(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンで駆動される同期発電機と、複数個のダイオードをブリッジ接続してなるとともに一方側の各アームのダイオードのカソードが共通に接続されたダイオード整流回路側第１直流端子と他方側の各アームのダイオードのアノードが共通に接続されたダイオード整流回路側第２直流端子とを備え，前記同期発電機の出力を直流に変換するダイオード整流回路と、複数組の自己消弧形素子とダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるとともに一方側の各アームのダイオードのカソードが共通に接続されたインバータ回路側第１直流端子と他方側の各アームのダイオードのアノードが共通に接続されたインバータ回路側第２直流端子とを備え，前記ダイオード整流回路の直流出力を所望の周波数，電圧の交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により給電され，プロペラを駆動する同期電動機と、前記同期電動機の駆動動作時には前記同期発電機の出力に所定の電圧を発生させるとともに前記同期電動機の制動動作時には前記同期発電機の出力電圧を零とするように前記同期発電機の界磁電流を設定してなる同期発電機用界磁電流設定器と、前記ダイオード整流回路から前記インバータ回路への経路に挿設され，該駆動動作時と該制動動作時とで前記ダイオード整流回路と前記インバータ回路との間の接続の極性方向を切替え，該駆動動作時にはダイオード整流回路側第１直流端子とインバータ回路側第１直流端子とを接続するとともにダイオード整流回路側第２直流端子とインバータ回路側第２直流端子とを接続し，該制動動作時にはダイオード整流回路側第１直流端子とインバータ回路側第２直流端子とを接続するとともにダイオード整流回路側第２直流端子とインバータ回路側第１直流端子とを接続する切替スイッチとを備えたことを特徴とする電気推進装置。
【請求項２】
エンジンで駆動される同期発電機と、同期発電機の出力を直流に変換する複数個のダイオードをブリッジ接続してなるダイオード整流回路と、該直流を所望の周波数，電圧の交流に変換する複数組の自己消弧形素子とダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ回路と、インバータ回路により給電され、プロペラを駆動する同期電動機と、同期発電機からダイオード整流回路への経路に設置された回路遮断器と、ダイオード整流回路からインバータ回路への経路に挿設され、両回路間の接続を切替える切替スイッチとを備えたことを特徴とする電気推進装置。
【請求項３】
エンジンで駆動される同期発電機と、同期発電機の出力を直流に変換する複数個のダイオードをブリッジ接続してなるダイオード整流回路と、該直流を所望の周波数，電圧の交流に変換する複数組の自己消弧形素子とダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ回路と、インバータ回路により給電され、プロペラを駆動する同期電動機と、ダイオード整流回路からインバータ回路への経路に挿設され、両回路間の接続を切替える切替スイッチとを備えた電気推進装置の制御方法において、
前記同期電動機が駆動動作時には前記同期発電機の出力に所定の電圧を発生させ、該電動機の制動動作時には該発電機の出力電圧を零とし、且つ、該駆動動作時の前記切替スイッチの接続と、該制動動作時の該切替スイッチの接続とをそれぞれ所望の極性方向に切替えることを特徴とする電気推進装置の制御方法。
【請求項４】
エンジンで駆動される同期発電機と、同期発電機の出力を直流に変換する複数個のダイオードをブリッジ接続してなるダイオード整流回路と、該直流を所望の周波数，電圧の交流に変換する複数組の自己消弧形素子とダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ回路と、インバータ回路により給電され、プロペラを駆動する同期電動機と、同期発電機からダイオード整流回路への経路に設置された回路遮断器と、ダイオード整流回路からインバータ回路への経路に挿設され、両回路間の接続を切替える切替スイッチとを備えた電気推進装置の制御方法において、
