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DE102014003956A1 - Electric machine. especially for aircraft - Google Patents

Electric machine. especially for aircraft Download PDF

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DE102014003956A1
DE102014003956A1 DE102014003956.0A DE102014003956A DE102014003956A1 DE 102014003956 A1 DE102014003956 A1 DE 102014003956A1 DE 102014003956 A DE102014003956 A DE 102014003956A DE 102014003956 A1 DE102014003956 A1 DE 102014003956A1
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DE
Germany
Prior art keywords
electric machine
stator
air gap
segment
radially
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102014003956.0A
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German (de)
Inventor
Christian Sanabria-Walter
Frank Hermle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Airbus Defence and Space GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Defence and Space GmbH filed Critical Airbus Defence and Space GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (20), die einen Ständer (30) als eine erste Baugruppe (24) und einen relativ zu dem Ständer (30) um eine Drehachse (28) drehbar angeordneten Läufer (2) als eine zweite Baugruppe (26) aufweist, wobei ein Luftspalt (32) zwischen den Baugruppen (24, 26) gebildet ist. Um eine Maschine mit erhöhter Kraftdichte und erhöhter Drehmomentdichte in einfacher Weise herstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Baugruppen (24, 26) mehrere Segmente (36) aufweist, die den Luftspalt (32) begrenzen, und dass eine Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung (34) zum Aufrechterhalten einer Spaltbreite des Luftspalts (32) vorgesehen ist, die eine Lagereinrichtung (38) zum radial beweglichen Lagern wenigstens eines der Segmente (36) aufweist.The invention relates to an electric machine (20) comprising a stator (30) as a first assembly (24) and a rotor (2) rotatable about a rotation axis (28) relative to the stator (30) as a second assembly (26 ), wherein an air gap (32) between the modules (24, 26) is formed. In order to be able to produce a machine with increased force density and increased torque density in a simple manner, it is proposed that at least one of the assemblies (24, 26) has a plurality of segments (36) delimiting the air gap (32) and a gap width maintaining device (34 ) is provided for maintaining a gap width of the air gap (32) having a bearing means (38) for radially movably supporting at least one of the segments (36).

Figure DE102014003956A1_0001
Figure DE102014003956A1_0001

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die einen Ständer und einen relativ zu dem Ständer um eine Drehachse drehbar angeordneten Läufer aufweist. Der Ständer und der Läufer bilden Baugruppen der elektrischen Maschine; zwischen den Baugruppen ist ein Luftspalt gebildet.The invention relates to an electric machine comprising a stator and a rotor rotatable relative to the stator about a rotation axis. The stator and the rotor form assemblies of the electrical machine; between the modules, an air gap is formed.

Eine derartige elektrische Maschine ist beispielsweise aus der WO 2013/087056 A2 bekannt.Such an electric machine is for example from the WO 2013/087056 A2 known.

Eine elektrische Maschine ist eine in der elektrischen Energietechnik eingesetzte Maschine. Der Begriff „elektrische Maschine” wird als Oberbegriff für Energiewandler, welche zwischen elektrischer Energie und mechanischer Energie wandeln, verstanden. Zu den elektrischen Maschinen gehören insbesondere Elektromotoren oder Generatoren.An electric machine is a machine used in electric power engineering. The term "electrical machine" is understood as a generic term for energy converters which convert between electrical energy and mechanical energy. The electric machines include in particular electric motors or generators.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet rotorierender elektrischer Maschinen mit einem Ständer (auch als Stator bezeichnet) und einem um eine Drehachse drehbar angeordneten Läufer (auch als Rotor bezeichnet). Zu derartigen rotierenden elektrischen Maschinen gehören insbesondere Elektromotoren und elektrische Generatoren.The invention is in the field of rotary electric machines with a stator (also referred to as a stator) and a rotatable about a rotational axis arranged rotor (also referred to as a rotor). Such rotary electric machines include in particular electric motors and electric generators.

Im Zuge der Diskussion der Verringerung von Treibhausgasen werden alternative Antriebe und Energiekonzepte immer wichtiger. Es wird intensiv an neuen elektrischen Maschinen für unterschiedliche Anwendungen geforscht. Die Erfindung wendet sich insbesondere elektrischen Maschinen zu, die in oder an Luftfahrzeugen einzusetzen sind.In the course of discussing the reduction of greenhouse gases, alternative drives and energy concepts are becoming increasingly important. There is intensive research on new electrical machines for different applications. The invention is particularly directed to electric machines to be used in or on aircraft.

Ein interessantes Konzept einer permanentmagneterregten Flux-Switching-Maschine ist in der WO 2013/087053 A2 beschrieben und dargestellt. Es wird für nähere Ausführungen zu diesem Typ Elektromaschinen insbesondere auf die WO 2013/087056 A2 verwiesen, die durch Bezugnahme inkorporiert ist und Teil der hiesigen Offenbarung darstellt.An interesting concept of a permanent magnet-excited flux-switching machine is in the WO 2013/087053 A2 described and illustrated. It is for closer explanations to this type electrical machines in particular on the WO 2013/087056 A2 which is incorporated by reference and forms part of the disclosure herein.

Die hier vorliegende Erfindung wendet sich dem Problem der Herstellbarkeit derartig neuer Antriebskonzepte für praktische Anwendungen, insbesondere die industrielle Großserienfertigung derartiger elektrischer Maschinen, mehr insbesondere zur Verwendung in oder an Luftfahrzeugen, zu.The present invention addresses the problem of the manufacturability of such new drive concepts for practical applications, in particular the industrial mass production of such electrical machines, more particularly for use in or on aircraft.

Obwohl die auf das Volumen bezogenen Drehmoment- und Leistungsdichten derzeitiger Technologien elektrischer Maschinen gut als Luftfahrzeugvortriebsdirektantrieb geeignet wären, ist die Herstellbarkeit für diesen Zweck vielversprechendsten Architekturen von elektrischen Maschinen ein Hindernis dafür, dass diese Maschinen in derartigen Anwendungsfällen, insbesondere als Direktantrieb zum Vortrieb oder als Antrieb in Luftfahrzeugen, wie Flugzeugen oder Hubschraubern oder dergleichen, eingesetzt werden.Although the volumetric torque and power densities of current electric machine technologies would be well suited as aircraft propulsion direct drive, manufacturability for this purpose of most promising electrical machine architectures is an obstacle to these machines in such applications, particularly as a direct drive to propulsion or as a propulsion in aircraft such as airplanes or helicopters or the like.

Zwei Beispiele für derartige neuartige Architekturen, die für Anwendungen in der Luftfahrzeugtechnik besonders vielversprechend sind, sind die permanentmagneterregten Transversalflussmaschinen (TFPM für „Transverse-Flux Permanent Magnet machines” und die permanentmagneterregten Flux-Switching-Maschinen (FSPM für „Flux-Switching Permanent Magnet machines”).Two examples of such novel architectures, which are particularly promising for applications in aircraft technology, are the permanent magnet excited transverse flux machines (TFPM for "trans-flux permanent magnet machines" and the permanent magnet excited flux-switching machines (FSPM) for "flux-switching permanent magnet machines ").

