JP7374203B2

JP7374203B2 - ハイブリッド電気推進アーキテクチャおよびそのようなアーキテクチャにおいて電気エネルギを散逸させるための方法

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Publication number: JP7374203B2
Application number: JP2021549542A
Authority: JP
Inventors: クロノウスキー，トマ; バラコ，トマ; セルギンヌ，キャメル
Original assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Current assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2023-11-06
Anticipated expiration: 2040-02-24
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Description

本発明は、マルチロータ回転翼航空機のためのハイブリッド電気推進アーキテクチャ、そのようなハイブリッド電気推進アーキテクチャを備える航空機、およびそのようなハイブリッド電気推進アーキテクチャにおいて電気エネルギを散逸させるための方法に関する。

先行技術は、特に、仏国特許出願公開第３０５６５５５号明細書、米国特許出願公開第２０１８／１６２３７９号明細書、米国特許出願公開第２０１６／０７０２６６号明細書、独国特許出願公開第１０２０１００３１５４０号明細書および欧州特許出願公開第２６８４７９８号明細書を含む。

先行技術から、一般に直列ハイブリダイゼーションと呼ばれる、熱電発電との航空機のハイブリッド推進アーキテクチャが知られている。

図１に示されるように、ハイブリッド推進アーキテクチャ１０は、一般に、
－内燃機関１２と、
－動作中に内燃機関１２が発電機１４を駆動するように内燃機関に結合された発電機１４と、
－発電機１４に接続され、発電機１４によって送達される交流を直流に変換するように構成された整流器１６と、
－直流を交流に変換するための手段１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄと、
－整流器１６を変換手段１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに接続する電気ネットワーク２０と、
－動作中に変換手段１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが電気モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに交流を供給するように、変換手段１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに接続された電気モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと、
－動作中に電気モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄがプロペラ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを駆動するように、電気モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに結合されたプロペラ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄと
を備える。

さらに、電気ネットワーク２０は、典型的には、高電圧直流（ＨＶＤＣ）バスを備える。

アーキテクチャ１０はまた、ＨＶＤＣバスからの過剰な電気エネルギを吸収するため、または過渡段階中に追加のエネルギを確保するために、例えばバッテリなどの貯蔵ユニット２６を備えることができる。特に、ＨＶＤＣバス上に電気エネルギの戻りがあるとき、貯蔵ユニット２６は、ＨＶＤＣバスの構成要素を保護するためにこの過剰な電気エネルギを吸収する。

このようなアーキテクチャでは、化石燃料源、内燃機関１２から、および機械－電気変換を介して、発電機１４によって、変換手段１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、電気モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、およびプロペラ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄから構成される電気推進チェーンは、回転する多翼によって航空機が飛行することを可能にする。

そのようなハイブリッド推進アーキテクチャを備える航空機はマルチロータであり、これは、航空機の制御性、例えば、制動、回避戦略、方向の変更、またはロータの傾斜に関して、従来の航空機と比較してさらなる自由度を提供することを可能にする。

しかしながら、そのようなアーキテクチャは、かなりの搭載質量を有し、搭載航空環境の特定の状況における電気的リスク管理を保証する必要がある。

実際に、このアーキテクチャは、電気ネットワーク２０のＨＶＤＣバスの良好な調整および良好な安定性を可能にするために、重くて大きい電気機器を必然的に統合しなければならない。

