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Die Erfindung betrifft einen Antrieb basierend auf einem Elektromotorkonzept zum Antreiben eines Doppelpropellers, insbesondere eines gegenläufigen Doppelpropellers.
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In der Luftfahrt werden zum Antreiben des Luftfahrzeugs häufig Doppelpropellerantriebe eingesetzt, die im Wesentlichen zwei in Richtung der Rotationsachse gesehen hintereinander angeordnete Einzelpropeller sowie den entsprechend benötigten Motor und weitere Komponenten zum Antreiben der Propeller aufweisen, bspw. Getriebe sowie Wellen zum Übertragen der vom Motor erbrachten Leistung auf die Einzelpropeller. Die Einzelpropeller werden in der Regel insbesondere wegen der vorteilhaften Auswirkung auf das Gesamtdrehmoment der Anordnung aufgrund der Rotationen der Propeller gegenläufig betrieben, d.h. im Betrieb der Anordnung rotiert einer der Propeller im Uhrzeigersinn, während gleichzeitig der andere Propeller gegen den Uhrzeigersinn rotiert. Neben dem im Idealfall kompensierten Drehmoment liegen weitere Vorteile des Betriebs zweier gegenläufig rotierender Propeller liegen in einem verbesserten Luftströmungsverhalten und einem erhöhten Wirkungsgrad. Desweiteren wird die Verwendung kleinerer Propellerscheiben bzw. Propellerdurchmesser möglich, was sich ebenfalls positiv auf den Wirkungsgrad niederschlägt. Derartige Antriebssysteme werden in erster Linie im Schiffbau sowie für die Luftfahrt eingesetzt.
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Grundsätzlich ist es insbesondere in der Luftfahrt von besonderem Interesse, dass das Antriebsystem eine hohe Leistungsdichte aufweist, welche die von der Maschine erbringbare Leistung ins Verhältnis zu ihrem Gewicht setzt und in der Regel in kW/kg angegeben wird. Die Leistungsdichte kann offenbar durch eine Erhöhung der erbringbaren Leistung der elektrischen Maschine und/oder durch eine Reduzierung des Gewichts der Maschine erhöht werden. Insbesondere für die oben eingeführten gegenläufigen Doppelpropellerantriebe stellt sich heraus, dass sie aufgrund ihrer Komplexität und der benötigten Komponenten ein hohes Gewicht aufweisen, was sich negativ auf die Leistungsdichte niederschlägt. Desweiteren sind aktuelle Antriebe für gegenläufige Doppelpropeller sehr wartungsintensiv.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antrieb für einen Doppelpropeller der eingangs genannten Art mit gegenläufig rotierbaren Einzelpropellern vorzuschlagen, der eine erhöhte Leistungsdichte aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene Antriebssystem gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Das Antriebssystem zum Antreiben von wahlweise gegenläufig um eine gemeinsame Rotationsachse R rotierbaren Einzelpropellern eines Doppelpropellers weist einen gemeinsamen Stator auf mit einer ersten und einer zweiten jeweils im Wesentlichen kreisringförmigen Spulenanordnung. Dabei sind die Spulenanordnugen insbesondere in einem gemeinsamen Statorgehäuse des gemeinsamen Stators untergebracht. Jede der Spulenanordnungen umfasst eine Vielzahl von Spulen, die entlang eines Umfangs der jeweiligen Spulenanordnung angeordnet sind. Die Spulenanordnungen sind koaxial zueinander und in axialer Richtung hintereinander angeordnet. Das Antriebssystem weist desweiteren einen ersten Rotor und einen zweiten Rotor auf, die jeweils eine Vielzahl von Magneten, bspw. Permanentmagnete oder Elektromagnete, aufweisen. Die Magnete sind am jeweiligen Rotor entlang eines Umfangs des Rotors angeordnet und die Rotoren sind koaxial zueinander und in axialer Richtung hintereinander angeordnet. Die erste Spulenanordnung und der erste Rotor sind derart zueinander orientiert und angeordnet, dass zwischen den Spulen der ersten Spulenanordnung und den Magneten des ersten Rotors eine elektromagnetische Wechselwirkung stattfindet, wenn die Spulen der ersten Spulenanordnung von einem elektrischen Strom durchflossen werden. Ebenso sind die zweite Spulenanordnung und der zweite Rotor derart zueinander orientiert und angeordnet, dass zwischen den Spulen der zweiten Spulenanordnung und den Magneten des zweiten Rotors eine elektromagnetische Wechselwirkung stattfindet, wenn die Spulen der zweiten Spulenanordnung von einem elektrischen Strom durchflossen werden. Schließlich umfassen der erste Rotor sowie der zweite Rotor jeweils eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden des jeweiligen Rotors mit dem durch den jeweiligen Rotor anzutreibenden Einzelpropeller.
