JP2015143097A - 舶用推進装置 - Google Patents
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Abstract
Description
主機関と、嵌合した状態で前記主機関の駆動力をプロペラに伝達するクラッチと、前記プロペラを駆動するモータジェネレータとを備え、前記クラッチを離脱させた状態で行う前記モータジェネレータによるモータ推進と前記クラッチを嵌合させた状態で行う前記主機関及び前記モータジェネレータによるハイブリッド推進とを切り替えて船舶を推進させる舶用推進装置において、
前記モータ推進から前記ハイブリッド推進に切り替える際に、前記主機関の回転数を前記モータジェネレータの回転数よりも大きくした状態で前記クラッチの嵌合を行い、前記クラッチが嵌合した後に前記主機関の回転数を前記モータジェネレータの回転数と同じにするように制御するコントローラを備えたことを特徴としている。
前記クラッチが離脱する離脱回転数を、前記クラッチが嵌合を開始する嵌合開始回転数よりも低い回転数に設定することにより、前記クラッチの嵌合と離脱のハウリングを防止したことを特徴としている。
図1に示すように、実施形態の舶用推進装置1を搭載した船舶2の船尾には、舶用推進装置1のアジマススラスター17の基台部となる台床3が、その底部に固定されている。この台床3の上面側にはギアケース4が取り付けられており、このギアケース4の内部には、図2に示す主機関5に接続されて駆動力を伝達する水平な伝達軸6と、伝達軸6が入力側に接続されたクラッチ7と、クラッチ7の出力側に一端側が接続された水平な入力軸8と、入力軸8の略中央部分に設けられた第1の変向機構である上部ベベルギア9が収納されている。
本実施形態の舶用推進装置1では、運航時、停泊時、陸電受電時、緊急時の各運転状態において、入力軸8の回転数、主機関5の運転状態、クラッチ7の状態、モータジェネレータ20の運転状態、発電機関22の運転状態、蓄電放電機構30の状態等の各項目を、各運転状態に最も適した状態となるように制御している。
図3は、運航時における舶用推進装置1のプロペラ回転数とプロペラ出力の関係を示している。図3に示すように、プロペラ14の回転数が、主機関5のアイドル回転数を越える所定の切替回転数になったところで、モータとして駆動されるモータジェネレータ20のみによるモータ推進(図3中、モータ推進領域)から、主機関5とモータジェネレータ20のモータアシストによるハイブリッド推進(図3中、ハイブリッド領域)に自動的に切り替えるように構成されている。この切り替えが行なわれる切替回転数は、設計上の都合乃至操船者の使用上の都合等により、任意に設定することができる。なお、このモータ単独のモータ推進領域とハイブリッド領域の切り替えは、クラッチ7が嵌合の動作領域に入った場合に後述するコントローラによって自動的に行なわれる。
本実施形態の舶用推進装置1における制御システムを図5に示す。本項では、この制御システムの構成と、基本となる作用について説明する。
同図に示すように、前述したようなモータ推進とハイブリッド推進を適宜切り替えて行なうことができる制御手段として、本実施形態の舶用推進装置1は、操船用のハンドル35と、コントローラ40を備えている。なお、図2を参照して先に説明したように、本実施形態では、アジマススラスター17と駆動制御システムを備えた舶用推進装置1を船舶2の船尾の左右にそれぞれ備えているが、ハンドル35及びコントローラ40も左右の舶用推進装置1ごとにそれぞれ設けられており、左右各組の舶用推進装置1は別々のハンドル35によって互いに独立に制御することができる。
まず、コントローラ40は、モータジェネレータ20の制御モードを速度制御モード又はトルク制御モードに設定する電動機制御モード切替信号と、選択された制御モードでモータジェネレータ20を駆動するためのインバータ指令信号を、双方向インバータ27へ出力する。また次項にて本実施形態の特徴の一つとして詳細に説明するが、コントローラ40では、入力されたハンドル指令信号に対し、指定されたランプ関数に対応した増加率又は減少率のランプ関数出力を算出し、さらにこれに対応した回転数指令をモータジェネレータ20及び主機関5に与えるが、クラッチ7の嵌合の状態に応じてこのランプ関数を切り替える切り替え制御を行う。また、コントローラ40は、主機関5の回転数を指令するためのガバナ速度指令信号を主機関5のガバナ36に出力する。また、コントローラ40は、前述したランプ関数の切り替え制御に伴ってクラッチ7を嵌合状態(ON)又は脱離状態(OFF)とするためのクラッチON/OFF信号を電子コントローラ50に与え、電子コントローラ50はクラッチ7を作動させる油圧系統の電磁弁をクラッチON/OFF信号に基づき制御してクラッチのON/OFF制御を行なう。
以上説明した実施形態の機械的構成において、モータ推進からハイブリッド推進に移行する際の主機関5及びモータジェネレータ20の制御を、本発明とは異なる従来の制御手法で行なった場合について説明する。
