JP2007174799A - Electric propulsion system for ships - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶等に用いられる電気式の制御方式である舶用電気推進装置に関する。 The present invention relates to a marine electric propulsion apparatus that is an electric control system used for ships and the like.
一般的に、船舶推進用プロペラとして、効率の観点から二重反転プロペラが利用されている。二重反転プロペラは、推進方向側に配置された前プロペラ、推進方向と反対側に配置された後プロペラからなり、前プロペラと後プロペラを同軸上に配置することで、前プロペラで生じる回転流のエネルギーを後プロペラで回収することができ、高い効率が得られる。 In general, a contra-rotating propeller is used as a propeller for ship propulsion from the viewpoint of efficiency. The contra-rotating propeller is composed of a front propeller disposed on the propulsion direction side and a rear propeller disposed on the opposite side of the propulsion direction. The front propeller and the rear propeller are arranged on the same axis so that the rotational flow generated in the front propeller Can be recovered with a post-propeller, and high efficiency can be obtained.
二重反転プロペラを用いた船舶の駆動方式は、従来ディーゼルエンジンなどの原動機で得られた動力を結合ギアによって一定の速度比を付け、二重反転プロペラを駆動していた。しかし、この方式は、全船舶速度範囲で最も効率の良い運転ができない欠点があった。そこで、これを解決する方式として、電力変換器で電動機を駆動する方式がある。電力変換器で二重反転プロペラを駆動する方式として、第1のプロペラを速度制御し、第2のプロペラについては、第1の電力変換器によって駆動されている電動機の電流あるいはトルクなどの信号に基づいて、電流あるいはトルクを制御する構成が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。また、交流モータを制御するために、交流モータの回転速度を推定する方法が開示されている(例えば、非特許文献1を参照)。
しかしながら、先行技術文献に開示されている方式では、例えばプロペラが海上に出るなど、急激に負荷が小さくなった場合、第2のプロペラを駆動する電動機の速度が異常に上昇することによって、電動機の過電圧、過速度を招く可能性がある。また、この方式は、第2のプロペラを駆動する電動機を電流あるいはトルクで制御するため、2台のプロペラの回転速度が効率になるとは限らない。 However, in the method disclosed in the prior art document, for example, when the load suddenly decreases, for example, when the propeller goes out to sea, the speed of the motor driving the second propeller increases abnormally, so that Overvoltage and overspeed may be caused. Moreover, since this system controls the electric motor that drives the second propeller with current or torque, the rotational speed of the two propellers is not always efficient.
そこで、本発明の目的は、2つの電動機をバランスして制御し、より効率的に運転することができる舶用電気推進装置を提案することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to propose a marine electric propulsion device that can control two electric motors in a balanced manner and can operate more efficiently.
本発明の観点に従った舶用電気推進装置は、2つのプロペラが相互に逆方向に回転する二重反転プロペラと、前記各プロペラを各々回転させる2つの電動機と、前記各電動機の回転速度を制御するための基準となる速度基準が入力され、前記各電動機のトルクを制御するためのトルク基準を各々演算する2つのトルク基準演算手段とを有し、前記速度基準に基づいて、前記各電動機を各々制御する舶用電気推進装置において、前記各トルク基準演算手段により演算された前記各トルク基準に基づいて、前記各電動機のトルクが等しくなるように、前記各トルク基準演算手段のうちいずれか1つに入力される前記速度基準を修正するトルクバランス制御手段とを備えた構成である。 A marine electric propulsion apparatus according to an aspect of the present invention controls a counter-rotating propeller in which two propellers rotate in opposite directions, two electric motors that rotate the propellers, and a rotation speed of the electric motors. A speed reference serving as a reference for performing the operation, and two torque reference calculating means for calculating a torque reference for controlling the torque of each electric motor, and based on the speed reference, In each of the marine electric propulsion devices to be controlled, any one of the torque reference calculation means so that the torques of the electric motors are equal based on the torque references calculated by the torque reference calculation means. And a torque balance control means for correcting the speed reference inputted to the engine.
本発明によれば、2つの電動機をバランスして制御し、より効率的に運転することができる舶用電気推進装置を提案することができる。 According to the present invention, it is possible to propose a marine electric propulsion device that can control two electric motors in a balanced manner and can operate more efficiently.
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
始めに、図12を参照して、各実施形態に共通する二重反転プロペラについて説明する。 First, the contra-rotating propeller common to each embodiment will be described with reference to FIG.
二重反転プロペラは、推進方向側に配置された前プロペラ1と、推進方向と反対側に配置された後プロペラ2と、前プロペラ1を設けている電動機3aと、後プロペラ2を設けている電動機3bとから構成される。また、電動機3a及び電動機3bは、両回転軸が同軸上に配置されている。
The contra-rotating propeller includes a
上述の構成により、二重反転プロペラは、前プロペラ1で生じる回転流のエネルギーを後プロペラ2で回収することができ、高い効率が得られる。
With the above-described configuration, the counter-rotating propeller can recover the energy of the rotating flow generated by the
(第1の実施形態)
図1を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。なお、図12と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分について主に述べる。また、以下の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
(First embodiment)
With reference to FIG. 1, the structure of the marine electric propulsion apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated. The same parts as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted, and different parts are mainly described here. In the following embodiments, the same description is omitted.
