(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主機によって駆動され、かつ、電機子巻線の中性点端子を短絡状態あるいは開放状態に選択が可能な同期発電機と、
入力電力を予め定められた周波数に変換して船内電源母線に給電する電力変換装置と、
前記同期発電機の電機子巻線の出力端子と中性点端子とにそれぞれ接続される一対の選択接点と、この一対の選択接点のいずれかと接続するように設けられるとともに、接続した選択接点を前記電力変換装置の入力端子に接続する可動接点とを有する陸上／船内選択用切換開閉器と、
前記同期発電機の電機子巻線の前記中性点端子に接続され、当該中性点端子を短絡状態あるいは開放状態の何れかの回路状態に切換える中性点切換開閉器と、
前記同期発電機の出力端子を陸上電力系統に接続する陸上電力系統接続用遮断器と、
を備え、
船舶の航行時に前記同期発電機が電力を出力しているときは、前記陸上電力系統接続用遮断器を開路させるとともに、前記中性点切換開閉器により前記同期発電機の電機子巻線の中性点端子を短絡状態にし、さらに前記陸上／船内選択用切換開閉器により前記同期発電機の電機子巻線の出力端子を前記電力変換装置に接続することにより、当該同期発電機から出力された可変周波数の電力を前記電力変換装置を介して前記船内電源母線に給電するようにし、
船舶の接岸時に前記同期発電機が電力を出力していないときは、前記陸上電力系統接続用遮断器を閉路させ、さらに前記中性点切換開閉器を切換えて中性点端子を開放状態にすると共に、前記陸上／船内選択用切換開閉器で中性点端子を前記電力変換装置の入力端子に接続することにより、前記同期発電機の各相の電機子巻線を前記陸上電力系統と前記電力変換装置間の各相回路に直列接続し、前記陸上電源系統の電力を同期発電機の電機子巻線を経由して、電力変換装置で定周波数の電力に変換して船内母線に供給するように構成したことを特徴とする船舶用電源装置。
【請求項２】
前記同期発電機の各相の電機子巻線にそれぞれ所定ターン毎に複数のタップを設けるとともに、これらのタップを切換えて前記陸上／船内選択用切換開閉器の選択接点に接続するタップ切換器とを設けたことを特徴とする請求項１記載の船舶用電源装置。
【請求項３】
船舶の接岸時に前記同期発電機が電力を出力していないときは、界磁入切用開閉器で前記同期発電機の界磁巻線を制御する自動電圧調整器を界磁巻線から解列することを特徴とする請求項１または２記載の船舶用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に搭載されている軸駆動発電装置を利用し、船舶の接岸時に陸上電力系統から船内電源母線に電力を供給するようにした船舶用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策及び大気汚染対策として、接岸中の船舶のアイドリングストップ、即ち、船内のディーゼル発電機を止め、陸上電力系統から船内に電力供給する設備の導入が進められている。陸上電力を船内に供給するには、陸上電力と船内電力との周波数、電圧を合わす必要があり、通常は陸上に周波数変換装置を設置し、この変換装置で船内周波数、電圧に変換して船内に供給している。
【０００３】
本発明は、このような周波数変換装置が陸上に設置されていなくとも、船舶に搭載されている軸駆動発電装置を利用して陸上電力を船内に供給するよう構成した船舶用電源装置に関するもので、特にその構成要素である設備機器の簡素化、それに伴う重量軽減、設置スペースの削減を図ったものである。
【０００４】
この様な船舶用電源装置の従来技術について図４を一例として説明する。  
図４において、１はディーゼルエンジン等で構成された主機２の回転軸に直結されて推進プロペラ３と共に駆動される同期発電機で、その電機子巻線１ｕ（１ｖ、１ｗ）の出力端子は単極双投型の電路切換開閉器４を経て電力変換装置５のコンバータ５１に接続され、さらに、同電力変換装置５のインバータ５２からリアクトル６および同期調相機（Ｓ／Ｃ）７に接続されている。ここで、同期発電機１から電路切換開閉器４、電力変換装置５を経てリアクトル６および同期調相機（Ｓ／Ｃ）７に到る電力回路が軸駆動発電装置であり、航行時に同期発電機１から出力される可変周波数の電力を電力変換装置５で船内の一定周波数に変換し、この軸駆動発電装置の出力点、即ち、リアクトル６および同期調相機（Ｓ／Ｃ）７の共通接続点８から遮断器９を介して船内電源母線１０に供給するよう構成している。なお、この船内電源母線１０には遮断器１１、１２を介してそれぞれ船内に電力を供給するディーゼル発電機（Ｄ／Ｇ）１３、船内負荷１４が接続されている。
【０００５】
そして、船舶が接岸し同期発電機１が運転停止するときに、電路切換開閉器４の接点を切換え、電力変換装置５のコンバータ５１側の端子をフィルタ１５および遮断器１６を介して陸上電力系統１７に接続し、電力変換装置５で陸上電力を船内の一定周波数に変換し、船内電源母船１０に電力供給するように構成している。
【０００６】
