电机和船舶推进装置的制作方法

本发明涉及一种电机，尤其是用于船舶推进装置的电机；此外还涉及一种船舶推进装置，尤其是用于船舶的吊舱式推进装置。

背景技术：

船舶推进装置是为船舶提供动力的装置。船舶推进器按作用方式可分为主动式和反应式两类。靠人力或风力驱船前进的纤、帆(见帆船)等为主动式；桨、橹、明轮、喷水推进器、螺旋桨等为反应式。现代运输船舶大多采用反应式推进器，应用最广的是螺旋桨式。由于驱动螺旋桨的电机在运转时会产生大量的热，带走这些热量的一个重要途径是将热量通过定子传到到暴露在海水中的推进装置外壳上。在电机中，主要的发热部件为转子、定子以及定子线圈的接线端。但过去的全覆盖式吊舱会有一大块区域无法被冷却，产生局部高温。为解决散热问题，需要在吊舱吊架部分加入复杂的空气循环冷却装置。而为了安排吊架与电机外壳之间的空气通道，往往需要极其复杂的连接结构。

技术实现要素：

为了解决上述问题中的一个或者多个，本发明首先提出了一种电机，包括：一个定子；一个以能够旋转的方式设置在一个电机轴上的转子；和一个壳体结构，其包括：一个外壳，其沿所述电机的轴向延伸，并且该外壳包围所述电机的定子；至少一个散热条，其设置并贴靠在所述外壳的朝向所述定子的内侧面和所述电机的定子的外表面之间。在外壳与定子之间的散热条可以帮助定子和转子产生的热量更加顺畅地导出到壳体表面，从而被空气或者在本发明的应用条件下，在水中被带走。

根据一种有利的实施方式，所述至少一个散热条沿所述电机的轴向延伸。

根据一种更为有利的实施方式，设有至少两个散热条，其在所述外壳的周向上相互间等间距地设置，其中在每任意两个相邻的散热条之间形成一个间隙。通过这种设置方式，能在在定子一周实现均匀地散热，同时，流出的轴向间隙能够为气体在壳体内部的流动流出空间，以更为有利的方式实现散热。

根据一种有利的实施方式，所述散热条沿所述外壳的周向上的长度与所述间隙沿所述外壳的周向上的长度的比值介于0.5到2之间。更为有的是比值介于1至1.5之间。具体的数值可以根据电机的大小、功率进行合理计算。

根据一种有利的实施方式，所述散热条的长度与所述电机的定子沿所述电机的轴向的长度相同。由此能在定子的整个轴向长度上实现散热。

根据一种有利的实施方式，所述散热条由导热良好的材料制成，特别是由铜或者铝的合金制成。金属材质能够更好的实现热传导。

根据一种有利的实施方式，所述推进器外壳的间隙中设置强化换热结构，特别是肋片。由此能够进一步实现散热。

根据一种有利的实施方式，所述外壳的横截面为圆形，其中所述散热条能够被夹紧在所述外壳的内侧面与所述定子的外表面之间的环形空隙中。

根据一种有利的实施方式，在所述电机的壳体结构的内部设有一个空气冷却装置。空气冷却装置能够实现主动散热，即利用电机内部的空气流动进一步增强散热。

根据一种有利的实施方式，所述空气冷却装置为设置在所述电机轴上的风扇或者围绕所述电机轴设置的由外部电源供电的小型风扇。外部供电的小型风扇可以为1到8个。

本发明还相应的提供了一种船舶推进装置，所述船舶推进装置的电动单元包括如以上实施方式中任意一项所述的电机。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1示意性地示出了一种根据现有技术的吊舱式推进装置；

