DE102021113351A1 - Wheel drive of an aircraft landing gear - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radantrieb eines Luftfahrzeugfahrwerks, insbesondere einen Direktradantrieb eines Luftfahrzeugfahrwerks, der einen Elektromotor zum direkten Antreiben von mindestens einem Rad des Fahrwerks umfasst. Wobei der Elektromotor eine Axialflussmaschine ist.The present invention relates to a wheel drive of an aircraft landing gear, in particular a direct wheel drive of an aircraft landing gear, which includes an electric motor for directly driving at least one wheel of the landing gear. The electric motor is an axial flow machine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radantrieb eines Luftfahrzeugfahrwerks, insbesondere einen Direktradantrieb eines Luftfahrzeugfahrwerks.The present invention relates to a wheel drive of an aircraft landing gear, in particular a direct wheel drive of an aircraft landing gear.

Luftfahrzeuge weisen typischerweise mindestens ein Fahrwerk auf, dass das Manövrieren des Luftfahrzeugs am Boden erleichtert. Ein solches Fahrwerk ist dabei typischerweise mit mindestens einem Rad versehen, sodass ein Rollen des Luftfahrzeugs am Boden möglich ist. Dadurch kann ein Luftfahrzeug beispielsweise leicht in einen Hangar oder auf einem Flugfeld auf eine entsprechende Startposition verfahren werden.Aircraft typically have at least one landing gear that facilitates maneuvering of the aircraft on the ground. Such a landing gear is typically provided with at least one wheel, so that the aircraft can roll on the ground. As a result, an aircraft can easily be moved to a corresponding starting position in a hangar or on an airfield, for example.

Herkömmlicherweise ist es noch weit verbreitet, dass Flugzeuge für einen Vortrieb beim Rollen den Schub aus ihrem Haupttriebwerk verwenden, was aber in Bezug auf die Effizienz des Antriebs nachteilig ist.Conventionally, it is still common for airplanes to use the thrust from their main engine for propulsion when taxiing, but this is disadvantageous in terms of propulsion efficiency.

Daher gibt es bereits Entwicklungen, um das Rad eines Fahrwerks nicht über den Primärantrieb eines Luftfahrzeugs anzutreiben, sondern über einen mit dem Rad in Verbindung stehenden Sekundärantrieb, der auch Radantrieb genannt wird. Dabei wird also unabhängig vom Primärantrieb des Luftfahrzeugs das Rad über einen eigens dafür vorgesehenen Radantrieb betätigt, um einen Vortrieb beim Rollen des Luftfahrzeugs ohne die Notwendigkeit des Primärantriebs des Luftfahrzeugs zu erhalten.Therefore, there are already developments to drive the wheel of a landing gear not via the primary drive of an aircraft, but via a secondary drive connected to the wheel, which is also called a wheel drive. The wheel is thus actuated independently of the primary drive of the aircraft via a wheel drive provided specifically for this purpose in order to obtain propulsion when the aircraft is taxiing without the need for the primary drive of the aircraft.

Nach dem Stand der Technik ist es dabei erforderlich, das von einem Elektromotor, in der Regel eine Radialflussmaschine, zum Antreiben des Rads generierte Drehmoment mithilfe eines Reduziergetriebes umzuwandeln, um eine ausreichend hohe Kraft zum Antreiben des Luftfahrzeugs zu erlangen.According to the prior art, it is necessary to convert the torque generated by an electric motor, usually a radial flow machine, to drive the wheel using a reduction gear in order to obtain a sufficiently high power to drive the aircraft.

Ein solches Reduziergetriebe ist jedoch sehr fehleranfällig und kann im Fehlerfall Klemmen oder Blockieren. Ein solcher Fehler wird als sicherheitskritisch für ein Luftfahrzeug angesehen, den es unbedingt zu vermeiden gilt.However, such a reduction gear is very error-prone and can jam or block in the event of an error. Such a failure is considered critical to the safety of an aircraft and must be avoided at all costs.

Um während einer Landephase ein mögliches Klemmen bzw. Blockieren des Reduziergetriebes und zudem die Trägheit des Radantriebes beim schnellen Andrehen während der Landung zu umgehen, wird im Stand der Technik typischerweise der Radantrieb komplett vom Rad entkoppelt. Der Bremsvorgang beim Landen wird konventionell über die überwiegend in den Hauptfahrwerken verbauten Bremsen eingeleitet. Erst nach der Landung und dem Abbremsen wird der Radantrieb dann eingekoppelt und zum Rollen bis zur Endposition aktiviert.In order to avoid possible jamming or blocking of the reduction gear during a landing phase and also the inertia of the wheel drive when turning quickly during landing, the wheel drive is typically completely decoupled from the wheel in the prior art. The braking process when landing is initiated conventionally via the brakes, which are mainly installed in the main landing gear. Only after landing and braking is the wheel drive coupled and activated to roll to the end position.

Das Ein-/Auskuppeln des Radantriebs und die Trennung der Bremsfunktion vom Radantrieb macht herkömmliche Ausführungen komplex, schwer und teuer.The engagement/disengagement of the wheel drive and the separation of the braking function from the wheel drive makes conventional designs complex, heavy and expensive.

Darüber hinaus wird im Stand der Technik zumindest für das Manövrieren, Lenken oder Bremsen noch auf einen hydraulischen Antrieb zurückgegriffen, was die Komplexität und den Wartungsaufwand eines heutigen Luftfahrzeugs erhöht.In addition, a hydraulic drive is still used in the prior art, at least for manoeuvring, steering or braking, which increases the complexity and the maintenance effort of today's aircraft.

Es ist das Ziel der vorliegenden Vorrichtung die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden und einen Radantrieb für ein Luftfahrzeugfahrwerk vorzusehen, der die oben aufgeführten Nachteile überwindet oder zumindest abmildert.It is the aim of the present device to overcome the disadvantages known from the prior art and to provide a wheel drive for an aircraft landing gear which overcomes or at least mitigates the disadvantages listed above.

