(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーター・ケーシング（３）と支柱（２）とを含み、前記支柱（２）はその下部で前記モーター・ケーシング（３）に接続され、前記支柱（２）はその上部で船体（１）に接続するように構成されており、前記モーター・ケーシング（３）は、固定子（５１）と回転子とを有する電動モーター（５）を取り囲むモーター・ハウジング（６）を含み、第２のダクト（２Ａ）及び第１のダクト（２Ｂ）が、それぞれ、強制冷却空気の供給及び回収のために配置されているポッド推進装置の冷却の方法において、
前記電動モーター（５）の前記固定子（５１）からの熱の大部分が前記モーター・ケーシング（３）の前記モーター・ハウジング（６）を介して前記モーター・ケーシング（３）の周囲の水に捨てられるように構成し、
第１の限定された時間期間（ＴＦ）にわたって第２のダクト（２Ａ）を供給側（Ｓ）として用い、その後、第２の限定された時間期間（ＴＡ）にわたって前記第１のダクトを供給側（Ｓ）として用いることに移るように、前記強制冷却空気の流れ（Ｗ，Ｓ）を周期的に変化させることを特徴とする方法。
【請求項２】
（ＴＡ，ＴＦ）がそれぞれ１分から１５分の間であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の限定された時間期間（ＴＡ）は前記第２の限定された時間期間とは等しくないことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記モーター・ハウジング（６）の上側部分に接触し、前記支柱（２）の少なくとも１つの外壁（２１）に対して前記上側部分を熱伝導的に接続する、固定した熱伝導手段（７，７０，７０ａ〜７０ｄ）を設けることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記上側部分は、前記モーター・ハウジング（６）の、周囲に水に曝されていない表面（６１）を含み、前記表面（６１）の領域内で前記熱伝導手段（７，７０，７０ａ〜７０ｄ）を接続することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
モーター・ケーシング（３）と支柱（２）とを含み、前記支柱（２）はその下部で前記モーター・ケーシング（３）に接続され、前記支柱（２）はその上部で船体（１）に接続するように構成されており、前記モーター・ケーシング（３）は、固定子（５１）と回転子とを有する電動モーター（５）を取り囲むモーター・ハウジング（６）を含むポッド推進装置のための冷却システムにおいて、
前記電動モーター（５）の前記固定子（５１）からの熱の大部分が前記モーター・ケーシング（３）の前記モーター・ハウジング（６）を介して前記モーター・ケーシング（３）の周囲の水に捨てられるように構成され、
制御部（９）によって制御されて前記ポッド推進装置内で冷却空気の流れを強制的に生じさせる空気流機構１００が設けられており、前記制御部（９）は、第１の限定された時間期間（ＴＦ）にわたって前方のダクト（２Ａ）を供給側（Ｓ）として用い、その後、第２の限定された時間期間（ＴＡ）にわたって船尾のダクトを供給側（Ｓ）として用いることに移るように、強制冷却空気の流れ（Ｗ，Ｓ）を周期的に変化させるように構成されていることを特徴とする冷却システム。
【請求項７】
前記モーター・ハウジング（６）及び／または前記固定子（５１）の上側部分に接触するように配置された熱伝導手段（７，７０，７０ａ〜７０ｄ）を有し、
前記熱伝導手段（７，７０，７０ａ〜７０ｄ）は、前記支柱（２）の少なくとも１つの外壁（２１）に対して前記上側部分を伝導的に接続することを特徴とする、請求項６に記載の冷却システム。
【請求項８】
前記上側部分は、前記モーター・ハウジング（６）の、周囲に水に曝されていない表面（６１）を含み、前記熱伝導手段（７，７０，７０ａ〜７０ｄ）は、前記表面（６１）の領域内の前記モーター・ハウジング（６）に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の冷却システム。
【請求項９】
前記熱伝導手段（７，７０，７０ａ〜７０ｄ）は、前記少なくとも１つの外壁（２１）に対して前記上側部分を伝導的に接続する固体の伝導材料を含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の冷却システム。
【請求項１０】
