DE102020214193A1 - Drive device for a propeller of a multicopter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für einen Propeller eines Multicopters mit einer von einem ersten Elektromotor 16 drehbar antreibbaren Antriebswelle 2, von der eine den Propeller tragende Abtriebswelle direkt oder indirekt drehbar antreibbar ist. Die Antriebswelle 2 ist weiterhin von einem zweiten Elektromotor 25 in der gleichen Drehrichtung wie vom ersten Elektromotor 16 drehbar antreibbar ist, wobei der erste Elektromotor 16 und der zweite Elektromotor 25 über ein Differentialgetriebe die Antriebswelle 2 drehbar antreiben und in einem den ersten Elektromotor 16 aufweisenden und das Differentialgetriebe antreibenden ersten Antriebsstrang ein erster Freilauf 42 sowie in einem den zweiten Elektromotor (25) aufweisenden und das Differentialgetriebe antreibenden zweiten Antriebsstrang ein zweiter Freilauf 43 angeordnet ist.The invention relates to a drive device for a propeller of a multicopter with a drive shaft 2 which can be driven in rotation by a first electric motor 16 and by which an output shaft carrying the propeller can be driven in rotation directly or indirectly. The drive shaft 2 can also be driven in rotation by a second electric motor 25 in the same direction of rotation as the first electric motor 16, with the first electric motor 16 and the second electric motor 25 driving the drive shaft 2 in rotation via a differential gear and in a first electric motor 16 having and a first freewheel 42 driving the differential gear and a second freewheel 43 in a second drive train having the second electric motor (25) and driving the differential gear.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für einen Propeller eines Multicopters mit einer von einem ersten Elektromotor drehbar antreibbaren Antriebswelle, von der eine den Propeller tragende Abtriebswelle direkt oder indirekt drehbar antreibbar ist.The invention relates to a drive device for a propeller of a multicopter with a drive shaft that can be driven in rotation by a first electric motor, from which a drive shaft carrying the propeller can be driven in rotation directly or indirectly.

Ein Multicopter ist ein Luftfahrzeug, das mehrere in einer Ebene angeordnete, senkrecht nach unten wirkende Rotoren oder Propeller benutzt, um Auftrieb zu erzeugen. Durch Neigung der Rotorebene kann auch Vortrieb erzeugt werden.A multicopter is an aircraft that uses multiple rotors or propellers arranged in a plane, working vertically downwards, to generate lift. Propulsion can also be generated by tilting the rotor plane.

Multicopter starten und landen primär in vertikaler Richtung (vertical take-off and landing -vTOL) und dienen u.a. dazu, Personen zu transportieren.Multicopters take off and land primarily in the vertical direction (vertical take-off and landing -vTOL) and are used, among other things, to transport people.

Bei einer derartigen Antriebseinrichtung ist es bekannt daß ein Elektromotor über einen Planetenradsatz eine Abtriebswelle drehbar antreibt, die einen Propeller trägt.In such a drive device, it is known that an electric motor rotatably drives an output shaft, which carries a propeller, via a planetary gear set.

Weist ein Multicopter nur wenige Antriebseinrichtungen für Propeller auf, kann bei einem Defekt des Elektromotors der Antriebseinrichtungen und somit Ausfall eines Propellers der Flug des Multicopters instabil werden.If a multicopter has only a few drive devices for propellers, the flight of the multicopter can become unstable in the event of a defect in the electric motor of the drive devices and thus failure of a propeller.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Antriebseinrichtung für einen Propeller eines Multicopters der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei einem Defekt des Motors einen stabilen Flug des Multicopters ermöglicht.The object of the invention is to create a drive device for a propeller of a multicopter of the type mentioned at the outset, which enables stable flight of the multicopter even if the motor is defective.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebswelle weiterhin von einem zweiten Elektromotor in der gleichen Drehrichtung wie vom ersten Elektromotor drehbar antreibbar ist, wobei der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor über ein Differentialgetriebe die Antriebswelle drehbar antreiben und in einem den ersten Elektromotor aufweisenden und das Differentialgetriebe antreibenden ersten Antriebsstrang ein erster Freilauf sowie in einem den zweiten Elektromotor aufweisenden und das Differentialgetriebe antreibenden zweiten Antriebsstrang ein zweiter Freilauf angeordnet ist.This object is achieved according to the invention in that the drive shaft can also be driven in rotation by a second electric motor in the same direction of rotation as by the first electric motor, the first electric motor and the second electric motor driving the drive shaft in rotation via a differential gear and in a motor having the first electric motor and a first freewheel is arranged in the first drive train driving the differential gear and a second freewheel is arranged in a second drive train having the second electric motor and driving the differential gear.

Bei einem Ausfall einer der beiden Elektromotoren kann der Propeller immer noch durch den anderen Elektromotor weiterbetrieben werden, so daß es nicht zu einer Instabilität des Fluges des Multicopters kommt. Dazu ist keine zusätzliche Aktuatorik erforderlich.If one of the two electric motors fails, the propeller can still be operated by the other electric motor, so that there is no instability in the flight of the multicopter. No additional actuators are required for this.

Das Differentialgetriebe kann ein Kegelrad-Differentialgetriebe oder ein Stirnrad-Differentialgetriebe sein.The differential gear can be a bevel gear differential or a spur gear differential.

