JP2011236056A5

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Publication number: JP2011236056A5
Application number: JP2011104253A
Authority: JP
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2014-06-19
Anticipated expiration: 2031-05-09

Description

図１は本発明の実施形態による係船ウインチを示す。係船ウインチは、係船ロープ１０２を巻き取るための巻取りドラム１０１と、巻取りドラム１０１を駆動するための交流電動機１０３とを含む。交流電動機１０３は、例えば誘導電動機又は永久磁石同期電動機とすることができる。図１に示す係船ウインチは、交流電動機１０３と巻取りドラム１０１との間にギヤボックス１０６を有している。ブレーキ１０９は、巻取りドラム１０１を発効させる係船ウインチのためのものである。巻取りドラム１０１は、ギヤボックス１０６と軸受ブロック１０８とによって支持されている。交流電動機１０３の寸法及び巻取りドラム１０１の寸法によっては、直接駆動方式の巻取りドラム１０１を設け、ギヤボックスを不要にすることもできる。係船ウインチは、交流電動機１０３に電力を供給する周波数変換ユニット１０４を含む。周波数変換ユニット１０４は、例えば、船舶の給電網(electrical network)とし得る、給電網１０７に接続されている。係船ウインチは、係船ロープ１０２の張力［ｋＮ］についての指標に基づいて周波数変換ユニット１０４を制御する制御ユニット１０５を含む。好ましくは、交流電動機１０３は、危険な状況を避けるために、速度制御によって発生される最大係船ロープ張力が制限されるように速度制御モードで駆動される。好ましくは、制御ユニット１０５は、交流電動機１０３の速度制御を実現するための速度制御装置を構成する。また、速度制御装置を構成する別個の装置を用いることもできる。制御ユニット１０５は、交流電動機の固定子磁束をモデル化するための磁束空間ベクトルΨを計算すると共に、この磁束空間ベクトルと交流電動機１０３の固定子電流の空間ベクトルｉとに基づいてトルク推定値Ｍ_estを計算する。トルク推定値は次式に従って計算できる。なお、「×」はベクトル積（即ち、外積）を意味する。

Ｍ_est＝Ψ×ｉ (1)
制御ユニット１０５は、トルク推定値を係船ロープの張力についての指標として使用する。従って、トルク推定値を許容された範囲内に維持することによって係船ロープ張力が許容された範囲内に維持される。交流電動機１０３は、無センサベクトル制御、即ち交流電動機１０３の軸に速度及び／又は位置インジケータを設けないベクトル制御によって制御できる。無センサベクトル制御は、例えば、推定されたトルクＭ_estと磁束空間ベクトルの大きさ｜Ψ｜が所望の範囲内に入るように、交流電動機１０３の端子に供給される電圧の空間ベクトルｖを制御する、オープンループの直接トルク制御（ＤＴＣ）とすることができる。

段階３２では、周波数変換ユニットは、係船ロープの張力Tの指標に基づいて制御される。制御ユニット基盤(basis)は、係船ロープの張力Tについての指標をユーザセット値と比較する。比較に基づいて、制御ユニットは、巻取りドラムが内側に駆動されるか外側に駆動されるかを(driven in or out)選択する。

所定のトルク設定値は、交流電動機１０３によって発生するトルクの目標値についての上限値である。トルク推定値の第１の値が所定の設定値よりも著しく大きい場合には、係船ロープは張り過ぎで、係船ロープを繰り出さなければならない。同様に、トルク推定値の第１の値が所定の設定値よりも著しく小さい場合には、係船ロープは緩みすぎで、係船ロープを巻き上げなければならない。また、緩んだ係船ロープは危険な機械的移動を許容するため、係船ロープが緩みすぎるのは望ましくない。

