CN1481316A - 用于航海船只尤其是电驱动的船舵推进器的伺服驱动 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于航海船只的船舵推进器，尤其是电驱动推进器的传动装置，该推进器安装在船尾区域船体下部一个可以转动的轴上。所述轴可以通过至少两个电动伺服电机转动，所述伺服电机通过小齿轮作用于与该轴上部连接的一个齿轮圈，优选地作用于在该轴上面内部设置的齿轮圈，并在所述组合中配置为可控和可调的。

Description

用于航海船只尤其是电驱动 的船舵推进器的伺服驱动
本发明涉及一种用于航海船只尤其是电驱动的船舵推进器的伺服驱动，该船舵推进器安装在船尾区域船体下部一个可以转动的轴上。
大型船只的船舵推进器是由通常建造为液压电机的伺服电机驱动的。液压电机具有这样的缺点，即在从液压导线至电机的过渡位置可能出现不密闭性，特别是在如船舵推进器中存在的长期震动作用下。必需的液压装置(水泵和电机)具有相对很高的重量，并对空间的需求很大。
为了避免上述缺点，已经提出电伺服电机，例如在WO 00/15495中的单电机实施方式。一种用于大型机械船舵推进器的电伺服电机的实施方式也由KAMEWA公司的一位专利申请者于1998年提出。这里涉及的是一种具有用于船舵推进器轴的齿轮圈的蜗轮蜗杆传动装置的电伺服电机。这种蜗轮蜗杆传动装置能自行制动，并允许很高的变速比。
在WO 89/05262中公开了另一种具有两个驱动电机的船舵推进器，该电机同样如上所述，通过一个具有外部啮合的圆盘转动船舵推进器，其中，在WO 89/05262示出的并可以选择性地具有液压电机或电动电机的驱动包括两个驱动电机。
在WO 00/44617中也示出了对于液压电机作为伺服电机的类似结构。
本发明要解决的技术问题是，提供一种比现有技术更好地适合航海船只的，特别是能节省安装空间和重量轻的伺服驱动用于船舵推进器。
上述技术问题是如下解决的，即船舵推进器的轴可以通过至少两个电转动电机转动，该电机通过小齿轮影响一个与轴的上部连接的齿轮圈，该齿轮圈优选地安装在轴上部的内部，并为此在该组合中构造为可控和可调的。这样形成一个特别节省空间的用于大型船舵推进器的伺服驱动的实施方式，其中，可以完全舍弃液压元件。与液压装置相关的存放液压油的管道密闭性的困难以及大的空间需求可以被避免。装备了按照本发明的伺服驱动的船只的维修人员不需要培训对液压电机组件的操作和维护，电机维修的知识就足够了。
在本发明的一个实施方式中，将伺服电机设计为永久激励的电机(PEM)，该电机通过小齿轮与一个齿轮圈连接。永久激励的电机具有这样的优点，即在低转速中也能够给出高转动力矩。这样有可能极为有利地使用相对小的、节省空间的电机。相应的永久激励的电机例如在机械制造中是公知的。
在本发明的另一个实施方式中，将伺服电机设计为传动电机，其中，传动装置包括一个输出小齿轮。这样可以有利地使用常见的三相电动机，其中由于传动装置引起的额外空间需求并不明显。在使用永久激励的电动电机和在使用具有成凸缘的传动装置的通常三相电动机中，电伺服电机都很小，使得其可以不费很大困难地安装在轴的上部。这样大大减小了伺服驱动的安装洞，使得可以比目前为止更好地利用船舵推进器上面的货舱。
船舵推进器运行的特殊优点在于，将伺服电机这样建造，即用该伺服电机可以带来持久的转动力矩。这样就有可能使用至少两个电动转动电机相互影响，这样可拉紧地使用齿轮圈。由此省略了轴的附加定位制动器，甚至可以通过适当的电控制对轴进行振荡缓冲。通过从推进器送出的压力场产生了对轴的永久激励，特别是在具有一个牵引推进器或多个牵引和其它推进器的电船舵推进器中，因为电船舵推进器需要一个具有很大横截面的轴。在此，通过至少两个伺服电机的相对拉紧可以可靠地避免对小齿轮的冲击，并省略一个制动器。
