ВОДНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДВИГАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к области судостроения и кораблестроения, в частности к созданию новых или переоснащению, или модернизации уже существующих водных транспортных средств различного функционального назначения и водоизмещения, движители которых приводятся в движение от разного типа электрических двигателей.
Известный корабль, который содержит два корпуса с кормой в виде транца, соединенные кормами с помощью управляемого временного крепления. Каждый корпус имеет вертикальный колодец с подвижно вставленным в него цилиндром, причем в цилиндре размещен двигатель/двигатели внутреннего сгорания, двухступенчатый редуктор с гребным винтом. Как движители для силовых установок полного хода используются водометы или полупогруженные винты, или приводы Арнесон, или угловые колонки, или воздушные винты [RU №2572180 C1, В63В 3/08, В63В 1/10, В63В 35/00 1/10 2015].
Недостатком корабля является низкий КПД использования силовой установки из-за наличия значительного количества промежуточных кинематических элементов между двигателем и движителями. Также к недостаткам следует отнести отсутствие гибкости в управлении и маневренности корабля, высокую инерционность в выработке управляющего воздействия на ход и скорость перемещения корабля.
Известно также судно (патент Украины на полезную модель №90200, заявка № u201400375 от 16.01.2014, опубл. 12.05.2014, бюл. №9), содержащее предназначенную для привода движителя энергетическую установку и ветрогенераторную установку, выполненную в виде ветрогенераторной установки в виде, хотя бы, одного ветродвигателя, расположенного в носовой части судна впереди надстройки и установленного на колонне, который приводится в движение от набегающего воздушного потока при движении судна.
Недостатком судна является сложная конструкция, низкое качество аэродинамики из-за значительного лобового сопротивления, наличие значительного количества передаточных механизмов между силовыми установками и движителями, что уменьшает общую эффективность их работы.
Ближайшим аналогом к предложенному водному транспортному средству является моторное судно (патент на изобретение №RU 2440276 С1, заявка №2010144099/11 от 27.10.2010, опубл. 20.01.2012 Бюл. №2), содержащее многокомпонентный корпус, составленный из остова, обшитого водонепроницаемой оболочкой, каюту, силовую установку в машинном отделении корпуса, редуктор переднего и заднего хода, разъединяющую муфту, гребной винт, внутренний пост управления с навигационным оборудованием. Силовая установка выполнена в форме роторно-поршневого дизельного двигателя, содержащая раму, цилиндр, расположенный горизонтально, закрытый крышками, имеющий соосные впускные и выпускные окна, связанные трубопроводами с выпускными трубами и ротационной воздуходувкой.
Ключевыми недостатками аналога является невысокий уровень управляемости, сложность конструктивного исполнения, низкая эффективность силовой установки, что ограничивается несовершенством процесса преобразования тепловой энергии в механическую для роторно-поршневого дизельного двигателя.
Заявленная полезная модель направлена на разрешении технической проблемы в создании водного транспортного средства с улучшенными энергоэффективными и эксплуатационными показателями работы.
Техническим результатом является разработка водного транспортного средства с электрическим двигателем, который характеризовался бы улучшенной управляемостью.
Поставленный технический результат решается тем, что у водного транспортного средства с электрическим двигателем, который состоит из полого многокомпонентного корпуса, сформированного из остова, изготовленного из жестко соединенных поперечных и продольных балок, и водонепроницаемой оболочки, которая внешне опоясывает несколькими рядами остов, конструктивных надстроек, рубки, судового электрооборудования и навигационного оборудования, машинного отсека с силовой установкой, что приводит в движение движитель для поступательного перемещения транспортного средства, в качестве силовой установки выступает электрический двигатель, который сочетается с движителем водного транспортного средства через разъемное жесткое соединение, а параметры питания электрического двигателя формируются микроконтроллерным блоком управления, выполненного с возможностью генерирования управляющих действий по переключению полупроводниковых ключей в определенной последовательности согласно внутреннему программному алгоритму для обеспечения дозированной подачи электрической энергии для формирования необходимых механических характеристик электрического двигателя, на основе изменяющихся кинематических, пространственных, динамических и других параметров поступательного движения водного транспортного средства, которые отслеживаются сенсорными элементами. Кроме того, согласно полезной модели источником питания для электродвигателя выступают химические источники тока многоразового действия, соединенные с микроконтроллерным блоком управления и электрическим двигателем в одну электрическую схему. Дополнительно, задний и передний ход водного транспортного средства задается направлением вращения приводного органа электрического двигателя.
Выполненный заявителем анализ уровня техники, в который включается поиск по патентным, научно-технических и другим видам источников информации, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, который характеризовался бы признаками, идентичным существенным признакам технического решения.
Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого к существенным признакам полезной модели, позволило выявить совокупность существенных признаков полезной модели и определить множество существенных по отношению к предусмотренному результату, соответствующих отличительных признаков в заявленном решении, обнаруженных в формуле полезной модели.
