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Title:
STATOR FOR AN ELECTRIC AIRCRAFT DRIVE UNIT, AND ELECTRIC AIRCRAFT DRIVE UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2024/023336
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a stator (1) for an electric aircraft drive unit (24), the stator having multiple machine coils (2), a stator frame (3) and a rotor holder (4). The machine coils (2) are arranged in a circumferential direction (5) of the rotor holder (4) and are fixed to one another and to the electric aircraft drive unit (24) by means of the stator frame (3). Each of the machine coils (2) has at least one winding (7) and a coil core (22) so that a torque can be applied to a rotor (27) arranged in the rotor holder (4). The electric aircraft drive unit (24) has at least one propulsion assembly (25) by means of which a driving air mass flow (8) which flows in a thrust direction (9) can be generated. The stator (1) has a cooling air inlet (10) which is directed counter to the thrust direction (9) and is arranged in the driving air mass flow (8), and a cooling air outlet (11) which is directed in the thrust direction (9). A cooling air channel (12) is formed between the cooling air inlet (10) and the cooling air outlet (11). The windings (7) project in part into the cooling air channel (12), and a cooling air mass flow (13) branched off from the driving air mass flow (8) can flow through the cooling air channel (12) so that the windings (7) can be cooled by the driving air mass flow (8). The invention also relates to an electric aircraft drive unit (24).

Inventors:
OSWALD JOHANNES (DE)
REIS THOMAS (DE)
WOLFSTÄDTER SIMON (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/071070
Publication Date:
February 01, 2024
Filing Date:
July 28, 2023
Export Citation:
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Assignee:
OSWALD ELEKTROMOTOREN GMBH (DE)
International Classes:
H02K1/14; H02K1/30; H02K3/24; H02K3/30; H02K7/14; H02K9/06
Foreign References:
US11374452B22022-06-28
US20200007007A12020-01-02
US20190165630A12019-05-30
DE102016218741B42021-02-04
US20220181931A12022-06-09
US20190222079A12019-07-18
Attorney, Agent or Firm:
HABERMANN INTELLECTUAL PROPERTY PARTNERSCHAFT VON PATENTANWÄLTEN MBB (DE)
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Claims:
P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Stator (1) für einen elektrischen Luftfahrtantrieb (24) , wobei der Stator (1) mehrere Maschinenspulen (2) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, einen Statorrahmen (3) und eine zylindrische Rotoraufnahme (4) aufweist, wobei die Maschinenspulen (2) entlang einer Umfangsrichtung (5) der Rotoraufnahme (4) um die Rotoraufnahme (4) herum angeordnet und mittels des Statorrahmens (3) aneinander und an dem elektrischen Luftfahrtantrieb (24) festgelegt sind, wobei jede der Maschinenspulen (2) zumindest eine Wicklung (7) zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds und einen innerhalb der Wicklungen (7) angeordneten Spulenkern (22) aufweist, sodass durch Aufbringen des elektromagnetischen Feldes auf einen in der Rotoraufnahme (4) angeordneten Rotor (27) ein Drehmoment erzeugbar ist und wobei der elektrische Luftfahrtantrieb (24) zumindest eine Vortriebsanordnung (25) aufweist, mittels der das Drehmoment in einen Antriebsluftmassenstrom (8) umwandelbar ist, der in eine Schubrichtung (9) des elektrischen Luftfahrtantriebs (24) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) einen entgegen der Schubrichtung (9) gerichteten und zumindest abschnittsweise in dem Antriebsluftmassenstrom (8) angeordneten und/ oder anordnenbaren Kühllufteinlass (10) und einen zumindest abschnittsweise in der Schubrichtung (9) gerichteten Kühlluftauslass (11) aufweist, wobei zwischen dem Kühllufteinlass (10) und dem Kühlluftauslass (11) zumindest ein durch die Maschinenspulen (2) und/ oder den Statorrahmen (3) gebildeter Kühlluftkanal (12) ausgebildet ist, wobei die Wicklungen (7) der Maschinenspulen (2) zumindest abschnittsweise in den Kühlluftkanal (12) hineinragen und wobei der Kühlluftkanal (12) von einem aus dem Antriebsluftmassenstrom (8) abgezweigten Kühlluftmassenstrom (13) durchströmbar ist, sodass die Wicklungen (7) durch den Antriebsluftmassenstrom (8) kühlbar sind .

