KR102658150B1 - 하이브리드 파워트레인을 갖는 엔진 및 대응 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열 엔진(1)과 출력 샤프트(A1), 전기 모터(2), 전기 모터(2)를 공급하기 위한 배터리(40) 및 프로펠러(3)와 프로펠러(3)가 결합되는 프로펠러(샤프트)라고하는 프로펠러 샤프트(A3)를 포함하는 프로펠러 추진 시스템을 포함하는 파워트레인이 제공된 엔진(100)에 관한 것이다. 파워트레인은 다음의 상이한 구성을 위해 설계된 클러치 시스템(E123, E14, E23, E324)을 추가로 포함하고, 상기 구성은 전기 모터의 회전을 프로펠러로 전달하지 않고 열 엔진에 의해 프로펠러를 선택적으로 구동하고, 열 엔진의 회전을 프로펠러로 전달하지 않고 전기 모터에 의해 프로펠러를 구동하고, 열 엔진의 회전과 전기 모터의 회전을 프로펠러에 결합하여 프로펠러를 구동하는 것을 포함한다. 전기 모터는 프로펠러 샤프트에 고정되게 연결되거나 또는 결합될 수 있는 샤프트를 중심으로 회전하도록 장착된 스테이터와 로터를 포함한다. 본 발명은 또한 대응하는 제어 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 일반적으로 전기 모터 및 열 엔진을 포함하는 파워트레인이 설치된 항공기와 같은 기계에 관련된다.
종래 기술에는 다음과 같은 구성을 갖는 파워트레인을 포함하는 항공기와 같은 기계가 공지된다. 파워트레인은 프로펠러, 프로펠러를 구동하기 위한 전기 모터, 전기 모터에 전력을 공급하기 위한 배터리 및 배터리 충전을 위한 알터네이터와 관련된 열 엔진을 포함한다.
그러나 배터리와 전기 모터를 구성하는 전기 제어 시스템에 결함이 있는 경우 프로펠러는 더 이상 구동하지 않을 수 있다.
따라서 이러한 종류의 파워트레인 구성은 특히 이륙 시 심각한 안전 문제를 야기한다.
문헌 제DE102012021340호, 제EP2964524호 및 제US2010/219779호는 전체 크기 및/또는 중량의 문제를 야기하는 구성의 파워트레인이 개시된다.
본 발명의 목적은 전술된 일부 또는 모든 문제점을 배제하는 신규한 기계를 제안한다.
일 실시예에 따라서, 파워트레인이 장착된 항공기와 같은 기계로서, 상기 기계는
-열 엔진 및 열 엔진에 의해 회전 구동가능한 열 엔진의 출력 샤프트로 불리는 샤프트를 포함하는 열 파워트레인;
-전기 모터를 포함하는 전기 파워트레인;
-전기 모터에 전력을 공급하기 위한 배터리를 포함하는 전력 공급 시스템;
-프로펠러 및 프로펠러가 결합되는 프로펠러 샤프트로 불리는 샤프트를 포함하는 프로펠러 추진 시스템을 포함하고,
파워트레인은 클러치 시스를 포함하고, 상기 클러치 시스템은 선택적으로
-전기 모터의 회전을 프로펠러에 전달하지 않고 열 엔진에 의해 프로펠러를 구동하고,
-열 엔진의 회전을 프로펠러에 전달하지 않고 전기 모터에 의해 프로펠러를 구동하고,
-열 엔진의 회전 운동을 프로펠러로의 전달 및 전기 모터의 회전 운동을 프로펠러로의 전달의 조합에 의해 프로펠러를 구동하도록 구성되고,
파워트레인은 프로펠러 샤프트에 견고하게 연결되거나 또는 회전하도록 결합될 수 있는 중간 샤프트로 불리는 샤프트를 포함하고,
클러치 시스템은
-결합된 상태에서 열 엔진의 회전을 중간 샤프트에 전달하도록 구성된 제1 클러치, 및
-결합 상태에서 중간 샤프트로부터 프로펠러 샤프트로 회전을 전달하도록 구성된 제2 클러치 및/또는 결합 상태에서 전기 모터의 회전을 프로펠러 샤프트에 전달하도록 구성된 제3 클러치를 포함하고,
전기 모터는 스테이터와 로터를 포함하고, 로터는 스테이터 내부의 중간 샤프트 주위에서 회전하도록 장착되고, 로터 및 중간 샤프트는 동축을 이룬다.
중간 샤프트의 축 주위에서 회전하고 이와 동축으로 장착되는 로터를 갖는 기계의 이 설계는 운동 전달 시스템의 일부를 형성하고 소형화 및 중량에 관한 절감을 가능하게 하고 중량(kg)에 대한 결과적인 전력(kW)의 증가를 가능하게 한다. 사실, 중간 샤프트는 로터 내부로 연장되고 기계식 전달 라인의 일부를 형성하는 중간 샤프트는 로터의 회전 축과 동축을 이룬다. 하나의 특정 양태에 따르면, 상기 중간 샤프트는 또한 프로펠러 샤프트 및 중간 샤프트 및 프로펠러 샤프트를 결합/결합해제하기 위한 클러치 시스템과 동축이다.
일 특정 양태에 따라서, 프로펠러에 운동을 전달하기 위한 시스템의 일부를 형성하는 각각의 샤프트는 프로펠러 샤프트와 동축을 이룬다.
일 특정 양태에 따라서, 스테이터는 와인딩이 제공된 중공 몸체의 형태를 취하고, 로터는 자석이 제공된다.
일 특정 양태에 따라서, 파워트레인은 유성 기어 트레인 유형 기계식 전달 시스템을 포함하고, 상기 기계식 전달 시스템은
-로터의 중공 몸체의 내부에 의해 지지되는 링 기어 및 중간 샤프트의 일부에 대응하는 선 기어로 지칭되는 내부 샤프트,
-유성 캐리어 및 링 기어와 선 기어 사이에 배열된 유성 기어를 포함하고, 유성 기어에 마주보는 유성 캐리어의 단부는 제2 클러치의 일부와 함께 회전하도록 구속되고, 제2 클러치는 프로펠러 샤프트와 회전하도록 구속된 또 다른 부분을 포함한다.
일 특정 양태에 따라서, 클러치 시스템은 결합된 상태에서 열 엔진의 회전을 전기 모터로 전달하여 발전기로 작동하도록 구성된 제4 클러치를 포함한다.
일 특정 양태에 따라서, 한편으로는 열 엔진 및/또는 전기 모터와 다른 한편으로는 프로펠러 샤프트 사이의 운동 전달을 위해 시스템에 고려되는 다양한 샤프트는 동축을 이룬다. 즉, 프로펠러 샤프트로의 운동 전달을 위한 시스템의 일부를 형성하는 각 샤프트는 프로펠러 샤프트와 동축을 이룬다.
일 특정 양태에 따라서, 스테이터는 바람직하게는 내부 면에 와인딩 및/또는 자석이 제공된 중공 몸체의 형태를 취하고, 로터는 바람직하게는 외부 주변 면에 자석 및/또는 와인딩이 제공된다.
