专利名称：直升飞机的尾桨的驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过电动发电机实现的直升飞机尾桨的驱动装置。
背景技术：
直升飞机通常情况下具有两个旋翼，其中，主旋翼由垂直取向的轴驱动并且尾桨由轴向取向的轴驱动。另外，旋翼是指旋翼叶片和旋翼头部，这些旋翼叶片固定在该旋翼头部上。在直升飞机中，力求达到相对较高的特定的功率、也就是说千瓦/千克的功率，以便提闻直升飞机的载荷。直升飞机是垂直起飞和着陆的飞行器，其借助于电机动力使用一个或多个旋翼来获得升力和牵引力，该旋翼作为旋转的螺旋桨或机翼或旋翼叶片进行工作，所以直升飞机属于旋翼机。在最常见的单旋翼系统中，在主旋翼的旋翼轴上产生转矩，该转矩造成与直升飞机的机身相反的旋转。为了避免这一情况，还可以通过尾桨设置侧面的反推力。装备尾桨在直升飞机中是普遍的结构形式，以便补偿由主旋翼产生的转矩。同时，由安装在直升飞机的尾梁中、主旋翼的旋翼圆周范围之外的的尾桨产生水平推力，以便起到与机身围绕竖轴的旋转相反的作用。除了补偿转矩之外，尾桨还用于控制直升飞机围绕主轴、也就是右/左-旋转。尾桨的推力通常由传动杆控制，该传动杆改变旋翼叶片的共同的调节角。尾桨需要直升飞机的整个驱动功率的大约20%。迄今为止的尾桨驱动装置的缺点是，直升飞机的驱动功率和总重量中相对较高的份额分摊在尾桨上。为了补偿转矩，从W009/143669A1中已知了一种具有双旋翼的直升飞机，这种直升飞机的旋翼由电动机驱动。从DE3915526A1中已知了复式电动机，在这种电动机中，使空心旋翼从外部和从内部进入旋转状态并从而获得比传统电动机更高的效率。从DE19856647A1中已知了高转矩电动机，该高转矩电动机设计为多极数的永久励磁电机并且具有由熟铁制成的空心圆柱形的转子，其在两侧装配有永磁体，同轴地布置在外部的和内部的定子之间，并且与安置在机器壳体中的轴以可旋转的方式连接。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于，在实现尾桨的简单结构的同时，进一步降低直升飞机的功率重量比。所提出的目的通过一种通过采用复式布置方式的永磁激励的横向磁通电机的直升飞机的尾桨的驱动装置来实现，以这种方式，即在两个分别具有环形绕组系统的定子之间布置盘形的转子(Uiufer)，该转子具有永磁体并且在其外圆周上布置尾桨的螺旋桨叶片。根据本发明，在尾桨的驱动装置中设置采用复式布置方式的横向磁通电机，该横向磁通电机具有环形绕组。为了根据本发明提高横向磁通电机的利用率，采用复式布置方式来布置这种电机，也就是说，在盘形的转子的一侧上和另一侧上设置具有环形绕组的定子。另外，以这种方式布置两个定子，即定子的槽和齿彼此相对，并将装配有永磁体的盘形的转子布置在该定子之间。每个定子具有环形绕组系统，其绕组围绕尾桨的轴同心地布置。尾桨的整个驱动装置的环形绕组优选地构造为两个三相电流绕组系统，其中，每个定子具有一个三相电流环形绕组系统。为了沿轴向调节转子的位置并从而调节整个尾桨的位置，从此时开始拉紧两个环形绕组系统。另外，使用对称元件的原则性方法，以便在三相电流系统或更高等级的系统中进行对于不对称性的简化的分析。另外，将不对称的系统分配到正序系统、负序系统和零序系统中。另外，优选地对这两个环形绕组系统的零序系统相互独立地进行调节。于是，可以电动地施加轴承的必需的轴向力。为了产生和控制轴向轴承力，也可以不只是设置零序系统而且还设置环形绕组系统的相电流的其它组合。零序系统是相电流的组合，该组合不影响驱动装置的转矩。这是特别有利的，因为转矩发生装置和轴向负荷力因此而分离。相电流的另一个有利组合通过取决于磁场的调节来实现，其中，通过变频器使驱动装置达到更高的转速和定位精度。在轴向磁性支承中，只有基于d/q_变换的沿d-方向的三相电流表是重要的。众所周知的是，在同步电动机中，三相电流的q_方向产生转矩。d-方向不影响转矩。所以，根据本发明，横向磁通电机被设计为，d-方向以明确并且连续的方式控制转子和相应定子之间的吸引力。对于该矢量调节来说，显极转子、也就是说转子的位置是重要的。这可以不使用传感器或通过编码器完成。因此，除了三相电流系统的零序系统之外，三相电流的d-方向原则上也适于构造出轴向磁性轴承。如果从现在起将三相电流的零序系统用于产生并控制轴向轴承力，则驱动装置的转子还应具有铁磁特性、也就是说特别是熟铁。于是，零序系统-力线的可利用的力密度适应于转子的盘。因此，将永磁体安装在垫盘形式的薄的铁磁板上。为了降低盘形的转子中的涡流损耗，盘被设计为具有扇形、或轮辐形或同心的开槽。电机的尺寸由转矩确定。现在，为了得到较高的转矩输出，设置了多极数的电机，其中，转子的极位于相对较大的直径上。为了进一步提高驱动装置的利用率，利用油来冷却定子的环形绕组。另外，特别有利的是，定子的环形绕组系统被金属容器、也就是说封闭的油池所包围，油在该油池中循环，油将线圈的热损耗排出，并且从而有利于冷却相应的绕组系统。在另一种设计方案中，金属容器不仅包围环形绕组系统，而且还包围整个定子，于是还可以排出定子的铁损耗。转子被设计为盘形，并在其面向定子的一侧上配备耐高温的永磁体。为了进一步减少永磁体内部的涡流，而将永磁体构造为分层的。另外，分层的结构使得有效地中断了永磁体内部的涡流的潜在路径。通过转子和定子之间的气隙，借助于穿流的空气对转子进行冷却。被设计为盘的转子，至少部分地，除了带有铁磁特性的材料之外还具有嵌入了耐高温永磁体的高强度碳/合成纤维作为基材。在盘形的转子的外圆周上，优选地在盘的径向延长部中布置尾桨的旋翼叶片。
本发明以及本发明的有利设计方案可根据附图得出；图中示出:图1示出直升飞机，图2示出直升飞机的尾桨的驱动装置。
具体实施例方式图1以原理图示出具有主旋翼11和示例性地示出的尾桨12的直升飞机10，该尾桨布置在尾梁13上。另外，由安装在直升飞机10的尾梁13中、在主旋翼11的旋翼圆周范围之外的尾桨产生水平推力，以便起到与机身围绕竖轴的旋转相反的作用。除了补偿转矩之外，尾桨12还用于控制直升飞机10围绕主轴，也就是右/左-旋转。图2示出根据本发明的、通过采用复式布置方式的永磁激励的横向磁通电机的直升飞机10的尾桨12的驱动装置I。另外，在转子5左侧和右侧都设置了具有环形绕组8的定子4，该环形绕组围绕轴17同心布置。转子5通过径向轴承3可旋转地布置在这个轴17上。在盘形的转子5的径向外边缘上设计了承力结构2，尾桨12的螺旋桨叶片14布置在该承力结构上。另外，在这种实施方式中，螺旋桨叶片14布置在盘形的转子5的径向延长部分中。设置了螺旋桨叶片14的其它结构布置方案，例如布置在承力结构2的锅形设计方案的外表面上，这些设计方案同样包含在总体发明构思中。至少一个径向轴承3只承担径向支承和径向力，同时，转子5的轴向支承通过两个环形绕组系统8、优选地通过相应的定子4中的三相电流环形绕组系统实现。设有轴向磁性支承。对于这种经过调节的磁性支承而言，在这种实施方式中，采用横向磁通电机的磁性接地。对三相电流环形绕组系统的两个零序系统的调节是彼此独立的，以便使转子5并且从而最终使尾桨12沿轴向保持在、或者说安置在其规定位置上。