(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）から、当該船舶（１）の船上電力ネットワーク（２）に外部エネルギを供給するための方法であって、
前記船舶（１）は、当該船舶（１）自体によるエネルギの供給を受けているときには、当該船舶（１）上に設けられた少なくとも１つのエネルギ源（３、２８）から供給される駆動エネルギによって駆動される、電気機械（６）を備えており、かつ、
前記電気機械（６）に結合されているか又は結合することが可能に設けられていると共に、前記船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）から電気接続（１１）を介して供給される電力によって駆動されるように設けられている、電動機（７）を備えており、
前記船舶（１）の船上電力ネットワーク（２）に対して、当該船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）から前記外部エネルギとして電力が供給されるときには、当該電力によって前記電動機（７）が駆動され、当該電動機（７）による駆動力によって前記電気機械（６）が発電機として運転されて、当該電気機械（６）が前記船上電力ネットワーク（２）に供給されるべき前記船上電力ネットワーク（２）の周波数及び電圧の電流を発生し、当該電流を前記船上電力ネットワーク（２）に供給するように、前記電動機（７）と前記電気機械（６）とが、結合されているか又は結合されて、前記船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）からの電力を前記船上電力ネットワーク（２）で使用可能となるように変換する、船上の外部エネルギ変換供給機（以降、これを記載の簡潔化のために、単に「外部エネルギ供給源」若しくは「船上の外部エネルギ供給源」とも記述する）として機能するように設定されている
ことを特徴とする、船舶の船上電力ネットワークに外部エネルギを供給するための方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記船舶（１）がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときには、前記電気機械（６）は、廃熱利用システム（４０）の発電機又は無効電力発電機として機能する
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
前記船舶（１）がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときには、前記電気機械（６）が、トランスバース・スラスタ（６１）又はポンプを駆動する電動発電機（Ｍ／Ｇ）として用いられる
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３の１つに記載の方法において、
前記電動機（７）が非同期電動機である
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記電動機（７）は、前記船舶（１）がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときには、前記電気機械（６）から切り離され、前記外部エネルギの供給を受けているときにのみ、前記電気機械（６）に結合される
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の方法において、
前記電動機（７）は、前記外部エネルギが前記船舶（１）上の前記船上電力ネットワーク（２）に供給されているときには、前記電動機（７）の回転運動を前記船上電力ネットワーク（２）の周波数及び電圧の電流を発生するのに必要な電気機械（６）の回転運動に変換する動力伝達要素（８）を介して、前記電気機械（６）を駆動する
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から６の１つに記載の方法において、
前記船舶（１）自体によるエネルギ供給から前記外部エネルギ供給への移行前に、前記船上電力ネットワーク（２）の電圧の位相位置を、前記電気機械（６）によって生じる電圧の位相位置に同期させる
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から６の１つに記載の方法において、
前記船舶（１）自体によるエネルギ供給から前記外部エネルギ供給への移行前に、前記電気機械（６）によって生じる電圧の位相位置を、前記船上電力ネットワーク（２）の電圧の位相位置に同期させる
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項４から６の１つに記載の方法において、
前記船舶（１）自体によるエネルギ供給から前記外部エネルギ供給への移行前に、前記電気機械（６）の速度と前記電動機（７）の速度とを、互いに機械的に同期させる
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
船上電力ネットワーク（２）と、電気機械（６）と、船舶（１）がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときに前記電気機械（６）を駆動するための少なくとも１つの船上エネルギ源（３、２８）とを備えた船舶（１）であって、
前記電気機械（６）に結合されているか又は結合することが可能に設けられていると共に、外部に配置されたエネルギ源（１３）から電気接続（１１）を介して供給される電力によって駆動されるように設けられた電動機（７）を備えており、
