WO2020043300A1 - Drohne mit rotorenkühlung durch zwangsluft - Google Patents

Drohne mit rotorenkühlung durch zwangsluft Download PDF

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    • B64U20/90—Cooling
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    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports

Definitions

  • the invention relates to a drone according to the preamble of claim 1.
  • the motors are usually cooled by their own movement by sucking air in on one side of the motor housing and releasing it on the other side. Internal heat sinks are also used, which can lead to cooling problems, particularly in the case of a dustproof or watertight housing of the aircraft.
  • the object of the present invention is to provide a drone of the type mentioned in the introduction, in which particularly effective cooling can be achieved.
  • a drone according to the invention comprises a drone body which has a plurality of arms. At least one first drive motor and one rotor coupled to the drive motor and rotating in a first direction of rotation about an axis of rotation are arranged on the arms. The arms are preferably of the same length and / or preferably extend outwards from a central section of the drone body.
  • the drone body has a cavity. This has - preferably in the central section of the drone body - at least one air intake opening, which is arranged centrally with respect to the plurality of rotors.
  • the air intake opening is in flow connection with channels formed in the arms. The channels are connected in their end area remote from the air intake opening to an intake area of a first drive motor.
  • a fan is arranged in the suction area of the first drive motor. When the first drive motor is operating, the fan draws air from the duct connected to the suction area in the associated arm.
  • the fan is actuated by turning the rotor and sucks in the air in the duct. Since the duct is in flow connection with the air intake opening in the central area of the drone body, air is conveyed into the interior of the drone body via this inlet when the fan is actuated. In this way, the drone, and in particular its drive motors, are continuously cooled during flight.
  • a second drive motor and a rotor which is coupled to the second drive motor and rotates in a second direction of rotation opposite to the first direction of rotation is further arranged on each arm. In this way it is achieved that two coaxial rotors with different, opposite directions of rotation are arranged on each arm of the drone. This has the effect that any torques acting on the arm are compensated and the drone is in the air much more calmly and stably.
  • the channels are connected in their end area remote from the air intake opening to an intake area of a second drive motor.
  • a fan is arranged in the intake area of the second drive motor, which draws air from the duct connected to the intake area when the second drive motor is in operation.
  • the cooling according to the invention can thus also be used for the other motor on the same arm of the drone.
  • each fan rotates coaxially with the axis of rotation of the rotor coupled to the respective drive motor.
  • the rotor and fan can be directly coupled to the drive shaft of each motor.
  • the air intake opening is arranged on the top of the drone body.
  • several air intake openings can also be provided. These do not have to be located in the central area and / or on the underside of the drone body, but can also be arranged, for example, on the arms or on an underside of the drone body.
  • a central air intake opening has the advantage that air is sucked in evenly into all arms and thus all motors can be cooled evenly.
  • a filter element is arranged in the air intake opening, since in this way it can be prevented that, for example, contaminants in the air and in the intake air get solid components into the engine area.
  • Figure 1 - shows a schematic sectional view through a drone according to the invention.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the sectional view from FIG. 1 in the area of the central cut the drone's distal end of one arm.
  • Figure 3 - shows a sectional view through a drive motor according to the invention in the region of the fan perpendicular to its axis of rotation.
  • the drone 1 shown in FIG. 1 has a central section 2 with a cavity 2a therein, to which a plurality of arms 3 are attached. At the top of the central section 2, an air intake opening 5 is shown, which in the example shown has a filter element 5a for filtering the air sucked in thereby.
  • the reference numeral 7 designates a control unit of the drone 1, which on the one hand controls the suction of the air and can also take over the rest of the control of the drive motors 9.
  • each arm 3 there is at least one rotor 6, which is set in rotation via a drive shaft 8.
  • the drive shaft 8 is coupled to a drive motor 9.
  • two motors 9 are arranged on each arm. These are preferably designed so that their directions of rotation are opposite to each other.
  • the invention can also be implemented with only one drive motor 9 per arm 3.
  • the arms 3 have channels which transport air 4, which is drawn in in the central region (arrow P1), to the motors 9. animals.
  • the motors 9 have an internal fan 9c, which draws in the air through the opening 5 and guides it through the drive motor 9 (arrows P2 and P3 in FIG. 1).
  • the fan 9c can be seen in more detail in FIGS. 2 and 3.
  • the motor 9 is provided on the inside with a cavity 9b, within which the fan 9c is arranged and through which air 4 can flow in the axial direction.
  • the engine is open at both ends in the axial direction, so that air 4 can enter the intake area of the fan 9c and exit at the other end of the engine 9. If the fan 9c is rotated - this happens when the motor 9 also rotates the rotor 6, that is, when the drive motor 9 is switched on - then it sucks the air 4 through the suction opening 5 (FIG. 1 ⁇ into the interior 2a and through the duct 3a connected to the arm 3. Since the motor 9 has an interior 9b enclosed by an outer wall 9a and open axially on both sides, the fan 9c can guide the air sucked in from the arm 3 through the drive motor 9 and thus the drive motor 9 cool inside.
  • the drive motors 9 are provided for each arm 3, both of which have a fan 9c, so that the one arriving from the arm 3, or its duct 3a Air 4 is deflected in two different directions P2 and P3 and passed through the respective drive motors 9.
  • the axis of rotation 8 of the fan 9c is preferably arranged coaxially to the axis of rotation A of the rotors 6 used. This then ensures particularly uniform cooling of the drive motors 9.

