CN111547217A - 一种纯电动推进船舶 - Google Patents

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危卫
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陈总
朱健豪
张海涛
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Abstract

本发明涉及一种纯电动推进船舶，包括船体、动力系统和分布式控制系统，动力系统包括动力源和推进系统；推进系统包括分布于船体底部的若干无轴轮缘推进器，船体底部设有若干连接柱，每一连接柱底部对应安装一个能360°旋转的无轴轮缘推进器；分布式控制系统根据驾驶室发出的转向、变速信号计算出每一个无轴轮缘推进器需要进行的转向调整值与转速调整值，并将调整信号发送至无轴轮缘推进器进行相应的调整，根据船舶搭载的罗经进行闭环控制，使船舶能够准确、快速的调整航态。本发明通过控制船底不同无轴轮缘推进器的转向、转速，实现船体或者潜水器的转向、调速与精确控制，并通过推进器数量的叠加提高电力推进功率。

Description

一种纯电动推进船舶
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，具体涉及一种纯电动推进船舶。
背景技术
随着国际海事组织在船舶排放方面制定越来越严格的标准，加上石油资源逐渐耗尽，内燃机将逐步退出历史舞台，绿色环保的电力推进系统将成为未来船舶动力发展的方向。电力推进船舶常采用的有自携电式的电力推进、发电装置—电动机式的电力推进和两者结合的电力推进方式。传统的电力推进船舶采用的均是单一螺旋桨下的推进方式，以一个螺旋桨作为推进力的来源，此种设计会导致所使用的电机异常巨大，大大增加了电机的成本与功耗，因此目前在一些纯电力推进的船舶上功率都比较小，导致纯电动推进船舶的航速受到限制；且当电机发生故障时，船舶则失去了动力，从而大大增加了船舶受损的概率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有电力推进船舶存在功率小的不足，提供一种纯电动推进船舶，它将用于船舶推进的无轴轮缘推进装置小型化，在船体底部分布数个小型无轴轮缘推进装置，以提高电力推进船舶功率，提高航速。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种纯电动推进船舶，包括船体和动力系统，所述动力系统包括动力源和推进系统；所述动力源包括锂电池系统及燃料电池系统，用于向推进系统供电；所述推进系统包括分布于船体底部的若干无轴轮缘推进器，所述船体底部设有若干连接柱，每一连接柱底部对应安装一个无轴轮缘推进器，所述无轴轮缘推进器能够绕所述连接柱进行360°旋转；
所述纯电动推进船舶还包括分布式控制系统(DCS)，所述分布式控制系统包括设置于驾驶室的控制器、罗经和GPS，所述控制器分别与罗经、GPS以及各个无轴轮缘推进器相连；当由驾驶室发出转向或转速变换信号时，首先由控制器计算出目标转向或转速与当前的差值，并根据各个无轴轮缘推进器所处的位置，向各个无轴轮缘推进器发出转向或转速信号；同时控制器根据所接收到的罗经传来的转向信号、GPS传来的船速信号和推进系统当前的转向、转速信号，不断调整发送给各个无轴轮缘推进装置的信号，以实现对船舶转向、转速的精确控制。
上述方案中，所述无轴轮缘推进器包括导管、电机定子、转子组件、轴承，所述电机定子安装于所述导管内部，所述转子组件安装于所述电机定子内侧，转子组件包括电机转子和桨叶，所述电机转子通过轴承连接至所述导管，所述桨叶安装于所述电机转子内侧，电机定子与电机转子之间存在气隙以形成环形电机。
