WO2020011867A1 - Luftfahrzeug-antriebssystem - Google Patents

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WO2020011867A1
WO2020011867A1 PCT/EP2019/068565 EP2019068565W WO2020011867A1 WO 2020011867 A1 WO2020011867 A1 WO 2020011867A1 EP 2019068565 W EP2019068565 W EP 2019068565W WO 2020011867 A1 WO2020011867 A1 WO 2020011867A1
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gen
stator winding
bat
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PCT/EP2019/068565
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Christian Bachmann
Dominik Bergmann
Holger Markmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to an electrical drive system for an aircraft.
  • the invention relates to a redundant hybrid-electric drive system for providing kinetic energy for a propulsion means of an aircraft.
  • Such an electric drive system which can be designed as a purely electric or also as a hybrid-electric drive system, generally has at least one electric machine which is operated as an electric motor to drive the propulsion means of the aircraft. Furthermore, a corresponding de source of electrical energy for supplying the electric motor and, as a rule, power electronics and, of course, the corresponding cabling for the electrical connection of the components of the drive system are provided, by means of which the electric motor is operated.
  • a combustion engine is also provided which is integrated in the drive system in series or parallel and drives, for example, a generator which in turn provides electrical energy which is stored in a battery and / or the electric motor can be supplied.
  • a fault can occur in any of the components of the drive system listed by way of example, i.e. in the energy store that supplies the electrical energy for supplying the electric motor, in the power electronics of the electric motor, for example, among others. converts a direct current into an alternating current for the electric motor, in the electric motor itself, in the generator and / or in power electronics assigned to the generator.
  • redundant generally means that the multiple execution of components increases the level of security against an error. If one of the partial drive systems fails, the remaining system would be sufficient to ensure a safe onward flight and a safe landing Despite the redundancy, there may still be failures in the sub-drive systems of the components located there, although additional situations such as asymmetrical charging or aging of the batteries etc. may also occur.
  • Such an aircraft propulsion system has at least a first and a second subsystem, all subsystems being provided for generating propulsion for the aircraft.
  • the first subsystem has, for example, a first propeller, a first electric motor for driving the first propeller and a first battery, the first electric motor optionally and controlled by the control of the first battery and / or via the first stator winding system with electrical Energy is available.
  • the second subsystem has, for example, a second propeller, a second electric motor for driving the second propeller and a second battery, the second electric motor optionally and controlled by the control of the second battery and / or via the second stator winding system with electrical Energy is available. Furthermore, an electrical machine with a first stator winding system and a second stator winding system is provided. In normal operation of the drive system, a voltage induced in the first stator winding system can be supplied as electrical energy to the first subsystem for supplying components of the first subsystem arranged there, for example the first battery and the electric motor of the first subsystem. The first battery can therefore be charged and / or the motor can be supplied with energy.
  • the motor of the first subsystem can optionally draw electrical energy from the battery or from the first stator winding system.
  • a voltage induced in the second stator winding system can be supplied as electrical energy to the second subsystem for supplying components of the second subsystem, for example the second battery and the electric motor of the second subsystem.
  • the second battery can therefore be charged and / or the second motor can be supplied with energy.
  • the motor of the second subsystem can optionally draw electrical energy from the second battery or from the second stator winding system. Accordingly, the electrical machine works in normal operation as a generator or purely generator.
  • the drive system also has a controller which is set up to to set an operating state of the drive system in this way and also to cause changes between the possible operating states that the drive system can be operated in normal operation or in a motorized operating state.
  • a controller which is set up to to set an operating state of the drive system in this way and also to cause changes between the possible operating states that the drive system can be operated in normal operation or in a motorized operating state.
  • in the motorized operating state controlled by the control of one of the subsystems as supplying and another of the subsystems as supplying subsystem, electrical energy from the supplying subsystem via the stator winding systems of the electrical machine into the subsystem to be supplied is portable ,
  • the invention accordingly relates to a hybrid-electric drive system for an aircraft with two largely independent subsystems.
  • a stator winding of a common electrical machine is assigned to each of the subsystems, so that both subsystems can be supplied with electrical energy by the common electrical machine. If an error occurs in one of the subsystems, the drive system is to be set up in such a way that electrical energy can be transferred from a battery of the non-defective subsystem to the defective subsystem using the two stator winding systems.
  • the concept on which the invention is based is to transmit energy from one subsystem of the drive system to the other subsystem by means of a moment on the generator shaft, which can be neutral for the internal combustion engine, for example. Via the winding systems of the generator gen.
  • the stator winding systems are independent of one another and arranged in such a way that each of the stator winding systems interacts electromagnetically with magnetic means of a common rotor of the electrical machine, for example to generate the respective induced voltage. Accordingly, a separate rotor is not provided for each of the stator winding systems.
  • the electrical machine has a rotor with a large number of magnetic means, for example permanent magnets, on that interact in a known manner with both stator winding systems men electromagnetically. Accordingly, the rotor is referred to as a common rotor. This presence of a common rotor, which interacts electromagnetically with both stator winding systems, ultimately enables energy transfer with the aid of the stator winding systems.
  • the controller is set up to monitor the subsystems with regard to the occurrence of an error in the respective subsystem and to initiate a change from normal operation to the motorized operating state when an error is detected in one of the subsystems, the subsystem in which the error occurs exists when the subsystem to be supplied is determined.
  • the monitoring allows a largely delay-free reaction to the occurrence of an error.
  • the energy transfer is therefore only possible if the electrical machine is not currently being operated at its maximum power.
  • the term “currently” should in particular mean that the respective corresponding point in time is as close as possible to the point in time when the fault occurs or the detection of the fault occurs, in order to minimize delays in the reaction to the fault.
  • the controller is set up to charge one of a battery of the supplying subsystem.
  • P_bat (t) To determine the currently applied power P_bat (t) and to be able to start the transmission of electrical energy from the supplying to the supplying system only from a time thT2 if P_bat (T2) ⁇ thres_bat * P_bat_max applies, whereby P_bat_max is one of the battery of the supplying subsystem maximum achievable output and thres_bat is a threshold value that can be specified by the control system and applies to
  • control is set up to determine the threshold values thres_gen, thres_bat as a function of a type of the detected fault and / or as a function of a current flight situation.
  • the type of fault can already be determined, for example, in which component of the faulty subsystem the fault has occurred. The flexibility achieved in this way ensures that sufficient energy is supplied to the subsystem to be supplied, while at the same time ensuring that too much energy is not drawn from the subsystem to be supplied.
  • At least a part of the energy transferred from the supplying subsystem to the subsystem to be supplied can be supplied to the battery of the subsystem to be supplied and / or the electric motor or its power electronics of the subsystem to be supplied, the controller being set up to control the flows of the transmitted energy to control in the subsystem to be supplied.
  • a voltage induced in the first stator winding system is supplied as electrical energy to the first subsystem in the normal operating state and an winding system induced in the second stator Voltage is supplied as electrical energy to the second subsystem.
  • one of the subsystems is defined as the supply system and another of the subsystems as the supply system.
  • electrical energy is transferred from the supplying subsystem to the subsystem to be supplied via the stator winding systems of the electrical machine.
  • the subsystems are monitored by the control and a corresponding sensor system with regard to the occurrence of an error in the respective subsystem.
  • an error is detected in one of the subsystems, a change from normal operation to the engine operating state is initiated and the subsystem in which the error case was detected is defined as the subsystem to be supplied.
  • the threshold values thres_gen, thres_bat can be defined as a function of a type of fault detected and / or as a function of a current flight situation, in order to ensure that the drive system operates as safely as possible. Flight situations can be, for example, a takeoff, a landing or a cruise.
  • the controller being set up to supply the flows of the transmitted energy in the subsystem to be supplied Taxes.
  • FIG. 1 shows a drive system for an aircraft.
  • Axial describes a direction parallel to the axis of rotation
  • radial describes a direction orthogonal to the axis of rotation, towards or away from it
  • tangential is a movement or direction orthogonal to the axis and orthogonal to the radial direction which is at a constant radial distance from the axis of rotation and, with a constant axial position, is directed circularly around the axis of rotation.
  • the tangential direction can also be referred to as the circumferential direction, if necessary.
  • electromagnetic interaction means the interaction, known in an electrical machine, between the magnetic fields of the magnetic means of the rotor, for example permanent magnets, and the magnetic means of the stator, for example current-carrying coils, due to which the electric motor can be Torque develops or due to which a generator supplies an electrical current.
  • the drive system 10 has two largely independent and largely identical subsystems 100, 200.
  • the first subsystem 100 comprises a first stator winding system 110 of a common electrical machine 300 of the drive system 10, a first line electronics 120, a first battery 130, a first DC wiring 140 with a first branch 141 and a first electric motor 150 with a first engine power electronics 151, wherein the first motor 150 is mechanically coupled to a first propeller 160 of the first subsystem 100.
  • the electrical machine 300 is used in normal operation of the drive system 10 as a generator.
  • the basic mode of operation is based on the concept that the first electric motor 150, when it is operated by the first battery 130 and / or by the electric machine 300 in generator mode and via a respective engine power electronics 151 and possibly via the first power electronics 120 with electric Energy is supplied, the first propeller 160 is set in rotation and thus generates the propulsion for the aircraft.
  • the supply of electrical energy takes place via the first DC cabling 140.
  • the first motor power electronics 151 convert the electrical energy provided to it in the form of a direct voltage DC into an alternating voltage AC in order to drive the first motor 150.
  • the second subsystem 200 comprises a second stator winding system 210 of the common electrical machine 300 of the drive system 10, a second line electronics 220, a second battery 230, a second DC wiring 240 with a second branch 241 and a second electric motor 250 with a second motor power electronics 251 wherein engine 250 is mechanically coupled to a second propeller 260 of second subsystem 200.
  • the stator winding systems 110, 210 are independent of one another, ie in particular are not electrically connected to one another.
  • the mode of operation of the second subsystem 200 corresponds to that of the first subsystem 100, the second electric motor 250 supplying the electrical energy required for operation via the second DC wiring 240 from the second battery 230 and / or from the second stator winding system 210 and via the respective one Power electronics 251 and possibly 220 relate.
  • the second motor power electronics 251 converts the electrical energy provided to it in the form of a DC voltage DC into an AC voltage AC in order to drive the second motor 250.
  • the positioning and size of the propellers 160, 260 do not necessarily reflect reality but only serve to illustrate the interaction between drive 10 and propellers 160, 170.
  • the two stator winding systems 110, 210 are part of a common electrical machine 300, but the two subsystems 100, 200 still work independently of one another.
  • the common electrical machine 300 is driven as needed by an internal combustion engine 400, for example a turbine.
