(57)【要約】【課題】船舶推進機の制御システム等の主機と、船舶の装備品等の補機とのそれぞれに電力を供給する電源システムの安定性を向上させる。【解決手段】船舶の電源システム１００は、船舶推進機に備えられる内燃機関の駆動に連動して発電する発電機２００と、船舶推進機を制御する制御システム３０２に電力を供給する主機用電気系統３００と、船舶に備えられるアクセサリ４０２に電力を供給する補機用電気系統４００と、を含み、発電機２００に含まれる複数の巻線を３群に分けてなる各電源系統を、主機用電気系統３００と補機用電気系統４００とに振り分けて接続する。【選択図】図２
2010158965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶推進機に備えられる内燃機関の駆動に連動して発電する発電機と、
前記船舶推進機を制御する制御システムに電力を供給する主機用電気系統と、
船舶に備えられる装備機器に電力を供給する補機用電気系統と、を含み、
前記発電機に含まれる複数の巻線を３群に分けてなる各電源系統を、前記主機用電気系統と前記補機用電気系統とに振り分けて接続する
ことを特徴とする船舶の電源システム。
【請求項２】
前記主機用電気系統は、
第１の蓄電池と、
前記第１の蓄電池と並列に接続された第２の蓄電池と、
前記第１の蓄電池及び前記第２の蓄電池と、前記制御システムとの接続をそれぞれ制御する接続制御手段と、を含み、
前記補機用電気系統は、前記装備機器に接続される第３の蓄電池を含み、
前記第１乃至第３の各蓄電池には、前記各電源系統の１つがそれぞれ接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の船舶の電源システム。
【請求項３】
前記制御システムと接続された一方の蓄電池の電圧を測定する測定手段をさらに含み、
前記接続制御手段は、前記測定手段により測定した電圧に応じて、前記制御システムと接続する蓄電池を他方の蓄電池に切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載の船舶の電源システム。
【請求項４】
前記接続制御手段は、前記第１の蓄電池と前記第２の蓄電池とのうち一方を前記制御システムに接続し他方を切り離す手動切替スイッチである
ことを特徴とする請求項２に記載の船舶の電源システム。
【請求項５】
前記主機用電気系統は、前記制御システムと接続する主機用蓄電池を含み、
前記補機用電気系統は、前記装備機器と接続する補機用蓄電池を含み、
前記３群に分けてなる各電気系統のうち１又は２系統を前記主機用蓄電池に接続し、残りを前記補機用蓄電池に接続する
ことを特徴とする請求項１に記載の船舶の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶の電源システムにおいて、船舶推進機に備えられた発電機のコイルを２群に分けて２系統の出力を構成し、一方を船舶の推進系統の制御システムに電力を供給する主機バッテリ等に接続し、他方を船舶の装備品等に電力を供給する補機バッテリ等に接続しているものがある。
【０００３】
従来では、主機バッテリの電圧低下等の異常を検知した場合に、制御システムに電力を供給するバッテリを主機バッテリから補機バッテリに切り替えて、制御システムの安定性を強化しているものがある（下記の特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、船舶に備えられた装備品の中にはバウスラスタ等の負荷が大きい装置もあり、従来の技術では、制御システムの電源を主機バッテリから補機バッテリに切り替えた途端に電圧低下が発生して、電源システムが不安定になるおそれがあった。
【０００６】