Dies gelingt mit einem Radantrieb eines Luftfahrzeugfahrwerks, das sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Demnach ist vorgesehen, dass der Radantrieb eines Luftfahrzeugfahrwerks, insbesondere ein Direktradantrieb eines Luftfahrzeugfahrwerks einen Elektromotor zum Antreiben, vorzugsweise direkten Antreiben von mindestens einem Rad des Fahrwerks umfasst, wobei der Elektromotor eine Axialflussmaschine ist.This is achieved with a wheel drive of an aircraft landing gear that has all the features of claim 1. Accordingly, it is provided that the wheel drive of an aircraft landing gear, in particular a direct wheel drive of an aircraft landing gear, includes an electric motor for driving, preferably direct driving, at least one wheel of the landing gear, the electric motor being an axial flow machine.

Durch den Einsatz einer Axialflussmaschine (AFM) in dem sicherheitskritischen, elektromechanischen Antrieb eines Flugzeugrades, (der zu großen Teilen während des eTAXI, also einem Bewegen des Luftfahrzeugs auf einem Rollfeld, genutzt wird), können gegenüber Elektromotoren konventioneller Bauart, wie z.B. Radialflussmaschinen (RFM) höhere Drehmomente erzeugt werden. Zudem ermöglicht das Betreiben des Radantriebs als Generator das Erzielen einer Bremswirkung, sodass dann unter Umständen auch auf eine zusätzliche separate hydraulisch bzw. elektrische Bremse verzichtet werden kann.By using an axial flux machine (AFM) in the safety-critical, electromechanical drive of an aircraft wheel (which is used to a large extent during the eTAXI, i.e. moving the aircraft on a runway), compared to electric motors of conventional design, such as radial flux machines (RFM ) higher torques can be generated. In addition, operating the wheel drive as a generator makes it possible to achieve a braking effect, so that under certain circumstances an additional separate hydraulic or electric brake can then also be dispensed with.

Dadurch kann, sofern entsprechend dimensionierte Lasten (Antriebsmoment, kinetische Energie etc.) vorliegen (bei kleineren Plattformen, wie Helikopter, UAV, eVTOL etc.), das ansonsten notwendige Reduziergetriebe, die Kupplung zum Isolieren des Radantriebs bei Start und Landung und/oder die Bremse beispielsweise in Form einer Scheibenbremse, einer Trommelbremse oder einer Felgenbremse entfallen.As a result, provided that the loads (drive torque, kinetic energy, etc.) are dimensioned accordingly (in the case of smaller platforms such as helicopters, UAVs, eVTOLs, etc.), the otherwise necessary reduction gear, the clutch for isolating the wheel drive during takeoff and landing and/or the Brakes, for example in the form of a disc brake, a drum brake or a rim brake, are omitted.

Dies wiederum bringt Kostenvorteile mit sich und erhöht die Zuverlässigkeit des Radantriebs, da zum einen eine geringere Komplexität besteht, und zum anderen der Fehlerfall des Klemmens in Getriebe/Kupplung umgangen wird. Weiter wächst durch das Wegfallen des Getriebes/Kupplung und der separaten Bremse der Integrationsgrad des Radantriebs in das Gesamtsystem Flugzeugfahrwerk, was insbesondere für das Hauptfahrwerk gilt. Darüber hinaus lässt sich durch eine Auslegung mit einer doppelten Axialflussmaschine (Multistack, also eine Anordnung bei der mehrere Statoren vorhanden sind, die auf einen oder einen jeweiligen mit derselben Rotorwelle verbundenen Rotor wirken, oder einer speziellen Stator-Verschaltung eine (Duplex-) Redundanz im elektrischen Radantrieb einfach umsetzen. Dabei wird beispielsweise ein Rotor über mehrere, voneinander unabhängige Statoren angesteuert, sodass auch ein Ausfall einer Statoransteuerung die grundlegende Funktionalität nicht beeinträchtigt.This in turn brings with it cost advantages and increases the reliability of the wheel drive, since on the one hand there is less complexity and on the other hand the error situation of jamming in the transmission/clutch is avoided. The elimination of the gear/clutch and the separate brake further increases the degree of integration of the wheel drive into the overall aircraft landing gear system, which applies in particular to the main landing gear. About that In addition, a design with a double axial flux machine (multistack, i.e. an arrangement in which there are several stators that act on one or a respective rotor connected to the same rotor shaft, or a special stator connection allows (duplex) redundancy in the electrical Wheel drive can be implemented easily: A rotor, for example, is controlled via several stators that are independent of one another, so that even if one of the stator controls fails, the basic functionality is not impaired.

Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass ein Gehäuse der Axialflussmaschine direkt an eine Struktur des Fahrwerks, insbesondere an ein Fahrwerksbein des Luftfahrzeugfahrwerks montiert ist. Dadurch wird eine besonders kompakte Möglichkeit zum Antreiben des Rads geschaffen, die aufgrund der Anordnungsposition direkt am Fahrwerksbein des Luftfahrzeugfahrwerks auf eine Übersetzung durch ein Getriebe oder dergleichen verzichten kann.Furthermore, according to the present invention, it can be provided that a housing of the axial flow machine is mounted directly on a structure of the landing gear, in particular on a landing gear leg of the aircraft landing gear. This creates a particularly compact possibility for driving the wheel, which, due to the arrangement position directly on the landing gear leg of the aircraft landing gear, can dispense with a transmission by means of a gear or the like.

Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass kein Getriebe zum Umsetzen einer von der Axialflussmaschine erzeugten Drehzahl und/oder keine Kupplung zum Ein-/Auskuppeln der Axialflussmaschine mit dem mindestens einen Rad vorhanden ist/sind.According to an optional modification of the present invention, it can be provided that there is/are no transmission for converting a speed generated by the axial flow machine and/or no clutch for engaging/disengaging the axial flow machine with the at least one wheel.

