(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流発電機と、この交流発電機により得られる電力を、少なくとも電気推進装置の推進電動機を含む複数の負荷に供給する母線とを有する船舶用電源装置において、
前記交流発電機からの交流電力の入力に基づき前記母線に直流電力を出力する整流装置を備えると共に、前記母線を直流母線とし、各交流負荷に対してはその入力側に直流／交流変換装置を設け、
更に、前記交流発電機の使用不能時に使用される非常用交流発電機と、
この非常用交流発電機からの交流電力の入力に基づき前記直流母線に直流電力を出力する非常用整流装置とを備えた、
ことを特徴とする船舶用電源装置。
【請求項２】
前記直流母線に接続され、非常用電源として機能する蓄電池を備えた、
ことを特徴とする請求項１記載の船舶用電源装置。
【請求項３】
前記複数の負荷は２系統に分けられており、これに対応して前記交流発電機、前記非常用交流発電機、及び蓄電池も２系統に分けられている、
ことを特徴とする請求項２記載の船舶用電源装置。
【請求項４】
前記蓄電池は、前記非常用整流装置の出力側に接続されており、その共通接続点が前記直流母線に接続されている、
ことを特徴とする請求項２又は３記載の船舶用電源装置。
【請求項５】
前記非常用整流装置と前記蓄電池との共通接続点が、非常時にバックアップが必要な負荷側機器にのみ接続されている、
ことを特徴とする請求項２記載の船舶用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、電気推進装置を搭載した船舶に用いられる船舶用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常の船舶は、スクリューが内燃機関により駆動されるようになっているが、近年は速度制御の容易性に着目して、電気推進装置の推進電動機によりスクリューを駆動する形式の船舶が次第に多く建造されるようになってきている。図５は、このような電気推進装置を搭載した船舶に用いられる従来の船舶用電源装置の構成図である。
【０００３】
図５において、２台の交流発電機１Ａ，１Ｂ及び１台の非常用交流発電機２がそれぞれ遮断機３Ａ，３Ｂ及び遮断機４を介して交流母線５の電源側に接続されている。一方、交流母線５の負荷側には、遮断機６Ａ，６Ｂを介して２系統の電気推進装置を構成する交流／直流変換装置７Ａ，７Ｂ、電力変換装置（例えば、インバータ装置等）８Ａ，８Ｂ及び推進電動機９Ａ，９Ｂが接続されており、２つのスクリュー１０Ａ，Ｂを駆動できるようになっている。これら２系統の電気推進装置の運転には大電力を必要とし、交流母線５上には波形歪みのために発生する高調波が含まれるようになるが、この高調波を除去するために、交流母線５には遮断機１１Ａ，１１Ｂを介してアクティブフィルタ１２Ａ，１２Ｂが接続されている。
【０００４】
交流母線５には、また、遮断機１３を介して複数の遮断機１４が接続されており、これら複数の遮断機１４のそれぞれに複数の交流／直流変換装置１５、複数の電力変換装置（例えば、インバータ装置又は静止型起動器等）１６、及び複数の補機用電動機１７が接続されている。
【０００５】
交流母線５には、さらに、遮断機１８を介して変圧器１９が接続されている。そして、この変圧器１９の２次形側には、変圧器２０及び遮断機２１を介して船舶内負荷２２が接続されると共に、遮断機２３を介して船舶内負荷２４が接続されている。
【０００６】
次に、上記のように構成される従来装置の動作につき説明する。交流発電機１Ａ，１Ｂ及び非常用交流発電機２により発生した交流電力は遮断機３Ａ，３Ｂ及び遮断機４を介して交流母線５上に出力される。そして、交流／直流変換装置７Ａ，７Ｂは、交流母線５から遮断機６Ａ，６Ｂを介してこの交流電力を入力してこれを直流電力に変換し、電力変換装置８Ａ，８Ｂはこの変換された直流電力の入力に基づいて推進電動機９Ａ，９Ｂの速度制御を行い、スクリュー１０Ａ，１０Ｂを駆動する。この時、電力変換装置８Ａ、８Ｂが制御する電力は大きなものであるため交流母線５上には高調波が発生しようとするが、アクティブフィルタ１２Ａ，１２Ｂによってこの高調波は除去される。
【０００７】
また、複数の交流／直流変換装置１５は、交流母線５から遮断機１３，１４を介して交流電力を入力してこれを直流電力に変換し、複数の電力変換装置１６はこの変換された直流電力の入力に基づいて複数の電動機１７の制御を行う。
【０００８】