图2示意性地示出了一种根据本发明的实施方式的吊舱式推进装置；

图3示意性地示出了一种依据本发明的实施方式的吊舱式推进装置的电动单元的iii-iii横截面的示意图；

图4示意性地示出了一种依据本发明的实施方式的吊舱式推进装置的内部的示意图；

图5示意性地示出了另一种依据本发明的实施方式的吊舱式推进装置的内部的示意图；

图6示意性地示出了又一种依据本发明的实施方式的吊舱式推进装置的内部的示意图。

附图标记列表：

1电机单元

3吊架

4接合环

5螺旋桨

6下部

8安装孔

30回转轴承盘

40电动单元

41远端

42近端

44壳体

45第一连接区域

46第二连接区域

47电机

48轴承

49冷却装置；风扇

49’冷却装置；小风扇

50吊架结构

51第一支脚

51第二支脚

53空隙

54吊架壳

55吊架结构的本体

56吊架结构的轴承端

60螺旋桨；推进器

62叶片

70循环空气路径

100船舶推进装置

441散热条

442间隙

445内侧面

446定子的外表面

448第一环形空隙部

449第二环形空隙部

470电机轴

471转子

473定子

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

图1示意性地示出了一种根据现有技术的吊舱式推进装置。安装在船体下部的推进装置包括带有壳体结构的电机单元1。该电机单元1安装于一个吊架3上，其通过一个接合环4以可转动的方式连接于船体的底部。螺旋推进器5或者说螺旋桨5安装在电机单元1的上游端2。在与所述上游端2对应的下游端处则通过一个所谓的下部6与所述吊架3连接。该下部6设有用于紧固螺栓的安装孔8。流入到下部6内部的水流朝电机单元1方向对电动机单元进行冷却。

在该现有技术所示的实施方式中，吊架3与电机单元1形成“l”型的结构，使得电机单元1的外壁能够较大范围的暴露于水中，有利于散热。但是l型的结构，使得电动机单元1与臂件3之间的连接结构刚度不及全覆盖式的吊臂。其大悬臂结构还会造成弯折处的力矩较大，需要进行加厚设计。

虽然没有示出，但是另一种依据现有技术的吊舱式推进装置中，该推进装置的吊架的下端部沿着电机单元1的纵向延伸，并与其连接，由此提供了吊臂与电机单元之间的鲁棒连接。通过这种连接方式能够解决应力问题和水流规范的问题。然而由于这种“全覆盖”式的连接方式，使得电机单元的外壁不能够完全暴露于水中从而获得足够的冷却，该现有技术在吊架中设计了专门的水冷系统。这必然会进一步增加制造难度与成本。

为了使得电机单元具有的良好散热效果，本发明提出了具体的方案。

图2示意性地示出了依据本发明的一种船舶推进装置100的一种实施方式。

该船舶推进装置100特别的是吊舱式船舶推进装置，其通常能够通过一个回转轴承盘30或者说接合环等本领域已知的部件与船舶，尤其是船舶的底部进行连接，使得该吊舱式的船舶推进装置100能够进行转动，从而对调整船舶的航行方向。如图2所示的船舶推进装置100包括一个电动单元40，该电动单元40主要包括一个电机47(图2中未示出，参加图4)。该电机包括一个外壳44，以及被所述外壳44包围在其内部的电机的定子、转子以及电机轴等部件。电机的结构是本领域已知的，在此不再赘述。在电动单元40的一端42上设有一个推进器60，其通常为螺旋推进器或者叫螺旋桨60。在图2所示的实施方式，该螺旋桨60包括四个特殊设计的叶片62。可以想到的是，叶片还可以是3个、5个的数量，其叶形也需要根据实际的推力等进行设计。在本发明中，可以将电动单元40靠近所述螺旋桨60的那一端的区域叫做近端区域42。其并不限于最靠近螺旋桨60的那个点，而是可以指示在电动单元40上，尤其是其外壳44上相比于另一端，更为靠近螺旋桨60的区域。与此对应的，在电动单元40上，尤其是其外壳44上更为靠近另一端的区域或者远离螺旋桨60的区域被称为远端区域41。