なお、図４中１ｆは同期発電機１の界磁巻線、１８は同期発電機１の出力電圧が設定電圧になるように、界磁巻線１ｆに流れる界磁電流を調整する自動電圧調整器（ＡＶＲ）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１５１２１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、電力変換装置５を構成するインバータは、高調波を発生させるために、従来の船舶用電源装置では、この高調波が陸上電力系統１７に流出しないように、大型で重量のある高価な高調波抑制専用のフィルタ１５を船舶内に設置しており、この関係で、積荷スペースの減少や、積載量の減少、操船速度、燃費にも悪影響を与えるので、改善が望まれていた。
【０００９】
そこで本発明は、船舶の接岸時に停止している同期発電機の電機子巻線を高調波抑制用のフィルタとして機能させ、この電機子巻線を経由して陸上電力系統に接続するように構成することにより、大型で重量のある高価な高調波抑制専用のフィルタを廃止し、設備費の抑制や積荷スペースの確保を図った船舶用電源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、主機によって駆動され、かつ、電機子巻線の中性点端子を短絡状態あるいは開放状態に選択が可能な同期発電機と、入力電力を予め定められた周波数に変換して船内電源母線に給電する電力変換装置と、前記同期発電機の電機子巻線の出力端子と中性点端子とにそれぞれ接続される一対の選択接点と、この一対の選択接点のいずれかと接続するように設けられるとともに、接続した選択接点を前記電力変換装置の入力端子に接続する可動接点とを有する陸上／船内選択用切換開閉器と、前記同期発電機の電機子巻線の前記中性点端子に接続され、当該中性点端子を短絡状態あるいは開放状態の何れかの回路状態に切換える中性点切換開閉器と、前記同期発電機の出力端子を陸上電力系統に接続する陸上電力系統接続用遮断器と、を備え、船舶の航行時に前記同期発電機が電力を出力しているときは、前記陸上電力系統接続用遮断器を開路させるとともに、前記中性点切換開閉器により前記同期発電機の電機子巻線の中性点端子を短絡状態にし、さらに前記陸上／船内選択用切換開閉器により前記同期発電機の電機子巻線の出力端子を前記電力変換装置に接続することにより、当該同期発電機から出力された可変周波数の電力を前記電力変換装置を介して前記船内電源母線に給電するようにし、船舶の接岸時に前記同期発電機が電力を出力していないときは、前記陸上電力系統接続用遮断器を閉路させ、さらに前記中性点切換開閉器を切換えて中性点端子を開放状態にすると共に、前記陸上／船内選択用切換開閉器で中性点端子を前記電力変換装置の入力端子に接続することにより、前記同期発電機の各相の電機子巻線を前記陸上電力系統と前記電力変換装置間の各相回路に直列接続し、前記陸上電源系統の電力を同期発電機の電機子巻線を経由して、電力変換装置で定周波数の電力に変換して船内母線に供給するように構成したことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の船舶用電源装置において、前記同期発電機の各相の電機子巻線にそれぞれ所定ターン毎に複数のタップを設けるとともに、これらのタップを切換えて前記陸上／船内選択用切換開閉器の選択接点に接続するタップ切換器とを設けたことを特徴とする。
【００１２】
更に、請求項３記載の発明は、請求項１、２記載の船舶用電源装置において、船舶の接岸時に前記同期発電機が電力を出力していないときは、界磁入切用開閉器で同期発電機の界磁巻線を制御する自動電圧調整器を界磁巻線から解列することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、接岸時等のように同期発電機を運転しないときには同期発電機の電機子巻線を高調波抑制用のフィルタとして利用することができるので、従来装置のように高調波抑制専用のフィルタを設置する必要がなく、経済的に高調波を低減させることができる。また、大型で重量の高調波抑制専用のフィルタが不要となることから、船舶の積荷スペースの確保や船速の改善、燃費の改善にも寄与することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る船舶用電源装置を単線図で示した構成図。
【図２】図１に示した船舶用電源装置の主要部を三相三線形式で表わした結線図。
【図３】本発明の実施形態２に係る船舶用電源装置の構成図。
【図４】従来の船舶用電源装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の船舶用電源装置に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態に共通する部品には同一番号を付けて重複する説明は適宜省略する。  
