用于推进系统的变速器系统的制作方法

用于推进系统的变速器系统
1.本技术是分案申请，其母案申请的国际申请号为pct/gb2017/050949，中国国家申请号为201780040977.8，申请日为2017年4月5日，发明名称为“用于推进系统的变速器系统”。
技术领域
2.本发明涉及一种用于推进系统的变速器系统。推进系统可以用于船舶。本发明进一步涉及一种推进设备和操作推进系统和推进设备的方法。


背景技术：

3.用于机器的推进系统通常包括一个或多个动力单元，诸如燃气轮机和/或往复式发动机。此类机器包括车辆，诸如船舶、飞行器或陆地车辆。例如，动力单元的动力输出可以为房间负荷、驾驶室或作业工具提供所需负荷，并且如果作业机器是车辆，则提供推力以使得机器能够移动。可以选择动力单元的潜在动力输出的范围以便满足作业机器的操作曲线中所需的预期负荷。在有效地操作此类动力单元方面还有降低环境和成本益处。具体地，可以选择动力单元以在车辆巡航速度下以最大效率操作，该车辆巡航速度是车辆在其运行的大部分时间内移动的速度。
4.船舶通常包括机械或电气推进系统。在机械推进系统中，动力可以经由机械变速器在动力单元与推进器之间传递。电气推进系统可以包括驱动发电机的一个或多个动力单元，其向至少一个电动马达馈送动力以驱动一个或多个推进器。
5.混合动力推进系统可以用于改进灵活性、冗余度和效率。wo-a-2014/184517公开了一种混合动力推进系统，其中至少一个动力单元经由机械装置和/或经由诸如液压或电动装置等备用动力传递装置可操作地连接到变速器。变速器可以是行星齿轮箱，其可以使得变速器能够组合来自机械和备用动力传递装置的动力，或者从机械装置接收动力并向备用动力传递装置供应动力。变速器可以提供用于推进车辆的动力输出。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种用于推进系统的变速器系统，该推进系统包括至少一个动力单元、动力传递系统和至少一个推进元件，该变速器系统包括：求和变速器，其被配置为从该至少一个动力单元和/或动力传递系统接收动力；推进输出变速器，其包括第一推进输出轴并且被配置为从该求和变速器接收动力并将该动力引导到该至少一个推进元件；以及动力传递变速器，其可操作地连接到该求和变速器，并且被配置为在该求和变速器与该动力传递系统之间传递动力；其中该动力传递变速器包括第一动力传递轴和动力传递联轴器，该动力传递联轴器被配置为选择性地可操作地将该第一动力传递轴连接到该第一推进输出轴，使得动力直接从该动力传递系统传递到该推进输出变速器。
7.本发明进一步提供了一种操作用于推进系统的变速器系统的方法，该推进系统包括至少一个动力单元、动力传递系统和至少一个推进元件，该变速器系统包括：求和变速
器，其被配置为从该至少一个动力单元和/或动力传递系统接收动力；推进输出变速器，其包括第一推进输出轴并且被配置为从该求和变速器接收动力并将该动力引导到该至少一个推进元件；以及动力传递变速器，其可操作地连接到该求和变速器并且被配置为在该求和变速器与该动力传递系统之间传递动力，该动力传递变速器包括第一动力传递轴和动力传递联轴器，其中该方法包括：在该动力传递变速器处从该动力传递系统接收动力；确定是否接合该动力传递联轴器；以及接合该动力传递联轴器使得该第一动力传递轴可操作地连接到该第一推进输出轴，使得动力直接从该动力传递系统传递到该推进输出变速器。
8.本发明进一步提供了一种用于船舶的推进系统的变速器系统，该推进系统包括具有动力单元输出轴的至少一个动力单元、动力传递系统和至少一个推进元件，该变速器系统包括：求和变速器，其被配置为从该至少一个动力单元和/或动力传递系统接收动力并且向该至少一个推进元件提供动力输出；动力单元变速器，其用于安装在该至少一个动力单元输出轴上以从其中接收旋转输入，该动力单元变速器被配置为选择性地将动力从该旋转输入引导到该求和变速器和/或动力传递系统并且包括至少一个联轴器，该至少一个联轴器用于在第一旋转方向或第二旋转方向上选择性地将该旋转输入引导到该求和变速器。
9.本发明进一步提供了一种操作用于船舶的推进系统的变速器系统的方法，该推进系统包括具有动力单元输出轴的至少一个动力单元、动力传递系统和至少一个推进元件，该变速器系统包括：求和变速器，其被配置为从该至少一个动力单元和/或动力传递系统接收动力并且向该至少一个推进元件提供动力输出；动力单元变速器，其安装在该至少一个动力单元输出轴上以从其中接收旋转输入，并且包括至少一个联轴器，该至少一个联轴器被配置为选择性地将动力从该旋转输入引导到该求和变速器和/或动力传递系统，该方法包括：在该动力单元变速器处从该至少一个动力单元输出轴接收该旋转输入；操作该至少一个联轴器以在第一旋转方向或第二旋转方向上将该旋转输入引导到该求和变速器。
10.本发明进一步提供了一种操作推进设备的方法，该推进设备包括：至少两个推进系统，其各自包括：变速器系统，其被配置为向至少一个推进元件提供动力输出；至少一个第一能量转换机；至少一个主动力单元，其可操作以选择性地驱动该变速器系统和/或该至少一个第一能量转换机；以及至少一个第二能量转换机，其可操作以选择性地驱动该变速器系统或由该变速器系统驱动，至少一个次级动力单元，其被配置为选择性地向至少一个发电机提供动力；以及动力传递系统，其用于在该第一和第二能量转换机与至少一个发电机之间传递动力；其中该方法包括：接收以系统输出速度驱动该至少一个推进元件的需求；操作至少一个主动力单元和/或次级动力单元以经由该动力传递系统和/或变速器系统向至少一个推进元件提供动力。
11.仅作为示例，现在参考附图并如所示在附图中描述变速器系统、推进系统和推进设备的实施例。
