(57)【要約】      （修正有）【課題】１軸推進式の駆動システムであっても、専用の制動装置を付加することなく、効率的な制動を行うことのできる電気推進式船舶を提供する。【解決手段】一軸推進式の電気推進式船舶において、船内動力源からの直流電力を交流電力に変換するインバータ１３と、該インバータにより駆動される交流電動機１４と、該交流電動機に機械的に接続された推進用プロペラ１５と、前記インバータに分岐接続され、前記船内動力源からの直流電力を交流電力に変換し、該交流電力により作動する制動動作部と、減速指令によりインバータへの電力供給がなくなることにより、プロペラが逆回転することで交流電動機が発電機として動作して回生電力が発生し、その電力を用いて動作する制動動作部とその制御を行う動作制御部１８と、を具備する。【選択図】図２
2014129048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸推進式の電気推進式船舶において、
船内動力源からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、
該インバータにより駆動される交流電動機と、
該交流電動機に機械的に接続された推進用プロペラと、
前記インバータに分岐接続され、前記船内動力源からの直流電力を交流電力に変換し、該交流電力により作動する制動動作部と、
減速指令によりインバータへの電力供給がなくなることにより、プロペラが逆回転することで交流電動機が発電機として動作して回生電力が発生し、その電力を用いて動作する制動動作部とその制御を行う動作制御部と、を具備することを特徴とする電気推進式船舶。
【請求項２】
前記制動動作部は、ブレーキ専用プロペラである、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気推進式船舶。
【請求項３】
前記制動動作部は、船底部近傍の外側壁に配設されたサイドスラスタである、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気推進式船舶。
【請求項４】
前記制動動作部は、船底部近傍の外側壁に配設された揺れを抑制する可動スタビライザである、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気推進式船舶。
【請求項５】
前記制動動作部は、船尾のプロペラ近傍に、開閉駆動可能に配設されたラダーである、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気推進式船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気推進式船舶に関し、特には、力行モードと回生モードとを切り換えて、無駄のない運航動作を可能とした電気推進式船舶に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気推進式の船舶が増加している。電気推進式船舶は、エンジン推進式の駆動式船舶に比較して、自在に速度制御を行うことができる。
例えば、特許文献１に示すように、並列運転する２軸の電気推進装置で、減速（制動時）に減速レートに差をつけて、片方の推進装置の回生電力を他方の推進装置の入力電力として消費することで、専用の制動装置を付加することなく、効率的な制動が可能となったとしている。
【０００３】
ここで、図５に特許文献１の電気推進式船舶および駆動装置について回路構成を示し、概略説明する。
すなわち、この駆動装置では、発電機１の交流出力をコンバータ２で直流に変換しその直流出力を、Ａ系統及びＢ系統の２軸推進式の駆動系に並列に供給する構成としている。
Ａ系統の駆動系においては、平滑コンデンサ３Ａを介し、インバータＡ４Ａで直流を交流に変換し、交流電動機５Ａを駆動する。交流電動機５Ａにはプロペラ６Ａが機械的に取り付けられている。
Ｂ系統についても同様に平滑コンデンサ３Ｂを介し、インバータＢ４Ｂで直流を交流に変換し、交流電動機１４を駆動する。交流電動機１４にはプロペラ６Ｂが機械的に取り付けられている。
インバータＡ４Ａ、インバータＢ４Ｂは夫々制御部を有し、出力の電圧及び周波数が制御される構成である。
制動演算制御回路７は、交流電動機５Ａ、５Ｂに対する減速指令を受け、インバータＡ４Ａ及びインバータＢ４Ｂに補正減速指令として再配分する。
