ES2369679B1

ES2369679B1 - SYSTEM OF PROPULSION AND GENERATION OF ELECTRICAL ENERGY FOR VESSELS.

Info

Publication number: ES2369679B1
Application number: ES200930464A
Authority: ES
Inventors: Adrián Sarasquete Fernández
Original assignee: Vicus Desarrollos Tecnologicos S L; Vicus Desarrollos Tecnologicos Sl
Current assignee: Vicus Desarrollos Tecnologicos S L; Vicus Desarrollos Tecnologicos Sl
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2013-02-18
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: ES2369679A1

Abstract

Sistema de propulsión y generación de energía eléctrica para buques, que comprende una máquina eléctrica (5) instalada en el eje (4) propulsor del buque, que actúa como motor o generador eléctrico, en función de las necesidades de propulsión o generación del buque, mediante un sistema de control central y de una unidad de accionamiento y conversión de potencia.Propulsion system and electric power generation for ships, comprising an electric machine (5) installed on the ship's propeller shaft (4), which acts as an electric motor or generator, depending on the ship's propulsion or generation needs, by means of a central control system and a drive and power conversion unit.

Description

Sistema de propulsión y generación de energía eléctrica para buques. Campo de la invenciónPropulsion system and electric power generation for ships. Field of the Invention

La presente invención se reﬁere a un novedoso sistema compacto de propulsión y generación para buques. La invención presenta una máquina eléctrica de diseño compacto, ligero y sumergible, la cual intercalada en la línea propulsora del buque, mejora la eﬁciencia energética de la instalación. La máquina eléctrica utilizada como motor auxiliar, mejora la respuesta del motor diésel o le sustituye cuando la demanda de potencia propulsora es baja, asimismo puede emplearse como generador acoplado a la planta eléctrica del buque. The present invention relates to a novel compact propulsion and generation system for ships. The invention features an electric machine of compact, light and submersible design, which intercalated in the ship's propulsion line, improves the energy efficiency of the installation. The electric machine used as an auxiliary engine improves the response of the diesel engine or replaces it when the demand for propulsion power is low, it can also be used as a generator coupled to the ship's power plant.

La invención se encuadra en el sector técnico de los sistemas propulsores y de generación eléctrica en buques. Estado de la técnica The invention falls within the technical sector of propellant and power generation systems in ships. State of the art

La gran mayoría de los buques actualmente en servicio, están propulsados por un motor diésel el cual acciona una hélice a través de un eje que atraviesa el casco en la zona de popa. La unión entre el motor diésel y el eje puede realizarse directamente o bien mediante un reductor de velocidad para adecuar la velocidad de giro del motor a la velocidad de giro requerida por la hélice. The vast majority of ships currently in service are powered by a diesel engine which drives a propeller through an axis that crosses the hull in the stern area. The connection between the diesel engine and the shaft can be carried out directly or by means of a speed reducer to adapt the speed of rotation of the engine to the speed of rotation required by the propeller.

Los buques disponen de su propia planta de generación eléctrica, la cual consta normalmente de una serie de generadores accionados por motores diésel The ships have their own power generation plant, which usually consists of a series of generators powered by diesel engines

o turbinas independientes del sistema propulsor. Otra conﬁguración de planta eléctrica dispone de uno o varios generadores accionados a través de tomas de fuerza instaladas en el reductor de velocidad o en el propio eje de cola. De esta forma se aprovecha parte de la potencia de la planta propulsora para generar la potencia eléctrica necesaria para los consumidores del buque. En este caso, dicha toma de fuerza debe disponer de una adecuada relación de transmisión para adecuar las velocidades de giro de accionamiento y generador. or turbines independent of the propellant system. Another configuration of the power plant has one or more generators driven through power take-offs installed on the speed reducer or on the tail axis itself. In this way, part of the power of the propulsion plant is used to generate the necessary electrical power for the ship's consumers. In this case, said power take-off must have an adequate transmission ratio to adapt the drive and generator rotation speeds.

Es posible instalar un motor eléctrico de reducida potencia como sistema auxiliar de propulsión para ser utilizado en aquellos casos en los que la potencia requerida para la propulsión sea reducida, como puede ser durante las maniobras a baja velocidad. Otra aplicación sería como dispositivo de propulsión de emergencia o “vuelta a casa” en caso de fallo del accionamiento principal. It is possible to install an electric motor of reduced power as an auxiliary propulsion system to be used in those cases in which the power required for the propulsion is reduced, such as during low speed maneuvers. Another application would be as an emergency propulsion device or "return home" in case of failure of the main drive.

Recientemente se han desarrollado múltiples sistemas de control de frecuencia para propulsión y generación. Estos sistemas transforman y modulan la corriente eléctrica de la red del buque para adecuarla a la máquina que se pretende accionar variando su tensión y frecuencia. Al mismo tiempo, estos sistemas permiten modiﬁcar las características de tensión y frecuencia de la corriente producida por un generador para acoplarlo a una red de tensión y frecuencia diferentes. Esta tecnología permite la utilización de una máquina eléctrica rotativa como motor o generador, dependiendo de las necesidades del buque. Recently, multiple frequency control systems for propulsion and generation have been developed. These systems transform and modulate the electrical current of the ship's network to adapt it to the machine that is intended to be operated by varying its voltage and frequency. At the same time, these systems allow modifying the voltage and frequency characteristics of the current produced by a generator to couple it to a different voltage and frequency network. This technology allows the use of a rotating electric machine as an engine or generator, depending on the needs of the vessel.

