JPS6135037B2

JPS6135037B2 -

Info

Publication number: JPS6135037B2
Application number: JP54106843A
Authority: JP
Inventors: Fukuo Shibata
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-21
Filing date: 1979-08-21
Publication date: 1986-08-11
Also published as: JPS5631895A

Description

【発明の詳細な説明】船舶推進機関は燃料節約のためにデイーゼル機
関が主力となつた。デイーゼル機関には400rpm
程度の回転定格速度の４サイクル機関と100rpm
程度の２サイクル機関が船舶推進機関の大容量機
として存在する。このようなデイーゼル機関によ
り駆動回転せしめられる舶用プロペラの回転速度
は従来100rpm程度のものであつたが、最近
50rpmや60rpm程度の超低速にし、推進効率を上
げるようになつた。

一方デイーゼル機関は従来従来排気の熱エネル
ギーを利用して蒸気タービンを駆動し、航海中の
船内電力をまかなうような方式が良くとられてき
た。現在デイーゼル機関の熱効率は40％乃至50％
程度であり、燃料エネルギーの50乃至60％分が排
熱として放熱されている。この50乃至60％の放熱
エネルギー中、約38％相当は排気により、約８％
は過給空気とシリンダーの冷却水により、約４％
は潤滑油より放散されている。これらのデイーゼ
ル機関の排熱を有効に利用することは現在のエネ
ルギー危機の時にあつて極めて重要なことであ
る。

このようなデイーゼル機関による船舶の推進装
置において、デイーゼル機関の排熱を有効に利用
しつゝ、船舶の推進効率を向上せしめるにあた
り、装置を簡略にし、経済的な装置とし、船舶機
関室における装置の配列をバランス良くし、コン
パクトに且つ信頼性高くまとめ上げることが本発
明の目的である。

このような目的を達成せしめるため、本発明で
は第１図の本発明の具体的電気接続図例のように
相対的に回転する二つの相対向する回転子６と７
を有し、少なくともその一方の回転子７に電機子
巻線を設け、一方の回転子７に対し他方の回転子
６を相対的に駆動回転せしめた電磁継手５の回転
子の一つを、固定子を持つた回転電気機械１０の
回転子との間で歯車装置１４を経て結合し、その
歯車結合を電磁継手５の負荷側回転子７に結合さ
れた大歯車１２とかみ合わせる小歯車１３に上記
回転電気機械１０の回転子を機械的に結合する配
列とし、それと共にこの電磁継手５の負荷側回転
子７を負荷２にも機械的に結合し、更にこの電磁
継手５の他方の回転子６をデイーゼル機関１で駆
動回転せしめるように配列し、これによつて上記
デイーゼル機関１から上記電磁継手５を経て負荷
２を駆動せしめるようにし、而も上記回転電気機
械１０と上記電磁継手５の両電機子巻線間を電気
接続して上記回転電気機械１０が電磁継手５より
受けた電力により負荷２を駆動するようにし、そ
の上に上記デイーゼル機関１の排熱エネルギーに
より造られる蒸気で駆動回転せしめられるタービ
ン１９を設け、このタービン１９により駆動され
る交流発電機３０と上記電磁継手７の電機子巻線
の出力端子との間を電気接続するように配列する
のである。

