Электрическое моторное судно с охлаждением окружающей водой
Судно имеет проходящий через корпус судна проточный канал. В корпусе судна расположен электромотор и батареи, а также прибор для управления электромотором и гребной винт, которые по меньшей мере на отдельных участках размещены в проточном канале. При этом батареи размещены в водонепроницаемом кожухе и по меньшей мере на отдельных участках находятся в теплопроводном контакте с кожухом, по меньшей мере частично состоящим из теплопроводного материала. Электромотор выполнен в виде двигателя с внутренним ротором. Статор с помощью теплопроводящего узла находится в теплопроводном контакте с приемным корпусом электромотора. При этом приемный корпус, по меньшей мере частично сопряженный с теплопроводящим узлом, состоит из теплопроводного материала и по меньшей мере частично расположен в проточном канале. Повышается КПД судна. 18 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение касается моторного судна с корпусом судна, на который пользователь по меньшей мере частично ложится или становится, с проходящим в корпусе судна проточным каналом, с гребным винтом, приводимым в движение электромотором, при этом электромотор и батареи, а также прибор управления электромотором и гребной винт по меньшей мере на отдельных участках размещен в проточном канале.
Моторное судно такого рода известно из WO 96/30087. При этом пользователь лежит на корпусе судна, а гребной винт в проточном канале приводится в движение электромотором, который работает от батарей, так, что через проточный канал засасывается водный поток, который проходит против направления движения моторного судна.
Водяной поток может отводиться от пользователя, а с помощью формы корпуса судна движущийся водяной поток может направляться мимо пользователя. Это облегчает плавание и ныряние с моторным судном.
Выполнение моторного судна сложно по своей конструкции и неудобно для обслуживания. Электромотор соединен с гребным винтом через передачу. Для поддержания мощности электромотора внутри корпуса судна осуществляется его охлаждение. Мощность такого моторного судна относительно ограничена. Кроме того, в связи со сложной конструкцией оно имеет значительный вес и вследствие этого неудобно для использования.
Задачей изобретения является создание моторного судна упомянутого вначале типа, которое имеет высокий коэффициент полезного действия.
Задача изобретения решается с помощью того, что батареи установлены в водонепроницаемом кожухе и по меньшей мере на отдельных участках находятся в теплопроводном контакте с кожухом, причем кожух по меньшей мере частично состоит из теплопроводного материала и находится в теплопроводном контакте с протекающей водой.
В этом месте следует отметить, что под понятием «батареи» нужно подразумевать также аккумуляторы. При этом неизбежно возникающее при высокой мощности электромотора тепловыделение в батареях может быть надежно и просто передано воде. Она представляет практически неограниченный охлаждающий резервуар.
Чтобы обеспечить хорошую теплопередачу воде, предпочтительным образом может быть предусмотрено, что кожух по меньшей мере частично состоит из алюминия. Алюминиевый материал, в частности, в среде морской воды, обладает достаточной коррозионной стойкостью. Для сохранения достаточной безопасности при использовании в случае аварии согласно одному возможному варианту изобретения предусмотрено, что батареи имеют напряжение менее или равное 60 В. При этом соответствующее изобретению охлаждение особенно пригодно для отвода возникающего тепла, как поясняет приведенный ниже пример.
При отдаваемой мощности на приводном валу 4 кВт и общем коэффициенте полезного действия системы привода (90% двигатель + 5% электроника = 85% общий) около 85% потребляемая мощность от батарей составляет 4,7 кВт. При 45 В / cвыше 100 А возможный установившийся ток нагревает всю систему. Это означает, что наряду с достижением высокого технического коэффициента полезного действия согласно изобретению надежно охлаждает 700 Вт.
Другое выполнение изобретения может отличаться тем, что кожух с батареями расположен по меньшей мере частично в области проточного канала. В этой области имеет место большой объемный поток охлаждающей воды, что способствует эффективному охлаждению.
Согласно другому предпочтительному варианту изобретения может быть предусмотрено, что кожух с батареями расположен в выполненном на нижней стороне корпуса судна углублении, которое по меньшей мере частично расположено вне проточного канала и входного отверстия проточного канала, и что кожух по меньшей мере со стороны правого и левого бортов и/или со стороны киля частично расположен в протекающей воде. При таком расположении возможно обтекание водного потока по большой площади.
Весовое тарирование моторного судна в отношении оптимального центра тяжести может поддерживаться простым способом с помощью того, что кожух проходит вокруг центральной области корпуса судна, образованной между носом и кормой, в направлении носа.