En el documento US 2005/0106953A1 se propone un sistema de generador intercalado en el eje propulsor de un buque, siendo el generador mostrado del tipo convencional. In US 2005 / 0106953A1 a generator system interspersed in the propeller shaft of a ship is proposed, the generator being shown of the conventional type.

--: La patente US 2007/0184728 Al, presenta un sistema de generador de imanes permanentes integrado en el eje del motor, aplicable a embarcaciones de recreo. Este sistema consta de un generador de imanes permanentes instalado entre la salida del eje del cigüeñal del motor y la reductora, el cual funciona únicamente como generador para pequeñas potencias. Este sistema no es adecuado para su instalación en buques existentes. US patent 2007/0184728 Al, presents a permanent magnet generator system integrated in the motor shaft, applicable to pleasure boats. This system consists of a permanent magnet generator installed between the output of the crankshaft of the motor and the reducer, which functions only as a generator for small powers. This system is not suitable for installation on existing ships.

La demanda de potencia propulsora en buques varia mucho según el tipo de buque y su perﬁl operativo. The demand for propulsive power on ships varies greatly depending on the type of vessel and its operating profile.

Existe una conﬁguración de planta propulsora muy habitual en la cual un motor diésel acciona una hélice de paso ﬁjo a través de un eje propulsor. El rendimiento del motor diésel en ese tipo de instalaciones depende mucho del perﬁl de operación del buque. En la operación a baja carga o con ﬂuctuaciones de velocidad, el rendimiento es muy bajo pues estos motores se optimizan para funcionamiento en cargas elevadas (80-90%) y en regímenes de velocidad con pocas ﬂuctuaciones. There is a very common propulsion plant configuration in which a diesel engine drives a fixed-pitch propeller through a propeller shaft. The performance of the diesel engine in these types of installations depends greatly on the vessel's operating profile. In low load operation or with speed fluctuations, the performance is very low because these motors are optimized for operation at high loads (80-90%) and in speed regimes with few fluctuations.

--: Existe un gran número de buques que operan de esta forma con motores de gran potencia, esto conlleva un bajo rendimiento del sistema propulsor y por lo tanto un elevado desgaste y consumo de combustible. La respuesta del sistema propulsor es asimismo muy lenta, pues las maniobras de inversión de marcha requieren mucho tiempo para vencer las inercias del tren propulsor (motor, acoplamientos, engranajes, eje propulsor, hélice y agua arrastrada por la hélice) y realizar la inversión del giro del sistema. There are a large number of vessels that operate in this way with high-power engines, this leads to low performance of the propellant system and therefore high wear and fuel consumption. The response of the propeller system is also very slow, since the gear reversal maneuvers require a lot of time to overcome the inertia of the propeller train (engine, couplings, gears, propeller shaft, propeller and water dragged by the propeller) and make the inversion of the system spin

Gran parte de la ﬂota actual propulsada por una hélice de paso ﬁjo accionada por motor diésel, no tiene la posibilidad de instalar un generador de cola para alimentar su planta eléctrica, esto es debido a que dicha solución no se contempló en el proyecto del buque y la implementación de la misma en un buque existente resultaría técnicamente muy complicada y económicamente poco rentable dado que exigirla realizar importantes cambios en el tren propulsor para incorporar por ejemplo una toma de fuerza en la reductora, o una multiplicador en el eje de cola. Estas mismas diﬁcultades nos las encontramos cuando en lugar de un generador de cola nos referimos a un motor eléctrico de propulsión auxiliar. Much of the current fleet propelled by a fixed-pitch propeller driven by diesel engine does not have the possibility of installing a tail generator to power its power plant, this is because that solution was not contemplated in the ship's project and the implementation of the same in an existing ship would be technically very complicated and economically unprofitable given that it is required to make important changes in the powertrain to incorporate, for example, a power take-off in the gearbox, or a multiplier in the tail axis. These same difficulties are encountered when instead of a tail generator we refer to an auxiliary propulsion electric motor.

La utilización de tomas de fuerza en los reductores o multiplicadores, implica la introducción de elementos intermedios de transmisión de potencia, tales como pueden ser engranajes, los cuales tienen unas pérdidas mecánicas que disminuyen la eﬁciencia de la transmisión. The use of power take-offs in the reducers or multipliers implies the introduction of intermediate power transmission elements, such as gears, which have mechanical losses that decrease the efficiency of the transmission.

--: Otro problema técnico actual en lo que respecta a la seguridad, es la posible avería del motor principal, lo que dejaría al buque sin propulsión. Another current technical problem with regard to safety is the possible failure of the main engine, which would leave the ship without propulsion.