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Mit „elektromagnetische Wechselwirkung“ ist die bei einem Elektromotor bekannte Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der Magnete des Rotors und den Magnetfeldern der stromduchflossenen Spulen des Stators gemeint, aufgrund derer der Elektromotor sein Drehmoment entwickelt.
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Vorteilhafterweise sind die Rotoren mit Hilfe eines jeweiligen Lagerrings am gemeinsamen Stator gelagert. Die Lagerringe können bspw. als Kugellager ausgebildet sein. Dadurch, dass in axialer Richtung gesehen zunächst der Lagerring des zweiten Rotors, dann die zweite Spulenanordnung, dann die erste Spulenanordnung und schließlich der Lagerring des ersten Rotors hintereinander angeordnet sind, ergibt sich ein vergleichsweise platzsparender Aufbau insbesondere in axialer Richtung.
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Die Lagerringe weisen jeweils einen Innenring und einen Außenring auf, wobei die Außenringe in einer vorteilhaften Ausführungsform in den gemeinsamen Stator bzw. in dessen gemeinsames Gehäuse integriert sind. Dabei ist des weiteren der Innenring des Lagerrings des ersten Rotors in den ersten Rotor integriert und der Innenring des Lagerrings des zweiten Rotors ist in den zweiten Rotor integriert. Insbesondere können die Innen- und Außenringe jeweils einstückig mit den Komponenten ausgebildet sein, in die sie integriert sind. Diese Maßnahmen tragen ebenfalls dazu bei, dass die Elektromotoreinheit und mit ihr das Antriebssystem mit geringerem Gewicht realisiert werden können.
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Die Rotoren sind jeweils als Innenrotoren ausgebildet, wobei der erste Rotor radial innerhalb der ersten Spulenanordnung und der zweite Rotor radial innerhalb der zweiten Spulenanordnung angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich insbesondere bei gleichzeitig großem Durchmesser der Spulenanordnungen des Stators und bei einem möglichst dünnen Lagerring, dass der Zusammenbau der Anordnung vergleichsweise wenig aufwändig ist. Derartige dünne Lagerringe werden in der Fachwelt auch als Dünnringlager bezeichnet. Ein Dünnringlager zeichnet sich gegenüber einem Standardlager dadurch aus, dass sie bezogen auf den Durchmesser der Bohrung bzw. der Ringöffnung, in der bspw. eine Welle platziert werden kann, einen kleineren Lagerquerschnitt aufweisen, d.h. eine geringere Ausdehnung in radialer Richtung. Bspw. können die Stärke des Lagerrings und der Durchmesser der Öffnung des Lagerrings bei einem Dünnringlager in einem Verhältnis von 1:20 zueinander stehen. Generell gilt, dass bei größerem Bohrungsdurchmesser auch ein größeres Moment übertragen werden kann. Dies geht jedoch damit einher, dass Standardlager mit zunehmenden Durchmesser immer schwerer werden. Aufgrund der Konstruktion der Elektromotoreinheit ist ein großer Durchmesser des Lagerrings vorteilhaft, es werden jedoch nicht die typischerweise dazugehörigen Momente benötigt. Ein Dünnringlager baut entsprechend seiner Dimensionen weniger massiv als ein Standardlager, verträgt jedoch weniger Moment und ist daher im Vergleich zum Standardlager leichter. Der große Durchmesser, der im vorliegenden Fall so groß gewählt wird wie der Innendurchmessers des Stators, erlaubt in der Konsequenz aus den oben angeführten Gründen, dass die Elektromotoreinheit und mit ihr das gesamte Antriebssystem mit geringerem Gewicht realisiert werden kann, weil wir kein Material im inneren des Motors benötigt wird.
