DE102008024540A1 - Low installation height azimuth propeller drive for a floating device - Google Patents

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Abstract

Eine Azimut-Propellerantriebseinrichtung (1) für eine schwimmende Einrichtung mit - einem unterhalb einer Struktur der schwimmenden Einrichtung im Wasser anzuordnenden Gehäuse (5), in dem zumindest eine Propellerwelle (7) drehbar gelagert ist, mit der zumindest ein Propeller (11) gekoppelt ist, - mindestens einem Elektromotor (20) mit einem Stator (23) und einem Rotor (22) zum Antrieb des zumindest einen Propellers (11), - einem hohlen Schaft (2), der das Gehäuse (5) drehfest haltert, - wobei der Elektromotor (20) außerhalb des Gehäuses (5) angeordnet ist und mit seinem Rotor (22) eine Antriebswelle (21) antreibt, die mit der zumindest einen Propellerwelle (7) gekoppelt ist und die zumindest teilweise durch den hohlen Schaft (2) verläuft, soll eine möglichst geringe Einbauhöhe aufweisen. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass der Elektromotor (20) als ein elektrischer Ringmotor ausgebildet ist, der ringförmig um die Antriebswelle (21) angeordnet ist, wobei der Rotor (22) des Elektromotors (20) über einen Rotorträger (25) drehfest mit der Antriebswelle (21) verbunden ist.An azimuth propeller drive device (1) for a floating device with - a housing (5) to be arranged below a structure of the floating device in the water, in which at least one propeller shaft (7) is rotatably mounted, with which at least one propeller (11) is coupled - at least one electric motor (20) with a stator (23) and a rotor (22) for driving the at least one propeller (11), - a hollow shaft (2), which rotatably supports the housing (5), - Electric motor (20) outside the housing (5) is arranged and with its rotor (22) drives a drive shaft (21) which is coupled to the at least one propeller shaft (7) and which extends at least partially through the hollow shaft (2), should have the lowest possible installation height. This is achieved according to the invention in that the electric motor (20) is designed as an electric ring motor which is arranged annularly around the drive shaft (21), the rotor (22) of the electric motor (20) being non-rotatably connected to the drive shaft via a rotor carrier (25) (21) is connected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Azimut-Propellerantriebseinrichtung mit niedriger Einbauhöhe für eine schwimmende Einrichtung wie z. B. ein Schiff oder eine Offshore-Plattform mit

  • – einem unterhalb einer Struktur der schwimmenden Einrichtung im Wasser anzuordnenden Gehäuse, in dem zumindest eine Propellerwelle drehbar gelagert ist, mit der zumindest ein Propeller gekoppelt ist,
  • – mindestens einem Elektromotor mit einem Statur und einem Rotor zum Antrieb des zumindest einen Propellers,
  • – einem hohlen Schaft, der das Gehäuse drehfest haltert,
  • – wobei der Elektromotor außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und mit seinem Rotor eine Antriebswelle antreibt, die mit der zumindest einen Propellerwelle gekoppelt ist und die zumindest teilweise durch den hohlen Schaft verläuft.
The invention relates to an azimuth propeller drive device with low installation height for a floating device such. As a ship or an offshore platform with
  • A housing to be arranged below a structure of the floating device in the water, in which at least one propeller shaft is rotatably mounted, with which at least one propeller is coupled,
  • At least one electric motor with a stature and a rotor for driving the at least one propeller,
  • A hollow shaft which rotatably supports the housing,
  • - Wherein the electric motor is arranged outside the housing and drives with its rotor a drive shaft which is coupled to the at least one propeller shaft and which extends at least partially through the hollow shaft.

Derartige Propellerantriebseinrichtungen werden insbesondere in Form von Azimut-Propulsionsanlagen für Schiffe, d. h. der Propellerantrieb dient sowohl für den Vortrieb als auch für die Steuerung des Schiffes, immer häufiger und mit immer höheren Leistungen eingesetzt, da sie den Einsatzbereich vieler Schiffstypen signifikant erweitern und damit ein Schiff für ein breiteres Anwendungsspektrum zur Verfügung stellen.such Propeller propulsion devices are used in particular in the form of azimuth propulsion systems for ships, d. H. the propeller drive serves both for the propulsion as well as the control of the ship, always used more frequently and with ever higher benefits, as they significantly extend the scope of many ship types and thus a ship for a wider range of applications Make available.

