CN103603935B - 船用发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用发电机，其中，无级调速装置包括：主动带轮总成、金属带、被动带轮总成、定轴轮系减速装置与行星机构，主动带轮总成通过金属带与被动带轮总成连接；定轴轮系减速装置包括相连接的第一齿轮副与第二齿轮副；第一齿轮副与被动带轮总成连接，第二齿轮副与行星机构连接；行星机构包括与主动带轮总成连接的太阳轮、与太阳轮啮合的内行星轮、与内行星轮啮合的外行星轮、与外行星轮啮合并输出动力的齿圈以及用于支撑内行星轮和外行星轮的行星架，行星架连接第二齿轮副。驱动单元的变转速输入转换成恒定转速输出，驱动单元可以直接驱动发电机进行发电作业，降低能耗与成本。

Description

船用发电机

技术领域

本发明涉及无级调速装置，特别地，涉及一种船用发电机。

背景技术

船用发电机在渔船上得到了广泛的应用，其驱动单元(例如，柴油发动机)发电同时还需要完成其它工作，因此驱动单元的转速需要变化可调，而发电机在发电时要求输入的转速相对恒定，因此需要备有专用的发电副机做发电机的驱动单元，这样导致整个动力系统的结构变得复杂，而且增加动力系统的能耗和购置成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种船用发电机，以解决现有技术中船用的驱动单元转速变化大，不能用于发电，需要使用专用的发电副机的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种船用发电机，包括驱动单元、无级调速装置和发电机，无级调速装置包括：主动带轮总成、金属带、被动带轮总成、定轴轮系减速装置与行星机构，主动带轮总成通过金属带与被动带轮总成连接；定轴轮系减速装置包括相连接的第一齿轮副与第二齿轮副；第一齿轮副与被动带轮总成连接，第二齿轮副与行星机构连接；行星机构包括与主动带轮总成连接的太阳轮、与太阳轮啮合的内行星轮、与内行星轮啮合的外行星轮、与外行星轮啮合并输出动力的齿圈以及用于支撑内行星轮和外行星轮的行星架，行星架连接第二齿轮副；驱动单元连接无级调速装置主动带轮总成，发电机与无级调速装置的行星机构的齿圈连接。

进一步地，第一齿轮副与第二齿轮副均设置有主动齿轮与被动齿轮；第一齿轮副的主动齿轮与被动带轮总成连接，第一齿轮副的被动齿轮与第二齿轮副的主动齿轮固定在同一轴上，第二齿轮副的被动齿轮与行星机构的行星架连接。

进一步地，被动带轮总成包括以金属带为对称轴对称设置的被动带轮和被动带轮轴；被动带轮轴与第一齿轮副的主动齿轮连接。

进一步地，被动带轮呈锥形盘状，可于被动带轮轴上滑动。

进一步地，主动带轮总成包括以金属带为对称轴对称设置的主动带轮轴和主动带轮；主动带轮轴与行星机构的太阳轮连接。

进一步地，主动带轮呈锥形盘状，可于主动带轮轴上滑动。

进一步地，驱动单元为柴油发动机。

本发明具有以下有益效果：

使用行星机构和定轴轮系减速装置与金属带式无级变速装置结合，使系统的调速比范围可调，使金属带式无级变速装置的调速比范围与所需的调速比范围匹配，并实现了驱动单元的变转速输入转换成恒定转速输出，驱动单元可以直接驱动发电机进行发电作业，简化动力系统的结构，降低能耗与成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明船用发电机的无级调速装置优选实施例的结构示意图；以及

图2是本发明船用发电机优选实施例的结构示意图。

附图标记说明：

11、主动带轮轴；13、主动带轮；15、金属带；17、被动带轮；19、被动带轮轴；3、定轴轮系减速装置；31、第一齿轮副；33、第二齿轮副；5、行星机构；51、太阳轮；53、内行星轮；55、外行星轮；57、行星架；59、齿圈；60、驱动单元；61、发电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参阅图1，本发明的优选实施例提供了一种船用发电机的无级调速装置，包括：主动带轮总成、金属带15和被动带轮总成，主动带轮总成通过金属带15与被动带轮总成连接；以及，定轴轮系减速装置3与行星机构5。定轴轮系减速装置3包括相连接的第一齿轮副31与第二齿轮副33；第一齿轮副31与被动带轮总成连接，第二齿轮副33与行星机构5连接。行星机构5为双行星轮的行星机构，其包括与主动带轮总成连接的太阳轮51、与太阳轮51啮合的内行星轮53、与内行星轮53啮合的外行星轮55、与外行星轮55啮合并输出动力的齿圈59以及用于支撑内行星轮53和外行星轮55的行星架57，行星架57连接第二齿轮副33。

