(57)【要約】【課題】主機の故障時に、軸駆動発電機の電動機としての駆動容量を大きくすることなく、軸駆動発電機を確実に電動機として起動して、主機に接続された推進プロペラを駆動できるようにする。【解決手段】主機１の故障時に軸駆動発電機７を電動機として起動させ推進プロペラ６を駆動して航走する船舶非常航走システムにおいて、主機１の低速回転中に低回転負荷位置を検出すると起動信号ｂを出力する位置検出器１６と、主機１の故障時等に非常航走開始指令ａを受けてターニングモータ１３で主機１を低速回転させ、主機１の低速回転中に起動信号ｂを入力すると、ターニングモータの運転を停止し、かつ、電力変換装置８を制御して軸駆動発電機７を電動機として起動させる制御装置１７と、を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進プロペラを駆動する主機と、
クラッチを介して前記主機を低速回転させるターニングモータと、
船内母線と、
前記主機と共に回転するように設置された軸駆動発電機と、
前記軸駆動発電機と前記船内母線との間に接続された電力変換装置と、を備え、
船舶の定常航走時に前記軸駆動発電機で発生した電力を前記電力変換装置によって前記船内母線に供給すると共に、船舶の非常航走時に前記電力変換装置によって前記船内母線の電力で前記軸駆動発電機を電動機として起動して前記推進プロペラ及び主機を駆動するようにした船舶非常航走システムにおいて、
前記主機の低回転負荷位置を検出したときに、起動信号を出力する位置検出器と、
非常航走開始指令を入力すると前記クラッチを介してターニングモータを運転して前記主機を低速回転させ、前記主機の低速回転中に前記位置検出器からの起動信号を入力すると、前記クラッチを切り離すと共にターニングモータの運転を停止させて前記電力変換装置によって前記軸駆動発電機を電動機として起動する制御装置と、
を設けたことを特徴とする船舶非常航走システム。
【請求項２】
前記主機の低回転負荷位置が、前記主機のクランクシャフトに設けられているカウンタウェイトのウェイト部分が頂上近傍に来た位置であることを特徴とする請求項１記載の船舶非常航走システム。
【請求項３】
主機が多気筒の場合、主機の低回転負荷位置が、予め計測されている各気筒内の圧力の合計が一番低くなる主機の回転位置であることを特徴とする請求項１記載の船舶非常航走システム。
【請求項４】
主機の低回転負荷位置が、主機の試験時に予め計測した主機の回転負荷がもっとも低負荷となる回転位置であることを特徴とする請求項１記載の船舶非常航走システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主機の故障時に軸駆動発電機を電動機として起動させて推進プロペラを駆動し、船舶を非常航走させる船舶非常航走システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種従来の船舶非常航走システム構成を図７に示す。  
図７において、１はディーゼル機関等の主機であり、その出力軸２にクラッチ３を介してステップアップギア４を結合しており、さらにこのステップアップギア４でプロペラ軸５を介して推進プロペラ６を駆動している。
【０００３】
また、ステップアップギア４には前述した主機１の出力軸２と平行するように配置された軸駆動発電機７が結合されており、この軸駆動発電機７の図示しない電機子巻線は電力変換器８を介して船内母線９に接続されている。１０は船内母線９に電力を供給するディーゼル発電機等の船内電源であり、船舶によっては、この他にインバータを介してバッテリーが接続される場合もある。
【０００４】
なお、前述した主機１にはクラッチ１１、減速機１２を介してターニングモータ１３が連結されている。このターニングモータ１３は主機１を暖機運転する場合等に使用されるもので、主機１の起動前や停止後に軸の破損を防止するために用いられている。このターニングモータ１３は約１０分で１回転する程度の低速回転で主機１の駆動を行うが、船舶の定常航走時には主機１から切り離される。
【０００５】
図７のシステム構成図において、船舶の定常航走中、主機１はクラッチ３及びステップアップギア４を介して推進プロペラ６を駆動することにより船舶を推進させると共に、ステップアップギア４を介して軸駆動発電機７で発電を行う。軸駆動発電機７は発生した電力を電力変換装置８を介して船内母線９に供給する。軸駆動発電機７で発生した電圧は主機１の回転数に対応した大きさおよび周波数になっており、電力変換装置８はこれを一定電圧および一定周波数の交流に変換したうえで船内母線９に供給する。
【０００６】
