[发明专利]吊舱式船舶电力直驱推进装置、推进系统及推进方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶推进技术，尤其是一种吊舱式船舶电力直驱推进装置、推进系统及推进方法。

背景技术

吊舱式对转螺旋桨船舶推进器是一种将推进与操舵集于一身的新型船舶推进装置。该装置可以安装在船体外的任意位置，直接驱动螺旋桨旋转，在360°内水平旋转以实现船舶的矢量推进方式。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。

结合图1a至图3描述相关现有技术。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。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3所示，现有吊舱式对转螺旋桨船舶推进装置结构特点是：原动机通过垂直传动轴301驱动伞形齿轮302，伞形齿轮302分别通过前桨传动齿轮305和前桨传动轴304、后桨传动齿轮306和后桨传动轴307将功率按比例分配给前螺旋桨303、后螺旋桨308，前螺旋桨的直径大于后螺旋桨的直径，两只螺旋桨旋转方向相反。

现有的吊舱式对转螺旋桨船舶推进装置采用齿轮传动这种机械式的能量传递方式，在装置设计时需要考虑到能量传递时的分配比例和螺旋桨的额定转速，综合考虑上述情况决定伞形齿轮302、前桨传动齿轮305和后桨传动齿轮306的齿数。

而这个齿数在装置成型后是不可以修改的，这就意味着现有的吊舱式对转螺旋桨船舶推进装置不可以调节前后螺旋桨的转速差，固定的齿数决定了固定的转速差，而在船舶推进中，为了取得最佳的推进效果与能量传递效率，可变的转速差是必须的条件。并且现有的吊舱式对转螺旋桨船舶推进装置采用机械传动方式，这种机械传动方式需要齿轮箱和一些机械配套装置，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。

图4是采用双电机驱动的吊舱式对转螺旋桨船舶推进装置。这种方式如图4所示，该装置的结构特点是：吊舱内含有2只驱动电机。供电电缆402给前螺旋桨驱动电机406供电，通过传动轴405将能量传递给前螺旋桨401；供电电缆403给后螺旋桨驱动电机407供电，通过传动轴408将能量传递给后螺旋桨404。

这种双电机驱动的吊舱式对转螺旋桨船舶推进装置如名称所述，采用两只电机406、407分别独立驱动前后螺旋桨401、404，这种驱动方式可以实现前后螺旋桨的独立控制，前后螺旋桨可以独立实现调速和调向。

这种方式成本相对较高，因为需要两台驱动电机及其相应的配件，并且涉及到多电机的同步控制，相对单电机控制而言控制难度较大，检修强度、维修成本也相对较高。

发明内容

发明目的：提供一种吊舱式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：一种吊舱式船舶电力直驱推进装置，包括吊舱壳体，安装于吊舱壳体内部的驱动机构，位于吊舱壳体外部并通过前螺旋桨传动轴与驱动机构传动联接的前螺旋桨，以及位于吊舱壳体外部并通过后螺旋桨传动轴与驱动机构传动联接的后螺旋桨。

其中，所述驱动机构包括电机壳体，设置于电机壳体内中空的外转子，位于外转子内部中空的定子，位于定子内部的内转子，联接外转子与前螺旋桨传动轴的外转子传动轴，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第一绕组，外侧设置用于控制外转子旋转的第二绕组；所述内转子与后螺旋桨传动轴联接；所述定子与电机壳体通过定子固定件相联接。