-
Die Erfindung betrifft einen Antrieb zum Antreiben eines Unterseeboots oder eines Schiffs.
-
Unterseeboote oder Schiffe werden heutzutage häufig von Elektroantrieben, welche die Schraube des Unterseeboots oder des Schiffs antreiben, angetrieben. In Unterseebooten und Schiffen, insbesondere in kleinen Unterseebooten und kleinen Schiffen, ist dabei wenig Platz für den Antrieb vorhanden, so dass hierfür ein möglichst platzsparender, kompakt aufgebauter Antrieb benötigt wird.
-
Aus der
DE 199 58 783 A1 ist eine Antriebseinrichtung mit zwei Antriebsmotoren unterschiedlicher Leistung für ein Schiff bekannt.
-
Aus der
EP 0 194 433 B1 ist eine umrichtergespeiste Drehfeldmaschine mit elektronischem Steller bekannt.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Antrieb zum Antreiben eines Unterseeboots oder eines Schiffs zu schaffen, der wenig Platz benötigt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Antrieb zum Antreiben eines Unterseeboots oder eines Schiffs, wobei der Antrieb einen Elektromotor aufweist, wobei der Elektromotor einen ruhend angeordneten Stator und einen rotierbar angeordneten Rotor aufweist, wobei der Stator eine elektrische Wicklung aufweist, wobei die Wicklung aus einem Statorjoch des Stators herausragende Wickelköpfe aufweist, wobei der Antrieb zur elektrischen Energieversorgung der Wicklung des Stators einen Stromrichter aufweist, der an der Außenseite des Statorgehäuses des Stators angeordnet ist, wobei der Antrieb ein Gehäuseelement aufweist, das den Stromrichter von der Umgebung des Antriebs trennt, wobei der Antrieb einen Luftkühlkreislauf aufweist, der den Stromrichter und die Wickelköpfe kühlt.
-
Die Anordnung des Stromrichters an der Außenseite des Statorgehäuses des Stators in Verbindung mit einem gemeinsamen Luftkühlkreislauf ermöglicht einen besonders kompakt aufgebauten Antrieb zum Antrieb des Schiffs oder des Unterseeboots.
-
Weiterhin wird durch die an der Außenseite des Statorgehäuses des Stators angeordneten Stromrichter und die somit sehr kurzen Kabelverbindungen zwischen Stromrichter und der Wicklung des Stators vom Antrieb ausgehende Störstrahlung (z. B. elektromagnetische Wellen etc.) reduziert. Dadurch, dass der Stromrichter und der Elektromotor räumlich nicht weit voneinander getrennt sind, wird eine deutliche Reduzierung aller Signaturen erreicht. Im Unterseeboot und im Schiff wird weiterhin hierdurch die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert.
-
Die Erfindung schafft einen kompakten Antrieb, welcher z. B. auf einer Plattform schock- und schwingungsisoliert gelagert werden kann.
-
Die Erfindung schafft einen Antrieb, der z. B. in den engen Bootsrumpf eines insbesondere kleinen Unterseeboots eingebaut werden kann und gleichzeitig EMV verträglich ist. Dadurch, dass der Antrieb ein Gehäuseelement aufweist, das den Stromrichter und die elektrische Kabelverbindung zwischen Stromrichter und Wicklung von der Umgebung des Antriebs trennt, kann die vom Stromrichter und der Kabelverbindung erzeugte Störstrahlung (z. B. elektromagnetische Wellen) weiter reduziert werden.
-
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn zwischen Statorgehäuse und dem Gehäuseelement eine Kühleinheit angeordnet ist, die den Luftstrom des Luftkühlkreislaufs kühlt, wobei der Rotor ein Polrad, an dem ein Rotorjoch angeordnet ist, aufweist, wobei der Antrieb einen Lüfter aufweist, der den Luftstrom antreibt, wobei der Luftkühlkreislauf derart ausgebildet ist, dass der Luftstrom den Stromrichter in einer ersten axialen Richtung durchströmt und/oder umströmt, wobei nachfolgend der Luftstrom zu auf einer ersten axialen Seite des Antriebs angeordneten ersten Wickelköpfen geführt wird und die ersten Wickelköpfe umströmt, wobei nachfolgend der Luftstrom in einer zweiten axialen Richtung, die entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung verläuft, durch im Polrad angeordnete Öffnungen strömt und zu auf einer zweiten axialen Seite des Antriebs angeordneten zweiten Wickelköpfen geführt wird und die zweiten Wickelköpfe umströmt, wobei das Statorgehäuse erste Öffnungen aufweist, durch die der Luftstrom zurück zum Stromrichter strömt. Durch diese Ausbildung des Luftkühlkreislaufs wird ein besonders effektiver Luftkühlkreislauf geschaffen.
