耐衝擊的電動船舶主機,例如電動機或發電機的製作方法

2023-05-25 00:11:16

專利名稱：耐衝擊的電動船舶主機,例如電動機或發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於(海軍)軍艦的耐衝擊電動船舶主機，例如電動機或發電機，它在機殼內有一定子和一轉子，其中，所述轉子與一驅動軸連接。
由WO 02/30742 A1已知減震的電動船舶主機，例如電動機。為了減震，所述已知的電動機有一個轉子與定子相互的支承裝置以及有一個定子通過減震的彈性件在電動機機殼上的支承裝置。
已知的結構設計已經為機殼與轉子-定子單元提供了一種脫耦裝置，然而這對於(海軍)軍艦在被擊中的情況下是不夠的。在這裡不僅必須能吸收和減小振動，而且必須能吸收和降低高的衝擊加速度，以允許由定子和轉子構成的單元在比已知的減震件提供的大得多的範圍內避讓。
上述技術問題可這樣來解決，即，使所述定子和轉子可相對旋轉運動，並且沿徑向/軸向帶有有限的但較大間隙地互相連接，以構成一個可相對於機殼運動的結構單元，它有能力比普通的振動振幅更大程度地避讓，此外，所述機殼與(海軍)軍艦彈性地連接。與定子與轉子大的間距相結合，按本發明還規定將轉子設計為對於轉子軸的翹曲不敏感。通過所建議的這些措施，可以忍受超過100g的機殼或來自船舶其他部分的衝擊加速度，以及不會導致定子和轉子在工作中碰撞。當衝擊加速度使結構部分本身承受的加速度超過100g時，這種碰撞處於臨界狀態。為了降低衝擊加速度，有必要達到多個毫米的避讓距離，在極端的情況下避讓距離必須達到幾個釐米。
在設計耐衝擊電動船舶主機時特別規定，將電動機裝在船體下側的一個設計為吊艙狀有利於流動的機殼內，其中，在與轉子連接的驅動軸上連接至少一個螺旋槳，以及，定子通過迴轉軸承固定在轉子上；以及，由定子和轉子構成的結構單元不僅彈性支承在機殼上而且也彈性支承在驅動軸上，以及，在轉子與定子之間設計一空氣間隙至約50mm。
在電動舵推進器中的電動船舶主機遭受特別高的衝擊加速度，因為在萬一的情況下直接在電動舵推進器下方可能爆炸水雷或魚雷。即使對於這種意味著舵推進器外殼的加速度明顯超過100g的情況，耐衝擊電動船舶推進裝置也必須繼續保持運行，這通過採取上面說明的一些措施並結合所規定的舵推進器與船尾的彈性連接來實現。
按本發明的另一項設計規定，機殼在船的內部裝在一彈性地安置的基架上，其中，驅動軸有一個與螺旋槳軸或噴水葉輪軸耦連的彈性離合器。從而獲得了一種船舶主機的設計，船舶主機安裝在船的內部，例如可以抵擋水雷爆炸或強烈震蕩地在船內觸發的飛彈的打入。因此，如果此耐衝擊電動的船舶主機設計為發電機，不會導致發電機故障。也就是說，不僅為設計在內部的電動船舶主機而且為設在電動舵推進器內的船舶主機均相對於船體提供一種雙重的彈性。對於電動舵推進器，彈性通過有避讓能力的彈性的舵推進器軸達到；而對於安裝在船內部的機器，彈性通過彈性的基架獲得。在所有的情況下均提供了一種能順利承受衝擊波和回彈的耐衝擊電動船舶主機的結構。
通過將轉子分成一個管狀支承體和一個套在支承體上並彈性地支承在驅動軸上的電機有效部件，以及，使定子支承在轉子的支承體上並彈性地支承在機殼上，得到按本發明的一個重要的結構單元。這一結構單元允許轉子與定子在衝擊加速度作用下基本上共同地實施避讓運動。
轉子在驅動軸上的支承沿軸向和徑向設計為軟性的，而沿周向設計成扭轉剛性。所述支承根據需要設計為滾動軸承或滑動軸承。由此得到一種按本發明的剛性結構，其中，當必須考慮到特別高的衝擊加速度時採用滑動軸承。
按本發明的電動機或發電機通過其彈簧彈性地安裝或布置，已經能有效地降低固體內傳播的噪聲，但由於紅外線仍存在被敵方定位的可能性。為了減小這種可能性以及使電動機儘管截面尺寸小仍能承高的負載，規定，電動機設計為液冷式的。在這裡，水冷卻裝置有利地採用循環水冷卻法。
