CN114750921A - 一种船舶多级减速动力系统及船舶 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种船舶多级减速动力系统及船舶，通过船舶驱动单元用于通过所述输入轴向船舶输入第一转速。通过多级减速单元将所述第一转速按照所述预定减速比进行减速后作为第二转速输出。通过所述船舶轴系控制所述螺旋桨以所述第二转速进行转动。本申请具有体积小、便于安装、能量转化率高的优点，利用磁场传递扭矩进行非接触式传动，无振动噪声，能量损失小，提高了船舶动力系统传动效率。在减速过程中仅需选择不同的单级减速机构的规格及数量，完成船舶的调速。本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

Description

一种船舶多级减速动力系统及船舶

技术领域

本申请涉及船舶建造技术领域，具体而言，涉及一种船舶多级减速动力系统及船舶。

背景技术

现有船舶中通过动力系统控制船舶的行驶速度，在船舶行驶过程中的工况较多，在遇到特殊情况需要进行紧急减速时，船舶的动力系统需要具有较大的减速比才能满足紧急减速需求。

现有的船舶动力系统中通常采用机械齿轮箱将主机的输出功率传递到轴系设备上，并通过机械齿轮箱中设置多个齿轮进行减速控制。机械齿轮箱的减速比越大则占用的体积就随之增大，并且机械齿轮箱在传动过程中存在机械磨损严重、噪音大、振动大、能量损耗大等问题。

综上所述，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种船舶多级减速动力系统，其能够避免传动部件之间发生磨损的问题，并且具有噪音小、能量损耗小等优点。

本申请实施例的第二目的还在于提供一种船舶，通过船舶多级减速动力系统控制行驶。

第一方面，提供了一种船舶多级减速动力系统，包括船舶驱动单元、多级减速单元及船舶轴系。

船舶驱动单元，包括输入轴，船舶驱动单元用于通过所述输入轴向船舶输入第一转速。

多级减速单元，包括多个沿所述输入轴的轴向依次连接的单级减速机构，每个所述单级减速机构配置一个减速比，多个所述单级减速机构的减速比之和为所述多级减速单元的预定减速比，所述多级减速单元用于将所述第一转速按照所述预定减速比进行减速后作为第二转速输出。每个所述单级减速机构包括第一磁环转轮、第二磁环转轮及导磁圆盘：

所述第一磁环转轮的输入侧与所述输入轴传动连接，并以所述第一转速进行转动，所述第一磁环转轮的圆形表面上绕所述第一磁环转轮周向均布多个主动永磁块，相邻两个所述主动永磁块的磁极相反。

所述第二磁环转轮设于所述第一磁环转轮的输出侧，所述第二磁环转轮的圆形表面上绕所述第二磁环转轮周向均布多个从动永磁块，相邻两个所述从动永磁块的磁极相反，所述第二磁环转轮以所述第二转速进行转动。

所述导磁圆盘设于所述第一磁环转轮和所述第二磁环转轮之间，并作为所述第一磁环转轮和所述第二磁环转轮传递磁场的介质。

船舶轴系，包括输出轴，所述输出轴一端与所述第二磁环转轮的输出侧传动连接，所述输出轴的另一端设有控制船舶行驶的螺旋桨，所述船舶轴系用于控制所述螺旋桨以所述第二转速进行转动。

在一种实施方式中，每个所述单级减速机构的减速比为所述主动永磁块与所述从动永磁块的个数之比，每个所述单级减速机构用于通过改变所述主动永磁块与所述从动永磁块之间的个数之比，以改变每个所述单级减速机构的减速比。

在一种实施方式中，多个所述单级减速机构同轴设置，相邻两个所述单级减速机构之间通过法兰盘传动连接。

在一种实施方式中，所述导磁圆盘通过连接轴连接于所述第一磁环转轮和所述第二磁环转轮之间，所述连接轴的两端分别与所述第一磁环转轮和所述第二磁环转轮的圆心处转动连接，以使所述第一磁环转轮、所述第二磁环转轮、所述导磁圆盘同轴连接。

在一种实施方式中，所述导磁圆盘设于所述连接轴的中部，以使所述第一磁环转轮、第二磁环转轮对称设于所述导磁圆盘的两侧。

在一种实施方式中，所述导磁圆盘的圆面上贯穿多个导磁圆片，多个所述导磁圆片绕所述导磁圆盘周向均布于所述导磁圆盘的圆面上。

在一种实施方式中，所述第一磁环转轮外部设第一轴承，所述第一轴承通过所述第一轴承座与船舶固定连接。所述第二磁环转轮外部设第二轴承，所述第二轴承通过所述第二轴承座与船舶固定连接。

