PT2106998E

PT2106998E - Submarine

Info

Publication number: PT2106998E
Application number: PT09002562T
Authority: PT
Inventors: Hartmut Angenendt
Original assignee: Howaldtswerke Deutsche Werft
Priority date: 2008-04-05
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2013-08-26
Also published as: ES2423184T3; EP2106998A1; DE102008017460A1; EP2106998B1

Description

ΕΡ 2 106 998 /PTΕΡ 2 106 998 / EN

DESCRIÇÃO "Submarino" O invento refere-se a um submarino com as caracteristicas mencionadas no preâmbulo da reivindicação 1. O submarino pertence ao estado da técnica dos submarinos que são accionados por um motor eléctrico de propulsão instalado no casco de pressão do submarino. A energia mecânica gerada a partir do motor de propulsão é transmitida por um veio a uma hélice, disposta no exterior do casco de pressão do submarino. Um veio deste género está normalmente ligado com o motor de propulsão por intermédio de um acoplamento elástico e guiado através de uma passagem pelo casco de pressão do submarino até à hélice.DESCRIPTION " Submarine " The invention relates to a submarine having the features mentioned in the preamble of claim 1. The submarine belongs to the state of the art of submarines which are driven by an electric propulsion motor installed in the submarine pressure hull. The mechanical energy generated from the propulsion motor is transmitted by a shaft to a propeller, arranged on the outside of the submarine's pressure hull. A shaft of this kind is normally connected with the propulsion motor by means of an elastic coupling and guided through a passageway by the pressure hull of the submarine to the propeller.

De modo caracteristico o veio deve, ao longo da passagem pelo casco de pressão ser vedado em relação à pressão exterior existente, quando a uma profundidade de imersão máxima, o que requer um custo elevado de construção. Além disso, a vedação necessária para o efeito tem a desvantagem de, para garantir a estanqueidade à pressão também a uma profundidade máxima de imersão, pressionar com força considerável o veio, o que por sua vez resulta em perdas de energia relativamente elevadas, quando da transmissão de energia do motor de propulsão para a hélice.Characteristically, the shaft must be sealed along the passage through the pressure hull in relation to the existing external pressure when at a maximum immersion depth, which requires a high construction cost. In addition, the necessary seal for this purpose has the disadvantage that, in order to ensure the tightness to the pressure also at a maximum immersion depth, to press with considerable force the shaft, which in turn results in relatively high energy losses, when transmission of power from the propulsion engine to the propeller.

Estes problemas, inerentes à passagem pelo casco de pressão do veio da hélice, aparecem também com os sistemas de accionamento para lemes de direcção e de profundidade de submarinos, nos quais para a regulação das pás do leme são guiados através do casco de pressão componentes móveis. É conhecido, no entanto, a partir de DE 103 49 591 B4 um sistema de lemes, no qual o mecanismo de controlo se encontra instalado no exterior do casco de pressão, de modo que não é necessária uma passagem pelo casco de pressão, contudo este sistema de lemes, tal como todos os sistemas de lemes equipados com pás de leme, apresenta a desvantagem de se tornar necessário para o leme um movimento do submarino ao longo do seu eixo longitudinal, dado que as forças de leme só podem surgir quando de um escoamento nas pás de leme. 2These problems, inherent to the hull passage of the propeller shaft, also appear with the steering and depth control systems for submarines, in which, for the adjustment of the steering blades, the mobile components are guided through the hull . It is known, however, from DE 103 49 591 B4 a rudder system, in which the control mechanism is installed on the outside of the pressure hull, so that a passage through the pressure hull is not necessary, however this such as all rudder-equipped rudder systems, has the disadvantage that a movement of the submarine along its longitudinal axis becomes necessary for the rudder, since rudder forces can arise only flow on the wheel blades. 2

ΕΡ 2 106 998 /PT A partir de DE 2 302 062 A, DE 2 001 510 bem como da DE 1 895 486 são conhecidos accionamentos para submarinos, os quais estão instalados no exterior do casco de pressão. Para estes accionamentos estão previstos invólucros, os quais estão dispostos de modo espaçado do casco de pressão. Principalmente nos submarinos utilizados para fins militares estes accionamentos não são adequados, uma vez que a sua disposição provoca grandes assinaturas de identificação, as quais podem eventualmente conduzir a uma detecção do submarino. A partir de US 5,607,329 A, US 3,101,066 A, consideradas como o estado da técnica mais próximo, e de US 5,941,77 A são conhecidos submarinos, os quais apresentam como propulsão um motor de rotor externo. Para o comando do submarino conhecido a partir da US 5,607,329 A é necessário um sistema de lemes separado. Quanto ao submarino conhecido a partir da US 3,101,066 A estão previstas duas unidades de hélices de propulsão, das quais uma primeira unidade está instalada na zona da proa e uma segunda na zona da popa do submarino. É realizado um comando destes submarinos quando as duas unidades de hélices de propulsão são operadas em sentidos opostos, em que pode ser também alterada a posição das pás das hélices. No submarino conhecido a partir da US 5,941,77 A, uma zona da popa, disposta no exterior do casco de pressão, na qual também está instalada a propulsão de hélice, é basculada obliquamente em relação ao eixo longitudinal do submarino por meio de um accionamento independente, para comando do submarino.From DE 2 302 062 A, DE 2 001 510 as well as from DE 1 895 486 are known submarine drives, which are installed on the outside of the pressure hull. For these drives, wrappers are provided, which are arranged spaced apart from the pressure hull. Especially in submarines used for military purposes these drives are not suitable, since their provision causes large signatures of identification, which may possibly lead to a detection of the submarine. From US 5,607,329 A, US 3,101,066 A, considered as the closest state of the art, and US 5,941,77 A are known submarines, which are propelled by an external rotor motor. A separate rudder system is required for the command of the known submarine from US 5,607,329. As for the submarine known from US 3,101,066 A, two propeller propeller units are planned, of which a first unit is installed in the area of the bow and a second in the area of the stern of the submarine. A command of these submarines is performed when the two propeller propeller units are operated in opposite directions, wherein the position of the propeller blades can also be changed. In the known submarine from US 5,941.77 A, an area of the stern disposed outside the pressure hull on which the propeller propulsion is also installed is tilted obliquely with respect to the longitudinal axis of the submarine by means of a drive independent, for submarine command.

