专利名称：船用吊舱式电动推进装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种船用吊舱式电动推进装置，它具有一个置入一个被水绕流并有利于流动而构造的推进吊舱中的电动机，其中，该推进吊舱通过一根中空套轴安装在船体的下侧；其中，由该电动机产生的热量通过该推进吊舱的表面释放到绕流它的水中。
上述类型的一种船用吊舱式电动推进装置可从申请人的出版物中获知，该出版物的题目是西门子-悬挂式转向-推进器(SIEMENS-Schottel-PropulsorSSP)“具有永久励磁电机的吊舱式电动推进装置”，在1997年3月13-14日在巴黎举行的AES(All Electric Ship)97上发表。这篇有关西门子-悬挂式转向-推进器(SSP)的文献介绍了一种船用吊舱式电动推进装置，该装置具有一个上表面可简便地得到冷却，一种永久励磁同步电机形式的电动机，这种电动机的详细细节可从该出版物的图2中获知，它全部封装，无需保养。
本发明的目的是提供一种技术解决方案，使得即便在该吊舱式电动推进装置应用在高水温的热带水域中且过负荷时也能可靠地冷却该电动机。由此该电动机的工作温度会下降且电动机各部件的温度，例如线圈头的温度会变得均匀。
本发明的目的基本上是这样实现的，即，热量经过推进吊舱在水中的散热面或经过套轴而散发，其中采用各种改善热传导和散热的手段。通过将套轴应用于电机的散热，十分有利地使得电机的冷却不仅仅局限在推进吊舱的表面。根据本发明，这一点可有利地实现，而且并不背离简单冷却表面这一冷却原理。
在本发明的扩展设计中，一种改善散热的手段是扩大有效散热面积。在现有技术中公知的吊舱式电动推进装置中，只有处于电机绕组区域内的推进吊舱的外壁才是有效散热面。在此，热量直接从热套装的内部件传递到外壁。通过本发明措施，这一有效散热面积大大扩大。其结果是有利地改善了吊舱式推进装置的热性能。
按照本发明的另一设计，一种改善散热的手段是提高有效散热面积的温度。通过提高有效散热面积的温度，有利地提高有效散热面对周围海水的温度差，使得即便在推进装置应用于水温为30℃至35℃的热带水域中时也能保证令人满意地冷却推进装置。这一点对例如游弋在红海上的巡洋船舶尤为重要。
为了改善导热，尤其是改善从电机的绕组区域起的导热，采用一种导热能力比钢高的材料。为此，一种具有良好导热能力的有色金属(NE)合金组成的材料尤为有利。尤其是含铜的有色金属合金具有比钢高的导热能力。在采用特殊青铜时，同样获得那个主要优点没有表面附生物。从而省却在吊舱表面和吊舱-套轴过滤区表面上涂刷防污涂料。省却涂料使得散热面的表面温度大大提高，因为防污涂料比金属的导热能力低10％以上。它们也起绝热层的作用，并相应地恶化散热。通过采用一种特殊的青铜(在此推荐所谓的螺旋桨青铜G-CuAl10Ni)，还可获得一种预料之外的优点；因为这种材料是比钢更好的导热体，因此它不仅改善导热，而且它的散热温度也大大地升高。
此外，在这种吊舱式电动推进装置中，推进吊舱置入套轴内的部分的壁厚比处于有利于流动而设计的部分的壁厚要薄。因此，有利地产生一种从吊舱表面的并不直接由海水冷却的部分到套轴的特别良好的热传递。推进吊舱置入套轴内的部分的壁厚可减小到浇铸技术所容许的最小厚度。这样，在这一区域的表面温度远远高于电动机吊舱的其他中间区域。这些中间区域必须有利于流动而设计。因此在中部具有一个较大的壁厚。
此外使推进吊舱在其置入套轴内的部分具有一个扩大的表面，例如一种通过加肋、卷边或蜂窝板而扩大的表面。由此有利地达到大大地扩大散热表面，从而在这一区域内可以产生一种提高的散热效果。释放出来的热量通过处于中空轴内的空气以对流方式分散，并因而经过大的套轴表面进入海水中。
在本发明的一改进设计中，扩大表面的部件具有导热装置，它们与电动机的内部相连接。这样，扩大表面的表面温度会升高，因此散发到在套轴内部循环的空气上的热量继续增加。在此，并没有背离本发明所述的简单冷却原理。
套轴可附加地或选择性地具有一个底部件，它至少部分地构造成双壁式，其中，双壁部件的内部具有如空气或水的导热剂。在某种条件下，套轴内也安装用于使套轴内空气循环的装置，例如通风机，它们用于保持一种稳定的循环。这样，从吊舱传递到套轴内的热量可良好地传递到套轴壁，并沿套轴壁传输以及通过套轴壁良好地散发到海水中。