Bei einem Kegelrad-Differentialgetriebe kann das Kegelrad-Differentialgetriebe ein von dem ersten Antriebsstrang drehbar antreibbares erstes Achswellenkegelrad aufweisent, von dem ein erstes Ausgleichskegelrad drehbar antreibbar ist, das um eine an einem Ausgleichsgehäuse fest angeordnete erste Ausgleichsachse drehbar gelagert ist, die mit der Antriebswelle fest verbunden ist, sowie mit einem von dem zweiten Antriebsstrang drehbar antreibbaren zweiten Achswellenkegelrad, von dem ein zweites Ausgleichskegelrad drehbar antreibbar ist, das um eine an dem Ausgleichsgehäuse fest angeordnete zweite Ausgleichsachse drehbar gelagert ist, die mit der Antriebswelle fest verbunden ist. Das erste und zweite Achswellenkegelrad haben vorzugsweise die gleiche Zähnezahl. Weiterhin weist vorzugsweise das erste Ausgleichsrad die gleiche Zähnezahl auf wie das zweite Ausgleichsrad.In the case of a bevel gear differential, the bevel gear differential can have a first axle shaft bevel gear that can be driven in rotation by the first drive train and from which a first differential bevel gear can be driven in rotation, which is rotatably mounted about a first differential axle that is fixed to a differential housing and is firmly connected to the drive shaft and with a second axle shaft bevel gear which can be driven in rotation by the second drive train and from which a second bevel gear can be driven in rotation, which is rotatably mounted about a second compensating axle which is fixedly arranged on the differential housing and is rigidly connected to the drive shaft. The first and second side gears preferably have the same number of teeth. Furthermore, the first differential gear preferably has the same number of teeth as the second differential gear.

Bei einem Stirnrad-Differentialgetriebe, das kostengünstig herstellbar ist, kann das Stirnrad-Differentialgetriebe ein von dem ersten Antriebsstrang drehbar antreibbares erstes Sonnenstirnrad aufweisen, in das ein erstes Planetenstirnrad eingreift, das um eine an einem Planetenträger angeordnete erste Achse drehbar gelagert ist, sowie mit einem von dem zweiten Antriebsstrang drehbar antreibbaren zweites Sonnenstirnrad, in das ein zweites Planetenstirnrad eingreift, das um eine an einem Planetenträger angeordnete zweite Achse drehbar gelagert ist, wobei der Planetenträger mit der Antriebswelle fest verbunden ist und das erste Planetenstirnrad und das zweite Planetenstirnrad ineinander eingreifen.In a spur gear differential that can be produced inexpensively, the spur gear differential can have a first spur gear that can be driven in rotation by the first drive train, in which a first spur planetary gear engages, which is rotatably mounted about a first axis arranged on a planet carrier, and with a second sun spur gear rotatably drivable by the second drive train, in which engages a second planetary spur gear, which is rotatably mounted about a second axis arranged on a planetary carrier, the planetary carrier being fixedly connected to the drive shaft and the first planetary spur gear and the second planetary spur gear meshing with one another.

Dabei kann das zweite Sonnenrad vorzugsweise die gleiche Zähnezahl wie das erste Sonnenstirnrad aufweisen.The second sun wheel can preferably have the same number of teeth as the first sun wheel.

Um auf platzsparende und Kompakte Weise eine Übersetzung der Drehzahl der Abtriebswelle gegenüber der Antriebswelle zu erreichen, kann die Abtriebswelle über einen Planetenradsatz von der Antriebswelle drehbar antreibbar sein.In order to achieve a translation of the speed of the output shaft relative to the input shaft in a space-saving and compact manner, the output shaft can be rotatably driven by the input shaft via a planetary gear set.

Vorzugsweise trägt dabei die Antriebswelle ein Sonnenrad des Planetenradsatzes drehfest, auf dem ein oder mehrere Planetenräder angeordnet sind, die sowohl in das Sonnenrad als auch in ein die Planetenräder umschließendes feststehendes Hohlrad eingreifen, wobei die Planetenräder jeweils um Planetenträgerachsen eines Planetenträgers drehbar gelagert sind und der Planetenträger eine den Propeller tragende sowie die Abtriebswelle bildende Abtriebsachse aufweist.Preferably, the drive shaft carries a sun gear of the planetary gearset in a rotationally fixed manner, on which one or more planetary gears are arranged, which engage both in the sun gear and in a fixed ring gear enclosing the planetary gears, the planetary gears each being rotatably mounted about planetary carrier axes of a planetary carrier and the planetary carrier has a driven axle which carries the propeller and forms the driven shaft.

Ein kompakter und damit platzsparender Aufbau wird erreicht, wenn der erste Antriebsstrang ein die Antriebswelle mit radialem Abstand umschließendes erstes Antriebsrohr aufweist, das mit einem Rotor des ersten Elektromotors verbunden ist und durch das das Differentialgetriebe drehbar antreibbar ist und daß der zweite Antriebsstrang ein die Antriebswelle mit radialem Abstand umschließendes zweites Antriebsrohr aufweist, das mit einem Rotor des zweiten Elektromotors verbunden ist und durch das das Differentialgetriebe drehbar antreibbar ist.A compact and therefore space-saving design is achieved if the first drive train has a first drive tube which encloses the drive shaft at a radial distance and is connected to a rotor of the first electric motor by which the differential gear can be driven in rotation and in that the second drive train has a second drive tube which encloses the drive shaft at a radial distance, which is connected to a rotor of the second electric motor and by which the differential gear can be driven in rotation.

Ein ebenfalls kompakter und damit platzsparender Aufbau wird erreicht, wenn der erste Antriebsstrang ein die Antriebswelle mit radialem Abstand umschließendes erstes Antriebsrohr aufweist, das mit einem Rotor des ersten Elektromotors verbunden ist und durch das das Differentialgetriebe drehbar antreibbar ist und daß der zweite Antriebsstrang ein die Antriebswelle mit radialem Abstand umschließendes zweites Antriebsrohr aufweist, das mit einem Rotor des zweiten Elektromotors verbunden ist und durch das das Differentialgetriebe drehbar antreibbar ist.A likewise compact and therefore space-saving design is achieved if the first drive train has a first drive tube which encloses the drive shaft at a radial distance, which is connected to a rotor of the first electric motor and through which the differential gear can be driven in rotation, and that the second drive train incorporates the drive shaft having a second drive tube enclosing it at a radial distance, which is connected to a rotor of the second electric motor and through which the differential gear can be driven in rotation.

