KR101662284B1 - 로터 구동 시스템 - Google Patents

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KR101662284B1
KR101662284B1 KR1020140075160A KR20140075160A KR101662284B1 KR 101662284 B1 KR101662284 B1 KR 101662284B1 KR 1020140075160 A KR1020140075160 A KR 1020140075160A KR 20140075160 A KR20140075160 A KR 20140075160A KR 101662284 B1 KR101662284 B1 KR 101662284B1
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토비아스 리에스
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에어버스 헬리콥터스 도이칠란트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 로터 구동 시스템(1), 특히 헬리콥터의 테일 로터의 로터 구동 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템(1)은 스테이터(2)와 로터를 포함하고, 상기 로터는 회전 가능한 중심 캐리어(4)와 상기 회전 가능한 중심 캐리어(4)에 방사상으로 부착된 로터 블레이드(5)들을 가지고 상기 스테이터(2)에 장착되어 있다. 상기 로터 블레이드(5)들 각각은 블레이드 피치의 변화를 위해 그것들 각각의 방사상 중심축을 중심으로 피벗 가능하다. 적어도 하나의 블레이드 반경을 따라, 각각의 로터 블레이드(5) 상에는 적어도 하나의 영구 자석(13, 14)이 제공되고, 스테이터(2) 상의 복수의 전자석(9)은, 각각의 로터 블레이드(5) 상의 상기 적어도 하나의 영구 자석(13, 14)과 상기 복수의 전자석(9) 사이의 유도성 상호 작용을 허용하기 위해 상기 적어도 하나의 블레이드 반경에 충분히 가까운 적어도 하나의 스테이터 반경 상에 축이 같게 제공되고, 상기 영구 자석(13, 14)은 전기 공급 수단에 연결된 전자석(9)들의 개별 제어에 의해, 상기 로터 블레이드(5)들의 개별 피치 제어를 위해 회전 평면(12)에 수직인 방향으로 방사상 중심축으로부터 치우쳐 로터 블레이드(5)들에 고정되어 있다.

Description

로터 구동 시스템{ROTOR DRIVE SYSTEM}
본 발명은 로터 구동 시스템, 특히 청구항 1의 서문의 특징들을 지닌 헬리콥터의 테일 로터의 로터 구동 시스템에 관한 것이다.
메인 로터의 반응 토크의 균형을 맞추기 위해, 헬리콥터들에 덕트, 즉 소위 페네스트론(fenestron)에서 구동되고 위치하는 테일 로터(tail rotor)를 제공하는 것이 알려져 있다.
가변 피치 레이트(rate) 대신 가변 회전 속도에 의해 제어된 블레이드들을 지닌 회전 추력 시스템들은, 특히 낮은 회전 속도들의 영역에서는 높은 토크 모멘트들과 낮은 추력 변동 레이트들의 문제점들을 가지고 있다. 반면에, 일정한 회전 속도와 가변 피치를 지닌 추력 시스템들은 종종 회전 속도를 낮추거나 회전 방향을 변경시킬 수 없다.
특허 문헌 US2009/140095A1호는 회전축을 중심으로 로터 시스템을 구동하기 위해 회전축을 따라 장착된 전기 모터를 지닌 회전익 항공기를 개시하고 있다.
특허 문헌 WO02/096752A1호는 허브 영역 내에 배치되고 로터 블레이드들의 마찰이 없고/비접촉식인 전자기 지지체를 가지는 전자기 구동 시스템을 개시하고 있다.
특허 문헌 JP2011006041호는 로터리 블레이드들을 가지는 허브에 위치한 모터를 지닌 전기 테일 로터를 개시하고 있다.
풍력 발전 지역(wind farm)에서 터빈들의 개별 블레이드 피치를 제어하는 것이 특허 문헌 US2012/0051907호에 알려져 있다.
특허 문헌 US2006/049304A1호는 에어(air) 채널 덕트와, 그러한 에어 채널 덕트에 배열된 자기 유도 소자들에 의해 구동되는 고리 모양의 임펠러(impeller) 디스크에 블레이드들의 외측 단부들이 고정된 로터를 가지는 에어 임펠러 엔진을 지닌 호버 에어크래프트(hover aircraft)를 개시하고 있다. 에어 임펠러 엔진은 항공기 프레임에서 수직으로 배치되어 수직 이착륙을 위한 수직 추력을 제공한다. 에어-임펠러(air-impeller) 엔진은, 증가된 추력 및 자이로스코프 안정성을 위해 2중으로 되어 있고, 동축인 2중 반전(contrarotating) 로터들을 사용한다. 바람개비(air vane) 조립체는 원하는 각도로 공기 추력 출력의 일부를 향하게 하여, 비행 동작 또는 병진 운동을 위한 수평의 추력 성분을 제공한다. 고출력이고 경량인 배터리들이나 연료 전지들에 의해 자기 유도 드라이브들에 전력이 공급된다.
특허 문헌 WO2009/129309A2호에 따르면, 하중을 견디는(load bearing) 드라이브 샤프트와 다른 기계적인 성분들에 관한 필요성 없이, 초전도성 링 제너레이터(ring generator)들이 이용되는 풍력 발전기가 개시되고 있다.
특허 문헌 GB2360752A호는 가변 블레이드 피치 제어를 지니고, 헬리콥터의 토크 보정을 위해 사용된 도관 팬(ducted fan) 설비를 개시하고 있다. 그러한 팬의 피치 제어는 메인 로터들의 집합적(collective) 제어로의 견고한 결합(hard coupling)에 의해 실현된다. 도관 팬에서의 발전기는 전류를 헬리콥터의 전기 제어 및 분배 시스템에 공급한다.
특허 문헌 US4953811A호는 슈라우드(shroud)에 전기로 구동되는 테일 로터를 지닌 헬리콥터를 개시하고 있다. 폴(pole) 개수가 증가된 적어도 하나의 영구 자석으로 동력이 공급된(energized) 동기 모터가 테일 로터를 구동한다. 상기 적어도 하나의 동기 모터는 테일 로터를 둘러싸는 슈라우드의 개구 둘레를 토러스(torus)와 같이 통합되어 있다. 테일 로터의 블레이드들은 적어도 하나의 회전하는 성분에 고정된다.
지금까지, 헬리콥터들의 안티-토크(anti-torque) 추력 시스템은 보통 일정한 회전 속도로 작동하고, 추력에 있어서의 변화는 보통 가변적인 로터 블레이드 피치에 의해 발생된다. 블레이드 피치를 변경함으로써, 추력의 변경이 이루어지는 추력 시스템은 회전 속도가 변경되는 추력 시스템에 비해 몇 가지 장점을 가진다. 추력에 있어서의 변화는 단지 블레이드들의 피치 변경 레이트에 의해 제한되어 매우 빠르게 설정될 수 있는데 반해, 회전 속도에 있어서의 변경에 의한 추력 변화는 보통 로터의 필요로 하는 가속 및 감속으로 인해 훨씬 더 느리다. 가변적인 피치에 의한 추력 변화는, 가변적인 회전 속도에 의한 추력 변화에 비해 회전축의 토크에 있어서의 낮은 변화만을 야기하고, 이 경우 전체 로터 질량(mass)은 가속될 필요가 있게 되어 높은 로터 토크를 만들어낸다. 이는 단지 구동 시스템의 파워(power) 요구 조건에 관한 장점일 뿐만 아니라, 헬리콥터나 추력 시스템이 내장되는 임의의 다른 시스템의 모멘트 평형에 관한 장점이기도 하다. 2가지 특징, 가변 회전 속도, 및 가변 피치를 결합하는 추력 시스템은 보통 훨씬 복잡한데, 이는 가변 회전 속도를 허용하는 드라이브 외에도 피치를 변경하기 위한 시스템이 내장될 필요가 있기 때문이다. 이러한 복잡성 증가로 인해 그러한 개념을 더 비싸고 무겁게 한다.
