DE102017215269A1

DE102017215269A1 - Electric motor, drive system and method for driving single propellers of a double propeller system

Info

Publication number: DE102017215269A1
Application number: DE102017215269.9A
Authority: DE
Inventors: Guido Wortmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb basierend auf einem Elektromotorkonzept zum Antreiben eines Doppelpropellers, insbesondere eines gegenläufigen Doppelpropellers. Der Elektromotor weist einen Stator und einen Rotor auf, die beide um eine gemeinsame Rotationsachse rotierbar sind, insbesondere gegenläufig, wobei einer der Propeller drehfest mit dem Stator und der andere Propeller drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Es werden also beide Stufen des Doppelpropellers über einen einzigen Elektromotor angetrieben.The invention relates to a drive based on an electric motor concept for driving a double propeller, in particular a counter-rotating double propeller. The electric motor has a stator and a rotor, which are both rotatable about a common axis of rotation, in particular in opposite directions, one of the propellers rotatably connected to the stator and the other propeller rotatably connected to the rotor. Thus, both stages of the double propeller are driven by a single electric motor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb basierend auf einem Elektromotorkonzept zum Antreiben eines Doppelpropellers, insbesondere eines gegenläufigen Doppelpropellers. Dabei ist davon auszugehen, dass der Begriff „Doppelpropellersystem“ auch ein System aus zwei entsprechend angeordneten sog. „Fans“ einer Turbine umfassen soll und nicht auf den klassischen Propeller bzw. Doppelpropeller eingeschränkt sein soll.The invention relates to a drive based on an electric motor concept for driving a double propeller, in particular a counter-rotating double propeller. It should be assumed that the term "double propeller system" should also include a system of two correspondingly arranged so-called "fans" of a turbine and should not be limited to the classic propeller or double propeller.

In der Luftfahrt werden häufig Propeller zur Vortriebserzeugung des Luftfahrzeugs eingesetzt. Hierbei und insbesondere im Rahmen der hier vorgestellten Lösung soll der Begriff „Propeller“ sowohl den klassischen Propeller umfassen, der bspw. an den Flügeln des Luftfahrzeugs angeordnet ist und von einem Verbrennungs- oder Elektromotor angetrieben wird, um Vortrieb zu erzeugen, als auch die in der Regel als „Fan“ bezeichnete Vorrichtung, die insbesondere in Strahltriebwerken zum Einsatz kommt und dort, bspw. im Falle eines Mantelstromtriebwerks, den für die Vortriebserzeugung wesentlichen Mantelstrom erzeugt. Der klassische Propeller wie auch der Fan sind grundsätzlich vergleichbar aufgebaut und umfassen in der Regel mehrere Flügel bzw. Blätter, die sich in einer Längsrichtung erstrecken und die derart um eine Welle herum angeordnet sind, dass die Längsrichtung in bzgl. der Welle radialer Richtung orientiert ist.In aviation propellers are often used to propel the aircraft. Here, and in particular in the context of the solution presented here, the term "propeller" should include both the classic propeller, which is arranged, for example, on the wings of the aircraft and is driven by a combustion or electric motor to generate propulsion, as well as in usually referred to as a "fan" device, which is used in particular in jet engines and there, for example. In the case of a turbofan engine, generates the essential for the propulsion generation sheath flow. The classic propeller as well as the fan are basically constructed in a comparable manner and usually comprise a plurality of blades or blades which extend in a longitudinal direction and which are arranged around a shaft such that the longitudinal direction is oriented with respect to the shaft radial direction ,

Diese in der Luftfahrt zur Vortriebserzeugung eingesetzten Propellersysteme sind häufig einstufig ausgeführt, umfassen also lediglich einen Propeller bzw. einen Fan. Es wird jedoch auch an Doppelpropellerantrieben gearbeitet, also an zweistufigen Systemen, bei denen zwei in Richtung der Rotationsachse gesehen hintereinander angeordnete Einzelpropeller von einem oder mehreren Motoren angetrieben werden. Derartige Systeme umfassen neben Propellern und Motor auch noch weitere Komponenten zum Antreiben der Propeller, bspw. Getriebe sowie Wellen zum Übertragen der vom Motor erbrachten Leistung auf die Einzelpropeller. Die Einzelpropeller werden in der Regel insbesondere wegen der vorteilhaften Auswirkung auf das Gesamtdrehmoment der Anordnung aufgrund der Rotationen der Propeller gegenläufig betrieben, d.h. im Betrieb der Anordnung rotiert einer der Propeller im Uhrzeigersinn, während gleichzeitig der andere Propeller gegen diesen Uhrzeigersinn dreht. Neben dem im Idealfall kompensierten Drehmoment liegen weitere Vorteile des Betriebs zweier gegenläufig rotierender Propeller in einem verbesserten Luftströmungsverhalten und einem erhöhten Wirkungsgrad, da die in Strömungsrichtung der Luft gesehen zweite bzw. hintere Stufe des zweistufigen Systems die Wirbelenergie der ersten bzw. vorderen Stufe nutzen kann.These propeller systems used in aviation for propulsion generation are often designed in one stage, ie only comprise a propeller or a fan. However, double propeller drives are also used, ie two-stage systems in which two individual propellers arranged one behind the other in the direction of the rotation axis several motors are driven. Such systems include not only propellers and engine but also other components for driving the propeller, for example. Transmission and shafts for transmitting the power provided by the engine on the single propeller. The single propellers are typically operated in opposite directions, in particular because of the beneficial effect on the overall torque of the assembly due to the rotations of the propellers, i. during operation of the assembly, one of the propellers rotates clockwise while simultaneously rotating the other propeller counterclockwise. In addition to the ideally compensated torque are further advantages of operating two counter-rotating propeller in an improved air flow behavior and increased efficiency, as seen in the flow direction of the air second or rear stage of the two-stage system can use the vortex energy of the first and front stage.

Grundsätzlich ist es insbesondere in der Luftfahrt von besonderem Interesse, dass das Antriebsystem eine hohe Leistungsdichte aufweist, welche die von der Maschine erbringbare Leistung ins Verhältnis zu ihrem Gewicht setzt und in der Regel in kW/kg angegeben wird. Die Leistungsdichte kann durch eine Erhöhung der erbringbaren Leistung der elektrischen Maschine und/oder durch eine Reduzierung des Gewichts der Maschine erhöht werden. Insbesondere für die oben eingeführten gegenläufigen Doppelpropellerantriebe werden jedoch typischerweise komplexe, mehrstufige Getriebe benötigt, so dass die Antriebe aufgrund der sich ergebenden Komplexität und der benötigten Komponenten ein hohes Gewicht aufweisen, was sich negativ auf die Leistungsdichte niederschlägt. Desweiteren sind aktuelle Antriebe für gegenläufige Doppelpropeller sehr wartungsintensiv.In particular, it is of particular interest in aviation, in particular, that the drive system has a high power density, which sets the power that can be generated by the machine in relation to its weight and is usually specified in kW / kg. The power density can be increased by increasing the deliverable power of the electric machine and / or by reducing the weight of the machine. However, especially for the counter-rotating double propeller drives introduced above, complex multi-stage transmissions are typically required so that the drives are heavy due to the resulting complexity and components required, which negatively impacts on power density. Furthermore, current drives for counter-rotating double propellers are very maintenance-intensive.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antrieb für ein Doppelpropellersystem der eingangs genannten Art mit gegenläufig rotierbaren Einzelpropellern vorzuschlagen, der eine erhöhte Leistungsdichte aufweist.It is therefore an object of the present invention to propose a drive for a double propeller system of the type mentioned above with counter-rotating individual propellers, which has an increased power density.

Diese Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 beschriebenen Elektromotor, das in Anspruch 7 beschriebene Antriebssystem sowie das in Anspruch 10 angegebene Verfahren gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen.This object is achieved by the electric motor described in claim 1, the drive system described in claim 7 and the method specified in claim 10. The subclaims describe advantageous embodiments.