附图说明
12.图1是包括本发明的变速器系统和推进系统的船舶的侧视图；
13.图2是本发明的推进系统的示意图；
14.图3是图2的推进系统的变速器系统的侧视图的横截面视图；
15.图4是本发明的推进系统的另一实施例的示意图；
16.图5是本发明的推进系统的另一实施例的示意图；
17.图6是本发明的推进系统的另一实施例的示意图；
18.图7是本发明的推进系统的另一实施例的示意图；
19.图8是图7的推进系统的行星齿轮箱的示意图；以及
20.图9是本发明的推进设备的示意图。
具体实施方式
21.本发明总体上涉及提供wo-a-2014/184517的混合动力推进系统的灵活性、冗余性和效率的进一步改进。本发明总体上涉及一种推进系统，其包括至少一个动力单元，该动力单元经由机械装置和/或经由诸如液压或电气路线等备选替装置可操作地连接到变速器系统。
22.在下面的描述中，术语“可操作地连接”意味着一个部件例如通过使用联接装置来驱动另一个部件。联接装置可以包括接合齿轮、连接轴、变矩器、离合器、变速器和用于传递动力的任何其他合适的装置。
23.推进系统特别适用于船舶，并且以下示例性实施例具体涉及推进系统在诸如船等船舶中的使用。然而，推进系统可以用于任何其他形式的作业机器，诸如陆地车辆。
24.图1示出了示例性船舶10，在这种情况下是抛锚拖带供应船，其包括本发明的推进系统11。推进系统11可以被配置为经由推进元件12(诸如推进器)提供推力以移动船舶10。推进系统11还可以向驾驶室13、船首推力器14、船尾推力器15、起重机16等提供动力供应。如下所述，船舶10可以包括多个推进系统11，其可以连接成使得动力可以在其间传递。
25.如图2和3中进一步详细示出，推进系统11可以包括动力单元17、动力传递系统18和推进输出装置19，所有这些都可以通过变速器系统20可操作地互连。变速器系统20可以选择性地从动力单元17和/或动力传递系统18接收动力，并且可以选择性地向推进输出装置19供应动力。
26.动力单元17可以被配置为以旋转动力单元输出轴21的形式提供动力输出，该旋转动力单元输出轴可以可操作地连接到变速器系统20。动力单元17可以是任何合适的类型，例如内燃机(特别是柴油机)或燃气轮机。动力单元17能够在一定速度范围或恒定速度下提供可变动力输出。推进系统11可以包括多个动力单元17，其可操作地连接在一起并向变速器系统20提供动力。
27.变速器系统20可以包括动力单元变速器25、可操作地连接到动力单元变速器25上的求和变速器26、可操作地连接到求和变速器26上的动力传递变速器27以及可操作地连接到求和变速器26和/或动力传递变速器27上的推进输出变速器28。如图2中所示，动力单元变速器25、求和变速器26、动力传递变速器27和推进输出变速器28可以安装在齿轮箱24中。
28.动力单元变速器25可以被配置为接收从动力单元17输出的动力并将动力传递到动力传递系统18和/或求和变速器26。动力单元变速器25可以包括动力单元联轴器30，其位于动力单元输出轴21与求和变速器26之间并且被配置为选择性地连接该动力单元输出轴和求和变速器。动力单元联轴器30可以由控制单元(图中未示出)控制，并且可以包括如图3中所示的板式离合器。动力单元联轴器30可替代地包括离合器、爪形离合器、变矩器等。
29.动力单元变速器25可以进一步包括至少一个第一动力单元变速器齿轮31和至少
一个第二动力单元变速器齿轮32，它们用于将动力从动力单元输出轴21传递到动力传递系统18。在所示实施例中，第一动力单元变速器齿轮31安装到第一动力单元变速器轴33，其可以是如所示的动力单元输出轴21，并且与两个第二动力单元变速器齿轮32互连。每个第二动力单元变速器齿轮32可以安装到第二动力单元变速器轴34，而动力传递系统18可以安装到第二动力单元变速器轴34。
30.求和变速器26可以是本领域已知的任何合适类型，例如自动变速器、无级变速器等，其被配置为(从动力单元变速器25和动力传递变速器27)接收两个动力输入并且(经由推进输出变速器28和/或动力传递变速器27)提供至少一个输出。求和变速器26可以基本上类似于wo-a-2014/184517中所公开的变速器，并且如图2和3中所示，可以包括行星齿轮箱或周转轮系，其具有在同一平面内传递动力的多个可旋转齿轮。求和变速器26可以包括由环形齿轮36环绕的太阳齿轮35。环形齿轮36可以包括围绕环形盘的内边缘的面向内的齿。多个行星齿轮37可以位于太阳齿轮35与环形齿轮36之间并与它们啮合。多个行星齿轮37可以围绕其轴附接到行星架38。行星架38可以经由动力单元变速器25可操作地连接到动力单元17。具体地，动力单元联轴器30可以被配置为选择性地将行星架38连接到动力单元输出轴21和/或第一动力单元变速器轴33。环形齿轮36可以向推进输出变速器28提供输出。
31.推进输出变速器28可以包括可操作地连接到环形齿轮36上的第一推进输出轴40和安装到第一推进输出轴40上的第一推进输出齿轮41。具体地，如所示，第一推进输出轴40可以直接连接到环形齿轮36，使得它们通过环形齿轮36围绕第一推进输出轴40安装而一起旋转。推进输出变速器28可以进一步包括安装到第二推进输出轴43上的第二推进输出齿轮42。第一推进输出齿轮41和第二推进输出齿轮42啮合，使得当环形齿轮36使第一推进输出轴40旋转时，第一推进输出齿轮41使第二推进输出齿轮42和第二推进输出轴43旋转。
