电驱动机构和用于向电驱动机构馈电的方法

摘要

本发明公开了一种电驱动机构，包括：-旋翼或螺旋桨轴(R)，-被配置成驱动旋翼或螺旋桨轴(R)的电动马达组件(GEMD)，该电动马达组件(GEMD)包括多个堆叠的电动马达元件(Ee1、Ee2、Ee3、Ee4)，-向电动马达组件(GEMD)的堆叠的电动马达元件(Ee1)馈电的第一拓扑的电力支路，所述电力支路(b1)包括RESS和向所述电力支路(b1)供应电力信号的发电机(G)，-与第一拓扑不同的第二拓扑的电力支路(b3)，所述电力支路向电动马达组件(GEMD)的另一堆叠的电动马达元件馈电，所述电力支路(b3)包括：#发电机(G)，其向所述电力支路供应电力信号；矩阵转换器(Mc3)；其向另一堆叠的电动马达元件(Ee3)馈电；#或者，发电机，其向所述电力支路供应直流电；以及马达控制器，其向第二堆叠的电动马达元件(Ee3)馈电。

权利要求

1.一种电驱动机构，包括：

一个或更多个电源，其共同提供至少两个电力信号；

电动马达组件，其包括多个电动马达元件；

电力分配系统，其用于将来自所述一个或更多个电源的电力分配给所述电动马达组件，所述电力分配系统包括多个电力供应支路，其中每个支路被配置成将来自所述一个或更多个电源的电力信号传输至所述电动马达元件中的至少一个电动马达元件，其中：所述电力供应支路的第一子集被配置成利用所述电力信号的第一子集向所述电动马达元件的第一子集供电，所述电力供应支路的第一子集包括：一个或更多个马达控制器，其用于控制所述电动马达元件的第一子集；以及可再充电能量存储系统，其被配置成将所述电力信号的第一子集的能量存储为存储能量，并且选择性地向所述一个或更多个马达控制器供应所述存储能量以向所述电动马达元件的第一子集馈电；并且所述电力供应支路的第二子集被配置成利用所述电力信号的第二子集向所述电动马达元件的第二子集供电，所述电力供应支路的第二子集包括一个或更多个矩阵转换器，所述一个或更多个矩阵转换器以AC-AC模式操作以修改所述电力信号的第二子集以将所修改的电力信号提供给所述电动马达元件的第二子集。

2.根据权利要求1所述的电驱动机构，其中，每个电动马达元件包括专用的电力供应支路。

3.根据权利要求1或2所述的电驱动机构，其中，所述一个或更多个电源包括多个发电机元件。

4.根据权利要求3所述的电驱动机构，其中，每个电力供应支路连接至相应的发电机元件。

5.根据权利要求3所述的电驱动机构，其中，所述电力供应支路中的至少一个连接至两个或更多个发电机元件。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的电驱动机构，其中，所述多个发电机元件的第一子集堆叠在一起以限定堆叠的发电机组件，并且其中，所述堆叠的发电机组件包括第一交流(AC)源。

7.根据权利要求6所述的电驱动机构，其中，所述多个发电机元件的第二子集堆叠在一起以限定第二堆叠的发电机组件，并且其中，所述第二堆叠的发电机组件包括第二AC源。

8.根据权利要求6或7所述的电驱动机构，其中，所述第一AC源和/或所述第二AC源包括自由活塞发动机、内燃机或燃气涡轮机中的一个或更多个。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动机构，其中，所述发电机元件的子集是直流(DC)电力发电机。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动机构，其中，所述可再充电能量存储系统被配置成在所连接的负载的动态电力需求的时间期间供应电力。

11.根据权利要求10所述的电驱动机构，其中，所述一个或更多个电源具有电力产生能力，并且其中，所述可再充电能量存储系统被配置成在所述动态电力需求超过所述一个或更多个电源的电力产生能力的时间期间供应额外的电力。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动机构，其中，所述可再充电能量存储系统被配置成在电力供应故障的时间期间供应电力。

13.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动机构，其中，所述一个或更多个矩阵转换器修改所述电力信号的第二子集的频率、形状或占空比中的一个或更多个。

14.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动机构，包括两个或更多个电源。

15.根据权利要求14所述的电驱动机构，其中，所述电源中的至少一个向所述第一子集和所述第二子集中的至少一个电力供应支路供应电力。

16.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动机构，其中，所述多个电动马达元件堆叠在一起以限定堆叠的电动马达组件。

17.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动机构，其中，在电力需求落在预定电力范围内的情况下，所述电力支路的第二子集将来自所述一个或更多个电源的大部分电力分配给所述电动马达元件。

18.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的电驱动机构以及旋翼或螺旋桨轴的飞行器，其中，所述旋翼或所述螺旋桨轴由多个堆叠的电动马达元件驱动。

19.根据权利要求18所述的飞行器，其中，所述电力供应支路的第一子集在飞行域的任何部分期间以及在所述飞行器的电源故障期间排他地向所述电动马达元件分配电力。

20.根据权利要求18或19所述的飞行器，其中，由所述电力供应支路的每个子集承载的电力的分配是飞行域的函数。

21.一种将来自一个或更多个电源的电力分配给电动马达组件的方法，所述电动马达组件包括多个堆叠的电动马达元件，所述方法包括：(i)限定分别用于在所述一个或更多个电源与所述电动马达组件之间传输第一电力信号和第二电力信号的第一电力供应路径和第二电力供应路径，其中：所述第一电力供应路径包括：一个或更多个马达控制器，其向所述电动马达元件的第一子集馈电；以及可再充电能量存储系统，其被配置成将所述第一电力信号的能量存储为存储能量，并且选择性地向所述一个或更多个马达控制器供应所述存储能量以向所述电动马达元件中的至少一个馈电；并且所述第二电力供应路径包括以AC-AC模式操作的矩阵转换器系统，所述矩阵转换器系统被配置成修改所述第二电力信号以将所修改的第二电力信号提供给所述电动马达元件中的至少一个；以及(ii)经由所述第一电力供应路径和所述第二电力供应路径来将来自所述一个或更多个电源的电力选择性地分配给所述电动马达组件。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，步骤(ii)包括基于所述电动马达组件的操作需求来选择性地调整沿着每条路径传输的电力的分配。

23.一种向根据权利要求1至17中任一项所述的电驱动机构馈电的方法，所述方法包括以下步骤：(i)确定连接至所述马达组件的负载的操作需求；以及

(ii)基于所述负载的操作需求来选择性地调整沿着所述电力供应支路的第一子集和第二子集传输的电力的分配。

说明书

电驱动机构和用于向电驱动机构馈电的方法

技术领域

[0001] 本发明公开了电驱动机构和用于向电驱动机构馈电的方法。更具体地，本发明公开了能够提高端到端效率同时保持该拓扑固有的性能和安全优点的串联混合电驱动机构架构或者电驱动机构架构。

[0002] 本发明主要应用于飞行器推进领域，但是其可以扩展到其他领域，例如陆地推进(汽车、轻型摩托车、摩托车、装甲车例如坦克……)、海上推进(船、水上摩托艇、鱼雷、潜艇……)以及一些发电(例如风力发电机和水力发电机)。

背景技术

[0003] 如图1所描绘的常规的串联混合电驱动机构(drive train)传动装置通常基于涉及一系列子系统的线性架构，在该子系统中燃气涡轮机或内燃机T驱动发电机组件G以产生交流电(AC)。该AC随后通过有源或无源整流器单元Ru进行整流，以产生直流电(DC)。可以使用除燃气涡轮机或活塞发动机以外的其他技术来产生DC，所述其他技术例如燃料电池、磁流体动力发电机、热电发电机、放射性同位素发电机或β电池。DC通常由主母线B承载，主母线B向电驱动单元Cont1/M/R和Cont2/T/R馈电，以及在适用的情况下向能量存储装置或可再充电能量存储系统RESS馈电。双向DC/DC转换器(如果需要)将主母线B的电压调整为RESS电压。包括发动机管理装置和电力控制单元的电力管理系统PM针对需求调整燃气涡轮机或内燃机T的燃料流量，并且调节电力。图1所描绘的电驱动机构的左侧部分(包括燃气涡轮机或内燃机T、发电机组件G、整流器单元Ru、主母线B、DC/DC转换器、RESS以及电力管理系统PM)构成电驱动机构的后端部分。电驱动机构的在图1的右侧描绘的前端部分包括两个电动马达组件M/R和T/R以及它们相关联的冗余控制器Cont1、Cont2。这些控制器将DC转换为驱动电动马达组件M/R和T/R所需的AC波形。关于直升机，一个电动马达组件M/R(在顶部)专用于驱动主旋翼R和附件ACC例如液压泵、冷却泵等，而另一电动马达组件T/R(在底部)驱动尾旋翼Tr。尾旋翼控制器Cont2可以直接连接至RESS，以在涡轮机故障的情况下在自动旋转期间保持偏航控制。

[0004] 在需要高功率需求(例如起飞和爬升)的飞行阶段期间，存储在RESS中的能量可以与由发电机组件G产生的能量结合，从而使得燃气涡轮机或内燃机T的尺寸明显减小。此外，在发电机组件G或发动机T故障的情况下，RESS提供了宝贵的故障备用，从而得到比常规的机械驱动机构更安全的操作。考虑到安全性和性能的显着提高，串联混合拓扑在航空中的潜力是巨大的。

[0005] 相同的发明人Pascal Chretien在专利文献FR2957207、US2014248168和US2014203739中公开了多堆叠拓扑。这三项专利公开了(在系统级别)用于替代机械齿轮箱的电磁分配式直接驱动器。除了与常规机械齿轮箱相比其改善的抗疲劳性以外，在这三项专利文献中还详细介绍了由那些能够消除单点故障的多堆叠系统带来的固有性能和安全优点。