図１のハイブリッド推進アーキテクチャ１０はまた、電気ネットワーク２０のＨＶＤＣバス上にエネルギ回収システム２８を備える。エネルギ回収システム２８は、一般に、貯蔵ユニット２６が完全に充電されているとき、および過渡的ないわゆる「回生（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）」段階、すなわち、下流に位置する負荷から貯蔵ユニット２６および内燃機関１２に結合された発電機１４への電気エネルギの戻りがあるときに使用される。特に、これは、プロペラ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが制動し、ＨＶＤＣバス上の電気エネルギを拒絶するときに発生する。実際に、この電気エネルギの戻りは、推進モータとして知られる電気モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに生成される起電力がＨＶＤＣバスの電圧よりも大きく、変換手段１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの電流が可逆的であるときに発生する。エネルギ回収システムは、トランジスタなどの上流に位置する電子部品に保護を提供することを可能にする。エネルギ回収システム２８は、一般に、電気エネルギを熱エネルギに変換する電気抵抗器３０と、電圧ピークを吸収するのに有用な電圧閾値を設定することを可能にするチョッパ３２とからなる。したがって、このエネルギ回収システムは、発熱的に電気エネルギを散逸させることができるため、散逸回路である。

しかしながら、このシステムの質量は、比較的大きい可能性があり、散逸されるエネルギに依存する。

仏国特許出願公開第３０５６５５５号明細書米国特許出願公開第２０１８／１６２３７９号明細書米国特許出願公開第２０１６／０７０２６６号明細書独国特許出願公開第１０２０１００３１５４０号明細書欧州特許出願公開第２６８４７９８号明細書

本発明の目的は、これらの欠点の少なくともいくつかを改善することを可能にする解決策を提供することである。

特に、本発明は、従来技術のエネルギ回収システムの排除を可能にする電気エネルギ管理を提供する。したがって、本発明は、トランジスタなどの静的構成要素、およびフィルタリングまたはデカップリングコンデンサなどの受動構成要素の電圧の危険な上昇をもたらすＨＶＤＣバス上の電気エネルギの「オーバーフロー」を散逸させるために使用される電気機器を排除するために、ＨＶＤＣバスの電気エネルギを管理することによってハイブリッド推進アーキテクチャを軽量化することを提案する。

この目的のために、本発明は、マルチロータ回転翼航空機のためのハイブリッド電気推進アーキテクチャであって、
－内燃機関と、
－動作中に内燃機関が発電機を駆動するように内燃機関に結合された発電機と、
－発電機に接続され、発電機によって送達される交流を直流に変換するように構成された整流器と、
－直流を交流に変換するための手段と、
－整流器を変換手段に接続する電気ネットワークであって、高電圧直流（ＨＶＤＣ）バスを備える電気ネットワークと、
－発電機と並列に電気ネットワークに接続された電気エネルギ貯蔵手段と、
－動作中に変換手段が電気モータに交流を供給するように、変換手段に接続された電気モータと、
－動作中に電気モータがプロペラを駆動するように、電気モータに結合されたプロペラと
を備え、
アーキテクチャが、発電機がエンジン発電機であり、動作中に内燃機関が発電機を発電機モードで駆動すること、
電気ネットワークの高電圧直流バス上での電気エネルギの回生中に、貯蔵手段の充電状態に応じて、貯蔵手段が電気エネルギを回収するように構成されること、
電気ネットワークの高電圧直流バス上での電気エネルギの回生中に、貯蔵手段の充電状態に応じて、整流器が電気エネルギを回収するように構成されること、および
電気ネットワークの高電圧直流バス上での電気エネルギの回生中に、貯蔵手段の充電状態に応じて、動作中に発電機が電気エネルギを回収するように、発電機がモータモードで動作するように構成されることを特徴とする、アーキテクチャに関する。

有利には、本発明は、従来技術のエネルギ回収システムの抑制を可能にする電気エネルギシステムを可能にする。実際に、このアーキテクチャは、エネルギ回収システムを統合することなく、電気ネットワークのＨＶＤＣバスの良好な調整および良好な安定性を可能にする。したがって、本発明にかかるアーキテクチャの質量は最適化され、散逸される電気エネルギに依存しない。

特に、従来技術にかかるアーキテクチャとは異なり、本発明にかかるアーキテクチャは、抵抗散逸回路の形態のエネルギ回収システムを備えない。これは、有利には、そのような回路は一般に非常に重くてかさばる、本発明にかかるアーキテクチャの重量および体積を低減することを可能にする。

