WO2017114643A1 - Redundantes, elektrisches antriebssystem zum antreiben eines vortriebsmittels eines luftfahrzeugs und verfahren zum antreiben des vortriebsmittels - Google Patents

Redundantes, elektrisches antriebssystem zum antreiben eines vortriebsmittels eines luftfahrzeugs und verfahren zum antreiben des vortriebsmittels Download PDF

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WO2017114643A1
WO2017114643A1 PCT/EP2016/080065 EP2016080065W WO2017114643A1 WO 2017114643 A1 WO2017114643 A1 WO 2017114643A1 EP 2016080065 W EP2016080065 W EP 2016080065W WO 2017114643 A1 WO2017114643 A1 WO 2017114643A1
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WO
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drive system
electrical
electric
machines
power
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PCT/EP2016/080065
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Christian Loesch
Robert Goraj
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to an electric drive system for a vehicle.
  • the invention relates to a Redun ⁇ Dante electric drive system for providing ki- netic energy for a propulsion unit of an air driving ⁇ zeugs.
  • Such an electric drive system typically includes at least one electrical machine which is operated for driving the Vortriebsmit ⁇ means of the aircraft as an electric motor. Furthermore, a corresponding source of electrical energy for supplying the electric motor and, as a rule, power electronics are provided, with the aid of which the electric motor is operated.
  • a fault among others in the energy storage which supplies the electrical energy for supplying the electric motor in the power electronics, which, for example, inter alia, converts a direct current into an alternating current for the electric motor, or occur in the electric motor itself.
  • the fault occurs in the electric machine or in the electric motor, it may, for example, to a fault of the electrical winding in the form of a winding short, a Windungs gleiches or a ground fault, etc. come, resulting in a Fehlverver- hold, for example, in the form of an overcurrent or overheating may result.
  • An electrical, redundant drive system for driving a propulsion means in particular a propeller, an aircraft has a plurality of electric machines for driving the propulsion unit and a common Ge ⁇ gear. Each of the electric machines is so mechanically connected to the propulsion means via the common gear that a kinetic energy provided by the respective electric machine in the form of a rotational movement through the common gear to the propulsion means is transferable.
  • the corresponding electrical machines are thus usable in particular as electric motors, if kine ⁇ tables energy to be supplied to the propulsion means.
  • the problem is thus solved by a redundant design of the electrical part of the drive system, in Spezi ⁇ ellen by the use of two or more electric motors. These are connected via a common transmission with the propulsion ⁇ medium, eg. With a propeller. Redundant importance tet here is that an increased security against falling off ⁇ is achieved by a multiple execution of compo ⁇ components of the drive system.
  • the concept is based on the fact that several electric motors produce a direct mechanical drive via a common gearbox to the propeller. Due to the possibility of varying the number of electric motors of the drive system and the power requirement is variable or scalable and thus adaptable to the respective drive situation, which, for example. Due to the size of the aircraft results.
  • the Elektromo ⁇ tor with the respective power electronics is used multiple times in the same design, while the respective adjustment work is limited to the drive situation mainly on the summary of the engine performance in the common transmission.
  • the advantages result from the unconventional arrangement and connection of the electric motors in the drive system.
  • the latter consists in that two or more fully redundant electric drive trains, each having at least one electrical energy source with a current source and a current transformer and an electric motor are each coupled by means of a freewheel and via a common transmission to the propulsion means.
  • the motors can be in operation at the same time, and if one engine fails, the remaining engine (s) can enable onward flight or landing.
  • Components of the drive system are not as flexible as possible with several motors with a small diameter.
  • the drive system includes a power source for supplying the electrical machines with electrical energy to operate the electrical machines, the electrical machines converting the electrical energy into the kinetic energy for transmission to the propulsion means.
  • the energy source in turn has a power source for the provision of electrical energy and a sauelektro ⁇ nikech for supplying the electrical machines with respect to operating the electrical machines with respect. Amplitude and / or possibly frequency suitable electrical voltage.
  • the power electronics unit processes the source of electricity provided in the electric power suitable for Operator Op ⁇ ben electrical voltage of the electrical machines and in a correspondingly suitable electricity.
  • the power electronics unit can, for example as a DC or AC power source and the electric machines as DC or AC motor depending on the configuration of the power source Inverters or Inverters The appropriate electrical voltage is finally supplied to the electric machines to drive them.
  • the power electronics unit has to further IMPROVE ⁇ tion of redundancy for each electric machine each egg NEN separate current transformer on, so each electrical machine is associated with a current transformer.
  • Each of the power converters is configured to convert the electrical energy provided by the power source into that for the power supply respective said current transformer associated electrical Maschi ⁇ ne suitable electrical voltage to be processed.
  • the power converter are formed voltage transformer as a DC-to transform the ready ⁇ from the power source supplied DC voltage into the required to operate the electric motors DC voltage.
  • the power converter are formed as an inverter which alternately direct the provided by the current source DC voltage into the required for loading ⁇ drive the electric motors AC voltage.
  • the power converters are designed as rectifiers which rectify the AC voltage provided by the power source into the DC voltage required to operate the electric motors.
  • the power converter are formed as a converter that required the provided from the power source AC voltage in the for loading ⁇ drive the electric motors AC
  • the current transformers are spatially separated from each other and arranged in the greatest possible proximity to the respective associated electrical machine. This can, for example, is down schla ⁇ gen that each power converter closer to its associated electrical machine is arranged, as to the other power converters. This results in a maximum fle ⁇ bility in terms of travel for the drive system installation space.
  • the drive system can be designed as a hybrid, in particular as a seri ⁇ ell-hybrid drive system.
  • the power source comprises an internal combustion engine and the power source is a generator drivable by the internal combustion engine that provides the electrical energy needed to operate the electrical machines as soon as it is powered by the internal combustion engine.
  • the power source may be a battery or a
  • Fuel cell which provides the electrical energy in the form of a DC voltage.
  • the power source is therefore a DC source.
  • the current transformer are accordingly as described above as a DC-DC converter or as an inverter designed to provide the required for operating the electrical machines DC or AC voltage.
  • each of the electrical machines has ever ⁇ wells coupled with the aid of a separate free-wheel to the common transmission, that is, each electric machine is associated with a freewheel.
  • each of the electric motors can be mechanically decoupled from the Common gear, so that, for example, a block of an engine does not affect the function of or the other motors, as in the case of blocking of each ⁇ stays awhile freewheeling the mechanical connection between the ⁇ respective electric motor and the common transmission triggers.
  • At least one first electrical machine of the plurality of electrical machines but not all electrical machines coupled with the help of a freewheel to the common transmission to achieve the above advantage.
  • at least a second electric machine of the plurality of elekt ⁇ step machines which is also set up such that it can be used not only as an electric motor, but also as a generator, in such a way and, in particular coupled and without freewheel to the transmission case as the electrical machine usable in a generator mode that the on ⁇ drive system can be operated with the second electric machines in a recuperation.
  • the second electric machine is thus optionally as Elekt ⁇ romotor for providing the kinetic energy
  • the drive system operable so as to contribute to the redundancy of the drive system.
  • it can be operated as a generator for providing electrical energy.
  • the generator operation of the second machine allows the drive system to be used in a recuperation operation.
  • the electrical energy thus provided can be stored, for example, in a battery.
  • the pre ⁇ drive means is not supplied with kinetic energy from the electromobility ⁇ tors, but the direction of the power flow is reversed, ie from the propulsion means to the electric motor or to the electric machine.
  • the propulsion means which in this case is driven by the air due to the proper movement of the aircraft, in turn drives the electric machine configured accordingly as a generator, which in turn thus supplies electric power. Since the known Be ⁇ grabbed the Rekuperations horres related to electrical ⁇ rule drives, dispensing with the giving further de ⁇ tails.
  • the first electrical machine so that, for example, through the use of the freewheel achieved that the corresponding Elect ⁇ romotor can be mechanically decoupled from the common transmission.
  • Blockage of these electrical ma- Engine or this engine does not affect the function of the other electric machines or, since in the case of Blo ⁇ ckierens the respective freewheel the mechanical connection between the respective electric motor and the common gear triggers.
  • the coupled via the freewheel to the transmission motor is ideally used in this embodiment as a main motor for driving, while the other electric machines which are ge ⁇ coupled particular without freewheel to the transmission, for example. Only be used when a recuperation desired and / or if an error has occurred for the motors coupled via freewheels to the gearbox. Thus, the redundancy is still guaranteed, since in case of failure of the main engine, the actually intended for recuperation electrical machine can be configured as an electric motor.
  • the electric machines are arranged adjacent to each other in an axial direction of the drive system at the same position and in a direction perpendicular to the axial direction, ie, side by side.
  • the axial direction of the on ⁇ drive system is, for example, defined by the orientation of the shaft connecting the gear with the propeller.
  • ⁇ by a compact design is possible.
  • the drive system has a multi ⁇ number of electric machines for driving the propulsion unit and a common gear, each of said electric machines on the common Gear mecha ⁇ nically connected to the propulsion means, a provided by the respective electric machine in the form of a rotational movement kinetic energy is transmitted through the common ⁇ same gear to the propulsion means, so that it is set in rotation.
  • a power source provides electrical power and a power electronics unit processes the provided power electrical energy in electrical voltages suitable for operating the electrical machines.
  • the power electronics unit has, for each electrical Ma ⁇ machine each have a separate current transformer, wherein each of the power converter processes the provided by the power source is provided electrical energy to the appropriate for the respective, associated with the power converter electric machine electrical voltage.
  • the drive system may be a hybrid, in particular a series-hybrid drive system, wherein the power source is a generator that is driven to provide the electrical energy from an internal combustion engine.
