本发明涉及船舶(混合动力或全电动)的海上充电领域，并且具体地涉及在海上位置(例如风力发电机或海上石油和天然气设施)处利用单个脐带电缆对船舶进行海上充电，该单个脐带电缆用于系泊到海上发电机并直接从海上发电机充电。特别地，本发明涉及一种用于脐带电缆的张力补偿系统，该脐带电缆同时用于在海上位置处的船舶的系泊和充电。更具体地说，本发明涉及一种被动张力补偿系统。
背景技术：
1、海上支持船舶(osv)、服务作业船舶(sov)或船员输送船舶(ctv)通常在海上风电场(或任何其他标准或可再生海上发电机，如波浪能、潮汐能、太阳能、燃料发电机等)的建设、维护和运行期间使用。这些船舶通常用于每天将技术人员和其他人员和/或设备和供应品运送到现场，或者用于大型船舶在海上区域停留数周。为了减少这种海上维护活动的碳足迹，对环境友好型运输的需求(例如混合动力和全电动osv、sov或ctv)正在增长，以减轻以碳氢化合物燃料为动力的船舶的负面影响。然而，目前有限的电池存储的能量密度严重降低了电动osv、sov和ctv(eosv、esov、ectv)的操作能力和范围，从而限制了此类船舶的全面采用。因此，海上充电对这类eosv、esov、ectv的充电变得越来越重要。
2、例如，在从风力涡轮机或风力发电场能量存储的充电操作期间，ctv可以通过专用的系泊线缆系泊到固定发电站，然后使用单独的脐带电缆将电力从海上发电站传输到船舶。由不断变化的海况(波浪、风、涌浪等)引起的船舶运动会使得难以控制船舶相对于发电站的位置，即，在充电期间当脐带电缆和系泊线缆连接到发电站时，难以控制船舶和发电站之间的相对距离和方向。单独的弹性合成的系泊线缆通常用于避免线缆故障，因为它们吸收来自单独连接的充电电缆(其具有高轴向刚度)的潜在破坏性张力。然而，使用多条单独的线缆会带来自身缠结的风险。此外，在线缆故障的情况下，弹性系泊线缆的潜在骤回可能对人员造成重大风险。
3、在试图利用单一的、相对无弹性的充电电缆来系泊船舶并避免潜在的缠绕问题的情况下，主动补偿是必不可少的。这里，卷绕筒16由电动马达18及其变速驱动单元以所谓的“扭矩控制”模式主动地驱动，其中控制器监控卷绕筒16上的扭矩(由张紧的电缆引起)并驱动卷绕筒马达，从而将电缆张力保持在预定限度内。然而，在系统故障的情况下，即在操作期间电源和/或马达驱动故障，主动张力控制存在很大的风险。这种故障会产生严重的后果，不仅有损坏系统的风险，还会危及人员安全。
4、因此，本发明的一个目的是提供一种用于在海上位置(例如，风电场)处对ctv(或ectv)充电的改进的系统和方法，其能够避免或至少最小化现有技术中已知系统的缺点和潜在风险。特别地，本发明的目的是提供一种系统，该系统利用脐带充电电缆同时作为系泊线缆和充电电缆，在船舶和发电站之间提供简单且安全的连接。
技术实现思路
1、本发明的一个方面在独立权利要求中阐述。
2、根据本发明的一个方面，提供了一种适应性张力补偿器系统，用于经由设置在发电站处的马达驱动的卷绕筒的脐带电缆对船舶进行海上充电，该系统包括：
3、马达毂构件，其可安装到马达轴并被构造成沿着第一旋转轴线在马达和卷绕筒之间传递旋转运动；
4、卷绕毂构件，其可安装到卷筒，与所述马达毂构件同轴地布置，并且被构造成在卷绕筒和马达之间传递旋转运动；以及
5、联接机构，其可操作地联接在所述卷绕毂构件和所述马达毂构件之间，适于当马达处于第一模式时在所述卷绕毂构件和所述马达毂构件之间传递旋转运动，并且适于当马达处于第二模式时提供所述卷绕毂构件相对于所述马达毂构件在第一角度位置和第二角度位置之间绕所述第一旋转轴线的偏置的旋转运动。
