EP1150883B1 - Elektrischer schiffsantrieb - Google Patents

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EP1150883B1
EP1150883B1 EP00909029A EP00909029A EP1150883B1 EP 1150883 B1 EP1150883 B1 EP 1150883B1 EP 00909029 A EP00909029 A EP 00909029A EP 00909029 A EP00909029 A EP 00909029A EP 1150883 B1 EP1150883 B1 EP 1150883B1
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EP
European Patent Office
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propulsion system
electric ship
electric
parts
ship
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00909029A
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EP1150883A1 (de
Inventor
Wolfgang Rzadki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1150883A1 publication Critical patent/EP1150883A1/de
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Publication of EP1150883B1 publication Critical patent/EP1150883B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/125—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers movably mounted with respect to hull, e.g. adjustable in direction, e.g. podded azimuthing thrusters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/38—Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like
    • B63H21/383—Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like for handling cooling-water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/08—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller
    • B63H5/10—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller of coaxial type, e.g. of counter-rotative type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/125—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers movably mounted with respect to hull, e.g. adjustable in direction, e.g. podded azimuthing thrusters
    • B63H2005/1254—Podded azimuthing thrusters, i.e. podded thruster units arranged inboard for rotation about vertical axis
    • B63H2005/1258—Podded azimuthing thrusters, i.e. podded thruster units arranged inboard for rotation about vertical axis with electric power transmission to propellers, i.e. with integrated electric propeller motors

Definitions

  • the invention relates to an electric ship drive with a drive nacelle, a rotatable shaft that is hollow and holds the drive nacelle in a rotationally fixed manner, and an energy supply.
  • a ship propulsion system is through the publication "New type of Permanent Field Machines for Diesel Electric Propulsion Systems "by Andersen and Grangen.
  • the invention has for its object the above to further develop electric ship propulsion in such a way that is available within the drive nacelle Space better than with known electric ship drives can be used for those components whose direct interaction with the drive elements of the Ship propulsion is unavoidable, with a improved removal of energy-related waste Heat loss should be enabled.
  • At least a converter belonging to the energy supply within of the hollow shaft is arranged.
  • the inside of the drive nacelle for other electrical components Ship space available space enlarged, with in addition at least one converter resulting heat loss in a comparatively simple manner can be removed from the shaft.
  • the at least one power supply converter can be advantageous be designed as a direct converter.
  • the at least one Inverter in connection with a Shaft wall of the shaft, the at least one Inverter waste heat generated in a simple manner the shaft wall are removed.
  • Power semiconductors of the at least one converter can be advantageously arranged on a cooling plate, wherein then by means of the cooling plates, the removal of the power semiconductors resulting heat loss can be accomplished.
  • the cooling plate is advantageously located on the inside of the Shank wall.
  • the separate cooling of the cooling plate can expediently be accomplished by means of a circuit cooling, the one Has heat exchanger, which in turn on the inside the shaft wall can be arranged.
  • the heat exchanger expediently has the circuit cooling as a recooling cycle on a seawater cycle.
  • the converter as a DC link converter form, the number of its semiconductor elements the number of windings of an electric motor of the electric Marine propulsion is adjusted.
  • the electric motor of the electric ship propulsion is expedient multi-phase, with slip rings for Power supply of the power semiconductors arranged in front of the converter are.
  • An electric ship drive with a rotating drive nacelle and an electric motor that is in the rotatable drive nacelle is arranged can be divided into two separate engine parts split electric motor, these two Engine parts a common two-part central bearing is assigned in which the two rotating engine parts mechanically are stored separately from each other.
  • two drive elements of the electric ship drive in the desired direction of rotation and with the to operate the desired speed independently of each other, where both the same direction rotation of the two drive elements as well as an opposite rotation of the two Drive elements can be easily implemented.
  • the two motor parts advantageously form a quasi-cross-section Electric motor.
  • a configuration as sensor-monitored support bearing may be advantageous, the central bearing then e.g. a vibration sensor unit, by means of Oscillations or vibrations of the two bearing parts of the central bearing are detectable, and / or a temperature sensor unit can be assigned by means of which the temperature the two bearing parts of the central bearing can be detected.
  • a vibration sensor unit by means of Oscillations or vibrations of the two bearing parts of the central bearing are detectable
  • / or a temperature sensor unit can be assigned by means of which the temperature the two bearing parts of the central bearing can be detected.
  • Design of the electric ship propulsion system according to the invention are the stator windings of the two motor parts of the Electric motor with one of the two motor parts of the electric motor common housing non-positively connected.