如果伺服电机是可以按照特征曲线控制和调整的，则特别具有优势。这样可以在实施伺服移动时为伺服电机实现柔和的启动，其中，例如伺服电机中的一个作用为驱动，而另一个(自然具有很小的转动力矩)作用为制动。其中，通过使用一种特征曲线调节使得可以特别有利地接受特别是具有两个推进器的电船舵推进器的动态特性，该船舵推进器按特殊的方式在由于船尾(Schiffsneck)不同区域不同的水流而出现偏转时，根据不同位置需要不同的伺服力来实现均匀的转动。
伺服电机优选地包括转速和转向测量装置。这样可以通过简单的计数器确定轴的精确位置，并省略额外的转动位置传感器。
优选地，伺服驱动与电气/电子工作的船只驾驶装置连接。这样，可以通过船只驾驶装置实现对伺服驱动的直接影响。这里，船只驾驶装置优选地包括具有优化曲线，必要时也具有极值曲线的存储器，通过这些曲线考虑了船舵推进器的转速与船速和/或船舵推进器的力矩装置的依赖关系。由此，尤其可以避免会造成转向的、不适合船速的过快调节。公知的是，为船舵推进器设计码头模式和自由驾驶模式。但是，在这两种运行状态之间还有许多不同的运行状态，这些状态同样必须可靠地控制。这可以通过按照本发明的可以预定的特征曲线实现。
此外，运行伺服电机必需的供电单元包括一个不间断电源(USV)。从而保证了在任何时间伺服驱动都能可靠运行。伺服电机优选地由中间电路转换器提供能量，其中，该中间电路包括一个制动电阻。由此，不仅轴开始的转动，而且其结束也可以通过伺服驱动快速且受控地进行。
按照本发明的伺服驱动尤其在具有两个安装在尾部的推进器的船舵推进器的驱动中显示出了其优点。这种驱动在其控制中尤其关键，因此本发明建议的具有通过特征曲线直接控制和调节可能的电气直接驱动特别有利。此外，还可以有利地影响船舵推进器的速度行为。
下面结合附图对本发明作进一步说明，从中可以得到其它同样是本发明的基本细节。图中，
图1示意性地表示一个船舵推进器及其供电装置，
图2表示在一个特别优选实施方式中四个伺服电机的电路，
图3表示力矩变化的线性特征曲线，和
图4表示转动力矩的另一个特征曲线。
图1中1表示一个船舵推进器的轴，而2表示一个电机的机壳，该电机安装在船舵推进器轴1的下部。3表示一个由机壳2中的电机驱动的推进器，4表示同样由机壳2中的电机驱动的第二个推进器。在两个推进器3和4之间存在优选穿过的、没有进一步示出的电机轴。也可以配置一个机械驱动的船舵推进器的传动装置的机壳来代替电机的机壳2，使得机械驱动的船舵推进器的驱动轴位于轴1的中间，而轴1可以相应地做得更细。
在轴1的上部优选地具有一个按照内部啮合构造的齿轮圈5，它由电机8通过小齿轮6经传动装置7驱动。如果使用转动力矩特别大的电机，例如PEM电机，则必要时可以省略传动装置7。将电机8安装在轴1上部的内部则是非常简单的。电机8包括用来测量船舵位置的转速计和转动方向计9。
伺服驱动与船上电网连接，电网可以选择为400V/50Hz或450V/60Hz。通过开关元件15，用来自中压船上电网的能量为一个具有输入部件10和输出部件11以及中间电路12的中间变换器供电。在中间电路12上优选地设置一个制动电阻13。为了防止船上电网断电，配置了一个不间断电源14，它优选地与直流中间电路12连接。这样就保证了在船上电网断电时也可以进行船舵调节。