일 실시예에 따라서, 파워트레인이 장착된 항공기와 같은 기계로서, 상기 기계는
-열 엔진 및 열 엔진에 의해 회전 구동가능한 열 엔진의 출력 샤프트로 불리는 샤프트를 포함하는 열 파워트레인;
-전기 모터를 포함하는 전기 파워트레인;
-전기 모터에 전력을 공급하기 위한 배터리를 포함하는 전력 공급 시스템;
-프로펠러 및 프로펠러가 결합되는 프로펠러 샤프트로 불리는 샤프트를 포함하는 프로펠러 추진 시스템을 포함하고,
파워트레인은 클러치 시스템을 포함하고, 상기 클러치 시스템은 선택적으로
-전기 모터의 회전을 프로펠러에 전달하지 않고 열 엔진에 의해 프로펠러를 구동하고,
-열 엔진의 회전을 프로펠러에 전달하지 않고 전기 모터에 의해 프로펠러를 구동하고,
-열 엔진의 회전 운동을 프로펠러로의 전달 및 전기 모터의 회전 운동을 프로펠러로의 전달의 조합에 의해 프로펠러를 구동하도록 구성된다.
따라서 기계의 프로펠러 파워트레인은 전기 파워트레인 및/또는 열 파워트레인에 의해 독립적으로 또는 동시에 구동될 수 있다. 특히 기계가 항공기일 때 이륙시 안전이 향상되고, 이는 전기 파워트레인에 문제가 발생하는 경우 열 파워트레인이 프로펠러를 구동할 수 있기 때문이다.
또한, 전기 파워트레인 만 사용할 수 있어서 항공기가 소음 발생을 줄이면서 도심 또는 교외 지역에서 이착륙을 할 수 있다. 기계는 또한 기술적으로 허용되는 조합으로 다음 기능 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 특정 양태에 따라서,
파워트레인은 프로펠러 샤프트에 견고하게 연결되거나 또는 회전하도록 결합될 수 있는 중간 샤프트로 불리는 샤프트를 포함하고,
클러치 시스템은
-결합된 상태에서 열 엔진의 회전을 중간 샤프트에 전달하도록 구성된 제1 클러치, 및
-결합 상태에서 전기 모터의 회전을 프로펠러 샤프트에 전달하도록 구성된 제2 및/또는 제3 클러치를 포함한다.
일 특정 양태에 따라서, 제2 클러치는 결합된 상태에서 중간 샤프트의 회전을 프로펠러 샤프트에 전달할 수 있다.
일 특정 양태에 따라서, 클러치 시스템은 결합된 상태에서 열 엔진의 회전을 전기 모터로 전달하여 발전기로 작동하도록 구성된 제4 클러치를 포함한다.
일 특정 양태에 따라서, 전기 모터는
-내부 면에 와인딩이 제공된 중공 몸체의 형태를 취한 스테이터를 포함하고,
-스테이터 내부에 및 중간 샤프트 주위에서 회전하는 몸체의 형태를 취하는 로터를 포함하고, 로터는 이의 외부 주변 면에 자석이 제공된다.
일 특정 양태에 따라서, 파워트레인은 로터와 중간 샤프트 사이에 회전 운동을 전달하기 위한 클러치를 포함한 전달 시스템을 포함한다.
일 특정 양태에 따라서, 파워트레인은 존재 시에 제2 클러치의 결합 상태에서 프로펠러 샤프트에 중간 샤프트의 회전을 전달하기 위한 기계식 전달 시스템을 포함한다.
일 특정 양태에 따라서, 기계식 전달 시스템은 감속기 시스템이다.
기계식 전달 시스템은 바람직하게 로터 내에 수용된다.
기계식 변속기 시스템은 예를 들어 샤프트의 중간 부분에 결합된 부분 및 제2 클러치의 일부에 결합된 일부를 갖는 유성 기어 트레인을 포함하고, 제2 클러치의 다른 부분은 프로펠러 샤프트에 결합된다.
일 특정 양태에 따라서, 제2 클러치는 예를 들어 기계적 전달 시스템을 통해 중간 샤프트에 회전 결합된 부분, 및 프로펠러 샤프트와 회전하면서 바람직하게는 견고하게 연결된 부품을 포함한다.
일 특정 양태에 따라서, 제4 클러치는 제1 클러치의 결합 상태에서 열 엔진의 출력 샤프트와 함께 회전하도록 구속되는 부분과 전기 모터의 로터에 장착되고 회전하도록 제한되는 다른 부분을 포함한다.
일 특정 양태에 따라서, 제3 클러치는 기계적 전달 시스템을 통해 전기 모터의 로터와 함께 회전하도록 제한되는 부분과 프로펠러와 함께 회전하도록 제한되는 부분을 포함한다.
일 특정 양태에 따라서, 전력 공급 시스템은 다음을 포함하는 전기 관리 시스템도 포함한다:
-배터리와 전기 모터 사이의 전원 공급 회로를 개방 또는 폐쇄하는 고인장 유닛;
-발전기로 작동할 때 배터리에 의해 공급되거나 또는 전기 모터에 의해 생성되는 전류를 처리하기 위한 제어기.
일 특정 실시예에 따라서, 파워트레인이 장착된 항공기와 같은 기계로서, 상기 기계는
-열 엔진 및 열 엔진에 의해 회전 구동가능한 열 엔진의 출력 샤프트로 불리는 샤프트를 포함하는 열 파워트레인;
-전기 모터를 포함하는 전기 파워트레인;
-전기 모터에 전력을 공급하기 위한 배터리를 포함하는 전력 공급 시스템;
-프로펠러 및 프로펠러가 결합되는 프로펠러 샤프트로 불리는 샤프트를 포함하는 프로펠러 추진 시스템을 포함하고,
파워트레인은 클러치 시스템을 포함하고, 상기 클러치 시스템은 선택적으로
-전기 모터의 회전을 프로펠러에 전달하지 않고 열 엔진에 의해 프로펠러를 구동하고,
-열 엔진의 회전을 프로펠러에 전달하지 않고 전기 모터에 의해 프로펠러(3)를 구동하고,
-열 엔진의 회전 운동을 프로펠러로의 전달 및 전기 모터의 회전 운동을 프로펠러로의 전달의 조합에 의해 프로펠러를 구동하도록 구성되고,
파워트레인은 프로펠러 샤프트에 견고하게 연결되거나 또는 회전하도록 결합될 수 있는 중간 샤프트로 불리는 샤프트를 포함하고,
클러치 시스템은
-결합된 상태에서 열 엔진의 회전을 중간 샤프트에 전달하도록 구성된 제1 클러치, 및
-결합 상태에서 중간 샤프트로부터 프로펠러 샤프트로 회전을 전달하도록 구성된 제2 클러치를 포함하고,
전기 모터는:
-바람직하게는 예를 들어 내부 면에 와인딩이 제공되는 중공 몸체의 형태를 취하는 스테이터;
-중간 축을 중심으로 및 스테이터 내부에서 회전하는 몸체의 형태를 취하는 로터를 포함하고, 바람직하게는 로터는 예를 들어 외부 주변 면에 자석이 제공되고;
파워트레인은 또한 다음을 포함하는 유성 기어 트레인 유형 기계식 전달 시스템을 포함한다:
-중간 샤프트의 일부에 해당하는 선 기어라고 불리는 내부 샤프트 및 로터의 중공 몸체 내부에 의해 지지되는 링 기어를 포함하고,
-선 기어와 링 기어 사이에 배치된 유성 기어 및 유성 기어가 견고하게 연결되는 유성 캐리어를 포함하고, 이는 중간 샤프트와 프로펠러 샤프트와 동축이고, 유성 기어 반대편의 유성 기어의 단부는 제2 클러치의 일부와 함께 회전하도록 구속되고, 제2 클러치는 프로펠러 샤프트와 함께 회전하도록 구속되는 다른 부분을 포함한다.