[0006] 考虑到优化重量预算，前述专利文献FR2957207、US2014248168和US2014203739也详细描述了管理跨组成电磁传动装置的不同堆叠电动马达元件的电力分配的规则。虽然提到了串联混合架构，但是那些专利文献没有涵盖端到端效率，也没有公开能够提高系统效率的任何特定架构或解决方案。

[0007] 图2是描绘适用于如前述专利文献FR2957207、US2014248168和US2014203739所公开的概念性四堆叠电驱动机构的常规串联混合电驱动机构架构的框图。为了简单起见，在该图2中仅描绘了主旋翼驱动机构(尾旋翼是主旋翼驱动器的比例模型，因为尾旋翼只需要产生由主旋翼产生的动力的一部分)。此外，为了简单起见，在该图2中也未描绘电力管理系统。燃气涡轮机或内燃机T驱动多堆叠发电机组件G。所述发电机组件G包括四个独立的堆叠的发电机元件Eg1、Eg2、Eg3、Eg4。每个堆叠的发电机元件Eg1、Eg2、Eg3、Eg4连接至其自己的相关联的整流器Ru1、Ru2、Ru3、Ru4，从而随后产生被馈送至主母线B的DC。用于瞬时电力需求和紧急备用(发动机故障)的RESS连接至主母线B。主母线B经由单独的输出驱动控制器组件。控制器组件包括多个物理上不同的马达控制器Cont1、Cont2、Cont3、Cont4。这些控制器将DC转换成AC波形，每个AC波形向电动马达组件GEMD的一个堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2、Ee3、Ee4(如上述专利文献FR2957207、US2014248168和US2014203739所公开的)馈电，所述堆叠的电动马达元件连接至螺旋桨轴或主旋翼R。该解决方案带来了优于图1所描绘的架构的一些优点，因为该解决方案消除了大多数的单点故障，从而产生更好的端到端可靠性(MTBF)。链中的一个或几个部件的故障将导致可用电力降低。然而，可能不必紧急着陆。

[0008] 串联混合拓扑呈现出优于机械驱动器的众多优点；其中一个优点是作为具有无限可变减速比的传动装置来操作的能力，从而使得发动机(或燃气涡轮机)能够以其最热力学有效的点操作。另一个优点是模块化和物理集成的容易度：串联混合驱动器的所有部件通过线缆互连，这些部件可以跨交通工具自由移动，而不会对整个系统的复杂性产生负面影响，这与机械驱动机构相反，机械驱动机构经受轴、齿轮和其他机械零件固有的约束。

[0009] 然而，串联混合电驱动机构的缺点之一是其不可忽略的端到端损耗(发电机的输入轴与旋翼或螺旋桨轴之间的损耗)，端到端损耗是由于每个部件引入的累积损耗造成的。由例如图1和图2所描绘的拓扑引入的端到端损耗是由以下各项引入的损耗的总和：

[0010] -发电机组件G(≈2％至3％的损耗)

[0011] -整流器单元Ru(≈2％至3％的损耗)

[0012] -主母线B(≈1％的损耗)

[0013] -DC/DC转换器(如果有的话)≈3％

[0014] -冗余控制器Cont1、Cont2(≈3％至4％的损耗)

[0015] -电动马达组件M/R、T/R、GEMD(≈3％至4％的损耗)。

[0016] 在实践中，诸如图1和图2所描绘的常规串联混合电驱动机构的端到端损耗可以在11％至13％的范围内。这些损耗的直接后果是可能比常规的机械驱动器更高的能量需求(燃料消耗)。在飞行器的整个使用寿命中，这些损耗可以表示大量的燃料。已知在巡航期间使内燃机或燃气涡轮机T在其最热力学有效的操作点处运行可能会抵消这些损耗中的一些损耗。然而，与现代机械驱动机构相比，实际寿命效率的提高通常是微不足道的。在重量和能量效率都至关重要的航空中，这种效率缺陷是已知的限制。

[0017] 无论电力输出或飞行域(flight domain)如何，诸如图1和图2所描绘的串联混合驱动机构经受恒定的端到端损耗；然而，固定翼或旋翼飞行器必须在较大的电力范围内操作，以覆盖整个飞行包线。因此，需要一种能够降低在飞行器将大部分操作时间花费于的巡航期间的端到端损耗的新颖的电驱动机构架构。

[0018] 关于双发动机飞行器，常规的双发动机配置遭受若干缺点。常规的双发动机直升机受益于从统计上显着降低总电力损耗的可能性，然而，两个发动机均连接至一个单独的机械齿轮箱，该齿轮箱不能重复用于冗余，因此已知的单点故障仍然存在。属于机械驱动机构的一个齿轮的故障导致总的传动装置损耗。全球民航当局发布的定期坠毁报告证明了这一事实。常规的双发动机配置的另一个缺点是如下事实：每个涡轮机必须被定尺寸以使得能够在OEI(一个发动机不操作)条件下维持飞行。当事实上大多数飞行器的操作寿命是使用两个可服役的发动机经营的时，必须满足此条件以考虑OEI的极小的可能性。在正常操作中，每个发动机都以其应急电力的50％至70％持续操作。

[0019] 图6描绘了概念性燃气涡轮机的相对于其输出电力的热速率(与具体燃料消耗有关)。图6教导了，燃气涡轮机产生的功率越低，其具体燃料消耗就越高。因此，明显的优点是使燃气涡轮机以其最高可能的功率操作，以受益于优化的燃料消耗。因此，双涡轮机飞行器的燃料效率低于单涡轮机飞行器的燃料效率。对处于系统级别的双发动机电力设备进行分析发现，每单位重量的特定功率比在单发动机机器中的每单位重量的特定功率低，这会对载量(payload)产生负面影响。影响常规双发动机飞行器的另一个问题是必须使用两个相同的涡轮机，两个涡轮机均具有相同的TBO(总体之前的时间，Time Before Overall)，从而导致更长的停机维护时间和几乎双倍的操作成本。在这种情况下，本发明的另一目的是显著减小电驱动机构的物理尺寸和操作成本。

[0020] 瞬态响应是常规双发动机解决方案的另一个固有问题：当一个发动机故障时，以其最大功率的50％至70％运行的其余有效燃气涡轮机必须尽快增加其电力输出以补偿故障的发动机。取决于密度高度，在没有不利影响例如可能的压缩机失速的情况下很难满足瞬时电力要求。常规涡轮机可能需要几秒钟才能达到其最大功率，因此会负面地影响飞行器的安全性和飞行包线。这个缺点在起飞期间尤为突出：起飞期间的发动机故障会影响起飞剖面路径并且针对OEI条件来详细阐述具体起飞过程。在OEI进入期间瞬态发动机响应可能变得潜在危险的另一种情况是在吊索作业操作(脱离地面影响而悬停)期间一个发动机出现故障的情况，这导致直升机暂时下沉。如果救援人员在吊索上，情况可能会很危险。在这种情况下，本发明的另一个目的是提高电驱动机构的安全性。

[0021] 总体上，期望具有电驱动器和用于向电驱动机构馈电的方法，该电驱动机构解决了至少一些上述缺点，并且改善了飞行包线，从而改善了任务剖面(mission profile)。

发明内容

[0022] 根据本发明的第一方面，提供了一种电驱动机构，该电驱动机构包括：

[0023] -旋翼或螺旋桨轴，

[0024] -电动马达组件，其被配置成驱动旋翼或螺旋桨轴，该电动马达组件包括多个堆叠的电动马达元件，

[0025] -向电动马达组件的堆叠的电动马达元件馈电的第一拓扑的电力支路，所述电力支路包括向所述电力支路供应电流的发电机和可再充电能量存储系统(RESS)，[0026] -与第一拓扑不同的第二拓扑的电力支路，所述电力支路向电动马达组件的另一堆叠的电动马达元件馈电，所述电力支路包括：

[0027] ·向所述电力支路供应交流电的发电机，以及向另一堆叠的电动马达元件馈电的矩阵转换器；

[0028] ·或者，向所述电力支路供应直流电的发电机，以及向第二堆叠的电动马达元件馈电的马达控制器。

[0029] 所公开的发明旨在解决与现有技术有关的问题。此外，这种新颖架构能够以在飞行器任务剖面的重要部分(例如巡航期间，其通常导致大部分的燃料消耗)或属于先前在本发明的技术领域中提到的领域的其他推进系统以及发电装置中通常使用的电力设置提高端到端效率。每个堆叠的电动马达元件可以通过下文中定义为电力支路b1至bn的不同路径独立地供电。通过将每个电力支路的拓扑优化为与给定飞行域相对应的电力设置，可以获得显著的效率改进，并使新的任务剖面成为可能。所公开的架构组合了电力支路的两种不同的拓扑，从而优化了巡航期间的效率，并且维持了例如在起飞或空中工作操作(例如吊索工作)期间的瞬时供电能力或者在紧急情况期间的电力备用。

[0030] 图4示出了在三种不同的起飞重量下在1.7吨范围内的中型概念性的直升机的电力需求与速度。图5示出了概念性轻型固定翼飞行器的电力需求与速度。尽管提到了两种截然不同类型的飞行器，但是在这两幅图中值得注意的是，总体趋势非常相似，从在低速处的高功率需求开始，在低速的情况下旋翼桨叶或机翼的迎角是高的。随着速度增加，相关联的电力需求减小至最小值(电力需求的该最小值对应于最大续航的空速或最长的空中时间)。另一个值得注意的点是在到原点的切线满足电力曲线的地方可以找到最佳航程(range)空速。实际上，最佳航程空速高于最大续航空速。以图4为例，考虑一架起飞重量为1100Kg的直升机(曲线n°3)，可以发现最大续航速度在50节(kt)左右并且将需要大约99kW，而最佳航程速度约为85节(kt)并且将需要125kW。因此，经济的巡航速度将在85节左右，并且在125kW范围内优化系统效率将导致在直升机的整个使用寿命期间的大量能源节省。进一步增加空速导致更高的电力需求，以克服由机身、起落架、旋翼头和在滑流中暴露的其他部件所产生的寄生阻力。