Perante esta situação, o invento tem por objectivo desenvolver um submarino, o qual em comparação com os submarinos conhecidos até à data, com accionamento eléctrico, apresenta um accionamento aperfeiçoado e, no desenvolvimento do invento, propriedades melhoradas do sistema de leme. O invento consegue este objectivo por intermédio de um submarino com as caracteristicas mencionadas na reivindicação 1, sendo os aperfeiçoamentos favoráveis do invento mencionados nas reivindicações subsequentes, na descrição que se segue bem como nos desenhos. 3In view of this situation, the invention aims to develop a submarine, which in comparison with the submarines known to date, with electric drive, presents an improved drive and, in the development of the invention, improved properties of the rudder system. The invention achieves this object by means of a submarine having the features mentioned in claim 1, the favorable improvements of the invention being mentioned in the following claims, in the following description as well as in the drawings. 3

ΕΡ 2 106 998 /PT Ο submarino de acordo com o invento, trata-se neste caso nomeadamente de um submarino militar, apresenta um casco de pressão e está equipado com uma hélice accionada por um motor eléctrico de propulsão. De acordo com o invento este motor de propulsão está instalado fora do interior do casco de pressão. Deste modo não se torna necessário prever uma passagem pelo casco de pressão para o veio da hélice, o que provoca um ponto fraco. Deste modo, a vedação do veio da hélice em relação ao casco de pressão, necessária até à data, na zona de uma passagem pelo casco de pressão torna-se também supérflua, pelo que também são anuladas as perdas de potência inerentes, quando é feita a transmissão de potência a partir do motor de propulsão para a hélice. Além disso a instalação do motor de propulsão fora do interior do casco de pressão significa um considerável ganho de espaço no casco de pressão, o que devido ao limitado espaço disponível no submarino tem uma importância particularmente vantajosa.In this case, in particular, this is a military submarine, it has a pressure hull and is equipped with a propeller driven by an electric propulsion motor. According to the invention this propulsion motor is installed outside the interior of the pressure hull. In this way it is not necessary to provide for a passage through the pressure hull to the propeller shaft, which causes a weak point. Thus, the sealing of the propeller shaft with respect to the pressure hull required to date in the area of a passageway by the pressure hull also becomes superfluous, whereby inherent power losses are also negated when the transmission of power from the propulsion engine to the propeller. Furthermore, the installation of the propulsion engine outside the interior of the pressure hull means a considerable gain of space in the pressure hull, which due to the limited space available in the submarine is of particularly advantageous importance.

Para poder prescindir de sistemas de leme adicionais para o comando de direcção e o comando de profundidade, no submarino de acordo com o invento, a hélice forma um sistema de leme. Consequentemente a hélice está concebida de tal modo que a mesma não só realiza o avanço do submarino na direcção ao seu eixo longitudinal, mas permite também quaisquer movimentos do submarino no sentido transversal para com este eixo longitudinal. 0 motor de propulsão do submarino de acordo com o invento está configurado como um motor de rotor exterior. Isto é, o rotor com movimento rotativo do motor eléctrico de propulsão, ao qual está ligada normalmente a hélice, envolve perifericamente o seu estator fixo. Em principio, o motor eléctrico de propulsão pode ser concebido ou como um motor assíncrono ou como um motor síncrono. Dado que para a alimentação de energia em submarinos é utilizada normalmente uma rede de corrente contínua, de preferência, o motor de propulsão é, no entanto, um motor síncrono e, de modo particularmente favorável, um motor síncrono de um modelo de rotor externo, no qual o rotor externo com forma de anel, está permanentemente magnetizado, apresentando, imanes permanentes, de preferência, instalados com distribuição em torno da sua periferia para a produção do campo de excitação, 4In order to dispense with additional steering systems for the steering control and the depth control, in the submarine according to the invention, the propeller forms a rudder system. Accordingly, the propeller is designed in such a way that it not only advances the submarine towards its longitudinal axis, but also allows any movement of the submarine transversely towards this longitudinal axis. The submarine propulsion engine according to the invention is configured as an outdoor rotor motor. That is, the rotary rotor of the electric propulsion motor, to which the propeller is normally attached, peripherally surrounds its fixed stator. In principle, the electric propulsion motor may be designed either as an asynchronous motor or as a synchronous motor. Since a dc network is normally used for powering submarines, the propulsion motor is, however, a synchronous motor and, in a particularly favorable way, a synchronous motor of an external rotor model, in which the ring-shaped external rotor is permanently magnetized, having, preferably, permanent magnets installed with distribution around its periphery for the production of the excitation field,

ΕΡ 2 106 998 /PT enquanto que o estator, em torno da sua periferia exterior, suporta as bobinas distribuídas, alimentadas por corrente eléctrica. O motor síncrono ou as bobinas do estator são alimentadas, de modo adequado, com enerqia eléctrica por intermédio de um ondulador, a partir da rede de corrente contínua do submarino, em que o ondulador pode formar uma unidade estrutural com o motor síncrono como também pode estar instalado afastado do motor síncrono.While the stator, around its outer periphery, supports the distributed coils, powered by electric current. The synchronous motor or stator coils are suitably supplied with electrical power by means of an inverter from the submarine's direct current network, wherein the inverter can form a structural unit with the synchronous motor as well as installed away from the synchronous motor.

