JP2013124055A - 電気推進船の揺れ抑制装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】船の推進力として電動機を用いた電気推進船において、波や風などの外乱により生じる船体の揺れを、船体への推進力の方向と大きさを高速に追従させることで抑制する、揺れ抑制装置を提供する。
【解決手段】複数台の電動機42,44を各電動機へのトルク配分を調整により船体を旋回制御できるように船体に配置し、外乱により船体に生じる揺れを加速度検出器6で検出して推進方向以外の加速度を打ち消すように各電動機に配分するトルクを演算するトルク指令配分演算器2を具備する。
【選択図】図1
【解決手段】複数台の電動機42,44を各電動機へのトルク配分を調整により船体を旋回制御できるように船体に配置し、外乱により船体に生じる揺れを加速度検出器6で検出して推進方向以外の加速度を打ち消すように各電動機に配分するトルクを演算するトルク指令配分演算器2を具備する。
【選択図】図1
Description
本発明は、推進力に電動機を用いる電気推進船の姿勢制御を行い、波や風などの外乱による船体の揺れ抑制に関するものである。
船体の横揺れを軽減する手法として特許文献1では、船体の横揺れに従って転舵する手法が示されており、図2に基づいて従来の技術を説明する。
図2は、船体1内に舵200、舵角演算器201、推進力発生器202、横揺れ検出器203、方位検出器204、舵角検出器205、推進速度検出器7を備える。
推進力発生器202は、エンジンや電動機の動力をプロペラを介して船体1への推進力として与える。
舵角演算器201は、横揺れ検出器203、方位検出器204、推進速度検出器7、舵角検出器205の情報を入力として横揺れを軽減する方向の舵角指令値を算出して舵200の方向を操舵する。
しかしながら横揺れを軽減させるためには舵200の操作速度を大幅に高速化する必要があると示されており、舵200の転舵による手法では応答性に限界が生じ、揺れを十分に抑制することができない。
解決しようとする問題点は、波や風などによる船体の揺れに対して船体への推進力の方向と大きさ、高速に追従させ、船体の揺れを抑制することである。
請求項1の発明によれば、船体に電動機と該電動機の出力トルクを推進力に変換するプロペラと前記電動機のトルクを制御するトルク制御器と所望の推進力を出力するための前記電動機の出力トルクを演算するトルク指令演算器を備えており、該トルク指令演算器にて演算されたトルク指令を前記トルク制御器に与えることにより前記電動機の出力トルクを制御することで推進する電気推進船において、
複数台の電動機の出力トルクの配分を調整することで旋回動作できるように船体に前記複数台の電動機および各電動機の出力トルクを推進力に変換する複数台のプロペラを配置し、加速度検出器により検出した加速度ベクトルに推進方向指令と同方向または逆方向以外のベクトル成分が含まれる場合には該ベクトル成分を打ち消す方向に前記複数台の電動機の出力トルクの合成ベクトルを出力するように前記各電動機の出力トルクの配分を演算するトルク指令配分演算器を具備し、前記各電動機のトルクを制御する複数のトルク制御器に前記トルク指令配分演算器にて演算したトルク指令を配分することを特徴とする。
複数台の電動機の出力トルクの配分を調整することで旋回動作できるように船体に前記複数台の電動機および各電動機の出力トルクを推進力に変換する複数台のプロペラを配置し、加速度検出器により検出した加速度ベクトルに推進方向指令と同方向または逆方向以外のベクトル成分が含まれる場合には該ベクトル成分を打ち消す方向に前記複数台の電動機の出力トルクの合成ベクトルを出力するように前記各電動機の出力トルクの配分を演算するトルク指令配分演算器を具備し、前記各電動機のトルクを制御する複数のトルク制御器に前記トルク指令配分演算器にて演算したトルク指令を配分することを特徴とする。
請求項2の発明によれば、請求項1に記載のシステムにおいて、
複数台の電動機および各電動機の出力トルクを推進力に変換する複数台のプロペラは、船体の中心から左部と右部に同数台配置され、加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して左前方向にあった場合には、トルク指令配分演算器は船体の中心から左部に配置された電動機郡へのトルク指令を増大させ、右部に配置された電動機郡へのトルク指令を減少場合によっては回生状態とし、前記加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して右前方向にあった場合には、前記トルク指令配分演算器は船体の中心から前記右部に配置された電動機郡へのトルク指令を増大させ、前記左部に配置された電動機郡へのトルク指令を減少場合によっては回生状態とし、前記加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して左後方向にあった場合には、前記トルク指令配分演算器は船体の中心から前記左部に配置された電動機郡へのトルク指令>前記右部に配置された電動機郡へのトルク指令の配分でトルク指令を増大させ、前記加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して右後方向にあった場合には、前記トルク指令配分演算器は船体の中心から前記右部に配置された電動機郡へのトルク指令>前記左部に配置された電動機郡へのトルク指令の配分でトルク指令を増大させることを特徴とする。
