[发明专利]电力推进系统

说明书

提供了一种电力推进系统2，其包括：原动机4；发电机6，所述发电机被布置成由所述原动机4驱动以产生电力；电力推进马达8；以及集成式发电机‑马达控制器10，所述集成式发电机‑马达控制器被布置成响应于控制信号12而控制向所述电力推进马达8供应所述电力。所述集成式发电机‑马达控制器10还被布置成向所述发电机6前馈与所述控制信号12相关联的功率需求参数，以便控制所述发电机6的功率输出。

技术领域

本公开涉及电力推进系统，诸如用于为飞机提供推进的电力推进系统。

背景技术

传统的推进系统，诸如用于对飞机进行推进的推进系统，利用内燃机（诸如涡轮螺旋桨发动机或涡轮风扇燃气涡轮发动机）直接产生推进。内燃机的使用特别适用于飞机，因为内燃机由具有非常高能量密度的烃基燃料提供动力。使用这种能量密集型电源减少了飞机必须携带的燃料重量，从而提高效率和里程。

然而，关于使用化石燃料的燃料成本的增加和环境问题导致了对飞机的替代动力源的兴趣增加。此外，内燃机通常具有较差的动态响应并且可能非常低效，特别是如果它们不在最佳条件下运行时。

已经提出电动马达作为替代的推进源。这些电动马达会是高效的、表现出更大的动态响应并且比内燃机更容易维护。电池技术的改进已经使得能够开发实验性全电动飞机，其中由电池供电的电动马达为飞机提供推进。然而，即使是最先进的电池化学物质也只能提供烃类燃料的一小部分能量密度。因此，电池供电的飞机在负载能力、速度或里程方面还不能与常规动力飞机竞争。

已经提出了替代的电力推进系统，其中使用由能量密集型燃料提供动力的传统发动机来驱动发电机。然后，由发电机产生的电力进而用于为一个或多个电动马达供电从而提供推进。本公开涉及对此类电力推进系统的改进。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种电力推进系统，其包括：

原动机；

发电机，所述发电机被布置成由所述原动机驱动以产生电力；

电力推进马达；以及

集成式发电机-马达控制器，所述集成式发电机-马达控制器被布置成响应于控制信号而控制向所述电力推进马达供应所述电力；其中所述集成式发电机-马达控制器还被布置成向所述发电机前馈与所述控制信号相关的功率需求参数，以便控制所述发电机的功率输出。

由于所述系统利用电动马达来提供推进，因此它可以提供提高的动态响应（即，马达可以多快地传递所请求的推进变化）。此外，由于功率需求参数被前馈到发电机，因此系统的动态响应可以进一步增强，如下面将更详细地解释的。

原动机可以是发动机（例如，由烃基燃料提供动力的内燃机，诸如燃气涡轮发动机）。然而，由于原动机用于产生电力而不是推进力，因此原动机可以在最佳条件下连续运行（例如，以效率最高时的恒定速度），从而导致与发动机的转速根据不同的推进要求而改变的传统系统相比，效率提高。原动机可以被控制为保持恒定速度（例如，通过对节气门进行控制的电子发动机控制单元）。

电动马达通常可以比内燃机更快地做出响应（例如，因为电-机械能转换机构比内燃机中利用的化学-机械能转换机构快得多）。因此，电动马达通常表现出更强的动态响应（即，它们能够更快地改变速度）。然而，这种改进的动态响应取决于为马达供应充足的电力。

在传统的电力推进系统中，（通常，由与推进马达控制器分开的发电机控制单元或GCU）控制发电机，以使用反馈回路将发电机的输出电压（AC或DC）在指定公差内维持在参考值，在所述反馈回路中测量输出电压并将其反馈回发电机。当推进马达需要提高功率时（例如，由于控制信号需要提高马达速度），相关联的电流消耗增加导致发电机的输出电压下降。检测到此电压降并将其反馈到发电机，作为响应，所述发电机的输出功率增加，以校正电压下降并提供所需的功率。在某些布置中，在变压变频驱动电路的DC链路上测量输出电压。