前記船舶（１）の船上電力ネットワーク（２）に対して、当該船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）から前記外部エネルギとして前記電力が供給されるときには、当該電力によって前記電動機（７）が駆動され、当該電動機（７）による駆動力によって前記電気機械（６）が発電機として運転されて、当該電気機械（６）が前記船上電力ネットワーク（２）の周波数及び電圧の電流を発生し、当該電流を前記船上電力ネットワーク（２）に供給することで、前記船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）からの電力を前記船上電力ネットワーク（２）で使用可能となるように変換する船上の外部エネルギ供給源（船上の外部エネルギ変換供給機）として機能するように、前記電気機械（６）と前記電動機（７）とが設定されている
ことを特徴とする船舶。
【請求項１１】
請求項１０記載の船舶（１）において、
前記電気機械（６）は、前記船舶（１）がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときの発電のために用いられる発電機として前記船舶（１）に既に設けられている廃熱利用システム（４０）の発電機、又は無効電力発電機を用いて具現化されたものである
ことを特徴とする船舶。
【請求項１２】
請求項１０記載の船舶（１）において、
前記電気機械（６）は、船上の装置（６０）として前記船舶（１）に既に設けられている電動発電機（Ｍ／Ｇ）であって、前記船舶（１）がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときにトランスバース・スラスタ（６１）又はポンプを駆動するための電動発電機（Ｍ／Ｇ）を用いて、具現化されたものである
ことを特徴とする船舶。
【請求項１３】
請求項１０から１２の１つに記載の方法において、
前記電動機（７）が非同期電動機である
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の船舶（１）において、
前記電動機（７）を前記電気機械（６）に対して機械的に結合する操作又は切り離す操作をそれぞれ可能とする摩擦継手を備えた
ことを特徴とする船舶。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の船舶（１）において、
前記電動機（７）の回転運動を前記船上電力ネットワーク（２）の周波数及び電圧の電流を発生するのに必要な前記電気機械（６）の回転運動に変換して前記電気機械（６）に伝達するための動力伝達要素（８）として歯車装置を備えた
ことを特徴とする船舶。
【請求項１６】
船舶（１）がそれ自体によってエネルギ供給を受けているときに当該船舶（１）上の少なくとも１つの船上エネルギ源（３、２８）によって駆動される電気機械（６）を既に備えている船舶（１）における、当該船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）から電気接続（１１）を介して外部エネルギとして送られて来る電力を一旦受け入れて船上電力ネットワーク（２）へと供給するために当該船舶（１）上に設けられた外部エネルギ供給源を改装する方法であって、
前記船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）から電気接続（１１）を介して前記外部エネルギが送られて来るときには前記電気機械（６）に結合されてそれを駆動するか若しくは前記電気機械（６）に結合することが可能な電動機（７）を、前記船舶（１）に設置し、かつ
前記電動機（７）を、前記電気接続（１２）を介して前記船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）に接続可能であり、当該船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）から供給される電力によって駆動されるように具現化すると共に、前記電気機械（６）を、前記電動機（７）に対して結合可能であり、前記外部エネルギとして供給される電力によって前記電動機（７）が駆動されると、当該電動機（７）の駆動力によって発電機として運転されて前記船上電力ネットワーク（２）の周波数及び電圧の電流を発生し、当該電流を前記船上電力ネットワーク（２）に供給することが可能であるように具現化して、前記電動機（７）と前記電気機械（６）が、前記船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）からの電力を前記船上電力ネットワーク（２）で使用可能となるように変換する船上の外部エネルギ供給源（船上の外部エネルギ変換供給機）として機能するように予め設定しておき、前記船上の外部エネルギ供給源の改装に際して、前記電動機（７）のみを改装することで、前記船舶（１）の外部に配置されたエネルギ源（１３）からの電力を前記船上電力ネットワーク（２）で使用可能となるように改装される
ことを特徴とする、船舶上に設けられた外部エネルギ供給源を改装する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の、船舶における船上電力ネットワークにエネルギを供給するための方法、及び、請求項１０に記載の外部エネルギの供給源を備えた船舶に関するものである。そのような外部エネルギの供給源を改装するための方法が、請求項１６の要旨である。