以上の電磁継手５の回転子６と７の中、回転子
７に電機子巻線を設け、その電機子巻線と外部の
接続のためにスリツプリング９を設け、回転電気
機械１０の電機子巻線との間の電気接続は電線２
１でおこなう。回転子７は負荷２との間で軸４で
結合されるが、電機子巻線がこの回転子７とは違
つてデイーゼル機関１の出力軸３と結合される回
転子６に設けられる場合も考えられる。歯車装置
１４は電磁継手５の負荷２と結合される回転子７
と結合される。第１図では歯車装置１４は大歯車
１２と小歯車１３の結合一段式で、回転電気機械
１０の出力軸１８から負荷２を見て、一段減速と
なる。第３図は本発明の部分接続図例であり、回
転電気機械１０の出力軸１８から負荷２を見て、
二段減速となる。然し、この場合も、小歯車１３
に回転電気機械１０の回転子を機械的に配列され
ており、この機械的配列が第二の歯車装置１５に
よる歯車結合と考えれば良いのである。第３図で
はこのように第二の歯車装置１５も第一の歯車装
置１４と同様、小歯車１６と大歯車１７のかみ合
わせより成る。第一の歯車装置１４と第二の歯車
装置１５の組み合わせによつて全体の歯車装置１
１が造られる。本発明では電磁継手５は同期発電
機の固定子を第二の回転子７としたような構造
で、第一の回転子６は第１図でデイーゼル機関と
結合され、それに界磁巻線が設けられる。その界
磁巻線にはその回転子６に設けたスリツプリング
８を通して回転子外部から直流励磁電流を供給す
るが、その直流電源は第１図に示されていない。
その直流励磁電流供給により回転子に出来た磁極
の回転によりその回転磁束が第二の回転子７に設
けた電機子巻線を切り、その電機子巻線に同期発
電機と同様に電圧を発生し、その電圧により電磁
継手５の電機子巻線から回転電気機械１０に向け
て交流電力を送ることになる。このようにして電
磁継手の電機子巻線に流れた交流と上記回転磁束
との間の電磁力が働らき、第一の回転子６から第
二の回転子７へトルクが伝達される。一般に本発
明における回転電気機械１０は種類の如何なる電
動機でも良いが、同期電動機や籠形誘導電動機は
好ましい電動機として使いうる。もし負荷２の回
転速度が60rpmであり、歯車装置１４の減速比が
８であるとすれば、回転電気機械１０の回転速度
を480rpmとなしうるので、60rpmの場合にくら
べると、かなり小形化し、製作しやすくなり、安
価になる。電磁継手と回転電気機械との直接の機
械的結合により上記のような歯車装置を用いない
デイーゼル機関プラントとして昭和52年特許出願
公告第37543号があるが、本発明をこのような公
知例と比較すれば、本発明における上記の効果が
はつきり判るのである。更に本発明では例えば誘
導機を回転電気機械として用いる時、小形化して
いるため、上記の公知例と異なり、その空隙を短
かくとりうるため、励磁損を少なくしうる。それ
によつてその効率を高くしうるだけではなく、回
転電気機械の始動トルクを大きくとれ、結局装置
全体の始動トルクを大きくすることが出来る特長
を有する。回転電気機械１０を電磁継手５の負荷
側回転子７と直接機械的に結合し、昭和52年特許
出願公告第37543号の如くする場合、すなわち、
歯車装置１２―１３を設けない場合とくらべて、
歯車装置１２―１３を回転電気機械１０と回転子
７の間に介在させて機械結合した場合には総合効
率を考え、歯車装置の損失を考慮しても、総合効
率が悪くなることはなく、むしろ場合によつては
良くなりうる。本発明では回転電気機械１０の回
転速度を高め得て、寸法を小さくし、製作しやす
くなる。第３図の歯車装置１１では二段減速によ
り30対１の減速も得られ、回転電気機械１０の回
転速度を1800rpmともなし得て、その大きさを更
に小さくしうる。

第１図でデイーゼル機関１の排熱エネルギーに
より造られる蒸気で回転駆動せしめられるタービ
ン１９が示され、デイーゼル機関１の排熱エネル
ギーで造られた蒸気の通路２５も示される。この
ような排熱エネルギーから蒸気を造る過程は種々
考えられる。デイーゼル機関１の排ガスのエネル
ギーを吸収して水を水蒸気に変換せしめる所謂排
ガスエコノマイザーと称する熱交換器が用いられ
るのが一般的な方法で、これに対し過給空気とシ
リンダーの冷却水の熱エネルギーも吸収される場
合も考えられる。タービン１９で仕事をした蒸気
はその後コンデンサーで再び水になるけれども、
そのようなタービン１９からの蒸気出口の回路は
図示されていない。ともかく本発明では、このタ
ービン１９より歯車装置１４に駆動エネルギーを
加えるのであるが、タービン１９の出力軸２０で
駆動回転せしめられる交流発電機３０を設け、そ
の出力端子から電線３１で回転電気機械１０の端
子すなわち電磁継手５の電機子巻線出力端子へ電
気接続するのである。

