CN219806954U - 一种船舶混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种船舶混合动力系统，包括工作轴、主动力装置、辅动力装置及蓄电装置；工作轴用以与桨叶传动连接；主动力装置包括第一输出轴及驱动设备，第一输出轴与工作轴传动连接，驱动设备与第一输出轴传动连接，用于驱使第一输出轴转动；辅动力装置包括第二输出轴及转换设备，第二输出轴与工作轴具有传动连接的第一状态、及相互分离的第二状态，转换设备与第二输出轴驱动连接，转换设备能够将电能转换为驱使第二输出轴转动的动能、并能够将第二输出轴的转动的动能转换为电能；蓄电装置包括与转换设备电连接的蓄电设备。本方案能够基于动力需求来提供相应的功率，并提高船舶的能量转换效率，达到节能减排目的。

Description

一种船舶混合动力系统

技术领域

本实用新型涉及船舶动力设备技术领域，尤其涉及一种船舶混合动力系统。

背景技术

目前，国内内河船舶通常使用内燃机将柴油中的能量转换成机械能驱动船舶运行，但柴油燃料价格昂贵，需要提高柴油的利用率。例如，专利CN 113638819 A 公开了一种利用船用柴油机余热发电系统，其包括由滚筒式温差发电装置和导热板组成的温差发电系统，以利用柴油机废气余热、海水进行温差发电。

然而，由于内河船航道复杂，交通密集，船舶需求功率变化快，传统动力系统很难处于最佳工作区间，因此大部分时间不在其最节省燃料的输出功率范围内运行，而是以富余功率运行。相对于柴油机以富余功率工作时产生的油耗而言，柴油燃烧后的废气带走的能量占比较小，能量回收有限。因此，亟需开发一种动力系统，以充分利用船舶在航行时的富余功率。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种船舶混合动力系统，用以解决现有技术中亟需开发一种动力系统，以充分利用船舶在航行时的富余功率的技术问题。

本实用新型提供一种船舶混合动力系统，该船舶混合动力系统包括：

工作轴，用以与桨叶传动连接；

主动力装置，包括第一输出轴及驱动设备，所述第一输出轴与所述工作轴传动连接，所述驱动设备与所述第一输出轴传动连接，用于驱使所述第一输出轴转动；

辅动力装置，包括第二输出轴及转换设备，所述第二输出轴与所述工作轴具有传动连接的第一状态、及相互分离的第二状态，所述转换设备与所述第二输出轴驱动连接，所述转换设备能够将电能转换为驱使所述第二输出轴转动的动能、并能够将所述第二输出轴的转动的动能转换为电能；以及，

蓄电装置，包括与所述转换设备电连接的蓄电设备，所述蓄电设备用以储存所述转换设备生成的电能。

可选地，所述辅动力装置还包括与所述第二输出轴呈共轴设置的第一传动轴，所述第一传动轴与所述工作轴传动连接，且与所述第二输出轴之间设有第一离合器；

其中，所述第一离合器用以控制所述第一传动轴与所述第二输出轴的连接及分离，使得所述第二输出轴与所述工作轴能够在所述第一状态与所述第二状态之间切换。

可选地，所述工作轴上设有第一工作齿轮，所述第一传动轴对应所述第一工作齿轮设有第一传动齿轮；

所述主动力装置还包括与所述第一输出轴呈共轴设置的第二传动轴，所述第二传动轴对应所述第一工作齿轮设有第二传动齿轮，并与所述第一输出轴之间能够相互连接及分离，其中，所述第一传动齿轮、所述第一工作齿轮及所述第二传动齿轮依次啮合。

可选地，所述第二传动轴与所述第一输出轴之间设有第二离合器，所述第二离合器用以控制所述第二传动轴与所述第一输出轴的连接及分离。

可选地，所述主动力装置还包括第三传动轴，所述第三传动轴与所述第二传动轴沿各自轴向形成有空腔，且所述第三传动轴、所述第二传动轴及所述第一输出轴由外至内依次套设，且所述第二传动轴设有所述第二传动齿轮的一端伸出于所述第三传动轴外，所述第三传动轴与所述第一输出轴之间能够相互连接及分离；

所述辅动力装置还包括第四传动轴，所述第四传动轴与所述第一传动轴沿各自轴向形成有空腔，且所述第四传动轴、所述第一传动轴及所述第二输出轴由外至内依次套设，且所述第一传动轴设有所述第一传动齿轮的一端伸出于所述第四传动轴外，所述第四传动轴与所述第二输出轴之间能够相互连接及分离；

