DE10356230A1

DE10356230A1 - Rotoreinheit an einem Drehflügler

Info

Publication number: DE10356230A1
Application number: DE2003156230
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Keßler; Andreas Dipl.-Ing. Tauchmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-07-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotoreinheit (1) an einem Drehflügler mit einem in oder an einem Hauptgetriebe gelagerten drehantreibbaren Rotormast (2) und einem drehfest mit dem Rotormast (2) verbundenen Rotorkopf, der seinerseits eine Mehrzahl gleichmäßig über den Umfang desselben angeordnete Rotorblätter aufweist, sowie mit zumindest einem im oder am drehenden System der Rotoreinheit (1) angeordneten Verbraucher elektrischer Energie. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, eine Rotoreinheit (1) zu schaffen, die eine einfache und kostengünstige Energieversorgung für beliebige im oder am drehenden System derselben angeordnete elektrische Verbraucher gewährleistet, im Wesentlichen dadurch gelöst, dass koaxial zum Rotormast (2) wenigstens eine umlaufende Elektromaschine in Form eines Generators (4) mit einem äußeren Elektromaschinenteil (5) und einem inneren Elektromaschinenteil (6) derart angeordnet und mit dem Rotormast (2) verbunden beziehungsweise wirkverbunden ist, dass zwischen den beiden Elektromaschinenteilen (5, 6) des Generators (4) eine Differenzdrehzahl DELTAn zur Erzeugung elektrischer Energie realisierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotoreinheit an einem Drehflügler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Heutige Drehflügler, wie beispielsweise Hubschrauber, weisen zur allgemeinen Energieversorgung elektrische Generatoren auf, die am Hauptgetriebe im nichtdrehenden Zellensystem montiert sind. Über eigene Verzahnungssätze, die in den Hauptleistungsstrang zum Antrieb des Hauptrotors des Hubschraubers eingreifen, werden diese von einem oder mehreren Triebwerken angetrieben. Die Versorgung mit elektrischer Energie wird bei Hubschraubern beispielsweise für die Avionik, die Funkanlage, Rettungswinden u. a. benötigt. Des Weiteren wird elektrische Energie auch für eine elektrisch betriebene Enteisungsanlage zur Vermeidung der Vereisung der sich drehenden Rotorblätter der Rotoreinheit benötigt.
Da die Generatoren im stehenden Flugkörperrumpf, jedoch bestimmte elektrische Verbraucher wie beispielsweise eine Enteisungsanlage im drehenden System des Haupt- und/oder Heckrotors angeordnet sind, kommen elektrische Drehübertragungsvorrichtungen wie etwa wartungsintensive Schleifringelemente zum Einsatz, die die Energieübertragung vom stehenden ins drehende System bewerkstelligen.
Der Energiebedart innerhalb des drehenden Systems eines Drehflüglers ist jedoch nicht auf die besagte Enteisungsanlage beschränkt, sondern kann weitere Anwendungsfälle umfassen. So ist es beispielsweise bekannt, dass Luftkräfte an den Rotorblättern Rotorblattschwingungen und Vibrationen erzeugen können, die zu Rumpfschwingungen des Hubschraubers führen können, und dass Schwankungen zu der Druckverteilung am Rotorblattprofil (insbeson dere durch Blatt-Wirbel-Kollision) zu einer erhöhten Geräuschabstrahlung führen.
Um diesem Umstand zu begegnen, sind zum einen hydraulisch betätigbare Einzelblatt-Steuerungsvorrichtungen für einen Rotor eines Hubschrauberhauptrotors bekannt, die ihrerseits mit herkömmlicher Taumelscheibensteuerung überlagert sind, wobei die hydraulische Leistungsversorgungseinrichtung im drehenden System koaxial zum drehangetriebenen Rotormast angeordnet ist ( DE 198 41 853 A1 , DE 198 41 855 A1 ).
