JP2019516615A - 船舶の推進ユニットの振動を制御するための方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

推進ユニット（２０）が、船舶（１０）の船体（１１）から突出する支持アームを形成する上側部分（２２）と、少なくとも１つのプロペラ（５５）が取り付けられたプロペラシャフト（４１）を備えた長手方向区画を形成する下側部分（２３）とを有するフレーム構造（２１）、およびプロペラシャフト（４１）を駆動する第１の電気モータ（３０）を有する。方法が、少なくとも１つの測定デバイス（３００）によって推進ユニット（２０）の振動を測定するステップと、測定された振動信号に基づいて第１の補助トルク制御信号（Ｔｑ１１）を形成するステップと、第１の電気モータ（３０）の第１のトルクコントローラ（２３０）によって生成された第１のトルク制御信号（Ｔｑ１）に第１の補助トルク制御信号（Ｔｑ１１）を加えるステップとを含む。第１の補助トルク信号（Ｔｑ１１）は測定された振動に反して作用する。

Description

本発明は、船舶の推進ユニットの振動を制御するための方法および制御装置に関する。

従来の解決策において、推進ユニットの能動的振動制御が、振動を減衰させるために推進ユニットに作用するように配置された１または複数の別個のアクチュエータによって達成されてきた。振動は適切なセンサを用いて測定され、アクチュエータは、振動に対する反力（カウンターフォース）を生成するために振動測定値に基づいて作動される。

推進ユニット内の振動は、異なる発生源から生じ得る。推進ユニット内の回転する質量体に由来する周期的なインパルス（衝撃）は最も重大な振動源である。これらのインパルスは、回転する質量体の不均衡、および水中のプロペラの回転によって引き起こされる。プロペラのブレードは、ブレード周波数にインパルスを生成し、これは、プロペラの回転速度にプロペラのブレード数を掛け合わせることによって計算される。また、推進ユニットに沿って流れる水流もインパルスを生成する。トルクコントローラが第１の電気モータの第１の電力変換器のスイッチを制御するとき、第１の電気モータおよびトルク接続周波数によってさらなるインパルスが生成される。また、隣接する推進ユニットが、上記推進ユニットに周期的なインパルスを生成させることもある。推進ユニットは、例えば推進ユニットが回動されて斜めの水流に曝されるたびに振動を受けるであろう。

本発明の目的は、船舶の推進ユニットの振動を制御するための改良された方法および改良された制御装置である。

船舶の推進ユニットの振動を制御するための方法が請求項１に規定される。

船舶の推進ユニットの振動を制御するための制御装置が請求項１０に規定される。

この推進ユニットは、
上側部分および下側部分を有するフレーム構造であって、上側部分は、船舶の船体から外側に突出する支持アームを形成し、下側部分は、第１の端部および反対側の第２の端部を有する長手方向区画を形成している、フレーム構造と、
フレーム構造の下側部分内に配置されたプロペラシャフトと、
プロペラシャフトに取り付けられた少なくとも１つのプロペラと、
プロペラシャフトを駆動する第１の電動モータと
を有する。

上記方法は、
推進ユニットの振動を少なくとも１つの測定デバイスによって測定するステップと、
測定された振動信号に基づいて第１の補助トルク制御信号を形成するステップと、
第１の電気モータの第１のトルクコントローラによって生成された第１のトルク制御信号に第１の補助トルク制御信号を加えるステップであって、第１の補助トルク制御信号は測定された振動に反して作用し、それにより振動を減衰させるステップと
を含む。

上記制御装置は、
推進ユニットの振動を測定するための少なくとも１つの測定デバイスと、
第１電気モータへのトルク制御信号を生成するための第１のトルクコントローラと、
少なくとも１つの測定デバイスから、測定された振動を入力信号として受け取る第１の追加トルクコントローラと、
測定された振動信号に基づいて、第１の補助トルク制御信号を生成するための第１の能動的振動コントローラと
を有し、
それにより第１の補助トルク制御信号が、第１の電気モータの第１のトルクコントローラによって生成された第１のトルク制御信号に加えられ、第１の補助トルク制御信号は、測定された振動に反して作用し、それにより振動を減衰させる。

本発明では、船舶の推進ユニットの振動を制御するための新規の方法および装置を使用することによって、振動の発生が低減され、また発生した振動が減衰される。推進ユニットの振動は少なくとも１つの測定デバイスを用いて測定することができ、この少なくとも１つの測定デバイスの出力信号は、第１の電気モータの第１のトルクコントローラによって生成される第１のトルク制御信号に加えることができる第１の補助トルク制御信号を生成するためにフィルタリングされてもよい。第１の補助トルク制御信号は、推進ユニットの測定された振動と反対の方向に作用する。

推進ユニットの主固有振動は、推進ユニットの長手方向と、推進ユニットの横方向または側面同士を結ぶ方向（ｓｉｄｅ ｔｏ ｓｉｄｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）と、推進ユニットの回転方向とで発生し、あるいはこれらの任意の組み合わせとして生成される。１または複数の測定デバイスが、これらの３つの方向において推進ユニットの振動を測定するために使用され得る。

本発明の方法において、振動に対する反力を生じさせる外部アクチュエータを使用する必要はない。反作用（カウンターアクション）は補助トルク制御信号によって電気モータ内で生成される。

以下では添付の図面を参照して、好ましい実施形態によって本発明をより詳細に説明する。

船舶の推進ユニットの長手方向の垂直断面を示す図である。 図１の推進ユニットの横方向の垂直断面を示す図である。 図１の推進ユニットの水平断面を示す図である。 測定デバイスを備えた図１の推進ユニットの水平断面を示す図である。 推進ユニットのプロペラシャフトを駆動する第１の電気モータの能動的振動制御の主フローチャートを示す図である。 船舶に関連して推進ユニットの回転を駆動する第２の電気モータの能動的振動制御の主フローチャートを示す図である。