前記熱伝導手段（７，７０，７０ａ〜７０ｄ）は、前記モーター（５）の軸方向長さの全体に沿って前記上側部分から熱を伝導するように構成されていることを特徴とする、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項１１】
前記熱伝導手段（７，７０，７０ａ〜７０ｄ）は、前記モーター（５）の軸方向の長さ範囲における１以上の他の部分が前記熱伝導手段に直接は接触しないように、前記軸方向の長さ範囲における１以上の部分からの熱だけを伝導するように構成されていることを特徴とする、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項１２】
請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の冷却システムを備えることを特徴とする船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター・ケーシングと支柱(strut)とを含むポッド(pod)推進装置のための方法であって、支柱はその下部でモーター・ケーシングに接続され、その上部で船体に接続するように構成され、モーター・ケーシングは固定子（ステータ）と回転子（ローター）を有する電動モーターを取り囲むハウジングを含み、ハウジングは上側部分を有する、ポッド推進装置の固定子の冷却に関する方法に関する。
【０００２】
本明細書において、「上の」及び「下の」のような用語は、船に取り付けられたときのポッド推進装置の通常の姿勢を参照している。「軸の（軸方向の）」ような用語は、モーター・ケーシング内の電動モーターの軸を参照している。「船(ship)」は、あらゆる浮いている船舶艦艇(vessel)であると理解されるべきである。
【背景技術】
【０００３】
プロペラ・シャフトを駆動するために電動モーターを使用するポッド推進装置は、かなりの量の熱を発生する。モーターの固定子は、通常、モーター・ケーシングのハウジングに接触しているので、熱の大部分は、ハウジングを介して周囲の海水に捨てられる。しかしながら、モーター・ケーシングのハウジングの上部側は水に面しておらず、その代わりに支柱の内部に露出している。この領域では、海水に対する放熱による直接的な冷却は起こらないであろう。この領域における低い冷却効率のために、ホット・スポット（高温領域）が成長する。これに対応する１つの方法は、ホット・スポット内での過熱を避けるたえに、実際に必要とされるよりも大きなモーターを使用することである。これは、もちろん、費用効果が高い解決法ではない。
【０００４】
特定の冷却構造をこの領域に設けることの試みがなされてきた。一例が、推進シャフトを駆動する電動モーターを備えるポッドに関連した特許文献１に開示されている。ポッドは、モーターによって発生する熱の伝達を高める手段を備えている。この理由により、モーター・ケーシング及び支柱内の種々の場所に配置された冷却ダクトが設けられている。これらのダクトは、支柱に面するモーター固定子の上側部分、すなわち、ポッドのボディーが周囲の水に直接は接触しない領域に配置されたダクトを含んでいる。これらのダクト内の空気または水のような冷却媒体によって、この領域から熱が捨て去られる。
【０００５】
特許文献２は、支柱に面する領域においてモーター・ケーシングの壁の外側に流れる水などの冷却媒体を備える別の例を開示している。
【０００６】
特許文献３は、モーター・ケーシングであって、周囲の海水がハウジングの周りの全体に達するように設計されたモーター・ケーシングを開示している。
【０００７】
ポッドのための冷却システムのさらなる例が、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９及び特許文献１０に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６４８５３３９号明細書
【特許文献２】米国特許第７４４８９２９号明細書
【特許文献３】米国特許第７１９８５２８号明細書
【特許文献４】米国特許第６３１２２９８号明細書
【特許文献５】米国特許第５４０３２１６号明細書
【特許文献６】米国特許第６６７６４６３号明細書
【特許文献７】米国特許第６６８５５１６号明細書
【特許文献８】米国特許第７３７１１３４号明細書
【特許文献９】欧州特許出願公開第１０１０６１４号明細書
