磁耦合轴带发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及轴带发电技术，具体地说是一种磁耦合轴带发电系统。
【背景技术】
[0002]船舶在运行时，主要通过推进系统提供动力，此外，船舶上还需要设置电站，为用来定位的电力推进螺旋桨以及船内的电器设备等提供电能。一般而言，船舶上推进动力功率大，电站动力功率小，推进动力和电站动力相互独立。但是，随着船舶对电站容量要求越来越高，越来越有将电站动力和推进动力合二为一的趋势。以某型起重船为例，主推进设备为中速柴油机，功率为2 X 4100kW，动力定位采用电力推进螺旋桨，功率为2 X 1700kW。如果推进动力和电站动力是独立的，2X1700kW电站动力加上2X4100kW主动力，全船至少需要11600kW的动力。事实上，动力定位时主推进并不需要满功率运行。假设动力定位时主推进只需要2X1700kW，多余的容量足够供给动力定位电力推进螺旋桨。二者合并至少可节省3400kW装机容量。
[0003]轴带发电就是近年来基于这种合并的思想逐渐发展起来的新技术。除了装机容量的减少带来初始投资的降低、维护量减少、船舱空间节省等优点之外，优化运行模式、提高运行效率是最明显的技术优势。在船舶电站容量不断扩大的趋势下，轴带发电技术无疑具有广阔的发展前景。
[0004]在船舶电站中，主要采用同步发电机。同步发电机的频率与转速成正比。如果采用独立的电站动力，通过控制原动机的转速稳定即可控制发电机的输出频率稳定。但是，如果采用轴带发电技术，推进动力需要随时调整，主轴的转速是不稳定的。稳定发电频率是轴带发电技术最大的挑战。为了解决这个问题，目前有两种主流的解决方式，一种是全功率变换，一种是双馈发电。
[0005]其中，全功率变换的方法就是将同步发电机不稳定频率的交流电，通过整流、逆变、滤波等处理，变换为频率稳定的交流电。这种技术最大的问题是成本高，另外功率越大，可靠性越差。
[0006]另一种双馈发电的方法就是通过交流励磁的方式来发电，同步发电机的励磁是直流电，所以发电频率与转速成正比。如果采用交流励磁，则发电频率由转速与励磁频率共同决定。为此，需要将磁极上的绕组设计为三相对称绕组，通过专用的变频器给励磁绕组供电。
[0007]如中国专利文献CN104779855A中公开了一种双馈轴带发电机系统，包括轴带机械装置、双馈发电机、变流器、信号检测电路、控制电路以及其他装置。发电机通过机械传动装置与螺旋桨同轴的主轴连接，当主机驱动桨叶旋转的同时，带动电机运转。转子励磁电路部分通过背靠背式变频器完成工作。该方案中，当发电容量很大时，需要很大的变频器，不仅成本高，而且体积大，限制了此方案应用范围。此外，船级社(Classificat1n society,或称验船协会、有时统称为验船机构，是一个建立和维护船舶和离岸设施的建造和操作的相关技术标准的机构)标准中还要求在船网出现短路时发电机具有强励2-3倍的能力，这样励磁变频器的容量将超过发电机额定容量，导致很难实现，即使能够实现，其成本也是不可接受的。
【实用新型内容】
[0008]为此，本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术中的轴带发电系统采用全功率变换或者双馈发电的方式，成本高、可靠性差、实现困难，从而提出一种可使发电机稳定运行在额定转速下的磁耦合轴带发电系统。
[0009]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种磁耦合轴带发电系统，包括主机、推进机构，以及设置在所述主机与所述推进机构之间的用于将所述主机的主输出轴的转速转换为所述推进机构需要的转速的齿轮箱；
[0010]还包括磁耦合调速器、控制器和发电机，所述磁耦合调速器包括分别设置在其耦合输入轴和耦合输出轴之一上的磁转子和设置在所述耦合输入轴和所述耦合输出轴另一个上的绕组转子；
[0011]其中，所述主机的所述主输出轴还与所述磁耦合调速器的所述耦合输入轴连接，使得所述主机能够带动所述耦合输入轴旋转；所述耦合输出轴与所述发电机连接，以使能够带动所述发电机发电；所述绕组转子的绕组还与所述控制器连接，所述控制器通过控制所述绕组中的电流将所述耦合输出轴控制在发电机的额定转速范围内。
[0012]优选地，所述主机的所述主输出轴通过皮带与所述磁耦合调速器的所述耦合输入轴连接。
[0013]优选地，所述发电机为无刷励磁恒压同步发电机。
[0014]优选地，所述推进机构包括螺旋桨。