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る船舶用電源装置の構成図であり、図２は図１の船舶用電源装置の主要部を三相三線式で表わした結線図である。
【００１６】
（構成）
図１および図２において、本実施形態の船舶用電源装置に用いる同期発電機１はディーゼルエンジン等の主機２によって駆動されるもので、固定子鉄心にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗを巻装した三相同期発電機で構成されている。しかも、この同期発電機１の電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗは、中性点端子Ｔｕｎ、Ｔｖｎ、Ｔｗｎが同期発電機１の使用形態によって短絡状態（いわゆる、スター結線状態）、あるいは開放状態（いわゆる、オープンスター状態）のいずれかに選択されるようになっている。
【００１７】
同期発電機１の電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗの出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗは、船舶に搭載されている陸上電源接続用遮断器１９を介して陸上電力系統１７のＵ相、Ｖ相およびＷ相に接続され、かつ、単極双投型の切換開閉器で構成した陸上／船内選択用切換開閉器２０の一対の選択接点のうちの一方の選択接点Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗにも接続されるようになっている。ここで、選択接点Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗを発電機運転側接点という。
【００１８】
一方、電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗの中性点端子Ｔｕｎ、Ｔｖｎ、Ｔｗｎは、同期発電機１の固定子枠から外部に導出されて前述した陸上／船内選択用切換開閉器２０の一対の選択接点のうちの他方の選択接点Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに接続されるようになっている。ここで、選択接点Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗを陸上電源側接点という。
【００１９】
さらに、この中性点端子Ｔｕｎ、Ｔｖｎ、Ｔｗｎは、単極双投型の切換開閉器で構成した中性点切換用開閉器２１の一方の選択接点である短絡側端子Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗをそれぞれ介して短絡装置２３に接続されるようになっている。なお、この中性点切換用開閉器２１の他方の選択接点は中性点開放用のため、他の回路には接続されない。
【００２０】
そして、陸上／船内選択用切換開閉器２０の可動接点Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗは、電力変換装置５のコンバータ５１の各相入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されるようになっており、当該可動接点Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが発電機運転側接点Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗに投入されたときは、同期発電機１の各相の電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗの出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗがコンバータ５１の各相入力端子に接続される。逆に各相の可動接点Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが陸上電源側接点Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに投入されたときは、出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗに代わって、中性点端子Ｔｕｎ、Ｔｖｎ、Ｔｗｎがコンバータ５１の各相入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されるようになっている。
【００２１】
さらに本実施形態では、同期発電機１の界磁巻線１ｆと、自動電圧調整器（ＡＶＲ）１８との間に後述の目的のために界磁入切用開閉器２２を設けている。
【００２２】