본 발명의 목적은 향상된 로터 구동 시스템을 제공하고, 상기 로터 구동 시스템의 반응 시간들을 향상시키며, 그러한 로터 구동 시스템의 자유도를 증가시키는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 그러한 로터 구동 시스템, 특히 가변적인 회전 속도들로 헬리콥터에 관한 안티-토크를 발생시키기 위해 도관 팬으로서의 로터 구동 시스템의 진동 제어와 사운드 제어를 향상시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 로터 구동 시스템, 특히 헬리콥터의 테일 로터의 로터 구동 시스템은 스테이터(stator)와 로터를 포함한다. 상기 로터는 회전 가능한 중심 케리어(carrier)를 지닌 스테이터에 장착되고, 로터 블레이드들은 상기 회전 가능한 중심 케리어에 방사상으로 부착된다. 상기 로터 블레이드들은 그것들의 방사상 중앙 축들로 회전 평면을 규정하고, 상기 회전 평면은 본질적으로 로터의 회전축에 수직이다. 상기 로터 블레이드들 각각은 블레이드 피치의 변동을 위해 그것들 각각의 방사상 중심축을 중심으로 피벗 가능하다. 상기 로터를 위해 구동 수단과 피치 제어 수단이 제공된다. 상기 로터 블레이드들 상의 적어도 하나의 블레이드의 행동 반경을 따라, 각각의 로터 블레이드 상에 적어도 하나의 영구 자석이 제공되고, 스테이터 상의 복수의 전자석이 상기 적어도 하나의 블레이드 반경에 충분히 가까운 적어도 하나의 스테이터 반경 상에 동일한 축을 가지는 형태로 제공된다. 상기 영구 자석들은, 전기 공급 수단에 개별적으로 연결된 전자석들의 개별 제어에 의해 상기 로터 블레이드들의 개별적인 피치 제어를 위해 로터의 회전축 방향으로 방사상 중심축으로부터 치우친 각각의 로터 블레이드들에 고정된다. 본 발명의 로터 구동 시스템은 파워를 로터에 제공하는 구동 수단으로서 하나의 바람직하게는 전기 허브 모터를 지닌 허브로서 중심 캐리어를 포함하고, 스테이터 상의 개별적으로 제어가능한 전자석들과 각각의 로터 블레이드 상의 상기 적어도 하나의 영구 자석은 주로 제어 유닛들에 의해 개별적으로 제어 가능한 각각의 로터 블레이드들의 비틀림(twist)을 위한 피치 제어를 제공한다. 본 발명의 로터 구동 시스템은 단일 시스템에 의한 블레이드 피치의 제어를 허용한다. 본 발명의 로터 구동 시스템은 또한 로터들의 회전축에 수직인 축들에 대한 모멘트 발생에 의하고 로터의 회전축 방향으로의 추가적인 자유도(degrees of freedom)를 허용한다. 본 발명의 로터 구동 시스템은 또한 각각의 로터 블레이드들에 관한 개별적인 높은 주파수의 피치 변경을 허용한다. 각각의 로터 블레이드 상의 상기 적어도 하나의 영구 자석과, 스테이터 상의 전자석들은, 예를 들면 로터 블레이드들과, 중심 캐리어로 로터 블레이드들을 고정하는 플렉스-빔들 사이의 연결에 대응하는 반경 상에 장착될 수 있다. 이 경우, 전자석들의 적어도 하나의 링(ring)이 스테이터로서의 추가적인 지지 링 상에 장착되어, 종래의 노출된(unshrouded) 테일 로터들이나 심지어 헬리콥터들의 메인 로터들을 위한 본 발명의 사용을 허용해야 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 스테이터는 도관 팬이고, 로터는 도관 팬 내부에서 방사상으로 중심 캐리어 상에 장착된다. 본 발명의 이러한 유리한 실시예에 따르면, 도관 팬 로터들에서, 스테이터로서 어떠한 추가적인 지지 링도 필요하지 않도록, 전자석들의 적어도 하나의 링이 덕트에 장착될 수 있다. 로터의 상기 로터 블레이드들 각각에는 각 로터 블레이드의 끝에 2개의 전기적으로 분리된 영구 자석이 제공되고, 상기 2개의 영구 자석 각각은 반대측들에서의 로터의 회전축 방향으로 방사상 중심축으로부터 회전 평면으로 치우치게 고정된다. 팁(tip)들 옆의 도관 팬의 내부 원주 상에서의 2개의 축이 같은, 전기적으로 분리된 링들을 따라 전자석이 제공되는데, 이 경우 상기 분리된 링들 중 하나는 상기 2개의 마주보는 측 중 하나에서 상기 영구 자석들에 충분히 가깝고, 상기 분리된 링들 중 나머지 하나는 각각의 로터 블레이드의 마주보는 측들 모두에서 상기 영구 자석들의 전기적으로 분리된 유도(induction)를 허용하기 위해, 회전 평면에 대해 상기 2개의 마주보는 측들 중 나머지 하나에서 상기 영구 자석들에 충분히 가깝게 위치한다. 본 발명의 장점은 로터 블레이드의 원형 경로를 따라 로터 블레이드의 임의의 위치에 관해서 각각의 로터 블레이드에 관해 개별적으로 로터 블레이드들을 위한 피치 제어 수단을 제공한다는 점이다. 전체 로터의 가변적인 회전 속도를 발생시키고 개별 블레이드들의 피치 제어를 위한 어떠한 별도의 시스템도 필요로 하지 않는다. 본 발명의 로터 구동 시스템은 하나의 동일한 측에서 치우친 상기 영구 자석들과 하나의 링을 따라 제공된 전자석들과의 결합 또는 추가적인 파워를 제공하는 하나의 허브 모터를 구비한 도관 팬에서, 외부 모터들/제너레이터들로서 어느 일측에서의 연관된 영구 자석들과 2개의 축이 같고 전기적으로 분리된 링들을 따라 제공된 전자석들과의 결합을 허용한다. 외부 모터(들)/제너레이터들은 로터 블레이드들의 비틀림에 관한 차등적 파워(differentiated power)를 제공하는데 반해, 허브 모터는 로터를 구동할 파워를 제공하게 된다. 본 발명의 로터 구동 시스템의 모터들은 바람직하게는 전기 구동된다. 본 발명의 로터 구동 시스템의 로터가 기계적으로 구동된다면, 바람직하게는 MxF, MyF, 및 MzF 모멘트 생성, Fx 및 Fz 힘 생성, 및 높은 주파수의 피치 변화의 추가적인 자유도를 가지고 로터 블레이드들을 피치 제어하기 위한 전기 외부 모터들이 마찬가지로 결합된 제너레이터-모터-시스템(Generator-Motor-System)으로서 제어될 수 있어, 예를 들면 스테이터 상의 전자석들과, 각각의 로터 블레이드 상의 상기 적어도 하나의 영구 자석이, 모두 로터 블레이드의 제어된 피치 변화를 위한 피치 제어 수단으로서 요구된 피치 모멘트 발생에 기여하는 외부 모터들을 지닌 허브 모터의 에너지가 공급된 제너레이터로서 작용하게 된다. 본 발명의 로터 구동 시스템의 외부 전기 모터들 모두가, 예를 들면 헬리콥터의 전기 그리드(grid)에 파워를 공급하는 제너레이터들로서 작용할 때 그 헬리콥터에 탑재되어 있는 기존의 제너레이터들은 구식이 된다. 그러한 경우, 피치 변경을 위해, 단지 본 발명의 로터 구동 시스템의 외부 전기 제너레이터들 사이의 전기 발생 균형이 조정될 필요가 있고, 이는 모터 제어 유닛들에 의해 행해질 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 로터 구동 시스템의 도관 팬은 특히 슈라우드에서 헬리콥터의 덕트된(ducted) 테일 로터와 같이, 안티-토크(anti-torque)를 제공한다. 상기 로터용 구동 수단은 전기적으로 분리된 모터들로서 동작시키기 위해 각 로터 블레이드의 마주보는 측면 모두에서 상기 영구 자석들과 상호 작용하는 도관 팬의 내부 원주 상에 있는 2개의 분리된 링들의 전자석들이다.