そして、図７の船舶非常航走システムでは、船舶の定常航走中に主機１が故障した場合、クラッチ３を操作して主機の出力軸２とステップアップギア４との接続を切り離したあと、電力変換装置８を制御して軸駆動発電機７を電動機として機能させ、船内母線９から供給される電力で軸駆動発電機７を駆動している。そして、軸駆動発電機７の動力によってステップアップギア４を介して推進プロペラ６を駆動して船舶が漂流するのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−５１０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような従来の非常航走システムは、主機１の故障時にクラッチ３を切り離し、軸駆動発電機７を電動機として使用して推進プロペラ６を駆動する時に、軸駆動発電機７に主機１の回転負荷が働かないように構成している。しかし、主機１の故障はほとんど無いと言っても過言ではなく、万が一のためにだけ大掛かりで高価なクラッチ３を装備することは好ましくない。そこで近年ではクラッチ３の装備を省略し、万一主機１に故障が生じた場合は、軸駆動発電機７によって、推進プロペラ６と共に主機１も駆動するようにした船舶非常航走システムが提案されている。
【０００９】
このような船舶非常航走システムは、クラッチ３が装備されていない分、構成が単純となり設備コストを抑制することができる。しかし、主機１の回転負荷、すなわち、主機１および推進プロペラ６を回転させるために必要とする動力に比べて、軸駆動発電機７の電動機としての起動容量が小さい場合には、軸駆動発電機７を電動機として使用しても主機１と推進プロペラとを起動できないという問題が新たに生じる。
【００１０】
この問題については、軸駆動発電機７の電動機としての起動容量を上げることにより解決することはできるが、その場合、軸駆動発電機７の体格を大きくする必要があり大幅に設備コストが高くなるという問題が生じる。
【００１１】
そこで本発明は、主機と推進プロペラとの間にクラッチを装備しない場合でも軸駆動発電機の電動機としての駆動容量を大きくすることなく、確実に、主機に結合された推進プロペラを駆動することのできる船舶非常航走システム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】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の船舶非常航走システムは、推進プロペラを駆動する主機と、クラッチを介して前記主機を低速回転させるターニングモータと、船内母線と、前記主機と共に回転するように設置された軸駆動発電機と、前記軸駆動発電機と前記船内母線との間に接続された電力変換装置と、を備え、船舶の定常航走時に前記軸駆動発電機で発生した電力を前記電力変換装置によって前記船内母線に供給すると共に、船舶の非常航走時に前記電力変換装置によって前記船内母線の電力で前記軸駆動発電機を電動機として起動して前記推進プロペラ及び主機を駆動するようにした船舶非常航走システムにおいて、前記主機の低回転負荷位置を検出したときに、起動信号を出力する位置検出器と、非常航走開始指令を入力すると前記クラッチを介してターニングモータを運転して前記主機を低速回転させ、前記主機の低速回転中に前記位置検出器からの起動信号を入力すると、前記クラッチを切り離すと共にターニングモータの運転を停止させて前記電力変換装置によって前記軸駆動発電機を電動機として起動する制御装置と、を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、大掛かりで高価なクラッチを主機と推進プロペラの間に装備しなくても、船舶の非常航走時に軸駆動発電機を電動機として推進プロペラを駆動するに際し、既存の船舶機器であるターニングモータと新たに設けた主機の低回転負荷位置を検出する位置検出器を活用することにより、主機と推進プロペラが接続された状態でも軸駆動発電機の電動機としての起動容量を従来のような大きなものとすることなく、容易に起動可能となる低回転負荷位置から、電動機として使用した軸駆動発電機で主機を駆動することができる。そして、軸駆動発電機を電動機として推進プロペラを駆動する非常航走システムを提供できる。
【００１４】
軸駆動発電機は主機の低回転負荷位置で電動機として起動できるので、電動機を起動するのに必要な電力を低く抑えることができ、軸駆動発電機の体格を小さくすることができ、設備コストの改善につながる。
本発明は軸駆動発電機を装備した船舶の推進装置の技術分野において極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る船舶非常航走システムを示す構成図。