図6は、このような従来の制御における主機関5とモータジェネレータ20の時間と回転数の関係を示す図である。このクラッチ嵌合制御では、主機関5とモータジェネレータ20の回転数を同期させてクラッチ7の嵌合を行なうため、モータジェネレータ20による単独のモータ推進においては、主機関5はアイドル回転数で待機させておく。そして、モータジェネレータ20の回転数がアイドル回転数を超えると、コントローラがクラッチ嵌合指令を電子コントローラ50に送り、電子コントローラ50が電磁弁51を作動させて作動油をクラッチ7に供給し、クラッチピストン52を移動させてクラッチを嵌合させる(クラッチ7の構造及びその駆動機構については図10参照)。この時、クラッチピストン52が作動してクラッチ7を嵌合させている間、主機関5とモータジェネレータ20の回転数が停滞してしまい、回転数の上昇がスムーズに行かない場合があった。
図3に示すように、回転数が0〜切替回転数以下となるモータ推進領域では、クラッチ7は離脱状態にしている。この時ハンドル35を操作すると、ハンドル35の操作量に応じてコントローラ40がモータジェネレータ20を速度制御し、入力軸8を介してプロペラ軸13を回転させる。また、従来の制御手法を示す図6(a)と同様に、クラッチ7の嵌合前には主機関5を起動してアイドル回転数で待機させておく。
図9は、コントローラ40の内部でソフトウェアによって行われる機能を示すための図であって、ハンドル35からのハンドル指令信号を受けて行なう主機関5とモータジェネレータ20とクラッチ7の制御機能をブロック図と流れ図で示したものである。図9(a)に示すように、ハンドル35を操作した場合、ハンドル35の操作角度で示されるハンドル指令信号が、ハンドル入力部60で電気信号のハンドル指令信号に変換され、このハンドル指令信号は、ランプ関数A/B設定部61において設定されているランプ関数に応じたランプ関数出力となり、主機関制御やM/G制御に使用される。すなわち、主機関制御及びM/G制御では、このランプ関数出力と回転数指令の関係を定めた図示のような各所定の演算特性に応じて回転数指令信号が主機関5(ガバナ)やM/G20(インバータ)に出力される。ランプ関数切替制御部62は、クラッチ嵌合開始のタイミング又はクラッチ嵌合信号の入力によってランプ関数A/Bの切替フラグをランプ関数A/B設定部61出力し、これによって主機関5とM/G20の制御に必要なランプ関数A又はBへの切替制御が行なわれる。
クラッチ7が嵌合しモータ単独領域からハイブリッド領域に切り替わる際、ハイブリッド領域ではモータジェネレータ20から主機関5にベースロードが変わるために、モータジェネレータ20から主機関5に負荷が移行する。このモータ単独領域からハイブリッド領域への切り替えにおいて、クラッチ7がスリップクラッチであれば、嵌合の際にスリップ領域があるために負荷移行がスムーズに行なわれるので問題はない。
図12に示すように、モータジェネレータ20の回転数が上昇して主機関アイドル回転数を超えると主機関5とモータジェネレータ20の回転数を同期させて回転数を上昇させていく。この時、クラッチ嵌合指令と同時に、モータジェネレータ20から主機関5への負荷の移行による回転数低下を考慮して、主機関5の回転数をモータジェネレータ20の回転数より高く設定して回転数差を設ける。これによって、モータジェネレータ20から主機関5に負荷が移行することによる回転数の低下が抑えられる。モータジェネレータ20の回転数に対し主機関5の回転数を少なくとも約5%増やすことでクラッチ嵌合時の回転数低下を防ぐ実質的な効果があることが本願発明者の実験から判明している。クラッチ嵌合完了にはモータジェネレータ20より回転数を高く変更した主機関5の回転数をモータジェネレータ20の回転数と同一回転数に戻す。その他の制御内容は前記「(3) 制御システムの構成及び基本的作用」及び「(4) クラッチ嵌合時における回転数停滞の解消について」で説明した内容と同一である。
実施形態において、ハイブリッド領域からモータ単独領域になるようにハンドル35を操作すると回転数が低下し、回転数がクラッチ離脱回転数を下回るとクラッチ7の離脱が始まる。クラッチ離脱回転数をクラッチ嵌合開始回転数(主機関アイドル回転数)と同じに設定し、ハンドル35をクラッチ嵌合開始回転数又はクラッチ離脱回転数付近で動かすと、クラッチ嵌合・クラッチ離脱指令がハンチングしてしまう。
2…船舶
3…基台部としての台床
4…ギアケース
5…主機関
6…伝達軸
7…クラッチ
8…入力軸
9…第1の変向機構としての上部ベベルギア
10…ケーシング
11…垂直軸
12…第2の変向機構としての下部ベベルギア
13…プロペラ軸
14…プロペラ
17…アジマススラスター
20…モータジェネレータ(M/G)
40…コントローラ
Claims (2)
- 主機関と、嵌合した状態で前記主機関の駆動力をプロペラに伝達するクラッチと、前記プロペラを駆動するモータジェネレータとを備え、前記クラッチを離脱させた状態で行う前記モータジェネレータによるモータ推進と前記クラッチを嵌合させた状態で行う前記主機関及び前記モータジェネレータによるハイブリッド推進とを切り替えて船舶を推進させる舶用推進装置において、
前記モータ推進から前記ハイブリッド推進に切り替える際に、前記主機関の回転数を前記モータジェネレータの回転数よりも大きくした状態で前記クラッチの嵌合を行い、前記クラッチが嵌合した後に前記主機関の回転数を前記モータジェネレータの回転数と同じにするように制御するコントローラを備えたことを特徴とする舶用推進装置。 - 前記クラッチが離脱する離脱回転数を、前記クラッチが嵌合を開始する嵌合開始回転数よりも低い回転数に設定することにより、前記クラッチの嵌合と離脱のハウリングを防止したことを特徴とする請求項1に記載の舶用推進装置。
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