(57)【要約】【課題】  電気推進船の推進システムにおける劣化の主な原因となる機器を特定するのに有効な監視システムを提供する。【解決手段】  本発明の一態様に係る監視システムは、プロセッサを有する処理装置と、ディスプレイと、を備え、処理装置は、推進システムにおいて一又は複数の機器を含むように区分けされた各セクションの入力値及び出力値を取得し、入力値及び出力値に基づいて各セクションにおけるセクション効率を算出し、予め記憶した出力値と基準効率との関係に基づいて、取得した出力値に対応する基準効率を算出し、セクション効率から基準効率を差し引いた効率偏差をセクション毎に時系列でディスプレイに表示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気推進船の推進システムを監視する監視システムであって、
プロセッサを有する処理装置と、ディスプレイと、を備え、
前記処理装置は、前記推進システムにおいて一又は複数の機器を含むように区分けされた各セクションの入力値及び出力値を取得し、前記入力値及び前記出力値に基づいて各セクションにおけるセクション効率を算出し、予め記憶した出力値と基準効率との関係に基づいて、取得した出力値に対応する基準効率を算出し、前記セクション効率から前記基準効率を差し引いた効率偏差をセクション毎に時系列で前記ディスプレイに表示する、監視システム。
【請求項２】
前記処理装置は、各セクションにおける効率偏差に基づいて、各セクションにおける効率偏差の予測傾向線を前記ディスプレイに表示する、請求項１に記載の監視システム。
【請求項３】
前記処理装置は、各セクションにおける効率偏差が予め設定した下限値を下回るとき、所定の警告を前記ディスプレイに表示する、請求項１又は２に記載の監視システム。
【請求項４】
前記処理装置は、機能が同一で互いに並列に配置されたセクションの効率偏差を対比し、対比した効率偏差の差が予め設定した許容差よりも大きいとき、所定の警告を前記ディスプレイに表示する、請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載の監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気推進船の推進システムを監視する監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機によって推進用のプロペラを回転させる電気推進船が実用化されている。特許文献１には、原動機で発電機を駆動することにより電力を生成し、生成した電力でプロペラに接続された電動機を駆動する電気推進船が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１２８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気推進船の推進システムは、原動機でプロペラを直接回転させる推進システムとは異なり、原動機とプロペラの間には電気機器を含む多くの機器が設けられている。従来、可動部のない電気機器はほとんど劣化しないと考えられていたこと、及び、全ての機器にセンサを取り付けることは必ずしも容易でないことから、電気推進船の推進システムでは各機器を個別に監視することは行われていない。
【０００５】
しかしながら、船舶に搭載される電気機器は周囲温度や振動などの影響を受けて劣化が進むおそれがあり、また、全ての機器にセンサを取り付けることができないとしても推進システムの劣化の主な原因となる機器を特定したいという要請もある。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、電気推進船の推進システムにおける劣化の主な原因となる機器を特定するのに有効な監視システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る監視システムは、電気推進船の推進システムを監視する監視システムであって、プロセッサを有する処理装置と、ディスプレイと、を備え、前記処理装置は、前記推進システムにおいて一又は複数の機器を含むように区分けされた各セクションの入力値及び出力値を取得し、前記入力値及び前記出力値に基づいて各セクションにおけるセクション効率を算出し、予め記憶した出力値と基準効率との関係に基づいて、取得した出力値に対応する基準効率を算出し、前記セクション効率から前記基準効率を差し引いた効率偏差をセクション毎に時系列で前記ディスプレイに表示する。
