WO2019149587A1 - Rotierende elektrische maschine und luftfahrzeug mit solchen maschine - Google Patents

Rotierende elektrische maschine und luftfahrzeug mit solchen maschine Download PDF

Info

Publication number
WO2019149587A1
WO2019149587A1 PCT/EP2019/051579 EP2019051579W WO2019149587A1 WO 2019149587 A1 WO2019149587 A1 WO 2019149587A1 EP 2019051579 W EP2019051579 W EP 2019051579W WO 2019149587 A1 WO2019149587 A1 WO 2019149587A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
rotor
electric machine
machine according
rotary electric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/051579
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mykhaylo Filipenko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to CN201980011264.8A priority Critical patent/CN111954973A/zh
Priority to US16/966,820 priority patent/US11563362B2/en
Publication of WO2019149587A1 publication Critical patent/WO2019149587A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/38—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/04—Machines with one rotor and two stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/38—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary
    • H02K21/40—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary with flux distributors rotating around the magnets and within the armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/38—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary
    • H02K21/44—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary with armature windings wound upon the magnets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/30—Aircraft characterised by electric power plants
    • B64D27/34—All-electric aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a rotary electric machine, such as an electric motor, and an aircraft, for example, an aircraft, with a rotating electric machine, wherein the electric machine has two air gaps between rule rotor and stator. Also suitable for other applications, such as wind turbines.
  • rotating electrical machines with a high power-to-weight ratio have a great advantage. This would make some applications possible only when rotating electrical machines with a high power-to-weight ratio could be built.
  • An example is the electrification of aviation by generators or electric motors, where a power of at least 10 kW / kg is needed. (e.g., Halbbach arrays)
  • Electromagnetically advantageous configurations may be with egg nem double rotor, since they allow both a very large magneti cal flux density in the air gap, and the magnet circle optimally exploit, as on both sides of the stator, a rotor for the generation and flow control of the magnetic flux is used ,
  • magnetic flux density is formed radially very homogeneously by aligned magnets (eg Halbach arrays) on both sides, which is why it is possible to dispense with a flow-guiding of the material in the stator. This in turn makes the stator lighter or leads to more copper being used instead of eggs.
  • the rotating electrical machine ne has a higher efficiency due to reduced copper and iron losses.
  • Fig. 1 shows a U-shaped stator 1 with Spu len 6 and a rotatable within the stator 1 arrange th rotor 2 with magnets 5.
  • the rotor 2 is located on egg ner shaft 17 which is arranged in the bearings 16.
  • Such an electric machine is in the Disclosure DE 10 2012 217 363 Al described in detail.
  • the object is achieved with the rota-generating electrical machine and the aircraft with a rotating electric machine according to the independent Pa tentaxe.
  • the invention consists in a novel design for a rotating electrical machine.
  • the electric machine is executed as a flux-switching machine.
  • the flux-switching machine is also referred to as "Hyb ridmaschine", as it is a synthesis of a permanent-magnet synchronous machine and a
  • Reluctance machine acts.
  • a hybrid machine is described by way of example.
  • the solution according to the invention has two air gaps, where in the rotor, however, is designed as a single "tube" which has ferromagnetic and non-ferromagnetic material in the circumferential direction in alternation.
  • the stator contains magnets and coils on the outside of the rotor and the magnetic circuit is closed on the rotor inside by other magnets.
  • the magnets are preferably designed as Halbach arrays.
  • a Halbach array is a special arrangement of permanent magnets. Such an arrangement allows the magnetic flux to almost cancel out on one side of the array, whereas it is maximally boosted on the other side.
  • the ferromagnetic materials can be strongly segmented in the rotor and in the stator in order to realize a so-called "Vernier machine", which allows even higher power densities.
  • the invention makes it possible to realize an electrical machine with a high power density.
  • novelties are included:
  • a flux-switching machine with a double air gap is realized.
  • a Vernier flux switching machine with a double air gap is realized.
