DE102013009677A1

DE102013009677A1 - Drive unit, in particular for an aircraft

Info

Publication number: DE102013009677A1
Application number: DE102013009677.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Sanabria-Walter; Stefan Stückl; Peter Jänker
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2033-06-12
Also published as: DE102013009677B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1; 11), die insbesondere für die Verwendung in einem Luftfahrzeug geeignet ist. Die Antriebseinheit umfasst einen Stator (2; 12) und einen Rotor (4; 13). Der Rotor (4; 13) ist um eine Achse (A) drehbar. Der Stator (2; 12) weist wenigstens ein elektrisch leitendes Statorelement (25; 26) auf, das sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstreckt. Der Rotor (4; 13) weist wenigstens ein elektrisch leitendes Rotorelement (24; 27) auf, das sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstreckt. Das Rotorelement (24; 27) umfasst eine erste Umlenkeinrichtung zum Antreiben des die Antriebseinheit (1; 11) umgebenden Fluids in einer zur Achse (A) parallelen Richtung.The invention relates to a drive unit (1; 11) which is particularly suitable for use in an aircraft. The drive unit comprises a stator (2; 12) and a rotor (4; 13). The rotor (4; 13) is rotatable about an axis (A). The stator (2; 12) has at least one electrically conductive stator element (25; 26) which extends substantially in the radial direction. The rotor (4; 13) has at least one electrically conductive rotor element (24; 27) which extends substantially in the radial direction. The rotor element (24; 27) comprises a first deflection device for driving the fluid surrounding the drive unit (1; 11) in a direction parallel to the axis (A).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, insbesondere eine Antriebseinheit für ein Luftfahrzeug.The invention relates to a drive unit, in particular a drive unit for an aircraft.

Elektromotoren werden beispielsweise in unbemannten Luftfahrzeugen eingesetzt. Unbemannte Luftfahrzeuge werden auch Drohne oder UAV („Unmanned Aerial Vehicle”) genannt. Aus US 8 128 019 B2 sowie EP 2 196 392 A2 sind UAVs mit Hybridsystem bekannt. Diese beiden Druckschriften betreffen Mini-UAVs, die von Fußtruppen im Feld mitgeführt werden können und mit sehr kleinen Leistungen in geringer Höhe fliegen können. Hierbei wird ein Verbrennungsmotor mit konstanter Drehzahl betrieben; ein zusätzlicher Elektromotor wird variabel betrieben, um bei einfachem und leichtgewichtigem Aufbau eine Leistungsregelung durchzuführen.Electric motors are used for example in unmanned aerial vehicles. Unmanned aerial vehicles are also called drones or UAVs (Unmanned Aerial Vehicles). Out US 8 128 019 B2 such as EP 2 196 392 A2 are UAVs with hybrid system known. These two pamphlets relate to mini-UAVs that can be carried by field infantrymen in the field and can fly at low altitude with very little power. Here, an internal combustion engine is operated at a constant speed; an additional electric motor is variably operated to perform power control with a simple and lightweight construction.

Elektromotoren bieten den Vorteil, dass sie unter Nutzung speicherbarer Energie betrieben werden können. Ein weiterer Vorteil von Elektromotoren liegt in einer gegenüber Verbrennungsmotoren geringen Geräuschentwicklung. Obwohl die Volumenleistungsdichte und die Volumendrehmomentsdichte von herkömmlichen Elektromotoren für die Verwendung in der Luftfahrtfahrzeug angemessen sind, so verhindert das durch den Einsatz von eisenhaltigen Materialien bedingt niedrige Leistungsgewicht beziehungsweise niedrige Drehmomentgewicht, dass solche Motoren in der Luftfahrt eingesetzt werden. Daher wird bei den in der Luftfahrt eingesetzten Elektromotoren eine Minimierung des Einsatzes von Eisen angestrebt. Dies kann jedoch eine signifikante Reduzierung der durch den Elektromotor erbrachten Leistung und des durch den Elektromotor erzeugten Drehmoments zur Folge haben.Electric motors offer the advantage that they can be operated using storable energy. Another advantage of electric motors lies in a low noise compared to internal combustion engines. Although the volumetric power density and volume torque density of conventional electric motors are adequate for use in aerospace vehicles, the low power-to-weight or low torque-weight due to the use of ferrous materials prevents such engines from being used in aviation. Therefore, the use of electromagnets in aviation is aimed at minimizing the use of iron. However, this can result in a significant reduction in the power delivered by the electric motor and the torque generated by the electric motor.

Die Konstruktionsprinzipien, die für ein Triebwerk gelten, das für den Einsatz in einem Luftfahrzeug vorgesehen ist, erlauben es nicht, dass der Antrieb und die Schaufeln des Triebwerks in einer einzigen Komponente integriert werden können. So wird der Einsatz von zwei separaten Komponenten, beispielsweise einer Gasturbine (oder einem Elektromotor), der die Leistung generiert sowie die Schaufeln des Triebwerks selbst, die beispielsweise den Vorschub erzeugen, nötig.The design principles that apply to an engine intended for use in an aircraft do not allow the engine's propulsion and blades to be integrated into a single component. Thus, the use of two separate components, such as a gas turbine (or an electric motor), which generates the power and the blades of the engine itself, for example, generate the feed necessary.

Bei dem Einsatz herkömmlicher Elektromotoren in einem Luftfahrzeug wird der Vorschub dadurch erzeugt, dass der Motor einen Propeller oder eine Turbine antreibt, indem der Elektromotor sein erzeugtes Drehmoment mittels einer Welle und gegebenenfalls eines Getriebes an den Propeller weitergibt.With the use of conventional electric motors in an aircraft, the feed is generated by the fact that the engine drives a propeller or a turbine by the electric motor passes its generated torque by means of a shaft and possibly a transmission to the propeller.

In der Luft- und Raumfahrt werden Elektromotoren zu Antriebszwecken und zu Stromgewinnungszwecken verwendet. Durch die Verwendung von metallhaltigen Materialien in deren Kernen können herkömmliche Elektromotoren in den Luftzwischenräumen eine hohe Kraftdichte erzeugen, soweit es die magnetische Sättigung zulässt. Die Verwendung von metallhaltigen Materialien geht auf Kosten eines höheren Gewichts.In aerospace, electric motors are used for drive purposes and for power generation purposes. By using metal-containing materials in their cores, conventional electric motors in the air gaps can generate high power density as far as magnetic saturation permits. The use of metal-containing materials comes at the cost of a higher weight.

Homopolarmotoren sind ein Typ von elektrischen Maschinen, die arbeiten können, ohne dass dafür der Einsatz von Eisen notwendig ist. Die Homopolarmotoren stellen jedoch ein sehr geringes Drehmoment bereit. Das Drehmoment ist durch die Lorentzkraft erzeugt, die entsteht, wenn Strom in dem Rotor radial nach innen oder radial nach außen fließt und innerhalb des Rotors ein Magnetfeld angeordnet ist, das in Axialrichtung verläuft, ohne dass die Verwendung eines Kommutators nötig wird.Homopolar engines are a type of electrical machine that can work without the use of iron. The homopolar motors, however, provide a very low torque. The torque is generated by the Lorentz force that results when current flows radially inward or radially outward within the rotor and a magnetic field is located within the rotor that extends in the axial direction without the need for a commutator.

Homopolarmotoren weisen jedoch einige Nachteile auf:

• hohe magnetische Felder und hohe Ströme sind nötig, um ein hohes Drehmoment zu erzeugen;
• keine Verwendung einer Spule möglich, die mehr als einfach gewickelt ist;
• Schleifringe oder Kontaktbürsten werden benötigt, um einen elektrischen Pfad für den elektrischen Strom beim Eintritt und beim Austritt in den Rotor herzustellen.

Homopolarmotors, however, have some disadvantages:

• high magnetic fields and high currents are needed to generate high torque;
• it is not possible to use a coil that is more than simply wound;
• Slip rings or contact brushes are needed to create an electrical path for the electrical current as it enters and exits the rotor.