该船舶推进装置100还包括将电动单元40与回转轴承盘30进行连接的吊架结构50。如图2所示的吊架结构在看向该附图视角上看，形成一个近似三角形的形状。其靠近回转轴承盘30的轴承端56具有较小的，可以和回转轴承盘30接合的横截面。该吊架结构50的本体55从轴承端56开始朝着电动单元40的方向延伸。本体55由吊架壳54包围构成一个中空的结构。所述吊架壳54的造型使得所述吊架结构50沿水流方向的横截面为流线型。吊架壳54在远离轴承端56的一端形成两个支脚。其中的一个第一支脚51与所述电动单元40的外壳44在轴向上远离螺旋桨的远端区域41连接，另一个第二支脚52，其用于与所述电动单元40的外壳44在轴向上靠近螺旋桨的近端区域42连接。由于第一支脚51与第二支脚52之间相互间隔开，在该第一支脚和第二支脚之间形成一个空隙部53，由于该空隙部53本身也是由吊架壳54形成的，其类似一个“桥”跨在第一支脚和第二支脚之间，使得所述电机单元40的外壳44的近端区域42与远端区域41之间的至少部分外壳44不被所述吊架结构50的吊架壳所覆盖。由此，这种“两端悬挂式”结构的吊架结构既能够保留覆盖式吊架的牢固，即不需要很重的结构就可以保持其强度，又可以使得电动单元的外壳44大面积暴露于水中，实现充分的散热。因此，其通过结构改进，实现了“l”式悬臂结构和全覆盖的吊架结构两者优点的接合。

虽然图2中没有示出，但是可以想到的是电机单元40的外壳44内也是中空的。另一方面，当所述吊架壳54所形成的第一支脚51和第二支脚52的内部也可以形成中空，所以使得所述吊架结构50的内腔能够与所述电动单元40的内部空间连通。需要指出的是第一支脚51和第二支脚52的端部可以是开放端(即吊架壳54在第一支脚51与第二支脚52的端部并不封口，是敞开的，所以才能通过第一支脚与第二支脚将吊架壳54的内腔与电动单元的外壳44的内腔连通)。或者该第一支脚51和第二支脚52的端部是封闭时，则可以依靠没有被吊架结构覆盖的外壳44进行散热或者借助于风扇散热。当然，第一支脚51和第二支脚52中可以有一个是封闭的，一个是敞开的。

图3示出了图2中的iii-iii横截面的示意图，本发明通过对电机47的壳体结构进行新的设计，进一步优化了船舶推进装置的电动单元40的散热性能。如图，电机47包括一个转子471，其以能够转动的方式支承在一个电机轴470上。转子471在其周向外侧被一个电机的定子473围住。电机的结构为本领域已知的，在此不再赘述。

外壳44是沿所述电机的轴向延伸的外壳44，该外壳44包围所述电机47。外壳44通常是一个沿着电机轴线x方向延伸的圆筒形，但是其也可以是例如具有矩形特别是正方形的横截面(未示出)。在一种优选的实施方式中，该iii-iii横截面是圆形的，由此在外壳44与所述电机的定子473之间形成一个环形的第一环形空隙部448。在依据本发明的实施方式中，在外壳44的朝向所述电机定子的内侧面445与定子473的外表面446之间设有至少一个散热条441。这些散热条441优选地被夹紧在外壳44与定子473之间。在图3所示的实施方式中示例性地设有多个散热条441，这些散热条441的长度与定子473的长度相同，当然也可以短于定子的长度。这些散热条441优选地平行地沿着外壳44的长度方向等间距地布置。尤其是，这些散热条441被构造为一样的大小(具有相同的横截面积和形状)。由此，在每两个相邻的散热条441之间的间隙442也具有大小近似的宽度。散热条441是由导热性好的金属制成，例如铜或者铝合金。在图示的实施方式中，散热条为高度2cm，宽度约3cm的铜条，每两根铜条441之间的间隔为1cm到3cm，由此形成一系列轴向通风通道。散热条441被压紧紧贴于外壳44的内侧面445和定子473的外表面446之间，由此可以通过导热的散热条441将定子上的部分热量直接传导到外壳44上，并借由外壳44将热量传导到水中。另一方面，空气还可以通过转子471与永磁体之间的间隙以及转子471与定子473之间的间隙，然后穿过接线端的空隙带走热量，并且穿过外壳44与定子473之间的空隙442将热量传递给外壳，并最终导入到水中。

