WO2015129643A1 - 過給機及び船舶 - Google Patents

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武蔵 坂本
嘉久 小野
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the present invention relates to, for example, a supercharger and a ship equipped with the supercharger.
  • a hybrid supercharger 100 is known that includes a generator motor 103 coupled to the rotational shaft of the 102.
  • the hybrid turbocharger 100 not only uses the exhaust gas discharged from the internal combustion engine as a compressor driving force of the turbocharger but also uses it as a power for driving the generator motor 103 to obtain generated power. .
  • the generated electric power of alternating current obtained by the generator motor 103 is converted to direct current power by the first power conversion unit 104, and then converted to three-phase alternating current power of a frequency according to the inboard grid 106 by the second power conversion unit 105. , And is supplied to the inboard system 106.
  • the first power converter 104 shown in FIG. 5 functions as an inverter
  • the second power converter 105 functions as a converter.
  • a control unit (not shown) that controls the first power conversion unit 104 generates a control signal such that the actual rotation number of the generator motor 103 matches the rotation number command given from the upper control device (not shown).
  • the electric power corresponding to the rotational speed command is supplied to the generator motor 103, and the actual rotational speed changes.
  • the control signal to the first power conversion unit 104 is the rotation number command Change quickly in response to changes in Therefore, for example, when the rotation speed command fluctuates, the power supplied to the generator motor 103 will fluctuate following the fluctuation. If the power supplied to the generator motor 103 fluctuates, it affects the inboard system that is the power supply source, and the voltage or frequency of the inboard system may be unstable. In the case where another power generation device such as a diesel generator is provided for system stability, it is necessary to frequently perform power adjustment by the other power generation device.
  • the problems as described above are not limited to hybrid turbochargers, and, for example, in an apparatus provided with a compressor driven by a turbine and pumping external air to an internal combustion engine, and an electric motor connected to the rotation shaft of the compressor. It is a problem that occurs similarly.
  • This invention is made in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the supercharger and ship which can suppress the fluctuation
  • a supercharger including a compressor driven by a turbine and pumping external air to an internal combustion engine, and an electric motor connected to a rotation shaft of the compressor, and converting direct current power into alternating current power.
  • Power conversion means having a function of converting and outputting to the motor, and control means for controlling the power conversion means, the control means having a time constant longer than the time constant of the rotational speed command given from the host control means
  • a smoothing unit that has a constant and smoothes and outputs a rotation speed command from the upper control unit; and a control for matching the rotation speed of the motor to the rotation speed command output from the smoothing unit
  • a control signal generating means for generating a signal.
  • the control signal generation unit since the rotation speed command given from the higher control means is smoothed by the smoothing means, the rotation speed command which changes more gently than the rotation speed command given from the higher control means It can be generated in the control means. Then, the control signal generation unit generates a control signal that causes the actual rotation number to coincide with the smoothed rotation speed command and is supplied to the power conversion unit. Therefore, fluctuations in the power output from the power conversion unit to the motor Can be suppressed.
  • control means has time constant information in which the electric power fluctuation amount of the electric motor and the time constant are associated, and acquires the time constant corresponding to the current electric power fluctuation amount from the time constant information
  • the method may further include time constant changing means for changing the time constant of the smoothing means to the obtained time constant.
  • the time constant of the smoothing means is changed according to the amount of power fluctuation from time to time, so an appropriate time constant according to the amount of power fluctuation from time to time is used to It becomes possible to perform smoothing.
  • the time constant changing unit repeatedly calculates the power fluctuation amount at predetermined intervals, and when the calculated power fluctuation amount exceeds a predetermined threshold, the time constant for the power fluctuation amount
  • the time constant information may be changed such that
  • the maximum value of the time constant is set to, for example, a value smaller than the time constant of the motor.
  • a vessel including: the above-described supercharger; and an internal combustion engine to which exhaust gas is introduced into the supercharger and to which external air compressed from the supercharger is supplied.
  • a third aspect of the present invention is a method of controlling the number of rotations of a compressor by a motor, and smoothing a rotation number command input from a host controller with a time constant longer than a time constant of the rotation number command.
