专利名称：船舶电驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种船舶电驱动器，该船舶电驱动器包括一个驱动器吊舱、一个空心结构并抗扭转地固定驱动器吊舱的可旋转杆体和一个电源。
构成这种船舶电驱动器的结构部件在空间状况方面受到限制，因为直接与船舶驱动器本身的驱动元件协同动作的结构部件、尤其是在机械结构上与这些驱动元件协同动作的结构部件，实际上只能位于驱动器吊舱内部空间里面；由此产生的显著问题是这种船舶电驱动器在设计构造上的问题，此外必需将电源中被迫产生的损耗热以适当的形式排出，这对于这种船舶电驱动器的各结构部件的布置带来进一步的困难。
本发明的目的在于进一步改进上述类型的船舶电驱动器，使驱动器吊舱内部供使用的空间能够比目前已知的船舶电驱动器更好地提供给那些必需直接与船舶驱动器驱动元件协同动作的结构部件用，此外能够更好地将电源内产生的损耗热排出。
本发明的目的由此而实现，即，将至少一个属于电源的变频器设置在空心结构的杆体里面。通过选择将至少一个变频器这样布置，使驱动器吊舱内部供船舶电驱动器其它结构部件使用的结构空间加大，此外在至少一个变频器上产生的损耗热能够以相对来说更简单的方式排出杆体。
比较有利的是，电源的这至少一个变频器由直接变频器(Direktumrichter)构成。
如果这至少一个变频器与杆体的杆体壁连接，则在这至少一个变频器上产生的损耗热可以更简单的方式通过杆体壁导出。
比较有利的是这至少一个变频器的大功率半导体可以设置在一块冷却板上，在此借助于该冷却板能够将在大功率半导体上产生的损耗热导出。
具有优点的是，所述冷却板位于杆体壁内侧。
也可以选择，将冷却板作成可以单独冷却的结构并且通过弹性固定部件固定在杆体壁内侧。
冷却板的单独冷却相宜地可以通过循环冷却系统实现，该系统具有一个热交换器，热交换器本身可以设置在杆体壁内侧。
所述循环冷却系统的热交换器相宜地具有一个海水循环作为冷却循环(Rueckkuehlkreislauf)。
变频器可以由电压级间耦合电路变频器构成，其半导体元件的数量与船舶电驱动器电动机绕组的数量相适配。
比较相宜的是，船舶电驱动器电动机为多相构造，其中用于为大功率半导体供电的滑环设置在变频器前面。
一个船舶电驱动器具有一个可转动的驱动器吊舱和一个电动机，电动机设置在可旋转的驱动器吊舱中，电动机被分成两个独立的电机部件，它们具有一个共同的两段式中型轴承(Mittellager)，两个旋转的电机部件在机械结构上分别独立地支承在该轴承里。由此可以实现，船舶电驱动器的两个驱动元件以各自所期望的旋转方向和各自所期望的转速相互独立地被操纵，其中不仅可以实现两个驱动元件的同向旋转而且可以毫不困难地实现两个驱动元件的异向旋转。
比较有利的是这两个电机部件构成一个近似横向分开的电机。
优选由受到传感器监控的支承轴承构成两段式的中型轴承，在此例如可以对中型轴承配有振动传感单元，通过该传感单元可以测量中型轴承的两个轴承部件的振荡或振动，和/或配有温度传感单元，通过该传感单元可以测量中型轴承的两个轴承部件的温度。由此可以及时地获悉所产生的干扰或故障，在此通过及时更换那些还没有完全受到损害的结构部件，可以避免费力的维修工作。
根据一个具有优点且在设计上不复杂的结构，本发明的船舶电驱动器电动机的两个电机部件的定子绕组与电动机的两个电机部件共用的一个壳体力传递地连接。
这种定子绕组与两个电机部件共用壳体之间的力传递连接可以以更简单的方法实现，即，电动机的两个电机部件的定子绕组热装进共用壳体中，其中相宜地从螺旋桨毂侧实现热装。
为了改善散热，所述共用壳体优选设计成外壁冷却器。
为了进一步将热量由驱动器吊舱中排出，在定子绕组的绕组端部与共用壳体之间形成热桥是比较有利的，在定子绕组的绕组端部内产生的热量借助于热桥可以传导到共用壳体中。
热桥比较有利地可由环氧树脂制成。
