CN203318671U

CN203318671U - 混联结构的船舶柴电混合动力系统

Info

Publication number: CN203318671U
Application number: CN2013203273196U
Authority: CN
Inventors: 杨金福; 佟宪良; 陈策; 黄锴; 马云翔; 李应生; 马忠威; 吴正波; 于达仁; 陈昌婷; 韩东江
Original assignee: LIAONING ZHONGCHUAN TECHNOLOGY Co Ltd; HARBIN COUPLING POWER ENGINEERING TECHNOLOGY CENTER Co Ltd; 703th Research Institute of CSIC
Current assignee: ANSHAN QINYUAN ENERGY-SAVING EQUIPMENT MANUFACTURING CO LTD; Harbin Coupled Power Engineering Technology Centre Co ltd; 703th Research Institute of CSIC
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-06-07

Abstract

混联结构的船舶柴电混合动力系统 。目前常见的柴电混合动力系统一般是并联式系统，不能解决船舶高能耗的问题。 本实用新型的组成包括 : 柴油发动机（ 1 ） ，所述的 柴油发动机 与 永磁发电机（ 2 ）通过磁力耦合传动机构 A （ 8 ）同轴 连接，所述的 永磁发电机与磁力耦合传动机构 B （ 9 ） 连接，所述的 磁力耦合传动机构 B 与齿轮箱（ 6 ） 连接，所述的 齿轮箱与磁力耦合传动机构 C （ 10 ） 连接，所述的 磁力耦合传动机构 C 与电动机（ 5 ） 连接，所述的 电动机与蓄电池（ 4 ） 连接，所述的 蓄电池与涡轮发电装置（ 3 ） 连接，所述的 涡轮发电装置与 所述的 柴油发动机 连接，所述的 蓄电池与 所述的 永磁发电机 连接。本实用新型用于船舶动力的提供。

Description

混联结构的船舶柴电混合动力系统

技术领域：

本实用新型涉及一种混联结构的船舶柴电混合动力系统。

背景技术：

随着国际油价的快速上涨，船舶燃油费用日益增加,船舶节能技术已成为航运业研究的热点之一。我国能源形式严峻，节能已经成为国民经济发展中的重要任务。船舶是高能耗的运输工具，研究和应用节能技术,降低船舶能耗，不仅可以为航运企业节省燃油费用,还可以减少船舶造成的环境污染,获得经济和环保双重效益。

目前以柴油发动机为动力的船舶占世界商船队的95%以上，其中，柴油发动机直接驱动占55%，柴油发动机齿轮传动占39%。但目前无论是柴油发动机直接驱动螺旋桨还是柴油发动机齿轮传动驱动螺旋桨都存在油耗量大及污染排放多等不足，从而加大了船舶的运营成本。

目前，常见的柴电混合动力系统一般是并联式系统，即柴油发动机和发电机-电动机组分别提供驱动功率，再通过变速箱并联后驱动螺旋桨。其特点是低工况下可采用小功率发电机组发电带动轴带电机、齿轮箱以驱动螺旋桨。较高工况下可采用较大功率柴油发动机驱动齿轮箱、螺旋桨。但其存在如下缺点：

（1）此种混合动力仅是将小功率柴油发动机的功率转化为电机功率以驱动齿轮箱、螺旋桨。虽使得传动部件简单，但其功率转化过程中有部分功率损失。

（2）此种混合动力的电动机由于没有采用变频器，电机转速与较大功率柴油发动机转速不一致，不能实现功率点的最佳匹配并车。

（3）此种混合动力运行时，必须投入一台柴油发动机做为动力输出，不能满足某些港口要求的“零排放”。

（4）此种混合动力未能将柴油发动机的烟气余热有效利用，能耗和废气排放较高。

因此，发展新形式的柴电混合动力系统，更为科学有效的将主机-电机等功能设备集成起来，克服柴电混合动力系统的功能缺陷，并提高效率降低功耗，是未来船舶混合动力系统需要解决的问题。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种混联结构的船舶柴电混合动力系统。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种混联结构的船舶柴电混合动力系统，其组成包括: 柴油发动机，所述的柴油发动机与永磁发电机通过磁力耦合传动机构A同轴连接，所述的永磁发电机与磁力耦合传动机构B连接，所述的磁力耦合传动机构B与齿轮箱连接，所述的齿轮箱与磁力耦合传动机构C连接，所述的磁力耦合传动机构C与电动机连接，所述的电动机与蓄电池连接，所述的蓄电池与涡轮发电装置连接，所述的涡轮发电装置与所述的柴油发动机连接，所述的蓄电池与所述的永磁发电机连接。