在一种实施方式中，所述第一轴承和所述第二轴承均为圆柱球轴承，所述圆柱球轴承用于限制所述第一磁环转轮或者所述第二磁环转轮沿其轴向发生位移。

在一种实施方式中，所述连接轴包括两段具有不同的直径的轴，并通过联轴器连接，所述联轴器通过联轴器基座与船舶固定连接。

根据本申请的第二方面，还提供了一种船舶，包括如第一方面所述的船舶多级减速动力系统。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

在本申请的技术方案中提供的船舶多级减速动力系统具有体积小、便于安装、能量转化率高的优点，并且通过多级减速单元将第一转速按照预定减速比进行减速后作为第二转速输出。利用磁场传递扭矩进行非接触式传动，无振动噪声，能量损失小，提高了船舶动力系统传动效率。在减速过程中仅需选择不同的单级减速机构的规格及数量，完成船舶的调速。本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种船舶多级减速动力系统的结构示意图；

图2为根据本申请实施例示出的一种船舶多级减速动力系统中多级减速单元的结构示意图；

图3为根据本申请实施例示出的一种船舶多级减速动力系统中从动磁环转轮的A-A剖视图；

图4为根据本申请实施例示出的一种船舶多级减速动力系统中主动磁环转轮的B-B剖视图；

图5为根据本申请实施例示出的一种船舶多级减速动力系统中导磁圆盘的C-C剖视图；

图6为根据本申请实施例示出的一种船舶多级减速动力系统中主动磁环转轮的D-D剖视图；

图7为根据本申请实施例示出的一种船舶多级减速动力系统中从动磁环转轮的E-E剖视图。

附图标记：

1、主动磁环转轮；2、输入轴；3、第一法兰盘；4、第一轴承；5、导磁圆盘；6、连接轴；7、从动磁环转轮；8、输出轴；9、第二法兰盘；10、第二轴承；11、第一轴承座；12、联轴器基座；13、第二轴承座；14、从动永磁块；15、主动永磁块；16、船舶主机；17、船舶轴系；18、第一级减速机构；19、第二级减速机构。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

根据本申请的第一方面，参见图1，首先提供一种船舶多级减速动力系统，包括船舶驱动单元、多级减速单元、船舶轴系17。

船舶驱动单元，包括船舶主机16和输入轴2，船舶驱动单元用于通过输入轴2向船舶输入第一转速。

多级减速单元，如图2所示，包括两个沿输入轴2的轴向依次连接的单级减速机构，每个单级减速机构配置一个减速比，多个单级减速机构的减速比之和为多级减速单元的预定减速比，多级减速单元用于将第一转速按照预定减速比进行减速后作为第二转速输出。

具体的，每个单级减速机构包括主动磁环转轮1、从动磁环转轮7及导磁圆盘5。主动磁环转轮1的输入侧与输入轴2传动连接，并以第一转速进行转动，如图4和图6所示，主动磁环转轮1的圆形表面上绕主动磁环转轮1周向均布多个主动永磁块15，相邻两个主动永磁块15的磁极相反。从动磁环转轮7设于主动磁环转轮1的输出侧，如图3和图7所示，从动磁环转轮7的圆形表面上绕从动磁环转轮7周向均布多个从动永磁块14，相邻两个从动永磁块14的磁极相反，从动磁环转轮7以第二转速进行转动。导磁圆盘5设于主动磁环转轮1和从动磁环转轮7之间，并作为主动磁环转轮1和从动磁环转轮7传递磁场的介质。

需要说明的是，主动磁环转轮1和从动磁环转轮7上的磁块个数根据船舶行驶需要进行设置。主动永磁块15的数量为m,从动永磁块14的数量为n，由于磁环转轮上相邻两个磁块的磁性不同，所以m和n的个数为大于2的偶数。

船舶轴系17，包括输出轴8，输出轴8一端与从动磁环转轮7的输出侧传动连接，输出轴8的另一端设有控制船舶行驶的螺旋桨，船舶轴系17用于控制螺旋桨以第二转速进行转动。

本申请提供的船舶多级减速动力系统具有体积小、便于安装、能量转化率高的优点，并且通过多级减速单元将第一转速按照预定减速比进行减速后作为第二转速输出。利用磁场传递扭矩进行非接触式传动，无振动噪声，能量损失小，提高了船舶动力系统传动效率。在减速过程中仅需选择不同的单级减速机构的规格及数量，完成船舶的调速。本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

考虑在船舶的动力系统中，使用磁场对船舶的动力减速比进行控制，由于对磁场产生的磁力有要求，因此可以采用多级减速单元将多个单级减速机构进行串联设置，仅需增加的单级减速机构的个数，或者增减单级减速机构中的磁块个数，不用增加每个的单级减速机构中磁环转轮的规格，即磁环转轮的直径等。因此对每个的单级减速机构的要求低，易于实现。