Por otra parte, si se produce una vía de agua en cámara de máquinas, dejaría probablemente inutilizada una parte de los sistemas auxiliares de una propulsión convencional, afectando sobretodo a los sistemas eléctricos, quedando estos dañados permanentemente impidiendo la utilización del motor propulsor, incluso después de que se haya contenido la inundación. Descripción de la invenciónOn the other hand, if a waterway is produced in a machine chamber, it would probably leave a part of the auxiliary systems of a conventional propulsion unusable, especially affecting the electrical systems, these being permanently damaged preventing the use of the propeller motor, even after that the flood has been contained. Description of the invention

La presente invención tiene por objeto un sistema de propulsión y generación de energía eléctrica para buques, constituido de modo que elimine los problemas antes señalados, siendo dicho sistema adecuado para ser instalado tanto en buques nuevos como en buques ya existentes. The present invention aims at a system of propulsion and generation of electric power for ships, constituted so as to eliminate the aforementioned problems, said system being suitable for installation on both new and existing ships.

El sistema de la invención puede ser instalado tanto en buques nuevos como en buques existentes, y permite su utilización como generador en las condiciones de navegación normal o ruta, como motor de propulsión auxiliar mejorando la eﬁciencia energética y respuesta del motor diésel y como motor de emergencia en caso de fallo del motor principal. El sistema puede operar incluso en condiciones adversas tales como una inundación de la cámara de máquinas. The system of the invention can be installed in both new and existing ships, and allows its use as a generator in normal or road navigation conditions, as an auxiliary propulsion engine, improving the energy efficiency and response of the diesel engine and as an engine for emergency in case of main engine failure. The system can operate even in adverse conditions such as a flood of the machine chamber.

El sistema de propulsión y generación de la invención es del tipo que incluyen una máquina eléctrica rotativa instalada en el eje propulsor del buque, intercalada en dicho eje, a continuación de la reductora. The propulsion and generation system of the invention is of the type that includes a rotary electric machine installed on the propeller shaft of the ship, sandwiched on said shaft, following the reducer.

En el sistema de la invención la máquina eléctrica rotativa actúa como motor o generador eléctrico, en función de las necesidades de propulsión o generación del buque, mediante un sistema de control central y una unidad de accionamiento y conversión de potencia. In the system of the invention the rotary electric machine acts as an electric motor or generator, depending on the propulsion or generation needs of the vessel, by means of a central control system and a drive and power conversion unit.

El sistema de control central decide, a partir de señales recibidas de una serie de sensores instalados en componentes del sistema propulsor y generador de energía propios del buque, el funcionamiento de la máquina eléctrica como motor o generador de energía. El sistema de control central puede decidir el funcionamiento de la máquina eléctrica como motor o generador, por ejemplo en función de las señales recibidas de un sensor de par y revoluciones por minuto instalado en el eje de cola, de un sensor del ángulo de giro del timón, de un muro de carga de motor principal, de sensores de carga e generadores auxiliares, etc. The central control system decides, based on signals received from a series of sensors installed in the ship's own propellant and power generator components, the operation of the electric machine as a motor or power generator. The central control system can decide the operation of the electric machine as a motor or generator, for example, based on the signals received from a torque sensor and revolutions per minute installed on the tail axis, from a rotation angle sensor of the rudder, of a main motor load wall, load sensors and auxiliary generators, etc.

En cuanto a la unidad de accionamiento y conversión de potencia está intercalada entre el cuadro eléctrico principal del buque y la máquina eléctrica rotativa. Cuando dicha máquina eléctrica rotativa actúa como motor, rectiﬁca y modula la corriente eléctrica de la planta eléctrica del buque a la tensión y frecuencias necesarias para que el sistema gire a la velocidad deseada. La misma unidad de accionamiento y conversión de potencia, cuando la máquina eléctrica rotativa actúa como generador, convierte la corriente de salida de dicha máquina eléctrica, que estará a una tensión y frecuencia variables en función de la velocidad de giro del propulsor, en una tensión y frecuencia ﬁjas para su volcado en la red eléctrica del buque. As for the drive and power conversion unit, it is inserted between the main electrical panel of the vessel and the rotating electric machine. When said rotary electric machine acts as a motor, it rectifies and modulates the electric current of the ship's power plant to the voltage and frequencies necessary for the system to rotate at the desired speed. The same drive and power conversion unit, when the rotating electric machine acts as a generator, converts the output current of said electric machine, which will be at a variable voltage and frequency depending on the speed of rotation of the propeller, into a voltage and fixed frequencies for its dump in the ship's electrical network.

Preferentemente la máquina eléctrica rotativa será de imanes permanentes, con alto par y diámetro, pero poca longitud axial, adecuándose su tamaño al espacio existente en la cámara de máquinas del buque. Preferably, the rotary electric machine will be permanent magnets, with a high torque and diameter, but a short axial length, adapting its size to the space in the machine chamber of the ship.

La máquina eléctrica rotativa se instala directamente sobre el eje propulsor del buque. Preferentemente esta máquina será de imanes permanentes, los cuales van montados en el rotor, cuyo peso quedará soportado por los cojinetes del propio eje o un cojinete o chumacera de apoyo intermedio. Por su parte el estator es portador de las bobinas y queda soportado por una carcasa que se ﬁja a la estructura del buque. The rotary electric machine is installed directly on the propeller shaft of the ship. Preferably this machine will be permanent magnets, which are mounted on the rotor, the weight of which will be supported by the bearings of the shaft itself or an intermediate bearing or bearing. For its part, the stator is a carrier of the coils and is supported by a housing that is fixed to the ship's structure.