  • Aircraft with a power source in a first variant Aircraft with a power source in a first variant
  • FIG. 4 shows the redundant, electric drive system of FIG. 1 in a further embodiment
  • Drive system, 7 shows a third possible arrangement of components of the drive system
  • a connection is meant by a mechanical connection of two components or components which allows the transmission of kinetic energy, for example rotational energy, from one of the components to the other.
  • the transmission of the kinetic energy means, for example. From an engine to a propeller that an offset from the engine to the rotating shaft drives the propeller, so that the services provided by the engine is available kinetic rotation ⁇ energy is converted in such a manner that the propeller in turn is set in rotation and therefore a kinetic energy was supplied to him.
  • an electrical connection of two components allows the transmission of electrical energy from one component to another.
  • the connected components are mechanically interconnected via suitable components.
  • the suitable components can be, for example, shafts, axles, gears, etc.
  • An electrical connection can be realized, for example, with the aid of a cable.
  • the mechanical or electrical connections are not provided with individual reference numbers in the figures except for a few exceptions.
  • 1 shows a schematic representation of an electric drive system 100 for an aircraft.
  • the air ⁇ vehicle itself is not shown in detail. It may, for example, be an aircraft or a helicopter.
  • the aircraft can be made to Be ⁇ movement by means of a propellant 200, wherein the propulsion means 200 in particular ⁇ sondere comprises a propeller 210, and optionally a bearing 220 for La ⁇ delay of the propeller 210th
  • the propeller 210 may be rotatable about a substantially horizontal or vertical axis, but this does not play any role in the present invention.
  • the propeller 210 is driven via a shaft 230, which in turn is set in rotation by means of a first electrical machine 110 configured as an electric motor or a second electric machine 120 of the drive system 100, which is also configured as an electric motor.
  • the electric motors 110, 120 are not directly connected to the shaft 230, but via a common transmission 150 of the drive system 100.
  • the common transmission 150 may, for example, be formed as a planetary gear, as a planetary gear, or as a spur gear.
  • the vigslautli ⁇ che request to the common transmission 150 is that both are the first electric motor 110 and a provided by the second electric motor 120 in the form of a rotational movement of kinetic energy through the gear 150 on the shaft 230 and finally transmitted to the propeller 210 can.
  • the transmission 150 to the number of electric motors 110, 120 corresponding number of so-called.
  • Gear drives 151, 152 wherein the first Elect ⁇ romotor is coupled to the first gear drive 151 110, and the second electric motor 120 to the second Transmission drive 152 is coupled to each kinetic energy from the electric motors 110, 120 on the transmission 150 to transmit or feed there.
  • the transmission 150 has a transmission output 159, with which the shaft 230 is connected, so that kinetic energy is transmitted from the transmission 150 to the shaft and thus to the propeller 210. that can.
  • the drives 151, 152 and the output 159 are connected to one another in the gearbox 150 in a manner known per se (not shown) in order to enable the transmission of the kinetic energy from the respective electric motor 110, 120 to the shaft 230.
  • the orientation of the shaft 230 is intended to define an "axial" direction of the drive system 100. Accordingly, the term “radial” also refers to the shaft 230.
  • the motors 110, 120 are executed at a higher speed and lower torque than in a direct connection to the shaft 230.
  • the motors 110, 120 can thus be due to the lower forces occurring comparatively small and compactly ⁇ leads become.
  • FIGS 5-9 using some examples.
  • one is less limited in terms of space and the connection of the propeller bearing 220 to the aircraft.
  • the high torques and forces occur only on the last gear of the transmission 150 or on the propeller shaft 230.
  • weight can be saved.
  • the first electric motor 110 is mechanically connected to the transmission 150 to transmit kinetic energy to the transmission 150.
  • the first electric motor 110 is coupled to the transmission 150 by means of a first freewheel 130.
  • Electric motor 110 which is set in rotation by the electric motor 110, coupled to the first freewheel 130, while an output-side shaft 131 of the first freewheel 130 is fixedly coupled to the transmission 150 and with its first gear drive 151.
  • the first freewheel 130 is configured to provide the mechanical connection for transmitting kinetic energy between the first electric motor 110 and the transmission 150, for example, then triggers when the rotational speed of the electric motor 110 is ge ⁇ wrestler than the rotational speed at the junction of the first freewheel 130 to the transmission 150. bspw. The first freewheel 130 releases the mechanical connection between the first freewheel 130
  • the second electric motor 120 with the aid of a second freewheel 140 and via shafts 121, 141 ge ⁇ coupled to the transmission 150 and with its second gear drive 152.
  • the mode of operation of the second freewheel corresponds to that of the first freewheel 130.
  • each of the two electric motors 110, 120 can be mechanically decoupled from the common transmission 150, so that, for example, blocking one motor 110, 120 does not affect the function of the other motor 120, 110 since, in the case of blocking, the respective freewheel 130, 140 releases the mechanical connection between the respective electric motor 110, 120 and the common transmission 150.
  • the drive system 100 For operating the electric motors 110, 120 or for supplying the electric motors 110, 120 with electrical energy, the drive system 100 has an energy source 160.
  • the elekt ⁇ generic power to supply the electric motors 110, 120 is typically, but not necessarily, in the form of alternating current or alternating voltage before and the electric motors 110, 120 respectively work accordingly to the principle of an AC motor.
  • the power source 160 provides a direct current
  • the electric motors 110, 120 are designed as DC motors.
  • the power source 160 an AC voltage be ⁇ riding up.
  • the electrical energy of a current source 161 of the energy source 160 provides ⁇ ge available.
  • the current source 161 may be a battery or a fuel cell which provides a DC voltage.
  • the energy source 160 furthermore has a power electronics unit 162, which switches the direct voltage provided by the battery or fuel cell 161 into an alternating voltage suitable for operating the electric motors 110, 120. In this case can be adjusted 120 for example. Fre acid sequence and / or amplitude of the AC voltage to the requirements of the electric motors 110. This AC voltage is finally supplied to the electric motors 110, 120 in order to drive them.
  • the power electronics unit 162 has for this purpose be ⁇ preferably represent each electric motor 110, 120 a separate inverter 163, 164, that is, the first electric motor 110 is supplied with the aid of a first inverter 163 with electric power, while the second electric motor 120 by means of a second Inverter 164 is supplied with electrical energy.
  • the inverters 163, 164 each cause an inversion of the DC voltage provided by the battery 161 into the alternating voltages suitable for the operation of the respective electric motor 110, 120.
  • the two inverters 163, 164 operate independently of each other, ie a failure of one of the two inverters does not affect the function of the other inverter.
  • the current source 161 can be an alternating current source which provides an alternating voltage.
  • the current source 161 may be a generator in this case.
  • Power converters 163, 164 are summarized. The execution of the current converter 163, 164 as an inverter or as an inverter depends on the type of power source 161. In the event that the current supplied to the respective current converter 163, 164 is a direct current, the current transformer must be a direct current.
  • the power converter 163, 164 be designed as an inverter.
  • the power converter 163, 164 must be configured as a converter.
  • the power converter 163, 164 provides an alternating current which is ultimately supplied to the electric motors 110, 120.
  • the genera tor ⁇ 161 already provides an AC voltage related.
  • Frequency and amplitude for operating the electric motors 110, 120 is suitable, could be on the inverters 163, 164 verzich ⁇ tet.
  • the provision of the inverter offers the advantage of increased flexibility.
  • the power source 160 may alternatively provide a DC voltage and the electric motors 110, 120 are configured as DC motors.
  • the power converter 163, 164 configured as a DC ⁇ converters, which convert a ready ⁇ from current source 161 supplied DC voltage to the motors for driving the electric motors 110, 120 required voltage.
  • Both variants of the current source 161 of FIGS. 1, 2 have in common that the energy source 160 has the power required to operate the electronics.
  • romotoren 110, 120 needed and appropriate electrical energy Ener ⁇ provides.
  • the power electric ⁇ nikaji 162 but not necessarily, the electric motor, a separate current transformer on.
  • the redundant design of the power electronics 162, each with its own power converter 163, 164 for each electric motor 110, 120 has the advantage that even if one of the power converters 163, 164 of the other
  • the second electrical Ma ⁇ machine 120 is not coupled out via a free wheel to the transmission 150th
  • the second electric machine 120 is set up so that it can be used not only as an electric motor but also as a generator. Accordingly, it is coupled in such a way and in particular without the freewheel to the transmission 150 and thereby usable in a generator operation, that the drive system 100 can be operated with the second electrical Ma ⁇ machines 120 in a recuperation.
  • the second electrical machine can see 120 thus selectively operated as an electric motor for providing ⁇ position of the kinetic energy for the propeller 210 so that it contributes to the redundancy of the drive system 100th
  • it can be used in generator mode as Generator operated to provide electrical energy.
  • Recuperation operation can be used.
  • the electrical energy thus provided can be stored, for example, in the battery 161.
  • a controller 180 of the drive system 100 can be switched as needed between generator operation and electric motor operation of the second electric machine 120.
  • the second electric machine 120 is used in such a way that it can provide kinetic energy to the transmission 150 or the propulsion means 200, as described in connection with FIGS.
  • the coupled to the gear 150 via the freewheel 130 ers ⁇ te motor is ideally used in this embodiment as a main motor for driving the propulsion unit, currency rend the second electrical machine 120, which is coupled in particular without freewheel to the transmission 150, for example. Only is then used when the Rekuperations réelle ge ⁇ wishes is and / or if for the over the freewheel 130 at the transmission 150 coupled first motor 110 an error has occurred. Thus, the redundancy is still guaranteed, since in case of failure of the main motor 110, the actual ⁇ intended for Rekuperationsiere second electric machine 120 can be configured as an electric motor.