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Jede der Verbindungseinrichtungen umfasst eine mit dem jeweiligen Rotor drehfest verbundene Welle sowie eine Vorrichtung, bspw. ein Flansch, zum Verbinden der Welle mit dem jeweils anzutreibenden Einzelpropeller. Die jeweilige Welle kann bspw. an eine Rotorscheibe o.ä. des jeweiligen Rotors gekoppelt sein. Hiermit wird ein einfaches Verbinden des Antriebssystems mit dem Doppelpropeller möglich.
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Dabei sind die Wellen koaxial zueinander angeordnet, wobei die mit dem ersten Rotor verbundene Welle radial innerhalb der mit dem zweiten Rotor verbundenen Welle angeordnet ist, resultierend in einer kompakten Bauweise.
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Vorteilhafterweise ist der erste Rotor gemeinsam mit der mit dem ersten Rotor verbundenen Welle als einstückiges Bauteil ausgefürt. Zusätzlich oder alternativ ist der zweite Rotor gemeinsam mit der mit dem zweiten Rotor verbundenen Welle als einstückiges Bauteil ausgeführt. Zur Herstellung kann bspw. das sog. „Additive Manufacturing“ zum Einsatz kommen.
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Zusätzlich können der zweite Rotor, die mit dem zweiten Rotor verbundene Welle sowie die Vorrichtung bzw. der Flansch zum Verbinden der mit dem zweiten Rotor verbundenen Welle mit dem anzutreibenden Einzelpropeller gemeinsam als einstückiges Bauteil ausgeführt sind. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die mit dem ersten Rotor verbundene Welle radial innerhalb der mit dem zweiten Rotor verbundenen Welle angeordnet ist.
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In axialer Richtung gesehen sind zunächst die Verbindungseinrichtung des ersten Rotors, insbesondere deren Vorrichtung zum Verbinden der mit dem ersten Rotor verbundene Welle mit dem anzutreibenden Einzelpropeller, dann die Verbindungseinrichtung des zweiten Rotors, insbesondere deren Vorrichtung zum Verbinden der mit dem zweiten Rotor verbundene Welle mit dem anzutreibenden Einzelpropeller, dann der zweite Rotor und schließlich der erste Rotor hintereinander angeordnet.
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Der gemeinsame Stator ist zusätzlich mit einem gemeinsamen Kühlsystem verbunden, wobei das Kühlsystem eingerichtet ist, dem gemeinsamen Stator ein Kühlmedium zuzuführen, welches zur Kühlung der ersten und der zweiten Spulenanordnung verwendet wird. Aufgrund dieser zusätzlichen gemeinsamen Nutzung einer Komponente können sowohl Bauraum als auch Gewicht eingespart werden.
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Das Antriebssystem kann desweiteren eine Steuereinheit aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass sie die erste Spulenanordnung und die zweite Spulenanordnung unabhängig voneinander und gezielt mit elektrischen Strömen beaufschlägt, so dass aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkungen gewünschte Drehmomente auf die jeweiligen Rotoren erzeugt werden und damit die Einzelpropeller in gewünschter Weise und gezielt in Rotation versetzt werden können. Hierdurch wird es u.a. möglich, dass die Einzelpropeller in gegenläufige Rotation versetzt und/oder mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Da die Steuereinheit die beiden Spulenanordnungen separat ansteuert und individuell mit elektrischem Strom versorgt, können in der Folge die Einzelpropeller unabhängig voneinander angetrieben werden.
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Die Steuereinheit kann darüber hinaus das Kühlsystem derart steuern, dass das vom Kühlsystem zum Stator zur Kühlung der Spulenanordnungen zugeführte Kühlmedium je nach Bedarf zu den Spulenanordnungen geleitet wird. Der Bedarf kann bspw. anhand der an den Spulenanordnugen vorherrschenden Temperaturen ermittelt werden, so dass die Steuereinheit den Kühlungsbedarf basierend auf den Temperaturen bestimmt und den Zufluss von Kühlmedium reguliert.