在一种实施方式中，每个单级减速机构的减速比为主动永磁块15与从动永磁块14的个数之比，每个单级减速机构用于通过改变主动永磁块15与从动永磁块14之间的个数之比，以改变每个单级减速机构的减速比。考虑仅需通过更换单级减速机构的规格，或者增减单级减速机构的个数，即可完成减速比的调节，以适应船舶的多种减速要求。

在一种实施方式中，如图5所示，导磁圆盘5的圆面上贯穿多个导磁圆片，多个导磁圆片均布于导磁圆盘5的周向。导磁圆片采用铁镍合金，考虑避免磁场发散，起到导通并凝聚主动永磁块15和从动永磁块14的磁场，增强主动永磁块15和从动永磁块14之间的磁场作用力，以保证磁力通过导磁圆盘5进行聚集后再进行传递。

需要说明的是，主动磁环转轮1、连接轴6及从动磁环转轮7均采用不磁体材质，比如铝。

在一种实施方式中，导磁圆盘5通过连接轴6连接于主动磁环转轮1和从动磁环转轮7之间，联轴器6包括两段具有不同的直径的轴，两段具有不同的直径的轴通过联轴器连接，连接轴6的两端分别与主动磁环转轮1和从动磁环转轮7的圆心处转动连接，以使主动磁环转轮1、从动磁环转轮7、导磁圆盘5同轴连接。通过连接轴6的设置，能够保证导磁圆盘5、主动磁环转轮1、从动磁环转轮7在转动时同轴转动。

需要说明的是，联轴器通过联轴器基座12与船舶安装基础固定连接，联轴器与联轴器基座12转动连接。并且通过在连接轴6两端与主动磁环转轮1和从动磁环转轮7两者的连接处通过平键连接，以限制主动磁环转轮1和从动磁环转轮7沿联轴器的轴向发生位移。

在一种实施方式中，导磁圆盘5设于连接轴6的中部，以使主动磁环转轮1、从动磁环转轮7对称设于导磁圆盘5的两侧。考虑使本装置的两侧受力均匀，避免因偏心转动发生飞轮。

在一种实施方式中，主动磁环转轮1外部设第一轴承4，第一轴承4通过第一轴承座11与船舶固定连接；从动磁环转轮7外部设第二轴承10，第二轴承10通过第二轴承座13与船舶固定连接。第一轴承4和第二轴承10的作用是支撑主动磁环转轮1和从动磁环转轮7，降低主动磁环转轮1和从动磁环转轮7在转动中的摩擦力，同时限制主动磁环转轮1和从动磁环转轮7的相对位置。

在一种实施方式中，第一轴承4和第二轴承10均为圆柱球轴承，圆柱球轴承用于限制主动磁环转轮1或者从动磁环转轮7沿其轴向发生位移。

具体的，第一轴承4的外轴承套与第一轴承座11固定连接，第二轴承10的外轴承套与第二轴承座13固定连接。第一轴承4的内轴承套与主动磁环转轮1外部固定连接，第二轴承10的内轴承套与从动磁环转轮7外部固定连接。第一轴承4的内轴承套上设有一圈环状凸起，环状凸起卡设于主动磁环转轮1与第一法兰盘3之间，用于限制主动磁环转轮1沿其轴向发生位移。第二轴承10的内轴承套上设有一圈环状凸起，环状凸起卡设于从动磁环转轮7与第二法兰盘9之间，用于限制从动磁环转轮7沿其轴向发生位移。

本系统能实现船舶以预定的减速比进行减速后输出。当主动永磁块15的数量m为4，从动永磁块14的数量n为16时，主动永磁块15顺时针旋转90度时，其中一块主动永磁块15接近邻近的从动永磁块14，由于同性相斥，这时从动磁块受到排斥从而快速沿顺时针方向旋转22.5度，主动永磁块沿逆时针方向上的下一块主动磁块继续沿顺时针方向旋转90度时，从动永磁块14沿逆时针方向上的下一块从动磁块再一次受到排斥力作用沿顺时针方向旋转22.5度，如此反复，通过主动永磁块15与从动永磁块14因同性磁极产生的排斥力，从而实现船舶主机的功率的减速输出，其减速比为从动永磁块14与主动永磁块15的数量之比为4：1。

具体的，如图1和图2所示，多级减速单元包括第一级减速机构18和第二级减速机构19。两个单级减速机构同轴设置，相邻两个单级减速机构之间通过法兰盘传动连接。具体的，第一级减速机构18的输出轴作为主动轴后，与第二级减速机构19的输入轴通过法兰盘同轴传动连接。

