(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船内母線に一定電圧一定周波数の交流電力を供給する発電装置と、
主機により駆動されて当該主機の運転状態に応じた可変電圧および可変周波数の交流電力を出力する発電機と、
切替開閉器を介して前記船内母線または前記発電機の出力側に接続されるインバータと、
船内に設けられた電動機と、
前記インバータの出力が前記船内母線あるいは前記電動機のいずれかに供給されるように切替接続される遮断器と、
前記インバータに入力された交流電力が一定電圧一定周波数の交流電力に変換されて出力されるように当該インバータを制御する第１の制御手段と、
前記インバータに入力された交流電力が速度指令に応じた可変電圧可変周波数の交流電力に変換されて出力されるように当該インバータを制御する第２の制御手段と、
を備え、
前記切換開閉器により前記インバータの入力側が前記発電機に接続され、かつ、前記遮断器により前記インバータの出力側が前記船内母線に接続された場合は、前記第１の制御手段を選択し、前記発電機の可変電圧可変周波数の交流電力を前記インバータで一定電圧一定周波数の交流電力に変換して前記船内母線に供給し、
前記切換開閉器により前記インバータの入力側が前記船内母線に接続されるか、あるいは前記発電機に接続され、かつ、前記遮断器により前記インバータの出力側が前記電動機に接続された場合は、前記第２の制御手段を選択し、前記船内母線の一定電圧一定変周波数の交流電力、あるいは前記発電機の可変電圧可変周波数の交流電力を前記インバータで前記速度指令に応じた可変電圧可変周波数の交流電力に変換して前記電動機を可変速駆動することを特徴とする船舶用電源システム。
【請求項２】
前記発電機は、前記船舶の主機に備えられている排気ガスターボチャージャ装置により駆動されることを特徴とする請求項１記載の船舶用電源システム。
【請求項３】
前記インバータと、前記第１の制御手段と、前記第２の制御手段とを纏めてインバータ装置を構成したことを特徴とする請求項１記載の船舶用電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の船内負荷へ電力を供給する船舶用電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶に備えられる電源システムには、ディーゼル発電装置やガスタービン発電装置に加えて、船舶の主機に直結された発電機（軸駆動発電機）で発電するシステムや主機に備わった排気ガスターボチャージャに直結された発電機で発電するようにした発電システムが利用されている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００３】
このように、主機や排気ガスターボチャージャで駆動される発電機から船内へ電力を供給する発電システムの場合、ディーゼル発電装置やガスタービン発電装置で消費する燃料を削減でき、船舶全体の発電効率を向上させることができる。
【０００４】
このような船舶用電源システムの従来技術について図４を参照して説明する。
図４において、ディーゼル発電装置１は遮断器２を介して船内母線３に一定電圧一定周波数の電力を供給する。船内母線３には遮断器４を介して一般負荷（Ｌ）５が接続される。
【０００５】
船内母線３にはまた、遮断器６と電動機駆動用インバータ装置７を介して例えば荷役用ポンプ（Ｐ）８を駆動する電動機（Ｍ）９が負荷として接続される。電動機駆動用インバータ装置７は船内母線３から供給される一定電圧一定周波数の電力を入力し、内部のコンバータ（ＣＯＮＶ）７-１で一旦直流電力に変換した後に直流主回路７-２を介してインバータ（ＩＮＶ）７-３で任意の可変電圧可変周波数の電力に変換することにより電動機９を可変速駆動する。
【０００６】
電動機駆動用インバータ装置７の内部に設けられた速度制御装置７-４は、速度指令に基づいて、例えばＶ／ｆ制御によって電動機駆動用インバータ装置７の出力電圧周波数を制御して電動機９の速度を制御する。
【０００７】
主機１０はスクリュー１１を駆動すると共に発電機（Ｓ／Ｇ）１２を駆動する。発電機１２は発電用インバータ装置１３とフィルタ（ＦＩＬ）１４および遮断器１５を介して船内母線３に接続され、船内負荷へ電力を供給する。
【０００８】
