布式推进的两个推进装置的布置，

-图3是根据A-A的截面视图，其展示图2中的直升机的反扭矩尾部旋翼的层级处的分布式电机单元的布置，

-图4描绘固定翼航空器中的根据本发明的用于分布式推进的推进装置的布置，

-图5描述常规直升机的主旋翼上的根据本发明的分布式电机单元的连接，

-图6是图5的放大比例的视图，其详述根据本发明的电机元件的一个架构，

-图7是图5的放大比例的视图，其详述根据本发明的电机元件的另一架构。

在各图中，双箭头表示功率，且单箭头表示所交换数据。

具体实施方式

根据本发明的推进装置在应用于具有旋转翼的航空器(直升机)或具有固定翼的航空器(飞机)时主要适用于冗余分布式电推进，而不管所述航空器是有人驾驶的还是无人驾驶的(无人驾驶飞机)，所述航空器由通过至少一个轴而被致使旋转的一个或多个螺旋桨及/或一个或多个旋翼组成。

根据本发明，电机单元GEMD致使至少一个旋翼轴以可变或恒定速度旋转。在图1中所展示的实例中，电机单元GEMD致使直升机的两个同轴旋翼Rp1、Rp2旋转。在图2及3中所展示的实例中，电机单元GEMD1致使直升机的主旋翼Rp旋转，且另一电机单元GEMD2致使反扭矩尾部旋翼(RAC)旋转。在图4中所展示的实例中，电机单元GEMD致使其上安装同轴螺旋桨H的轴旋转。

根据本发明，电机单元GEMD为分布式电机单元，也就是说，其由多个单一式电机元件Ee1、Ee2、…、Een组成，每一电机元件能够产生致使轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H旋转所必需的总功率的一部分。在本发明的上下文中使用表达“电机元件”来表示能够将电能变换成机械能的实体。举例来说，此实体可为将固定部分(定子)及移动部分(转子+自由轮)集成到其结构中的电机。实际上，定子含有绕组，且电机含有多个磁极。为了优化分布式电机单元GEMD的物理大小及重量，固定部分(定子)的数目可不同于或等于移动部分(转子+自由轮)的数目。举例来说，用于图1及4中所展示的种类的同轴旋翼或螺旋桨的分布式电机单元GEMD可由若干电机元件组成，每一电机元件共享共同定子及两个转子以使输出在同轴的轴上。

电机元件Ee1、Ee2、…、Een以一方式彼此上下地平行堆叠(图1及2)或并排堆叠(图3及4)，以便获得多级组合件。特别参考图5，这些电机元件Ee1、Ee2、…、Een直接集成到电机群组GEMD的结构中。后者与旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H直接接触，且在所述单元与所述轴之间未插置特定来说呈任何角齿轮单元或齿轮装置形式的用于传输移动的机构。

参考图5到7，每一电机元件Ee1、Ee2、…、Een直接连接到旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H且由至少一个固定定子St及至少一个移动转子Rt组成，所述至少一个移动转子Rt能够连接到所述旋转轴以便向其传输机械功率。每一电机元件Ee1、Ee2、…、Een优选地包括至少一个机械或电磁自由轮R1。后者有利地直接集成到电机元件Ee1、Ee2、…、Een的结构中。因此，自由轮R1并不布置于分布式电机单元GEMD外侧，而是直接集成到后者中，借此减小其物理大小。

每一自由轮R1由与移动转子Rt直接接触的一个部分及与旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H直接接触的一个部分组成。在机械自由轮的情况中，棘爪、滚动元件或凸轮准许对旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H的旋转驱动的暂时中断，不过，所述旋转轴可继续自由旋转。电磁自由轮由感应电机组成，在不存在电激励的情况下，所述感应电机准许对旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H的旋转驱动的暂时中断，同时给其提供自由旋转的可能性。

在正常操作中，每一移动转子Rt因此能够以一方式与自由轮R1协作以便连接到旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H，以便向其传输机械功率。另一方面，在电机元件Ee1、Ee2、…、Een出现故障的情况下，自由轮R1将转子Rt与旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H切断连接。此在定子St的绕组中的短路的情况中为特别有利的，所述短路能够引起转子的极猛烈的感应制动。

