KR100927059B1 - 모터나 발전기를 포함한 내충격 전기 해양 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해군 선박용 엔진이나 발전기를 포함한 충격에 견디는 전기 해양 머신에 관한 것으로서, 하우징에 고정자와 회전자를 포함하며, 상기 고정자와 상기 회전자는 제한된 슬랙으로 마주보는 방향 및 반경 방향/축 방향에서 회전하여 대체할 수 있게 연결된다. 상기 회전자와 상기 고정자는 하우징과 관련하여 대치할 수 있는 유닛을 형성하는데, 이는 하우징으로부터 더 높은 진동 오버슈트 범위로 대치될 수 있다. 상기 하우징은 해양(해군)선박에 탄성적으로 연결된다.

Description

모터나 발전기를 포함한 내충격 전기 해양 엔진{SHOCK-PROOF ELECTRIC MARINE ENGINE, E.G. ENGINE OR GENERATOR}
본 발명은 내충격 전기 해양 머신(marine machine)에 관한 것이며, 예를 들면, 하우징안에 고정자와 회전자를 가지는 해군 선박용 모터나 발전기에 관한 것이고, 상기 회전자는 추진축에 연결된다.
예를 들면, 모터와 같은 진동-감쇠 전기 해양 머신은 WO 02/30742 A1에 공지되었다. 진동을 감쇠하기 위해서, 공지의 모터에서 회전자와 고정자는 서로 지탱되고, 고정자는 진동-감쇠 스프링 구성요소를 통해 모터 하우징 상에서 지탱된다.
공지된 설계는 당연히 하우징과 회전자/고정자 유닛 사이에 분리를 제공하지만, 이는 해군 선박이 충격을 받는다면 충분하지 못하다. 이러한 경우에, 진동 뿐만 아니라 높은 충격 가속도를 흡수하거나 분산시키고, 고정자와 회전자로 형성된 유닛이 공지된 진동 감쇠 구성요소들에 의해서 제공되는 것보다 더한 제한들 내에서도 필수적으로 가요적이어야 한다.
본 발명의 목적은 서로 제한되지만 큰 간극을 가지고 서로 방사상/축상으로 연결된 고정자와 회전자에 의해 이루어지고, 상기 고정자 및 회전자는 서로에 관련하여 회전할 수 있고, 상기 고정자 및 회전자는 하우징에 관련하여 움직일 수 있는 하나의 유닛을 형성하고, 상기 유닛은 정상적인 진동 폭보다 더 크게 가요적이고, 상기 하우징은 해군 선박에 탄성적으로 연결된다. 본 발명에 따라 또한 제공된 고정자와 회전자 사이의 큰 갭은 회전자 축의 구부림에 또한 민감하지 않은 실시예를 가져온다. 제안된 수단은 동작하는 동안 고정자와 회전자가 서로 충돌하지 못하도록 하기 위해서, 하우징에 또는 100g이상의 다른 선박 부분들에 대한 충격 가속도에 견딜 수 있게 한다. 이러한 충돌은 충격 가속도가 일어날 때 중요한 특성이다; 구성요소들은 본질적으로 100g이상의 가속도에 견딘다. 몇 밀리미터, 및 극한의 경우 몇 센티미터의 가요적 움직임이 필요하고, 상기 가요적 움직임은 충격 가속도를 분산시키기 위해서 이루어진다.
내충격 전기 해양 머신의 실시예에서, 특히 모터는 곤돌라의 형태인 유선형 하우징에서 선박 선체의 하부 표면상에 배치되고, 적어도 하나의 프로펠러는 회전자에 연결된 추진 축에 결합되고, 고정자는 회전 베어링들을 통해서 회전자에 고정되고, 고정자와 회전자로부터 형성된 유닛은 하우징과 추진 축 양쪽에서 탄성적으로 지탱되고, 약 50㎜까지의 공기 갭은 회전자와 고정자 사이에 형성된다.
전기 조타 프로펠러에서 전기 해양 머신은 특히 심각한 충격 가속도들에 영향을 받는데, 왜냐하면 어떤 환경하에서는 지뢰나 어뢰가 전기 조타 프로펠러 아래에서 직접 폭발하기 때문이다. 내충격 전기 해양 추진 시스템은, 조타 프로펠러 하우징에 대해 100g 이상의 상당한 가속도들을 포함하는 이러한 상황에서 조차도 동작을 계속해야 하며, 이는 조타 프로펠러와 선박 선미 사이에 제공되는 탄성적인 연결과 관련하여 상기 설명된 수단에 의하여 달성된다.