Zum Kühlen der Komponenten der Antriebseinrichtung und/oder Schmieren der Getriebe der Antriebseinrichtung können das Differentialgetriebe und/oder der Planetensatz und/oder die Rotoren und Statoren des ersten und zweiten Elektromotors von einem Kühl- und/oder Schmiermittel durchströmbar sein.To cool the components of the drive device and/or lubricate the gears of the drive device, a coolant and/or lubricant can flow through the differential gear and/or the planetary gearset and/or the rotors and stators of the first and second electric motors.

Dabei kann das Kühl- und/oder Schmiermittel auch weitere Komponenten wie Dichtungen, Lager und Freiläufen zugeführt werden.The coolant and/or lubricant can also be supplied to other components such as seals, bearings and freewheels.

Dazu kann ohne zusätzliche Bauteile und damit Baugröße und Gewicht sparend die Antriebswelle eine Hohlwelle sein, in die das Kühl- und/oder Schmiermittel förderbar ist und die über ihre Länge verteilt Radialöffnungen aufweist.For this purpose, without additional components and thus saving size and weight, the drive shaft can be a hollow shaft into which the coolant and/or lubricant can be conveyed and which has radial openings distributed over its length.

Über die sich drehende Hohlwelle und die Radialöffnungen wird das Kühl- und/oder Schmiermittel radial nach außen zu den Getrieben und/oder die Rotoren und Statoren des ersten und zweiten Elektromotors geschleudert.The coolant and/or lubricant is thrown radially outwards to the gears and/or the rotors and stators of the first and second electric motors via the rotating hollow shaft and the radial openings.

Weist dabei die Hohlwelle eine konische Innenwand auf, wobei das Ende geringeren Durchmessers der Innenwand der Hohlwelle in einen Sumpf des Kühl- und/oder Schmiermittels ragt und das Ende größeren Durchmessers der Hohlwelle verschlossen ist, so wird das Kühl- und/oder Schmiermittel selbsttätig aus dem Sumpf angesaugt und zieht sich entlang der Innenwand der Hohlwelle nach oben zu den Radialöffnungen, so daß raum- und gewichtsparend kein Förderaggregat für das Kühl- und/oder Schmiermittel benötigt wird.If the hollow shaft has a conical inner wall, the end of the inner wall of the hollow shaft with the smaller diameter protruding into a sump of coolant and/or lubricant and the end of the hollow shaft with the larger diameter is closed, the coolant and/or lubricant is automatically switched off sucked in from the sump and pulls up along the inner wall of the hollow shaft to the radial openings, so that no delivery unit for the coolant and/or lubricant is required to save space and weight.

Weist dabei die Antriebseinrichtung ein seine Komponenten umschließendes Gehäuse auf, aus dem das den Propeller tragende Ende der Abtriebswelle herausragt, so kann das Kühl- und/oder Schmiermittel bis zur Anlage an der Innenwand des Gehäuses geschleudert werden und an der Innenwand entlang zu dem sich unterhalb der Elektromotoren und Getriebe im Gehäuse befindlichen Sumpf ablaufen.If the drive device has a housing that encloses its components and from which the end of the output shaft that carries the propeller protrudes, the coolant and/or lubricant can be thrown until it rests against the inner wall of the housing and along the inner wall to the one below of the electric motors and gears in the housing.

Sind dabei an der Außenwand des Gehäuses luftdurchströmbare Kühlelemente angeordnet, so wird das an der Innenwand des Gehäuses befindliche Kühl- und/oder Schmiermittel beim Ablaufen gleichzeitig gekühlt.If cooling elements through which air can flow are arranged on the outer wall of the housing, the coolant and/or lubricant located on the inner wall of the housing is simultaneously cooled as it drains.

Vorzugsweise sind die Kühlelemente Kühllammellen, die axial zur Antriebswelle von einem Luftstrom durchströmt werden, der von dem Propeller oder einem mit dem Propeller verbundenen Bauteil erzeugt wird.Preferably, the cooling elements are cooling fins, through which an air stream flows axially to the drive shaft, which is generated by the propeller or a component connected to the propeller.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

  • 1 eine Prinzipdarstellung einer Anbtriebseinrichtung mit einem Kegelrad-Differentialgetriebe
  • 2 eine Prinzipdarstellung einer Anbtriebseinrichtung mit einem Stirnrad-Differentialgetriebe.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. Show it
  • 1 a schematic representation of a drive device with a bevel gear differential
  • 2 a schematic representation of a drive device with a spur gear differential.

Die dargestellten Antriebseinrichtungen weisen ein geschlossenes Gehäuse 1 auf, in dem senkrecht ausgerichtet eine Antriebswelle 2 um eine Drehachse 10 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 2 ist als Hohlwelle ausgebildet, deren Innenwand 3 konisch ausgebildet ist. Dabei ist das Ende der Innenwand 3 geringeren Durchmessers der Hohlwelle zum unteren Bereich des Behälters 1 und das Ende größeren Durchmessers der Innenwand 3 der Hohlwelle zum oberen Bereich des Gehäuses 1 gerichtet.The drive devices shown have a closed housing 1 in which a drive shaft 2 is mounted so as to be rotatable about an axis of rotation 10 and aligned vertically. The drive shaft 2 is designed as a hollow shaft whose inner wall 3 is conical. The end of the inner wall 3 of the hollow shaft with the smaller diameter is directed towards the lower area of the container 1 and the end of the inner wall 3 of the hollow shaft with the larger diameter is directed towards the upper area of the housing 1 .

Das untere Ende der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 2 ist offen und das obere Ende der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 2 geschlossen.The lower end of the drive shaft 2 designed as a hollow shaft is open and the upper end of the drive shaft 2 designed as a hollow shaft is closed.