【背景技術】
【０００２】
船上に搭載された電力ネットワークであって、それによって船舶の電気駆動モータ及びその他の船上搭載のディーゼル発電機の負荷が電気エネルギの供給を受けるものについては、先行技術文献の１つによって（特許文献１参照）、既知のところとなっている。船舶にエネルギを供給するこの方法の場合、ディーゼル発電機、従って船舶の駆動モータ及び他の負荷の作動用エネルギ源は、船上に配置されている。船舶は、その搭載電力網に接続することが可能で、入港中に作動させるための、さらなるディーゼル発電機も備えている。あるいは、その船上電力ネットワークは、ショアコネクションを介して電力供給を受けることも可能とされる。船上電力ネットワークの、このタイプの外部エネルギ供給源の場合、ショアコネクションを介して船上電力ネットワークに供給される電流を発生するエネルギ源は、船外に配置されている。こうした場合のショアコネクションは、その船上電力ネットワークに対応した電圧及び周波数の電流を供給しなければならない。従って、こうしたショアコネクションは、特に、電力供給を受ける船舶の要件（周波数及び電圧）に適応しなければならず、このため、多くの港では利用できない。
【０００３】
こうしたショアコネクションを船舶において改装して、その船上電力ネットワークに直接に接続されるようにする場合、船内で改装しなければならないショアコネクションのスイッチング及び監視装置に関する問題が、依然として存続することになる。これには、一般に、既存のスイッチング及び監視装置への介入が必要になり、従ってコストが高くつき、またスペースの理由で不可能になる場合も多い。
【０００４】
先行技術文献の１つによって（特許文献２及び３参照）、船舶の船上電力ネットワークとは異なる周波数及び電圧のショアコネクションによって供給される電流を、船舶の船上電力ネットワークの周波数及び電圧の電流に変換するために、ショアコネクション用に船上に配置されている電流コンバータを利用することは、既知のところとなっている。しかしながら、この目的に適した利用可能な電流コンバータは、船上には存在していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００４／０２８８９９Ａ１号明細書
【特許文献２】国際公開第２００７／０６０２４４Ａ２号明細書
【特許文献３】国際公開第２００７／０６０１８９Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題を克服することを可能とする、船舶の船上電力ネットワークに外部エネルギを供給するための方法を、明確に示すことにある。特に、この方法は、既存の船上のスイッチング及び監視装置への大きな変更を必要とせずに実施可能である。本発明のさらなる目的は、そのような外部エネルギをその船舶の船上電力ネットワークに供給することが可能な船舶を、明確に示すことにある。さらには、外部エネルギ供給源を比較的少ない出費で船舶において改装することを可能にする方法を、明確に示すことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その方法に関連した目的は、請求項１に記載の方法によって実現される。その船舶に関連した目的は、請求項１０の特徴を備えた船舶によって実現される。外部エネルギ供給源の改装方法は、請求項１６の内容である。有利な展開態様が、各従属項の場合の内容となっている。
【０００８】
本発明に係る船舶の船上電力ネットワークに外部エネルギを供給するための方法においては、船舶の少なくとも１つのエネルギ源によって駆動される電気機械を備えた船舶の場合、電気機械は、その船舶がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときには、その船舶に搭載されている少なくとも１つのエネルギ源によって駆動されるが、その船舶の船上電力ネットワークに外部エネルギを供給するためには、電気機械は、発電機として機能させられ、かつこの場合には、その船舶の外部の少なくとも１つのからのエネルギ源からの電流によって駆動されて、その船舶の船上電力ネットワークの周波数及び電圧の電流を発生し、それを船上電力ネットワークへと供給する。
【０００９】
従って、既に船上に存在していて、その船舶自体によるエネルギの供給中に全く別の目的のために用いられる電気機械が、外部エネルギの供給のために利用される。電気機械は、船外の少なくとも１つのエネルギ源からの電流によって直接的又は間接的に駆動され、この場合、このエネルギ源によって供給される電流の電圧及び周波数を、船上電力ネットワークの周波数及び電圧の電流に変換する。これによって、船上に存在している電気機械の既存のスイッチング及び監視装置を、外部エネルギ供給に利用することが可能となり、従って、その目的のための船舶における大幅な変更もしくは改修を、不要とすることが可能となる。電気機械は、船上電力ネットワークと船外に配置されたエネルギ源との間の電気的な分離も実現する。これは、船外に配置されたエネルギ源における、又は船上電力ネットワークと船外に配置されたエネルギ源との間の電気接続における、船上電力ネットワークに損傷を与える過電圧事象及び他の影響が、船上電力ネットワークに伝達されないということ、及びその逆向きも同様であることを、意味している。
【００１０】
電気機械には、基本的に、その電力に対して適正な大きさを付与された船上の任意の電気機械（すなわちモータ又は発電機）が含まれ得る。船舶にそれ自体によって電力供給が行われる場合には、電気機械は、船上の少なくとも１つのエネルギ源によって電気的に、あるいは機械的にも、駆動されることが可能である。電気的駆動の場合、電力は、エネルギ源から直接に、又は船上電力ネットワークを介して、供給することが可能である。