Beispiele für derartige Azimut-Propulsionsanlagen sind Ruderpropeller, POD-Antriebe und Thruster. Dabei ist der Schaft und das daran befestigte Propellergehäuse in Form einer Gondel mittels eines Stellantriebes in Bezug auf eine im Wesentlichen vertikale Drehachse gegenüber der Schiffsstruktur drehbar. Die mindestens eine Propellerwelle ist im Wesentlichen horizontal in diesem gondelförmigen Gehäuse gelagert. Der elektrische Motor zum Antrieb der Antriebswelle ist hierbei am oberen Ende des Schaftes in der Regel an dem Schaft oder an einer im Schiff drehfest befestigten Tragstruktur be festigt und weist einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor mit der Antriebswelle verbunden ist, die zumindest teilweise durch den hohlen Schaft verläuft. Die Übertragung des Drehmomentes des elektrischen Motors von der Antriebswelle auf die Propellerwelle kann dann beispielsweise über ein Winkelgetriebe erfolgen, das in dem gondelförmigen Gehäuse angeordnet ist.Examples for such azimuth propulsion plants are rudder propellers, POD drives and thrusters. Here is the shaft and the attached thereto Propeller housing in the form of a nacelle by means of an actuator with respect to a substantially vertical axis of rotation the ship structure rotatable. The at least one propeller shaft is essentially horizontal in this gondola-shaped housing stored. The electric motor for driving the drive shaft is here at the upper end of the shaft usually on the shaft or fastened to a non-rotatably mounted in the ship support structure be and points a stator and a rotor, wherein the rotor with the drive shaft is connected, which extends at least partially through the hollow shaft. The transmission of the torque of the electric motor of the drive shaft on the propeller shaft can then over, for example an angular gear take place in the gondola Housing is arranged.

Da bei derartigen Motoren die Länge des Motors in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Drehachse des Rotors, relativ groß ist, erstreckt sich der Motor mit einer relativ großen Länge oberhalb des Schaftes bis in die schwimmende Einrichtung hinein. Die Propellerantriebseinrichtung weist somit eine beträchtliche Einbauhöhe auf, wodurch sich Einschränkungen hinsichtlich der Positionierung der Propellerantriebseinrichtung an der schwimmenden Einrichtung sowie des in der schwimmenden Einrichtung zur Verfügung stehenden Platzes ergeben.There in such engines, the length of the motor in axial Direction, d. H. in the direction of the axis of rotation of the rotor, is relatively large, The motor extends with a relatively large length above the shaft into the floating device inside. The Propeller drive device thus has a considerable Installation height, which causes limitations in terms the positioning of the propeller drive device on the floating Furnishings as well as those available in the floating facility standing space.

Aus der EP 1 687 201 B1 ist ein Strahlantrieb für Wasserfahrzeuge bekannt, der auf dem Antriebskonzept eines Elektroringmotors beruht. Bei einem derartigen Elektroringmotor handelt es sich um eine elektrische Maschine mit einem ringförmig ausgebildeten Rotor und einem Stator, der ringförmig derart um den Rotor angeordnet ist, dass er mit dem Rotor eine elektrische Maschine bildet. An der Ringinnenseite des Rotors sind Schaufeln angeordnet sind. Der Strahlantrieb weist keine zentrale Rotorwelle auf, d. h. er ist frei von einem Bauteil, das entlang der Drehachse des Rotors durch diesen hindurch verläuft.From the EP 1 687 201 B1 is a jet propulsion for watercraft known, which is based on the drive concept of a Elektroringmotors. Such an electric ring motor is an electric machine having an annular rotor and a stator annularly arranged around the rotor so as to form an electric machine with the rotor. On the inside of the ring of the rotor blades are arranged. The jet drive has no central rotor shaft, ie it is free of a component which extends along the axis of rotation of the rotor therethrough.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Propellerantriebseinrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, dass sie eine geringere Einbauhöhe in der schwimmenden Einrichtung aufweist.outgoing It is the object of the present invention to provide a propeller drive device according to the preamble of claim 1 such educate that they have a lower installation height in the having floating device.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch eine Propellerantriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The Solution of this problem is achieved by a propeller drive device with the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments are each subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist der Elektromotor als ein elektrischer Ringmotor ausgebildet ist, der ringförmig um die Antriebswelle angeordnet ist, wobei der Rotor des Ringmotors über einen Rotorträger drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist.According to the invention the electric motor is designed as an electric ring motor, which is arranged annularly around the drive shaft, wherein the Rotor of the ring motor rotatably via a rotor carrier is connected to the drive shaft.

Unter einem Ringmotor wird hierbei ein Motor verstanden, der in Bezug auf die Drehachse des Rotors in radialer Richtung eine deutlich größere Ausdehnung als in axialer Richtung aufweist. Der Rotor ist hierbei ringförmig ausgebildet und der Stator ist ringförmig um den Rotor angeordnet.Under a ring motor in this case is understood to mean a motor with respect to on the axis of rotation of the rotor in the radial direction a clear has greater extent than in the axial direction. The rotor is in this case annular and the stator is arranged annularly around the rotor.