Батареи легко доступны для процесса зарядки или могут быть легко извлечены, и благодаря этому может быть вставлен новый кожух с заряженными батареями. Батареи извлеченного кожуха могут повторно заряжаться. Таким образом, моторное судно находится в состоянии готовности, что для станции проката является особым преимуществом. Кожух для батарей водонепроницаем и имеет преимущественным образом водонепроницаемое гнездо для зарядки.
У данного моторного судна может быть обеспечена продолжительная работа с высоким коэффициентом полезного действия в том случае, если предусмотрено, что электромотор выполнен в виде двигателя с внутренним ротором, что статор с помощью теплопроводного узла находится в теплопроводном контакте с приемным корпусом электромотора, причем приемный корпус в сопряженной с теплопроводным узлом области по меньшей мере частично состоит из теплопроводного материала и при этом приемный корпус по меньшей мере частично расположен в проточном канале. Выполненный таким образом электромотор может надежно отдавать свое тепло протекающей воде. При этом теплопроводность обеспечивает определенный и быстрый отвод тепла. При таком расположении можно отказаться от дополнительных охлаждающих устройств, что существенно снижает количество частей для моторного судна. Равным образом в случае необходимости электронный прибор управления, который имеет электронную систему коммутации и при необходимости силовые части, может охлаждаться в воде.
Предпочтительно электроника и мотор образуют единый блок, в котором эти узлы при необходимости могут быть термически соединены. Согласно предпочтительному выполнению изобретения может быть предусмотрено, что теплопроводящий узел выполнен в виде теплопроводящей заливочной массы, которая соединена с приемным корпусом посредством замыкания материалом.
Таким образом, создается хорошая теплопередача между статором и приемным корпусом электромотора.
Для обеспечения возможности простым способом переналадки электромотора на различные ступени мощности может быть предусмотрено, что корпус электромотора образует приемный элемент для статора, в котором могут быть установлены различные в плане набора комплектующих элементов статоры, при этом статоры имеют соответственно различным диапазонам мощности различную протяженность в осевом направлении приводного вала ротора.
Надежная герметизация приемного корпуса достигается за счет того, что ротор и статор установлены в приемном корпусе, герметично закрытом относительно окружающей среды, причем приводной вал через уплотнительную кассету выходит из приемного корпуса, при этом уплотнительная кассета уплотняет приводной вал с помощью по меньшей мере двух уплотнительных колец и при этом уплотнительная кассета выполнена с возможностью сопряжения с приводным валом в различных монтажных положениях и с возможностью регулировки в осевом направлении. Смещаемая уплотнительная кассета позволяет сопрягать (устанавливать) уплотнительные кольца с различными областями вала. Это может потребоваться в случае, когда после определенного срока службы уплотнительные кольца приработались к поверхности вала и возникает опасность протечек.
Срок службы приводного вала может быть увеличен за счет того, что рабочая поверхность приводного вала, с которой взаимодействуют уплотнительные кольца, подвергнута обработке улучшения поверхности, например, покрыта твердым сплавом.
Простой контроль за протечками возможен благодаря тому, что между или за двумя или предпочтительно после всех уплотнительных колец расположен датчик протечек.
Согласно изобретению может быть предусмотрено объединение гребного винта, электромотора и прибора управления электродвигателем в один подводный блок и его установка в проточном канале. Это дает существенное упрощение в конструкции частей, в частности, корпуса судна, и выгодно для обслуживания моторного судна.
Если предусмотрено, что корпус судна имеет над проточным каналом поверхность для лежания или платформу для пользователя, то он может использоваться в двух вариантах применения. Конструктивное выполнение может быть дополнительно упрощено за счет того, что проточный канал сформирован за одно целое в корпусе судна.
Особо предпочтительным оказалось выполнение, которое отличается тем, что проточный канал начинается входным отверстием в области носа корпуса судна и заканчивается выходным отверстием в области кормы корпуса судна и при этом подводный приводной блок установлен в проточном канале в виде толкающего и всасывающего устройства.
Для обоих различных видов применения моторного судна, т.е. в положении лежа или в положении стоя, имеет преимущество выполнение, которое отличается тем, что с подводным приводным блоком сопряжен прибор дистанционного управления, который разъемно установлен на корпусе судна и через беспроводную передающую линию имеет действенную связь с прибором управления подводным блоком.