2. Stator (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (7) der Maschinenspulen (2) mehrere jeweils benachbart zueinander angeordnete und elektrisch leitend miteinander verbundene Wicklungsschichten (18) aus einem elektrischen Leiter aufweisen, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Wicklungsschichten (18) ein Wicklungsschichtabstand (19) ausgebildet ist, sodass durch die Wicklungen (7) der Maschinenspule (2) eine Rippenstruktur (20) mit einer Rippenlängsrichtung (21) gebildet ist, wobei die Maschinenspulen (2) derart zueinander und den restlichen Komponenten des Stators (1) angeordnet sind, dass die Rippenstruktur (20) der Maschinenspulen (2) zumindest abschnittsweise durch den Kühlluftmassenstrom (13) in der Rippenlängsrichtung (21) anströmbar ist.

3. Stator (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest zwei der benachbarten Wicklungsschichten (18) einer der Maschinenspulen (2) ein Abstandshalter angeordnet ist, wobei die Wicklungsschichten (18) durch den Abstandshalter um den Wicklungsschichtabstand (19) voneinander beabstandet sind.

4. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wicklungen (7) der Maschinenspulen (2) jeweils elektrisch unabhängig voneinander sind, sodass jede Maschinenspule (2) unabhängig von jeder anderen Maschinenspule (2) ansteuerbar ist.

5. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (7) der Maschinenspulen (2) zumindest abschnittsweise eine Schutzschicht aufweisen, wobei der elektrische Leiter der Wicklungen (7) im Bereich der Schutzschicht zumindest vor Feuchtigkeit und gegenüber Beschädigungen durch auftreffende Objekte geschützt ist.

6. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Maschinenspulen (2) eine thermische Kopplungsanordnung aufweist, wobei die thermische Kopplungsanordnung derart zwischen den Wicklungen (7) der Maschinenspule (2) und dem Spulenkern (22) der Maschinenspule (2) angeordnet ist, dass eine Wärmeübertragung zwischen den Wicklungen (7) und dem Spulenkern (22) erhöht ist, sodass eine gemeinsame Kühlung von Wicklungen (7) und Spulenkern (22) ermöglicht ist.

7. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) zumindest einen Einlassluf tleitkörper (14) aufweist, wobei der Einlassluf tleitkörper (14) ringförmig ausgebildet ist und sich in der Umfangsrichtung (5) sowie entgegen der Schubrichtung (9) erstreckt, wobei der

Einlassluf tleitkörper (14) benachbart zu dem Kühllufteinlass (10) angeordnet ist, wobei der Einlassluf tleitkörper (14) und der Kühllufteinlass (10) derart aneinander angepasst und zueinander ausgerichtet und/ oder ausrichtbar sind, dass durch den Einlassluf tleitkörper (14) ein Umleiten des Kühlluftmassenstrom (13) zu dem Kühllufteinlass (10) unterstützt ist.

8. Stator (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) zwei Einlassluf tleitkörper (14) aufweist, wobei die Einlassluf tleitkörper (14) auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kühllufteinlasses (10) angeordnet sind, wobei zwischen einander gegenüberliegenden Einlaufflächen (16) der Einlassluf tleitkörper (14) ein Einlaufspalt (17) gebildet ist, der sich in der Umfangsrichtung (5) erstreckt und wobei der aus dem Antriebsluftmassenstrom (8) abgezweigt Kühlluftmassenstrom (13) durch den Einlaufspalt (17) hindurch zu dem Kühllufteinlass (10) leitbar ist.

9. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Spulenkerne (22) der Maschinenspulen (2) zumindest ein Kühlelement (23) aufweist, wobei das Kühlelemente (23) sich von einer der Rotoraufnahme (4) gegenüberliegenden Oberseite des Spulenkerns (22) in antiradialer Richtung von dem Stator (1) weg erstreckt sodass das Kühlelement (23) bei Betrieb des elektrischen Luftfahrtantriebs (24) von dem Antriebsluftmassenstrom (8) anströmbar ist.

10. Stator (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (23) eine Kühlrippenstruktur aufweist, wobei sich Kühlrippen der Kühlrippenstruktur in der Schubrichtung (9) erstrecken. 11. Elektrischer Luftfahrtantrieb (24) mit einer Vortriebsanordnung (25) , einem Rotor (27) und einem Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Rotor (27) drehbar innerhalb der Rotoraufnahme (4) des Stators (1) festgelegt ist und Reaktionselemente (28) aufweist, wobei mittels der Maschinenspulen (2) des Stators (1) derart elektromagnetisch auf die Reaktionselemente (28) des Rotors (27) einwirkbar ist, dass ein Drehmoment erzeugbar und der Rotor (27) in eine Drehbewegung versetzbar ist, wobei der Rotor (27) derart mit der Vortriebsanordnung (25) in Wirkverbindung gebracht und/ oder bringbar ist, dass mittels der Vortriebsanordnung (25) der Antriebsluftmassenstrom (8) erzeugbar ist.