[0031] 根据串联混合架构，向第一拓扑的电力支路供应电流的发电机与向第二拓扑的电力支路供应交流电的发电机相同，所述发电机为向第一拓扑的电力支路和第二拓扑的电力支路两者供应交流电的发电机组件的形式。所述发电机组件包括多个堆叠的发电机元件：

[0032] -堆叠的发电机元件向第一拓扑的电力支路供应交流电；以及

[0033] -第二堆叠的发电机元件向第二拓扑的电力支路供应交流电。

[0034] 根据本发明的不同实施方式，向第一拓扑的电力支路供应电流的发电机可以与向第二拓扑的电力支路供应交流电的发电机在物理上不同。

[0035] 此外，向第二拓扑的电力支路供应交流电的发电机可以是包括多个堆叠的发电机元件的发电机组件，并且至少一个堆叠的发电机元件可以向第二拓扑的电力支路供应交流电。

[0036] 向第一拓扑的电力支路供应电流的发电机可以是包括多个堆叠的发电机元件的发电机组件，并且至少一个堆叠的发电机元件可以向第一拓扑的电力支路供应交流电。

[0037] 第一拓扑的电力支路和第二拓扑的电力支路可以在发电机级别交叉连接。

[0038] 根据本发明的另一实施方式，由发电机向第一拓扑的电力支路供应直流电。

[0039] 优选地，第一拓扑的电力支路包括可再充电能量存储系统(RESS)，该可再充电能量存储系统被配置成在飞行域的某些阶段期间能够进行电动飞行并且能够满足瞬时电力需求或紧急电力需求。

[0040] 本发明的第二方面提供了一种具有电驱动机构的飞行器，该飞行器包括：

[0041] -旋翼或螺旋桨轴，

[0042] -电动马达组件，其被配置成驱动旋翼或螺旋桨轴，该电动马达组件包括多个堆叠的电动马达元件，

[0043] -向电动马达组件的堆叠的电动马达元件馈电的第一拓扑的电力支路，所述电力支路包括向所述电力支路供应电流的发电机和RESS，

[0044] -与第一拓扑不同的第二拓扑的电力支路，所述电力支路向电动马达组件的另一堆叠的电动马达元件馈电，所述电力支路包括：

[0045] ·向所述电力支路供应交流电的发电机，以及向另一堆叠的电动马达元件馈电的矩阵转换器。

[0046] ·或者，向所述电力支路供应直流电的发电机，以及向第二堆叠的电动马达元件馈电的马达控制器。

[0047] 本发明的第三方面提供了一种用于向电驱动机构馈电的方法，该电驱动机构包括被配置成驱动旋翼或螺旋桨轴的电动马达组件，所述电动马达组件包括多个堆叠的电动马达元件，该方法包括以下步骤：

[0048] -通过第一拓扑的电力支路向电动马达组件的堆叠的电动马达元件馈电，该第一拓扑的电力支路包括向所述电力支路供应电流的发电机和RESS，

[0049] -通过与第一拓扑不同的第二拓扑的电力支路向电动马达组件的另一堆叠的电动马达元件馈电，所述电力支路包括：

[0050] ·向所述电力支路供应交流电的发电机，以及向另一堆叠的电动马达元件馈电的矩阵转换器；

[0051] ·或者，向所述电力支路供应直流电的发电机，以及向第二堆叠的电动马达元件馈电的马达控制器。

[0052] 该方法还可以包括根据飞行域来调整每个电力支路所承载的能量分配的步骤。

[0053] 该方法还可以包括在发电机级别利用交叉电连接来交叉连接电力支路的步骤。

[0054] 本发明的第四方面提供了一种电驱动机构，该电驱动机构包括：

[0055] 一个或更多个电源，其共同提供至少两个电力信号；

[0056] 电动马达组件，其包括多个电动马达元件；

[0057] 电力分配系统，其用于将来自一个或更多个电源的电力分配给电动马达组件，该电力分配系统包括多个电力供应支路，其中每个支路被配置成将来自一个或更多个电源的电力信号传输至电动马达元件中的至少一个，其中；

[0058] 电力供应支路的第一子集被配置成利用电力信号的第一子集向电动马达元件的第一子集供电，电力供应支路的第一子集包括：一个或更多个马达控制器，其向电动马达元件的第一子集馈电；以及可再充电能量存储系统，其被配置成将电力信号的第一子集的能量存储为存储能量，并且选择性地向一个或更多个马达控制器供应存储能量以向电动马达元件的第一子集馈电；并且

[0059] 电力供应支路的第二子集被配置成利用电力信号的第二子集向电动马达元件的第二子集供电，电力供应支路的第二子集包括一个或更多个矩阵转换器，所述一个或更多个矩阵转换器以AC-AC模式操作以修改电力信号的第二子集以将所修改的电力信号提供给电动马达元件的第二子集。

[0060] 在一些实施方式中，每个电动马达元件包括专用的电力供应支路。

[0061] 在一些实施方式中，一个或更多个电源包括多个发电机元件。在这些实施方式的一些实施方式中，每个电力供应支路连接至相应的发电机元件。在这些实施方式的其他实施方式中，电力供应支路中的至少一个连接至两个或更多个发电机元件。

[0062] 在一些实施方式中，多个发电机元件的第一子集被堆叠在一起以限定堆叠的发电机组件，并且其中，堆叠的发电机组件包括第一交流(AC)源。在一些实施方式中，多个发电机元件的第二子集堆叠在一起以限定第二堆叠发电机组件，并且其中，第二堆叠发电机组件包括第二AC源。驱动第一和/或第二AC发电机单元的系统可以包括自由活塞发动机、内燃机或燃气涡轮机中的一个或更多个。即，第一AC源和/或第二AC源包括自由活塞发动机、内燃机或燃气涡轮机中的一个或更多个。

[0063] 在一些实施方式中，发电机元件的子集是直流(DC)电力发电机。

[0064] 在一些实施方式中，可再充电能量存储系统被配置成在连接的负载的动态电力需求的时间期间供应电力。

[0065] 在一些实施方式中，一个或更多个电源具有电力产生能力，并且其中，可再充电能量存储系统被配置成在动态电力需求超过一个或更多个电源的电力产生能力的时间期间供应额外的电力。

[0066] 在一些实施方式中，可再充电能量存储系统被配置成在电力供应故障的时间期间供应电力。

[0067] 在一些实施方式中，一个或更多个矩阵转换器修改电力信号的第二子集的频率、形状或占空比中的一个或更多个。

[0068] 在一些特定实施方式中，电驱动机构包括两个或更多个电源。在这些实施方式的一些实施方式中，电源中的至少一个向第一子集和第二子集两者中的至少一个电力供应支路供应电力。

[0069] 在一些实施方式中，多个电动马达元件堆叠在一起以限定堆叠的电动马达组件。

[0070] 在一些实施方式中，在电力需求落在预定电力范围内的情况下，电力支路的第二子集将来自一个或更多个电源的大部分电力分配给电动马达元件。

[0071] 根据本发明的第五方面，提供了一种具有根据前述权利要求中任一项所述的电驱动机构以及旋翼或螺旋桨轴的飞行器，其中，旋翼或螺旋桨轴由多个堆叠的电动马达元件驱动。

[0072] 在一些实施方式中，电力供应支路的第一子集在飞行域的任何部分期间以及在飞行器的电源故障期间排他性地向电动马达元件分配电力。

[0073] 在一些实施方式中，由电力供应支路的每个子集承载的电力的分配是飞行域的函数。

[0074] 根据本发明的第六方面，提供了一种将来自一个或更多个电源的电力分配给电动马达组件的方法，该电动马达组件包括多个堆叠的电动马达元件，该方法包括：

[0075] (i)限定分别用于在一个或更多个电源与电动马达组件之间传输第一电力信号和第二电力信号的第一电力供应路径和第二电力供应路径，其中：

[0076] 第一电力供应路径包括：一个或更多个马达控制器，其向电动马达元件的第一子集馈电；以及可再充电能量存储系统，其被配置成将第一电力信号的能量存储为存储能量，并且选择性地向一个或更多个马达控制器供应存储能量以向电动马达元件中的至少一个馈电；并且

[0077] 第二电力供应路径包括以AC-AC模式操作的矩阵转换器系统，该矩阵转换器系统被配置成修改第二电力信号以将所修改的第二电力信号提供给电动马达元件中的至少一个；以及

[0078] (ii)经由第一电力供应路径和第二电力供应路径来将来自一个或更多个电源的电力选择性地分配给电动马达组件。

[0079] 在一些实施方式中，步骤(ii)包括：基于电动马达组件的操作需求来选择性地调整沿着每条路径传输的电力的分配。

[0080] 根据本发明的第七方面，提供了一种向根据第四方面的电驱动机构馈电的方法，该方法包括以下步骤：

[0081] (i)确定连接至马达组件的负载的操作需求；以及

[0082] (ii)基于负载的操作需求来选择性地调整沿着电力供应支路的第一子集和第二子集传输的电力的分配。

附图说明

[0083] 在结合以下附图考虑时，可以通过参考详细的说明书和权利要求来获得对本公开内容的实施方式的更完整的理解，其中，附图中相似的附图标记指代相似的元素。提供附图以促进对本公开内容的理解，而不限制本公开内容的广度、范围、篇幅或适用性。图不一定是按比例绘制的：

