(57)【要約】【課題】船舶の載貨能力が高く、かつ、デッドスロー以下の船舶速度の制御が可能な船舶用電気推進システムを提供する。【解決手段】可変速エンジン２と、可変速エンジン２によって発電される同期発電機３と、同期発電機３に接続された同期電動機５または誘導電動機６と、同期電動機５または誘導電動機６によって駆動される固定ピッチプロペラ７を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変速エンジンと、
前記可変速エンジンによって発電される同期発電機と、
前記同期発電機に接続された同期電動機または誘導電動機と、
前記同期電動機または誘導電動機によって駆動される固定ピッチプロペラと、
を有することを特徴とする船舶用電気推進システム。
【請求項２】
前記可変速エンジンと前記同期発電機は、船尾近傍のキールの上方に配置され、
前記同期電動機または誘導電動機は、船外ポッド内に配置され、
前記固定ピッチプロペラは前記同期電動機または誘導電動機によって駆動されることを特徴とする請求項１記載の船舶用電気推進システム。
【請求項３】
前記可変速エンジンと前記同期発電機は、船尾突出部または船尾近傍のアッパーデッキ上に配置され、
前記同期電動機または誘導電動機は、船尾近傍のキールの上方に配置され、
前記固定ピッチプロペラは前記同期電動機または誘導電動機によって駆動されることを特徴とする請求項１記載の船舶用電気推進システム。
【請求項４】
前記可変速エンジンと前記同期発電機は、船尾突出部または船尾近傍のアッパーデッキ上に配置され、
前記同期電動機または誘導電動機は、船外ポッド内に配置され、
前記固定ピッチプロペラは前記同期電動機または誘導電動機によって駆動されることを特徴とする請求項１記載の船舶用電気推進システム。
【請求項５】
前記同期電動機または誘導電動機は、極変換手段を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の船舶用電気推進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用の電気推進システムに関する。
【０００２】
特に、本発明は、可変速エンジンと同期発電機と同期電動機または誘導電動機を組み合わせることにより、きわめて省スペースであり、かつ、デッドスロー以下から最大船速の船舶速度の制御が可能な船舶用電気推進システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
船舶用のエンジンとしては、ディーゼルエンジンがもっとも一般的に使用され、エンジンとスクリュー・プロペラが直接接続されている直接駆動型の船舶用推進装置が古くから使用されていた。
【０００４】
船舶は航行上速度を制御できるようにしなければならない。船舶速度の制御方法としては、エンジン自体の回転速度を可変にした可変速エンジン、あるいは、プロペラの取り付け角度が任意に変更できることでピッチが変更可能な可変ピッチプロペラを用いることが従来から行われていた。
【０００５】
また、船舶の後退用に、回転方向を可逆転にした可逆転エンジン、あるいは、ピッチを変えることにより前進・中立、後進を可能にした前記可変ピッチプロペラを利用することが従来から行われていた。
【０００６】
図８と図９は、従来の直接駆動型の船舶用推進装置の構成を示している。
【０００７】
図８は、可逆転エンジンと固定ピッチプロペラとを接続した従来の直接駆動型の船舶用推進装置を示している。
【０００８】
この形式の船舶用推進装置は、エンジンを可逆転とすることにより、船舶の前進・中立、後進を可能にしている。また、通常可逆転のエンジンは、回転速度も可変であるため、この形式の船舶用推進装置は高速・中速・微速に船舶の速度を制御することができる。
【０００９】
図９は、非可逆転エンジンと可変ピッチプロペラとを組み合わせた従来の直接駆動型の船舶用推進装置を示している。
【００１０】
この形式の船舶用推進装置は、プロペラのピッチを変えることにより、船舶の前進・中立、後進および高速・中速・微速を制御することができる。
【００１１】