일 특정 양태에 따라서, 유성 기어 트레인 유형 기계식 전달 시스템은 로터에 수용된 전기 모터에 포함된 것으로 간주될 수 있다.
일 특정 양태에 따라서, 클러치 시스템은 결합된 상태에서 전기 모터, 특히 로터의 회전을 프로펠러 샤프트에 전달하도록 구성된 제3 클러치를 포함한다.
일 실시예에 따라서, 전술된 바와 같은 기계를 제어하기 위한 방법으로서, 이륙 및/또는 상승 단계에서 기계의 전기 추진을 위하여,
클러치는
-제1 클러치가 프로펠러로부터 열 엔진을 분리하기 위해 결합해제되고,
-존재 시에 제4 클러치 및 제2 클러치가 바람직하게 결합해제되고,
-존재 시에 제3 클러치가 전기 모터의 운동을 프로펠러에 전달하도록 결합되는 구성을 갖는다.
일 실시예에 따라서, 전술된 바와 같은 기계를 제어하기 위한 방법으로서, 전기 파워트레인이 사용되지 않는 전기 추진의 경우, 예를 들어 오류가 전기 전달 시스템에서 발생 시에,
클러치는
-제1 클러치가 결합되고,
-제2 클러치가 열 엔진의 운동을 프로펠러에 전달하는 구성을 갖는다.
일 실시예에 따라서, 전술된 바와 같은 기계를 제어하기 위한 방법으로서, 열 엔진과 전기 모터의 조합 사용에 의한 추진을 위해,
클러치는
-제1 클러치가 결합되고,
-제2 클러치가 열 엔진의 운동을 프로펠러에 전달하기 위해 결합되고,
-제3 클러치가 존재 시에 전기 모터의 운동을 프로펠러에 전달하기 위해 결합되고,
-제4 클러치가 존재 시에 결합해제된다.
일 실시예에 따라서, 전술된 바와 같은 기계를 제어하기 위한 방법으로서,
클러치 시스템은 결합 상태에서 열 엔진의 회전을 전기 모터에 전달하여 발전기로 작동하도록 구성된 제4 클러치를 포함하고,
여기서, 예를 들어 비행 중에 기계를 충전하기 위해 프로펠러의 회전 구동을 유지하면서 열 엔진을 사용하여 배터리를 충전하기 위해 클러치는
제1 클러치, 제4 클러치 및 제2 클러치가 결합되어 열 엔진이 중간 샤프트를 구동하여 로터가 프로펠러 샤프트를 구동하면서 전류를 발생시키기 위해 스테이터에 대해 회전하는 구성을 가지며,
전기 관리 시스템은 배터리를 충전하기 위해 발전기로 기능하는 전기 모터(2)에 의해 생성된 전류를 제어한다.
일 실시예에 따라서, 전술된 바와 같은 기계를 제어하기 위한 방법으로서,
클러치 시스템은 결합된 상태에서 열 엔진의 회전을 전기 모터에 전달하여 발전기로 작동하도록 구성된 제4 클러치를 포함하고,
바람 구동 또는 물 구동 효과에 의해 에너지 회복을 위하여,
클러치는
-제1 클러치 및/또는 제2 클러치가 열 엔진에서 프로펠러를 결합해제하거나 열 엔진에서 로터를 결합해제하기 위해 또는 분리되고,
-제2 클러치가 바람직하게는 결합해제되고,
-제3 클러치가 결합되어 프로펠러의 운동을 전기 모터의 로터에 전달하도록 결합되는 구성을 갖는다.
일 실시예에 따라서, 전술된 바와 같은 기계를 제어하기 위한 방법으로서,
클러치 시스템은 결합 상태에서 열 엔진의 회전을 전기 모터에 전달하여 발전기로 작동하도록 구성된 제4 클러치를 포함하고,
프로펠러를 구동하지 않고 열 엔진을 사용하여 배터리를 충전하기 위해 클러치는
-제3 클러치와 제2 클러치를 분리하고,
-제1 클러치와 제4 클러치를 폐쇄하여 열 엔진이 중간 샤프트를 구동시켜 로터를 회전시켜 전류를 발생시키는 구성을 가지며,
전기 관리 시스템은 배터리를 충전하기 위해 발전기로 기능하는 전기 모터(2)에 의해 생성된 전류를 제어한다.
일 실시예에 따라서, 전술된 바와 같은 기계를 제어하기 위한 방법으로서, 기계는 전기 관리 시스템을 통해 기계의 전원 공급 배터리에 연결된 전기 파워트레인이 제공된 바퀴를 포함하고, 방법은 전기 배터리에 의해 바퀴의 전기 파워트레인에 전력 공급하는 단계를 포함한다.
-도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 개략도이다.
-도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 2는 이륙 및/또는 상승 시 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 개략도이다.
-도 2a는 전기 추진 모드에서 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 2b는 열 추진 모드에서 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 2c는 열 및 전기 추진 모드에서 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 3은 비행 중, 예를 들어 수평 비행 중, 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 개략도이다.
-도 3a는 기내 충전 모드에서 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 4는 항공기 하강 동안 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 개략도이다.
-도 4a는 전기 에너지 회수 모드에서 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 개략도이다.
-도 5a는 항공기가 지상에 있을 때 열 엔진을 통해 충전 모드에 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 6은 변형 파워트레인의 개략도이다.
-도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 2는 이륙 및/또는 상승 시 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 개략도이다.
-도 2a는 전기 추진 모드에서 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 2b는 열 추진 모드에서 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 2c는 열 및 전기 추진 모드에서 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 3은 비행 중, 예를 들어 수평 비행 중, 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 개략도이다.
-도 3a는 기내 충전 모드에서 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 4는 항공기 하강 동안 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 개략도이다.
-도 4a는 전기 에너지 회수 모드에서 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 개략도이다.
-도 5a는 항공기가 지상에 있을 때 열 엔진을 통해 충전 모드에 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 파워트레인의 개략도이다.
-도 6은 변형 파워트레인의 개략도이다.
본 발명의 개념은 본 발명의 개념의 실시예가 도시된 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 보다 완전하게 설명된다. 도면에서, 요소의 크기 및 상대적 크기는 명확성을 위해 과장시될 수 있다. 유사한 숫자는 모든 도면에서 유사한 요소를 나타낸다. 그러나, 본 발명의 이러한 개념은 여러 가지 상이한 형태로 실시되도록 축소될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 그 대신에, 이러한 실시예는 이 설명이 완전하고 당업자에게 본 발명의 개념의 범위를 전달하도록 제안된다. 이하의 실시예는 항공기의 용어 및 구조를 참조하여 간략화를 위해 검토된다. 이하 설명되는 바와 같이, 기계는 또한 해상 선박일 수 있다.
명세서에서 "실시예"에 대한 언급은 일 실시예를 참조하여 설명된 기능, 구조 또는 특정 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에서 "일 실시예에서"라는 표현이 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 더욱이, 기능, 구조 또는 특정 특징은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
도 1에는 프로펠러 항공기(100)인 기계가 도시되어 있다. 항공기는 예를 들어 비행기, 드론 또는 헬리콥터이다.
항공기(100)는 케이싱(190) 및 프로펠러 추진 시스템, 열 파워트레인 및 전기 파워트레인을 포함하는 파워 모듈이라고도 알려진 파워트레인을 포함한다. 도 1 내지 도 5에서 도시된 바와 같이, 이후 설명되는 바와 같이, 케이싱(190)은 케이싱(190)의 일부에 의해 형성되는 열 파워트레인, 전기 모터(2)의 로터(202), 스테이터(201)를 수용한다.
