DE102018216735A1 - Electric machine and hybrid electric vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine und ein hybridelektrisches Fahrzeug.Die elektrische Maschine umfasst zumindest eine erste Gruppe supraleitender Spulen, welche angeordnet sind, einen magnetischen Fluss zumindest entlang eines u-förmigen Verlaufs zu führen.Das hybridelektrische Luftfahrzeug ist insbesondere ein Flugzeug und weist eine solche elektrische Maschine auf.The electric machine comprises at least a first group of superconducting coils which are arranged to conduct a magnetic flux at least along a U-shaped course. The hybrid electric aircraft is in particular an aircraft and has one electrical machine on.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine und ein hybridelektrisches Fahrzeug.The invention relates to an electrical machine and a hybrid electric vehicle.

Zahlreiche technische Anwendungen erfordern elektrische Maschinen mit möglichst hoher massebezogener Leistung, also mit möglichst hoher Leistung je Kilogramm Masse. Insbesondere für die Elektrifizierung der Luftfahrt sind Generatoren und Motoren mit einer Leistungsdichte von mindestens 20 kW/kg erforderlich.Numerous technical applications require electrical machines with the highest possible mass-related performance, i.e. with the highest possible performance per kilogram of mass. Generators and motors with a power density of at least 20 kW / kg are required in particular for the electrification of aviation.

Die elektrische Leistungsdichte einer Maschine ist im Wesentlichen proportional zum elektrischen Strom des Stators und zum magnetischen Feld des Rotors. Da supraleitende Spulen wesentlich höhere magnetische Flussdichten von etwa drei bis vier Tesla verglichen mit denjenigen der stärksten Permanentmagnete bei Raumtemperatur, nämlich nur etwa 1.2 Tesla, bereitstellen können, kann die Leistungsdichte bei Nutzung supraleitender Spulen wesentlich erhöht werden.The electrical power density of a machine is essentially proportional to the electrical current of the stator and the magnetic field of the rotor. Since superconducting coils can provide much higher magnetic flux densities of about three to four Tesla compared to those of the strongest permanent magnets at room temperature, namely only about 1.2 Tesla, the power density can be significantly increased when using superconducting coils.

Trotz solch hoher Feldstärken muss am Stator gleichwohl magnetisch flussleitendes Material verwendet werden, um das Magnetfeld abzuschirmen. Die Abschirmung erfordert Joche, deren Masse nicht weiter reduziert werden kann, da ferromagnetische Materialien eine Saturierungsmagnetisierung besitzen, im Falle von Eisen von etwa 2.2 Tesla. Wird diese Sättigungsmagnetisierung überschritten, so kann das Joch seine flussleitende und schirmende Aufgabe nicht mehr erfüllen und das magnetische Feld kann sich außerhalb der Maschine ausbreiten. Dies kann nachteilig zu elektromagnetischer Interferenz (EMI) führen und zusätzlich den Wirkungsgrad der Maschine verringern. Das Joch ist daher auch bei supraleitenden Maschinen der limitierende Faktor.Despite such high field strengths, magnetic flux-conducting material must nevertheless be used on the stator in order to shield the magnetic field. The shielding requires yokes, the mass of which cannot be reduced further, since ferromagnetic materials have a saturation magnetization, in the case of iron of about 2.2 Tesla. If this saturation magnetization is exceeded, the yoke can no longer fulfill its flux-guiding and shielding function and the magnetic field can spread outside the machine. This can disadvantageously lead to electromagnetic interference (EMI) and additionally reduce the efficiency of the machine. The yoke is therefore also the limiting factor in superconducting machines.

