DE2361852A1 - Rotoreinrichtung fuer ein fluggeraet - Google Patents

Description

Rotoreinrichtung für ein Fluggerät

Die Erfindung bezieht sich auf eine Eotoreinrichtung für ein Fluggerät,mit zwei mittels eines Antriebs angetriebenen gegenläufigen Rotoren. . '

Bei bekannten Fluggeräten mit Rotoreinrichtungen der eingangs erläuterten Art werden die beiden gegenläufigen Rotoren von einem Antrieb angetrieben, der über ein Reduktionsgetriebe und Drehmomentübertragungseinrichtungen mit den beiden Rotoren gekoppelt ist. Die derzeit in der Flugzeugindustrie bekannten Antriebe, beispielsweise Turbinen oder Kolbenverbrennungsmaschinen,haben Ausgangsdrehzahlen, die zu hoch sind, um eine direkte Ankopplung von Rotoren, die mit niedriger Geschwindigkeit umlaufen müssen, zu ermöglichen. Daher ist eine direkte Ankopplung der Antriebswelle bekannter Antriebe an einen Rotor und des Antriebsgehäuses an den anderen Rotor nicht möglich. Selbst wenn bei langsam laufenden Kolbenmaschinen eine derartige direkte Ankopplung durchgeführt würde, würde die Antriebsmaschine aus anderen Gründen

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sehr rasch außer Funktion treten. Die dann eintretende Drehung des Motorblocks würde sehr rasch eine ausreichende Ölschmierung unterbinden und die auftretenden Zentrifugalkräfte würden die einzelnen !Teile des Antriebs ungleichmäßig und sehr rasch verschleißen. Bei koaxialen gegenläufigen Rotoren sind, wenn vermieden werden soll, daß Drehmomente auf den die Rotoren tragenden Rumpf des Fluggeräts übertragen werden, sehr schwere und kompliziert gebaute Übertragungstriebe zwischen Antrieb und den Rotoren erforderlich.

In der US-PS 2 996 269 ist ein Hubschrauber mit gegenläufigen Rotoren beschrieben, bei welchem zwischen den Antriebsmotor und die Rotoren ein Übertragungsgetriebe eingeschaltet ist, das so aufgebaut ist, daß keine Drehmomente auf die Zelle des Hubschraubers übertragen werden. Bei diesem bekannten Hubschrauber wird zur Übertragung der Antriebsmomente vom Antrieb auf die Rotoren und zur Verhinderung, daß Drehmomente auf die Zelle übertragen werden, ein aus einer Vielzahl von Teilen aufgebautes kompliziertes Planetenzahnradgetriebe verwendet.' Dieses Getriebe ist ungünstig schwer, in der Herstellung sehr kostspielig und wartungsbedürftig und störanfällig. Wegen der Vielzahl von erforderlichen Zahnradpaarungen bestehen bei diesem bekannten Getriebe darüber hinaus die Gefahr des Auftretens von unerxvünschten Schwingungen und eines durch Reibungsverluste bedingten hohen Leistungseigenverbrauchs, der die Antriebsleistung und damit den Wirkungsgrad stark-reduziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotoreinrichtung der eingangs erläuterten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau eine Drehung der gegenläufigen Rotoren bei niedrigen Umlaufgeschwindigkeiten ohne Verwendung von Reduzier-

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getrieben und ohne die Einleitung von Reaktionsdrebinomenten in die Zelle ermöglicht, dabei den Einsatz eines schnelllaufenden ITugtriebwerkes als Energiequelle für den Antrieb zuläßt, und zuverlässig und stufenlos regelbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Rotoren frei um eine gemeinsame ideelle Drehachse drehbar an einem Rumpfteil des Pluggerätes gelagert sind, daß die beiden Rotoren die relativ zueinander drehbaren Teile eines Elektromotors ("Stator".und "Rotor") bilden, indem an dem ersten. Rotor eine Anzahl von Polen des Elektromotors angebracht ist' und an dem anderen, gegenläufigen Rotor die korrespondierenden Pole des Elektromotors so zu den Polen des ersten Eotors hingewandt angebracht sind, daß eine gegenseitige Feldeinwirkung gegeben ist, und daß wenigstens" die an einem Rotor, vorgesehenen Pole .elektrisch mit einem einen Frequenz-Strom erzeugenden Stromgenerator verbunden sind. ■

Bei der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung dienen die beiden gegenläufigen Rotoren nicht nur als Luftschrauben, sondern sie stellen gleichzeitig relativ zueinander drehbare Teile eines Elektromotors mit umlaufendem Feld dar. Dabei ist im Gegensatz zu üblichen Elektromotoren nicht ein Teil ortsfest angebracht (Stator), während der andere Teil relativ zum ortsfesten Teil umläuft (Rotor), sondern beide Teile laufen in entgegengesetzter Drehrichtung relativ zueinander um, wobei die Relativgeschwindigkeit der Relativgeschwindigkeit entspricht,"die gegeben . wäre, wenn ein umlaufender Teil festgehalten und nur.der andere Teil umlaufen würde. Durch die frei drehbare Lagerung beider gegenläufiger Rotoren ist gewährleistet, daß keiner dieser Rotoren ein Drehmoment auf die in der Zelle angeordnete Energiequelle ausübt. Übertragungs- und Reduktionsgetriebe zwischen

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Energiequelle in der Zelle und den gegenläufigen Rotoren entfallen bei der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung vollkommen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist gewährleistet, daß auf beide gegenläufige Rotoren das gleiche Drehmoment ausgeübt wird, und zwar unabhängig davon, ob beide Rotoren den gleichen Durchmesser aufweisen und ob sie die gleiche Umlaufgeschwindigkeit haben.

Mit Vorteil ist die erfindungsgemäße Rotoreinrichtung so ausgebildet, daß die beiden Rotoren als Teile eines Hochfrequenzelektromotors ausgestaltet sind. Auf diese Weise läßt sich der Rotorantrieb mit einer Vielzahl von um den Umfang der Rotoren verteilten Polen bei sehr geringem Baugewicht bewerkstelligen. Durch Regelung der Stromfrequenz des durch den Stromgenerator erzeugten Stromes ist es möglich, die Umlaufgeschwindigkeit der gegenläufigen Rotoren zu regeln. Die Stromfrequenz kann durch schnelleren oder langsameren Antrieb des Stromgenerators mittels eines handelsüblichen Flugzeugtriebwerks erreicht x^erden. Durch die Anordnung der Pole an den Rotoren steht ausreichend Platz zur Verfugung, um eine Vielzahl von Polen an einem Rotor unterzubringen und somit eine sehr kleine Polteilung zu erzielen. Eine derartige kleine Polteilung ermöglicht die Verwendung hochfrequenter Drehfelder. Bei einer kleinen Polteilung ist es außerdem möglich, die einzelnen Pole sehr licht und klein zu gestalten, was insgesamt ein sehr geringes Gewicht für den Rotorantrieb ergibt. Das Gewicht des erfindungsgemäßen Rotorantriebs kann gleich oder geringer gehalten werden als das Gewicht eines vergleichbaren herkömmlichen Antriebs gleicher Leistung.

Eine günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung ist dadurch gegeben, daß an jedem, strombeaufschlagte Pole aufweisenden Rotor" Schleifkontaktelemente vorgesehen sind,

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welche an am Rumpf vorgesehenen, konzentrisch zur Rotordrehachse verlaufenden Kontaktringen gleitend anliegen, und daß jeder Kontaktring elektrisch mit einem Stromausgang eines im Rumpf angeordneten Stromgenerators verbunden ist. Auf diese Weise lassen sich die vom Stromgenerator im Rumpf erzeugten Ströme einfach und zuverlässig zu den an den frei rotierenden, gelagerten Rotoren angebrachten Polen hinleiten.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung ist dadurch gegeben, daß der Stromgenerator als mit einer geringen Anzahl von Polen ausgestatteter, mit hoher Drehgeschwindigkeit angetriebener Generator ausgebildet ist, und daß an beiden Rotoren eine gleichgroße, die Generatorpolzahl übersteigende Anzahl von Polen vorgesehen ist. Dabei wird jedem Pol des Generators eine Anzahl von Polen jedes Rotors zugeordnet. Auf diese Weise wird eine Drehzahlreduktion zwischen einem mit hoher Drehzahl umlaufenden Generator und den mit niedriger Drehzahl umlaufenden Rotoren erreicht, ohne daß ein Reduktionsgetriebe zwischengeschaltet werden müßte. Eine Abstufung der Drehzahl zwischen einer mit hoher Drehzahl umlaufenden Motor-Stromgeneratoreinheit und den einen Elektromotor darstellenden gegenläufigen Rotoren kann bei der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung durch die elektrische Kopplung der Anzahl von Polen in den Generator und der Anzahl von Polen auf den einen Elektromotor darstellenden Rotoren erreicht werden, da die Drehzahl der einen Elektromotor darstellenden Rotoren proportional zu der Frequenz des eingespeisten elektrischen Stromes und umgekehrt proportional zur Anzahl der Pole ist (in diesem Zusammenhang wird zur Erläuterung beispielsweise auf Dreiphasenmotoren bzw. Drehfeldmotoren hingewiesen). Ein mit wenigen Polen ausgestatteter Generator kann direkt von einem üblichen, mit hoher Drehzahl umlaufenden Verbrennungstriebwerk angetrieben werden und die erzeugten Ströme können durch die Anordnung einer Vielzahl von Polen an den Rotoren zum Antrieb

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der Rotoren mit sehr viel geringerer Umlaufgeschwindigkeit verwendet itferden.

Eine besonders günstige Ausgestaltung wird dabei dadurch erreicht, daß der Stromgenerator als mehrphasiger Drehstromgenerator ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Generator als üblicher dreiphasiger Drehstromgenerator ausgebildet sein, doch ist dies nicht unbedingt erforderlich. Der Stromgenerator kann auch als Strom mit mehr als drei Phasen erzeugender Generator ausgebildet sein.

Von besonderem Vorteil ist e-s bei der erfindungsgemäßen Eötoreinrichtung, wenn der Stromgenerator als Hochfrequenzgenerator ausgebildet ist. Hochfrequenzgeneratoren, die mit. hoher Umlaufgeschwindigkeit betrieben werden, haben nicht nur den Vorteil, daß sie direkt an hochdrehende Flugtriebwerke angekoppelt werden können, sondern sie haben darüber hinaus noch den sehr wesentlichen Vorteil, daß sie ein sehr geringes Leistungsgewicht (KVA/kg) aufweisen.

Eine andere günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Eotoreinrichtung ist dadurch gegeben., daß der Stromgenerator als Gleichstromquelle mit nachgeschalteter, elektronischer, die zur Speisung der Pole erforderlichen Hochfrequenzströme erzeugender Frequenzumwandlereinheit ausgebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung kann z.B. zunächst mittels einer Batterie oder mittels eines durch ein übliches Flugtriebwerk angetriebenen Gleichstromgenerators ein Gleichstrom erzeugt werden, mit dem eine Frequenzumwandlereinheit gespeist wird. In dieser Umwandlereinheit kann der Gleichstrom in mehrere phasenverschobene zeitveränderliche Ströme (d.h. hochfrequente Wechselströme) unter-

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teilt werden. Mit diesen Wechselströmen werden dann die Pole der Rotoren gespeist. Mittels der Frequenzumwandlereinheit kann die Drehgeschwindigkeit der Rotoren gesteuert werden.

Eine einfache konstruktive Ausgestaltung ist bei der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung dadurch gegeben, daß jeder Pol als von einer stromdurchflossenen Spule umwiekelter Kern magnetisierbaren Metalls ausgebildet ist.

Eine zusätzliche feinfühlige Steuerungsfähigkeit bei der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung kann dadurch erreicht werden, daß beim Rümpf im Bereich der Umlaufbahn der Pole jedes Rotors mindestens je ein wahlweise erregbarer Magnet so angeordnet ist, daß im erregten Zustand sein Feld magnetisch auf die Hagnetfelder der Pole des jeweiligen Rotors einwirkt. Auf diese Weise können etwaige Umlaufgeschwindigkeitsunterschiede der Rotoren, die durch Lagerreibung hervorgerufen werden, kompensiert v/erden. Es ist auch möglich, zu Steuerungszwecken den einen oder anderen Rotor bewußt über bestimmte Zeiten hinweg. langsamer laufen zu lassen. ' · "

Eine günstige Ausgestaltung der Steuermagnete kann dabei dadurch erfolgen, daß jeder Magnet als von einer stromleitenden Spule umschlossener Kern magnetisierbar en Materials ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Rotoreinrichtung übt keine vom Antrieb der Rotoren herrührenden Reaktionsdrehmomente auf die die. Rotoren tragende Fluggerät-Zelle aus. Es ist daher besonders als Rotorsystem für Fluggeräte geeignet, bei denen der oder die Rotoren am Außenumfang eines Mantels angeordnet sind, innerhalb dessen eine Kabine mittels einer Traganordnung kardanisch aufgehängt

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ist. Bei der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung laufen die Rotoren unabhängig von der sie tragenden Zelle um und üben keine Antriebsreaktionsdrehmomente auf die Zelle aus.

Die erfindungsgemäße Rotoreinrichtung kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß die beiden gegenläufigen Rotoren in zwei parallen Ebenen übereinander koaxial angeordnet sind.

Eine hinsichtlich ihrer aerodynamischen Eigenschaften und Leistungsfähigkeit besonders günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung, welche insbesondere auch als Rotorsystem bei Fluggeräten mit innerhalb des Rotorsystems kardanisch aufgehängter Kabine geeignet ist, ist dadurch gegeben, daß die Rotorblattkränze der beiden gegenläufigen Ro- ■ toren konzentrisch zueinander angeordnet sind, daß der erste Rotor mit dem inneren Rotorblattkranz ein oder mehrere in einer Ebene angeordnete Laufelemente aufweist, an dem oder denen der innere Rotorblattkranz befestigt ist und daß der zweite Rotor ein oder mehrere in einer Ebene über den Laufelementen des ersten Rotors angeordnete obere Laufelemente und ein oder mehrere in einer Ebene unter den Laufelementen des ersten Rotors angeordnete untere Laufelemente aufxtfeist, xrobei der Rotorblattkranz des zweiten Rotors über Verbindungsstreben, die über bzw.unter dem inneren Rotorblattkranz verlaufen, mit dem oder den oberen Lauf elementen bzw. dem. oder den unteren Laufelementen verbunden ist.

V/eitere Merkmale des erfindungsgemäßen Rotorsystems ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Patentansprüchen. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung in' Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigen

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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fluggeräts mit einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Details II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstabe. ,

In Fig. 1 ist schematisch ein Fluggerät dargestellt, das einen stromlinienförmig geformten Mantel aufweist, innerhalb dessen eine Kabine kardanisch aufgehängt ist. Die Kabine 32 ist um eine Achse schwenkbar. an einem Tragring 33 gelagert, welcher seinerseits um eine andere Achse schwenkbar an einem mit dem Mantel 31 fest verbundenen Ring 1 schwenkbar gelagert ist. An dem Ring 1 sind zwei gegenläufige Rotoren 29 und 30 um die Ringachse frei drehbar gelagert. Bei diesem Fluggerät ist somit die Kabine 32 mittels einer dreiachsigen, zwei Tragringe 33 und. 1 aufweisenden Traganordnung kardanisch an den Rotoren 29 und 30 aufgehängt. Die Kabine ist somit in ihrer Stellung im Raum unabhängig von der Stellung der Rotoren. Selbst bei einer Fluglageänderung der Rotoren kann die Kabine 32 in einer einmal eingestellten Lage gehalten werden. Das Fluggerät verhält sich in allen Flugzuständen wie ein invertiertes Foucault-Gyroskop.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Kabine 32 an ihrer Oberseite eine flache Plattform auf, auf der sich Personen aufhalten können, auf der jedoch auch Geräte, beispielsweise Beobachtungsgeräte, aufgestellt werden können. Durch nicht eingezeichnete öffnungen in dem Mantel 31 kann somit von der Plattform an der Oberseite der Kabine 32 aus die Umgebung.beobachtet werden. Dabei sind die Rotoren 29 und 30 nicht hinderlich, da sich diese im wesentlichen nur in einer Hauptebene des Fluggeräts erstrecken und den darüber liegenden Bereich völlig freilassen. .50 9 826/0376

Selbstverständlich können auch im unteren Bereich der Kabine Einrichtungen vorgesehen sein, mittels derer durch ebenfalls nicht dargestellte Öffnungen im unteren Bereich des Mantels die Umgehung beobachtet werden kann. Beispielsweise kann an der Kabine eine Winde angebracht sein, mittels derer Gegenstände von unten her durch Öffnungen im Hantel hindurch in die Kabine gezogen werden. Auch hierbei stören die. Rotoren 29 und 30 nicht, da sie auch den ganzen unteren Bereich des Fluggeräts freilassen.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Eotoreinrichtung weist zwei gegenläufige Rotoren mit Rotorblattkränzen 29 bzw. 30 auf, welche in einer Ebene konzentrisch zueinander angeordnet sind. Jeder Rotorblattkranz 29 bzw. 30 ist sowohl an seinem inneren als auch an seinem äußeren Umfang jeweils durch eine Ringwand begrenzt. Diese Ringwände verbessern den Strömungsverlauf in den Rotorblattkränzen und tragen damit zu'einer wesentlichen Verbesserung des Wirkungsgrades der Rotoren bei.

Das mit dem Mantel 31 verbundene Bauelement, an dem die Rotoren, drehbar gelagert sind, ist als Tragring 1 ausgebildet. Der Tragring 1 weist an seinem Außenumfang ringsum verlaufende Vorsprünge 2,3 und 4- auf, welche Laufbahnen für Laufelemente 5,6 und 7 der beiden Rotoren bilden (Fig. 2). Der innere Rotor mit dem Rotorkranz 29 weist an seinem Innenumfang eine Anzahl gleichmäßig um den Innenumfang verteilter Laufelemente in Form von Kreisbogensegmenten auf, die einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt mit V-förmig verlaufenden Schwenkein aufweisen (Fig. 2). Die Laufelemente 6 sind von einem faßreifenartigen Ring 19 umschlossen. Zwischen dem Vorsprung 3 und den Schenkeln der Laufelemente 6 sind Laufwalzen 9 angeordnet, die

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mittels Kugellagern an den Lauf elementen 6 gelagert sind und an den Laufbahnen des Vorsprungs 3 abrollen. Durch diese Lagerung wird die Lauf reibung zwischen den Lauf elementen 6 und dem Vorsprung 3 minimal gehalten. Am Außenumfang des die Laufelemente 6 'zusammenhaltenden Rings 19 sind die Rotorblätter des Rotorblattkranzes 29 befestigt und erstrecken-sich radial nach außen (Fig. 1). Aus Übersichtlichkeitsgründen sind.die Rotorblätter in Fig. 2 weggelassen.

Oberhalb und unterhalb der Laufelemente 6 des inneren Rotors sind Laufelemente 5 und 7 vorgesehen, welche ebenfalls mittels kugelgelagerter Walzen 9 an rings um den Umfang des Tragrings 1 herumlaufenden Vorsprüngen 2 bzw. 4 in der Weise gelagert sind, die in Verbindung mit den Lauf elementen 6 vorstehend bereits beschrieben wurde' . Sowoh'l die Lauf elemente 5 als auch die Laufelemente 7 stellen gleichmäßig um den Umfang des Tragrings 1 verteilte Kreisbogensegmente dar, welche jeweils durch einen reifenförmigen Ring 18 bzw. 20 zusammengehalten werden. An den Reifen 18 bzw. 20 sind Streben 27 bzw. 28 befestigt, die sich oberhalb bzw. unterhalb des Innenrotorkranzes 29 nach außen erstrecken und am Innenumfang des äußeren Rotorkranzes 30 befestigt sind und diesen mit den Laufelementen 5 und 7 verbinden (vgl. Fig. 1 und 2). Durch diesen Aufbau ergibt sich ein Rotorsystem mit zwei gegenläufigen, konzentrisch in einer Ebene liegenden Rotoren, die sich über einen sehr beträchtlichen Durchmesser erstrecken, wobei die Höhe des Rotorsystems sehr gering gehalten werden kann und die beiden Halbräume über und unter dem Rotorsystem völlig frei bleiben.

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■- id. —

An den Unterseiten der Laufelemente 5 und an den Oberseiten der Laufelemente 7 sind rings um.J3.en Tragring 1 herunil auf ende Ringe 21 befestigt. An den diesen Eingen gegenüberliegenden Flächen des Laufelements 6, düi. an deren Ober- und Unterseiten,, sind ebenfalls Ringe 22 befestigt. An jedem der Ringe 21 bzw. 22 ist jeweils eine Anzahl von Elektromotor-Polen gleichmäßigum den Umfang der Ringe verteilt befestigt. An der Unterseite der Laufelemente 5 sind derartige Pole 10 befestigt. An der gegenüberliegenden Oberseite des Laufelements 6 sind Pole 11 befestigt. An der Unterseite des Laufelements 6 sind Pole 12 befestigt und an der dieser gegenüberliegenden Oberseite des Laufelements 7 sind Pole 13 befestigt. An allen vier Ringen 21 bzw. 22 ist jeweils die gleiche Anzahl von Polen 10 bzw. 11 "bzw. 12 bzw. 13 angebracht. Jeder Pol besteht aus einem zylindrischen Eisenkern 10b bzw. 11b bzw. 12b bzw. 13b und einer darum gewickelten elektrischen Leiterspule 10a bzxv. 11a bzw.. 12a bzw. 13a. Die Leiterspulen der Pole sind mit aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Schleifkontakten verbunden, welche ihrerseits an rings um den Tragring 1 herumlauf end en Leiterbändern anliegen und gleiten, von denen einige zur Verdeutlichung in Fig. 2 dargestellt und mit den Bezugszeichen 23» 24 und 25 bezeichnet sind. Die den jeweiligen Polen zugeordneten Schleifkontakte sind an den jeweiligen Lauf elementen 5 "bzw. 6 bzw. 7 befestigt. Es wird darauf hingewiesen, daß aus Übersichtlichkeitsgründen nicht nur die Schleifkontakte in Pig. 2 nicht dargestellt wurden, sondern daß auch eine Anzahl der Leiterringe aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen wurde. Leiterringe sind im Bereich aller Laufelemente zu denken.

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Die sich gegenüberliegenden Polgruppen 10 an den Laufelementen 5 und 11 an den Laufelementen 6 stellen die Pole eines Elektromotors dar, wobei die Laufelemente 5, zusammengehalten durch den Ring 18, eine Ringeinheit darstellen,· die, wenn die Pole mit einem geeigneten hochfrequenten Strom beaufschlagt werden, nach Maßgabe des in den Polen erzeugten Drehfeldes relativ zu.· den T.auf element en 6, die durch den Ring 19 zusammengehalten werden und ebenfalls eine in sich geschlossene Ringeinheit bilden, umlaufen. Die sich gegenüberliegenden Pole 10 und 11 an den Laufelementen 5 bzw. 6 bilden somit einen Elektromotor.

Gleiches gilt für die an der Unterseite der Lauflemente 6 . befestigten Pole 12 und die an der Oberseite der Laufelemente befestigten Pole 13. Uachdem die Laufelemente 5 und 7 mit dem äußeren Rotor, die Laufelemente 6 jedoch mit dem inneren Rotor verbunden sind, und die Bewegung der Laufringe 5 da- her gleichsinnig mit der Beilegung der Laufringe 7 und relativ zu der Bewegung der Laufringe 6 erfolgen muß, sind die jeweils übereinanderliegenden Pole 11 und 12 der Laufelemente 6 parallelgeschaltet. Ebenso sind die jeweils übereinanderliegenden Pole 10 und 13 der Laufringe 5 und 7 miteinander parallelgeschaltet. Wenn nunmehr von einer aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten, im Inneren der Kabine angeordneten Stromquelle ein Mehrphasenwechselstrom, beispielsweise ein dreiphasiger Drehstrom, über.-aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellte Leitungen an die Leiterringe 23, 2A-, 25 und von dort an die Pole 10, 11, 12 und 13 geleitet wird, dann werden sich die Laufelemente 5 und 7 infolge der zwischen den Polen 10 und 11 bwz. 13 und 12 erzeugten Drehfelder gemeinsam relativ zu den Laufelementen 6 und in entgegengesetzter Richtung zu deren Laufrichtung drehen. Die Laufelemente 5 und.7.laufen dann gemeinsam um den Tragring 1 um,-während die Laufelemente 6 in dazu entgegengesetzter Richtung um den Tragring 1 umlaufen. Nachdem die rotierenden

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Magnetfelder zwischen den Polen nur auf die als "Statoren" bzw. "Rotoren" wirkenden Laufelemente 5 und 7 bzw. 6 wirken, wird, von den Lauf element en kein Drehmoment auf den Tragring 1 übertragen mit Ausnahme des geringen Reibungsdrehmoments, das durch die Walzen 9 erzeugt wird.

Um die vorgenannten geringen Reibungsdrehmomente kompensieren und eine Drehung des Tragrings 1 verhindern zu können, sind am Außenumfang des Tragrings 1 zwei Magnete vorgesehen, von denen jeder als um einen Kern 16 bzw. 17 gewickelte Spule 14 bzw. 15 ausgebildet ist (Fig. 2). Jede der Spulen 14 bzw. 15 ist mit einer Stromquelle verbindbar. .Die Spule 14 erstreckt sich im Bereich der Umlaufbahn der Pole 12, während sich die Spule 15 im Bereich der Umlaufbahn der Pole 13 erstreckt. Jede der Spulen ist so angeordnet, daß in ihr bei Stromanschluß ein Magnetfeld erzeugt wird, das auf die jeweils benachbarten Pole einwirkt und einen magnetischen Kraftschluß hervorruft. Wird beispielsweise die Spule 14 aktiviert, so entsteht ein Kraft Schluß zwischen den Polen 12 und der Spule 14, wodurch der Tragring 1 von den Laufelementen 6 in deren Drehsinn mitgenommen wird. Wird dagegen die Spule 15 aktiviert, so tritt ein Kraftschluß mit den Polen 13 ein, wodurch der Tragring 1 von den Laufelementen 7 in deren Drehrichtung mitgenommen wird. Auf diese Weise können nicht nur am Tragring 1 auftretende geringfügige Reibungsdrehmomente kompensiert werden, sondern es ist auch möglich, den Tragring 1 wahlweise in eine gewünschte Position zu drehen.

In den Fig. 1 und 2 ist die jeweils in einer Ringebene angeordnete Zahl von Polen 10 bzw. 11 bzw. 12 bzw. 13 nicht dargestellt. Aus den Figuren ist jedoch ohne weiteres ersichtlich, daß auf jedem Ring 21 bzw. 22 eine große Anzahl von Polen längs des Ringumfanges untergebracht werden kann. Es ist bei diesem Rotor"system möglich und in vielen Fällen vorteilhaft, die Zahl der Pole in jeder Kreisringebene .weitaus größer zu halten als die Zahl der Pole der in der Kabine 32 angeordneten

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Stromquelle. Als Beispiel sei angenommen, als Stromquelle diene ein Drehstromgenerator, der einen dreiphasigen Drehstrom erzeugt. Dabei kann die Zahl der Pole in dem Drehstromgenerator relativ gering sein. Demgegenüber kann die Zahl der Pole 10 bzw. 11 bzw. 12 bzw. 13 jeweils ein'ganzes Vielfaches der Pole des Generators ausmachen, wobei aufeinanderfolgende Pole jeweils mit aufeinanderfolgenden Stromphasen des vom Generator kommenden Stroms elektrisch verbunden werden» Auf diese Weise wird durch den schnell umlaufenden Drehstromgenerator in den angeschlossenen Polen ein Drehfeld erzeugt, das um ein Vielfaches langsamer umläuft. Dadurch ergibt sich eine getriebelose Reduzierung der Umlaufgeschwindigkeit zwischen dem Stromgenerator und den Rotoren.

Bei dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel ist es beispielsweise möglich, daß der Stromgenerator nur eine geringe Anzahl von Polen aufweist und mit einer hohen Drehzahl umläuft, welche einer günstigen Betriebsdrehzahl von Turbinen oder hochdrehenden Kolbenkraftmaschinen'entspricht, so daß eine direkte Ankopplung des Stromgenerators an eine solche Antriebsmaschine möglich ist. Die Drehzahlreduzierung zu den Rotoren hin wird dann dadurch erhalten, daß an den Rotoren jeweils „eine weit größ.ere Anzahl von Polen angeordnet ist,

Strompnasenausgangen *

die von den / des Stromgenerators aus gespeist werden.

Nachdem die Drehzahl eines derartig aufgebauten Elektromotors proportional der Frequenz des Speisungsstromes und umgekehrt porportional der Anzahl der Pole ist, ergibt sich auch bei hochdrehendem Stromgenerator eine günstige getriebelose Reduzierung der Drehzahl bei den Rotoren.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß als Stromquelle ein Generator, der mehrphasigen, beispielsweise dreiphasigen, Wechselstrom erzeugt, verwendet wird. Beispielsweise kann

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auch, eine Gleichstromqeuelle verwendet werden, der eine Umwandlereinheit nachgeschaltet ist, in der der Gleichstrom in mehrphasigen Wechselstrom elektronisch umgewandelt wird. Die. Pole werden in diesem lall mit den verschiedenen Ausgängen des Umwandlers gruppenweise gekoppelt.

Die Erfindung ist nicht auf die aufgeführten Beispiele beschränkt. Beispielsweise kann anstelle einer Anzahl rings um den Iragring 1' angeordneter Laufelemente 5 "bzw. 6 bzw. 7 jeweils ein geschlossener Laufring vorgesehen sein. Es ist auch, möglich, "beispielsweise nur die Pole 11 und 12 des Innenrotors als elektrisch erregbare Magnete auszugestalten und die gegenüberliegenden Pole 10 bzw. 13 des äußeren Rotors als Dauermagnete auszugestalten. Zur Erzeugung des erforder-, liehen Stroms zur Speisung der Pole kann ein mit einer Gasturbine direkt gekoppelter Hochfrequenzgenerator Verwendung finden. Derartige Hochfrequenzgeneratoren sind im Flugzeugbau bereits in Verbindung, beispielsweise zur Erzeugung eines Stroms von 400 Hertz bei 600 U/min und haben ein äußerst günstiges geringes Leistungsgewicht.

Es ist beispielsweise auch möglich, eine erfindungsgemäße Rotoreinrichtung so auszugestalten, daß jeder Rotor nicht wie in dem anhand der !Pig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel mit zwei Polreihen 11 und 12 bzw. 10 und 13 versehen ist, sondern nur mit je einer Polreihe, wobei sich die Pole der Polreihen der beiden Rotoren dann so gegenüberliegen, daß ihre Magnetfelder aufeinander einwirken.,

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Claims (15)

Pat entansprüche

1. lRotoreinrichtung für ein Pluggerät, mit zwei mittels eines Antriebs angetriebenen gegenläufigen Rotoren, dadurch gekennzeichnet , daß beide Rotoren frei um eine gemeinsame ideelle Drehachse drehbar an einem Rumpfteil des Fluggerätes gelagert sind, daß die beiden Rotoren die relativ zueinander drehbaren Teilen eines Elektromotors ("Stator" und "Rotor") bilden, indem an dem ersten Rotor eine Anzahl von Polen (11 bzw. 12) des Elektromotors angebracht ist und an dem anderen, gegenläufigen Rotor die. korrespondierenden Pole (10 bzw. 13) des Elektromotors so zu den Polen des ersten Rotors hingewandt angebracht sind, daß eine gegenseitige Feldeinwirkung gegeben ist, und daß wenigstens die an einem Rotor vorgesehenen Pole elektrisch mit einem einen Frequenz-Strom erzeugenden Stromgenerator verbunden sind.

2. Ro tor einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Rotoren die Teile eines Hochfrequenz-Elektromotors bilden.

3. Ro tor einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem strombeaufschlagten Pole aufweisenden Rotor Schleifkontaktelemente vorgesehen sind, welche an am Rumpf vorgesehenen, konzentrisch zur Rotordrehachse verlaufenden Kontaktringen (23 bzw. 24 bzw. 25) gleitendanliegen, und daß jeder Kontaktring elektrisch mit einem Stromausgang eines im Rumpf angeordneten Stromgenerators verbunden ist.

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4. Rotor einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromgenerator als mit einer geringen Anzahl von Polen ausgestatteter, mit hoher Drehgeschwindigkeit angetriebenen Generator ausgebildet .ist, und daß an beiden Rotoren eine gleich große, die Generatorpolzanl übersteigende Anzahl von Polen vorgesehen ist.

5. Eotoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Stromgenerator .als mehrphasiger Drehstromgenerator ausgebildet ist.

6. Ro tor einrichtung nach Anspruch. 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Stromgenerator als Hochfrequenzgenerator ausgebildet ist.

7. Rotoreinrichtung nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Stromgenerator als Gleichstromquelle mit nachgeschalteter, elektronischer, die zur Speisung der Pole erforderlichen Hochfrequenzströme erzeugender Frequenzumwandlereinheit ausgebildet ist.

8. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Pol als von einer stromdurchflossenen Spule (10a bzw. 11a bzw. 12a bzw. 13a) umwickelter Kern (10b bzw. 11b bzw. 12b bzw. 13b) magnetisierbaren Metalls ausgebildet ist.

9. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Rumpf im Bereich der Umlaufbahn der Pole (12 bzw. 13) jedes Rotors mindestens je ein wahlweise erregbarer Magnet (14,16 bzw. 15,17) so angeordnet ist, daß im erregten Zustand sein IPeId magnetisch auf die Magnetfleder der Pole des jeweiligen Rotors einwirkt►

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10. Rotoreinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnet (14-,16-bzw. 15,17) als von einer stromleitenden Spule (15 bzw. 15) umschlossener Kern (16 bzw. 17) magnetisxerbaren Materials ausgebildet ist.

11. Rotpreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche-1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Rotoren mindestens ein am Rumpfteil auf einer Umlaufbahn um die Rotordrehachse bewegbar gelagertes Laufelement (5,7;6) aufweist, an welchem Pole (10 bzw. 15 bzw. 11,12) angebracht sind.

12. Rotoreinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rotor eine Anzahl in Abständen auf einem konzentrisch zur Rotordrehachse liegenden,ideellen Kreis angeordneter und miteinander verbundener Laufelemente (5,7;6) aufweist.

13· Rotoreinrichtung nach Anspruch 11, " 'dadurch g e \k e η η zeichnet, daß jeder Rotor mindestens ein als die Rotordrehachse konzentrisch umschließender Ring ausgebildetes Laufelement aufweist.

14. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1\bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rumpfteil als Tragring (1) ausgebildet ist, der an seinem Außenumfang Umlaufbahnen für Laufelemente (5,7|6) der beiden gegenläufigen Rotoren aufweist.

15. Ro tor einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1

. dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblattkränze (29,30) der beiden gegenläufigen Rotoren konzen-

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trisch zueinander angeordnet ist, daß der erste Rotor mit dem inneren Rotorblattkranz (29) ein oder, mehrere in einer Ebene angeordnete Laufelemente (6) aufweist, an dem oder denen der innere Rotorblattkranz (29) befestigt ist, und daß der zweite Rotor ein oder mehrere in einer Ebene über den Luafelementen (6) des ersten Rotors angeordnete obere Laufelemente (3) und ein oder mehrere in einer Ebene unter den Laufelementen (6) des ersten Rotors angeordnete untere Laufelemente (7) aufweist, wobei der Rotorblattkranz (30) des zweiten Rotors über Yerbindungsstreben (27 bzw. 28), die über (27) "bzw. unter (28) dem inneren Eotorblattkranz (29) verlaufen, mit dem oder den oberen Laufelementen (5) bzw. dem oder den unteren Laufelementen (7) verbunden ist.

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