Для простого обслуживания или ремонта подводного приводного блока дополнительно предусмотрено, что корпус судна под подводным приводным блоком в проточном канале имеет открываемую пластину, заслонку или тому подобное, посредством чего возможен доступ к подводному блоку.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения может быть предусмотрено, что с гребным винтом в проточном канале в направлении потока перед или после гребного винта может быть сопряжен статор потока, который по меньшей мере частично выпрямляет вращающийся водяной поток, возникающий в проточном канале. Статор потока воспринимает вращательное движение ускоренной гребным винтом воды и преобразует его в дополнительную толкающую силу. Созданная струя воды поступает в окружающую воду без уменьшающего толкающую силу спиралевидного вихревого потока, вследствие чего достигается эффективная работа с высоким коэффициентом полезного действия. Статор потока предпочтительно неподвижно соединен непосредственно с корпусом судна.
Простая конструкция статора потока получается тогда, когда предусмотрено, что статор потока имеет несколько направляющих лопаток, которые концентрично расположены в проточном канале. Направляющие лопатки благоприятно для потока могут быть расположены конически.
Для достижения оптимального ускорения воды, движущейся в проточном канале, может быть предусмотрено, что статор потока расположен в области сужающегося в поперечном сечении выпускающего воду сопла (диффузора) проточного канала.
Далее изобретение более подробно поясняется с помощью примера выполнения моторного судна, изображенного на чертежах, на которых:
Фиг.1 Вид сбоку моторного судна и
Фиг.2 Вид сбоку в разрезе электродвигателя моторного судна.
Внешний контур корпуса 10 судна по существу соответствует внешнему контуру корпуса моторного судна, известного из WO 96/30087.
Проточный канал 8 проходит от входного отверстия 11 в области носа до выходного отверстия 12 в области кормы корпуса 10 судна. Входное отверстие 11 проходит при этом от центральной области корпуса 10 судна в направлении к носу. В проточном канале 8, который в области входного отверстия 11 и выходного отверстия 12 слегка изогнут вниз, установлен подводный приводной блок, состоящий из статора 1 потока, электромотора 3, гребного винта 2 и прибора 4 управления мотором. Статор потока неподвижно соединен с корпусом 10 судна. Его задачей является по возможности ориентировать прямо вращающийся поток воды, возникающий в проточном канале 8. Благодаря этому достигается повышение коэффициента полезного действия. Моторное судно может быть рассчитано таким образом, что оно может быть использовано в проточной воде без каких-либо опасений. Проточный канал 8 может быть выполнен внутри корпуса 10 судна и настолько просто, насколько возможно, однако корпус должен выполняться настолько гидродинамически благоприятно и удобно для пользователя, насколько это возможно.
Проточный канал может быть сформирован за одно целое в корпусе 10 судна. В настоящем примере выполнения проточный канал образован верхней частью 10.1 и нижней частью 10.2. Конструктивные части соединены друг с другом с помощью соответствующих крепежных средств. Для обслуживания подводного приводного блока проточный канал сделан доступным за счет снятия нижней части 10.2. Однако под подводным приводным блоком может быть предусмотрена пластина, заслонка или тому подобное, посредством которых может быть обеспечен доступ к подводному приводному блоку. В области носа верхней части 10.1 корпуса 10 судна на нижней стороне выполнено углубление 13, в котором разъемно установлен кожух 9 с батареями 5 и 6. Кожух 9 с разряженными батареями может быть легко и быстро заменен на кожух 9 с заряженными батареями 5 и 6, так что моторное судно постоянно готово к работе.
Область входного отверстия 11 проточного канала 8 перекрыта кожухом 9 таким образом, что не имеется свободного доступа к ротору 2, однако вода может подаваться с достаточным объемным потоком. С помощью такого простого решения достигается то, что доступ к ротору 2 возможен только при снятом кожухе 9, т.е. в случае, когда электромотор 3 обесточен.
Также может быть предусмотрено, что доступ в проточный канал 8 закрыт с помощью запорных элементов, которые расположены в области входного и/или выходного отверстия.
Кожух 9 вдоль своих обеих сторон (по левому борту и правому борту) и со стороны киля омывается протекающей водой и здесь может оптимально охлаждаться с целью исключения недопустимого перегрева батарей 5 и 6 при работе.
Если пользователь лежит на корпусе 10 судна, то в этом случае он держится за ручки 7 или захватные выемки. В одну или в обе ручки 7 интегрированы исполнительные органы прибора 14 ручного управления.
