CN114728688A - 利用离合器的推进及制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用离合器的推进及制动系统，其包括：装置，其内置有：用于调节离合器工作压力的阀门、用于将从动体的旋转方向控制成与驱动体相同及相反的旋转方向的离合器和齿轮；以及控制部，其利用离合器的滑移来调节从动体的转速，使得所述从动体能够以小于额定转速的转速连续运行，在从动体需要以额定转速以上的转速运行的情况下，控制离合器的接合时间点并控制成离合器持续接合，当从动体正在推进时，若制动信号输入到所述控制部，则所述控制部撤除内置于所述装置且处于工作中的离合器的工作压力，在使用于从动体的旋转方向控制成逆向旋转的离合器进行工作之后，利用所述阀门来调节离合器的工作压力，以能够实现推进体的制动控制。根据本发明的利用离合器的推进及制动系统与需要推进和制动的所述装备关联。

Description

利用离合器的推进及制动系统
技术领域
本发明涉及一种利用离合器的推进及制动系统，更具体地，涉及一种即使在无需配备船舶的推进及制动中所使用的功率转换装置(power converter)、可调螺距螺旋桨(CPP，Controllable Pitch Propeller)和摩擦制动器(friction brake)的情况下，也可以经济且有效地实现推进和制动，而且还可以适用于车辆的利用离合器的推进及制动系统。
背景技术
可以将旋转力转换成推进力的螺旋桨(propeller)在船舶的推进和制动中使用，螺旋桨划分为：可以对设置于轴(shaft)末端的叶片(blade)的螺距(pitch)进行调整的可调螺距螺旋桨；以及不能调整叶片的螺距的定螺距螺旋桨(FPP,Fixed Pitch Propeller)。
在CPP船舶中，即使轴驱动体的转速为恒定，CPP船舶的推进速度根据螺旋桨叶片的螺距角(angle of pitch)也会变得不同，当螺旋桨所需的负荷量大于轴驱动体的转速下所产生的力量时，轴驱动体上将会发生超负荷。因此，为了防止这种现象的发生，应该对轴驱动体不同转速下的输出功率和螺旋桨叶片的螺距角进行联动控制。船舶的推进(前进及后退)和制动可以通过对与轴驱动体的输出功率联动控制的螺旋桨叶片的螺距角进行调整来实现，其弊端在于：用于调整螺旋桨叶片的螺距角的系统的价格昂贵。
FPP船舶的推进速度根据轴驱动体的转速会变得不同，因此，FPP中所需的不同转速下的负荷量应该小于轴驱动体的不同转速下的输出功率。船舶的推进和制动可以通过对轴驱动体的转速和旋转方向进行调整来实现，当需要较强的制动力时，在螺旋桨轴额外地设置摩擦制动器。在欲停止以及后退的情况下，与CPP不同，使螺旋桨反向旋转(reverserotation)即可，在轴驱动体为二冲程内燃机的情况下，由于可以使内燃机反向旋转，因此不需要额外的装置，而在轴驱动体为四冲程内燃机的情况下，由于无法使旋转方向转换为反向旋转，因此需要使减速器具备能够转换螺旋桨的旋转方向的功能。由于不需要配备用于调节螺旋桨叶片的螺距角的系统，因此其具有产品价格低廉的优点。
通常，在使用二冲程(2-stroke)内燃机来进行推进的船舶的情况下，内燃机的额定转速与用于全速(full admission)前进的船舶的螺旋桨的转速相同，因此不需要配备减速器，而在使用四冲程(4-stroke)内燃机来进行推进的船舶的情况下，内燃机的额定转速比用于全速前进的船舶的螺旋桨的转速更快，因此需要配备减速器。
在电力推进(electric propulsion)船舶中，如果可以使用可变速功率转换装置改变电动机的转速和旋转方向，则使用FPP，如果不能使用仅提供正弦波的不可变速的功率转换装置来改变电动机的转速和旋转方向，则使用CPP。当使用仅提供正弦波的不可变速的功率转换装置时，使用变极(高速、中速)调速电动机转速的感应电动机(inductionmotor)。并且，为了防范可变速功率转换装置和仅提供正弦波的不可变速的功率转换装置发生故障，预先设置好通过旁路(bypass)电力供应装置向电动机供电。
另外，电力推进船舶划分为不使用减速器进行减速的船舶和使用减速器的船舶，所述减速器用于将轴驱动体的转速对应于螺旋桨的转速而进行减速。在不使用减速器的船舶中，当螺旋桨的转速为100rpm时，电动机的转速应该与螺旋桨的转速相同，因此，若所使用的频率为60Hz，则使用72pole的电动机，若所使用的频率为50Hz，则使用60pole的电动机。在使用减速器的船舶中，根据螺旋桨的转速为100rpm时所使用的频率，如果频率为60Hz时使用8pole(900rpm)的电动机，并且频率为50Hz时使用6pole(1,000rpm)的电动机，则按照以下方法使用减速器即可：在频率为60Hz时，使用9:1比率的减速器，而在频率为50Hz时，则使用10:1比率的减速器。船舶越形成大型化，船舶的螺旋桨的转速越低，当与此相对应地设置电动机的转速时，电动机的直径变大，并且价格变高，因此，通常将电动机的转速设置成1,000rpm以下，并且为了通过螺旋桨的转速来降低电动机的转速，使用减速器。
对于电力推进船舶而言，为了向电动机供电时使用的电气产品的环节越多，损耗也越多，功率转换装置应该在设置有制冷装置的空间运营，并且在输出功率较高的产品的情况下需要配备有用于对装置中所产生的热量进行冷却的冷却机，另外，与便利性相比，其具有产品的价格昂贵的弊端。
离合器是用于切断或接合驱动体和从动体之间的转矩(动力)的装置。在二冲程内燃机的情况下，起动转矩大于螺旋桨所需的起动转矩，因此不使用离合器，而在四冲程内燃机的情况下，起动转矩小于螺旋桨所需的起动转矩，因此内燃机的启动需要有离合器。
并且，在离合器的接合时间点上，当接合离合器时，如果轴驱动体的转矩小于从动体所需的起动转矩，则可能会发生轴驱动体停止运行的现象，因此，在轴驱动体的转矩大于从动体所需的起动转矩的时间点(转速)上接合离合器。在电力推进船舶中，使用可以调整电动机的起动转矩的可变速的功率转换装置来调整转速，只要使电动机的起动转矩形成为大于螺旋桨所需的起动转矩即可，因此，电动机和减速器之间通常不会使用离合器。
减速器在驱动体的转速与从动体的转速不相同的情况下使用。单输入-单输出(single input-single output)减速器是单个驱动体与单个从动体连接，与从动体的所需动力相对应地将驱动体设置成单个时，存在产品过大的弊端。或者，在为了提高运行可靠性而需要增加驱动体的数量的情况下所使用的多输入-单输出(multi input-singleoutput)减速器中，在若干个驱动体上连接有单个从动体，因此，在这些驱动体之间实施并联运行之前，需要先执行同步化过程。
对于采用两台四冲程内燃机来进行推进的CPP两机单轴船，使用内置有双输入-单输出离合器的减速器。在通过将螺旋桨叶片的螺距角调小来用一台内燃机使船舶处于低速航行的状态下，为了提升船舶的航行速度，剩余的内燃机也需要通过内置有离合器的减速器进行连接，此时，为了使所产生的冲击转矩达到最小，需要实施用于使处于负荷运行中的内燃机的转速与欲连接的内燃机的转速达到一致的同步化。为此，如果通过调速器来调整欲连接的内燃机的转速，使其与先传递动力的内燃机的转速相吻合并完成同步化，则接合(engagement)内置有离合器的欲连接的减速器的离合器，由此使内燃机之间实施并联运行，之后增大叶片的螺距角即可。
对于采用两台四冲程内燃机来进行推进的FPP两机单轴船，使用内置有双输入-单输出离合器的减速器。由于无法调整螺旋桨叶片的螺距角，用一台内燃机运行船舶时，会发生超负荷，因此，需要用两台内燃机来低负荷下并联运行之后，实施负荷运行。为此，首先，需要将一台内燃机在空转(idle)的状态下接合到内置有离合器的减速器的离合器之后，通过内置有离合器的减速器来连接剩余的内燃机。为了使此时所产生的冲击转矩最小化，需要实施用于使处于负荷运行中的内燃机的转速与欲连接的内燃机的转速达到一致的同步化。为此，如果通过调速器来调整欲连接的内燃机的转速，使其与先传递动力的内燃机的转速相吻合并完成同步化，则接合欲连接的内置有离合器的减速器的离合器，由此使内燃机之间实施并联运行，之后同时增高内燃机的转速即可。
对于采用两台电动机来进行推进的CPP两机单轴船，使用双输入-单输出减速器，此时，电动机和减速器之间不会使用离合器。在通过将螺旋桨叶片的螺距角调小来用一台电动机使船舶处于低速航行的状态下，为了提升船舶的航行速度，需要连接剩余的电动机，为此，通过可变速功率转换装置来实现电动机之间的同步化和并联运行的控制，并且实现电动机之间的并联运行之后，增大叶片的螺距角即可。当双输入-单输出减速器和电动机之间不使用离合器时，若仅用一台电动机使船舶实现航行，则不运行的电动机的转子进行旋转，这会给运行中的电动机造成负荷，由此导致能量损失，因此有时会设置离合器。
对于采用两台电动机来实施电力推进的FPP两机单轴船，使用双输入-单输出减速器，此时，电动机和减速器之间不使用离合器。由于无法调整螺旋桨叶片的螺距角，因此用一台电动机运行船舶时将会发生超负荷，从而需要用两台电动机在低负荷下实施并联运行，之后实施负荷运行。为此，通过可变速功率转换装置实现电动机之间的同步化和并联运行的控制，并且应用两台电动机时，同时启动低负荷至高负荷，通过电动机转速增减船舶的速度。转速越低以及负荷越低，电动机的效率也越低，因此，当电动机在低速、低负荷区段运行时，存在着因其低效运行导致整体效率下降的弊端。
