(57)【要約】      （修正有）【課題】船舶を減速または停止する際に、船舶の推進中に船体に蓄積された運動エネルギをより多く回収することのできる回生制御装置を提供する。【解決手段】船舶の推進機ＰＲを駆動する推進電動機Ｍと、この推進電動機へ供給する電力を制御する電力変換器ＩＮＶと、この電力変換器を前記推進電動機の回転速度が外部から与えられる推進電動機速度指令と一致するように制御する速度調節手段ＡＳＲとを備えた船舶の電気推進装置ＥＰに、船速センサＳＳで検出された船舶の速度に基づいて形成した回生減速時の減速速度指令信号を速度指令信号として与える。【選択図】図１
2014201195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の推進機を駆動する推進電動機と、この推進電動機に電力を供給する電源と、この電源からこの推進電動機へ供給される電力を制御する電力変換装置と、この電力変換装置を前記推進電動機の回転速度が外部から与えられた速度指令と一致するように制御する速度調節手段とを備えた船舶の電気推進システムにおいて、前記船舶の速度を検出する船速センサと、この船速センサで検出された船舶の速度に基づいて前記推進電動機の回生減速運転時の減速速度指令信号を形成する手段とを設け、回生減速運転指令が発令された際に、前記速度調節手段に前記減速速度指令信号形成手段で形成された減速速度指令信号を速度指令信号として与えることを特徴とする船舶の電気推進システムの回生制御装置。
【請求項２】
前記減速速度指令信号を形成する手段は、回生減速運転指令が発令された際に、そのときの前記船速センサから出力される船速信号を保持する船速保持手段、およびそのときの推進電動機に対する速度指令信号を保持する推進電動機速度信号保持手段と、前記船速センサから出力される船速信号を前記船速保持手段に保持された保持船速信号で除算する除算手段と、この乗算手段により求められた除算結果を所定のゲイン倍した値を所定のべき乗指数でべき乗演算するべき乗演算手段と、前記推進電動機速度保持手段に保持された保持推進電動機速度と前記べき乗演算手段により求めたべき乗演算値とを乗算して減速指令信号を形成する乗算手段とで構成したことを特徴とする請求項１に記載の船舶の電気推進システムの回生制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、船舶の推進器を電動機により駆動するようにした電気推進システムにおける回生制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶の電気推進システムとして、特許文献１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ものがある。ハイブリッド電源は、船舶の推進機を駆動する推進電動機および船舶内のほとんどの補機類に給電し、船舶の運航に必要な電力を供給する。
【０００３】
このような従来の電気推進システムは、図３に示すように、鉛蓄電池用いた蓄電池Ｂと、この蓄電池Ｂを充電する発電装置ＤＧとで構成されたハイブリッド電源１０を備える。そして、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等の原動機ＤＥと、発電機Ｇの交流出力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。このハイブリッド電源１０から電気推進装置２０および船舶内の各種の補助機器３０に給電される。
【０００４】
電気推進装置２０は、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から供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で構成された電力変換器ＩＮＶとを備える。発電装置ＤＧの出力電圧は、発電制御装置４０により設定された電圧に制御される。また、推進制御装置５０は、電気推進装置２０の推進電動機Ｍの速度を指令速度にしたがって制御することによって、船舶の推進速度を制御する。
【０００５】
推進制御装置５０には、操作指令器ＣＳＭからの停止、前進、後進を示す運航指令信号ＯＭと、速度指令器ＶＲ１からの速度指令信号Ｎ*とが入力される。また、電力変換器ＩＮＶの入力端Ｐ、Ｎは、ハイブリッド電源１０の給電路ＭＬに接続されている。電力変換器ＩＮＶの入力電圧Ｖ３および入力電流ＩＭは、電圧検出器ＶＤＭおよび電流検出器ＳＨＭによって検出される。入力電圧Ｖ３および入力電流ＩＭの検出信号は、推進制御装置５０に入力される。そして速度検出器ＴＤにより検出された推進電動機Ｍの回転速度信号ｎが推進制御装置５０に帰還される。