上記図８，９のいずれの直接駆動型の船舶用推進装置もエンジンとスクリュー・プロペラを直接接続している。このようにエンジンとスクリュー・プロペラを直接接続している船舶用推進装置は、船の主機関からプロペラまでの軸系装置として以下の構成を有している。
【００１２】
すなわち、軸系装置を船の主機関から順に記述すると、主機関、減速歯車、中間軸、中間軸受、軸継手、プロペラ軸、船尾管、船尾管軸受、軸封装置、シャフトブラケット、シャフトブラケット軸受、プロペラを有している。軸系装置は、直線的に配列した方が動力の伝達効率の観点から好ましいため、通常は船尾近傍のキール上に直線的に配置される。
【００１３】
このため、直接駆動型の船舶用推進装置は、主機関すなわちエンジンがカーゴスペースまで食い込み、船舶の載貨能力を低下させる原因になっていた。
【００１４】
これに対して、エンジンとスクリュー・プロペラを直接接続せずに、エンジンによって電気を発生し、その電気によってスクリュー・プロペラを駆動するようにした電気推進型の船舶用推進装置が提案されている。
【００１５】
電気推進型の船舶用推進装置の場合、主機関とプロペラのレイアウトが自由になり、前述した直接駆動型船舶用推進装置のように、直線的に軸系装置を設ける必要がなくなる。
【００１６】
図１０と図１１は、従来の電気推進型の船舶用推進装置の構成を示している。
【００１７】
図１０は、定回転エンジンと同期発電機とインバータと誘導電動機と固定ピッチプロペラを接続した従来の電気推進型の船舶用推進装置を示している。
【００１８】
この従来の電気推進型の船舶用推進装置は、同期発電機で一定の周波数の電気を発生させるため、定回転エンジンを採用し、また、誘導電動機の速度を制御して船舶の速度を高速・中速・微速に制御するためにインバータを備えている。
【００１９】
同期発電機に対して定回転エンジンを採用する理由としては、同期発電機で一定の周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の電気を発生させれば、インバータで変換可能であり、また、一定の周波数の電気を発生させるように燃費と出力を最適に調整した定回転エンジンを採用することが好都合だからである。
【００２０】
また、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数の電気を船舶の他の動力として利用することが可能だからという理由もある。
【００２１】
図１１は、定回転エンジンと同期発電機と同期電動機と可変ピッチプロペラとを接続した他の従来の電気推進型の船舶用推進装置を示している。
【００２２】
この従来の電気推進型の船舶用推進装置は、同様に同期発電機で一定の周波数の電気を発生させるために定回転エンジンを採用し、船舶の速度を高速・中速・微速に制御するため、可変ピッチプロペラを備えている。
【００２３】
なお、本発明は従来一定の周波数の電気の発電用に燃費と出力を最適に調整した定回転エンジンに変えて可変速エンジンを採用するものであり、従来まったく存在していなかったため、本願発明について先行技術文献として記載すべきものはない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
エンジンとスクリュー・プロペラが直接接続されている従来の直接駆動型の船舶用推進装置は、上述したように主機関すなわちエンジンがカーゴスペースまで食い込み、船舶の載貨能力を低下させる原因になっていた。
【００２５】
これに対して、エンジンによって電気を発電し、その電気によってスクリュー・プロペラを駆動するようにした電気推進型の船舶用推進装置は、直接駆動型の船舶用推進装置に比べて主機関とプロペラのレイアウトが自由になった。
【００２６】
しかし、定回転エンジンと同期発電機とインバータと誘導電動機と固定ピッチプロペラを接続した従来の電気推進型の船舶用推進装置は、インバータが大きな容積を占め、主機関とプロペラのレイアウトが自由になった代わりに、インバータを積載することによって船舶の載貨能力を低下させる問題があった。
【００２７】
図１２はインバータを搭載した従来の電気推進型の船舶用推進装置の一例を示している。
