TWI468320B

TWI468320B - ferry

Info

Publication number: TWI468320B
Application number: TW101108716A
Authority: TW
Inventors: Rolf Rohden
Original assignee: Wobben Aloys
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2015-01-11
Also published as: TW201242840A; CA2828658A1; JP2014509569A; JP5797284B2; WO2012123547A1; KR20130133862A; CN103619704A; US20140072460A1; DE102011005588A1; KR101596108B1; EP2686235A1; CA2828658C

Description

船

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。

迄今為止，船型比例主要藉助於內燃機來實施。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驅動裝置係一難題，迄今為止該難題僅得到不適當地解決。

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，根據本發明之船具有耦接在一起之至少兩個冷卻迴路。在第一迴路中，冷卻劑在至少一電動馬達與熱交換器之間循環。在第二迴路中，海水在熱交換器與船之外部區之間循環。該兩個迴路藉由熱交換器以使得冷卻劑與海水不混合之方式而彼此分離。結果，該至少一電動馬達不與海水接觸。因此，根據本發明，至少一電動馬達之腐蝕實質上得以減少，且結果，使用壽命實質上得以延長。維護費用及複雜化亦實質上得以降低。由於不必設計為藉助於海水來進行直接冷卻操作，故此電動馬達之建構及製造亦得以簡化。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，在船之航程中海水之溫度實質上為恆定的，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用於製冷之複雜設備，藉此一方面改良此船之操作可靠性，且另一方面改良此船之能量消耗。熱交換器較佳為逆向流熱交換器之形式。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。

在第一較佳實施例中，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。

在另一較佳實施例中，冷卻劑為空氣，且電動馬達之轉子及/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)轉子與定子之間的間隙，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內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內空氣。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蝕。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之間。此等構件可包括(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。或者或另外，用於導引空氣之構件可具有用於輸送空氣之構件。在一實施例中，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空氣冷卻，暖空氣接著排放至較佳為氣密封閉之艙中。經加熱之艙內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艙中。在另一實施例中，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入口之間，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。因此，冷卻空氣在實質上封閉之系統中循環。在此實施例中，該艙不必為氣密封閉的，而是該艙足以保護馬達免受含鹽空氣腐蝕。

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達之有效冷卻。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。在此實施例中，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，該第二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)。因此，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。另外，淡水接著可用以冷卻(例如)馬達之定子，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且經調適以藉助於淡水來冷卻該定子。

在另一較佳實施例中，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)電動馬達或亦冷卻其他待冷卻裝置。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。

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102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Magnus轉子110之外，船視情況亦在甲板114上具有橋艛130以及起重機105及起重機103。作為另一推進裝置，該船在船102之船尾處具有螺旋槳150。螺旋槳150可藉由軸件111連接至兩個電動馬達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108、109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之內部，船102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102，可藉助於該冷卻裝置來冷卻電動馬達108、109。

如圖2中所展示，第一實施例中之冷卻裝置1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1中所展示之船102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2來冷卻空氣。

圖2亦展示電動馬達8。電動馬達8具有定子10，該定子10可具有定子外殼。電動馬達8亦具有轉子12，該轉子12在操作時繞旋轉軸線14旋轉且可耦接至船之驅動單元(諸如，軸件111及螺旋槳150(圖1))。電動馬達8連同其組件配置於艙19中，該艙19實質上藉由壁18氣密封閉。熱交換器2連同其組件配置於艙19外部。電動馬達8之定子或定子外殼10亦具有空氣入口20及空氣出口22。用於將空氣輸送至馬達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10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30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。艙內冷卻空氣接著藉由空氣入口20處之風扇20a吸入且傳遞至冷卻通道或轉子12與定子10之間的間隙中。藉由使艙19填滿冷卻空氣，入口20中之風扇20a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19藉助於壁18或甲板、門、艙口及其類似物氣密封閉，使得在船102(圖1)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19亦為不氣密封閉的，而是在艙19內獲得增加壓力，使得含鹽空氣無法自艙19之外部流入至其內部中。亦可能將管配置於艙19之入口28與馬達8之入口20之間及/或在馬達8之出口22與熱交換器2之入口24之間不配置管30。

在圖3中所展示之冷卻裝置1的第二實施例中，冷卻裝置1具有第一熱交換器2及第二熱交換器3。兩個熱交換器2、 3耦接至馬達8且用以藉助於冷卻劑來冷卻馬達8。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。配置有第二熱交換器3之第二迴路使用淡水(諸如，冷卻水或其他冷卻流體)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102的狀況下，彼海水流17可再次(例如)藉由管自船102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、40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內部19中，且在艙之內部連接至冷卻主體42。出於彼目的，冷卻主體42具有冷卻水入口44及冷卻水出口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10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中之內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10，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42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亦具有第三冷卻迴路。如同第二冷卻迴路，第三冷卻迴路藉助於熱交換器3饋給，該熱交換器3經調適以藉助於海水流17來冷卻冷卻水。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經由電源供應纜線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48中。為確保轉換器箱48之最佳操作，較佳將轉換器箱48冷卻。在所說明之實施例中，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而流至轉換器箱48。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48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1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亦具有第一側面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30、32與電動馬達8之協作及冷卻通道34、36與冷卻元件42之協作具有對應於圖3之實施例的組態。在當前實施例(圖5)中，海水流17用以冷卻冷卻水，該冷卻水接著一方面用以藉由冷卻主體42來冷卻電動馬達8且另一方面在第一熱交換器2中用以冷卻空氣，該空氣接著又用以冷卻電動馬達8且詳言之，用於冷卻轉子12。因此，對於總冷卻系統而言僅需要一個海水出入口，且此外，可極大程度地避免對第一熱交換器2之腐蝕。

若一個以上馬達8、108、109配置於船102(圖1)中，則可針對每一馬達提供冷卻裝置或可針對複數個馬達提供共同冷卻裝置。若冷卻裝置如圖5之實施例中般經設計用於複數個馬達，則可(例如)針對每一電動馬達8、108、109配置第一熱交換器2，在此狀況下，彼複數個第一熱交換器2與單一第二熱交換器3協作。

1‧‧‧冷卻裝置

2‧‧‧第一熱交換器

3‧‧‧第二熱交換器

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

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‧‧‧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‧‧‧甲板

115‧‧‧轉換器箱

116‧‧‧轉換器箱

118‧‧‧窗

130‧‧‧橋艛

150‧‧‧螺旋槳

172‧‧‧甲板

圖1展示根據本發明之船的部分破裂透視圖，圖2展示冷卻裝置之第一實施例的圖解視圖，圖3展示冷卻裝置之第二實施例的圖解視圖，圖4展示冷卻裝置之第三實施例的圖解視圖，及圖5展示冷卻裝置之第四實施例的圖解視圖。