Tanto el estator como el rotor pueden disponer de un encapsulado o recubrimiento de material impermeable, por ejemplo a base de una resina, encargado de proporcionar el aislamiento de estos componentes al agua y humedad. Both the stator and the rotor can have an encapsulation or coating of impermeable material, for example based on a resin, in charge of providing the insulation of these components to water and moisture.

Con la constitución descrita, el sistema de la invención puede actuar como motor propulsor auxiliar, en determinadas condiciones de trabajo en las cuales la instalación propulsora principal del buque se comporta de manera ineﬁciente, pudiendo ser utilizado como sistema para propulsión de emergencia, también conocido como dispositivo “de vuelta a casa”. With the described constitution, the system of the invention can act as an auxiliary propellant motor, in certain working conditions in which the main propellant installation of the ship behaves inefficiently, and can be used as an emergency propulsion system, also known as "back home" device.

El sistema puede utilizarse también para alimentar la planta eléctrica del buque, mediante el convertidor de frecuencia y su correspondiente control, antes comentados. The system can also be used to power the ship's power plant, using the frequency converter and its corresponding control, discussed above.

Mediante el encapsulado protector antes comentado del rotor y estator, el sistema es especialmente ﬁable, ya que le permite trabajar en condiciones adversas e incluso bajo el agua. By means of the aforementioned protective encapsulation of the rotor and stator, the system is especially reliable, since it allows it to work in adverse conditions and even under water.

La máquina eléctrica rotativa, constituida según se ha descrito anteriormente, tendrá un peso e inercia muy baja y ofrecerá una respuesta de par e inversión de marcha muy superior a un sistema convencional. The rotary electric machine, constituted as described above, will have a very low weight and inertia and will offer a torque response and gear reversal far superior to a conventional system.

Los elementos estructurales del sistema se podrían fabricar en materiales compuestos, con el objeto de aligerar la unidad, especialmente las partes móviles. Breve descripción de los dibujosThe structural elements of the system could be manufactured in composite materials, in order to lighten the unit, especially the moving parts. Brief description of the drawings

En los dibujos adjuntos se muestra un modo de realización de la invención, dado a título ilustrativo y no limitativo, y en los que: The attached drawings show an embodiment of the invention, given by way of illustration and not limitation, and in which:

La ﬁgura 1 muestra, en una vista longitudinal esquemática, un buque equipado con un sistema de propulsor y generador integrado instalado en el eje de cola, de acuerdo con la invención. Figure 1 shows, in a schematic longitudinal view, a vessel equipped with an integrated propeller and generator system installed on the tail shaft, according to the invention.

La ﬁgura 2 muestra el sistema propulsor y generador de la ﬁgura 1, a mayor escala. Figure 2 shows the propellant and generator system of Figure 1, on a larger scale.

La ﬁgura 3 es una perspectiva del sistema de motor generador que constituye el objeto de la presente invención. Figure 3 is a perspective of the generator motor system that is the object of the present invention.

La ﬁgura 4 es un alzado frontal, con sección a 180º, del mismo sistema motor generador de la ﬁgura Figure 4 is a front elevation, with a 180º section, of the same motor generator system of the figure

3. La ﬁgura 5 corresponde al detalle A de la ﬁgura 4, a mayor escala. La ﬁgura 6 es una vista en planta del sistema motor generador de la ﬁgura 3, con sección a 180º. La ﬁgura 7 corresponde al detalle P de la ﬁgura 6, a mayor escala. 3. Figure 5 corresponds to detail A of Figure 4, on a larger scale. Figure 6 is a plan view of the generator motor system of Figure 3, with a 180º section. Figure 7 corresponds to the detail P of Figure 6, on a larger scale.

La ﬁgura 8 representa un diagrama uniﬁcar esquemático, donde se muestra una posible conﬁguración de elementos de accionamiento eléctrico y control del sistema de la invención. Descripción detallada de un modo de realizaciónFigure 8 represents a single schematic diagram, showing a possible configuration of electric drive elements and control of the system of the invention. Detailed description of one embodiment

Las ﬁguras 1 y 2 muestran una ilustración esquemática de un buque propulsado por un sistema compuesto por un motor diésel 1 accionando una hélice 2 a través de una reductora 3 conectada a una línea de ejes 4. Instalado sobre el eje de cola, en una posición axial intermedia entre la reductora y el mamparo de popa de la cámara de máquinas, se muestra el dispositivo 5 objeto de esta invención. El sistema se soporta sobre un polín 6, que puede ser común al resto de elementos del tren propulsor. Figures 1 and 2 show a schematic illustration of a ship propelled by a system composed of a diesel engine 1 driving a propeller 2 through a reducer 3 connected to a line of axes 4. Installed on the tail axis, in a position intermediate axial between the gearbox and the stern bulkhead of the machine chamber, the device 5 object of this invention is shown. The system is supported on a pollen 6, which can be common to the rest of the elements of the drive train.