其中，所述第三传动轴、所述工作轴及所述第四传动轴之间依次传动连接。

可选地，所述工作轴设有第二工作齿轮，所述第三传动轴对应所述第二工作齿轮设有第三传动齿轮，且所述第四传动轴对应所述第二工作齿轮设有第四传动齿轮，其中，所述第三传动齿轮、所述第二工作齿轮及所述第四传动齿轮依次啮合。

可选地，所述第一工作齿轮、所述第二工作齿轮、所述第一传动齿轮、所述第二传动齿轮、所述第三传动齿轮及所述第四传动齿轮为斜齿齿轮。

可选地，所述第三传动轴与所述第一输出轴之间设有第三离合器，所述第三离合器用以控制所述第三传动轴与所述第一输出轴之间的连接及分离。

可选地，所述第四传动轴与所述第二输出轴之间设有第四离合器，所述第四离合器用以控制所述第四传动轴与所述第二输出轴之间的连接及分离。

可选地，所述转换设备为轴带电机，所述蓄电装置还包括双向储能逆变器，所述蓄电设备、所述双向储能逆变器及所述轴带电机依次电连接；和/或，

所述驱动设备为柴油机。

与现有技术相比，本实用新型提供的船舶混合动力系统中，当船舶在复杂的内河航道中行驶时，驱动设备容易以富余功率工作，此时将第二输出轴与工作轴切换至传动连接的第一状态，使得驱动设备在经由第一输出轴驱动工作轴转动时，能够同步带动第二输出轴转动，在转换设备的配合下能够将第二输出轴的转动机械能转换为电能，并通过蓄电设备储存下来；如此，能够在驱动设备的功率不足时，切换转换设备的工作状态，以将蓄电设备储存的电能转换为第二输出轴的转动，进而与驱动设备共同带动工作轴转动，以驱使桨叶正常转动，保证船舶正常行驶。而当船舶在顺畅航道中行驶时，当驱动设备能够以最佳功率工作时，可将第二输出轴与工作轴切换至相互分离的第二状态，以使得驱动设备能够以稳定的最佳功率驱使船舶行驶，使得船舶具有较好的油耗性价比，提高燃料利用率。如此，本方案能够基于动力需求来提供相应的功率，使驱动设备长时间工作于最优工作区间，同时驱动设备富余的功率能够通过转换设备将机械能转化为电能储存在蓄电设备中，提高船舶的能量转换效率，达到节能减排目的。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如下。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型提供的船舶混合动力系统的一实施例的传动原理图；

图2为图1中的船舶混合动力系统的结构框图；

图3为图1中的船舶混合动力系统的模式切换控制策略。

附图标记说明：

100-船舶混合动力系统、1-工作轴、11-第一工作齿轮、12-第二工作齿轮、2-驱动设备、21-柴油机、22-第一输出轴、221-第二离合器、222-第三离合器、3-转换设备、31-轴带电机、32-第二输出轴、321-第一离合器、322-第四离合器、4-蓄电装置、41-蓄电设备、42-双向储能逆变器、5-第一传动轴、51-第一传动齿轮、6-第二传动轴、61-第二传动齿轮、7-第三传动轴、71-第三传动齿轮、8-第四传动轴、81-第四传动齿轮、9-齿轮箱、200-桨叶。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

请参见图1至图3，本船舶混合动力系统100包括工作轴1、主动力装置、辅动力装置及蓄电装置4；工作轴1用以与桨叶200传动连接；主动力装置包括第一输出22及驱动设备2，第一输出轴22与工作轴1传动连接，驱动设备2与第一输出轴22传动连接，用于驱使第一输出轴22转动；辅动力装置包括第二输出轴32及转换设备3，第二输出轴32与工作轴1具有传动连接的第一状态、及相互分离的第二状态，转换设备3与第二输出轴32驱动连接，转换设备3能够将电能转换为驱使第二输出轴32转动的动能、并能够将第二输出轴32的转动的动能转换为电能；蓄电装置4包括与转换设备3电连接的蓄电设备41，蓄电设备41用以储存转换设备3生成的电能。