所述的混联结构的船舶柴电混合动力系统，所述的齿轮箱包括齿轮轮系A、齿轮轮系B、齿轮轮系C，所述的齿轮轮系A与所述的齿轮轮系B连接，所述的齿轮轮系B与所述的齿轮轮系C连接，所述的齿轮轮系A与所述的磁力耦合传动机构B连接，所述的齿轮轮系B与螺旋桨连接，所述的齿轮轮系C与所述的磁力耦合传动机构C连接。

所述的混联结构的船舶柴电混合动力系统，所述的涡轮发电装置包括涡轮增压器、压气机、高速永磁电机，所述的涡轮增压器与所述的柴油发动机连接，所述的涡轮增压器与所述的高速永磁电机连接，所述的高速永磁电机与所述的压气机连接，所述的压气机与所述的柴油发动机连接，所述的高速永磁电机与所述的蓄电池连接。

所述的混联结构的船舶柴电混合动力系统，所述的磁力耦合传动机构包括导体转子、永磁体转子，所述的导体转子与驱动轴连接，所述的永磁体转子与负载轴连接，所述的磁力耦合传动机构通过电机一端的导体和负载一端的永磁体之间的感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的间隙就可以控制传递的转矩，从而实现驱动的智能调节。

有益效果：

1.本实用新型通过磁力耦合的非机械传动形式，消除了复杂工况对发动机工作状态的影响，使得发动机能够保持在稳定、高效、低污染的状态下运行，从而达到节能减排的目的。

2.本实用新型以磁力耦合传动机构为关键部件，在功能性能上突破了传统传动结构的限制，通过发挥其非接触传动和扭矩转速智能调节的强大功能，有效克服了传统传动形式下结构复杂、能耗高、振动大、可靠性低等问题，结构简单可靠、控制便捷精准，显著提升了混合动力系统的传动性能，有效降低了传动过程的功耗损失。

3.本实用新型基于高速涡轮增压发电装置，实现了柴油发动机废气能量的回收和利用，进一步降低了柴油发动机排放，并有效降低了油耗。

4.本实用新型的永磁电机配备有磁能密度极高的永久磁铁作为电极，具有功率密度和转矩密度高、效率高、功率因数高、可靠性高和便于维护的优点，采用矢量控制的驱动控制系统可使永磁电机具有宽广的调速范围，将使得电机综合效率将达到甚至超过传统技术的水平。

5.本实用新型有多重工作模式：

（1）柴油发动机驱动模式：此时，柴油发动机工作，电动机不工作，磁力耦合传动机构A、磁力耦合传动机构B接通，磁力耦合传动机构C断开；由柴油发动机-永磁发电机主轴直接传递到齿轮箱，经齿轮箱输出轴驱动螺旋桨；同时柴油发动机的涡轮发电装置工作，进行能量的回收，向蓄电池充电，此种工作模式适用于巡航工作状态；

（2）柴油发动机+电动机联合驱动模式：此时，柴油发动机和电动机工作，磁力耦合传动机构A、磁力耦合传动机构B和磁力耦合传动机构C接通；由柴油发动机驱动永磁发电机，永磁发电机产生的电能通过蓄电池供给电动机；柴油发动机-永磁发电机主轴连接的齿轮轮系A和电动机主轴连接的齿轮轮系C在齿轮箱并车，实现柴油发动机-电动机动力的合并，由齿轮箱输出轴驱动螺旋桨；同时柴油发动机的涡轮发电装置工作，进行能量的回收，向蓄电池充电；此种工作模式适用于全速航行工作状态；

（3）蓄电池+电动机驱动模式：此时，柴油发动机不工作，磁力耦合传动机构A和磁力耦合传动机构B，磁力耦合传动机构C接通；由蓄电池向电动机供电，电动机驱动螺旋桨，此种工作模式适用于进出港口和沿岸低速航行工作状态。

所述的混联结构的船舶柴电混合动力系统工作方法，通过将高速永磁电机与涡轮增压器的紧凑式结构集成，使得涡轮增压器在满足传统的吸收发动机废气进行增压的基础功能上，又可实现将废气中可供回收利用的废气热能，通过涡轮带动高速永磁电机发电，向蓄电池充电，实现能量的回收利用；高速永磁电机兼具发电-电动功能，当柴油发动机启动时，涡轮增压器可通过蓄电池电能驱动工作，完成增压功能；涡轮增压器启动之后，高速永磁电机可作为发电机工作，向蓄电池蓄能。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。图中，1为柴油发动机，2为永磁发电机，3为涡轮发电装置，4为蓄电池，5为电动机，6为齿轮箱，7为螺旋桨，8为磁力耦合传动机构A, 9为磁力耦合传动机构B，10为磁力耦合传动机构C，11为齿轮轮系A，12为齿轮轮系B，13为齿轮轮系C。