-
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Lüfter von der Motorwelle des Elektromotors angetrieben wird. Hierdurch wird ein besonders kompakt aufgebauter Antrieb ermöglicht.
-
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Lüfter den Luftstrom in radiale Richtung auf die zweiten Wickelköpfe bläst. Hierdurch wird eine besonders effektive Kühlung der Wickelköpfe realisiert.
-
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die elektrische Kabelverbindung zwischen Stromrichter und Wicklung durch erste Öffnungen des Statorgehäuses verläuft und das Gehäuseelement die Kabelverbindung von der Umgebung des Antriebs trennt. Hierdurch wird auch die elektrische Kabelverbindung zwischen Stromrichter und Wicklung durch den Luftkühlkreislauf gekühlt.
-
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Antrieb zum elektrischen Anschluss des Stromrichters einen Klemmkasten aufweist, wobei das Gehäuseelement den Stromrichter von der Umgebung des Antriebs trennt. Hierdurch wird auch der Klemmkasten durch den Luftkühlkreislauf effektiv gekühlt.
-
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Gehäuseelement als Haube ausgebildet ist. Eine Haube stellt eine übliche Ausbildung des Gehäuseelements dar.
-
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn zwischen Statorgehäuse und dem Gehäuseelement eine Kühleinheit angeordnet ist, die den Luftstrom des Luftkühlkreislaufs kühlt, wobei der Antrieb zur Kühlung der Kühleinheit und der Wicklung einen gemeinsamen Flüssigkeitskühlkreislauf aufweist, wobei die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreislaufs durch die Kühleinheit und durch in Umfangsrichtung des Stators verlaufende Kanäle fließt. Durch die Realisierung eines gemeinsamen Flüssigkeitskühlkreislaufs von Kühleinheit und Wicklung wird eine besonders kompakte und effiziente Kühlung der Wicklung erreicht.
-
Weiterhin erweist sich ein Unterseeboot oder ein Schiff, das den erfindungsgemäßen Antrieb aufweist, als vorteilhaft.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine schematisierte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Antriebs in Form eines Längsschnitts, und
-
2 eine schematisierte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Antriebs in Form eines Querschnitts.
-
In 1 ist ein Längsschnitt und in 2 ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen Antriebs 1 dargestellt. Gleiche Elemente sind in 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Der Antrieb 1 weist im Rahmen des Ausführungsbeispiels als wesentliche Elemente einen Elektromotor 3 und mehrere Stromrichter auf, wobei der Übersichtlichkeit halber in 1 und 2 nur ein Stromrichter 2 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Im einfachsten Fall kann jedoch auch nur ein einzelner Stromrichter vorhanden sein. Der Elektromotor 3 weist eine rotierbar angeordnete Motorwelle 16 auf, über die eine Schraube eines U-Boots (Unterseeboot) oder eines Schiffs antreibbar ist. Der Elektromotor 3 weist einen ruhend angeordneten Stator 23 auf, der die ruhend angeordneten Elemente des Elektromotors 3 umfasst. Der Stator 23 weist als wesentliche Elemente ein Statorjoch 8, ein Statorgehäuse 5, ein Kühlelement 7, sowie eine Wicklung auf, die elektrische Spulen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes bildet. Die Wicklung verläuft dabei in im Statorjoch 8 angeordneten Nuten und weist auf einer ersten axialen Seite A des Antriebs 1 angeordnete erste Wickelköpfe 6a und auf einer zweiten axialen Seite B des Antriebs 1 angeordnete zweite Wickelköpfe 6b auf. Die Wickelköpfe 6a und 6b sind Teil der Wicklung und ragen aus dem Statorjoch 8 heraus. Die Stromrichter versorgen die Wicklung des Stators mit elektrischer Energie. Die Stromrichter sind hierzu im Rahmen des Ausführungsbeispiels in Form von Wechselrichtern ausgebildet. Die Wicklung ist dabei im Rahmen des Ausführungsbeispiels mehrphasig ausgebildet.
