(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置とこの発電装置により充電される蓄電池からなるハイブリッド電源と、船舶の推進機を駆動する推進電動機とこの推進電動機へ供給される電力を変換制御して前記推進電動機を可変速制御する電力変換器からなる電気推進装置とを備え、前記ハイブリッド電源から前記電気推進装置および船舶の各種の補助機器に共通の給電路を介して給電するように構成した船舶の電気推進システムにおいて、前記電気推進装置を操作指令に従って制御する推進制御装置に、前記電気推進装置から前記ハイブリッド電源へ回生する電力の電圧が、予め設定した所定の制限電圧を超えないように制御する電圧制限手段を設け、前記ハイブリッド電源の蓄電池が断路され発電装置の発生電力で運航している状態においても、前記電気推進装置の電圧制限動作を行うことを特徴とする船舶の電気推進システムの推進制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気推進システムにおいて、前記電圧制限手段は、前記電気推進装置で回生動作が行われたときに前記電力変換器のハイブリッド電源側の入力端の電圧を制限する動作を行うようにしたことを特徴とする船舶の電気推進システムの推進制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気推進システムにおいて、電気推進装置への設定指令速度と実際の速度とを比較することによって回生動作を検出することを特徴とする船舶の電気推進システムの推進制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電気推進システムにおいて、前記電気推進装置の電力変換器の受電端に流れる電流の極性を判別することにより回生動作を検出することを特徴とする船舶の電気推進システムの推進制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気推進装置を備える船舶の電気推進システムにおける回生動作の制御を行う推進制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気推進装置を備えた船舶の電気推進システムは、特許文献１および２に示されるように、ディーゼルエンジン等の原動機で駆動される発電装置とこの発電装置によって充電される蓄電池とで構成されたハイブリッド電源を備える。このハイブリッド電源から船舶の推進機を駆動する電気推進装置および船舶内の各種の補助機器に給電して船舶を運航する。
【０００３】
電気推進装置は、推進機を駆動する推進電動機とハイブリッド電源からこの推進電動機へ供給される電力を変換制御して推進電動機を可変速制御する電力変換器とで構成される。
【０００４】
このような船舶の電気推進システムにおいては、電力変換器により推進電動機の減速操作や停止操作、または前進から後進への運航切り替え操作をするときに、電気推進装置が減速、制動動作をするのに伴って推進電動機が発生する回生電力を電力変換器がハイブリッド電源側に回生する動作をし、推進電動機からの回生電力をハイブリッド電源の蓄電池に充電して回収することにより、制動力を得ている。
【０００５】
このとき、蓄電池の電圧ＶＢは蓄電池の残存充電量と充電電流の大きさによって大きく変化する。例えば、蓄電池の残存充電量が少ない状態では、充電電流したがって回生電流が大きくなるが、この状態では、大きな回生電流（充電電流）を流しても、蓄電池の電圧の上昇は小さい。蓄電池が、満充電に近い、残存充電量が大きい状態にあるときは、大きな充電電流を流すと蓄電池電圧ＶＢの上昇が大きくなり、電路電圧が異常上昇することになる。
【０００６】
また、発電装置を運転し、これにより蓄電池を充電しながら電気推進装置を駆動するようにしたハイブリッド運航モードにおいては、電気推進装置が回生動作を発生した場合、蓄電池に発電機装置からの充電電流と電気推進装置からの回生電力による充電電流が重畳されるため、蓄電池電圧の上昇が大きくなり、ハイブリッド電源の給電電路に接続された発電装置、電気推進装置、補助機器などの各機器が、規定電圧を超えた過電圧に晒されることになる。
【０００７】
さらに、何らかの事情によってハイブリッド電源から蓄電池を切り離して発電装置からの電力のみで運航する必要が生じた場合にも、電気推進装置の容量の約１／１０の容量しか有しない補助機器によっては、電気推進装置からの回生電力を十分に消費・吸収することが困難になることから、回生動作を伴う船舶の減速操作や前後進切り替え操作時に電気推進装置からハイブリッド電源への回生電力の電圧、すなわちハイブリッド電源の給電路電圧の異常上昇が起こる。
【０００８】
このように給電路電圧が上昇したとき、この給電路に接続された各種の機器や装置が過電圧保護装置を備えている場合は、この過電圧保護装置が働き、機器または装置への給電が遮断されて、これらの機器または装置の運転が停止されることになる。また、過電圧保護装置を備えていない機器や装置では、過電圧により内部素子が障害を起こし、運転停止に至る恐れがある。また、給電路に接続された蓄電池は過電圧に対する耐性が低くいため、過電圧によって焼損し、電源喪失に至る恐れがある。
【０００９】
電気推進システムを備える船舶においては、運航中にこのような過電圧のために蓄電池が損傷したり、電気推進装置およびこれに付属する機器や装置が不用意に運航を停止したりすると、極めて危険な状態となる。
【００１０】
すなわち、高波、強風の悪天候で電気推進装置の運転が停止すると、船舶は転覆の危険を伴い、また、危険回避のために進路変更中に電気推進装置が停止すると、船舶は衝突、座礁の危険に至ることがある。このため、電気推進装置をはじめとする船舶内の各機器の不用意な停止および蓄電池の損傷は、船舶の安全上、回避すべき極めて重要な問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−０６２６７６号公報