なお、陸上／船内選択用切換開閉器２０、中性点切換開閉器２１および界磁入切用開閉器２２の３個の切換開閉器は、陸上電源接続用遮断器１９の開閉操作に連動して切換えるようにしてある。例えば、陸上電源接続用遮断器１９が開路状態のときは、陸上／船内選択用切換開閉器２０の可動接点Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗは発電機運転側接点Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗに投入され、中性点切換開閉器２１は中性点端子Ｔｕｎ、Ｔｖｎ、Ｔｗｎを短絡して、電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗをスター結線し、さらに、界磁入切用開閉器２２は閉路して界磁巻線１ｆに界磁電流を流すようになっている。
【００２３】
逆に、陸上電源接続用遮断器１９を閉路状態にするときは、陸上／船内選択用切換開閉器２０の可動接点Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが陸上電源側接点Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに切換えられ、同期発電機１の各相の電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗの中性点端子Ｔｕｎ、Ｔｖｎ、Ｔｗｎがコンバータ５１の各相入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されると共に、中性点切換開閉器２１が中性点端子Ｔｕｎ、Ｔｖｎ、Ｔｗｎの短絡を解いてスター結線からオープンスター状態に切換えられ、また、界磁入切用開閉器２２は開路側に切換えられて界磁巻線１ｆと自動電圧調整装置（ＡＶＲ）との間を切り離すようになっている。
【００２４】
（作用）
船舶が航行中の場合と、接岸中の場合とに分けて説明する。  
（１；航行中）
船舶の航行中は、陸上電源接続用遮断器１９を開路状態にしてあり、この状態に連動して陸上／船内選択用切換開閉器２０の可動接点Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗは発電機運転側接点Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗに投入され、中性点切換開閉器２１は中性点端子Ｔｕｎ、Ｔｖｎ、Ｔｗｎを短絡して電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗをスター結線状態にしている。さらに、界磁入切用開閉器２２は閉路状態なっている。
【００２５】
このため、同期発電機１は主機２の回転数に基づいた周波数の交流電力を出力している。この出力された可変周波数の交流電力は電力変換装置５で予め設定された周波数に変換されたのち、リアクトル６および同期調相器７の共通接続点８、遮断器９を経て船内電源母線１０に給電される。
【００２６】
（２；接岸中）
船舶が接岸して主機２を停止すると、同期発電機１は発電することができないので、電力変換装置５には同期発電機１からの電力は供給されない。この状態で陸上電源接続用遮断器１９を閉路させるとともに、陸上／船内選択用切換開閉器２０を切換えて可動接点Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗを発電機運転側接点Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗ側から、陸上電源側接点Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗ側に投入し、さらに、中性点切換開閉器２１を切換えて中性点端子Ｔｕｎ、Ｔｖｎ、Ｔｗｎの短絡を解いて電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗをオープンスター状態にする。
【００２７】
この陸上／船内選択用切換開閉器２０および中性点切換開閉器２１の切換えによって、同期発電機１の電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗの中性点端子Ｔｕｎ、Ｔｖｎ、Ｔｗｎは、陸上／船内選択用切換開閉器２０の陸上電源側接点Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗおよび可動接点Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗを経て電力変換装置５に接続される。この結果、同期発電機１の電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗは、陸上／船内選択用切換開閉器２０を経て陸上電源接続用遮断器１９と電力変換装置５との間の各相回路に直列に接続されるため、電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗのリアクタンス成分は高調波抑制のフィルタとして機能する。これにより、電力変換装置５のコンバータ５１およびインバータ５２の動作によって高調波が発生したとしても、その高調波は電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗのリアクタンス成分によって十分減衰されるため、陸上電力系統１７に流出することはない。