本装置は、前プロペラ1、後プロペラ2、電動機3a,3b、電力変換器4a,4b、速度検出器5a,5b、電流検出器6a,6b、速度制御器7a,7b、電流基準演算器8a,8b、電流制御器9a,9b、トルクバランス制御器10、リミッタ17、減算器31a,31b,32a,32b,34b、加算器33b、速度基準演算器40aから構成されている。
This apparatus includes a
本装置は、二重反転プロペラの正転時の制御をする装置である。 This device is a device that performs control during normal rotation of the contra-rotating propeller.
前プロペラ1、後プロペラ2、及び電動機3a,3bは、上述した二重反転プロペラを構成している。
The
先ず、前プロペラ1を制御する構成について説明する。
First, a configuration for controlling the
前プロペラ1を制御する構成は、速度基準演算器40a、減算器31a、速度制御器7a、電流基準演算器8a、減算器32a、電流制御器9a、電力変換器4a、電動機3aを順次に介するように接続されている。前プロペラ1は、電動機3aに設けられている。速度検出器5aは、前プロペラ1の回転速度が検出できるように設けられている。電流検出器6aは、電力変換器4aの出力側に設けられている。
The configuration for controlling the
速度基準演算器40aは、電動機3aの回転速度を制御するための基準となる速度基準L11aを演算する。速度基準演算器40aは、減算器31aに演算した速度基準L11aを入力する。
The
速度検出器5aは、電動機3aの回転速度を検出する。速度検出器5aは、検出した回転速度を速度フィードバックL12aとして、減算器31aに入力する。
The
減算器31aは、速度基準演算器40aから入力された速度基準L11aから速度検出器5aから入力された速度フィードバックL12aを減算した差分を演算する。減算器31aは、演算した差分を速度制御器7aに入力する。
The
速度制御器7aは、減算器31aから入力された差分に基づいて、電動機3aのトルクを制御するための基準となるトルク基準L13aを演算する。速度制御器7aは、演算したトルク基準L13aを電流基準演算器8aに入力する。
The
電流基準演算器8aは、速度制御器7aから入力されたトルク基準L13aに基づいて、電力変換器4aから出力される交流電流を制御するための基準となる電流基準L14aを演算する。電流基準演算器8aは、演算した電流基準L14aを減算器32aに入力する。
Based on the torque reference L13a input from the
電流検出器6aは、電力変換器4aから出力される交流電流を検出する。電流検出器6aは、検出した交流電流を電流フィードバックL15aとして減算器32aに入力する。
The
減算器32aは、電流基準演算器8aから入力された電流基準L14aから電流検出器6から入力された電流フィードバックL15aを減算した差分を演算する。減算器32aは、演算した差分を電流制御器9aに入力する。
The
電流制御器9aは、減算器32aから入力された差分に基づいて、電力変換器4aから出力される交流電圧を制御するための基準となる電圧基準L16aを演算する。電流制御器9aは、演算した電圧基準L16aを電力変換器4aに入力する。
Based on the difference input from the
電力変換器4aは、入力された電圧基準L16aに基づいて、電動機3aの駆動を制御する。
The
前プロペラ1は、電動機3aの駆動に応じて、回転する。
The
上述の構成により、速度基準L11aに基づいて、前プロペラ1は、回転が制御される。
With the above-described configuration, the rotation of the
次に、後プロペラ2を制御する構成について説明する。
Next, a configuration for controlling the
後プロペラ2を制御する構成は、速度基準演算器40a、減算器31b、速度制御器7b、電流基準演算器8b、減算器32b、電流制御器9b、電力変換器4b、電動機3b、後プロペラ2、速度検出器5b、電流検出器6b、減算器34b、トルクバランス制御器10、リミッタ17加算器33b、から構成されている。
The configuration for controlling the
後プロペラ2を制御する構成のうち、減算器31bは、速度制御器7b、電流基準演算器8b、減算器32b、電流制御器9b、電力変換器4b、電動機3b、後プロペラ2、速度検出器5b、電流検出器6bは、前プロペラ1を制御する構成における、減算器31a、速度制御器7a、電流基準演算器8a、減算器32a、電流制御器9a、電力変換器4a、電動機3a、前プロペラ1、速度検出器5a、電流検出器6a、にそれぞれ対応するように同様の構成となっており、説明を省略する。
Among the configurations for controlling the
同様に、後プロペラ2の制御における、速度基準L11b、速度フィードバックL12b、トルク基準L13b、電流基準L14b、電流フィードバックL15b、電圧基準L16bは、前プロペラ1の制御における、速度基準L11a、速度フィードバックL12a、トルク基準L13a、電流基準L14a、電流フィードバックL15a、電圧基準L16aにそれぞれ対応し、説明を省略する。
Similarly, in the control of the
減算器34bは、入力側に、速度制御器7a,7bの出力側が接続され、出力側に、トルクバランス制御器10の入力側が接続されている。加算器33bは、速度基準演算器40aと減算器31bとの間に設けられている。トルクバランス制御器10は、出力側に、リミッタ17を介して、加算器33bの入力側が接続されている。
The
減算器34bは、速度制御器7aで演算されたトルク基準L13a及び速度制御器7bで演算されたトルク基準L13bが入力される。減算器34bは、トルク基準L13aからトルク基準L13bを減算した差分を演算する。減算器34bは、演算した差分を、トルクバランス制御器10に入力する。
The subtractor 34b receives the torque reference L13a calculated by the
トルクバランス制御器10は、減算器34bから入力された差分に基づく出力信号を、リミッタ17を介して、加算器33bに入力する。
The
リミッタ17は、減算器34bから入力された差分が極端に大きくなる場合には、トルクバランス制御10の出力信号を制限する。これにより、リミッタ17は、電動機3bの速度基準L11bが過速度になるのを防止する。
