[发明专利]直轴推进式的船舶电力直驱推进装置、推进系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶推进装置，尤其是一种直轴推进式的船舶电力直驱推进装置。

背景技术

直轴推进是船舶动力设置最常用的一种方式，这种方式将原动机和螺旋桨通过传动轴连接在一条直线上。在船舶设计中，这种传动方式还占有一定的比重，尤其是水下航行器，比如潜水艇，水下无人探测器，这种推进方式尤其适合于流线型船体的主推进设置。对转螺旋桨是指在螺旋桨的推进轴线上，前后各布置一只螺旋桨，前螺旋桨的直径大于后螺旋桨的直径，并且这两只螺旋桨的旋转方向相反。在对转螺旋桨推进系统中，前螺旋桨产生的涡动能量可以在后螺旋桨中得到有效利用。

图1a是对转螺旋桨的涡动能量传递原理图。前螺旋桨顺时针/逆时针旋转产生螺旋涡动，通过对前螺旋桨桨叶的设计可以使得向后的涡动能量大于向前的涡动能量，后螺旋桨逆时针/顺时针旋转，将水流推向后方，由于前后螺旋桨异向旋转，两者之间的水流呈螺旋状涡动，叠加到后螺旋桨的推进能量要远高于后螺旋桨单独推进的涡动能量。图1b是对转螺旋桨平面视角的涡动能量传递原理图。其中，实线为前螺旋桨，虚线为后螺旋桨，假设前螺旋桨顺时针旋转，后螺旋桨逆时针旋转。船体在螺旋推进的时候会受到推进力的反作用，传统单桨推进系统中船舶受到推进旋转力的反向作用力，这是船舶船体不稳定周期震动的原因，严重时会影响船舶航行时的稳定性。对转螺旋桨由于前后螺旋桨异向旋转，所产生的推力与推进反作用力相互抵消，这种推进方式有助于保证船舶航行时船体的稳定性。

图2是对转螺旋桨组成的多螺旋桨推进系统。图2使用了两套对转螺旋桨组成推进系统，为了使得船舶得到向后的推进力，需要两套对转螺旋桨产生异向旋转的涡动流向。为了确保船舶船体稳定，推力方向正确，这就需要调整两套对转螺旋桨的旋转方向和旋转速度。

如图2所示，现有船舶直轴推进装置结构上的特点是：采用船用柴油301为动力燃料，柴油机302作为原动机，通过传动轴303将能量传递给卫星箱304，卫星箱是304多个驱动齿轮的组合，通过齿轮的排列组合可以调整输出的转速和扭矩，卫星箱304起到了和汽车中变速箱一样的作用，最后卫星箱通过传动轴驱动螺旋桨305进行旋转，以驱动船舶航行。

现有的船舶推进装置一般采用柴油作为燃料，这种方式对环境的污染严重，成本昂贵，不符合目前节能环保的要求。并且现有的船舶推进装置都有卫星箱304，卫星箱是一组传动齿轮的组合，在日常维护中所需的维护量较大，并且传动齿轮、机械配件较易损坏，维修成本较高。如何设计传动齿轮使其实现双桨的对转推进也是一个较难的课题。

发明内容

发明目的：提供一种直轴推进式的船舶电力直驱推进装置，以解决现有技术存在的上述问题，提高推进效率，降低装置的故障率。

技术方案：一种直轴推进式的船舶电力直驱推进装置，包括壳体，安装于壳体内部的驱动电机，联接在外转子上的前螺旋桨，以及联接在内转子上的后螺旋桨。本发明采用的推进驱动电机是专门设计的双转子多相电机。

其中，所述驱动电机包括电机壳体，设置于电机壳体中的中空的外转子，位于外转子内部中空的定子，位于定子内部的内转子，固定联接外转子与前螺旋桨的固定件，固定联接内转子与后螺旋桨的固定件，以及用于固定内转子和外转子位置的双环套装轴承；所述定子的内侧设置用于控制内转子旋转的定子绕组II，外侧设置用于控制外转子旋转的定子绕组I；所述定子与电机壳体通过定子固定件相联接。

一种直轴推进式的船舶电力直驱推进装置，包括电机外壳，外壳内部的驱动电机，通过驱动电机的内转子与外转子，使得与内转子相连接的后螺旋桨和与外转子相连接的前螺旋桨异向旋转。进一步包括：用于驱动电机进行供电的供电电缆，设置在电机外壳上的电缆接口，设置在电机壳体中的外转子，通过定子固定件固定于电机外壳的驱动电机定子，位于电机最内层的内转子，以及连接在内转子上的后螺旋桨和连接在外转子上的前螺旋桨，所述电机定子在外侧和内侧分别开槽，用于固定定子绕组I和定子绕组II，定子绕组I通过使外转子旋转的电枢电流，定子绕组II通过使内转子旋转的电枢电流。

在进一步的实施例中，所述内转子与后螺旋桨传动轴之间的固定联接方式包括焊接和通过紧固件联接。外转子与前螺旋桨传动轴的固定联接方式包括焊接和通过紧固件联接。

一种直轴推进式的船舶电力直驱推进系统，包括上述推进装置，以及处理器和

采样单元，包括用于采集电机相电流信号的电流采样单元，用于采集线电压信号和直流母线信号的电压采样单元，用于采集内转子和外转子转速信号的转速采样单元，以及温度采样单元；