  • the electric motors 110, 120 can be arranged in different positions in the space available in the aircraft. This gives additional degrees of freedom in the design and can adapt the drive concept for various other air ⁇ vehicle types variable. It is also conceivable way of departure ⁇ chung illustrated embodiments of FIGS 1, 2, 3, simple to provide more than two electric motors. Ideally, however, it remains the case that a separate current transformer is provided for each electric motor, ie the number of current transformers corresponds to the number of electric motors.
  • FIGS. 5-9 each show a side view in the left-hand part of the illustration and, in the right-hand part of the illustration, a rear view of the drive system 100 and the drive means
  • FIG. 5-9 omits illustrations of details such as bearings and shafts for the sake of clarity. Likewise, the remaining components of the power source 160 are not shown in FIGS. 5-9.
  • the respective electric motors are arranged in the axial direction at the same position. In a direction perpendicular to the axial direction, they are adjacent to each other or adjacent to each other.
  • the arrangement shown in FIG 5 corresponds whestge ⁇ starting the direction indicated in Figures 1, 2, 3, 4 situation.
  • Power electronics unit 162 electric motors 110, 120, Freiläu ⁇ Fe 130, 140, gear 150 and propeller 210 are arranged one behind the other in the axial direction, so that in the radial direction, a comparatively small space is required, while ⁇ the extension in the axial direction is comparatively large ,
  • the 6 shows an arrangement in which the includes the electric motor ⁇ ren 110, 120 associated with current transformer 163, 164 are not arranged in a common housing of the power electronics unit 162, but in the immediate vicinity of the respective electric motor 110, 120.
  • This embodiment also that the power converter 163, 164, 120 are integrated into respective Mo ⁇ gate housing of the electric motors 110th
  • FIG. 7 shows an arrangement in which the electric motors 110, 120 are, for example, offset in the radial direction relative to the arrangement of FIGS. 5, 6, for example vertically downwards, so that above the motors 110, 120 additional space is available for the motors Power electronics unit 162 or for the current transformer 163, 164 is created. This permits a compact At ⁇ arrangement of the components of the drive system 100th
  • FIGS. 8, 9 show a drive system 100 in which, to further improve redundancy, a third electrical machine 170 configured as an electric motor is provided, which is coupled to the common transmission 150 via a third freewheel 180.
  • the motors 110, 120, 170 are arranged in the same position in the axial direction, while they are adjacent to one another or in a direction perpendicular to the axial direction.
  • the electric motors 110, 120, 170 can be arranged in a symmetrical arrangement, for example, on the circumference of an imaginary circle in mutually equal distances in the circumferential direction of the circle, wherein the center of the circle lies on an extension of the shaft 230.
  • the power source 160 or its power electronics 162 for the third electric motor ideally has a separate, third current converter 166, which is not shown in FIG. 8, since it is shown in FIGS
  • FIG 8 Views of FIG 8 is hidden by other components of the drive system 100.
  • the use of the third motor 170 in addition to the two motors 110, 120 further increases the redundancy and thus the overall safety of the drive system 100, since in the event of a failure of one of the motors 110,
  • the electric motors 110, 120, 170 to-ordered power converter 163, 164, 166 162 angeord ⁇ net are not in a common housing of the power electronics unit, but in the closest possible proximity of the respective
  • Electric motors 110, 120, 170 are merely exemplary and it is of course possible to arrange the individual components of the drive system 100 as needed and individu ⁇ cular circumstances.
  • each current transformer 163, 164 and 166 respectively, instead spatially together eg. in a housing of the power electronics unit 162 to-be summarized, respectively, in the vicinity of that Elect ⁇ romotors 110, 120 may be disposed 170, with electrical ⁇ shear energy supply.
  • This is angedeu ⁇ tet in FIGS 6 and 9, wherein the third power converter 166 supplies the third electric motor 170 in FIG 9 with electrical energy in the form of an AC voltage.
  • components of the drive system 100 may have their own housing. However, it is conceivable that several components are accommodated in a common housing, if this is necessary and / or advantageous, for example, due to the respective spatial conditions.
  • each of the power converters 163, 164, 166 may have its own housing.
  • the power converter can be 163, 164, be housed in a common housing of the power electric ⁇ nikaji 162,166. Also, everyone can
  • Power converter 163, 164, 166 housed in a motor housing of the respective power converter 163, 164, 166 associated motor 110, 120, 170. Furthermore, depending on the arrangement of the motors 110, 120, 170 and the transmission 150, these components 110, 120, 170, 150 share a common housing.
  • the propeller bearing 220 can also be combined, for example, with the transmission housing or integrated into it.
  • the drive system for driving the propulsion unit 200 and the propeller 210 by way of example, depending ⁇ wells only two 110, 120, and three electric motors 110, 120, 170.
  • the concept presented can, of course, be extended to a large number of electric motors of any desired size . Consequently, while the Leis ⁇ consumer electronics unit 162 would be designed such that a separate converter or inverter is provided for each electric motor in order to obtain maximum redundancy.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches redundantes Antriebssystem (100) für ein Vortriebsmittel eines Luftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Antreiben des Vortriebsmittels. Das Antriebssystem weist zwei oder mehr separate Elektromotoren (110, 120) auf, die über ein gemeinsames Getriebe (150) mit dem Vortriebsmittel (210) verbunden sind. Dabei sind die Elektromotoren mit Hilfe von Freiläufen (130, 140) an das Getriebe gekoppelt. Um die Elektromotoren mit elektrischer Energie zu versorgen, ist eine Energiequelle (160) mit einer Leitungselektronikeinheit (162) vorgesehen, wobei die Leistungselektronikeinheit für jeden Elektromotor einen separaten Stromumwandler (163, 164) aufweist. Die Stromumwandler, bspw. Wechsel-oder Umrichter, werden von einer Stromquelle (161) gespeist und stellen die zum Betreiben der Elektromotoren geeignete elektrische Energie bereit.

Description

Beschreibung
Redundantes, elektrisches Antriebssystem zum Antreiben eines Vortriebsmittels eines Luftfahrzeugs und Verfahren zum An- treiben des Vortriebsmittels
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung ein redun¬ dantes elektrisches Antriebssystem zum Bereitstellen von ki- netischer Energie für ein Vortriebsmittel eines Luftfahr¬ zeugs .
Zum Antrieb von Luftfahrzeugen, bspw. Flugzeuge oder Helikopter, werden als Alternative zu den gebräuchlichen Verbren- nungskraftmaschinen Konzepte beruhend auf elektrischen Antriebssystemen untersucht und eingesetzt. Ein derartiges elektrisches Antriebssystem weist in der Regel zumindest eine elektrische Maschine auf, die zum Antreiben des Vortriebsmit¬ tels des Luftfahrzeugs als Elektromotor betrieben wird. Wei- terhin sind eine entsprechende Quelle elektrischer Energie zur Versorgung des Elektromotors sowie in der Regel eine Leistungselektronik vorgesehen, mit deren Hilfe der Elektromotor betrieben wird. Beim elektrischen Betreiben des Luftfahrzeugs kann ein Fehlerfall im elektrischen Antriebssystem einen Absturz des Luftfahrzeugs zur Folge haben, verbunden mit entsprechenden Gefahren für Passagiere und in der Regel einhergehend mit er¬ heblichen Sachschäden. Bei dem elektrischen Antriebssystem kann ein Fehler unter anderem im Energiespeicher, der die elektrische Energie zur Versorgung des Elektromotors liefert, in der Leistungselektronik, die bspw. u.a. einen Gleichstrom in einen Wechselstrom für den Elektromotor wandelt, oder im Elektromotor selbst auftreten. Für den Fall, dass der Fehler in der elektrischen Maschine bzw. im Elektromotor auftritt, kann es bspw. zu einem Fehlerfall der elektrischen Wicklung in Form eines Wicklungsschlusses, eines Windungsschlusses oder eines Masseschlusses etc. kommen, was zu einem Fehlver- halten bspw. in Form eines Überstroms oder einer Überhitzung führen kann.
Um die genannten Risiken aufgrund eines Fehlerfalls im elekt- rischen Antriebssystem zu reduzieren, ist es unabdingbar, das Luftfahrzeug mit einem redundanten Antriebssystem zu betreiben. Dabei bedeutet der Begriff „redundant" im Allgemeinen, dass durch eine mehrfache Ausführung von Komponenten eine erhöhte Sicherheit gegen einen Fehlerfall erreicht wird. Bei Ausfall der elektrischen Maschine oder der Leistungselektro¬ nik muss ein Notbetrieb möglich sein, um die Auswirkungen des Fehlerfalls niedrig zu halten. Ein gängiges Konzept zur Er¬ zielung einer Redundanz des Elektromotors liegt darin, den Motor mit zwei oder sogar mehr Wicklungssystemen auszustat- ten. Auch bei dieser Lösung ergeben sich jedoch sicherheitskritische Probleme, wenn es zu einem Fehlerfall in der Mecha¬ nik des Elektromotors kommt, bspw. zu einem Blockieren des Rotors . Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Ansatz für ein hinsichtlich der Redundanz verbessertes Konzept für ein elektrisches Antriebssystem eines Luftfahrzeugs bereitzustel¬ len . Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene An¬ triebssystem sowie durch das in Anspruch 7 beschriebene Verfahren gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen . Ein elektrisches, redundantes Antriebssystem zum Antreiben eines Vortriebsmittels, insbesondere eines Propellers, eines Luftfahrzeugs weist eine Vielzahl von elektrischen Maschinen zum Antreiben des Vortriebsmittels und ein gemeinsames Ge¬ triebe auf. Jede der elektrischen Maschinen ist derart über das gemeinsame Getriebe mechanisch mit dem Vortriebsmittel verbunden, dass eine von der jeweiligen elektrischen Maschine in Form einer Rotationsbewegung bereitgestellte kinetische Energie durch das gemeinsame Getriebe an das Vortriebsmittel übertragbar ist. Die entsprechenden elektrischen Maschinen sind also insbesondere als Elektromotoren nutzbar, wenn kine¬ tische Energie an das Vortriebsmittel geliefert werden soll. Die Problematik wird demnach durch eine redundante Ausführung des elektrischen Teils des Antriebssystems gelöst, im Spezi¬ ellen durch den Einsatz von zwei oder mehr Elektromotoren. Diese sind über ein gemeinsames Getriebe mit dem Vortriebs¬ mittel verbunden, bspw. mit einem Propeller. Redundant bedeu- tet hierbei, dass durch eine mehrfache Ausführung von Kompo¬ nenten des Antriebssystems eine erhöhte Sicherheit gegen Aus¬ fall erreicht wird.