[0084] -图1是描绘集成到直升机中的常规串联混合电驱动机构架构的框图。

[0085] -图2是描绘适于概念性四堆叠电动马达的常规串联混合电驱动机构架构的框图。

[0086] -图3是描绘根据说明性实施方式的根据本发明的串联混合电驱动机构架构的框图。

[0087] -图3a是描绘根据另一说明性实施方式的根据本发明的串联混合电驱动机构架构的框图。

[0088] -图3b是描绘根据另一说明性实施方式的根据本发明的串联混合电驱动机构架构的框图。

[0089] -图3c是描绘根据另一说明性实施方式的根据本发明的串联混合电驱动机构架构的框图。

[0090] -图3d是描绘根据另一说明性实施方式的根据本发明的串联混合电驱动机构架构的框图。

[0091] -图3e是描绘根据另一说明性实施方式的根据本发明的串联混合电驱动机构架构的框图。

[0092] -图3f是描绘根据说明性实施方式的根据本发明的电驱动机构架构的框图。

[0093] -图3g是描绘根据另一说明性实施方式的根据本发明的串联混合电驱动机构架构的框图。

[0094] -图4示出了概念性1.7吨级直升机的电力需求与空速。这三条曲线示出了针对三种不同起飞重量(1100Kg、1400Kg、1700Kg)的电力需求。X轴是以数十节为单位的前进速度，而Y轴示出了以千瓦为单位的所需的发动机轴电力(ESP)。还描述了针对起飞重量1100Kg的最大航程点。

[0095] -图5示出了概念性固定翼飞机的电力需求。X轴是以km/hr为单位的速度，Y轴是保持直线和水平飞行所需的以kW为单位的电力。

[0096] -图6描绘了概念性燃气涡轮机的热速率(其与具体燃料消耗有关)与其输出功率。

[0097] -图7描绘了可以在根据本发明的电驱动机构架构中采用的直接矩阵转换器拓扑。

[0098] -图8描绘了可以在根据本发明的电驱动机构架构中采用的间接矩阵转换器拓扑。

[0099] -图9描绘了可以在根据本发明的电驱动机构架构中采用的马达控制器拓扑。

具体实施方式

[0100] 以下详细的说明本质上是示例性的，并且不旨在限制本公开内容或本公开内容的实施方式的应用和使用。特定装置、技术和应用的描述仅作为示例提供。如在阅读本说明书之后对于本领域的普通技术人员而言将是明显的，以下内容是本公开内容的示例和实施方式并且不限于根据这些示例进行操作。在不脱离本公开内容的示例性实施方式的范围的情况下，其他实施方式可以被使用并且可以进行结构改变。

[0101] 在本文中可以根据功能和/或逻辑块部件以及各种处理步骤来描述本公开内容的实施方式。应当理解，可以通过被配置成执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现这样的块部件。为了简洁起见，本文可能不详细描述特别涉及燃气涡轮机或内燃机、自由活塞发动机、发电机、整流器、转换器、主母线、电力管理系统、DC/DC转换器、可再充电能量存储系统RESS、控制器组件、控制器、旋翼或螺旋桨轴和电动马达的常规技术和部件，说明书被限于系统级别。另外，本领域技术人员将理解，可以结合各种结构体来实践本公开内容的实施方式，并且本文描述的实施方式仅是本公开内容的示例实施方式。

[0102] 第一实施方式——图3

[0103] 图3呈现了根据本发明的说明性实施方式的串联混合电驱动机构架构，其中，单个发动机T用于向概念性四堆叠电动马达组件供电，该概念性四堆叠电动马达组件在下文中称为GEMD。该公开的架构使用如图2所示的相同的多堆叠电动马达组件GEMD和多堆叠发电机组件G。发动机T和发电机组件G的组合共同表示用于电驱动机构的电源。

[0104] 单个发动机T用于向电动马达组件GEMD供电。在图3所描绘的电驱动机构中，使用了对称的四堆叠拓扑。该四堆叠拓扑包括四堆叠发电组件G以及四堆叠马达组件GEMD。

[0105] 多堆叠架构的显著特征是构成堆叠的每个马达元件可以由其专用控制器组件独立地供应。可以使用不同的拓扑：

[0106] -马达控制器和相关联的电子装置可以在物理上位于马达元件的外部，在这种情况下称为“分离系统”(由许多常规电驱动器使用的最常见的架构)。

[0107] -电力开关电路可以集成在马达元件内部，并受外部管理单元监督。

[0108] -另一类型的拓扑涉及集成在各种马达元件内部的多个电力模块，其中每个电力模块都包括其自身的电力开关电路和能够自主处理和管理的微控制器。将多个电力模块互连至网络拓扑中使得能够进行分布式处理，该分布式处理通过消除所有单点故障而带来显著的操作和安全优点。相同发明人Pascal Chretien在PCT专利申请公开WO2016030168中公开了这样的拓扑。

[0109] 电动马达组件GEMD的每个堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2、Ee3和Ee4可以通过在下文中定义为“电力支路”或“电力供应支路”的标记为b1、b2、b3、b4的不同路线或路径独立地供应。电力支路由电源与马达组件之间的电连接和子系统限定。电源(发动机T和概念性发电机组件G)生成用于沿着四个电力支路中的每个支路传输的四个相应的电力信号。

[0110] 通过将每个电力支路的拓扑优化为与飞行器任务剖面内的给定飞行域相对应的电力设置，可以获得显著的效率提高。所公开的架构组合了电力支路的两种不同的拓扑，从而使得能够在巡航期间实现优化的效率以及例如在起飞或空中作业操作(例如吊索作业)期间保持瞬时供电能力。由马达元件Ee1、Ee2、Ee3和Ee4的整个组件递送至公共轴R的总电力是由每个电力支路递送至其相关联的马达元件的电力的总和(不考虑马达元件中的能量损耗)。由每个支路递送的电力的平衡过程可以是线性的并且与电力需求成比例，或者可以是一个支路到另一个支路之间的离散切换过程的形式，这取决于操作的类型或飞行域。所公开的架构保持特定于串联混合拓扑的优点，电池组RESS能够在瞬时电力需求期间供应能量，以及在发动机故障的情况下提供备用。

[0111] 电动马达组件GEMD驱动旋翼或螺旋桨轴R旋转。旋翼可以是旋翼飞行器的主旋翼或尾旋翼。相比之下，螺旋桨轴R可以是固定翼飞行器、汽车、轻型摩托车、摩托车、装甲车的螺旋桨轴，或者可以驱动船、水上摩托艇、鱼雷、潜艇等的螺旋桨。

[0112] 在此附上以用于参考的专利文献FR2957207、US2014248168、US2014203739和WO2016030168公开了发电机组件G和电动马达组件GEMD。公共发电机组件G包括多个(在示例中为四个)堆叠的发电机元件Eg1、Eeg2、Eg3和Eg4。并且，电动马达组件GEMD也包括多个(在示例中为四个)堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2、Ee3和Ee4。

[0113] 堆叠的发电机元件Eg1、Eeg2、Eg3和Eg4中的每一个是单相或多相AC发电机。例如，堆叠的发电机元件Eg1、Eg2、Eg3和Eg4中的每一个可以是三相AC发电机。发电机组件G的每个堆叠的发电机元件Eg1、Eg2、Eg3、Eg4包括由公共轴驱动的转子和包含绕组和磁路的定子。

[0114] 此外，电动马达组件GEMD的每个堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2、Ee3、Ee4包括驱动公共轴R的转子和包含绕组和磁路的定子。每个堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2、Ee3、Ee4以及每个堆叠的发电机元件Eg1、Eg2、Eg3、Eg4与相邻的堆叠机械地隔离，以防止火和故障传播。

[0115] 在图3中，电驱动机构被分开为两对电力支路：

[0116] -一对电力支路b1、b2(下文中称为“顶部电力支路”)表示电力支路的第一子集。这些顶部电力支路连接在发电机组件G的两个堆叠的发电机元件Eg1和Eg2与电动马达组件GEMD的两个堆叠的电动马达元件Ee1和Ee2之间。顶部电力支路b1向堆叠的电动马达元件Ee1馈电，第二顶部电力支路b2向其他堆叠的电动马达元件Ee2馈电。如图2所公开的，第一拓扑的那些顶部支路b1、b2围绕常规的串联混合架构。

[0117] -一对电力支路b3、b4(下文中称为“底部电力支路”)表示电力支路的第二子集。这些下部电力支路连接在发电机组件G的两个剩余堆叠的发电机元件Eg3和Eg4与电动马达组件GEMD的最后两个堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4之间。底部电力支路b3向堆叠的电动马达元件Ee3馈电，另一底部电力支路b4向其他堆叠的电动马达元件Ee4馈电。每个底部电力支路b3、b4具有与顶部电力支路b1、b2不同的拓扑。那些底部电力支路b3和b4基于与顶部支路b1、b2的第一拓扑不同的第二拓扑。该第二拓扑围绕矩阵转换器。在该拓扑中，发电机组件G的两个堆叠的发电机元件Eg3、Eg4直接连接至它们自己的专用矩阵转换器Mc3、Mc4；并且每个矩阵转换器Mc3、Mc4向电动马达组件GEMD的专用电动马达元件Ee3、Ee4馈电。更具体地，每个矩阵转换器Mc3、Mc4的输入端连接至发电机组件G的相应的堆叠的发电机元件Eg3、Eg4，并且每个矩阵转换器Mc3、Mc4的输出端连接至电动马达组件GEMD的相应的堆叠的电动马达元件Ee3、Ee4。

[0118] -已建议关于向飞行器供应电力来使用矩阵转换器。例如，题为“AC/AC Power Converter for Aircraft”的美国专利申请公开2009/0256419利用在不同的飞行器操作状况期间以不同的模式操作的矩阵转换器电路。类似地，PCT专利申请公开WO 2015/116931描述了一种提供AC-AC电力转换以实现用于飞行器应用的高功率密度的矩阵转换器系统。这样的系统既不在串联混合架构中提供不同拓扑的多个支路，也不包括驱动多堆叠马达元件的RESS。因此，这些现有技术系统仍然遭受在背景技术部分中提到的单点故障缺陷。

