DE20315369U1 - Propeller with a casing ring for an air or water vehicle has electromagnetic drive with stator to produce alternating electromagnetic fields - Google Patents

Propeller with a casing ring for an air or water vehicle has electromagnetic drive with stator to produce alternating electromagnetic fields Download PDF

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Abstract

A propeller (1) rotating blades surrounded by a casing ring (3) comprises an electromagnetic drive with a stator in the region of the ring to produce an alternating electromagnetic field turning the propeller blades. Pref. the drive is a linear motor. An independent claim is also included for a vehicle, especially an air or water vehicle, comprising a propeller as above.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mantelpropeller, mit mehreren drehbaren, von einem Mantelring umgebenen Propellerblättern.The invention relates to a jacketed propeller, with several rotating propeller blades surrounded by a jacket ring.

Propeller werden zur Erzeugung von Vortrieb oder zur Leistungsgenerierung eingesetzt. Zur Leistungsumsetzung werden Propeller in strömungsfähigen, fluiden Medien wie Luft oder Wasser an- bzw. abgetrieben. Üblicherweise sind Propeller im Bereich ihrer Drehachse mittels einer Propellernabe gelagert. Da die Leistung in der Nabe umgesetzt wird, ist ein zentrales Bauteil erforderlich, an dem über einen relativ kleinen Durchmesser das die Leistung übertragende Drehmoment abgesetzt werden muss. Ferner müssen über die Nabe zusätzliche Funktionen, beispielsweise eine Blattverstellung der Propellerblätter oder eine Enteisung sichergestellt werden. Dementsprechend ist die Propellernabe in vielen Fällen komplex aufgebaut, weist ein hohes Gewicht auf und ist die Ursache für Ausfälle.Propellers are used to generate Propulsion or used to generate power. For performance implementation become propellers in fluid, fluid Media such as air or water driven or driven. Usually are propellers in the area of their axis of rotation by means of a propeller hub stored. Since the power is implemented in the hub, it is a key one Component required on the over a relatively small diameter that transmits the power Torque must be reduced. Furthermore, additional must be on the hub Functions, for example a blade adjustment of the propeller blades or defrosting can be ensured. Accordingly, the propeller hub in many cases complex, heavy and is the cause for failures.

Es sind Nabenantriebe bzw. -abtriebe bekannt, bei denen sich Motor bzw. Generator im Strahl des Propellers befinden. Bei anderen Bauformen ist der Motor außerhalb der vom Propeller überstrichenen Fläche positioniert und der Antrieb erfolgt über Zahnriemen, Kardanwellen oder dergleichen. Ein derartiger Aufbau weist jedoch in beiden Fällen den Nachteil auf, dass der Antrieb den Propellerstrahl teilweise versperrt und einen schädlichen Widerstand verursacht, der zu einem Leistungsverlust führt.They are hub drives or drives known in which the engine or generator in the jet of the propeller are located. In other designs, the motor is outside the one swept by the propeller area positioned and the drive takes place via toothed belts, cardan shafts or similar. However, such a structure has the disadvantage in both cases that the drive partially blocks the propeller jet and a harmful one Causes resistance that leads to a loss of performance.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass in Abhängigkeit des verwendeten Motors bzw. Generators Getriebe erforderlich sind, um die Propellerdrehzahl in einem günstigen Bereich zu halten. Diese Getriebe erhöhen das Gewicht des Antriebs, ferner unterliegen sie einem Verschleiß und können ebenfalls Ursache für Ausfälle sein.Another disadvantage is there too see that depending of the engine or generator gearbox used are required to keep the propeller speed in a reasonable range. Increase these gears the weight of the drive, they are also subject to wear and tear and can also Cause for losses his.

Propeller werden entweder frei drehend oder ummantelt ausgeführt. Ummantelte Propeller nutzen den aerodynamischen Einfluss des Mantels zur Verbesserung ihrer Vortriebsleistung. Der Mantel führt zu einer veränderten Form der Durchströmung, eine Einschnürung des Strahls wird vermieden und der Massenfluss durch den Propeller wird erhöht, so dass sich der Schub und die Leistung erhöhen. Mit einem Mantelpropeller kann mit geringerem Durchmesser ein besseres Leistungsergebnis erzielt werden, insbesondere bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten.Propellers are either spinning freely or coated. Jacketed propellers use the aerodynamic influence of the jacket to improve their propulsion performance. The coat leads to one changed Form of flow, a constriction of the jet is avoided and the mass flow through the propeller will be raised, so that thrust and performance increase. With a jacketed propeller can achieve a better performance result with a smaller diameter be, especially at low flow rates.

