Tech News
Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM
Leistungselektronik geht in die Luft
Berlin, 28.4.2011
Die Primärsteuerung des Hubschraubers wird heutzutage mit einer Taumelscheibe realisiert. Dies schränkt jedoch die Freiheitsgrade der Ansteuerung der Rotorblätter drastisch ein. Eine variablere Steuerung kann sowohl Geräuschemissionen als auch Vibrationen reduzieren. Damit schütteln z. B. Rettungshubschrauber ihre Patienten nicht mehr so stark durch.
Derzeit werden dafür IBC (Individual Blade Control)-Systeme verwendet, die zusätzlich zur Taumelscheibe installiert werden. Sie benötigen jedoch Versorgungs- und Signalleitungen sowie Steuerelemente, um die Rotorblätter bewegen zu können. Diese zusätzliche Hardware kann mit der direkten Steuerung jedes einzelnen Blattes über einen Elektromotor vermieden werden.
Das Fraunhofer IZM entwickelt für die ZF Luftfahrttechnik GmbH die Leistungselektronik für die Ansteuerung des Motors als Technologiedemonstrator im Luftfahrtforschungsprogramm IV. Da das System höchsten Sicherheitsanforderungen unterliegt, ist der Motor redundant ausgelegt. Diese Redundanz findet sich auch in der Leistungselektronik wieder: der Motor wird von drei dreiphasigen Power Control Units (PCU) gespeist. Die Schaltungstopologie einer Unit mit drei Vollbrücken erlaubt den unabhängigen Betrieb aller Motorphasen voneinander, sodass im Falle einer fehlerhaften Phase nur die fehlerhafte Phase getrennt wird.
Am Fraunhofer IZM wurde das komplette Systemdesign durchgeführt, beginnend bei der Auswahl der Leistungshalbleiter und der Berechnung der zu erwartenden Verlustleistung. Es schließt sich der Entwurf des thermischen Pfades an, in dem auch die Auswahl der zu verwendenden Materialien getroffen wird. Sie bestimmt die erzielbare Lebensdauer der AVT.
Da der zur Verfügung stehende Bauraum stark beschränkt ist, wurde eine kompakte Konstruktion entwickelt: Ansteuerung, Lastausgänge und Zwischenkreis werden auf mehrere Platinen verteilt und in Ebenen gestapelt. Die DCB wird in die Leiterplatte eingelassen und die Bonddrähte werden direkt von der DCB auf die Leiterplatte geführt. Für die Verkapselung wurde ein Gehäuse mit einer speziellen Gitterstruktur als Deckel entwickelt, damit sich das Silikongel zwar ausdehnen kann, sich unter Fliehkrafteinwirkung jedoch nicht ablöst. Mit der Inbetriebnahme und Qualifizierung wurde das Projekt erfolgreich abgeschlossen.



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