(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船内に電力を供給する複数の主発電機と、
複数の前記主発電機の電力を分配する配電部と、
前記配電部が分配した電力によって動作する船内機器と、
前記配電部が分配した電力によって第一回転軸を回転駆動する第一電動機と、
前記第一回転軸とともに回転する主プロペラと、
前記配電部が分配した電力によって第二回転軸を回転駆動する第二電動機と、
前記主プロペラの船尾側に配置されて、前記第二回転軸とともに回転する船尾側プロペラと、
前記主プロペラを回転させる電力と、前記船尾側プロペラを回転させる電力と、前記船内機器に供給する電力と、を算出し、複数の前記主発電機の稼働台数や出力を制御する制御装置と、
を備え、
前記第一回転軸および前記第二回転軸を回転駆動する動力源が前記主発電機だけで構成される、船舶推進システム。
【請求項２】
前記主プロペラが、可変ピッチプロペラであって、
前記第一電動機は一定の回転速度で回転駆動する、
請求項１に記載の船舶推進システム。
【請求項３】
前記主プロペラが、固定ピッチプロペラである、
請求項１に記載の船舶推進システム。
【請求項４】
１つ又は複数の前記主プロペラと、それぞれの主プロペラに対向するよう配置された１つの前記船尾側プロペラを備える、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の船舶推進システム。
【請求項５】
１つの前記主プロペラに対し、当該主プロペラの回転軸を対称軸として線対象に配置した２つの前記船尾側プロペラを備える
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の船舶推進システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の船舶推進システム、
を備えた船舶。
【請求項７】
請求項１に記載の船舶推進システムにおいて、
前記主発電機が電力を供給し、
前記配電部が前記主発電機の電力を分配し、
前記配電部が分配した電力によって船内機器を動作させ、
前記配電部が分配した電力によって前記第一電動機が前記第一回転軸を回転駆動し、
前記主プロペラを前記第一回転軸とともに回転させ、
前記配電部が分配した電力によって前記第二電動機が前記第二回転軸を回転駆動し、
前記船尾側プロペラを前記第二回転軸とともに回転させる、
船舶推進方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶推進システム、船舶及び船舶推進方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二重反転プロペラ（ＣＲＰ：Contra Rotating Propeller system）を備えた船舶において主プロペラ駆動用の主機関（エンジン）によって駆動する軸発電機の発電電力、または、船内用の電力を供給するために備えられた主発電機の発電電力、のうちどちらかを選択して船尾側プロペラの駆動用モータに供給する船舶推進システムがある（特許文献１）。
この船舶推進システムを用いると、通常航行時は燃費の良い主機関によって駆動する軸発電機で発電した電力を船尾側プロペラ用モータに供給し、運航スケジュールの遅れなどにより船速を上げる必要があるときは軸発電機を使用せず、主機関は主プロペラの駆動にのみ使用し、船尾側プロペラは主発電機による発電電力で駆動させることで推進に供するパワーを上げて船速を上げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１４−５０５６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、設計の際に想定する船速が大きくなるほど、主機関が大型化し、初期コストが高くなる。また、機関室に占める主機関のスペースが大きくなり、メンテナンススペースが小さくなってしまう。また、メンテナンススペースを確保するために機関室を大きくすると損傷時の機関室における浸水量が増加し、復原性能を確保しようとすると船幅を大きくせざるを得ず推進性能や燃費の悪化につながる。
【０００５】
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる船舶推進システム、船舶及び船舶推進方法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】
【０００６】
本発明の第１の態様は、船内に電力を供給する複数の主発電機と、複数の前記主発電機の電力を分配する配電部と、前記配電部が分配した電力によって動作する船内機器と、前記配電部が分配した電力によって第一回転軸を回転駆動する第一電動機と、前記第一回転軸とともに回転する主プロペラと、前記配電部が分配した電力によって第二回転軸を回転駆動する第二電動機と、前記主プロペラの船尾側に配置されて、前記第二回転軸とともに回転する船尾側プロペラと、前記主プロペラを回転させる電力と、前記船尾側プロペラを回転させる電力と、前記船内機器に供給する電力と、を算出し、複数の前記主発電機の稼働台数や出力を制御する制御装置と、を備え、前記第一回転軸および前記第二回転軸を回転駆動する動力源が前記主発電機だけで構成される船舶推進システムである。
【００１１】
本発明の第２の態様における前記主プロペラは、可変ピッチプロペラであって、前記第一電動機は一定の回転速度で回転駆動する。
【００１２】