第１図では交流発電機３０と回転電気機械１０
の端子を電線３１で直接電機接続しているが、こ
の場合には船内の電力需要負荷例えば照明用にこ
の交流発電機３０の端子から直接電力供給するこ
とも出来る。然し、デイーゼル機関１の回転速度
を制御する場合には電線２１や３１の周波数が変
るので、船内負荷の周波数を比較的一定にしたい
場合には第３図に示すように周波数変換装置２４
を電線２１に接続して船内負荷に対しては周波数
変換装置２４の出力回路２３から電力供給するよ
うに配列することも出来る。

第２図では交流発電機３０の電気出力を船内電
力負荷へ供給しながら而も回転電気機械１０へも
供給できるようにした例が示される。そのように
するため、電力負荷には回転速度一定の交流発電
機３０から周波数一定の電力を直接電線３２で電
力負荷へ供給するように配列する。一方回転電気
機械１０の回転速度は例えばデイーゼル機関１の
回転速度を変更するとき変るものであり、その都
度、回転電気機械１０に接続される電線で供給さ
れる電力周波数は変化する。そのような電線２１
へ一定周波数の交流発電機３０から電力を供給す
るために交流発電機３０と電線２１の間に周波数
変換装置２４を接続し、電磁継手５の出力端子９
より回転電気機械１０へ興える電力周波数が変化
しても、それに対応して周波数変換装置２４を制
御して交流発電機３０から回転電気機械１０へ電
力を供給しうるように出来る。この周波数変換装
置２４の例は第４図に示すようにその入力側２２
より出力側２３を見て順変換装置２７と逆変換装
置２８の結合から成るものが一般的である。これ
らの順、逆変換装置２７，２８はサイリスターか
ら成るものが好ましいが、その間にリアクトル２
９が接続されるものである。第２図の接続で、周
波数変換装置２４を形成する逆変換装置を他励式
とすれば、その構成は簡単であるし、またその動
作は安定している。その場合、周波数変換装置２
４の出力側の交流は電磁継手５の出力端子から出
る交流電圧が確立されているため、逆変換装置を
他励止となしうるのである。第１図や第３図で、
デイーゼル機関１から負荷２への動力伝達装置部
２６が示される。

本発明の動作を第１図の例で説明する。すなわ
ち、前述のように第一の回転子６の界磁巻線に直
流励磁電流を興え、界磁極が造られると、第一の
回転子６をデイーゼル機関１が回転駆動せしめた
場合、回転磁極ができる。その回転磁束が第二の
回転子７に設けられた電機子巻線を切り、その電
機子巻線に同期発電機同様、交流電圧を発生する
ことになる。この場合、電磁継手５の電機子巻線
はスリツプリング９と電線２１を経て回転電気機
械１０の電機子巻線に接続される。そこで電磁継
手５の電機子巻線から回転電気機械１０に向けて
交流電力を送り、電磁継手５の電機子巻線に交流
が流れる。この電磁継手５の電機子巻線に流れる
交流電流と上記回転磁束の間に電磁力が発生する
ことになり、第一の回転子６がデイーゼル機関１
によつて回転駆動せしめられるとき、その回転ト
ルクが上記電磁力によつて第二の回転子７に伝え
られ、第二の回転子７も第一の回転子６の回転方
向に回転することになる。その場合、第二の回転
子７の回転速度は第一の回転子６の回転速度より
も遅い。何故なら、第一の回転子６よりも第二の
回転子７の回転速度が遅い場合に限り、第一の回
転子６の回転による回転磁束が第二の回転子７の
電機子巻線を切り、その電機子巻線に交流電圧を
発生し、交流電流を流し、前記電磁力が発生する
ことになるからである。そこでデイーゼル機関１
により第一の回転子６をn₀ rpmの回転速度で駆
動回転し、第二の回転子７がn₂ rpmで回転駆動
する場合を考えると、第一の回転子６と第二の回
転子７の回転速度差n₀−n₂＝n₁に対応した周波数
の交流電圧が電磁継手５の電機子巻線に発生する
ことになる。この交流電圧を受けて回転電気機械
１０は交流電力を電磁継手５から供給されること
になるのである。