12. Elektrischer Luftfahrtantrieb (24) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebsanordnung (25) eine Propeller (26) aufweist, wobei der Propeller (26) und die Statoranordnung derart aneinander angepasst sind, dass der von dem Propeller (26) erzeugte Antriebsluftmassenstrom (8) zumindest teilweise durch den Kühllufteinlass (10) des Stators (1) in den Kühlluftkanal (12) des Stators (1) einleitbar ist.

13. Elektrischer Luftfahrtantrieb (24) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass Verstrebungen (29) einer Rotorstruktur des Rotors (27) in einem Förderabschnitt (30) als Verdichterschaufeln ausgebildet sind, wobei mittels der Förderabschnitte (30) ein Rotorluftmassenstrom (31) durch den Rotor (27) hindurch förderbar ist.

14. Elektrischer Luftfahrtantrieb (24) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderabschnitte (30) derart ausgebildet und an das Vortriebsmittel des elektrischen Luftfahrtantriebs (24) angepasst sind, dass ein Drall des Rotorluftmassenstroms (31) einem Drall des Antriebsluftmassenstrom (8) entgegen gerichtet ist.

Description:
Oswald Elektromotoren GmbH

Stator für einen elektrischen Luftfahrtantrieb und elektrischer Luftfahrtantrieb

Die Erfindung betri f ft einen Stator für einen elektrischen Luftfahrtantrieb, wobei der Stator mehrere Maschinenspulen zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes , einen Statorrahmen und eine zylindrische Rotoraufnahme aufweist , wobei die Maschinenspulen entlang einer Umfangsrichtung der Rotoraufnahme um die Rotoraufnahme herum angeordnet und mittels des Statorrahmens aneinander und an dem elektrischen Luftfahrtantrieb festgelegt sind, wobei j ede der Maschinenspulen zumindest eine Wicklung zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds und einen innerhalb der Wicklungen angeordneten Spulenkern aufweist , sodass durch Aufbringen des elektromagnetischen Feldes auf einen in der Rotoraufnahme angeordneten Rotor ein Drehmoment erzeugbar ist und wobei der elektrische Luftfahrtantrieb zumindest eine Vortriebsanordnung aufweist , mittels der das Drehmoment in einen Antriebsluftmassenstrom umwandelbar ist , der in eine Schubrichtung des elektrischen Luftfahrtantriebs strömt .

Bei der Elektri fi zierung der Luftfahrtindustrie im Allgemeinen und der Luftfahrtantriebe im Besonderen ist sowohl bei den Speichersystemen als auch bei den Antriebsmitteln die Leistungsdichte dieser Systeme von ganz herausragender Bedeutung . Während ein höheres Gewicht bei Landfahrzeugen „lediglich" den Rollwiderstand erhöht , ändern sich bei einem Luftfahrzeug der erforderliche Auftrieb und damit einhergehend üblicherweise auch der Luftwiderstand, sodass mehr Gewicht wiederum mehr Antriebsleistung erfordert , um eine gewünschte und/ oder erforderliche Geschwindigkeit zu erreichen .

Bei der Auslegung von Elektromotoren stellt sich die Heraus forderung, dass dann, wenn ein Elektromotor mit hoher Leistungs- und Drehmomentdichte konstruiert werden soll , es ab einer bestimmten Leistungs-Drehmomentkombination, durch das ungünstiger werdende Oberf lächen-Volumenverhältnis zu thermischen Belastungen kommt , die eine besondere Berücksichtigung der Kühlung erforderlich machen . Die höchsten thermischen Belastungen treten dabei im Bereich der elektrischen Leiter der Maschinenspulen auf .

Eine aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme in diesem Zusammenhang ist es , die Maschinenspulen mittels einer zusätzlichen Kühleinrichtung zu kühlen, die dem Luftfahrzeug zusätzliche Masse verleiht . Aus den eingangs beschriebenen Gründen führt das zu einer Verringerung der Ef fi zienz des Gesamtsystems Luftfahrzeug .

Als Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird es daher angesehen einen Stator alternativer Bauart zur Verfügung zu stellen .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst , dass der Stator einen entgegen der Schubrichtung gerichteten und zumindest abschnittsweise in dem Antriebsluftmassenstrom angeordneten und/ oder anordnenbaren Kühllufteinlass und einen zumindest abschnittsweise in der Schubrichtung gerichteten Kühlluftauslass aufweist , wobei zwischen dem Kühllufteinlass und dem Kühlluftauslass zumindest ein durch die Maschinenspulen und/ oder den Statorrahmen gebildeter Kühlluftkanal ausgebildet ist , wobei die Wicklungen der Maschinenspulen zumindest abschnittsweise in den Kühlluftkanal hineinragen und wobei der Kühlluftkanal von einem aus dem Antriebsluftmassenstrom abgezweigten Kühlluftmassenstrom durchströmbar ist , sodass die Wicklungen durch den Antriebsluftmassenstrom kühlbar sind . Mittels des erfindungsgemäßen Stators ist es ermöglicht , einen gewichtsoptimierten elektrischen Luftfahrtantrieb zu konstruieren, der eine verhältnismäßig hohe Leistungsdichte aufweist , der j edoch ohne ein zusätzliches Kühlaggregat zur Kühlung der Maschinenspulen auskommt .