本発明の第３の態様における前記主プロペラは、固定ピッチプロペラである。
【００１３】
本発明の第４の態様における船舶推進システムは、１つ又は複数の前記主プロペラと、それぞれの主プロペラに対向するよう配置された１つの前記船尾側プロペラを備える。
【００１４】
本発明の第５の態様における船舶推進システムは、１つの前記主プロペラに対し、当該主プロペラの回転軸を対称軸として線対象に配置した２つの前記船尾側プロペラを備える。
【００１５】
本発明の第６の態様における船舶推進システムは、上述の何れか一つに記載の船舶推進システム、を備えた船舶である。
【００１６】
本発明の第７態様は、上記の船舶推進システムにおいて、前記主発電機が電力を供給し、前記配電部が前記主発電機の電力を分配し、前記配電部が分配した電力によって船内機器を動作させ、前記配電部が分配した電力によって前記第一電動機が前記第一回転軸を回転駆動し、前記主プロペラを前記第一回転軸とともに回転させ、前記配電部が分配した電力によって前記第二電動機が前記第二回転軸を回転駆動し、前記船尾側プロペラを前記第二回転軸とともに回転させる、船舶推進方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、主機関の大型化を防ぎつつ、推進性能の良い船舶の推進システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第一の図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第二の図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第三の図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第四の図である。
【図５】本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第五の図である。
【図６】本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第六の図である。
【図７】本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第七の図である。
【図８】本発明に係る第二実施形態における船舶推進システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態による船舶推進システムを図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第一の図である。
船舶推進システム１は、フェリー等の旅客船や貨物船などに備えられた船舶の推進システムである。
図１が示すように船舶推進システム１は、主発電機１０Ａ、主発電機１０Ｂ、主発電機１０Ｃ、配電盤１１、変圧器１２、インバータ１３、ポッド推進器１４、モータ１５、船尾側プロペラ１６、推進用主機関２０、軸発電機モータ２１、サイリスタインバータ２２、同期調速機２３、制御装置３０を備えている。主発電機１０Ａ〜１０Ｃを総称して主発電機１０とよぶ。
【００２０】
主発電機１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、船内に設置された発電機であり、船内の設備に電力を供給する。主発電機１０Ａ〜１０Ｃは、配電盤１１に接続されている。
配電盤１１は、主発電機１０Ａ、主発電機１０Ｂ、主発電機１０Ｃ、変圧器１２、サイリスタインバータ２２、図示しない船内機器と接続されている。配電盤１１は、主発電機１０Ａ〜１０Ｃと変圧器１２、サイリスタインバータ２２、図示しない船内機器との間にあって電気回路の開閉や電気系統の切換えを行う。例えば、配電盤１１は、主発電機１０Ａ〜１０Ｃが発電した電力を、変圧器１２および船内機器へ電力を供給する電気系統へ分配する。また、所定の条件下では、配電盤１１は、変圧器１２や船内機器に加え、サイリスタインバータ２２へ電力を供給する。また、所定の条件下では、配電盤１１は、後述する軸発電機モータ２１の発電電力をサイリスタインバータ２２や船内機器に供給する。
【００２１】
変圧器１２は、配電盤１１から出力される電力を、インバータ１３に供給可能な所定の電圧に降圧する。
インバータ１３は、船尾側プロペラ１６の回転数が、所望の回転数となるように、変圧器１２が出力した電圧と周波数を、所望の電圧と周波数に制御する。
ポッド推進器１４は、主プロペラ２４の後方に配置された繭型の推進装置である。ポッド推進器１４は、モータ１５と船尾側プロペラ１６を具備して構成される。
モータ１５は、ポッド推進器１４に内蔵された電動機である。モータ１５は、インバータ１３が制御した電力により回転駆動する。
船尾側プロペラ１６は、モータ１５の回転軸と同軸にシャフト１７を介して接続されており、モータ１５の駆動に伴い回転する。船尾側プロペラ１６は、主プロペラ２４の船尾側に設けられており、主プロペラ２４による推進力を補助したり、船の離接岸の際にサイドスラスタとして用いられたりする。
【００２２】
推進用主機関２０は、例えばディーゼルエンジンである。推進用主機関２０は、シャフト２７を介して主プロペラ２４と接続されている。推進用主機関２０は、シャフト２７を回転駆動させることによって、主プロペラ２４を回転させる。なお、シャフト２７を回転駆動する装置として、推進用主機関２０には、ガスタービン、蒸気タービン、原子力タービン、電動機などを適用することも可能である。
