UA144672U - Водний транспортний засіб з електричним двигуном - Google Patents

Abstract

Водний транспортний засіб з електричним двигуном складається з пустотілого багатокомпонентного корпусу, сформованого з остову, виготовленого із жорстко з'єднаних поперечних та повздовжніх балок, та водонепроникної оболонки, що зовнішньо опоясує кількома рядами остов, конструктивних надбудов, рубки, судового електрооснащення та навігаційного обладнання, машинний відсік з силовою установкою, що приводить в рух рушій для поступального переміщення транспортного засобу. Як силова установка виступає електричний двигун з обертальним привідним органом, що здійснює перетворення електричної енергії в механічну на основі принципу електромагнітної індукції.

Description

Корисна модель належить до галузі судно- та кораблебудування, зокрема до побудови нових або переоснащення чи модернізації вже існуючих водних транспортних засобів різного функціонального призначення та водотоннажності, рушії яких приводяться в рух від різного типу електричних двигунів.

Відомий корабель, який містить два корпуси з кормою у вигляді транця, з'єднані кормами за допомогою керованого тимчасового кріплення. Кожен корпус має вертикальний колодязь з рухомо вставленим в нього циліндром, причому в циліндрі розміщений двигун/двигуни внутрішнього згоряння, двоступеневий редуктор і плавник з гребним гвинтом. Як рушії для силових установок повного ходу використовуються водомети або напівзанурені гвинти, або приводи Арнесона, або кутові колонки, або повітряні гвинти (КО Мо 2572180 С1, В6ЗВ 3/08, ВбЗВ 1/0, В6ЗВ 35/00, 1/10, 2015).

Недоліком корабля є низький коефіцієнт корисної дії використання силової установки із-за наявності значної кількості проміжних кінематичних елементів між рушієм та двигуном. Також до негативних рис слід віднести відсутність гнучкості в керуванні та маневреності корабля, високу інерційність у виробленні керуючого впливу на хід та швидкість переміщення корабля.

Відоме також судно (патент України на корисну модель Мо 90200, заявка Мо и201400375 від 16.01.2014, опубл. 12.05.2014, бюл. Мо 9), що містить призначену для приводу рушія енергетичну установку й вітрогенераторну установку, шляхом виконання вітрогенераторної установки у вигляді хоча б одного, розташованого в носовій частині судна поперед надбудови, встановленого на колоні достатньої висоти, вітродвигуна, призначеного для приводу від повітряного потоку, що набігає, створюваного рухом судна; при цьому до складу вітрогенераторної установки можуть входити установлені на розташованих в діаметральній площині колонах лопатеві вітродвигуни з горизонтальною віссю обертання, розміри лопатей яких такі, що положення лопатей, при якому при вигляді на судно в плані відстань, по горизонталі між проекціями кінців лопатей не перевищує ширини судна.

Недоліком судна є складність конструкції, низька якість аеродинаміки із-за значного лобового спротиву, наявність значної кількості передаточних механізмів між силовими установками та рушієм, що зменшує загальну ефективність їх роботи.

Найближчим аналогом є моторне судно (патент на винахід Мо КО2440276 С1, заявка Мо 2010144099/11 від 27.10.2010, опубл. 20.01.2012 Бюл. Мо 2), що містить багатокомпонентний корпус, складений з остову, обшитого водонепроникною оболонкою, каюту, силову установку у машинному відділенні корпусу, редуктор переднього і заднього ходу, роз'єднувальну муфту, гребний гвинт, внутрішній пост управління з навігаційним обладнанням. Силова установка виконана в формі роторно-поршневого дизельного двигуна, що містить раму, циліндр, розміщений горизонтально, закритий передніми і задніми кришками, що мають співвісні впускні і випускні вікна, пов'язані трубопроводами з випускними трубами і ротаційною повітродувкою.

Ключовими недоліками аналога є невисокий рівень керованості, складність конструктивного виконання, низька ефективність силової установки, що обмежується недосконалістю процесу перетворення теплової енергії в механічну для роторно-поршневого дизельного двигуна.

В основу корисної моделі поставлено задачу розробити водний транспортний засіб з електричним двигуном, який би характеризувався кращою керованістю, простотою конструктивного виконання та ефективно реалізовував експлуатаційні характеристики силової установки при приведенні в дію рушіїв для свого поступального переміщення по водній поверхні. Також досягти можливості легко змінювати хід транспортного засобу з переднього на задній і навпаки, не задіюючи додаткові механічні передачі чи реверсивні вузли, використовуючи лише кінематику руху привідного органу силової установки.