Ein Problem bei vielen neuartigen Architekturen von elektrischen Maschinen, die sich durch eine sehr hohe Luftspalt-Kraftdichte auszeichnen, ist, dass der Luftspalt zwischen den Baugruppen in extrem engen Maßen gehalten werden soll, um sehr hohe Luftspalt-Kraftdichten zu erzielen. Ein Wunsch ist es, die Breite eines Luftspaltes zwischen den elektromagnetischen Strukturen von Läufer und Ständer in der Größenordnung von Mikrometern zu halten. Bei den bekannten Technologien müssen daher die Fertigungstoleranzen sehr gering gehalten werden, so dass eine sehr hochqualitative Fertigung der Baugruppen notwendig ist.A problem with many novel architectures of electric machines characterized by a very high air-gap power density is that the air gap between the assemblies should be kept to extremely tight dimensions to achieve very high air-gap power densities. One desire is to maintain the width of an air gap between the rotor and stator electromagnetic structures on the order of microns. In the known technologies, therefore, the manufacturing tolerances must be kept very low, so that a very high quality production of the modules is necessary.

Dieses Problem verschärft sich mit der erwünschten Vergrößerung der Durchmesser der Baugruppen, um allein durch die Vergrößerung der Durchmesser der Baugruppen ein höheres Drehmoment erhalten zu können. Wünschenswert wären Durchmesser von größer als 50 cm und mehr insbesondere mehr als 1 m und darüber.This problem is exacerbated by the desired increase in the diameter of the assemblies in order to obtain a higher torque solely by increasing the diameter of the assemblies. It would be desirable to have diameters greater than 50 cm and more particularly more than 1 m and above.

Zum Beispiel stellen elektrische Antriebe für Hubschrauber eine Alternative zum konventionellen Antrieb mit Verbrennungsmaschinen dar. Bei derzeitigen Verbrennungsmaschinen, wie z. B. Turbomaschinen, ist zur Reduktion der Drehzahl der Abtriebswelle ein mechanisches Zwischengetriebe erforderlich, welches zusätzlich Gewicht und auch Fertigungskosten beinhaltet. Dieses Getriebe sowie die Antriebsmaschine oder die Antriebsmaschinen können durch einen Direktantrieb ersetzt werden. Ein derartiger Direktantrieb umfasst einen Langsamläufer-Elektromotor, insbesondere einen Hochdrehmoment-Langsamläufer-Elektromotor.For example, electric drives for helicopters represent an alternative to the conventional drive with internal combustion engines. In present-day combustion engines, such as e.g. B. turbomachinery, a mechanical intermediate gear is required to reduce the speed of the output shaft, which also includes weight and manufacturing costs. This transmission and the prime mover or the prime movers can be replaced by a direct drive. Such a direct drive comprises a slow-speed electric motor, in particular a high-torque slow-speed electric motor.

Zum Stand der Technik bezüglich derartiger Antriebe für Rotorwellen von Luftfahrzeugen und insbesondere von Hubschraubern wird auf die DE 10 2010 021 024 A1 , die DE 10 2010 021 025 A1 , die DE 10 2010 021 026 A1 , die WO 2011/144692 A2 , die DE 10 2011 121 174 A1 sowie die voranstehend bereits genannte WO 2013/087056 A2 verwiesen.The prior art with respect to such drives for rotor shafts of aircraft and in particular of helicopters is on the DE 10 2010 021 024 A1 , the DE 10 2010 021 025 A1 , the DE 10 2010 021 026 A1 , the WO 2011/144692 A2 , the DE 10 2011 121 174 A1 as well as the above already mentioned WO 2013/087056 A2 directed.

Besonders interessant ist die Verwendung von Elektromaschinen-Architekturen mit sehr hohen Luftspalt-Kraftdichten, wobei zum Erreichen einer hohen Performance ein möglichst geringer Luftspalt erreicht werden sollte.Particularly interesting is the use of electrical machine architectures with very high air gap power densities, to achieve a high performance the smallest possible air gap should be achieved.

Aufgabe der Erfindung ist es, derartige Maschinen derart zu verbessern, dass ein kleiner Luftspalt auch mit geringeren Anforderungen an die Toleranzen bei der Herstellung der elektrischen Maschine erreichbar ist.The object of the invention is to improve such machines such that a small air gap can be achieved even with lower demands on the tolerances in the production of the electrical machine.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gemäß dem Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by an electric machine according to claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Vorteilhafte Verwendungen der elektrischen Maschine sind in den weiteren Nebenansprüchen angegeben.Advantageous uses of the electrical machine are specified in the additional claims.

Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung eine elektrische Maschine, die einen Ständer als eine erste Baugruppe und einen relativ zu dem Ständer um eine Drehachse drehbar angeordneten Läufer als eine zweite Baugruppe aufweist, wobei ein Luftspalt zwischen den Baugruppen gebildet ist, wobei wenigstens eine der Baugruppen mehrere Segmente aufweist, die den Luftspalt begrenzen, und dass eine Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung zum Aufrechterhalten einer Spaltbreite des Luftspalts vorgesehen ist, die eine Lagereinrichtung zum radial beweglichen Lagern wenigstens eines der Segmente aufweist.According to a first aspect, the invention provides an electrical machine having a stator as a first assembly and a rotor rotatable relative to the stator about a rotation axis as a second assembly, wherein an air gap is formed between the assemblies, wherein at least one of the assemblies a plurality of segments defining the air gap, and that a gap width maintaining device for maintaining a gap width of the air gap is provided, which has a bearing means for radially movably supporting at least one of the segments.

Es ist bevorzugt, dass die Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung zum Beaufschlagen des wenigstens einen radial beweglich gelagerten Segments mit einer Gegenkraft, die entgegen einer radial auf das Segment einwirkenden Magnetkraft wirkt, aufweist.It is preferred that the gap width maintaining device comprises a force storage and / or generating means for applying the at least one radially movably mounted segment with a counterforce acting against a magnetic force acting radially on the segment.

Es ist bevorzugt, dass die eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung wenigstens ein elastisches Element zum Erzeugen einer elastischen Gegenkraft auf das wenigstens eine radial bewegliche Segment zum ausbalancierten Aufrechterhalten einer Spaltbreite des Luftspalts aufweist.It is preferred that the one energy storage and / or generating means comprises at least one elastic element for generating a counter-elastic force on the at least one radially movable segment for maintaining a balanced gap width of the air gap.

Es ist bevorzugt, dass die Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung wenigstens ein Gaslager zwischen dem radial beweglich gelagertem Segment und der anderen Baugruppe aufweist.It is preferred that the energy storage and / or generating means comprises at least one gas bearing between the radially movably mounted segment and the other assembly.

Es ist bevorzugt, dass die Lagereinrichtung wenigstens ein in radialer Richtung wirkendes Linearlager und/oder Gleitlager aufweist.It is preferred that the bearing device has at least one linear bearing and / or slide bearing acting in the radial direction.

Es ist bevorzugt, dass wenigstens der den Luftspalt begrenzende Bereich des Ständers in mehrere mittels der Lagereinrichtung relativ zu dem Läufer radial beweglich gelagerte Ständersegmente aufgeteilt ist.It is preferred that at least the region of the stator bounding the air gap is divided into a plurality of stator segments mounted so as to be radially movable relative to the rotor by means of the bearing device.