6、这提供了同时用作系泊线缆和充电(电力)电缆的单脐带充电电缆的优势，消除了缠绕和潜在损坏(由于张力过大)的风险。此外，本发明的系统提供了充电电缆，该充电电缆通常具有相对较高的轴向刚度，以保护“电力”芯免受过度应变，弹性特征或柔性(即，引入“弹性”)通常仅在弹性系泊线缆中展示。这种增加的弹性减少了电缆上的轴向和横向负载，例如在波浪条件下。此外，本发明的系统有利地提供了被动补偿，即独立于任何电力供应的补偿激活，使得本系统更安全、更可靠且成本有效，尤其是在断电或当船舶连接到发电站时可能发生的其他故障的情况下。此外，本发明提供了一种高度适应性的补偿系统，其可以针对不同用途在不同模式之间无缝地切换。例如，在第一模式中，卷绕筒主动联接到马达驱动器，允许马达主动驱动卷绕筒(例如，以放出/收回电缆，或者以提供主动补偿)，或者简单地使卷绕筒绕其旋转轴线空转(马达空转)。在第二种模式中，卷绕筒被允许从马达驱动器偏置脱离，因此，在使用期间将预定的“弹性”引入到连接的充电电缆中。
7、有利的是，所述联接机构包括第一弹性能量存储系统，该第一弹性能量存储系统适于将所述卷绕毂构件朝向所述第一角度位置弹性地可回弹地偏压。
8、优选地，所述第一弹性能量存储系统包括至少一个第一蓄能器，该至少一个第一蓄能器被构造成响应于所述卷绕毂构件相对于所述马达毂构件从所述第一角位置朝向所述第二角位置的旋转运动而提供预定的单向弹簧力。甚至更优选地，所述第一蓄能器是活塞蓄能器、隔膜蓄能器、气囊蓄能器、弹簧式蓄能器和充气式蓄能器中的任何一种。
9、有利地，所述第一弹性能量存储系统包括至少两个径向相对的第一蓄能器，每个蓄能器适于提供与另一个蓄能器同步的所述预定的单向弹簧力。优选地，所述至少一个第一蓄能器与液压缸或气压缸可操作地联接。
10、有利地，当马达处于所述第一模式时，马达轴可主动或被动地旋转，并且其中当马达处于所述第二模式时，马达轴被旋转地锁定。
11、这提供了这样的优点，即卷绕筒可以由马达驱动，以主动地放出或卷绕充电电缆，而且还在预定的角度范围内向轴向加载的充电电缆提供旋转偏置，而不需要对卷绕筒和马达驱动器之间的联接机构进行任何调整或改变。
12、有利的是，该适应性张力补偿器系统还包括齿轮机构，该齿轮机构可操作地联接在马达轴和所述卷绕毂构件之间，并适于在马达轴和卷绕筒之间提供预定的传动比。优选地，所述齿轮机构是行星齿轮机构。
13、当马达处于第二模式时，这提供了卷绕筒的不同的(例如，增加的)偏置旋转范围的优点。齿轮机构可以是适于提供多个不同传动比的可变齿轮机构。
14、有利的是，该适应性张力补偿器系统还包括止动器组件，该止动器组件适于在相对于所述马达毂构件的所述第二角度位置处停止所述卷绕毂构件的旋转运动。优选地，所述止动器组件包括联接到所述卷绕毂构件的接触元件，以及联接到所述马达毂构件的表面元件，该表面元件适于在所述卷绕毂构件旋转地移动到相对于所述马达毂构件的所述第二角度位置时与所述接触元件止动地接合。
15、有利的是，该适应性张力补偿器系统包括电缆悬挂机构，该电缆悬挂机构被构造成引导并悬挂地接合卷绕筒的脐带电缆，该电缆悬挂机构包括悬挂臂，该悬挂臂可操作地联接到马达驱动的卷绕筒的支撑框架并且被构造成绕被布置成平行于所述旋转轴线的枢转轴线在上臂位置和下臂位置之间偏置地移动。
16、这为补充卷绕筒补偿器的所连接的充电电缆提供了额外的顺应性或“弹性”的优点，并且将充电电缆引导或限制在预定的运动范围内。