  • the common housing can improve heat dissipation advantageously be designed as an outer wall cooler.
  • thermal bridges are formed by means of which in the winding heads Stator windings developed heat into a common housing is derivable.
  • the thermal bridges can advantageously be made of epoxy resin his.
  • the electric ship drive is expediently used as a propeller drive trained with two propellers which are independent can be controlled and regulated from one another.
  • the electric ship drive with a rotating drive nacelle and an electric motor that is in the rotatable drive nacelle is arranged in an advantageous embodiment be trained so that the electric motor as a permanent magnet Synchronous motor trained and in two separate Synchronous motor parts is split.
  • Such permanently excited Synchronous motors have electrical in particular Marine propulsion requirements set a variety more favorable properties.
  • the two separate synchronous motor parts are advantageous in arranged in a common housing from which about in the middle of electrical connections of stator windings the synchronous motor parts are brought out.
  • stator windings of the synchronous motor parts and their electrical Connections to a power supply are expedient encapsulated watertight.
  • the housing common to the two synchronous motor parts in the The drive nacelle advantageously forms a watertight unit.
  • Rotor windings of the synchronous motor parts are advantageous according to one Further development of the ship propulsion system according to the invention at least three-phase, but they can also be six, twelve or eighteen-phase.
  • Each synchronous motor part has advantages for its rotor a membrane coupling on both sides, by means of which the Connection between the rotor part and a shaft of the synchronous motor is feasible.
  • the electric ship propulsion system according to the invention is advantageous with drive powers of at least 10 MW, preferably 20 to 30 MW, for use.
  • a drive nacelle 1 shown in principle in FIG. 1 Drive nacelle 1 sits rotatably at the free end of a rotatable on the hull not shown in the FIGURES Shaft 2.
  • the shaft 2 in turn is hollow. The energy supply takes place through the shaft 2 the drive elements provided within the drive nacelle 1 of the electric ship propulsion system according to the invention.
  • a housing 3 is formed by the drive nacelle 1, in that in the illustrated embodiment of the invention electric ship propulsion a two-part synchronous motor 4 is included.
  • the synchronous motor 4 is divided into a first one on the left in FIG Synchronous motor part 5 and a second synchronous motor part on the right in FIG 6.
  • the two synchronous motor parts 5, 6 work independently of each other, so driven by them Waves 7 and 8 in the same or opposite directions with different Speeds are drivable.
  • Both shafts 7 and 8 stand out with one shaft end each the drive nacelle 1 and carry it out of the drive nacelle 1 protruding shaft end each has a propeller 9 or 10, as in FIG. 1, only by means of one each Dash line indicated.
  • the two shafts 7, 8 extend over the left or the right half of the drive nacelle 1 to a common one Middle bearing 11, in which they are separated from each other are rotatably supported by means of bearing bodies 12 and 13.
  • the two synchronous motor parts 5, 6 of the synchronous motor 4 correspond each other in function and structure, so in the following only the synchronous motor part shown on the left in FIG 5 is described.
  • the shaft 7 of the synchronous motor part 5 is on its wall of the housing 3 through section by means of a support bearing 14 rotatably supported, furthermore a drawer 15 is provided, by means of which the axial position of the shaft 7 secured within the housing 3 of the drive nacelle 1 is.
  • stator part 17 firmly attached to the inside of the wall of the housing 3 is, e.g. by means of a shrinking process.
  • Winding heads 18 of the stator windings provided in the stator part 17 stand from the stand part 17 on its end faces before, between these winding heads 18 and the inside the wall of the housing 3 of the drive nacelle 1 thermal bridges 19 are provided, by means of which in the winding heads 18 existing thermal energy dissipated to the housing can be.
  • a rotor part 20 of the synchronous motor part is coaxial to the stator part 17 5 arranged on which a permanent magnet is provided is.
  • the rotor part equipped with the permanent magnet 20 is via two diaphragm couplings 21, 22 which are connected to the two ends of the rotor part 20 are arranged with the Shaft 7 of the synchronous motor part 5 connected.
  • Stator windings are by means of their winding heads 18 one provided in the interior of the housing 3 of the drive nacelle 1 Line 23 supplied with electrical energy.
  • the Line 23 is by means of a housing 3 of the drive nacelle 1 approximately centrally breaking through stand connector 24 the power supply of the synchronous motor 4 connected.
  • a vibration sensor unit 25 belong, by means of any oscillations and vibrations the bearing parts 12 and 13 can be detected.
  • a temperature sensor unit 26 to the sensor device belong, by means of which the temperature profile within the bearing part 12 or 13 is detected.