自由轮R1可处于和其与之相关联的移动转子Rt相同的平面P中(图6)或处于平行于所述转子的平面P2的另一平面P1中(图7)。在第一情况中，减小了电机单元GEMD的纵向物理大小。在第二情况中，减小了电机单元GEMD的径向物理大小。

在附图中，分布式电机单元GEMD由八个电机元件(n=8)构成，但可依据必须产生的总功率及/或依据每一元件的单位功率输出而提供更大或更小的数目。总产生功率可从数千瓦(举例来说，为了致使尾部旋翼旋转)到数千千瓦(举例来说，为了致使具有同轴螺旋桨及/或旋翼的飞机的推进系统旋转)变化。

为了避免电机单元GEMD的任何尺寸过大(此将因增加在航空器中运载的有效负载而具有不利效应)，电机元件并非在任何情形下均能够单独地提供所述航空器的推进及/或上升所必需的功率。另一方面，每一电机元件Ee1、Ee2、…、Een在旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H上产生以下种类的机械功率：

Pγ = Σ_{i = 1}^{n} K_{i} \cdot P_{im}

其中：

·Pr表示所述航空器的推进及/或上升所必需的标称机械功率，

·Pim表示能够由层级i上的电机元件递送到旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H的最大机械功率，其中Pim<Pr，

·Ki表示层级i上的电机元件的功率减额，举例来说，0<ki<1，Ki为在时刻t可依据有效电机元件数目及/或依据所述航空器的推进及/或上升所必需的标称机械功率Pr而调整的变量，

·n表示构成分布式电机单元GEMD的未损坏电机元件的数目，举例来说，n>2且优选地n=5，对于此数目的电机元件，电机单元中的振动受到严格限制。

更具体来说，电机元件Ee1、Ee2、…、Een以一方式定尺寸使得能够共同地递送所述航空器的推进及/或上升所必需的标称机械功率Pr的所述元件的最小数目“Nmin”为(举例来说)Nmin>2。然而，电机元件不能够以与航空器的重量及其所要求的功率约束一致的方式独立地供应标称机械功率Pr。

电机元件Ee1、Ee2、…、Een的全部或部分可各自经定尺寸以向旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H递送不同的最大机械功率Pim。举例来说，可将能够递送最高水平的机械功率的那些电机元件布置于电机单元GEMD的一个末端处且将递送最低水平的机械功率的那些电机元件布置于另一末端处。此“圆锥形”配置确保对电机元件Ee1、Ee2、…、Een的较好冷却。在此情况中，针对所述电机元件Ee1、Ee2、…、Een中的每一者，功率减额因数Ki为不同的。

然而，所有电机元件可各自经定尺寸以向旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H递送相同的最大机械功率Pim。那么获得了“圆柱形”配置，其中机械功率在旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H上的分布为均匀的。在此情况中，针对所述电机元件中的每一者，减额因数Ki为相同的。

能够在旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H上产生的最大功率PM为：

PM = Σ_{i = 1}^{n} P_{im}

以如下形式来表达功率余量P_f(>1)：

P_{f} = \frac{P_{2 m} + P_{2 m} + P_{3 m} + P_{4 m} + \cdot \cdot \cdot + P_{nm}}{k_{2} \cdot P_{2 m} + k_{2} \cdot P_{2 m} + k_{2} \cdot P_{3 m} + k_{4} \cdot P_{4 m} + \cdot \cdot \cdot k_{n} \cdot k_{nm}}

对于其中所有电机元件Ee1、Ee2、…、Een均相同的特殊情况，假定K1=K2=…=Kn=K

则获得：

P_{f} = \frac{1}{k}

能够在旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H上的标称功率Pr不减小的情况下失效的电机元件Ee1、Ee2、…、Een的最大数目“Nm”为：

\begin{matrix} N_{m} = \frac{(P_{1 m} + P_{2 m} + P_{3 m} + P_{4 m} + \cdot \cdot \cdot P_{nm}) - k \cdot (P_{1 m} + P_{2 m} - P_{3 m} + P_{4 m} + \cdot \cdot \cdot + P_{nm})}{P_{nm}} \end{matrix}

N_{m} \frac{P_{γ} \cdot (P_{f} - 1)}{P_{nm}}

其中Nm为除零之外的自然整数。

电机元件Ee1、Ee2、…、Een可彼此物理分离及绝缘(机械隔离)及/或彼此电分离及绝缘(电隔离)。对于机械隔离，可(举例来说)将每一电机元件插入到专用外壳(或箱子或用英语说“casing(壳体)”)。对于电隔离，可(举例来说)将一个或多个离散绕组提供于相同铁磁芯上。举例来说，此类型的隔离为分布式电机单元GEMD提供对由火灾导致的能够影响电机元件的后续损坏的效应的特定回弹性。