The
加算器33bは、速度基準演算器40aから速度基準L11aが入力される。加算器33bは、トルクバランス制御10の出力信号に基づく値を、速度基準L11aに加算し、速度基準L11bとして、減算器31bに入力する。
The
上述の構成により、前プロペラ1の制御と同様にして、速度基準L11bに基づいて、後プロペラ2は、回転が制御される。
With the configuration described above, the rotation of the
本実施形態によれば、二重反転プロペラの正転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同トルクとなり、同一定格トルクの電動機を利用することができる。 According to this embodiment, at the time of forward rotation of the contra-rotating propeller, for example, when the load is suddenly reduced such as when the propeller goes out to sea, it is possible to prevent the motor speed from rapidly increasing. In addition, the device configuration can be simplified as compared with the propulsion method using a diesel engine. Furthermore, each motor basically has the same torque, and motors having the same rated torque can be used.
(第2の実施形態)
図2を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 2, the structure of the marine electric propulsion apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.
本装置は、図1に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器40aの代わりに、速度基準演算器40bを、減算器34bの代わりに、減算器34aを、加算器33bの代わりに、速度基準演算器40bと減算器31aとの間に加算器33aをそれぞれ設け、トルクバランス制御器10の出力側に、リミッタ17を介して、加算器33aの入力側を接続した点以外は、図1と同じである。
In the marine electric propulsion apparatus shown in FIG. 1, the present apparatus includes a
本装置は、二重反転プロペラの逆転時の制御をする装置である。 This device is a device that controls the counter rotation of the counter rotating propeller.
速度基準演算器40bは、電動機3bの回転速度を制御するための基準となる速度基準L11bを演算する。速度基準演算器40bは、減算器31bに演算した速度基準L11bを入力する。
The
減算器34aは、速度制御器7aで演算されたトルク基準L13a及び速度制御器7bで演算されたトルク基準L13bが入力される。減算器34bは、トルク基準L13bからトルク基準L13aを減算した差分を演算する。減算器34bは、演算した差分を、トルクバランス制御器10に入力する。
The
加算器33aは、速度基準演算器40bから速度基準L11bが入力される。加算器33aは、トルクバランス制御10の出力信号に基づく値を、速度基準L11bに加算し、速度基準L11aとして、減算器31bに入力する。
The
本実施形態によれば、二重反転プロペラの逆転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同トルクとなり、同一定格トルクの電動機を利用することができる。 According to the present embodiment, when the counter-rotating propeller is reversely rotated, for example, when the load is suddenly reduced, such as when the propeller goes out to sea, it is possible to prevent the motor speed from rapidly increasing. In addition, the device configuration can be simplified as compared with the propulsion method using a diesel engine. Furthermore, each motor basically has the same torque, and motors having the same rated torque can be used.
(第3の実施形態)
図3を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。
(Third embodiment)
With reference to FIG. 3, the structure of the marine electric propulsion apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.
本装置は、図1に示す舶用電気推進装置において、出力演算器18a,18bを設け、トルクバランス制御器10の代わりに、出力バランス制御器19を、減算器34bの代わりに、減算器35bをそれぞれ設け、減算器35bの入力側に、出力演算器18a,18bの出力側を接続し、出力演算器18aの入力側に、速度制御器7a及び速度検出器5aの出力側を接続し、出力演算器18bの入力側に、速度制御器7b及び速度検出器5bの出力側を接続した点以外は、図1と同じである。
In this marine electric propulsion apparatus shown in FIG. 1, this apparatus is provided with
本装置は、二重反転プロペラの正転時の制御をする装置である。 This device is a device that performs control during normal rotation of the contra-rotating propeller.