  • the two synchronous motor parts 5, 6 of the synchronous motor 4, the Rotor parts 20 and stator parts 17 mechanically from one another are separated as permanent-magnet synchronous motors educated.
  • Through each of the two synchronous motor parts 5, 6 becomes a propeller 9 or 10 of the electric ship propulsion driven. Since the two synchronous motor parts 5, 6 mechanically are not coupled, they can be the propellers 9, 10 drive in opposite or in the same direction. Depending on requirements can the propellers 9, 10 optimal in terms of viewpoints Speed, efficiency, noise etc. can be interpreted.
  • stator windings in the stator parts 17 of the two synchronous motor parts 5, 6 are each a three-phase system connected. Three winding ends each become approximately in the middle through the housing 3 of the drive nacelle 1 via the stator connection 24 guided into the area of the shaft 2.
  • the converter modules can be implemented with IGBT modules in an H circuit.
  • This Converter is in the area of shaft 2 of the rudder propeller arranged.
  • Power semiconductor 27 of the converter arranged on cooling plates 28, which are directly on the inside the shaft wall 29 of the drive nacelle 1 in a rotationally fixed manner holding shaft 2 sit.
  • FIG Disposed shaft wall 29 of the shaft 2 to the surrounding water.
  • Rectifiers belonging to the power supply each designed as a six-pulse diode bridge in B6 circuit can also be in the area of the shaft 2 of the rudder propeller arranged directly on the shaft wall 29, where the power diodes dissipate their heat through the shaft wall 29 to the surrounding water.
  • the power supply of the electric ship propulsion happens via an energy transmission system with slip rings.
  • a voltage intermediate circuit converter e.g. of the SIMAR DRIVE PWM type whose power semiconductors 27 are also in the shaft 2 can be arranged.
  • the power supply happens here also via an energy transmission system with slip rings.
  • the power semiconductors 27 as a voltage intermediate circuit converter trained control body sit in this embodiment on a cooling plate 28, which in turn by means of elastic Holding parts 30 on the inside of the shaft wall 29 are attached.
  • the cooling plate 28 is in this embodiment a circuit cooling 31 assigned, the fresh water circuit is maintained by means of a pump 32 and the heat energy absorbed in it in a heat exchanger 33 to a seawater circuit 34, which by the Shaft wall 29 through to the sea water surrounding the shaft 2 is connected and upright by a pump 35 is obtained.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schiffsantrieb mit einer Antriebsgondel, einem drehbaren Schaft, der hohl ausgebildet ist und die Antriebsgondel drehfest haltert, und einer Energieversorgung. Eine derartige schiffsantrieb ist durch die Veröllentlichung "New type of Permanent Field Machines for Diesel Electric Propulsion Systems" von Andersen und Grangen bekannt.
Die räumlichen Verhältnisse von Bauteilen derartiger elektrischer Schiffsantriebe sind begrenzt, da unmittelbar mit den eigentlichen Antriebselementen des Schiffsantriebs zusammenwirkende Bauteile, insbesondere mechanisch mit diesen Antriebselementen zusammenwirkende Bauteile, praktisch nur innerhalb des Innenraums in der Antriebsgondel untergebracht werden können; hieraus resultieren erhebliche Probleme hinsichtlich der konstruktiv-technischen Ausgestaltung eines derartigen elektrischen Schiffsantriebs, wobei darüber hinaus bei der Energieversorgung zwangsläufig anfallende Verlustwärmen in geeigneter Form abgeführt werden müssen, was zu weiteren Schwierigkeiten bei der Unterbringung der einzelnen Bauteile eines derartigen elektrischen Schiffsantriebs führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs geschilderten elektrischen Schiffsantrieb derart weiterzubilden, daß der innerhalb der Antriebsgondel zur Verfügung stehende Raum besser als bei bekannten elektrischen Schiffsantrieben für diejenigen Bauteile genutzt werden kann, deren unmittelbares Zusammenwirken mit den Antriebselementen des Schiffsantriebs unumgänglich ist, wobei darüber hinaus eine verbesserte Abfuhr von im Rahmen der Energieversorgung anfallenden Verlustwärmen ermöglicht werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein zu der Energieversorgung gehörender Umrichter innerhalb des hohl ausgebildeten Schaftes angeordnet ist. Durch diese gewählte Anordnung des zumindest einen Umrichters wird der innerhalb der Antriebsgondel für andere Bauteile des elektrischen Schiffsantriebs zur Verfügung stehende Bauraum vergrößert, wobei darüber hinaus am zumindest einen Umrichter entstehende Verlustwärme in vergleichsweise einfacher Weise aus dem Schaft abgeführt werden kann.