Zum anderen wird in der US 4,379,678 eine hydraulisch betätigbare Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung beschrieben, die ihrerseits material- und kostenintensiv je Rotorblatt ein elektrohydraulisches Antriebsaggregat mit einer Hydraulikpumpe und einen elektrischen Generator zur Erzeugung von Elektroenergie für einen Signalgeber und die Signalverarbeitung vorsieht. Hydraulikpumpe und Generator sind hierbei radial außerhalb der Drehachse des drehangetriebenen Rotormastes angeordnet und über eine Getriebestufe trieblich mit demselben verbunden. Durch diese Anordnung wirken erhöhte Radialkräfte auf die elektrohydraulischen Antriebsaggregate, die besonders zu berücksichtigen sind und erhöhte Aufwendungen bedingen. Einer Leistungssteigerung insbesondere der elektrischen Generatoren, die erfahrungsgemäß mit erhöhter Masse und Ausdehnung einhergeht, sind enge Grenzen gesetzt.
Schließlich ist aus der DE 195 28 155 C1 ein Rotorblatt aus faserverstärktem Kunstharz bekannt, dessen Profil wenigstens im Bereich der Blattspitze durch elektrisch betriebene Aktuatoren sensorgesteuert um die Rotorblattlängsachse verdrehbar ausgebildet ist. Die Aktuatoren können dabei als Piezo-Aktuatoren, magnetostriktve Aktuatoren oder auch Kombinationen derselben sein. Auch hierdurch soll insbesondere auf das Strömungsverhalten des Rotorblattes im Sinne einer Verringerung der Schwingungen und Vibrationen desselben Einfluss genommen werden.
Wie beschrieben kann es somit sinnvoll sein, insbesondere zur Verbesserung des Betriebsverhaltens eines Drehflüglers bzw. zur Verbesserung des Flugkomforts eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern im oder am drehenden System der Rotoreinheit anzuordnen. Vor dem Hintergrund eines zukünftig vermehrten Bedarfes an elektrischer Energie im drehenden System der Rotoreinheit eines Drehflüglers liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Rotoreinheit zu schaffen, die eine einfache und kostengünstige Energieversorgung für beliebige im drehenden System eines Drehflüglers angeordnete elektrische Verbraucher gewährleistet.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Demnach geht die Erfindung von einer Rotoreinheit an einem Drehflügler aus, welche einen in oder an einem Hauptgetriebe gelagerten drehantreibbaren Rotormast und einen drehfest mit dem Rotormast verbundenen Rotorkopf aufweist, der seinerseits mit einer Mehrzahl gleichmäßig über den Umfang desselben angeordneten Rotorblättern ausgestattet ist, sowie zumindest einen im oder am drehenden System der Rotoreinheit angeordneten Verbraucher elektrischer Energie umfasst.
Erfindungsgemäß ist koaxial zum Rotormast wenigstens eine Elektromaschine in Form eines Generators mit einem äußeren Elektromaschinenteil und einem inneren Elektromaschinenteil derart angeordnet und mit dem Rotormast verbunden beziehungsweise wirkverbunden, dass zwischen den beiden Elektromaschinenteilen des Generators eine Differenzdrehzahl Δn zur Erzeugung elektrischer Energie realisierbar ist.