出力演算器18aは、速度制御器7aで演算されたトルク基準L13a及び速度検出器5aで検出された電動機3aの回転速度に基づく速度フィードバックL12aが入力される。出力演算器18aは、トルク基準L13a及び速度フィードバックL12aに基づいて、電動機3aの出力L20aを演算する。出力演算器18aは、演算した出力L20aを減算器33bに入力する。
The
出力演算器18bは、速度制御器7bで演算されたトルク基準L13b及び速度検出器5bで検出された電動機3bの回転速度に基づく速度フィードバックL12bが入力される。出力演算器18bは、トルク基準L13b及び速度フィードバックL12bに基づいて、電動機3bの出力L20bを演算する。出力演算器18bは、演算した出力L20bを減算器33bに入力する。
The
減算器35bは、出力演算器18aで演算された出力L20a及び出力演算器18bで演算された出力L20bが入力される。減算器35bは、出力L20aから出力L20bを減算した差分を演算する。減算器35bは、演算した差分を、出力バランス制御器19に入力する。
The subtractor 35b receives the output L20a calculated by the
出力バランス制御器19は、減算器35bから入力された差分に基づいて、リミッタ17を介して、加算器33bに出力信号を入力する。
The
加算器33aは、トルクバランス制御19の出力信号に基づく値を、速度基準L11aに加算し、速度基準L11bとして、減算器31bに入力する。
The
本実施形態によれば、二重反転プロペラの正転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同出力となり、出力を均等に分担することができる。 According to this embodiment, at the time of forward rotation of the contra-rotating propeller, for example, when the load is suddenly reduced such as when the propeller goes out to sea, it is possible to prevent the motor speed from rapidly increasing. In addition, the device configuration can be simplified as compared with the propulsion method using a diesel engine. Further, each motor basically has the same output, and the output can be shared equally.
(第4の実施形態)
図4を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。
(Fourth embodiment)
With reference to FIG. 4, the structure of the marine electric propulsion apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.
本装置は、図3に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器40aの代わりに、速度基準演算器40bを、減算器35bの代わりに、減算器35aを、加算器33bの代わりに、速度基準演算器40bと減算器31aとの間に加算器33aをそれぞれ設け、出力バランス制御器19の出力側に、リミッタ17を介して、加算器33aの入力側を接続した点以外は、図1と同じである。
In the marine electric propulsion apparatus shown in FIG. 3, the present apparatus includes a
本装置は、二重反転プロペラの逆転時の制御をする装置である。 This device is a device that controls the counter rotation of the counter rotating propeller.
減算器35aは、出力演算器18aで演算された出力L20a及び出力演算器18bで演算された出力L20bが入力される。減算器35aは、出力L20bから出力L20aを減算した差分を演算する。減算器35aは、演算した差分を、出力バランス制御器19に入力する。
The
本実施形態によれば、二重反転プロペラの逆転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同出力となり、出力を均等に分担することができる。 According to the present embodiment, when the counter-rotating propeller is reversely rotated, for example, when the load is suddenly reduced, such as when the propeller goes out to sea, it is possible to prevent the motor speed from rapidly increasing. In addition, the device configuration can be simplified as compared with the propulsion method using a diesel engine. Further, each motor basically has the same output, and the output can be shared equally.
(第5の実施形態)
図5を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。
(Fifth embodiment)
With reference to FIG. 5, the structure of the marine electric propulsion apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.
本装置は、図3に示す舶用電気推進装置において、電力変換器4a,4bの出力側に電圧検出器21a,21bをそれぞれ設け、出力演算器18a,18bの代わりに、出力演算器18c、18dをそれぞれ設け、減算器35bの入力側に、出力演算器18c,18dの出力側を接続し、出力演算器18cの入力側に、電圧検出器21a及び電流検出器6aの出力側を接続し、出力演算器18dの入力側に、電圧検出器21b及び電流検出器6bの出力側を接続した点以外は、図3と同じである。
In the marine electric propulsion apparatus shown in FIG. 3, this apparatus is provided with
本装置は、二重反転プロペラの正転時の制御をする装置である。 This device is a device that performs control during normal rotation of the contra-rotating propeller.
電圧検出器21aは、電力変換器4aから出力される交流電圧を検出する。電圧検出器21aは、検出した交流電圧を出力演算器18cに入力する。
The
電圧検出器21bは、電力変換器4bから出力される交流電圧を検出する。電圧検出器21bは、検出した交流電圧を出力演算器18dに入力する。
The
電流検出器6a,6bは、検出した交流電流(電流フィードバックL15a,L15b)を出力演算器18c,18dにそれぞれ入力する。
The
出力演算器18cは、電流検出器6a及び電圧検出器21aからそれぞれ検出した交流電流及び交流電圧に基づいて、電動機3aの出力L20aを演算する。出力演算器18cは、演算した出力L20aを減算器33bに入力する。
The
出力演算器18dは、電流検出器6b及び電圧検出器21bからそれぞれ検出した交流電流及び交流電圧に基づいて、電動機3bの出力L20bを演算する。出力演算器18dは、演算した出力L20bを減算器33bに入力する。
The
減算器35bは、出力演算器18cで演算された出力L20a及び出力演算器18dで演算された出力L20bが入力される。減算器35bは、出力L20aから出力L20bを減算した差分を演算する。減算器35bは、演算した差分を、出力バランス制御器19に入力する。
The subtractor 35b receives the output L20a calculated by the
本実施形態によれば、二重反転プロペラの正転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同出力となり、出力を均等に分担することができる。 According to this embodiment, at the time of forward rotation of the contra-rotating propeller, for example, when the load is suddenly reduced such as when the propeller goes out to sea, it is possible to prevent the motor speed from rapidly increasing. In addition, the device configuration can be simplified as compared with the propulsion method using a diesel engine. Further, each motor basically has the same output, and the output can be shared equally.
(第6の実施形態)
図6を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。
(Sixth embodiment)
With reference to FIG. 6, the structure of the marine electric propulsion apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.