En la ﬁgura 3 se muestra una vista esquemática en perspectiva de una posible realización de la invención. Todo el sistema está contenido en un bastidor 6, el cual está ﬁrmemente anclado a la estructura del buque, por ejemplo mediante unas patas 7 y tornillos 8, disponiendo además de medios para su correcta alineación con el conjunto rotor/eje propulsor, tales como tornillos de alineación que irán roscados en los agujeros 9 para tal ﬁn. Este bastidor soporta el peso del estator del motor eléctrico. Puede estar compuesto por una carcasa partida por una brida 10, que permita el desmontaje del estator. Sobre el bastidor 6, se aprecia una caja de conexiones 11, que puede estar situada en cualquier posición accesible de la máquina y a través de la cual se conectan los cables de alimentación eléctrica y control del sistema. A schematic perspective view of a possible embodiment of the invention is shown in Figure 3. The entire system is contained in a frame 6, which is firmly anchored to the ship's structure, for example by means of legs 7 and screws 8, also having means for its correct alignment with the rotor / propeller shaft assembly, such as screws of alignment that will be threaded into holes 9 for this purpose. This frame supports the weight of the electric motor stator. It can be composed of a carcass split by a flange 10, which allows the stator to be disassembled. On the frame 6, a junction box 11 can be seen, which can be located in any accessible position of the machine and through which the power supply and system control cables are connected.

Se muestra además el anillo cilíndrico 12 del rotor, el cual se une mediante unos radios 13 a un acoplamiento central 14. The cylindrical ring 12 of the rotor is also shown, which is connected by means of radii 13 to a central coupling 14.

Las ﬁguras 4 y 5 muestran una vista frontal y detalle del sistema, así como una sección del mismo. En ella se aprecia como el bastidor 6 de la máquina, dispone de unos soportes interiores 15 sobre los cuales se apoya el cuerpo del estator. El citado estator es similar al de un motor convencional, y podría estar formado por chapa magnética 16 y un bobinado Figures 4 and 5 show a front view and detail of the system, as well as a section of it. It can be seen as the frame 6 of the machine, it has internal supports 15 on which the stator body rests. The said stator is similar to that of a conventional motor, and could be formed by magnetic plate 16 and a winding

17. Podría tener un recubrimiento o encapsulado de resina epoxy 18 o similar para mejorar el aislamiento del medio y permitir por ejemplo la operación bajo el agua, en condiciones de humedad extrema, refrigerado por agua o con una inundación en la cámara de máquinas del buque. 17. It could have a coating or encapsulation of epoxy resin 18 or the like to improve the insulation of the medium and allow for example the operation under water, in conditions of extreme humidity, water-cooled or with a flood in the machine chamber of the ship .

El rotor de la máquina consta de un cuerpo cilíndrico ferromagnético 19, sobre el que se ﬁjan los imanes 20 del rotor. Podría tener un recubrimiento o encapsulado de resina epoxy 34 o similar para mejorar el aislamiento del medio y permitir por ejemplo la operación bajo el agua, en condiciones de humedad extrema, con refrigeración por agua o con una inundación en la cámara de máquinas del buque. The machine rotor consists of a ferromagnetic cylindrical body 19, on which the rotor magnets 20 are fixed. It could have a coating or encapsulation of epoxy resin 34 or the like to improve the insulation of the medium and allow for example the operation under water, in conditions of extreme humidity, with water cooling or with a flood in the machine chamber of the ship.

El rotor dispone de un conjunto de elementos estructurales radiales 13 que unen el cuerpo cilíndrico del rotor del motor con el acoplamiento 14 del eje. Soporta el peso y fuerzas del rotor, transmitiendo al mismo tiempo el par del rotor al acoplamiento del eje de cola. Estos elementos radiales podrían unirse al cuerpo cilíndrico del rotor por ejemplo mediante una llanta interior 22 soldada al mismo. The rotor has a set of radial structural elements 13 that join the cylindrical body of the motor rotor with the shaft coupling 14. It supports the weight and forces of the rotor, while transmitting the rotor torque to the tail shaft coupling. These radial elements could be attached to the cylindrical body of the rotor for example by means of an inner rim 22 welded thereto.

En la ﬁgura 6 se observa mejor el acoplamiento 14, el cual transmite el par al eje de cola 4. Sería preferentemente de tipo hidráulico con camisa cónica 21 y transmisión de par por interferencia. Este tipo de acoplamiento puede instalarse en una zona cilíndrica del eje, al mismo tiempo se evitan los chaveteros en el eje, los cuales seguramente afectarían a la resistencia del eje al no estar la zona de instalación dimensionada para dicho chavetero. El acoplamiento no transmite empuje, pues el empuje lo absorbe la chumacera de empuje existente en la instalación. Para el montaje y desmontaje del motor, el acoplamiento se desmonta axialmente mediante presión hidráulica, para a continuación desplazar el eje de cola. Otra posibilidad sería un diseño partido del rotor y estator del motor, el cual facilitaría el desmontaje con el buque a ﬂote, esto es, sin desmontar el eje de cola. In Figure 6, the coupling 14 is better observed, which transmits the torque to the tail axis 4. It would preferably be of hydraulic type with tapered jacket 21 and torque transmission by interference. This type of coupling can be installed in a cylindrical area of the shaft, at the same time avoiding the keyways in the shaft, which would surely affect the strength of the shaft as the installation area is not dimensioned for said keyway. The coupling does not transmit thrust, as the thrust is absorbed by the thrust bearing existing in the installation. For the assembly and disassembly of the motor, the coupling is axially disassembled by means of hydraulic pressure, to then move the tail shaft. Another possibility would be a split design of the rotor and stator of the engine, which would facilitate the disassembly with the ship in flight, that is, without disassembling the tail axle.