Es ist bevorzugt, dass die Ständersegmente mittels der Lagereinrichtung radial verschiebbar, aber tangential unbeweglich gelagert sind.It is preferred that the stator segments by means of the bearing means are radially displaceable, but are mounted tangentially immovable.

Es ist bevorzugt, dass die Lagereinrichtung mehrere in Radialrichtung wirkende Linearlager und/oder Gleitlager für die Ständersegmente aufweist.It is preferred that the bearing device has a plurality of radially acting linear bearings and / or plain bearings for the stator segments.

Es ist bevorzugt, dass die Ständersegmente jeweils eine Ständerelektromagnetiksektion und der Läufer wenigstens eine Läuferelektromagnetiksektion derart aufweisen, dass magnetische Anziehungskräfte über den Luftspalt hinweg zwischen jedem Ständersegment und dem Läufer wirken, und dass jedes Ständersegment in radialer Richtung durch wenigstens ein Kraftspeicher- und/oder -erzeugungselement mit einer gegen die magnetischen Anziehungskräfte wirkenden Gegenkraft beaufschlagbar ist.It is preferred that the stator segments each have a stator electromagnetics section and the rotor at least one rotor electromagnetics section such that magnetic attraction forces act across the air gap between each stator segment and the rotor, and that each stator segment in the radial direction by at least one energy storage and / or generating element can be acted upon by an opposing force acting against the magnetic attraction forces.

Es ist bevorzugt, dass das wenigstens eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungselement ein elastisches Element ist, mittels dem eine elastische Kraft als Gegenkraft erzeugbar ist.It is preferred that the at least one energy storage and / or generating element is an elastic element, by means of which an elastic force can be generated as a counterforce.

Es ist bevorzugt, dass zum Bilden der elastischen Elemente zwischen jedem Ständersegment und dem Läufer ein oder mehrere mit unter Druck gesetztem Gas beaufschlagbare(s) Gaslager vorgesehen ist.It is preferred that to form the elastic elements between each stator segment and the rotor one or more pressurized with pressurized gas (s) gas bearing is provided.

Vorzugsweise ist die elektrische Maschine ausgebildet als permanentmagneterregte Transversalflussmaschine und/oder permanentmagneterregte Flux-Switching-Maschine.Preferably, the electric machine is designed as a permanent magnet-excited transverse flux machine and / or permanent magnet-excited flux-switching machine.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Luftfahrzeug umfassend eine elektrische Maschine nach dem ersten Aspekt oder deren vorteilhafte Ausgestaltungen.According to a further aspect, the invention relates to an aircraft comprising an electric machine according to the first aspect or its advantageous embodiments.

Die elektrische Maschine wird in ein Luftfahrzeug vorzugsweise als Generator zum Erzeugen elektrischer Energie und/oder als Elektromotor eingesetzt.The electric machine is preferably used in an aircraft as a generator for generating electrical energy and / or as an electric motor.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Hybridantrieb für ein Luftfahrzeug, umfassend eine derartige elektrische Maschine nach dem ersten Aspekt oder deren vorteilhafte Ausgestaltungen.According to a further aspect, the invention relates to a hybrid drive for an aircraft, comprising such an electric machine according to the first aspect or its advantageous embodiments.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Hubschrauber, umfassend einen derartigen Hybridantrieb.According to yet another aspect, the invention relates to a helicopter comprising such a hybrid drive.

Aber auch zum Vortrieb anderer Luftfahrzeuge, wie z. B. Propellerflugzeuge oder dergleichen, ist die elektrische Maschine als Direktantrieb sehr interessant. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Luftspalt-Steuermechanismus oder Luftspaltregelmechanismus für elektrische Maschinen, mit dem die Breite eines Spaltes zwischen Läufer und Ständer geregelt oder gesteuert werden kann. Insbesondere soll die Breite eines Luftspaltes konstant – und möglichst auf geringem Niveau – gehalten werden.But also for the propulsion of other aircraft, such. As propeller aircraft or the like, is the electric machine as a direct drive very interesting. In particular, the invention relates to an air gap control mechanism or air gap control mechanism for electric machines, with which the width of a gap between rotor and stator can be controlled or controlled. In particular, the width of an air gap should be kept constant - and if possible at a low level.

Besonders bevorzugt ist ein Luftspaltregel- oder -steuermechanismus für elektrische Maschinen unter Verwendung von Gaslagern, wie z. B. Luftlagern, vorgesehen.Particularly preferred is an air gap control or control mechanism for electric machines using gas bearings, such as. B. air bearings provided.

Die Gaslager, wie beispielsweise Luftlager, sind bevorzugte Ausgestaltungen von elastischen Elementen, die elastische Kräfte zum Aufrechterhalten oder Konstanthalten einer Spaltbreite liefern. Die Gaslager sind außerdem bevorzugte Ausführungsbeispiele für Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtungen, die Radialkräfte zwischen Läufer und Ständer zum Aufrechterhalten von erwünschten Luftspaltbreiten liefern.The gas bearings, such as air bearings, are preferred embodiments of elastic members that provide elastic forces for maintaining or maintaining a gap width. The gas bearings are also preferred embodiments of power storage and / or generation devices that provide radial forces between the rotor and stator to maintain desired airgap widths.

Besonders bevorzugt wirken derartige radiale Kräfte als Gegenkräfte zu zwischen dem Läufer und dem Ständer wirkenden Magnetkräften. Zum Beispiel wirkt bei besonders engen Luftspalten bei zumindest einigen Architekturen von elektrischen Maschinen in dem Luftspalt zwischen dem Ständer und dem Läufer eine magnetische Anziehungskraft. Die Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung dient vorzugsweise zum Erzeugen von Gegenkräften für derartige magnetische Anziehungskräfte, so dass zwischen dem Läufer und dem Ständer im Luftspalt ein Kräftegleichgewicht wirkt.Particularly preferably, such radial forces act as counter forces to magnetic forces acting between the rotor and the stator. For example, in particularly narrow air gaps, in at least some architectures of electrical machines, magnetic attraction acts in the air gap between the stator and the rotor. The energy storage and / or generating device is preferably used to generate counter forces for such magnetic attraction forces, so that acts between the rotor and the stator in the air gap, a balance of power.

Um eine hervorragende Anpassung der radialen relativen Dimensionen zwischen Läufer und Ständer auch bei thermischen Ausdehnungen und/oder pulsierenden Kräften zu erreichen, weist wenigstens eine der Baugruppen Läufer und Ständer mehrere Segmente auf, die entsprechend in radialer Richtung beweglich gelagert sind und mittels der Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung zum Ausgleichen solcher Abweichungen bewegbar sind.In order to achieve an excellent adaptation of the radial relative dimensions between rotor and stator even with thermal expansions and / or pulsating forces, at least one of the assemblies rotor and stator has a plurality of segments, which are mounted correspondingly movable in the radial direction and by means of the gap width maintaining device for balancing Such deviations are movable.