Vorteilhaft kann der zumindest eine Umrichter der Energieversorgung als Direktumrichter ausgebildet sein.
Wenn der zumindest eine Umrichter in Verbindung mit einer Schaftwandung des Schafts ist, kann die am zumindest einen Umrichter anfallende Verlustwärme in einfacher Weise durch die Schaftwandung abgeführt werden.
Leistungshalbleiter des zumindest einen Umrichters können vorteilhaft auf einer Kühlplatte angeordnet werden, wobei dann mittels der Kühlplatten die Abfuhr der am Leistungshalbleiter entstehenden Verlustwärme bewerkstelligt werden kann.
Vorteilhaft sitzt die Kühlplatte auf der Innenseite der Schaftwandung.
Alternativ ist es möglich, die Kühlplatte separat kühlbar auszugestalten und mittels elastischer Halteteile an der Innenseite der Schaftwandung zu haltern.
Die separate Kühlung der Kühlplatte kann zweckmäßigerweise mittels einer Kreislaufkühlung bewerkstelligt werden, die einen Wärmetauscher aufweist, der seinerseits an der Innenseite der Schaftwandung angeordnet sein kann.
Zweckmäßigerweise weist der Wärmetauscher der Kreislaufkühlung als Rückkühlkreislauf einen Seewasserkreislauf auf.
Es ist möglich, den Umrichter als Spannungszwischenkreisumrichter auszubilden, wobei dessen Halbleiterelementenzahl an die Zahl der Wicklungen eines Elektromotors des elektrischen Schiffsantriebs angepasst ist.
Der Elektromotor des elektrischen Schiffsantriebs ist zweckmäßigerweise mehrphasig aufgebaut, wobei Schleifringe zur Stromversorgung der Leistungshalbleiter vor dem Umrichter angeordnet sind.
Ein elektrischer Schiffsantrieb mit einer drehbaren Antriebsgondel und einem Elektromotor, der in der drehbaren Antriebsgondel angeordnet ist, kann einen in zwei separate Motorteile aufgespaltenen Elektromotor aufweisen, wobei diesen beiden Motorteilen ein ihnen gemeinsames zweiteiliges Mittellager zugeordnet ist, in dem die beiden umlaufenden Motorteile mechanisch voneinander getrennt gelagert sind. Hierdurch ist es möglich, zwei Antriebselemente des elektrischen Schiffsantriebs in der jeweils gewünschten Drehrichtung und mit der jeweils gewünschten Drehzahl unabhängig voneinander zu betätigen, wobei sowohl eine gleichsinnige Drehung der beiden Antriebselemente als auch eine gegensinnige Drehung der beiden Antriebselemente ohne weiteres realisiert werden kann.
Vorteilhaft bilden die beiden Motorteile einen quasi quergeteilten Elektromotor.
Für das zweiteilige Mittellager kann eine Ausgestaltung als sensorüberwachtes Traglager vorteilhaft sein, wobei dem Mittellager dann z.B. eine Vibrationssensoreinheit, mittels der Schwingungen bzw. Vibrationen der beiden Lagerteile des Mittellagers erfassbar sind, und/oder eine Temperatursensoreinheit zugeordnet sein kann bzw. können, mittels der die Temperatur der beiden Lagerteile des Mittellagers erfassbar ist. Hierbei können sich entwickelnde Störungen oder Beschädigungen frühzeitig erfasst werden, wobei dann aufwendige Reparaturarbeiten durch frühzeitige Auswechselung von Bauteilen vermieden werden können, die noch nicht völlig geschädigt sind.
Gemäß einer vorteilhaften und konstruktiv wenig aufwendigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsantriebs sind die Ständerwicklungen der beiden Motorteile des Elektromotors mit einem den beiden Motorteilen des Elektromotors gemeinsamen Gehäuse kraftschlüssig verbunden.
Diese kraftschlüssige Verbindung zwischen den Ständerwicklungen und dem beiden Motorteilen gemeinsamen Gehäuse kann in einfacher Weise erreicht werden, wenn die Ständerwicklungen der beiden Motorteile des Elektromotors in das gemeinsame Gehäuse eingeschrumpft werden, wobei der Einschrumpfungsvorgang zweckmäßigerweise von einer Propellernabenseite her erfolgen kann.
Das gemeinsame Gehäuse kann zur Verbesserung der Wärmeabfuhr vorteilhaft als Außenwandkühler ausgebildet sein.
