JPH11285291A - 船舶の電気推進設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ノイズの発生を防止でき、高価な
スイッチング素子を用いずに、コストを低減できる船舶
の電気推進装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 船舶の推進装置１に連結されて推進装置
１を回転駆動する推進用交流電動機８と、推進用交流電
動機８に給電する交流発電機１３と、この発電機１３に
連結されてこの発電機１３を回転駆動する発電用原動機
１４と、発電機１３または発電用原動機１４の回転数を
計測する電磁ピックアップ１５と、電磁ピックアップ１
５により計測された回転数をフィードバック信号として
船舶の速度設定に相当する回転数に発電用原動機１３の
回転数を制御するコントローラ２４を備える。この構成
により、船舶の速度設定値に応じて発電用原動機１４の
回転数が制御され、すなわち発電機１３（給電ライン１
０）の周波数が制御され、推進用交流電動機８の回転数
が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶の推進装置
（たとえば、プロペラ）の軸に連結される推進用電動機
の回転数制御を行って、船舶の速度を制御する船舶の電
気推進設備に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の上記推進用電動機の回転数制御を
行う船舶の電気推進設備の例を図３に基づいて説明す
る。 １．図３（ａ）に示すように、船舶の推進装置（たとえ
ば、プロペラ）１の軸に連結され、この推進装置１を回
転駆動する推進用電動機２として直流電動機を設け、こ
の直流電動機に給電する給電ライン３に、原動機（ディ
ーゼル機関）４により回転駆動される直流発電機５を接
続して構成している。そして、発電機５の出力電圧（給
電ライン３の直流電圧）を制御することにより、電動機
２の回転数を制御し、よって船舶の速度を制御してい
る。 ２．図３（ｂ）に示すように、原動機（ディーゼル機
関）４により回転駆動される交流発電機６を給電ライン
３に接続し、この給電ライン３に、直流電動機に給電す
るコンバータ７Ａを接続して構成している。そして、コ
ンバータ７Ａの出力電圧（直流電圧）を制御することに
より、電動機２の回転数を制御し、よって船舶の速度を
制御している。 ３．図３（ｃ）に示すように、船舶の推進装置１に軸連
結され、この推進装置１を回転駆動する推進用電動機８
として交流電動機を設け、給電ライン３に、コンバータ
／インバータ７Ｂを設けて電動機８に給電する構成とし
ている。そして、コンバータ／インバータ７Ｂの出力周
波数を制御することにより、電動機８の回転数を制御
し、よって船舶の速度を制御している。

【０００３】また、推進用電動機の回転数制御を行わず
に、回転数を一定とし、可変ピッチプロペラ（ＣＣＰ）
により推進装置１の速度（船舶の速度）を制御する方法
も用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記１．の回
転数制御の方式では、直流電動機はブラシが装備してい
るため、メンテナンスに時間とコストがかかるという問
題があり、また船内電源設備として通常装備していな
い、直流の給電ライン３、原動機（ディーゼル機関）４
および直流発電機５を全て設ける必要があった。

【０００５】また上記２．の回転数制御の方式では、直
流電動機がブラシを装備しているため、メンテナンスに
時間とコストがかかるという問題があった。また上記
３．の回転数制御の方式では、コンバータ／インバータ
７Ｂによりスイッチングノイズが発生し、また装置とし
てコストが高いという問題があった。

【０００６】さらに推進用電動機の回転数制御を行わず
に、回転数を一定とし、ＣＣＰにより推進装置１の速度
を制御する方法では、回転数が一定のために、フローノ
イズが発生し、また燃費の最適化を図ることが難しかっ
た。

【０００７】そこで、本発明は、ノイズの発生を防止で
き、さらに回転数制御に高価なスイッチング素子を用い
ずに、コストを低減できる船舶の電気推進装置を提供す
ることを目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうち請求項１記載の発明は、船舶の推
進装置に連結されて前記推進装置を回転駆動する推進用
交流電動機と、前記推進用交流電動機に給電する推進用
交流発電機と、前記推進用交流発電機に連結されてこの
推進用交流発電機を回転駆動する発電用原動機と、前記
交流発電機または発電用原動機の回転数を計測する回転
数計測手段と、前記回転数計測手段により計測された回
転数をフィードバック信号として前記船舶の速度設定に
相当する回転数に前記発電用原動機の回転数を制御する
制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

【０００９】上記構成によれば、船舶の速度設定値に応
じて発電用原動機の回転数が制御され、すなわち推進用
交流発電機の出力周波数が制御されることにより、推進
用交流電動機の回転数が制御される。よって推進装置の
回転数が、高価なスイッチング素子を用いずに、船舶の
速度設定値に応じて制御される。