  • the advantage of the invention lies in the complete Elimi regulation of the external bending moments, which lead to a streamlining of the mechanical structure.
  • double air gap configurations can emit their electromagnetic advantages without being disadvantaged by the mechanical design.
  • Another advantage is that all magnets are located in the stator and thus the magnetic cooling can be realized in a similar manner as the cooling of the stator coils into which the current is induced or supplied.
  • the invention claims a rotating electrical machine, comprising:
  • the rotor is arranged concentrically with the first and second stator and between the first and the second stator such that
  • a second air gap is formed between the second stator and the rotor.
  • first and the second stator can form a unit mechanically.
  • the rotor may alternately comprise a ferromagnetic material and a non-magnetic material in the circumferential direction.
  • the first stator in order circumferential direction alternately first magnets whose poles are aligned in order circumferential direction, and non-magnetic mate rial have.
  • the first magnets can be formed from Halbach arrays.
  • the second magnets may be formed of Halbach arrays. In a further embodiment may be arranged below the poles be adjacent second magnets coils whose poles are aligned in the direction of the rotor.
  • the coils can be energized by an alternating current so out of phase that the rotor is placed in a rotational movement.
  • the rotor can be mechanically offset in a Drehbe movement, that in the coils, an alternating current is induced.
  • the ferromagnetic Ma material may be iron or an iron alloy.
  • stator and rotor have a filigree high-pole segmentation, so that a Vernier machine is realized with it.
  • the invention also claims an aircraft with a rotating electric machine according to the invention, wherein the rotating electric machine is an electric motor that drives an engine.
  • Fig. 1 a sectional view of a rotating electrical
  • Fig. 5 an aircraft with a rotating electrical
  • Fig. 2 shows a cross-section of a part of a rotating electrical machine, wherein the axis of rotation 7 of the rotor 2 protrudes from the image plane.
  • the rotor 2 is tubular and has in the circumferential direction alternately a ferromagnetic material 9 and a non-magnetic material 8.
  • the rotor 2 forms a kind of tooth wreath, wherein the ferromagnetic material 9, the teeth bil det.
  • the rotor 2 is concentric between the annular inner first stator 3 and the annular second stator 4.
  • the first stator 3 has mutually spaced in the circumferential direction arranged first magnets 18, wherein the S and N pole adjacent first magnets 18 are facing each other.
  • the first magnets 18 may be formed as Halbach arrays.
  • the second stator 4 has spaced-apart circumferentially arranged second magnets 19, wherein the S and N-pole adjacent second magnets 19 are facing each other.
  • the second magnets 19 may also be formed as Halbach arrays.
  • Below (in the direction of the rotor 2) adjacent poles of the second magnets 19 are coils 6, the coil axis pointing in the direction of the rotor 2.
  • the ferromagnetic material 9 is preferably iron or iron alloy, but may also be an alloy of rare earth, iron nitrogen or even a sintered material.
  • Fig. 3 and Fig. 4 show sectional views of awakestingli chen embodiments of the first and second stator 3, 4 of FIG. 2.
  • the sectional plane is perpendicular to the image plane in
  • Fig. 2 selected. First and second magnets 18, 19 and coils 6 are not shown.
  • Fig. 3 shows a one-piece stator, in which the first and second stator 3, 4 are made in one piece.
  • Fig. 4 shows a multi-part stator in which the first and second stator 3, 4 are not directly connected to each other.
  • the stators 3 and 4 can be fastened to a housing be.
  • the rotor 2 is also shown.
  • the first air gap 10 and the second air gap 11 can also be seen.
  • Fig. 5 shows an aircraft 13 as an example of an aircraft convincing, in which an engine 14, here installedbil det as a propeller, by an electric motor 15, which is in accordance with the imple mentation of FIGS. 2 to Fig. 4, ben industry becomes.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Rotierende elektrische Maschine und Luftfahrzeug mit einer rotierenden elektrischen Maschine Die Erfindung gibt eine rotierende elektrische Flux-Switching Maschine an, aufweisend: - einen rotierbaren rohrförmigen Rotor (2), - einen inneren ersten Stator (3), - einen zum ersten Stator (3) beabstandeten und konzentrischen äußeren zweiten Stator (4), - wobei der Rotor (2) konzentrisch zum ersten und zweiten Stator (3, 4) und derart zwischen dem ersten und dem zweiten Stator (3, 4) angeordnet ist, dass - ein erster Luftspalt (10) zwischen dem ersten Stator (3) und dem Rotor (2) und - ein zweiter Luftspalt (11) zwischen dem zweiten Stator (4) und dem Rotor (2) gebildet werden. Ein Luftfahrzeug mit einer derartigen rotierenden elektrischen Maschine wird ebenfalls angegeben.

