DE3141339C2

DE3141339C2 - Elektrischer Antrieb für Wasserfahrzeuge, insbesondere für Unterwasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE3141339C2
Application number: DE19813141339
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 2000 Hamburg Hars; Manfred Dr.-Ing. 2201 Seestermühe Lochmann; Ulrich Dipl.-Ing. 2080 Pinneberg Ramsauer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1981-10-17
Filing date: 1981-10-17
Publication date: 1984-10-31
Also published as: DE3141339A1

Abstract

Elektrischer Antrieb für Wasserfahrzeuge, insbesondere für Unterwasserfahrzeuge, unter Verwendung eines elektrisch aktiven Statorteiles und eines elektrisch passiven Rotorteiles, das mit den Schraubenelementen in mechanisch fester Verbindung steht. Das elektrisch aktive Statorteil ist mechanisch fest mit einem Teil des Wasserfahrzeuges verbunden, während das elektrisch passive Rotorteil außerhalb des Wasserfahrzeuges gelagert ist und zur direkten Aufnahme der Schraubenelemente dient. Der Statorteil und Motorteil trennende magnetische Spalt ist geflutet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Antrieb für Wasserfahrzeuge, insbesondere für Unterwasserfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Zum Antrieb von Wasserfahrzeugen sind dieselektrische bzw. batterieelektrische Antriebsanlagen allgemein bekannt Bei allen diesen Anlagen erfolgt die Zuführung der Antriebsleistung mechanisch über eine Antriebswelle zu den Schraubenelementen. Hierbei muß — aufgrund der Anordnung des eigentlichen Antriebsaggregates im Innenraum des Wasserfahrzeuges und

ίο der Anordnung der Schraubenelemente aulierHlb des Wasserfahrzeuges — die Antriebswelle zwangsläufig durch die Wandung des Wasserfahrzeuges geführt sein.

Es ist auch eine unmittelbar elektrisch angetriebene

Schiffsschraube bekannt geworden (DE-PS 6 88 114).

bei der das Drehmoment nicht über eine Schraubenwelle, sondern unmittelbar am Umfang der Schraube zugeführt wird. Hierzu sind ein Rotor und ein Stator vorgesehen, von denen der Rotor die Schraubenflügel außen miteinander verbindet. Rotor und Stator sind in einer nach strömungstechnischen Grundsätzen ausgebildeten Düse untergebracht. Die Schraube kann in einer Welle gelagert sein, die durch Armkreuze gehalten wird. Das Lagern des Rotors, der innerhalb des Stators läuft, kann auch unmittelbar im Stator oder in der Düse erfolgen.

Es handelt sich um eine in sich geschlossen aufgebaute Antriebsanordnung, die mittels geeigneter Befestigungsstreben an einem Schiffskörper befestigt werden muß. Die Antriebsanordnung ist vorzugsweise am Heck des Schiffes anzuordnen und verlängert nachteiligerweise somit zwangsläufig das Schiff. Bei einer seitlichen Anordnung als Gondelmotor wird der operationelle Durchmesser des Schiffes vergrößert. Wenn die Leistung bei niedrigen Propellerdrehzahlen dargestellt werden muß, werden große Drehmomente erforderlich.

die große Propellerdurchmesser sowie axiale Motorlängen und Motordurchmesser im Motorbereich verlangen. Neben den elektromagnetisch aktiven Motorteilen verschlechtern die Gewichte der Konstruktionselemente zur Kraftübertragung von der Motorachse zum Düsenring und von da aus zum Schiff das Leistungsgewicht des Antriebes. Ein weiterer Nachteil lsi darin zu sehen, daß gerade in dem äußeren Bereich der Schraubenblätter, der sich an der Vortriebskraftbildung besonders beteiligt, die mechanische Befestigung zwischen Schraubenblätter und dem Rotorring des Motors erfolgt. Einer hydrodynamischen Formoptimierung der Blätter in diesem Bereich sind hierdurch Freiheitsgrade entzogen.

