KR100948434B1 - 선박 추진 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 선박 프로펠러(7), 하나 이상의 선박 프로펠러를 구동하는 하나 이상의 전동기(6) 및 하나 이상의 전동기(6)에 전력을 공급하는 인버터-탑재 전원 공급원을 포함하는 선박 추진 시스템에 관한 것이다. 상기 전원 공급원 시스템은 하나 이상의 구동기 및 상기 구동기에 의해 구동되는 하나 이상의 발전기를 포함한다. 하나 이상의 전동기 및 하나 이상의 발전기는 3상 동기기로 구성된다. 인가된 전력의 kW 당 손실분을 감소시키고 고정자 권선부 내의 더 강한 여기 자장을 제공하기 위해, 3상 동기기로 구성되는 하나 이상의 전동기 및/또는 전원 공급원 시스템의 3상 동기기로 구성되는 하나 이상의 발전기는 전원 공급원 시스템으로서 철제 그루부를 구비하지 않은 공극 3상 권선부이 제공된다. 상기 권선부의 다발형 전도체는 회전자(8)와 적층식 철제 요크 사이의 환형 갭(11) 내에 배치되고 플라스틱 구조물에 의해 강화되거나 및/또는 수지로 캡슐화되거나 수지가 주입되며 절연된 얇은 구리 와이어로 제조되고, 부속 냉각 장치(13)는 상기 권선부에 결합되고 냉각 장치 내에서 발생되는 열은 상기 냉각 장치에 의해 분산된다.

Description

선박 추진 시스템 {SHIP PROPULSION SYSTEM}
본 발명은 하나 이상의 선박 프로펠러, 하나 이상의 선박 프로펠러를 구동시킬 수 있는 하나 이상의 전동기를 구비하고, 하나 이상의 전동기에 전력을 공급할 수 있고 하나 이상의 구동기(drive machine) 및 상기 하나 이상의 구동기에 의해 구동될 수 있는 하나 이상의 발전기를 구비하는 변환기-탑재 전원 공급원(converter-fed power supply)을 구비하고, 상기 하나 이상의 전동기 및 상기 하나 이상의 발전기는 3상 동기기(three-phase synchronous machine)의 형태인 선박 추진 시스템에 관한 것이다.
디젤/전기 선박 추진 시스템은 공지되어 있으며, 상기 시스템의 전원 공급원은, 선박의 선체 내의 일부 적절한 지점에 수용되고 자체로 변환기 탑재 동기 또는 비동기 모터를 공급하는 동기 발전기(synchronous generator)를 가진다. 선박 프로펠러를 구동하는 전동기는 예를 들어, 인-보드(in-board) 모터로 배열될 수 있고, 샤프트 시스템을 통해 선박 프로펠러를 구동시킬 수 있다.
더 나아가, 비동기 모터(asynchronous motor) 또는 영구 자석 여자(permanent-magnet excitation)를 구비하는 동기 모터를 가지며 회전될 수 있는 모터 곤돌라(motor gondola) 내에 배열되는 포드 추진 시스템(pod propulsion system)이 공지되어 있다. 모터 곤돌라는 선박의 선체 외부에 배열되고 하나 또는 두 개의 선박 스크류를 가질 수 있다. 이 경우에 있어, 전동기의 열 손실분은 오직 모터 곤돌라의 외측면에 의해 바닷물로 분산된다. 비동기 모터 및 발전기는 공기/물 열 교환기(air/water heat exchanger)를 구비한다.
도입부에 설명된 선행 기술의 배경 기술에 반해, 본 발명은 저장된 전력의 킬로와트 당 감소된 손실(reduced losses for each kilowatt of its stored power)을 갖도록 설계될 수 있고 따라서 권선부 상에 증가된 여기장(excitation field)을 갖도록 설계될 수 있는 이러한 일반적 유형의 선박 추진 시스템을 개선하고자 하는 목적에 기초를 두고 있다.
본 발명에 따라, 이러한 목적은 전원 공급원용 하나 이상의 전동기(3상 동기기의 형태임) 및/또는 하나 이상의 발전기(3상 동기기의 형태임)는 고정자 권선부로서의 어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않은(without any slots in the iron) 공극 3상 권선부를 가지며, 상기 권선부의 다발형 전도체(bundled conductor)는 회전자와 적층식 자성철 요크(laminated magnetic iron yoke) 사이의 환형 갭 내에 배열되는 절연된 얇은 구리 와이어로 형성되며, 상기 권선부는 플라스틱 구조물에 의해 강화되고 및/또는 수지로 에워싸이거나 수지가 주입되며, 상기 권선부와 연계되는 냉각 장치에 결합되고, 내부에서 발생되는 열 손실분은 상기 냉각 장치에 의해 분산될 수 있다.
공극 3상 권선부의 구조는 접지 전위에서 어떠한 철제 슬롯도 존재하지 않으 며, 더 나아가 전위차 및 자장의 세기는 고정자 전도체에 비교하여 감소된다는 것을 의미한다. 공극 3상 권선부의 경우에 더 큰 절연 간격이 가능하고 이러한 것은 특히 고전압 모터에 유리하다.