Im oberen Endbereich der Antriebswelle 2 trägt diese drehfest ein Sonnenrad 4 eines Planetenradsatzes 5, in das mehrere Planetenräder 6 eingreifen. Die Planetenräder 6 sind um Planetenräderachsen 7 drehbar gelagert, die an ihren Enden mit einem Planetenträger 8 fest verbunden sind.In the upper end area of the drive shaft 2, the latter carries a sun gear 4 of a planetary gearset 5, in which several planetary gears 6 engage, in a rotationally fixed manner. The planetary gears 6 are rotatably mounted about planetary gear axles 7 which are fixedly connected to a planetary carrier 8 at their ends.

Der Planetenträger 8 weist einen zur Drehachse 10 koaxialen Rohrfortsatz 9 auf, der durch Öffnung in einer oberen Stirnwand 11 des Gehäuses 1 an dessen oberen Ende aus dem Gehäuse 1 herausragt und eine Abtriebswelle bildet. Außerhalb des Gehäuses 1 ist der Rohrfortsart 9 geschlossen und trägt eine Propelleraufnahme 12, welche einen nicht dargestellten Propeller trägt.The planetary carrier 8 has a tubular extension 9 which is coaxial with the axis of rotation 10 and protrudes through an opening in an upper end wall 11 of the housing 1 at its upper end from the housing 1 and forms an output shaft. Outside of the housing 1 of Rohrfortsart 9 is closed and carries a propeller mount 12 which carries a propeller, not shown.

In der Öffnung der oberen Stirnwand ist ein erstes Lager 13 zur drehbaren Lagerung des Rohrfortsatzes 9 und damit des Planetenträgers 8 angeordnet.A first bearing 13 for the rotatable mounting of the tubular extension 9 and thus of the planetary carrier 8 is arranged in the opening of the upper end wall.

An den dem Planetenträger 8 abgewandten Enden sind die Planetenträgerachsen 7 mit einer im Gehäuse 1 um die Drehachse 10 drehbar gelagerten Trägerscheibe 14 fest verbunden.At the ends facing away from the planetary carrier 8 , the planetary carrier axles 7 are firmly connected to a carrier disk 14 , which is rotatably mounted in the housing 1 about the axis of rotation 10 .

Der Planetenradsatz 5 weist weiterhin ein an der Innenwand 3 des Gehäuses 1 fest angeortnetes und die Planetenräder 6 umschließendes Hohlrad 15 auf, in das die Planetenräder 6 eingreifen.The planetary gear set 5 also has a ring gear 15 which is fixed to the inner wall 3 of the housing 1 and encloses the planetary gears 6 and into which the planetary gears 6 engage.

Unterhalb des Planetenradsatzes 5 ist in dem Gehäuse 1 ein erster Elektromotor 16 angeordnet, dessen erster Stator 17 fest mit dem Gehäuse 1 verbunden ist.A first electric motor 16 is arranged below the planetary gear set 5 in the housing 1 , the first electric motor 16 of which is fixedly connected to the housing 1 .

Der radial innerhalb des ersten Stators 17 angeordnete erste Rotor 18 des ersten Elektromotors 16 ist über einen radial nach innen ragenden ersten Steg 19 mit einem koaxial die Antriebswelle 2 mit radialem Abstand umschließenden ersten Antriebsrohr 20 fest verbunden. Mit seinem oberen Ende ist das erste Antriebsrohr 20 mit einem zweiten Lager 21 in einer zentrischen Öffnung der Trägerscheibe 14 drehbar gelagert. Das untere Ende 24 des ersten Antriebsrohres 20 führt zu einem Differentialgetriebe, das in 1 als Kegelrad-Differentialgetriebe 22 und in 2 als Stirnrad-Differentialgetriebe 23 ausgebildet ist.The first rotor 18 of the first electric motor 16, which is arranged radially inside the first stator 17, is firmly connected via a first web 19 projecting radially inwards to a first drive tube 20 coaxially enclosing the drive shaft 2 at a radial distance. The upper end of the first drive tube 20 is rotatably mounted with a second bearing 21 in a central opening of the carrier disk 14 . The lower end 24 of the first drive tube 20 leads to a differential gear which is 1 as a bevel gear differential 22 and in 2 is designed as a spur gear differential 23.

Das Stirnrad-Differentialgetriebe 23 weist ein von dem ersten Antriebsrohr 20 drehbar antreibbares erstes Sonnenstirnrad 51 auf, in das ein erstes Planetenstirnrad 52 eingreift, das um eine an einem ersten Planetenträger 53 angeordnete erste Achse 54 drehbar gelagert ist. Von dem zweiten Antriebsrohr 29 ist ein zweites Sonnenstirnrad 55 drehbar antreibbar, in das ein zweites Planetenstirnrad 56 eingreift, das um eine an einem zweiten Planetenträger 57 angeordnete zweite Achse 58 drehbar gelagert ist, wobei die Planetenträger 53, 57 mit der Antriebswelle 2 fest verbunden sind und das erste Planetenstirnrad 52 und das zweite Planetenstirnrad 56 ineinander eingreifen.The spur differential gear 23 has a first spur gear 51 that can be driven in rotation by the first drive tube 20 and in which a first spur planetary gear 52 engages, which is rotatably mounted about a first axis 54 arranged on a first planetary carrier 53 . A second spur gear 55 can be driven in rotation by the second drive tube 29, in which a second spur gear 56 engages, which is rotatably mounted about a second axis 58 arranged on a second planet carrier 57, the planet carriers 53, 57 being firmly connected to the drive shaft 2 and the first planetary spur gear 52 and the second planetary spur gear 56 mesh.

