摆线型舰船推进系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本技术大体涉及摆线型舰船推进系统。在一些实施例中，本技术更特定地涉及包括多个电动马达的摆线型舰船推进系统，该电动马达用于单独地控制多个相应摆线型叶片中的各个。
【背景技术】
[0002]摆线型驱动推进器系统是允许高机动性的专用舰船推进系统。该系统允许船舶推力改变到按照命令的方向和量级。
[0003]摆线型驱动推进器系统广泛地用在较低速度下的位置保持和机动性对于其而言是中心功能的船舶(例如拖船、渡船、以及近海支持运载工具)中。常规类型的摆线型驱动推进器系统是福伊特-施奈德推进器(VSP:Voith-Schneider propeller)系统。
[0004]常规摆线型推进器系统使用重载驱动发动机(例如，柴油马达驱动)。驱动提供用于中间结构的相对复杂集合的输入功率和力矩，从而导致复杂的机械齿轮箱和十字头布置。
[0005]常规系统的驱动发动机还借助于一系列的相对中间结构和主、竖直的系统轴连接至机械齿轮箱和滑块布置。中间结构包括例如联接件(例如，可位移联接件)、中间驱动轴(例如，万向轴)、和具有或不具有一个或更多个离合器的减速齿轮。
[0006]在船舶移动，并且尤其在高船舶速度操作期间，摆线型驱动的竖直推进器叶片在水中产生非期望的高拖力。该拖力在某些条件下尤其高，例如，在高功率下的船舶的连续运行期间。拖力减缓了运载工具，从而限制速度且因而限制船舶效率。该拖力还降低了燃料经济性，从而需要更多的功率和因而的燃料来克服拖力。
[0007]由于描述的相对复杂的中间结构、机械齿轮箱、和十字头布置，故触发输入(例如响应于拉动手柄的船长而传输的信号)之间的响应时间(和期望的响应)也非期望地高。复杂的机械驱动也是有噪声的，并且引起由不平衡的力和联接导致的不需要的振动。
【发明内容】
[0008]鉴于前面提及的不足，需要显著地降低拖力的摆线型舰船推进系统，该拖力在高船舶速度操作期间在系统的竖直推进器叶片处形成。
[0009]本技术在各种实施例中实现该目的和其他目的。在一个实施例中，系统包括多个电驱动，它们连接至相应的摆线型推进器叶片，以用于选择地控制相应叶片。各电驱动允许其连接至的叶片的位置和移动的复杂且精密的控制。
[0010]各叶片可与其他叶片中的各个的移动无关地，并且与竖直主组件的旋转位置无关地移动。这两种无关性是与常规机械驱动系统相比的区别。
[0011]各叶片可以以多种方式中的任一种移动，来降低拖力并实现其他期望的功能，例如产生、增大、和/或重新定向推力。
[0012]可选择性地重新定位或移动各叶片的一种方式是通过使叶片绕主、纵向(沿主长度延伸、通常为叶片的大体竖直的-图1中的参考轴线117)旋转。
[0013]在构思的实施例中，各叶片还可为倾斜、或偏斜的，由此改变叶片轴线(例如，轴线117)的角度。在下面更多地描述了该实施例。
[0014]在又一构思的实施例中，所有叶片轴线可朝向或远离主系统轴线(例如，图1的轴线107)移动。并且各叶片可以多于一种方式同时移动，例如在绕其叶片轴线旋转时倾斜，并且两者均在叶片与其他叶片一起绕主系统轴线移动的同时。在下面也更多地描述了这些方面。
[0015]除了提供降低拖力和(在一些情况下)增大推力的提高的能力，本技术的单独叶片控制改善了在由输入信号(例如，来自控制器或船舶船长的输入信号)导致的期望的叶片动作(例如，定位或运动)之间的响应时间，以提高速度和/或在低拖力或节能模式下操作，并且还可降低噪声(例如，水下、或传递至空气的水下和噪声)和振动(例如，水下和进入船舶中的)。
