一种船用混合动力装置及船用混合动力系统的制作方法

1.本实用新型涉及船用动力技术领域，特别是涉及一种船用混合动力装置及船用混合动力系统。


背景技术：

2.目前市面上的船用混合动力装置通常采用发动机作为核心，并将发动机根据负责的工作内容不同分成两个部分，分别是主机和辅机：主机带动螺旋桨转动，推动轮船航行；辅机提供电力给作业装置，以完成捕鱼等大负荷作业工作。
3.现有技术中，由于主机和辅机负责的工作内容不同，当用于推动轮船航行的发动机工作时，辅机对应的发动机并不工作，当为作业设备提供电力的发动机工作时，主机对应的发动机并不工作，发动机用途单一，存在资源浪费的问题；而且，为了提供足够的动力，主机和辅机所选择的发动机功率比较大，提高了制造成本。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种船用混合动力装置及船用混合动力系统，提供足够推动轮船航行的动力，不必选用较大功率的发动机，节约成本；实现“一机两用”，合理利用资源，提高发动机的使用效率。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种船用混合动力装置，包括：
6.离合器，所述离合器的第一半轴与第一发动机模块的第二端连接，所述离合器的第二半轴与第二发动机模块的第一端连接；
7.所述第一发动机模块，所述第一发动机模块的第一端与螺旋桨连接，用于在整船的行进过程中带动所述螺旋桨转动；
8.所述第二发动机模块，所述第二发动机模块的第二端与第一发电机的第一端连接，用于在所述离合器的第一半轴与所述离合器的第二半轴连接且第一可控开关断开时，与所述第一发动机模块共同带动所述螺旋桨转动；在所述离合器的第一半轴与所述离合器的第二半轴断开且所述第一可控开关闭合时，带动所述第一发电机工作；
9.所述第一发电机，所述第一发动机模块的第二端与第一可控开关的第一端连接；
10.所述第一可控开关，所述第一可控开关的第二端与负载连接。
11.优选地，还包括：
12.变速箱，所述变速箱的第一端与所述第一发动机模块的第一端连接，所述变速箱的第二端与所述螺旋桨连接。
13.优选地，还包括：
14.电驱，所述电驱的第一端与所述变速箱的第三端连接，所述电驱的第二端与储能模块连接，用于受所述变速箱的带动为所述储能模块供电，并在所述储能模块放电时通过所述变速箱带动所述螺旋桨转动；
15.所述储能模块。
16.优选地，还包括：
17.第二可控开关，所述第二可控开关的第一端与所述电驱连接，所述第二可控开关的第二端与所述储能模块连接；
18.第三可控开关，所述第三可控开关的第一端与所述储能模块连接，所述第三可控开关的第二端与所述负载连接。
19.优选地，还包括：
20.第三发动机模块，与第二发电机的第一端连接，用于当第四可控开关闭合时，带动所述第二发电机工作；
21.所述第二发电机，所述第二发电机的第二端与所述第四可控开关连接；
22.所述第四可控开关，所述第四可控开关的第二端与所述负载连接。
23.优选地，还包括：
24.第五可控开关，所述第五可控开关的第一端与所述第二发电机的第二端连接，所述第五可控开关的第二端与所述储能模块连接。
25.优选地，还包括：
26.第六可控开关，所述第六可控开关的第一端与所述第二发电机的第二端连接，所述第六可控开关的第二端与所述电驱的第二端连接。
27.优选地，还包括：
28.联轴器，所述联轴器的第一端与所述第一发动机模块的第二端连接，所述联轴器的第二端与所述离合器的第一半轴连接。
29.优选地，所述第一发动机模块和所述第二发动机模块均包括内燃机和设置在所述内燃机上的减振器与飞轮。
30.本实用新型还提供一种船用混合动力系统，包括控制系统，还包括如上述所述的船用混合动力装置；
31.所述控制系统分别与所述船用混合动力装置中的第一发动机模块的控制端、第二发动机模块的控制端、第一发电机的控制端和第一可控开关的控制端连接，用于在所述离合器的第一半轴与所述离合器的第二半轴连接时，控制第一可控开关断开，并控制所述第一发动机模块和所述第二发动机模块工作，以使所述第一发动机模块和所述第二发动机模块共同带动螺旋桨转动，并在所述离合器的第一半轴与所述离合器的第二半轴断开时，控制所述第一可控开关闭合，控制所述第二发动机模块工作，以使所述第二发动机模块带动所述第一发电机运行。