从发电机接收电力的感应电动机可以使用普通的感应电动机，但是，从可变速功率转换装置接收电力的感应电动机不能使用普通的感应电动机，而是应该使用可变速功率转换装置专用的感应电动机，与相同转数的普通感应电动机相比，价格通常高出10至20％。
航行中的船舶不会因惯性力随意移动。在船舶处于全速航行的状态下，若出现发生碰撞的危险，则为了制动(crash stop)需要产生反推力(reverse propulsion)，由此停止船舶的继续航行。但此时，由于船舶正处于航行状态，因此必然会存在继续前进的一段距离，我们将其称作最短停止距离(crash shortest stopping distance)。该最短停止距离的计算依据是从最初的速度前进至停船为止行驶的距离，其根据船舶的特性和种类不同，但是大体上可以视为船长的6至12倍左右。
在采用二冲程内燃机来进行推进的FPP船舶处于全速前进的情况下，为了产生用于制动的反推力，需要使螺旋桨进行反向旋转。即使阻断内燃机燃料也可以实现内燃机的制动(engine braking)，但是因前进中的船舶的速度所产生的螺旋桨惯性力(inertia)会使内燃机继续进行旋转。因此，只有船舶的速度被减得足够慢，用起动空气(starting air)停止内燃机运行之后起动后退，才可以使内燃机顶住船舶的前进惯性力，并由此成功起动后退。针对能够起动后退的前进惯性力的内燃机的最大转速设定为由内燃机制造商推荐的转速。
在采用四冲程内燃机来进行推进的FPP船舶处于全速前进的情况下，为了产生用于制动的反推力，需要使螺旋桨进行反向旋转。由于四冲程内燃机无法进行反向旋转，因此，将转速减慢至能够接合离合器的转速之后，接合离合器即可，该离合器可以转换内置有离合器的减速器的输出轴的旋转方向。为了紧急后退，当将内燃机的转速目标值变更为可以接合离合器的转速时，虽然可以停止内燃机的运行，但是，因前进中的船舶的速度所形成的螺旋桨的惯性力会使内燃机继续进行旋转。因此，在将船舶的速度减慢到一定程度之后，才可以达到能够接合离合器的转速，该离合器可以转换内置有离合器的减速器的输出轴的旋转方向。此时，通过接合离合器使螺旋桨的旋转方向呈反向旋转。与可反向旋转的前进惯性力相关的离合器进行接合时最大转速的确定依据为：内燃机制造商和离合器内置式减速器的制造商提供的建议，该离合器为内置有离合器的减速器的离合器。
在采用感应电动机来进行推进的FPP船舶处于全速前进的情况下，为了产生用于制动的反推力，需要使螺旋桨进行反向旋转，但是感应电动机无法通过可变速功率转换装置控制反向旋转，因此，减慢至可以实现反向旋转的转速之后，再进行反向旋转即可。即使利用可变速功率转换装置来减少输送给感应电动机的电力，因船舶的速度所形成的螺旋桨的惯性力将会使感应电动机继续进行旋转。此时，应用回馈制动(regenerative braking)而回收感应电动机中所产生的电力即可，但是，产生的电能没有及时被回馈制动回收时，不会产生制动力。此时，转换成电阻制动(rheostatic braking)而实施制动，在将船舶的速度减慢到一定程度之后，才可以达到能够使感应电动机进行反向旋转的转速。此时，采用可变速功率转换装置使感应电动机进行反向旋转，从而使螺旋桨的旋转方向呈反向。与可反向旋转的前进惯性力相关的感应电动机的最大转速的确定依据为电动机制造商提供的建议。感应电动机的停止时间越短，电阻制动中所使用的电阻要越大，此时，需要在可变速功率转换装置上额外地配置冷却机，以能够立即对所产生的热量进行冷却。
并且，随着应电动机的转速减慢，冷却风扇的转速也会减慢，应该在感应电动机的内部预先设置好可以有效地冷却感应电动机的内部产生了的热量的应对方案。为了减少用可变速功率转换装置来启动感应电动机时所产生的涌浪电流(inrush current)，若减少供应给感应电动机的电力，则存在涌浪电流减少，相反会使启动时间变长的弊端。
为了提升船舶靠岸或离岸时的船舶的操控性能，通过电动机驱动全向推进器(azimuth thruster)时，使用可变速功率转换装置，该全向推进器(azimuth thruster)应用在配置于船舶侧面而用作辅助推力发生装置的定螺距螺旋桨型侧向推进器(sidethruster，设置于船首时，称作艏侧推器(bow thruster)，而设置于船尾时，称作艉推力器(stern thruster))、破冰船(ice breaker)以及动力定位系统(dynamic positioningsystem)。
当在使用60Hz的电力的地区需要50Hz的电力时，通过变频装置(frequencychanger)将60Hz的电力转换成50Hz的电力，而在使用50Hz的电力的地区需要60Hz的电力时，通过变频装置(frequency changer)来将50Hz的电力转换成60Hz的电力。
相较于FPP船舶，CPP船舶的操控船舶更加便利，但是，存在用于调整螺旋桨叶片的螺距角的系统的价格昂贵的弊端，在FPP电力推进船舶使用高价位功率转换装置并通过电动机进行推进的情况下，其需要配备一种运行方法来抵消在电动机的低速旋转区段将会发生的损失。
如上所述，传统的推进及制动方法在推进体的操控和运行上存在多种弊端和局限性，因此，需要改善以往推进及制动系统，开发出可以提高装备的可靠性，增强稳定性，节省投资费用和运行费用，从而确保优异的装备运行能力的推进及制动系统。
发明内容
所要解决的课题
为了解决传统技术的上述各种弊端，本发明的目的在于，提供一种即使在无需配备船舶的推进及制动中所使用的功率转换装置、可调螺距螺旋桨和摩擦制动器的情况下，也可以经济且有效地实现推进和制动，而且还可以适用于车辆的利用离合器的推进及制动系统。
本发明的另一目的在于，不使用变频时使用的传统的变频装置，通过本发明的推进及制动系统也能够实现变频。
课题解决方案
为了达到上述目的，本发明提供一种利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，包括：装置，其内置有：用于调节离合器的工作压力的阀门、用于将从动体的旋转方向控制成与驱动体相同以及相反的旋转方向的离合器和齿轮；控制部，其利用离合器的滑移来调节从动体的转速，使得所述从动体能够不超过额定转速地连续运行，当从动体需要以额定转速以上的转速进行运行时，控制离合器的接合时间点并控制离合器持续接合，其中，在从动体正在推进时，若制动信号输入到所述控制部，则所述控制部撤除内置于所述装置且处于工作中的离合器的工作压力，并且在使用于将从动体的旋转方向控制成逆转方向的离合器进行工作之后，通过用所述阀门调节离合器的工作压力来能够实现推进体的制动控制。
并且，为了达到上述目的，本发明提供一种利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，包括：装置，其内置有：用于调节离合器的工作压力的阀门、用于将从动体的旋转方向控制成与驱动体相同或相反的旋转方向的离合器和齿轮；控制部，其利用离合器的滑移来调节从动体的转速，使得所述从动体能够以小于额定转速的转速连续运行，当从动体需要以额定转速以上的转速进行运行时，所述控制部控制离合器的接合时间点并控制离合器持续接合，当从动体正在推进时，若制动信号输入到所述控制部，则所述控制部撤除内置于所述装置的离合器的工作压力，之后将驱动体的旋转方向转换成逆转方向，并且通过用所述阀门调节离合器的工作压力来能够实现推进体的制动控制。
并且，所述装置的齿轮具有基于驱动体和从动体之间的转速差的齿轮比(gearratio)。
并且，所述装置与齿轮装置单独构成，所述齿轮装置具有基于驱动体和从动体之间的转速差的齿轮比。
并且，当所述装置连接于多输入齿轮装置且驱动体之间并联运行时，不需要执行同步化过程。
并且，在所述装置的离合器被接合的状态下，若驱动体的转速增加，则从动体的转速被上升，从而增加从动体的负荷，此时，所述控制部具有如下功能：将驱动体、所述装置以及从动体的可超负荷运行范围与当前的输出量进行比较，当超过其时，向运行人员发出警报，并且控制成在所述可超负荷运行范围内进行运行。
并且，当处于所述装置的离合器被接合的状态，或者处于通过所述阀门调整所述装置的离合器并传递动力的状态时，所述控制部将驱动体的不同转速下的输出量和从动体的不同转速下的负荷量进行比较，在从动体的不同转速下的负荷量与驱动体的不同转速下的输出量相比增加的情况下，向运行人员发出警报以报告从动体的不同转速下的负荷量增加，而在从动体的不同转速下的负荷量与驱动体的不同转速下的输出量相比减少的情况下，向运行人员发出警报以报告从动体的不同转速下的负荷量减少。
并且，所述装置的润滑油温度越高，润滑油的压力越低，所述控制部具有通过学习基于润滑油温度的润滑油压力的变化量来确认润滑油粘度的稳定性的功能。
并且，所述控制部包括以下功能：在所述装置的离合器被接合的状态下，当所述装置的输入轴的转速和所述装置的输出轴的转速存在差异时，所述控制部基于这种差异的大小判断离合器的磨损度，在所述装置的离合器未被接合的状态下，当为了使从动体的转速保持恒定而传输给所述阀门的设定值的变化量超出基于润滑油的温度变化的浮动值时，也基于这种差异的大小判断离合器的磨损度。