【０００６】
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、速度指令器ＶＲ１から指令される。
電気推進装置１０と推進制御装置５０とで構成された電気推進システムの制御系は、図４に示すように構成され、推進制御装置５０が、加算演算部Ａと速度調節部ＡＳＲの働きをする。すなわち、加算演算部Ａは、速度指令器ＶＲ１から与えられる速度指令信号Ｎ*と速度検出器ＴＤから帰還された推進電動機Ｍの回転速度信号ｎとの速度偏差Δｎを求める。速度調節部ＡＳＲは、この速度偏差Δｎがゼロとなるように電力変換器ＩＮＶに対する電圧指令Ｖ*を演算し、この電圧指令Ｖ*に基づく電圧制御信号を電力変換器ＩＮＶに与える。電力変換器ＩＮＶは、この電圧指令Ｖ*に応じてハイブリッド電源１０から推進電動機Ｍに供給する電圧、周波数を制御して、所望の電流を推進電動機Ｍに通電する。これにより、推進電動機Ｍのトルクが制御されて、推進機ＰＲを駆動する推進電動機Ｍの回転速度が指令速度Ｎ*に制御されるので、船舶は、指令された速度で推進する。
【０００７】
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ＩＮＶにより推進電動機Ｍの減速制御、停止制御、または前進から後進への運航切り替え制御を行うときに、電気推進装置２０が減速動作を伴うので、船舶に蓄積された運動エネルギ（慣性）により推進電動機Ｍが推進機ＰＲを介して駆動され、回生電力を発生する。この回生電力を電力変換器ＩＮＶによりハイブリッド電源１０側に回生し、ハイブリッド電源の蓄電池Ｂを充電する等して回収することにより制動力を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１-２３５８４０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、このように電気推進システムの推進電動機Ｍの回転速度を指令にしたがって自動調節した場合、船舶の速度とは無関係に推進電動機Ｍ、したがって推進機ＰＲの回転速度が制御されるため、減速の過程で、船舶の速度より早く、推進機ＰＲの回転速度をゼロにした場合、船体に蓄積された運動エネルギを電気推進装置２０によって回生することができなくなるので、その後は、船舶は船体の流体抵抗によって自然に減速させて停止させることになる。また、停止時間を短縮するために、推進機ＰＲを逆転させて逆方向の推進力を発生させて船舶に制動をかけることもできるが、この場合、推進電動機Ｍは、逆転していても力行状態であるため、船体に蓄積された運動エネルギを回収することはできない。
【００１０】
この発明の課題は、このような問題を解決するため、船舶を減速または停止する際に、船舶の推進中に船体に蓄積された運動エネルギをより多く回収することのできる船舶の電気推進装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するため、この発明は、船舶の推進機を駆動する推進電動機と、この推進電動機に電力を供給する電源と、この電源からこの推進電動機へ供給される電力を制御する電力変換器と、この電力変換器を前記推進電動機の回転速度が外部から与えられた速度指令と一致するように制御する速度調節手段とを備えた船舶の電気推進システムにおいて、前記船舶の速度を検出する船速センサと、この船速センサで検出された船舶の速度に基づいて前記推進電動機の回生減速運転時の減速速度指令信号を形成する手段とを設け、回生減速運転指令が発令された際に、前記速度調節手段に前記減速速度指令信号形成手段で形成された減速速度指令信号を速度指令信号として与えることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明において、前記減速速度指令信号を形成する手段は、回生減速運転指令が発令された際に、そのときの前記船速センサから出力される船速信号を保持する船速保持手段、およびそのときの推進電動機に与えられた推進電動機に対する速度指令信号を保持する推進電動機速度信号保持手段と、前記船速センサから出力される船速信号を前記船速保持手段に保持された保持船速信号で除算する除算手段と、この乗算手段により求められた除算結果を所定のゲイン倍した値を所定のべき乗指数でべき乗演算するべき乗演算手段と、前記推進電動機速度保持手段に保持された保持推進電動機速度と前記べき乗演算手段により求めたべき乗演算値とを乗算して減速指令信号を形成する乗算手段とで構成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、減速運転時に回生を行う際に、制御手段に与えられる推進電動機の減速速度指令を船舶の速度に応じて変更するようにしているので、推進電動機の回転速度が船舶の速度に合わせて減速される。したがって、船舶の停止に合わせて推進電動機を停止させることができ、船舶の減速時の船舶に蓄積された運動エネルギを停止されるまで有効に電気推進システムの電源へ回生し、回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の電気推進システムの回生制御装置の実施例を示すブロック構成図。