  • the electric power supplied to the motor is controlled so that the rotational speed of the motor matches the rotational speed command after smoothing.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is effective in the ability to suppress the fluctuation
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a marine hybrid turbocharger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing functions of the control unit shown in FIG. 1; It is a figure for demonstrating one calculation example of electric power fluctuation amount. It is a figure showing an example of time constant information. It is a figure showing a schematic structure of a conventional marine hybrid supercharger.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a marine hybrid turbocharger (hereinafter simply referred to as "hybrid turbocharger") according to the present embodiment.
  • the hybrid turbocharger 10 includes a turbine 21 driven by exhaust gas discharged from a marine diesel engine (internal combustion engine) and a compressor 23 driven by the turbine 21 to pump external air to the marine diesel engine. And a generator motor 30 connected to the rotation shaft of the compressor 23 as a main configuration.
  • the hybrid turbocharger 10 not only uses the exhaust gas discharged from the marine diesel engine as the compressor driving force of the turbocharger, but also uses it as a power to drive the generator motor 30 to obtain generated power. .
  • the hybrid turbocharger 10 includes a power converter 20 provided between the generator motor 30 and the inboard system 16.
  • the power converter 20 includes a first power converter (power converter) 12 and a second power converter 14 as main components.
  • the first power conversion unit 12 converts the generated power of the generator motor 30 into DC power and outputs it during regeneration operation of the generator motor 30, and converts the DC power into AC power during power operation and generates power It outputs to the motor 30.
  • the second power conversion unit 14 converts the DC power from the first power conversion unit 12 into three-phase AC power suitable for the grid, and outputs it to the inboard grid 16 to perform powering operation. At times, the three-phase AC power from the inboard power system 16 is converted into DC power and is output to the first power converter 12.
  • the configurations of the first power conversion unit 12 and the second power conversion unit 14 are not particularly limited. For example, a configuration in which six switching elements are bridge-connected may be mentioned as an example.
  • the first power converter 12 is controlled by the controller 40. Although a control unit for controlling the second power conversion unit 14 is also provided, the description here is omitted.
  • control unit 40 sets, for example, the actual rotation speed N of the generator motor 30 to the rotation speed command N * given from the upper control device 50 (see FIG. 2) that controls the marine diesel engine. It has a function of controlling the first power converter 12 so as to coincide with each other.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the functions of the control unit 40.
  • the control unit 40 mainly shows a smoothing unit 41, a time constant changing unit 42, and a control signal generation unit 43.
  • the smoothing unit 41 includes, for example, a first-order lag element 46 and a rate limiter 48.
  • the first-order lag element 46 may be realized as hardware such as an RC filter consisting of a resistor and a capacitor component, or may be realized as software.
  • a first-order lag element may be further provided downstream of the rate limiter 48.
  • the configuration of the smoothing unit 41 is not limited to the configuration shown in FIG. 2, and may have at least one of the primary delay element 46 and the rate limiter 48.
  • First-order lag element 46 the rotation speed command N * time constant in the upper level control unit 50 (e.g., a few 100msec for several sec) when longer than constant tau (e.g., 10 times the rotational speed command N * time constant As described above, for example, it has several seconds to several tens of seconds), and smoothes and outputs the rotation speed command N * from the host controller 50.
  • the rate limiter 48 limits the rate of change of the rotational speed command output from the primary delay element 46 not to exceed a predetermined value.
  • the time constant changing unit 42 calculates the fluctuation amount of power supplied from the first power conversion unit 12 to the generator motor 30 (hereinafter referred to as “power fluctuation amount ⁇ P”), and the first-order lag element according to the power fluctuation amount ⁇ P.
  • the power P of the generator motor 30 may be calculated based on, for example, the three-phase AC voltage and the three-phase AC current supplied to the generator motor 30, or the first power converter 12 and the second power converter It may be calculated using the voltage and current between DC buses to and from the unit 14. It is preferable to use the voltage and current between DC buses from the viewpoint of detection accuracy. This is because the three-phase voltage contains a large amount of harmonic components, but the DC voltage has a relatively high accuracy and is easy to calculate because there are few harmonic components due to the effect of the smoothing capacitor.