Unter einer ringförmigen Anordnung des Rotors um die Antriebswelle wird hierbei verstanden, dass die Antriebswelle entlang der Drehachse des Rotors verläuft und bevorzugt sogar durch den Rotor hindurch, d. h. durch die von dem Rotor aufgespannte Fläche, verläuft.Under an annular arrangement of the rotor about the drive shaft is understood here that the drive shaft along the axis of rotation the rotor runs and preferably even through the rotor, d. H. through the surface spanned by the rotor.

Durch die relativ geringe Ausdehnung des elektrischen Ringmotors in axialer Richtung ist die Einbauhöhe des Motors in der schwimmenden Einrichtung sehr gering. Der im Gegenzug aufgrund der größeren radialen Ausdehnung notwendige größere Einbauplatz in radialer Richtung ist in vielen schwimmenden Einrichtungen dagegen meist gegeben und als weniger kritisch anzusehen. Vorzugsweise ist der Ringmotor hinsichtlich seines Außendurchmessers an den Außendurchmesser einer Tragstruktur der schwimmenden Einrichtung für die Azimut-Propellerantriebseinrichtung angepasst. Bevorzugt ist der Außendurchmesser des Ringmotors dabei kleiner oder gleich dem Außendurchmesser der Tragstruktur. Der Ringmotor kann hierbei oberhalb oder innerhalb der Tragstruktur (auch „Tragkegel” genannt) angebracht sein.Due to the relatively small extent of the electric ring motor in the axial direction, the installation height of the motor in the floating device is very low. On the other hand, the larger installation space in the radial direction, which in turn is necessary due to the larger radial extent, is usually given in many floating installations and should be regarded as less critical. Preferably, the ring motor is in terms of its outer diameter adapted to the outer diameter of a support structure of the floating device for the azimuth propeller drive device. Preferably, the outer diameter of the ring motor is less than or equal to the outer diameter of the support structure. The ring motor can in this case be mounted above or inside the support structure (also called "support cone").

Gemäß einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Rotorträger eine Nabe, einen kreisförmigen Tragkranz und ein Verbindungselement zur Verbindung der Nabe mit dem Tragkranz, wobei die Nabe drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und der Tragkranz den Rotor trägt.According to one includes structurally particularly simple embodiment of the invention the rotor carrier has a hub, a circular one Supporting ring and a connecting element for connecting the hub with the Tragkranz, wherein the hub rotatably connected to the drive shaft and the wreath carries the rotor.

Eine gute Drehmomentübertragung bei gleichzeitig geringem Platz- und Gewichtsbedarf ist hierbei dadurch möglich, dass das Verbindungselement als ein Scheibenrad ausgebildet ist. Zur weiteren Gewichtsreduzierung kann das Scheibenrad mit Löchern oder Schlitzen versehen sein. Alternativ kann das Verbindungselement auch als ein Speichenrad ausgebildet sein.A good torque transmission with low space and weight requirement is possible in this case that the Connecting element is designed as a disc wheel. To further Weight reduction can be the disc wheel with holes or Slots be provided. Alternatively, the connecting element also be designed as a spoked wheel.

Der Rotorträger kann auch ein Getriebe, z. B. ein Planetengetriebe, beinhalten. Hierdurch kann die Baugröße des Motors verringert werden.Of the Rotor carrier can also be a gear, z. B. a planetary gear, include. This allows the size of the engine be reduced.

Hierbei ist bevorzugt die Antriebswelle drehbar in dem Schaft gelagert. Zusätzlich kann auch der Rotor drehbar in dem Schaft gelagert sein. Bei einer geeigneten Lagerung des Rotors im Schaft kann ggf. auf eine (zusätzliche) Lagerung der Antriebswelle in dem Schaft verzichtet werden.in this connection Preferably, the drive shaft is rotatably mounted in the shaft. In addition, the rotor can also be rotatably mounted in the shaft be. With a suitable mounting of the rotor in the shaft may possibly on an (additional) storage of the drive shaft in the shaft be waived.

Um eine Drehbarkeit der Propellerantriebseinrichtung um eine vertikale Achse in Bezug auf die schwimmende Einrichtung zu ermöglichen, kann der hohle Schaft über mindestens einen Elektro- oder Hydraulikmotor (im Folgenden als „Drehmotor” bezeichnet) um eine Drehachse drehbar sein.Around a rotatability of the propeller drive means about a vertical Enable axis with respect to the floating device The hollow shaft can have at least one electric or hydraulic motor (hereinafter referred to as "rotary motor") by one Be rotatable axis of rotation.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist dabei der als Elektromotor ausgebildete Drehmotor als ein elektrischer Ringmotor ausgebildet, der ringförmig um die Drehachse des Schaftes angeordnet ist, wobei der Rotor des Elektromotors mit dem Schaft verbunden ist und der Stator des Elektromotors mit der Struktur der schwimmenden Einrichtung verbunden ist. Eine besonders große Leistung des für den Antrieb der Antriebswelle oder den Stellantrieb verwendeten elektrischen Ringmotors bei kleinem Platzbedarf ist hierbei dadurch möglich, dass der als Ringmotor ausgebildete Elektromotor als eine permanent erregte Synchronmaschine ausgebildet ist.According to one Particularly advantageous embodiment is the electric motor trained rotary motor designed as an electric ring motor, the annular arranged around the axis of rotation of the shaft is, wherein the rotor of the electric motor connected to the shaft is and the stator of the electric motor with the structure of the floating device connected is. A particularly big achievement of for used the drive of the drive shaft or the actuator electric ring motor in a small footprint is thereby possible that the electric motor designed as a ring motor is designed as a permanent magnet synchronous machine.