為了水冷耐衝擊的電動機，有利地將定子設計為冷卻裝置，其中，冷卻水經冷卻通道流過定子。冷卻通道可設計為徑向通道，因此獲得特別有效的冷卻；但也可以設計為周向通道，它們蛇曲形地在定子圓周上延伸，這是一種特別簡單的方案；以及還可以設計為沿縱向通過定子的軸向通道。在這裡這種冷卻也是特別有效的。總之，與較簡單的空氣冷卻相比，在結構尺寸較小的同時顯著減小尤其對於舵推進器較為重要的紅外線輻射以及提高負載能力。
按本發明規定，所述冷卻通道具有至少一個水箱，它起分配器的作用。因此各冷卻通道可供應冷卻水，無須在電動機或發電機內存在許多單個接頭。
按本發明另一項設計規定，定子有一個帶多個繞組端部的繞組，這些繞組端部被冷卻空氣繞流。因此非常有利地也冷卻了定子的這一在冷卻技術上未被冷卻通道涉及的部分。雖然也可以為繞組端部設穿過繞組端部或圍繞繞組端部的冷卻通道，但在這裡尤其對於防衝擊的機器存在結構設計方面的困難，所以一般不予採用。也就是說，作為冷卻提供繞組端部的空氣繞流，它與在船內或甲板上的循環冷卻器相結合。採用空氣冷卻繞組端部有利地不需要改變機器的結構尺寸，在繞組端部區內存在自由空間。
若將耐衝擊電動機設計為永久磁鐵勵磁的機器，則得到此機器的一種特別有利的設計。由此獲得一種結構特別簡單的機器，它的轉子沒有滑環等構件。轉子與定子因而可簡單地設計為自身緊湊的彼此隔開比較大間距的單元。其中，所述定子可設計成空氣間隙式繞組。總之，尤其對於舵推進器電動機，得到一種特別堅固的耐衝擊的結構。
對於安裝在船內的這種結構類型的電動機，有利地規定，所述定子設計成在機殼內通過一些滑塊、例如藉助一可旋轉運動的定子磁軛可轉動。因此無須完全分解此機器便可以實施有時必需的例如對冷卻系統的修理，不必將機器整個拆除和解體。這尤其對於(海軍)軍艦用的耐衝擊電動船舶主機是有利的，因為可以避免花費在廠修理時間。在定子上進行修理工作不需要拆除機器。
下面藉助附圖詳細說明本發明，由附圖以及同樣由從屬權利要求也可以得知另一些本發明的優點。附圖中

圖1在示意的縱剖面圖中表示推進裝置；圖2和圖3表示按圖1的裝置的結構設計；圖4表示按本發明的有冷卻水沿軸向貫流定子的電機；圖5表示按本發明的具有定子周向冷卻裝置的電機；圖6表示用於按圖5的周向冷卻裝置的流動過程；以及圖7和8表示帶有可旋轉的定子磁軛的電機的冷卻設計。
圖1表示用於(海軍)軍艦的電動機或管式發電機的驅動軸1，在驅動軸1的每一端帶有一個螺旋槳2或3。驅動該驅動軸1的電動機只表示了上半剖面。該電動機由轉子4和定子5組成，其中，轉子具有一個永久磁鐵形式的電磁有效層6並裝在一個管狀的支承體7上。所述定子5有一個多部分組成的支承殼體8，它通過迴轉軸承9固定在轉子的支承體7上。
由轉子5和定子6組成的結構單元，藉助一些彈性減振件10、11一方面支承在驅動軸1上以及另一方面支承在一個容裝電動機及驅動軸的殼體12上。在這裡，所述驅動軸1通過迴轉軸承13裝在機殼12內。
為機殼12配設一個支承井筒(支柱)14，用於將推進裝置固定在船體上。支承井筒14可設計為雙層壁或設有環形的垂直冷卻通道16，例如用於導引冷卻空氣。所述支承井筒14通常設計為可旋轉的支柱，藉助它可控制船舶。
為了冷卻定子5，尤其冷卻繞組端部15，可例如在電動機的一端從支承井筒14向支承殼體8與支承體7之間的內腔中供入冷卻空氣，以及在電動機的另一端排出。冷卻空氣在電動機內部可在轉子的電磁有效層6與支承體7之間沿軸向流動。為了冷卻定子或定子繞組，所述定子殼體8具有流動通道，它們被從支承井筒14供給的冷卻水流過。
