JP2004260907A

JP2004260907A - ハイブリッドシステム

Info

Publication number: JP2004260907A
Application number: JP2003047776A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Nakagaki; 充弘中垣
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】ハイブリッドシステムにおいて、発電とエンジン動力負荷との分担を適切に制御すること。
【解決手段】ハイブリッドシステムにおいて、航走を行わず発電のみを行う動作モードでは、予め設定された最大目標回転数ＲＨ以下のエンジン回転数で発電機１０による発電を行い、かつ、航走および発電を行う動作モードでは、エンジン２の回転数を検出する回転数センサ３５と、検出されたエンジン回転数に基づいて予め記憶されたエンジン回転数とエンジン航走負荷との関係よりエンジン航走負荷を演算するエンジン航走負荷演算手段と、予め記憶されたエンジン回転数と発電機の最大発電量との関係より最大発電量を演算する最大発電量演算手段と、得られた最大発電量からエンジン航走負荷を減ずることにより発電可能量を演算する発電可能量演算手段とを備え、得られた発電可能量を発電機１０により発電する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドシステムに関し、特に、エンジンを動力伝達装置の駆動に用いるとともに発電機器の駆動源としても用いる場合に、エンジン出力の分担を適切に制御するハイブリッドシステムに関する。なお、本発明における「ハイブリッド」とは、エンジンから少なくとも機械的駆動力と電力を取り出すという意味である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ハイブリッドシステムとして、例えば、電気自動車や船舶等の移動体に用いられているものがあり、移動（走行または航走）に必要な負荷トルクを、エンジンが負担するトルクとモータ（電動機器）が負担するトルクとに分担する技術が知られており、この技術においては、負荷トルクの分担制御は制御マップに基づいて行われている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。そして、エンジンの駆動により発電機器にて発電された電力を、モータを駆動するのに必要な電力に応じて制御しており、また、このモータの駆動電力は発電機器で発電した電力により補うこととしていた。また、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）を所定範囲内に管理することにより、バッテリの寿命の延長を図ることとしていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１９０２３７号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５２９０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のハイブリッドシステムにおいては、以下のような不具合があった。
発電機器で発電した出力を、単にモータ駆動電力にしたがって制御するのみであったため、移動に伴い発電出力が大きく変動してしまうという不具合が合った。また、この発電出力の変動（負荷変動）によりエンジンの回転数が変動する問題があり、このため、移動中、操作者に違和感と与えてしまうという不具合があった。
また、モータ駆動電力を供給する際には、発電機器で発電した電力を一度バッテリに充電した後にモータに供給していたため、バッテリの充放電に伴うエネルギーを損失するという不具合が合った。
そこで、本発明では、発電（電気負荷）と、エンジン動力負荷（走行負荷または航走負荷）との分担を適切に制御することを課題とする。また、動力伝達装置への動力出力を伴わず発電のみを行う動作形態と、動力伝達装置への動力出力、および発電を行う動作形態とを使い分け、移動中の発電量を抑えることにより、発電の際の回転変動を抑えて、移動中の操作者に違和感を与えないことを課題とする。また、バッテリ充放電に伴うエネルギー損失については、バッテリを介さずに発電された電力をそのままモータに供給する動作形態を、新たに設けることにより、ハイブリッドシステムの各動作形態にしたがった発電およびバッテリ充放電管理を行うことを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、動力伝達装置への動力出力を伴わず発電のみを行う動作形態と、動力伝達装置への動力出力、および発電を行う動作形態とを有するとともに、動力伝達装置への動力出力を伴わず発電のみを行う動作形態では、予めエンジン回転数の最大目標回転数を設定し、最大目標回転数以下のエンジン回転数で発電機器による発電を行い、かつ、動力伝達装置への動力出力、および発電を行う動作形態では、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、検出されたエンジン回転数に基づいて予め記憶されたエンジン回転数とエンジン動力負荷との関係よりエンジン動力負荷を演算するエンジン動力負荷演算手段と、予め記憶されたエンジン回転数と発電機の最大発電量との関係より最大発電量を演算する最大発電量演算手段と、得られた最大発電量からエンジン動力負荷を減ずることにより発電可能量を演算する発電可能量演算手段とを備え、得られた発電可能量を発電機器により発電するものである。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、エンジン回転数に対して複数の回転域を設定し、それぞれの回転域において、前記エンジン動力負荷手段により演算されるエンジン動力負荷を回転域の上限の回転数における値とし、前記最大発電量により演算される最大発電量を回転域の下限の回転数における値としたものである。
【０００７】
請求項３においては、請求項１または請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、前記発電可能量を表示出力可能とする表示出力手段を備えるものである。
【０００８】
請求項４においては、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、発電機器により発電された電力を、コンバータを介して電動機器に供給して、電動機器を動力伝達装置の駆動源として用いるとともに、発電された電力によりバッテリを充電しないものである。
【０００９】
請求項５においては、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータに接続するトローリング用の電気負荷を備えるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明の一つである「エンジン、発電機、モータ、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＡ」という。）を示す図、図２はハイブリッドシステムＡの動作モードの一例を示す図、図３は発電機の発電可能領域を示す図、図４は通常航走時での発電機の発電可能量を決定する手順を示す図、図５は本発明の一つである「エンジン、発電機、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＢ」という。）を示す図、図６はハイブリッドシステムＢの動作モードの一例を示す図、図７は本発明の一つである「エンジン、モータジェネレータ、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＣ」という。）を示す図、図８はハイブリッドシステムＣの動作モードの一例を示す図、図９はハイブリッドシステムＣのスタータ機能を示す図、図１０はハイブリッドシステムＣのモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図、図１１はハイブリッドシステムＣの電力供給（発電あり）機能を示す図、図１２はハイブリッドシステムＣの電力供給（発電なし）機能を示す図である。
【００１１】
本発明の一つであるハイブリッドシステムＡについて説明する。
ハイブリッドシステムＡは、図１に示すような構成である。ハイブリッドシステムＡでは、水中推進用に備えられるプロペラ４の駆動をエンジン２とモータ５との両方により可能としている。なお、後述するように、図５に示すハイブリッドシステムＢ、あるいは、図７に示すハイブリッドシステムＣのような構成とすることも可能である。また、以下では、ハイブリッドシステムを船舶について適用した実施例について説明しているが、その他の移動体（例えば、自動車等）に適用することも可能である。
