KR20000022538A - 싱크로너스 모터를 갖는 유선형으로 설치되는 선체 추진장치 - Google Patents

싱크로너스 모터를 갖는 유선형으로 설치되는 선체 추진장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선체 추진장치에 관한 것으로, 싱크로너스 모터(7, 10)를 갖는, 선체의 밑면에 유선형으로 배치된 하우징(1)으로 이루어진 선체 추진기에서 약 10 MK의 추진력에서 추진 효율을 향상시키기 위해 싱크로너스 모터의 회전자(10)가 영구자석으로 여기된 회전자로 형성되고 싱크로너스 모터의 고정자(7)가 하우징벽을 통한 냉각을 위해 포지티브하게 하우징 내에 끼워진다. 이 경우 각 와인딩 헤드(8, 9)에 송풍기(12) 또는 스프레이어(13) 형태의 추가 냉각장치가 제공될 수 있다. 본 발명에 따라 상기 방식의 추진장치에서 추진 효율이 향상된다.

Description

싱크로너스 모터를 갖는 유선형으로 설치되는 선체 추진장치
공지된 상기 방식의 선체 추진장치에서는 단락 회전자를 갖는 삼상 교류 모터가 모터로서 사용되고, 이 경우 회전자가 중공 샤프트상에 놓이고, 상기 중공 샤프트는 커플링에 의해 중공 샤프트 내에 있는 구동 샤프트와 연결된다. 구동 샤프트는 프로펠러와 직접 연결된다. 상기 선체 추진장치에서 모터의 고정자는 파이프 형태의 하우징에 의해 감싸지고, 상기 하우징은 하우징측에서 선체 밑면에 고정되는 유선형 하우징의 파이프 행거 형태의 하우징부 내부로 끼워진다. 회전자의 베어링을 포함한 모터의 냉각은 선체에 설치된 탱크에서 모터 하우징으로 펌핑되고 순환되는 담수에 의해 이루어진다(US-A 2 714 866).
10 MK 및 그 이상의 추진력으로 설계될 수 있는 공지된 상기 방식의 다른 선체 추진장치에서 고정자를 가진 다이너모 엘렉트릭 모터(dynamo electric motor)는 외벽을 둘러싸는 하우징에 있는 방사형으로 배치된 웹 플레이트(web plate)를 통해 지지된다; 여기에 사용되는 웹 플레이트는 동시에 선체에서 빠져나오는 가스 형태의 냉각 매체를 위한 냉각관의 형성에 사용된다. - 모터로서는 통상적으로 단락 회전자를 가진 싱크로너스 모터가 사용되고, 이 경우 회전자는 빈공간이 형성되고 물이 관류하는 구동 샤프트의 설치에 의해 부가로 냉각될 수 있다. 상기 방식의 추진장치에서는 추진 하우징의 최대 직경과 프로펠러 직경 사이의 비율이 0.65보다 적게 선택되도록, 바람직하게는 0.4 내지 0.5의 범위에 있도록 해야 한다. 이 경우 프로펠러 직경은 임의로 크게 선택될 수 있다는 것을 고려해야 한다. - 언급한 외경 비율은 추진 효율에 영향을 미친다; 언급한 직경 비율이 작으면 작을수록 상기 추진 효율은 점점 커진다(US-A 5 403 216; 1994년 4월 27일 Gothenburg의 "RoRo 94" 회의에서의 Fa, Kvaerner Masa-Yard의 발표문 "A new generation of standard diesel-elektric RoRo ferry").
수중에서 작동하는 전기 모터의 냉각에 대해서는 또한 하우징 벽 영역에서 축방향으로 놓여있는 냉각채널에서 주위를 둘러싼 물에 열이 제공되도록 냉각 매체로 사용되는 절연 오일을 순환 과정에서 펌핑하는 것이 공지되어 있다(US-A 862 122). - 외부에 설치된 고성능(1 내지 2 MK) 회전류 모터는 또한 냉각 팬에 의해 형성된 공기흐름이 하우징 벽의 종방향으로 유도됨으로써 모터를 냉각하는 것이 공지되어 있다(DE-Z "Siemens-Z.", 1966, 제 40호, 13ff 페이지).
본 발명은 선체 추진장치에 관한 것이며, 적어도 하나의 프로펠러를 직접 구동시키기 위해서 선체 밑면에 설치되는 하우징의 유체 저항을 덜 받도록 형성된 하우징부에 위치하는 싱크로너스 모터의 제조에 이용될 수 있다.
도 1은 고정자 와인딩 헤드의 공냉 장치를 갖는 추진장치의 개략적인 종단면도이고,
도 2는 와인딩 헤드의 스프레이 냉각 장치를 갖는 추진장치의 개략적인 종단면도이다.
본 발명이 목적은 청구항 제 1항의 전제부의 특징(US-A 5 403 216)을 갖는 선체 추진장치에서 출발하여, 상기 방식의 추진장치에서의 추진 효율을 향상시키는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따라, 싱크로너스 모터의 회전자가 영구자석으로 여기된 회전자로 형성되고 싱크로너스 모터의 고정자가 하우징을 둘러싸는 물에 의한 냉각을 위해 포지티브하게 유체 저항을 덜 받도록 형성된 하우징부 내부에 끼워진다.
상기 방식에 따른 추진장치의 형성에서 싱크로너스 모터의 냉각을 위해 요구되는 비용은 고정자 및 회전자의 형성에 의해 최소화되고, 이에 의해 동시에 싱크로너스 모터의 방사형 필요공간도 축소된다. 이는 추진장치의 외경과 프로펠러의 외경 사이의 바람직한 비율을 가져오므로 추진장치가 향상된 추진 효율을 갖게 된다. 특히 본 발명에 따른 조치에 의해 선체 추진장치는 프로펠러의 외경에 대한 유체 저항을 덜 받도록 형성된 하우징부의 외경의 비율이 0.4 이하가 되게 제작될 수 있다.