Durch diese Maßnahme wird vorteilhaft die Erzeugung von elektrischer Energie für im und/oder am drehenden System des Drehflüglers angeordnete Verbraucher vom stehenden ins drehende System überführt, woraus Kostenersparnisse infolge des Verzichts auf wartungsintensive elektrische Drehübertragungsvorrichtungen zu verzeichnen sind. Zudem sind nachteilige Effekte, wie sie nach dem Stand der Technik gemäß der US 4,379,678 auftreten, durch die koaxiale und demgemäss weitestgehend fliehkrafttunabhängige Anordnung des Generators im Rotormast nicht zu erwarten. Durch einfache Maßnahmen, nämlich durch die Wahl der Art, der Bauweise sowie der elektrischen Leistung des Generators ist in weiten Grenzen die Erzeugung von elektrischer Energie sowie die Versorgung der elektrischen Verbraucher im rotierenden System des Drehflüglers gewährleistet.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotormast mit einem der beiden Elektromaschinenteile drehfest verbunden und das andere der beiden Elektromaschinenteile entweder mit einem nichtdrehenden Teil des Drehflüglers fest verbunden, oder über ein oder mehrere Getriebe mit einer oder mehreren Getriebeübersetzungs- beziehungsweise Getriebeuntersetzungsstufen mit dem Rotormast wirkverbunden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Generator, bestehend aus dem äußeren und dem inneren Elektromaschinenteil, koaxial innerhalb eines wenigstens abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildeten Rotormastes angeordnet. Zudem kann der Generator im Bereich des Mastfußes oder im Bereich des Mastkopfes des Rotormastes angeordnet sein.
Nach einer anderen Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass der Rotormast selbst das innere Elektromaschinenteil des Generators bildet beziehungsweise an dem inneren Elektromaschinenteil unmittelbar fest angeschlossen sowie von dem äußeren Elektromaschinenteil des Generators umgeben ist.
Eine dritte Ausgestaltungsform sieht vor, dass der als Hohlwelle ausgebildete Rotormast selbst das äußere Elektromaschinenteil des Generators bildet beziehungsweise an den Elektrobauteilen des äußeren Elektromaschinenteils unmittelbar fest angeschlossen ist sowie das innere Elektromaschinenteilumschließt.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Generator innerhalb oder außerhalb des Gehäuses bzw. des hohlen Rotormastes des Hauptgetriebes der Rotoreinheit angeordnet ist.
Zweckmäßigerweise ist das mit dem Rotormast drehfest verbundene Elektromaschinenteil zudem mit dem zumindest einen Verbraucher elektrischer Energie im oder am drehenden System der Rotoreinheit elektrisch verbunden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Differenzdrehzahl Δn zwischen den beiden Elektromaschinenteilen realisierbar ist, die gleich, kleiner oder größer der Rotormastdrehzahl n_Rm ist.
Ferner wird im Sinne der Erfindung vorgeschlagen, dass die Rotoreinheit als Hauptrotor oder als Heckrotor eines Drehflüglers ausgebildet sein kann.
Wie die Erfindung schließlich noch vorsieht, ist der zumindest eine elektrische Verbraucher ein elektrisch betriebener Aktuator zur Verstellung eines oder mehrerer Rotorblätter, eine Enteisungsanlage zur Vermeidung der Vereisung der sich drehenden Rotorblätter, einen Messsensor, eine elektrisch betriebene Signalanlage oder ein jegliches andere mit elektrischer Energie betriebenes Bauteil oder Aggregat im oder am drehenden System der Rotoreinheit.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine schematische Zeichnung beigefügt. In dieser zeigen 1 bis 11 eine Rotoreinheit mit einer umlaufenden Elektromaschine in Form eines Generators in elf ausgewählten Ausführungsbeispielen, wobei der Generator, bestehend aus einem äußeren und einem inneren Elektromaschinenteil koaxial innerhalb eines we nigstens abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildeten Rotormastes angeordnet ist.
Gemäß 1 besteht die Rotoreinheit 1 eines Drehflüglers, welche die Rotoreinheit eines Hauptrotors oder eines Heckrotors eines Hubschraubers sein kann, aus einem einenends in einem nicht näher gezeigten Hauptgetriebe gelagerten und um seine Längsachse drehantreibbaren Rotormast 2, welcher bekanntermaßen anderenends mit einem Rotorkopf drehfest verbunden ist. Am Rotorkopf sind eine Mehrzahl gleichmäßig über den Umfang desselben verteilte Rotorblätter fest angeordnet (nicht näher dargestellt).
Im wesentlichen stellen sowohl der Rotormast 2 als auch der nicht näher gezeigte Rotorkopf samt Rotorblätter das sogenannte drehende System der Rotoreinheit 1 dar.