Точно так же может быть предусмотрен беспроводной прибор дистанционного управления. Он соединен с помощью линии радиосвязи с прибором 4 управления мотором. Прибор 14 ручного управления, который соединен с прибором 4 управления мотором, закреплен в поле зрения пользователя на корпусе 10 судна. Если пользователь стоит на корпусе 10 судна, то в этом случае прибор 14 ручного управления может использоваться в отсоединенном от корпуса 10 судна виде. В этом приборе могут отображаться различные рабочие параметры, например, фактическая скорость движения, глубина осадки или состояние зарядки батарей 5 и 6.
Электромотор выполнен в виде двигателя с внутренним ротором. Он установлен непосредственно в проточном канале 8 и отдает свое тепло потоку воды, как это еще будет более подробно описано ниже.
Равным образом прибор управления мотором, который может иметь силовую электронику и/или микропроцессор, расположен в проточном канале 8 и охлаждается в нем. В качестве альтернативы прибор 4 управления мотором может быть расположен в воде вне проточного канала 8.
На фиг.2 электромотор 3 изображен в деталях. Согласно этому электромотор 3 имеет приводной вал 3.1, который установлен с помощью двух подшипников 3.2. Один конец приводного вала 3.1 снабжен посадочным участком, на котором смонтирован гребной винт 2. При этом гребной винт 2 своей основной частью 2.1 закреплен на приводном валу 3.1. Основная часть 2.1 имеет вставочные гнезда, в которые вставляются лопасти 2.2 винта.
Для фиксации лопастей 2.2 винта во вставочных гнездах используется крышка 2.3. Она соединена с основной частью 2.1 (резьбовое соединение 2.4).
Приводной вал 3.1 имеет на конце резьбовой участок 3.4. На него может быть навинчена гайка, и таким образом осуществляется закрепление гребного винта 2.
Приводной вал несет ротор 20 приводного двигателя, который выполнен в виде внутреннего ротора. С ротором сопряжен неподвижный статор 21. Статор 21 с помощью выполненного в виде заливочной массы теплопроводящего узла 22 отлит с внутренней стенкой приемного корпуса 3.5.
Приемный корпус 3.5 может закрываться крышкой 3.10 корпуса, которая расположена на обращенной от гребного винта 2 стороне приводного вала 3.1. На обращенной от крышки 3.10 корпуса стороне приемный корпус 3.5 закрыт корпусной частью 3.6 (резьбовое соединение 3.7). Крышка 3.10 корпуса и корпусная часть 3.6 имеют установочные гнезда для обоих подшипников 3.2.
В приемном корпусе 3.5 образован приемный элемент 3.11 для статора. Он проходит в области большей, чем перекрытая статором 21 область. Такая конструкция позволяет устанавливать бульшие статоры 21 (и роторы 20), так что могут реализоваться различные варианты по мощности.
В области корпусной части 3.6 поверх приводного вала 3.1 колоколообразно установлена корпусная часть 30. Внутри полости, окруженной корпусной частью 30, расположена уплотнительная кассета 40. Она окружает приводной вал 3.1 и уплотняет его с помощью трех уплотнительных колец 3.3 (кольца для радиального уплотнения вала). Уплотнительная кассета 40 герметично соединена с корпусной частью 3.6 с промежуточной установкой дистанционной шайбы 3.8 (резьбовое соединение 3.9).
Корпусная часть 30 герметично соединена с приемным корпусом 3.5. Для этого корпусная часть 30 затягивается с уплотнительной кассетой 40 (резьбовое соединение 45).
Как можно видеть на фиг.2, в области между уплотнительными кольцами 3.3 расположены полости, в которые выступают датчики, которые могут быть смонтированы в приемных элементах 41 для датчиков. Датчики служат для регистрации воды, проникающей в случае протечки.
Чтобы устранить приработку уплотнительных колец 3.3 к сопряженной рабочей поверхности приводного вала 3.1, дистанционная шайба 3.8 после определенного срока службы может быть заменена на дистанционную шайбу 3.8 с отличающейся толщиной. Уплотнительные кольца 3.3 в этом случае попадают в неиспользуемую область вала. Как дальше можно видеть на фиг.2, может смещаться лишь обращенное к гребному винту 2 уплотнительное кольцо 3.3. (дистанционная шайба 43).