Ein kanalgeführter Fan ist eine Vorschubvorrichtung, in welcher der Fan (eine Art von Propeller) innerhalb einer zylindrischen Führung oder eines Deckbands angeordnet ist. Dies ermöglicht eine effizientere Vorschuberzeugung als in konventionellen Propellersystemen. In den meisten Anordnungen ist der Fan durch eine Gasturbine angetrieben (auch als Turbofan bekannt), wobei die Kraft zum Antreiben des Fan durch eine Verbrennung erzeugt wird und anschließend auf den Fan mittels einer Welle übertragen wird, wobei die Welle die Niederdruckturbinenstufe mit dem Fan verbindet.A duct-guided fan is an advancing device in which the fan (a type of propeller) is disposed within a cylindrical guide or a shroud. This allows more efficient feed generation than conventional propeller systems. In most arrangements, the fan is powered by a gas turbine (also known as a turbofan) wherein the power to drive the fan is generated by combustion and then transmitted to the fan via a shaft, which shaft connects the low pressure turbine stage to the fan ,

Der mit einer Luftführung versehene Fan weist in einer Turbofananordnung folgende Nachteile auf:

• zwei separate Komponenten, nämlich Fan und Gasturbine werden benötigt;
• eine mechanische Verbindung (eine Welle) zwischen Fan und Gastrubine werden benötigt, da die Leistung an einem anderen Ort produziert wird als der Ort, in dem sie tatsächlich zur Anwendung kommt.

The fan provided with an air duct has the following disadvantages in a turbofan arrangement:

• two separate components, fan and gas turbine are needed;
• A mechanical connection (shaft) between fan and gastrubine is needed because the power is produced at a different location than the location where it is actually used.

Eine Kombination von Homopolarmotoren mit einem mit einer Luftführung versehenen Fan ist unter dem Namen Aero-Tron bekannt, welches ein Flugzeugvorschubkonzept beschreibt, das durch Guina Research & Developments PTY LTD. bekannt gemacht worden ist. Dieses Konzept ersetzt jedoch lediglich die Gasturbinen durch einen Homopolarmotor während der mechanischen Verbindung zwischen dem Homopolarmotor und dem Fan in der Form eines Getriebes weiterhin benötigt wird.A combination of homopolar engines with an air ducted fan is known by the name of Aero-Tron, which describes an aircraft propulsion concept developed by Guina Research & Developments PTY LTD. has been announced. However, this concept only replaces the gas turbines with one Homopolarmotor during the mechanical connection between the homopolar engine and the fan in the form of a transmission is still required.

Ein mit einer Luftführung versehener Fan in einer Turbofan-Anordnung weist als weiteren Nachteil auf, dass das Getriebe, welche die zwei gegenläufig rotierenden Fans antreibt, ein Getriebe ist, welches einen hohen Wartungsaufwand erfordert.A fan provided with an air duct in a turbofan arrangement has, as a further disadvantage, that the transmission which drives the two counter-rotating fans is a transmission which requires a high level of maintenance.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebseinheit zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau durch ein hohes Leistungsgewicht auszeichnet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebseinheit zu schaffen, bei dem die Anzahl an verwendeten Bauteilen reduziert ist.It is therefore the object of the present invention to provide a drive unit, which is characterized by a simple structure by a high power weight. Another object of the invention is to provide a drive unit in which the number of components used is reduced.

Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Antriebseinheit umfasst einen Stator und einen Rotor, der um eine Achse drehbar ist. Der Stator weist wenigstens ein elektrisch leitendes Statorelement auf, das sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstreckt. Der Rotor weist wenigstens ein elektrisch leitendes Rotorelement auf, das sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstreckt. Das Rotorelement umfasst eine erste Umlenkeinrichtung zum Antreiben des die Antriebseinheit umgebenden Fluids in einer zur Achse parallelen Richtung. Das Fluid ist vorzugsweise ein Gas oder Gasgemisch, weiterhin vorzugsweise Luft.This object is achieved by a drive unit according to claim 1. The drive unit comprises a stator and a rotor which is rotatable about an axis. The stator has at least one electrically conductive stator element which extends substantially in the radial direction. The rotor has at least one electrically conductive rotor element which extends substantially in the radial direction. The rotor element comprises a first deflection device for driving the fluid surrounding the drive unit in a direction parallel to the axis. The fluid is preferably a gas or gas mixture, furthermore preferably air.

Mit der Antriebseinheit kann ein Zusammenfassen der Schaufeln des Triebwerks, die für einen Vorschub des in dem Triebwerk befindlichen Fluids dienen, und der elektrischen Komponenten, die für die Erzeugung der Leistung zuständig sind, erzielt werden. Dadurch kann ein kompaktes und einfaches Vorschubsystem geschaffen werden, das ein hohes Leistungsgewicht aufweist, wodurch es für den Einsatz in ein Luftfahrzeug besonders geeignet ist.With the drive unit can be summarized the blades of the engine, which serve for a feed of the fluid in the engine, and the electrical components that are responsible for generating the power can be achieved. Thereby, a compact and simple feed system can be provided which has a high power-to-weight ratio, making it particularly suitable for use in an aircraft.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit umfasst der Stator eine Vielzahl an Statorelementen und der Rotor eine Vielzahl an Rotorelementen. Die Statorelemente und/oder die Rotorelemente sind vorzugsweise in Umfangsrichtung äquidistant zueinander angeordnet.In a preferred embodiment of the drive unit according to the invention, the stator comprises a plurality of stator elements and the rotor comprises a plurality of rotor elements. The stator elements and / or the rotor elements are preferably arranged equidistantly in the circumferential direction.

Der Rotor dient in der erfindungsgemäßen Antriebseinheit einerseits zum Erzeugen einer Rotationsbewegung. Zugleich dient der Rotor aber mittels seiner Umlenkeinrichtung zum Antreiben des die Antriebseinheit umgebenden Fluids in einer zur Achse parallelen Richtung. Dadurch kann das Gewicht eines zusätzlichen Propellers und der zum Antrieb des Propellers benötigten Welle eingespart werden. Weiterhin vorzugsweise weist der Stator dieselbe Zahl an Statorelementen auf, wie der Rotor Rotorelemente aufweist.The rotor is used in the drive unit according to the invention on the one hand to generate a rotational movement. At the same time, however, the rotor serves by means of its deflection device for driving the fluid surrounding the drive unit in a direction parallel to the axis. As a result, the weight of an additional propeller and the shaft required to drive the propeller can be saved. Further preferably, the stator has the same number of stator elements as the rotor has rotor elements.

Vorzugsweise ist der Rotor als Propeller (im Folgenden Fan genannt) ausgestaltet. Weiterhin vorzugsweise sind die Rotorelemente als Schaufeln ausgestaltet, wobei die Umlenkeinrichtung durch die Schaufel gebildet ist.Preferably, the rotor is designed as a propeller (hereinafter referred to as a fan). Further preferably, the rotor elements are configured as blades, wherein the deflection device is formed by the blade.

Die zuvor genannten Ausgestaltungen bieten den Vorteil, dass Stator und Rotor annähernd ausgewuchtet sind, wodurch die durch eine Rotation des Rotors und/oder eine Rotation des Stators erzeugten Schwingungen reduziert werden. Die Umlenkfläche gemäß dieser Ausgestaltung verbessert die Umwälzung des Fluids.The aforementioned embodiments offer the advantage that the stator and rotor are approximately balanced, whereby the vibrations generated by a rotation of the rotor and / or a rotation of the stator are reduced. The deflection surface according to this embodiment improves the circulation of the fluid.

Bevorzugterweise ist die Antriebseinheit durch ein Luftführungselement gekennzeichnet, das sich im Wesentlichen entlang einer symmetrisch um die Achse angeordneten Kreiszylindermantelfläche erstreckt und das vorzugsweise mit dem Statorelement verbunden ist. Vorzugsweise dient die Umlenkeinrichtung zum Antreiben des innerhalb des Luftführungselements befindlichen Fluids. Weiterhin vorzugsweise dient die Umlenkfläche zum Antreiben des innerhalb des Luftführungselements befindlichen Fluids.Preferably, the drive unit is characterized by an air guide element which extends substantially along a circular cylinder circumferential surface arranged symmetrically about the axis and which is preferably connected to the stator element. Preferably, the deflection device serves to drive the fluid located within the air guide element. Further preferably, the deflection surface is used for driving the fluid located within the air guide element.

Vorzugsweise ist die Antriebseinheit dadurch gekennzeichnet, dass das Luftführungselement elektrisch leitend ist und der Rotor ein Kontaktelement zum Übertragen von elektrischem Strom in das Luftführungselement aufweist, wobei vorzugsweise das Kontaktelement einen Schleifring und/oder eine Kontaktbürste und/oder einen Plasma-Kollektor-Ring umfasst.Preferably, the drive unit is characterized in that the air guide element is electrically conductive and the rotor has a contact element for transmitting electrical current in the air guide element, wherein preferably the contact element comprises a slip ring and / or a contact brush and / or a plasma collector ring.

Vorzugsweise ist die Antriebseinheit dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor ein erstes Spulenelement zum Erzeugen eines Magnetfelds umfasst, wobei sich das erste Spulenelement im Wesentlichen entlang einer symmetrisch um die Achse angeordneten Kreiszylindermantelfläche erstreckt.Preferably, the drive unit is characterized in that the rotor comprises a first coil element for generating a magnetic field, wherein the first coil element extends substantially along a circular cylinder circumferential surface arranged symmetrically about the axis.