Durch die Anordnung eines Getriebes zwischen dem Motor zum Antrieb der Antriebswelle und der Antriebswelle bzw. zwischen dem Drehmotor und dem Schaft und/oder dem Drehmotor und der schwimmender Einrichtung kann jeweils ein zusätzlich gesteigertes Drehmoment bei gleicher Baugröße erreicht werden.By the arrangement of a transmission between the engine to drive the Drive shaft and the drive shaft or between the rotary motor and the shaft and / or the rotary motor and the floating device can each have an additional increased torque at the same size can be achieved.

Von Vorteil erfolgt die Kopplung der Antriebswelle mit der Propellerwelle über ein Kegelradgetriebe, da sich derartige Kegelradgetriebe durch eine gute Drehmomentübertragung und hohe Zuverlässigkeit auszeichnen.From Advantage is the coupling of the drive shaft with the propeller shaft over a bevel gear, since such bevel gear by a good Torque transmission and high reliability distinguished.

Gemäß einer auch für größere Leistungsklassen einer erfindungsgemäßen Propellerantriebseinrichtung hydrodynamisch besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse geschlossen, insbesondere gondelartig geformt, und bildet in seinem Inneren einen Hohlraum aus, in dem dann beispielsweise das Kegelradgetriebe untergebracht werden kann.According to one also for larger performance classes one Propeller drive device according to the invention hydrodynamically particularly advantageous embodiment of the invention the housing is closed, in particular shaped like a gondola, and forms in its interior a cavity in which then, for example the bevel gear can be accommodated.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles in der Figur näher erläutert.The Invention and further advantageous embodiments of the invention according to features of the subclaims in the following with reference to an embodiment in the Figure explained in more detail.

Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Azimut-Propellerantriebseinrichtung 1 für eine schwimmende Einrichtung wie z. B. ein Schiff oder eine Offshore-Plattform. Die Propellerantriebseinrichtung 1 umfasst einen hohlen Schaft 2, der mittels Lager 13 an seinem unteren und oberen Ende um eine im Wesentlichen vertikale Achse 3 drehbar von einer Haltestruktur 4 der schwimmenden Einrichtung gehaltert ist. Dichtungen 14 dichten einen Zwischenraum 15 zwischen dem Schaft 2 und der Haltestruktur 4 gegen ein Eindringen von Wasser ab.The figure shows a schematic representation of a longitudinal section of an azimuth propeller drive device according to the invention 1 for a floating device such. A ship or an offshore platform. The propeller drive device 1 includes a hollow shaft 2 that by means of warehouse 13 at its lower and upper end about a substantially vertical axis 3 rotatable by a support structure 4 the floating device is held. seals 14 close a gap 15 between the shaft 2 and the support structure 4 against ingress of water.

Ein strömungsgünstig, gondelartig geformtes Gehäuse 5, das in seinem Inneren einen Hohlraum 6 ausbildet, ist am unteren Ende des Schaftes 2 drehfest gehaltert. In dem Gehäuse 5 ist eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Propellerwelle 7 mittels Lager 8 um eine Achse 9 drehbar gelagert. Die Drehachse 3 des Schaftes 2 und die Drehachse 9 der Propellerwelle 7 stehen somit im Wesentlichen senkrecht aufeinander.A streamlined, gondola-shaped housing 5 that has a cavity in its interior 6 is at the bottom of the shaft 2 rotatably held. In the case 5 is a substantially horizontal propeller shaft 7 by means of bearings 8th around an axis 9 rotatably mounted. The rotation axis 3 of the shaft 2 and the rotation axis 9 the propeller shaft 7 are thus substantially perpendicular to each other.