上述方案中，所述动力源为所述电机定子和电机转子供电，当电机定子和电机转子通电时，电机转子旋转，桨叶随电机转子一起旋转，桨叶推动流过导管内部的水而产生推力。
上述方案中，所述无轴轮缘推进器沿所述船舶底部均匀分布。
上述方案中，所述锂电池系统及燃料电池系统安装于船体下部中后方的船舱内，在常规供电下由燃料电池系统向推进系统和锂电池系统供电，在大推力工况供电下由燃料电池系统与锂电池系统联合向推进系统供电，在靠岸时由岸电向锂电池系统供电。
本发明的有益效果在于：
1、本发明纯电动推进船舶采用纯电动驱动，采用无轴轮缘推进器用于船舶推进，并将无轴轮缘推进装置小型化，减小了推进装置的安装布置的空间，避免了吊舱式、全回转式等电力推进系统存在的结构复杂、轴系占用空间大、传输效率低、易发生故障等多种缺点。
2、无轴轮缘推进器有多个，均布安装在船舶底部，取消传统船舶螺旋桨后的舵机，通过控制船舶底部不同无轴轮缘推进器的转向、转速，对船体产生不同效果的力和力矩作用，从而实现船体或者潜水器的转向、调速与精确控制。
3、所有的无轴轮缘推进器通过分布式控制系统(DCS)实现离散式推进方式，可以不受推进电机功率的限制，通过推进器数量的叠加提高电力推进功率，使得船舶电力推进的功率限制得以解决。各推进器的动态控制采用分布式控制系统(DCS)，由于采用了离散的多推进器，不存在因为主机损毁而导致船体动力失效情况的发生，大大加强了船舶的可靠性。
4、取消锚机系统，采用布置的无轴轮缘推进器进行动态定位，当船舶停航时，不再需要下放锚链，而是依靠船舶的分布式控制系统控制所布置的无轴轮缘推进装置，根据船舶受到水流、风力等的作用而引起的船舶的位置与停航的位置出现的微小的偏差情况调整不同位置的推进装置工作、启停与转向，使得船舶始终在一个较小的位置范围内波动，实现船舶的动态定位。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明纯电动推进船舶的结构示意图；
图2为图1所示纯电动推进船舶的仰视图；
图3为图1所示纯电动推进船舶的无轴轮缘推进器的结构示意图。
图中：10、无轴轮缘推进器；11、电机定子；121、电机转子；122、桨叶；13、轴承；14、导管；20、船体；21、连接柱。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-3所示，为本发明一较佳实施例的纯电动推进船舶，包括船体20和动力系统。动力系统包括动力源和推进系统。动力源包括锂电池系统及燃料电池系统，动力源安装于船体20下部中后方的船舱内，在常规供电下由燃料电池系统向推进系统和锂电池系统供电，在大推力工况供电下由燃料电池系统与锂电池系统联合向推进系统供电，在靠岸时由岸电向锂电池系统供电。
推进系统包括分布于船体20底部的十个无轴轮缘推进器10，船体20底部设有十个连接柱21，每一连接柱21底部对应安装一个无轴轮缘推进器10，无轴轮缘推进器10能够绕连接柱21进行360°旋转。无轴轮缘推进器10包括导管14、电机定子11、转子组件、轴承13，电机定子11安装于导管14内部，转子组件安装于电机定子11内侧，转子组件包括电机转子121和桨叶122，电机转子121通过轴承13连接至导管14，桨叶122安装于电机转子121内侧，电机定子11与电机转子121之间存在气隙以形成环形电机。动力源为电机定子11和电机转子121供电，当电机定子11和电机转子121通电时，电机转子121旋转，桨叶122随电机转子121一起旋转，桨叶122推动流过导管14内部的水而产生推力。具体的，本实施例中，十个无轴轮缘推进器10分成两列，沿船长方向均匀分布。