Die Komplexität und die Fehlermöglichkeiten eines Radantriebs reduzieren sich wesentlich, wenn auf eine Getriebeübersetzung und/oder eine Kupplung verzichtet werden kann. Bei einem solchen Direktradantrieb (direct-drive Prinzip), muss jedoch das erforderliche Antriebsmoment direkt vom Motor (Single oder Multistack) aufgebracht/vernichtet werden.The complexity and the potential for errors in a wheel drive are significantly reduced if there is no need for a gear ratio and/or a clutch. With such a direct wheel drive (direct-drive principle), however, the required drive torque must be applied/destroyed directly by the motor (single or multi-stack).

Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Radantrieb keine separate Bremse zum Abbremsen des Rads besitzt. So kann hierfür in den generatorischen Betrieb der Axialflussmaschine gewechselt werden, um eine gewünschte Bremswirkung zu erzielen. Dabei wird also die kinetische Bremsenergie direkt durch die Axialflussmaschine erzeugt.Furthermore, it can be provided according to the invention that the wheel drive does not have a separate brake for braking the wheel. For this purpose, the axial flow machine can be switched to generator operation in order to achieve a desired braking effect. The kinetic braking energy is generated directly by the axial flow machine.

Für diese Anwendungen (kupplungsfreie Umsetzung, getriebefrei Umsetzung und/oder bremsfreie Umsetzung) bietet die Axialflussmaschine gegenüber konventionellen Motorbauweisen (RFM, Radialflussmaschine) eine höhere Drehmomentdichte, eine geringere Trägheit und genügend Volumen zur Aufnahme zumindest eines Teils der kinetischen Energie, d.h. mit ihr lässt sich bei vergleichbarer Motormasse ein höheres Antriebsmoment erzeugen und kurzfristig mehr Energie u.a. in Form von Wärme aufnehmen. Die restliche Bremsenergie muss dann über Energiespeichermittel (beispielsweise Supercaps) oder das Bordnetz gespeichert bzw. verbraucht werden.For these applications (coupling-free implementation, gear-free implementation and/or brake-free implementation), the axial flux machine offers a higher torque density than conventional motor designs (RFM, radial flux machine), lower inertia and sufficient volume to absorb at least part of the kinetic energy, i.e. it can be used produce a higher drive torque with a comparable engine mass and absorb more energy in the form of heat, for example. The remaining braking energy must then be stored or consumed via energy storage means (such as supercaps) or the vehicle electrical system.

Nach einer weiteren Forderung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Stator des Radantriebs dazu ausgelegt ist, starr an einem Fahrwerksbein des Luftfahrzeugfahrwerks befestigt zu sein, und/oder der Rotor des Radantriebs dazu ausgelegt ist, drehfest mit einer Felge des anzutreibenden Rads zusammenzuwirken.According to a further requirement of the present invention, it can be provided that the stator of the wheel drive is designed to be rigidly attached to a landing gear leg of the aircraft landing gear, and/or the rotor of the wheel drive is designed to co-operate in a rotationally fixed manner with a rim of the wheel to be driven.

So kann der Stator der Axialflussmaschine direkt oder über die Anordnung in einem Gehäuse mit einem Fahrwerksbein des Luftfahrzeugs Fahrwerks zusammenwirken, was eine sehr kompakte Bauweise des Direktradantriebs ermöglicht.The stator of the axial flow machine can thus interact with a landing gear leg of the aircraft landing gear directly or via the arrangement in a housing, which enables a very compact design of the direct wheel drive.

Darüber hinaus ist es möglich, die Felge eines anzutreibenden Rads direkt an dem Rotor der Axialflussmaschine zu befestigen, sodass eine besonders geringe Anzahl an Bauteilen zur Übertragung des Drehmoments von der Motorwelle der Axialflussmaschine (die einstückig oder drehfest mit dem Rotor der Axialflussmaschine verbunden ist) erforderlich sind. Zudem wird durch einen so kompakt gehaltenen Aufbau ein Direktradantrieb geschaffen, der besonders wenig Platz beansprucht und ein sehr niedriges Gewicht aufweist.In addition, it is possible to attach the rim of a wheel to be driven directly to the rotor of the axial flux machine, so that a particularly small number of components are required to transmit the torque from the motor shaft of the axial flux machine (which is integrally or non-rotatably connected to the rotor of the axial flux machine). are. In addition, such a compact design creates a direct wheel drive that takes up very little space and is very light.

Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Felge des mindestens einen anzutreiben Rads direkt an einer Motorwelle / dem Rotor der Axialflussmaschine montiert ist. Wie bereits oben kurz erwähnt, kann das direkte Montieren der Felge an dem Rotor/der Motorwelle der Axialflussmaschine zu einem besonders kompakten Aufbau des Radantriebs führen, bei dem wenige Bauteile zum Antreiben des Rads erforderlich sind. Auch die Minimierung der dabei verwendeten Bauteile führt natürlich dazu, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit absinkt, sodass der sicherheitskritische Radantrieb eine bessere Zuverlässigkeit aufweist.According to a further optional development of the present invention, it can be provided that a rim of the at least one wheel to be driven is mounted directly on a motor shaft/the rotor of the axial flow machine. As mentioned briefly above, mounting the rim directly to the rotor/motor shaft of the axial flux machine can result in a particularly compact wheel drive design, requiring few components to drive the wheel. Of course, minimizing the components used also means that the probability of failure is reduced, so that the safety-critical wheel drive is more reliable.

Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass ein Lager für eine Felge des anzutreibenden Rads in einem Gehäuse der Axialflussmaschine angeordnet ist, vorzugsweise ein Teil des Elektromotors ist. Durch das Vorsehen von mindestens einem Lager für eine Felge des anzutreibenden Rads in dem Gehäuse der Axialflussmaschine ist es weiter möglich, die Abmaße des Radantriebs zu verkleinern, sodass das Fahrwerk weniger Platz beansprucht und sich somit bei einem eingefahrenen Zustand mehr Nutzraum ergibt. Eine kleine Dimensionierung des Radantriebs ist auch hinsichtlich aller aerodynamischer Aspekte von Vorteil, da das Fahrwerk in einem ausgefahrenen Zustand einen geringeren Windwiderstand besitzt und das Luftfahrzeug weniger stark beeinflusst.Furthermore, according to the present invention, it can be provided that a bearing for a rim of the wheel to be driven is arranged in a housing of the axial flow machine, preferably being part of the electric motor. By providing at least one bearing for a rim of the wheel to be driven in the housing of the axial flow machine, it is also possible to reduce the dimensions of the wheel drive, so that the chassis takes up less space and there is more usable space when retracted. A small dimensioning of the wheel drive is also advantageous with regard to all aerodynamic aspects, since the landing gear has a lower energy consumption when it is extended has wind resistance and affects the aircraft less severely.

Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der umliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Radantrieb ferner über eine Parkbremse zum mechanischen Blockieren des mindestens einen Rads verfügt, wobei hierbei vorzugsweise keine elektrische Leistung für eine Blockierstellung der Parkbremse erforderlich ist. Vorzugsweise kann die Parkbremse dabei auch durch eine bestimmte Ansteuerung der Axialflussmaschine umgesetzt sein, die einer Bewegung vom Rotor gegenüber dem Stator entgegensteht.According to a further optional development of the surrounding invention, it can be provided that the wheel drive also has a parking brake for mechanically locking the at least one wheel, with preferably no electrical power being required for a locking position of the parking brake. Preferably, the parking brake can also be implemented by a specific control of the axial flux machine, which opposes a movement of the rotor relative to the stator.

Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass eine Ansteuerung des Radantriebs dazu in der Lage ist, den Radantrieb durch die Axialflussmaschine im Motorbetrieb zu betätigen und/oder im Generatorbetrieb abzubremsen.Furthermore, according to the present invention, it can be provided that an activation of the wheel drive is able to actuate the wheel drive by the axial flow machine in motor mode and/or brake it in generator mode.

Vorzugsweise besitzt dabei der Radantrieb ferner eine Zusatzbremse, insbesondere eine Scheibenbremse, eine Trommelbremse und/oder eine Felgenbremse. So kann hierbei auch vorgesehen sein, dass die kinetische Energie der Zusatzbremse kleiner ist als die maximale Bremswirkung der Axialflussmaschine im Generatorbetrieb. Die Zusatzbremse ist in diesem Fall also kleiner dimensioniert als die generatorische Bremse, die beim Betreiben der Axialflussmaschine im Generatorbetrieb ein Bremsmoment auf das Rad ausübt.The wheel drive preferably also has an additional brake, in particular a disc brake, a drum brake and/or a rim brake. It can also be provided that the kinetic energy of the additional brake is less than the maximum braking effect of the axial flow machine in generator mode. In this case, the additional brake is dimensioned smaller than the generator brake, which exerts a braking torque on the wheel when the axial flow machine is operated in generator mode.

Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Radantrieb zum Bewegen eines Luftfahrzeugs am Boden, zum Bremsen eines Luftfahrzeugs durch Verwenden der Axialflussmaschine im Generatorbetrieb, zum Manövrieren eines Luftfahrzeugs, vorzugsweise durch das Vorsehen mehrerer Direktradantriebe und das Nutzen von Differenzantrieb/- verzögerung, zum aktiven Unterstützen des Startvorgangs und/oder zum aktiven Andrehen des mindestens einen Rads vor oder während einer Landung geeignet ist.According to a further optional modification of the present invention, provision can be made for the wheel drive to move an aircraft on the ground, to brake an aircraft by using the axial flow machine in generator mode, to maneuver an aircraft, preferably by providing a plurality of direct wheel drives and using differential drives/ - Delay, is suitable for actively supporting the starting process and/or for actively turning the at least one wheel before or during a landing.

Das Bewegen eines Luftfahrzeugs kann durch das Antreiben des Radantriebs erfolgen, sodass das Luftfahrzeug bei einem ausgefahrenen Fahrwerk mithilfe des Radantriebs angetrieben wird. Das Bremsen erfolgt dabei durch Verwenden der Axialflussmaschine im generatorischen Betrieb, sodass die Bewegungsenergie des Luftfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt wird. Das Manövrieren des Luftfahrzeugs kann beispielsweise durch das Vorsehen mehrerer Radantriebe umgesetzt werden, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit oder in entgegengesetzte Richtungen betrieben werden können. Hierbei kann natürlich auch vorgesehen sein, dass beispielsweise bei einem Bugfahrwerk die dort typischerweise vorhandene Zwillingsbereifung so umgesetzt ist, dass jeder der beiden Räder der Zwillingsbereifung mit einem eigenen Radantrieb versehen ist. Steuert man die beiden Räder der Zwillingsbereifung unabhängig voneinander an, können gewisse Kurvenradien gefahren werden. Ein ähnliches Prinzip gilt aber auch für die typischerweise weiter von der Luftfahrzeugmittelachse entfernt angeordneten Hauptfahrwerke, die beispielsweise unterhalb der sich seitlich zur Luftfahrzeugmittelachse abstehenden Flügelbereiche angeordnet sein können. Auch hier kann eine Lenkung des Luftfahrzeugs dadurch erfolgen, dass die voneinander beabstandeten Hauptfahrwerke jeweils mit einem eigenen Radantrieb versehen sind, sodass eine Lenkung des Luftfahrzeugs über eine Differenzgeschwindigkeit der jeweiligen Radantriebe erfolgen kann.An aircraft can be moved by driving the wheel drive, so that when the landing gear is down, the aircraft is driven using the wheel drive. The braking is done by using the axial flow machine in generator mode, so that the kinetic energy of the aircraft is converted into electrical energy. Maneuvering of the aircraft can be implemented, for example, by providing multiple wheel drives that can be operated at different speeds or in opposite directions. Here, of course, it can also be provided that, for example in the case of a nose gear, the twin tires that are typically present there are implemented in such a way that each of the two wheels of the twin tires is provided with its own wheel drive. If you control the two wheels of the dual tires independently of each other, certain curve radii can be driven. However, a similar principle also applies to the main landing gears, which are typically arranged further away from the center axis of the aircraft and can be arranged, for example, below the wing regions that protrude laterally from the center axis of the aircraft. Here, too, the aircraft can be steered in that the main landing gears, which are spaced apart from one another, are each provided with their own wheel drive, so that the aircraft can be steered via a differential speed of the respective wheel drives.