전원 공급원용 하나 이상의 전동기(3상 동기기의 형태임) 및/또는 하나 이상의 발전기(3상 동기기의 형태임)는 진공-절연 저온 유지 장치(vacuum-insulated cryostat) 내에 배열되는 고온 초전도체(HTSL) 와이어로 구성되는 회전자 상의 회전 계자 권선부(rotating field winding)를 가지며, 15 K 과 77 K 사이의 온도까지 극 저온적으로 냉각되고, 여기장은 1 테슬라(Tesla) 대신에 약 2 테슬라가 될 수 있다. 큰 자유 방사상 공기 갭 또는 환형 갭이 허용되며, 이것은 결과적으로 냉각제가 공극 3상 권선부에 직접 접촉할 수 있는 가능 출력(capability)을 발생시킨다.
본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 유리한 일 실시예에 따라, 전원 공급원용 하나 이상의 전동기 및/또는 하나 이상의 발전기의 공극 3상 권선부(철제로 된 어떠한 슬롯도 구비하지 않음)는 적층식 자성철 요크에 의해 에워싸이는 절연재로 구성되는 환형 용기 내에 설치된다. 이러한 경우에, 공극 3상 권선부의 열 손실분의 상기 권선부 상의 적층식 자성철 요크를 통한 적절한 분산은 본 발명에 따른 조치가 요구되는 바 더 이상 가능하지 않다.
철제로 된 어떠한 슬롯도 구비하지 않는 공극 3상 권선부을 수용하는 환형 용기는 유리하게는 유리-섬유-강화 플라스틱으로 형성된다.
어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 냉각 장치는 냉각제 회로(coolant circuit)를 구비하며, 상기 냉각제 회로는 상기 환형 용기의 일단부면을 통해 상기 냉각제를 상기 환형 용기 내로 도입하고 상기 공극 3상 권선부를 수용하며 상기 환형 용기의 타단부면을 통해 상기 냉각제를 상기 환형 용기로부터 배출하며, 상기 냉각제가 상기 공극 3상 권선부와 상기 환형 용기 사이에 있는 상기 환형 용기의 제 1 단부면과 제 2 단부면 사이를 유동하고 그리고 가능하다면, 상기 공극 3상 권선부 내의 추가적인 길이 방향 채널을 지나 유동한다.
어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)용 상기 냉각제(17)로서 예를 들어, 오일, 미델(MIDEL) 등과 같은 절연 냉각액이 제공된다.
어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)의 냉각 회로의 열 손실분을 분산시키기 위해, 선박 내의 냉각수 시스템에 의해 다시 냉각될 수 있는 열 교환기는 이러한 냉각 회로 내에 편리한 위치에 배열된다. 그와 달리, 어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)의 냉각 회로 내에 배열되는 열 교환기는 바닷물에 의해 다시 냉각될 수 있다.
어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 공극 3상 권선부와 연계된 냉각 장치의 냉각 회로용 열 교환기가 선박의 선체에 고정되어 배열될 수 있다.
본 발명에 의한 선박 추진 시스템의 다른 유리한 실시예에 따르면, 본 시스템은 포드 추진 시스템의 형태인데, 이러한 포드 추진 시스템의 하나 이상의 전동 기는 포드 추진 시스템의 모터 곤돌라 내에 배열된다.
어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 공극 3상 권선부와 연계된 냉각 장치의 냉각 회로를 형성하는 냉각 라인은 가요성을 가지도록 유리하게 구성된다.
하나 이상의 전동기의 적층식 자성철 요크로부터의 열 소산을 보조하기 위해, 포드 추진 시스템의 모터 곤돌라의 하우징 안으로 상기 자성철 요크를 수축시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 선박 추진 시스템의 다른 유리한 실시예에 따르면, 어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 공극 3상 권선부와 연계된 냉각 장치의 냉각 회로용 열 교환기가 포드 추진 시스템(회전가능)의 방위 모듈(azimuth module) 내에 배열된다.
어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 공극 3상 권선부와 연계된 냉각 장치의 냉각 회로용 열 교환기가 포드 추진 시스템 내의 스트럿 모듈(strut module) 내에 배열된다면, 열 교환기의 튜브가 스트럿 모듈의 벽에 열적으로(thermally) 연결되는 상태가 됨으로써, 냉각 회로로부터 열 손실분(heat losses)을 분산시키기 위해 간단한 방법으로 바닷물이 사용될 수 있다.
어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 공극 3상 권선부와 연계된 냉각 장치에 대해 간편하게 임의의 유지 보수와 수리를 하기 위해서는, 냉각 회로 내에 배열된 순환 펌프가 포드 추진 시스템(회전가능)의 방위 모듈 내에 또는 그 위에 배열되는 것이 유리하다. 본 발명에 의한 선박 추진 시스템의 다른 유리한 실시예에 따르면, 하나 이상의 전동기의 철제(iron) 내에, 및/또는 전원 장치용 하나 이상의 발 전기의 철제 내에 어떠한 슬롯도 가지지 않는 공극 3상 권선부와 연계된 냉각 장치는 하나 이상의 팬 임펠러를 구비하는데, 이러한 팬 임펠러는 회전자 축선 상에 배열되며, 이러한 팬 임펠러에 의해 예컨대 냉각 공기 유동과 같은 냉각 가스 유동이 공극 3상 권선부와 회전자 사이의 환형 공간 안으로, 및/또는 공극 3상 권선부와 하나 이상의 전동기 또는 발전기의 적층식 자성철 요크 사이의 환형 공간 안으로 통과할 수 있다. 그러면, 회전자와 자성철 요크 사이의 환경 갭 내에서 발생되는 열 손실분은 냉각 공기 유동에 의해 환형 갭으로부터 분산될 수 있다.