图2示出了一种具有四个电机的伺服驱动，但是也可以按同样的电路结构采用六个、八个甚至更多电机用于伺服驱动，这取决于船只的大小和船只的任务。16、17、18、19表示4个电机。这影响到在所示实施方式中作为普通带齿小齿轮(Zahnritzel)构造的小齿轮(Ritzel)20、21、22、23。然而，同样可以采用蜗轮小齿轮或其它机械元件。电机分别按两个一组由转换器24，25和26，27供电。可以按没有示出的方式单个或按组控制电机，从而有可能使单个小齿轮相互拉紧、在转动时依次啮合并提供预定的力矩。转换器包括中间电路28和29，并由不间断的供电单元30和31在紧急情况下供电。也可以采用一个公共不间断电源34来代替各组的不间断电源，例如在桥运行中所存在的那样。单个组通过功率开关32和33与船上电网连接，优选地与按冗余方式实施的船上电网连接。
图3示出了最简单形式的特征曲线，其中区域I表示永久施加的力矩，该力矩避免了可能对各个小齿轮的冲击。II表示在恒定转动力矩大小下的加速，而III表示如果电机达到其额定转速后的驱动力矩。
图4中示出了一种具有偏差的特征曲线，该特征曲线影响产生特别柔和的驱动加速。图4的区间IV是一个持续的转动力矩延迟，直到达到额定力矩为止。
图3和4中的特征曲线只是作为示例，表明它们是由船只的特性决定并通过其它被校准为待施加的转动力矩的转动角度依赖性的特征曲线重叠。由此，造成在船舵推进器转动时不同的入流关系。如果在船只下面安装了在其流体阴影处使船舵推进器的入流变缓的导流体，则这点尤其有必要。这样，在船舵推进器转动时对转动力的要求产生变化，该变化取决于速度，并优选地通过电机转动力矩的变化实现。

Claims (13)

1.一种用于航海船只尤其是电驱动的船舵推进器的伺服驱动，该船舵推进器安装在船尾区域船体下部一个可以转动的轴上，其中，所述轴可以通过至少两个电动伺服电机转动，所述伺服电机通过小齿轮作用于与该轴上部连接的一个齿轮圈，优选地作用于在该轴上面内部设置的齿轮圈，并且为此在该组合中设计为可控和可调的。
2.根据权利要求1所述的伺服驱动，其特征在于，将所述伺服电机设计为永久激励电动电机(PEM)，该电机通过小齿轮与所述齿轮圈连接。
3.根据权利要求1或2所述的伺服驱动，其特征在于，将所述伺服电机设计为传动电机，其中，该传动电机包括一个输出小齿轮。
4.根据权利要求1、2或3所述的伺服驱动，其特征在于，所述伺服电机安装在所述轴的上部。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的伺服驱动，其特征在于，这样设计所述伺服电机，即通过该伺服电机可以提供一个永久转动力矩。
6.根据权利要求5所述的伺服驱动，其特征在于，可以使至少两个伺服电机的所述永久转动力矩相互作用地用于拉紧齿轮圈。
7.根据上述一项或多项权利要求所述的伺服驱动，其特征在于，所述伺服电机可以按照特征曲线来控制和调节。
8.根据上述一项或多项权利要求所述的伺服驱动，其特征在于，所述伺服电机包括转速和转动方向测量装置。
9.根据上述一项或多项权利要求所述的伺服驱动，其特征在于，所述伺服电机(8)包括开关装置、控制装置和调节器，该伺服电机与一个电气/电子工作的船只驾驶装置连接。
10.根据上述项权利要求9所述的伺服驱动，其特征在于，为所述伺服驱动存储伺服驱动数据，该数据优选依赖于船只的速度和预定的船只转动角度，并尤其存储在非易失存储器中。
11.根据上述一项或多项权利要求所述的伺服驱动，其特征在于，运行所述伺服电机必需的供电单元包括一个不间断电源(14)(USV)。
12.根据上述一项或多项权利要求所述的伺服驱动，其特征在于，所述伺服电机(8)可以由电压中间电路转换器(10，11)供电，并且优选地包括一个制动电阻(13)。
13.根据上述一项或多项权利要求所述的伺服驱动，其特征在于，所述待转动的船舵推进器基本上是按圆柱形构成的，并且在其每个末端都包括一个推进器，其中，这种形式的调节曲线是最优化的。
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