DE202008012191U1 - Electric drive system - Google Patents

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Abstract

Elektrisches Antriebssystem mit:
einem Rotorring (1), an welchem Magneten (1a) angeordnet sind und an welchem ein Flansch (1b) mit Bohrungen zur Befestigung eines Propellers oder einer Welle angebracht ist, und welcher in einem Statorzentralstück (2) gelagert ist, das auch zur Befestigung des elektrischen Antriebssystems an einem Motorträger dient; und
einem Eisenblechpaket (2b), welches mit dem Stator (2) über Lamellenstege (3) verbunden ist und Statorwicklungen (3a) aufweist, die auf Zähne (8) des Eisenblechpaketes (2b) aufgewickelt sind.Electric drive system with:
a rotor ring (1) on which magnets (1a) are arranged and on which a flange (1b) is mounted with bores for fastening a propeller or a shaft, and which is mounted in a stator central piece (2) which is also used for fastening the electric drive system is used on a motor carrier; and
an iron sheet package (2b), which is connected to the stator (2) via lamella webs (3) and stator windings (3a) which are wound on teeth (8) of the sheet iron package (2b).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem.The The invention relates to an electric drive system.

Zur Motorisierung von ultraleichten Luftsportgeräten, wie Gleitschirmen, Drachen, Starrflüglern, Trikes und ultraleichten Segelflugzeugen kommen in der Regel Verbrennungsmotoren mit Untersetzungsgetriebe zum Einsatz. Diese Verbrennungsmotoren treiben Druck-, oder Zugluftschrauben an, die dann den notwendigen Vorschub für das Fluggerät erzeugen.to Motorization of ultralight air sports equipment, such as paragliders, kites, Fixed wingers, trikes and ultralight gliders usually come with internal combustion engines with reduction gear for use. These internal combustion engines drive Pressure or draft screws, which then the necessary feed for the aircraft produce.

Heute verfügbare elektrische Antriebe für Gleichstromeinspeisung sind für diese Antriebsaufgaben in der Regel zu schwer oder zu leistungsschwach bzw. benötigen Untersetzungsgetriebe, durch die einige Vorteile des Elektroantriebs wieder entfallen.today available Electric drives for DC supply are for These drive tasks usually too heavy or underachieving or need Reduction gear, through which some advantages of the electric drive again omitted.

Die wesentlichen Nachteile der Antriebe mit Verbrennungsmotoren sind deren Lärmemission, die Geruchsbelästigung, die aufwändige Wartung und Pflege und die damit einhergehende negative Umweltverträglichkeit. In Zeiten des Klimawandels spielen ebenso die CO2 Emission, sowie die hohen Spritpreise eine maßgebliche negative Rolle.The main disadvantages of drives with internal combustion engines are their noise emission, the odor nuisance, the complex maintenance and care and the associated negative environmental impact. In times of climate change, CO 2 emissions as well as high fuel prices also play a significant negative role.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung eine Motorisierung insbesondere für Fluggeräte zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik behebt. Die Motorisierung soll emissionsfrei arbeiten, ein geringes Leistungsgewicht aufweisen und eine hohe Dynamik ermöglichen.It Therefore, a main object of the present invention is an engine especially for Aircraft to disposal to provide that overcomes the disadvantages of the prior art. The Motorization should work emission-free, a low power to weight ratio exhibit and allow high dynamics.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The The object is achieved by a Electric drive system with the features of the protection claim 1 solved. Preferred further embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Zur Motorisierung von ultraleichten Luftsportgeräten, wie Gleitschirme, Drachen, Starrflügler, Trikes und ultraleichten Segelflugzeugen sowie überall dort, wo ein sehr leichter, elektrischer Antrieb Vorteile gegenüber einem Verbrennungsmotor bringt, sollte künftig erfindungsgemäß ein ultraleichtes Elektro-Direkt-Antriebssystem eingesetzt werden.to Motorization of ultralight air sports equipment, such as paragliders, kites, fixed wing aircraft, Trikes and ultralight gliders and wherever a very light, electric drive advantages over a combustion engine should bring in the future According to the invention an ultralight Electric direct drive system can be used.