発電用インバータ装置１３は主機１０の運転状態に応じて発電機１２から出力される電圧および周波数の変動する電力を入力し、内部のコンバータ（ＣＯＮＶ）１３-１で直流電力に変換した後、直流主回路１３-２を介してインバータ（ＩＮＶ）１３-３により船内母線３の電圧周波数に変換して出力する。発電用インバータ装置１３の内部に設けられている発電用制御装置１３-４は、変圧器１６により検出した船内母線３電圧の周波数と位相を基準とし、変流器１７により検出した出力有効電流および出力無効電流が「出力有効電流指令」および「出力無効電流指令」と一致するようにインバータ１３-３の出力電圧と出力電流とを制御することにより出力電力を自動制御する。
【０００９】
なお、変流器１７を介さずに「出力有効電流指令」および「出力無効電流指令」をインバータ１３-３に与え、インバータ１３-３の出力電圧と出力電流を操作することで出力電力を与えることもできる。
【００１０】
従来の船舶用電源システムでは、以上のような構成により主機１０の運転中その動力を電力に変換して船内母線３に供給することにより、ディーゼル発電装置１の燃料を低減して船舶内の発電システム全体の効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００９−５２１３６３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２２００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図４で示したような従来の船舶用電源システムは、電圧と周波数が変動する発電電力を一定電圧一定周波数の船内母線に供給するものであるが、そのためには電圧と周波数とを変換する専用の発電用インバータ装置１３を設置する必要があり、スペースの限られた船内に発電用インバータ装置１３と電動機駆動用インバータ装置７の合計２台のインバータ装置を設置することになる。
【００１３】
電動機駆動用インバータ装置７は、主に船舶が港湾に停泊中の荷役作業時に運転され、航海中に運転されることは少ない。一方、発電用インバータ装置１３は、船舶が港湾に停泊中主機１０および発電機１２の運転停止しているため、運転されることはないが航海中は常時運転される。
【００１４】
このように、発電用インバータ装置１３および電動機駆動用インバータ装置７はいずれか一方が運転停止される期間があり、それぞれの稼働時間に無駄が生じている。  
仮に、航海中に荷役作業が行われることを想定したとしても、発電機１２から発電用インバータ装置１３、船内母線３および電動機駆動用インバータ装置７を介して電動機９に供給される電力は、発電機１２の交流電力から船内母線３の一定電圧一定周波数の交流電力に変換された後、さらに電動機９を駆動するための可変電圧可変周波数の交流電力に変換されることになり、電力変換過程に無駄が生じ、変換効率が低い状態で運転されることになる。
【００１５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、電圧や周波数が異なる電源から効率良く、船内母線への電力供給と電動機の駆動とを実現できるようにした船舶用電源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】
【００１６】
上記課題を解決するために請求項１に係る船舶用電源システムの発明は、船内母線に一定電圧一定周波数の交流電力を供給する発電装置と、主機により駆動されて当該主機の運転状態に応じた可変電圧および可変周波数の交流電力を出力する発電機と、切替開閉器を介して前記船内母線または前記発電機の出力側に接続されるインバータと、船内に設けられた電動機と、前記インバータの出力が前記船内母線あるいは前記電動機のいずれかに供給されるように切替接続される遮断器と、前記インバータに入力された交流電力が一定電圧一定周波数の交流電力に変換されて出力されるように当該インバータを制御する第１の制御手段と、前記インバータに入力された交流電力が速度指令に応じた可変電圧可変周波数の交流電力に変換されて出力されるように当該インバータを制御する第２の制御手段と、を備え、前記切換開閉器により前記インバータの入力側が前記発電機に接続され、かつ、前記遮断器により前記インバータの出力側が前記船内母線に接続された場合は、前記第１の制御手段を選択し、前記発電機の可変電圧可変周波数の交流電力を前記インバータで一定電圧一定周波数の交流電力に変換して前記船内母線に供給し、前記切換開閉器により前記インバータの入力側が前記船内母線に接続されるか、あるいは前記発電機に接続され、かつ、前記遮断器により前記インバータの出力側が前記電動機に接続された場合は、前記第２の制御手段を選択し、前記船内母線の一定電圧一定変周波数の交流電力、あるいは前記発電機の可変電圧可変周波数の交流電力を前記インバータで前記速度指令に応じた可変電圧可変周波数の交流電力に変換して前記電動機を可変速駆動することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に係る船舶用電源システムの発明は、請求項１記載の船舶用電源システムにおいて、前記発電機は、前記船舶の主機に備えられている排気ガスターボチャージャ装置により駆動されることを特徴とする。