【図２】図１の制御装置の機能の一例を表わすフロー図。
【図３】主機のピストンとカウンタウェイトとの位置関係を示す簡略図であり、（ａ）はカウンタウェイトのウェイト部分の位置が任意位置にあるときの状態を示す図、（ｂ）はカウンタウェイトのウェイト部分の位置が頂上近傍にあるときの状態を示す図。
【図４】位置検出器の受発光部と反射板との取り付け位置を示す図。
【図５】時間軸上に位置検出器からの起動信号と、主機の低回転負荷位置との関係を示す図。
【図６】本発明の第２の実施形態を説明するための図であり、（ａ）は２気筒の主機の気筒内の圧力変化を示す図、（ｂ）は３気筒の主機の気筒内の圧力変化を示す図、そして（ｃ）は４気筒の主機の気筒内の圧力変化を示す図。
【図７】従来の船舶非常航走システムを示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施形態］
以下、図１〜図５を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。なお、既に背景技術で説明した図７に記載の部品に対応する部品については同一符号を用い、説明は適宜省くものとする。
【００１７】
（構成）
図１において、本実施形態は、船舶の非常航走時に軸駆動発電機を電動機として運転して推進プロペラを駆動する際、主機が接続された状態でも軸駆動発電機の電動機としての起動容量を大きくすることなく、主機と推進プロペラとを容易に起動することを可能にしたものである。
【００１８】
このために、本実施形態は、主機１の出力軸２を従来使用していたクラッチ３を装備せずに推進プロペラ６および軸駆動発電機７に連結するように構成し、かつ、主機１が低回転負荷位置（すなわち、回転負荷が小さい状態のときの回転位置）まで来たことを検出して、低回転負荷の位置から軸駆動発電機７を電動機として運転するようにしたものである。
【００１９】
１６は、主機１が低回転負荷位置にあることを検出するために、本実施形態で新たに設けた光学的な位置検出器であり、主機１の出力軸２の外周面に反射テープまたは反射板等の光を反射する反射体１４を貼り、この反射体１４と対向する静止部位に受発光部１５を設置して構成している。
【００２０】
主機１の出力軸２に貼った反射体１４は、ターニングモータ１３によって約１０分かけて１回転し、受発光部１５に対向する回転位置まで回転してくると、受発光部１５から放出された光が反射体１４で反射されて、反射光を受発光部１５で入力する。位置検出器１６は受発光部１５が反射光を受光すると、パルス状の起動信号ｂを出力する。なお、船舶の定常航走中は、この起動信号ｂは不要であるため、無視又は無効にしている。
【００２１】
１７は、機関士等の作業者からの非常航走開始指令ａや位置検出器１６からの起動信号ｂを入力することにより、主機１とターニングモータ１３間に介在させてあるクラッチ１１の接続あるいは切り離しを行ったり、ターニングモータ１３の運転あるいは停止を行うために本実施形態で新たに設けた制御装置である。
【００２２】
以下、図１および図２を参照して制御装置１７の概略機能を説明する。
主機１が定常航走中に故障等で運転停止すると、船舶の漂流を防ぐために機関士等の作業者によってスタートボタンＳＢが押される。すると、非常航走開始指令ａが制御装置１７に入力される。制御装置１７は非常航走開始指令ａを入力したことによってクラッチ１１を接続する制御信号ｃおよびターニングモータ１３を運転する制御信号ｄを出力する。
【００２３】
図２は、クラッチ１２の接続あるいは切り離し、ターニングモータ１３の運転あるいは停止を行う機能を示すフロー図である。
作業者によってスタートボタンＳＢが押されたとき、位置検出器１６からの起動信号ｂが発生していることは極めて稀であり、一般には起動信号ｂは発生していない。すなわち、スタートボタンＳＢが押されたときは、制御装置１７の演算処理ステップＳＴでは「低回転負荷位置」は不成立（Ｎｏ）である。このため、制御装置１７からは制御信号ｃとｄが出力され、制御信号ｃによりクラッチ１１が接続状態になり、制御信号ｄによりターニングモータ１３に運転指令が出力される。
【００２４】
ターニングモータ１３による主機１の低速度回転が暫く続いたあと、出力軸２の外周面に貼られている反射体１４が受発光部１５近傍の所定位置まで回転してくると、位置検出器１６が動作し、パルス状の起動信号ｂを出力する。このため、制御装置１７の演算処理ステップＳＴにおいて、「低回転負荷位置」の判定条件が成立（Ｙｅｓ）する。この結果、制御装置１７から制御信号ｃおよび制御信号ｄに替って制御信号（＊ｃ）および（＊ｄ）が出力される。制御信号（＊ｃ）でクラッチ１１が切り離され、制御信号（＊ｄ）でターニングモータ１３の運転が止められる。