さらに、変圧器１９は、交流母線５から遮断機１８を介して入力した交流電力の電圧を低電圧回路用に降圧する。そして、変圧器１９の２次側では、この降圧された電圧が変圧器２０によりさらに一定電圧に降圧（又は昇圧）された後、遮断機２１を介して船舶内負荷２２に供給され、あるいは変圧器１９により降圧された電圧がそのまま遮断機２３を介して船舶内負荷２４に供給される。
【０００９】
上記した図５の構成は、交流発電機１Ａ，１Ｂと、電気推進装置を構成する交流／直流変換装置７Ａ，７Ｂ、電力変換装置８Ａ，８Ｂ、推進電動機９Ａ，９Ｂ等と、アクティブフィルタ１２Ａ，１２Ｂ等とがＡ系及びＢ系の２系統に分けられており（以下、本明細書においては、上記のように２系統に分けられている構成要素については符号の末尾にＡ又はＢを付することにする。）、他の機器については２系統に分けられていなかったが、図６に示すように他の機器についても２系統に分けた構成とする場合がある。図６が図５と異なる点は、２台の非常用交流発電機２Ａ，２Ｂが設けられていることと、２系統の交流／直流変換装置１５Ａ，１５Ｂ、電力変換装置１６Ａ，１６Ｂ、電動機１７Ａ，１７Ｂ等が設けられていることと、２系統の変圧器１９Ａ，１９Ｂ、変圧器２０Ａ，２０Ｂ、船舶内負荷２２Ａ，２２Ｂ、船舶内負荷２４Ａ，２４Ｂ等が設けられていることと、これら２系統を分けるための遮断機２５が交流母線５上に設けられていることである。この図６の動作は、図５の場合とほぼ同様であるため、その説明については省略する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の船舶用電源装置は次のような課題を有するものであった。すなわち、アクティブフィルタ１２Ａ，１２Ｂや変圧器１９などの大型の電気機器を設けなければならないため、船舶内の限られたスペースを有効に活用することができず、また、これらの機器はその重量もかなり大きなものであるため、その分船舶の燃費も増大したものとなっていた。ここで、変圧器１９を省略するために、交流母線５の電圧を下げることが考えられるが、そうすると、交流／直流変換装置７Ａ，７Ｂ、電力変換装置８Ａ，８Ｂ、交流／直流変換装置１５、電力変換装置１６等の電流定格を大きなものにしなければならず、また、これに伴って遮断機６Ａ，６Ｂ、１３、１８等の電流定格も大きなものにしなければならなくなる。そのため、変圧器１９を省略できたとしても装置全体としてはかえって大型化してしまうことになる。
【００１１】
また、非常用交流発電機２は、本来、交流発電機１Ａ，１Ｂが故障等により使用不能となった場合に運転を開始すれば足りるものである。しかし、船舶内負荷２２，２４の中には例えばコンピュータのように一瞬たりとも電源供給を停止させてはならないものが含まれている場合が通常である。そのため、非常用交流発電機２についても常時運転しておき、これを待機状態にさせておかなければならず、余分なエネルギーを消費せざるを得ない結果となっている。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、装置全体の小型化及び軽量化を図ることができ、さらに、省エネルギー化をも図ることが可能な船舶用電源装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、交流発電機と、この交流発電機により得られる電力を、少なくとも電気推進装置の推進電動機を含む複数の負荷に供給する母線とを有する船舶用電源装置において、前記交流発電機からの交流電力の入力に基づき前記母線に直流電力を出力する整流装置を備えると共に、前記母線を直流母線とし、各交流負荷に対してはその入力側に直流／交流変換装置を設け、更に、前記交流発電機の使用不能時に使用される非常用交流発電機と、この非常用交流発電機からの交流電力の入力に基づき前記直流母線に直流電力を出力する非常用整流装置とを備えた、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記直流母線に接続され、非常用電源として機能する蓄電池を備えた、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記複数の負荷は２系統に分けられており、これに対応して前記交流発電機、前記非常用交流発電機、及び蓄電池も２系統に分けられている、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記蓄電池は、前記非常用整流装置の出力側に接続されており、その共通接続点が前記直流母線に接続されている、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記非常用整流装置と前記蓄電池との共通接続点が、非常時にバックアップが必要な負荷側機器にのみ接続されている、ことを特徴とする。