  • the electrical machine 300 has a plurality of independent stator winding systems 110, 210 as well as power electronics 120, 220 individually assigned to them, i.e. Electrical energy can be supplied between the respective stator winding system 110 or 210 and the associated power electronics 120 or 220 via a respective AC wiring 170 connected between the mutually associated winding systems 110, 210 and power electronics 120, 220,
  • each of the stator winding systems 110, 210 consists of a plurality of coils, which are typically arranged in such a way that, seen in the circumferential direction of a stator of the electrical machine 300, coils of the first 110 and the second stator winding system 210 are alternately arranged one behind the other.
  • a rotor 310 of the common electrical machine 300 When the internal combustion engine 400 is active, a rotor 310 of the common electrical machine 300, to which permanent magnets 311 are typically attached, is rotated via a shaft 410, so that due to a known electromagnetic interaction between these permanent magnets 311 and those not shown in detail Coils of the stator winding systems 110, 210 induced in the coils of the stator winding systems 110, 210 alternating electrical voltages become. Since this aspect of the concept of the electrical machine is well known in generator operation, detailed explanations and the representation of the rotor 310 and the permanent magnets 311 are omitted. For the sake of brevity, the coils of the winding systems 110, 210 are not mentioned further below.
  • a first operating state of the drive system 10 which is also referred to below as “normal operation”
  • the electrical energy or alternating voltage thus provided by the respective stator winding system 110, 210 is transferred to the power electronics 120 or 220 assigned to the respective stator winding system 110, 210
  • the respective AC cabling 170, 270 is fed in and converted there into a DC voltage.
  • the machine 300 therefore operates fully in generator mode or in generator mode.
  • the DC voltages or the corresponding electrical energies are via the DC cabling 140, 240 each battery 130, 230 supplied to charge them and / or the motor power electronics 151, 251 of the two subsystems 100, 200 to provide the motors 150, 250 with electrical energy in the form of suitable electrical alternating voltages for driving them the branches 141, 241 used the energy flows in the respective To control subsystem 100 or 200 with the aid of a controller 500 of the drive system 10.
  • the electrical energy can be passed from the first power electronics 120 to the first battery 130 as needed to charge it and / or to the first motor power electronics 151 of the first motor 150 to drive it.
  • electrical energy from the first battery 130 to the first motor power tion electronics 151 are directed, in turn to drive the first motor 150.
  • the second subsystem 200 in normal operation, ie the second branch 241 arranged in the DC cabling 240 there, controlled by the controller 500, causes electrical energy to be used from the second power electronics 220 to the second battery 230 and / or or to the second motor power electronics 251 and possibly also from the second battery 230 to the second motor power electronics 251.
  • the controller 500 not only influences the branches 141, 241, but also, if necessary, the power electronics 120, 151, 220, 251 involved.
  • the control of the drive system 10 with regard to the electrical energy flows between components of the drive system 10 is thus based on an interaction of the branches 141, 241 with the respective power electronics 120, 220 and possibly 151, 251.
  • the term “as required” is to be understood in such a way that, depending on the components between which energy should flow, not necessarily all power electronics 120, 151, 220, 251. If, for example, the first motor 150 is to be fed solely from the first battery 130, the first power electronics 120 are not used for this purpose.
  • the generator 300 or the second stator winding system 210 should both be the second Charging the battery 230 as well as supplying the second motor 250 with energy flows through electrical power rgie both via the second power electronics 220 and the second motor power electronics 251.
  • stator winding systems 110, 210 work in combination with the power electronics 120, 220 assigned to them as a generator, ie they provide electrical energy for the respective subsystem 100, 200.
  • subsystems 100, 200 operate completely independently of one another.
  • the drive system 10 is designed in such a way that the stator winding systems 110, 210, in cooperation with the rotor 310 and the magnets 311 located thereon, can each work as a motor.
  • the stator winding system 110 or 210 in this operation is operated with the aid of the power electronics 120 or 210 associated with this stator winding system 110 or 210.
  • the respective power electronics 120 or 220 obtain the required electrical energy from the respective battery 130 or 230 to which it is connected.
  • the first stator winding system 110 of the first subsystem 100 is supplied with current and is accordingly operated by a motor. This operating state is referred to as the “first motor operating state” of the drive system 10. It should be clear here that the explanations apply correspondingly to the components of the second subsystem 200, if not the first 110, but the second winding system 210 of the second Subsystem 200 is energized, ie in the "second motor operating state”.
  • the first battery 130 provides electrical energy, which is converted into an AC voltage by the first power electronics 120.
  • This alternating voltage is fed to the first stator winding system 110, so that its coils are acted upon by alternating electrical current. This leads to for the occurrence of the known electromagnetic interaction between the magnetic fields thus generated by the first stator winding system 110 or its coils and the magnetic fields of the permanent magnets 311 of the rotor 310.
  • this causes a torque to be generated on the rotor 310 .
  • This torque acts in addition to the torque transmitted to the rotor 310 by the turbine 400 via the shaft 410, so that a larger so-called load angle must be set in the second stator winding system 210 in order to maintain the torque balance and thus the speed of the rotor 310 ,
  • the second stator winding system 210 supplies additional electrical energy which, again controlled by the controller 500, can then be fed to any desired destination in the second subsystem 200, for example the battery 230 and / or the power electronics 251 and the motor 250. It energy was thus transferred from the first subsystem 100 to the second subsystem 200.
  • the load angle introduced above describes the angle between the terminal voltage and induced voltage of a respective stator winding system 110, 210.
  • the level of an induced voltage changes only via the speed of the rotor 310 with the magnets 311, but not via that acting on the rotor 310 Moment.
  • a moment can be set in the individual winding systems 110, 210 via the load angle. It is therefore possible that one winding system 110, 210 has a negative load angle and thus a positive or motor torque, and the other system 210, 110 has a positive load angle, i.e. a negative or generator moment.
  • Both propeller drives or motors 150, 250 are accordingly supplied with electrical energy in normal operation from their own battery 130 or 230 and / or via the generator-operated electrical machine 300 via independent DC cabling 140 or 240.
  • this the goal of building the two subsystems 100, 200 largely independently of one another, in order not to lose the drives 150, 160 and 250, 260 at the same time in the event of a fault.
  • Due to the described mode of operation of the controller 500 it is also possible to generate energy between the otherwise independent subsystems in a respective first or second motor operation! 100, 200 to be transmitted, that is, for example, from the battery 130 of the first subsystem 100 into the second subsystem 200 and to the motor 250 there or vice versa.
  • This possibility can be very advantageous in certain situations, for example in the event of a failure of partial components, uneven charging states of the batteries 130, 230 and / or when the batteries 130, 230 age.
  • the expression “comparatively small moments” is particularly related to the fact that the described energy transmission can be implemented at a time t in particular if the electrical machine 300 is not operated by the turbine 400 at this time t at its maximum possible power P_gen_max if P_gen (t) ⁇ thres_gen * P_gen_max applies, where P_gen (t) represents the power applied by the electrical machine 300 at time t and thres_gen is a threshold value that can be predetermined by the controller 500, for which 0dthres_gen can apply, for example ⁇ 0, 5.
  • the upper limit for the thres_gen threshold value of 0.5 instead of an upper limit of 1 that may be expected results from the practical assumption that the transmission of the electrical energy from a respective winding system 110, 210 into the other system 210, 110 is only sensibly implemented at 0dthres_gen ⁇ 0, 5, because everyone The winding system 110, 210 is typically designed for a maximum power of 0.5 * P_gen_max. Otherwise, the performance of the electrical machine 300 possibly unevenly distributed among the subsystems 100, 200, ie one of the subsystems 100, 200 could or would receive more power from the generatively operated electrical machine 300 than the other 200, 100 in normal operation.
  • thres_batl30 is a threshold value which can be predetermined by the controller 500, for which 0dthres_batl30 ⁇ 1 applies, and P_batl30 (t) represents the power applied by the corresponding battery 130 at time t. In this case, the remaining power of the battery 130 can be used to supply the second subsystem 200.
  • the request would be P_bat230 (t) ⁇ thres_bat230 * P_bat230_max, where P_bat230 (t) describes the power provided by the battery 230 at time t, thres_bat230 is a control 500 predefinable threshold value and P_bat230_max represents the maximum power that can be provided by the battery 230.
  • the core therefore lies in the utilization of reserve power of the two winding systems 110, 210 and the battery 130 or 230 of a respective supplying subsystem 100 or 200 in order to supply energy from the battery of one subsystem 100, 200 to the other subsystem 200, 100 To make available.
  • one of the winding systems 110, 210 of the electrical machine 300 can optionally be operated by motor and thereby reserve power of the one battery 130, 230 can be used to generate energy from the battery 130, 230 of the subsystem 100, 200 and the other subsystem 200, 100 to provide
  • the drive system 10 is operated by the control 500 in such a way that there is at least as long as there is no relevant fault in one of the subsystems 100, 200 in normal operation.
  • the electrical machine 300 works in generator mode, i.e. it feeds electrical energy into both subsystems 100, 200.
  • the controller 500 monitors the subsystems 100, 200 with respect to the presence of a relevant fault, for example with regard to a failure of subcomponents of the subsystems 100, 200, with regard to uneven charging states of the batteries 130, 230, with regard to excessive aging of the batteries 130, 230 etc.
  • the controller 500 In the event that the controller 500 is in one of the Subsystems 100, 200 detects a relevant fault, ie if one of the subsystems 100, 200 is faulty, the controller 500 can put the drive system 10 into the motorized operating state. In the motorized operating state of the drive system 10, electrical energy is transmitted from a supplying subsystem 100, 200 to a supplying subsystem 200, 100.
  • the controller 500 is set up in such a way that, when it detects a relevant fault in one of the subsystems 100, 200 at a time T0, it checks at a time TI with what power P_gen (Tl) the electrical machine 300 is currently being operated, and on the other hand, at a point in time T2, determines the current load P_bat (T2) of the battery 130, 230 of the subsystem 100, 200 without a fault.
  • P_batl30 (T2) ⁇ thres_batl30 * P_batl30_max is fulfilled, the described method for energy transfer, i.e. engine operation.
  • the faulty subsystem for example subsystem 200
  • the non-faulty subsystem that is to say subsystem 100 in the selected example
  • the times TI, T2 are ideally identical and lie immediately after the time T0, so that the controller 500 can initiate motor operation as quickly as possible after the relevant fault has occurred.
  • the threshold values thres_gen, thres_batl30, thres_bat230 it applies that these can be at a fixed value of - purely by way of example - 60%.