【０００４】
以上のような回路構成における駆動装置について、図６にこの駆動装置における交流電動機５Ａまたは５Ｂの単独の減速特性を示し説明すると、今、速度Ｎ１の状態で速度指令を線形に変化させ、一定の減速レートで減速を開始したとする。このときの減速レートが、交流電動機５Ａまたは５Ｂをフリーランさせた時の減速の傾きより小さければ、図６に示したように減速レートに従って減速を開始する。尚、ハッチング部は余剰の力行パワーを示している。
【０００５】
そして、図６のＡ点まで到達したとき、減速レートが、交流電動機５Ａまたは５Ｂをフリーランさせた時の減速の傾きより大きくなるので、同一の減速レートで減速させようとすると回生パワーをどこかで吸収させる必要がある。
【０００６】
次に、図７に制動演算制御回路７による演算制御動作の一例を示すタイムチャートを示し、説明する。
今、交流電動機５Ａ及び５Ｂが速度指令に従って回転速度Ｎ１で運転されている状態において、時刻ｔ１で交流電動機５Ａ及び５Ｂに対し、逆転速度Ｎ２へ減速／逆転指令が発せられた場合を考える。
このとき、交流電動機５Ａの回転速度を一定値Ｎ１に保ったまま、交流電動機５Ｂを適切な減速レートで減速し、更に逆回転させ、時刻ｔ３で回転速度Ｎ２に到達させる。
一方交流電動機５Ｂが減速中の時刻ｔ２で交流電動機５Ａを適切な減速レートで減速させ、時刻ｔ４で回転速度Ｎ２に到達させる。このように、減速指令を補正減速指令として再配分する演算を制動演算制御回路７が行えば、より速い時間で２台の交流電動機５Ａ及び５Ｂが逆転速度Ｎ２に到達できる。
【０００７】
このように、簡単な回路追加により制動を行うことができるため、専用の制動装置を付加することなく、効率的な制動を行うことができることがわかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１７６４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した電気推進装置を実施することができるのは、２軸推進式の駆動システムが前提となるから、これが例えば、１軸推進式の駆動システムのものでは、採用できない。
このようなことから、１軸推進式の駆動システムであっても、回生電力による電力変動を回避し、効率的な制動が可能となる手段が求められている。
本発明は、以上のような課題を解決するために提案されたものであって、１軸推進式の駆動システムであっても、回生電力による電力変動を回避し、効率的な制動を行うことのできる電気推進式船舶を提供することを目的とする。
【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にかかる本発明では、一軸推進式の電気推進式船舶において、船内動力源からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータにより駆動される交流電動機と、交流電動機に機械的に接続された推進用プロペラと、インバータに分岐接続され、船内動力源からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力により作動する制動動作部と、減速指令によりインバータへの電力供給がなくなることにより、プロペラが逆回転することで交流電動機が発電機として動作して回生電力が発生し、その電力を用いて動作する制動動作部とその制御を行う動作制御部と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
これにより、通常運行時は、船内動力源からの直流電力を、インバータにより交流電力に変換して、インバータから出力される交流電力により交流電動機を作動して、推進用プロペラを回して船舶を推進させる力行運転をすることができる。
【００１２】
また、請求項２にかかる本発明では、制動動作部は、ブレーキ専用プロペラである、ことを特徴とする。
【００１３】
これにより、減速指令により、インバータへの電力供給がなくなることにより、プロペラが逆回転することで交流電動機が発電機として動作して回生電力が発生し、その電力を用いてインバータを通じて、ブレーキ専用プロペラを運転させて、制動動作をすることで、このときの制動動作で回生エネルギーを消費することができる。
【００１４】
また、請求項３にかかる本発明では、制動動作部は、船底部近傍の外側壁に配設されたサイドスラスタである、ことを特徴とする。