회전자의 2개의 단부면의 각각에 팬 임펠러가 제공되는 것이 유리한데, 이러한 경우 각각의 팬 임펠러는 전동기의 축방향 길이의 대략 절반에 걸쳐 연장하는 냉각 가스 유동을 발생시키도록 적합한 방식으로 구성된다.
한편의 회전자와 다른편의 자성철 요크 사이의 환형 갭으로부터의 열 손실분을 보다 용이하게 분산시키기 위해, 어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 공극 3상 권선부는 냉각 슬롯과 함께 구성되는 것이 바람직한데, 이러한 냉각 슬롯은 반경 방향으로 연장하며, 이러한 냉각 슬롯에 의해 공극 3상 권선부 내에 발생하는 열 손실분이 공극 3상 권선부를 관류하는 냉각 가스로 분산될 수 있다.
어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 공극 3상 권선부 내의 반경방향 냉각 슬롯은 테프론(Teflon) 충진체(filling bodies)로 형성되는 것이 유리한데, 이러한 테프론의 충진체는 조립하는 동안 공극 3상 권선부의 복수의 고정자 바아 사이에 삽입될 수 있으며, 캡슐화(encapsulation) 또는 주입(impregnation) 공정 후에 제거될 수 있다.
냉각 장치는 편리하게는 안내판 배열체(guide plate arrangement)가 제공되며, 상기 냉각 가스 유동[상기 두 개의 팬 임펠러에 의해 발생됨]이 상기 안내판 배열체를 통해, 어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부와 상기 회전자 사이의 상기 환형 공간 내로 유동되며, 상기 냉각 가스 유동은 상기 회전자와 상기 공극 3상 권선부 사이의 상기 환형 공간으로부터 상기 공극 3상 권선부와 상기 적층식 자성철 요크 사이의 상기 환형 공간 내로 상기 공극 3상 권선부 내의 상기 방사상 냉각 슬롯을 통해 유동되며, 그 후 상기 회전자의 상기 단부면으로 복귀된다.
만약 입구 개구부를 통해 팬 임펠러 또는 복수의 팬 임펠러가 냉각 가스를 흡입하는 상기 입구 개구부(inlet opening)가 각각의 팬 임펠러를 위해 하나 이상의 전동기 및/또는 발전기의 하우징에 형성된다면, 냉각 공기는 팬 임펠러를 통해 덜 복작합 방식으로 흡입될 수 있다.
하나 이상의 출구 개구부가 하나 이상의 전동기 및/또는 발전기의 하우징에 형성되고, 상기 출구 개구부(outlet opening)를 통해 냉각 가스가 회전자와 철제 요크 사이의 환형 갭으로부터 다시 배출된 후 상기 하나 이상의 전동기 및/또는 발전기의 하우징 외부로 유동된다면, 가열된 냉각 가스는 간단한 방식으로 분산될 수 있다.
입구 개구부 또는 복수의 입구 개구부 및 출구 개구부 또는 복수의 출구 개구부는 유리하게는 상기 하나 이상의 전동기(6) 및/또는 발전기의 상기 하우징(38) 내에 있는 상기 회전자(8)의 상기 두 개의 단부면(28, 29) 중 하나 또는 각각에 배 열된다.
본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 추가적인 적절한 실시예에서, 냉각 가스 유동은 회로 내에서 이동되며, 가스/물 열 교환기에 의해 다시 냉각될 수 있다.
하나 이상의 가스/물 열 교환기는 각각의 경우에 있어, 상기 하나 이상의 전동기 및/또는 발전기의 상기 하우징 내에서 상기 하나 이상의 전동기 및/또는 발전기의 일단부면 또는 양단부면과 상기 하우징의 일단벽 또는 양단벽 사이의 일축선 공간 또는 양축선 공간에 배열되며, 가스/물 열 교환기는 상기 선박 내의 냉각 회로에 연결되고 상기 회전자와 상기 철제 요크 사이의 상기 환형 갭으로부터 나오는 상기 가열된 냉각 가스 유동은 상기 냉각 가스 유동이 상기 하나 이상의 팬 임펠러에 의해 상기 환형 갭 내로 강제적으로 회수되기 전에 상기 냉각 회로를 지나 유동된다. 이러한 실시예에서, 어떠한 추가적인 냉각 가스 회로 등도 요구되지 않는다.
그와 달리, 가스/물 열 교환기 또는 복수의 가스/물 열 교환기가 하나 이상의 전동기 및/또는 발전기의 하우징 외부에 배열되는 것이 가능하다.
본 발명은 도면을 참조하여, 실시예들을 기초로 다음의 명세서에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 일 실시예의 길이 방향 단면의 형태로 윤곽을 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 추가적인 실시예의 길이 방향 단 면의 형태로 윤곽을 도시한 도면이며,
도 3a는 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 전동기 또는 발전기에 대한 길이 방향 단면도이며,
도 3b는 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 공극 3상 권선부에 대한 단면도이며,
도 4는 본 발명에 따른 선박 추진 시스템용 전동기 또는 발전기의 추가적인 실시예에 대한 길이 방향 단면도이다.
포드 추진 시스템(1)의 형태로 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 제 1 실시예(도 1에 단면도의 형식으로 도시됨)는 도 1 및 도 2에서 파선에 의해 일부만이 도시되어 있는 선박의 선체(3) 하부에 배열되는 모터 곤돌라(2)를 구비한다.
선박의 선체(3) 내부에서, 포드 추진 시스템(1)은, 회전될 수 있고 스트럿 모듈(5)에 의해 선박의 선체(3)를 지나 모터 곤돌라(2)에 견고하게 결합되는 방위 모듈(4)을 구비한다.