본 발명의 또 하나의 측면에서, 본 발명은, 하우징이 선박내에 탄성적으로 장착된 베이스 프레임 상에 배치되는 것을 제공하고, 추진축은 프로펠러 축이나 워터 제트 임펠러 축에 탄성 커플링을 가진다. 이는 선박의 내부에 장착될 때조차도, 예를 들면, 선박에 심각한 진동의 원인이 되는 지뢰 폭발이나 미사일 충격에도 견딜 수 있는 해양 머신의 예를 유발한다. 따라서, 이는 내충격 전기 해양 머신이 발전기 형태일 때, 발전기 결함을 피한다. 이런 탄성 커플링으로 인해, 선박 내부의 전기 해양 머신과 전기 조타 프로펠러에 배치되는 해양 머신 둘 다가, 선박 선체에 관련하여 두 배의 탄성을 가진다. 전기 조타 프로펠러의 경우에 있어서, 이는 가요적 탄성 조타 프로펠러 케이스에 의해서 이루어지며, 선박의 내부에 설치되는 머신의 경우에 있어서는, 탄성 베이스 프레임에 의해서 이루어진다. 모든 상황들에서, 이는 큰 충격파들과 스프링 후퇴 프로세스들 둘 다를 견디는데 문제가 없는 내충격 전기 해양 머신에 대한 설계를 가져온다.
튜브형 장착 바디, 및 상기 장착 바디에 장착되고 추진 축 상에서 탄성적으로 지탱되는 엑티브 부분으로 상기 회전자의 분할, 그리고 고정자가 회전자에 대한 장착 바디에 장착됨은 본 발명에 따른 중요한 유닛을 이룬다. 이는 충격 가속도에 반응하여 회전자와 고정자의 중요한 결합 가요적 움직임을 가능하게 한다.
추진 축 상의 회전자에 대한 지지부는 축과 반경 방향에서는 부드럽고, 원주의 방향에서는 비틀어지게 잘 움직이지 않는다. 필요에 따라서, 베어링들은 롤러 베어링들 또는 슬라이딩 베어링들의 형태이다. 특히, 높은 충격 가속도가 예상될 때 사용되는 미끄럼 베어링은 본 발명에 알맞은 단단한 구조이다. 본 발명에 따른 전기 모터 또는 발전기는 당연히 탄성적인 스프링 설치 또는 장착으로 자체적인 구조의 사운드에 양호한 감쇠를 제공하지만, 적군은 여전히 적외선 방사를 통해서 선박의 위치를 찾아낼 수 있다. 이것을 줄이고, 작은 단면에 불구하고 모터에 높은 부하가 배치될 수 있게 하기 위해서, 본 발명은 모터가 액체-냉각되는 것을 제공한다. 이러한 경우에, 수 냉각에는 종래의 폐순환 냉각이 바람직하게 제공된다.
내충격 모터의 수 냉각을 위해서, 고정자는 냉각 채널들을 지나 고정자를 통해 흐르는 냉각수를 가진 냉각 장치로 바람직하게 설계된다. 냉각 채널들은 방사형 채널들의 형태이고, 따라서 특히 효과적인 냉각을 가져오고, 또는 특히 간단한 해결책으로서 고정자 원주상에 구불구불한(meandering) 형태로 연장하는 원주형 채널들의 형태, 또는 고정자를 통해서 종단으로 지나는 축 채널들의 형태일 수 있다. 또한 냉각은 이러한 경우에 효과적이다. 전반적으로, 이는 적외선 방사선의 상당한 감소를 가져오고, 특히, 조타 프로펠러 추진 머신에 대해서 중요하며, 간단한 공기 냉각과 비교하여 작은 물리적 크기로 개선된 부하 용량을 가져온다.
본 발명은 냉각 채널들이 분배기로 역할을 하는 적어도 하나의 워터 챔버를 가지는 것을 제공한다. 이어, 개별적인 냉각 채널들에는 모터나 발전기에 다수의 개별적인 연결을 요구하지 않고 냉각수가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에서는, 고정자가 그 주변에 냉각 공기가 흐르는 말단 권선들을 가진 권선을 가지는 것을 제공한다. 이는 바람직하게 냉각 채널들에 의한 냉각을 위해 커버되지 않은 고정자 부분의 냉각을 유발한다. 또한 냉각 채널들이 말단 권선들을 통해 지나가서 또는 말단 권선을 둘러 싸서, 말단 권선들에 제공될 수 있지만, 이는 큰 설계의 어려움을 가져오고, 특히 충격 감쇠 머신에 있어서 이러한 접근은 일반적으로 채택되지 않는다. 따라서, 말단 권선들은 순환 공기 흐름에 의해서 냉각될 수 있으며, 이는 선박에 또는 갑판상에서 폐순환 냉각기에 연결된다. 바람직하게, 공기/말단 권선 냉각은 자유 공간이 말단 권선 영역에서 이용될 수 있기 때문에, 머신의 물리적 크기를 변화시킬 필요가 없다는 것을 의미한다.
