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CN103026600B - 用于飞行器的电驱动装置 - Google Patents

用于飞行器的电驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于飞行器、尤其是用于带有至少一个直接由电动机（2）驱动的旋翼（23）的直升飞机（20）的电驱动器（1），其中，电动机（2）以复式布置方式实施，其中，位于气隙（12）中的转子（6）具有处在承载装置（14）上的永磁体（13），其中，电动机（2）的定子（4，5）和/或转子（6）具有冷却装置，-在被驱动的旋翼和电动机（2）之间，尤其设置有行星齿轮装置（3），该行星齿轮装置优选地设置在电动机（2）的轴向延长部中。

Description

用于飞行器的电驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于飞行器、尤其是用于带有至少一个旋翼的直升飞机的电驱动装置。
背景技术
旋翼在此指的是机器的、例如直升飞机或螺旋桨飞机的旋转的（转动的）部分。在此既将旋翼理解成转动叶片也将其理解成在其上固定有该转动叶片的转动头，共同旋转的旋转轴线也处在其轴承结构中。
驱动飞机的旋翼也被称为空气螺旋桨或飞机推进器。尤其是在直升飞机中力求达到相对更高的功率因数，即，kW/kg，从而提高直升飞机的负荷。
由DE3915526A1公知了一种复式电动机，其中空心转子在外部和内部转入旋转状态中并且由此与传统的电动机相比应该可以实现相对更高的功率。
由DE19856647A1公知了一种高扭矩电动机，其构造成多极数永磁体激励电机并且具有由熟铁制成的空心圆柱形转子，该转子在两侧上设置有永磁体并且同轴地布置在外定子和内定子之间且与放置在机器壳体中的轴可旋转地相连接。
由多个出版物中均公知了这种复式布置方式。例如，由CN1909340A，CN201113670Y，WO2007/024224A1或由JP3237295A公知了这种复式布置方式。
由EP1612415A2中公知了一种复式布置的风力发电机、一种用于船舶的驱动器等等以及一种与其相耦合的传动装置。
由WO09/143669AI中公知了一种带有双旋翼的直升飞机，其旋翼通过电动机驱动。
由WO2010/029113A2中公知了一种带有转子环的电驱动系统，在其上布置有用于驱动飞行运动设备的磁体。
由EP1931015A2中公知了一种用于飞行器的复式布置的驱动装置。
由US4259809中公知了一种用于飞机的驱动装置，其中驱动器通过行星齿轮装置使得螺旋桨运动。
由DE202008002249U1已知了一种直升飞机，该直升飞机具有复式布置的电动机作为驱动电动机。
由WO2010/017766A1已知了一种车辆、车轮-或运输装置，例如车辆、列车、飞行器或直升飞机，并具有发动机-发电机-组合。
在用于直升飞机的发动机或驱动器的迄今为止所公知的这些实施方式中的缺陷在于，上述理念尤其是对于直升飞机而言由于费用高昂的结构且进而由于驱动器的重量仅仅适用于某些情况。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于实现一种用于飞行器的旋翼、尤其是用于直升飞机的驱动器，在其驱动器的低自重的情况下输出了相对更高的功率。
通过根据权利要求1所述的电驱动器来实现所提出的目的的解决方案。
按照本发明，在复式布置中的电动机-电动机-以及尤其是行星齿轮装置被布置在一个共同的壳体中作为直升飞机或其它飞行器（例如，装有一个或多个发动机的螺旋桨飞机）的旋翼的驱动器。行星齿轮装置与电动机放置在一起。这减少了放置位置的数量并且由此实现了紧凑的驱动器。
电动机的尺寸由所需的转矩来决定。为此，直接驱动器、尤其是力矩电动机是尤为合适的。为了获得高效的利用的驱动系统，必需的是，以高转速、尤其是旋转＞10000l/min来运行电动机。由此尤其有利的是将转矩发动机与行星齿轮装置紧凑地组装在一起，从而尤其对于直升飞机的旋翼驱动器而言一方面获得所需的转矩而另一方面获得所需的转速。
为了额外地提高电动驱动器的利用率，电动机以复式布置方式实施。其中，位于气隙中的转子布置在外置的定子与内置的定子之间。在此之间布置有转子。