本实用新型提供的船舶混合动力系统100中，当船舶在复杂的内河航道中行驶时，驱动设备2容易以富余功率工作，此时将第二输出轴32与工作轴1切换至传动连接的第一状态，使得驱动设备2在经由第一输出轴22驱动工作轴1转动时，能够同步带动第二输出轴32转动，在转换设备3的配合下能够将第二输出轴32的转动机械能转换为电能，并通过蓄电设备41储存下来；如此，能够在驱动设备2的功率不足时，切换转换设备3的工作状态，以将蓄电设备41储存的电能转换为第二输出轴32的转动，进而与驱动设备2共同带动工作轴1转动，以驱使桨叶200正常转动，保证船舶正常行驶。而当船舶在顺畅航道中行驶时，当驱动设备2能够以最佳功率工作时，可将第二输出轴32与工作轴1切换至相互分离的第二状态，以使得驱动设备2能够以稳定的最佳功率驱使船舶行驶，使得船舶具有较好的油耗性价比，提高燃料利用率。如此，本方案能够基于动力需求来提供相应的功率，使驱动设备2长时间工作于最优工作区间，同时驱动设备2富余的功率能够通过转换设备3将机械能转化为电能储存在蓄电设备41中，提高船舶的能量转换效率，达到节能减排目的。

进一步地，辅动力装置还包括与第二输出轴32呈共轴设置的第一传动轴5，第一传动轴5与工作轴1传动连接，且与第二输出轴32之间设有第一离合器321；其中，第一离合器321用以控制第一传动轴5与第二输出轴32的连接及分离，使得第二输出轴32与工作轴1能够在第一状态与第二状态之间切换。在本实施例中，当第一离合器321闭合时，第一传动轴5与第二输出轴32连接，此时第二输出轴32能够带动第一传动轴5转动，进而带动工作轴1同步转动；而在第一离合器321分离时，第二输出轴32不与第一传动轴5连接，此时，驱动设备2与转换设备3之间不进行能量交换。

更进一步地，工作轴1上设有第一工作齿轮11，第一传动轴5对应第一工作齿轮11设有第一传动齿轮51；主动力装置还包括与第一输出轴22呈共轴设置的第二传动轴6，第二传动轴6对应第一工作齿轮11设有第二传动齿轮61，并与第一输出轴22之间能够相互连接及分离，其中，第一传动齿轮51、第一工作齿轮11及第二传动齿轮61依次啮合。也即，在本实施例中，通过第一传动齿轮51、第一工作齿轮11及第二传动齿轮61的配合，实现第一传动轴5、工作轴1及第二传动轴6之间的能量传递，保证稳定传动。

具体地，第二传动轴6与第一输出轴22之间设有第二离合器221，第二离合器221用以控制第二传动轴6与第一输出轴22的连接及分离。也即，在本实施例中，在第二离合器221闭合时，第二传动轴6与第一输出轴22连接，使得第一输出轴22转动时能够同步带动第二传动轴6转动；而在第二离合器221分离时，使得第二传动轴6与第一输出轴22分离，如此，使得第一输出轴22、第二传动轴6、工作轴1、第一传动轴5及第二输出轴32之间的传动更加灵活。

进一步地，主动力装置还包括第三传动轴7，第三传动轴7与第二传动轴6沿各自轴向形成有空腔，且第三传动轴7、第二传动轴6及第一输出轴22由外至内依次套设，且第二传动轴6设有第二传动齿轮61的一端伸出于第三传动轴7外，第三传动轴7与第一输出轴22之间能够相互连接及分离；辅动力装置还包括第四传动轴8，第四传动轴8与第一传动轴5沿各自轴向形成有空腔，且第四传动轴8、第一传动轴5及第二输出轴32由外至内依次套设，且第一传动轴5设有第一传动齿轮51的一端伸出于第四传动轴8外，第四传动轴8与第二输出轴32之间能够相互连接及分离；其中，第三传动轴7、工作轴1及第四传动轴8之间依次传动连接。如此，在本实施例中，第三传动轴7、工作轴1及第四传动轴8形成第一传动路径；同时，第二传动轴6、工作轴1及第一传动轴5形成第二传动路径。第一传动路径对应驱动设备2高速驱动，而第二传动路径对应驱动设备2低速驱动。

更进一步地，工作轴1设有第二工作齿轮12，第三传动轴7对应第二工作齿轮12设有第三传动齿轮71，且第四传动轴8对应第二工作齿轮12设有第四传动齿轮81，其中，第三传动齿轮71、第二工作齿轮12及第四传动齿轮81依次啮合。也即，在本实施例中，通过第三传动齿轮71、第二工作齿轮12及第四传动齿轮81之间的啮合传动，实现第三传动轴7、工作轴1及第四传动轴8之间的稳定传动。具体地，第一工作齿轮11、第二工作齿轮12、第一传动齿轮51、第二传动齿轮61、第三传动齿轮71及第四传动齿轮81为斜齿齿轮。在本方案将各齿轮设置为斜齿形式，以保证对应齿轮之间能够稳定啮合，且使得对应齿轮之间的重合度增大，以延长尺寸的使用寿命，结构紧凑。