船舶电驱动器相宜地可设计成带有两个螺旋桨的螺旋桨驱动器，这两个螺旋桨可相互独立地受到控制和调节。
带有一个可转动驱动器吊舱和一个设置在可转动驱动器吊舱里面的电动机的船舶电驱动器可以按一种具有优点的结构这样构成，即，电动机由永久磁铁励磁的同步电机构成并分成两个独立的同步电机部件。这种由永久磁铁励磁的同步电机尤其在对于船舶电驱动器提出轮廓要求的情况下具有许多有利的特性。
比较有利的是，两个独立的同步电机部件设置在一个共用壳体里面，由壳体的大约中间处引出同步电机部件定子绕组的电接线端子。
同步电机部件的定子绕组及其与一个电源连接的电接线端子相宜地被不透水地封闭起来。
两个同步电机部件的共用壳体在驱动器吊舱里优选构成一个不透水的单元。
按照本发明船舶驱动器的另一优选设计结构，同步电机部件的转子绕组至少为三相构造，但是也可以为六相、十二相或十八相构造。
比较有利的是，每个同步电机部件的转子在两端分别具有一个薄膜离合器，借助于该薄膜离合器可以在转子部件与同步电机的转轴之间实现连接。
本发明的船舶电驱动器优选应用于驱动功率至少为10MW，最好为20至30MW的场合。
下面借助于附图所示实施例对本发明予以详细说明，附图中
图1为按照本发明的船舶电驱动器的原理图；图2为按照本发明的船舶电驱动器逆变器模件的布置原理图；图3为按照本发明的船舶电驱动器逆变器模件的另一种布置原理图。
图1中原理性示出的驱动器吊舱1属于按照本发明的船舶电驱动器。这个驱动器吊舱1抗扭转地位于一个可转动地支承在附图中没有示出的船体上的杆体2的自由端。杆体2本身是空心结构。透穿杆体2对设置在驱动器吊舱1内部的本发明船舶电驱动器的驱动元件进行供电。
由驱动器吊舱1构成壳体3，两段式的同步电机4在图示的按照本发明的船舶电驱动器实施例中安装在该壳体3内。
同步电机4本身划分成在图1左侧的第一同步电机部件5和在图1右侧的第二同步电机部件6。两个同步电机部件5，6相互独立地运行，使得分别由它们驱动的轴7或8可以同向或异向地以不同的转速被驱动。
两根轴7或8各自的轴端由驱动器吊舱1中突伸出来，在这些由驱动器吊舱1中突伸出来的轴端上分别支承有一个螺旋桨9或10，这两个螺旋桨9和10在图1中仅用点划线表示出。
两根轴7，8在左半或右半驱动器吊舱1中延伸到其共用的中型轴承11，并相互分开地通过轴承体12或13可旋转地支承在中型轴承里面。
同步电机4的两个同步电机部件5，6在功能和结构上相同，因此下面仅对图1中左侧所示的同步电机部件5进行描述。
同步电机部件5的轴7在其透穿壳体3壁的截段上通过一个支承轴承14可旋转地支承，此外配有推力轴承15，通过该轴承保证轴7轴向定位在驱动器吊舱1的壳体3内部。
此外在壳体3与同步电机部件5轴7透穿壳体3的截段之间设置一个轴封16，通过该轴封防止水进入壳体3内部。
安装在图1中驱动器吊舱1壳体3左半部内的同步电机部件5具有一个带有定子绕组的定子部件17，该定子部件17例如可借助于热装工艺固定安装在壳体3内壁上。
设置在定子部件17里面的定子绕组的绕组端部18由定子部件17端面突伸出来，其中，在这些绕组端部18与驱动器吊舱1壳体3内壁之间配有热桥19，通过热桥可以将出现在绕组端部18里的热量传导给壳体。
与定子部件17同轴地设置同步电机部件5的转子部件20，在转子部件上配有永久磁铁。配有永久磁铁的转子部件20通过两个膜片离合器21，22与同步电机部件5的轴7连接，这两个膜片离合器设置在转子部件20的两个端面上。
设置在同步电机部件5定子部件17里的定子绕组通过其绕组端部18借助于设置在驱动器吊舱1壳体3内部空间里的一根导线23供电。该导线23通过一个基本上在中间透穿驱动器吊船1壳体3的定子接线端子24与同步电机4的电源连接。
通过传感装置可监控支承同步电机部件5和6的两根轴7，8的中型轴承11的运行和功能。在图示实施例中，一个振动传感单元25属于传感装置，通过该传感单元可以测量到轴承部件12或13的可能发生的振荡和振动。此外一个温度传感单元26也属于该传感装置，通过该传感单元测量轴承部件12或13内部的温度变化。