파워트레인은 해상 추진에도 동일하게 적용될 수 있으며, 따라서 기계는 해상 선박이 될 수 있다. 프로펠러 추진 시스템은 프로펠러(3)와 프로펠러(3)가 고정되는 프로펠러 샤프트(A3)를 포함한다. 예로서, 열 엔진 및/또는 전기 모터는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 하나 이상의 다른 보조 프로펠러 추진 시스템(3')을 구동할 수 있다. 이러한 유형의 구성을 "분산 추진"이라고 할 수 있다.
열 파워트레인은 열 엔진에 의해 회전구동될 수 있는 출력 샤프트(A1)를 갖는 열 엔진(1)을 포함한다. 열 엔진은 예를 들어 6000 회전/분 정도의 속도로 회전 할 수 있다.
하나의 특정 양태에 따르면, 파워트레인은 열 엔진의 비주기적 작동을 보정/평활화하기 위한 토크 댐퍼(AM1)를 포함한다.
전기 파워트레인은 전기 모터(2)를 포함한다. 전기 모터(2)는 예를 들어 6000 회전/분 정도의 속도로 회전할 수 있다. 전기 파워트레인은 또한 전기 모터(2)에 전력을 공급하기 위한 배터리(40)를 포함하는 전력 공급 시스템(4)을 포함한다.
감속기 시스템, 예를 들어 이하에 설명되는 유성 기어 트레인은 프로펠러가 예를 들어 2000 회전/분 정도의 낮은 속도로 구동될 수 있게 한다.
전력 공급 시스템(4)은 또한 배터리(40)와 전기 모터(2) 사이의 전력 공급 회로를 개방 또는 폐쇄하기 위한 고인장 유닛(41)을 포함하는 전기 관리 시스템(41, 42)을 포함한다. 전력 공급 시스템(4)은 또한 배터리(40)에 의해 공급되거나 발전기로서 기능할 때 전기 모터(2)에 의해 생성된 전류를 처리하기 위한 제어기(42)를 포함한다.
예를 들어, 제어기(42)는 또한 예를 들어 전기 모터(2)에 전력을 공급하기 위해 절단함으로써 배터리(40)로부터의 직류를 교류로 변환할 수 있고, 반대로 전기 모터(2)가 발전기로서 기능을 할 때, 즉 후술된 바와 같이 전기 모터(2)의 로터가 프로펠러(3) 또는 열 엔진(1)에 의해 구동될 때 전기 모터(2)에 의해 생성된 교류를 배터리(40)를 충전하기 위한 직류로 변환시킨다.
파워트레인은 또한 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이 복수의 구성을 취할 수 있도록 구성된 클러치 시스템을 포함한다.
이하에 설명된 바와 같이, 전기 파워트레인, 열 파워트레인 및 프로펠러 추진 시스템의 배치는 클러치 시스템과 결합하여 선택적으로 다음과 같다:
-열 엔진(1)만으로 항공기의 추진을 위해 프로펠러 추진 시스템(3)을 구동하고,
-열 엔진(1)만을 사용하여 항공기의 추진의 의미에서 프로펠러 추진 시스템(3)을 구동하고 열 엔진(1)에 의해 배터리 및 가능하게는 하나 이상의 다른 배터리를 충전하도록 전기 모터(2)를 구동하고,
-전기 파워트레인(2)에 의해서만 항공기의 추진을 위해 프로펠러 추진 시스템(3)을 구동하고,
-프로펠러 샤프트(또는 프로펠러(3))에 전달되는 전기 모터(2)의 회전 운동과 프로펠러 샤프트에 전달된 열 엔진(1)의 출력 샤프트의 회전 운동에 의해 프로펠러 추진 시스템(3)을 구동한다.
즉, 이 경우 프로펠러의 회전은 열 엔진과 전기 모터의 조합된 회전 운동의 프로펠러 샤프트(A3)(또는 프로펠러(3))으로의 전달에 기인한다.
특정한 일 실시예에 따르면, 파워트레인의 클러치 시스템은 프로펠러(3)가 바람(또는 물)에 의해 구동될 때 배터리(40)를 충전하기 위해 전기 모터(2)를 구동하기 위한 구성을 갖는다.
클러치 시스템은 마찰식 또는 도그 클러치를 포함할 수 있다.
파워트레인은 중간 샤프트(A2)를 포함한다. 도면에서 도시된 바와 같이, 중간 샤프트(A2)는 출력 샤프트(1)와 프로펠러 샤프트(A3) 사이에 배치된다. 또한, 중간 샤프트(A2)은 로터(202)에 수용된다.
도 1 내지 5의 실시예에 따른 클러치 시스템
도 1 내지 5의 실시예에서, 샤프트(A2)는 클러치(E23)를 통해 프로펠러 샤프트(A3)에 회전으로 견고하게 연결(결합)될 수 있다. 도 6에 도시되고 이하에서 설명되는 대안적인 실시예에서, 샤프트(A2)는 상기 프로펠러 샤프트(A3)의 일부에 대응한다.
클러치 시스템은 결합 상태에서 열 엔진(1)의 회전을 중간 샤프트(A2)로 전달하는 클러치(E123)를 포함한다. 클러치(E123)의 해제된 상태에서, 열 파워트레인(1)의 회전은 더 이상 중간 샤프트(A2)로 전달되지 않는다. 클러치(E123)는 열 엔진의 출력 샤프트(A1)와 중간 샤프트(A2) 사이에 위치된다.
클러치 시스템은 또한 결합된 상태에서 전기 모터(2)의 회전을 특히 로터(202)로부터 프로펠러(3)로 전달하는 클러치(E324)를 포함한다. 클러치(E324)의 결합해제 상태에서 로터(202)는 프로펠러(3) 또는 프로펠러 샤프트(A3)(특히 클러치(E14) 및/또는(E23)가 해제된 경우)에 회전하도록 더 이상 결합되지 않는다.
클러치 시스템은 클러치(e14)의 결합된 상태에서 로터(202)의 회전 및/또는 클러치(E123)의 결합된 상태에서 출력 샤프트(A1)의 회전으로부터 야기되는 중간 샤프트(A2)의 회전의 프로펠러 샤프트(A3)에 전달된다.
클러치의 결합해제는 해당 운동의 전달을 중단할 수 있다.
도 1 내지 5에 예시된 예에서, 클러치 시스템은 클러치(E14)를 포함하는데, 이 클러치의 제1 부분은 열 엔진(1)의 출력 샤프트(A1)와 회전하도록 구성되는 제1 클러치(E123)의 결합 상태에 있다. 클러치(E14)의 상기 제1 부분은 중간 샤프트(A2)의 일부와 함께 회전하여 구속되도록 장착된다. 클러치(E14)의 제2 부분은 전기 모터(2)의 로터(202)와 함께 회전하도록 구속되도록 장착된다.
도 1 내지 5에 예시된 예에서, 클러치(E324)는 기어(S3, S223, C213)의 기계식 전달 시스템(mechanical transmission system)을 통해 전기 모터(2)의 로터(202)에 결합(회전)되는 부분을 가지며, 다른 부분은 프로펠러(3)(또는 프로펠러 샤프트)와 함께 회전하도록 제한된다. 특히, 상기 다른 부분은 프로펠러 플레이트라고도 불리는 프로펠러(3)의 스피너의 기저와 구속되도록 장착된다. 따라서 클러치(E324)는 전기 모터(2)의 로터(202)의 회전을 프로펠러(3)(또는 다시 프로펠러에 견고하게 연결된 프로펠러 샤프트(A3)로) 전달할 수 있게 한다.
