KR20160031539A

KR20160031539A - 선박용 전기 포드 추진부

Info

Publication number: KR20160031539A
Application number: KR1020167003827A
Authority: KR
Inventors: 크리스토프 발쳐; 프랑크 자이빅케
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2016-03-22
Also published as: CN105431349B; EP2994380A1; ES2628825T3; EP2994380B1; KR101823277B1; WO2015007585A1; DE102013214087A1; CN105431349A

Abstract

선박용 전기 포드 추진부이며, 스테이터(1)를 포함하는 전기 모터와, 축방향에서 적어도 부분적으로 스테이터를 따라 연장되고 주연 방향에서 스테이터를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징 부분(2)을 포함한다. 개선된 냉각을 갖는 전기 포드 추진부를 제공하기 위해, 실제로 축방향으로 연장되는 냉각 채널(3)이 제공되며, 상기 냉각 채널 내에서 각각 하나 이상의 냉매가 흐를 수 있고, 상기 냉각 채널을 이용하여 전기 모터가 냉각될 수 있으며, 냉각 채널이 적어도 반경 방향 내측으로, 적어도 1 W/(m*K)의 열전도율을 포함하며 적어도 해수 함유 분위기에서 내부식성인 재료의 층(4)에 의해 각각 한정되는 것이 제안된다.

Description

선박용 전기 포드 추진부{ELECTRIC POD DRIVE FOR A SHIP}

본 발명은 선박용 전기 포드 추진부에 관한 것이며, 포드 추진부는, 스테이터를 포함하는 전기 모터와, 축방향에서 적어도 부분적으로 스테이터를 따라 연장되고 주연 방향에서 스테이터를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징 부분을 포함한다.

이러한 유형의 전기 포드 추진부는 예를 들어 선박에서 추진 유닛으로서 사용되며, 포드 추진부는 선체의 외부에서 그리고 수면 아래에, 특히 해수면 내에 위치하며, 프로펠러를 구동시킨다. 이러한 유형의 전기 포드 추진부는 명칭 POD-추진부로도 알려져 있다. 이러한 유형의 전기 포드 추진부에서, 전기 기계의 손실 열은, 기계가 작동 중에 일정하고 허용 가능한 온도 레벨로 유지되도록, 적절한 형태로 방출되어야 한다.

지금까지 스테이터의 열 방출은 대류에 의해 하우징 표면을 통해 이루어졌다. 스테이터의 적층 철심이 하우징 내로 주름식(shrink)으로 배열됨으로써, 양호한 열 전달이 보장된다. 그러나, 이에 의해 권선 헤드가 충분히 냉각될 수 없는데, 그 이유는 권선 헤드가 하우징을 접촉하지 않음으로써 열이 직접적으로 하우징에 이에 따라 물로 전달될 수 없기 때문이다.

DE 877 254 C에는, 모터 하우징 내에 전기 모터를 포함하는 포드 추진부가 공지되어 있으며, 모터 하우징이 포드 하우징에 의해 둘러싸이며, 모터 하우징과 포드 하우징 사이에 환형 홈이 제공된다. 이 경우에, 포드 내로 스며드는 물이 환형 홈을 관류할 수 있다.

DE 198 26 229 A1에는, 선체에서 샤프트에 고정된 다른 포드 추진부가 공지되어 있다. 여기서, 냉각 요소가 샤프트 하부 부분에 제공된다. 또한, 포드 추진부의 축은 해수가 관류할 수 있는 중공 축으로서 형성된다.

본 발명의 과제는 개선된 냉각을 갖는 전기 포드 추진부를 제공하는 것이다.

상기 과제는, 서두에 언급한 유형의 전기 포드 추진부에서, 실제로 축방향으로 연장되는 냉각 채널이 제공되며, 이 냉각 채널 내에서 각각 하나 이상의 냉매가 흐를 수 있고, 상기 냉각 채널을 이용하여 전기 모터가 냉각될 수 있으며, 냉각 채널이 적어도 반경 방향 내측으로, 적어도 1 W(m*K)의 열전도율을 포함하며 적어도 해수 함유 분위기에서 내부식성인 재료의 층에 의해 각각 한정됨으로써 해결된다.

전기 기계에서, 기계의 내부의 냉각은 통상 문제가 있는데, 그 이유는 작동 중에 열 막힘을 갖는 위치, 이른바 "과열점(hot spot)"이 형성되기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따르면, 냉각 채널이 적어도 1 W/(m*K)의 열전도율을 갖는 재료의 층을 통해 적어도 반경 방향 내측으로 한정됨으로써, 냉각 채널은 그 반경 방향 내측 면에 비교적 높은 열전도율을 갖는다. 각각의 냉각 채널을 특히 반경 방향 외측으로 그리고/또는 주연 방향으로 한정할 수도 있는 층을 통해, 전기 포드 추진부의 신뢰성 있고 고성능의 냉각이 가능하다.

층의 재료가 적어도 60 W/(m*K)의 열전도율을 포함할 수 있다. 증가되는 열전도율에 따라, 상기 유형의 재료는 예를 들어 합금 청동, 특히 청동 합금 CC333G 또는 CuAl10Fe5Ni5-C 및 금속으로서 주석, 크롬, 아연 또는 알루미늄이며, 흑연이 사용될 수도 있다. 또한, 상기 유형의 열전도율을 달성하는 합금을 사용하는 것도 가능하다. 특히, 적어도 80 W/(m*K)의 열전도율을 포함하는 재료가 선택될 수 있다.

