MARINE PROPELLER DRIVEN BY AN ELECTRIC MOTOR, COMPRISING A PERMANENT MAGNET ROTOR SHAPED IN THE RING CONNECTING THE PROPELLER BLAD TIPS

Abstract: 1. Electrically driven propeller for watercraft with permanent excitation in a flange connecting the propeller blade ends and a stationarily mounted stator winding, in which the annular gap between stator and rotor is flooded, characterized thereby, that the propeller (1, 10) is at least in part arranged in a tunnel (4, 12), which is integrated into the stern of the ship and closed by a nozzle ring (6, 13) around the remaining circumference of the propeller, wherein shaft struts (8, 18) to the outer skin of the ship and to the rudder heel (17) and/or a shaft receptacle in the fixed part (15) of the rudder blade (16) serve to bear the propeller shaft (7, 14).

Description: "Schiffsintegrierter Motorpropeller" Die Erfindung betrifft einen elektrisch angetriebenen Propeller für Wasserfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Es sind Motorpropeller bekannt, bei denen der Propeller in einer Düse läuft, die um den Umfang verteilt die Statorwick- lung aufnimmt. Die Flügelenden des Propellers sind über eine Wartung miteinander verbunden. In die Gurtun sind, ebenfalls über den Umfang verteilt, Permanentmagnete zur Erregung des Motors eingesetzt. Ein derartiger Motorpropeller ist in der DE-Anmeldung P 32 46 730.3 beschrieten und bringt eine wesentliche Wirkungsgradverbesserung gegenube, Antrieben mit sich, die von der Propellernabe angetrieben werden (vergl. DE-PS 688 114). Es ist weiterhin bekannt, dass eine Verminderung der Drehzahl eines Propellers auf beispielsweise 58 U/min bei einer Durchmesservergrösserung auf 9 m zu einer Wirkungsgradverbesserung von ca. 15 % führt (vergl. STG-Jahrbuch 1980, Seiten 130 ff). Wegen des bei Schiffen herkdmmlicher Bauart gegebenen Konstruktionstiefganges ist eine Vergrösserung des Propellerdurch- messers auf optimale Werte meistens nicht möglich. Insbesondere sind dann Grenzen zu beachten, wenn das Schiff bestimmte Fahrtrouten mit vorgegebenen Wassertiefen befährt. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist daher darin zu sehen, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der ein optimaler Propulsionsgütegrad bei maximalen Propellerabmessungen erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Anordnung nach der Erfindung bringt wesentliche Vorteile mit sich. Wird die Statorwicklung in das an den otsrpropeller angeo asste Hinterschiff gelegt, so ist eine maximale Durchmesserausnutzung des Propellers gege- n. Eine Pitere Verbesserung der Effektivität kann erreicht werten, wenn die Schiffsaussenhaut, die bei einem Zwei-Schrauberschiff den Propellermotor mehr als 50 % umgibt, zu ei=n. tunnel ausgebildet wird. Dieser Teiltunnel kann durch einen Düsenring geschlossen werden. Durch Wegfall der Wellenhose und der Wellenleitung und entsprechende Ausgestaltung des Hinter scniffes wird eine gleichmässige Anströmung erzffle't. Dadurch wird der Gesamtpropulsionsgütegrad gesteigert. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Hecks eines Zweischraubenschiffes, Fig. 2 Ansicht der in das Heck integrierten Doppelschrauben, Fig. 3 Heckansicht bei einem Einschraubenschiff, Fig. 4 Seitenansicht des Motorpropellers als Radialfeld Maschine Fig. 5 Rotor- und Statorausführungen Fig. 6 Seitenansicht des Propellers als Achsialfeld-Maschine mit Doppel rotor Fig. 7 eine vergröerte Darstellung des Doppelrotors aus Fig. 6 und Fig. 8 eine Variante für einen Radialfeld-Doppelrotor. Aus Fig. 1 ist zu ersehen, dass die beiden Propeller 1 und 2 so in das Hinterschiff 3 eingesetzt sind, da9 sie in einer tunnelartigen Ausnehmung 4 laufen. Die besondere Ausbildung des Hinterschiffes 3 in der Form eines flossenartigen Fortsatzes 5 des Kieles führt zu einer mehr als 50 % Eintunnelung der Propeller 1, 2. Zur vollständigen Umfassung der Propeller kann ein Teildüsenring 6 an.die Teiltunnel eingefügt werden. Diese konstruktiv einfachere Form des Hinterschiffes 3 führt zu einer vergleichmäiten Anströmung der Propeller 1, 2und kann im günstigen Fall zu