【００１０】また請求項２記載の発明は、上記請求項１
記載の発明であって、前記推進用交流発電機の発電電圧
を計測する電圧計測手段を備え、制御手段に、前記電圧
計測手段により計測された発電電圧値をフィードバック
信号として、前記推進用交流発電機の発電電圧と周波数
の比率を一定に維持する機能を付加したことを特徴とす
るものである。

【００１１】上記構成によれば、電圧一定で周波数が低
下すると推進用交流電動機の電流が増加して交流電動機
を焼損する恐れがあるが、推進用交流発電機の周波数に
応じて発電電圧を制御することにより、前記焼損が防止
される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、従来例の図３と同一の構成
には同一の符号を付して説明を省略する。

【００１３】図１は本発明の実施の形態における船舶の
電気推進設備の系統図である。図１に示すように、誘導
電動機からなる２台の推進用電動機８が遮断器９を介し
て給電ライン10に接続されており、この給電ライン10
に、１号発電機遮断器11を介して１号発電ライン12が接
続され、この１号発電ライン12に１号発電機13が接続さ
れている。また、この１号発電機13に、この１号発電機
13を回転駆動する、電子ガバナを備えた１号発電用原動
機14が連結され、この発電用原動機14の回転軸に回転数
を検出する１号電磁ピックアップ15が設置されている。

【００１４】また１号発電機13の発電電圧を制御する電
圧調整器（ＡＶＲ）16が設けられている。このＡＶＲ16
は、１号発電ライン12に設置されたＰＴ17により検出さ
れる発電機電圧値をフィードバック信号として、後述す
るコントローラと同期投入器の指令電圧信号に応じて、
１号発電ライン12に設置されたＣＴ18より給電される整
流器19の位相を制御し、発電機13の励磁コイル20へ給電
される励磁電流を制御し、１号発電機13の発電電圧を制
御する。21は、発電機立ち上げ時に励磁電流を供給する
バッテリである。

【００１５】また１号発電機13の発電電力を検出する電
力センサ22が設けられており、上記ＰＴ17により検出さ
れる発電電圧と、１号発電ライン12に設置されたＣＴ23
により検出される発電電流により発電電力を検出し、コ
ントローラ24へ出力している。

【００１６】また給電ライン10に、２号発電機遮断器31
を介して２号発電ライン32が接続され、この２号発電ラ
イン32に２号発電機33が接続されている。この２号発電
機33の設備構成は１号発電機13と同一であり、詳細な説
明を省略する。

【００１７】２号発電用原動機34、２号電磁ピックアッ
プ35、電圧調整器（ＡＶＲ）36、ＰＴ37、ＣＴ38、整流
器39、発電機13の励磁コイル40、バッテリ41、電力セン
サ42、ＣＴ43、コントローラ44が設けられている。

【００１８】また一方の発電機13または33により推進用
電動機８へ給電している状態で、給電ライン10へ他方の
発電機33または13を併入するとき、給電ライン10と他方
の発電機33または13との同期をとるために、同期投入器
51が設けられている。この同期投入器51は、給電ライン
10に設置したＰＴ52より給電ライン10の周波数と電圧を
検出し、また上記ＰＴ17または37より、切り換えて発電
ライン12または32の周波数と電圧を検出し、併入する発
電機側のコントローラ44または24へ給電ライン10と発電
ライン32または12の周波数の偏差信号（速度偏差）、Ａ
ＶＲ36または16へ給電ライン10の電圧信号を出力し、給
電ライン10と発電ライン32または12の周波数と電圧と位
相が一致すると、発電機遮断器31または11へ投入信号を
出力する。

【００１９】上記コントローラ24（44）の構成を図２の
ブロック図に基づいて説明する。船舶の操舵室より入力
する発電機起動信号により励磁されるリレイ51（ＲＹ
０）と、船舶の操舵室より入力する船舶の速度指令信号
（設定信号）を電子ガバナの回転数範囲（75％〜100
％）の下限値に制限する下限リミッタ52、およびこの下
限リミッタ52の出力設定値に同期投入器41から入力した
上記周波数の偏差信号（速度偏差）を加算する加算器53
が設けられている。

【００２０】また電磁ピックアップ15より入力されるパ
ルス信号より原動機14の回転数（発電機13または33の周
波数）を検出する速度（周波数）検出部54と、電力セン
サ22より入力した電力値が初期設定値以上かを検出する
比較器55、および比較器55の出力信号により励磁される
リレイ56（ＲＹ２）と、発電機遮断器11または13のオン
信号により励磁されるリレイ57（ＲＹ３）が設けられて
いる。

