JP2012166603A

JP2012166603A - 二軸船の制御方法及び二軸船

Info

Publication number: JP2012166603A
Application number: JP2011027263A
Authority: JP
Inventors: Fumitoshi Ochi; 文俊越智
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-09-06

Abstract

【課題】各々が独立して制御可能な駆動源に接続された一対のプロペラを有する二軸船において、一対のプロペラ間の回転位相差を任意に調節する。
【解決手段】各々が独立して制御可能な駆動源２、３に接続された一対のプロペラ４、５を有する二軸船１の制御方法において、一対のプロペラ４、５の内一方のプロペラ４の回転数が目標回転数となるように一方のプロペラ４の駆動源２を制御すると共に、一対のプロペラ４、５間の回転位相差を算出し、一対のプロペラ４、５間の回転位相差が目標回転位相差となるように他方のプロペラ５の駆動源３を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各々が独立して制御可能な駆動源に接続された一対のプロペラを有する二軸船の制御方法及び二軸船に関する。

二軸船は、一般的に、各々が独立して制御可能な駆動源に接続された一対のプロペラと、プロペラ毎に独立したプロペラ動力計測手段とを備えるものである。プロペラ動力計測手段は、プロペラに入力するトルク及びプロペラが発生した推力（スラスト）を計測する装置である。

なお、一対のプロペラを有する二軸船は、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００９−５６８６８号公報

従来の二軸船では、一対のプロペラ間の回転位相差については特に注意が払われることが無いため、一対のプロペラの各々の回転位相を制御するようなことは行われておらず、一対のプロペラの流体力学的な相互干渉による二軸船の推進性能の変化について検討することができなかった。

そこで、本発明の目的は、各々が独立して制御可能な駆動源に接続された一対のプロペラを有する二軸船において、一対のプロペラ間の回転位相差を任意に調節することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、各々が独立して制御可能な駆動源に接続された一対のプロペラを有する二軸船の制御方法において、前記一対のプロペラの内一方のプロペラの回転数が目標回転数となるように前記一方のプロペラの駆動源を制御すると共に、前記一対のプロペラ間の回転位相差を算出し、前記一対のプロペラ間の回転位相差が目標回転位相差となるように他方のプロペラの駆動源を制御することを特徴とする二軸船の制御方法である。

前記一方のプロペラの駆動源が出力する回転信号と前記他方のプロペラの駆動源が出力する回転信号とから前記一対のプロペラ間の回転位相差を算出しても良い。

また、本発明は、各々が独立して制御可能な駆動源に接続された一対のプロペラを有する二軸船において、前記駆動源を制御する制御機を備え、該制御機は、前記一対のプロペラの内一方のプロペラの回転数が目標回転数となるように前記一方のプロペラの駆動源を制御すると共に、前記一対のプロペラ間の回転位相差を算出し、前記一対のプロペラ間の回転位相差が目標回転位相差となるように他方のプロペラの駆動源を制御することを特徴とする二軸船である。

前記制御機は、前記一方のプロペラの駆動源が出力する回転信号と前記他方のプロペラの駆動源が出力する回転信号とから前記一対のプロペラ間の回転位相差を算出するものであっても良い。

本発明によれば、各々が独立して制御可能な駆動源に接続された一対のプロペラを有する二軸船において、一対のプロペラ間の回転位相差を任意に調節することができるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る二軸船の概略図である。上位モータの制御フローを示す図である。下位モータの制御フローを示す図である。（ａ）は各プロペラの回転方向を内回りとした場合の回転位相の定義の一例を示す図であり、（ｂ）は各プロペラの回転方向を外回りとした場合の回転位相の定義の一例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示すように、本実施形態の二軸船（本実施形態では、ツインスケグ船）１は、二軸船１の幅方向に間隔を隔てて配設され、各々が独立して制御可能な駆動源２、３に接続された一対のプロペラ４、５を備えている。なお、二軸船１は、模型船であっても良く、実機（実船）であっても良い。