결합 위치에서, 클러치(E324)는 전기 모터(2)가 프로펠러(3)가 받는 외부 흐름(바람 구동 또는 물 구동 효과)에 의해 구동될 때 프로펠러(3)에 의해 구동될 수 있다.
기계식 전달 시스템(S3, S223, C213)은 기어드 전달 시스템이다. 전달 시스템은 바람직하게는 유성 기어 트레인 유형이다. 유성 기어 트레인은 전기 모터(2)의 로터(202)의 일부에 대응하는 선 기어라고하는 내부 샤프트(S3) 및 스테이터(201)의 중공 몸체 내부에 형성되는 링 기어(C213) 및 선 기어(S3)와 링 기어(C213) 사이에 배치된 유성 기어(S223)를 포함한다. 유성 기어(S223)는 프로펠러 샤프트(A3)과 동축인 유성 캐리어에 견고하게 연결된다. 유성 기어(S223)의 반대편에 있는 유성 캐리어의 단부는 클러치(E324)의 일부와 함께 회전하도록 구속되어 장착된다.
클러치(E23)는 기어드 기계식 전달 시스템(S2, S23, C223)에 의해 중간 샤프트(A2)에 결합된(회전 중) 부분과 프로펠러 샤프트(A3)와 함께 회전하도록 구속된 다른 부분을 포함한다.
도 1 내지 5에 예시된 예에서 기계식 전달 시스템(S2, S23, C223)은 기어드 전달 시스템이다. 전달 시스템은 바람직하게는 유성 기어 트레인 유형이다. 유성 기어 트레인은 중간 샤프트(2)의 일부에 대응하는 선 기어라고하는 내부 샤프트(S2)와 로터의 중공 몸체의 내부에 의해 지지되는 링 기어(C223)를 포함한다. 선 기어(S2)와 링 기어(C223) 사이에는 유성 기어(S23)가 배치된다. 유성 기어(S23)는 중간 샤프트(A2) 및 프로펠러 샤프트(A3)과 동축인 유성 캐리어에 견고하게 연결된다. 유성 기어(S23)의 반대편에 있는 유성 캐리어의 단부는 클러치(E23)의 일부와 함께 회전하도록 구속된다.
도 1 내지 5의 실시예에 따른 전기 파워트레인
도 1 내지 5에 도시된 실시예에서, 전기 모터(2)는 스테이터(201) 및 로터(202)를 포함한다. 스테이터(201)는 내부 면에 와인딩(21)이 제공된 중공 몸체를 갖는다. 도 1 내지 5에 예시된 예에서, 스테이터(201)는 케이싱(190)의 일부이다.
로터(202)는 스테이터(201) 내부의 중간 샤프트(A2)의(종방향) 축을 중심으로 회전하는 몸체를 갖는다. 클러치 시스템의 구성에 따라 로터는 상기 중간 샤프트에 대해 중간 샤프트(A2)를 중심으로 회전할 수 있거나, 또는 중간 샤프트(A2)의(종방향) 축을 중심으로 상기 중간 샤프트(A2)와 함께 회전한다. 로터(202)는 유리하게는 그 외주 면에 자석(22)이 제공된다.
엔진(1)의 출력 샤프트(A1) 또는 전기 모터(2)의 로터(202)의 회전에 의해 중간 샤프트(A2)를 회전 구동하면 유성 기어(S23) 및 따라서 클러치(E23)에 연결된 유성 캐리어의 회전 구동이 가능하다. 클러치(E23)를 폐쇄하면 회전이 프로펠러(3)를 회전 구동하기 위해 프로펠러 샤프트(A3)에 전달될 수 있다.
따라서 중간 샤프트(A2)의 회전은 클러치(E23)를 폐쇄함으로써 프로펠러 샤프트(A3) 및 이에 따라 프로펠러(3)으로 전달될 수 있다.
더욱이, 클러치(E324)를 폐쇄하면 전기 모터(2)의 로터(202)와 프로펠러(3) 사이의 회전 운동을 전달할 수 있다.
하나의 특정 양태에 따르면, 클러치 시스템(E123, E14, E23, E324)의 시스템은 또한 바람 구동 또는 물 구동 효과에 의해 회전되는 프로펠러(3)가 이의 회전 운동을 전기 모터(2)로 전달하여 배터리(40)를 충전하기 위한 전류를 생성하는 구성을 갖는다.
하나의 특정 양태에 따르면, 클러치(E14, E324) 중 하나는 다른 클러치(E324, E14)가 결합될 때 결합 해제된다.
샤프트와 함께 회전하도록 구속되도록 장착된 클러치의 하나 또는 각각의 부분은, 예를 들어 스플라인에 의해 상기 샤프트 상에서 미끄러지도록 장착되어 결합 위치에서 결합해제 위치로 또는 그 반대로 이동할 수 있다.
제어 방법
이하에 설명되는 파워트레인은 클러치의 구성을 조정함으로써 항공기를 제어하는 다양한 방법을 사용할 수 있게 한다.
도 2a, 2b, 2c, 3a, 4a, 5a에 예시된 예에서 클러치는 단순화를 위해 결합해제된 것으로 도시된다. 그럼에도 불구하고, 이하의 설명은 사용되는 제어 방법에 따라 상기 클러치 각각의 실제, 결합해제 또는 결합된 구성을 지정한다. 또한, 활성화된 이동 전달 시스템과 적절한 경우 전력 공급 시스템에 의해 전달되거나 수신되는 전류를 상징하기 위해 화살표가 추가되었다(도면부호 화살표와 구분됨).
이륙 및/또는 상승 단계에서 항공기를 최적으로 사용하기 위해 파워트레인은 항공기의 전기 추진을 가능하게 한다.
도 2 및 2a에 예시된 예에서 클러치는 다음 구성으로 전환된다. 클러치(E123)는 열 엔진(1)을 프로펠러(3)로부터 분리하기 위해 결합해제된다. 클러치(E14) 및 클러치(E23)는 바람직하게 결합해제된다. 클러치(E324)는 전기 모터(2)의 운동을 프로펠러(3)로 전달하기 위해 결합된다. 화살표는 배터리(40)에 의해 전력을 공급받는 전기 모터(2)의 로터(202)의 회전 운동이 클러치(E324)를 통해 프로펠러(3)로 전달됨을 나타낸다.
전기 전달 시스템에 오류가 발생한다고 가정하면 파워트레인은 전기 추진을 사용하지 않고도 열 추진을 사용할 수 있다.
따라서, 도 2b에 예시된 예에서, 클러치는 클러치(E123) 및 클러치(E23)가 결합되어 열 엔진(1)의 운동을 프로펠러(3)로 전달하는 구성으로 될 수 있다. 열 엔진(1)의 운동은 샤프트(A1, A2 및 A3)을 통해 프로펠러(3)로 전달된다. 도 2b의 실시예에 예시된 특정 양태에 따르면, 클러치(E14) 및 클러치(E324)는 전기 모터(2)의 로터(202)가 회전하는 것을 방지하기 위해 결합해제된다. 화살표는 열 엔진(1)이 클러치(E123, E23)을 통해 프로펠러(3)에 회전 운동을 전달하고 있음을 보여준다.
예를 들어 배터리 과열 또는 전기 전달 시스템 구성 요소의 오작동으로 인해 오류가 발생할 수 있다. 결과적으로 전기 모터의 로터가 더 이상 회전하지 않는다.
