NL2011128C2

NL2011128C2 - Rotatie-inrichting, bijvoorbeeld een luchtverplaatser, zoals een ventilator, een propeller of een hefschroef, een waterturbine of een windturbine.

Info

Publication number: NL2011128C2
Application number: NL2011128A
Authority: NL
Inventors: Augustinus Wilhelmus Maria Bertels
Original assignee: Eco Logical Entpr B V
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-01-12
Also published as: WO2015005776A1; US10479489B2; US20160152327A1; EP3019399A1; US20200070965A1

Description

Rotatie-inrichting, bijvoorbeeld een luchtverplaatser, zoals een ventilator, een propeller of een hefschroef, een waterturbine of een windturbine

De uitvinding heeft betrekking op een rotatie-inrichting voor het omzetten van een vorm van energie in een andere vorm van energie, welke vormen van energie elektrische energie en de energie van een stromend medium zijn, welke inrichting omvat: een gestel met een inlaat en een uitlaat en een zich tussen de inlaat en de uitlaat uitstrekkende omwentelingssymmetrische geleider voor het stromende medium; een door dat gestel althans tijdens bedrijf roteerbaar gedragen rotor met een centrale naaf en een aantal met die naaf verbonden en angulair equidistant gerangschikte bladen, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken, welke bladen alle een zodanige vorm bezitten, dat een koppeling tussen het stromende medium en de rotatie van de rotor is verkregen; en energie-omzetmiddelen, waarvan het ene deel vast met het gestel verbonden is en het andere deel vast met de rotor verbonden is.

Een dergelijke inrichting is in vele uitvoeringen bekend, bijvoorbeeld als ventilator, als propeller of hefschroef, een waterturbine of een windturbine, waarbij beschikbare energie wordt gebruikt voor het door middel van de rotor in beweging brengen van een medium, bijvoorbeeld lucht of een vloeibaar medium, zoals water. Ook is een inrichting bekend, die bijvoorbeeld de in een stromend medium aanwezige energie door interactie met de rotor omzet in elektrische energie. Dit is bijvoorbeeld een windturbine, een waterturbine, of dergelijke.

Voor het koelen van zalen met servers zoals in datacentra wordt gebruik gemaakt van relatief zware axiale ventilatoren, die bijvoorbeeld een diameter van 0,06 - 0,15 m hebben. De ventilatoren zijn relatief inefficiënt en hebben een geringe opvoerhoogte. Daarom wordt ook wel gebruik gemaakt van centrifugaal-ventilatoren. Deze hebben een grotere opvoerhoogte en zijn daardoor beter in staat de stromingsweerstand van de warmtewisselaars voor het afvoeren van de serverwarmte beter te overwinnen.

Onder meer de Duitse fabrikant Pabst is traditioneel een motorenbouwer. Pabst is daardoor primair gericht op een verhoging van het motorvermogen op basis van een kleine naaf. Hierbij wordt tevens opgemerkt, dat met de traditionele bouw van ventilatoren, dat wil zeggen een centraal geplaatste motor die de rotor aandrijft, de centrale lagers zwaar axiaal worden belast. Binnen de denktrant van dergelijke bedrijven en binnen hun technische traditie zijn ze in staat tot het ontwerpen en produceren van motoren waarmee een ventilator met substantieel verhoogd toerental kan worden aangedreven. Daardoor wordt de luchtstroom substantieel versneld. Het vermogen neemt toe met de derde macht van het debiet en als gevolg daarvan nemen de lagerkrachten snel toe, evenals de door het vermogen te dissiperen warmte. Dit neemt niet weg, dat dergelijke bekende ventilatoren onderhevig zijn aan de nadelen die inherent zijn aan een coaxiale opstelling van de motor ten opzichte van de ventilatorbladen. De centrale motor blokkeert immers een substantieel deel van het doorstroombare oppervlak. Derhalve moet er wel noodgedwongen een hoog toerental worden gerealiseerd. Er wordt gebruik gemaakt van rotoren met bijvoorbeeld elf bladen, waarvan de aërodynamische vorm meestal sterkte wensen overlaat. De ventilatoren produceren daardoor relatief veel lawaai, niet in de laatste plaats door het optreden van zogenaamde tipwervels, dat wil zeggen de wervels rond het bladeinde, en eveneens in de zone van de naaf. Deze wervels ontstaan doordat de tips of vrij omstroombare uiteinden van de bladen binnen een min of meer ringvormige behuizing op afstand van het binnenvlak daarvan met hoge snelheid bewegen. Op grond van het bovenstaande zal duidelijk zijn, dat een dergelijke opbouw energieverlies en lawaai met zich meebrengt en dat het rendement van dergelijke ventilatoren te wensen overlaat. De beperkingen met betrekking tot het motorontwerp zijn vooral gelegen in de beperkte mogelijkheden tot accumulatie van warmte, waardoor specifieke koelvoorzieningen noodzakelijk zijn, de principieel beperkte vermogensdichtheid en de levensduur van de, immers door de aard van deze structuur zwaar belaste lagers.

Elke gebruikelijke server-module produceert een vermogen aan warmte van 2-3 kW. Dit is vergelijkbaar met een flinke ventilatorkachel voor huishoudelijk gebruik. De ventilator moet in staat zijn om die, van de grote printplaten met LSI-chips en andere onderdelen afkomstige warmte met een zodanige snelheid af te voeren, dat de temperatuur van de serverkast tot de maximaal toelaatbare waarde, bijvoorbeeld 40°C, beperkt blijft.

Voor het realiseren van een intensievere koeling is een grote hoeveelheid doorstromende lucht per tijdseenheid nodig. Hiermee wordt vooral een substantieel verhoogde opvoerhoogte gerealiseerd. Dergelijke gecascadeerde ventilatoreenheden hebben het nadeel, relatief kostbaar te zijn en veel ruimte in beslag te nemen, vooral in de stromingsrichting. Ze hebben het voordeel, dat, in een ideaal geval van tegengestelde rotatierichtingen van de beide ventilatoren, de de ventilatoreenheid verlatende luchtstroom in hoge mate vrij is van een rotatiecomponent. De tipwervels reduceren dit voordeel substantieel. Bij gebruikelijke ventilatoren blijven rotatiecomponenten zodanig sterk, zelfs op grote afstand van de ventilator, dat de samenwerking met een warmtewisselaar of de structuur van een warmteproducerende printplaat uit oogpunt van efficiënte warmteafvoer vaak te wensen overlaat.

Met het oog op bovenstaande overwegingen met betrekking tot de rotatie-inrichtingen volgens de stand der techniek verschaft de uitvinding een inrichting van een hierboven omschreven type, die het kenmerk vertoont dat de rotor een concentrische ring omvat waarmee de eindzones van de bladen verbonden zijn; de ring twee gelijke, afgeknotte-kegelvormige vlakken met onderling tegengestelde oriëntaties vertoont, bijvoorbeeld een radiale doorsnede bezit met althans ten dele de algemene vorm van een gelijkbenige driehoek of trapezium, waarvan de basis zich evenwijdig aan de hartlijn, tevens de rotatie-hartlijn, van de rotor uitstrekt, en waarvan de zijden naar buiten toe convergeren; de mediumgeleider een rondgaande verdieping vertoont, waarvan de vorm overeenkomt met die van de ring, zodanig dat de ring met tussenruimte in de verdieping past; aan elk van de met de genoemde zijden overeenkomende afgeknotte-kegelvormige oppervlakken angulair equidistant geplaatste permanente magneten zijn toegevoegd, waarvan de polen uitmonden aan de genoemde vlakken; aan de beide corresponderende oppervlakken van de verdieping de polen van de aan de permanente magneten gelijk equidistant geplaatste elektromagneten met elk een kem en een spoel uitmonden; een en ander zodanig, dat de ring met de permanente magneten en het gestel met de elektromagneten samen een ringvormige inductiemotor of een elektrische generator vormen; aan de elektromagneten een elektronische eenheid is toegevoegd, die is ingericht voor het met zodanige wisselstromen voeden van de elektromagneten, dat door de elektromagnetische interactie tussen de elektromagneten en de permanente magneten de rotor roterend wordt aangedreven, c.q. die is ingericht voor het omzetten van de tijdens roterende aandrijving van de rotor door doorstromend medium in de elektromagneten geïnduceerde stromen tot een voor een gebruiker geschikte vorm van elektrische stroom, bijvoorbeeld voor teruglevering aan het elektriciteitsnet; en de elektronische eenheid tevens is ingericht voor het met zodanige wisselstromen voeden van de elektromagneten, dat de rotor tijdens bedrijf magnetisch opgehangen is.

Het voordeel van magnetische ophanging is, evenals bij magnetische zweeftreinen, dat de onderlinge beweging tussen de rotor en de stator wrijvingloos is. Hiermee is een bron van storing geëlimineerd, is er geen sprake van slijtage en vindt er geen warmtedissipatie en additionele lawaaiproductie plaats.

De onderlinge gelijkheid en de spiegelsymmetrische plaatsing van de afgeknotte-kegelvormige vlakken verzekert een symmetrisch krachtenspel, zowel met betrekking tot de aandrijving als de magnetische ophanging van de rotor. Daardoor kan deze in elke ruimtelijke stand werkzaam zijn in stationair bedrijf, en tevens verstoringen, bijvoorbeeld positieveranderingen, effectief ongedaan maken. Daartoe omvat de elektronische eenheid een met de elektromagneten samenwerkende tegenkoppeling, die positieveranderingen van de rotor als gevolg van externe oorzaken in hun beginstadium effectief onderdrukt.

In een specifieke uitvoering vertoont de inrichting de bijzonderheid, dat de rotorring is samengesteld uit twee identieke deelringen, die elk bestaan uit een strook materiaal met de vorm van een deel van een cirkelboog, waarvan de vrije einden met elkaar zijn verbonden, zodanig, dat elke strook de vorm bezit van het mantelvlak van een afgeknotte kegel, welke aldus gemodelleerde stroken met hun buitenste, cirkelvormige omtrekszone met elkaar verbonden zijn; en een derde en eventueel een vierde deelring, elk bestaande uit een strook materiaal die is gebogen tot een ronde vorm en die de vrije cirkelvormige binnenranden respectievelijk buitenranden van de eerste twee deelringen met elkaar verbindt; en de eindzones van de bladen met de derde deelring verbonden zijn.

In het bijzonder bij kleine ventilatoren, met een diameter van bijvoorbeeld in de orde van maximaal 0,2 m, kan de inrichting met voordeel het kenmerk vertonen, dat de rotor door spuitgieten van kunststof vervaardigd is. Daardoor kunnen zeer slanke bladen worden gebruikt, hetgeen uit aërodynamisch oogpunt voordeel biedt. Door de monolithische structuur, of een opbouw met twee tot een geheel samengevoegde delen, is de rotor toch mechanisch stijf en sterk, terwijl de hoeveelheid te gebruiken materiaal beperkt is.

In het geval waarin de rotoren in voor- of achteraanzicht overlap vertonen, hetgeen meestal het geval is, kan de spuitgietmatrijs zeer gecompliceerd zijn. Toch bestaat de wens, deze aërodynamisch goede structuur te gebruiken. Een aanzienlijke vereenvoudiging kan daartoe worden verkregen met een uitvoering, waarin de rotor uit twee door spuitgieten vervaardigde en vervolgens met elkaar verbonden delen is samengesteld, welke delen met elkaar verbonden zijn over aanliggende oppervlakken van de ring, corresponderend met het hoofdvlak van de ring, en tevens over aanliggende oppervlakken van de naafdelen.