【００２０】
さらに、請求項３に係る船舶用電源システムの発明は、請求項１記載の船舶用電源システムにおいて、前記インバータと、前記第１の制御手段と、前記第２の制御手段とを纏めてインバータ装置を構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、１台のインバータ装置で船内母線への電力供給と、荷役作業用等の電動機の速度制御の両方を行える船舶用電源システムを実現できるため、電圧および周波数が変動する交流電源や直流電源からの電力を効率良く、船内母線への電力供給あるいは電動機の駆動が可能であり、しかも占有スペースが小さく、さらに船内に艤装する部品の設備費を抑制することのできる船舶用電源システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る船舶用電源システムの構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態の変形例に係る船舶用電源システムの構成図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る船舶用電源システムの構成図。
【図４】従来技術の船舶用電源システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図を通して対応する装置、部品には同一符号を付けることにより、重複する説明は適宜省略する。
【００２４】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施の形態の船舶用電源システムの構成図である。  
図１において、船内に設けられたディーゼル発電装置（Ｄ／Ｇ）１は遮断器２を介して船内母線３に一定電圧および一定周波数の電力を供給する。船内母線３に遮断器４を介して接続された一般負荷（Ｌ）５には一定電圧および一定周波数の電力が供給される。
【００２５】
主機１０はスクリュー１１を駆動すると共に発電機（Ｓ／Ｇ）１２を駆動する。発電機１２は切替開閉器１８、インバータ装置１９、遮断器１５、遮断器２０およびフィルタ１４を順に介して船内母線３に接続されると共に、遮断器１５および遮断器２０の共通接続点Ｊに接続された遮断器６を介して荷役用ポンプ８駆動用の電動機９にも接続されるようになっている。なお、前記切替開閉器１８は、可動接点ｃ３を固定接点ｃ１または固定接点ｃ２の何れかに切替ることによってインバータ装置１９の電源を切替るように構成されている。因みに、可動接点ｃ３を固定接点ｃ１に接続したときは発電機１２がインバータ装置１９の電源として接続され、一方、可動接点ｃ３を固定接点ｃ２に接続したときは電路２１を介して船内母線３がインバータ装置１９の電源として接続される。
【００２６】
インバータ装置１９は、発電機１２から入力した電圧および周波数が変動する交流電力を内部のコンバータ１９-１で一旦直流電力に変換し、直流主回路１９-２に接続されたインバータ１９-３により任意の電圧および周波数の交流電力に変換して出力する。
【００２７】
また、インバータ装置１９の内部に設けた発電用制御装置１９-４は、変圧器１６を介して検出した船内母線３の電圧の周波数と位相を基準とし、変流器１７を介して検出した出力有効電流および出力無効電流が、「出力有効電流指令」および「出力無効電流指令」に一致するようにインバータ１９-３の出力電圧と出力電流とを制御する制御信号ａを出力する。なお、「出力有効電流指令」および「出力無効電流指令」を総称して「出力指令」と言う場合がある。
【００２８】
また、インバータ装置１９内部に設けた速度制御装置１９-５は、外部から与えられた「速度指令」に基づいて、例えばＶ／Ｆ制御によってインバータ１９-３の出力電圧および出力周波数を制御する制御信号ｂを出力する。
【００２９】
さらに、インバータ装置１９内部に設けた信号切替器１９-６は、「切替設定」に基づいて前記発電用制御装置１９-４から出力された制御信号ａと前記速度制御装置１９-５から出力された制御信号ｂのいずれかを選択し、その選択された信号をインバータ１９-３へ出力する。すなわち、インバータ１９-３は信号切替器１９-６から出力された制御信号ａまたは制御信号ｂのいずれかの制御信号に基づいて出力電圧を制御する。
【００３０】