본 발명의 로터 구동 시스템의 외부 모터들 모두가 동일한 파워의 힘들을 제공할 때, 블레이드들의 피치 축을 중심으로 한 공기 역학적 피치 모멘트들이 없다고 가정하면, 모터에 의해 발생된 F1과 F2는 같다. 2개의 모터가 양이 다른 파워를 제공할 때에는, 블레이드들의 중심 축에는 모멘트(MB)가 발생되어, F1>F2인 경우와 F1<F2인 경우에 관해 각각 개별적으로 구동된 로터 블레이드의 개별적인 피치 변화들(Δα)을 허용한다. 각각의 개별적인 피치 변화들(Δα)의 양은 비틀림(tortional) 스프링을 지닌 피치에 관해 적용된 모멘트와 회전하는 볼 베어링 지지체의 비틀림 강성, 또는 블레이드가 장착되는 플렉스-빔의 비틀림 강성에 의해 결정된다. 모터 제어 또는 특히 상기 구동 수단과 피치 제어 수단의 능동(active) 모터 제어 시스템에 의한 공기 역학적 피치 모멘트들 또한 고려된다.
도관 팬에서의 본 발명의 로터 구동 시스템은, 더 낮은 회전 속도들로 더 낮은 추력에서 발생된 노이즈가 보통 일정한 높은 회전 속도를 지닌 시스템에서보다 작다고 하는 장점을 가지고, 메인 로터의 속도와는 독립적으로 감소된 회전 속도들을 허용한다. 상기 적어도 2개의 모터의 상기 전자석들 각각에는 공급 수단이 별도로 제공된다. 그 결과로서, 도관 팬에서의 본 발명의 로터 구동 시스템의 장점은, 로터 블레이드들의 블레이드 피치가 2개의 링의 전자석에 의해 개별적으로 제어될 수 있어, 각각의 블레이드에 관해 개별적으로 마주보는 측면들 상의 영구 자석들에 힘 차이를 제공한다는 점이다. 본 발명의 시스템은 또한 추가적인 중복성(redundancy)을 제공하는데, 이는 2개의 외부 모터들/제너레이터들 중 하나 또는 개별 전자석이 고장나도 그러한 시스템이 여전히 작동 가능하기 때문이다.
동시에, 본 발명의 로터 구동 시스템은 다음과 같은 장점을 제공한다:
● 가변 회전 속도를 지닌 로터들과 단일 구동/제어 유닛을 지닌 가변 피치의 결합된 장점들.
● 회전과 피치에 관해 동일한 구동 시스템을 사용함으로써 추가적인 복잡성이 없음.
● 본 발명의 로터 구동 시스템은 스위칭 오프될 수 있음.
● 본 발명의 로터 구동 시스템은 턴(turn) 방향들 모두에서 가변적인 회전 속도를 제공한다.
● 그러므로 본 발명의 로터 구동 시스템은 종래 기술의 시스템들에 비해 에너지 면에서 더 효율적이다.
● 그러므로, 본 발명의 로터 구동 시스템은 대부분의 경우 더 조용하고 케이스 노이즈가 없다.
● 본 발명의 로터 구동 시스템은 가변적인 피치를 제공한다.
● 본 발명의 로터 구동 시스템은 가변적인 피치를 지닌 종래의 시스템들보다도 훨씬 더, 추력에 있어서의 매우 빠른 변화를 제공할 수 있다.
● 본 발명의 로터 구동 시스템은 각각의 블레이드의 피치 각도의 개별 제어가
○ 로터들의 회전축(yF)에 대해 수직인 축들(xHC, zHC)에서 모멘트들(MxF, MzF)을 발생시켜 종래 기술의 집합적(collective) 가변 피치 시스템들에 비해 2개의 추가적인 자유도를 제공하는 것,
○ 로터의 회전 방향에 반대되는 원주 방향 항력(drag force)인 FD와 그에 따른 모멘트인 MyF를 발생시키기 위해, 반대 방향으로 일정하게 각각 2개의 블레이드의 원주 위에서 ±α만큼 피치(pitch)함으로써, 로터의 회전축에서 제어 가능한 모멘트인 MyF를 발생시키는 것으로, 그로 인해 생기는 추력인 ΔFy는 전혀 없는, MyF를 발생시키는 것,
○ Fx와 Fz에 관한 로터 방위각의 단지 일부에서 원주 방향으로의 드래그(drag) 발생에 의해 xHC 방향과 zHC 방향으로 힘들을 발생시키는 것을 허용한다. 항력들의 발생은 항상 모멘트인 MyF의 발생도 가져온다. 또한 xHC 방향과 zHC 방향으로의 힘들인 Fx 및/또는 Fz는 로터들의 회전축인 yHc에 수직인 발생 모멘트(MxF 및/또는 MzF)와 안티-토크-추력인 Fy의 중첩에 의해 발생될 수 있다. 로터의 절반은 한 방향으로의 높은 추력을 생성하고, 나머지 절반은, 예를 들면 다른 방향으로 낮은 추력을 생성한다. 낮은 추력 흐름은 높은 추력 흐름과 상호 작용하여, 높은 추력 흐름의 방향을 고치고, 이로 인해 전체적으로 xHC 방향으로의 힘(Fx)과 xHC 방향으로의 힘(Fz)을 초래한다. 다시 원하는 힘인 Fx 또는 Fz에 보충적인 원주 방향으로의 드래그에 의해 모멘트(MyF)가 발생된다.