軸発電機モータ２１は、推進用主機関２０の出力によるシャフト２７の回転によって発電する発電機と主発電機１０が発電した電力により回転駆動するモータとを備える装置である。軸発電機モータ２１は、シャフト２７に設けられている。なお、軸発電機モータ２１は推進用主機関２０の船尾側に配置されているが船首側に配置してもよい。軸発電機モータ２１が、発電機として動作するモードを発電モードとよび、モータとして動作するモードを電動モードとよぶ。制御装置３０は、例えば船舶に要求される推進力に応じて軸発電機モータ２１の運転モードを発電モードと電動モードに切り替える。
【００２３】
例えば、軸発電機モータ２１の回転軸には同軸に第１ギアが設けられており、シャフト２７には同軸に第２ギアが設けられている。また、第１ギアは、第２ギアと嵌合されており、軸発電機モータ２１とシャフト２７は、これらのギアを介して連結されている。軸発電機モータ２１が電動モードで動作するときは、軸発電機モータ２１は、主発電機１０による電力により回転駆動し、その回転が第１ギアを介して第２ギアに伝達され、シャフト２７が回転する。電動モードの場合には、推進用主機関２０による回転動力に加え、軸発電機モータ２１による回転動力がシャフト２７に入力され、これらの動力がシャフト２７を介して主プロペラ２４を回転させる。このように、軸発電機モータ２１が電動モードで動作するときは、軸発電機モータ２１の動力が主プロペラ２４の回転を加勢する。
また、軸発電機モータ２１が発電モードで動作するときは、推進用主機関２０がシャフト２７を回転駆動し、その回転が第２ギアを介して第１ギアに伝達され、軸発電機モータ２１の回転軸が回転する。このように、軸発電機モータ２１が発電モードで動作するときは、軸発電機モータ２１は、シャフト２７の回転によって発電する
【００２４】
サイリスタインバータ２２は、軸発電機モータ２１による発電電力または配電盤１１から出力された電力の周波数の変動を抑制し安定化させるための定周波装置である。
同期調速機２３は、軸発電機モータ２１による発電電力の電圧および周波数、または配電盤１１から出力された電力の電圧及び周波数を制御する装置である。サイリスタインバータ２２および同期調速機２３は、軸発電機モータ２１が発電した電力を制御し配電盤１１へ出力する。また、サイリスタインバータ２２および同期調速機２３は、配電盤１１から出力された電力を制御し軸発電機モータ２１へ出力する。
主プロペラ２４は、推進用主機関２０とシャフト２７を介して接続されており、シャフト２７の回転駆動により回転し、船舶の走行に必要な推進力の大半を発生させる。また、軸発電機モータ２１が電動モードで動作するときは、主プロペラ２４は、推進用主機関２０の出力に加え軸発電機モータ２１の出力によって加勢された動力によって回転する。なお、図１において主プロペラ２４と船尾側プロペラ１６は、同軸上に対向して備えられており、１組の二重反転プロペラ（ＣＲＰ）を形成している。
【００２５】
船舶推進システム１は、船内に電力を供給する主発電機（主発電機１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）と、主発電機の電力を分配する配電部（配電盤１１）と、配電部を介して入力した電力によって第一回転軸（シャフト２７）を回転駆動する第一電動機（軸発電機モータ２１）と、第一回転軸とともに回転する主プロペラ（主プロペラ２４）と、配電部を介して入力した電力によって第二回転軸（シャフト１７）を回転駆動する第二電動機（モータ１５）と、主プロペラの船尾側に配置されて、前記第二回転軸とともに回転する船尾側プロペラ（船尾側プロペラ１６）と、第一回転軸を回転駆動させる主機関（推進用主機関２０）を備え、第一電動機は、前記主機関による前記主プロペラの回転の不足分を、前記第一回転軸を回転駆動することによって補う。また、制御部（制御装置３０）は、船舶に要求される推進力に応じて第一電動機によって第一回転軸を回転駆動させるか、主機関の回転によって発電して配電部に電力供給するかを切り替える。
【００２６】
次に船舶推進システム１の船舶推進時の動作の一例について説明する。
（動作例１）
主発電機１０Ａ〜１０Ｃは、発電電力を配電盤１１へ出力し、配電盤１１は、入力した電力の一部を船内電力として、船内機器へ出力する。また、配電盤１１は、入力した電力の一部を変圧器１２へ出力する。この電力は、変圧器１２、インバータ１３を経てモータ１５へ供給され、船尾側プロペラ１６の駆動電力として用いられる。一方、推進用主機関２０は、シャフト２７を介して主プロペラ２４を回転させる。このように動作例１では、推進用主機関２０の出力により、主プロペラ２４が回転し、主発電機１０Ａ〜１０Ｃから供給される電力により船尾側プロペラ１６を回転させることによって船舶を推進する。
【００２７】
（動作例２）
船舶推進システム１の船舶推進時の動作の別の例について説明する。動作例１と同様に主発電機１０Ａ〜１０Ｃの電力は、船内機器と船尾側プロペラ１６の回転に用いられる。また、制御装置３０は、例えば、船舶のスピードが所定の速度で以下であることを条件に、軸発電機モータ２１を発電モードで動作させる。これにより、推進用主機関２０の動力は、主プロペラ２４を回転させるために用いられるだけでなく、軸発電機モータ２１を回転させるためにも用いられる。軸発電機モータ２１は、推進用主機関２０の出力によってシャフト２７と共に回転し電力を発電させる。軸発電機モータ２１は、発電した電力を、サイリスタインバータ２２を介して配電盤１１へ出力する。制御装置３０は、配電盤１１を制御し、軸発電機モータ２１による発電電力が変圧器１２へ供給されるように電気系統を切り替える。配電盤１１は、軸発電機モータ２１から入力した電力を変圧器１２へ出力する。変圧器１２に入力された電力はインバータ１３を介してモータ１５へ出力され、船尾側プロペラ１６の回転に用いられる。このように、動作例２では、軸発電機モータ２１による発電電力が船尾側プロペラ１６の回転に用いられる。これにより、主発電機１０Ａ〜１０Ｃによる発電電力を他の船内機器などに優先的に割り当てることができる。あるいは、主発電機１０Ａ〜１０Ｃによる発電電力を少なくし、省エネ化することができる。なお、軸発電機モータ２１による発電電力は、船内機器用の電力として用いてもよい。