前記同期電動機が駆動動作時には前記回路遮断器を閉路し、該電動機の制動動作時には該回路遮断器を開路し、且つ、該駆動動作時の前記切替スイッチの接続と、該制動動作時の該切替スイッチの接続とをそれぞれ所望の極性方向に切替えることを特徴とする電気推進装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、船舶に搭載される電気推進装置とその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、この種の電気推進装置の従来例を示す回路構成図であり、１はエンジン、２はエンジン１の出力軸に連結された同期発電機、３はダイオード整流回路、４は直流電動機、５は直流電動機４の出力軸に連結されたプロペラ、１２は同期発電機２の界磁電流を所望の値に設定する界磁設定器、１４は直流電動機４の界磁電流を所望の値に設定する界磁設定器である。
【０００３】
図４に示した電気推進装置の制御方法は、エンジン１で駆動される同期発電機２の発生電圧をダイオード整流回路３により直流に変換し、この直流により直流電動機４を回転させ、船舶の速力や前進・後進の運動を得ている。船舶の速力は直流電動機４の回転速度に比例するが、この方式では、同期発電機２の界磁設定器１２の設定値を調整し、この設定値で同期発電機２の発生電圧を調整することにより行われる。さらにより高速の速力を得るには、いわゆる、直流機の弱め界磁制御に基づく制御方法が行われている。一方、船舶の前進または後進は直流電動機４の界磁設定器１４の設定値の極性を反転させることにより行われる。
【０００４】
図４に示した電気推進装置において、例えば、船舶を前進から後進に切り替えた時には、船舶の慣性，水流によってプロペラが回され、その結果、直流電動機４も回される（一般にこれを遊転という）。
すなわち前進から後進へ迅速に移行するためには、遊転する直流電動機４に有効なブレーキを掛ける必要があり、このため、先ず、同期発電機２の界磁設定器１２の設定値を零にし、この設定値で同期発電機２の発生電圧を零とし、且つ、直流電動機４の界磁設定器１４の設定値の極性を反転させることにより、回された直流電動機４の発生電圧に基づく電流がダイオード整流器３の経路に流れ、この電流が直流電動機４にブレーキ作用をもたらす。なおこの時、ダイオード整流器３の電流の調整は、反転した直流電動機４の界磁設定器１４の設定値を調整することにより行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の電気推進装置によると、整流子を有する直流電動機はメインテナンスが煩雑であるという難点がある。
また、船舶の速力を調整するためには発電機の発生電圧を可変にする必要があり、この電気推進装置には専用の発電機を備える必要があった。
【０００６】
この発明の目的は上記問題点を解決するべく、メインテナンスの少ない交流電動機とし、また、専用又は共用の交流発電機による電気推進装置とその制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、エンジンで駆動される同期発電機と、複数個のダイオードをブリッジ接続してなるとともに一方側の各アームのダイオードのカソードが共通に接続されたダイオード整流回路側第１直流端子と他方側の各アームのダイオードのアノードが共通に接続されたダイオード整流回路側第２直流端子とを備え，前記同期発電機の出力を直流に変換するダイオード整流回路と、複数組の自己消弧形素子とダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるとともに一方側の各アームのダイオードのカソードが共通に接続されたインバータ回路側第１直流端子と他方側の各アームのダイオードのアノードが共通に接続されたインバータ回路側第２直流端子とを備え，前記ダイオード整流回路の直流出力を所望の周波数，電圧の交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により給電され，プロペラを駆動する同期電動機と、前記同期電動機の駆動動作時には前記同期発電機の出力に所定の電圧を発生させるとともに前記同期電動機の制動動作時には前記同期発電機の出力電圧を零とするように前記同期発電機の界磁電流を設定してなる同期発電機用界磁電流設定器と、前記ダイオード整流回路から前記インバータ回路への経路に挿設され，該駆動動作時と該制動動作時とで前記ダイオード整流回路と前記インバータ回路との間の接続の極性方向を切替え，該駆動動作時にはダイオード整流回路側第１直流端子とインバータ回路側第１直流端子とを接続するとともにダイオード整流回路側第２直流端子とインバータ回路側第２直流端子とを接続し，該制動動作時にはダイオード整流回路側第１直流端子とインバータ回路側第２直流端子とを接続するとともにダイオード整流回路側第２直流端子とインバータ回路側第１直流端子とを接続する切替スイッチとを備えた電気推進装置とする。
【０００８】