【００１１】
船上に配置されるエネルギ源には、一次エネルギ担体（例えば、天然又は人工燃料、太陽エネルギ、風）又は二次エネルギ担体（例えば機械の廃熱）から機械的又は電気的エネルギを発生する、任意のタイプのエネルギ源を含むことが可能である。この例には、ディーゼル発動機、ガスタービン、又は、蒸気タービンもあり（例えば、後者は廃熱利用システムに関連している）、必要があれば、それに駆動されて電力を発生する発電機も含まれる。
【００１２】
望ましくは、船上では、船舶がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときには、特に廃熱利用システムの発電機又は無効電力発電機として用いられる電気機械が、発電機として利用される。というのは、これらの電気機械は、外部エネルギ供給の電力要件に関して要求通りの大きさが既に付与されており、さらに、外部エネルギ供給中には作動させる必要がないからである。
【００１３】
あるいは、船舶がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときには、船上の装置を駆動するための、特にトランスバース・スラスタ又はポンプを駆動するための電気機械が電動機として利用されるようにすることも望ましい。
【００１４】
船外に配置されるエネルギ源には、一次エネルギ担体から（例えば天然又は人工燃料）、もしくは例えば陸上に設けられた発電所、海上発電所、フローティングポート電力供給設備又は海上作業台船のような二次エネルギ担体から、電気エネルギを発生する、任意のタイプのエネルギ源を含むことが可能であり、そのうちの最後の２つは、一般に電力を発生するための発電機とその発電機を駆動する燃焼エンジン（例えば、ガスタービン又はディーゼル発動機）を備えている。
【００１５】
電気機械は、外部エネルギ源の電流によってそれを駆動するためと、船上電力ネットワーク用に電力を発生するためとの、それぞれの場合で独立した巻線系統を備えたものとすることが可能である。しかしながら、特に有利な展開態様によれば、電気機械は、船外に配置されたエネルギ源からの電流によって作動する、船舶の船上電力ネットワークに外部エネルギ供給を行うための（独立した）電動機によって駆動されるが、その電動機は、電気機械が船上電力ネットワークの周波数及び電圧の電流を発生するように、その電気機械を駆動する。
【００１６】
電動機が、船舶自体によるエネルギ供給のための電気機械から切り離されて、外部エネルギを供給するための電気機械にのみ結合されているときには、その電動機は、船舶自体によるエネルギ供給のときのような運転の必要はなくなるのであるから、エネルギ損失を回避することが可能となる。
【００１７】
船舶の船上電力ネットワークに外部エネルギを供給する場合、電動機は、その電動機の回転運動を船上電力ネットワークにおいて要求される周波数及び電圧の電流を発生するための電気機械の回転運動に変換する動力伝達要素を介して、電気機械を駆動する。これによって、例えば非同期電動機のような低コストの標準モータを電動機に利用することが可能になる。電動機の回転速度は、このような場合、動力伝達要素によって船上電力ネットワークの周波数及び電圧の電流発生に必要な電気機械の回転速度に適応させることが可能である。
【００１８】
望ましくは、動力伝達要素には、歯車装置が含まれる。極めて低コストの代替展開態様の場合、チェーン駆動装置又はベルト駆動装置を、動力伝達要素として利用することも可能である。動力伝達要素に関する速度伝達比を変えることが可能であれば、船上電力ネットワークの電圧及び周波数の電流の発生のために電気機械側において必要となる速度の融通性によって、様々なエネルギ源からの様々な周波数及び電圧の電流による運転に対して電動機を適応させることが可能となる。
【００１９】
船舶自体によるエネルギ供給から外部エネルギ供給へと移行する際に、その船舶の停電にまで到る、船上電力ネットワークの電圧障害を回避するために、船舶自体によるエネルギ供給から外部エネルギ供給へと移行する前に、船上電力ネットワークの電圧の位相位置を、電気機械によって生じていた電圧の位相位置に同期させるのが望ましい。これは、船舶にエネルギを供給するために運転される発電機の当業者にとってはよく知られている、閉ループ又は開ループ制御介入によって（例えば、船上電力ネットワーク用発電機を駆動するディーゼル発動機の速度及びトルクを適応させることによって）、船上電力ネットワークについて実施することが可能である。
【００２０】
あるいは逆に、船舶自体によるエネルギ供給から外部エネルギ供給へと移行する前に電気機械によって生じていた電圧の位相位置を、船上電力ネットワーク電圧の位相位置に同期させる場合には、こうした開ループ又は閉ループ制御介入は省略することが可能である。これは、電気機械がスリップ駆動装置で駆動される非同期電動機によって駆動される場合、電気機械によって生じる電圧の位相位置と船上電力ネットワーク電圧の位相位置との同期がとれる接続を行うための当面の適切な１つの反復点を待つことによって、特に単純なやり方で、実施することが可能である。他の場合、例えば電気機械が同期機械によって駆動されるといった場合には、その同期は、例えば電動機の上流に接続された電流コンバータによって、電動機に供給される電流の位相位置を開ループ又は閉ループ制御することで、実施することが可能である。
【００２１】