포드 추진 시스템(1)은 수직 축선을 중심으로 선박의 선체(3)에 대하여 회전될 수 있다.
도 1에 도시된 포드 추진 시스템(1)은 모터 곤돌라(2) 내에 배열되는 전동기(6)를 구비한다. 이러한 전동기(6)는 회전될 수 있도록 모터 곤돌라(2)의 후단부에 배열되는 선박 프로펠러(7)를 구동하기 위해 사용된다.
전동기(6)는 3상 동기기의 형태이며, 도면에서 더 상세하게 도시되지 않은 회전 계자 권선부로서 HTSL[고온 초전도체(high-temperature superconductor)] 와이어로 구성되는 회전 계자 권선부을 구비하는 회전자(8)를 가진다. 이러한 회전자(8)는 진공 절연되도록 설계되는 저온 유지 장치(9) 내에 수용되며, 회전자용 고온 초전도체(HTSL) 와이어로 구성되는 회전 계자 권선부는 상기 저온 유지 장치에 의해 15 K와 77 K 사이의 온도까지 극저온적으로 냉각될 수 있다.
3상 동기기의 형태인 전동기(6)는 추가적으로 철제 슬롯 또는 철제 치형부를 가지지 않는 공극 3상(air gap three-phase) 또는 고정자 권선부(10)를 가진다. 철제로 된 슬롯을 구비하지 않는 공극 3상 권선부(10)는 절연된 얇은 구리 와이어로 구성되는 다발형 전도체를 가지며, 회전자(8)와 적층식 자성철 요크(12) 사이의 환형 갭(11)에 배열된다.
공극 3상 권선부(10) 내에서 발생되는 열 손실분의 적절한 분산을 보장하기 위해, 철제 치형부 또는 슬롯의 결손, 절연 재료의 높은 비율 및 적층식 자성철 요크(12)까지의 먼 거리에도 불구하고 공극 3상 권선부(10)는 냉각 장치(13)를 구비한다.
역학적인 이유로, 어떠한 철제로된 슬롯도 구비하지 않는 공극 3상 권선부(10)는 상기 권선부(10)를 강화하는 플라스틱 구조물을 가지며, 및/또는 적절한 수지(resin)등이 주입되거나 상기 수지등으로 에워싸인다.
도 1 및 도 2에서 도시되고 포드 추진 시스템(1)의 형태인 선박 추진 시스템의 실시예에서, 철제로된 슬롯을 구비하지 않은 공극 3상 권선부(10)는 환형 용기(14)에 수용된다. 환형 용기(14)는 절연 재료 예를 들어, 유리 섬유 강화 플 라스틱(GRP)으로 구성된다.
도 1 및 도 2에서 도시된 실시예에서 강화 플라스틱 구조물을 형성하는 이러한 환형 용기(14)는 마찬가지로 환형인 적층식 자성철 요크(12)에 의해 에워싸인다.
내부에 수용되는 어떠한 철로된 슬롯도 구비하지 않고 공극 3상 권선부(10) 및 환형 용기(14)와 연계되는 냉각 장치(13)는 냉각된 냉각제(17)를 일단부면(16)을 통해 환형 용기(14) 내로 도입하는 냉각제 회로(15)를 가지며, 환형 용기(14)의 타단부면(18)을 통해 냉각제(17)[그 후, 공극 3상 권선부(10) 내에서 발생되는 열 손실분 의해 가열됨] 다시 수용하고 배출한다.
냉각제(17)는 한편으로는 환형 용기(14)와 다른 한편으로는 공극 3상 권선부(10) 사이의 환형 공간을 지나 유동하고, 그리고 가능하다면, 추가적으로 공극 3상 권선부(10) 내의 길이 방향 채널을 지나 공극 3상 권선부의 축선 방향으로 상기 공극 3상 권선부를 가로질러 통과한다.
예를 들어 오일, 미델(MIDEL) 등과 같은 절연 냉각액이 냉각제(17)로 사용된다.
도 1에 도시된 포드 추진 시스템(1)의 실시예에서, 냉각 장치(13)의 냉각제 회로(15)는 포드 추진 시스템(1)의 방위 모듈(4)(회전 가능) 상에 또는 내부에 제공되는 열 교환기(19)를 구비한다. 열 교환기(19)는 선박 내의 냉각수 시스템(20)에 의해 냉각된다.
포드 추진 시스템(1)의 방위 모듈(4)(회전 가능) 상에 또는 내부에 배열되는 대신에, 열 교환기(19)는 선박의 선체(3) 내부의 다른 어떤 적절한 지점에 배열될 수도 있다.
더 나아가, 냉각제 회로(15)는 도 1 및 도 2에 도시된 전형적인 실시예에서, 포드 추진 시스템(1)의 방위 모듈(4)(회전 가능) 내에 배열되는 순환 펌프(21)를 구비한다. 용이하게 접근 가능하게 되는 것을 의미하는, 포드 추진 시스템(1)의 방위 모듈(4)(회전 가능) 내의 배열로 인해 순환 펌프(1)가 그에 따라 제공될 수 있으며, 필요하다면 상대적으로 적은 노력을 들여 수리하거나 교체할 수 있다.
냉각제 회로(15)용 냉각 라인(cooling line)은 가요적으로 설계된다.
