特表 2022-529612 ハイブリッド推進システムおよびそのようなシステムを制御するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-23

(54)【発明の名称】ハイブリッド推進システムおよびそのようなシステムを制御するための方法

(51)【国際特許分類】

   B64D 27/24 20060101AFI20220616BHJP

   B64C 27/08 20060101ALI20220616BHJP

   B64D 47/00 20060101ALI20220616BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20220616BHJP

【ＦＩ】

B64D27/24

B64C27/08

B64D47/00

H02P9/04 F

H02P9/04 J

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021560271

(86)(22)【出願日】2020-04-10

(85)【翻訳文提出日】2021-12-10

(86)【国際出願番号】 FR2020000116

(87)【国際公開番号】W WO2020212656

(87)【国際公開日】2020-10-22

(31)【優先権主張番号】1904034

(32)【優先日】2019-04-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】516235451

【氏名又は名称】サフラン・ヘリコプター・エンジンズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ビベ，ロイス・ピエール・ドニ

(72)【発明者】

【氏名】クロノウスキー，トマ

(72)【発明者】

【氏名】セルギンヌ，キャメル

【テーマコード（参考）】

5H590

【Ｆターム（参考）】

5H590AA01

5H590AB15

5H590CA07

5H590CA08

5H590CA30

5H590CD01

5H590CD03

5H590CE05

5H590CE10

5H590EA20

5H590FA05

5H590FA08

5H590FC11

5H590FC15

5H590FC21

5H590FC26

5H590GA06

5H590HA06

5H590KK04

(57)【要約】

本発明は、マルチロータ回転翼航空機のためのハイブリッド推進システム（１００）であって：内燃機関（１２）と、内燃機関に結合された電気機械（１４）と、電気機械に接続された整流器（１６）と、変換手段（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）と、整流器を変換手段に接続する電気ネットワーク（２０）と、変換手段に接続された電気モータ（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）と、電気モータに結合された回転ブレードアセンブリ（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）とを備え、システムが、システム内の電力需要の、所定値を下回る低減を検出するように構成された検出手段と、検出手段が電力需要の低減を検出したときに電気機械をバイパスするように構成されたバイパス手段とを備えることを特徴とする、ハイブリッド推進システム（１００）に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチロータ回転翼航空機のためのハイブリッド推進システム（１００）であって、
－内燃機関（１１２）と、
－動作中に内燃機関が電気機械を駆動するように、内燃機関に結合された少なくとも１つの電気機械（１１４）と、
－電気機械に接続され、電気機械から送達される交流を直流に変換するように構成された整流器（１１６）と、
－直流を交流に変換するための手段（１１８ａ、１８８ｂ、１８８ｃ、１１８ｄ）と、
－整流器を変換手段に接続する電気ネットワーク（１２０）と、
－動作中に変換手段が電気モータ（１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ）に交流を供給するように、変換手段に接続された電気モータ（１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ）と、
－動作中に電気モータがプロペラ（１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ）を駆動するように、電気モータに結合されたプロペラ（１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ）と
を備え、
システムが、
－システム内の電力需要の、所定値を下回る低減を検出するように構成された検出手段と、
－検出手段が電力需要の低減を検出したときに電気機械を短絡させるように構成された短絡手段（２００）と
を備えることを特徴とする、ハイブリッド推進システム（１００）。

【請求項2】

短絡手段（２００）が、電気機械（１１４）と整流器（１１６）との間に配置される、請求項１に記載のハイブリッド推進システム（１００）。

【請求項3】

整流器（１１６）が能動であり、短絡手段（２００）を備える、請求項１に記載のハイブリッド推進システム（１００）。

【請求項4】

電気ネットワーク（１２０）に接続され、電気機械（１１４）に直流を注入するように構成された電気エネルギ貯蔵手段（１２６）も備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド推進システム（１００）。

【請求項5】

電気エネルギ貯蔵手段（１２６）と電気機械（１１４）との間に配置された少なくとも１つのオーミック導体（２０４）を備える、請求項４に記載のハイブリッド推進システム（１００）。