现在为了提高利用率，在要求更高利用率的情况下利用液体、尤其是油来冷却至少外部的定子、以及内部的定子。需要该油以用于额外地润滑行星齿轮装置。油是一种电绝缘材料并且由此也能直接环绕冲洗定子的绕组。通过油由此使得冷却非常有效，其原因在于热量一方面直接被热源吸收，并且另一方面还能以有利的方式同时形成了用于行星齿轮装置的润滑剂。由此仅仅需要一个油循环回路即可，该油循环回路围绕着定子和传动装置。通过在飞行器之中和/或之上的热交换器来实现油的再冷却。定子由此具有封装罩，该封装罩包围着定子的绕组或带有绕组、组合叠片和绕组头的整个定子等等。通过利用电动机的气隙输送空气来实现配备有永磁体的转子的冷却。
在另一种实施方式中，转子在电动机的真空中旋转，从而避免了空气摩擦损耗。
为了进一步降低损耗、尤其是转子中的涡流损耗而将永磁体构造成层状的。
定子的绕组在此设计成多相绕组，以有利的方式分别设计成三相绕组。
转子设计成空心的，其原因在于在其内部设有内置的定子。这种用作为永磁体的承载装置的空腔优选地表现为钟构造，该钟构造尤其在内置和外置的定子的主动部件的区域中设计成空心圆柱体。在此，无论是在空心圆柱体的外周面上还是在内周面上均布置有永磁体。根据有利的方式，在其上布置有永磁体的钟至少被分成两部分，这例如明显简化了转子在内置的定子和外置的定子之间的装配。
在转子的、由熟铁制成或具有纤维形式的芳香族聚酰胺的承载装置的圆周面上或在承载装置的轴向延伸的槽中设置有永磁体。承载装置既具有以电磁方式对应于内置的定子的永磁体、又具有外置的、也就是说以电磁方式对应于外置的定子的永磁体。
为了进一步提高电动机-行星齿轮装置的共同驱动装置的效率并且使其更容易保养，根据有利的方式将至少一个轴承结构设计成磁性轴承结构。
利用上述特征现在得到了一种用于具有特别为8KW/kg的单位功率重量的直升飞机的旋翼的驱动器。
附图说明
借助实施例对本发明以及本发明的其它有利的设计方案进行详细描述，图中示出：
图1示出了按原理示出的直升飞机；
图2示出了主旋翼的驱动器。
具体实施方式
图1示出了按原理示出的直升飞机20，其带有主旋翼23和尾桨22，该尾桨装配在尾梁21上。在此，“X”表现的是在其上布置有主旋翼23的驱动器1的部段。
图2示出了直升飞机20的主旋翼23的驱动器1的原理上的纵剖面。垂直设置的电动机2的转子6在其承载装置14的内侧及外侧上均具有永磁体13。
为了在离心力提高的情况下仍能够固定住永磁体13，根据有利的方式，永磁体或被仅仅布置在转子6的承载装置14的内侧上。
对此可替换的是将永磁体13布置在承载装置14的内侧上，该基本上与外置的定子4交替作用的永磁体在承载装置14的外侧上处在轴向延伸的槽中。
永磁体13分别被构造成层状的，从而减小涡流损耗。另外，永磁体13沿着其转子6的轴向走向被设置成倾斜的和/或分级的，从而实现对驱动器所输出的转矩进行均匀化处理。
该永磁体13与各个相对的定子4，5的绕组系统交替作用，从而使得驱动器1实现相对更高的转矩。从现在起，通过布置在电动机2的轴向的延长部中的行星齿轮装置3，借助旋翼轴9来驱动未详细示出的直升飞机的旋翼。
作为对于由齿轮构成的传统的行星齿轮装置的可替换方案，可通过永磁体实现具有相同功能、即提高转速的传动装置。该可替换方案避免了传动装置噪音并且无需保养和更换易损件。
无论是内置的定子5还是外置的定子4均是固定的并且分别具有层状的、优选地由夹层式金属片构成的组合叠片。
根据有利的方式，通过将在其上布置有永磁体13的磁性主动部分设计成空心圆柱体的方式，来将转子6的承载装置14设计成由多部分组成。转子6的、面向内置的定子5和外置的定子4的侧面的极数在此优选地是相同的。
在此情况下，转子6的轴承结构既设置在电动机2的背离驱动器1的侧面上，又设置在面向主旋翼23的侧面上。在电动机2和行星齿轮装置3之间的轴承结构由此以复式布置方式构成了行星齿轮装置3和电动机2的共同的轴承结构。
在此优选的是将电动机2和行星齿轮装置3布置在一个壳体中。这简化了驱动器1的结构并且由此允许该驱动器1的最后的预装配。
为了进一步提高驱动器1的效率，无论是内置的还是外置的定子4，5均具有油冷却。因此明显地通过适当的措施，例如，通过密封措施、如罐10，11来隔离电动机2的、转子6在其中运动的气隙12。至少绕组系统的绕组头8被罐10，11包围并且由此受到冷却。
在另一个实施方式中，罐也包围定子4，5的组合叠片、绕组头8以及绕组系统。
根据有利的方式，未详细示出的油冷却循环至少部分地也通过行星齿轮装置3进行引导并且在此及其它情况下被用来润滑和冷却齿轮。
为了进一步降低复式布置的驱动器的气隙12内的转子6的空气摩擦损耗，优选地在气隙12中设置有真空。
从现在起，利用所描述的驱动器1可在特别的约为8KW/kg的单位功率重量的情况下，实现在大约为2500l/min的情况下下具有大约200至300KW功率的直升飞机20的驱动系统。