【００２８】
この動作例２は、例えば、船舶に要求される推進力が大きくなく（要求船速が大きくなく）、推進用主機関２０の出力を主プロペラ２４の回転に用いても余裕がある場面などで用いることができる。軸発電機モータ２１を有さない船舶推進システムの場合、船内電力が高くなる場合に備えて、大型の主発電機１０Ａ〜１０Ｃを備えたり、さらに多くの台数の主発電機１０を備えたりする必要がある。一般に推進用主機関２０の運転効率は良く、推進用主機関２０の出力を優先的に用いた方が燃費が良い。一方、主発電機１０Ａ〜１０Ｃについては、負荷の状況に応じて最適な運転台数に制御するパワーマネージメントが行われることも多い。本実施形態の動作例２によれば、推進用主機関２０の出力を用いて軸発電機モータ２１によって発電し、その電力を給電することができるので、主発電機１０の大容量化を防ぎ初期コストを抑えることができる。また、主発電機１０の稼働台数を削減して省エネ化を図ることができる。
【００２９】
（動作例３）
さらに、船舶推進システム１の船舶推進時の動作の別の例について説明する。動作例１、２と同様に主発電機１０Ａ〜１０Ｃの電力は、船内機器と船尾側プロペラ１６の回転に用いられる。また、推進用主機関２０の出力は、主プロペラ２４を回転させるために用いられる。さらに、この動作例３では、制御装置３０が、例えば、船舶のスピードが所定の速度より大きいことを条件に、配電盤１１を制御し、主発電機１０Ａ〜１０Ｃの発電電力を、サイリスタインバータ２２へ出力するよう電力系統を切り替える。主発電機１０Ａ〜１０Ｃによる発電電力は、サイリスタインバータ２２と同期調速機２３を介して軸発電機モータ２１に供給される。また、制御装置３０は、軸発電機モータ２１を電動モードで動作させる。軸発電機モータ２１がモータとして動作することにより、軸発電機モータ２１は、主発電機１０Ａ〜１０Ｃの発電電力の一部を動力源とし回転駆動する。軸発電機モータ２１の回転動力は、推進用主機関２０の出力による主プロペラ２４の回転を加勢する。つまり動作例３では、軸発電機をモータとして利用することで、主発電機１０Ａ〜１０Ｃの発電電力の一部を、主プロペラ２４の推進加勢に利用する。
【００３０】
この動作例３は、例えば、船舶に要求される推進力が大きく、要求船速が大きい場面で用いることができる。軸発電機モータ２１を有さない船舶推進システムの場合、船舶の速度を担保するためには、大型の推進用主機関２０を備える必要がある。しかし、本実施形態の動作例３によれば、推進用主機関２０の回転動力の不足分を主発電機１０Ａ〜１０Ｃの発電電力による軸発電機モータ２１の回転動力によって補い、主プロペラ２４の推進加勢に使用する事が出来る。そのため、船速を上げることを想定して大型の推進用主機関２０を備える必要が無くなり、初期コストを抑えることができる。また、常用出力(例えば定格出力の８０％の出力)に加勢することで推進用主機関２０は常用出力のまま高い推進出力を出すことができる。そのため、推進用主機関２０に掛かる負荷を低減し、疲弊を防ぐことにより、メンテナンスコストの削減につながる。また、推進用主機関２０にトラブルがあった場合、軸発電機モータ２１を電動モードで動作させることで主プロペラ２４を回転させ船を推進することが出来る。
【００３１】
本実施形態の船舶推進システム１は、以下に説明する図２〜図７のような構成とすることも可能である。
（１機１軸ＣＲＰ（ＦＰＰ））
図２は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第二の図である。
図２の船舶推進システム１は、推進用主機関が１機、主プロペラが１軸の構成を示している。図２の船舶推進システム１は、船尾側プロペラと主プロペラが同軸上の近接する位置に向かい合って設けられた二重反転式プロペラ方式を採用した推進システムである。
図２に示すように、船舶推進システム１は、主発電機１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、配電盤１１、変圧器１２、インバータ１３、モータ１５、ＦＰＰ１６１、低速ディーゼル機関２０１、軸発電機モータ２１、サイリスタインバータ２２、同期調速機２３、主プロペラ２４を備えている。
図２の船舶推進システム１は、モータ１５がポッド推進器内ではなく船内に設けられている。モータ１５は、図示しない機械的な伝達機構によって回転動作をシャフト１７に伝達し、ＦＰＰ１６１を回転させる。なお、図２の船舶推進システム１においては、船尾側プロペラ１６の一例として、ＦＰＰ（Fixed Pitch Propeller：固定ピッチプロペラ）１６１を、また、推進用主機関２０の一例として、定格運転時での回転速度が比較的遅い低速ディーゼル機関２０１を備えている。図２の船舶推進システム１の他の構成や動作（動作例１〜動作例３）は、図１と同様である。
【００３２】
（１機１軸ＣＲＰ（ＣＰＰ））
