专利名称：电动360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机动船、艇动力推进装置，特别涉及一种电动360°全回转舷内外(双机)同步运行最佳推进和操纵效应并采用能大量节省功率(节省油耗)世界先进的对转桨技术船舶推进装置。
1.对转桨节油原理是前桨喇叭状水花旋转损失的能量被后桨吸收变成水平直线状产生更大能量，使总推力大大高于单桨。本发明是在多条不同类型船舶安装对转桨先后长达十年的测试及航行实践基础上，证明其节能值提高10 12%，航速和推进效率提高 10%左右。
2.本发明另一核心技术是对转桨在平面内实现360°全回转，采用带编码器的专用电机、减速机和减速齿轮完成，从而使船舶原地回转，调头灵活，船舶航行在任意方向都能达到最大推力，最佳节能值。最重要是船舶倒车采用对转桨在平面内旋转180°开顺车来实现，其倒车速度比传统单桨倒转快1. 6倍左右，使航行更安全。
3.推进装置主动力采用交流永磁变频调速或直流永磁无刷调速电机，因电机能正反转，故与柴油机作主机的推进装置相比由于省去离合器，结构更简单，外形尺寸小，重量轻，噪声低，工作平稳，节能值略高。
4.整个推进装置上固定支架结构上作了重大改进，比以往任何产品更新颖、紧凑、 拆装方便、可靠。其推进力及振动由原来支架承受改由船体承受，特别是当对转桨受外力撞击时其撞击力也由船体承受，可有效地保护推进装置免受损伤。
5.为减少阻力、操舵扭矩、减轻重量，对下箱体线形及内在零部件作了重大改进， 首先是下箱体呈流线型，上部为机翼型，表面光洁，清楚，美观，平滑，边缘整齐，其次是采用优质材料，不仅重量轻，而且耐蚀，耐磨，强度高。并采用GGB高品质轴承替代传统轴承。
6.本发明最重要的核心技术是当一条船安装2台推进装置时可以达到两台机 360°回转角度同步电子全程操控，无论是船舶开航、转弯、调头、离靠码头、倒车都可实现方便，快捷，安全可靠的操纵模式，它不仅是机械上的突破，更是电子编码，编程上的重大突破，也是船舶安全航行的重大突破，因为它采用机电一体化技术使整个项目达到最先进的水平。
7.本发明的对转桨除了能在平面内作360°全回转外，还采用液压升降或电动升降使对转桨实现三维空间移动，并随船舶吃水的变化自动调整桨叶高度，使对转桨发挥最佳效率，这是本发明突出的核心技术。
8.本发明专利电动机的电源可以采用了混合动力，实现最优化的用电模式，例如可增设发电机组，当电池电耗完前可以不停航的补充充电或直接用机组供电使船舶安全到港，达到无碳零排放或低碳排放，符合国家能源与环保政策。
9.本发明专利结构新颖、紧凑、外形尺寸小、重量轻，安全可靠，适用中小型各类船舶、游艇。同时功率由两个螺旋桨分担，其直径比单桨减少12 16%，适合浅水航道航行。
背景技术：
传统推进装置是由机舱内的内燃机连接具有正、倒车及变速功能的齿轮箱，通过中间轴、艉轴带动单螺旋桨，不具备节能效应。从造价看，传统推进装置都有长1. 5 : 甚至更长的艉轴艉管系统，而且重量大，成本高。此外齿轮箱噪声，振动大，齿轮传递功率损失大，轴承负荷大，结构复杂。更主要是传统技术的齿轮箱难以实现对转桨工作方式和技术要求。
本发明前申请的发明专利“360 °全回转对转桨推进装置”(专利号 ZL200410052768. X)适用于内河中小型商船、客船、工程船、渔船，该专利电力推进的360° 全回转机构是水平布置，故用在游艇或内河小船上因位置排列上困难，显得不够紧凑，而 2010年申请的实用新型(专利号ZL201020247439. 1)其360°全回转机构改为直立式布置比较紧凑，但固定支架外形尺寸仍较大，当船舶吃水变化时，整体结构仍欠合理、紧凑；对于安装2台机组的推进装置其360°全回转同步问题未提出解决方案及具体办法。此外下箱体线性欠佳，操舵力矩偏大，阻力较大，外观欠美观。此外，对转桨仅能在平面内作360° 全回转二维运动，未能达到上下运动即三维空间移动。发明内容
本发明“电动360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置”包括固定在船艉部的舵桨回转体，驱动桨舵回转体中的中间传动轴的第一传动链，驱动桨舵回转体中的回转部分的第二传动链，对转桨作三维移动的液压升降或电动升降机构；电动360°全回转舷内外(双机)同步运行电子操纵驱动机构及与主电动机连接的高弹性联轴器。
驱动舵桨回转体中的中间传动轴的第一传动链包括采用交流永磁变频调速或直流永磁无刷调速电机作为主动力电机，主电动机输出轴通过高弹性联轴器与桨舵回转体相连。
一与固定主电动机的圆形板底座螺接，且下部与固定套筒相连的圆锥形支架，圆锥形支架与船体壳架相连，一可旋转地安装在圆锥形支架内，其上端与以圆形板底座作旋转支承体的大圆柱齿轮螺接，而下端穿过固定套筒的旋转套筒，一固定在旋转套筒下端的流线形下箱体，其前段加长，里面为轴承壳和固定轴，前后段箱体平滑、光洁、线形好，上段为机翼型；并用优质铝合金材质制造减轻重量，油封用高分子材料制造，耐蚀、耐磨、寿命长，用GGB轴承取代传统轴承；一上端以与圆形板底座螺接的轴承座作支承并与高弹性联轴器相连的中间传动轴，中段位于旋转套筒内，下端再通过一高弹性联轴器可旋转地设置在下箱体空腔内；一可旋转地设在下箱体内，其轴线与中间传动轴垂直且一端伸出下箱体外的第一螺旋桨轴；一安装在第一螺旋桨轴伸出端上的第一螺旋桨；一可旋转地设在下箱体内，其轴线与第一螺旋桨轴重合的第二螺旋桨轴；一安装在第二螺旋桨轴伸出端的第二螺旋桨；两分别安装在第一和第二螺旋桨轴位于下箱体内两端的大锥齿轮以及一固定在中间传动轴下端的分别与两大锥齿轮啮合的小锥齿轮。(均为螺旋伞齿轮)
在上述电动360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置中第二传动链360°全回转驱动机构包括安装在圆形板底座上的三台带编码器的伺服电机配减速机，固定在减速机输出轴上的小圆柱齿轮；由三个小圆柱齿轮带动的支承在圆形板底座下方的大圆柱齿轮；固定在大圆柱齿轮下部的圆锥形旋转体，及其下部安装在固定套筒和中间传动轴之间的旋转套筒，旋转套筒与上部为机翼形、下部箱体为流线形结构螺钉连接加上中间传动轴中段弹性联轴器，可以方便地将下箱体与推进装置上部结构分开，便于维修。
本发明的对转螺旋桨还采用液压升降(或电动升降)是对转桨自动在三维空间内工作，如液压升降则配有电动机、液压油泵、液压控制器及上下升降的油缸；如电动升降则配有提升电机、升降杆、升降杆座、导轨等。总之对转桨高度能自动调整确保对转桨发挥最佳效率，又便于维修。
电动360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置同步运行电子操纵驱动机构包括交流变频调速电机的变频器、伺服电机编码器连接的变频器(直流为驱动器)，PLC，主充放电箱，PLC通过单电缆通驾驶室触摸仪表视屏，配有各电机的电压、电流、转速等显示、电池电压、报警显示、360°操舵方向盘、360°方位指示器及双机双桨操纵器，达到360°同步电子全程操控。驾驶室液晶显示面板报警设有低压警告、过电流保护及螺旋桨急停保护装置。电动机的电源采用混合动力方案，增设应急发电机组，在船上不停航的对电池充电，或直接用发电机组供电，使船舶安全可靠性得到提高。
综上所述，本发明结构上紧凑、合理，外形尺寸大为减小、重量轻、操舵扭矩减小， 并且振动及推进力由支架转到船体承受，故发生故障或撞击时，安全可靠性大大提高，其节能达10 12%，航速与推进效率提高10%左右。360°全回转机构使船舶原地回转，调头灵活，倒车比传统单桨快1. 6倍，对转桨又能上下移动达到三维空间内工作，再加上螺旋桨下箱体的机翼形与流线形，阻力减少，使效率得到最大发挥，驾驶室安全保护装置齐全，工作安全可靠，更重要是本发明双机360°全回转同步电子全程操控，并采用最佳配电模式达到无碳零排放或低碳排放，符合国家能源与环保政策。
下面结合附图详细描述本发明实施例以便更清楚了解其目的，特点和优点。
图1是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机液压升降船艉部侧视示意图2是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机液压升降船艉部左视示意图3是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机液压升降船艉部俯视示意图4是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机液压升降一实施例侧视结构示意图5是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机液压升降一实施例左视结构示意图6是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机液压升降安装 2台装置左视结构示意图7是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机液压升降安装 2台装置俯视结构示意图8是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机电动升降船艉部侧视示意图9是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机电动升降船艉部左视示意图10是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机电动升降船艉部俯视示意图11是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机电动升降一实施例侧视结构示意图12是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机电动升降一实施例左视结构示意图13是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机电动升降安装2台装置左视结构示意图14是本发明电动舷内外(双机)对转桨推进装置电动机作原动机电动升降安装2台装置俯视结构示意为了清楚起见，所有附图中相同的符号表示相同的部件和结构。
具体实施方式
参看图1、2，本发明电动360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置包括固定在船艉部1的桨舵回转体5 ；保护桨舵回转体5固定在船艉部壳体2上的圆锥形支架4 ；圆锥形支架4与其上部的圆形板底座3螺接，在圆形板底座3上面安装有交流永磁变频调速或直流永磁无刷调速主电机10、3台360°全回转电机包括编码器13、伺服电机12配减速机11 ；驱动桨舵回转体5的中间传动轴9的第一传动链，驱动桨舵回转体5回转部分的第二传动链，使对转桨从二维运动变为三维运动的液压升降油缸14，360°全回转(双机)同步运行电子操纵驱动机构16及与主电机10连接的高弹性联轴器8。
参看图1、4、5，中间传动轴分上下两段，由高弹性联轴器41相连，其上端通过联轴器8与主电机10的输出轴相连，其下端可旋转地设置在下箱体45的空腔内；中间传动轴9 上端固定在与圆形板底座3螺接的轴承座支架7上，中段位于旋转套筒38内；第一螺旋桨轴51可旋转地设置在下箱体45内，其轴线与中间传动轴9垂直且一端伸出下箱体45夕卜， 第一螺旋桨52安装在第一螺旋桨轴51的伸出端上，而一大螺旋伞齿轮47安装在第一螺旋桨轴51位于下箱体45的一端上，第二螺旋桨轴46可旋转地设置在下箱体45内，其轴线与第一螺旋桨轴51重合且一端伸出下箱体45外，另有一大螺旋伞齿轮43安装在第二螺旋桨轴46位于下箱体45 —端上，而第二螺旋桨53安装在第二螺旋桨轴46的伸出端上，两大螺旋伞齿轮43，47分别与安装在中间传动轴9下端的小螺旋伞齿轮42啮合。在下箱体45的前方安装了流线型壳体44，壳体44内有第二螺旋桨轴46的轴承外壳48和固定轴49。
桨舵回转体5回转部分的第二传动链包括固定在圆形板底座3上的三台机组，其中有减速机11，伺服电机12，编码器13 ；减速机11的输出轴分别与3台小圆柱齿轮40连接，共同与安装在圆形板底座下方的大圆柱齿轮39啮合；固定在大圆柱齿轮39下部的其上部为圆锥形，下部在固定套筒50和中间传动轴9之间的旋转套筒38 ；旋转套筒38其下端穿过固定套筒50与下箱体45上段的机翼形壳体相连。
参看图1、3使对转桨作三维运动液压升降方案由升降油缸14，液压油泵19，电机 20，液压控制器21组成。
参看图8、9、10、11使对转桨作三维运动电动升降方案由升降电机18，升降杆17，升降杆座35，导轨36组成。
参看图1、3、14，所述电动360°全回转(双机)同步运行电子操纵驱动机构16包括与3台编码器13和伺服电机12连接的交流变频器22 (直流为驱动器)，PLC15，主充放电箱23通过单电缆34通驾驶室触摸仪表视屏33及双机双桨操纵器32 (单机为321)，触摸仪表视屏33上安装有灯光，报警开关等按钮24，液压升降电机电压，转速，油压显示25，主电机电压、电流、转速显示26，360°全回转电机电压、电流、转速显示27，360°操舵方向盘观，360°方位指示器四，电池电压显示30，报警显示31等。主充放电箱23除连接变频器 22和PLC外再连接船用照明、航行信号、无线电话、应急发电机组、混合动力电池组，因图中未画出在此不作详述。
参看图8、10、14，所述电动360°全回转舷内外(双机)同步运行电子操纵驱动机构16与图1、3所述的内容基本相同，所不同的是触摸仪表视屏33上的液压升降电机电压、 转速、油压显示改为电动升降电机电压、电流、转速显示37，故不再重复。
参看图6、7、13、14，所述电动360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置安装2 台推进装置的结构，其实施方式与一台推进装置大致相同，所不同的是同步运行电子操纵机构编程软件控制芯片和PLC的功能、点数有所差异，在此不再详述。
本发明船、艇倒车是通过电动360°全回转(双机)同步运行电子操纵驱动机构 16中的360°操舵方向盘观，360°方位指示器四从0°转到180°即桨舵回转体5的回转部分转动180°，对转桨52、53转到中间传动轴9轴线的前方开顺车，即可达到船、艇倒车行驶，在15 20秒内完成倒车符合船检规范，操纵简便，倒车比传统单桨倒转快1. 6倍，航行更安全。
权利要求
1.一种电动360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置，包括船艉部的桨舵回转体， 驱动桨舵回转体的中间传动轴的第一传动链，驱动桨舵回转体回转部分的第二传动链，对转桨作三维移动的液压升降或电动升降机构；电动360°全回转舷内外(双机)同步运行电子操纵驱动机构及与主电动机连接的高弹性联轴器；1)、参考对转桨长达十年的测试及航行实践，本发明节能值提高10 12%，航速和推进效率提高10%左右，适用航速15 20节以下中低速船、艇，公务艇、商船、工程船；2)、船艉部的双机运行，每台推进装置由三台带编码器的伺服电机连减速机分别带动三个小圆柱齿轮再共同带动一大圆柱齿轮，通过与大圆柱齿轮连接的上部为圆锥形旋转体，下部穿过固定套筒与下箱体连接的旋转套筒实现360°全回转；3)、推进装置主动力采用交流永磁变频调速或直流永磁无刷调速电机，主电机与360° 全回转电机及液压提升电机、油泵、液压控制器安装在圆形板底座上，该底座连接下部圆锥形支架，圆锥形支架与船体壳架相连固定，可有效保护推进装置；4)、专门改进设计了平滑、边缘整齐、清楚、美观、光洁度高，优质轻质材料线形好的流线形下箱体及上段机翼型结构，减少阻力，密封件耐蚀、耐磨、寿命长，采用GGB高品质轴承替换传统轴承，外形尺寸减小；5)、采用液压升降或电动升降使对转桨实现三维空间移动，随吃水高度自动调整桨叶高度，使对转桨发挥最佳效率；6)、电动360°全回转舷内外(双机)同步运行电子操纵驱动机构包括与交流变频主电机连接的变频器及与伺服电机编码器连接的变频器，直流为驱动器，PLC通过单电缆通驾驶室触摸仪表视屏和双机双桨操纵器，360°操舵方向盘，360°方位指示器达到双机360°同步电子全程操控。驾驶室液晶面板除显示各电机相关参数外，还设有低压警告、过电流保护及螺旋桨急停保护装置，电动机电源除电池外增设应急发电机组的混合动力方案。
2.如权利1所述电动360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置第一传动链由主电机通过高弹性联轴器与分两段的中间传动轴下段末端的小螺旋伞齿轮连接再分别与安装在第一和第二螺旋桨轴位于下箱体内两端的大螺旋伞齿轮啮合。
3.如权利1或2所述电动360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置其特征在于结构独特新颖，特别紧凑，重量轻，外形尺寸小，材质好，安全可靠，应急措施齐全，保护措施到位，总体设计先进，适用于中小型各类船舶，游艇，并适合浅水航道航行。
全文摘要
电动360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置适用中小型各类船、艇，节能值提高10～12％，航速和推进效率提高10％左右。采用编码器、伺服电机、减速机、大小圆柱齿轮，通过旋转支架、套筒连接下箱体实现360°全回转，船调头灵活、倒车快1.6倍，航行安全。采用液压升降或电动升降使对转桨实现三维空间移动发挥最佳效率。推进装置支架与船壳相连，吸收推进力，振动、撞击力，保护装置。下箱体前后流线形、上段机翼形减少阻力，结构新颖、紧凑、外形尺寸小、重量轻。采用交流变频器或直流驱动器，PLC单电缆通驾驶室液晶显示，双机双桨操纵器，360°操舵方向盘，方位指示器达到双机360°同步电子全程操控。电源采用电池，应急发电机组，混合动力，零或低碳排放。
文档编号B63H20/14GK102501958SQ201210003398
公开日2012年6月20日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者肖鑫生 申请人:肖鑫生