En el detalle de la ﬁgura 7 se muestra además la envolvente de resina epoxy del estator, la cual puede ser mecanizada a medida a ﬁn de alojarla en un asiento adecuado en el bastidor. Esta resina es resistente al agua salada y ambiente marino. In the detail of Figure 7 the epoxy resin envelope of the stator is also shown, which can be custom machined in order to accommodate it in a suitable seat in the frame. This resin is resistant to salt water and marine environment.

Finalmente, la ﬁgura 8 representa un diagrama uniﬁlar esquemático en el cual se representa una posible conﬁguración de elementos de accionamiento eléctrico y control del sistema objeto de esta invención. En dicho diagrama se muestran los componentes principales del tren propulsor y planta generadora de un buque así como el sistema objeto de esta invención. Finally, Figure 8 represents a single-line schematic diagram in which a possible configuration of electric drive and control elements of the system object of this invention is represented. This diagram shows the main components of the propellant train and generating plant of a ship as well as the system object of this invention.

Dispone de una unidad de accionamiento y conversión de potencia 28, la cual está conectada a una línea eléctrica 29 entre el cuadro principal 30 del buque y el propio sistema de motor/generador 5, esta unidad realiza una doble función; por un lado, cuando el sistema está funcionando como motor, rectiﬁca y modula la corriente eléctrica a la tensión y frecuencia necesarias para que el sistema gire a la velocidad deseada. Cuando el sistema se emplea como generador de cola, el sistema convierte la corriente de salida, a una tensión y frecuencia variable en función de la velocidad de giro del tren propulsor, en una tensión y frecuencia ﬁjas para poder volcarla a la red. It has a drive and power conversion unit 28, which is connected to an electric line 29 between the main board 30 of the ship and the engine / generator system 5 itself, this unit performs a double function; On the one hand, when the system is operating as a motor, it rectifies and modulates the electric current at the voltage and frequency necessary for the system to rotate at the desired speed. When the system is used as a tail generator, the system converts the output current, at a variable voltage and frequency as a function of the speed of the drive train, into a fixed voltage and frequency to be able to dump it to the network.

Se dispone además un sistema de control central 22, el cual recibe y gestiona las señales procedentes de varios sensores instalados en el buque y su maquinaria como por ejemplo un sensor de par y rpm 23 en el eje de cola, ángulo de giro del timón 25, velocidad del buque 26, posición de la palanca de mando 27, parámetros del propio motor/generador 5 como la temperatura 33 de los bobinados del estator, carga del motor principal 1, carga de los generadores auxiliares 32, consumidores 34 y frecuencia de la red eléctrica del buque entre otros. There is also a central control system 22, which receives and manages the signals coming from several sensors installed on the ship and its machinery such as a torque and rpm sensor 23 on the tail axis, steering angle 25 , vessel speed 26, position of the joystick 27, parameters of the motor / generator 5 itself such as the temperature 33 of the stator windings, load of the main motor 1, load of the auxiliary generators 32, consumers 34 and frequency of the ship's electrical network among others.

Procesando estas señales el sistema realiza el reparto óptimo de carga y interactúa con el usuario en caso de falta de potencia, alarmas, baja velocidad o cualquier otra circunstancia que suponga un impedimento a su correcto funcionamiento bien sea como motor o generador. Una serie de algoritmos internos de la unidad de control 22, optimizan el funcionamiento del conjunto mejorando especialmente la operación del motor principal del buque, durante su funcionamiento en las zonas en las que éste es más ineﬁciente, esto es normalmente a baja velocidad y alto par. Por ejemplo, durante los períodos de aceleración del buque, el dispositivo objeto de esta invención se emplea como motor auxiliar entregando par al eje de cola y permitiendo al motor diésel aumentar su velocidad con menor carga y por lo tanto en un punto de funcionamiento más favorable de su curva Potenciavelocidad de giro. Processing these signals the system performs the optimal distribution of load and interacts with the user in case of lack of power, alarms, low speed or any other circumstance that supposes an impediment to its correct operation, either as a motor or generator. A series of internal algorithms of the control unit 22, optimize the operation of the set, especially improving the operation of the main engine of the ship, during its operation in the areas where it is most inefficient, this is usually at low speed and high torque . For example, during periods of acceleration of the vessel, the device object of this invention is used as an auxiliary engine delivering torque to the tail axle and allowing the diesel engine to increase its speed with less load and therefore at a more favorable operating point. of its curve Power speed of rotation.

Claims

1. System of propulsion and generation of electric power for ships, by means of the installation of a rotary electric machine (5) in the axis (4) propeller of the ship, interspersed in said axis, following the reducer (3), characterized in that the electric machine (5) mentioned acts as an electric motor or generator, depending on the propulsion needs

or generation of the ship, by means of a central control system (22) and of a drive and power conversion unit (28); whose central control system (22) decides, based on the signals received from a series of sensors installed in components of the ship's own propellant and power generator system, the operation of the electric machine as an engine or power generator; and whose drive and power conversion unit (28) is sandwiched between the main electrical panel (30) of the vessel and the electric machine (1), and when said electric machine acts as a rectifying motor and sends the electric current to the power plant from the vessel, to the voltage and frequencies necessary for the system to rotate at the desired speed, while when the electric machine acts as a generator, it converts the output current of said electric machine, which is at a variable voltage and frequency as a function of the speed of rotation of the drive train, in a fixed voltage and frequency for its dump in the ship's electrical network.