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図４に基づき説明する。但し、図５及び図６と同様の構成要素については同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施形態の構成図である。この図において、交流発電機１Ａ，１Ｂ及び非常用交流発電機２の出力側にはそれぞれ整流装置２６Ａ，２６Ｂ及び整流装置２７が接続されており、遮断機３Ａ，３Ｂ及び遮断機４を介して直流母線２８に直流電力が出力されるようになっている。すなわち、図５における交流母線５が直流母線２８に置き換えられた構成となっている。また、この直流母線２８には、蓄電池２９が遮断機３０を介して接続されている。
【００２１】
直流母線２８の負荷側には、図５の場合と同様に、遮断機６Ａ，６Ｂ、電力変換装置（インバータ装置）８Ａ，８Ｂ、推進電動機９Ａ，９Ｂ、スクリュー１０Ａ，１０Ｂが配設されているが、図５において設けられていた交流／直流変換装置７Ａ，７Ｂは省略されている。そして、図５において設けられていた遮断機１１Ａ，１１Ｂ、アクティブフィルタ１２Ａ，１２Ｂも省略されている。
【００２２】
直流母線２８の負荷側には、また、図５の場合と同様に、遮断機１３、複数の遮断機１４、複数の電力変換装置（インバータ装置）１６、複数の電動機１７が配設されている。しかし、図５において設けられていた複数の交流／直流変換装置１５は省略されている。
【００２３】
直流母線２８の負荷側には、さらに、遮断機１８、直流／交流変換装置３１、変圧器２０、遮断機２１、船舶内負荷２２、遮断機２３、船舶内負荷２４が配設されている。図５の構成では変圧器１９が設けられていたが、この図１の構成では変圧器１９の代わりに直流／交流変換装置３１が設けられている。
【００２４】
次に、上記のように構成される第１の実施形態の動作につき説明する。交流発電機１Ａ，１Ｂにより発生した交流電力は整流装置２６Ａ，２６Ｂにより整流され、遮断機３Ａ，３Ｂを介して直流母線２８上に出力される。そして、蓄電池２９の電圧が所定レベル以下であれば遮断機３０が閉成され、蓄電池２９の充電が行われる。したがって、交流発電機１Ａ，１Ｂに故障が発生したとしても、継続して運転を行わなければならない負荷機器に対しては、この蓄電池２９が電力を供給できるので、本実施形態では交流発電機１Ａ，１Ｂが運転を行っている間、非常用交流発電機２は運転を行わない。
【００２５】
電力変換装置８Ａ，８Ｂは、直流母線２８から遮断機６Ａ，６Ｂを介して直流電力を入力し、この入力に基づいて推進電動機９Ａ，９Ｂの速度制御を行い、スクリュー１０Ａ，１０Ｂを駆動する。
【００２６】
また、複数の電力変換装置１６は、直流母線２８から遮断機１３，１４を介して直流電力を入力し、複数の補機用電動機１７の制御を行う。さらに、直流／交流変換装置３１は、直流母線２８から遮断機１８を介して入力した直流電力を変換して交流電力を出力する。そして、この直流／交流変換装置３１から出力される交流電力の電圧は、変圧器２０により一定電圧に降圧（又は昇圧）された後、遮断機２１を介して船舶内負荷２２に供給され、あるいは直流／交流変換装置３１から出力された電圧がそのまま遮断機２３を介して船舶内負荷２４に供給される。
【００２７】
ところで、電力変換装置８Ａ，８Ｂが制御する電力は大きなものであるため直流母線２８上には高調波が発生する。しかし、直流母線２８上に高調波が発生したとしても、直流／交流変換装置３１はこの高調波を除去した交流電力を出力するので、従来装置のようにアクティブフィルタが設けられていなくても、コンピュータ等の精密機器を含む船舶内負荷２２，２４に高調波の影響が及ぶことはない。また、補機用電動機１７に対しては高調波の影響をそれほど心配することはなく、また、電力変換装置１６によってもかなりの程度高調波が除去されるため、実用上問題となることはない。
【００２８】
そして、交流発電機１Ａ，１Ｂのいずれかに故障が発生し、直流母線２８上に必要な電力量を供給できなくなった場合は、非常用交流発電機２を起動させるようにするが、コンピュータのように一瞬たりとも電力供給を停止させてはならないものに対しては、非常用交流発電機２の起動が完了するまでの間は蓄電池２９からの直流電力によって対処することができる。
【００２９】