포드 추진 시스템(1) 내에 포함되는 공극 3상 권선부(10) 및 환형 용기(14)와 연계되는 냉각 장치(13)의 냉각제 회로(15)용 열 교환기(19)가 포드 추진 시스템(1)의 스트럿 모듈(5) 내에 배열된다는 점에서 도 2에 도시된 포드 추진 시스템(1)의 실시예는 도 1에 도시된 상기 시스템(1)과 상이하다. 도 2에 도시된 열 교환기(19)의 실시예에서, 미엔더링 튜브(meandering tube)(22)는 스트럿 모듈(5)의 벽에 열적으로 결합되며, 이로써 상기 튜브는 상기 튜브를 통해 유동하는 냉각제(17) 내에 포함되는 열 손실분을 공극 3상 권선부(10)으로부터 스트럿 모듈(5) 주위의 바닷물로 방출한다.
도 1 및 도 2에서 도시된 포드 추진 시스템(1)의 실시예에서, 적층식 자성철 요크(12)는 모터 곤돌라(2)의 하우징(13)에 수축되며(shrunk) , 이로써 철제 요크(12) 내에서 발생되는 열 손실분이 하우징(23)을 통해 모터 곤돌라(2) 주위의 바닷물로 직접적으로 방출될 수 있다.
도 3a 내지 도 4에 도시된 것과 같은 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 실시예에서, 전동기(6)는 선박 내 또는 선박 상에 적절한 방식으로 배열된다.
철제로된 어떠한 슬롯을 구비하지 않은 공극 3상 권선부(10)는 회전자(8)와 적층식 자성철 요크(12) 사이에 수용되며, 상기 회전자(8)의 회전 계자 권선부는 저온 유지 장치(9) 내에 수용된다.
이러한 공극 3상 권선부는 반경 방향으로 연장되는 냉각 슬롯(24)을 가진다. 공극 3상 권선부(10) 내의 이러한 방사상 냉각 슬롯(radial cooling slot)(24)은 공극 3상 권선부(10)의 조립 동안 적절한 형상의 테프론 충진체(Teflon filling body)를 고정자 바아(stator bar) 사이에 삽입함으로써 생산되며, 이러한 테프론 충진체는 공극 3상 권선부(10)의 주입 또는 봉인 후에 제거된다.
공극 3상 권선부(10)를 지나는 이러한 방사상 냉각 슬롯(24)은 회전자(8)의 외부 케이스 면과 공극 3상 권선부(10)의 내부 케이스 면 사이에 형성되는 내부 환형 사이 공간(25)에 연결되며, 공극 3상 권선부(10)의 외부 케이스 면과 환형 적층 자성철 요크(12)의 내부 케이스 면 사이에 형성되는 외부 환형 사이 공간(26)에 연결된다.
공극 3상 권선부(10) 내의 방사상 냉각 슬롯(24)의 구성, 배열 및 프로파일은 도 3b와 함께 도 3a 및 도 4의 도시에 의해 최적의 상태를 볼 수 있다.
도 3a 내지 도 4에 도시된 전동기(6)의 구성은 유사한 방식으로 선박의 선체(3) 내의 어떤 요구되는 지점에 배열될 수 있는 발전기를 위해서도 적합하다.
전동기(6)의 회전자(8)는, 각각 회전자(8)의 두 개의 단부 면(28, 29) 상에 장착되는 팬 임펠러(30, 31) 상의 회전자 샤프트(27)에 장착된다.
각각의 팬 임펠러(30, 31)는 회전자(8)의 각각의 단부 면(28) 및 단부 면(29)로부터 회전자(8)의 케이스 면과 공극 3상 권선부(10)의 내부 케이스 면 사이의 내부 환형 공간(25) 내로 냉각 공기 유동(32)을 발생시킨다. 팬 임펠러(30, 31)의 용량적 구성(capacitive configuration)은 냉각 공기 유동(32)이 대략적으로 회전자(8)의 축선 중심 영역에 도달하도록 선택된다.
냉각 공기 유동(32)은 공극 3상 권선부(10) 내의 냉각 슬롯(24)을 지나 공극 3상 권선부(10)의 외부 케이스 면과 적층식 자성철 요크(12)의 내부 케이스 면 사이의 외부 환형 공간(26) 내로 흐른다. 냉각 공기 유동(32)은 이러한 외부 환형 사이 공간(26)으로부터 상기 두 개의 단부 면(28, 29)으로 흐르며, 다시 회전자(8)의 이러한 두 개의 단부 면(28, 29)에 인접하게 된다.
냉각 공기 유동(32)이 내부 환형 사이 공간(25), 공극 3상 권선부(10) 내의 방사상 냉각 슬롯(24) 및 외부 환형 사이 공간(26)을 지나 유동할 때, 공극 3상 권선부(10)의 열 손실분 및 적층식 자성철 요크(12)의 열 손실분은 냉각 공기로 전도되고 환형 갭(11)로부터 분산된다.
도 3a에 도시된 전동기(6)의 실시예에서, 안내판 배열체(33)는 두 개의 팬 임펠러(30, 31)의 각각의 영역에 제공되며, 내부 환형 사이 공간(25) 내로 도입되는 냉각 공기는 상기 안내판 배열체에 의해 외부 환형 사이 공간(26)으로부터 나오는 가열된 냉각 공기로부터 분리된다. 도 3a에 도시된 전동기(6)의 전형적인 실시예에서, 두 개의 안내판 배열체(33)은 도 3a 및 도 4에 도시된 실시예에서 전동기(6)를 수용하는 하우징(38)의 각각의 단부벽(36, 37) 내에 형성되는 각각의 입구 개구부(34, 35)까지 연장된다.