【００１５】
これにより、インバータは減速指令により、交流電動機を作動させて交流電動機を介してプロペラを力行運転させつつ、インバータを通じて、サイドスラスタを作動させて、船舶の進行方向に対して抵抗となる水流を生成することで、このときのサイドスラスタの動作で、回生エネルギーを消費することができる。
【００１６】
また、請求項４にかかる本発明では、制動動作部は、船底部近傍の外側壁に配設された揺れを抑制する可動スタビライザである、ことを特徴とする。
【００１７】
これにより、減速指令により、インバータへの電力供給がなくなることにより、プロペラが逆回転することで交流電動機が発電機として動作して回生電力が発生し、その電力を用いてインバータを通じて、可動スタビライザを作用させて、船舶の揺動を抑制することで、このときの可動スタビライザの抑制作用で、回生エネルギーを消費することができる。
【００１８】
さらに、請求項５にかかる本発明では、制動動作部は、船尾のプロペラ近傍に、開閉駆動可能に配設されたラダーである、ことを特徴とする。
【００１９】
これにより、減速指令により、インバータへの電力供給がなくなることにより、プロペラが逆回転することで交流電動機が発電機として動作して回生電力が発生し、その電力を用いてインバータを通じて、船尾のプロペラ近傍に配設したラダーを開閉駆動させることで、船舶の舵をとり、ラダーの開閉駆動作用により、回生エネルギーを消費することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、一軸推進式の電気推進式船舶であっても、回生電力による電力変動を回避し、効率的な制動を行うことのできる電気推進式船舶を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかる電気推進式船舶の第１実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明にかかる電気推進式船舶の第２実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明にかかる電気推進式船舶の第３実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明にかかる電気推進式船舶の第４実施形態を示す模式図である。
【図５】従来の船舶電気推進用電動機の制動方法および駆動装置の一例を示す回路構成図である。
【図６】従来の船舶電気推進用電動機の減速特性図である。
【図７】従来の逆転制動時の制動演算制御回路の動作タイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る電気推進式船舶の実施形態を挙げ、添付の図面を基に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
本発明に係る電気推進式船舶の実施形態を示し、添付図に基づいて説明する。
図１に、第１実施形態にかかる一軸推進式の電気推進式船舶１０を示す。
この電気推進式船舶１０は船尾に推進用プロペラ（後述）を一基艤装した、一軸推進式の船舶であって、以下の推進制御システム１１が搭載される。
この推進制御システム１１では、船内動力源（交流発電機、図示省略）の交流電力を直流電力に変換するコンバータ１２と、スイッチＳｗを介してコンバータ１２からの直流電力を交流電力に変換するインバータ１３とを備えている。
また推進制御システム１１では、インバータ１３により駆動される交流電動機１４と、交流電動機１４に機械的に接続された推進用プロペラ１５とを備えている。なお、スイッチＳｗは、後述するが、交流電動機１４で生じる回生電力のコンバータ１２への供給を確実に遮断するためのものである。
そして推進制御システム１１では、コンバータ１２からインバータ１３に至る電力ラインに分岐接続される、制動動作部としての、交流電動機１６および交流電動機１６に連なるブレーキ専用プロペラ１７とを備えている。この場合、ブレーキ専用プロペラ１７は、船底の所定の箇所に固定されていてもよいし、使用時に、船底から突出させる格納式のものでもよい。
なお、ここでは図示は省略しているが、コンバータ１２からインバータ１３に至る電力ラインから制動動作部である交流電動機１６に至る電力ラインには、インバータが介在される。また、コンバータ１２とインバータ１３間のスイッチＳｗは、省略可能である。