Im Falle von konventionellen Maschinen können Halbach-Anordnungen von Magneten verwendet werden, um Fluss innerhalb der Magnete selbst anstatt innerhalb eines Joches zu führen. In einer Halbach-Konfiguration wird der Fluss gewissermaßen innerhalb der Magnete geleitet. Dadurch bedarf es an der „Rückseite“ der Magnete keines Joches mehr, um den Fluss zu führen. Halbach-Konfigurationen werden im Allgemeinen gefertigt, indem einzelne, kleine Magnete in normaler Nord-Süd Konfiguration magnetisiert werden und anschließend in der entsprechenden Konfiguration mechanisch zusammengebracht und verklebt werden.In the case of conventional machines, Halbach arrangements of magnets can be used to conduct flux within the magnets themselves rather than within a yoke. In a Halbach configuration, the flux is guided within the magnets, so to speak. As a result, there is no longer a yoke on the “back” of the magnets to guide the flow. Halbach configurations are generally manufactured by magnetizing individual, small magnets in a normal north-south configuration and then mechanically bringing them together and gluing them in the corresponding configuration.

Mit einer solchen Halbach-Anordnung kann eine sogenannte „Außenläuferkonfiguration“ realisiert werden, bei dem der Rotor außerhalb des Stators angeordnet ist. Der magnetische Fluss wird in den Magneten außen geleitet, sodass er nicht nach au-ßen hin entweichen kann.With such a Halbach arrangement, a so-called “external rotor configuration” can be realized, in which the rotor is arranged outside the stator. The magnetic flux is conducted into the outside of the magnet so that it cannot escape to the outside.

Zudem sind supraleitenden Maschinen bekannt, bei welchen supraleitende Erregerspulen im Stator angeordnet sind und die Wicklung, in der Spannung induziert wird, im Rotor angeordnet ist. Bei solchen elektrischen Maschinen kann das Joch entfallen. Da jedoch die Wicklung am Rotor angeordnet ist, erfordern solche elektrische Maschinen Schleifringe, um den Strom von rotierenden Teilen auf ruhende Teile der elektrischen Maschine zu leiten. Bei schnell drehenden Maschinen sind Schleifringe jedoch schwer und verschleißen schnell.In addition, superconducting machines are known in which superconducting excitation coils are arranged in the stator and the winding in which voltage is induced is arranged in the rotor. In such electrical machines, the yoke can be omitted. However, since the winding is arranged on the rotor, such electrical machines require slip rings in order to conduct the current from rotating parts to stationary parts of the electrical machine. In the case of fast rotating machines, however, slip rings are heavy and wear out quickly.

Es ist vor diesem Hintergrund des Standes der Technik Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine zu schaffen, welche eine hohe Leistungsdichte bereitstellen kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein hybridelektrisches Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, zu schaffen, welches eine hohe massebezogene Leistung aufweist. Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einer elektrischen Maschine mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.Against this background of the prior art, it is an object of the invention to provide an electrical machine which can provide a high power density. It is also an object of the invention to provide a hybrid electric vehicle, in particular an aircraft, which has a high mass-related power. This object of the invention is achieved with an electrical machine with the features specified in claim 1. Preferred developments of the invention are specified in the associated subclaims, the following description and the drawing.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist zumindest eine erste Gruppe supraleitender Spulen auf, welche angeordnet sind, einen magnetischen Fluss zumindest entlang eines u-förmigen Verlaufs zu führen.The electrical machine according to the invention has at least a first group of superconducting coils which are arranged to conduct a magnetic flux at least along a U-shaped course.

Erfindungsgemäß wird daher mittels supraleitender Spulen eine Halbach-Anordnung ermöglicht. Die erfindungsgemäß vorgesehene Gruppe von supraleitenden Spulen kann intrinsisch magnetischen Fluss leiten ohne ein zusätzliches Joch zu erfordern. Infolge des erfindungsgemäß möglichen Verzichts auf ein Joch ist daher die massebezogene Leistung deutlich steigerbar.According to the invention, a Halbach arrangement is therefore made possible by means of superconducting coils. The group of superconducting coils provided according to the invention can conduct intrinsically magnetic flux without requiring an additional yoke. As a result of the omission of a yoke, which is possible according to the invention, the mass-related power can therefore be increased significantly.

