一种轮缘式无轴推进的无人艇用混合动力系统的制作方法

本实用新型属于无人艇技术领域，具体涉及一种轮缘式无轴推进的无人艇用混合动力系统。

背景技术：

无人艇是一种无人值守且对各方面都要求较高的小型舰艇，之所以无人艇得到快速发展，是因为有些很多地方需要用到无人艇去执行特殊任务，比如浅海水域的测绘、海洋渔政值守、以及巡逻侦察等，这些任务大型有人船只都不适合，而无人艇执行这些任务时，也需要无人艇既要静音航行，又要快速航行，有时候还要低速航行，以适应多种工况。同时，传统的快艇动力推进方案系统设计往往只采取燃油发电机组或电池组提供单一的动力源，通过常规推进器（带有轴系传递，而这些轴系又多数都需要两个伞齿轮和轴系传递扭矩提供给螺旋桨推进）推进。驱动模式单一，不便于很好地适应多工况作业需要；轴系传递机械损耗多，同时还存在漏油容易产生污染环境等现象的风险；轴系传递占据较多空间、重量较大，且会产生一定噪音。传统的混合动力系统主要是由燃油发动机直接通过轴系（齿轮箱等）驱动螺旋桨，同时附加发电机过来的电源驱动电动马达带动轴系旋转从而实现混合动力驱动，常常用在商船上，对于快艇因空间狭小无法布置实施。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种轮缘式无轴推进的无人艇用混合动力系统，采用柴油发电机和蓄电池组双备份，该系统满足对动力系统要求高的环境；同时采用无轴推进器安全可靠噪声低，因此该系统非常适合无人艇对动力系统的要求。

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案为：

一种轮缘式无轴推进的无人艇用混合动力系统，包括：动力源单元、高压开关盒、无轴推进器和转舵器，其中，所述动力源单元用于提供两种供电模式；所述高压开关盒与所述动力源单元相连，用于对两种供电模式进行切换控制；所述无轴推进器与所述高压开关盒相连，所述无轴推进器包括：轴承、轴承套、推力盘和变频电机，在所述轴承套的两端分别设有所述轴承，在所述轴承的外侧分别设有所述推力盘，在所述轴承的外侧面上设有永磁体，在所述推力盘的内侧面上设有永磁体，且所述推力盘和轴承的永磁体面为相互排斥设置，所述变频电机的转子内部设置有永磁体，通电后产生磁场从而带动与所述转子相连的螺旋桨叶旋转；所述转舵器与所述高压开关盒相连，用于驱动无人艇的转舵运行。

进一步的，所述动力源单元包括：发电机、充电机和蓄电池组，其中，所述发电机与所述高压开关盒相连，所述充电机与所述发电机相连，所述蓄电池组分别与所述充电机和高压开关盒相连，通过发电机和充电机对蓄电池组进行充电。

进一步的，所述变频电机的转子和定子均设置于所述轴承套的空腔内；所述轴承套的两端分别通过螺钉连接有所述推力盘。

进一步的，所述定子的定子端板通过螺钉与所述轴承相连。

进一步的，所述变频电机通过变频器与所述高压开关盒相连，所述转舵器通过逆变器和驱动器与所述高压开关盒相连。

进一步的，还包括：BMS和主控制器，所述BMS与所述蓄电池组相连，所述主控制器分别与所述动力源单元、高压开关盒、BMS、变频器和驱动器相连。

进一步的，所述转舵器为步进电机；所述高压开关盒为集成的接触器开关。

进一步的，所述轴承的外侧面上和推力盘的内侧面上均设有凹槽，通过盖板将所述永磁体分别封闭于所述轴承和推力盘的凹槽内。

进一步的，所述无轴推进器还包括：导流壳体，其通过螺钉与所述轴承连接。

进一步的，所述变频电机的电机壳体通过卡环与所述定子卡接。

本实用新型的有益效果至少包括：本实用新型轮缘式无轴推进的无人艇用混合动力系统具有两种驱动模式的动力源，适应高速和低速的要求，同时推进器超静音。

附图说明

图1为本实用新型系统结构框图。

图2为本实用新型无轴推进器的结构剖视图。

图3为图2的P处局部放大图。

图4为图2的Q处局部放大图。

其中，导流壳体1，螺钉2，推力盘3，磁片4，轴承5，电机壳体6，定子7,转子8，轴承套9，定子端板10，螺旋桨叶11，卡环12，盖板13。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

根据本实用新型的实施例，图1为本实用新型系统结构框图，参照图1所示，本实用新型所述轮缘式无轴推进的无人艇用混合动力系统，主要包括：动力源单元、高压开关盒、无轴推进器和转舵器。

根据本实用新型的实施例，参照图1所示，本实用新型所述动力源单元包括：发电机、充电机和蓄电池组，其中，所述发电机与所述高压开关盒相连，所述充电机与所述发电机相连，所述蓄电池组分别与所述充电机和高压开关盒相连，通过发电机和充电机对蓄电池组进行充电，用于提供两种供电模式，可以理解的是，本实用新型所述的两种供电模式为：由发电机供电或蓄电池组供电，且通过高压开关盒对两种供电模式进行切换控制。

根据本实用新型的实施例，所述高压开关盒的具体种类不受限制，本实用新型优选为集成的接触器开关。

根据本实用新型的具体实施例，本实用新型无人艇动力系统为兼顾高速航行和低速值守，尤其是长时间低速值守和动力定位的功率需要，无人艇采用了混合动力系统，即由一台柴油发电机组，并联一个磷酸铁锂电池组，向全船用电设备特别是推进系统供电。当高速航行时，由柴油发电机组供电，驱动无轴推进器，同时可以向蓄电池组充电；当低速作业特别是值守时，由蓄电池组供电，无人艇处于动力定位状态或低速航行状态。混合动力系统不仅兼顾了不同工况的效率，而且提高了无人艇的安全性，一旦发电机组故障，可以由蓄电池组供电，蓄电池组的电力足以让无人艇从出事海域低速返航回母港，反之亦然，当蓄电池组故障时，则可以由柴油发电机供电。

可以理解的是，本实用新型所述柴油发电机组与磷酸铁锂电池组两个动力源并行不悖，当需要蓄电池供电时，接触器开关接通蓄电池电源回路，当由柴油发电机供电时，蓄电池组作为储能元件工作，接触器开关接通柴油发电机回路，供电时两个回路有且只有一个有效，这样动力设备有两套可以根据情况快速切换。

根据本实用新型的实施例，参照图1所示，所述变频电机通过变频器与所述高压开关盒相连，所述转舵器通过逆变器和驱动器与所述高压开关盒相连。

根据本实用新型的实施例，本实用新型所述转舵器为步进电机，本实用新型推进器采用变频调速，变频器为大功率水冷船用变频器，防护等级高，具有调速精度高、输入电压范围大、热损耗小的特点。由步进电机提供推进器的调速、转向、倒车功能，通过推进器的转向喷口，无人艇可以实现前进、后退、横向移动、原地掉头、斜侧移等运动轨迹，大大提高了无人艇的机动性和航行安全性。

根据本实用新型的实施例，参照图1所示，本实用新型系统还包括：BMS和主控制器，所述BMS与所述蓄电池组相连，所述蓄电池组由电池管理系统（BMS）统一进行高效管理，当需要充电时，开启柴油发电机，通过充电机为蓄电池组进行充电，保证不会出现过充、过放等情况，同时还能监测蓄电池的各项性能指标，保证蓄电池组的安全、稳定运行。

根据本实用新型的实施例，参照图1所示，所述主控制器分别与所述发电机、充电机和蓄电池组、高压开关盒、BMS、变频器和驱动器相连，用于正整个系统进行自动化控制。例如：所述无人艇转舵由步进电机转动，步进电机的驱动器由主控制器进行控制，可以很容易地实现前进、后退、横向移动、原地掉头、斜侧移等。

根据本实用新型的实施例，图2为本实用新型无轴推进器的结构剖视图，图3为图2的P处局部放大图，图4为图2的Q处局部放大图，参照图1-4所示，所述无轴推进器与所述高压开关盒相连，所述无轴推进器主要包括：轴承、轴承套、推力盘和变频电机，在所述轴承套的两端分别设有所述轴承，在所述轴承的外侧分别设有所述推力盘，在所述轴承的外侧面上设有永磁体，在所述推力盘的内侧面上设有永磁体，且所述推力盘和轴承的永磁体面为相互排斥设置，所述变频电机的转子内部设置有永磁体，通电后产生磁场从而带动与所述转子相连的螺旋桨叶旋转。

根据本实用新型的实施例，参照图2所示，所述变频电机的转子和定子均设置于所述轴承套的空腔内。

根据本实用新型的实施例，参照图2所示，所述轴承套的两端分别通过螺钉连接有所述推力盘。

根据本实用新型的实施例，参照图2所示，所述定子的定子端板通过螺钉与所述轴承相连。

根据本实用新型的实施例，参照图3和4所示，所述轴承的外侧面上和推力盘的内侧面上均设有凹槽，通过盖板将所述永磁体分别封闭于所述轴承和推力盘的凹槽内。

根据本实用新型的实施例，本实用新型所述永磁体为磁片。

根据本实用新型的实施例，参照图2所示，所述无轴推进器还包括：导流壳体，其通过螺钉与所述轴承连接。

根据本实用新型的实施例，参照图2所示，所述变频电机的电机壳体通过卡环与所述定子卡接。

本实用新型所述轮缘式无轴推进器是一种新型的推进器，即环推器，来自于潜艇的推进技术，其特点是超静音、高效率、体积小、重量轻、操作灵敏，可靠性高，相比传统的有轴推进器，省去了轴系组件、齿轮箱等传动机构，其结构简单，因此可靠性进一步提高。

综上所述，本实用新型轮缘式无轴推进的无人艇用混合动力系统具有两种驱动模式的动力源，适应高速和低速的要求，同时推进器超静音。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。