Bekannt ist weiterhin eine Schiffsantriebsschraube zur Anbringung an einem Schiff (FR-PS 23 36 297). deren Propellerflügelenden durch eine Schraubenbandage verbunden sind, weiche einen in einem Stator laufenden Rotor eines Elektromotors trägt Rotor und Stator können in einem Schiffsschraubenträger untergebracht werden, der nach den Prinzipien der Hydrodynamik so konzipiert ist, daß die aus Stator und Wicklung bestehende Statorbaugruppe luftspaltenseitig mit einem amagnetischen Blechmantel in der Weise abgedichtet ist, daß das Seewasser mit den Blechen und der Wicklung des Stators nicht in Berührung treten kann. Ein Luftspaltteil ist ein mit Wasser gefüllter Raum, wobei das Wasser mit radial verlaufenden Kanälen kommuniziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der eingangs genannten Art für verhältnismäßig große Antriebsleistungen zu schaffen, bei dem eine Antriebswelle entfällt und der als integraler Bestandteil des Wasserfahrzeuges anzusehen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn-

zeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Die Erfindung bringt folgende Vorteile mit sich:

1) Bessere Volumen-Nutzung im Wasserfahrzeug durch Verlegung des Antriebes in die Außenhaut Es wird eine optimale platzsparende Anordnung des Antriebes im Wasserfahrzeug erzielt. Bei Unterwasserfahrzeugen ist die Herausnahme des ge- ίο samten Antriebspaketes aus dem Druckteil in den hydrodynamisch optimalen Bereich der Außenwandung möglich.

2) Erhebliche Verringerung des Antriebsgewichtes, der Antriebsvolumen und der Antriebskosten.

3) Verbesserung des Vortriebswirkungsgrades und der Manövriereigenschaften des Wasserfahrzeuges. Es ist möglich, das Propulsionsorgan in Fahrtrichtung vor den Steuereinrichtungen anzuordnen und somit bessere Manövriereigenschaften des Wasserfahrzeuges zu erreichen.

4) Steigerung der Operationellen Verfügbarkeit der Wasserfahrzeuge, insbesondere der Unterwasserfahrzeuge, da bei einem segmentierten Aufbau der Antriebe Montage, Demontage und Wartung der Antriebe von Tauchern ausgeführt werden können. Insbesondere sind die Schaufelelemente einzeln leicht montier- bzw. auswechselbar.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt und zwar zeigt

F i g. 1 eine prinzipielle Anordnung von Schraubenelementen an einem Wasserfahrzeug,

F i g. 2 das Prinzip eines Radialfeldantriebes im Schnitt, und

F i g. 3 und 4 jeweils das Prinzip eines Axialfeldantriebes im Schnitt.

In Fig. 1 ist am zylinderförmigen Heckteil 1 eines zeichnerisch unvollständig dargestellten Wasserfahrzeuges ein Schraubenelement 2 zum Antrieb des Wasserfahrzeuges angeordnet, wobei das Schraubenelement 2 das zylinderförmige Heckteil 1 kreisringförmig umgibt. Am Heckteil 1 sind weiterhin Leitflächen 3 und 4 eines Lenksystems vorgesehen, die über ein oder mehrere mechanische Befestigungsbauteile 5 miteinander verbunden sind. Der Abstand zwischen dem Schraubenelement 2 und den Leitflächen 3 und 4 des Lenksystems ist nach hydrodynamischen Gesichtspunkten optimierbar. Ein das Schraubenelement antreibender Antrieb ist der Fig. 1 nicht zu entnehmen. Verwendbare Antriebe werden anhand der F i g. 2 bis 4 erläutert.