So kann die Axialflussmaschine, integriert in den Hauptfahrwerksrädern, zur Richtungsänderung während des Manövrierens am Boden von Vorteil sein. Über die Kombination von Differenzantrieb/-verzögerung kann das Luftfahrzeug am Boden gelenkt bzw. auf der Stelle gedreht werden. Ein eVTOL (electronic Vertical Take-Off and Landing) bzw. UAM (Urban Air Mobility) kann somit nicht nur von A nach B fliegen, sondern auch am Boden autonom ohne Installieren einer Schleppstange oder ähnlichem oder unter Verwendung des Primärantriebs (beispielsweise der Rotoren) von der Landeposition z.B. auf einem Vertiport zur Parkposition rollen.For example, the axial flux machine integrated into the main gear wheels can be beneficial for changing direction while maneuvering on the ground. The aircraft can be steered on the ground or rotated on the spot via the combination of differential drive/deceleration. An eVTOL (electronic Vertical Take-Off and Landing) or UAM (Urban Air Mobility) can not only fly from A to B, but also autonomously on the ground without installing a tow bar or similar or using the primary drive (e.g. the rotors). roll from the landing position e.g. on a vertiport to the parking position.

Da bei zukünftigen Luftfahrzeugen (beispielsweise More-Electrical-Aircrafts) aus Gründen der Gewichtsoptimierung zukünftig auch keine hydraulische Bordversorgung mehr vorhanden sein wird, können die Bremsen nicht mehr hydraulisch angesteuert werden. Ein integriertes Antriebs-/Bremssystem löst diese Aufgabe ohne die aufwendige Integration einer separaten elektromechanischen Bremse.Since future aircraft (e.g. more electric aircraft) will no longer have a hydraulic on-board supply for reasons of weight optimization, the brakes can no longer be controlled hydraulically. An integrated drive/brake system solves this task without the complex integration of a separate electromechanical brake.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Radantriebs- und Bremssystem für ein Luftfahrzeug mit einem Radantrieb nach einer der vorhergehenden Varianten sowie einem damit verbundenen Energiespeicher zum Aufnehmen und/oder Abgeben von Energie von dem/an den Radantrieb.The present invention also relates to a wheel drive and braking system for an aircraft with a wheel drive according to one of the preceding variants and an energy store connected thereto for absorbing and/or releasing energy from/to the wheel drive.

Dabei wird die angefallene Energie beim Bremsen in den Energiespeicher eingeleitet und kann beispielsweise für einen nachfolgenden Motorbetrieb der Axialflussmaschine genutzt werden.The energy generated during braking is introduced into the energy store and can be used, for example, for subsequent motor operation of the axial flow machine.

Insbesondere bei eSTOL (electric Short Take-Off and Landing), also einem Luftfahrzeug, das nur eine sehr kurze Lande- oder Startbahnlänge benötigt, kann der Direktradantrieb während des Startvorgangs (Take-Off Run) zusätzlich zur Beschleunigung des Luftfahrzeugs am Boden wirken. Dies kann die Spitzenleistung des Primärantriebs reduzieren und eröffnet diesen neuen Auslegungsmöglichkeiten.Especially with eSTOL (electric Short Take-Off and Landing), i.e. an aircraft that only requires a very short landing or runway length, the direct wheel drive can be used during the take-off process (take-off run) in addition to the acceleration of the aircraft on the ground. This can reduce the peak power of the prime mover and opens up these new design options.

Damit ist diese von der Erfindung vorgeschlagene Bauart auch vorrangig für unkonventionelle Flugzeugarchitekturen von Interesse, welche auf einer elektrischen Leistungsversorgung basieren und gleichzeitig hohe Sicherheitsanforderungen an die Systeme stellen.This design proposed by the invention is therefore also primarily of interest for unconventional aircraft architectures which are based on an electrical power supply and at the same time place high safety requirements on the systems.

Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrwerk eines Luftfahrzeugs mit einem Radantrieb nach einem der vorstehend erläuterten Varianten, vorzugsweise ein Bug- und/oder ein Hauptfahrwerk.Furthermore, the invention relates to a landing gear of an aircraft with a wheel drive according to one of the variants explained above, preferably a nose gear and/or a main landing gear.

Dabei kann vorgesehen sein, dass das Fahrwerk des Luftfahrzeugs mit mindestens zwei Rädern versehen ist, die jeweils über eine zugehörige Axialflussmaschine unabhängig voneinander antreibbar sind. Hier wird auch der Fall umfasst, dass das Bugfahrwerk mindestens zwei Räder aufweist, die über eine jeweils zugehörige Axialflussmaschine unabhängig voneinander antreibbar sind.Provision can be made for the landing gear of the aircraft to be provided with at least two wheels, each of which can be driven independently of one another via an associated axial flow machine. This also includes the case that the nose landing gear has at least two wheels that can be driven independently of one another via a respective associated axial flow machine.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Räder an einem gemeinsamen Fahrwerksbein angeordnet sind und beispielsweise das Bugfahrwerk darstellen.Provision can preferably be made for the at least two wheels to be arranged on a common landing gear leg and, for example, to represent the nose gear.

Die Erfindung betrifft ferner ein Luftfahrzeug mit einem Radantrieb nach einem der diskutierten Varianten, einem Radantriebs- und Bremssystem nach der vorstehend diskutierten Variante oder einem Fahrwerk nach einer der vorhergehenden Varianten.The invention also relates to an aircraft with a wheel drive according to one of the variants discussed, a wheel drive and braking system according to the variant discussed above, or a landing gear according to one of the preceding variants.