第１図の場合、回転子７の電機子巻線に電流が
流れ、回転子６の界磁極との間で電磁継手の作用
が成立ち、原動機のデイーゼル機関１の回転速度
n₀の中のn₂分だけ直接負荷２の方へ軸４を通し、
電磁継手５の負荷側回転子７からトルクが伝達さ
れ、n₁分が電磁継手５より回転電気機械１０へ電
力供給される。今回転電気機械１０を同期電動機
とすれば、次のような関係が成り立つ。

n₁＝n₀−n₂ ……(1) 120＝p₁n₁ ……(2) n₂×γ＝n₃ ……(3) n₃p₂＝120 ……(4) たゞし、は電気接続の電線２１における交流
電力の周波数。p₁，p₂はそれぞれ電磁継手５及び
回転電気機械１０の極数、n₃は回転電気機械１０
の回転速度、γは歯車装置の減速比である。

(3)式を(4)式に代入して(2)式と比較すると、n₂×
γ×p₂＝p₁n₁となり、 n₁＝n₂×γ×p₂／p₁ ……(5) (1)式と(5)式より n₀＝n₂（γ×p₂／p₁＋１） ……(6) 電気接続の電線２１で電磁継手５と回転電気機
械１０の両電機子巻線間を逆相順に接続すると、
デイーゼル機関１の回転方向と負荷２の回転方向
が互いに逆方向となり、(1)式はn₁＝n₀＋n₂となつ
て、(6)式はn₀＝n₂（γ×p₂／p₁−１）となる。

第１図の例でデイーゼル機関１の回転速度を
100rpm、負荷２の回転速度を60rpmとすると、
上記(6)式においてγ＝８、p₁＝24、p₂＝２とすれ
ば成立つ。すなわち、低速デイーゼル機関１から
低速負荷２へ動力伝達する場合、電磁継手５だけ
を多極機とし、回転電気機械１０を少極機として
造りやすく、安価高効率となしうる。

この場合、重要なことはデイーゼル機関１から
負荷のプロペラ２へ動力伝達する時、その動力伝
達機構の中に機械式歯車を設けることはデイーゼ
ル機関１のトルク変動を歯面に受けて信頼性上好
ましくないと考えられるのが一般的であるが、本
発明では電磁継手５の負荷側軸４に歯車装置１４
が接続されるので、デイーゼル機関１の出力軸３
におけるトルク変動は電磁継手５により充分吸収
され、歯車装置１４へは伝達されないことにな
る。これにより電磁継手５は単に減速的機構を持
つだけではなく、歯車装置１４の保護装置にもな
るのである。

最後に、本発明の装置を公知の装置と比較しな
がら、本発明の作用効果の特長を説明する。

(1) 公知の特許第143223号にはデイーゼル機関に
電磁継手を結合して負荷のプロペラを駆動させ
るのであるが、電磁継手の電機子巻線からスリ
ツプリングを経てとり出した電力を負荷駆動に
使わないために、デイーゼル機関の軸出力のか
なりの部分が利用されないと云う欠点がある。
本発明ではこの特許第143223号と異なり、電磁
継手のスリツプリングからとり出した電力も負
荷駆動に利用され、デイーゼル機関の軸出力の
大部分が負荷のプロペラ駆動に使いうる。

(2) 公知の特公昭52―37543号ではデイーゼル機
関と組み合わせた電磁継手の負荷側回転子と固
定子を持つ回転電気機械とを一体化するように
機械的に結合される。これに対して本発明では
今まで述べてきたような特別構成の歯車結合を
させることにより、回転電気機械を小形化し、
装置全体を安価に、小形に且つ始動トルクを強
めることが出来る。而も歯車装置はデイーゼル
機関のトルク変動を直接受けないで、信頼性が
高い。

