JP2010000973A - 船舶用電動機駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】２系統の船舶用電動機駆動システムの速度検出器の点検時や故障時には、点検・故障対象側のシステムを停止しなければならず、もう一方の１機のみで運転を行わなければならないため、船舶の航行速度が低下する。
【解決手段】船舶内母線１を電源とし、インバータにより推進装置用電動機４を駆動するようにした船舶用電動機駆動システムにおいて、推進装置用電動機４は、回転速度を検出する速度検出器５を備え、インバータは、速度検出器の出力信号を導入して速度センサ付きベクトル制御を行う第１のインバータ３および前記速度検出器の出力信号を導入せずにセンサレスベクトル制御を行う第２のインバータ８を備え、常時は第１のインバータ３の出力を推進装置用電動機４に供給し、速度検出器５が使用できないときは、第１のインバータ３から第２のインバータ８に切り換えて当該第２のインバータ出力を推進装置用電動機４に供給する切換スイッチ７を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶用電動機駆動システムに係り、特に、速度検出器（速度センサ）の検出信号を用いてインバータにより船舶用電動機の回転速度を制御するようにした船舶用電動機駆動システムに関する。

船舶に搭載されている電動機（船舶用電動機）を用途別に見てみると、推進装置（以下、プロペラという）を駆動する電動機や、カーゴポンプあるいはスラスタ等の搭載機器を駆動する電動機がある。そして、これらの電動機には、直流機に代わってインバータで速度制御される誘導電動機が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、誘導電動機を直流機並みにトルク制御する方式として、一次電流を励磁電流成分とトルク電流成分に分解して個々に制御するベクトル制御方式があり、このベクトル制御方式にも、速度センサ付きベクトル制御方式と、センサレスベクトル制御方式とがある。

この速度センサ付きベクトル制御方式とは、電動機に取り付けた速度センサからの回転速度信号をインバータの制御回路に導入して、電圧・周波数・位相などを適切に制御し、目的とする回転速度・トルクを得るようにした方式であり、一方、センサレスベクトル制御方式とは、電動機の回転速度検出信号をインバータの制御回路に導入せずに、電動機の端子電圧と一次電流よりトルクと回転速度を推定し、それに基づいて電圧・周波数を変化させ、所望のトルク・回転速度を得るようにした方式である。

船舶用電動機の駆動システムとしては、プロペラを駆動する推進装置用電動機のような重要機器の場合、高精度・高応答制御を求められることから前者の速度センサ付きベクトル制御方式が多く採用されている（例えば、特許文献２、３参照）。

図２は、推進装置駆動用電動機を、速度センサ付きベクトル制御方式によって制御するようにした従来システムの構成図である。
図２において、１は図示していない種々の交流発電機に接続される船舶内母線であり、２は保護用の遮断器である。３_−１および３_−２はそれぞれ誘導電動機（以下、推進装置用電動機という）４_−１および４_−２を速度センサ付きベクトル制御するためのインバータ（以下、速度センサ付きベクトル制御インバータという）であり、速度検出器（速度センサ）５_−１および５_−２で検出した回転速度信号を制御回路（コントローラ）に導入するように構成されている。

速度検出器（速度センサ）５_−１および５_−２は、それぞれ推進装置用電動機４_−１および４_−２の回転軸に取り付けられ、推進装置用電動機４_−１および４_−２の実回転速度をそれぞれ検出して速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１および３_−２へ出力する。

６_−１および６_−２はそれぞれ推進装置用電動機４_−１および４_−２によって駆動されるプロペラであり、場合によっては推進装置用電動機４_−１および４_−２から減速ギヤを介して駆動される場合もある。

以上の構成により、速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１、３_−２にて推進装置用電動機４_−１、４_−２の実回転速度を用いた速度センサ付きベクトル制御を行い、高い制御応答性を備えた推進装置を実現している。

なお、図２では速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１、３_−２からプロペラ６_−１、６_−２までの船舶用電動機駆動システムを２系統分設置しているが、これは冗長性を持たせ速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１あるいは３_−２の故障に対する信頼性を向上させるためである。なお、便宜上、添字１の付いた装置側を第１駆動系統、添字２の付いた装置側を第２駆動系統と呼ぶ。
特開２００８−００１１７８号公報 特開２００７−０６２６７６号公報 特開平０７−２６４８９８号公報