Zudem können sämtliche mechanischen Komponenten, die zur Abstützung der Fliehkraft notwendig sind, nach außen verlagert werden, sodass diese Komponenten nicht im Luftspalt vorgesehen werden müssen. Der Luftspalt kann folglich kleiner ausgelegt werden und das Drehmoment daher weiter vergrößert werden.In addition, all mechanical components that are necessary to support the centrifugal force can be moved outwards, so that these components do not have to be provided in the air gap. The air gap can consequently be made smaller and the torque can therefore be increased further.

Vorzugsweise umgeben bei der elektrischen Maschine gemäß der Erfindung die supraleitenden Spulen der ersten Gruppe den u-förmigen Verlauf und/oder eine Längsmittelline des u-förmigen Verlaufs, insbesondere umfänglich. In einer solchen Geometrie kann der magnetische Fluss analog zu klassischen, d.h. vorliegend analog zu nicht supraleitenden, Spulen geführt werden.In the electrical machine according to the invention, the superconducting coils of the first group preferably surround the U-shaped course and / or a longitudinal center line of the U-shaped course, in particular circumferentially. In such a geometry, the magnetic flux can be analogous to classic, i.e. in the present case, analogously to non-superconducting coils.

Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine erstrecken sich in einer bevorzugten Weiterbildung die supraleitenden Spulen mit ihren Windungsebenen entlang Kurvenradien eines Kurvenabschnitts des Verlaufs.In the electrical machine according to the invention extend in a preferred Further development of the superconducting coils with their winding planes along curve radii of a curve section of the course.

Vorteilhaft erstreckt sich bei der elektrischen Maschine gemäß der Erfindung der u-förmige Verlauf innerhalb einer Verlaufsebene und es erstrecken sich die Spulen mit ihren Windungsebenen senkrecht zur Verlaufsebene.In the case of the electrical machine according to the invention, the u-shaped course advantageously extends within a course plane and the coils with their winding planes extend perpendicular to the course plane.

Geeigneterweise ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine zumindest die erste Gruppe an einem Rotor oder Stator der elektrischen Maschine angeordnet.In the electrical machine according to the invention, at least the first group is suitably arranged on a rotor or stator of the electrical machine.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der elektrischen Maschine weist diese mindestens eine weitere Gruppe supraleitender Spulen auf, wobei Schenkel des u-förmigen Verlaufs sich jeweils in dieselbe Richtung vom Scheitel fortstrecken. In dieser Weiterbildung der Erfindung können grundsätzlich eine Vielzahl benachbarter Magnetpole realisiert sein, ohne dass ein schweres Joch oder ein sonstiges Joch erforderlich ist.In an advantageous development of the electrical machine, it has at least one further group of superconducting coils, legs of the U-shaped course each extending in the same direction from the apex. In this development of the invention, a large number of adjacent magnetic poles can in principle be implemented without a heavy yoke or any other yoke being required.

In einer bevorzugten Weiterbildung der elektrischen Maschine weist diese mindestens eine weitere Gruppe supraleitender Spulen auf, wobei Schenkel des u-förmigen Verlaufs mindestens zweier Gruppen aufeinander zu gerichtet sind. In dieser Weiterbildung der Erfindung können etwa Spulen eines Stators zwischen die aufeinander zugerichteten Schenkel eingebracht werden, sodass die u-förmigen Verläufe zu einem magnetischen Flusskreis durch die Spulen des Stators hindurch schließbar ist.In a preferred development of the electrical machine, it has at least one further group of superconducting coils, legs of the U-shaped course of at least two groups being directed towards one another. In this development of the invention, coils of a stator can be inserted between the legs directed towards each other, so that the U-shaped courses can be closed to form a magnetic flux circuit through the coils of the stator.

Vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine die elektrische Maschine ein Elektromotor und/oder ein Generator.In the electrical machine according to the invention, the electrical machine is advantageously an electric motor and / or a generator.

