具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

现有技术存在的动力系统与电力系统整体架构导致的飞行安全性差的问题，例如：发明专利CN201810336908.8公开了一种串联式混合动力飞机及其控制方法，其中混合动力系统包括动力电池、增程系统和电驱动系统，动力电池为驱动电机提供电能。该技术方案的混合动力系统架构中，若供电系统(包括动力电池和增程系统)故障将导致电驱动系统无法工作，则飞行器将丧失全部飞行推力，同时导致重要的飞行控制系统掉电，严重影响飞行安全。

本实施例的设计目的在于：克服现有技术存在的动力系统与电力系统整体架构导致的飞行安全性差的问题，提供一种效率高、可靠性高、系统功率密度高的混合电推进飞行器电力系统。

具体如图1所示，该系统包括：

第一电动涵道风扇1，第二电动涵道风扇2,涡扇发动机3,组合动力装置6，配电系统7；低压蓄电池91，高压蓄电池92，低压电气负载93，高压电气负载94；其中，第一电动涵道风扇1包括第一驱动电机11,第一风扇13；第二电动涵道风扇2包括第二驱动电机21,第二风扇23；涡扇发动机3包括内装式发电机31，内装式起动发电机32，涡扇发动机风扇33，涡扇发动机压气机34，涡扇发动机高压涡轮35，涡扇发动机低压涡轮36，涡扇发动机燃烧室37，涡扇发动机低压轴38，涡扇发动机高压轴39；组合动力装置6包括组合动力装置电动发电机61，组合动力装置冷却涡轮62，组合动力装置压气机63，组合动力装置动力涡轮64，组合动力装置燃烧室65，组合动力装置轴66。

第一电动涵道风扇1中的第一风扇13与第一驱动电机11同轴连接，第二电动涵道风扇2中的第二风扇23与第二驱动电机21同轴连接。

在涡扇发动机3中，涡扇发动机风扇33、涡扇发动机低压涡轮36与内装式发电机31同轴连接，均安装在涡扇发动机低压轴38上，其中内装式发电机31安装在涡扇发动机风扇33与涡扇发动机低压涡轮36之间。涡扇发动机高压轴39套在涡扇发动机低压轴38外部，涡扇发动机压气机34、涡扇发动机高压涡轮35与内装式起动发电机32同轴连接，均安装在涡扇发动机高压轴39上，其中内装式起动发电机32安装在涡扇发动机压气机34之前，涡扇发动机燃烧室37在涡扇发动机压气机34和涡扇发动机高压涡轮35之间。注：因为图1的篇幅限制，内装式发电机31、内装式起动发电机32，这两个电机被分别从涡扇发动机低压轴38、涡扇发动机高压轴39上移出来，用箭头表示安装位置。

在组合动力装置6中，组合动力装置冷却涡轮62、组合动力装置电动发电机61、组合动力装置压气机63、组合动力装置动力涡轮64依次同轴连接在组合动力装置轴66上。

第一驱动电机11的电气接口、第二驱动电机21的电气接口、内装式发电机31的电气接口、内装式起动发电机32的电气接口、组合动力装置电动发电机61的电气接口全都经过电力连接线连接至配电系统7。同时，低压蓄电池91、高压蓄电池92、低压电气负载93、高压电气负载的电气接口也全都经过电力连接线连接至配电系统7。

具体的，如图2所示的，为本实施例的配电系统架构图。图2中各个元件标识与图1中的一致。其中包括配电系统7、第一驱动电机11、第二驱动电机21、内装式电机31、内装式起动发电机32、组合动力装置电动发电机61、低压蓄电池91、高压蓄电池92、低压电气负载93和高压电气负载94。其中，配电系统7包括内装式发电机系统/驱动电机系统71、内装式起动发电机系统72、第一直流/直流变换器73、第二直流/直流变换器74、低压直流汇流条75、组合动力装置电动发电机系统76、一号主断路器401、二号主断路器402、三号主断路器403。

第一驱动电机11、第二驱动电机21和内装式发电机31通过电力连接线连至内装式发电机系统/驱动电机系统71；内装式起动发电机32通过电力连接线连至内装式起动发电机系统72；组合动力装置电动发电机61、高压蓄电池92和高压电气负载94通过电力连接线连至组合动力装置电动发电机系统76；低压蓄电池91和低压电气负载93通过电力连接线连至低压直流汇流条75。

内装式发电机系统/驱动电机系统71通过电力连接线连至一号主断路器401，一号主断路器401通过电力连接线连至内装式起动发电机系统72，内装式起动发电机系统72通过电力连接线连至二号主断路器402，二号主断路器402通过电力连接线连至第一直流/直流变换器73，第一直流/直流变换器73通过电力连接线连至组合动力装置电动发电机系统76，组合动力装置电动发电机系统76通过电力连接线连至三号主断路器403，三号主断路器403通过电力连接线连至第二直流/直流变换器74，第二直流/直流变换器74通过电力连接线连至低压直流汇流条75。