并且，在所述装置的离合器未被接合的状态下，所述控制部通过检测出驱动体和从动体之间的转矩传递过程中发生的粘滑现象，来控制离合器的工作压力。
并且，所述控制部包括以下功能：在控制模式为速度控制模式的情况下，控制成从动体的转速保持恒定，而在控制模式为负荷控制模式的情况下，控制成施加于驱动体的负荷保持恒定。
并且，所述控制部包括以下功能：在所述装置的离合器未被接合，并且所述控制部的超量控制功能被激活的状态下，若所述装置的润滑油温度上升至允许值以上，则从转速控制转换至润滑油温度保持恒定控制，若润滑油温度下降至警报值的滞后以内，则重新恢复至转速控制。
并且，所述控制部包括以下功能：检测从动体上所发生的超负荷蹿升，通过调整所述阀门的设定值来与根据驱动力蹿升量而预设的从动体的负荷减少量相吻合地增加滑移，以降低驱动体的负荷，使得驱动体的转速根据所述超负荷蹿升的大小，在针对转速瞬态特性的性能等级启动阈值下允许的转速恢复时间内恢复，并且在驱动体的转速尽快恢复之后，若感测到转速的恢复，则将所述阀门的设定值重新缓慢地恢复至原设定值。
并且，所述控制部包括以下功能：在处于制动控制时，对所述装置的离合器和摩擦制动器的工作进行联动控制。
并且，所述控制部包括以下功能：通过用转速设定值的变化梯度调整所述阀门的工作时间来能够调整推进及制动所需的时间。
并且，用作从动体的感应电动机通过其转速被所述控制部控制来可以用作感应发电机，在使用可以转换从动体的旋转方向的所述装置的情况下，所述感应电动机还可以用作可以转换相位旋转方向的感应发电机。
并且，通过以无线方式连接的远程无线终端控制所述控制部。
发明效果
根据本发明的利用离合器的推进及制动系统，将离合器用作切断或接合驱动体和从动体之间的动力(转矩)的装置，并且将所述离合器应用到推进体的推进及制动中，从而实现能够节省投资费用以及减少维修费用的技术效果。
另外，还实现能够用作变频用途的技术效果。
附图说明
图1示出了功率转换装置的代表性输出功率的效率。
图2示出了感应电动机的代表性转速的效率及功率因数。
图3示出了感应电动机的代表性输出功率的滑移、电流、功率因数及效率。
图4示出了采用传统的交流发电装置、可变速功率转换装置、感应电动机、单输入-单输出减速器、定螺距螺旋桨型艏侧推器、定螺距螺旋桨型艉推力器和定螺距螺旋桨推进的双轴船(twin screw vessel)的电力推进系统。
图5示出了采用传统的交流发电装置、仅提供正弦波的不可变速功率转换装置、变极(高速、中速)调速感应电动机、单输入-单输出减速器、可调螺距螺旋桨型艏侧推器、可调螺距螺旋桨型艉推力器和可调螺距螺旋桨推进的双轴船的电力推进系统。
图6示出了采用传统的交流发电装置、可变速功率转换装置、同步电动机(synchronous motor)、双输入-单输出减速器、定螺距螺旋桨型艏侧推器或艉推力器和定螺距螺旋桨推进的单轴船(single screw vessel)的电力推进系统。
图7示出了传统的变频交流发电装置、直流配电(DC distribution)系统(包括整流器(rectifier)、逆变器(inverter)及电池)、感应电动机、定螺距螺旋桨型艏侧推器、定螺距螺旋桨型艉推力器和定螺距螺旋桨型全向推进器推进的电力推进系统。
图8示出了通过变频装置(frequency changer)将传统的60Hz的电力转换为50Hz的电力时的状态。
图9示出了通过驱动用感应电动机来驱动本发明的装置的实施例，该装置内置有可以调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
图10示出了通过四冲程内燃机来驱动本发明的装置的实施例，该装置内置有可以调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
图11示出了通过驱动用感应电动机来驱动本发明的装置的实施例，该装置内置有不能调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
图12示出了通过二冲程内燃机来驱动本发明的装置的实施例，该装置内置有不能调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
图13示出了通过驱动用感应电动机来驱动本发明的装置，并通过双输入-单输出齿轮装置实施并联运行的实施例，该装置内置有可以调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
图14示出了通过四冲程内燃机来驱动本发明的装置，并通过双输入-单输出齿轮装置实施并联运行的实施例，该装置内置有可以调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
图15示出了通过驱动用感应电动机来驱动本发明的装置，并通过双输入-单输出齿轮装置实施并联运行的实施例，该装置内置有不能调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
图16示出了通过二冲程内燃机来驱动本发明的装置，并通过双输入-单输出齿轮装置实施并联运行的实施例，该装置内置有不能调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
图17示出了通过驱动用感应电动机来驱动本发明的装置，并在从动用感应电动机产生变频了的电力的实施例，该装置内置有可以调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
具体实施方式
以下，参考附图详细说明本发明的实施例。首先，将参考附图标记赋予各附图的构件时，相同构件即使表示在不同附图上，也应该注意，尽可能地具有相同的附图标记。并且，认为会混淆本发明的要点时，可以省略对其的详细说明。另外，以下将说明本发明的实施例，当然，本发明的技术思想不受其限定或限制，可以通过本发明所属技术领域的技术人员得到实施。
图1示出了功率转换装置的代表性输出功率的效率，如图所示，负荷约为15％以下时，效率急剧下降。图2示出了感应电动机的代表性转速的效率及功率因数，如图所示，在额定转速以下，效率和功率因数下降。图3示出了感应电动机的代表性输出功率的滑移、电流、功率因数及效率，如图所示，输出功率约为15％以下时，效率急剧下降。
图4示出了采用传统的交流发电装置、可变速功率转换装置、感应电动机、单输入-单输出减速器、定螺距螺旋桨型艏侧推器、定螺距螺旋桨型艉推力器和定螺距螺旋桨推进的双轴船的电力推进系统。当船舶推进速度较低时，图1所示的功率转换装置因输出功率低造成的效率下降、图2所示感应电动机因转速低造成的效率下降以及图3所示感应电动机因输出功率低造成的效率下降而将会造成运行损失的增加。
图5示出了采用传统的交流发电装置、仅提供正弦波的不可变速功率转换装置、变极(高速、中速)调速感应电动机、单输入-单输出减速器、可调螺距螺旋桨型艏侧推器、可调螺距螺旋桨型艉推力器和可调螺距螺旋桨推进的双轴船的电力推进系统。当船舶推进速度较低时，在因图4所示的电力推进系统所产生的效率下降而造成的运行损失部分中，图2所示的感应电动机因转速低造成的效率及功率因数下降部分，可以通过使感应电动机的转速保持额定转速，并且降低推进用可调螺距螺旋桨的螺距角来进行抵消，但是，为此需要使用作为价格昂贵装备的可调螺距螺旋桨。
图6示出了采用传统的交流发电装置、可变速功率转换装置、同步电动机、双输入-单输出减速器、定螺距螺旋桨型艏侧推器或艉推力器和定螺距螺旋桨推进的单轴船的电力推进系统。当船舶推进速度较低时，图4所示的电力推进系统所发生的效率下降将会造成运行损失。进一步，对于与双输入-单输出减速器连接的2台同步电动机而言，不采用根据船舶的推进速度，在低速区段运行1台同步电动机，而在高速区段运行2台同步电动机的运行方式，而是应该与船舶的推进速度无关地采用同时并联运行2台同步电动机的运行方式，因此，当船舶的推进速度较低时，同步电动机的损失增加到使用1台时所损失的两倍。
图7示出了传统的变频交流发电装置、直流配电系统(包括整流器、逆变器及电池)、感应电动机、定螺距螺旋桨型艏侧推器、定螺距螺旋桨型艉推力器和定螺距螺旋桨型全向推进器推进的电力推进系统。当船舶推进速度较低时，在因图4所示的电力推进系统所发生的效率下降而发生的运行损失部分中，可以通过在变频交流发电装置额外地设置整流器、逆变器和电池并使内燃机的燃料消耗量少于传统交流发电装置来进行抵消，但是，为此需要额外地使用价格昂贵的这些装置。
图8示出了通过变频装置将传统的50Hz的电力转换为60Hz的电力时，随着电力转换所需的电容的增加，变频装置的价格也会增加。
图9至图17示出了通过驱动体来驱动装置的实施例，该装置内置有可以调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮，或者，内置有不能调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