電気機械が外部エネルギ供給のための電動機によって駆動される場合、電気機械の速度と電動機の速度とを機械的に互いに同期させることによっても、同期は可能である。これは、一般に、電気機械と電動機とを機械的に互いに切り離す第１のステップにおいて、船上電力ネットワークからの電流によって駆動される電気機械と、船外に配置されたエネルギ源からの電流によって駆動される電動機とを、互いに別個に起動又は作動させることで、実施することが可能である。電気機械は、従って、船上電力ネットワークの周波数及び位相位置で既に駆動されている。引き続き第２のステップにおいて、電気機械及び電動機は、その速度に関して機械的に互いに同期がとられる。これは、この目的のために摩擦継手として具現化するのが望ましく、電動機において電気機械との間に配置されたスイッチング継手を閉じて、それら電気機械と電動機とを機械的に結合することによって、実施することが可能である。従って、その電動機の駆動される電圧及び電流の位相位置は、重要ではない。
【００２２】
この方法は、同期機械の速度だけでなく、非同期機械の速度も、同期させることにも適している。同期機械を非同期機械に、何の問題もなく同期させることも可能である。外部エネルギ源を改装する場合、この方法によれば、既存の同期シーケンスに介入する必要がないということになる。
【００２３】
船舶用の船上電力ネットワークと、電気機械と、電気機械を駆動するための少なくとも１つの船上エネルギ源であってその船舶自体によってその船舶自身にエネルギを供給する際に電気機械を駆動するための船上エネルギ源とを備えた、本発明に係る船舶では、その電気機械は、船舶の船上電力ネットワークに外部エネルギを供給するための発電機として機能することが可能であり、このように機能しているときには、船外の少なくとも１つのエネルギ源からの電流で駆動されて、船上電力ネットワークの周波数及び電圧の電流を発生し、それを船上電力ネットワークに供給できるように、具現化される。
【００２４】
こうした場合、電気機械は、その船舶自体によるエネルギ供給用の発電機として、特に廃熱利用システムの発電機もしくは無効電力発電機として、具現化されるのが望ましい。
【００２５】
あるいは、電気機械は、船舶がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときに、船上の装置、特にトランスバース・スラスタ又はポンプを駆動するための、電動機として具現化されることが可能である。
【００２６】
有利なことに、一般に船舶には、船舶自体の船上電力ネットワークに外部エネルギを供給する電気機械を駆動するための電動機が含まれており、その電動機には、船外に配置されたエネルギ源に電気的接続を介して接続することが可能であり、そのエネルギ源からの電流によって作動されることが可能であり、その電動機は、電気機械に結合されることが可能、もしくは既に結合されていて、その電流で作動すると、その電動機によって駆動される電気機械が、船上電力ネットワークの周波数及び電圧の電流を発生する。
【００２７】
有利な展開態様において、継手が、特に一つの実施態様では摩擦継手としての継手が、その操作上、電動機を電気機械に結合するか、又は電動機を電気機械から切り離すために、利用可能である。継手が摩擦継手として具現化される場合には、既に述べたとおり、電気機械の速度と電動機の速度との機械的な同期を、特に有利に行うことが可能である。
【００２８】
特に有利な展開態様によれば、本発明の船舶は、電動機の回転運動を船上電力ネットワークの周波数及び電圧の電流を発生するのに必要な電気機械の回転運動へと変換するための動力伝達要素、特に歯車装置を有している。
【００２９】
本発明に係る方法及びその展開態様に関して述べた利点は、本発明に係る船舶及びそのそれぞれの対応する有利な展開態様にも当てはまる。
【００３０】
船舶において、船舶の船上電力ネットワーク用の外部エネルギの供給源を改装するための、本発明に係る方法では、その船舶には、船舶がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときには船上の少なくとも１つのエネルギ源によって駆動される電気機械が設けられており、かつその電気機械を駆動するべくそれに既に結合されているか又は結合することが可能な電動機が設置されており、その電動機は、電気接続を介して船外に配置された少なくとも１つのエネルギ源に接続可能であり、そのエネルギ源からの電力によって駆動できるように具現化されており、かつ、その電流で電動機が作動すると、その電動機によって駆動される電気機械が船上電力ネットワークの周波数及び電圧の電流を発生することができるように、その電動機は電気機械に既に結合されているか又は結合することが可能となっている。
【００３１】
このことは、外部エネルギ供給源の改装に関しては、船内の電気機械を駆動するための電動機を改装しさえすればよい、ということを意味している。斯様な場合、低コストの非同期電動機を利用することが可能である。電気機械の既存の監視及びスイッチング装置を利用することによって、船舶におけるこうした装置に関する、より大きな変更又は改修を、省略することが可能となる。これは、船上電力ネットワークを外部エネルギ源に直接接続する外部エネルギ供給源の改装に比べて大きな利点である。というのは、こうした改装では、船舶における追加の監視及びスイッチング装置の高コストな改装が必要になり、そのためのスペースがない場合が多いからである。船舶に電気機械の始動電動機が既に存在する場合、これを電動機に置き換えることも可能であり、それによって電動機の改装に費やすスペースを縮小することが可能になる。
【００３２】