本発明の実施形態によれば、貯蔵手段の充電状態が６０％未満であるときに、貯蔵手段は、電気エネルギを回収するように構成され；貯蔵手段の充電状態が６０％から８０％の間であるときに、貯蔵手段および整流器は、電気エネルギを回収するように構成され；貯蔵手段の充電状態が８０％よりも大きいときに、モータモードで動作する発電機は、電気エネルギを回収するように構成される。

電気ネットワークは、双方向性とすることができる。換言すれば、電流は、例えば整流器から電気推進チェーンへ、またはその逆に、電気ネットワーク内で双方向に流れることができる。

変換手段は、１つ以上のインバータを備えることができる。

変換手段および整流器は、電流可逆式（ｃｕｒｒｅｎｔｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ）であるように構成されることができる。これは、有利には、必ずしも散逸回路を必要とせずに、ＨＶＤＣバス上の電力吸収を可能にする。

発電機は、同期電気機械とすることができる。あるいは、発電機は、非同期電気機械であってもよい。

内燃機関は、モータモードで動作する発電機によって回収された電気エネルギを消費するように構成されることができる。

本発明はまた、本発明にかかるハイブリッド電気推進アーキテクチャを備えるマルチロータ回転翼航空機に関する。

本発明はまた、本発明にかかるハイブリッド電気推進アーキテクチャにおいて電気エネルギを散逸させるための方法であって、
－電気ネットワークの高電圧直流バス上の電気エネルギの回生のステップと、
－貯蔵手段の充電状態の取得のステップと、
－電気ネットワークの高電圧直流バスからの回生電気エネルギの回収のステップであって、貯蔵手段の充電状態に応じて、
・電気ネットワークの高電圧直流バスからの回生電気エネルギの回収が貯蔵手段によって実行される、または
・電気ネットワークの高電圧直流バス上の回生電気エネルギの回収が、貯蔵手段および整流器によって実行される、または
・電気ネットワークの高電圧直流バス上の回生電気エネルギの回収が、モータモードで動作する発電機によって実行される、回収のステップと
を含む、方法に関する。

本発明の実施形態によれば、電気ネットワークの高電圧直流バス上の回生電気エネルギを回収するステップの間に、
・電気エネルギの回収が、貯蔵手段の充電状態が６０％未満であるときに、貯蔵手段によって実行され、
・電気エネルギの回収が、貯蔵手段の充電状態が６０％から８０％の間であるときに、貯蔵手段および整流器によって実行され、
・電気エネルギの回収が、貯蔵手段の充電状態が８０％よりも大きいときに、モータモードで動作する発電機によって実行される。

換言すれば、貯蔵手段の充電状態を取得するとき、貯蔵手段の充電状態が低い、例えば６０％未満であるときに、電気エネルギの回収は、貯蔵手段によって実行される。貯蔵手段の充電状態を取得するとき、貯蔵手段の充電状態が中間、例えば６０％から８０％の間であるときに、電気エネルギの回収は、貯蔵手段および整流器によって実行される。貯蔵手段の充電状態を取得するとき、貯蔵手段の充電状態が高い、例えば８０％を超えるとき、電気エネルギの回収は、モータモードで動作する発電機によって実行される。

本発明の一実施形態によれば、貯蔵手段の充電状態が８０％よりも大きいときに、モータモードで動作する発電機によって電気エネルギを回収するステップの前に、本方法は、電気モータのデフラキシング（ｄｅｆｌｕｘｉｎｇ）からなるステップを含む。これは、有利には、電気エネルギの直接的な再注入を回避することを可能にする。

本発明の一実施形態によれば、貯蔵手段の充電状態が８０％よりも大きいときに、モータモードで動作する発電機によって電気エネルギを回収するステップの前に、本方法は、整流器による電気エネルギの回収からなるステップを含む。

