CN107745793A - 一种船舶抱轴式电力推进系统及方法 - Google Patents

一种船舶抱轴式电力推进系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107745793A
CN107745793A CN201711046397.8A CN201711046397A CN107745793A CN 107745793 A CN107745793 A CN 107745793A CN 201711046397 A CN201711046397 A CN 201711046397A CN 107745793 A CN107745793 A CN 107745793A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ship
propulsion system
hollow shaft
hung type
axle hung
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711046397.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107745793B (zh
Inventor
吴方良
唐滢
李景
李哲然
谢坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Ship Development and Design Centre
Original Assignee
China Ship Development and Design Centre
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Ship Development and Design Centre filed Critical China Ship Development and Design Centre
Priority to CN201711046397.8A priority Critical patent/CN107745793B/zh
Publication of CN107745793A publication Critical patent/CN107745793A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107745793B publication Critical patent/CN107745793B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • B63H2021/202—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type
    • B63H2021/205—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type the second power unit being of the internal combustion engine type, or the like, e.g. a Diesel engine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种船舶抱轴式电力推进系统及方法，推进系统包括空心轴电机、控制器、配电板、遥控器、主传动轴和螺旋桨，空心轴电机套装在螺旋桨的主传动轴上呈抱轴式状态，遥控器、空心轴电机、配电板均与控制器连接，控制器布置在船舶推进舱或其它适当位置，遥控器布置在船舶驾驶舱或其它适当位置。推进方法将空心轴电机嫁接在传统船舶柴油机推进系统上，组成混合式船舶推进系统，在船舶中高速航行时，采用传统船舶柴油机推进系统的柴油机作为动力推进，在低速航行时，采用空心轴电机驱动。本发明在现有船舶传统的柴油机推进系统中引入抱轴式电力推进系统，共同组成船舶混合式推进系统，更好完成船舶低速航行的特殊任务，有利于环保及减振降噪。

Description

一种船舶抱轴式电力推进系统及方法
技术领域
本发明涉及船舶电力推进领域，具体涉及一种船舶抱轴式电力推进系统及方法，广泛适用于船舶推进系统与装置。
背景技术
民用船舶一般采用传统的柴油发动机作为动力，通过减速齿轮箱驱动主传动轴旋转，在主传动轴末端带动螺旋桨推进。但是柴油机的转速较高，螺旋桨的转速很低，两者之间需通过减速齿轮箱来匹配转速。当船舶需要在低速航行时，柴油机不仅需要调低功率调低转速运行，降低了柴油机的效率，而且由机械传动所带来的噪声与振动影响了船舶低速巡航时特殊作业任务的完成。