【００２８】
図１２に示すように、電気推進型の船舶用推進装置によれば、定回転エンジン１５と同期発電機１６を船尾突出部に設置し、インバータ１７をセカンドデッキ上に設置し、誘導電動機２１をキール上に設置し固定ピッチプロペラ２２を駆動するように配置することができる。
【００２９】
しかし、インバータ１７はそれ自体大きいばかりではなく、配電盤１８、抵抗器１９、変圧器２０等の付随設備も必要であるため、図示するように電気設備用空間として大きな容積をとっていた。
【００３０】
また、インバータは非常に高価であるため、船舶の製造コストを高騰させる原因になっていた。
【００３１】
一方、定回転エンジンと同期発電機と同期電動機と可変ピッチプロペラとを接続した他の従来の電気推進型の船舶用推進装置は、可変ピッチプロペラが高価かつ構造複雑であるため、船舶の製造コストを高騰させる問題があった。
【００３２】
また、従来の電気推進型の船舶用推進装置は、デッドスロー以下の船舶速度または低負荷運転ではエネルギー効率が低く、かつエンジンの燃焼が好ましくないという問題があった。
【００３３】
デッドスロー以下の船舶速度では、極微速の領域でありながら加速と減速をする必要がある場合がある。たとえば接岸や離岸の際の船舶の操縦時である。また、たとえば湾内航行あるいは港内航行のように低負荷で運転する場合では、エンジン回転をきわめて低く抑えながらも加速と減速とを繰り返し行う必要がある。
【００３４】
ところで定回転エンジンは一定の狭い回転領域で回転するように設計されており、通常その回転領域は、低中速または中高速の出力に合わせてエンジン出力が設計されている。
【００３５】
しかし、デッドスロー以下の船舶速度では、前記回転領域の最低回転数よりさらに低いエネルギーのみが必要とされるため、エンジンは最低回転数を維持するが発生されたエネルギーの一部は廃棄され、エネルギーが無駄になるという問題があった。
【００３６】
また、接岸や離岸などのデッドスロー以下の船舶速度あるいは湾内・港内運転のような低負荷運転で加速と減速をする場合、定回転エンジンはその回転領域の最低回転数に維持された状態で、負荷をかけたり減じたりすることがある。
【００３７】
定回転エンジンは圧縮と爆発のタイミングが一定の回転速度に最適になるように調整されているため、最低回転数近傍で加速と減速を行うと、エンジンへの負荷が変動し、最適な爆発点で燃料が点火せず燃焼不良を生じる問題があった。
【００３８】
このため、従来の電気推進型の船舶用推進装置は、デッドスロー以下の船舶速度では制御が困難であるという問題があった。
【００３９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、船舶の載貨能力が高く、かつ、デッドスロー以下の船舶速度の制御が可能な船舶用電気推進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】
【００４０】
本発明による船舶用電気推進システムは、
可変速エンジンと、
前記可変速エンジンによって発電される同期発電機と、
前記同期発電機に接続された同期電動機または誘導電動機と、
前記同期電動機または誘導電動機によって駆動される固定ピッチプロペラと、
を有することを特徴とする。
【００４１】
前記可変速エンジンと前記同期発電機は、船尾近傍のキールの上方に配置され、
前記同期電動機または誘導電動機は、船外ポッド内に配置され、
前記固定ピッチプロペラは前記同期電動機または誘導電動機によって駆動されるようにすることができる。
【００４２】
また、前記可変速エンジンと前記同期発電機は、船尾突出部または船尾近傍のアッパーデッキ上に配置され、
前記同期電動機または誘導電動機は、船尾近傍のキールの上方に配置され、
前記固定ピッチプロペラは前記同期電動機または誘導電動機によって駆動されるようにすることができる。
【００４３】
前記可変速エンジンと前記同期発電機は、船尾突出部または船尾近傍のアッパーデッキ上に配置され、
前記同期電動機または誘導電動機は、船外ポッド内に配置され、
前記固定ピッチプロペラは前記同期電動機または誘導電動機によって駆動されるようにすることができる。