本発明の目的の一つは、船舶推進機の制御システム等の主機と、船舶の装備品等の補機とのそれぞれに電力を供給する電源システムの安定性を向上させた船舶の電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る船舶の電源システムは、船舶推進機に備えられる内燃機関の駆動に連動して発電する発電機と、前記船舶推進機を制御する制御システムに電力を供給する主機用電気系統と、船舶に備えられる装備機器に電力を供給する補機用電気系統と、を含み、前記発電機に含まれる複数の巻線を３群に分けてなる各電源系統を、前記主機用電気系統と前記補機用電気系統とに振り分けて接続することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一態様では、前記船舶の電源システムにおいて、前記主機用電気系統は、第１の蓄電池と、前記第１の蓄電池と並列に接続された第２の蓄電池と、前記第１の蓄電池及び前記第２の蓄電池と、前記制御システムとの接続をそれぞれ制御する接続制御手段と、を含み、前記補機用電気系統は、前記装備機器に接続される第３の蓄電池を含み、前記第１乃至第３の各蓄電池には、前記各電源系統の１つがそれぞれ接続されることとする。
【０００９】
また、本発明の一態様では、前記船舶の電源システムにおいて、前記制御システムと接続された一方の蓄電池の電圧を測定する測定手段をさらに含み、前記接続制御手段は、前記測定手段により測定した電圧に応じて、前記制御システムと接続する蓄電池を他方の蓄電池に切り替えることとする。
【００１０】
また、本発明の一態様では、前記船舶の電源システムにおいて、前記接続制御手段は、前記第１の蓄電池と前記第２の蓄電池とのうち一方を前記制御システムに接続し他方を切り離す手動切替スイッチであることとする。
【００１１】
また、本発明の一態様では、前記船舶の電源システムにおいて、前記主機用電気系統は、前記制御システムと接続する主機用蓄電池を含み、前記補機用電気系統は、前記装備機器と接続する補機用蓄電池を含み、前記３群に分けてなる各電気系統のうち１又は２系統を前記主機用蓄電池に接続し、残りを前記補機用蓄電池に接続することとする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、発電機からの出力を３系統にして主機用電気系統と補機用電気系統の少なくとも一方を二重系とすることで、電気系統を安定化させることができ、また、発電機を３系統出力としたことで巻線の温度上昇を抑えることができる。
【００１３】
本発明の一態様によれば、制御システムに電力を供給する蓄電池を２重化して、制御システムの電気系統を安定化させることができる。
【００１４】
本発明の一態様によれば、二重化した一方の蓄電池の電圧が低下した場合に他方の蓄電池に接続を切り替えることで、制御システムへの電力供給を安定化させることができる。
【００１５】
本発明の一態様によれば、乗船者の判断により制御システムに接続される蓄電池の切り替えを行うことができる。
【００１６】
本発明の一態様によれば、主機用蓄電池又は補機用蓄電池への充電を２系統にすることで一方の電気系統を冗長化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る船舶の構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る船舶の電源システムの電気配線図である。
【図３Ａ】第２の実施形態に係る船舶の電源システムの電気配線図である。
【図３Ｂ】第２の実施形態に係る船舶の電源システムの電気配線図である。
【図４】第３の実施形態に係る船舶の電源システムの電気配線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１９】
図１には、本実施形態に係る船舶１０の構成図を示す。図１に示されるように、船舶１０は、オープンデッキタイプの船体１２の前部にステアリングハンドル１４、計器１６、シート１８等を備えた操縦席が設けられ、船尾にはクランプブラケットを介して船舶推進機３０が搭載されている。また、船舶１０には、例えば、計器１６、照明４０、魚群探知機４２、ＧＰＳアンテナ４４、バウスラスタ４６、ビルジポンプ４８等の各種のアクセサリ（装備機器）が装備されている。さらに、船体１２のデッキの下には、船舶推進機３０を制御する制御システムに電力を供給するメインの主機バッテリ５０Ａ及び予備の主機予備バッテリ５０Ｂと、各種のアクセサリに電力を供給する補機バッテリ６０等を含む電気系統が配備されている。