위에서 설명한 바와 같이, 전기 전달 시스템에 오류가 발생하는 경우 안전 수단(E324 및 바람직하게 E14)이 결합해제되어 로터(202)의 한 방향 또는 다른 방향 회전으로 인해 발생하는 임의의 추가 전기 문제의 위험을 줄일 수 있다.
결함은 다음 기준의 함수로 감지될 수 있으며, 이는 기술적으로 가능한 조합으로 선택적으로 채택될 수 있다:
-임계 값에 대한 전력 감소,
-회전 속도 감소,
-비행 경로 경사 감소,
-항공기의 전진 속도 감소,
-예외적으로 전류 증가.
전기 추진만 사용했을 때 전기 결함이 감지되면 열 추진 모드로 전환하여 전기 전달 시스템의 결함을 완화할 수 있다.
열 엔진만으로 프로펠러를 구동할 수 있는 클러치의 이런 종류의 구성, 즉 전기 모터의 충전 없이도 방전되거나 또는 전기의 전하를 보존하기 위해 정상적인 이륙시에도 사용할 수 있다.
이러한 종류의 클러치 구성은 배터리가 충분히 충전되고 이의 충전이 보존되어야 하는 경우 항공기의 수평 비행에도 사용될 수 있다.
파워트레인은 또한 열 엔진에 의해 공급되는 회전 운동과 전기 모터에 의해 공급되는 회전 운동의 조합을 가능하게 하여 프로펠러를 구동한다.
따라서, 예를 들어 이륙 활주로가 짧은 경우, 소위 슈퍼 파워 모드, 즉 열 엔진(1)과 전기 모터(2)의 누적 사용을 통한 추진을 위해 클러치는 도 2c에 도시된 다음 구성으로 구성된다. 클러치(E123)가 결합되고, 클러치(E14)가 결합해제되고, 클러치(E23)가 결합되어 열 엔진(1)의 운동을 프로펠러(3)로 전달하고 클러치(E324)가 결합되어 전기 모터(2)의 운동을 프로펠러(3)로 전달한다. 화살표는 열 엔진이 클러치(E123, E23)를 통해 프로펠러로 회전 운동을 전달하는 반면, 배터리(40)에 의해 전류가 공급되는 전기 모터(2)의 로터(202)의 회전 운동은 클러치(E324)를 통해 프로펠러로 전달됨을 나타낸다.
파워트레인은 또한 프로펠러(3)가 계속 회전 구동되는 동안 열 엔진(1)에 의해 배터리(40)를 충전할 수 있게 한다. 따라서, 예를 들어 도 3 및 3a에 도시된 바와 같이 항공기의 기내 충전을 위해, 클러치는 다음 구성으로 가져올 수 있다. 클러치(E324)가 결합해제된다. 클러치(E123), 클러치(E14) 및 클러치(E23)가 결합된다. 따라서, 화살표가 도시한 바와 같이, 열 엔진(1)은 중간 샤프트(A2)를 구동하고, 이는 자석(22)이 제공된 로터(202)가 스테이터(201)의 와인딩(21)을 향하게 하고 이에 따라 프로펠러(A3)를 구동하는 동안 회전하는 와인딩(21)에 전류를 생성하도록 한다. 전기 관리 시스템(41, 42)은 배터리(40)를 충전하기 위해 로터(202)의 회전에 의해 생성되는 전류를 제어한다.
파워트레인의 이러한 종류의 작동 모드는 특히 활주, 이륙 및/또는 상승 단계에서 전기 추진을 위해 배터리가 사용될 때 비행 중에 배터리(40)를 충전하기 위해 열 엔진(1)으로부터의 잉여 전력을 사용할 수 있게 한다.
파워트레인은 바람 구동 또는 물 구동 효과에 의한 에너지 회수를 가능하게한다. 따라서, 특히 도 4 및 4a에 도시된 바와 같이, 따라서 특히 공기 흐름의 영향으로 인해 프로펠러(3)를 떠나는 항공기의 하강 동안, 클러치는 다음 구성을 가질 수 있다. 클러치(E123) 및 클러치(E14)는 열 엔진(1)으로부터 프로펠러(3)를 분리하고 열 엔진(1)으로부터 로터(202)를 분리하기 위해 결합해제된다. 클러치(E23)은 바람직하게 결합해제된다. 클러치(E324)가 결합된다. 따라서 화살표는 프로펠러(3)의 이동이 유성 기어(S223) 및 선 기어(S3)를 통해 전기 모터(2)의 로터(202)로 전달되고, 이와 같이 생성된 전류가 배터리(40)를 충전하는데 사용되는 것을 나타낸다.
파워트레인은 프로펠러(3)를 구동하지 않고 열 엔진(1)에 의해 배터리(40)를 충전할 수 있게 한다. 따라서, 예를 들어 지상에서 항공기를 충전하고 도 5 및 5a에 도시된 바와 같이 클러치는 다음과 같은 구성을 가질 수 있다. 클러치(E324) 및 클러치(E23)가 결합해제된다. 클러치(E123)과 클러치(E14)가 결합된다. 도 5a의 화살표가 도시한 바와 같이, 열 엔진(1)은 중간 샤프트(A2)를 구동하여 스테이터(201)의 와인딩(21)을 향하는 자석(22)이 제공된 로터(202)가 회전하도록 하여 전류를 발생시키고 전기 관리 시스템(41, 42)은 배터리(40)를 충전하도록 제어한다.
하나의 특정 실시예에 따르면, 항공기는 전기 관리 시스템(41, 42)을 통해 항공기의 전원 공급 배터리(40)에 연결된 전기 파워트레인이 제공된 바퀴를 포함한다. 이 경우 파워트레인은 전기 배터리(40)에 의해 바퀴의 전기 파워트레인에 전력 공급을 가능하게 한다.
바퀴의 전기 파워트레인을 관리하기 위한 시스템은 항공기의 전기 모터에 대한 전력 공급을 관리하거나 또는 바퀴의 전기 파워트레인과 배터리 사이에 배치된 별개의 관리 시스템일 수 있다.
열 엔진(1)은 스위치 오프될 수 있거나 사용을 기다리는 유휴 상태일 수 있다. 특히 열 엔진이 각각의 클러치(E23, E324)에서 스위치 온되면 프로펠러를 구동하지 않기 위해 결합해제된다.
프로펠러를 구동하지 않으면 활주할 때 항공기 주변의 장비와 사람의 안전이 향상되고 프로펠러가 회전하여 배터리에서 쓸모없는 에너지 소비를 방지할 수 있다.
도 6에 예시된 변형 실시예
도 6의 실시예에서, 파워트레인은 상기 열 엔진(1)과 중간 샤프트(A2) 사이에 클러치(E123), 예를 들어 마찰 클러치를 포함한다.
도 6의 이 예에서 프로펠러 샤프트(A3)는 중간 샤프트(A2)에 고정되게 연결된다.
클러치(E123)의 일부는 열 엔진(1)의 출력 샤프트(A1)에 회전 결합되고 클러치(E123)의 다른 일부는 중간 샤프트(A2)의 일부에 회전 결합된다.
중간 샤프트(A2)는 서로 축방향으로 오프셋 배열된 2개의 부분에 있다. 중간 샤프트(A2)의 두 부분은 풀리와 벨트 전달 장치(T12)에 의해 상호 연결된다.
전기 파워트레인은 프로펠러 샤프트(A3)에 대해 축방향으로 오프셋된 하나 이상의 전기 모터(2)를 포함할 수 있다. 베벨 기어 시스템과 각 전기 모터 출력 샤프트의 도그 클러치 또는 클러치 시스템과 함께 "반경"오프셋이 동일하게 제공될 수 있다.