【特許文献２】特開２００８−０６７５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この発明は、前記のような船舶の電気推進システムにおける問題点に解決するため、電気推進システムの共通の給電路に接続された蓄電池が有効に働いているか否かに関わらず電気推進装置の回生動作により電路電圧が異常に上昇することを抑制して、給電路に接続された全ての機器または装置が過電圧に晒されることを防止することにより、電気推進装置が不用意に運転停止に至ることを防止して船舶の運航の安全性を向上することのできる電気推進システムの推進制御装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の課題を解決するため、この発明は、発電装置とこの発電装置により充電される蓄電池からなるハイブリッド電源と、船舶の推進機を駆動する推進電動機とこの推進電動機へ供給される電力を変換制御して前記推進電動機を可変速制御する電力変換器からなる電気推進装置とを備え、前記ハイブリッド電源から前記電気推進装置および船舶の各種の補助機器に共通の給電路を介して給電するように構成した船舶の電気推進システムにおいて、前記電気推進装置を操作指令に従って制御する推進制御装置に、前記電気推進装置から前記ハイブリッド電源へ回生する電力の電圧が、予め設定した所定の制限電圧を超えないように制御する電圧制限手段を設け、前記ハイブリッド電源の蓄電池が断路され発電装置の発生電力で運航している状態においても、前記電気推進装置の電圧制限動作を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
前記電圧制御手段は、前記電気推進装置で回生動作が行われたときに前記電力変換器のハイブリッド電源側の入力端の電圧を制限する動作を行うようにするのがよい。
【００１６】
回生動作の検出は、電気推進装置への設定指令速度と実際の速度とを比較することにより、あるいは、前記電気推進装置の電力変換器の受電端に流れる電流の極性を判別することにより行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明においては、船舶の推進機を駆動する推進電動機およびこの推進電動機を可変速制御する電力変換器からなる電気推進装置へハイブリッド電源から給電するようにした船舶の電気推進システムにおいて、前記電力変換器からハイブリッド電源側へ回生される電力の電圧が予め設定された所定の制限電圧を超えないように制御する電圧制御手段を推進制御装置に設けているので、ハイブリッド電源の蓄電池の充電状態に関わらず、回生動作が行われてもハイブリッド電源の給電路の電圧が、常に制限電圧を超えない電圧に保たれるので、この給電路に接続された機器または装置に加わる電圧が過電圧となることがなく、したがって、各機器または装置が、過電圧保護装置により不用意に給電を遮断されて運転を停止することも、過電圧により故障をすることもないので、船舶の運航の安全性を高めることができる。
【００１８】
また、ハイブリッド電源の蓄電池が断路されて発電装置のみで運転する場合においても、電気推進装置からハイブリッド電源への回生電力の電圧を所定の制限電圧以下に制限することができるので、電気推進システムを構成するすべての機器および装置が、電気推進装置が回生動作を行っても過電圧に晒されないようになる。
【００１９】
なお、電圧制限動作中は回生電流が制限されるので制動力が低下し、運行性能の低下をもたらすが、これよりも、過電圧により電気推進システムを構成する機器または装置が故障を発生することを防止して電気推進船舶の運航の安全性を向上することの方が優先されるべきことである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態を示す電気推進システムの構成図である。
【図２】この発明の第１の実施例を示す電気推進システムの構成図である。
【図３】この発明の第２の実施例を示す電気推進システムの構成図である。
【図４】この発明の第３の実施例を示す電気推進システムの構成図である。
【図５】蓄電池の一般的な充電特性を示す線図である。
【図６】この発明における蓄電池の充電動作の説明図である。
【図７】この発明の動作説明に使用する給電系統図である。
【図８】この発明の動作説明に使用する電気推進システムの推進特性図である。
【図９】この発明の第１の運転動作の説明図である。
【図１０】この発明の第２の運転動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、この発明の実施の形態を示す電気推進システムの構成図である。
【００２２】
図１において、１０は、鉛蓄電池やリチウムイオン蓄電池のような蓄電池Ｂと、この蓄電池を充電する発電装置ＤＧとで構成したハイブリッド電源である。発電装置ＤＧは、交流発電機Ｇと、この発電機Ｇを駆動するディーゼル機関ＤＥ等の原動機と、発電機Ｇの出力の交流電力を直流電力に変換して出力する整流装置ＲＣとを備える。２０は、船舶のプロペラ等からなる推進機ＰＲを駆動する交流の推進電動機Ｍと、ハイブリッド電源１０からこの推進電動機Ｍへ供給される直流電力を交流電力に変換制御し、推進電動機Ｍを可変速制御するインバータとして構成された電力変換器ＩＮＶとで構成した電気推進装置である。３０は、ハイブリッド電源１０の給電路ＭＬを介して給電されるに船舶内の各種の補助機器である。４０は、発電装置ＤＧの出力を制御する発電制御装置、５０は、電気推進装置２０の出力を制御する推進制御装置である。蓄電池Ｂ，発電装置ＤＧ，電気推進装置２０および補助機器３０は、ハイブリッド電源１０の給電路ＭＬに共通にそれぞれ遮断器Ｓ１〜Ｓ４を介して接続され、電気推進システムを構成する。
【００２３】
発電制御装置４０には、運転指令スイッチＣＳＧから運転停止指令信号ＯＧが、電流設定器ＶＲ３から電流設定信号ＩＲが、そして電圧設定器ＶＲ４から電圧設定信号ＶＲが加えられ、さらに、電流検出器ＳＨＧおよび電圧検出器ＶＤＧにより検出された発電装置ＤＧの出力電流ＩＧおよび出力電圧ＶＧに基づいて、発電機界磁ＦＧに供給する界磁電流ＩＦを制御して発電機Ｇの整流装置ＲＣを介して出力される出力電圧ＶＧを電圧設定器ＶＲ４で設定された電圧に保つ制御を行う。この発電制御装置４０は、この他に、電流検出器ＳＨＢおよび電圧検出器ＶＤＢにより検出した蓄電池Ｂの出力電流ＩＢおよび端子電圧ＶＤＢ、ならびに電流検出器ＳＨＡＸおよび電圧検出器ＶＤＡＸにより検出した補助機器３０の入力電流ＩＡＸおよび入力電圧ＶＡＸが入力されており、蓄電池Ｂの電流制御も行う。
【００２４】