[0015]优选地，所述磁转子为永磁转子。
[0016]优选地，所述磁转子为电磁转子。
[0017]本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，
[0018](I)本实用新型提供一种磁耦合轴带发电系统，包括主机、齿轮箱和推进机构，还包括磁耦合调速器、控制器和发电机，所述主机的主输出轴还与所述磁耦合调速器的耦合输入轴连接，所述磁耦合调速器的耦合输出轴与所述发电机连接。所述绕组转子的绕组还与所述控制器连接，所述控制器通过控制所述绕组中的电流将所述耦合输出轴控制在所述发电机额定转速范围内。该方案中，通过磁耦合调速器进行调速，使其输出轴的转速稳定，这样就可以克服主机在推进时随时调整导致主轴输出不稳定的问题，由于通过控制器对绕组转子的转速进行控制，使得磁耦合调速器的输出轴可以稳定在一定范围内，从而使得此处的发电机可以运行在额定转速的范围内，输出稳定电能，可以与船内电网连接并进行供电，解决了现有技术中发电不稳定、成本高、可靠性差、不易实现的问题。
[0019](2)本实用新型所述的磁耦合轴带发电系统，所述主机的主输出轴通过皮带与所述磁耦合调速器的耦合输入轴连接，当主机的主输出轴的速度波动范围不大时，通过一定的皮带轮的变化，将磁耦合调速器的输入轴的转速控制在发电机额定转速附近，保证发电机工作在额定状态，使其输出稳定的电能。
【附图说明】
[0020]为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
[0021]图1是本实用新型一个实施例的磁耦合轴带发电系统的结构框图；
[0022]图2是本实用新型一个实施例的磁耦合轴带发电系统的控制器的控制方法流程图；
[0023]图3是本实用新型一个实施例的磁耦合轴带发电系统的控制原理图；
[0024]图4是本实用新型一个实施例的磁耦合轴带发电系统的控制器的结构框图。
[0025]图中附图标记表示为:1-主机，2-齿轮箱，3-螺旋桨，4-磁耦合调速器，5-发电机，6-控制器，7-皮带，01-转速监测单元，02-第一控制单元，03-第二控制单元。
【具体实施方式】
[0026]为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的内容，下面结合附图和实施例对本实用新型所提供的技术方案作进一步的详细描述。
[0027]本实施例提供一种磁耦合轴带发电系统，用于船舶中，可实现轴带发电。该磁耦合轴带发电系统，包括主机1、齿轮箱2和推进机构3，齿轮箱2设置在所述主机I与所述推进机构3之间，用于将所述主机I的主输出轴的转速转换为所述推进机构3需要的转速。此处的推进机构3为螺旋桨，主机I为内燃机或汽轮机等动力输出设备。主机I的主输出轴作为输出轴连接齿轮箱2，该齿轮箱2与作为推进机构3的螺旋桨连接，通过主机I带动螺旋桨转动，此处主机I的主输出轴输出的转速是不稳定的，根据推进动力的需要来进行输出，主机I的主输出轴输出的动力随动力需求进行调整。
[0028]本实施例中的磁耦合轴带发电系统，还包括磁耦合调速器4、控制器6和发电机5。所述磁親合调速器4包括磁转子和绕组转子，磁转子分别设置在其親合输入轴和親合输出轴之一上，绕组转子设置在所述耦合输入轴和所述耦合输出轴另一个上，可以互为输入或输出。本实施例中，磁转子可以设置在耦合输入轴上，绕组转子设置在耦合输出轴上。此处的磁转子可以是永磁转子也可以是励磁转子，一般优选永磁转子，由于永磁转子无需通电，设置比较方便；当然也可以选择励磁转子，励磁转子的缺点是需要外接电源，但是其优点是可以通过外接电源来对其产生的磁力进行调节。磁耦合调速器4的耦合输入轴和耦合输出轴分别连接该磁转子和该绕组转子。
[0029]此外，所述主机I的主输出轴还与所述磁耦合调速器4的输入轴连接，可以通过皮带7将上述两个轴连接起来，这样就使得所述主机I能够带动所述磁转子旋转。当主机I输出轴的速度波动范围不大时，可以通过一定的皮带轮变比，将永磁耦合调速器4的耦合输入轴的转速控制在发电机5额定转速附近。
[0030]所述磁耦合调速器4的耦合输出轴与所述发电机5连接，这样就使得所述绕组转子能够带动所述发电机5发电。所述磁耦合调速器4的绕组转子的绕组还与所述控制器6连接，所述控制器6通过控制所述绕组中的电流将所述磁耦合调速器4的耦合输出轴控制在发电机5额定转速范围内。
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