Vorzugsweise verläuft das durch das erste Spulenelement erzeugte Magnetfeld im Inneren der Antriebseinheit, vorzugsweise im Inneren des Luftführungselements weitestgehend parallel zu der Achse.Preferably, the magnetic field generated by the first coil element extends in the interior of the drive unit, preferably in the interior of the air guide element as far as possible parallel to the axis.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umgibt das erste Spulenelement das Luftführungselement zumindest abschnittsweise.In a preferred embodiment, the first coil element surrounds the air guide element at least in sections.

Bevorzugterweise weist das erste Spulenelement in Axialrichtung eine Länge auf, die in Umfangsrichtung des ersten Spulenelements annähernd konstant ist, wobei vorzugsweise das erste Spulenelement bezüglich der Axialrichtung annähernd entlang seiner Mitte, vorzugsweise konzentrisch das Rotorelement umgibt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Rotor, beziehungsweise die Rotorelemente in dem Bereich angeordnet sind, in welchem das durch das Spulenelement erzeugte Magnetfeld am stärksten ist und in welchem das Magnetfeld parallel zur Achse verläuft.Preferably, the first coil element in the axial direction has a length which is approximately constant in the circumferential direction of the first coil element, wherein preferably the first coil element with respect to the axial direction approximately along its center, preferably concentrically surrounds the rotor element. This embodiment has the advantage that the rotor, or the Rotor elements are arranged in the region in which the magnetic field generated by the coil element is strongest and in which the magnetic field is parallel to the axis.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das erste Spulenelement einen in Umfangsrichtung gewickelten Draht, der vorzugsweise aus einem supraleitende Eigenschaften aufweisenden Stoff oder Stoffgemisch gefertigt ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der elektrische Widerstand, der in dem Draht auftritt, gegen Null geht, sobald die Temperatur derart niedrig gehalten wird, dass der Stoff oder das Stoffgemisch die supraleitenden Eigenschaften erhält.In a preferred embodiment, the first coil element comprises a wire wound in the circumferential direction, which is preferably made of a superconducting properties having substance or mixture. This embodiment offers the advantage that the electrical resistance that occurs in the wire goes to zero as soon as the temperature is kept so low that the substance or the substance mixture receives the superconducting properties.

Vorzugsweise umfasst der Rotor und/oder der Stator ein Kontaktelement zum Übertragen von elektrischem Strom in eine Welle, wobei vorzugsweise das Kontaktelement einen Schleifring und/oder eine Kontaktbürste und/oder einen Plasma-Kollektor-Ring umfasst.Preferably, the rotor and / or the stator comprises a contact element for transmitting electrical current into a shaft, wherein preferably the contact element comprises a slip ring and / or a contact brush and / or a plasma collector ring.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Statorelement drehbar um die Achse gelagert und umfasst eine zweite Umlenkeinrichtung zum Antreiben des die Antriebseinheit umgebenden Fluids, vorzugsweise des im Inneren des Luftführungselements befindlichen Fluids in einer zur Achse parallelen Richtung. In dieser Ausgestaltung wird der Stator sozusagen als zweiter Rotor ausgebildet, der sich ebenfalls um die Achse jedoch in entgegengesetzter Richtung zum Rotorelement dreht. Die zweite Umlenkeinrichtung ist derart eingerichtet, dass sie bei einer gegenüber der Drehung des Rotorelements entgegengesetzten Drehung des Statorelements das die Antriebseinheit umgebende Fluid in die gleiche Richtung wie das Rotorelement umwälzt. Dadurch kann die Leistung der Antriebseinheit erhöht werden.In a preferred embodiment, the stator element is mounted rotatably about the axis and comprises a second deflection device for driving the fluid surrounding the drive unit, preferably the fluid located in the interior of the air guide element in a direction parallel to the axis. In this embodiment, the stator is formed so to speak as a second rotor, which also rotates about the axis, however, in the opposite direction to the rotor element. The second deflection device is set up in such a way that it circulates the fluid surrounding the drive unit in the same direction as the rotor element when the rotation of the stator element is opposite to the rotation of the rotor element. As a result, the power of the drive unit can be increased.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit weist die zweite Umlenkeinrichtung zumindest eine zweite Umlenkfläche auf, die bezüglich quer zur Achse verlaufenden Ebene geneigt und/oder gekrümmt ist. Durch diese Ausgestaltung ist ein effizientes Umwälzen der Luft durch das Statorelement möglich.In a preferred embodiment of the drive unit according to the invention, the second deflection device has at least one second deflection surface, which is inclined and / or curved with respect to the plane extending transversely to the axis. By this configuration, an efficient circulation of air through the stator is possible.

Bevorzugterweise umfasst der Stator ein zweites Spulenelement zum Erzeugen eines Magnetfelds, wobei sich das zweite Spulenelement entlang einer symmetrisch um die Achse angeordneten Kreiszylindermantelfläche erstreckt.Preferably, the stator comprises a second coil element for generating a magnetic field, wherein the second coil element extends along a circular cylindrical circumferential surface arranged symmetrically about the axis.

Bevorzugterweise umgibt das zweite Spulenelement das Luftführungselement zumindest abschnittsweise.Preferably, the second coil element surrounds the air guide element at least in sections.

Vorzugsweise weist das zweite Spulenelement in Axialrichtung eine Länge auf, die in Umfangsrichtung des zweiten Spulenelements annähernd konstant ist, wobei vorzugsweise das zweite Spulenelement bezüglich der Axialrichtung annähernd entlang seiner Mitte das Statorelement, vorzugsweise koaxial umgibt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass sich der Stator beziehungsweise das Statorelement dort angeordnet ist, wo die parallel zur Achse verlaufende Komponente des Magnetfelds am höchsten ist.Preferably, the second coil element in the axial direction has a length which is approximately constant in the circumferential direction of the second coil element, wherein preferably the second coil element with respect to the axial direction approximately along its center surrounds the stator element, preferably coaxially. This refinement has the advantage that the stator or the stator element is arranged where the component of the magnetic field which runs parallel to the axis is highest.

Bevorzugterweise umfasst das zweite Spulenelement ein in Umfangsrichtung gewickelten Draht, der vorzugsweise aus einem supraleitende Eigenschaften aufweisenden Stoff oder Stoffgemisch gefertigt ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der elektrische Widerstand, der in dem Draht auftritt, gegen Null geht, sobald die Temperatur derart niedrig gehalten wird, dass der Stoff oder das Stoffgemisch die supraleitenden Eigenschaften erhält.Preferably, the second coil element comprises a circumferentially wound wire, which is preferably made of a superconducting properties having substance or mixture. This embodiment offers the advantage that the electrical resistance that occurs in the wire goes to zero as soon as the temperature is kept so low that the substance or the substance mixture receives the superconducting properties.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:Further advantageous embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show:

1 eine perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit für ein Luftfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; 1 a perspective view of a drive unit for an aircraft according to a first embodiment;

2 eine weitere perspektivische Ansicht der Antriebseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; 2 another perspective view of the drive unit according to the first embodiment;

3 eine perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel; 3 a perspective view of a drive unit according to a second embodiment;

4 eine weitere perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. 4 a further perspective view of a drive unit according to the second embodiment.

Die 1 und 2 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Antriebseinheit 1 umfasst einen Stator 2 und einen Rotor 4, der um eine Achse A drehbar ist. Der Stator 2 weist wenigstens ein elektrisch leitendes Statorelement 25 auf, das sich im Wesentlichen bezüglich der Achse A in Radialrichtung erstreckt. Der Rotor 4 weist wenigstens ein elektrisch leitendes Rotorelement 24 auf, das sich im Wesentlichen bezüglich der Achse A in Radialrichtung erstreckt.The 1 and 2 each show a perspective view of a drive unit 1 according to a first embodiment. The drive unit 1 includes a stator 2 and a rotor 4 which is rotatable about an axis A. The stator 2 has at least one electrically conductive stator element 25 which extends substantially with respect to the axis A in the radial direction. The rotor 4 has at least one electrically conductive rotor element 24 which extends substantially with respect to the axis A in the radial direction.

Die Antriebseinheit 1 kann ebenfalls, wie in den das erste Ausführungsbeispiel zeigenden 1 und 2 dargetan, einen Stator 2 mit mehreren Statorelementen 25 und/oder einen Rotor 4 mit mehreren Rotorelementen 24 aufweisen. Vorzugsweise ist die Anzahl an verwendeten Statorelementen 25 die gleiche wie die Anzahl an verwendeten Rotorelementen 24. In dem Ausführungsbeispiel weist der Stator 2 fünf Statorelemente und der Rotor 4 fünf Rotorelemente 24 auf.The drive unit 1 may also, as shown in the first embodiment 1 and 2 demonstrated a stator 2 with several stator elements 25 and / or a rotor 4 with several rotor elements 24 exhibit. Preferably, the number of stator elements used is 25 the same as the number of rotor elements used 24 , In the embodiment, the stator 2 five stator elements and the rotor 4 five rotor elements 24 on.