【００１２】
図１において、システム１は、エンジン２および動力伝達装置３を有しており、該動力伝達装置３としてはセイルドライブが用いられ、その後下部にはプロペラ４が接続されている。これにより、システム１は船舶の推進システムとして利用することができる。
エンジン２からの駆動力は動力伝達装置３によりプロペラ４に伝達され、その結果プロペラ４が回転駆動される。動力伝達装置３内にはクラッチが備えられており、該クラッチによりエンジン２からの駆動力の断接と動力伝達の回転方向（プロペラ４の回転方向）の切り換えを行うようにしている。
なお、本実施例においては、システム１は動力伝達装置３がエンジン２の下方へ大きく延出し、該動力伝達装置３に直接プロペラ４が取り付けられたセイルドライブに構成されているが、動力伝達装置３の後端部に、プロペラ４のプロペラ軸が装着されるマリンギアに構成することもできる。
【００１３】
また、本システムにおいては、エンジン２と動力伝達装置（セイルドライブ）３との間に、発電機器である発電機１０を介装している。エンジン２により発電機１０を駆動して、該発電機１０により発電された電力は、後述するように電動機駆動用に用いられたり、船内電力として供給されたりするようにしている。
【００１４】
発電機１０は、例えば、高周波発電機に構成されており、該発電機１０の出力部には、リレー（電磁開閉器）１１、整流機器１２、インバータ１５が接続されている。
また、発電機１０は前記整流機器１２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流コンバータ）１３と接続されている。
【００１５】
整流機器１２は、例えば、平滑用コンデンサで構成されており、発電機１０により発電された交流電力を整流・平滑化して、直流に変換する。整流機器１２からＤＣ／ＤＣコンバータ１３に送られた電力は、該ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により所定の電圧に変圧されて、リレー１７を介してバッテリ１４を充電する。
【００１６】
一方、整流機器１２からインバータ１５に送られた電力は、該インバータ１５により交流に変換されて、切換機器１９を介して出力ソケット２０から交流電力として船内供給可能とされる。切換機器１９にて商用電源（外部電源）とインバータ１５により変換された交流電力とを切換可能としている。このように、インバータ１５を介して電気負荷（ＡＣ出力）が接続できるようにしている。なお、切換機器１９を切換スイッチで構成して手動により切り換えを行ってもよく、また、電磁接触器で構成してインバータ出力と商用電源との切り換えを自動で行ってもよい。電磁接触器で構成する場合には、該電磁接触器にシステムコントローラ７からオン・オフ信号が入力されるように、システムコントローラ７と接続しておく。そして、インバータ１５には、リレー１５ａが内蔵されており、該リレー１５ａはシステムコントローラ７と接続されている。
【００１７】
動力伝達装置３の上端部には電動機器（モータ）５が設置されており、該モータ５の出力軸は動力伝達装置３の伝達軸と接続されている。モータ５はモータコントローラ６と接続されており、該モータコントローラ６によりモータ５を制御する構成としている。また、モータコントローラ６はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７からの指令がモータコントローラ６へ入力されるようにしている。
また、モータコントローラ６は、リレー１８を介して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とバッテリ１４に接続されており、バッテリ１４、またはＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して発電機１０から電力供給を受けて、フィールド電流（界磁電流）で発生させた磁界とアマチュア電流（電機子電流）によりモータ５を駆動する。そして、モータコントローラ６がこれらの電流または電圧を制御してモータ５の回転数およびトルクを制御する。
【００１８】
船体の前後進の切り換えやエンジン２の駆動力の調節は、船舶の操作部８に配設されるレバー９等の操作具を操作することによって行われる。レバー９には、例えば、シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー等があり、それぞれシステムコントローラ７と接続されている。そして、レバー９を操作することにより、システムコントローラ７にレバー位置に対応した信号が入力される。
【００１９】
例えば、操作部８のシフトレバーを操作すると、シフトレバー位置（前進・中立・後進）に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりシフトアクチュエータ２１を作動させるようにしている。シフトアクチュエータ２１は動力伝達装置３のクラッチに接続されており、該シフトアクチュエータ２１の作動により、動力伝達装置３の伝動軸の正転・中立・逆転を切り換えて、前進・中立・後進の切り換えを行うこととしている。このように、シフトレバーを操作することにより、船体の前後進の切り換えを行っている。
【００２０】
また、操作部８のレギュレータレバーを操作すると、レギュレータレバー位置に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりレギュレータアクチュエータ２２を作動させるようにしている。レギュレータアクチュエータ２２はエンジン２のレギュレータに接続されており、該レギュレータアクチュエータ２２の作動により、エンジン２における燃料噴射量を調節して、エンジン２の駆動力を調節可能としている。このように、レギュレータレバーを操作することにより、エンジン２の駆動力の調整を行っている。
【００２１】
また、操作部８にはモード切換レバーが配設されており、該モード切換レバーを操作することにより、本システムの動作モード（動作形態）を切換可能としている。この動作モードの例としては、図２に示すようなものがあり、モード切換レバーにより、「航走モード」の切り換えを行う。そして、「航走モード」の切り換えを行うと、システムコントローラ７へモード信号が入力されて、該システムコントローラ７により各「航走モード」に対応した本システムの制御が行われるようにしている。
具体的には、図２に示すように「航走モード」の切り換えにより、プロペラ４の駆動を、エンジン２のみにより駆動するモード、エンジン２により駆動しつつ、モータ５により駆動をアシストするモード、モータ５のみにより駆動するモード、の３種類のパターンにより行うことを可能としている。また、これらの「航走モード」に加えて、船舶停船時における停船モードを有している。
【００２２】
エンジン２内にはエンジン２始動用のスタータモータ２ａと機関付発電機であるオルタネータ２ｂが備えられており、該スタータモータ２ａはリレー２５を介してスタータバッテリ２４と接続され、該スタータバッテリ２４はオルタネータ２ｂと接続されている。また、スタータモータ２ａ、オルタネータ２ｂ、スタータバッテリ２４はメインリレー２６を介して前記システムコントローラ７と接続されている。オルタネータ２ｂからの発電出力は、エンジン２のスタータモータ２ａを駆動するためのスタータバッテリ２４に充電され、該スタータバッテリ２４に蓄積された電力をエンジン２始動の際に用いるようにしている。
【００２３】
以上のように構成される本システムにおいて、メインコントローラとしてのシステムコントローラ７は次のように機能して、本システムの制御を行う。前述したように、システムコントローラ７は操作部８のレバー９（シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー）と接続されている。また、システムコントローラ７はシフトアクチュエータ２１およびレギュレータアクチュエータ２２と接続されている。
【００２４】
また、システムコントローラ７はエンジン２と接続されており、該エンジン２からシステムコントローラ７にエンジン回転数が入力される。エンジン２の回転数は、エンジン２に付設される回転数センサ３５により検出される。
また、システムコントローラ７はモータ５と接続されており、該モータ５からシステムコントローラ７にモータ回転数およびモータ５の温度が入力される。モータ５の回転数は、モータ５に付設される回転数センサ３６により検出され、モータ５の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００２５】