이 경우에, 스테이터는 통상 중공 실린더로서 구성되며, 전기 포드 추진부의 냉각 채널은 바람직하게는 중공 실린더 형태의 스테이터의 내측 쉘 면보다 반경 방향으로 더 외측에 놓인다. 이는, 냉각 채널이 적어도 부분적으로 스테이터 내에서, 하우징 부분 내에서 그리고/또는 스테이터와 하우징 부분 사이에서 연장될 수 있는 것을 의미한다.

전기 모터의 특히 양호한 냉각을 위해, 냉각 채널이 바람직하게는 스테이터의 축방향 길이의 절반 이상에 걸쳐, 특히 스테이터의 전체 축방향 길이에 걸쳐 연장된다.

특히, 스테이터 및/또는 하우징 부분은 55 W/(m*K)보다 작은, 예를 들어 40 W(m*K)보다 작은 온도 전도율을 갖는 재료로 이루어진다. 예를 들어, 스테이터는 통상, 비교적 낮은, 부분적으로 30 W/(m*K)보다 낮은 열전도율을 포함하는 전기 강판을 포함한다. 또한, 하우징 부분은 강(steel)으로 이루어질 수 있으며, 통상 비용적인 이유로 통상적인 강이 사용되며, 특수 합금 또는 스테인리스 강은 생략된다. 이러한 유형의 통상적인 강은 통상 Cr-Ni-강에 대한 15 W/(m*K) 내지 0.4%보다 작은 탄소 성분을 갖는 강에 대한 최대 55 W/(m*K)의 범위 내의 온도 전도율을 갖는다.

층의 재료는 적어도 해수 함유 분위기에서 내부식성을 가지며, 재료 특성은 특히, 전기 포드 추진부의 적절한 사용 중에, 특히 포드 추진부가 물 또는 해수 내로 침수되는 경우 달성되어야 한다. 이로써, 해수 내에서 포드 추진부의 오랜 작동을 가능케 하는 내구성이 달성된다.

특히, 재료는, DIN EN ISO 12944-2에 따라 예를 들어 대기적인 환경 조건에 대한 C4 또는 C5-I, 또는 물에 대한 Im2 또는 Im3 부식 범주에 따른 충분한 내부식성이 보장되도록 선택될 수 있다. 따라서, 예를 들어 재료가 해수와 직접 접촉하는 것도 가능하다. 대안적으로, 재료는, 해수에서 전기 포드 추진부가 작동함으로써 염분을 함유하고 이로써 상술된 해수 함유 분위기를 나타내는 다른 냉매 또는 냉기와 직접 접촉될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 냉매는 예를 들어 액체 또는 기체 형태로 형성될 수 있으며, 특히 이를 위해 순환 냉각수 또는 순환 냉기를 갖는 폐쇄된 냉각 회로도 가능하다.

예를 들어 충분한 내부식성은 DIN EN ISO 12944-5에서 설명한 바와 같이 5 내지 15년 사이의 보호 지속 시간으로서 또는 15년 이상의 보호 지속 시간으로서 해석될 수 있다.

대안적으로 또는 추가로, 재료의 내부식성은 전기 포드 추진부의 적절한 사용 동안에 재료의 부식율이 매년 100㎛, 특히 50㎛ 보다 작도록 선택될 수 있다. 이 경우에, 층의 두께는 원하는 최소 수명 또는 보호 지속 시간 후에 그리고 주어진 부식율에서 최소 층 두께가 유지되도록 할당될 수 있다. 특히, 층이 냉각 채널을 반경 방향으로 한정할 수 있다.

통상, 포드 추진부의 하우징 부분은 선박의 하부 면에서 샤프트를 통해 회전 가능하게 배열될 수 있으며, 전기 포드 추진부의 스테이터는 적어도 1m, 특히 2m보다 큰 직경을 포함한다. 전기 포드 추진부는 적어도 1 MW, 바람직하게는 10 MW보다 큰 출력을 달성할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구성에서, 스테이터가 각각의 축방향 단부에 권선 헤드를 포함하며, 하나 이상의 냉각 채널이 적어도 부분적으로 권선 헤드들 중 하나의 축방향 영역 내에서 연장되며, 하나 이상의 유동 기계가 제공되며, 이 유동 기계는 전기 포드 추진부의 축과 하우징 부분 사이에 배열되며 축과 회전 고정식으로 연결되며, 각각의 권선 헤드는 하나 이상의 유동 기계에 의해 순환될 수 있는 추가의 냉매를 통해 냉각될 수 있다.

축과 회전 고정식으로 연결된 하나 이상의 유동 기계의 사용을 통해, 포드 추진부에 제공될 수 있는 냉각 성능이 증가될 수 있는데, 이는 포드 추진부가 포드 추진부를 지지하는 샤프트에 대해 캡슐화되어 구성될 수 있는 것을 가능케 한다. 이는, 각각의 권선 헤드의 영역이 하나 이상의 유동 기계에 의해 순환되는 추가의 냉매를 통해 냉각될 수 있음으로써 가능하다. 특히, 각각의 권선 헤드의 영역이 폐쇄된 냉각 회로를 형성할 수 있으며, 경우에 따라 하나 이상의 냉각 채널이 각각의 권선 헤드 영역 쪽으로 개방되거나 적어도 열을 각각의 영역 내로 방출할 수 있다.

냉각 채널의 하나가 각각의 권선 헤드 영역 쪽으로 개방되어 구성되는 경우, 각각의 권선 헤드의 개선된 냉각에 부가적으로 추가로, 포드 추진부의 축방향 중간의 개선된 냉각이 달성되는데, 그 이유는 폐열이 축방향 중간으로부터 권선 헤드 영역으로 방출될 수 있기 때문이다.