【００２１】また速度（周波数）検出部54により検出さ
れた発電機13または33の速度（周波数）が同期を行う速
度に達したかを検出する比較器58、およびこの比較器58
の出力信号がオンでかつリレイ57（ＲＹ３）がオフ（発
電機遮断器11または13はオフ）のとき励磁される、同期
信号出力用リレイ59（ＲＹ１）が設けられている。この
リレイ59（ＲＹ１）が励磁されると、同期開始信号が同
期投入器41へ出力される。

【００２２】また下限リミッタ52の出力設定値と加算器
53の出力値がリレイ59（ＲＹ１）により選択されて速度
目標値とされ、この速度目標値から速度（周波数）検出
部54により検出された発電機13または33の速度（周波
数）が減算器60により減算されて速度偏差が求められ、
この速度偏差はＰＩＤ制御部61へ入力される。このＰＩ
Ｄ制御部61のゲインは、低負荷時のゲインと高負荷時の
ゲインにリレイ56（ＲＹ２）により選択され、速度偏差
により回転数指令値が形成され、原動機14または34の電
子ガバナへ出力される。また回転数指令値は、リレイ51
（ＲＹ０）がオフのとは指令値“０”が選択される。

【００２３】また速度（周波数）検出部54により検出さ
れた発電機13または33の速度（周波数）に設定値αを乗
算する乗算器62が設けられ、周波数に比例した電圧指令
値がＡＶＲ16または36へ出力される。

【００２４】以下、上記構成における作用を説明する。 １台目の立ち上げ時（１号発電機13を立ち上げるものと
する。） １．１号発電機遮断器11を投入し、１号発電機13を給電
ライン10へ接続する。このとき、コントローラ24のリレ
イ57（ＲＹ３）が励磁される。 ２．操舵室から起動信号が出力されると、コントローラ
24のリレイ51（ＲＹ０）が励磁され、下限リミッタ52の
下限値75％に相当する速度が速度目標値となり、この目
標値に応じて回転数指令値が原動機14の電子ガバナに出
力され、原動機14が立ち上げられ、発電機13の回転数が
75％に制御される。このとき回転数に比例した発電機13
の電圧指令信号がＡＶＲ16へ出力される（ＡＶＲはまだ
作動しない）。 ３．次に界磁遮断器（図示せず）を投入してバッテリ21
より発電機13の励磁コイル20へ給電して励磁させ、発電
機電圧を立ち上げる。界磁遮断器が投入されると、ＡＶ
Ｒ16が作動して上記発電機13の電圧指令信号に応じた発
電機電圧の制御を行う。このとき、まだ無負荷な状態に
ある。

【００２５】そして、遮断器９が投入されると推進電動
機８へ給電が開始され、推進電動機８が回転駆動され
る。このとき発電機13の出力電力が増加するが、原動機
14の電子ガバナによるアイソクロナンス制御により目標
値の一定周波数に維持され、負荷バランスがとられる。 ４．そして、船舶設定速度が75％を超えて増加すると、
この船舶設定速度と速度（周波数）検出部54により検出
された発電機13の速度（周波数）との偏差が演算され、
ＰＩＤ演算部61により低負荷ゲインにて回転数指令値が
演算されて電子ガバナへ出力され、よって原動機14、す
なわち発電機13の回転数が船舶設定速度に制御される。 ５．このとき回転数に比例した発電機13の電圧指令信号
がＡＶＲ16へ出力され、ＡＶＲ16により発電機電圧が周
波数に比例して制御（Ｖ／Ｆ制御）される。 ６．また電力センサ22により検出される電力が、初期設
定値を超えると、リレイ56（ＲＹ２）が励磁されて、Ｐ
ＩＤ演算部61のゲインが高負荷ゲインに切り換えられ
る。