각 전기 모터(2)는 전력 공급 시스템(4)에 연결된다. 특히, 제어기(42)는 각 전기 모터(2)에 제공된다.
각 전기 모터(2)의 출력 샤프트는 바람직하게는 도그 클러치 유형인 클러치(E324')의 일부와 함께 회전하도록 구속된다. 클러치(E324')의 다른 부분은 전기 파워트레인의 회전 운동을 프로펠러 샤프트(A3)에 전달하도록 구성된, 예를 들어 풀리와 벨트가 있는 전달 시스템(T23)과 함께 회전하도록 제한된다.
각각의 클러치(E324')는 특히 상기 전기 모터 또는 상기 전기 모터 각각의 고장 시, 전달 시스템(T23)으로부터 연관된 전기 모터(2)의 분리를 가능하게 한다.
따라서, 도 6에 예시된 이 실시예에서, 각각의 전기 모터(2)는 도 1 내지 5의 실시예의 클러치(E324)와 기능적으로 유사한 독립적인 마찰 또는 도그 타입 클러치 시스템(E324')가 제공된다.
도 6에는 2개의 전기 모터만 개략적으로 표시되어 있지만, 그럼에도 불구하고 제3 전기 모터가 존재하며 예를 들어 클러치(E324')와 동일한 유형의 마찰 또는 도그 클러치에 의해 다른 전기 모터와 유사한 방식으로 전달 시스템(T23)에 연결된다. 전기 파워트레인은 바람직하게는 3개 이상의 전기 모터를 포함한다.
도 1 내지 5에 예시된 예에서 파워트레인의 샤프트는 동축이고 샤프트의 운동은 동축인 클러치에 의해 전달된다. 도 6의 변형 실시예에 따르면, 샤프트(A1 및 A3)는 축방향으로 오프셋된다.
따라서, 프로펠러 샤프트(A3)는 클러치(E234') 또는 각각의 클러치(E234')의 결합 상태에서 전기 파워트레인에 의해 및/또는 클러치(E123)의 결합 상태에서 열 엔진에 의해 구동될 수 있다는 것이 분명하다.
특정 양태
클러치 시스템은 수동 또는 자동 제어 장치에 의해 한 구성에서 다른 구성으로 이동하도록 제어될 수 있다. 특히, 컴퓨터와 같은 제어 유닛은 클러치를 작동시켜 한 구성에서 다른 구성으로의 운동을 명령하는 시스템을 제어할 수 있다. 제어 유닛은 프로세서 및 마이크로컨트롤러의 형태에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터 명령어가 저장된 데이터 메모리의 형태를 취할 수 있다.
즉, 설명된 기능 및 단계는 소프트웨어 또는 하드웨어(예를 들어, 프로그래밍가능한 게이트 어레이)를 통해 실행될 수 있다. 특히, 제어 유닛에 의해 수행되는 기능 및 단계는 프로세서 또는 컨트롤러를 구현하거나 FPGA 또는 ASIC 유형 컴포넌트의 전용 전자 컴포넌트에 의해 생성된 명령 또는 소프트웨어 모듈 세트에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어와 전자 장치를 결합하는 것도 가능한다.
항공기가 바퀴가 있는 비행기인 경우, 예를 들어 전기 모터를 허브에 통합함으로써 하나 이상의 바퀴에 전기 모터를 제공하는 것도 동일하게 가능하다. 각 바퀴의 전기 모터는 항공기의 전기 관리 시스템에 연결될 수 있다. 따라서, 유도로를 이동하는 활주 단계에서 바퀴의 전기 모터 또는 모터들은 전력 공급 시스템(4)을 통해 배터리(40)에 의한 전력을 공급받을 수 있다.
항공기는 서로 독립적으로 제어될 수 있는 복수의 보조 프로펠러 추진 시스템을 포함할 수 있다.
하나의 특정 양태에 따르면, 항공기는 2개의 보조(바람직하게는 측면) 프로펠러 엔진을 포함할 수 있고, 2개의 프로펠러 엔진 사이에 본 발명에 따른 파워트레인의 프로펠러 추진 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 보조 파워트레인과 푸시 및 풀형일 수 있다.
프로펠러 또는 각 프로펠러는 가변 피치일 수 있으며 사용하지 않을 경우 항력을 줄이기 위해 소위 깃털형 구성으로 배치할 수 있다.
본 발명은 도면에 예시된 실시예로 제한되지 않는다.
더욱이, "포함하는"이라는 용어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 더욱이, 위에서 설명된 실시예들 중 하나를 참조하여 설명된 특징들 또는 단계들은 위에서 설명된 다른 실시예들의 다른 특징들 또는 단계들과 함께 동일하게 사용될 수 있다.
Claims (15)
- 파워트레인이 장착된 항공기와 같은 기계(100)로서, 상기 기계는:
-열 엔진(1) 및 열 엔진에 의해 회전 구동가능한 열 엔진의 출력 샤프트로 불리는 샤프트(A1)를 구비하는 열 파워트레인;
-전기 모터(2)를 구비하는 전기 파워트레인;
-전기 모터(2)에 전력을 공급하기 위한 배터리(40)를 구비하는 전력 공급 시스템(4);
-프로펠러(3) 및 프로펠러(3)가 결합되는 프로펠러 샤프트로 불리는 샤프트(A3)를 구비하는 프로펠러 추진 시스템;을 포함하고,
파워트레인은 클러치 시스템(E123, E14, E23, E324)도 포함하고, 상기 클러치 시스템은 선택적으로:
-전기 모터(2)의 회전을 프로펠러(3)에 전달하지 않고 열 엔진(1)에 의해 프로펠러(3)를 구동하거나;
-열 엔진(1)의 회전을 프로펠러(3)에 전달하지 않고 전기 모터(2)에 의해 프로펠러(3)를 구동하거나;
-열 엔진(1)의 회전 운동을 프로펠러(3)로의 전달 및 전기 모터(2)의 회전 운동을 프로펠러(3)로의 전달의 조합에 의해 프로펠러(3)를 구동하게; 구성되고,
파워트레인은 프로펠러 샤프트(A3)에 견고하게 연결되거나 또는 회전하도록 결합될 수 있는 중간 샤프트로 불리는 샤프트(A2)를 포함하고,
클러치 시스템은:
-결합 상태에서 열 엔진(1)의 회전을 중간 샤프트(A2)에 전달하도록 구성된 제1 클러치(E123); 및
-결합 상태에서 중간 샤프트(A2)로부터 프로펠러 샤프트(A3)로 회전을 전달하도록 구성된 제2 클러치(E23); 및/또는
-결합 상태에서 전기 모터(2)의 회전을 프로펠러 샤프트(A3)에 전달하도록 구성된 제3 클러치(E324);를 포함하고,
전기 모터(2)는 스테이터(201)와 로터(202)를 포함하고,
상기 로터는 중공 몸체의 형태를 취하고 스테이터(201) 내부의 중간 샤프트(A2) 주위에서 회전하도록 장착되고, 로터(202) 및 중간 샤프트(A2)는 동축을 이루고, 제2 클러치는 로터의 중공 몸체의 내부에 배치되는, 기계(100). - 제1항에 있어서, 프로펠러(3)에 운동을 전달하기 위한 시스템의 일부를 형성하는 각각의 샤프트(A1, A2)는 프로펠러 샤프트(A3)와 동축을 이루는 기계(100).
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 스테이터(201)는 와인딩(21)이 제공된 중공 몸체의 형태를 취하고, 로터(202)는 자석(22)이 제공되는 기계(100).