【請求項6】

オーミック導体（２０４）と電気機械（１１４）との間に配置されたスイッチング手段（２０６）を備える、請求項５に記載のハイブリッド推進システム（１００）。

【請求項7】

整流器（１１６）が可逆的であり、電気エネルギ貯蔵手段（１２６）から電気機械（１１４）の端子に直流を注入するように構成される、請求項４に記載のハイブリッド推進システム（１００）。

【請求項8】

電気エネルギ貯蔵手段（１２６）と整流器（１１６）との間に配置されたブーストチョッパ（２０２）を備える、請求項７に記載のハイブリッド推進システム（１００）。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載のハイブリッド推進システム（１００）を備える、マルチロータ回転翼航空機。

【請求項10】

請求項１から８のいずれか一項に記載のハイブリッド推進システム（１００）を制御するための方法であって、
－システム内の電力需要の、所定値を下回る低減を検出するステップと、
－システム内の電力需要の、検出された低減にしたがって電気機械（１１４）を短絡させるステップと
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マルチロータ回転翼航空機のためのハイブリッド推進システム、およびそのようなハイブリッド推進システムを備える航空機に関する。

【背景技術】

【0002】

先行技術は、特に、文献カナダ国特許出願公開第３０３８２９９号明細書、欧州特許出願公開第０５５６５９３号明細書および国際公開第０３／１０６８２８号パンフレットを含む。

【0003】

先行技術から、一般に直列ハイブリダイゼーションと呼ばれる、熱電発電を有する航空機のハイブリッド発電システムが知られている。

【0004】

図１に示されるように、そのようなハイブリッドシステムは、典型的には：
－例えばガスタービンなどの内燃機関１２と、
－発電機とも呼ばれる、例えば発電機１４ａ、１４ｂなどの、動作中に内燃機関１２が発電機１４ａ、１４ｂを駆動するように内燃機関１２に結合された、少なくとも１つの電気機械と、
－発電機１４ａ、１４ｂに接続され、発電機１４ａ、１４ｂによって送達される交流を直流に変換するように構成された「整流器」１６と名付けられた電力変換器アセンブリと、
－直流を交流に変換するための手段１８と、
－整流器１６を変換手段１８に接続する電気ネットワーク２０と、
－動作中に変換手段が電気モータに交流を供給するように、変換手段１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに接続された電気モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと、
－動作中に電気モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄがプロペラ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを駆動するように、電気モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに結合されたプロペラ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄと
を備える。

【0005】

ガスタービン１２は、発電機１４ａ、１４ｂに機械的に接続されたフリータービンを備え、機械的伝達部材を介して電気機械または複数の電気機械を駆動する。

【0006】

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

【0007】

そのようなシステムでは、化石燃料源、内燃機関１２から、および機械－電気変換を介して、発電機１４ａ、１４ｂによって、変換手段１８、電気モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、およびプロペラ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄから構成される電気推進チェーンは、回転する多翼によって航空機を飛行させることを可能にする。

【0008】

システムは、電気エネルギのための予備機能を有する貯蔵ユニット２６を備える。貯蔵ユニット２６は、ガスタービンが動作不能になった場合に、電気エネルギの供給における冗長性を確保することを可能にする。さらに、貯蔵ユニット２６は、ＨＶＤＣバスの電圧を安定させ、したがって、プロペラ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの制御可能性を維持するために使用されることができる。

【0009】

システムはまた、ガスタービン１２のトルクおよび速度を調整し、整流器アセンブリ１６および変換手段１８の制御を確実にし、かくして、プロペラのレベルで速度およびトルクを調整するように構成された調整器２８を備える。

【0010】

いくつかの用途では、自発的なまたは故障による電力需要の突然の低減は、ガスタービンのロータの速度の突然の増加につながり、場合によっては、この後者の過速度につながる可能性がある。速度の増加は、負荷の減少のレベルに比例する。

【0011】

しかしながら、ガスタービンの調整の反応時間は、タービンディスクなどの回転機械部品の完全性を保証することを可能にする値よりも速度逸脱が常に低く保たれることを可能にするとは限らない。これは、その後、バーストおよび高エネルギデブリの放出につながる可能性がある。しかしながら、そのような事象は、航空分野では許容されない。