推進制御装置５０には、電気推進装置２０に対する操作指令器ＣＳＭから停止、前進、後進を示す運航指令信号ＯＭが、速度設定器ＶＲ１から速度設定信号ＮＳが、そして制限電圧設定器ＶＲ２から制限電圧設定信号ＶＬが加えられる。また、電力変換器ＩＮＶのハイブリッド電源１０の給電路ＭＬに接続された入力端Ｐ、Ｎに接続された電圧検出器ＶＤＭおよび電流検出器ＳＨＭにより電力変換器ＩＮＶの入力端ＰＮに加わる電圧Ｖ３および推進装置に流れる電流ＩＭが検出され、推進制御装置５０に加えられる。そして速度検出器ＴＤにより検出された推進電動機Ｍの回転速度ｎが推進制御装置５０に帰還される。
【００２５】
船舶の運航指令は、推進制御装置５０に設けられた操作指令器ＣＳＭを停止および前進、後進の指令位置に切替えることにより発令され、前進および後進の速度は、速度設定器ＶＲ１から指令される。推進制御装置５０は、基本的には、これらの入力信号に基づいて、速度検出器ＴＤにより検出された推進電動機Ｍの実際の回転速度（船体速度）ｎが、速度設定器ＶＲ１で設定された速度設定値ＮＳと一致するように制御信号を形成してこれを電力変換器ＩＮＶに与える。これに応じて、電力変換器ＩＮＶが、ハイブリッド電源１０から推進電動機Ｍに供給される電力の変換および供給の制御を行うことにより、推進機ＰＲを駆動する推進電動機Ｍの回転速度ｎを設定速度ＮＳに制御し、船舶を指令された速度で運航することができる。
【００２６】
蓄電池Ｂの充電量が少ない状態では、発電装置ＤＧを運転し、この発電装置ＤＧで発電される電力で、蓄電池Ｂを充電するとともに、発電装置ＤＧから電気推進装置２０および船内の補助機器３０に給電し、船舶の運航を行う。
【００２７】
船舶の運航中に、減速、停止または前・後進切替え等の減速を伴う操作が行われると、電気推進装置２０の推進電動機Ｍに作用する船舶等の慣性力により回生電力が発生し、この回生電力が電力変換器ＩＮＶからハイブリッド電源１０の給電路ＭＬに回生され、主として蓄電池Ｂに充電して回収することにより、船体に制動力を加えられ、減速が速められる。
【００２８】
このような電気推進システムにおいては、発電装置ＤＧで蓄電池Ｂを充電しながら電気推進装置２０および補助機器３０に給電して運航するモード（ハイブリッド運航モード）、蓄電池Ｂだけから電気推進装置２０および補助機器３０に給電して運航するモード（蓄電池運航モード）、および何らかの理由で蓄電池Ｂが給電路ＭＬから断路された状態で発電装置ＤＧのみから電気推進装置２０および補助機器３０に給電して運航するモード（発電装置運航モード）がある。
【００２９】
このような電気推進システムの各運航モードにおいて、推進制御装置５０は、この発明にしたがって、減速、停止、または前進・後進切り替え指令に基づいて電気推進装置２０に回生動作が発生したとき、これを検知して、制限電圧設定器ＶＲ２に設定された制限電圧設定値ＶＬに基づき、電圧制限手段が動作し、電力変換器ＩＮＶのハイブリッド電源側の入力端ＰＮの電圧Ｖ３が設定された制限電圧ＶＬを越えないように電力変換器ＩＮＶの電圧制限動作を行う。
【００３０】
次に、この発明で使用する推進制御装置における電圧制限手段の具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００３１】
図２にこの発明の第１の実施例を示す。
【００３２】
電気推進システムの基本的構成は、図１に示すシステムと同じであるので、異なる点について説明する。
【００３３】
推進制御装置５０は、速度指令部５１と速度制御部５２を有する。速度指令部５１は、速度設定器ＶＲ１に設定された速度設定値ＮＳを予め定めた運転パターンに基づく時間変化率で変化する速度指令信号ＮＳＳに変換して、速度指令信号ＮＳＳと推進電動機Ｍの速度検出器ＴＤから帰還される実際速度信号ｎとの偏差を演算する加算器ａを介して速度制御部５２に加える。
【００３４】
この実施例においては、さらに、電気推進装置２０が回生動作を開始したことを検出するために速度判別器５３が設けられている。速度判別器５３は、速度設定器ＶＲ１に設定された速度設定値ＮＳと速度検出器ＴＤから帰還される推進電動機Ｍの速度実際値ｎとを比較してＮＳ＜ｎとなったことを検出する。電気推進装置１０では速度実際値ｎが速度設定値ＮＳより大きくなると減速制御が行われ、回生動作が開始されるので、ＮＳ＜ｎを検出することにより、電気推進装置１０の回生動作開始を検知することができる。このため、速度判別器５３は、ＮＳ＜ｎとなったときに、出力接点５３ａをオンにして、制限電圧設定器ＶＲ２に設定された制限電圧設定値ＶＬを速度制御部５２に与えるように動作する。
【００３５】
このように、速度判別器５３が、実際速度ｎが設定速度ＮＳより大きくなったことにより回生動作の開始を検知して、速度制御部５２に制限電圧設定値ＶＬが与えられると、速度制御部５２は、電圧制限動作を開始する。すなわち、電圧検出器ＶＤＭにより検出した電力変換器ＩＮＶの入力端ＰＮの電圧ＶＭと、制限電圧設定値ＶＬとを比較して、入力端電圧ＶＭが制限電圧設定値ＶＬを越えないように、電力変換器ＩＮＶの回生動作を制御する。これにより、ハイブリッド電源１０の蓄電池Ｂの充電状態に関係なく、電気推進装置２０の電力変換器ＩＮＶからハイブリッド電源１０へ回生される電力が制御され、電力変換器ＩＮＶの入力端ＰＮの電圧Ｖ３、したがってハイブリッド電源１０の給電路ＭＬの電圧が設定された制限電圧ＶＬを越えることなくこの電圧以下に制限されるようになる。
【００３６】
このため、船舶の減速運転により電気推進装置２０がハイブリッド電源１０へ電力回生を行う際に、蓄電池Ｂの充電状態に関係なく、常に給電路ＭＬの電圧Ｖ３を設定された制限電圧以下に保つことができるので、制限電圧ＶＬを電気システムの規定電圧１００％Ｖに設定しておくことにより、給電路ＭＬに接続された蓄電池Ｂ、発電装置ＤＧ，電気推進装置２０および補助機器３０等の全ての機器を１００％Ｖ以上の過電圧に晒すことがなくなり、船舶の運航の安全を確保することができる。
【実施例２】
【００３７】
図３は、この発明に使用する推進制御装置５０の電圧制限手段の第２の実施例を示すものである。
【００３８】
この実施例２においては、電圧制限手段の回生動作検知手段として、実施例１における速度判別器５３の代わりに、電流検出器ＳＨＭにより検出される電気推進装置２０の入力電流ＩＭの極性を判別する電流判別器５４が設けられる。電気推進装置２０に流れる電流ＩＭは、ハイブリッド電源１０から推進電動機Ｍを駆動する、いわゆる力行時にはハイブリッド電源１０側から電気推進装置２０側へ正極性の電流が流れ、回生動作時には電気推進装置２０側からハイブリッド電源１０側へ反対方向に負極性の電流が流れる。