同步电机4的两个同步电机部件5，6分别设计成由永久磁铁励磁的同步电机，它们的转子部件20和定子部件17在机械结构上是相互分开的。通过每个同步电机部件5或6驱动船舶电驱动器的螺旋桨9或10。因为两个同步电机部件5，6在机械结构上没有耦接，因此它们可以同向或异向驱动螺旋桨9，10。可以按照不同要求在速度、效率、噪音等方面对螺旋桨9，10进行最佳设计。
两个同步电机部件5，6的定子部件17中的定子绕组分别与一个三相系统相连。每三个绕组端部基本上在中间通过接线端子24穿过驱动器吊舱1的壳体3通到杆体2的区域内。
变频器属于按照本发明的船舶电驱动器的电源，变频器的变频器模件(Umrichtermdule)可以设计成采用H电路中的IGBT模件。这个变频器设置在舵用螺旋桨的杆体2处。变频器的大功率半导体27设置在冷却板28上，冷却板直接位于抗扭转地固定驱动器吊舱1的杆体2的杆体壁29内侧。大功率半导体27的损耗热在这个实施例中通过杆体2的杆体壁29传导到周围的水中。
在此为了支持大功率半导体27散热采用一个循环送风机，由此可以防止出现最热点。
属于电源的整流器同样直接设置在舵用螺旋桨杆体2的杆体壁29上，其中大功率二极管通过杆体壁29将其损耗热传导给周围的水，整流器可以分别由B6电路中的六脉冲二极管桥路构成。
船舶电驱动器的供电通过带有滑环的供电系统实现。
前面所述的直接变频器可以是一种SIMAR DRIVE cyclo型直接变频器，也可以使用例如SIMAR DRIVE PWM结构型的电压级间耦合电路变频器来代替它作为控制机构，其大功率半导体27同样可以设置在杆体2的里面。在这里，也可以通过带有滑环的供电系统实现供电。
在这个由电压级间耦合电路变频器构成控制机构的实施例中，电功率半导体27位于一块冷却板28上，冷却板本身则通过弹性固定部件30固定在杆体壁29内侧。在这个实施形式中，冷却板28从属于一个循环冷却器31。该冷却器中的淡水通过一个泵32保持循环，而在冷却器中获得的热量则在一个热交换器33中传导给海水循环34，包围杆体2的海水透穿杆体壁29与该海水循环连通并通过一个泵35保持循环。
权利要求
1.一种船舶电驱动器，它具有一个驱动器吊舱(1)、一个空心结构并抗扭转地固定驱动器吊舱的可转动杆体(2)和一个电源，其特征在于，至少一个变频器(27)属于所述电源，该变频器设置在空心结构的杆体(2)里面。
2.如权利要求1所述的船舶电驱动器，其中，所述电源的这至少一个变频器(27)由直接变频器构成。
3.如权利要求1或2所述的船舶电驱动器，其中，这至少一个变频器(27)与杆体壁(29)连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的船舶电驱动器，其中，这至少一个变频器具有大功率半导体(27)，它们设置在一块冷却板(28)上。
5.如权利要求4所述的船舶电驱动器，其中，所述冷却板(28)位于杆体壁(29)内侧。
6.如权利要求4所述的船舶电驱动器，其中，该冷却板(28)可以单独冷却并通过弹性的固定部件(30)固定在杆体壁(29)内侧。
7.如权利要求6所述的船舶电驱动器，它带有一个循环冷却系统(31)，借助于该循环冷却系统可以冷却冷却板(28)并且该循环冷却系统具有一个热交换器(33)，该热交换器设置在杆体壁(29)的内侧。
8.如权利要求7所述的船舶电驱动器，其中，所述循环冷却系统(31)的热交换器(33)具有一个海水循环(34)作为冷却循环用。
9.如权利要求1至8中任一项所述的船舶电驱动器，其中，所述变频器由电压级间耦合电路变频器构成，其半导体元件的数量与船舶电驱动器电动机(4)绕组的数量相适配。
10.如权利要求1至9中任一项所述的船舶电驱动器，其中，所述船舶电驱动器电动机(4)为多相构造，用于为大功率半导体(27)供电的滑环设置在变频器前面。
