一种高效船用推进系统

技术领域

本发明涉及船舶推进器技术领域，具体涉及一种高效船用推进系统。

背景技术

常规的船用电动推进器通常有以下三种传动形式：第一种是采用电机1直驱螺旋桨4的方式进行驱动，如图1(1)所示，将电机1设置在水下壳体内，电机1的输出轴直接与螺旋桨4轴传动连接；第二种是将电机1设置在水下壳体内，电机1的输出轴通过具有固定减速比的齿轮减速机构3与螺旋桨4轴传动连接，如图1(2)所示；第三种则如图1(3)所示，将电机1放置在水上，电机1输出轴通过传动轴5连接水下具有固定减速比的齿轮减速机构3后再与螺旋桨4轴传动连接。

由于船用螺旋桨的常见转速范围为500rpm-2000rpm，而电动推进器使用的永磁同步电机高效运行区转速远远超过此转速，电机效率较低，因此为了解决螺旋桨在低速区效率较高和电机在高速区效率较高的矛盾问题，只能通过减速机构将电机的输出降速增扭后再传导至螺旋桨。目前船用电动推进器常用的减速机构为固定减速比机构，难以满足船用低速大扭矩、高速低扭矩等各种运行工况的使用需求。

发明内容

本发明的实施例提供了一种高效船用推进系统，以解决现有船用电动推进器的减速机构减速比固定，难以满足各种运行工况使用需求的技术问题。

本发明实施例提供的一种高效船用推进系统，包括电机、无级调速机构、具有固定减速比的齿轮减速机构以及螺旋桨；所述电机的输出轴与所述无级调速机构的输入端传动连接；所述无级调速机构的输出端通过传动轴与所述齿轮减速机构的输入端传动连接；所述齿轮减速机构的输出端与所述螺旋桨传动连接。

可选地，所述电机与所述无级调速机构封装为一体。

可选地，所述电机采用永磁同步扁线电机。

可选地，所述无级调速机构包括主动锥轮组和从动锥轮组，所述主动锥轮组和所述从动锥轮组之间绕设有用于将两者传动连接的传动带；所述主动锥轮组与所述电机的输出轴传动连接，所述从动锥轮组与所述传动轴传动连接；所述主动锥轮组和所述从动锥轮组均包括两个锥形端相对设置的锥轮，两个相对的所述锥轮被构造为能够沿轴向朝相互靠近或者相互远离的方向移动。

可选地，所述电机为正反转电机；所述齿轮减速机构包括主动锥齿轮以及与主动锥齿轮啮合传动的从动锥齿轮；所述主动锥齿轮固定套装至所述传动轴；所述从动锥齿轮固定套装至所述螺旋桨的旋转轴。

可选地，所述电机为单向电机；所述齿轮减速机构包括主动锥齿轮、正向从动锥齿轮、反向从动锥齿轮和离合器；所述主动锥齿轮固定套装至所述传动轴；所述正向从动锥齿轮和所述反向从动锥齿轮沿所述螺旋桨的轴向相对设置在所述主动锥齿轮的两侧，并分别与所述主动锥齿轮啮合传动；所述离合器与所述螺旋桨的旋转轴传动连接，并被配置为能够移动至分别与所述正向从动锥齿轮或者所述反向从动锥齿轮啮合传动。

可选地，所述电机和所述无级调速机构设置在水上，所述齿轮减速机构设置在一水下壳体内。

本发明实施例具有如下有益效果：在电机和螺旋桨之间设置无级调速机构和齿轮减速机构，通过无级调速机构和齿轮减速机构配合实现减速比的可调节，可以在保持电机高效运行的同时满足船用推进系统低速大扭矩、高速低扭矩等各种运行工况的使用需求，大大提高了推进系统的电机效率和推进效率，从而节省电能，增加续航里程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为现有电动推进器的三种常见结构示意图；

图2为本发明实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例中无级调速机构的调速原理示意图；

图4为本发明实施例中齿轮减速机构的两种结构示意图；

图5为电机工作效率区间对比图；

图中数字表示：

1、电机；2、无级调速机构；21、主动锥轮组；22、从动锥轮组；23、传动带；3、齿轮减速机构；31、主动锥齿轮；32、从动锥齿轮；33、正向从动锥齿轮；34、反向从动锥齿轮；35、离合器；4、螺旋桨；5、传动轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2所示，本发明的实施例提供了一种高效船用推进系统，该推进系统主要包括电机1、无级调速机构2、具有固定减速比的齿轮减速机构3以及螺旋桨4；其中，电机1的输出轴与无级调速机构2的输入端传动连接，无级调速机构2的输出端通过传动轴5与齿轮减速机构3的输入端传动连接，齿轮减速机构3的输出端则与螺旋桨4传动连接。无级调速机构2能够对电机1输出的转速进行无级调速，并将调节后的转速传递至齿轮减速机构3，经齿轮减速机构3降速增扭后再传递至螺旋桨4，从而在保持电机1高效运行的同时使推进系统能够满足低速大扭矩、高速低扭矩等各种运行工况的使用需求。

