TW201242840A - Ship - Google Patents

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201242840 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種船’該船包含用於驅動船之至少一電 動馬達及用於藉助於至少一冷卻劑來冷卻至少一馬達之一 冷卻裝置。本發明進一步係關於一種用於具有至少一電動 馬達之船的冷卻裝置。 【先前技術】 迄今為止’船型比例主要藉助於内燃機來實施。關於較 小型船，亦經常在（例如）空閒區域中使用電力驅動裝置。 近斯亦正在嘗試藉助於電力驅動裝置驅動較大型船（諸 如，貨船及貨櫃船）。海上的氣候對於通常具有複雜且昂 貴的電子系統之彼等驅動裝置而言表示一難題。詳言之， 冷卻貨船之此等電力㈣裝置係一難題，迄今為止該難題 僅得到不適當地解決。 【發明内容】 本發明之目標在於幫助解決彼難題，詳言之，向電動馬 達驅動之船給予改良之冷卻。 在本說明書之開頭部分中所陳述之種類的船中，實現彼 目標之處在於：冷卻裝置具有經調適以藉助於海水來冷卻 至少一冷卻劑的熱交換器。 因此’根據本發明之和且 、 月夂船具有耦接在一起之至少兩個冷 迴路。在第一迴路中，冷 7 1 M在至少一電動馬達與执交 器之間循環。在第-迪玫士 、‘、·' ^ 「， ㈣巾’海水錢錢^與船之外 區之間循環。該兩個迴路藉 …、父換器以使得冷卻劑與 163060.doc 201242840 水不混合之方 式彼分離。結果，該至少一電動馬達不 二Ί，觸·»因此’根據本發明，至少—電動馬達之腐飯 v X減；，且結果，使用壽命實質上得以延長。維 複雜化亦貫質上得以降低。由於不必設計為藉助 =X來進行直接冷卻操作，故此電動馬達之建構及製造 亦传以簡化。另一優點亦在於，具有以彼種方式設計之驅 動裝置的船在能量消耗及可靠性方面得到改良。海水表示 天然且幾乎無限制的冷卻資源。就彼方面而言，在船之航 、中海尺之,皿度實質上為恆定的，使得此冷卻裝置不需要 永久的適應性調整。此外，無需在根據本發明之船上安裝 ;製v之複雜设備，藉此一方面改良此船之操作可靠 面改良此船之能量消耗，熱交換器較佳為逆 向流熱乂換器之形式。或者，熱交換器為同向流熱交換器 之形式。根據本發明，亦可能使用複數個熱交換器使得可 在多級熱交換程序中冷卻該冷卻劑。 在第-較佳實施例中，冷卻劑為空氣及/或淡水。根據 本發明，此處術語「淡水」不表示海水而表示（例如）冷卻 水、冷卻流體以及水油乳液及其類似物。此處，空氣指代 空間空氣（space air)而非含鹽海洋空氣。由於彼等兩種冷 卻劑易購得且已在許多狀況下用於電動馬達，故該兩種冷 卻劑尤其為較佳的。就彼方面而言，藉助於良好的熱傳 .導易於實施海水與淡水之熱交換。經特別調適之熱交換 器將較佳用於海水與空氣之熱交換。 在另-較佳實施例中’冷卻劑為空氣，且電動馬達之轉 ]63060.doc 201242840 子及/或定子可藉助於該空氣來冷卻。詳言之，空氣較佳 用於冷卻電動馬達之轉子。經冷卻之空氣可通過（例如）轉 子與疋子之間的間隙’冷卻肋片可配置於定子處，或冷卻 空氣可通過之冷卻通道可穿過定子而形成。此外，可使空 氣傳遞至轉子中之内部中空空間中且因此冷卻轉子。 在另一較佳實施例中，至少一電動馬達配置於船之實質 上氣密封閉之機艙中，且用於冷卻電動馬達之空氣為艙内 空氣。因此，至少一電動馬達不曝露於含鹽空氣，藉此實 質上避免了對馬達之腐姓。彼情形使得，一方面，此馬達 或根據本發明之具有此馬達及此冷卻裝置之船的維護實質 上得以減少’且船之操作可靠性得以改良。根據此較佳實 施例，每一馬達可具備專用艙，或所有馬達共同地配置於 實質上氣密封閉之艙中。此外，用於馬達之能源供應器亦 可配置於彼艙中。熱交換器亦可配置於氣密封閉之艙中或 可以某一其他方式與彼艙流體連通。 根據另一較佳實施例，用於輸送空氣之構件配置於電動 馬達之冷卻空氣入口處及/或暖空氣出口處。因此，可以 特定目標方式將冷卻空氣導引至電動馬達或可使冷卻空氣 撞擊電動馬達。亦可將彼空氣在冷卻通道中、在冷卻肋片 上、在開口中或在中空空間或其類似物中導引至電動馬 達。此外，可以特定目標方式將暖空氣帶離電動馬達。彼 情形使得有可能達成馬達之特定目標冷卻。此外，可關於 馬達來設定特定目標體積流量或特定目標空氣速度，使得 可以改良目標方式來冷卻馬達。彼情形使得有可能達成馬 163060.doc 201242840 達之有效操作，且延長馬達之使用壽命。維護複雜化及費 用亦進一步得以降低。 在另一較佳實施例中，用於導引空氣之構件配置於電動 馬達之冷卻空氣入口與熱交換器之冷卻空氣出口之間，及/ 或配置於電動馬達之暖空氣出口與熱交換器之暖空氣入口 門此專構件可包括（例如）軟管、通道、管、軸件等。 因此，根據本發明提供特定目標供氣及排氣，且馬達之有 效冷卻得以改良。或者或另夕卜，用於導引空氣之構件可具 有用於輸送空氣之構件。在—實施例中，用於導引空氣之 構件配置於電動馬達之冷卻空氣入口與熱交換器之冷卻空 氣出口之間。在此實施例中，冷卻空氣藉助於用於導引空 氣之構件而特定地傳遞至馬達，馬達藉助於供應至其之該 二氣冷卻，暖空氣接著排放至較佳為氣密封閉之艙中。經 加熱之艙内空氣接著藉助於交換效應再次冷卻。在一替代 例中，用於導引空氣之構件配置於電動馬達之暖空氣出口 與熱交換器之暖空氣入口之間。在此實施例中，暖空氣被 帶離電動馬達’且被帶向熱交換器，藉助於熱交換器將該 暖空氣冷卻°經冷卻之空氣接著排放至較佳為氣密封閉之 艟中n實施财’用於導引空氣之構件既配置於熱 交換器之冷卻空氣出口與電動馬達之冷卻空氣人口之間， 亦配置於電動馬達之暖空氣出口與熱交換器之暖空氣入口 之間。因4匕，冷卻空氣在實質上封閉之系統中循環。在此 實施例中，該脸不必為氣密封閉的，而是該艙足以保護馬 達免受含鹽空氣腐蝕。 163060.doc -6 - 201242840 在另一較佳實施例中，至少一電動馬達在外殼處及/或 定子處具有冷卻通道。冷卻通道可穿過外殼及/或沿定子 繞組。藉助於此等冷卻通道，馬達之特定目標冷卻係可能 的。可使用各種幾何形狀（例如，直線形、曲線形、z字 形）或以不同方式來設計冷卻通道。肋片亦可配置於該等 通道中以達成更有效冷卻。 在另一實施例中，冷卻空氣可通過冷卻通道及/或定子 與轉子之間的間隙。彼情形有利地改進電動馬遠之有效冷 卻。用於導引空氣之構件及/或用於輸送空氣之構件可（例 如）連接至冷卻通道。 在另一較佳實施例中，冷卻劑為淡水，該冷卻劑可通過 冷卻通道以用於冷卻電動馬達。彼情形允許電動馬達之更 有效冷卻。在此實施例十’藉助於熱交換器來冷卻淡水， 該淡水通過管、軟管或其類似物而至通道，通過通道且接 著經再次加熱而傳遞回至熱交換器。 在另一較佳實施例中，冷卻裝置具有第二熱交換器，該 第一熱交換器可連接至第一熱交換器且經調適以藉助於淡 水來冷卻空氣，其中淡水可藉助於第一熱交換器用海水來 冷卻。因此，淡水及空氣可藉由熱交換器來冷卻。