【特許文献１０】欧州特許出願公開第２０９８４４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ホット・スポットを冷却するための特別な冷却ダクトを設けることは、特に電動モーターの他の部分を冷却するためにも冷却ダクトが必要とされることから、仰々しいことであり、かつ、スペースを消費する。
【００１０】
本発明の目的は、この技術分野の先行技術に関連した問題点を最小化するために、ポッド推進装置の改良された冷却を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の様相によれば、上記の目的は、請求項１のプリアンブル部において特定された種類のポッド推進装置が請求項の特徴記載部分において特定された特定の方策を有することにおいて達成される。
【００１２】
このようにポッド推進装置は、冷却流れの方向を周期的に変えるように構成された冷却システムを備えている。
【００１３】
さらなる様相にしたがえば、モーター・ケーシングのハウジングの上側部分に接触して、支柱の少なくとも１つの外壁に対してモーターの部分を伝導的に接続する、固定した熱伝導手段が設けられてもよい。
【００１４】
「固定して(stationary)」は、特許請求の範囲により暗黙のうちに定義された範囲の中に維持されることであると理解されるべきである。しかしながら「固定して」は、この範囲内において熱伝導手段が動けないことを必ずしも意味するわけではない。また、「固定して」は、必ずしも熱伝導手段が固体であることを意味するわけではない。熱伝導手段は、液体、及び／または少なくとも部分的に気体の媒体であってもよい。
【００１５】
本発明に基づくポッド推進装置は、船の熱交換器に接続された１以上の他の冷却システムを含んでもよいことも理解されるべきである。
【００１６】
本発明のポッド推進装置は、モーター・ケーシングのハウジングの円周方向での周りの温度勾配が小さくなるような、ポッド推進装置の効率的な冷却を提供する。用いられた手段は、その機能に関して、設置するのに非常に単純であり、信頼性が高い。さらに本発明の冷却方法は、支柱内の空間をより少ししか占有しない。
【００１７】
本発明のポッド推進装置の上述した好ましい態様は、請求項１に従属する各請求項において特定されている。本発明のさらなる態様が、以下の実施形態に示される上記の態様によって特定された特徴についての可能な組み合わせにより構成されることができることが理解されるべきである。
【００１８】
本発明は、本発明に基づくポッド推進装置を備えた船にも関する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に関連する種類のポッド推進装置の概略側面図である。
【図２】図２は、ＰＯＤユニットの冷却の動作を行うときの本発明に基づく利点を表すグラフを示している。
【図３】図３は、冷却効率をさらに改良するであろう随意に付加される特徴を含む、図１のII−II線に沿う概略断面図である。
【図４】図４は、図３に描かれた随意に付加される特徴の詳細な実施形態の斜視図である。
【図５】図５は、図３に描かれた実施形態に基づく細部にわたる断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明に基づくポッド推進装置を示している。この装置は、電動モーター５で駆動されるプロペラ４をその前端に備えたモーター・ケーシング３を有する。モーター５は、モーター５の外周に接触するモーター・ハウジング６内に封入されており、モーター・ハウジング６は、ケーシング３と一体化したものの部分であってもよいし、分離した部分であってもよい。モーター・ケーシング３は、モーター・ケーシングが水中に位置するように、支柱２により吊り下げられて、支柱２を介して船体１に接続されている。プロペラ４は船を推進する。ポッド推進装置は、船の舵をとるために支柱２を介して垂直軸（あるいは、少なくと実質的に垂直な軸）のまわりを回転可能であってもよい。プロペラはモーター・ケーシング３の後端に位置してよいことも理解されるべきである。船のポッド推進の基本原理は、一般に知られていると考えられ、したがって、その詳細な説明は必要とされない。
【００２１】
支柱２は、モーター・ケーシング３の動作に必要な種々の装備を支柱２内に包み込む複数の外壁を有する。図１において、端部壁２３，２４が現れており、図２では側壁２１，２２が現れている。側壁は、一般に、モーター５の軸に沿って延びて、実質的にＮＡＣＡ形である。
【００２２】