외부 환형 사이 공간(26)으로부터 나오는 가열된 냉각 공기 유동(32)은 하우징(38) 내의 단부벽(36, 37)에 인접하여 형성되는 출구 개구부(39, 40)를 지나 하우징(38) 외부로 흐른다.
라인 연결은 한편으로는 입구 개구부(34, 35)와 다른 한편으로는 출구 개구부(39, 40) 사이에 제공될 수 있으며, 상기 라인 연결 내에서 냉각 공기는 냉각 공기가 팬 임펠러(30, 31)에 의해 내부 환형 사이 공간(25) 내로 재 도입될 수 있는 정도까지 상기 라인 연결 내에 제공되는 열 교환기에 의해 냉각된다.
도 3a에 도시된 전동기(6)의 실시예와 대조적으로, 도 4에 도시된 전동기(6)의 실시예의 경우에는, 각각의 가스/물 열 교환기(gas/water heat exchanger)(43, 44)가 하우징(38)의 단부벽(36, 37)과 전동기(7) 및 회전자(8) 각각의 단부면(28, 29) 사이의 두 개의 축 방향 공간(41, 42) 내에 배열된다. 냉각 공기 유동(32)은 두 개의 축 방향 공간(41, 42)을 지나 하우징(38) 내의 두 개의 회로 내에 효과적으로 전해지며, 공극 3상 권선부(10)의 열 손실분 및 적층식 자성철 요크(12)의 열 손실분에 의해 가열되고 외부 환형 사이 공간(26)으로부터 나오는 냉각 공기 유동은 후에 냉각되는 냉각 공기 유동(32)이 두 개의 팬 임펠러(30, 31)에 의해 내부 환형 사이 공간(25) 내로 강제 인입되기 전에 각각 가스/물 열 교환기(43, 42)에 의해 냉각된다.
도 4에 도시된 실시예에서, 안내판 배열체(33)는 팬 임펠러(30, 31)에 의해 흡입되는 냉각 공기만이 이미 가스/물 열 교환기(43, 44)를 지나 흘러간 것이다.
두 개의 가스/물 열 교환기(43, 44)는 선박 내에서 냉각 회로(45)에 연결된다.

Claims (29)

  1. 하나 이상의 선박 프로펠러(7), 상기 하나 이상의 선박 프로펠러(7)를 구동시킬 수 있는 하나 이상의 전동기(6)를 구비하며, 상기 하나 이상의 전동기(6)에 전력을 공급할 수 있고 하나 이상의 구동기 및 상기 구동기에 의해 구동될 수 있는 하나 이상의 발전기를 구비하는 변환기-탑재 전원 공급원(converter-fed power supply)을 구비하고, 상기 하나 이상의 전동기(6) 및 상기 하나 이상의 발전기가 3상 동기기의 형태이며, 상기 전원 공급원용 상기 하나 이상의 발전기(3상 동기기 형태임) 및 상기 하나 이상의 전동기(6)(3상 동기기 형태임) 중 하나 이상은 상기 전동기(6)의 반경 방향 및 상기 발전기의 반경 방향으로 서로 차례로 배열되는 회전자(8) 및 고정자 권선부를 가지며, 상기 고정자 권선부는 공극 3상 권선부(10)를 가지고, 상기 권선부의 다발형 전도체는 상기 회전자(8)와 철제 요크(12) 사이의 환형 갭(11) 내에 배열되는 절연된 얇은 구리 와이어로 형성되며, 상기 권선부는 플라스틱 구조물에 의해 강화되고 또는 수지에 의해 캡슐화되거나 수지로 주입되며, 연계되는 냉각 장치(13)와 연결되고, 상기 권선부에서 발생되는 열 손실분은 상기 냉각 장치(13)에 의해 분산될 수 있는, 선박 추진 시스템에 있어서,
    상기 공극 3상 권선부(10)는 철제로 된 어떠한 슬롯도 가지지 않으며, 상기 요크(12)는 적층식 자성철 요크(12)의 형태이며, 상기 전원공급원용 상기 하나 이상의 발전기 및 상기 하나 이상의 전동기(6) 중 하나 이상의 상기 공극 3상 권선부(10)(철제로된 어떠한 슬롯도 구비하지 않음)는 상기 적층식 자성철 요크(12)에 의해 에워싸이는 절연재로 구성되는 환형 용기(14) 내에 설치되며, 어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)는 냉각제 회로(15)를 구비하며, 상기 냉각제 회로(15)는 상기 환형 용기(14)의 일단부면(16)을 통해 냉각제(17)를 상기 환형 용기(14) 내로 도입하고 상기 공극 3상 권선부(10)를 수용하며 상기 환형 용기(14)의 타단부면(18)을 통해 상기 냉각제를 상기 환형 용기(14)로부터 배출하며, 상기 냉각제(17)가 상기 공극 3상 권선부(10)와 상기 환형 용기(14) 사이에 있는 상기 환형 용기(14)의 제 1 단부면(16)과 제 2 단부면(18) 사이로 유동하는 것을 특징으로 하는,
    선박 추진 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 공급원용 상기 하나 이상의 발전기(3상 동기기 형태인) 및 상기 하나 이상의 전동기(6)(3상 동기기 형태인) 중 하나 이상은 고온 초전도체(HTSL) 와이어로 구성되는 상기 회전자 상에 회전 계자 권선부를 가지며, 상기 회전 계자 권선부는 진공-절연된 저온 유지 장치(9) 내에 배열되고 15 K 와 77 K 사이의 온도로 극저온적으로 냉각될 수 있는,
    선박 추진 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)를 가지는 상기 환형 용기(14)는 유리-섬유-강화 플라스틱으로 형성되는,
    선박 추진 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)용 상기 냉각제(17)로서 절연 냉각액이 제공되는,
    선박 추진 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)의 상기 냉각 회로(15) 내에 배열되는 열 교환기(19)는 상기 선박의 냉각수 시스템(20)에 의해 다시 냉각될 수 있는,
    선박 추진 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)의 상기 냉각 회로(15) 내에 배열되는 열 교환기(19)는 바닷물에 의해 다시 냉각될 수 있는,