  • the power fluctuation amount ⁇ P may be obtained, for example, as a difference between the power average value Pave and the maximum power value Pmax in a predetermined period (see FIG. 3), or a difference between the power average value Pave and the minimum power value Pmin in a predetermined period. It may be determined from the power average value Pave and the standard deviation. The difference between the power average value Pave and the maximum power value Pmax and the difference between the power average value Pave and the minimum power value Pmin in a predetermined period may be calculated, and the larger value may be adopted as the power fluctuation amount ⁇ P. As described above, an appropriate method can be appropriately adopted as a method of calculating the power fluctuation amount ⁇ P. The calculation of the power fluctuation amount ⁇ P is performed periodically at predetermined time intervals.
  • the time constant changing unit 42 has time constant information in which the power fluctuation amount ⁇ P and the time constant ⁇ are associated with each other.
  • the time constant information may be represented by a function using the power fluctuation amount ⁇ P as a parameter, or may be prepared as a table.
  • the time constant changing unit 42 acquires the time constant ⁇ corresponding to the power fluctuation amount ⁇ P from the time constant information, and changes the time constant of the first-order delay element 46 to the acquired time constant ⁇ .
  • the time constant changing unit 42 changes the time constant information so that the time constant ⁇ with respect to the power fluctuation amount ⁇ P becomes large. For example, taking time constant information shown in FIG.
  • the slope of the time constant characteristic is increased by a predetermined amount.
  • the time constant ⁇ is expressed by a function having the power fluctuation amount ⁇ P as a parameter as in the following equation (1)
  • the value of the coefficient ⁇ is multiplied by a predetermined amount (for example, 1.1 times).
  • the time constant information is changed so as to increase the value of the time constant ⁇ with respect to the same amount of power fluctuation ⁇ P.
  • the time constant ⁇ and the power fluctuation amount ⁇ P may not necessarily be in a proportional relationship.
  • the maximum value of the time constant ⁇ is set to, for example, a value smaller than the time constant of the generator motor 30.
  • the control signal generation unit 43 receives as input the difference between the rotation speed command Ns * output from the smoothing unit 41 and the actual rotation speed N of the generator motor 30, and performs PI control or the like on this difference.
  • the control signal of the first power conversion unit 12 for making the actual rotation speed N coincide with the rotation speed command Ns * is generated.
  • the control signal generation unit 43 generates a PWM signal for controlling on / off of each switching element included in the first power conversion unit 12.
  • a control method for generating a PWM signal to make the actual rotation speed N coincide with the rotation speed command Ns * many known techniques exist, and these known techniques may be adopted appropriately.
  • the host controller 50 sets the rotation speed command N * at a predetermined time constant. For example, in the upper control device 50, using the information in which the required load of the internal combustion engine and the rotational speed command are associated with each other, the rotational speed command N * corresponding to the required load of the internal combustion engine is set.
  • the control unit 40 when the rotation speed command N * set by the host controller 50 is input, the rotation speed command N * is smoothed by the first-order delay element 46, and the rate limiter 48 changes the change rate to a predetermined value or less.
  • a time constant ⁇ set by the time constant changing unit 42 according to the power fluctuation amount ⁇ P at each time is adopted as the time constant of the first-order delay element 46.
  • the difference ⁇ N between the smoothed rotation speed command Ns * and the actual rotation speed N is calculated in the difference calculation unit, and the PI control or the like is performed on the difference ⁇ N in the control signal generation unit 43, A control signal S of the first power conversion unit 12 for making the rotational speed N coincide with the rotational speed command Ns * is generated. Then, the control signal S is applied to the first power conversion unit 12, whereby the power corresponding to the rotation speed command Ns * is applied to the generator motor 30, and the rotation speed of the generator motor 30 is controlled.
  • the first order lag element 46 also functions as a low pass filter. Therefore, for example, when the rotation speed command N * input from the higher-level controller 50 is a discontinuous point or contains noise, the rotation speed command N * is converted to a continuous value, or It is possible to remove noise.