舉例而 言，可藉由大型初級熱交換器藉助於海水來冷卻淡水，且 將彼淡水傳遞至各個馬達或船上其他裝備零件（諸如，柴 油發電總成）。因&，電動馬達可各自具有各別專用的小 型第二熱交換器’藉助於該第二熱交換器，空氣可藉由冷 卻淡水來冷卻。另夕卜，淡水接著可用以冷卻（例如）馬達: 163060.doc 201242840 定子，而經冷卻之空氣用以通過轉子與定子之間的間隙， 且因此冷卻轉子。在另一較佳實施例中第一熱交換器可 連接至電動馬達之定子絲調適以藉助於淡水來冷卻該定 子0 在另-較佳實施例中，能源供應器具有至少一轉換器， 且該轉換器可藉助於淡水來冷卻。詳言之由於彼等轉換 器較佳配置為在位置上與電動馬達接近，因此彼等轉換器 較佳藉助於淡水來冷卻。將轉換器冷卻或能源供應器冷卻 及電動馬達冷卻兩者配置於淡水之同一冷卻迴路中同樣為 較佳的。然而，亦可能提供不同的冷卻迴路。 在本發明之另一態樣中’在本說明書之開頭部分中所陳 述之種類的冷卻裝置中，實現目標之處在於：該冷卻裝置 具有對應於上文提及之實施例中之一者的組態。此冷卻裝 置可用於大量船、海船或遊艇中以冷卻（例如）電動馬達或 亦冷部其他待冷卻裝置。此冷卻裝置有助於對船進行較少 維護並可靠地操作船且有助於減少能量消耗。當此冷卻裝 置用於船中時’達成所有上文提及之優點。 【實施方式】 下文中參考附圖藉助於實施例以實例來描述本發明。 圖1中所展示之船1〇2在甲板114上具有作為推進裝置之4 個馬格努斯（Magnus)轉子110。除彼等仏啊轉子ιι〇之 外船視情況亦在f板114上具有橋髏130以及起重機1〇5 起重機103。作為另一推進裝置，該船在船j 之船尾處 具有螺旋樂150。帛旋樂15〇可藉由抽#111連接至兩個電 163060.doc 201242840 動馬達108、109。藉由兩個轉換器箱115、116向電動馬達 108、109饋送電流。甲板172配置於電動馬達1〇8、1〇9及 轉換器箱115、116之上，相對於貨艙，該甲板172較佳氣 密地封閉機艙。涉及低旋轉速度之大容量電動馬達（例 如’同步電機）較佳用作電動馬達108、109，使得不必在 總傳動系統中提供傳輸。亦可選擇性地操作馬達。為使光 進入船102之内部，船1〇2在其側面處具有窗118。 圖2至圖4藉由實例展示根據本發明之冷卻裝置的實施 例，該冷卻裝置用於根據本發明之船1〇2，可藉助於該冷 卻裝置來冷卻電動馬達1〇8、1〇9。 如圖2中所展示，第一實施例中之冷卻裝置丨具有熱交換 器2,可在一側面4處向該熱交換器2饋送海水流16。此處 僅藉由箭頭概略地指示海水流。在如圖丨中所展示之船1〇2 的狀況下’可藉助於管將海水流16傳遞至熱交換器2及自 熱交換器2排出。在第二側面6處’熱交換器2具有空氣入 口24及空氣出口26。因此，可藉助於此熱交換器之來冷卻 空氣。 圖2亦展示電動馬達8。電動馬達8具有定子.該定子 10可具有定子外殼，馬達8亦具有轉子12，該轉子12 在操作時繞旋轉轴線14旋轉且可輕接至船之驅動單元（諸 如，軸件⑴及螺㈣⑼（圖1))β電動馬達8連同其組件配 置於餘19中，19實質上藉由㈣氣密封閉。熱交換器 2連同其組件配置於艙丨9外部。 殼10亦具有空氣入口 20及空氣 電動馬達8之定子或定子外 出口 22。用於將空氣輸送至 163060.doc 201242840 馬達8中且自馬達8向外輸送空氣之風扇20a、22a作為用於 輸送空氣之構件配置於該等出口處；或者，可出於彼目的 而使用諸如葉輪泵或其類似物之其他泵。