図２に示す船舶用電動機駆動システムによると、一方の駆動系統の速度検出器５_−１あるいは５_−２の点検時や故障時には、点検・故障対象側の駆動系統の船舶用電動機駆動システムを停止して他方の駆動系統のみで運行を行わなければならず、このため船舶の航行速度が低下するという問題がある。

そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、推進装置用電動機の実回転速度を速度センサ付きベクトル制御インバータに入力するために取り付けられている速度検出器の点検あるいは故障により実回転速度信号が得られなくても、船舶の航行速度を低下させることなく運行を継続することが可能な船舶用電動機駆動システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係る船舶用電動機駆動システムの発明は、船舶内母線を電源とし、インバータにより推進装置用電動機を駆動するように構成した船舶用電動機駆動システムにおいて、
前記推進装置用電動機は、回転速度を検出する速度検出器を備え、
前記インバータは、前記速度検出器の出力信号を導入して速度センサ付きベクトル制御を行う第１のインバータおよび前記速度検出器の出力信号を導入せずにセンサレスベクトル制御を行う第２のインバータを備え、
常時は前記第１のインバータの出力回路側を前記推進装置用電動機に接続し、前記速度検出器が使用できないときは、前記第１のインバータから前記第２のインバータに切り換えて当該第２のインバータの出力回路側を前記推進装置用電動機に接続する切換スイッチを備えたことを特徴とする。

本発明の船舶用電動機駆動システムによれば、航行中に速度センサ付きベクトル制御インバータのための速度検出器が点検や故障の際にも航行速度の低下を招くことなく、運行を継続することが可能となる。

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。
（構成）
図１は、本発明の実施形態の構成図である。
図１において、船舶用母線１、遮断器２、速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１、３_−２、推進装置用電動機４_−１、４_−２、速度検出器（速度センサ）５_−１、５_−２、プロペラ６_−１、６_−２は図２で示したものと同じ部品のため、重複する説明は省略する。

７_−１および７_−２は切換スイッチであり、人為的または回転速度信号の停止期間が所定時間以上であることをもって故障と判定して自動的に切換接点を切り換えるように構成されている。８_−１および８_−２は、推進装置用電動機４_−１、４_−２をセンサレスベクトル制御するためのインバータ（以下、センサレスベクトル制御インバータという）である。

なお、このセンサレスベクトル制御インバータ８_−１、８_−２と、速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１、３_−２とは、制御回路（コントローラ）の一部が異なるだけであり、インバータ主回路は同じである。

図１においては、速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１および３_−２は、推進装置用電動機４_−１および４_−２の実回転速度をそれぞれ速度検出器（速度センサ）５_−１および５_−２を用いてフィードバックし、速度センサ付きベクトル制御によって推進装置用電動機４_−１および４_−２を駆動し、それぞれプロペラ６_−１および６_−２を回転させるようにしている。

一方、センサレスベクトル制御インバータ８_−１、８_−２は、それぞれの出力回路側に推進装置用電動機が接続されている場合、推進装置用電動機の回転数を推定するセンサレスベクトル制御によって推進装置用電動機４_−１および４_−２を駆動することができるように構成されている。

したがって、センサレスベクトル制御インバータ８_−１および８_−２の出力回路側に推進装置用電動機４_−１および４_−２が接続されているときは、推進装置用電動機４_−１および４_−２を駆動してプロペラ６_−１および６_−２を回転させることができるようになっている。

切換スイッチ７_−１および７_−２は、速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１および３_−２の出力回路側と、センサレスベクトル制御インバータ８_−１および８_−２の出力回路側とを切り換えて、いずれか一方のインバータを推進装置用電動機４_−１あるいは４_−２に接続するように機能する。

（作用）
船舶の通常航行中は、速度検出器５_−１および５_−２は推進装置用電動機４_−１および４_−２の実回転速度を正常に検出し、それぞれ回転速度信号を速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１および３_−２に入力しているので、第１駆動系統および第２駆動系統とも、推進装置用電動機４_−１および４_−２をそれぞれ速度センサ付きベクトル制御により駆動し、プロペラ６_−１および６_−２を回転させている。