  • the controller 500 determines them as a function of the type of fault detected, since depending on the type of fault or the type of component of the faulty subsystem 100, 200 affected by the fault, more or less energy must be transferred from the supplying 100, 200 to the subsystem 200, 100 to be supplied. This fact can be determined by the situation
  • Threshold values are taken into account. Furthermore, it can make sense to determine the threshold values depending on the flight situation prevailing when the fault occurs. place, because here too there are different requirements both for the amount of energy to be supplied to the subsystem 200, 100 to be made available and for the amount of energy still required in the serving subsystem 100, 200. Possible flight situations are, for example, the take-off or climb flight, the landing approach or the cruise.
  • 260 deviating from the above description and from the Dar position in FIG. 1 can also be designed, for example, as fans of an electrically operated turbine or such a jet engine.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hybrid-elektrisches Antriebssystem für ein Luftfahrzeug mit zwei weitestgehend voneinander unabhängigen Teilsystemen. Jedem der Teilsysteme ist eine Statorwicklung einer gemeinsamen elektrischen Maschine zugeordnet, so dass beide Teilsysteme von der gemeinsamen elektrischen Maschine mit elektrischer Energie versorgbar sind. Beim Auftreten eines Fehlerfalls in einem der Teilsysteme, ist das Antriebssystem derart einzurichten, dass elektrische Energie aus einer Batterie des nicht fehlerhaften Teilsystems über Ausnutzung der beiden Statorwicklungssysteme in das fehlerhafte Teilsystem transferiert werden kann.

Description

Beschreibung
Luftfahrzeug-AntriebsSystem
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Luftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung ein re dundantes hybrid-elektrisches Antriebssystem zum Bereitstel len von kinetischer Energie für ein Vortriebsmittel eines Luftfahrzeugs .
Für mobile Anwendungen, bspw. zum Antrieb von Luftfahrzeugen wie etwa Flugzeugen oder Helikoptern oder aber auch für elektrisch angetriebene Land- oder Wasserfahrzeuge etc., wer den als Alternative zu den gebräuchlichen Verbrennungskraft maschinen Konzepte beruhend auf elektrischen Antriebssystemen untersucht und eingesetzt. Ein derartiges elektrisches An triebssystem, welches als rein elektrisches oder auch als hybrid-elektrisches Antriebssystem ausgebildet sein kann, weist in der Regel zumindest eine elektrische Maschine auf, die zum Antreiben des Vortriebsmittels des Luftfahrzeugs als Elektromotor betrieben wird. Weiterhin sind eine entsprechen de Quelle elektrischer Energie zur Versorgung des Elektromo tors sowie in der Regel eine Leistungselektronik und natür lich die entsprechende Verkabelung zur elektrischen Verbin dung der Komponenten des Antriebssystems vorgesehen, mit de ren Hilfe der Elektromotor betrieben wird. Im Falle eines hybrid-elektrischen Antriebssystems ist desweiteren ein Ver brennungsmotor vorgesehen, der seriell oder parallel in das Antriebssystem integriert ist und bspw. einen Generator an treibt, welcher seinerseits elektrische Energie zur Verfügung stellt, die in einer Batterie gespeichert und/oder dem Elekt romotor zugeführt werden kann.
Derartige Systeme werden bspw. in WO2015106993A1,
WO2015128121A1 oder auch in WO2017025224A1 beschrieben.
Beim elektrischen Betreiben insbesondere eines Luftfahrzeugs kann ein Fehlerfall im elektrischen Antriebssystem einen Ab- stürz des Luftfahrzeugs zur Folge haben, verbunden mit ent sprechenden Gefahren für Passagiere und in der Regel einher gehend mit erheblichen Sachschäden. Bei dem hybrid
elektrischen Antriebssystem kann ein Fehler in jeder der ein leitend exemplarisch aufgezählten Komponenten des Antriebs systems auftreten, also unter anderem im Energiespeicher, der die elektrische Energie zur Versorgung des Elektromotors lie fert, in der Leistungselektronik des Elektromotors, die bspw. u.a. einen Gleichstrom in einen Wechselstrom für den Elektro motor wandelt, im Elektromotor selbst, im Generator und/oder in einer dem Generator zugeordneten Leistungselektronik.
Um die genannten Risiken aufgrund eines Fehlerfalls im elektrischen Antriebssystem zu reduzieren, wurde vorgeschla gen, das Fahrzeug mit einem redundanten Antriebssystem zu be treiben, welches zwei oder mehr weitestgehend voneinander un abhängige Teilantriebssysteme aufweist. Dabei bedeutet der Begriff „redundant" im Allgemeinen, dass durch eine mehrfache Ausführung von Komponenten eine erhöhte Sicherheit gegen ei nen Fehlerfall erreicht wird. Beim Ausfall eines der Teilan triebssysteme würde das verbleibende System ausreichen, um einen sicheren Weiterflug und eine sichere Landung zu gewähr leisten. Trotz der Redundanz kann es in den Teilantriebssys temen nach wie vor jeweils zu Ausfällen von dort angesiedel ten Komponenten kommen, wobei zusätzlich auch weitere nach teilige Situationen wie bspw. asymmetrische Lade- oder Alte rungszustände der Batterien etc. auftreten können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hybrid-elektrisches Antriebssystem für ein Luftfahrzeug mit erhöhter Ausfallsicherheit anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene An triebssystem und das in Anspruch 9 beschriebene Betriebsver fahren gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen . Ein solches Luftfahrzeug-Antriebssystem weist zumindest ein erstes sowie ein zweites Teilsystem auf, wobei sämtliche Teilsysteme zum Erzeugen von Vortrieb für das Luftfahrzeug vorgesehen sind. Das erste Teilsystem weist bspw. u.a. einen ersten Propeller, einen ersten Elektromotor zum Antreiben des ersten Propellers und eine erste Batterie auf, wobei der ers te Elektromotor wahlweise und gesteuert von der Steuerung von der ersten Batterie und/oder über das erste Statorwicklungs system mit elektrischer Energie versorgbar ist. Das zweite Teilsystem weist bspw. u.a. einen zweiten Propeller, einen zweiten Elektromotor zum Antreiben des zweiten Propellers und eine zweite Batterie auf, wobei der zweite Elektromotor wahl weise und gesteuert von der Steuerung von der zweiten Batte rie und/oder über das zweite Statorwicklungssystem mit elektrischer Energie versorgbar ist. Desweiteren ist eine elektrische Maschine mit einem ersten Statorwicklungssystem und einem zweiten Statorwicklungssystem vorgesehen. In einem Normalbetrieb des Antriebssystems ist eine in dem ersten Statorwicklungssystem induzierte Spannung als elektrische Energie dem ersten Teilsystem zur Versorgung von dort ange ordneten Komponenten des ersten Teilsystems, bspw. die erste Batterie und der Elektromotor des ersten Teilsystems, zuführ- bar. Es kann also die erste Batterie aufgeladen und/oder der Motor mit Energie versorgt werden. Demnach kann der Motor des ersten Teilsystems wahlweise aus der Batterie oder aus dem ersten Statorwicklungssystem elektrische Energie beziehen. In entsprechender Weise ist eine in dem zweiten Statorwicklungs system induzierte Spannung als elektrische Energie dem zwei ten Teilsystem zur Versorgung von Komponenten des zweiten Teilsystems, bspw. die zweite Batterie und der Elektromotor des zweiten Teilsystems, zuführbar. Es kann also die zweite Batterie aufgeladen und/oder der zweite Motor mit Energie versorgt werden. Demnach kann der Motor des zweiten Teilsys tems wahlweise aus der zweiten Batterie oder aus dem zweiten Statorwicklungssystem elektrische Energie beziehen. Demnach arbeitet die elektrische Maschine im Normalbetrieb als Gene rator bzw. rein generatorisch. Das Antriebssystem weist dar über hinaus eine Steuerung auf, welche eingerichtet ist, um einen Betriebszustand des Antriebssystems derart einzustellen und dabei auch Wechsel zwischen den möglichen Betriebszustän den zu veranlassen, dass das Antriebssystem im Normalbetrieb oder in einem motorischen Betriebszustand betreibbar ist. Insbesondere gilt, dass im motorischen Betriebszustand ge steuert durch die Steuerung eines der Teilsysteme als versor gendes und ein weiteres der Teilsysteme als zu versorgendes Teilsystem festgelegt sind, wobei elektrische Energie vom versorgenden Teilsystem über die Statorwicklungssysteme der elektrischen Maschine in das zu versorgende Teilsystem über tragbar ist.
Die Erfindung betrifft demnach ein hybrid-elektrisches An triebssystem für ein Luftfahrzeug mit zwei weitestgehend von einander unabhängigen Teilsystemen. Jedem der Teilsysteme ist eine Statorwicklung einer gemeinsamen elektrischen Maschine zugeordnet, so dass beide Teilsysteme von der gemeinsamen elektrischen Maschine mit elektrischer Energie versorgbar sind. Beim Auftreten eines Fehlerfalls in einem der Teilsys teme, ist das Antriebssystem derart einzurichten, dass elekt rische Energie aus einer Batterie des nicht fehlerhaften Teilsystems über Ausnutzung der beiden Statorwicklungssysteme in das fehlerhafte Teilsystem transferiert werden kann. Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept liegt darin, durch ein Moment auf der Generatorwelle, das in Summe für den Ver brennungsmotor bspw. neutral sein kann, über die Wicklungs systeme des Generators Energie vom einen Teilsystem des An triebssystems auf das jeweils andere Teilsystem zu übertra gen .
Die Statorwicklungssysteme sind voneinander unabhängig und derart angeordnet, dass jedes der Statorwicklungssysteme mit magnetischen Mitteln eines gemeinsamen Rotors der elektri schen Maschine bspw. zur Erzeugung der jeweiligen induzierten Spannung elektromagnetisch wechselwirkt. Es ist demnach nicht für jedes der Statorwicklungssysteme ein separater Rotor vor gesehen. Die elektrische Maschine weist einen Rotor mit einer Vielzahl von magnetischen Mitteln, bspw. Permanentmagneten, auf, die in bekannter Weise mit beiden Statorwicklungssyste men elektromagnetisch wechselwirken. Dementsprechend wird der Rotor als gemeinsamer Rotor bezeichnet. Dieses Vorhandensein eines gemeinsamen Rotors, der mit beiden Statorwicklungssys temen elektromagnetisch wechselwirkt, ermöglicht letztlich die Energieübertragung mit Hilfe der Statorwicklungssysteme.
Die Steuerung ist eingerichtet, um die Teilsysteme hinsicht lich des Auftretens eines Fehlerfalls im jeweiligen Teilsys tem zu überwachen und einen Wechsel vom Normalbetrieb zum mo torischen Betriebszustand zu veranlassen, wenn in einem der Teilsysteme ein Fehlerfall detektiert wird, wobei dasjenige Teilsystem, in dem der Fehlerfall vorliegt, als das zu ver sorgende Teilsystem festgelegt wird. Die Überwachung erlaubt ein weitestgehend verzögerungsfreies Reagieren auf das Ein treten eines Fehlerfalls.