다른 냉매는 기체 형태, 예를 들어 공기로서, 또는 액체 형태로 형성될 수 있으며, 이에 상응하여 하나 이상의 유동 기계는 기체 형태의 냉매에서 팬으로서 또는 액체 형태의 냉매에서 펌프로서 구성될 수 있다. 기본적으로, 하나 이상의 냉매와 다른 냉매가 동일하거나, 두 개의 냉매가 동일한 냉각 회로 내에서 순환되는 것도 가능하다. 특히, 이 경우에, 각각의 권선 헤드의 냉각은, 이어서 축방향으로 연장하는 냉각 채널을 통해 안내되는 냉매를 통해서도 가능하다.

축과 하우징 부분 사이의 하나 이상의 유동 기계의 배열은, 축을 반경 방향 내측으로부터 반경 방향 외측으로 하나 이상의 유동 기계가 그리고 최종적으로 하우징 부분이 따르는 것을 의미한다. 이로써, 축방향으로의 각각의 구성 부품의 중첩이 강제적으로 요구되지 않는다.

대안적으로, 하나 이상의 유동 기계가 타력 구동 팬 또는 축의 회전수와는 무관하게 작동 가능한 유동 기계로서 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 하나 이상의 냉각 채널의 형성을 위해 하우징 부분 내에 홈이 제공된다.

이 경우에, 홈은 실제로 축방향으로 연장되며, 하우징 부분의 개선된 냉각을 위해 상당히 기여한다. 하우징 부분이 주연 방향에서 스테이터를 적어도 부분적으로 둘러싸고 축방향으로 적어도 부분적으로 스테이터를 따라 연장되기 때문에, 이에 의해, 스테이터의 냉각도 개선된다. 여기서, 하우징 부분이 스테이터의 전체 축방향 길이를 따라 연장되어 주연 방향에서 스테이터를 완전히 둘러싸는 경우, 그리고 주연 방향으로 서로에 대해 오프셋되어 배열되는 방식의 홈에 의해 형성된 복수의 냉각 채널이 제공될 경우 특히 양호한 결과가 달성된다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 하나 이상의 냉각 채널의 구성을 위해 홈이 스테이터 내에 제공된다.

하나 이상의 냉각 채널이 홈 형태로 스테이터 내에 배열됨으로써, 전기 포드 추진부의 작동 중에 스테이터 내에서 상응하는 폐열이 특히 양호하게 제거될 수 있는데, 그 이유는 냉각 성능이 폐열이 형성되는 바로 그곳에 직접 사용될 수 있기 때문이다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 하우징 부분과 스테이터 사이에 상기 층을 이루는 재료로 형성된 중간 부분이 배열된다.

중간 부분을 통해, 스테이터의 폐열이 중간 부분의 지지면에서 스테이터 상에서 전반적으로 수용되어 중간 부분의 양호한 열전도성을 이용하여 바람직하게 방출된다. 특히, 하우징 부분이 중공 실린더 형태로 구성되는 경우, 중간 부분도 중공 실린더 형태로 구성될 수 있기 때문에, 특히 높은 냉각 성능과 동시에 특히 일정하게 분배되는 냉각 성능이 달성될 수 있다.

특히, 축방향으로 배열되고 냉각 채널로서 기능하며 하우징 부분 내에서 주연부에 분포된 홈이 연장되는 경우, 중간 부분이 상기 냉각 채널을 밀폐하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 중간 부분은, 그 안에서 스테이터 적층 철심이 주름식으로 배열되는 밀봉링으로서 구성된다. 열전도성 밀봉링은 냉각 성능에 전체적으로 양호하게 작용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 하나 이상의 냉각 채널의 형성을 위해 중간 부분 내에 홈이 제공된다.

이러한 방식으로 형성된 냉각 채널은 스테이터에 제공 가능한 냉각 성능을 더 증가시키는 것을 가능케 하는데, 그 이유는 중간 부분에 의해 수용된 스테이터의 폐열이 중간 부분 내에서 연장되는 홈을 통해 직접 방출될 수 있기 때문이다. 냉각 성능은 상기 유형의 복수의 냉각 채널이 제공됨으로써 더 증가될 수 있다.

이 경우에, 중간 부분은, 하우징 부분과 스테이터 적층 철심 사이에 삽입된 냉각 링으로서 구성될 수 있다. 경계 조건에 따라, 축방향으로 관통하고 각각 하나의 둥글거나 모서리진 단면을 포함하고 주연부에 분포되어 배열된 냉각 채널이 중간 부분 내에 제공된다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 홈이 개방되거나 폐쇄되어 구성된다.

각각의 홈이 폐쇄되어 구성되는 경우, 각각의 냉각 채널은 실제로 축방향으로 연장되는 보어에 의해 형성된다. 이 보어는 전기 포드 추진부의 각각의 부분 내에서, 즉, 하우징 부분 내에서, 스테이터 내에서 또는 경우에 따라 중간 부분 내에서 연장된다. 이러한 유형의 보어는 매우 쉽게 가공되며 이러한 방식으로 형성된 냉각 채널은 반경 방향으로 실제로 기밀식(hermetic)으로 밀폐되어 구성된다.