Der Elektromotor zum Antreiben eines Doppelpropellersystems eines Antriebs für ein Luftfahrzeug umfasst zumindest einen ersten und einen zweiten Propeller. Die Propeller sind unabhängig voneinander um eine gemeinsame Achse drehbar. Der Elektromotor weist eine erste Komponente, bspw. einen Rotor, zum Antreiben des ersten Propellers und eine zweite Komponente, bspw. einen Stator, zum Antreiben des zweiten Propellers auf. Sowohl die erste Komponente als auch die zweite Komponente sind um die gemeinsame Achse rotierbar und konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die erste Komponente weist erste magnetische Mittel auf, bspw. Permanentmagnete, und die zweite Komponente weist zweite magnetische Mittel auf, bspw. bestrombare Wicklungen, wobei die erste und die zweite Komponente mit den ersten und zweiten magnetischen Mitteln derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die ersten und zweiten magnetischen Mittel im Betriebszustand des Elektromotors derart miteinander in elektromagnetische Wechselwirkung treten, dass die erste Komponente und die zweite Komponente sowohl relativ zueinander, insbesondere gegenläufig, als auch relativ zu einem äußeren, feststehenden Koordinatensystem KS rotieren können und sie so die Propeller gegenüber dem äußeren Koordinatensystem in Rotation versetzen. Das Luftfahrzeug weist also einen Elektromotor auf, dessen Rotor und Stator zueinander gegenläufig rotierbar sind. Dies ermöglicht, dass beide Stufen des Doppelpropellers über einen einzigen Elektromotor angetrieben werden können.The electric motor for driving a double propeller system of an aircraft engine comprises at least a first and a second propeller. The propellers are independently rotatable about a common axis. The electric motor has a first component, for example a rotor, for driving the first propeller and a second component, for example a stator, for driving the second propeller. Both the first component and the second component are rotatable about the common axis and are arranged concentrically with each other. The first component comprises first magnetic means, for example permanent magnets, and the second component has second magnetic means, for example energizable windings, wherein the first and second components are arranged and configured with the first and second magnetic means such that the first and second magnetic means in the operating state of the electric motor so interact with each other in electromagnetic interaction that the first component and the second component both relative to each other, in particular in opposite directions, as well as relative to an outer stationary coordinate system KS can rotate and they so the propeller against the set the outer coordinate system in rotation. The aircraft thus has an electric motor whose rotor and stator are mutually rotatable in opposite directions. This allows both stages of the double propeller to be driven by a single electric motor.

Wie bereits erwähnt ist die erste Komponente ein Rotor und die ersten magnetischen Mittel sind Magnetfeld erzeugende Permanentmagnete. Die zweite Komponente ist ein Stator und die zweiten magnetischen Mittel sind Wicklungen eines Statorwicklungssystems des Stators, wobei die zweiten magnetischen Mittel von einer Stromquelle mit elektrischem Strom versorgbar sind, so dass sie, sobald sie von elektrischem Strom durchflossen sind, entsprechende Magnetfelder erzeugen. As already mentioned, the first component is a rotor and the first magnetic means are magnetic field generating permanent magnets. The second component is a stator and the second magnetic means are windings of a stator winding system of the stator, wherein the second magnetic means are powered by a current source so as to generate corresponding magnetic fields once they have been traversed by electric current.

Die Magnetfelder der Permamentmagnete und die Magnetfelder der Statorwicklungen wechselwirken miteinander und realisieren so die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den ersten und zweiten magnetischen Mitteln, was bekanntermaßen in der Erzeugung des Drehmoments des Elektromotors resultiert.The magnetic fields of the permanent magnets and the magnetic fields of the stator windings interact with each other to realize the electromagnetic interaction between the first and second magnetic means, which is known to result in the generation of the torque of the electric motor.

Der Motor weist eine erste Welle zur Verbindung des Elektromotors mit dem ersten Propeller und eine zweite Welle zur Verbindung des Elektromotors mit dem zweiten Propeller auf. Die ersten Komponente ist drehfest mit der ersten Welle verbunden und die zweite Komponente ist drehfest mit der zweiten Welle verbunden. Die Wellen sind derart koaxial zueinander angeordnet, dass eine der Wellen innerhalb der anderen Welle verläuft. In axialer Richtung gesehen ist der zweite Propeller zwischen dem ersten Propeller und dem Elektromotor angeordnet. Die zweite Welle ist als Hohlwelle mit einem Hohlraum ausgebildet und die erste Welle ist radial innerhalb der zweiten Welle in dem Hohlraum angeordnet. Hiermit ist als ein platzsparendes System geschaffen, das den gleichzeitigen und voneinander unabhängigen Antrieb der beiden Propeller erlaubt.The motor has a first shaft for connecting the electric motor to the first propeller and a second shaft for connecting the electric motor to the second propeller. The first component is non-rotatably connected to the first shaft and the second component is non-rotatably connected to the second shaft. The shafts are arranged coaxially with each other such that one of the shafts extends within the other shaft. As seen in the axial direction, the second propeller is arranged between the first propeller and the electric motor. The second shaft is formed as a hollow shaft with a cavity and the first shaft is disposed radially inside the second shaft in the cavity. Hereby is created as a space-saving system that allows the simultaneous and independent drive of the two propellers.

Die genannte Stromquelle steht bezüglich des Koordinatensystems KS fest und der elektrische Strom wird von der Stromquelle über einen Schleifring an der zweiten Welle zu den zweiten magnetischen Mitteln übertragen.Said current source is fixed with respect to the coordinate system KS and the electric current is transmitted from the power source via a slip ring on the second shaft to the second magnetic means.

Ein entsprechendes Antriebssystem zum Erzeugen von Vortrieb für eine Luftfahrzeug weist neben dem beschriebenen Elektromotor mit rotierendem Rotor und gegenrotierendem Stator ein von dem Elektromotor antreibbares Doppelpropellersystem mit dem ersten und dem zweiten Propeller auf. Das Luftfahrzeug ist also mit einem solchen Antriebssystem ausgestattet. In einer Ausführung umfasst das Flugzeug ein klassisches Doppelpropellersystem und in einer anderen Ausführung umfasst das Flugzeug eine Turbine, bspw. ein Strahltriebwerk, dessen Fan als derartiges, von dem beschriebenen Elektromotor angetriebenes Doppelpropellersystem ausgebildet ist.A corresponding drive system for generating propulsion for an aircraft has, in addition to the described electric motor with rotating rotor and counter rotating stator, a double propeller system drivable by the electric motor with the first and the second propeller. The aircraft is thus equipped with such a drive system. In one embodiment, the aircraft comprises a classic double propeller system and in another embodiment, the aircraft comprises a turbine, for example a jet engine, the fan of which is designed as such a double propeller system driven by the described electric motor.

Jeder der Propeller weist eine Verstelleinrichtung zum Verstellen von Anstellwinkeln von Propellerblättern des jeweiligen Propellers mittels Drehung des jeweiligen Propellerblattes um seine Längsachse auf. Idealerweise ist eine Steuerung zum Steuern der Verstelleinrichtungen zum Einstellen der Anstellwinkel der Propellerblätter vorgesehen, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um die Anstellwinkel der Propellerblätter derart einzustellen, dass im stationären Betrieb des Antriebssystems beide Propeller das gleiche Drehmoment benötigen und im nicht-stationären Betrieb, insbesondere zur Beschleunigung des Luftfahrzeugs, der Elektromotor mehr Drehmoment zur Verfügung stellt, als die Propeller benötigen. Hiermit kann die Vortriebsleistung sowie das Lastmoment des jeweiligen Propellers individuell eingestellt und so ein optimaler Betrieb des Antriebssystems gewährleistet werden.Each of the propellers has an adjusting device for adjusting pitch angles of propeller blades of the respective propeller by means of rotation of the respective propeller blade about its longitudinal axis. Ideally, a controller for controlling the adjusting means for adjusting the pitch of the propeller blades is provided, wherein the controller is adapted to adjust the pitch of the propeller blades such that in stationary operation of the drive system both propellers require the same torque and in non-stationary operation, in particular To speed up the aircraft, the electric motor provides more torque than the propellers need. Hereby, the propulsive power as well as the load moment of the respective propeller can be adjusted individually and so an optimal operation of the drive system can be guaranteed.