Das dem Planetenradsatz 5 entgegengesetzte Ende des ersten Antriebsrohres 20 trägt koaxial drehfest ein erstes Achswellenkegelrad 34 eines Kegelrad-Differentialgetriebes 22, von dem ein erstes Ausgleichskegelrad 36 drehbar antreibbar ist, das um eine an einem Ausgleichsgehäuse 37 fest angeordnete erste Ausgleichsachse 38 drehbar gelagert ist, die mit der Antriebswelle 2 fest verbunden ist.The end of the first drive tube 20 opposite the planetary gear set 5 carries coaxially, non-rotatably, a first side shaft bevel gear 34 of a bevel gear differential 22, by which a first differential bevel gear 36 can be rotatably driven, which is rotatably mounted about a first differential axle 38 fixedly arranged on a differential housing 37, which is firmly connected to the drive shaft 2.

Das den Leistungselektroniken 33 abgewandte Ende des zweiten Antriebsrohres 29 trägt koaxial und drehfest ein zweites Achswellenkegelrad 39, von dem ein zweites Ausgleichskegelrad 40 drehbar antreibbar ist, das um eine an dem Ausgleichsgehäuse 37 fest angeordnete zweite Ausgleichsachse 41 drehbar gelagert ist, die mit der Antriebswelle2 fest verbunden ist.The end of the second drive tube 29 facing away from the power electronics 33 carries coaxially and non-rotatably a second axle shaft bevel gear 39, from which a second differential bevel gear 40 can be rotatably driven, which is rotatably mounted about a second differential axle 41 fixed to the differential housing 37 and fixed to the drive shaft 2 connected is.

In beiden Figuren ist von dem ersten Elektromotor 16 das erste Antriebsrohr 20 in einer Antriebsdrehrichtung drehbar antreibbar.In both figures, the first electric motor 16 can drive the first drive tube 20 so that it can rotate in a driving direction of rotation.

Unterhalb des ersten Elektromotors 16 ist in dem Gehäuse 1 ein zweiter Elektromotor 25 angeordnet, dessen zweiter Stator 26 fest mit dem Gehäuse 1 verbunden ist.A second electric motor 25 is arranged in the housing 1 below the first electric motor 16 , the second electric motor 25 of which is fixedly connected to the housing 1 .

Der radial innerhalb des zweiten Stators 26 angeordnete zweite Rotor 27 des zweiten Elektromotors 25 ist über einen radial nach innen ragenden zweiten Steg 28 mit einem koaxial die Antriebswelle 2 mit radialem Abstand umschließenden zweiten Antriebsrohr 29 fest verbunden. Mit seinem unteren Ende ist das zweite Antriebsrohr 29 einem dritten Lager 30 in einer zentrischen Öffnung einer sich radial erstreckenden und radial außen mit dem Gehäuse 1 fest verbundenen zweiten Trägerscheibe 31 drehbar gelagert. Das obere Ende 32 des zweiten Antriebsrohres 29 führt ebenfalls zu dem Differentialgetriebe.The second rotor 27 of the second electric motor 25, which is arranged radially inside the second stator 26, is firmly connected via a second web 28 projecting radially inward to a second drive tube 29 coaxially surrounding the drive shaft 2 at a radial distance. The lower end of the second drive tube 29 is rotatably mounted in a third bearing 30 in a central opening of a second carrier disk 31 which extends radially and is firmly connected radially on the outside to the housing 1 . The upper end 32 of the second drive tube 29 also leads to the differential gear.

Von dem zweiten Elektromotor 25 ist das zweite Antriebsrohr 29 in der bestimmten Antriebsdrehrichtung drehbar antreibbar.The second drive tube 29 can be driven by the second electric motor 25 to rotate in the specific driving direction of rotation.

Der erste Elektromotor 16 und der zweite Elektromotor 25 sind 2x3-phasige Elektromotoren, die von Leistungselektroniken 33 ansteuerbar sind, welche sich im unteren Bereich des Gehäuses 1 befinden.The first electric motor 16 and the second electric motor 25 are 2×3-phase electric motors that can be controlled by power electronics 33 that are located in the lower area of the housing 1 .

Das dem Planetenradsatz 5 entgegengesetzte Ende des ersten Antriebsrohres 20 trägt koaxial drehfest ein erstes Achswellenkegelrad 34 eines Kegelrad-Differentialgetriebes 35, von dem ein erstes Ausgleichskegelrad 36 drehbar antreibbar ist, das um eine an einem Ausgleichsgehäuse 37 fest angeordnete erste Ausgleichsachse 38 drehbar gelagert ist, die mit der Antriebswelle 2 fest verbunden ist.The end of the first drive tube 20 opposite the planetary gear set 5 carries coaxially, non-rotatably, a first side shaft bevel gear 34 of a bevel gear differential 35, by which a first differential bevel gear 36 can be rotatably driven, which is rotatably mounted about a first differential axle 38 fixedly arranged on a differential housing 37, which is firmly connected to the drive shaft 2.

Das den Leistungselektroniken 33 abgewandte Ende des zweiten Antriebsrohres 29 trägt koaxial und drehfest ein zweites Achswellenkegelrad 39, von dem ein zweites Ausgleichskegelrad 40 drehbar antreibbar ist, das um eine an dem Ausgleichsgehäuse 37 fest angeordnete zweite Ausgleichsachse 41 drehbar gelagert ist, die mit der Antriebswelle2 fest verbunden ist. Das erste Ausgleichskegelrad 36 und das zweite Ausgleichskegelrad 40 sind jeweils mit dem ersten Achswellenkegelrad 34 und dem zweiten Achswellenkegelrad 40 in Eingriff.The end of the second drive tube 29 facing away from the power electronics 33 carries coaxially and non-rotatably a second axle shaft bevel gear 39, from which a second differential bevel gear 40 can be driven in rotation Equal housing 37 is rotatably arranged second balancing axle 41, which is firmly connected to the drive shaft 2. The first pinion gear 36 and the second pinion gear 40 mesh with the first side pinion gear 34 and the second side pinion gear 40, respectively.