【００３９】
そこで、電流判別器５４により電気推進装置２０に流れる電流ＩＭの方向、すなわち極性を監視し、電流ＩＭが、ＩＭ＜０となることを検知することにより電気推進装置２０の回生動作開始を検知することができる。電流判別器５４は、推進装置電流ＩＭがＩＭ＜０になったことを検知すると、出力接点５４ａをオフからオンにして、制限電圧設定器ＶＲ２に設定された制限電圧設定値ＶＬを速度制御部５２に入力する。これにより、速度制御部５２は、減速指令などにより電気推進装置２０で回生動作が開始されると、電力変換器ＩＮＶの入力端ＰＮの電圧Ｖ３が制限電圧ＶＬを超えないように電圧制限動作をする。
【００４０】
これにより、電気推進装置２０で回生動作が行われても、電力変換器ＩＮＶのハイブリッド電源１０側の入力端電圧Ｖ３、したがって給電路ＭＬの電圧が制限電圧ＶＬ以下に保たれるため、この給電路ＭＬに接続された蓄電池Ｂ、発電装置ＤＧおよび補助機器３０等の全ての機器は、規定電圧（１００％Ｖ）以上の過電圧にさらされることが防止される。
【実施例３】
【００４１】
図４に、この発明に使用する推進制御装置５０の電圧制限手段の第３の実施例を示す。
【００４２】
この実施例３の装置は、推進制御装置５０において、電気推進装置２０の回生動作を検知することなく電圧制限動作を行うようにするものである。
【００４３】
このため、この実施例３では、制限電圧設定器ＶＲ２に設定された制限電圧設定値ＶＬが直接速度制御部５２に入力される。そして、制限電圧設定器ＶＲ２に設定される制限電圧設定値ＶＬは、ハイブリッド電源１０の規定電圧（１００％Ｖ）より若干高い電圧１００＋α％Ｖに設定する。ここで、αは例えば規定電圧の５％程度の電圧（５％Ｖ）に選定する。ハイブリッド電源１０の給電路ＭＬの電圧が１００＋α％Ｖまで上昇してもこれに接続された機器に支障が生じないようにする。
【００４４】
このような実施例３においては、ハイブリッド電源１０から電気推進装置２０へ駆動電流を供給して力行運転を行う場合は、電気推進装置２０の電力変換器ＩＮＶの入力端ＰＮの電圧Ｖ３は、ハイブリッド電源１０の蓄電池Ｂまたは発電装置ＤＧの規定の出力電圧に規制されるので、１００％Ｖ以上の電圧になることはない。しかし、船舶の減速運転にともなって電気推進装置２０が回生動作を始めると、電気推進装置２０側から、ハイブリッド電源１０側へ、回生電流が流れ、蓄電池Ｂに充電されるため、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３は１００％Ｖ以上の電圧に上昇する。
このように、電気推進装置２０の回生動作にともなって、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３が１００％Ｖ以上の電圧に上昇して設定された制限電圧ＶＬを超えると、推進制御装置５０の速度制御部５２が電力変換器ＩＮＶを制御して入力端電圧Ｖ３がＶＬを越えないように電圧制限動作を行うので、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３は、１００＋α％Ｖ（１０５％Ｖ）以下に保たれる。このため、給電路ＭＬに接続された機器が過電圧により支障をきたすことはない。
【００４５】
このようなこの発明の電気推進システムおける運航モードには、蓄電池Ｂのみからの給電により運航を行う蓄電池運航モード、発電装置ＤＧで蓄電池Ｂを充電しながら運航を行うハイブリッド運航モードと、さらに、何らかの理由で蓄電池を断路状態にして発電装置ＤＧのみから給電して運航を行う発電装置運航モードがある。
【００４６】
蓄電池Ｂのみで運航する蓄電池運航モードでは、発電装置ＤＧの出力端電圧Ｖ２など電路ＭＬの電圧は、蓄電池Ｂが満充電状態では蓄電池電圧ＶＢが高いので高くなり、蓄電池Ｂの残存充電量が少ない状態では低くなる。
【００４７】
また、発電機装置ＤＧで蓄電池Ｂを充電しながらのハイブリッド運航モードにおいては、充電初期の蓄電池Ｂの残存充電量の少ない状態では発電装置ＤＧの出力端電圧Ｖ２など給電路電圧が低く、満充電に近い状態では発電装置ＤＧの出力端電圧Ｖ２など給電路電圧が高くなる。
【００４８】
このように、電気推進装置２０は様々給電路電圧の下で運転され、かつ、減速、または、停止操作のときには、電力変換器ＩＮＶの回生動作によって推進電動機Ｍの回生電力が蓄電池Ｂに充電電流として回生されることにより、蓄電池電圧ＶＢが大きく変化する。
【００４９】
推進電動機Ｍの回生電力は、船体慣性エネルギと推進電動機慣性エネルギの合成で示され、かつ、回生電力は推進電動機Ｍおよび船体に制動力として作用するから、制動時間したがって回生時間は、船体質量が大きいほど、そして回転速度が高いほど長くなり、さらに、海流や風などの気象条件にも左右される。
【００５０】
一方、回生電流は充電電流として蓄電池Ｂに流れ込むが、回生電流が一定であっても蓄電池電圧ＶＢは蓄電池Ｂの充電状態によって大きく変化する。
【００５１】
蓄電池Ｂの充電状態と充電電流と電圧の関係を示す特性図の一例を図５に、また、回生動作時の蓄電池の充電特性の一例を図６示す。
【００５２】
蓄電池Ｂの充電は、通常の場合、図５に特性線Ａに示すような３段定電流充電法が用いられる。図５は、縦軸に蓄電池電圧ＶＢ（％Ｖ）をとり、横軸に充電電流ＩＢ（Ｃ）をとって充電電流−電圧特性を示すものである。Ｑ１〜Ｑ１２は、蓄電池の充電量（％Ｑ）を示すパラメータ線である。蓄電池電圧ＶＢは定格電圧Ｖに対する比（％）で示し、充電電流ＩＢはＣ＝充電電流（Ａ）／蓄電池充電容量（Ａｈ）として表されるＣレートで示している。Ｃレートは、充電容量が１０Ａｈの電池を、１０Ａの電流で充電すると１Ｃ、５Ａの電流で充電すると０．５Ｃと表わされる。そして、充電量Ｑも定格の充電量Ｑに対する比（％）で示している。このような表示は以下においても同じである。
【００５３】
図５に示すように、１段目の充電は、０．３Ｃの充電電流で充電を行う。これにより蓄電池の充電量ＱがＱ１〜Ｑ５のように上昇し、蓄電池電圧ＶＢがＣ１〜Ｃ５点の電圧に上昇する。
【００５４】
充電電圧ＶＢが８０％Ｖ以上のＶＳ２となるＣ５点に達したら、充電電流を０．１５Ｃに下げて２段目の充電を行う。これにより、蓄電池の充電量ＱがＱ６〜Ｑ７へ増加し、蓄電池電圧ＶＢはＣ６〜Ｃ７点の電圧へ上昇する。