Die Vorteile wie geringer Geräuschpegel, saubere und einfache Handhabung, Wartungsfreiheit und die Sicherheit von Elektroantriebssystemen sind aus den unterschiedlichsten Bereichen bekannt.The Advantages such as low noise, clean and easy handling, maintenance-free and the safety of Electric drive systems are from a wide variety of areas known.

Zu diesem Zweck wurde ein ultraleichter, hocheffizienter polyphasiger, permanenterregter Synchronmotor mit der Kurzbezeichnung HPD x (High Power Direct (x – kilowett)) entwickelt, der eine Luftschraube oder andere kraftübertragende Elemente direkt, ohne Untersetzung, antreiben kann.To For this purpose, an ultralight, highly efficient polyphasic, permanent-magnet synchronous motor with the abbreviation HPD x (High Power Direct (x - kilowatt)) designed to be an airscrew or other power transmitting Elements directly, without reduction, drive can.

Solche Motoren sind von der Funktionsart bekannt und vor allem im Flugmodellbau beliebt. Der hier vorgestellte Motor hat aber eine Reihe von Eigenschaften, die besonders vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik sind. Er ermöglicht ein sehr hohes Dauerleistungs-/Gewichtverhältnis von 0,375 kg/KW bei niedriger spezifischer Leerlaufdrehzahl von 47 U/min und großem Drehmoment-/Gewichtsverhältnis über 10 Nm/kg. Der Wirkungsgrad liegt deutlich oberhalb von 90% im Betriebsbereich von 9–10 KW. Er weist eine konstruktiv bedingte Temperaturfestigkeit durch optimierte Kühlluftführung auf. Ferner ist eine vollständige elektrische Trennung des Statoreisenpaketes vom Lagerblock und Rotor zur Vermeidung von Lagerzerstörenden Kriechströmen durch GFK-Bauteile gegeben. Die Herstellkosten sind durch den einfachen Aufbau, wenige Bauteile und eine einfache Spulenverdrahtung in Form von drei im Stator umlaufenden Phasenleitern gering.Such Engines are known from the type of operation and especially in the model aircraft popular. However, the engine presented here has a number of properties, the most advantageous over the State of the art. He allows a very high continuous power / weight ratio of 0.375 kg / kW at lower specific idling speed of 47 rpm and large torque / weight ratio over 10 Nm / kg. The efficiency is well above 90% in the operating range from 9-10 KW. He has a constructive temperature resistance Optimized cooling air flow on. Further is a complete one electrical separation of the stator iron package from the bearing block and rotor to avoid bearing destroyers Creep currents through Given GFRP components. The manufacturing costs are due to the simple Construction, few components and a simple coil wiring in shape of three circulating in the stator phase conductors low.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Von den Figuren zeigen:The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference closer to the enclosed figures explained. From the figures show:

1 eine Rotorglocke mit eingeklebten Magneten eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems; und 1 a rotor bell with glued magnets of an electric drive system according to the invention; and

2 einen Stator mit Wicklungen und Lagerung eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems; und 2 a stator with windings and mounting of an electric drive system according to the invention; and

3 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems. 3 a cross section of an electric drive system according to the invention.

Das elektrische Antriebssystem wird im Folgenden anhand der vorher genannten Figuren beschrieben. Der erfindungsgemäße Motor besteht aus einem Rotorring 1 mit einem Durchmesser von ca. 220 mm, einer Länge von 30 mm und weist 42 ein geklebte Neodymmagneten 1a auf. Der Rotorring 1 ist verschraubt mit einem Flansch 1b, an dem auch die Befestigungsbohrungen für den Propeller bzw. eine Welle angebracht sind.The electric drive system will be described below with reference to the aforementioned figures. The motor according to the invention consists of a rotor ring 1 with a diameter of about 220 mm, a length of 30 mm and 42 has a glued neodymium magnet 1a on. The rotor ring 1 is bolted with a flange 1b , to which the mounting holes for the propeller or a shaft are attached.

Die so aufgebaute Rotorglocke ist in einem Statorzentralstück 2 gelagert, das auch zur Befestigung des ganzen Motors an einem Motorträger dient.The rotor bell thus constructed is in a stator center 2 stored, which also serves to attach the whole engine to a motor carrier.

Von dem Statorzentralstück 2 gehen vier Träger 2a aus GFK-Plattenmaterial radial nach außen und stützen direkt über Nuten in den Blechen das Eisenblechpaket 2b zentrisch zum Rotor 1 ab. Über diese Träger 2a wird auch das Drehmoment auf das Statorzentralstück 2 übertragen. Das Eisenblechpaket 2b ist dabei aus vielen einzelnen Eisenblechen mit einer Dicke von 0,35 mm aufgebaut und so klein wie möglich dimensioniert, um die Wirbelstromverluste und das Gewicht gering zu halten. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind 18 Spulen/Statorwicklungen 3a dabei auf jeweils zwei der insgesamt 36 Zähne des Eisenblechpaketes 2b aufgeteilt. Der Wickelsinn der beiden korrespondierenden Zähne ist dabei gegensinnig.From the stator center piece 2 go four carriers 2a made of GRP plate material radially outward and support directly through grooves in the sheets of iron sheet package 2 B centric to the rotor 1 from. About this carrier 2a also the torque on the stator center 2 transfer. The iron sheet package 2 B is made of many individual iron 0.35 mm thick and sized as small as possible to minimize eddy current losses and weight. In this embodiment, 18 coils / stator windings 3a in each case two of the total of 36 teeth of the iron sheet package 2 B divided up. The winding sense of the two corresponding teeth is in opposite directions.

Die Motorkühlung erfolgt über die Sogwirkung von 42 radialen Bohrungen 1d im Flansch 1b, die der Kühlluftführung 5 dienen. Die zentral angesaugte Luft wird zum Teil über die Innenseite des Blechpaketes 2b und vor allem durch Freiräume 3b zwischen den Spulen geleitet. Eine Luftführungslippe 1c verhindert die Umgehung der Spulen durch die Kühlluft.The engine cooling takes place via the suction effect of 42 radial bores 1d in the flange 1b that of the cooling air duct 5 serve. The centrally sucked air is partly on the inside of the laminated core 2 B and above all by open spaces 3b passed between the coils. An airflow lip 1c prevents the bypassing of the coils by the cooling air.

Lamellenstege 3 aus GFK dienen der vollständigen elektrischen Trennung des Statoreisenpaketes vom Lagerblock und Rotor zur Vermeidung von Lagerzerstörenden Kriechströmen. Die Sammlung der Statorwicklungen 3a erfolgt über drei kreisförmig angeordnete Ringleitungen 4. Die Parallelschaltung der Einzelspulen erlaubt einen Durchmesser des Wickeldrahtes von nur 1,1 mm und vermeidet Verluste durch dicke Wickelköpfe.louvers 3 made of GFK serve the complete electrical separation of the stator iron package from the bearing block and rotor to prevent bearing destructors leakage currents. The collection of stator windings 3a takes place via three circular loops arranged in a circle 4 , The parallel connection of the individual coils allows a diameter of the winding wire of only 1.1 mm and avoids losses due to thick winding heads.

Diese Auslegung ermöglicht eine einfache Bewicklung und Verschaltung der Statorwicklungen 3a und ergibt bei Dreiecksschaltung nur einen Gleichstrom-Innenwiderstand von etwa 7,5 Milliohm zwischen 2 Phasen gemessen.This design allows easy winding and interconnection of the stator windings 3a and results in triangular circuit only a DC internal resistance of about 7.5 milliohms measured between 2 phases.

Der Motor ist in verschiedene Leistungsgrößen skalierbar, indem die Bautiefe durch die Länge der Magnete und Spulenköpfe variiert wird. D. h. ein 14 Kilowatt Motor würde durch Verlängerung der Magnete 1a und Spulenköpfe mit dem Faktor 1,4 entstehen können.The motor can be scaled to different power sizes by varying the depth by the length of the magnets and coil heads. Ie. A 14 kilowatt motor would be made by extending the magnets 1a and coil heads can arise with a factor of 1.4.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention with reference to preferred embodiments described herein, it is not limited thereto, but on diverse Modifiable way.