図３は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第三の図である。
図３の船舶推進システム１も図２と同様に、推進用主機関が１機、主プロペラが１軸の二重反転式プロペラ方式を採用した推進システムである。
図３に示すように、船舶推進システム１は、主発電機１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、配電盤１１、モータ１５、ＣＰＰ１６２、低速ディーゼル機関２０１、軸発電機モータ２１、サイリスタインバータ２２、同期調速機２３、主プロペラ２４を備えている。
図３の船舶推進システム１においても、モータ１５は船内に設けられ、図示しない機械的な伝達機構によって回転動作がシャフト１７に伝達される。なお、図３の船舶推進システム１においては、船尾側プロペラ１６の一例として、ＣＰＰ（Controllable Pitch Propeller：可変ピッチプロペラ）１６２を、また、推進用主機関２０の一例として、低速ディーゼル機関２０１を備えている。また、ＦＰＰ１６１が回転数を制御することで必要な推進力を得るのに対し、ＣＰＰ１６２は、回転数は一定のまま、プロペラピッチ（翼角）を変化させることで必要な推進力を得ることができる。従って図３の構成の場合、ＦＰＰを備えた図２と異なり、回転数の制御に必要なインバータ１３と変圧器１２を備えていない。図３の船舶推進システム１の他の構成や動作は、図２と同様である。
【００３３】
（２機１軸ＣＲＰ（ＦＰＰ））
図４は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第四の図である。
図４の船舶推進システム１は、推進用主機関が２機、主プロペラが１軸の構成を示している。また、図４の場合、１つの主プロペラに対し、主プロペラの回転軸を対称軸として２つの船尾側プロペラを線対象に配置した構成となっている。
図４に示すように、船舶推進システム１は、主発電機１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、配電盤１１、変圧器１２Ａ、変圧器１２Ｂ、インバータ１３Ａ、インバータ１３Ｂ、モータ１５Ａ、モータ１５Ｂ、ＦＰＰ１６１Ａ、ＦＰＰ１６１Ｂ、中速ディーゼル機関２０２Ａ、中速ディーゼル機関２０２Ｂ、軸発電機モータ２１、サイリスタインバータ２２、同期調速機２３、主プロペラ２４、減速機２５を備えている。
配電盤１１は、主発電機１０Ａ〜１０Ｃ、変圧器１２Ａ、変圧器１２Ｂ、サイリスタインバータ２２と接続されている。変圧器１２Ａはインバータ１３Ａと接続され、インバータ１３Ａはモータ１５Ａと接続されている。モータ１５Ａは、機械的な伝達機構を介してシャフト１７Ａと接続されている。同様に、変圧器１２Ｂはインバータ１３Ｂと接続され、インバータ１３Ｂはモータ１５Ｂと接続されている。モータ１５Ｂは、機械的な伝達機構を介してシャフト１７Ｂと接続されている。
【００３４】
また、減速機２５は、中速ディーゼル機関２０２Ａおよび中速ディーゼル機関２０２Ｂと接続されている。また、減速機２５は、シャフト２７を介して主プロペラ２４と接続されている。中速ディーゼル機関２０２の中速とは、定格運転時での回転速度が中程度であることを示しており、減速機２５は、中速ディーゼル機関２０２Ａおよび中速ディーゼル機関２０２Ｂの回転速度を減じて主プロペラ２４を回転させる。また、シャフト２７には、軸発電機モータ２１が設けられている。軸発電機モータ２１は、サイリスタインバータ２２と接続されている。サイリスタインバータ２２は、同期調速機２３と接続されている。
図４の船舶推進システム１においては、船尾側プロペラ１６の一例として、２機のＦＰＰ１６１Ａ、ＦＰＰ１６１Ｂを、また、推進用主機関２０の一例として、２機の中速ディーゼル機関２０２Ａ、中速ディーゼル機関２０２Ｂを備えている。
【００３５】
以下、変圧器１２Ａ、変圧器１２Ｂを総称して変圧器１２という。同様に、インバータ１３Ａ、インバータ１３Ｂを総称してインバータ１３という。モータ１５Ａ、モータ１５Ｂを総称してモータ１５という。ＦＰＰ１６１Ａ、ＦＰＰ１６１Ｂを総称してＦＰＰ１６１という。中速ディーゼル機関２０２Ａ、中速ディーゼル機関２０２Ｂを総称して中速ディーゼル機関２０２という。
【００３６】
図４の船舶推進システム１における上述の動作例１〜３の説明を行う。動作例１では、主発電機１０Ａ〜１０Ｃが発電した電力は、配電盤１１を介して変圧器１２Ａおよび変圧器１２Ｂに供給される。さらに、変圧器１２Ａは、入力した電力の電圧を変換しインバータ１３Ａに出力する。インバータ１３Ａは、入力した電力の周波数を制御しモータ１５Ａに出力する。モータ１５Ａは、シャフト１７Ａを介してＦＰＰ１６１Ａを回転させる。同様に、変圧器１２Ｂは、入力した電力の電圧を変換しインバータ１３Ｂに出力する。インバータ１３Ｂは、入力した電力の周波数を制御しモータ１５Ｂに出力する。モータ１５Ｂは、シャフト１７Ｂを介してＦＰＰ１６１Ｂを回転させる。また、減速機２５は、中速ディーゼル機関２０２Ａおよび中速ディーゼル機関２０２Ｂの出力を入力して回転速度を減じて、シャフト２７を介して主プロペラ２４を回転させる。
【００３７】