싱크로너스 모터 특히, 약 30 KW의 추진력을 갖는 엘렉트릭 머신에 단락 회전자 또는 슬립링을 통해 분리 여기된 회전자 대신 영구자석으로 여기된 회전자가 사용되는 것은 공지되어 있다(Siemens-Z. 1975, 제 49호, 페이지 368 - 374). 약 2 내지 5 MK의 추진력을 갖는 상기 방식의 모터는 이미 잠수함 프로펠러 구동장치에도 적용되고 있고, 이 경우 축방향으로 매우 짧게 형성된 모터가 선체 내부에 설치된다. 상기 모터에는 각각 특수 사마륨-코발트-합금으로 된 다수의 영구자석으로 이루어진 회전자의 극편(pole shoe)이 형성되고 극성에 의해 접착된다. 상기 모터의 고정자 플레이트 패킷은 담수가 관류하는 2개의 냉각링으로 둘러싸인다. 담수는 열교환기에서 바닷물에 의해 재 냉각된다(Siemens AG의 안내서, "PERMASYN-Motoren fuer U-Boot-Propellerantriebe", 주문 번호 E 10 001-A930-A29).
본 발명에 따라 형성된 전술한 성능(5 내지 10 MW 이상)을 가진 선체 추진장치가 장착되면 와인딩 헤드의 효과적인 냉각도 이루어질 수 있다. 이 경우 본 발명에 따라 고정자 각각의 와인딩 헤드에 추가 냉각장치가 설치된다. 냉각장치로 와인딩 헤드 내부의 회전자 샤프트상에 배치된 송풍기가 선택될 때, 또는 분사구가 제공되는, 내부공간이 펌프에 의해 회전자 샤프트의 아래에 위치하는 절연 오일통과 연결되는, 횡단면이 파이프 형태의 링이 각 와인딩 헤드의 전면에 배치될 때, 상기 추가 냉각장치는 모터 구조에 의해 필히 존재하게되는 내부공간에 특별한 부가 비용 없이 설치된다. 상기 2가지 변형예에서 열은 냉각 매체로부터 - 냉각 매체가 공기 또는 절연 오일인 경우 - 고정자에서와 동일한 방식으로 모터의 외부를 둘러싸는 하우징 벽을 통해 방출된다.
첨부한 도면을 참고로 본 발명의 실시예를 구체적으로 살펴보면 하기와 같다.
추진장치는 도 1에 따라 유체 저항을 덜 받도록 형성된 유선형의 하우징부(1) 및 그 안에 설치된, 고정자(7) 및 회전자(10)로 이루어진 싱크로너스 모터 그리고 샤프트(20)로 이루어지며 상기 샤프트(20)에 의해 추진장치가 선체 바닥에 유선형으로 고정될 수 있다. 하우징부(1)는 구동 샤프트(5)의 베어링을 지지하는 단부 실드(3, 4)로 이루어진다. 추진 샤프트의 한 단부에는 프로펠러(6)가 배치된다.
싱크로너스 모터의 고정자(7)는 포지티브하게 중공 실린더형의 하우징부에 끼워지며, 예를 들어 상기 하우징부는 고정자 플레이트 패킷상에 가열되어 끼워진다. 고정자의 코일은 와인딩 헤드 (8 및 9)에서 보여질 수 있다. 싱크로너스 모터의 회전자(10)는 공지된 방식으로 영구자석으로 여기된 회전자로 형성되며 지지 구조물(11)에 의해 구동 샤프트(5)상에 놓여진다. 지지 구조물(11)에는 축방향 관통구(16)가 제공된다.
양 와인딩 헤드(8 및 9) 내부의 구동 샤프트(5)상에는 각각 송풍기(12)가 배치된다. 송풍기에 의해 싱크로너스 모터의 내부공간에 있는 공기는 뒤섞여 소용돌이치고 이때 와인딩 헤드 (8 및 9)를 순환한다. 싱크로너스 모터 전체의 냉각은 선체의 운행시 순환하는 물에 열을 제공하는 중공 실린더형의 하우징(2)을 통해 이루어진다.
도 2에 따른 실시예에서 와인딩 헤드 (8 및 9)의 냉각을 위해 와인딩 헤드의 전면에 각각 횡단면이 파이프 형태인 링(13)이 배치되며, 상기 링(13)에는 와인딩 헤드 방향으로 스프레이 개구가 제공된다. 상기 스프레이 개구를 통해 절연 오일이 분사될 수 있고, 상기 오일은 오일통(14)으로서 구동 샤프트(5) 아래에 위치하며 거기서부터 각각 하우징부(1)의 외부에 배치된 펌프에 의해 링(13)으로 펌핑된다. 열은 절연 오일로 된 오일통(14)에서 도 1에 따른 소용돌이 공기에서와 마찬가지로 하우징부(1)를 통해 방출된다. - 오일통(14)은 모터의 공기틈을 포함해서는 안된다. - 스프레이링(13)은 추가로 또는 대안으로 송풍기(12)에 제공될 수 있다.
고정자를 가진 싱크로너스 제너레이터가 유체 저항을 덜 받도록 형성된 하우징부(1)에 포지티브하게 끼워지고, 영구자석으로 여기된 회전자(10)가 단락 회전자보다 더 적은 방사형 공간을 필요로 함으로써, 하우징부(1)가 비교적 작은 외경(d)을 가지며, 따라서 싱크로너스 모터가 2 내지 20 MK 및 그 이상의 추진력으로 설계되더라도 하우징(1)부의 외경(d)과 프로펠러(6)의 외경(D) 사이의 비율이 예를 들어 0.35의 비교적 작은 값을 갖게 된다.
새로운 추진장치의 형성은, 추진기가 선체에 고정되거나 또는 회전 가능하게 설치되는 것과 무관하다. 상기 추진장치는 따라서 소위 쇼텔 추진장치에도 알맞다.