Zum Antreiben der Einzelpropeller des Doppelpropellersystems zum Erzeugen von Vortrieb für das Luftfahrzeug wird also der erste Propeller von der ersten Komponente des Elektromotors angetrieben und der zweite Propeller wird von der zweiten Komponente des Elektromotors angetrieben. Die magnetischen Mittel der ersten Komponente wechselwirken mit den magnetischen Mitteln der zweiten Komponente derart elektromagnetisch, dass die erste Komponente und die zweite Komponente sowohl gegenläufig um eine gemeinsame Rotationsachse als auch bezüglich des äußeren, feststehenden Koordinatensystem KS rotieren. So versetzen sie die Einzelpropeller zur Erzeugung des Vortriebs gegenüber dem äußeren Koordinatensystem KS in Rotation. Zum Einstellen von Lastmomenten der Einzelpropeller und/oder von Vortriebsleistung des Doppelpropellersytems werden die Blätter der Einzelpropeller um ihre jeweiligen Längsachsen gedreht. Dabei werden die Blätter je nach gewünschtem Betriebszustand des Antriebssystems eingestellt. Im stationären Betrieb werden die Blätter derart eingestellt, dass beide Einzelpropeller das gleiche Drehmoment benötigen. Im nicht-stationären Betrieb, insbesondere zur Beschleunigung des Luftfahrzeugs, werden die Blätter derart eingestellt, dass der Elektromotor mehr Drehmoment zur Verfügung stellt, als die Einzelpropeller benötigen. In beiden Betriebsarten wird der Effekt verwendet, dass das Drehen der Blätter um die Längsachsen eine Veränderung der Anstellwinkel und damit eine Veränderung des Lastmoments bewirkt.For driving the single propeller of the double propeller system for generating propulsion for the aircraft so the first propeller is driven by the first component of the electric motor and the second propeller is driven by the second component of the electric motor. The magnetic means of the first component interact electromagnetically with the magnetic means of the second component such that the first component and the second component both rotate in opposite directions about a common axis of rotation and with respect to the outer fixed coordinate system KS. So they put the single propeller to generate the propulsion against the outer coordinate system KS in rotation. For adjusting load moments of the single propeller and / or propulsive power of the double propeller system, the blades of the single propellers are rotated about their respective longitudinal axes. The blades are adjusted depending on the desired operating state of the drive system. In stationary operation, the blades are adjusted so that both single propellers require the same torque. In non-stationary operation, in particular for accelerating the aircraft, the blades are adjusted so that the electric motor provides more torque than the individual propellers require. In both modes, the effect is used that the rotation of the blades around the longitudinal axes causes a change in the angle of attack and thus a change in the load torque.

Mit dem Begriff „elektromagnetische Wechselwirkung“ ist die bei einem Elektromotor bekannte Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der magnetischen Mittel des Rotors, bspw. Permanentmagnete, und den magnetischen Mitteln des Stators, bspw. stromdurchflossene Spulen, gemeint, aufgrund derer der Elektromotor sein Drehmoment entwickelt.The term "electromagnetic interaction" is the known in an electric motor interaction between the magnetic fields of the magnetic means of the rotor, for example. Permanent magnets, and the magnetic means of Stators, for example, current-carrying coils, meant, due to which the electric motor develops its torque.

Eine „drehfeste“ Verbindung zweier Komponenten, bspw. eines Rotors mit einer Welle, soll sich dadurch auszeichnen, dass sich eine Rotation einer der Komponenten grundsätzlich auf die andere Komponente überträgt. Gleiches gilt für den Fall, dass eine der Komponenten abgebremst wird. In diesem Fall wird aufgrund der drehfesten Verbindung auch die jeweils andere Komponente gebremst. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Rotationsfrequenzen bzw. Drehzahlen zweier drehfest miteinander verbundener Komponenten stets identisch sind.A "non-rotatable" connection of two components, for example a rotor with a shaft, should be distinguished by the fact that a rotation of one of the components basically transfers to the other component. The same applies in the event that one of the components is braked. In this case, the other component is also braked due to the rotationally fixed connection. It can be assumed that the rotational frequencies or rotational speeds of two rotatably connected components are always identical.

Die Vorteile der hier vorgeschlagenen Lösung ergeben sich bspw. aus der Verwendung eines Elektromotors im gegenläufigen Zwei-Wellen-Betrieb zum Antrieb einer zweistufigen Propeller- bzw. Fan-Konfiguration, sowie aus der Möglichkeit der Regelung des Elektromotors in Kombination mit der Propellerverstellung. Aufgrund der reduzierten Anzahl von Komponenten des Antriebssystems als Ganzes wird das System weniger komplex und wie bereits erwähnt auch leichter. Aus dem gleichen Grund erhöht sich auch die Ausfallsicherheit. Wartung und Verfügbarkeit des Antriebssystems verbessern sich aufgrund des Verzichts auf ein Getriebe. Durch die Möglichkeit, die beiden Propeller individuell und unabhängig voneinander zu steuern, kann das System außerdem stets beim optimalen Betriebspunkt verwendet werden.The advantages of the solution proposed here arise, for example, from the use of an electric motor in the opposite two-shaft operation for driving a two-stage propeller or fan configuration, as well as the possibility of regulating the electric motor in combination with the propeller adjustment. Due to the reduced number of components of the drive system as a whole, the system becomes less complex and, as already mentioned, also lighter. For the same reason, the reliability increases. Maintenance and availability of the drive system improve due to the absence of a gearbox. The ability to control the two propellers individually and independently allows the system to always be used at the optimum operating point.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung.Further advantages and embodiments will become apparent from the drawings and the corresponding description.

Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort werden gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Es ist daher möglich, dass sich bei der Beschreibung einer zweiten Figur zu einem bestimmten Bezugszeichen, welches bereits im Zusammenhang mit einer anderen, ersten Figur erläutert wurde, keine näheren Erläuterungen finden. In einem solchen Fall kann bei der Ausführungsform der zweiten Figur davon ausgegangen werden, dass die dort mit diesem Bezugszeichen gekennzeichnete Komponente auch ohne nähere Erläuterung im Zusammenhang mit der zweiten Figur die gleichen Eigenschaften und Funktionalitäten aufweist, wie im Zusammenhang mit der ersten Figur erläutert.In the following the invention and exemplary embodiments will be explained in more detail with reference to drawings. There, the same components in different figures are identified by the same reference numerals. It is therefore possible that in the description of a second figure for a particular reference, which has already been explained in connection with another, the first figure, no further explanation. In such a case, it can be assumed in the embodiment of the second figure that the component identified there by this reference symbol also without further explanation in connection with the second figure has the same properties and functionalities as explained in connection with the first figure.

Es zeigen:

1 eine bekannte elektrische Maschine,
2 ein Antriebssystem mit einem Doppelpropellersystem und einem dieses antreibenden Elektromotor.

Show it:

1 a known electric machine,
2 a propulsion system with a double propeller system and an electric motor driving this.