動作時において電動モーターは、取り除かれるべき熱を発生する。熱の一部分は、モーターを介する強制的な空気流によって取り除かれてもよい。空気は、ダクト２Ａ，２Ｂにより支柱２を介して供給され（Ｓ；supplied）、回収される（Ｗ；withdrawn）。ダクト２Ａ，２Ｂは、支柱２内の垂直仕切り壁２５によって分割されている。熱、特にモーターの固定子からの熱は、モーター・ケーシング３のハウジング６を介しても取り除かれる。熱の大部分は、モーター・ケーシング３を取り囲む水によって取り去られる。
【００２３】
本発明に基づけば、強制された空気流れは、制御部９によって周期的に向きを変えられてもよい。すなわち、時間期間ｔののち、支柱２とマシン・ケーシング３を介する流れの方向が変わって、代わりに、供給側（Ｓ）が、支柱２内の反対側のダクト２Ａ、すなわち以前には空気が回収（Ｗ）されていたダクト２Ａに移るように、制御部９は、強制された空気流れを向きを変えるであろう。これは、強制された空気流れのためのファンの方向を変えること、流れの異なる方向を与える異なるダクトを有すること、あるいは、１以上のダンパー装置や可変（あるいは移動可能な）案内ベーン（羽根）を用いること、の少なくとも１つによって達成されることができる。
【００２４】
図２において、このような方法による利点、すなわち、例えばｔが１分から１５分の間であるとして、流れ方向の変更が周期的に実行されるときに、温度Ｔをより低いレベルに維持できることを示す図表が示されている。図表は、長さが約２．７ｍであるマシン・ケーシング３の異なる位置における温度を示すいくつかの温度グラフを表している。ここでＸ軸は、一端から他端までのマシン・ケーシングに沿った異なる位置を表しており、Ｙ軸は、相対値で表された温度を表しており、最大温度を１００で表している。各グラフは、異なるｔを有するケーシング内の各場所における温度を表している。最も高い温度を示す２つのグラフＸ１，Ｙ１は、ｔ＝０、すなわち方向の変化がない場合の試験結果を示している。ここで最も高い温度は、回収ダクトの近傍のマシン・ケーシング３内で得られる。第１のダクト２Ｂ（Ｘ１参照）を供給側として用いたとき、ＴＸmaxである最高温度が得られ、第２のダクト２Ａ（Ｙ１参照）を供給側として用いたとき、ＴＹmaxである最高温度が得られた。図表に示される試験結果は、どのダクト２Ａ，２Ｂが供給側Ｓとして用いられるかに依存して、最適にはｔが異なることを示唆している。したがって、第２のダクト２Ａを供給側として用いるときに時間ＴＹはおよそ８〜１０分間（Ｙ２＝９分）であるべきであるのに対し、第１のダクト２Ｂを供給側として用いるとき、時間ｔｘはおよそ４〜６分間（Ｘ２＝５分）であるべきである。したがって、たいていの場合、ＴＸ≠ＴＹとすることが最適であろう。ＴＸ＝５分（Ｘ２）及びＴＹ＝９分（Ｙ２）を用いるとき、約２％の最高温度の低減が達成された。これは、当業者には明らかなように、例えば電動エンジンにおける絶縁体などのいくつかの機械部品の性能あるいは寿命に関する大きな差異をもたらす可能性がある。したがって、この変形例を用いるときの１つの重要な利点は、モーターに関してより高い電力レベルを使用することができ、これは、より小さなモーターを使用してもよいという利点を導くだろう。より小さなモーターを使用できることは、コスト及び質量と、流体力学的性能すなわちユニット効率に対してよい影響を及ぼす。
【００２５】
しかしながら、図２から分かるように、モーター・ケーシング６は、モーター５を確実に取り付けるために、周囲の水には曝されておらずに支柱２の内部に面している表面６１を有している。通常は、図２に示されるように、軸方向には少なくとも部分的に半径方向には全体としてモーター５を取り囲むモーター・ハウジング６を有することが望まれている。表面６１は、支柱２の側壁２１，２２によって範囲を定められているが、空気ダクト２Ａ，２Ｂのための空隙を残すために、通常は、船尾壁２３及び前方壁２４までは延びていない。モーター５の固定子５１の部分であってこの表面６１においてハウジング６と接触する部分で発生する熱を取り除くために、本発明に基づけば、ハウジング６の表面６１と支柱２の側壁２１，２２とに接触する熱伝導手段７が設けられる。かくして熱は、周囲の水により冷却されるこれらの側壁２１，２２に伝達される。
【００２６】
図１及び図３において、表示を簡単にするため、このような固定した熱伝導手段７は箱形で示されている。
【００２７】