Dies wird insbesondere durch die Nutzung des Antriebsluftmassenstroms zur Kühlung der Maschinenspulen erreicht . Der Antriebsluftmassenstrom ist grundsätzlich unabhängig vom Flugzustand des mittels des elektrischen Luftfahrtantriebs angetriebenen Luftfahrzeugs , sondern ist im wesentlichen mit der von dem elektrischen Luftfahrtantrieb abgerufenen Leistung korreliert . Besonders hohe Leistungen werden üblicherweise beim Start und bei senkrecht landenden Luftfahrzeugen auch bei der Landung abgerufen . In diesen Phasen des Flugs ist die Fluggeschwindigkeit üblicherweise sehr gering, sodass eine Kühlung durch „Fahrtwind" nur sehr eingeschränkt möglich ist . Demgegenüber nutzt der erfindungsgemäße Stator den in diesen Flugphasen stets großen Antriebsluftmassenstrom, um eine ausreichende Kühlung der Maschinenspulen zu erreichen .

Um ein besonders ef fi ziente Kühlung der Maschinenspulen mittels des Kühlluftmassenstrom zu erreichen, ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Wicklungen der Maschinenspulen mehrere j eweils benachbart zueinander angeordnete und elektrisch leitend miteinander verbundene Wicklungsschichten aus einem elektrischen Leiter aufweisen, wobei j eweils zwischen zwei benachbarten Wicklungsschichten ein Wicklungsschichtabstand ausgebildet ist , sodass durch die Wicklungen der Maschinenspule eine Rippenstruktur mit einer Rippenlängsrichtung gebildet ist , wobei die Maschinenspulen derart zueinander und den restlichen Komponenten des Stators angeordnet sind, dass die Rippenstruktur der Maschinenspulen zumindest abschnittsweise durch den Kühlluftmassenstrom in der Rippelängsrichtung anströmbar ist . Durch eine derartige Ausgestaltung ist die zur Verfügung stehende ef fektiv anströmbare Kühl fläche der Maschinenspulen vergrößerbar, sodass auch die Menge abführbarer Wärme pro m 3 des Kühlluftmassenstroms erhöhbar ist .

Bei einer bevorzugten Umsetzung der erfinderischen Idee ist eine Länge der Rippenstruktur, die in der Rippenlängsrichtung bestimmt wird, größer, als eine Breite der Rippenstruktur, die quer zu der Rippenlängsrichtung bestimmt wird . Besonders bevorzugt ist die Länge der Rippenstruktur mindestens um den Faktor 2 , bevorzugt um den Faktor 3 , größer, als die Breite der Rippenstruktur .

Es ist ebenfalls möglich und vorgesehen, dass zwischen der Rippenlängsrichtung und der Schubrichtung ein Anstellwinkel ausgebildet sein kann, sodass der Kühlluftmassenstrom durch die Rippenstruktur umlenkbar ist .

Um die mechanische Stabilität der Maschinenspulen zu erhöhen und das Risiko eines Verbiegens des elektrischen Leiters zu verringern, ist es bei einer vorteilhaften Umsetzung der erfinderischen Idee vorgesehen, dass zwischen zumindest zwei der benachbarten Wicklungsschichten einer der Maschinenspulen ein Abstandshalter angeordnet ist , wobei die Wicklungsschichten durch den Abstandshalter um den Wicklungsschichtabstand voneinander beabstandet sind . Besonders bevorzugt überdeckt der Abstandshalter den elektrischen Leiter nicht vollständig, um eine Kühlung des elektrischen Leiters durch den Kühlluftmassenstrom möglichst wenig zu beeinflussen .

Bei einer vorteilhaften Umsetzung der erfinderischen Idee beträgt die Uberdeckung höchstens 50% , bevorzugt höchstens 40% und besonders bevorzugt höchstens 20%

Um eine besonders freie Gestaltung des Abstandshalters zu ermöglichen, ist es bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators vorgesehen, dass der Abstandshalter mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aus einem elektrischen I solierstof f hergestellt . Besonders bevorzugt ist der Abstandshalter zumindest abschnittsweise aus einem Kunststof f und/ oder einer Keramik hergestellt . Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die verwendete Keramik auf einem Aluminiumoxid basieren kann, beispielsweise auf AI2 O3.