11
Rotorringrotor ring
1a1a
NeodynmagnetenNeodynmagneten
1b1b
Flanschflange
1c1c
LuftführungslippeAir guide lip
1d1d
Bohrungen im Flansch 1b Holes in the flange 1b
22
StatorzentralstückStatorzentralstück
2a2a
Trägercarrier
2b2 B
EisenblechpaketIron laminated core
33
Lamellenstegelouvers
3a3a
Statorwicklungenstator windings
3b3b
Freiräume zwischen den SpulenFree spaces between the coils
44
Ringleitungenring lines
55
KühlluftzuführungCooling air supply

Claims (12)

Elektrisches Antriebssystem mit: einem Rotorring (1), an welchem Magneten (1a) angeordnet sind und an welchem ein Flansch (1b) mit Bohrungen zur Befestigung eines Propellers oder einer Welle angebracht ist, und welcher in einem Statorzentralstück (2) gelagert ist, das auch zur Befestigung des elektrischen Antriebssystems an einem Motorträger dient; und einem Eisenblechpaket (2b), welches mit dem Stator (2) über Lamellenstege (3) verbunden ist und Statorwicklungen (3a) aufweist, die auf Zähne (8) des Eisenblechpaketes (2b) aufgewickelt sind.Electric drive system comprising: a rotor ring ( 1 ) on which magnet ( 1a ) are arranged and on which a flange ( 1b ) is mounted with holes for attachment of a propeller or a shaft, and which in a Statorzentralstück ( 2 ), which also serves to attach the electric drive system to a motor carrier; and a sheet iron package ( 2 B ), which with the stator ( 2 ) via lamellar webs ( 3 ) and stator windings ( 3a ) on teeth ( 8th ) of the sheet iron package ( 2 B ) are wound up. Elektrisches Antriebssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (1a) Neodynmagneten ausgebildet sind.Electric drive system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the magnets ( 1a ) Neodynmagneten are formed. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (1a) auf den Rotorring (1) aufgeklebt sind.Electric drive system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnets ( 1a ) on the rotor ring ( 1 ) are glued. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (1) und der Flansch (1b) miteinander verschraubt sind.Electric drive system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator ring ( 1 ) and the flange ( 1b ) are bolted together. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisenblechpaket (2b) über Träger (2a) aus Kunststoff am Rotor (1) abgestützt ist.Electric drive system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the iron sheet package ( 2 B ) via supports ( 2a ) made of plastic on the rotor ( 1 ) is supported. Elektrisches Antriebssystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (2a) aus GFK gebildet sind.Electric drive system ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the supports ( 2a ) are made of GFRP. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklungen (3a) jeweils auf zwei Zähne (8) des Eisenblechpaketes (2b) aufgeteilt sind.Electric drive system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator windings ( 3a ) each on two teeth ( 8th ) of the sheet iron package ( 2 B ) are divided. Elektrisches Antriebssystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklungen (3a) jeweils auf zwei Zähne (8) des Eisenblechpaketes (2b) mit gegensinnigem Wickelsinn aufgeteilt sind.Electric drive system ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the stator windings ( 3a ) each on two teeth ( 8th ) of the sheet iron package ( 2 B ) are divided in opposite directions Wickelsinn. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bohrungen (1d) zur Kühlung des elektrischen Antriebssystems im Flansch (1b) angeordnet sind.Electric drive system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized records that drilling ( 1d ) for cooling the electric drive system in the flange ( 1b ) are arranged. Elektrisches Antriebssystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftführungslippe (1c) vorgesehen ist, die in Freiräume (3b) zwischen den Statorwicklungen (3a) hineinragt, um eine Umgehung der Statorwicklungen (3a) durch die Kühlluft zu verhindern.Electric drive system ( 1 ) according to claim 9, characterized in that an air guiding lip ( 1c ), which are located in open spaces ( 3b ) between the stator windings ( 3a protruding in order to avoid the stator windings ( 3a ) by the cooling air. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei kreisförmig angeordnete Ringleitungen (4) vorgesehen sind, die die jeweiligen Statorwicklungen (3a) verbinden.Electric drive system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that three circularly arranged ring lines ( 4 ) are provided, which the respective stator windings ( 3a ) connect. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Dreiecksschaltung des elektrischen Antriebssystems der Gleichstrom-Innenwiderstand zwischen zwei Phasen nicht mehr als 7,5 Milliohm beträgt.Electric drive system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in a triangular circuit of the electric drive system, the DC internal resistance between two phases is not more than 7.5 milliohms.
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