2. 2.: Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque la máquina eléctrica rotatoria (1) es de imanes (20) permanentes, los cuales van montados en el rotor, mientras que los bobinados (17) van montados en el estator, estando dicho rotor soportado por el eje (4) del buque, solidarizado al mismo, mientras que el estator queda soportado por la estructura del buque. System according to claim 1, characterized in that the rotary electric machine (1) is of permanent magnets (20), which are mounted on the rotor, while the windings (17) are mounted on the stator, said rotor being supported by the Axis (4) of the vessel, in solidarity with it, while the stator is supported by the structure of the vessel.

3. 3.: Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque tanto el estator como el rotor disponen de un encapsulado (18-31) de material impermeable, encargado de proporcionar el aislamiento de estos componentes al agua y humedad. System according to claim 1, characterized in that both the stator and the rotor have an encapsulation (18-31) of impermeable material, responsible for providing the insulation of these components to water and moisture.

4. Four.: Sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque el rotor comprende un cuerpo cilíndrico ferromagnético (19) sobre el que van ﬁjados los imanes (20), cuyo cuerpo esta soportado por una llanta cilíndrica coaxial que va relacionada con un acoplamiento interno (14) sobre el eje a través de brazos radiales (13). System according to claim 2, characterized in that the rotor comprises a ferromagnetic cylindrical body (19) on which the magnets (20) are fixed, whose body is supported by a coaxial cylindrical rim that is related to an internal coupling (14) on the shaft through radial arms (13).

5. 5.: Sistema según la reivindicación 4, caracterizado porque el acoplamiento interno (4) del rotor sobre el eje es de tipo hidráulico, con camisa cónica (21) y transmisión de par por interferencia. System according to claim 4, characterized in that the internal coupling (4) of the rotor on the shaft is of the hydraulic type, with tapered jacket (21) and torque transmission by interference.

SPANISH OFFICE OF THE PATENTS AND BRAND

Application no .: 200930464

SPAIN

Date of submission of the application: 16.07.2009

Priority Date:

REPORT ON THE STATE OF THE TECHNIQUE

51 Int. Cl.: B63H21 / 20 (2006.01)

RELEVANT DOCUMENTS

Categoría Category: Documentos citados Reivindicaciones afectadas Documents cited Claims Affected

X X: WO 2007075148 A1 (KATRASNIK TOMAZ et al.) 05.07.2007, 1,3,4 WO 2007075148 A1 (KATRASNIK TOMAZ et al.) 05.07.2007, 1,3,4

páginas 1-2; página 4, segundo párrafo; figuras 1,2. pages 1-2; page 4, second paragraph; figures 1,2.

Y Y: 2 2

A TO: 5 5

X X: WO 2007124968 A1 (SIEMENS AG et al.) 08.11.2007, 1 WO 2007124968 A1 (SIEMENS AG et al.) 08.11.2007, one

página 7, línea 25 -página 9, línea 15; figura 1. page 7, line 25 -page 9, line 15; Figure 1.

A TO: 2-5 2-5

Y Y: US 2007202754 A1 (NANNI IND) 03.08.2007, 2 US 2007202754 A1 (NANNI IND) 03.08.2007, 2

párrafos [0052]-[0060]; figuras 3,4. paragraphs [0052] - [0060]; figures 3.4.

A TO: US 2008166934 A1 (WAERTSILAE FINLAND OY) 10.07.2008, 1 US 2008166934 A1 (WAERTSILAE FINLAND OY) 10.07.2008, one

párrafos [0034]-[0041]; figuras 4-6. paragraphs [0034] - [0041]; Figures 4-6.

A TO: EP 1426287 A1 (YANMAR CO LTD) 09.06.2004, 1 EP 1426287 A1 (YANMAR CO LTD) 09.06.2004, one

párrafos [0027]-[0034]; figura 1. paragraphs [0027] - [0034]; Figure 1.

A TO: EP 1914161 A2 (YAMAHA MARINE KK) 23.04.2008, 1 EP 1914161 A2 (YAMAHA MARINE KK) 04/23/2008, one

párrafos [0017]-[0024]; figura 1. paragraphs [0017] - [0024]; Figure 1.

A TO: Base de dados EPODOC, recuperado de EPOQUE; JP 8230785 & 1 EPODOC dice base, recovered from EPOQUE; JP 8230785 & one

JP 8230785 A (ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND) 10.09.1996, resumen; figuras. JP 8230785 A (ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND) 10.09.1996, summary; figures.

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:

Fecha de realización del informe 31.10.2011 Date of realization of the report 31.10.2011: Examinador L. J. García Aparicio Página 1/4 Examiner L. J. García Aparicio Page 1/4

REPORT OF THE STATE OF THE TECHNIQUE

Application number: 200930464

Minimum documentation searched (classification system followed by classification symbols) B63H Electronic databases consulted during the search (name of the database and, if possible, terms of

search used) INVENES, EPODOC

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WRITTEN OPINION

Application number: 200930464

Date of Completion of Written Opinion: 10.31.2011

Statement

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986): Reivindicaciones Reivindicaciones 2-5 1 SI NO Claims Claims 2-5 1 IF NOT

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986): Reivindicaciones Reivindicaciones 5 1-4 SI NO Claims Claims 5 1-4 IF NOT

The application is considered to comply with the industrial application requirement. This requirement was evaluated during the formal and technical examination phase of the application (Article 31.2 Law 11/1986).