Die Antriebseinheit 1 umfasst ferner ein Luftführungselement 3, das sich im Wesentlichen entlang einer symmetrisch um die Achse A angeordneten Kreiszylindermantelfläche erstreckt. Das Luftführungselement 3 ist mit den Statorelementen 25 verbunden, wobei das Luftführungselement 3 und die Statorelemente 25 derart miteinander verbunden sind, dass ein elektrischer Strom zwischen dem Lüftungsführungselement 3 und den Statorelementen 25 fließen kann. Der Stator 2 und der Rotor 4 sind mit einer Welle verbunden. Die Statorelemente 25 und die Rotorelemente 24 sind entweder aus einem elektrisch leitfähigem Stoff oder Stoffgemisch gefertigt oder umfassen elektrische Leiter, so dass ein erster elektrischer Strom 6 durch die Statorelemente 25 und die Rotorelemente 24 fließen kann. Der erste Strom 6 ist vorzugsweise Gleichstrom.The drive unit 1 further comprises an air guide element 3 which extends substantially along a circular cylindrical surface arranged symmetrically about the axis A. The air guide element 3 is with the stator elements 25 connected, wherein the air guide element 3 and the stator elements 25 are connected to each other such that an electric current between the ventilation guide element 3 and the stator elements 25 can flow. The stator 2 and the rotor 4 are connected to a wave. The stator elements 25 and the rotor elements 24 are either made of an electrically conductive substance or mixture of substances or comprise electrical conductors, so that a first electric current 6 through the stator elements 25 and the rotor elements 24 can flow. The first stream 6 is preferably DC.

Der Rotor 4 und/oder der Stator 2 weisen vorzugsweise ein Kontaktelement 7 zum Übertragen von elektrischem Strom in eine Welle auf, wobei das Kontaktelement 7 vorzugsweise einen Schleifring und/oder eine Kontaktbürste und/oder einen Plasma-Kollektor-Ring umfasst. Durch diese Ausgestaltung kann der Strom 6 von dem Stator 2 in die Welle und von der Welle in den Rotor 4 fließen.The rotor 4 and / or the stator 2 preferably have a contact element 7 for transmitting electrical current to a shaft, wherein the contact element 7 preferably comprises a slip ring and / or a contact brush and / or a plasma collector ring. By this configuration, the power 6 from the stator 2 into the shaft and from the shaft into the rotor 4 flow.

Vorzugsweise weisen der Rotor 4 und/oder die Rotorelemente 24 ein Kontaktelement 8 zum Übertragen von elektrischem Strom in das Luftführungselement 3 auf, wobei vorzugsweise das Kontaktelement 8 einen Schleifring und/oder eine Kontaktbürste und/oder einen Plasma-Kollektor-Ring umfasst. Dadurch kann der erste Strom 6 von der Mitte des Rotors 4 durch die Rotorelemente 24 radial nach außen und in das elektrisch leitende Luftführungselement 3 fließen.Preferably, the rotor 4 and / or the rotor elements 24 a contact element 8th for transmitting electrical current into the air guide element 3 on, wherein preferably the contact element 8th a slip ring and / or a contact brush and / or a plasma collector ring comprises. This can be the first stream 6 from the middle of the rotor 4 through the rotor elements 24 radially outward and in the electrically conductive air guide element 3 flow.

Um das Luftführungselement 3 herum ist eine erste Spule 9 angeordnet, die einen elektrisch leitenden Draht oder einen supraleitenden Draht umfasst, der in Umfangsrichtung gewickelt ist. In den Draht der ersten Spule 9 kann ein zweiter Strom 10 fließen, der vorzugsweise Gleichstrom ist. Der Strom 10 fließt dabei vorzugsweise innerhalb der ersten Spule 9 in Umfangsrichtung. Fließt in der ersten Spule 9 der zweite Strom 10, so wird dadurch ein magnetisches Feld induziert, das innerhalb des Luftführungselements 3 im Wesentlichen parallel zur Achse A verläuft. Das Zusammenwirken des ersten Stroms 6 und das durch den zweiten Strom 10 induzierte Magnetfeld wirkt eine Lorenzkraft direkt auf die Rotorelemente 24, die eine Rotation 5 des Rotors 4 zur Folge hat.To the air guide element 3 around is a first coil 9 arranged, which comprises an electrically conductive wire or a superconducting wire which is wound in the circumferential direction. In the wire of the first coil 9 may be a second stream 10 flow, which is preferably DC. The current 10 flows preferably within the first coil 9 in the circumferential direction. Flows in the first coil 9 the second stream 10 , thereby inducing a magnetic field within the air guide element 3 is substantially parallel to the axis A. The interaction of the first stream 6 and that through the second stream 10 induced magnetic field acts a Lorenzkraft directly on the rotor elements 24 that a rotation 5 of the rotor 4 entails.

Die Rotorelemente 24 umfassen jeweils eine Umlenkeinrichtung zum Antreiben des die Antriebseinheit 1 umgebenden Fluids, vorzugsweise des im Inneren des Luftführungselements 3 befindlichen Fluids in einer zur Achse A parallelen Richtung. Die Umlenkeinrichtung wandelt die Rotationsbewegung des Rotors 4 in eine parallel zur Achse A verlaufenden Vorschubbewegung des die Antriebseinheit 1 umgebenden Fluids, vorzugsweise des im Inneren des Luftführungselements 3 befindlichen Fluids. Die Umlenkeinrichtung umfasst vorzugsweise zumindest eine erste Umlenkfläche, die bezüglich einer quer zur Achse A verlaufenden Ebene geneigt und/oder gekrümmt ist.The rotor elements 24 each comprise a deflection device for driving the drive unit 1 surrounding fluid, preferably of the interior of the air guide element 3 located fluid in a direction parallel to the axis A direction. The deflection device converts the rotational movement of the rotor 4 in a direction parallel to the axis A feed movement of the drive unit 1 surrounding fluid, preferably of the interior of the air guide element 3 located fluid. The deflection device preferably comprises at least one first deflection surface, which is inclined and / or curved relative to a plane extending transversely to the axis A.

Wird die Fließrichtung des den Rotor 4 durchströmenden ersten Stroms 6 umgekehrt, so wirkt auch die auf den Rotor 4 wirkende Kraft in die entgegengesetzte Richtung, so dass der Rotor 4 die umgekehrte Drehrichtung einend und somit der das die Antriebseinheit 1 umgebende Fluid in die entgegengesetzte Richtung angetrieben wird. Wird stattdessen die Fließrichtung des in der ersten Spule 9 fließenden zweiten Stroms 10 umgekehrt, so ist das durch den zweiten Strom 10 induzierte Magnetfeld ebenfalls umgekehrt, so dass ebenfalls die Drehrichtung des Rotors 4 und die Vorschubrichtung des die Antriebseinheit 1 umgebenden Fluids umgekehrt wird. Das Spulenelement 9 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass es den Rotor 4 und die Rotorelemente 24 mittig und konzentrisch umgibt. Der Rotor 4 und die Rotorelemente 24 sind demnach an der Stelle angeordnet, an welcher das durch das erste Spulenelement 9 induzierte Magnetfeld am größten ist und parallel zur Achse A verläuft.Will the flow direction of the rotor 4 flowing through the first stream 6 conversely, so does the rotor 4 acting force in the opposite direction, leaving the rotor 4 the reverse direction of rotation einend and thus that of the drive unit 1 surrounding fluid is driven in the opposite direction. Instead, the flow direction in the first coil 9 flowing second stream 10 conversely, that's the second stream 10 induced magnetic field also vice versa, so that also the direction of rotation of the rotor 4 and the feed direction of the drive unit 1 surrounding fluid is reversed. The coil element 9 is preferably arranged such that it is the rotor 4 and the rotor elements 24 concentric and concentric surrounds. The rotor 4 and the rotor elements 24 are therefore arranged at the point at which the through the first coil element 9 induced magnetic field is greatest and parallel to the axis A.

