一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统，涉及电动船舶领域，包括电动机；人力发电装置，包括相互机械连接的人力装置和发电机；储能装置；交流电耦合装置，交流电耦合装置连接人力发电装置、电动机及储能装置。本实用新型专利技术的船用人力与电能交流电耦合驱动系统通过调节发电机电磁转矩控制人力装置做功的强度，发电机启动无最小力矩门槛限制；人力装置做功产生的电能与储能装置存储的电能在交流母线上耦合，使得储能装置能够按照任意设定比例，通过交流电耦合母线向电动机传递差额能量。本实用新型专利技术实现了人力发电装置与储能装置共同驱动游乐船行驶的目的，使游客获得差异化的锻炼体验与船速体验。

A coupling drive system of marine manpower and electric energy

【技术实现步骤摘要】
一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统
本技术涉及电动船舶领域，具体涉及一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统。
技术介绍
随着科技的发展和生活水平的改善，运动休闲的方式日益丰富。休闲娱乐船舶是目前较受欢迎的一种休闲娱乐器材，除电力/内燃机驱动部件外，其通常设置有人力驱动装置，包括脚踏装置、手摇装置、跑步装置等，同时具有健身和娱乐功能。在相关器材中，有技术人员想到将在运动休闲过程中人力装置做功进行收集，将人力做功的生物能并转化供负载使用，节约船舶能耗。已有技术人员通过发电装置与储能单元的设置，实现了运动能量的回收利用。例如，中国专利CN201065814Y公开了一种“将生物能转变为交流电的健身器”，其包括直流发电机、充电电路、控制面板、储能装置与直流变交流的电源转化器，该装置可以高效的将电能存储于储能装置中，再由储能装置给家用电器供电。相关装置对人体运动产生的能量进行转化与利用，不仅可以增加娱乐性，而且可以减少能源的浪费。但现有系统中仍存在以下问题：1、现有技术中人力做功产生的电能需要先存储在储能装置中，再控制逆变器将储能装置中存储的电能释放给用电负载。运动健身器材的发电与储能装置的放电不能同时运行，没有实现人力发电与电能的有机耦合，更无法实现二者能量输出的预设比例调节，难以实现电能输出功率依照人力输入功率的动态调整，实现类似人力驱动船舶的模拟效果。2、人力装置产生的电能向储能装置传递时，需要添加充电装置，充电装置的启动门槛严重影响了人力发电机的发电门槛，使得人力发电机转矩的调节受到最小工作力矩与最大工作力矩的限制。3、现有人力发电机转矩调节的目的是增加小体力者与降低大体力者的发电功率，达到提高运动健身器材的普适性与增加发电机可靠性的目的，这种转矩调节方式难以将输入功率与输出功率进行匹配，不具备娱乐性与竞速等竞技性基础。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统，可实现在不设置中间能量收集装置的前提下，人力发电与电能的有机耦合，实现二者能量输出的比例调节，使游客获得不同的锻炼体验与船速体验。为达到以上目的，本技术采取的技术方案是：一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统，包括：电动机；人力发电装置，包括相互机械连接的人力装置和发电机；储能装置；交流电耦合装置，所述交流电耦合装置连接所述人力发电装置、电动机及储能装置；所述交流电耦合装置包括通过电母线电耦合连接的发电侧电能控制组件、储能侧电能控制组件和电机侧电能控制组件，所述发电侧电能控制组件、储能侧电能控制组件、电机侧电能控制组件间通信连接；人力发电装置输出的电流和储能装置提供电流通过交流电耦合装置耦合在电母线上，输送至电动机。在上述技术方案的基础上，所述发电侧电能控制组件连接至少一路人力发电装置，所述储能侧电能控制组件连接至少一路储能装置，所述电机侧电能控制组件连接至少一路电动机。在上述技术方案的基础上，所述发电侧电能控制组件输入端连接人力发电装置发电机输出端，输出端连接电母线，将发电机发出的电能耦合在电母线上；所述发电侧电能控制组件将发电机发出的频率幅值变化的交流电/直流电转换成与交流耦合母线等幅值等频率等相位的交流电。在上述技术方案的基础上，所述发电侧电能控制组件包括负荷评估单元、电流控制器、并网控制器、驱动信号发生器和故障闭锁单元，所述负荷评估单元、电流控制器、驱动信号发生器依次电连接，所述并网控制器与所述电流控制器连接，所述故障闭锁单元与所述驱动信号发生器连接。在上述技术方案的基础上，所述发电侧电能控制组件输出端与所述电母线间还包括发电侧转换电路，所述发电侧转换电路为DC/AC电路或AC/AC电路。在上述技术方案的基础上，所述储能侧电能控制组件输入端与储能装置输出端电连接，所述储能侧电能控制组件输出端连接电母线，在系统运行时，调节其与储能装置相连接的端口电流。在上述技术方案的基础上，所述电机侧电能控制组件在电动机为交流电机时，将交流电母线上的交流电能转换成幅值与频率可调交流电能，控制交流电机转动；以及在电动机为直流电机时，将交流电母线上的交流电能转换成幅值可调的直流电能，控制直流电机转动。在上述技术方案的基础上，所述电机侧电能控制组件输入端连接所述人力发电装置，在检测到人力发电装置发出电能时，调节电动机电压幅值和/或频率，按照预先设定的功率比例控制电动机运行。在上述技术方案的基础上，所述人力装置包括脚踏装置、手摇装置和跑步装置。在上述技术方案的基础上，所述电动机输出端设置有变速器和螺旋桨。与现有技术相比，本技术的优点在于：(1)本技术的船用人力与电能交流电耦合驱动系统采用交流电耦合装置将人力发电装置、储能装置与电动机有机耦合在一起，其中，发电侧电能控制组件将人力发电装置耦合在交流电母线上；储能侧电能控制组件将储能装置耦合在交流电母线上；电机侧电能控制组件将电母线上的电能传递给电动机驱动电动机运行。人力产生的电能可无需经过储能装置直接传递给电动机，使得电动机能够获得的最大电功率为人力与储能装置功率之和，提高整体输出效率。(2)本技术的船用人力与电能交流电耦合驱动系统包括电机侧电能控制组件，其通过控制电动机输入电功率，控制螺旋桨转速，进而调节船速；电机侧电能控制组件控制电动机输入电功率的同时，间接控制了储能装置耦合在电母线上的功率，因此，电机侧电能控制组件能够根据人力发电功率的多少，按照预先设定的任意比例联动控制储能装置的输出功率，进而得到不同的船速体验感。(3)本技术的船用人力与电能交流电耦合驱动系统通过调节发电机电磁转矩控制人力装置做功的强度，无需设置充电装置，发电机启动无最小力矩门槛限制；人力装置做功产生的电能与储能装置在交流母线上耦合在一起，这使得储能装置能够按照任意设定比例，通过交流电耦合母线向电动机传递差额能量。附图说明图1为本技术实施例中船用人力与电能交流电耦合驱动系统的系统架构图；图2为本技术实施例中船用人力与电能交流电耦合驱动系统的发电侧控制逻辑图；图3为本技术实施例中船用人力与电能交流电耦合驱动系统的电机侧控制逻辑图；图4为本技术实施例中船用人力与电能交流电耦合驱动系统的储能侧控制逻辑图；图5为本技术一个实施例中船用人力与电能交流电耦合驱动系统中AC/AC发电侧电路图；图6为本技术一个实施例中船用人力与电能交流电耦合驱动系统中DC/AC发电侧电路图；图7为本技术一个实施例中船用人力与电能交流电耦合驱动系统中AC/DC电机侧电路图；图8为本技术一个实施例中船用人力与电能交流电耦合驱动系统中AC/AC电机侧电路图；图9为本技术一个实施例中船用人力与电能交流电耦合驱动系统中DC/AC储能侧电路图；图10为本技术一个实施例中船用人力与电能交流电耦合驱动系统中发电侧控制流程图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统，其特征在于，包括：/n电动机；/n人力发电装置，包括相互机械连接的人力装置和发电机；/n储能装置；/n交流电耦合装置，所述交流电耦合装置连接所述人力发电装置、电动机及储能装置；所述交流电耦合装置包括通过电母线电耦合连接的发电侧电能控制组件、储能侧电能控制组件和电机侧电能控制组件，所述发电侧电能控制组件、储能侧电能控制组件、电机侧电能控制组件间通信连接；/n人力发电装置输出的电流和储能装置提供电流通过交流电耦合装置耦合在电母线上，输送至电动机。/n