本装置は、図5に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器40aの代わりに、速度基準演算器40bを、減算器35bの代わりに、減算器35aを、加算器33bの代わりに、速度基準演算器40bと減算器31aとの間に加算器33aをそれぞれ設け、出力バランス制御器19の出力側に、リミッタ17を介して、加算器33aの入力側を接続した点以外は、図5と同じである。
In the marine electric propulsion apparatus shown in FIG. 5, the present apparatus includes a
本装置は、二重反転プロペラの逆転時の制御をする装置である。 This device is a device that controls the counter rotation of the counter rotating propeller.
減算器35aは、出力演算器18cで演算された出力L20a及び出力演算器18dで演算された出力L20bが入力される。減算器35aは、出力L20bから出力L20aを減算した差分を演算する。減算器35bは、演算した差分を、出力バランス制御器19に入力する。
The
本実施形態によれば、二重反転プロペラの逆転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同出力となり、出力を均等に分担することができる。 According to the present embodiment, when the counter-rotating propeller is reversely rotated, for example, when the load is suddenly reduced, such as when the propeller goes out to sea, it is possible to prevent the motor speed from rapidly increasing. In addition, the device configuration can be simplified as compared with the propulsion method using a diesel engine. Further, each motor basically has the same output, and the output can be shared equally.
(第7の実施形態)
図7を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。
(Seventh embodiment)
With reference to FIG. 7, the structure of the marine electric propulsion apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.
本装置は、図1に示す舶用電気推進装置において、速度検出器5a,5bの代わりに、速度推定器27a,27bをそれぞれ設け、速度推定器27aの入力側に、電流検出器6a及び電流制御器9aの出力側を接続し、速度推定器27bの入力側に、電流検出器6b及び電流制御器9bの出力側を接続し、速度推定器27a,27bの出力側に、減算器31a,31bをそれぞれ接続した点以外は、図1と同じである。
This apparatus is provided with
本装置は、二重反転プロペラの正転時の制御をする装置である。 This device is a device that performs control during normal rotation of the contra-rotating propeller.
速度推定器27aは、電流検出器6aで検出された交流電流及び電流制御器9aで演算された電圧基準L16aに基づいて、電動機3aの回転速度を推定した推定速度L28aを演算する。速度推定器27aは、演算した推定速度L28aを減算器31aに入力する。推定速度L28aは、電動機3aの速度フィードバック信号として利用される。
The
速度推定器27bは、電流検出器6bで検出された交流電流及び電流制御器9bで演算された電圧基準L16bに基づいて、電動機3bの回転速度を推定した推定速度L28bを演算する。速度推定器27bは、演算した推定速度L28bを減算器31bに入力する。推定速度L28bは、電動機3bの速度フィードバック信号として利用される。
The
本実施形態によれば、二重反転プロペラの正転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同トルクとなり、同一定格トルクの電動機を利用することができる。また、速度検出器を取り付けスペースが小さいため配線できない場合や速度検出器の信号線の引き回しが困難な場合などの船舶等においても、適用することができる。 According to this embodiment, at the time of forward rotation of the contra-rotating propeller, for example, when the load is suddenly reduced such as when the propeller goes out to sea, it is possible to prevent the motor speed from rapidly increasing. In addition, the device configuration can be simplified as compared with the propulsion method using a diesel engine. Furthermore, each motor basically has the same torque, and motors having the same rated torque can be used. Further, the present invention can also be applied to ships and the like when the speed detector cannot be wired because the installation space is small or when it is difficult to route the signal line of the speed detector.
(第8の実施形態)
図8を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。
(Eighth embodiment)
With reference to FIG. 8, the structure of the marine electric propulsion apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.
本装置は、図7に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器40aの代わりに、速度基準演算器40bを、減算器34bの代わりに、減算器34aを、加算器33bの代わりに、速度基準演算器40bと減算器31aとの間に加算器33aをそれぞれ設け、トルクバランス制御器10の出力側に、リミッタ17を介して、加算器33aの入力側を接続した点以外は、図7と同じである。
In the marine electric propulsion apparatus shown in FIG. 7, the present apparatus includes a
本装置は、二重反転プロペラの逆転時の制御をする装置である。 This device is a device that controls the counter rotation of the counter rotating propeller.
本実施形態によれば、二重反転プロペラの逆転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同トルクとなり、同一定格トルクの電動機を利用することができる。また、速度検出器を取り付けスペースが小さいため配線できない場合や速度検出器の信号線の引き回しが困難な場合などの船舶等においても、適用することができる。 According to the present embodiment, when the counter-rotating propeller is reversely rotated, for example, when the load is suddenly reduced, such as when the propeller goes out to sea, it is possible to prevent the motor speed from rapidly increasing. In addition, the device configuration can be simplified as compared with the propulsion method using a diesel engine. Furthermore, each motor basically has the same torque, and motors having the same rated torque can be used. Further, the present invention can also be applied to ships and the like when the speed detector cannot be wired because the installation space is small or when it is difficult to route the signal line of the speed detector.
(第9の実施形態)
図9を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。
(Ninth embodiment)
With reference to FIG. 9, the structure of the marine electric propulsion apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.