図１は、船舶の推進ユニットの長手方向の垂直断面を示す。船舶１０は二重底を、すなわち船舶の船体を形成する第１の外側底１１と、第２の内側底１２とを有していてもよい。推進ユニット２０は、上側部分２２と下側部分２３とを含むフレーム構造２１を有していてもよい。

推進ユニット２０のフレーム構造２１の上側部分２２は、船舶１０のシェル１１から外側に延びる支持アームを形成していてもよい。フレーム構造２１の中空の上側部分２２は、船舶１０の船体１１から実質的に垂直に下向きに延びていてもよい。推進ユニット２０は、フレーム構造２１の上側部分２２の上端部を介して船舶１０に回転可能に取り付けられることができ、それにより推進ユニット２０は、回転の中心軸線Ｙ−Ｙの周りで３６０度回動することができる。通路Ｐ１が、船舶１０の第１の外側底１１から第２の内側底１２まで、船舶１０の底部に形成されていてもよい。フレーム構造２１の上側部分２２の上端部は上部ブロック６０に接続されていてもよい。上部ブロック６０は通路Ｐ１を通過していてもよく、また旋回軸受６１によって船舶１０の船体に回転可能に取り付けられていてもよい。上部ブロック６０は、概ね円筒形状を有していてもよい。上部ブロック６０は、別個の部品である代わりに、フレーム構造２１の上側部分２２の上端部によって形成されていてもよい。海水と船舶１０の船体の内部との間にシールを形成するために、旋回シール６２が旋回軸受６１の下に配置していてもよい。

推進ユニット２０のフレーム構造２１の下側部分２３は、第１の端部２３Ａと第２の反対側の端部２３Ｂとを有する、本質的に水平に延びる長手方向の中空区画を形成していてもよい。回転の中心軸線Ｘ−Ｘを備えたプロペラシャフト４１が、フレーム構造２１の下側部分２３内に位置していてもよい。プロペラシャフト４１は、互いに離れて軸線Ｘ−Ｘに位置する軸受５１、５２によってフレーム構造２１の下側部分２３内に支持されていてもよい。プロペラ５５が、フレーム構造２１の下側部分２３から突出するプロペラシャフト４１の少なくとも一方の端部に取り付けられていてもよい。第１の電気モータ３０がプロペラシャフト４１を駆動してもよい。プロペラシャフト４１の第１の端部４１Ａは、第１の電気モータ３０に接続されていてもよく、またプロペラシャフト４１の第２の端部４１Ｂはフレーム構造２１の下側部分２３の船尾端部２３Ｂから突出していてもよい。プロペラ５５は、プロペラシャフト４１の第２の外側端部４１Ｂに接続されていてもよい。プロペラシャフト４１の回転の中心軸線Ｘ−Ｘは、推進ユニット２０の軸線と長手方向を形成する。プロペラシャフト４１は一体部片のシャフトであってよく、または複数の部品に分割されることもできる。

プロペラシャフト４１の軸受５１、５２は、第１の電気モータ３０の軸線Ｘ−Ｘの反対側に配置されていてもよい。フレーム構造２１の下側部分２３の第２の端部２３Ｂにある第１の軸受５１は、有利には、ラジアル軸受であってもよい。フレーム構造２１の下側部分２３の第２の端部２３Ａにある第２の軸受５２は、有利には、ラジアル軸受と滑りスラスト軸受とを含むハイブリッド軸受であってもよく、または様々なタイプおよび数量のローラー軸受からなるものとすることができる。滑りスラスト軸受、または種々のローラー軸受の組み合わせが、プロペラシャフト４１の軸線方向荷重を受ける。

回転部材７０が、船舶１０の船体１１内に配置されてもよい。回転部材７０は、上部ブロック６０に取り付けられる。回転部材７０は、第２の電気モータ８０によって回転の中心軸線Ｙ−Ｙの周りで３６０度回動することができる。第２の電気モータ８０は、回転部材７０を駆動することができる。回転部材７０は、ギヤホイールによって形成されてもよい。第２の電気モータ８０は、第２のシャフト８１を介してピニオンホイール８２に接続されてもよく、またピニオンホイール８２の歯は、ギヤホイール７０の歯に接続されていてもよい。ギヤホイール７０に接続されるいくつかの類似の第２の電気モータ８０が必然的に存在し得る。ギヤホイール７０の回転は、推進ユニット２０を回動させる。ギヤホイール７０は、中央に穴を備えたリング形状を有していてもよい。ギヤホイール７０の歯は、ギヤホイール７０の外縁部または内縁部に位置することができる。

さらに、船舶１０内のエンジン９０と、シャフト９１によってエンジン９０に接続された発電機９２とがあってもよい。エンジン９０は船舶１０に使用される従来の燃焼エンジンであってもよい。発電機９２は、船舶１０および推進ユニット２０に必要とされる電気エネルギーを生成する。船舶１０内には、いくつかの燃焼エンジン９０および発電機９２が存在し得る。

さらにギヤホイール７０に関連してスリップリング装置６３があってもよい。第１のケーブル９５によって発電機９２からスリップリング装置６３に電力が送られてもよい。電力はさらに、第２のケーブル３５によって、スリップリング装置６３から第１の電気モータ３０に送られてもよい。スリップリング装置６３は、船舶１０の固定船体１１と回転推進ユニット２０との間で電力を送るために必要とされる。

プロペラ５５は牽引プロペラであってもよく、それにより船舶１０の進行方向が矢印Ｌ１の方向となる。プロペラ５５は、他方では、後押しプロペラであってもよく、それにより船舶１０の進行方向が矢印Ｌ２で示される反対方向となる。推進ユニット２０は、フレーム構造２１の下側部分２３の各端部にプロペラを備えていてもよい。図は単一のプロペラ５５を示しているが、単一のプロペラ５５を２つの逆回転プロペラで置き換えることもできる。

