DE20020769U1

DE20020769U1 - Electric ship rudder propeller in double propeller system design

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Publication number: DE20020769U1
Application number: DE20020769U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2010-12-08

Description

Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller in Doppelpropeller-Sys temausbildungElectric ship rudder propeller in double propeller system design

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schiffs-Ruderpropeller in Doppelpropeller-Systemausbildung mit einem eine Ständerwicklung und einen Läufer aufweisenden Elektromotor, der in einem um 360° drehbaren, gondelartigen Gehäuse derart eingebaut, vorzugsweise derart eingeschrumpft ist, dass die in den Ständerwicklungen erzeugte Wärme zumindest teilweise über die Gondelwand abgeführt wird, wobei der Elektromotor insbesondere als permanent erregter Motor ausgebildet ist.The invention relates to an electric ship rudder propeller in double propeller system design with an electric motor having a stator winding and a rotor, which is installed in a gondola-like housing that can be rotated through 360°, preferably shrunk in such a way that the heat generated in the stator windings is at least partially dissipated via the gondola wall, wherein the electric motor is designed in particular as a permanently excited motor.

Ein dem vorstehenden im Grundprinzip entsprechender elektrischer Ruderpropeller für Schiffe ist aus der Schrift "New type of permanent field machines for diesel electric propulsion systems", von Peter Andersen und Uwe Gragen, erschienen zur AES 97, 13.-14. März 1997, in Paris, bekannt. Hierbei handelt es sich um einen Ruderpropeller mit zwei Propellern, die im gleichen Drehsinn laufen. Es ist weiterhin aus dem Faltblatt "Azipod-Series der ABB Industry OY Marine Group, vom Frühjahr 1999, bekannt, elektrische Ruderpropeller mit zwei contrarotierenden Propellern auszurüsten, die jeweils von einem separaten Elektromotor angetrieben werden, der über die Oberfläche des Ruderpropellergehäuses gekühlt und permanent erregt ausgebildet ist.An electric rudder propeller for ships that corresponds in principle to the one described above is known from the document "New type of permanent field machines for diesel electric propulsion systems" by Peter Andersen and Uwe Gragen, published at AES 97, 13-14 March 1997, in Paris. This is a rudder propeller with two propellers that rotate in the same direction. It is also known from the leaflet "Azipod Series" by the ABB Industry OY Marine Group, from spring 1999, that electric rudder propellers can be equipped with two contra-rotating propellers, each of which is driven by a separate electric motor that is cooled via the surface of the rudder propeller housing and is permanently excited.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen neuen Ruderpropeller in 0 Systembauweise anzugeben, der gegenüber der bekannten Ausführung mit einem Elektromotor in Bezug auf den Wirkungsgrad noch weiter verbessert ist bzw. den bei der Verwendung von zwei Elektromotoren notwendigen Aufwand zur getrennten Energieversorgung der beiden Motoren vermeidet und in optimaler Weise unter Benutzung von wenigen Standardgehäusegrößen an die Bedingungen des jeweiligen Schiffsbetriebes anpassbar ist.It is the object of the invention to provide a new rudder propeller in 0 system construction which is even further improved in terms of efficiency compared to the known design with an electric motor or avoids the effort required when using two electric motors for the separate power supply of the two motors and can be optimally adapted to the conditions of the respective ship operation using a few standard housing sizes.

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Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, dass einer der beiden Propeller der Doppelpropelleranordnung über ein Getriebe mit der Läuferzelle des Elektromotors verbunden ist. Hierdurch ergibt sich ein System-Ruderpropeller mit der Möglichkeit, wie bei der Verwendung von zwei Motoren, wahlweise mit contrarotierenden oder gleichrotierenden Propellern - zweiseitig oder einseitig angeordnet - zu arbeiten und bei passender Abstimmung der beiden Motoren einen noch höheren Wirkungsgrad als mit gleichlaufenden Propellern zu erreichen. Eine Energieversorgung für zwei Elektromotore ist dabei nicht notwendig, die einen sehr aufwendigen und großen Schleifringkörper zur Übertragung der elektrischen Energie zu den Elektromotoren erfordern würde. Nicht nur der für zwei Motoren, die Rücken an Rücken angeordnet sein müssen, aufwendige Schleifringkörper wird vermieden, auch Kühlungsprobleme der in der Mitte des Ruderpropellers angeordneten Lager der zwei Elektromotoren können vermieden werden.The problem is solved by connecting one of the two propellers of the double propeller arrangement to the rotor cell of the electric motor via a gear. This results in a system rudder propeller with the option, as with the use of two motors, of working with either contra-rotating or co-rotating propellers - arranged on two sides or one side - and, if the two motors are properly coordinated, achieving an even higher level of efficiency than with co-rotating propellers. A power supply for two electric motors is not necessary, which would require a very complex and large slip ring body to transmit the electrical energy to the electric motors. Not only is the complex slip ring body for two motors that have to be arranged back to back avoided, but cooling problems with the bearings of the two electric motors arranged in the middle of the rudder propeller can also be avoided.