所述装置有利地仅仅处于套轴底部，后者总是由海水环绕冲洗。套轴-船过渡区处于吃水线之上，这就意味着船的上部仅部分地由海水环绕冲洗。通过安置该装置来提高套轴底部内的放热，获得一种可靠的放热。如果如上面设定，吊舱式推进装置安装在一根在吃水线之下进入船体的短套轴上，那么相应的装置自然就处于整个套轴内。由于原则上不在吃水线内设置一种套轴-船过渡装置，因此对于将散热部件安装在外壳中仅仅考虑两个选择方案。
补充性地或同样选择性地设定使推进吊舱具有包含传热剂的装置(导热管道)，由此热量可有利地直接导出，从而获得一种特别良好地起作用的、成本低且简单的技术解决方案。此外根据这一原理使电机具有一个两端开口的中空轴，它的中间可流过海水，且在一定条件下构造成锥形。这样也可从内部冷却电动机。
在另一设计中，在电动机的轴内设置一种对流冷却循环，它将热量从电动机的中部传输到冷的两端。这样桨毂的面积、甚至一部分螺旋桨表面也可有利地用于传导热量。
此外设定电动机的线圈头具有以对流方式工作的导热管道，这些管通通往冷的外端、舷侧减摇鳍或进入套轴底部。线圈头并不直接与推进吊舱的外壁接触，然而因为在其内流动的电流而产生一种很高的热量。因此在某些情况下需要附加冷却线圈头，这可由上述导热管道特别简单地完成。在此，特别有利地利用了冷外端的表面、舷侧减摇鳍或套轴底部。
为了直接输出由线圈头发出的热量，该线圈头也有利地配置至推进吊舱外壁的热流通道。对较小的推进装置，甚至可以省却导热管道和其它冷却部件。在此，吊舱式推进装置的外壁冷却已经足够。
该热流通道有利地由导热塑料和充填材料(由特别良好的导热材料制成)组成。例如环氧树脂可作为塑料，而矿物材料作为充填材料。在此，热流通道可以大于线圈头和构造成例如导热环，后者有利地具有在各线圈头段之间的分型缝(Trennfuge)。这样就获得一种体积特别大的热流通道，它良好地将热流从线圈头传输到推进吊舱的外壁。
此外，为改善冷却条件，推进吊舱和/或套轴底部具有表面扩大元件，例如外肋或外卷边。由此同样使热量从电动机散发到海水中的散热过程得以改善，其中尤其有利的是这些外肋或外卷边也能承担导流功能，支持减摇鳍的作用。
在套轴至推进吊舱的过渡区上，可设置锥形构造的冷却通道使水流通畅，以防止因漂流物而造成堵塞，这样在这个区域就产生一种特别良好的冷却。导热管道从驱动电机的内部伸出，并可有利地在冷却通道处终止。
此外在一定条件下，电动机外区和/或电动机-套轴过渡区至少部分地构造成双壁结构，其中，两壁之间的空间构造成可流过一种冷却剂，尤其是水。在这种双壁空间中，由单侧输入的热量形成一种循环，这样该双壁区可起到良好导热区的作用。此外其优点是能够加强套轴的底部或有助于形成一种对流动特别有利的形式。在此也可获得一种综合效果。
与电动机一样，导热装置也有利地构造成免保养的。因为它们在没有循环泵的条件下工作，上述特性自然是能够实现的。因此它们被构造成与所述吊舱式推进电机形成一个机组的单元，它在航行时无需保养，或甚至无需修理。由于导热装置和散热装置完全处于套轴下部内，因而它们不干扰套轴底部件的拆卸。当为了修理要从水上船舶中拆换出吊舱式推进装置时，由潜水员完成这种拆卸工作。与公知的在船内或甲板上采用热交换器的热交换器方案相比，上述方案的优点是操作大大简化、成本大大降低。
下面借助附图对本发明作进一步说明。这些附图示出本发明的优选实施例；由从属权利要求和说明书以及这些附图中可获得本发明的其他细节。
附图中
图1示出一种相应于现有技术的吊舱式推进装置(AES 97公开文献)；图2为按本发明受冷却的吊舱式推进装置的截面图；图3为图2所示冷却面装置的截面图；图4示出在推进吊舱-套轴过渡区上的通水冷却通道；图5示出在套轴底部内的一种内双壁布置；图6为推进吊舱在线圈头区域内具有热流通道的一侧的剖面图。
图1示出作为本发明基础的现有技术。在该图中，1表示推进电动机；2表示由推进电动机1所驱动的螺旋桨；3则表示吊舱外壁，即便是它置入套轴内的部分也保持相应的吊舱外壁轮廓。4表示在所述吊舱式推进装置和套轴底部之间的法兰过渡区，5则表示一个位于套轴中部的法兰。电缆线6向下贯穿该套轴，为电动机1供电。在套轴本体内安装一架梯子7；采用该梯子检查人员8可容易地到达套轴的底部。由于该吊舱形推进装置是免保养的，并构造成不可接近，所以该检查人员8仅仅可监测法兰连接4和5，因为这些法兰连接的设计使用寿命很长，因此在新型设计结构中，亦即在本发明的设计结构中省却该梯子7的下部。由此套轴的底部可空出来安装内部零件，也包括那些使得接近电机的外壁不再可能的内部零件。