17、有利地，所述电缆悬挂机构包括第二弹性能量储存系统，该第二弹性能量储存系统适于将所述悬挂臂朝向所述下臂位置弹性地可回弹地偏压。优选地，所述第二弹性能量存储系统包括至少一个第二蓄能器，该至少一个第二蓄能器被构造成响应于所述悬挂臂绕所述枢转轴线的枢转旋转而提供第二单向弹簧力。
18、有利地，该适应性张力补偿器系统还包括回转机构，该回转机构可操作地安装在发电站和马达驱动的卷绕筒之间并且被构造成允许马达驱动的卷绕筒绕垂直于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转。
19、有利的是，该适应性张力补偿器系统还包括滑动机构，该滑动机构可操作地安装在发电站和马达驱动的卷绕筒之间并且被构造成允许马达驱动的卷筒相对于发电站沿着预定轨道运动。
20、回转机构和滑动机构的优点在于，卷绕筒能够在预定的运动范围内跟踪船舶相对于充电站的位置，因此，最小化了由于过度的侧向负载和由循环弯曲张力和/或船舶围绕发电站的运动引起的过度的电缆疲劳而导致的潜在的电缆损坏的风险。
21、有利的是，该适应性张力补偿器系统还包括电缆连接器，该电缆连接器可安装到船舶，并且适于接收并锁定马达驱动的卷绕筒的脐带电缆的端部部分，并且提供所接收的脐带电缆的预定运动范围。优选地，所述电缆连接器包括适于允许所述电缆连接器绕第一万向节轴线和垂直于所述第一万向节轴线的第二万向节轴线旋转运动的双轴线万向节机构。甚至更优选地，所述万向节机构适于主动和/或被动地移动所述电缆连接器。
22、有利的是，该电缆连接器包括适于引导地接收脐带电缆的端部部分的喇叭口构件。优选地，所述电缆连接器包括对接机构，该对接机构适于与脐带电缆的端部部分机械连接和电连接。甚至更优选地，所述对接机构适于在作用于脐带电缆上的预定拉力下与脐带电缆的端部部分断开连接。
1.一种适应性张力补偿器系统，用于经由设置在发电站(10)处的马达驱动的卷绕筒(16)的脐带电缆(14)对船舶(12)进行海上充电，该系统包括：
2.根据权利要求1所述的适应性张力补偿器系统，其中，所述联接机构包括第一弹性能量存储系统(114)，该第一弹性能量存储系统适于将所述卷绕毂构件朝向所述第一角度位置弹性地可回弹地偏压。
3.根据权利要求2所述的适应性张力补偿器系统，其中，所述第一弹性能量存储系统包括至少一个第一蓄能器(116)，该至少一个第一蓄能器被构造成响应于所述卷绕毂构件相对于所述马达毂构件从所述第一角位置朝向所述第二角位置的旋转运动而提供预定的单向弹簧力。
4.根据权利要求3所述的适应性张力补偿器系统，其中，所述第一蓄能器是活塞蓄能器、隔膜蓄能器、气囊蓄能器、弹簧式蓄能器和充气式蓄能器中的任何一种。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的适应性张力补偿器系统，其中，所述第一弹性能量存储系统包括至少两个径向相对的第一蓄能器，每个蓄能器适于提供与另一个蓄能器同步的所述预定的单向弹簧力。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的适应性张力补偿器系统，其中，所述至少一个第一蓄能器与液压缸或气压缸(118)操作性地联接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的适应性张力补偿器系统，其中，当马达处于所述第一模式时，马达轴能主动或被动地旋转，并且其中，当马达处于所述第二模式时，马达轴被旋转地锁定。
8.根据前述权利要求中任一项所述的适应性张力补偿器系统，该适应性张力补偿器系统还包括齿轮机构(120)，该齿轮机构操作性地联接在马达轴和所述卷绕毂构件之间，并且适于在马达轴和卷绕筒之间提供预定的传动比。