Es sei angemerkt, dass sich Begriffe wie „axial“, „radial“, „tangential“ bzw. „in Umfangsrichtung“ etc. auf die in der jeweiligen Figur bzw. im jeweils beschriebenen Beispiel zum Einsatz kommende Welle bzw. Achse beziehen. Mit anderen Worten beziehen sich die Richtungen axial, radial, tangential stets auf eine Drehachse des Rotors. Dabei beschreibt „axial“ eine Richtung parallel zur Rotationsachse, „radial“ beschreibt eine Richtung orthogonal zur Rotationsachse, auf diese zu oder auch von ihr weg, und „tangential“ ist eine Bewegung bzw. Richtung, die in konstantem radialen Abstand zur Rotationsachse und bei konstanter Axialposition kreisförmig um die Rotationsachse herum gerichtet ist.It should be noted that terms such as "axial", "radial", "tangential" or "in the circumferential direction" etc. refer to the shaft or axle used in the respective figure or in the example described in each case. In other words, the directions always relate axially, radially, tangentially to an axis of rotation of the rotor. In this case, "axially" describes a direction parallel to the axis of rotation, "radial" describes a direction orthogonal to the axis of rotation, toward or away from it, and "tangential" is a movement or direction that is at a constant radial distance from the axis of rotation and at constant axial position is directed in a circle around the rotation axis around.

Konkret sei desweiteren angemerkt, dass sich die axiale Richtung in den hier aufgeführten Beispielen entlang der Rotationsachse vom Propeller in Richtung des Elektromotors erstreckt.Specifically, it should be noted that the axial direction extends in the examples listed here along the axis of rotation of the propeller in the direction of the electric motor.

Die 1 zeigt exemplarisch eine als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschine 100. Es sei erwähnt, dass die elektrische Maschine 100 in ähnlichem Aufbau grundsätzlich auch als Generator betrieben werden kann. Weiterhin sei angemerkt, dass der Aufbau der im Folgenden beschriebenen Maschine stark vereinfacht ist und insbesondere die im Zusammenhang mit den weiteren Figuren erläuterten Details nicht zeigt, sondern lediglich zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Elektromotors dient. Es kann als bekannt vorausgesetzt werden, dass je nach Ausbildung der elektrischen Maschine als Generator oder als Elektromotor und/oder als bspw. Radial- oder Axialflussmaschine mit einem als Innen- oder auch als Außenläufer ausgebildeten Rotor etc. die verschiedenen Komponenten der Maschine unterschiedlich angeordnet sein können. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf das im Folgenden dargestellte erfindungsgemäße Prinzip.The 1 shows an example of an electric motor designed as an electric motor 100 , It should be noted that the electric machine 100 basically can be operated as a generator in a similar structure. Furthermore, it should be noted that the structure of the machine described below is greatly simplified and in particular does not show the details explained in connection with the other figures, but merely serves to illustrate the operation of the electric motor. It can be assumed as known that depending on the design of the electric machine as a generator or as an electric motor and / or as, for example. Radial or axial flow machine with a formed as an internal or external rotor rotor, etc., the various components of the machine may be arranged differently can. However, this has no influence on the inventive principle presented below.

Der Elektromotor 100 weist einen Stator 120 sowie einen als Innenläufer ausgebildeten Rotor 110 auf, wobei der Rotor 110 innerhalb des Stators 120 angeordnet ist und im Betriebszustand des Elektromotors 100 um eine Rotationsachse rotiert. Der Rotor 110 ist drehfest mit einer Welle 130 verbunden, so dass eine Rotation des Rotors 110 über die Welle 130 auf eine nicht dargestellte anzutreibende Komponente, bspw. auf ein Propellersystem 200 eines Flugzeugs, übertragbar ist. Es sei erneut darauf hingewiesen, dass der Begriff „Propellersystem“ auch den in einer Flugzeugturbine integrierten sog. „Fan“ umfasst.The electric motor 100 has a stator 120 and a rotor formed as an inner rotor 110 on, with the rotor 110 inside the stator 120 is arranged and in the operating state of the electric motor 100 rotated about a rotation axis. The rotor 110 is non-rotatable with a shaft 130 connected, leaving a rotation of the rotor 110 over the wave 130 on a not shown driven component, for example. On a propeller system 200 an aircraft is transferable. It should again be pointed out that the term "propeller system" also includes the so-called "fan" integrated in an aircraft turbine.

Der Elektromotor 100 der 1 soll rein exemplarisch als zweiphasiger Motor 100 ausgebildet sein. Der Stator 120 weist zwei Statorwicklungssysteme 121U, 121V auf, die jeweils zwei magnetische Mittel 122U, 122V umfassen, die bspw. als Statorwicklungen 122 realisiert sein können. Jede der Wicklungen 122 wird durch einen elektrischen Leiter gebildet, der im Betriebszustand des Elektromotors 100 von einem elektrischen Strom durchflossen wird. Dabei soll im hier gezeigten Beispiel ein 2-Phasen-Wechselstrom U, V Verwendung finden, wobei jeweils eine der Phasen U, V den Wicklungen 122U, 122V eines jeweiligen Statorwicklungssystems 121U, 121V zugeführt wird. Der Rotor 110 weist ebenfalls magnetische Mittel 111 auf, die bspw. als Permanentmagnete 111 oder alternativ als erregte bzw. erregbare Wicklungen ausgebildet sein können. Im Folgenden wird angenommen, dass es sich um Permanentmagnete 111 handelt. Die Statorwicklungssysteme 121U, 121V und der Rotor 110, d.h. konsequenterweise und insbesondere die Statorwicklungen 122U, 122V und die Permanentmagnete 111, sind derart ausgebildet und durch einen Luftspalt voneinander beabstandet zueinander angeordnet, dass sie im Betriebszustand des Elektromotors 100 elektromagnetisch miteinander wechselwirken. Dieses Konzept einschließlich der Bedingungen für die Ausbildung und genaue Anordnung der magnetischen Mittel 111, 122U, 122V bzw. von Rotor 110 und Statorwicklungssystemen 121U, 121V sind an sich bekannt und werden daher im Folgenden nicht näher erläutert. The electric motor 100 of the 1 is purely exemplary as a two-phase engine 100 be educated. The stator 120 has two stator winding systems 121U . 121V on, each two magnetic means 122U . 122V include, for example, as stator windings 122 can be realized. Each of the windings 122 is formed by an electrical conductor which is in the operating state of the electric motor 100 is traversed by an electric current. Here, in the example shown here, a 2-phase alternating current U . V Use, wherein in each case one of the phases U . V the windings 122U . 122V a respective stator winding system 121U . 121V is supplied. The rotor 110 also has magnetic means 111 on, for example, as permanent magnets 111 Alternatively, as excited or energizable windings may be formed. The following is assumed to be permanent magnets 111 is. The stator winding systems 121U . 121V and the rotor 110 , ie, consequently, and in particular, the stator windings 122U . 122V and the permanent magnets 111 , Are formed and arranged spaced apart from each other by an air gap, that they are in the operating state of the electric motor 100 Electromagnetically interact with each other. This concept including the conditions for the formation and accurate arrangement of the magnetic means 111 . 122U . 122V or rotor 110 and stator winding systems 121U . 121V are known per se and are therefore not explained in detail below.

Es sei lediglich erwähnt, dass zum Betreiben der elektrischen Maschine 100 als Elektromotor die Statorwicklungen 122U, 122V der Statorwicklungssysteme 121U, 121V mit Hilfe einer Stromquelle 300 mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden, der bewirkt, dass die Wicklungen 122U, 122V dementsprechende Magnetfelder erzeugen, welche mit den Magnetfeldern der Permanentmagnete 111 des Rotors 110 in elektromagnetische Wechselwirkung treten. Dies resultiert bekanntermaßen darin, dass bei geeigneter Ausbildung und Anordnung der genannten Komponenten zueinander der Rotor 110 und mit ihm die Welle 130 sowie das genannte Propellersystem 200 in Rotation versetzt werden.It is merely mentioned that for operating the electric machine 100 as an electric motor, the stator windings 122U . 122V the stator winding systems 121U . 121V with the help of a power source 300 be subjected to an electric current, which causes the windings 122U . 122V generate corresponding magnetic fields, which with the magnetic fields of the permanent magnets 111 of the rotor 110 in electromagnetic interaction. As is known, this results in that, with suitable design and arrangement of said components relative to one another, the rotor 110 and with it the wave 130 as well as the mentioned propeller system 200 be set in rotation.