Im bzw. am drehenden System der Rotoreinheit 1 ist zumindest ein nicht dargestellter elektrischer Energieverbraucher angeordnet, welcher beispielsweise durch einen elektrisch betriebenen Aktuator zur Verstellung eines oder mehrerer Rotorblätter, wie einem Piezo-Aktuator, einen magnetostriktiven Aktuator, eine Enteisungsanlage zur Vermeidung der Vereisung der sich drehenden Rotorblätter, einen Messsensor, wie einem Sensor zur Ermittlung der Anstellung der Rotorblätter, eine elektrisch betriebene Signalanlage, wie einer Lichtsignalanlage, oder durch jegliches denkbare andere mit elektrischer Energie betriebene Bauteil oder Aggregat im oder am drehenden System der Rotoreinheit 1 gebildet ist.
Vorliegend ist der Rotormast 2 als Hohlwelle und in seinem Fußbereich im Durchmesser geweitet ausgebildet, sowie mit einem an sich bekannten und am Außenumfang des Rotormastes 2 angeordneten Sammelzahnrad 3 versehen, welches mit einem oder mehreren, vorzugsweise wenigstens zwei nicht näher dargestellten Antriebszahnrädern des Hauptgetriebes antreibbar ist.
Koaxial zum Rotormast 2, und zwar innerhalb des geweiteten Fußbereiches des als Hohlwelle ausgebildeten Rotormastes 2, ist erfindungsgemäß wenigstens eine umlaufende Elektromaschine in Form eines Generators 4 mit einem äußeren Elektromaschinenteil 5 und einem inneren Elektromaschinenteil 6 angeordnet, wobei der Rotormast 2 mit einem der beiden Elektromaschinenteile 5 und 6, vorliegend dem äußeren Elektromaschinenteil 5, über einen Steg 7 drehfest verbunden ist.
Das andere der beiden Elektromaschinenteile 5 und 6, hier das innere Elektromaschinenteil 6, ist dagegen mit einem nichtdrehenden Teil 8 des Drehflüglers fest verbunden, so dass infolge einer Drehbewegung des Rotormastes 2 und demgemäss des äußeren Elektromaschinenteils 5 zwischen den beiden Elektromaschinenteilen 5, 6 des Generators 4 eine Differenzdrehzahl Δn zur Erzeugung elektrischer Energie realisierbar ist.
Als nichtdrehendes Teil 8 des Drehflüglers wird dessen Rumpf beziehungsweise ein daran fest angeschlossenes Bauteil, wie beispielsweise das Getriebegehäuse des Hauptgetriebes, verstanden.
Es gelten somit für die vorstehende Variante aufgrund der drehfesten Verbindung des äußeren Elektromaschinenteils 5 mit dem drehantreibbaren Rotormast 2 sowie dem stillstehenden inneren Elektromaschinenteil 6 folgende Drehzahlbedingungen: nAE = nRm nIE = 0 Δn = nRm wobei n_AE für die Drehzahl des äußeren Elektromaschinenteils 5, n_IE für die Drehzahl des inneren Elektromaschinenteils 6, n_Rm für die Drehzahl des Rotor mastes 2 und Δn für die Differenzdrehzahl steht, die ihrerseits die Erzeugung elektrischer Energie nutzbar ist.
Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, wird die erzeugte elektrische Energie im Sinne der Erfindung hier am drehenden äußeren Elektromaschinenteil 5 abgegriffen und mittels einer oder mehrerer elektrischer Leitungen 9 den nicht näher dargestellten Verbrauchern im oder am drehenden System zugeführt. Herkömmliche Drehübertragungsvorrichtungen für elektrische Energie, wie etwa Schleifringe, sind somit entbehrlich geworden.
Die zweite Variante der Rotoreinheit 1 unterscheidet sich gemäß 2 zur vorstehenden Variante im wesentlichen dadurch, dass der Generator 4 in einem Abschnitt oberhalb des Rotormastfußes, beispielsweise im Kopfbereich des Rotormastes 2 angeordnet ist, wobei sich das innere Elektromaschinenteil 6 mittels eines langgestreckten Standrohres 10 am nichtdrehenden Teil 8 abstützt.