[0119] 每个顶部电力支路b1、b2可以包括整流器Ru1、Ru2，整流器Ru1、Ru2连接在发电机组件G的相应的堆叠的发电机元件Eg1、Eg2与公共主母线B之间。RESS通过直接线或者(如果需要)经由双向DC/DC转换器连接至公共主母线B上。顶部支路b1、b2中的每一个还包括由主母线B独立馈电的单独的马达控制器Cont1、Cont2。每个控制器Cont1、Cont2独立地向电动马达组件GEMD的一个堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2馈电。因此，能量经由两个顶部支路b1、b2从发电机组件G的两个堆叠的发电机元件Eg1和Eg2传递至电动马达组件GEMD的两个堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2。

[0120] 发动机T驱动发电机组件G。该发动机T可以是燃气涡轮机或内燃机(例如但不限于涡轮轴发动机或活塞发动机，例如自由活塞发动机FPE)。发电机组件G的堆叠的发电机元件Eg1、Eg2、Eg3和Eg4由连接至发动机T的公共轴驱动。发电机组件G是位于发动机T外部的外部单元。然而，多堆叠的发电机组件G集成在发动机T内部的完全集成的解决方案也是可行的。在例如燃气涡轮机的情况下，这样的集成解决方案呈现明显的重量优势，因为多堆叠的发电机组件G可以以高速从具有40,000RPM(每分钟转数)或者更多的速度的轴中直接驱动。将多堆叠的发电机组件G集成到燃气涡轮机或内燃机T内节省了主减速齿轮箱的重量，该主减速齿轮箱通常随标准输出轴速度约为6,000RPM的所有涡轮轴发动机一起提供。此外，高速发电机带来了显著的电力/重量优势。几种发电机技术例如永磁体或开关磁阻都是可行的。永磁体提供显着的重量增加，并且通常是优选的选择。发电机的磁拓扑可以是轴向磁通、径向磁通、横向磁通或任何其他配置。

[0121] 顶部电力支路：

[0122] 每个顶部电力支路b1、b2向电动马达组件GEMD的相应的堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2馈电。发电机组件G向每个顶部电力支路b1和b2供应电流。更具体地，堆叠的发电机元件Eg1和Eg2将AC供应至顶部电力支路b1和b2。通过使用作为顶部电力支路b1、b2的一部分的无源或有源整流器单元Ru1和Ru2来将由堆叠的发电机元件Eg1和Eg2产生的AC转换成DC。基于晶闸管、IGBT或MOSFET的有源整流器优选地用于在宽的工作范围内优化效率。由每个整流器单元Ru1、Ru2产生的DC并行至DC主母线B上，该DC主母线B分别向驱动多堆叠的驱动马达组件GEMD的每个堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2的每个控制器Cont1、Cont2馈电。控制器的组件可以位于多堆叠驱动马达组件GEMD的外部，或者可以集成在所述多堆叠驱动马达组件的内部。如果需要，可以在主母线B与RESS之间使用双向DC/DC转换器(如图1所示)，以匹配电池电压和主母线电压、节省电力线的重量以及/或者提供更高效率的电池利用。

[0123] 除了改善的能量效率以外，本发明还保持串联混合拓扑带来的优点，其中可以在瞬时电力需求期间和/或紧急情况期间使用存储在RESS诸如电池组中的能量，因此导致极大提高的安全性。因此，关于RESS，确定电池组的尺寸以便能够在瞬时电力需求和紧急情况期间递送所需的电力。换言之，RESS被配置成能够在飞行域的某些阶段期间实现全电动飞行，并且能够满足瞬时电力需求或紧急电力需求。

[0124] 如在任何串联混合系统中一样，由电池产生的电力在主母线级别处与由燃气涡轮机或内燃机T递送的电力组合。考虑到现代电池单元的性能，RESS容量的大小可以被确定，使得可以在几分钟内进行全电动飞行。这种配置呈现一些明显的优点，例如更好的起飞性能和/或显著的安全性提高，因为发动机故障不会影响安全性：飞行器可以依靠电力安全地着陆。此外，可以实现新的任务剖面，例如静音飞行和零红外特征飞行。另一个优点是主动的旋翼或螺旋桨轴R的速度调节的能力。该能力在其中旋翼或螺旋桨R的速度由于积极的飞行操纵而趋于增加的飞行域的特定阶段期间是重要的。例如，高G匝数(turns)趋于增加直升机的主旋翼的速度。由于离心负荷随旋转速度的平方而增加，因此很快达到了旋翼头的结构极限，从而限制了直升机的操纵性。另一示例是在固定翼飞行器俯冲时螺旋桨R的速度增加。在本配置中，在多堆叠的驱动马达组件GEMD用作感应制动器的情况下，可以应用再生制动，以防止旋翼或螺旋桨轴R超速。因此，顶部电力支路b1和/或b2中的至少一个能够实现再生制动，以提供对旋翼或螺旋桨轴的速度的主动调节。在制动操作期间生成的能量可以反馈回到RESS或虚拟负载中。主动旋翼RPM控制导致改善的直升机的操纵性，从而赋予了在现代战场上明显的战术优势。底部支路b3和b4还可以用于通过将多余的电力馈入虚拟负载中来提供再生制动。

[0125] 底部电力支路：

[0126] 每个底部电力支路b3和b4向电动马达组件GEMD的相应的堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4馈电。发电机组件G向每个底部电力支路b3、b4供应AC。更具体地，由发电机组件G的堆叠的发电机元件Eg3和Eg4产生的AC向相应的底部电力支路b3和b4馈电。

[0127] 在底部电力支路b3和b4中未使用能量存储装置。替代地，使用了两个矩阵转换器Mc3、Mc4。集成在底部电力支路b3中的矩阵转换器Mc3向堆叠的电动马达元件Ee3馈电，并且集成在另一底部电力支路b4中的另一矩阵转换器Mc4向另一堆叠的电动马达元件Ee4馈电。

[0128] 矩阵转换器是包括电力开关电路的多端口能量转换装置，该电力开关电路能够根据由发电机组件G产生的高频AC来生成驱动相应的电动马达元件Ee3、Ee4所需的AC信号。矩阵转换器还包括一个或更多个信号处理器，所述信号处理器能够驱动内部电力开关电路，以生成并同步向电动马达组件GEMD的每个堆叠的电动马达元件Ee3、Ee4内部的绕组馈电所需的波形。通过完全移除整流器、主母线和马达控制器，矩阵转换器能够实现比传统的串联混合拓扑例如顶部支路b1和b2中使用的那些拓扑更好的端到端效率。通常地，矩阵转换器配置比常规的串联混合链例如顶部电力支路b1、b2使用的那些串联混合链效率高若干个百分比。当矩阵转换器围绕给定的电力设置(例如用于巡航速度的电力)进行优化时，可以获得更好的结果。对于本领域技术人员而言明显的是，若干个百分比表示在飞行器的使用寿命中相当多的燃料节省，并将整个系统效率带到与多级齿轮箱相当的水平。此外，部件和子系统的大幅减少导致更好的可靠性和更轻的组件。由于其固有的效率，因此矩阵转换器Mc3、Mc4几乎不需要冷却，从而导致降低的系统重量。

[0129] 矩阵转换器Mc3和Mc4可以是诸如图7所示的拓扑的直接矩阵转换器(AC-AC)。矩阵转换器Mc3的输入端ia3、ib3、ic3各自连接至发电机元件Eg3的三相之一。矩阵转换器Mc3的输出端Oa3、Ob3、Oc3各自连接至电动马达元件Ee3的三相之一。相比之下，矩阵转换器Mc4的输入端ia4、ib4、ic4各自连接至发电机元件Eg4的三相之一。矩阵转换器Mc4的输出端Oa4、Ob4、Oc4各自连接至电动马达元件Ee4的三相之一。在图8所描绘的替代实施方式中，矩阵转换器Mc3和Mc4是具有DC链路的间接矩阵转换器(AC-DC/DC-AC)。其他配置也是可行的，例如在底部电力支路b3中具有直接矩阵转换器Mc3，在底部电力支路b4中具有间接矩阵转换器Mc4。或者，在底部电力支路b3中具有间接矩阵转换器，在底部电力支路b4中具有直接矩阵转换器。多相解决方案(6相或更多相)也是可行的，以提高系统可靠性。

[0130] 电力分配：

[0131] 不同支路b1、b2、b3和b4之间的电力分配可以是线性的或离散的。

[0132] 根据飞行域来改变图3中描绘的架构的电力支路对b1-b2和b3-b4之间的电力分配，导致了这样的系统：该系统将常规串联混合配置的安全性和瞬时性能优势与基于矩阵转换器的架构的良好的端到端效率组合。

[0133] 在起飞期间(或在瞬时电力需求期间)，顶部电力支路b1和b2和RESS以及底部电力支路b3和b4均满足能量需求。存储在RESS中的能量用于满足瞬时电力需求。因此，除了发电机组件G以外，RESS也可以向顶部电力支路b1和/或b2供应电流。在发动机T或发电机组件G发生故障的情况下，RESS能够满足紧急电力需求。RESS可以在重新启动发动机T和/或重置发电机组件G所需的时间期间供应维持直线和水平飞行所需的电力。

[0134] 在巡航期间，当电力需求较低时(参照图4和图5)，大部分电力经由底部电力支路b3和b4通过矩阵转换器Mc3、Mc4传输，并且很少的电力通过顶部电力支路b1和b2。因此，在巡航中系统的端到端效率比如图1或图2所描绘的常规串联混合电驱动机构更好。

