用于驱动飞行器的方法和飞行器技术

用于利用具有至少两个逆变器模块的多级逆变器来驱动飞行器的方法。在所述逆变器模块中的至少一个上在第一运行状态下施加第一运行电压并且在第二运行状态下施加相对于第一运行电压更小的第二运行电压。飞行器被构造用于实施这样的方法并且包括电驱动器，所述电驱动器具有至少一个具有至少两个逆变器模块的多级逆变器，所述至少两个逆变器模块分别被构造和连接用于在第一运行状态下以第一运行电压馈电并且在第二运行状态下以相对于各第一运行电压更低的第二运行电压来馈电。飞行器适宜地是飞机、特别是混合动力电动飞机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于驱动飞行器的方法和飞行器
本专利技术涉及一种用于驱动飞行器的方法和一种飞行器。
技术介绍
最近，电气航空变得越来越重要。在电气航空中，串联混合动力驱动系统是积极开发的主题。在这样的混合动力驱动系统中，附加地借助耦合到内燃机上的发电机来产生电能并且将其输送给电动马达。因此，在需要情况下，发电机可以补偿电气飞机的电能存储器的清空。串联混合动力驱动系统的优点在于，不仅电动马达而且内燃机可以在不同的转速下运行，并且由此在两者中在给定消耗的情况下可以实现最大功率或最大效率。为了将电动马达与内燃机彼此去耦合，必须在发电机与电动马达之间插入由多个逆变器构成的功率电子装置，通过所述功率电子装置既可以在频率上又可以在幅度上调制在发电机所产生的电压。功率逆变器通常具有半导体器件，特别是IGBT和/或功率MOSFET，它们受到宇宙辐射的严重危害。在飞机的大约10千米的典型巡航高度处，宇宙辐射对半导体器件构成重大危害。在这个高度上，宇宙辐射的通量比海平面高出约20至60倍。因此，由于非常可能的失效，逆变器定期淘汰。已知通过持久地降低半导体器件上的运行电压或通过增大半导体层来规避这种情况。然而，随着这些措施增加了逆变器的重量。比重量（单位质量的功率）由此大大降低，这在航空中可以构成排除标准。与此相反，如果半导体层的厚度增加，则半导体器件失效的概率甚至可能提高，因为半导体材料与宇宙辐射的相互作用概率与厚度成比例地提高。还已知在逆变器中使用基于SiC或GaN部件形式的半导体器件。SiC和GaN具有比Si更高的带隙，这导致辐射决定的雪崩击穿的强烈减少。然而，SiC和GaN部件是昂贵的，因为SiC和GaN的晶体结构比硅的晶体结构更复杂，使得难以生长和加工这些材料。
技术实现思路
现在，本专利技术的任务是说明一种相对于现有技术改进的用于驱动飞行器的方法，以及说明一种相对于现有技术改进的飞行器。特别地，该方法和飞行器应该能够实现飞行器的失效安全的驱动而不必增加驱动器的重量。本专利技术的这个任务通过具有在权利要求1中所说明的特征的方法以及具有在权利要求11中所说明的特征的飞行器来解决。在所属的从属权利要求、以下说明书和附图中说明本专利技术的优选扩展方案。根据本专利技术的用于驱动飞行器的方法使用具有至少两个逆变器模块的多级逆变器。在逆变器模块中的至少一个上，在第一运行状态下施加第一运行电压，并且在第二运行状态下施加比第一运行电压更小的第二运行电压。根据本专利技术的方法基于本专利技术思想借助将例如马达和发电机连接的多级逆变器来驱动飞行器，使得确定电流大小地来设计飞行器的多级逆变器。这意味着，虽然在第一运行状态下，适宜地在飞行器并没有遭受值得一提的宇宙辐射的情形下以高电压和减小电流来运行多级逆变器的一个或多个逆变器模块。然而，在第二运行状态下，有利地在飞行器增加地遭受宇宙辐射的这样的运行状态下（例如只要达到所需的飞行高度），为一个或多个逆变器模块设置较小电压。所施加的电压和/或半导体部件的反向电压是在宇宙辐射的高通量下影响半导体器件的寿命的主导参量。因此，在巡航高度上，在阈值电压附近的几十伏特的电压变化的情况下，由于宇宙辐射在半导体部件中、如在IGBT中生成的电荷量已经变化了2至3个数量级。该电荷使半导体部件在短时间内导通。由此产生的热量于是破坏半导体部件。根据本专利技术，不出现这种情况。适宜地，在根据本专利技术的方法中，多级逆变器电气和机械地分成两个或更多个逆变器模块。因此，在相同电流的情况下，关于分别一个单独的逆变器模块，可以以较小的电压工作。因此，可以显着降低通过宇宙辐射破坏多级逆变器的逆变器模块的半导体部件的概率。有利地，飞行器驱动器的其他组件可以规则地以多个不同的电压电平工作。飞行器起飞时的安全性适宜地通过过大限定多级逆变器来给定。而在巡航期间的安全性由多个冗余的并且用作逆变器的逆变器模块来给定。根据本专利技术的方法不需要增加驱动器重量，并且因此也不需要增加飞行器重量。同时，可以避免与宇宙辐射的提高的相互作用概率。根据本专利技术，不需要昂贵地使用具有由SiC和/或GaN构成的半导体器件的逆变器模块。在根据本专利技术的方法的一种有利的扩展方案中，在第一运行状态下，各一个第一运行电压被施加在逆变器模块的至少两个上，并且在第二运行状态下，各一个分别相对于第一运行电压更小的第二运行电压被施加在逆变器模块的至少两个上。特别有利地，至少两个逆变器模块中的至少第一和第二逆变器模块可更换地相似地，优选地结构相同地构造。