Zur weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr aus der Antriebsgondel ist es vorteilhaft, wenn zwischen Wicklungsköpfen der Ständerwicklungen und dem gemeinsamen Gehäuse Wärmebrücken ausgebildet sind, mittels denen in den Wicklungsköpfen der Ständerwicklungen entwickelte Wärme zum gemeinsamen Gehäuse ableitbar ist.
Die Wärmebrücken können vorteilhaft aus Epoxidharz ausgebildet sein.
Zweckmäßigerweise ist der elektrische Schiffsantrieb als Propellerantrieb mit zwei Propellern ausgebildet die unabhängig voneinander steuer- und regelbar sind.
Der elektrische Schiffsantrieb mit einer drehbaren Antriebsgondel und einem Elektromotor, der in der drehbaren Antriebsgondel angeordnet ist, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung so weitergebildet werden, dass der Elektromotor als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet und in zwei separate Synchronmotorteile aufgespalten ist. Derartige permanenterregte Synchronmotoren weisen insbesondere bei dem an elektrische Schiffsantriebe gestellten Anforderungsprofil eine Vielzahl günstiger Eigenschaften auf.
Vorteilhaft sind die beiden separaten Synchronmotorteile in einem ihnen gemeinsamen Gehäuse angeordnet, aus dem heraus etwa in dessen Mitte elektrische Anschlüsse von Ständerwicklungen der Synchronmotorteile herausgeführt sind.
Die Ständerwicklungen der Synchronmotorteile und deren elektrische Anschlüsse an eine Energieversorgung sind zweckmäßigerweise wasserdicht gekapselt ausgebildet.
Das den beiden Synchronmotorteilen gemeinsame Gehäuse in der Antriebsgondel bildet vorteilhaft eine wasserdichte Einheit.
Läuferwicklungen der Synchronmotorteile sind gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs zumindest dreiphasig ausgebildet, sie können aber auch sechs-, zwölf- oder achtzehnphasig ausgebildet sein.
Jedes Synchronmotorteil weist für seinen Läufer vorteilhaft beidseitig jeweils eine Membrankupplung auf, mittels der die Verbindung zwischen dem Läuferteil und einer Welle des Synchronmotors realisierbar ist.
Vorteilhaft kommt der erfindungsgemäße elektrische Schiffsantrieb bei Antriebsleistungen von zumindest 10 MW, vorzugsweise 20 bis 30 MW, zum Einsatz.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1
eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsantriebs;
FIG 2
eine Prinzipdarstellung der Anordnung eines Wechselrichtermoduls des erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsantriebs; und
FIG 3
eine Prinzipdarstellung einer alternativen Anordnung eines Wechselrichtermoduls des erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsantriebs.
Zu einem erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsantrieb gehört eine in FIG 1 prinzipiell dargestellte Antriebsgondel 1. Diese Antriebsgondel 1 sitzt drehfest am freien Ende eines drehbar am in den FIGUREN nicht dargestellten Schiffskörper gelagerten Schaftes 2. Der Schaft 2 seinerseits ist hohl ausgebildet. Durch den Schaft 2 hindurch erfolgt die Energieversorgung der innerhalb der Antriebsgondel 1 vorgesehenen Antriebselemente des erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsantriebs.
Durch die Antriebsgondel 1 wird ein Gehäuse 3 gebildet, in dem im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsantriebs ein zweigeteilter Synchronmotor 4 aufgenommen ist.
Der Synchronmotor 4 gliedert sich in ein in FIG 1 linkes erstes Synchronmotorteil 5 und ein in FIG 1 rechtes zweites Synchronmotorteil 6. Die beiden Synchronmotorteile 5, 6 funktionieren unabhängig voneinander, so dass von ihnen angetriebene Wellen 7 bzw. 8 gleich- oder gegensinnig mit unterschiedlichen Drehzahlen antreibbar sind.
Beide Wellen 7 bzw. 8 stehen mit jeweils einem Wellenende aus der Antriebsgondel 1 vor und tragen an diesem aus der Antriebsgondel 1 vorstehenden Wellenende jeweils einen Propeller 9 bzw. 10, wie in FIG 1 lediglich mittels jeweils einer Strichpunktlinie angedeutet.
Die beiden Wellen 7, 8 erstrecken sich über die linke bzw. die rechte Hälfte der Antriebsgondel 1 bis zu einem ihnen gemeinsamen Mittellager 11, in dem sie getrennt voneinander mittels Lagerkörpern 12 bzw. 13 drehbar gelagert sind.