Zum Betreiben der elektrischen Maschine 100 als Generator wird anstelle der Spannungsquelle 300 ein elektrischer Verbraucher (nicht dargestellt) elektrisch mit den Statorwicklungen 122U, 122V verbunden. Der Rotor 110 wird mit Hilfe der Welle 130 in Rotation versetzt, so dass durch die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den Permanentmagneten 111 und den Statorwicklungen 122U, 122V elektrische Spannungen in den Wicklungen 122U, 122V induziert werden. Diese können über entsprechende, jedoch nicht dargestellte Kontakte abgegriffen und dem elektrischen Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.To operate the electric machine 100 as a generator is used instead of the voltage source 300 an electrical load (not shown) electrically connected to the stator windings 122U . 122V connected. The rotor 110 is with the help of the wave 130 set in rotation so that by the electromagnetic interaction between the permanent magnets 111 and the stator windings 122U . 122V electrical voltages in the windings 122U . 122V be induced. These can be tapped via corresponding, but not shown, contacts and made available to the electrical consumer.

Da die grundsätzliche Arbeitsweise einer elektrischen Maschine 100 bekannt ist, wird an dieser Stelle auf eine weiter gehende Erläuterung verzichtet.Because the basic operation of an electric machine 100 is known, will be omitted at this point to a more detailed explanation.

Die 2 zeigt einen Elektromotor 100, welcher vorgesehen ist, um die beiden Einzelpropeller 210, 220 eines als Doppelpropeller 200 ausgebildeten Propellersystems 200 anzutreiben, welches bspw. für die Schuberzeugung bzw. Vortrieb eines Luftfahrzeugs zum Einsatz kommen kann - sei es als klassisches Doppelpropellersystem oder als Doppel-Fan eines Triebwerks. Der Übersichtlichkeit wegen sind in der 2 die magnetischen Mittel 122 des Stators 120 nicht im Einzelnen dargestellt. Es ist jedoch davon auszugehen, dass Statorwicklungssysteme 121U, 121V, 121W des Stators 120 Wicklungen bzw. Spulen umfassen, die von einer Stromquelle 300 mit elektrischen Strömen U, V, W versorgt werden, um mit den Permanentmagneten 111 wie oben erläutert elektromagnetisch zu wechselwirken.The 2 shows an electric motor 100 , which is provided to the two single propellers 210 . 220 one as a double propeller 200 trained propeller system 200 which, for example, can be used for the thrust generation or propulsion of an aircraft - be it as a classic double propeller system or as a double fan of an engine. For the sake of clarity are in the 2 the magnetic means 122 of the stator 120 not shown in detail. However, it is assumed that stator winding systems 121U . 121V . 121W of the stator 120 Windings or coils include that from a power source 300 be supplied with electric currents U, V, W to the permanent magnet 111 as explained above to interact electromagnetically.

Das Doppelpropellersystem 200 weist also einen ersten Einzelpropeller 210 mit Blättern 211, 212 sowie einen zweiten Einzelpropeller 220 mit Blättern 221, 222 auf, die um eine Rotationsachse ROT rotierbar koaxial zueinander angeordnet sind. The double propeller system 200 So has a first single propeller 210 with leaves 211 . 212 as well as a second single propeller 220 with leaves 221 . 222 on, which are arranged rotatable about a rotational axis coaxial with each other.

Die Blätter 211, 212, 221, 222 erstrecken sich in Längsrichtungen L211, L212, L221, L222 und sind derart jeweils gleichverteilt um die Drehachse ROT herum angeordnet, dass die Längsachsen L211, L212, L221, L222 in bzgl. der Achse ROT radialer Richtung orientiert sind.The leaves 211 . 212 . 221 . 222 extend in longitudinal directions L211 . L212 . L221 . L222 and are arranged in such a uniform distribution around the axis of rotation ROT that the longitudinal axes L211 . L212 . L221 . L222 are oriented with respect to the axis ROT radial direction.

Der erste Propeller 210 ist drehfest auf einer ersten Welle 131 angeordnet. In gleicher Weise ist der zweite Propeller 220 drehfest auf einer zweiten Welle 131 angeordnet. Desweiteren sind die Propeller 210, 220 über die Wellen 131, 132 mit dem Elektromotor 100 verbunden und wie im folgenden beschrieben durch diesen antreibbar. Aufgrund der drehfesten Anordnung der Propeller 210, 220 auf der jeweiligen Welle 131, 132 sind die Propeller 210, 220 aufgrund einer Rotation der jeweiligen Welle 131, 132, welche ihrerseits durch den Elektromotor 100 bewirkt werden kann, selbst in Rotation versetzbar. Die Propeller 210, 220 sind desweiteren in axialer Richtung derart hintereinander angeordnet, dass der zweite Propeller 220 zwischen dem ersten Propeller 210 und dem Elektromotor 100 positioniert ist. Dementsprechend verläuft die mit dem ersten Propeller 210 verbundene erste Welle 131 zumindest abschnittsweise innerhalb der mit dem zweiten Propeller 220 verbundenen zweiten Welle 132, wobei letztere 132 konsequenterweise als Hohlwelle mit einem Hohlraum 133 ausgebildet ist. Ebenfalls konsequenterweise weist der zweite Propeller 220 in seinem zentralen Bereich eine Öffnung auf, durch die sich die erste Welle 131 erstreckt.The first propeller 210 is non-rotatable on a first shaft 131 arranged. In the same way is the second propeller 220 rotatably on a second shaft 131 arranged. Furthermore, the propellers 210 . 220 over the waves 131 . 132 with the electric motor 100 connected and driven by this as described below. Due to the rotationally fixed arrangement of the propellers 210 . 220 on the respective wave 131 . 132 are the propellers 210 . 220 due to a rotation of the respective shaft 131 . 132 , which in turn by the electric motor 100 can be effected, even in rotation displaceable. The propellers 210 . 220 are further arranged in the axial direction one behind the other such that the second propeller 220 between the first propeller 210 and the electric motor 100 is positioned. Accordingly, the runs with the first propeller 210 connected first wave 131 at least in sections within the second propeller 220 connected second wave 132 the latter 132 consequently being a hollow shaft with a cavity 133 is trained. Also logically, the second propeller points 220 in his central area has an opening through which the first shaft 131 extends.

Der Elektromotor 100 weist grundsätzlich den im Zusammenhang mit der 1 erläuterten Aufbau auf. Im Unterschied zum typischen Elektromotor, bei dem der Stator -wie die Bezeichnung schon andeutet- gänzlich unbeweglich bzgl. eines äußeren, feststehenden Koordinatensystems KS angeordnet ist, soll der Stator 120 in der hier vorgesehenen Anwendung bzgl. des äußeren Koordinatensystems KS nicht fest stehen sondern rotierbar sein. Nichtsdestotrotz wird diese Komponente 120 des Elektromotors 100 weiterhin als „Stator“ bezeichnet, da die Funktion im Vergleich zum typischen Stator unverändert ist. Das feststehende Koordinatensystem KS kann bspw. derart definiert sein, dass der Elektromotor 100 selbst bzw. dessen Gehäuse 101 raumfest zu bzw. feststehend in diesem Koordinatensystem KS angeordnet ist. Auch kann das Koordinatensystem KS bspw. derart gewählt sein, dass es bzgl. eines Rumpfes eines Luftfahrzeugs (nicht dargestellt), das mit dem Doppelpropellersystem 200 und dem Elektromotor 100 ausgestattet ist, fest steht. In allen diesen Fällen würde der Stator einer typischen elektrischen Maschine unbeweglich bzgl. des Koordinatensystems KS angeordnet sein. Der Rotor der typischen elektrischen Maschine wäre bzgl. des Koordinatensystems KS rotierbar.The electric motor 100 basically has the one related to 1 explained construction on. In contrast to the typical electric motor, in which the stator, as the name suggests, is arranged completely immovably with respect to an outer, fixed coordinate system KS, the stator should be 120 in the application provided here with respect to the outer coordinate system KS are not fixed but be rotatable. Nonetheless, this component becomes 120 of the electric motor 100 further referred to as "stator", since the function is unchanged compared to the typical stator. The fixed coordinate system KS can, for example, be defined such that the electric motor 100 itself or its housing 101 spatially fixed to or fixed in this coordinate system KS is arranged. The coordinate system KS, for example, may also be selected such that it has the shape of a fuselage of an aircraft (not shown) that is connected to the double propeller system 200 and the electric motor 100 equipped, stands firm. In all these cases, the stator of a typical electric machine would be immovable with respect to the coordinate system KS. The rotor of the typical electric machine would be rotatable with respect to the coordinate system KS.