Volgens een verder aspect van de uitvinding vertoont de inrichting de bijzonderheid dat elke spoel omvat: een stapel in register opgestelde elektrisch isolerende dragers met elk ten minste één daarop aanwezige elektrisch geleidende baan, die ten minste één winding van de spoel vormt, welke banen uitmonden aan de buitenzijde van de respectieve dragers en zodanig elektrisch met elkaar verbonden zijn, dat de door de banen gevormde windingen samen de spoel vormen, welke dragers geregistreerde doorgaande gaten vertonen, waardoorheen de ferromagnetische kern zich uitstrekt.

Een dergelijke inrichting kan zeer compact en met een grote vorm-vrijheid worden uitgevoerd.

Een zeer praktische uitvoering vertoont de bijzonderheid, dat de permanente magneten van elk afgeknotte-kegelvormige oppervlak zijn opgenomen in een kleefstrook die aan dat oppervlak gehecht is. Hiermee kan met zeer eenvoudige middelen en zonder gebruik van inzetstukken in een spuitgietmatrijs of gietmal eenvoudig en met een grote mate van nauwkeurigheid worden bereikt, dat de permanente magneten op exact de bedoelde posities wordt geplaatst.

Bij voorkeur vertoont de inrichting de bijzonderheid, dat de kem van elke elektromagneet in een kunststof, bijvoorbeeld polyetherimide, ingebedde korrels niobium, ijzer, ferriet of ander ferromagnetisch materiaal omvat.

Een verbeterde beheersing van de inlaat-mediumstroom kan worden verkregen met een uitvoering, die is gekenmerkt door een stroomopwaarts ten opzichte van de inlaat geplaatst instroomrooster, dat een patroon van zodanig geplaatste en gevormde schotten omvat, dat de door die schotten begrensde kanalen richtingen hebben die corresponderen met de richtingen van de betreffende lokale deelstromen van het medium. Met deze structuur wordt de zogenaamde pre-rotatie geëlimineerd.

Om de stromingstechnische eigenschappen van de rotor ook bij grote mediumdebieten volledig te kunnen beheersen verdient die uitvoering de voorkeur, waarin de bij voorkeur zeer slanke bladen onder voorspanning met de naaf en met de ring verbonden zijn.

Uit onderzoek is gebleken dat het de voorkeur verdient, dat het aantal bladen ten minste 12-26 bedraagt.

In de praktijk kan het aantal bladen nog substantieel groter zijn. Aanvraagster heeft inrichtingen ontworpen, gebouwd en getest, waarvan het aantal bladen van de rotor in de orde van 40 ligt.

Volgens een volgend aspect van de uitvinding is de inrichting zodanig uitgevoerd, dat althans het binnenvlak van de ring een stroomlijnvorm vertoont. Hiermee wordt een zodanige geleiding van de door de inrichting vloeiende mediumstroom bereikt, dat het optreden van ongewenste wervels en turbulenties en daarmee energieverlies en lawaaiproductie nagenoeg uitgesloten is.

Om deze zelfde technische reden kan de inrichting zodanig zijn uitgevoerd, dat de eindzones van de bladen vloeiend aansluiten aan het binnenvlak van de ring.

Volgens weer een ander aspect van de uitvinding kan de inrichting de bijzonderheid vertonen, dat het gestel een geleidingsring voor het stromingstechnisch zo goed mogelijk geleiden van de door de inrichting gaande mediumstroom omvat, welke geleidingsring een vloeiend gekromd, met de rotor coaxiaal werkzaam vlak vertoont, dat een ringvormige verdieping bezit, waarvan de vorm overeenkomt met de vorm van de rotorring, welke verdieping die rotorring met enige vrije tussenruimte accommodeert.

Met een dergelijke geleidingsring wordt het profiel van de mediumstroom door de inrichting gunstig beïnvloed, waardoor het stromingstechnische rendement sterk wordt verbeterd, ongewenste turbulenties en wervelingen worden voorkomen, en de geluidproductie ten opzichte van de stand der techniek substantieel wordt verlaagd.

Van groot belang is een uitvoering, waarin het stroomopwaartse deel van het werkzame vlak van de geleider een radiale doorsnedevorm vertoont die grosso modo correspondeert met een kwart van een ellips waarvan de lange as zich evenwijdig aan de hartlijn van de rotor uitstrekt.

Volgens weer een ander aspect van de uitvinding vertoont de inrichting de bijzonderheid, dat de stromingsgeleider aan de stroomafwaartse zijde een zodanige vorm bezit, dat de stroomafwaartse mediumstroming door de inrichting vrij is van dode hoeken.

Volgens weer een ander aspect van de uitvinding omvat de inrichting een stationair, vast ten opzichte van het gestel opgesteld, of van de rotor deel uitmakend, in hoofdzaak omwentelingssymmetrisch neuselement, dat stroomopwaarts ten opzichte van de naaf is opgesteld en een vanaf zijn voorzijde naar zijn achterzijde zich verbredend mantelvlak vertoont, dat aan zijn achterzijde aërodynamisch vloeiend aan de naaf aansluit.

Bij voorkeur wordt een dergelijke inrichting zodanig uitgevoerd, dat de langsdoorsnede van het mantelvlak min of meer de vorm van een parabool bezit, waarvan het extreem zich aan het stroomopwaartse einde van het neuselement bevindt.

In een bepaalde uitvoering vertoont de inrichting de bijzonderheid, dat het neuselement stationair ten opzichte van het gestel is opgesteld en via spaken door het gestel wordt gedragen.

Het aantal spaken wordt bij voorkeur zo klein mogelijk gehouden om de mediumstroming zo weinig mogelijk te beïnvloeden, bijvoorbeeld drie.

Om dezelfde reden wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een variant, waarin de spaken stromingstechnisch gevormd zijn.

Uit veiligheidsoverwegingen kan de inrichting met voordeel de bijzonderheid vertonen, dat hij aan zijn inlaatzijde is voorzien van een beschermingsrooster. Dit beschermingsrooster wordt bij voorkeur zodanig uitgevoerd, dat het de stroming geleidt op basis van de lokale rheologische omstandigheden.

Van groot belang is een uitvoering, waarin het gestel is voorzien van een krans van kanalen die via een krans van openingen deelstromen uit het gebied van de stroomafwaartse mediumstroom met verhoogde druk de tussenruimte tussen de ring en de wanden van de holte binnenleiden, zodanig, dat die deelstromen langs de polen van de elektromagneten en de permanente magneten stromen en aldus die elektromagneten en de permanente magneten koelen en de tussenruimte verlaten in het gebied van de stroomopwaartse mediumstroom met verlaagde druk. Begrepen moet worden, dat de deelstromen zich in tegenstroom ten opzichte van de hoofdstroom van het medium bewegen.

Op deze wijze wordt zeer efficiënt gebruik gemaakt van de stroming die van nature geneigd is op te treden tussen het stroomafwaartse gebied met verhoogde mediumdruk en het stroomopwaartse gebied met verlaagde mediumdruk. Door deze gebieden met elkaar in contact te brengen via de kanalen en de tussenruimte tussen de rotorring en de wanden van de holte kan effectief worden bereikt, dat de inductiemotor/generator effectief wordt gekoeld.

De invoeropeningen van de kanalen bevinden zich op enige axiale afstand van de rotorring. Hiermee wordt voorkomen, dat een opgewarmde deelmediumstroom, die aan de stroomopwaartse zijde in de hoofdmediumstroom wordt teruggevoerd, weer als koelmedium de ingang van de genoemde holte binnenstroomt. Hierdoor zou de koeling van de inductiemotor/generator minder effectief worden. Dit is de reden, waarom de koelende kanalen op enige axiale afstand hun ingangsmedium uit de stroomafwaartse zone van de hoofdmediumstroom betrekken.

Bij voorkeur wordt deze laatste variant zodanig uitgevoerd, dat de uitstroomzone van de deelstromen een deflectiezone vertoont, waardoor de deelstromen zodanig worden afgebogen, dat ze een radiale richtingscomponent en een longitudinale richtingscomponent in de richting van de mediumstroom door de inrichting krijgen. Hiermee wordt bereikt, dat de uitstromende koel-deelmediumstroom wordt geïnjecteerd in de hoofd-mediumstroom. Deze wordt daardoor niet noemenswaardig verstoord en de opwarming van de hoofd-mediumstroom, grenzend aan de binnenwand van het gestel is verwaarloosbaar. Door het toepassen van een min of meer cilindrisch deflectievlak, grenzend aan de uitstroomzone van de deelstromen, wordt een goede beheersing van de stroming bereikt.

Onder alle omstandigheden wordt ervoor gezorgd, dat de hoofdmediumstroom zo weinig mogelijk wordt verstoord en dat in het bijzonder de binnenwand van het gestel en de derde deelring nagenoeg in één cilindrisch vlak liggen. Het moge duidelijk zijn, dat niet vermeden kan worden, dat de ingangsopeningen of mondopeningen van de kanalen de stroming in geringe mate verstoren. Door een weloverwogen keuze van de betreffende vormen en geometrieën kan de verstoring van de mediumstroom tot verwaarloosbare proporties beperkt blijven.

Zelfs in de reeds genoemde uitvoering waarin de rotor tijdens bedrijf magnetisch is opgehangen kan het van voordeel zijn, de inrichting zodanig uit te voeren, dat de rotor via hulp-lagermiddelen door het gestel gedragen wordt. Tijdens bedrijf is dit strikt genomen niet noodzakelijk, maar bijvoorbeeld voor onderhoud of in het geval van een stroomstoring kan het van voordeel zijn, de rotor met de hand te kunnen roteren, zonder dat daarvoor enige elektrische bekrachtiging van de inductiemotor/generator noodzakelijk is. Aan de lagermiddelen worden in het geval van magnetische ophanging geen hoge eisen gesteld. De lagermiddelen kunnen als technisch en operationeel secundair beschouwd worden. Doordat de lagermiddelen tijdens bedrijf nauwelijks of niet mechanisch belast worden hebben de lagermiddelen een extreem lange levensduur en is het uiterst onwaarschijnlijk, dat ze ooit een storing zullen veroorzaken. De lagermiddelen worden bij voorkeur zodanig uitgevoerd, dat ze het Theologische gedrag van de stroming door de rotor niet beïnvloeden.

Het is voor de uitvinding van groot belang, dat de aërodynamische eigenschappen van de inrichting zoveel mogelijk worden geoptimaliseerd. Een belangrijk doel van de uitvinding is in dit verband het zodanig uitvoeren van de inrichting, dat het ontstaan van ongewenste wervels en turbulenties zoveel mogelijk wordt voorkomen. Dergelijke wervels en turbulenties geven verliezen en veroorzaken ongewenste ruisachtige geluiden.

In verband met het hiervoor gaande verschaft de uitvinding een inrichting van het omschreven type, waarin de omtreksrand aan zijn uitstroomzijde een convergent ringvormig uitsteeksel vertoont, dat wordt gevormd door twee aan elkaar aansluitende holle vlakken die aan hun van het uitsteeksel af gerichte zijden vloeiend overgaan in het grosso modo toroïdale, bolle overige vlak van de omtreksrand.

Een verdere verbetering wordt verkregen met een uitvoering waarin het ringvormige uitsteeksel weinig of niet uitsteekt voorbij het vlak dat wordt bepaald door het het meest stroomafwaarts gelegen deel van het bolle vlak van de omtreksrand.

Een spectaculaire verbetering wordt gerealiseerd met een uitvoering, waarin het stroomafwaartse deel van de naaf een flauw toelopende, omwentelingssymmetrische vorm bezit, waarvan het eindvlak een rondgaande holle vorm bezit, zodanig dat de omtreksrand scherp is en zich in het midden een punt bevindt, waarvan de top althans ongeveer in het vlak van de omtreksrand ligt.