32.本实用新型提供的一种船用混合动力装置及船用混合动力系统，当第一发动机模块和第二发动机模块通过离合器连接在一起且第一可控开关断开时，可以共同带动螺旋桨转动，提供足够推动轮船航行的动力，不必选用较大功率的发动机，节约成本；当第一发动机模块和第二发动机模块脱开连接且第一可控开关闭合后，第一发动机模块和第二发动机模块可以单独工作，第一发动机模块可以继续给轮船航行提供动力，第二发动机模块为作业设备提供电力，实现“一机两用”，合理利用资源，提高发动机的使用效率。
附图说明
33.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例
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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
34.图1为本实用新型实施例提供的一种船用混合动力装置的结构示意图；
35.图2为本实用新型实施例提供的另一种船用混合动力装置的结构示意图；
36.图3为本实用新型实施例提供的一种船用混合动力装置的连接关系图；
37.图4为本实用新型实施例提供的一种船用混合动力系统的结构示意图。
具体实施方式
38.本实用新型的核心是提供一种船用混合动力装置及船用混合动力系统，提供足够推动轮船航行的动力，不必选用较大功率的发动机，节约成本；实现“一机两用”，合理利用资源，提高发动机的使用效率。
39.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的一种船用混合动力装置的结构示意图，包括：
41.离合器102，离合器102的第一半轴与第一发动机模块101的第二端连接，离合器102的第二半轴与第二发动机模块103的第一端连接；
42.第一发动机模块101，第一发动机模块101的第一端与螺旋桨连接，用于在整船的行进过程中带动螺旋桨转动；
43.第二发动机模块103，第二发动机模块103的第二端与第一发电机104的第一端连接，用于在离合器102的第一半轴与离合器102的第二半轴连接且第一可控开关105断开时，与第一发动机模块101共同带动螺旋桨转动；在离合器102的第一半轴与离合器102的第二半轴断开且第一可控开关105闭合时，带动第一发电机104工作；
44.第一发电机104，第一发动机模块101的第二端与第一可控开关105的第一端连接；
45.第一可控开关105，第一可控开关105的第二端与负载连接。
46.需要说明的是，第一可控开关105可以为半控型半导体器件，也可以为全控型半导体器件，或者可以为其他器件。例如，第一可控开关105可以为晶闸管、晶体三级管及金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)等。
47.具体实施例中，当操作人员控制离合器102的第一半轴和第二半轴联接并控制第一可控开关105断开时，第一发动机模块101和第二发动机模块103通过离合器102刚性联接到一起，第一发动机模块101和第二发动机模块103同时运转，发出的功率全部通用于带动螺旋桨转动，推动轮船航行，且由于第一可控开关105断开，第一发电机104空转，不对外输出电力给作业装置；当操作人员控制离合器102的第一半轴和第二半轴断开时，第一发动机模块101和第二发动机模块103可以单独工作，第一发动机模块101继续带动螺旋桨转动，驱
动轮船航行，若第一可控开关105闭合，此时第二发动机模块103带动第一发电机104在1500r/min恒速运行，发50hz电力，为负载提供电能。进一步的，负载可以为轮船作业装置，也可以为维持船员生活和冷库用电等相关装置。