Es ist dabei vorgesehen, dass das Getriebe als Drehrichtungs-0 Umkehrgetriebe ausgebildet ist. Hierdurch wird vorteilhaft mögliche Wirkungsgradsteigerung durch das Prinzip der kontrarotierenden Propeller erreicht, wobei es insbesondere vorteilhaft sein kann, wenn das Getriebe gleichzeitig als Untersetzungsgetriebe ausgebildet ist. So kann der Tatsache vorteilhaft Rechnung getragen werden, dass ein Zugpropeller zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades mit einer geringeren Drehzahl zu laufen hat als ein Schubpropeller, der hinter dem Zugpropeller angeordnet ist.It is intended that the gear is designed as a direction-of-rotation reversing gear. This advantageously achieves a possible increase in efficiency through the principle of the contra-rotating propeller, whereby it can be particularly advantageous if the gear is also designed as a reduction gear. This advantageously takes into account the fact that a traction propeller has to run at a lower speed in order to achieve a high level of efficiency than a pusher propeller that is arranged behind the traction propeller.

0 Das Getriebe ist vorteilhaft als Hohlradgetriebe, insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet. Es kann aber ebenso als Tellerradgetriebe ausgebildet sein (schrägstehendes Tellerrad) oder als Kegelradgetriebe. Alle drei Getriebearten sind ebenso wie Stirnradgetriebe, die auch verwendet werden könnten, konstruktiv in allen Teilen bekannte Getriebe, die so klein bauen können, dass sie in die Gondel eines Ruderpropellers eingeschoben werden können. Natürlich ist es auch mög-0 The gear is preferably designed as a ring gear, in particular as a planetary gear. However, it can also be designed as a crown gear (inclined crown gear) or as a bevel gear. All three types of gear, as well as spur gears, which could also be used, are structurally well-known gears that can be built so small that they can be inserted into the nacelle of a rudder propeller. Of course, it is also possible to

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lieh, das Getriebe vor die eine Seite des Elektromotors zu flanschen. Diese Lösung ist insbesondere für kleinere Schiffe, z.B. für Binnenschiffe, geeignet. Hier spielt die Durchmesservergrößerung im Flanschbereich eine untergeordnete RoI-Ie. It is possible to flange the gearbox in front of one side of the electric motor. This solution is particularly suitable for smaller vessels, e.g. inland waterway vessels. Here the increase in diameter in the flange area plays a subordinate role.

Das Getriebe weist vorteilhaft ein Untersetzungsverhältnis zwischen 0,95 und 0,75 auf. In diesem Bereich bewegt sich die optimale Drehzahldifferenz zwischen Schub- und Druckpropeller, wobei das spezielle Untersetzungsverhältnis von der Propellerauslegung abhängig ist.The gearbox advantageously has a reduction ratio between 0.95 and 0.75. The optimal speed difference between the pusher and thrust propellers lies in this range, with the specific reduction ratio depending on the propeller design.