32.第二推进输出轴43可以被配置为向推进输出装置19提供动力，该推进输出装置可以包括推进元件12。推进元件12可以例如通过安装在第二推进输出轴43上来可操作地连接到该第二推进输出轴，使得推进元件12提供推力以移动船舶10。推进元件12可以包括一个或多个推进器、推力器、轮子和其他形式的移动车辆。推进输出装置19可以被配置为从求和变速器26和/或动力传递变速器27接收动力，使得推进输出轴23和推进元件12旋转，由此移动船舶10。
33.动力传递变速器27可以被配置为在动力传递系统18与求和变速器26之间传递动力和/或在动力传递系统18与推进输出变速器28之间传递动力。动力传递变速器27可以包括安装在第一动力传递轴46上的至少一个第一动力传递齿轮45和安装在至少一个第二动力传递轴48上的至少一个第二动力传递齿轮47。至少一个第二动力传递轴48可以安装到动力传递系统18以随其传递动力。太阳齿轮35可以安装到第一动力传递轴46，使得它们一起旋转，由此可操作地将动力传递变速器27连接到求和变速器26。
34.动力传递变速器27可以进一步包括动力传递联轴器49，该动力传递联轴器被配置为可操作地连接动力传递系统18和推进输出变速器28，使得动力可以直接从动力传递系统18传递到推进输出装置19，这与求和变速器26无关。动力传递联轴器49、第一动力传递轴46和第一推进输出轴40可以位于求和变速器26的同一侧。第一推进输出齿轮41可以在动力传递联轴器49与环形齿轮36之间安装到第一推进输出轴40上。具体地，动力传递联轴器49可以被配置为选择性地连接第一动力传递轴46和第一推进输出轴40，并且可以至少部分地安
装到第一动力传递轴46和第一推进输出轴40。动力传递联轴器49可以由控制单元控制。
35.如图3中所示，第一动力传递轴46可以安装在第一推进输出轴40内。具体地，第一推进输出轴40可以是基本上中空的，并且第一动力传递轴46可以从动力传递联轴器49延伸穿过第一推进输出轴40到达太阳齿轮35。动力传递联轴器49可以包括板式离合器，其中多个板安装到第一推进输出轴40，并且多个板安装到第一动力传递轴46。动力传递联轴器49可替代地包括离合器、爪形离合器、变矩器等。
36.动力传递系统18可以包括至少一个第一能量转换机50、至少一个第二能量转换机51和至少一个动力传递装置52，该动力传递装置用于在至少一个第一能量转换机50与至少一个第二能量转换机51之间传递动力。动力传递系统18可以是例如电动的或液压的。至少一个第一能量转换机50可以可操作地连接到动力单元变速器25，其用于在至少一个第一能量转换机50、动力单元17以及求和变速器26之间传递动力。至少一个第二能量转换机51可以可操作地连接到动力传递变速器27，其用于在至少一个第二能量转换机51、推进输出变速器28以及求和变速器26之间传递动力。在图2中所示的实施例中，动力传递系统18包括各自可操作地连接到第二动力单元变速器轴34上的两个第一能量转换机50和各自可操作地连接到第二动力传递轴48上的两个第二能量转换机51。
37.推进系统11可以包括如所示的两个动力传递装置52，每个动力传递装置52连接一对第一能量转换机50和第二能量转换机51。在替代实施例中，动力传递系统18可以包括单个动力传递装置52，其将所有第一能量转换机50和第二能量转换机51连接在一起。至少一个动力传递装置52可以操作地向房间负荷、驾驶室13、船首推力器14、船尾推进器15、起重机16等提供动力。
38.第一能量转换机50和第二能量转换机51可以包括用于可逆地或双向地转换或传递能量的任何合适的装置。具体地，第一能量转换机50和第二能量转换机51可以适合于将一种形式的能量、特别是机械能量转换成另一种形式、特别是电能或流体，反之亦然。动力传递装置52还可以使得能够控制在第一能量转换机50与第二能量转换机51之间传递的动力。例如，可以控制动力传递，使得第一能量转换机50的输入速度可以与第二能量转换机51的输出速度不同。
39.第一能量转换机50和第二能量转换机51以及动力传递装置52可以一起形成变速器。具体地，变速器可以实现输入与输出之间的比率的无级变化。变速器可以是双向的，使得动力输入可以到达第一能量转换机50，并且动力输出可以来自第二能量转换机51，反之亦然。
40.第一能量转换机50和第二能量转换机51可以是可逆液压机(即，泵/马达)，诸如可变排量液压马达等。可逆液压机将来自旋转轴的机械能转换成流体能，反之亦然。替代地，第一能量转换机50和第二能量转换机51可以各自包括并联布置的液压泵和液压马达，使得各自可以同步或独立地起作用。动力传递装置52可以包括液压系统，其用于在第一和第二可逆液压机之间传递液压流体，由此传递能量或动力。液压系统可以包括本领域已知的任何合适的装置，例如包括软管、泵、马达、阀、贮存器、过滤器、蓄电池、密封件、连接件、电荷泵、充电电路等。
41.替代地，第一能量转换机50和第二能量转换机51可以是可逆电机，诸如可逆电动马达或发电机等。可逆电机将来自旋转轴的机械能转换成电能，反之亦然。可逆电机可以是
dc或ac，并且可以是任何合适的类型，例如异步、同步、开关磁阻和变频感应马达。动力传递装置52可以包括电气系统，其用于在第一和第二可逆电机之间传递电流，由此传递能量或动力。电气系统可以是本领域已知的任何合适的装置，例如包括逆变器、整流器、电缆、隔离器、电池、功率控制电子器件等。
42.替代地，第一能量转换机50和第二能量转换机51可以是可逆机械机器，诸如无级变速器，包括环形、压带或摩擦锥变速器。动力传递装置52可以包括用于在第一能量转换机50和第二能量转换机51之间传递动力的至少一个轴、齿轮、离合器、皮带、链条或其他机械装置。