【００２５】
さらに、ターニングモータ１３の運転停止直後に電力変換装置８に制御信号ｅが出力されて電力変換装置８が電動機モードへ切り替えられ、軸駆動発電機７を電動機として起動する。
【００２６】
以下、図３（ａ）、（ｂ）を参照して、ピストンとカウンタウェイトの関係を説明する。シリンダー内を往復動するピストン２０は、コンロッド２１によってクランクシャフト２２と連結されており、また、クランクシャフト２２の端部にはカウンタウェイト２３が設けられている。図３（ａ）において、カウンタウェイト２３とコンロッド２１のなす角度をαとし、カウンタウェイト２３のウェイト部分（重心）を黒丸２３Ｗで示す。
【００２７】
カウンタウェイト２３のウェイト部分２３Ｗが頂上まで移動するときに、カウンタウェイト２３のウェイト部分２３Ｗの位置エネルギーがもっとも高くなり、カウンタウェイト２３を駆動する機器にとって、もっとも力学的エネルギーが必要になる。
【００２８】
カウンタウェイト２３のウェイト部分２３Ｗが頂上から移動すると、カウンタウェイト２３のウェイト部分２３Ｗの重量がカウンタウェイト２３の回転に力に加わることになり、カウンタウェイト２３は回転し易くなる。つまり、図３（ｂ）に示すように、カウンタウェイト２３とコンロッド２１の角度αが０度になるとき、回転負荷が一番低くなる（低回転負荷位置になる）。
【００２９】
次に主機１の低回転負荷位置を位置検出器１６の起動信号ｂを用いて特定する方法を説明する。  
例えば、図３（ｂ）に示すようにカウンタウェイト２３の位置が低回転負荷位置にあるときに、図４に示すように主機１の出力軸２の表面に反射テープ等の反射体１４を貼り、受発光部１５を真上の静止部材に設置する。
【００３０】
主機１の出力軸２が回転し、反射体１４が受発光部１５の位置を通過する際に、位置検出器１６はパルス状の起動信号ｂを出力する。したがって、カウンタウェイト２３が図３（ｂ）に示す位置にあり、反射体１４と受発光部１５とが図４に示す位置関係にある場合は、図５のように主機１の低回転負荷位置を特定することが可能となる。
【００３１】
図５は時間軸上に位置検出器１６から出力される起動信号ｂの発生時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３と、非常航走開始指令ａの発生時刻ｔａと、ターニングモータの駆動期間およびターニングモータの停止時刻ｔ２等を重ねて描いた図である。
【００３２】
この図５の場合、時刻ｔ１、ｔ２間の任意の時刻ｔａで非常航走開始指令ａが発生してターニングモータ１３が運転され、次の起動信号ｂの発生時刻ｔ２でターニングモータ１３の運転が停止される様子が分かる。
尚、カウンタウェイト２３、反射体１４、受発光部１５の相互の位置関係は、互いの位置関係さえ把握しておけば、上記位置関係に限定されるものではない。
【００３３】
反射体１４と受発光部１５は、主機１に取り付けたカウンタウェイト２３の位置を非接触状態で検出することができる。また、反射体１４を設ける位置は出力軸２に限定されるものではないことは明らかであり、更に、光学的な検出手段に限定されるものではなく、電磁ピックアップの検出装置のように、磁気的に検出する手段を用いてもよい。
【００３４】
（作用）
上記構成において、主機１が非常停止した状態から軸駆動発電機７が電動機として運転開始するまでの制御を以下に説明する。
【００３５】
船舶の航走中に主機１が故障等で非常停止すると、漂流を防ぐために機関士等の作業者によってスタートボタンＳＢが押され、非常航走開始指令ａが制御装置１７に入力される。この非常航走開始指令ａが入力されたとき、一般には位置検出器１６から起動信号ｂは出力されていないので、図２の演算処理ステップＳＴでは「低回転負荷位置」とは判定されない（Ｎｏ）。この結果、制御装置１７から制御信号ｃおよびｄが出力される。制御信号ｃによってクラッチ１１が接続され、制御信号ｄによってターニングモータ１３が低速度回転し、減速機１２およびクラッチ１１を介して主機１の出力軸２を約１０分で１回転の割合で低速回転し始める。
【００３６】
主機１の出力軸２が予め設定した回転位置、すなわち低回転負荷位置まで回転すると、出力軸２に近接して設置している受発光部１５から放出された光が反射体１４で反射され、その反射光を受光するので、位置検出器１６からパルス状の起動信号ｂが発生し、制御装置１７に送られる。
【００３７】
制御装置１７は、この起動信号ｂを受信すると、クラッチ１１に対して切り離し信号（＊ｃ）を送り、ターニングモータ１３に対して停止信号（＊ｄ）を送り、電力変換装置８には軸駆動発電機７が電動機モードで運転するように制御信号ｅを送る。