Description

Beschreibung
ROTIERENDE ELEKTRISCHE MASCHINE UND LUFTFAHRZEUG MIT SOLCHEN MASCHINE
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, beispielsweise einen Elektromotor, und ein Luftfahrzeug, bei spielsweise eine Flugzeug, mit einer rotierenden elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine zwei Luftspalte zwi schen Rotor und Stator aufweist. Auch für andere Anwendungen, wie bei Windkraftanlagen, geeignet.
Hintergrund der Erfindung
Für viele technische Anwendungen haben rotierende elektrische Maschinen mit einem hohen Leistungsgewicht (kW/kg) einen gro ßen Vorteil. Einige Anwendungen könnten dadurch erst ermög licht werden, wenn rotierende elektrische Maschinen mit einem hohen Leistungsgewicht gebaut werden können. Ein Beispiel ist die Elektrifizierung der Luftfahrt durch Generatoren bzw. Elektromotoren, bei denen ein Leistungsgewicht von mindestens 10 kW/kg benötigt wird. (z.B. Halbbach-Arrays )
Elektromagnetisch vorteilhaft können Konfigurationen mit ei nem Doppelrotor sein, da sie sowohl eine sehr große magneti sche Flussdichte im Luftspalt erlauben, als auch den Magnet kreis optimal ausnutzen, da auf beiden Seiten des Stators ein Rotor für die Erzeugung und die Flussführung des magnetischen Flusses genutzt wird.
Weiterhin wird durch ausgerichtete Magnete (z.B. Halbach- Arrays) auf beiden Seiten die magnetische Flussdichte radial sehr homogen gebildet, weshalb im Stator auf ein flussführen des Material verzichtet werden kann. Dies macht wiederum den Stator leichter bzw. führt dazu, dass mehr Kupfer anstatt Ei sen verwendet werden kann. Die rotierende elektrische Maschi- ne weist aufgrund von reduzierten Kupfer- und Eisenverlusten eine höhere Effizienz auf.
Obwohl diese Konfiguration elektromagnetisch Vorteile bietet, gestaltet sich die konstruktive und mechanische Ausgestaltung schwierig, weshalb derartige rotierende elektrische Maschinen bis heute keine verbreitete Anwendung fanden.
Üblicherweise werden radiale Doppelrotorkonfigurationen mit einem sogenannten „Glockenläufer" realisiert, wie in Fig . 1 dargestellt. Fig . 1 zeigt einen U-förmigen Stator 1 mit Spu len 6 sowie einen innerhalb des Stators 1 drehbar angeordne ten Rotor 2 mit Magneten 5. Der Rotor 2 befindet sich auf ei ner Welle 17, die in den Lagern 16 angeordnet ist. Zwischen den Spulen 6 des Stators 2 und den Magneten 5 des Rotors 2 befindet sich ein erster und ein zweiter Luftspalt 10, 11. Eine derartige elektrische Maschine ist in der Offenlegungs schrift DE 10 2012 217 363 Al ausführlich beschrieben.
Der wesentliche Nachteil dieser Konstruktion ist, dass auf grund der magnetischen Anziehungskräfte hohe Biegemomente auftreten, die durch eine schwere mechanische Konstruktion abgefangen werden müssen. Dadurch werden die Vorteile des elektromagnetischen Designs geschmälert.