Die Propellerwelle 7 ist an einem Ende 10 bis außerhalb des Gehäuses 5 geführt und weist an diesem Ende 10 einen daran befestigten Propeller 11 auf. Ein Elektromotor 20 treibt über eine Antriebswelle 21 und ein in dem Gehäuse 5 angeordnetes Kegelradgetriebe 28 bestehend aus einem Kegelrad 29a und einem Tellerrad 29b die Propellerwelle 7 an. Der Elektromotor 20 ist außerhalb des Schaftes 2 und des Gehäuses 5 im Inneren der schwimmenden Einrichtung angeordnet. In der schwimmenden Einrichtung befindet sich ein nicht näher dargestellter Generator oder eine andere Stromquelle, der bzw. die den Elektromotor, ggf. über einen Umrichter, mit dem nötigen Strom versorgt.The propeller shaft 7 is at one end 10 outside the case 5 led and points at this end 10 a propeller attached to it 11 on. An electric motor 20 drives via a drive shaft 21 and one in the housing 5 arranged bevel gear 28 consisting of a bevel gear 29a and a crown wheel 29b the propeller shaft 7 at. The electric motor 20 is outside the shaft 2 and the housing 5 arranged inside the floating device. In the floating Einrich tion is a non-illustrated generator or other power source, the or the electric motor, possibly powered by an inverter with the necessary power.

Die gezeigte Propellerantriebseinrichtung stellt eine um eine vertikale Achse 3 verdrehbare Azimut-Propulsionsanlage in Form eines Ruderpropellers dar. Es ist dabei möglich, dass die Propellerwelle 7 auch an ihrem zweiten Ende oder eine zusätzliche Propellerwelle, die über ein geeignetes Getriebe mit der Propellerwelle 7 oder der Antriebswelle 21 gekoppelt ist, bis außerhalb des Gehäuses 5 geführt ist und dort ebenfalls einen daran befestigten Propeller aufweist. Die beiden Propeller können sich dann in die gleiche oder auch in entgegengesetzte Richtungen drehen (d. h. kontrarotieren).The propeller drive device shown represents one about a vertical axis 3 rotatable azimuth Propulsionsanlage in the form of a rudder propeller. It is possible that the propeller shaft 7 also at its second end or an additional propeller shaft, which has a suitable gearbox with the propeller shaft 7 or the drive shaft 21 is coupled to outside the case 5 is guided and there also has an attached propeller. The two propellers can then turn in the same or in opposite directions (ie, contrarotate).

Der Elektromotor 20 ist als elektrischer Ringmotor ausgebildet und weist einen ringförmig ausgebildeten Rotor 22 und einen ringförmig ausgebildeten Stator 23 auf, der den Rotor 22 ringförmig unter Bildung eines Luftspaltes umschließt. Der Rotor 22 und die Antriebswelle 21 sind um die gleiche Achse 3 wie der Schaft 2 drehbar gelagert. Der Rotor 22 ist dabei ringförmig um die Antriebswelle 21 angeordnet, d. h. dass die Antriebswelle 21 entlang der Drehachse 3 des Rotors 22 und dabei sogar durch den Rotor 22 hindurch, d. h. durch die von dem Rotor 22 aufgespannte Fläche, verläuft.The electric motor 20 is designed as an electric ring motor and has a ring-shaped rotor 22 and a ring-shaped stator 23 on, the rotor 22 annularly enclosing to form an air gap. The rotor 22 and the drive shaft 21 are around the same axis 3 like the shaft 2 rotatably mounted. The rotor 22 is annular around the drive shaft 21 arranged, ie that the drive shaft 21 along the axis of rotation 3 of the rotor 22 and even through the rotor 22 through, ie by the rotor 22 stretched surface, runs.

Der als Ringmotor ausgebildete Elektromotor 20 weist in Bezug auf die Drehachse 3 des Rotors 22 in radialer Richtung einen Durchmesser A auf, der deutlich größer als die Länge B des Motors in seiner axialen Längsrichtung ist.The trained as a ring motor electric motor 20 points in relation to the axis of rotation 3 of the rotor 22 in the radial direction to a diameter A, which is significantly greater than the length B of the motor in its axial longitudinal direction.

Der ringförmige Stator 23 des Motors 20 ist drehfest an dem Schaft 2, hier einer Tragstruktur 24 (häufig auch als „Tragkegel” bezeichnet) am oberen Ende des Schaftes 2, befestigt.The annular stator 23 of the motor 20 is rotationally fixed to the shaft 2 , here a support structure 24 (often referred to as "support cone") at the upper end of the shaft 2 , attached.

Das Verhältnis A/B hängt im Wesentlichen vom Durchmesser der Tragstruktur 24, von dem an dem Propeller 11 aufzubringenden Moment und der Übersetzung eines ggf. zwischen dem Motor 20 und der Antriebswelle 21 angeordneten Getriebes sowie der des Winkelgetriebes ab. Durch geeignete Auswahl eines Ringmotors kann ggf. ein Getriebe innerhalb der vertikalen Ausdehnung des Motors 20 eingesetzt werden, was eine optimale Abstimmung des Motors 20 an das durch den Propeller erforderliche Antriebsdrehmoment ermöglicht.The ratio A / B depends essentially on the diameter of the support structure 24 from where on the propeller 11 applied torque and the translation of a possibly between the engine 20 and the drive shaft 21 arranged gear and the angle gear from. By appropriate selection of a ring motor, if necessary, a transmission within the vertical extent of the engine 20 be used, resulting in optimal tuning of the engine 20 allows for the drive torque required by the propeller.

Der Ringmotor 20 ist hinsichtlich seines Außendurchmessers an den Außendurchmesser der Tragstruktur 24 der schwimmenden Einrichtung für die Azimut-Propellerantriebseinrichtung angepasst und weist einen Außendurchmesser auf, der etwa gleich dem Außendurchmesser der Tragstruktur 24 ist.The ring motor 20 is in terms of its outer diameter to the outer diameter of the support structure 24 adapted to the floating device for the azimuth propeller drive device and has an outer diameter which is approximately equal to the outer diameter of the support structure 24 is.

Der ringförmige Rotor 22 ist über einen an seiner Ringinnenseite befestigten Rotorträger 25 drehfest mit der Antriebswelle 21 verbunden. Der Rotorträger 25 trägt somit auf seiner Außenseite den Rotor 22. Der Rotorträger 25 umfasst eine Nabe 40, einen kreisförmigen Tragkranz 41 und ein Verbindungselement 42 zur Verbindung der Nabe 40 mit dem Tragkranz 41. Die Nabe 40 ist dabei drehfest mit der Antriebswelle 21 verbunden und der Tragkranz 41 trägt auf seiner Außenseite den Rotor 22. Das Verbindungselement 42 kann beispielsweise als ein Scheibenrad ausgebildet sein, das zur Gewichtseinsparung vorzugsweise mit Löchern oder Schlitzen versehen ist. Alternativ kann der Rotorträger auch ein Getriebe, z. B. ein Planetengetriebe, beinhalten.The annular rotor 22 is via a mounted on its inside ring rotor arm 25 rotatably with the drive shaft 21 connected. The rotor carrier 25 thus carries on its outside the rotor 22 , The rotor carrier 25 includes a hub 40 , a circular wreath 41 and a connecting element 42 for connecting the hub 40 with the wreath 41 , The hub 40 is non-rotatable with the drive shaft 21 connected and the wreath 41 carries on its outside the rotor 22 , The connecting element 42 For example, it may be formed as a disk wheel, which is preferably provided with holes or slots for weight saving. Alternatively, the rotor carrier and a gear, z. As a planetary gear include.

Mehrere Lager 26 dienen zur drehbaren Lagerung und horizontalen und vertikalen Fixierung der Antriebswelle 21, des Rotorträgers 25 und des Rotors 22 gegenüber dem Stator 23 und dem Schaft 2.Several bearings 26 are used for rotatable mounting and horizontal and vertical fixation of the drive shaft 21 , the rotor carrier 25 and the rotor 22 opposite the stator 23 and the shaft 2 ,

Das Drehen der Propellerantriebseinrichtung 1 um die vertikale Achse 3 erfolgt mit Hilfe eines elektrischen Motors 30, der ebenfalls als ein elektrischer Ringmotor ausgebildet ist. Der Motor 30 weist einen ringförmig ausgebildeten Rotor 32 und einen ringförmig ausgebildeten Stator 33 auf, der den Rotor 32 ringförmig unter Bildung eines Luftspaltes umschließt. Der Rotor 32 ist um die gleiche Achse 3 wie der Schaft 2, die Antriebswelle 21 und der Rotor 22 des Elektromotors 20 drehbar gelagert.Turning the propeller drive device 1 around the vertical axis 3 done with the help of an electric motor 30 which is also designed as an electric ring motor. The motor 30 has a ring-shaped rotor 32 and a ring-shaped stator 33 on, the rotor 32 annularly enclosing to form an air gap. The rotor 32 is about the same axis 3 like the shaft 2 , the drive shaft 21 and the rotor 22 of the electric motor 20 rotatably mounted.

Der als Ringmotor ausgebildete Elektromotor 30 weist in Bezug auf die Drehachse 3 des Rotors 32 in radialer Richtung einen Durchmesser C auf, der deutlich größer als die Länge D des Motors in seiner axialen Längsrichtung ist.The trained as a ring motor electric motor 30 points in relation to the axis of rotation 3 of the rotor 32 in the radial direction has a diameter C which is significantly greater than the length D of the motor in its axial longitudinal direction.