複数台の電動機および各電動機の出力トルクを推進力に変換する複数台のプロペラは、船体の中心から左部と右部に同数台配置され、加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して左前方向にあった場合には、トルク指令配分演算器は船体の中心から左部に配置された電動機郡へのトルク指令を増大させ、右部に配置された電動機郡へのトルク指令を減少場合によっては回生状態とし、前記加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して右前方向にあった場合には、前記トルク指令配分演算器は船体の中心から前記右部に配置された電動機郡へのトルク指令を増大させ、前記左部に配置された電動機郡へのトルク指令を減少場合によっては回生状態とし、前記加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して左後方向にあった場合には、前記トルク指令配分演算器は船体の中心から前記左部に配置された電動機郡へのトルク指令>前記右部に配置された電動機郡へのトルク指令の配分でトルク指令を増大させ、前記加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して右後方向にあった場合には、前記トルク指令配分演算器は船体の中心から前記右部に配置された電動機郡へのトルク指令>前記左部に配置された電動機郡へのトルク指令の配分でトルク指令を増大させることを特徴とする。
電動機のトルク応答時間は数十〜数百msと高速なため、船体に配置された複数台の電動機の出力トルクの配分を調整することで高速に船体の推進力の方向と大きさを調整することができ、波や風などによる外乱による船体の揺れを高速に抑制することができる。
波や風などの外乱により生じる回転方向の船体への揺れを高速に抑制するという目的を実現した。
図1および図3に本発明の請求項1および請求項2の実施例を示し、図1および図3に基づいて本発明の詳細な説明をする。
図1の電気推進船は、トルクを発生する電動機を4台用いた例であり、船体1に電動機41〜44、プロペラ51〜54、トルク制御器31〜34、トルク指令配分演算器2、加速度検出器6、推進速度検出器7を備える。
トルク指令配分演算器2は、加速度検出器6の情報、推進速度検出器7の情報、推進方向指令8、推進速度指令9を入力として、トルク制御器31〜34のそれぞれにトルク指令を与える。
トルク制御器31〜34はトルク指令配分演算器2より与えられたトルク指令に基づいて電動機41〜44の出力トルクを制御する。
電動機41〜44により発生されたトルクはプロペラ51〜54を介して船体に推進力を与える。
電動機41〜44およびそれらに取り付けられるプロペラ51〜54は、電動機41〜44の出力トルクの配分により船体1に旋回力を与えられるように配置される。
図1の例では船体1の中心から見て右上に電動機41とプロペラ51、右下に電動機42とプロペラ52、左上に電動機43とプロペラ53、左下に電動機44とプロペラ54を配置している。
加速度検出器6は加速度センサーまたは加速度オブザーバにより船体1にかかる加速度を船体の推進方向(X軸)、推進方向と垂直な方向(Y軸)、船体の上下方向(Z軸)それぞれについて検出する。
推進速度検出器7は船体1の推進速度を速度センサーまたは速度オブザーバにて検出する。
加速度検出器6から得られたX軸とY軸の加速度の合成ベクトルの方向がX軸方向のみで推進方向指令8と一致している場合すなわち加速中の場合、または推進方向指令8と正反対すなわち減速中の場合にはトルク指令配分演算器2はトルク制御器31〜34に均等にトルク指令を分配し、推進速度検出器7の情報が推進速度指令9となるようにトルク指令の大きさを調整する。
加速度検出器6から得られたX軸とY軸の加速度の合成ベクトルの方向が推進方向となるX軸のみでなくY軸方向のベクトルが存在する場合には、トルク指令配分演算器2は加速度の合成ベクトルの方向が推進方向指令8と一致するようにトルク制御器31〜34へのトルク指令の配分比率を演算し、かつ推進速度検出器7の情報が推進速度指令9と一致するようにトルク指令の大きさを演算する。