Claims (10)

1.一种用于飞行器的电驱动器(1)，其中
电动机(2)以复式布置方式实施，其中，位于气隙(12)中的转子(6)具有处在承载装置(14)上的永磁体(13)，其中，所述电动机(2)的定子(4，5)和/或所述转子(6)具有冷却装置，
在被驱动的旋翼和所述电动机(2)之间，设置有行星齿轮装置(3)，所述行星齿轮装置设置在所述电动机(2)的轴向延长部中，
所述电动机(2)和所述行星齿轮装置(3)布置在一个共同的壳体中并且具有一个共同的轴承结构，所述共同的轴承结构布置在所述电动机(2)和所述行星齿轮装置(3)之间，
其中所述承载装置具有钟的构造，所述钟的构造在内置和外置的定子的主动部件的区域中设计成空心圆柱体，在所述空心圆柱体的外周面和内周面上布置有永磁体，在其上布置有所述永磁体的所述钟至少被分成两部分。
2.根据权利要求1所述的电驱动器(1)，其特征在于，所述飞行器带有至少一个直接由电动机(2)驱动的旋翼(23)的直升飞机(20)。
3.根据权利要求1所述的电驱动器(1)，其特征在于，所述转子(6)的所述承载装置(14)具有熟铁和/或芳香族聚酰胺。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电驱动器(1)，其特征在于，所述转子(6)的所述承载装置(14)设计成由多部分组成。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的电驱动器(1)，其特征在于，至少一个所述定子(4，5)设有用于冷却的油循环回路。
6.根据权利要求4所述的电驱动器(1)，其特征在于，至少一个所述定子(4，5)设有用于冷却的油循环回路。
7.根据权利要求5所述的电驱动器(1)，其特征在于，所述冷却至少涵盖了所述定子的绕组。
8.根据权利要求6所述的电驱动器(1)，其特征在于，所述冷却至少涵盖了所述定子的绕组。
9.根据权利要求5所述的电驱动器(1)，其特征在于，除了所述定子(4，5)以外，所述油循环回路还涵盖了所述行星齿轮装置(3)。
10.根据权利要求6所述的电驱动器(1)，其特征在于，除了所述定子(4，5)以外，所述油循环回路还涵盖了所述行星齿轮装置(3)。
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