  • the hybrid turbocharger since the time constant of the first-order delay element 46 is changed according to the power fluctuation amount ⁇ P, an appropriate time constant according to the power fluctuation amount ⁇ P at each time The rotation speed command N * can be smoothed using Furthermore, since the time constant information is changed when the power fluctuation amount ⁇ P is equal to or more than the predetermined threshold value, the power fluctuation amount ⁇ P can be made equal to or less than the threshold value by strengthening the effectiveness of the smoothing. For example, even when the characteristics of the first power conversion unit 12 or the generator motor 30 change due to age-related deterioration or the like, having the function of changing time constant information can cope with the change in characteristics due to age-related deterioration or the like.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
  • the generator motor 30 capable of both the regeneration (power generation) operation and the power running operation is provided as an electric motor.
  • the generator motor 30 instead of the generator motor 30, a motor having only a power running operation without a regeneration function.
  • an inverter that converts DC power into AC power and outputs it may be adopted as the power conversion means.

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Abstract

制御部（４０）は、発電電動機の回転数を所定の回転数指令に一致させるように第１電力変換部を制御する。上位制御装置（５０）で設定された回転数指令（Ｎ＊）は、制御部４０の平滑化部４１に入力される。平滑化部（４１）において、回転数指令（Ｎ＊）は、一次遅れ要素４６により平滑化され、レートリミット（４８）により変化率が所定値以下に制限される。平滑化部（４１）から出力された回転数指令（Ｎｓ＊）は、差分演算部において発電電動機の実回転数（Ｎ）との差分（ΔＮ）が算出され、この差分（ΔＮ）に基づく制御指令（Ｓ）が制御信号生成部（４３）において生成され、この制御指令（Ｓ）に基づいて第１電力変換部が制御される。これにより、電動機への供給電力の変動が抑制される。

Description

過給機及び船舶
　本発明は、例えば、過給機及び過給機を備える船舶に関するものである。
　従来、図５に示すように、舶用ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出された排ガスによって駆動されるタービン１０１と、タービン１０１により駆動されて内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ１０２と、タービン１０１およびコンプレッサ１０２の回転軸に連結される発電電動機１０３とを備えたハイブリッド過給機１００が知られている。このハイブリッド過給機１００は、内燃機関から排出される排ガスを過給機のコンプレッサ駆動力として利用するだけでなく、発電電動機１０３を駆動する動力としても利用して、発電電力を得るものである。発電電動機１０３により得られた交流の発電電力は、第１電力変換部１０４により直流電力に変換された後、第２電力変換部１０５によって船内系統１０６に応じた周波数の三相交流電力に変換され、船内系統１０６に供給される。