図は、推進ユニット２０の長手方向Ｌ１、Ｌ２を示している。推進ユニット２０は長手方向Ｌ１、Ｌ２に振動してもよく、これは、推進ユニット２０が推進ユニット２０の支持点に関して旋回軸受６１のところで長手方向Ｌ１、Ｌ２に揺動運動を行うことを意味する。

図２は、図１の推進ユニットの横方向の垂直断面を示す。図は、推進ユニット２０の長手方向Ｌ１、Ｌ２に垂直な推進ユニット２０の横方向Ｔ１、Ｔ２を示す。推進ユニット２０は、推進ユニット２０は横方向Ｔ１、Ｔ２に振動する（揺れる）ことができ、これは、推進ユニット２０が推進ユニット２０の支持点に関して旋回軸受６１のところで横方向Ｔ１、Ｔ２に揺動運動を行うことを意味する。

図３は、図１の推進ユニットの水平断面を示している。図は、推進ユニット２０の回転方向Ｒ１、Ｒ２を示し、推進ユニット２０は回転の中心軸線Ｙ−Ｙを中心に回動する。推進ユニット２０は、推進ユニット２０の回転方向Ｒ１、Ｒ２に振動することができ、これは、推進ユニット２０が、回転の中心軸線Ｙ−Ｙの周りで往復動することを意味する。

図４は、測定デバイスを備えた図１の推進ユニットの水平断面を示す。推進ユニット２０は、推進ユニット２０の長手方向Ｌ１、Ｌ２振動を測定するために少なくとも１つの測定デバイス３１０、３２０を、有利には第１の組の測定デバイス３１０、３２０を備えることができる。推進ユニット２０は、推進ユニット２０の横方向Ｔ１、Ｔ２振動を測定するために少なくとも１つの測定デバイス３３０、３４０を、有利には第２の組の測定デバイス３３０、３４０をさらに備えることもできる。推進ユニット２０はまた、推進ユニット２０の回転Ｒ１、Ｒ２振動を測定するために少なくとも１つの測定デバイス３５０、３６０を、有利には第３の組の測定デバイス３５０、３６０をさらに備えることができる。これは有利な解決手段であるが、２以上の方向の振動を測定する測定デバイスの組み合わせもまた使用することができる。測定デバイス３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０は、以下において一般的に参照番号３００で示される。

長手方向振動を測定する第１の組の測定デバイス３１０、３２０は、フレーム構造２１の下側部分２３内の長手方向中心軸線Ｘ−Ｘの反対側の長手方向端部でプロペラシャフト４１の高さに配置することができる。横方向振動を測定する第２の組の測定デバイス３３０、３４０は、フレーム構造２１の下側部分２３内の垂直中心軸線Ｙ−Ｙの反対側の横方向側に、プロペラシャフト４１の高さに配置することができる。回転振動を測定する第３の組の測定デバイス３５０、３６０は、フレーム構造２１の下側部分２３内の長手方向中心軸線Ｘ−Ｘの反対側の長手方向端部でプロペラシャフト４１の高さに配置することができる。一方で、第１の組の測定デバイス３１０、３２０および第２の組の測定デバイス３３０、３４０は、フレーム構造２１の下側部分２３の中央部分においてシャフトラインに配置されることができる。他方で、第３の組の測定デバイス３５０、３６０は、船舶１０内の旋回軸受６１の高さに配置されることができる。

振動による推進ユニット２０の動きに応じて、任意の種類の測定デバイス３００を使用することができる。測定デバイス３００は、例えば動きまたは加速度を測定する歪みゲージまたはセンサ、またはレーザビームに基づく測定デバイス、またはカメラまたはビデオカメラに基づく測定デバイスとすることができる。歪みゲージはひずみを測定し、それにより、推進ユニット２０の動きが測定したひずみから算出される。レーザビームは推進ユニット２０内に配置され、光感応レシーバに向けられることができる。光感応レシーバ上のレーザビームの衝突点は、推進ユニット２０が振動すると変化するであろう。推進ユニット２０の長手方向Ｌ１、Ｌ２振動を測定する少なくとも１つの測定デバイス３１０、３２０または第１の組の測定デバイス３３０、３４０は、プロペラシャフト４１の高さにおいて推進ユニット２０内に配置することができる。推進ユニット２０の横方向Ｔ１、Ｔ２振動を測定する少なくとも１つの測定デバイス３３０、３４０または第２の組の測定デバイス３３０、３４０は、プロペラシャフト４１の高さにおいて推進ユニット２０内に配置することができる。これは、縦方向および横方向の反作用が生じるレベルにプロペラシャフト４１の高さがあるという意味で有利である。推進ユニット２０の回転Ｒ１、Ｒ２振動を測定する少なくとも１つの測定デバイス３５０、３６０または第３の組の測定デバイス３５０、３６０は、プロペラシャフト４１の高さに、または旋回軸受６１に関連して配置することができる。測定デバイス３００は、推進ユニット２０内に、または推進ユニット２０の外側表面上に、または船舶１０内に、または船舶１０の外側表面上に配置することができる。