較佳地，空氣可 通過定子或定子外殼10中之冷卻通道及/或轉子12與定子 1 〇之間的間隙。管30配置於空氣出口 22與熱交換器2之空 氣入口24之間。暖空氣被帶離馬達8且藉助於管3〇傳遞至 熱交換器2。自熱交換器2之空氣出口 26流出的冷卻空氣藉 助於第二管32傳遞至壁18中艙19之空氣入口 28。空氣自彼 空氣入口 28進入至艙19中，使得艙19整體填滿冷卻空氣。 艙内冷卻空氣接著藉由空氣入口 2〇處之風扇2〇a吸入且傳 遞至冷卻通道或轉子12與定子1〇之間的間隙中。藉由使艙 19填滿冷卻空氣，入口2〇中之風扇2〇a可始終吸入剛好將 馬達8冷卻至特定溫度所需般多的空氣，該特定溫度為達 成最佳效能所需之溫度。馬達8亦藉由空氣冷卻，該空氣 未直接吹入或吸入至馬達8中，而是沿馬達8之表面流動。 較佳地，艙藉助於壁18或甲板、門、艙口及其類似物氣 密封閉，使得在船1()2(圖υ之狀況下，無含鹽空氣或儘可 能少之含鹽空氣傳遞至艙19中。或者，根據本發明，艙Η 亦為不氣密封閉的，而是在㈣内獲得增加麼力，使得含 鹽空氣無法自艙19之外部流入至其内部卜亦可能將管二 置於艙19之入口 28與馬達8之入口 2〇之間及/或在馬達&之 出口 22與熱父換器2之入口 24之間不配置管3〇。 在圖3令所展示之冷卻裝置1的第二實施例中，冷卻裝置 1具有第-熱交換器2及第二熱交換器3。兩個熱交換器2、 163060.doc 201242840 3耦接至馬達8且用以藉助於冷卻劑來冷卻馬達第一熱 交換器2配置於第一冷卻迴路中，該第一冷卻迴路實質上 對應於冷卻裝置1之圖2中所展示之第一實施例。配置有第 一熱交換器3之第二迴路使用淡水（諸如，冷卻水或其他冷 部流體）作為冷卻劑。如同第一熱交換器2，第二熱交換器 3耦接至海水流17 ’其中在如圖1所展示之船1 〇2的狀況 下，彼海水流17可再次（例如）藉由管自船i 〇2之外部區傳遞 至熱交換器3。熱交換器3在第二側面7處連接至各自具有 各別泵38、40之兩個冷卻水管道34、36。泵38、4〇經調適 以遞送相應冷卻水流。冷卻水管道34、36自亦配置有熱交 換器3之艙的外部通往艙之内部19中，且在艙之内部連接 至冷卻主體42。出於彼目的，冷卻主體42具有冷卻水入口 44及冷郃水出口46。如圖3中所展示，冷卻主體42配置於 電動馬達8之馬達外殼或定子1〇之外部部分處。彼圖僅為 圖解視圖。亦可能在外殼或定子10中提供冷卻水可通過之 冷卻通道。在此實施例中，實質上可（例如）藉由可通過空 氣入口 20至馬達8中之内部的空氣來冷卻轉子12，且實質 上可藉由水來冷卻馬達8之定子1〇，該水可藉由熱交換器3 藉助於海水流17來冷卻且藉助於熱交換器3與冷卻主體吣 之間的冷卻水管道34、36而循環。 圖4展示冷卻裝置1之另一替代例。除圖3所展示之冷卻 裝置1具有的組件之外’圖4之冷卻裝置1亦具有第三♦名 迴路。如同第二冷卻迴路，第三冷卻迴路藉助於熱交換器 3饋給’ δ亥熱父換益3經調適以藉助於海水流17來a卻a : 163060.doc -11· 201242840 水。如圖4中所展示，兩個其他冷卻水管道35、37為自冷 卻水管道34、36引出之分支且將冷卻水傳遞至轉換器箱48 及自轉換器箱48排出。轉換器箱48經由電源供應境線50連 接至電動馬達8'經調適以在電動馬達8所需之電壓及頻率 下提供電流的複數個轉換器配置於轉換器箱銘中。為確保 轉換器箱48之最佳操作，較佳將轉換器箱48冷卻。