虽然未详细示出，但，如图13至图16所示，控制部10a、10b可以连接有：无线通信用天线11a、11b；正转/逆转运转信号；超量控制信号；控制模式信号；转速设定值信号；内置有离合器和齿轮的装置的输入轴速度感应传感器320a、320b；内置有离合器和齿轮的装置的润滑油温度感应传感器405a、405b；内置有离合器和齿轮的装置的润滑油压力感应传感器406a、406b；内置有离合器和齿轮的装置的输出轴速度感应传感器420a、420b；双输入-单输出齿轮装置的润滑油温度感应传感器505a、505b；双输入-单输出齿轮装置的润滑油压力感应传感器506a、506b；双输入-单输出齿轮装置的输出轴速度感应传感器520a、520b。
并且，如图9至图16所示，当驱动体和从动体的转速不同时，可以使内置有离合器和齿轮的装置的齿轮具有基于所述转速的差的齿轮比，或者，可以将齿轮装置单独设置在内置有离合器和齿轮的装置的前端或者后端，该齿轮装置具有基于所述转速的差的齿轮比。
参考附图详细说明本发明的利用离合器的推进及制动系统的工作及运行方法之前，首先说明控制部10a、10b具有的特征。
在内置有离合器和齿轮的装置400a、400b的离合器被接合的状态下，当通过驱动用感应电动机300a、300b来驱动从动体并实施推进时，如果从驱动用感应电动机起动器(starter)50a、50b供应的电力的频率增加，则从动体的转速会增高，由此驱动用感应电动机300a、300b的负荷增加，此时，控制部10a、10b具有如下功能：基于由设置于驱动用感应电动机起动器50a、50b的功率测量及监测装置(power metering and monitoring devices，PMD)获取到的信息，将驱动用感应电动机300a、300b、内置有离合器和齿轮的装置400a、400b、双输入-单输出齿轮装置(gear unit)500以及FPP螺旋桨等的从动体600的可超负荷运行范围与当前的输出量进行比较，当超过其时，向运行人员发出警报，以在可超负荷运行范围内进行运行。
并且，在内置有离合器和齿轮的装置400a、400b的离合器被接合的状态下，当通过内燃机700a、700b、800a、800b驱动从动体并进行推进时，如果内燃机700a、700b、800a、800b的转速增高，则从动体的转速也增高，由此使内燃机700a、700b、800a、800b的负荷增加，此时，控制部10a、10b基于由内燃机控制装置获取到的信息，将内燃机700a、700b、800a、800b、内置有离合器和齿轮的装置400a、400b、双输入-单输出齿轮装置500以及FPP螺旋桨等从动体600的可超负荷运行范围与当前的输出量进行比较，当超过其时，向运行人员发出警报，以在可超负荷运行范围内进行运行。
并且，在处于内置有离合器和齿轮的装置400a、400b的离合器被接合的状态下，或者处于通过离合器工作压力调节用阀门来调整内置有离合器和齿轮的装置400a、400b的离合器并传递动力的状态下，控制部10a、10b将驱动用感应电动机300a、300b以及内燃机700a、700b、800a、800b的不同转速下的输出量与从动体600的不同转速下的负荷量进行比较。与驱动用感应电动机300a、300b及内燃机700a、700b、800a、800b的不同转速下的输出量相比，从动体600的不同转速下的负荷量增加时，控制部10a、10b向运行人员发出警报，以告知从动体600的不同转速下的负荷量增加；与驱动用感应电动机300a、300b及内燃机700a、700b、800a、800b的不同转速下的输出量相比，从动体600的不同转速下的负荷量减少时，控制部10a、10b向运行人员发出警报，以告知从动体600的不同转速下的负荷量减少。此时，在驱动体为驱动用感应电动机300a、300b的情况下，驱动体的不同转速下的输出量将由设置于驱动用感应电动机起动器50a、50b的功率测量及监测装置获取到的信息作为基准，而在驱动体为内燃机700a、700b、800a、800b的情况下，驱动体的不同转速下的输出量将由内燃机控制装置获取到的信息作为基准，由此判断从动体600的负荷量是否增加和减少。当从动体600粘附了异物而致使电阻增加时，会导致负荷量的增加，当从动体600发生磨损而致使电阻减少时，会导致负荷量的减少。
并且，装置的润滑油的温度越高，内置有离合器和齿轮的装置400a、400b的润滑油的压力会越低。因此，控制部10a、10b具有如下功能：利用润滑油温度感应传感器405a、405b和润滑油压力感应传感器406a、406b来检测出装置的润滑油的温度及压力，之后学习若干个检测值的变化量，由此确认润滑油粘度(viscosity)的稳定性。
并且，在内置有离合器和齿轮的装置400a、400b的离合器被接合的状态下，当由设置于所述装置的输入轴310a、310b的输入轴速度感应传感器320a、320b检测到的转速和由设置于所述装置的输出轴410a、410b的输出轴速度感应传感器420a、420b检测到的转速之间存在差异时，控制部10a、10b可以依据这种差异的大小而判断离合器磨损度(clutchwear degree)。
并且，在内置有离合器和齿轮的装置400a、400b的离合器未被接合的状态下，为了使从动体600的转速保持恒定，控制部10a、10b具有如下功能：从控制部10a、10b传递给离合器工作压力调节用阀门的设定值(set point)会随着润滑油压力的变化而发生改变，当这种设定值的变化量超过基于变化的浮动值时，也可以根据这种差异的大小判断离合器磨损度。
并且，控制部10a、10b对于由设置于内置有离合器和齿轮的装置的输入轴310a、310b的输入轴速度感应传感器320a、320b和设置于所述装置的输出轴410a、410b的输出轴速度感应传感器420a、420b检测到的转速进行角速度分析，由此检测出从动体的转速在离合器发生滑移时是否过于缓慢，或者检测出在从动体的转速接近于驱动体的转速的情况下发生的粘滑(stick slip)现象，并且将其用作离合器工作时所需的油压调整校正系数(correction factor)，而且反映到在离合器工作油压确定回路或转速确定回路，并通过此过程，增减离合器工作压力调整用阀门的设定值，由此避免粘滑。
并且，当驱动体为驱动用感应电动机300a、300b时，控制部10a、10b具有如下功能：在处于速度控制模式的情况下进行控制，使得从动体的转速保持恒定的控制，而在处于负荷控制模式的情况下，以由设置于驱动用感应电动机起动器50a、50b的功率测量及监测装置获取到的信息为基准进行控制，使得施加于驱动用感应电动机300a、300b的负荷保持恒定。
并且，当驱动体为内燃机700a、700b、800a、800b时，具有如下功能：在处于速度控制模式的情况下，实施用于使从动体的转速保持恒定的控制，而在处于负荷控制模式的情况下，实施以由内燃机控制装置获取到的信息为基准而使施加给内燃机700a、700b、800a、800b的负荷保持恒定的控制。
并且，在内置有离合器和齿轮的装置400a、400b的离合器未被接合，并且超量(override)控制功能被激活的状态下，控制部10a、10b具有如下功能：若因所述装置的润滑油冷却装置等发生故障而使由润滑油温度感应传感器405a、405b检测到的所述装置400a、400b的润滑油温度升高至允许值以上，则控制部10a、10b将所述装置400a、400b的控制从转速控制转换到润滑油温度恒定控制，若内置有离合器和齿轮的装置400a、400b的润滑油温度下降至警报值的滞后(Hysteresis)以内，则重新恢复至转速控制。
并且，当驱动体为驱动用感应电动机300a、300b时，如果发生从动体的瞬态(transient)负荷的蹿升，则会使用于供应电力的内燃机的转速下降，并且使从驱动用感应电动机起动器50a、50b提供给驱动用感应电动机300a、300b的频率降低。此时，电能蹿升量(Δp/Δt)可以检测为：由设置于所述装置的输入轴310a、310b的输入轴速度感应传感器320a、320b检测到的转速变化量(Δrpm/Δt)，或者由设置于驱动用感应电动机起动器50a、50b的功率测量及监测装置获取到的每小时的频率变化量(Δfrequency/Δt)，或者由设置于驱动用感应电动机起动器50a、50b的功率测量及监测装置获取到的每小时的有效电能变化量(Δkw/Δt)。控制部10a、10b检测出上述的从动体的瞬态负荷的蹿升，在针对根据瞬态负荷蹿升的大小而供应电力的内燃机的频率瞬态特性的性能等级启动阈值下所允许的频率恢复时间(frequency recovery time after load increase)内，恢复频率。即，控制部10a、10b具有如下功能：通过调整离合器工作压力调整用阀门的设定值来与依据电能蹿升量而预设的从动体的负荷减少量相吻合地增加滑移，由此降低内燃机的负荷，从而使电力供应内燃机的转速尽快得到恢复，然后，若感知到转速的恢复，则将离合器工作压力调整用阀门的设定值重新缓慢地恢复至原设定值。