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Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept liegt darin, u.a. durch eine Einsparung des ansonsten benötigten Getriebes zum Antreiben der gegenläufig rotierenden Einzelpropeller das Gewicht des Motors signifikant zu reduzieren. Dies wird durch die Verwendung der beiden separaten koaxialen Elektromotoreinheiten, umfassend die jeweilige Spulenanordnung und die separaten zugehörigen Rotoren, unter Ausnutzung des gemeinsamen Stators erreicht. Desweiteren tragen die Verwendung der Dünnringlager sowie des gemeinsamen Kühlsystems und des gemeinsamen Stators dazu bei, dass ein vergleichsweise leichtes und platzsparendes Antriebssystem realisiert werden kann.
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In beiden Ausführungsformen halten die mit großem Durchmesser dimensionierten Lagerringe die beiden Rotoren. Lediglich eines der beiden Lager bzw. einer der Lagerringe wird dabei genutzt, um Kräfte und dynamische Belastungen zu tragen. Aufgrund der großen Durchmesser der Rotoren sowie auch aufgrund der dünn ausgelegten Lagerringe ist ein vergleichsweise einfacher und unkomplizierter Zusammenbau des Antriebssystems möglich.
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Da die beiden Elektromotoreinheiten separat betrieben und angesteuert werden können, kann das Antriebssystem je nach Bedarf bspw. für maximalen Schub mit beiden Einzelpropellern betrieben werden, während für den normalen Flug auf Reiseflughöhe aus Effizienzgründen nur einer der beiden Propeller angetrieben wird.
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Aufgrund der reduzierten Anzahl von Komponenten des Antriebssystems als Ganzes wird das System weniger komplex und wie bereits erwähnt auch leichter. Aus dem gleichen Grund erhöht sich auch die Ausfallsicherheit, was darüber hinaus dadurch unterstützt wird, dass im Wesentlichen zwei parallele und keine seriellen Systeme verwendet werden. Wartung und Verfügbarkeit des Antriebssystems verbessern sich aufgrund des Verzichts auf ein Getriebe.
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Es sei angemerkt, dass sich die axiale Richtung in den hier aufgeführten Beispielen entlang der Rotationsachse vom Propeller in Richtung des Stators bzw. der Rotoren erstreckt.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung.
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Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Antriebssystem mit einer Elektromotorineheit und einem Doppelpropeller in einer ersten Ausführungsform,
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2 ein Antriebssystem mit einer Elektromotorineheit und einem Doppelpropeller in einer zweiten Ausführungsform.
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Gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren werden durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Begriffe wie „axial“, „radial“ oder „Umfangsrichtung“ etc. beziehen sich jeweils auf die in der jeweiligen Figur dargestellte Rotationsachse R.
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Die 1 zeigt schematisiert ein Antriebssystem 100 zum Antreiben eines Doppelpropellers 200 mit zwei gegenläufig um eine gemeinsame Rotationsachse R rotierbaren Einzelpropellern 210, 220. Die Einzelpropeller 210, 220 sind koaxial zueinander bezüglich der Rotationsachse R und axial hintereinander angeordnet. Das gegenläufige Rotieren der Einzelpropeller 210, 220 wird nicht durch spezielle Eigenschaften des Doppelpropellers 200 selbst, sondern durch ein entsprechendes Betreiben des Antriebssystems 100 realisiert. Jeder der Einzelpropeller 210, 220 verfügt über Propellerblätter 211, 212, 221, 222 sowie ein Zentralstück 213, 223, an dem die Propellerblätter 211, 212, 221, 222 angebracht sind und das seinerseits mit Flanschen 119, 129 o.ä. der im Folgenden zu beschreibenden Elektromotoreinheit 100 drehfest verbunden werden kann.
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Das Antriebssystem 100 weist eine erste Elektromotoreinheit 110 zum Antreiben des ersten Einzelpropellers 210 sowie eine zweite Elektromotoreinheit 120 zum Antreiben des zweiten Einzelpropellers 220 auf. Die beiden Elektromotoreinheiten 110, 120 können unabhängig voneinander betrieben werden, so dass auch die Einzelpropeller 210, 220 unabhängig voneinander angetrieben werden können, was sich u.a. darin äußert, das ein gegenläufiger Betrieb der Einzelpropeller 210, 220 realisierbar ist. Vorteilhafterweise ist dies ohne die Verwendung eines Getriebes möglich.