また、システムコントローラ７はモータコントローラ６と接続されており、該システムコントローラ７はモータコントローラ６に対して回転方向信号、出力信号、モード信号等を出力する。一方、モータコントローラ６は、モータ５に異常が発生した場合には、アラーム信号をシステムコントローラ７へ送る。
また、システムコントローラ７は発電機１０と接続されており、該発電機１０からシステムコントローラ７に発電機１０の温度が入力される。発電機１０の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００２６】
また、システムコントローラ７はリレー１１・１５ａ・１７・１８と接続されており、該システムコントローラ７は、図２に示すように、リレー１１・１５ａ・１７・１８のオン・オフ（開閉）を制御する。このオン・オフ制御は、船舶の航走状態、バッテリ１４の充放電状態、インバータ１５に接続される電気負荷（インバータ負荷）等の状態に基づいて行われている。
また、システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に接続されており、該システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に対して充電電流指示を送る。
【００２７】
また、システムコントローラ７はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４からシステムコントローラ７にバッテリ１４の充放電状態を表す電圧値・電流値が入力される。バッテリ１４の電圧値および電流値はそれぞれ、電圧センサ３３、電流センサ３４により検出される。
【００２８】
また、システムコントローラ７はインバータ１５に接続されており、該システムコントローラ７はインバータ１５（リレー１５ａ）に対してオン・オフ信号を出力する。一方、インバータ１５はシステムコントローラ７に対してインバータ１５に接続される電気負荷の状態を表すインバータ入力電圧値、インバータ入力電流値、アラーム信号を出力する。インバータ入力電圧値およびインバータ入力電流値は、それぞれ、電圧センサ３１および電流センサ３２により検出される。
【００２９】
また、システムコントローラ７は表示モニタ２３と接続されており、該表示モニタ２３は表示出力手段として機能し、システムコントローラ７に入力される種々の検出値等を表示して、操船者が本システムの状態を把握できるようにしている。
【００３０】
本システムでは、例えば、図２に示すようなＨ１からＨ１７までの動作モードがある。以下、各モードについて説明する。
【００３１】
Ｈ１およびＨ２は、モータ５のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードによりエンジン停止状態でも航行可能となる。
【００３２】
Ｈ３およびＨ８は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードにより、発電機１０が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。なお、本実施例で「エンジンアシスト」とは、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の一部をモータ５により賄うことを意味する。
【００３３】
Ｈ４およびＨ９は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源は発電機１０の電力である。これらのモードにより、バッテリ１４が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。詳しくは後述する。
【００３４】
Ｈ５およびＨ１０は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、モータ５の所要駆動力を確保してバッテリ１４の充電が可能となる。
【００３５】
Ｈ６およびＨ１１は、エンジン２および発電機１０の電力により駆動されるモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。これらのモードにより、インバータ１５の電気負荷への電力供給とモータ５によるエンジンアシストの両立が可能となる。詳しくは後述する。
【００３６】
Ｈ７およびＨ１２は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、モータ５の駆動およびインバータ１５を介しての電力供給に当たって発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、インバータ１５を介しての電力供給を安定化できるとともに、モータ５の所要駆動力を確保してエンジンアシストが可能となる。
【００３７】
Ｈ１３はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するのみであり発電機１０はエンジン２と同期回転するが実質停止しているモードである。このモードにより、インバータ１５を介しての電力供給およびモータ５の駆動が不要またはこれらの機器の損傷等により不能の場合にあってもエンジン航行が可能となる。
【００３８】
Ｈ１４はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電するモードである。このモードにより、航行しながらバッテリ１４の充電が可能となる。
【００３９】
Ｈ１５はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電およびインバータ１５を介して電力供給を行うモードである。このモードにより、航行、インバータ１５を介しての電力供給およびバッテリ１４の充電を並立できる。詳しくは後述する。
【００４０】
Ｈ１６はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。このモードにより、航行およびインバータ１５を介しての電力供給を並立できる。詳しくは後述する。
Ｈ１７の停船モードについては、後述する。
【００４１】
なお、Ｈ１とＨ２との違いは、本システムを搭載した船舶が定常（＝定速）航行状態か加速航行状態かの違いである。Ｈ３とＨ８との違い、Ｈ４とＨ９との違い、Ｈ５とＨ１０との違い、Ｈ６とＨ１１との違い、およびＨ７とＨ１２との違いについても同様である。
また、モータ５によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータ５の駆動源もバッテリ１４またはエンジン２により駆動される発電機１０の電力であるので本システムの燃費性を向上できる。
一方、エンジン２により駆動される発電機１０の電力を、インバータ１５を介して電気負荷へ供給できるので別個の発電機が不要とでき、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。
【００４２】
次に、本システムにおける発電・負荷の分担制御について説明する。この発電・負荷分担の制御は、前述した本システムにおける動作モードＨ１５およびＨ１６（図２）に対応する制御である。
図３には、インバータ１５への電力供給可能領域が表されており、この領域内で、インバータ１５の電気負荷への電力供給を可能としている。この電力供給可能領域は、インバータ入力電圧限界を表す曲線Ｄ、インバータ最大出力を表す直線Ｅ、インバータ入力電流の上限を表す曲線Ｆ、機関最低速を表す直線Ｊ、によって囲まれた領域（イ）として予め設定されている。インバータ１５に対しては、インバータ１５を保護するため、その入力電流と入力電圧に対して、予め有効範囲（所定の上限値）が設定されている。この有効範囲を、図３には、インバータ入力電流の上限を曲線Ｆとして、インバータ入力電圧限界を曲線Ｄとして表している。なお、曲線Ｆは発電機１０の発電機出力上限を示す曲線でもあり、また、所定のエンジン回転数での最大発電量を表す曲線でもある。
また、図３に示すインバータ１５への電力供給可能領域は、言い換えれば、発電機１０の発電出力可能領域であり、つまり、図３に表されている領域（イ）内において、発電機１０は発電出力を行うことを可能としている。
【００４３】
図３において、横軸はエンジン回転数である。エンジン回転数がＲＨのときインバータ１５が最大出力（直線Ｅ）となっており、このとき、発電機１０の発電量は最大である。つまり、回転数をＲＨ以上に増加させても、発電機１０の発電量はこれ以上増加しない。後述するように、このＲＨは最大目標回転数として設定されている。
なお、以上の図３についての説明においては、セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷（エンジン航走負荷）については、言及していない。以下では、このセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷についても考慮するものとする。