本优选实施例提供的船用发电机的无级调速装置，其具体实现过程如下：

动力从主动带轮总成输入，然后分两路输出：一路经金属带15传输至被动带轮总成，然后经定轴轮系减速装置3的第一齿轮副31与第二齿轮副33传递至行星机构5的行星架57；另一路直接从主动带轮总成输入到行星机构5的太阳轮51，经行星机构5合成后从行星机构5的齿圈59输出。这样主动带轮总成、金属带15和被动带轮总成组成无级调速装置实现无级调速，定轴轮系减速装置3和行星机构5起到调节金属带15所传递的扭矩的作用；由于无级变速机构的变速比范围相对固定，定轴轮系减速装置3和行星机构5起到调节速比范围的作用。

为简化定轴轮系减速装置3、主动带轮总成与被动带轮总成的结构；优选地，第一齿轮副31与第二齿轮副33均设置有主动齿轮与被动齿轮；第一齿轮副31的主动齿轮与被动带轮总成连接，第一齿轮副31的被动齿轮与第二齿轮副33的主动齿轮固定在同一轴上，第二齿轮副33的被动齿轮与行星机构5的行星架57连接。被动带轮总成包括以金属带15为对称轴对称设置的被动带轮17和被动带轮轴19，主动带轮总成包括以金属带15为对称轴对称设置的主动带轮轴11和主动带轮13；主动带轮轴11与被动带轮17位于金属带15的一侧，主动带轮13与被动带轮轴19位于金属带15的另一侧。被动带轮轴19与第一齿轮副31的主动齿轮连接，主动带轮轴11与行星机构5的太阳轮51连接。

优选地，被动带轮17呈锥形盘状，可于被动带轮轴19上滑动；主动带轮13呈锥形盘状，可于主动带轮轴11上滑动。此种结构，可调整主动带轮总成、被动带轮总成与金属带15的接触半径，以更好的实现无级调速的目的。

请参阅图2，本发明的优选实施例还提供一种使用上述船用发电机的无级调速装置的船用发电机，包括驱动单元60、无级调速装置和发电机61；驱动单元60连接船用发电机的无级调速装置的主动带轮总成的主动带轮轴11，发电机61与船用发电机的无级调速装置的行星机构5的齿圈59连接。优选地，驱动单元60为柴油发动机。

本优选实施例提供的船用发电机，其具体实现过程如下：

驱动单元60的输出转速n₀经无级调速装置(变速比i_c)和定轴轮系减速装置3(变速比i_g)的变速后，到达行星架57的转速为n_c＝n₀/i_ci_g。同时，由于太阳轮51与主动带轮轴11连接，其转速与驱动单元60的转速相同，即n₀，根据行星机构的特性，对有双行星轮的行星机构，有：

n_s-an_r+(a-1)n_c＝0，其中a为行星机构的特性参数，其值为齿圈与太阳轮的齿数比。

所以：

$n_r=\frac{(a-1)n_c+n_s}{a}=\frac{(a-1)n_0/i_c{i}_g+n_0}{a}$

从驱动单元60的输入到齿圈59输出的速比：

$i=\frac{n_0}{n_r}=\frac{{\mathrm{ai}}_c{i}_g}{a-1+i_c{i}_g}$

其中i_g为固定值，i_c可以在i_cmin～i_cmax内连续变化，速比范围因此i也能在一定范围内连续变化，其变化范围为：

$i_{\min }=\frac{{\mathrm{ai}}_{c\min }{i}_g}{a-1+i_{c\min }{i}_g}$

$i_{max}=\frac{{\mathrm{ai}}_{c\max }{i}_g}{a-1+i_{c\max }{i}_g}$

即速比范围为：

$d_o=\frac{i_{c\max }}{i_{c\min }}=\frac{d_c(a-1+i_{c\min }{i}_g)}{(a-1+d_c{i}_{c\min }{i}_g)}=\frac{d_c(\frac{a-1}{i_g}+i_{c\min })}{(\frac{a-1}{i_g}+d_c{i}_{c\min })}$

对某一特定无级变速装置而言，d_c和i_cmin为定值，通过变换的值，可以得到需要的d_o值，例如，d_c＝5.5，i_cmin＝0.4，需要d_o＝1.667，则取值0.383。