本装置は、図1に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器40aの代わりに、速度基準演算器40を設け、加算器33bを取り除き、切換コントローラ25、スイッチ24a,24b、減算器36a、加算器36bを設けている。
This apparatus is the marine electric propulsion apparatus shown in FIG. 1 except that the
スイッチ24aは、速度基準演算器40と減算器31aとの間に設けている。スイッチ24bは、速度基準演算器40と減算器31bとの間に設けている。減算器36aは、速度基準演算器40とスイッチ24aのb接点(ブレイク接点)との間に設けている。加算器36bは、速度基準演算器40とスイッチ24bのa接点(メーク接点)との間に設けている。リミッタ17の出力側は、減算器36a及び加算器36bの入力側に接続している。
The
これらの点以外は、図1と同じである。 Except for these points, it is the same as FIG.
切換コントローラ25は、スイッチ24a及びスイッチ24bを連動させて切り換える。切換コントローラ25は、二重反転プロペラの正転時と逆転時の制御を相互に切り換えるための機器である。
The switching
先ず、二重反転プロペラの正転時の制御について説明する。 First, control during normal rotation of the contra-rotating propeller will be described.
正転時を制御する状態のとき、本装置は、スイッチ24a,24bは、ともにa接点をメークしている。逆転時を制御する状態に成っている場合は、切換コントローラ25により、正転時を制御する状態に切り換えることができる。
In the state where the forward rotation is controlled, in this apparatus, both the
速度基準演算器40は、電動機3aの回転速度を制御するための基準となる速度基準L11aを演算する。速度基準演算器40は、スイッチ24aを介して、減算器31aに演算した速度基準L11aを入力する。速度基準演算器40は、加算器36bに演算した速度基準L11aを入力する。
The
加算器36bは、速度基準演算器40から入力された速度基準L11a及びリミッタ17を介して入力されたトルクバランス制御器10の出力信号が入力される。加算器36bは、トルクバランス制御10の出力信号に基づく値を、速度基準L11aに加算し、速度基準L11bとして、減算器31bに入力する。
The
次に、二重反転プロペラの逆転時の制御について説明する。 Next, control during reverse rotation of the counter rotating propeller will be described.
逆転時を制御する状態のとき、本装置は、スイッチ24a,24bは、ともにb接点をメークしている。もし、正転時を制御する状態に成っている場合は、切換コントローラ25により、逆転時を制御する状態に切り換えることができる。
In the state of controlling the reverse rotation time, the
速度基準演算器40は、電動機3bの回転速度を制御するための基準となる速度基準L11bを演算する。速度基準演算器40は、スイッチ24bを介して、減算器31bに演算した速度基準L11bを入力する。速度基準演算器40は、減算器36aに演算した速度基準L11bを入力する。
The
減算器36aは、速度基準演算器40から入力された速度基準L11b及びリミッタ17を介して入力されたトルクバランス制御器10の出力信号が入力される。減算器36aは、トルクバランス制御10の出力信号に基づく値を、速度基準L11bから減算し、速度基準L11aとして、減算器31bに入力する。
The subtractor 36 a receives the output of the
本実施形態によれば、二重反転プロペラの正転時及び逆転時の両方において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同トルクとなり、同一定格トルクの電動機を利用することができる。 According to the present embodiment, at both the forward rotation and the reverse rotation of the contra-rotating propeller, for example, when the load is suddenly reduced such as when the propeller goes out to the sea, the motor speed is prevented from rapidly increasing. be able to. In addition, the device configuration can be simplified as compared with the propulsion method using a diesel engine. Furthermore, each motor basically has the same torque, and motors having the same rated torque can be used.
(第10の実施形態)
図10を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。
(Tenth embodiment)
With reference to FIG. 10, the structure of the marine electric propulsion apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.
本装置は、図1に示す舶用電気推進装置において、減算器34b、トルクバランス制御10、リミッタ17、加算器33bを取り除き、代わりに、速度基準演算器40aと減算器31bとの間に、関数演算器22aを設けている点以外は、図1と同じである。
This apparatus removes the subtractor 34b, the
関数演算器22aは、図13に示すように、二重反転プロペラを効率的に運転するために、速度基準L11a(電動機3aの回転速度)から速度基準L11b(電動機3bの回転速度)を決定するための関数23aが設定されている。これにより、速度基準L11aを決定すると、速度基準L11bが決定される。
As shown in FIG. 13, the
関数演算器22aは、速度基準演算器40aから入力された速度基準L11aに基づいて、速度基準L11bを演算する。関数演算器22aは、演算された速度基準L11bを減算器31bに入力する。
The
本実施形態によれば、二重反転プロペラの正転時において、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。また、前プロペラ1と後プロペラ2が全速度範囲において、2つの電動機3a,3bのバランスのとれた効率的な速度で運転することできる。
According to this embodiment, at the time of forward rotation of the contra-rotating propeller, the device configuration can be simplified as compared with the propulsion method using the diesel engine. Further, the
(第11の実施形態)
図11を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。
(Eleventh embodiment)
With reference to FIG. 11, the structure of the marine electric propulsion apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.
