吊舱推进装置及其冷却方法与流程

本发明涉及用于吊舱推进装置的方法，该吊舱推进装置包括电动机外壳和支柱，该支柱在其下部连接到电动机外壳，并且布置为在其上部连接到船体，该电动机外壳包括壳体，该壳体包围具有定子和转子的电动机，并且该壳体具有上部部分，关于吊舱推进装置的定子的冷却。

在本申请中，术语“上”和“下”是指当吊舱推进装置安装到船上时吊舱推进装置的正常位置。术语“轴向”是指电动机外壳中的电动机的轴线。船应理解为任何浮船。

背景技术：

使用用于驱动传动轴的电动机的吊舱推进装置产生大量的热量。由于电动机的定子通常与电动机外壳的壳体接触，大部分热量通过壳体被排放到周围的海水中。然而，电动机外壳壳体的上侧不面向水，而是暴露于支柱的内部。因此，在该区域中，不会发生与海水的直接冷却。由于在该区域中的低的冷却效率，产生了热点。与此配合的一种方式是使用大于实际需要的电动机，以避免热点内的过热。这当然不是成本有效的解决方案。

还尝试了在该区域中提供特定的冷却布置。在US 6485339中公开了一个示例，其涉及具有驱动推进轴的电动机的吊舱。吊舱设置有用于增加由电动机产生的热量的传递的装置。为此，在电动机外壳和支柱中的不同位置处布置有冷却管道。这些管道包括布置在电动机定子的上侧处的面向支柱的管道，即，吊舱本体不与周围的水直接接触的区域。通过这些管道中的冷却介质，如空气或水，热量被从该区域排出。

US 7448929公开了提供诸如水的冷却介质在其面向支柱的区域中在电动机外壳的壁的外部流动的另一示例。

US 7198528公开了一种电动机外壳，其中该电动机外壳设计为使得周围的海水到达壳体四周。

US 6312298，US 5403216，US 6676463，US 6685516，US 7371134，EP 1010614和EP 2098447中公开了用于吊舱的冷却系统的其它示例。

用于冷却热点的特殊冷却管道的提供是间接的和空间消耗的，特别是由于还需要冷却管道来冷却电动机的其它部件。

技术实现要素：

本发明的目的是实现吊舱推进装置的改进的冷却，以使与本领域中现有技术相关的缺点最小化。

上述目的根据本发明的第一方面实现，即在权利要求1的前序部分中指定的种类的吊舱推进装置包括在权利要求的特征部分中指定的具体措施。

因此，吊舱推进装置设置有冷却系统，该冷却系统布置为周期性地改变冷却流的方向。

根据另一方面，可以设置与电动机外壳的壳体的上部部分接触的固定导热器件，以将电动机的一部分传导地连接到支柱的至少一个外壁。

固定的应理解为保持在权利要求中隐含地限定的区域中。然而，固定的不一定意味着导热器件在该区域内不可移动。并且固定的不一定意味着导热器件是固体，其至少部分地可以是液体和/或气体介质。

还应该理解的是，根据本发明的吊舱推进装置还可以包括连接到船中的换热器的一个或多个冷却系统。

本发明的吊舱推进装置提供吊舱推进装置的有效冷却，使得围绕电动机外壳的壳体周围的温度梯度将较低。所使用的器件非常易于安装并且对于其功能是可靠的。此外，本发明的冷却方法占用支柱中的更少空间。

本发明的吊舱推进装置的上述优选实施例在从属于权利要求1的权利要求中指定。应当理解的是，本发明的其它实施例可以由上述实施例中指定的以及下面示例的描述中存在的特征的任何可能组合构成。