并且，当驱动体为内燃机700a、700b、800a、800b时，如果发生从动体的瞬态负荷的蹿升，则会使用于提供驱动力的内燃机700a、700b、800a、800b的转速下降。此时，驱动力蹿升量(Δp/Δt)可以通过由设置于所述装置的输入轴310a、310b的输入轴速度感应传感器320a、320b检测到的转速变化量(Δrpm/Δt)来检测。控制部10a、10b检测上述的从动体的瞬态负荷的蹿升，并且在针对根据瞬态负荷蹿升的大小而提供驱动力的内燃机700a、700b、800a、800b的转速瞬态特性(Rotational Speed Transient Characteristics)的性能等级启动阈值下所允许的转速恢复时间内，恢复驱动体的转速。即，控制部10a、10b具有如下功能：通过调整离合器工作压力调整用阀门的设定值来与根据驱动力蹿升量而预设的从动体的负荷减少量相吻合地增加滑移，由此降低所述内燃机700a、700b、800a、800b的负荷，从而使所述内燃机700a、700b、800a、800b的转速尽快得到恢复，然后，若感知到转速的恢复，则将离合器工作压力调整用阀门的设定值重新缓慢地恢复至原设定值。
并且，在内置有离合器和齿轮的装置400a的输出轴410a或双输入-单输出齿轮装置的输出轴510设置有摩擦制动器550的情况下，当进行制动控制时，摩擦制动器550可以与所述装置400a的离合器被联动控制。即，控制部10a、10b具有如下功能：若输入有制动信号而切断(disengagement)所述装置400a的离合器，则控制部10a、10b使摩擦制动器550进行工作，若从动体600的逆转(反向旋转)已经准备完毕并调整所述装置400a的离合器的工作压力，则控制部10a、10b解除摩擦制动器550的工作，若推进体停止运行，则重新使摩擦制动器550进行工作。
并且，控制部10a、10b具有如下功能：根据输入的转速设定值的变化梯度而调整离合器工作压力调整用阀门的工作时间，由此调整推进及制动所需的时间。
以下，参考附图详细说明本发明的利用离合器的推进及制动系统的工作及运行方法。
描述图9、图10、图13、图14及图17所示的内置有离合器和齿轮的装置400a、400b的前提为：在推进体进行正转运行时，输入轴/输出轴的相同旋转方向控制用离合器401a、401b进行工作，而在推进体进行逆转运行时，输入轴/输出轴的相反旋转方向控制用离合器402a、402b进行工作。
图9示出了通过驱动用感应电动机300a来对本发明的内置有离合器和齿轮的装置400a进行驱动的实施例，该离合器及齿轮可以将从动体的旋转方向调整为与驱动体的旋转方向相同或相反的方向。在对用作驱动体的驱动用感应电动机300a启动时所产生的启动电流进行限制的方法中，将小型感应电动机用作辅助电动机(pony motor)200a。在驱动用感应电动机300a轴上连接了辅助电动机输出轴210a之后，若利用辅助电动机起动器100a将全电压(full voltage)经由供电用电缆f施加到辅助电动机200a，则可以将驱动用感应电动机300a的转子旋转至辅助电动机200a的额定转速。此时，在辅助电动机200a的启动电流也需要限制时，在辅助电动机起动器100a设置用于实施降低电压(reduced voltage)启动(Y-Δ启动或1次电阻启动或电抗启动或单卷变压器启动或软起动器(soft starter)启动)的装置。
控制部10a在启动辅助电动机200a之后，根据设置在所述装置的输入轴310a的输入轴速度感应传感器320a的转速而判断是否启动完毕。此时，若驱动用感应电动机300a的转子达到额定转速，则控制部10a向辅助电动机起动器100a传输断电信号，并且向驱动用感应电动机起动器50a传输供电信号。然后，若经由供电用电缆C向驱动用感应电动机300a供电，则限制了启动电流的驱动用感应电动机300a的启动完毕。
当驱动用感应电动机300a的启动完毕时，如果处于正转运行，则控制部10a开放所述装置400a的相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，然后，通过调整离合器工作压力调整用阀门来对相同旋转方向控制用离合器401a的工作压力进行控制，以能够保持转速设定值。此时，控制部10a可以通过设置在所述装置的输出轴410a的输出轴速度感应传感器420a来确认从动体600的转速。
当驱动用感应电动机300a处于额定转速时，在从动体600的转速设定值为由输出轴速度感应传感器420a确认到的转速以上，或者为利用预设的离合器的滑移的转速以上的情况下，控制部10a根据预设的工作速度完全开放离合器工作压力调整用阀门，由此使相同旋转方向控制用离合器401a接合，或者，通过暂时撤除离合器工作压力调整用阀门的功能来使离合器的工作润滑油的压力全部传递到相同旋转方向控制用离合器401a，从而使相同旋转方向控制用离合器401a接合。如此，当暂时撤除离合器工作压力调整用阀门的功能时，可能会发生从动体600的转速瞬间下降的现象。
若为了在从动体600的推进中进行制动而以转速设定值向控制部10a输入逆转信号，则关闭相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，由此切断相同旋转方向控制用离合器401a，并且撤除离合器工作压力调整用阀门的工作压力。另外，在开放相反旋转方向控制用离合器402a的阀门之后，通过离合器工作压力调整用阀门来调整工作压力，由此实施用于制动推进体的逆转控制，从而将从动体600的旋转方向控制成相反方向。然后，若推进体被停止运行，并且转速设定值输入为“0”rpm，则关闭相反旋转方向控制用离合器402a的阀门。
离合器的摩擦所产生的热量将会使所述装置400a的润滑油温度升高，控制部10a可以控制离合器工作压力调整用阀门的工作压力，使得由所述装置的润滑油温度感应传感器405a检测到的润滑油温度保持小于警报值。
图10示出了通过四冲程内燃机700a来驱动本发明的装置400a的实施例，该装置400a内置有可以调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。当用作驱动体的四冲程内燃机700a的启动完毕时，如果进行正转运行，则控制部10a开放所述装置400a的相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，然后，通过调整离合器工作压力调整用阀门来对相同旋转方向控制用离合器401a的工作压力进行控制，以能够保持转速设定值。此时，控制部10a可以通过设置在所述装置的输出轴410a的输出轴速度感应传感器420a来确认从动体600的转速。
当四冲程内燃机700a处于额定转速时，从动体600的转速设定值为由输出轴速度感应传感器420a确认到的转速以上，或者为利用预设的离合器的滑移的转速以上的情况下，控制部10a根据预设的工作速度完全开放离合器工作压力调整用阀门，由此使相同旋转方向控制用离合器401a接合，或者，通过暂时撤除离合器工作压力调整用阀门的功能来使离合器的工作润滑油的压力全部传递到相同旋转方向控制用离合器401a，从而使相同旋转方向控制用离合器401a接合。如此，当同时撤除离合器工作压力调整用阀门的功能时，可能会发生从动体600的转速瞬间下降的现象。
若为了在从动体600的推进中进行制动而以转速设定值向控制部10a输入逆转信号，则关闭相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，由此切断相同旋转方向控制用离合器401a，并且撤除离合器工作压力调整用阀门的工作压力。另外，在开放相反旋转方向控制用离合器402a的阀门之后，通过离合器工作压力调整用阀门来调整工作压力，由此实施用于制动推进体的逆转控制，从而将从动体600的旋转方向控制成相反方向。然后，若推进体被停止运行，并且转速设定值输入为“0”rpm，则关闭相反旋转方向控制用离合器402a的阀门。
离合器的摩擦所产生的热量将会使所述装置400a的润滑油温度升高，控制部10a可以控制离合器工作压力调整用阀门的工作压力，使得由所述装置的润滑油温度感应传感器405a检测到的润滑油温度保持小于警报值。
图11示出了通过驱动用感应电动机300a来驱动本发明的装置400a的实施例，该装置400a内置有不能调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
在用于对用作驱动体的驱动用感应电动机300a启动时所产生的启动电流进行限制的方法中，将小型感应电动机用作辅助电动机200a。具体地，在驱动用感应电动机300a轴上连接了辅助电动机输出轴210a之后，若利用设置在辅助电动机起动器100a的软起动器来经由供电用电缆f而使辅助电动机200a进行降低电压启动，由此将驱动用感应电动机300a的转子旋转至辅助电动机200a的额定转速。此时，不需要限制辅助电动机200a的启动电流，在停止运行时的惯性力运行(coasting operation)时间较短的情况下，在辅助电动机起动器100a上设置用于实施全电压启动的装置。
控制部10a在启动辅助电动机200a之后，根据设置在所述装置的输入轴310a的输入轴速度感应传感器320a的转速而判断是否启动完毕。此时，若驱动用感应电动机300a的转子达到额定转速，则控制部10a向辅助电动机起动器100a传输断电信号，并且向驱动用感应电动机起动器50a传输供电信号。然后，若经由供电用电缆C向驱动用感应电动机300a供电，则限制了启动电流的驱动用感应电动机300a的启动完毕。