Um Konstruktion und Wartung zu vereinfachen, ist es bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators vorgesehen, dass die die Wicklungen der Maschinenspulen j eweils elektrisch unabhängig voneinander sind, sodass j ede Maschinenspule unabhängig von j eder anderen Maschinenspule ansteuerbar ist . Um das Risiko von Beschädigungen des elektrischen Leiters der Maschinenspulen zu verringern, ist es bei einer vorteilhaften Umsetzung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass die Wicklungen der Maschinenspulen zumindest abschnittsweise eine Schutzschicht aufweisen, wobei der elektrische Leiter der Wicklungen im Bereich der Schutzschicht zumindest vor Feuchtigkeit und gegenüber Beschädigungen durch auftref fende Obj ekte geschützt ist . Besonders bevorzugt ist die Schutzschicht mittels eines pulverbasierten Beschichtungsverfahrens hergestellt .

Schutz vor Beschädigung durch auf tref f ende Obj ekte meint vorliegende , dass die Schutzschicht insbesondere eine ausreichende Dicke , Festigkeit und Zähigkeit aufweist , um einem Einschlag von luftfahrtüblichen Obj ekten, wie beispielsweise Hagelkörnern, auf gewirbelten Steinen, Vögeln etc . , mit luftfahrtüblichen Kollisionsgeschwindigkeiten ( ca . 50 m/ s bis 150 m/ s ) ohne funktionsgefährdende Beschädigungen zu überstehen . Die tatsächliche Beschaf fenheit der Schutzschicht ist dabei letztendlich vom erwarteten Einsatzprofil abhängig . Es ist erfindungsgemäß vorteilhafterweise vorgesehen, dass mit steigender maximaler Fluggeschwindigkeit des von dem elektrischen Luftfahrtantrieb mit dem erfindungsgemäßen Stator angetriebenen Luftfahrzeugs auch die Widerstands fähigkeit der Schutzschicht erhöht wird .

Bei einer vorteilhaften Umsetzung der erfinderischen Idee ist es vorgesehen, dass zumindest eine der Maschinenspulen eine thermische Kopplungsanordnung aufweist , wobei die thermische Kopplungsanordnung derart zwischen den Wicklungen der Maschinenspule und dem Spulenkern der Maschinenspule angeordnet ist , dass eine Wärmeübertragung zwischen den Wicklungen und dem Spulenkern erhöht ist , sodass eine gemeinsame Kühlung von Wicklungen und Spulenkern ermöglicht ist . Durch eine derartige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators wird erreicht , dass der Thermalhaushalt der Wicklung in Abhängigkeit vom Thermalhaushalt des Spulenkerns regelbar ist . Dies ist insbesondere vorteilhaft , da die Kühlung des Spulenkerns einfacher realisierbar und skalierbar ist , als die Kühlung der Maschinenspulen .

Insbesondere um die aerodynamische Güte des Kühlluftmassenstroms zu verbessern und den Antriebsluftmassenstrom möglichst wenig zu beeinflussen, ist es bei einer vorteilhaften Umsetzung der erfinderischen Idee vorgesehen, dass der Stator zumindest einen Einlassluf tleitkörper aufweist , wobei der Einlassluf tleitkörper ringförmig ausgebildet ist und sich in der Umfangsrichtung sowie entgegen der Schubrichtung erstreckt , wobei der Einlassluf tleitkörper benachbart zu dem Kühllufteinlass angeordnet ist , wobei der Einlassluf tleitkörper und der Kühllufteinlass derart aneinander angepasst und zueinander ausgerichtet und/ oder ausrichtbar sind, dass durch den Einlassluf tleitkörper ein Umleiten des Kühlluftmassenstrom zu dem Kühllufteinlass unterstützt ist .

Besonders bevorzugt weist der Einlassluf tleitkörper ein Leitkörperprof il auf , dass einem von einer Tragflächenvorderkante ausgehenden Abschnitt eines Flügelprofils entspricht .

Bei einer vorteilhaften Umsetzung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass der Stator zwei Einlassluf tleitkörper aufweist , wobei die Einlassluf tleitkörper auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kühllufteinlasses angeordnet sind, wobei zwischen einander gegenüberliegenden Einlauf flächen der Einlassluf tleitkörper ein Einlaufspalt gebildet ist , der sich in der Umfangsrichtung erstreckt und wobei der aus dem Antriebsluftmassenstrom abgezweigt Kühlluftmassenstrom durch den Einlaufspalt hindurch zu dem Kühllufteinlass leitbar ist . Dabei ist es möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einlassluf tleitkörper sowohl ähnliche als auch unterschiedliche Leitkörperprof ile aufweisen können . Vorteilhafterweise entsprechen die Leitkörperprof ile j eweils einem von einem Tragflächenvorderkante ausgehenden Abschnitt eines Flügelprofils .