내충격 전기 머신의 하나의 특히 바람직한 실시예에서, 이 머신은 영구자석 여기를 사용하는 머신의 형태이다. 이는 회전자가 슬립 링 등을 가지지 않는 특히 단순한 머신을 유발한다. 따라서 회전자와 고정자는 본질적으로 그것들 사이에 비교적 큰 갭을 가진 소형의 유닛들의 형태로 단순하고, 고정자는 공기 갭 권선의 형태이다. 전반적으로, 이는 특히 전기 조타 프로펠러 모터에 대해서 특히 강인한 내충격 구조를 가져온다.
선박에 설치된 이러한 형태의 전기 모터에 대해서, 본 발명은 고정자가, 예를 들면, 회전할 수 있는 고정자 요크에 의해서, 슬라이드 링들을 통해서 하우징에서 회전할 수 있도록 설계되는 것을 제공한다. 이어, 요구되는 필요한 수리들을 예를 들면, 냉각 시스템 상에서, 머신을 완전히 분해하지 않고, 결합 및 분해로 제거되는 머신없이 수행하는 것이 가능하다. 이는 해군 선박용 내충격 전기 해양 머신에 대해서 특히 바람직한데, 왜냐하면, 조선소 시간을 절약하는 것이 가능하게 하기 때문이다. 고정자 상에서 작업하기 위해서 머신을 제거할 필요가 없다.
본 발명은 도면을 참조하여, 종속항에 대해서도 마찬가지로, 더 자세히 설명될 것이며, 발명의 유리한 효과가 개시될 것이다.
도1은 추진 장치의 종단면 개략도.
도2와 3은 도1에 도시된 장치의 상세한 설계를 도시함.
도4는 축방향으로 흐름이 지나가는 고정자를 가진 본 발명에 따른 장치를 도시함.
도5는 고정자의 원주부 냉각장치를 가진 본 발명에 따른 장치를 도시함.
도6은 도5에 도시된 원주부 냉각장치에 대한 흐름 프로화일을 도시함.
도7과 8은 회전할 수 있는 고정자 요크를 가진 장치의 냉각되는 모형을 도시함.
도1은 해군 해양 머신에 대한 모터 또는 튜브형 발전기의 추진 축(1)을 도시하는데, 상기 추진 축(1)은 각각의 끝에 하나의 프로펠러(2 또는 3)를 가진다. 단지 추진 축(1)을 구동하는 전기 모터의 상반면만이 단면의 형태로 도시된다. 이 전기 모터는 회전자(4) 및 고정자(5)를 포함하는데, 상기 회전자는 영구자석의 형태인 전자기적인 엑티브 층(6)을 가지며, 튜브형 장착 바디(7)위에 배치된다. 상기 고정자(5)는 둘 이상의 부품인 장착 하우징(8)을 가지며, 회전자(4)에 대한 장착 바디(7)위에서 회전 베어링(9)을 통해서 고정된다.
회전자(5)와 고정자(4)를 포함하는 유닛은 탄성 감쇠 구성요소(10,11)에 의해서 처음에 추진 축(1)상에, 다음으로 전기 모터와 추진 축(1)을 유지하고 있는 하우징(12)에서 지탱된다. 이러한 경우에, 추진 축(1)은 하우징(12)의 회전 베어링(13)을 통해서 장착된다.
하우징(12)은 선박 선체에 추진 장치를 부착하기 위한 장착 케이스(14)를 가진다. 장착 케이스(14)는 이중 벽 구조를 가지거나 또는 예를 들면 냉각 공기가 이동하기 위한 원주 냉각 채널(16)이 수직으로 제공된다. 장착 케이스(14)는 일반적으로 회전할 수 있는 케이스의 형태이고, 상기 케이스에 의해 선박이 제어된다.