在所說 月：實施例中’轉換器箱48或含於其中之轉換器用藉助於 熱交換器3以海水流17冷卻之冷卻水來冷卻 '經冷卻之冷 卻水藉由泵40在熱交換器3之第二側面7上輸送，且流經冷 卻水饋送管道37而流至轉換器㈣。複數個冷卻主體或自 轉換器帶走熱量之板或其類似物可配置於轉換器箱W中。 接著藉助於冷卻水管道35及泵38將經加熱之水運離轉換器 箱48，且該經加熱之水再次傳遞至熱交換器3 ^兩個其他 冷卻迴路具有對應於圖3中之迴路的組態。 冷卻裝置1之另一替代例展示為圖5中之實施例。在此實 施例（圖5)中，冷卻裝置丨具有與圖3之實施例一樣的實質特 徵。圖5之實施例中用於冷卻電動馬達8之迴路為級聯關 係。冷卻裝置具有第一熱交換器2及第二熱交換器3。熱交 換器3具有第一側面5及第二側面7，其中海水流17可傳遞 至第一側面5中，且冷卻水管道34、36連接至第二側面。 第一熱交換器2亦具有第一侧面4及第二側面6，其中兩個 冷卻水管道52、54連接至第一側面4，且兩個空氣通道 30、32連接至第二側面6。冷卻水管道52、54通往第二熱 交換器3之第二側面7。空氣通道3〇、32與電動馬達8之協 163060.doc 201242840 通道心36與冷卻元件42之協作具有對應於圖3 ^ m在當前實施例（圖5)中，海水流㈣ 部令部水，該冷卻水 卻電動馬達8且另一；:在卻主體42來冷 . 方面在第一熱交換器2中用以冷卻空 卻轉：用以冷卻電動馬達8且詳言之，用於冷 轉子12。因此，對於總冷卻系統而言僅需要—個海水出 ^ ’且此外’可極大程度地避免對第—熱交換器2之腐 若 。 個以上馬達8、1〇8、109配置於船1〇2(圖”中，則 母—馬達提供冷卻裝置或可針對複數個馬達提供共 複2部裝置。若冷卻裝置如圖5之實施例中般經設計用於 置個馬達，則可（例如）針對每一電動馬達8、1〇8、1〇9配

熱交換器2 ,在此狀況下，彼複數個第一埶交換 與單-第1 μ $乂換W 乐一熱交換器3協作。 【圖式簡單說明】 示根據本發明之船的部分破裂透視圖， 圖2展不冷卻裝置之第一實施例的圖解視圖， 圖3展不冷卻裝置之第二實施例的圖解視圖， 圖4展-、人，、 不冷卻裝置之第三實施例的圖解視圖，及 圖5展7F冷卻裝置之第四實施例的圖解視圖。 【主要元件符號說明】 1 冷卻裝置 2 第一熱交換器 3 第二熱交換器 163060.doc •13- 201242840 4 第一熱交換器之第一側面 5 第二熱交換器之第一側面 6 第一熱交換器之第二側面 7 第二熱交換器之第二側面 8 電動馬達 10 定子 12 轉子 14 旋轉軸線 16 海水流 17 海水流 18 壁 19 機艙 20 冷卻空氣入口 20a 風扇 22 暖空氣出口 22a 風扇 24 暖空氣入口 26 冷卻空氣出口 28 空氣入口 30 空氣/管/空氣通道 32 空氣/空氣通道 34 冷卻水管道/冷卻通道 35 冷卻水管道 36 冷卻水管道/冷卻通道 • 14. 163060.doc 201242840 37 冷卻水饋送管道 38 泵 40 泵 42 冷卻主體/冷卻元件 44 冷卻水入口 46 冷卻水出口 48 能源供應器/轉換器箱 50 電源供應纜線 52 冷卻水管道 54 冷卻水管道 102 船 103 起重機 105 起重機 108 電動馬達 109 電動馬達 110 馬格努斯（Magnus)轉子 111 軸件 114 曱板 115 轉換器箱 116 轉換器箱 118 窗 130 橋艟 150 螺旋槳 172 曱板 163060.doc 15.

