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新型船舶电磁推进系统
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中小船舶新型电磁推进系统

背景技术
  船舶电力推进与传统机械推进相比，船舶电力推进系统采用电动机直接驱动推进装置，有效减少船舶装机功率、降低油耗、减少排放，具有调速范围广、驱动力矩大、易于正反转、操纵性能优异、运行灵活性强、可靠性高和维护量少、体积小布局灵活、震动和噪音小、安装及维修方便等特点。因此，船舶电力推进是未来发展的方向。
  一般船舶电力推进系统主要包括发电机组、变压器、变频器、电动机、推进装置及控制系统组成，发电机组通过变压器提供电动机电源，变频器和控制系统控制电动机的运行，电动机驱动推进装置转动。目前船舶电力推进系统的型式多种多样，归纳起来基本可分为以下五类：可控硅整流器与直流电动机、变距桨与交流异步电动机、电流型变频器与交流同步电动机、交—交变频器与交流同步电动机、电压型变频器与交流异步电动机。其目的都是达到可操控推进装置的变速，实现船舶的正常航行。但大多船舶电力推进系统的电动机与推进装置刚性连接，震动噪音较大，电动机及传动系统部件（如轴承、密封件等）使用寿命短，恶劣环境下适应性能较差，维护成本较高；同时采用变频器的控制系统会对电动机产生谐波干扰，降低电动机的工作效率，在电压降低时，变频器可能无法工作，影响船舶的正常操控。
发明内容
  本发明所要解决的技术问题是提供一种船舶电力推进系统，利用本系统使电动机与推进装置柔性连接，方便实现负载转速、扭矩的调整，避免震动传递、噪音叠加，提高部件的使用寿命，降低系统维护成本，保证系统平稳运行。
  为解决上述技术问题，本发明船舶电力推进系统包括驾驶操作控制模块、机舱操作控制模块和动力推进模块，所述驾驶操作控制模块包括速度给定装置、驾驶台控制器和显示单元，所述速度给定装置输出端连接所述驾驶台控制器输入端，所述驾驶台控制器信号输出端连接所述显示单元输入端；所述机舱操作控制模块包括机舱就地控制器和指示单元，所述动力推进模块包括转向控制器、电动机、推进装置和速度传感器，所述转向控制器输出端连接所述电动机信号输入端，所述速度传感器设于所述推进装置转轴上，本控制系统还包括调速控制模块和磁力耦合器，所述调速控制模块包括调速控制装置和调速执行器，所述驾驶台控制器和机舱就地控制器分别通过现场总线连接所述调速控制装置，所述调速控制装置输出端分别连接所述转向控制器输入端和调速执行器输入端，所述磁力耦合器设于所述电动机转轴与推进装置转轴之间，所述调速执行器与磁力耦合器通过机械连接。所述速度传感器信号输出端连接所述调速控制装置的信号反馈输入端。
  进一步，上述调速执行器包括一人工手操轮，所述人工手操轮连接所述调速执行器。
由于本发明船舶电力推进系统采用了上述技术方案，即本系统由驾驶操作控制模块、机舱操作控制模块、动力推进模块、调速控制模块和磁力耦合器构成，驾驶操作控制模块由速度给定装置、驾驶台控制器通过现场总线提供调速控制模块的调速控制装置控制信号，并控制信息在显示单元显示；机舱操作控制模块由机舱就地控制器通过现场总线提供调速控制模块的调速控制装置控制信号，并控制信息在指示单元显示；调速控制模块由调速控制装置通过调速执行器控制磁力耦合器；动力推进模块由转向控制器、电动机、推进装置和速度传感器构成，电动机通过磁力耦合器连接推进装置，速度传感器检测转速并反馈至调速控制装置。本控制系统使电动机和推进装置柔性连接，方便实现负载转速、扭矩的调整，避免振动传递、噪音叠加，提高不见使用寿命，降低系统维护成本，保证系统平稳运行。