【００５５】
蓄電池電圧ＶＢがほぼ９０％ＶとなるＣ７点の電圧ＶＳ３に到達したところで、充電電流を０．０５Ｃに低減して、３段目の充電に移行する。３段目の充電により、蓄電池充電量ＱがＱ８〜Ｑ１０(１００％Ｑ（満充電）)に至り、蓄電池電圧ＶＢはＣ８〜Ｃ１０（１００％Ｖ）点の電圧に上昇したところで充電を完了する。
【００５６】
蓄電池の各充電状態において、例えば、１段目の蓄電池充電量Ｑ２（２０％Ｑ）〜Ｑ５（５０％Ｑ）の状態において過大な充電電流１Ｃを流した場合には、蓄電池電圧ＶＢはＢ１〜Ｂ７点の範囲で上昇するが１００％Ｖは超えない。
【００５７】
蓄電池充電量Ｑ７（７０％Ｑ）の状態での２段目の充電で、充電電流１Ｃを流した場合には、蓄電池電圧ＶＢは１００％Ｖになる。
【００５８】
さらに、蓄電池充電量がＱ７以上の状態で充電電流１Ｃを流したとすれば、蓄電池電圧ＶＢは１００％Ｖを超えてＯＢ８、ＯＢ９、ＯＢ１０点の電圧になるから、蓄電池電圧ＶＢは規定の１００％Ｖを超えることになる。
【００５９】
図６は、図５を基にして作成した発電装置ＤＧによる通常充電動作と、電気推進装置２０の回生動作による充電動作を示している。
【００６０】
図６に示すように、蓄電池Ｂが３段定電流充電法によって充電されると、蓄電池電圧ＶＢは充電特性線ＣにしたがってＣ２点の電圧からＣ５〜Ｃ７〜Ｃ１０点の電圧に上昇する。
【００６１】
このとき、３段定電流充電による充電電流より大きな充電電流１Ｃを流したとすれば、蓄電池電圧ＶＢは特性線ＢＢ上のＢ２Ｂ〜Ｂ５Ｂ〜Ｂ７Ｂ〜Ｂ１０Ｂ点の電圧になり、Ｂ７Ｂ点以上では規定電圧の１００％Ｖを超える。
【００６２】
回生動作における回生電流を規定の蓄電池電流１Ｃと同じ電流値と仮定すれば、電力変換器ＩＮＶのハイブリッド電源側の入力端電圧Ｖ３（図１参照）は特性線Ｂ上のＯＢ１０点の電圧まで上昇し、蓄電池電圧ＶＢは電路抵抗×回生電流によって生じる電圧降下分だけ低い特性線ＢＢで示す電圧になる。
【００６３】
しかし、この発明では、前記したように、回生動作時の電力変換器の入力端電圧Ｖ３の上限値を、特性線Ｅで示すように通常充電動作時の最大電圧のＣ１０点の電圧である１００％Ｖに電圧制限しているので、蓄電池電圧ＶＢは、特性線Ｅより電路抵抗で生じる電圧降下分だけ低い特性線Ｄ上の電圧になるから、１００％Ｖを越えることはないのである。
【００６４】
なお、図６において、特性線Ｆは、電圧制限動作中の回生電流、したがって蓄電池Ｂの充電電流の変化を示すものである。
【００６５】
次に、前記の電気推進システムの各運航モードにおける回生動作による蓄電池の充電動作の詳細を説明する。
（１）蓄電池運航モード
蓄電池運航モードは、蓄電池のみで運航するモードである。
【００６６】
この運航モードでは、ハイブリッド電源１０の発電装置ＤＧの運転が停止される。このときは、図１における遮断器Ｓ２を遮断（オフ）して、発電装置ＤＧを給電路ＭＬから切り離し、遮断器Ｓ１、Ｓ３およびＳ４を投入（オン）して、蓄電池Ｂ、電気推進装置２０および補助機器３０を給電路ＭＬに接続し、蓄電池Ｂから電気推進装置２０および船内の補助機器３０に給電して、船舶の運航が行われる。
【００６７】
この状態における電気推進装置２０の通常の力行運転では、図７の給電回路に示すように、蓄電池Ｂから電池放電電流ＩＢＤが補助機器３０および電気推進装置２０に供給される。補助機器３０に供給電流ＩＡＸが流れるので、電気推進装置２０には、蓄電池Ｂから出力される電池放電電流ＩＢＤから補助機器３０への供給電流ＩＡＸを差し引いた駆動電流ＩＭＢ＝ＩＢＤ−ＩＡＸが供給される。補助機器３０への供給電流ＩＡＸは電気推進装置２０の駆動電流ＩＭＢの１０％程度となる。
【００６８】
ここでは発電装置ＤＧの出力電流ＩＧが０Ａであるから、船舶の減速動作に伴って電気推進装置２０に発生する回生電流ＩＭＢＢは、図７に示すように電路の抵抗Ｒ３−Ｒ２−Ｒ１を介して蓄電池Ｂへ充電電流ＩＢＣＢ＝ＩＭＢＢ−ＩＡＸとして流れるとともに補助機器３０にも供給電流ＩＡＸとして分流する。このときの電気推進システムの蓄電池Ｂの端子電圧ＶＢおよび補機機器３０への分岐点電圧Ｖ１、発電装置ＤＧの出力端電圧Ｖ２ならびに電気推進装置２０のハイブリッド電源側の入力端電圧Ｖ３は、次のような関係となる。
【００６９】
Ｖ２＝Ｖ３−（ＩＭＢＢ×Ｒ３）                                      ・・・（１）
Ｖ１＝Ｖ２−（ＩＭＢＢ×Ｒ２）                                      ・・・（２）
ＶＢ＝Ｖ１−（ＩＭＢＢ−ＩＡＸ）×Ｒ１                              ・・・（３）
したがって、電気推進システムの給電路の各部の電圧は、Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１＞ＶＢの関係になる。
【００７０】
上記（１）〜（３）式より、回生電流ＩＭＢＢは（４）式のように表わすことができる。
【００７１】
ＩＭＢＢ＝（Ｖ３−ＶＢ＋ＩＡＸ×Ｒ１）÷（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）        …（４）
そして、（４）式より、蓄電池Ｂへの充電電流ＩＢＣＢ（＝ＩＭＢＢ−ＩＡＸ）は（５）式のように表わすことができる。
【００７２】
ＩＢＣＢ＝（Ｖ３−ＶＢ−ＩＡＸ×（Ｒ２＋Ｒ３））÷（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）
…（５）
ここで、例えば力行電流１００％Ａと同程度の大きな回生電流ＩＭＢＢが流れ、この回生電流ＩＭＢＢに対し補助機器３０への供給電流ＩＡＸが十分に小さく、（５）式において「ＩＡＸ×（Ｒ２＋Ｒ３）」の項が「Ｖ３−ＶＢ」の項に対して十分に小さいと見なすことができる場合、また、回生電流ＩＭＢＢによる蓄電池Ｂの充電電流ＩＢＣＢは、（６）式のように表わすことができる。
【００７３】
ＩＢＣＢ＝（Ｖ３−ＶＢ）÷（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）                    ・・・（６）
また、蓄電池Ｂの端子電圧ＶＢは（７）式のように表わすことができる。
【００７４】
ＶＢ＝ｅＢ＋（ＩＢＣＢ×ＲＢ）                                    ・・・（７）