本発明の実施形態によれば、貯蔵手段の充電状態が８０％よりも大きいときに、モータモードで動作する発電機によって電気エネルギを回収するステップの前に、本方法は、電気ネットワークの高電圧直流バスの電圧の増加からなるステップを含む。これは、有利には、電気モータの起電力の増加を回避することを可能にする。

本発明は、非限定的な例として、添付の図面を参照して行われる以下の説明から、よりよく理解され、本発明の他の詳細、特徴および利点がより明らかになるであろう。

図１は、従来技術にかかる航空機のハイブリッド電気推進アーキテクチャを表している。図２は、本発明にかかる航空機のハイブリッド電気推進アーキテクチャを表している。図３は、本発明にかかるハイブリッド電気推進アーキテクチャにおいて電気エネルギを散逸させるための方法のフローチャートである。

異なる実現形態において同じ機能を有する要素は、図において同じ参照符号を有する。

図２は、本発明にかかるマルチロータ回転翼を有する、例えばヘリコプタまたは飛行機タイプの航空機のハイブリッド電気推進アーキテクチャ１００を表している。例えば、アーキテクチャ１００は、５０ｋＷから２０００ｋＷの間の搭載機械的動力を有する５０００ｋｇ未満の重量の航空機に統合されることができる。

例えば補助動力ユニット（ＡＰＵ）などのターボ機械などの内燃機関１１２は、発電機１１４に結合される。動作中、発電機１１４は、内燃機関１１２によって駆動される。

発電機１１４は、電動発電機であり、すなわち、発電機モードおよびモータモードの双方で動作するように適合されている。換言すれば、発電機１１４は、特に内燃機関１１２によって駆動されるとき、発電機モードで、またはモータモードで動作することができる。発電機１１４は、同期または非同期電気機械とすることができる。したがって、発電機１１４は、可逆電気機械である。発電機１１４は、双方向の機械－電気エネルギ変換、すなわち機械－電気変換および電気－機械変換を提供することを可能にする。発電機１１４は、多相電流、例えば図２に示すような三相電流を生成することができる。

発電機１１４に接続された内燃機関１１２のロータ軸の回転速度Ｎ１は、制御手段１０２（ＥＥＣＵ、電子エンジン制御ユニット）によって制御されることができる。これらの制御手段１０２は、発電機１１４の回転速度Ｎ１および周波数Ｎ１＊または各電気推進チェーンについての負荷Ω１＊、Ω２＊、Ω３＊、Ω４＊の予測などの他のパラメータに基づいて、ＷＦで示される燃料重量流量などの内燃機関１１２のパラメータを制御することができる。

スタータ１０４は、補助ギアボックス１０６によって発電機１１４に接続されることができる。スタータ１０４は、例えば、２８Ｖの直流を提供する。制御ユニット１０８は、スタータ１０４を制御することができる。スタータ１０４は、スイッチ１１０を介して、例えば直流２８Ｖのバッテリ１２８に接続されることができる。スイッチ１１０は、スタータ１０４をバッテリ１２８に、したがって直流２８Ｖのネットワーク１２９に接続することを可能にする。

整流器１１６は、発電機１１４への入力に接続され、発電機１１４によって送達される交流を直流に変換するように構成される。整流器１１６は、電流可逆式とすることができる。コンデンサ１３０は、発電機１１４と並列に配置されることができる。

電気ネットワーク１２０は、整流器１１６の出力を変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄの入力に並列に接続する。

変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、直流電流を交流電流に変換するように構成される。変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、直流交流電流変換器を備えることができる。

変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、インバータを備えることができる。図２において、ＤＣは直流を意味し、ＡＣは交流を意味する。各インバータは、交流電流の３つの相１１９、１２１、１２３（変換手段１１８ｄについてのみ言及される）を電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄのそれぞれにそれぞれ送達する３つのインバータアームを備えることができる。

変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ、特にインバータは、電流可逆式とすることができる。コンデンサ１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ、１３６ｄは、変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄのそれぞれと並列に配置されることができる。