【０００８】
この構成によれば、各セクションの効率偏差が時系列でディスプレイに表示されるため、セクション毎に劣化の程度を把握できる。そのため、推進システムにおける劣化の主な原因となる機器を特定するのに有効な情報を得ることができる。さらに、機器毎に効率偏差を算出するのではなく、セクション毎に効率偏差を算出するため、全ての機器にセンサが設置できないような場合であっても、劣化の主な原因となる機器を特定するのに有効な情報を得ることができる。
【０００９】
上記の監視システムにおいて、前記処理装置は、各セクションにおける効率偏差に基づいて、各セクションにおける効率偏差の予測傾向線を前記ディスプレイに表示するようにしてもよい。
【００１０】
この構成によれば、効率偏差の予測傾向線がディスプレイに表示されるため、所定期間後における各セクションの効率偏差が推定でき、各機器の交換時期などの運用計画に役立つ情報を得ることができる。
【００１１】
上記の監視システムにおいて、前記処理装置は、各セクションにおける効率偏差が予め設定した下限値を下回るとき、所定の警告を前記ディスプレイに表示するようにしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、各セクションに含まれる機器が劣化した場合及び故障した場合には、警告がディスプレイに表示されることになるため、推進システムの運用に非常に有効である。
【００１３】
上記の監視システムにおいて、前記処理装置は、機能が同一で互いに並列に配置されたセクションの効率偏差を対比し、対比した効率偏差の差が予め設定した許容差よりも大きいとき、所定の警告を前記ディスプレイに表示するようにしてもよい。
【００１４】
この構成によれば、機能が同一で互いに並列に配置されたセクションの効率偏差を比較することで、各セクションの劣化や故障を把握することができる。
【発明の効果】
【００１５】
上記の監視システムによれば、電気推進船の推進システムにおける劣化の主な原因となる機器を特定するのに有効な情報を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、電気推進船の推進システムのブロック図である。
【図２】図２は、監視システムのブロック図である。
【図３】図３は、監視プログラムのフローチャートである。
【図４】図４は、ディスプレイに表示される散布図及び効率曲線の一例を示す図である。
【図５】図５は、ディスプレイに表示される効率偏差を時系列で表示する図及び予測傾向線の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１８】
＜推進システム＞
まず、本実施形態に係る監視システム１００の監視対象である推進システム１０１について説明する。図１は、推進システム１０１のブロック図である。本実施形態の推進システム１０１は電気推進船に搭載されており、複数の原動機１０で２つのプロペラ１７を回転させる２軸の推進システムである。より具体的には、本実施形態の推進システム１０１は、４つの原動機１０と、４つの発電機１１と、１つの主配電盤１２と、４つの変圧器１３と、２つのインバータ１４と、２つの電動機１５と、２つの減速機１６と、２つのプロペラ１７と、を備えている。なお、各機器の個数は上記に限られない。例えば、プロペラ１７の個数は１つであってもよい。
【００１９】
原動機１０は、内部で燃料を燃焼させることにより動力を発生させる機器である。本実施形態の原動機１０はディーゼルエンジンであるが、ガスタービンエンジンなどの他のエンジンであってもよい。また、原動機１０に燃料を供給する燃料ラインには流量計３１が設けられている。流量計３１では燃料流量、すなわち原動機１０における燃料消費量を測定することができる。燃料消費量がわかれば、原動機１０内で燃料が燃焼するときに発生する熱エネルギ［Ｊ（ジュール）］が算出でき、ひいては原動機１０に供給される１秒あたりの熱エネルギ［Ｊ／ｓ＝Ｗ（ワット）］を算出することができる。すなわち、流量計３１の測定結果から原動機１への入力値［Ｗ］を計測することができる。
【００２０】
発電機１１は、原動機１０によって駆動されて電力を発生させる機器である。なお、本実施形態の発電機１１は、交流電力を発生させる交流発電機である。また、発電機１１で発生した電力は回路を介して主配電盤１２に供給される。発電機１１と主配電盤１２をつなぐ回路には電力計３２が設けられており、電力計３２は発電機１１が主配電盤１２に供給する電力（発電機１１の出力値）［Ｗ］を計測することができる。