本発明の実施形態による係船ウインチにおいては、制御ユニット１０５は、周期的な係船動作を成し遂げるために次の一連の段階を行うようになっている。本発明の対応実施例による方法は、周期的な係船動作を成し遂げるために次の一連の段階を含む:− 周期的な係船動作を開始し、− 係船ウインチが逆方向に駆動され、所定の速度基準値がセットされ、電動機が短い期間について逆方向に駆動され、− 逆方向駆動の間、第１のトルク値は、固定子電流の空間ベクトルであるΨ× i，iとして計算されたＭ₁であり、− 係船ウインチは順方向に駆動される。所定の速度基準値がセットされ、電動機は短い期間について逆方向に駆動される。速度基準値および短い期間は段階２２でのものと同じものが好適であり、しかし、それらはそれらとさらに異なることができ、− 順方向駆動の間、第２のトルク値は、固定子電流の空間ベクトルであるΨ× i，iとして計算されたＭ₂であり、− トルク推定値は第１および第２のトルク値に基づいて計算され、− 条件付きの段階Ａ:計算されたトルク推定値が第１の限界値より低い状況に応答して前記係船ロープを巻き上げるように前記交流電動機を制御し、− 条件付きの段階Ｂ：計算されたトルク推定値が第２の限界値より高い状況に応答して前記係船ロープを繰り出させるように前記交流電動機を制御し、− 段階Ｃ:所定期間待機し、− 前記周期的な係船動作手順を再開する。

本発明の別の実施形態による係船ウインチにおいては、制御ユニット１０５は、連続的な係船動作を提供するために交流電動機１０３を連続的に通電すると共に制御するようになっている。

本発明の別の実施形態による方法においては、連続的な係船動作を提供するために交流電動機１０３が連続的に通電されると共に制御される。

周期的な係船動作は連続的な係船動作に比べてエネルギーを節約できる。何故なら、周期的な係船動作では、交流電動機１０３が非通電とされる時間の割合が非常に大きいためである。

図３ａは、例示的状況における本発明の実施形態による係船ウインチの動作を示す。曲線２２１はトルク推定値を表し、曲線２２２は交流電動機１０３の速度基準を表す。なお、ｔ０...ｔ１の期間及びｔ２...ｔ３の期間においては、速度基準２２２は時間軸に一致している。本明細書では、「速度基準」という用語は、交流電動機１０３（図１）の回転速度の基準値を意味する。回転速度の基準値は必ずしも一定でなく、時間と共に変化し得る。

本発明の実施形態による係船ウインチにおいては、制御ユニット１０５（図１）は、トルク推定値２２１が第１の所定のヒステリシス限界値Ｈ−を下回る状況に応答して交流電動機１０３（図１）に係船ロープ１０２（図１）を巻き上げさせ、トルク推定値２２１が第２の所定のヒステリシス限界値Ｈ＋を超える状況に応答して交流電動機１０３に係船ロープ１０２を繰り出させるようになっている。第２の所定のヒステリシス限界値Ｈ＋は第１の所定のヒステリシス限界値Ｈ−よりも大きい。本明細書では、交流電動機１０３の回転速度の符号は、交流電動機１０３が正方向に回転する時に係船ロープ１０２が巻き上げられる、即ち係船ロープ張力が増加されるように選ばれている。従って、速度基準２２２を正にすることによって係船ロープ１０２を巻き上げることができ、速度基準２２２を負にすることによって係船ロープ１０２を繰り出すことができる。図３ａに示す例示的状況においては、時点(time instant)ｔ１においてトルク推定値がヒステリシス限界値Ｈ＋を超え、従って、係船ロープ張力を減少させるために速度基準２２２が負にされる。時点ｔ３においてトルク推定値がヒステリシス限界値Ｈ−を下回り、従って、係船ロープ張力を増加させるために速度基準２２２が正にされる。

図３ｂは、例示的状況における本発明の実施形態による係船ウインチの動作を示す。曲線２２１はトルク推定値を表し、曲線２２２は交流電動機１０３の速度基準を表す。なお、ｔ０...ｔ１＋ｄ１の期間及びｔ２＋ｄ２...ｔ３＋ｄ３の期間においては、速度基準２２２は時間軸に一致している。