1. Моторное судно с корпусом судна, на который пользователь по меньшей мере частично ложится или становится, с проходящим в корпусе судна проточным каналом, с приводимым в движение электромотором гребным винтом, при этом корпус судна принимает электромотор и батареи, а также прибор управления электромотором и гребной винт, которые по меньшей мере на отдельных участках размещены в проточном канале, отличающееся тем, что электромотор (3) выполнен в виде двигателя с внутренним ротором, при этом статор (21) электромотора (3) с помощью теплопроводящего узла (22) находится в теплопроводном контакте с приемным корпусом (3.5) электромотора (3), причем приемный корпус (3.5) по меньшей мере частично в сопряженной с теплопроводящим узлом (22) области состоит из теплопроводного материала, и при этом приемный корпус (3.5) по меньшей мере частично расположен в проточном канале (8), причем ротор (20) и статор (21) установлены в приемном корпусе (3.5), герметично закрытом относительно окружающей среды, при этом приводной вал (3.1) через уплотнительную кассету (40) выходит из приемного корпуса (3.5), причем уплотнительная кассета (40) уплотняет приводной вал (3.1) с помощью по меньшей мере двух уплотнительных колец (3.3), и при этом уплотнительная кассета (40) выполнена с возможностью сопряжения с приводным валом (3.1) в различных монтажных положениях и с возможностью регулировки в осевом направлении, причем рабочая поверхность приводного вала (3.1), с которой взаимодействуют уплотнительные кольца (3.3), подвергнута обработке улучшения поверхности, например, покрыта твердым сплавом.
2. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что батареи (5, 6) установлены в водонепроницаемом кожухе (9) и находятся по меньшей мере на отдельных участках в теплопроводном контакте с кожухом (9), причем кожух (9) по меньшей мере частично состоит из теплопроводного материала и выполнен с возможностью нахождения в теплопроводном контакте с протекающей водой.
3. Моторное судно по п.2, отличающееся тем, что кожух (9) по меньшей мере частично состоит из алюминия.
4. Моторное судно по п.1 или 2, отличающееся тем, что батареи (5, 6) имеют напряжение, меньше или равное 60 В.
5. Моторное судно по п.2, отличающееся тем, что кожух (9) расположен по меньшей мере частично в области проточного канала (8).
6. Моторное судно по п.2, отличающееся тем, что кожух (9) с батареями (5, 6) расположен в выполненном на нижней стороне корпуса (10) судна углублении (13), которое по меньшей мере частично расположено вне проточного канала (8) и входного отверстия (11) проточного канала (8), и при этом кожух (9) по меньшей мере со стороны правого и левого бортов и/или со стороны киля выполнен с возможностью частичного расположения в протекающей воде.
7. Моторное судно по п.2, отличающееся тем, что кожух (9) проходит вокруг центральной области корпуса (10) судна, образованной между носом и кормой, в направлении носа.
8. Моторное судно по п.2, отличающееся тем, что кожух (9) с возможностью замены соединен с корпусом судна (10).
9. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что теплопроводящий узел (22) выполнен в виде теплопроводящей заливочной массы, которая с замыканием материала соединена с приемным корпусом (3.5).
10. Моторное судно по п.1 или 9, отличающееся тем, что корпус электромотора (3) образует приемный элемент (3.11) под статор, в котором могут быть установлены различные в плане набора комплектующих элементов статоры (21), при этом статоры (21) имеют соответственно различным диапазонам мощности различную протяженность в осевом направлении приводного вала (3.1) ротора (20).
11. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что между или за двумя и более уплотнительных колец (3.3) расположен датчик протечек.
12. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что проточный канал (8) сформирован за одно целое в корпусе (10) судна.
13. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что проточный канал (8) начинается входным отверстием (11) в области носа корпуса (10) судна и заканчивается выходным отверстием (12) в области кормы корпуса (10) судна, причем подводный приводной блок установлен в проточном канале (8) в виде толкающего и всасывающего устройства.
14. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что с подводным приводным блоком сопряжен прибор дистанционного управления, который разъемно установлен на корпусе (10) судна и через беспроводную передающую линию имеет действенную связь с прибором (4) управления подводным блоком.
15. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что корпус (10) судна под подводным приводным блоком в проточном канале имеет открываемую пластину, заслонку или тому подобное для обеспечения доступа к подводному блоку.
16. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что гребной винт (2), электромотор (3) и прибор (4) управления выполнены в виде подводного приводного блока, который установлен в проточном канале (8), причем батареи (5, 6) для электромотора (3) установлены в отдельном кожухе (9), который неподвижно или с возможностью замены установлен в корпусе (10) судна.
17. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что с гребным винтом (2) в проточном канале (8), в направлении потока перед или после гребного винта, сопряжен статор потока, который по меньшей мере частично выпрямляет вращающийся водяной поток, возникающий в проточном канале.
18. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что статор (1) потока неподвижно соединен с корпусом (10) судна.
19. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что статор (1) потока имеет направляющие лопатки, которые концентрично расположены в проточном канале (8).
