用于水上交通工具的驱动级联的制作方法

用于水上交通工具的驱动级联的制作方法
【专利摘要】本发明总的来说涉及一种用于驱动系统的驱动方法，其提出用于驱动系统的驱动方法具有以下方法步骤：根据第一运行状态通过借助第一交流电压运行驱动系统的至少一个、与至少一个驱动推进器2相连的驱动马达5在第一可预设的推进器转数以下运行驱动系统的至少一个驱动推进器2，其中，根据第一运行状态，至少一个逆变器22提供第一交流电压，根据第二运行状态通过借助第二交流电压运行至少一个驱动马达5在第一可预设的推进器转数以上运行所述至少一个驱动推进器2，其中，根据第二运行状态，第一内燃机3驱动产生第二交流电压的第一发电机4。为了能够在连续推进中在避免骤然的推进变化的情况下使水上交通工具从静止达到最大速度并且反向地运动同时经济地运行各个驱动组件而提出，在从第一过渡到第二运行状态或反向进行时，首先以这样的转数运行第一内燃机3，即，至少一个驱动推进器2以第一可预设的推进器转数运行，并且借助于至少一个逆变器使第一交流电压与第二交流电压同步。
【专利说明】用于水上交通工具的驱动级联

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于驱动系统的驱动方法，包括以下方法步骤:
[0002]-根据第一运行状态通过借助第一交流电压运行驱动系统的、与至少一个驱动推进器相连的至少一个驱动马达，在第一可预设的推进器转数以下运行驱动系统的所述至少一个驱动推进器，
[0003]-其中，根据第一运行状态，至少一个逆变器提供第一交流电压，
[0004]-根据第二运行状态通过借助第二交流电压运行至少一个驱动马达，在第一可预设的推进器转数以上运行所述至少一个驱动推进器，
[0005]-其中，根据第二运行状态，第一内燃机驱动产生第二交流电压的第一发动机。
[0006]此外，本发明还涉及一种控制器和一种具有至少一个驱动系统的机器。本发明最后还涉及一种计算机程序模块和一种计算机程序产品。

【背景技术】
[0007]船只的驱动系统由于它们的牵引范围必须针对多种速度或速度范围设计并优化，对于这些船只而言，迄今使用的是所谓的全电动的或者混合动力驱动系统。这些驱动系统通常由至少两个相互独立工作的驱动马达构成。它们通常经由功率传递设备驱动船只推进设备。
[0008]这些功率传递设备例如可以包括以下组件:具有配属的轴承和压力轴承的轴装置、在驱动马达和轴装置之间的联轴器以及在驱动马达和轴装置之间的减速变速器。船只推进设备特别可以包括固定推进器或调节推进设备。
[0009]在公知的现有技术中，用在全电动或混合动力驱动系统中的电力牵弓丨马达通常由驱动电网提供恒定的电压和频率。为了调节电力牵引马达的转数，这些马达经由变流器供电，该变流器将固定电压和频率转换为具有可变频率的可变电压，其频率和电压分别落在几乎为零和最大电压或最大频率之间。这里的逻辑后果是，必须通过相应的变流器和变压器来提供全部的驱动功率。然而，变流器和变压器具有很大的重量和体积，结果就是，例如像“轻量级船只”这样的重量关键的船只类型迄今都无法装备这种驱动系统。
[0010]作为代替可以设计一种船只装备系统，它包括至少一个在驱动电网中的发电机，并且经由至少一个电动转轴驱动船只，其中，所述电动转轴与船只推动设备相连，并且包含至少一个牵引马达。在此，驱动电网要理解成提供船只的驱动功率的电网。优选地，为此使用两个或多个发电机，它们也被称为驱动电网发电机，并且例如由柴油总成或燃气涡轮机驱动。牵引马达例如包括喷嘴和推进器。电动转轴要理解为发电机与驱动马达的固定的电耦合，其是这样的，即，发电机的旋转运动引发电驱动马达相应的旋转运动。利用这样一种电动转轴就模仿了机械转轴的功能。驱动电网的发电机可以电连接，并且在极数和电压方面与这一个或这些牵引马达协调一致。
[0011 ] 这些发电机不仅可以相互之间而且还可以与牵引马达相连，前提是，相应的电压和频率要同步。此外，在驱动电网上连接着具有至少一个变流器的变压器，该变流器不仅可以连接到船载电网上，还可以连接到推进器马达上，其中，船载电网是船只的保留的电网，它例如为照明、导航和控制仪器和类似物提供电功率。因为船载电网通常也具备自身的能量产生体系，优选地用于紧急运行和港口运行，并且例如由混合燃料燃烧总成和连接着的发电机馈电，所以额外地还能够也由船载电网为牵引马达供电，直至牵引马达达到某个特定的转数。为此可以使用船载电网逆变器或另一个逆变器，逆变器将具有恒定频率和恒定振幅的交流电压的船载电网电压整流成用于运行牵引马达的、频率可变并且振幅可变的交流电压。该逆变器也称为触发变流器或起动变流器，并且原则上也可以反过来运行，从而将驱动电网的可变的交流电压转换成船载电网电压。