Durch diese Maßnahme wird am Rotormastfuß vorteilhaft Bauraum für bestimmte Rotorsteuerungsbauteile geschaffen, zu denen beispielsweise eine nicht näher dargestellte, jedoch an sich bekannte Taumelscheibe zur Rotorblattsteuerung gehört.
Auch hier gelten unter Beibehaltung der vorstehenden Bezeichnungen die Drehzahlbedingungen: nAE = nRm nIE = 0 Δn = nRm
Die Rotoreinheit 1 gemäß 3 zeigt eine koaxial innerhalb des Rotormastes 2 angeordnete Elektromaschine in Form eines Generators 4, dessen inneres Elektromaschinenteil 6 in Umkehrung der oben beschriebenen Anordnungen über einen Steg 7 drehfest mit dem drehantreibbaren Rotormast 2 verbunden ist, und das äußere Elektromaschinenteil 5 sich am nichtdrehenden Teil 8, welches das Gehäuse des Hauptgetriebes sein kann, abstützt.
Unter Beibehaltung der bisher eingeführten Bezeichnungen gelten die Drehzahlbedingungen: nIE = nRm nAE = 0 Δn = nRm
Die in 4 bis 11 jeweils dargestellte Rotoreinheit 1 unterscheidet sich von allen vorbeschriebenen Varianten dadurch, dass das innere Elektromaschinenteil 6 des Generators 4 nicht mehr fest mit einem nichtdrehenden Teil 8 verbunden ist, sondern über eine oder mehrere in den Rotormast 2 integrierte Getriebeübersetzungs- beziehungsweise Getriebeuntersetzungsstufen 11 derart mit dem Rotormast 2 wirkverbunden ist, dass zwischen den beiden Elektromaschinenteilen 5, 6 des Generators 4 eine Differenzdrehzahl „Δn" zur Erzeugung elektrischer Energie realisierbar ist, die gleich, kleiner oder größer als die Rotormastdrehzahl n_Rm sein kann.
Gemäß 4 ist das äußere Elektromaschinenteil 5 über den genannten Steg 7 mit dem Rotormast 2 drehfest verbunden. Das innere Elektromaschinenteil 6 weist ein an demselben koaxial zum Rotormast 2 fest angeordnetes Sonnenrad „S" auf, welches über ein zwischengeschaltetes und am nichtdrehenden Teil 8 mittels eines Steges 12 drehgelagertes Zahnrad „Z" mit einer bestimmten Zähnezahl mit einem fest mit dem Rotormast 2 verbundenem Hohlrad „H" im Zahneingriff steht, wodurch sich der Rotormast 2 und das innere Elektromaschinenteils 6 gleichsinnig zueinander drehen.
Sonnenrad S, Zahnrad Z und Hohlrad H sind vorliegend so dimensioniert, dass folgende Drehzahl- und Übersetzungsbedingungen gelten: nAE = nRm = nH i0 = zH/zS nIE = nRm × I0 Δn = nIE + nRm
Unter Beibehaltung der bisher eingeführten Bezeichnungen stehen des Weiteren n_H für die Drehzahl des Hohlrades H, i für die gewählte Übersetzung und z für Zahnrad bzw. Zähnezahl des jeweils indizierten Zahnrades.