Ein kritischer Parameter für den Wirkungsgrad des Propellers ist neben der aerodynamischen Gestaltung des Mantelrings und der Propellerblätter die Größe des Spalts und damit die Dichtigkeit zwischen den Blattspitzen der Propellerblätter und dem Mantel. Dieser Spalt muss möglichst klein sein, da es ansonsten zu einem Druckausgleich im Bereich der Blattspitzen kommt. Andererseits sind Propeller üblicherweise in der Drehachse elastisch gelagert, was einer Verkleinerung des Spalts entgegensteht, da eine Berührung der Blattspitzen mit dem Mantelring während des Betriebs unbedingt ausgeschlossen werden muss. Um den Spalt konstant beizubehalten, muss der Mantel stabil ausgeführt werden, was in einer hohen Masse des Mantelpropellers resultiert.A critical parameter for efficiency of the propeller is next to the aerodynamic design of the jacket ring and the propeller blades Size of the gap and thus the tightness between the blade tips of the propeller blades and the coat. This gap must be possible be small, otherwise there will be pressure equalization in the area of the blade tips comes. On the other hand, propellers are usually in the axis of rotation elastically supported, which prevents the gap from narrowing, there a touch of the blade tips with the casing ring during operation must be excluded. To keep the gap constant, must the coat is sturdy become, which results in a high mass of the jacket propeller.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Mantelpropeller anzugeben, der die genannten Nachteile vermeidet und einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.The invention is therefore the problem based on specifying a jacketed propeller that has the disadvantages mentioned avoids and has an improved efficiency.

Zur Lösung dieses Problems ist ein Mantelpropeller der eingangs genannten Art vorgesehen, der einen elektromagnetischen Antrieb mit einem im Bereich des Mantelrings angeordneten Stator zum Erzeugen eines die Propellerblätter in Drehung versetzenden, wandernden elektromagnetischen Wechselfelds aufweist.To solve this problem is a Jacked propeller of the type mentioned provided one electromagnetic drive with one in the area of the jacket ring arranged stator for generating a the propeller blades in Rotating, shifting, alternating electromagnetic field having.

Anders als bei bekannten ummantelten Propellern ist bei dem erfindungsgemäßen Mantelpropeller der Antrieb im Bereich des Mantelrings angeordnet, so dass er die Propellerströmung nicht stört. Im Bereich des als Stator dienenden Mantelrings wird ein wanderndes Wechselfeld erzeugt, das ein Drehmoment auf die als Läufer fungierenden Propellerblätter ausübt. Die Kraftübertragung an dem größeren Propellerumfang bietet den Vorteil, dass die Belastungen günstiger, d. h. geringer, als bei einer Lastübertragung an einer wesentlich kleineren Nabe sind. Bei mehreren Propellerblättern genügt es, wenn einige angetrieben werden, es wird allerdings bevorzugt, dass sämtliche Propellerblätter durch das wandernde Wechselfeld antreibbar sind.Different from known jacketed Propellers is the drive in the jacket propeller according to the invention arranged in the area of the casing ring so that it does not block the propeller flow disturbs. in the The area of the jacket ring serving as a stator becomes a migratory one Alternating field generates a torque on the act as a rotor propeller blades exercises. The power transmission on the larger propeller circumference offers the advantage that the loads are cheaper, i. H. less than with a load transfer on a much smaller hub. With several propeller blades, it is sufficient if some are powered, but it is preferred that all propeller blades can be driven by the moving alternating field.

Es ist besonders günstig, wenn der elektromagnetische Antrieb als Linearmotor ausgebildet ist. Mit dem Begriff "Linearmotor" werden generell lineare Direktantriebe bezeichnet, die lineare, kontinuierliche Bewegungen erzeugen. Im Vergleich zu rotatorischen Motoren kann bei einem Linearmotor auf einen Bewegungsumformer verzichtet werden, dementsprechend sind Linearmotoren besonders einfach aufgebaut.It is particularly convenient if the electromagnetic drive is designed as a linear motor. With the term "linear motor" are general linear direct drives means linear, continuous Generate movements. Compared to rotary motors can a motion converter can be dispensed with in a linear motor, accordingly, linear motors are particularly simple.

Es ist nicht erforderlich, dass der als Linearmotor ausgebildete elektromagnetische Antrieb auf dem gesamten Umfang des Mantelrings ausgebildet ist, sondern es genügt, dass das elektromagnetische Wechselfeld abschnittsweise erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann das elektromagnetische Wechselfeld mehrere sich in Umfangsrichtung des Mantelrings erstreckende Wechselfeldabschnitte aufweisen, was in einem diskontinuierlichen Wechselfeld resultiert, wobei zwischen zwei benachbarten Wechselfeldabschnitten ein im Wesentlichen wechselfeldfreier Abschnitt vorliegt.It is not necessary for the designed as a linear motor electromagnetic drive on the entire circumference of the jacket ring is formed, but it is sufficient that the electromagnetic alternating field are generated in sections can. In this way, the alternating electromagnetic field can have several alternating field sections extending in the circumferential direction of the casing ring have what results in a discontinuous alternating field, being essentially between two adjacent alternating field sections Alternating field-free section is present.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, die von dem Prinzip des Drehstrom-Asynchronmotors Gebrauch macht, können einige oder alle der als Läufer dienenden Propellerblätter Spulen aufweisen, in die ein ein Magneffeld verursachender Strom induzierbar ist. Das erzeugte Magnetfeld erzeugt zusammen mit dem Erregerfeld des Stators eine Anziehungskraft in Umlaufrichtung, wodurch die Drehbewegung der Propellerblätter erzeugt wird. Alternativ kann auch mit Abstoßungskräften anstatt mit Anziehungskräften gearbeitet werden.According to an advantageous development of the invention, which makes use of the principle of the three-phase asynchronous motor, some or all of the propeller blades serving as rotors can have coils into which a current causing a magnetic field can be induced. The magnetic field generated, together with the excitation field of the stator, creates an attractive force in the circumferential direction, whereby the Rotational movement of the propeller blades is generated. Alternatively, repulsive forces can be used instead of attractive forces.