【００２６】２台目の立ち上げ時（２号発電機33を立ち
上げて給電ライン10へ併入するものとする。） １．操舵室から起動信号が出力されると、コントローラ
44のリレイ51（ＲＹ０）が励磁されて、下限リミッタ52
の下限値75％に相当する速度が速度目標値となり、この
目標値に応じて回転数指令値が原動機34の電子ガバナに
出力され、原動機34が立ち上げられ、２号発電機33の回
転数が75％に制御される。このとき回転数に比例した発
電機33の電圧指令信号がＡＶＲ16へ出力されている（Ａ
ＶＲはまだ作動しない）。 ２．次に界磁遮断器（図示せず）を投入してバッテリ41
より発電機33の励磁コイル40へ給電して励磁させ、発電
機電圧を立ち上げる。界磁遮断器が投入されると、ＡＶ
Ｒ36が作動して上記２号発電機33の電圧指令信号に応じ
た発電機電圧の制御を行う。 ３．そして、２号発電機33の回転数が同期発電機速度に
達すると、コントローラ44のリレイ59（ＲＹ１）が励磁
され、同期開始信号が同期投入器51へ出力される。 ４．すると、同期投入器51より給電ライン10と２号発電
ライン32の周波数の偏差信号（速度偏差）がコントロー
ラ44へ入力され、この速度偏差が船舶設定速度に加算さ
れて目標値とされ、この目標値に応じて回転数指令値が
原動機34の電子ガバナへ出力され、原動機34、すなわち
２号発電機33の回転数（周波数）が給電ライン10の周波
数に制御される。また、同期投入器51よりＡＶＲ36へ給
電ライン10の電圧信号が出力され、発電機電圧が給電ラ
イン10の電圧に制御される。 ５．そして、給電ライン10と２号発電ライン32の周波数
と電圧と位相が一致すると、同期投入器51より２号発電
機遮断器31へ投入信号が出力され、２号発電機33が併入
される。２号発電機遮断器31が併入されると、リレイ57
（ＲＹ３）が励磁されて、リレイ59（ＲＹ１）が無励磁
となり、速度目標値が船舶設定速度のみに戻る。 ６．そして、船舶設定速度が75％を超えて増加すると、
この船舶設定速度と速度（周波数）検出部54により検出
された２号発電機33の速度（周波数）との偏差が演算さ
れ、ＰＩＤ演算部61により低負荷ゲインにて回転数指令
値が演算されて電子ガバナへ出力され、原動機34、すな
わち発電機33の回転数が船舶設定速度に制御される。ま
た原動機34の電子ガバナによるアイソクロナンス制御に
より目標値の一定周波数に維持され、負荷バランスがと
られる。 ７．このとき回転数に比例した２号発電機13の電圧指令
信号がＡＶＲ36へ出力され、ＡＶＲ36により発電機電圧
が周波数に比例して制御される。 ８．また電力センサ42により検出される電力が、初期設
定値を超えると、リレイ56（ＲＹ２）が励磁されて、Ｐ
ＩＤ演算部61のゲインが高負荷ゲインに切り換えられ
る。

【００２７】このように、船舶の速度設定値に応じて発
電用原動機14，34の回転数が制御され、すなわち、発電
機13，33（給電ライン10）の周波数が制御されることに
より、誘導電動機からなる推進用電動機８の回転数が制
御され、よって推進装置１の回転数を、従来の如くイン
バータやコンバータの高価なスイッチング素子を用いず
に、船舶の速度設定値に応じて制御できる。また回転数
制御に高価なスイッチング素子を用いないことから、電
気ノイズの発生を防止でき、さらにコストを低減でき、
燃費の削減も可能となり、経済的なシステムを構成でき
る。またメカニカル的な構成であるため、誤動作、ショ
ックに強いという効果が得られる。

【００２８】また、電圧一定で周波数が低下すると推進
用電動機８の電流が増加して電動機８を焼損する恐れが
あるが、発電機13，33（給電ライン10）の周波数に応じ
て発電機13，33の発電電圧を制御することにより、前記
焼損を防止することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、船舶
の速度設定値に応じて発電用原動機の回転数を制御する
ことにより、推進用電動機の回転数を制御でき、よって
推進装置の回転数を、高価なスイッチング素子を用いず
に、船舶の速度設定値に応じて制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における船舶の電気推進装
置の系統図である。

【図２】同船舶の電気推進装置のコントローラのブロッ
ク図である。

【図３】従来の船舶の電気推進装置の構成図である。

【符号の説明】 １ 推進装置 ８ 推進用電動機 10 給電ライン 11，31 発電機遮断器 12，32 発電ライン 13，33 発電機 14，34 発電用原動機 15，35 電磁ピックアップ 16，36 ＡＶＲ 17，37，52 ＰＴ 18，23，38，43 ＣＴ 19，39 整流器 20，40 励磁コイル 21，41 バッテリ 22，42 電力センサ 24，44 コントローラ 51 同期投入器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 一芳 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 藤谷 克昭 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船舶の推進装置に連結されて前記推進装
   置を回転駆動する推進用交流電動機と、 前記推進用交流電動機に給電する推進用交流発電機と、 前記推進用交流発電機に連結されてこの推進用交流発電
   機を回転駆動する発電用原動機と、 前記交流発電機または発電用原動機の回転数を計測する
   回転数計測手段と、 前記回転数計測手段により計測された回転数をフィード
   バック信号として前記船舶の速度設定に相当する回転数
   に前記発電用原動機の回転数を制御する制御手段とを備
   えたことを特徴とする船舶の電気推進設備。
2. 【請求項２】 前記推進用交流発電機の発電電圧を計測
   する電圧計測手段を備え、 制御手段に、前記電圧計測手段により計測された発電電
   圧値をフィードバック信号として、前記推進用交流発電
   機の発電電圧と周波数の比率を一定に維持する機能を付
   加したことを特徴とする請求項１記載の船舶の電気推進
   設備。