【００４４】
ここで、本システムにおける動作モードＨ１５およびＨ１６について、図２を参照して説明する。Ｈ１５およびＨ１６は、リレー１８がオフとなっているためモータ５によるエンジンアシストを行わず、エンジン２のみの駆動による航走モードとなっている。つまり、Ｈ１５およびＨ１６は、セイルドライブ３への動力出力、および発電を行う動作形態となっている。
また、Ｈ１５では、リレー１１・１５ａ・１７がオンとなっているため、発電機１０、インバータ１５、およびバッテリ１４が作動状態となっている。つまり、Ｈ１５はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電およびインバータ１５の電気負荷に電力供給を行うモードである。
このＨ１５に対し、Ｈ１６では、リレー１７がオフとなっているため、バッテリ１４が停止状態となっておりバッテリ１４の充放電を行っていない。つまり、Ｈ１６はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でインバータ１５の電気負荷に電力供給を行うモードである。
【００４５】
このように、Ｈ１５およびＨ１６では、エンジン２の駆動により、発電機１０を作動させて発電した電力は、インバータ１５の電気負荷への電力供給、またはバッテリ１４の充電により消費される。このとき、発電機１０の発電出力可能な範囲が、領域（イ）として図３に表されているのである。
ところが、船舶が航走状態にあるＨ１５およびＨ１６では、セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷を考慮する必要があるため、エンジン２の駆動力をすべて発電機１０の発電に利用できるわけではない。通常航走時には、セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷は、舶用３乗負荷という形で表され、この舶用３乗負荷に相当する負荷を、図３では、曲線Ｌで表している。ここで、「舶用３乗負荷」とは、通常航走時である定常状態では、セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷は、プロペラ４の回転数の３乗に比例するというものである。
このように、通常航走時においては、エンジン２の駆動力は、発電機１０による発電出力と、セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力とに振り分けられ、以下、この分担制御について説明する。
【００４６】
まず、本システムの通常航走時の分担制御について説明する前に、船舶の停船時の制御について説明する。停船時においては、前述したセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷を必要としないため、エンジン２の駆動力を全て発電機１０の発電に利用することができる。よって、停船時には、通常航走時における後述するような分担制御を行う必要はない。
【００４７】
停船時においては、本システムは、例えば図２のＨ１７の停船モードとなっている。図２に示すように、停船モードは、各リレー１１・１５ａ・１７・１８のオン・オフ、エンジン２、発電機１０、インバータ１５、バッテリ１７、モータ５、およびＤＣ／ＤＣコンバータ１３の動作状態は、前述したＨ１５またはＨ１６の動作モードと同様であるが、セイルドライブ３のクラッチが「断」となっているため、エンジン２の駆動力がセイルドライブ３およびプロペラ４に伝達されず、これにより船舶は航走を行わず停船する。ただし、図２においては、Ｈ１７をＨ１５に対応させたモードとしており、Ｈ１６に対応するモードについては図示していない。
Ｈ１７では、エンジン２を作動させ、リレー１１・１５ａ・１７をオンとして、発電機１０、インバータ１５、およびバッテリ１４を作動させ、リレー１８をオフとして、モータ５を停止させている。そして、セイルドライブ３のクラッチが「断」となっている。つまり、Ｈ１７は、エンジン２の駆動力を全て発電機１０の発電に用いて、これにより発電された電力でバッテリ１４を充電し、インバータ１５の電気負荷に電力を供給するモードである。また、言い換えれば、Ｈ１７は、セイルドライブ３への動力出力を伴わず発電のみを行う動作形態となっている。
【００４８】
前述したように、図３に示すような発電機１０の発電出力可能領域が領域（イ）として設定されているため、次のような発電制御を行う。停船時には、まず、エンジン回転数に対して最大目標回転数ＲＨを予め設定し、この最大目標回転数ＲＨ以下のエンジン回転数で発電制御を行うこととする。ここで、最大目標回転数ＲＨは、インバータ１５への入力電流が最大であるインバータ最大出力（図３の直線Ｅ）を、出力可能な最小のエンジン回転数として設定される。
Ｈ１７では、バッテリ１４の充電およびインバータ１５の電気負荷への電力供給を行うだけの電力が必要とされるが、最大目標回転数ＲＨ以下のエンジン回転数で、エンジン回転数を制御して、必要な電力だけ発電機１０で発電を行うこととする。つまり、必要な電力を確保できるように、最大目標回転数ＲＨの範囲内で発電を行う。
このように、停船時には、予め設定された最大目標回転数ＲＨ以下の回転数でエンジン２の運転を行うことにより、必要となる電力だけ効率よく発電を行い、インバータ１５の電気負荷に対しても効率よく電力供給を行うことができる。なお、Ｈ１６に対応する停船モードでは、バッテリ１４の充電を行わないため、インバータ１５に接続される電気負荷に必要な電力に応じて、最大目標回転数ＲＨの範囲内で、発電機１０による発電を行うこととする。
【００４９】
次に、本システムの通常航走時の発電・負荷分担制御について、図３、図４を用いて説明する。通常航走時には、エンジン２の駆動力の発電・負荷分担制御を、エンジン回転数に応じて行うこととしている。Ｈ１５およびＨ１６の通常航走時には、発電機１０による発電機出力と、セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力とが必要となる。このセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷は、図３において、曲線Ｌ（舶用３乗負荷に相当する曲線）で表されている。つまり、通常航走時である定常状態においては、曲線Ｌで表される分だけ、セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力としてエンジン２の駆動力が消費され、残りのエンジン２の駆動力が発電機１０の発電機出力として利用可能となる。つまり、この分担制御は、エンジン出力のうち、エンジン航走負荷であるセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷に必要な出力を、まず確保し、余剰のエンジン出力を発電機１０の発電に用いるというものである。発電機１０により発電された電力は、Ｈ１５ではインバータ１５の電気負荷への電力供給およびバッテリ１４の充電に充てられ、Ｈ１６ではインバータ１５の電気負荷への電力供給に充てられる。
そして、通常航走時での発電機１０の発電出力可能領域を、図３において、前述した領域（イ）から曲線Ｊより下の部分を差し引いた領域として、設定する。つまり、発電機１０の発電出力可能領域は、インバータ入力電圧限界を表す曲線Ｄ、インバータ最大出力を表す直線Ｅ、インバータ入力電流の上限（発電機出力上限）を表す曲線Ｆ、機関最低速を表す曲線Ｊ、および舶用３乗負荷に相当する曲線Ｌによって囲まれた領域（ロ）として予め設定される。
例えば、図３において、エンジン回転数がＲ１のときには、セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷に必要な出力として、まずＰ１が必要となる。このＰ１は予めシステムコントローラ７により記憶されたエンジン回転数とエンジン航走負荷との関係（図３の曲線Ｊ）から演算される。また、システムコントローラ７には、予めエンジン回転数と発電機１０の最大発電量との関係（図３の曲線Ｆ）が記憶されており、この関係よりエンジン回転数Ｒ１での最大発電量Ｇ１が演算される。そして、最大発電量Ｇ１からＰ１を減ずることにより得られる（Ｇ１−Ｐ１）が、発電機１０により発電出力可能な電力となる。
このように、この発電・負荷分担制御では、回転数センサ３５がエンジン回転数検出手段として、システムコントローラ７がエンジン航走負荷（動力負荷）演算手段、最大発電量演算手段、および発電可能量演算手段として、それぞれ機能している。
【００５０】
このような発電・負荷分担制御を、通常航走時のエンジン回転数に応じて自動的に行うようにする。このため、図３に示すように、機関最低速ＲＬと前記最大目標回転数ＲＨとの間を、予め幾つかの所定の回転数Ｒ１・Ｒ２・Ｒ３・Ｒ４で区切り、複数の回転域に分割する。図３においては、機関最低速ＲＬと最大目標回転数ＲＨとの間に、５つの回転域を設定しており、それぞれの回転域に応じて分担制御を行うこととしている。