Aus F i g. 2 ist ein Teil einer Außenwandung eines Wasserfahrzeuges ersichtlich und mit 6 bezeichnet. Es handelt sich hierbei um das zylindrische Heckteil 1 eines Wasserfahrzeuges, in dessen Bereich ein elektrischer Antrieb angeordnet ist. Die Außenwandung 6 weist eine nach außen offene kreisringförmige Nut 7 auf, die zur Aufnahme eines elektrisch aktiven Statorteiles 8 und eines elektrisch passiven Rotorteiles 9 mit zwei zugehörenden Rotorlagern 10 und 11 dient. Statorteil 8 und Rotorteil 9 haben eine kreisringförmige Rechteckform und sind in der Nut 7 so angeordnet, daß das Statorteil 8 mit seiner Innenseite auf dem Boden der Nut 7 aufliegt und an seiner Außenseite von dem Rotorteil 9 umgeben ist. Das Rotorteil 9 ist an seinen Seitenflächen mit jeweils einem kreisriiigförmigen Rotorlager 10 bzw. 11 verschen, die an den äußeren Enden der Stirnseiten der Nut 7 angeordnet sind. Zwischen dem Statorteil 8 und dem Rotorteil 9 befindet sich ein magnetischer Spalt 12, der während des Betriebes flüssigkeitsgefüllt ist. Auf dem äußeren Umfang des Rotorteiles 9 ist ein Schrai·- benelement 2 befestigt, das nur teilweise zeichnerisch dargestellt ist.

Die in Fig.3 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von derjenigen aus Fig.2 durch die besondere Form und Ausbildung von Stator- und Rotorteil des elektrischen Antriebes. Das Statorteil 13 und 14 besteht aus zwei kreisringförmigen Rechteckteilen, von denen jeweils eines mit einer seiner Längsseiten an einer Stirnseite der Nut angeordnet ist Zwischen den beiden Statorteilen 13 und 14 ist ein Zwischenraum vorhanden, in dem ein Rotorteil 15 mit kreisringförmiger Rechteckform vorhanden ist. Ein das Rotorteil 15 führendes, kreisringförmiges Rotorlager 16 ist zwischen der Innenseite des Rotorteiles 15 und dem Boden der Nut 7 angeordnet. Zwischen den Statorteilen IJ und 14 und dem Rotorteil 15 befinden sich zwei im Betriebszustand flüssigkeitsgefüllt magnetische Spalte 17 und 18. Ein teilweise gezeichnetes Schraubenelement j. ist am äußeren Umfang des Rotorteiles 15 mechanisch befestigt.

In Fig.3 wurde für alle Bauelemente, die mit den Bauelementen aus F i g. 2 übereinstimmen, dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 2 verwendet. Dieses gilt auch für die r>-ichstehend erläuterte F i g. 4.

Das in F i g. 4 dargestellte Antriebsprinzip weist beispielhaft zwei elektrisch aktive Statorteile 19 und 20 sowie drei elektrisch passive Rotorteile 21, 22 und 23 der oben beschriebenen Art auf. Zwei der Rotorteile 21 und 23 liegen in unmittelbarer Nähe der Stirnwände der Nut 7. Den zur Mittellinie der Nut 7 zeigenden Längsseiten dieser Rotorteile 21 und 23 sind jeweils ein Statorteil 19 bzw. 20 benachbart, die mit der Außenwandung 6 mechanisch fest verbunden sind und zueinander einen Zwischenraum bilden. In dem Zwischenraum ist das dritte Rotorteil 22 angeordnet. Die zwischen den Stator- und Rotorteilen liegenden magnetischen Spalte sind mit 24,25,26 und 27 bezeichnet. Alle Rotort;ile 21, 22 und 23 sind an ihren Innenseiten mit jeweils einem kreisringförmigen Rotorlager 28,29,30 mechanisch lest verounden, die auf dem kreisringförmigen Boden der "Nut 7 angeordnet sind. Die Rotorteüe 21,22 und 23 sind an ihrem äußeren Umfang mit einem Steg 31 mechanisch fest verbunden, auf dem die Schranbenelemente 2 angeordnet sind. Die Schraubenelemente 2 sind nur teilweise zeichnerisch dargestellt.

Bei den Antrieben ist es erforderlich, daß deren Rotorteile 9,15,21, 22 und 23 keine elektrischen Zuführungen verlangen. Die Antriebe können nach den Prinzipien verschiedener elektrischer Maschinen arbeiten, wie z. B. nach dem Prinzip der Gleichstrommaschinen mit permanentmagnetisch erregtem Rotor, oder der Synchronmaschinen mit permanentmagnetisch erregtem Rotor, oder der homopolaren Synchronmaschinen oder nach dem Prinzip der Asynchronmaschinen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Antrieb für Wasserfahrzeuge, insbesondere für Unterwasserfahrzeuge, unter Verwendung eines elektrisch aktiven Statorteiles und eines elektrisch passiven Rotorteiles, das mit den Schraubenelementen in mechanisch fester Verbindung steht, bei dem ein Statorteil und Rotorteil trennender magnetischer Spalt flüssigkeitsgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch aktive Statorteil (8, 13, 14, 19, 20) und das elektrisch passive Rotorteil (9,15, 21, 22, 23) innerhalb der Kontur des zylinderförmigen Heckteils (1) und vor den Steuereinrichtungen angeordnet sind, daß das Rotorteil (9,15,21,22,23) in der Außenwandung (6) des Wasserfahrzeuges gelagert ist und zur direkten einseitig befestigten Aufnahme der Schraubenelemente (2) dient.

2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (6) des Wasserfahrzeuges eine nach außen offene, kreisringförmige Nut (7) aufweist, in der das Statorteil (8,13, 14, 19, 20) und das Rotorteil (9, 15, 21, 22, 23) mit zugehörenden Rotorlagern (10, 11, 16, 28, 29, 30) angeordnet sind.

3. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stator- und Rotorteil (8 bzw. 9) Kreisringform mit Rechteckquerschnitt aufweisen, daß das Statorteil (8) mit seiner Innenseite auf dem Boden der kreisringförmigen Nut (7) angeordnet ist und an seiner Außenseite von dem Rotorteil (9) umgeLen ist, und daß das Rotorteil (9) an seinen Seitenflächen jeweils e:r Rotorlager (10, 11) aufweist, die kreisringförpiig ausgebildet und an den äußeren Enden der Stirnseiten d τ Nut (7) angeordnet sind.

4. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorteil (13,14) aus zwei Kreisringen mit Rechteckquerschnitten besteht, von denen jeweils eines mit einer Längsseite an einer Stirnseite der Nut (7) angeordnet ist, daß zwischen den Rechteckteilen ein Zwischenraum zur Aufnahme eines Rotorteiles (15) mit Kreisringform und Rechteckquerschnitt vorgesehen ist, und daß zwischen der Innenseite des Rotorteiles (15) und dem Boden der Nut (7) ein kreisringförmiges Rotorlager (16) angeordnet ist.

5. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorteil (19, 20) aus zwei Kreisringen mit Rechteckquerschnitt besteht, die in vorgegebenen Abständen zu den Stirnseiten der kreisringförmigen Nut (7) und zueinander in der Nut (7) angeordnet sind, daß in den drei, durch die Abstände bedingten Zwischenräumen jeweils ein Rotorteil (21, 22,23) mit Kreisringform und Rechteckquerschnitt vorgesehen ist, daß zwischen den Innenseiten der Rotorteile (21,22,23) und dem Boden der Nut (7) jeweils ein kreisringförmiges Rotorlager (28, 29,30) angeordnet ist, und daß die Außenseiten der Rotorteile (21, 22, 23) durch einen Steg (31) mechanisch miteinander verbunden sind, auf dem die Schraubenelemente (2) angeordnet sind.