CN103283126A

CN103283126A - 飞行器

Info

Publication number: CN103283126A
Application number: CN2011800363014A
Authority: CN
Inventors: 延斯·哈曼; 沃尔夫冈·沃尔特
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2013-09-04
Also published as: EP2413482A1; WO2012013645A3; US20130127284A1; WO2012013645A2

Abstract

本发明涉及一种飞行器，该飞行器具有螺旋桨（3）和作为螺旋桨（3）的驱动器的电动机（5），其中电动机（5）具有至少两个气隙（7，9）。

Description

飞行器

技术领域

本发明涉及一种飞行器，该飞行器具有螺旋桨。

背景技术

具有至少一个螺旋桨的飞行器例如是机翼式飞机或旋翼机。电能的存储效率进一步提高，从而将电动机用作用于飞行器的驱动器的方式越来越重要。在模型飞机中，经常已经使用了电驱动系统。飞机电动机可以作为多极数的20kW的无传动装置的发电机（磁极数=42）在极限转速为2500rpm时用在体现为小型飞行器的模型飞机中。在起动阶段中，这样的电动机也许可以达到大约3.6kW/kg的功率重量比。

发明内容

本发明的目的在于，改进电驱动的飞行器的有效功率。这不仅涉及模型飞机，而且例如也涉及直升飞机、运输机、客机、无人机等。这种飞行器也可以配备有作为驱动装置的电动机。

该目的特别根据权利要求1至7来实现。

永磁激励的电机和直升飞机-主螺旋桨可以在一种飞行器的设计方案中共同被支撑。共同的轴承结构例如可以使得重量相对于各个结构单元的单个轴承结构的重量而减小。电机的尺寸通过转矩来确定。为了获得高转矩效率而构想出一种多极数的电机，其中这些极的直径较大。为了提高利用率，将该电机以复式布置方式进行布置。位于外部的定子和位于内部的定子例如可以借助于油来冷却。

电动机的转子（）例如可以具有罩形式。在转子上设有耐高温的永磁体。永磁体例如可以是分层的。由此可以实现该目的，即产生尽可能小的涡流损耗。

电动机的气隙和/或永磁体可以利用空气来冷却。如果定子、即特别是两个定子系统具有油冷却器，那么该定子相对于永磁激励的转子系统密封。

在飞行器的一个设计方案中，该飞行器具有磁性轴承。因此可以提升电驱动器的效率。这个或这些磁性轴承在一个实施方式中被构想为被调节的磁性轴承。

例如可这样设计电动的直升飞机主螺旋桨，即驱动系统具有的功率大约为723kW

额定点处于功率（542kW）的75%，并且在效率和功率重量比方面进行优化。额定力矩相应于14.1kNm。

在飞行器的一个设计方案中，对其这样设计，即得出8kW/kg的特定的功率重量比。由此可以采取不同的措施，这些措施例如在下面列出，其中这些措施是单独的或者能以任意的变化进行组合：

-布置在外部和内部的定子（复式布置方式的多相的永磁激励的同步电机）；

-一个或两个定子的油冷却器，在内部和外部具有相对于气隙的密封件；

-转子（Rotor）设计为罩，其具有高强度的碳（Carbon）/合成纤维（Kevlar），其中耐高温的永磁体嵌入转子中；

-转子罩固定在主螺旋桨轴上，并且被螺旋桨轴承结构支撑；

-可替换地，主轴承和止推轴承作为被调节的磁轴承结构，以便改进效率并且调节对于轴承的干扰力矩和并且使噪声最小化；

-转子在空气中运行并且被空气冷却；永磁体的涡流损耗和外定子的内表面以及内定子的外表面的辐射损耗可被外部冷却的空气导流排出；

-转子具有溅油冷却器；

-少量的部件通过转子和螺旋桨轴的共同的轴承结构实现；

-通过取消传动装置可实现节省重量（例如大约200kg）；

-紧凑的结构类型和因此较小的损耗和/或较小的位置需求；

-定子的绕组系统设计具有MICALASTIC T（热量级200摄氏度）；

对于定子板件应用低损耗的夹层式板件；和

-扁股绕组（起到抗高表面效应的作用）。

具有723kW

的峰值功率的永磁激励的电机大略上可以如下示出地这样设计用于直升飞机：

气隙直径大约为1.1m；

极距50mm；

大约35个极对；

定子高度大约为150mm；

定子宽度-环形宽度大约为120mm；

气隙大约为6mm；和

电基本频率大约为365/60x35=213Hz。

内定子+外定子+永磁体的重量可以在上述数据的基础上合计为大约100kg。因此得出功率重量比为723kW/100kg=7.23kW/kg。

以对上述特殊的设计方案进行常规的并且原理上的观察方式，飞行器因此可以具有螺旋桨和作为螺旋桨的驱动器的电动机，其中电动机具有至少两个气隙。也可这样设计飞行器，即该飞行器具有多个螺旋桨。在直升飞机中，这例如是主旋翼和尾桨。螺旋桨在此可以具有一个或多个旋转叶片。