[0016]在一些实施例中，通过直接电驱动而进一步促进了效率以及精密控制。电驱动直接联结至主系统轴线轴，并且因而连接至保持推进器叶片的盘或板。直接电驱动还促进了输入与所得的推进器动作之间的快速响应时间。
[0017]—种摆线型舰船推进系统，包括:叶片安装盘；多个推进器叶片，其各自具有相应的主叶片轴线并且以如下方式连接至所述盘:允许所述叶片与所述推进器叶片中的其他每一个的任何绕轴线旋转无关地绕其主叶片轴线旋转；多个电动促动器，各促动器连接至所述推进器叶片中的相应一个；和控制器，其选择地与所述电动促动器中的各个通信，以用于控制所述促动器中的各个。
[0018]优选地，所述控制器包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令包括控制映射，其当由所述控制器的处理器执行时，导致所述处理器根据所述控制映射来分开地控制所述电动促动器中的各个。
[0019]优选地，还包括:主竖直轴线驱动轴，其连接至较低的盘；和主轴线驱动，其连接至所述驱动轴以用于转动所述轴，并且因而转动所述较低的盘；其中，包括所述控制映射的所述计算机可执行指令当由所述处理器执行时，导致所述处理器根据所述控制映射来控制所述主轴线驱动的操作。
[0020]优选地，还包括:主竖直轴线驱动轴，其连接至较低的盘；和主轴线驱动，其连接至所述驱动轴以用于转动所述轴，并且因而转动所述较低的盘；其中，所述主轴线驱动包括电动马达，所述电动马达直接连接至所述主竖直轴线驱动轴。
[0021]优选地，还包括:主竖直轴线驱动轴，其连接至较低的盘；和主轴线驱动，其连接至所述驱动轴以用于转动所述轴，并且因而转动所述较低的盘；其中，所述控制器与所述主轴线驱动通信，以用于根据所述控制映射来控制所述驱动。
[0022]优选地，所述多个推进器叶片中的各个以如下方式连接至所述盘:允许所述叶片与所述推进器叶片中的其他每一个的任何倾斜无关地倾斜。
[0023]优选地，所述控制器包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令包括控制映射，其当由所述控制器的处理器执行时，导致所述处理器根据所述控制映射来分开地控制所述电动促动器中的各个，以独立地控制叶片倾斜。
[0024]优选地，所述控制映射包括代码，所述代码当由所述处理器执行时，基于从由下列组成的集合中选择的至少一个数据输入来产生在分开地控制所述电动促动器中的各个中使用的输出:叶片上传感器数据；叶片附近角度传感器数据；主组件角度传感器数据；当前系统功率数据；可获得系统功率数据；当前船舶速度数据；请求船舶速度数据；风速数据；环境水温数据；当前船舶航向数据；请求船舶航向数据；当前船舶位置数据；请求船舶位置数据；水深数据；水流数据；船舶类型数据；推进规划数据；船舶船长命令；和控制器自动生成的命令。
[0025]优选地，还包括:主竖直轴线驱动轴，其连接至较低的盘；其中，所述多个推进器叶片中的各个以如下方式连接至所述盘:允许所述叶片与所述主竖直轴线驱动轴的任何绕轴线旋转、无旋转、和位置无关地绕其主叶片轴线旋转。
[0026]一种用于控制在舰船船舶中使用的摆线型机器推进系统的方法，包括:通过控制器的处理器获得船舶动态命令；通过所述处理器访问控制映射；通过所述处理器获得指示与所述船舶相关的至少一个当前条件的输入数据；使用所述船舶动态命令、所述控制映射、和所述输入数据来确定用于独立地控制多个摆线型推进器叶片中的各个的不同叶片控制命令；和
对多个促动器传输所述叶片控制命令，所述多个促动器连接至所述摆线型推进器叶片中的相应叶片。
[0027]优选地，所述促动器中的各个包括电动马达。