Vorzugsweise wird hierzu das voranstehend bereits kurz erläuterte Kräftegleichgewicht zwischen zu erzeugender Kraft und magnetischer Anziehungskraft eingesetzt.Preferably, for this purpose, the above already briefly explained balance of power between force to be generated and magnetic attraction is used.

Bei bekannten Architekturen von elektrischen Maschinen, wie insbesondere den TFPM-Maschinen oder FSPM-Maschinen sind sehr hohe Qualitätsansprüche an die Toleranzen während der Herstellung zu stellen. Insbesondere wenn der Luftspalt sehr klein gehalten werden soll, beispielsweise unterhalb von 1,0 mm, mehr insbesondere unterhalb von 0,5 mm und mehr insbesondere 0,1 mm oder darunter, sind derartige Toleranzen nur mit sehr hohem Fertigungsaufwand zu erreichen.In known architectures of electrical machines, in particular the TFPM machines or FSPM machines, very high quality demands are to be placed on the tolerances during production. In particular, if the air gap is to be kept very small, for example below 1.0 mm, more particularly below 0.5 mm and more especially 0.1 mm or below, such tolerances can be achieved only with very high production costs.

Auch ist es schwierig, Kontroll- oder Regelmechanismen an den entsprechend engen Luftspalten anzubringen.Also, it is difficult to attach control or regulating mechanisms to the correspondingly narrow air gaps.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es insbesondere möglich, auch physikalische Phänomene wie thermische oder mechanische Ausdehnung und Auslenkungen aufgrund pulsierender normaler und tangentialer Kräfte ausgleichen zu können.The inventive design makes it possible in particular to be able to compensate for physical phenomena such as thermal or mechanical expansion and deflections due to pulsating normal and tangential forces.

Ein Vorteil besonders bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ist, elektrische Maschinen mit sehr hohen Anforderungen an geringe Luftspaltbreiten mit vernünftigem Aufwand herstellen zu können, während gleichzeitig das durch die Wärmeausdehnung der Läuferstruktur und der Statorstrukturen sowie das Problem von Vibrationen bei derartig eng zusammen angeordneten Baugruppen und der mechanischen Ausdehnung des Rotors aufgrund von Zentrifugalkräften vermieden oder zumindest verringert wird.An advantage of particularly preferred embodiments of the invention is to be able to produce electrical machines with very high demands on low air gap widths with reasonable effort, while at the same time by the thermal expansion of the rotor structure and the stator structures and the problem of vibration in such close together arranged assemblies and the mechanical Expansion of the rotor due to centrifugal forces is avoided or at least reduced.

Dadurch erhält man eine größere Vielfalt von unterschiedlichen Gestaltungsmöglichkeiten für neuartige Architekturen von elektrischen Maschinen, die für viele Anwendungsfälle geeignet sind, einschließlich Vortrieben von Luftfahrzeugen.This provides a greater variety of different design options for novel architectures of electrical machines that are suitable for many applications, including aircraft propulsion.

Es ist aus dem eingangs erwähnten Stand der Technik bekannt, dass in verschiedenen Arten von Anwendungen in der Luftfahrtindustrie Elektromotoren zur Erzeugung von Elektrizität oder zu Antriebszwecken verwendet werden. Die Elektromotoren können insbesondere aufgrund einer Verwendung von Eisenmaterialien in ihrem Kern potentiell eine hohe Kraftdichte im Luftspalt bis zu dem durch magnetische Sättigung und durch Kühlung ermöglichten Ausmaß erzeugen. Dabei ist die Luftspaltbreite ein wichtiger Parameter bei elektrischen Maschinen, da die Luftspaltbreite direkt den Betrag der Luftspaltkraftdichte beeinflusst, der vor Eintritt der Sättigung und bevor Leitungsverluste zu hoch werden, erreicht werden kann. Die Anwendungsregel für diesen Aspekt ist einfach: Je kleiner die Luftspaltbreite ist, desto höhere Luftspaltkraftdichte kann mit einem bestimmten Phasenstrom erreicht werden.It is known from the prior art mentioned at the outset that electric motors are used for generating electricity or for driving purposes in various types of applications in the aviation industry. The electric motors, in particular due to the use of iron materials in their core, can potentially produce a high force density in the air gap up to the extent permitted by magnetic saturation and cooling. Air gap width is an important parameter in electric machines because the air gap width directly affects the amount of air gap force density that can be achieved before saturation occurs and before line losses become too high. The application rule for this aspect is simple: the smaller the air gap width, the higher the air gap power density can be achieved with a given phase current.

Wenngleich einige Maschinentypen weniger sensitiv auf das Erfordernis der Luftspaltbreite als andere sind, ist diese Luftspaltbedingung dennoch auf alle Typen von elektrischen Maschinen anwendbar. Diejenigen Architekturen von elektrischen Maschinen, die die höchstens Luftspaltkraftdichten erreichen, sind unter denjenigen, die am empfindlichsten auf die Luftspaltbreite reagieren. Dies ist insbesondere bei TFPM-Maschinen und FSPM-Maschinen der Fall.While some types of machines are less sensitive to the requirement of air gap width than others, this air gap condition is nevertheless applicable to all types of electrical machines. Those architectures of electrical machines that achieve the maximum air gap force densities are among those that are most sensitive to the air gap width. This is especially the case with TFPM machines and FSPM machines.

Nachteile bisheriger elektrischer Maschinen hinsichtlich der Luftspaltbreitenerfordernisse sind:

  • – Eine sehr kleine Luftspaltbreite ist bei vielen Maschinentypen erforderlich, um eine verbesserte Performance oder Leistung gegenüber dem bisher nach dem Stand der Technik Möglichen zu erreichen.
  • – Wärmeausdehnung und pulsierende Kräfte in der Normalrichtung machen es sehr schwierig, einen schmalen Luftspalt zu erreichen, selbst wenn die erforderliche Herstellungstoleranz erzielt werden kann. Dieses Problem vergrößert sich, je größer der Durchmesser der Maschine ist.
Disadvantages of previous electrical machines with regard to the air gap width requirements are:
  • - A very small air gap width is required for many types of machines to achieve improved performance or performance over what has been possible in the prior art.
  • - Thermal expansion and pulsating forces in the normal direction make it very difficult to achieve a narrow air gap, even if the required manufacturing tolerance can be achieved. This problem increases as the diameter of the machine increases.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 eine Draufsicht auf eine elektrische Maschine mit einem Läufer, einem Ständer, einem Luftspalt zwischen Läufer und Ständer und einer Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung zum Aufrechterhalten einer Spaltbreite des Luftspaltes; 1 a plan view of an electric machine with a rotor, a stator, an air gap between rotor and stator and a gap width maintaining device for maintaining a gap width of the air gap;

2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht durch eine Hälfte der elektrischen Maschine von 1. 2 a partially sectioned side view through a half of the electric machine of 1 ,

In den Figuren ist eine elektrische Maschine 20 schematisch dargestellt, die z. B. als Elektromotor 22 oder als elektrischer Generator in einem Luftfahrzeug, wie beispielsweise einem Hubschrauber (nicht dargestellt), verwendbar ist. Der Elektromotor 22 ist insbesondere als Vortriebsmotor oder Direktmotor zum Antreiben einer Haupttriebwerkswelle eines Vortrieb- und/oder Auftrieb-Triebwerks des Luftfahrzeugs geeignet.In the figures is an electric machine 20 shown schematically, the z. B. as an electric motor 22 or as an electric generator in an aircraft, such as a helicopter (not shown), is usable. The electric motor 22 is particularly suitable as a propulsion engine or direct engine for driving a main engine shaft of a propulsion and / or buoyancy engine of the aircraft.