按圖2及按圖3略有放大的局部，由轉子24和定子25組成的電動機裝在一個設計為有利於流動的機殼32內，該機殼可藉助支承井筒39吊艙狀地定位在船體下方。所述定子的支承殼體28通過設計為斜置滾子軸承的迴轉軸承29固定在轉子24的支承體27上。此支承體通過一些減振件30彈性地支承在驅動軸21上。在這裡，所述減振件30沿軸向固定在環形法蘭18、19上。
所述定子的支承殼體28通過減振件31支承在機殼32上。這些減振件分別由一個橡膠體17構成，它通過銷釘35、36與支承體28和機殼32機械連接。支承轉子的驅動軸21藉助滑動軸承33、34支承在機殼32中。在這裡，滑動軸承藉助密封裝置37、38與周圍的水形成密封。
圖4中的附圖標記40表示軸向冷卻通道。它被循環冷卻水流過，冷卻水有利地帶走在電動機或發電機(一個相應的設計也可以用於發電機)中產生的熱量，所以電動機或發電機沒有形成高的表面溫度。
在圖5中用45表示的冷卻通道用於同樣的目的。繞組端部44如已描述的那樣分別用空氣冷卻。該電機為了緩衝和與此同時阻尼傳入的運動，有一些彈簧減振件42，它們尤其用彈性體材料或橡膠製成。作為適用的元件，可使用由高彈性的離合器構成的元件，例如Rexroth公司的SPIROFLEXKS離合器。它們不僅可承受高的機械負荷，而且具有期望的減振和彈性特性。
在圖6中表示尤其設在定子外部的冷卻通道的通流。冷卻水經轉向通道段47被置於逆流運動48、49。因此沿定子表面均勻冷卻，與空氣冷卻繞組端部相結合，可避免在電動機或發電機內形成熱巢。
在圖7和8中表示結合可旋轉的定子磁軛的一種冷卻裝置的結構設計，定子磁軛的維護工作非常簡單。在這裡，50表示在定子冷卻通道端部的水箱，以及51表示去繞組的進水管可以兩者擇一。55分別表示一個繞組端部57的鼓風機，繞組端部一般只通過來自鼓風機55的冷卻空氣冷卻。但正如已提及的那樣，繞組也可以流過消電離的水。由此便形成一種例如可設計為圖6所示形式的定子繞組的冷卻。
53和54表示另一些冷卻水導引方案的通道。應特別重視支承在一定子磁軛內並例如通過蝸杆軸裝置52可轉動的一定子的散熱，因為通過電動機機殼的散熱量很小。滑塊56對於散熱也幾乎沒有貢獻。採用在圖7和8中的結構，總體上得到電機的一種特別便於修理的設計，與彈性地安裝在基架上相結合，並通過與電機軸的彈性連接，在採用按本發明的基本思想的情況下，可導致一種同樣非常耐衝擊的電動船舶主機。
權利要求
1.一種用於(海軍)軍艦的耐衝擊電動船舶主機，例如電動機或發電機，它在機殼內有一定子和一轉子，其中，該轉子與一驅動軸連接，該定子和轉子可相對旋轉運動並且徑向/軸向具有有限間隙地以這樣的方式互相連接，即，使得它們構成一個相對於所述機殼(12)可運動的結構單元，該結構單元能夠比普通的振動振幅更大程度地相對於機殼(12)避讓，以及所述機殼(12)與(海軍)軍艦彈性地連接。
2.按照權利要求1所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為它裝在一個吊艙狀地安置在船體下側的流線型機殼(32)內，其中，在與所述轉子連接的驅動軸(1、21)上連接有至少一個螺旋槳(2、3)，以及，所述定子(5)通過迴轉軸承固定在該轉子上；以及，由所述定子(5)和轉子(4)構成的結構單元不僅彈性支承在機殼上而且也彈性支承在驅動軸(21)上，以及，在所述轉子與定子之間的一空氣間隙為0.5至50mm。
3.按照權利要求1所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述船舶主機的機殼(12、32)在船的內部裝在一彈性地安置的基架上，其中，所述驅動軸(1、21)具有一個與螺旋槳軸或噴水葉輪軸耦連的彈性離合器。