进一步的，图3所示的是本实施例的内装式起动发电机系统架构图。图3中各个元件标识与图1、图2中的一致。

其中，内装式起动发电机32包括位置传感器1、永磁励磁机1和电励磁双凸极电机1，内装式起动发电机系统72包括开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、起动控制单元1、三相全桥逆变器1、桥式不控整流电路1、发电控制单元1、励磁功率电路1、桥式不控整流电路2。永磁励磁机1、电励磁双凸极电机1同轴连接，均安装在涡扇发动机高压轴39上。电励磁双凸极电机1的三相电枢绕组采用星形连接方式。电励磁双凸极电机1的三相电枢绕组的输出端分别与桥式不控整流电路1的输入端连接，桥式不控整流电路1的输出正端与开关K3的第1触点连接，开关K3的第2触点与一号主断路器401的第一接口连接，一号主断路器401的第二接口与内装式发电机系统/驱动电机系统71的输入正端连接，桥式不控整流电路1的输出负端与内装式发电机系统/驱动电机系统71的输入负端连接。电励磁双凸极电机1的三相电枢绕组的输出端分别与开关K2的第1触点连接，开关K2的第2触点分别与三相全桥逆变器1的输出端连接，三相全桥逆变器1的输入正端与开关K1的第1触点连接，开关K1的第2触点与二号主断路器402的第一接口连接，二号主断路器402的第二接口与第一直流/直流变换器73的输出正端连接，三相全桥逆变器1的输入负端与第一直流/直流变换器73的输出负端连接。

永磁励磁机1的三相电枢绕组采用星形连接方式，永磁励磁机1的三相电枢绕组的输出端分别与开关K5的第1触点连接，开关K5的第2触点分别与桥式不控整流电路2的输入端连接，桥式不控整流电路2的输出正端分别与开关K4的第1触点、励磁功率电路1的输入正端连接，桥式不控整流电路2的输出负端分别与励磁功率电路1的输入负端、三相全桥逆变器1的输入负端连接，开关K4的第2触点与开关K1的第2触点连接，励磁功率电路1的输出端分别与励磁绕组1两端连接。

电流传感器H_a1、电流传感器H_b1检测获得的三相全桥逆变器1输出电流信号i_a1、三相全桥逆变器1输出电流信号i_b1，传输至起动控制单元1，电流传感器H_f1检测获得的励磁绕组1电流信号i_f1传输至发电控制单元1，电压传感器H_gd1检测获得的桥式不控整流电路1的输出端电压信号u_gd1传输至发电控制单元1。位置传感器1检测获得的内装式起动发电机32转子位置信号θ1传输至起动控制单元1，用于检测内装式起动发电机32转子位置。发电控制单元1输出开关控制信号S_K1、S_K2、S_K3、S_K4、S_K5，分别控制开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5闭合或断开。

图4是为本实施例的内装式发电机系统/驱动电机系统架构图。图4中各个元件标识与图1、图2中的一致。

其中，内装式发电机31包括永磁励磁机2和电励磁双凸极电机2；内装式发电机系统/驱动电机系统71包括桥式不控整流电路3、桥式不控整流电路4、励磁功率电路2、发电控制单元2、电动控制单元1、电动控制单元2、三相全桥逆变器2、三相全桥逆变器3、开关K6、开关K7、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11。永磁励磁机2、电励磁双凸极电机2同轴连接，均安装在涡扇发动机低压轴38上。电励磁双凸极电机2的三相电枢绕组采用星形连接方式，电励磁双凸极电机2的三相电枢绕组的输出端分别与桥式不控整流电路3的输入端连接，桥式不控整流电路3的输出正端与开关K6的第1触点连接，开关K6的第2触点与一号主断路器401的第一接口连接，一号主断路器401的第二接口与内装式起动发电机系统72的输入正端连接；桥式不控整流电路3的输出负端与内装式起动发电机系统72的输入负端连接。

永磁励磁机2的三相电枢绕组采用星形连接方式，永磁励磁机2的三相电枢绕组的输出端分别与开关K7的第1触点连接，开关K7的第2触点分别与桥式不控整流电路4的输入端连接，桥式不控整流电路4的输出正端与励磁功率电路2的输入正端连接，桥式不控整流电路4的输出负端与励磁功率电路2的输入负端连接，励磁功率电路2的输出端分别与励磁绕组2两端连接。