No submarino de acordo com o invento o rotor do motor de propulsão forma, de modo vantajoso, uma parte da hélice. Neste caso podem estar instaladas, no lado periférico exterior do rotor rotativo, distribuídas ao longo da sua periferia, pás da hélice, de preferência, orientadas no sentido radial em relação ao rotor, para a realização de um avanço. Isto é, neste aperfeiçoamento o motor de propulsão e a hélice formam praticamente uma unidade construtiva, de modo que não se tornam necessários meios adicionais. 0 estator do motor de propulsão está, de acordo com o invento, integrado na parede o casco de pressão. Consequentemente o casco de pressão pode, nesta configuração, apresentar no seu lado exterior uma reentrância anelar, que se prolonga por toda a periferia do casco de pressão, na qual está também fixo, por meio de uma ligação soldada, o estator com forma anelar, o qual apresenta, de preferência, várias bobinas dispostas, de preferência, lado a lado para a produção de um campo magnético que se desloca na periferia do estator. o rotor do motor de propulsão está normalmente instalado no lado exterior do estator, isto é, no lado exterior da periferia exterior do estator, estando, de modo vantajoso, o rotor também integrado na parede do casco de pressão. Para a produção da assinatura de identificação do submarino com de propriedade tão boas quanto possíveis, neste caso está previsto que o lado exterior do rotor esteja, de preferência, alinhado com o lado exterior do casco de pressão, isto é, o rotor e as zonas da parede do casco de pressão que envolvem o rotor formam em conjunto um lado exterior do submarino substancialmente liso, no qual apenas sobressaem radialmente as pás de hélice, dispostas na periferia exterior do rotor. A reentrância da parede do casco de pressão, na qual se encontra integrado o rotor apoiado de modo rotativo no 5In the submarine according to the invention the rotor of the propulsion motor advantageously forms a part of the propeller. In this case, propeller blades, preferably oriented in the radial direction relative to the rotor, may be installed, on the outer peripheral side of the rotating rotor, to provide an advance. That is, in this improvement the propulsion engine and the propeller form substantially a constructional unit, so that no additional means are necessary. The stator of the propulsion engine is, according to the invention, integral with the wall of the pressure hull. Accordingly, the pressure hull may, in this configuration, have on its outer side an annular recess extending throughout the periphery of the pressure hull, in which the annular stator is also fixed by means of a welded connection, which preferably has several coils preferably arranged side by side for the production of a magnetic field moving at the periphery of the stator. the rotor of the propulsion motor is normally installed on the outer side of the stator, i.e. on the outer side of the outer periphery of the stator, the rotor also being advantageously integrated in the wall of the pressure hull. In order to produce the identification signature of the submarine with property as good as possible, in this case it is provided that the outer side of the rotor is preferably aligned with the outer side of the pressure hull, i.e., the rotor and the zones of the pressure hull wall surrounding the rotor together form an outer side of the substantially smooth submarine in which only the propeller blades are radially protruded on the outer periphery of the rotor. The recess of the wall of the pressure hull, in which the rotor is rotatably supported on the fifth

ΕΡ 2 106 998 /PT estator, está apropriadamente configurada de tal modo que o rotor quando submetido também a uma força de avanço máxima da hélice não se pode deslocar no sentido axial.Is properly configured such that the rotor when subjected to a maximum propeller feed force can not move in the axial direction.

Para a formação de um sistema de leme, a hélice apresenta, de modo vantajoso pás de hélice, cujo ângulo de ataque, isto é, cuja orientação é alterável no sentido transversal em relação à sua dimensão longitudinal.For the formation of a rudder system, the propeller advantageously has propeller blades whose angle of attack, i.e. whose orientation is changeable in the transverse direction with respect to its longitudinal dimension.

Para a alteração dos seus ângulos de ataque as pás de hélice individuais são de modo vantajoso controláveis individualmente. Isto permite qualquer movimento do submarino no sentido transversal em relação ao seu eixo longitudinal, movimentos tanto no sentido horizontal, como no sentido vertical. Neste caso ao contrário dos sistemas de leme utilizados até à data são também possíveis movimentos horizontais no sentido transversal do submarino, quando o submarino não exerce qualquer avanço em direcção do seu eixo longitudinal.For altering their angles of attack the individual propeller blades are advantageously controllable individually. This allows any movement of the submarine in the transverse direction relative to its longitudinal axis, movements in both the horizontal and vertical directions. In this case unlike the rudder systems used to date, horizontal movements in the transverse direction of the submarine are also possible, when the submarine does not make any advance towards its longitudinal axis.