Durch den erfindungsgemäß gebildeten Einlaufspalt ist die aerodynamische Güte des Kühlluftmassenstroms erhöhbar, insbesondere indem die Turbulenz verringerbar und der laminare Anteil der Strömung erhöhbar ist .

Um eine ef fi ziente Kühlung der Spulenkerne zu ermöglichen, ist es bei einer vorteilhaften Umsetzung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass zumindest einer der Spulenkerne der Maschinenspulen zumindest ein Kühlelement aufweist , wobei das Kühlelement sich von einer der Rotoraufnahme gegenüberliegenden Oberseite des Spulenkerns in antiradialer Richtung von dem Stator weg erstreckt sodass das Kühlelement bei Betrieb des elektrischen Luftfahrtantriebes von dem Antriebsluftmassenstrom anströmbar ist . Durch eine derartige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators wird eine separate Kühlung der Maschinenspulen ermöglicht . Hierdurch ist die von dem Stator abführbare Wärmemenge erhöhbar .

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kühlelement eine Kühlrippenstruktur aufweist , wobei sich Kühlrippen der Kühlrippenstruktur in der Schubrichtung erstrecken . Auf diese Weise kann die Kühlung weiter verbessert werden .

Die Erfindung betri f ft auch einen elektrischen Luftfahrtantrieb mit einer Vortriebsanordnung, einem Rotor und einem der zuvor beschriebenen Statoren, wobei der Rotor drehbar innerhalb der Rotoraufnahme des Stators festgelegt ist und Reaktionselemente aufweist , wobei mittels der Maschinenspulen des Stators derart elektromagnetisch auf die Reaktionselemente des Rotors einwirkbar ist , dass ein Drehmoment erzeugbar und der Rotor in eine Drehbewegung versetzbar ist , wobei der Rotor derart mit der Vortriebsanordnung in Wirkverbindung gebracht und/ oder bringbar ist , dass mittels der Vortriebsanordnung der Antriebsluftmassenstrom erzeugbar ist . Ein solcher erfindungsgemäßer elektrischer Luftfahrtantrieb zeichnet sich durch eine hohe Leistungsdichte und ein geringes Gewicht aus .

Die Reaktionselemente des elektrischen Luftfahrtantriebs sind besonders bevorzugt als Permanentmagnete ausgebildet .

Um die Wärmeabfuhr aus dem Bereich der Maschinenspulen zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Vortriebsanordnung eine Propeller aufweist , wobei der Propeller und die Statoranordnung derart aneinander angepasst sind, dass der von dem Propeller erzeugte Antriebsluftmassenstrom zumindest teilweise durch den Kühllufteinlass des Stators in den Kühlluftkanal des Stators einleitbar ist . Bei einer vorteilhaften Umsetzung der erfinderischen Idee ist es vorgesehen, dass eine derartige Anpassung über eine Erhöhung des Anstellwinkels des Propellers in einem den Maschinenspulen zuordenbaren Bereich des Propeller erfolgt , sodass der Anteil des Antriebsluftmassenstroms , der in diesem Bereich des Propellers erzeugbar ist , erhöht ist .

Um auch innerhalb des elektrischen Luftfahrtantriebs eine hohe Kühlleistung zu erreichen, ist es bei einer vorteilhaften Umsetzung der erfinderischen Idee vorgesehen, dass Verstrebungen einer Rotorstruktur des Rotors in einem Förderabschnitt als Verdichterschaufeln ausgebildet sind, wobei mittels der Förderabschnitte ein Rotorluftmassenstrom durch den Rotor hindurch förderbar ist . Mittels des Rotorluftmassenstroms ist Wärme aus dem Bereich des Rotors und der Rotoraufnahme des Stators abführbar .

Bei elektrischen Arbeitsmaschinen mit Permanentmagneten im Rotor erwärmt sich der Rotor während des Betriebs oft erheblich stärker als der Stator, da es in der Regel schwieriger ist , die Wärme aus dem Bereich des Rotors abzuführen . Dies ist besonders nachteilig da eine zu hohe Betriebstemperatur bei Permanentmagneten zu einer Beeinträchtigung von deren magnetischen Eigenschaften führen kann, sodass der Wirkungsgrad der elektrischen Arbeitsmaschine sinkt . Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Kühlung des Rotors ist somit der Wirkungsgrad des elektrischen Luftfahrtantriebs stabilisierbar . Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Luftfahrtantriebs ist es vorgesehen, dass die Förderabschnitte derart ausgebildet und an das Vortriebsmittel des elektrischen Luftfahrtantriebs angepasst sind, dass ein Drall des Antriebsluftmassenstrom entgegen gerichtet ist .