具体实施方式
  本发明船舶电力推进系统包括驾驶操作控制模块 1、机舱操作控制模块2和动力推进模块3，所述驾驶操作控制模块1包括速度给定装置11、驾驶台控制器12和显示单元13，所述速度给定装置11输出端连接所述驾驶台控制器12输入端，所述驾驶台控制器12信号端输出连接所述显示单元13输入端；所述机舱操作控制模块2包括机舱就地控制器21 和显示单元22，所述机舱就地控制器21信号输出端连接所述所述知识单元22输入端；所述动力推进模块3包括转向控制器31、电动机32、推进装置34和速度传感器33，所述转向控制器31输出端连接所述电动机32信号输入端，所述速度传感器33设于所述推进装置34转轴；本控制系统还包括调速控制模块4 和磁力耦合器5，所述调速控制模块4包括调速装置41和调速执行器42；所述驾驶台控制器12和机舱就地控制器21分别通过现场总线连接所述调速控制器装置41，所述调速控制装置41输出端分别连接所述转向控制器31输入端和调速执行器42输入端，所述磁力耦合器5设于所述电动机32转轴与推进装置34 转轴之间，所述调速执行器42与磁力耦合器5通过机械连接，所述速度传感器33信号输出端连接所述调速控制器装置41的信号反馈输入端。
  进一步，上述调速执行器42包括一人工手操轮43，所述人工手操轮43连接所述调速执行器42。人工手操轮可以再应急情况下通过人力操控调速执行器，以调整磁力耦合器的磁力耦合间隙，使得电动机输出力矩传递至推进装置，实现传播航行的操控。
  当船舶驾驶员通过速度给定装置发出指令后，驾驶台控制器将控制指令通过现场总线送到调速控制装置，同时在显示单元显示相应的数据和状态，调速控制装置同时接受船舶的航速信号和来自速度传感器的推进装置的转速作为反馈信号，经过运算处理后，发送调速控制信号到调速执行器，由调速执行器来驱动调速型磁力耦合器的磁力耦合间隙，使电动机的恒定输出转速调整到需要给定的转速，并带动推进装置推使船舶实现电力推进。
  按照规范，本系统还包括一个机舱操作控制模块和一个人工手操轮，机舱操作控制模块由机舱就地控制器和指示安远构成，机舱就地控制器通过现场总线连接调速控制装置，实现船舶航行在机舱内控制，同时船舶航行的相应数据和状态在机舱内的指示单元显示；而人工手操轮在系统故障时依然可以通过调速执行器控制船航行，确保船舶的航行安全。
本系统的驾驶台控制器和机舱就地控制器与调速控制装置之间采用现场总线连接，可以接受来自船舶驾驶台及机舱的控制指令，并调速控制装置接受船舶航速信号和速度传感器检测的推进装置转速反馈信号构成闭环控制系统。实现在不同工况下对调速磁力耦合器的控制处理，以保证船舶的电力推进。
  本控制系统采用磁力耦合器连接电动机转轴与推进装置转轴，相对通过调压、变频等手段调速装置的其他电力推进系统来说，其电动机与推进装置的轴间为柔性连接，客服了传统刚性连接的缺陷，为方便实现负载转速、扭矩的调整，避免振动喜欢滴，降低了机械振动，避免噪音叠加，进一步降低运行噪声，保证系统平稳运行，特别对军舰及潜艇来说静音是非常重要的。同时电动机与推进装置采用柔性连接，安装方便，延长传动系统各主要部件如轴承、密封等的使用寿命。
采用柔性连接使电动机能实现平稳和渐进的柔性启动/停止，对负载可以实现精确控制与调节，磁力耦合器自身具有过载保护功能，可有效保护电动机。在恶劣的环境中控制系统的适应能力强，免维护性能高，稳定性和可靠性相对变频器更高，维护和保养费用更低。本控制系统与变频器相比，可消除变频器对电动机的谐波污染，提高电机的工作效率。在电压降低时，变频器可能无法工作，但本控制系统可不受任何影响。
  无控制系统具有无排放，无污染，利于环保；同时无振动，低噪音，提高船舶的舒适度，对于军舰和潜艇增加了隐蔽性，且节约能源，提高船舶驱动的稳定性和可靠性，降低维修保养成本。

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