在套轴的上部安装了没有详细示出的辅助装置，例如舱底吸水泵、设置在套轴至船的过渡区上的密封的压缩空气供给装置等等。
图2示出一种带有电动机10的推进吊舱。该电动机通过没有示出的热管道与一个或多个在套轴底部内的、尤其在套轴底部的壁上的冷却元件11相连接。为了进一步冷却，所示吊舱式推进装置具有一个中空轴，水流过它。在该中空轴内导流通道用12表示，而箭头表示水的流动方向。未示出的热管道与导流通道一样有利地无装配式地构造。
在图3中同样示意性地示出了安装在套轴底部的冷却元件13和14。与图2中示意性示出的一个冷却元件的结构一样，所有由冷却技术所公知的冷却元件在此都可以得到采用。冷却元件的布置是随意的，在该中空轴的自由空间内也可安装附加冷却元件。电动机并不需要被接近。
在图4中示出了在套轴16至吊舱式推进装置17的过渡区上的冷却剂管15。它们与在图2中示出的中空轴一样纵向贯通。冷却剂管15的外壁也通过热管道与推进电动机的内部相连接。然而该冷却剂管15也用来特别强烈地冷却吊舱外壁朝向它的部分。
图5示出套轴底部的一种双壁结构，它具有外壁18和一个内置内壁19，其中，热管道20通入外壁18和内壁19之间的中间腔。在此，该热管道20针对通水而构造。冷却剂的流动断面在采用水的条件下优选为圆形；如果采用通气的热管道，那么优选配置进气口。
图6为推进吊舱体的一个端部的详细剖视图。在该图中，21表示一个用于定子绕组24的线圈头22的热流通道。该定子绕组24处于吊舱本体23的中间，而后者优选由与推进器29相同的材料、亦即螺旋桨青铜制成。在转子绕组25和定子绕组24之间有一个气隙30。转子25安装在一个内管26上，后者又固定在一个轴27上。固定通过联轴节31进行。在套轴侧，吊舱壳体23还具有冷却室28，它们可以用作装入套轴内的热管道的输出口。这样一来可放弃通过加肋等手段来扩大表面。联轴节、轴承等不属于本发明，因此不再赘述。
在桨毂内还有一个空腔33，它可通过一个用虚线表示的轴27内的大中间通孔32与吊舱式推进装置中受热的中心部分相连接。因此有可能从传热技术角度良好地充分利用吊舱式推进装置的冷却端部。
本发明的冷却元件允许大量冷却组合。根据船的航行区域和电动机尺寸来选择各类措施。但共同点是省却长的冷却剂通道和冷却剂循环设施。这样与US-PS 5 403 216和US-PS 2 714 866所示现有技术相比，获得一种很大的改进。
权利要求
1.一种船用吊舱式电动推进装置，它具有一个置入一个被水绕流并有利于流动而构造的推进吊舱中的电动机，其中，该推进吊舱通过一根中空套轴安装在船体的下侧，由该电动机产生的热量通过该推进吊舱的表面释放到绕流它的水中，其特征在于热量经过推进吊舱(17、23)在水中的散热面或经过套轴(16、18)而散发，其中，采用各种改善导热和散热的手段。
2.根据权利要求1所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于一种改善散热的手段是扩大有效散热面积。
3.根据权利要求1或2所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于一种改善散热的手段是提高有效散热面积的温度。
4.根据权利要求1、2或3所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于一种改善导热的手段是采用一种导热能力比钢高的材料。
5.根据权利要求4所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于至少该推进吊舱(17、23)的材料由一种有色金属合金(NE-Legierung)组成。
6.根据权利要求4或5所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于所述的材料是一种青铜合金，尤其是优质青铜合金G-CuAl10Ni。
7.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于该推进吊舱(17、23)具有一个光滑的金属表面。
8.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于该推进吊舱(17、23)在其置入套轴(16、18)内的部分的壁厚比处于有利于流动而设计的部分内的壁厚要薄。