当驱动用感应电动机300a的启动完毕时，如果处于正转运行，则控制部10a开放所述装置400a的相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，然后，通过调整离合器工作压力调整用阀门来对相同旋转方向控制用离合器401a的工作压力进行控制，以能够保持转速设定值。此时，控制部10a可以通过设置在所述装置的输出轴410a的输出轴速度感应传感器420a来确认从动体600的转速。
当驱动用感应电动机300a处于额定转速时，在从动体600的转速设定值为由输出轴速度感应传感器420a确认到的转速以上，或者为利用预设的离合器的滑移的转速以上的情况下，控制部10a根据预设的工作速度完全开放离合器工作压力调整用阀门，由此使相同旋转方向控制用离合器401a接合，或者，通过暂时撤除离合器工作压力调整用阀门的功能来使离合器的工作润滑油的压力全部传递到相同旋转方向控制用离合器401a，从而使相同旋转方向控制用离合器401a接合。如此，当暂时撤除离合器工作压力调整用阀门的功能时，可能会发生从动体600的转速瞬间下降的现象。
若为了在从动体600的推进中进行制动而以转速设定值向控制部10a输入逆转信号，则关闭相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，由此切断相同旋转方向控制用离合器401a，并且撤除离合器工作压力调整用阀门的工作压力。另外，在切断驱动用感应电动机起动器50a的电源之后，使设置在辅助电动机起动器100a的软起动器进行工作，由此利用软起动器的制动功能，从而使辅助电动机200a停止运行。
然后，若根据设置在所述装置的输入轴310a的输入轴速度感应传感器320a的转速而确认到辅助电动机200a是否停止运行，则将为了实现辅助电动机200a的逆转而向软起动器供电的电源的相位旋转方向转换成逆转方向，然后，利用设置在辅助电动机起动器100a的软起动器来经由供电用电缆f而使辅助电动机200a进行降低电压启动，由此将驱动用感应电动机300a的转子逆转(反向旋转)到辅助电动机200a的额定转速。
控制部10a在使辅助电动机200a的逆转启动完毕之后，根据设置在所述装置的输入轴310a的输入轴速度感应传感器320a的转速而判断是否启动完毕。此时，若驱动用感应电动机300a的转子达到额定转速，则控制部10a向辅助电动机起动器100a传输断电信号，并且向驱动用感应电动机起动器50a传输用于表示相位旋转方向转换成反向的供电信号。然后，若经由供电用电缆C向驱动用感应电动机300a供电，则限制了启动电流的驱动用感应电动机300a的逆转启动完毕。
若根据设置在所述装置的输入轴310a的输入轴速度感应传感器320a的转速而判断出驱动用感应电动机300a的逆转，则开放相同旋转方向控制用离合器401a的阀门之后，通过离合器工作压力调整用阀门来调整工作压力，由此实施用于制动推进体的逆转控制，从而将从动体600的旋转方向控制成相反方向。然后，若推进体被停止运行，并且转速设定值输入为“0”rpm，则关闭相反旋转方向控制用离合器402a的阀门。
离合器的摩擦产生的热量将会使内置有离合器和齿轮的装置400a的润滑油温度升高，控制部10a可以控制离合器工作压力调整用阀门的工作压力，使得由所述装置的润滑油温度感应传感器405a检测到的润滑油温度保持小于警报值。
图12示出了通过二冲程内燃机800a来驱动本发明的装置400a的实施例，该装置内置有不能调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
当用作驱动体的二冲程内燃机800a的启动完毕时，如果进行正转运行，则控制部10a开放所述装置400a的相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，然后，通过调整离合器工作压力调整用阀门来对相同旋转方向控制用离合器401a的工作压力进行控制，以能够保持转速设定值。此时，控制部10a可以通过设置在所述装置的输出轴410a的输出轴速度感应传感器420a来确认从动体600的转速。
当二冲程内燃机800a处于额定转速时，在从动体600的转速设定值为由输出轴速度感应传感器420a确认到的转速以上，或者为利用预设的离合器的滑移的转速以上的情况下，控制部10a根据预设的工作速度完全开放离合器工作压力调整用阀门，由此使相同旋转方向控制用离合器401a接合，或者，通过暂时撤除离合器工作压力调整用阀门的功能来使离合器的工作润滑油的压力全部传递到相同旋转方向控制用离合器401a，从而使相同旋转方向控制用离合器401a接合。如此，当暂时撤除离合器工作压力调整用阀门的功能时，可能会发生从动体600的转速瞬间下降的现象。
若为了在从动体600的推进中进行制动而以转速设定值向控制部10a输入逆转信号，则关闭相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，由此切断相同旋转方向控制用离合器401a，并且撤除离合器工作压力调整用阀门的工作压力。在使二冲程内燃机800a停止运行之后，若根据设置在所述装置的输入轴310a的输入轴速度感应传感器320a的转速而判断出二冲程内燃机800a是否停止运行，则将二冲程内燃机800a启动为逆转并旋转至额定转速。若根据设置在所述装置的输入轴310a的输入轴速度感应传感器320a的转速而判断出二冲程内燃机800a进行逆转，则开放相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，之后通过离合器工作压力调整用阀门来调整工作压力，由此实施用于制动推进体的逆转控制，从而将从动体600的旋转方向控制成相反方向。然后，若推进体被停止运行，并且转速设定值输入为“0”rpm时，则关闭相反旋转方向控制用离合器402a的阀门。
离合器的摩擦产生的热量将会使所述装置400a的润滑油温度升高，控制部10a可以控制离合器工作压力调整用阀门的工作压力，使得由润滑油温度感应传感器405a检测到的润滑油温度保持小于警报值。
图13示出了通过驱动用感应电动机300a、300b来驱动本发明的装置400a、400b，并通过双输入-单输出齿轮装置500实施并联运行的实施例，该装置内置有可以调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。图14示出了通过四冲程内燃机700a、700b来驱动本发明的装置400a、400b，并通过双输入-单输出齿轮装置500实施并联运行的实施例，该装置内置有可以调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。图15示出了通过驱动用感应电动机300a、300b来驱动本发明的装置400a、400b，并通过双输入-单输出齿轮装置500实施并联运行的实施例，该装置内置有不能调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。图16示出了通过二冲程内燃机800a、800b来驱动本发明的装置400a、400b，并通过双输入-单输出齿轮装置500实施并联运行的实施例，该装置内置有不能调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。
如此，在使用双输入-单输出齿轮装置500的情况下，无需经过同步化过程而依次实施负荷运行及并联运行，比如，若从动体600的转速设定值较低，则用1台驱动体运行从动体600，若转速设定值较高，则用2台驱动体运行从动体600。
以下，详细说明如图13至图14所示的可以调整输出侧的旋转方向的内置有离合器和齿轮的装置400a、400b连接于驱动体(300a和300b以及700a和700b)，并且通过双输入-单输出齿轮装置500依次实施负荷运行及并联运行的方法。
对于驱动体的负荷运行顺序，假设左侧的驱动用感应电动机300a和四冲程内燃机700a首先被运行，而右侧的驱动用感应电动机300b和四冲程内燃机700b随后被运行，并进行说明。
在驱动体300a、700a的启动完毕之后，当处于正转运行时，控制部10a开放所述装置400a的相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，然后，通过调整离合器工作压力调整用阀门来对相同旋转方向控制用离合器401a的工作压力进行控制，以能够保持转速设定值。此时，控制部10a可以通过设置在双输入-单输出齿轮装置的输出轴510的输出轴速度感应传感器520a来确认从动体600的转速。
在从动体600的转速设定值为处于运行中的左侧的驱动体300a、700b的不同转速下的输出功率以上，或者，为利用预设的离合器的滑移的左侧的驱动体300a、700a的不同转速下的输出功率以上的情况下，控制部10b启动右侧的驱动体300b、700b，并且开放所述装置400b的相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，之后，通过调整离合器工作压力调整用阀门来对相同旋转方向控制用离合器401a的工作压力进行控制，以能够保持转速设定值。此时，控制部10a可以通过设置在双输入-单输出齿轮装置的输出轴510的输出轴速度感应传感器520a来确认从动体600的转速。