43.第一能量转换机50和第二能量转换机51的输入或输出速度可以由控制单元控制。具体地，控制单元可以通过切换第一能量转换机50和第二能量转换机51来使第一能量转换机50和第二能量转换机51与动力单元25和动力传递变速器27之间的可操作连接脱离，使得不从其中传递动力。例如，如果第一能量转换机50和第二能量转换机51是可变排量液压马达，则其中包含的旋转斜盘可以旋转，使得不传递动力。替代地，诸如离合器等联轴器可以位于第一能量转换机50和第二能量转换机51与动力单元25和动力传递变速器27之间，以使得能够其间的可操作连接接合和脱离。
44.操作模式
45.推进系统11可以包括至少一个输入装置和/或至少一个传感器，其被配置为向控制单元提供至少一个输入。基于输入和存储的程序指令，控制单元可以控制动力单元17、动力传递系统18和变速器系统20(特别是动力单元联轴器30和动力传递联轴器49)以操作推进系统11。控制单元可以例如基于来自操作员在输入装置处的输入来确定推进元件12的输出的期望角速度(称为“系统输出速度”)，并且控制推进系统11以便实现期望的系统输出速度。具体地，控制单元可以确定是接合还是脱离动力单元30和/或动力传递联轴器49并且随后接合脱离动力单元30和/或动力传递联轴器49。控制单元还可以改变动力单元17的输出速度和/或动力传递系统18上的动力传递。
46.推进系统11可以多种不同模式中的一种来操作。一些模式类似于wo-a-2014/184517中公开的那些模式。
47.在机械模式中，可以利用机械路线将动力从动力单元17传递到推进输出变速器28。动力单元联轴器30可以接合，使得旋转动力单元输出轴21驱动行星架38，由此驱动行星齿轮37。因此，环形齿轮36旋转，从而经由第一推进输出轴40驱动第一推进输出齿轮41。虽然第一能量转换机50可以充当发电机以经由旋转的第一动力单元变速器齿轮31和第二动力单元变速器齿轮32以及第二动力单元变速器轴34从动力单元变速器25接收动力，但是第一能量转换机50不向动力单元变速器25提供动力。由此，第一能量转换机50可以为动力传递装置52提供动力以用于酒店负荷等。
48.在系统输出速度的第一机械范围中(其可以是最大系统输出速度的25％至75％)，机械模式，可以防止太阳齿轮35旋转以便减少操作期间的损失。例如，变速器系统20可以包括联轴器或离合器(诸如在第一动力传递轴46与齿轮箱24的壳体之间)以防止太阳齿轮35在机械模式下旋转。该离合器可以是动力传递联轴器49的一部分。替代地，可以通过将第二能量转换机51的速度保持为零来防止它们旋转。
49.在系统输出速度的第二机械范围中(其可以低于第一机械范围或者是最大系统输
出速度的25％至50％)，可以通过锁定动力传递联轴器49并操作第二能量转换机51来允许太阳齿轮35旋转，使得该太阳齿轮不向动力传递装置52提供动力。例如，在液压马达的情况下，旋转斜盘可以被设定为零排量，或者在电动马达的情况下，它可以在没有任何激励电流的情况下释放轮子。
50.在空挡模式中，动力可以经由动力传递系统18但是不通过动力单元联轴器30从动力单元17传递到推进输出变速器28。具体地，动力单元联轴器30可以脱离，并且可以仅经由动力传递系统18非机械地传递动力。动力传递联轴器49可以脱离，使得第一动力传递轴46不直接机械连接到第一推进输出轴40。第一能量转换机50可以充当发电机以从动力单元变速器25接收动力，并且经由动力传递装置52将动力传递到第二能量转换机51。第二能量转换机51可以充当马达以向动力传递变速器27、特别是向第二动力传递轴48提供动力。第二动力传递轴48可以经由第一动力传递齿轮45和第二动力传递齿轮47将动力传递到第一动力传递轴46。然而，动力可以不通过求和变速器26传递到环形齿轮36，而是可以由行星齿轮37和行星架38吸收。
51.在备选动力模式中，动力可以经由动力传递系统18但是不通过动力单元联轴器30或通过求和变速器26从动力单元17传递到推进输出变速器28。动力传递联轴器49可以接合，使得第一动力传递轴46直接机械连接到第一推进输出轴40并且它们在相同方向上以相同的角速度旋转。虽然环形齿轮36和太阳齿轮35可以这种模式旋转，但是动力通过动力传递联轴器49直接从第一动力传递轴46传递到第一推进输出轴40。
52.在间接组合动力模式中，动力可以经由机械模式与备用动力模式的组合从动力单元17传递到推进输出变速器28。可以接合动力单元联轴器30，使得动力单元17将动力引导到行星架38。动力单元变速器25还可以向动力传递系统18提供动力，该动力传递系统可以被配置为通过控制第二能量转换机51的输出的角速度来控制太阳齿轮35的角速度。动力传递联轴器49可以脱离。因此，环形齿轮36可以直接由动力传递系统18和动力单元17驱动，并且向推进输出变速器28提供动力。在间接组合动力模式中，可以通过改变动力单元17的输出速度或通过改变第二能量转换机51的输出速度来改变环形齿轮36的角速度。此外，通过控制第二能量转换机51和第二动力传递轴48的输出的旋转方向，可以控制太阳齿轮35的旋转方向以改变环形齿轮36的角速度。
53.在直接组合动力模式中，可以除了可以接合动力传递联轴器49之外类似于间接组合动力模式的方式来传递动力。因此，推进输出变速器28可以经由动力传递联轴器49从动力传递系统18并且经由动力单元联轴器30从动力单元17接收动力。
54.在间接反向动力模式中，动力可以如机械模式那样传递，而第二能量转换机51充当发电机。动力传递联轴器49可以脱离。动力单元17可以经由接合的动力单元联轴器30、行星架38和行星齿轮37向环形齿轮36(以及因此推进输出装置19)和太阳齿轮35提供动力。第二能量转换机51可以经由第一动力传递轴46和第二动力传递轴48以及第一动力传递齿轮45和第二动力传递齿轮47从太阳齿轮35接收动力。可以通过控制由第二能量转换机51产生的动力来控制太阳齿轮35的角速度。在间接反向动力模式中，动力传递系统18还可以经由第一能量转换机50向动力单元变速器25提供动力。