einer ca. 20 % Steigerung des Gesamtpropulsionsgütegrades führen. Aus Fig. 2 ist noch deutlicher zu erkennen, dass die Propeller 1, 2 in das Hinterschiff 3 integriert sind. Die tunnelförmigen Ausnehmungen 4 werden durch die Düsenringe 6 ergänzt, so dass die Statorwicklungen gleichmäSig über den Umfang der Propeller verteilt werden können. Angedeutet sind die zur Halterung der Propellerwellen 7 dienenden ellenbocke 8, die mit der Schiffshaut fest verbunden sind. Durch diese Ausbildung des Hinterschiffes wird selbst bei optimalen PropellerSurchmessern der Konstruktionstiefgang des Schiffes nicht überschritten. Die Fig. 3 und 4 zeigen das Heck eines Einschraubenschiffes. Der Propeller 10 läuft konstruktionsbedingt nur zu etwa 1/3 seines Umfangs in einem in das Hintershiff 11 integrierten Tunnel 12, während ca. 2/3 von einem Düsenring 13 gebildet werden. Die Lagerung der Propellerwelle 14 und die Aufnahme der Schubkräfte kann im feststehenden Teil 15 eines Halbschwe beruders 16 erfolgen, alternativ auch in einem Steg zur Ruderhacke 17. Radialkräfte können durch Gelenk arme 15 aufgenommen werden. Die Statorwicklung 19 ist, wie in Fig. 4 angedeutet, über den Tunnel 12 und den Düsenring 13 uerteilt angeordnet. Die Erregung des Motors wird durch Permanentmagnete 20 erzeugt, die ebenfalls über den Umfang des Propellers in einer Wartung 21 verteilt sind. Die Statorwicklung 19 wird zweckmässig von einem separaten Generator gespeist und mit einer Spannung entsprechend der Bordnetzspannung ausgelegt. Dadurch ist bei Ausf211 der Hauptmaschine ein take-home-Betrieb über die Bordnetzgeneratoren und Umrichter möglich. Um den Vorteil einer wirbelstromfreien Ablosung des Propellerstrahles hinter dem Propeller-Düsenring 22 zu erhalten, wieFig. 5a und 5b zeigern, wird die Schiffsauenheut ortlich hinter der Statorwicklung 23, aber vor dem Ende der strom linienformig ausgehildeten Propellergurtung 22 enden (Fig.5a). Die Schiffsaussenhaut kann als Abri3Rante oder Ablaufwulst 24, auch abnehmbar, gestaltet sein (Fig. 5b). Anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung wird diese Ausführung näher behandelt. In Fig. 5 ist eine Variante gezeigt, bei der die Flügelenden des Propeller 25 mit einer Rlnsszheibe S verbunden sind. In die einander gegenüberliegenden Ringflächen sind Permanentmagnete 27, 2a über den Umfang verteilt eingelassen. Die Rnngschei5e 25 läuft in einer Ringnut 29 des Teiltunnels und des Düsenringes, die entsprechend stärker in der Wandung ausgeführt sind. Der Rotor ist hier nach Art eines Achsialfeld-Doppelrotors ausDeführt. Zu beiden Seiten der Ringnut 29 sind die Statorwicklungen 30, 31 angeordnet. Die Propellrwelle 32 ist sowohl am festen Teil 33 des Ruders als auch mittels Gelenkarmen 34 an der SchiffsauSen- haut gelagert, um die Schub- und Querkräfte aufzunehmen. Der Spalt zwischen Ringscheibe 26 und Ringnut 29 ist geflutet und am Eingang mit einer Grobdichtung 35 versehen, um Fremdkörper fernzuhalten. Aus Fig. 7, die den in Fig. 6 kreisfärmig umrandeten Teil vergrössert darstellt, geht hervor, dass die hintere Statorwicklung 31 in einem Ringwulst 36 angeordnet ist, der zur Herabsetzung des Wasserwiderstandes am Ende 37 stromlinien -förmig ausläuft. Um die Wartung und Reparatur des Propellers zu erleichtern, ist der Ringwulst 36 nach achtern abnehmbar. Die Trennfuge kann dabei in der Mitte des Stegringes 38 verlaufen. In den Stegring können zur Lasserseite periphere Öffnungen 39 vorgesehen sein, um eine spülung des gefluteten Ring-paltes sowie eine Kühlung des. Motors zu gewahrleisten. Schliolich sind in einer weiteren Variante gemäE Fig. 8 Ringszheibe und Ringnut nach Fig. 6 durch zur Propellerachse parallele Ansätze L-förmig ausgebildet, wobei die elektrisch wirksarren Komponenten in die horizontalen Teile gelegt sind. Mit den Flügelenden des Prcpellers 40 ist wiederum eine Ringscheibe 41 verbunden, die allerdings einen horizontalen, zur Propellerachse parallelen Ansatz 42 erhält. Dieser weist auf einander gegenüberliegenden Flächen und verteilt über den Umfang Permanentwagnete 43, 44 auf. Die den L-förmigen Rotor, der