【００２１】
主配電盤１２は、４つの発電機１１から供給された電力を一旦収集し、４つの変圧器１３に分配する機器である。主配電盤１２と変圧器１３をつなぐ各回路には電力計３３が設けられており、電力計３３は各変圧器１３に供給される電力（変圧器１３の入力値）［Ｗ］を計測することができる。
【００２２】
変圧器１３は、主配電盤１２から供給された電力の電圧を変換する機器である。
【００２３】
インバータ１４は、交流電力の周波数を変更する機器である。インバータ１４は、変圧器１３から供給された交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力をさらに交流電力に変換する。また、インバータ１４で周波数が変更された電力は回路を介して電動機１５に供給される。インバータ１４と電動機１５をつなぐ回路には電力計３４が設けられており、電力計３４はインバータ１４から電動機１５へ供給する電力（インバータ１４の出力値）［Ｗ］を測定することができる。なお、インバータ１４から電動機１５へ供給する電力は、電動機１５に供給される電力（電動機１５の入力値）［Ｗ］に等しい。
【００２４】
電動機１５は、インバータ１４から供給された電力によって出力軸を回転させる機器である。電動機１５の出力軸には出力軸の回転速度を測定する回転計３５と出力軸にかかるトルクを測定するトルク計３６が設けられている。回転計３５及びトルク計３６の測定結果に基づいて、電動機１５の出力（出力値）［Ｗ］を算出することができる。なお、電動機１５の出力値は減速機１６の入力値［Ｗ］に等しい。
【００２５】
減速機１６は、電動機１５の出力軸による回転運動の動力を、回転速度を落としてプロペラ１７に伝達する機器である。減速機１６とプロペラ１７は推進軸を介して接続されており、推進軸には推進軸の回転速度を測定する回転計３７と推進軸にかかるトルクを測定するトルク計３８が設けられている。回転計３７及びトルク計３８の測定結果に基づいて、減速機１６の出力（出力値）［Ｗ］を算出することができる。
【００２６】
プロペラ１７は、水中で回転して船舶の推進力を発生させる。プロペラ１７は、減速機１６に接続された推進軸によって駆動される。プロペラ１７は複数の回転翼を有しており、これらの回転翼は角度（ピッチ）が一定である。ただし、プロペラ１７は、回転翼の角度を任意に変更できる可変ピッチプロペラであってもよい。
【００２７】
＜監視システム＞
次に、監視システム１００の構成について説明する。図２は、監視システム１００のブロック図である。図２に示すように、監視システム１００は、処理装置５１と、ディスプレイ５２と、を備えている。本実施形態では、処理装置５１及びディスプレイ５２は陸上に設置されているが、処理装置５１及びディスプレイ５２は船舶に設置されていてもよく、処理装置５１の一部が船舶に設置され処理装置５１の残りの一部とディスプレイ５２が陸上に設置されていてもよい。
【００２８】
処理装置５１は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、及びＩ／Ｏインターフェース等を有している。図２に示すように、各種センサ３１乃至３８（図１参照）の測定データは衛星を介して陸上に設置されたサーバ５３に供給され蓄積される。処理装置５１は、サーバ５３からネットワークを介して各種センサ３１乃至３８の測定データを取得する。なお、各種センサ３１乃至３８は、例えば４時間おきに測定を行って測定データをサーバ５３に供給する。また、処理装置５１は、ディスプレイ５２と電気的に接続されており、ディスプレイ５２に画像信号を送信することで、任意の表示内容をディスプレイ５２に表示させることができる。
【００２９】
＜監視プログラム＞
次に、処理装置５１が実行する監視プログラムについて説明する。処理装置５１では、不揮発性メモリに監視プログラム及び種々のデータ（後述するマップデータを含む）が保存されており、プロセッサがこの監視プログラムに基づき揮発性メモリを用いて演算処理を行う。
【００３０】
ここで、本実施形態では、監視対象である推進システム１０１を４種類のセクションに区分けしている。具体的には、図１に示すように、原動機１０と発電機１１をそれぞれ含む４つの第１セクション４１、２つの変圧器１３とインバータ１４をそれぞれ含む２つの第２セクション４２、電動機１５を含む２つの第３セクション４３、及び、減速機１６を含む２つの第４セクション４４の４種類に推進システム１０１を区分けしている。なお、推進システム１０１の区分けは上記のものに限らず、上記以外のセクションに区分けしてもよい。
