船用推進系統的製作方法
2023-05-18 00:23:11
專利名稱：船用推進系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1前序部分所述的用於推進(推進和定位)船隻或其它移動式海上航行結構的推進系統。
背景技術：
柴油機發電推進器目前很流行，特別是對於離岸船隻來說。其原因之一是機械的安裝十分靈活，並且允許將貨物和工具放置在需要的位置。
船的電力推進系統有多種方案。例如，已知將幾個發電機並聯，供應網絡。這樣可以在船上的自由空間中安置更小的單元，但是這將增加初始成本。推進電動機通過控制轉速的功率電子變換器連接到上述網絡。也可以在推進電動機和推進器之間使用機械齒輪。這兩種方式都會增加初始成本，並且降低功率效率。此外，這樣的設備需要維護，並且有失效的風險。
人們還已知將更大的發電機安裝到驅動機構上。如果其以固定的頻率連接到網絡上，那麼無論負載情況如何，驅動機構必須以高轉速運轉。
為了通過網絡以固定的頻率控制轉速，功率電子可以以需要的可變幅值和可變頻率供應給推進電動機。這樣的安裝方式提供了良好的扭矩控制和有效的推進控制，但是需要增加投入。此外，變換器上的損失變大。網絡中的諧波共振問題使發電機和網絡的成本增加。
另一個缺點是推進費用增加，特別是使用必須以高的固定轉速運轉的柴油機時。就推進經濟性而言，這導致利用功率電子的傳統的柴油機電力推進系統與傳統的直接運行的柴油機相比較差，儘管其控制性能較好。
由公開的德國文獻1932929(西門子1971)可知，將由內燃機驅動的同步發電機連接到兩個同步發動機上，其中一個直接連接，另一個通過電子調速器連接。這種方案不適於發電機僅驅動一個電動機的情況。
由PCT申請WO03/047963(西門子2003)可知一種氣輪驅動的同步發電機，其需要大規模的控制系統來將氣輪機直接連接到發電機上。這種結構沒有為發電機和推進器的推進電動機提供一種簡單的方案。
由日本專利申請62079764(橫河電機株式會社1988)可知用於船隻推進器的發電機電動機單元，其中控制迴路連接在發電機和電動機之間，以控制轉速。這需要附加的裝置，增加了成本。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種推進裝置，其能夠減少投入、需要的空間、維護費用、運行費用和使用過程中失效的風險。同時需要在一定範圍內改變推進器轉速以及旋轉方向的可能性。
本發明在權利要求1中簡要表示。其包括用於電力發電機運行的驅動機構，該發電機被連接到與推進器或類似的推進裝置相連的電動機上。該發電機和推進電動機是具有大致相同的操作特性的永磁式同步電機。它們利用固定的電連接直接連接在一起。
本發明提出使用具有永磁體的慢速多極電動機。這樣，可以免去使用齒輪傳動裝置。為了控制轉速，推進電動機被直接連接到功率可變的發電機上。發電機的頻率變化通過改變驅動機構，例如柴油機的轉速實現。
這樣不需要使用功率電子設備就可以改變推進器的轉速，並且不需要齒輪就可以減速。這就減少了投入和對空間的需求。有時，最重要的優點是，節省了推進消耗。這特別適用於經常以換算速度運行，並且具有推進器的變換功率需求的船隻，例如拖網漁船及其它漁船、供給船和拖船。
本發明通過利用具有比發電機的電極數量多的推進電動機可以減少柴油機的轉速，從而可以提供一種無損耗的傳動。
由於上述發電機是同步電機，所以輸出發電機的電流和電壓的頻率將由發電機，即柴油機，的轉速確定。電動機將與發電機同步旋轉。這意味著可以利用發動機的轉速控制推進器的轉速。通過電動機和發電機具有不同數量的電極，推進器的轉速可以利用「電力傳動」進行改變。
輸出將是轉速的三次函數，因為轉矩是轉速的二次函數。因此不需要利用功率電子轉換器就可以控制供應到推進器軸的輸出。這對於具有變換的輸出需求的船隻和操作模式來說是有利的。這適用於漁船、供給船、拖船等情況。
本發明的其他特徵將在從屬權利要求和下面的實施例說明書體現。
附圖簡要說明下面參照附圖描述本發明，其中附
圖1示意性地示出了船用推進器的安裝，其包括本發明的一個
具體實施例方式
附圖1是示出了用於操作推進器12的推進電動機11，該推進器直接與電動機相連或者通過一個插入的中間軸與電動機相連。該推進電動機11由一個發電機14的三相連接13供電。電流經過變頻器16從該三相連接13分流到消耗網絡15。該消耗網絡15可以包括通常的船用電力消耗設備，例如用於進行船隻供給，或工廠施網漁船(factorytrawlers)的操作。變頻器16可以是利用動力電子設備的整流機。