本发明还涉及设置有根据本发明的吊舱推进装置的船。

附图说明

图1是本发明涉及的类型的吊舱推进装置的示意性侧视图。

图2示出了表示当运行POD单元的冷却时根据本发明的优点的曲线图。

图3是通过图1的线II-II的示意性截面，包括可以进一步提高冷却效率的可选附加特征。

图4是图3所示的可选附加特征的详细实施例的透视图。

图5是根据图3中所示的实施例的细节的截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的吊舱推进装置。装置包括电动机外壳3，电动机外壳3在其前端具有由电动机5驱动的螺旋桨4。电动机5封装在与电动机5的圆周接触的电动机壳体6中，该电动机壳体6可以是外壳3的整体的部分或单独的部分。电动机外壳3悬挂在支柱2中，电动机外壳3通过该支柱2连接到船的船体1，使得电动机外壳位于水中。螺旋桨4驱动船。吊舱推进装置可以通过支柱2围绕垂直轴线(或至少基本上垂直的)旋转用于使船转向。应当理解，螺旋桨也可以存在于电动机外壳3的后端部。船的吊舱推进的基本原理被认为是通常已知的，因此不需要详细描述。

支柱2具有包围支柱2中的用于电动机外壳3的操作所必需的各种设备的外壁。在图1中，端壁23、24是可见的，并且在图2中，侧壁21、22是可见的。侧壁基本上以NACA形状沿着电动机5的轴线延伸。

在操作时，电动机产生必须被排出的热量。热量的一部分可以通过强制空气流过电动机而排出，由此空气由管道2A，2B通过支柱2供应S并且抽出W，管道2A，2B通过管道2中的垂直分隔壁25隔开。热量，特别是来自电动机的定子的热量也通过电动机外壳3的壳体6排出。其主要部分被围绕电动机外壳3的水吸收。

根据本发明，强制空气流可以通过控制单元9周期性地重定向，即在时间段t之后，控制单元9将重定向强制空气流，由此通过支柱2和机器外壳3的流动方向被改变以使供应S在支柱2中的相对管道2A(即，在空气被抽出W之前的管道2A)中移动。这可以通过改变用于强制空气流的风扇的方向，或者通过具有提供不同流动方向的不同管道，和/或通过阻尼器装置(多个)可变的/可移动的导叶来实现。

在图2中，示出了表示这样的方法的优点的图，即如果周期性地执行流动方向的改变，例如t在1到15分钟之间，则温度T可以保持在较低水平。该图表示描绘具有约2.7米的长度的机器外壳3的不同位置处的温度的多个温度曲线图，其中X轴表示沿着机器外壳从一个端部到另一端部的不同位置，Y轴以相对值表示温度，其中最大温度表示100。每个曲线图表示外壳内每个位置处具有不同t的温度。示出最高温度的两个曲线图XI，Y1示出了t＝0的测试，即没有方向变化，其中最高温度在机器外壳3内邻近抽出管道处获得。当使用第一管道2B时，参见XI，作为供应S，获得顶部温度TX_max，并且以第二管道2A作为供应时，参见Y1，获得顶部温度TY_max。图中所示的测试表明，根据使用哪个管道2A，2B作为供应S，t最佳地是不同的。因此，当使用第一管道2B作为供应S时，tx应该是大约4-6分钟(X2＝5分钟)，而当使用第二管道2A作为供给S时，时间TY应该是大约8-10分钟(Y2＝9分钟)。因此，大多数情况下，TX≠TY可能是最佳的。当使用TX＝5分钟(X2)和TY＝9分钟(Y2)时，实现了约2％的顶部温度的降低，这对于本领域技术人员来说是显而易见的，可能导致一些机器部件(例如在电气发动机中的绝缘件)的性能/寿命有很大的差异。因此，当使用该修改时，一个重要的优点是可以对电动机使用更高的功率水平，这可以导致可以使用更小的电动机的优点，这正面地影响成本和重量以及流体动力学性能，即单元效率。