Поставлена задача вирішується тим, що у водному транспортному засобі з електричним двигуном, який складається з пустотілого багатокомпонентного корпусу, сформованого з остову, виготовленого із жорстко з'єднаних поперечних та повздовжніх балок, та водонепроникної оболонки, що зовнішньо опоясує кількома рядами остов, конструктивних надбудов, рубки, судового електрооснащення та навігаційного обладнання, машинний відсік з силовою установкою, що приводить в рух рушій для поступального переміщення транспортного засобу, згідно з корисною моделлю, як силова установка виступає електричний двигун з обертальним привідним органом, що здійснює перетворення електричної енергії в механічну на основі принципу електромагнітної індукції.

Крім цього, електричний двигун поєднується з рушієм водного транспортного засобу через роз'ємне жорстке з'єднання або через механічну передачу зі сталим або змінним передаточним відношенням.

Також містить мікроконтролерний блок керування з електронною системою комутації напівпровідникових силових ключів, що забезпечує дозовану подачу електричної енергії для формування необхідних механічних характеристик електричного двигуна.

Відповідно, джерелом живлення для електричного двигуна виступають хімічні джерела електричного струму багаторазової дії, поєднані з мікроконтролерним блоком керування та електричним двигуном в одну електричну схему.

Додатково, задній та передній хід водного транспортного засобу задається напрямком обертання привідного органу електричного двигуна.

Суть корисної моделі пояснюється кресленнями на фіг. 1, де відображено схематичне зображення водного транспортного засобу, та фіг. 2, де приведена принципова схема приводу водного транспортного засобу в поступальний рух.

Водний транспортний засіб з електричним двигуном складається з корпусу 1, сформованого з остову 2 та водонепроникної оболонки 3, що кількома рядами опоясує остов 2, конструктивних надбудов 4 для розміщення обслуговуючого персоналу, перевезення людей чи вантажу, рубки 5 для керування транспортним засобом, судового електрооснащення та навігаційного обладнання 6. У корпусі 1 міститься машинний відсік 7 для розташування електричного двигуна 8, що здійснює приведення в рух рушія 9 і переведення водного транспортного засобу в поступальний рух.

Як електричний двигун 8 використано електричну машину з обертальним привідним органом, що здійснює перетворення електричної енергії в механічну на основі принципу електромагнітної індукції. Електричний двигун 8 може передавати крутний момент від свого привідного органу до рушія 9 через роз'ємне жорстке з'єднання 10 або використовувати для цієї мети механічну передачу 11 зі сталим або змінним передаточним відношенням, що в останньому випадку дозволяє при заданій потужності електричного двигуна здійснювати регулювання величини крутного моменту та частоти обертання рушія 9.

Живлення електричного двигуна 8 здійснюється від хімічних джерел 12 електричного струму багаторазової дії, енергія з яких відбирається дозовано за допомогою мікроконтролерного блока керування 13 з електронною комутацією напівпровідникових силових ключів. Самі хімічні джерела 12 електричного струму розміщені в машинному відсіку 7 корпусу 1.

Зо Мікроконтролерний блок керування 13 поєднується водночас з електричним двигуном 8 та хімічними джерелами електричного струму 12 за допомогою герметичних механічних з'єднань, що не допускають потрапляння вологого та запиленого середовища до місць поєднання електричних контактів цих з'єднань. Хімічні джерела енергії 12, мікроконтролерний блок керування 13 та електричний двигун 8 складають єдину електричну схему, яка є складовою частиною загальної системи електрооснащення та навігаційного обладнання б водного транспортного засобу.

Мікроконтролерний блок керування 13 здійснює управління електричним двигуном, генеруючи керуючі дії по перемиканню напівпровідникових силових ключів у певній послідовності, згідно з внутрішнім програмним алгоритмом. Програмне керування відбувається на основі інформаційних сигналів від сенсорних елементів 14, що відстежують зміну кінематичних, просторових, динамічних та інших параметрів поступального руху водного транспортного засобу.

Водний транспортний засіб з електричним двигуном функціонує в наступний спосіб.

При активації судового електрооснащення та навігаційного обладнання б водного транспортного засобу відбувається подача живлення і на мікроконтролерний блок керування 13.