Der ringförmige Stator 33 des Motors 30 ist drehfest an einem feststehenden Teil der Propellerantriebseinrichtung 1 oder der schwimmenden Einrichtung, z. B. der Haltestruktur 4, und der ringförmige Rotor 32 des Motors 30 ist mittels eines an seiner Ringinnenseite befestigten Rotorträgers 45, der den Rotor 32 trägt, drehfest mit dem Schaft 2, hier einem Flansch 34 am oberen Ende des Schaftes 2, verbunden. Die Verbindung zwischen dem Motor 30 und dem Schaft 2 bzw. zwischen dem Motor 30 und der schwimmenden Einrichtung kann auch über ein geeignetes Getriebe erfolgen. Auf diese Weise ist eine optimale Anpassung des Motors 30 an die erforderliche Drehgeschwindigkeit sowie die benötigten Momente zum Verdrehen der Propellerantriebsanlage möglich.The annular stator 33 of the motor 30 is rotationally fixed to a stationary part of the propeller drive device 1 or the floating device, e.g. B. the support structure 4 , and the annular rotor 32 of the motor 30 is by means of a fixed to its ring inside rotor carrier 45 who is the rotor 32 carries, rotatably with the shaft 2 , here a flange 34 at the upper end of the shaft 2 , connected. The connection between the engine 30 and the shaft 2 or between the engine 30 and the floating device can also be done via a suitable gear. In this way is an optimal adaptation of the engine 30 to the required rotational speed and the required moments for rotating the propeller drive system possible.

Durch die jeweils relativ geringe Ausdehnung in axialer Richtung sowohl des Motors 20 zum Antrieb der Propeller 11 als auch des Motors 30 zum Drehen des Schaftes 2 ist die Einbau höhe der gesamten Propellerantriebseinrichtung in der schwimmenden Einrichtung sehr gering. Der im Gegenzug aufgrund der größeren radialen Ausdehnung notwendige größere Einbauplatz der Motoren 20, 30 ist unkritisch, da er sich nach der im Wesentlichen horizontalen Ausdehnung der Anlagen richtet.By the respective relatively small extent in the axial direction of both the engine 20 to drive the propellers 11 as well as the engine 30 to the Turning the shaft 2 the installation height of the entire propeller drive device in the floating device is very low. In return, due to the larger radial extent necessary larger installation space of the engines 20 . 30 is not critical, since it depends on the essentially horizontal extent of the plants.

Die Elektromotoren 20, 30 sind bevorzugt als permanenterregte Synchronmaschinen ausgebildet.The electric motors 20 . 30 are preferably designed as permanent magnet synchronous machines.

Aufgrund der geringen Einbauhöhe kann die Propellerantriebseinrichtung 1 auch ein- und ausfahrbar in einer schwimmenden Einrichtung angeordnet sein. In der schwimmenden Einrichtung kann hierzu ein Schacht ausgebildet sein, in den die Propellerantriebseinrichtung 1 im eingefahrenen Zustand aufgenommen ist.Due to the low installation height, the propeller drive device 1 also be arranged on and extendable in a floating device. For this purpose, a shaft can be formed in the floating device into which the propeller drive device 1 is received in the retracted state.

Bei Verwendung eines elektrischen Ringmotors als Antriebsmotor für eine Azimut-Propulsionsanlage einer schwimmenden Einrichtung, insbesondere in Verbindung mit einem weiteren elektrischen Ringmotor als Drehantrieb für die azimutale Drehungder Propulsionsanlage, kann somit eine besonders niedrige Einbauhöhe der Azimut-Propulsionsanlage in der schwimmenden Einrichtung erzielt werden. In besonderem Maße gilt dies auch für die Verwendung eines Ringmotors als elektrischen Stellantrieb für die azimutale Drehung von POD-Anlagen.at Use of an electric ring motor as a drive motor for an azimuth Propulsionsanlage a floating device, in particular in conjunction with another electric ring motor as a rotary drive for the azimuthal rotation of the propulsion plant, can thus a particularly low installation height of the azimuth propulsion plant be achieved in the floating device. In particular this also applies to the use of a ring motor as electric actuator for the azimuthal rotation of POD systems.

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Claims (13)