为了避免增大推进系统水下壳体的直径，导致整机水阻增大，本发明实施例将电机1和无级调速机构2设置在水上，仅将齿轮减速机构3设置在水下壳体内。电机1与无级调速机构2最好封装为一体，以节省布置空间，并减轻整体重量。

优选的，本发明实施例中的电机1采用永磁同步扁线电机，永磁同步扁线电机的效率比传统电机高5％左右，配合无级调速机构2和齿轮减速机构3驱动螺旋桨4转动，能够实现推进系统的高效推进。当然，本发明实施例中的电机1也可采用BLDC、PMSM等其它电机形式，本发明实施例不做过多限定。

作为一种可选的实施方式，如图3所示，本发明实施例中的无级调速机构2包括主动锥轮组21和从动锥轮组22，主动锥轮组21与电机1的输出轴传动连接，从动锥轮组22与传动轴5传动连接，主动锥轮组21和从动锥轮组22之间绕设有用于将两者传动连接的传动带23。主动锥轮组21和从动锥轮组22均包括两个锥形端相对设置的锥轮，两个相对的锥轮被构造为能够在动力装置等外力驱动下沿轴向朝相互靠近或者相互远离的方向移动(具体可参考公开号为CN206466115U、CN116498722A等现有技术)，可通过改变两个锥轮的锥间间隙来调节主动锥轮组21的工作半径R1及从动锥轮组22的工作半径R2，以此实现无级调速机构2减速比的连续改变(无级调速机构2的减速比i

当本发明实施例中的电机1为正反转电机时，齿轮减速机构3可以参考图4(1)所示，该齿轮减速机构3包括主动锥齿轮31和从动锥齿轮32，主动锥齿轮31固定套装至传动轴5，从动锥齿轮32固定套装至螺旋桨4的旋转轴并与主动锥齿轮31啮合传动。该齿轮减速机构3一方面能够改变传动方向，另一方面也能够进一步降低螺旋桨4的转速，增大扭矩；电机1正转或反转即可通过无级调速机构2和齿轮减速机构3驱动螺旋桨4正转或反转，从而为船只提供正向或反向推力。

当本发明实施例中的电机1为单向电机时，齿轮减速机构3可以参考图4(2)所示，该齿轮减速机构3包括主动锥齿轮31、正向从动锥齿轮33、反向从动锥齿轮34和离合器35；其中，主动锥齿轮31固定套装至传动轴5，正向从动锥齿轮33和反向从动锥齿轮34沿螺旋桨4的轴向相对设置在主动锥齿轮31的两侧，并分别与主动锥齿轮31啮合传动；离合器35与螺旋桨4的旋转轴传动连接，离合器35被配置为能够移动至分别与正向从动锥齿轮33或者反向从动锥齿轮34啮合传动，从而驱动螺旋桨4正转或反转，以实现螺旋桨4推进的正反向切换。齿轮减速机构3的减速比i

通过图5所示的电机工作效率区间对比可以看出，采用电机1直驱螺旋桨4的方式进行推进时，为了匹配螺旋桨4的转速要求，电机转速和螺旋桨转速均为N1，电机1在低效率区间运行；而采用本发明实施例所提供的推进系统进行推进时，螺旋桨转速N1与电机1直驱时相同，电机转速则可以提升至N2，使电机1能够在高效率区间运行，此时，推进系统的总减速比i＝i

此外，该推进系统还可以增大扭矩，扭矩的增大倍率为1/i。在推进系统推动船只启动时需要使用低速大扭矩工况，此时可以提高无级调速机构2的减速比，让电机1在高速、高效区间运行，并输出低速、大扭矩作用在螺旋桨4上，为船只启动提供最大推力。船只启动后，螺旋桨4需要在高速低扭矩下运行，此时可减小无级调速机构2的减速比，让电机1依然在高速、高效区间运行，并输出高速、低扭矩至螺旋桨4，以达到最大船速。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的范围。