[发明专利]一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统及方法

说明书

本发明公开了一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统及方法，涉及电动船舶领域，包括电动机；人力发电装置，包括相互机械连接的人力装置和发电机；储能装置；交流电耦合装置，交流电耦合装置连接人力发电装置、电动机及储能装置。本发明的船用人力与电能交流电耦合驱动系统通过调节发电机电磁转矩控制人力装置做功的强度，发电机启动无最小力矩门槛限制；人力装置做功产生的电能与储能装置存储的电能在交流母线上耦合，使得储能装置能够按照任意设定比例，通过交流电耦合母线向电动机传递差额能量。本发明实现了人力发电装置与储能装置共同驱动游乐船行驶的目的，使游客获得差异化的锻炼体验与船速体验。

技术领域

本发明涉及电动船舶领域，具体涉及一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统及方法。

背景技术

随着科技的发展和生活水平的改善，运动休闲的方式日益丰富。休闲娱乐船舶是目前较受欢迎的一种休闲娱乐器材，除电力/内燃机驱动部件外，其通常设置有人力驱动装置，包括脚踏装置、手摇装置、跑步装置等，同时具有健身和娱乐功能。

在相关器材中，有技术人员想到将在运动休闲过程中人力装置做功进行收集，将人力做功的生物能并转化供负载使用，节约船舶能耗。已有技术人员通过发电装置与储能单元的设置，实现了运动能量的回收利用。例如，中国专利CN201065814Y公开了一种“将生物能转变为交流电的健身器”，其包括直流发电机、充电电路、控制面板、储能装置与直流变交流的电源转化器，该装置可以高效的将电能存储于储能装置中，再由储能装置给家用电器供电。相关装置对人体运动产生的能量进行转化与利用，不仅可以增加娱乐性，而且可以减少能源的浪费。

但现有系统中仍存在以下问题：

1、现有技术中人力做功产生的电能需要先存储在储能装置中，再控制逆变器将储能装置中存储的电能释放给用电负载。运动健身器材的发电与储能装置的放电不能同时运行，没有实现人力发电与电能的有机耦合，更无法实现二者能量输出的预设比例调节，难以实现电能输出功率依照人力输入功率的动态调整，实现类似人力驱动船舶的模拟效果。

2、人力装置产生的电能向储能装置传递时，需要添加充电装置，充电装置的启动门槛严重影响了人力发电机的发电门槛，使得人力发电机转矩的调节受到最小工作力矩与最大工作力矩的限制。

3、现有人力发电机转矩调节的目的是增加小体力者与降低大体力者的发电功率，达到提高运动健身器材的普适性与增加发电机可靠性的目的，这种转矩调节方式难以将输入功率与输出功率进行匹配，不具备娱乐性与竞速等竞技性基础。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统及方法，可实现人力发电与电能的有机耦合，实现二者能量输出的比例调节，使游客获得不同的锻炼体验与船速体验。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统，包括：电动机、人力发电装置、储能装置以及交流电耦合装置；

所述人力发电装置包括相互机械连接的人力装置和发电机；

所述交流电耦合装置分别连接所述人力发电装置、电动机及储能装置；所述交流电耦合装置包括相互电连接的发电侧电能控制模块、储能侧电能控制模块和电机侧电能控制模块，所述发电侧电能控制模块、储能侧电能控制模块、电机侧电能控制模块间通信连接；人力发电装置输出的电流和储能装置提供电流通过交流电耦合装置耦合在电母线上，输送至电动机。