[0135] 沿着不同电力支路的电力分配控制由处理器单元(为清楚起见，未在图中描绘)执行，该处理器单元考虑了多个参数和物理值例如(但不限于)轴电力需求、飞行控制设置、发电机状态、系统完整性和系统健康，以及环境参数例如外界气温(OAT)、压力高度。处理器单元可以是内置有实时完整性控制系统的双通道冗余单元。

[0136] 电力分配规则：

[0137] 前述专利文献FR2957207、FR2979614和FR2979615均提到了多堆叠的驱动器GEMD的“圆锥形”和“圆柱形”配置。这些定义涉及构成堆叠的每个马达元件的额定平均功率。例如，如图3所描绘的堆叠的电动马达元件Ee1和Ee2被设计成在瞬态、爬升和紧急情况期间主要承载峰值功率以及承载在整个电动飞行的持续时间内保持飞行器在飞行中(airborne)所需的最低电力。因此，上述电动马达元件Ee1和Ee2的物理配置以及它们的冷却必须适应此类工作负荷。同样，堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4将需要在飞行的延长时段期间承载大量电力，因此需要与堆叠的电动马达元件Ee1和Ee2不同的物理配置和冷却系统。圆锥形配置涉及其中各个电动马达元件Ee1、Ee2、Ee3、Ee4均未额定至相同的连续功率的堆叠，而圆柱形配置涉及电动马达元件均额定至相同的功率的堆叠。

[0138] 使用具有不同数量的堆叠的发电机组件G和使用不同数量的马达元件的电动马达组件GEMD，其他多堆叠的配置是可行的。作为示例，发电机组件G可以仅包括两个堆叠的发电机元件。电动马达组件GEMD也可以仅包括两个堆叠的电动马达元件，每个电动马达元件由它自己的电力支路馈电。堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2、Ee3、Ee4的数量可以与发电机堆叠Eg1、Eeg2、Eg3、Eg4的数量不同。此外，单个顶部电力支路b1或b2可以向单个电动马达元件Ee1或Ee2馈电。相比之下，单个底部电力支路b3或b4可以向单个电动马达元件Ee3或Ee4馈电。单个发电机元件Eg1或Eg2可以向单个顶部电力支路b1或b2供应AC。或者，两个堆叠的发电机元件Eg1和Eg2可以用于向单个顶部电力支路b1或b2馈电。相比之下，单个堆叠的发电机元件Eg3或Eg4可以向单个底部电力支路b3或b4供应AC。或者，两个堆叠的发电机元件Eg3和Eg4可以用于向单个底部电力支路b3或b4馈电。

[0139] 对于本领域技术人员将明显的是，由于当飞行器在地面上时，内置RESS及其相关联的涡轮机可以用于提供机载电力，因此本拓扑消除了对辅助电力单元(APU)的需要。可以使用轻型DC/DC转换器将RESS电压降低至航空电子设备的电压，结果是显著的重量节省(中型直升机的90KW APU的涡轮部分约为65Kg至80Kg，其中必须增加发电机)。

[0140] 第二实施方式——图3a

[0141] 所公开的发明有利地可以应用于两个双发动机飞行器。常规双发动机飞行器固有的缺点先前已经被暴露出来。将所公开的架构应用于双发动机配置改善了OEI过渡期间的性能和安全性，因为RESS消除了瞬时电力滞后。另外，所公开的配置带来显著的经济优势。

[0142] 图3a呈现了根据本发明的另一说明性实施方式的串联混合电驱动机构架构。该公开的架构使用与图2和图3中所描绘的相同的多堆叠电动马达组件GEMD，并且提供与以上参照所述图3所描绘的那些益处和优点相同的益处和优点。

[0143] 两个物理上不同的发动机T1和T2用于经由两对完全独立的电力支路b1-b2和b3-b4向概念性四堆叠驱动器GEMD供电。每对电力支路使用不同的拓扑。

[0144] 顶部发动机T1驱动发电机组件G1，并且底部发动机T2驱动发电机组件G2。发电机组件G1和G2在物理上是不同的。发动机T1和T2类似于参考第一实施方式描述的发动机T。并且发电机组件G1和G2类似于上面参考第一实施方式描述的发电机组件G。唯一的区别是发电机组件G2是包括两个堆叠的发电机元件Eg23和Eg24的两堆叠发电机。

[0145] 安装在顶部发动机T1上的四堆叠发电机组件G1经由常规的串联混合拓扑向顶部电力支路b1和b2馈电，并且随后向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee1和Ee2馈电。更具体地，通过使用类似于上面描述的整流器单元Ru1、Ru2的整流器单元Ru11、Ru12、Ru21、Ru22，将由堆叠的发电机元件Eg11、Eg12、Eg13和Eg14产生的AC转换成DC。由每个整流器单元Ru11、Ru12、Ru21、Ru22产生的DC并行至DC主母线B上，该DC主母线B分别向驱动多堆叠驱动马达组件GEMD的相关联的堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2的每个控制器Cont1、Cont2馈电。控制器的组件可以位于多堆叠驱动马达组件GEMD的外部，也可以集成在所述多堆叠驱动马达组件的内部。如果需要，可以在主母线B与RESS之间使用双向DC/DC转换器(如图1所示)，以匹配电池电压和主母线电压以及/或者提供更高效率的电池使用(为了简单起见，未示出)。

[0146] 安装在底部发动机T2上的两堆叠发电机组件G2经由两个独立的矩阵转换器Mc3和Mc4向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4馈电。

[0147] 将电动马达组件GEMD的多堆叠架构与使用两对不同的电力支路的双发动机布局相结合，导致大幅减少的单点故障，从而导致提高的可靠性。图3a描绘了其中由顶部发动机T1驱动四堆叠发电机组件G1并且由底部发动机T2驱动两堆叠发电机组件G2的拓扑，以及四堆叠电动马达组件GEMD。然而，使用不同数量的堆叠的发电机组件G1、G2和电动马达组件GEMD是可行的。作为示例，发电机组件G1可以仅包括两堆叠发电机。此外，单个顶部电力支路b1或b2可以向单个电动马达元件Ee1或Ee2馈电。相比之下，单个底部电力支路b3或b4可以向单个电动马达元件Ee3或Ee4馈电。单个发电机元件Eg11、Eg12、Eg13或Eg14可以向单个顶部电力支路b1或b2供应AC。或者，所有四个堆叠的发电机元件Eg11、Eg12、Eg13和Eg14均可以用于向单个顶部电力支路b1或b2馈电。同样，单个发电机元件Eg23或Eg24可以向单个底部电力支路b3和/或b4供应AC。或者，所有两个堆叠的发电机元件Eg23和Eg24均可以用于向单个底部电力支路b3或b4馈电。

[0148] 在这种配置中，取决于设想的任务剖面的最大连续电力要求，顶部发动机T1和底部发动机T2可以被额定至相同的最大功率(相同的发动机)，或者可以具有不同的尺寸。底部发动机T2可以是与顶部发动机T1相比被额定至更高功率的发动机(更大尺寸的发动机)，以提供巡航期间所需的电力。在该配置中，底部发动机T2可以接近其最大功率输出操作，在该最大功率输出处，底部发动机T2的具体燃料消耗最低(参见图6)。鉴于以最低燃烧率来操作，顶部发动机T1在巡航期间可以关闭。在底部发动机T2发生故障的情况下，RESS可以提供在重新启动顶部发动机T1所需的时间期间维持直线和水平飞行所需的电力。可以以产生与最佳续航速度相对应的电力的方式来确定顶部发动机T1的尺寸。因此，可以在飞行域的某些部分期间例如在巡航期间关闭一个发动机。这种配置的一个缺点是：一旦顶部发动机T1关闭，就无法在飞行期间对RESS再充电(因为存储在RESS中的能量可以在短暂的爬升或瞬时电力需求期间使用)。此外，发动机T1和T2可以具有不同的性质。例如，顶部发动机T1可以是燃气涡轮机，而底部发动机T2可以是活塞发动机，以用于巡航期间的更好的燃料效率。反向配置也可以匹配特定的任务剖面。

[0149] 第三实施方式——图3b

[0150] 图3b呈现了根据本发明的另一说明性实施方式的串联混合电驱动机构架构。所公开的架构使用与图2、图3和图3a中所描绘的相同的多堆叠电动马达组件GEMD，并且提供与以上参照所述图3和图3a所描绘的那些益处和优点相同的益处和优点。

[0151] 两个物理上不同的发动机T1和T2用于分别经由两对电力支路b1-b2和b3-b4向概念性四堆叠驱动器GEMD供电。发动机T1和T2类似于以上参考第二实施方式描述的发动机T1和T2。

[0152] 发电机组件G1和G2类似于上面参考第二实施方式描述的发电机组件G1和G2，唯一的区别是发电机组件G1是包括两个堆叠的发电机元件Eg11和Eg12的两堆叠发电机，并且发电机组件G2是包括四个堆叠的发电机元件Eg21、Eg22、Eg23和Eg24的四堆叠发电机。

[0153] 顶部发动机T1驱动两堆叠发电机组件G1，该两堆叠发电机组件G1连接至常规串联混合配置的两个整流器Ru11和Ru12，从而随后向多堆叠驱动器GEMD的堆叠的电动马达元件Ee1和Ee2馈电，如上面参照图3a所描述的。

[0154] 底部发动机T2驱动四堆叠发电机组件G2，该四堆叠发电机组件G2中的两个堆叠Eg23和Eg24分别连接至矩阵转换器Mc3和Mc4，从而如上面所描述的向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4馈电。

[0155] 发电机组件G2的剩余两个堆叠Eg21和Eg22中的每一个分别交叉连接至向常规的串联混合顶部电力支路b1和b2馈电的整流器Ru21和Ru22的输入端。因此，驱动机构包括在发电机级别(前端级别)处具有交叉电连接的各种电力支路。交叉连接使得一个发动机(T2)能够同时向两对支路b1-b2和b3-b4馈电。这种配置的一个直接优点是：在高功率巡航期间热卸载电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4。例如：