本発明、並びに従属項に記載された本発明の有利な展開態様は、以下に、図中の典型的な実施形態を参照しつつ、さらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】外部エネルギ供給のための、始動電動機のない無効電力機械の利用を示す図である。
【図２】外部エネルギ供給のための、始動電動機を備えた無効電力機械の利用を示す図である。
【図３】外部エネルギ供給のための、始動電動機がより大型の電動機に置き換えられた無効電力機械の利用を示す図である。
【図４】外部エネルギ供給のための、廃熱利用システムの発電機の利用を示す図である。
【図５】外部エネルギ供給のための、ディーゼル発電設備の発電機の利用を示す図である。
【図６】外部エネルギ供給のための、トランスバース・スラスタ用の電気駆動モータの利用を示す図である。
【図７】外部エネルギ供給モータ及びそれによって駆動される電気機械のインライン配置を示す図である。
【図８】外部エネルギ供給モータの、それによって駆動される電気機械上への配置を示す図である。
【図９】外部エネルギ供給モータ及びそれによって駆動される電気機械の直角配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１に簡略に示された船舶には、定格電圧Ｕ１及び定格周波数ｆ１の船上電力ネットワークと、船上電力ネットワーク２に接続されて、それぞれ、１つのディーゼル発動機３によって駆動され、船上電力ネットワーク２並びに船上電力ネットワーク２に接続された負荷５のために電力を発生する幾つかの発電機４が含まれている。平滑コイル２１を介して船上電力ネットワーク２に接続された、無効電力機械（無効電力発電機）６の形態の電気機械は、船上電力ネットワーク２のために無効電力を発生する働きをする。あるいはその代りとして、無効電力機械６を船上電力ネットワーク２に直接に接続することも可能である。
【００３５】
電動機７は、歯車装置８及びスイッチング継手９を介して、無効電力機械６に結合することが可能である。スイッチング継手９によって、操作可能に電動機７を電気機械６に結合するか、電動機７を電気機械６から切り離すことが可能になる。電動機７は、送電線１１を介して陸上電力ネットワーク１２に接続することが可能であり、この陸上電力ネットワーク１２からの電流によって作動させることが可能である。陸上電力ネットワーク１２は、エネルギ源１３によって、船上電力ネットワークとは異なった電圧Ｕ２及び周波数ｆ２を有する電流を供給される。
【００３６】
同期電動機として具現化される無効電力機械６は、通常、軸発電機／電動機システム２０の構成要素であり、このシステムには、平滑コイル２１以外に、プロペラシャフト２２に結合された軸発電機／電動機２３、界磁整流器２４、始動電流コンバータ２５、機械側電流コンバータ２６、及び、船上電力ネットワーク側電流コンバータ２７が含まれている。
【００３７】
船舶１がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときに、一方では複数のディーゼル発動機３がエネルギ供給源として働いて発電機４を駆動し、それらの発電機は互いに同期して、電圧Ｕ１及び周波数ｆ１の電流を、船上電力ネットワーク２に供給する。主機械２８（例えば大型ディーゼル発動機）の形態の、もう１つのエネルギ源は、プロペラシャフト２２を、従って軸発電機２３を駆動し、その軸発電機は、船上電力ネットワークとは異なった電圧Ｕ３及び周波数ｆ３の電流を発生し、その電流は、コンバータ２６、２７によって船上電力ネットワークの電圧Ｕ１及び周波数ｆ１の電流に変換され、平滑コイル２１を介して、船上電力ネットワーク２に供給される。軸発電機２３は無効電力を供給できないので、これは無効電力機械６によって供給しなければならない。無効電力機械６は、この場合、船上電力ネットワーク２又は軸発電機２３からのそれぞれの電流で作動する。この場合、無効電力機械６は電動機７から切り離される。
【００３８】
無効電力機械６を起動して船上電力ネットワークの周波数ｆ１に到達させる操作は、この場合、スイッチ１４を開いた状態で、始動電流コンバータ２６及び船上電力ネットワーク側電流コンバータ２７を介して船上電力ネットワーク２からの電流で行われる。
【００３９】
外部エネルギを船舶の船上電力ネットワーク２に供給する場合、無効電力機械６は、有効電力を発生する発電機として機能する。これを行うべく、軸発電機の運転が停止され、無効電力機械６がスイッチ１４によって船上電力ネットワーク２から切り離される。電動機７が、送電線１１を介して陸上電力ネットワーク１２に接続される。続いて、無効電力機械６は、電動機７に結合され、後者によって駆動される。電動機７は、この場合、陸上電力ネットワーク１２からの電圧Ｕ２及び周波数ｆ２の電流で駆動されて、歯車装置８を介して無効電力機械６を駆動し、これによって、船上電力ネットワーク２の電圧Ｕ１及び周波数ｆ１の電流が生じるようにする。
【００４０】
電動機７及び歯車装置８の速度伝達比は、この場合、無効電力機械６に合せて調整され、陸上電力ネットワーク１２からの電圧Ｕ２及び周波数ｆ２の電流による電動機７の運転中、無効電力機械６は、船上電力ネットワーク２の電圧Ｕ１及び周波数ｆ１の電流を発生する速度で回転するように駆動される。
【００４１】
船舶自体によるエネルギ供給から外部エネルギ供給への切換え中における電圧障害を回避するため、その移行期に、１つ以上の発電機４及び無効電力機械６によって短時間に亘り同時に電力を供給しなければならない。このため、１つ以上の発電機４によって生じる電圧と無効電力機械６によって生じる電圧との位相位置は、互いに同期されなければならない。