Een specifieke uitvoering vertoont de bijzonderheid, dat aan de bladen elektrische verwarmingsmiddelen toegevoegd zijn, zodat de inrichting als verwarmingsinrichting dienst kan doen, welke verwarmingsmiddelen worden gevoed met wisselstroom die afkomstig is van de aan de rotor toegevoegde secundaire wikkeling van een roterende transformator, waarvan de primaire wikkeling aan het gestel is toegevoegd en wordt gevoed door een bron voor wisselstroom. Hiermee wordt een verwarmingsinrichting met hoog rendement verkregen. De verwarmingsfunctie kan worden uitgeschakeld door het onderbreken van de primaire of de secundaire stroomkring van de transformator.

Volgens dit aspect van de uitvinding kan de inrichting worden gebruikt als onderdeel van een haardroger, een ruimteverwarming of andere toepassing waarbij een verwarmde luchtstroom moet worden afgegeven.

Bekend zijn haardrogers en ruimteverwarmingen die gebruik maken van een ventilator die koude lucht door door elektrische energie verwarmde weerstandsdraden voert. Een dergelijke algemeen bekende en gebruikelijke uitvoering is zodanig uitgevoerd, dat aangezogen onverwarmde lucht door een patroon van verwarmingsdraden heen blaast, welke verwarmingsdraden door het doorleiden van elektrische stroom tot een hoge temperatuur worden opgewarmd, bijvoorbeeld in de orde van 200°C.

Een dergelijke verwarmingsinrichting vertoont een substantiële luchtweerstand, die door de ventilatormotor overwonnen moet worden.

Verder is de temperatuur van de verwarmingsdraden hoog. Dat brengt stralingsverliezen en risico op brand met zich mee, bijvoorbeeld in het geval waarin de ventilatorfunctie uitvalt.

Verder zijn de weerstandsdraden door hun hoge temperatuur zeker op langere termijn onderhevig aan oxidatie. Eveneens door de hoge temperatuur kunnen ionisatie van de lucht en ozonvorming optreden.

Als gevolg van de aanwezigheid van de verwarmingsdraden treden lokaal turbulenties op, die aanleiding geven tot een suizend geluid, dat vaak als hinderlijk wordt ervaren.

Op de verwarmingsdraden kan verder een accumulatie optreden van stof, vezels, door de lucht aangevoerde draadjes, haren en oxideerbare bestanddelen. Mede in combinatie met de hoge temperatuur van de verwarmingsdraden kan hierdoor geurvorming, roetvorming en het ontstaan van fijnstof optreden.

De verwarmingsinrichting van het hiervoor beschreven type volgens de uitvinding is zeer aanzienlijk minder behept met deze nadelen, voor zover ze al optreden.

De uitvinding kan gebruik maken van een groot verwarmd oppervlak, waardoor de temperatuur van de verwarmingsmiddelen beperkt kan blijven, bijvoorbeeld tot 70 - 80°C.

Door het gebruik van een roterende transformator volgens de uitvinding wordt geen gebruik gemaakt van sleepcontacten en dergelijke, die relatief grote stromen moeten overbrengen en als gevolg daarvan onderhevig zijn aan slijtage, corrosie door vonkvorming, en dergelijke. Bedacht moet worden dat een haardroger en een gangbare ruimteverwarming voor huishoudelijk gebruik verwarmingsvermogens produceren in de orde van 1,5 - 2,5 kW.

Op grond van het voorgaande zal duidelijk zijn, dat een verwarmingsinrichting van het hiervoor beschreven type van de uitvinding superieure eigenschappen heeft.

Deze inrichting kan zodanig uitgevoerd zijn, dat de elektrische verwarmingsmiddelen aan de oppervlakken van de bladen aanwezige draden, banen of ten minste één deklaag van weerstandsmateriaal, zoals constantaan of inconel, omvatten.

Bijzonder voordelig is een uitvoering, waarin de draden, de banen of de ten minste ene deklaag van weerstandsmateriaal een buitenvlak bezit dat nagenoeg exact overeenkomt met het ideale buitenvlak van elk betreffend blad. Aldus zijn de verwarmingsmiddelen verzonken geplaatst of ingebed in het materiaal van de huid van het blad. Hiermee is de verhoging van de luchtweerstand als gevolg van de aanwezigheid van verwarmingsmiddelen tot nul gereduceerd en is ook de geluidproductie niet toegenomen ten opzichte van een rotor met bladen die niet van verwarmingsmiddelen zijn voorzien.

Verder richt de uitvinding zich op een gestel, dat ruimten bevat voor het accommoderen van een aantal inrichtingen volgens de hiervoor gaande specificatie, welke inrichtingen in en uit de ruimten geschoven kunnen worden, waarbij aan elke ruimte en aan elke inrichting elektrische koppelmiddelen toegevoegd zijn, waardoor elke ingeschoven inrichting elektrisch gekoppeld kan worden met de elektronische voedingseenheid. Een voordeel van het samenstel volgens de uitvinding met een aantal inrichtingen volgens de uitvinding is de extreem compacte opbouw. Begrepen moet worden, dat bij bekende samenstellen van ventilatoren, die een luchtstroom moeten creëren door een stroomafwaarts geplaatste warmtewisselaar het van belang is, dat de uitlaat-luchtstroom in verregaande mate vrij van rotatiecomponenten is. Volgens de stand der techniek wordt dit gerealiseerd met ventilatoren die twee aan twee in cascade met elkaar samenwerken, samen één deelstroom doorlaten en in onderling tegengestelde richtingen roteren. De ventilatoren volgens de uitvinding kunnen door hun aërodynamisch beter geoptimaliseerde ontwerp bij eenzelfde debiet substantieel langzamer draaien. Als gevolg daarvan vertoont de uitstromende luchtstroom een verwaarloosbare rotatie. Hieruit blijkt duidelijk een groot voordeel van de structuur volgens de uitvinding. Cascadering is niet nodig en daardoor wordt veel ruimtewinst geboekt in combinatie met een geringer gewicht en een substantiële kostenbesparing. Niettemin blijft het voordeel van de substantiële afwezigheid van rotatiecomponenten in de uitstromende luchtstroom conform de stand der techniek gehandhaafd. Ook voor deze uitvoering geldt, dat de geluidemissie zeer substantieel gereduceerd is, tot een bedrag in de orde van grootte van 20 dB SPL. Tevens is van belang, dat in het bijzonder de inlaat, maar ook de uitlaat, zodanig gemodelleerd is, dat de aërodynamische effectiviteit wordt gehandhaafd, ondanks dat de inlaatluchtstromen en de uitlaatluchtstromen kleine onderlinge afstanden hebben.

In de praktijk is het volgens de uitvinding denkbaar, dat gebruik wordt gemaakt van een op zichzelf bekende matrix-opstelling van inrichtingen. Deze inrichtingen kunnen bijvoorbeeld in een patroon van 2x3 worden opgesteld door ze in te schuiven in een corresponderend gevormd gestel. In een dergelijke uitvoering kan, zelfs tijdens bedrijf, elke individuele inrichting eenvoudigweg worden uitgeschoven en bijvoorbeeld vervangen door een vervangend exemplaar. Uitschakeling van het gehele samenstel van inrichtingen volgens de uitvinding is daarmee niet noodzakelijk.

Tevens richt de uitvinding zich op een bemand of onbemand vliegtuig, omvattende een gestel; ten minste één door dat gestel gedragen, als propeller of hefschroef dienst doende inrichting volgens conclusie 1, eventueel een ontvanger voor het aan de elektronische eenheid toevoeren van besturingssignalen, die afkomstig zijn van door een op afstand geplaatste zender uitgezonden besturingssignalen, en een energiebron, bijvoorbeeld een oplaadbare batterij, die de elektronische eenheid tijdens bedrijf voorziet van elektrische energie.

Een voorkeursuitvoering vertoont de bijzonderheid, dat het aantal als propeller of hefschroef dienst doende inrichtingen even is en de rotoren van die inrichtingen twee aan twee onderling tegengestelde rotatierichtingen bezitten.

Op grond van de voorgaande technische omschrijving moge duidelijk zijn dat, anders dan bij de stand der techniek met centrale motoren, volgens de uitvinding niet de motor leidend is voor het ontwerp en dat de rheologie volgt, maar dat in tegenstelling daartoe juist de rheologie leidend is en het totale systeem van de inrichting, inclusief de motor verregaand geoptimaliseerd kan worden, mede als gevolg van het superieure inductiemotor/generatorsysteem.

Zoals algemeen bekend, is een drone een onbemand vliegtuig, dat de laatste jaren regelmatig de media heeft gehaald door militaire toepassingen, maar ook en vooral kan worden gebruikt voor inspectiedoeleinden, bijvoorbeeld het monitoren en inspecteren van verkeerssituaties, grote landbouwgebieden en dergelijke. De propellerstructuur respectievelijk hefschroefstructuur met inductie-elektromotor in de ring, conform de leer van de uitvinding, is hiervoor uitermate geschikt. De dronestructuur op zichzelf kan op basis van algemeen bekende aërodynamische ontwerpprincipes worden gekozen. Anders dan bij bekende drones, die in de meeste gevallen met verbrandingsmotoren werken, wordt er volgens de uitvinding gebruik gemaakt van propellers en/of hefschroeven met elektrische aandrijving. Opgemerkt wordt, dat het van belang is, dat de elektrische energiebron, dus in het bijzonder één of meer oplaadbare batterijen, bij voorkeur een zeer gunstige verhouding tussen de hoeveelheid op te slane energie en het gewicht bezit. De batterijen vormen immers dood gewicht en het is van belang om de meest geavanceerde types batterijen te kiezen. Eventueel zou overwogen kunnen worden, te werken met een aggregaat, waarbij een elektrische generator door een verbrandingsmotor wordt aangedreven. Het aggregaat zorgt voor de voeding van de inductiemotor.

Een vliegtuig volgens de uitvinding is uiterst geluidarm. Dit is uit oogpunt van geluidhinder voor mens en dier zeer belangrijk.

Door het met de uitvinding te realiseren hogere rendement dan volgens de stand der techniek kan het vliegtuig volgens de uitvinding substantieel langer in de lucht blijven.

In een belangrijke variant vertoont het vliegtuig het kenmerk dat de of elke inrichting onder besturing door de elektronische eenheid in twee onafhankelijke richtingen kantelbaar is, zodanig, dat tijdens bedrijf behalve een verticale liftkracht ook een horizontale voorstuwingskracht wordt verkregen.

De kantelbaarheid in twee onafhankelijke richtingen kan worden gerealiseerd door twee onder een hoek van 90° ten opzichte van elkaar opgestelde stappenmotoren die worden bestuurd door de elektronische eenheid, die op zijn beurt wordt bestuurd door een ontvanger die zijn signalen radiografisch ontvangt vanuit een besturingsstation. Dit besturingsstation zorgt voor de besturing van alle functies van het vliegtuig, afgezien van enkele autonome functies of navigatie op basis van een automatische piloot.

Volgens een belangrijk aspect van de uitvinding vertoont het vliegtuig de bijzonderheid, dat het gestel een omtrekszone met een zodanige aërodynamische vorm bezit, dat bij horizontale verplaatsing een additionele liftkracht ontstaat.

De hiervoor beschreven uitvoering kan met voordeel zodanig zijn uitgevoerd, dat de omtrekszone aan zijn onderzijde een convergent ringvormig uitsteeksel vertoont, dat wordt gevormd door twee aan elkaar aansluitende holle vlakken die aan hun van het uitsteeksel af gerichte zijden vloeiend overgaan in het grosso modo toroïdale, bolle overige vlak van de omtrekszone. Hiermee wordt een substantiële verbetering van het aërodynamische rendement verkregen, in combinatie met een verhoogde liftkracht.

Een nog verdere verbetering wordt verkregen met een uitvoering, waarin het ringvormige uitsteeksel weinig of niet uitsteekt voorbij het vlak dat wordt bepaald door het onderste deel van het bolle vlak van de omtrekszone.

De naar de huidige inzichten beste uitvoering is die, waarin het stroomafwaartse deel van de naaf een in de stromingsrichting licht toelopende, omwentelingssymmetrische vorm bezit, waarvan het eindvlak een rondgaande holle vorm bezit, zodanig dat de omtrekszone scherp is en zich in het midden een punt bevindt, waarvan de top althans ongeveer in het vlak van de omtrekszone ligt. Aan de uitstroomzijde zijn de verlies opleverende turbulenties en wervels tot volstrekt verwaarloosbare proporties teruggebracht. De geluidproductie is hierdoor nog verder gereduceerd en het aërodynamische rendement nog verder verhoogd.

In een specifieke uitvoering kan het vliegtuig de bijzonderheid vertonen, dat de energiebron zonnecellen omvat.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande figuren. In de tekeningen tonen:

Figuur 1 een perspectivisch aanzicht van een rotor volgens de uitvinding;

Figuur 2 een axiale doorsnede door een inrichting volgens de uitvinding;

Figuur 3 het detail III volgens figuur 2;

Figuur 3A het detail UIA volgens figuur 3;

Figuur 4 een met figuur 2 corresponderend aanzicht van een variant, waarin in het gebied van de naaf positioneringslagers aanwezig zijn;

Figuur 5 een axiale doorsnede door een uitvoering met een mediumgeleider en een instroomrooster;

Figuur 6A een gedeeltelijk opengewerkt perspectivisch aanzicht van een samenstel van ventilatoren volgens de stand der techniek;

Figuur 6B een perspectivisch aanzicht van een functioneel vergelijkbaar samenstel van ventilatoren volgens de uitvinding, waarbij onderbroken lijnen de dimensies ten opzichte van figuur 6A aanduiden;

Figuur 7 een perspectivisch aanzicht van een drone in een eerste uitvoeringsvoorbeeld;

Figuur 8 een perspectivisch aanzicht van een drone in een tweede uitvoeringsvoorbeeld;

Figuur 9 een perspectivisch aanzicht van een drone in een derde uitvoeringsvoorbeeld;

Figuur 10A een helicopter met twee hefschroefinrichtingen volgens de uitvinding in een eerste uitvoering;

Figuur 10B een helicopter met twee hefschroefinrichtingen volgens de uitvinding in een tweede uitvoering;

Figuur IOC een doorsnede door de helicopter volgens figuur 10B door de vleugel met rotatie-inrichting nabij de romp;

Figuur 1 IA een helicopter-platform of quadcopter volgens de uitvinding, die is uitgerust met vier hefschroefrinrichtingen volgens de uitvinding;

Figuur 11B de doorsnede langs de gebroken lijn X-X door de quadcopter volgens figuur 1 IA;

Figuur 12A een ferromagnetische kem van een elektromagneet;

Figuur 12B een uit gestapelde elektrisch isolerende dragers met elektrisch geleidende banen opgebouwde wikkeling, voor samenwerking met de ferromagnetische kem volgens figuur 12A;

Figuur 13A een met figuur 12A corresponderend aanzicht van een ferromagnetische kem van een elektromagneet, die doorgaande gaten omvat, die bestemd zijn voor het doorleiden van medium voor koelingsdoeleinden;

Figuur 13B een met figuur 12B corresponderend aanzicht van een uit gestapelde elektrisch isolerende dragers met elektrisch geleidende banen opgebouwde wikkeling, die eveneens van doorgaande koelkanalen voorzien is;

Figuur 14 een met de figuren 12B en 13B corresponderend aanzicht van een variant, waarin de geleidende banen zich uitstrekken over de volledige betreffende oppervlakken van de dragers en het aantal koelkanalen vergroot is ten opzichte van de uitvoering volgens figuur 13B;

Figuur 15 een als een harmonica zig-zag opvouwbare en aldus stapelbare structuur van dragers met geleiders voor het vervaardigen van een stapel windingen;

Figuur 16 een met de figuren 12B, 13B en 14 corresponderend aanzicht van een met de structuur volgens figuur 15 verkregen uitvoering;

Figuur 17 een bovenaanzicht van een kleefstrook met permanente magneten, die op de afgeknotte-kegelvormige oppervlakken in de omtreksrichting van de rotor volgens bijvoorbeeld figuur 1 gehecht kan worden;

Figuur 18 een perspectivisch deelaanzicht van de helft van twee door spuitgieten vervaardigde rotorhelften voorafgaand aan het samenstellen daarvan tot één rotor; en

Figuur 19 een met figuur 18 corresponderend perspectivisch deelaanzicht van een rotor die is samengesteld uit de twee rotordelen volgens figuur 18;

Figuur 20 een diametrale doorsnede door een inrichting volgens de uitvinding, in het bijzonder een luchtverplaatsingsinrichting, waarin met pijlen de richtingen van de locale mediumstromen zijn weergegeven;

Figuur 21 een diametrale doorsnede door een verdere uitvoering, waarin de omtrekszone een zodanige vorm bezit, dat het stromingspatroon sterk verbeterd is;

Figuur 22 een diametrale doorsnede door een variant, waarin het stromingspatroon nog verder verbeterd is;

Figuur 23 het detail XXIII volgens figuur 22 op grotere schaal;

Figuur 24 een schematisch, lokaal opengewerkt getekend perspectivisch aanzicht van een roterende transformator;

Figuur 25 een dwarsdoorsnede door een ventilator-rotor met door een roterende transformator gevoede verwarmingsmiddelen; en

Figuur 26 een met figuur 3 corresponderend aanzicht van een detail van een inrichting volgens de uitvinding met een roterende transformator voor het elektrisch verwarmen van de bladen.

Figuur 1 toont de rotor 1 van een rotatie-inrichting volgens de uitvinding voor het omzetten van een vorm van energie in een andere vorm van energie, welke vormen van energie elektrische energie en de energie van een stromend medium zijn. De rotor 1 omvat een centrale naaf 2 die aan de invoerzijde een min of meer parabolisch gevormd neuselement 3 draagt, alsmede een aantal met de naaf 2 verbonden en angulair equidistant gerangschikte bladen 4, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken, welke bladen 4 alle dezelfde vorm bezitten, namelijk een zodanige vorm dat een koppeling tussen het stromende medium, dat aan de ingangszijde met 5 en aan de uitgangszijde met 6 is aangeduid, en de rotatie van de rotor 1 is verkregen.

De rotor 1 omvat verder een concentrische ring 7 waarmee de eindzones 8 van de bladen 4 verbonden zijn.

Zoals in het bijzonder figuur 3 duidelijk toont, bezit de ring 7 in deze uitvoering een radiale doorsnede met de algemene vorm van een gelijkbenige driehoek, waarvan de basis 9 zich evenwijdig aan de hartlijn 10, (figuur 1) tevens de rotatie-hartlijn, van de rotor 1 uitstrekt, en waarvan de zijden 11, 12 naar de radiaal het meest naar buiten toe gelegen top 13 van de driehoek 13 convergeren.

De rotor 1 volgens figuur 1 is zodanig ontworpen dat hij geschikt is voor gebruik als ventilator of als rotor van een windturbine. De bladen vertonen een daarvoor geschikte aërodynamische vorm.

Aan elk van de met de genoemde zijden 11,12 overeenkomende afgeknotte kegelvormige oppervlakken 14, 15 zijn angulair equidistant geplaatste permanente magneten toegevoegd, waarvan de polen, respectievelijk 16, 17 uitmonden aan de genoemde vlakken.

Zoals figuur 1 duidelijk toont, zijn de magneten zodanig geplaatst, dat de groepen polen 16 over een halve steekafstand zijn versprongen ten opzichte van de polen 17.

De figuren 2, 3 en 3A tonen in een uitvoeringsvoorbeeld van de rotor 1 die tijdens bedrijf magnetisch is opgehangen in een omwentelingssymmetrische mediumgeleider 18 met een inlaatopening 19 en een uitlaatopening 20. De ring 7 is met tussenruimte passend opgenomen in een driehoekige rondgaande verdieping 21. Aan de beide corresponderende oppervlakken 22, 23, die elk de vorm van een afgeknotte kegel bezitten, van de verdieping 21 monden de polen respectievelijk 24, 25 van elektromagneten, respectievelijk 26, 27 uit, waarbij de polen 24, 25 van elke krans polen dezelfde onderlinge angulaire afstand bezitten als de polen 16 en 17 van de twee kransen polen van de rotor 1. Elke elektromagneet 26, 27 omvat een kem 28 en een spoel 29.

Voor de magnetische ophanging is het van belang, dat de ring twee gelijke maar tegengesteld georiënteerde afgeknotte kegels vertoont. Daarmee kan de gewenste krachtenbalans in voorwaartse en achterwaartse richting bereikt worden.

De opstelling is zodanig, dat de ring 7 met de permanente magneten met de polen 16, 17 en het gestel of de mediumgeleider met de elektromagneten 26, 27 samen een ringvormige inductiemotor of een elektrische generator vormen.

Niet getekend is, dat aan de elektromagneten 26, 27 een elektronische eenheid is toegevoegd, die is ingericht voor het met zodanige wisselstromen voeden van de elektromagneten 26, 27 dat door de elektromagnetische interactie tussen de elektromagneten de permanente magneten de rotor roterend worden aangedreven c.q. die is ingericht voor het omzetten van de tijdens roterende aandrijving van de rotor 1 door doorstromend medium in de elektromagneten 26, 27 geïnduceerde elektrische stromen tot een voor een gebruiker geschikte vorm van elektrische stroom, bijvoorbeeld voor teruglevering aan het elektriciteitsnet.

Het stroomopwaartse deel 30 van het werkzame binnenvlak 31 van de geleider 18 vertoont een radiale doorsnedevorm zoals getoond in de figuren 2, 3 en 4 die grosso modo correspondeert met een kwart van een ellips waarvan de lange as zich evenwijdig aan de hartlijn 10 van de rotor 1 uitstrekt.

In de uitvoering volgens de figuren 1 en 2 is de min of meer half-elliptische neuskegel 3 vast verbonden met de naaf 2 en maakt aldus deel uit van de rotor.

Figuur 4 toont een uitvoering, waarin een neuskegel 32, die dezelfde vorm bezit als het neuselement 3, via vier spaken 33 wordt gedragen door de mediumgeleider 18. Met het neuselement 32 zijn kogellagers 34 verbonden, die de naaf 2 positioneren ten opzichte van het gestel, ofwel de mediumgeleider 18.

Bij voorkeur is, zoals eerder beschreven, de rotor 1 tijdens bedrijf magnetisch opgehangen ten opzichte van de mediumgeleider 18. Onder die omstandigheden zijn de lagers 34 overbodig. Als gevolg van de magnetische ophanging zijn in het bijzonder de axiale krachten, waaraan lagers volgens de stand der techniek onderworpen zijn, praktisch afwezig. Echter, buiten gebruik liggen de vlakken 14 of 15 van de ring 7 aan tegen de corresponderende vlakken 22, 23 van de verdieping 21. Voor bijvoorbeeld onderhoudsdoeleinden is het praktisch, als een monteur de rotor met de hand kan roteren. Dit kan in de uitvoering volgens figuur 4 gemakkelijk plaatsvinden, doordat onder die omstandigheden de rotor 1 min of meer vrij roteerbaar door de lagers 34 wordt gedragen.