[0012]由船载电网为牵引马达供电是有必要的，因为电动转轴由于内燃机的空转转数在某个特定的频率下无法运行。这样一来，借助仅仅由电动转轴馈电的驱动系统就不能在其从静止直至内燃机空转转数的转数上无极地运行所述推进设备。结果就导致，空转转数时的转矩在接入电动转轴的情况下作用于船只推进器，并且因此对于缓慢的行驶来说，船只速度或船只的可操控性是令人不满的，例如在港口运行和操控时。此外值得追求的是，使转矩不中断地作用于船只推进器，这与空转转数时转数不断增高或下降时的切换时间点有关。
[0013]由W02011092330A2中公知这样一种先前描述的可作为代替的船只设备系统，其中，设计了多个电力驱动转轴以及通过电动转轴或通过船载电网为驱动马达供电。
[0014]在某个运行状态下，可以通过至少一个包括各一个内燃机和一个发电机的电动转轴驱动船只的驱动推进器，其中，内燃机因此以及驱动推进器的驱动件在这个运行状态下具有最低转数。在另一种运行状态下，其中，推进器转数比这个最低转数更小，就可以通过特别是频率更低的交流电压的船载电网为驱动推进器供电。这就使得即使在希望船只速度很慢时也可以使用固定推进器。


【发明内容】

[0015]本发明的基本目的在于，能够在连续推进中在避免骤然的推进变化的情况下使水上交通工具从静止达到最大速度并且反向地运动，同时能够经济地运行各个驱动组件。
[0016]在一种开头所述类型的驱动方法中，该目的由此实现，S卩，在从第一运行状态过渡到第二运行状态或反向进行时，首先以这样的转数运行第一内燃机，即，所述至少一个驱动推进器以第一可预设的推进器转数运行，并且所述至少一个逆变器使第一交流电压与第二交流电压同步。
[0017]该目的还通过根据权利要求6所述的控制器、根据权利要求7所述的水上交通工具、根据权利要求8所述的计算机程序模块和根据权利要求9所述的计算机程序产品得以实现。
[0018]多个特别是针对不同的速度范围的运行状态的存在情况以及在这些运行状态之间过渡在这里被称为驱动级联，因为针对相应的速度范围以不同的方式提供驱动功率。
[0019]第一和第二运行状态的用于驱动的交流电压的同步使得能够在从第一运行状态过渡到另一个特别是在低速范围内的运行状态期间实现最佳的可操控性。通常只能通过使用调节推进器在船只驱动件中实现差不多的操控准确性，而借助根据本发明方法能够利用成本更低的、传统的固定推进器实现这种操控准确性，其中，以有利的方式同时实现额外的冗余能力。这特别是在现存的带有固定推进器的船只驱动件中很有吸引力，它们迄今为止特别是在港口停靠和启航时操控起来可能不准确，因为特别是在港口中必须在低速的情况下准确地定位。通过为这种水上交通工具加装对于根据本发明的方法需要的装置，也能够为较旧的水上交通工具或具有固定推进器的水上交通工具改良可操控性。在根据本发明的方法中特别有利的是，利用那些水上交通工具在正常情况下无论是哪种驱动系统都具备的组件，却能够实现可操控性的改良。
[0020]根据方法提出，水上交通工具在速度很低时根据第一运行状态运行，也就是说在使用至少一个逆变器的情况下运行。在此，所述至少一个逆变器可以例如从船载电网获取功率，并且借此，例如在使用变压器的情况下，提供第一交流电压，利用该第一交流电压为所述至少一个驱动推进器相连的驱动马达馈电。船载电网例如可以由混合燃料燃烧总成在使用汽车燃气(LPG)或者液化气(LNG)和相连接的船载电网发电机的情况下馈电。原则上也可以考虑的是，多个驱动马达分别驱动至少一个驱动推进器。在此有可能的是，全部的驱动功率分配到多个分别配属于一个电动转轴的驱动马达上，但是也有可能的是，在低转速范围内仅驱动一个马达。
[0021]因为所述至少一个逆变器能够提供频率可变的交流电压，所以所述至少一个驱动推进器从静止出发以很小的推进器转数运动。从静止出发，推进器转数可以连续不断地并且平缓地提升，直至达到第一可预设的推进器转数，这时以相同的方式完成推进器转数的下降。
[0022]第一可预设的推进器转数的特征尤其可以在于达到某个能够从船载电网中获取的最大功率、第一内燃机的最低转数或第一内燃机的某个任意转数。内燃机例如可以实现是柴油马达或燃气涡轮机或类似物。柴油马达或燃气涡轮机通常具有数量级为每分钟100转或1000转内的最低转数。在选择可预设的推进器转数时，有时可以还考虑到内燃机的与转数有关的效率。