特開２００７－８２３０５号公報 特開２０１１－１４４７７２号公報
　近年、内燃機関の低負荷時に、発電電動機を力行動作させて、内燃機関の効率を向上させることが提案されている。発電電動機の力行動作時には、図５に示した第１電力変換部１０４がインバータとして機能し、第２電力変換部１０５がコンバータとして機能する。そして、第１電力変換部１０４を制御する制御部（不図示）は、不図示の上位制御装置から与えられる回転数指令に、発電電動機１０３の実回転数が一致するような制御信号を生成して第１電力変換部１０４に与えることにより、回転数指令に応じた電力が発電電動機１０３に供給され、実回転数が変化する。
　上位制御装置からの回転数指令の変化周波数と、第１電力変換部１０４を制御する制御部の制御応答とにそれほど差がない場合、第１電力変換部１０４への制御信号は、回転数指令の変化に速やかに応答して変化することとなる。したがって、例えば、回転数指令が変動する場合、この変動に追従して発電電動機１０３へ供給される電力が変動することとなる。発電電動機１０３への供給電力が変動すると、電力供給元である船内系統に影響を与え、船内系統の電圧や周波数が不安定になるおそれがある。系統安定のためにディーゼル発電機等の他の発電装置が設けられている場合には、他の発電装置による電力調整を頻繁に行う必要があった。
　上記の如き問題は、ハイブリッド過給機に限って生じるものではなく、例えば、タービンにより駆動されて内燃機関に外気を圧送するコンプレッサと、コンプレッサの回転軸に連結される電動機とを備える装置においても同様に発生する問題である。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電動機への供給電力の変動を抑制することのできる過給機及び船舶を提供することを目的とする。
　本発明の第１態様は、タービンにより駆動されて内燃機関に外気を圧送するコンプレッサと、前記コンプレッサの回転軸に連結される電動機とを備えた過給機であって、直流電力を交流電力に変換して前記電動機に出力する機能を備える電力変換手段と、前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、上位制御手段から与えられる回転数指令の時定数よりも長い時定数を有し、前記上位制御手段からの回転数指令を平滑化して出力する平滑化手段と、前記平滑化手段から出力された前記回転数指令に、前記電動機の回転数を一致させるための制御信号を生成する制御信号生成手段とを備える過給機である。
　このような過給機によれば、上位制御手段から与えられた回転数指令が平滑化手段によって平滑化されるので、上位制御手段から与えられる回転数指令よりも緩やかに変化する回転数指令を制御手段内で生成することができる。そして、平滑化後の回転数指令に実回転数を一致させるような制御信号が制御信号生成手段によって生成されて、電力変換手段に与えられるので、電力変換手段から電動機に出力される電力の変動を抑制することが可能となる。
　上記過給機において、前記制御手段は、前記電動機の電力変動量と時定数とが関連付けられた時定数情報を有し、現在の電力変動量に対応する時定数を前記時定数情報から取得し、取得した時定数に前記平滑化手段の時定数を変更する時定数変更手段を更に備えることとしてもよい。
　このような構成によれば、その時々の電力変動量に応じて平滑化手段の時定数が変更されるので、その時々の電力変動量に応じた適切な時定数を用いて、回転数指令の平滑化を行うことが可能となる。
　上記過給機において、前記時定数変更手段は、前記電力変動量を所定の間隔をおいて繰り返し算出し、算出した前記電力変動量が所定の閾値を超える場合に、前記電力変動量に対する時定数が大きくなるように、前記時定数情報を変更することとしてもよい。
　このような過給機によれば、時定数情報から取得した時定数を用いても、電力変動量が所定の閾値を超えてしまい、電力変動量の低減に寄与しなかった場合には、時定数情報自体を時定数が増加する方向に変更する。これにより、各電力変動量に対する時定数を大きくすることができ、電力変動量の低下作用を高めることができる。ここで、時定数の最大値は、例えば、電動機の時定数よりも小さい値に設定されている。時定数の最大値を電動機の時定数よりも小さな値にすることで、回転数制御の応答性を著しく低下させることなく、電力変動を抑制することが可能となる。