-
Die Stromrichter sind ausgangsseitig jeweils über eine Kabelverbindung 18 mit der Wicklung verbunden. Die Stromrichter sind dabei im Rahmen des Ausführungsbeispiels mehrfach vorhanden, so dass auch bei Ausfall eines Stromrichters die Wicklung des Stators noch mit Energie versorgt werden kann.
-
Die Stromrichter sind dabei an der Außenseite des Statorgehäuses 5 angeordnet und somit sehr nahe an der Wicklung, so dass die jeweilige Kabelverbindung 18 sehr kurz ist, was insbesondere die elektromagnetische Abstrahlung des Antriebs minimiert. Weiterhin weist der Antrieb ein Gehäuseelement 4 auf, das im Rahmen des Ausführungsbeispiels in Form einer Haube vorliegt. Das Gehäuseelement 4 kann aus mehreren Segmenten bestehen.
-
Das Gehäuseelement 4 trennt den Stromrichter von der äußeren Umgebung des Antriebs und kapselt solchermaßen die Stromrichter von der Umgebung des Antriebs ab. Das Gehäuseelement 4 bewirkt eine zusätzliche Reduktion der von den Stromrichtern und der von den Stromrichtern zu der Wicklung geführten Kabelverbindungen erzeugten insbesondere elektromagnetischen Abstrahlungen.
-
Weiterhin weist der Elektromotor einen rotierbar angeordneten Rotor 24 auf, der die um die Rotationsachse Z der Motorwelle 16 rotierbar angeordneten Elemente des Elektromotors umfasst. Der Rotor 24 weist dabei als wesentliche Elemente ein mit Öffnungen 13 versehenes Polrad 10 und ein Rotorjoch 9 auf. Das Rotorjoch 9 und das Statorjoch 8 können dabei massiv oder in Form von hintereinander in Richtung der Rotationsachse Z angeordneten Blechen ausgebildet sein. Am oder im Rotorjoch 9 sind dabei Permanentmagnete, die der Übersichtlichkeit halber in 1 und 2 nicht dargestellt sind, angeordnet. Zwischen Rotorjoch 9 und Statorjoch 8 ist ein Spalt 19 angeordnet. Die Stromrichter und der Elektromotor weisen erfindungsgemäß einen gemeinsamen Luftkühlkreislauf auf, der die Stromrichter und die Wickelköpfe 6a und 6b und somit die Wicklung des Stators des Elektromotors kühlt. Es werden somit zur Kühlung der Stromrichter und der Wicklung des Elektromotors keine separaten Kühlkreisläufe verwendet, was einen sehr kompakten und somit platzsparenden Aufbau des Antriebs bei gleichzeitiger Realisierung einer hocheffizienten Kühlung ermöglicht.
-
Zwischen Statorgehäuse 5, das im Rahmen des Ausführungsbeispiels aus mehreren Elementen besteht, und dem Gehäuseelement 4 ist zur Kühlung des Luftstroms 14 des Luftkühlkreislaufs eine Kühleinheit 25 angeordnet. Weiterhin weist der Antrieb 1 einen Lüfter 11 auf, der den Luftstrom 14 des Luftkühlkreislaufs antreibt. Die Pfeile des Luftstroms 14 deuten dabei die Richtung und den Weg des Luftstroms 14 des Luftkühlkreislaufs an. Der Luftstrom 14 durchströmt und umströmt die Stromrichter, d. h. in 1 den Stromrichter 2, in einer ersten axialen Richtung X und durchströmt die Kühleinheit 25 in Richtung der ersten axialen Richtung X. Anschließend wird der Luftstrom 14 durch das Gehäuseelement 4 in radiale Richtung R auf die Motorwelle 16 zu und anschließend in Richtung einer zweiten axialen Richtung X', die entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung X verläuft, geführt. Der Luftstrom 14 strömt durch in das Statorgehäuse 5 eingebrachte zweite Öffnungen 12 zu den ersten Wickelköpfen 6a. Der Luftstrom 14 umströmt die ersten Wickelköpfe 6a und strömt anschließend in Richtung der zweiten axialen Richtung X' durch die Öffnungen 13 des Polrads 10 auf die zweite axiale Seite B des Antriebs 1. Dort wird im Rahmen des Ausführungsbeispiels der Luftstrom 14 von einem Lüfter 11, der vorzugsweise als Radiallüfter ausgebildet ist, angesaugt und auf die auf der zweiten axialen Seite B des Antriebs 1 angeordneten zweiten Wickelköpfe 6b geführt, wo der Luftstrom 14 die zweiten Wickelköpfe 6b umströmt. Der Lüfter 11 bläst den Luftstrom auf die zweiten Wickelköpfe 6b. Anschließend strömt der Luftstrom 14 durch im Rahmen des Ausführungsbeispiels in radiale Richtung R im Statorgehäuse 5 angeordnete erste Öffnungen 15. Anschließend wird der Luftstrom 14 durch das Gehäuseelement 4, das zusammen mit dem Statorgehäuse 5 einen Innenraum 26 umschließt, zu den Stromrichtern in Richtung der ersten axialen Richtung X geführt.