hier als Radialfeld-Doppelrotor wirkt, aufnehmende Ringnut 45 im Teiltunnel des Hinterschiffes und im Dusen- ring weist in den den Rotormagneten gegenüberliegenden Flächen Statorwicklungen 46, 47 auf. Die Flügel enden können dicht an die Innenwand des Tunnels bzw. Düsenringes herangeführt werden. Die den radialen Teil 41 des Rotors aufnehmende Ringnut kann dagegen relativ breit ausqeführt werden und erhält am Eingang wiederum eine GroS- dichtung 48. Die Statorwicklungen 461 47 sind in einem mit dem Hinterschiff beispielsweise über Schraubenbolzen 49 verbundenen Ringwulst 50 gelegt. Dadurch wird Wartung und Reparatur des Propellers 40 erleichtert. Auch hier können Öffnungen 51 zur Wasserseite im Ringwulst vorgesehen werden.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1. Elektrisch angetriebener Propeller für Wasserfahrzeuge mit Permanenterregun3 in einer die Propellerflügelenden verbindenden Gurtung und einer ortsfest angebrachten Statorwicklung, bei dem der Ringspalt zwischen Stator und Rctor geflutet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller (1, 10) zumindest teilweise in einem in das Schiffsheck integrierten Tunnel (4, 12) an3Dsrdnet ist, der durch eine Düsenring (6, 13) um den restlichen Umfang des Propellere geschlossen ist, wobei zur Lagerung der Propellerwelle (7, 14) Wellenböcke (8, 18) zur Schiffsaussenhaut und zur Ruderhecke (17) und/oder eine Wellenaufnahme im feststehenden Teil (15) des Ruderblattes (16) dienen. 2. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz einer Radialfeldmaschine Ständerwicklung und die Permanentmagnete in der Propellergurtung in der Tunnel- und Düsenringwandung versenkt sind. 3. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenring (5, 13) als Teilkortdüse ausgebildet ist. 4. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da das achterliche Ende von Tunnel (4, 12) und Düsenring (6, 13) vor der achterlichen Kante der Rotorgurtung (22) endet und als AbreiSkante oder Wulst (24) ausgebildet ist. 5. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorqurtung stromlinienförmig ausgebildet ist. 6. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung von Tunnel und Düsenring eine radiale Ringnut (29) aufeist, in deren seitliche Begrenzungsflächen die Statorwicklungen (30, 31) eingesetzt sind, und dass der mit den Flügelende verbundene Rotor als radiale Ringscheibe (ZÏ) in die RIr.gnut eingreift und mit Cc- Statorwicklungen gegenüberliegenden Erregermagneten (27, 23) versehen ist. 7. Elektrisch angetriebeer Propeller nach RmsHruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ringnut (29) und Ringscheibe (26) eine Grobdichtung (35) angeordnet ist. 8. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da3 die Ringnut (45) in der Tunnelund Düsenringwandung und die mit ihr zusammenwirkende Ringscheibe (41) durch einen achsialen Ansatz (Ls3 L-firmig aus3ebildet sind, wobei Statorwicklungen (46, 47) und Erre gerrnagnete (43, 44) im achsialen Teil einander gegenüberliegend angeordnet sind. 9. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, dass der achsiale Ansatz (42) der Ringnut mit den einander gegenüberliegenden Statorwicklungen (46, 47) in einem als Wulstring (50) ausgebildeten bauteil vorgesehen sind, der von achtern an das Schiffsheck anbring har ist. 10. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, dass der Wulstring (50) zur Herabsetzung des ijiasserwiderstandes stromlinienförmig ausgebildet ist. 11. Elektrisch angetrlebener Propeller nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (45) hzw. deren achsialer Ansatz (42) durch periphere Öffnungen (51) mit dem umgebenden Wasser verbunden ist. 12. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass die hintere St3toruicklunQ (31) in einem wulstförmigen Bauteil (36) untergebracht ist, der abnehmbar mit dem Schiffsh2ck verbunden ist.

Inventors: BILLERBECK, KLAUS, DIPL.-ING., HARS, WOLFGANG, DR.-ING., KRANERT, KLAUS, DR.-ING.
Applicants: LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH
Application year: 1984
Main classification: B63H5
IPC codes: B63H1, B63H23, B63H5