一种船舶机电一体复合推进系统论文和设计-胡以怀

全文摘要

本实用新型提供一种船舶机电一体复合推进系统，包含：直流母线和连接直流母线的若干个推进子系统。推进子系统包含：锂电池组，连接直流母线；动力机构，驱动船舶运动；柴油机，连接动力机构，为动力机构提供机械能；轴带电机，连接设置在直流母线和动力机构之间，转换锂电池组提供的直流电能为驱动动力机构的机械能；所述轴带电机还将动力机构的机械能转换为交流电能，通过直流母线向锂电池组充电；转换电路，连接设置在所述轴带电机和直流母线之间，实现轴带电机与锂电池组之间交流电能和直流电能的双向转换。本实用新型通过锂电池组和柴油机提供动力，可满足江海高速航行和内河环保需求。

主设计要求

1.一种船舶机电一体复合推进系统，其特征在于，包含:直流母线和若干个推进子系统；所述推进子系统连接所述直流母线，包含：锂电池组，连接直流母线，从直流母线输入或向直流母线输出直流电能；动力机构，驱动船舶运动；柴油机，提供机械能；所述柴油机连接所述动力机构，驱动动力机构工作；轴带电机，连接设置在直流母线与所述动力机构之间，转换锂电池组向直流母线输出的直流电能为机械能，实现驱动动力机构工作；当动力机构由柴油机驱动工作时，动力机构还带动轴带电机发电产生交流电能；转换电路，连接设置在所述轴带电机和直流母线之间，实现轴带电机与锂电池组之间交流电能和直流电能的双向转换。

设计方案

1.一种船舶机电一体复合推进系统，其特征在于，包含:直流母线和若干个推进子系统；

所述推进子系统连接所述直流母线，包含：

锂电池组，连接直流母线，从直流母线输入或向直流母线输出直流电能；

动力机构，驱动船舶运动；

柴油机，提供机械能；所述柴油机连接所述动力机构，驱动动力机构工作；

轴带电机，连接设置在直流母线与所述动力机构之间，转换锂电池组向直流母线输出的直流电能为机械能，实现驱动动力机构工作；当动力机构由柴油机驱动工作时，动力机构还带动轴带电机发电产生交流电能；

转换电路，连接设置在所述轴带电机和直流母线之间，实现轴带电机与锂电池组之间交流电能和直流电能的双向转换。

2.如权利要求1所述的船舶机电一体复合推进系统，其特征在于，所述动力机构包含螺旋桨和齿轮箱；所述齿轮箱连接设置在所述螺旋桨和柴油机之间，柴油机输出机械能驱动齿轮箱工作，齿轮箱带动螺旋桨转动，实现船舶运动；所述齿轮箱还连接设置在轴带电机和螺旋桨之间，螺旋桨由柴油机驱动工作时，齿轮箱还带动轴带电机发电产生交流电能；柴油机不驱动螺旋桨时，通过轴带电机转换直流母线的直流电能为机械能，通过齿轮箱驱动螺旋桨工作。

3.如权利要求1所述的船舶机电一体复合推进系统，其特征在于，还包含第一离合器和第二离合器；所述第一离合器连接设置在齿轮箱和柴油机之间，控制柴油机驱动齿轮箱；所述第二离合器连接设置在轴带电机和齿轮箱之间，控制轴带电机驱动齿轮箱工作，且控制齿轮箱带动轴带电机发电。

4.如权利要求1所述的船舶机电一体复合推进系统，其特征在于，所述转换电路包含：

第一逆变器，连接设置在轴带电机和直流母线之间，转换锂电池组向直流母线输出的直流电能为轴带电机工作的交流电能；

整流器，连接设置在轴带电机和直流母线之间，将轴带电机发电产生的交流电能转换为直流电能；

第一开关，连接设置在轴带电机和所述第一逆变器之间，控制所述逆变器连通轴带电机；

第二开关，连接设置在轴带电机和所述整流器之间，控制所述整流器连通轴带电机。

5.如权利要求1所述的船舶机电一体复合推进系统，其特征在于，还包含机舱泵浦和第二逆变器；所述第二逆变器连接设置在直流母线和机舱泵浦之间，转换直流母线的直流电能为机舱泵浦工作的交流电能。

6.如权利要求1所述的船舶机电一体复合推进系统，其特征在于，还包含机舱风机和第三逆变器；所述第三逆变器连接设置在直流母线和机舱风机之间，转换直流母线的直流电能为机舱风机工作的交流电能。

7.如权利要求1所述的船舶机电一体复合推进系统，其特征在于，还包含机舱照明设备和第四逆变器；所述第四逆变器连接设置在直流母线和机舱照明设备之间，转换直流母线的直流电能为机舱照明设备工作的交流电能。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种推进系统，特别涉及一种船舶机电一体复合推进系统。