    선박 추진 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)의 상기 냉각 회로(15)용 상기 열 교환기(19)는 상기 선박의 선체(3) 내에 고정적으로 배열되는,
    선박 추진 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 선박 추진 시스템은 포드 추진 시스템(1)의 형태이며, 상기 포드 추진 시스템(1)의 하나 이상의 전동기(6)는 상기 포드 추진 시스템(1)의 모터 곤돌라(2) 내에 배열되는,
    선박 추진 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)용 상기 냉각 회로(15)를 형성하는 냉각 라인이 가요적으로 설계되는,
    선박 추진 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전동기(6)의 상기 적층식 자성철 요크(12)는 상기 포드 추진 시스템(1)의 상기 모터 곤돌라(2)의 하우징(23) 내로 수축되는,
    선박 추진 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)의 상기 냉각 회로(15)용 상기 열 교환기(19)는 상기 포드 추진 시스템(1)의 방위 모듈(4)(회전 가능) 내에 배열되는,
    선박 추진 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)의 상기 냉각 회로(15)용 열 교환기(19)는 상기 포드 추진 시스템(1)의 스트럿 모듈(5) 내에 배열되며, 상기 열 교환기(19)의 튜브는 상기 스트럿 모듈(5)의 벽에 열적으로 결합되는,
    선박 추진 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)용 상기 냉각 회로(15) 내에 배열되는 순환 펌프(21)가 상기 포드 추진 시스템(1)의 상기 방위 모듈(4)(회전 가능) 상에 배열되거나 상기 방위 모듈 내에 배열되는,
    선박 추진 시스템.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전원 공급원용 상기 하나 이상의 발전기 및 상기 하나 이상의 전동기(6) 중 하나 이상의 어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)는, 회전자 축(27) 상에 배열되는 하나 이상의 팬 임펠러(30, 31)를 구비하며, 상기 팬 임펠러(30, 31)에 의해 냉각 가스 유동(32)이 상기 공극 3상 권선부(10)와 상기 회전자(8) 사이의 환형 공간(25) 및 상기 공극 3상 권선부(10)와 상기 하나 이상의 전동기(6) 또는 발전기의 상기 적층식 자성철 요크(12) 사이의 환형 공간(26) 중 하나 이상 내로 유동할 수 있는,
    선박 추진 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    각각의 팬 임펠러(30, 31)는 상기 회전자(8)의 두 개의 단부면(28, 29)의 각각에 제공되는,
    선박 추진 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)는 상기 권선부(10)의 반경 방향으로 연장되는 냉각 슬롯(24)을 구비하며, 상기 공극 3상 권선부(10) 내에서 발생되는 열 손실분은 상기 냉각 슬롯(24)을 지나는 상기 냉각 가스 유동(32)으로 상기 냉각 슬롯(24)에 의해 분산될 수 있는,
    선박 추진 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10) 내의 상기 방사상 냉각 슬롯(24)은 상기 공극 3상 권선부(10)의 조립시에 상기 공극 3상 권선부(10)의 고정자 바아(stator bar) 사이에 삽입될 수 있는 테프론 충진체에 의해 형성되며, 상기 캡슐화 또는 주입 공정 후에 제거될 수 있는,
    선박 추진 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    안내판 배열체(33)를 더 포함하며, 상기 안내판 배열체(33)를 통해서 상기 냉각 가스 유동(32)[상기 두 개의 팬 임펠러(30, 31)에 의해 발생됨]이, 어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않고, 하나 이상의 전동기(6) 및 발전기 중 하나 이상의 축방향 중앙 영역의 방향으로, 상기 공극 3상 권선부(10)와 상기 회전자(8) 사이의 상기 환형 공간 내로 유동되며, 상기 냉각 가스 유동(32)은 상기 회전자(8)와 상기 공극 3상 권선부(10) 사이의 상기 환형 공간(25)으로부터 상기 공극 3상 권선부(10)와 상기 적층식 자성철 요크(12) 사이의 상기 환형 공간(26) 내로 상기 공극 3상 권선부(10) 내의 상기 방사상 냉각 슬롯(24)을 통해 유동되며, 그 후 상기 회전자(8)의 상기 단부면(28, 29)으로 복귀되는,
    선박 추진 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 팬 임펠러 또는 복수의 임펠러(30, 31)가 입구 개구부(34, 35)를 통해 냉각 가스를 흡입하게 되며, 상기 입구 개구부(34, 35)가 각각의 팬 임펠러(30, 31)용으로 상기 하나 이상의 전동기(6) 및 발전기 중 하나 이상의 하우징(38) 내에 형성되는,