Dies zusammenfassend unterscheidet sich der erfindungsgemäße Elektromotor 100 von einem typischen Elektromotor dadurch, dass der Stator 120 bzgl. des Koordinatensystems KS nicht feststeht, sondern bzgl. des Koordinatensystems KS rotierbar ist. Insbesondere ist der Stator 120 um die gleiche Rotationsaschse ROT rotierbar, wie der Rotor 110. Dabei sind Rotor 110 und Stator 120 konzentrisch zueinander angeordnet.In summary, the electric motor according to the invention differs 100 from a typical electric motor in that the stator 120 with respect to the coordinate system KS is not fixed, but with respect to the coordinate system KS is rotatable. In particular, the stator 120 rotatable about the same rotating sleeve as the rotor 110 , These are rotor 110 and stator 120 arranged concentrically with each other.

In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der Elektromotor 100 als Innenläufermotor 100 ausgebildet, bei dem der Rotor 110 radial innerhalb des Stators 120 angeordnet ist, während die Axialpositionen dieser Komponenten 110, 120 identisch sind. Dementsprechend ist der Rotor 110 drehfest mit der inneren, ersten Welle 131 zum Antreiben des ersten Propellers 210 verbunden. Aufgrund der speziellen Ausbildung des Elektromotors 100 mit drehbarem Stator 120 kann der Stator 120 benutzt werden, um den zweiten Propeller 220 anzutreiben. Hierzu ist der Stator 120 drehfest mit der äußeren, zweiten Welle 132 verbunden. Um Rotationen sowohl des Rotors 110 mit der Welle 131 als auch des Stators 120 mit der Welle 132 müssen diese Komponenten natürlich in geeigneter Weise gelagert sein. Bspw. können die Wellen 131, 132 mit entsprechenden Lagervorrichtungen ausgestattet sein. Da dies jedoch lediglich ein Randaspekt ist, der für den eigentlichen erfinderischen Ansatz keine Rolle spielt, und einem Fachmann zudem eine Vielzahl von geeigneten Lösungen zur Lagerung bekannt sein wird, wird auf eine Darstellung der Lagerung verzichtet.In the in 2 illustrated embodiment is the electric motor 100 as an internal rotor motor 100 formed, wherein the rotor 110 radially inside the stator 120 is arranged while the axial positions of these components 110 . 120 are identical. Accordingly, the rotor 110 non-rotatable with the inner, first shaft 131 to drive the first propeller 210 connected. Due to the special design of the electric motor 100 with rotatable stator 120 can the stator 120 used to the second propeller 220 drive. This is the stator 120 rotatably with the outer second shaft 132 connected. To rotations of both the rotor 110 with the wave 131 as well as the stator 120 with the wave 132 Of course, these components must be suitably stored. For example. can the waves 131 . 132 be equipped with appropriate storage devices. However, since this is merely a marginal aspect, which plays no role in the actual inventive approach, and a variety of suitable solutions for storage will be known to a person skilled in the art, a representation of the storage is dispensed with.

Lediglich erwähnt, aber nicht separat dargestellt, sei eine alternative Ausführungsform des Elektromotors 100 als Außenläufermotor, bei dem der Rotor 110 radial außerhalb des Stators 120 angeordnet wäre, während die Axialpositionen dieser Komponenten 110, 120 wiederum identisch wären. In diesem Fall wäre der Rotor 110 drehfest mit der zweiten Welle 132 zum Antreiben des zweiten Propellers 220 verbunden, während der drehbare Stator 120 drehfest mit der ersten Welle 131 verbunden wäre, um den ersten Propeller 210 anzutreiben.Merely mentioned, but not shown separately, is an alternative embodiment of the electric motor 100 as an external rotor motor in which the rotor 110 radially outside the stator 120 would be arranged while the axial positions of these components 110 . 120 would be identical again. In this case, the rotor would be 110 non-rotatable with the second shaft 132 for driving the second propeller 220 connected while the rotatable stator 120 non-rotatable with the first shaft 131 would be connected to the first propeller 210 drive.

Die grundsätzlichen Funktionsweisen der Ausführungsformen des Elektromotors 100 als Innen- bzw. Außenläufermotor sind identisch, weswegen im Folgenden nicht explizit auf beide Möglichkeiten eingegangen wird, sondern zur Erläuterung lediglich die Ausbildung als Innenläufermotor erläutert wird.The basic operation of the embodiments of the electric motor 100 as internal or external rotor motor are identical, which is why not explicitly discussed in the following two options, but for explanation only the training will be explained as an internal rotor motor.

Der Rotor 110 des Elektromotors 100 weist eine Vielzahl von Permanentmagneten 111 auf, die entlang des Umfangs der Rotors 110 angeordnet sind. Demgegenüber weist der Stator 120 zumindest ein, idealerweise aber mehrere Statorwicklungssysteme 121U, 121V, 121W auf, die von einer äußeren Stromquelle 300 mit elektrischem Strom versorgbar sind. Im hier gezeigten Beispiel mit drei Statorwicklungssystemen 121U, 121V, 121W stellt die Stromquelle 300 einen 3-Phasen-Wechselstrom U, V, W zur Verfügung, wobei in jedes der Statorwicklungssysteme 121U, 121V, 121W eine der Phasen eingespeist wird.The rotor 110 of the electric motor 100 has a plurality of permanent magnets 111 on that along the circumference of the rotor 110 are arranged. In contrast, the stator 120 at least one, but ideally several stator winding systems 121U . 121V . 121W on top of that from an external power source 300 can be supplied with electric power. In the example shown here with three stator winding systems 121U . 121V . 121W Represents the power source 300 a 3-phase alternating current U . V , W, wherein in each of the stator winding systems 121U . 121V . 121W one of the phases is fed.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung der Statorwicklungssysteme 121U, 121V, 121W und der Permanentmagnete 111 in 2 nicht der tatsächlichen Anordnung entspricht. Die Darstellung suggeriert, dass die Wicklungssysteme 121U, 121V, 121W in axialer Richtung gesehen hintereinander angeordnet sind. Tatsächlich sind die Statorwicklungssysteme 121U, 121V, 121W bzw. deren Wicklungen 122 (gem. 1) jedoch in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung gesehen hintereinander angeordnet, wie in 1 angedeutet. Gleiches gilt für die Darstellung der Permanentmagnete 111. Die Darstellung in 2 soll lediglich darauf hinweisen, dass der Elektromotor 100 über Permanentmagnete 111 und Statorwicklungssysteme 121U, 121V, 121W verfügt, nicht jedoch deren genaue Anordnung veranschaulichen. Es kann davon ausgegangen werden, dass einem Fachmann bekannt ist, wie die Magnete 111 und Wicklungssysteme 121U, 121V, 121W zur Erzeugung der elektromagnetischen Wechselwirkung anzuordnen sind.It should be noted that the representation of the stator winding systems 121U . 121V . 121W and the permanent magnets 111 in 2 does not correspond to the actual arrangement. The presentation suggests that the winding systems 121U . 121V . 121W Seen in the axial direction are arranged one behind the other. In fact, the stator winding systems are 121U . 121V . 121W or their windings 122 (Acc. 1 However, seen in the circumferential direction or in the tangential direction arranged one behind the other, as in 1 indicated. The same applies to the representation of the permanent magnets 111 , The representation in 2 should only point out that the electric motor 100 via permanent magnets 111 and stator winding systems 121U . 121V . 121W but not their exact arrangement. It can be assumed that a person skilled in the art knows how the magnets 111 and winding systems 121U . 121V . 121W to arrange for generating the electromagnetic interaction.