ディーゼル発電装置１が一般負荷５へ一定電圧一定周波数の電力を供給しているときに、切替開閉器１８の可動接点ｃ３を固定接点ｃ１に接続することにより発電機１２をインバータ装置１９に接続し、さらに遮断器１５および遮断器２０を閉、遮断器６を開とした状態のとき、インバータ１９-３が信号切替器１９-６から出力された制御信号ａに基づいて運転すると、主機１０の運転状況によって電圧および周波数が変動する発電機１２の出力電力は、インバータ装置１９によって一定電圧一定周波数の交流電力に変換されて船内母線３に供給される。
【００３１】
一方、遮断器２０を開にしてインバータ装置１９を船内母線３から切り離し、さらに電動機９に接続される遮断器６を閉じれば、信号切替器１９-６からインバータ１９-３に制御信号ｂを出力する場合、発電機１２から出力された交流電力はインバータ１９-３により制御信号ｂに基づいた電圧および周波数に変換されて電動機９を駆動する。
【００３２】
通常、船舶の停泊中は主機１０が停止しているため発電機１２からの電力を得ることができないので、代わって船内母線３からインバータ装置１９に電力を供給することになる。この場合、切替開閉器１８の可動接点ｃ３を固定接点ｃ１から固定接点ｃ２へ切替えることにより、電路２１を介して船内母線３とインバータ装置１９とが接続され、船内母線３の一定電圧および一定周波数の電力は、インバータ１９-３により任意の電圧および周波数の電力に変換して出力することができ、この出力された任意の電圧および周波数の電力によって電動機９を駆動することができる。
【００３３】
以上述べたように、本実施形態によれば、主機１０で駆動される発電機１２の電圧および周波数が変動する電力を１台のインバータ装置１９のみで船内母線３への電力供給と電動機９の駆動を切替えて運転可能とする船舶用電源システムを実現することができる。また、主機１０が停止している停泊中であっても、切替開閉器１８により船内母線３から電路２１を介してインバータ装置１９へ電力供給ができるので、停泊中に電動機９を駆動することが可能である。
【００３４】
［変形例］
図１に示した発電機１２は、主機１０で直接駆動するように構成されているが、主機１０で直接駆動する代わりに図２に示すように主機１０に備わる排気ガスターボチャージャ（ＴＣ）２２によって駆動するようにしても同様の機能を実現できる。
【００３５】
また、変流器１７を介さずに「出力有効電流指令」および「出力無効電流指令」を発電用制御回路１９-４に与えてインバータ１９‐３の出力電圧と出力電流とを制御し出力電力を与えるように変更してもよい。
【００３６】
［第２の実施形態］
図３は本発明の第２の実施の形態の船舶用電源システムの構成図である。  
図３において、本実施形態が第１の実施形態と相違する点は、インバータ装置１９に替えてコンバータ１９-１を省いて直流電力を電源とするインバータ装置１９Ａを設けた点、インバータ１９-３の電源として主機１０により駆動される発電機（Ｓ／Ｇ）１２に替えて、蓄電池システム２３を設けるようにした点、切替開閉器１８に替えて遮断器２４を設けた点、電路２１を省いた点であり、その他の構成は図１と同様である。
【００３７】
本実施形態は、蓄電池システム２３から出力される直流電力をインバータ１９-３で所望の電圧および周波数の交流電力に変換して船内母線３に供給したり、電動機９に供給してこれを駆動することができる。
【００３８】
本実施形態は、第１の実施形態の奏する作用効果に加えて、発電機（Ｓ／Ｇ）１２に替えて直流電力を出力する蓄電池システム２３を採用したことにより、コンバータ１９-１を省くことができるので、インバータ装置１９Ａの製造コストを抑えることができ、その分、船舶用電源システムの設備費を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…ディーゼル発電装置（Ｄ／Ｇ）、２,４,６,１５,２０,２４…遮断器、３…船内母線、５…一般負荷（Ｌ）、８…荷役用ポンプ（Ｐ）、９…電動機（Ｍ）、１０…主機、１１…スクリュー、１２…発電機（Ｓ／Ｇ）、１４…フィルタ、１６…変圧器（ＰＴ）、１７…変流器（ＣＴ）、１８…切替開閉器、１９,１９Ａ…インバータ装置、１９-１…コンバータ（ＣＯＮＶ）、１９-２…直流主回路、１９-３…インバータ（ＩＮＶ）、１９-４…発電用制御装置、１９-５…速度制御装置、１９-６…信号切替器、２１…電路、２２…排気ガスターボチャージャ（ＴＣ）、２３…蓄電池システム、ａ,ｂ…制御信号。
【図１】
0005339163.tif 000002
【図２】
0005339163.tif 000003
【図３】
0005339163.tif 000004
【図４】
0005339163.tif 000005