As forças de controlo necessárias para um determinado movimento lateral ou de profundidade podem, quando de um correspondente ângulo de ataque, serem produzidas apenas pelas pás da hélice, as quais, quando da rotação do rotor se encontrem numa determinada zona do rotor, enquanto que as restantes pás de hélice, quando do mesmo ângulo de ataque deste movimento, contrariam tal movimento. Por este motivo está previsto, de modo vantajoso, que o ângulo de ataque das pás de hélice seja alterável individualmente em função da posição periférica no rotor. De modo semelhante à regulação da pá de rotor de um helicóptero, devido ao movimento rotativo do rotor efectua-se ciclicamente a alteração do ângulo de ataque das pás individuais de hélice.The control forces required for a given lateral or depth movement may, at a corresponding angle of attack, be produced only by the propeller blades, which, when rotating the rotor, are located in a given region of the rotor. remaining propeller blades, when at the same angle of attack of this movement, counteract such movement. For this reason it is advantageously provided that the angle of attack of the propeller blades is individually adjustable as a function of the peripheral position in the rotor. Similar to the regulation of the rotor blade of a helicopter, due to the rotational movement of the rotor, the angle of attack of the individual propeller blades is changed cyclically.

Para poder alterar o ângulo de ataque das pás de hélice estas estão, de modo vantajoso, acopladas, no que se refere ao movimento, a um sistema de regulação electromagnético. De preferência, cada pá de hélice está acoplada, no que se refere ao movimento, a um sistema de regulação próprio, isto é cada pá de hélice está respectivamente acoplada no que se ao movimento a um íman permanente, em que cada um dos imanes permanentes é deslocável por controlo de uma das várias 6In order to be able to change the angle of attack of the propeller blades these are advantageously coupled, with respect to movement, to an electromagnetic adjustment system. Preferably, each propeller blade is coupled, with respect to movement, to a self-adjusting system, i.e. each propeller blade is respectively coupled as to movement to a permanent magnet, wherein each of the permanent magnets is moveable by control of one of the several 6

ΕΡ 2 106 998 /PT bobinas, dispostas de modo distribuído na periferia do casco de pressão, as quais são, respectivamente, excitadas por um gerador de impulsos de tensão.And coils arranged in a distributed manner on the periphery of the pressure hull, which are respectively driven by a voltage pulse generator.

De modo apropriado o sistema de regulação está também integrado na parede do casco de pressão. Neste contexto é, por exemplo, possível dispor de modo fixo as bobinas do sistema de regulação na reentrância que serve para acolher o motor de propulsão no lado exterior do casco de pressão no sentido longitudinal do submarino, espaçado do estator do motor de propulsão, em que os imanes permanentes do sistema de regulação estão dispostos de tal modo acoplados que a sua posição, na direcção da dimensão longitudinal do submarino, corresponde à posição das bobinas do sistema de regulação no que se refere ao movimento com o rotor do motor de propulsão.The regulating system is also suitably integrated in the wall of the pressure hull. In this context, it is possible, for example, to arrange the coils of the regulating system in the recess which serves to receive the propulsion motor on the outer side of the pressure hull in the longitudinal direction of the submarine, spaced apart from the stator of the propulsion engine, in a fixed manner. that the permanent magnets of the adjustment system are so coupled that their position in the direction of the longitudinal dimension of the submarine corresponds to the position of the coils of the adjustment system with respect to the movement with the rotor of the propulsion motor.

De modo vantajoso, o sistema de regulação do submarino, de acordo com o invento, é formado, portanto, por várias bobinas, instaladas de modo fixo na parede do casco de pressão, e por um íman permanente, instalado de modo deslocável no exterior da bobina no rotor do motor de propulsão no sentido periférico do casco de pressão, em que nesta configuração o íman permanente está acoplado, por intermédio de um mecanismo de transmissão, no que se refere ao movimento à pá de hélice. Como mecanismo de transmissão pode estar, por exemplo, previsto um mecanismo de alavanca na forma de um mecanismo articulado, o qual transforma o movimento de translação dos imanes permanentes num movimento rotativo da pá de hélice em torno do seu eixo longitudinal. No sistema de regulação o mecanismo de transmissão está concebido de tal modo e o trajecto do movimento dos imanes permanentes está dimensionado de tal modo que a pá de hélice pode ser ajustada numa gama angular de 0o até 90° em relação à direcção do movimento do rotor. O invento é explicado a seguir em pormenor, com base num exemplo de realização representado nos desenhos. Os desenhos mostram: na Fig. 1 uma vista lateral esquemática simplificada de um submarino de acordo com o invento, 7Advantageously, the submarine control system according to the invention is thus formed by several coils, fixedly installed in the wall of the pressure hull, and by a permanent magnet, displaceably installed on the outside of the hull. in which the permanent magnet is coupled by means of a transmission mechanism with respect to the movement to the propeller blade. As a transmission mechanism there may for example be provided a lever mechanism in the form of a hinged mechanism which transforms the translation movement of the permanent magnets into a rotational movement of the propeller blade about its longitudinal axis. In the regulating system the transmission mechanism is designed in such a way and the movement path of the permanent magnets is dimensioned such that the propeller blade can be adjusted in an angular range of 0 ° to 90 ° with respect to the direction of movement of the rotor . The invention is explained in more detail below, based on an example of embodiment shown in the drawings. The drawings show: in Fig. 1 a simplified schematic side view of a submarine according to the invention, 7