Figuur 5 toont een uitvoering, waarvan de basis overeenkomt met die volgens figuur 2. Echter, het gestel 18 is in deze uitvoering voorzien van een stroomopwaarts ten opzichte van de inlaatopening 19 geplaatst instroomrooster 35, dat een patroon van zodanig geplaatste en gevormde schotten 36 omvat, dat de door die schotten 36 begrensde kanalen 37 richtingen hebben die corresponderen met de richtingen van de betreffende lokale deelstromen 38 van het medium.

Verder vertoont de stromingsgeleider 38 in de uitvoering volgens figuur 5 aan de stroomafwaartse zijde een geleidervlak 39 met een zodanige vorm, dat de stroomafwaartse luchtstroming 6 door de inrichting 40 vrij is van dode hoeken.

Alle uitvoeringen volgens de figuren 1, 2, 3, 4 en 5 hebben gemeen, dat het aantal bladen 4 veertien bedraagt, dat het binnenvlak 41 van de ring een stroomlijn vertoont, en dat de eindzones 8 van de bladen 4 vloeiend aansluiten aan het binnenvlak 41 van de ring 7. De bladen 4 zijn onder voorspanning enerzijds met de naaf 2, en anderzijds met de ring 7 verbonden.

In de uitvoering volgens figuur 4 bezitten de spaken 33 een aërodynamische, of in het algemeen een Theologische vorm.

Verder hebben de uitvoeringen volgens de figuren 2, 3, 4 en 5 met elkaar gemeen, dat het gestel 18 is voorzien van een krans van kanalen 42 met instroomopeningen 92 die mediumdeelstromen 43 uit het gebied van de stroomafwaartse mediumstroom met verhoogde druk de tussenruimte tussen de ring 7 en de wanden van de verdieping 21 binnenleiden, zodanig dat die deelstromen 43 langs de polen 16, 17 van de elektromagneten 26, 27 en de polen 24, 25 van de permanente magneetstromen, en aldus die elektromagneten 26, 27 en de permanente magneten koelen en de tussenruimte verlaten in het gebied 44 met verlaagde druk.

De verdieping 18 vertoont in het gebied van de uitstroomzone 44 een rondgaand deflectievlak 45, waardoor de deelstromen 43 zodanig worden afgebogen, dat ze een radiale richtingscomponent naar binnen toe en een longitudinale richtingscomponent in de richting van de mediumstroom door de inrichting krijgen.

Figuur 6A toont een ventilatorsamenstel 46 volgens de stand der techniek met een opstelling van 2x4 ventilatoren, aan elk van welke ventilatoren een stroomafwaartse geplaatste tweede ventilator met tegengestelde rotatierichting is toegevoegd. Hiermee wordt effectief de rotatiecomponent uit de uitlaatstroom van de ventilatoren verwijderd.

Uit figuur 6A, die de stand der techniek representeert, zal duidelijk zijn, dat het ruimtebeslag van de stellen gecascadeerde ventilatoren substantieel is ten opzichte van het volume van het te koelen object 47, bijvoorbeeld een serverruimte.

Vergelijken wij aan de hand van de vier parallelle onderbroken lijnen dit ruimtebeslag van het samenstel 46 met het ruimtebeslag van het ventilatorsamenstel 48 volgens de uitvinding zoals in figuur 6B getoond, dan springt onmiddellijk in het oog, dat het ruimtebeslag in dit laatste geval zeer substantieel geringer is. In plaats van zestien ventilatoren volgens de stand der techniek zijn volgens de uitvinding slechts zes ventilatoren nodig, bijvoorbeeld van het type zoals in figuur 5 getekend. Alle buitenranden van het ventilatorsamenstel 48 en de aan de eigenlijke ventilatoren grenzende randen zijn zodanig afgerond, dat een zeer rustige en beheerste laminaire luchtstroom verzekerd is. Door het geringe toerental van de ventilatoren is de rotatiecomponent aan de uitstroomzijde weliswaar niet nul maar technisch verwaarloosbaar en zijn de door de ventilatoren in bedrijf opgewekte geluidniveaus in de orde van grootte van 20 dB SPL lager dan volgens de stand der techniek zoals in figuur 6A weergegeven.

Het ventilatorsamenstel 48 bevat ruimten voor het accommoderen van de zes ventilatoren, die alle gemakshalve met 49 zijn aangeduid. Deze ventilatoren kunnen in en uit de betreffende ruimten geschoven worden, waarbij aan elke ruimte en aan elke ventilator elektrische koppelmiddelen zijn toegevoegd, waardoor elke ingeschoven ventilator elektrisch gekoppeld kan worden met de (niet getekende) elektronische eenheid, die hiervoor beschreven is.

De figuren 7, 8 en 9 tonen drie uitvoeringsvoorbeelden van drones. Dit zijn onbemande kleine vliegtuigen, die op afstand bestuurd kunnen worden en bijvoorbeeld camera’s en dergelijke dragen voor het inspecteren van landbouwgronden, het uitvoeren van opsporingswerk door politie-eenheden, of verkeerscontroles.

Deze drie drones volgens de figuren 7, 8, 9, die zijn aangeduid met de verwijzingsgetallen 50, 51 en 52 hebben met elkaar gemeen dat ze een romp 53, 54, 55 bezitten, die is ingericht voor het dragen van bijvoorbeeld de inspectieapparatuur. Verder omvat elke drone vleugels, die alle met 56 zijn aangeduid, en twee propellers van het type volgens de uitvinding. Deze propellers zijn alle met het verwijzingsgetal 57 aangeduid. De voorste zone van elke propeller kan overeenkomen met de uitvoering van de inrichting volgens de uitvinding zoals weergegeven in figuur 4, terwijl aan de achterzone een verlengde geleider aansluit, die ervoor zorgt, dat stromende lucht zoveel mogelijk in de gelegenheid is, aan de drone 50, 51, 52 een voorwaartse stuwkracht te verlenen.

Figuur 10A toont een perspectivisch aanzicht van een helicopter 136 met twee hefschroefinrichtingen 137, 138 volgens de uitvinding. Ter ondersteuning van de voorwaartse stuwkracht omvat de helicopter tevens een schematisch aangeduide straalmotor 139.

De hefschroefinrichtingen 137 en 138 kunnen van het type zijn dat is toegepast in de quadcopter 58 volgens de figuren 1 IA en 11B, met dien verstande, dat de hefschroefinrichtingen 137 en 138 moeten zijn ingericht voor het heffen van een zwaardere last en derhalve met een groter vermogen worden aangedreven, een grotere diameter bezitten en met een hoger toerental draaien.

Met de straalmotor 139 is een niet-getekende elektrische generator verbonden, die dient voor het via een computerbestuurde elektronische regeleenheid voeden van de hefschroefinrichtingen 137, 138.

In de uitvoering volgens figuur 10A bezit de helicopter 136 een verticaal staartvlak 140 en twee horizontale staartvlakken 141, 142. Aan het achtereinde 143 bevindt zich de uitlaat van de straalmotor 139.

De helicopter volgens figuur 10A is zodanig ontworpen, dat hij geschikt is voor snelheden tot maximaal 250-300 km/h.

De figuren 10B en 10C tonen een helicopter 144, waarvan de romp 155 een grote mate van rotatie symmetrie vertoont. Een dergelijke vorm draagt bij tot een zeer geringe luchtweerstand, ook in het geval waarin de horizontale snelheid in de richting 91 groot is. Gestreefd wordt naar een maximale snelheid in de orde van grootte van 500 km/h.

Anders dan in de uitvoering volgens figuur 10A zijn in de uitvoering volgens de figuren 10B en 10C de hefschroefinrichtingen 138 niet horizontaal geplaatst, maar hellen ze over een hoek van ongeveer 10° naar voren. Dit wordt aangeduid door zich de onder 10° van de verticaal uitstrekkende rotatie-hartlijnen 145 van de rotoren 1. Zoals figuur 10C schematisch toont, kunnen de rotoren 1 zwenken over een hoekbereik van in totaal circa 30°. De achterwaartse maximale hellinghoek bedraagt circa 5° en de voorwaartse maximale hellinghoek bedraagt circa 25°.

Hiermee kan een substantieel hogere voorwaartse stuwkracht worden verkregen dan met de “klassieke” horizontale opstelling volgens figuur 10A.

Tijdens de vlucht wordt de stabiliteit door computerbesturing verzekerd door het dynamisch besturen van de stappenmotoren (zie de figuren 1 IA en 11B en de bijbehorende beschrijving) voor het doen zwenken van de hefschroefinrichtingen 137, 138 in twee onafhankelijke richtingen).

Het moge duidelijk zijn, dat het tevens van groot belang is, dat de ringvormige structuur 146 zodanig gemodelleerd is, dat in geval van een voorwaartse snelheid volgens de pijl 91 de door deze algemeen ringvormige vleugelstructuur 146 gerealiseerde lift zo groot mogelijk is.

Daartoe wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een structuur zoals het ringvormige gestel 124 met de specifieke aërodynamische profilering, die is weergegeven in figuur 23. Voor de beschrijving daarvan wordt naar die figuur verwezen.

Verder van belang is het feit, dat de helicopter 144 is voorzien van twee straalmotoren 147, 148 met uitlaten 149, 150. Aan elk van de straalmotoren 147, 48 is een elektrische generator toegevoegd. Bij eventuele uitval van een van de straalmotoren kunnen de hefschroefinrichtingen nog steeds elektrisch worden aangedreven, zij het met geringer vermogen. Dit komt de veiligheid ten goede.

De helicopters 136 en 144 behoeven niet voorzien te zijn van een anti-rotatie-rotor in de staartzone. Hierdoor zijn ze principieel circa 15 % energiezuiniger dan gebruikelijke helicopters en zijn ze aanzienlijk geluidsarmer. Bovendien is hiermee de anti-rotatie-rotor als hinderlijk storende factor met betrekking tot de aërodynamische eigenschappen van de helicopter als gevolg van asymmetrische luchtstromen in dwarsrichting geëlimineerd.

Ten slotte wordt erop gewezen, dat de helicopter 144 aan zijn achterste zone vier in kruisvorm onder 45° opgestelde staartvlakken 151, 152, 153, 154 omvat. Hiermee is een grote stabiliteit, ook bij een grote snelheid, gewaarborgd.

De figuren 1 IA en 11B tonen een quadcopter 58. Deze quadcopter omvat een min of meer vierkant, plaatvormig gestel 59, waarvan alle hoeken en randen een afgeronde vorm vertonen.

De gestelplaat 59 draagt vier inrichtingen 60 volgens de uitvinding die in deze uitvoering dienst doen als hefschroeven.

Evenals in het ventilatorsamenstel van figuur 6B zijn alle relevante hoeken en randen zodanig uitgevoerd, dat een aërodynamisch efficiënte vorm wordt verkregen. Een belangrijke overweging hierbij is, dat de door de hefschroeven gegenereerde luchtstromen elkaar niet noemenswaardig mogen storen.

Dat de vier randen 61 en de die randen met elkaar verbindende hoekzones 62 eveneens een afgeronde vorm hebben, heeft een andere reden. Deze vormen zijn zodanig ontworpen, dat bij een horizontale verplaatsing van de quadcopter 58 de gestelplaat 59 op de wijze van een vliegtuigvleugel als gevolg van zijn horizontale snelheid een liftkracht ondervindt. Op deze wijze kan de quadcopter tijdens zijn horizontale verplaatsing met een relatief gering motorvermogen in de lucht blijven. De vliegrichting is met een pijl 91 aangeduid.