附图2是本实用新型的涡轮增压器能量回收利用的结构原理图。图中，18为涡轮增压器，19为高速永磁电机，20为压气机。

附图3是本实用新型的磁力耦合传动机构的原理图。图中，14为驱动轴，15为导体转子，16为永磁体转子，17为负载轴。

具体实施方式：

实施例1：

一种混联结构的船舶柴电混合动力系统，其组成包括: 柴油发动机1，所述的柴油发动机与永磁发电机2通过磁力耦合传动机构A8同轴连接，所述的永磁发电机与磁力耦合传动机构B9连接，所述的磁力耦合传动机构B与齿轮箱6连接，所述的齿轮箱与磁力耦合传动机构C10连接，所述的磁力耦合传动机构C与电动机5连接，所述的电动机与蓄电池4连接，所述的蓄电池与涡轮发电装置3连接，所述的涡轮发电装置与所述的柴油发动机连接，所述的蓄电池与所述的永磁发电机连接。

实施例2：

根据实施例1所述的混联结构的船舶柴电混合动力系统，所述的齿轮箱包括齿轮轮系A11、齿轮轮系B12、齿轮轮系C13，所述的齿轮轮系A与所述的齿轮轮系B连接，所述的齿轮轮系B与所述的齿轮轮系C连接，所述的齿轮轮系A与所述的磁力耦合传动机构B连接，所述的齿轮轮系B与螺旋桨7连接，所述的齿轮轮系C与所述的磁力耦合传动机构C连接。

实施例3：

根据实施例1所述的混联结构的船舶柴电混合动力系统，所述的涡轮发电装置包括涡轮增压器18、压气机20、高速永磁电机19，所述的涡轮增压器与所述的柴油发动机连接，所述的涡轮增压器与所述的高速永磁电机连接，所述的高速永磁电机与所述的压气机连接，所述的压气机与所述的柴油发动机连接，所述的高速永磁电机与所述的蓄电池连接。

实施例4：

根据实施例1所述的混联结构的船舶柴电混合动力系统，所述的磁力耦合传动机构包括导体转子15、永磁体转子16，所述的导体转子与驱动轴14连接，所述的永磁体转子与负载轴17连接，所述的磁力耦合传动机构通过电机一端的导体和负载一端的永磁体之间的感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的间隙就可以控制传递的转矩，从而实现驱动的智能调节。

Claims

1.一种混联结构的船舶柴电混合动力系统，其组成包括: 柴油发动机，其特征是: 所述的柴油发动机与永磁发电机通过磁力耦合传动机构A同轴连接，所述的永磁发电机与磁力耦合传动机构B连接，所述的磁力耦合传动机构B与齿轮箱连接，所述的齿轮箱与磁力耦合传动机构C连接，所述的磁力耦合传动机构C与电动机连接，所述的电动机与蓄电池连接，所述的蓄电池与涡轮发电装置连接，所述的涡轮发电装置与所述的柴油发动机连接，所述的蓄电池与所述的永磁发电机连接。

2.根据权利要求1 所述的混联结构的船舶柴电混合动力系统，其特征是：所述的齿轮箱包括齿轮轮系A、齿轮轮系B、齿轮轮系C，所述的齿轮轮系A与所述的齿轮轮系B连接，所述的齿轮轮系B与所述的齿轮轮系C连接，所述的齿轮轮系A与所述的磁力耦合传动机构B连接，所述的齿轮轮系B与螺旋桨连接，所述的齿轮轮系C与所述的磁力耦合传动机构C连接。

3.根据权利要求1或2所述的混联结构的船舶柴电混合动力系统，其特征是：所述的涡轮发电装置包括涡轮增压器、压气机、高速永磁电机，所述的涡轮增压器与所述的柴油发动机连接，所述的涡轮增压器与所述的高速永磁电机连接，所述的高速永磁电机与所述的压气机连接，所述的压气机与所述的柴油发动机连接，所述的高速永磁电机与所述的蓄电池连接。

4.根据权利要求1或2所述的混联结构的船舶柴电混合动力系统，其特征是：所述的磁力耦合传动机构包括导体转子、永磁体转子，所述的导体转子与驱动轴连接，所述的永磁体转子与负载轴连接，所述的磁力耦合传动机构通过电机一端的导体和负载一端的永磁体之间的感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的间隙就可以控制传递的转矩，从而实现驱动的智能调节。