Des Weiteren besteht der Nachteil solcher Maschinen darin, dass Rotoren in einer solchen Ausführung häufig mit rotordy namischen Problemen verbunden sind, was gerade bei Anwendun gen in der Luftfahrt, wo die Welle und der Rotor aufgrund von immer wiederkehrenden gyroskopischen Momenten, die wegen Flugmanövern auftreten, zu einem unvorhergesehen Versagen führen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für eine rotierende elektrische Maschine mit einem Doppelspalt anzugeben, die ein besseres Leistungsgewicht aufweist. Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der rotie renden elektrischen Maschine und dem Luftfahrzeug mit einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der unabhängigen Pa tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung besteht in einer neuartigen Bauweise für eine rotierende elektrische Maschine. Zunächst wird die elektri sche Maschine als Flux-Switching Maschine ausgeführt. Das be deutet, dass sich sowohl Permanentmagnete, die zur magneti schen Flusserzeugung dienen, als auch Spulen, in denen die Spannung induziert oder eingespeist wird, im Stator befinden. Die Flussänderung wird dadurch erzeugt, dass der Rotor aus einem ferromagnetischen, aber nicht-magnetisierten Material gebildet ist. Dadurch gelingt es, den magnetischen Fluss zu leiten aber auch wieder zu unterbrochen (= Flux-Switching) .
Im Deutschen wird die Flux-Switching Maschine auch als „Hyb ridmaschine" bezeichnet, da es sich dabei um eine Synthese aus einer permanenterregten Synchronmaschine und einer
Reluktanzmaschine handelt. In der Offenlegungsschrift DE 10 2011 121 174 Al wird beispielhaft eine derartige Hybridma schine beschrieben.
Die erfindungsgemäße Lösung verfügt über zwei Luftspalte, wo bei der Rotor aber als ein einzelnes „Rohr" ausgebildet ist, das ferromagnetisches und nicht ferromagnetisches Material in Umfangsrichtung im Wechsel aufweist.
Der Stator enthält Magnete und Spulen auf der Rotoraußenseite und der magnetische Kreis wird auf der Rotorinnenseite durch weitere Magnete geschlossen. Die Magnete sind bevorzugt als Halbach-Arrays ausgebildet. Ein Halbach-Array ist eine spezi elle Anordnung von Permanentmagneten. Eine derartige Anord nung ermöglicht es, dass der magnetische Fluss sich an der einen Seite der Anordnung nahezu aufhebt, wohingegen er auf der anderen Seite maximal verstärkt wird. In einer weiteren Ausbaustufe können in dem Rotor und in dem Stator die ferromagnetischen Materialien stark segmentiert werden, um eine sogenannte „Vernier-Maschine" zu realisieren, die noch höhere Leistungsdichten zulässt.
Die Erfindung ermöglicht es, eine elektrische Maschine mit einer hohen Leistungsdichte zu realisieren. In der Erfindung sind folgende Neuheiten enthalten:
Es wird eine Flux-Switching Maschine mit einem doppelten Luftspalt realisiert.
Es wird eine Vernier-Flux Switching Maschine mit einem doppelten Luftspalt realisiert.
Es wird eine Doppelspaltmaschine realisiert, die nicht die üblichen Probleme eins Doppelläufers aufweist.
Der Vorteil der Erfindung liegt in der vollständigen Elimi nierung der äußeren Biegemomente, die zu einer Verschlankung der mechanischen Struktur führen. Dadurch können Doppelluft- spaltkonfiguration ihre elektromagnetischen Vorteile ausspie len ohne durch die mechanische Bauweise benachteiligt zu sein .
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich sämtliche Mag nete im Stator befinden und somit die Magnetkühlung ähnlich realisiert werden kann, wie die Kühlung der Statorspulen, in die der Strom induziert oder gespeist wird.
In einer regulären Ausbaustufe ist ein Leistungsgewichtvor teil von etwa 30 - 40 % zu erwarten, während in einer zweiten Ausbaustufe ggf. auch über 100 % mehr Leitungsdichte möglich sein wird.