【００５１】
次に、本システムの発電・負荷分担制御における、所定のエンジン回転数に対応する発電可能量を決定する手順について、図４を参照しながら説明する。この手順は、所定のエンジン回転数の回転域（例えば、図３のＲ２〜Ｒ３の回転域）での発電機１０による発電可能量を決定する手順である。
まず、システムコントローラ７の指示によってエンジン２の回転数を回転数センサ３５により検出する（ステップＳ１）。このとき、検出されたエンジン回転数はシステムコントローラ７に入力される。次に、検出されたエンジン回転数が、所定の回転域（図３、図４では、Ｒ２〜Ｒ３の回転域）に属するか否かが判定される（ステップＳ２）。所定の回転域に属しない場合には、この回転域に対応する制御を行わず、終了する。一方、所定の回転域に属する場合には、システムコントローラ７には、予めエンジン回転数とプロペラ負荷トルクＴとの関係が記憶されており、この関係を用いて、この回転域の上限値Ｒ３に対応するプロペラ負荷トルクＴを決定する（ステップＳ３）。プロペラ負荷トルクＴは、通常航走時に、セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するために必要なトルクである。なお、システムコントローラ７には、それぞれの回転域の上限値に対応するプロペラ負荷トルクを、最低限記憶させておけばよい。
【００５２】
次に、求められたプロペラ負荷トルクＴからＰＳ（馬力）単位の出力を算出し、算出されたＰＳ単位の出力を、ｋＷ（キロワット）単位の出力に変換する（ステップＳ４）。ＰＳ単位の出力は、次式（１）を用いて、プロペラ負荷トルクＴから算出される。
Ｔ＝７５×６０×ＰＳ／２π×Ｎ・・・（１）
ここで、ＰＳはＰＳ単位の出力、Ｎはエンジン回転数である。ＰＳとｋＷとの間には、次式（２）の関係がある。
１ＰＳ＝０．７３５５ｋＷ・・・（２）
この式（２）を用いて、ＰＳ単位の出力をｋＷ単位の出力Ｐ３に換算する。このように得られたｋＷ単位の出力Ｐ３は、図３においては、曲線Ｌ上にある。なお、以上のステップＳ３乃至ステップＳ５に替えて、予めシステムコントローラ７にエンジン回転数と、ｋＷ単位の出力Ｐ３との関係（図３の曲線Ｌのような関係）を記憶させておき、この関係を用いて、ある所定の回転域の上限値に対応するｋＷ単位の出力Ｐ３を決定することとしてもよい。
【００５３】
次に、図３の曲線Ｆを用いて所定の回転域の下限値（図３、図４では、Ｒ２）に対応する最大発電量Ｇ２（単位はｋＷ）を算出する（ステップＳ５）。最大発電量とは、停船時、つまり、セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷がかかっていない場合の発電機１０の発電可能量であり、前述したように図３においては、インバータ入力電流の上限を示す曲線Ｆにより表されている。そして、算出された最大発電量Ｇ２から前記出力Ｐ３を減ずる（ステップＳ６）。こうして、得られた値（Ｇ２−Ｐ３）を発電可能量として決定し、この発電可能量（Ｇ２−Ｐ３）を表示モニタ２３にモニタ出力する（ステップＳ７）。
【００５４】
このように算出された発電可能量（Ｇ２−Ｐ３）は、エンジン回転数が回転域Ｒ２〜Ｒ３にある場合の発電機１０の発電出力可能な電力である。そして、発電機１０により発電量（Ｇ２−Ｐ３）だけ発電を行う場合には、エンジン２の回転数を所定の回転域の下限値（図３、図４では、Ｒ２）まで減少させて（図３の太い矢印）、行うこととする。
【００５５】
以上のように、通常航走時の発電機１０の発電可能量をエンジン回転数に応じて自動的に算出して発電を行う場合には、予め設定された複数の回転域に対応させて、段階的に発電可能量を決定している。図３においては、機関最低速ＲＬと最大目標回転数ＲＨとの間に５つの回転域を設定し、検出されたエンジン回転数が、回転域ＲＬ〜Ｒ１に属すれば発電可能量をＧＬ−Ｐ１、回転域Ｒ１〜Ｒ２に属すれば発電可能量をＧ１−Ｐ２、回転域Ｒ２〜Ｒ３に属すれば発電可能量をＧ２−Ｐ３、回転域Ｒ３〜Ｒ４に属すれば発電可能量をＧ３−Ｐ４、回転域Ｒ４〜ＲＨに属すれば発電可能量をＧ４−ＰＨとしている。つまり、エンジン回転数が所定の回転域に属する場合には、所定の発電量を発電機１０で発電することとしている。このように、エンジン回転数に対して複数の回転域を設定し、それぞれの回転域において、回転域の下限の回転数での最大発電量から回転域の上限の回転数でのエンジン航走負荷である出力を減じた値を、発電可能量としている。なお、区切りとなるエンジン回転数を変更したり、増減させたりすることにより、回転域の設定を変更することが可能である。
【００５６】
また、エンジン回転数が最大目標回転数ＲＨよりも大きい場合には、最大目標回転数ＲＨ以下の回転数までエンジン回転数を減少させることとする（例えば、図３の細い矢印）。
また、決定された発電可能量が、必要となる供給電力に比べて特に多い場合には、エンジン回転数を複数の回転域にわたって、段階的に減少させて、発電を行うこととする。
【００５７】
このようにエンジン回転数に応じた発電・負荷分担制御を行っている。すなわち、通常航走時に必要となるエンジン航走負荷を、まず確保して、残りのエンジン出力により発電機１０を作動させて発電を行っている。そして、発電機１０の発電電力は、Ｈ１５ではインバータ１５の電気負荷への電力供給およびバッテリ１４の充電に充てられ、Ｈ１６ではインバータ１５の電気負荷への電力供給に充てられている。
これにより、発電機１０の発電出力可能領域（イ）内において、エンジン回転数に応じて発電機出力とエンジン航走負荷との分担を適切に制御することができる。また、停船時に発電のみを行う動作モードと、航走および発電を行う動作モードとを使い分けることにより目的にしたがった適切な発電ができ、航走中の発電量を抑えることにより、発電の際の回転変動を抑えることができ、航走中の操作者に違和感を与えることがなくなる。
また、エンジン回転数に対して複数の回転域を設定して、エンジン回転数が所定の回転域に属する場合には所定の発電量を発電機１０で発電することにより、発電量を容易に決定することができ、簡便な制御とすることができる。また、発電可能量を表示モニタ２３に表示することにより、予め発電可能な量を知ることができ、操船者にとって航走中に電気負荷を使用しやすくなり、安心して航走できる。
【００５８】
次に、本システムにおける動作モードＨ４およびＨ９、並びにＨ６およびＨ１１に対応する制御について、図１、図２を用いて説明する。モードＨ４およびＨ９、並びにＨ６およびＨ１１は、リレー１８がオンとなっているためモータ５によるエンジンアシストを行って、エンジン２とモータ５により航走を行うモードである。また、リレー１７がオフとなっているためバッテリ１４の充放電は行っていない。
また、Ｈ４およびＨ９では、リレー１１がオン、リレー１５ａがオフとなっているため、発電機１０が作動状態、インバータ１５が停止状態となっている。つまり、Ｈ４およびＨ９は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源は発電機１０の電力であり、発電機１０により発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により降圧されて全てモータコントローラ６に供給される。
Ｈ４およびＨ９に対し、Ｈ６およびＨ１１では、リレー１５ａがオンとなっており、インバータ１５が作動状態となっている。つまり、Ｈ６およびＨ１１は、エンジン２および発電機１０の電力により駆動されるモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でインバータ１５の電気負荷に電力供給を行うモードである。
前述したように、Ｈ４とＨ９との違い、およびＨ６とＨ１１との違いは、本システムを搭載した船舶が定常（＝定速）航行状態か加速航行状態かの違いである。よって、以下では、主としてＨ４およびＨ６について、説明することとする。
【００５９】
Ｈ４およびＨ６では、モータ５を作動させて、その回転力をセイルドライブ３およびプロペラ４に伝達するエンジンアシストを行っている。モータ５を駆動するためには、モータコントローラ６に電力供給を行う必要がある。この電力供給は、発電機１０により発電された電力を、整流機器１２により整流・平滑し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により降圧して、モータコントローラ６に供給することとしている。そして、リレー１７をオフとしてバッテリ１４からは、電力供給を行わないこととしている。つまり、Ｈ４およびＨ６は、エンジン２の駆動により発電機１０を作動させ、発電機１０で発電された電力を、バッテリ１４を介さずにモータコントローラ６に供給して、モータ５を作動させるモードとしている。このとき、発電機１０の発電電力は、Ｈ４では、全てモータ５を駆動するためにモータコントローラ６に供給されるが、Ｈ６では、インバータ１５が作動しているため、インバータ１５の電気負荷とモータコントローラ６とに供給される。電力供給を受けたモータコントローラ６は、前述したように、界磁電流で発生させた磁界と電機子電流によりモータ５を駆動させ、これらの電流または電圧を制御することによりモータ５の回転数およびトルクを制御している。