55.在直接反向动力模式中，除了可以接合动力传递联轴器49之外，推进系统11可以如间接反向动力模式那样操作。因此，可以直接经由动力传递联轴器49将动力从环形齿轮
36引导到第二能量转换机51。
56.每个模式都可以在船舶10的操作期间的任何合适的时间操作。下面描述用于提高系统输出速度的特别合适的操作顺序。该序列类似于wo-a-2014/184517中公开的顺序。最初，系统输出速度可以通过实施其中动力单元联轴器30脱离并且动力传递联轴器49接合的备用动力模式并将动力单元17的输出速度增加到其最佳输出速度来从零增加。最佳输出速度可以是动力单元17的最大值和/或动力单元17最有效地操作的输出速度。
57.当处于动力单元17的最佳输出速度时，可以通过接合动力单元联轴器30并操作第二能量转换机51作为能量发生器来实施间接反向动力模式。为了提高系统输出速度，可以减小第二能量转换机51的输入速度，使得太阳齿轮35的转速减小并且环形齿轮36的转速增加。
58.一旦第二能量转换机51的速度达到零(即，使得太阳齿轮35不再旋转)，推进系统11就可以机械模式操作(无关于上面讨论的第一或第二机械范围)。当变速器系统20处于该状态时，系统输出速度优选地为巡航速度(即，船舶10在其大部分运行范围内操作的速度)。
59.为了进一步提高系统输出速度，可以通过在间接反向动力模式和间接备选动力模式期间将第二能量转换机51作为马达并且在与其旋转方向相反的旋转方向上操作来接合间接组合动力模式。结果，环形齿轮36的转速提高并且系统输出速度进一步提高。
60.为了降低系统输出速度，可以实施上述模式顺序的反转。可以实施备用动力模式，使得绕过求和变速器26。因此，可以避免求和变速器26中的任何低效率。此外，备用动力模式可以在求和变速器26中出现故障的情况下提供附加的冗余。
61.替代实施例
62.各种其他实施例也落入本发明的范围内。通常，代替互锁或啮合的齿轮，推进系统11可以包括任何合适的运动连接元件，包括皮带和/或链条。
63.在图2和3的实施例中，推进元件12的旋转方向可以通过反转动力单元17的旋转方向和/或通过反转至少一个第二能量转换机51的旋转方向来反转。在替代实施例中，变速器系统20可以被配置为使得至少一个动力单元17与求和变速器26之间特别是经由动力单元变速器25的机械连接在第一旋转方向与第二旋转方向之间选择性地可逆。结果，推进元件12的旋转输出方向可以是可逆的。
64.图4示出了一个这样的实施例，其中动力单元变速器25和动力传递变速器27与图2和3中的不同。在适当情况下使用相同的附图标记。动力单元变速器25可以包括：主动力单元变速器55，其用于在第一旋转方向上选择性地将输入旋转到求和变速器26；以及次级动力单元变速器56，其用于在相反的第二旋转方向上选择性地将输入旋转到求和变速器26。第一和第二旋转方向可以被实施为来自动力单元输出轴21的单个旋转输入方向。主动力单元变速器55和次级动力单元变速器56可以分别包括主动力单元变速器联轴器57和次级动力单元变速器联轴器58，它们用于将主动力单元变速器55或次级动力单元变速器56选择性地可操作地连接到行星架38。
65.主动力单元变速器55可以包括上面安装有第一动力单元变速器齿轮60的第一动力单元变速器轴59和上面可以安装有第二动力单元变速器齿轮62的第二动力单元变速器轴61。第一动力单元变速器轴59和第二动力单元变速器轴61可以经由主动力单元变速器联轴器57可操作地彼此连接。第二动力单元变速器齿轮62可以与行星架齿轮63啮合。行星架
齿轮63可以是内齿轮，并且可以被配置为在第二动力单元变速器齿轮62旋转时使行星架38在第一旋转方向上旋转。
66.次级动力单元变速器56可以包括上面安装有第三动力单元变速器齿轮65的第三动力单元变速器轴64和上面可以安装有第四动力单元变速器齿轮67的第四动力单元变速器轴66。第三动力单元变速器齿轮65可以与第一动力单元变速器齿轮60啮合以在其间传递动力。第一能量转换机50可以安装到第三动力单元变速器轴64。第三动力单元变速器轴64和第四动力单元变速器轴66可以经由次级动力单元变速器联轴器58可操作地彼此连接。第四动力单元变速器齿轮67可以与行星架齿轮63啮合。行星架齿轮63可以被配置为在第四动力单元变速器齿轮67旋转时使行星架38在第二旋转方向上旋转。
67.当主动力单元变速器联轴器57接合并且次级动力单元变速器联轴器58脱离时，至少一个动力单元17可以经由主动力单元变速器55在第一旋转方向上驱动行星架38。当主动力单元变速器联轴器57脱离并且次级动力单元变速器联轴器58接合时，至少一个动力单元17可以经由次级动力单元变速器56在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上驱动行星架38。结果，可以上述模式控制第一推进输出轴40的旋转方向，因此控制推进元件12的旋转方向。
68.在图4的实施例中，动力传递变速器不同于图2和3的动力传递变速器，因为动力传递联轴器49包括三个操作状态。此外，第二能量转换机51直接安装到第一动力传递轴46。在空挡配置68中，如图4中所示，动力传递联轴器49可以脱离，使得如在上面讨论的空挡、间接组合和间接反向动力模式中一样，第二能量转换机51仅可操作地连接到太阳齿轮35。在接合配置69中，如在上面讨论的备用的直接组合和直接反向动力模式中一样，第一动力传递轴46可以可操作地连接到第一推进输出轴40。在制动配置70中，可以防止第一动力传递轴46旋转，使得太阳齿轮35不能旋转。当处于机械模式时可以实施制动配置70，使得在太阳齿轮35与第二能量转换机51之间不传递动力，由此确保从动力单元17向第一推进输出轴40有效地机械传递动力。