Claims (6)

  1. 싱크로너스 모터를 수용하기 위한 유체 저항을 덜 받도록 형성된 하우징부를 갖는, 선체 밑면에 유선형으로 배치된 하우징으로 이루어지고, 회전자를 지지하는 상기 싱크로너스 모터의 샤프트에 적어도 하나의 프로펠러가 연결되며, 싱크로너스 모터의 고정자가 유체 저항을 덜 받도록 형성된 하우징부에 고정 배치되고 상기 고정자에 냉각장치가 배치되도록 구성된, 선체용 전기 추진장치에 있어서, 싱크로너스 모터의 회전자(10)가 영구자석으로 여기되는 회전자로 형성되고, 싱크로너스 모터의 고정자(7)가 하우징을 순환하는 물을 통한 냉각을 위해 유체 저항을 덜 받도록 형성된 하우징부(2, 3, 4)에 포지티브하게 끼워지는 것을 특징으로 하는 추진장치.
  2. 제 1항에 있어서, 고정자(7)의 각 와인딩 헤드(8, 9)에 추가 냉각장치(12, 13)가 설치되는 것을 특징으로 하는 추진장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 추가 냉각 장치는 각각의 와인딩 헤드(8, 9) 내부의 회전자 샤프트(5)상에 배치된 송풍기(12)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 추진장치.
  4. 제 2항에 있어서, 각 와인딩 헤드(8, 9) 전면에 횡단면이 파이프 형태인 링(13)이 배치되며, 상기 링(13)에 분사구가 제공되고 그 내부 공간이 펌프(15)에 의해 회전자 샤프트 아래에 위치하는 절연 오일통(14)에 연결되는 것을 특징으로 하는 추진장치.
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 저항을 덜 받도록 형성된 하우징부(1)의 외경이 프로펠러(6) 외경(D)의 최대 40%인 것을 특징으로 하는 추진장치.
  6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징부(1)의 중공 실린더 형태 부분(2)이 고정자 플레이트 패킷(7)상에 가열되어 끼워지는 것을 특징으로 하는 추진장치.
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