プロペラ４、５と駆動源２、３とを接続するプロペラシャフト６には各々、プロペラ４、５に入力するトルク及びプロペラ４、５が発生した推力（スラスト）を計測するプロペラ動力計測手段（本実施形態では、スラスト・トルクセンサ）７が装着されている。また、プロペラ動力計測手段７への給電は、スリップリング８を介して行われるようになっている。

本実施形態では、駆動源２、３は各々、モータ（本実施形態では、電動モータ（ＤＣモータ））からなる。本実施形態では、右舷側（図１中上側）のプロペラ４及びそのプロペラ４に接続されたモータ２を各々、上位プロペラ及び上位モータとも称し、左舷側（図１中下側）のプロペラ５及びそのプロペラ５に接続されたモータ３を各々、下位プロペラ及び下位モータとも称する。

上位モータ２及び下位モータ３には各々、回転センサ９が内蔵されている。回転センサ９は、プロペラ４、５が一回転する毎に複数のパルスを出力するＡ相信号と、プロペラ４、５が一回転する毎にＡ相信号と同一数のパルスを出力し且つＡ相信号と所定位相だけずれたＢ相信号と、プロペラ４、５が一回転する毎に一パルスを出力するＺ相信号とを生成するようになっている。Ａ相信号及びＢ相信号は主にプロペラ４、５の回転方向を検知するために用いられ、Ｚ相信号は主にプロペラ４、５の回転数及び回転位相を検知するために用いられるものである。

本実施形態では、上位モータ２の回転センサ９は後述する上位モータドライバ１１及び下位モータドライバ１２に接続されており、上位モータ２から上位モータドライバ１１及び下位モータドライバ１２に対して回転信号（Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号）が各々発せられる。また、下位モータ３の回転センサ９は下位モータドライバ１２に接続されており、下位モータ３から下位モータドライバ１２に対して回転信号（Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号）が発せられる。

本実施形態に係る二軸船１は、駆動源２、３を制御する制御機（プロペラ制御機）を備えている。本実施形態では、制御機は、上位モータ２を駆動する電気回路を有するモータドライバ（以下、上位モータドライバという）１１と、下位モータ３を駆動する電気回路を有するモータドライバ（以下、下位モータドライバという）１２とを有している。

上位モータドライバ１１は、上位モータ２が出力するＺ相信号から上位プロペラ４の回転数を算出し、上位プロペラ４の回転数が所定の回転数（目標回転数）となるように上位モータ２を制御する。

即ち、上位モータドライバ１１は、上位モータ２が出力するＺ相信号から上位プロペラ４の回転数を算出する回転数算出部１１ａと、算出した上位プロペラ４の回転数に応じて回転指令信号を上位モータ２に送信する回転指令送信部１１ｂとを有している。

回転数算出部１１ａは、例えば、上位モータ２が出力するＺ相信号のパルス間の時間を計測し、計測したパルス間の時間に基づいて上位プロペラ４の回転数を算出する。

回転指令送信部１１ｂは、回転数算出部１１ａが算出した上位プロペラ４の回転数が上記所定の回転数よりも小さい場合は、例えば、現状の回転指令信号（Ｖ；電圧）に上位プロペラ４（上位モータ２）の回転数を増速する信号（＋ΔＶ）を加算して更新した回転指令信号（Ｖ＝Ｖ＋ΔＶ）を上位モータ２に送信する。一方、回転指令送信部１１ｂは、回転数算出部１１ａが算出した上位プロペラ４の回転数が上記所定の回転数よりも大きい場合には、例えば、現状の回転指令信号（Ｖ）から上位プロペラ４（上位モータ２）の回転数を減速する信号（−ΔＶ）を減算して更新した回転指令信号（Ｖ＝Ｖ−ΔＶ）を上位モータ２に送信する。