Vorzugsweise sind bei der elektrischen Maschine gemäß der Erfindung die supraleitenden Spulen mit Yttrium-Barium-Kupferoxid gebildet. Yttrium-Barium-Kupferoxid ist ein etablierter Hochtemperatursupraleiter erlaubt eine Fertigung oder Heranziehung supraleitender Spulen nach bekannten und etablierten Verfahren.In the electrical machine according to the invention, the superconducting coils are preferably formed with yttrium-barium-copper oxide. Yttrium-barium-copper oxide is an established high-temperature superconductor which enables the manufacture or use of superconducting coils using known and established methods.

Das erfindungsgemäße hybridelektrische Fahrzeug ist insbesondere ein Luftfahrzeug, vorzugsweise ein Flugzeug, und weist eine elektrische Maschine wie zuvor beschreiben auf. The hybrid electric vehicle according to the invention is in particular an aircraft, preferably an aircraft, and has an electrical machine as described above.

Erfindungsgemäß sind elektrische Maschinen mit einer Leistungsdichte von 30 - 40 kW/kg realisierbar. Die Elektrifizierung der Luftfahrt mag mit Luftfahrzeugen mit erfindungsgemäßen elektrischen Maschinen einen deutlichen Schritt auf praxistaugliche Lösungen hin vollziehen.According to the invention, electrical machines with a power density of 30-40 kW / kg can be implemented. The electrification of aviation with aircraft with electrical machines according to the invention may take a clear step towards practical solutions.

Die erfindungsgemäße Windkraftanlage weist eine elektrische Maschine wie zuvor beschrieben auf. Die erfindungsgemäß mögliche erhöhte Effizienz elektrischer Maschinen wie insbesondere Generatoren erlaubt die Fertigung deutlich effizienterer Windkraftanlagen.The wind turbine according to the invention has an electrical machine as described above. The increased efficiency of electrical machines, in particular generators, which is possible according to the invention allows the production of significantly more efficient wind turbines.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 einen Sektor einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einer Gruppe supraleitender Rotorspulen schematisch in einer Ansicht in Richtung einer Rotationsachse eines Rotors der erfindungsgemäßen Maschine sowie
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gruppe supraleitender Rotorspulen schematisch in einer Ansicht in Richtung der Rotationsachse,
  • 3 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem Doppelrotor mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Gruppe supraleitender Rotorspulen schematisch in einer Seitenansicht in Richtung senkrecht auf die Rotationsachse des Doppelrotors sowie
  • 4 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine schematisch in einer Seitenansicht in Richtung senkrecht auf die Rotationsachse des Rotors.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments illustrated in the drawing. Show it:
  • 1 a sector of an electrical machine according to the invention with a group of superconducting rotor coils schematically in a view in the direction of an axis of rotation of a rotor of the machine according to the invention and
  • 2nd 5 shows another exemplary embodiment of a group of superconducting rotor coils schematically in a view in the direction of the axis of rotation,
  • 3rd Another example of an electrical machine according to the invention with a double rotor with a further embodiment of a group of superconducting rotor coils schematically in a side view in the direction perpendicular to the axis of rotation of the double rotor and
  • 4th another example of an electrical machine according to the invention schematically in a side view in the direction perpendicular to the axis of rotation of the rotor.

Der in 1 dargestellte Sektor einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 10 zeigt einen Stator 20 mit konventionellen Statorspulen 30 sowie einen um eine drehachse R drehbaren Rotor 40 mit einer ersten Gruppe 50 supraleitender Rotorspulen 60.The in 1 illustrated sector of an electrical machine according to the invention 10th shows a stator 20th with conventional stator coils 30th and one around an axis of rotation R rotatable rotor 40 with a first group 50 superconducting rotor coils 60 .