動作例２の場合、制御装置３０は、軸発電機モータ２１を、発電モードで動作させる。軸発電機モータ２１は、発電電力をサイリスタインバータ２２に出力し、サイリスタインバータ２２は、配電盤１１へ出力する。同期調速機２３は、サイリスタインバータ２２が配電盤１１へ出力する電力の電圧や周波数を制御する。また、制御装置３０は、配電盤１１の電気系統を図１での説明と同様に切り替える。配電盤１１は、サイリスタインバータ２２から入力した電力を変圧器１２Ａおよび変圧器１２Ｂに出力する。それらの電力は、それぞれＦＰＰ１６１Ａ、ＦＰＰ１６１Ｂの動力源として用いられる。または、配電盤１１は、サイリスタインバータ２２から入力した電力を船内設備の電力に用いてもよい。これにより、主発電機１０Ａ〜１０Ｃの稼働台数や発電容量を最適化することができる。
また、動作例３の場合、制御装置３０は、軸発電機モータ２１を、電動モードで動作させる。また、制御装置３０は、配電盤１１の電気系統を図１での説明と同様切り替える。配電盤１１は、主発電機１０Ａ〜１０Ｃの発電電力の一部を、サイリスタインバータ２２を介して軸発電機モータ２１へ出力し、軸発電機モータ２１は、回転駆動することによって、推進用主機関２０による主プロペラ２４の回転に加勢する。
【００３８】
また、図４の船舶推進システム１の場合、ＦＰＰ１６１Ａ、ＦＰＰ１６１Ｂは、例えば、アジマス推進器に設けられた船尾側プロペラである。アジマス推進器とは、推進器自体が回転することにより、船舶を推進させる機能に加え、舵の機能を有する推進器のことである。また、アジマス推進器は、スラスタとしても利用することができる。例えば、アジマス推進器は離接岸時にはスタン（船尾）スラスタとして使用することが出来、且つ、３６０度旋回が可能であることから、前後、左右の水力の調整がし易く、狭い構内における離接岸がスムーズにできる。また、図４の船舶推進システム１の場合、アジマス推進器および中速ディーゼル機関２０２を２機ずつ備えていることで、冗長性を確保することができる。
【００３９】
（２機１軸ＣＲＰ（ＣＰＰ））
図５は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第五の図である。
図５の船舶推進システム１も図４と同様に、推進用主機関が２機、主プロペラが１軸の構成を示している。
図５に示すように、船舶推進システム１は、主発電機１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、配電盤１１、モータ１５Ａ、モータ１５Ｂ、ＣＰＰ１６２Ａ、ＣＰＰ１６２Ｂ、中速ディーゼル機関２０２Ａ、中速ディーゼル機関２０２Ｂ、軸発電機モータ２１、サイリスタインバータ２２、同期調速機２３、主プロペラ２４、減速機２５を備えている。図５の船舶推進システム１においては、船尾側プロペラ１６の一例として、２機のＣＰＰ１６２Ａ、ＣＰＰ１６２Ｂを、また、推進用主機関２０の一例として、２機の中速ディーゼル機関２０２Ａ、中速ディーゼル機関２０２Ｂを備えている。図５の船舶推進システム１の船尾側プロペラは、ＣＰＰであるため、図４と異なり、変圧器１２、インバータ１３を備えていない。図５の船舶推進システム１の他の構成や動作は、図４と同様である。
【００４０】
（２機２軸ＣＲＰ（ＦＰＰ））
図６は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第六の図である。
図６の船舶推進システム１は、推進用主機関が２機、主プロペラが２軸の構成を示している。
図６に示すように、船舶推進システム１は、主発電機１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、配電盤１１、変圧器１２Ａ、変圧器１２Ｂ、インバータ１３Ａ、インバータ１３Ｂ、モータ１５Ａ、モータ１５Ｂ、ＦＰＰ１６１Ａ、ＦＰＰ１６１Ｂ、中速ディーゼル機関２０２Ａ、中速ディーゼル機関２０２Ｂ、軸発電機モータ２１Ａ、軸発電機モータ２１Ｂ、サイリスタインバータ２２Ａ、サイリスタインバータ２２Ｂ、同期調速機２３Ａ、同期調速機２３Ｂ、主プロペラ２４Ａ、主プロペラ２４Ｂを備えている。図６の船舶推進システム１においては、船尾側プロペラ１６の一例として、２機のＦＰＰ１６１Ａ、ＦＰＰ１６１Ｂを、また、推進用主機関２０の一例として、２機の中速ディーゼル機関２０２Ａ、中速ディーゼル機関２０２Ｂを備えている。
【００４１】
配電盤１１は、主発電機１０Ａ〜１０Ｃ、変圧器１２Ａ、１２Ｂ、サイリスタインバータ２２Ａ、２２Ｂと接続されている。変圧器１２、インバータ１３、モータ１５、ＦＰＰ１６１の接続関係については、図４と同様である。また、中速ディーゼル機関２０２Ａは、シャフト２７Ａを介して主プロペラ２４Ａと接続されている。シャフト２７Ａには、軸発電機モータ２１Ａが設けられている。軸発電機モータ２１Ａは、サイリスタインバータ２２Ａと接続されている。また、サイリスタインバータ２２Ａは、同期調速機２３Ａと接続されている。同様に、中速ディーゼル機関２０２Ｂは、シャフト２７Ｂを介して主プロペラ２４Ｂと接続されている。シャフト２７Ｂには、軸発電機モータ２１Ｂが設けられている。軸発電機モータ２１Ｂは、サイリスタインバータ２２Ｂと接続されている。サイリスタインバータ２２Ｂは、同期調速機２３Ｂと接続されている。
【００４２】
以下、中速ディーゼル機関２０２Ａ、中速ディーゼル機関２０２Ｂを総称して中速ディーゼル機関２０２という。軸発電機モータ２１Ａ、軸発電機モータ２１Ｂを総称して軸発電機モータ２１という。サイリスタインバータ２２Ａ、サイリスタインバータ２２Ｂを総称してサイリスタインバータ２２という。同期調速機２３Ａ、同期調速機２３Ｂを総称して同期調速機２３という。主プロペラ２４Ａ、主プロペラ２４Ｂを総称して主プロペラ２４という。
【００４３】