○ 또한, 본 발명의 로터 구동 시스템은 각각의 블레이드의 피치 각도의 개별 제어가 진동 제어 시스템으로서 팬을 사용하는 것과,
○ 팬에 의해 야기된 노이즈를 감소시키거나 수정하는 것을 허용한다.
● 본 발명의 로터 구동 시스템은 모터들 중 하나 또는 전자석 중 일부가 고장시에는 중복성(redundancy)을 허용한다.
전자석들의 높은 제어 주파수에 의해 즉각적인 힘 변화들이 일어날 수 있기 때문에, 피치가 종래 시스템들에 비해 훨씬 더 빠르게 변할 수 있다. 이는 개별적인 피치 제어 및 가변 회전 속도와 결합하여, 헬리콥터의 비행 제어, 안정화, 소리 제어, 및 진동 방지 시스템에서의 그것의 활용 가능성들의 넓은 분야를 열어 젖힌다.
본 발명의 로터 구동 시스템의 회전 속도는 연속해서 조정될 수 있다. 이는 최대 추력 레벨이 요구되지 않을 때에는 비행 상태들에서 최대 추력 레벨을 낮추고 파워 소비를 낮추는데 사용될 수 있다. 본 발명의 로터 구동 시스템은, 그것이 요구되지 않을 때, 로터 블레이드들을 일정한 위치에 붙잡고 있는 것과, 이러한 상황에서 여전히 블레이드 피치를 활발하게 제어하는 것을 허용한다. 로터 블레이드들이 여전히 부분적으로, 또는 완전히 자유 공기 스트림(stream)에 노출되는, 매우 작은 슈라우드가 없거나 있는 시스템에서는, 회전하지 않는 블레이드들이 방향타와 같이 작용하도록 하기 위해 회전하지 않는 블레이드들의 피치 제어가 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 이어지는 설명으로 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 로터 구동 시스템의 테일 로터가 도시된 측면도.
도 2는 도 1의 A-A를 따라 본 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 로터 구동 시스템의 A-A를 따라 본 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 로터 구동 시스템의 한 부분의 돌출부(projection)에서 양의 피치 각(α)을 지닌 로터 블레이드를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 로터 구동 시스템의 상기 부분의 돌출부에서 0°의 피치 각(α)을 지닌 로터 블레이드를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 로터 구동 시스템의 상기 부분의 돌출부에서 음의 피치 각(α)을 지닌 로터 블레이드를 도시하는 도면.
도 7 내지 도 12는 로터가 1회전 하는 동안의 상이한 블레이드 피치(α)들을 그것들 각각의 발생하는 힘들과 모멘트들과 함께 도시하는 도면들.
도 13은 본 발명에 따른 또 다른 수정된 로터 구동 시스템에서의 로터 블레이드를 도시하는 도면.
본 설명부 전체를 통해 2개의 좌표 시스템이 사용된다.
xHC, yHC, 및 zHC 좌표들을 지닌 제 1 좌표 시스템은 헬리콥터 프레임을 기준으로 하는 직교 좌표계이다. xHC 축은 포워드 비행(forward flight) 방향에서의 헬리콥터의 앞쪽을 가리킨다. yHC 축은 포워드 비행 방향에서의 헬리콥터 시계방향의 우측을 가리킨다. zHC 축은 헬리콥터의 바닥 쪽으로 아래를 가리킴으로써 오른손잡이 시스템을 완성한다. 제 2 좌표 시스템은 로터 구동 시스템의 임의의 개별 로터 블레이드 고유의 로터 고정된 극좌표 시스템이다. 헬리콥터의 기준 프레임에 대해서, 제 2 시스템은 yHC에 평행한 회전축인 yF를 중심으로 회전하는 로터의 회전 속도를 가지고 회전한다. 각각의 로터 블레이드는 그것 자체의 제 2 좌표 시스템을 가지고 있다. 그러한 제 2 좌표 시스템은 로터 허브 중심으로부터 로터 블레이드의 팁(tip) 중심으로 가리키는 로터 블레이드의 방사상 축(r)과, 로터의 회전 평면 내의 원주 좌표(cF)에 의해 규정된다. 회전 각도(Ψ)는 헬리콥터의 기준 프레임에 대한 로터 구동 시스템의 로터 블레이드의 각위치(angular position)를 묘사한다. 피치각(α)(즉, 도 6)에 의한 방사상 축(r) 둘레의 로터 블레이드의 회전이 제 2 좌표 시스템을 완성한다.
도 1에 따르면, 전기 페네스트론과 같은 안티-토크 시스템으로서의 도관 팬에서의 로터 구동 시스템(1)은 헬리콥터(미도시)의 테일 붐(3)에 연결된 슈라우드(2) 내에 장착된다. 슈라우드(2)는 원형 개방 스테이터로서 구성된다. 슈라우드(2) 내부에는 회전 가능한 중심 캐리어(4)와, 본질적으로 회전 가능한 중심 캐리어(4)의 회전축(yF)에 수직인 하나의 평면에서 중심 캐리어(4) 둘레에 분포하고 상기 회전축(yF) 둘레에서 중심 캐리어(4)로 회전 가능한 12개의 로터 블레이드(5)와 같은 복수의 로터 블레이드(5)를 지닌 로터가 존재한다. 이러한 로터는 상기 스테이터를 지닌 상기 도관 팬 내로의 중심 캐리어(4)에 의해 장착된다. 상기 로터 블레이드(5) 각각은 비틀림 스프링이 있는 피치를 위한 회전하는 볼을 구비한 지지체나, 내부 단부를 지닌 플렉스-빔(flex-beam)(6)에 의해 중심 캐리어(4)에 장착된다. 로터 블레이드(5)들은 팁(7)들을 지닌 상기 중심 캐리어(4)로부터 슈라우드(2)에서 도관 팬의 내부 원주(8)에서 원형인 개방 스테이터 쪽으로 방사상으로 뻗어 있다. 상기 팁(7)들은 각각 로터 블레이드(5) 마다, 회전축(yF)의 방향으로 분리된 2개의 영구 자석(13, 14)이 제공된다.
원형인 개방 스테이터의 복수의 전자석(9)은 중심 캐리어(4)를 가지고 축이 같게 제공된다. 상기 전자석(9)들은 로터 블레이드(5)들의 자유로운 회전을 방해하지 않으면서 로터 블레이드(5)들의 팁(7)들에서 분리된 영구 자석들(13, 14)을 둘러싸는 슈라우드(2)의 내부 원주(8)를 따라, 각각 통합되어 있다.
분리된 영구 자석들(13, 14)을 지닌 전자석(9)들은 영구 자석들이 제공되는 것만큼 많은 선형 모터를 제공한다.