Die Gruppe 50 supraleitender Rotorspulen 60 sind im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit ihren Windungsebenen senkrecht zur Zeichenebene angeordnet. Diejenigen Erstreckungsrichtungen der Windungsebenen, die parallel zur Zeichenebene verlaufen, erstrecken sich entlang der drei Enden der Balken einer gedachten T-Form. Die supraleitenden Rotorspulen 60 sind somit von einem ersten Ende eines Querbalkens der T-Form beginnend über das Ende eines Mittelbalkens der T-Form hin zum zweiten Ende des Querbalkens der T-Form fortschreitend jeweils einander gegenüber um 90 Grad verdreht, wobei die supraleitenden Rotorspulen 60 derart gewickelt und bestromt sind, dass sich die Bestromung der supraleitenden Rotorspulen 60 bei dieser gedachten Verdrehung der supraleitenden Rotorspulen 60 gegeneinander um 90 Grad außer dieser Verdrehung sonst nicht ändert. Folglich ist in den supraleitenden Rotorspulen 60 der magnetische Fluss stets derart geführt, dass der magnetische Fluss vom ersten Ende des Querbalkens der T-Form startend senkrecht zur Längserstreckung des Querbalkens verläuft, dann an Ende des Mittelbalkens der T-Form senkrecht zu der Längserstreckung dieses Mittelbalkens verläuft und dann am zweiten Ende des Querbalkens der T-Form senkrecht zur Längserstreckung des Querbalkens verläuft. Bei der gedachten T-Form ist der Querbalken nahe jenem dem Stator zugewandten Ende des Rotors angeordnet 40 und der Mittelbalken streckt sich in Richtung vom Stator fort vom Querbalken weg.The group 50 superconducting rotor coils 60 are in 1 illustrated embodiment with its winding planes arranged perpendicular to the plane of the drawing. Those directions of extension of the winding planes that run parallel to the plane of the drawing extend along the three ends of the bars of an imaginary T-shape. The superconducting rotor coils 60 are thus, starting from a first end of a crossbar of the T-shape progressively rotated relative to one another by 90 degrees, starting from the end of a central beam of the T-shape to the second end of the crossbar of the T-shape, the superconducting rotor coils 60 are wound and energized in such a way that the energization of the superconducting rotor coils 60 with this imaginary rotation of the superconducting rotor coils 60 against each other by 90 degrees except this twist otherwise does not change. Consequently, in the superconducting rotor coils 60 the magnetic flux is always guided such that the magnetic flux starting from the first end of the crossbar of the T-shape is perpendicular to the longitudinal extent of the crossbar, then at the end of the central bar of the T-shape is perpendicular to the longitudinal extent of this central bar and then at the second end of the Crossbar of the T-shape runs perpendicular to the longitudinal extent of the crossbar. In the imaginary T-shape, the crossbar is arranged 40 near that end of the rotor facing the stator, and the center bar extends away from the crossbar in the direction of the stator.

Folglich beschreibt der magnetische Fluss der supraleitenden Rotorspulen 60 einen Verlauf V in Gestalt einer U-Form um die gedachte Verbindungsstelle von Querbalken und Mittelbalken der gedachten T-Form herum, wobei am Ende des Querbalkens die U-Form Schenkel aufweist und an dem Ende des Mittelbalkens einen Scheitel aufweist.Consequently, the magnetic flux describes the superconducting rotor coils 60 a course V in the form of a U-shape around the imaginary junction of the crossbar and center bar of the imaginary T-shape, the U-shape having legs at the end of the crossbar and a vertex at the end of the center bar.

Die Schenkel der U-Form des Verlaufs V des magnetischen Flusses sind dabei zueinander parallel orientiert und strecken sich vom Scheitel der U-Form des Verlaufs aus betrachtet in Richtung auf den Stator zu.The legs of the U shape of the course V of the magnetic flux are oriented parallel to one another and, viewed from the apex of the U-shape of the course, extend towards the stator.

Es versteht sich, dass sich die Gruppe 50 von Rotorspulen 60 umfänglich in weiteren Sektoren der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 10 fortsetzt.It is understood that the group 50 of rotor coils 60 extensive in other sectors of the electrical machine according to the invention 10th continues.