Claims (1)

1. 201242840 七、申請專利範圍： 1. 一種船（1〇2)，其包含： 至少-電動馬達（8、108、109)，其尤其用於驅動該船 (102)之—螺旋槳（15());及—冷卻裝置⑴其藉助於至 少-冷卻劑來冷卻該至少一電動馬達(8、1〇8、1〇9)，該 船之特徵在於該冷卻裝置⑴具有—熱交換器（2、3)，該 熱交換器（2、3)經調適以藉助於海水（16、17)來冷卻該 至少一冷卻劑。 2. 如請求項丨之船，其中該冷卻劑為空氣及/或淡水。 3. 如清求項1之船，其中該冷卻劑為空氣，且該電動馬達 (8 1〇8、109)之一轉子（12)及/或一定子（1〇)可藉助於該 空氣來冷卻。 4. 如請求項3之船，其中該至少一電動馬達（8、1〇8、1〇9) 係配置於該船（102)之一實質上氣密封閉之機艙（19)中， 且用於冷卻該電動馬達（8、108、109)之該空氣為艟内空 氣。 5. 如請求項3或請求項4之船，其中用於輸送空氣之構件 (20a、22a)係配置於該電動馬達（8、108、109)之一冷卻 空氣入口（20)及/或一暖空氣出口（22)處。 ^ 6·如前述請求項中之一項之船，其中用於導引該空氣（30、 32)之構件（20a、22a)係配置於該電動馬達（8、108、109) 之一冷卻空氣入口（20)與該熱交換器（2、3)之一冷卻空 氣出口（26)之間，及/或配置於該電動馬達（8、108、109) 之一暖空氣出口（22)與該熱交換器（2、3)之一暖空氣入 163060.doc 201242840 口（24)之間。 7·如前述請求項中之一項之船’其中該至少一電動馬達 (8、108、1〇9)在一外殼處及/或在一定子（10)處具有冷卻 通道。 8. 如請求項7之船’其中冷卻空氣可通過該等冷卻通道及/ 或該定子（1 〇)與一轉子（12)之間的一間隙。 9. 如請求項7之船’其中該冷卻劑為淡水，該淡水可通過 該等冷卻通道以用於冷卻該電動馬達（8、1 〇8、丨〇9)。 10. 如前述請求項中之一項之船，其中該冷卻裝置（1)具有一 第二熱交換器（2)，該第二熱交換器（2)可連接至該第一 熱交換器（3)且經調適以藉助於淡水來冷卻空氣，其中該 淡水可藉助於該第一熱交換器（3)由海水來冷卻。 11·如請求項10之船，其中該第一熱交換器（2、3)可連接至 該電動馬達（8、108、109)之該定子（1〇)且經調適以藉助 於該淡水來冷卻該定子。 12. 如前述請求項中之一項之船，其中包括一能源供應器 (48)，該能源供應器（48)可藉助於該冷卻劑來冷卻。 13. 如請求項12之船，其中該能源供應器（48)具有至少一轉 換器，且該轉換器可藉助於淡水來冷卻。 14· 一種用於一船（1 〇2)之冷卻裝置，該船（1〇2)包含至少一 電動馬達（8、108、109) ’該冷卻裝置用於藉助於至少一 冷卻劑來進行冷卻，該冷卻裝置包含· 一熱父換器、3)，其經調適以藉助於海水（10、17)來 冷卻§亥至少一冷卻劑。 J63060.doc