Das Konzept beruht darauf, dass mehrere Elektromotoren einen direkten mechanischen Antrieb über ein gemeinsames Getriebe zum Propeller herstellen. Durch die Möglichkeit der Variation der Anzahl der Elektromotoren des Antriebssystems wird auch die Leistungsanforderung variierbar bzw. skalierbar und damit an die jeweilige Antriebssituation, die sich bspw. aufgrund der Größe des Luftfahrzeugs ergibt, anpassbar. Der Elektromo¬ tor mit der jeweiligen Leistungselektronik wird in gleicher Ausführung mehrfach eingesetzt, während sich die jeweilige Anpassungsarbeit an die Antriebssituation hauptsächlich auf die Zusammenfassung der Leistungen der Motoren in das gemein- same Getriebe beschränkt.
Die Vorteile ergeben sich aus der unkonventionellen Anordnung und Anbindung der Elektromotoren im Antriebssystem. Letzteres besteht darin, dass zwei oder mehr vollständig redundante elektrische Antriebsstränge, die jeweils zumindest eine elektrische Energiequelle mit einer Stromquelle und einem Stromumwandler sowie einen Elektromotor aufweisen, jeweils mit Hilfe eines Freilaufs und über ein gemeinsames Getriebe an das Vortriebsmittel gekoppelt sind. Die Motoren können gleichzeitig in Betrieb sein, und beim Ausfall eines Motors können der oder die restlichen Motoren den Weiterflug bzw. eine Landung ermöglichen. Ein weiterer Vorteil des Konzepts der Verwendung von mehreren Motoren ergibt sich aus der Beschränkung der Designmöglichkeiten des Antriebssystems in Bezug auf den vorhandenen
Bauraum im Luftfahrzeug. Bei einem einzelnen Motor mit großem Durchmesser sind die Möglichkeiten der Positionierung der
Komponenten des Antriebssystems nicht so flexibel möglich wie bei mehreren Motoren mit kleinem Durchmesser.
Das Antriebssystem weist eine Energiequelle zur Versorgung der elektrischen Maschinen mit elektrischer Energie zum Betreiben der elektrischen Maschinen auf, wobei die elektrischen Maschinen die elektrische Energie in die kinetische Energie zur Übertragung an das Vortriebsmittel umwandeln. Die Energiequelle weist ihrerseits eine Stromquelle zur Bereit- Stellung der elektrischen Energie und eine Leistungselektro¬ nikeinheit zur Versorgung der elektrischen Maschinen mit einer zum Betreiben der elektrischen Maschinen bzgl. Amplitude und/oder ggf. Frequenz geeigneten elektrischen Spannung auf. Die Leistungselektronikeinheit verarbeitet die von der Strom- quelle bereitgestellte elektrische Energie in die zum Betrei¬ ben der elektrischen Maschinen geeignete elektrische Spannung bzw. in einen entsprechend geeigneten elektrischen Strom. Dabei meint der Begriff „verarbeiten", dass die Leistungselekt¬ ronikeinheit je nach Ausbildung von Stromquelle und der elektrischen Maschinen wechselrichtet oder umrichtet. Hierzu kann die Leistungselektronikeinheit je nach Ausbildung der Stromquelle als Gleich- oder Wechselstromquelle und der elektrischen Maschinen als Gleich- oder Wechselstrommotor bspw. Wechselrichter oder Umrichter aufweisen. Die geeignete elektrische Spannung wird schließlich den elektrischen Maschinen zugeführt, um diese anzutreiben.
Die Leistungselektronikeinheit weist zur weiteren Verbesse¬ rung der Redundanz für jede elektrische Maschine jeweils ei- nen separaten Stromumwandler auf, wobei also jeder elektrischen Maschine ein Stromumwandler zugeordnet ist. Jeder der Stromumwandler ist eingerichtet, um die von der Stromquelle zur Verfügung gestellte elektrische Energie in die für die jeweilige, dem Stromumwandler zugeordnete elektrische Maschi¬ ne geeignete elektrische Spannung zu verarbeiten. Die
Stromumwandler sind dabei voneinander unabhängig, d.h. redundant, so dass ein Ausfall eines der Stromumwandler nicht die Funktion des oder der übrigen Stromumwandler beeinflusst.
Für den Fall, dass die Stromquelle eine Gleichstromquelle ist und die elektrischen Maschinen bzw. Elektromotoren Gleichstrommotoren sind, sind die Stromumwandler als Gleichspan- nungswandler ausgebildet, die die von der Stromquelle bereit¬ gestellte Gleichspannung in die zum Betreiben der Elektromotoren benötigte Gleichspannung umformen.
Für den Fall, dass die Stromquelle eine Gleichstromquelle ist und die Elektromotoren Wechselstrommotoren sind, sind die Stromumwandler als Wechselrichter ausgebildet, die die von der Stromquelle bereitgestellte Gleichspannung in die zum Be¬ treiben der Elektromotoren benötigte Wechselspannung wechselrichten .
Für den Fall, dass die Stromquelle eine Wechselstromquelle ist und die Elektromotoren Gleichstrommotoren sind, sind die Stromumwandler als Gleichrichter ausgebildet, die die von der Stromquelle bereitgestellte Wechselspannung in die zum Be- treiben der Elektromotoren benötigte Gleichspannung gleichrichten .
Für den Fall, dass die Stromquelle eine Wechselstromquelle ist und die Elektromotoren Wechselstrommotoren sind, sind die Stromumwandler als Umrichter ausgebildet, die die von der Stromquelle bereitgestellte Wechselspannung in die zum Be¬ treiben der Elektromotoren benötigte Wechselspannung
umrichten . Die Stromumwandler sind räumlich voneinander getrennt und in größtmöglicher Nähe zu der jeweils zugeordneten elektrischen Maschine angeordnet. Dies kann sich bspw. darin niederschla¬ gen, dass jeder Stromumwandler näher an der ihm zugeordneten elektrischen Maschine angeordnet ist, als an den übrigen Stromumwandlern . Hiermit ergibt sich eine größtmögliche Fle¬ xibilität hinsichtlich des für das Antriebssystem benötigten Bauraums .
Das Antriebssystem kann als hybrides, insbesondere als seri¬ ell-hybrides Antriebssystem ausgebildet sein. In diesem Fall weist die Energiequelle einen Verbrennungsmotor auf und die Stromquelle ist ein von dem Verbrennungsmotor antreibbarer Generator, der die zum Betreiben der elektrischen Maschinen benötigte elektrische Energie bereitstellt, sobald er vom Verbrennungsmotor angetrieben wird.
Alternativ kann die Stromquelle eine Batterie oder eine
Brennstoffzelle sein, welche die elektrische Energie in Form einer Gleichspannung bereitstellt. In diesem Fall ist die Stromquelle also eine Gleichstromquelle. Je nach Ausbildung der elektrischen Maschinen als Gleichstrommotoren oder als Wechselstrommotoren sind die Stromumwandler dementsprechend wie oben erwähnt als Gleichspannungswandler oder als Wechselrichter ausgebildet, um die zum Betreiben der elektrischen Maschinen benötigte Gleich- oder Wechselspannung bereitzustellen . Vorteilhafterweise ist jede der elektrischen Maschinen je¬ weils mit Hilfe eines separaten Freilaufs an das gemeinsame Getriebe gekoppelt, d.h. jeder elektrischen Maschine ist ein Freilauf zugeordnet. Durch die Verwendung der Freiläufe wird erreicht, dass jeder der Elektromotoren mechanisch vom ge- meinsamen Getriebe entkoppelt werden kann, so dass bspw. ein Blockieren eines Motors die Funktion des oder der anderen Motoren nicht beeinflusst, da im Fall des Blockierens der je¬ weilige Freilauf die mechanische Verbindung zwischen dem je¬ weiligen Elektromotor und dem gemeinsamen Getriebe löst.
In einer alternativen Ausführung des Antriebssystems ist zumindest eine erste elektrische Maschine der Vielzahl von elektrischen Maschinen, aber nicht sämtliche elektrische Ma- schinen, mit Hilfe eines Freilaufs an das gemeinsame Getriebe gekoppelt, um den oben genannten Vorteil zu erzielen. Zumindest eine zweite elektrische Maschine der Vielzahl von elekt¬ rischen Maschinen, die zudem derart eingerichtet ist, dass sie nicht nur als Elektromotor, sondern auch als Generator genutzt werden kann, ist jedoch derart und insbesondere ohne Freilauf an das Getriebe gekoppelt und dabei als elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb verwendbar, dass das An¬ triebssystem mit der zweiten elektrische Maschinen in einem Rekuperationsbetrieb betrieben werden kann.