Der Elektromotor 22 weist eine stationäre erste Baugruppe 24 in Form eines Ständers 30 und eine bewegliche zweite Baugruppe 26 in Form eines Läufers 2 auf, der um eine Drehachse 28 relativ zu dem Ständer 30 drehbar angeordnet ist.The electric motor 22 has a stationary first assembly 24 in the form of a stand 30 and a movable second assembly 26 in the form of a runner 2 on, around a rotation axis 28 relative to the stand 30 is rotatably arranged.

Zwischen dem Läufer 2 und dem Ständer 30 ist ein ringförmiger Luftspalt 32 ausgebildet. Unter „Luftspalt” wird der Ringspalt zwischen den elektromagnetisch wirksamen Sektionen 5, 8 von Läufer 2 und Ständer 30 bezeichnet. Der Luftspalt 32 muss nicht unbedingt und immer mit Luft gefüllt sein; es handelt sich hierbei um einen Freiraum zwischen den entsprechenden Elektromagnetiksektionen 5, 8 des Läufers 2 und Ständers 30, der entsprechend der Atmosphäre, in der die elektrische Maschine 20 betrieben werden kann, auch mit anderen Gasen gefüllt sein kann oder auch evakuiert sein kann. Entsprechend der allgemeinen Bezeichnung auf dem Gebiet von elektrischen Maschinen wird für diesen ringräumigen Freiraum der Begriff „Luftspalt” 32 verwendet.Between the runner 2 and the stand 30 is an annular air gap 32 educated. The "air gap" is the annular gap between the electromagnetically effective sections 5 . 8th from runner 2 and stand 30 designated. The air gap 32 does not necessarily and always have to be filled with air; This is a free space between the corresponding electromagnetic sections 5 . 8th of the runner 2 and stand 30 that according to the atmosphere in which the electric machine 20 can be operated, can also be filled with other gases or can also be evacuated. According to the general designation in the field of electrical machines, the term "air gap" is used for this annular space. 32 used.

Weiter weist die elektrische Maschine 20 eine Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung 34 auf, die eine Spaltbreite des Luftspaltes 32 in einem vorgegebenen Rahmen konstant hält. Zum Bilden der Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung 34 weist wenigstens eine der Baugruppen 24, 26 der elektrischen Maschine 20 mehrere Segmente 36 auf. Wenigstens eines der Segmente 36 ist mittels einer Lagereinrichtung 38 in bezüglich der Drehachse 28 gesehen radialer Richtung beweglich gelagert.Next, the electric machine 20 a gap width maintaining device 34 on, the one gap width of the air gap 32 keeps constant in a given frame. For forming the gap width maintaining device 34 has at least one of the modules 24 . 26 the electric machine 20 several segments 36 on. At least one of the segments 36 is by means of a storage facility 38 in relation to the axis of rotation 28 Seen radially direction movable.

In bevorzugter Ausgestaltung weist die Lagereinrichtung 38 insbesondere ein oder mehrere Linearlager 40 auf, mit dem das wenigstens eine radial bewegliche Segment 36 lediglich in radialer Richtung verschiebbar gelagert ist, jedoch in Tangentialrichtung 4 (oder auch Umfangsrichtung genannt) unbeweglich ist.In a preferred embodiment, the storage facility 38 in particular one or more linear bearings 40 on, with which the at least one radially movable segment 36 is slidably mounted only in the radial direction, but in the tangential direction 4 (or also called circumferential direction) is immovable.

Weiter weist die Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung 34 eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung 42 zum Beaufschlagen des wenigstens einen radial beweglichen Segments 36 mit einer radial wirkenden Kraft zur Aufrechterhaltung der Spaltbreite des Luftspaltes 32 auf.Further, the gap width maintaining device 34 an energy storage and / or generating device 42 for applying the at least one radially movable segment 36 with a radially acting force to maintain the gap width of the air gap 32 on.

Die Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung 42 weist wenigstens ein Kraftspeicher- und/oder -erzeugungselement 44 pro radial beweglichem Segment 36 auf, um das zugeordnete radial bewegliche Segment 36 mit einer entsprechenden radial wirkenden Kraft zum Aufrechterhalten einer vorgegebenen Spaltbreite des Luftspaltes 32 zwischen dem Segment 36 und der anderen Baugruppe 26 zu beaufschlagen.The energy storage and / or generating device 42 has at least one energy storage and / or generating element 44 per radially movable segment 36 on to the associated radially movable segment 36 with a corresponding radially acting force for maintaining a predetermined gap width of the air gap 32 between the segment 36 and the other assembly 26 to act on.

In der dargestellten Ausgestaltung ist das wenigstens eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungselement 44 als elastisches Element 46 zum Bereitstellen einer elastischen Kraft ausgebildet.In the illustrated embodiment, this is at least one force storage and / or generating element 44 as an elastic element 46 designed to provide an elastic force.

Als elastisches Element 46 ist in der bevorzugten Ausgestaltung ein Gaslager 48 zwischen dem zugeordneten Segment 36 und der anderen Baugruppe 26 vorgesehen. Das Gaslager 48 ist mit unter Druck stehendem Gas beaufschlagbar, so dass sich zwischen dem Segment 36 und der anderen Baugruppe 26 ein abstoßender Druck 12 einstellt, der wenigstens eine elastische Kraft auf das Segment 36 ausübt.As an elastic element 46 is in the preferred embodiment, a gas bearing 48 between the assigned segment 36 and the other assembly 26 intended. The gas warehouse 48 is pressurized with pressurized gas, so that between the segment 36 and the other assembly 26 a repulsive pressure 12 adjusts the at least one elastic force on the segment 36 exercises.

Als Gaslager 48 ist vorzugsweise ein Luftlager 6 vorgesehen, das mit Pressluft befüllt, befüllbar und/oder beaufschlagbar ist.As a gas warehouse 48 is preferably an air bearing 6 provided, which is filled with compressed air, filled and / or acted upon.

Die in den 1 und 2 dargestellte elektrische Maschine 20 weist als Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung 34 demnach bevorzugt einen Luftspaltsteuer- oder -regelmechanismus 50, der Luftlager 6 verwendet, auf.The in the 1 and 2 illustrated electrical machine 20 has as a gap width maintaining device 34 thus preferably an air gap control or regulating mechanism 50 , the air bearing 6 used on.