9.根据权利要求8所述的适应性张力补偿器系统，其中，所述齿轮机构是行星齿轮机构。
10.根据前述权利要求中任一项所述的适应性张力补偿器系统，该适应性张力补偿器系统还包括止动器组件(122)，该止动器组件适于在相对于所述马达毂构件的所述第二角度位置处停止所述卷绕毂构件的旋转运动。
11.根据权利要求10的适应性张力补偿器系统，其中，所述止动器组件包括联接到所述卷绕毂构件的接触元件(124)，以及联接到所述马达毂构件的表面元件(126)，该表面元件适于在所述卷绕毂构件旋转地移动到相对于所述马达毂构件的所述第二角度位置时与所述接触元件止动地接合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的适应性张力补偿器系统，该适应性张力补偿器系统包括电缆悬挂机构(200)，该电缆悬挂机构被构造成引导并悬挂地接合卷绕筒的脐带电缆，该电缆悬挂机构包括悬挂臂(202)，该悬挂臂操作性地联接到马达驱动的卷绕筒的支撑框架(22)并且被构造成围绕被布置成平行于所述旋转轴线的枢转轴线(208)在上臂位置(204)和下臂位置(206)之间偏置地移动。
13.根据权利要求12的适应性张力补偿器系统，其中，所述电缆悬挂机构包括第二弹性能量储存系统(208)，该第二弹性能量储存系统适于将所述悬挂臂朝向所述下臂位置弹性地可回弹地偏压。
14.根据权利要求13的适应性张力补偿器系统，其中，所述第二弹性能量存储系统包括至少一个第二蓄能器(210)，该至少一个第二蓄能器被构造成响应于所述悬挂臂绕所述枢转轴线的枢转旋转而提供第二单向弹簧力。
15.根据前述权利要求中任一项所述的适应性张力补偿器系统，该适应性张力补偿器系统还包括回转机构(300)，该回转机构操作性地安装在发电站和马达驱动的卷绕筒之间并且被构造成允许马达驱动的卷绕筒绕垂直于所述第一旋转轴线(104)的第二旋转轴线(308)旋转。
16.根据前述权利要求中任一项所述的适应性张力补偿器系统，该适应性张力补偿器系统还包括滑动机构(400)，该滑动机构操作性地安装在发电站和马达驱动的卷绕筒之间并且被构造成允许马达驱动的卷筒相对于发电站沿着预定轨道(402)运动。
17.根据前述权利要求中任一项所述的适应性张力补偿器系统，该适应性张力补偿器系统还包括电缆连接器(500)，该电缆连接器能安装到船舶(12)，并且适于接收并锁定马达驱动的卷绕筒的脐带电缆(14)的端部部分(24)，并且提供所接收的脐带电缆的预定运动范围。
18.根据权利要求17所述的适应性张力补偿器系统，其中，所述电缆连接器包括适于允许所述电缆连接器绕第一万向节轴线(504)和垂直于所述第一万向节轴线的第二万向节轴线(506)旋转地运动的双轴线万向节机构(502)。
19.根据权利要求18所述的适应性张力补偿器系统，其中，所述万向节机构适于主动和/或被动地移动所述电缆连接器。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的适应性张力补偿器系统，其中，所述电缆连接器包括适于引导地接收脐带电缆的端部部分的喇叭口构件(508)。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的适应性张力补偿器系统，其中，所述电缆连接器包括对接机构(510)，该对接机构适于与脐带电缆的端部部分机械和电气地连接。
22.根据权利要求21所述的适应性张力补偿器系统，其中，所述对接机构适于在作用于脐带电缆上的预定拉力下与脐带电缆的端部部分断开连接。