【００３１】
上記のとおり、各セクション４１乃至４４は、いずれも一又は複数の機器を含んでいる。さらに、同種のセクションは、同じ機器を含むことから同じ機能を有しており、また、互いに並列に配置されている。
【００３２】
図３は、監視プログラムのフローチャートである。図３で示す処理は、処理装置５１によって遂行される。まず、処理が開始されると、処理装置５１は各種センサ３１乃至３８で測定した測定データをサーバ５３から取得する（ステップＳ１）。なお、本実施形態では、過去にサーバ５３に蓄積された測定データも含め全ての測定データを取得する。また、後述するステップＳ２乃至Ｓ５の演算は、過去の測定データに関しても行う。ただし、ユーザが解析を行う期間を指定し、その期間における測定データを取得して、取得した測定データに関して演算を行っても良い。
【００３３】
続いて、処理装置５１は、ステップＳ１で取得した測定データに基づいて、各セクションの入力値及び出力値を算出する（ステップＳ２）。第１セクション４１では、原動機１０に供給される単位時間あたりの熱エネルギを「入力値」とし、発電機１１が主配電盤１２に供給する電気の電力を「出力値」とする。第２セクション４２では、２つの変圧器１３に供給される電力を「入力値」とし、インバータ１４が電動機１５に供給する電力を「出力値」とする。第３セクション４３では、電動機１５に供給される電力を「入力値」とし、電動機１５から減速機１６に伝達する動力を「出力値」とする。第４セクション４４では、電動機１５から減速機１６に伝達される動力を「入力値」とし、減速機１６からプロペラ１７へ伝達する動力を「出力値」とする。
【００３４】
続いて、処理装置５１は、各セクションにおける入力値に対する出力値の割合に基づいて各セクションにおけるセクション効率を算出する（ステップＳ３）。本実施形態では、各セクションにおいて出力値を入力値で除した値をそのセクションのセクション効率とする。なお、入力値と出力値の単位が異なる場合は、一方を換算して両方の単位を一致させたうえでセクション効率を算出する。
【００３５】
続いて、処理装置５１は、基準効率を算出する（ステップＳ４）。具体的には、処理装置５１は、セクション毎に基準効率曲線のマップデータを記憶しており、そのマップデータに基づいてステップＳ２で算出した出力値に対応する基準効率を算出する。なお、基準効率曲線は、そのセクションに含まれる機器が劣化していないときに見込まれる出力値とセクション効率（基準効率）の関係を示した曲線である。また、基準効率曲線は、例えば、そのセクションに含まれる機器の設計値、製造時における試験結果、又は、海上試運転結果に基づいて得ることができる。
【００３６】
続いて、処理装置５１は、セクション毎に効率偏差を算出する（ステップＳ５）。効率偏差は、セクション効率から基準効率を差し引いた値である。つまり、効率偏差は、基準効率からの効率の低下の程度（劣化によって効率がどの程度低下したか）を示す値である。
【００３７】
続いて、処理装置５１は、図４に示すように、出力値（負荷）とセクション効率を対応させた点をプロットした散布図をセクション毎にディスプレイ５２に表示し、かつ、その散布図に重ねるようにして前述した基準効率曲線をディスプレイ５２に表示する（ステップＳ６）。
【００３８】
なお、図４は、ディスプレイ５２に表示される散布図及び基準効率曲線の一例である。また、散布図及び基準効率曲線はセクション毎に表示される。散布図の横軸の単位は出力値の単位［Ｗ］としてもよく、最大出力又は定格容量に対する割合［％］としてもよい。また、散布図の縦軸の単位は効率［％］としてもよく、効率に１００を掛ける前の値（出力値を入力値で除した値）としてもよい。また、セクションの種類が異なれば基準効率曲線も当然異なる。さらに、同種のセクションであっても含まれる機器に個体差があれば基準効率曲線が異なる場合もある。
【００３９】
続いて、処理装置５１は、図５に示すように、セクション毎に効率偏差を時系列でプロットした図をディスプレイ５２に表示し、かつ、その図に重ねるようにして効率偏差の予測傾向線をディスプレイに表示する（ステップＳ７）。予測傾向線は、時系列でプロットした効率偏差の各点との距離が小さくなるように描かれた近似曲線であって、直線であってもよく曲線であってもよい。なお、この近似曲線の算出方法は特に限定されず、最小二乗法を用いて算出してもよく、カルマンフィルタを用いて算出してもよい。