【図２】この発明の動作説明に用いる減速特性図。
【図３】従来の船舶の電気推進システムを示すブロック構成図。
【図４】従来の電気推進システムの速度制御系を示すブロック構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施例による電気推進システムの回生制御装置を示すブロック構成図である。
【００１７】
図１において、電気推進装置ＥＰは、推進電動機Ｍにより船舶の推進機ＰＲを駆動して、船舶を推進するものである。推進力の制御は、ハイブリッド電源ＨＰから推進電動機Ｍへ供給する電力を電力変換器ＩＮＶにより制御して推進電動機Ｍの回転速度を制御することにより行う。
【００１８】
推進制御部ＰＣは、加算演算部Ａと速度調節部ＡＳＲとで構成されている。加算演算部Ａは、操作盤ＣＰの回転速度指令器ＳＤに設定された指令速度Ｎ*と、推進電動機Ｍの回転速度検出機ＴＤから帰還される推進電動機Ｍの回転速度信号ｎとを比較してその速度偏差Δｎを求める。速度調節部ＡＳＲは、この速度偏差Δｎがゼロとなる推進電動機Ｍのトルクを演算して、これをトルク指令として電力変換器ＩＮＶに与える。電力変換器ＩＮＶは、速度調節部ＡＳＲから与えられたトルク指令にしたがって推進電動機Ｍに流す電流を制御する。これにより、推進電動機Ｍの回転速度が指令速度Ｎ*に保たれる。
【００１９】
この発明においては、この他に、回生をともなう減速運転を指令する回生減速指令器ＲＤと、この回生減速指令器ＲＤから回生減速運転が指令されたとき、船舶の速度を検出する船速センサＳＳ、および回転速度信号ｎに基づいて減速速度指令信号ｎ＊を形成する減速速度指令信号形成手段ＲＳを設けている。船速センサＳＳは、検出した船舶の速度を船速信号ｓとして出力する。また、この減速速度指令信号形成手段ＲＳの出力部には切換器ＳＷ１が設けられ、推進制御部ＰＣの入力には切換器ＳＷ２が、設けられる。
【００２０】
切換器ＳＷ１は、通常運転時は、回転速度指令器ＳＤに接続された接点ｂ側に切換えられている。回生減速指令器ＲＤから回生減速運転指令が出力されると、切換器ＳＷ１は、減速速度指令信号形成手段ＲＳの出力部に接続されている接点ａ側に切換えられる。また、切換器ＳＷ２は、電気推進装置ＥＰの運転中は運転／停止指令器ＯＳから出力される運転信号により切換器ＳＷ１の出力に接続された接点ｃに切換えられている。運転／停止指令器ＯＳから電気推進装置ＥＰの停止が指令されると、切換器ＳＷ２は、回転速度検出器ＴＤの出力接続された接点ｄ側に切換えられる。
【００２１】
次にこのような構成されたこの発明の電気推進システムの回生制御装置の動作を説明する。
【００２２】
通常の加減速運転中は、回生減速指令器ＲＤからは何も指令されていないので、切換器ＳＷ１は、接点ｂに切換えられ、切換器ＳＷ２は通常運転中であるので、接点ｃ側に切換えられている。また、減速速度指令信号形成手段ＲＳは動作していない。
【００２３】
このため、推進制御部ＰＣの加算演算部Ａの一方の入力端子には、回転速度指令器ＳＤに設定された速度指令信号Ｎ*が切換器ＳＷ１およびＳＷ２を介して入力される。加算演算部Ａは、この速度指令信号Ｎ*と、他方の入力端子に入力された回転速度信号ｎとの速度偏差Δｎを求め、速度調節演算部ＡＳＲに対して出力する。速度調節演算部ＡＳＲでは、この速度偏差Δｎがゼロとなる電動機Ｍへのトルク指令を求めて、電力変換器ＩＮＶに指令する。電力変換器ＩＮＶがこのトルク指令に基づいて、推進電動機Ｍに供給する電流を制御することにより、電動機Ｍの速度ｎが回転速度指令器ＳＤから指令された速度指令信号Ｎ*に制御される。
【００２４】
ここで、電力変換器ＩＮＶから推進電動機Ｍへ供給する電流を遮断すると、船舶に蓄積された運動エネルギは、船舶の流体損失により次第に減衰する。この場合、推進電動機Ｍの回転速度は、図２に特性線Ａで示すそれぞれの船舶の有するフリーラン減速特性にしたがって低下し、時間の経過とともにゼロとなって停止する。