Die elektrische Maschine 20 mit dem Luftspaltsteuer- oder -regelmechanismus 50 unter Verwendung von Luftlagern 6 ist im Wesentlichen aus dem Ständer 30 und dem Läufer 2 aufgebaut, die in ihrem Grundzügen wie bei konventionellen elektrischen Maschinen aufgebaut sind. Beispiele für verwendbare Läufer- und Ständerstrukturen finden sich in der WO 2013/087056 A2 . The electric machine 20 with the air gap control or regulating mechanism 50 using air bearings 6 is essentially from the stand 30 and the runner 2 constructed in its basic features as in conventional electric machines. Examples of usable rotor and stator structures can be found in the WO 2013/087056 A2 ,

Der Ständer 30 ist zum Bilden der Segmente 36 in mehrere Ständersegmente 1 aufgeteilt, die um den Läufer 2 herum angeordnet sind und mechanisch zueinander unabhängig sind.The stand 30 is to make up the segments 36 in several stator segments 1 split that around the runner 2 are arranged around and mechanically independent of each other.

Jedes Ständersegment 1 ist mit der Lagereinrichtung 38 an ein umgebendes Element, wie z. B. ein nicht dargestelltes Gehäuse, oder eine sonstige Basis 52 befestigt. Die Lagereinrichtung 38 weist mehrere Linearlager 40 auf, die die Ständersegmente 1 radial beweglich relativ zu der Basis 52 lagern. Insbesondere ist jedes Ständersegment 1 an das Äußere unter Verwendung von Gleitlagern 3 befestigt. Die Gleitlager 3 erlauben eine Bewegung des Ständersegments 1 in der Radialrichtung, aber nicht in der Tangentialrichtung 4.Each stand segment 1 is with the storage facility 38 to a surrounding element, such. As an unillustrated housing, or other base 52 attached. The storage facility 38 has several linear bearings 40 on top of the stand segments 1 radially movable relative to the base 52 to store. In particular, each stator segment 1 to the exterior using plain bearings 3 attached. The plain bearings 3 allow movement of the upright segment 1 in the radial direction, but not in the tangential direction 4 ,

Jedes Statorsegment 1 weist eine Ständerelektromagnetiksektion 5 und zumindest einen Teil eines oder mehrerer Luftlager 6 auf.Each stator segment 1 has a stator electromagnetics section 5 and at least part of one or more air bearings 6 on.

In dem dargestellten Beispiel ist eine Ständerelektromagnetiksektion 5 zwischen zwei Luftlagern 6 angeordnet.In the illustrated example, there is a stator electromagnetics section 5 between two air bearings 6 arranged.

Die Gleitlager 3, die Ständerelektromagnetiksektion 5 und die Luftlager 6 sind in einem Ständersegment 1 mittels einer mechanischen Verbindung 7 mechanisch miteinander verbunden.The plain bearings 3 , the stator electromagnetics section 5 and the air bearings 6 are in a stand segment 1 by means of a mechanical connection 7 mechanically interconnected.

Der Läufer 2 weist eine Läuferelektromagnetiksektion 8 und eine Luftlagerabstützsektion 9 auf.The runner 2 has a rotor electromagnetics section 8th and an air bearing support section 9 on.

In den dargestellten Beispielen ist eine Läuferelektromagnetiksektion 8 zwischen zwei Luftlagerabstützsektionen 9 angeordnet.In the illustrated examples is a rotor electromagnetics section 8th between two air bearing support sections 9 arranged.

Die Läuferelektromagnetiksektion 8 und die Luftlagerabstützsektionen 9 sind mittels einer mechanischen Verbindung 10 mechanisch miteinander verbunden.The rotor electromagnetics section 8th and the air bearing support sections 9 are by means of a mechanical connection 10 mechanically interconnected.

In den nicht näher dargestellten Elektromagnetiksektionen 5, 8 befinden sich die üblichen elektromagnetischen Komponenten des Ständers 30 bzw. Läufers 2. Je nach Typ der elektrischen Maschine 20 sind hier Permanentmagnete, Spulen, Windungen, Wicklungen, Kommutatoren, Bürsten, Käfige usw. angeordnet.In the unspecified electromagnetic sections 5 . 8th are the usual electromagnetic components of the stator 30 or runner 2 , Depending on the type of electrical machine 20 here permanent magnets, coils, windings, windings, commutators, brushes, cages, etc. are arranged.

Insbesondere sind die Elektromagnetiksektionen 5, 6 derart ausgebildet, dass sich zumindest bei Annäherung und/oder im Betrieb der elektrischen Maschine 20 zumindest mit einer Richtungskomponente in Radialrichtung wirkende Magnetkräfte zwischen den Ständersegmenten 1 und dem Läufer 2 ausbilden, wobei die Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung 42 Gegenkräfte zum Gegenwirken gegen diese magnetischen Kräfte erzeugt.In particular, the electromagnetic sections 5 . 6 designed such that, at least when approaching and / or during operation of the electric machine 20 at least with a directional component in the radial direction acting magnetic forces between the stator segments 1 and the runner 2 form, wherein the energy storage and / or generating device 42 Counter-forces to counteract these magnetic forces generated.

In einem dargestellten Beispiel sind die Ständersegmente 1 nahe dem Läufer 2 angeordnet, was zu magnetischen Anziehungskräften 11 zwischen der Ständerelektromagnetiksektion 5 und der Läuferelektromagnetiksektion 8 führt. Diese magnetischen Anziehungskräfte 11 dienen als magnetische Vorlast oder magnetische Vorspannung für die Luftlager 6. Die Luftlager 6 kompensieren die magnetischen Anziehungskräfte 11 zwischen der Ständerelektromagnetiksektion 5 und der Läuferelektromagnetiksektion 8 aufgrund des abstoßenden Drucks 12, der durch die Luftlager 6 gegen die Luftlagerabstützsektion 9 ausgeübt wird. Insbesondere wird hierzu das Luftlager 6 mit Druckluft befüllt oder beaufschlagt.In an illustrated example, the stator segments 1 near the runner 2 arranged, causing magnetic attraction 11 between the stator electromagnetics section 5 and the rotor electromagnetics section 8th leads. These magnetic attractions 11 Serve as a magnetic preload or magnetic preload for the air bearings 6 , The air bearings 6 compensate the magnetic attractions 11 between the stator electromagnetics section 5 and the rotor electromagnetics section 8th due to the repulsive pressure 12 passing through the air bearings 6 against the air bearing support section 9 is exercised. In particular, this is the air bearing 6 filled with compressed air or applied.