　本発明の第２態様は、上記過給機と、前記過給機に排ガスを導入するとともに、前記過給機から圧縮された外気が供給される内燃機関とを備える船舶である。
　本発明の第３態様は、コンプレッサの回転数を電動機によって制御する方法であって、上位制御装置から入力される回転数指令を、該回転数指令の時定数よりも長い時定数で平滑化し、平滑化後の回転数指令に前記電動機の回転数を一致させるように、前記電動機へ供給する電力を制御する方法である。
　本発明によれば、電動機への供給電力の変動を抑制することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る舶用ハイブリッド過給機の概略構成を示した図である。 図１に示した制御部が備える機能を示した機能ブロック図である。 電力変動量の一算出例について説明するための図である。 時定数情報の一例を示した図である。 従来の舶用ハイブリッド過給機の概略構成を示した図である。
　以下に、本発明の過給機を舶用ハイブリッド過給機として船舶に適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１は、本実施形態に係る舶用ハイブリッド過給機（以下単に「ハイブリッド過給機」という。）の概略構成を示した図である。図１に示すように、ハイブリッド過給機１０は、舶用ディーゼルエンジン（内燃機関）から排出された排ガスによって駆動されるタービン２１と、タービン２１により駆動されて舶用ディーゼルエンジンに外気を圧送するコンプレッサ２３と、コンプレッサ２３の回転軸に連結される発電電動機３０とを主な構成として備えている。ハイブリッド過給機１０は、舶用ディーゼルエンジンから排出される排ガスを過給機のコンプレッサ駆動力として利用するだけでなく、発電電動機３０を駆動する動力としても利用して、発電電力を得るものである。
　ハイブリッド過給機１０は、発電電動機３０と船内系統１６との間に設けられた電力変換装置２０を備える。電力変換装置２０は、第１電力変換部（電力変換手段）１２と、第２電力変換部１４とを主な構成として備えている。
　第１電力変換部１２は、発電電動機３０の回生動作時においては、発電電動機３０の発電電力を直流電力に変換して出力し、力行動作時においては、直流電力を交流電力に変換して発電電動機３０に出力する。第２電力変換部１４は、発電電動機３０の回生動作時においては、第１電力変換部１２からの直流電力を系統に適した三相交流電力に変換して船内系統１６に出力し、力行動作時においては、船内系統１６からの三相交流電力を直流電力に変換して第１電力変換部１２に出力する。
　上記第１電力変換部１２及び第２電力変換部１４の構成は特に限定されないが、例えば、一例として、６つのスイッチング素子がブリッジ接続されてなる構成が挙げられる。第１電力変換部１２は、制御部４０によって制御される。第２電力変換部１４を制御するための制御部も設けられているが、ここでの説明は省略する。
　制御部４０は、発電電動機３０の力行運転時において、例えば、舶用ディーゼルエンジンを制御する上位制御装置５０（図２参照）から与えられる回転数指令Ｎ＊に、発電電動機３０の実回転数Ｎが一致するように、第１電力変換部１２を制御する機能を有する。
　図２は、制御部４０が備える機能を示した機能ブロック図である。図２に示すように、制御部４０は、平滑化部４１と、時定数変更部４２と、制御信号生成部４３とを主な構成として示している。平滑化部４１は、例えば、一次遅れ要素４６と、レートリミッタ４８とを備えている。一次遅れ要素４６は、抵抗とコンデンサ成分とからなるＲＣフィルタ等のハードウェアとして実現されてもよいし、ソフトウェアとして実現されてもよい。レートリミッタ４８の後段に、一次遅れ要素が更に設けられる構成とされていてもよい。
　平滑化部４１の構成は、図２に示した構成に限定されず、一次遅れ要素４６及びレートリミッタ４８のいずれか一方を少なくとも有していればよい。
　一次遅れ要素４６は、上位制御装置５０における回転数指令Ｎ＊の時定数（例えば、数１００ｍｓｅｃから数ｓｅｃの間）よりも長い時定数τ（例えば、回転数指令Ｎ＊の時定数の１０倍以上、例えば、数ｓｅｃから数十ｓｅｃの間）を有し、上位制御装置５０からの回転数指令Ｎ＊を平滑化して出力する。レートリミッタ４８は、一次遅れ要素４６から出力された回転数指令の変化率が所定値を超えないように制限する。
　時定数変更部４２は、第１電力変換部１２から発電電動機３０に供給される電力の変動量（以下「電力変動量ΔＰ」という。）を演算し、電力変動量ΔＰに応じて一次遅れ要素４６の時定数τを設定する。ここで、発電電動機３０の電力Ｐは、例えば、発電電動機３０に供給される三相交流電圧及び三相交流電流に基づいて算出してもよいし、第１電力変換部１２と第２電力変換部１４との間の直流バス間の電圧及び電流を用いて算出してもよい。検出精度の観点から直流バス間の電圧及び電流を用いることが好ましい。これは、三相電圧には高調波成分が多く含まれているが、直流電圧は平滑コンデンサの効果で高調波成分が少ないため、比較的精度がよく、かつ演算が容易だからである。