Die 3 und 4 zeigen eine Antriebseinheit 11 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Antriebseinheit 11 umfasst einen Stator 12 und einen Rotor 13. Der Stator 12 und der Rotor 13 sind jeweils um eine Achse A drehbar gelagert. Der Stator 12 umfasst wenigstens ein elektrisch leitendes Statorelement 26, das sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstreckt. Der Rotor 13 umfasst wenigstens ein elektrisch leitendes Rotorelement 27, das sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstreckt. Die Antriebseinheit 12 kann auch mehrere Statorelemente 26 und mehrere Rotorelemente 27 aufweisen, wobei vorzugsweise die Anzahl an Statorelementen 26 der Anzahl an Rotorelementen 27 entspricht. In dem konkreten Ausführungsbeispiel weist die Antriebseinheit 11 einen Stator 12 mit fünf Statorelementen 26 und einen Rotor 13 mit fünf Rotorelementen 27 auf.The 3 and 4 show a drive unit 11 according to a second embodiment. The drive unit 11 includes a stator 12 and a rotor 13 , The stator 12 and the rotor 13 are each rotatably mounted about an axis A. The stator 12 comprises at least one electrically conductive stator element 26 which extends substantially in the radial direction. The rotor 13 comprises at least one electrically conductive rotor element 27 which extends substantially in the radial direction. The drive unit 12 can also have several stator elements 26 and a plurality of rotor elements 27 preferably, the number of stator elements 26 the number of rotor elements 27 equivalent. In the specific embodiment, the drive unit 11 a stator 12 with five stator elements 26 and a rotor 13 with five rotor elements 27 on.

Die Antriebseinheit 11 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst ein Luftführungselement 14, das sich im Wesentlichen entlang einer symmetrisch um die Achse A angeordneten Kreiszylindermantelfläche erstreckt. Das Luftführungselement 14 umfasst ein Kontaktelement 15 zum Übertragen von elektrischem Strom von dem Stator 12 in das Luftführungselement 14. Das Kontaktelement 15 umfasst vorzugsweise einen Schleifring und/oder eine Kontaktbürste und/oder einen Plasma-Kollektor-Ring.The drive unit 11 according to the second embodiment comprises an air guide element 14 which extends substantially along a circular cylindrical surface arranged symmetrically about the axis A. The air guide element 14 includes a contact element 15 for transmitting electric power from the stator 12 in the air guide element 14 , The contact element 15 preferably comprises a slip ring and / or a contact brush and / or a plasma collector ring.

Ferner umfasst der Rotor 13 ein Kontaktelement 16 zum Übertragen von elektrischem Strom von dem Rotor 13 in das Luftführungselement 14. Das Kontaktelement 16 umfasst vorzugsweise einen Schleifring- und/oder eine Kontaktbürste und/oder einen Plasma-Kollektor-Ring.Furthermore, the rotor comprises 13 a contact element 16 for transmitting electrical power from the rotor 13 in the air guide element 14 , The contact element 16 preferably comprises a slip ring and / or a contact brush and / or a plasma collector ring.

Die Rotorelemente 27 weisen eine erste Umlenkeinrichtung auf, die zum Antreiben des die Antriebseinheit 11 umgebenden Fluids in einer zur Achse A parallelen Richtung dient. Im Gegensatz zu der Ausgestaltung nach dem ersten Ausführungsbeispiel dient der Stator 12 ebenfalls zum Antreiben des die Antriebseinheit 11 umgebenden Fluids. Dies wird dadurch erreicht, dass der Stator 12 drehbar gelagert wird und die Statorelemente 26 eine zweite Umlenkeinrichtung umfassen, die zum Antreiben des die Antriebseinheit 11 umgebenden Fluids, vorzugsweise des im Inneren des Luftführungselements 14 befindliches Fluids in einer zur Achse A parallelen Richtung dient. Vorzugsweise umfasst die zweite Umlenkeinrichtung zumindest eine zweite Umlenkfläche, die bezüglich einer quer zur Achse A verlaufenden Ebene geneigt und/oder gekrümmt ist.The rotor elements 27 have a first deflection, which is used to drive the drive unit 11 surrounding fluid in a direction parallel to the axis A direction. In contrast to the embodiment according to the first embodiment, the stator is used 12 also for driving the drive unit 11 surrounding fluid. This is achieved by the fact that the stator 12 is rotatably mounted and the stator elements 26 a second deflection device, which is used to drive the drive unit 11 surrounding fluid, preferably of the interior of the air guide element 14 located fluid in a direction parallel to the axis A direction. The second deflection device preferably comprises at least one second deflection surface, which is inclined and / or curved with respect to a plane extending transversely to the axis A.

Um das Luftführungselement 14 herum ist eine erste Spule 20 angeordnet, die einen elektrisch leitenden Draht oder einen supraleitenden Draht umfasst, der in Umfangsrichtung gewickelt ist. In dem Draht der ersten Spule 20 kann ein zweiter Strom 22 fließen, der vorzugsweise Gleichstrom ist. Der zweite Strom 22 fließt dabei vorzugsweise innerhalb der ersten Spule 20 in Umfangsrichtung. Fließt in der ersten Spule 20 der zweite Strom 22, so wird dadurch ein magnetisches Feld induziert, das innerhalb des Luftführungselements 14 im Wesentlichen parallel zur Achse A verläuft. Das Zusammenwirken des ersten Stroms 17 und des durch den zweiten Strom 22 induzierte Magnetfeld wirkt eine Lorenzkraft direkt auf die Rotorelemente 27, die eine Rotation 24 des Rotors 13 zur Folge hat.To the air guide element 14 around is a first coil 20 arranged, which comprises an electrically conductive wire or a superconducting wire which is wound in the circumferential direction. In the wire of the first coil 20 may be a second stream 22 flow, which is preferably DC. The second stream 22 flows preferably within the first coil 20 in the circumferential direction. Flows in the first coil 20 the second stream 22 , thereby inducing a magnetic field within the air guide element 14 is substantially parallel to the axis A. The interaction of the first stream 17 and by the second stream 22 induced magnetic field acts a Lorenzkraft directly on the rotor elements 27 that a rotation 24 of the rotor 13 entails.

Die Antriebseinheit 11 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst ferner ein zweites Spulenelement 19 zum Erzeugen eines Magnetfelds. Das zweite Spulenelement 19 erstreckt sich entlang einer symmetrisch um die Achse A angeordneten Kreiszylindermantelfläche. Das zweite Spulenelement 19 umgibt das Luftführungselement 13 zumindest abschnittsweise. Das zweite Spulenelement 19 weist in Axialrichtung eine Länge auf, die in Umfangsrichtung des zweiten Spulenelements annähernd konstant ist. Das zweite Spulenelement 19 umgibt den Stator 12 und die Statorelemente 26 konzentrisch und entlang seiner Mitte. Das zweite Spulenelement 19 umfasst einen in Umfangrichtung gewickelten Draht, der vorzugsweise aus einem supraleitende Eigenschaften aufweisenden Stoff oder Stoffgemisch gefertigt ist.The drive unit 11 According to the second embodiment further comprises a second coil element 19 for generating a magnetic field. The second coil element 19 extends along a circular cylindrical surface arranged symmetrically about the axis A. The second coil element 19 surrounds the air guide element 13 at least in sections. The second coil element 19 has a length in the axial direction, which is approximately constant in the circumferential direction of the second coil element. The second coil element 19 surrounds the stator 12 and the stator elements 26 concentric and along its center. The second coil element 19 comprises a wire wound in the circumferential direction, which is preferably made of a superconducting properties substance or mixture.

Gemäß der in den 3 und 4 wiedergegebenen Ausführungsform ist der Stator 12 ebenso wie der Rotor 13 drehbar gelagert. Somit kann der Stator 12 und der Rotor 13 in eine Drehbewegung 23 bzw. 24 versetzt werden, so dass sowohl der Stator 12 mit seinen mit einer zweiten Umlenkeinrichtung versehenen Statorelementen 26 und der Rotor 13 mit seinen mit einer ersten Umlenkeinrichtung versehenen Rotorelementen 13 für einen Antrieb des die Antriebeinheit 11 umgebenden Fluids, vorzugsweise des im Inneren des Luftführungselements 14 befindlichen Fluids in einer zur Achse A parallelen Richtung dienen. Vorzugsweise dreht sich der Stator 12 in einer gegenüber der Drehrichtung des Rotors 13 entgegengesetzten Richtung. Die Statorelemente 26 und die Rotorelemente 27 sind aus einem elektrisch leitenden Stoff oder Stoffgemisch gefertigt und/oder umfassen einen elektrischen Leiter.According to the in the 3 and 4 reproduced embodiment is the stator 12 as well as the rotor 13 rotatably mounted. Thus, the stator 12 and the rotor 13 in a rotary motion 23 respectively. 24 be offset so that both the stator 12 with its stator elements provided with a second deflection device 26 and the rotor 13 with its rotor elements provided with a first deflection device 13 for a drive of the drive unit 11 surrounding fluid, preferably of the interior of the air guide element 14 located fluid in a direction parallel to the axis A direction. Preferably, the stator rotates 12 in a relation to the direction of rotation of the rotor 13 opposite direction. The stator elements 26 and the rotor elements 27 are made of an electrically conductive substance or mixture of substances and / or comprise an electrical conductor.