9.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于该推进吊舱(17、23)在其置入套轴(16、18)内的部分具有一个扩大的表面，例如一种通过加肋、卷边或蜂窝板而扩大的表面。
10.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于扩大表面的部件有导热装置(热管道)，它们与电动机(10)的内部相连接。
11.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于所述套轴(16、18)具有一个底部件，它至少部分地构造成双壁式，其中，双壁部分的内部具有诸如空气或水的导热剂。
12.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于在套轴(16、18)内安装用于使其通风竖井内空气循环的装置，例如通风机。
13.根据权利要求所述12所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于所述循环通风竖井内空气的装置用于保持一种稳定的空气循环。
14.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于该推进吊舱具有包含传热剂的装置(热管道)。
15.根据权利要求14所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于所述电动机具有一个两端开口的中空轴，它的中间可流过海水，且在一定条件下构造成锥形。
16.根据权利要求14所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于在所述电动机(10)的轴内设置一种对流冷却循环，它将热量从电动机的中部传输到两端。
17.根据权利要求14、15或16所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于所述电动机(10)具有线圈头(22)，它带有热管道，优选是以对流方式工作的热管道，这些热管道通往冷的外端、舷侧减摇鳍边或进入套轴底部。
18.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于电动机(10)具有线圈头(22)，它带有通往推进吊舱外壁的热流通道(21)。
19.根据权利要求18所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于所述热流通道(21)由一种导热塑料组成。
20.根据权利要求19所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于为改善导热，所述导热塑料具有充填材料。
21.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于所述推进吊舱(17、23)和/或套轴底部具有外肋或外卷边。
22.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于在套轴至推进吊舱(17、23)的过渡区上设置通水的冷却通道(15)。
23.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于电动机外区和/或电动机/套轴过渡区至少部分地构造成双壁式，其中，两壁之间的空间构造成可流过一种冷却剂，尤其是水。
24.根据上述任一项权利要求所述的吊舱式电动推进装置，其特征在于所述电动机(10)一样，所述各导热装置均构造成与所述电动机(10)一样能免保养。
全文摘要
一种船用吊舱式电动推进装置,它具有一个置入一个被水绕流并有利于流动而构造的推进吊舱中的电动机,其中,该推进吊舱通过一根中空套轴安装在船体的下侧;其中,该电动机产生的热量通过该推进吊舱的表面释放到绕流它的水中;其中,热量经过推进吊舱在水中的散热面以及套轴在水中的散热面而散发;其中,采用各种改善导热和散热的手段。
文档编号H02K9/00GK1265074SQ98807448
公开日2000年8月30日 申请日期1998年7月21日 优先权日1997年7月21日
发明者沃尔夫冈·扎德基, 雷纳·哈提格, 斯蒂芬·布拉贝克, 曼弗雷德·希尔, 莱因霍尔德·路透, 英戈·舒林, 彼得·海因, 克里斯琴·迈耶 申请人:西门子公司, 肖特尔两合公司