Damit ist es möglich, elektrische Maschinen mit einem Leis tungsdichten von 10 - 12 kW/kg herzustellen, wodurch viele Anwendungen (wie das elektrische Fliegen) erst ermöglicht oder andere Geschäftsfelder (wie beispielsweise Generatoren für Windkraftanlagen) nachhaltig verbessert werden. Die Erfindung beansprucht eine rotierende elektrische Maschi ne, aufweisend:
einen rotierbaren rohrförmigen Rotor,
einen inneren ersten Stator,
einen zum ersten Stator beabstandeten und konzentrischen äußeren zweiten Stator,
wobei der Rotor konzentrisch zum ersten und zweiten Stator und derart zwischen dem ersten und dem zweiten Stators an geordnet ist, dass
ein erster Luftspalt zwischen dem ersten Stator und dem Rotor und
ein zweiter Luftspalt zwischen dem zweiten Stator und dem Rotor gebildet werden.
In einer Weiterbildung können der erste und der zweite Stator mechanisch eine Einheit bilden.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Rotor in Umfangs richtung abwechselnd ein ferromagnetisches Material und ein nicht-magnetisches Material aufweisen.
In einer weiteren Ausprägung kann der erste Stator in Um fangsrichtung abwechselnd erste Magnete, deren Pole in Um fangsrichtung ausgerichtet sind, und nicht-magnetisches Mate rial aufweisen.
In einer Weiterbildung können die ersten Magnete aus Halbach- Arrays gebildet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der zweite Stator in Um fangsrichtung zueinander beabstandete zweite Magnete aufwei sen, deren Pole in Umfangsrichtung ausgerichtet sind.
In einer weiteren Ausgestaltung können die zweiten Magnete aus Halbach-Arrays gebildet sein. In einer weiteren Ausgestaltung können unterhalb der Pole be nachbarter zweiter Magnete Spulen angeordnet sein, deren Pole in Richtung des Rotors ausgerichtet sind.
Außerdem können die Spulen durch einen Wechselstrom derart phasenverschoben erregt werden, dass der Rotor in eine Dreh bewegung versetzt wird.
Des Weiteren kann der Rotor mechanisch derart in eine Drehbe wegung versetzt werden, dass in den Spulen ein Wechselstrom induziert wird.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das ferromagnetische Ma terial Eisen oder eine Eisenlegierung sein.
In einer weiteren Ausgestaltung weisen Stator und Rotor eine filigrane hoch-polige Segmentierung auf, so dass eine Vernier Maschine damit realisiert wird.
Die Erfindung beansprucht auch ein Luftfahrzeug mit einer er findungsgemäßen rotierenden elektrischen Maschine, wobei die rotierende elektrische Maschine ein Elektromotor ist, der ein Triebwerk antreibt.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
Fig. 1: eine Schnittansicht einer rotierenden elektrischen
Doppelrotor-Maschine gemäß Stand der Technik,
Fig. 2: eine Schnittansicht durch eine rotierende elektri sche Hybridmaschine mit doppeltem Luftspalt, Fig. 3: eine weitere Schnittansicht durch eine rotierende elektrische Hybridmaschine mit doppeltem Luft spalt,
Fig. 4: eine weitere Schnittansicht durch eine rotierende elektrische Hybridmaschine mit doppeltem Luftspalt und
Fig. 5: ein Flugzeug mit einer rotierenden elektrischen
Maschine .
Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Fig . 2 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer rotierenden elektrischen Maschine, wobei die Rotationsachse 7 des Rotors 2 aus der Bildebene herausragt. Der Rotor 2 ist rohrförmig ausgebildet und weist in Umfangrichtung abwechselnd ein fer romagnetisches Material 9 und ein nicht-magnetisches Material 8 auf. Mit anderen Worten, der Rotor 2 bildet eine Art Zahn kranz, wobei das ferromagnetische Material 9 die Zähne bil det. Der Rotor 2 liegt konzentrisch zwischen dem ringförmigen inneren ersten Stator 3 und dem ringförmigen zweiten Stator 4.
Der erste Stator 3 weist zueinander beabstandete in Umfangs richtung angeordnete erste Magnete 18 auf, wobei der S- und N-Pol benachbarter erster Magnete 18 zueinander gewandt sind. Die ersten Magnete 18 können als Halbach-Arrays ausgebildet sein .
Der zweite Stator 4 weist zueinander beabstandete in Umfangs richtung angeordnete zweite Magnete 19 auf, wobei der S- und N-Pol benachbarter zweiter Magnete 19 zueinander gewandt sind. Die zweiten Magnete 19 können ebenfalls als Halbach- Arrays ausgebildet sein. Unterhalb (in Richtung zum Rotor 2) benachbarter Pole der zweiten Magnete 19 befinden sich Spulen 6, deren Spulenachse in Richtung zum Rotor 2 zeigt. Durch ab wechselnde Erregung der Spulen 6 entsteht ein rotierendes Magnetfeld, das den Rotor 2 in eine Drehbewegung versetzt (= Elektromotor) . Fig. 2 zeigt beispielhaft den magnetischen Fluss 12. Durch Drehen des Rotors 2 wird phasenverschoben Spannung in den Spulen 6 induziert (= Generator) .
Zwischen dem Rotor 2 und dem ersten Stator 3 befindet sich ein erster Luftspalt 10. Zwischen dem Rotor 2 und dem zweiten Stator 4 befindet sich ein zweiter Luftspalt 11. Das ferro magnetische Material 9 ist bevorzugt Eisen oder eine Eisenle gierung, kann aber auch eine Legierung von seltenen Erden, Eisenstickstoff oder auch ein gesintertes Material sein.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Schnittansichten von unterschiedli chen Ausführungen des ersten und zweiten Stators 3, 4 gemäß Fig. 2. Die Schnittebene ist senkrecht zur Bildebene in
Fig. 2 gewählt. Erste und zweite Magnete 18, 19 sowie Spulen 6 sind nicht dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen einteiligen Stator, bei dem der erste und zweite Stator 3, 4 einstückig ausgeführt sind. Fig. 4 zeigt einen mehrteiligen Stator, bei dem der erste und der zweite Stator 3, 4 nicht direkt miteinander verbunden sind. Bei spielsweise können die Statoren 3 und 4 an einem Gehäuse be festigt sein. Dargestellt ist auch der Rotor 2. Zu erkennen sind auch der erste Luftspalt 10 und der zweite Luftspalt 11.
Fig. 5 zeigt ein Flugzeug 13 als Beispiel für ein Luftfahr zeug, bei dem ein Triebwerk 14, hier als Propeller ausgebil det, durch einen Elektromotor 15, der entsprechend der Aus führungen zu den Fig. 2 bis Fig. 4 ausgebildet ist, angetrie ben wird.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und ande re Variationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
1 Stator
2 Rotor
3 innerer erster Stator
4 äußerer zweiter Stator
5 Magnet
6 Spule
7 Rotationsachse
8 nicht-magnetisches Material
9 ferromagnetisches Material
10 erster Luftspalt
11 zweiter Luftspalt
12 magnetischer Fluss
13 Flugzeug
14 Triebwerk (Propeller)
15 Elektromotor
16 Lager
17 Welle
18 erster Magnet
19 zweiter Magnet