4.按照權利要求1、2或3所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述轉子由一管狀的支承體和一個套在支承體上並彈性支承在驅動軸(1)上的電機有效部件組成；以及，所述定子支承在轉子的支承體上並彈性地支承在機殼上。
5.按照權利要求1、2、3或4所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述轉子在驅動軸(1)上的支承設計為沿軸向和徑向是軟性的，而沿周向是扭轉剛性的。
6.按照權利要求1、2、3、4或5所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述迴轉軸承設計為滾動軸承。
7.按照權利要求1至5之一所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述用於支承驅動軸的軸承設計為滑動軸承。
8.按照前列諸權利要求中一項或多項所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述電動機設計為液冷式。
9.按照權利要求8所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述定子具有一冷卻裝置，用於電動機的冷卻水在其中通過冷卻通道導引。
10.按照權利要求8或9所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述冷卻通道設計為徑向通道。
11.按照權利要求8或9所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述冷卻通道設計為周向通道，尤其是設計為在定子圓周上延伸的蛇曲形通道。
12.按照權利要求8或9所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述冷卻通道設計為軸向通道。
13.按照權利要求8、9、10、11或12所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述冷卻通道與至少一個水箱連接，該水箱起分配器的作用。
14.按照前列諸權利要求中一項或多項所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述定子具有一個帶多個繞組端部的繞組，這些繞組端部被冷卻空氣繞流。
15.按照前列諸權利要求中一項或多項所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述電動機設計為永久磁鐵勵磁的電動機。
16.按照權利要求15所述的耐衝擊電動船舶主機，其特徵為所述定子設計成在機殼內通過一些滑塊、例如藉助一可旋轉運動的定子磁軛可轉動。
全文摘要
本發明涉及一種用於(海軍)軍艦的耐衝擊電動船舶主機，例如電動機或發電機，它在機殼內有一定子和一轉子，其中，定子和轉子可相對旋轉運動以及徑向/軸向具有有限間隙地以這樣的方式互相連接，即，使它們構成一個相對於機殼可運動的結構單元，它有能力比普通的振動振幅更大程度地相對於機殼避讓，以及機殼與(海軍)軍艦彈性地連接。
文檔編號H02K1/30GK1550060SQ02817049
公開日2004年11月24日 申請日期2002年8月30日 優先權日2001年8月30日
發明者卡斯滕·布拉克, 託馬斯·霍夫曼, 曼弗雷德·克魯格－戈茨曼, 克裡斯琴·邁耶, 克裡斯琴·希勒, 彼得·沃格利, 拉爾夫·威爾克, 彼得·海因, 威爾克, 霍夫曼, 卡斯滕 布拉克, 德 克魯格-戈茨曼, 沃格利, 海因, 琴 希勒, 琴 邁耶 申請人:西門子公司