각각의 홈이 개방되어 구성되는 경우, 반경 방향으로 전기 포드 추진부의 적어도 두 개의 부분을 통해 연장되는 냉각 채널이 형성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 유형의 냉각 채널은 홈 내에서 스테이터의 반경 방향 외측 표면에서 그리고 동시에 홈 내에서 하우징 부분의 또는 경우에 따라 중간 부분의 반경 방향 내측 표면에서 연장된다. 따라서, 이러한 유형의 채널은 대안적으로 홈 내에서 중간 부분의 반경 방향 외측 표면에서 그리고 동시에 홈 내에서 하우징 부분의 반경 방향 내측 표면에서 연장된다. 기본적으로, 냉각 채널이 반경 방향에서 스테이터의 반경 방향 외측 표면의 홈으로부터 중간 부분을 관통하여 하우징 부분의 반경 방향 내측 표면의 홈까지 연장되는 것도 가능하다.

통상, 각각의 홈은 사각형의 단면, 예를 들어 정방형 또는 장방형 단면을 포함할 수 있다. 또한, 둥글거나 타원형 또는 다른 형태의 단면도 가능하다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 하나 이상의 냉각 채널의 반경 방향 경계에는 층을 이루는 재료로 형성된 중공 프로파일이 배열된다.

중공 프로파일은 한편으로, 하나 이상의 냉매와, 각각의 냉각 채널을 둘러싸는 재료와의 특히 양호한 열적인 접촉을 보장하며, 다른 한편으로, 반경 방향 및 주연 방향으로 하나 이상의 냉매의 유출에 대한 특히 높은 밀폐성을 보장한다. 또한, 이러한 유형의 프로파일은 특히 비용 효율적으로 제조된다.

이 경우에, 주연부에 분포되어 상술된 홈 내로 삽입되는 복수의 중공 프로파일이 제공될 수 있다. 이로써, 중공 프로파일을 통해 하나 이상의 냉매가 흐를 수 있다. 특히, 하우징 내의 개방된 홈에서 뿐만 아니라 스테이터 적층 철심 내의 개방된 홈에서 연장되는 냉각 채널 내로 중공 프로파일이 삽입될 경우, 각각의 중공 프로파일이 토크의 일 부분도 수용함으로써, 각각의 중공 프로파일이 추가로 페더 키로서 기능한다.

주름식으로 배열된 스테이터 적층 철심으로부터 하우징 부분으로의 열 전달이 보장되도록, 각각의 중공 프로파일이 하우징 부분의 내경과 함께 가공된다. 이에 의해, 주름 배열된 스테이터 적층 철심에 대해 매끄럽고 일정한 표면이 형성된다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 층을 이루는 재료는 하우징 부분의 재료 및/또는 스테이터의 재료보다 높은 내부식성을 포함한다.

전기 포드 추진부가 통상 해수 내에서 작동하기 때문에, 내부식성에 대한 특히 높은 요구가 형성된다. 층을 이루는 재료의 더 높은 내부식성을 통해, 예를 들어 스테이터가 캡슐화되어 구성되기 때문에, 스테이터가 부식에 대해 특히 양호하게 보호될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 냉각 채널을 통해 스테이터에는 충분한 냉각 성능이 제공될 수 있다. 경우에 따라, 이를 위해, 각각의 냉각 채널은 스테이터와의 모든 접촉면에서 특히 내부식성인 재료의 층을 포함한다. 이는, 예를 들어 각각의 냉각 채널이 축방향에 대해 수직으로 상기 재료의 층을 통해 한정됨으로써도 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 층을 이루는 재료가 구리-알루미늄 합금을 포함한다.

구리-알루미늄 합금은, 비교적 높은 열전도율을 가지며, 특히 내부식성인 장점을 포함한다. 추가로, 상기 재료는 비교적 쉽게 처리될 수 있다. 대안적으로 특히 청동이 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 하나 이상의 냉각 채널의 각각의 축방향 단부에는 각각 하나의 유입구 및 각각 하나의 유출구가 제공되며, 각각의 유입구 및/또는 각각의 유출구는, 포드 추진부를 적어도 부분적으로 둘러싸는 물에 대한 포드 추진부의 상대 운동 시에, 물이 유입구, 하나 이상의 냉각 채널 및 유출구를 통과하여 유동할 수 있도록 구성된다.

이렇게 형성된 하나 이상의 냉각 채널에 의해, 전기 포드 추진부의 폐열의 특히 효과적인 소거가 달성될 수 있는데, 그 이유는 폐열이, 물로서 형성되고 전기 포드 추진부를 적어도 부분적으로 둘러싸는 냉매에 직접 방출되기 때문이다. 이 경우에, 특히, 물의 높은 열 용량 및 통상, 스테이터의 온도에 비해 낮은 물 온도는 바람직하다. 특히 양호한 냉각은 주연 방향에서 서로 대해 이격되어 배열된 상기 유형의 복수의 냉각 채널이 제공됨으로써 달성된다.

전기 포드 추진부가 통상 염분 함유 해수에서 작동하기 때문에, 상기 유형으로 형성된 하나 이상의 냉각 채널은 바람직하게는, 하우징 부분의 재료 및/또는 스테이터의 재료보다 높은 내부식성을 포함하는 상술된 특히 내부식성인 재료로 피복된다. 이를 위해, 예를 들어 구리-알루미늄 합금 또는 청동이 사용될 수 있다.

이 경우에, 상기와 같이 형성된 냉각 채널에는 냉각 채널을 통한 유동을 차단할 수도 있는 조개, 따개비 또는 다른 생물들의 부착을 방지하는 특수 코팅이 제공될 수 있다. 이러한 유형의 특수 코팅은 예를 들어 생물이 자리를 잡을 수 없는 페인트, 특히 방울져 흐르는 효과 또는 연잎 효과를 갖는 원 재료일 수 있다.