【００４４】
前記同期電動機または誘導電動機は、極変換手段を有するようにすることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明による船舶用電気推進システムは、可変速エンジンと、同期発電機と、同期電動機または誘導電動機と、固定ピッチプロペラとを備えている。
【００４６】
可変速エンジンは、一定の出力幅を有するように、一定幅の回転領域で適度な燃焼状態で出力を発生できるように設計されている。可変速エンジンの回転数が変化すると、同期発電機で発生される電気の周波数及び電圧が変化する。
【００４７】
本発明による船舶用電気推進システムは、所望の船舶の速度に合わせて可変速エンジンの回転数を変化させ、それに合わせて同期発電機で発生される電気の周波数と電圧が変化し、それによって同期電動機または誘導電動機の回転速度が制御される。
【００４８】
むろん、本発明による船舶用電気推進システムでは、発電される電気の周波数が船舶の速度に合わせて変化するため、発生した電気を船舶の他の動力として利用することができないというマイナスがある。しかし、船舶の他の動力は小さな補助発電機を用いることによって解決することができる。このマイナスと引き換えに、本発明によれば、大容積、かつ、高価なインバータあるいは高価な可変ピッチプロペラを省略することができるという大きな利点を得ることができる。
【００４９】
インバータを省略することができることにより、その付随する電気設備も省略することができ、電気推進システム全体を船尾の狭い空間に配置することができるようになり、船舶の載貨能力を大幅に増大させることができる。
【００５０】
可変ピッチプロペラを省略する場合は、高価かつ複雑な機構を有する該プロペラを省略することによって船舶の製造コストを低下させ、船舶の信頼性を向上させることができる。
【００５１】
また、本発明による船舶用電気推進システムによれば、デッドスロー以下の船舶速度でエネルギーが無駄になることなく、かつ、デッドスロー以下の船舶速度に対応するように可変速エンジンの出力領域を設定することにより、エンジンの燃焼不良という問題を回避することができる。
【００５２】
さらに、電動機に極変換手段を備えることにより、デッドスロー以下の極微速においても加速・減速を支障なく繰り返すことができる。かつ、極変換手段によって極微速かつ高トルク余裕でプロペラを駆動することができるようになるため、大径のプロペラ、あるいは高トルクを要する砕氷船等にも好適な船舶用電気推進システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態による船舶用電気推進システムの構成図。
【図２】本発明の船舶用電気推進システムの一つの配置構造図。
【図３】本発明の船舶用電気推進システムの他の配置構造図。
【図４】本発明の船舶用電気推進システムのさらに他の配置構造図。
【図５】本発明の船舶用電気推進システムのさらに他の配置構造図。
【図６】図５の配置構造の平面図。
【図７】本発明の船舶用電気推進システムのさらに他の配置構造図。
【図８】従来の直接駆動型の船舶用推進装置の構成を示した図。
【図９】従来の直接駆動型の船舶用推進装置の構成を示した図。
【図１０】従来の電気推進型の船舶用推進装置の構成を示した図。
【図１１】従来の電気推進型の船舶用推進装置の構成を示した図。
【図１２】従来の電気推進型の船舶用推進装置の配置構造図。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下に、本発明の実施の形態について願書に添付した図面を用いて説明する。
【００５５】
図１に本発明の一実施形態による船舶用電気推進システムの構成図を示す。
【００５６】
図１に示すように、本実施形態の船舶用電気推進システム１は、可変速エンジン２と、同期発電機３と、極変換手段４と、同期電動機５または誘導電動機６と、固定ピッチプロペラ７とを備えている。
【００５７】