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Wie sich im Folgenden zeigen wird, sind in der Gesamtheit die Einzelpropeller 210, 220 und die Elektromotoreinheiten 110, 120 bzw. deren Statoreinheiten 111, 121 sowie Rotoren 114, 124 koaxial zueinander und desweiteren in der axialen Richtung derart angeordnet, dass zunächst der erste Einzelpropeller 210, dann der zweite Einzelpropeller 220, anschließend die zweite Elektromotoreinheit 120 und schließlich die erste Elektromotoreinheit 110 aufeinander folgen.
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Die erste Elektromotoreinheit 110 weist eine erste Statoreinheit 111 auf, die eine im Wesentlichen kreisringförmige Anordnung 112 von Spulen umfasst, die bspw. durch auf Kernen aufgebrachte Wicklungen realisiert sein können. Die einzelnen Spulen der Spulenanordnung 112 sind hierbei entlang eines Umfangs der ersten Statoreinheit 111 bzw. der kreisringförmigen Anordnung 112 angeordnet und bspw. derart ausgerichtet, dass ihre Längsachse in radialer Richtung orientiert ist.
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Weiterhin weist die erste Elektromotoreinheit 110 einen ersten Rotor 114 auf. Der erste Rotor 114 trägt eine Vielzahl von Mitteln 115 zur Erzeugung von Magnetfeldern, bspw. Permanentmagnete, die entlang eines Umfangs des Rotors 114 angeordnet sind. Der erste Rotor 114 ist als Innenrotor 114 ausgebildet, ist also radial innerhalb der ersten Statoreinheit 111 positioniert und die Permanentmagnete 115 sind vorzugsweise an einer radial äußeren Oberfläche des Rotors 114 angeordnet. Statoreinheit 111 und Rotor 114 sind koaxial zueinander ausgerichtet und in axialer Richtung derart positioniert, dass die Permanentmagnete 115 des ersten Rotors 114 in der axialen Richtung an der gleichen Position liegen, wie die Spulen der ersten Spulenanordung 112 bzw. der ersten Statoreinheit 111.
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Durch die beschriebene Anordnung von Statoreinheit 111 und Rotor 114 wird sichergestellt, dass zwischen den Spulen der Spulenanordnung 112 und den Permanentmagneten 115 eine effektive elektromagnetische Wechselwirkung eintreten kann, wenn die Spulen von einem elektrischen Strom durchflossen werden. In der Folge wirkt gemäß der an sich bekannten Funktionsweise eines Elektromotors ein Drehmoment auf den Rotor 114, welches über eine mit dem Rotor 114 verbundene Welle 117 auf eine anzutreibende Komponente, im dargestellten Fall auf der ersten Propeller 210, übertragbar ist.
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In analoger Weise weist die zweite Elektromotoreinheit 120 eine zweite Statoreinheit 121 auf, die eine im Wesentlichen kreisringförmige Anordnung 122 von Spulen umfasst, die bspw. durch auf Kernen aufgebrachte Wicklungen realisiert sein können. Die Spulen der zweiten Spulenanordnung 122 sind hierbei entlang eines Umfangs der zweiten Statoreinheit 121 bzw. der kreisringförmigen Anordnung 122 angeordnet und bspw. derart ausgerichtet, dass ihre Längsachse in radialer Richtung orientiert ist.
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Weiterhin weist die zweite Elektromotoreinheit 120 einen zweiten Rotor 124 auf. Der zweite Rotor 124 trägt eine Vielzahl von Mitteln 125 zur Erzeugung von Magnetfeldern, bspw. Permanentmagnete, die entlang eines Umfangs des Rotors 124 angeordnet sind. Der zweite Rotor 124 ist ebenfalls als Innenrotor 124 ausgebildet, ist also radial innerhalb der zweiten Statoreinheit 121 positioniert und die Permanentmagnete 125 sind vorzugsweise an einer radial äußeren Oberfläche des Rotors 124 angeordnet. Statoreinheit 121 und Rotor 124 sind koaxial zueinander ausgerichtet und in axialer Richtung derart positioniert, dass die Permanentmagnete 125 des zweiten Rotors 124 in der axialen Richtung an der gleichen Position liegen, wie die Spulen der zweiten Spulenanordnung 122 bzw. der zweiten Statoreinheit 121.