一方、船舶の航行中に速度検出器５_−１あるいは５_−２のいずれか一方が点検または故障の場合、例えば、第２駆動系統側の速度検出器５_−２が点検または故障の場合は、正常に回転速度信号が速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１に入力されている第１駆動系統側の切換スイッチ７_−１が切換わることはないが、第２駆動系統側では、人為的または自動的に切換スイッチ７_−２の切換接点が破線のように切り換えられて、センサレスベクトル制御インバータ８_−２の出力回路側が切換スイッチ７_−２を介して推進装置用電動機４_−２に接続される。これにより、推進装置用電動機４_−２はセンサレスベクトル制御インバータ８_−２により駆動され、プロペラ６_−２は停止せずに回転を継続する。

このように、第１駆動系統では速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１により推進装置用電動機４_−１を駆動してプロペラ６_−１を回転させ、第２駆動系統では、センサレスベクトル制御インバータ８_−２により推進装置用電動機４_−２を駆動してプロペラ６_−２を回転させるので、船舶の航行速度の低下を招くことなく、運行を継続することが可能となる。

なお、第１駆動系統および第２駆動系統の両方の駆動系統において、速度検出器５_−１および５_−２が点検や故障によって、推進装置用電動機の実回転送度信号が得られない状況の場合は、両方の駆動系統がセンサレスベクトル制御インバータ８_−１および８_−２により推進装置用電動機４_−１および４_−２を駆動して、プロペラ６_−１および６_−２を回転させる。したがって、この場合も船舶の航行速度の低下を招くことなく、運行を継続することが可能となる。

（効果）
以上述べたように、本発明によれば、複数の駆動系統のうち、第１駆動系統および第２の駆動系統にそれぞれ属する速度検出器５_−１あるいは５_−２のいずれか一方、または両方が点検や故障によって、推進装置用電動機の実回転速度信号が得られない状況になっても、推進装置用電動機４_−１、４_−２を駆動するインバータとして、速度センサ付きベクトル制御を行うインバータ３_−１、３_−２からセンサレスベクトル制御を行うインバータ８_−１、８_−２に切り換えることにより船舶の航行速度の低下を招くことなく、運行を継続することが可能となる。

（変形例）
速度センサ付きベクトル制御インバータ３_−１、３_−２及びセンサレスベクトル制御インバータ８_−１、８_−２及び切換スイッチ７_−１、７_−２を、一つのインバータ内部に備えるように構成してもよい。

本発明の実施形態に係る船舶用電動機駆動システムを示す図。 従来の船舶用電動機駆動システムの構成例を示す図。

符号の説明

１…船舶内母線、２…遮断器、３_−１、３_−２…速度センサ付きベクトル制御インバータ、４_−１、４_−２…推進装置用電動機、５_−１、５_−２…速度検出器（速度センサ）、６_−１、６_−２…プロペラ、７_−１、７_−２…切換スイッチ、８_−１、８_−２…センサレスベクトル制御インバータ。

Claims (2)

1. 船舶内母線を電源とし、インバータにより推進装置用電動機を駆動するように構成した船舶用電動機駆動システムにおいて、
   前記推進装置用電動機は、回転速度を検出する速度検出器を備え、
   前記インバータは、前記速度検出器の出力信号を導入して速度センサ付きベクトル制御を行う第１のインバータおよび前記速度検出器の出力信号を導入せずにセンサレスベクトル制御を行う第２のインバータを備え、
   常時は前記第１のインバータの出力回路側を前記推進装置用電動機に接続し、前記速度検出器が使用できないときは、前記第１のインバータから前記第２のインバータに切り換えて当該第２のインバータの出力回路側を前記推進装置用電動機に接続する切換スイッチを備えたことを特徴とする船舶用電動機駆動システム。
2. 前記切換スイッチは、人為的または回転速度信号の停止期間が所定時間以上であることをもって点検中または故障と判定して切換接点を第１のインバータから第２のインバータに自動的に切り換えることを特徴とする請求項１記載の船舶用電動機駆動システム。

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