ただし、（７）式においてｅＢは蓄電池Ｂの内部起電圧、ＲＢは蓄電池Ｂの内部抵抗である。
【００７５】
（６）、（７）式から明らかなように、充電電流ＩＢＣＢは、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３と蓄電池内部起電圧ｅＢとの差電圧によって決まり、蓄電池Ｂには、
ＩＢＣＢ＝ＩＭＢＢ−ＩＡＸ                                        ・・・（８）
の充電電流が流れるから、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３をこの発明にしたがって制限電圧ＶＬ以下に制限することによって回生電流ＩＭＢＢが制限され、充電電流ＩＢＣＢも制限されることになる。
【００７６】
また、電路の他の部分の電圧Ｖ２、Ｖ１，ＶＢはＶ３より低いから、Ｖ３を所定の制限電圧以下の電圧に制限すれば電路電圧が過電圧になることはない。
（２）ハイブリッド運航モード
この運航モードでは、遮断器Ｓ１〜Ｓ４を投入（オン）し、蓄電池Ｂ、発電装置ＤＧ、電気推進装置２０および補助機器３０が給電路ＭＬに接続される。発電装置ＤＧを立ち上げ、その発電電力により蓄電池Ｂを充電しながら、電気推進装置２０および船内補助機器３０へも給電して船舶を運航する。蓄電池Ｂの充電は、前記した定電流充電法または定電圧充電法の２つの方法によって行われる。このような充電しながらの運航のときに電気推進装置２０で回生動作が起きた場合は、次に示すように、前記の蓄電池運航モードとは異なる動作となる。
（２−１）定電流充電航走中に回生動作が発生した場合
発電装置ＤＧの出力電流ＩＧは、図７に点線で示すように各部へ流れる。
【００７７】
通常、発電装置ＤＧは電気推進装置２０の電力変換器ＩＮＶへ推進機駆動電流ＩＭＧを供給し、また、補助機器３０および蓄電池Ｂへ電流ＩＢＧを供給する。蓄電池Ｂには、この電流ＩＢＧから補助機器３０への電流ＩＡＸを差し引いた電流（ＩＢＧ−ＩＡＸ）が充電電流ＩＢＣとして流れる。
【００７８】
定電流充電は充電電流ＩＢＣを一定電流として蓄電池を充電する方法であるから、発電装置ＤＧを制御する発電制御装置４０の電流設定器ＶＲ３（図１参照）に設定した所定の充電電流設定値ＩＲと、蓄電池電流検出器ＳＨＢで検出した蓄電池電流実際値ＩＢＣとを比較して蓄電池電流ＩＢＣが設定電流ＩＲになるように、発電制御装置４０で発電装置ＤＧの発電機Ｇを制御する。
【００７９】
定電流充電を行いながら航走しているときに回生動作が発生すると、蓄電池Ｂおよび補助機器３０の側には発電装置ＤＧからの電流ＩＢＧと電力変換器ＩＮＶからの回生電流ＩＭＢＢが加算して供給されるので、蓄電池ＢにはＩＢＣＢ＝ＩＭＢＢ＋ＩＢＧ−ＩＡＸの充電電流が流れる（図７参照）。
【００８０】
充電電流ＩＢＣＢは電流検出器ＳＨＢで検出されるから、発電制御装置４０の定電流充電制御手段は実際の充電電流ＩＢＣが設定した電流設定値ＩＲより大きくなったと判断し、発電機出力電流を減少させる方向に動作する。
【００８１】
例えば、回生動作により回生動作前の充電電流ＩＢＣよりも小さい充電電流分ＩＭＢＢ−ＩＡＸが蓄電池Ｂに流れ込むとすれば、発電制御装置４０は発電装置ＤＧから蓄電池Ｂへの供給電流をＩＢＣ−（ＩＭＢＢ−ＩＡＸ）に抑制し、蓄電池Ｂには回生動作による充電電流分と合わせて回生動作前の充電電流ＩＢＣと同じ大きさの充電電流が供給されるようにする。
【００８２】
また、回生動作により回生動作前の充電電流ＩＢＣと同じ大きさの充電電流分ＩＭＢＢ−ＩＡＸが蓄電池Ｂに流れ込むとすれば、発電制御装置４０は発電装置ＤＧから蓄電池Ｂへの供給電流を０Ａに抑制することになり、この結果、蓄電池Ｂには電気推進装置２０からの回生動作による充電電流分ＩＭＢＢ−ＩＡＸのみが供給されることになる。
【００８３】
また、さらに回生動作により回生動作前の充電電流ＩＢＣよりも大きい充電電流分ＩＭＢＢ−ＩＡＸが蓄電池Ｂに流れ込むとすれば、発電制御装置４０の定電流充電制御手段の制御動作は発電機電圧ＶＧを下げる方向に飽和して発電機電圧ＶＧが０Ｖにクランプされる結果、整流装置ＲＣがブロック状態になり、発電機出力電流ＩＧは０Ａにホールドされた状態となる。なお、回生動作が無くなれば、上記のような整流装置ＲＣがブロックした動作状態は元の動作状態に戻る。
【００８４】
このように、定電流充電航走中に回生動作が発生したときは、そのときの回生電流の大きさにもよるが、回生電流が例えば力行電流１００％Ａと同程度の大きい電流であって、回生動作により回生動作前の充電電流ＩＢＣよりも大きい充電電流分ＩＭＢＢ−ＩＡＸが蓄電池Ｂに流れ込むようなときには、上記のように整流装置ＲＣがブロック状態になり、発電装置ＤＧからの充電電流は０Ａになって、蓄電池Ｂには電気推進装置２０からの回生電流による充電電流のみが流れるから、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３を所定電圧以上にならないように制限すれば発電装置ＤＧの出力端電圧Ｖ２など電路電圧が過電圧になることはなく、また、蓄電池Ｂに過大な充電電流が供給されることもない。
（２−２）定電圧充電航走中に回生動作が発生した場合
定電圧充電は充電電圧ＶＢを一定にして蓄電池を充電する方法であるから、図１における発電制御装置４０の電圧設定器ＶＲ４に所定の充電電圧設定値ＶＲを設定することにより、蓄電池電圧検出器ＶＤＢで検出された蓄電池電圧実際値ＶＢが、この電圧設定値ＶＲになるように発電制御装置４０が発電機Ｇを制御し、蓄電池電圧ＶＢが一定に保たれるようにする。これによって蓄電池Ｂは、発電装置ＤＧによって一定電圧で充電される。
【００８５】
定電圧充電を行いながら航走しているときに、回生動作が発生すると、蓄電池Ｂには発電装置ＤＧからの供給電流ＩＢＧと電力変換器ＩＮＶからの回生電流ＩＭＢＢが加算して供給されるので、蓄電池ＢにはＩＢＣＢ＝ＩＭＢＢ＋ＩＢＧ−ＩＡＸの充電電流が流れる（図７参照）。
【００８６】
通常の定電圧充電動作は、発電装置電圧Ｖ２とＶＢの電圧差によって充電電流ＩＢＣを供給するが、蓄電池電圧ＶＢは回生動作による回生電流ＩＭＢＢが加算されることにより上昇するので、蓄電池検出電圧ＶＢが蓄電池充電電圧設定値ＶＲより高くなるため、発電制御装置４０は発電機Ｇの電圧を下げるよう制御する。
【００８７】