回転シャフトライン３０、４１、５１、５２（電気モータ３０、シャフト４１、および軸受５１、５２）およびプロペラ５５から生じる周期的なインパルスは、推進ユニット２０内の主要な振動源である。これらのインパルスは、回転質量の不均衡および水中のプロペラ５５の回転によるものである。プロペラ５５のブレードはブレード周波数のインパルスを生成し、これは、プロペラ５５の回転速度とプロペラ５５のブレード数の積である。また、推進ユニット２０に沿って流れる水流がインパルスを生成する。さらなるインパルスが、第１の電気モータ３０、および第１の電気モータ３０を駆動する第１の電力コンバータのトルクスイッチング周波数によって生成される。また、この推進ユニットに対して隣接する推進ユニットが周期的なインパルスを発生し得る。推進ユニットの振動が集中する３つの重要な方向がある。これらの方向は、推進ユニット２０の長手方向Ｌ１、Ｌ２、推進ユニット２０の横方向Ｔ１、Ｔ２または側面同士を結ぶ方向、および推進ユニット２０の回転方向Ｒ１、Ｒ２である。また、これら３つの方向の振動の任意の組み合わせによって引き起こされる振動もある。

図５は、推進ユニットのプロペラシャフトを駆動する第１の電気モータの能動的振動制御の主要なフローチャートを示す。

第１の電気モータ３０の主制御回路は速度制御を含み、それに続いてロータシャフトトルク制御が行われる。第１の電気モータ３０のロータの実際の回転速度２２０および第１の電気モータ３０のロータの回転速度の設定値２１０の両方が微分器に供給される。微分器の出力、すなわちロータの回転速度の設定値とロータの回転速度の実際の値との差が、第１のトルクコントローラ２３０に供給される。追加の第１のトルクコントローラ１００が、第１の電気モータ３０のトルク制御に追加される。１または複数の測定デバイス３００が、所望の１または複数の方向の推進ユニット２０の振動を測定し、測定された振動値は、第１の能動的振動コントローラ１２０に送られる。第１の能動的振動コントローラ１２０にといて、測定された振動信号が処理され、第１の補助トルク制御信号が形成される。第１の能動的振動コントローラ１２０の出力は加算器に供給され、またこの加算器には第１のトルクコントローラ２３０の出力も供給される。第１の能動的振動コントローラ１２０の出力はしたがって第１のトルクコントローラ２３０の出力に加えられ、加算器の出力は、第１の電気モータ３０のトルクを制御するために使用される。

第１の電気モータ３０に直接作用する能動的振動制御を用いることによって、振動の出現が防止され、且つ／または出現した振動が減衰される。推進ユニット２０の振動は、それぞれの方向の少なくとも１つの測定デバイス３００で測定され、この少なくとも１つの測定デバイス３００の出力信号は、第１のトルクコントローラ２３０によって生成された第１のトルク制御信号Ｔｑ１に加えられる第１の補助トルク制御信号Ｔｑ１１を生成するために使用される。加えられた第１の補助トルク制御信号Ｔｑ１１の値は、第１のトルクコントローラ２３０によって生成された第１のトルク制御信号Ｔｑ１の値を増加または減少させ、それにより、第１の電気モータ３０内の振動に対する反作用を生成する。この反作用は、推進ユニット２０内の振動を減衰させる。

制御装置は、船舶１０の長手方向Ｌ１、Ｌ２における推進ユニット２０の振動を測定する少なくとも１つの測定デバイス３１０、３２０を、有利には第１の対の測定デバイス３１０、３２０を有していてもよい。第１の補助トルク信号Ｔｑ１１は少なくとも１つのプロペラ５５により反作用推力（反作用スラスト）を発生させることができ、それにより反作用推力が推進ユニット２０の長手方向Ｌ１、Ｌ２振動に対して反対方向に作用し、したがってこの反作用推力により振動が減衰される。第１の補助トルク信号Ｔｑ１１は、少なくとも１つのプロペラ５５が第１のトルク信号Ｔｑ１に応じて生成する推力を増加または減少させる。推進ユニット２０が推力の方向と反対の長手方向Ｌ１、Ｌ２に揺動したとき推力は増加され、その逆も同じである。

制御装置はさらに、船舶１０の横方向Ｔ１、Ｔ２における推進ユニット２０の振動を測定する少なくとも１つの測定デバイス３３０、３４０を、有利には第２の対の測定デバイス３３０、３４０を有していてもよい。第１の補助トルク信号Ｔｑ１１は、第１の電気モータ２０およびプロペラ５５の回転慣性（イナーシャ）を利用して反作用曲げモーメントを発生させ、それにより反作用曲げモーメントが推進ユニット２０の横方向Ｔ１、Ｔ２振動に対して反対方向に作用し、したがってこの反作用曲げモーメントによって振動が減衰される。第１の補助トルク信号Ｔｑ１１は、第１の電気モータ３０が第１のトルク信号Ｔｑ１に応じて推進ユニット２０内に生成する曲げモーメントを増加または減少させる。推進ユニット２０が曲げモーメントの方向と反対の横方向Ｔ１、Ｔ２に揺動したとき曲げモーメントは増加され、その逆も同じである。

制御装置はさらに、船舶１０の長手方向Ｌ１、Ｌ２における推進ユニット２０の振動を測定する少なくとも１つの測定デバイス３１０、３２０を、有利には第１の対の測定デバイス３１０、３２０を有していてもよく、また船舶１０の横方向Ｔ１、Ｔ２における推進ユニット２０の振動を測定する少なくとも１つの測定デバイス３３０、３４０を、有利には第２の対の測定デバイス３３０、３４０を有していてもよい。船舶１０の長手方向Ｌ１、Ｌ２および船舶１０の横方向Ｔ１、Ｔ２におけるにおける推進ユニット２０の振動の測定は同時になされることができ、また反作用推力および反作用曲げモーメントは同時に生成されることができる。

図６は、船舶に関連して推進ユニットの回転を駆動する第２の電気モータの能動的な振動制御の主要なフローチャートを示している。第２の電気モータの能動的振動制御は、第１の電気モータの能動的振動制御に対応する。