ΕΡ 2 106 998 /PT na Fig. 2 uma vista esquemática em corte de uma zona da parede do casco de pressão com um motor de propulsão instalado na mesma, na Fig. 3 uma vista lateral esquemática, muito simplificada, de um rotor do motor de propulsão com pás de hélice aplicadas no mesmo e o seu acoplamento com movimento a um sistema de regulação, e na Fig. 4 uma vista da popa, numa representação esquemática muito simplificada, do submarino de acordo com o invento. A Fig. 1 mostra um submarino com um casco de pressão 2, no qual se encontra integrado um motor eléctrico de propulsão 4 do submarino no lado exterior na parede do casco de pressão 2, na zona da popa 3 do submarino. O motor de propulsão 4 é concebido como um motor de rotor externo, apresentando portanto um rotor 6 rotativo, o qual está disposto no exterior em torno de um estator 8 fixo. 0 lado exterior do rotor 6 está, alinhado com o lado exterior do casco de pressão 2, em que o lado exterior do rotor 6 apresenta um arredondamento correspondente ao contorno exterior do casco de pressão 2. Devido a esta configuração o motor de propulsão 4 não influencia o escoamento envolvente e deste modo também não a assinatura de identificação do submarino. No lado exterior do rotor anelar 6 estão distribuídas em intervalos regulares várias pás de hélice 10 ao longo da sua periferia, as quais, como a seguir ainda será explicado em pormenor, além da propulsão do submarino na direcção da sua dimensão longitudinal também servem para o comando do submarino, permitindo deste modo movimentos do submarino no sentido transversal em relação à sua dimensão longitudinal. Os eixos longitudinais A das pás de hélice 10 prolongam-se aproximadamente no sentido radial para fora a partir do rotor 6.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a wall area of the pressure hull with a propulsion engine installed therein; FIG. 3 is a schematic, simplified side view of an engine rotor propeller blades applied thereto and their engagement with movement to a control system, and in Fig. 4 a stern view, in a very simplified schematic representation, of the submarine according to the invention. Fig. 1 shows a submarine with a pressure hull 2, in which an electric propulsion motor 4 of the submarine is integrated in the outer side in the wall of the pressure hull 2, in the area of the stern 3 of the submarine. The propulsion motor 4 is designed as an external rotor motor, thus having a rotatable rotor 6, which is disposed externally about a stator 8 fixed. The outer side of the rotor 6 is aligned with the outer side of the pressure hull 2, wherein the outer side of the rotor 6 has a rounding corresponding to the outer contour of the pressure hull 2. Due to this configuration the propulsion motor 4 is not influences the surrounding flow and thus not the submarine identification signature. On the outer side of the annular rotor 6 a plurality of propeller blades 10 are distributed at regular intervals along their periphery, which, as will be further explained below, in addition to the propulsion of the submarine towards its longitudinal dimension also serve for the command of the submarine, thus allowing movements of the submarine transversely in relation to its longitudinal dimension. The longitudinal axes A of the propeller blades 10 extend approximately radially outwardly from the rotor 6.

Para acolher o motor de propulsão 4 é formada, no lado exterior da parede do casco de pressão 2, uma reentrância anelar 12 (Fig. 2), que se prolonga ao longo de toda a periferia do casco de pressão 2. Nesta reentrância 12 8To receive the propulsion motor 4, an annular recess 12 (Fig. 2) is formed on the outer side of the wall of the pressure hull 2, which extends along the entire periphery of the pressure hull 2. In this recess 12 8

ΕΡ 2 106 998 /PT encontra-se instalado de modo fixo o estator 8, também anelar, do motor de propulsão 4. 0 estator 8 apresenta uma multiplicidade de bobinas 14, distribuídas uniformemente na sua periferia. Estas bobinas 14 são alimentadas com energia eléctrica por intermédio de um ondulador a partir da rede de corrente contínua do submarino, para a propulsão ou para o comando do submarino. No sentido radial do casco de pressão 2, no lado exterior das bobinas 14, o estator 8 apresenta um corte 16 tipo ranhura, o qual se prolonga ao longo de toda a periferia do estator 8 radialmente em direcção ao centro do casco de pressão 2. Neste corte 16 engata uma secção do rotor 6 do motor de propulsão 4, na qual está disposta uma multiplicidade de imanes permanentes 18, distribuídos uniformemente ao longo da periferia do rotor 6, de modo corresponde à posição das bobinas 14 do estator 8. Para a formação de um circuito magnético com os imanes permanentes 18 do rotor 6 está associado às bobinas 14 do estator 8 um elemento de estribo 20. A secção transversal do elemento de estribo 20 tem a forma de um caixilho rectangular aberto num dos lados, em cujo interior estão dispostas as bobinas 14, em que os lados livres do elemento de estribo 20 incluem também imanes permanentes 18, dispostos no lado exterior das bobinas 14. A partir do ondulador, as bobinas 14 do estator 8 são deste modo alimentadas em tensão, de modo que se forma um campo magnético que se desloca em torno da periferia do estator 8, o qual estimula um movimento de rotação dos imanes permanentes 18 e consequentemente também do rotor 6 com as pás de hélice 10 dispostas no mesmo. O número de rotações e o sentido de rotação deste movimento de rotação podem ser ajustados por intermédio de um determinado comando do ondulador. As disposições electromagnéticas deste género são, em principio, conhecidas em motores de rotor externo, pelo que neste contexto se faz referência aos mesmos.The stator 8, also annular, of the propulsion motor 4 is fixedly installed. The stator 8 has a multiplicity of coils 14, evenly distributed on its periphery. These coils 14 are supplied with electric power by means of an inverter from the submarine's direct current network for the propulsion or control of the submarine. In the radial direction of the pressure hull 2, on the outer side of the coils 14, the stator 8 has a slot-like cutout 16 which extends along the entire periphery of the stator 8 radially towards the center of the pressure hull 2. In this cut 16 engages a section of the rotor 6 of the propulsion motor 4, in which is arranged a multiplicity of permanent magnets 18, evenly distributed along the periphery of the rotor 6, corresponding to the position of the coils 14 of the stator 8. For the forming a magnetic circuit with the permanent magnets 18 of the rotor 6 is associated with the coils 14 of the stator 8 a stirrup element 20. The cross section of the stirrup element 20 is in the form of a rectangular frame open on one side, the coils 14 are arranged, wherein the free sides of the stirrup element 20 also include permanent magnets 18 disposed on the outer side of the coils 14. From the inverter, the stator coils 14 8 are thus tensioned, so that a magnetic field is formed which moves around the periphery of the stator 8, which stimulates a rotation movement of the permanent magnets 18 and consequently also of the rotor 6 with the propeller blades 10 arranged in it. The number of revolutions and the direction of rotation of this rotational movement can be adjusted by means of a certain inverter control. The electromagnetic arrangements of this kind are, in principle, known in external rotor motors, and in this context reference is made thereto.