そして、このときの回生電流が大きい電流であるときは、発電制御装置４０の定電圧充電制御手段の制御動作は発電機電圧ＶＧを下げる方向に飽和して発電機電圧ＶＧが０Ｖにクランプされる結果、整流装置ＲＣがブロック状態になり、発電機出力電流ＩＧは０Ａにホールドされた状態となる。なお、回生動作が無くなれば、上記のような整流装置ＲＣがブロックした動作状態は元の動作状態に戻る。
【００８８】
このように、定電圧充電航走中に回生動作が起きたときは、そのときの回生電流の大きさにもよるが、回生電流が例えば力行電流１００％Ａと同程度の大きい電流であるときは、上記のように整流装置ＲＣがブロック状態になり、発電装置ＤＧからの充電電流が０Ａになって、蓄電池Ｂには電気推進装置２０からの回生電流による充電電流のみが流れるから、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３を所定電圧以下になるように制限すれば電路電圧が過電圧になることはなく、また、蓄電池に過大な充電電流が供給されることもなくなるのである。
【００８９】
以上説明したように、電気推進システムにおいて、発電装置ＤＧによる定電流充電航走中、または定電圧充電航走中に電気推進装置２０に回生動作が発生した場合であって、その回生電流が例えば力行電流１００％Ａと同程度の大きい電流であった場合でも、蓄電池には通常動作の充電電流と回生動作による充電電流とが加算されて流れ込むことはなく、発電装置ＤＧから蓄電池への充電電流の供給は停止され、回生電流のみが蓄電池Ｂに供給されるので、この発明にしたがって電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３を規定電圧以下に制限すれば、電路電圧が規定電圧以下に保たれるので、過電圧になることはなく、過大な充電電流が流れることもない。
（２−３）蓄電池が断路されていて発電装置のみで運航するモード
この運航モードは、図１に示す蓄電池回路に設けた断路器ＤＳを切断した状態で、発電装置ＤＧから電気推進装置２０、および船内の各種補助機器３０へ電力を供給して運航するモードである。
【００９０】
この運航モードで回生動作が発生した場合、発電装置ＤＧは整流器ＲＣのブロック作用によって回生電力の吸収ができないので、回生電力は補助機器３０によって吸収されることになる。しかしながら、船内の補助機器３０の容量は、全部の機器の容量を加算しても電気推進装置２０の容量の１／１０程度であるから電気推進装置２０の回生電力を十分に吸収することができない。
【００９１】
このように、電気推進装置２０からの回生電力を補助機器３０で十分吸収できないと、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３を制限しなければ、この入力端電圧Ｖ３が異常に上昇し、引いては発電装置ＤＧの出力端電圧Ｖ２など給電路ＭＬの電圧が過電圧となる。
【００９２】
しかしながら、この発明においては、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３を予め設定した所定の制限電圧以上にならないように制限しているので、発電装置ＤＧの出力端電圧Ｖ２など電路電圧の異常上昇が防止され、電路電圧が過電圧になることはない。
【００９３】
ここで、この発明の電気推進システムを搭載した船舶の具体的な運航動作を図８ないし図１０を参照して説明する。
【００９４】
図８は電気推進システムによる船舶の推進特性の例を示すものである。また、図９は、船舶を停止状態から前進―停止指令をおこなった場合の電気推進システムにおける各部の電圧、電流および信号の時間的変化を示すタイムチャートである。図１０は船舶の前進から後進への切り替え操作を行ったときの電気推進システムにおける各部の電圧、電流および信号の時間的変化を示すタイムチャートである。
【００９５】
ここでは図２に示す電気推進システムを例にして、まず、停止状態から前進−停止指令時の運航動作を説明する。
【００９６】
図９のｔ０時点で、推進制御装置５０の速度設定器ＶＲ１に速度指令値ＮＳ（ＮＳ＝１００％Ｎ）を設定し、図９（ａ）に示すように、操作指令器ＣＳＭを前進に操作すると、速度指令部５１から、図９（ｂ）に示すように、０から１００％Ｎまで所定の時間変化率で上昇する速度指令信号ＮＳＳが発生され、この速度指令信号ＮＳＳに従って、速度制御部５２が電力変換器ＩＮＶを制御することによって推進電動機Ｍの回転速度（したがって船体速度）ｎが図９（ｃ）に示すように前進方向に１００％Ｎに向かって上昇する。
【００９７】
船体が進行を始める初期状態では、推進電動機Ｍに流れる電流は、図８に特性線Ａとして示すデッドプル状態の推進特性にしたがって流れ、図９（ｅ）に示すように次第に増加する。
【００９８】
図９のｔ２時点で、図８に示す推進特性線Ａ上の点１の力行電流１００％Ａよりやや高い電流制限レベルＩＭＬに達する。なお、この電流制限レベルＩＭＬは通常例えば１０５〜１１０％程度のレベルに設定される。
【００９９】
推進電動機Ｍの回転速度および船体速度ｎが徐々に加速するにしたがってデッドプル状態が解消されて推進負荷が減少し、図８に示す推進特性線がＡから定常航走時推進特性線Ｂの方向へ移動する。ここで、図８における点２を通る特性線（細い点線）は、加速途中特性、すなわち、デッドプル状態の推進特性（特性線Ａ）から定常航走時の推進特性（特性線Ｂ）へ移行する過程の推進特性を示している。
【０１００】
これにより、推進電動機Ｍの回転速度および船体速度ｎが、推進電動機Ｍの力行電流ＩＭが制限電流ＩＭＬから解除されて減少し始める速度ＮＵとなる、図９のｔ４時点に至ると、推進電動機動Ｍの動作点が図８の点１から点２へ移り電流制限動作が解除され、駆動電流ＩＭが減少を始める。さらに船体速度ｎが加速して指令速度の１００％Ｎに達する（図９のｔ５時点）と、推進電動機Ｍの駆動電流ＩＭは１００％Ａとなり、動作点が図８における点３へ移行し、定常航走状態となる。
【０１０１】
この定常航走状態から図９におけるｔ１１時点で、操作指令器ＣＳＭを停止に操作して停止を指令すると、速度指令ＮＳＳは図９（ｂ）に示すように、所定の時間変化率で減少し、ｔ１２時点で０になるが、船体速度は、船体の慣性にしたがってこれより遅れて徐々に低下し、プロペラ推進機ＰＲに結合された推進電動機Ｍの回転速度は船体速度に追従して低下する（図９（ｃ）参照）。
【０１０２】