Opinion Base.-

This opinion has been made on the basis of the patent application as published.

State of the Art Report Page 3/4

WRITTEN OPINION

Application number: 200930464

1. Documents considered.-

The documents belonging to the state of the art taken into consideration for the realization of this opinion are listed below.

Documento Document: Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date

D01 D01: WO 2007075148 A1 (KATRASNIK TOMAZ et al.) 05.07.2007 WO 2007075148 A1 (KATRASNIK TOMAZ et al.) 05.07.2007

D02 D02: WO 2007124968 A1 (SIEMENS AG et al.) 08.11.2007 WO 2007124968 A1 (SIEMENS AG et al.) 08.11.2007

D03 D03: US 2007202754 A1 (NANNI IND) 03.08.2007 US 2007202754 A1 (NANNI IND) 03.08.2007

D04 D04: US 2008166934 A1 (WAERTSILAE FINLAND OY) 10.07.2008 US 2008166934 A1 (WAERTSILAE FINLAND OY) 10.07.2008

D05 D05: EP 1426287 A1 (YANMAR CO LTD) 09.06.2004 EP 1426287 A1 (YANMAR CO LTD) 06.09.2004

D06 D06: EP 1914161 A2 (YAMAHA MARINE KK) 23.04.2008 EP 1914161 A2 (YAMAHA MARINE KK) 04/23/2008

D07 D07: Base de dados EPODOC, recuperado de EPOQUE; JP 8230785 & JP 8230785 A (ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND) 10.09.1996; Resumen; figuras 10.09.1996 EPODOC dice base, recovered from EPOQUE; JP 8230785 & JP 8230785 A (ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND) 10.09.1996; Summary; figures 10.09.1996

2. Statement motivated according to articles 29.6 and 29.7 of the Regulations for the execution of Law 11/1986, of March 20, on Patents on novelty and inventive activity; quotes and explanations in support of this statement

Document D02, which is considered one of the documents closest to the object of the invention, (all references indicated correspond to document D2) describes a propulsion and electric power generation system for ships, by installing a rotating electric machine (11) on the propeller shaft (3) of the ship interspersed on said shaft (3) following the reducer, where the electric machine (11) acts as an electric motor or generator depending on the propulsion or generation needs of the ship ( pages 4, lines 38-40), by means of a central control system (16) and of a drive and power conversion unit (12), whose central control system decides from the signals (page 5, lines 54- 56) received from a series of sensors installed in propeller system and power generator components of the ship, the operation of the electric machine as a motor or power generator and whose unit of power conversion and conversion is interspersed between the main electrical panel of the ship and the electrical machine and when said electrical machine acts as a motor rectifies and sends the electric current to the ship's electrical plant, to the voltage and frequencies necessary for the system turn at the desired speed, while when the electric machine acts as a generator, it converts the output current of said electric machine, which is at a variable voltage and frequency depending on the speed of rotation of the drive train at a fixed voltage and frequencies for its dump in the ship's electrical network.

Therefore, all the claimed characteristics are disclosed in document D02, so the claimed matter is not new as established in Art. 6.1 of LP 11/86 and does not have inventive activity as established in Art. 8.1 of LP 11/86.

Regarding claim 2 in document D03, a generator is disclosed, having a series of permanent magnets (58) installed on the rotor, while the windings are mounted on the stator (60) (paragraph [0059]), being the rotor supported by the shaft (28). Therefore the claimed configuration for the electric machine is disclosed in document D03.

A technician in the field at the time of the request that had knowledge of documents D01 and D03, would proceed to the combination of the two documents in an obvious way obtaining the claimed matter. Consequently, this second claim lacks inventive activity as set forth in Art. 8.1 of LP 11/86.

Regarding the subject of claim 3, indicating that the fact that both the stator and the rotor have an impermeable material, it seems to be an obvious known solution to the problem of water and moisture, as in fact D1 proves, in which the cable entry into the electrical machine is carried out by means of a waterproof connection (35), seeking to protect the electrical machine.

Consequently, the subject of this claim lacks inventive activity as established in Art. 8.1 of LP 11/86.

With respect to the subject of claim 4, the fact that the rotor has a ferromagnetic cylindrical body on which the permanent magnets are fixed, is something that can be seen in Figure 1, of document D1 and that a series of arms are used radial to link the cylindrical body mounted on a rim with the internal coupling mounted on the axle, is one of the immediate possibilities that a technician would think of. In fact, documents D01, D03 show similar solutions to this problem.

Consequently, the subject of this 4th claim does not seem to have inventive activity as set forth in Art. 8.1 of LP 11/86.

Regarding the subject of claim 5, it does not appear to be found in any of the documents found, so in principle it would be new as established in Art. 6.1 of LP 11/86 and with inventive activity as established in Art. 8.1 of LP 11/86.

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