As pás de hélice 10 estão fixas no motor de propulsão 4 por intermédio de um veio 22, o qual forma um prolongamento do eixo longitudinal A das pás de hélice 10. O veio 22 está apoiado de modo rotativo no rotor 6 em torno do eixo longitudinal A. As pás de hélice 10 rodam em torno do seu eixo longitudinal A, por intermédio de um sistema de 9The propeller blades 10 are fixed to the propulsion motor 4 by means of a shaft 22, which forms an extension of the longitudinal axis A of the propeller blades 10. The shaft 22 is rotatably supported on the rotor 6 about the longitudinal axis A. The propeller blades 10 rotate about their longitudinal axis A, by means of a system of 9

ΕΡ 2 106 998 /PT regulação, o qual apresenta um mecanismo, o qual está acoplado no que se refere ao movimento a um motor linear 24 electromagnético.Which has a mechanism, which is coupled with respect to the movement to a linear electromagnetic motor 24.

Os motores lineares 24, os quais estão associados a uma pá de hélice 10, apresentam um estator 26, o qual em direcção da dimensão longitudinal do casco de pressão 2 está no lado oposto à popa do motor de propulsão 4 do submarino fixo na reentrância 12. De acordo portanto com o número de pás de hélice 10 estão dispostos na reentrância 12 vários estatores 26, distribuídos uns ao lado dos outros em série, em torno da periferia do casco de pressão 2. Os estatores 26 apresentam, respectivamente, uma bobina 28. A esta bobina 28, a qual para a alimentação de tensão está ligada a um gerador de impulsos de tensão, está respectivamente associado um íman permanente 30, disposto no lado exterior, na direcção do lado exterior do casco de pressão 2, o qual no sentido da periferia do casco de pressão 2 é guiado numa reentrância 32, formada no estator 26. Os motores lineares 24 apresentam, para a formação de um circuito eléctrico com os imanes permanentes 30, um elemento de estribo 36, cujo contorno em secção transversal, quando de uma construção menor, corresponde no essencial ao contorno da secção transversal do elemento de estribo 20 do motor de propulsão 4.The linear motors 24, which are associated with a propeller blade 10, have a stator 26, which in the direction of the longitudinal dimension of the pressure hull 2 is on the side opposite the stern of the propulsion engine 4 of the submarine fixed in the recess 12 Accordingly, with the number of propeller blades 10 there are arranged in the recess 12 a number of stators 26 distributed side by side in series around the periphery of the pressure hull 2. The stators 26 respectively have a coil 28 To this coil 28, which for the voltage supply is connected to a voltage pulse generator, there is associated respectively a permanent magnet 30, disposed on the outer side, towards the outer side of the pressure hull 2, which in the the sense of the periphery of the pressure hull 2 is guided in a recess 32 formed in the stator 26. The linear motors 24 present, for the formation of an electric circuit with the permanent magnets 30, which cross-section contour, when of a minor construction, essentially corresponds to the cross-sectional contour of the stirrup element 20 of the propulsion engine 4.

Os imanes permanentes 30 estão dispostos numa secção 34 saliente do rotor 6 do motor de propulsão 4, no lado oposto à popa 3 do submarino, portanto instalados de modo rotativo em conjunto com o rotor 6. No lado do íman permanente 30, oposto à bobina 28, encontra-se disposto um elemento tipo barra 38, o qual se prolonga no sentido radial do casco de pressão 2 na direcção do lado exterior do rotor 6. Na extremidade do elemento tipo barra 38, oposto ao íman permanente 30, estão acopladas hastes 40 tipo manivela, que por intermédio do elemento 38, ligam de modo rotativo o íman permanente 30 ao veio 22 da pá de hélice 10.The permanent magnets 30 are disposed in a projecting section 34 of the rotor 6 of the propulsion engine 4, on the side opposite the stern 3 of the submarine, so rotatably installed together with the rotor 6. On the side of the permanent magnet 30, opposite the coil 28, there is arranged a rod-like element 38 which extends radially from the pressure hull 2 towards the outer side of the rotor 6. At the end of the rod-like element 38, opposite the permanent magnet 30, rods 40 which, by means of the element 38, rotatably connects the permanent magnet 30 to the shaft 22 of the propeller blade 10.