进一步地，第三传动轴7与第一输出轴22之间设有第三离合器222，第三离合器222用以控制第三传动轴7与第一输出轴22之间的连接及分离。且第四传动轴8与第二输出轴32之间设有第四离合器322，第四离合器322用以控制第四传动轴8与第二输出轴32之间的连接及分离。本实施例中，在第三离合器222闭合时，第三传动轴7与第一输出轴22之间传动连接，且在第三离合器222分离时，第三传动轴7与第一输出轴22之间不连接。对应的，在第四离合器322闭合时，第四传动轴8与第二输出轴32之间传动连接，且在第四离合器322分离时，第四传动轴8与第二输出轴32之间不连接。

需要说明的是，在本实施例中，第一输出轴22、第二输出轴32、第一传动轴5、第二传动轴6、第三传动轴7、第四传动轴8、第一传动齿轮51、第二传动齿轮61、第三传动齿轮71、及第四传动齿轮81集成于箱体中，以形成齿轮箱9。

进一步地，转换设备3为轴带电机31，蓄电装置4还包括双向储能逆变器42，蓄电设备41、双向储能逆变器42及轴带电机31依次电连接；和/或，驱动设备2为柴油机21。在本实施例中，通过蓄电设备41、双向储能逆变器42及轴带电机31的配合，保证船舶混合动力系统100在柴油机21处于富余功率下时，能够稳定储存电能；同时，也能够稳定将的蓄电设备41储存的电能经由双向储能逆变器42输向轴带电机31，以将电能转换为第二输出轴32的转动，进而带动工作轴1转动。具体地，蓄电设备41为蓄电池。

基于上述实施例，本方案提供的船舶混合动力系统100具有以下模式：

在第一种模式下，纯油动力高速驱动，轴带电机31停机，柴油机21动力经由第一输出轴22、第三离合器222、第三传动轴7、第三传动齿轮71、及第二工作齿轮12传递，输送至工作轴1。

在第二种模式下，纯油动力低速驱动，轴带电机31停机，柴油机21动力经由第一输出轴22、第二离合器221、第二传动轴6、第二传动齿轮61和第一工作齿轮11传递，输送至工作轴1。

在第三种模式下，纯电驱动，柴油机21熄火，轴带电机31动力经由第二输出轴32、第四离合器322、第四传动轴8、第四传动齿轮81、第二工作齿轮12传递，输送至工作轴1。

在第四种模式下，柴油机21和轴带电机31并联高速驱动，柴油机21动力经由第一输出轴22、第三离合器222、第三传动轴7、第三传动齿轮71、及第二工作齿轮12传递，输送至工作轴1；轴带电机31动力经由第二输出轴32、第四离合器322、第四传动轴8、第四传动齿轮81、第二工作齿轮12传递，输送至工作轴1。

在第五种模式下，柴油机21和轴带电机31并联低速驱动，柴油机21和轴带电机31同时工作，柴油机21动力经由第一输出轴22、第二离合器221、第二传动轴6、第二传动齿轮61、及第一工作齿轮11传递，输送至工作轴1；轴带电机31动力经由第二输出轴32、第一离合器321、第一传动轴5、第一传动齿轮51、第一工作齿轮11传递，输送至工作轴1。

在第六种模式下，同样为纯油动力高速驱动，其与第一种模式的区别在于柴油机21工作时，富余的功率经由第一输出轴22、第三离合器222、第三传动轴7、第三传动齿轮71、第二工作齿轮12、工作轴1、第一工作齿轮11、第一传动齿轮51、第一传动轴5、第一离合器321、及第二输出轴32传递，输送至轴带电机31，带动轴带电机31发电。

在第七种模式下，同样为纯油动力低速驱动，其与第二种模式的区别在于柴油机21工作时，富余的功率经由第一输出轴22、第二离合器221、第二传动轴6、第二传动齿轮61、第一工作齿轮11、第一传动齿轮51、第一传动轴5、第一离合器321、及第二输出轴32传递，输送至轴带电机31，带动轴带电机31发电。