Gemäß einer alternativen Weiterbildung der Erfindung, die von dem Prinzip des Drehstrom-Synchronmotors Gebrauch macht, können einige oder alle der als Läufer dienenden Propellerblätter Magnete aufweisen, auf die durch das elektromagnetische Wechselfeld eine Kraft ausgeübt wird, die die Drehbewegung des Propellers bewirkt. Als Magnete kommen beispielsweise Elektromagnete oder Permanentmagnete infrage. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Mittel zum Erfassen der Position der Propellerblätter vorgesehen ist, um die Frequenz des Wechselfelds anhand dieser erfassten Position zu steuern oder zu regeln.According to an alternative training of the invention based on the principle of the three-phase synchronous motor Makes use of some or all of them as runners serving propeller blades Have magnets due to the electromagnetic alternating field exerted a force which causes the propeller to rotate. Come as magnets for example, electromagnets or permanent magnets. It can also be provided that a means for detecting the position of the propeller blades is provided to determine the frequency of the alternating field on the basis of this To control or regulate position.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn zur Lagerung der Propellerblätter in dem Mantelring des erfindungsgemäßen Mantelpropeller eine Magnetfeldlagerung vorgesehen ist. Mittels der Magnetfeldlagerung können die Propellerblätter innerhalb des Mantelrings mit äußerst geringen mechanischen Verlusten geführt werden, gleichzeitig werden die auftretenden Kräfte auf den Mantelring übertragen. Erfindungsgemäß kann die Magnetfeldlagerung analog zu dem elektromagnetischen Antrieb für die Propellerblätter aufgebaut sein, wobei entweder Anziehungs- oder Abstoßungskräfte erzeugt werden. Das erzeugte magnetische Wechselfeld kann abhängig von der gewünschten übertragenen Leistung nachgeregelt werden.It is particularly useful if for storing the propeller blades a magnetic field bearing in the jacket ring of the jacket propeller according to the invention is provided. By means of the magnetic field bearing, the propeller blades can of the jacket ring with extremely low mechanical losses are, at the same time the forces are transferred to the jacket ring. According to the Magnetic field storage analogous to the electromagnetic drive for the propeller blades be, whereby either attractive or repulsive forces are generated. The generated alternating magnetic field can depend on the desired broadcast Performance can be adjusted.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Propellerblätter durch die Magnetfeldlagerung in eine stabile Lage gebracht werden können, in der sie einen in etwa konstanten radialen Abstand zum Mantelring besitzen. Ferner kann die Lagerung auch durch ein auf die Propellerblätter einwirkendes stationäres Wechselfeld erfolgen.In a further embodiment the invention it can be provided that the propeller blades through the magnetic field storage can be brought into a stable position which they have an approximately constant radial distance from the casing ring. Furthermore, the bearing can also act on the propeller blades stationary alternating field respectively.

Eine noch bessere Regelungsmöglichkeit der Magnetfeldlagerung wird erhalten, wenn ein Mittel zum Erfassen des radialen Abstands zwischen dem Mantelring vorgesehen ist und das lagernde Wechselfeld gemäß dem erfassten Abstand geregelt wird.An even better way of regulating the Magnetic field storage is obtained when a means of detecting the radial distance between the casing ring is provided and that Alternating field stored according to the detected Distance is regulated.

Die Magnetfeldlagerung des erfindungsgemäßen Mantelpropellers hat die Aufgabe, die Vortriebs- und Widerstandskräfte der Propellerblätter aufzunehmen und zu reagieren. Zudem muss die Drehachse der Propellerblätter zentriert werden. Darüber hinaus müssen die durch die Kreiselbewegung erzeugten Präzessionskräfte aufgenommen werden. Es ist daher besonders zweckmäßig, wenn die Magnetfeldlagerung als Schräg-Kugellager-Lagerung ausgebildet ist. Derartige Schräglagerungen sind von Kugellager-Anordnungen für andere Anwendungen bekannt. Daneben eignen sich auch X- oder 0- oder U-förmige Lageranordungen.The magnetic field bearing of the jacket propeller according to the invention has the task of the propulsive and resistance forces of the Record propeller blades and respond. In addition, the axis of rotation of the propeller blades must be centered become. About that have to go out the precession forces generated by the gyroscopic movement are absorbed. It is therefore particularly useful if the magnetic field bearing is designed as an angular contact ball bearing is. Such inclined bearings are known from ball bearing assemblies for other applications. In addition, X- or 0- or U-shaped bearing arrangements are also suitable.