Die Steuerung ist desweiteren eingerichtet, eine von der elektrischen Maschine momentan aufgebrachte Leistung P_gen(t) zu ermitteln und einen Wechsel vom Normalbetrieb zum motori schen Betriebszustand zu einem Zeitpunkt t=Tl nur dann veran lassen zu können, wenn gilt P_gen (TI ) <thres_gen*P_gen_max, wobei P_gen_max eine von der elektrischen Maschine maximal erbringbare Leistung und und thres_gen ein durch die Steue rung vorgebbarer Schwellwert ist, für den gilt 0dthres_gen<l , insbesondere 0dthres_gen<l /n, wobei n die Anzahl der Teilsys teme repräsentiert. Die Energieübertragung ist also nur dann möglich, wenn die elektrische Maschine momentan nicht bei ih rer Maximalleistung betrieben wird.
Hier und im Folgenden soll der Begriff „momentan" insbesonde re meinen, dass der jeweils entsprechende Zeitpunkt möglichst nah am Zeitpunkt des Auftretens des Fehlerfalls bzw. der De tektion des Fehlerfalls liegt, um Verzögerungen in der Reak tion auf den Fehlerfall zu minimieren.
Zusätzlich oder alternativ ist die Steuerung eingerichtet, eine von einer jeweiligen Batterie des versorgenden Teilsys- tems momentan aufgebrachte Leistung P_bat (t) zu ermitteln und die Übertragung elektrischer Energie vom versorgenden zum zu versorgenden Teilsystem ab einem Zeitpunkt thT2 nur dann ver anlassen zu können, wenn P_bat (T2 ) <thres_bat*P_bat_max gilt, wobei P_bat_max eine von der Batterie des versorgenden Teil systems maximal erbringbare Leistung und thres_bat ein durch die Steuerung vorgebbarer Schwellwert ist, für den gilt
0dthres_bat<l . Die Energieübertragung ist also nur dann mög lich, wenn die Batterie des versorgenden Teilsystems zum Zeitpunkt des gewünschten Wechsels nicht bei ihrer maximalen Leistung betrieben wird.
Die Zeitpunkte TI und T2 werden typischerweise identisch sein oder unmittelbar hintereinander liegen. Letztlich sollten beide genannten Bedingungen erfüllt sein, damit die Steuerung den Betriebszustandswechsel in den motorischen Zustand veran lassen kann.
Die Steuerung ist insbesondere eingerichtet, die Schwellwerte thres_gen, thres_bat in Abhängigkeit von einer Art des detek- tierten Fehlerfalls und/oder in Abhängigkeit von einer momen tanen Flugsituation festzulegen. Die Art des Fehlerfalls kann dabei bspw. schon dadurch festgelegt sein, in welcher Kompo nente des fehlerhaften Teilsystems der Fehlerfall aufgetreten ist. Durch die so erreichte Flexibilität wird sichergestellt, dass dem zu versorgenden Teilsystem ausreichend Energie zuge führt wird, während gleichzeitig sichergestellt ist, dass dem versorgenden Teilsystem nicht zu viel Energie entzogen wird.
Jeweils zumindest ein Teil der vom versorgenden Teilsystem in das zu versorgende Teilsystem übertragenen Energie ist der Batterie des zu versorgenden Teilsystems und/oder dem Elekt romotor bzw. dessen Leistungselektronik des zu versorgenden Teilsystems zuführbar, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um die Flüsse der übertragenen Energie im zu versorgenden Teilsystem zu steuern. Zum Betreiben eines derartigen Luftfahrzeug-Antriebssystems, welches wahlweise in einem normalen Betriebszustand und in einem motorischen Betriebszustand betreibbar ist, wird also im normalen Betriebszustand eine in dem ersten Statorwick lungssystem induzierte Spannung als elektrische Energie dem ersten Teilsystem zugeführt und eine in dem zweiten Stator wicklungssystem induzierte Spannung als elektrische Energie dem zweiten Teilsystem zugeführt. Im motorischen Betriebszu stand wird eines der Teilsysteme als versorgendes und ein weiteres der Teilsysteme als zu versorgendes Teilsystem fest gelegt. Elektrische Energie wird schließlich vom versorgenden Teilsystem über die Statorwicklungssysteme der elektrischen Maschine in das zu versorgende Teilsystem übertragen.
Die Teilsysteme werden durch die Steuerung und eine entspre chende Sensorik hinsichtlich des Auftretens eines Fehlerfalls im jeweiligen Teilsystem überwacht. Bei Detektion eines Feh lerfalls in einem der Teilsysteme wird ein Wechsel vom Nor malbetrieb zum motorischen Betriebszustand veranlasst und das Teilsystem, in dem der Fehlerfall detektiert wurde, wird als zu versorgendes Teilsystem festgelegt.
Insbesondere bei Detektion des Auftretens eines Fehlerfalls, d.h. bspw. ab dem Zeitpunkt der Detektion, ggf. aber auch kontinuierlich und somit unabhängig davon, ob ein Fehlerfall aufgetreten ist, wird eine von der elektrischen Maschine mo mentan aufgebrachte Leistung P_gen(t) ermittelt, wobei ein Wechsel vom Normalbetrieb zum motorischen Betriebszustand zu einem Zeitpunkt t=Tl nur dann veranlasst wird, wenn gilt P_gen (TI ) <thres_gen*P_gen_max, wobei P_gen_max eine maximal erbringbare Leistung der elektrischen Maschine und thres_gen ein durch die Steuerung vorgebbarer Schwellwert ist, für den gilt 0dthres_gen<l .
Wiederum insbesondere bei Detektion des Auftretens eines Feh lerfalls, d.h. bspw. ab dem Zeitpunkt der Detektion, ggf. aber auch kontinuierlich und somit unabhängig davon, ob ein Fehlerfall aufgetreten ist, wird eine von einer jeweiligen Batterie des versorgenden Teilsystems momentan aufgebrachte Leistung P_bat (t) ermittelt und die Übertragung elektrischer Energie vom versorgenden zum zu versorgenden Teilsystem ab einem Zeitpunkt thT2 nur dann veranlasst, wenn gilt
P_bat (T2 ) <thres_bat*P_bat_max, wobei P_bat_max eine maximal erbringbare Leistung der Batterie des versorgenden Teilsys tems und thres_bat ein durch die Steuerung vorgebbarer
Schwellwert ist, für den gilt Odthres_bat<l . Die Energieüber tragung ist also nur dann möglich, wenn die Batterie des ver sorgenden Teilsystems zum entsprechenden Zeitpunkt nicht bei ihrer maximalen Leistung betrieben wird.
Die Zeitpunkte TI und T2 werden typischerweise identisch sein oder unmittelbar hintereinander liegen. Letztlich sollten beide genannten Bedingungen erfüllt sein, damit die Steuerung den Betriebszustandswechsel in den motorischen Zustand veran lassen kann.
Die Schwellwerte thres_gen, thres_bat können in Abhängigkeit von einer Art des detektierten Fehlerfalls und/oder in Abhän gigkeit von einer momentanen Flugsituation festgelegt werden, um einen weitestgehend sicheren Betrieb des Antriebssystems zu gewährleisten. Flugsituationen können bspw. ein Start, ei ne Landung oder ein Reiseflug sein.
Jeweils zumindest ein Teil der vom versorgenden Teilsystem in das zu versorgende Teilsystem übertragenen Energie wird dort einer Batterie und/oder einem Elektromotor bzw. dessen Motor leistungselektronik zugeführt, wobei die Steuerung eingerich tet ist, um die Flüsse der übertragenen Energie im zu versor genden Teilsystem zu steuern.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung.
Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausfüh rungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
FIG 1 ein Antriebssystem für ein Luftfahrzeug.
Es sei angemerkt, dass sich Begriffe wie „axial", „radial", „tangential" bzw. „in Umfangsrichtung" etc. auf die in der jeweiligen Figur bzw. im jeweils beschriebenen Beispiel zum Einsatz kommende Welle bzw. Achse beziehen. Mit anderen Wor ten beziehen sich die Richtungen axial, radial, tangential stets auf eine Drehachse des Rotors. Dabei beschreibt „axial" eine Richtung parallel zur Rotationsachse, „radial" be schreibt eine Richtung orthogonal zur Rotationsachse, auf diese zu oder auch von ihr weg, und „tangential" ist eine Be wegung bzw. Richtung orthogonal zur Achse sowie orthogonal zur radialen Richtung, die also in konstantem radialen Ab stand zur Rotationsachse und bei konstanter Axialposition kreisförmig um die Rotationsachse herum gerichtet ist. Die tangentiale Richtung kann ggf. auch als Umfangsrichtung be zeichnet werden.
Mit dem Begriff „elektromagnetische Wechselwirkung" ist die bei einer elektrischen Maschine bekannte Wechselwirkung zwi schen den Magnetfeldern der magnetischen Mittel des Rotors, bspw. Permanentmagnete, und den magnetischen Mitteln des Sta tors, bspw. stromdurchflossene Spulen, gemeint, aufgrund de rer der Elektromotor sein Drehmoment entwickelt bzw. aufgrund derer ein Generator einen elektrischen Strom liefert.
Die FIG 1 zeigt exemplarisch und vereinfacht ein hybrid elektrisches Antriebssystem 10. Das Antriebssystem 10 weist zwei weitestgehend unabhängige und weitestgehend identisch aufgebaute Teilsysteme 100, 200 auf.
Das erste Teilsystem 100 umfasst ein erstes Statorwicklungs system 110 einer gemeinsamen elektrischen Maschine 300 des Antriebssystems 10, eine erste Leitungselektronik 120, eine erste Batterie 130, eine erste DC-Verkabelung 140 mit einer ersten Zweigstelle 141 sowie einen ersten Elektromotor 150 mit einer ersten Motorleistungselektronik 151, wobei der ers te Motor 150 mechanisch mit einem ersten Propeller 160 des ersten Teilsystems 100 gekoppelt ist. Die elektrische Maschi ne 300 wird im Normalbetrieb des Antriebssystems 10 als Gene rator verwendet. Die grundsätzliche Arbeitsweise beruht auf dem Konzept, dass der erste Elektromotor 150, wenn er von der ersten Batterie 130 und/oder von der elektrischen Maschine 300 im Generatorbetrieb und sowie über eine jeweilige Motor leistungselektronik 151 und ggf. über die erste Leistungs elektronik 120 mit elektrischer Energie versorgt wird, den ersten Propeller 160 in Rotation versetzt und damit den Vor trieb für das Flugzeug erzeugt. Die Versorgung mit elektri scher Energie erfolgt über die erste DC-Verkabelung 140. Die erste Motorleistungselektronik 151 bewirkt eine Wandlung der ihr in Form einer Gleichspannung DC bereitgestellten elektri schen Energie in eine Wechselspannung AC, um den ersten Motor 150 anzutreiben.