斜視図で示された図３は、モーター５の一端と支柱２の近接部分とを表している。モーター５は、その直径を通って垂直に切断されており、したがって、回転子４０と固定子５１とを備えるモーター５の一半のうちの一部のみが示されている。この例において熱伝導手段７は、銅、アルミニウムまたは鋼のような熱伝導金属のボディー（体）７０である。ボディー７０は、モーター５に沿って軸方向に延びていてもよい。図示される実施形態においてボディー７０はモーターの長さの約半分にわたって延び、モーターの端部の一方に位置しているが、異なる要求に適応するためにボディーの延長が変化してもよいことは、当業者には明らかである。ボディー７０の下側部分はハウジング６の表面６１に接触し、表面６１は支柱２の内側に面している。ボディーはまた、支柱２の側壁２１の一方にも接触している。固定子５１は、ハウジング６に接触している。したがって熱は、固定子５１から表面６１に伝えられ、表面６１からボディー７０を介し、側壁２１に伝えられる。側壁２１は、その外側にある水で冷却されている。変形例（不図示）において、ボディー７０は、通路／穴（不図示）をボディーに設けて冷却空気の貫通流が可能となるようにして、仕切り壁２５を通り過ぎて前方壁２４と接触するまで延びてもよい。もちろん、同じ原理、すなわち通路／穴を備える延長されたボディー７０は、船尾側において用いられてもよい。好ましい実施形態において、図３に示されるように、固定子５１との直接接触に基づく向上した熱伝達が達成されるように、ケーシング６１の外周部に、ボディーの突起７０ｅに対応する１以上の凹所６１Ａが設けられている。代替の実施形態において、中間の表面６１を有するモーター・ハウジング６の中間部分は、ボディー７０と固定子５１との直接接触を確立するために、全体として取り除かれていてもよい。
【００２８】
図  ５は、一例において支柱の側壁２１にハウジング６の表面６１を接続するために用いられるヒートパイプ７０ｄを示している。ヒートパイプの第１の端部７８は、ケーシング６の表面またはケーシングに伝導的に接続されたボディーに対し、伝導的に接続されている。ヒートパイプ７０ｄの第２の端部７７は、支柱の壁２１または支柱の壁２１に伝導的に接続されたボディーに対し、伝導的に接続されている。ヒートパイプは、壁の間に通路が形成されるように、外側壁７９と内側壁８０とを有している。この通路は、ヒートパイプの複数の端部と連通する。中心の通路も、ヒートパイプの複数の端部と連通している。ヒートパイプの内側には媒体が存在し、媒体は、ヒートパイプ内で媒体が液相と気相とを有するようなレベルの凝縮温度を有するように、選択される。
【００２９】
壁７９と壁８０の間には、ろうそくの芯のような毛管装置が設けられている。
【００３０】
媒体は、ハウジング６の表面６１からの熱Ａにより、第１の端部７８において加熱される。それにより媒体は蒸発し、蒸気Ｂが中心通路を介して反対側の端部７７まで流れ、凝縮するように蒸気Ｂは支柱の端部壁２１によって冷却（Ｃ）される。凝縮した媒体は、毛管力により、外側通路内を輸送（Ｄ）されて第１の端部７８に戻り、そこでさらなる循環のために再び蒸発させられる。毛管力のために、この機能は重力には依存しない。したがって、向きを自由に選択することができ、垂直であっても水平であってもよい。
【００３１】
代替例においては、毛管装置は外側通路には存在しない。この場合においては循環が重力に起因するので、この例は、向きに対する制約を暗示する。このような例において、第１の端部７８は最下端でなくてはならない。さらに、熱伝導性の棒（すなわち中空パイプではないもの）を用いても本発明に基づく基本的な機能が達成されることは、当業者には明らかである。
【００３２】
同じ構成がモーターの他方の半分にも設けられ、反対側の側壁２２（図４には現れていない）に接続されていることが、理解されるべきである。各側のボディー７０は、モーター５の垂直直径面において接続し、これにより共通のユニットを形成してもよい。
【００３３】
図においてボディー７０は、モーター５の垂直直径まで延びている。あるいは、ボディー７０は、垂直直径からある距離を置いたところで終わっていてもよい。
【００３４】
本発明は上述した例には限定されず、特許請求の範囲の範囲内において上述した機能を得るために当業者によって多くの変形がなされることは、明らかである。
【００３５】
さらに、上述したいくつか様相は、別個の分割出願により独立して保護されてもよいことは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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