[0023]原则上某个运行状态的水上交通工具的所述推进器转数并且因此速度由相应的驱动组件，例如内燃机和所属的发电机或逆变器，限定。就此而言，船载电网中可能缺少的功率也可能导致许多局限，以至于在执行该方法的这种构造方案时必须考虑到这个参数。由于燃气涡轮机的可超负荷能力，使用燃气涡轮机在最大功率方面提供许多优点，特别是在紧急情况下，此时需要特别高的功率，或者驱动系统的一些部分失灵。
[0024]为了从第一过渡到第二运行状态，首先起动第一内燃机，然后以某个转数运行，使得借此能够达到第一可预设的推进器转数。最后，所述至少一个逆变器如下地进行同步，使得第一发电机提供的第二交流电压保持不变，并且第一内燃机和第一发电机的联合体作为主机起作用。相反地，所述至少一个逆变器作为从机起作用，为此由所述至少一个逆变器使第一交流电压例如在频率、相位角和电压振幅方面在合理的容差范围内匹配于第二交流电压，直到第一发电机和所述至少一个逆变器产生同步的交流电压。然后就可以将能量供应工作轻缓地从所述至少一个逆变器过渡到第一发电机上。第二交流电压的所述变量特别是可以由逆变器的末级改变，该末级可以包括功率半导体，如下地驱控该功率半导体，使得产生理想形式的第二交流电压。
[0025]在过渡以后，可以调适船载电网的功率，例如通过关闭那些经由船载电网发电机为船载电网供应能量的船载电网马达。由此能够节约能量，并且驱动系统的各个组件几乎在它们的最佳运行状态下运行。在第一运行状态下，并且当不打算过渡到第二运行状态时，可以让第一内燃机一直关机，从而节约燃料。由于可以在第一运行状态下让内燃机保持关闭，可以实现蠕动行驶，此时的水上交通工具仅释放小量声波。为此例如可以通过蓄电池设备、燃料电池设备或者很好地封装的船载电网总成为逆变器提供能量。
[0026]此外，在实施所述方法时可以如下地考虑为了同步所需要的时间，S卩，足够早地启动内燃机，从而确保推进器转数能够连续不断地提高，即希望水上交通工具尽可能快地加速。所需要的时间例如受到驱动件的时间常数的影响，因为推进器转数发生改变的前提是一段至此可以转化为水中的推力特定的时间。此外还要考虑能量产生系统的时间常数，因为电能能够以多快的速度由所述至少一个逆变器或第一发电机输送给所述至少一个驱动马达也很重要。例如柴油马达启动持续大约30秒，燃气涡轮机启动持续大约10秒，其中，在使用燃气涡轮机时，前提是处于预热的并且预润滑的状态下。如果燃气涡轮机尚不处于该状态下，直到可以使用它之前的时间就会延长，在有些情况下延长很久。相反地，在逆变器中能够比较迅速地进行同步，通常在几秒内。特别是在紧急操控时，例如在紧急静止或者希望尽可能快地加速时，这些时间常数可以被用于及时的同步，使得及时起动第一内燃机。
[0027]在过渡到第二运行状态以后，可以在不出现骤变的情况下提高驱动系统的功率或推进器转数，为此提高第一内燃机的转数。
[0028]在从第二运行状态过渡到第一运行状态时，降低推进器转数，直至第一内燃机达到的转数最终获得第一可预设的推进器转数。那么，所述至少一个逆变器再次作为从机如下地实施同步，即，它使第一交流电压例如在频率、相位角和电压振幅方面匹配于第二交流电压。在完成调适以后，可以使能量供应轻缓地从第一发电机过渡到所述至少一个逆变器上，并且为了节约燃料，在特定情况下可以关闭第一内燃机。
[0029]所述方法例如用在客轮中，用于提高船上的旅行舒适度。此外还可以考虑用在水下交通工具中，使得能够蠕动行驶，因为可以借助所述方法减少不必要的振荡和抖动。通过所述方法能够平缓地并且连续不断地从静止开始加速，并且从特定的速度开始平缓地且连续不断地减速，在这个过程中，总是可以无极地选择推进器转数和由所述至少一个驱动推进器输出的功率。
[0030]优选地，通过一个或者多个驾驶杆以如下方式控制船只驱动系统，S卩，带有能量管理功能的控制器为每个船只速度或推进器转数选择一个最佳的运行状态。根据通过驾驶杆预定的额定值在考虑到所述方法步骤的情况下自动地通过调节及控制系统完成切换操作。最佳的运行状态在这里是指最佳的驱动方式，为此确定内燃机和驱动电网的利用内燃机驱动的发电机以及推进器马达的最佳数量，并且确定是否从逆变器和船载电网中引用额外的功率。电驱动设备在此要在最大推进器转数和最大可能的、需要输出的转矩方面匹配于船只推进设备。驱动马达能够在它的极限特征线以下在静止和最大转数之间的转数范围内无极地输出任意转数和任意转矩。在紧急操控时，提及的时间常数可以达到这些系统组件的可承受能力的极限，这特别是在使用超导的同步机时有用，超导的同步机具有比较陡直的电流-电压-特征线。