Die zweite elektrische Maschine ist also wahlweise als Elekt¬ romotor zur Bereitstellung der kinetischen Energie
betreibbar, so dass sie zur Redundanz des Antriebssystems beiträgt. Außerdem kann sie als Generator zur Bereitstellung elektrischer Energie betrieben werden. Dabei erlaubt der Generatorbetrieb der zweiten Maschine, dass das Antriebssystem in einem Rekuperationsbetrieb verwendet werden kann. Die so bereitgestellte elektrische Energie kann bspw. in einer Bat- terie gespeichert werden.
Im Rekuperationsbetrieb des Antriebssystems wird das Vor¬ triebsmittel nicht mit kinetischer Energie von den Elektromo¬ toren versorgt, sondern die Richtung des Leistungsflusses ist umgekehrt, d.h. vom Vortriebsmittel zum Elektromotor bzw. zur elektrischen Maschine. Das Vortriebsmittel, das in diesem Fall aufgrund der Eigenbewegung des Luftfahrzeugs durch die Luft angetrieben wird, treibt seinerseits die entsprechend als Generator konfigurierte elektrische Maschine an, die ih- rerseits somit elektrischen Strom bereitstellt. Da der Be¬ griff des Rekuperationsbetriebes im Zusammenhang mit elektri¬ schen Antrieben bekannt ist, wird auf die Angabe weiterer De¬ tails verzichtet. Einerseits wird durch die Verwendung des Freilaufs der ersten elektrischen Maschine erreicht, dass der entsprechende Elekt¬ romotor mechanisch vom gemeinsamen Getriebe entkoppelt werden kann, so dass bspw. ein Blockieren dieser elektrischen Ma- schine bzw. dieses Motors die Funktion des oder der anderen elektrischen Maschinen nicht beeinflusst, da im Fall des Blo¬ ckierens der jeweilige Freilauf die mechanische Verbindung zwischen dem jeweiligen Elektromotor und dem gemeinsamen Ge- triebe löst. Der über den Freilauf an das Getriebe gekoppelte Motor wird in dieser Ausführungsform idealerweise als Hauptmotor zum Antrieb verwendet, während die übrigen elektrischen Maschinen, die insbesondere ohne Freilauf an das Getriebe ge¬ koppelt sind, bspw. nur dann zum Einsatz kommen, wenn ein Rekuperationsbetrieb gewünscht ist und/oder wenn für die über Freiläufe an das Getriebe gekoppelten Motoren ein Fehlerfall eingetreten ist. Damit ist die Redundanz weiterhin gewährleistet, da bei einem Ausfall des Hauptmotors die eigentlich zum Rekuperationsbetrieb gedachte elektrische Maschine als Elektromotor konfiguriert werden kann.
Die elektrischen Maschinen sind in einer axialen Richtung des Antriebssystems an der gleichen Position und in einer zur axialen Richtung senkrechten Richtung zueinander benachbart, also nebeneinander, angeordnet. Die axiale Richtung des An¬ triebssystems wird bspw. definiert durch die Ausrichtung der Welle, die das Getriebe mit dem Propeller verbindet. Hier¬ durch wird eine kompakte Bauform ermöglicht. Im Rahmen eines Verfahrens zum Antreiben eines Vortriebsmit¬ tels eines Luftfahrzeugs mit Hilfe eines elektrischen, redun¬ danten Antriebssystems, wobei das Antriebssystem eine Viel¬ zahl von elektrischen Maschinen zum Antreiben des Vortriebsmittels und ein gemeinsames Getriebe aufweist, wobei jede der elektrischen Maschinen über das gemeinsame Getriebe mecha¬ nisch mit dem Vortriebsmittel verbunden ist, wird eine von der jeweiligen elektrischen Maschine in Form einer Rotationsbewegung bereitgestellte kinetische Energie durch das gemein¬ same Getriebe an das Vortriebsmittel übertragen, so dass die- ses in Rotation versetzt wird.
Eine Stromquelle stellt elektrische Energie bereit und eine Leistungselektronikeinheit verarbeitet die bereitgestellte elektrische Energie in zum Betreiben der elektrischen Maschinen geeignete elektrische Spannungen.
Die Leistungselektronikeinheit weist für jede elektrische Ma¬ schine jeweils einen separaten Stromumwandler auf, wobei jeder der Stromumwandler die von der Stromquelle zur Verfügung gestellte elektrische Energie in die für die jeweilige, dem Stromumwandler zugeordnete elektrische Maschine geeignete elektrische Spannung verarbeitet.
Das Antriebssystem kann ein hybrides, insbesondere ein seriell-hybrides Antriebssystem sein, wobei die Stromquelle ein Generator ist, der zum Bereitstellen der elektrischen Energie von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird.
Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
FIG 1 ein redundantes, elektrisches Antriebssystem eines
Flugzeugs mit einer Stromquelle in einer ersten Vari¬ ante,
FIG 2 das redundante, elektrische Antriebssystem mit einer
Stromquelle in einer zweiten Variante,
FIG 3 das redundante, elektrische Antriebssystem mit einer gemeinsamen Leistungselektronik,
FIG 4 das redundante, elektrische Antriebssystem der FIG 1 in einer weiteren Ausführungsform,
FIG 5 eine erste mögliche Anordnung von Komponenten des Antriebssystems ,
FIG 6 eine zweite mögliche Anordnung von Komponenten des
AntriebsSystems , FIG 7 eine dritte mögliche Anordnung von Komponenten des AntriebsSystems ,
FIG 8 eine vierte mögliche Anordnung von Komponenten des
AntriebsSystems ,
FIG 9 eine fünfte mögliche Anordnung von Komponenten des
Antriebssystems . Gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren kennzeichnen gleiche Komponenten.
Im Folgenden soll mit einer mechanischen Verbindung zweier Komponenten oder Bauteile eine Verbindung gemeint sein, die die Übertragung von kinetischer Energie, bspw. Rotationsenergie, von einer der Komponenten an die andere erlaubt. In der Praxis bedeutet die Übertragung der kinetischen Energie bspw. von einem Motor an einen Propeller, dass eine von dem Motor in Rotation versetzte Welle den Propeller antreibt, so dass die vom Motor zur Verfügung gestellte kinetische Rotations¬ energie derart umgesetzt wird, dass der Propeller seinerseits in Rotation versetzt wird und ihm demnach eine kinetische Energie zugeführt wurde. In analoger Weise erlaubt eine elektrische Verbindung zweier Komponenten die Übertragung elektrischer Energie von einer Komponente zur anderen.
Im Falle der mechanischen Verbindung sind die verbundenen Komponenten über geeignete Bauteile mechanisch miteinander verbunden. Die geeigneten Bauteile können bspw. Wellen, Achsen, Getriebe etc. sein. Eine elektrische Verbindung kann bspw. mit Hilfe eines Kabels realisiert werden. Die mechanischen bzw. elektrischen Verbindungen sind in den Figuren bis auf wenige Ausnahmen der Übersichtlichkeit wegen nicht mit individuellen Bezugszeichen versehen. Die FIG 1 zeigt in schematischer Darstellung ein elektrisches Antriebssystem 100 für ein Luftfahrzeug. Dabei ist das Luft¬ fahrzeug selbst nicht im Detail dargestellt. Es kann sich bspw. um ein Flugzeug oder um einen Helikopter handeln. Das Luftfahrzeug kann mit Hilfe eines Vortriebsmittels 200 in Be¬ wegung versetzt werden, wobei das Vortriebsmittel 200 insbe¬ sondere einen Propeller 210 sowie ggf. ein Lager 220 zur La¬ gerung des Propellers 210 aufweist. Je nach Ausbildung des Luftfahrzeugs kann der Propeller 210 um eine im Wesentlichen horizontale oder vertikale Achse rotierbar sein, was für die hier vorliegende Erfindung aber keine weitere Rolle spielt.
Der Propeller 210 wird über eine Welle 230 angetrieben, welche ihrerseits mit Hilfe einer ersten, als Elektromotor kon- figurierten elektrischen Maschine 110 bzw. einer zweiten, ebenfalls als Elektromotor konfigurierten elektrischen Maschine 120 des Antriebssystems 100 in Rotation versetzt wird. Die Elektromotoren 110, 120 sind jedoch nicht direkt mit der Welle 230 verbunden, sondern über ein gemeinsames Getriebe 150 des Antriebssystems 100. Das gemeinsame Getriebe 150 kann bspw. als Umlaufrädergetriebe, bspw. als Planetengetriebe, oder als Stirnradgetriebe ausgebildet sein. Die grundsätzli¬ che Anforderung an das gemeinsame Getriebe 150 liegt darin, dass sowohl eine vom ersten Elektromotor 110 als auch eine vom zweiten Elektromotor 120 in Form einer Rotationsbewegung bereitgestellte kinetische Energie durch das Getriebe 150 auf die Welle 230 und schließlich an den Propeller 210 übertragen werden kann. Dementsprechend weist das Getriebe 150 eine der Anzahl der Elektromotoren 110, 120 entsprechende Anzahl von sog. Getriebe-Antrieben 151, 152 auf, wobei der erste Elekt¬ romotor 110 an den ersten Getriebe-Antrieb 151 gekoppelt ist und der zweite Elektromotor 120 an den zweiten Getriebe- Antrieb 152 gekoppelt ist, um jeweils kinetische Energie von den Elektromotoren 110, 120 auf das Getriebe 150 zu übertra- gen bzw. dort einzuspeisen. Desweiteren weist das Getriebe 150 einen Getriebe-Abtrieb 159 auf, mit dem die Welle 230 verbunden ist, so dass kinetische Energie vom Getriebe 150 auf die Welle und damit auf den Propeller 210 übertragen wer- den kann. Die Antriebe 151, 152 sowie der Abtrieb 159 sind im Getriebe 150 in an sich bekannter Weise miteinander verbunden (nicht dargestellt) , um die Übertragung der kinetischen Energie vom jeweiligen Elektromotor 110, 120 zur Welle 230 zu er- möglichen.