分布式电机单元GEMD由电子控制单元UG控制。后者由通常配备有一个或多个数字或模拟处理器的或多或少复杂的电子器件系统组成，所述处理器经配置以执行一个或一个以上程序、子程序、微程序或所有其它等效类型的软件以便控制分布式电机单元GEMD的操作且更一股来说作为本发明的目标的装置的操作。特定来说，控制单元UG准许电机元件Ee1、Ee2、…、Een彼此同步。

控制单元UG优选地与用于连续控制每一电机元件Ee1、Ee2、…、Een的完整性的构件相关联。举例来说，所述控制构件可由一组传感器组成，所述传感器以内在方式集成到每一电机元件中且(举例来说)经配置以检测转子的旋转及角度、向定子的电供应、扭矩及/或所产生功率等。在一个或多个最初作用的电机元件Ee1、Ee2、…、Een出现故障的情况下，控制单元UG因此经配置以发出使得能够实时地重新配置所有所述元件联合地递送的功率的设定点。举例来说，在正常操作期间，电机元件的仅一部分(举例来说：Ee1到Ee6)可足以向旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H传输所必需的功率。在电机元件(举例来说：Ee5及Ee6)出现故障的情况下，控制单元UG瞬间使其它储备电机元件(举例来说：Ee7及Ee8)投入运行以便使得分布式电机单元GEMD能够继续向旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H传输充足功率。

在一个或多个最初作用的电机元件Ee1、Ee2、…、Een出现故障的情况下，控制单元UG优选地经配置以发出既定用于其它未损坏电机元件的设定点，从而使得能够通过以下操作实时地以线性方式重新配置由所述未损坏电机元件中的每一者递送的功率：以一方式修改变量“Ki”使得分布式电机单元GEMD继续向旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H传输充足功率。举例来说，在正常操作中，所有电机元件(举例来说：Ee1到Ee8)各自以一方式提供其最大功率的一部分使得所述分布式电机单元向旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H传输标称功率。在电机元件(举例来说：Ee5及Ee6)出现故障的情况下，控制单元UG通过增加减额值Ki重新配置由仍未损坏的每一电机元件(举例来说：Ee1、Ee2、Ee3、Ee4、Ee7及Ee8)递送的功率以便使得分布式电机单元GEMD能够继续向旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H传输充足功率。在最初已使八个电机元件投入运行的情况下且在两个电机元件出现故障的情况下，其余的六个未损坏电机元件将递送其在故障之前原本将供应的功率的1.33倍。

此外，可调制每一电机元件Ee1、Ee2、…、Een上的功率的分布以便优化热性能及热耗散。电机元件Ee1、Ee2、…、Een未必均为相同大小，且其未必供应相同功率。

因此，电机单元GEMD具有为分布式、冗余、自调整的且在航空器的情况中可在飞行中配置的结构，借此提供对多个故障及由多个弹道式冲击或由火灾导致的后续损坏的效应的高回弹性。

控制单元UG依据航空器的功率要求而控制分布式电机单元GEMD的操作点。特定来说，控制单元UG可致使每一电机元件Ee1、Ee2、…、Een的扭矩或旋转速度依据航空器的功率要求而变化。举例来说，在电机元件出现故障的情况下且如果无其它储备电机元件可用，那么控制单元UG可发出设定点以便增加仍在运行中的那些电机元件的扭矩或旋转速度，以便使得分布式电机单元GEMD能够继续向旋转轴Rp1、Rp2、Rp、RAC、H传输充足功率。

参考附图，航空器包括用于产生电能的电能产生单元GG。此产生单元GG可由以下各项构成：热化学发电机、热电发电机(珀尔帖或其它)、放射性同位素(核)发电机、燃料电池、配备有内部发电机或驱动外部发电机的涡轮轴发动机或内燃机。通常，此能量产生单元GG与用于分布由其产生的电能的构件相关联。此构件可由视情况由控制单元UG控制的或多或少复杂的电子器件系统组成。

由产生单元GG产生的电能可暂时存储于存储构件BATT中。实际上，后者可由电池组及/或超级电容器及/或任何其它具有其自身的电子控制与调节系统的类似构件(举例来说，磁轴承上的飞轮)组成。超级电容器为具有异常高容量(通常在一百或甚至数千法拉以上)的电容器。这些组件的存在归因于最近对具有高介电常数的材料的发现。不同于电池，超级电容器能够极快速的供应极高强度。在直升机的情况中，在自旋阶段期间，分布式电机单元GEMD可充当发电机，借此准许对电池及/或超导体进行再充电同时调节一个或一个以上主旋翼Rp1、Rp2、Rp的旋转速度。

由控制单元UG集成或操作的功率控制器准许控制向分布式电机单元GEMD的电能供应。此电能可起源于存储构件BATT及/或起源于产生单元GG。因此，控制单元UG经配置以经由功率控制器管理向分布式电机单元GEMD的供电。实际上，控制单元UG包括含有用于如下向分布式电机单元GEMD供电的指令的程序：

-唯一地供应由产生单元GG产生的电能(此电能的一部分可或可不被同时引导到存储构件BATT)；

-唯一地供应存储于存储构件BATT中的电能：

-或通过组合由产生单元GG产生的电能与存储于存储构件BATT中的电能(以便对(举例来说)在起飞阶段期间的瞬时高功率需求做出响应)。此组合导致相对于常规航空器对推进系统的重量的显著减少。

产生单元GG优选地与准许控制其操作状态的构件相关联。实际上，所述构件呈集成于所述单元中且准许对各种操作参数的连续控制的一个或多个传感器的形式。如果产生单元GG由于机械、燃烧及/或弹道式损坏而出故障或有缺陷，那么控制单元GG将瞬间发出用于给分布式电机单元GEMD供应存储于存储构件BATT中的电能的指令。在直升机的情况中，在产生单元GG出现故障的情况下，存储于存储构件BATT中的能量可因此准许动力着陆及悬停的可能性，这不同于配备有常规推进系统的直升机。所产生的发动机故障及自旋不再为紧急情况。

产生单元GG可在特定情况中(特定来说在其中其包括内燃机的情况中)产生特定量的热，借此为航空器或发动机产生接着可通过标准频谱分析方法检测的红外标志。为了采用隐形模式(不具有红外标志，即在操作现场必不可少的隐形分量)，控制单元UG适于发出用于给分布式电机单元GEMD唯一地供应存储于存储构件BATT中的电能的指令及用于同时停止产生单元GG的操作的指令。

在本说明书中使用术语“包括(comprise、comprises、comprised或comprising)”之处，应将其解释为指定所陈述特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整数、步骤或组件或其群组的存在。

Claims

1.一种包括推进装置的旋转翼航空器或固定翼航空器，所述航空器由一个或多个旋翼及/或一个或多个螺旋桨组成，通过至少一个轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)致使所述至少一个旋翼及/或所述一个或多个螺旋桨以可变或恒定速度旋转，所述推进装置包含经配置以通过致使所述轴旋转而确保所述航空器的推进及/或上升的分布式电机单元(GEMD)，其中：

所述电机单元(GEMD)由直接连接到所述旋转轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)的分布式电机元件(Ee1、Ee2、…、Een)组成，其中所述电机元件与所述轴之间未插置用于传输移动的机构，

所述电机元件(Ee1、Ee2、…、Een)彼此物理分离，且所述电机元件中的每一者被插入到专用外壳中，

所述分布式电机单元(GEMD)包括：多个堆叠式电机元件(Ee1、Ee2、…、Een)，每一电机元件直接连接到所述旋转轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)；至少一个定子；及至少一个转子，其能够连接到所述旋转轴以便根据以下方程式向其传输机械功率：

\Pr = Σ_{i = 1}^{n} K_{i} . P_{i m}

其中：

Pr表示所述航空器的所述推进及/或所述上升所必需的标称机械功率，

Pim表示能够由层级i上的所述电机元件递送到所述轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)的最大机械功率，其中Pim＜Pr，