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Abstract

Bei einer Drohne (1) mit einem Drohnenkörper (2), weist dieser eine Mehrzahl Arme (3) auf, an denen jeweils wenigstens ein erster Antriebsmotor (9) und ein mit dem Antriebsmotor (9) gekoppelter in einer ersten Drehrichtung um eine Drehachse (A) drehender Rotor (6} angeordnet ist. Der Drohnenkörper (2) umfasst einen Hohlraum (2a, 3a) mit wenigstens einer, insbesondere bezogen auf die Mehrzahl der Rotoren (6) zentral angeordneten, Luftansaugöffnung (5). Die Luftansaugöffnung (5) steht mit in den Armen (3) ausgebildeten Kanälen (3a) in Strömungsverbindung, wobei die Kanäle (3a) in ihrem von der Luftansaugöffnung entfernt liegenden Endbereich mit einem Ansaugbereich (9b) eines ersten Antriebsmotors (9) verbunden sind, wobei im Ansaugbereich (9b) des ersten Antriebsmotors (9) ein Ventilator (9c) angeordnet ist, der bei Betrieb des ersten Antriebsmotors (9) Luft aus dem mit dem Ansaugbereich (9b) verbundenen Kanal (3a) ansaugt.

Description

DROHNE MIT ROTORENKÜHLUNG DURCH ZWANGSLUFT
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Drohne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
STAND DER TECHNIK
Mit dem störungsfreien Betrieb einer Drohne ist es unter anderem wichtig, dass die Temperatur des Fluggerätes, insbesondere dessen Motoren, kontrolliert wird. Üblicherweise werden die Motoren durch ihre Eigenbewegung gekühlt, indem sie Luft an einer Seite des Motorgehäuses ansaugen und an der anderen Seite wieder abgeben. Auch werden innenliegende Kühlkörper verwendet, welche insbesondere bei einem staub- oder wasserdichten Gehäuse des Fluggerätes zu Problemen bei der Kühlung führen können.
DIE ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drohne der eingangs genannten Art anzugeben, bei der eine besonders effektive Kühlung erreicht werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Drohne mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Eine erfindungsgemäße Drohne umfasst einen Drohnenkörper, welcher eine Mehrzahl Arme aufweist. An den Armen ist jeweils wenigstens ein erster Antriebsmotor und ein mit dem Antriebsmotor gekoppelter in einer ersten Drehrichtung um eine Drehachse drehender Rotor angeordnet . Bevorzugt sind die Arme gleich lang und/oder erstrecken sich bevorzugt von einem Zentralabschnitt des Drohnenkörpers aus nach außen.
Erfindungsgemäß hat der Drohnenkörper einen Hohlraum. Dieser weist - bevorzugt im Zentralabschnitt des Drohnenkörpers - wenigstens eine, insbesondere bezogen auf die Mehrzahl der Rotoren zentral angeordnete Luftansaugöffnung auf. Die Luftansaugöffnung steht dabei mit in den Armen ausgebildeten Kanälen in Strömungsverbindung. Die Kanäle sind in ihrem von der Luftansaugöffnung entfernt liegenden Endbereich mit einem Ansaugbereich eines ersten Antriebsmotors verbunden. Im Ansaugbereich des ersten Antriebsmotors ist dabei ein Ventilator angeordnet. Der Ventilator saugt bei Betrieb des ersten Antriebsmotors Luft aus dem mit dem Ansaugbereich verbundenen Kanal im zugehörigen Arm an.
Durch Drehung des Rotors wird der Ventilator betätigt und saugt die im Kanal vorhandene Luft an. Da der Kanal mit der Luftansaugöffnung im Zentralbereich des Drohnenkörpers in Strömungsverbindung steht, wird über diesen Eingang bei betätigtem Ventilator jeweils Luft in das Innere des Drohnenkörpers nachgefördert. Auf diese Weise werden die Drohne und insbesondere ihre Antriebsmotoren während des Fluges fortwährend gekühlt . Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bei der erfindungsgemäßen Drohne vorgesehen, dass weiter an jedem Arm ein zweiter Antriebsmotor und ein mit dem zweiten Antriebsmotor gekoppelter, in einer zwei- ten, der ersten Drehrichtung entgegen gesetzten Drehrichtung drehender Rotor angeordnet ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass zwei Koaxialrotoren mit unterschiedlicher, entgegengesetzter Drehrichtung an jedem Arm der Drohne angeordnet sind. Hierdurch wird bewirkt, dass etwaige auf den Arm wirkende Drehmomente kompensiert werden und die Drohne dadurch wesentlich ruhiger und stabiler in der Luft liegt.
Bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die Kanäle in ihrem von der Luftansaugöffnung entfernt liegenden Endbereich mit einem Ansaugbereich eines zweiten Antriebsmotors verbunden sind. Dabei ist im Ansaugbereich des zweiten Antriebsmotors ein Ventilator angeordnet, der bei Betrieb des zweiten Antriebsmotors Luft aus dem mit dem Ansaugbereich verbundenen Kanal ansaugt. Die erfindungsgemäße Kühlung kann so auch für den anderen Motor am selben Arm der Drohne genutzt werden.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass jeder Ventilator koaxial zur Drehachse des mit dem jeweiligen Antriebsmotor gekoppelten Rotors dreht. So können beispielsweise der Rotor und der Ventilator direkt mit der Antriebswelle jedes Motors gekoppelt werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Luftansaugöffnung an der Oberseite des Drohnenkörpers angeordnet ist. Selbstverständlich können auch mehrere Luftansaugöffnungen vorgesehen sein. Diese müssen sich nicht im zentralen Bereich und/oder an der Unterseite des Drohnenkörpers befinden, sondern können beispielsweise auch an den Armen oder an einer Unterseite des Drohnenkörpers angeordnet sein. Eine zentrale Luftansaugöffnung hat den Vorteil, dass Luft in alle Arme gleichmäßig angesaugt und somit eine gleichmäßige Kühlung aller Motoren erreicht werden kann.
Vorteilhaft ist, wenn in der Luftansaugöffnung ein Filterelement angeordnet ist, da auf diese Weise verhindert werden kann, dass beispielsweise Verunreinigungen in der Luft und in der angesaugten Luft vorhandene Festkörperbestandteile in den Motorbereich gelangen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1-3 näher erläutert .
Figur 1 - zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Drohne.
Figur 2 - zeigt eine Ausschnittvergrößerung der Schnittansicht aus Figur 1 im Bereich des vom Zentralab- schnitt der Drohne entfernt liegenden Endes eines Armes .
Figur 3 - zeigt eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Antriebsmotor im Bereich des Ventilators senkrecht zu dessen Drehachse.
BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die in der Figur 1 gezeigte Drohne 1 weist einen Zentralabschnitt 2 mit einem darin befindlichen Hohlraum 2a auf, an welchem eine Mehrzahl Arme 3 angebracht sind. An der Oberseite des Zentralabschnitts 2 ist eine Luftansaugöffnung 5 gezeigt, die im gezeigten Beispiel ein Filterelement 5a zum Filtern der hierdurch angesaugten Luft aufweist. Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine Steuereinheit der Drohne 1 bezeichnet, die zum einen das Ansaugen der Luft steuern wie auch die übrige Steuerung der Antriebsmotoren 9 übernehmen kann.
Am freien Ende jedes Armes 3 ist wenigstens ein Rotor 6 angeordnet, welcher über eine Antriebswelle 8 in Drehung versetzt wird. Dabei ist die Antriebswelle 8 mit einem Antriebsmotor 9 gekoppelt. Im gezeigten Beispiel sind zwei Motoren 9 an jedem Arm angeordnet . Diese sind bevorzugt so ausgebildet, dass deren Drehrichtungen einander entgegengesetzt sind. Die Erfindung lässt sich aber auch mit lediglich einem Antriebsmotor 9 pro Arm 3 verwirklichen. Die Arme 3 weisen Kanäle auf, die Luft 4, die im zentralen Bereich angesaugt wird (Pfeil P1), zu den Motoren 9 transpor- tieren können. Die Motoren 9 weisen einen innenliegenden Ventilator 9c auf, welcher die Luft durch die Öffnung 5 ansaugt und durch den Antriebsmotor 9 führt (Pfeile P2 und P3 in Figur 1) .
In Figur 2 und 3 ist der Ventilator 9c genauer zu sehen.