Damit eignet sich der erfindungsgemäße Radantrieb vornehmlich für Luftfahrzeuge mit geringer horizontaler Landegeschwindigkeit bzw. Verzögerung. Dies können zum einen Helikopter oder UAV (Unmanned Aerial Vehicle, Drohnen) oder auch eVTOL (electrical Vertical Take-Off and Landing) oder eSTOL (Short Take-Off and Landing) bzw. UAM (Urban Air Mobility) Plattformen sein.The wheel drive according to the invention is therefore primarily suitable for aircraft with a low horizontal landing speed or deceleration. These can be helicopters or UAVs (Unmanned Aerial Vehicles, drones) or eVTOL (electrical Vertical Take-Off and Landing) or eSTOL (Short Take-Off and Landing) or UAM (Urban Air Mobility) platforms.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

• 1: eine Schnittdarstellung eines herkömmlichen Radaufhängung bei einem Luftfahrzeugfahrwerk, und
• 2: eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Radantriebs bei einem Luftfahrzeugfahrwerk.

Further features, details and advantages of the invention can be seen from the description of the figures. show:

• 1 : a sectional view of a conventional wheel suspension in an aircraft landing gear, and
• 2 : a sectional view of a wheel drive according to the invention in an aircraft landing gear.

1 zeigt eine Schnittdarstellung einer herkömmlichen Radaufhängung 15 bei einem Luftfahrzeugfahrwerk. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist von dem Rad 3 lediglich die Felge 9 dargestellt und der Reifen weggelassen worden. An der Fahrwerkstruktur, beispielsweise einem Fahrwerksbein 6, ist drehfest die Radachse 14 angebunden, an der die Felge 9 über entsprechende Lager 11 rotierbar befestigt ist. Die Felge 9 weist dabei einen drehfest mit der Felge 9 verbundenen Bremsrotor 12 auf, der mit einer Drehung der Felge 9 bzw. des Rads 3 mitrotiert. Möchte man nun die Rotation des Rads 3 abbremsen, so wird der Bremsrotor 12 ganz klassisch über zwei Bremsbacken 16 (Bremsstatoren) geklemmt, um durch die dabei entstehende Reibung die gewünschte Bremswirkung zu erzielen. Die bewegbaren Bremsbacken sind dabei starr an einem Fahrwerksbein 6 befestigt, was beispielsweise über Befestigungsmittel 13, wie die dargestellte Schraubverbindung erfolgen kann. 1 shows a sectional view of a conventional wheel suspension 15 in an aircraft landing gear. For the sake of clarity, only the rim 9 of the wheel 3 is shown and the tire has been omitted. The wheel axle 14 is connected in a rotationally fixed manner to the chassis structure, for example a chassis leg 6 , to which the wheel rim 9 is rotatably fastened via corresponding bearings 11 . The rim 9 has a brake rotor 12 which is non-rotatably connected to the rim 9 and which rotates with the rotation of the rim 9 or the wheel 3 . If one now wants to brake the rotation of the wheel 3, the brake rotor 12 is clamped in the classic way via two brake shoes 16 (brake stators) in order to achieve the desired braking effect through the resulting friction. The movable brake shoes are rigidly attached to a chassis leg 6, which can be done for example via fasteners 13, such as the screw connection shown.

2 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Radantriebs 1, bei der ebenfalls das Rad 3 nur mit der Felge 9 angedeutet ist und der Reifen aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurde. 2 shows a sectional view of a wheel drive 1 according to the invention, in which the wheel 3 is also only indicated with the rim 9 and the tire has been omitted for reasons of clarity.

Die Fahrwerkstruktur 6, beispielsweise ein Fahrwerksbein 6, weist dabei an ihrem distalen Endbereich eine davon abstehende Radachse 14 auf, um welche das Rad 3 rotiert. Diese Radachse 14 ist dabei drehfest mit der Fahrwerkstruktur 6, beispielsweise den Fahrwerksbein, verbunden und dreht sich nicht mit. Für den Antrieb bzw. das Abbremsen des Rads 3 ist dabei ein Elektromotor 2 in Form einer Axialflussmaschine 4 vorgesehen. Der Stator 7 der Axialflussmaschine 4 ist dabei drehfest an dem Fahrwerksbein 6 befestigt, sodass ein auf den Stator 8 der Axialflussmaschine 4 induziertes Drehmoment zu einer Rotation des Stators 8 bzw. der damit drehfest oder einstückig verbundenen Motorwelle 10 führt.The chassis structure 6, for example a chassis leg 6, has a wheel axle 14 protruding therefrom at its distal end region, around which the wheel 3 rotates. This wheel axle 14 is non-rotatably connected to the chassis structure 6, for example the chassis leg, and does not rotate with it. An electric motor 2 in the form of an axial flow machine 4 is provided for driving or braking the wheel 3 . The stator 7 of the axial flux machine 4 is fixed in a rotationally fixed manner to the chassis leg 6 so that a torque induced on the stator 8 of the axial flux machine 4 leads to a rotation of the stator 8 or the motor shaft 10 connected thereto in a rotationally fixed or integral manner.

Die Motorwelle ist dabei drehfest mit der Felge 9 des Rads 3 verbunden, wobei dies, wie in 2 angedeutet, mithilfe einer Schraubverbindung umgesetzt sein kann.The motor shaft is non-rotatably connected to the rim 9 of the wheel 3, this, as in 2 indicated, can be implemented using a screw connection.

Dem Fachmann ist klar, dass unterschiedliche Ausgestaltungen der Axialflussmaschine 4 zum Erreichen der Vorteile der vorliegenden Erfindung verwendet werden können und nicht auf die dargestellte Umsetzung mit zwei voneinander beabstandeten Statoren 7 festgelegt ist, zwischen denen der Rotor 8 der Axialflussmaschine 4 angeordnet ist. Demnach kann ebenso eine Umsetzung mit nur einem Stator 7 die Vorteile der vorliegenden Erfindung erreichen.It is clear to a person skilled in the art that different configurations of the axial flux machine 4 can be used to achieve the advantages of the present invention and that the illustrated implementation with two spaced-apart stators 7 between which the rotor 8 of the axial flux machine 4 is arranged is not restricted. Accordingly, an implementation with only one stator 7 can also achieve the advantages of the present invention.