Судноводієм водного транспортного засобу задається в механічний або електронний спосіб стартова швидкість переміщення. Дана дія призводить до генерації керуючого сигналу у відповідному сенсорному елементі 14 та спрямуванні його в мікроконтролерний блок керування 13, де за внутрішнім програмним алгоритмом даний сигнал опрацьовується і формується послідовність дій по приведенню електричного двигуна 8 в активний стан з приведенням в дію рушія 9. Окреслена послідовність включає циклічне перемикання з певною послідовністю напівпровідникових силових ключів в мікроконтролерному блоці керування 13 та подачу до електричного двигуна 8 через окресленні силові ключі дозованої кількості електричної енергії від хімічних джерел 12.

При активізації рушія 9 та по мірі його механічної взаємодії з водною масою відбувається виникнення та розвиток спрямованої тяги, завдяки якій відбувається поступове переміщення водного транспортного засобу.

В залежності від необхідності зміни або забезпечення сталості заданого швидкісно- навантажувального режиму та актуальної інформації про параметри руху водного бо транспортного засобу, що надходять від сенсорних елементів 14, програмний алгоритм мікроконтролерного блока керування 13 формує відповідні керуючі дії для зміни послідовності комутації напівпровідникових силових ключів і, відповідно, корегуються параметри живлення електричного двигуна 8. Це сприяє формуванню нових електромеханічних умов роботи електричного двигуна 8 і, як наслідок, коректується під впливом цих умов швидкісний та просторовий рух водного транспортного засобу.

При потребі реалізації заднього ходу водного транспортного засобу мікроконтролерний блок керування 13 вносить зміну у роботі напівпровідникових силових ключів таким чином, що відбувається зміна характеру живлення електричного двигуна 8 зі зміною напрямку обертання його привідного органу на протилежний і, відповідно, здійснюється реверс в роботі рушія 9. Це дозволяє рушію 9 змінити вектор тяги на протилежний та організувати переміщення водного транспортного засобу заднім ходом.

Можливість електричного двигуна змінювати напрямок обертання свого привідного органу при зміні характеру живлення дозволяє гнучко та швидко змінювати хід транспортного засобу з переднього на задній і навпаки.

Таким чином, використання електричного двигуна з мікроконтролерним блоком керування дає змогу легко реалізувати можливість гнучкого та простого керування водним транспортним засобом, оперативно та швидко змінювати його хід, а так як коефіцієнт корисної дії електричних двигунів значно вищий від теплових двигунів, зокрема двигунів внутрішнього згорання, це дозволяє підвищити економічність його експлуатації. Відсутність додаткових проміжних механічних передач між силовою установкою та рушієм, притаманних для суден з тепловими двигунами, підвищить рівень ефективності використання експлуатаційних характеристик електричного двигуна як силової установки.

Claims (5)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Водний транспортний засіб з електричним двигуном, який складається з пустотілого багатокомпонентного корпусу, сформованого з остову, виготовленого із жорстко з'єднаних поперечних та повздовжніх балок, та водонепроникної оболонки, що зовнішньо опоясує кількома рядами остов, конструктивних надбудов, рубки, судового електрооснащення та Зо навігаційного обладнання, машинний відсік з силовою установкою, що приводить в рух рушій для поступального переміщення транспортного засобу, який відрізняється тим, що як силова установка виступає електричний двигун з обертальним привідним органом, що здійснює перетворення електричної енергії в механічну на основі принципу електромагнітної індукції.

2. Водний транспортний засіб з електричним двигуном за п. 1, який відрізняється тим, що електричний двигун поєднано з рушієм водного транспортного засобу через роз'ємне жорстке з'єднання або через механічну передачу зі сталим або змінним передаточним відношенням.

3. Водний транспортний засіб з електричним двигуном за п. 1, який відрізняється тим, що містить мікроконтролерний блок керування з електронною системою комутації напівпровідникових силових ключів, що забезпечує дозовану подачу електричної енергії для формування необхідних механічних характеристик електричного двигуна.

4. Водний транспортний засіб з електричним двигуном за п. 3, який відрізняється тим, що джерелом живлення для електричного двигуна виступають хімічні джерела електричного струму багаторазової дії, поєднані з мікроконтролерним блоком керування та електричним двигуном в одну електричну схему.

5. Водний транспортний засіб з електричним двигуном за п. 3, який відрізняється тим, що задній та передній хід водного транспортного засобу задається напрямком обертання привідного органу електричного двигуна.