【００３８】
軸駆動発電機７が制御装置１７からの制御信号ｅに基づいて運転を開始する時の主機１の位置は低回転負荷位置となっているので、この位置から回転負荷は小さくできる。このため、軸駆動発電機７は従来のように大きなトルクでなくても主機１に接続された推進プロペラ６を主機１と共に駆動することができる。
【００３９】
（効果）
以上述べたように、本実施形態によれば、主機１の故障時に軸駆動発電機７に主機１と推進プロペラ６とが接続された状態であっても、ターニングモータ１３と位置検出器１６とを活用して主機の回転負荷が小さい状態の回転位置を検出することにより、軸駆動発電機７の電動機としての起動容量を従来のような大きなものとすることなく、軸駆動発電機７を電動機として容易に起動することが可能となり、軸駆動発電機７を電動機として推進プロペラ６を駆動する非常航走システムを提供できる。
【００４０】
また、軸駆動発電機７は主機１の回転負荷の小さな状態で電動機として起動できるので、電動機を起動するのに必要な電力を低く抑えることができ、軸駆動発電機７の体格を小さくすることができ、コスト改善につながる。
【００４１】
主機１の回転負荷がもっとも低くなる点を本実施形態のように定めれば、主機１の大きさと出力に関わらず確実に主機１の低回転負荷位置となる主機１の回転位置を検出することが可能であり、既存の船にも容易に適用できる。
【００４２】
［第２の実施形態］
次に、第１の実施形態における主機１の回転負荷が小さくなる主機１の回転位置を求める他の手法について、図６を参照して説明する。
【００４３】
図６（ａ）は主機１の気筒数が２気筒の場合の気筒内の圧力変化を示し、図６（ｂ）は主機１の気筒数が３気筒の場合の気筒内の圧力変化を示し、そして図６（ｃ）は主機１の気筒数が４気筒の場合の気筒内の圧力変化を示す。
【００４４】
図６（ａ）において、２気筒のうちの任意のピストン２０ａでは、吸気から圧縮までの行程では気筒内の圧力は大気圧から上昇していき、この過程の間に他のピストン２０ｂでは爆発から排気までが行われており、気筒内の圧力が大気圧まで低下していく。気筒内の圧力の合計が一番低くなる点は吸気から圧縮が行われる気筒内の圧力と、膨張から排気までが行われる気筒内の圧力とが力学的に釣り合う点Ｂ２１である。
【００４５】
したがって、各気筒内の圧力の合計が一番低くなる主機１の回転位置を予め計測して特定しておき、この特定した釣り合い点Ｂ２１を検出するように受発光部１５と反射体１４を設置すればよい。
【００４６】
なお、各気筒内圧力の釣り合い点での主機１の低回転負荷位置の特定方法は上記の２気筒の場合に限らず、他の気筒数例えば、３気筒（図６（ｂ））、４気筒（図６（ｃ））でも採用できることは明らかである。なお、Ｂ３１およびＢ３２は３気筒の場合の力学的釣り合い点を、またＢ４１、Ｂ４２およびＢ４３は４気筒の場合の力学的釣り合い点をそれぞれ示す。
【００４７】
［第３の実施形態］
主機１の回転負荷が小さくなる点を求める他の手法は、図には示していないが、カウンタウェイトの回転位置と気筒内の圧力の二つを考慮し、その負荷が低くなる点を求めることである。
その場合、主機１の試験時に主機１の回転負荷が低くなる点について予め特定しておき、その特定した点を検出するように受発光部１５と反射体１４を設置する。
【００４８】
なお、上述した第１の実施形態〜第３の実施形態では、主機１と推進プロペラ６と軸駆動発電機７の接続方法としてステップアップギア４を設けたが、ステップアップギア４を設けずに、主機１と推進プロペラ６の間のプロペラ軸５に軸駆動発電機７を設置した中間軸型や、主機１の前方に軸駆動発電機７を直結するようにしたオーバーハング型とすることも可能であることは当然であって、このようなタイプの軸駆動発電機７に適用しても同様な効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１…主機、２…主機１の出力軸、３…クラッチ、４…ステップアップギア、５…プロペラ軸、６…推進プロペラ、７…軸駆動発電機、８…電力変換装置、９…船内母線、１０…船内電源、１１…クラッチ、１２…減速機、１３…ターニングモータ、１４…反射体、１５…受発光部、１６…位置検出器、１７…制御装置、２０…ピストン、２１…コンロッド、２２…クランクシャフト、２３…カウンタウェイト、ＳＢ…スタートボタン。
【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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