고정자(5), 특히 말단 권선들(15)을 냉각시키기 위해서, 예를 들면, 냉각 공기를 장착 케이스(14)로부터 전기 모터의 한쪽 끝에 있는 장착 하우징(8)과 장착 바디(7)사이의 내부 공간으로 공급하고, 상기 냉각 공기를 전기 모터의 다른 쪽 끝에서 제거하는 것이 가능하다. 냉각 공기는 회전자(4)의 전자기적 엑티브 층(6)과 장착 바디(7) 사이 전기 모터안에서 축방향으로 흐른다. 고정자와 고정자 권선을 냉각시키기 위해서, 고정자 하우징(8)은 장착 케이스(14)로부터 공급된 냉각수가 흐르는 흐름 채널을 가진다.
도2와 도3에 다소 확대된 상세도에서 도시된 것처럼, 회전자(24)와 고정자(25)를 포함하는 전기 모터는 유선형 하우징(32)에 배치되고, 상기 유선형 하우징은 장착 케이스(39)에 의해서 곤돌라같은 선박 선체 아래에 배치될 수 있다. 고정자(25)의 장착 하우징(28)은, 경사진 롤러 베어링 형태인 회전 베어링(29)을 통해서 회전자(24)의 장착 바디(27)상에 고정된다. 이 장착 바디는 추진 축(21)위의 감쇠 구성요소(30)를 통해서 탄성적으로 지탱된다. 이러한 경우에, 감쇠 구성요소(30)는 링 플렌지(18,19)에 축방향으로 고정된다.
고정자에 대한 장착 하우징(28)은 하우징(32)상의 감쇠 구성요소(31)을 통해서 지탱된다. 이 감쇠 구성요소 각각은 고무 바디(17)를 포함하는데, 상기 고무 바디는 볼트(35,36)를 통해서 장착 바디(28)와 하우징(32)에 기계적으로 연결된다. 회전자가 고정된 추진 축(21)은 슬라이딩 베어링(33,34)에 의해서 하우징(32)에 장착된다. 이러한 경우에 슬라이딩 베어링은 밀봉 소자(37,38)에 의해서 주위의 물로부터 밀봉된다.
도4에서, 모터나 발전기 표면온도가 과도하게 되지 않도록, 냉각된 냉각수가 흐르고 모터나 발전기에서 생긴 열을 바람직하게 분산시키는 축방향 냉각 채널을 40으로 표시한다. 대응 버전이 발전기에 대해서 또한 가능하다.
같은 목적에 사용되는 냉각 채널은 도5에서 (45)로 부연 설명된다. 이미 설명된 것처럼, 말단 권선(44)은 각각의 경우에 공기에 의해서 냉각된다. 상기 머신은 초기화되는 스프링후퇴 및 동시에 움직임을 감쇠하게 하도록, 탄성중합 물질 또는 고무로 구성된 스프링 감쇠 구성요소(42)를 가진다. 예를 들면, Rexroth사의 SPIROFLEX KS 커플링같은 고 탄성 커플링을 포함한 구성요소가 적당한 구성요소로 사용된다. 이는 기계적으로 큰 부하가 될 뿐만아니라 바람직한 감쇠 및 스프링 특성이 또한 될 수 있다.
도6은 특히 어떻게 흐름이 고정자의 외부에 배치된 냉각 채널을 통해서 지나가는지를 도시한다. 냉각수는 방향-변환 채널 피스(47)를 지나 마주보는 방향(48,49)에서 흐르게 된다. 이는 고정자 표면의 고른 냉각을 가져오며, 공기-냉각된 말단 권선들과 관련하여, 모터나 발전기에서 열점들(hot spots)의 형성을 피할 수 있게 한다.
도7과 도8은 회전할 수 있는 고정자 요크와 관련하여 냉각의 물리적 실시예를 도시하고 이어, 비교적 간단한 유지 작동을 도시한다. 이러한 경우에, (50)은 고정자 냉각 채널들의 끝에 있는 워터 챔버를 표시하고, (51)은 대안의 옵션으로 권선들에 물을 공급하는 공급 라인을 표시한다. (55)는 각각의 경우에 말단 권선(57)에 대한 팬(fan)을 표시하는데, 말단 권선(57)은 일반적으로 팬(55)으로부터의 냉각 공기에 의해서만 냉각된다. 그러나, 이미 언급된 것처럼, 탈이온수가 권선들을 통해서 흐르는 것이 또한 가능하다. 이어, 이것은 또한 예를 들면, 도6에 도시된 형태로 설계될 수 있는 고정자 권선 냉각을 가져온다. (53)과 (54)는 다른 냉각수 유도 변형들에 대한 채널들을 표시한다. 고정자 요크에 장착되고, 예를 들면, 웜축 장치(52)에 대해서 회전할 수 있는 고정자로부터의 열 추출에 특별한 관심을 가져야 하는데, 왜냐하면 단지 소량의 열만이 모터 하우징을 통해서 추출되기 때문이다. 슬라이드 링들(56)은 열 추출에 어떠한 기여도 하지 않는다. 전반적으로, 도7과 도8에 도시된 실시예는 결국 전기 머신이 되는데, 상기 전기 머신은 특별히 유지가 쉽고, 머신 축에 탄력적 연결에 의해서 베이스 프레임상에 탄력적으로 장착하는 것과 관련하여, 본 발명에 따른 기본적 아이디어를 이용해서 만든 매우 내충격 전기 해양 머신 실시예이다.