由于船舶在高速航行时的任务比较单一，就是快速航行，而在低速航行时，既是巡航，又需要执行一些特殊使命任务。如果依旧仅仅依靠柴油机作为推进动力，则会影响完成任务的质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有船舶动力系统存在的上述不足，提供一种船舶抱轴式电力推进系统及方法，通过在现有船舶传统的柴油机推进系统的基础上引入抱轴式电力推进系统，共同组成船舶混合式推进系统，更好地完成船舶低速航行的特殊使命任务，有利于环保及减振降噪。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种船舶抱轴式电力推进系统，包括空心轴电机(或者无轴电机)、控制器、配电板、遥控器、主传动轴和螺旋桨，空心轴电机套装在螺旋桨的主传动轴上呈抱轴式状态，遥控器、空心轴电机、配电板均与控制器连接，控制器布置在船舶推进舱(或其它适当位置)，遥控器布置在船舶驾驶舱(或其它适当位置)。
按上述方案，所述空心轴电机包含胀套联轴器，空心轴电机通过胀套联轴器与主传动轴连接(改变传统的法兰式连接方式，安装与拆卸比法兰连接方便，且可以根据负荷大小调节拧紧力矩，可实现超载保护)。
按上述方案，所述空心轴电机采用交流永磁同步电动机(或其它输出功率和转速可调电动机)，驱动空心轴电机的控制器采用交-直-交变频多相调速控制原理(或其它控制原理)设置有电机主电路拓扑结构，电机主电路拓扑结构包括整流桥、滤波器和H桥驱动逆变器，空心轴电机的每相绕组的两端均被引出接独立的H桥驱动逆变器，三相正弦交流电经整流桥和滤波器整流滤波为直流电压后再经过H桥驱动逆变器逆变为交流电，为空心轴电机完成电源能量的输送与控制。
按上述方案，所述滤波器采用差模增强型电源滤波器(共模和差模滤波设计)，包括串联的共模扼流圈和差模滤波器，共模扼流圈用于直流电源线的电磁干扰静噪滤波，抑制共模干扰，差模滤波器用于抑制差模干扰。
按上述方案，根据船舶主轴数量的不同，船舶抱轴式电力推进系统分为抱轴式单机电力推进系统、抱轴式双机电力推进系统和抱轴式多机电力推进系统。
本发明还提供了一种利用上述船舶抱轴式电力推进系统的推进方法，将空心轴电机嫁接在传统船舶柴油机推进系统上，组成混合式船舶推进系统，在船舶中高速航行时，采用传统船舶柴油机推进系统的柴油机作为动力推进，在低速航行时，采用抱轴式电机驱动。
按上述方案，所述中高速具体为主传动轴转速＞500rpm，低速具体为主传动轴转速≤500rpm。
本发明的工作原理：控制器通过配电板获取电力推进系统所需的电能源并按实际使用需求受控输送给空心轴电机，空心轴电机按控制器所给定的转速和扭矩带动主传动轴和螺旋桨旋转，从而推进船舶向前航行。控制器和遥控器均可控制空心轴电机运行，为匹配主传动轴和螺旋桨特性，抱轴电机专门设计为空心轴(或者无轴)电机，将空心轴电机嫁接在传统船舶柴油机推进系统上，组成混合式船舶推进系统。在船舶中高速航行时，采用传统式的柴油机作为动力推进，在低速航行时，采用空心轴电机驱动，充分利用电力推进能源转换效率高、噪声与振动幅值低的优势，船舶抱轴式电力推进系统目前的主要功能是在低速航行范围内承担船舶推进的任务，以便船舶在低速航行时高质量完成其特殊使命任务。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明在螺旋桨的主传动轴上套上空心轴电机，这样就改变了原来的单一推进方式，形成了船舶混合式推进方式；电力推进无论是在效率上还是控制方式上都有很大的优势，在船舶中高速航行时，采用传统式的柴油机作为动力推进，在低速航行时，采用空心轴电机驱动，柴油机推进运行与空心轴电机推进运行分开(不同时)进行，相互连锁，运行安全可靠；充分利用电力推进能源转换效率高、噪声与振动幅值低的优势，在船舶低速航行时，明显降低了船舶推进装置的机械振动和噪声；
2、采用胀套联轴器将空心轴电机与螺旋桨的主传动轴连接在一起，这种连接方式安装与拆卸比法兰连接方便，且可以根据负荷大小调节拧紧力矩，可实现超载保护，简单可靠、安全性好，易于在一般船舶上广泛采用，因而具有广阔的运用前景；
3、空心轴电机与控制器一起配套设计，空心轴电机除在推进舱或其它适当位置控制以外，还可在驾驶舱或其它适当位置遥控；
4、驱动空心轴电机的控制器采用多相控制原理，而不是传统意义上的三相交流控制方式，多相控制的优势在于输出同等电功率的情况下，输入的电能量最小，本发明控制器效率最高可达97％，具有可靠性高、安全性好的优势。
附图说明