Figuur 11B toont de vorm van de hoekzones 62, waarmee het beschreven effect gerealiseerd wordt.

Eveneens in figuur 11B is schematisch aangeduid, dat de hefschroeven 60 ten opzichte van het hoofdvlak van de gestelplaat 59 zwenkbaar zijn. Het zwenkbereik is met de pijlen 63 aangeduid.

In het centrale deel van de quadcopter 58 bevindt zich een compartiment 64, waarin de elektronische eenheid gehuisvest is, terwijl in het daaronder gelegen compartiment 65 de batterijen, sensoren, camera’s en andere mee te voeren last zijn geaccommodeerd. Met deze opbouw is een laag zwaartepunt gerealiseerd. Dit draagt bij tot de stabiliteit van de quadcopter 58 tijdens de vlucht.

Door het uit het hoofdvlak zwenken van minimaal één van de hefschroeven 60, maar bij voorkeur alle vier onder dezelfde hoek, wordt bereikt, dat de quadcopter niet alleen een verticale hefkracht ondervindt, maar tevens een kracht met een horizontale component, waardoor de quadcopter in horizontale richting begint te bewegen. Zeker bij het bereiken van substantiële snelheden is de beschreven stroomlijnvorm van wezenlijk belang.

In figuur 11B geeft een pijl 93 een schuin omhoog gerichte kracht aan, die wordt veroorzaakt door de combinatie van de vliegsnelheid in de richting 91 en de specifieke aërodynamische vorm van de randen 61. Het ontstaan van deze schuin omhoog gerichte kracht 93 is op zichzelf algemeen bekend uit de aërodynamica. Vliegtuigvleugels, rotorbladen van windturbines, en dergelijke, worden zodanig ontworpen, dat de weglengte van de langsstromende lucht aan de bolle bovenzijde van het betreffende profiel groter is dan die aan de holle onderzijde van het profiel. Als gevolg daarvan treedt bij een horizontale verplaatsing een omhoog gerichte kracht op.

De kracht 93 kan worden ontbonden in een horizontale krachtcomponent 94 en een verticale krachtcomponent 95. Bezien over de gehele omtrek heffen de horizontale krachtcomponenten 94, die in de schematische weergave van figuur 11B uitsluitend naar de rechterzijde getekend is, elkaar op; immers, aan de linkerzijde treden tegengesteld gerichte krachten op. De verticale krachtcomponenten 95 treden eveneens over de gehele betreffende oppervlakken op en sommeren. Daardoor wordt een substantiële lift verkregen als gevolg van de horizontale snelheid in de richting 91.

De lift in kwestie kan zeer substantieel zijn en in de praktijk zelfs waarden bereiken die groter zijn dan de lift die wordt gerealiseerd door het luchtdrukverschil dat door de rotatie van de hefschroeven 60 wordt opgewekt. Het zal duidelijk zijn, dat in het bijzonder voor hefschroefinrichtingen van het type volgens de uitvinding dit aspect van buitengewoon groot belang kan zijn omdat op basis hiervan met een relatief beperkt vermogen tijdens het vliegen een grote opwaartse kracht kan worden gerealiseerd.

Vooruitlopend op de bespreking van de figuren 20,21, 22 en 23 wordt nu reeds de aandacht gevestigd op het feit, dat de geschetste principes, behalve de hefschroef-inrichtingen, ook van belang kunnen zijn bij bijvoorbeeld ventilatoren. In het bijzonder een vergelijking tussen de respectieve figuren 20, 21 en 22 toont, dat het stromingspatroon in de volgorde van deze figuren als gevolg van de specifieke maatregelen die eigen zijn aan de betreffende uitvoeringsvoorbeelden, steeds beter wordt en dat in het bijzonder in de uitvoering van figuur 22 het stromingspatroon het ideaal van een volledig rustige instroom en een rustige uitstroom zonder storende wervels en turbulenties zeer dicht wordt benaderd.

Behalve het reeds genoemde voordeel van een gering energiegebruik kan ook worden gewezen op het grote voordeel, dat de quadcopter volgens de uitvinding in de orde van grootte van 20 dB SPL minder lawaai maakt dan gebruikelijke quadcopters.

Een exact instelbare zwenking van de hefschroeven 60 wordt gerealiseerd door middel van stappenmotoren. Aan elke hefschroef 60 zijn twee stappenmotoren toegevoegd, die onder onderlinge hoeken van 90° werkzaam zijn. Daarmee kan binnen de grenzen van het zwenkbereik 63 elke richting gerealiseerd worden. Figuur 11B toont twee stappenmotoren 66. Met de bolsegmenten 67 is schematisch aangeduid, dat de hefschroeven op de wijze van een bol in een corresponderend gevormde kom kunnen zwenken.

Figuur 1 IA toont toegangsluiken 68. Door het openen daarvan zijn de stappenmotoren 66 bijvoorbeeld voor onderhoud of reparatie toegankelijk.

Zoals in het bijzonder uit figuur 11B blijkt, hebben ook de overgangszones tussen de compartimenten 64 en 65 en de gestelplaat 59 vloeiende vormen. Ook deze keuze is gemaakt met het oog op een zo goed mogelijke aërodynamiek.

Figuur 12A toont een kern 69 als onderdeel van een elektromagneet 26, 27. De kern is bijvoorbeeld uitgevoerd als een in polyetherimide ingebed korrel- en/of poedervormig ferromagnetisch materiaal, bijvoorbeeld niobium, ijzer, ferriet of dergelijke.

Figuur 12B toont een spoel 29, omvattende een stapel dunne printplaten 72, bijvoorbeeld met een dikte in de orde van maximaal 0,1 mm, waarin een doorgaand gat 70 aanwezig is, rond welk gat zich een lusvormige koperbaan 71 uitstrekt. Op de in figuur 12B getoonde wijze worden de printplaten 72 op elkaar gestapeld, zodanig dat de vrije aansluitingen 73, 74 van de koperbaan 71 alle in contact kunnen komen met twee stroomgeleiders 75, 76. De kem 69 past in het doorgaande gat in de stapel printplaten 72. Op deze wijze is daarmee een elektromagneet 26, 27 gerealiseerd.

Figuur 13A toont een ferromagnetische kem 96 met dezelfde algemene vorm als de kem 69 volgens figuur 12A. De kem 96 verschilt van de kem 69 door de aanwezigheid van doorgaande kanalen 97. Door de kanalen 97 kan koelmedium worden geleid. Hiermee kan de temperatuurverhoging van de kem 96 tijdens bedrijf tot een gekozen maximale waarde beperkt blijven.

Figuur 13B toont een spoel 98, die, evenals spoel 29 (figuur 12B) een stapel windingselementen omvat, die elk bestaan uit een elektrisch isolerende drager en een daarop aanwezige lusvormige geleider, bijvoorbeeld van koper, aluminium of ander geschikt materiaal. In de vier hoekzones van elk windingselement 100 bevindt zich een doorgaand gat 99. In de spoel 98, die een stapel windingselementen 100 omvat, zijn deze gaten 99 geregistreerd en vormen aldus vier doorgaande koelkanalen, waardoorheen koelmedium kan worden geleid voor het koelen van spoel 98.

De geleidende lusvormige banen 71 bevinden zich rondom de geregistreerde doorgaande gaten 70, waar, evenals in de uitvoering volgens de figuren 12A, 12B, de ferromagnetische kem 96 in past.

Figuur 14 toont een spoel 102, die in die zin afwijkt van de spoelen 29 volgens figuur 12B en 98 volgens figuur 13B, dat het volledige oppervlak aan één zijde van de elektrisch isolerende drager is voorzien van een elektrische geleiderlaag, bijvoorbeeld van koper. Door beide lagen heen strekken zich in deze uitvoering tien koelkanalen uit, die gemakshalve alle met 101 zijn aangeduid. Hiermee kan de mate van koeling nog substantieel worden verbeterd. Het moge duidelijk zijn dat er zowel in de uitvoering volgens figuur 13B als in de uitvoering volgens figuur 14 voor moet worden gezorgd, dat het door de koelkanalen stromende medium uitsluitend in thermisch geleidend contact met de windingselementen moet verkeren en dat het koelmedium elektrisch daarvan gescheiden moet zijn. Door de kanalen 97, die worden gevormd door de geregistreerde gaten 99, en de kanalen 101, zal het koelmedium eventueel via buizen kunnen worden geleid. Bijvoorbeeld kan gedacht worden aan thermisch geleidende buizen, bijvoorbeeld van koper, die aan hun buitenzijde van een elektrisch isolerende coating voorzien zijn.

Figuur 15 toont schematisch een strook via schamierzones 103 met elkaar verbonden windingselementen, die alle met 104 zijn aangeduid. Deze elementen kunnen op de met pijlen 105 schematisch aangeduide wijze zigzagsgewijze scharnierend op elkaar worden gelegd. Daarmee kan een stapel 106 volgens figuur 16 worden gevormd, die functioneel overeenstemt met de spoel 29 volgens figuur 12B.

Figuur 17 toont een kleefstrook 107, waarin permanente magneten 108 zijn ingebed. Aan de ene eindzone van de kleefstof 107 bevindt zich een ondersneden uitsparing 109, terwijl zich aan de andere eindzone een ondersneden uitsteeksel 110 bevindt dat exact past in de uitsparing 109. Door het op de juiste wijze deponeren van de kleefstrook 109 op één van de afgeknotte-kegelvormige oppervlakken 14, 15 van de ring 7 volgens figuur 1 kunnen de magneten op de juiste wijze aan die oppervlakken worden gehecht. Dit is een zeer betrouwbare en eenvoudige wijze om de permanente magneten aan de rotorring 7 te bevestigen. De aandacht wordt erop gevestigd, dat figuur 17 in die zin schematisch is, dat het aantal magneten 108 niet strookt met het aantal magneetpolen 16, 17 volgens figuur 1. Begrepen dient dan ook te worden, dat figuur 17 slechts ter toelichting van het gebruik van een van permanente magneten voorziene kleefstrook dient.

Figuur 18 toont twee delen 77, 78 voor het samenstellen van een rotor 79 volgens figuur 13.

Beide rotordelen zijn door spuitgieten van kunststof vervaardigd. Elk rotordeel 77, 78 omvat acht schoepen. Bij het samenstellen worden deze equidistante stellen schoepen zodanig geplaatst, dat er een rotor met zestien equidistant geplaatste schoepen ontstaat.

De rotordelen 77, 78 kunnen elk door spuitgieten worden vervaardigd. Het door spuitgieten vervaardigen van een monolithische rotor blijkt te leiden tot een zeer gecompliceerd en kostbaar matrijsontwerp. De voorgestelde oplossing volgens de figuren 12 en 13 heeft derhalve een zeer belangrijk economisch voordeel.

De naafdelen 80, 81 kunnen in elkaar worden geschoven en vervolgens door middel van een jampot-achtige schroefsluiting met elkaar worden vergrendeld tot de in figuur 19 getoonde rotor 79. Daartoe omvatten de naafdelen 80 en 81 aanslagvlakken 82, 83, die kunnen samenwerken met de respectieve naar elkaar gerichte eindvlakken 84, 85 van het andere naafdeel. Door rotatie over een kleine hoek vindt een aanschroevende axiale verplaatsing plaats door samenwerking tussen de vier gedeeltelijk helixvormige uitsteeksels 86 en de corresponderende gevormde gedeeltelijk helixvormige uitsparingen 87. De rotordelen 77 en 78 worden onverbrekelijk met elkaar verbonden over de betreffende aanliggende oppervlakken van de ring, die zijn aangeduid met 88, 89, corresponderend met het hoofdvlak van de ring 7, en tevens over de beschreven aanliggende oppervlakken 82, 83, 84, 85 van de naafdelen 80, 81.