Auch gemäß 5 drehen der Rotormast 2 und das innere Elektromaschinenteil 6 gleichsinnig, wobei ein sogenanntes „Idler"-Zahnrad z₃, welches lediglich eine Drehrichtungsumkehr erzeugt, Verwendung findet. Die Zahnräder z₁ bis z₃ sind insoweit auf Stegen 12 drehgelagert, die sich am nichtdrehenden Teil 8 abstützen. Zahnräder z₁ und z₃ bilden ein gestuftes Zahnrad zur Variation der Übersetzung. Es sollen hier folgende Drehzahl- und Übersetzungsbedingungen gelten: nAE = nRm = nH i1 = zH/z1 I2 = zS/z2 nIE = nRm × I1 × I2 ∆n = nIE – nRm
Gesetzt den nicht näher gezeigten Fall, dass ein weiteres „Idler"- Zahnrad z₄ hinzugefügt ist bzw. Idler z₃ eliminiert und z₁/z₂ entsprechend umgebildet werden, so würden der Rotormast 2 und das innere Elektromaschinenteil 6 gegensinnig zueinander drehen und die Differenzdrehzahl Δn wäre dann für den Fachmann leicht nachvollziehbar wie folgt: Δn = nIE + nRm
6 und 7 zeigen im Hinblick auf 4 eine Getriebekonstellation, die eine verbesserte Abstützung des inneren Elektromaschinenteils 6 in bezug auf den Rotormast 2 gewährleistet, indem eine Mehrzahl von Planetenrädern PL zum Einsatz kommen. Auch hier gelten folgende Drehzahl- und Übersetzungsbedingungen: nAE = nRm = nH i0 = zH/zS nIE = nRm × i0 Δn = nIE + nRm
Untereinander unterscheiden sich die Ausführungsformen der Erfindung gemäß 6 und 7 im wesentlichen in der Anordnung des Generators 4 innerhalb des Rotormastes 2. Entsprechend 6 ist der Generator 4 im Fußbereich und gemäß 7 in einem oberen Bereich, beispielsweise dem Kopfbereich des Rotormastes 2 angeordnet, wobei die letztgenannte Bauform entsprechend lang ausgebildete Stege 12 benötigt.
8 zeigt, dass das Hohlrad H auch drehfest mit dem nichtdrehenden Teil 8, beispielsweise dem Gehäuseboden des Hauptgetriebes, verbunden sein kann. Insoweit ist dann der Steg 12 für die Planetenräder PL mit dem Rotormast 2 drehfest verbunden. Es sollen hier folgende Drehzahl- und Übersetzungsbedingungen gelten: nAE = nRm i0 = zH/zS i = (1 – i0) nIE = nRm × i Δn = nIE – nRm
9 zeigt dagegen, dass sind zwei Planetenuntersetzungsgetriebestufen 11 derart in Wirkverbindung miteinander gebracht sind, dass sich die Differenzdrehzahl Δn zwischen den beiden Elektromaschinenteilen 5, 6 weiter erhöhen lässt. Bei diesem Aufbau gelten folgende Übersetzungsbedingungen: i01 = zH1/zS1 i02 = zH2/zS2 i1 = (1 – i01) i2 = (1 – i02) iges = (i1 × i2) nAE = nRm nIE = nRm × iges Δn = nIE – nAE
10 und 11 zeigen, dass sowohl der Rotormast 2 als auch das äußere Elektromaschinenteil 5 des Generators 4 unter Verwendung von Kegelrädern K derart über eine Eingangsantriebswelle 13 mit einer Drehzahl n_Ein angetrieben werden können, dass eine Differenzdrehzahl Δn zwischen den beiden Elektromaschinenteilen 5, 6 realisierbar ist.