图1为本发明空心轴电机外形结构示意图；
图2为本发明实施例抱轴式双机电力推进系统示意图；
图3为本发明电机反馈控制系统框图；
图4为本发明电机主电路拓扑结构示意图；
图5为图4中H桥驱动逆变器构成的拓扑结构图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的原理和特征进一步的描述。
本发明所述的船舶抱轴式电力推进系统，包括空心轴电机、控制器、配电板、遥控器、主传动轴和螺旋桨，空心轴电机套装在螺旋桨的主传动轴上，遥控器、空心轴电机、配电板均与控制器连接，控制器布置在船舶推进舱或其它适当位置，遥控器布置在船舶驾驶舱或其它适当位置。
如图1所示，为驱动主传动轴和螺旋桨，空心轴电机含胀套联轴器，空心轴电机通过胀套联轴器与主传动轴连接，改变传统的法兰式连接方式，安装与拆卸比法兰连接方便，且可以根据负荷大小调节拧紧力矩，可实现超载保护。
根据船舶主轴数量的不同，船舶抱轴式电力推进系统分为抱轴式单机电力推进系统、抱轴式双机电力推进系统和抱轴式多机电力推进系统，图2为典型的抱轴式双机电力推进系统，包括空心轴电机WZ1或WZ2、控制器K1或K2、配电板PB、遥控器Y1或Y2、主传动轴ZZ1或ZZ2和螺旋桨LX1或LX2，另外控制板KB、柴油发动机CF1或CF2、齿轮箱CL1或CL2均不属于本系统。
抱轴式电力推进系统是嫁接在柴油发动机推进系统的基础之上，空心轴电机套装在主传动轴上，其主要技术参数可分为主传动轴直径、主传动轴转速和主传动轴所需功率(或扭矩)三项：
①主传动轴直径范围：
②主传动轴转速范围：0rpm～500rpm；
③主传动轴所需功率：0kW～1000kW。(≤500rpm)
上述技术参数几乎可以满足主传动轴转速≤500rpm有此需求的船舶。
本发明船舶抱轴式电力推进系统的推进方法，将空心轴电机嫁接在传统船舶柴油机推进系统上，组成混合式船舶推进系统，在船舶中高速(＞500rpm)航行时，采用传统船舶柴油机推进系统的柴油机作为动力推进，在低速(≤500rpm)航行时，采用空心轴电机驱动。
空心轴电机和控制器组成电机反馈控制系统，电机反馈控制系统采用转速、电流双闭环的反馈形式，如图3所示，包括作为内环的电流环和作为外环的转速环，电流环直接作用于空心轴电机，且电流环的响应速度比转速环的动态响应速度快的多，电流环的输入给定通过转速环得到，若想实现电机的精确控制，提高驱动系统的工作性能，必须保证空心轴电机的转速达到稳定状态，经过转速环的闭环负反馈控制后，可提高空心轴电机转速的稳定性。
空心轴电机采用多相(＞3相)绕组控制，驱动空心轴电机的控制器采用交-直-交变频多相调速控制原理设置有电机主电路拓扑结构，如图4所示，且每相绕组的两端均引出接独立的H桥驱动逆变器(如图5所示)，H桥驱动逆变器使得每相绕组的相间完全电隔离，即使某一相或某几相发生短路故障，不再通过相应的逆变桥供电，但通过非故障相的H桥驱动逆变器的工作仍维持电机运转，即实现容错运行。
以上内容结合附图对本发明进行了示例性说明，在控制系统的电机主电路拓扑结构、技术参数和设备组成的布局及划分范围等方面还有多种变化和变型，因此等同的技术方案也属于本发明的范畴，采用本发明的构思和方案的非实质性改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种船舶抱轴式电力推进系统，其特征在于，包括空心轴电机、控制器、配电板、遥控器、主传动轴和螺旋桨，空心轴电机套装在螺旋桨的主传动轴上呈抱轴式状态，遥控器、空心轴电机、配电板均与控制器连接，控制器布置在船舶推进舱，遥控器布置在船舶驾驶舱。
2.根据权利要求1所述的船舶抱轴式电力推进系统，其特征在于，所述空心轴电机包含胀套联轴器，空心轴电机通过胀套联轴器与主传动轴连接。
3.根据权利要求1或2所述的船舶抱轴式电力推进系统，其特征在于，所述空心轴电机采用交流永磁同步电动机，驱动空心轴电机的控制器采用交-直-交变频多相调速控制原理设置有电机主电路拓扑结构，电机主电路拓扑结构包括整流桥、滤波器和H桥驱动逆变器，空心轴电机的每相绕组的两端均被引出接独立的H桥驱动逆变器，三相正弦交流电经整流桥和滤波器整流滤波为直流电压后再经过H桥驱动逆变器逆变为交流电，为空心轴电机完成电源能量的输送与控制。
4.根据权利要求3所述的船舶抱轴式电力推进系统，其特征在于，所述滤波器采用差模增强型电源滤波器，包括串联的共模扼流圈和差模滤波器，共模扼流圈用于直流电源线的电磁干扰静噪滤波，抑制共模干扰，差模滤波器用于抑制差模干扰。
5.根据权利要求1所述的船舶抱轴式电力推进系统，其特征在于，根据船舶主轴数量的不同，船舶抱轴式电力推进系统分为抱轴式单机电力推进系统、抱轴式双机电力推进系统和抱轴式多机电力推进系统。