【００２８】
なお、界磁入切用開閉器２２は、陸上／船内選択用切換開閉器２０および中性点切換開閉器２１とともに開路側に切換えられるので、同期発電機１の電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗが高調波抑制用のフィルタとして機能しているときに、各相の電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗに流れる交流電流によって界磁巻線１ｆに電圧が発生しても、この電圧が自動電圧調整装置（ＡＶＲ）等に影響を及ぼすことはない。
【００２９】
（効果）
以上述べたように、本実施形態によれば、接岸時等で同期発電機を運転しないときには電機子巻線を高調波抑制用のフィルタとして利用することができるので、従来装置のように専用のフィルタを船舶に搭載する必要がなく、その分経済的に高調波を低減させることができる。また、専用のフィルタが不要となることから、船舶においては積荷スペースの確保や船速の改善、燃費の改善にも寄与することが可能である。さらに、接岸時、陸上／船内選択用切換開閉器、中性点切換開閉器とともに、界磁入切用開閉器を開路状態に切換えるので、各相の電機子巻線に流れる交流電流によって界磁巻線に電圧が発生しても、自動電圧調整装置（ＡＶＲ）等に影響がでることはない。
【００３０】
（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２に係る船舶用電源装置の構成図である。  
図３において、本実施形態が前述した実施形態１と異なる点は、同期発電機１の電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗにそれぞれ所定ターン毎に複数のタップ２４ｕ、２４ｖ、２４ｗを設けた点、さらに、この複数のタップ２４ｕ、２４ｖ、２４ｗを任意に切換えて前記陸上／船内選択用切換開閉器２０の陸上電源側接点Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに接続するタップ切換器２５ｕ、２５ｖ、２５ｗを同期発電機１の固定子枠内部に設置した点にあり、その他の構成は実施形態１と同様である。
【００３１】
なお、タップ２４ｕ、２４ｖ、２４ｗを固定子枠外部に導出して固定子枠外部でタップ切換器２５ｕ、２５ｖ、２５ｗにより切換えるようにしてもよい。
【００３２】
本実施形態によれば、実施形態１の奏する作用効果に加え、タップ切換器２５ｕ、２５ｖ、２５ｗによって電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗのターン数を任意に選定することができるので、同期発電機１の電機子巻線１ｕ、１ｖ、１ｗを高調波抑制用のフィルタとして利用するときに、最適なフィルタ常数に設定できることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１…同期発電機、１ｕ…電機子Ｕ相巻線、１ｖ…電機子Ｖ相巻線、１ｗ…電機子Ｗ相巻線、１ｆ…界磁巻線、２…主機、３…プロペラ、４…電路切換開閉器、５…電力変換装置、５１…コンバータ、５２…インバータ、６…リアクトル、７…同期調相機、８…共通接続点、９…遮断器、１０…船内電源母線、１１…遮断器、１２…遮断器、１３…ディーゼル発電機、１４…船内負荷、１５…フィルタ、１６…断路器、１７…陸上電力系統、１８…自動電圧調整器（ＡＶＲ）、１９…陸上電力系統接続用遮断器、２０…陸上／船内選択用切換開閉器、２１…中性点切換開閉器、２２…界磁入切用開閉器、２３…短絡装置、２４…タップ、２５…タップ切換器。
【要約】      （修正有）【課題】船舶が陸上側電力系統から受電しているときに、同期発電機の電機子巻線をフィルタとして利用することにより、設備費の抑制や積荷量の増大を図るようにした船舶用電源装置を提供する。【解決手段】主機２の回転軸に直結された同期発電機１の出力電力を電力変換装置５により定周波数に変換するようにした船舶用電源装置において、航行時は、遮断器１９を開路、中性点切換開閉器２２により電機子巻線の中性点端子をスター結線し、かつ、陸上／船内選択用切換開閉器２０により電機子巻線の出力端子Ｔｕ〜Ｔｗを電力変換装置５に接続して、同期発電機１の出力電力を電力変換装置５を介して船内電源母線に給電するようにし、接岸時は、遮断器１９を閉路させ、さらに陸上／船内選択用切換開閉器２０および中性点切換開閉器２１を切換えて、同期発電機の各相の電機子巻線を陸上電力系統１７および電力変換装置５間の各相回路に直列接続する。【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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