Como se pode verificar na Fig. 3, o ângulo de ataque das pás de hélice 10 é regulável numa gama angular de 0o até 90° com o auxílio dos motores lineares 24. Nesta Fig. 3 está representada uma secção do rotor 6 do motor de propulsão 4 do submarino, de acordo com o invento, com três pás de hélice 10As can be seen in Fig. 3, the angle of attack of the propeller blades 10 is adjustable in an angular range of 0 ° to 90 ° with the aid of the linear motors 24. In this Fig. 3 is shown a section of the rotor 6 of the drive motor propeller 4 of the sub, according to the invention, with three propeller blades 10

ΕΡ 2 106 998 /PT 10a, 10b e 10c dispostas na mesma. Cada uma das pás de hélice 10a, 10b e 10c está por intermédio de hastes 40 acoplada quanto ao movimento com um íman permanente 30. Aquando da propulsão o rotor 6 roda no sentido X em torno da sua periferia. Por conseguinte, os imanes permanentes 30, dispostos na secção 34 do rotor 6, rodam também na reentrância anelar 32 no sentido X. Neste caso o íman permanente 30, acoplado à pá de hélice 10a é excitado por intermédio da alimentação de corrente eléctrica para as bobinas 28 a associadas ao mesmo, de tal modo que o mesmo realiza um movimento de avanço do rotor 6. Neste caso, as hastes 40 ajustam a pá de hélice 10a num ângulo de ataque, no qual a pá de hélice 10a está em relação à sua largura alinhada paralelamente em relação à periferia do rotor 6. Nesta posição, a pá de hélice 10a produz, quando da rotação do rotor 6, nem um avanço no sentido Y da extensão longitudinal do submarino nem um avanço no sentido transversal em relação a esta dimensão longitudinal. 0 iman permanente 30 acoplado com a pá de hélice 10b é excitado de tal modo que se movimenta em conjunto com o rotor 6 numa posição em que as hastes 40 colocam a pá de hélice 10b numa posição, na qual os lados largos da pá de hélice 10b ficam, em relação à dimensão longitudinal do submarino, alinhados com um ângulo de 45°. Nesta posição a pá de hélice 10b produz um avanço no sentido Y da dimensão longitudinal do submarino, permitindo portanto uma deslocação rectilínea do submarino. O íman permanente 30, acoplado à pá de hélice 10c é movido com retardo em relação ao rotor 6 e em relação aos imanes permanentes 30, acoplados às pás de hélice 10a e 10b, pelo que o ângulo de ataque da pá de hélice 10c é posicionado de tal modo que os lados largos da pá de hélice 10c ficam essencialmente alinhados paralelamente em relação ao sentido Y da dimensão longitudinal do submarino. Nesta posição a pá de hélice 10c realiza o avanço máximo na direcção transversal em relação ao sentido Y, em que o exacto efeito de leme da pá de hélice 10c depende da posição periférica do rotor 6 na a mesma se encontra actualmente. 1110a, 10b and 10c disposed therein. Each of the propeller blades 10a, 10b and 10c is by means of stems 40 engaged in movement with a permanent magnet 30. When propelled, the rotor 6 rotates in the X direction about its periphery. Therefore, the permanent magnets 30 arranged in the section 34 of the rotor 6 also rotate in the annular recess 32 in the direction X. In this case the permanent magnet 30, coupled to the propeller blade 10a is driven by means of the electric current supply to the coils 28 are associated therewith in such a way that it makes a forward movement of the rotor 6. In this case, the rods 40 adjust the propeller blade 10a at an angle of attack, in which the propeller blade 10a is relative to the its width being aligned parallel to the periphery of the rotor 6. In this position, the propeller blade 10a produces, when the rotor 6 is rotated, neither an advancement in the Y direction of the longitudinal extent of the submarine nor an advancement in the transverse direction in relation to this longitudinal dimension. The permanent magnet 30 coupled with the propeller blade 10b is excited such that it moves in conjunction with the rotor 6 in a position where the rods 40 place the propeller blade 10b in a position in which the wide sides of the propeller blade 10b are aligned at an angle of 45 ° with respect to the longitudinal dimension of the submarine. In this position the propeller blade 10b produces an advancement in the Y-direction of the longitudinal dimension of the submarine, thus allowing a rectilinear displacement of the submarine. The permanent magnet 30 coupled to the propeller blade 10c is moved with delay relative to the rotor 6 and relative to the permanent magnets 30, coupled to the propeller blades 10a and 10b, whereby the angle of attack of the propeller blade 10c is positioned such that the wide sides of the propeller blade 10c are essentially aligned parallel to the direction Y of the longitudinal dimension of the submarine. In this position the propeller blade 10c makes the maximum advance in the transverse direction with respect to the direction Y, in which the exact rudder effect of the propeller blade 10c depends on the peripheral position of the rotor 6 in the one it is currently in. 11