第２の電気モータ８０の主制御回路は速度制御を含み、それに続いてロータシャフトトルク制御が行われる。第２の電気モータ８０のロータの実際の回転速度２２５および第２の電気モータ８０のロータの回転速度の設定値２１５の両方が微分器に供給される。微分器の出力、すなわちロータの回転速度の設定値とロータの回転速度の実際の値との差が第２のトルクコントローラ２３５に供給される。第２の追加のトルクコントローラ１０５が、第２の電気モータ８０のトルク制御に追加される。１または複数の測定デバイス３００が、所望の１または複数の方向における推進ユニット２０の振動を測定し、測定された振動値は第２の能動的振動コントローラ１２５に供給される。第２の能動的振動コントローラ１２５において、測定された振動信号が処理され、第２の補助トルク制御信号が生成される。第２の能動的振動コントローラ１２５の出力は加算器に供給され、またこの加算器には、第２のトルクコントローラ２３５の出力も供給される。第２の能動的振動コントローラ１２５の出力はしたがって第２のトルクコントローラ２３５の出力に加えられ、加算器の出力は、第２の電気モータ８０のトルクを制御するために使用される。

第２の電気モータ８０に直接作用する能動的振動制御を用いることによって、振動の出現が防止され、且つ／または出現した振動が減衰される。推進ユニット２０の振動は、回転方向における少なくとも１つの測定デバイス３００で測定され、この少なくとも一つの測定デバイス３００の出力信号は、第２のトルクコントローラ２３５によって生成された第２のトルク制御信号Ｔｑ２に加えられる第２の補助トルク制御信号Ｔｑ１２を生成するために使用される。加えられた第２の補助トルク制御信号Ｔｑ１２の値は、第２のトルクコントローラ２３５によって生成された第２のトルク制御信号Ｔｑ２の値を増加または減少させ、それにより、第２の電気モータ８０内の振動に対する反作用を生成する。この反作用は、推進ユニット２０内の振動を減衰させる。

回転振動は、加速度を測定する１組のセンサで測定することができる。これらのセンサは、フレーム構造の下側部分２３の長手方向端部でシャフトの高さに配置することができる。回転振動を定めるために２つのセンサの測定信号の差を計算することができる。一方で、回転振動は、第２の電気モータ８０の旋回トルクを測定することによって決定されてもよい。次いで、対応する第２の補助トルク制御信号Ｔｑ１２が、第２のトルク制御信号Ｔｑ２に加えられてもよい。

第２の補助トルク信号Ｔｑ１２は、第２のトルク信号Ｔｑ２に応じて第２の電気モータ８０が推進ユニット２０内に生成する操舵トルクを増加または減少させる。推進ユニット２０が回転の方向と反対の回転方向Ｒ１、Ｒ２に揺動したとき操舵トルクが増加され、その逆も同じである。

本発明による推進ユニットの振動を制御するための制御装置は、
推進ユニット２０の振動を測定するための少なくとも１つの測定デバイス３００と、
第１の電気モータ３０へのトルク制御信号（Ｔｑ１）を生成するための第１のトルクコントローラ２３０と、
少なくとも１つの測定デバイス（３００）からの、測定された振動を入力信号として受け取る第１の追加トルクコントローラ１００と、
測定された振動信号に基づいて第１の補助トルク制御信号Ｔｑ１１を生成するための第１の能動的振動コントローラ１２０と
を有し、
それによって第１の補助トルク制御信号Ｔｑ１１が、第１の電気モータ３０の第１のトルクコントローラ２３０によって生成された第１のトルク指令信号Ｔｑ１に加えられ、この第１の補助トルク制御信号Ｔｑ１１は測定された振動に反して作用し、それにより振動が減衰される。

本発明による推進ユニット２０の振動を制御するための方法は、
少なくとも１つの測定デバイス３００によって推進ユニット２０の振動を測定するステップと、
測定された振動信号に基づいて第１の補助トルク制御信号Ｔｑ１１を形成するステップと、
第１の電気モータ３０の第１のトルクコントローラ２３０によって生成された第１のトルク制御信号Ｔｑ１に第１の補助トルク信号Ｔｑ１１を加えるステップであって、この第１の補助トルク制御信号Ｔｑ１１は推進ユニット２０の測定された振動に反して作用し、それにより振動を減衰させるステップと
を含む。

測定された振動信号はフィルタリングすることができ、また帯域フィルタを使用して振動を減衰させるために使用されるように制御信号を作ることができ、帯域フィルタは、推進ユニット２０のそれぞれの方向、すなわち長手方向Ｌ１、Ｌ２、横方向Ｔ１、Ｔ２、および回転方向Ｒ１、Ｒ２における１または複数の主固有周波数のために調整されている。位相コントローラもまた、測定された動きすなわち測定された振動が最小化されるように、減衰（制動）トルクの位相を制御するために使用することがでる。

推進ユニット２０の振動を測定するための測定デバイスは、例えば、関心のある方向のそれぞれにおける推進ユニット２０の加速度を測定する加速度センサであってもよい。それぞれの方向において推進ユニット２０の振動によって生じる加速度は、加速度センサによって測定される。加速度センサの出力は積分器を通過させることができ、それにより積分器の出力が振動の速度を表すことになる。積分器の出力は、その後、それぞれの方向の主固有周波数のために調整された（チューンされた）帯域フィルタを通して方向付けられることができる。帯域フィルタの出力は、その後、補助トルク制御信号Ｔｑ２として使用されることができ、それにより、電気モータ３０、８０トルクコントローラ２３０、２３５によって生成されたトルク制御信号Ｔｑ１を増加または減少させて、振動を減衰させる。

推進ユニット２０の動的運動は、以下の式（１）で表すことができる。

ここで、uは、それぞれの方向における推進ユニット２０の変位を示し、

は、それぞれの方向における推進ユニット２０の速度を示し、

は、それぞれの方向における推進ユニット２０の加速度を示し、mは、推進ユニット２０の質量を示し、cは、推進ユニット２０の減衰を示し、kは、推進ユニット２０の剛性を示し、F(t)は、力を時間の関数として示す。