Selbstverständlich ist der erfindungsgemäße Stator auch zur Verwendung bei solchen Anwendungen vorgesehen und geeignet , bei den üblicherweise Luftfahrtantriebe verwendet werden, die aber nicht der Luftfahrt an sich zugeordnet werden können, beispielsweise bei Luftkissenfahrzeugen, Sumpfboote , Hydrocoptern oder Ähnlichem . Dies gilt analog auch für den erfindungsgemäßen elektrischen Luftfahrtantrieb .

Nachfolgend werden einige Aus führungsbeispiele des Erfindungsgedankens näher erläutert , die in der Zeichnung dargestellt sind . Es zeigen :

Figur 1 ein schematisch dargestellte perspektivische Ansicht einer Aus führungs form des erfindungsgemäßen Stators ,

Figur 2 eine ausschnittsweise vergrößert dargestellte Schnittansicht der in Figur 1 gezeigten Aus führungs form des erfindungsgemäßen Stators und

Figur 3 eine schematisch dargestellte Schnittansicht einer Aus führungs form des erfindungsgemäßen elektrischen Luftfahrtantriebs .

In Figur 1 ist eine schematisch dargestellte perspektivische

Ansicht einer Aus führungs form eines erfindungsgemäßen Stators

1 für einen elektrischen Luftfahrtantrieb gezeigt . Der Stator 1 weist mehrere Maschinenspulen 2 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes auf . Die Maschinenspulen 2 sind mittels eines Statorrahmens 3 aneinander festgelegt . Der Statorrahmen 3 umläuft eine zylindrische Rotoraufnahme 4 in der ein Rotor des elektrischen Luftfahrtantriebes anordnenbar ist . Die Maschinenspulen 2 sind entlang einer Umfangsrichtung 5 der Rotoraufnahme 4 um die Rotoraufnahme 4 herum angeordnet . Bei der dargestellten Aus führungs form des Stators

1 sind weisen alle Maschinenspulen 4 den gleichen Abstand zur Drehachse 6 des Rotors auf und sind äquidistant in der Umfangsrichtung 5 verteilt .

Jede der Maschinenspulen 2 weist mehrere Wicklung 7 zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds auf , mittels dessen auf den in der Rotoraufnahme 4 angeordneten Rotor ein Drehmoment übertragbar ist . In Figur 1 ist schematisch ein Antriebsluftmassenstrom 8 dargestellt , der von einer Vortriebsanordnung des elektrischen Luftfahrtantriebs erzeugt ist und der in eine Schubrichtung 9 des elektrischen Luftfahrtantriebs strömt . Die Vortriebsanordnung ist über den in der Rotoraufnahme angeordneten Rotor mit den Maschinenspulen 2 des Stators 1 in Wirkverbindung gebracht und wird durch diese angetrieben .

Der Stator 1 weist einen entgegen der Schubrichtung 9 gerichteten und in dem Antriebsluftmassenstrom 8 angeordneten Kühllufteinlass 10 auf . Auf einer stromabwärts des Kühllufteinlasses 10 gelegenen Rückseite des Stators 1 weist der Stator 1 einen in der Schubrichtung 9 gerichteten Kühlluftauslass 11 auf . Zwischen dem Kühllufteinlass 10 und dem Kühlluftauslass 11 sind mehrere durch die Maschinenspulen

2 und den Statorrahmen 3 gebildete Kühlluf tkanäle 12 ausgebildet , von denen einer in der Figur 1 schematisch dargestellt und bezeichnet ist . Die Wicklungen 7 der an den Kühlluftkanal 12 angrenzenden Maschinenspulen 2 ragen in den Kühlluftkanal 12 hinein und werden von einem aus dem Antriebsluftmassenstrom 8 abgezweigten Kühlluftmassenstrom 13 durchströmt . Die Wicklungen 7 werden somit durch den Antriebsluftmassenstrom 8 gekühlt .

Der in Figur 1 gezeigte Stator weist auch zwei Einlassluf tleitkörper 14 und zwei Auslassluf tleitkörper 15 auf . Die Einlassluf tleitkörper 14 und die Auslassluf tleitkörper 15 sind ringförmig ausgebildet und erstrecken sich j eweils in der Umfangsrichtung 5 um die Rotoraufnahme 4 herum . Die Einlassluf tleitkörper 14 erstrecken sich entgegen der Schubrichtung 9 von dem Stator 1 weg, wohingegen sich die Auslassluf tleitkörper 15 in der Schubrichtung 9 von dem Stator weg erstrecken .