ΕΡ 2 106 998 /PTΕΡ 2 106 998 / EN

Isto é evidenciado na Fig. 4, na qual está representado um rotor, 6 em cuja periferia estão dispostas, de modo distribuído oito pás de hélices lOd, lOe, lOf, lOg, lOh, lOi, lOj e lOk com o ângulo de ataque da pá de hélice 10c na Fig. 3. Na Fig. 4 as pás de hélice lOd, lOf, lOg, lOh, lOj e lOk actuam como leme de direcção e as pás de hélice lOe e lOi como leme de profundidade. Neste caso a força de leme das pás de hélice lOd, lOj e lOk está orientada para estibordo e a força de leme das pás de hélices lOf, lOg e lOh para bombordo. As pás de hélice lOe e lOi funcionam como leme de profundidade, sendo a partir da pá de hélice lOe exercida uma força de leme orientada para baixo e a partir da pá de hélice lOi uma força orientada para cima. Para conseguir um determinado efeito de leme, o ângulo de ataque de cada pá de hélice 10 é individualmente ajustável no submarino de acordo com o invento. Se o submarino dever, por exemplo, seguir para estibordo, as pás de hélice 10, logo que estas atingem a posição da pá de hélice lOf na Fig. 4, são colocadas, por exemplo, no ângulo de ataque da pá de hélice 10c na Fig. 3. Este ângulo de ataque pode ser mantido até à posição periférica da pá de hélice lOh na Fig. 4. Depois de abandonar esta posição as pás de hélice 10 são colocadas numa posição da pá de hélice 10b na Fig. 3, que produz a propulsão na direcção longitudinal do submarino, a qual é mantida até ser alcançada a posição da pá de hélice lOf na Fig. 4. De modo correspondente pode ser também efectuado o comando de profundidade, sendo também possível uma combinação dos dois comandos, de modo que cada pá de hélice 10 só deve ser ajustada ao longo de uma secção periférica, pelo que é mantido reduzido o número de movimentos de ajustamento.This is evidenced in Fig. 4, in which there is shown a rotor, 6 in the periphery of which are disposed, distributed in a distributed manner, eight propeller blades 10d, 10e, 10g, 10g, 10h, 10o, 10g and 10k with the angle of attack of propeller blades 10c in Fig. 3. In Fig. 4 the propeller blades 10d, 10e, 10g, 10h, 10o and 10k act as a steering rudder and the propeller blades 10e and 10i as a rudder. In this case the rudder force of the propeller blades 10, 10 and 10 is oriented to starboard and the rudder force of the propeller blades 10, 10 and 10 to port. The propeller blades 10E and 10i function as a rudder, with a downwardly directed rudder 10e from the propeller blade 10e and from the propeller blade 10a an upwardly directed force. To achieve a particular rudder effect, the angle of attack of each propeller blade 10 is individually adjustable in the submarine according to the invention. If, for example, the submarine is to proceed to starboard, the propeller blades 10 as soon as they reach the position of the propeller blade 10 in Fig. 4 are placed, for example, in the angle of attack of the propeller blade 10c in Fig. 3. This angle of attack can be maintained to the peripheral position of the propeller blade 10 in Fig. 4. After leaving this position the propeller blades 10 are placed in a position of the propeller blade 10b in Fig. 3, which produces propulsion in the longitudinal direction of the submarine, which is maintained until the position of the propeller blade 10 is reached in Fig. 4. Correspondingly, the depth control can also be carried out, and a combination of the two so that each propeller blade 10 only has to be adjusted along a peripheral section, whereby the number of adjustment movements is reduced.

Lista dos números de referência 2 Casco de pressão 3 Popa 4 Motor de propulsão 6 Rotor 8 Estator 10, 10a - lOk Pá de hélice 12 Reentrância 14 Bobina 16 Corte 12List of reference numbers 2 Pressure helmet 3 Stern 4 Propeller motor 6 Rotor 8 Stator 10, 10a - 10k Propeller blade 12 Reedence 14 Coil 16 Cut 12

ΕΡ 2 106 998 /PTΕΡ 2 106 998 / EN

12 ΕΡ 2 106 998 /PT 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 A X Y íman permanente Elemento de estribo Veio12 ΕΡ 2 106 998 / EN 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 A X Y Standing magnet Shaft element Shaft

Motor linearLinear motor

EstatorStator

Bobina íman permanentePermanent Magnet Coil

ReentrânciaReentrance

SecçãoSection

Elemento de estribo Elemento tipo barra HastesElement of stirrup Element rod type Rods

Eixo longitudinalLongitudinal axis

DirecçãoDirection

Lisboa, 2013-08-08Lisbon, 2013-08-08

Claims

A submarine with a pressure hull (2) and a propeller driven by an electric propulsion engine (4), which forms a rudder system, wherein the propulsion engine (4) is configured as an external rotor motor and disposed on the outside of the pressure hull, characterized in that the stator (8) of the propulsion motor (4) is integrated in the wall of the pressure hull.

Submarine according to claim 1, characterized in that the propulsion motor (4) consists of a synchronous motor.

Submarine according to one of the preceding claims, characterized in that a rotor (6) of the propulsion motor (4) forms a part of the propeller.

Submarine according to one of the preceding claims, characterized in that the outer side of the rotor (6) is aligned with the outer side of the pressure hull (2).

Submarine according to one of the preceding claims, characterized in that the propeller has propeller blades (10), the angle of attack of which is variable.

Submarine according to one of the preceding claims, characterized in that the angle of attack of the propeller blades (10) varies according to their peripheral position in the rotor (6).

Submarine according to one of Claims 5 or 6, characterized in that the propeller blades (10) are coupled in movement to an electromagnetic adjustment device.

Submarine according to claim 7, characterized in that the regulating device is integrated in the wall of the pressure hull.

Submarine according to one of Claims 7 or 8, characterized in that the regulating device is formed by several coils (28), fixedly arranged in the wall of the pressure hull, and of a permanent magnet (30) displaceably disposed outside the coils (28) in the rotor (6) of the propulsion motor (4) in the peripheral direction of the pressure hull (2), wherein the permanent magnet (30) is coupled for movement to a propeller blade (10) by transmission mechanisms. Lisbon, 2013-08-08