Falls der erfindungsgemäße Mantelpropeller eine geringe Anzahl von Propellerblättern aufweist, empfiehlt es sich, einen im Mantelring gelagerten, die Spitzen der Propellerblätter verbindenden Propellerblattring einzusetzen. Die dann im Propellerblattring angeordneten Läufer können sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich angeordnet sein.If the jacket propeller according to the invention a small number of propeller blades , it is recommended to use a tip mounted in the outer ring of the propeller blades connecting propeller blade ring. The then arranged in the propeller blade ring runner can be arranged both continuously and discontinuously.

Eine weitere Steigerung des Wirkungsgrads lässt sich erzielen, wenn der erfindungsgemäße Mantelpropeller ein Abdichtmittel zum Abdichten der Propellerblätter gegenüber dem Mantelring aufweist. Gegebenenfalls kann das Abdichtmittel auch den Propellerblattring gegenüber dem Mantelring abdichten. Besonders geeignet sind Abdichtmittel wie eine Dichtlippe oder eine Labyrinthdichtung.A further increase in efficiency can be achieve if the mantle propeller according to the invention has a sealing means for sealing the propeller blades against the casing ring. Possibly can the sealant also the propeller blade ring against the Seal the jacket ring. Sealing agents such as a sealing lip or a labyrinth seal.

Bei einem anders aufgebauten Mantelpropeller kann es vorgesehen sein, dass er im Bereich der Propellernabe eine mechanische Lagerung aufweist. In diesem Fall kann im Bereich der Propellernabe eine Propellerblattverstellung vorgesehen sein. Der erfindungsgemäße Mantelpropeller kann eine mechanische, elektrische oder hydraulische Blattverstellung oder eine Kombination davon aufweisen, wobei die für die Propellerblattverstellung erforderliche Energie über Schleifringe oder induktiv zugeführt werden kann. Im Falle der induktiven Energiezufuhr kann diese wahlweise im Bereich der Propellernabe und/oder an den Propellerblattspitzen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann im Bereich des Mantelrings ein beispielsweise elektromechanischer Zusatzantrieb zur Verstellung der Propellerblätter vorgesehen sein.In the case of a jacketed propeller of a different design it can be provided that it is in the area of the propeller hub has mechanical storage. In this case, the range of Propeller hub a propeller blade adjustment can be provided. The Sheath propellers according to the invention can be a mechanical, electrical or hydraulic blade adjustment or have a combination thereof, the for the propeller blade adjustment required energy about Slip rings or inductively fed can be. In the case of inductive energy supply, this can be optional in the area of the propeller hub and / or at the propeller blade tips respectively. Alternatively or additionally can, for example, an electromechanical additional drive in the area of the jacket ring provided for adjusting the propeller blades his.

Für manche Anwendungen kann es vorteilhaft sein, einen Energiespeicher zur Unterstützung der Anlaufphase zu verwenden, der vorzugsweise als Batterie oder Akkumulator ausgebildet ist.For some applications it may be beneficial to have an energy storage in support of Use start-up phase, preferably as a battery or accumulator is trained.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further refinements of the invention are in the subclaims described.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Fahrzeug, insbesondere ein Luft- oder Wasserfahrzeug, das einen oder mehrere Mantelpropeller der beschriebenen Art aufweist.The invention also relates a vehicle, in particular an aircraft or watercraft, the one or has several jacketed propellers of the type described.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand besonders geeigneter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:Other advantages and details the invention are based on particularly suitable embodiments explained with reference to the drawings. The drawings are schematic representations and show:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mantelpropellers in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Gesamtansicht; 1 a first embodiment of a jacket propeller according to the invention in a partially cut perspective overall view;

2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines im Bereich eines Propellerblatts geschnittenen Mantelrings eines erfindungsgemäßen Mantelpropellers; und 2 a second embodiment of a jacket ring of a jacket propeller according to the invention cut in the area of a propeller blade; and

3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines im Bereich eines Propellerblatts geschnittenen Mantelrings eines erfindungsgemäßen Mantelpropellers mit einer Propellerblattverstellung. 3 a third embodiment of a jacket ring cut in the area of a propeller blade of a jacket propeller according to the invention with a propeller blade adjustment.

Der in 1 dargestellte Mantelpropeller 1 besteht im Wesentlichen aus Propellerblättern 2, die in einem aerodynamisch geformten Mantelring 3 laufen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Propeller aus fünf Propellerblättern 2. Der Mantelpropeller 1 weist einen Propellerblattring 6 auf, der die Spitzen der Propellerblätter 2 verbindet und im Mantelring 3 drehbar gelagert ist.The in 1 Sheath propeller shown 1 consists essentially of propeller blades 2 that in an aerodynamically shaped jacket ring 3 to run. In the illustrated embodiment, be the propeller is made up of five propeller blades 2 , The mantle propeller 1 has a propeller blade ring 6 on top of the propeller blades 2 connects and in the jacket ring 3 is rotatably mounted.

Im Bereich der Schnittebene 4 ist zu erkennen, dass sich im Inneren des Mantelrings 3 Erregerspulen 5 befinden, die zur Lagerung des Propellerblattrings 6 und damit der Propellerblätter 2 dienen, zusätzlich haben sie die Aufgabe, die Propellerblätter 2 anzutreiben. Da die Lagerungsfunktion und die Antriebsfunktion gekoppelt sind, genügt ein Satz von Erregerspulen 5, wodurch sich Gewichts-und Kostenvorteile ergeben. Die Spulen 5 sind X-förmig angeordnet und nehmen sowohl axiale als auch radiale Lagerkräfte auf. Wie in 1 zu erkennen ist, trägt der Propellerblattring 6 den für den Antrieb und die Lagerung erforderlichen Läufer 7. Der Läufer 7 kann ebenfalls ringförmig ausgebildet sein, es ist jedoch auch möglich, dass er lediglich abschnittsweise auf dem Propellerblattring 6 ausgebildet ist und nicht dessen gesamten Umfang umschließt.In the area of the cutting plane 4 can be seen that there is inside the jacket ring 3 excitation coils 5 located for the storage of the propeller blade ring 6 and with it the propeller blades 2 serve, in addition, they have the task of propeller blades 2 drive. Since the storage function and the drive function are coupled, a set of excitation coils is sufficient 5 , which results in weight and cost advantages. The spools 5 are arranged in an X-shape and absorb both axial and radial bearing forces. As in 1 the propeller blade ring is visible 6 the rotor required for the drive and storage 7 , The runner 7 can also be annular, but it is also possible that it is only in sections on the propeller blade ring 6 is trained and does not encompass its entire scope.

Der Mantelpropeller 1 besitzt einen elektromagnetischen Antrieb mit einem im Bereich des Mantelrings 3 angeordneten, die Erregerspulen 5 umfassenden Stator zum Erzeugen eines wandernden elektromagnetischen Wechselfelds. Wie bei einem magnetischen Linearantrieb wird das Wechselfeld in den in Umfangsrichtung linear angeordneten Spulen 5 erzeugt, so dass der Läufer 7 beschleunigt und die Propellerblätter 2 in Drehung versetzt werden. Die in den Propellerblättern 2 oder im Läufer 7 integrierten Magneten sind nicht gezeigt.The mantle propeller 1 has an electromagnetic drive with one in the area of the jacket ring 3 arranged, the excitation coils 5 comprehensive stator for generating a traveling alternating electromagnetic field. As with a magnetic linear drive, the alternating field is in the coils arranged linearly in the circumferential direction 5 generated so the runner 7 accelerated and the propeller blades 2 be rotated. The ones in the propeller blades 2 or in the runner 7 integrated magnets are not shown.

Der elektromagnetische Antrieb ist nicht auf die in 1 gezeigte Ausführung beschränkt sondern kann wahlweise als Asynchronantrieb oder Synchronantrieb ausgeführt werden. Die Kraftübertragung vom Stator kann über Anziehungs-oder Abstoßungskräfte erfolgen.The electromagnetic drive is not on the in 1 shown execution limited but can be designed as an asynchronous drive or synchronous drive. The force transmission from the stator can take place via attractive or repulsive forces.

Über die Erregerspulen 5 erfolgt auch die Lagerung des Läufers 7, des Mantelrings 6 und der Propellerblätter 2. Zu diesem Zweck wird ein stationäres Wechselfeld erzeugt, das eine Kraft auf den Läufer 7 ausübt. Bei einer reinen Lage rung sind die Phasenverschiebungen im Wechselfeld so ausgelegt, dass keine Vortriebskraft generiert wird, wobei eine derartige Lagerung ebenfalls auf Anziehungs- oder Abstoßungskräften beruhen kann. Falls mit Anziehungskräften gearbeitet wird, ist die Neutrallage üblichenerweise nicht stabil, so dass der Abstand zwischen dem Mantelring 3 und dem Läufer 7 und dem Propellerblattring 6 nachgeregelt werden muss, um die stabile Lage sicherzustellen. Auf diese Weise kann auch bei hohen Belastungen eine stabile Position erreicht werden, ebenso lassen sich Schwingungen unterdrücken. Die Kombination der Magnetfeldlagerung mit der Vortriebserzeugung bietet sich insbesondere beim Asynchron-Antrieb an. Dazu wird die Phasenverschiebung zwischen den Erregerspulen des Tragfelds so gewählt, dass ein wanderndes Feld entsteht. Das lagernde Magnetfeld erzeugt so gleichzeitig eine vortreibende Kraft.About the excitation coils 5 the runner is also stored 7 , the outer ring 6 and the propeller blades 2 , For this purpose, a stationary alternating field is generated, which exerts a force on the rotor 7 exercises. In the case of a pure position, the phase shifts in the alternating field are designed in such a way that no propulsive force is generated, and such a bearing can also be based on attractive or repulsive forces. If attractive forces are used, the neutral position is usually not stable, so that the distance between the jacket ring 3 and the runner 7 and the propeller blade ring 6 must be readjusted to ensure the stable position. In this way, a stable position can be achieved even under high loads, and vibrations can also be suppressed. The combination of magnetic field storage with the generation of propulsion is particularly useful for asynchronous drives. For this purpose, the phase shift between the excitation coils of the supporting field is selected so that a wandering field is created. The stored magnetic field creates a driving force at the same time.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines im Bereich eines Propellerblatts geschnittenen Mantelrings eines Mantelpropellers. 2 shows a second embodiment of a jacket ring of a jacket propeller cut in the area of a propeller blade.

Für gleiche Bauteile werden die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit wurde auf eine Schraffur der Schnittebene verzichtet.For the same components, the same reference numerals as in 1 used. For reasons of better clarity, hatching of the cutting plane has been omitted.

Innerhalb des Mantelrings 3 befindet sich der Propellerblattring 6 mit dem Läufer 7. Die Erregerspulen 5 für die elektromagnetische Lagerung sind X-förmig gelagert. Anders als bei dem in 1 dargestellten Antrieb sind zusätzliche Spulen 8 zum Antrieb des Läufers 7 vorhanden, die beiderseits eines verlängerten Abschnitts 9 des Läufers angeordnet sind, wobei der verlängerte Abschnitt 9 sich radial nach außen erstreckt.Inside the jacket ring 3 is the propeller blade ring 6 with the runner 7 , The excitation coils 5 for electromagnetic storage are X-shaped. Different from the one in 1 drive shown are additional coils 8th to drive the rotor 7 present on either side of an elongated section 9 of the rotor are arranged, the elongated section 9 extends radially outwards.

3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines im Bereich eines Propellerblatts geschnittenen Mantelrings eines Mantelpropellers mit einer Propellerblattverstellung. 3 shows a third embodiment of a jacket ring cut in the area of a propeller blade of a jacket propeller with a propeller blade adjustment.

Anders als bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist das Propellerblatt 2 nicht über die gesamte Blatttiefe sondern lediglich über einen Stift 10 direkt unterhalb des Läufers 7 drehbar an dem Propellerblattring 6 befestigt. Im hinteren Bereich des Propellerblatts 2 befindet sich ein weiterer Stift 11, der in einer mantelseitigen Führung 12 bzw. in einem Lager gelagert ist. Die Führung 12 selbst ist in einer schematisch dargestellten Ausnehmung 14 des Mantelrings 3 angeordnet und gelagert. Der Doppelpfeil 13 gibt die Bewegungsrichtung der Führung 12 an. Wenn die Führung 12 entlang ihres Bewegungswegs verschoben wird, wird das Propellerblatt 2 um den Stift 10 als Drehpunkt gedreht, so dass sich der Anstellwinkel des Propellerblatts 2 ändert. Die Führung 12 für den Stift 11 kann als Gleitlager, Kugellager oder elektromagnetisch berührungsfrei ausgebildet sein.The propeller blade is different from the previous exemplary embodiments 2 not over the entire depth of the sheet but only over a pen 10 just below the runner 7 rotatable on the propeller blade ring 6 attached. In the rear area of the propeller blade 2 there is another pen 11 that in a jacket-side guide 12 or is stored in a warehouse. The leadership 12 itself is in a schematically illustrated recess 14 the outer ring 3 arranged and stored. The double arrow 13 gives the direction of movement of the guide 12 on. If the leadership 12 is moved along its path of movement, the propeller blade 2 around the pen 10 rotated as a fulcrum so that the angle of attack of the propeller blade 2 changes. The leadership 12 for the pen 11 can be designed as a plain bearing, ball bearing or electromagnetic contact-free.

Allen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass der Mantelpropeller einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist, da die Propellerströmung durch den Antrieb nicht gestört wird. Der Propeller wird innerhalb der Ummantelung mit geringstmöglichen mechanischen Verlusten gelagert. Zudem wird durch die Magnetfeldlagerung ein aerodynamisch optimaler, minimaler Spalt zwischen Propeller und Mantel ermöglicht. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass keine hochdrehenden Bauteile erforderlich sind. Bei einem Einsatz im Luftfahrtbereich wird auf diese Weise der für die Zulassung erforderliche konstruktive Aufwand vermindert, da keine Vorkehrungen für einen Rotorburst einer Propellerturbine getroffen werden müssen. Zudem kann das Getriebe und damit eine Ausfallursache herkömmlicher Antriebe entfallen.All described embodiments are common that the jacketed propeller has improved efficiency has because the propeller flow not disturbed by the drive becomes. The propeller is inside the casing with the lowest possible mechanical losses stored. In addition, the magnetic field storage an aerodynamically optimal, minimal gap between propeller and coat allows. Another advantage is that there are no high revs Components are required. When used in the aviation sector in this way becomes the for the approval reduces the design effort required because no precautions for a rotor burst of a propeller turbine must be hit. moreover can the transmission and thus a cause of failure more conventional There are no drives.

Claims (33)

Mantelpropeller, mit mehreren drehbaren, von einem Mantelring umgebenen Propellerblättern, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelpropeller (1) einen elektromagnetischen Antrieb mit einem im Bereich des Mantelrings (3) angeordneten Stator zum Erzeugen eines die Propellerblätter (2) in Drehung versetzenden, wandernden elektromagnetischen Wechselfelds aufweist.Jacked propeller, with several rotatable, from propeller blades surrounded by a casing ring, characterized in that the casing propeller ( 1 ) an electromagnetic drive with one in the area of the jacket ring ( 3 ) arranged stator for generating the propeller blades ( 2 ) has a rotating, moving electromagnetic alternating field. Mantelpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Antrieb als Linearmotor ausgebildet ist.Jacked propeller according to claim 1, characterized in that the electromagnetic drive is designed as a linear motor. Mantelpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugbare elektromagnetische Wechselfeld mehrere sich in Umfangsrichtung des Mantelrings (3) erstreckende Wechselfeldabschnitte aufweist.Sheath propeller according to claim 1 or 2, characterized in that the alternating electromagnetic field which can be generated has a plurality of circumferential directions of the shroud ring ( 3 ) has alternating field sections. Mantelpropeller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugbare elektromagnetische Wechselfeld diskontinuierlich erzeugbar ist und sich zwischen zwei benachbarten Wechselfeldabschnitten ein im Wesentlichen wechselfeldfreier Abschnitt befindet.Jacked propeller according to claim 3, characterized in that the alternating electromagnetic field that can be generated is discontinuous can be generated and between two adjacent alternating field sections an essentially alternating field-free section is located. Mantelpropeller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige, vorzugsweise alle Propellerblätter Spulen aufweisen, in die ein ein Magnetfeld verursachender Strom induzierbar ist, wobei durch das Magnetfeld und ein im Mantelring erzeugtes Erregerfeld eine die Drehbewegung bewirkende Anziehungskraft erzeugbar ist.Jacked propeller according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least some, preferably all, propeller blades coils have into which a current causing a magnetic field can be induced is, being generated by the magnetic field and one in the jacket ring Excitation field can generate an attractive force causing the rotary movement is. Mantelpropeller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerblätter einen hochinduktiven, nicht magnetisierbaren Kern aufweisen.Jacked propeller according to one of the preceding claims, characterized characterized that the propeller blades have a highly inductive, have non-magnetizable core. Mantelpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerblätter (2) einen magnetisierbaren, mit vorzugsweise hochinduktiven Kurzschlusswicklungen durchsetzten Kern aufweisen.Jacked propeller according to one of claims 1 to 5, characterized in that the propeller blades ( 2 ) have a magnetizable core, preferably with highly inductive short-circuit windings. Mantelpropeller nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Transformatorblech besteht und/oder die Kurzschlusswicklungen aus Aluminiumdraht bestehen.Jacked propeller according to claim 7, characterized in that the core consists of transformer sheet and / or the short-circuit windings consist of aluminum wire. Mantelpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige, vorzugsweise alle Propellerblätter (2) Magnete aufweisen, auf die durch das elektromagnetische Wechselfeld eine die Drehbewegung erzeugende Kraft ausübbar ist.Jacked propeller according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least some, preferably all, propeller blades ( 2 ) Have magnets on which a force generating the rotary movement can be exerted by the alternating electromagnetic field. Mantelpropeller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete als Elektromagnete oder Permanentmagnete ausgebildet sind.Jacked propeller according to claim 9, characterized in that the magnets are designed as electromagnets or permanent magnets are. Mantelpropeller nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Läufer (7) und dem Wechselfeld kein Schlupf besteht.Jacked propeller according to claim 9 or 10, characterized in that between the rotor ( 7 ) and there is no slip in the alternating field. Mantelpropeller nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Mittel zum Erfassen der Position der Propellerblätter (2) aufweist.Jacked propeller according to one of claims 9 to 11, characterized in that it has a means for detecting the position of the propeller blades ( 2 ) having. Mantelpropeller nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe und/oder die Frequenz des im Mantelring (3) erzeugten elektromagnetischen Wechselfelds anhand der erfassten Position der Propellerblätter (2) steuer- oder regelbar ist.Jacket propeller according to claim 12, characterized in that the size and / or the frequency of the in the jacket ring ( 3 ) generated alternating electromagnetic field based on the detected position of the propeller blades ( 2 ) can be controlled or regulated. Mantelpropeller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Magnetfeldlagerung zur Lagerung der Propellerblätter (2) in dem Mantelring (3) aufweist.Sheathed propeller according to one of the preceding claims, characterized in that it has a magnetic field bearing for storing the propeller blades ( 2 ) in the jacket ring ( 3 ) having. Mantelpropeller nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldlagerung Permanentmagnete aufweist, durch die eine permanente Abstoßungskraft auf die gelagerten Propellerblätter (2) ausübbar ist.Jacked propeller according to claim 14, characterized in that the magnetic field bearing has permanent magnets through which a permanent repulsive force on the stored propeller blades ( 2 ) can be exercised. Mantelpropeller nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerblätter (2) durch die Magnetfeldlagerung in eine stabile Lage mit vorzugsweise näherungsweise konstantem radialen Abstand zum Mantelring (3) bringbar sind.Jacked propeller according to claim 14 or 15, characterized in that the propeller blades ( 2 ) by the magnetic field bearing in a stable position with a preferably approximately constant radial distance from the casing ring ( 3 ) can be brought. Mantelpropeller nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldlagerung zum Erzeugen eines auf die Propellerblätter (2) einwirkenden und diese lagernden stationären Wechselfelds ausgebildet ist.Jacked propeller according to claim 14, characterized in that the magnetic field bearing for generating a on the propeller blades ( 2 ) acting and this stationary alternating field is formed. Mantelpropeller nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldlagerung zum Erzeugen von Anziehungs- oder Abstoßungskräften ausgebildet ist.Jacked propeller according to claim 17, characterized in that the magnetic field bearing designed to generate attractive or repulsive forces is. Mantelpropeller nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldlagerung ein Mittel zum Erfassen des radialen Abstands zwischen dem Mantelring (3) und den Propellerblättern (2) und zum Regeln des lagernden Wechselfelds gemäß dem erfassten Abstand aufweist.Jacket propeller according to claim 18, characterized in that the magnetic field bearing means for detecting the radial distance between the jacket ring ( 3 ) and the propeller blades ( 2 ) and for regulating the alternating field stored according to the detected distance. Mantelpropeller nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Permanentmagnete als Wicklungskerne aufweisende Tragfeldspulen vorgesehen sind.Jacked propeller according to one of claims 14 to 19, characterized in that permanent magnets as supporting core coils with winding cores are provided. Mantelpropeller nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Wechselfeld derart ausgebildet ist, dass die Propellerblätter (2) unter dem Einfluss des Wechselfelds antreibbar und lagerbar sind.Jacked propeller according to one of claims 14 to 20, characterized in that the alternating electromagnetic field is designed such that the propeller blades ( 2 ) can be driven and stored under the influence of the alternating field. Mantelpropeller nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldlagerung als Schräg-Kugellager-Lagerung oder als X- oder 0- oder U-förmige Lageranordnung ausgebildet ist.Jacked propeller according to one of claims 14 to 21, characterized in that that the magnetic field bearing as angular contact ball bearing or as X- or 0- or U-shaped Bearing arrangement is formed. Mantelpropeller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen im Mantelring (3) gelagerten, die Spitzen der Propellerblätter (2) verbindenden Propellerblattring (6) aufweist.Jacket propeller according to one of the preceding claims, characterized in that it has a in the jacket ring ( 3 ) stored, the tips of the propeller blades ( 2 ) connecting propeller blade ring ( 6 ) having. Mantelpropeller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Abdichtmittel zum Abdichten der Propellerblätter (2), gegebenenfalls des Propellerblattrings (6), gegenüber dem Mantelring (3) aufweist.Sheathed propeller according to one of the preceding claims, characterized in that it has a sealing means for sealing the propeller blades ( 2 ), if necessary the propeller blade ring ( 6 ), opposite the jacket ring ( 3 ) having. Mantelpropeller nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtmittel eine Dichtlippe und/oder eine Labyrinthdichtung aufweist.Jacked propeller according to claim 24, characterized in that the sealing means a sealing lip and / or a labyrinth seal having. Mantelpropeller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gkennzeichnet, dass er im Bereich der Propellernabe und/oder im Bereich der Blattspitzen eine mechanische Lagerung aufweist.Jacked propeller according to one of the preceding claims, characterized g indicates that it is in the area of the propeller hub and / or in the Has a mechanical storage area of the blade tips. Mantelpropeller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er im Bereich der Propellernabe oder des Mantelrings (3) eine Propellerblattverstellung aufweist.Jacked propeller according to one of the preceding claims, characterized in that it in the area of the propeller hub or the jacket ring ( 3 ) has a propeller blade adjustment. Mantelpropeller nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerblattverstellung als mechanische und/oder elektrische und/oder hydraulische Blattverstellung ausgebildet ist.Jacked propeller according to claim 27, characterized in that the propeller blade adjustment as mechanical and / or electrical and / or hydraulic blade adjustment is formed. Mantelpropeller nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie für die Propellerblattverstellung über Schleifringe oder induktiv zuführbar ist.Jacked propeller according to claim 27 or 28, characterized in that the energy for the propeller blade adjustment via Slip rings or inductively feedable is. Mantelpropeller nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine induktive Energiezufuhr im Bereich der Propellernabe und/oder an den Propellerblattspitzen vorgesehen ist.Jacked propeller according to claim 29, characterized in that an inductive energy supply in the area of the propeller hub and / or is provided on the propeller blade tips. Mantelpropeller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen vorzugsweise als Batterie oder Akkumulator ausgebildeten Energiespeicher zur Unterstützung der Anlaufphase aufweist.Jacked propeller according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it is preferably a battery or accumulator trained energy storage to support the start-up phase. Mantelpropeller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Mantelrings (3) ein vorzugsweise elektromechanischer Zusatzantrieb zur Verstellung der Propellerblätter (2) vorgesehen ist.Jacket propeller according to one of the preceding claims, characterized in that in the area of the jacket ring ( 3 ) a preferably electromechanical additional drive for adjusting the propeller blades ( 2 ) is provided. Fahrzeug, insbesondere Luft- oder Wasserfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es einen oder mehrere Mantelpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 32 aufweist.Vehicle, in particular aircraft or water vehicle, characterized in that that there is one or more jacketed propellers according to one of claims 1 to 32 has.
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