Die Anordnung der Antriebseinheit 11 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ermöglicht es, dass der erste Strom 17 von dem Luftführungselement 14 durch das Kontaktelement 15 in den Stator 12 fließt. Innerhalb des Stators 12 fließt der erste Strom 17 durch die Statorelemente 26 radial nach innen zu dem Kontaktelement 18. Dort fließt der erste Strom 17 über eine Welle und ein weiteres Kontaktelement in den Rotor 13. Der erste Strom 17 fließt innerhalb des Rotors 13 durch die Rotorelemente 27 radial nach außen, um über das Kontaktelement 16 wieder in das Luftführungselement 14 zu fließen.The arrangement of the drive unit 11 According to the second embodiment allows the first stream 17 from the air guide element 14 through the contact element 15 in the stator 12 flows. Inside the stator 12 the first current flows 17 through the stator elements 26 radially inward to the contact element 18 , There the first stream flows 17 via a shaft and another contact element in the rotor 13 , The first stream 17 flows inside the rotor 13 through the rotor elements 27 radially outward to over the contact element 16 again in the air guide element 14 to flow.

Das erste Spulenelement 20 und das zweite Spulenelement 19 sind um das Luftführungselement 14 herum angeordnet. Das erste Spulenelement 20 und das zweite Spulenelement 19 sind jeweils aus einem in Umfangsrichtung gewickelten Draht gebildet, der einen elektrischen Leiter umfasst. Vorzugsweise kann der Draht aus einem Stoff oder Stoffgemisch bestehen, der oder das supraleitende Eigenschaften aufweist.The first coil element 20 and the second coil element 19 are around the air guide element 14 arranged around. The first coil element 20 and the second coil element 19 are each formed of a circumferentially wound wire comprising an electrical conductor. Preferably, the wire may consist of a substance or mixture of substances which has superconducting properties.

Das erste Spulenelement 20 umgibt den Stator 12 und die Statorelemente 26 mittig und konzentrisch. Das zweite Spulenelement 19 umgibt den Rotor 13 und die Rotorelemente 27 mittig und konzentrisch. Dies bedeutet, dass der Mittelpunkt des ersten Spulenelements 20 und der Mittelpunkt des Stators 12 annähernd übereinander liegen und der Mittelpunkt des zweiten Spulenelements 19 sowie der Mittelpunkt des Rotors 13 ebenfalls annähernd übereinander liegen. Durch das erste Spulenelement 20 fließt ein zweiter Strom 22 in Umfangsrichtung, der vorzugsweise ein Gleichstrom ist. Durch das zweite Spulenelement 19 fließt ein dritter Strom 21, der vorzugsweise ein Gleichstrom ist. Das erste Spulenelement 20 und das zweite Spulenelement 19 induzieren ein Magnetfeld, das jeweils innerhalb des Luftführungselements 14 im Wesentlichen parallel zur Achse A verläuft.The first coil element 20 surrounds the stator 12 and the stator elements 26 centered and concentric. The second coil element 19 surrounds the rotor 13 and the rotor elements 27 centered and concentric. This means that the center of the first coil element 20 and the center of the stator 12 approximately over each other and the center of the second coil element 19 as well as the center of the rotor 13 also approximately on top of each other. Through the first coil element 20 a second current flows 22 in the circumferential direction, which is preferably a direct current. Through the second coil element 19 a third current flows 21 , which is preferably a direct current. The first coil element 20 and the second coil element 19 induce a magnetic field, each within the air guide element 14 is substantially parallel to the axis A.

Durch das Zusammenwirken des ersten Stroms 17 und des durch den dritten Strom 21 induzierten Magnetfelds wirkt eine Lorenzkraft direkt auf die Statorelemente 26 des Stators 12 und bewirkt eine Rotation des Stators 12 in die Richtung 23. Das Zusammenwirken des ersten Stroms 17 und des durch den zweiten Strom 22 induzierte Magnetfeld wird eine Lorenzkraft direkt auf die Rotorelemente 27 des Rotors 13 ausgeübt, so dass der Rotor 13 eine Drehbewegung 24 annimmt.Through the interaction of the first stream 17 and by the third stream 21 induced magnetic field acts a Lorenzkraft directly on the stator elements 26 of the stator 12 and causes a rotation of the stator 12 in the direction 23 , The interaction of the first stream 17 and by the second stream 22 induced magnetic field is a Lorenz force directly on the rotor elements 27 of the rotor 13 exercised, so that the rotor 13 a rotary motion 24 accepts.

Mittels der ersten Umlenkeinrichtungen und der zweiten Umlenkeinrichtungen kann das die Antriebseinheit 11 umgebende Fluid, vorzugsweise das innerhalb des Luftführungselements 14 befindliche Fluid in einer Achse A parallelen Richtung angetrieben werden. Durch die Umkehr der Fließrichtung des ersten Stroms 17 kann die Drehrichtung 23 des Stators 12 und die Drehrichtung 24 des Rotors 13 umgekehrt werden. Durch das Umkehren der Fließrichtung des zweiten Stroms 22 kann eine Umkehrung der Drehrichtung 24 des Rotors 13 erreicht werden.By means of the first deflection means and the second deflection means, the drive unit 11 surrounding fluid, preferably within the air guide element 14 be driven fluid in an axis A parallel direction. By reversing the flow direction of the first stream 17 can the direction of rotation 23 of the stator 12 and the direction of rotation 24 of the rotor 13 be reversed. By reversing the flow direction of the second stream 22 can be a reversal of the direction of rotation 24 of the rotor 13 be achieved.

Durch das Umkehren der Fließrichtung des dritten Stroms 24 kann eine Umkehrung der Drehrichtung 23 des Stators 12 erreicht werden.By reversing the flow direction of the third stream 24 can be a reversal of the direction of rotation 23 of the stator 12 be achieved.

Eine Antriebseinheit 1 nach dem in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel kann als ein mit einer Luftführung versehener Fan 1 bezeichnet werden, der zwei Gruppen von Flügeln 24, 25 aufweist. Die erste Gruppe von Flügeln 25, beziehungsweise Schaufeln 25 bildet den Stator 2 und ist mit einem inneren Deckband 3 verbunden, um als Befestigungspunkt für die zweite Gruppe von Flügeln oder Schaufeln 24 zu dienen. Die zweite Gruppe wird als Rotor oder Fan 4 bezeichnet. Der Rotor oder Fan 4 ist geeignet, in der Azimutrichtung 5 zu rotieren.A drive unit 1 after that in the 1 and 2 illustrated first embodiment may as a provided with an air guide fan 1 be designated, the two groups of wings 24 . 25 having. The first group of wings 25 , or blades 25 forms the stator 2 and is with an inner shroud 3 connected to as an attachment point for the second group of wings or blades 24 to serve. The second group is called a rotor or fan 4 designated. The rotor or fan 4 is suitable in the azimuth direction 5 to rotate.

Sowohl die Flügel 25 des Stators 2 als auch die Flügel 24 des Fans 4 sind aus elektrisch leitendem Material gefertigt oder umfassen elektrische Leiter, die in den Flügeln 24, 25 eingebettet sind, so dass durch die Flügel 24, 25 Gleichstrom von dem inneren Deckband 3 durch den Stator 2 in eine radial nach innen gerichtete Richtung fließen kann. Der Gleichstrom wird im Folgenden Fanstrom 6 genannt.Both the wings 25 of the stator 2 as well as the wings 24 the fan 4 are made of electrically conductive material or include electrical conductors that are in the wings 24 . 25 are embedded, so through the wings 24 . 25 DC from the inner shroud 3 through the stator 2 can flow in a radially inward direction. The direct current becomes fan current in the following 6 called.