- 제1항에 있어서, 파워트레인은 유성 기어 트레인 유형 기계식 전달 시스템(S2, S23, C223)도 포함하고, 상기 기계식 전달 시스템은:
-로터의 중공 몸체의 내부에 의해 지지되는 링 기어(C223) 및 중간 샤프트(2)의 일부에 대응하는 선 기어로 지칭되는 내부 샤프트(S2);
-유성 캐리어 및 링 기어(C223)와 선 기어(S2) 사이에 배열된 유성 기어(S23);를 포함하고,
유성 기어(S23)에 마주보는 유성 캐리어의 단부는 제2 클러치(E23)의 일부와 함께 회전하도록 구속되고, 제2 클러치(E23)는 프로펠러 샤프트(A3)와 회전하도록 구속된 다른 일부를 포함하는, 기계(100). - 제1항에 있어서, 클러치 시스템은 결합된 상태에서 열 엔진(1)의 회전을 전기 모터(2)로 전달하여 발전기로서 작동하도록 구성된 제4 클러치(E14)를 포함하는 기계(100).
- 제5항에 있어서, 제4 클러치(E14)는 제1 클러치(E123)의 결합 상태에서 열 엔진(1)의 출력 샤프트(A1)와 함께 회전하도록 구속되는 부분, 및 전기 모터(2)의 로터(202) 상에 장착되고 그와 함께 회전하도록 구속되는 다른 부분을 포함하는, 기계(100).
- 제1항에 있어서, 제3 클러치(E324)는 기계식 전달 시스템(S3, S223, C213)을 통하여 전기 모터(2)의 로터(202)와 회전하도록 구속된 부분 및 프로펠러(3)와 회전하도록 구속된 부분을 포함하는, 기계(100).
- 제1항에 있어서, 전력 공급 시스템(4)은 전기 관리 시스템(41, 42)도 포함하고, 상기 전기 관리 시스템은:
-배터리(40)와 전기 모터(2) 사이에 전력 공급 회로를 개방 또는 폐쇄하기 위한 고장력 유닛(41),
-배터리(40)에 의해 공급되거나 또는 발전기로서 기능을 할 때 전기 모터(2)에 의해 발생되는 전류를 처리하기 위한 제어기(42)를 포함하는, 기계(100). - 제1항에 따른 기계(100)는 항공기이며, 상기 항공기를 제어하기 위한 방법으로서, 이륙 및/또는 상승 단계에서 기계의 전기 추진을 위하여,
클러치는:
-제1 클러치(E123)가 프로펠러(3)로부터 열 엔진(1)을 분리하기 위해 결합해제되고;
-제4 클러치(E14)가 존재하는 경우, 제4 클러치(E14) 및 로터의 중공 몸체의 내부에 배치된 제2 클러치(E23)가 결합해제되고;
-제3 클러치(E324)가 존재하는 경우, 제3 클러치(E324)가 결합되어 전기 모터(2)의 운동을 프로펠러(3)에 전달하도록; 구성되는, 방법. - 제1항에 따른 기계(100)를 제어하기 위한 방법으로서, 전기 파워트레인을 사용하지 않고 열 추진을 행하는 경우, 예를 들어 오류가 전기 전달 시스템에서 발생 했을 때,
클러치는:
-제1 클러치(E123)가 결합되고;
-로터의 중공 몸체의 내부에 배치된 제2 클러치(E23)가 열 엔진(1)의 운동을 프로펠러(3)에 전달하도록; 구성되는, 방법. - 제1항에 따른 기계(100)를 제어하기 위한 방법으로서, 열 엔진(1)과 전기 모터(2)를 조합 사용하여 추진을 하기 위해,
클러치는:
-제1 클러치(E123)가 결합되고;
-로터의 중공 몸체의 내부에 배치된 제2 클러치(E23)가 결합되어 열 엔진(1)의 운동을 프로펠러(3)에 전달하고;
-제3 클러치(E324)가 존재하는 경우, 제3 클러치(E324)를 결합시켜 전기 모터(2)의 운동을 프로펠러(3)에 전달하고;
-제4 클러치(E14)가 존재하는 경우, 제4 클러치(E14)의 결합을 해제하는; 구성으로 되는 방법. - 제1항에 따른 기계(100)를 제어하기 위한 방법으로서,
클러치 시스템은 결합 상태에서 열 엔진(1)의 회전을 전기 모터(2)에 전달하여 발전기로서 작동하도록 구성된 제4 클러치(E14)를 포함하고,
프로펠러(3)의 회전 구동을 유지하면서 열 엔진(1)을 사용하여 배터리(40)를 충전하기 위해, 예를 들어 비행 중에 기계를 충전하기 위해, 클러치는:
제1 클러치(E123), 제4 클러치(E14), 및 로터의 중공 몸체의 내부에 배치된 제2 클러치(E23)가 결합되어, 열 엔진(1)이 중간 샤프트(A2)를 구동하여 로터(202)가 프로펠러 샤프트(A3)를 구동하면서 전류를 발생하도록 하기 위해 스테이터(201)에 대해 회전하는 구성으로 되고;
전기 관리 시스템(41, 42)은 발전기로서 기능하는 전기 모터(2)에 의해 생성된 전류를 제어하여 배터리(40)를 충전하는, 방법. - 제1항에 따른 기계(100)를 제어하기 위한 방법으로서,
클러치 시스템은 결합 상태에서 열 엔진(1)의 회전을 전기 모터(2)에 전달하여 발전기로서 작동하도록 구성된 제4 클러치(E14)를 포함하고,
바람 구동 또는 물 구동 효과에 의해 에너지를 회복하기 위하여,
클러치는:
-제1 클러치(E123) 및/또는 로터의 중공 몸체의 내부에 배치된 제2 클러치(E14)가 열 엔진(1)에서 프로펠러(3)를 결합해제하게 또는 열 엔진(1)에서 로터(202)를 결합해제하게 있거나 또는 분리되고;
-제2 클러치(E23)가 결합해제되고;
-제3 클러치(E324)가 결합되어 프로펠러(3)의 운동을 전기 모터(2)의 로터(202)에 전달하게; 구성되는, 방법. - 제1항에 따른 기계(100)를 제어하기 위한 방법으로서,
클러치 시스템은 결합 상태에서 열 엔진(1)의 회전을 전기 모터(2)에 전달하여 발전기로서 작동하도록 구성된 제4 클러치(E14)를 포함하고,
프로펠러(3)를 구동하지 않고 열 엔진(1)을 사용하여 배터리(40)를 충전하기 위해, 클러치는:
-제3 클러치(E324)와, 로터의 중공 몸체의 내부에 배치된 제2 클러치(E23)를 분리하고;
-제1 클러치(E123)와 제4 클러치(E14)를 결합하여 열 엔진(1)이 중간 샤프트(A2)를 구동시켜 전류를 발생하게 로터(202)를 회전시키는; 구성이고,
전기 관리 시스템(41, 42)은 발전기로서 작용하는 전기 모터(2)에 의해 생성된 전류를 제어하여 배터리(40)를 충전하는, 방법. - 제1항에 따른 기계(100)를 제어하기 위한 방법으로서,
기계는 전기 파워트레인에 의해 구동되는 바퀴를 포함하고, 상기 전기 파워트레인은 전기 관리 시스템(41, 42)을 통해 기계의 전원 공급 배터리(40)에 연결되고, 전력을 전기 배터리(40)에 의해 바퀴의 전기 파워트레인에 공급하는 단계를 포함하는 방법.
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