Figuur 20 toont een geïsoleerd getekende hefschroef in de richting 111. Deze omvat een ringvormig gestel 112. De opbouw van de inrichting 111 komt grosso modo overeen met de vier hefschroeven 60 die deel uitmaken van de quadcopter 58 volgens de figuren 1 IA en 11B. Het is van belang op te merken, dat de min of meer Y-vormige centrale naaf 113 mee roteert met de rotor.

Met de pijlen zijn de lokale stromingsrichtingen van de als luchtverplaatser werkende hefschroefinrichting 111 getekend. Opgemerkt wordt, dat deze hefschroefinrichting ook als ventilator gebruikt zou kunnen worden.

Het stromingsbeeld aan de ingangszijde 114 maakt een rustige indruk. Dit is te danken aan het feit dat door de aard van de uitvinding en de aërodynamische superieure kwaliteiten van de hefschroefinrichting 111 de rotor 1 substantieel trager kan draaien dan functioneel vergelijkbare rotoren volgens de stand der techniek. Hierbij wordt overigens aangetekend, dat het stromingsbeeld volgens figuur 20 (en ook de hierna te bespreken figuren 21, 22, 23) niet volledig tweedimensionaal is, maar in wezen driedimensionaal en dynamisch is. Dat doet echter voor de basisprincipes van de uitvinding en de effecten daarvan niet primair terzake.

Het stromingspatroon aan de uitgangszijde 115 maakt een wat onrustiger indruk. Het is duidelijk, dat omlaaggerichte en omhoog gerichte stromingen zich in eikaars omgeving bevinden. Mede als gevolg daarvan kan het ontstaan van systematische wervels, bijvoorbeeld het min of meer toroïdale wervelsysteem 116, niet worden voorkomen. Als gevolg hiervan kan niet voorkomen worden, dat de door de rotor rechtstreeks veroorzaakte opwaartse kracht enigszins te wensen overlaat.

Figuur 21 toont een hefschroefinrichting 117, omvattende een ringvormig gestel 118 dat aan zijn onderzijde een convergent ringvormig uitsteeksel 119 vertoont, dat wordt gevormd door twee aan elkaar aansluitende holle vlakken 120, 121 die aan hun van het uitsteeksel af gerichte zijden vloeiend overgaan in het grosso modo toroïdale, bolle overige vlak 122 van het ringvormige gestel 118.

De aandacht wordt erop gevestigd, dat het stromingsbeeld aan de stroomafwaartse zijde, dus de uitgangszijde van de inrichting 117 aanzienlijk rustiger is dan dat bij de inrichting 111 volgens figuur 20. Dit is te danken aan de specifieke vorm van het ringvormige gestel 118 met het uitsteeksel 119. Ten opzichte van de inrichting 111 geeft de inrichting 117 al een substantieel verbeterd aërodynamisch resultaat.

Figuur 22 toont een hefschroefinrichting 123 die in een aantal belangrijke opzichten verschilt van de inrichting 117 volgens figuur 21.

Het ringvormige gestel 124 vertoont een vorm, die duidelijk afwijkt van die van het ringvormige gestel 118 volgens figuur 21. Het buitenvlak 125 heeft een wat meer verticale positie en het ringvormige uitsteeksel 126 steekt weinig of niet uit voorbij het vlak 127 dat wordt bepaald door het onderste deel 128 van het bolle vlak 129 van het ringvormige gestel.

Verder staat het min of meer parabolische neuselement 130 stil ten opzichte van de roterende naaf 131. Het stroomafwaartse deel van de naaf 131 vertoont een flauw toelopende omwenteling symmetrische vorm, waarvan het eindvlak een rondgaande holle vorm 132 bezit, zodanig dat de omtrekszone 133 scherp is en zich in het midden een punt 134 bevindt, waarvan de top althans ongeveer in het vlak 135 van de omtrekszone 133 ligt. In dit verband wordt tevens verwezen naar figuur 23, dat een en ander op vergrote schaal toont.

Het is van groot belang, op te merken dat zowel aan de stroomopwaartse zijde of de ingangszijde 114 als aan de stroomafwaartse zijde of uitgangszijde 115 het stromingspatroon buitengewoon rustig is. Zoals figuur 22 duidelijk toont, is aan de uitgangszijde 115 de mediumstroom nagenoeg volledig omlaag gericht. Dit komt de aërodynamische opbrengst zeer ten goede.

De aandacht wordt gevestigd op figuur 23, die op vergrote schaal een Van Karman wervelstraatsysteem 136 toont, dat als zog in de min of meer conische vorm onder het stroomafwaartse einde van de naaf 131 bevindt. De wervels zijn enigszins langwerpig en verkeren niet in een strikt stationaire toestand. De wervelsnelheid is gering en de verstoring van de totale stroomafwaartse stroming is verwaarloosbaar. Hierdoor wordt het aërodynamische rendement van de inrichting 123 nauwelijks of niet verstoord door enig wervelsysteem of turbulentie. De inrichting is dan ook buitengewoon geluidarm en heeft een exceptioneel hoog aërodynamisch rendement.

De hoogte van de wervel-kegel volgens figuur 23 ligt in de orde van grootte van drie maal de diameter van de omtreksrand 133.

Figuur 24 toont een roterende transformator 155, omvattende een ringvormige stator 156 en een in deze uitvoering daarbinnen geplaatste en daarmee elektromagnetisch samenwerkende ringvormige rotor 157.

De stator 156 en de rotor 157 bestaan beide uit elektromagnetische elementen, die zijn aangeduid met respectievelijk 158 en 159.

De stator 156 en de rotor 157 zijn elk opgebouwd uit 36 dergelijke elementen. Dat aantal kan anders worden gekozen afhankelijk van de dimensionering van de inrichting.

Elk element omvat een ferromagnetische kern respectievelijk 160, 161, in deze uitvoering met een algemene U-vorm.

Figuur 25 toont, op welke wijze de kernen 160 en 161 onderling gepositioneerd zijn.

Aan de statorkem 160 is een wikkeling 162 toegevoegd die bij voeding dooreen wisselstroom zorgt voor een magnetisch wisselveld tussen de polen, dat wil zeggen de eindzones van de benen, van de statorkem 160. Door de in figuur 25 getoonde momentane stand van twee kernen 160, 161 wordt daardoor in de kem 161 een magnetisch wisselveld opgewekt, dat een elektromagnetische kracht (emf) opwekt over de rotorwikkeling 163.

Begrepen moet worden, dat alle elektromagnetische elementen 158 van de stator elk een in de tijd variërend, bijvoorbeeld sinusvormig variërend, maar onderling gelijk, magneetveld genereert. Deze velden vormen samen een homogeen ringvormig magnetisch wisselveld. Hierdoor wordt er over alle rotorwikkelingen 163 een gelijke emf gegenereerd. Door de aansluitingen van de rotorwikkelingen 163 bijvoorbeeld in serie met elkaar te schakelen, worden deze emf s gesommeerd en kan de gesommeerde spanning worden aangelegd over verwarmingselementen, die deel uitmaken van de bladen 164 van de rotor 165.

Het moge duidelijk zijn dat de, zoals als voorbeeld beschreven, in serie geschakelde primaire of statorwikkelingen 162 en de secundaire of rotorwikkelingen 163 zich gezamenlijk gedragen als wikkelingen van één unitaire stationaire transformator.

Ook een parallelschakeling of een combinatie van serieschakelingen en parallelschakelingen van de elementen is mogelijk.

Het is wel van belang, dat de afstanden tussen de eindzones van de kernen 160 en 161, ofwel de zogenaamde luchtspleten, zo klein mogelijk en zo constant mogelijk zijn. Dit kan volgens de uitvinding worden gerealiseerd door de uitvoering volgens figuur 26, waarin, zoals al beschreven aan de hand van onder meer figuur 3, de rotor tijdens bedrijf magnetisch opgehangen is.

Figuur 26 toont een realistischer weergave van een detail corresponderend met figuur 3, dat alleen in die zin van figuur 3 verschilt, dat in de inrichting 166 de rotorring 167 geen spitse top bezit, maar een afgeplatte top, die zodanig gemodelleerd is, dat hij de elektromagneten 161, 163, in een min of meer cilindrische configuratie draagt. Deze werken samen met de statorelementen 160, 162 die eveneens in een min of meer cilindrische configuratie opgesteld zijn.

In de figuren 24, 25 en 26 is getekend, dat de primaire wikkelingen 162 via aansluitingen 169 worden gevoed met bijvoorbeeld een netspanning van 230 V, 50 Hz.

Begrepen moet worden, dat door de samenstelling van de ringvormige stator 156 uit 36 elektromagnetische elementen 158 in geval van serieschakeling of parallelschakeling het door de stator opgewekte magneetveld ringvormig en stationair kan zijn. Dit veld wordt overgebracht naar de 36 elektromagnetische rotorelementen 159 die, eveneens door serieschakeling of parallelschakeling op de wijze van een stationaire trafo een stationaire, dat wil zeggen in de tijd onveranderlijke, wisselspanning kunnen afgeven. In dit laatste verband wordt opnieuw verwezen naar figuur 26.

In figuur 26 is schematisch aangeduid, dat in deze uitvoering van de uitvinding de bijvoorbeeld in serie met elkaar geschakelde rotorwikkelingen 163 op de rotorbladen 4 aanwezige deklagen 168 van weerstandsmateriaal, bijvoorbeeld van constantaan of inconel, voeden, dat wil zeggen zorgen voor het daardoorheen leiden van elektrische wisselstroom. Daardoor worden de deklagen 168, die dienst doen als verwarmingselementen, verwarmd tot bijvoorbeeld een temperatuur in de orde van grootte van 70-80°C. De instromende onverwarmde luchtstroom 5 wordt hierdoor opgewarmd en wordt een verwarmde luchtstroom 6 afgegeven. De deklagen 168 zijn zodanig ingebed of verdiept gelegen ten opzichte van het aërodynamische basisprofiel van elk blad 4, dat dit profiel daardoor op geen enkele wijze wordt gestoord, gehinderd of overgangszones of overgangsranden vertoont, die aanleiding zouden kunnen geven tot wervels of turbulenties.

Als toepassing voor een verwarmingselement zoals getoond in en omschreven aan de hand van de figuren 24, 25 en 26 wordt gewezen op een ruimteverwarming voor huishoudelijk gebruik, ofwel een “ventilatorkachel”, een haardroger, of andere luchtverwarmingsinrichting die lucht met een temperatuur in de orde van 20°C moet verwarmen tot een temperatuur in de orde van grootte van 60 a 70°C.

Opgemerkt wordt, dat de ring 167 een doorsnede bezit met de vorm van een gelijkbenig trapezium. Door de symmetrische opbouw van de afgeknotte-kegelvormige zijden 11, 12 is een stabiele magnetische ophanging realiseerbaar.