도 2에 따르면, 대응하는 특징들이 도 1에서와 동일한 참조 번호로 참조된다. 도관 팬을 지닌 로터 구동 시스템(1)의 슈라우드(2)는 회전축(yF)의 방향으로 원형인 개방 스테이터를 포함한다. 원형인 개방 스테이터의 내부에는 회전 가능한 중심 캐리어(4)와, 본질적으로 회전축(yF)에 수직인 하나의 평면에서 중심 캐리어(4) 둘레에 분포된 로터 블레이드(5)들을 지닌 로터가 존재한다. 회전 가능한 중심 캐리어(4)는 상기 스테이터를 지닌 상기 도관 팬 내로 단방향성 방사상 버팀대(6)들을 가지고 장착된다. 상기 로터 블레이드(5)들 각각은 비틀림 스프링이 있는 피치를 위한 회전하는 볼을 가진 지지체 또는 내부 단부를 지닌 플렉스-빔(6)에 의해 중심 캐리어(4)에 장착된다. 로터 블레이드(5)들은 팁(7)들이 있는 상기 중심 캐리어(4)로부터 슈라우드(2)에서 도관 팬의 내부 원주(8) 쪽으로 방사상으로 연장한다. 상기 팁(7)들은 각각 로터 블레이드(5) 마다 회전축(yF)의 방향으로 분리된 2개의 영구 자석들(13, 14)이 제공된다.
원형인 개방 스테이터의 전자석(9)들은 2개의 본질적으로 나란한 행들(10, 11)에서 슈라우드(2)에서의 도관 팬의 내부 원주(8)를 따라 정렬된다.
도 3에 따르면, 대응하는 특징들이 도 1과 도 2에서와 동일한 참조 번호로 참조된다. 도관 팬이 있는 로터 구동 시스템(1)의 슈라우드(2)는 회전축(yF) 방향으로 원형인 개방 스테이터를 포함한다. 원형인 개방 스테이터 내부에는 회전 가능한 중심 캐리어(4)와, 본질적으로 회전축(yF)에 수직인 하나의 평면에서 중심 캐리어(4) 둘레에 분포된 로터 블레이드(5)들이 있는 로터가 존재한다. 회전 가능한 중심 캐리어(4)는 쌍방향 방사상 버팀대(17)들을 가지고 상기 스테이터를 지닌 상기 도관 팬 내에 장착된다. 상기 로터 블레이드(5) 각각은 비틀림 스프링이 있는 피치를 위한 회전하는 볼을 가지는 지지체 또는 내부 단부를 지닌 플렉스-빔(6)에 의해 중심 캐리어(4)에 장착된다. 로터 블레이드(5)들은 팁(7)들이 있는 상기 중심 캐리어(4)로부터 슈라우드(2)에서 도관 팬의 내부 원주(8) 쪽으로 방사상으로 연장한다. 회전축(yF)의 방향으로 2개의 영구 자석들(13, 14)이 분리된 채로, 로터 블레이드(5)마다 각각 2개의 영구 자석들(13, 14)이 상기 로터 블레이드(5) 각각의 내부 단부에 제공된다.
원형인 개방 스테이터의 전자석(9)들은 2개의 본질적으로 나란한 행들(10, 11)에서 중심 캐리어(4)의 외부 원주(8)를 따라 정렬된다.
도 4 내지 도 6에 따르면, 대응하는 특징들이 도 1 내지 도 3에서와 동일한 참조 번호들을 가지고 참조된다. 복수의 전자석(9)이 슈라우드(2)에서 도관 팬의 내부 원주(8)를 따라 각각의 행들(10, 11)에 정렬되고, 이 경우 각각의 전자석은 각각의 로터 블레이드(5)의 피벗팅의 방사상 중심 축(r)을 통한 중간 회전 평면(12)까지의 거리(dM)를 가진다. 각각의 행들(10, 11)은 슈라우드(2)에서 도관 팬의 내부 원주(8)를 따라 연장한다. 전자석(9)들 각각은 결합된 개별 제어 유닛들(미도시)로부터의 전기 공급 단계(phase)에 개별적으로 연결된다. 개벌 제어 유닛들은 선형 모터와 같이 영구 자석(13, 14)을 구동하는 움직이는 전자기 필드가 생성되는 방식으로, 적어도 3상 전력으로 영구 자석들(13, 14)의 부근에 적어도 3개의 전자석(9)을 공급한다. 로터 블레이드(5)들이 개별적으로 제어 가능하기 때문에, 각각의 로터 블레이드(5) 부근에서의 각각의 전자석(9)은 로터의 위치, 실제 블레이드 피치, 및 지배를 받는(commanded) 힘들(F1, F2)에 따라 정격 전류를 제어함으로써, 필요로 하는 자계를 생성하는 자체 제어기를 가질 필요가 있다.
각각의 행들(10, 11)의 전자석(9)들은 전기적으로 분리되어 있지만, 3개의 제어기 레벨들을 지닌 공통의 상부 레벨 제어기의 제어 하에 서로 최소의 에너지 이동을 허용한다. 즉,
1. 전기 팬 시스템에 관한 탑(top) 레벨 제어기.
탑 레벨 제어기의 출력은 레벨 2 블레이드 제어기들에 관한 입력이다.
2. 탑 레벨 제어기의 입력들에 의존적인 개별 로터 블레이드(5)의 2개의 선형 모터들의 상호 작용을 제어하기 위한 블레이드 제어기. 블레이드 제어기는 개별 로터 블레이드(5)들의 자석 제어기들을 통제한다.
3. 자석 제어기는 2개의 영구 자석들(13, 14)의 부근에서 관련된 전자석(9)들을 제어함으로써, 하나의 선형 모터에 의해 발생된 시간 의존적인 힘을 관리한다.
각각의 영구 자석을 위해, 주어진 시각에 이러한 영구 자석들(13, 14)에 관해 인가될 통제력(command force)인 F1과 F2를 발생시키기 위해, 상기 영구 자석(13, 14) 부근에 전자석(9)들의 제어를 위한 개별 자석 제어기가 제공된다. 이러한 자석 제어기에는, 전자석(9)들에 대한 로터 블레이드(5)의 위치에 따른 자석들의 제어를 제공하기 위해, 자석 제어기가 연결되는 로터 블레이드(5)의 피치를 위한 검출기(detector)와, 로터의 방위각 위치에 관한 검출기가 제공된다. 그러므로, 각각의 "영구 자석" - "자석 제어기" - "관련된 전자석들" 조합이 개별 선형 모터로서 고려될 수 있다.
하나의 로터 블레이드(5)의 양측에서는 2개의 행(10, 11)의 2개의 개별 선형 모터들이, 커런트(current) 피치와 결합한 피치 및 블레이드 힘 명령을 입력으로 한 더 높은 레벨의 제어기에 의해 제어된다. 회전각(Ψ)으로 표시된 방위각 위치는 로터 블레이드(5)의 방위각 측정 시스템에 의해 제공된다. 블레이드 제어기들에 관한 입력 명령들은 다시 필요로 하는 로터 추력과 모멘트들, 그리고 가능성이 있는 소음 및 진동 제어 제어기들로부터의 주파수 및 상(phase) 요구 조건들을 명령으로서 얻는 탑 레벨 제어기에 의해 발생된다.