以上のような構成において、推進制御システム１１は、減速指令によりインバータ１３への電力供給がなくなることにより、推進用プロペラ１５が逆回転することで交流電動機１４が発電機として動作して回生電力が発生し、その回生電力を用いてブレーキ専用プロペラ１７を回生運転させるように制御する動作制御部１８を具備している。また、動作制御部１８はコンバータ１２とインバータ１３間のスイッチＳｗを開閉制御する。
【００２４】
以上のような第１実施形態にかかる電気推進式船舶１０において、通常の運航時には、船内動力源の交流電力をコンバータ１２により直流電力に変換し、この直流電力は、閉じられたスイッチＳｗを介してインバータ１３に至り、交流電力に変換され、交流電動機１４を作動させ、推進用プロペラ１５を回して設定された速度で推進させる力行運転をすることができる。
【００２５】
次に、電気推進式船舶１０において設定速度から減速運航の際には、推進制御システム１１の動作制御部１８により、インバータ１３に減速指令が与えられ、インバータ１３への電力供給がなくなることにより、推進用プロペラ１５がフリーランとなり、推進用プロペラ１５が逆回転することで交流電動機１４が発電機として動作して回生電力が発生する。
ここで、動作制御部１８により、コンバータ１２とインバータ１３との間のスイッチＳｗが開かれ、交流電動機１４の回生電力は、ブレーキ専用プロペラ１７に至る交流電動機１６に至り、交流電動機１６を作動してブレーキ専用プロペラ１７を回すことで、消費することができ、電力の需給バランスが確保され、効率の良い運航が実現される。
【００２６】
以上、第１実施形態によれば、一軸推進式の電気推進式船舶であっても、回生電力による電力変動を回避し、効率的な制動を行うことのできる電気推進式船舶を提供することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
本発明に係る電気推進式船舶は、以下のように構成することもできる。本実施形態において、第１実施形態に係る電気推進式船舶の構成要素と実質的に同様な構成要素に対しては、同符号を付してその説明を省略する。
図２に示す電気推進式船舶１０では、制動動作部として、船底部近傍の外側壁に船舶前後に一対設けられたサイドスラスタ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄで構成されている。
サイドスラスタ２０ａ〜２０ｄは、船舶の船首もしくは船尾のトンネル内に装備される補助推進機であり、離接岸時の回頭や横移動、方位制御や定点保持などに用いられる。サイドスラスタ２０ａ〜２０ｄには、海水を船舶側方に押し出すプロペラが内蔵されている。
【００２８】
ここでの電気推進式船舶１０の推進制御システム１１では、コンバータ１２からインバータ１３に至る電力ラインに分岐して、インバータ１９、１９を介してサイドスラスタ２０ａ〜２０ｄが接続されている。インバータ１９、１９からの交流電力がサイドスラスタ２０ａ〜２０ｄ内の交流電動機（図示省略）を駆動してサイドスラスタ２０ａ〜２０ｄを作動させる構成である。
【００２９】
このような第２実施形態の電気推進式船舶１０においては、減速運航の際には、推進制御システム１１の動作制御部１８により、インバータ１３に減速指令が与えられ、インバータ１３が電力制御されて交流電動機１４を作動させて、交流電動機１４を介して推進用プロペラ１５を所定の減速レートで力行運転させることができる。
そして、推進用プロペラ１５における交流電動機１４が減速して、インバータ１３への電力供給がなくなり、推進用プロペラ１５が逆回転することで発電機として動作し、交流電動機１４が回生電力を発生する。
ここで、コンバータ１２とインバータ１３との間のスイッチＳｗを切り、交流電動機１４の回生電力は、インバータ１９、１９を介してサイドスラスタ２０ａ〜２０ｄの交流電動機に至り、交流電動機を作動してサイドスラスタ２０ａ〜２０ｄのプロペラを回すことで、船舶の進行方向に対して抵抗となる水流を生成する。このことにより、交流電動機１４の回生電力を消費することができる。
【００３０】
（第３実施形態）
本発明に係る電気推進式船舶は、以下のように構成することもできる。
図３に示す電気推進式船舶１０では、制動動作部として、船底部近傍の外側壁に配設された揺れを抑制する可動スタビライザ３０で構成することができる。