第２の発明は、エンジンで駆動される同期発電機と、同期発電機の出力を直流に変換する複数個のダイオードをブリッジ接続してなるダイオード整流回路と、該直流を所望の周波数，電圧の交流に変換する複数組の自己消弧形素子とダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ回路と、インバータ回路により給電され、プロペラを駆動する同期電動機と、同期発電機からダイオード整流回路への経路に設置された回路遮断器と、ダイオード整流回路からインバータ回路への経路に挿設され、両回路間の接続を切替える切替スイッチとを備えた電気推進装置とする。
【０００９】
また第３の発明は、エンジンで駆動される同期発電機と、同期発電機の出力を直流に変換する複数個のダイオードをブリッジ接続してなるダイオード整流回路と、該直流を所望の周波数，電圧の交流に変換する複数組の自己消弧形素子とダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ回路と、インバータ回路により給電され、プロペラを駆動する同期電動機と、ダイオード整流回路からインバータ回路への経路に挿設され、両回路間の接続を切替える切替スイッチとを備えた電気推進装置の制御方法において、前記同期電動機が駆動動作時には前記同期発電機の出力に所定の電圧を発生させ、該電動機の制動動作時には該発電機の出力電圧を零とし、且つ、該駆動動作時の前記切替スイッチの接続と、該制動動作時の該切替スイッチの接続とをそれぞれ所望の極性方向に切替えることを特徴とする。
【００１０】
さらに第４の発明は、エンジンで駆動される同期発電機と、同期発電機の出力を直流に変換する複数個のダイオードをブリッジ接続してなるダイオード整流回路と、該直流を所望の周波数，電圧の交流に変換する複数組の自己消弧形素子とダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ回路と、インバータ回路により給電され、プロペラを駆動する同期電動機と、同期発電機からダイオード整流回路への経路に設置された回路遮断器と、ダイオード整流回路からインバータ回路への経路に挿設され、両回路間の接続を切替える切替スイッチとを備えた電気推進装置の制御方法において、前記同期電動機が駆動動作時には前記回路遮断器を閉路し、該電動機の制動動作時には該回路遮断器を開路し、且つ、該駆動動作時の前記切替スイッチの接続と、該制動動作時の該切替スイッチの接続とをそれぞれ所望の極性方向に切替えることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、相回転を容易に変えることのできる前記インバータ回路により給電される同期電動機により前進・後進を行わせることができる。
また、第１，第３の発明によれば同期電動機が制動動作時（遊転時）には、同期発電機の発生電圧を零とし、かつ、インバータ回路を構成する自己消弧形素子と逆並列のダイオード，切替スイッチ，ダイオード整流回路の経路に同期電動機の電流を流すことでブレーキ作用が得られる。
【００１２】
さらに、第２，第４の発明によれば同期電動機が制動動作時（遊転時）には、回路遮断器を開路し、かつ、インバータ回路を構成する自己消弧形素子と逆並列のダイオード，切替スイッチ，ダイオード整流回路の経路に同期電動機の電流を流すことでブレーキ作用が得られ、この時に同期発電機は所定の電圧を発生したままにしておくことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施例を示す電気推進装置の回路構成図であり、図４に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図１に示した電気推進装置には、エンジン１と、同期発電機２と、同期発電機２の界磁電流設定器１２と、ダイオード整流回路３と、ＳＷ−Ｆ，ＳＷ−Ｒからなる切替スイッチ６と、平滑コンデンサ７と、トランジスタとダイオードとの逆並列回路を三相ブリッジ接続してなるインバータ回路８と、同期電動機９と、同期電動機９の界磁電流を所望の値に設定する界磁設定器１９とから構成されている。
【００１４】
図１の示した電気推進装置の動作を、図２に示す波形図を参照しつつ、以下に説明する。
先ず、前進から後進への移行動作として、前進中の時刻Ｔ1 に、図２（イ）に示す如く前進指令が落とされると、これと連動して切替スイッチ６の閉路中の接点ＳＷ−Ｆを開放し（図２（ロ）参照）、界磁電流設定器１２の設定値を零にすることにより同期発電機２の発生電圧を零とし（図２（ハ）参照）、且つ、同期電動機９の界磁電流設定器１９の設定値も零にする（図２（ヘ）参照）。
【００１５】
