[发明专利]用于驱动飞行器的方法和飞行器

说明书

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

技术领域

本发明涉及一种用于驱动飞行器的方法和一种飞行器。

背景技术

最近，电气航空变得越来越重要。在电气航空中，串联混合动力驱动系统是积极开发的主题。在这样的混合动力驱动系统中，附加地借助耦合到内燃机上的发电机来产生电能并且将其输送给电动马达。因此，在需要情况下，发电机可以补偿电气飞机的电能存储器的清空。串联混合动力驱动系统的优点在于，不仅电动马达而且内燃机可以在不同的转速下运行，并且由此在两者中在给定消耗的情况下可以实现最大功率或最大效率。为了将电动马达与内燃机彼此去耦合，必须在发电机与电动马达之间插入由多个逆变器构成的功率电子装置，通过所述功率电子装置既可以在频率上又可以在幅度上调制在发电机所产生的电压。

功率逆变器通常具有半导体器件，特别是IGBT和/或功率MOSFET，它们受到宇宙辐射的严重危害。在飞机的大约10千米的典型巡航高度处，宇宙辐射对半导体器件构成重大危害。在这个高度上，宇宙辐射的通量比海平面高出约20至60倍。因此，由于非常可能的失效，逆变器定期淘汰。

已知通过持久地降低半导体器件上的运行电压或通过增大半导体层来规避这种情况。然而，随着这些措施增加了逆变器的重量。比重量（单位质量的功率）由此大大降低，这在航空中可以构成排除标准。与此相反，如果半导体层的厚度增加，则半导体器件失效的概率甚至可能提高，因为半导体材料与宇宙辐射的相互作用概率与厚度成比例地提高。

还已知在逆变器中使用基于SiC或GaN部件形式的半导体器件。 SiC和GaN具有比Si更高的带隙，这导致辐射决定的雪崩击穿的强烈减少。然而，SiC和GaN部件是昂贵的，因为SiC和GaN的晶体结构比硅的晶体结构更复杂，使得难以生长和加工这些材料。

发明内容

现在，本发明的任务是说明一种相对于现有技术改进的用于驱动飞行器的方法，以及说明一种相对于现有技术改进的飞行器。特别地，该方法和飞行器应该能够实现飞行器的失效安全的驱动而不必增加驱动器的重量。

本发明的这个任务通过具有在权利要求1中所说明的特征的方法以及具有在权利要求11中所说明的特征的飞行器来解决。在所属的从属权利要求、以下说明书和附图中说明本发明的优选扩展方案。

根据本发明的用于驱动飞行器的方法使用具有至少两个逆变器模块的多级逆变器。在逆变器模块中的至少一个上，在第一运行状态下施加第一运行电压，并且在第二运行状态下施加比第一运行电压更小的第二运行电压。

根据本发明的方法基于本发明思想借助将例如马达和发电机连接的多级逆变器来驱动飞行器，使得确定电流大小地来设计飞行器的多级逆变器。这意味着，虽然在第一运行状态下，适宜地在飞行器并没有遭受值得一提的宇宙辐射的情形下以高电压和减小电流来运行多级逆变器的一个或多个逆变器模块。然而，在第二运行状态下，有利地在飞行器增加地遭受宇宙辐射的这样的运行状态下（例如只要达到所需的飞行高度），为一个或多个逆变器模块设置较小电压。所施加的电压和/或半导体部件的反向电压是在宇宙辐射的高通量下影响半导体器件的寿命的主导参量。因此，在巡航高度上，在阈值电压附近的几十伏特的电压变化的情况下，由于宇宙辐射在半导体部件中、如在IGBT中生成的电荷量已经变化了2至3个数量级。该电荷使半导体部件在短时间内导通。由此产生的热量于是破坏半导体部件。根据本发明，不出现这种情况。