Die beiden Synchronmotorteile 5, 6 des Synchronmotors 4 entsprechen einander in Funktion und Aufbau, so dass im folgenden lediglich das in FIG 1 links dargestellte Synchronmotorteil 5 beschrieben wird.
Die Welle 7 des Synchronmotorteils 5 ist an ihrem die Wandung des Gehäuses 3 durchbrechenden Abschnitt mittels eines Traglagers 14 drehbar gelagert, wobei des weiteren ein Schublager 15 vorgesehen ist, mittels dem die axiale Position der Welle 7 innerhalb des Gehäuses 3 der Antriebsgondel 1 gesichert ist.
Des weiteren ist zwischen dem Gehäuse 3 und dem dieses durchbrechenden Abschnitt der Welle 7 des Synchronmotorteils 5 eine Wellendichtung 16 angeordnet, mittels der das Eindringen von Wasser in den Innenraum des Gehäuses 3 verhindert wird.
Das in der in FIG 1 linken Hälfte des Gehäuses 3 der Antriebsgondel 1 aufgenommene Synchronmotorteil 5 hat ein Ständerteil 17 mit Ständerwicklungen, wobei das Ständerteil 17 fest auf der Innenseite der Wandung des Gehäuses 3 angebracht ist, z.B. mittels eines Schrumpfungsvorgangs.
Wicklungsköpfe 18 der im Ständerteil 17 vorgesehenen Ständerwicklungen stehen aus dem Ständerteil 17 an dessen Stirnseiten vor, wobei zwischen diesen Wicklungsköpfen 18 und der Innenseite der Wandung des Gehäuses 3 der Antriebsgondel 1 Wärmebrücken 19 vorgesehen sind, mittels denen in den Wicklungsköpfen 18 vorhandene Wärmeenergie an das Gehäuse abgeführt werden kann.
Koaxial zum Ständerteil 17 ist ein Läuferteil 20 des Synchronmotorteils 5 angeordnet, an dem ein Permanentmagnet vorgesehen ist. Das mit dem Permanentmagneten ausgerüstete Läuferteil 20 ist über zwei Membrankupplungen 21, 22, die an den beiden Stirnenden des Läuferteils 20 angeordnet sind, mit der Welle 7 des Synchronmotorteils 5 verbunden.
Die im Ständerteil 17 des Synchronmotorteils 5 vorgesehenen Ständerwicklungen werden über deren Wicklungsköpfe 18 mittels einer im Innenraum des Gehäuses 3 der Antriebsgondel 1 vorgesehenen Leitung 23 mit elektrischer Energie versorgt. Die Leitung 23 wird mittels eines das Gehäuse 3 der Antriebsgondel 1 etwa mittig durchbrechenden Ständeranschlusses 24 an die Energieversorgung des Synchronmotors 4 angeschlossen.
Der Betrieb und die Funktionsfähigkeit des Mittellagers 11, in dem die beiden Wellen 7, 8 des Synchronmotorteils 5 bzw. des Synchronmotorteils 6 gelagert sind, werden durch eine Sensoreinrichtung überwacht. Zu der Sensoreinrichtung kann im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Vibrationssensoreinheit 25 gehören, mittels der etwaige Schwingungen und Vibrationen der Lagerteile 12 bzw. 13 erfassbar sind. Des weiteren kann zu der Sensoreinrichtung eine Temperatursensoreinheit 26 gehören, mittels der der Temperaturverlauf innerhalb des Lagerteils 12 bzw. 13 erfasst wird.
Die beiden Synchronmotorteile 5, 6 des Synchronmotors 4, deren Läuferteile 20 und Ständerteile 17 mechanisch voneinander getrennt sind, sind jeweils als permanenterregte Synchronmotoren ausgebildet. Durch jedes der beiden Synchronmotorteile 5, 6 wird ein Propeller 9 bzw. 10 des elektrischen Schiffsantriebs angetrieben. Da die beiden Synchronmotorteile 5, 6 mechanisch nicht gekoppelt sind, können sie die Propeller 9, 10 gegensinnig oder gleichsinnig antreiben. Je nach Anforderung können die Propeller 9, 10 optimal hinsichtlich der Gesichtspunkte Geschwindigkeit, Wirkungsgrad, Geräuschentwicklung etc. ausgelegt werden.
Die Ständerwicklungen in den Ständerteilen 17 der beiden Synchronmotorteile 5, 6 sind jeweils zu einem Dreiphasensystem geschaltet. Jeweils drei Wicklungsenden werden etwa mittig durch das Gehäuse 3 der Antriebsgondel 1 über den Ständeranschluss 24 in den Bereich des Schaftes 2 geführt.