Der Stator 2 und der Fan 4 sind mit der an der Rotationsachse angeordneten Welle über einen Schleifring, eine Kontaktbürste oder einen Plasma-Kollektor-Ring 7 verbunden. Der Fanstrom 6 kann durch den Schleifring, die Kontaktbürste oder den Plasma-Kollektor-Ring 7 in Axialrichtung in den Fan 4 fließen. Der Fanstrom 6 fließt von der Mitte des Fan 4 in eine nach Außen gerichtete radial Richtung und in das in der innere Deckband 3 über einen weiteren Schleifring, eine weitere Kontaktbürste oder einen weiteren Plasma-Kollektor-Ring 8.The stator 2 and the fan 4 are arranged with the arranged on the axis of rotation shaft via a slip ring, a contact brush or a plasma collector ring 7 connected. The fan current 6 can through the slip ring, the contact brush or the plasma collector ring 7 in the axial direction in the fan 4 flow. The fan current 6 flows from the middle of the fan 4 in an outward radial direction and in the inner shroud 3 via another slip ring, another contact brush or another plasma collector ring 8th ,

Oberhalb des inneren Deckbands 3, ist eine aus einem normalen Leiter oder einem Supraleiter gefertigte Spule 9 angeordnet, die radial und axial über den Mittelpunkt des Fan 4 zentriert ist. Die Spule 9 ist in Azimutrichtung in Form eines Rings gewunden und Gleichstrom, der hier Spulenstrom 10 genannt ist, fließt durch die Spule 9 in Azimutrichtung. Der Spulenstrom 10 induziert ein Magnetfeld im Inneren des inneren Abdeckbands 3. Das Magnetfeld verläuft parallel zu der Rotationsachse A des Fan 4. Das Zusammenwirken des Fanstroms 6 und des magnetischen Felds, das durch den Spulenstrom 10 induziert wird, produziert eine Lorentzkraft, die direkt auf die Flügel 24 des Fan 4 wirkt, wodurch eine Rotation in Azimutrichtung 5 verursacht wird. Die Rotation des Fan 4 erzeugt Vorschub. Die Fließrichtung des Fanstroms 6 kann auch umgekehrt werden, so dass der Fan 4 in die entgegengesetzte Richtung dreht und ein Vorschub in umgekehrter Richtung erzeugt werden kann.Above the inner shroud 3 , is a coil made of a normal conductor or superconductor 9 arranged radially and axially beyond the center of the fan 4 is centered. The sink 9 is wound in the azimuth in the form of a ring and direct current, the coil current here 10 is called, flows through the coil 9 in azimuth direction. The coil current 10 induces a magnetic field inside the inner cover band 3 , The magnetic field is parallel to the axis of rotation A of the fan 4 , The interaction of the fan current 6 and the magnetic field passing through the coil current 10 induces a Lorentz force directly on the wings 24 the fan 4 acts, creating a rotation in azimuth direction 5 is caused. The rotation of the fan 4 generates feed. The flow direction of the fan current 6 can also be reversed, so the fan 4 rotates in the opposite direction and a feed can be generated in the opposite direction.

Die in den 3 und 4 dargestellte Ausführungsform der Antriebseinheit 11 ist beispielsweise als gegenläufig drehende mit einer Luftführung versehene Fan 11 ausgebildet, der ebenfalls zwei Gruppen von Flügeln 26, 27 aufweist. Die Flügel 26, 27 können ebenfalls als Schaufeln 26, 27 bezeichnet werden. Die erste Gruppe von Flügeln 26 bildet einen hinteren Fan 12 und die zweite Gruppe von Flügeln 27 bildet einen vorderen Fan 13. Sowohl der hintere Fan 12 als auch der vordere Fan 13 sind um die Achse A drehbar gelagert.The in the 3 and 4 illustrated embodiment of the drive unit 11 is, for example, as a counter-rotating fan provided with an air guide 11 formed, which also has two groups of wings 26 . 27 having. The wings 26 . 27 can also be used as shovels 26 . 27 be designated. The first group of wings 26 forms a back fan 12 and the second group of wings 27 forms a front fan 13 , Both the rear fan 12 as well as the front fan 13 are rotatably mounted about the axis A.

Sowohl die Flügel 26 des hinteren Fan 12 als auch die Flügel 27 des vorderen Fan 13 sind aus elektrisch leitendem Material gefertigt oder weisen elektrische Leiter auf, die in diese eingebettet sind.Both the wings 26 the rear fan 12 as well as the wings 27 the front fan 13 are made of electrically conductive material or have electrical conductors embedded in them.

Das innere Deckband 14 ist über einen hinteren Schleifring, eine hintere Kontaktbürste oder einen hinteren Plasma-Kollektor-Ring 15 mit dem hinteren Fan 12 verbunden. Das innere Deckblatt 14 ist ebenfalls über einen vorderen Schleifring, eine vordere Kontaktbürste oder einen vorderen Plasma-Kollektor-Ring 16 mit dem vorderen Fan 12 verbunden. Dadurch kann Gleichstrom, hier als Fanstrom 17 bezeichnet, von dem inneren Deckband 14 durch den hinteren Schleifring, die hintere Kontaktbürste oder den hinteren Plasma-Kollektor-Ring 15 in den hinteren Fan 12 und zu dessen Mitte in Radialrichtung fließen.The inner shroud 14 is via a rear slip ring, a rear contact brush or a rear plasma collector ring 15 with the rear fan 12 connected. The inner cover sheet 14 is also via a front slip ring, a front contact brush or a front plasma collector ring 16 with the front fan 12 connected. This allows DC, here as a fan current 17 referred to, from the inner shroud 14 through the rear slip ring, the rear contact brush or the rear plasma collector ring 15 in the back fan 12 and to the middle of which flow in the radial direction.

Der hintere Fan 12 und der vordere Fan 13 sind über einen zentralen Schleifring, eine zentrale Kontaktbürste oder einen zentralen Plasma-Kollektor-Ring 18, durch welche hindurch der Fanstrom 17 weiterhin in Axialrichtung in den vorderen Fan 13 fließen kann, an der gemeinsamen Rotationsachse elektrisch miteinander verbunden. Der Fanstrom 17 fließt von der Mitte des vorderen Fan 13 in einer nach außen gerichteten radialen Richtung und über den vorderen Schleifring, die vordere Kontaktbürste oder den vorderen Plasma-Kollektor-Ring 16 in das innere Deckband 14.The rear fan 12 and the front fan 13 are via a central slip ring, a central contact brush or a central plasma collector ring 18 through which the fan current passes 17 continue in the axial direction in the front fan 13 can flow, electrically connected to each other at the common axis of rotation. The fan current 17 flows from the middle of the front fan 13 in an outward radial direction and via the front slip ring, the front contact brush or the front plasma collector ring 16 in the inner shroud 14 ,

Auf dem inneren Deckband sind die hintere Spule 19 und die vordere Spule 20 angeordnet und werden respektive axial und radial um den Mittelpunkt des hinteren Fan 12 und den Mittelpunkt des vorderen Fan 13 zentriert. Die hintere Spule 19 und die vordere Spule 20 sind in Azimutrichtung gewickelt, und zwar in Form eines Rings.On the inner shroud are the back coil 19 and the front coil 20 are arranged and respectively axially and radially around the center of the rear fan 12 and the center of the front fan 13 centered. The back coil 19 and the front coil 20 are wound in the azimuth direction, in the form of a ring.

Gleichstrom, im Folgenden hinterer Spulenstrom 21 genannt, fließt durch die hintere Spule 19 ebenfalls in Azimutrichtung. Ein weiterer Gleichstrom, im Folgenden vorderer Spulenstrom 22 genannt, fließt durch die vordere Spule 20. Die hintere Spule 21 induziert ein Magnetfeld im Inneren des Deckbands 14, wobei das Magnetfeld parallel zur Rotationsachse A des hinteren Fan 12 verläuft. Der vordere Spulenstrom 22 induziert ein Magnetfeld im Inneren des inneren Deckbands 14, wobei das Magnetfeld parallel zu der Rotationsachse A der vorderen Fan 13 verläuft.DC, hereinafter the rear coil current 21 called, flows through the rear coil 19 also in azimuth direction. Another direct current, in the following front coil current 22 called, flows through the front coil 20 , The back coil 21 induces a magnetic field inside the shroud 14 , wherein the magnetic field is parallel to the axis of rotation A of the rear fan 12 runs. The front coil current 22 induces a magnetic field inside the inner shroud 14 , wherein the magnetic field parallel to the axis of rotation A of the front fan 13 runs.

Das Zusammenwirken des Fanstroms 17 und des magnetischen Felds, das durch den hinteren Spulenstrom 21 induziert wird, produziert eine Lorentzkraft, die direkt auf die Flügel 26 des hinteren Fan 12 wirkt, wodurch der hintere Fan 12 eine Rotation 23 in Azimutrichtung durchführt. Das Zusammenwirken zwischen dem Fanstrom 17 und dem magnetischen Feld, das durch den vorderen Spulenstrom 22 induziert wird, produziert eine Lorentzkraft, die direkt auf die Flügel 26 des vorderen Fan 12 wirkt, wodurch der vordere Fan 12 eine Rotation in Azimutrichtung 24 durchführt. Die Rotation des hinteren Fan 12 und des vorderen Fan 13 erzeugen einen Vorschub.The interaction of the fan current 17 and the magnetic field passing through the back coil current 21 induces a Lorentz force directly on the wings 26 the rear fan 12 acts, causing the rear fan 12 a rotation 23 in the azimuth direction. The interaction between the fan current 17 and the magnetic field passing through the front coil current 22 induces a Lorentz force directly on the wings 26 the front fan 12 acts, causing the front fan 12 a rotation in azimuth direction 24 performs. The rotation of the rear fan 12 and the front fan 13 generate a feed.

