具有驱动旋翼飞机的主旋翼和/或尾旋翼的电动驱动器的旋翼飞机的制作方法

本发明描述了一种旋翼飞机，其具有用于驱动旋翼飞机的主旋翼和/或尾旋翼的电动驱动器。本发明还描述了一种具有用于驱动旋翼飞机的主旋翼和/或尾旋翼的混合动力驱动器的旋翼飞机，其包括根据本发明的电动驱动器以及被设计为热力动力机的第二驱动器。

背景技术：

1、由现有技术已知所谓的多引擎、特别是双引擎的直升飞机，即，具有包含多个引擎或者说驱动器的驱动系统的直升飞机。通常是将燃料、主要是化石燃料通过一个或多个被设计为热力动力机的驱动器被转化为机械功，并且主旋翼通过主旋翼传动装置或者说直升飞机旋翼传动装置来驱动，或者尾旋翼通过尾旋翼传动装置驱动来驱动。

2、在这种多引擎直升飞机的驱动故障形式的紧急情况下，直升飞机必须能够在预定的持续时间内依靠来自其他剩余引擎的动力，使直升飞机进入安全飞行状态并应对引擎故障。

3、即使没有出现紧急情况，多引擎直升飞机也具有很多优点，例如，在飞行过程中可以通过其他引擎的动力来确保更好的承载能力。

4、这种双引擎直升飞机的一种特殊形式也是现有技术中已知的具有混合动力驱动器的直升飞机，其中，除了被设计为热力动力机的驱动器之外，还可以通过电动驱动器以及配属的电源来提供附加的机械功。相比于仅具有化石燃料供应的双引擎直升飞机，这种具有混合动力驱动器的直升飞机提供了额外的安全优势，因为例如，如果化石燃料供应发生故障，则可以使用额外的电能供应。

5、此外，由文献us2017/0225573al中已知一种混合动力驱动器，其包括被设计为热力动力机的驱动器以及电动驱动器。混合动力驱动器包括由热力动力机形成的主驱动器以及由电动驱动器形成的辅助驱动器。主驱动器包括被设计为热力动力机的驱动器、主旋翼传动装置或直升飞机旋翼传动装置、传动系或主引擎轴、以及主旋翼轴或主旋翼桅杆。在此，主驱动器与主引擎轴机械地连接，由此能够使主引擎轴旋转。此外，主引擎轴通过主旋翼传动装置连接到与主旋翼固定连接的主旋翼轴，从而使得主旋翼能够旋转。

6、辅助驱动器包括附加的电源、电动驱动器以及传动系或所属的引擎轴。电源为电动驱动器提供所需的能量。

7、根据在专利文献us2017/0225573al中提出的实施方式，电动驱动器可以经由所属的引擎轴与主旋翼轴或主旋翼桅杆处于机械有效连接中，其中，电动驱动器和引擎轴是平行于旋翼桅杆地布置。

8、这种由文献us2017/0225573al已知的具有混合动力驱动器的旋翼飞机的缺点在于空间需求大、结构复杂以及维护要求高的缺点。

9、由于第二引擎的存在，这种例如在专利文献us2017/0225573al中示出的混合动力驱动器具有一个基本问题，即，与单引擎的变型相比，旋翼飞机的重量不利地增加，但是实现了更高的安全等级。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种具有电动驱动器的旋翼飞机，其克服了现有技术的缺点，特别是降低了空间需求，简化了结构并减少了维护需求。

2、本发明的另一个目的在于，提供一种具有混合动力驱动器的旋翼飞机，该混合动力驱动器包括电动驱动器，在此，上述现有技术中的缺点通过紧凑和轻便的结构得以克服。

3、本发明的目的通过一种本技术技术方案所述特征的具有电动驱动器的旋翼飞机以及一种具有本技术技术方案所述特征的具有混合动力驱动器的旋翼飞机来实现。

4、根据本发明，电动驱动器被设计为电动环形马达，该电动环形马达相对于旋翼桅杆被同轴地布置和安装。

5、在本发明的意义下，电动环形马达被理解为具有中空轴的所谓的力矩马达。因此，在电动环形马达的马达类型中放弃了居中布置的马达轴。电动环形马达基本上包括用作定子的环以及用作转子的环，其中，电动环形马达在外部转子的情况下被称为“外转动体”，在内部转子的情况下被称为“内转动体”。