それぞれの方向における推進ユニット２０の速度

を表す帯域フィルタの出力信号は、式（１）の速度係数を制御するために使用することができる。この考えは、例えば測定された振動から速度依存力を計算することによって、推進ユニット２０の振動に影響を与えることにある。推進ユニット２０は、この速度依存力を、振動を減衰させる減衰の増加として見るであろう。

推進ユニット２０は、例えば長手方向Ｌ１、Ｌ２における２つの主固有周波数、および横方向Ｔ１、Ｔ２における１つの主固有振動数を被る。長手方向の主固有周波数は、３．６Ｈｚおよび７．５Ｈｚとすることができ、横方向の主固有周波数は５Ｈｚとすることができる。

この状況は、両方向のために別個の補助トルク信号を生成することによって容易に処理することができる。長手方向振動の制御のための補助トルク信号は、長手方向振動周波数３．６Ｈｚおよび７．５Ｈｚにアクティブであり、横方向振動周波数５Ｈｚには非アクティブである。横方向振動の制御のための補助トルク信号は、横方向振動周波数５Ｈｚに作用し、長手方向振動周波数３．６Ｈｚおよび７．５Ｈｚには作用しない。２つの方向の補助トルク信号の間には干渉がなく、または限定的な干渉しかない。

しかしながら、長手方向振動周波数のいくつかが横方向振動周波数のいくつかに非常に近い状況においても本発明を使用することが可能である。これは、多変数制御技術によって処理することができる。そのアルゴリズムは、長手方向および横方向の振動信号を同時に受け取り、そして両方向の振動信号に基づいて適切な合成補助トルク制御信号を計算するであろう。

本発明は、船舶内のそれぞれの３つの方向における振動をまず測定することによって実施することができる。その後、各方向に対して適切な帯域フィルタが選択される。その後、各方向の補助トルク制御信号が形成され、そして帯域フィルタを調整するため、および補助トルク制御信号のための適切な増幅を決定するために、１または複数の推進ユニットを備えた船舶内で試験される。

補助トルク信号の値は、それぞれの電気モータ３０、８０トルクコントローラ２３０、２３５によって生成される最大トルク値の１〜２０％の範囲に、有利には１〜３％の範囲にレーティングする（比率を決める）ことができる。

本発明は、電力変換装置（ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって駆動される電気モータ３０、８０に関連して使用することができる。電力変換装置は、三相ＡＣ格子電圧をＤＣ電圧に整流する整流器と、中間回路と、中間回路内のＤＣ電圧を、電気モータに供給される三相ＡＣ電圧に変換するインバータとを有していてもよい。トルクコントローラ２３０、２３５は、電力変換装置のインバータを制御する。電力変換器は、周波数制御、磁束制御、または直接トルク制御（ＤＴＣ）によって制御することができる。ＤＴＣは、速度制御とトルク制御を含む。ＤＴＣのトルク制御は、適応モータモデルに基づく。ＤＴＣは、電気モータ３０、８０の非常に高速な制御を提供する。

電気モータ３０、８０は、誘導電動機であってよく、例えば永久磁石ロータを有する同期電動機であってもよい。

第１の電気モータ３０は、図において、推進ユニット２０のフレーム構造２１の下側部分２３内に配置されている。他の可能性は、フレーム構造２１の上側部分２２に第１の電気モータ３０を配置することであろう。垂直シャフトが、第１の電気モータ３０からプロペラシャフト４１までの下方に通ることができる。垂直シャフトの下側端部が、プロペラシャフト４１へのトランスミッションと接続されることができる。第３の可能性は、第１の電気モータ３０を船舶１０の船体内に配置することである。船舶１０内の第１の電気モータ３０は、プロペラシャフト４１へと下方に通過し且つプロペラシャフト４１へのトランスミッションに接続された垂直シャフトに接続することができる。

推進ユニット２０の回転軸線Ｙ−Ｙは、図において垂直であるが、必ずしもそうである必要はない。推進ユニット２０の回転軸線Ｙ−Ｙは、垂直方向に対して０〜５度の範囲内の小さな角度を形成してもよい。プロペラシャフト４１の回転軸線Ｘ−Ｘは、図において水平であるが、必ずしもそうである必要はない。プロペラシャフト４１の回転軸線Ｘ−Ｘは、水平方向に対して０〜１０度の範囲内の小さな角度を形成してもよい。プロペラシャフト４１の回転軸線Ｘ−Ｘと推進ユニット２０の回転軸線Ｙ−Ｙとの間の角度α１は図において垂直であるが、必ずしもそうである必要はない。この角度α１は、９０度から逸脱し得る。

図に開示された推進ユニット２０は、３６０度完全に回転することができるアジマス推進ユニットである。本発明は、固定推進ユニットにも当然に使用することができ、それにより推進ユニットは船舶の船体に固定して取り付けられる。船舶は、１または複数のアジマス推進ユニット、および／または１または複数の固定推進ユニットを備えていてもよい。

本発明およびその実施形態は上記例に限定されず、特許請求の範囲内で変更することができる。

Claims (15)