上位モータ２の制御フローの一例を図２により説明する。本制御フローは、上位モータドライバ１１によって繰り返し実行されるものである。

図２に示すように、ステップＳ１１では、上位モータドライバ１１（回転数算出部１１ａ）は、上位モータ２が出力するＺ相信号から上位プロペラ４の回転数を算出する。ステップＳ１２では、上位モータドライバ１１（回転指令送信部１１ｂ）は、算出した上位プロペラ４の回転数に基づいて、上位プロペラ４の回転数が所定の回転数となるような回転指令信号（フィードバック回転指令信号）を上位モータ２に送信する。ステップＳ１３では、上位モータドライバ１１（回転数算出部１１ａ）は、上位モータ２が出力するＺ相信号から上位プロペラ４の回転数を再度算出する。ステップＳ１４では、上位モータドライバ１１は、算出した上位プロペラ４の回転数が所定の回転数と等しいか否かを判定する。上位モータドライバ１１は、ステップＳ１３において算出した上位プロペラ４の回転数が所定の回転数と等しくないと判定した場合はステップＳ１２に戻って上位プロペラ４の回転数を調節し、ステップＳ１３において算出した上位プロペラ４の回転数が所定の回転数と等しいと判定した場合には本制御をリターンする。

一方、下位モータドライバ１２は、上位モータ２が出力するＺ相信号と下位モータ３が出力するＺ相信号とから一対のプロペラ４、５間の回転数差分及び回転位相差を算出し、算出した一対のプロペラ４、５間の回転数差分及び回転位相差に基づいて、一対のプロペラ４、５間の回転数差分が０（ゼロ）となり且つ一対のプロペラ４、５間の回転位相差が所定の回転位相差（目標回転位相差）となるように下位モータ３を制御する。

即ち、下位モータドライバ１２は、上位モータ２が出力するＺ相信号と下位モータ３が出力するＺ相信号とから一対のプロペラ４、５間の回転数差分を算出する回転数差分算出部１２ａと、上位モータ２が出力するＺ相信号と下位モータ３が出力するＺ相信号とから一対のプロペラ４、５間の回転位相差を算出する回転位相差算出部１２ｂと、回転数差分算出部１２ａにより算出した一対のプロペラ４、５間の回転数差分及び回転位相差算出部１２ｂにより算出した一対のプロペラ４、５間の回転位相差に応じて回転指令信号を下位モータ３に送信する回転指令送信部１２ｃとを有している。

回転数差分算出部１２ａは、例えば、上位モータ２及び下位モータ３が出力するＺ相信号のパルス間の時間を各々計測し、計測したパルス間の時間に基づいて上位プロペラ４及び下位プロペラ５の回転数を各々算出すると共に、算出した上位プロペラ４の回転数と下位プロペラ５の回転数とから一対のプロペラ４、５間の回転数差分を算出する。

回転位相差算出部１２ｂは、例えば、上位モータ２が出力するＺ相信号のパルスと下位モータ３が出力するＺ相信号のパルスとの間の時間を計測し、計測したパルス間の時間に基づいて一対のプロペラ４、５間の回転位相差を算出する。

回転指令送信部１２ｃは、回転数差分算出部１２ａが算出した一対のプロペラ４、５間の回転数差分が０（ゼロ）よりも小さい場合（即ち、下位プロペラ５の回転数が上位プロペラ４の回転数よりも小さい場合）は、例えば、現状の回転指令信号（Ｖ）に下位プロペラ５（下位モータ３）の回転数を増速する信号（＋ΔＶ）を加算して更新した回転指令信号（Ｖ＝Ｖ＋ΔＶ）を下位モータ３に送信する。一方、回転指令送信部１２ｃは、回転数差分算出部１２ａが算出した一対のプロペラ４、５間の回転数差分が０（ゼロ）よりも大きい場合（即ち、下位プロペラ５の回転数が上位プロペラ４の回転数よりも大きい場合）には、例えば、現状の回転指令信号（Ｖ）から下位プロペラ５（下位モータ３）の回転数を減速する信号（−ΔＶ）を減算して更新した回転指令信号（Ｖ＝Ｖ−ΔＶ）を下位モータ３に送信する。