然而，如图2所示，电动机壳体6具有不暴露于周围的水但面向支柱2的内部的表面61，为了可靠地附接电动机5，通常期望使电动机壳体6至少部分地(轴向地)完全(径向地)包围电动机5，如图2所示。表面61由支柱2的侧壁21-22限制，但通常不一直延伸到后壁和前壁23，24以留出用于空气管道2A，2B的间隙。为了排出在该表面61处接触壳体6的电动机5的定子51的部分中产生的热，根据本发明设置有导热器件7，其与壳体6的表面61和支柱2的侧壁21，22接触。因此，热量被传递到这些侧壁21、22，这些侧壁被周围的水冷却。

在图1和图3中，这样的固定导热器件7由框表示，以便简化表示。

图3以透视图示出了电动机5的一个端部和支柱2的相邻部分。电动机通过其直径垂直切割，因此仅示出了具有转子40和定子51的电动机5的一半的一部分。在该示例中，导热器件是导热金属(如铜、铝或钢)的本体70。本体70可以沿着电动机5在轴向方向上延伸。在示出的实施例中，其延伸大约电动机5的长度的一半，并且位于电动机5的一个端部，然而对于本领域技术人员显而易见的是，本体的延伸部可以变化以适应不同的需要。本体70的下部接触壳体6的表面61，该表面面向支柱2的内部。本体还接触支柱2的侧壁21中的一个。定子51与壳体6接触。由此，热量从定子51传递到表面61，并且从其通过本体70传递到侧壁21，侧壁21通过其外部的水冷却。根据修改(未示出)，本体70可以延伸经过分隔壁25并且与前壁24接触，从而通道/孔(未示出)布置在本体中，以使冷却空气能够通过。当然，在后侧可以使用相同的原理，即具有通道/孔的延伸本体70。在优选实施例中，如图3所示，在外壳61的外周中形成有一个或多个凹部61A，并且在本体中形成有对应的突起70e，由此由于与定子51的直接接触而实现增强的热传递。在可替代的实施例中，电动机壳体6的中间部分与中间表面61可以完全消除，以在本体70和定子51之间建立直接接触。

图5示出了热管70d，其在一个示例中用于将壳体6的表面61连接到支柱的侧壁21。热管的第一端部78传导地连接到壳体6的表面61或连接到传导地连接到其上的本体。热管70d的第二端部77连接到支柱的壁21或传导地附接到其上的本体。热管具有外壁79和内壁80，使得在壁之间形成通道。该通道与热管的端部连通。中心通道还与热管的端部连通。介质存在于热管内部，该介质选择为具有一定水平的冷凝温度，使得介质在热管内具有液相和气相。

在壁79和80之间的通道中，设置有诸如芯(wicks)的毛细管装置。

介质通过来自壳体6的表面61的热量A在其第一端部78被加热。因此，介质蒸发，蒸汽B流动通过中心通道到相对端部77，在相对端部77，它被支柱的端壁21冷却C，使得其冷凝。冷凝的介质通过毛细力在外部通道中输送D返回到第一端部78，在第一端部78，它再次蒸发用于进一步的循环。由于毛细力，该功能不依赖于重力。因此，取向可以自由选择，并且可以是垂直的以及水平的。

在可替代的示例中，毛细管装置不存在于外部通道中。这意味着对取向的限制，因为在这种情况下的循环是由于重力。在这样的示例中，第一端部78必须是最低的端部。此外，对于本领域技术人员显而易见的是，同样利用导热棒(即不是空心管)实现根据本发明的基本功能。

应当理解的是，相同的布置可以设置在电动机的另一半并且连接到相对的侧壁22(在图4中不可见)。每一侧的本体70可以在电动机5的垂直直径平面处连接，从而形成共同单元。

优选地，图中的本体70一直延伸到电动机5的垂直直径。可替代地，它可以在离垂直直径一定距离处结束。

显而易见的是，本发明不受上述示例的限制，可以由技术人员在权利要求的范围内进行许多变化以获得所描述的功能。

此外，显而易见的是，上述的一些方面可以通过单独的分开的应用单独地保护。