69.图5示出了推进系统11的另一实施例，其中除了行星架齿轮63是与第二动力单元变速器齿轮62和第四动力单元变速器齿轮67啮合的外齿轮之外，动力单元变速器25类似于图4的动力单元变速器。在图5中，次级动力单元变速器56被示为位于主动力单元变速器55的上方或旁边。然而，替代地，主动力单元变速器55和次级动力单元变速器56可以直接安装在行星架齿轮63周围。这种布置的益处是，与图4的布置相比，动力单元输出轴21与太阳齿轮35之间的垂直或水平偏移可以增加。这种增加的偏移可能特别适合于一些类型的船舶10。
70.图5还示出了动力单元变速器25的另一实施例，其中第一能量转换机50可以直接安装到动力单元输出轴21而不是动力单元变速器25的任何其他轴。动力单元输出轴21可以直接穿过第一能量转换机50。结果，通过动力单元17与第一能量转换机50之间的零水平或垂直偏移，推进系统11可以更紧凑。
71.图5还示出了动力单元联轴器49的另一实施例，该动力单元联轴器除了动力传递变速器27类似于wo-a-2014/184517中公开的动力传递变速器之外类似于图4的动力单元联轴器。在这样的推进系统11中，动力传递联轴器49可以与图4类似的方式实施空挡配置68和制动配置70。然而，在接合配置69中，动力传递联轴器49可以被配置为选择性地可操作地将
第二能量转换机51连接到行星架38而不是环形齿轮36。结果，在接合配置69中，可以不绕过求和变速器26，并且不能实施备用的组合和反向动力模式。
72.图5还示出了推进输出变速器28的另一实施例，其中输出行星齿轮箱75代替第一推进输出齿轮41和第二推进输出齿轮43。输出行星齿轮箱75可以包括输出太阳齿轮76，其可操作地连接到第一推进输出轴40以及求和变速器26的环形齿轮36。输出行星齿轮箱75可以进一步包括位于输出太阳齿轮76与输出环形齿轮78之间的多个输出行星齿轮77。输出行星齿轮77可以安装到输出行星架79，其可以向上面安装有推进元件12的第二推进输出轴43提供动力输出。输出行星齿轮箱75可以被配置为在动力单元输出轴21速度与系统输出速度之间提供附加的减速比。结果，求和变速器26可以具有较小的直径，并且可以增加推进系统11的动力密度。
73.图6和7示出了推进系统11的另外的实施例，其中动力单元变速器25包括至少一个行星齿轮箱85、86、105以用于向求和变速器26的行星架38提供选择性可逆的旋转动力输入。具体地，如图6中所示，动力单元变速器25可以包括第一行星齿轮箱85，该第一行星齿轮箱包括第一输入太阳齿轮87、第一输入环形齿轮88、在第一输入太阳齿轮87与第一输入环形齿轮88之间啮合的第一多个输入行星齿轮89，以及上面可旋转地安装有第一多个输入行星齿轮89的第一输入行星架90。第一输入太阳齿轮87可操作地连接到动力单元输出轴21和/或从动力单元17接收动力的第一动力单元变速器轴91。在图6中，第一能量转换机50安装到动力单元输出轴21和/或第一动力单元变速器轴91，但是在其他实施例中，它可以经由如图2和3中公开的齿轮装置从动力单元17接收动力。第一行星齿轮箱85可以进一步包括第一环形联轴器器92，其用于选择性地锁定或制动第一输入环形齿轮88以防止第一输入环形齿轮88旋转。第一环形联轴器92可以包括离合器，并且具体可以包括板式离合器。
74.动力单元变速器25可以进一步包括第二行星齿轮箱86，该第二行星齿轮箱包括第二输入太阳齿轮95、第二输入环形齿轮96、在第二输入太阳齿轮95与第二输入环形齿轮96之间啮合的第二多个输入行星齿轮97，以及上面可旋转地安装有第二多个输入行星齿轮97的第二输入行星架98。第二输入太阳齿轮95可以通过第二动力单元变速器轴99可操作地连接到第一输入环形齿轮88，因此与该第一输入环形齿轮一起旋转。第二行星齿轮箱86可以进一步包括第二环形联轴器器100，其用于选择性地锁定或制动第二输入环形齿轮96以防止第二输入环形齿轮96旋转。第二环形联轴器100可以包括离合器，并且具体可以包括板式离合器。
75.动力单元变速器25可以进一步包括第三动力单元变速器轴101，其可操作地将第一输入行星架90连接到求和变速器26的第二输入行星架98和行星架38，使得它们一起旋转。如所示，第三动力单元变速器轴101可以延伸穿过第二输入太阳齿轮95。
76.为了反转第一推进输出轴40的旋转方向，基于动力单元输出轴21的单个旋转方向，第一环形联轴器92和/或第二环形联轴器100可以选择性地接合或脱离。为了在第一旋转方向上驱动第一推进输出轴40，可以接合第一环形联轴器92并且使第二环形联轴器100脱离。因此，第一输入环形齿轮88和第二输入太阳齿轮95可以不旋转，同时动力从第一输入太阳齿轮87、通过第一多个输入行星齿轮89、通过第一输入行星架90、通过第三动力传递单元变速器轴101传递到求和变速器26的行星架38。行星架38可以在第一旋转方向上旋转，并且求和变速器26如上所述地操作。
77.为了在第二旋转方向上驱动第一推进输出轴40，第一环形联轴器92可以脱离，而第二环形联轴器100接合，使得第二输入环形齿轮96不能旋转。以类似于第一旋转方向的方式，动力从第一输入太阳齿轮87、通过第一多个输入行星齿轮89、通过第一输入行星架90、通过第三动力传递单元变速器轴101传递到求和变速器26的行星架38。然而，当第一输入环形齿轮88旋转时，第二动力单元变速器轴99可以在经由第二多个输入行星齿轮97引起第二输入行星架98以及因此行星架38在第二旋转方向上旋转的方向上驱动第二输入太阳齿轮95。