Für 10 gelten daher folgende Drehzahl- und Übersetzungsbedingungen: i1 = zK2/zK1 nAE = nEin/i1 i2 = zK4/zK3 nIE = nEin/i2 Δn = nIE + nRm
Alternativ dazu können die Kegelräder K₁ bis K₄ so getauscht werden, dass sich eine geänderte Drehrichtung der beiden Elektromaschinenteile 5, 6 ergibt (nicht näher dargestellt). Die Differenzdrehzahl „Δn" ergibt sich dann wie folgt: Δn = nIE – nRm
Bezüglich der in 11 dargestellten Variante der Erfindung gelten folgende Übersetzungs- und Drehzahlbedingungen: i1 = z5/z4 × zK2/zK1 nAE = nRM = nEin/i1 i2 = z3/z1 × zK2/zK1 nIE = nEin/i2 Δn = nIE + nRm
Alternativ dazu können auch hier die Kegelräder K₁ und K₂ so getauscht werden, dass sich eine geänderte Drehrichtung der beiden Elektromaschinenteile 5, 6 ergibt. In diesem Zusammenhang besteht auch die Möglichkeit das Zahnrad „Z₂" einzusparen (nicht näher dargestellt). Die Differenzdrehzahl Δn ergibt ist dann Δn = nIE – nRm
Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die vorstehend näher beschriebenen Stirnrad-, Planetenrad- und/oder Kegelradgetriebe, sondern umfasst zum Beispiel auch an sich bekannte Kronenradgetriebe oder andere geeignete Getriebe, wie beispielsweise auch Zugmittel- oder Reibgetriebe, die zum Antrieb des einen oder beider Generatorteile genutzt werden können.
Fernerhin erkennt der Fachmann, dass die Gestaltung geeigneter Getriebe kaum eingeschränkt ist. Die vorstehend näher beschriebenen Getriebekonstellationen beziehen sich auf ein drehfest mit dem Rotormast 2 verbundenes äußeres Elektromaschinenteil 5, wobei das innere Elektromaschinenteil 6 mittels einem oder mehreren Getriebe 11 mit dem Rotormast 2 wirkverbunden ist.
Selbstverständlich sind auch eine Vielzahl von Varianten denkbar, die eine umgekehrte Bauweise derart aufweisen, dass das innere Elektromaschinenteil 6 drehfest mit dem Rotormast 2 verbunden ist und das äußere Elektromaschinenteil 5 mittels eines oder mehrerer Getriebe mit dem Rotormast 2 wirkverbunden ist.
11 zeigt des Weiteren einen besonders schlank ausgebildeten Rotormast 2. In Anlehnung daran ist es angezeigt und wird durch die Erfindung ebenfalls mit erfasst, dass der Rotormast 2 selbst das innere Elektromaschinenteil 6 des Generators 4 bildet beziehungsweise dessen Elektrobauteile an diesem unmittelbar fest angeschlossen sowie von dem äußeren Elektromaschinenteil 5 des Generators 4 umschlossen ist, wodurch sich Platz-, Gewichts- und Kostenersparnisse erzielen lassen.
12 zeigt eine Ausgestaltung, bei welcher der Generator außerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist.
In Umkehrung dessen kann der Rotormast 2 selbst als Hohlwelle ausgebildet das äußere Elektromaschinenteil 5 des Generators 4 bilden beziehungsweise an diesem unmittelbar fest angeschlossen sein und ein inneres Elektromaschinenteil 6 umschließen (nicht näher dargestellt).
Wie den vorstehenden Ausführungen unschwer zu entnehmen ist, kann der Generator 4 sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gehäuses des Hauptgetriebes der Rotoreinheit 1 angeordnet sein. Der Vorteil einer Anordnung außerhalb des Hauptgetriebes, beispielsweise erhöht über demselben im Kopfbereich des Rotormastes 2, wird insbesondere darin gesehen, dass eine verbesserte Wartungszugänglichkeit besteht und ferner Abdichtungen gegenüber Getriebeöl vermieden werden können.