上述布置方法使得船舶混合动力系统100的结构紧凑，有利于将船上有限的空间充分利用，并且易于组装和维护。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶混合动力系统，其特征在于，其包括：

工作轴，用以与桨叶传动连接；

主动力装置，包括第一输出轴及驱动设备，所述第一输出轴与所述工作轴传动连接，所述驱动设备与所述第一输出轴传动连接，用于驱使所述第一输出轴转动；

辅动力装置，包括第二输出轴及转换设备，所述第二输出轴与所述工作轴具有传动连接的第一状态、及相互分离的第二状态，所述转换设备与所述第二输出轴驱动连接，所述转换设备能够将电能转换为驱使所述第二输出轴转动的动能、并能够将所述第二输出轴的转动的动能转换为电能；以及，

蓄电装置，包括与所述转换设备电连接的蓄电设备，所述蓄电设备用以储存所述转换设备生成的电能。

2.根据权利要求1所述的船舶混合动力系统，其特征在于，所述辅动力装置还包括与所述第二输出轴呈共轴设置的第一传动轴，所述第一传动轴与所述工作轴传动连接，且与所述第二输出轴之间设有第一离合器；

其中，所述第一离合器用以控制所述第一传动轴与所述第二输出轴的连接及分离，使得所述第二输出轴与所述工作轴能够在所述第一状态与所述第二状态之间切换。

3.根据权利要求2所述的船舶混合动力系统，其特征在于，所述工作轴上设有第一工作齿轮，所述第一传动轴对应所述第一工作齿轮设有第一传动齿轮；

所述主动力装置还包括与所述第一输出轴呈共轴设置的第二传动轴，所述第二传动轴对应所述第一工作齿轮设有第二传动齿轮，并与所述第一输出轴之间能够相互连接及分离，其中，所述第一传动齿轮、所述第一工作齿轮及所述第二传动齿轮依次啮合。

4.根据权利要求3所述的船舶混合动力系统，其特征在于，所述第二传动轴与所述第一输出轴之间设有第二离合器，所述第二离合器用以控制所述第二传动轴与所述第一输出轴的连接及分离。

5.根据权利要求3所述的船舶混合动力系统，其特征在于，所述主动力装置还包括第三传动轴，所述第三传动轴与所述第二传动轴沿各自轴向形成有空腔，且所述第三传动轴、所述第二传动轴及所述第一输出轴由外至内依次套设，且所述第二传动轴设有所述第二传动齿轮的一端伸出于所述第三传动轴外，所述第三传动轴与所述第一输出轴之间能够相互连接及分离；

所述辅动力装置还包括第四传动轴，所述第四传动轴与所述第一传动轴沿各自轴向形成有空腔，且所述第四传动轴、所述第一传动轴及所述第二输出轴由外至内依次套设，且所述第一传动轴设有所述第一传动齿轮的一端伸出于所述第四传动轴外，所述第四传动轴与所述第二输出轴之间能够相互连接及分离；

其中，所述第三传动轴、所述工作轴及所述第四传动轴之间依次传动连接。

6.根据权利要求5所述的船舶混合动力系统，其特征在于，所述工作轴设有第二工作齿轮，所述第三传动轴对应所述第二工作齿轮设有第三传动齿轮，且所述第四传动轴对应所述第二工作齿轮设有第四传动齿轮，其中，所述第三传动齿轮、所述第二工作齿轮及所述第四传动齿轮依次啮合。

7.根据权利要求6所述的船舶混合动力系统，其特征在于，所述第一工作齿轮、所述第二工作齿轮、所述第一传动齿轮、所述第二传动齿轮、所述第三传动齿轮及所述第四传动齿轮为斜齿齿轮。

8.根据权利要求5所述的船舶混合动力系统，其特征在于，所述第三传动轴与所述第一输出轴之间设有第三离合器，所述第三离合器用以控制所述第三传动轴与所述第一输出轴之间的连接及分离。

9.根据权利要求5所述的船舶混合动力系统，其特征在于，所述第四传动轴与所述第二输出轴之间设有第四离合器，所述第四离合器用以控制所述第四传动轴与所述第二输出轴之间的连接及分离。

10.根据权利要求1所述的船舶混合动力系统，其特征在于，所述转换设备为轴带电机，所述蓄电装置还包括双向储能逆变器，所述蓄电设备、所述双向储能逆变器及所述轴带电机依次电连接；和/或，

所述驱动设备为柴油机。