電気ネットワーク１２０は、双方向とすることができ、すなわち、電流は、整流器１１６から変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄに、および反対方向に流れることができる。

電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄは、変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄに接続されている。動作中、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄには、変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄによって交流電流が供給される。

電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄは、多相同期モータとすることができる。これらのモータは、誘導モータまたは可変リラクタンスモータなどの異なるタイプのものとすることができる。これらのモータは、単一ステータまたはマルチロータタイプからなるものとすることができる。これは、有利には、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの質量および体積を低減することを可能にする。

発電機１１４と電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄとの間の接続は、電気ネットワーク１２０の安定性および電力管理を改善するために、比較的高い電圧で、直流で動作される。したがって、整流器１１６は、発電機１２０によって送達される交流を直流に確実に変換することを可能にする一方で、変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、この直流を電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに意図された交流に確実に変換する。

プロペラ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄは、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに結合される。動作中、プロペラ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄは、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄによって駆動される。プロペラ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄは、同軸の逆回転プロペラとすることができる。

特に、変換手段１１８ａ、それぞれ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ、電気モータ１２２ａ、それぞれ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ、およびプロペラまたは複数のプロペラ１２４ａ、それぞれ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄは、電気推進チェーン１２５ａ、それぞれ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄを形成する。したがって、図２には、４つの電気推進チェーン１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄが存在する。

各電気推進チェーン１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄについて、ギアボックス１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄを介して、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄおよびプロペラ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄを接続するシャフトの回転速度Ω１、Ω２、Ω３、Ω４は、制御手段１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄによって制御されることができる。同様に、各電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに供給するための変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄからの電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４は、制御手段１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄによって制御されることができる。これらの制御手段１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄは、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの回転速度Ω１、Ω２、Ω３、Ω４および電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、ならびに負荷Ω１＊、Ω２＊、Ω３＊、Ω４＊の予測などの他のパラメータに基づいて、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４およびＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４で示されたスイッチング周波数設定点（デューティサイクルとも呼ばれる）などの変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄのパラメータを制御することができる。

貯蔵手段１２６は、電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバスから過剰な電気エネルギを吸収するように、発電機１１４と並列に電気ネットワーク１２０に接続される。貯蔵手段１２６はまた、発電機１１４を補足または置換することによって、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに一時的に電力を供給するように構成されることができる。貯蔵手段１２６は、電気化学タイプ、静電タイプ、例えば容量性、または機械タイプとすることができる。特に、電気エネルギ貯蔵手段１２６は、１つまたは複数のバッテリ、１つまたは複数のコンデンサ、あるいは１つまたは複数のスーパーキャパシタを備えることができる。

電気ネットワーク１２０のＨＤＶＣバスのプリチャージ回路１３８はまた、ＨＤＶＣバスをプリチャージするように統合されることができる。

特にプロペラ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄの制動段階中に、電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバス上の過電圧を吸収することができ、したがって、例えばＨＶＤＣバスのコンデンサ、および絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの電子部品の破損を回避するために、過渡段階を管理するための方法が実施される。

上述したようなアーキテクチャ１００内の電気エネルギを散逸させるための方法のステップを表す図３に示すように、過渡段階の管理は、貯蔵手段１２６の充電状態に応じている。

ステップＳ０１は、電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバス上で電気エネルギを回生するステップを表す。この回生段階中、電気推進チェーン１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄのうちの少なくとも１つから電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバスに過剰の電気エネルギが放出される。図２では、この余剰電気エネルギは、各電気推進チェーン１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄの電気強度にそれぞれ対応する矢印Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４によって表されている。もちろん、電気推進チェーンのうちの１つのみ、またはいくつか、または全てが電気エネルギを回生することができる。

ステップＳ０２は、貯蔵手段１２６の充電状態を取得するステップを表す。このステップＳ０２の間に、貯蔵手段１２６の充電状態が低い、中間、または高いかどうかが決定される。

貯蔵手段１２６の低い充電状態は、４０％未満、好ましくは５０％未満、より好ましくは６０％未満の充電状態に対応することができる。

貯蔵手段１２６の中間充電状態は、４０％から９０％の間、好ましくは５０％から８０％の間、より好ましくは６０％から８０％の間の充電状態に対応することができる。あるいは、貯蔵手段１２６の中間充電状態は、４０％から９０％の間、例えば４０％から８０％の間、または５０％もしくは６０％もしくは７０％もしくは８０％から９０％の間、または７０％から８０％の間任意の値の範囲であってもよい。

貯蔵手段１２６の高い充電状態は、８０％を超える、好ましくは９０％を超える充電状態に対応することができる。

ステップＳ１０は、貯蔵手段１２６によって、特に貯蔵手段１２６のみによって、電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバス上の回生電気エネルギを回収するステップを表す。このステップＳ１０は、貯蔵手段１２６の充電状態が低い、例えば６０％未満であるときに実行される。特に、貯蔵手段１２６が６０％未満、例えば５０％から６０％の間の充電状態にある場合、電気エネルギの回収は、貯蔵手段１２６によって、特に貯蔵手段１２６によってのみ実行されることができる。図２では、この電気エネルギ回収は、矢印ＩＲ１２６によって表されている。

高周波電力ピークの吸収のために、貯蔵手段１２６は、有利には、スーパーキャパシタタイプの容量性素子を備える。

ステップＳ２０は、貯蔵手段１２６および整流器１１６によって電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバス上の回生電気エネルギを回収するステップを表す。このステップＳ２０は、貯蔵手段１２６が中間充電状態にあるとき、例えば、貯蔵手段１２６の充電状態が６０％から８０％の間であるときに実行される。

このステップＳ２０はまた、貯蔵手段１２６が貯蔵手段１２６の完全な再充電を可能にしない熱的状態にあるとき、すなわち、貯蔵手段１２６がそれを構成する要素の不必要な過熱の危険性がある熱的状態にあるときに実行されることができる。

このステップＳ２０は、トランジスタなどの静的構成要素の保護を可能にするための高周波電気エネルギ管理である。「高周波」という用語は、電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバス上の電流のレベルが１ｋＨｚよりも高い周波数を指す。

過電流の吸収は、一方では貯蔵手段１２６に統合された容量性構成要素によって、他方では整流器１１６を用いて達成される。整流器１１６は、図２においてＩＲ１１６で示される過電流を吸収し、それを大きな無効成分を有する電流、すなわち、パーク参照フレームにおいて発電機１１４から整流器１１６によって受信された電流Ｉｄの大きな変化を有する電流に変換する。これは、電気機械の力率を低下させることによる、発電機１１４によって形成される電気機械の性能の低下をもたらす。これは、有利には、電気機械の効率を低下させることによって過剰な電気エネルギを吸収することを可能にするが、従来技術にかかるアーキテクチャのようにエネルギ回収回路を追加することはない。

電気機械、したがって発電機１１４は、同期または非同期機械とすることができる。

同期機械の場合、性能の低下は自発的なデフラキシングをもたらし、すなわち、ステータ内に作りだされる磁場は、回転磁石の磁場とは反対である。これは、同期機械の磁石のレベルでの磁気損失および温度上昇をもたらす。さらに、機械がサリエント（ｓａｌｉｅｎｔ）であると言われる場合、発電機における強度Ｉｄの増加は、機械的伝達に加えられる電磁トルクを数パーセント増加させ、したがってタービンは、過剰な電力の吸収に寄与する。

非同期機械では、性能低下は、スリップの増加、すなわち非同期機械の回転周波数とステータ電流の周波数（すなわち、非同期機械のステータの電流の周波数）との差の増加に起因する。ロータにおけるジュール損失は、スリップに比例するため、このスリップ変動は、電力吸収の長い段階の間に同期機械のロータ加熱（すなわち、同期機械のロータの加熱）をもたらす。

ステップＳ３０は、モータモードで動作する発電機１１４によって電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバス上で回生された電気エネルギを回収するステップを表す。このステップＳ３０は、貯蔵手段１２６がほぼ完全に充電されているとき、または完全に充電されている場合、すなわち、貯蔵手段１２６の充電状態が高いとき、例えば８０％を超える場合、好ましくは９０％を超えるときに実行される。

このステップＳ３０は、高周波電気エネルギ管理でもある。

電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄが電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバスに電気エネルギを送り返すとき、それは、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄが非常に迅速に制動しなければならないこと、またはいくつかの電気モータがもはや駆動されないこと、すなわち、電気モータのトルク設定点がゼロでありそれらのプロペラが依然として回転しており、同時に他の電気モータが対照的にフルに加速していることを意味する。これは、例えば、航空機が方向を変えなければならないとき、または回避操縦の場合に起こる。

この場合、起電力（頭字語ＥＭＦによって知られている）を減少させ、電気エネルギの再注入を直接回避するために、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄはデフラキシングされる、すなわち、発電機１１４によって供給される強度ＩｄまたはＩｑは、マークの角度にしたがって変更される。しかしながら、電気エネルギの再注入の回避は、いくつかの場合、例えば、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄが既に過熱されてデフラキシングを妨げているとき、または電気モータの分散制御が使用されて貯蔵手段１２６の充電状態の取得を困難にしている場合には、常に可能であるとは限らない。この場合、電気エネルギは、アーキテクチャ１００の電気エネルギ生成部によって行われる。

電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄのデフラキシングが不可能であるか、または再注入を回避するのに不十分であるとき、上述したように、整流器１１６を用いた電気エネルギ管理戦略がそれに関連付けられることができる。この場合、電気エネルギの管理のパラメータは、同期機械のデフラキシングまたはスリップの変動とすることができる。

電力ピークが非常に高いとき、電気エネルギの回収は、モータモードで動作する発電機１１４によって実行される。実際に、発電機１１４の象限は、それをモータモードに切り替えることによって変更されることができ、これは内燃機関１１２にトルクを課し、したがって電気エネルギの消費体になる。

さらに、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ上の設定点を予測して、より具体的には、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの起電力の増加を防ぐために、内燃機関１１２のロータのシャフトの回転速度を増加させ、電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバスの電圧が増加されることができる。これはまた、ジュール損失を低減することを可能にする。