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Durch die beschriebene Anordnung von Statoreinheit 121 und Rotor 124 wird sichergestellt, dass zwischen den Spulen der zweiten Spulenanordnung 122 und den Permanentmagneten 125 eine effektive elektromagnetische Wechselwirkung eintreten kann, wenn die Spulen von einem elektrischen Strom durchflossen werden. In der Folge wirkt gemäß der an sich bekannten Funktionsweise eines Elektromotors ein Drehmoment auf den Rotor 124, welches über eine mit dem Rotor 124 verbundene Welle 127 auf eine anzutreibende Komponente, im dargestellten Fall auf der zweiten Propeller 220, übertragbar ist.
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Die Rotoren 114, 124 sind mit Hilfe von jeweiligen Einrichtungen 116, 126 zum Verbinden des jeweiligen Rotors mit dem durch den Rotor anzutreibenden Einzelpropeller 210, 220 an den jeweiligen Einzelpropeller 210, 220 gekoppelt. Diese Verbindungseinrichtung 116 für den ersten Rotor 114 weist die bereits eingeführte erste Welle 117 auf, die den Rotor 114 selbst bzw. bspw. eine Rotorscheibe 118 o.ä. mit einer Vorrichtung 119 zum Verbinden der Welle 117 mit dem ersten Propeller 210 bzw. mit dessen Zentralstück 213 drehfest koppelt. Die entsprechende Verbindungseinrichtung 126 für den zweiten Rotor 124 weist die bereits eingeführte zweite Welle 127 auf, die den Rotor 124 selbst bzw. bspw. eine Rotorscheibe 128 o.ä. mit einer Vorrichtung 129 zum Verbinden der Welle 127 mit dem zweiten Propeller 220 bzw. mit dessen Zentralstück 223 drehfest koppelt. Die Vorrichtungen 119, 129 können bspw. jeweils ein Flansch sein. In diesem Fall würden die Einzelpropeller 210, 220 in Form der Zentralstücke 213, 223 entsprechende Gegenstücke zu den Flanschen 119, 129 aufweisen, mit denen sie an den Flanschen 119, 129 befestigt werden können.
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Aufgrund der Anordnung der Einzelpropeller 210, 220 und der Elektromotoreinheiten 110, 120 in koaxialer Weise und in axialer Richtung hintereinander ist die erste Welle 117 innerhalbe der zweiten Welle 127 positioniert, d.h. zumindest die zweite Welle 127 muss eine Hohlwelle sein.
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Es ist vorteilhaft, wenn für jede Elektromotoreinheit 110, 120 separat zumindest der jeweilige Rotor 114, 124 und die jeweils zugehörige Welle 117, 127 einstückig hergestellt werden. Im Falle der zweiten Elektromotoreinheit 120 kann zusätzlich auch der Flansch 129 bei der einstückigen Herstellung mit inbegriffen sein. Auch für die erste Elektromotoreinheit 110 bietet es sich an, auch den Flansch 119 bei der einstückigen Herstellung zu berücksichtigen. Dies kann sich jedoch ggf. insofern als problematisch herausstellen, als dass die erste und die zweite Elektromotoreinheit 110, 120 bzw. deren Wellen 117, 127 nach deren Herstellung noch zusammengefügt werden müssen, wobei wie oben beschrieben die erste Welle 117 innerhalbe der zweiten Welle 127 positioniert werden muss. Hierbei kann der Flansch 119 je nach Ausmaßen ggf. ein Hindernis darstellen. Derartige einstückige Komponenten können bspw. gegossen oder mit Hilfe eines generativen Fertigungsverfahrens bzw. „Additive Manufacturing“ hergestellt werden.