發電機14通過驅動機構17運行，該驅動機構可以是任何可調速內燃機，例如燃氣輪機或柴油機。
發電機14是具有永磁體的同步機。其可以具有較高的轉速和較少的磁極。這為獲得阻尼線圈提供了可能。在其最佳操作點，這樣的發電機將具有比帶有勵磁線圈的同步機更高的頻率。
這樣的永磁發電機可以具有，例如，六個磁極。其在1000RPM時將輸出50HZ。
在該實施例中，推進電動機11被構造成具有較多的磁極，例如24個，這樣可以減少驅動機構17用於減速的齒輪。利用這樣的尺寸，發動機轉速可以無損失地減少4∶1。發電機14和推進電動機11具有大體相同的操作特性。
也可以利用具有勵磁線圈的同步機，但是其具有較低的頻率和所需的磁化電流，且因此需要供應輔助電流。
在利用永久磁體起動同步發電機時，電壓將隨著轉速增加。這意味著，在發電機未被加載時，在額定轉速下電壓將超過額定電壓。
一個具有大量磁極的永久磁化同步機通常不能通過直接連接到發電機進行操作起動。為了處理該問題，推進電動機11可以由阻尼線圈供應，其在起動階段具有非同步特性。其具有的較低的轉矩不會對推進器的推進有特別的負面影響。由於該輸出與轉速的3次方成正比，所以起動時所需的功率是適當的。
附圖2示出了實施例的變換形式，其中推進電動機被連接到用於控制起動和旋轉方向的輔助變頻器18。驅動機構17隨後以降低的轉速，例如半速運轉，並且將進行降低頻率同步。通過並聯輔助變頻器和發電機而出現同步。
發電機和推進電動機的相互作用在額定轉速時最強，並且更可能在驅動機構的降低轉速下產生同步。但是，這個問題對於螺旋推進器來說是可以接受的。
在驅動機構17和發電機14之間的軸連接中，可以加入一個阻尼件，例如液力扭轉波動阻尼器，其減小來自驅動機構的衝擊，例如來自柴油機的活塞衝擊。
也可以在電極之間具有較大空間的發電機14中採用阻尼線圈。這樣的阻尼線圈對推進電動機11也具有減振作用。
永磁單元11和14可以具有安裝在轉子衝片表面上的永磁體並且具有較大的氣隙，或者是可以具有安裝在轉子內部的永磁體，這樣減小了氣隙。對於具有永磁體的機構，轉子衝片可以用由塊狀鋼製成的環形軛來代替。
具有低電抗的永磁發電機對於負載的變化不會特別敏感，因此能夠獲得令人滿意的cos fi和效率。
發電機和電動機中的電極數的比可以從3∶1到1∶20。第一個比值可對應於噴水式推進器的操作。
附圖3示出了另一個變換的實施例，其中船上用的電流來自發電機19，該發電機被連接到驅動機構17上的另一個分接點。以與附圖1中的設備相同的方式進行配置，發電機為網絡15開動變頻器16。
電連接包括用於連接和斷開的保護措施和接觸器。
權利要求
1.一種用於船隻或其它移動式海上航行結構的推進系統，具有一個用來使發電機(14)運行的驅動機構(17)，該發電機進一步連接到與推進器(12)或者類似的推進裝置相連的電力推進電動機(11)，其特徵在於，發電機(14)和推進電動機(11)是永磁同步機械，這兩個同步機械具有大致相同的操作特性，並且它們利用剛性的電連接直接連接在一起。
2.如權利要求1所述的推進系統，其特徵在於，發電機和推進電動機中電極數之間的比可以從3∶1到1∶20，最好是發電機(14)的電極數量比推進電動機(11)的電極數量少。
3.如權利要求1或2所述的推進系統，其特徵在於，其包括一個變頻器(16)，該變頻器以穩定的頻率從發電機(16)向消耗網絡供電。
4.如權利要求1或2所述的推進系統，其特徵在於，其包括一個輔助發電機(19)，該輔助發電機由驅動機構(17)驅動，並且通過變頻器(16)向船隻(15)的消耗網絡供電。
5.如權利要求1至4之一所述的推進系統，其特徵在於，推進系統包括一個輔助變頻器(18)，其用於起動和控制旋轉的方向，當輔助變頻器和發電機平行連接時，驅動機構(17)減速運行，例如以半速運行，以便於由降低的頻率同步。
全文摘要
一種用於船隻或者其它移動式海上航行結構的推進系統，具有一個用來使發電機(14)運行的驅動機構(17)，該發電機進一步連接到與推進器(12)或者類似的推進裝置相連的電力推進電動機(11)。該系統可以簡化成發電機(14)和推進電動機(11)是永磁同步電動機。這兩個同步電動機具有大致相同的基本結構，具有大致相同的頻率電壓特性，並且它們利用固定的電連接直接連接在一起。
文檔編號B60L11/02GK1845847SQ200480025029
公開日2006年10月11日 申請日期2004年8月27日 優先權日2003年9月2日
發明者N·桑多伊, R·瓦達爾 申請人:諾爾推進器公司