Ki表示层级i上的所述电机元件的功率减额，其中0≤ki≤1，Ki为在时刻t可依据有效电机元件数目及/或依据所述航空器的所述推进及/或所述上升所必需的所述标称机械功率(Pr)而调整的变量，

n表示构成所述分布式电机单元(GEMD)的电机元件的数目，其中n≥2，

移动转子(Rt)及所述轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)的旋转轴线为同轴的。

2.根据权利要求1所述的航空器，其中所述电机元件经定尺寸使得能够共同地递送所述航空器的推进及/或上升所必需的所述标称机械功率(Pr)的电机元件的最小数目“Nmin”为Nmin≥2。

3.根据权利要求1或2所述的航空器，其中电子控制单元(UG)与用于连续控制每一电机元件(Ee1、Ee2、…、Een)的完整性的构件相关联，使得在一个或一个以上电机元件(Ee1、Ee2、…、Een)出现故障的情况下，所述控制单元发出既定用于未损坏电机元件的设定点，从而使得能够通过以下操作实时地以线性方式重新配置由所述未损坏电机元件中的每一者递送的功率：修改所述变量“Ki”使得所述分布式电机单元(GEMD)继续向所述旋转轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)传输足以用于所述航空器的所述推进及/或所述上升的水平的功率。

4.根据权利要求1或2所述的航空器，其中所述电机元件中的一者或一者以上经定尺寸以向所述旋转轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)递送不同的最大机械功率Pim，针对所述电机元件中的每一者，所述功率减额因数Ki为不同的。

5.根据权利要求1或2所述的航空器，其中所有所述电机元件经定尺寸以向所述旋转轴(Rp1、Rp2、Rp、RAC、H)递送不同的最大机械功率Pim，针对所述电机元件中的每一者，所述功率减额因数Ki为相同的。

6.根据权利要求1或2所述的航空器，其中所述堆叠式电机元件(Ee1、Ee2、…、Een)由不同于转子(Rt)的数目的数目个定子(St)组成。

7.根据权利要求1或2所述的航空器，其中所述堆叠式电机元件(Ee1、Ee2、…、Een)由等于转子(Rt)的数目的数目个定子(St)组成。

8.根据权利要求1或2所述的航空器，其中所述推进装置由以下各项组成：

能量产生单元(GG)，其既定用以产生电能，所述能量产生单元与用于分布所述能量的构件相关联，

用于存储由所述能量产生单元(GG)产生的所述电能的构件(BATT)，

经由功率控制器以如下方式给所述分布式电机单元(GEMD)供应电能：

通过所述用于存储电能的构件(BATT)，

及/或通过所述能量产生单元(GG)。

9.根据权利要求8所述的航空器，其中所述用于存储电能的构件(BATT)由电池组及/或超级电容器构成。

10.根据权利要求8所述的航空器，其中所述能量产生单元(GG)由以下各项中的一者构成：

热化学发电机，

热电发电机，

放射性同位素发电机，

燃料电池，

配备有内部发电机或驱动外部发电机的涡轮轴发动机或内燃机。

11.根据权利要求8所述的航空器，其中电子控制单元(UG)经配置以依据所述航空器的功率要求而控制所述分布式电机单元(GEMD)的操作点。

12.根据权利要求9所述的航空器，其中所述推进装置由经配置以控制向所述分布式电机单元(GEMD)的供电的电子控制单元(UG)组成，所述控制单元包括含有以下各项的程序：

用于给所述分布式电机单元(GEMD)唯一地供应由所述能量产生单元(GG)产生的所述电能的指令，

用于给所述分布式电机单元(GEMD)唯一地供应存储于所述存储构件(BATT)中的所述电能的指令，

用于通过组合由所述能量产生单元(GG)产生的所述电能与存储于所述存储构件(BATT)中的所述电能来给所述分布式电机单元(GEMD)供电的指令。

13.根据权利要求8所述的航空器，其中所述推进装置由以下各项组成：

用于控制所述能量产生单元(GG)的操作状态的构件，

电子控制单元(UG)，其经配置以控制向所述分布式电机单元(GEMD)供应电能，所述控制单元包括含有用于在所述能量产生单元(GG)出现故障的情况下给所述分布式电机单元唯一地供应存储于所述存储构件(BATT)中的所述电能的指令的程序。

14.根据权利要求8所述的航空器，其中所述推进装置由经配置以控制向所述分布式电机单元(GEMD)的供电的电子控制单元(UG)组成，所述控制单元包括含有用于给所述电机单元唯一地供应存储于所述存储构件(BATT)中的所述电能的指令及用于同时停止所述能量产生单元(GG)的功能的指令的程序。