可见，定轴轮系减速装置3和行星机构5起到根据需要调节速比范围的作用。

本发明的目的在于将变化的输入转速转n₀转换成恒定的输出转速n(n＝n_r)，由公式：

$i=\frac{n_0}{n_r}=\frac{{\mathrm{ai}}_c{i}_g}{a-1+i_c{i}_g}$

可知，当a、n_r、i_g为定值时，n₀与i_c有一一对应的关系，通过转速传感器读取输入转速n₀，控制无级变速装置的速比i_c即可得到恒定的输出转速n。

单独使用无级调速装置也可以实现变化的输入转速转n₀到恒定的输出转速n的转换，但是存在以下问题：

1)无级调速装置的变速比范围与所需的变速比范围不匹配，利用定轴轮系减速装置3和行星机构5解决了此问题。

2)无级调速装置允许的最大输入扭矩，与驱动单元60的最大输出扭矩不匹配，可能会出现驱动单元60的最大输出扭矩过大的情况。

单独使用无级调速装置，被动带轮轴19的扭矩为T_sec＝i_cT₀(T₀为输入扭矩)。加入定轴轮系减速装置3和行星机构5后，根据行星机构的特性，太阳轮51的扭矩为T_s，行星架57的扭矩T_c＝(a-1)T_s，齿圈59的扭矩T_r＝-aT_s，而整个传动系统有：T_out＝T_r＝-iT₀，所以：

$T_s=\frac{{\mathrm{iT}}_0}{a},T_c=\frac{i(a-1)T_0}{a}$

被动带轮轴19的扭矩

$T_{\sec }=\frac{T_c}{I_g}=\frac{i(a-1)T_0}{{\mathrm{ai}}_g}=\frac{(a-1)}{a-1+i_c{i}_g}{i}_c{T}_0$

因为i_ci_g>0，所以

可见，加入定轴轮系减速装置3和行星机构5后，降低了无级调速装置的扭矩，而且，可通过对参数a、i_g的调整，使无级调速装置的输入扭矩达到满意的值。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、无级调速装置利用金属带式无级变速装置作为调速装置，实现了驱动单元60的变转速输入转换成恒定转速输出。

2、使用行星机构5和定轴轮系减速装置3与金属带式无级变速装置结合，使系统的调速比范围可调，使金属带式无级变速装置的调速比范围与所需的调速比范围匹配。

3、使用行星机构5和定轴轮系减速装置3，可以减小金属带式无级变速装置所受的扭矩，从而使其尺寸更小结构更紧凑；并且可以通改变行星机构5和定轴轮系减速装置3的参数来调节金属带式无级变速装置所受的扭矩的大小，使同一属带式无级变速装置满足不同驱动单元60的需要，产品易于批量化，系列化。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种船用发电机，包括驱动单元(60)、无级调速装置和发电机(61)，其特征在于，所述无级调速装置包括：

主动带轮总成、金属带(15)、被动带轮总成、定轴轮系减速装置(3)与行星机构(5)，所述主动带轮总成通过所述金属带(15)与所述被动带轮总成连接；

所述定轴轮系减速装置(3)包括相连接的第一齿轮副(31)与第二齿轮副(33)；所述第一齿轮副(31)与所述被动带轮总成连接，所述第二齿轮副(33)与所述行星机构(5)连接；

所述行星机构(5)包括与所述主动带轮总成连接的太阳轮(51)、与所述太阳轮(51)啮合的内行星轮(53)、与所述内行星轮(53)啮合的外行星轮(55)、与所述外行星轮(55)啮合并输出动力的齿圈(59)以及用于支撑所述内行星轮(53)和所述外行星轮(55)的行星架(57)，所述行星架(57)连接所述第二齿轮副(33)；

所述驱动单元(60)连接所述无级调速装置的主动带轮总成，所述发电机(61)与所述无级调速装置的行星机构(5)的齿圈(59)连接。

2.根据权利要求1所述的船用发电机，其特征在于：

所述第一齿轮副(31)与所述第二齿轮副(33)均设置有主动齿轮与被动齿轮；所述第一齿轮副(31)的主动齿轮与所述被动带轮总成连接，所述第一齿轮副(31)的被动齿轮与所述第二齿轮副(33)的主动齿轮固定在同一轴上，所述第二齿轮副(33)的被动齿轮与所述行星机构(5)的行星架(57)连接。

3.根据权利要求2所述的船用发电机，其特征在于：

所述被动带轮总成包括以所述金属带(15)为对称轴对称设置的被动带轮(17)和被动带轮轴(19)；所述被动带轮轴(19)与所述第一齿轮副(31)的主动齿轮连接。

4.根据权利要求3所述的船用发电机，其特征在于：

所述被动带轮(17)呈锥形盘状，可于所述被动带轮轴(19)上滑动。

5.根据权利要求1所述的船用发电机，其特征在于：

所述主动带轮总成包括以所述金属带(15)为对称轴对称设置的主动带轮轴(11)和主动带轮(13)；所述主动带轮轴(11)与所述行星机构(5)的太阳轮(51)连接。

6.根据权利要求5所述的船用发电机，其特征在于：

所述主动带轮(13)呈锥形盘状，可于所述主动带轮轴(11)上滑动。

7.根据权利要求1所述的船用发电机，其特征在于：

所述驱动单元(60)为柴油发动机。