また、回転指令送信部１２ｃは、回転位相差算出部１２ｂが算出した一対のプロペラ４、５間の回転位相差（Δｔ）が上記所定の回転位相差に対してマイナス側である場合（即ち、下位プロペラ５の回転位相が上位プロペラ４の回転位相よりも遅い場合）は、例えば、現状の回転指令信号（Ｖ）に下位プロペラ５（下位モータ３）の回転数を増速する信号（＋ΔＶ）を付加して所定時間だけ下位モータ３に送信し、所定時間経過後は回転指令信号を元の（Ｖ）に戻して送信する。一方、回転指令送信部１２ｃは、回転位相差算出部１２ｂが算出した一対のプロペラ４、５間の回転位相差（Δｔ）が上記所定の回転位相差に対してプラス側である場合（即ち、下位プロペラ５の回転位相が上位プロペラ４の回転位相よりも速い場合）には、例えば、現状の回転指令信号（Ｖ）に下位プロペラ５（下位モータ３）の回転数を減速する信号（−ΔＶ）を付加して所定時間だけ下位モータ３に送信し、所定時間経過後は回転指令信号を元の（Ｖ）に戻して送信する。

下位モータ３の制御フローの一例を図３により説明する。本制御フローは、下位モータドライバ１２によって繰り返し実行されるものである。

図３に示すように、ステップＳ２１では、下位モータドライバ１２（回転数差分算出部１２ａ）は、上位モータ２が出力するＺ相信号と下位モータ３が出力するＺ相信号とから一対のプロペラ４、５間の回転数差分を算出する。ステップＳ２２では、下位モータドライバ１２（回転指令送信部１２ｃ）は、算出した一対のプロペラ４、５間の回転数差分に基づいて、一対のプロペラ４、５間の回転数差分が０（ゼロ）となるような回転指令信号（フィードバック回転指令信号）を下位モータ３に送信する。ステップＳ２３では、下位モータドライバ１２（回転数差分算出部１２ａ）は、上位モータ２が出力するＺ相信号と下位モータ３が出力するＺ相信号とから一対のプロペラ４、５間の回転数差分を再度算出する。ステップＳ２４では、下位モータドライバ１２は、算出した一対のプロペラ４、５間の回転数差分が０（ゼロ）であるか否かを判定する。下位モータドライバ１２は、ステップＳ２３において算出した一対のプロペラ４、５間の回転数差分が０（ゼロ）でないと判定した場合はステップＳ２２に戻って下位プロペラ５の回転数を調節し、ステップＳ２３において算出した一対のプロペラ４、５間の回転数差分が０（ゼロ）であると判定した場合にはステップＳ２５に進む。

次いで、ステップＳ２５では、下位モータドライバ１２（回転位相差算出部１２ｂ）は、上位モータ２が出力するＺ相信号と下位モータ３が出力するＺ相信号とから一対のプロペラ４、５間の回転位相差を算出する。ステップＳ２６では、下位モータドライバ１２（回転指令送信部１２ｃ）は、算出した一対のプロペラ４、５間の回転位相差に基づいて、一対のプロペラ４、５間の回転位相差が所定の回転位相差となるような回転指令信号（フィードバック回転指令信号）を下位モータ３に送信する。ステップＳ２７では、下位モータドライバ１２（回転位相差算出部１２ｂ）は、上位モータ２が出力するＺ相信号と下位モータ３が出力するＺ相信号とから一対のプロペラ４、５間の回転位相差を再度算出する。ステップＳ２８では、下位モータドライバ１２は、算出した一対のプロペラ４、５間の回転位相差が所定の回転位相差と等しいか否かを判定する。下位モータドライバ１２は、ステップＳ２７において算出した一対のプロペラ４、５間の回転位相差が所定の回転位相差と等しくないと判定した場合はステップＳ２６に戻って下位プロペラ５の回転数を調節し、ステップＳ２７において算出した一対のプロペラ４、５間の回転位相差が所定の回転位相差と等しいと判定した場合には本制御をリターンする。