    선박 추진 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    하나 이상의 출구 개구부(39, 40)가 상기 하나 이상의 전동기(6) 및 발전기중 하나 이상의 상기 하우징(38) 내에 형성되며, 상기 냉각 가스(32)가 상기 회전자(8)와 상기 철제 요크(12) 사이의 상기 환형 갭(11)을 다시 이탈한 후에, 상기 냉각 가스(32)는 상기 출구 개구부(39, 40)를 통해 상기 하나 이상의 전동기(6) 및 발전기 중 하나 이상의 상기 하우징(38) 외부로 유동되는,
    선박 추진 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 입구 개구부 또는 복수의 입구 개구부(34, 35) 및 상기 출구 개구부 또는 복수의 출구 개구부(39, 40)는 상기 하나 이상의 전동기(6) 및 발전기 중 하나 이상의 상기 하우징(38) 내에 있는 상기 회전자(8)의 상기 두 개의 단부면(28, 29) 중 하나 또는 각각에 배열되는,
    선박 추진 시스템.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 유동(32)은 회로 내에서 이동되며, 가스/물 열 교환기(43, 44)에 의해 다시 냉각될 수 있는,
    선박 추진 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    하나 이상의 가스/물 열 교환기(43, 44)는 각각의 경우에 있어, 상기 하나 이상의 전동기(6) 및 발전기 중 하나 이상의 하우징(38) 내에서 상기 하나 이상의 전동기(6) 및 발전기 중 하나 이상의 일단부면 또는 양단부면(28, 29)과 상기 하우징(38)의 일단벽 또는 양단벽(36, 37) 사이의 일축선 공간 또는 양축선 공간(41, 42)에 배열되며, 가스/물 열 교환기(43, 44)는 상기 선박 내의 냉각 회로(45)에 연결되고 상기 회전자(8)와 상기 철제 요크(12) 사이의 상기 환형 갭(11)으로부터 나오는 상기 가열된 냉각 가스 유동(32)은 상기 냉각 가스 유동(32)이 상기 하나 이상의 팬 임펠러(30, 31)에 의해 상기 환형 갭(11) 내로 강제적으로 회수되기 전에 상기 냉각 회로를 지나 유동되는,
    선박 추진 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 가스/물 열 교환기 또는 복수의 가스/물 열 교환기는 상기 하나 이상의 전동기(6) 및 발전기 중 하나 이상의 상기 하우징 외부에 배열되는,
    선박 추진 시스템.
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 하나 이상의 선박 프로펠러(7), 상기 하나 이상의 선박 프로펠러(7)를 구동시킬 수 있는 하나 이상의 전동기(6)를 구비하며, 상기 하나 이상의 전동기(6)에 전력을 공급할 수 있고 하나 이상의 구동기 및 상기 구동기에 의해 구동될 수 있는 하나 이상의 발전기를 구비하는 변환기-탑재 전원 공급원(converter-fed power supply)을 구비하고, 상기 하나 이상의 전동기(6) 및 상기 하나 이상의 발전기가 3상 동기기의 형태이며, 상기 전원 공급원용 상기 하나 이상의 발전기(3상 동기기 형태임) 및 상기 하나 이상의 전동기(6)(3상 동기기 형태임) 중 하나 이상은 상기 전동기(6)의 반경 방향 및 상기 발전기의 반경 방향으로 서로 차례로 배열되는 회전자(8) 및 고정자 권선부를 가지며, 상기 고정자 권선부는 공극 3상 권선부(10)를 가지고, 상기 권선부의 다발형 전도체는 상기 회전자(8)와 철제 요크(12) 사이의 환형 갭(11) 내에 배열되는 절연된 얇은 구리 와이어로 형성되며, 상기 권선부는 플라스틱 구조물에 의해 강화되고 그리고 수지에 의해 캡슐화되거나 수지로 주입되며, 연계되는 냉각 장치(13)와 연결되고, 상기 권선부에서 발생되는 열 손실분은 상기 냉각 장치(13)에 의해 분산될 수 있는, 선박 추진 시스템에 있어서,
    상기 공극 3상 권선부(10)는 철제로 된 어떠한 슬롯도 가지지 않으며, 상기 요크(12)는 적층식 자성철 요크(12)의 형태이며, 상기 전원공급원용 상기 하나 이상의 발전기 및 상기 하나 이상의 전동기(6) 중 하나 이상의 상기 공극 3상 권선부(10)(철제로된 어떠한 슬롯도 구비하지 않음)는 상기 적층식 자성철 요크(12)에 의해 에워싸이는 절연재로 구성되는 환형 용기(14) 내에 설치되며, 어떠한 철제 슬롯도 구비하지 않는 상기 공극 3상 권선부(10)와 연계되는 상기 냉각 장치(13)는 냉각제 회로(15)를 구비하며, 상기 냉각제 회로(15)는 상기 환형 용기(14)의 일단부면(16)을 통해 냉각제(17)를 상기 환형 용기(14) 내로 도입하고 상기 공극 3상 권선부(10)를 수용하며 상기 환형 용기(14)의 타단부면(18)을 통해 상기 냉각제를 상기 환형 용기(14)로부터 배출하며, 상기 냉각제(17)가 상기 공극 3상 권선부(10)와 상기 환형 용기(14) 사이에 있는 상기 환형 용기(14)의 제 1 단부면(16)과 제 2 단부면(18) 사이로 유동하는 것을 특징으로 하는,
    선박 추진 시스템.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각제(17)가 상기 공극 3상 권선부(10) 내의 추가적인 길이 방향 채널을 지나 유동하는 것을 특징으로 하는,
    선박 추진 시스템.
  29. 제 14 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 유동(32)은 냉각 공기 유동인 것을 특징으로 하는,
    선박 추진 시스템.
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