[0028]优选地，所述船舶动态命令指示请求，以停止所述船舶、维持所述船舶的当前运动特性、或者维持所述船舶的当前无运动特性。
[0029]优选地，所述船舶动态命令是之前的船舶动态命令；并且所述方法还包括确定是否存在新的船舶动态命令，并且如果存在则按照所述新的船舶动态命令起作用。
[0030]优选地，还包括:使用所述船舶动态命令、所述控制映射、和输入数据来确定用于控制所述系统的主轴线驱动的主轴线驱动控制命令；和对所述主轴线驱动传输所述主轴线驱动控制命令。
[0031]优选地，所述叶片控制命令请求从由下列组成的集合中选择的至少一个改变:相应叶片的位置的改变；绕叶片轴线的叶片旋转的改变；和叶片的倾斜。
[0032]优选地，所述船舶包括主竖直轴线驱动轴；所述多个推进器叶片中的各个以如下方式连接至盘:允许所述叶片与所述主竖直轴线驱动轴的任何绕轴线旋转、无旋转、和位置无关地绕其主叶片轴线旋转；和使用所述船舶动态命令、所述控制映射、和所述输入数据来确定用于独立地控制多个摆线型推进器叶片中的各个的不同叶片控制命令包括基于主驱动轴的绕轴线旋转移动、无移动、和位置来确定用于控制所述叶片的叶片控制命令，其中，各叶片不机械地限制至仅一个叶片位置。
[0033]一种用于控制在舰船船舶中使用的摆线型机器推进系统的方法，包括:通过处理器来访问控制映射；通过所述处理器获得指示与所述船舶相关的至少一个当前条件的输入数据；使用所述控制映射和所述输入数据来确定用于独立地控制多个摆线型推进器叶片中的各个的不同叶片控制命令；和对多个促动器传输所述叶片控制命令，所述多个促动器连接至所述摆线型推进器叶片中的相应叶片。
[0034]优选地，还包括:使用所述控制映射和所述输入数据来确定用于控制所述系统的主轴线驱动的主轴线驱动控制命令；和对所述主轴线驱动传输所述主轴线驱动控制命令。
[0035]优选地，所述船舶包括主竖直轴线驱动轴；所述多个推进器叶片中的各个以如下方式连接至盘:允许所述叶片与所述主竖直轴线驱动轴的任何绕轴线旋转、无旋转、和位置无关地绕其主叶片轴线旋转；和使用船舶动态命令、所述控制映射、和所述输入数据来确定用于独立地控制多个摆线型推进器叶片中的各个的不同叶片控制命令包括基于主驱动轴的绕轴线旋转移动、无移动、和位置来确定用于控制所述叶片的叶片控制命令，其中，各叶片不机械地限制至仅一个叶片位置。
[0036]优选地，所述叶片控制命令请求对绕叶片轴线的叶片旋转的改变和/或所述叶片的倾斜中的至少一者。
[0037]技术方案1:一种摆线型舰船推进系统，包括:
叶片安装盘；
多个推进器叶片，其各自具有相应的主叶片轴线并且以如下方式连接至所述盘:允许所述叶片与所述推进器叶片中的其他每一个的任何绕轴线旋转无关地绕其主叶片轴线旋转；
多个电动促动器，各促动器连接至所述推进器叶片中的相应一个；和
控制器，其选择地与所述电动促动器中的各个通信，以用于控制所述促动器中的各个。
[0038]技术方案2:根据技术方案I所述的摆线型舰船推进系统，其特征在于，所述控制器包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令包括控制映射，其当由所述控制器的处理器执行时，导致所述处理器根据所述控制映射来分开地控制所述电动促动器中的各个，其中，所述控制映射可选地包括代码，所述代码当由所述处理器执行时，基于从由下列组成的集合中选择的至少一个数据输入来产生在分开地控制所述电动促动器中的各个中使用的输出:
叶片上传感器数据；
叶片附近角度传感器数据；
主组件角度传感器数据；
当前系统功率数据；
可获得系统功率数据；
当前船舶速度数据；