Die Motorwelle 10 kann demnach die Form einer Hülse aufweisen, in welche die Radachse 14 eingesteckt ist. An ihrem dem Fahrwerksbein 6 abgewandten Ende kann die Rotorwelle eine Auskragung besitzen, in denen mindestens eine Ausnehmung zum Aufnehmen eines Befestigungsmittels (beispielsweise eines Bolzens oder einer Schraube) vorgesehen ist. Ebenfalls erkennt man, dass es mindestens ein Lager 11 für das Rad 3 in dem Gehäuse 5 der Axialflussmaschine 4 bzw. in dem Gehäuse des Stators 7 integriert ist. Die Integration des Lagers 11 in das Innere eines solchen Gehäuses 5 schützt diese vor Verschmutzungen und trägt somit zu einer längeren Haltbarkeit dieser Bauteile bei.The motor shaft 10 can accordingly have the form of a sleeve into which the wheel axle 14 is inserted. At her the landing gear leg 6 abge At the opposite end, the rotor shaft can have a projection in which at least one recess for receiving a fastening means (for example a bolt or a screw) is provided. It can also be seen that at least one bearing 11 for the wheel 3 is integrated in the housing 5 of the axial flow machine 4 or in the housing of the stator 7 . The integration of the bearing 11 in the interior of such a housing 5 protects it from contamination and thus contributes to a longer service life of these components.

Der Direktradantrieb 1 ist dabei also direkt mit der Fahrwerkstruktur 6 verbunden. Im Statorgehäuse 5 links und rechts sind die Achslager 11 integriert. Die Achse 14 selbst ist drehfest mit der zwischen den beiden Statorhälften 7 liegenden Rotorscheibe 8 verbunden und beinhaltet gleichzeitig die mechanische Schnittstelle für die Aufnahme der Felge 9.The direct wheel drive 1 is thus connected directly to the chassis structure 6 . The axle bearings 11 are integrated in the stator housing 5 on the left and right. The axle 14 itself is non-rotatably connected to the rotor disk 8 located between the two stator halves 7 and at the same time contains the mechanical interface for receiving the rim 9.

Darüber hinaus ergeben sich durch den Wegfall des nicht mehr erforderlichen Getriebes und der Möglichkeit auf die Bremse zu verzichten Kostenvorteile gegenüber konventionellen elektromechanischen Radantrieben. Die erhöhte Integrationstiefe reduziert das Gewicht bzw. kompensiert das mögliche Mehrgewicht.In addition, there are cost benefits compared to conventional electromechanical wheel drives due to the omission of the gearbox, which is no longer required, and the possibility of doing without the brake. The increased depth of integration reduces the weight or compensates for the possible additional weight.

So ist in Phasen des eTAXI, also einer Bewegung des Luftfahrzeugs auf einem Rollfeld durch den Radantrieb, kein Untersetzungsgetriebe oder eine Sicherheitskupplung notwendig. Zudem ist keine zusätzliche aktive Lenkung zum Manövrieren auf engsten Raum notwendig, da diese Funktion durch eine Differenz in der Ansteuerung der Geschwindigkeit der Radantriebe umgesetzt werden kann.In phases of the eTAXI, i.e. when the aircraft is moving on a runway due to the wheel drive, no reduction gear or safety clutch is required. In addition, no additional active steering is necessary for maneuvering in the tightest of spaces, as this function can be implemented by a difference in the control of the speed of the wheel drives.

Auch kann auf freiliegende rotierenden Bremsscheiben verzichtet werden, da die Bremswirkung über den generatorischen Betrieb der Axialflussmaschine erzeugt werden kann. Somit gibt es keinen Verschleiß der Bremsscheiben sowie hieraus resultierenden Bremsstaub. Setzt man zudem noch die Parkbremse mithilfe der Axialflussmaschine um, lassen Sie auch hier Vorteile erzeugen. So gibt es beispielsweise keine Reduzierung der hydraulischen Bremskraft über Zeit und Temperatur, was zu einer höheren Verlässlichkeit der Bremswirkung führt.Exposed rotating brake discs can also be dispensed with, since the braking effect can be generated via the generator operation of the axial flow machine. This means there is no wear on the brake discs and no resulting brake dust. If you also implement the parking brake with the help of the axial flow machine, you can also generate advantages here. For example, there is no reduction in the hydraulic braking force over time and temperature, which means that the braking effect is more reliable.

Bezugszeichenlistereference list

11

Radantriebwheel drive

22

Elektromotorelectric motor

33

Radwheel

44

Axialflussmaschineaxial flow machine

55

GehäuseHousing

66

Fahrwerksbeinleg

77

Stator der AxialflussmaschineAxial flux machine stator

88th

Rotor der AxialflussmaschineAxial flow machine rotor

99

Felge des Radsrim of the wheel

1010

Motorwelle des AxialflussmotorsMotor shaft of axial flux motor

1111

Lagerwarehouse

1212

Bremsrotorbrake rotor

1313

Befestigungsmittelfasteners

1414

Achseaxis

1515

herkömmliche Radaufnhängungconventional suspension

1616

Bremsstator (Bremsbacke)Brake stator (brake shoe)

Claims (15)