Es ist vorteilhaft möglich, im Bereich des Getriebes eine Kühlmittelfördereinrichtung anzuordnen, z.B. eine Zahnradpumpe oder ein Schaufelrad, mit dem ein Kühlmittel, z.B. Kühlöl im Motorbereich umwälzbar ist. So können insbesondere die beiden Wickelköpfe an den Seiten des Ständerwicklungspakets bevorzugt gekühlt werden.It is advantageously possible to arrange a coolant conveying device in the area of the gearbox, e.g. a gear pump or a paddle wheel, with which a coolant, e.g. cooling oil, can be circulated in the motor area. In this way, in particular the two winding heads on the sides of the stator winding package can be preferentially cooled.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass auf der Gondelaußenseite, insbesondere im Bereich des Getriebes, eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung, z.B. in Leitradform, ggf. in einem Strömungskanal angeordnet, vorgesehen ist. Hierdurch kann ggf. der Wirkungsgrad des Zugpropellers oder des Druckpropellers weiter erhöht werden, desgleichen wird ein Schutz des Propellers bei Rückwärtsfahrt oder Eisgang möglich. Diese Ausführung ist besonders bei einem angeflanschten Getriebe vorteilhaft, da für das Anbringen der Strömungsbeeinflussungseinrichtung, z.B. eines Leitrades, das eigentliche Mo-0 torgehäuse nicht verändert zu werden braucht.It is also planned that a flow control device, e.g. in the form of a guide wheel, possibly arranged in a flow channel, is provided on the outside of the nacelle, particularly in the area of the gearbox. This may further increase the efficiency of the traction propeller or the pusher propeller, and it may also protect the propeller when reversing or in ice. This design is particularly advantageous with a flanged gearbox, since the actual motor housing does not need to be modified to attach the flow control device, e.g. a guide wheel.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert, aus denen weitere, auch erfindungswesentliche, Einzelheiten ebenso wie aus den Unteransprüchen entnehmbar sind. Im einzelnen zeigen:The invention is explained with reference to drawings, from which further details, including those essential to the invention, can be taken as well as from the subclaims. In detail:

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FIG 1 einen erfindungsgemäßen Ruderpropellermotor in wesentlicher Darstellung,FIG 1 shows a rudder propeller motor according to the invention in an essential representation,

FIG 2 das Schema eines Planetengetriebes, FIG 3 das Schema eines Kegelradgetriebes und FIG 4 das Schema eines Schrägradgetriebes.FIG 2 shows the diagram of a planetary gear, FIG 3 shows the diagram of a bevel gear and FIG 4 shows the diagram of a helical gear.

In FIG 1, die schematisch einen Ruderpropeller mit je einem Propeller an jeder Seite zeigt, bezeichnet 1 die Motorwelle mit dem auf der Motorwelle aufgeschrumpften Elektromotor 2.In FIG 1, which schematically shows a rudder propeller with one propeller on each side, 1 designates the motor shaft with the electric motor 2 shrunk onto the motor shaft.

und 4 bezeichnen Lager und 6 und 7 die Abdichtungen der Propellerwellen. Mit 8 und 9 sind die Propeller bezeichnet, die je nach Ausbildung des Getriebes 5, in FIG 1 ist ein Hohlradgetriebe angedeutet, gleichlaufend oder gegeneinander laufend und mit gleicher oder unterschiedlicher Drehzahl laufend sein können. Die FIG 2, 3 und 4 zeigen die bevorzugten Getriebetypen, ebenso gut einsetzbar wie das Hohlradgetriebe 5. Derartige Getriebe sind dem Getriebefachmann bekannt, desgleichen ihre spezielle Gehäuseausbildung.and 4 denote bearings and 6 and 7 the seals of the propeller shafts. 8 and 9 denote the propellers, which, depending on the design of the gear 5 (a ring gear is indicated in FIG. 1), can run in parallel or against each other and at the same or different speeds. FIGS. 2, 3 and 4 show the preferred types of gear, which can be used just as well as the ring gear 5. Gears of this type are known to gear experts, as is their special housing design.

0 Die Ausführung mit zwei contrarotierenden Propellern auf einer Seite des Ruderpropellers ist nicht gezeigt. Hierfür ist ein Hohlradgetriebe mit einer mittigen Welle als Antrieb für den einen Propeller und der Abtriebsseite des Hohlrades als Antrieb für den anderen Propeller besonders geeignet. Derartige Getriebe sind dem Fachmann von mechanischen Ruderpropellern bekannt.0 The design with two contra-rotating propellers on one side of the rudder propeller is not shown. A ring gear with a central shaft as the drive for one propeller and the output side of the ring gear as the drive for the other propeller is particularly suitable for this. Such gears are known to those skilled in the art from mechanical rudder propellers.