このときの推進電動機Ｍの回転速度実際値ｎは回転速度検出器ＴＤで検出され、図２の加算演算器ａにフィードバックされるが、速度指令ＮＳＳはすでに０になっているので回転速度実際値ｎが速度指令ＮＳＳより大きくなり、推進電動機Ｍを速やかに停止させて回転速度が０になるよう電力変換器ＩＮＶが回生動作を開始する。そして、ＮＳＳ＜ｎが速度判別器５３によって判別され、出力接点５３ａをオンにして、制限電圧設定器ＶＲ２に設定された制限電圧設定値ＶＬを速度制御部５２に与えることにより、電圧制限動作が実行されるようになる。
【０１０３】
このとき、蓄電池Ｂの充電量が図５のＱ７（７０％Ｑ）以上であると仮定すれば、図９（ｅ）に示すように推進電動機Ｍから大きな回生電流が発生され、蓄電池Ｂに充電電流として供給されるので、蓄電池電圧ＶＢは図９（ｄ）に示すように上昇する。
【０１０４】
ｔ１３時点で、図９（ｄ）に示すように電力変換器ＩＮＶのハイブリッド電源１０側の入力端ＰＮの電圧Ｖ３が制限電圧ＶＬに達し、船体速度または推進電動機速度が速度ＮＸ１に達するようになる。これ以後は、速度制御部５２（図２）が電圧制限動作を実行し、電力変換器ＩＮＶを、入力端電圧Ｖ３が制限電圧ＶＬを超えないよう制御するから、蓄電池Ｂに流れる回生電流（充電電流）ＩＢＣＢは図８の特性線Ｄおよび図９（ｅ）に示すように減少する。
【０１０５】
さらに、推進電動機Ｍの回転速度が、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３が制限電圧ＶＬから低下を始める速度ＮＸ２となる（図９のｔ１４時点および図８の６点）。その後は、電圧制限動作が解除された状態での回生制動力にしたがって船体速度および回転速度ｎおよび回生電流が減少し、ｔ１５時点で停止に至る（図９（ｃ）および（ｅ）参照）。
【０１０６】
仮に、回生動作中に電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３の電圧制限動作が行われない場合には、入力端電圧Ｖ３は図９（ｄ）のＶＸまで上昇する結果、発電装置ＤＧの出力端電圧Ｖ２など給電路ＭＬの電圧が上昇し、電気推進システムを構成する電気機器・装置の印加電圧が過電圧となり、過電圧保護機能を備えた機器・装置は運転を停止し、また、過電圧保護機能を備えない機器・装置では過電圧による障害を発生して電気推進システムに重大な支障を与えることになる。
【０１０７】
しかし、この発明によれば、回生動作による電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３を予め設定した制限電圧を超えないように制御することにより、電気推進システムを構成する電気機器・装置が過電圧に晒されるのを防止すようにしているため、安定動作を確保し、電気推進船舶の運航の安全性を高めることができる。
【０１０８】
次に、前進運航中に危険回避等のために後進運航に切り替える際の動作について図１０を参照して説明する。
【０１０９】
全速前進運航中に、図１０のｔ２１時点で、操作指令器ＣＳＭを前進から後進に切り替えて後進運航を指令すると、速度指令部５１（図２参照）は、速度指令信号ＮＳＳを予め定められた時間変化率で１００％Ｎから０へ減少し、しばらく０に保持する信号を発生し、速度制御部５２に与える（図１０（ｂ）参照）。これにしたがって速度制御部５２は、電力変換器ＩＮＶを減速制御するので、推進電動機Ｍの回転速度、したがって船体速度ｎが図１０（ｃ）に示すように低下する。
【０１１０】
この減速動作によって電力変換器ＩＮＶでは、前記した図９に示す前進−停止指令の場合と同じように回生動作が発生し、回生電流を蓄電池Ｂに充電して制動力を得るため、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３および蓄電池電圧ＶＢが上昇する。
【０１１１】
しかし、この場合にも、前記同様に、電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３が、制限電圧設定器ＶＲ２で設定された制限電圧設定値ＶＬを超えないように速度制御部５２が電圧制限動作を行うので、推進電動機Ｍの速度または船体速度ｎが電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３が制限電圧ＶＬを越える速度ＮＸ１〜ＮＸ２（図１０のｔ２３〜ｔ２４）の範囲において制限電圧ＶＬに保たれ、推進電動機Ｍの回生電流を減少させて回生制動を行う。そして、ｔ２４時点以降は、速度の低下とともに電力変換器ＩＮＶの入力端電圧Ｖ３および回生電流が減少するので、ｔ２５時点で速度ｎおよび回生電流が０にとなる（図１０（ｄ）および（ｅ））。
【０１１２】
速度ｎが０となると、後進運航が開始され、速度指令部５１は、図１０（ｂ）に示すように所定の時間変率で後進方向の設定速度、例えば−１００％Ｎに向かって増加する速度指令信号ＮＳＳを発生する。この指令にしたがって推進電動機Ｍおよび船体速度ｎは、後進方向に、設定された速度−１００％Ｎまで増速され、船体は後進する。
【０１１３】
この運航モードにおいても、回生動作による減速中に、電圧制限動作により給電路ＭＬの電圧が制限電圧以下に抑えられるため、給電路に接続された電気推進システムを構成する機器および装置を過電圧に晒すことがないので、船舶の安全な運航を行うことができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  ：ハイブリッド電源
Ｂ    ：蓄電池
ＤＧ  ：発電装置
２０  ：電気推進装置
ＩＮＶ：電力変換器
Ｍ    ：推進電動機
ＰＲ  ：推進機（プロペラ）
３０  ：補助機器
４０  ：発電制御装置
５０  ：推進制御装置
ＣＳＭ：操作指令器
ＶＲ１：速度設定器
ＶＲ２：制限電圧設定器
【図１】
0005510049.tif 000002
【図２】
0005510049.tif 000003
【図３】
0005510049.tif 000004
【図４】
0005510049.tif 000005
【図５】
0005510049.tif 000006
【図６】
0005510049.tif 000007
【図７】
0005510049.tif 000008
【図８】
0005510049.tif 000009
【図９】
0005510049.tif 000010
【図１０】
0005510049.tif 000011