時刻Ｔ2 に後進指令が発せられると、時刻Ｔ2 の時点では平滑コンデンサ７の残留電荷も零となっているので、図示しない制御回路からのインバータ回路８の駆動信号をオフし、切替スイッチ６の接点ＳＷ−Ｒを閉路し（図２（ロ）参照）、且つ、時刻Ｔ2 より同期電動機９の界磁電流設定器１９の設定値を図２（ヘ）に示す如く零から徐々に増加させると、遊転中の同期電動機９（図２（ホ）参照）の発生電圧に基づく電流がインバータ回路８のダイオード，切替スイッチ６の接点（ＳＷ−Ｒ），ダイオード整流器３の経路に流れ（図２（ニ）参照）、この電流が同期電動機９にブレーキ作用をもたらす（図２（ホ）参照）。なおこの時、同期電動機９のブレーキ電流の調整は、同期電動機９の界磁設定器１９の設定値を調整することにより行われる。
【００１６】
時刻Ｔ3 になると、同期電動機９の回転速度もほぼ零となり（図２（ホ）参照）、前記経路の電流も零となるので（図２（ニ）参照）、切替スイッチ６の閉路中の接点ＳＷ−Ｒを開放し（図２（ロ）参照）、一旦、図２（ヘ）に示す如く同期電動機９の界磁電流設定値を零とする。
若干の確認時限を経た時刻Ｔ4 において、同期電動機９を逆転駆動のため、先ず、切替スイッチ６の接点ＳＷ−Ｆを閉路し（図２（ロ）参照）、界磁電流設定器１２の設定値を所定の値にすることにより同期発電機２の電圧を確立させる（図２（ハ）参照）。さらに、同期電動機９の界磁電流設定器１９の設定値も所定の値にし（図２（ヘ）参照）、図示しない制御回路からのインバータ回路８の駆動信号をオンさせて、インバータ８により同期電動機９を逆転駆動を開始する。この時、インバータ回路８が出力する周波数，電圧は零から徐々に増大させることにより、同期電動機９の駆動電流も徐々に増大し（図２（ニ）参照）、時刻Ｔ5 で同期電動機９の回転速度も所定の値に達し（図２（ホ）参照）、以後、船舶は、一定速度で後進状態を継続する。
【００１７】
なお、同期電動機９の駆動動作時のインバータ回路８の制御動作は、同期電動機９の磁極位置に基づく方法，同期電動機９が脱調しない範囲でインバータ回路８が出力する周波数，電圧を徐々に変化させる方法など周知の技術により行うことができる。
さらに、後進から前進への移行動作（図２の時刻Ｔ6 〜Ｔ10間）も上述と同様なので、その詳細説明を省略する。
【００１８】
図３は、この発明の第２の実施例を示す電気推進装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図３に示した電気推進装置は、エンジン１と、同期発電機２ａと、同期発電機２ａの界磁電流設定器１２ａと、ダイオード整流回路３と、切替スイッチ６と、平滑コンデンサ７と、インバータ回路８と、同期電動機９と、界磁設定器１９と、回路遮断器２０とから構成されている。
【００１９】
この電気推進装置において、図１に示した実施例回路と異なる点は、エンジン１で駆動される同期発電機２ａは、船舶の他の負荷機器へも給電するために界磁電流設定器１２ａの設定値により常時一定電圧を発生していることである。
従って、前進から後進への移行動作又は後進から前進への移行動作の際には、一旦、回路遮断器２０を開路させて、この時に、図示しない制御回路からのインバータ回路８の駆動信号をオフし、切替スイッチ６の接点ＳＷ−Ｒを閉路し、且つ、同期電動機９の界磁電流設定器１９の設定値を零から徐々に増加させて、遊転中の同期電動機９の発生電圧に基づく電流をインバータ回路８のダイオード，切替スイッチ６の接点（ＳＷ−Ｒ），ダイオード整流器３の経路に流すようにしている。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、相回転を容易に変えることのできるインバータ回路により給電される同期電動機により前進・後進を行わせることができるので、従来必要であったメインテナンス作業が軽減できる。
また、第２，第４の発明によれば、同期発電機からこの船舶の他の負荷機器へも給電できるので、総合的に省スペースが図れる。
【００２１】
この発明は、前進・後進動作を頻繁に繰り返す砕氷船など電気推進装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す電気推進装置の回路構成図
【図２】図１の動作を説明する波形図
【図３】この発明の第２の実施例を示す電気推進装置の回路構成図
【図４】従来例を示す電気推進装置の回路構成図
【符号の説明】
１…エンジン、２，２ａ…同期発電機、３…ダイオード整流回路、４…直流電動機、５…プロペラ、６…切替スイッチ、７…平滑コンデンサ、８…インバータ回路、９…同期電動機、１２，１２ａ，１４，１９…界磁設定器、２０…回路遮断器。
【図１】
0003675157.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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