각각의 로터 블레이드(5)의 팁(7)을 지닌 블레이드 피치 축은 전자석(9)들의 상기 2개의 행(10, 11) 사이 중간쯤에 있다. 자석-블레이드 연결기 플레이트(15)에 의해, 로터 블레이드(5)들의 팁(7)들에 2개의 영구 자석(13, 14)이 개별적으로 부착된다. 2개의 영구 자석(13, 14)은 3상 교류 전류의 전기 공급에 의존적인 전자석 모터들/제너레이터들의 제공을 위해, 전자석(9)들 각각의 행들(10, 11)과 일치하도록 로터의 회전축(yF)의 방향으로 각각의 로터 블레이드(5)의 회전의 방사상 중심축으로부터 치우쳐 있다.
각각의 영구 자석(13, 14)의 2개의 분리된 모터와 관련된 전자석(9)들은 원주 방향(cF)에서 로터의 각각의 로터 블레이드(5) 상에서, 로터 블레이드(5)들의 회전 평면(12)에 나란한 거리(dm)를 가지고, 힘들(F1, F2)을 발생시킨다.
구동력 외에, 2개의 분리된 모터들에 의해 발생된 힘들(F1, F2)이 상이할 때, 각각의 로터 블레이드(5)의 블레이드 피치축에 대한 모터 모멘트인 MB = (F1-F2)*dm이 생긴다. 상기 모멘트는 플렉스빔(6)의 비틀림 강성도에 의해 결정된 로터 블레이드(5)의 피치각(α)을 변경한다(도 4 또는 도 6 참조). 힘들(F1, F2)이 같을 때에는, 플렉스빔(6)의 비틀림 강성도가 로터 블레이드(5)를 그것의 중립 위치에서 잡고 있다(도 5 참조). 로터 블레이드(5)의 피치각(α)은 로터 평면에 수직인 공기역학적으로 생기는 힘(FB)(도 4 또는 도 6 참조)과 원주 방향(cF)에서의 항력(FD)을 초래한다. 모든 N개의 로터 블레이드(5)의 힘(FB)들의 합은 yF 방향으로
Figure 112014057535262-pat00001
인 총 로터 힘(Fy)을 생기게 한다. 만약, 공기역학적 피치 모멘트들이 고려되면, 상기 공기역학적 피치 모멘트들은 모터 모멘트인 MB에 더해져야 하고, 그 결과 그로 인해 생기는 블레이드 피치각(α)의 변화가 일어난다.
제어 유닛들에 의한 블레이드 피치각(α)의 적극적 통제를 위해 각각의 로터 블레이드(5)에 관해 블레이드 피치 센서(미도시)가 제공된다. 상기 적극적인 블레이드 피치 통제 시스템은 각각의 로터 블레이드(5)의 능동적이고 바람직하게는 개별적인 F1과 F2의 개별 제어에 의해 치우친 임의의 피치각을 정정한다. 개별 블레이드 피치 제어는 로터 방위각 측정 시스템을 포함하고, 이러한 측정 시스템은 정확한 블레이드 위치들을 결정한다. 로터 블레이드(5)의 검출된 정확한 위치들에 따라, 제어 유닛들은 관심이 있는 로터 블레이드(5)의 전자석들에 3상 교류 전류를 개별적으로 공급한다.
도 7에 따르면, 도 1 내지 도 6에서와 동일한 참조 번호들로 대응하는 특징들이 참조된다. 로터가 완전히 1회전을 할 때, 각각의 로터 블레이드는 회전각(Ψ)=0°로부터 2π에 대응하는 회전각(Ψ)=360°까지 움직인다. 회전각(Ψ)=0°과 회전각(Ψ)=360°은 포워드 비행 방향에서 헬리콥터의 앞쪽을 가리키는 xHC-축 상에서 정렬된다. 회전각(Ψ)=90°과 회전각(Ψ)=270°은 zHC-축 상에 정렬된다. 회전각(Ψ)=0°로부터 회전각(Ψ)=2π까지 로터가 완전히 1회전 하는 동안의 하나의 로터 블레이드(5)의 각각의 피치각(α)은 각각의 회전각(Ψ)으로 표시된다. 하나의 로터 블레이드(5)의 피치각(α)들은 회전각(Ψ)=0°에서의 0°로부터 회전각(Ψ)=π/2에서 최대값까지 변하고, 회전각(Ψ)=π에서 다시 0°로 되고, 회전각(Ψ)=π/2에서 최대값인 것과 반대되게 다시 회전각(Ψ)=3/2π에서 최대값이 되고, 회전각(Ψ)=2π에서 0°로 되돌아가는 식으로, 로터의 다음 회전들에 대해 계속된다.
각 로터 블레이드(5)에 대한 힘(FB)은 회전각(Ψ)=0°와 회전각(Ψ)=2π 사이의 각각의 로터 블레이드(5)의 각각의 피치각에 관한 것이다. 회전각(Ψ)=0°와 회전각(Ψ)=2π 사이의 로터의 모든 로터 블레이드(5)의 힘(FB)들을 합하게 되면, y 방향으로
Figure 112014057535262-pat00002
인 총 로터 힘이 나온다. 모멘트(MxF)는 모든 블레이드들에 관한 벡터 표시에서, 직교(Cartesian) 벡터 표시법으로 된 힘(FB)들과 그것들의 로터 중심으로의 개별 적용 반경들(rZ)의 벡터의 외적(cross product)들을 합함으로써 계산된다.
도 8에 따르면, 대응하는 특징들이 도 1 내지 도 7에서와 동일한 참조 번호로 참조된다. 하나의 로터 블레이드(5)의 피치각(α)들은 회전각(Ψ)=0°에서 최대값으로부터 회전각(Ψ)=π/2에서 0°까지 변하고, 회전각(Ψ)=0°에서 최대값인 것과 반대되게 회전각(Ψ)=π에서 최대값으로 되돌아가고, 다시 회전각(Ψ)=3/2π에서 0°가 되고, 회전각(Ψ)=2π에서 회전각(Ψ)=0°에서의 최대값으로 되돌아가는 식으로, 로터의 다음 회전들에 대해 계속된다.
각 로터 블레이드(5)에 대한 힘(FB)은 회전각(Ψ)=0°와 회전각(Ψ)=2π 사이의 각각의 로터 블레이드(5)의 각각의 피치각에 관한 것이다. 회전각(Ψ)=0°와 회전각(Ψ)=2π 사이의 로터의 모든 로터 블레이드(5)의 힘(FB)들을 합하게 되면, y 방향으로
Figure 112014057535262-pat00003
인 총 로터 힘이 나온다. 모멘트(MzF)는 모든 블레이드들에 관한 벡터 표시에서, 직교 벡터 표시법으로 된 힘(FB)들과 그것들의 로터 중심으로의 개별 적용 반경들(rX)의 벡터의 외적들을 합함으로써 계산된다.
도 9에 따르면, 대응하는 특징들이 도 1 내지 도 8에서와 동일한 참조 번호로 참조된다. 하나의 로터 블레이드(5)의 피치각(α)은 로터가 완전히 1회전 하는 동안 일정하게 최대값이 유지된다. 원주 방향에서의 각각의 다음 로터 블레이드(5)의 각각의 피치각(α)은 로터가 완전히 1회전 하는 동안 하나의 로터 블레이드(5)의 피치각(α)에 반대쪽으로 최대인 상태로 일정하게 된다. 그러므로, 모든 로터 블레이드(5)는 로터의 전체 1회전에 걸쳐 서로에 대해 번갈아가며 반대인 최대값으로 구정된다.