Da die Ständersegmente 1 sich frei hin zu dem Läufer 2 oder weg von dem Läufer 2 in der Radialrichtung bewegen können – sich vorzugsweise aber nicht in Tangentialrichtung 4 bewegen können – wird jede Größenveränderung an dem Ständersegment 1 – z. B. verursacht durch Wärmeausdehnung – oder dem Läufer 2 – z. B. verursacht durch Wärmeausdehnung oder durch mechanische Ausdehnung aufgrund von Zentrifugalkräften – durch eine automatische Wiedereinstellung der Position des Ständersegments 1 kompensiert. Gleichzeitig bleibt die Breite des Luftspaltes 32 zwischen dem Ständersegment 1 und dem Läufer 2 aufgrund des Gleichgewichts zwischen den magnetischen Anziehungskräften 11 – zwischen der Ständerelektromagnetiksektion 5 und der Läuferelektromagnetiksektion 8 – und dem abstoßenden Druck 12 – zwischen dem Luftlager 6 in dem Ständersegment 1 und dem Luftlagerabstützabschnitt 9 in dem Läufer 2 – unverändert.Because the stator segments 1 Free yourself to the runner 2 or away from the runner 2 in the radial direction - but preferably not in the tangential direction 4 can move - will any size change to the stand segment 1 - z. B. caused by thermal expansion - or the runner 2 - z. B. caused by thermal expansion or by mechanical expansion due to centrifugal forces - by an automatic readjustment of the position of the stator segment 1 compensated. At the same time, the width of the air gap remains 32 between the stand segment 1 and the runner 2 due to the balance between the magnetic forces of attraction 11 Between the stator electromagnetics section 5 and the rotor electromagnetics section 8th - and the repulsive pressure 12 - between the air bearing 6 in the upright segment 1 and the air bearing support portion 9 in the runner 2 - unchanged.

Wenngleich Gleitlager 3 aufgrund ihres einfachen Aufbaus zum Bilden der Linearlager 40 bevorzugt sind, können die Linearlager 40 auch anders aufgebaut sein, z. B. unter Verwendung von Rollelementen, wie Kugeln oder Walzen.Although plain bearings 3 because of its simple structure for forming the linear bearings 40 are preferred, the linear bearings 40 be constructed differently, for. B. using rolling elements, such as balls or rollers.

Das elastische Element 46 ist vorzugsweise als Gaslager 48 und insbesondere als Luftlager 6 ausgebildet. Dies hat den Vorteil einer einfachen Einstellbarkeit durch entsprechende Einstellung des abstoßenden Drucks 12. Je nach Bauart des Gaslagers 48 ist auch eine Veränderung des abstoßenden Drucks 12 im Betrieb möglich, z. B. durch Anschluss von entsprechenden Gasleitungen an ein Gasreservoir (nicht dargestellt) und durch Steuerung mit Stellventilen (nicht dargestellt). Der Aufbau als Luftlager 6 oder Gaslager 48 ist bevorzugt, da hierdurch eine Aufrechterhaltung einer gewünschten Spaltbreite mittels der Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung 34 ohne oder mit nur sehr geringen Reibungsverlusten möglich ist. Selbstverständlich sind aber auch andere elastische Elemente 46, wie z. B. mechanische Federn oder dergleichen, zwischen eine Drehachsenlagerung 48 und den einzelnen Segmenten 36 möglich. Auch kann die Kraftspeicher- und/oder Erzeugungseinrichtung 42 auch zum Auferlegen anderer Kräfte, wie z. B. Magnetkräfte oder dergleichen, ausgebildet sein. Vorzugsweise sind elastische Elemente 46 mit elastischen Kräften vorgesehen, um auch dynamische Veränderungen im Betrieb, z. B. Stöße in der Normalrichtung oder dergleichen, einfach ausgleichen zu können.The elastic element 46 is preferably as a gas bearing 48 and in particular as an air bearing 6 educated. This has the advantage of easy adjustability by appropriate adjustment of the repulsive pressure 12 , Depending on the design of the gas storage 48 is also a change in the repulsive pressure 12 possible during operation, eg. B. by connecting corresponding gas lines to a gas reservoir (not shown) and by control with Control valves (not shown). The construction as an air bearing 6 or gas storage 48 is preferred, as a result of maintaining a desired gap width by means of the gap width maintaining device 34 is possible without or with only very low friction losses. Of course, but other elastic elements 46 , such as As mechanical springs or the like, between a rotary axis bearing 48 and the individual segments 36 possible. Also, the power storage and / or generating device 42 also for imposing other forces, such. As magnetic forces or the like may be formed. Preferably, elastic elements 46 provided with elastic forces to also dynamic changes in operation, eg. As shocks in the normal direction or the like, easy to compensate.

Einige Vorteile der hier dargestellten Ausgestaltung der elektrischen Maschine sind:

  • – Durch die Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung 34 bzw. den Luftspaltsteuer- oder -regelmechanismus 50 ist eine erhöhte Kraft- oder Leistungsdichte und eine erhöhte Drehmomentdichte, d. h. ein erhöhter Kilowatt-Wert pro Kilogramm und ein erhöhter Newton-Meter-Wert pro Kilogramm, aufgrund einer verbesserten Performance durch die Möglichkeit eines kleineren Luftspaltes ermöglicht.
  • – Dies bietet eine effektive Lösung für durch thermische und mechanische Ausdehnung sowie durch Vibrationen und unbalancierte Magnetkräfte verursachte Probleme.
Some advantages of the embodiment of the electric machine shown here are:
  • - By the gap width maintaining device 34 or the air gap control or regulating mechanism 50 is an increased power or power density and increased torque density, ie an increased kilowatt value per kilogram and an increased Newton meter per kilogram, due to improved performance by the possibility of a smaller air gap allows.
  • This provides an effective solution to problems caused by thermal and mechanical expansion as well as by vibration and unbalanced magnetic forces.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Ständersegmentestator segments
22
Läuferrunner
33
Gleitlagerbearings
44
Tangentialrichtungtangential
55
StänderelektromagnetiksektionStänderelektromagnetiksektion
66
Luftlagerair bearing
77
mechanische Verbindung (Ständer)mechanical connection (stand)
88th
LäuferelektromagnetiksektionLäuferelektromagnetiksektion
99
LuftlagerabstützsektionLuftlagerabstützsektion
1010
mechanische Verbindung (Läufer)mechanical connection (runner)
1111
magnetische Anziehungskraftmagnetic attraction
1212
abstoßender Druckrepulsive pressure
2020
elektrische Maschineelectric machine
2222
Elektromotorelectric motor
2424
erste Baugruppefirst assembly
2626
zweite Baugruppesecond module
2828
Drehachseaxis of rotation
3030
Ständerstand
3232
Luftspaltair gap
3434
SpaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtungGap width maintaining means
3636
Segmentsegment
3838
LagereinrichtungStorage facility
4040
Linearlagerlinear bearings
4242
Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtungPower storage and / or generating device
4444
Kraftspeicher- und/oder -erzeugungselementPower storage and / or generating element
4646
elastisches Elementelastic element
4848
Gaslagergas storage
5050
Luftspaltsteuer- oder -regelmechanismusAir gap control or regulating mechanism
5252
BasisBase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2013/087056 A2 [0002, 0006, 0013, 0063] WO 2013/087056 A2 [0002, 0006, 0013, 0063]
  • WO 2013/087053 A2 [0006] WO 2013/087053 A2 [0006]
  • DE 102010021024 A1 [0013] DE 102010021024 A1 [0013]
  • DE 102010021025 A1 [0013] DE 102010021025 A1 [0013]
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  • WO 2011/144692 A2 [0013] WO 2011/144692 A2 [0013]
  • DE 102011121174 A1 [0013] DE 102011121174 A1 [0013]

Claims (15)

Elektrische Maschine (20), die einen Ständer (30) als eine erste Baugruppe (24) und einen relativ zu dem Ständer (30) um eine Drehachse (28) drehbar angeordneten Läufer (2) als eine zweite Baugruppe (26) aufweist, wobei ein Luftspalt (32) zwischen den Baugruppen (24, 26) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Baugruppen (24, 26) mehrere Segmente (36) aufweist, die den Luftspalt (32) begrenzen, und dass eine Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung (34) zum Aufrechterhalten einer Spaltbreite des Luftspalts (32) vorgesehen ist, die eine Lagereinrichtung (38) zum radial beweglichen Lagern wenigstens eines der Segmente (36) aufweist.Electric machine ( 20 ), which has a stand ( 30 ) as a first assembly ( 24 ) and one relative to the stand ( 30 ) about a rotation axis ( 28 ) rotatably arranged runners ( 2 ) as a second assembly ( 26 ), wherein an air gap ( 32 ) between the assemblies ( 24 . 26 ), characterized in that at least one of the assemblies ( 24 . 26 ) several segments ( 36 ) having the air gap ( 32 ) and that a gap width maintenance device ( 34 ) for maintaining a gap width of the air gap ( 32 ) is provided which a storage facility ( 38 ) for radially movably supporting at least one of the segments ( 36 ) having. Elektrische Maschine (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung (34) eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung (42) zum Beaufschlagen des wenigstens einen radial beweglich gelagerten Segments (36) mit einer Gegenkraft, die entgegen einer radial auf das Segment (36) einwirkenden Magnetkraft wirkt, aufweist.Electric machine ( 20 ) according to claim 1, characterized in that the gap width maintaining device ( 34 ) a force storage and / or generating device ( 42 ) for acting on the at least one radially movably mounted segment ( 36 ) with a counterforce, which against a radial on the segment ( 36 ) acting magnetic force acts has. Elektrische Maschine (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung (42) wenigstens ein elastisches Element (46) zum Erzeugen einer elastischen Gegenkraft auf das wenigstens eine radial bewegliche Segment (36) zum ausbalancierten Aufrechterhalten einer Spaltbreite des Luftspalts (32) aufweist.Electric machine ( 20 ) according to claim 2, characterized in that the one energy storage and / or generating device ( 42 ) at least one elastic element ( 46 ) for generating an elastic counterforce on the at least one radially movable segment ( 36 ) for maintaining a gap width of the air gap ( 32 ) having. Elektrische Maschine (20) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung (42) wenigstens ein Gaslager (48) zwischen dem radial beweglich gelagertem Segment (36) und der anderen Baugruppe (24, 26) aufweist.Electric machine ( 20 ) according to one of claims 2 or 3, characterized in that the energy storage and / or generating device ( 42 ) at least one gas bearing ( 48 ) between the radially movably mounted segment ( 36 ) and the other assembly ( 24 . 26 ) having. Elektrische Maschine (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (38) wenigstens ein in radialer Richtung wirkendes Linearlager (40) und/oder Gleitlager (3) aufweist.Electric machine ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the storage device ( 38 ) at least one radially acting linear bearing ( 40 ) and / or plain bearings ( 3 ) having. Elektrische Maschine (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der den Luftspalt (32) begrenzende Bereich des Ständers (30) in mehrere mittels der Lagereinrichtung (38) relativ zu dem Läufer (2) radial beweglich gelagerte Ständersegmente (1) aufgeteilt ist.Electric machine ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least the air gap ( 32 ) limiting area of the stand ( 30 ) into several by means of the storage device ( 38 ) relative to the runner ( 2 ) radially movably mounted stator segments ( 1 ) is divided. Elektrische Maschine (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständersegmente (1) mittels der Lagereinrichtung (38) radial verschiebbar, aber tangential unbeweglich gelagert sind.Electric machine ( 20 ) according to claim 6, characterized in that the stator segments ( 1 ) by means of the storage device ( 38 ) are radially displaceable, but are mounted tangentially immobile. Elektrische Maschine (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (38) mehrere in Radialrichtung wirkende Linearlager (40) und/oder Gleitlager (3) für die Ständersegmente (1) aufweist.Electric machine ( 20 ) according to claim 7, characterized in that the storage device ( 38 ) a plurality of radially acting linear bearings ( 40 ) and / or plain bearings ( 3 ) for the stator segments ( 1 ) having. Elektrische Maschine (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständersegmente (1) jeweils eine Ständerelektromagnetiksektion (5) und der Läufer (2) wenigstens eine Läuferelektromagnetiksektion (8) derart aufweisen, dass magnetische Anziehungskräfte (11) über den Luftspalt (32) hinweg zwischen jedem Ständersegment (1) und dem Läufer (2) wirken, und dass jedes Ständersegment (1) in radialer Richtung durch wenigstens ein Kraftspeicher- und/oder -erzeugungselement (44) mit einer gegen die magnetischen Anziehungskräfte (11) wirkenden Gegenkraft beaufschlagbar ist.Electric machine ( 20 ) According to one of claims 6 to 8, characterized in that the stator segments ( 1 ) each a stator electromagnetics section ( 5 ) and the runner ( 2 ) at least one rotor electromagnetics section ( 8th ) such that magnetic attraction forces ( 11 ) over the air gap ( 32 ) between each stator segment ( 1 ) and the runner ( 2 ), and that each stator segment ( 1 ) in the radial direction by at least one energy storage and / or generating element ( 44 ) with one against the magnetic forces of attraction ( 11 ) acting counterforce can be acted upon. Elektrische Maschine (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungselement (44) ein elastisches Element (46) ist, mittels dem eine elastische Kraft als Gegenkraft erzeugbar ist.Electric machine ( 20 ) according to claim 9, characterized in that the at least one energy storage and / or generating element ( 44 ) an elastic element ( 46 ) is, by means of which an elastic force can be generated as a counter force. Elektrische Maschine (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bilden der elastischen Elemente (46) zwischen jedem Ständersegment (1) und dem Läufer (2) ein oder mehrere mit unter Druck gesetztem Gas beaufschlagbare(s) Gaslager (48) vorgesehen ist.Electric machine ( 20 ) according to claim 10, characterized in that for forming the elastic elements ( 46 ) between each stator segment ( 1 ) and the runner ( 2 ) one or more acted upon pressurized gas (s) gas bearing ( 48 ) is provided. Elektrische Maschine (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ausgebildet als permanentmagneterregte Transversalflussmaschine und/oder permanentmagneterregte Flux-Switching-Maschine.Electric machine ( 20 ) according to one of the preceding claims, designed as a permanent magnet-excited transverse flux machine and / or permanent magnet-excited flux-switching machine. Luftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche als Generator zum Erzeugen elektrischer Energie und/oder als Elektromotor (22).Aircraft comprising an electric machine ( 20 ) according to one of the preceding claims as a generator for generating electrical energy and / or as an electric motor ( 22 ). Hybridantrieb für ein Luftfahrzeug, insbesondere einen Hubschrauber, umfassend eine elektrische Maschine (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.Hybrid drive for an aircraft, in particular a helicopter, comprising an electric machine ( 20 ) according to one of claims 1 to 12. Hubschrauber, umfassend einen Hybridantrieb nach Anspruch 14.A helicopter comprising a hybrid drive according to claim 14.
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