78.为了防止动力从动力单元17传递到求和变速器26(即，执行图2的实施例的动力单元联轴器30的功能)，第一环形联轴器92和第二环形联轴器100可以脱离。结果，来自动力单元17的任何动力输出都可能导致第一行星齿轮箱85和第二行星齿轮箱86空转，而不会将动力传递到求和变速器26。
79.在图7的实施例中，动力单元变速器25包括单个可逆行星齿轮箱105，其用于向求和变速器26提供选择性可逆输入。在适当情况下，图7中使用的附图标记与图2和6中使用的附图标记相同。可逆行星齿轮箱105可以包括输入太阳齿轮106、输入环形齿轮107、在输入太阳齿轮106与输入环形齿轮107之间啮合的多个输入行星齿轮108以及上面可以可旋转地安装有多个行星齿轮108的输入行星架109。输入太阳齿轮106可以可操作地连接到动力单元输出轴21和/或从动力单元17接收动力的第一动力单元变速器轴110。可逆行星齿轮箱105可以进一步包括第一联轴器器111，其用于选择性地锁定或制动输入环形齿轮106以防止输入环形齿轮106旋转。第一联轴器111可以包括离合器，并且具体可以包括板式离合器。
80.可逆行星齿轮箱105可以是负链行星齿轮并且可以包括多对输入行星齿轮108。如图8中进一步详细示出的，输入行星架109可以包括主行星架113和可旋转地安装到主行星架113上的多个次级行星架114。每一对输入行星齿轮108可以可旋转地安装到次级行星架114。因此，主行星架113可操作以相对于静止位置旋转，每个次级行星架114可操作以相对于主行星架113旋转，而每个行星齿轮108可操作以相对于其上附接的次级行星架114旋转。
81.动力单元变速器25可以进一步包括第二联轴器115，其用于选择性地将输入环形齿轮107锁定到输入行星架109使得它们一起旋转。输入行星架109、特别是主行星架113可以通过第二动力单元变速器轴116可操作地连接到求和变速器26的行星架38。动力单元变速器25可以进一步包括第三联轴器117，其用于选择性地锁定齿轮变速器26的环形齿轮36和行星架38，使得它们一起旋转。
82.当第一联轴器111被解锁并且第二联轴器115被锁定使得输入环形齿轮107和输入行星架109一起旋转时，第二动力单元变速器轴116可以在与动力单元输出轴21相同的方向上旋转。当第一联轴器111被锁定并且第二联轴器115被解锁时，第二动力单元变速器轴116可以在与动力单元输出轴21相反的方向上旋转。
83.图9示出了推进设备120的实施例，该推进设备包括共用公共动力传递系统119的多个推进系统121、122。推进设备120可以位于包括两个推进元件12的船舶10中。具体地，推进设备120可以包括第一推进系统121和第二推进系统122，它们各自包括至少一个主动力单元123、至少一个第一能量转换机124、至少一个第二能量转换机125和至少一个推进元件126。第一推进系统121和第二推进系统122中的每一个可以进一步包括变速器系统127，该变速器系统被配置为在主动力单元123、第一能量转换机124、第二能量转换机125和推进元
件126之间传递动力。每个变速器系统127可以与本文描述的或wo-a-2014/184517中描述的那些变速器系统基本相同。
84.推进设备120可以进一步包括第一次级动力单元128、第二次级动力单元129和第三次级动力单元130。推进设备120可以包括任何数量的主动力单元123和次级动力单元128、129、130。在特定实施例中，主动力单元123可以包括燃气轮机，并且次级动力单元128、129、130可以包括柴油发电机。主动力单元123可操作以经由动力传递系统119机械地或者经由动力传递系统119和变速器系统127液压地或电动地向推进元件126提供动力。然而，次级动力单元128、129、130可操作以仅经由动力传递系统119和变速器系统127液压地或电动地向推进元件126提供动力。
85.具体地，动力传递系统119可以包括第一发电机131、第二发电机132和第三发电机133，其分别可操作地连接到第一次级电源单元128、第二次级电源单元129和第三次级电源单元130的输出。第一发电机131、第二发电机132和第三发电机133可以被配置为向动力传递系统119提供动力。推进设备120可以进一步包括能量供应器134，其用于为酒店负荷、驾驶室13、船首推力器14、船尾推力器15、起重机16等提供动力。动力传递系统119可以包括动力传递装置135，其连接到第一发电机131、第二发电机132和第三发电机133以及第一能量转换机124和第二能量转换机125并且被配置为在其间传递动力。动力传递装置135、第一发电机131、第二发电机132和第三发电机133以及第一能量转换机124和第二能量转换机125可以是关于在上面关于图2至8描述的第一能量转换机50和第二能量转换机51以及动力传递装置52描述的任何形式。
86.可以操作推进设备120以响应于能量供应器134的不同需求和每个推进元件126的系统输出速度而最大化主动力单元123以及次级动力单元128、129、130的操作效率。具体地，可以实施主动力单元123和次级动力单元128、129、130的不同操作组合以在每个推进元件126的不同输出速度范围内提供动力。系统输出速度的范围可以包括低速范围，其可以从零输出速度到第一阈值输出速度；中速范围，其可以从第一阈值输出速度到第二阈值输出速度；以及高速范围，其可以从第二阈值输出速度到最大输出速度。第一阈值输出速度可以例如是最大输出速度的大约20％，而第二阈值输出速度可以例如是最大输出速度的大约80％。