【0012】

ヘリコプタのガスタービンの場合、懸念される主な事象は、ガスタービンとヘリコプタのメインギアボックスとの間のトランスミッションの破損である。この破損は、ほぼ瞬時にタービンのシャフト上の抵抗トルクの全体的な低下を引き起こす。

【0013】

航空機ハイブリッド推進システムの場合、以下の多数の故障ケースが存在する可能性がある。

【0014】

－電気機械１４ａの１つまたは複数の巻線の損失（図１の矢印Ａによって示される）。

【0015】

－１つまたは複数の電気機械１４ａの完全な損失（図１の矢印Ａによって示される）。

【0016】

－整流器１６、またはインバータと呼ばれる変換手段１８などの電力電子部品を構成する１つまたは複数のアームの損失、すなわち開回路（図１の矢印Ｂによって示される）。

【0017】

－プロペラ２４ａなどの消費物の損失、すなわち開回路（図１の要素Ｃによって示される）。

【0018】

－ガスタービン１２と発電機１４ａとの間のトランスミッションの破損（図１の要素Ｄによって示される）。

【0019】

通常の動作条件下では、そのようなシステムは、一般に、電力需要の突然の低下を回避するように設計される。

【0020】

ロータを減速させるように燃料を計量することによって速度逸脱に応答するように構成された燃料調整チェーンを使用することが知られている。

【0021】

しかしながら、この燃料調整チェーンは、一般に、ガスタービンと受信機との間のトランスミッションの全体的で瞬間的な破損などの極端な場合に合理的な速度が維持されることを確実にするのに十分ではない。

【0022】

さらに、燃料調整チェーンは、負荷減少の全ての場合をカバーするのを可能にするのに十分な反応時間を有していない。

【0023】

ディスクの前で破損するようにガスタービンのブレードをサイジングすることからなる、ブレードシェディングなどの機械的保護デバイスを使用することも知られている。これは、デブリの生成をもたらすが、そのエネルギは、エンジンに含まれるのに十分低い。したがって、ガスタービンは、そのブレードを奪われて、もはやガスからエネルギを回収することができなくなり、ロータの減速につながる。

【0024】

しかしながら、ブレードシェディングは、ブレードの信頼性が高く再現可能な破損速度を実証するために、正確な機械的サイジングおよび非常に高度な方法制御を必要とする。

【0025】

さらに、このデバイスは、著しい過速度の場合にブレードおよびモータの損失を抑制することを可能にする遮蔽の必要性につながる。それにもかかわらず、そのような遮蔽は、追加の質量を生じさせる。

【0026】

ガスタービンのロータの回転速度が所定の閾値を超えると、数十ミリ秒で燃料供給を自動的に停止するように構成された電子過速度保護デバイスと呼ばれる保護デバイスを使用することも知られている。

【0027】

しかしながら、電子過速度遮断は閾値であり、これは、ガスタービンの通常の最高動作速度を超えてのみ設定されることができる。その結果、到達する最高速度は、電子過速度遮断の閾値、および燃料供給が遮断されたときのガスタービンのロータの瞬間加速度の影響を受ける。

【0028】

さらに、エンジンがブレードシェディングデバイスを装備していない場合、この最高到達速度は、タービンディスクについて実証される完全性速度、したがってそれらの質量を決定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0029】

【特許文献1】カナダ国特許出願公開第３０３８２９９号明細書

【特許文献2】欧州特許出願公開第０５５６５９３号明細書

【特許文献3】国際公開第２００３／１０６８２８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0030】

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

【0031】

特に、本発明は、速度逸脱の大きさを低減し、したがってデバイスを計量する燃料が応答することを可能にすることを提案する。

【課題を解決するための手段】

【0032】

この目的のために、本発明は、少なくとも１つの発電機がガスタービンによって機械的に駆動されたままである場合に、ガスタービンに追加の抵抗負荷を作り出すためにそれを使用することにある。