本発明の実施形態による係船ウインチにおいては、制御ユニット１０５（図１）は、トルク推定値２２１がヒステリシス限界値Ｈ−を下回った後で第１の所定の遅延時間ｄ３が経過した状況に応答して交流電動機１０３（図１）に係船ロープ１０２（図１）を巻き上げさせ、トルク推定値２２１がヒステリシス限界値Ｈ＋を超えた後で第２の所定の遅延時間ｄ１が経過した状況に応答して交流電動機１０３に係船ロープ１０２を繰り出させるようになっている。図３ｂに示す例示的状況においては、トルク推定値は時点ｔ１においてヒステリシス限界値Ｈ＋を超え、従って、係船ロープ張力を減少させるために遅延時間ｄ１の後に速度基準２２２が負にされる。時点ｔ３においてトルク推定値がヒステリシス限界値Ｈ−を下回り、従って、係船ロープ張力を増加させるために遅延時間ｄ３の後に速度基準２２２が正にされる。このような遅延時間のおかけで、例えば、ヒステリシス限界値Ｈ＋及びＨ−のうちの一方の前後でトルク推定値２２１が変動する状況において、変動する可能性のある不必要な制御動作を避けることができる。

本発明の実施形態による方法においては、トルク推定値２２１（図３ａ）が第１の所定の限界値Ｈ−（図３ａ）を下回る状況に応答して、係船ロープ１０２を巻き上げるように交流電動機１０３が制御され、トルク推定値２２１（図３ａ）が第２の所定の限界値Ｈ＋（図３ａ）を超える状況に応答して、係船ロープ１０２を繰り出すように交流電動機１０３が制御され、第２の所定の限界値は第１の所定の限界値よりも大きい。

本発明の実施形態による方法においては、トルク推定値２２１（図３ａ）が所定の範囲Ｒ（図３ａ）内にある状況に応答して、交流電動機１０３の回転速度の基準値２２２（図３ａ）がゼロに設定され、この所定の範囲は、トルクの所定の設定値Ｓ（図３ａ）の前後である。

本発明の実施形態による方法においては、トルク推定値２２１（図３ｂ）が第１の所定の限界値Ｈ−（図３ｂ）を下回った後で第１の所定の遅延時間ｄ３（図３ｂ）が経過した状況に応答して、係船ロープ１０２を巻き上げるように交流電動機１０３が制御され、トルク推定値２２１（図３ｂ）が第２の所定の限界値Ｈ＋（図３ｂ）を超えた後で第２の所定の遅延時間ｄ１（図３ｂ）が経過した状況に応答して、係船ロープ１０２を繰り出すように交流電動機１０３が制御され、第２の所定の限界値は第１の所定の限界値よりも大きい。

本発明の実施形態による方法においては、トルク推定値２２１（図３ｂ）が所定の範囲Ｒ内に入った後で所定の遅延時間ｄ２（図３ｂ）が経過した状況に応答して、交流電動機１０３の回転速度の基準値２２２（図３ｂ）がゼロに設定され、この所定の範囲は、トルクの所定の設定値Ｓ（図３ｂ）の前後である。

本発明の実施形態による方法においては、トルクの所定の設定値Ｓ（図３ａ及び図３ｂ）は、トルクの目標値についての上限値であり、トルクの目標値は、交流電動機１０３の回転速度を制御する速度制御装置の出力である。

Claims

係船ロープを巻き取るための巻取りドラムと、前記巻取りドラムを駆動する交流電動機と、前記交流電動機に電力を供給する周波数変換ユニットとを含む係船ウインチの係船ロープ張力を制御するための方法であって、該方法は、前記係船ロープの張力についての指標に基づいて前記周波数変換ユニットを制御すること（３０４）を含み、該方法が更に、− 前記交流電動機の回転速度の基準値を所定値にセットすることと、− 前記係船ウインチのブレーキを解除することと、− 所定期間について一方の方向で前記交流電動機を駆動することと、− 前記電動機のトルクの第１の値を定義することと、− 別の所定期間について反対方向で前記交流電動機を運転することと、− 前記電動機のトルクの第２の値を定義することと、− 前記トルクの第１および前記第２の値を用いてトルク推定値を計算することをさらに含むことを特徴とする方法。