1: Rotoreinheit
2: Rotormast
3: Sammelzahnrad
4: Generator
5: äußeres Elektromaschinenteil
6: inneres Elektromaschinenteil
7: Steg
8: nichtdrehendes Teil
9: elektrische Leitung
10: Standrohr
11: Getriebe; Getriebeübersetzungsstufe; Getriebeuntersetzungsstufe
12: Steg
13: Eingangsantriebswelle
Δn: Differenzdrehzahl
S: Sonnenrad
Z: Zahnrad; Zähnezahl des jeweiligen Zahnrades
H: Hohlrad
PL: Planetenrad
K: Kegelrad
n_AE: Drehzahl des äußeren Elektromaschinenteils 5
n_IE: Drehzahl des inneren Elektromaschinenteils 6
n_Rm: Drehzahl des Rotormastes 2
n_Ein: Eingangsdrehzahl der Eingangsantriebswelle 13
n_H: Drehzahl des Hohlrades H
i: Übersetzung

Claims

Rotoreinheit (1) an einem Drehflügler mit einem in oder an einem Hauptgetriebe gelagerten drehantreibbaren Rotormast (2) und einem drehfest mit dem Rotormast (2) verbundenen Rotorkopf, der seinerseits eine Mehrzahl gleichmäßig über den Umfang desselben angeordnete Rotorblätter aufweist, sowie mit zumindest einem im oder am drehenden System der Rotoreinheit (1) angeordneten Verbraucher elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zum Rotormast (2) wenigstens eine Elektromaschine in Form eines Generators (4) mit einem äußeren Elektromaschinenteil (5) und einem inneren Elektromaschinenteil (6) derart angeordnet und mit dem Rotormast (2) verbunden beziehungsweise wirkverbunden ist, dass zwischen den beiden Elektromaschinenteilen (5, 6) des Generators (4) eine Differenzdrehzahl „Δn" zur Erzeugung elektrischer Energie realisierbar ist.
Rotoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormast (2) mit einem der beiden Elektromaschinenteile (5, 6) drehfest verbunden, und das andere der beiden Elektromaschinenteile (5, 6) entweder mit einem nichtdrehenden Teil (8) des Drehflüglers fest verbunden oder über ein oder mehrere Getriebe mit einer oder mehreren Getriebeübersetzungs- beziehungsweise Getriebeuntersetzungsstufen (11) mit dem Rotormast (2) wirkverbunden ist.
Rotoreinheit nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4), bestehend aus dem äußeren und dem inneren Elektromaschinenteil (5, 6), koaxial innerhalb eines wenigstens abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildeten Rotormastes (2) angeordnet ist.
Rotoreinheit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) im Bereich des Mastfußes oder im Bereich des Mastkopfes angeordnet ist.
Rotoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormast (2) selbst das innere Elektromaschinenteil (6) des Generators (4) bildet beziehungsweise an dem inneren Elektromaschinenteil (6) unmittelbar fest angeschlossen sowie von dem äußeren Elektromaschinenteil (5) des Generators (4) umschlossen ist.
Rotoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormast (2) selbst als Hohlwelle ausgebildet das äußere Elektromaschinenteil (5) des Generators (4) bildet beziehungsweise an dem äußeren Elektromaschinenteil (5) unmittelbar fest angeschlossen ist und ein inneres Elektromaschinenteil (6) umschließt.
Rotoreinheit nach einem der einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) innerhalb oder außerhalb des Gehäuses des Hauptgetriebes der Rotoreinheit (1) angeordnet ist.
Rotoreinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Rotormast (2) drehfest verbundene Elektromaschinenteil (5) oder (6) mit dem zumindest einen Verbraucher elektrischer Energie im oder am drehenden System der Rotoreinheit (1) elektrisch verbunden ist.
Rotoreinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenzdrehzahl (Δn) zwischen den beiden Elektromaschinenteilen (5, 6) realisierbar ist, die gleich, kleiner oder größer der Rotormastdrehzahl (n_Rm) ist.
Rotoreinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe als Hauptrotor eines Drehflüglers ausgebildet ist.
Rotoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe als Heckrotor eines Drehflüglers ausgebildet ist.
Rotoreinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Verbraucher elektrischer Energie durch einen elektrisch betriebenen Aktuator zur Verstellung eines oder mehrerer Rotorblätter, durch eine Enteisungsanlage zur Vermeidung der Vereisung der sich drehenden Rotorblätter, durch einen Messsensor, durch eine elektrisch betriebene Signalanlage oder durch ein jegliches andere mit elektrischer Energie betriebenes Bauteil oder Aggregat im oder am drehenden System der Rotoreinheit (1) gebildet ist.