本装置は、図10に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器40aの代わりに、速度基準演算器40bを設け、関数演算器22aの代わりに、速度基準演算器40bと減算器31aとの間に、関数演算器22bを設けた点以外は、図10と同じである。
In the marine electric propulsion apparatus shown in FIG. 10, this apparatus is provided with a
関数演算器22bは、図14に示すように、二重反転プロペラを効率的に運転するために、速度基準L11b(電動機3bの回転速度)から速度基準L11a(電動機3aの回転速度)を決定するための関数23bが設定されている。これにより、速度基準L11bを決定すると、速度基準L11aが決定される。
As shown in FIG. 14, the
関数演算器22bは、速度基準演算器40bから入力された速度基準L11bに基づいて、速度基準L11aを演算する。関数演算器22bは、演算された速度基準L11aを減算器31aに入力する。
The
本実施形態によれば、二重反転プロペラの逆転時において、ディーゼルエンジンなどによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。また、前プロペラ1と後プロペラ2が全速度範囲において、2つの電動機3a,3bのバランスのとれた効率的な速度で運転することできる。
According to the present embodiment, when the counter-rotating propeller is reversed, the device configuration can be simplified as compared with the propulsion method using a diesel engine or the like. Further, the
なお、各実施形態において、装置を構成する任意の部分は、ソフトウェア又はハードウェアのどちらを用いるものであってもよい。製造に係る条件及び適用される環境などに応じて、構成を選択してもよい。 In each embodiment, an arbitrary part constituting the apparatus may use either software or hardware. You may select a structure according to the conditions concerning manufacture, the environment applied, etc.
各実施形態において、装置を構成する任意の部分(例えば、減算器、加算器など)は、各実施形態の要旨(例えば、2つの電動機の出力及びトルク、2つの電力変換器の出力などを同じにすることなど。)を逸脱しなければ、製造に係る条件及び適用される環境などに応じて、構成を変更してもよい。 In each embodiment, an arbitrary part (for example, a subtractor, an adder, etc.) constituting the apparatus is the same as the gist of each embodiment (for example, the output and torque of two motors, the output of two power converters, etc. If it does not deviate from the above, the configuration may be changed according to the manufacturing conditions and the applied environment.
例えば、各実施形態における減算器において、2つの入力の差分を求める処理を行うのであれば、どちらの入力を加算側、減算側にしてもよい。 For example, in the subtractor in each embodiment, any input may be used as the addition side or the subtraction side as long as a process for obtaining a difference between two inputs is performed.
また、第1の実施形態から第8の実施形態において、トルクバランス制御器10及び出力バランス制御器19に入力する減算器34a,34b及び減算器35a,35bをそれぞれ相互に入れ替える(加算側と減算側との入力を入れ替える。即ち、差分の符号を反転させる。)ことにより、加算器33a,33bを減算器に変更してもよい。
In the first to eighth embodiments, the
同様にして、第9の実施形態において、減算器34bを減算器34aに入れ替え、減算器36a、加算器36bを相互に入れ替えてもよい。
Similarly, in the ninth embodiment, the
第7の実施形態及び第8の実施形態における速度推定器27a,27bは、他の各実施形態における速度検出器5a,5bの代わりに用いてもよい。これにより、他の各実施形態における効果に加え、速度検出器を取り付けスペースが小さいため配線できない場合や速度検出器の信号線の引き回しが困難な場合などの船舶等においても、適用することができるなどの効果が得られる。
The
第7の実施形態及び第8の実施形態における速度推定器27a,27bは、電力変換器4a,4bの出力する交流電流及び電力変換器4a,4bの制御に用いられる電圧基準L16a,L16bに基づいて、電動機3a,3bの回転速度を推定したが、他の方式、方法、及び装置などにより、電動機3a,3bの回転速度を推定してもよい。例えば、速度推定の方式は、モータの端子電圧、電流、電動機定数から直接的にまたは間接的に行われてもよい。また、モータの端子間を電圧センサで測定した電圧フィードバック及び電流フィードバックに基づいて、電動機3a,3bの回転速度を推定してもよい(例えば、非特許文献1を参照)。
The
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…前プロペラ、2…後プロペラ、3a,3b…電動機、4a,4b…電力変換器、5a,5b…速度検出器、6a,6b…電流検出器、7a,7b…速度制御器、8a,8b…電流基準演算器、9a,9b…電流制御器、10…トルクバランス制御器、17…リミッタ、31a,31b,32a,32b,34a,34b…減算器、33a,33b…加算器、40a,40b…速度基準演算器。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記各トルク基準演算手段により演算された前記各トルク基準に基づいて、前記各電動機のトルクが等しくなるように、前記各トルク基準演算手段のうちいずれか1つに入力される前記速度基準を修正するトルクバランス制御手段
を具備することを特徴とする舶用電気推進装置。 A counter rotating propeller in which two propellers rotate in opposite directions, two electric motors that rotate each propeller, and a speed reference that is a reference for controlling the rotation speed of each electric motor are input, In a marine electric propulsion apparatus that has two torque reference calculation means for calculating torque reference for controlling the torque of each electric motor, and controls each of the electric motors based on the speed reference,
Based on each torque reference calculated by each torque reference calculation means, the speed reference input to any one of the torque reference calculation means is corrected so that the torque of each motor becomes equal. A marine electric propulsion device characterized by comprising torque balance control means.