【0033】

この目的のために、本発明は、
－例えば、接合タービンを有するガスタービン、フリータービン、またはピストンエンジンとすることができる内燃機関と、
－動作中に内燃機関が電気機械を駆動するように内燃機関に結合された少なくとも１つの電気機械と、
－電気機械に接続され、電気機械から送達される交流を直流に変換するように構成された整流器と、
－直流を交流に変換するための手段と、
－整流器を変換手段に接続する電気ネットワークと、
－動作中に変換手段が電気モータに交流を供給するように、変換手段に接続された電気モータと、
－動作中に電気モータがプロペラを駆動するように電気モータに結合されたプロペラと
を備える、マルチロータ回転翼航空機のためのハイブリッド推進システムに関する。

【0034】

システムは、
－システム内の電力需要の、所定値を下回る低減を検出するように構成された検出手段と、
－検出手段が電力需要の低減を検出したときに電気機械を短絡させるように構成された短絡手段と
を備えることを特徴とする。

【0035】

本発明にかかるシステムは、電力需要が突然低下した場合に、内燃機関、例えばガスタービンの過速度逸脱を制限することを可能にする。

【0036】

実際、電力需要の低減は、ガスタービンのロータに及ぼされる抵抗トルクの低減をもたらし、したがって、ガスタービンのロータの過速度が観察される。短絡手段は、電気機械が使用されてガスタービンに追加の抵抗負荷を作り出すことを可能にする。これは、速度逸脱の振幅が有利に低減されることを可能にする。

【0037】

有利には、検出手段は、ガスタービンのロータの過速度を回避するために制動をもたらさなければならない任意のタイプの欠陥または電力の低下を検出することができる。

【0038】

航空機およびパワー低下の場合に応じて、このシステムは、タービンの損失につながる機械的または電子的過速度保護デバイスのアクティブ化を防止することを可能にする。

【0039】

このシステムはまた、システムの全体的な速度逸脱を制限することによって、電気機械または複数の電気機械を機械的に保護することを可能にし、後者は、一般に、特にこのタイプの電気機械に固有の技術的制約のために、ガスタービンよりも低い極端な最高速度を受け入れる。

【0040】

このシステムはまた、「正常」使用の場合に加速度プロファイルを平滑化することを可能にする。

【0041】

システム内の電力需要の低減の検出は、電子的に達成されることができる。

【0042】

一実施形態によれば、短絡手段は、電気機械と整流器との間に配置される。

【0043】

短絡手段は、短絡デバイスを備えることができる。

【0044】

短絡手段は、電気機械的または静的とすることができる。

【0045】

別の実施形態によれば、整流器は、能動であり、短絡手段を備える。

【0046】

システムはまた、電気ネットワークに接続され、電気機械に直流を注入するように構成された電気エネルギ貯蔵手段を備えることができる。

【0047】

実施形態によれば、電気エネルギ貯蔵手段は、電気機械に直流を直接注入するように構成される。

【0048】

システムはまた、電気エネルギ貯蔵手段と電気機械との間に配置された少なくとも１つのオーミック導体を備えてもよい。

【0049】

システムはまた、オーミック導体と電気機械との間に配置されたスイッチング手段を備えることができる。

【0050】

別の実施形態によれば、整流器は、可逆的であり、電気エネルギ貯蔵手段から電気機械の端子に直流を注入するように構成される。

【0051】

換言すれば、電気エネルギ貯蔵手段は、電気機械に間接的に直流を注入するように構成される。

【0052】

システムはまた、電気エネルギ貯蔵手段と整流器との間に配置されたブーストチョッパを備えてもよい。

【0053】

本発明はまた、本発明にかかるハイブリッド推進システムを備えるマルチロータ回転翼航空機に関する。

【0054】

本発明はまた、本発明にかかるハイブリッド推進システムを制御するための方法であって、
－システム内の電力需要の、所定値を下回る低減を検出するステップと、
－システム内の電力需要の、検出された低減にしたがって電気機械を短絡させるステップと
を含む、方法に関する。