Claims

マルチロータ回転翼航空機のためのハイブリッド電気推進アーキテクチャ（１００）であって、
－内燃機関（１１２）と、
－動作中に内燃機関（１１２）が発電機（１１４）を駆動するように内燃機関（１１２）に結合された発電機（１１４）と、
－発電機（１１４）に接続され、発電機によって送達される交流を直流に変換するように構成された整流器（１１６）と、
－直流を交流に変換するための手段（１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ）と、
－整流器（１１６）を変換手段（１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ）に接続する電気ネットワーク（１２０）であって、高電圧直流バスを備える電気ネットワーク（１２０）と、
－発電機（１１４）と並列に電気ネットワーク（１２０）に接続された電気エネルギ貯蔵手段（１２６）と、
－動作中に変換手段（１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ）が電気モータ（１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ）に交流を供給するように、変換手段（１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ）に接続された電気モータ（１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ）と、
－動作中に電気モータ（１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ）がプロペラ（１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ）を駆動するように、電気モータ（１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ）に結合されたプロペラ（１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ）と
を備え、
アーキテクチャ（１００）が、発電機（１１４）がエンジン発電機であり、動作中に内燃機関（１１２）が発電機（１１４）を発電機モードで駆動すること、
電気ネットワーク（１２０）の高電圧直流バス上での電気エネルギの回生中に、貯蔵手段（１２６）の充電状態に応じて、貯蔵手段（１２６）が電気エネルギを回収するように構成されること、
電気ネットワーク（１２０）の高電圧直流バス上での電気エネルギの回生中に、貯蔵手段（１２６）の充電状態に応じて、整流器（１１６）が電気エネルギを回収するように構成されること、および
電気ネットワーク（１２０）の高電圧直流バス上での電気エネルギの回生中に、貯蔵手段（１２６）の充電状態に応じて、動作中に発電機（１１４）が電気エネルギを回収するように、発電機がモータモードで動作するように構成されることを特徴とする、ハイブリッド電気推進アーキテクチャ（１００）。
貯蔵手段（１２６）の充電状態が６０％未満であるときに、貯蔵手段（１２６）が、電気エネルギを回収するように構成され、
貯蔵手段（１２６）の充電状態が６０％から８０％の間であるときに、貯蔵手段（１２６）および整流器（１１６）が、電気エネルギを回収するように構成され、
貯蔵手段（１２６）の充電状態が８０％よりも大きいときに、モータモードで動作する発電機（１１４）が、電気エネルギを回収するように構成される、請求項１に記載のアーキテクチャ（１００）。
変換手段（１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃ，１１８ｄ）および整流器（１１６）が、電流可逆式であるように構成される、請求項１または２に記載のアーキテクチャ（１００）。
発電機（１１４）が、同期または非同期電気機械である、請求項１から３のいずれか一項に記載のアーキテクチャ（１００）。
請求項１から４のいずれか一項に記載のハイブリッド電気推進アーキテクチャを備えるマルチロータ回転翼航空機。
請求項１から４のいずれか一項に記載のハイブリッド電気推進アーキテクチャ（１００）において電気エネルギを散逸させるための方法であって、
－電気ネットワーク（１２０）の高電圧直流バス上の電気エネルギの回生のステップ（Ｓ０１）と、
－貯蔵手段（１２６）の充電状態の取得のステップ（Ｓ０２）と、
－電気ネットワーク（１２０）の高電圧直流バスからの回生電気エネルギの回収のステップであって、貯蔵手段（１２６）の充電状態に応じて、
・電気ネットワーク（１２０）の高電圧直流バスからの回生電気エネルギの回収が貯蔵手段（１２６）によって実行される（Ｓ１０）、または
・電気ネットワーク（１２０）の高電圧直流バス上の回生電気エネルギの回収が、貯蔵手段（１２６）および整流器（１１６）によって実行される（Ｓ２０）、または
・電気ネットワーク（１２０）の高電圧直流バス上の回生電気エネルギの回収が、モータモードで動作する発電機（１１４）によって実行される（Ｓ３０）、回収のステップと
を含む、方法。
電気ネットワーク（１２０）の高電圧直流バス上の回生電気エネルギを回収するステップの間に、
・電気エネルギの回収が、貯蔵手段の充電状態が６０％未満であるときに、貯蔵手段（１２６）によって実行され（Ｓ１０）、
・電気エネルギの回収が、貯蔵手段の充電状態が６０％から８０％の間であるときに、貯蔵手段（１２６）および整流器（１１６）によって実行され（Ｓ２０）、
・電気エネルギの回収が、貯蔵手段（１２６）の充電状態が８０％よりも大きいときに、モータモードで動作する発電機（１１４）によって実行される（Ｓ３０）、請求項６に記載の方法。
貯蔵手段（１２６）の充電状態が８０％よりも大きいときに、モータモードで動作する発電機（１１４）によって電気エネルギを回収するステップの前に、電気モータ（１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ）のデフラキシングからなるステップを含む、請求項７に記載の方法。
貯蔵手段（１２６）の充電状態が８０％よりも大きいときに、モータモードで動作する発電機（１１４）によって電気エネルギを回収するステップの前に、整流器（１１６）による電気エネルギの回収からなるステップを含む、請求項７または８に記載の方法。
貯蔵手段（１２６）の充電状態が８０％よりも大きいときに、モータモードで動作する発電機（１１４）によって電気エネルギを回収するステップの前に、電気ネットワーク（１２０）の高電圧直流バスの電圧の増加からなるステップを含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。