背景技术

近年来随着内河水路运输的发展，越来越多的船舶要跨区域航行，也出现了一些河海直达或江海直达船型。不同航道的船舶航速不一样，而且有顺流和逆流的区别。内河航道的航速一般只允许7～8节，要求船舶接近零排放标准，而长江航道的航速可以到10～12节，近海的航速可以更高。因此，河海直达或江海直达船舶需要具备不同的推进动力，以适应不同航道的航速和环保要求。特别是国家对内河船的排放要求越来越严，能满足零排放要求的最佳船舶推进动力是纯电池电力推进系统，但动力电池的储能容量有限，不能满足长江航道和近海航道的航行需求。因此，非常需要设计一种既能满足江海航道高速航行需求，又能满足内河排放环保需的船舶推进系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种船舶机电一体复合推进系统，既有柴油机做主推进动力，又有锂电池组驱动轴带电机做推进动力，适用于河海直达或江海直达小型船舶。在内河航行时用锂电池组驱动电动螺旋桨推进，不会产生任何有害废气排放；在长江或近海航行时用柴油机直接驱动螺旋桨推进，同时带动轴带发电机给锂电池组充电。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种船舶机电一体复合推进系统，包含:直流母线和若干个推进子系统；

所述推进子系统连接所述直流母线，包含：

锂电池组，连接直流母线，从直流母线输入或向直流母线输出直流电能；

动力机构，驱动船舶运动；

柴油机，提供机械能；所述柴油机连接所述动力机构，驱动动力机构工作；

转换电路，连接设置在所述轴带电机和直流母线之间，实现轴带电机与锂电池组之间交流电能和直流电能的双向转换。

所述动力机构包含螺旋桨和齿轮箱；所述齿轮箱连接设置在所述螺旋桨和柴油机之间，柴油机输出机械能驱动齿轮箱工作，齿轮箱带动螺旋桨转动，实现船舶运动；所述齿轮箱还连接设置在轴带电机和螺旋桨之间，螺旋桨由柴油机驱动工作时，齿轮箱还带动轴带电机发电产生交流电能；柴油机不驱动螺旋桨时，通过轴带电机转换直流母线的直流电能为机械能，通过齿轮箱驱动螺旋桨工作。

所述船舶机电一体复合推进系统，还包含第一离合器和第二离合器；所述第一离合器连接设置在齿轮箱和柴油机之间，控制柴油机驱动齿轮箱；所述第二离合器连接设置在轴带电机和齿轮箱之间，控制轴带电机驱动齿轮箱工作，且控制齿轮箱带动轴带电机发电。

所述转换电路包含：

第一逆变器，连接设置在轴带电机和直流母线之间，转换锂电池组向直流母线输出的直流电能为轴带电机工作的交流电能；

整流器，连接设置在轴带电机和直流母线之间，将轴带电机发电产生的交流电能转换为直流电能；

第一开关，连接设置在轴带电机和所述第一逆变器之间，控制所述逆变器连通轴带电机；

第二开关，连接设置在轴带电机和所述整流器之间，控制所述整流器连通轴带电机。

所述船舶机电一体复合推进系统，还包含机舱泵浦和第二逆变器；所述第二逆变器连接设置在直流母线和机舱泵浦之间，转换直流母线的直流电能为机舱泵浦工作的交流电能。

所述船舶机电一体复合推进系统，还包含机舱风机和第三逆变器；所述第三逆变器连接设置在直流母线和机舱风机之间，转换直流母线的直流电能为机舱风机工作的交流电能。

所述船舶机电一体复合推进系统，还包含机舱照明设备和第四逆变器；所述第四逆变器连接设置在直流母线和机舱照明设备之间，转换直流母线的直流电能为机舱照明设备工作的交流电能。

与现有技术相比，本实用新型的船舶机电一体复合推进系统结构简单，运行操作方便，装置可靠性高，可适应不同航道的航速要求和排放要求。本实用新型既有电池组电力作为推进动力，又有柴油机作为推进动力，两者相互补充构成船舶机电一体复合推进系统，降低有害废气排放，解决了河海直达或江海直达船舶在不同航道航行时对航速和排放的不同要求。本实用新型采用直流母线，无需交流发电机组和配电屏设备，进一步简化了系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本实用新型的船舶机电一体复合推进系统结构图；

图中：1、齿轮箱；2、第一离合器；3、柴油机；4、轴带电机；5、第二离合器；6、第一逆变器；7、整流器；8、锂电池组；9、机舱泵浦；10、机舱风机；11、机舱照明设备；12、第一开关；13、第二开关；14、第二逆变器；15、第三逆变器；16、第四逆变器；17、螺旋桨。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种船舶机电一体复合推进系统，如图1所示，包含：直流母线和若干个推进子系统；

所述推进子系统连接所述直流母线，包含：

锂电池组8，连接直流母线，从直流母线输入直流电能或向直流母线输出直流电能；

柴油机3，输出机械能；

动力机构，包含螺旋桨17和齿轮箱1；所述齿轮箱1连接设置在所述螺旋桨17和柴油机3之间，柴油机3输出机械能驱动齿轮箱1工作，齿轮箱1 带动螺旋桨17转动，实现船舶运动；