【0055】

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

【図面の簡単な説明】

【0056】

【図1】図１は、従来技術にかかるハイブリッド推進システムを概略的に示している。

【図2】図２は、本発明の実施形態にかかるハイブリッド推進システムの一部を概略的に示している。

【図3】図３は、本発明の別の実施形態にかかるハイブリッド推進システムの一部を概略的に示している。

【図4】図４は、本発明の実施形態にかかるハイブリッド推進システムを概略的に示している。

【図5】図５は、本発明の別の実施形態にかかるハイブリッド推進システムを概略的に示している。

【発明を実施するための形態】

【0057】

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

【0058】

図２から図５は、本発明にかかる、マルチロータ回転翼を有する、例えばヘリコプタまたは飛行機タイプの航空機のハイブリッド推進システム１００を示している。

【0059】

例えば補助動力ユニット（ＡＰＵ）などのターボ機械などの内燃機関１１２は、例えば発電機１１４などの電気機械に結合される。エンジン１１２は、ガスタービンを備えることができる。動作中、発電機１１４は、エンジン１１２によって駆動される。

【0060】

発電機１１４は、モータジェネレータであってもよく、すなわち、特にエンジン１１２によって駆動されるときの発電機モードとモータモードの双方において動作することが可能であってもよい。したがって、発電機１１４は、可逆電気機械であってもよい。発電機１１４は、双方向の機械－電気エネルギ変換、すなわち、機械－電気変換および電気－機械変換を提供することを可能にする。発電機１１４は、多相電流、例えば図２および図５に示すような三相電流を生成することができる。

【0061】

エンジン１１２および発電機１１４は、システム１００の主要な発電源を提供する。単一の主発電源が図２および図５に示されているが、システム１００は、複数の主発電源を備えてもよい。

【0062】

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

【0063】

発電機１１４の出力電圧Ｕ１１４は、制御手段１１５（ＧＣＵ、発電機制御ユニット）によって制御されることができる。これらの制御手段１１５は、電圧調整器と、全ての条件下でシステムの性能を保証する制御回路および保護回路のセットとを含むコンピュータである。制御手段１１５は、システムの必要性に応じて、アナログまたはデジタル制御電子機器を装備することができる。これらの制御手段１１５は、発電機１１４の電圧設定点Ｕ^＊および出力電圧Ｕ１１４に基づいて、発電機の電流Ｉ１１４などの発電機１１４のパラメータを制御することができる。

【0064】

発電機１１４の速度レベルを適合させるために、典型的には固定比減速ギアボックスまたはギア増倍器（ｇｅａｒ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）である補助ギアボックス１０６がエンジン１１２と発電機１１４との間に配置されることができる。

【0065】

整流器１１６は、発電機１１４への入力に接続され、発電機１１４によって送達される交流を直流に変換するように構成される。整流器１１６は、電流可逆式とすることができる。整流器１１６は、能動整流器であってもよい。コンデンサなどの容量性素子１３０は、整流器１１６と並列に配置されてもよい。

【0066】

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

【0067】

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

【0068】

変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、インバータを備えることができる。図４および図５において、ＤＣは直流を意味し、ＡＣは交流を意味する。各インバータは、交流の３つの相１１９、１２１、１２３（変換手段１１８ｄについてのみ言及される）を、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄのそれぞれにそれぞれ送達する３つのインバータアームを備えることができる。

【0069】

変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ、特にインバータは、電流可逆式とすることができる。容量素子１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ、１３６ｄ、例えばコンデンサは、変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄのそれぞれと並列に配置されてもよい。

【0070】

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

【0071】

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

【0072】

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

【0073】

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

【0074】

プロペラ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄは、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに結合される。動作中、プロペラ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄは、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄによって駆動される。プロペラ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄは、同軸の二重反転プロペラとすることができる。

【0075】

特に、変換手段１１８ａ、それぞれ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ、電気モータ１２２ａ、それぞれ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ、およびプロペラまたは複数のプロペラ１２４ａ、それぞれ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄは、電気推進チェーン１２５ａ、それぞれ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄを形成する。したがって、図２および図３には、４つの電気推進チェーン１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄが存在する。

【0076】

各電気推進チェーン１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄについて、ギアボックスを介して電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄおよびプロペラ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄを接続するシャフトの回転速度Ω１、Ω２、Ω３、Ω４、またはより従来の固定比減速ギアボックス、または速度増倍器１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄは、制御手段１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄによって制御されることができる。同様に、各電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに供給するための変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄからの電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４および電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、制御手段１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄによって制御されることができる。これらの制御手段１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄは、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの回転速度Ω１、Ω２、Ω３、Ω４および電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４および電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、ならびに負荷Ω１^＊、Ω２^＊、Ω３^＊、Ω４^＊の予測などの他のパラメータに基づいて、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４およびＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４で示された回転速度のイメージ周波数設定点などの、変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄのパラメータを制御することができる。

【0077】

電気エネルギ貯蔵手段１２６は、電気ネットワーク１２０に接続されている。これらの貯蔵手段１２６は、電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバスから過剰な電気エネルギを吸収することを可能にする。貯蔵手段１２６はまた、発電機１１４を補足または置換することによって、電気モータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに一時的に供給するように構成されることができる。

【0078】

貯蔵手段１２６は、電気ネットワーク１２０に並列に接続されてもよい。

【0079】

特に、貯蔵手段１２６は、１つまたは複数のバッテリ、１つまたは複数のコンデンサ、あるいは１つまたは複数のスーパーキャパシタを備えることができる。

【0080】

発電機１１４の巻線の損失、発電機１１４の完全な損失、整流器１１６または変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｂ、１１８ｄのアームの損失、プロペラ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄの損失、またはガスタービン１１２と発電機１１４との間のトランスミッションの破損の場合、システム１００における電力需要の低下が存在する。電力需要のこの低減は、ガスタービン１１２のロータに及ぼされる抵抗トルクの低減をもたらし、したがって、ガスタービン１１２のロータの過速度が観察される。

【0081】

本発明は、発電機または複数の発電機１１４がガスタービン１１２によって機械的に駆動されたままである場合、すなわち、発電機または複数の発電機１１４が故障することなく公称動作状態にある場合、それを使用してガスタービン１１２に追加の抵抗負荷を作り出すことを含む。これは、速度逸脱の振幅を低減することを可能にする。換言すれば、発電機またはこれらの発電機１１４の使用は、ガスタービン１１２が過速度にならないように十分な抵抗トルクを作り出すことを可能にする。

【0082】

ガスタービン１１２のロータの過速度を防止するために、システム１００は、システム内の電力需要の、所定値を下回る低減を検出するように構成された検出手段を備える。

【0083】

システム内の電力需要の低減の検出は、電子的に達成されることができる。

【0084】

システム１００はまた、検出手段によって電力需要の低減が検出されたときに、電気機械、すなわち発電機１１４を短絡させるように構成された短絡手段２００を備える。特に、短絡手段２００は、ガスタービン１１２に依然として機械的にリンクされた発電機１１４の相または複数の相を短絡させることができる。

【0085】

したがって、短絡デバイスとも呼ばれるこれらの短絡手段は、過渡的な抵抗トルクが作り出されることを可能にする。

【0086】

図２に示す実施形態によれば、短絡手段２００は、発電機１１４と整流器１１６との間に配置される。

【0087】

短絡手段２００は、電気機械的または静的であってもよい。

【0088】

短絡デバイス２００を閉じるためのコマンドの持続時間は、約１０ミリ秒未満であってもよい。特に、コマンドは、能動整流器１１６の制御電子機器１１７によって、または電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって、高周波範囲を有する、すなわちＭＨｚオーダーの通信チャネルを通して送信されてもよい。

【0089】

短絡デバイス２００のスイッチング時間は、１ｍｓ未満とすることができる。例えば、短絡デバイス２００は、火工スイッチ、またはソリッドステートパワーコントローラ（ＳＳＰＣ）タイプの静的構成要素、またはサイリスタを備えることができる。

【0090】

図３に示す別の実施形態によれば、整流器１１６は、短絡手段を備える。換言すれば、整流器１１６のトランジスタの電流定格がそれを可能にする場合、能動整流器１１６は、短絡デバイスとして機能する。

【0091】

発電機の巻線の短絡によって生成される抵抗トルクよりも大きい抵抗トルクを有するために、電磁制動が整流器１１６によって実行されてもよい。

【0092】

この実施形態が図４に示されている。

【0093】

整流器１１６は、電流が可逆的である。

【0094】

貯蔵手段１２６は、発電機１１４に直流を注入するように構成される。整流器１１６は、貯蔵手段１２６から発電機１１４の端子に直流を注入するように構成される。換言すれば、貯蔵手段１２６は、間接的に、すなわち、整流器１１６を介して発電機１１４に直流を注入するように構成される。これは、整流器１１６の象限の変化を伴う電磁制動である。

【0095】

特に、電磁制動は、電気ネットワーク１２０のＨＶＤＣバス上の貯蔵手段１２６の存在のおかげで、発電機１１４のステータ巻線の端子、すなわち、ステータの端子に直流を注入することによって実行される。

【0096】

図４では、直流再注入が矢印Ｉｄｃによって表されている。

【0097】

次いで、発電機１１４は、渦電流ブレーキとして機能する。制動は、ガスタービン１１２の速度を制御する時間を与える１秒のオーダーの短期間にわたって生じる。発電機１１４の静止部分における渦電流の熱放散エネルギは無視できると考えられ、すなわち、発電機１１４の追加の冷却は必要ない。

【0098】

貯蔵手段１２６の端子における電圧は、発電機１１４の出力における電圧よりも大きい。この条件が満たされない場合、システムは、貯蔵手段１２６と整流器１１６との間に配置されたブーストタイプのチョッパ２０２を備えることができる。

【0099】

図５は、図４に示す実施形態の代替形態を示している。

【0100】

この変形例では、貯蔵手段１２６は、発電機１１４の相に直接直流を注入するように構成される。したがって、これは、発電機１１４の相への貯蔵手段１２６からの直接接続を有する電磁制動である。この変形例は、有利には、その動作が図４の実施形態よりも複雑ではない。

【0101】

図５では、直流再注入が矢印Ｉｄｃによって表されている。

【0102】

システム１００は、貯蔵手段１２６と発電機１１４との間に配置された少なくとも１つのオーミック導体２０４、すなわち抵抗器を備えることができる。換言すれば、直流の注入は、制限抵抗器とも呼ばれる電流を制限する抵抗器を通しておきることができる。

【0103】

システム１００は、オーミック導体２０４と発電機１１４との間に配置されたスイッチング手段２０６、特に高速スイッチング手段、すなわち、約５ｍｓ未満の応答時間を有するスイッチング手段を備えることができる。例えば、スイッチング手段２０６は、火工スイッチ、またはＳＳＰＣ、またはサイリスタを備えることができる。

【0104】

貯蔵手段１２６の端子における電圧が発電機１１４の相電圧よりも小さいとき、スイッチング手段２０６およびオーミック導体２０４は、ブーストチョッパによって置き換えられてもよい。

【0105】

図５に示すように、スイッチング手段２０６の４つの出力端子は、発電機１１４の巻線ノードにおいて負電位を貯蔵手段１２６に戻すように発電機１１４に接続されている。

【0106】

本発明はまた、上述したシステム１００を制御するための方法に関する。

【0107】

本方法は、システム１００内の電力需要の、所定値を下回る低減を検出するステップを含む。検出は、電子的に達成されることができる。そのような低減の検出は、発電機１１４の巻線の損失または完全な損失、整流器１１６または変換手段１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｂ、１１８ｄのアームの損失、プロペラ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄの損失、またはガスタービン１１２と発電機１１４との間のトランスミッションの破損に続いてもよい。

【0108】

次に、本方法は、システム内の電力需要の低減の検出に基づいて、発電機１１４を短絡させるステップを含む。

【0109】

次に、本方法は、直接にまたは整流器１１６を介して、貯蔵手段１２６から発電機１１４に直流を注入するステップを含むことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】