可動スタビライザ３０は、船舶進行方向に向かう仰角を変えることで、海流から受ける抵抗を変えて、主にローリングを抑える機能を有している。そのために、可動スタビライザ３０は、船舶進行方向に向かう仰角を変えるための電動アクチュエータ（図示省略）が組み込まれ、かかる電動アクチュエータの電力として、回生電力を使用する構成となっている。可動スタビライザ３０の電動アクチュエータに対しては、コンバータ１２からインバータ１３に至る電力ラインに分岐して、配設されたインバータ３１を介して回生電力が与えられる構成である。
【００３１】
以上のような第３実施形態にかかる電気推進式船舶１０においては、減速運航の際には、推進制御システム１１の動作制御部１８により、インバータ１３に減速指令が与えられ、推進用プロペラ１５における交流電動機１４が減速して、インバータ１３への電力供給がなくなり、推進用プロペラ１５が逆回転することで発電機として動作し、交流電動機１４が回生電力を発生する。
ここで、コンバータ１２とインバータ１３との間のスイッチＳｗを切り、交流電動機１４の回生電力は、インバータ３１を介して可動スタビライザ３０の電動アクチュエータに供給される。電動アクチュエータは、可動スタビライザ３０に対する海流から受ける抵抗に抗して、可動スタビライザ３０が仰角を変位させたり、維持するように作動し、これによって、回生電力を消費することができる。
【００３２】
（第４実施形態）
さらに本発明では、本発明に係る電気推進式船舶は、以下のように構成することもできる。
図４に示す電気推進式船舶１０では、制動動作部として、船尾のプロペラ１５近傍に、開閉駆動可能に配設されたラダー４０で構成することができる。ラダー４０は、一対の開閉動作をする主舵４０ａ、４０ｂを有し、主舵４０ａ、４０ｂは、開閉動作をするための電動アクチュエータ（図示省略）が設けられている。かかる電動アクチュエータの電力として、回生電力を使用する構成となっている。ラダー４０の電動アクチュエータに対しては、コンバータ１２からインバータ１３に至る電力ラインに分岐して、配設されたインバータ４１を介して回生電力が与えられる構成である。
【００３３】
以上のような第４実施形態にかかる電気推進式船舶１０においても、減速運航の際には、推進制御システム１１の動作制御部１８により、インバータ１３に減速指令が与えられ、推進用プロペラ１５における交流電動機１４が減速して、インバータ１３への電力供給がなくなり、推進用プロペラ１５が逆回転することで発電機として動作し、交流電動機１４が回生電力を発生する。
ここで、コンバータ１２とインバータ１３との間のスイッチＳｗを切り、交流電動機１４の回生電力は、インバータ４１を介してラダー４０の電動アクチュエータに供給される。電動アクチュエータは、ラダー４０に対する海流から受ける抵抗に抗して、主舵４０ａ、４０ｂを開閉作動させることにより、船舶の進行方向を変えたり、維持するように作動し、これによって、回生電力を消費することができる。
【００３４】
以上、本発明について、第１〜第４実施形態を挙げ、説明した。いずれにしても本発明では、一軸推進式電気推進式船舶であっても、制動動作部により減速走行時の電力を回生電力として回収することができるので、回生電力による電力変動を回避し、電力の需給バランスを確保すると共に、効率的な制動を行うことのできる電気推進式船舶を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は一軸推進式船舶について実施形態を挙げ、説明したが、勿論、一軸推進式に限らず、多軸推進式の船舶に設けることもできる。
【符号の説明】
【００３６】
１０電気推進式船舶
１１推進式制御システム
１２コンバータ
１３インバータ
１４、１６交流電動機
１５推進用プロペラ
１７ブレーキ専用プロペラ
１８動作制御部
１９インバータ
２０ａ〜２０ｄサイドスラスタ
３０可動スタビライザ
３１インバータ
４０ラダー
４０ａ４０ｂ主舵
４１インバータ
Ｓｗスイッチ
【図１】
2014129048.tif 000003
【図２】
2014129048.tif 000004
【図３】
2014129048.tif 000005
【図４】
2014129048.tif 000006
【図５】
2014129048.tif 000007
【図６】
2014129048.tif 000008
【図７】
2014129048.tif 000009