第一驱动电机11的三相电枢绕组采用星形连接方式，第一驱动电机11的三相电枢绕组的输出端分别与开关K8的第1触点连接，开关K8的第2触点分别与三相全桥逆变器2的输出端连接，三相全桥逆变器2的输入正端与开关K9的第1触点连接，开关K9的第2触点与开关K6的第2触点连接；三相全桥逆变器2的输入负端与桥式不控整流电路3的输出负端连接。第二驱动电机21的三相电枢绕组采用星形连接方式，第二驱动电机21的三相电枢绕组的输出端分别与开关K10的第1触点连接，开关K10的第2触点分别与三相全桥逆变器3的输出端连接，三相全桥逆变器3的输入正端与开关K11的第1触点连接，开关K11的第2触点与开关K6的第2触点连接，三相全桥逆变器3的输入负端与桥式不控整流电路3的输出负端连接。

电流传感器H_a2、电流传感器H_b2检测获得的三相全桥逆变器2输出电流信号i_a2、三相全桥逆变器2输出电流信号i_b2，传输至电动控制单元1；电流传感器H_a3、电流传感器H_b3检测获得的三相全桥逆变器3输出电流信号i_a3、三相全桥逆变器3输出电流信号i_b3，传输至电动控制单元2；电流传感器H_f2检测获得的励磁绕组2电流信号i_f2传输至发电控制单元2；电压传感器H_gd2检测获得的桥式不控整流电路3的输出端电压信号u_gd2传输至发电控制单元2。发电控制单元2输出开关控制信号S_K6、S_K7，分别控制开关K6、开关K7闭合或断开；电动控制单元1输出开关控制信号S_K8、S_K9，分别控制开关K8、开关K9闭合或断开；电动控制单元2输出开关控制信号S_K10、S_K11，分别控制开关K10、开关K11闭合或断开。

图5是为本实施例的组合动力装置电动发电机系统架构图。图5中各个元件标识与图1、图2中的一致。

其中，组合动力装置电动发电机61包括位置传感器2、永磁励磁机3和电励磁双凸极电机3；组合动力装置电动发电机系统76包括起动控制单元2、三相全桥逆变器4、桥式不控整流电路5、桥式不控整流电路6、发电控制单元3、励磁功率电路3、开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K16。永磁励磁机3、电励磁双凸极电机3同轴连接，均安装在组合动力装置轴66上。电励磁双凸极电机3的三相电枢绕组采用星形连接方式，电励磁双凸极电机3的三相电枢绕组的输出端分别与桥式不控整流电路5的输入端连接，桥式不控整流电路5的输出正端与开关K13的第1触点连接，开关K13的第2触点分别与高压电气负载94的输入正端、第一直流/直流变换器73的输入正端、三号主断路器403的第一接口连接；桥式不控整流电路5的输出负端分别与高压电气负载94的输入负端、第一直流/直流变换器73的输入负端、第二直流/直流变换器74的输入负端连接。三号主断路器403的第二接口与第二直流/直流变换器74的输入正端连接。电励磁双凸极电机3的三相电枢绕组的输出端分别与开关K16的第1触点连接，开关K16的第2触点分别与三相全桥逆变器4的输出端连接，三相全桥逆变器4的输入正端与开关K12的第1触点连接，开关K12的第2触点与高压蓄电池92的输出正端连接；三相全桥逆变器4的输入负端与高压蓄电池92的输出负端连接。

永磁励磁机3的三相电枢绕组采用星形连接方式，永磁励磁机3的三相电枢绕组的输出端分别与开关K15的第1触点连接，开关K15的第2触点分别与桥式不控整流电路6的输入端连接，桥式不控整流电路6的输出正端分别与开关K14的第1触点、励磁功率电路3的输入正端连接；桥式不控整流电路6的输出负端分别与励磁功率电路3的输入负端、三相全桥逆变器4的输入负端连接；开关K14的第2触点与开关K12的第2触点连接，励磁功率电路3的输出端分别与励磁绕组3两端连接。

电流传感器H_a4、电流传感器H_b4检测获得的三相全桥逆变器4输出电流信号i_a4、三相全桥逆变器4输出电流信号i_b4，传输至起动控制单元2；电流传感器H_f3检测获得的励磁绕组3电流信号i_f3传输至发电控制单元3；电压传感器H_gd3检测获得的桥式不控整流电路5的输出端电压信号u_gd3传输至发电控制单元3；位置传感器2检测获得的组合动力装置电动发电机61转子位置信号θ2传输至起动控制单元2，用于检测组合动力装置电动发电机61转子位置。发电控制单元3输出开关控制信号S_K12、S_K13、S_K14、S_K15、S_K16，分别控制开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K16闭合或断开。