【００２０】
船舶推進機３０は、船舶１０の推進機として機能し、船舶推進機３０のケース３２内には内燃機関と、内燃機関の動作を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と、内燃機関の動力を水面下に没入されたプロペラに伝達する動力伝達手段と、内燃機関の駆動に連動して発電する発電機等が備えられている。
【００２１】
内燃機関は、例えば水冷式の４サイクル多シリンダ（６シリンダ）型の燃料噴射式エンジンとしてよい。内燃機関のシリンダにはシリンダ内を往復運動するピストンが設けられ、ピストンの往復運動はクランク軸を回転させる動力として用いられる。シリンダとピストンとにより構成される空間が燃焼室となり、燃焼室には吸気弁を介して吸気管が接続されると共に、排気弁を介して排気管が接続されている。この吸気弁と排気弁とはそれぞれクランク軸の回転に連動して開閉されるようになっている。
【００２２】
吸気管には、吸気量を制御するスロットル弁と、スロットル弁の開度を検知するスロットル開度センサと、燃料噴射弁等が設けられる。燃料噴射弁には、燃料タンクから吸い上げた燃料を加圧して燃料噴射弁に供給する燃料加圧部が接続され、ＥＣＵからの制御に応じて燃料加圧部から供給された燃料を燃焼室に噴射する。
【００２３】
燃焼室には点火プラグが設けられており、ＥＣＵからの制御に応じて燃焼室内に吸気された燃料と空気の混合気に点火して、混合気を爆発・燃焼させる。燃焼後の排気ガスは、排気弁、排気管を通って船舶推進機３０から水面下に排出される。
【００２４】
内燃機関に備えられたＥＣＵは、内燃機関の各部に設けられた吸気圧センサ、スロットル開度センサ、温度センサ等の各種センサにより検出された信号に基づいて、燃焼室への燃料噴射量、噴射タイミング、噴射時間、点火タイミング等を制御する。
【００２５】
発電機は、内燃機関のピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク軸に連動して発電するフライホイールマグネトを含み構成されている。発電機により発電された電気は、上記のＥＣＵを含む船舶推進機３０の制御システムに供給される他、船舶１０に備えられた照明４０やバウスラスタ４６等の補機（アクセサリ）にも供給される。以下、発電機により制御システム及び補機に電力を供給する電源システムの詳細について説明する。
【００２６】
図２には、本発明の第１の実施形態に係る船舶１０の電源システム１００の電気配線図を示す。図２に示されるように、電源システム１００は、発電機２００、主機用電気系統３００、及び補機用電気系統４００を含み構成されている。
【００２７】
発電機２００は、クランク軸２０２の軸心を中心として設けられた円形のステータ２０４（固定子）と、ステータ２０４に配設される複数の発電コイル２０６（２０６Ａ，２０６Ｂ，２０６Ｃ）と、クランク軸２０２の軸心を中心としてステータ２０４の外周を回転するロータ２０８（回転子）と、ロータに取り付けられクランク軸２０２の軸心周りに発電コイル２０６に近接して設けられる複数の永久磁石（図示なし）とを含み構成される三相交流発電機である。内燃機関が駆動することによりクランク軸２０２と共にロータ２０８が回転し、磁界の変化が生じて発電コイル２０６に電流が流れる。
【００２８】
発電機２００に備えられる複数の発電コイル２０８を第１コイル群２０８Ａ、第２コイル群２０８Ｂ、第３コイル群２０８Ｃの３群に分けて、発電機２００からの出力を３系統設ける。本実施形態では、上記のコイル群のうち第１コイル群２０８Ａと第２コイル群２０８Ｂを主機用電気系統３００に接続し、第３コイル群２０８Ｃを補機用電気系統４００に接続する。
【００２９】
主機用電気系統３００は、船舶推進機３０のＥＣＵ等の制御システム３０２に電力を供給する電気系統であり、メインシステム３００Ａと予備システム３００Ｂとを含み構成される。メインシステム３００Ａは、制御システム３０２に電力を供給する主システムであり、発電機２００と接続される整流調整器３０４Ａ、発電機２００により充電され制御システム３０２に充電した電気を供給する主機バッテリ（本発明の第１の蓄電池に相当）５０Ａ、ヒューズ３０８Ａ、電源配線３１０、スイッチ（本発明の接続制御手段に相当）３１２、ダイオード３１４等を含み構成される。なお、整流調整器３０４（３０４Ａ，３０４Ｂ）は、ダイオード、サイリスタ、ＣＰＵ等を含み交流電流を直流電流に変換する整流機能や電圧調整機能を有する制御装置である。