在飞行器的一个设计方案中，电动机具有弧形的直线电动机部段。

利用将电动机分段可以实现不同的优点。该分段可以实现冗余的目的。这例如在多个变频器运行时得以实现，从而在电机的一个或多个部段发生故障时仍能以减小的功率运行。

可这样设计电动机的转子，即该转子具有永磁体。永磁体例如盘形或环形地布置。

在飞行器的另一个设计方案中，电动机的转子、也就是说电动机的转子机械地与螺旋桨的轴连接，其中连接件具有纤维增强的塑料。

在飞行器的另一个设计方案中，轴借助于第一轴承和第二轴承支撑，其中转子也通过第一和第二轴承支撑。

在飞行器的另一个设计方案中，气隙的对称轴相应于螺旋桨的旋转轴。

附图说明

以下示例性地根据附图说明本发明。在此示出：

图1示出直升飞机的局部剖面图；

图2示出定子环和转子；

图3示出定子的俯视图；和

图4示出定子的透视图。

具体实施方式

根据图1的附图示出了螺旋桨3，该螺旋桨通过轴1与作为螺旋桨3的驱动器的电动机5耦合。电动机5具有第一定子23和第二定子25，其中第一定子23和第二定子25设计为圆形或环形。第一定子23可以被称为内定子，其中第二定子可以被称为外定子。在定子23和25之间存在气隙27和29。定子23和25具有绕组，并且进而也具有绕组端部17。

转子9设计为罩形并且在端部区域中具有永磁体26。转子9具有与轴1相连的机械连接部，其中该轴朝向于直升飞机壳体（顶盖）6，借助于用于螺旋桨和电机的主轴承7支撑。此外，轴1通过止推轴承8支撑。轴1具有旋转轴25，其中该旋转轴与对称轴和/或转子9的旋转轴一致。

在直升飞机的顶盖6上安装有电动机5的壳体11。

内定子环23和/或外定子环25可以借助于油冷却。转子9的永磁体26可以是分层的并且嵌入碳罩（Carbonhaube）和/或合成纤维罩（Kevlarhaube）中。此外，利用油冷却的、具有共同的螺旋桨轴承结构的双定子电机除了良好的冷却特性以外也具有良好的功率-重量比例，这是因为电机和螺旋桨被共同支撑。

根据图2的附图示意性示出了简单的定子环31和32的布局，其中设置有碳纤维增强的转子盘33。与图1相反地，在图2中转子并不再是罩形的，而是盘形的。

根据图3的附图从另一个视角示出了根据图2的定子环31。这样构造的电动机运用了横向磁通原理。这意味着，在飞行器的设计方案中，该飞行器具有横向磁通电机作为用于螺旋桨的驱动器。该电机可以构造为两相的或三相的。

根据图4的附图部分地示出了横向磁通电机的定子的透视图，其具有用于定子的绕组35的齿37和绕线槽34。绕组可以在该电机中、但也可以在其他类型的电机中示例性地具有金属复合材料。环形绕组还可以这样设计，即该环形绕组是内部空心的并且例如可以这样在内部通过水来冷却。作为用于这种绕组的材料，可以应用铜/铝合金。

Claims

1.一种飞行器，所述飞行器具有螺旋桨（3）和作为所述螺旋桨（3）的驱动器的电动机（5），其中所述电动机（5）具有至少两个气隙（7，9）。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其中所述电动机（5）具有弧形的直线电动机部段。

3.根据权利要求1或2所述的飞行器，其中所述电动机（5）的转子（11）具有永磁体（13）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的飞行器，其中所述转子（11）机械地与所述螺旋桨（3）的轴（15）连接，其中连接件（17）具有纤维增强的塑料。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的飞行器，其中第一轴承（21）和第二轴承（23）支撑所述轴（15），其中所述转子（11）通过所述第一和第二轴承（21，23）支撑。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的飞行器，其中所述气隙（7，9）的对称轴相应于所述螺旋桨（3）的旋转轴（25）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的飞行器，其中设有磁性轴承，用于支撑所述螺旋桨（3）和/或所述电动机（5）。