11.优选如权利要求1至10中任一项所述的船舶电驱动器，它具有一个可转动的驱动器吊舱(1)和一个电动机(4)，该电动机设置在可旋转的驱动器吊舱(1)中，其特征在于，所述电动机(4)被分成两个独立的电机部件(5，6)，它们具有一个共同的两段式中型轴承(11)，在轴承里两个旋转的电机部件在机械结构上是分开的。
12.如权利要求1所述的船舶电驱动器，其中，所述两个独立的电机部件(5，6)构成一个近似横向分开的电动机(4)。
13.如权利要求11或12所述的船舶电驱动器，其中，所述两段式中型轴承(11)由受到传感器监控的支承轴承构成，它配有例如一个振动传感单元(25)，通过该传感单元可以测量中型轴承(11)的两个轴承部件(12，13)的振荡或振动，和/或配有一个温度传感单元(26)，通过该传感单元可以测量中型轴承(11)两个轴承部件(12，13)的温度。
14.如权利要求11至13中任一项所述的船舶电驱动器，其中，所述电动机(4)的两个电机部件(5，6)的定子绕组(17)与电动机(4)的两个电机部件(5，6)的共用壳体(3)力传递地连接。
15.如权利要求14所述的船舶电驱动器，其中，所述电动机(4)的两个电机部件(5，6)的定子绕组(17)热装进所述共用壳体(3)中，且尤其是从螺旋桨毂侧实现热装。
16.如权利要求14或15所述的船舶电驱动器，其中，所述共用壳体(3)由外壁冷却器构成。
17.如权利要求14至16中任一项所述的船舶电驱动器，其中，在定子绕组(17)的绕组端部(18)与共用壳体(3)之间构成热桥(19)，在定子绕组(17)的绕组端部(18)中产生的热量借助于热桥可以传导到共用壳体(3)中。
18.如权利要求17所述的船舶电驱动器，其中，所述热桥(19)由环氧树脂制成。
19.如权利要求1至18中任一项所述的船舶电驱动器，该船舶电驱动器由带有两个螺旋桨(9，10)的螺旋桨驱动器构成，这两个螺旋桨可以独立地受到控制和调节。
20.优选如权利要求1至19中任一项所述的船舶电驱动器，它带有一个可旋转的驱动器吊舱(1)和一个电动机(4)，该电动机设置在可旋转的驱动器吊舱(1)里面，其特征在于，所述电动机由受到永久磁铁励磁的同步电机(4)构成并分成两个独立的同步电机部件(5，6)。
21.如权利要求20所述的船舶电驱动器，其中，所述两个独立同步电机部件(5，6)设置在一个共用壳体(3)里面，由该壳体的基本上中间处引出同步电机部件(5，6)的定子绕组(17)的电接线端子(24)。
22.如权利要求21所述的船舶电驱动器，其中同步电机部件(5，6)的定子绕组(17)及其与一个电源连接的电接线端子(24)被不透水地封闭起来。
23.如权利要求20至22中任一项所述的船舶电驱动器，其中，所述两个同步电机部件(5，6)的共用壳体(3)在驱动器吊舱(1)里形成一个不透水的单元。
24.如权利要求20至23中任一项所述的船舶电驱动器，其中，同步电机部件(5，6)的转子绕组至少为三相结构，如六相、十二相或十八相结构。
25.如权利要求20至24中任一项所述的船舶电驱动器，其中，每个同步电机部件(5，6)的转子(20)在两端分别具有一个薄膜离合器(21，22)。
26.如权利要求1至25中任一项所述的船舶电驱动器，其中，该船舶电驱动器应用于驱动功率至少为10MW，最好为20至30MW的场合。
全文摘要
一种船舶电驱动器具有一个驱动器吊舱(1)、一个空心结构并抗扭转地固定驱动器吊舱的可转动杆体(2)和一个电源。为了使船舶电驱动器在设计结构上有利并且能够以尽可能少的费用将电源产生的热量排出,所述电源需要至少一个变频器(27),该变频器设置在空心结构的杆体(2)里面。
文档编号B63H23/24GK1346322SQ00806126
公开日2002年4月24日 申请日期2000年2月9日 优先权日1999年2月12日
发明者沃尔夫冈·扎德基 申请人:西门子公司