[0031]一般来说，应用到快速和轻型水上交通工具中是有利的，例如像双体船和三体船这样的高速多船体船只中，因为可以省去特别是针对中等的和较高的速度的、大且功率强的逆变器和变压器。这类逆变器和变压器通常需要比较多的构造空间，成本比较高并且比较重，所以将其省去带来经济上的优势，并且使得能够将水上交通工具设计得更轻巧更快速。只有船载电网的所述至少一个逆变器除了用在它传统的应用领域中，现在还用于驱动的目的。由此能够避免驱动船载电网总成产生能量的船载电网总成的低转数，并且可以在接近船载电网总成的最佳运行点上运行船载电网总成，这使得能量节约成为可能。
[0032]因为要借助船载电网或者通过电动转轴完成水上交通工具的驱动，所以该驱动系统具有冗余能力，即使在其中一个能量产生组件出现技术问题时，冗余能力也能够将水上交通工具保持在可操控状态。特别是在驱动系统的组件失灵的紧急情况下，这种冗余能力是巨大的优点。于是能够关闭可能存在的船载电网总成，特别是在紧急情况下或者例如在速度较快时，因为可以借助内燃机和电动转轴的发电机为船载电网供电。通过以下方式也可以实现进一步的能量节约，即，在水上交通工具减速时，所述至少一个驱动推进器驱动驱动马达，此时存在所谓的PTO运行(“power take out”)，因为驱动马达是发电机式地运行。因此获得的能量经由逆变器被输送给船载电网。然后可以减少用于为船载电网供电的船载电网总成，或者将其完全关闭。相反地，在其他的运行方式中存在所谓的PTI运行(“powertake in"),也就是说驱动马达马达式地运行。
[0033]在本发明的一种有利的构造方案中提出了以下进一步的方法步骤:
[0034]-根据一种第三运行状态，通过借助第三交流电压运行所述至少一个驱动马达，在第二可预设的推进器转数以上运行所述至少一个驱动推进器，第二可预设的推进器转数大于第一可预设的推进器转数，
[0035]-其中，根据第三运行状态，所述至少一个逆变器的第一交流电压与第二交流电压同步化组合地得出第三交流电压，
[0036]-其中，在从第二运行状态过渡到第三运行状态时，只有当第一交流电压通过所述至少一个逆变器与第二交流电压同步时，才借助第三交流电压运行所述至少一个驱动马达。
[0037]从第二运行状态过渡到第三运行状态使得速度更快，其中通过同步确保了真正平稳的过渡。这种同步以类似于从第一过渡到第二运行状态的方式完成，区别在于，在第三运行状态期间，用于所述至少一个驱动推进器的驱动能量不仅来自所述至少一个逆变器，还来自所述第一发电机。第三交流电压是因为在相对于第二交流电压调适第一交流电压的频率、相位角和电压振幅时两个交流电压发生重叠而形成的。
[0038]在本发明的一种可以作为代替的有利构造方案中，提出了下面这个可以作为代替的方法步骤:
[0039]-根据第四运行状态通过借助第四交流电压运行所述至少一个驱动马达，在第三可预设的推进器转数以上运行所述至少一个驱动推进器，第三可预设的推进器转数大于第一可预设的推进器转数，
[0040]-其中，根据第四运行状态，至少一个另外的内燃机至少分别驱动一个另外的发电机，该发电机至少每次产生一个另外的交流电压，该交流电压在与第二交流电压同步地组合时得出第四交流电压，
[0041]-其中，在从第二过渡到第四运行状态时，所述至少一个另外的发电机的相应的磁极转子角与第一发电机的第一磁极转子角同步。
[0042]因为每个电动转轴都可以设计得功率很强，特别是与在船载电网中可提供的功率相比，所以具有多个内燃机和分别相连的发电机的驱动系统使得能够达到比较高的速度。由于可能达到高速并且还因为能够舒适地、真正平稳地输入较大的驱动功率，这种实施方式特别是对于快速的水上交通工具很有吸引力，特别是客船或者水下交通工具。
[0043]根据所述方法的这种实施方式设计的是，同步各个发电机，其中，第一发电机作为主机运行。第一发电机具有一个转子，该转子的位置由磁极转子角决定。所述至少一个另外的发电机也分别具有一个具有相应的磁极转子角的转子。假设这些发电机分别具有相同的极对数，那么通过以下方式实现这些发电机的同步，即，以和第一发电机或第一内燃机一样的转数运行所述至少一个另外的发电机或所述至少一个另外的内燃机，并且额外地使发电机的各个磁极转子角和发电机的各个电压振幅协调一致。如果情况是这样的话，就可以真正平稳地接入那些其他的发电机。如果这些发电机分别具有不同的极对数，也还是能够执行所述方法，只要对于相应的发电机频率和相应的磁极转子角时考虑到这些不同的极对数。为了过渡到第四运行状态，以比较高的转数运行所述至少一个另外的内燃机。紧接着通过以下方式获得额外的驱动功率，即，通过提高内燃机输送量尝试加速至少其中一个内燃机。因此，与那个内燃机相连的发电机的磁极转子角可能会略微超过另一个发电机的磁极转子角。这样一来，那个内燃机承受额外的负担，并且为整个驱动系统提供更多的功率。当然，为了这个目的，也可以使这些内燃机尽可能同时开始运行，直到各个内燃机最终达到它们各自的功率极限。
[0044]通过减少推进器转数并且紧接着为所述至少一个驱动马达仅施加第二交流电压，实现了从第四运行状态到第二运行状态的过渡。
[0045]根据所述方法的另一种实施方式，还提出了以下方法步骤:
[0046]-根据第五运行状态通过借助第五交流电压运行所述至少一个驱动马达，在第四可预设的推进器转数以上运行所述至少一个驱动推进器，
[0047]-其中，根据第五运行状态，所述至少一个逆变器的第一交流电压与第四交流电压同步化组合地得出第五交流电压，
[0048]-其中，在从第四运行状态过渡到第五运行状态时，只有当第一交流电压通过所述至少一个逆变器与第三交流电压同步以后，才借助第五交流电压运行所述至少一个驱动马达。
[0049]通过组合第一内燃机、所述至少一个另外的内燃机和最后所述至少一个逆变器的功率，能够运行所述至少一个驱动推进器，直至达到它的最大推进器转数，使得该水上交通工具能够达到它的最大速度。通过借助作为从机运行的逆变器将第一交流电压同步化地加入第四交流电压，也能够真正平稳地从第四运行状态过渡到第五运行状态。
[0050]第五运行状态特别是可能在紧急情况下很重要，此时必须达到最高推进器转数。其中，在特定情况下能够以如下方式考虑先前提及的时间常数，即，使得能够尽快地将尽可能多的功率传递到所述至少一个驱动推进器上。
[0051]优选地能够通过以下方式从第五运行状态过渡到第四运行状态，S卩，所述至少一个逆变器连续不断地减少它的输送给所述至少一个驱动马达的功率，直到最后不再传递功率。
[0052]根据所述方法的另一种实施方式，在其中一种运行状态下运行期间，在驱动系统的、对于产生相应的交流电压所需要的部件失灵的情况下，过渡到另一种运行状态，其中，在考虑施加在所述至少一个驱动马达上的交流电压的情况下完成所述另一种运行状态的相应的交流电压的同步。
[0053]正如已经提及的那样，将驱动功率分配到多个能量产生组件上和例如多个驱动推进器和驱动马达上带来冗余能力的优点，它使得该水上交通工具即使在其中一个驱动组件发生技术问题时也被保持可操控。
[0054]在其中一个内燃机或者其中一个发动机失灵或者由于技术原因功率低下时，例如可以以同步化的方式接入一个另外的内燃机和一个由它驱动的发电机或者所述至少一个逆变器。由于提到的时间常数，通常要到失灵的内燃机或者失灵的发电机的功率消失以后才会进行连接。一旦记录了失灵，就使所述另一个内燃机开始运行或者在特定的情况下使为逆变器馈电的船载电网总成开始运行，为过渡到另一个运行状态做准备。一旦相对于接在所述至少一个驱动马达上的交流电压完成了通过驱动系统的加速部件产生的交流电压的同步，就发生过渡，当各个频率、振幅和相位角一致，就存在交流电压的同步。特别是对于必须由比较弱的船载电网总成取代功率强的内燃机的情况，可能会发生的是，能提供的驱动功率小得多。对于这种情况，特别是在船只制动阶段结束以后并且在特定情况下在驱动推进器和驱动马达的涡轮机运行结束以后才发生过渡，而且只有当逆变器能够提供足够大的、能最终引发合适的推进器转数的功率时，才完成这个过渡。然后就可以真正平稳地将功率从逆变器转移到驱动马达。
[0055]如果在第一运行状态下运行时有一个船载电网总成或逆变器失灵，在特定情况下也只是可能通过内燃机和借此驱动的发电机取代驱动系统的失灵的部件。如果推进器转数比较小，那么以有利的方式接入功率最弱的内燃机，从而能够发生尽可能轻缓的过渡。在这个过程中以如下方式考虑推进器转数，即，在特定的、可预设的推进器转数以上发生同步化的过渡。在特定的、可预设的推进器转数以下时，例如必须实现特别地开启过渡，因为由于内燃机的最低转数，在使用内燃机和借此驱动的发电机作为主机的情况下只能发生比较骤然的过渡。
[0056]此外，对于发电机和/或驱动马达可以使用高温超导(HTSL)绕组。这有以下优点，即，驱动系统具有较高的功率密度。因此在构造空间相同的情况下能够实现更高的功率，或者在功率相同的情况下需要更少的构造空间。此外，使用HTSL机器提供了以下优点，S卩，可以减少电驱动系统中的高次谐波。
[0057]超导绕组可以是定子绕组或者是发电机的自转式的定子绕组。此外，具有超导绕组的发电机通常在转子和定子之间具有相比没有超导绕组的传统发电机大得多的磁空隙。原因首先在于，通过真空低温恒温器或者类似的散热装置冷却超导体，它的或它们的壁面在空隙中延伸。比较大的磁空隙使得所述发电机相比传统的发电机具有小得多的同步电抗。这就导致在电功率相同时，HTSL发电机相比传统的发电机具有明显更陡直的电流-电压-特征线。这样一来，在负载接通或负载冲击时，由发电机产生的电压不会中断，这特别是在功率要求极端的紧急情况下有利。通过以下方式能够减少电动转轴中电压和频率的波动。于是，为了稳定驱动转轴的电压和驱动马达或推进单元的转数不需要耗时耗力地调节电动转轴。

【专利附图】

【附图说明】
[0058]下面借助在图中所示的实施例更详尽地描述并阐述本发明。图中示出:
[0059]图1示出根据本发明的水上交通工具的驱动系统的第一实施例，以及
[0060]图2示出驱动级联与相对推进器转数有关的示例性的变化曲线。

【具体实施方式】
[0061]图1示出了根据本发明的水上交通工具的驱动系统的第一实施例。该驱动系统包括三个用于分别驱动一个驱动推进器2的电驱动轴11、12、13。
[0062]第一驱动轴11包括一个由第一内燃机3驱动的、转数可变的发电机4，用于产生振幅可变并且频率可变的马达电压，并且包括一个由该马达电压供电的、与驱动推进器2耦合的、转数可变的驱动马达5。
[0063]第二驱动轴12和第三驱动轴13分别包括一个其他的、分别由一个另外的内燃机6驱动的、转数可变的发电机34，用于产生振幅可变并且频率可变的马达电压，并且包括一个由该马达电压供电的、与驱动推进器2耦合的、转数可变的驱动马达5。第一内燃机3和所述另一个内燃机6例如可以分别设计为燃气涡轮机或者柴油马达。
[0064]在驱动轴11、12、13中，可以分别有一个发电机4、34和一个驱动马达5通过汇流导体7相互电连接。在此，分别通过一个开关9使得发电机4、34和驱动马达5连接到汇流导体7上。汇流导体7和开关9是开关装置8的组成部分。第一驱动轴11的汇流导体8在此可以通过导线连接14与第二驱动轴12的汇流导体7相连，并且可以通过导线连接15与第三驱动轴13的汇流导体7相连。在此，分别通过一个开关16使得导线连接14、15连接到汇流导体7上。
[0065]经由导线连接14、15和开关16，第一驱动轴11可以选择与第二和/或第三驱动轴
12、13耦合。在发电机4、34之一和内燃机3、6之一之间还可以额外地连接一个机械的传动装置。也可以考虑在其中一个驱动推进器2和其中一个驱动马达5之间这样做。此外，作为仅分别包括一个唯一的发电机4和驱动马达5的代替，驱动轴11、12、13也可以包括多个发电机和/或驱动马达。
[0066]利用由电驱动轴12、13的发电机34产生的、振幅可变并且频率可变的电压能够通过变压器21额外地分别运行一个逆变器22，该逆变器分别将这个可变的电压转换成用于某个子船载电网20的振幅恒定并且频率恒定的电压。由这个子船载电网20为船只的未详尽示出的低压消耗件(例如导航及控制仪、扩音设备、照明装置)供电。该子船载电压20通常在额定频率为50Hz的情况下具有400V的额定电压，或者在额定频率为60Hz的情况下具有440V的额定电压。这两个子船载电网20能够通过开关23相互耦合，使得即使在所述两个驱动轴12、13的其中一个失灵或断开的情况下，也能够为两个子船载电网20供电。
[0067]分别有一个由船载电网总成24驱动的附加的港口发电机25，优选地经由未详尽示出的、接在后方的逆变器，用于在电动转轴12、13断开时为分别一个子船载电网20或者相互耦合的子船载电网20供应振幅恒定并且频率恒定的电压。例如当船只位于港口并且不需要驱动功率时，或者为了驱动而需要发电机4、34的全部功率时，就是这种情况。作为补充或者作为代替，可以代替港口发电机25，还由蓄电池或者由燃料电池或者蓄电池设备为这些子船载电网20馈电。还有可能的是，将全部的驱动功率分配到所述三个电动转轴
11、12、13的三个驱动马达5上。
[0068]在第一运行状态下，开关26闭合，并且驱动功率可以由船载电网总成24经由逆变器22并且分别经由一个变压器21传输给汇流导体7。在适当的连接中，可以利用这个功率驱动第一电动转轴11的驱动马达5。
[0069]在第二运行状态下，不再经由逆变器22为第一电动转轴11的驱动马达5供电，而是经由第一内燃机3和与之耦合的发电机4。为此闭合第一电动转轴11的开关9，并且例如断开导线连接14和15。
[0070]导线连接14和15在第三运行状态下是闭合的，使得逆变器22能够向第一电动转轴11的驱动马达5传输功率。额外地，正如在第二运行状态中那样，第一电动转轴是主动的，使得第一内燃机3和耦合连接的发电机4也为驱动马达5供电。通过以下方式使其成为可能，即，逆变器22作为从机起作用，并且它的输出交流电压适应发电机5的交流电压。
[0071]在第四运行状态下，导线连接14和15闭合，开关26却打开。因此，逆变器22不为驱动功率做贡献。两个电驱动轴12和13的开关9是闭合的，使得其他的内燃机6能够经由发电机34将驱动功率借助汇流导体7传输给第一电动转轴11的驱动马达5。由此使得能够在高转矩的同时有高的推进器转数。
[0072]对于第五运行状态，从第四运行状态出发，开关26仍然闭合，使得逆变器22也将电功率传输给汇流导体7。
[0073]图2示出了驱动级联与相对推进器转数有关的示例性的变化曲线。在推进器转数提高时，为此需要的、与转数有关的推进器功率10连续不断地提升，此时，不仅推进器转数还有推进器功率与每个最大的变量相关联。于是，在最大推进器转数为100%时，推进器功率也最大，并且达到值100%，其中，参照的是在持久运行时的最大变量。然而特别是通过燃气涡轮机也可以考虑以超过100%的状态短暂地运行，这所基于的是它的超负荷运行能力，并且可以在紧急操控时使用。
[0074]驱动级联就是:对于小于40%的推进器转数，仅使用逆变器的比较小的、可提供的功率17，该逆变器能够提供直至20%的最大推进器功率。功率更强的驱动单元、如燃气涡轮机或大型柴油马达，可以保持关机，使得相应的组件可以几乎在最佳的运行点运行，并且可以节约能量。
[0075]对于在45%到70%的最大推进器转数范围内的中等推进器转数，由例如可以包括燃气涡轮机的第一电动转轴提供可提供的功率18。然后就可以关闭逆变器，或者完全根据船载电网的需要运行，这是因为第一电动转轴本身就可以提供直至50%的最大推进器功率。相应地，逆变器的可提供的功率17在中等推进器转数下可以降为零。
[0076]最后，多个电动转轴用于从65%起的最大推进器转数的高推进器转数。电动转轴可提供的功率19足以能够实现最大的推进器转数。
[0077]正如能够很好地看出的那样，在推进器转数提升时进行切换期间，为了考虑已经提及的时间常数，足够早地启动所述第一或者所述多个电动转轴。在推进器转数减少时，也会进行及时的同步，例如为此由逆变器及时地提升它可提供的功率17。因此留下足够的时间用于驱动功率和交流电压的同步，这使得真正平稳的、连续不断的加速或减速过程成为可能。这在以低速进行操控期间是有利的。
[0078]除了所示驱动级联，还可以实现更多的分级，为此向电动转轴连接所述逆变器，从而能够达到更大的中等推进器转数。此外，逆变器还可以连接所述多个电动转轴，从而达到驱动系统的更大的最大功率。这特别是在需要尽可能迅速地加速或减速的紧急情况下可以提供许多大的优势。
[0079]总而言之，本发明涉及一种用于驱动系统的驱动方法，该驱动系统提出
[0080]-根据第一运行状态在第一可预设的推进器转数以下运行驱动系统的至少一个驱动推进器，为此借助第一交流电压运行驱动系统的至少一个、与所述至少一个驱动推进器相连的驱动马达，其中，根据第一运行状态，至少一个逆变器提供第一交流电压，
[0081]-根据第二运行状态在第一可预设的推进器转数以上运行所述至少一个驱动推进器，为此借助第二交流电压运行所述至少一个驱动马达，其中，根据第二运行状态由第一内燃机驱动产生第二交流电压的第一发电机。
[0082]为了能够在连续不断地推进时，在避免骤然的推进变化的情况下，在经济地运行各个驱动组件的同时，使水上交通工具从静止达到最大速度并且反向地运动，提出的是，在从第一过渡到第二运行状态并且反之亦然时，首先以如下转数运行第一内燃机，即，利用第一可预设的推进器转数运行所述至少一个驱动推进器，并且通过所述至少一个逆变器使第一交流电压与第二交流电压同步。
【权利要求】
1.一种用于驱动系统的驱动方法，具有以下方法步骤: -根据第一运行状态通过借助第一交流电压运行所述驱动系统的、与至少一个驱动推进器(2)相连的至少一个驱动马达(5)，在第一能预设的推进器转数以下运行所述驱动系统的所述至少一个驱动推进器(2)， -其中，根据所述第一运行状态，至少一个逆变器(22)提供第一交流电压， -根据第二运行状态通过借助第二交流电压运行所述至少一个驱动马达(5)，在所述第一能预设的推进器转数以上运行所述至少一个驱动推进器(2)， -其中，根据所述第二运行状态，第一内燃机(3)驱动产生所述第二交流电压的第一发电机⑷， 其特征在于， -在从所述第一运行状态过渡到所述第二运行状态或反向进行时，首先以如下的转数运行所述第一内燃机(3)，S卩，所述至少一个驱动推进器(2)以所述第一能预定的推进器转数运行，并且所述至少一个逆变器(22)使所述第一交流电压与所述第二交流电压同步。
2.根据权利要求1所述的驱动方法，具有以下进一步的方法步骤: -根据第三运行状态通过借助第三交流电压运行所述至少一个驱动马达(5)，在第二能预设的推进器转数以上运行所述至少一个驱动推进器(2)，所述第二能预设的推进器转数大于所述第一能预设的推进器转数， -其中，根据所述第三运行状态，所述至少一个逆变器(22)的所述第一交流电压与所述第二交流电压同步化组合地得出所述第三交流电压， -其中，在从所述第二运行状态过渡到所述第三运行状态时，只有当所述第一交流电压借助所述至少一个逆变器(22)与所述第二交流电压同步时，才借助所述第三交流电压运行所述至少一个驱动马达(5)。
3.根据权利要求1所述的驱动方法，具有以下进一步的方法步骤: -根据第四运行状态通过借助第四交流电压运行所述至少一个驱动马达(5)，在第三能预设的推进器转数以上运行所述至少一个驱动推进器(2)，所述第三能预设的推进器转数大于所述第一能预设的推进器转数， -其中，根据所述第四运行状态，至少一个另外的内燃机(6)至少分别驱动一个另外的发电机(34)，所述另外的发电机产生各一个另外的交流电压，所述另外的交流电压在与所述第二交流电压同步地组合时得出所述第四交流电压， -其中，在从所述第二运行状态过渡到所述第四运行状态时，至少一个所述另外的发电机(34)的相应的磁极转子角与所述第一发电机(4)的第一磁极转子角同步。
4.根据权利要求3所述的驱动方法，具有以下进一步的方法步骤: -根据第五运行状态通过借助第五交流电压运行所述至少一个驱动马达(5)，在所述第四能预设的推进器转数以上运行所述至少一个驱动推进器(2)， -其中，根据所述第五运行状态，所述至少一个逆变器(22)的所述第一交流电压与所述第四交流电压同步化组合地得出所述第五交流电压， -其中，在从所述第四运行状态过渡到所述第五运行状态时，只有当所述第一交流电压借助所述至少一个逆变器(22)与所述第三交流电压同步以后，才借助所述第五交流电压运行所述至少一个驱动马达(5)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的驱动方法，其中，在这些运行状态中的一种运行状态下运行期间，在所述驱动系统的、对于产生相应的交流电压所需要的部件失灵的情况下，过渡到另一种运行状态，其中，在考虑施加在所述至少一个驱动马达上的交流电压的情况下完成所述另一种运行状态的相应的交流电压的同步。
6.一种用于具有至少一个驱动系统的水上交通工具的控制器，其中，所述控制器具有用于执行根据权利要求1-5中任一项所述的方法的装置。
7.—种水上交通工具，具有 -至少一个驱动系统， -根据权利要求6构造而成的控制器。
8.一种计算机程序模块，用于在根据权利要求7所述的控制器中执行根据权利要求1-5中任一项所述的方法。
9.计算机程序产品，在上述计算机程序产品上存储有根据权利要求8所述的计算机程序模块。
【文档编号】B60L11/08GK104159819SQ201380013509
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年3月7日 优先权日:2012年3月12日
【发明者】赖纳·哈尔蒂希, 迪克·施罗德, 凯·蒂格斯, 米歇尔·维齐斯克 申请人:西门子公司