87.在低速范围内，第一推进系统121和/或第二推进系统122的推进元件126可以由次级动力单元128、129、130中的至少一个经由动力传递系统119驱动。虽然第一能量转换机124可以不从主动力单元123接收任何动力，但是变速器系统127可以备用动力模式操作以从第二能量转换机125向推进元件126供应动力。随着推进元件126的所需输出速度从零增加，增加数量的次级动力单元128、129、130可以向动力传递系统119提供动力。来自第一次级动力单元128的动力可以为第一推进系统121和第二推进系统122中的一个的推进元件126提供动力，以便在高达第一低速范围中间速度(例如，最大输出速度的大约14％)下驱动。来自第一次级动力单元128和第二次级动力单元129的动力可以为第一推进系统121的推进元件126提供动力，以便在高达第一阈值输出速度下驱动，并且为第二推进系统122的推进元件126提供动力以便在高达第二低速范围中间速度(例如，最大输出速度的大约10％)下驱动。来自第一次级动力单元128、第二次级动力单元129和第三次级动力单元130的动力可以为第一推进系统121和第二推进系统122的两个推进元件126提供动力，以便在
高达第一阈值输出速度下驱动。
88.在中速范围中，当变速器系统127以机械，组合或反向动力模式操作时，可以通过第一推进系统121和/或第二推进系统122的主动力单元123将动力提供给推进元件126(无论是否间接的或直接的)。第一次级动力单元128、第二次级动力单元129和第三次级动力单元130可以不向动力传递系统119提供任何动力。可以操作第一推进系统121，使得来自其主动力单元123的动力提供高达其推进元件126的第二阈值输出速度。通过动力传递系统119从第一推进系统121的主动力单元123接收动力，第二推进系统122的推进元件126也可以由备用动力模式在例如高达第一阈值输出速度的输出速度下驱动。第二推进系统122可以类似的方式操作以向其推进元件126提供高达第二阈值输出速度。通过以主动力单元123的最大输出动力操作该主动力单元并以机械模式操作变速器系统127，可以在第二阈值输出速度下驱动第一推进系统121和第二推进系统122的两个推进元件126。
89.在范围上限中，第一推进系统121和第二推进系统122的主动力单元123可以在其最大动力输出下操作，而变速器系统127以反向动力模式操作。以与低速范围类似的方式，第一次级动力单元128、第二次级动力单元129和/或第三次级动力单元130中的至少一个可以向动力传递系统提供动力，使得第一和/或第二推进系统的推进元件可以在高达其最大输出速度下操作。具体地，第二能量转换机125可以充当利用来自第一次级动力单元128、第二次级动力单元129和/或第三次级动力单元130的能量的马达，并且在当从主动力单元123接收稳定输入速度时增加环形齿轮36的速度输出的方向上旋转求和变速器26的太阳齿轮35。
90.工业实用性
91.图2和3的实施例可以实现至少一个第二能量转换机51与第一推进输出轴40之间的直接机械连接。结果，推进系统11的冗余性可以得到改进，因为在动力单元17不能操作的情况下，推进元件12可以由存储在动力传递装置52中(诸如存储在电池中)的能量来驱动。此外，在动力单元联轴器30或求和变速器26发生故障的情况下，仍然可以将动力引导到推进元件12。此外，第一动力传递轴46至少部分地位于第一推进输出轴40内提高了推进系统11的动力密度，由此使得能够实现更紧凑的推进系统11，这在诸如需要减小尺寸的船舶10等机器中可能是有益的。
92.图4的实施例可以使得推进元件12的旋转方向能够反转，而不需要反转动力单元输出轴21或第二能量转换机51的旋转方向。结果，即使推进元件12在反转方向上驱动船舶10，动力单元17也可以其最大效率操作，该最大效率通常仅在单个输出方向上实现。这种布置在诸如需要在反转方向上以大功率操作的拖船等船舶中特别有益。此外，在图4的实施例中，可以防止太阳齿轮35在机械模式下利用动力传递联轴器49旋转，由此提高环形齿轮36的输出效率，因为没有提供能量来旋转太阳齿轮35。
93.图5的实施例可以使得推进系统11能够被配置为在推进元件12与动力单元17之间提供不同的垂直或水平偏移。这种布置在海洋船舶中特别有用，其中如果推进元件12的推力是直接水平的(即，平行于水面的平面)，则推进元件的推力最有效。在船舶中，如果不能实现偏移，诸如通过在某个位置需要动力单元17，则通常动力单元输出轴21和推进元件12与水平成锐角，因此具有一定比例的推力动力作为推力的垂直分量而损失。因此，水平或垂直偏移的灵活性可以使得推进元件12和动力单元17能够位于适当的位置并且还提供直接
水平的推力。此外，图5的实施例可以提供相对紧凑的变速器系统20，其可以特别适用于推力器等。
94.与图4和5相比，图6和7的实施例可以为可逆动力单元变速器25提供增加的动力密度。具体地，通过利用至少一个行星齿轮箱85、86、105来提供可逆性，动力密度可以比图4和5的实施例高三倍。因此，可以减小推进系统11的尺寸。
95.图9的实施例可以使得能够在主动力单元123与次级动力单元128、129、130之间传递动力，由此提供大幅增加的冗余。主动力单元123和次级动力单元128、129、130可以被配置为在低速范围中所需的较低动力下最有效地操作。主动力单元123可以被配置为以其在中速范围内操作的最大动力输出来最有效地操作。范围上限可以通过操作变速器系统127以在主动力单元123和次级动力单元128、129、130全部以其最大输出动力操作时组合来自它们的输出动力来实现。