図４に回転位相の定義の一例（図示例は、背面視）を示す。なお、図４中、符号Ｃはプロペラ４、５の回転中心を示し、符号ＣＬは二軸船１の船体中心線を示す。

図４に示すように、本実施形態では、二軸船１の高さ方向上方位置を０度と定義している。各プロペラ４、５の回転方向を内回りとした場合（図４（ａ）参照）には、右舷側のプロペラ（上位プロペラ）４は背面視で左回り（反時計回り）に回転し、左舷側のプロペラ（下位プロペラ）５は背面視で右回り（時計回り）に回転する。各プロペラ４、５の回転方向を外回りとした場合（図４（ｂ）参照）には、右舷側のプロペラ（上位プロペラ）４は背面視で右回り（時計回り）に回転し、左舷側のプロペラ（下位プロペラ）５は背面視で左回り（反時計回り）に回転する。

以上の構成からなる本実施形態では、上位モータドライバ１１から上位モータ２に対して回転数制御指令（回転指令信号）が出され、下位モータ３を制御する下位モータドライバ１２へは上位モータ２及び下位モータ３から一回転一パルスの出力信号（Ｚ相信号）が発せられる。下位モータドライバ１２はこの出力信号を受け、下位プロペラ５の回転数を調節する。これにより、下位モータドライバ１２から下位プロペラ５を駆動する下位モータ３に対して回転数制御指令及び回転位相差制御指令（回転指令信号）が出され、下位プロペラ５が上位プロペラ４に回転数を合わせて作動し且つ上位プロペラ４との回転位相差を所定の値として作動することとなる。

このような本実施形態によれば、従来は任意に調節することができなかった一対のプロペラ４、５間の回転位相差を任意に調節することができるようになり、一対のプロペラ４、５間の回転位相差によって生じる相互干渉による二軸船１の推進性能の変化についての検討が可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上記実施形態では駆動源２、３がモータ（電動モータ）からなるとしたが、これには限定はされず、駆動源２、３が、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関からなっても良い。

また、上記実施形態では、右舷側のプロペラ４とそのプロペラ４のモータ２及びモータドライバ１１を各々、上位プロペラ、上位モータ及び上位モータドライバとし、左舷側のプロペラ５とそのプロペラ５のモータ３及びモータドライバ１２を各々、下位プロペラ、下位モータ及び下位モータドライバとしたが、これには限定はされない。即ち、上記実施形態とは逆に、左舷側のプロペラ５とそのプロペラ５のモータ３及びモータドライバ１２を各々、上位プロペラ、上位モータ及び上位モータドライバとし、右舷側のプロペラ４とそのプロペラ４のモータ２及びモータドライバ１１を各々、下位プロペラ、下位モータ及び下位モータドライバとしても良い。

１二軸船
２上位モータ（駆動源）
３下位モータ（駆動源）
４上位プロペラ（一方のプロペラ）
５下位プロペラ（他方のプロペラ）
１１上位モータドライバ（制御機）
１２下位モータドライバ（制御機）

Claims

各々が独立して制御可能な駆動源に接続された一対のプロペラを有する二軸船の制御方法において、前記一対のプロペラの内一方のプロペラの回転数が目標回転数となるように前記一方のプロペラの駆動源を制御すると共に、前記一対のプロペラ間の回転位相差を算出し、前記一対のプロペラ間の回転位相差が目標回転位相差となるように他方のプロペラの駆動源を制御することを特徴とする二軸船の制御方法。
前記一方のプロペラの駆動源が出力する回転信号と前記他方のプロペラの駆動源が出力する回転信号とから前記一対のプロペラ間の回転位相差を算出する請求項１に記載の二軸船の制御方法。
各々が独立して制御可能な駆動源に接続された一対のプロペラを有する二軸船において、前記駆動源を制御する制御機を備え、該制御機は、前記一対のプロペラの内一方のプロペラの回転数が目標回転数となるように前記一方のプロペラの駆動源を制御すると共に、前記一対のプロペラ間の回転位相差を算出し、前記一対のプロペラ間の回転位相差が目標回転位相差となるように他方のプロペラの駆動源を制御することを特徴とする二軸船。
前記制御機は、前記一方のプロペラの駆動源が出力する回転信号と前記他方のプロペラの駆動源が出力する回転信号とから前記一対のプロペラ間の回転位相差を算出する請求項３に記載の二軸船。