【００４２】
船舶自体によるエネルギ供給から外部エネルギ供給への移行前、すなわち、無効電力機械６が船上電力ネットワーク２に接続される前、船上電力ネットワーク２の電圧の位相位置は、従って、ディーゼル発動機３を相応に起動することにより、無効電力機械６によって生じる電圧の位相位置に同期させられる。この同期がとれた後にのみ、無効電力機械６が、スイッチ１４を介して船上電力ネットワーク２に接続され、そしてその後、その発電機又は残りの発電機４が、船上電力ネットワーク２から切り離されることになる。
【００４３】
あるいは、無効電力機械６によって生じる電圧の位相位置を、船上電力ネットワーク２の電圧の位相位置に同期させることも可能である。これは、電動機７が非同期機械として具現化されている場合には、特に容易である。というのは、こうした機械の位相位置は、スリップのために絶えず変化するのであるが、船上電力ネットワーク２に接続されている場合には、その位相位置が同期する時点をただ待ちさえすればよいからである。他の場合、例えば無効電力機械が同期機械によって駆動されているといった場合には、電動機７に供給される電流の位相位置を閉ループ制御又は開ループ制御することによって、一例を挙げると電動機７の上流に接続されたコンバータによって、同期をとることが可能である。
【００４４】
外部エネルギ供給から船舶自体によるエネルギ供給への移行時には、電圧障害を回避するべく、同様に、最初に起動された発電機４によって生じる電圧の位相位置を船上電力ネットワーク２の電圧の位相位置に同期させなければならないか、あるいは逆に、無効電力機械６の船上電力ネットワーク２の電圧の位相位置を最初に起動された発電機４によって生じる電圧の位相位置に同期させなければならない。
【００４５】
船舶１のそれ自体によるエネルギ供給の場合、無効電力機械６は、やはり、継手９によって電動機７から切り離されることが可能である。
【００４６】
例示したこの２つの場合、無効電力機械６と電動機７とが同期をとるために互いに結合されるが、スイッチ１４は開いた状態であり、従って、無効電力機械６は船上電力ネットワーク２から切り離されている。電気的同期がとれたときに初めて、無効電力機械６が、スイッチ１４を介して船上電力ネットワーク２に接続され、それに続いて、その発電機又は残りの発電機４が、船上電力ネットワーク２から切り離されることになる。
【００４７】
しかしながら、周波数及び位相位置に関するこのタイプの「電気的」同期に加えて、「機械的」同期も可能である。電気的同期の場合とは異なり、スイッチ１４は機械的同期のために閉じられる、すなわち、無効電力機械６は、船上電力ネットワーク２に接続されていて、継手９によって電動機７から機械的に切り離される。第１のステップにおいては、無効電力機械６が、周波数ｆ１の船上電力ネットワーク２からの電流で駆動され、かつ、電動機が、周波数ｆ２の陸上電力ネットワーク１２からの電流で駆動されて、互いに別個に始動し作動することとなる。そして、無効電力機械６が、船上電力ネットワーク２の周波数及び位相位置で運転される。続いて、第２のステップにおいては、スイッチング継手９を閉じることによって、無効電力機械６と電動機７とが、互いに機械的に同期させられる。スイッチング継手９は、この目的のために摩擦継手として具現化され、無効電力機械６側との摩擦と電動機７側との摩擦によって、各場合に速度が同じになるように調整される。外部エネルギ供給源を改装する場合、この方法によれば、既存の同期シーケンスに介入する必要がなくなる。
【００４８】
陸上電力ネットワーク１２から供給される代わりに、例えば、海上発電所、フローティングポート電力供給設備、もしくは海上作業台船から、外部エネルギの供給を受けることも可能である。
【００４９】
図２に示す船舶は、無効電力機械６を起動して、船上電力ネットワーク２から直接又は始動電流コンバータ３０を介して給電されるエネルギを船舶１に供給するための小型の始動電動機２９が設けられている、ということが、図１に示す船舶とは異なっている。無効電力機械６は、この場合、その一方の軸端が始動電動機２９に結合されており、そのもう一方の軸端が電動機７に結合されることが可能となっている。電動機７の電力は、この場合、始動電動機２９の電力よりも遥かに大きい。
【００５０】
図３に描かれた船舶１の場合、前述の始動電動機２９は電動機７に置き換えられている。従って、電動機７は、軸発電機が動作しているとき、すなわち、船舶がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときに、無効電力機械６を起動する始動電動機の機能と、船舶１に外部エネルギを供給するための外部供給源モータの機能との、両機能を引き受けることになる。この場合、電動機７は、スイッチ３１を介して選択的に、始動電流コンバータ３０又は送電線１１に接続することも可能である。この場合、継手９は、選択的にスイッチング継手又は剛性接続継手として具現化することが可能である。
【００５１】
図４に描かれた船舶１の場合、その一部のみが示されている廃熱利用システム４０の発電機４６は、外部エネルギ供給源の代わりに用いられて、船舶を駆動する燃焼エンジンの廃熱を電気エネルギに変換する。その廃熱利用システム４０には、発電機４６を駆動するための排気ガスタービン４２と、継手４４を介して発電機４６の軸の一方の端部に結合することが可能な蒸気タービン４３とが含まれている。さらに、発電機４６は、その軸のもう一方の端部に、継手９及び歯車装置８を介して電動機７を結合することが可能となっている。船舶１にそれ自体によるエネルギを供給するべく、発電機４６は、排気ガスタービン４２及び蒸気タービン４３に結合され、後者によって機械的に駆動されるが、電動機７からは切り離される。これは、発電機４６が、そのエネルギ源としての燃焼エンジンによって間接的に駆動される、ということを意味している。