Zur Energieversorgung des elektrischen Schiffsantriebs gemäß der Erfindung gehört ein Umrichter, dessen Umrichtermodule mit IGBT-Modulen in H-Schaltung ausgeführt sein können.. Dieser Umrichter ist im Bereich des Schaftes 2 des Ruderpropellers angeordnet. Leistungshalbleiter 27 des Umrichters sind auf Kühlplatten 28 angeordnet, die unmittelbar auf der Innenseite der Schaftwandung 29 des die Antriebsgondel 1 drehfest halternden Schaftes 2 sitzen. Die Verlustwärme der Leistungshalbleiter 27 wird bei dieser Ausführungsform über die Schaftwandung 29 des Schaftes 2 an das umgebende Wasser abgegeben.
Hierbei kann zur Unterstützung der Wärmeabfuhr aus den Leistungshalbleitern 27 ein Umwälzlüfter eingesetzt werden, wodurch es möglich ist, Wärmenester zu vermeiden.
Zu der Energieversorgung gehörende Gleichrichter, die jeweils als sechs-pulsige Diodenbrücke in B6-Schaltung ausgeführt sein können, sind ebenfalls im Bereich des Schaftes 2 des Ruderpropellers unmittelbar an der Schaftwandung 29 angeordnet, wobei die Leistungsdioden ihre Verlustwärme über die Schaftwandung 29 an das umgebende Wasser abgeben.
Die Stromversorgung des elektrischen Schiffsantriebs geschieht über ein Energieübertragungssystem mit Schleifringen.
Anstelle des vorstehend geschilderten Direktumrichters, bei dem es sich um einen solchen des Typs SIMAR DRIVE cyclo handeln kann, kann als Steuerorgan auch ein Spannungszwischenkreisumrichter, z.B. der Bauart SIMAR DRIVE PWM, eingesetzt werden, dessen Leistungshalbleiter 27 ebenfalls im Schaft 2 angeordnet sein können. Die Stromversorgung geschieht hierbei auch über ein Energieübertragungssystem mit Schleifringen.
Die Leistungshalbleiter 27 des als Spannungszwischenkreisumrichters ausgebildeten Steuerorgans sitzen bei dieser Ausführungsform auf einer Kühlplatte 28, die ihrerseits mittels elastischer Halteteile 30 an der Innenseite der Schaftwandung 29 befestigt sind. Der Kühlplatte 28 ist bei dieser Ausführungsform eine Kreislaufkühlung 31 zugeordnet, deren Frischwasserkreislauf mittels einer Pumpe 32 aufrecht erhalten wird und die in ihr aufgenommene Wärmeenergie in einem Wärmetauscher 33 an einen Seewasserkreislauf 34 abgibt, der durch die Schaftwandung 29 hindurch an das den Schaft 2 umgebende Seewasser angeschlossen ist und der durch eine Pumpe 35 aufrecht erhalten wird.

Claims (26)

  1. Elektrischer Schiffsantrieb mit einer Antriebsgondel (1) einem drehbaren Schaft (2), der hohl ausgebildet ist und die Antriebsgondel (1) drehfest haltert, und einer Energieversorgung, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Energieversorgung zumindest ein Umrichter (27) gehört, der innerhalb des hohl ausgebildeten Schaftes (2) angeordnet ist.
  2. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 1, bei dem der zumindest eine Umrichter (27) der Energieversorgung als Direktumrichter ausgebildet ist.
  3. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zumindest eine Umrichter (27) in Verbindung mit einer Schaftwandung (29) steht.
  4. Elektrischer Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der zumindest eine Umrichter Leistungshalbleiter (27) aufweist, die auf einer Kühlplatte (28) angeordnet sind.
  5. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 4, bei dem die Kühlplatte (28) auf der Innenseite der Schaftwandung (29) sitzt.
  6. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 4, bei dem die Kühlplatte (28) separat kühlbar und mittels elastischer Halteteile (30) an der Innenseite der Schaftwandung (29) gehaltert ist.
  7. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 6, mit einer Kreislaufkühlung (31), mittels der die Kühlplatte (28) kühlbar ist und die einen Wärmetauscher (33) aufweist, der an der Innenseite der Schaftwandung (29) angeordnet ist.
  8. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 7, bei dem der Wärmetauscher (33) der Kreislaufkühlung (31) als Rückkühlkreislauf einen Seewasserkreislauf (34) aufweist.