図６の船舶推進システム１で上述の動作例１の動作を行う場合、主発電機１０Ａ〜１０Ｃ発電した電力は、配電盤１１を介して変圧器１２Ａおよび変圧器１２Ｂに供給される。さらに、変圧器１２Ａおよび変圧器１２Ｂで電圧を変換された電力は、インバータ１３Ａ、インバータ１３Ｂによって周波数を制御され、それぞれモータ１５Ａ、モータ１５Ｂに供給される。モータ１５Ａは、シャフト１７Ａを介してＦＰＰ１６１Ａを回転させ、モータ１５Ｂは、シャフト１７Ｂを介してＦＰＰ１６１Ｂを回転させる。また、中速ディーゼル機関２０２Ａは、シャフト２７Ａを介して主プロペラ２４Ａを回転させ、中速ディーゼル機関２０２Ｂは、シャフト２７Ｂを介して主プロペラ２４Ｂを回転させる。
【００４４】
動作例２の場合、制御装置３０は、軸発電機モータ２１Ａは、発電モードで動作させる。軸発電機モータ２１Ａは、中速ディーゼル機関２０２Ａの出力によりシャフト２７Ａと共に回転駆動し発電する。軸発電機モータ２１Ａは、発電電力をサイリスタインバータ２２Ａに出力する。サイリスタインバータ２２Ａは、入力した電力を配電盤１１へ出力する。同期調速機２３Ａは、サイリスタインバータ２２Ａが配電盤１１へ出力する電力の電圧や周波数を制御する。同様に、軸発電機モータ２１Ｂは、発電モードで動作し、発電電力をサイリスタインバータ２２Ｂに出力する。サイリスタインバータ２２Ｂは、入力した電力を配電盤１１へ出力する。また、制御装置３０は、配電盤１１の電気系統を図１での説明と同様に切り替える。配電盤１１は、サイリスタインバータ２２Ａ、２２Ｂから入力した電力と主発電機１０Ａ〜１０Ｃから入力した電力の一部を変圧器１２Ａおよび変圧器１２Ｂに出力し、ＦＰＰ１６１Ａ、ＦＰＰ１６１Ｂの動力源などに用いる。
【００４５】
動作例３の場合、制御装置３０は、配電盤１１の電気系統を図１での説明と同様に切り替える。配電盤１１は、主発電機１０Ａ〜１０Ｃの発電電力の一部をサイリスタインバータ２２Ａ、２２Ｂへ出力する。制御装置３０は、軸発電機モータ２１Ａ、２１Ｂを、電動モードで動作させる。軸発電機モータ２１Ａは、サイリスタインバータ２２Ａから電力を入力し回転駆動することによって、主プロペラ２４Ａの回転に加勢する。同様に、軸発電機モータ２１Ｂは、サイリスタインバータ２２Ｂから電力を入力し回転駆動することによって、主プロペラ２４Ｂの回転に加勢する。
【００４６】
なお、図６に示すようにＦＰＰ１６１Ａを主プロペラ２４Ａの同軸上に配置して、１組の二重反転プロペラ方式とするよう近接して配置してもよい。同様に、ＦＰＰ１６１Ｂと主プロペラ２４Ｂを同軸上に配置して、１組の二重反転プロペラを構成するように配置してもよい。図６の場合、２機２軸の構成とすることで２組の推進系統を備えることになり、冗長性を確保することができる。さらに本実施形態の船舶推進システム１を適用することにより、主発電機１０の発電電力を主プロペラ２４の動力源に用いたり、中速ディーゼル機関２０２による動力を用いて軸発電機モータ２１が発電した電力をＦＰＰ１６１の動力源としたりすることができるので、動力源の冗長性を向上させることができる。
【００４７】
（２機２軸ＣＲＰ（ＣＰＰ））
図７は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第七の図である。
図７の船舶推進システム１も図６と同様に、推進用主機関が２機、主プロペラが２軸の構成を示している。
図７に示すように、船舶推進システム１は、主発電機１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、配電盤１１、モータ１５Ａ、モータ１５Ｂ、ＣＰＰ１６２Ａ、ＣＰＰ１６２Ｂ、中速ディーゼル機関２０２Ａ、中速ディーゼル機関２０２Ｂ、軸発電機モータ２１Ａ、軸発電機モータ２１Ｂ、サイリスタインバータ２２Ａ、サイリスタインバータ２２Ｂ、同期調速機２３Ａ、同期調速機２３Ｂ、主プロペラ２４Ａ、主プロペラ２４Ｂを備えている。図７の船舶推進システム１においては、船尾側プロペラ１６の一例として、２機のＣＰＰ１６２Ａ、ＣＰＰ１６２Ｂを、また、推進用主機関２０の一例として、２機の中速ディーゼル機関２０２Ａ、中速ディーゼル機関２０２Ｂを備えている。図７の場合、変圧器１２、インバータ１３が存在せず、配電盤１１は、モータ１５と接続されている。図７の船舶推進システム１の他の構成や動作は、図６と同様である。
【００４８】
本実施形態によれば、燃費の良い大容量の推進用主機関２０を用いて主プロペラ２４を駆動させつつ、推進用主機関２０の出力が余る場合は、その出力を船尾側プロペラ１６の動力源として利用することができ、主発電機１０の稼働を省エネ化することができる。また、主プロペラ２４の動力源が足りないときには、主発電機１０Ａ〜１０Ｃの発電した電力を主プロペラ２４の動力源に加勢することができる。また、例えば、荒天時などで推進用主機関２０の使用に制限が加わるような場面でも、主発電機１０Ａ〜１０Ｃによる電力で主プロペラ２４を回転させることが出来る為、荒天時の推進ロスが少なくなる。
また、主プロペラ２４および船尾側プロペラ１６の動力源として、複数の主発電機１０および推進用主機関２０を備えるので冗長性を有し、どれか一つが故障しても操作が可能である。
また、推進用主機関２０で低出力航行を行うと、煤などが溜まりやすく、メンテナンス性が悪化する等の問題があるが、複数の主発電機１０を備えるため、航行にあった最適出力分だけ主発電機１０を動作させ、燃費効率の良い制御ポイントで運航が可能になる。
また、図２〜図７においてモータ１５を船舶内に設ける構成を例示したが、図１と同様にポッド推進器内に設ける構成としてもよい。また、主発電機１０の台数は、３台でなくてもよい。
【００４９】
＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態による制御装置３０を、図８を参照して説明する。なお、第一実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
図８は、本発明に係る第二実施形態における船舶推進システムの一例を示す図である。
図８が示すように船舶推進システム１は、主発電機１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、配電盤１１、変圧器１２、インバータ１３、ポッド推進器１４、モータ１５、船尾側プロペラ１６、主プロペラ２４１、推進用電動機２６を備えている。
推進用電動機２６は、配電盤１１を介して主発電機１０の発電電力によって回転駆動し、主プロペラ２４１を回転させる。推進用電動機２６は、例えば、モータである。
【００５０】
主発電機１０Ａ〜１０Ｃは、配電盤１１に接続されている。配電盤１１は、主発電機１０Ａ、主発電機１０Ｂ、主発電機１０Ｃ、変圧器１２、推進用電動機２６、図示しない船内機器と接続されている。変圧器１２は、インバータ１３と接続されている。インバータ１３は、ポッド推進器１４に設けられたモータ１５と接続されている。モータ１５は、シャフト１７を介して船尾側プロペラ１６と接続されている。推進用電動機２６は、シャフト２７を介して主プロペラ２４１と接続されている。本実施形態では、モータ１５および推進用電動機２６は、主発電機１０の電力供給により回転駆動する。また、主プロペラ２４１は、ＣＰＰである。
【００５１】
船舶推進システム１は、船内に電力を供給する主発電機（主発電機１０Ａ〜１０Ｃ）と、主発電機の電力を分配する配電部（配電盤１１）と、配電部を介して入力した電力によって第一回転軸（シャフト２７）を回転駆動する第一電動機（推進用電動機２６）と、第一回転軸とともに回転する主プロペラ（主プロペラ２４１）と、配電部を介して入力した電力によって第二回転軸（シャフト１７）を回転駆動する第二電動機（モータ１５）と、主プロペラの船尾側に配置されて、前記第二回転軸とともに回転する船尾側プロペラ（船尾側プロペラ１６）を備える。
【００５２】
第二実施形態における船舶推進システム１の動作を説明する。第二実施形態においては、動力源が主発電機１０のみである。制御装置３０は、主プロペラ２４１を回転させる電力、船尾側プロペラ１６を回転させる電力、船内設備に供給する電力を算出し、主発電機１０の稼働台数や出力を制御する。配電盤１１は、主発電機１０が発電した電力を、各系統へ供給する。また、インバータ１３は、変圧器１２から入力した電力の周波数を制御し、モータ１５を所望の回転速度で回転させる。また、推進用電動機２６は、配電盤１１を介して入力した電力によって一定速度で回転駆動する。推進用電動機２６は、シャフト２７を介して主プロペラ２４１を回転させる。また、主プロペラ２４１は、ＣＰＰであって、制御装置３０は、主プロペラ２４１のプロペラピッチを変化させ、所望の推進力が得られるように制御する。
【００５３】
本実施形態によれば、第一実施形態を含む従来の推進用主機関を備えた船舶推進システムに比べ、振動および騒音を低減したシステムとすることが出来る。例えば、低速ディーゼル機関による推進システムでは、法律などで規定された騒音に対する基準を満足することが困難である。本実施形態によれば、騒音の低下が可能である。
また、本実施形態では、推進用主機関２０、軸発電機モータ２１などの構成を省略できる為、機関室内の機器の配置効率の向上や機関室内での作業効率が向上する。
また、複数の主発電機１０を動力源として備えるので冗長性があり、どれか一つの主発電機が故障しても操作が可能である。
【００５４】
なお、第一実施形態と同様に、第二実施形態においてもモータ１５をポッド推進器１４ではなく、船体内に備える構成としてもよい。また、船尾側プロペラをＣＰＰとし、変圧器１２、インバータ１３を備えない構成としてもよい。また、図４のように主プロペラ２４１に対し、船尾側プロペラ１６（ＦＰＰまたはＣＰＰ）を２機備えた構成としてもよい。また、図６のように主プロペラ２４１と船尾側プロペラ１６を１組としたＣＲＰを２組備えた２軸構成としてもよい。また、第二実施形態においても主プロペラをＦＰＰとし、配電盤１１と推進用電動機２６との間にインバータを設け、推進用電動機２６の回転数をインバータによって制御する構成にしてもよい。
【００５５】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０・・・主発電機
１１・・・配電盤
１２・・・変圧器
１３・・・インバータ
１４・・・ポッド推進器
１５・・・モータ
１６・・・船尾側プロペラ
１７・・・シャフト
２０・・・推進用主機関
２１・・・軸発電機モータ
２２・・・サイリスタインバータ
２３・・・同期調速機
２４・・・主プロペラ
２５・・・減速機
２６・・・推進用電動機
２７・・・シャフト
３０・・・制御装置
１６１・・・ＦＰＰ
１６２・・・ＣＰＰ
２０１・・・低速ディーゼル機関
２０２・・・中速ディーゼル機関
【図１】
0006539896.tif 000002
【図２】
0006539896.tif 000003
【図３】
0006539896.tif 000004
【図４】
0006539896.tif 000005
【図５】
0006539896.tif 000006
【図６】
0006539896.tif 000007
【図７】
0006539896.tif 000008
【図８】
0006539896.tif 000009