【００３０】
メインシステム３００Ａにおいては、発電機２００の第１コイル群２０８Ａから出力される交流電流は整流調整器３０４に入力され、整流調整器３０４Ａにより直流化された電流はヒューズ３０８Ａを介して、制御システム３０２に供給される。また、制御システム３０２の負荷状況によっては、発電機２００から出力された電流は主機バッテリ５０Ａに流入して主機バッテリ５０Ａを充電する。なお、内燃機関の始動時には発電機２００は発電していないため、主機バッテリ５０Ａに蓄えられた電気が制御システム３０２に供給されて制御システム３０２及び内燃機関の各部を動作させる。主機バッテリ５０Ａと制御システム３０２とは並列に接続されており両者の間にはスイッチ３１２が設けられているが、通常動作時にはこのスイッチ３１２は閉じられ両者は接続されている。スイッチ３１２は接点式又は半導体式のリレーを用いることとしてよい。
【００３１】
予備システム３００Ｂは、整流調整器３０４Ｂ、主機バッテリ５０Ａの予備として設けられた主機予備バッテリ（本発明の第２の蓄電池に相当）５０Ｂ、ヒューズ３０８Ｂ、電源配線３１０等を含み構成される。予備システム３００Ｂにおいては、主機バッテリ５０Ａが正常に動作している場合には、第２コイル群２０８Ｂから出力される電流は主機予備バッテリ５０Ｂを充電する。以下、制御システム３０２の電源を主機バッテリ５０Ａから主機予備バッテリ５０Ｂに切り替える処理について説明する。
【００３２】
整流調整器３０４（又はＥＣＵ）は、主機バッテリ５０Ａの電圧を測定し、主機バッテリ５０Ａの電圧低下を検出した場合にスイッチ３１２をＯＦＦにすることで、ダイオード３１４で接続された５０Ｂのみに電源が切り替わる。また、電力供給を主機予備バッテリ５０Ｂに切り替える際にスイッチ３１２をＯＦＦにすることで、主機予備バッテリ５０Ｂが電圧が低下した主機バッテリ５０Ａを充電してしまうのを防ぐことができる。
【００３３】
補機用電気系統４００は、第３コイル群２０８Ｃから交流電流が入力される整流調整器４０４と、発電機２００により充電されアクセサリ４０２（補機）に充電した電気を供給する補機バッテリ（本発明の第３の蓄電池に相当）６０と、ヒューズ４０８、電源配線等を含み構成される。補機用電気系統４００は、主機用電気系統３００とアイソレートされており、補機バッテリ６０の電源が低下する等の補機用電気系統４００に故障が発生した場合に主機用電気系統３００に影響を与えるのを防いでいる。
【００３４】
以上説明した第１の実施形態に係る電源システム１００によれば、船舶推進機３０の制御システム３０２に電力を供給する電源系統を２重化したことにより、制御システム３０２の動作を安定させることができる。また、制御システム３０２に電力を供給するバッテリを主機バッテリ５０Ａから主機予備バッテリ５０Ｂに切り替える際に、主機バッテリ５０Ａを切り離すことにより主機バッテリ５０Ａが故障した場合にも安定して制御システム３０２に電力を供給することができる。また、従来のように発電機２００から２系統を出力するシステムでは外部アイソレータを用いなければ３系統の出力を得られなかったが、本実施形態では発電機２００から３系統の出力を得ることにより船舶１０内の省スペース化を実現することができる。さらには、発電機２００のコイル通電電流は１系統巻に比べて３系統巻では３分の１となるため、コイル２０６の温度上昇を抑えることができる。
【００３５】
次に、第２の実施形態に係る電源システム１００について説明する。図３Ａ及び図３Ｂには、第２の実施形態に係る電源システム１００の電気配線図を示す。なお、図２と同一の符号が付されたものは同じものを表している。第２の実施形態に係る電源システム１００では、主機バッテリ５０Ａと制御システム３０２との間に設けられたスイッチ（本発明の接続制御手段に相当）３１２Ａと、主機予備バッテリ５０Ｂと制御システム３０２との間に設けられたスイッチ（本発明の接続制御手段に相当）３１２Ｂとの切替を、例えば操船席に設けられた手動の切替スイッチにより行うことを特徴としている。
【００３６】
図３Ａには通常状態における電源システム１００の電気配線図を示しており、スイッチ３１２ＡがＯＮ、スイッチ３１２ＢがＯＦＦとされている。これに対して、船舶１０の操船者が、計器１６等の表示から主機バッテリ５０Ａの不調や故障があると判断した場合に切替スイッチを操作することで、図３Ｂに示されるようにスイッチ３１２ＡをＯＦＦ、スイッチ３１２ＢをＯＮの状態に切り替える。こうすることにより、制御システム３０２の電源が主機予備バッテリ５０Ｂに切り替わる。
【００３７】
以上説明した第２の実施形態に係る電源システム１００によれば、マニュアル操作で制御システム３０２の電源を主機バッテリ５０Ａから主機予備バッテリ５０Ｂに切り替えることができるため、システム側で異常が検知されない場合でも操船者の判断に基づいて適宜切り替えを行うことができる。また、第１の実施形態に比べてバッテリの異常を検知する機能を設ける必要がないため、電源システム１００の構築が容易となる。
【００３８】
次に、第３の実施形態に係る電源システム１００について説明する。図４には、第３の実施形態に係る電源システム１００の電気配線図を示す。なお、図２、図３Ａ、及び図３Ｂと同一の符号が付されたものは同じものを表している。図４に示されるように、第３の実施形態に係る電源システム１００では、主機用電気系統３００に主機バッテリ（本発明の主機用蓄電池に相当）５０Ａを１つ、補機用電気系統４００に補機バッテリ（本発明の補機用蓄電池に相当）６０を１つ設けることとし、主機バッテリ５０Ａには発電機２００の第１コイル群２０８Ａと第２コイル群２０８Ｂの２系統からの電力が供給され、補機バッテリ６０には第３コイル群２０８Ｃの1系統からの電力が供給されることを特徴としている。
【００３９】
第３の実施形態に係る電源システム１００によれば、発電機２００による発電量が増加した場合にも、発電コイル２０６の温度上昇を抑制することができる。また、主機用電気系統３００への電力供給を２系統から行うことで電源系統を冗長化させることができる。なお、上述した例では、主機用電気系統３００の電力供給を二重化することとしたが、補機用電気系統４００の方を二重化してもよい。
【００４０】
以上、本発明を第１乃至第３の実施形態を例として説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、発電機２００のコイルの巻数をコイル毎に異ならせてもよいし、第１乃至第３のコイル群に含まれるコイルの数を均等にしなくともよい。また、上記の実施形態においては船舶１０に１つの船舶推進機３０が備えられた場合について説明したが、船舶１０に複数の船舶推進機３０が備えられた場合にも本発明を適用してもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  船舶、１２  船体、１４  ステアリングハンドル、１６  計器、１８  シート、３０  船舶推進機、４０  照明、４２  魚群探知機、４４  ＧＰＳアンテナ、４６  バウスラスタ、４８  ビルジポンプ、５０Ａ  主機バッテリ、５０Ｂ  主機予備バッテリ、６０  補機バッテリ、１００  電源システム、２００  発電機、２０２  クランク軸、２０４  ステータ、２０６，２０６Ａ，２０６Ｂ，２０６Ｃ  発電コイル、２０８  ロータ、３００  主機用電気系統、３００Ａ  メインシステム、３００Ｂ  予備システム、３０２  制御システム、３０４，３０４Ａ，３０４Ｂ  整流調整器、３０８Ａ，３０８Ｂ  ヒューズ、３１０  電源配線、３１２，３１２Ａ，３１２Ｂ  スイッチ、３１４  ダイオード、４００  補機用電気系統、４０２  アクセサリ、４０８  ヒューズ。
【図１】
2010158965.tif 000003
【図２】
2010158965.tif 000004
【図３Ａ】
2010158965.tif 000005
【図３Ｂ】
2010158965.tif 000006
【図４】
2010158965.tif 000007