그러나 특수 코팅은, 규칙적으로 전류가 인가될 수 있음으로써, 마찬가지로 방해가 되는 부착이 방지될 수 있도록 구성될 수도 있다. 이를 위해, 예를 들어 스트립 형태의 페인팅이 도포될 수 있고, 두 개의 상이한 유형의 스트립에 상이한 전기 극성이 인가될 수 있으며, 제1 유형의 각각의 스트립이 제2 유형의 하나 이상의 스트립에 항상 접해있다. 이로써, 상이한 극성의 전압 또는 전류의 인가를 통해, 제1 유형 및 제2 유형의 스트립에서 물의 pH가 변경될 수 있고, 그 곳에 생물이 생길 수 없기 때문에, 생물에 의한 부착이 방지된다. 이러한 방식으로 형성된 전기장에 의해, 전기 인가 시에, 예를 들어 제1 스트립에서 알칼리성 환경이 그리고 제2 스트립에서 산성 환경이 형성되며, 이에 상응하게 반대의 극성일 경우에는 반대의 환경이 형성된다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 하나 이상의 냉각 채널을 통해 유동하는 물의 유동 속도가 증가될 수 있다.

유동 속도의 증가는 예를 들어 깔때기 모양의 유입구 및/또는 유출구를 통해 달성될 수 있다. 유입구 및/또는 유출구는, 경우에 따라 물에서 사용하기 위해 유동 기술적인 적응을 고려하여, 도라드 환풍기(dorade vent)를 위해 사용될 수 있는 것과 같이, 특히 통풍통(air funnel) 형태로 형성될 수 있다. 대안적으로 유입구 및/또는 유출구는 스노클과 같이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 유입구는 노즐로서 그리고 유출구는 디퓨저로서 구성된다.

특히, 하나 이상의 가이드 요소가 제공될 수 있는데, 이는 난류로 인한 와류를 감소시키거나 방지하며 층류 유동을 각각의 냉각 채널을 통해 안정화시킨다. 하나 이상의 가이드 요소는 예를 들어 평평하거나 쉘 형태로 형성될 수 있으며, 쉘 형태는 실린더에 대해 또는 축방향으로 점차 좁아지는 회전 바디에 대해 전방에 위치할 수 있으며 예를 들어 유동 방향으로 배향된다.

예를 들어, 유입구 및/또는 유출구는 스노클 유형으로 구성될 수 있으며, 유동하는 해수가 스노클 내로 직접 편향된다.

유동 속도의 증가는 상술된 특수 코팅을 통해 달성될 수도 있으며, 그리고/또는 각각의 냉각 채널의 표면이 특수 수영복에서 알려진 것과 같이 적어도 부분적으로 상어 피부와 유사하게 구성됨으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 하나 이상의 다른 유동 기계가 제공되며, 이를 통해, 하나 이상의 냉각 채널을 통해 유동하는 물의 유동 속도가 증가될 수 있다.

추가의 유동 기계에 의해 냉각 성능이 더 증가될 수 있거나 전기 포드 추진부가 더 소형으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 추가의 유동 기계는 예를 들어 전기 모터에 의해 구동 가능하며 특히 각각의 냉각 채널 내에 배열되는 프로펠러로서 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 하나 이상의 냉각 채널이 열 도관으로서 구성된다.

영어로 "히트 파이프(heat pipe)"로도 알려진 열 도관은, 매우 소형인, 그리고 추가로, 전기 포드 추진부의 폐쇄된 구조를 가능케 한다. 이 경우에, 상당한 양의 폐열이 상기 열 도관을 통해 전기 포드 추진부의 더 냉각된 영역, 특히, 외부 표면 근처로 방출될 수 있다.

여기서, 상이한 냉각 채널의 조합도 전적으로 가능하다. 전기 포드 추진부는 예를 들어 열 도관으로서 구성된 하나 이상의 냉각 채널, 및 전기 포드 추진부를 부분적으로 둘러싸는 물이 관류할 수 있는 상술된 유입구 및/또는 유출구를 포함하는 하나 이상의 냉각 채널을 포함할 수 있다. 특히, 열 도관으로서 형성된 하나 이상의 냉각 채널은 물에 접근 가능한 적어도 하나의 냉각 채널을 위한 공급기 형태로 사용될 수 있다. 이를 위해, 물에 대해 접근 가능한 각각의 채널이 반경 방향으로 더 외측으로, 그리고/또는 전기 포드 추진부의 축방향 중간 영역 내에 배열될 수 있으며, 열 도관으로서 구성된 각각의 채널은, 그곳으로부터 폐열을 방출하고 물에 접근 가능한 각각의 채널로 이송하기 위해, 전기 포드 추진부 또는 스테이터의 나머지 쉘 면을 적어도 부분적으로 덮는다.

본 발명의 바람직한 다른 구성에서, 열 도관으로서 구성된 냉각 채널 내에서 흐를 수 있는 냉매는 오일이다.

특히 포드 추진부 내에서 폐쇄된 냉각 회로 내에 배열된 각각의 냉각 채널을 위해 냉매로서 오일이 사용될 수 있다. 이는, 상기 냉각 채널을 위해, 내부식성과 관련된 높은 요구가 충족될 필요가 없는 장점을 갖는다. 특히, 오일은 열 도관으로서 형성된 냉각 채널 내에 삽입될 수 있다.

본 발명의 상술된 바람직한 구성에 따르면, 충분한 열전도성 그리고 특히 바람직한 내부식성을 갖는 중공 프로파일 또는 냉각 채널을 사용함으로써, 구리-알루미늄 합금으로 이루어진 매우 비용이 많이 드는 기계 하우징의 사용이 방지될 수 있다.