각각의 로터 블레이드(5)의 각각의 피치각에 관련된 각각의 로터 블레이드(5)에 대한 힘(FB)은, 회전각(Ψ)=0°와 회전각(Ψ)=2π 사이의 원주 방향에서 그 다음 로터 블레이드(5)의 피치각에 관련된 힘(FB)에 의해 보상되고, 각각의 로터 블레이드(5)로부터의 항력(FD)이 그 결과로서 생긴다. 모멘트(NyF)는, 모든 블레이드에 관한 벡터 표시에서, 직교 벡터 표시로 나타낸 항력(FD)들과 로터 중심에 대한 그것들의 개별적인 적용 반경들(r)의 벡터의 외적들을 합함으로써 계산된다.
도 10에 따르면, 대응하는 특징들이 도 1 내지 도 9에서와 동일한 참조 번호로 참조된다. 하나의 로터 블레이드(5)의 피치각(α)들은 회전각(Ψ)=0°에서의 0°서부터 회전각(Ψ)=π/2에서의 최대값까지 계속해서 변하고 회전각(Ψ)=π에서 0°로 되돌아간다. 0°와 π 사이의 원주 방향으로의 각각의 다음 로터 블레이드의 각각의 피치각(α)은 각각 반대 방향까지 이웃하는 로터 블레이드(5)의 주어진 회전(Ψ)을 변경한다. 그러므로, 로터의 원주 방향에서의 0°와 π 사이의 로터 블레이드(5)들은 서로에 대해 번갈아 가며 반대되는 피치각(α)들까지 계속해서 움직이고, π와 2π 사이에 있는 로터 블레이드(5)들은 각각 중립 위치에 머무른다. 하나의 로터 블레이드(5)의 피치각(α)들의 변화가 도 10의 그림의 하나의 곡선으로 도시되어 있고, 원주 방향에서의 각각의 다음 로터 블레이드(5)의 피치각(α)들의 변화가 상기 그림의 반대측 곡선으로 도시되어 있다.
각각의 로터 블레이드(5)의 각각의 피치각(α)에 관련된 각각의 로터 블레이드(5)의 힘(FB)은, 회전각(Ψ)=0°와 회전각(Ψ)=2π 사이의 원주 방향에서 그 다음 로터 블레이드(5)의 피치각에 관련된 힘(FB)에 의해 보상되고, 각각의 로터 블레이드(5)로부터의 항력(FD)이 그 결과로서 생긴다. 항력(FD)들은 단지 회전각(Ψ)=0°과 회전각(Ψ)=π 사이에서 발생된다. 따라서, 회전각(Ψ)=0°과 회전각(Ψ)=π 사이의 xHC 방향으로 작용하는 임의의 원주 항력(FD)의 부분은 회전각(Ψ)=π와 회전각(Ψ)=2π 사이의 등가의 힘에 의해 보상되지 않고, 이는 전체로서 xHC 방향으로의 힘(Fx)을 초래한다.
도 11에 따르면, 대응하는 특징들이 도 1 내지 도 10에서와 동일한 참조 번호로 참조된다. 하나의 로터 블레이드(5)의 피치각(α)들은 회전각(Ψ)=π/2에서의 0°로부터 회전각(Ψ)=π에서의 최대값까지 변하고, 회전각(Ψ)=3/2 π에서 0°로 되돌아간다. 각각의 다음 로터 블레이드(5)의 원주 방향에서의 각각의 피치각(α)은 주어진 회전각(Ψ)을 각각 반대 방향으로 변화시킨다. 그러므로, 로터의 원주 방향에서의 1/2 π와 3/2 π 사이의 로터 블레이드(5)들은 서로에 대해 번갈아 반대인 피치각(α)들까지 계속해서 움직이고, 0°와 1/2 π 사이, 그리고 3/4 π와 2π 사이의 로터 블레이드(5)들은 각각 중립 위치에 머무른다. 하나의 로터 블레이드(5)의 피치각(α) 변화가 도 11의 그림의 하나의 곡선으로 도시되어 있고, 원주 방향으로의 각각의 다음 로터 블레이드(5)의 피치각(α)들의 변화가 상기 그림의 반대측 곡선으로 도시되어 있다.
각각의 로터 블레이드(5)의 각각의 피치각에 관련된 각각의 로터 블레이드(5)에 대한 힘(FB)은 회전각(Ψ)=0°과 회전각(Ψ)=2π 사이의 원주 방향에서의 다음 로터 블레이드(5)의 피치각에 관련된 힘(FB)에 의해 보상되지만, 그로 인해 각각의 로터 블레이드(5)로부터의 항력(FD)이 생긴다. 항력(FD)들은 단지 회전각(Ψ)=π/2와 회전각(Ψ)=3/2 π 사이에서 발생된다. 따라서, 회전각(Ψ)=π/2와 회전각(Ψ)=3/2 π 사이의 zHC 방향으로 작용하는 임의의 원주 항력(FD)의 부분은 회전각(Ψ)=3/2 π와 회전각(Ψ)=π/2 사이의 등가의 힘에 의해 보상되지 않고, 이는 전체로서 zHC 방향으로의 힘(Fz)을 초래한다.
도 12에 따르면, 대응하는 특징들이 도 1 내지 도 11에서와 동일한 참조 번호로 참조된다. 하나의 로터 블레이드(5)의 피치각(α)들은 회전각(Ψ)=π/2에서의 최대값과, 회전각(Ψ)=π/2에서의 최대값의 절반이고 반대측에 있는, 회전각(Ψ)=3/2 π에서의 최대값 사이에서 변하고, 그러한 식으로 로터의 그 다음 회전들에 관해서 계속된다.
대안적으로, xHC 방향과 zHC 방향으로의 힘들이 안티-토크 추력인 Fy를 가지고 로터들의 회전축인 yF에 수직인 모멘트 생성의 중첩에 의해 발생될 수 있다. 로터의 절반은 한 방향으로 높은 추력을 생성하고, 나머지 절반은 다른 방향으로 낮은 추력을 생성한다. 낮은 추력 흐름은 높은 추력 흐름의 방향을 고치기 위해 사용되어, 전체적으로 zHC 방향으로의 힘인 FZ를 만든다. 또한 힘(FX)과 그로 인한 모멘트(MyF)가 바라는 힘(FZ)에 대한 보충물(supplemental)로서 발생된다.
도시된 피치각(α)들에 대해 π/2만큼 각각 시프트된 높은 추력과 낮은 추력의 각각의 절반들로, xHC 방향으로의 힘(FX)이 대응하게 생긴다. 바라는 힘(FX), 힘(FZ), 및 모멘트(MyF)에 대한 보충물이 발생된다.