控制部10a、10b控制所述装置400a、400b的相同旋转方向控制用离合器401a的工作压力并实施并联运行，当从动体600的转速设定值为2台驱动体(300a和300b以及700a和700b)在额定转速下能够实现的额定输出功率以上，或者为利用预设的离合器的滑移的2台驱动体(300a和300b以及700a和700b)的不同转速下的输出功率以上时，控制部10a、10b根据预设的工作速度完全开放离合器工作压力调整用阀门，由此使相同旋转方向控制用离合器401a接合，或者，通过暂时撤除离合器工作压力调整用阀门的功能来将所述装置400a、400b中所形成的离合器的工作润滑油压力全部传递到相同旋转方向控制用离合器401a，从而使相同旋转方向控制用离合器401a接合。如此，当暂时撤除离合器工作压力调整用阀门的功能时，可能会发生从动体600的转速瞬间下降的现象。
在2台内置有离合器和齿轮的装置400a、400b的离合器被接合的状态下，若驱动体(300a和300b以及700a和700b)的转速设定值相同，则可以实现驱动体之间的均衡负荷运行(symmetric load sharing)，若不同，则可以实现不均衡负荷运行(asymmetric loadsharing)。
若为了在从动体600的推进中进行制动而以转速设定值向控制部10a输入逆转信号，则关闭相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，由此切断相同旋转方向控制用离合器401a，并且撤除离合器工作压力调整用阀门的工作压力。
另外，在使相反旋转方向控制用离合器402a进行工作之后，通过离合器工作压力调整用阀门来增加工作压力，由此实施用于制动推进体的逆转控制，从而将从动体600的旋转方向控制成相反方向。然后，若推进体被停止运行，并且转速设定值输入为“0”rpm，则关闭相反旋转方向控制用离合器402a的阀门。
离合器的摩擦所产生的热量将会使所述装置400a、400b的润滑油温度升高，控制部10a、10b可以控制离合器工作压力调整用阀门的工作压力，由此使由润滑油温度感应传感器405a、405b检测到的润滑油温度保持小于警报值。
对于图15至图16所示的不能调整输出侧的旋转方向的内置有离合器和齿轮的装置400a、400b连接于驱动体(300a和300b以及800a和800b)，并且通过双输入-单输出齿轮装置500依次实施负荷运行及并联运行的方法而言，其实施方式与图13至图14中进行说明的情况相同，但是，由于使用不能调整输出侧的旋转方向的内置有离合器和齿轮的装置400a、400b，因此，若为了在从动体600推进中进行制动而以转速设定值向控制部10a、10b输入逆转信号，如图11至图12中的说明那样，在驱动器的旋转方向转换到逆转方向之后，实施驱动体(300a和300b以及800a和800b)的制动控制。
如针对图13至图16的说明，本发明的利用离合器的推进及制动系统与传统的推进系统不同，不需要用于依次实施负荷运行和并联运行的同步化，因此，设置于所述装置的输出轴410a、410b的输出轴速度感应传感器420a、420b不会为了实施同步化而被使用，在利用若干个驱动体来驱动要求较大输出功率的从动体600的情况下，使用输入数增多了的双(多)输入-单输出齿轮装置即可。此时，双(多)输入-单输出齿轮装置500的运行状态可以通过分别连接于控制部10a、10b的润滑油温度感应传感器505a、505b以及润滑油压力感应传感器506a、506b确认。并且，在驱动体之间进行并联运行时无法用转速判断负荷承载状态，因此，在驱动体为驱动用感应电动机的情况下，将由设置于驱动用感应电动机起动器50a、50b的功率测量及监测装置获取到的信息(例如，有效功率(kW)等)作为基准，判断负荷量，而在驱动体为内燃机的情况下，将由内燃机控制装置获取到的信息(例如，燃料喷射量或者供应至气缸的气压等)作为基准，判断负荷量。
为了防止处于运行中的驱动体之间不发生负荷偏差，控制部10a、10b在进行并联运行的期间通过通信交换其信息，由此调整离合器工作压力调整用阀门，从而实施均衡负荷运行(symmetric load sharing)，当在控制部10a、10b上预先设置有不均衡负荷运行(asymmetric load sharing)时，可以通过反映其来调整离合器工作压力调整用阀门。并且，在连接于双输入-单输出齿轮装置500的驱动体彼此不相同的情况下(驱动用感应电动机和内燃机之间的并联运行)，当然也可以实施所述并联运行。
传统的FPP两机单轴船推进系统使用双输入-单输出减速器，其只有在驱动体之间进行并联运行的状态下可以运行，因此，当驱动体低速、低负荷运行时，将会降低整体的能量应用效率，另外，只有在若干个驱动体均正常运行的状态下才可以实现船舶的推进。但是，本发明的利用离合器的推进及制动系统可以使驱动体依次实施负荷运行，由此能够提高整体的能量应用效率。在若干个驱动体中只有1台可运行的情况下，也可以实现船舶的推进，因此能够提高船舶的运行可靠性。
图17示出了通过驱动用感应电动机来驱动本发明的装置，并在从动用感应电动机产生频率被变换了的电力的实施例，该装置内置有可以调整输出侧的旋转方向的离合器和齿轮。在使用可以调整输出侧的旋转方向的内置有离合器和齿轮的装置的情况下，如果将从动用感应电动机70用作感应发电机，则可以将相位旋转方向转换成相反。
当向6极(pole)驱动用感应电动机300a输入50Hz的电力时，考虑到滑移，转子以小于1,000rpm的转速进行旋转。并且，当向8极(pole)驱动用感应电动机300a输入60Hz的电力时，考虑到滑移，转子以小于900rpm的转速进行旋转，而在输入50Hz的电力时，考虑到滑移，转子以小于750rpm的转速进行旋转。因此，若利用输入50Hz电力的6极驱动用感应电动机300a来使8极从动用感应电动机70以900rpm进行旋转，则可以获得60Hz的电力，若利用输入60Hz电力的8极驱动用感应电动机300a来使8极从动用感应电动机70以750rpm进行旋转，则可以获得50Hz的电力。
以下，详细说明将60Hz从动用感应电动机起动器60的电力经由供电用电缆e供应至从动用感应电动机70，并且将900rpm的8极从动用感应电动机输出轴71经由联轴器72而连接于泵输入轴73且处于启动中的泵80用作50Hz变频装置的情形。
为了用作变频装置，使从动用感应电动机输出轴71和泵80的联轴器72分离，并且使从动感应电动机输出轴71与内置有离合器和齿轮的装置的输出轴410a相连接，使用50Hz电源切断基板3来代替60Hz从动用感应电动机起动器60。
在用于对用作驱动体的驱动用感应电动机300a启动时所产生的启动电流进行限制的方法中，将小型感应电动机用作辅助电动机200a。若在驱动用感应电动机300a轴上连接了辅助电动机输出轴210a之后，利用辅助电动机起动器100a来经由供电用电缆f向辅助电动机200a输入全电压，则可以将驱动用感应电动机300a的转子旋转至辅助电动机200a的额定转速。此时，在还需要限制辅助电动机200a的启动电流的情况下，在辅助电动机起动器100a设置用于实施降低电压(reduced voltage)启动(Y-Δ启动或1次电阻启动或电抗启动或单卷变压器启动或软起动器启动)装置。
控制部10a在启动辅助电动机200a之后，根据设置在所述装置的输入轴310a的输入轴速度感应传感器320a的转速而判断是否启动完毕。此时，若驱动用感应电动机300a的转子达到额定转速，则控制部10a向辅助电动机起动器100a传输断电信号，并且向驱动用感应电动机起动器50a传输供电信号。然后，若经由供电用电缆C向驱动用感应电动机300a供电，则启动电流被限制了的驱动用感应电动机300a的启动完毕。
当驱动用感应电动机300a的启动完毕时，在根据正转/逆转运行信号的状态而进行正向旋转(normal rotation)运行的情况下，控制部10a开放所述装置400a的相同旋转方向控制用离合器401a的阀门，然后，通过调整离合器工作压力调整用阀门来对相同旋转方向控制用离合器401a的工作压力进行控制，以能够保持转速设定值。此时，控制部10a可以通过设置在所述装置的输出轴410a的输出轴速度感应传感器420a来确认从动用感应电动机70的转速。
若从动用感应电动机70的转速达到转速设定值，则控制部10a通过接入50Hz电源切断基板3的断路器来将从动用感应电动机70与50Hz电源连接，然后，通过离合器工作压力调整用阀门的调整来使相同旋转方向控制用离合器401a的工作压力升高。此时，若转子的速度比同步速度更快，则从动用感应电动机70作为感应发电机进行工作。
通过调整转速设定值来控制感应发电机的输出量即可，但是，若通常比同步速度增加3％，则将会产生额定输出功率。在已经设置有功率控制系统的情况下，也可以通过控制部10a的转速设定值信号来控制内置有离合器和齿轮的装置的输出量。