【００６０】
このように、モータ５によるエンジンアシストを行う場合に、発電機１０の発電電力を、バッテリ１４を介さずに、モータコントローラ６に供給することで、バッテリ１４への充電による電力のロスをなくすことができる。
また、リレー１７をオンとすることにより、Ｈ４またはＨ６から、バッテリ１４の充放電を行うモードであるＨ５（Ｈ１０）またはＨ７（Ｈ１２）に移行することが可能である。例えば、発電機１０の発電電力よりもモータ５駆動のための電力が多い場合には、リレー１７をオンとすることによりバッテリ１４を放電状態とし、逆に、少ない場合には、リレー１７をオンとすることによりバッテリ１４を充電状態とすることができる。このように、必要となるモータ５の出力を発電機１０の発電電力により賄うとともに、エンジン航走負荷およびインバータ１５の電気負荷の変動分を、バッテリ１４の充放電により補正することを可能としている。また、これにより、バッテリ１４の寿命が延び、常にバッテリ１４の充放電を行う制御と比べて、細かなＳＯＣ管理を必要としない。
【００６１】
次に、トローリング用の電気負荷を用いてプロペラ４の回転数を減少させる制御について説明する。この制御は、前述した本システムにおける動作モードＨ１５およびＨ１６（図２）に対応する制御である。「トローリング」とは、船舶、特に漁船における運転の一つであり、海面上の所定位置に船舶を止めて漁を行う場合に、潮の流れに対して船舶を安定させるために、プロペラ４を低回転数に保って行う運転をいう。
Ｈ１５およびＨ１６は、前述したように、エンジン２の駆動によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電（Ｈ１５のみ）およびインバータ１５の電気負荷に電力供給を行うモードである。この制御では、トローリング用の電気負荷を別に設けて、該トローリング用の電気負荷をインバータ１５に接続しておき、トローリング用の電気負荷に対して電力供給を行うことにより、プロペラ回転数を減少させてトローリング運転の実現を図る。トローリング運転を行う場合には、操作部８のレバーあるいはボタンを操作して、インバータ１５に接続される負荷をトローリング用の電気負荷に切り換えて、トローリングモードとする。
【００６２】
Ｈ１５およびＨ１６では、エンジン２の駆動力は、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動と発電機１０での発電に充てられる。そして、発電機１０にて発電された電力は、バッテリ１４の充電（Ｈ１５のみ）に用いられるほか、インバータ１５に接続されるトローリング用の電気負荷により消費される。トローリングモードとなったＨ１５およびＨ１６では、エンジン２の出力のうち、トローリング用の電気負荷により消費される電力を、発電機１０での発電出力として確保し、余剰のエンジン出力によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動することとしている。つまり、エンジン回転数が一定であれば、インバータ１５に接続されるトローリング用の電気負荷が大きいほどトローリング用の電気負荷により消費される電力が多くなり、これによりセイルドライブ３およびプロペラ４の駆動に用いられるエンジン出力が少なくなり、プロペラ４の回転数は減少する。プロペラ４の回転数が減少すると、船舶の航走速度が低下し、トローリング運転を実現できる。トローリング時の船舶の速度は、プロペラ４の回転数によって定まるため、速度調節を行うには、インバータ１５に接続するトローリング用の電気負荷の量を調節することにより、プロペラ４の回転数を増減させればよい。
【００６３】
このように、インバータ１５にトローリング用の電気負荷を接続して、このトローリング用の電気負荷に対して電力供給を行うことにより、プロペラ４の回転数を減少させたトローリング運転を実現できる。また、セイルドライブ３のクラッチを滑らせることにより、機械的にプロペラ４の回転数減少を行う必要がないため、セイルドライブ３のクラッチの焼け付き等を防止できる。
【００６４】
以上に述べたハイブリッドシステムＡに替えて、図５に示すようなハイブリッドシステムＢでも前述したような制御を行うことが可能である。
ハイブリッドシステムＢは、ハイブリッドシステムＡを簡略化した構成をしており、ハイブリッドシステムＡからモータ５、モータコントローラ６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、バッテリ１４等を除いた構成となっている。そして、ハイブリッドシステムＢでは、ハイブリッドシステムＡのようにモータ５を備えていないため、モータ５のみによる駆動するモードおよびモータ５によるエンジンアシストをするモードはなく、エンジン２のみにより駆動するモードのみとなっている。図６のＰ１は図２のＨ１３と同様のモードであり、Ｐ２はＨ１６と同様のモードであり、また、Ｐ３の停船モードはＨ１７と同様のモードである。ハイブリッドシステムＢでは、ハイブリッドシステムＡと比べてきめ細かなモードは実現できない代わりに機器点数を低減できるので本質的に生産性（特に組立性）および信頼性が向上できる。
【００６５】
ハイブリッドシステムＢにも、システム１に発電機１０およびインバータ１５が備えられており、前述したハイブリッドシステムＡと略同様の制御を行っている（図３、図４参照）。
図５に示すように、発電機１０がエンジン２と動力伝達装置３との間に介装されており、該発電機１０はエンジン２により作動される。発電機１０により発電された電力は、整流機器１２により、整流・平滑された後、インバータ１５に入力され、該インバータ１５により交流に変換されて、切換機器１９を介して出力ソケット２０から船内供給できるようにしている。つまり、発電機１０の発電機出力は全てインバータ１５を介して電気負荷に供給される。
【００６６】
発電・負荷の分担制御は、図６の本システムにおける動作モードＰ２に対応する制御となっており、この制御では、回転数センサ３５がエンジン回転数検出手段として、システムコントローラ７がエンジン航走負荷（動力負荷）演算手段、最大発電量演算手段、および発電可能量演算手段として、表示モニタ２３が表示出力手段として、それぞれ機能している。
【００６７】
また、トローリングを行う制御は、図６の本システムの動作モードＰ２に対応する制御となっており、この制御では、インバータ１５にトローリング用の電気負荷を接続して、このトローリング用の電気負荷に対して電力供給を行うことにより、プロペラ４の回転数を減少させて、トローリング運転を実現させている。
【００６８】
また、図７に示すようなハイブリッドシステムＣにおいて、前述したような制御を行うことも可能である。
ハイブリッドシステムＣの構成は、ハイブリッドシステムＡの構成を変更したものとなっており、その機能は略同様のものとなっている。すなわち、ハイブリッドシステムＣにおけるモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）４０が、ハイブリッドシステムＡのモータ５と発電機１０に相当する。また、ハイブリッドシステムＣにおけるＶＶＶＦインバータコンバータ（可変電圧可変周波数インバータコンバータ）４２と単相ＣＶＣＦインバータ（単相定電圧定周波数インバータ）４３と昇降圧チョッパ４４とにより構成されるインバータ部４１が、ハイブリッドシステムＡにおけるモータコントローラ６とＤＣ／ＤＣコンバータ１３と整流機器１２とインバータ１５に相当する。また、ハイブリッドシステムＣは、後述するようにスタータ機能を備えているため、ハイブリッドシステムＡにおけるエンジン２始動用のスタータモータ２ａ、スタータバッテリ２４等に相当するものを備えていない。
【００６９】
図７に示すように、モータジェネレータ４０は、システム１において、エンジン２と動力伝達装置３との間に介装されている。モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合（図８のＭ４からＭ７、および図１１の電力供給機能の場合）には、エンジン２の駆動によりモータジェネレータ４０が作動され、該モータジェネレータ４０により発電された電力（発電機出力）はインバータ部４１に入力され、該インバータ部４１からバッテリ１４への充電や、切換機器１９、出力ソケット２０を介して船内供給を行っている。また、モータジェネレータ４０が、モータとして機能する場合（図８のＭ１からＭ３、図９のスタータ機能、および図１０のアシスト機能の場合）には、エンジン２の始動や、航走のアシストを行っている。
【００７０】
インバータ部４１のＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合にはインバータ部４１に入力される発電機出力の整流・平滑を行い、また、モータジェネレータ４０がモータとして機能する場合にはモータ制御を行う。また、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７はＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対し、モータとしてのモータジェネレータ４０の起動（回転数）指示、およびアシスト（トルク）指令を出力する。一方、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７へモータとしてのモータジェネレータ４０の回転数、トルク、アラーム、直流電圧を送る。モータジェネレータ４０の回転数は、回転数センサ（図示略）により検出される。ここで、モータジェネレータ４０は、エンジン２のクランク軸と常時同期回転する構成としているため、回転数センサでモータジェネレータ４０の回転数を検出することにより、エンジン２の回転数を知ることができる。よって、回転数センサは、エンジン回転数検出手段として機能することとなる。
【００７１】
単相ＣＶＣＦインバータ４３は、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に電力を供給するときに作動して、その供給電力を所定の周波数の交流電力として供給できるようにしている。単相ＣＶＣＦインバータ４３には、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に供給される電流および電圧を検出するための電流センサおよび電圧センサ（図示略）が備えられている。また、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は単相ＣＶＣＦインバータ４３に対し、運転・停止指示を出力する。一方、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７へ前記電圧センサにより検出した交流電圧、電流センサにより検出した交流電流、交流電力、アラームを送る。
【００７２】
昇降圧チョッパ４４はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４が放電を行う場合には、昇圧チョッパとして機能してバッテリ１４の放電電圧を所定の電圧に昇圧し、また、バッテリ１４への充電を行う場合には、降圧チョッパとして機能して、バッテリ１４への充電電圧を所定の電圧に降圧する。また、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４に対し、運転・停止指示、充電電流指示、充電指示を出力する。一方、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７へバッテリ電圧、充放電電流、アラームを送る。
【００７３】
ハイブリッドシステムＣの動作モードを図８から図１２により詳しく説明する。
図９には、エンジン２を始動するときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により所要の電圧および周波数に変換されて、モータジェネレータ４０に供給され、モータジェネレータ４０がモータとして機能してエンジン２を始動する。これは、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてハイブリッドシステムＣ特有のモードである。ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢに用いられる発電機１０、並びにハイブリッドシステムＣに用いられるモータジェネレータ４０は、エンジン２のクランク軸と常時同期回転する構成である。このため、モータジェネレータ４０をモータとして駆動すればエンジン２の始動が可能となる。一方、ハイブリッドシステムＡの場合、モータ５はセイルドライブ３およびプロペラ４と常時同期回転する構成であり、エンジン２とはセイルドライブ３に内装されるクラッチにより断接されるからである。これにより、エンジン２を始動するためのスタータバッテリ２４等を削減できる。
【００７４】
図１０には、モータジェネレータ４０によりエンジンアシストを行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４からモータジェネレータ４０までの電気回路の作動状態は図９と同様である。モータジェネレータ４０およびエンジン２の駆動力の和が、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動力となる。これにより、モータジェネレータ４０によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータジェネレータ４０の駆動源もバッテリ１４であるので本システムの燃費性を向上できる。
【００７５】
図１１には、モータジェネレータ４０により発電された電力により単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給、またはバッテリ１４の充電を行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。エンジン２によりセイルドライブ３およびプロペラ４並びにモータジェネレータ４０が駆動される。これにより、モータジェネレータ４０が発電を行い、その電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により整流・平滑され、その後、単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。このとき、整流・平滑後の電力に余剰があれば昇降圧チョッパ４４により降圧されてバッテリ１４の充電に費やされる。これにより、航行および単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が並立できる。更にバッテリ１４の充電も可能となる。
【００７６】
図１２には、バッテリ１４により昇降圧チョッパ４４および単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給を行うときの電気回路の作動状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力が単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。これは、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてハイブリッドシステムＣ特有のモードである。これにより、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となる。また、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となる。
【００７７】
そして、図８で示すＭ１は、図９または図１０で表される動作モードである。Ｍ２は、図１０で表される動作モードである。Ｍ３は、図９または図１０、および図１２で表される動作モードの組合せモードである。Ｍ４は、図２のＨ１３と同様の動作モードである。Ｍ５は、図１１の内、単相ＣＶＣＦインバータ４３による電力供給が停止している動作モードである。Ｍ６は、図１１で表される動作モードである。Ｍ７は、図１１の内、バッテリ１４の充電が停止している動作モードである。Ｍ８は、図１２で表される動作モードである。
【００７８】
ハイブリッドシステムＣでは、ハイブリッドシステムＡと比べてきめ細かなモードは実現できない代わりに配線を低減できるので本質的に生産性（特に組立性）および信頼性が向上できる。更に、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてエンジン２の始動のためのスタータバッテリ２４等が削減できるので、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。また、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となるとともに、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となるので、電力使用の利便性が向上する。