48.本实用新型提供的一种船用混合动力装置及船用混合动力系统，当第一发动机模块101和第二发动机模块103通过离合器102连接在一起且第一可控开关105断开时，可以共同带动螺旋桨转动，提供足够推动轮船航行的动力，不必选用较大功率的发动机，节约成本；当第一发动机模块101和第二发动机模块103脱开连接且第一可控开关105闭合后，第一发动机模块101和第二发动机模块103可以单独工作，第一发动机模块101可以继续给轮船航行提供动力，第二发动机模块103为作业设备提供电力，实现“一机两用”，合理利用资源，提高发动机的使用效率。
49.在上述实施例的基础上：
50.作为一种优选地实施例，请参考图2，图2为本实用新型实施例提供的另一种船用混合动力装置的结构示意图，还包括：
51.变速箱201，变速箱201的第一端与第一发动机模块202的第一端连接，变速箱201的第二端与螺旋桨连接。
52.本实施例在第一发动机模块202与螺旋桨之间设置变速箱201，改变第一发动机模块202和螺旋桨之间的传动比，使第一发动机模块202在最佳工况工作下，扩大第一发动机模块202传递到螺旋桨上的扭矩和转速，并得到不同的速度，节约能源的同时增加了船用混合动力装置的应用场景。
53.作为一种优选地实施例，还包括：
54.电驱501，电驱501的第一端与变速箱201的第三端连接，电驱501的第二端与储能模块502连接，用于受变速箱201的带动为储能模块502供电，并在储能模块502放电时通过变速箱201带动螺旋桨转动；
55.储能模块502。
56.本实施例并不限定储能模块502的具体类型，只要可以实现对电能的存储和释放即可，在一些实施例中，储能模块502还具有整流与逆变的功能。
57.电驱501包括电机、整流器和逆变器，可以作为发电机使用，外界通过轴驱动电驱501中的电机运转，通过励磁发出某频率的交流电，该交流电的频率和转速成正向关系，整流器将该交流电转变成直流电后，逆变器将该直流电转变成50hz的交流电，输出给用电负载或给储能模块502充电；电驱501也可以反过来当电动机使用，电驱501将电能转变为机械能，通过轴传递给变速箱201带动螺旋桨转动。
58.具体实施例中，当第一发动机模块202和第二发动机模块通过离合器203刚性联接到一起对外做功，或第一发动机模块202单独对外做功时，除带动螺旋桨之外，还有部分功率通过离合器203带动电驱501运转，电驱501运转发电，经整流和逆变，为储能模块502充电；当轮船进、出港低速航行，或其他需要储能模块502作为驱动能源的特殊情况时，由储能模块502提供电力给电驱501，电驱501通过变速箱201驱动螺旋桨运转，以推动轮船航行。
59.本实施例提供的电驱501和储能模块502，在轮船进、出港时需要低速运行时提供能量，以避免发动机在低速运转易冒黑烟的情况，保护环境；同时，当轮船运载货物航行速度变慢或需要加快航速时，电驱501和储能模块502可以通过变速箱201配合第一发动机模
块202和第二发动机模块一并工作，组成混合动力系统，共同做功驱动螺旋桨，能大大提高轮船航行速度，缩短航行时间，节约运营成本。
60.作为一种优选地实施例，还包括：
61.第二可控开关，第二可控开关的第一端与电驱501连接，第二可控开关的第二端与储能模块502连接；
62.第三可控开关，第三可控开关的第一端与储能模块502连接，第三可控开关的第二端与负载连接。
63.需要说明的是，第二可控开关、第三可控开关可以为半控型半导体器件，也可以为全控型半导体器件，或者可以为其他器件。例如，第二可控开关可以为晶闸管、晶体三级管及金属氧化物半导体场效应管等。
64.具体实施例中，当第二可控开关闭合且第三可控开关断开时，由电驱501为储能模块502充电，当第二可控开关断开且第三可控开关闭合时，储能模块502为负载供电。
65.本实施例通过第三可控开关将储能模块502与负载连接在一起，当轮船自带的供电回路出现故障时，可以通过储能模块502中储存的电量为负载供电，提高安全性，降低意外发生的风险。
66.作为一种优选地实施例，还包括：
67.第三发动机模块，与第二发电机的第一端连接，用于当第四可控开关闭合时，带动第二发电机工作；
68.第二发电机，第二发电机的第二端与第四可控开关连接；
69.第四可控开关，第四可控开关的第二端与负载连接。
70.需要说明的是，第四可控开关可以为半控型半导体器件，也可以为全控型半导体器件，或者可以为其他器件。例如，第四可控开关可以为晶闸管、晶体三级管及金属氧化物半导体场效应管等。
71.具体实施例中，当轮船作业时，离合器203的第一半轴和第二半轴脱开，第一可控开关206和第四可控开关闭合，第一发动机模块202停机或进入低速运转状态，第二发动机模块和第三发动机模块工作，运转在1500r/min转速，第二发动机模块带动第一发电机205工作，第三发动机模块带动第二发电机工作，两发电机均发50hz的交流电供给作为作业装置的负载使用。
72.本实施例通过第三发电机模块、第二发电机与第四可控开关配合，与第二发动机模块和第一发电机205冗余，为作为作业装置的负载提供除第二发动机模块之外的动力，提高装置的可靠性。
73.作为一种优选地实施例，还包括：
74.第五可控开关，第五可控开关的第一端与第二发电机的第二端连接，第五可控开关的第二端与储能模块502连接。
75.本实施例提供的第五可控开关，当第五可控开关闭合且第四可控开关断开时，第三发动机模块带动第二发电机工作为储能模块502充电，以便于当轮船自带的供电回路出现故障时，储能模块502中储存的电量为负载供电，提高装置稳定性。
76.作为一种优选地实施例，还包括：
77.第六可控开关，第六可控开关的第一端与第二发电机的第二端连接，第六可控开
关的第二端与电驱501的第二端连接。
78.本实施例提供的第六可控开关，当第六可控开关闭合且第四可控开关断开时，第三发动机模块可以通过带动第二发电机来向电驱501输出电能，电驱501转动将电能转变为机械能，通过轴传递给变速箱201，通过变速箱201配合第一发动机模块202和第二发动机模块一并工作，组成混合动力系统，三个发动机模块发出的功率全部通过变速箱201带动螺旋桨转动，推动轮船极速航行工作，大大提高轮船航行速度，缩短航行时间，节约运营成本。
79.作为一种优选地实施例，还包括：
80.联轴器，联轴器的第一端与第一发动机模块202的第二端连接，联轴器的第二端与离合器203的第一半轴连接。
81.本实施例通过联轴器将第一发动机模块202与离合器203的第一半轴连接在一起，可以改善由于制造安装不精确、工作时的变形或热膨胀等原因所发生的偏移，同时具有缓和冲击和吸振的作用，提高船用混合动力装置的稳定性和安全性。
82.作为一种优选地实施例，第一发动机模块202和第二发动机模块204均包括内燃机和设置在内燃机上的减振器与飞轮。
83.本实施例并不限定内燃机的具体类型，例如可以为直列柴油机，或者可以为v型柴油机。
84.请参考图3，图3为本实用新型实施例提供的一种船用混合动力装置的连接关系图：
85.内燃机1与设置在内燃机1上的减振器与飞轮共同构成第一发动机模块，内燃机2与设置在内燃机2上的减振器与飞轮共同构成第二发动机模块，内燃机3与设置在内燃机3上的减振器与飞轮共同构成第三发动机模块；发电机1作为第一发电机，发电机2作为第二发电机；电池作为储能模块；开关8作为第一可控开关，开关5作为第三可控开关。
86.本实施例中采用单刀多掷开关作为第二可控开关、第三可控开关和第四可控开关，其中开关1和开关2作为第二可控开关，开关3和开关4作为第三可控开关，开关6和开关7作为第四可控开关；进一步的，开关2和开关3闭合，相当于第六可控开关闭合，开关4和开关6闭合，相当于第五可控开关闭合，
87.本实施例中的船用混合动力装置包括以下数种工作模式：
88.轮船高速航行模式：离合器的第一半轴和第二半轴联接，同时，全部开关处于断开位置。第一发动机模块和第二发动机模块的曲轴刚性串联，两模块同时运转，发出的功率全部通过变速箱降速后带动螺旋桨转动，推动轮船航行。第一发电机空转，不对外输出电力给作业装置，第三发动机模块和电驱也不工作。
89.轮船极速航行模式：离合器的第一半轴和第二半轴联接，同时，开关2、3、6合，其它开关断开。第一发动机模块和第二发动机模块的曲轴刚性串联，两模块同时运转，共同向变速箱输出功率，同时，第三发动机模块运转，带动第二发电机发电，向电驱输出电能，电驱转动将电能转变为机械能，通过轴传递给变速箱。这样，发动机模块发出的功率全部通过变速箱降速后带动螺旋桨转动，推动轮船极速航行。
90.轮船经济巡航模式：离合器的第一半轴和第二半轴联接，当开关1合，其它开关断开时，第一发动机模块和第二发动机模块的曲轴刚性串联，两模块同时运转发出功率，大部分功率通过变速箱降速后带动螺旋桨转动推动轮船航行，小部分功率通过变速箱带动电驱
运转，电驱发电给储能模块充电；当开关2、3和5合，其它开关断开时，第一发动机模块和第二发动机模块的曲轴刚性串联，两模块同时运转发出功率，大部分功率通过变速箱降速后带动螺旋桨转动用于推动轮船航行，小部分功率通过变速箱带动电驱运转，电驱运转发电，经整流和逆变，转变成50hz的交流电，提供给轮船航行维持、船员生活和冷库。
91.轮船经济中速航行模式：此工况用于通过轮船较多的海峡或进、出港。离合器的第一半轴和第二半轴不联接，全部开关断开。第一发动机模块单独运转发出功率，通过变速箱降速后带动螺旋桨转动用于推动轮船航行。
92.轮船电推低速航行模式：此工况用于进、出港。全部发动机模块不工作，开关1合，其它开关断开，由储能模块提供电力给电驱，电驱通过变速箱驱动螺旋桨运转推动轮船航行。
93.轮船作业模式：离合器的第一半轴和第二半轴不联接，开关7和8合，其它开关断开。第一发动机模块停机或低速运转，第二发动机模块和第三发动机模块工作，运转在1500r/min转速，带动第一发电机和第二发电机发50hz的交流电供作业装置。此时，轮船用电维持、船员生活和冷库由小功率辅机负责发电供给。
94.应急作业模式：如果作业用电过大，第一发动机模块也参与发电供作业装置。离合器的第一半轴和第二半轴不联接，开关2、3、5、7和8合，其它开关断开。第二发动机模块和第三发动机模块工作，运转在1500r/min转速，分别带动第一发电机和第二发电机发50hz的交流电供作业装置。同时，第一发动机模块也运转，通过变速箱带动电驱运转发电，经整流器和逆变器，把其它频率的交流电变成50hz交流电输出，补充给作业装置。
95.紧急供电模式：当遇到第一发动机模块不能工作时，第三发动机模块代替主机推动轮船航行，开关2、3、6合，其它开关断开，第三发动机模块工作，运转在1500r/min转速，带动第二发电机发50hz的交流电输出给电驱，电驱通过变速箱驱动螺旋桨运转推动轮船前行。
96.储能模块充放电模式：开关4、6合，第三发动机模块工作，给储能模块充电；开关4、5合，其它开关断开，储能模块通过逆变器把直流电能转变成交流电能输出给轮船维持、船员生活和冷库。
97.请参考图4，图4为本实用新型实施例提供的一种船用混合动力系统的结构示意图，该船用混合动力系统包括控制系统401，还包括如上述的船用混合动力装置402；
98.控制系统401分别与船用混合动力装置402中的第一发动机模块403的控制端、第二发动机模块405的控制端、第一发电机406的控制端和第一可控开关407的控制端连接，用于在离合器404的第一半轴与离合器404的第二半轴连接时，控制第一可控开关407断开，并控制第一发动机模块403和第二发动机模块405工作，以使第一发动机模块403和第二发动机模块405共同带动螺旋桨转动，并在离合器404的第一半轴与离合器404的第二半轴断开时，控制第一可控开关407闭合，控制第二发动机模块405工作，以使第二发动机模块405带动第一发电机406运行。
99.对于本实用新型提供的一种船用混合动力系统的介绍请参考上述实施例，本实用新型在此不做赘述。
100.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置
而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
101.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
102.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。