原理性地示出的力线7通过相应的零序系统激励。通过对左侧的和右侧的零序系统电流进行加权，使得能够根据尺寸和符号(即左或右)来控制吸引力。在尾桨12中出现了主要沿轴向方向的气体动力的螺旋桨力，这些力此时由轴向磁性支承吸收。转子5及其布置在盘上的永磁体15在两个定子4之间的气隙内的空气中移动并由空气冷却。布置在转子5上的永磁体15的涡流损耗根据一个实施方式通过外部通风排出。在另一个特别有利的实施方式中，尾桨12的气体动力是这样设计的，即基于文丘里管效应来完成气隙6的空气冷却。因此，未设置额外的外部风扇，一方面必须对其功能进行监控，和另一方面会对直升飞机10的重量造成不必要的增加。然而，为了减少涡流损耗，永磁体15设计为分层的。有利地，此处的驱动装置I和尾桨12具有共同的径向的和轴向的支承，并且可以去掉尾桨区域中的传动装置和/或额外的轴承单元。为了进一步减轻直升飞机的重量，定子4有利地设有金属复合材料。为了进一步提高尾桨12的驱动装置I的利用率，环形绕组8具有油冷却装置。另夕卜，金属容器9包围同心地分布的环形绕组，也就是定子4的相位，或相应的定子4的整个环形绕组系统。这在图2中原理性地在下半部分中的左侧定子4处示出。这样一来，就可以排出线圈系统的热损耗。整个定子4及其磁轭、特别是铁心及其绕组系统可以位于油池中。所述的尾桨12的驱动装置I的设计方案因此被设计为采用复式布置方式的永磁激励的横向磁通电机，用于在大约36001/min时功率为234KW、尾桨12的驱动装置I的外直径16为大约3500_的直升飞机，这与尾桨12的内直径相符。
权利要求
1.一种通过采用复式布置方式的永磁激励的横向磁通电机的直升飞机(10)的尾桨(12)的驱动装置(1)，以这种方式，即在两个分别具有环形绕组系统(8)的定子(4)之间布置盘形的转子(5)，所述转子具有永磁体(15)并且在所述转子的外圆周上布置所述尾桨(12)的螺旋桨叶片(14)。
2.根据权利要求1所述的尾桨(12)的驱动装置(I)，其特征在于，所述永磁体(15)是分层的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的尾桨(12)的驱动装置(1)，其特征在于，至少所述环形绕组系统(8)通过油冷却。
4.根据权利要求3所述的尾桨(12)的驱动装置(I)，其特征在于，每个所述定子(4)的所述环形绕组系统(8)位于金属容器中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的尾桨(12)的驱动装置(1)，其特征在于，提供有所述驱动装置(I)和所述尾桨(12)的共同的径向支承和共同的轴向支承的支承方案。
6.根据权利要求5所述的尾桨的驱动装置，其特征在于，所述尾桨的所述轴向支承是经过调节的磁性的轴向支承，所述调节特别是通过所述定子(4)的相应的所述环形绕组系统(8)的三相电流系统的零序系统实现的。
全文摘要
本发明涉及一种通过采用复式布置方式的永磁激励的横向磁通电机的直升飞机(10)的尾桨(12)的驱动装置(1)，以这种方式，即在两个分别具有环形绕组系统(8)的定子(4)之间布置盘形的转子(5)，该转子具有永磁体(15)并且在其外圆周上布置尾桨(12)的螺旋桨叶片(14)。
文档编号H02K7/09GK103108803SQ201180036282
公开日2013年5月15日 申请日期2011年7月15日 优先权日2010年7月27日
发明者延斯·哈曼, 汉斯-乔治·克普肯, 迪特马尔·施托伊贝尔 申请人:西门子公司