An dem ersten Antriebsrohr 20 greift ein erster Freilauf 42 an, durch den das erste Antriebsrohr 20 in der Antriebsdrehrichtung frei drehen kann. Entgegen der Antriebsdrehrichtung wird das erste Antriebsrohr 20 an einer Drehung gehindert.A first freewheel 42 acts on the first drive tube 20 and allows the first drive tube 20 to rotate freely in the drive direction of rotation. The first drive tube 20 is prevented from rotating in the opposite direction to the driving direction of rotation.

An dem zweiten Antriebsrohr 29 greift ein zweiter Freilauf 43 an, durch den das zweite Antriebsrohr 29 in der Antriebsdrehrichtung frei drehen kann. Entgegen der Antriebsdrehrichtung wird das zweite Antriebsrohr 29 an einer Drehung gehindert.A second freewheel 43 acts on the second drive tube 29, through which the second drive tube 29 can rotate freely in the driving direction of rotation. The second drive tube 29 is prevented from rotating in the opposite direction to the driving direction of rotation.

Die Antriebswelle 1 ist als Hohlwelle mit einer konischen Innenwand 44 ausgebildet, deren Ende geringeren Durchmessers der Innenwand 44 in einen Sumpf 45 am durch einen Boden 46 geschlossenen unteren Endbereich des Gehäuses 1 ragt.The drive shaft 1 is designed as a hollow shaft with a conical inner wall 44, the end of which has the smaller diameter of the inner wall 44 protrudes into a sump 45 on the lower end region of the housing 1, which is closed by a bottom 46.

In zumindest den dem ersten und zweiten Elektromotor 16 und 25, dem Planetenradsatz 5, dem Kegelrad-Differentialgetriebe 35 und dem ersten und zweiten Freilauf 42 und 43 radial gegenüberliegenden Bereichen weist die Antriebswelle 2 nicht dargestellte durchgehende Radialöffnungen auf.In at least the first and second electric motor 16 and 25, the planetary gear set 5, the bevel gear differential 35 and the first and second freewheel 42 and 43 radially opposite areas, the drive shaft 2 has continuous radial openings, not shown.

Durch die bei einem Antrieb durch die Elektromotoren 16 und 25 drehbar angetriebene Antriebswelle 2 wird ein im Sumpf 45 befindliches Kühl- und Schmiermittel an der konischen Innenwand 3 der Antriebswelle 2 filmartig nach oben gezogen und kann an den Radialöffnungen radial nach außen austreten und den ersten und zweiten Elektromotor 16 und 25, den Planetenradsatz 5, das Kegelrad-Differentialgetriebe 22 und den ersten und zweiten Freilauf 42 und 43 kühlen und schmieren.When driven by the electric motors 16 and 25, the drive shaft 2, which is rotatably driven, causes a coolant and lubricant in the sump 45 to be pulled upwards on the conical inner wall 3 of the drive shaft 2 in the form of a film and can escape radially outwards at the radial openings and enter the first and second electric motor 16 and 25, the planetary gear set 5, the bevel gear differential 22 and the first and second freewheels 42 and 43 cool and lubricate.

Im Weiteren gelangt das Kühl- und Schmiermittel zur Anlage an der Innenseite einer radial umlaufenden Gehäusewand 48 des Gehäuses 1 und kann an dieser nach unten zum Sumpf 45 zurücklaufen.Furthermore, the coolant and lubricant comes to rest on the inside of a radially circumferential housing wall 48 of the housing 1 and can flow back down this to the sump 45 .

An der Außenseite der radial umlaufenden Gehäusewand 48 sind Kühlelemente 49 in Form von Kühllamellen angeordnet, durch die ein Luftstrom hindurchströmt, der von der Propelleraufnahme bei deren Drehung erzeugt wird.Cooling elements 49 in the form of cooling fins are arranged on the outside of the radially circumferential housing wall 48, through which an air stream flows that is generated by the propeller mount when it rotates.

Dadurch wird die Gehäusewand 48 und über sie das an ihrer Innenseite entlanglaufende Kühl- und Schmiermittel gekühlt.This cools the housing wall 48 and cools the coolant and lubricant running along its inside.

Folgende Fehlermodi des Ausführungsbeispiels der 1 sind möglich:

  • • Erzeugt der erste Elektromotor 16 kein Drehmoment, so wird dieser erste Elektromotor 16 durch den weiterhin antreibenden zweiten Elektromotor 25 so lange abgebremst, bis der erste Freilauf 42 klemmt. Der zweite Elektromotor 25 fährt währenddessen auf doppelte Drehzahl hoch. Der Propeller kann durch den zweiten Elektromotor 25 weiterhin noch angetrieben werden
  • • Erzeugt der zweite Elektromotor 25 kein Drehmoment, so wird dieser zweite Elektromotor durch den weiterhin antreibenden ersten Elektromotor 16 so lange abgebremst, bis der zweite Freilauf 43 klemmt. Der erste Elektromotor 16 fährt auf doppelte Drehzahl hoch. Der Propeller kann durch den ersten Elektromotor 16 weiterhin noch angetrieben werden.
  • • Ist keine Drehzahl des ersten Elektromotors 16 vorhanden, so klemmt der erste Freilauf 42. Der zweite Elektromotor 25 fährt auf doppelte Drehzahl hoch. Der Propeller kann durch den zweiten Elektromotor 25 weiterhin noch angetrieben werden
  • • Ist keine Drehzahl des zweiten Elektromotors 25 vorhanden, so klemmt der zweite Freilauf 43. Der erste Elektromotor 16 fährtauf doppelte Drehzahl hoch. Der Propeller kann durch den ersten Elektromotor 16 weiterhin noch angetrieben werden
  • • Dreht der erste Elektromotor 16 entgegen der Antriebsdrehrichtung, so klemmt der erste Freilauf 42. Der zweite Elektromotor 25 fährt auf doppelte Drehzahl hoch. Der Propeller kann durch den zweiten Elektromotor 25 weiterhin noch angetrieben werden
  • • Dreht der zweite Elektromotor 25 entgegen der Antriebsdrehrichtung, so klemmt der zweite Freilauf 43. Der erste Elektromotor 16 fährt auf doppelte Drehzahl hoch. Der Propeller kann durch den ersten Elektromotor 16 weiterhin noch angetrieben werden
  • • Dreht der Propeller entgegen der Antriebsrichtung, so klemmen der erste Freilauf 42 und der zweite Freilauf 43
  • • Wenn der Propeller zu langsam dreht wird dies durch elektrisches Beschleunigen abgefangen.
  • • Dreht der Propeller zu schnell, wird dies durch elektrisches Bremsen angefangen
  • • Fällt ein elektrischer Strang aus Leistungselektronik einschließlich der dazugehörenden drei Phasen des dazugehörenden 2x3-phasigen Elektromotors 16, 25 aus, so kann der jeweilige Elektromotor 16, 25 noch über seinen zweiten elektrischen Strang angetrieben werden.
The following failure modes of the embodiment of 1 are possible:
  • • If the first electric motor 16 does not generate any torque, then this first electric motor 16 is braked by the second electric motor 25, which continues to drive, until the first freewheel 42 jams. The second electric motor 25 meanwhile runs up to twice the speed. The propeller can still be driven by the second electric motor 25
  • • If the second electric motor 25 does not generate any torque, then this second electric motor is braked by the first electric motor 16, which continues to drive, until the second freewheel 43 jams. The first electric motor 16 runs up to twice the speed. The propeller can still be driven by the first electric motor 16 .
  • • If the first electric motor 16 is not rotating, the first freewheel 42 is jammed. The second electric motor 25 runs up to double the speed. The propeller can still be driven by the second electric motor 25
  • • If the second electric motor 25 is not rotating, the second freewheel 43 is jammed. The first electric motor 16 runs up to double the speed. The propeller can still be driven by the first electric motor 16
  • • If the first electric motor 16 rotates in the opposite direction to the direction of rotation of the drive, the first freewheel 42 jams. The second electric motor 25 runs up to twice the speed. The propeller can still be driven by the second electric motor 25
  • • If the second electric motor 25 rotates in the opposite direction to the driving direction of rotation, the second freewheel 43 jams. The first electric motor 16 runs up to twice the speed. The propeller can still be driven by the first electric motor 16
  • • If the propeller rotates in the opposite direction to the drive direction, the first freewheel 42 and the second freewheel 43 will jam
  • • If the propeller rotates too slowly, this is compensated by electrical acceleration.
  • • If the propeller turns too fast, this is started by electric braking
  • • If an electrical strand of power electronics, including the associated three phases of the associated 2x3-phase electric motor 16, 25, the respective Electric motor 16, 25 are still driven via its second electrical strand.

BezugszeichenlisteReference List

11
GehäuseHousing
22
Antriebswelledrive shaft
33
Innenwandinner wall
44
Sonnenradsun gear
55
Planetenradsatzplanetary gear set
66
Planetenräderplanet gears
77
Planetenräderachsenplanetary gear axles
88th
Planetenträgerplanet carrier
99
Rohrfortsatztube extension
1010
Drehachseaxis of rotation
1111
obere Stirnwandupper end wall
1212
Propelleraufnahmepropeller mount
1313
erstes Lagerfirst camp
1414
erste Trägerscheibefirst carrier disc
1515
Hohlradring gear
1616
erster Elektromotorfirst electric motor
1717
erster Statorfirst stator
1818
erster Rotorfirst rotor
1919
erster Stegfirst jetty
2020
erster Antriebsmotorfirst drive motor
2121
zweites Lagersecond camp
2222
Kegelrad-DifferentialgetriebeBevel gear differential
2323
Stirnrad-DifferentialgetriebeSpur gear differential
2424
unteres Ende erstes Antriebsrohrlower end of first drive tube
2525
zweiter Elektromotorsecond electric motor
2626
zweiter Statorsecond stator
2727
zweiter Rotorsecond rotor
2828
zweiter Stegsecond jetty
2929
zweites Antriebsrohrsecond drive tube
3030
drittes Lagerthird camp
3131
zweite Trägerscheibesecond carrier disc
3232
oberes Ende zweites Antriebsrohrupper end of second drive tube
3333
Leistungselektronikenpower electronics
3434
erstes Achswellenkegelradfirst side gear
3636
erstes Ausgleichskegelradfirst pinion gear
3737
Ausgleichsgehäusedifferential case
3838
erste Ausgleichsdrehachsefirst balancing axis of rotation
3939
zweites Achswellenkegelradsecond side gear
4040
zweites Ausgleichskegelradsecond pinion gear
4141
zweite Ausgleichsachsesecond balancing axis
4242
erster Freilauffirst freewheel
4343
zweiter Freilaufsecond freewheel
4545
Sumpfswamp
4646
Bodenfloor
4848
Gehäusewandhousing wall
4949
Kühlelementecooling elements
5151
erstes Sonnenstirnradfirst solar wheel
5252
erstes Planetenstirnradfirst planetary gear
5353
erster Planetenträgerfirst planet carrier
5454
erste Achsefirst axis
5555
zweites Sonnenstirnradsecond solar wheel
5656
zweites Planetenstirnradsecond planetary gear
5757
zweiter Planetenträgersecond planet carrier
5858
zweite Achsesecond axis

Claims (11)