第一级减速机构18中主动永磁块15的数量为4个，从动永磁块14为20个，第二级减速机构19中主动永磁块15的数量为4个，从动永磁块14为16个。当主机转速输出为4000转/分钟时，经过第一级减速机构18减速后速度为800转/分钟，经过第二级减速机构19减速后速度为200转/分钟。在船舶主机16的额定转速为4000转/分钟，需要将船舶轴系17的额定转速设为200转/分钟，即船舶主机16与船舶轴系17的减速比为20：1，由于从动永磁块14有一定的体积大小，不可能实现在从动磁环转轮放置20×4的从动永磁块14，因此在多级减速单元中设置第一级减速机构18和第二级减速机构19，第一级减速机构18的减速比为4：1，第二级减速机构19的减速比为5：1，多级减速单元的整体减速比为20:1。通过多级减速单元实现船舶主机16的功率能够以减速比为20:1进行变速输出。

根据本申请的第二方面，还提供了一种船舶，包括如第一方面所述的船舶多级减速动力系统。

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

Claims (10)

1.一种船舶多级减速动力系统，其特征在于，包括：

船舶驱动单元，包括输入轴，船舶驱动单元用于通过所述输入轴向船舶输入第一转速；

多级减速单元，包括多个沿所述输入轴的轴向依次连接的单级减速机构，每个所述单级减速机构配置一个减速比，多个所述单级减速机构的减速比之和为所述多级减速单元的预定减速比，所述多级减速单元用于将所述第一转速按照所述预定减速比进行减速后作为第二转速输出；每个所述单级减速机构包括第一磁环转轮、第二磁环转轮及导磁圆盘：

所述第一磁环转轮的输入侧与所述输入轴传动连接，并以所述第一转速进行转动，所述第一磁环转轮的圆形表面上绕所述第一磁环转轮周向均布多个主动永磁块，相邻两个所述主动永磁块的磁极相反；

所述第二磁环转轮设于所述第一磁环转轮的输出侧，所述第二磁环转轮的圆形表面上绕所述第二磁环转轮周向均布多个从动永磁块，相邻两个所述从动永磁块的磁极相反，所述第二磁环转轮以所述第二转速进行转动；

所述导磁圆盘设于所述第一磁环转轮和所述第二磁环转轮之间，并作为所述第一磁环转轮和所述第二磁环转轮传递磁场的介质；

船舶轴系，包括输出轴，所述输出轴一端与所述第二磁环转轮的输出侧传动连接，所述输出轴的另一端设有控制船舶行驶的螺旋桨，所述船舶轴系用于控制所述螺旋桨以所述第二转速进行转动。

2.根据权利要求1所述的船舶多级减速动力系统，其特征在于，每个所述单级减速机构的减速比为所述主动永磁块与所述从动永磁块的个数之比，每个所述单级减速机构用于通过改变所述主动永磁块与所述从动永磁块之间的个数之比，以改变每个所述单级减速机构的减速比。

3.根据权利要求2所述的船舶多级减速动力系统，其特征在于，多个所述单级减速机构同轴设置，相邻两个所述单级减速机构之间通过法兰盘传动连接。

4.根据权利要求3所述的船舶多级减速动力系统，其特征在于，所述导磁圆盘通过连接轴连接于所述第一磁环转轮和所述第二磁环转轮之间，所述连接轴的两端分别与所述第一磁环转轮和所述第二磁环转轮的圆心处转动连接，以使所述第一磁环转轮、所述第二磁环转轮、所述导磁圆盘同轴连接。

5.根据权利要求4所述的船舶多级减速动力系统，其特征在于，所述导磁圆盘设于所述连接轴的中部，以使所述第一磁环转轮、第二磁环转轮对称设于所述导磁圆盘的两侧。

6.根据权利要求5所述的船舶多级减速动力系统，其特征在于，所述导磁圆盘的圆面上贯穿多个导磁圆片，多个所述导磁圆片绕所述导磁圆盘周向均布于所述导磁圆盘的圆面上。

7.根据权利要求5所述的船舶多级减速动力系统，其特征在于，所述第一磁环转轮外部设第一轴承，所述第一轴承通过所述第一轴承座与船舶固定连接；所述第二磁环转轮外部设第二轴承，所述第二轴承通过所述第二轴承座与船舶固定连接。

8.根据权利要求7所述的船舶多级减速动力系统，其特征在于，所述第一轴承和所述第二轴承均为圆柱球轴承，所述圆柱球轴承用于限制所述第一磁环转轮或者所述第二磁环转轮沿其轴向发生位移。

9.根据权利要求7所述的船舶多级减速动力系统，其特征在于，所述连接轴包括两段具有不同的直径的轴，并通过联轴器连接，所述联轴器通过联轴器基座与船舶固定连接。

10.一种船舶，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的船舶多级减速动力系统。

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