-
Es sei angemerkt, dass im Rahmen des Ausführungsbeispiels der Luftstrom 14 die Stromrichter durch- und umströmt, was nicht notwendigerweise so sein muss. Es kann selbstverständlich auch sein, dass der Luftstrom 14 die Stromrichter nur durchströmt oder nur umströmt.
-
Der Lüfter 11, welcher den Luftstrom 14 antreibt, wird dabei vorzugsweise von der Motorwelle 16 des Elektromotors angetrieben, was ebenfalls einen sehr kompakten Aufbau ermöglicht, da keine Fremdlüfter, welche einen eigenen Motor zum Antrieb des Lüfters benötigen, notwendig sind.
-
Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist der Antrieb 1 nur einen einzelnen Lüfter 11 zum Antreiben des Luftstroms 14 und damit zum Antreiben des Luftkühlkreislaufs auf. Der Lüfter bläst dabei den Luftstrom 14 in radialer Richtung auf die zweiten Wickelköpfe 6b.
-
Im Rahmen des Ausführungsbeispiels verläuft die jeweilige Kabelverbindung 18 durch die ersten Öffnungen 15 des Statorgehäuses 5, wobei das Gehäuseelement 4 die Kabelverbindung 18 von der Umgebung des Antriebs 1 trennt. Die Kabelverbindung 18 wird somit ebenfalls durch den Luftstrom 14 gekühlt.
-
Der Antrieb 1 weist weiterhin zum elektrischen Anschluss der Stromrichter an die Außenwelt (z. B. zum Anschluss an einen Stromgenerator und/oder eine Batterie, die den Antrieb mit elektrischer Energie versorgen) einen Klemmkasten 17 auf, wobei das Gehäuseelement 4 den Klemmkasten 17 von der äußeren Umgebung des Antriebs trennt.
-
Der Kühleinheit 25, die Stromrichter und der Klemmkasten 17 sind somit im Innenraum 26 angeordnet.
-
Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist der Antrieb 1 zur Kühlung der Kühleinheit 25 und der Wicklung weiterhin einen gemeinsamen Flüssigkeitskühlkreislauf auf, wobei die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreislaufs durch die Kühleinheit 25 und durch in Umfangsrichtung U des Stators 23 verlaufende Kanäle 21 fließt, wobei der Übersichtlichkeit halber nur ein Kanal mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Kanäle 21 sind dabei vorzugsweise in Form von Nuten realisiert, die in einem Kühlelement 7, das am Statorjoch 8 angeordnet ist, verlaufen. Der Antrieb 1 weist zwei gestrichelt gezeichnet angedeutete stark schematisiert dargestellte Anschlüsse 22a und 22b auf, durch die die Flüssigkeit (z. B. Wasser) des Flüssigkeitskühlkreislaufs zu- und abströmt, was durch entsprechende Pfeile angedeutet ist. Die Leitungen, in denen die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreislaufs fließt, die die Kühleinheit 25 und die Kanäle 21 miteinander verbinden, und die die Kanäle 21 mit dem Abschluss 22b verbinden, sind der Übersichtlichkeit halber und da zum Verständnis der Erfindung unwesentlich, in 1 und 2 nicht dargestellt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19958783 A1 [0003]
- EP 0194433 B1 [0004]