Die Ausrichtung der Welle 230 soll eine „axiale" Richtung des Antriebssystems 100 definieren. Dementsprechend bezieht sich auch der Begriff „radial" auf die Welle 230.
Durch den Einsatz des Getriebes 150 können die Motoren 110, 120 mit höherer Drehzahl und geringerem Moment ausgeführt werden, als bei einem direkten Anschluss an die Welle 230. Die Motoren 110, 120 können somit aufgrund der geringeren auftretenden Kräfte vergleichsweise klein und kompakt ausge¬ führt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Anordnung der kleineren Motoren 110, 120 mit geringerem Durchmesser flexibler erfolgen kann. Dies wird in den FIG 5-9 anhand einiger Beispiele dargestellt. Somit ist man bezüglich des Bauraums und der Anbindung des Propellerlagers 220 an das Luftfahrzeug weniger eingeschränkt. Desweiteren treten die hohen Drehmomente und Kräfte erst am letzten Zahnrad des Getriebes 150 bzw. an der Propellerwelle 230 auf. Somit kann in den vorge¬ lagerten Bauteilen Gewicht gespart werden.
Der erste Elektromotor 110 ist mechanisch mit dem Getriebe 150 verbunden, um kinetische Energie auf das Getriebe 150 zu übertragen. Vorzugsweise ist der erste Elektromotor 110 mit Hilfe eines ersten Freilaufs 130 an das Getriebe 150 gekop- pelt. Hierzu ist eine ausgangsseitige Welle 111 des ersten
Elektromotors 110, die durch den Elektromotor 110 in Rotation versetzbar ist, an den ersten Freilauf 130 gekoppelt, während eine ausgangsseitige Welle 131 des ersten Freilaufs 130 fest mit dem Getriebe 150 bzw. mit dessen ersten Getriebe-Antrieb 151 gekoppelt ist.
Der erste Freilauf 130 ist derart ausgebildet, dass er die mechanische Verbindung zur Übertragung kinetischer Energie zwischen dem ersten Elektromotor 110 und dem Getriebe 150 bspw. dann löst, wenn die Drehzahl des Elektromotors 110 ge¬ ringer ist als die Drehzahl an der Anschlussstelle des ersten Freilaufs 130 an das Getriebe 150. Bspw. löst der erste Frei- lauf 130 die mechanische Verbindung zwischen dem ersten
Elektromotor 110 und dem gemeinsamen Getriebe 150, wenn die ausgangsseitige Welle 111 des ersten Elektromotors 110 lang¬ samer dreht als die ausgangsseitige Welle 131 des ersten Freilaufs 130.
In analoger Weise ist der zweite Elektromotor 120 mit Hilfe eines zweiten Freilaufs 140 und über Wellen 121, 141 mit dem Getriebe 150 bzw. mit dessen zweiten Getriebe-Antrieb 152 ge¬ koppelt. Die Funktionsweise des zweiten Freilaufs entspricht derjenigen des ersten Freilaufs 130.
Durch die Verwendung der Freiläufe 130, 140 wird erreicht, dass jeder der beiden Elektromotoren 110, 120 mechanisch vom gemeinsamen Getriebe 150 entkoppelt werden kann, so dass bspw. ein Blockieren eines Motors 110, 120 die Funktion des anderen Motors 120, 110 nicht beeinflusst, da im Fall des Blockierens der jeweilige Freilauf 130, 140 die mechanische Verbindung zwischen dem jeweiligen Elektromotor 110, 120 und dem gemeinsamen Getriebe 150 löst.
Zum Betrieb der Elektromotoren 110, 120 bzw. zur Versorgung der Elektromotoren 110, 120 mit elektrischer Energie weist das Antriebssystem 100 eine Energiequelle 160 auf. Die elekt¬ rische Energie zur Versorgung der Elektromotoren 110, 120 liegt typischerweise, aber nicht notwendigerweise, in Form von Wechselstrom bzw. Wechselspannung vor und die Elektromotoren 110, 120 arbeiten dementsprechend jeweils nach dem Prinzip eines Wechselstrommotors. Für den Fall, dass die Energiequelle 160 einen Gleichstrom zur Verfügung stellt, sind die Elektromotoren 110, 120 als Gleichstrommotoren ausgebildet. Im Folgenden wird jedoch exemplarisch davon ausgegangen, dass die Energiequelle 160 eine Wechselspannung be¬ reitstellt. In jedem Fall wird die elektrische Energie von einer Stromquelle 161 der Energiequelle 160 zur Verfügung ge¬ stellt .
Die Stromquelle 161 kann in einer ersten, der FIG 1 darge- stellten Variante eine Batterie oder eine Brennstoffzelle sein, die eine Gleichspannung zur Verfügung stellt. In dieser ersten Variante verfügt die Energiequelle 160 weiterhin über eine Leistungselektronikeinheit 162, die die von der Batterie bzw. Brennstoffzelle 161 zur Verfügung gestellte Gleichspan- nung in eine zum Betreiben der Elektromotoren 110, 120 geeignete Wechselspannung wechselrichtet. Dabei können bspw. Fre¬ quenz und/oder Amplitude der Wechselspannung an die Anforderungen der Elektromotoren 110, 120 angepasst werden. Diese Wechselspannung wird schließlich den Elektromotoren 110, 120 zugeführt, um diese anzutreiben.
Die Leistungselektronikeinheit 162 weist zu diesem Zweck be¬ vorzugt für jeden Elektromotor 110, 120 einen separaten Wechselrichter 163, 164 auf, d.h. der erste Elektromotor 110 wird mit Hilfe eines ersten Wechselrichters 163 mit elektrischer Energie versorgt, während der zweite Elektromotor 120 mit Hilfe eines zweiten Wechselrichters 164 mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Wechselrichter 163, 164 bewirken jeweils ein Wechselrichten der von der Batterie 161 zur Ver- fügung gestellten Gleichspannung in die für den Betrieb des jeweiligen Elektromotors 110, 120 geeigneten Wechselspannungen. Die beiden Wechselrichter 163, 164 arbeiten dabei unabhängig voneinander, d.h. ein Ausfall eines der beiden Wechselrichter beeinflusst nicht die Funktion des jeweils anderen Wechselrichters.
Die Stromquelle 161 kann in einer zweiten Variante, die in der FIG 2 dargestellt ist, eine Wechselstromquelle sein, die eine Wechselspannung zur Verfügung stellt. Bspw. kann die Stromquelle 161 in diesem Fall ein Generator sein. Dieses
Konzept kann in Form eines seriell-hybriden Antriebssystems 100 realisiert werden, bei dem der genannte Generator 161 durch einen Verbrennungsmotor 165 angetrieben wird und da- durch schließlich, wie bereits erwähnt, die Wechselspannung zum Betreiben der Elektromotoren 110, 120 bereitstellt. Die ggf. erforderliche Leistungselektronikeinheit 162 weist in diesem Fall für jeden Elektromotor 110, 120 jeweils einen Um- richter 163, 164 auf, der ggf. die vom Generator 161 zur Verfügung gestellte Wechselspannung in eine zum Betreiben des jeweiligen Elektromotors 110, 120 geeignete Wechselspannung umrichtet . Wechsel- bzw. Umrichter 163, 164 können unter dem Begriff
Stromumwandler 163, 164 zusammengefasst werden. Die Ausführung der Stromumwandler 163, 164 als Wechselrichter bzw. als Umrichter hängt von der Art der Stromquelle 161 ab. Für den Fall, dass der dem jeweiligen Stromumwandler 163, 164 zuge- führte Strom ein Gleichstrom ist, muss der Stromumwandler
163, 164 als Wechselrichter ausgebildet sein. Für den anderen Fall, bei dem der dem jeweiligen Stromumwandler 163, 164 zugeführte Strom ein Wechselstrom ist, muss der Stromumwandler 163, 164 als Umrichter ausgebildet sein. In beiden Fällen stellt der Stromumwandler 163, 164 einen Wechselstrom zur Verfügung, der letztlich den Elektromotoren 110, 120 zugeführt wird. Im Prinzip könnte für den Fall, dass der Genera¬ tor 161 bereits eine Wechselspannung bereitstellt, die bzgl. Frequenz und Amplitude zum Betreiben der Elektromotoren 110, 120 geeignet ist, könnte auf die Umrichter 163, 164 verzich¬ tet werden. Das Vorsehen der Umrichter bietet jedoch den Vorteil erhöhter Flexibilität.
Wie oben erwähnt kann die Energiequelle 160 alternativ eine Gleichspannung zur Verfügung stellen und die Elektromotoren 110, 120 sind als Gleichstrommotoren ausgebildet. In diesem Fall wären die Stromumwandler 163, 164 als Gleichspannungs¬ wandler ausgebildet, die eine von der Stromquelle 161 bereit¬ gestellte Gleichspannung in die zum Betreiben der Elektromo- toren 110, 120 benötigte Gleichspannung umformen.
Beiden Varianten der Stromquelle 161 der FIG 1, 2 ist gemeinsam, dass die Energiequelle 160 die zum Betreiben der Elekt- romotoren 110, 120 benötigte und geeignete elektrische Ener¬ gie zur Verfügung stellt. Dabei weist die Leistungselektro¬ nikeinheit 162 bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, für jeden zu versorgenden Elektromotor 110, 120 einen separaten Stromumwandler 163, 164 auf.