(3) 公知昭和47年特許出願公告第572号や昭和44
年特許出願公告第12177号では、デイーゼル機
関の排熱エネルギーを使うシステムが述べられ
ているが、これら公知例では電磁継手との接続
については述べられていない。本発明では電磁
継手５の電機子巻線出力端子と回転電気機械１
０との電気接続に対しタービン１の駆動の交流
発電機３０とが電気接続されることにより、回
転電気機械１０は電磁継手５の出力端子からも
交流発電機３０からも電力を吸収しうることに
なるが、排熱エネルギーの量が小さい時、船内
電力需要に対し交流発電機３０から電力供給す
る分の不足量を電磁継手５の出力端子からおぎ
なうことも出来るし、排熱エネルギー量が大き
くてそれだけでは船内電力需要に供給して余量
を生じた場合、その分を回転電気機械１０に吸
収させうるのである。このように本発明では電
磁継手でデイーゼル機関の出力の大部分を負荷
のプロペラ駆動に使う上に更にそのデイーゼル
機関の排熱エネルギーをも利用して、これを結
合し、船内電力需要をも含めた船舶推進に関す
る効率をあげようとするものであり、特公昭44
―12177号や特公昭47―572号とは基本的に異な
る作用効果を持つと考えられるのである。

以上の(1)，(2)，(3)をまとめて考えられるよう
に、本発明ではデイーゼル機関による船舶推進装
置において、その推進効率を上げるためデイーゼ
ル機関の出力軸回転速度を減速し、且つこれに加
えてデイーゼル機関の排熱エネルギーも有効に利
用するに当り、装置を簡略にし、経済的な装置と
し、船舶機関室内ではデイーゼル機関と負荷のプ
ロペラの軸が同心的に配列されるなど、装置の配
列をバランス良くし、他のデイーゼル機関用補機
の配列を容易ならしめ、機関室をコンパクトに配
列でき、而も信頼性高くまとめ上げることが出来
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的接続図例である。第２
図、第３図及び第４図はそれぞれ部分接続図であ
る。また各符号は次のように図中で示される。１：デイーゼル機関、２：負荷、３：デイーゼ
ル機関の出力軸、４：負荷への入力軸、５：電磁
継手、６：電磁継手の一方の回転子、７：電磁継
手の他方の回転子、８：スリツプリング、９：ス
リツプリング、１０：回転電気機械、１１：歯車
装置、１２：大歯車、１３：小歯車、１４：歯車
装置、１５：歯車装置、１６：小歯車、１７：大
歯車、１８：回転電気機械の出力軸、１９：ター
ビン、２０：タービンの出力軸、２１：電気接続
電線、２２：周波数変換装置の入力側回路、２
３：周波数変換装置の出力側回路、２４：周波数
変換装置、２５：蒸気通路、２６：動力伝達装
置、２７：順変換装置、２８：逆変換装置、２
９：リアクトル、３０：交流発電機、３１：電
線、３２：船内電力負荷への回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１相対的に回転する二つの相対向する回転子を
有し、少なくともその一方の回転子に電機子巻線
を設け、一方の回転子に対し他方の回転子を相対
的に駆動回転せしめた電磁継手の回転子の一つ
を、固定子を持つた回転電気機械の回転子との間
で歯車装置を経て結合し、その歯車結合を電磁継
手の負荷側回転子に結合された大歯車とかみ合わ
せる小歯車に上記回転電気機械の回転子を機械的
に結合する配列とし、それと共にこの電磁継手の
負荷側回転子を負荷にも機械的に結合し、更にこ
の電磁継手の他方の回転子をデイーゼル機関で駆
動回転せしめるように配列し、これによつて上記
デイーゼル機関から上記電磁継手を経て負荷を駆
動せしめるようにし、而も上記回転電気機械と上
記電磁継手の両電機子巻線間を電気接続して上記
回転電気機械が電磁継手より受けた電力により負
荷を駆動するようにし、その上にデイーゼル機関
の排熱エネルギーにより造られる蒸気で駆動回転
せしめられるタービンを設け、このタービンによ
り駆動される交流発電機と上記電磁継手電機子巻
線の出力端子との間を電気接続するように配列し
たデイーゼル機関による船舶推進装置。