6、在根据本发明的电动环形马达中，在转子与定子之间的气隙或磁隙中产生力效应。

7、这种电动环形马达相对于具有马达轴的常规电动马达的优点在于：由于在低转速下具有较高的驱动力矩，因此能够实现高加速度。由于不需要诸如齿形带等的机械元件，因此通过使用电动环形马达能够实现紧凑的设计。换句话说，电动环形马达可以被特别紧凑地集成到旋翼飞机的现有驱动系统中。此外，由于少了很多机械元件，因此这种电动环形马达运行平稳、噪声低并且维护少。将电动环形马达简单地附接在旋翼桅杆上，特别是与混合动力驱动器相结合，也有利于紧凑的设计。与此相反，在专利文献us2017/0225573al中示出的混合动力驱动器的缺点在于，为了耦合在此公开的电动驱动器的机械功率而需要额外的传动机构，从而因为额外的轴和转向传动而导致更高的复杂性。

8、在本发明的意义下，旋翼桅杆在尾旋翼中被理解为尾旋翼毂，或者在主旋翼的情况下被理解为主旋翼桅杆。

9、在下面给出了其它优选的实施方式。

10、根据一种优选的实施方式，可以将电动驱动器设计为具有起到转子作用的、特别是环形的内转动体的电动环形马达，在此，该内转动体可以与旋翼桅杆固定地连接。

11、这种优选实施方式的优点在于，通过所实现的从设计为电动环形马达的电动驱动器到旋翼桅杆的直接力传递，可以省去“齿轮箱”或者说主旋翼传动装置。

12、在一种替代的、优选的实施方式中，原则上可以设想将电动驱动器设计为具有具有起到转子作用的、特别是环形的外转动体的电动环形马达，在此，该外转动体可以与旋翼桅杆固定地连接。这种外转动体变型的优点在于设计更紧凑，却能够提供更大的转矩。与内转动体一样，同样具有很高的运行安全性和运行平稳性。

13、根据另一种优选的实施方式，电动驱动器被设计为具有集成传动装置的电动环形马达，用于将力传递到旋翼桅杆上。这种采用集成传动装置的力传递的优点在于，可以保持最有效的马达转速，该马达转速通常高于旋翼转速。此外，采用集成传动装置的力传递的优点还在于，在据此实现的减速过程中能够产生特别高的转矩，并且能够帮助实现更紧凑的设计。

14、原则上可以考虑任何合适形式的集成传动装置。然而，特别优选地将电动驱动器设计为具有集成的、被构造为行星齿轮的传动装置的电动环形马达。

15、优选地，电动驱动器可以至少与直升飞机传动装置的传动装置壳体机械地连接，特别地，电动驱动器的起到定子作用的外环可以与传动装置壳体固定地连接。

16、特别优选的是，将电动驱动器设计并确定尺寸为，能够自主地驱动旋翼飞机、特别是直升飞机的主旋翼和/或尾旋翼而不需要额外的驱动器。在本发明的意义下，自主的电动驱动器是指能够实现优选至少150kw、更优选为200kw至700kw、更优选为300kw至600kw、甚至特别优选为大约600kw的机械功率。例如，使用机械功率约为600kw的电动驱动器在在371rpm的低转速下可以获得大约15500nm的高转矩。

17、根据本发明的一种优选的、可能的扩展方案，可以将多个被设计为电动环形马达的驱动器彼此叠置地相对于旋翼桅杆同轴地布置和安装。换句话说，可以将多个被设计为电动环形马达的驱动器相互堆叠。使用多个堆叠而不是单一的电动环形马达具有特别的优点，即，能够实现电动驱动器的模块化构造，并且能够在制造技术上毫不费力地批量生产不同的功率等级。高功率需求可以通过该模块化结构分布到多个具有低电功率的等级上，由此，通过所产生的较大的表面在物理学和制造技术方面具有优点，即，可以导出马达和控制器的功率热量损耗。附加地，分布在多个等级上的电动驱动能够针对被设计为热力动力机的第二驱动器的完全失效提供更好的保护。

18、由此，可以有利地确保，在多引擎直升飞机的例如被设计为热力动力机的第二驱动器发生故障形式的紧急情况下，多引擎直升飞机能够在预定的持续时间内依靠来自剩余电动驱动器的应急电功率，使直升飞机进入安全的飞行状态并应对引擎故障。