Das zweite Teilsystem 200 umfasst ein zweites Statorwick lungssystem 210 der gemeinsamen elektrischen Maschine 300 des Antriebssystems 10, eine zweite Leitungselektronik 220, eine zweite Batterie 230, eine zweite DC-Verkabelung 240 mit einer zweiten Zweigstelle 241 sowie einen zweiten Elektromotor 250 mit einer zweiten Motorleistungselektronik 251, wobei der Mo tor 250 mechanisch mit einem zweiten Propeller 260 des zwei ten Teilsystems 200 gekoppelt ist. Die Statorwicklungssysteme 110, 210 sind voneinander unabhängig, d.h. insbesondere nicht elektrisch miteinander verbunden. Die Arbeitsweise des zwei ten Teilsystems 200 entspricht derjenigen des ersten Teilsys tems 100, wobei der zweite Elektromotor 250 die zum Betrieb benötigte elektrische Energie über die zweite DC-Verkabelung 240 von der zweiten Batterie 230 und/oder vom zweiten Stator wicklungssystem 210 und über die jeweilige Leistungselektro nik 251 und ggf. 220 bezieht. Die zweite Motorleistungselekt ronik 251 bewirkt eine Wandlung der ihr in Form einer Gleich spannung DC bereitgestellten elektrischen Energie in eine Wechselspannung AC, um den zweiten Motor 250 anzutreiben. Um Unklarheiten zu vermeiden sei angemerkt, das Positionie rung und Größe der Propeller 160, 260 nicht notwendigerweise die Realität widerspiegeln sondern lediglich der Veranschau lichung des Zusammenspiels zwischen Antrieb 10 und Propellern 160, 170 dienen.
Die beiden Statorwicklungssysteme 110, 210 sind zwar Teil ei ner gemeinsamen elektrischen Maschine 300, aber die beiden Teilsysteme 100, 200 arbeiten trotzdem unabhängig voneinan der. Die gemeinsame elektrische Maschine 300 wird bedarfswei se durch einen Verbrennungsmotor 400, bspw. eine Turbine, an getrieben. Wie bereits erwähnt weist die elektrische Maschine 300 mehrere unabhängige Statorwicklungssysteme 110, 210 sowie diesen individuell zugeordnete Leistungselektroniken 120, 220 auf, d.h. elektrische Energie kann zwischen dem jeweiligen Statorwicklungssystem 110 bzw. 210 und der zugeordneten Leis tungselektronik 120 bzw. 220 über eine jeweilige zwischen die einander zugeordneten Wicklungssysteme 110, 210 und Leis tungselektroniken 120, 220 geschaltete AC-Verkabelung 170,
270 geleitet werden. Es sei erwähnt dass die Darstellung der Wicklungssysteme 110, 210 und insbesondere die Darstellung der räumlichen Anordnung in FIG 1 rein schematisch ist und typischerweise nicht die Realität widerspiegelt. Praktisch besteht jedes der Statorwicklungssysteme 110, 210 aus einer Vielzahl von Spulen, die typischerweise derart angeordnet sind, dass in Umfangsrichtung eines Stators der elektrischen Maschine 300 gesehen Spulen des ersten 110 und des zweiten Statorwicklungssystem 210 abwechselnd hintereinander angeord net sind.
Bei aktivem Verbrennungsmotor 400 wird über eine Welle 410 ein Rotor 310 der gemeinsamen elektrischen Maschine 300, an dem typischerweise Permanentmagente 311 befestigt sind, in Rotation versetzt, so dass aufgrund einer an sich bekannten elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen diesen Permanent magneten 311 und den nicht im Detail dargestellten Spulen der Statorwicklungssysteme 110, 210 in den Spulen der Statorwick lungssysteme 110, 210 elektrische Wechselspannungen induziert werden. Da dieser Aspekt des Konzepts der elektrischen Ma schine im Generatorbetrieb hinlänglich bekannt ist, wird auf detailliertere Erläuterungen und auf Darstellung des Rotors 310 und der Permanentmagente 311 verzichtet. Im Folgenden werden der Kürze wegen die Spulen der Wicklungssysteme 110, 210 nicht weiter erwähnt. Wenn die Rede davon ist, dass bspw. in die Statorwicklungssysteme 110, 210 Spannungen induziert oder dass die Statorwicklungssysteme 110, 210 mit Strom be aufschlagt werden, ist jeweils gemeint, dass in die jeweili gen Spulen Spannungen induziert bzw. dass die Spulen der Wicklungssysteme 110, 210 bestromt werden.
In einem ersten Betriebszustand des Antriebssystems 10, der im Folgenden auch als „Normalbetrieb" bezeichnet wird, wird die so vom jeweiligen Statorwicklungssystem 110, 210 bereit gestellte elektrische Energie bzw. Wechselspannung der dem jeweiligen Statorwicklungssystem 110, 210 zugeordneten Leis tungselektronik 120 bzw. 220 über die jeweilige AC- Verkabelung 170, 270 zugeführt und dort in eine Gleichspan nung gewandelt. Die Maschine 300 arbeitet demzufolge voll ständig im Generatorbetrieb bzw. generatorisch. Die Gleich spannungen bzw. die entsprechenden elektrischen Energien wer den über die DC-Verkabelungen 140, 240 der jeweiligen Batte rie 130, 230 zugeführt, um diese aufzuladen, und/oder den Mo torleistungselektroniken 151, 251 der beiden Teilsysteme 100, 200, um den Motoren 150, 250 elektrische Energie in Form ge eigneter elektrischer Wechselspannungen zu deren Antrieb be reitzustellen. Dabei werden die Zweigstellen 141, 241 verwen det, um die Energieflüsse im jeweiligen Teilsystem 100 bzw. 200 mit Hilfe einer Steuerung 500 des Antriebssystems 10 zu steuern .
Demnach kann im ersten Teilsystem 100 die elektrische Energie von der ersten Leistungselektronik 120 je nach Bedarf zur ersten Batterie 130 geleitet werden, um diese aufzuladen, und/oder zur ersten Motorleistungselektronik 151 des ersten Motors 150, um diesen anzutreiben. Ebenso kann elektrische Energie von der ersten Batterie 130 zur ersten Motorleis- tungselektronik 151 geleitet werden, wiederum um den ersten Motor 150 anzutreiben. Für das zweite Teilsystem 200 gilt im Normalbetrieb das Gleiche, d.h. die in der dortigen DC- Verkabelung 240 angeordnete zweite Zweigstelle 241 bewirkt, gesteuert von der Steuerung 500, dass elektrische Energie je nach Bedarf von der zweiten Leistungselektronik 220 zur zwei ten Batterie 230 und/oder zur zweiten Motorleistungselektro nik 251 sowie ggf. auch von der zweiten Batterie 230 zur zweiten Motorleistungselektronik 251 geleitet wird.
Die Steuerung 500 beeinflusst hierbei nicht nur die Zweig stellen 141, 241, sondern bedarfsweise auch die beteiligten Leistungselektroniken 120, 151, 220, 251. Das Steuern des An triebssystems 10 bezüglich der elektrischen Energieflüsse zwischen Komponenten des Antriebssystems 10 beruht somit auf einem Zusammenspiel der Zweigstellen 141, 241 mit den jewei ligen Leistungselektroniken 120, 220 und ggf. 151, 251. Der Begriff „bedarfsweise" ist so zu verstehen, dass je nachdem, zwischen welchen Komponenten Energie fließen soll, nicht zwangsläufig über alle Leistungselektroniken 120, 151, 220, 251 Energie geleitet wird. Soll bspw. der erste Motor 150 al lein aus der ersten Batterie 130 gespeist werden, kommt die erste Leistungselektronik 120 hierzu nicht zum Einsatz. Soll in einem anderen exemplarischen Fall der Generator 300 bzw. das zweite Statorwicklungssystem 210 sowohl die zweite Batte rie 230 aufladen als auch den zweiten Motor 250 mit Energie versorgen, fließt elektrische Energie sowohl über die zweite Leistungselektronik 220 als auch über die zweite Motorleis tungselektronik 251.
Im so konzipierten Normalbetrieb des Antriebssystems 10 bzw. der Teilsysteme 100, 200 arbeiten die Statorwicklungssysteme 110, 210 in Kombination mit den ihnen zugeordneten Leistungs elektroniken 120, 220 generatorisch, d.h. sie stellen elekt rische Energie für das jeweilige Teilsystem 100, 200 zur Ver fügung. Wie bereits bemerkt arbeiten die Teilsysteme 100, 200 vollständig unabhängig voneinander. Hinsichtlich der Leis tungsbilanz der elektrischen Maschine 300 sei angemerkt, dass im Normalbetrieb für den hier angenommenen exemplarischen Fall, in dem die elektrische Maschine 300 zwei Wicklungssys teme 110, 210 aufweist, die Gesamtleistung P_ges (t) der elektrischen Maschine 300 zu einem Zeitpunkt t doppelt so groß sein wird wie die Leistungen P_110, P_210 der einzelnen Wicklungssysteme 110, 210, d.h. P_110 (t) =P_210 (t) =:hP_ges (t) . Dies ergibt sich daraus, dass gilt P_ges (t) =P_110 (t) +P_210 (t) und dass anzunehmen ist, dass die Wicklungssysteme 110, 210 bzw. die Teilsysteme 1
Darüber hinaus ist das Antriebssystem 10 derart konzipiert, dass die Statorwicklungssysteme 110, 210 im Zusammenwirken mit dem Rotor 310 und den daran befindlichen Magneten 311 je weils motorisch arbeiten können. Im „motorischen" Betrieb wird das sich in diesem Betrieb befindliche Statorwicklungs system 110 bzw. 210 mit Hilfe der diesem Statorwicklungssys tem 110 bzw. 210 zugeordneten Leistungselektronik 120 bzw.
220 mit elektrischer Wechselspannung beaufschlagt bzw.
bestromt. Hierzu bezieht die jeweilige Leistungselektronik 120 bzw. 220 die benötigte elektrische Energie aus der jewei ligen Batterie 130 bzw. 230, mit der sie verbunden ist. Im Folgenden sei rein exemplarisch und zu Erläuterungszwecken angenommen, dass das erste Statorwicklungssystem 110 des ers ten Teilsystems 100 bestromt und dementsprechend motorisch betrieben wird. Dieser Betriebszustand wird als „erster moto rischer Betriebszustand" des Antriebssystems 10 bezeichnet. Dabei sollte klar sein, dass die Erläuterungen in entspre chender Weise auf die Komponenten des zweiten Teilsystems 200 übertragen gelten, wenn nicht das erste 110, sondern das zweite Wicklungssystem 210 des zweiten Teilsystems 200 bestromt wird, d.h. im „zweiten motorischen Betriebszustand".