1. 船舶（１０）の推進ユニット（２０）の振動を制御するための方法であって、前記推進ユニット（２０）が、
   上側部分（２２）および下側部分（２３）を有するフレーム構造（２１）であって、上側部分（２２）が、船舶（１０）の船体（１１）から外側に突出する支持アームを形成し、下側部分（２３）が、第１の端部（２３Ａ）および反対側の第２の端部（２３Ｂ）を有する長手方向区画を形成している、フレーム構造（２１）と、
   前記フレーム構造（２１）の前記下側部分（２３）内に配置されたプロペラシャフト（４１）と、
   前記プロペラシャフト（４１）に取り付けられた少なくとも１つのプロペラ（５５）と、
   前記プロペラシャフト（４１）を駆動する第１の電動モータ（３０）と
   を有している方法において、
   前記推進ユニット（２０）の振動を少なくとも１つの測定デバイス（３００）によって測定するステップと、
   測定された振動信号に基づいて第１の補助トルク制御信号（Ｔｑ１１）を形成するステップと、
   前記第１の電気モータ（３０）の第１のトルクコントローラ（２３０）によって生成された第１のトルク制御信号（Ｔｑ１）に前記第１の補助トルク制御信号（Ｔｑ１１）を加えるステップであって、前記第１の補助トルク制御信号（Ｔｑ１１）は測定された振動に反して作用し、それにより前記振動を減衰させるステップと
   を含む、振動を制御するための方法。
2. 前記船舶（１０）の長手方向（Ｌ１、Ｌ２）における前記推進ユニット（２０）の振動を測定するステップと、前記少なくとも１つのプロペラ（５５）による反作用スラストを前記第１の補助トルク信号（Ｔｑ１１）を用いて生成するステップであって、前記反作用スラストは前記推進ユニット（２０）の長手方向（Ｌ１、Ｌ２）振動に関して反対方向に作用し、それにより前記振動が前記反作用スラストによって減衰されるステップとによって特徴づけられる、請求項１に記載の方法。
3. 前記船舶（１０）の横方向（Ｔ１、Ｔ２）における前記推進ユニット（２０）の振動を測定するステップと、前記第１の電気モータ（２０）および前記プロペラ（５５）の回転慣性を利用して前記第１の補助トルク信号（Ｔｑ１１）により反作用曲げモーメントを生成するステップであって、前記反作用曲げモーメントは前記推進ユニット（２０）の横方向（Ｔ１、Ｔ２）振動に関して反対方向に作用し、それにより前記振動が前記反作用曲げモーメントによって減衰されるステップとによって特徴づけられる、請求項１に記載の方法。
4. 前記船舶（１０）の長手方向（Ｌ１、Ｌ２）および横方向（Ｔ１、Ｔ２）における前記推進ユニット（２０）の振動を同時に測定するステップと、前記反作用スラストおよび前記反作用曲げモーメントを同時に生成するステップとによって特徴づけられる、請求項２および３に記載の方法。
5. 前記推進ユニット（２０）が、
   前記船舶（１０）の前記船体（１１）内の回転部材（７０）であって、前記フレーム構造（２１）の前記上側部分（２２）の上端部に接続された回転部材（７０）と、
   前記回転部材（７０）に接続された少なくとも１つの第２の電気モータ（８０）であって、前記推進ユニット（２０）は前記第２の電動モータ（８０）によって前記回転部材（７０）を介して回転の中心軸線（Ｙ−Ｙ）を中心に回転可能である、少なくとも１つの第２の電気モータ（８０）と
   をさらに有し、また
   前記方法が、
   少なくとも１つの測定デバイス（３００）によって、前記推進ユニット（２０）の回転方向（Ｒ１、Ｒ２）における前記推進ユニット（２０）の振動を測定するステップと、
   測定された振動信号に基づいて第２の補助トルク制御信号（Ｔｑ１２）を形成するステップと、
   前記第２の電気モータ（８０）の第２のトルクコントローラ（２３５）によって生成された第２のトルク制御信号（Ｔｑ２）に前記補助トルク制御信号（Ｔｑ１２）を加えるステップであって、前記第２の補助トルク制御信号（Ｔｑ１２）は前記測定された振動に反して作用し、それにより前記振動を減衰させるステップと
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１の補助トルク制御信号（Ｔｑ１１）を、前記第１の電気モータ（３０）の前記第１のトルクコントローラ（２３０）によって生成される最大トルク値の１〜２０％の範囲の値にレーティングするステップと、前記第２の補助トルク制御信号（Ｔｑ１２）を、前記第２の電気モータ（８０）の第２のトルクコントローラ（２３５）によって生成される最大トルク値の１〜２０％の範囲の値にレーティングするステップとによって特徴づけられる、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第１の補助トルク制御信号（Ｔｑ１１）を、前記第１の電気モータ（３０）の前記第１のトルクコントローラ（２３０）によって生成される最大トルク値の１〜３％の範囲の値にレーティングするステップと、前記第２の補助トルク制御信号（Ｔｑ１２）を、前記第２の電気モータ（８０）の前記第２のトルクコントローラ（２３５）によって生成される最大トルク値の１〜３％の範囲の値にレーティングするステップとによって特徴づけられる、請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
8. 前記推進ユニット（２０）の長手方向（Ｌ１、Ｌ２）振動を測定するために少なくとも１つの測定デバイス（３１０、３２０）を使用するステップと、前記推進ユニット（２０）の横方向（Ｔ１、Ｔ２）振動を測定するために少なくとも１つの測定デバイス（３３０、３４０）を使用し、そして前記測定デバイス（３１０、３２０、３３０、３４０）を前記推進ユニット（２０）内の前記プロペラシャフト（４１）の高さに配置するステップとによって特徴づけられる、請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