Da der Stator 120 und mit ihm die Statorwicklungssysteme 121U, 121V, 121W bzgl. des Koordinatensystems KS und insbesondere auch gegenüber der Stromquelle 300 rotierbar sind, müssen die von der Stromquelle 300 bereitgestellten elektrischen Ströme U, V, W über eine der Anzahl der Phasen entsprechende Anzahl von Schleifringen 141, 142, 143 einer Schleifringanordnung 140 eingespeist werden. Die Schleifringanordnung 140 befindet sich dabei an derjenigen Welle 131, 132, mit der der Stator 120 drehfest verbunden ist. Wiederum im Fall des Innenläufermotors 100 ist dies die radial außen liegende, zweite Welle 132. Über die Welle 132 und dort vorhandene elektrische Leitungen (nicht dargestellt) werden die über die Schleifringe 141, 142, 143 zugeführten Ströme schließlich den Statorwicklungssystemen 121U, 121V, 121W bzw. deren Wicklungen 122 zugeführt und dort eingespeist.Because the stator 120 and with it the stator winding systems 121U . 121V . 121W with respect to the coordinate system KS and in particular with respect to the power source 300 are rotatable, those from the power source 300 provided electrical currents U . V . W over a number of phases corresponding number of slip rings 141 . 142 . 143 a slip ring assembly 140 be fed. The slip ring arrangement 140 is located on that shaft 131 . 132 with which the stator 120 rotatably connected. Again in the case of the internal rotor motor 100 this is the radially outer second shaft 132 , About the wave 132 and existing electrical lines (not shown) are the via the slip rings 141 . 142 . 143 supplied currents finally the stator winding systems 121U . 121V . 121W or their windings 122 supplied and fed there.

Zur Erzeugung gewünschter Drehzahlen der Propeller 210, 220 bzw. des Rotors 110 und des Stators 120 werden mit Hilfe einer Steuerung 400 die in die Statorwicklungssysteme 121U, 121V, 121W und in deren Wicklungen 122 einzuspeisenden elektrischen Ströme U, V, W festgelegt. Dabei kann die Steuerung 400 bspw. derart arbeiten, dass eine Eingangsgröße für die Steuerung 400 eine Eingabe eines Piloten des Luftfahrzeugs ist, der mit Hilfe des Doppelpropellersystems 200 einen bestimmten Schub bzw. Vortrieb für das Luftfahrzeugs erzeugen möchte. Als Reaktion der Steuerung 400 auf diese Eingabe durch den Piloten bestimmt diese bspw. die zur Schuberzeugung benötigten Drehzahlen der Propeller 210, 220 und die hierzu benötigten Drehmomente, die seitens des Elektromotors 100 bereitgestellt werden müssen. In Abhängigkeit von diesen von der Steuerung 400 vorgegebenen und von der Stromquelle 300 dementsprechend bereitgestellten Strömen U, V, W ergeben sich aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen den Wicklungen 122 bzw. deren durch die Ströme U, V, W erzeugten Magnetfeldern und den Feldern der Permanentmagnete 111 des Rotors 110 Kräfte bzw. Drehmomente, die letztlich eine gegenseitige, insbesondere eine gegenläufige Rotation des Rotors 110 und des Stators 120 bewirken. Diese gegenläufige Rotation wird über die Wellen 131, 132 auf die Propeller 210, 220 übertragen und sorgt damit in der Folge für den vorgegebenen bestimmten Vortrieb bzw. Schub.To generate desired speeds of the propeller 210 . 220 or the rotor 110 and the stator 120 be with the help of a controller 400 into the stator winding systems 121U . 121V . 121W and in their windings 122 to be fed electrical currents U . V . W established. In doing so, the controller 400 For example, work such that an input to the controller 400 is an input of a pilot of the aircraft, with the help of the double propeller system 200 would like to produce a certain thrust for the aircraft. In response to the control 400 On the basis of this input by the pilot, this determines, for example, the speeds of the propellers required for thrust generation 210 . 220 and the torques required for this purpose, the part of the electric motor 100 must be provided. Depending on these from the controller 400 predetermined and from the power source 300 accordingly provided streams U . V . W arise due to the electromagnetic interactions between the windings 122 or by the currents U . V . W generated magnetic fields and the fields of the permanent magnets 111 of the rotor 110 Forces or torques, which ultimately a mutual, in particular an opposite rotation of the rotor 110 and the stator 120 cause. This opposite rotation is going over the waves 131 . 132 on the propellers 210 . 220 transferred and thus ensures in the sequence for the given specific propulsion or thrust.

Neben dieser gezielten Einstellung der benötigten Ströme U, V, W ist die Steuerung 400 desweiteren eingerichtet, um die Blätter 211, 212, 221, 222 der Propeller 210, 220 bspw. über jeweils ein Steuergerät 151, 152 zu verstellen und damit ebenfalls Einfluss auf den zu erzeugenden Schub sowie auf das Lastmoment des jeweiligen Propellers 210, 220 zu nehmen. Die als sog. „Governor“ ausgebildeten Steuergeräte 151, 152 können ggf. in die Steuerung 400 integriert sein. Das erste Steuergerät 151 steuert eine Verstelleinrichtung 213 des ersten Propellers 210 zum Einstellen der Blätter 211, 212 des ersten Propellers 210 an, mit der die Blätter 211, 212 bedarfsweise um die Längsachse L211, L212 des jeweiligen Blattes 211, 212 gedreht werden können. In gleicher Weise steuert das zweite Steuergerät 152 eine Verstelleinrichtung 223 des zweiten Propellers 220 zum Einstellen der Blätter 221, 222 des zweiten Propellers 220 an, um die Blätter 221, 222 bei Bedarf um die jeweilige Längsachse L221, L222 des jeweiligen Blattes 221, 222 zu drehen.In addition to this targeted adjustment of the required currents U . V . W is the controller 400 furthermore furnished to the leaves 211 . 212 . 221 . 222 the propeller 210 . 220 for example, via a respective control unit 151 . 152 to adjust and thus also influence on the thrust to be generated and on the load torque of the respective propeller 210 . 220 to take. The so-called "Governor" trained control units 151 . 152 may be in the controller 400 be integrated. The first controller 151 controls an adjustment 213 of the first propeller 210 for adjusting the leaves 211 . 212 of the first propeller 210 on, with the leaves 211 . 212 if necessary around the longitudinal axis L211 . L212 of the respective sheet 211 . 212 can be turned. In the same way controls the second controller 152 an adjusting device 223 of the second propeller 220 for adjusting the leaves 221 . 222 of the second propeller 220 to the leaves 221 . 222 if necessary around the respective longitudinal axis L221 . L222 of the respective sheet 221 . 222 to turn.