Claims

Patentansprüche
1. Rotierende elektrische Maschine,
gekennzeichnet durch :
einen rotierbaren rohrförmigen Rotor (2),
einen inneren ersten Stator (3) ,
einen zum ersten Stator (3) beabstandeten und konzentri schen äußeren zweiten Stator (4),
wobei der Rotor (2) konzentrisch zum ersten und zweiten Stator (3, 4) und derart zwischen dem ersten und dem zwei ten Stator (3, 4) angeordnet ist, dass
ein erster Luftspalt (10) zwischen dem ersten Stator (3) und dem Rotor (2) und
ein zweiter Luftspalt (11) zwischen dem zweiten Stator (4) und dem Rotor (2) gebildet werden.
2. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Stator (3, 4) mechanisch eine Einheit bilden.
3. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (2) in Umfangsrichtung abwechselnd ein ferro magnetisches Material (9) und ein nicht-magnetisches Material (8) aufweist.
4. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Stator (3) in Umfangsrichtung abwechselnd ers te Magnete (18), deren Pole in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, und nicht-magnetisches Material (8) aufweist.
5. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten Magnete (18) aus Halbach-Arrays gebildet sind .
6. Rotierende elektrische Maschine nach einem der vorherge henden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Stator (4) in Umfangsrichtung zueinander beabstandete zweite Magnete (19) aufweist, deren Pole in Um fangsrichtung ausgerichtet sind.
7. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweiten Magnete (19) aus Halbach-Arrays gebildet sind .
8. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass unterhalb der Pole benachbarter zweiter Magnete (19) Spulen (6) angeordnet sind, deren Spulenachse in Richtung zum Rotor (2) ausgerichtet ist.
9. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spulen (6) durch einen Wechselstrom derart phasen verschoben erregbar sind, dass der Rotor (2) in eine Drehbe wegung versetzt wird.
10. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (2) mechanisch derart in eine Drehbewegung versetzbar ist, dass in den Spulen (6) ein Wechselstrom indu ziert wird.
11. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das ferromagnetische Material (9) Eisen oder eine Eisen legierung ist.
12. Rotierende elektrische Maschine nach einem der vorherge henden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Maschine als Vernier-Maschine ausgebildet ist, wobei der erste Stator (3), der zweite Stator (4) und der Rotor (2) filigrane hoch-polige Segmentierungen aufweisen.
13. Luftfahrzeug (13) mit einer rotierenden elektrischen Ma schine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die rotierende elektrische Maschine ein Elektromotor (15) ist, der ein Triebwerk (14) antreibt.
PCT/EP2019/051579 2018-02-02 2019-01-23 Rotierende elektrische maschine und luftfahrzeug mit solchen maschine Ceased WO2019149587A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201980011264.8A CN111954973A (zh) 2018-02-02 2019-01-23 旋转电机和具有这种机器的飞机
US16/966,820 US11563362B2 (en) 2018-02-02 2019-01-23 Rotating electrical machine and aircraft having said machine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018201610.0A DE102018201610A1 (de) 2018-02-02 2018-02-02 Rotierende elektrische Maschine und Luftfahrzeug mit einer rotierenden elektrischen Maschine
DE102018201610.0 2018-02-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019149587A1 true WO2019149587A1 (de) 2019-08-08

Family

ID=65363228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/051579 Ceased WO2019149587A1 (de) 2018-02-02 2019-01-23 Rotierende elektrische maschine und luftfahrzeug mit solchen maschine

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11563362B2 (de)
CN (1) CN111954973A (de)
DE (1) DE102018201610A1 (de)
WO (1) WO2019149587A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102542504B1 (ko) * 2021-03-04 2023-06-12 한양대학교 에리카산학협력단 에너지 변환 장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011121174A1 (de) 2011-12-16 2013-06-20 Eads Deutschland Gmbh Elektrische Maschine, insbesondere für Luftfahrzeuge
DE102012217363A1 (de) 2012-09-26 2014-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit Doppelluftspalt
US20140159532A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 Denso Corporation Multi-gap type rotary electric machine
EP2770616A1 (de) * 2013-02-25 2014-08-27 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit geteiltem Stator
CN106849567A (zh) * 2016-11-25 2017-06-13 南京航空航天大学 一种高功率密度的磁通切换永磁电机
CN107425687A (zh) * 2017-05-09 2017-12-01 南京航空航天大学 大槽结构模块化连续极永磁同步容错电机