纯电动推进船舶还包括分布式控制系统(DCS)，分布式控制系统根据驾驶室发出的转向、变速信号计算出每一个位置的无轴轮缘推进器10需要进行的转向调整值与转速调整值，并将调整信号发送至每一个无轴轮缘推进器10进行相应的调整，根据船舶搭载的罗经进行闭环控制，使船舶能够准确、快速的调整航态。
本发明的纯电动推进船舶具有如下优点：
1、本发明纯电动推进船舶采用纯电动驱动，采用无轴轮缘推进器10用于船舶推进，并将无轴轮缘推进装置小型化，减小了推进装置的安装布置的空间，避免了吊舱式、全回转式等电力推进系统存在的结构复杂、轴系占用空间大、传输效率低、易发生故障等多种缺点。
2、无轴轮缘推进器10有多个，均布安装在船舶底部，取消传统船舶螺旋桨后的舵机，通过控制船舶底部不同无轴轮缘推进器10的转向、转速，对船体20产生不同效果的力和力矩作用，从而实现船体20或者潜水器的转向、调速与精确控制。
3、所有的无轴轮缘推进器10通过分布式控制系统(DCS)实现离散式推进方式，可以不受推进电机功率的限制，通过推进器数量的叠加提高电力推进功率，使得船舶电力推进的功率限制得以解决。各推进器的动态控制采用分布式控制系统(DCS)，由于采用了离散的多推进器，不存在因为主机损毁而导致船体20动力失效情况的发生，大大加强了船舶的可靠性。
4、取消锚机系统，采用布置的无轴轮缘推进器10进行动态定位，当船舶停航时，不再需要下放锚链，而是依靠船舶的分布式控制系统控制所布置的无轴轮缘推进装置，根据船舶受到水流、风力等的作用而引起的船舶的位置与停航的位置出现的微小的偏差情况调整不同位置的推进装置工作、启停与转向，使得船舶始终在一个较小的位置范围内波动，实现船舶的动态定位。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种纯电动推进船舶，包括船体和动力系统，其特征在于，所述动力系统包括动力源和推进系统；所述动力源包括锂电池系统及燃料电池系统，用于向推进系统供电；所述推进系统包括分布于船体底部的若干无轴轮缘推进器，所述船体底部设有若干连接柱，每一连接柱底部对应安装一个无轴轮缘推进器，所述无轴轮缘推进器能够绕所述连接柱进行360°旋转；
所述纯电动推进船舶还包括分布式控制系统(DCS)，所述分布式控制系统包括设置于驾驶室的控制器、罗经和GPS，所述控制器分别与罗经、GPS以及各个无轴轮缘推进器相连；当由驾驶室发出转向或转速变换信号时，首先由控制器计算出目标转向或转速与当前的差值，并根据各个无轴轮缘推进器所处的位置，向各个无轴轮缘推进器发出转向或转速信号；同时控制器根据所接收到的罗经传来的转向信号、GPS传来的船速信号和推进系统当前的转向、转速信号，不断调整发送给各个无轴轮缘推进装置的信号，以实现对船舶转向、转速的精确控制。
2.根据权利要求1所述的纯电动推进船舶，其特征在于，所述无轴轮缘推进器包括导管、电机定子、转子组件、轴承，所述电机定子安装于所述导管内部，所述转子组件安装于所述电机定子内侧，转子组件包括电机转子和桨叶，所述电机转子通过轴承连接至所述导管，所述桨叶安装于所述电机转子内侧，电机定子与电机转子之间存在气隙以形成环形电机。
3.根据权利要求2所述的纯电动推进船舶，其特征在于，所述动力源为所述电机定子和电机转子供电，当电机定子和电机转子通电时，电机转子旋转，桨叶随电机转子一起旋转，桨叶推动流过导管内部的水而产生推力。
4.根据权利要求2所述的纯电动推进船舶，其特征在于，所述无轴轮缘推进器沿所述船舶底部均匀分布。
5.根据权利要求1所述的纯电动推进船舶，其特征在于，所述锂电池系统及燃料电池系统安装于船体下部中后方的船舱内，在常规供电下由燃料电池系统向推进系统和锂电池系统供电，在大推力工况供电下由燃料电池系统与锂电池系统联合向推进系统供电，在靠岸时由岸电向锂电池系统供电。
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