図１（ａ）は可変速エンジン２と、同期発電機３と、極変換手段４と、同期電動機５と、固定ピッチプロペラ７を有する構成であり、図１（ｂ）は可変速エンジン２と、同期発電機３と、極変換手段４と、誘導電動機６と、固定ピッチプロペラ７を有する構成である。
【００５８】
可変速エンジン２は、一定幅の回転領域で適度な燃焼状態で出力を発生できるように設計されている。
【００５９】
同期発電機３は可変速エンジン２によって駆動され、発電するように構成されている。
【００６０】
同期電動機５または誘導電動機６は同期発電機３に電気的に接続され、同期発電機３の電気の周波数に応じて回転速度可変に回転駆動される。
【００６１】
極変換手段４は、同期電動機５または誘導電動機６の極数を変換する手段である。同期電動機５または誘導電動機６の極数がたとえば６極から１２極に変換されると、同じ周波数の電気で同期電動機５または誘導電動機６の回転数が半分になり、固定ピッチプロペラ７は回転速度が半分に減速される。
【００６２】
なお、可変速エンジン２の出力領域をデッドスロー以下の速度に合わせて設計できる場合は、極変換手段４を省略することができる。
【００６３】
本実施形態の船舶用電気推進システム１によれば、所望の船舶の速度に合わせて可変速エンジン２の回転数を変化させると、それに合わせて同期発電機２で発生される電気の周波数が変化し、それによって同期電動機５または誘導電動機６の回転数が制御され、固定ピッチプロペラ７の回転速度が制御されて所望の船舶の速度を得ることができる。
【００６４】
このため、インバータや可変ピッチプロペラを必要としない。
【００６５】
また、後進する場合は、電気的に同期電動機５または誘導電動機６を逆転させればよく、すなわちスイッチの切換えのみによって実現でき、機械的な逆転機構を必要としない。
【００６６】
本実施形態の船舶用電気推進システム１においては、デッドスロー以下の船舶速度に対応するように可変速エンジン２の出力領域を設定することにより、可変速エンジン２の回転数の制御によりデッドスロー以下の船舶速度に対応することができる。
【００６７】
可変速エンジン２の設定された出力領域内での回転数であれば、デッドスロー以下の船舶速度においてもエンジンの燃焼不良という問題を回避することができる。
【００６８】
また、極変換手段４を備えることにより、可変速エンジン２の回転数を維持したまま、極変換手段４によって同期電動機５または誘導電動機６の極数を変換することにより、更なる極微速の回転が得られ、接岸や離岸の際の船舶の微妙な船舶の操縦を行うことができる。
【００６９】
なお、可変速エンジン２の回転数を維持したまま、極変換手段４によって同期電動機５または誘導電動機６の極数をたとえば倍に変換した場合、固定ピッチプロペラ７の回転数が半分になる一方、固定ピッチプロペラ７のトルク余裕が大幅に増大する。
【００７０】
トルク余裕とは、負荷が変動した場合にも回転数を維持できる能力をいう。増大したトルク余裕により、本発明によれば、大径プロペラ、砕氷船等にも好適な船舶用電気推進システムを得ることができる。
【００７１】
本発明の船舶用電気推進システムによれば、推進装置用スペースを最小にして、船舶の載貨能力を向上させることができる。
【００７２】
図２は、本発明の船舶用電気推進システムの一配置構造を示している。
【００７３】
図２は、船舶の船尾部分を示している。図において、可変速エンジン２と同期発電機３は船尾近傍のキール８上方に配置され、同期電動機５または誘導電動機６は船外ポッド９内に配置され、固定ピッチプロペラ９は同期電動機５または誘導電動機６によって駆動されるように、船外ポッド９に取り付けられている。
【００７４】
なお、「キール上方」とは、キールの上面の場合と、上下関係で見てキールの上方であって何らかの支承台の上の場合とを含む。
【００７５】
船舶の一般用の電気を発生するための補助発電機１０は、船尾突出部１１内に設けることができる。
【００７６】
可変速エンジン２と同期発電機３は可能な限り小型のパッケージユニットとし、可変速エンジン２と同期発電機３で発生された電気は、図示しないケーブルによって船外ポッド９内の同期電動機５または誘導電動機６に送られ、同期電動機５または誘導電動機６を駆動して固定ピッチプロペラ７を駆動する。