Im ersten motorischen Betriebszustand wird seitens der ersten Batterie 130 elektrische Energie zur Verfügung gestellt, die durch die erste Leistungselektronik 120 in eine Wechselspan nung gewandelt wird. Diese Wechselspannung wird dem ersten Statorwicklungssystem 110 zugeführt, so dass dessen Spulen mit elektrischem Wechselstrom beaufschlagt werden. Dies führt zum Eintreten der an sich bekannten elektromagnetischen Wech selwirkung zwischen den so durch das erste Statorwicklungs system 110 bzw. dessen Spulen erzeugten magnetischen Feldern und den magnetischen Feldern der Permanentmagente 311 des Ro tors 310. Dies bewirkt bekanntermaßen, dass ein Drehmoment auf den Rotor 310 erzeugt wird. Dieses Drehmoment wirkt zu sätzlich zu dem durch die Turbine 400 über die Welle 410 auf den Rotor 310 übertragenen Drehmoment, so dass im zweiten Statorwicklungssystem 210 ein größerer sog. Lastwinkel einge stellt werden muss, um das Momentengleichgewicht und damit die Drehzahl des Rotors 310 zu erhalten. Dadurch liefert das zweite Statorwicklungssystem 210 zusätzliche elektrische Energie, die dann, wiederum gesteuert durch die Steuerung 500, im zweiten Teilsystem 200 einem beliebigen Ziel zuge führt werden kann, bspw. der Batterie 230 und/oder der Leis tungselektronik 251 und dem Motor 250. Es wurde somit Energie aus dem ersten Teilsystem 100 in das zweite Teilsystem 200 übertragen .
Der oben eingeführte Lastwinkel beschreibt den Winkel zwi schen Klemmenspannung und induzierter Spannung eines jeweili gen Statorwicklungssystems 110, 210. Die Höhe einer induzier ten Spannung ändert sich nur über die Drehzahl des Rotors 310 mit den Magneten 311, nicht aber über das auf den Rotor 310 wirkende Moment. Ein Moment kann in den einzelnen Wicklungs systemen 110, 210 über den Lastwinkel eingestellt werden. Es ist also möglich, dass das eine Wicklungssystem 110, 210 ei nen negativen Lastwinkel hat und damit ein positives bzw. mo torisches Moment, und das jeweils andere System 210, 110 ei nen positiven Lastwinkel, d.h. ein negatives bzw. generatori sches Moment.
Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass für den Fall, dass in diesem ersten motorischen Betriebszustand der erste Motor 150 weiterhin mit elektrischer Energie versorgt werden soll, diese Energieversorgung mit Hilfe der ersten Batterie 130 geleistet werden muss, da das erste Statorwicklungssystem 110 nicht generatorisch arbeitet und dementsprechend keine elektrische Energie in das erste Teilsystem 100 einspeist. Je nachdem, wie die einzelnen Komponenten des Antriebs 10 dimen sioniert sind, ist so ein Fall daher ggf. nur im Teillastbe trieb der Motoren 150, 250 umsetzbar.
In gleicher Weise ist eine Übertragung von Energie vom zwei ten Teilsystem 200 zum ersten Teilsystem 100 möglich, d.h. im zweiten motorischen Betriebszustand. Auf eine detaillierte Beschreibung wird an dieser Stelle verzichtet, da der Ablauf analog zum oben beschriebenen Vorgehen bei der Übertragung vom ersten 100 zum zweiten Teilsystem 200 ist.
Beide Propellerantriebe bzw. Motoren 150, 250 werden demnach im Normalbetrieb aus ihrer eigenen Batterie 130 bzw. 230 und/oder über die generatorisch betriebene elektrische Ma schine 300 über unabhängige DC-Verkabelungen 140 bzw. 240 mit elektrischer Energie versorgt. Dies verfolgt u.a. das Ziel, die beiden Teilsysteme 100, 200 weitestgehend unabhängig von einander aufzubauen, um im Fehlerfall nicht gleichzeitig bei de Antriebe 150, 160 bzw. 250, 260 zu verlieren. Aufgrund der beschriebenen Arbeitsweise der Steuerung 500 ist es zudem möglich, in einem jeweiligen ersten oder zweiten motorischen Betrieb Energie zwischen den ansonsten unabhängigen Teilsys temen! 100, 200 zu übertragen, also bspw. aus der Batterie 130 des ersten Teilsystems 100 in das zweite Teilsystem 200 und zum dortigen Motor 250 oder umgekehrt. Diese Möglichkeit kann in bestimmten Situationen sehr vorteilhaft sein, bspw. bei einem Ausfall von Teilkomponenten, ungleichmäßigen Ladezu ständen der Batterien 130, 230 und/oder bei Alterung der Bat terien 130, 230.
Der beschriebene Ansatz basiert auf dem Konzept, durch ein Drehmoment M_t auf der Welle 410, das in Summe für den Ver brennungsmotor bzw. die Turbine 400 bspw. neutral sein kann, zwischen den Wicklungssystemen 110, 210 der elektrischen Ma schine 300 Energie zu übertragen. Dass im genannten Beispiel das Moment M_t in Summe neutral ist, ist nur ein exemplari scher Fall. Prinzipiell gilt für die Leistungsbilanz des Ge- nerators P_welle = P_el_l + P_el_2. Dabei ist P_welle die dem Generator über die Welle zur Verfügung gestellte Leistung, während P_el_l bzw. P_el_2 die zwischen den Wicklungssystemen 110, 210 und den jeweils zugeordneten Teilsystemen 100, 200 übertragenen Leistungen darstellen. Für den Fall, dass P_el_l bzw. P_el_2 ein positives Vorzeichen aufweist, ist davon aus zugehen, dass Leistung von der elektrischen Maschine 300 in das jeweilige Teilsystem 100, 200 gespeist wird. Für den Fall, dass Leistung vom ersten 100 in das zweite Teilsystem 200 übertragen wird, sind P_el_l negativ und P_el_2 positiv, weisen also insbesondere unterschiedliche Vorzeichen auf. Die Beträge | P_el_1 | und | P_el_2 | müssen jedoch nicht zwangsläu fig gleich sein.
Der Ansatz geht von einer gegensätzlichen Ausnutzung der bei den Wicklungssysteme 110, 210 aus, um bei vergleichsweise kleinen von der Turbine 400 aufgebrachten Drehmomenten M_t, wobei grundsätzlich auch M_t=0 gelten kann, zwischen den Wicklungssystemen 110, 210 der elektrischen Maschine 300 Energie zu übertragen. Dabei hängt der Ausdruck „vergleichs weise kleine Momente" insbesondere damit zusammen, dass die geschilderte Energieübertragung zu einem Zeitpunkt t insbe sondere dann realisierbar ist, wenn die elektrische Maschine 300 durch die Turbine 400 zu diesem Zeitpunkt t nicht bei ih rer maximal möglichen Leistung P_gen_max betrieben wird, wenn also gilt P_gen (t) <thres_gen*P_gen_max, wobei P_gen(t) die zur Zeit t von der elektrischen Maschine 300 aufgebrachte Leistung repräsentiert und thres_gen ein durch die Steuerung 500 vorgebbarer Schwellwert ist, für den im bspw. gelten kann 0dthres_gen<0 , 5. Die hier angenommene obere Begrenzung für den Schwellwert thres_gen in Höhe von 0,5 an Stelle von einer ggf. zu erwartenden oberen Begrenzung von 1 ergibt sich unter der praktikablen Annahme, dass das Übertragen der elektri schen Energie von einem jeweiligen Wicklungssystem 110, 210 in das jeweils andere System 210, 110 sinnvollerweise nur bei 0dthres_gen<0 , 5 realisiert wird, denn jedes Wicklungssystem 110, 210 ist typischerweise auf eine maximale Leistung von 0, 5*P_gen_max ausgelegt. Anderenfalls würde die Leistung der elektrischen Maschine 300 ggf. ungleich auf die Teilsysteme 100, 200 verteilt, d.h. eines der Teilsysteme 100, 200 könnte bzw. würde im Normalbetrieb mehr Leistung aus der generato risch betriebenen elektrischen Maschine 300 erhalten als das andere 200, 100. Aufgrund der Verfügbarkeit der im beschrie benen Fall mit P_gen (t) <P_gen_max nicht regulär genutzten Ka pazität bzw. Reserveleistung P_res (t) =P_gen_max-P_gen (t) der elektrischen Maschine 300, steht diese Reserveleistung P_res zum Transferieren der Energie zwischen den Teilsystemen 100, 200 zur Verfügung, wobei vorzugsweise gilt
P_res > :h*P_gen_max . Für die vom versorgenden Teilsystem 100 in das zu versorgende System 200 übertragbare Leistung
P_trans gilt schließlich | P_
Figure imgf000020_0001
_res | .
Neben der Anforderung, dass die elektrische Maschine 300 für die Energieübertragung momentan nicht bei ihrer maximalen Leistung P_gen_max betrieben wird, d.h.
P_gen (t) <thres_gen*P_gen_max, ist desweiteren davon auszuge hen, dass zumindest für den Zeitraum der Übertragung von Energie vom -um im Beispiel zu bleiben- ersten 100 zum zwei ten Teilsystem 200 das erste Teilsystem 100 von seiner Batte rie 130 nicht die prinzipiell maximal verfügbare Leistung P_batl30_max benötigt, dass die Batterie 130 durch das erste Teilsystem 100 also zur Zeit t nicht voll ausgelastet wird, d.h. P_batl30 (t) <thres_batl30*P_batl30_max, wobei
thres_batl30 ein durch die Steuerung 500 vorgebbarer Schwell wert ist, für den gilt 0dthres_batl30<l , und P_batl30 (t) die zur Zeit t von der entsprechenden Batterie 130 aufgebrachte Leistung repräsentiert. In diesem Fall kann die erübrigbare Leistung der Batterie 130 zur Versorgung des zweiten Teilsys tems 200 eingesetzt werden.
Entsprechendes würde gelten, wenn die Batterie 230 des zwei ten Teilsystems 200 genutzt würde, um dem ersten Teilsystem 100 Energie zur Verfügung zu stellen. In diesem Fall würde die Anforderung lauten P_bat230 (t) <thres_bat230*P_bat230_max, wobei P_bat230 (t) die von der Batterie 230 zur Zeit t bereit gestellte Leistung beschreibt, thres_bat230 ein von der Steu- erung 500 vorgebbaren Schwellwert ist und P_bat230_max die von der Batterie 230 maximal bereitstellbare Leistung reprä sentiert .