Суть технического решения поясняется чертежами на фиг. 1, где отражено схематическое изображение водного транспортного средства, и фиг. 2, где приведена принципиальная схема привода водного транспортного средства в поступательное движение.
Водное транспортное средство с электрическим двигателем состоит из корпуса 1, сформированного из остова 2 и водонепроницаемой оболочки 3, что несколькими рядами опоясывает остов 2, конструктивных надстроек 4 для размещения обслуживающего персонала, перевозки людей или грузов, рубки 5 для управления транспортным средством, судового электрооборудования и навигационного оборудования 6. В корпусе 1 содержится машинный отсек 7 для размещения электрического двигателя 8, что осуществляет приведение в движение движителя 9 и перевода водного транспортного средства в поступательное движение.
В качестве электрического двигателя 8 используется электрическая машина с вращающимся приводным органом, осуществляющим преобразования электрической энергии в механическую на основе принципа электромагнитной индукции. Электрический двигатель 8 может передавать крутящий момент от своего приводного органа до движителя 9 через разъемное жесткое соединение 10.
Питание электродвигателя 8 осуществляется от химических источников 11 электрического тока многоразового действия, энергия из которых отбирается дозированно с помощью микроконтроллерного блока управления 12 с электронной коммутацией полупроводниковых силовых ключей. Сами химические источники 11 электрического тока размещены в машинном отсеке 7 корпуса 1. Микроконтроллерный блок управления 12 сочетается одновременно с электрическим двигателем 8 и химическими источниками тока 11 с помощью герметичных механических соединений, не допускающих попадания влажного и запыленного среды к местам сочетание электрических контактов этих соединений. Химические источники электрического тока 11 микроконтроллерного блок управления 12 и электродвигатель 8 составляют единую электрическую схему, которая является составной частью общей системы электрооборудования и навигационного оборудования 6 водного транспортного средства.
Микроконтроллерный блок управления 12 осуществляет управление электрическим двигателем, генерируя управляющие действия по переключению полупроводниковых силовых ключей в определенной последовательности согласно внутреннего программного алгоритма. Программное управление силовых ключей происходит на основе информационных сигналов от сенсорных элементов 13, отслеживающих изменение кинематических, пространственных, динамических и других параметров поступательного движения водного транспортного средства.
Водное транспортное средство с электрическим двигателем функционирует таким образом.
При активации судового электрооборудования и навигационного оборудования 6 водного транспортного средства происходит подача питания и на микроконтроллерный блок управления 12. Судоводитель водного транспортного средства задает в механический или электронный способ стартовую скорость перемещения. Данное действие приводит к генерации управляющего сигнала в соответствующем сенсорном элементе 13 и передачи его в микроконтроллерный блок управления 12, где за внутренним программным алгоритмом данный сигнал обрабатывается и формируется последовательность действий по приведению электрического двигателя 8 в активное состояние с приведением в движение движителя 9. Приведенная последовательность предусматривает циклическое переключение с определенной последовательностью полупроводниковых силовых ключей в микроконтроллерном блоке управления 12 и подачи к электродвигателю 8 через силовые ключи дозированного количества электрической энергии от химических источников электрического тока 11.
При активизации движителя 9 и по мере его механического взаимодействия с водной массой происходит возникновение и развитие направленной тяги, благодаря которой происходит постепенное перемещение водного транспортного средства.
В зависимости от необходимости изменения или обеспечения устойчивости заданного скоростно-нагрузочного режима и актуальной информации о параметрах движения водного транспортного средства, поступающие от сенсорных элементов 13, программный алгоритм микроконтроллерного блока управления 12 формирует управляющие действия для изменения последовательности коммутации полупроводниковых силовых ключей и, соответственно, корректируется параметры питания электрического двигателя 8. Это способствует формированию новых электромеханических условий работы электрического двигателя 8 и, как следствие, корректируется скоростное и пространственное движение водного транспортного средства.
При необходимости реализации заднего хода водного транспортного средства микроконтроллерный блок управления 12 вносит изменения в работе полупроводниковых силовых ключей таким образом, что происходит изменение характера питания электродвигателя 8 с изменением направления вращения его приводного органа на противоположное и, соответственно, осуществляется реверс в работе движителя 9. Это позволяет движителю 9 изменить вектор тяги на противоположное и организовать перемещение водного транспортного средства задним ходом.
Возможность электрического двигателя изменять направление вращения своего приводного органа при изменении характера питания позволяет гибко и быстро изменять ход транспортного средства с переднего на задний и наоборот.
Таким образом, использование электрического двигателя с микроконтроллерным блоком управления, который за счет переключения полупроводниковых ключей в определенной последовательности дозированно подает электрическую энергию, тем самым формируя механические характеристики двигателя и подстраивая его работу под изменяющиеся кинематические, пространственные, динамические и другие параметры поступательного движения водного средства, что в совокупности позволяет реализовать возможность гибкого и простого управления водным транспортным средством з оперативным и быстрым изменением его хода и корректно управлять его скоростным режимом перемещения.