Die Einlasslufteilkörper 14 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kühllufteinlasses 10 angeordnet und zwischen einander gegenüberliegenden Einlauf flächen 16 der Einlassluf tleitkörper 14 ist ein Einlaufspalt 17 ausgebildet , der sich in der Umfangsrichtung 9 erstreckt . Durch den Einlaufspalt 17 hindurch wird der aus dem Antriebsluftmassenstrom 8 abgezweigte Kühlluftmassenstrom 13 durch den Einlaufspalt 17 zu dem Kühllufteinlass 10 geleitet .

In Figur 2 ist eine ausschnittsweise vergrößert dargestellte Schnittansicht der in Figur 1 gezeigten Aus führungs form des erfindungsgemäßen Stators 1 gezeigt . Die Wicklungen 7 der Maschinenspulen 2 weisen mehrere j eweils benachbart zueinander angeordnete und elektrisch leitend miteinander verbundene Wicklungsschichten 18 auf . Zwischen j eweils zwei benachbarten Wicklungsschichten 18 ist ein Wicklungsschichtabstand 19 ausgebildet . Durch den Wicklungsschichtabstand 19 bilden die Wicklungen 7 j eder Maschinenspule 2 eine Rippenstruktur 20 mit einer Rippenlängsrichtung 21 . Die Wicklungen 7 ragen in den Kühlluftkanal 12 hinein und werden von dem Kühlluftmassenstrom 13 in der Rippenlängsrichtung 21 angeströmt .

Zwischen j eweils zwei benachbarten Wicklungsschichten 18 der Maschinenspulen 2 ist ein Abstandshalter (nicht dargestellt ) angeordnet .

Bei der dargestellten Aus führungs form des erfindungsgemäßen Stators 1 weisen die Maschinenspulen 2 Spulenkerne 22 auf . Zur besseren Kühlung der Spulenkerne 22 weisen diese Kühlelemente 23 auf . Die Kühlelemente 23 erstrecken sich von einer der Rotoraufnahme 4 gegenüberliegenden Oberseite des Spulenkerns 22 in antiradialer Richtung von dem Stator 1 weg und werden von dem Antriebsluftmassenstrom 8 angeströmt .

In Figur 3 ist eine schematisch dargestellte Schnittansicht einer Aus führungs form eines erfindungsgemäßen elektrischen Luftfahrtantriebs 24 gezeigt , der den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Stator 1 aufweist . Weiterhin weist der elektrische Luftfahrtantrieb 24 eine Vortriebsanordnung 25 mit einem Propeller 26 und den Rotor 27 auf .

Der Rotor 27 ist drehbar an der Rotoraufnahme 4 des Stators 1 festgelegt und weist als Permanentmagneten ausgebildete Reaktionselemente 28 auf . Der Propeller 26 der Vortriebsanordnung 25 erzeugt den Antriebsluftmassenstrom 8 . Durch die Einlassluf tleitkörper 14 wird ein Teil des Antriebsluftmassenstroms 8 abgezweigt und durch den Kühllufteinlass 10 des Stators 1 als Kühlluftmassenstrom 13 in den Kühlluftkanal 12 des Stators 1 eingeleitet .

Der Rotor 27 weist Verstrebungen 29 auf , die in einem Förderabschnitt 30 als Verdichterschaufeln ausgebildet sind . Mittels der Förderabschnitte 30 wird ein Rotorluftmassenstrom 31 durch den Rotor hindurch gefördert . Mittels des Rotorluftmassenstroms 31 werden insbesondere die Komponenten des Rotors 27 gekühlt .

B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E

1. Stator

2. Maschinenspule

3. Statorrahmen

4. Rotoraufnahme

5. Umfangsrichtung

6. Drehachse

7. Wicklung

8. Antriebsluftmassenstrom

9. Schubrichtung

10. Kühllufteinlass

11. Kühlluftauslass

12. Kühlluftkanal

13. Kühlluftmassenstrom

14. Einlassluf tleitkörper

15. Auslassluf tleitkörper

16. Einlaufflächen

17. Einlaufspalt

18. Wicklungsschicht

19. Wicklungsschichtabstand

20. Rippenstruktur

21. Rippenlängsrichtung

22. Spulenkern

23. Kühlelement

24. elektrischer Luftfahrtantrieb

25. Vortriebsanordnung 26. Propeller

27. Rotor

28. Reaktionselemente

29. Verstrebungen 30. Förderabschnitt

31. Rotorluftmassenstrom