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1141528A1 (ru) * 1982-06-14 1985-02-23 Запорожский Ордена "Знак Почета" Машиностроительный Институт Им.В.Я.Чубаря Шаговый электродвигатель
RU2356155C1 (ru) * 2008-04-11 2009-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева Синхронный электродвигатель
EP2413482A1 (de) * 2010-07-30 2012-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Fluggerät
TWM403842U (en) * 2010-11-26 2011-05-11 Tai-Liang Chen Structure of power generator with internal and external stators and non-magnetic rotor
CN103647382B (zh) * 2013-12-27 2016-07-20 南京航空航天大学 双定子高功率密度磁通切换永磁电机
CN104201848B (zh) * 2014-07-04 2017-06-06 东南大学 一种双定子永磁游标风力发电机
CN104300755B (zh) * 2014-09-11 2016-10-26 东南大学 双层绕线转子式双定子无刷双馈电机
CN105375715B (zh) * 2015-11-09 2017-11-17 江苏大学 少稀土类宽调速混合永磁磁通切换双定子电机
CN106787609B (zh) * 2017-03-30 2018-11-02 华中科技大学 一种高转矩密度的磁场调制型磁力齿轮

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011121174A1 (de) 2011-12-16 2013-06-20 Eads Deutschland Gmbh Elektrische Maschine, insbesondere für Luftfahrzeuge
DE102012217363A1 (de) 2012-09-26 2014-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit Doppelluftspalt
US20140159532A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 Denso Corporation Multi-gap type rotary electric machine
EP2770616A1 (de) * 2013-02-25 2014-08-27 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit geteiltem Stator
CN106849567A (zh) * 2016-11-25 2017-06-13 南京航空航天大学 一种高功率密度的磁通切换永磁电机
CN107425687A (zh) * 2017-05-09 2017-12-01 南京航空航天大学 大槽结构模块化连续极永磁同步容错电机

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018201610A1 (de) 2019-08-08
US20210044188A1 (en) 2021-02-11
CN111954973A (zh) 2020-11-17
US11563362B2 (en) 2023-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2255431B1 (de) Trägheitsarmer direktantrieb grosser leistungsdichte
EP2639936B1 (de) Elektrische Maschine mit permanent erregtem Läufer und zugehöriger permanent erregter Läufer
EP1380094B1 (de) Elektromotor, insbesondere elektronisch kommutierter gleichstrommotor
EP3574567A1 (de) Synchrone reluktanzmaschine
DE102004025660A1 (de) Motor unter Verwendung eines Permanentmagneten
EP2479872B1 (de) Permanenterregte synchronmaschine mit einem rotor
EP2946463A1 (de) Elektrische maschine mit geteiltem stator
DE102015110652A1 (de) Rotor-stator-anordnung für eine hybriderregte synchronmaschine und ein rotor dafür
EP0394528B1 (de) Synchronmaschine
DE3122049A1 (de) Kollektorloser gleichstromaussenlaeufermotor
DE102013109448A1 (de) Elektromechanischer Wandler
DE102015117603A1 (de) Statorpaket für eine elektrische Maschine und elektrische Maschine
DE102012022152A1 (de) Elektrische Maschine und Rotor für eine elektrische Maschine
DE112019007108B4 (de) Rotierende elektrische maschine
EP3629454A1 (de) Verfahren zur herstellung eines rotors für eine elektrische rotierende maschine
WO2020207861A1 (de) Statorzahn mit asymmetrischer zahngeometrie
EP2104976B1 (de) Elektrische maschine
DE102022111253A1 (de) Elektrische Axialflussmaschine, die einen isolierten Hybridstatorkern mit weichmagnetischen Verbundabschnitten und geblechten Schichten enthält
DE102021125206A1 (de) Elektromechanische Rotortopologie zur Steigerung der Effizienz elektrischer Maschinen
DE19781789B4 (de) Selbststartender bürstenloser Elektromotor
WO2021170272A1 (de) Elektromotor
EP3422542B1 (de) Drehfeldmaschine
EP2507894B1 (de) Mit permanentmagneten erregte elektrische maschine
DE102018201610A1 (de) Rotierende elektrische Maschine und Luftfahrzeug mit einer rotierenden elektrischen Maschine
DE19525346C2 (de) Ringkern-Synchronmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19704210

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19704210

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1