【００７７】
この実施形態によれば、エンジンとプロペラの間に軸系装置がないため、可変速エンジン２と同期発電機３を可能な限り船尾に置くことができ、かつ、セカンドデッキ１２は船尾突出部１１に補助発電機１０が配置されているだけであるため、セカンドデッキ１２を最大限利用することができ、さらに同期電動機５または誘導電動機６は船外のポッド９に配置されているため、船内の推進装置用スペースが最小になり、船舶の載貨能力を大幅に向上させることができる。
【００７８】
図３と図４は、本発明の船舶用電気推進システムの他の配置構造を示している。
【００７９】
図３の配置構造は、可変速エンジン２と同期発電機３を船尾突出部１１に配置し、同期電動機５または誘導電動機６を船尾近傍のキール８上に配置し、固定ピッチプロペラ７が同期電動機５または誘導電動機６によって駆動されるように構成したものである。
【００８０】
図４の配置構造は、可変速エンジン２と同期発電機３を船尾近傍のアッパーデッキ１３上に配置した他は、図３の配置と同一である。
【００８１】
図３と図４に示すように、本発明の船舶用電気推進システムによれば、可変速エンジン２と同期発電機３を任意の場所に配置でき、これによってボトムデッキ上の貨物室の容積を最大化し、かつ、船舶のカーゴスペースの設計を自由にすることができる。
【００８２】
図５，６は、本発明の船舶用電気推進システムのさらに他の配置構造を示している。
【００８３】
図５は船尾部分の側面を示しており、図６は同一配置構造の船尾部分の平面を示している。
【００８４】
図５，６に示すように、この配置構造は、可変速エンジン２と同期発電機３を船尾突出部１１に配置し、同期電動機５または誘導電動機６を船外ポッド９内に配置し、固定ピッチプロペラ７が同期電動機５または誘導電動機６によって駆動されるように構成したものである。
【００８５】
図５から明らかなように、この配置構造は、可変速エンジン２と同期発電機３を船尾突出部１１に配置し、同期電動機５または誘導電動機６を船外ポッド９内に配置することにより、貨物室の容積を最大化することができる。
【００８６】
さらに、本実施形態の配置構造によれば、図６に示すように、可変速エンジン２と同期発電機３のパッケージユニットと補助発電機１０を入子状に配置することにより、発電機等の長さ方向の寸法を最小化することができ、これによって船舶用電気推進システム１全体の空間を最小化することができ、カーゴスペースを最大化することができる。
【００８７】
図７は本発明の船舶用電気推進システムのさらに他の配置構造を示している。
【００８８】
図７の配置構造は可変速エンジン２と同期発電機３を船尾近傍のアッパーデッキ１３上に配置した以外は図５に示す配置構造と同様である。
【００８９】
この配置構造によっても、可変速エンジン２と同期発電機３を船尾近傍のアッパーデッキ１３上に配置し、同期電動機５または誘導電動機６を船外ポッド９内に配置することにより、貨物室の容積を最大化することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１  船舶用電気推進システム
２  可変速エンジン
３  同期発電機
４  極変換手段
５  同期電動機
６  誘導電動機
７  固定ピッチプロペラ
８  キール
９  船外ポッド
１０  補助発電機
１１  船尾突出部
１２  セカンドデッキ
１３  アッパーデッキ
１５  定回転エンジン
１６  同期発電機
１７  インバータ
１８  配電盤
１９  抵抗器
２０  変圧器
２１  誘導電動機
２２  固定ピッチプロペラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010241194.tif 000009
【図８】
2010241194.tif 000010
【図９】
2010241194.tif 000011
【図１０】
2010241194.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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