Der Kern liegt also in der Ausnutzung von Reserveleistung der beiden Wicklungssysteme 110, 210 sowie der Batterie 130 bzw. 230 eines jeweiligen versorgenden Teilsystems 100 bzw. 200, um Energie aus der Batterie des einen Teilsystems 100, 200 dem jeweils anderen Teilsystem 200, 100 zur Verfügung zu stellen. Insbesondere kann wahlweise eines der Wicklungssys teme 110, 210 der elektrischen Maschine 300 motorisch betrie ben und dadurch Reserveleistung der einen Batterie 130, 230 benutzt werden, um Energie aus der Batterie 130, 230 des ei nen Teilsystems 100, 200 dem anderen Teilsystem 200, 100 zur Verfügung zu stellen
Allgemein ausgedrückt wird das Antriebssystem 10 veranlasst durch die Steuerung 500 derart betrieben, dass es sich zumin dest so lange kein relevanter Fehlerfall in einem der Teil systeme 100, 200 vorliegt im Normalbetrieb befindet. Die elektrische Maschine 300 arbeitet dabei generatorisch, d.h. sie speist elektrische Energie in beide Teilsysteme 100, 200 ein. Die Steuerung 500 überwacht die Teilsysteme 100, 200 bzgl . des Vorhandenseins eines relevanten Fehlerfalls, bspw. hinsichtlich eines Ausfalls von Teilkomponenten der Teilsys teme 100, 200, hinsichtlich ungleichmäßiger Ladezustände der Batterien 130, 230, hinsichtlich übermäßiger Alterung der Batterien 130, 230 etc. Für den Fall, dass die Steuerung 500 in einem der Teilsysteme 100, 200 einen relevanten Fehlerfall detektiert, wenn also eines der Teilsysteme 100, 200 fehler haft ist, kann die Steuerung 500 das Antriebssystem 10 in den motorischen Betriebszustand versetzen. Im motorischen Be triebszustand des Antriebssystems 10 wird elektrische Energie von einem versorgenden Teilsystem 100, 200 in ein zu versor gendes Teilsystem 200, 100 übertragen.
Um zu entscheiden, ob ein solcher Wechsel des Betriebszu stands des Antriebssystems 10 vom Normalbetrieb in den moto- rischen Betriebszustand erfolgen soll, werden jedoch zunächst die oben erläuterten Anforderungen geprüft. Hierzu ist die Steuerung 500 derart eingerichtet, dass sie, wenn sie zu ei nem Zeitpunkt T0 einen relevanten Fehlerfall in einem der Teilsysteme 100, 200 detektiert, zum Einen zu einem Zeitpunkt TI prüft, mit welcher Leistung P_gen(Tl) die elektrische Ma schine 300 momentan betrieben wird, und zum Anderen zu einem Zeitpunkt T2 die momentane Auslastung P_bat(T2) der Batterie 130, 230 des Teilsystems 100, 200 ohne Fehlerfall feststellt. Für den Fall, dass zum Einen P_gen (TI ) <thres_gen*P_gen_max erfüllt ist und zum Anderen entweder bei fehlerhaftem ersten Teilsystem 100 P_bat230 (T2) <thres_bat230*P_bat230_max gilt oder bei fehlerhaftem zweiten Teilsystem 200
P_batl30 (T2) <thres_batl30*P_batl30_max erfüllt ist, wird das beschriebene Verfahren zur Energieübertragung, d.h. der moto rische Betrieb, eingeleitet. In diesem Fall wird das fehler hafte Teilsystem, bspw. Teilsystem 200, als zu versorgendes Teilsystem festgelegt, während das nicht fehlerhafte Teilsys tem, im gewählten Beispiel also das Teilsystem 100, als ver sorgendes Teilsystem gewählt wird.
Die Zeitpunkte TI, T2 sind idealerweise identisch und liegen unmittelbar nach dem Zeitpunkt T0, so dass die Steuerung 500 möglichst schnell nach Auftreten des relevanten Fehlerfalls den motorischen Betrieb veranlassen kann. Hinsichtlich der Schwellwerte thres_gen, thres_batl30 , thres_bat230 gilt, dass diese zwar bei einem festen Wert von -rein exemplarisch- 60% liegen können. Es ist aber ebenso denkbar und sinnvoll, dass sie seitens der Steuerung 500 in Abhängigkeit von der Art des detektierten Fehlerfalls festgelegt werden, da je nach Art des Fehlerfalls bzw. je nach Art der durch den Fehlerfall be troffenen Komponente des fehlerhaften Teilsystems 100, 200 mehr oder weniger Energie vom versorgenden 100, 200 in das zu versorgende Teilsystem 200, 100 übertragen werden muss. Die ser Tatsache kann durch situationsabhängig festlegbare
Schwellwerte Rechnung getragen werden. Desweiteren kann es sinnvoll sein, die Schwellwerte in Abhängigkeit von der beim Auftreten des Fehlerfalls herrschenden Flugsituation festzu- legen, da auch hierbei unterschiedliche Anforderungen sowohl an die dem zu versorgenden Teilsystem 200, 100 bereitzustel lende Energiemenge bestehen als auch an die im versorgenden Teilsystem 100, 200 weiterhin benötigte Energiemenge beste hen. Als Flugsituationen kommen bspw. der Start bzw. Steig flug, der Landeanflug oder der Reiseflug in Betracht.
Das Konzept wurde ohne Beschränkung der Allgemeinheit für ein System mit lediglich zwei Teilsystemem 100, 200 beschrieben, wobei desweiteren rein exemplarisch davon ausgegangen wurde, dass Energie vom ersten 100 in das zweite Teilsystem 200 übertragen werden soll, dass sich das Antriebssystem 10 also im ersten motorischen Betriebszustand befindet. Es sollte klar sein, dass zum Einen grundsätzlich eine beliebige Anzahl von derartigen im Wesentlichen identischen, aber voneinander unabhängigen Teilsystemen realisierbar wäre und dass das An triebssystem 10 zum Anderen derart konzipiert ist, dass Ener gie ebenso vom zweiten Teilsystem 200 zum ersten 100 über tragbar ist, entsprechend dem zweiten motorischen Betriebszu stand des Antriebssystems 10. Letzterer Fall wurde jedoch der Knappheit wegen nicht im Detail erläutert, da er sich prinzi piell nicht von der ausführlich geschilderten Situation un terscheidet, in der Energie vom ersten 100 zum zweiten System 200 fließt. Zur Beschreibung dieses zweiten motorischen Be triebszustandes würden die sich entsprechenden Komponenten des ersten 100 und zweiten Teilsystems 200 in der Beschrei bung des ersten motorischen Betriebszustandes lediglich quasi miteinander vertauscht.
Der Klarheit halber sei angemerkt, dass die Propeller 160,
260 abweichend von der obigen Beschreibung und von der Dar stellung in der FIG 1 auch durchaus bspw. als Fans einer elektrisch betriebenen Turbine bzw. eines solchen Strahl triebwerkes ausgebildet sein können.

Claims

Patentansprüche
1. Luftfahrzeug-Antriebssystem (10), aufweisend
- ein erstes Teilsystem (100) zum Erzeugen von Vortrieb für das Luftfahrzeug,
- ein zweites Teilsystem (200) zum Erzeugen von Vortrieb für das Luftfahrzeug,
- eine elektrische Maschine (300) mit einem ersten Stator wicklungssystem (110) und einem zweiten Statorwicklungssys tem (210), wobei in einem Normalbetrieb des Antriebssystems (10) eine in dem ersten Statorwicklungssystem (110) indu zierte Spannung als elektrische Energie dem ersten Teilsys tem (100) zuführbar ist und eine in dem zweiten Statorwick lungssystem (210) induzierte Spannung als elektrische Ener gie dem zweiten Teilsystem (200) zuführbar ist, sowie
- eine Steuerung (500), welche eingerichtet ist, um einen Be triebszustand des Antriebssystems (10) derart einzustellen, dass das Antriebssystem (10) im Normalbetrieb oder in einem motorischen Betriebszustand betreibbar ist,
wobei im motorischen Betriebszustand gesteuert durch die Steuerung (500)
- eines der Teilsysteme (100, 200) als versorgendes (100) und ein weiteres der Teilsysteme (200, 100) als zu versorgendes Teilsystem (200) festgelegt sind,
- elektrische Energie vom versorgenden Teilsystem (100) über die Statorwicklungssysteme (110, 210) der elektrischen Ma schine (300) in das zu versorgende Teilsystem (200) über tragbar ist.
2. Luftfahrzeug-Antriebssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklungssysteme (110, 210) voneinander unabhängig und derart angeordnet sind, dass jedes der Statorwicklungssysteme (110, 210) mit magnetischen Mit teln (311) eines gemeinsamen Rotors (310) der elektrischen Maschine (300) elektromagnetisch wechselwirkt.
3. Luftfahrzeug-Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (500) eingerichtet ist, um die Teilsysteme (110, 210) hinsichtlich des Auftretens eines Fehlerfalls im jeweiligen Teilsystem (100, 200) zu überwachen und einen Wechsel vom Normalbetrieb zum motorischen Betriebszustand zu veranlassen, wenn in einem der Teilsysteme (100, 200) ein Fehlerfall detektiert wird, wobei dasjenige Teilsystem (100, 200), in dem der Fehlerfall vorliegt, als das zu versorgende Teilsystem (200) festgelegt wird .
4. Luftfahrzeug-Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (500) eingerichtet ist, eine von der elektrischen Maschine (300) momentan aufgebrachte Leistung P_gen(t) zu ermitteln und ei nen Wechsel vom Normalbetrieb zum motorischen Betriebszustand zu einem Zeitpunkt t=Tl nur dann veranlassen zu können, wenn gilt P_gen (TI ) <thres_gen*P_gen_max, wobei P_gen_max eine von der elektrischen Maschine (300) maximal erbringbare Leistung und thres_gen ein durch die Steuerung (500) vorgebbarer Schwellwert ist, für den gilt 0dthres_gen<l , insbesondere 0dthres_gen<l /n, wobei n die Anzahl der Teilsysteme (100,
200) repräsentiert.
5. Luftfahrzeug-Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (500) eingerichtet ist, eine von einer jeweiligen Batterie (130) des versorgenden Teilsystems (100) momentan aufgebrachte Leistung P_bat (t) zu ermitteln und die Übertragung elektri scher Energie vom versorgenden (100) zum zu versorgenden Teilsystem (200) ab einem Zeitpunkt thT2 nur dann veranlassen zu können, wenn gilt P_bat (T2 ) <thres_bat*P_bat_max, wobei P_bat_max eine von der Batterie (130) des versorgenden Teil systems (100) maximal erbringbare Leistung und thres_bat ein durch die Steuerung (500) vorgebbarer Schwellwert ist, für den gilt 0dthres_bat<l .