Antriebseinrichtung für einen Propeller eines Multicopters mit einer von einem ersten Elektromotor (16) drehbar antreibbaren Antriebswelle (2), von der eine den Propeller tragende Abtriebswelle direkt oder indirekt drehbar antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2) weiterhin von einem zweiten Elektromotor (25) in der gleichen Drehrichtung wie vom ersten Elektromotor (16) drehbar antreibbar ist, wobei der erste Elektromotor (16) und der zweite Elektromotor (25) über ein Differentialgetriebe die Antriebswelle (2) drehbar antreiben und in einem den ersten Elektromotor (16) aufweisenden und das Differentialgetriebe antreibenden ersten Antriebsstrang ein erster Freilauf (42) sowie in einem den zweiten Elektromotor (25) aufweisenden und das Differentialgetriebe antreibenden zweiten Antriebsstrang ein zweiter Freilauf (43) angeordnet ist.Drive device for a propeller of a multicopter with a drive shaft (2) which can be driven in rotation by a first electric motor (16) and from which an output shaft carrying the propeller can be driven in rotation directly or indirectly, characterized in that the drive shaft (2) is also driven by a second electric motor (25) can be driven in rotation in the same direction of rotation as by the first electric motor (16), the first electric motor (16) and the second electric motor (25) driving the drive shaft (2) in rotation via a differential gear and the first electric motor (16 ) having and driving the differential gear a first freewheel (42) and in a second electric motor (25) having and driving the differential gear second drive train a second freewheel (43) is arranged. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe ein Kegelrad-Differentialgetriebe (22) oder ein Stirnrad-Differentialgetriebe (23) ist.drive device claim 1 , characterized in that the differential gear is a bevel gear differential gear (22) or a spur gear differential gear (23). Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle über einen Planetenradsatz (5) von der Antriebswelle (2) drehbar antreibbar ist.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the output shaft can be driven in rotation by the drive shaft (2) via a planetary gear set (5). Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2) ein Sonnenrad (4) des Planetenradsatzes (5) drehfest trägt, auf dem ein oder mehrere Planetenräder (6) angeordnet sind, die sowohl in das Sonnenrad (4) als auch in ein die Planetenräder (6) umschließendes feststehendes Hohlrad (15) eingreifen, wobei die Planetenräder (6) jeweils um Planetenträgerachsen eines Planetenträgers (8) drehbar gelagert sind und der Planetenträger (8) eine den Propeller tragende sowie die Abtriebswelle bildende Abtriebsachse aufweist.drive device claim 3 , characterized in that the drive shaft (2) has a sun gear (4) of the planetary gear set (5) non-rotatably, on which one or more planetary gears (6) are arranged, which engage both in the sun gear (4) and in a fixed ring gear (15) surrounding the planetary gears (6), the planetary gears (6) each rotating around planet carrier axes Planetary carrier (8) are rotatably mounted and the planetary carrier (8) has an output shaft which carries the propeller and forms the output shaft. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsstrang ein die Antriebswelle (2) mit radialem Abstand umschließendes erstes Antriebsrohr (20) aufweist, das mit einem Rotor (18) des ersten Elektromotors (16) verbunden ist und durch das das Differentialgetriebe drehbar antreibbar ist und daß der zweite Antriebsstrang ein die Antriebswelle (2) mit radialem Abstand umschließendes zweites Antriebsrohr (29) aufweist, das mit einem Rotor (27) des zweiten Elektromotors (25) verbunden ist und durch das das Differentialgetriebe drehbar antreibbar ist.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the first drive train has a first drive tube (20) which encloses the drive shaft (2) at a radial distance and is connected to a rotor (18) of the first electric motor (16) and through which the differential gear can be driven in rotation and that the second drive train has a second drive tube (29) which encloses the drive shaft (2) at a radial distance, which is connected to a rotor (27) of the second electric motor (25) and through which the differential gear can be driven in rotation. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe und/oder der Planetensatz (5) und/oder die Rotoren (18, 27) und Statoren (17, 26) des ersten und zweiten Elektromotors (16, 25) von einem Kühl- und/oder Schmiermittel durchströmbar sind.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the differential gear and / or the planetary gear set (5) and / or the rotors (18, 27) and stators (17, 26) of the first and second electric motors (16, 25) from a Coolant and / or lubricant can flow through. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2) eine Hohlwelle ist, in die das Kühl- und/oder Schmiermittel förderbar ist und die über ihre Länge verteilt Radialöffnungen (47) aufweist.drive device claim 6 , characterized in that the drive shaft (2) is a hollow shaft into which the coolant and/or lubricant can be conveyed and which has radial openings (47) distributed over its length. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle eine konische Innenwand (44) aufweist, wobei das Ende geringeren Durchmessers der Innenwand (44) in einen Sumpf (45) des Kühl- und/oder Schmiermittels ragt und das Ende größeren Durchmessers verschlossen ist.drive device claim 7 , characterized in that the hollow shaft has a conical inner wall (44), the end with the smaller diameter of the inner wall (44) protruding into a sump (45) of the coolant and/or lubricant and the end with the larger diameter being closed. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung ein seine Komponenten umschließendes Gehäuse (1) aufweist, aus dem das dem Propeller tragende Ende der Abtriebswelle herausragt.Drive device according to one of Claims 6 until 8th , characterized in that the drive device has a housing (1) enclosing its components, from which the end of the output shaft carrying the propeller protrudes. Antriebseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenwand des Gehäuses (1) luftdurchströmbare Kühlelemente (49) angeordnet sind.drive device claim 9 , characterized in that cooling elements (49) through which air can flow are arranged on the outer wall of the housing (1). Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromotor (16) und/oder zweite Elektromotor (25) eine 2x3-phasige Elektromotoreinheit ist.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the first electric motor (16) and/or second electric motor (25) is a 2x3-phase electric motor unit.
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