【００５２】
外部エネルギの供給のため、発電機４６は、継手４４によって排気ガスタービン４２及び蒸気タービン４３から切り離され、その代わりに、継手９を介して電動機７に結合される。電動機７は、送電線１１を介して陸上電力ネットワーク１２に接続され、この陸上電力ネットワークからの電力によって運転される。この場合、電動機７は、発電機４６が船上電力ネットワーク２の電圧Ｕ１及び周波数ｆ１の電流を発生するように、その発電機４６を駆動する。
【００５３】
図５に描かれた船舶１の場合、ディーゼル発電設備５０の発電機５６が、外部エネルギ供給のために利用される。発電機５６は、この目的のために、一方の軸端が、継手５２を介してディーゼル発動機５１に結合可能であり、他方の軸端が、継手９及び歯車装置８を介して電動機７に結合可能である。船舶１にそれ自体によるエネルギを供給するためには、発電機５６は、そのエネルギ源としてのディーゼル発動機５１に結合され、それによって機械的に駆動されるが、電動機７からは切り離される。外部エネルギを供給するためには、発電機５６は、継手５２を介してディーゼル発動機５１から切り離され、その代わりに、継手９を介して電動機７に結合される。その電動機７は、送電線１１を介して陸上電力ネットワーク１２に接続され、この陸上電力ネットワークからの電力によって運転される。この場合、電動機７は、発電機５６が船上電力ネットワーク２の電圧Ｕ１及び周波数ｆ１の電流を発生するように、その発電機５６を駆動する。
【００５４】
図６に描かれた船舶１の場合、トランスバース・スラスタ装置６０を駆動するための駆動用電動機６６が、外部エネルギの供給のために用いられる。その駆動用電動機６６は、その一方の軸端が、継手６２によってトランスバース・スラスタ６１に結合可能であり、他方の軸端が、継手９及び歯車装置８を介して電動機７に結合可能である。船舶がそれ自体によるエネルギの供給を受けているときには、駆動用電動機６６は、トランスバース・スラスタ６１に結合され、船上電力ネットワーク２からの電力、すなわち、そのエネルギ源としての１つ以上のディーゼル発動機３からのエネルギによって運転されて、そのトランスバース・スラスタ６１を駆動する。この場合、駆動用電動機６６は、電動機７から切り離される。外部エネルギ供給の際には、駆動用電動機６６は、継手９によってトランスバース・スラスタ６１から切り離され、その代わりに、継手９を介して電動機７に結合される。その電動機７は、送電線１１を介して陸上電力ネットワークに接続され、この陸上電力ネットワークからの電力によって運転される。この場合、電動機７は、駆動用電動機６６が発電機として運転されて、その駆動用電動機６６が船上電力ネットワーク２の電圧Ｕ１及び周波数ｆ１の電流を発生するように、その駆動用電動機６６を駆動する。
【００５５】
同期プロセスを伴う、船舶自体によるエネルギ供給から外部エネルギ供給への、又はその逆向きへの移行方法は、原則的に、図２〜図６に示されている典型的な実施形態においても、図１に関連して説明したものと同様の仕方で実施することが可能である。
【００５６】
図７に示すように、電気機械６、４６、５６、６６、電動機７、及び中間歯車装置８は、船舶１内において直線状に配置することが可能である。
【００５７】
利用可能なスペースが極めて制限される場合には、図８に示すように、電気機械６、４６、５６、６６と電動機７とを、互いに直角に配置することも可能であり、それに伴って、動力は、例えば直角歯車装置として具現化される歯車装置８によって伝達されるようにすることが可能である。
【００５８】
あるいは、図９に示すように、電動機７は、電気機械６、４６、５６、６６の直上又は上方に配置することも可能であり、それに伴って、動力は、例えばその端面の１つに配置された歯車装置８又はチェーン駆動装置を介して伝達される。
【符号の説明】
【００５９】
１    船舶
２    船上電力ネットワーク
３    船上エネルギ源
４    発電機
５    負荷
６    電気機械
７    電動機
８    動力伝達要素
９    スイッチング継手
１１  送電線
１２  陸上電力ネットワーク
１３  外部エネルギ源
２０  軸発電機／電動機システム
２１  平滑コイル
２２  プロペラシャフト
２３  軸発電機／電動機
２４  界磁整流器
２５  始動電流コンバータ
２６  機械側電流コンバータ（始動電流コンバータ）
２７  船上電力ネットワーク側電流コンバータ
２８  主機械
２９  始動電動機
３０  始動電流コンバータ
４０  廃熱利用システム
４２  排気ガスタービン
４３  蒸気タービン
４４  継手
４６  発電機
５０  ディーゼル発電設備
５１  ディーゼル発動機
５２  継手
５６  発電機
６０  トランスバース・スラスタ装置
６１  トランスバース・スラスタ
６２  継手
６６  駆動用電動機
【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】
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【図８】
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【図９】
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