图3中示出的是本发明较为优选的实施方式，在实践中，可以选择更少数量的散热条，散热条的宽度和高度也可以根据实际情况进行设置。例如在图示的实施方式中，散热条441沿所述外壳44的周向的长度与所述间隙沿所述外壳44的周向的长度的比值为1：1或者3:2。此外，还可以根据电机的尺寸、各部件散热量、风扇风压，部件材料等，经过流场、温度场计算确定最佳的比例关系。当外壳44的横截面不是圆形而是利于矩形时，设置于不同位置的散热条可以则可以设计为不同的形状，使得散热条的至少部分区域能够同时与外壳的内侧面445以及定子的外表面446同时接触。需要指出的是，散热条441可以是独立的部件，其依靠夹紧力夹在外壳44的内侧面445以及定子473的外表面446之间；此外，散热条441也可以是与外壳44或者定子的外表446一体成型的肋条。

此外，由于散热条441被夹紧在外壳44与定子473之间，当设置的散热条441的数量较少时，可以将散热条的441的宽度设计的较大。此外为了进一步紧贴外壳44和定子473，还可以将散热条441的形状设计为扇面形。由此弧形的侧面能够更好地贴合外壳44的内周面和定子473的外表面。

图4示例性地示出了根据本发明的一种实施方式的电机47的内部的空气流动示意图。在此实施方式中，吊架结构50的第一支脚51和第二支脚52的端部是封闭的。也就是说吊架结构50的内腔与电机47的外壳44的内部并不连通。因此，为了实现更好地散热，除了借助于大面积暴露于水中的电动单元的外壳44以外，还可以通过在电机轴上安装一个风扇49实现进一步的散热。如箭头70所示，风扇49驱使空气在电机的外壳44的内侧面445和定子473的外表面之间的空隙442流动；另一方面，空气还可以通过转子471与永磁体之间的间隙以及转子471与定子473之间的第二环形空隙部449，然后穿过接线端的空隙带走热量，并且穿过外壳44与定子473之间的空隙442将热量传递给外壳，并最终导入到水中。当然，通过设置散热条441，使得一大部分热量能够直接通过定子473、散热条441以及外壳44传导到水中。由此，能够使得电动单元具有非常好的散热性能。

参见图5，其以示意图示出了根据本发明的又一种实施方式的电机47的内部的空气流动示意图。在图5所示的实施方式中，吊架结构的第一支脚51和第二支脚52的端部是开放端(即吊架壳54在第一支脚51与第二支脚52的端部并不封口，是敞开的)，由此能够通过第一支脚与第二支脚将吊架壳54的内腔与电动单元的外壳44的内腔连通。在这种实施方式中，风扇49趋使空气在外壳44以及吊架壳54的内腔循环转动，如箭头70所示，风扇49驱使空气在外壳44的内侧面445和定子473的外表面之间流动；另一方面，空气还可以通过转子471与永磁体之间的间隙以及转子471与定子473之间的之间的第二环形空隙部449，然后穿过接线端的空隙带走热量，并且穿过外壳44与定子473之间的空隙442将热量传递给外壳，并最终导入到水中。在此吊架壳54与外壳44连通的实施方式中，还可以借由吊架壳54实现进一步的散热，因此电机42的定子与转子之间的热空气被驱使到吊架壳54的内腔中，由于吊架壳54的内腔本身没有发热部件，其外表面又大量与水接触，能够较为快速的为循环空气降温，而降温后的空气可以进入到电机中对其进行降温。当然，通过安装不同扇形的风扇，空气也可以沿箭头70所示的反方向循环。

可以想到的是为了进一步增加冷却效果，可以在外壳44的内部安装增速器(齿轮)，使得风扇49由电机轴经由增速器驱动，进而进一步增大风扇49的转速，以使得主动散热效果更佳。增速器可以与所述电机轴同轴布置，在此不再赘述。

图6示出了依据本发明的又一种实施方式，在该实施方式中，主动冷却装置可以是分布在外壳44内部的多个小型风扇49’。例如可以是沿着外壳44一周均匀布置的3至9个小风扇49’。这些小风扇通过外部电源进线供电，以实现均匀送风。

可以理解的是，依据本发明的电机的构造不仅仅可以用于船舶推进装置，其也适用于任何对散热有较高需求的电机，尤其是功率较大的电机中。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。