【００７９】
ハイブリッドシステムＣには、システム１に発電機器として機能するモータジェネレータ４０およびインバータ部４１が備えられており、前述したハイブリッドシステムＡと略同様の制御を行っている（図３、図４参照）。発電・負荷の分担制御は、図８の本システムにおける動作モードＭ６およびＭ７に対応する制御となっており、この制御では、モータジェネレータ４０に備えられる回転数センサがエンジン回転数検出手段として、システムコントローラ７がエンジン航走負荷（動力負荷）演算手段、最大発電量演算手段、および発電可能量演算手段として、表示モニタ２３が表示出力手段として、それぞれ機能している。
【００８０】
また、トローリングを行う制御は、図８の本システムの動作モードＭ６およびＭ７に対応する制御となっており、この制御では、単相ＣＶＣＦインバータ４３にトローリング用の電気負荷を接続して、このトローリング用の電気負荷に対して電力供給を行うことにより、プロペラ４の回転数を減少させて、トローリング運転を実現させている。
【００８１】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に示す如く、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、動力伝達装置への動力出力を伴わず発電のみを行う動作形態と、動力伝達装置への動力出力、および発電を行う動作形態とを有するとともに、動力伝達装置への動力出力を伴わず発電のみを行う動作形態では、予めエンジン回転数の最大目標回転数を設定し、最大目標回転数以下のエンジン回転数で発電機器による発電を行い、かつ、動力伝達装置への動力出力、および発電を行う動作形態では、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、検出されたエンジン回転数に基づいて予め記憶されたエンジン回転数とエンジン動力負荷との関係よりエンジン動力負荷を演算するエンジン動力負荷演算手段と、予め記憶されたエンジン回転数と発電機の最大発電量との関係より最大発電量を演算する最大発電量演算手段と、得られた最大発電量からエンジン動力負荷を減ずることにより発電可能量を演算する発電可能量演算手段とを備え、得られた発電可能量を発電機器により発電するので、動力伝達装置への動力出力を伴わず発電のみを行う動作形態では、最大目標回転数以下の回転数でエンジンの運転を行うことにより、必要となる電力だけ効率よく発電することができ、インバータの電気負荷に対しても効率よく電力供給を行うことができる。また、動力伝達装置への動力出力、および発電を行う動作形態では、エンジン回転数に応じて発電機出力とエンジン動力負荷との分担を適切に制御することができる。更には、この二つの動作形態を使い分けることにより目的にしたがった適切な発電を行うことができ、移動中の発電量を抑えることにより発電の際の回転変動を抑えることができ、移動中の操作者に違和感を与えることがなくなる。
【００８２】
請求項２に示す如く、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、エンジン回転数に対して複数の回転域を設定し、それぞれの回転域において、前記エンジン動力負荷手段により演算されるエンジン動力負荷を回転域の上限の回転数における値とし、前記最大発電量により演算される最大発電量を回転域の下限の回転数における値としたので、エンジン回転数が所定の回転域に属する場合には所定の発電量を発電機器で発電することにより、発電量を容易に決定することができ、簡便な制御とすることができる。
【００８３】
請求項３に示す如く、請求項１または請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、前記発電可能量を表示出力可能とする表示出力手段を備えるので、予め発電可能な量を知ることができ、操作者にとって移動中に電気負荷を使用しやすくなり、安心して航走できる。
【００８４】
請求項４に示す如く、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、発電機器により発電された電力を、コンバータを介して電動機器に供給して、電動機器を動力伝達装置の駆動源として用いるとともに、発電された電力によりバッテリを充電しないので、バッテリへの充電による電力のロスをなくすことができる。また、必要な場合にはバッテリの充放電を行うことができるため、バッテリの寿命を延ばすことができ、常にバッテリの充放電を行う制御と比べて、細かなＳＯＣ管理が必要でなくなる。
【００８５】
請求項５に示す如く、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータに接続するトローリング用の電気負荷を備えるので、トローリング用の電気負荷に対して電力供給を行うことにより、プロペラ回転数を減少させたトローリング運転を実現できる。また、動力伝達装置のクラッチを滑らせて、プロペラ回転数を減少させる必要がないため、動力伝達装置のクラッチの焼け付き等を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッドシステムＡを示す図。
【図２】ハイブリッドシステムＡにおける動作モードの一例を示す図。
【図３】発電機の発電可能領域を示す図。
【図４】通常航走時での発電機の発電可能量を決定する手順を示す図。
【図５】ハイブリッドシステムＢを示す図。
【図６】ハイブリッドシステムＢにおける動作モードの一例を示す図。
【図７】ハイブリッドシステムＣを示す図。
【図８】ハイブリッドシステムＣにおける動作モードの一例を示す図。
【図９】ハイブリッドシステムＣにおけるスタータ機能を示す図。
【図１０】ハイブリッドシステムＣにおけるモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図。
【図１１】ハイブリッドシステムＣにおける電力供給（発電あり）機能を示す図。
【図１２】ハイブリッドシステムＣにおける電力供給（発電なし）機能を示す図。
【符号の説明】
１システム
２エンジン
３動力伝達装置
４プロペラ
７システムコントローラ
１０発電機
１５インバータ
３５回転数センサ

Claims

エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、
動力伝達装置への動力出力を伴わず発電のみを行う動作形態と、動力伝達装置への動力出力、および発電を行う動作形態とを有するとともに、
動力伝達装置への動力出力を伴わず発電のみを行う動作形態では、予めエンジン回転数の最大目標回転数を設定し、最大目標回転数以下のエンジン回転数で発電機器による発電を行い、
かつ、動力伝達装置への動力出力、および発電を行う動作形態では、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、検出されたエンジン回転数に基づいて予め記憶されたエンジン回転数とエンジン動力負荷との関係よりエンジン動力負荷を演算するエンジン動力負荷演算手段と、予め記憶されたエンジン回転数と発電機の最大発電量との関係より最大発電量を演算する最大発電量演算手段と、得られた最大発電量からエンジン動力負荷を減ずることにより発電可能量を演算する発電可能量演算手段とを備え、得られた発電可能量を発電機器により発電することを特徴とするハイブリッドシステム。
請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、エンジン回転数に対して複数の回転域を設定し、それぞれの回転域において、前記エンジン動力負荷手段により演算されるエンジン動力負荷を回転域の上限の回転数における値とし、前記最大発電量により演算される最大発電量を回転域の下限の回転数における値としたことを特徴とするハイブリッドシステム。
請求項１または請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、前記発電可能量を表示出力可能とする表示出力手段を備えることを特徴とするハイブリッドシステム。
エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、
発電機器により発電された電力を、コンバータを介して電動機器に供給して、電動機器を動力伝達装置の駆動源として用いるとともに、発電された電力によりバッテリを充電しないことを特徴とするハイブリッドシステム。
エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、
インバータに接続するトローリング用の電気負荷を備えることを特徴とするハイブリッドシステム。