因此，例如逆变器模块可以根据它们是在第一运行状态下还是在第二运行状态下运行而串联或并联连接。适宜地，多级逆变器是电压中间回路逆变器。优选地，在根据本专利技术的方法中，在所有逆变器模块上在第一运行状态下施加各一个第一运行电压并且在第二运行状态下施加各一个分别相对于第一运行电压更小的第二运行电压。适宜地，在根据本专利技术的方法中脉冲地施加第一和第二运行电压，其中第二运行电压相比第一运行电压具有更长的脉冲持续时间。在本专利技术的该扩展方案中，一方面通过较长的脉冲持续时间部分地补偿降低的电压电平。另一方面，降低的电压电平适宜地通过较高的电流来补偿。优选地，在根据本专利技术的方法中，多级逆变器被考虑用于将发电机的所生成的交流电压转换成给驱动马达馈电的交流电压。在本专利技术的该扩展方案中，多级逆变器被考虑用于例如为了合适地匹配在发电机与驱动马达之间的频率而对交流电压进行转换。适宜地，多级逆变器是具有子模块的电压中间回路逆变器，所述子模块可以借助功率半导体部件来开关。适宜地，在根据本专利技术的方法中，功率半导体部件借助脉冲宽度调制或者借助其他调制来开关。在根据本专利技术的方法的一个有利的扩展方案中，第二运行状态在起飞期间或之后引起和/或在飞行器着陆之前或期间结束。在本专利技术的该扩展方案中，第二运行状态完全或主要延伸到飞行器巡航阶段上。恰好在这个阶段中，飞机的多级逆变器遭受宇宙辐射的高通量，使得在本专利技术的该扩展方案中在巡航阶段中保护一个或多个子模块以免宇宙辐射。此外，巡航不需要如起飞和可能着陆阶段所需的最大功率提供。在根据本专利技术的方法的另一种有利的设计方案中，借助多级逆变器提供的功率在第二运行状态下是在第一运行状态下的最大功率的至多80％，优选地，在第二状态下的功率为至多70％，并且理想地至多60％。通常，巡航时的功率需求显著低于起飞时的功率需求。有利地，在根据本专利技术的方法中，第一运行状态在飞行器起飞的至少一部分之前和/或期间引起和/或在飞行器着陆的至少一部分之前和/或期间引起。在本专利技术的该扩展方案中，恰好在以下飞行阶段中能够实现高的最大功率，在所述飞行阶段中可能需要立即的功率提供。优选地，在根据本专利技术的方法中，第二运行状态在飞行器的最低高度之上引起。飞行器在海平面上的飞行高度是飞行器所遭受的宇宙辐射的通量的主导参数。适宜地，执行根据本专利技术的方法来驱动混合动力飞机。恰好在混合动力飞机中，应对借助转换器将发电机功率转换成马达功率的问题。这种混合动力飞机的优点在于，这种功率峰值由电池来服务，而发电机和涡轮机可以明显更小且更经济地来设计。根据本专利技术的飞行器被构造用于实施如上所述的根据本专利技术的方法。根据本专利技术的飞行器具有电驱动器，该电驱动器包括至少一个具有至少两个逆变器模块的多级逆变器。所述至少两个逆变器模块分别被构造和连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于利用具有至少两个逆变器模块（SM）的多级逆变器（70）来驱动飞行器（10）的方法，其中在所述逆变器模块（SM）中的至少一个上在第一运行状态下施加第一运行电压并且在第二运行状态下施加相对于第一运行电压更小的第二运行电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.12 DE 102016202195.81.一种用于利用具有至少两个逆变器模块（SM）的多级逆变器（70）来驱动飞行器（10）的方法，其中在所述逆变器模块（SM）中的至少一个上在第一运行状态下施加第一运行电压并且在第二运行状态下施加相对于第一运行电压更小的第二运行电压。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述逆变器模块（SM）中的至少两个上在第一运行状态下施加各一个第一运行电压并且在第二运行状态下施加各一个分别相对于第一运行电压更小的第二运行电压。3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中在所有逆变器模块（SM）上，在第一运行状态下施加各一个第一运行电压并且在第二运行状态下施加各一个分别相对于第一运行电压更小的第二运行电压。4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中脉冲地施加第一和第二运行电压，其中第二运行电压相比第一运行电压具有更长的脉冲持续时间。5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述多级逆变器被考虑用于将发电机所生成的交流电压转换成给驱动马达馈电的交流电压。6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中借助多级逆变器（70）提供的功率在第二运行状态下是在第一运行状态下...

【专利技术属性】
技术研发人员：M菲利彭科，F安顿，A马科夫斯卡，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE