WO2017186755A1 - Drive system for individually driving two individual propellers of a double propeller - Google Patents

Drive system for individually driving two individual propellers of a double propeller Download PDF

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WO2017186755A1
WO2017186755A1 PCT/EP2017/059859 EP2017059859W WO2017186755A1 WO 2017186755 A1 WO2017186755 A1 WO 2017186755A1 EP 2017059859 W EP2017059859 W EP 2017059859W WO 2017186755 A1 WO2017186755 A1 WO 2017186755A1
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rotor
drive system
coil
shaft
stator
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Application number
PCT/EP2017/059859
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German (de)
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Inventor
Gunter Freitag
Gabriele TEOFILI
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/086—Structural association with bearings radially supporting the rotor around a fixed spindle; radially supporting the rotor directly
    • H02K7/088—Structural association with bearings radially supporting the rotor around a fixed spindle; radially supporting the rotor directly radially supporting the rotor directly

Definitions

  • the invention relates to a drive based on an electric motor concept for driving a double propeller, in particular a counter-rotating double propeller.
  • a double propeller for driving the aircraft frequently ⁇ fig double propeller drives are used which, viewed in essentially two in the direction of the axis of rotation arranged one behind another single propeller and having the corresponding required motor and other components for driving the propeller, for example.
  • Gears and shafts for transferring the from the motor provided power on the single propellers.
  • the individual propellers are usually operated in opposite directions, in particular because of the advantageous effect on the total torque of the arrangement due to the rotations of the propeller, ie during operation of the arrangement rotates one of the propellers in a clockwise direction, while at the same time rotates the other propeller ge ⁇ counterclockwise.
  • the advantageous effect on the total torque of the arrangement due to the rotations of the propeller ie during operation of the arrangement rotates one of the propellers in a clockwise direction, while at the same time rotates the other propeller ge ⁇ counterclockwise.
  • the operation of two ⁇ he counter-rotating propeller are in an improved air flow behavior and increased efficiency.
  • the use of smaller propeller discs or propeller diameter is possible, which also has a positive impact on the efficiency.
  • Such drive systems are used primarily in shipbuilding and aviation.
  • the drive system has a high power density ⁇ which constitutes erbringbare from the engine performance in relation to their weight and in the re ⁇ gel / kg is given in kW.
  • the power density can be open ⁇ bar by increasing the deliverable power of the electric machine and / or by reducing the weight the machine can be increased.
  • ⁇ counter-rotating twin propeller drives turns out that they have a high weight due to their complexity and the benötig ⁇ th component, which is reflected negatively on the power density.
  • aktu elle ⁇ drives for counter-rotating twin propellers are very maintenance-intensive ⁇ .
  • the drive system for driving individual propellers of a double propeller which are alternatively rotatable in opposite directions about a common rotational axis R, has a common stator with a first and a second respectively substantially annular coil arrangement.
  • the Spulenanordnugen are housed in particular in a common stator housing of the common ⁇ men stator.
  • Each of the coil assemblies includes a plurality of coils disposed along a circumference of the respective coil assembly.
  • the coil assemblies are coaxial with each other and arranged one behind the other in the axial direction.
  • the drive system furthermore has a first rotor and a second rotor, which each have a plurality of magnets, for example permanent magnets or electromagnets.
  • the magnets are arranged on the respective rotor along a circumference of the rotor and the rotors are arranged coaxially with one another and one behind the other in the axial direction.
  • the first coil assembly and the first rotor are oriented relative to each other and arranged between the coils of the first coil assembly and the magnet of the first rotor, an electromagnetic interaction instead ⁇ place when the coils of the first coil assembly from a be traversed electrical power.
  • the second coil assembly and the second rotor are oriented relative to each other and arranged between the coils of the two ⁇ th coil arrangement and the magnet of the second rotor takes place electromagnetic interaction if the SPU ⁇ len of the second coil arrangement are traversed by an electric current.
  • the first rotor and the second rotor each comprise a connection device for connecting the respective rotor to the single propeller to be driven by the respective rotor.
  • the rotors are supported by means of a jeweili ⁇ gen bearing ring on the same stator.
  • the bearing rings may be formed, for example, as a ball bearing. Because the bearing ring of the second rotor, then the second coil arrangement, then the first coil arrangement and finally the bearing ring of the first rotor are arranged one behind the other in the axial direction, this results in a comparatively space-saving construction, in particular in the axial direction.
  • the bearing rings each have an inner ring and an Au ⁇ inforing, wherein the outer rings are integrated in a guide die advantageous embodiments in the common stator and in the common housing. It is further the in ⁇ nenring of the bearing ring of the first rotor integrated with the first rotor and the inner ring of the bearing ring of the second Ro ⁇ gate is integrated into the second rotor.
  • the inner and outer rings may be respectively formed integrally with the compo nents ⁇ , in which they are integrated.
  • the rotors are each designed as internal rotors, wherein the first rotor is arranged radially inside the first coil arrangement and the second rotor radially inside the second coil arrangement.
  • Such thin bearing rings are referred to in the art as thin-ring bearings.
  • a thin-section bearing is distinguished from a standard bearing in that, relative to the diameter of the bore or the annular opening in which, for example, a shaft can be placed, it has a smaller bearing cross-section, ie a smaller extent in the radial direction. For example.
  • the thickness of the bearing ring and the diameter of the opening of the bearing ring in a thin-section bearing can be in a ratio of 1:20.
  • a larger torque can be transmitted with a larger bore diameter.
  • standard bearings with increasing diameter become increasingly heavier.
  • Due to the construction of the motor unit a large diameter of the bearing ring is pre-geous, but are not typically togehö ⁇ engined moments needed.
  • a thin-section bearing is less massive than a standard bearing in terms of dimensions, but tolerates less torque and is therefore lighter in comparison to the standard bearing.
  • Each of the connecting devices comprises a shaft rotatably connected to the respective rotor and a device, For example, a flange for connecting the shaft to the respective driven single propeller.
  • the respective shaft can, for example, to a rotor disc above the respective rotor be gekop ⁇ pelt. This makes it easy to connect the drive system with the double propeller.
  • the shafts are arranged coaxially with one another, wherein the shaft connected to the first rotor is arranged radially inside the shaft connected to the second rotor, resulting in a compact design.
  • the first rotor is designed together with the shaft connected to the first rotor as a one-piece component.
  • the second rotor is designed together with the shaft connected to the second rotor as a one-piece component.
  • additive manufacturing can be used.
  • Connecting the connected to the second rotor shaft are designed to be driven with the single propeller together as a one-piece component. This is particularly useful when the shaft connected to the first rotor is arranged radially inside the shaft connected to the second rotor.
  • the common stator is additionally connected to a common cooling system, the cooling system being set up, to supply to the common stator a cooling medium, which is used for cooling the first and the second coil assembly. Due to this additional common use of a component, both installation space and weight can be saved.
  • the drive system may further comprise a control unit which is set up such that it vonei- Nander and selectively acts on with electric currents, so that produces the first Spu ⁇ lena order and the second coil assembly independently due to the electromagnetic interaction desired torques to the respective rotors ⁇ and thus the single propeller can be set in the desired manner and specifically in rotation.
  • a control unit which is set up such that it vonei- Nander and selectively acts on with electric currents, so that produces the first Spu ⁇ lena order and the second coil assembly independently due to the electromagnetic interaction desired torques to the respective rotors ⁇ and thus the single propeller can be set in the desired manner and specifically in rotation.
  • the individual propellers offset in opposite Rota ⁇ tion and / or operated at different speeds. Since the control unit controls the two Spulenanord ⁇ voltages separately and individually supplied with electric current, the individual propellers can be independently driven from one another in the sequence.
  • the control unit may also control the cooling system such that the cooling medium supplied from the cooling system to the stator for cooling the coil assemblies is routed to the coil assemblies as needed.
  • the demand may be determined from the temperatures prevailing at the coil assemblies so that the controller determines the cooling demand based on the temperatures and regulates the inflow of cooling medium.
  • the concept underlying the invention is to significantly reduce the weight of the engine, inter alia by saving the otherwise required transmission for driving the counter-rotating individual propellers.
  • This is achieved by using the two separate coaxial electric motor units, comprising the respective coil arrangement and the separate associated rotors, utilizing the common stator.
  • the large diameter bearing rings hold the two rotors. Only one of the two bearings or one of the bearing rings is used to carry forces and dynamic loads. Due ⁇ to the large diameter of the rotors and also due to the thin bearing rings a comparatively simple and simple ⁇ assembly of the drive system is possible.
  • the drive system can be operated, for example, for maximum thrust with two single propellers, while for normal flight to cruising altitude for reasons of efficiency, only one of the two propellers is driven.
  • the system Due to the reduced number of components of the drive system as a whole, the system becomes less complex and, as already mentioned, also lighter. For the same reason, the reliability is increased, which is further supported by the fact that essentially two parallel and no serial systems are used. Improve maintenance and Verheg ⁇ bility of the drive system due to the Ver ⁇ zichts to a transmission. It should be noted that the axial direction extends in the examples listed here along the axis of rotation of the propeller in the direction of the stator or the rotors.
  • FIG. 1 shows a drive system with an electric motor unit and a double propeller in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a drive system with an electric motor unit and a double propeller in a second embodiment.
  • the 1 shows schematically a drive system 100 for turning on ⁇ drive of a double propeller 200 with two oppositely about a common axis of rotation R rotatable single propellers 210, 220.
  • the individual propellers 210, 220 are coaxial zueinan ⁇ the respect to the rotation axis R and are arranged axially behind one another.
  • the opposite rotation of the single propeller 210, 220 is not realized by special properties of the double propeller 200 itself, but by a corresponding Be ⁇ drive the drive system 100.
  • Each of the individual ⁇ propeller 210, 220 has propeller blades 211, 212, 221, 222 and a center plate 213, 223 on which the propeller blades are mounted 211, 212, 221, 222 and its part with flanges 119, 129 o. ä. in the following to be ⁇ writing electric motor unit 100 rotatably connected who ⁇ can.
  • the drive system 100 includes a first electric motor unit 110 for driving the first propeller 210 and a single second electric motor unit 120 for driving the second A ⁇ zelpropellers 220th
  • the two electric motor units 110, 120 can be operated independently of each other, so that Also, the single propeller 210, 220 can be driven independently of each other, which manifests itself, inter alia, that an opposite operation of the single propeller 210, 220 can be realized.
  • this is possible without the use of a transmission.
  • the individual propellers 210, 220 and the electric motor units 110, 120 and their stator units 111, 121 and rotors 114, 124 are arranged coaxially with one another and furthermore in the axial direction in such a way that initially the first individual propellant ⁇ ler 210, the second single-propeller 220, then the second electric motor unit 120 and, finally, the first electric motor unit 110 consecutive.
  • the first electric motor unit 110 has a first one
  • Stator unit 111 which comprises a substantially nikringför ⁇ shaped arrangement 112 of coils, which can be realized, for example. By applied to cores windings.
  • the individual coils of the coil arrangement 112 are in this case along a circumference of the first stator 111 and the circular ⁇ ring-shaped arrangement 112 arranged and, for example. Oriented such that its longitudinal axis is oriented in the radial direction.
  • the first electric motor unit comprises a rotor ers ⁇ th 114th
  • the first rotor 114 carries a plurality of magnetic field generating means 115, for example, permanent magnets arranged along a circumference of the rotor 114.
  • the first rotor 114 is formed as an inner rotor 114 ⁇ , is thus positioned radially within the first stator 111 and the permanent magnets 115 are preferential ⁇ , on a radially outer surface of the rotor 114 is arranged ⁇ .
  • Stator unit 111 and rotor 114 are coaxially aligned with each other and positioned in the axial direction such that the permanent magnets 115 of the first rotor 114 are in the same position in the axial direction as that Coils of the first Spulenanordung 112 and the first
  • stator unit 111 and rotor 114 ensures that an effective electromagnetic interaction can occur between the coils of the coil arrangement 112 and the permanent magnets 115 when the coils are traversed by an electric current.
  • a torque on the rotor 114 acts in accordance with the known operation of an electric motor, a torque on the rotor 114, which is transmitted via a connected to the rotor 114 shaft 117 to a zuandde at ⁇ component, in the illustrated case on the first propeller 210th
  • the second electric motor unit 120 has a second stator unit 121, which comprises a substantially annular arrangement 122 of coils, which can be realized, for example, by windings applied to cores.
  • the coils of the second coil arrangement 122 are in this case arranged along a circumference of the second stator unit 121 or the annular arrangement 122 and, for example, aligned such that their longitudinal axis is ori ⁇ warrantyt in the radial direction.
  • the second electric motor unit 120 has a second rotor 124.
  • the second rotor 124 carries a plurality of means 125 for generating magnetic fields, for example. Permanent magnets, which are arranged along a circumference of the rotor 124.
  • the second rotor 124 is also formed as home nenrotor 124 is thus positioned radially within the two ⁇ th stator 121 and the permanent magnets 125 are preferably arranged at a radially outer surface of the rotor 124th Stator unit 121 and rotor 124 are aligned coaxially with each other and positioned in the axial direction such that the permanent magnets 125 of the second rotor 124 are in the same position in the axial direction as the coils of the second coil assembly 122 and the second stator unit 121, respectively.
  • stator unit 121 and rotor 124 ensures that an effective electromagnetic interaction can occur between the coils of the second coil arrangement 122 and the permanent magnets 125 when the coils are traversed by an electric current.
  • the rotors 114, 124 are coupled to the respective single propeller 210, 220 by means of respective devices 116, 126 for connecting the respective rotor to the single propeller 210, 220 to be driven by the rotor.
  • This connecting device 116 for the first rotor 114 has the already introduced first shaft 117, the rotor 114 itself or, for example, a rotor disk 118 o.a. with a device 119 for connecting the shaft 117 with the first propeller 210 and with its central piece 213 rotatably coupled.
  • the corresponding connecting device 126 for the second rotor 124 has the already introduced second shaft 127, the rotor 124 itself or, for example, a rotor disk 128 o.a.
  • the devices 119, 129 may, for example, each be a flange.
  • the individual propellers 210, 220 in the form of the central pieces 213, 223 would have corresponding counterparts to the flanges 119, 129 with which they can be fastened to the flanges 119, 129.
  • the first shaft 117 is positioned inside the second shaft 127, ie at least the second shaft 127 must be a hollow shaft. It is advantageous if, for each electric motor unit 110, 120, at least the respective rotor 114, 124 and the respectively associated shaft 117, 127 are manufactured in one piece separately. In the case of the second electric motor unit 120 to additionally ⁇ and the flange 129 at the one-piece manufacture can be included with. Also for the first electric motor unit 110, it makes sense to consider the flange 119 in the one-piece production.
  • Such one-piece components can, for example, be cast or produced by means of a generative manufacturing process or "additive manufacturing".
  • the drive system 100 is also distinguished by a common stator 130, which accommodates the described stator units 111, 121 or the coil arrangements 112, 122 in a common stator housing 131.
  • the coil arrangements 112, 122 are constructed such that they are arranged coaxially with each other and one behind the other in the axial direction, and preferably have substantially the same diameter.
  • the common stator housing 131 is designed and dimensioned so that the stator units 111, 121 or the coil arrangements 112, 122 can be integrated with the least possible space requirement.
  • a common cooling system 140 for cooling the stator units 111, 121, which is connected to the common stator 130 or to its housing 131, so that a cooling medium is connected to the stator 130 and thus to the stator
  • Stator units 111, 121 and the coil assemblies 112, 122 can be supplied.
  • the cooling system 140 is connected via tube or hose lines 141, 142 to the stator 130 or its housing.
  • housing 131 connected to supply the cooling medium and to dissipate again.
  • the cooling medium via corresponding lines, not shown in detail to the two coil assemblies 112, 122 performed in order to develop there the required cooling effect.
  • the common stator 130 and the housing 131 is the ⁇ another for storage of the rotors 114, 124 of the electric motor units 110, used 120th
  • the two electromagnets ⁇ motor units 110, 120 each have a bearing ring 113, 123 to which the respective rotor 114, 124 at the common
  • Stator housing 131 is mounted.
  • the bearing rings 113, 123 Kings ⁇ nen eg. As ball bearings and in particular be designed as thin-section bearings. The aim is that the bearing rings
  • 113, 123 are as thin as possible in order to reduce the weight and, secondly, to allow easy installation of the rotors 114, 124 in the overall arrangement.
  • stator units 111, 121 and rotors As mentioned, the stator units 111, 121 and rotors
  • a control unit 150 For charging the coils of the coil arrangements 112, 122 of the two stator units 111, 121 with electric current a control unit 150 is provided.
  • the control unit 150 is set up in such a way that it can apply electrical currents to the coil arrangements 112, 122 or their coils in a targeted manner, so that desired torques are generated and the individual propellers 210, 220 are set in a desired and targeted manner in rotation.
  • the coil arrangement 150 is connected via electrical lines 151, 152 to the respective coil arrangement 112, 122.
  • the individual propellers 210, 220 it is also possible for the individual propellers 210, 220 to be set in opposite directions, as explained in the introduction.
  • a direction of rotation of one of the propellers 210, 220 or one of the rotors 114, 124 can be reversed by the control unit 150 applying an opposite current to the coils of the coil arrangements 112, 122 of the corresponding stator unit 111, 121, ie reversing the current direction , Since the control unit 150, the two electric motor means ⁇ units 110, 120 controls separately and individually supplied with elekt ⁇ hari whatsoever current can be driven independently of one another in the sequence which Einzelpropel ⁇ ler 210, 220th
  • control unit 150 can be used to supplied from the cooling system 140 to the stator 130 ⁇ cooling medium to conduct as necessary to the coil arrangements.
  • sensors can be provided on the Spulenanornditch 112, 122, for example, determine the respective temperature and transmit it to the control unit 150, so that the Steuerein ⁇ unit 150 based on the corresponding sensor data determines the cooling demand and regulates the inflow of cooling medium.
  • FIG 1 shows a first embodiment ⁇ form, seen in the axial direction of the bearing ring 123 of the second rotor 124, the second coil assembly 121, the first coil assembly 111 and the bearing ring 113 of the first rotor 114 are arranged one behind the other.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the drive system 100, which differs from the drive system in the first embodiment in that, seen in the axial direction, the bearing ring 123 of the second rotor 124, the second coil arrangement 121, then the bearing ring 113 of the first rotor 114 and finally the first coil arrangement 111 are arranged one behind the other.
  • the positions of the first stator unit 111 and the bearing ring 113 of the first rotor 114 have been interchanged seen in the axial direction.
  • the remaining components and functions correspond to those of the embodiment shown in FIG.
  • the figures represent an embodiment of the bearing rings 113, 123, in which the bearing rings 113, 123 constitute separate components.
  • the rings 113 113 ", 123 123" forming the bearing rings 113, 123 can be integrated into the stator housing 131 or into the respective rotor 114, 124.
  • the inner ring 113 is integrated ⁇ of the first bearing ring 113 in the first rotor 114, the outer ring 113 "of the first bearing ring 113 integrated in the common stator housing 131, the inner ring 123 integrated ⁇ of the second bearing ring 123 in the second rotor 124 and the Outer ring 123 "of the second bearing ring 123 is also integrated into the common stator housing 131.
  • the term "integrated" in particular ⁇ sondere mean that the respective outer or inner ring substantially as a guideway for the rolling elements of the respective bearing 113, 123 in the stator housing 131 and each Ro ⁇ gate 114, 124 is formed.

Landscapes

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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

The invention relates to a drive system based on an electric motor concept for driving a double propeller, in particular a contra-rotating double propeller. The drive system comprises a common stator with two individually controllable coil arrangements that are arranged axially one behind the other in a common stator housing. Further, two rotors which are positioned axially one behind the other and coaxially with the coil arrangements are provided with permanent magnets that respectively interact electromagnetically with one of the coil arrangements when coils of the coil arrangements are energized with electric current. The rotors further have respectively a connection device for connecting the respective rotor to the individual propeller that is to be driven by the respective rotor.

Description

Beschreibung description
ANTRIEBSSYSTEM ZUM INDIVIDUELLEN ANTREIBEN VON ZWEI EINZELPROPELLERN EINES DOPPELPROPELLERS DRIVE SYSTEM FOR INDIVIDUAL DRIVING OF TWO INDIVIDUAL PROPELLERS OF A DOUBLE PROPELLER
Die Erfindung betrifft einen Antrieb basierend auf einem Elektromotorkonzept zum Antreiben eines Doppelpropellers, insbesondere eines gegenläufigen Doppelpropellers. In der Luftfahrt werden zum Antreiben des Luftfahrzeugs häu¬ fig Doppelpropellerantriebe eingesetzt, die im Wesentlichen zwei in Richtung der Rotationsachse gesehen hintereinander angeordnete Einzelpropeller sowie den entsprechend benötigten Motor und weitere Komponenten zum Antreiben der Propeller aufweisen, bspw. Getriebe sowie Wellen zum Übertragen der vom Motor erbrachten Leistung auf die Einzelpropeller. Die Einzelpropeller werden in der Regel insbesondere wegen der vorteilhaften Auswirkung auf das Gesamtdrehmoment der Anordnung aufgrund der Rotationen der Propeller gegenläufig betrieben, d.h. im Betrieb der Anordnung rotiert einer der Propeller im Uhrzeigersinn, während gleichzeitig der andere Propeller ge¬ gen den Uhrzeigersinn rotiert. Neben dem im Idealfall kompensierten Drehmoment liegen weitere Vorteile des Betriebs zwei¬ er gegenläufig rotierender Propeller liegen in einem verbes- serten Luftströmungsverhalten und einem erhöhten Wirkungsgrad. Desweiteren wird die Verwendung kleinerer Propellerscheiben bzw. Propellerdurchmesser möglich, was sich ebenfalls positiv auf den Wirkungsgrad niederschlägt. Derartige Antriebssysteme werden in erster Linie im Schiffbau sowie für die Luftfahrt eingesetzt. The invention relates to a drive based on an electric motor concept for driving a double propeller, in particular a counter-rotating double propeller. In aviation, for driving the aircraft frequently ¬ fig double propeller drives are used which, viewed in essentially two in the direction of the axis of rotation arranged one behind another single propeller and having the corresponding required motor and other components for driving the propeller, for example. Gears and shafts for transferring the from the motor provided power on the single propellers. The individual propellers are usually operated in opposite directions, in particular because of the advantageous effect on the total torque of the arrangement due to the rotations of the propeller, ie during operation of the arrangement rotates one of the propellers in a clockwise direction, while at the same time rotates the other propeller ge ¬ counterclockwise. In addition to the ideally compensated torque are further advantages of the operation of two ¬ he counter-rotating propeller are in an improved air flow behavior and increased efficiency. Furthermore, the use of smaller propeller discs or propeller diameter is possible, which also has a positive impact on the efficiency. Such drive systems are used primarily in shipbuilding and aviation.
Grundsätzlich ist es insbesondere in der Luftfahrt von besonderem Interesse, dass das Antriebsystem eine hohe Leistungs¬ dichte aufweist, welche die von der Maschine erbringbare Leistung ins Verhältnis zu ihrem Gewicht setzt und in der Re¬ gel in kW/kg angegeben wird. Die Leistungsdichte kann offen¬ bar durch eine Erhöhung der erbringbaren Leistung der elektrischen Maschine und/oder durch eine Reduzierung des Gewichts der Maschine erhöht werden. Insbesondere für die oben einge¬ führten gegenläufigen Doppelpropellerantriebe stellt sich heraus, dass sie aufgrund ihrer Komplexität und der benötig¬ ten Komponenten ein hohes Gewicht aufweisen, was sich negativ auf die Leistungsdichte niederschlägt. Desweiteren sind aktu¬ elle Antriebe für gegenläufige Doppelpropeller sehr wartungs¬ intensiv . Basically, it is in particular in the aviation industry are of particular interest in that the drive system has a high power density ¬ which constitutes erbringbare from the engine performance in relation to their weight and in the re ¬ gel / kg is given in kW. The power density can be open ¬ bar by increasing the deliverable power of the electric machine and / or by reducing the weight the machine can be increased. Led in particular to the above is ¬ counter-rotating twin propeller drives turns out that they have a high weight due to their complexity and the benötig ¬ th component, which is reflected negatively on the power density. Furthermore aktu elle ¬ drives for counter-rotating twin propellers are very maintenance-intensive ¬.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antrieb für einen Doppelpropeller der eingangs genannten Art mit gegenläufig rotierbaren Einzelpropellern vorzuschlagen, der eine erhöhte Leistungsdichte aufweist. It is therefore an object of the present invention to propose a drive for a double propeller of the aforementioned type with counter-rotating individual propellers, which has an increased power density.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene An- triebssystem gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteil¬ hafte Ausgestaltungen. This object is achieved by the drive system described in claim 1. The dependent claims describe advantageous embodiments ¬.
Das Antriebssystem zum Antreiben von wahlweise gegenläufig um eine gemeinsame Rotationsachse R rotierbaren Einzelpropellern eines Doppelpropellers weist einen gemeinsamen Stator auf mit einer ersten und einer zweiten jeweils im Wesentlichen kreisringförmigen Spulenanordnung. Dabei sind die Spulenanordnugen insbesondere in einem gemeinsamen Statorgehäuse des gemeinsa¬ men Stators untergebracht. Jede der Spulenanordnungen umfasst eine Vielzahl von Spulen, die entlang eines Umfangs der jeweiligen Spulenanordnung angeordnet sind. Die Spulenanordnungen sind koaxial zueinander und in axialer Richtung hintereinander angeordnet. Das Antriebssystem weist desweiteren einen ersten Rotor und einen zweiten Rotor auf, die jeweils eine Vielzahl von Magneten, bspw. Permanentmagnete oder Elektro- magnete, aufweisen. Die Magnete sind am jeweiligen Rotor entlang eines Umfangs des Rotors angeordnet und die Rotoren sind koaxial zueinander und in axialer Richtung hintereinander angeordnet. Die erste Spulenanordnung und der erste Rotor sind derart zueinander orientiert und angeordnet, dass zwischen den Spulen der ersten Spulenanordnung und den Magneten des ersten Rotors eine elektromagnetische Wechselwirkung statt¬ findet, wenn die Spulen der ersten Spulenanordnung von einem elektrischen Strom durchflössen werden. Ebenso sind die zweite Spulenanordnung und der zweite Rotor derart zueinander orientiert und angeordnet, dass zwischen den Spulen der zwei¬ ten Spulenanordnung und den Magneten des zweiten Rotors eine elektromagnetische Wechselwirkung stattfindet, wenn die Spu¬ len der zweiten Spulenanordnung von einem elektrischen Strom durchflössen werden. Schließlich umfassen der erste Rotor sowie der zweite Rotor jeweils eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden des jeweiligen Rotors mit dem durch den jeweiligen Rotor anzutreibenden Einzelpropeller. The drive system for driving individual propellers of a double propeller, which are alternatively rotatable in opposite directions about a common rotational axis R, has a common stator with a first and a second respectively substantially annular coil arrangement. The Spulenanordnugen are housed in particular in a common stator housing of the common ¬ men stator. Each of the coil assemblies includes a plurality of coils disposed along a circumference of the respective coil assembly. The coil assemblies are coaxial with each other and arranged one behind the other in the axial direction. The drive system furthermore has a first rotor and a second rotor, which each have a plurality of magnets, for example permanent magnets or electromagnets. The magnets are arranged on the respective rotor along a circumference of the rotor and the rotors are arranged coaxially with one another and one behind the other in the axial direction. The first coil assembly and the first rotor are oriented relative to each other and arranged between the coils of the first coil assembly and the magnet of the first rotor, an electromagnetic interaction instead ¬ place when the coils of the first coil assembly from a be traversed electrical power. Similarly, the second coil assembly and the second rotor are oriented relative to each other and arranged between the coils of the two ¬ th coil arrangement and the magnet of the second rotor takes place electromagnetic interaction if the SPU ¬ len of the second coil arrangement are traversed by an electric current. Finally, the first rotor and the second rotor each comprise a connection device for connecting the respective rotor to the single propeller to be driven by the respective rotor.
Mit „elektromagnetische Wechselwirkung" ist die bei einem Elektromotor bekannte Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der Magnete des Rotors und den Magnetfeldern der With "electromagnetic interaction" is known in an electric motor interaction between the magnetic fields of the magnets of the rotor and the magnetic fields of
stromduchflossenen Spulen des Stators gemeint, aufgrund derer der Elektromotor sein Drehmoment entwickelt. meant by the current-flowing coil of the stator, due to which the electric motor develops its torque.
Vorteilhafterweise sind die Rotoren mit Hilfe eines jeweili¬ gen Lagerrings am gemeinsamen Stator gelagert. Die Lagerringe können bspw. als Kugellager ausgebildet sein. Dadurch, dass in axialer Richtung gesehen zunächst der Lagerring des zweiten Rotors, dann die zweite Spulenanordnung, dann die erste Spulenanordnung und schließlich der Lagerring des ersten Rotors hintereinander angeordnet sind, ergibt sich ein ver- gleichsweise platzsparender Aufbau insbesondere in axialer Richtung . Advantageously, the rotors are supported by means of a jeweili ¬ gen bearing ring on the same stator. The bearing rings may be formed, for example, as a ball bearing. Because the bearing ring of the second rotor, then the second coil arrangement, then the first coil arrangement and finally the bearing ring of the first rotor are arranged one behind the other in the axial direction, this results in a comparatively space-saving construction, in particular in the axial direction.
Die Lagerringe weisen jeweils einen Innenring und einen Au¬ ßenring auf, wobei die Außenringe in einer vorteilhaften Aus- führungsform in den gemeinsamen Stator bzw. in dessen gemeinsames Gehäuse integriert sind. Dabei ist des weiteren der In¬ nenring des Lagerrings des ersten Rotors in den ersten Rotor integriert und der Innenring des Lagerrings des zweiten Ro¬ tors ist in den zweiten Rotor integriert. Insbesondere können die Innen- und Außenringe jeweils einstückig mit den Kompo¬ nenten ausgebildet sein, in die sie integriert sind. Diese Maßnahmen tragen ebenfalls dazu bei, dass die Elektromotor- einheit und mit ihr das Antriebssystem mit geringerem Gewicht realisiert werden können. The bearing rings each have an inner ring and an Au ¬ ßenring, wherein the outer rings are integrated in a guide die advantageous embodiments in the common stator and in the common housing. It is further the in ¬ nenring of the bearing ring of the first rotor integrated with the first rotor and the inner ring of the bearing ring of the second Ro ¬ gate is integrated into the second rotor. In particular, the inner and outer rings may be respectively formed integrally with the compo nents ¬, in which they are integrated. These measures also help to ensure that the electric motor unit and with it the drive system can be realized with less weight.
Die Rotoren sind jeweils als Innenrotoren ausgebildet, wobei der erste Rotor radial innerhalb der ersten Spulenanordnung und der zweite Rotor radial innerhalb der zweiten Spulenanordnung angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich insbesondere bei gleichzeitig großem Durchmesser der Spulenanordnungen des Stators und bei einem möglichst dünnen Lagerring, dass der Zusammenbau der Anordnung vergleichsweise wenig aufwändig ist. Derartige dünne Lagerringe werden in der Fachwelt auch als Dünnringlager bezeichnet. Ein Dünnringlager zeichnet sich gegenüber einem Standardlager dadurch aus, dass sie bezogen auf den Durchmesser der Bohrung bzw. der Ringöffnung, in der bspw. eine Welle platziert werden kann, einen kleineren Lagerquerschnitt aufweisen, d.h. eine geringere Ausdehnung in radialer Richtung. Bspw. können die Stärke des Lagerrings und der Durchmesser der Öffnung des Lagerrings bei einem Dünnringlager in einem Verhältnis von 1:20 zueinander stehen. Ge- nerell gilt, dass bei größerem Bohrungsdurchmesser auch ein größeres Moment übertragen werden kann. Dies geht jedoch damit einher, dass Standardlager mit zunehmenden Durchmesser immer schwerer werden. Aufgrund der Konstruktion der Elektromotoreinheit ist ein großer Durchmesser des Lagerrings vor- teilhaft, es werden jedoch nicht die typischerweise dazugehö¬ rigen Momente benötigt. Ein Dünnringlager baut entsprechend seiner Dimensionen weniger massiv als ein Standardlager, verträgt jedoch weniger Moment und ist daher im Vergleich zum Standardlager leichter. Der große Durchmesser, der im vorlie- genden Fall so groß gewählt wird wie der Innendurchmessers des Stators, erlaubt in der Konsequenz aus den oben angeführten Gründen, dass die Elektromotoreinheit und mit ihr das ge¬ samte Antriebssystem mit geringerem Gewicht realisiert werden kann, weil wir kein Material im inneren des Motors benötigt wird. The rotors are each designed as internal rotors, wherein the first rotor is arranged radially inside the first coil arrangement and the second rotor radially inside the second coil arrangement. This results in particular in the case of a simultaneously large diameter of the coil arrangements of the stator and in the case of a bearing ring which is as thin as possible, that the assembly of the arrangement is comparatively less complex. Such thin bearing rings are referred to in the art as thin-ring bearings. A thin-section bearing is distinguished from a standard bearing in that, relative to the diameter of the bore or the annular opening in which, for example, a shaft can be placed, it has a smaller bearing cross-section, ie a smaller extent in the radial direction. For example. For example, the thickness of the bearing ring and the diameter of the opening of the bearing ring in a thin-section bearing can be in a ratio of 1:20. In general, a larger torque can be transmitted with a larger bore diameter. However, this is accompanied by the fact that standard bearings with increasing diameter become increasingly heavier. Due to the construction of the motor unit, a large diameter of the bearing ring is pre-geous, but are not typically dazugehö ¬ engined moments needed. A thin-section bearing is less massive than a standard bearing in terms of dimensions, but tolerates less torque and is therefore lighter in comparison to the standard bearing. The large diameter that is selected to be large in the present case, as the inner diameter of the stator, allowing in consequence of the above reasons that the electric motor unit and the ge ¬ entire drive system can be realized with less weight with her because we no material is needed inside the engine.
Jede der Verbindungseinrichtungen umfasst eine mit dem jeweiligen Rotor drehfest verbundene Welle sowie eine Vorrichtung, bspw. ein Flansch, zum Verbinden der Welle mit dem jeweils anzutreibenden Einzelpropeller. Die jeweilige Welle kann bspw. an eine Rotorscheibe o.a. des jeweiligen Rotors gekop¬ pelt sein. Hiermit wird ein einfaches Verbinden des Antriebs- Systems mit dem Doppelpropeller möglich. Each of the connecting devices comprises a shaft rotatably connected to the respective rotor and a device, For example, a flange for connecting the shaft to the respective driven single propeller. The respective shaft can, for example, to a rotor disc above the respective rotor be gekop ¬ pelt. This makes it easy to connect the drive system with the double propeller.
Dabei sind die Wellen koaxial zueinander angeordnet, wobei die mit dem ersten Rotor verbundene Welle radial innerhalb der mit dem zweiten Rotor verbundenen Welle angeordnet ist, resultierend in einer kompakten Bauweise. In this case, the shafts are arranged coaxially with one another, wherein the shaft connected to the first rotor is arranged radially inside the shaft connected to the second rotor, resulting in a compact design.
Vorteilhafterweise ist der erste Rotor gemeinsam mit der mit dem ersten Rotor verbundenen Welle als einstückiges Bauteil ausgefürt. Zusätzlich oder alternativ ist der zweite Rotor gemeinsam mit der mit dem zweiten Rotor verbundenen Welle als einstückiges Bauteil ausgeführt. Zur Herstellung kann bspw. das sog. „Additive Manufacturing" zum Einsatz kommen. Advantageously, the first rotor is designed together with the shaft connected to the first rotor as a one-piece component. Additionally or alternatively, the second rotor is designed together with the shaft connected to the second rotor as a one-piece component. For example, the so-called "additive manufacturing" can be used.
Zusätzlich können der zweite Rotor, die mit dem zweiten Rotor verbundene Welle sowie die Vorrichtung bzw. der Flansch zumIn addition, the second rotor, the shaft connected to the second rotor and the device or the flange for
Verbinden der mit dem zweiten Rotor verbundenen Welle mit dem anzutreibenden Einzelpropeller gemeinsam als einstückiges Bauteil ausgeführt sind. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die mit dem ersten Rotor verbundene Welle radial inner- halb der mit dem zweiten Rotor verbundenen Welle angeordnet ist . Connecting the connected to the second rotor shaft are designed to be driven with the single propeller together as a one-piece component. This is particularly useful when the shaft connected to the first rotor is arranged radially inside the shaft connected to the second rotor.
In axialer Richtung gesehen sind zunächst die Verbindungseinrichtung des ersten Rotors, insbesondere deren Vorrichtung zum Verbinden der mit dem ersten Rotor verbundene Welle mit dem anzutreibenden Einzelpropeller, dann die Verbindungseinrichtung des zweiten Rotors, insbesondere deren Vorrichtung zum Verbinden der mit dem zweiten Rotor verbundene Welle mit dem anzutreibenden Einzelpropeller, dann der zweite Rotor und schließlich der erste Rotor hintereinander angeordnet. Seen in the axial direction are first the connecting means of the first rotor, in particular their device for connecting the shaft connected to the first rotor with the driven single propeller, then the connection means of the second rotor, in particular their device for connecting the shaft connected to the second rotor with the shaft to be driven single propeller, then the second rotor and finally the first rotor arranged one behind the other.
Der gemeinsame Stator ist zusätzlich mit einem gemeinsamen Kühlsystem verbunden, wobei das Kühlsystem eingerichtet ist, dem gemeinsamen Stator ein Kühlmedium zuzuführen, welches zur Kühlung der ersten und der zweiten Spulenanordnung verwendet wird. Aufgrund dieser zusätzlichen gemeinsamen Nutzung einer Komponente können sowohl Bauraum als auch Gewicht eingespart werden. The common stator is additionally connected to a common cooling system, the cooling system being set up, to supply to the common stator a cooling medium, which is used for cooling the first and the second coil assembly. Due to this additional common use of a component, both installation space and weight can be saved.
Das Antriebssystem kann desweiteren eine Steuereinheit aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass sie die erste Spu¬ lenanordnung und die zweite Spulenanordnung unabhängig vonei- nander und gezielt mit elektrischen Strömen beaufschlägt, so dass aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkungen gewünschte Drehmomente auf die jeweiligen Rotoren erzeugt wer¬ den und damit die Einzelpropeller in gewünschter Weise und gezielt in Rotation versetzt werden können. Hierdurch wird es u.a. möglich, dass die Einzelpropeller in gegenläufige Rota¬ tion versetzt und/oder mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Da die Steuereinheit die beiden Spulenanord¬ nungen separat ansteuert und individuell mit elektrischem Strom versorgt, können in der Folge die Einzelpropeller unab- hängig voneinander angetrieben werden. The drive system may further comprise a control unit which is set up such that it vonei- Nander and selectively acts on with electric currents, so that produces the first Spu ¬ lena order and the second coil assembly independently due to the electromagnetic interaction desired torques to the respective rotors ¬ and thus the single propeller can be set in the desired manner and specifically in rotation. This makes it possible, inter alia, that the individual propellers offset in opposite Rota ¬ tion and / or operated at different speeds. Since the control unit controls the two Spulenanord ¬ voltages separately and individually supplied with electric current, the individual propellers can be independently driven from one another in the sequence.
Die Steuereinheit kann darüber hinaus das Kühlsystem derart steuern, dass das vom Kühlsystem zum Stator zur Kühlung der Spulenanordnungen zugeführte Kühlmedium je nach Bedarf zu den Spulenanordnungen geleitet wird. Der Bedarf kann bspw. anhand der an den Spulenanordnugen vorherrschenden Temperaturen ermittelt werden, so dass die Steuereinheit den Kühlungsbedarf basierend auf den Temperaturen bestimmt und den Zufluss von Kühlmedium reguliert. The control unit may also control the cooling system such that the cooling medium supplied from the cooling system to the stator for cooling the coil assemblies is routed to the coil assemblies as needed. For example, the demand may be determined from the temperatures prevailing at the coil assemblies so that the controller determines the cooling demand based on the temperatures and regulates the inflow of cooling medium.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept liegt darin, u.a. durch eine Einsparung des ansonsten benötigten Getriebes zum Antreiben der gegenläufig rotierenden Einzelpropeller das Gewicht des Motors signifikant zu reduzieren. Dies wird durch die Verwendung der beiden separaten koaxialen Elektromotoreinheiten, umfassend die jeweilige Spulenanordnung und die separaten zugehörigen Rotoren, unter Ausnutzung des gemeinsamen Stators erreicht. Desweiteren tragen die Verwendung der Dünnringlager sowie des gemeinsamen Kühlsystems und des ge¬ meinsamen Stators dazu bei, dass ein vergleichsweise leichtes und platzsparendes Antriebssystem realisiert werden kann. In beiden Ausführungsformen halten die mit großem Durchmesser dimensionierten Lagerringe die beiden Rotoren. Lediglich eines der beiden Lager bzw. einer der Lagerringe wird dabei genutzt, um Kräfte und dynamische Belastungen zu tragen. Auf¬ grund der großen Durchmesser der Rotoren sowie auch aufgrund der dünn ausgelegten Lagerringe ist ein vergleichsweise ein¬ facher und unkomplizierter Zusammenbau des Antriebssystems möglich . The concept underlying the invention is to significantly reduce the weight of the engine, inter alia by saving the otherwise required transmission for driving the counter-rotating individual propellers. This is achieved by using the two separate coaxial electric motor units, comprising the respective coil arrangement and the separate associated rotors, utilizing the common stator. Furthermore, the use of the Dünnringlager and the common cooling system and ge ¬ common stator to help that a comparatively lightweight and space-saving drive system can be realized. In both embodiments, the large diameter bearing rings hold the two rotors. Only one of the two bearings or one of the bearing rings is used to carry forces and dynamic loads. Due ¬ to the large diameter of the rotors and also due to the thin bearing rings a comparatively simple and simple ¬ assembly of the drive system is possible.
Da die beiden Elektromotoreinheiten separat betrieben und an- gesteuert werden können, kann das Antriebssystem je nach Bedarf bspw. für maximalen Schub mit beiden Einzelpropellern betrieben werden, während für den normalen Flug auf Reiseflughöhe aus Effizienzgründen nur einer der beiden Propeller angetrieben wird. Since the two electric motor units can be operated and controlled separately, the drive system can be operated, for example, for maximum thrust with two single propellers, while for normal flight to cruising altitude for reasons of efficiency, only one of the two propellers is driven.
Aufgrund der reduzierten Anzahl von Komponenten des Antriebssystems als Ganzes wird das System weniger komplex und wie bereits erwähnt auch leichter. Aus dem gleichen Grund erhöht sich auch die Ausfallsicherheit, was darüber hinaus dadurch unterstützt wird, dass im Wesentlichen zwei parallele und keine seriellen Systeme verwendet werden. Wartung und Verfüg¬ barkeit des Antriebssystems verbessern sich aufgrund des Ver¬ zichts auf ein Getriebe. Es sei angemerkt, dass sich die axiale Richtung in den hier aufgeführten Beispielen entlang der Rotationsachse vom Propeller in Richtung des Stators bzw. der Rotoren erstreckt. Due to the reduced number of components of the drive system as a whole, the system becomes less complex and, as already mentioned, also lighter. For the same reason, the reliability is increased, which is further supported by the fact that essentially two parallel and no serial systems are used. Improve maintenance and Verfüg ¬ bility of the drive system due to the Ver ¬ zichts to a transmission. It should be noted that the axial direction extends in the examples listed here along the axis of rotation of the propeller in the direction of the stator or the rotors.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung. Further advantages and embodiments will become apparent from the drawings and the corresponding description.
Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: In the following the invention and exemplary embodiments will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
FIG 1 ein Antriebssystem mit einer Elektromotorineheit und einem Doppelpropeller in einer ersten Ausführungsform, 1 shows a drive system with an electric motor unit and a double propeller in a first embodiment,
FIG 2 ein Antriebssystem mit einer Elektromotorineheit und einem Doppelpropeller in einer zweiten Ausführungs- form. 2 shows a drive system with an electric motor unit and a double propeller in a second embodiment.
Gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren werden durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Begriffe wie „axial", „radial" oder „Umfangsrichtung" etc. beziehen sich jeweils auf die in der jeweiligen Figur dargestellte Rotationsachse R. Like components in different figures are identified by like reference numerals. Terms such as "axial," "radial," or "circumferential direction," etc., all refer to the rotational axis R shown in the respective figure.
Die FIG 1 zeigt schematisiert ein Antriebssystem 100 zum An¬ treiben eines Doppelpropellers 200 mit zwei gegenläufig um eine gemeinsame Rotationsachse R rotierbaren Einzelpropellern 210, 220. Die Einzelpropeller 210, 220 sind koaxial zueinan¬ der bezüglich der Rotationsachse R und axial hintereinander angeordnet. Das gegenläufige Rotieren der Einzelpropeller 210, 220 wird nicht durch spezielle Eigenschaften des Doppel- propellers 200 selbst, sondern durch ein entsprechendes Be¬ treiben des Antriebssystems 100 realisiert. Jeder der Einzel¬ propeller 210, 220 verfügt über Propellerblätter 211, 212, 221, 222 sowie ein Zentralstück 213, 223, an dem die Propellerblätter 211, 212, 221, 222 angebracht sind und das seiner- seits mit Flanschen 119, 129 o.ä. der im Folgenden zu be¬ schreibenden Elektromotoreinheit 100 drehfest verbunden wer¬ den kann. The 1 shows schematically a drive system 100 for turning on ¬ drive of a double propeller 200 with two oppositely about a common axis of rotation R rotatable single propellers 210, 220. The individual propellers 210, 220 are coaxial zueinan ¬ the respect to the rotation axis R and are arranged axially behind one another. The opposite rotation of the single propeller 210, 220 is not realized by special properties of the double propeller 200 itself, but by a corresponding Be ¬ drive the drive system 100. Each of the individual ¬ propeller 210, 220 has propeller blades 211, 212, 221, 222 and a center plate 213, 223 on which the propeller blades are mounted 211, 212, 221, 222 and its part with flanges 119, 129 o. ä. in the following to be ¬ writing electric motor unit 100 rotatably connected who ¬ can.
Das Antriebssystem 100 weist eine erste Elektromotoreinheit 110 zum Antreiben des ersten Einzelpropellers 210 sowie eine zweite Elektromotoreinheit 120 zum Antreiben des zweiten Ein¬ zelpropellers 220 auf. Die beiden Elektromotoreinheiten 110, 120 können unabhängig voneinander betrieben werden, so dass auch die Einzelpropeller 210, 220 unabhängig voneinander angetrieben werden können, was sich u.a. darin äußert, das ein gegenläufiger Betrieb der Einzelpropeller 210, 220 realisierbar ist. Vorteilhafterweise ist dies ohne die Verwendung ei- nes Getriebes möglich. The drive system 100 includes a first electric motor unit 110 for driving the first propeller 210 and a single second electric motor unit 120 for driving the second A ¬ zelpropellers 220th The two electric motor units 110, 120 can be operated independently of each other, so that Also, the single propeller 210, 220 can be driven independently of each other, which manifests itself, inter alia, that an opposite operation of the single propeller 210, 220 can be realized. Advantageously, this is possible without the use of a transmission.
Wie sich im Folgenden zeigen wird, sind in der Gesamtheit die Einzelpropeller 210, 220 und die Elektromotoreinheiten 110, 120 bzw. deren Statoreinheiten 111, 121 sowie Rotoren 114, 124 koaxial zueinander und desweiteren in der axialen Richtung derart angeordnet, dass zunächst der erste Einzelpropel¬ ler 210, dann der zweite Einzelpropeller 220, anschließend die zweite Elektromotoreinheit 120 und schließlich die erste Elektromotoreinheit 110 aufeinander folgen. As will become apparent in the following, the individual propellers 210, 220 and the electric motor units 110, 120 and their stator units 111, 121 and rotors 114, 124 are arranged coaxially with one another and furthermore in the axial direction in such a way that initially the first individual propellant ¬ ler 210, the second single-propeller 220, then the second electric motor unit 120 and, finally, the first electric motor unit 110 consecutive.
Die erste Elektromotoreinheit 110 weist eine erste The first electric motor unit 110 has a first one
Statoreinheit 111 auf, die eine im Wesentlichen kreisringför¬ mige Anordnung 112 von Spulen umfasst, die bspw. durch auf Kernen aufgebrachte Wicklungen realisiert sein können. Die einzelnen Spulen der Spulenanordnung 112 sind hierbei entlang eines Umfangs der ersten Statoreinheit 111 bzw. der kreis¬ ringförmigen Anordnung 112 angeordnet und bspw. derart ausgerichtet, dass ihre Längsachse in radialer Richtung orientiert ist . Stator unit 111, which comprises a substantially kreisringför ¬ shaped arrangement 112 of coils, which can be realized, for example. By applied to cores windings. The individual coils of the coil arrangement 112 are in this case along a circumference of the first stator 111 and the circular ¬ ring-shaped arrangement 112 arranged and, for example. Oriented such that its longitudinal axis is oriented in the radial direction.
Weiterhin weist die erste Elektromotoreinheit 110 einen ers¬ ten Rotor 114 auf. Der erste Rotor 114 trägt eine Vielzahl von Mitteln 115 zur Erzeugung von Magnetfeldern, bspw. Permanentmagnete, die entlang eines Umfangs des Rotors 114 ange- ordnet sind. Der erste Rotor 114 ist als Innenrotor 114 aus¬ gebildet, ist also radial innerhalb der ersten Statoreinheit 111 positioniert und die Permanentmagnete 115 sind vorzugs¬ weise an einer radial äußeren Oberfläche des Rotors 114 ange¬ ordnet. Statoreinheit 111 und Rotor 114 sind koaxial zueinan- der ausgerichtet und in axialer Richtung derart positioniert, dass die Permanentmagnete 115 des ersten Rotors 114 in der axialen Richtung an der gleichen Position liegen, wie die Spulen der ersten Spulenanordung 112 bzw. der ersten Further, 110, the first electric motor unit comprises a rotor ers ¬ th 114th The first rotor 114 carries a plurality of magnetic field generating means 115, for example, permanent magnets arranged along a circumference of the rotor 114. The first rotor 114 is formed as an inner rotor 114 ¬ , is thus positioned radially within the first stator 111 and the permanent magnets 115 are preferential ¬, on a radially outer surface of the rotor 114 is arranged ¬ . Stator unit 111 and rotor 114 are coaxially aligned with each other and positioned in the axial direction such that the permanent magnets 115 of the first rotor 114 are in the same position in the axial direction as that Coils of the first Spulenanordung 112 and the first
Statoreinheit 111. Stator unit 111.
Durch die beschriebene Anordnung von Statoreinheit 111 und Rotor 114 wird sichergestellt, dass zwischen den Spulen der Spulenanordnung 112 und den Permanentmagneten 115 eine effektive elektromagnetische Wechselwirkung eintreten kann, wenn die Spulen von einem elektrischen Strom durchflössen werden. In der Folge wirkt gemäß der an sich bekannten Funktionsweise eines Elektromotors ein Drehmoment auf den Rotor 114, welches über eine mit dem Rotor 114 verbundene Welle 117 auf eine an¬ zutreibende Komponente, im dargestellten Fall auf der ersten Propeller 210, übertragbar ist. In analoger Weise weist die zweite Elektromotoreinheit 120 eine zweite Statoreinheit 121 auf, die eine im Wesentlichen kreisringförmige Anordnung 122 von Spulen umfasst, die bspw. durch auf Kernen aufgebrachte Wicklungen realisiert sein können. Die Spulen der zweiten Spulenanordnung 122 sind hierbei entlang eines Umfangs der zweiten Statoreinheit 121 bzw. der kreisringförmigen Anordnung 122 angeordnet und bspw. derart ausgerichtet, dass ihre Längsachse in radialer Richtung ori¬ entiert ist. Weiterhin weist die zweite Elektromotoreinheit 120 einen zweiten Rotor 124 auf. Der zweite Rotor 124 trägt eine Vielzahl von Mitteln 125 zur Erzeugung von Magnetfeldern, bspw. Permanentmagnete, die entlang eines Umfangs des Rotors 124 angeordnet sind. Der zweite Rotor 124 ist ebenfalls als In- nenrotor 124 ausgebildet, ist also radial innerhalb der zwei¬ ten Statoreinheit 121 positioniert und die Permanentmagnete 125 sind vorzugsweise an einer radial äußeren Oberfläche des Rotors 124 angeordnet. Statoreinheit 121 und Rotor 124 sind koaxial zueinander ausgerichtet und in axialer Richtung der- art positioniert, dass die Permanentmagnete 125 des zweiten Rotors 124 in der axialen Richtung an der gleichen Position liegen, wie die Spulen der zweiten Spulenanordnung 122 bzw. der zweiten Statoreinheit 121. Durch die beschriebene Anordnung von Statoreinheit 121 und Rotor 124 wird sichergestellt, dass zwischen den Spulen der zweiten Spulenanordnung 122 und den Permanentmagneten 125 ei- ne effektive elektromagnetische Wechselwirkung eintreten kann, wenn die Spulen von einem elektrischen Strom durchflössen werden. In der Folge wirkt gemäß der an sich bekannten Funktionsweise eines Elektromotors ein Drehmoment auf den Ro¬ tor 124, welches über eine mit dem Rotor 124 verbundene Welle 127 auf eine anzutreibende Komponente, im dargestellten Fall auf der zweiten Propeller 220, übertragbar ist. The described arrangement of stator unit 111 and rotor 114 ensures that an effective electromagnetic interaction can occur between the coils of the coil arrangement 112 and the permanent magnets 115 when the coils are traversed by an electric current. As a result, acts in accordance with the known operation of an electric motor, a torque on the rotor 114, which is transmitted via a connected to the rotor 114 shaft 117 to a zutreibende at ¬ component, in the illustrated case on the first propeller 210th In an analogous manner, the second electric motor unit 120 has a second stator unit 121, which comprises a substantially annular arrangement 122 of coils, which can be realized, for example, by windings applied to cores. The coils of the second coil arrangement 122 are in this case arranged along a circumference of the second stator unit 121 or the annular arrangement 122 and, for example, aligned such that their longitudinal axis is ori ¬ entiert in the radial direction. Furthermore, the second electric motor unit 120 has a second rotor 124. The second rotor 124 carries a plurality of means 125 for generating magnetic fields, for example. Permanent magnets, which are arranged along a circumference of the rotor 124. The second rotor 124 is also formed as home nenrotor 124 is thus positioned radially within the two ¬ th stator 121 and the permanent magnets 125 are preferably arranged at a radially outer surface of the rotor 124th Stator unit 121 and rotor 124 are aligned coaxially with each other and positioned in the axial direction such that the permanent magnets 125 of the second rotor 124 are in the same position in the axial direction as the coils of the second coil assembly 122 and the second stator unit 121, respectively. The described arrangement of stator unit 121 and rotor 124 ensures that an effective electromagnetic interaction can occur between the coils of the second coil arrangement 122 and the permanent magnets 125 when the coils are traversed by an electric current. As a result, acts in accordance with the known operation of an electric motor torque to the Ro ¬ gate 124, which via a connected to the rotor 124 shaft 127 to be driven component, in the illustrated case on the second propeller 220 is transferable.
Die Rotoren 114, 124 sind mit Hilfe von jeweiligen Einrichtungen 116, 126 zum Verbinden des jeweiligen Rotors mit dem durch den Rotor anzutreibenden Einzelpropeller 210, 220 an den jeweiligen Einzelpropeller 210, 220 gekoppelt. Diese Verbindungseinrichtung 116 für den ersten Rotor 114 weist die bereits eingeführte erste Welle 117 auf, die den Rotor 114 selbst bzw. bspw. eine Rotorscheibe 118 o.a. mit einer Vor- richtung 119 zum Verbinden der Welle 117 mit dem ersten Propeller 210 bzw. mit dessen Zentralstück 213 drehfest koppelt. Die entsprechende Verbindungseinrichtung 126 für den zweiten Rotor 124 weist die bereits eingeführte zweite Welle 127 auf, die den Rotor 124 selbst bzw. bspw. eine Rotorscheibe 128 o.a. mit einer Vorrichtung 129 zum Verbinden der Welle 127 mit dem zweiten Propeller 220 bzw. mit dessen Zentralstück 223 drehfest koppelt. Die Vorrichtungen 119, 129 können bspw. jeweils ein Flansch sein. In diesem Fall würden die Einzelpropeller 210, 220 in Form der Zentralstücke 213, 223 ent- sprechende Gegenstücke zu den Flanschen 119, 129 aufweisen, mit denen sie an den Flanschen 119, 129 befestigt werden können . The rotors 114, 124 are coupled to the respective single propeller 210, 220 by means of respective devices 116, 126 for connecting the respective rotor to the single propeller 210, 220 to be driven by the rotor. This connecting device 116 for the first rotor 114 has the already introduced first shaft 117, the rotor 114 itself or, for example, a rotor disk 118 o.a. with a device 119 for connecting the shaft 117 with the first propeller 210 and with its central piece 213 rotatably coupled. The corresponding connecting device 126 for the second rotor 124 has the already introduced second shaft 127, the rotor 124 itself or, for example, a rotor disk 128 o.a. with a device 129 for connecting the shaft 127 with the second propeller 220 and with its central portion 223 rotatably coupled. The devices 119, 129 may, for example, each be a flange. In this case, the individual propellers 210, 220 in the form of the central pieces 213, 223 would have corresponding counterparts to the flanges 119, 129 with which they can be fastened to the flanges 119, 129.
Aufgrund der Anordnung der Einzelpropeller 210, 220 und der Elektromotoreinheiten 110, 120 in koaxialer Weise und in axialer Richtung hintereinander ist die erste Welle 117 innerhalbe der zweiten Welle 127 positioniert, d.h. zumindest die zweite Welle 127 muss eine Hohlwelle sein. Es ist vorteilhaft, wenn für jede Elektromotoreinheit 110, 120 separat zumindest der jeweilige Rotor 114, 124 und die jeweils zugehörige Welle 117, 127 einstückig hergestellt wer- den. Im Falle der zweiten Elektromotoreinheit 120 kann zu¬ sätzlich auch der Flansch 129 bei der einstückigen Herstellung mit inbegriffen sein. Auch für die erste Elektromotoreinheit 110 bietet es sich an, auch den Flansch 119 bei der einstückigen Herstellung zu berücksichtigen. Dies kann sich jedoch ggf. insofern als problematisch herausstellen, als dass die erste und die zweite Elektromotoreinheit 110, 120 bzw. deren Wellen 117, 127 nach deren Herstellung noch zusammengefügt werden müssen, wobei wie oben beschrieben die erste Welle 117 innerhalbe der zweiten Welle 127 positioniert wer- den muss. Hierbei kann der Flansch 119 je nach Ausmaßen ggf. ein Hindernis darstellen. Derartige einstückige Komponenten können bspw. gegossen oder mit Hilfe eines generativen Fertigungsverfahrens bzw. „Additive Manufacturing" hergestellt werden . Due to the arrangement of the individual propellers 210, 220 and the electric motor units 110, 120 in a coaxial manner and in the axial direction one behind the other, the first shaft 117 is positioned inside the second shaft 127, ie at least the second shaft 127 must be a hollow shaft. It is advantageous if, for each electric motor unit 110, 120, at least the respective rotor 114, 124 and the respectively associated shaft 117, 127 are manufactured in one piece separately. In the case of the second electric motor unit 120 to additionally ¬ and the flange 129 at the one-piece manufacture can be included with. Also for the first electric motor unit 110, it makes sense to consider the flange 119 in the one-piece production. However, this may turn out to be problematic insofar as the first and the second electric motor unit 110, 120 or their shafts 117, 127 still have to be joined after their production, with the first shaft 117 inside the second shaft 127 as described above must be positioned. In this case, the flange 119 may be an obstacle depending on the dimensions. Such one-piece components can, for example, be cast or produced by means of a generative manufacturing process or "additive manufacturing".
Das Antriebssystem 100 zeichnet sich auch durch einen gemeinsamen Stator 130 aus, der die beschriebenen Statoreinheiten 111, 121 bzw. die Spulenanordnungen 112, 122 in einem gemeinsamen Statorgehäuse 131 unterbringt. Die Spulenanordnungen 112, 122 sind derart aufgebaut, dass sie koaxial zueinander und in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und bevorzugt im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen. Dementsprechend ist auch das gemeinsame Statorgehäuse 131 ausgelegt und dimensioniert, so dass die Statoreinheiten 111, 121 bzw. die Spulenanordnungen 112, 122 mit möglichst geringem Raumbedarf integriert werden können. Vorteilhafterweise kann auch ein gemeinsames Kühlsystem 140 zur Kühlung der Statoreinheiten 111, 121 verwendet werden, welches mit dem gemeinsamen Stator 130 bzw. mit dessen Gehäuse 131 verbunden ist, so dass ein Kühlmedium dem Stator 130 und damit denThe drive system 100 is also distinguished by a common stator 130, which accommodates the described stator units 111, 121 or the coil arrangements 112, 122 in a common stator housing 131. The coil arrangements 112, 122 are constructed such that they are arranged coaxially with each other and one behind the other in the axial direction, and preferably have substantially the same diameter. Accordingly, the common stator housing 131 is designed and dimensioned so that the stator units 111, 121 or the coil arrangements 112, 122 can be integrated with the least possible space requirement. Advantageously, it is also possible to use a common cooling system 140 for cooling the stator units 111, 121, which is connected to the common stator 130 or to its housing 131, so that a cooling medium is connected to the stator 130 and thus to the stator
Statoreinheiten 111, 121 bzw. den Spulenanordnungen 112, 122 zugeführt werden kann. Das Kühlsystem 140 ist über Rohr- oder Schlauchleitungen 141, 142 mit dem Stator 130 bzw. dessen Ge- häuse 131 verbunden, um das Kühlmedium zuzuführen bzw. wieder abzuleiten. Innerhalb des Gehäuses 131 wird das Kühlmedium über entsprechende, nicht im Detail dargestellte Leitungen zu den beiden Spulenanordnungen 112, 122 geführt, um dort die benötigte Kühlwirkung zu entfalten. Stator units 111, 121 and the coil assemblies 112, 122 can be supplied. The cooling system 140 is connected via tube or hose lines 141, 142 to the stator 130 or its housing. housing 131 connected to supply the cooling medium and to dissipate again. Within the housing 131, the cooling medium via corresponding lines, not shown in detail to the two coil assemblies 112, 122 performed in order to develop there the required cooling effect.
Aufgrund der gemeinsamen Nutzungen kann sowohl Bauraum als auch Gewicht eingespart werden. Der gemeinsame Stator 130 bzw. dessen Gehäuse 131 wird des¬ weiteren zur Lagerung der Rotoren 114, 124 der Elektromotoreinheiten 110, 120 genutzt. Hierzu weisen die beiden Elektro¬ motoreinheiten 110, 120 jeweils einen Lagerring 113, 123 auf, mit dem der jeweilige Rotor 114, 124 am gemeinsamen Due to the common uses, both space and weight can be saved. The common stator 130 and the housing 131 is the ¬ another for storage of the rotors 114, 124 of the electric motor units 110, used 120th For this purpose, the two electromagnets ¬ motor units 110, 120 each have a bearing ring 113, 123 to which the respective rotor 114, 124 at the common
Statorgehäuse 131 gelagert ist. Die Lagerringe 113, 123 kön¬ nen bspw. als Kugellager und insbesondere als Dünnringlager ausgebildet sein. Dabei wird angestrebt, dass die LagerringeStator housing 131 is mounted. The bearing rings 113, 123 Kings ¬ nen eg. As ball bearings and in particular be designed as thin-section bearings. The aim is that the bearing rings
113, 123 möglichst dünn sind, um zum Einen Gewicht einzuspa¬ ren und um zum Anderen einen einfachen Einbau der Rotoren 114, 124 in die Gesamtanordnung zu ermöglichen. 113, 123 are as thin as possible in order to reduce the weight and, secondly, to allow easy installation of the rotors 114, 124 in the overall arrangement.
Wie erwähnt sind die Statoreinheiten 111, 121 und RotorenAs mentioned, the stator units 111, 121 and rotors
114, 124 der beiden Elektromotoreinheiten 110, 120 jeweils derart zueinander orientiert und angeordnet, dass die an sich bekannte elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den je¬ weiligen Spulen 112, 122 und Permanentmagneten 115, 125 eintritt, die dem Betrieb eines Elektromotors zu Grunde liegt. Die Spulen der Spulenanordnungen 112, 122 werden mit gezielten elektrischen Stromflüssen beaufschlagt, so dass in Wech- selwirkung mit den magnetischen Feldern der Permanentmagnete114, 124 of the two electric motor units 110, 120 respectively oriented relative to each other and arranged so that the per se known electromagnetic interaction between each ¬ weiligen coils 112, 122 and permanent magnets 115, 125 occurs, which is the operation of an electric motor based. The coils of the coil arrangements 112, 122 are subjected to specific electrical current flows, so that in interaction with the magnetic fields of the permanent magnets
115, 125 Drehmomente auf die Rotoren 114, 124 erzeugt werden, die letztlich über die Verbindungseinrichtungen 116, 126 dem jeweiligen Einzelpropeller 210, 220 zugeführt werden. Diese Funktionsweise eines Elektromotors ist an sich bekannt, wurde daher an dieser Stelle nur rudimentär beschrieben. 115, 125 torques on the rotors 114, 124 are generated, which are ultimately supplied via the connecting means 116, 126 to the respective single propeller 210, 220. This mode of operation of an electric motor is known per se and has therefore only been described rudimentarily at this point.
Zur Beaufschlagung der Spulen der Spulenanordnungen 112, 122 der beiden Statoreinheiten 111, 121 mit elektrischem Strom ist eine Steuereinheit 150 vorgesehen. Die Steuereinheit 150 ist derart eingerichtet, dass sie die Spulenanordnungen 112, 122 bzw. deren Spulen gezielt mit elektrischen Strömen beaufschlagen kann, so dass gewünschte Drehmomente erzeugt und da- mit die Einzelpropeller 210, 220 in gewünschter Weise und gezielt in Rotation versetzt werden. Hierzu ist die Spulenanordnung 150 über elektrische Leitungen 151, 152 mit der jeweiligen Spulenanordnung 112, 122 verbunden. Hierbei ist es auch möglich, dass die Einzelpropeller 210, 220, wie einlei- tend erläutert, in gegenläufige Rotation versetzt werden. Im Prinzip kann eine Drehrichtung eines der Propeller 210, 220 bzw. eines der Rotoren 114, 124 dadurch umgekehrt werden, dass die Steuereinheit 150 die Spulen der Spulenanordnungen 112, 122 der entsprechenden Statoreinheit 111, 121 mit einem entgegengesetzten Strom beaufschlagt, also die Stromrichtung umkehrt. Da die Steuereinheit 150 die beiden Elektromotorein¬ heiten 110, 120 separat ansteuert und individuell mit elekt¬ rischem Strom versorgt, können in der Folge die Einzelpropel¬ ler 210, 220 unabhängig voneinander angetrieben werden. For charging the coils of the coil arrangements 112, 122 of the two stator units 111, 121 with electric current a control unit 150 is provided. The control unit 150 is set up in such a way that it can apply electrical currents to the coil arrangements 112, 122 or their coils in a targeted manner, so that desired torques are generated and the individual propellers 210, 220 are set in a desired and targeted manner in rotation. For this purpose, the coil arrangement 150 is connected via electrical lines 151, 152 to the respective coil arrangement 112, 122. In this case, it is also possible for the individual propellers 210, 220 to be set in opposite directions, as explained in the introduction. In principle, a direction of rotation of one of the propellers 210, 220 or one of the rotors 114, 124 can be reversed by the control unit 150 applying an opposite current to the coils of the coil arrangements 112, 122 of the corresponding stator unit 111, 121, ie reversing the current direction , Since the control unit 150, the two electric motor means ¬ units 110, 120 controls separately and individually supplied with elekt ¬ rischem current can be driven independently of one another in the sequence which Einzelpropel ¬ ler 210, 220th
Darüber hinaus kann die Steuereinheit 150 eingesetzt werden, um das vom Kühlsystem 140 zum Stator 130 zugeführte Kühlmedi¬ um je nach Bedarf zu den Spulenanordnungen zu leiten. Hierfür können Sensoren an den Spulenanorndungen 112, 122 vorgesehen sein, die bspw. die jeweilige Temperatur ermitteln und diese an die Steuereinheit 150 übertragen, so dass die Steuerein¬ heit 150 anhand der entsprechenden Sensordaten den Kühlungsbedarf bestimmt und den Zufluss von Kühlmedium reguliert. Die bislang beschriebene FIG 1 zeigt eine erste Ausführungs¬ form, bei der in axialer Richtung gesehen der Lagerring 123 des zweiten Rotors 124, die zweite Spulenanordnung 121, die erste Spulenanordnung 111 und der Lagerring 113 des ersten Rotors 114 hintereinander angeordnet sind. Die FIG 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Antriebssystems 100, das sich vom Antriebssystem in der ersten Ausführungsform darin unterscheidet, dass in axialer Richtung gesehen der Lagerring 123 des zweiten Rotors 124, die zweite Spulenanordnung 121, dann der Lagerring 113 des ersten Rotors 114 und schließlich die erste Spulenanordnung 111 hintereinander angeordnet sind. Gegenüber der ersten Ausführungsform sind also die Positionen der ersten Statoreinheit 111 und des Lagerrings 113 des ers- ten Rotors 114 in axialer Richtung gesehen miteinander vertauscht worden. Die übrigen Komponenten und Funktionen bzw. Funktionsweise entsprechen denjenigen der in der FIG 1 gezeigten Ausführungsform. Hinsichtlich der Lagerringe 113, 123 bzw. der DünnringlagerIn addition, the control unit 150 can be used to supplied from the cooling system 140 to the stator 130 ¬ cooling medium to conduct as necessary to the coil arrangements. For this purpose, sensors can be provided on the Spulenanorndungen 112, 122, for example, determine the respective temperature and transmit it to the control unit 150, so that the Steuerein ¬ unit 150 based on the corresponding sensor data determines the cooling demand and regulates the inflow of cooling medium. The previously described FIG 1 shows a first embodiment ¬ form, seen in the axial direction of the bearing ring 123 of the second rotor 124, the second coil assembly 121, the first coil assembly 111 and the bearing ring 113 of the first rotor 114 are arranged one behind the other. FIG. 2 shows a second embodiment of the drive system 100, which differs from the drive system in the first embodiment in that, seen in the axial direction, the bearing ring 123 of the second rotor 124, the second coil arrangement 121, then the bearing ring 113 of the first rotor 114 and finally the first coil arrangement 111 are arranged one behind the other. Compared to the first embodiment, therefore, the positions of the first stator unit 111 and the bearing ring 113 of the first rotor 114 have been interchanged seen in the axial direction. The remaining components and functions correspond to those of the embodiment shown in FIG. With regard to the bearing rings 113, 123 and the thin-ring bearings
113, 123 sei angemerkt, dass die Figuren eine Ausführungsform der Lagerringe 113, 123 darstellen, bei der die Lagerringe 113, 123 separate Komponenten darstellen. In einer alternativen Ausführungsform können die die Lagerringe 113, 123 bil- denden Ringe 113 113", 123 123" in das Statorgehäuse 131 bzw. in den jeweiligen Rotor 114, 124 integriert sind. Konkret ist der Innenring 113 λ des ersten Lagerrings 113 in den ersten Rotor 114 integriert, der Außenring 113" des ersten Lagerrings 113 in das gemeinsame Statorgehäuse 131 inte- griert, der Innenring 123 λ des zweite Lagerrings 123 in den zweiten Rotor 124 integriert und der Außenring 123" des zweiten Lagerrings 123 ebenfalls in das gemeinsame Statorgehäuse 131 integriert. Dabei kann der Ausdruck „integriert" insbe¬ sondere bedeuten, dass der jeweilige Außen- bzw. Innenring im Wesentlichen als Führungsbahn für die Wälzkörper des jeweiligen Lagers 113, 123 im Statorgehäuse 131 bzw. jeweiligen Ro¬ tor 114, 124 ausgebildet ist. Dies kann bspw. beim Herstellen der Rotoren 114, 124 bzw. des Gehäuses 131 insbesondere in dem Fall vorteilhaft realisiert werden, wenn diese Bauteile 113, 123, 131 gegossen oder mit Hilfe der Additive Manufactu- ring hergestellt werden. Die Integration der Außen- und Innenringe in die Rotoren 113, 123 und in das Statorgehäuse 131 sind ein weiteres wirksames Mittel zur Reduzierung des Ge¬ samtgewichts der Elektromotoreinheit. 113, 123 it should be noted that the figures represent an embodiment of the bearing rings 113, 123, in which the bearing rings 113, 123 constitute separate components. In an alternative embodiment, the rings 113 113 ", 123 123" forming the bearing rings 113, 123 can be integrated into the stator housing 131 or into the respective rotor 114, 124. Specifically, the inner ring 113 is integrated λ of the first bearing ring 113 in the first rotor 114, the outer ring 113 "of the first bearing ring 113 integrated in the common stator housing 131, the inner ring 123 integrated λ of the second bearing ring 123 in the second rotor 124 and the Outer ring 123 "of the second bearing ring 123 is also integrated into the common stator housing 131. Here, the term "integrated" in particular ¬ sondere mean that the respective outer or inner ring substantially as a guideway for the rolling elements of the respective bearing 113, 123 in the stator housing 131 and each Ro ¬ gate 114, 124 is formed. This can For example, in the case of manufacturing the rotors 114, 124 or of the housing 131, in particular in the case that these components 113, 123, 131 are cast or produced using additive manufacturing, the integration of the outer and inner rings in FIG the rotors 113, 123 and in the stator housing 131 are another effective means for reducing the Ge ¬ total weight of the electric motor unit.

Claims

Patentansprüche claims
1. Antriebssystem (100) zum Antreiben von wahlweise gegenläufig um eine gemeinsame Rotationsachse R rotierbaren Einzel- propellern (210, 220) eines Doppelpropellers (200), aufwei¬ send 1. drive system (100) for driving selectively in opposite directions about a common axis of rotation R rotatable single propellers (210, 220) of a double propeller (200), aufwei ¬ send
- einen gemeinsamen Stator (120) mit einer ersten (112) und einer zweiten Spulenanordnung (122), wobei jede der Spulenanordnungen (112, 122) eine Vielzahl von Spulen umfasst, die entlang eines Umfangs der jeweiligen Spulenanordnung a common stator (120) having a first (112) and a second coil arrangement (122), each of the coil arrangements (112, 122) comprising a plurality of coils arranged along a circumference of the respective coil arrangement
(112, 122) angeordnet sind, wobei die Spulenanordnungen (112, 122) koaxial zueinander und in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, (112, 122) are arranged, wherein the coil assemblies (112, 122) are arranged coaxially to each other and in the axial direction one behind the other,
- einen ersten Rotor (114) und einen zweiten Rotor (124), die jeweils eine Vielzahl von Magneten (115, 125) aufweisen, wobei die Magnete (115, 125) am jeweiligen Rotor (114, 124) entlang eines Umfangs des Rotors (114, 124) angeordnet sind und wobei die Rotoren (114, 124) koaxial zueinander und in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind,  a first rotor (114) and a second rotor (124), each having a plurality of magnets (115, 125), the magnets (115, 125) on the respective rotor (114, 124) along a circumference of the rotor ( 114, 124) are arranged and wherein the rotors (114, 124) are arranged coaxially with each other and in the axial direction one behind the other,
wobei in which
- die erste Spulenanordnung (112) und der erste Rotor (114) derart zueinander orientiert und angeordnet sind, dass zwi¬ schen den Spulen der ersten Spulenanordnung (112) und den Magneten (115) des ersten Rotors (114) eine elektromagneti- sehe Wechselwirkung stattfindet, wenn die Spulen der ersten- The first coil assembly (112) and the first rotor (114) are oriented and arranged such that between ¬ rule the coils of the first coil assembly (112) and the magnets (115) of the first rotor (114) has an electromagnetic see interaction takes place when the coils of the first
Spulenanordnung (112) von einem elektrischen Strom durchflössen werden, Coil arrangement (112) are flowed through by an electric current,
- die zweite Spulenanordnung (122) und der zweite Rotor (124) derart zueinander orientiert und angeordnet sind, dass zwi- sehen den Spulen der zweiten Spulenanordnung (122) und den - The second coil assembly (122) and the second rotor (124) are oriented to each other and arranged so that between see the coils of the second coil assembly (122) and the
Magneten (125) des zweiten Rotors (124) eine elektromagne¬ tische Wechselwirkung stattfindet, wenn die Spulen der zweiten Spulenanordnung (122) von einem elektrischen Strom durchflössen werden, Magnets (125) of the second rotor (124) an electromagnetic ¬ tische interaction takes place when the coils of the second coil assembly (122) are traversed by an electric current,
- der erste Rotor (114) sowie der zweite Rotor (124) jeweils eine Verbindungseinrichtung (116, 126) zum Verbinden des jeweiligen Rotors (114, 124) mit dem durch den jeweiligen Rotor (114, 124) anzutreibenden Einzelpropeller (210, 220) umfassen . - The first rotor (114) and the second rotor (124) each have a connecting means (116, 126) for connecting the respective rotor (114, 124) with the by the respective Rotor (114, 124) to be driven single propeller (210, 220).
2. Antriebssystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass jeder der Rotoren (114, 124) mit Hilfe eines jewei¬ ligen Lagerrings (113, 123) am gemeinsamen Stator (120) gela¬ gert ist. 2. Drive system (100) according to claim 1, characterized marked, that each of the rotors (114, 124) by means of a jewei ¬ ligen bearing ring (113, 123) on the common stator (120) gela ¬ siege.
3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (113, 123) jeweils einen Innenring (113 123 λ) und einen Außenring (113", 123") aufweisen, wobei 3. Drive system according to claim 2, characterized in that the bearing rings (113, 123) each have an inner ring (113 123 λ ) and an outer ring (113 ", 123"), wherein
- die Außenringe (113", 123") in den gemeinsamen Stator inte¬ griert sind, - The outer rings (113 ", 123") are inte ¬ grated in the common stator,
- der Innenring (113 λ) des Lagerrings (113) des ersten Rotors (114) in den ersten Rotor (114) integriert ist, - The inner ring (113 λ ) of the bearing ring (113) of the first rotor (114) in the first rotor (114) is integrated,
- der Innenring (123 λ) des Lagerrings (123) des zweiten Ro¬ tors (124) in den zweiten Rotor (124) integriert ist, - The inner ring (123 λ ) of the bearing ring (123) of the second rotor ¬ (124) is integrated in the second rotor (124),
4. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung gesehen der4. Drive system (100) according to any one of claims 2 or 3, characterized in that viewed in the axial direction of
Lagerring (123) des zweiten Rotors (124), die zweite Spulenanordnung (122), die erste Spulenanordnung (112) und der Lagerring (113) des ersten Rotors (114) hintereinander angeordnet sind. Bearing ring (123) of the second rotor (124), the second coil assembly (122), the first coil assembly (112) and the bearing ring (113) of the first rotor (114) are arranged one behind the other.
5. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (113, 123) jeweils als Kugellager ausgebildet sind. 5. Drive system (100) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the bearing rings (113, 123) are each formed as ball bearings.
6. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Rotoren (114, 124) jeweils als Innenrotoren ausgebildet sind, wobei der erste Rotor (114) radial innerhalb der ersten Spulenanordnung (112) und der zweite Rotor (124) radial innerhalb der zweiten Spulenanord- nung (122) angeordnet sind. 6. Drive system (100) according to one of claims 1 to 5, characterized ¬ in that the rotors (114, 124) are each formed as internal rotors, wherein the first rotor (114) radially within the first coil assembly (112) and the second rotor (124) radially within the second coil arrangement (122) are arranged.
7. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Verbindungseinrichtungen (116, 126) eine mit dem jeweiligen Rotor (114, 124) drehfest verbundene Welle (117, 127) sowie eine Vorrichtung (119, 129) zum Verbinden der Welle (117, 127) mit dem jeweils anzutreibenden Einzelpropeller (210, 220) umfasst. 7. Drive system (100) according to one of claims 1 to 6, characterized in that each of the connecting devices (116, 126) a with the respective rotor (114, 124) rotatably connected shaft (117, 127) and a device (119, 129) for connecting the shaft (117, 127) to the respective driven single propeller (210, 220) includes.
8. Antriebssystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (117, 127) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die mit dem ersten Rotor (114) verbundene Welle (117) innerhalb der mit dem zweiten Rotor (124) verbundenen Welle (127) angeordnet ist. A drive system (100) according to claim 7, characterized in that the shafts (117, 127) are arranged coaxially with each other, the shaft (117) connected to the first rotor (114) being connected within the shaft connected to the second rotor (124) Shaft (127) is arranged.
9. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass 9. Drive system (100) according to one of claims 7 to 8, characterized in that
- der erste Rotor (114) gemeinsam mit der mit dem ersten Ro- tor (114) verbundenen Welle (117) und/oder  the first rotor (114) together with the shaft (117) connected to the first rotor (114) and / or
- der zweite Rotor (124) gemeinsam mit der mit dem zweiten Rotor (124) verbundenen Welle (127)  the second rotor (124) together with the shaft (127) connected to the second rotor (124)
jeweils als einstückige Bauteile ausgeführt sind. are each designed as one-piece components.
10. Antriebssystem (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rotor (124), die mit dem zweiten Rotor (124) verbundene Welle (127) sowie die Vorrichtung (129) zum Verbinden der mit dem zweiten Rotor (124) verbundenen Welle (127) mit dem anzutreibenden Einzelpropeller (220) gemeinsam als einstückiges Bauteil ausgeführt sind. 10. Drive system (100) according to claim 9, characterized in that the second rotor (124), the shaft connected to the second rotor (124) (127) and the device (129) for connecting the with the second rotor (124). connected shaft (127) with the driven single propeller (220) are designed together as a one-piece component.
11. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung gesehen die Verbindungseinrichtung (119) des ersten Rotors (114), die Verbindungseinrichtung (129) des zweiten Rotors (124), der zweite Rotor (124) und der erste Rotor (114) hintereinander angeordnet sind. 11. Drive system (100) according to one of claims 1 to 10, characterized in that seen in the axial direction, the connecting means (119) of the first rotor (114), the connecting means (129) of the second rotor (124), the second rotor ( 124) and the first rotor (114) are arranged one behind the other.
12. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Stator (120) mit einem gemeinsamen Kühlsystem (140) verbunden ist, wobei das Kühlsystem (140) eingerichtet ist, dem gemeinsamen Stator (120) ein Kühlmedium zuzuführen, welches zur Kühlung der ers- ten (112) und der zweiten Spulenanordnung (122) verwendet wird . 12. Drive system (100) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the common stator (120) is connected to a common cooling system (140), wherein the cooling system (140) is adapted to the common stator (120) To supply cooling medium, which for cooling the first th (112) and the second coil assembly (122) is used.
13. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (150), die derart eingerichtet ist, dass sie die erste Spulenanordnung (112) und die zweite Spulenanordnung (122) unabhängig voneinander mit elektrischen Strömen beaufschlägt, so dass aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung gewünschte Drehmomente auf die jeweiligen Rotoren (114, 124) erzeugt werden. 13. Drive system (100) according to one of claims 1 to 12, characterized by a control unit (150), which is set up such that it independently applies electrical currents to the first coil arrangement (112) and the second coil arrangement (122) that due to the electromagnetic interaction desired torques are generated on the respective rotors (114, 124).
14. Antriebssystem (100) nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (150) das Kühlsystem (140) derart steuert, dass das vom Kühlsystem (140) zum 14. Drive system (100) according to claim 12 and 13, characterized in that the control unit (150) controls the cooling system (140) such that the cooling system (140) for
Stator (130) zur Kühlung der ersten (112) und der zweitenStator (130) for cooling the first (112) and the second
Spulenanordnung (122) zugeführte Kühlmedium je nach Bedarf zu den Spulenanordnungen (112, 122) geleitet wird. Coil assembly (122) supplied cooling medium as needed to the coil assemblies (112, 122) is passed.
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