  9. Elektrischer Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Umrichter als Spannungszwischenkreisumrichter ausgebildet ist, dessen Halbleiterelementezahl an die Zahl der Wicklungen eines Elektromotors (4) des elektrischen Schiffsantriebs angepasst ist.
  10. Elektrischer Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein Elektromotor (4) des elektrischen Schiffsantriebs mehrphasig aufgebaut ist und Schleifringe zur Stromversorgung der Leistungshalbleiter (27) vor dem Umrichter angeordnet sind.
  11. Elektrischer Schiffsantrieb mit einer drehbaren Antriebsgondel (1) und einem Elektromotor (4), der in der drehbaren Antriebsgondel (1) angeordnet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4) in zwei separate Motorteile (5, 6) aufgespalten ist, die ein ihnen gemeinsames zweiteiliges Mittellager (11) aufweisen, in dem die beiden umlaufenden Motorteile (5,6) mechanisch getrennt sind.
  12. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 11, bei dem die beiden separaten Motorteile (5,6) einen quasi quergeteilten Elektromotor (4) bilden.
  13. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das zweiteilige Mittellager (11) als sensorüberwachtes Traglager ausgebildet ist, dem z.B. eine Vibrationssensoreinheit (25), mittels der Schwingungen bzw. Vibrationen der beiden Lagerteile (12,13) des Mittellagers (11) erfassbar sind, und/oder eine Temperatursensoreinheit (26), mittels der die Temperatur der beiden Lagerteile (12,13) des Mittellagers (11) erfassbar ist, zugeordnet ist bzw. sind.
  14. Elektrischer Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem Ständerwicklungen (17) der beiden Motorteile (5,6) des Elektromotors (4) mit einem den beiden Motorteilen (5,6) des Elektromotors (4) gemeinsamen Gehäuse (3) kraftschlüssig verbunden sind.
  15. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 14, bei dem die Ständerwicklungen (17) der beiden Motorteile (5, 6) des Elektromotors (4) in das gemeinsame Gehäuse (3) eingeschrumpft sind, insbesondere mittels eines von einer Propellernabenseite her erfolgenden Einschrumpfvorgangs.
  16. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 14 oder 15, bei dem das gemeinsame Gehäuse (3) als Außenwandkühler ausgebildet ist.
  17. Elektrischer Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem zwischen Wicklungsköpfen (18) der Ständerwicklungen (17) und dem gemeinsamen Gehäuse (3) Wärmebrücken (19) ausgebildet sind, mittels denen in den Wicklungsköpfen (18) der Ständerwicklungen (17) entwickelte Wärme zum gemeinsamen Gehäuse (3) ableitbar ist.
  18. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 17, bei dem die Wärmebrücken (19) aus Epoxidharz ausgebildet sind.
  19. Elektrischer Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 18, der als Propellerantrieb mit zwei Propellern (9,10) ausgebildet ist, die unabhängig voneinander Steuer- und regelbar sind.
  20. Elektrischer Schiffsantrieb mit einer drehbaren Antriebsgondel (19) und einem Elektromotor (4), der in der drehbaren Antriebsgondel (1) angeordnet ist, nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als permanenterregter Synchronmotor (4) ausgebildet und in zwei separate-Synchronmotorteile (5, 6) aufgespalten ist.
  21. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 20, bei dem die beiden separaten Synchronmotorteile (5,6) in einem ihnen gemeinsamen Gehäuse (3) angeordnet sind, aus dem heraus etwa in seiner Mitte elektrische Anschlüsse (24) von Ständerwicklungen (17) der Synchronmotorteile (5,6) herausgeführt sind.
  22. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch 21, bei dem die Ständerwicklungen (17) der Synchronmotorteile (5,6) und deren elektrische Anschlüsse (24) an eine Energieversorgung wasserdicht gekapselt ausgebildet sind.
  23. Elektrischer Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem das den beiden Synchronmotorteilen (5,6) gemeinsame Gehäuse (3) in der Antriebsgondel (1) eine wasserdichte Einheit bildet.
  24. Elektrischer Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei dem Läuferwicklungen der Synchronmotorteile (5, 6) zumindest dreiphasig, z.B. sechs-, zwölf- oder achtzehnphasig, ausgebildet sind.
  25. Elektrischer Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei dem jedes Synchronmotorteil (5,6) für seinen Läufer (20) beidseitig jeweils eine Membrankupplung (21,22) aufweist.
  26. Elektrischer Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 25, der bei Antriebsleistungen von zumindest 10 MW, vorzugsweise 20 bis 30 MW, eingesetzt wird.
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