在感应发电机的相位旋转方向需要形成为相反的情况下，若驱动用感应电动机300a启动完毕之后，向控制部10a传输逆转信号，则开放所述装置400a的相反旋转方向控制用离合器402a的阀门，之后，通过调整离合器工作压力调整用阀门来对相反旋转方向控制用离合器402a的工作压力进行控制，以能够保持转速设定值。此时，控制部10a可以通过设置在所述装置的输出轴410a的输出轴速度感应传感器420a来确认从动用感应电动机70的转速。
若从动用感应电动机70的转速达到转速设定值，则控制部10a接入50Hz电源切断基板3的断路器，将从动用感应电动机70与50Hz电源连接，然后，通过离合器工作压力调整用阀门的调整来使相反旋转方向控制用离合器402a的工作压力升高。此时，若转子的速度比同步速度更快，则从动用感应电动机70作为感应发电机进行工作，该感应发电机的相位旋转已经被转换成相反方向。
本发明的利用离合器的推进及制动系统可以代替广泛适用于现有系统中的离合器内置式减速器，因此，不仅不需要额外的设置空间，而且在运行方面上也能实现有效且可靠的运行。
并且，所述控制部10a、10b构成为与无线终端20、驱动体、从动体联动，由此可以通过手机或网页来远程监控利用离合器的推进及制动系统的工作。
并且，所述控制部10a、10b可以通过HMI(Human Man Interface，人机界面)进行监控，优选地，赋予权限的运行人员通过无线终端机20不仅可以监控经由无线通信用天线11a传输的信息，还可以对其进行控制。
为了克服因物理性间隔而给装备运行带来的局限性，本发明构筑了可以实现远程监控的利用离合器的推进及制动系统，由此通过在系统运行的地区可使用的移动通信并利用运行人员的无线终端机来传递利用离合器的推进及制动系统的运行状态，并且使被授予远程控制权的运行人员实施远程控制，由此能够使这些装备的运行效率极大化。
上述内容仅仅是举例说明了本发明的技术思想，本发明所属技术领域的普通技术人员均可以在不脱离本发明的本质特征的范围内，进行多种修改、变更和替换。因此，本发明中公开的实施例和附图并非限定本发明的技术思想，而是用于说明本发明，本发明的技术思想的范围不受这些实施例和附图的限定。本发明的保护范围应当依据权利要求书进行解释，应当解释为，与其处于相同范围内的所有技术思想均落入本发明的权利要求范围之内。

Claims (17)

1.一种利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，包括：
装置，其内置有：用于调节离合器的工作压力的阀门；用于将从动体的旋转方向控制成与驱动体相同以及相反的旋转方向的离合器和齿轮；以及
控制部，其利用离合器的滑移来调节从动体的转速，使得所述从动体能够以小于额定转速的转速连续运行，在从动体需要以额定转速以上的转速运行的情况下，控制离合器的接合时间点并控制成使离合器持续接合，
当从动体正在推进时，若制动信号输入到所述控制部，则所述控制部撤除内置于所述装置且处于工作中的离合器的工作压力，在使得用于将从动体的旋转方向控制成逆转方向的离合器进行工作之后，利用所述阀门来调节离合器的工作压力，以能够实现推进体的制动控制。
2.一种利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，包括：
装置，其内置有：用于调节离合器的工作压力的阀门；用于将从动体的旋转方向控制成与驱动体相同或相反的旋转方向的离合器和齿轮；以及
控制部，其利用离合器的滑移来调节从动体的转速，使得所述从动体能够以小于额定转速的转速连续运行，在从动体需要以额定转速以上的转速运行的情况下，控制离合器的接合时间点并控制成离合器持续接合，
当从动体正在推进时，若制动信号输入到所述控制部，则所述控制部撤除内置于所述装置的离合器的工作压力，之后将驱动体的旋转方向转换成逆转方向，并且利用所述阀门来调节离合器的工作压力，以能够实现推进体的制动控制。
3.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
所述装置的齿轮具有基于驱动体和从动体之间的转速差的齿轮比。
4.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
具有基于驱动体和从动体之间的转速差的齿轮比的齿轮装置与所述装置单独构成。
5.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
当所述装置连接于多输入齿轮装置且驱动体之间并联运行时，不需要同步化过程。
6.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
在所述装置的离合器被接合的状态下，若驱动体的转速增加，则从动体的转速上升而使从动体的负荷增加，此时，所述控制部具有如下功能：将驱动体、所述装置以及从动体的可超负荷运行范围与当前的输出量进行比较，当超过其时，向运行人员发出警报，并且控制成在所述可超负荷运行范围内进行运行。
7.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
当处于所述装置的离合器被接合的状态，或者处于通过所述阀门来调整所述装置的离合器并传递动力的状态时，所述控制部将驱动体的不同转速下的输出量和从动体的不同转速下的负荷量进行比较，在从动体的不同转速下的负荷量与驱动体的不同转速下的输出量相比增加的情况下，向运行人员发出警报以报告从动体的不同转速下的负荷量增加，
在从动体的不同转速下的负荷量与驱动体的不同转速下的输出量相比减少的情况下，向运行人员发出警报以报告从动体不同转速的负荷量减少。
8.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
所述装置的润滑油温度越高，则润滑油压力越低，
所述控制部具有通过学习基于润滑油温度的润滑油压力的变化量来确认润滑油粘度的稳定性的功能。
9.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
所述控制部包括如下功能：
在所述装置的离合器被接合的状态下，当所述装置的输入轴的转速和所述装置的输出轴的转速存在差异时，根据这种差异的大小判断离合器的磨损度；
在所述装置的离合器未被接合的状态下，当设定值的变化量超过基于润滑油温度变化的浮动值时，也根据这种差异的大小判断离合器的磨损度，所述设定值是为了使从动体的转速保持恒定而传输给所述阀门的。
10.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
在所述装置的离合器未被接合的状态下，所述控制部通过检测驱动体和从动体之间的转矩传递过程中发生的粘滑现象来控制离合器的工作压力。
11.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
所述控制部具有如下功能：
在控制模式为速度控制模式的情况下，实施用于使从动体的转速保持恒定的控制，在控制模式为负荷控制模式的情况下，实施用于使施加于驱动体的负荷保持恒定的控制。
12.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
所述控制部具有如下功能：
在所述装置的离合器未被接合，并且所述控制部的超量控制功能已被激活的状态下，若所述装置的润滑油温度上升至允许值以上，则从转速控制转换到润滑油温度恒定控制，若润滑油温度降低至警报值的滞后以内，则重新回复到转速控制。
13.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
所述控制部具有如下功能：
检测从动体所发生的超负荷蹿升，通过调整所述阀门的设定值来与根据驱动力蹿升量而预设的从动体的负荷减少量相吻合地增加滑移，以降低驱动体的负荷，使得驱动体的转速根据所述超负荷蹿升的大小在针对转速瞬态特性的性能等级启动阈值下允许的转速恢复时间内恢复，并且在驱动体的转速尽快恢复之后，若感测到转速的恢复，则将所述阀门的设定值重新缓慢地恢复到原设定值。
14.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
所述控制部具有在制动控制时对所述装置的离合器和摩擦制动器的工作进行联动控制的功能。
15.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
所述控制部具有如下功能：利用转速设定值的变化梯度来调整所述阀门的工作时间，以能够调整推进及制动所需的时间。
16.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
用作所述从动体的感应电动机，能够通过被所述控制部控制转速来用作感应发电机，
在使用能够转换从动体的旋转方向的所述装置的情况下，所述感应电动机还可以用作能够转换相位旋转方向的感应发电机。
17.根据权利要求1或2所述的利用离合器的推进及制动系统，其特征在于，
通过以无线方式连接的远程无线终端控制所述控制部。
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