【技术特征摘要】
1.一种船用人力与电能交流电耦合驱动系统，其特征在于，包括：
电动机；
人力发电装置，包括相互机械连接的人力装置和发电机；
储能装置；
交流电耦合装置，所述交流电耦合装置连接所述人力发电装置、电动机及储能装置；所述交流电耦合装置包括通过电母线电耦合连接的发电侧电能控制组件、储能侧电能控制组件和电机侧电能控制组件，所述发电侧电能控制组件、储能侧电能控制组件、电机侧电能控制组件间通信连接；
人力发电装置输出的电流和储能装置提供电流通过交流电耦合装置耦合在电母线上，输送至电动机。


2.如权利要求1所述的船用人力与电能交流电耦合驱动系统，其特征在于：所述发电侧电能控制组件连接至少一路人力发电装置，所述储能侧电能控制组件连接至少一路储能装置，所述电机侧电能控制组件连接至少一路电动机。


3.如权利要求1所述的船用人力与电能交流电耦合驱动系统，其特征在于：所述发电侧电能控制组件输入端连接人力发电装置发电机输出端，输出端连接电母线，将发电机发出的电能耦合在电母线上；所述发电侧电能控制组件将发电机发出的频率幅值变化的交流电/直流电转换成与交流耦合母线等幅值等频率等相位的交流电。


4.如权利要求1所述的船用人力与电能交流电耦合驱动系统，其特征在于：所述发电侧电能控制组件包括负荷评估单元、电流控制器、并网控制器、驱动信号发生器和故障闭锁单元，所述负荷评估单元、电流控制器、驱动信号发生器依次电连接，所述并网控制器与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：康勇，王洪升，文刚，别传玉，曾明星，陈泓滨，夏志才，何德刚，张超，
申请(专利权)人：武汉新能源研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42