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Das Antriebssystem 100 zeichnet sich auch durch einen gemeinsamen Stator 130 aus, der die beschriebenen Statoreinheiten 111, 121 bzw. die Spulenanordnungen 112, 122 in einem gemeinsamen Statorgehäuse 131 unterbringt. Die Spulenanordnungen 112, 122 sind derart aufgebaut, dass sie koaxial zueinander und in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und bevorzugt im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen. Dementsprechend ist auch das gemeinsame Statorgehäuse 131 ausgelegt und dimensioniert, so dass die Statoreinheiten 111, 121 bzw. die Spulenanordnungen 112, 122 mit möglichst geringem Raumbedarf integriert werden können. Vorteilhafterweise kann auch ein gemeinsames Kühlsystem 140 zur Kühlung der Statoreinheiten 111, 121 verwendet werden, welches mit dem gemeinsamen Stator 130 bzw. mit dessen Gehäuse 131 verbunden ist, so dass ein Kühlmedium dem Stator 130 und damit den Statoreinheiten 111, 121 bzw. den Spulenanordnungen 112, 122 zugeführt werden kann. Das Kühlsystem 140 ist über Rohr- oder Schlauchleitungen 141, 142 mit dem Stator 130 bzw. dessen Gehäuse 131 verbunden, um das Kühlmedium zuzuführen bzw. wieder abzuleiten. Innerhalb des Gehäuses 131 wird das Kühlmedium über entsprechende, nicht im Detail dargestellte Leitungen zu den beiden Spulenanordnungen 112, 122 geführt, um dort die benötigte Kühlwirkung zu entfalten.
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Aufgrund der gemeinsamen Nutzungen kann sowohl Bauraum als auch Gewicht eingespart werden.
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Der gemeinsame Stator 130 bzw. dessen Gehäuse 131 wird desweiteren zur Lagerung der Rotoren 114, 124 der Elektromotoreinheiten 110, 120 genutzt. Hierzu weisen die beiden Elektromotoreinheiten 110, 120 jeweils einen Lagerring 113, 123 auf, mit dem der jeweilige Rotor 114, 124 am gemeinsamen Statorgehäuse 131 gelagert ist. Die Lagerringe 113, 123 können bspw. als Kugellager und insbesondere als Dünnringlager ausgebildet sein. Dabei wird angestrebt, dass die Lagerringe 113, 123 möglichst dünn sind, um zum Einen Gewicht einzusparen und um zum Anderen einen einfachen Einbau der Rotoren 114, 124 in die Gesamtanordnung zu ermöglichen.
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Wie erwähnt sind die Statoreinheiten 111, 121 und Rotoren 114, 124 der beiden Elektromotoreinheiten 110, 120 jeweils derart zueinander orientiert und angeordnet, dass die an sich bekannte elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den jeweiligen Spulen 112, 122 und Permanentmagneten 115, 125 eintritt, die dem Betrieb eines Elektromotors zu Grunde liegt. Die Spulen der Spulenanordnungen 112, 122 werden mit gezielten elektrischen Stromflüssen beaufschlagt, so dass in Wechselwirkung mit den magnetischen Feldern der Permanentmagnete 115, 125 Drehmomente auf die Rotoren 114, 124 erzeugt werden, die letztlich über die Verbindungseinrichtungen 116, 126 dem jeweiligen Einzelpropeller 210, 220 zugeführt werden. Diese Funktionsweise eines Elektromotors ist an sich bekannt, wurde daher an dieser Stelle nur rudimentär beschrieben.
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Zur Beaufschlagung der Spulen der Spulenanordnungen 112, 122 der beiden Statoreinheiten 111, 121 mit elektrischem Strom ist eine Steuereinheit 150 vorgesehen. Die Steuereinheit 150 ist derart eingerichtet, dass sie die Spulenanordnungen 112, 122 bzw. deren Spulen gezielt mit elektrischen Strömen beaufschlagen kann, so dass gewünschte Drehmomente erzeugt und damit die Einzelpropeller 210, 220 in gewünschter Weise und gezielt in Rotation versetzt werden. Hierzu ist die Spulenanordnung 150 über elektrische Leitungen 151, 152 mit der jeweiligen Spulenanordnung 112, 122 verbunden. Hierbei ist es auch möglich, dass die Einzelpropeller 210, 220, wie einleitend erläutert, in gegenläufige Rotation versetzt werden. Im Prinzip kann eine Drehrichtung eines der Propeller 210, 220 bzw. eines der Rotoren 114, 124 dadurch umgekehrt werden, dass die Steuereinheit 150 die Spulen der Spulenanordnungen 112, 122 der entsprechenden Statoreinheit 111, 121 mit einem entgegengesetzten Strom beaufschlagt, also die Stromrichtung umkehrt. Da die Steuereinheit 150 die beiden Elektromotoreinheiten 110, 120 separat ansteuert und individuell mit elektrischem Strom versorgt, können in der Folge die Einzelpropeller 210, 220 unabhängig voneinander angetrieben werden.