Claims

1. Rotatie-inrichting voor het omzetten van een vorm van energie in een andere vorm van energie, welke vormen van energie elektrische energie en de energie van een stromend medium zijn, welke inrichting omvat: een gestel met een inlaat en een uitlaat en een zich tussen de inlaat uitstrekkende omwentelingssymmetrische geleider voor het stromende medium; een door dat gestel althans tijdens bedrijf roteerbaar gedragen rotor met een centrale naaf en een aantal met die naaf verbonden en angulair equidistant gerangschikte bladen, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken, welke bladen alle een zodanige vorm bezitten, dat een koppeling tussen het stromende medium en de rotatie van de rotor is verkregen; en energie-omzetmiddelen, waarvan het ene deel vast met het gestel verbonden is en het andere deel vast met de rotor verbonden is; met het kenmerk, dat de rotor een concentrische ring omvat waarmee de eindzones van de bladen verbonden zijn; de ring twee gelijke, afgeknotte-kegelvormige vlakken met onderling tegengestelde oriëntaties vertoont, bijvoorbeeld een radiale doorsnede bezit met althans ten dele de algemene vorm van een gelijkbenige driehoek of trapezium, waarvan de basis zich evenwijdig aan de hartlijn, tevens de rotatie-hartlijn, van de rotor uitstrekt, en waarvan de zijden naar buiten toe convergeren; de mediumgeleider een rondgaande verdieping vertoont, waarvan de vorm overeenkomt met die van de ring, zodanig dat de ring met tussenruimte in de verdieping past; aan elk van de met de genoemde zijden overeenkomende afgeknotte-kegelvormige oppervlakken angulair equidistant geplaatste permanente magneten zijn toegevoegd, waarvan de polen uitmonden aan de genoemde vlakken; aan de beide corresponderende oppervlakken van de verdieping de polen van de aan de permanente magneten gelijk equidistant geplaatste elektromagneten met elk een kem en een spoel uitmonden; een en ander zodanig, dat de ring met de permanente magneten en het gestel met de elektromagneten samen een ringvormige inductiemotor of een elektrische generator vormen; aan de elektromagneten een elektronische eenheid is toegevoegd, die is ingericht voor het met zodanige wisselstromen voeden van de elektromagneten, dat door de elektromagnetische interactie tussen de elektromagneten en de permanente magneten de rotor roterend wordt aangedreven, c.q. die is ingericht voor het omzetten van de tijdens roterende aandrijving van de rotor door doorstromend medium in de elektromagneten geïnduceerde stromen tot een voor een gebruiker geschikte vorm van elektrische stroom, bijvoorbeeld voor teruglevering aan het elektriciteitsnet; en de elektronische eenheid tevens is ingericht voor het met zodanige wisselstromen voeden van de elektromagneten, dat de rotor tijdens bedrijf magnetisch opgehangen is.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de rotorring is samengesteld uit twee identieke deelringen, die elk bestaan uit een strook materiaal met de vorm van een deel van een cirkelboog, waarvan de vrije einden met elkaar zijn verbonden, zodanig, dat elke strook de vorm bezit van het mantelvlak van een afgeknotte kegel, welke aldus gemodelleerde stroken met hun buitenste, cirkelvormige omtrekszone met elkaar verbonden zijn; en een derde en eventueel een vierde deelring, elk bestaande uit een strook materiaal die is gebogen tot een ronde vorm en die de vrije cirkelvormige binnenranden respectievelijk buitenranden van de eerste twee deelringen met elkaar verbindt; en de eindzones van de bladen met de derde deelring verbonden zijn.

3. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de rotor door spuitgieten van kunststof vervaardigd is.

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarin de rotor uit twee door spuitgieten vervaardigde en vervolgens met elkaar verbonden delen is samengesteld, welke delen met elkaar verbonden zijn over aanliggende oppervlakken van de ring, corresponderend met het hoofdvlak van de ring, en tevens over aanliggende oppervlakken van de naafdelen.

5. Inrichting volgens conclusie 1, waarin elke spoel omvat: een stapel in register opgestelde elektrisch isolerende dragers met elk ten minste één daarop aanwezige elektrisch geleidende baan, die ten minste één winding van de spoel vormt, welke banen uitmonden aan de buitenzijde van de respectieve dragers en zodanig elektrisch met elkaar verbonden zijn, dat de door de banen gevormde windingen samen de spoel vormen, welke dragers geregistreerde doorgaande gaten vertonen, waardoorheen de ferromagnetische kern zich uitstrekt.

6. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de permanente magneten van elk afgeknotte-kegelvormig oppervlak zijn opgenomen in een kleefstrook die aan dat oppervlak gehecht is.

7. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de kern van elke elektromagneet in een kunststof, bijvoorbeeld polyetherimide, ingebedde korrels niobium, ijzer, ferriet of ander ferromagnetisch materiaal omvat.

8. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de halve tophoeken van de afgeknotte-kegelvormige vlakken een waarde van 45° ± 15° bezitten.

9. Inrichting volgens conclusie 1, omvattende een stroomopwaarts ten opzichte van de inlaat geplaatst instroomrooster, dat een patroon van zodanig geplaatste en gevormde schotten omvat, dat de door die schotten begrensde kanalen richtingen hebben die corresponderen met de richtingen van de betreffende lokale deelstromen van het medium.

10. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de bladen onder voorspanning met de naaf en met de ring verbonden zijn.

11. Inrichting volgens conclusie 1, waarin het aantal bladen 12 - 26 bedraagt.

12. Inrichting volgens conclusie 1, waarin althans het binnenvlak van de ring een stroomlij n-vorm vertoont.

13. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de eindzones van de bladen vloeiend aansluiten aan het binnenvlak van de ring.

14. Inrichting volgens conclusie 1, waarin het stroomopwaartse deel van het werkzame vlak van de geleider een radiale doorsnedevorm vertoont die grosso modo correspondeert met een kwart van een ellips waarvan de lange as zich evenwijdig aan de hartlijn van de rotor uitstrekt.

15. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de stromingsgeleider aan de stroomafwaartse zijde een zodanige vorm bezit, dat de stroomafwaartse luchtstroming door de inrichting vrij is van dode hoeken.

16. Inrichting volgens conclusie 1, omvattende een stationaire, vast ten opzichte van het gestel opgesteld of van de rotor deel uitmakend, in hoofdzaak omwentelingssymmetrisch neuselement, dat stroomopwaarts ten opzichte van de naaf is opgesteld en een vanaf zijn voorzijde naar zijn achterzijde zich verbredend mantelvlak vertoont, dat aan zijn achterzijde rheologisch vloeiend aan de naaf aansluit.

17. Inrichting volgens conclusie 15, waarin de langsdoorsnede van het mantelvlak min of meer de vorm van een parabool bezit, waarvan het extreem zich aan het stroomopwaartse einde van het neuselement bevindt.

18. Inrichting volgens conclusie 15, waarin het neuselement vastten opzichte van het gestel is opgesteld en via spaken door het gestel wordt gedragen.

19. Inrichting volgens conclusie 17, waarin de spaken stromingstechnisch gevormd zijn.

20. Inrichting volgens conclusie 1, waarin het gestel is voorzien van een krans van kanalen die via een krans van openingen medium-deelstromen uit het gebied van de stroomafwaartse mediumstroom met verhoogde druk de tussenruimte tussen de ring en de wanden van de verdieping binnenleiden, zodanig, dat die deelstromen langs de polen van de elektromagneten en de permanente magneten stromen en aldus die elektromagneten en de permanente magneten koelen en de tussenruimte verlaten in het gebied van de stroomopwaartse mediumstroom met verlaagde druk.

21. Inrichting volgens conclusie 15, waarin de uitstroomzone van de deelstromen een deflectiezone vertoont, waardoor de deelstromen zodanig worden afgebogen, dat ze een radiale richtingscomponent en een longitudinale richtingscomponent in de richting van de mediumstroom door de inrichting krijgen.

22. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de rotor via hulp-lagermiddelen door het gestel gedragen wordt.

23. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de omtrekszone aan zijn uitstroomzijde een convergent ringvormig uitsteeksel vertoont, dat wordt gevormd door twee aan elkaar aansluitende holle vlakken die aan hun van het uitsteeksel af gerichte zijden vloeiend overgaan in het grosso modo toroïdale, bolle overige vlak van de omtrekszone.

24. Inrichting volgens conclusie 23, waarin het ringvormige uitsteeksel weinig of niet uitsteekt voorbij het vlak dat wordt bepaald door het het meest stroomafwaarts gelegen deel van het bolle vlak van de omtrekszone.

25. Inrichting volgens één der conclusies 23 of 24, waarin het stroomafwaartse deel van de naaf een in de stromingsrichting flauw toelopende, omwentelingssymmetrische vorm bezit, waarvan het eindvlak een rondgaande holle vorm bezit, zodanig dat de omtrekszone scherp is en zich in het midden een punt bevindt, waarvan de top althans ongeveer in het vlak van de omtrekszone ligt.

26. Inrichting volgens conclusie 1, waarin aan de bladen elektrische verwarmingsmiddelen toegevoegd zijn, zodat de inrichting als verwarmingsinrichting dienst kan doen, welke verwarmingsmiddelen worden gevoed met wisselstroom die afkomstig is van de aan de rotor toegevoegde secundaire wikkeling van een roterende transformator, waarvan de primaire wikkeling aan het gestel is toegevoegd en wordt gevoed door een bron voor wisselstroom.

27. Inrichting volgens conclusie 26, waarin de elektrische verwarmingsmiddelen draden, banen of ten minste één aan de oppervlakken van de bladen aanwezige deklaag van weerstandsmateriaal, zoals constantaan of inconel, omvatten.

28. Gestel, dat ruimten bevat voor het accommoderen van een aantal inrichtingen volgens conclusie 1, welke inrichtingen in en uit de ruimten geschoven kunnen worden, waarbij aan elke ruimte en aan elke inrichting elektrische koppelmiddelen toegevoegd zijn, waardoor elke ingeschoven inrichting elektrisch gekoppeld kan worden met de elektronische eenheid.

29. Bemand of onbemand vliegtuig, omvattende een gestel; ten minste één door dat gestel gedragen, als propeller of hefschroef dienst doende inrichting volgens conclusie 1, eventueel een ontvanger voor het aan de elektronische eenheid toevoeren van besturingssignalen, die afkomstig zijn van door een op afstand geplaatste zender uitgezonden besturingssignalen, en een energiebron, bijvoorbeeld een oplaadbare batterij, die de elektronische eenheid tijdens bedrijf voorziet van elektrische energie.

30. Vliegtuig volgens conclusie 29, waarin het aantal als propeller of hefschroef dienst doende inrichtingen even is en de rotoren van die inrichtingen twee aan twee onderling tegengestelde rotatierichtingen bezitten.

31. Vliegtuig volgens conclusie 29 of 30, waarin de of elke inrichting onder besturing door de elektronische eenheid in twee onafhankelijke richtingen kantelbaar is, zodanig, dat tijdens bedrijf behalve een verticale liftkracht ook een horizontale voorstuwingskracht wordt verkregen.

32. Vliegtuig volgens een der conclusies 29-31, waarin het gestel een omtrekszone met een zodanige aërodynamische vorm bezit, dat bij horizontale verplaatsing een additionele liftkracht ontstaat.

33. Vliegtuig volgens conclusie 32, waarin de omtrekszone aan zijn onderzijde een convergent ringvormig uitsteeksel vertoont, dat wordt gevormd door twee aan elkaar aansluitende holle vlakken die aan hun van het uitsteeksel af gerichte zijden vloeiend overgaan in het grosso modo toroïdale, bolle overige vlak van de omtrekszone.

34. Vliegtuig volgens conclusie 33, waarin het ringvormige uitsteeksel weinig of niet uitsteekt voorbij het vlak dat wordt bepaald door het onderste deel van het bolle vlak van de omtrekszone.

35. Vliegtuig volgens één der conclusies 30 - 34 met een inrichting volgens één der conclusies 16 - 19, waarin het stroomafwaartse deel van de naaf een licht toelopende, omwentelingssymmetrische vorm bezit, waarvan het eindvlak een rondgaande holle vorm bezit, zodanig dat de omtrekszone scherp is en zich in het midden een punt bevindt, waarvan de top althans ongeveer in het vlak van de omtrekszone ligt.

36. Vliegtuig volgens een der conclusies 29-35, waarin de energiebron zonnecellen omvat.