轴带电机4，连接设置在所述直流母线和所述齿轮箱1之间，转换锂电池组8向直流母线输出的直流电能为齿轮箱1工作的机械能，实现驱动齿轮箱1工作；当齿轮箱1由柴油机3驱动工作时，齿轮箱1还带动轴带电机4 发电产生交流电能；

转换电路，连接设置在所述轴带电机4和直流母线之间，转换轴带电机 4产生的交流电能为向锂电池组8充电直流电能；转换电路还转换锂电池组8 释放的直流电能为轴带电机4工作的交流电能。

所述转换电路包含：

第一逆变器6，连接设置在轴带电机4和直流母线之间，转换锂电池组8 向直流母线输出的直流电能为轴带电机4工作的交流电能；

整流器7，连接设置在轴带电机4和直流母线之间，将轴带电机4产生的交流电能转换为直流电能；

第一开关12，连接设置在轴带电机4和所述第一逆变器6之间，控制所述逆变器连通轴带电机4；第一开关12闭合时，逆变器转换轴带电机4生成的交流电能为直流电能，实现向锂电池组8充电；第一开关12断开时，逆变器不工作。

第二开关13，连接设置在轴带电机4和所述整流器7之间，控制所述整流器7连通轴带电机4。第二开关13闭合时，整流器7转换锂电池组8的直流电能为交流电能，实现驱动轴带电机4工作；第二开关13断开时，整流器 7不工作。

所述船舶机电一体复合推进系统，还包含第一离合器2和第二离合器5；所述第一离合器2连接设置在齿轮箱1和柴油机3之间，实现控制柴油机3 驱动齿轮箱1及螺旋桨17；所述第二离合器5连接设置在轴带电机4和齿轮箱1之间，控制轴带电机4驱动齿轮箱1及螺旋桨17工作，且控制齿轮箱1 带动轴带电机4发电。当第一离合器2结合且第二离合器5脱开时，仅由柴油机3向齿轮箱1提供机械能，驱动螺旋桨17工作；当第一离合器2结合且第二离合器5结合时，柴油机3向齿轮箱1提供机械能，同时齿轮箱1带动轴带电机4发电；第一离合器2脱开且第二离合器5结合时，柴油机3不向齿轮箱1提供机械能，由轴带电机4驱动齿轮箱1及螺旋桨17工作。

所述船舶机电一体复合推进系统，还包含机舱泵浦9和第二逆变器14；在本使用新型的应用实施例中，所述机舱泵浦9可以是油泵，水泵、压载泵、消防泵；所述第二逆变器14连接设置在直流母线和机舱泵浦9之间，转换直流母线的直流电能为机舱泵浦9工作的交流电能。

所述船舶机电一体复合推进系统，还包含机舱风机10和第三逆变器15；所述机舱风机10用于机舱通风；所述第三逆变器15连接设置在直流母线和机舱风机10之间，转换直流母线的直流电能为机舱风机10工作的交流电能。

所述船舶机电一体复合推进系统，还包含机舱照明设备11和第四逆变器 16；所述机舱照明设备11为机舱提供光源；所述第四逆变器16连接设置在直流母线和机舱照明设备11之间，转换直流母线的直流电能为机舱照明设备 11工作的交流电能。

在本实用新型的第一个应用实施例中，当船舶在内河航行时，由于锂电池组8能够提供更为清洁的能源，脱开第一离合器2，不使用柴油机3提供船舶航行动力，同时结合第二离合器5、闭合第一开关12、断开第二开关13。实现锂电池组8向直流母线输出直流电能，第一逆变器6从直流母线获取直流电能并转换为轴带电机4工作的交流电能，轴带电机4驱动齿轮箱1工作，齿轮箱1驱动螺旋桨17转动，实现船舶运动。第二逆变器14、第三逆变器 15、第四逆变器16从直流母线获取直流电能并转换为交流电能，驱动对应的机舱泵浦9、机舱风机10、机舱照明设备11工作。

在本实用新型的第二个应用实施例中，当船舶在江、海航行时，为提高航行速度，选择柴油机3提供船舶航行动力。结合第一离合器2、第二离合器5，闭合第二开关13，断开第一开关12。柴油向齿轮箱1提供机械能，齿轮箱1驱动螺旋桨17转动，实现船舶运动；齿轮箱1工作的同时带动轴带电机4发电，生成交流电能；整流器7转换轴带电机4输出的交流电能为直流电能，输出给直流母线。锂电池组8从直流母线获取直流电能进行充电。第二逆变器14、第三逆变器15、第四逆变器16分别从直流母线获取直流电能并转换为交流电能，驱动对应的机舱泵浦9、机舱风机10、机舱照明设备11 工作。

与现有技术相比，本实用新型的船舶机电一体复合推进系统结构简单，运行操作方便，装置可靠性高，可适应不同航道的航速要求和排放要求。本实用新型既有电池组电力作为推进动力，又有柴油机3作为推进动力，两者相互补充构成船舶机电一体复合推进系统，降低有害废气排放，解决了河海直达或江海直达船舶在不同航道航行时对航速和排放的不同要求。本实用新型采用直流母线，无需交流发电机组和配电屏设备，进一步简化了系统。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

设计图

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