Die redundante Auslegung der Leistungselektronik 162 mit jeweils einem eigenen Stromumwandler 163, 164 für jeden Elektromotor 110, 120 bietet den Vorteil, dass auch beim Ausfall eines der Stromumwandler 163, 164 der jeweils andere
Stromumwandler 163, 164 und mit ihm das Antriebssystem 100 weiter funktionstüchtig ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Elektromotoren 110, 120 über eine gemeinsame Leistungs¬ elektronik 162 bzw. einen gemeinsamen Stromumwandler 162 ver- sorgt werden. Diese Möglichkeit ist in Kombination mit der Stromquelle 161 in der ersten Variante in der FIG 3 darge¬ stellt, es kann für diese Ausführungsform jedoch auch die Stromquelle 161 in der zweiten Variante verwendet werden. Die in der FIG 4 dargestellte Ausführungsform basiert auf dem in der FIG 1 gezeigten Antriebssystem 100 mit der Stromquelle 161 in der ersten Variante, d.h. als Batterie. Im Unterschied zur Ausführungsform der FIG 1 ist die zweite elektrische Ma¬ schine 120 nicht über einen Freilauf an das Getriebe 150 ge- koppelt. Zudem ist die zweite elektrische Maschine 120 derart eingerichtet, dass sie nicht nur als Elektromotor, sondern auch als Generator genutzt werden kann. Dementsprechend ist sie derart und insbesondere ohne den Freilauf an das Getriebe 150 gekoppelt und dabei in einem Generatorbetrieb verwendbar, dass das Antriebssystem 100 mit der zweiten elektrische Ma¬ schinen 120 in einem Rekuperationsbetrieb betrieben werden kann .
Je nach Bedarf und Betriebssituation kann die zweite elektri- sehe Maschine 120 also wahlweise als Elektromotor zur Bereit¬ stellung der kinetischen Energie für den Propeller 210 betrieben werden, so dass sie zur Redundanz des Antriebssystems 100 beiträgt. Außerdem kann sie in einem Generatorbetrieb als Generator zur Bereitstellung elektrischer Energie betrieben werden. Dabei erlaubt der Generatorbetrieb der zweiten Ma¬ schine 120, dass das Antriebssystem 100 in einem
Rekuperationsbetrieb verwendet werden kann. Die so bereitge- stellte elektrische Energie kann bspw. in der Batterie 161 gespeichert werden.
Mit Hilfe einer Steuerung 180 des Antriebssystems 100 kann je nach Bedarf zwischen Generatorbetrieb und Elektromotorbetrieb der zweiten elektrischen Maschine 120 umgeschaltet werden. Im Elektromotorbetrieb wird die zweite elektrische Maschine 120 derart verwendet, dass sie wie im Zusammenhang mit den FIG 1- 3 beschrieben dem Getriebe 150 bzw. dem Vortriebsmittel 200 kinetische Energie zur Verfügung stellen kann. Im Generator- betrieb der zweiten elektrischen Maschine 120 bzw. im
Rekuperationsbetrieb des Antriebssystems 100 wird kinetische Energie vom Vortriebsmittel 200 in die zweite elektrische Ma¬ schine 120 eingespeist, so dass diese elektrische Energie be¬ reitstellt. Die bereitgestellte elektrische Energie wird in die Batterie 161 eingespeist und dort zur weiteren Verwendung gespeichert .
Einerseits wird durch die Verwendung des Freilaufs 130 der ersten elektrischen Maschine 110 erreicht, dass der entspre- chende Elektromotor 110 mechanisch vom gemeinsamen Getriebe
150 entkoppelt werden kann, so dass bspw. ein Blockieren dieser elektrischen Maschine 110 bzw. dieses Motors 110 die Funktion des oder der anderen elektrischen Maschinen 120 nicht beeinflusst, da im Fall des Blockierens der jeweilige Freilauf 130 die mechanische Verbindung zwischen dem jeweili¬ gen Elektromotor 110 und dem gemeinsamen Getriebe 150 löst. Der über den Freilauf 130 an das Getriebe 150 gekoppelte ers¬ te Motor wird in dieser Ausführungsform idealerweise als Hauptmotor zum Antrieb des Vortriebsmittels verwendet, wäh- rend die zweite elektrische Maschine 120, die insbesondere ohne Freilauf an das Getriebe 150 gekoppelt ist, bspw. nur dann zum Einsatz kommt, wenn der Rekuperationsbetrieb ge¬ wünscht ist und/oder wenn für den über den Freilauf 130 an das Getriebe 150 gekoppelte erste Motor 110 ein Fehlerfall eingetreten ist. Damit ist die Redundanz weiterhin gewährleistet, da bei einem Ausfall des Hauptmotors 110 die eigent¬ lich zum Rekuperationsbetrieb gedachte zweite elektrische Ma- schine 120 als Elektromotor konfiguriert werden kann.
Die Elektromotoren 110, 120 können in verschiedenen Positionen in dem im Luftfahrzeug vorhandenen Bauraum angeordnet werden. Damit erhält man zusätzliche Freiheitsgrade im Design und kann das Antriebskonzept für verschiedene andere Luft¬ fahrzeugtypen variabel anpassen. Ebenfalls ist es in Abwei¬ chung von den FIG 1, 2, 3 dargestellten, einfachen Ausführungen auch denkbar, mehr als 2 Elektromotoren vorzusehen. Idealerweise bleibt es jedoch dabei, dass für jeden Elektromotor ein separater Stromumwandler vorgesehen ist, d.h. die Anzahl der Stromumwandler entspricht der Anzahl der Elektromotoren.
Die FIG 5-9 zeigen jeweils im linken Teil der Abbildung eine Seitenansicht sowie im rechten Teil der Abbildung eine Rück- ansieht auf das Antriebssystem 100 und das Vortriebsmittel
200, wobei im Falle der Rückansicht die Blickrichtung jeweils entlang der Welle 230 in einer Richtung vom Antriebssystem 100 zum Propeller 210 orientiert ist. In der Rückansicht sind einige Komponenten durch andere verdeckt, bspw. sind die Freiläufe 130, 140 und das Propellerlager 220 nicht sichtbar. Dementsprechend ist in der Seitenansicht bspw. jeweils der erste Elektromotor 110 nicht sichtbar. Darüber hinaus wurde in den FIG 5-9 der Übersichtlichkeit wegen auf Darstellungen von Details wie bspw. Lagern und Wellen verzichtet. Ebenso werden die übrigen Komponenten der Energiequelle 160 in den FIG 5-9 nicht dargestellt.
In den FIG 5-9 sind die jeweils dargestellten Elektromotoren in axialer Richtung an gleicher Position angeordnet. In einer zur axialen Richtung senkrechten Richtung liegen sie nebeneinander bzw. zueinander benachbart. Die in der FIG 5 dargestellte Anordnung entspricht weitestge¬ hend der in den FIG 1, 2, 3, 4 angedeuteten Situation. Leistungselektronikeinheit 162, Elektromotoren 110, 120, Freiläu¬ fe 130, 140, Getriebe 150 und Propeller 210 sind in axialer Richtung hintereinander angeordnet, so dass in radialer Richtung ein vergleichsweise geringer Bauraum benötigt wird, wäh¬ rend die Erstreckung in axialer Richtung vergleichsweise groß ist . Die FIG 6 zeigt eine Anordnung, bei der die den Elektromoto¬ ren 110, 120 zugeordneten Stromumwandler 163, 164 nicht in einem gemeinsamen Gehäuse der Leistungselektronikeinheit 162 angeordnet sind, sondern in unmittelbarer Nähe des jeweiligen Elektromotors 110, 120. Diese Ausführungsform beinhaltet auch, dass die Stromumwandler 163, 164 in entsprechende Mo¬ torgehäuse der Elektromotoren 110, 120 integriert sind.
Die FIG 7 zeigt eine Anordnung, bei der die Elektromotoren 110, 120 bspw. gegenüber der Anordnung der FIG 5, 6 in radia- 1er Richtung versetzt sind, bspw. vertikal nach unten, so dass oberhalb der Motoren 110, 120 zusätzlicher Raum für die Leistungselektronikeinheit 162 bzw. für die Stromumwandler 163, 164 geschaffen wird. Dies ermöglicht eine kompakte An¬ ordnung der Komponenten des Antriebssystems 100.
Die FIG 8, 9 zeigen ein Antriebssystem 100, bei dem zur weiteren Verbesserung der Redundanz eine dritte, als Elektromotor konfigurierte elektrische Maschine 170 vorgesehen ist, die über einen dritten Freilauf 180 an das gemeinsame Getrie- be 150 angekoppelt ist. Wie bereits erwähnt sind die Motoren 110, 120, 170 in axialer Richtung an gleicher Position angeordnet, während sie in einer zur axialen Richtung senkrechten Richtung nebeneinander bzw. zueinander benachbart liegen. Dabei können die Elektromotoren 110, 120, 170 in einer symmet- rischen Anordnung bspw. auf dem Umfang eines gedachten Kreises in in Umfangsrichtung des Kreises zueinander gleichen Abständen angeordnet sein, wobei der Mittelpunkt des Kreises auf einer Verlängerung der Welle 230 liegt. Wie oben angedeutet, weist die Energiequelle 160 bzw. deren Leistungselektronik 162 für den dritten Elektromotor idealerweise einen separaten, dritten Stromumwandler 166 auf, der in FIG 8 jedoch nicht dargestellt ist, da er in den gezeigten
Ansichten der FIG 8 durch andere Komponenten des Antriebssystems 100 verdeckt ist. Durch den Einsatz des dritten Motors 170 zusätzlich zu den beiden Motoren 110, 120 wird die Redundanz und somit die Gesamtsicherheit des Antriebssystems 100 weiter erhöht, da bei einem Ausfall eines der Motoren 110,
120, 170 noch zwei weitere Motoren einen Flugbetrieb ermögli¬ chen .