Claims (17)

  1. 해군 선박용 내충격 전기 해양 머신으로서,
    상기 내충격 전기 해양 머신은 하우징내에 고정자와 회전자를 가지며,
    상기 회전자는 추진 축에 연결되고, 상기 고정자 및 상기 회전자는 서로에 대하여 회전할 수 있도록 제한된 간극으로 서로 방사상/축상으로 연결되어, 상기 고정자 및 상기 회전자는 상기 하우징(12)에 대하여 움직일 수 있는 하나의 유닛을 형성하고, 상기 유닛은 동작 동안의 잡음 유도 진동 움직임 폭보다 하우징에 대하여 더 큰 폭으로 움직일 수 있고,
    상기 회전자는 튜브 형 장착 바디 및 액티브 부분을 포함하고, 상기 액티브 부분은 상기 장착 바디상에 장착되고 상기 추진축(1) 상에 탄성적으로 지지되며, 상기 고정자는 상기 회전자에 대한 상기 장착 바디에 장착되고 상기 하우징에 탄성적으로 지지되는,
    내충격 전기 해양 머신.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 해양 머신은 상기 선박 선체의 하부 표면상에 곤돌라 모양으로 형성되어 배치되는 유선형 하우징(32)에 배치되며, 적어도 하나의 프로펠러(2,3)는 상기 회전자에 연결된 상기 추진 축(1,21)에 결합되며, 상기 고정자(5)는 회전 베어링들을 통해서 상기 회전자에 고정되며,
    상기 고정자(5) 및 상기 회전자(4)로부터 형성된 상기 유닛은 상기 하우징 및 상기 추진 축(21) 양 쪽에 탄성적으로 지지되며, 상기 고정자와 상기 회전자 사이에 형성된 0.5에서 50㎜의 공기 갭을 갖는,
    내충격 전기 해양 머신.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 머신의 하우징(12,32)은 상기 선박내에 탄성적으로 장착된 베이스 프레임상에 배치되고 상기 추진 축(1,21)은 프로펠러 축 또는 워터 제트 임펠러 축에 탄성 커플링을 가지는,
    내충격 전기 해양 머신.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추진축(1) 상에서 상기 회전자용 지지부는 상기 추진축의 축방향과 반경 방향에서는 연성이고, 상기 추진축의 원주 방향에서는 비틀림 강성을 갖는,
    내충격 전기 해양 머신.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    회전 베어링들은 롤러 베어링들의 형태인,
    내충격 전기 해양 머신.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 추진 축을 받치기 위한 베어링들은 슬라이딩 베어링들의 형태인,
    내충격 전기 해양 머신.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터는 수냉각 방식인,
    내충격 전기 해양 머신.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고정자는 상기 모터용 냉각수가 냉각 채널들을 통과하는 냉각 장치를 가지는,
    내충격 전기 해양 머신.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각 채널들은 방사상 채널들의 형태인,
    내충격 전기 해양 머신.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 냉각 채널들은 상기 고정자의 원주에 뻗어있는 구불구불한 채널들을 포함하는 원주형 채널들의 형태인,
    내충격 전기 해양 머신.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 냉각 채널들은 축상 채널들의 형태인,
    내충격 전기 해양 머신.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 냉각 채널들은 분배기 역할을 하는 적어도 하나의 워터 챔버에 연결된,
    내충격 전기 해양 머신.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자는 냉각 공기가 흐르는 말단 권선들을 가진 권선을 가지는,
    내충격 전기 해양 머신.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터는 영구자석 여자 방식의 모터 형태인,
    내충격 전기 해양 머신.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 고정자는 상기 하우징의 슬라이드 링을 통해 회전할 수 있도록 설계된,
    내충격 전기 해양 머신.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 내충격 전기 해양 머신은 모터 또는 발전기인,
    내충격 전기 해양 머신.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 고정자는 회전할 수 있는 고정자 요크에 의해 회전할 수 있도록 설계된,
    내충격 전기 해양 머신.
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