6.一种利用上述权利要求1～5任一项所述的船舶抱轴式电力推进系统的推进方法，其特征在于，将空心轴电机嫁接在传统船舶柴油机推进系统上，组成混合式船舶推进系统，在船舶中高速航行时，采用传统船舶柴油机推进系统的柴油机作为动力推进，在低速航行时，采用抱轴式电机驱动。
7.根据权利要求6所述的船舶抱轴式电力推进系统的推进方法，其特征在于，所述中高速具体为主传动轴转速＞500rpm，低速具体为主传动轴转速≤500rpm。
CN201711046397.8A 2017-10-31 2017-10-31 一种船舶抱轴式电力推进系统及方法 Active CN107745793B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711046397.8A CN107745793B (zh) 2017-10-31 2017-10-31 一种船舶抱轴式电力推进系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711046397.8A CN107745793B (zh) 2017-10-31 2017-10-31 一种船舶抱轴式电力推进系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107745793A true CN107745793A (zh) 2018-03-02
CN107745793B CN107745793B (zh) 2019-04-26

Family

ID=61252794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711046397.8A Active CN107745793B (zh) 2017-10-31 2017-10-31 一种船舶抱轴式电力推进系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107745793B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109018269A (zh) * 2018-09-06 2018-12-18 中国船舶工业系统工程研究院 一种大深度全电驱动水下机器人的推进装置
CN109733584A (zh) * 2018-12-24 2019-05-10 中国舰船研究设计中心 一种船艇用柴电混合推进装置及方法
CN110001904A (zh) * 2019-04-12 2019-07-12 上海丰滋新能源船舶科技有限公司 一种用于纯电动船的双电机系统
CN110155289A (zh) * 2019-05-06 2019-08-23 中国舰船研究设计中心 一种混合动力船舶胀套式联合推进系统及方法
CN111846179A (zh) * 2020-07-07 2020-10-30 中国舰船研究设计中心 一种船舶抱轴式电机的安装结构和方法
CN112249294A (zh) * 2019-07-06 2021-01-22 王怀云 一种附加电力驱动的船舶推进系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103281021A (zh) * 2013-05-13 2013-09-04 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 一种船用永磁传动装置
CN104015912A (zh) * 2014-07-02 2014-09-03 武汉理工大学 船舶混合动力控制系统与控制方法
CN204046480U (zh) * 2014-07-03 2014-12-24 大连威嘉船舶配件有限公司 一种定距桨船舶主推进柴油机轴带发电机装置
CN106005344A (zh) * 2016-06-07 2016-10-12 镇江赛尔尼柯自动化有限公司 串列式共轴柴电联合推进系统
CN106965916A (zh) * 2017-03-23 2017-07-21 山西汾西重工有限责任公司 基于永磁发电机的船舶直流组网电力推进系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103281021A (zh) * 2013-05-13 2013-09-04 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 一种船用永磁传动装置