19、原则上，根据本发明的旋翼飞机可以仅包括自主的、被设计为电动环形马达并且与旋翼桅杆同轴布置的电动驱动器。然而，本发明的另一方面涉及一种具有混合动力驱动器的旋翼飞机，其包括根据本发明的电动驱动器以及被设计为热力动力机的第二驱动器，例如内燃机、涡轮机、火花点火机、柴油机、燃料电池驱动器等。

20、优选地，对于这种混合动力驱动器，电动驱动器可以与被设计为热力动力机的第二驱动器联接，使得电动驱动器可以与第二驱动器一起在联接状态下转动，从而使得电动驱动器可以在驱动主旋翼和/或尾旋翼时支持第二驱动器，反之亦然。在本发明的意义下，这种混合动力驱动器可以理解为并联构造的混合动力驱动器。

21、原则上，根据本发明的旋翼飞机的旋翼桅杆可以被设计为一件式的。优选地，根据本发明的旋翼飞机的旋翼桅杆被设计为两件式的，包括支承桅杆和外桅杆，其中，被设计为中空体的外桅杆被可相对于支承桅杆围绕中心轴线旋转地安装，并同心地围绕支承桅杆，并且其中，外桅杆可以与直升飞机旋翼传动装置有效连接，其中，支承桅杆可以位置固定地和抗扭地安装在旋翼飞机中，使得外桅杆能够与主旋翼抗扭地联接，并且可以与直升飞机旋翼传动装置一起旋转。结合可能的外转动体变型，例如可以将起定子作用的内环抗扭地紧固在支承桅杆上，而将起转子作用的环形外转动体紧固在外桅杆上。根据本发明的另一种优选的、可能的扩展方案，即使是在这种外转动体变型中，也可以将多个被设计为电动环形马达的驱动器相对于旋翼桅杆同轴地彼此叠置和安装(即，相互堆叠)，其具有所提及的堆叠的而不是单一的电动环形马达的、所提到的优点，即，模块化构造，各个功率等级的简单实现，高功率需求在多个具有低功率的等级上的分配。根据另一种优选的扩展方案，在这种具有相互叠置堆叠的电动环形马达的外转动体变型中，环形马达可以被设计为具有集成的、被设计为行星传动装置的传动装置。

22、优选地，在根据本发明的旋翼飞机的直升飞机旋翼传动装置中，旋翼桅杆可以与被设计为驱动齿轮的驱动单元抗扭地联接，其中，驱动齿轮通过至少一个径向轴承可旋转地支承在支承桅杆上，并且通过与驱动齿轮抗扭连接的太阳轮，可以使至少一个驱动行星齿轮在相应的行星齿轮架的面向驱动齿轮的一侧围绕相应的行星齿轮轴线旋转，并且其中，至少一个属于该至少一个驱动行星齿轮的、被位置固定地安装的行星齿轮被可围绕中心轴线旋转的内啮合齿轮环包围，并且在齿轮环与外桅杆之间可以安装或模制有力传递装置，使得从驱动齿轮的旋转运动开始，外桅杆和与外桅杆抗扭联接的主旋翼能够一起处于旋转中。

23、但是原则上也可以考虑，在根据本发明的旋翼飞机的直升飞机旋翼传动装置中使用具有非位置固定的行星齿轮的行星传动装置。在此，行星传动装置具有多个外啮合的行星齿轮，这些行星齿轮安装在相应的行星架上。由于设计方面的原因，这些行星齿轮被可旋转地安装在局部固定的齿轮环中。在此，非位置固定的行星齿轮分别围绕各自的行星轴线旋转，并且在齿轮环内部围绕中心旋翼轴线旋转。行星齿轮的旋转是通过中心的太阳轮的旋转驱动来实现，该中心的太阳轮同样是被局部固定地但围绕中心旋翼轴线可旋转地安装。一驱动器使中心的太阳轮转动，从而将旋转运动经由太阳轮和行星齿轮传递到旋翼桅杆上。

24、结合直升飞机旋翼传动装置的这种设计，可以有利地在一定时间内完全地补偿主传动系的全部失效，以便确保安全降落。

25、此外，可直接快速提供的附加功率可以用于对设计为热力动力机的驱动器的减负或者说支持。这样做的可能的优点在于，在对驱动系统进行最大可能的简单和紧凑的设计的情况下，能够提高被设计为热力动力机的驱动器的使用寿命(例如导致节省了维护成本)以及提高驱动器的效率(例如导致减少了化石燃料的消耗)。