통상, 운용 비용은, 기계 하우징보다 확실히 작고 덜 복잡하게 구성된 냉각 채널에만 한정된다. 또한, 냉각이 국부적으로 또는 기하학적으로 스테이터 적층 철심에 가까이 형성됨으로써, 적은 재료 두께(동일한 의미로 감소된 열 저항)가 극복되어야 한다.

이하, 본 발명이 도면에 도시된 실시예를 참조하여 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 포드 추진부의 제1 실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 포드 추진부의 제2 실시예의 종단면도의 부분도를 도시한다.
도 3은 냉각 채널의 몇몇 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4는 냉각 채널의 다른 실시예를 도시한다.
도 5는 냉각 채널의 추가의 실시예를 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 포드 추진부의 제1 실시예를 도시한다. 전기 포드 추진부는 샤프트(18)를 이용하여 선박의 선체에 고정되며 선박의 구동을 위해 프로펠러(17)를 포함한다. 추진 출력은, 중공 실린더 형태의 스테이터(1) 및 스테이터(1) 내에 회전 가능하게 지지된 로터(16)를 포함하는 전기 모터에 의해 제공되며, 로터(16)는 축(6)에 의해 프로펠러(17)와 회전 고정식으로 연결된다.

스테이터(1)는 주연 방향에서, 본 실시예의 범주 내에서 축방향에서 스테이터(1)의 길이 상에서 연장되는 하우징 부분(2)에 의해 둘러싸인다. 또한, 축방향으로 연장되고 전기 모터의 냉각을 위해 냉매가 그 안에서 흐를 수 있는 냉각 채널(3)이 제공된다. 이 경우에, 냉각 채널(3)은 반경 방향 내측으로 각각 재료의 층(4)을 통해 한정되며, 이 재료는 적어도 1 W(m*K)의 열전도율을 포함하며 적어도 해수 함유 분위기에서 내부식성이다.

또한, 전기 포드 추진부는 로터(16)의 각각의 축방향 단부에 유동 기계(5)를 포함하며, 유동 기계(5)는 축(6)과 회전 고정식으로 연결된 팬으로서 구성되며 반경 방향에서 축(6)과 하우징 부분(2) 사이에 배열된다. 스테이터(1)로부터는 각각 유동 기계(5)에 의해 순환 가능한 공기에 의해 냉각될 수 있는 권선 헤드(7)가 각각 축방향 연장부 내에서 돌출된다. 추가로, 냉각 채널(3)이 각각의 권선 헤드(7)의 축방향 영역 내로 돌출함으로써, 냉각 채널(3) 내에 위치하는 냉매가 각각의 유동 기계(5)를 통해 순환하는 냉기와 열적으로 결합된다. 특히, 냉매가 각각의 유동 기계(5)에 의해 순환하는 냉기이기 때문에, 냉기는 냉각 채널(3) 및 각각의 권선 헤드(7)의 영역을 통해 순환될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 전기 포드 추진부의 제2 실시예의 종단면도를 도시한다. 다만 개관성의 이유로 포드 추진부의 개별 부품들만 도시된다.

반경 방향 외측으로 먼저, 적어도 해수 함유 분위기에서 적어도 1 W/(m*K)의 열전도율과 내부식성을 갖는 재료로 이루어진 중간 부분(10) 및 최종적으로 하우징 부분(2)이 스테이터(1)에 연결된다. 이 경우에, 하우징 부분(2)은 스테이터(1)를 주연 방향으로 둘러싸고 그리고 스테이터(1)를 축방향에서 단지 부분적으로만 커버한다.

하우징 부분(2) 내에서 축방향으로 배향된 냉각 채널(3)이 연장되는데, 이 냉각 채널은 그 축방향 일 단부에 유입구(13)를 그리고 축방향 다른 단부에 유출구(14)를 포함하며, 물에서의 포드 추진부의 상응하는 상대 운동 시에 상기 유입구 및 유출구를 통해, 물이 유입구(13), 냉각 채널(3) 및 유출구(14)를 통해 관통 유동한다.

냉각 채널(3) 내의 물의 유동 속도는, 유입구(13)가 노즐과 같이 그리고/또는 출구(14)가 디퓨저와 같이 형성됨으로써 증가될 수 있다. 또한, 유동 속도의 추가의 증가는 추가의 유동 기계(15)를 통해 달성된다.

냉각 채널(3)은 원하지 않는 생물의 축적을 방지하는 특수 표면을 포함할 수 있다.

도 3은 냉각 채널(3)의 몇몇 실시예의 단면도를 도시한다. 단면도는 전기 포드 추진부의 실시예의 축에 대해 수직이며, 반경 방향 내측으로 먼저 스테이터(1)를 도시하고, 반경 방향 외측으로 하우징 부분(2)이 스테이터에 연결된다. 이하 설명될 도 4 및 도 5에서와 같이, 도 3에는 상이한 냉각 채널(3)이 도시되며, 본 발명에 따른 전기 포드 추진부가 특히 두 개 이상의 동일하거나 또는 상이한 냉각 채널(3)을 포함할 수 있다.

가장 좌측으로부터 시작하여, 하우징 부분(2) 내의 홈(8) 내에서 연장하는 제1 냉각 채널(3)이 도시된다. 도 3에 도시된 다른 냉각 채널(3)에서와 같이, 제1 냉각 채널(3) 또한, 적어도 1 W/(m*K)의 열전도율을 포함하고 적어도 해수 함유 분위기에서 내부식성인 재료의 층(4)을 통해 반경 방향 내측으로 한정된다. 여기서, 홈(8)은 하우징 부분(2) 내에서 폐쇄되어 구성된다.