Zur Platzierung des Ventilators 9c ist der Motor 9 innen mit einem Hohlraum 9b versehen, innerhalb dessen der Ventilator 9c angeordnet ist und der in axialer Richtung von Luft 4 durchströmt werden kann. Dazu ist der Motor in axialer Richtung an beiden Enden offen, sodass Luft 4 im Ansaugbereich des Ventilators 9c ein- und am anderen Ende des Motors 9 wieder austreten kann. Wird der Ventilator 9c in Drehung versetzt - dies geschieht, wenn der Motor 9 auch den Rotor 6 dreht, wenn also der Antriebsmotor 9 eingeschaltet ist -, so saugt dieser die Luft 4 durch die Ansaugöffnung 5 (Figur 1} in den Innenraum 2a und durch den damit verbundenen Kanal 3a des Arms 3 an. Da der Motor 9 über einen von einer Außenwand 9a umschlossenen, axial beidseitig offenen Innenraum 9b verfügt, kann der Ventilator 9c die aus dem Arm 3 angesaugte Luft durch den Antriebsmotor 9 hindurch führen und so den Antriebsmotor 9 von innen kühlen.
Auf diese Weise lässt sich folglich ein noch schonenderer Betrieb der Antriebsmotoren 9 erreichen. Im in Figur 2 gezeigten Beispiel sind zwei Antriebsmotoren 9 je Arm 3 vorgesehen, die beide über einen Ventilator 9c verfügen, sodass die aus dem Arm 3, bzw. dessen Kanal 3a, ankommende Luft 4 in zwei unterschiedliche Richtungen P2 und P3 abgelenkt und durch die jeweiligen Antriebsmotoren 9 hindurchgeleitet wird. Bevorzugt ist die Drehachse 8 des Ventilators 9c koaxial zur Drehachse A der verwendeten Rotoren 6 angeordnet. Dies sorgt dann für eine besonders gleichmäßige Kühlung der Antriebsmotoren 9.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Drohne (1) mit einem Drohnenkörper (2), welcher eine Mehrzahl Arme (3) aufweist, an denen jeweils wenigstens ein erster Antriebsmotor (9) und ein mit dem Antriebsmotor (9) gekoppelter in einer ersten Drehrichtung um eine Drehachse (A) drehender Rotor (6) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Drohnenkörper (2) einen Hohlraum (2a, 3a) mit wenigstens einer, insbesondere bezogen auf die Mehrzahl der Rotoren (6) zentral angeordneten, Luftansaug- öffnung (5) umfasst, wobei die Luftansaugöffnung (5) mit in den Armen (3) ausgebildeten Kanälen (3a) in Strömungsverbindung steht, wobei die Kanäle (3a) in ihrem von der Luftansaugöffnung entfernt liegenden Endbereich mit einem Ansaugbereich (9b) eines ersten Antriebsmotors (9) verbunden sind, wobei im Ansaugbereich (9b) des ersten Antriebsmotors (9) ein Ventilator (9c) angeordnet ist, der bei Betrieb des ersten Antriebsmotors (9) Luft aus dem mit dem Ansaugbereich (9b) verbundenen Kanal (3a) ansaugt.
2. Drohne (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass weiter an jedem Arm (1) ein zweiter Antriebsmotor (9) und ein mit dem zweiten Antriebsmotor gekoppelter, in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung drehenden Rotor (6) angeordnet ist.
3. Drohne (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kanäle (3a) in ihrem von der Luftansaugöff- nung entfernt liegenden Endbereich mit einem Ansaugbereich (9b) eines zweiten Antriebsmotors (9) verbunden sind, wobei im Ansaugbereich (9b) des zweiten Antriebsmotors (9) ein Ventilator (9c) angeordnet ist, der bei Betrieb des zweiten Antriebsmotors (9) Luft aus dem mit dem Ansaugbereich (9b) verbundenen Kanal (3a) ansaugt.
4. Drohne (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Ventilator (9c) koaxial zur Drehachse des mit dem jeweiligen Antriebsmotor (9) gekoppelten Rotor (6) dreht .
5. Drohne (1) nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luftansaugöffnung (5) an der Oberseite des Drohnenkörpers (2) angeordnet ist.
6. Drohne (1) nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Luftansaugöffnung (5) ein Filterelement (5a) angeordnet ist.
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