图6是为本实施例的三相全桥逆变器1结构图,包括T1、T2、T3、T4、T5、T6六个功率开关管，D1、D2、D3、D4、D5、D6六个二极管，和电容C1，功率开关管T1的发射极与二极管D1的阳极连接，功率开关管T1的集电极与二极管D1的阴极连接，功率开关管T2的发射极与二极管D2的阳极连接，功率开关管T2的集电极与二极管D2的阴极连接，功率开关管T3的发射极与二极管D3的阳极连接，功率开关管T3的集电极与二极管D3的阴极连接，功率开关管T4的发射极与二极管D4的阳极连接，功率开关管T4的集电极与二极管D4的阴极连接，功率开关管T5的发射极与二极管D5的阳极连接，功率开关管T5的集电极与二极管D5的阴极连接，功率开关管T6的发射极与二极管D6的阳极连接，功率开关管T6的集电极与二极管D6的阴极连接，功率开关管T1的发射极与功率开关管T4的集电极连接，功率开关管T3的发射极与功率开关管T6的集电极连接，功率开关管T5的发射极与功率开关管T2的集电极连接，功率开关管T1的集电极、功率开关管T3的集电极与功率开关管T5的集电极连接构成三相全桥逆变器的输入正端，功率开关管T4的发射极、功率开关管T6的发射极与功率开关管T2的发射极连接构成三相全桥逆变器的输入负端，功率开关管T1的发射极、功率开关管T3的发射极与功率开关管T5的发射极分别构成三相全桥逆变器的输出端。为本实施例的三相全桥逆变器2、三相全桥逆变器3、三相全桥逆变器4结构与三相全桥逆变器1结构相同。起动控制单元1输出控制信号PWMT1～T6，控制三相全桥逆变器1开关管T1～T6斩波；电动控制单元1输出控制信号PWMT11～T16，控制三相全桥逆变器2开关管T11～T16斩波；电动控制单元2输出控制信号PWMT17～T22，控制三相全桥逆变器3开关管T117～T22斩波；起动控制单元2输出控制信号PWMT23～T28，控制三相全桥逆变器4开关管T23～T28斩波。

图7是为本实施例的桥式不控整流电路1结构图，包括D11、D12、D13、D14、D15、D16六个二极管。二极管D11的阴极、二极管D13的阴极与二极管D15的阴极连接构成桥式不控整流电路1的输出正端，二极管D11的阴极、二极管D13的阴极与二极管D15的阴极连接构成桥式不控整流电路1的输出正端，二极管D14的阴极、二极管D16的阴极与二极管D12的阳极连接构成桥式不控整流电路1的输出负端，二极管D11的阳极与二极管D14的阴极连接，二极管D13的阳极与二极管D16的阴极连接，二极管D15的阳极与二极管D12的阴极连接，二极管D11的阳极、二极管D13的阳极与二极管D15的阳极分别构成桥式不控整流电路1的输入端。为本实施例的桥式不控整流电路2、桥式不控整流电路3、桥式不控整流电路4、桥式不控整流电路5、桥式不控整流电路6结构与桥式不控整流电路1结构相同。

图8是为本实施例的励磁功率电路1结构图，包括T7、T8两个功率开关管，D7、D8两个二极管，和电容C5，功率开关管T7的发射极与二极管D7的阴极连接，功率开关管T8的集电极与二极管D8的阳极连接，功率开关管T7的集电极与二极管D8的阴极连接构成励磁功率电路的输入正端，功率开关管T8的发射极与二极管D7的阳极连接构成励磁功率电路的输入负端，功率开关管T7的发射极与功率开关管T8的集电极分别构成励磁功率电路的输出正端与励磁功率电路的输出负端。为本实施例的励磁功率电路2、励磁功率电路3结构与励磁功率电路1结构相同。发电控制单元1输出控制信号PWMT7～T8，控制励磁功率电路1开关管T7～T8斩波；发电控制单元2输出控制信号PWMT9～T10，控制励磁功率电路2开关管T9～T10斩波；发电控制单元3输出控制信号PWMT29～T30，控制励磁功率电路3开关管T29～T30斩波。

本实施例的优点在于：

(1)本发明采用涡扇发动机与电动涵道风扇共同为飞行器提供推力，避免了驱动电机系统故障导致电动涵道风扇无法提供推力，从而危害飞行器飞行安全的问题，有效提升了飞行器可靠性；

(2)本发明采用内装式起动发电机与内装式发电机，从而消除了涡扇发动机附件机匣，消除了齿轮传动环节，提高了发电系统效率，提高了可靠性；

(3)本发明采用内装式发电机与内装式起动发电机并联发电，提升了电力系统可靠性。电动涵道风扇工作所需电能来源于内装式发电机与内装式起动发电机，对蓄电池容量要求较小，由于蓄电池重量重，减小蓄电池需求，能够提高了电力系统功率密度；

(4)本发明采用组合动力装置电动发电机系统，当飞行器在空中时，内装式发电机与内装式起动发电机均故障，组合动力装置电动发电机系统能够为飞行器重要电气负载(如重要的航电、飞控系统等)提供应急电能，从而提升飞行器的安全性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。