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Darüber hinaus kann die Steuereinheit 150 eingesetzt werden, um das vom Kühlsystem 140 zum Stator 130 zugeführte Kühlmedium je nach Bedarf zu den Spulenanordnungen zu leiten. Hierfür können Sensoren an den Spulenanorndungen 112, 122 vorgesehen sein, die bspw. die jeweilige Temperatur ermitteln und diese an die Steuereinheit 150 übertragen, so dass die Steuereinheit 150 anhand der entsprechenden Sensordaten den Kühlungsbedarf bestimmt und den Zufluss von Kühlmedium reguliert.
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Die bislang beschriebene 1 zeigt eine erste Ausführungsform, bei der in axialer Richtung gesehen der Lagerring 123 des zweiten Rotors 124, die zweite Spulenanordnung 121, die erste Spulenanordnung 111 und der Lagerring 113 des ersten Rotors 114 hintereinander angeordnet sind. Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Antriebssystems 100, das sich vom Antriebssystem in der ersten Ausführungsform darin unterscheidet, dass in axialer Richtung gesehen der Lagerring 123 des zweiten Rotors 124, die zweite Spulenanordnung 121, dann der Lagerring 113 des ersten Rotors 114 und schließlich die erste Spulenanordnung 111 hintereinander angeordnet sind. Gegenüber der ersten Ausführungsform sind also die Positionen der ersten Statoreinheit 111 und des Lagerrings 113 des ersten Rotors 114 in axialer Richtung gesehen miteinander vertauscht worden. Die übrigen Komponenten und Funktionen bzw. Funktionsweise entsprechen denjenigen der in der 1 gezeigten Ausführungsform.
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Hinsichtlich der Lagerringe 113, 123 bzw. der Dünnringlager 113, 123 sei angemerkt, dass die Figuren eine Ausführungsform der Lagerringe 113, 123 darstellen, bei der die Lagerringe 113, 123 separate Komponenten darstellen. In einer alternativen Ausführungsform können die die Lagerringe 113, 123 bildenden Ringe 113‘, 113“, 123‘, 123“ in das Statorgehäuse 131 bzw. in den jeweiligen Rotor 114, 124 integriert sind. Konkret ist der Innenring 113‘ des ersten Lagerrings 113 in den ersten Rotor 114 integriert, der Außenring 113“ des ersten Lagerrings 113 in das gemeinsame Statorgehäuse 131 integriert, der Innenring 123‘ des zweite Lagerrings 123 in den zweiten Rotor 124 integriert und der Außenring 123“ des zweiten Lagerrings 123 ebenfalls in das gemeinsame Statorgehäuse 131 integriert. Dabei kann der Ausdruck „integriert“ insbesondere bedeuten, dass der jeweilige Außen- bzw. Innenring im Wesentlichen als Führungsbahn für die Wälzkörper des jeweiligen Lagers 113, 123 im Statorgehäuse 131 bzw. jeweiligen Rotor 114, 124 ausgebildet ist. Dies kann bspw. beim Herstellen der Rotoren 114, 124 bzw. des Gehäuses 131 insbesondere in dem Fall vorteilhaft realisiert werden, wenn diese Bauteile 113, 123, 131 gegossen oder mit Hilfe der Additive Manufacturing hergestellt werden. Die Integration der Außen- und Innenringe in die Rotoren 113, 123 und in das Statorgehäuse 131 sind ein weiteres wirksames Mittel zur Reduzierung des Gesamtgewichts der Elektromotoreinheit.