Das Drehen der Blätter 211, 212, 221, 222 verändert den Winkel, unter dem die Luft die Propeller 210, 220 bzw. deren Blätter 211, 212, 221, 222 an- und umströmt, d.h. den jeweiligen Anstellwinkel. Durch die jeweilige Verstellung kann insbesondere aufgrund des veränderten Anstellwinkels das Lastmoment des jeweiligen Propellers 210, 220 und damit dessen zur Vortriebserzeugung verwendbare Leistung sowie die vom Elektromotor 100 zum Antrieb des jeweiligen Propellers 210, 220 benötigte Leistung angepasst werden.The turning of the leaves 211 . 212 . 221 . 222 changes the angle under which the air propellers 210 . 220 or their leaves 211 . 212 . 221 . 222 on and flows around, ie the respective angle of attack. Due to the respective adjustment, in particular due to the changed angle of attack, the load torque of the respective propeller 210 . 220 and thus its useful for generating propulsion power and the electric motor 100 to drive the respective propeller 210 . 220 required power to be adjusted.

Im stationären Betrieb, d.h. bspw. bei konstanter abgerufener Leistung und ohne wesentliche Beschleunigungen, bewirkt die Steuerung 400, dass die Propeller 210, 220 mit Hilfe der Governor 151, 512 und der Verstelleinrichtungen 213, 223 so eingestellt werden, dass beide Propeller 210, 220 das gleiche Drehmoment benötigen. Hierzu kann die Steuerung 400 auf Daten von Drehzahlmessern 161, 162 zurückgreifen, welche die Drehzahlen der Wellen 131, 132 überwachen. Die Drehzahlmesser 161, 162 können die von ihnen aufgenommenen Daten bspw. per Funk oder alternativ drahtgebunden an die Steuerung 400 übertragen, welche dann in Reaktion darauf die Steuereinrichtungen 151, 152 ansteuert, um letztlich die Blätter 211, 212, 221, 222 in geeigneten Positionen zu drehen und so Einfluss auf die Drehzahlen zu nehmen. Zum Beschleunigen stellt der Elektromotor 100 mehr Drehmoment zur Verfügung, als die Propeller 210, 220 im stationären Betrieb benötigen.In steady-state operation, ie, for example, with constant recalled power and without significant accelerations, causes the controller 400 that the propellers 210 . 220 with the help of the governor 151 . 512 and the adjustment 213 . 223 be set so that both propellers 210 . 220 need the same torque. For this purpose, the controller 400 on data from tachometers 161 . 162 resort to the speeds of the waves 131 . 132 monitor. The tachometer 161 . 162 For example, the data recorded by them can be transmitted to the controller by radio or alternatively by wire 400 which, in response, transmit the controllers 151 . 152 ultimately drives the leaves 211 . 212 . 221 . 222 to turn in suitable positions and thus to influence the speeds. To accelerate the electric motor 100 more torque available than the propellers 210 . 220 in stationary operation need.

Ein wesentlicher Vorteil des hier vorgestellten Konzepts gegenüber der konventionellen Bauweise mit einem komplexen Getriebe ist, dass durch die Verstelleinrichtungen 213, 223 die Drehzahl und damit die Leistung beider Propeller unabhängig voneinander eingestellt werden können. Damit kann das System in jedem Flugzustand optimal betrieben werden, was mit einer Steigerung des Wirkungsgrades einhergeht.An essential advantage of the concept presented here compared to the conventional design with a complex gear is that by the adjustment 213 . 223 The speed and thus the power of both propellers can be set independently. Thus, the system can be optimally operated in any flight condition, which is associated with an increase in efficiency.

Claims

An electric motor (100) for driving a dual propeller system (200) of an aircraft engine having a first (210) and a second propeller (220), the propellers (210, 220) independently rotatable about a common axis (ROT), wherein - the electric motor (100) has a first component (110) for driving the first propeller (210) and a second component (120) for driving the second propeller (220), - Both the first component (110) and the second component (120) are rotatable about the common axis (ROT) and arranged concentrically to one another, - The first component (110) first magnetic means (111) and the second component (120) second magnetic means (122), wherein the first and second components (110, 120) are arranged and configured with the first and second magnetic means (111, 122) such that the first and second magnetic means (111, 122) In the operating state of the electric motor (100) in such an electromagnetic interaction with each other, that the first component (110) and the second component (120) both relative to each other, in particular in opposite directions, as well as relatively to rotate to an outer, fixed coordinate system KS and they put so the propeller (210, 220) relative to the outer coordinate system KS in rotation.

Electric motor (100) after Claim 1 comprising a first shaft (131) for connecting the electric motor (100) to the first propeller (210) and a second shaft (132) for connecting the electric motor (100) to the second propeller (220), wherein - the first component ( 110) is non-rotatably connected to the first shaft (131) and the second component (120) is non-rotatably connected to the second shaft (132), - the shafts (131, 132) are arranged coaxially with one another such that one of the shafts (131 , 132) extends within the other shaft (132, 131).

Electric motor (100) after Claim 2 wherein, seen in the axial direction of the second propeller (220) between the first propeller (210) and the electric motor (100) arranged, the second shaft (132) as a hollow shaft with a cavity (133) and the first shaft (131) at least is arranged in sections radially within the second shaft (132) in the cavity (133).

Electric motor (100) according to one of Claims 1 to 3 characterized in that the first component (110) is a rotor and the first magnetic means (111) are magnetic field generating permanent magnets.

Electric motor (100) according to one of Claims 1 to 4 characterized in that the second component (120) is a stator and the second magnetic means (122) are windings of a stator winding system (121, 121U, 121V, 121W) of the stator (120), the second magnetic means (122) being of one Electricity source (300) are supplied with electric power (U, V, W), so that, once they are traversed by the electric current (U, V, W), generate corresponding magnetic fields.

Electric motor (100) after Claim 5 characterized in that the power source (300) is fixed relative to the coordinate system KS and the electrical current (U, V, W) from the power source (300) via a slip ring assembly (140) on the second shaft (132) to the second magnetic Means (122) is transmitted.

A propulsion system for propulsion of an aircraft, comprising a dual propeller system (200) having a first (210) and a second propeller (220) and an electric motor (100) according to any one of Claims 1 to 6 for driving both single propellers (210, 220) of the double propeller system (200).

Drive system after Claim 7 , characterized in that each propeller (210, 220) has an adjusting device (213, 223) for adjusting pitch angles of propeller blades (211, 212, 221, 222) of the respective propeller (210, 220) by means of rotation of the respective propeller blade (211, 212, 221, 222) about its longitudinal axis (L211, L212, L221, L222).

Drive system after Claim 8 comprising a controller (400, 151, 153) for controlling the adjusting means (213, 223) for adjusting the pitch angles of the propeller blades (211, 212, 221, 222), the controller (400, 151, 153) being arranged to adjust the angles of incidence of the propeller blades (211, 212, 221, 222) such that - in stationary operation both propellers (210, 220) require the same torque, - in non-stationary operation, in particular for acceleration of the aircraft, the electric motor (100 ) provides more torque than the propellers (210, 220) need.

A method for driving propellers (210, 220) of a double propeller system (200) for producing propulsion for an aircraft, wherein for driving the propellers (210, 220) an electric motor (100) according to Claim 1 is used, wherein the first propeller (210) of the first component (110) of the electric motor (100) is driven and the second propeller (220) of the second component (120) of the electric motor (100) is driven, wherein the first magnetic Means (111) of the first component (110) interact electromagnetically with the second magnetic means (122) of the second component (120) such that the first component (110) and the second component (120) of the electric motor (100) both rotate counter to each other about a common axis of rotation (ROT) and with respect to the outer fixed coordinate system KS and so they put the propeller (210, 220) for generating the propulsion with respect to the outer coordinate system KS in rotation.

Method according to Claim 10 wherein for adjusting load moments of the propeller (210, 220) and / or propulsion power of the double propeller system (200) propeller blades (211, 212, 221, 222) of the propeller (210, 220) about their respective longitudinal axes (L211, L212, L221 , L222).

Method according to Claim 11 , depending on the operating state of the drive system, the propeller blades (211, 212, 221, 222) are set such that - in steady operation both propellers (210, 220) require the same torque, - in non-stationary operation, in particular for the acceleration of Aircraft, the electric motor (100) provides more torque than the propeller (210, 220) need.