前記各電動機の回転速度を各々検出する2つの速度検出手段と、
前記各電動機に対応し、該トルク基準演算手段により演算された該トルク基準及び該速度検出手段により検出された該回転速度に基づいて、前記各電動機の出力を各々演算する2つの出力演算手段と、
前記各出力演算手段により演算された前記各出力に基づいて、前記各電動機の出力が等しくなるように、前記各トルク基準演算手段のうちいずれか1つに入力される前記速度基準を修正する出力バランス制御手段と
を具備することを特徴とする舶用電気推進装置。 A counter rotating propeller in which two propellers rotate in opposite directions, two electric motors that rotate each propeller, and a speed reference that is a reference for controlling the rotation speed of each electric motor are input, In a marine electric propulsion apparatus that has two torque reference calculation means for calculating torque reference for controlling the torque of each electric motor, and controls each of the electric motors based on the speed reference,
Two speed detecting means for detecting the rotational speed of each electric motor;
Two output calculation means for calculating the output of each motor based on the torque reference calculated by the torque reference calculation means and the rotational speed detected by the speed detection means, corresponding to each motor. ,
An output for correcting the speed reference input to any one of the torque reference calculation means so that the outputs of the motors are equal based on the outputs calculated by the output calculation means. A marine electric propulsion device comprising balance control means.
前記各電動機の回転速度を各々推定する2つの速度推定手段と、
前記各速度推定手段により推定された前記各回転速度に基づいて、前記各速度推定手段に対応する前記各速度基準を各々修正する2つの速度基準修正手段と、
前記各速度基準修正手段により修正された前記各速度基準に基づいて、前記各電動機のトルクが等しくなるように、前記各トルク基準演算手段のうちいずれか1つに入力される前記速度基準を修正するトルクバランス制御手段
を具備することを特徴とする舶用電気推進装置。 A counter rotating propeller in which two propellers rotate in opposite directions, two electric motors that rotate each propeller, and a speed reference that is a reference for controlling the rotation speed of each electric motor are input, In a marine electric propulsion apparatus that has two torque reference calculation means for calculating torque reference for controlling the torque of each electric motor, and controls each of the electric motors based on the speed reference,
Two speed estimating means for estimating the rotational speed of each electric motor;
Two speed reference correcting means for correcting each of the speed references corresponding to the respective speed estimating means based on the respective rotational speeds estimated by the respective speed estimating means;
Based on each speed reference corrected by each speed reference correction means, the speed reference input to any one of the torque reference calculation means is corrected so that the torque of each motor becomes equal. A marine electric propulsion device characterized by comprising torque balance control means.
前記各電力変換器から出力された電流を各々検出する2つの電流検出手段と、
前記各電力変換器から出力された電圧を各々検出する2つの電圧検出手段と、
前記各電動機に対応し、該電動機に交流電力を供給する該電力変換器に対し、該電流検出手段により検出された該電流及び該電圧検出手段により検出された該電圧に基づいて、前記各電動機の出力を各々演算する2つの出力演算手段と、
前記各出力演算手段により演算された前記各出力に基づいて、前記各電動機の出力が等しくなるように、前記各トルク基準演算手段のうちいずれか1つに入力される前記速度基準を修正する出力バランス制御手段と
を具備することを特徴とする舶用電気推進装置。 A counter rotating propeller in which two propellers rotate in opposite directions, two electric motors that rotate each propeller, and a speed reference that is a reference for controlling the rotation speed of each electric motor are input, Two torque reference calculating means for calculating torque reference for controlling the torque of each motor, and two power converters for supplying AC power to each motor, and based on the speed reference, In the marine electric propulsion device that controls the output of each electric motor via each power converter,
Two current detection means for detecting the current output from each of the power converters;
Two voltage detection means for detecting the voltage output from each of the power converters;
Based on the current detected by the current detection means and the voltage detected by the voltage detection means for the power converter corresponding to each electric motor and supplying AC power to the motor, the electric motors Two output calculation means for calculating the outputs of
An output for correcting the speed reference input to any one of the torque reference calculation means so that the outputs of the motors are equal based on the outputs calculated by the output calculation means. A marine electric propulsion device comprising balance control means.
前記各電動機のうちいずれか1つを制御するため前記速度基準に基づいて、予め定めた関数に従って他方の前記速度基準を演算する速度基準演算手段
を具備することを特徴とする舶用電気推進装置。 Based on a speed reference that is a reference for controlling the rotational speed of each electric motor, including a counter rotating propeller in which two propellers rotate in opposite directions and two electric motors that rotate each of the propellers. In the marine electric propulsion device that controls each of the electric motors,
A marine electric propulsion device comprising speed reference calculation means for calculating the other speed reference according to a predetermined function based on the speed reference for controlling any one of the motors.
を具備することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の舶用電気推進装置。 Control switching means for switching the control between the forward rotation and the reverse rotation when the predetermined rotation direction of each propeller is forward rotation, the reverse rotation direction to the forward rotation direction is reverse rotation, and The marine electric propulsion device according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
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