例えば、波や風などの影響により外乱10が図3の矢印の示す方向で入力され、加速度検出器6から得られたX軸とY軸の加速度の合成ベクトルの方向が図3のAのベクトルの場合、Y軸方向のベクトルを打ち消す方向に船体1の合成トルクを出力することによって船体にかかるY軸方向の揺れ抑制すると共に推進方向を推進方向指令9と一致されることができる。
図3の例においては、船体の合成トルクとして図3のBのベクトルを出力すれば良く、トルク指令配分演算器2からのトルク指令としてはトルク制御器33とトルク制御器34へのトルク指令を力行側に対して大きくし、トルク制御器31とトルク制御器32へのトルク指令を力行側に対して小さくするか更には回生側トルク指令とする。
一般に電動機のトルク応答時間は数十〜数百msとエンジンの応答や舵の方向変更に要する時間よりも速く、波や風などの外乱による船体の揺れに対しては素早く抑制作用が働き、船体の揺れを軽減することが可能である。
本発明により波や風などの外乱により生じる回転方向の船体の揺れを抑制することができ乗り心地の向上や積荷への衝撃を緩和することができるので産業上の利用の可能性は大いにある。
1 船体
2 トルク指令配分演算器
31〜34 トルク制御器
41〜44 電動機
51〜54 プロペラ
6 加速度検出器
7 推進速度検出器
8 推進方向指令
9 推進速度指令
10 外乱(波)
200 舵
201 舵角演算器
202 推進力発生器
203 横揺れ検出器
204 方位検出器
205 舵角検出器
2 トルク指令配分演算器
31〜34 トルク制御器
41〜44 電動機
51〜54 プロペラ
6 加速度検出器
7 推進速度検出器
8 推進方向指令
9 推進速度指令
10 外乱(波)
200 舵
201 舵角演算器
202 推進力発生器
203 横揺れ検出器
204 方位検出器
205 舵角検出器
Claims (2)
- 船体に電動機と該電動機の出力トルクを推進力に変換するプロペラと前記電動機のトルクを制御するトルク制御器と所望の推進力を出力するための前記電動機の出力トルクを演算するトルク指令演算器を備えており、該トルク指令演算器にて演算されたトルク指令を前記トルク制御器に与えることにより前記電動機の出力トルクを制御することで推進する電気推進船において、
複数台の電動機の出力トルクの配分を調整することで旋回動作できるように船体に前記複数台の電動機および各電動機の出力トルクを推進力に変換する複数台のプロペラを配置し、加速度検出器により検出した加速度ベクトルに推進方向指令と同方向または逆方向以外のベクトル成分が含まれる場合には該ベクトル成分を打ち消す方向に前記複数台の電動機の出力トルクの合成ベクトルを出力するように前記各電動機の出力トルクの配分を演算するトルク指令配分演算器を具備し、前記各電動機のトルクを制御する複数のトルク制御器に前記トルク指令配分演算器にて演算したトルク指令を配分することを特徴とする電気推進船の揺れ抑制装置。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、
複数台の電動機および各電動機の出力トルクを推進力に変換する複数台のプロペラは、船体の中心から左部と右部に同数台配置され、加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して左前方向にあった場合には、トルク指令配分演算器は船体の中心から左部に配置された電動機郡へのトルク指令を増大させ、右部に配置された電動機郡へのトルク指令を減少場合によっては回生状態とし、前記加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して右前方向にあった場合には、前記トルク指令配分演算器は船体の中心から前記右部に配置された電動機郡へのトルク指令を増大させ、前記左部に配置された電動機郡へのトルク指令を減少場合によっては回生状態とし、前記加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して左後方向にあった場合には、前記トルク指令配分演算器は船体の中心から前記左部に配置された電動機郡へのトルク指令>前記右部に配置された電動機郡へのトルク指令の配分でトルク指令を増大させ、前記加速度検出器により検出した加速度ベクトルが推進方向指令に対して右後方向にあった場合には、前記トルク指令配分演算器は船体の中心から前記右部に配置された電動機郡へのトルク指令>前記左部に配置された電動機郡へのトルク指令の配分でトルク指令を増大させることを特徴とする電気推進船の揺れ抑制装置。
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JP2021054353A (ja) * | 2019-10-01 | 2021-04-08 | 富士電機株式会社 | 船舶用電気推進システムおよび船舶 |
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