上記したように、図１の船舶用電源装置によれば、交流発電機１Ａ，１Ｂ及び非常用交流発電機２の出力側に整流装置２６Ａ，２６Ｂ及び整流装置２７を設け、負荷側に電力を供給するための母線が直流母線２８となるような構成としているので、船舶内の限られたスペースを少なからず占有していた従来のアクティブフィルタ１２Ａ，１２Ｂや変圧器１９、さらには交流／直流変換装置７Ａ，７Ｂや交流／直流変換装置１５を省略することができ、装置全体の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００３０】
また、母線が直流母線２８となるように構成しているので、この直流母線２８に蓄電池２９を接続することが可能となり、交流発電機１Ａ、１Ｂに故障が発生した場合等には、直ちに必要最小限の電力を直流母線２８上に供給して、コンピュータ等の運転を継続させなければならない機器のバックアップを行うことができる。したがって、非常用交流発電機２を常時運転して待機状態にしておく必要がないので、無駄なエネルギーの消費を防止することができる。なお、本実施形態では非常用交流発電機２を設けた構成としてあるが、コンピュータ等の運転を継続させなければならない機器が少なく、蓄電池２９からの電力によってこれらの機器の運転を充分長く行うことができる場合等は、非常用交流発電機２、整流装置２７、及び遮断機４を省略した構成を採用することも可能である。
【００３１】
図２は本発明の第２の実施形態の構成図である。この第２の実施形態は図６の従来装置に対応するものであって、直流母線２８上の遮断機２５を境に、各構成要素がＡ系統及びＢ系統の２系統に分かれているものである。この図２の動作は、図１の場合とほぼ同様であるため、その説明については省略する。
【００３２】
図３は本発明の第３の実施形態の構成図である。図３が図１と異なる点は、整流装置２７の出力側が蓄電池２９の正側に接続されており、その共通接続点が遮断機３０を介して直流母線２８に接続されている点である。
【００３３】
この実施形態では、通常運転時に蓄電池２９の電圧が所定レベル以下である場合、遮断機３０が閉成されることにより、直流母線２８から蓄電池２９に対して充電が行われるようになっているが、非常用交流発電機２により蓄電池２９の電圧が所定レベル以上になるまで充電を行い、その後は非常用交流発電機２停止させるようにすることもできる。この実施形態によれば、図１における遮断機４を省略することができ、さらに装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００３４】
図４は本発明の第４の実施形態の構成図である。図４が図３と異なる点は、遮断機３０が直流母線２８に接続されておらず、直接に負荷側の機器すなわち複数の電力変換装置１６のうちの１つと直流／交流変換装置３１とに接続されている点である。このような構成とすることにより、交流発電機１Ａ，１Ｂに故障等が発生した場合に、蓄電池２９からの電力が余分な遮断機を介さずに直ちにコンピュータ等の機器に供給されるために、確実なバックアップを行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、交流発電機からの交流電力の入力に基づき母線に直流電力を出力する整流装置を設け、この母線が直流母線となるように構成したので、装置全体の小型化及び軽量化を図ることができ、さらに、省エネルギー化をも図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態の構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態の構成図。
【図５】従来装置の構成図。
【図６】他の従来装置の構成図。
【符号の説明】
１  交流発電機
２  非常用交流発電機
３  遮断機
４  遮断機
５  交流母線
６  遮断機
７  交流／直流変換装置
８  電力変換装置
９  推進電動機
１０  スクリュー
１１  遮断機
１２  アクティブフィルタ
１３  遮断機
１４  遮断機
１５  交流／直流変換装置
１６  電力変換装置
１７  電動機
１８  遮断機
１９  変圧器
２０  変圧器
２１  遮断機
２２  船舶内負荷
２３  遮断機
２４  船舶内負荷
２５  遮断機
２６  整流装置
２７  整流装置
２８  直流母線
２９  蓄電池
３０  遮断機
３１  直流／交流変換装置
【図１】
0004124855.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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