　電力変動量ΔＰは、例えば、一定期間における電力平均値Ｐａｖｅと最大電力値Ｐｍａｘとの差分として求めてもよいし（図３参照）、一定期間における電力平均値Ｐａｖｅと最小電力値Ｐｍｉｎとの差分として求めてもよいし、電力平均値Ｐａｖｅと標準偏差から求めることとしてもよい。一定期間における電力平均値Ｐａｖｅと最大電力値Ｐｍａｘとの差分および電力平均値Ｐａｖｅと最小電力値Ｐｍｉｎとの差分をそれぞれ算出し、大きい方の値を電力変動量ΔＰとして採用することとしてもよい。このように、電力変動量ΔＰの算出方法については適宜適切な方法を採用することができる。電力変動量ΔＰの算出は、所定の時間間隔で定期的に行われる。
　時定数変更部４２は、図４に示すように、電力変動量ΔＰと時定数τとが関連付けられた時定数情報を有している。時定数情報は、電力変動量ΔＰをパラメータとする関数で表されていてもよいし、テーブルとして用意されていてもよい。時定数変更部４２は、時定数情報から電力変動量ΔＰに対応する時定数τを取得し、取得した時定数τに一次遅れ要素４６の時定数を変更する。時定数変更部４２は、電力変動量ΔＰが所定の閾値を超える場合には、電力変動量ΔＰに対する時定数τが大きくなるように、時定数情報を変更する。例えば、図４に示した時定数情報を例に挙げると、時定数特性の傾きを所定量増加させる。以下の（１）式のように、時定数τが電力変動量ΔＰをパラメータとする関数で表されていた場合には、係数αの値を所定倍（例えば、１．１倍）することにより、同じ電力変動量ΔＰに対する時定数τの値を増加させるように、時定数情報を変更する。
　τ＝α×ΔＰ＋ｂ　　　（１）
　（１）式において、α＞０，ｂ≧０である。
　時定数τと電力変動量ΔＰとは、必ずしも比例関係になくてもよい。
　ここで、時定数τの最大値は、例えば、発電電動機３０の時定数よりも小さい値に設定される。時定数τの最大値を発電電動機３０の時定数よりも小さな値にすることで、回転数制御の応答性を著しく低下させることなく、電力変動を抑制することが可能となる。
　制御信号生成部４３は、平滑化部４１から出力された回転数指令Ｎｓ＊と発電電動機３０の実回転数Ｎとの差分が入力として与えられ、この差分に対してＰＩ制御等を行うことにより、実回転数Ｎを回転数指令Ｎｓ＊に一致させるための第１電力変換部１２の制御信号を生成する。例えば、制御信号生成部４３は、第１電力変換部１２が備える各スイッチング素子のオンオフを制御するためのＰＷＭ信号を生成する。実回転数Ｎを回転数指令Ｎｓ＊に一致させるＰＷＭ信号を生成する制御方法については、多くの公知技術が存在することから、これら公知技術を適宜採用すればよい。
　このようなハイブリッド過給機１０においては、上位制御装置５０において所定の時定数で回転数指令Ｎ＊が設定される。例えば、上位制御装置５０では、内燃機関の要求負荷と回転数指令とが関連付けられた情報を用いて、その時々の内燃機関の要求負荷に応じた回転数指令Ｎ＊が設定される。制御部４０において、上位制御装置５０で設定された回転数指令Ｎ＊が入力されると、一次遅れ要素４６により回転数指令Ｎ＊が平滑化され、レートリミッタ４８により変化率が所定値以下に制限される。このとき、一次遅れ要素４６の時定数には、時定数変更部４２によって、その時々の電力変動量ΔＰに応じて設定された時定数τが採用される。
　平滑化後の回転数指令Ｎｓ＊は、差分演算部において実回転数Ｎとの差分ΔＮが算出され、この差分ΔＮに対してＰＩ制御等が制御信号生成部４３において施されることにより、実回転数Ｎを回転数指令Ｎｓ＊に一致させるための第１電力変換部１２の制御信号Ｓが生成される。そして、この制御信号Ｓが第１電力変換部１２に与えられることにより、回転数指令Ｎｓ＊に応じた電力が発電電動機３０に与えられ、発電電動機３０の回転数が制御されることとなる。
　以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド過給機及びその制御方法によれば、発電電動機３０の力行動作時において、上位制御装置５０から与えられた回転数指令Ｎ＊が平滑化部４１によって平滑化されるので、上位制御装置５０から与えられる回転数指令Ｎ＊よりも緩やかに変化する回転数指令Ｎｓ＊を制御部４０内で生成することができる。そして、平滑化後の回転数指令Ｎｓ＊に実回転数Ｎを一致させるような制御信号Ｓが生成されて、第１電力変換部１２に与えられるので、第１電力変換部１２から発電電動機に出力される電力の変動を抑制することが可能となる。