【００２５】
電気推進装置ＥＰの運転を停止させると運転／停止指令器ＯＳは、切換器ＳＷ２を接点ｄ側に切換える。切換器ＳＷ２が接点ｄ側に切り換わると、回転速度検出器ＴＤからの回転速度信号ｎが加算演算部Ａの一方の入力端子に正極性で加わり、他方の入力端子に負極性で入力されるため、両者が相殺され、速度調節部ＡＳＲに入力される速度偏差Δｎはゼロとなる。このように、電気推進装置ＥＰが停止中、すなわち速度指令信号Ｎ*＝０のとき、遊転している推進電動機Ｍの回転速度信号ｎを推進制御部ＰＣに入力する回転速度指令とすることにより、速度調節部ＡＳＲは、出力の飽和が防がれる。
【００２６】
船舶がある速度で航行しているところで、回転速度指令器ＳＤに設定されて速度指令値を低下またはゼロとすることにより推進制御部ＰＣに減速を指令することができるが、このとき、船舶の運航効率を高めるために船舶に蓄積された運動エネルギを積極的に回生して電源に回収する場合は、回生減速指令器ＲＤから回生減速運転指令信号ｒｄを出力するようにする。
【００２７】
回生減速指令器ＲＤから回生減速運転指令信号ｒｄが発生されると、減速速度指令信号形成手段ＲＳが作動を始める。まず、回生減速運転指令信号ｒｄの発生と同時に、２つのデータ保持器Ｈ１およびＨ２が、データの保持動作を行う。データ保持器Ｈ１は、回生減速運転指令信号ｒｄの発生されたときの船舶の速度を検出する船速センサＳＳで検出された船舶の速度を示す船速信号ｓを減速開始時船速信号Ｓｈとして保持する。また、データ保持器Ｈ２は、同時に減速開始直前の回転速度信号ｎを保持し、減速開始時回転速度信号ｎｈとする。
【００２８】
除算器Ｄで、船速センサＳＳにより検出された船速信号ｓを保持器Ｈ１に保持された減速開始時船速信号Ｓｈで除算して両者の比（ｓ／Ｓｈ）を求める。ゲイン器Ｇは、この除算器Ｄで求められた船速信号ｓと減速開始時船速信号Ｓｈとの比（ｓ／Ｓｈ）に、船舶の特性に応じて決められたゲインｇを乗算する。べき乗演算部Ｅは、ゲイン器Ｇで演算した結果に対して、減速特性に応じて選定したべき乗指数ｋでべき乗演算し、べき乗値(ｇ×ｓ／Ｓｈ）kを求める。
【００２９】
このべき乗演算部Ｅで求めたべき乗値(ｇ×ｓ／Ｓｈ)kは乗算器Ｍに入力される。乗算器Ｍは、べき乗値(ｇ×ｓ／Ｓｈ)kと保持器Ｈ２に保持された減速開始時回転速度信号ｎｈとを乗算して、減速速度指令信号ｎ*を求める。このようにして求められた減速速度指令信号ｎ*は、切換器ＳＷ１およびＳＷ２を介して、推進制御部ＰＣに速度指令として与えられる。
【００３０】
減速速度指令信号ｎ*は、減速速度指令信号形成手段ＲＳで保持器Ｈ２に保持された減速開始時の回転速度信号ｎｈに船速センサＳＳで検出された船舶の船速信号ｓのべき乗値を乗算して形成されるので、図２に特性線Ｂで示すように、時間とともに減速速度指令信号ｎ*からゼロまで指数関数的にフリーラン減速特性線Ａより早い速度で減少する特性となる。
【００３１】
推進制御部ＰＣは、このように時間とともに変化する減速速度指令信号ｎ*に対応して推進電動機Ｍの回転速度ｎを減速させるため、図２に特性線Ｃで示すような負のトルク指令信号τを形成して電気推進装置ＥＰの電力変換装器ＩＮＶに与える。これにより推進電動機Ｍが、船舶に蓄積された運動エネルギにより推進機ＰＲを介して駆動され、発電動作を行う。推進電動機Ｍで発生された電力を、回生動作モードの電力変換器ＩＮＶを通してハイブリッド電源ＨＰに回生し、電源内の蓄電池等に回収することにより船舶に制動力を加えることができる。べき乗演算部Ｅでのべき乗指数は、１以上の任意の値とすることで制動力となり、電気推進装置ＥＰが出力できるトルク内で、このべき乗指数を高くすると、減速速度指令信号ｎ*がより速くゼロに減少し、トルク指令が大きくなり、船舶の制動力を増すことができる。
【００３２】
また、この発明においては、回生を行いながら減速運転を行う際に、減速速度指令信号ｎ*が船舶の速度に応じて変更されるので、船舶の停止に合わせて推進電動機を運転することができる。したがって、船舶の減速時に、これに蓄積された運動エネルギを船舶が停止されるまで有効に電気推進装置の電源に回生し、回収することができる。
【符号の説明】
【００３３】
ＥＰ：電気推進装置
ＨＰ：ハイブリッド電源
ＩＮＶ：電力変換器
Ｍ：推進電動機
ＰＲ：推進機
ＳＳ：船速センサ
ＰＣ：推進制御部
ＡＳＲ：速度調節部
ＲＳ：減速速度指令信号形成手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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