6. Luftfahrzeug-Antriebssystem (10) nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (500) einge richtet ist, die Schwellwerte thres_gen, thres_bat in Abhän- gigkeit von einer Art des detektierten Fehlerfalls und/oder in Abhängigkeit von einer momentanen Flugsituation festzule gen .
7. Luftfahrzeug-Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im motorischen Be triebszustand jeweils zumindest ein Teil der vom versorgenden Teilsystem (100) in das zu versorgende Teilsystem (200) über tragenen Energie einer Batterie (230) und/oder einem Elektro motor (250) des zu versorgenden Teilsystems (200) zuführbar ist .
8. Luftfahrzeug-Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- das erste Teilsystem (100) einen ersten Propeller (160), einen ersten Elektromotor (150) zum Antreiben des ersten Propellers (160) und eine erste Batterie (130) aufweist, wobei der erste Elektromotor (150) im Normalbetrieb wahl weise und gesteuert von der Steuerung (500) von der ersten Batterie (130) und/oder über das erste Statorwicklungssys tem (110) mit elektrischer Energie versorgbar ist,
- das zweite Teilsystem (200) einen zweiten Propeller (260), einen zweiten Elektromotor (250) zum Antreiben des zweiten Propellers (260) und eine zweite Batterie (230) aufweist, wobei der zweite Elektromotor (250) im Normalbetrieb wahl weise und gesteuert von der Steuerung (500) von der zweiten Batterie (230) und/oder über das zweite Statorwicklungssys tem (210) mit elektrischer Energie versorgbar ist.
9. Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeug-
Antriebssystems, welches aufweist
- ein erstes Teilsystem (100) zum Erzeugen von Vortrieb für das Luftfahrzeug,
- ein zweites Teilsystem (200) zum Erzeugen von Vortrieb für das Luftfahrzeug,
- eine elektrische Maschine (300) mit einem ersten Stator wicklungssystem (110) und einem zweiten Statorwicklungssys tem (210) , wobei
- das Antriebssystem (10) wahlweise in einem normalen Be triebszustand und in einem motorischen Betriebszustand be treibbar ist,
und wobei
- im normalen Betriebszustand eine in dem ersten Statorwick lungssystem (110) induzierte Spannung als elektrische Ener gie dem ersten Teilsystem (100) zugeführt wird und eine in dem zweiten Statorwicklungssystem (210) induzierte Spannung als elektrische Energie dem zweiten Teilsystem (200) zuge führt wird,
- im motorischen Betriebszustand eines der Teilsysteme (100, 200) als versorgendes (100) und ein weiteres der Teilsyste me (200, 100) als zu versorgendes Teilsystem (200) festge legt werden und elektrische Energie vom versorgenden Teil system (100) über die Statorwicklungssysteme (110, 210) der elektrischen Maschine (300) in das zu versorgende Teilsys tem (200) übertragen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilsysteme (100, 200) hinsichtlich des Auftretens eines Fehlerfalls im jeweiligen Teilsystem (100, 200) überwacht werden, wobei
- bei Detektion eines Fehlerfalls in einem der Teilsysteme (100, 200) ein Wechsel vom Normalbetrieb zum motorischen Betriebszustand veranlasst wird,
- das Teilsystem (100, 200), in dem der Fehlerfall detektiert wurde, als zu versorgendes Teilsystem (200) festgelegt wird .
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass insbesondere bei Detektion des Auftretens eines Fehlerfalls eine von der elektrischen Maschine (300) momentan aufgebrachte Leistung P_gen(t) ermittelt wird, wobei ein Wechsel vom Normalbetrieb zum motorischen Betriebszustand zu einem Zeitpunkt t=Tl nur dann veranlasst wird, wenn gilt P_gen (TI ) <thres_gen*P_gen_max, wobei P_gen_max eine maximal erbringbare Leistung der elektrischen Maschine (300) und thres_gen ein vorgebbarer Schwellwert ist, für den gilt Odthres_gen<l , insbesondere Odthres_gen<l /n, wobei n die An zahl der Teilsysteme (100, 200) repräsentiert.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass insbesondere bei Detektion des Auftretens eines Fehlerfalls eine von einer jeweiligen Batterie (130) des versorgenden Teilsystems (100) momentan aufgebrachte Leistung P_bat (t) ermittelt wird und die Übertragung elektri scher Energie vom versorgenden (100) zum zu versorgenden Teilsystem (200) ab einem Zeitpunkt thT2 nur dann veranlasst wird, wenn gilt P_bat (T2 ) <thres_bat*P_bat_max, wobei
P_bat_max eine maximal erbringbare Leistung der Batterie (130) des versorgenden Teilsystems (100) und thres_bat ein vorgebbarer Schwellwert ist, für den gilt 0dthres_bat<l .
13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schwellwerte thres_gen, thres_bat in Ab hängigkeit von einer Art des detektierten Fehlerfalls und/oder in Abhängigkeit von einer momentanen Flugsituation festgelegt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass jeweils zumindest ein Teil der vom versor genden Teilsystem (100) in das zu versorgende Teilsystem (200) übertragenen Energie einer Batterie (230) und/oder ei nem Elektromotor (250) des zu versorgenden Teilsystems (200) zugeführt wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022020240A1 (en) * 2020-07-20 2022-01-27 Moog Inc. Fault tolerant redundant electric motor
WO2022246028A1 (en) * 2021-05-19 2022-11-24 Avco Corporation Integrated alternator for aerial vehicle engine

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210339881A1 (en) * 2018-05-31 2021-11-04 Joby Aero, Inc. Electric power system architecture and fault tolerant vtol aircraft using same
FR3087960B1 (fr) * 2018-10-31 2021-06-04 Safran Systeme de conversion et de transport d'energie electrique pour l'hybridation interne d'un aeronef a turboreacteurs
DE102019208354A1 (de) * 2019-06-07 2020-12-10 e.SAT Management GmbH Luftfahrzeug
DE102020209359A1 (de) 2020-07-24 2022-01-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Kurz- oder senkrechtstartfähiges Fluggerät, Leistungselektronik und Verfahren zum Betreiben des Fluggeräts
CN112078805A (zh) * 2020-08-25 2020-12-15 飞的科技有限公司 一种电驱系统和一种电能驱动设备
JP2023147339A (ja) * 2022-03-30 2023-10-13 本田技研工業株式会社 航空機の制御装置
DE102022119116A1 (de) * 2022-07-29 2024-02-01 MTU Aero Engines AG Antriebssystem für ein luftfahrzeug

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015106993A1 (de) 2014-01-15 2015-07-23 Siemens Aktiengesellschaft Redundantes antriebssystem
WO2015128121A1 (de) 2014-02-27 2015-09-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betrieb eines mit einem generator gekoppelten verbrennungsmotors und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
EP3090951A1 (de) * 2015-05-05 2016-11-09 Rolls-Royce Corporation Elektrischer direktantrieb für flugzeugantrieb und -auftrieb
GB2540212A (en) * 2015-07-10 2017-01-11 Craft-E Com Ltd Electro-mechanical power distribution
WO2017009037A1 (de) * 2015-07-13 2017-01-19 Siemens Aktiengesellschaft System zum bereitstellen von kinetischer energie für ein antriebssystem eines luftfahrzeugs
WO2017025224A1 (de) 2015-08-07 2017-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Antriebssystem und verfahren zum antreiben eines vortriebsmittels eines fahrzeugs, unter verwendung kryogener kühlung
WO2017114643A1 (de) * 2015-12-30 2017-07-06 Siemens Aktiengesellschaft Redundantes, elektrisches antriebssystem zum antreiben eines vortriebsmittels eines luftfahrzeugs und verfahren zum antreiben des vortriebsmittels
EP3246249A1 (de) * 2016-05-16 2017-11-22 Rolls-Royce Corporation Elektrisches assistenzsystem für flugzeug

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003241781A1 (en) * 2002-05-29 2003-12-12 Naoyuki Kadoya Motor generator
US8497648B2 (en) * 2008-05-30 2013-07-30 Panasonic Corporation Synchronous electric motor drive system
WO2010123601A1 (en) 2009-01-27 2010-10-28 Kuhn Ira F Jr Purebred and hybrid electric vtol tilt rotor aircraft
GB201117692D0 (en) 2011-10-13 2011-11-23 Rolls Royce Plc A distributed propulsion system and method of control
KR101294071B1 (ko) * 2011-10-27 2013-08-07 현대자동차주식회사 하이브리드 차량용 시스템
DE102015215430A1 (de) 2015-08-13 2017-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Luftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Luftfahrzeuges
DE202015106564U1 (de) 2015-12-02 2016-03-10 Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft Mbh Elektrischer Antrieb, insbesondere für ein sich in einem Fluid bewegendes Fahrzeug
EP3213952B1 (de) 2016-03-02 2020-08-26 Airbus Defence and Space GmbH Elektrisches antriebssystem für ein luftfahrzeug sowie betriebsverfahren
DE102017217298A1 (de) 2017-09-28 2019-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Antriebseinrichtung

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015106993A1 (de) 2014-01-15 2015-07-23 Siemens Aktiengesellschaft Redundantes antriebssystem
WO2015128121A1 (de) 2014-02-27 2015-09-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betrieb eines mit einem generator gekoppelten verbrennungsmotors und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
EP3090951A1 (de) * 2015-05-05 2016-11-09 Rolls-Royce Corporation Elektrischer direktantrieb für flugzeugantrieb und -auftrieb
GB2540212A (en) * 2015-07-10 2017-01-11 Craft-E Com Ltd Electro-mechanical power distribution
WO2017009037A1 (de) * 2015-07-13 2017-01-19 Siemens Aktiengesellschaft System zum bereitstellen von kinetischer energie für ein antriebssystem eines luftfahrzeugs
WO2017025224A1 (de) 2015-08-07 2017-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Antriebssystem und verfahren zum antreiben eines vortriebsmittels eines fahrzeugs, unter verwendung kryogener kühlung
WO2017114643A1 (de) * 2015-12-30 2017-07-06 Siemens Aktiengesellschaft Redundantes, elektrisches antriebssystem zum antreiben eines vortriebsmittels eines luftfahrzeugs und verfahren zum antreiben des vortriebsmittels
EP3246249A1 (de) * 2016-05-16 2017-11-22 Rolls-Royce Corporation Elektrisches assistenzsystem für flugzeug

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022020240A1 (en) * 2020-07-20 2022-01-27 Moog Inc. Fault tolerant redundant electric motor
WO2022246028A1 (en) * 2021-05-19 2022-11-24 Avco Corporation Integrated alternator for aerial vehicle engine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018211459A1 (de) 2020-01-16
US11588431B2 (en) 2023-02-21
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US20210281210A1 (en) 2021-09-09
DE102018211459B4 (de) 2021-10-21

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