좌측에서 두 번째로 제2 냉각 채널(3)이 도시되는데, 이는 하우징 부분(2) 내의 홈(8) 내에서 그리고 스테이터(1) 내의 홈(9) 내에서 연장되며, 각각의 홈(8, 9)은 개방되어 형성된다. 그 다음, 하우징 부분(2) 내에 개방되어 형성된 홈(8) 내에서 연장되는 제3 냉각 채널(3)이 도시된다. 이어서, 스테이터(1) 내에 개방되어 형성된 홈(9) 내에 배열된 제4 냉각 채널(3)이 도시된다. 더 우측으로, 스테이터(1) 내에 폐쇄되어 형성된 홈(9)에 의해 구성된 제5 냉각 채널(3)이 연결된다.

좌측으로부터 여섯 번째 냉각 채널(3)로서 또는 우측으로부터 세 번째 냉각 채널(3)로서, 제6 냉각 채널(3)이 도시되며, 이는 다시 하우징 부분(2) 내에 폐쇄되어 형성된 홈(8) 내에 제공되며, 제6 냉각 채널(3)은 상술된 재료로 이루어지고 적응되어 형성된 중공 프로파일(12)을 통해 하우징 부분(2)에 대해 한정된다.

상술된 냉각 채널(3)이 장방형 단면을 포함하는 반면, 제6 냉각 채널(3)의 우측에 배열된 제7 냉각 채널(3)은 둥근 단면을 포함한다. 제7 냉각 채널(3)은 스테이터(1) 내에 폐쇄되어 형성된 홈(9)에 의해 구성되며, 제7 냉각 채널은 상기 재료의 층(4)을 통해 반경 방향 내측으로 한정된다. 최종적으로, 가장 우측에 제8 냉각 채널(3)이 도시되는데, 이는 하우징 부분(3) 내의 개방된 홈(8) 및 스테이터(1) 내의 개방된 홈(9) 내에 위치한다. 제8 냉각 채널(3)은 스테이터(1) 및 하우징 부분(2)에 대해, 상술된 특성을 갖는 재료로 이루어지고 적응되어 형성된 중공 프로파일(12)을 통해 한정된다.

도 4는 냉각 채널(3)의 다른 실시예를 도시한다. 단면은 본 발명에 따른 전기 포드 추진부의 다른 실시예의 축에 대해 수직이며, 먼저 반경 방향 내측으로 스테이터(1)를 도시하며, 스테이터에는 반경 방향 외측으로 먼저 중간 부분(10)이 그리고 최종적으로 하우징 부분(2)이 연결된다.

좌측으로부터 우측을 향해 4개의 냉각 채널(3)이 도시되며, 제1 냉각 채널(3)은 가장 좌측에서 하우징 부분(2) 내의 개방된 홈(8) 내에 제공된다. 제1 냉각 채널(3)은 제1 냉각 채널(3)의 실시예의 범주 내에서 상기 재료로 이루어진 중간 부분(10)에 의해 반경 방향 내측으로 한정된다. 후술될 세 개의 다른 냉각 채널을 위해, 중간 부분(10)은 상기 유형의 열전도율 또는 내부식성을 반드시 포함하는 것을 필요로 하지 않는다.

이어서, 다시 하우징 부분(2) 내의 개방된 홈(8) 내에 제공되고 상술된 재료의 층(4)에 의해 반경 방향 내측으로 한정된 제2 냉각 채널(3)이 도시된다. 층(4)은 반경 방향 내측으로 중간 부분(10)에 접하고, 두 개의 구성 부품은 동일하거나 상이한 재료로 제조될 수 있다. 우측으로부터 두 번째 냉각 채널(3)로서, 제3 냉각 채널(3)이 도시되며, 이 냉각 채널은 하우징 부분(2) 내의 개방된 홈(8) 내에 그리고 중간 부분(10) 내의 홈(11) 내에 제공되며, 상기 재료의 층(4)에 의해 반경 방향 내측으로 한정된다. 최종적으로, 가장 우측에 제4 냉각 채널(3)이 도시되며, 이 냉각 채널은 중간 부분(10) 내의 홈(11) 내에, 그리고 스테이트(3)의 개방된 홈(9) 내에 제공되며 상기 재료로 이루어진 층(4)에 의해 반경 방향 내측으로 한정된다.

도 5는 냉각 채널(3)의 추가의 실시예를 도시한다. 단면도는 본 발명에 따른 전기 포드 추진부의 추가의 실시예의 축에 대해 수직이며 반경 방향 내측으로 먼저 스테이터(1)를 도시하며, 이 스테이터에는 반경 방향 외측으로 먼저 중간 부분(10)이 그리고 최종적으로 하우징 부분(2)이 연결된다.

중간 부분(3) 내에 폐쇄되어 형성된 홈(11) 내에 각각 배열된 네 개의 냉각 채널(3)이 도시된다. 좌측으로부터의 첫 번째 냉각 채널(3)은 장방형 단면을 그리고 좌측으로부터 두 번째 냉각 채널(3)은 둥근 단면을 포함한다. 좌측으로부터 첫 번째 및 두 번째 냉각 채널(3)의 실시예의 범주 내에서, 중간 부분은 적어도 1 W/(m*K)의 열전도율 및 적어도 해수 함유 분위기에서 내부식성을 포함한다. 후술될 두 개의 다른 냉각 채널(3)을 위해, 중간 부분(10)은 상기 유형의 열전도율 또는 내부식성을 포함하는 것을 반드시 필요로 하지 않는다.

우측으로부터 첫 번째 냉각 채널(3)은 둥근 단면을 그리고 우측으로부터 두 번째 냉각 채널(3)은 장방형 단면을 포함하며, 두 개의 냉각 채널(3)은 상기 재료로 이루어진 중공 프로파일(12)에 의해 각각 중간 부분(10)에 대해 한정된다.

상술된 모든 실시예는 적어도 60 W/(m*K) 또는 적어도 80 W/(m*K)의 열전도율을 포함할 수도 있다.

요약하여, 본 발명은 선박용 전기 포드 추진부에 관한 것이며, 포드 추진부는, 스테이터를 포함하는 전기 모터와, 축방향에서 적어도 부분적으로 스테이터를 따라 연장되고 주연 방향에서 스테이터를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징 부분을 포함한다. 개선된 냉각을 갖는 전기 포드 추진부를 제공하기 위해, 실제로 축방향으로 연장되는 냉각 채널이 제공되며, 이 냉각 채널 내에서 각각 하나 이상의 냉매가 흐를 수 있고, 상기 냉각 채널을 이용하여 전기 모터가 냉각될 수 있으며, 냉각 채널이 적어도 반경 방향 내측으로, 적어도 1 W/(m*K)의 열전도율을 포함하며 적어도 해수 함유 분위기에서 내부식성인 재료의 층에 의해 각각 한정되는 것이 제안된다.

Claims

- 스테이터(1)를 포함하는 전기 모터와,
- 축방향에서 적어도 부분적으로 스테이터(1)를 따라 연장되고 주연 방향에서 스테이터(1)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징 부분(2)을 포함하는,
선박용 전기 포드 추진부에 있어서,
실제로 축방향으로 연장되는 냉각 채널(3)이 제공되며, 상기 냉각 채널 내에서 각각 하나 이상의 냉매가 흐를 수 있고, 상기 냉각 채널을 이용하여 전기 모터가 냉각될 수 있으며,
냉각 채널(3)은 적어도 반경 방향 내측으로, 적어도 1 W/(m*K)의 열전도율을 포함하며 적어도 해수 함유 분위기에서 내부식성인 재료의 층(4)에 의해 각각 한정되는 것을 특징으로 하는, 선박용 전기 포드 추진부.
제1항에 있어서, 스테이터(1)는 각각의 축방향 단부에 권선 헤드(7)를 포함하며,
하나 이상의 냉각 채널(3)이 적어도 부분적으로 권선 헤드들 중 하나(7)의 축방향 영역 내에서 연장되며,
하나 이상의 유동 기계(5)가 제공되며, 상기 유동 기계는 전기 포드 추진부의 축(6)과 하우징 부분(2) 사이에 배열되며 축(6)과 회전 고정식으로 연결되며,
각각의 권선 헤드(7)는 하나 이상의 유동 기계(5)에 의해 순환될 수 있는 추가의 냉매를 통해 냉각될 수 있는, 선박용 전기 포드 추진부.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 냉각 채널(3)의 형성을 위해, 하우징 부분(2) 내에 홈(8)이 제공되는, 선박용 전기 포드 추진부.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 냉각 채널(3)의 형성을 위해, 스테이터(1) 내에 홈(9)이 제공되는, 선박용 전기 포드 추진부.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 층(4)을 이루는 재료로 형성된 중간 부분(10)이 하우징 부분(2)과 스테이터(1) 사이에 제공되는, 선박용 전기 포드 추진부.
제5항에 있어서, 하나 이상의 냉각 채널(3)의 형성을 위해, 중간 부분(10) 내에 홈(11)이 제공되는, 선박용 전기 포드 추진부.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 홈(8, 9, 11)은 개방되거나 또는 폐쇄되어 구성되는, 선박용 전기 포드 추진부.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 냉각 채널(3)의 반경 방향 경계에는 층(4)을 이루는 재료로 형성된 중공 프로파일(12)이 배열되는, 선박용 전기 포드 추진부.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 층(4)을 이루는 재료는 하우징 부분(2)의 재료 및/또는 스테이터(1)의 재료보다 높은 내부식성을 포함하는, 선박용 전기 포드 추진부.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 층(4)을 이루는 재료는 구리-알루미늄 합금을 포함하는, 선박용 전기 포드 추진부.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 냉각 채널(3)의 각각의 축방향 단부에는 각각 하나의 유입구(13) 및 각각 하나의 유출구(14)가 제공되며,
각각의 유입구(13) 및/또는 각각의 유출구(14)는, 포드 추진부를 적어도 부분적으로 둘러싸는 물에 대한 포드 추진부의 상대 운동 시에, 물이 유입구(13), 하나 이상의 냉각 채널(3) 및 유출구(14)를 통과하여 유동할 수 있도록 구성되는, 선박용 전기 포드 추진부.
제11항에 있어서, 하나 이상의 냉각 채널(3)을 통해 유동하는 물의 유동 속도가 증가될 수 있는, 선박용 전기 포드 추진부.
제11항 또는 제12항에 있어서, 하나 이상의 추가의 유동 기계(15)가 제공되며, 상기 추가의 유동 기계에 의해, 하나 이상의 냉각 채널(3)을 통해 유동하는 물의 유동 속도가 증가될 수 있는, 선박용 전기 포드 추진부.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 냉각 채널(3)이 열 도관으로서 구성되는, 선박용 전기 포드 추진부.
제14항에 있어서, 열 도관으로서 구성된 하나 이상의 냉각 채널(3) 내에서 흐를 수 있는 냉매는 오일인, 선박용 전기 포드 추진부.