　これにより、船内系統１６の安定性を維持することが可能となる。ディーゼルエンジンなどの他の発電装置が設けられていた場合には、他の発電装置のガバナ装置に過度の負担をかけることがなくなり、ガバナの寿命が短縮することを防止することが可能となる。従来は、発電電動機による船内系統への影響と他の負荷急変とが同時に発生した場合には、船内系統の電圧等が著しく悪化することが予想されたが、本実施形態に係るハイブリッド過給機及びその制御方法によれば、発電電動機に起因する船内系統への影響を低減することができるので、回転数指令の変動と、他の要因による負荷急変とが同時に生じた場合でも、所定品質以上の電圧・周波数の船内系統を維持することができる。
　一次遅れ要素４６は、ローパスフィルタとしても機能する。したがって、例えば、上位制御装置５０から入力された回転数指令Ｎ＊が不連続点であった場合やノイズを含んでいた場合には、回転数指令Ｎ＊を連続的な値に変換したり、ノイズを除去したりすることが可能となる。
　本実施形態に係るハイブリッド過給機及びその制御方法によれば、電力変動量ΔＰに応じて一次遅れ要素４６の時定数を変更するので、その時々の電力変動量ΔＰに応じた適切な時定数を用いて、回転数指令Ｎ＊の平滑化を行うことができる。
　更に、電力変動量ΔＰが所定の閾値以上である場合には、時定数情報を変更するので、平滑化の効き目を強くすることにより、電力変動量ΔＰを閾値以下とすることが可能となる。例えば、経年劣化などにより第１電力変換部１２や発電電動機３０の特性が変化した場合でも、時定数情報を変更する機能を有することにより、経年劣化等による特性の変化に対応することができる。
　本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。
　例えば、上記の実施形態においては、本発明の過給機を舶用ハイブリッド過給機として船舶に適用した場合を例示して説明したが、本発明の過給機は船舶だけではなく、他の装置にも適用可能である。上記実施形態においては、回生（発電）動作及び力行動作の両方を可能とする発電電動機３０を電動機として備える場合を例示したが、発電電動機３０に代えて回生機能を有しない力行動作のみの電動機を採用してもよく、この場合には、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータを電力変換手段として採用すればよい。
１０　舶用ハイブリッド過給機
１２　第１電力変換部
１４　第２電力変換部
１６　船内系統
２０　電力変換装置
２１　タービン
２３　コンプレッサ
３０　発電電動機
４０　制御部
４１　平滑化部
４２　時定数変更部
４３　制御信号生成部
５０　上位制御装置

Claims (5)

  1. 　タービンにより駆動されて内燃機関に外気を圧送するコンプレッサと、前記コンプレッサの回転軸に連結される電動機とを備えた過給機であって、
    　直流電力を交流電力に変換して前記電動機に出力する機能を備える電力変換手段と、
    　前記電力変換手段を制御する制御手段と
    を備え、
    　前記制御手段は、
    　上位制御手段から与えられる回転数指令の時定数よりも長い時定数を有し、前記上位制御手段からの回転数指令を平滑化して出力する平滑化手段と、
    　前記平滑化手段から出力された前記回転数指令に、前記電動機の回転数を一致させるための制御信号を生成する制御信号生成手段と
    を備える過給機。
  2. 　前記制御手段は、前記電動機の電力変動量と時定数とが関連付けられた時定数情報を有し、現在の電力変動量に対応する時定数を前記時定数情報から取得し、取得した時定数に前記平滑化手段の時定数を変更する時定数変更手段を備える請求項１に記載の過給機。
  3. 　前記時定数変更手段は、前記電力変動量を所定の間隔をおいて繰り返し算出し、算出した前記電力変動量が所定の閾値を超える場合に、前記電力変動量に対する時定数が大きくなるように、前記時定数情報を変更する請求項２に記載の過給機。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれかに記載の過給機と、
    　前記過給機に排ガスを導入するとともに、前記過給機から圧縮された外気が供給される内燃機関と
    を備える船舶。
  5. 　コンプレッサの回転数を電動機によって制御する方法であって、
    　上位制御装置から入力される回転数指令を、該回転数指令の時定数よりも長い時定数で平滑化し、平滑化後の回転数指令に前記電動機の回転数を一致させるように、前記電動機へ供給する電力を制御する方法。
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