【００４０】
図５は、ディスプレイ５２に表示される効率偏差を時系列で表示した図及び予測傾向線の一例である。各セクションの効率偏差は時系列で重畳表示される。これにより、各セクションの効率低下の傾向を把握でき、推進システム１０１における劣化の主な原因となる機器を特定するのに有効である。また、予測傾向線を表示することによって、所定期間後における各セクションの効率の低下の程度を予測することができる。なお、図５のグラフ中における破線は効率偏差がゼロの直線である。機器の劣化が進むにつれて、その機器を含むセクションの効率偏差が低下し、効率偏差のマイナスの幅が大きくなる。
【００４１】
続いて、処理装置５１は、効率偏差が予め設定した下限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ５で算出した効率偏差が全て（又は最新の効率偏差が）下限値以上であれば（ステップＳ８でＹＥＳ）、ステップＳ９へ進む。
【００４２】
一方、ステップＳ５で算出した効率偏差のうち下限値よりも小さい（下限値を下回る）ものがあれば（又は最新の効率偏差が下限値より小さければ）（ステップＳ８でＮＯ）、ディスプレイ５２に所定の警告を表示する（ステップＳ１０）。例えば、対応するセクションの表示部分について背景の色を変えたり、各セクションに番号をつけて対応するセクションの番号を表示したりする。ステップＳ１０を経た後は処理を終了する。
【００４３】
続いて、ステップＳ９では、機能が同一で互いに並列に配置された同種のセクションについて最新のセクション効率を比較し、セクション効率の差が予め設定した許容差以内であるか否かを判定する。セクション効率の差が許容差以内であれば（ステップＳ９でＹＥＳ）、処理を終了する。
【００４４】
一方、セクション効率の差が許容差よりも大きければ（ステップＳ９でＮＯ）、ディスプレイ５２に所定の警告を表示する（ステップＳ１０）。なお、第１セクション４１については４つあることから、全ての第１セクションのセクション効率を対比してセクション効率の差が１つでも許容差よりも大きければ、ステップＳ１０へ進むものとする。ただし、第１セクション４１については、４つのセクション効率の平均値に対して１つでも許容差よりも大きい場合や、４つのセクション効率のうち最大値と最小値の差が許容値よりも大きい場合にステップＳ１０へ進むようにしてもよい。ステップＳ１０を経た後は処理を終了する。
【００４５】
ステップＳ９のように同種のセクション効率を対比して劣化又は異常を検出するステップは、劣化の異常を把握しやすい。そのため、劣化が少ないと考えられる電気機器（変圧器１３及びインバータ１４）を含む第２セクション４２にとっては、上記のステップＳ９は特に有効である。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係る監視システム１００によれば、一又は複数の機器を含むセクション毎の効率偏差が時系列でディスプレイ５２に表示されるため、セクション毎の劣化の程度を把握できる。そのため、推進システム１０１における劣化の主な原因となる機器を特定するのに有効な情報を得ることができる。なお、推進システム１０１における劣化の主な原因となるセクションを特定できれば、そのセクションの負担の割合を減らすことにより推進システム１０１を効率よく運用することができる。
【００４７】
なお、上記の実施形態では、処理装置５１がネットワークにてサーバ５３と接続されている場合について説明したが、サーバ５３が処理装置５１の一部を構成しても良い。例えば、サーバが上述した監視プログラムを実行し、ネットワークを介して接続されたユーザのＰＣのディスプレイに図４及び図５に示すような図を表示するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０  原動機
１１  発電機
１２  主配電盤
１３  変圧器
１４  インバータ
１５  電動機
１６  減速機
４１  第１セクション
４２  第２セクション
４３  第３セクション
４４  第４セクション
５１  処理装置
５２  ディスプレイ
１００  監視システム
１０１  推進システム
【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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