Claims

1. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller in Doppelpropeller- Systemausbildung, mit einem eine Ständerwicklung und einen Läufer aufweisenden Elektromotor, der in einer um 360° drehbaren Gondel derart eingebaut, vorzugsweise derart eingeschrumpft ist, dass die in den Ständerwicklungen erzeugte Wärme zumindest teilweise über die Gondelwand abgeführt wird, wobei der Elektromotor insbesondere als permanent erregter Motor ausgebildet ist und wobei einer der beiden Propeller über ein Getriebe mit der Läuferwelle des Elektromotors verbunden ist. 1. Electric ship rudder propeller in double propeller system design, with an electric motor having a stator winding and a rotor, which is installed in a nacelle that can be rotated through 360°, preferably shrunk in such a way that the heat generated in the stator windings is at least partially dissipated via the nacelle wall, wherein the electric motor is designed in particular as a permanently excited motor and wherein one of the two propellers is connected to the rotor shaft of the electric motor via a gear.

2. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Drehrichtungs-Umkehrgetriebe ausgebildet ist. 2. Electric ship rudder propeller according to claim 1, characterized in that the gear is designed as a direction of rotation reversing gear.

3. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Untersetzungsgetriebe ausgebildet ist. 3. Electric ship rudder propeller according to claim 1 or 2, characterized in that the gear is designed as a reduction gear.

4. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Hohlradgetriebe, insbesondere als Planetengetriebe, ausgebildet ist. 4. Electric ship rudder propeller according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the gear is designed as a ring gear, in particular as a planetary gear.

5. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Tellerradgetriebe ausgebildet ist. 5. Electric ship rudder propeller according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the gear is designed as a ring gear transmission.

6. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Kegelradgetriebe ausgebildet ist. 6. Electric ship rudder propeller according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the gear is designed as a bevel gear.

7. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Untersetzungsverhältnis zwischen 0,95 und 0,75 aufweist. 7. Electric ship rudder propeller according to one or more of the preceding claims, characterized in that the gear has a reduction ratio between 0.95 and 0.75.

8. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein ggf. in die Gondel einschiebbares und mit dieser verschraubbares Gehäuse aufweist. 8. Electric ship rudder propeller according to one or more of the preceding claims, characterized in that the gear has a housing which can optionally be inserted into the nacelle and screwed to it.

9. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse insbesondere austauschbar und für die Aufnahme unterschiedlicher Getriebekomponenten zur Erzielung eines unterschiedlichen Untersetzungsverhältnisses und oder einer geänderten Drehrichtung ausgebildet ist. 9. Electric ship rudder propeller according to claim 8, characterized in that the housing is in particular exchangeable and designed to accommodate different gear components in order to achieve a different reduction ratio and/or a changed direction of rotation.

10. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Getriebes eine Kühlmittelfördereinrichtung angeordnet ist, z. B. eine Zahnradpumpe oder ein Schaufelrad, mit dem ein Kühlmittel im Motorbereich umwälzbar ist. 10. Electric ship rudder propeller according to one or more of the preceding claims, characterized in that a coolant conveying device is arranged in the region of the gear, e.g. a gear pump or a paddle wheel, with which a coolant can be circulated in the motor region.

11. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf der Gondelaußenseite, insbesondere im Bereich des Getriebes, eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung, z. B. in Leitradform, ggf. in einem Strömungskanal angeordnet, aufweist. 11. Electric ship rudder propeller according to one or more of the preceding claims, characterized in that it has a flow influencing device, e.g. in the form of a guide wheel, optionally arranged in a flow channel, on the outside of the nacelle, in particular in the region of the gear.

12. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Propeller an den beiden Enden der Gondel angeordnet sind. 12. Electric ship rudder propeller according to one or more of the preceding claims, characterized in that the propellers are arranged at the two ends of the nacelle.

13. Elektrischer Schiffs-Ruderpropeller nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Propeller an einem Ende der Gondel angeordnet sind. 13. Electric ship rudder propeller according to one or more of claims 1 to 17, characterized in that the propellers are arranged at one end of the nacelle.