Radantrieb (1) eines Luftfahrzeugfahrwerks, insbesondere Direktradantrieb eines Luftfahrzeugfahrwerks, umfassend: einen Elektromotor (2) zum vorzugsweise direkten Antreiben von mindestens einem Rad (3) des Fahrwerks, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) eine Axialflussmaschine (4) ist.Wheel drive (1) of an aircraft landing gear, in particular direct wheel drive of an aircraft landing gear, comprising: an electric motor (2) for preferably directly driving at least one wheel (3) of the landing gear, characterized in that the electric motor (2) is an axial flow machine (4). Radantrieb (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 1, wobei ein Gehäuse (5) der Axialflussmaschine (4) direkt an eine Struktur des Fahrwerks, insbesondere an das Fahrwerksbein (6) montiert ist.Wheel drive (1) according to the preceding one claim 1 wherein a housing (5) of the axial flow machine (4) is mounted directly on a structure of the chassis, in particular on the chassis leg (6). Radantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei kein Getriebe zum Umsetzen einer von der Axialflussmaschine (4) erzeugten Drehzahl und/oder keine Kupplung zum Ein-/Auskuppeln der Axialflussmaschine (4) mit dem mindestens einen Rad (3) vorhanden ist/sind.Wheel drive (1) according to one of the preceding claims, wherein there is no transmission for converting a speed generated by the axial flow machine (4) and/or no clutch for coupling/disengaging the axial flow machine (4) with the at least one wheel (3)/ are. Radantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Stator (7) der Axialflussmaschine (4) dazu ausgelegt ist, starr an einem Fahrwerksbein (6) des Luftfahrzeugfahrwerks befestigt zu sein, und/oder der Rotor (8) der Axialflussmaschine (4) dazu ausgelegt ist, drehfest mit einer Felge (9) des anzutreibenden Rads (3) zusammenzuwirken.Wheel drive (1) according to one of the preceding claims, wherein a stator (7) of the axial flux machine (4) is designed to be rigidly attached to a landing gear leg (6) of the aircraft landing gear, and/or the rotor (8) of the axial flux machine (4 ) is designed to co-operate non-rotatably with a rim (9) of the wheel (3) to be driven. Radantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Felge (9) des mindestens einen anzutreiben Rads (3) direkt an einer Motorwelle (10) oder dem Rotor (8) der Axialflussmaschine (4) montiert ist.Wheel drive (1) according to one of the preceding claims, wherein a rim (9) of the at least one wheel (3) to be driven is mounted directly on a motor shaft (10) or the rotor (8) of the axial flow machine (4). Radantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Lager (11) für eine Felge (9) des anzutreibenden Rads (3) in einem Gehäuse (5) der Axialflussmaschine (4) angeordnet ist, vorzugsweise ein Teil des Elektromotors (2) ist.Wheel drive (1) according to one of the preceding claims, wherein a bearing (11) for a rim (9) of the wheel (3) to be driven is arranged in a housing (5) of the axial flow machine (4), preferably a part of the electric motor (2) is. Radantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Parkbremse (12) zum mechanischen Blockieren des mindestens einen Rads (3), wobei hierbei vorzugsweise keine elektrische Leistung für eine Blockierstellung der Parkbremse (12) erforderlich ist.Wheel drive (1) according to one of the preceding claims, also having a parking brake (12) for mechanically locking the at least one wheel (3), wherein preferably no electrical power is required for a locking position of the parking brake (12). Radantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ansteuerung des Radantriebs (1) dazu in der Lage ist, den Radantrieb (1) durch die Axialflussmaschine (4) im Motorbetrieb zu betätigen und/oder im Generatorbetrieb abzubremsen.Wheel drive (1) according to one of the preceding claims, wherein a control of the wheel drive (1) is able to actuate the wheel drive (1) by the axial flow machine (4) in motor mode and/or brake it in generator mode. Radantrieb (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 8, ferner mit einer Zusatzbremse, insbesondere einer Scheibenbremse, einer Trommelbremse und/oder einer Felgenbremse, vorzugsweise wobei die kinetische Energie der Zusatzbremse kleiner ist als die Bremswirkung der Axialflussmaschine (4) im Generatorbetrieb.Wheel drive (1) according to the preceding one claim 8 , further with an additional brake, in particular a disc brake, a drum brake and / or a rim brake, preferably wherein the kinetic energy of the additional brake is smaller than the braking effect of the axial flow machine (4) in generator operation. Radantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Bewegen eines Luftfahrzeugs am Boden, zum Bremsen eines Luftfahrzeugs durch Verwenden der Axialflussmaschine (4) im Generatorbetrieb, zum Manövrieren eines Luftfahrzeugs, vorzugsweise durch das Vorsehen mehrerer Direktradantriebe und das Nutzen von Differenzantrieb/-verzögerung, zum aktiven Unterstützen des Startvorgangs und/oder zum aktiven Andrehen des mindestens einen Rads (3) vor oder während einer Landung.Wheel drive (1) according to one of the preceding claims for moving an aircraft on the ground, for braking an aircraft by using the axial flow machine (4) in generator mode, for maneuvering an aircraft, preferably by providing several direct wheel drives and using differential drive/deceleration, for actively supporting the take-off process and/or for actively turning the at least one wheel (3) before or during a landing. Radantriebs- und Bremssystem für ein Luftfahrzeug mit einem Radantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie einem damit verbundenen Energiespeicher, um Energie von dem/an den Radantrieb (1) aufzunehmen /abzugeben.Wheel drive and braking system for an aircraft with a wheel drive (1) according to one of the preceding claims and an energy store connected thereto, in order to receive/release energy from/to the wheel drive (1). Fahrwerk eines Luftfahrzeugs mit einem Radantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, vorzugsweise ein Bug- oder ein Hauptfahrwerk.Landing gear of an aircraft with a wheel drive (1) according to one of Claims 1 until 10 , preferably a nose or a main landing gear. Fahrwerk nach dem vorhergehenden Anspruch 12, mit mindestens zwei Rädern (3), die jeweils über eine zugehörige Axialflussmaschine (4) unabhängig voneinander antreibbar sind.Landing gear after the previous one claim 12 , With at least two wheels (3), each of which can be driven independently of one another via an associated axial flow machine (4). Fahrwerk nach Anspruch 13, wobei die mindestens zwei Räder an einem gemeinsamen Fahrwerksbein (6) angeordnet sind und vorzugsweise das Bugfahrwerk darstellen.undercarriage after Claim 13 , wherein the at least two wheels are arranged on a common landing gear leg (6) and preferably represent the nose gear. Luftfahrzeug mit einem Radantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, einem Radantriebs- und Bremssystem nach 11 oder einem Fahrwerk nach einem der Ansprüche 12 bis 14.Aircraft with a wheel drive (1) according to one of the preceding Claims 1 until 10 , a wheel drive and braking system according to 11 or a chassis according to one of Claims 12 until 14 .

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