9. 前記推進ユニット（２０）の回転（Ｒ１、Ｒ２）振動を測定するために少なくとも１つの測定デバイス（３５０、３６０）を使用し、そして前記少なくとも１つの測定デバイス（３５０、３６０）を、前記推進ユニット（２０）内の前記プロペラシャフト（４１）の高さまたは前記船舶（１０）内の旋回軸受（６１）の高さに配置するステップによって特徴づけられる、請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
10. 船舶（１０）の推進ユニット（２０）の振動を制御するための制御装置であって、前記推進ユニット（２０）が、
    上側部分（２２）および下側部分（２３）を有するフレーム構造（２１）であって、上側部分（２２）が、船舶（１０）の船体（１１）から外側に突出する支持アームを形成し、下側部分（２３）が、第１の端部（２３Ａ）および反対側の第２の端部（２３Ｂ）を有する長手方向区画を形成している、フレーム構造（２１）と、
    前記フレーム構造（２１）の前記下側部分（２３）内に配置されたプロペラシャフト（４１）と、
    前記プロペラシャフト（４１）に取り付けられた少なくとも１つのプロペラ（５５）と、
    前記プロペラシャフト（４１）を駆動する第１の電動モータ（３０）と
    を有している制御装置において、
    前記推進ユニット（２０）の振動を測定するための少なくとも１つの測定デバイス（３００）と、
    前記第１電気モータ（３０）へのトルク制御信号（Ｔｑ１）を生成するための第１のトルクコントローラ（２３０）と、
    前記少なくとも１つの測定デバイス（３００）から、測定された振動を入力信号として受け取る第１の追加トルクコントローラ（１００）と、
    前記測定された振動信号に基づいて、第１の補助トルク制御信号（Ｔｑ１１）を生成するための第１の能動的振動コントローラ（１２０）と
    を有し、
    それにより前記第１の補助トルク制御信号（Ｔｑ１１）が、前記第１の電気モータ（３０）の前記第１のトルクコントローラ（２３０）によって生成された第１のトルク制御信号（Ｔｑ１）に加えられ、前記第１の補助トルク制御信号（Ｔｑ１１）は、前記測定された振動に反して作用し、それにより前記振動を減衰させる、制御装置。
11. 前記船舶（１０）の長手方向（Ｌ１、Ｌ２）における前記推進ユニット（２０）の振動を測定する少なくとも１つの測定デバイス（３１０、３２０）を有し、それにより前記第１の補助トルク信号（Ｔｑ１１）が、前記少なくとも１つのプロペラ（５５）によって反作用スラストを生成し、前記反作用スラストは、前記推進ユニット（２０）の長手方向（Ｌ１、Ｌ２）振動に関して反対方向に作用し、それにより前記振動が前記反作用スラストによって減衰されることを特徴とする、請求項１０に記載の制御装置。
12. 前記船舶（１０）の横方向（Ｔ１、Ｔ２）における前記推進ユニット（２０）の振動を測定する少なくとも１つの測定デバイス（３３０、３４０）を有し、それにより前記第１の補助トルク信号（Ｔｑ１１）が、前記第１の電気モータ（２０）および前記プロペラ（５５）の回転慣性を利用して反作用曲げモーメントを生成し、前記反作用曲げモーメントは前記推進ユニット（２０）の横方向（Ｔ１、Ｔ２）振動に関して反対方向に作用し、それにより前記振動が前記反作用曲げモーメントによって減衰されることを特徴とする、請求項１０に記載の制御装置。
13. 前記船舶（１０）の長手方向（Ｌ１、Ｌ２）における前記推進ユニット（２０）の振動を測定する少なくとも１つの測定デバイス（３１０、３２０）と、前記船舶（１０）の横方向（Ｔ１、Ｔ２）における前記推進ユニット（２０）の振動を測定する少なくとも１つの測定デバイス（３３０、３４０）とを有し、それにより前記船舶（１０）の長手方向（Ｌ１、Ｌ２）および前記船舶（１０）の横方向（Ｔ１、Ｔ２）における前記推進ユニット（２０）の振動の測定が同時になされ、また前記反作用スラストおよび前記反作用曲げモーメントが同時に生成されることを特徴とする、請求項１１および１２に記載の制御装置。
14. 前記推進ユニット（２０）が、
    前記船舶（１０）の前記船体（１１）内の回転部材（７０）であって、前記フレーム構造（２１）の前記上側部分（２２）の上端部に接続された回転部材（７０）と、
    前記回転部材（７０）に接続された少なくとも１つの第２の電気モータ（８０）であって、前記推進ユニット（２０）は前記第２の電動モータ（８０）によって前記回転部材（７０）を介して回転の中心軸線（Ｙ−Ｙ）を中心に回転可能である、少なくとも１つの第２の電気モータ（８０）と
    をさらに有し、また
    前記制御装置が、
    回転方向（Ｒ１、Ｒ２）における前記推進ユニット（２０）の振動を測定するための少なくとも１つの測定デバイス（３４０、３５０）と、
    前記第２の電気モータ（８０）への第２のトルク制御信号（Ｔｑ２）を生成するための第２のトルクコントローラ（２３５）と、
    前記少なくとも１つの測定デバイス（３４０、３５０）から、測定された振動を入力信号として受け取る第２の追加トルクコントローラ（１０５）と、
    前記測定された振動信号に基づいて第２の補助トルク制御信号（Ｔｑ１２）を生成するための第２の能動的振動コントローラ（１２５）と
    を有し、
    それにより前記補助トルク制御信号（Ｔｑ１２）が、前記第２の電気モータ（８０）の前記第２のトルクコントローラ（２３５）によって生成された前記第２のトルク制御信号（Ｔｑ２）に加えられ、前記第２の補助トルク制御信号（Ｔｑ１２）は前記測定された振動に反して作用し、それにより前記振動を減衰させることを特徴とする、請求項１０から１３までのいずれか一項に記載の制御装置。
15. 前記推進ユニット（２０）の長手方向（Ｌ１、Ｌ２）および横方向（Ｔ１、Ｔ２）振動を測定する前記測定デバイス（３１０、３２０、３３０、３４０）が、前記プロペラシャフト（４１）の高さで前記推進ユニット（２０）内に配置されることを特徴とする、請求項１３から１４までのいずれか一項に記載の制御装置。