In der FIG 9 sind die den Elektromotoren 110, 120, 170 zu- geordneten Stromumwandler 163, 164, 166 nicht in einem gemeinsamen Gehäuse der Leistungselektronikeinheit 162 angeord¬ net sind, sondern in größtmöglicher Nähe des jeweiligen
Elektromotors 110, 120, 170. Die in den FIG 5-9 dargestellten Anordnungen sind lediglich beispielhaft und es ist natürlich möglich, die einzelnen Komponenten des Antriebssystems 100 je nach Bedarf und individu¬ ellen Gegebenheiten anzuordnen. Bspw. können die einzelnen Stromumwandler 163, 164 bzw. 166 anstatt räumlich gemeinsam bspw. in einem Gehäuse der Leistungselektronikeinheit 162 zu- sammengefasst zu sein, jeweils in der Nähe desjenigen Elekt¬ romotors 110, 120, 170 angeordnet sein, den sie mit elektri¬ scher Energie versorgen. Dies ist in den FIG 6 und 9 angedeu¬ tet, wobei in der FIG 9 der dritte Stromumwandler 166 den dritten Elektromotor 170 mit elektrischer Energie in Form einer Wechselspannung versorgt.
Generell ist anzumerken, dass sämtliche im Zusammenhang mit den Figuren eingeführten Komponenten des Antriebssystems 100 über eigene Gehäuse verfügen können. Es ist jedoch denkbar, dass mehrere Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wenn dies bspw. aufgrund der jeweiligen räumlichen Bedingungen notwendig und/oder vorteilhaft ist. Bspw. kann jeder der Stromumwandler 163, 164, 166 ein eigenes Gehäuse aufweisen. Alternativ können die Stromumwandler 163, 164, 166 in einem gemeinsamen Gehäuse der Leistungselektro¬ nikeinheit 162 untergebracht sein. Auch kann jeder der
Stromumwandler 163, 164, 166 in einem Motorgehäuse des dem jeweiligen Stromumwandler 163, 164, 166 zugeordneten Motors 110, 120, 170 untergebracht sein. Weiterhin können je nach Anordnung der Motoren 110, 120, 170 und des Getriebes 150 diese Komponenten 110, 120, 170, 150 ein gemeinsamen Gehäuse teilen. Auch das Propellerlager 220 kann bspw. mit dem Getriebegehäuse kombiniert bzw. in dieses integriert werden.
In den Figuren weist das Antriebssystem 100 zum Antreiben des Vortriebsmittels 200 bzw. des Propellers 210 exemplarisch je¬ weils nur zwei 110, 120 bzw. drei Elektromotoren 110, 120, 170 auf. Generell kann das vorgestellte Konzept natürlich auf eine weitestgehend beliebige Vielzahl von Elektromotoren aus¬ geweitet werden. Konsequenterweise würde dabei auch die Leis¬ tungselektronikeinheit 162 derart ausgelegt, dass für jeden einzelnen Elektromotor ein separater Umrichter bzw. Wechselrichter vorgesehen ist, um maximale Redundanz zu erzielen.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches, redundantes Antriebssystem (100) zum Antrei¬ ben eines Vortriebsmittels (200), insbesondere eines Propel- lers (210), eines Luftfahrzeugs, aufweisend eine Vielzahl von elektrischen Maschinen (110, 120, 170) zum Antreiben des Vortriebsmittels (200) und ein gemeinsames Getriebe (15), wobei jede der elektrischen Maschinen (110, 120, 170) derart über das gemeinsame Getriebe (150) mechanisch mit dem Vortriebs- mittel (200) verbunden ist, dass eine von der jeweiligen elektrischen Maschine (110, 120, 170) bereitgestellte kineti¬ sche Energie durch das gemeinsame Getriebe (150) an das Vor¬ triebsmittel (200) übertragbar ist.
2. Antriebssystem (100) nach Anspruch 1, mit einer Energiequelle (160) zur Versorgung der elektrischen Maschinen (110, 120, 170) mit elektrischer Energie zum Betreiben der elektrischen Maschinen (110, 120, 170), wobei die Energiequelle (160) eine Stromquelle (161) zur Bereitstellung der elektri- sehen Energie und eine Leistungselektronikeinheit (162) zur
Versorgung der elektrischen Maschinen (110, 120, 170) mit einer zum Betreiben der elektrischen Maschinen (110, 120, 170) geeigneten elektrischen Spannung aufweist, wobei die Leistungselektronikeinheit (162) die von der Stromquelle (161) bereitgestellte elektrische Energie in die zum Betreiben der elektrischen Maschinen (110, 120, 170) geeignete elektrische Spannung verarbeitet.
3. Antriebssystem (100) nach Anspruch 2, wobei die Leistungs- elektronikeinheit (162) für jede elektrische Maschine (110, 120, 170) jeweils einen separaten Stromumwandler (163, 164, 166) aufweist, wobei jeder der Stromumwandler (163, 164, 166) eingerichtet ist, um die von der Stromquelle (161) zur Verfü¬ gung gestellte elektrische Energie in die für den jeweiligen, dem Stromumwandler (163, 164, 166) zugeordneten Elektromotor (110, 120, 170) geeignete elektrische Spannung zu verarbei¬ ten .
4. Antriebssystem (100) nach Anspruch 3, wobei die Stromumwandler (163, 164, 166) voneinander unabhängig sind.
5. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die Stromumwandler (163, 164, 166) räumlich voneinander getrennt und in größtmöglicher Nähe zu der jeweils zugeordne¬ ten elektrischen Maschine (110, 120, 179) angeordnet sind.
6. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Antriebssystem ein hybrides, insbesondere ein seri¬ ell-hybrides Antriebssystem ist, wobei die Energiequelle (160) einen Verbrennungsmotor (165) aufweist und die Stromquelle (161) ein von dem Verbrennungsmotor (165) antreibbarer Generator zur Bereitstellung der elektrischen Energie insbesondere in Form einer Wechselspannung ist.
7. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Stromquelle (161) eine Batterie oder eine Brennstoff- zelle ist, welche die elektrische Energie in Form einer
Gleichspannung bereitstellt.
8. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jede der elektrischen Maschinen (110, 120, 170) jeweils mit Hilfe eines Freilaufs (130, 140, 180) an das gemeinsame Getriebe (150) gekoppelt ist.
9. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei
- zumindest eine erste elektrische Maschine (110) der Viel¬ zahl von elektrischen Maschinen (110, 120, 170) mit Hilfe eines Freilaufs (130) an das gemeinsame Getriebe (150) gekop¬ pelt ist,
- zumindest eine zweite elektrische Maschine (120) der Viel- zahl von elektrischen Maschinen (110, 120, 170) derart eingerichtet und an das Getriebe gekoppelt ist, insbesondere ohne Freilauf, dass sie wahlweise in einem Generatorbetrieb oder in einem Elektromotorbetrieb verwendbar ist, so dass das An- triebssystem mit der zweiten elektrischen Maschine als Generator im Rekuperationsbetrieb betreibbar ist.
10. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die elektrischen Maschinen (110, 120, 170) in einer axialen Richtung des Antriebssystems (100) an der gleichen Position und in einer zur axialen Richtung senkrechten Richtung zueinander benachbart angeordnet sind.
11. Verfahren zum Antreiben eines Vortriebsmittels (200) ei¬ nes Luftfahrzeugs mit Hilfe eines elektrischen, redundanten Antriebssystems (100), wobei das Antriebssystem (100) eine Vielzahl von elektrischen Maschinen (110, 120, 170) zum Antreiben des Vortriebsmittels (200) und ein gemeinsames Ge- triebe (15) aufweist, wobei jede der elektrischen Maschinen
(110, 120, 170) über das gemeinsame Getriebe (150) mechanisch mit dem Vortriebsmittel (200) verbunden ist, wobei eine von der jeweiligen elektrischen Maschine (110, 120, 170) bereit¬ gestellte kinetische Energie durch das gemeinsame Getriebe (150) an das Vortriebsmittel (200) übertragen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine Stromquelle elektrische Energie bereitstellt und eine Leistungselektronikein¬ heit die bereitgestellte elektrische Energie in zum Betreiben der elektrischen Maschinen geeignete elektrische Spannungen verarbeitet .
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Leistungselektro¬ nikeinheit (162) für jede elektrische Maschine (110, 120, 179) jeweils einen separaten Stromumwandler (163, 164, 166) aufweist, wobei jeder der Stromumwandler (163, 164, 166) die von der Stromquelle (161) zur Verfügung gestellte elektrische Energie in die für die jeweilige, dem Stromumwandler (163, 164, 166) zugeordnete elektrische Maschine (110, 120, 170) geeignete elektrische Spannung verarbeitet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Antriebssystem ein hybrides, insbesondere ein seriell- hybrides Antriebssystem ist, wobei die Stromquelle ein Gene¬ rator ist, der zum Bereitstellen der elektrischen Energie von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei zu¬ mindest eine erste elektrische Maschine (110) der Vielzahl von elektrischen Maschinen (110, 120, 170) mit Hilfe eines Freilaufs (130) an das gemeinsame Getriebe (150) gekoppelt ist und zumindest eine zweite elektrische Maschine (120) der Vielzahl von elektrischen Maschinen (110, 120, 170) wahlweise in einem Generatorbetrieb oder in einem Elektromotorbetrieb verwendet wird, so dass das Antriebssystem mit der zweiten elektrischen Maschine als Generator im Rekuperationsbetrieb betrieben werden kann.
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