Die Fließrichtung des Fanstroms 17 kann ebenfalls umgekehrt werden, so dass die Rotationsrichtung des hinteren Fan 12 und des vorderen Fan 13 umgekehrt wird, so dass Vorschub in umgekehrter Richtung erzeugt werden kann. Fließt der hintere Spulenstrom 21 und der vordere Spulenstrom 22 in derselben Azimutrichtung, dann ist die Rotationsrichtung 24 des hinteren Fan 13 zur Rotationsrichtung 23 des vorderen Fan 12 entgegengesetzt. Fließen der hintere Spulenstrom 21 und der vordere Spulenstrom 22 in eine entgegengesetzte Azimutrichtung, dann rotiert der vordere Fan 13 und der hintere Fan 12 in dieselbe Azimutrichtung.The flow direction of the fan current 17 can also be reversed so that the direction of rotation of the rear fan 12 and the front fan 13 is reversed, so that feed can be generated in the reverse direction. The rear coil current flows 21 and the front coil current 22 in the same azimuth direction, then the direction of rotation 24 the rear fan 13 to the direction of rotation 23 the front fan 12 opposed. Flow the rear coil current 21 and the front coil current 22 in an opposite azimuth direction, then the front fan rotates 13 and the rear fan 12 in the same azimuth direction.

Die Antriebseinheit 1, 11 zeichnet sich durch ein erhöhtes Leistungsgewicht aus. Das heißt, dass das Verhältnis von der durch die Antriebseinheit erbrachten Leistung zu dem Gewicht der Antriebseinheit 1, 11 gegenüber herkömmlichen Antriebseinheiten erhöht ist. Die Antriebseinheit 1, 11 zeichnet sich ebenfalls durch ein erhöhtes Drehmomentgewicht aus. Das heißt, dass das Verhältnis von dem durch die Antriebseinheit 1, 11 erzeugtem Drehmoment zu dem Gewicht der Antriebseinheit 1, 11 gegenüber herkömmlichen Antriebseinheiten erhöht ist. Die Erhöhung des Leistungsgewichts und des Drehmomentgewichts wird dadurch erreicht, dass bei der Antriebseinheit 1, 11 auf die Verwendung von Eisen verzichtet werden kann. Weiterhin wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass die Bauteile, die einen durch die Antriebseinheit 1, 11 fließenden elektrischen Strom in eine Rotationsbewegung umwandeln, nämlich der Rotor 4, 13 und vorzugsweise der Stator 12, zugleich zum Antreiben des Fluids dienen. Somit kann auch den Gebrauch einer Welle zur Übertragung der Drehenergie in beispielsweise einem Propeller und gegebenenfalls auf die Verwendung eines Getriebes verzichtet werden. Die mechanische Komplexität wird somit bei der Antriebseinheit 1, 11 erheblich reduziert. Ebenso ermöglicht die Antriebseinheit 1, 11, dass der Antrieb des Fluids mittels zweier in entgegengesetzter Richtung drehender Bauteile erzielt werden kann.The drive unit 1 . 11 is characterized by an increased power to weight ratio. That is, the ratio of the power provided by the drive unit to the weight of the drive unit 1 . 11 is increased compared to conventional drive units. The drive unit 1 . 11 is also characterized by an increased torque weight. That is, the ratio of that through the drive unit 1 . 11 generated torque to the weight of the drive unit 1 . 11 is increased compared to conventional drive units. The increase in the power weight and the torque weight is achieved in that the drive unit 1 . 11 can be dispensed with the use of iron. Furthermore, this object is achieved in that the components, the one by the drive unit 1 . 11 convert flowing electrical current into a rotational movement, namely the rotor 4 . 13 and preferably the stator 12 , at the same time serve to drive the fluid. Thus, the use of a shaft for transmitting the rotational energy in, for example, a propeller and possibly the use of a transmission can be dispensed with. The mechanical complexity is thus in the drive unit 1 . 11 considerably reduced. Likewise, the drive unit allows 1 . 11 in that the drive of the fluid can be achieved by means of two components rotating in the opposite direction.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 8128019 B2 [0002]
EP 2196392 A2 [0002]

Claims

A drive unit comprising: a stator ( 2 ; 12 ); a rotor ( 4 ; 13 ) which is rotatable about an axis (A); where the stator ( 2 ; 12 ) at least one electrically conductive stator element ( 25 ; 26 ) which extends substantially in the radial direction, wherein the rotor ( 4 ; 13 ) at least one electrically conductive rotor element ( 24 ; 27 ) which extends substantially in the radial direction, wherein the rotor element ( 24 ; 27 ) a first deflection device for driving the drive unit ( 1 ; 11 ) surrounding fluid in a direction parallel to the axis (A) direction.

Drive unit according to claim 1, characterized in that the drive unit ( 1 ; 11 ) is a homopolar engine.

Drive unit according to claim 1 or 2, characterized in that the first deflection device has at least one first deflection surface which is inclined and / or curved relative to a plane extending transversely to the axis (A).

Drive unit according to one of claims 1 to 3, characterized by an air guide element ( 3 ; 14 ), which extends substantially along a circular cylinder jacket surface arranged symmetrically about the axis (A) and which is preferably connected to the stator element (FIG. 25 ; 26 ) connected is.

Drive unit according to claim 4, characterized in that the air guide element ( 3 ; 14 ) is electrically conductive and the rotor ( 4 ; 13 ) a contact element ( 8th ; 16 ) for transmitting electrical current into the air guiding element ( 3 ; 14 ), wherein preferably the contact element ( 8th ; 16 ) comprises a slip ring and / or a contact brush and / or a plasma collector ring.

Drive unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotor ( 4 ; 13 ) a first coil element ( 9 ; 20 ), which extends substantially along a circular cylinder jacket surface arranged symmetrically about the axis (A), for generating a magnetic field, wherein preferably the first coil element (FIG. 9 ; 20 ) the air guide element ( 3 ; 14 ) at least partially surrounds.

Drive unit according to claim 6, characterized in that the first coil element ( 9 ; 20 ) has a length in the axial direction, which in the circumferential direction of the first coil element ( 9 ; 20 ) is approximately constant, wherein preferably the first coil element ( 9 ; 20 ) with respect to the axial direction approximately along its center, the rotor element ( 4 ; 13 ) surrounds.

Drive unit according to claim 6 or 7, characterized in that the first coil element ( 9 ; 20 ) comprises a circumferentially wound wire, which is preferably made of a superconducting properties having substance or mixture.

Drive unit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the rotor ( 4 ; 13 ) and / or the stator ( 2 ; 12 ) a contact element ( 7 ; 18 ) for transmitting electrical current into a shaft, wherein preferably the contact element ( 7 ; 18 ) comprises a slip ring and / or a contact brush and / or a plasma collector ring.

Drive unit according to one of claims 1 to 9, characterized in that the stator element ( 25 ; 26 ) is mounted rotatably about the axis (A) and a second deflection device for driving the drive unit ( 1 ; 11 ) surrounding fluid in a direction parallel to the axis (A) direction.

Drive unit according to claim 10, characterized in that the second deflection device has at least one second deflection surface which is inclined and / or curved relative to a plane extending transversely to the axis (A).

Drive unit according to claim 10 or 11, characterized in that the stator ( 12 ) a second coil element ( 19 ), which extends substantially along a circular cylindrical surface arranged symmetrically about the axis (A) and serves to generate a magnetic field, wherein the second coil element ( 19 ) the air guide element ( 13 ) surrounds at least in sections and wherein preferably the second coil element ( 19 ) has a length in the axial direction, which in the circumferential direction of the second coil element ( 19 ) is approximately constant, wherein furthermore preferably the second coil element ( 19 ) with respect to the axial direction approximately along its center, the stator element ( 26 ) surrounds.

Drive unit according to claim 12, characterized in that the second coil element ( 19 ) comprises a circumferentially wound wire, which is preferably made of a superconducting properties having substance or mixture.

An engine for an aircraft, comprising a drive unit ( 1 ; 11 ) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the rotor ( 4 ; 13 ) as a fan and the rotor elements ( 24 ; 27 ) are formed as blades, wherein the deflection device is formed by the blade and wherein the bucket is adapted to drive air in a direction parallel to the axis (A) to produce a feed.

An aircraft comprising at least one engine according to claim 14, characterized in that the engine is used to generate the propelling the aircraft.