Grundsätzlich kann die Gruppe 50 von Rotorspulen 60 im Detail von der vorhergehend beschriebenen Gruppe 50 von Rotorspulen 60 abweichen. Beispielsweise können zusätzliche Rotorspulen 60 vorgesehen sein, welche zwischen den bereits vorhandenen Rotorspulen 60 derart angeordnet sind, dass die Windungsebenen der supraleitenden Rotorspulen 60 nicht jeweils wie oben beschrieben um 90 Grad zueinander verdreht sind, sondern sich wie in 2 derart in der Art von Speichen um jeweils 45 Grad versetzt radial von der gedachten Verbindungsstelle von Querbalken und Mittelbalken fortstrecken.Basically, the group 50 of rotor coils 60 in detail from the group described above 50 of rotor coils 60 differ. For example, additional rotor coils 60 be provided between the already existing rotor coils 60 are arranged such that the winding planes of the superconducting rotor coils 60 are not rotated by 90 degrees to each other as described above, but rather as in 2nd extend in the manner of spokes by 45 degrees, radially offset from the imaginary junction of the crossbar and central beam.

Bei dem in 3 gezeigten Doppelrotor 340 sind anstelle einer einzigen Rotorspule 360 mit einer sich am Endes des Mittelbalkens entlang streckende und senkrecht auf der Zeichenebene stehenden Wicklungsebene stattdessen zwei zueinander parallele Rotorspulen 370 vorhanden, welche allerdings von Wicklungsumfang kleiner dimensioniert sind.At the in 3rd shown double rotor 340 are instead of a single rotor coil 360 with a winding plane that extends along the end of the central bar and is perpendicular to the plane of the drawing, instead two rotor coils parallel to each other 370 available, which, however, are smaller in terms of the winding circumference.

Im in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rotorspulen 360, 370 mit dem u-förmigen Verlauf derart angeordnet, dass die Schenkel des u-förmigen Verlaufs sich in Richtung der Rotationachse R vom Scheitel fortstrecken. Dabei umfasst der Doppelrotor 240 zwei Rotorscheiben, welche in Richtung der Rotationsachse R orientierte Statorspulen 375 axial einschließen. Die Rotorspulen 360, 370 bilden in jeder Rotorscheibe jeweils eine Gruppe 380 von Rotorspulen 360, deren Schenkel des u-förmigen Verlaufs aufeinander zugerichtet sind, sodass diese durch Statorspulen schließbar sind.In in 3rd illustrated embodiment are the rotor coils 360 , 370 arranged with the U-shaped course such that the legs of the U-shaped course extend in the direction of the axis of rotation R to stretch from the crown. The double rotor includes 240 two rotor disks, which are in the direction of the axis of rotation R oriented stator coils 375 include axially. The rotor coils 360 , 370 form a group in each rotor disk 380 of rotor coils 360 , whose legs of the u-shaped course face each other so that they can be closed by stator coils.

Wie in 4 dargestellt können in einem weiteren Ausführungsbeispiel die supraleitenden Spulen auch derart angeordnet sein, dass sich die Schenkel des u-förmigen Verlaufs V in radialer Richtung fortstrecken.As in 4th In a further exemplary embodiment, the superconducting coils can also be arranged such that the legs of the U-shaped course V extend in the radial direction.

In allen gezeigten Ausführungsbeispielen wird der Rotor 40, 240, RT der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 10 zum Betrieb auf kryogene Temperaturen von unter 90 Kelvin gekühlt. Dazu ist beispielsweise wie in 4 dargestellt in einem Rotorschaft S des Rotors RT der elektrischen Maschine ein Kühlmittelpfad P gebildet, welcher Kühlmittel durch den Rotor RT leitet. Auf diese Weise wird der Rotor RT auf kryogene Temperaturen gekühlt.In all of the exemplary embodiments shown, the rotor 40 , 240 , RT the electrical machine according to the invention 10th cooled to below 90 Kelvin for operation. For example, as in 4th represented in a rotor shaft S of the rotor RT a coolant path of the electrical machine P formed which coolant through the rotor RT directs. In this way the rotor RT cooled to cryogenic temperatures.