[0156] -由底部发动机T2产生的电力的三分之二可以通过两个矩阵转换器Mc3和Mc4传输，每个矩阵转换器向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4之一馈电，[0157] -而由底部发动机T2产生的电力的剩余三分之一可以通过顶部电力支路b1和b2传输，所述顶部电力支路b1和b2随后向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee1和Ee2馈电。

[0158] 不同电力支路对b1-b2和b3-b4之间的电力平衡过程可以使用其他分配比率以根据电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2、Ee3、Ee4的热极限和飞行域来优化效率。在这种配置中，底部发动机T2与顶部发动机T1相比可以被额定至更高功率，并且因此可以在巡航期间以其最热力学有效的操作点单独使用，同时可以关闭顶部发动机T1。此外，前端交叉连接使得能够向RESS再充电，在爬升或需要瞬时电力的各种操纵期间可以使用该RESS的能量，而无需重启顶部发动机T1。该解决方案将矩阵转换器的效率优点与常规串联混合拓扑的灵活性相结合。

[0159] 这种配置的一个优点是：发动机T1和T2可以是不同的发动机，其中顶部发动机T1除了比底部发动机T2更轻和更小以外，还以比底部发动机T2低得多的占空比操作，从而导致减少的维护和降低的操作成本。

[0160] 当应用于双发动机配置时，所公开的发明呈现出显著的性能和安全性改进，其中与RESS相结合的交叉馈电使得能够在不会引起瞬时电力损耗的情况下进行OEI操作。此外，所公开的架构通过在以其最佳SFC(因此优化的燃料燃烧)操作的一台发动机(T2)上实现单发动机巡航，带来了优于传统双发动机配置的实质性经济优势。在改进的配置中，巡航发动机(T2)和辅助发动机(T1)可以具有不同的尺寸并且被额定在不同的功率处。巡航发动机(T2)和辅助发动机(T1)两者都在起飞和着陆阶段操作，而在巡航期间只有一个发动机(T2)操作。

[0161] 图3b描绘了其中由顶部发动机T1驱动两堆叠发电机组件G1并且由底部发动机T2驱动四堆叠发电机组件G2的拓扑，以及四堆叠驱动器GEMD；然而，使用不同数量的堆叠的发电机组件G1和/或G2和电动马达组件GEMD也是可行的。此外，单个顶部电力支路b1或b2可以向单个电动马达元件Ee1或Ee2馈电。相比之下，单个底部电力支路b3或b4可以向单个电动马达元件Ee3或Ee4馈电。单个发电机元件Eg11或Eg12可以向单个顶部电力支路b1或b2供应AC。或者，所有两个堆叠的发电机元件Eg11和Eg12均可以用于向单个顶部电力支路b1或b2馈电。相比之下，单个发电机元件Eg21、Eg22、Eg23或Eg24可以向单个底部电力支路b3或b4供应AC。或者，所有四个堆叠的发电机元件Eg21、Eg22、Eg23和Eg24均可以用于向单个底部电力支路b3或b4馈电。

[0162] 第四实施方式——图3c

[0163] 图3c呈现了根据本发明的另一说明性实施方式的串联混合电驱动机构架构。该公开的架构使用与图2、图3、图3a和图3b中所描绘的相同的概念性多堆叠电动马达组件GEMD，并且提供与以上参照所述图3、图3a和图3b所描绘的那些益处和优点相同的益处和优点。

[0164] 两个物理上不同的发动机T1和T2用于分别经由两对电力支路b1-b2和b3-b4向四堆叠驱动器GEMD供电。

[0165] 发动机T1和T2类似于上面参考第二实施方式和第三实施方式描述的发动机T1和T2。发电机组件G1和G2在物理上是不同的，并且类似于上面参考第一实施方式描述的发电机组件G。因此，发动机T1和T2两者均驱动四堆叠发电机组件G1和G2。

[0166] 安装在顶部发动机T1上的四堆叠发电机组件G1经由常规的串联混合拓扑向顶部电力支路b1、b2馈电，并且随后向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee1和Ee2馈电，如上面参考图3a和图3b所描述的。

[0167] 底部发动机T2驱动四堆叠发电机组件G2，该四堆叠发电机组件G2中的两个堆叠Eg23和Eg24分别连接至矩阵转换器Mc3和Mc4，从而向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4馈电，如先前所描述的。发电机组件G2的剩余两个堆叠Eg21和Eg22中的每一个分别交叉连接至双输入整流器Ru21和Ru22，从而随后向常规的串联混合顶部电力支路b1和b2馈电。

[0168] 在该配置中，底部发电机组件G2的堆叠的电动马达元件中的一半在前端级别处对称地交叉连接至相对的电力支路对b1-b2。在这种配置中，使用了双输入整流器Ru21和Ru22。这种配置呈现出图3b中详细说明的所有优点，然而，鉴于交叉连接现在是完全对称的事实，可以使用电力路由的不同组合以跨飞行域和任务剖面的广泛范围优化效率、负荷分担或电力可用性。在这种配置中，可以优选地将顶部发动机T1和底部发动机T2额定至相同的功率，但是诸如图3b中详细说明的使用不同发动机的配置也是可行的。

[0169] 图3c描绘了其中由顶部发动机T1驱动四堆叠发电机组件G1并且由底部发动机T2驱动四堆叠发电机组件G2的拓扑，以及四堆叠驱动器GEMD；然而，使用不同数量的堆叠的发电机组件G1和/或G2和电动马达组件GEMD也是可行的。此外，单个电力支路b1或b2可以仅向一个堆叠的电动马达元件Ee1或Ee2馈电。相比之下，单个底部电力支路b3或b4可以向单个电动马达元件Ee3或Ee4馈电。单个发电机元件Eg11、Eg12、Eg13或Eg14可以向单个顶部电力支路b1或b2供应AC。或者，所有四个堆叠的发电机元件Eg11、Eg12、Eg13和Eg14均可以用于向单个顶部电力支路b1或b2馈电。相比之下，单个发电机元件Eg21、Eg22、Eg23或Eg24可以向单个底部电力支路b3或b4供应AC。或者，所有四个堆叠的发电机元件Eg21、Eg22、Eg23和Eg24均可以用于向单个底部电力支路b3或b4馈电。

[0170] 第五实施方式——图3d

[0171] 图3d呈现了根据本发明的另一说明性实施方式的串联混合电驱动机构架构。该公开的架构使用与图2、图3、图3a、图3b和图3c中所描绘的相同的概念性多堆叠电动马达组件GEMD，并且提供与以上参照所述图3、图3a、图3b和图3c所描绘的那些益处和优点相同的益处和优点。

[0172] 两个DC发电机G11、G12和一个发动机T2用于分别经由两对独立的电力支路b1-b2和b3-b4向四堆叠驱动器GEMD供电。

[0173] 发动机T2驱动发电机组件G2。发动机T2和发电机组件G2均类似于上面参考第二实施方式描述的那些发动机T2和发电机组件G2。发电机G11、G12和发电机组件G2在物理上是不同的。

[0174] 发电机G11和G12向顶部电力支路b1和b2供应DC。发电机G11和G12优选地选自(但不限于)以下列表：燃料电池、光伏电池(或太阳能面板)、磁流体动力发电机、放射性同位素发电机、热电或电化学发电机、β单元电池。当G11和G12使用燃料电池时，这种拓扑可能会变得有利，从而随后减少碳足迹并显著降低红外和声学特征(与上述发动机T和T1相比)。

[0175] 因此，DC发电机G11和G12经由串联混合拓扑向顶部电力支路b1和b2馈电，并且随后向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee1和Ee2馈电。更具体地，由发电机G11和G12产生的DC并行至DC主母线B上，该DC主母线B分别向驱动多堆叠驱动马达组件GEMD的相关联的堆叠的电动马达元件Ee1、Ee2的每个控制器Cont1、Cont2馈电。控制器的组件可以位于多堆叠驱动马达组件GEMD的外部，或可以集成在所述多堆叠驱动马达组件GEMD的内部。如果需要，可以在主母线B与电池RESS之间使用双向DC/DC转换器(如图1所示)，以匹配电池电压和主母线电压、降低电力线的重量以及/或者提供最佳的电池利用。由于发电机G11和G12产生DC，因此不需要参照图3a、图3b或图3c所描述的整流器单元Ru11、Ru12。

[0176] 安装在底部发动机T2上的两堆叠发电机组件G2经由两个独立的矩阵转换器Mc3和Mc4向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4馈电。

[0177] 图3d描绘了其中在底部发动机T2上使用两堆叠发电机G2的拓扑，以及四堆叠驱动器GEMD；然而，使用不同数量的堆叠的发电机组件G2和电动马达组件GEMD也是可行的。此外，单个发电机G11或G12可以用于向顶部电力支路b1和b2馈电。或者，所有两个发电机G11和G12均可以用于向单个顶部电力支路b1或b2馈电。或者，单个发电机G11或G12可以用于向单个顶部电力支路b1或b2馈电。此外，单个底部电力支路b3或b4可以向单个电动马达元件Ee3或Ee4馈电。单个发电机元件Eg23或Eg24可以向单个底部电力支路b3或b4供应电流。或者，所有两个堆叠的发电机元件Eg23和Eg24均可以用于向单个底部电力支路b3或b4馈电。

[0178] 第六实施方式——图3e

[0179] 图3e呈现了根据本发明的另一说明性实施方式的串联混合电驱动机构架构。该公开的架构使用与图2、图3、图3a、图3b、图3c和图3d中所描绘的相同的概念性多堆叠电动马达组件GEMD，并且提供与以上参照所述图3、图3a、图3b、图3c和图3d所描绘的那些益处和优点相同的益处和优点。