Azimut-Propellerantriebseinrichtung (1) mit niedriger Einbauhöhe für eine schwimmende Einrichtung, wie z. B. ein Schiff oder eine Offshore-Plattform, mit – einem unterhalb einer Struktur der schwimmenden Einrichtung im Wasser anzuordnenden Gehäuse (5), in dem zumindest eine Propellerwelle (7) drehbar gelagert ist, mit der zumindest ein Propeller (11) gekoppelt ist, – mindestens einem Elektromotor (20) mit einem Stator (23) und einem Rotor (22) zum Antrieb des zumindest einen Propellers (11), – einem hohlen Schaft (2), der das Gehäuse (5) drehfest haltert, – wobei der Elektromotor (20) außerhalb des Gehäuses (5) angeordnet ist und mit seinem Rotor (22) eine Antriebswelle (21) antreibt, die mit der zumindest einen Propellerwelle (7) gekoppelt ist, und die zumindest teilweise durch den hohlen Schaft (2) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (20) als ein elektrischer Ringmotor ausgebildet ist, der ringförmig um die Antriebswelle (21) angeordnet ist, wobei der Rotor (22) des Elektromotor (20) über einen Rotorträger (25) mit der Antriebswelle (21) verbunden ist.Azimuth propeller drive device ( 1 ) with low installation height for a floating device, such. As a ship or an offshore platform, with - a housing to be arranged below a structure of the floating device in the water ( 5 ), in which at least one propeller shaft ( 7 ) is rotatably mounted, with the at least one propeller ( 11 ), - at least one electric motor ( 20 ) with a stator ( 23 ) and a rotor ( 22 ) for driving the at least one propeller ( 11 ), - a hollow shaft ( 2 ), the housing ( 5 ) rotatably supports, - wherein the electric motor ( 20 ) outside the housing ( 5 ) and with its rotor ( 22 ) a drive shaft ( 21 ), which with the at least one propeller shaft ( 7 ) and at least partially through the hollow shaft ( 2 ), characterized in that the electric motor ( 20 ) is designed as an electric ring motor, the ring around the drive shaft ( 21 ) is arranged, wherein the rotor ( 22 ) of the electric motor ( 20 ) via a rotor carrier ( 25 ) with the drive shaft ( 21 ) connected is. Propellerantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorträger (25) eine Nabe (40), einen kreisförmigen Tragkranz (41) und ein Verbindungselement (42) zur Verbindung der Nabe (40) mit dem Tragkranz (41) umfasst, wobei die Nabe (40) drehfest mit der Antriebswelle (21) verbunden ist und der Tragkranz (42) den Rotor (22) trägt.Propeller drive device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the rotor carrier ( 25 ) a hub ( 40 ), a circular trolley ( 41 ) and a connecting element ( 42 ) for connecting the hub ( 40 ) with the Tragkranz ( 41 ), wherein the hub ( 40 ) rotatably with the drive shaft ( 21 ) and the Tragkranz ( 42 ) the rotor ( 22 ) wearing. Propellerantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (42) als ein Scheibenrad ausgebildet ist.Propeller drive device ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the connecting element ( 42 ) is formed as a disk wheel. Propellerantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenrad mit Löchern oder Schlitzen versehen ist.Propeller drive device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the disc wheel is provided with holes or slots. Propellerantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (42) als ein Speichenrad ausgebildet ist.Propeller drive device ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the connecting element ( 42 ) is formed as a spoked wheel. Propellerantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorträger (25) ein Getriebe, z. B. ein Planetengetriebe, beinhaltet.Propeller drive device ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the rotor carrier ( 25 ) a gear, z. As a planetary gear includes. Propellerantriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (21) drehbar in dem hohlen Schaft (2) gelagert ist.Propeller drive device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive shaft ( 21 ) rotatable in the hollow shaft ( 2 ) is stored. Propellerantriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (22) drehbar in dem Schaft oder in dem Stator (23) gelagert ist.Propeller drive device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 22 ) rotatable in the shaft or in the stator ( 23 ) is stored. Propellerantriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Elektro- oder Hydraulikmotor (30) zur Drehung des hohlen Schaftes (2) um eine Drehachse (3).Propeller drive device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by at least one electric or hydraulic motor ( 30 ) for rotating the hollow shaft ( 2 ) about a rotation axis ( 3 ). Propellerantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (30) zur Drehung des Schaftes (2) ebenfalls als ein elektrischer Ringmotor ausgebildet ist, der ringförmig um die Drehachse (3) des Schaftes (2) angeordnet ist, wobei der Rotor (32) des Elektromotors (30) drehfest mit dem Schaft (2) verbunden ist und der Stator (33) des Elektromotors (30) drehfest mit der Struktur der schwimmenden Einrichtung verbunden ist.Propeller drive device ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the electric motor ( 30 ) for rotation of the shaft ( 2 ) is also designed as an electric ring motor which is annular about the axis of rotation ( 3 ) of the shaft ( 2 ) is arranged, wherein the rotor ( 32 ) of the electric motor ( 30 ) rotatably with the shaft ( 2 ) and the stator ( 33 ) of the electric motor ( 30 ) is rotationally connected to the structure of the floating device. Propellerantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 1 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der als Ringmotor ausgebildete Elektromotor (20 bzw. 30) als permanent erregte Synchronmaschine ausgebildet ist.Propeller drive device ( 1 ) according to claim 1 and / or 10, characterized in that the ring motor designed as an electric motor ( 20 respectively. 30 ) is designed as a permanently excited synchronous machine. Propellerantriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (21) über ein Kegelradgetriebe (28) mit der zumindest einen Propellerwelle (7) gekoppelt ist.Propeller drive device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive shaft ( 21 ) via a bevel gear ( 28 ) with the at least one propeller shaft ( 7 ) is coupled. Propellerantriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) geschlossen ist, insbesondere gondelartig geformt ist, und in seinem Inneren einen Hohlraum (6) ausbildet.Propeller drive device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 5 ) is closed, in particular is formed like a pod, and in its interior a cavity ( 6 ) trains.
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