Das in 5 dargestellte erfindungsgemäße hybridelektrische Flugzeug 500 weist eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 10 wie vorhergehend beschrieben auf. Die elektrische Maschine 10 arbeitet als Elektromotor und treibt einen Propeller 510 des hybridelektrischen Flugzeugs 500 an.This in 5 shown hybrid electric aircraft according to the invention 500 has an electrical machine according to the invention 10th as previously described. The electrical machine 10th works as an electric motor and drives a propeller 510 of the hybrid electric aircraft 500 on.

Claims (10)

Elektrische Maschine mit zumindest einer ersten Gruppe (50) supraleitender Spulen (60; 360, 370), welche angeordnet sind, einen magnetischen Fluss zumindest entlang eines u-förmigen Verlaufs (V) zu führen.Electrical machine with at least a first group (50) of superconducting coils (60; 360, 370), which are arranged to conduct a magnetic flux at least along a U-shaped course (V). Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die supraleitenden Spulen (60; 360, 370) der ersten Gruppe (50) den u-förmigen Verlauf (V) und/oder eine Längsmittelline des u-förmigen Verlaufs (V), insbesondere umfänglich, umgeben.Electrical machine according to one of the preceding claims, in which the superconducting coils (60; 360, 370) of the first group (50) have the U-shaped course (V) and / or a longitudinal center line of the U-shaped course (V), in particular circumferentially , surround. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher sich die supraleitenden Spulen (60; 370) mit ihren Windungsebenen entlang Kurvenradien eines Kurvenabschnitts des Verlaufs (V) erstrecken.Electrical machine according to one of the preceding claims, in which the superconducting coils (60; 370) extend with their winding planes along curve radii of a curve section of the profile (V). Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der u-förmige Verlauf (V) sich innerhalb einer Verlaufsebene erstreckt und sich die supraleitenden Spulen (60; 360, 370) mit ihren Windungsebenen senkrecht zur Verlaufsebene erstrecken.Electrical machine according to one of the preceding claims, in which the U-shaped course (V) extends within a course plane and the superconducting coils (60; 360, 370) extend with their winding planes perpendicular to the course plane. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die erste Gruppe (50) an einem Rotor (40, 240) oder Stator der elektrischen Maschine angeordnet ist. Electrical machine according to one of the preceding claims, in which the first group (50) is arranged on a rotor (40, 240) or stator of the electrical machine. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche mehrere Gruppen (50, 380) supraleitender Spulen (60; 360, 370) aufweist, wobei Schenkel des u-förmigen Verlaufs (V) sich jeweils in dieselbe Richtung vom Scheitel fortstrecken.Electrical machine according to one of the preceding claims, which has a plurality of groups (50, 380) of superconducting coils (60; 360, 370), legs of the U-shaped course (V) each extending in the same direction from the apex. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche mehrere Gruppen (50, 380) supraleitender Spulen (60; 360, 370) aufweist, wobei Schenkel des u-förmigen Verlaufs mindestens zweier Gruppen (50, 380) aufeinander zu gerichtet sind.Electrical machine according to one of the preceding claims, which has a plurality of groups (50, 380) of superconducting coils (60; 360, 370), legs of the U-shaped course of at least two groups (50, 380) being directed towards one another. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ein Elektromotor und/oder ein Generator ist.Electrical machine according to one of the preceding claims, which is an electric motor and / or a generator. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die supraleitenden Spulen mit Yttrium-Barium-Kupferoxid gebildet sind.Electrical machine according to one of the preceding claims, in which the superconducting coils are formed with yttrium-barium-copper oxide. Hybridelektrisches Fahrzeug, vorzugsweise Luftfahrzeug, insbesondere Flugzeug, welches eine elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Hybrid-electric vehicle, preferably an aircraft, in particular an aircraft, which has an electrical machine according to one of the preceding claims.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180212490A1 (en) * 2015-07-13 2018-07-26 Heron Energy Pte. Ltd Rotating electromagnetic devices

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