[0180] 两个DC发电机G11、G12和一个发动机T2用于分别经由两对电力支路b1-b2和b3-b4向四堆叠驱动器GEMD供电。发动机T2驱动发电机组件G2。DC发电机G11和G12类似于上面参考第五实施方式描述的那些直流发电机G11和G12。发动机T2和发电机组件G2类似于上面参考第三或第四实施方式描述的那些发动机T2和发电机组件G2。发电机G11、G12和发电机组件G2在物理上是不同的。

[0181] 因此，DC发电机G11和G12经由上文参考图3d描述的串联混合拓扑向顶部电力支路b1和b2馈电，并且随后向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee1和Ee2馈电。

[0182] 底部发动机T2驱动四堆叠发电机组件G2，该四堆叠发电机组件G2中的两个堆叠Eg23和Eg24分别连接至矩阵转换器Mc3和Mc4，从而向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4馈电，如上面参照图3b和图3c所描述的。

[0183] 发电机组件G2的剩余两个堆叠Eg21和Eg22中的每一个分别在前端级别处经由整流器Ru21和Ru22与顶部电力支路b1和b2交叉连接，如上面参照图3b所描述的。这种交叉馈电拓扑实现更好的负荷分担和更高的功率密度。

[0184] 图3e描绘了其中由底部发动机T2驱动四堆叠发电机组件G2的拓扑，以及四堆叠驱动器GEMD；然而，使用不同数量的堆叠的发电机组件G2和电动马达组件GEMD是可行的。此外，单个发电机G11或G12可以用于向顶部电力支路b1和b2馈电。相比之下，发电机G11和G12均可以用于向单个顶部电力支路b1或b2馈电。或者，单个发电机G11或G12可以用于向单个顶部电力支路b1或b2馈电。此外，单个发电机元件Eg21、Eg22、Eg23或Eg24可以向单个底部电力支路b3或b4供应AC。同样，所有四个堆叠的发电机元件Eg21、Eg22、Eg23和Eg24都可以用于向单个底部电力支路b3或b4馈电。

[0185] 第七实施方式——图3f

[0186] 图3f描绘了根据本发明的另一说明性实施方式的电驱动机构架构。该公开的架构使用与图2、图3、图3a、图3b、图3c、图3d和图3e中所描绘的相同的概念性多堆叠电动马达组件GEMD。

[0187] 四个DC发电机G11、G12、G21、G22用于分别经由两对独立的电力支路b1-b2和b3-b4向四堆叠驱动器GEMD供电。DC发电机G11、G12、G21和G22在物理上可以是不同的，并且类似于上面参考第五实施方式和第六实施方式描述的那些DC发电机。DC发电机G11、G12、G21和G22优选地选自(但不限于)以下列表：燃料电池、光伏电池(或太阳能面板)、磁流体动力发电机、放射性同位素发电机、热电或电化学发电机、β单元电池。当G11、G12、G21、G22使用燃料电池时，这种拓扑可能会变得有利，从而实现非凡的热力学效率、低或者为零的碳足迹、静音操作以及零红外特征。

[0188] 底部发电机G21和G22分别向底部电力支路b3和b4供应DC。

[0189] 因此，发电机G11和G12经由上面参照图3d和图3e所描述的串联混合拓扑向顶部电力支路b1和b2馈电，并且随后向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee1和Ee2馈电。

[0190] 底部发电机G21和G22中的每一个经由两个独立的马达控制器Motc3和Motc4向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4馈电。这些马达控制器Motc3、Motc4将由底部发电机G21和G22供应至底部电力支路b3和b4的DC转换为向堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4的定子绕组馈电所需的AC波形。每个马达控制器Motc3、Motc4将由发电机G21和G22提供的DC供应电压转换为变频输出并控制输出电流。脉宽调制(PWM)控制是由马达控制器Motc3和Motc4用来驱动马达元件Ee3和Ee4的控制方法的示例。更具体地，马达控制器Motc3、Motc4包括电力开关电路，该电力开关电路能够根据来自发电机G21、G22的DC产生驱动相应的电动马达元件Ee3、Ee4所需的AC信号。马达控制器Motc3、Motc4还包括一个或更多个信号处理器，所述信号处理器能够驱动内部电力开关电路，以生成向每个堆叠的电动马达元件Ee3、Ee4的绕组馈电所需的波形。

[0191] 图9描绘了可以在根据图3f的电驱动机构架构中采用的马达控制器的电力开关电路的拓扑。马达控制器Motc3的输入端ia3和ib3连接至发电机G21。并且，马达控制器Motc3的输出端Oa3、Ob3、Oc3各自连接至堆叠的电动马达元件Ee3的三相之一。多相解决方案(6相或更多相)也是可行的，以提高系统可靠性。同样地，马达控制器Motc4的输入端ia4和ib4连接至发电机G22；马达控制器Motc4的输出端Oa4、Ob4、Oc4各自连接至堆叠的马达元件Ee4的三相之一。

[0192] 图3f描绘了其中使用四堆叠驱动器GEMD的拓扑；然而，使用不同数量的堆叠的电动马达组件GEMD是可行的。此外，两个发电机G11、G12用于向顶部电力支路b1和b2供应DC。仅一个发电机G11或G12可以用于向顶部电力支路b1和b2馈电。或者，发电机G11和G12两者均可以用于向单个顶部电力支路b1或b2馈电。或者，单个发电机G11或G12可以用于向单个顶部电力支路b1或b2馈电。另外，两个发电机G21、G22用于向底部电力支路b3和b4供应DC。
仅一个发电机G21或G22可以用于向底部电力支路b3和b4馈电。或者，发电机G21和G22两者均可以用于向单个底部电力支路b3或b4馈电。或者，单个发电机G21或G22可以用于向单个底部电力支路b3或b4馈电。

[0193] 第八实施方式——图3g

[0194] 图3g呈现了根据本发明的另一说明性实施方式的串联混合电驱动机构架构。该公开的架构使用与图2、图3、图3a、图3b、图3c、图3d、图3e和图3f所描绘的相同的多堆叠电动马达组件GEMD，并且提供与以上参考所述图3、图3a、图3b、图3c、图3d、图3e和图3f所描述的那些益处和优点相同的益处和优点。

[0195] 发动机T1和两个DC发电机G21、G22用于分别经由两对完全独立的电力支路b1-b2和b3-b4向四堆叠驱动器GEMD馈电。发动机T1驱动发电机组件G1。DC发电机G21和G22类似于上面参考第七实施方式描述的那些DC发电机G21和G22。此外，发动机T1和发电机组件G1类似于上面参考第三实施方式描述的那些发动机T1和发电机组件G1。发电机组件G1与发电机G21、G22在物理上是不同的。

[0196] 由顶部发动机T1驱动的两堆叠发电机组件G1经由上面参照图3b所描述的常规串联混合拓扑向顶部电力支路b1和b2馈电，并且随后向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee1和Ee2馈电。

[0197] 如上面参照图3f和图9所描述的，DC发电机G21和G22经由包括两个独立的马达控制器Motc3和Motc4的拓扑向底部电力支路b3和b4馈电，并且随后向电动马达组件GEMD的堆叠的电动马达元件Ee3和Ee4馈电。

[0198] 图3g描绘了其中使用四堆叠驱动器GEMD的拓扑；然而，使用不同数量的堆叠的电动马达组件GEMD是可行的。此外，两个发电机G21、G22用于向底部电力支路b3和b4供应DC。可替代地，单个发电机G21或G22可以用于向底部电力支路b3和b4馈电。或者，发电机G21和G22两者均可以用于向单个底部电力支路b3或b4馈电。或者，单个发电机G21或G22可以用于向单个底部电力支路b3或b4馈电。相比之下，两堆叠发电机组件G1由顶部发动机T1驱动。然而，使用不同数量的堆叠的发电机组件G1是可行的。单个顶部电力支路b1或b2可以向单个电动马达元件Ee1或Ee2馈电。单个发电机元件Eg11或Eg12可以向单个顶部电力支路b1或b2供应AC。或者，堆叠的发电机元件Eg11和Eg12两者均可以用于向单个顶部电力支路b1或b2馈电。

[0199] 尽管已经结合有限数量的实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，根据前面的描述，许多替代、修改和变化是可能的。因此，本发明旨在涵盖落入所公开的本发明的精神和范围内的所有这样的替代、修改和变化。另外，在本公开内容中，术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包含(include)”或“包含(including)”不排除其他元素或步骤，术语“一”或“一个”不排除复数，并且术语“和/或”意指任一者或两者。

[0200] 在整个说明书中对现有技术的任何讨论决不应被认为是承认该现有技术是本领域公知的或者形成本领域公知常识的一部分。

[0201] 本申请可以被用作关于一个或更多个未来申请的基础或优先权，并且任何这样的未来申请的权利要求可以涉及本申请中描述的任何一个特征或特征的组合。任何这样的未来申请可以包括所附权利要求中的一个或更多个，这些权利要求是作为示例给出的，并且就任何将来的申请中所要求的内容而言是非限制性的。

[0202] 本公开内容在此通过引用并入其要求权益或优先权的任何专利或申请的完整公开内容。

[0203] 术语表

[0204] AC：交流电

[0205] APU：辅助电力单元

[0206] DA：密度高度

[0207] DC：直流电

[0208] EMP：电磁脉冲

[0209] ESP：等效轴电力

[0210] FPE：自由活塞发动机

[0211] ICE：内燃机

[0212] IGBT：绝缘栅双极晶体管

[0213] MHD：磁流体动力学

[0214] MOSFET：金属氧化物半导体场效应晶体管

[0215] MTBF：故障前的平均时间

[0216] OEI：一个发动机不操作

[0217] PA：压力高度

[0218] RESS：可再充电能量存储系统

[0219] SFC：具体燃料消耗

[0220] TBO：总体之前的时间