그러므로, 직교 벡터 표시로 나타낸 힘들(FB, FD)과, 모든 블레이드들에 관해 벡터 표시로 나타낸 로터 중심에 대한 그것들의 개별 적용 반경(rF)(도 9 참조)의 벡터의 외적들을 합함으로써, 모멘트들인 MxF, MyF 및 MzF가 계산된다. 도 12는 바라는 힘(FZ)의 발생을 묘사하고 있다.
Figure 112014057535262-pat00004
도 13에 따르면, 대응하는 특징들이 도 1 내지 도 12에서와 동일한 참조 번호로 참조된다. 피치 변화로 인해, 슈라우드(2)에서 로터 평면(12)과 전자석(9)들에 대한 로터 상의 영구 자석(13, 14)의 거리가 변하고, 이는 유도성 상호 작용에 관한 최적이 아닌 위치로 이끌 수 있다. yHC 방향으로 전자석들을 시프트하는 시프팅 시스템이 제공된다. 대안적으로, 영구 자석(13, 14)의 폭(yM) 및/또는 길이(xM)가 증가되어 영구 자석(13, 14)이 모든 피치각(α)에서 전자석(9)들을 덮는다. 또는, 또 다른 대체 방안으로 힌지(hinge)가 영구 자석(13, 14)의 위치에 있는 채로 피치 축에 나란한 축에 대해 회전 가능한 레버(18)의 끝에 영구 자석(13, 14)이 장착되는 반면에, 영구 자석(13, 14)이 전자석(9)들의 회전 평면(12)을 떠나는 것을 방지하는 시스템이 제공된다.
로터 구동 시스템(1)은 임의의 추력 발생 회전 시스템이나, 윈드 터빈(wind turbine)들과 같이 둘러싸는 공기의 움직임으로부터 전력을 끌어내는 시스템들에서 블레이드 피치를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
1: 로터 구동 시스템 2: 슈라우드
3: 테일 붐 4: 회전 가능한 중심 캐리어
5: 로터 블레이드들 6: 플렉스-빔
7: 팁들 8: 내부 원주
9: 전자석들 10: 행(row)
11: 행(row) 12: 회전 평면
13: 영구 자석 14: 영구 자석
15: 자석-블레이드 연결기 플레이트 16: 단방향 방사상 버팀대
17: 쌍방향 방사상 버팀대 18: 레버

Claims (10)

  1. 로터 구동 시스템(1)으로서,
    - 스테이터(2) 및 로터로서, 상기 로터는 회전 가능한 중심 캐리어(4)와 상기 회전 가능한 중심 캐리어(4)에 방사상으로 부착된 로터 블레이드(5)들을 지닌 상기 스테이터(2)에 장착되고, 상기 로터 블레이드(5)들은 상기 로터 블레이드(5)들의 방사상 중심 축들로 하나의 회전 평면(12)을 규정하고, 상기 로터 블레이드(5)들 각각은 블레이드 피치의 변화를 위해 상기 로터 블레이드(5)들 각각의 방사상 중심축을 중심으로 피벗 가능한, 스테이터(2) 및 로터,
    - 상기 로터를 위한 구동 수단(10, 11), 및
    - 상기 피벗 가능한 로터 블레이드(5)들용 피치 제어 수단을 포함하고,
    적어도 하나의 블레이드 반경을 따라, 각각의 로터 블레이드(5)에 적어도 하나의 영구 자석(13, 14)이 제공되고, 상기 스테이터(2) 상의 복수의 전자석(9)이 상기 적어도 하나의 블레이드 반경에 충분히 가까운 적어도 하나의 스테이터 반경 상에 축이 같게 제공되어, 상기 복수의 전자석(9)과 각각의 로터 블레이드(5) 상의 상기 적어도 하나의 영구 자석(13, 14) 사이의 유도성 상호 작용을 허용하고, 상기 영구 자석(13, 14)은 전기 공급 수단에 연결된 상기 전자석(9)의 개별 제어에 의해 상기 로터 블레이드(5)들의 개별적인 피치 제어를 위해, 상기 회전 평면(12)에 수직인 방향으로 상기 방사상 중심축으로부터 치우쳐서 로터 블레이드(5)들에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 로터 구동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터(2)는 도관 팬이고, 상기 로터는 상기 도관 팬 내부에 방사상으로 장착되고, 상기 로터 블레이드(5)들 각각에는 각 로터 블레이드(5)의 팁(7)에 2개의 전기적으로 분리된 영구 자석이 제공되고, 상기 2개의 영구 자석(13, 14) 각각은 반대측들에서 상기 회전 평면(12)에 수직인 방향으로 상기 방사상 중심축으로부터 상기 회전 평면(12)까지 치우쳐 고정되고, 상기 전자석(9)들은 상기 팁(7)들 옆의 상기 도관 팬의 내부 원주 상에서 2개의 축이 같은 전기적으로 분리된 링들을 따라 제공되고, 상기 분리된 링들 각각은 상기 반대측들 중 하나에서 상기 영구 자석(13, 14)에 충분히 가까워서 각각의 로터 블레이드(5)의 반대측들 모두에서 상기 영구 자석(13, 14)의 전기적으로 분리된 유도를 허용하는 것을 특징으로 하는, 로터 구동 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도관 팬은 상기 스테이터(2)에서의 안티-토크 시스템이고, 상기 로터를 위한 구동 수단은 개별적으로 제어된 모터들로서 작동된 상기 도관 팬의 내부 원주 상의 2개의 분리된 링의 전자석(9)들인 것을 특징으로 하는, 로터 구동 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 중심 캐리어(4)는 구동된 허브이고, 상기 도관 팬의 내부 원주 상의 2개의 분리된 링들을 따라 제공된 상기 전자석(9)들은 전기 소비자들에 전력을 공급하기 위해 전기적으로 분리된 제너레이터들로서 작동되는 것을 특징으로 하는, 로터 구동 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전자석(9)들에는 결합된 개별 제어 유닛들로부터의 3상 교류 전류가 각각 공급되는 것을 특징으로 하는, 로터 구동 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각각의 로터 블레이드(5)에는 양측 단부들 각각에서 하나의 영구 자석이 있는 회전축의 방향들 모두에서 본질적으로 연장하는 자석 블레이드 커넥터(15)가 각각의 로터 블레이드(5)의 팁(7)에서 제공되고, 상기 영구 자석(13, 14)들 각각은 상기 적어도 2개의 분리된 로터를 위한 구동 수단(10,11) 중 하나의 상기 전자석(9)들과 일치되는 것을 특징으로 하는, 로터 구동 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    각각의 로터 블에이드(5)의 정확한 원주상 위치들의 결정을 위해, 로터 방위각 측정 시스템이 제공되는 것을 특징으로 하는, 로터 구동 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    yHC 방향으로의 상기 전자석(9)들을 위한 시프팅 시스템이 제공되는 것을 특징으로 하는, 로터 구동 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    힌지가 상기 영구 자석들(13, 14)의 위치에 있으면서, 상기 영구 자석들(13, 14)이 피치축에 나란한 축에서 회전 가능한 레버의 단부에 장착되는 것을 특징으로 하는, 로터 구동 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터 블레이드(5)들의 개별 팁(7)들을 연결하는 링이 제공되는 것을 특징으로 하는, 로터 구동 시스템.
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