CN104015912A (zh) * 2014-07-02 2014-09-03 武汉理工大学 船舶混合动力控制系统与控制方法
CN204046480U (zh) * 2014-07-03 2014-12-24 大连威嘉船舶配件有限公司 一种定距桨船舶主推进柴油机轴带发电机装置
CN106005344A (zh) * 2016-06-07 2016-10-12 镇江赛尔尼柯自动化有限公司 串列式共轴柴电联合推进系统
CN106965916A (zh) * 2017-03-23 2017-07-21 山西汾西重工有限责任公司 基于永磁发电机的船舶直流组网电力推进系统

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109018269A (zh) * 2018-09-06 2018-12-18 中国船舶工业系统工程研究院 一种大深度全电驱动水下机器人的推进装置
CN109018269B (zh) * 2018-09-06 2023-12-12 中国船舶工业系统工程研究院 一种大深度全电驱动水下机器人的推进装置
CN109733584A (zh) * 2018-12-24 2019-05-10 中国舰船研究设计中心 一种船艇用柴电混合推进装置及方法
CN110001904A (zh) * 2019-04-12 2019-07-12 上海丰滋新能源船舶科技有限公司 一种用于纯电动船的双电机系统
CN110155289A (zh) * 2019-05-06 2019-08-23 中国舰船研究设计中心 一种混合动力船舶胀套式联合推进系统及方法
CN112249294A (zh) * 2019-07-06 2021-01-22 王怀云 一种附加电力驱动的船舶推进系统
CN111846179A (zh) * 2020-07-07 2020-10-30 中国舰船研究设计中心 一种船舶抱轴式电机的安装结构和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107745793B (zh) 2019-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107745793B (zh) 一种船舶抱轴式电力推进系统及方法
CN101958674B (zh) 绕组开路型永磁电机车载起动发电系统及控制方法
CN102255598B (zh) 一种基于矢量控制的多相感应电机电子变极控制方法
CN101304234A (zh) 电源转换器
US20150283908A1 (en) Systems utilizing a controllable voltage ac generator system
CN109713958A (zh) 三级式无刷起动/发电机三相交流励磁系统及控制方法
CN103944478B (zh) 一种交流励磁同步电机控制装置及方法
CN107681828B (zh) 一种双转子调速风力发电系统及其控制方法
CN113131816A (zh) 混合转子双定子同步电机最大转矩电流比控制系统及方法
CN107565727B (zh) 可变速内燃机发电机组-变速恒频交直流凸极同步发电机组
CN202696533U (zh) 一种变速永磁交流发电机系统
CN103701258A (zh) 起动发电一体机动力装置
CN109361300B (zh) 双三相永磁同步驱动电机、电动汽车及其方法
US9825568B2 (en) Drive system
CN206323324U (zh) 一种电子变极的感应电机控制系统
CN206255178U (zh) 多功能的船舶直流组网电力推进系统
CN110620496B (zh) 一种永磁电机可控发电系统三相电压型pwm整流器启动冲击电流抑制方法
CN108649856A (zh) 电励磁双凸极电机能量回馈系统和控制方法
CN100454725C (zh) 多相整流/三相辅助励磁控制的高速感应发电机
CN113852318A (zh) 新能源发电直驱系统
CN110429793B (zh) 四象限运行电磁离合器及其运行控制方法
CN110053750A (zh) 行驶设备的动力系统及船舶
RU132774U1 (ru) Судовая электроэнергетическая установка
CN106856394B (zh) 交流变频调速系统及方法
CN212413017U (zh) 差频式高频电机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant