JP3133448U

JP3133448U - 船舶推進装置

Info

Publication number: JP3133448U
Application number: JP2007002976U
Authority: JP
Inventors: 泰樹近田
Original assignee: 檜垣造船株式会社
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2017-04-25

Abstract

【課題】軸駆動推進装置の改良を図ることにより、簡易構成にして非常航走をより確実、適格に行うことができる船舶推進装置を提供する。
【解決手段】出力軸の途中に、該出力軸と直結される回転子を備えて発電又は空転或いは軸駆動を行う３相同期軸駆動発電機を設け、前記クラッチを断とし、前記可変ピッチプロペラのピッチ角度をゼロとした状態で前記プロペラ軸の回転を所要の回転数Ｎ_１まで上昇させる断続始動制御回路と、回転数Ｎが所要の回転数Ｎ_１まで上昇してから前記推進モータを３相駆動する他励インバータ制御回路とを備えた船舶推進装置。
【選択図】図1

Description

本発明は、プロペラ軸上に３相同期の軸駆動発電機を介在させ、その駆動回路を適切として、最も簡易な構成でありながら、主機関なしで確実に非常航走できる船舶推進装置に関する。

従来より、船舶推進用の補助エンジンを備えれば、主機関なしで一時的な推進が可能であることは当然知られている。

しかしながら、補助エンジンを設ける場合には、動力伝達軸の切換え装置が必要で、相当大掛りで、かつ高価な装置となる。しかも、敢えて通常の補助エンジンを搭載した場合には、他に利用できず、もしもの事故が起こらない限り宝のもちぐされである。また、この補助エンジンは、使用しなくても、定期的な保守点検が必要で、それに要する費用も必要となる。

そこで、構成簡易にして安価に製造でき、他の電源装置と連系させて多機能に利用できる軸駆動発電機を採用することにより、主機関が作動不能な状態であっても、自ら非常航走も可能な船舶推進装置が提案されている。

特許第３９０２１５７号公報の船舶推進装置は、主機関と、該主機関と直接結合されて動力断接を行うクラッチと、該クラッチの出力軸に直結されるプロペラ軸及びプロペラを有し、前記出力軸の途中に回転子を備えて発電又は空転或いは動力補助を行う軸駆動発電機を設け、非常航走的には前記クラッチを断とした上で前記軸駆動発電機の推進モータを小型のディーゼル発電機で駆動しようというものである。
特許第３９０２１５７号公報、第１頁、図１

本考案は上記船舶推進装置の改良に係り、簡易構成にして非常航走を含めた低速航走をより確実、適切、効率的に行うことができる船舶推進装置を提供することを目的とする。

本考案の船舶推進装置は、主機関と、該主機関と結合されて動力断接を行うフライホイル機能の付いたクラッチと、該クラッチの出力軸に直結されるプロペラ軸及び可変ピッチプロペラを有し、前記出力軸の途中には、該出力軸と直結される回転子を備えて発電又は空転或いは軸駆動を行う３相同期軸駆動発電機を設け、前記軸駆動を行う推進モータを非常航走駆動するために、前記クラッチを断とし前記可変ピッチプロペラのピッチ角度をゼロとした状態で前記プロペラ軸の回転数Ｎを所要の回転数Ｎ_１まで上昇させる断続始動制御回路と、回転数Ｎが所要の回転数Ｎ_１まで上昇してから前記推進モータを３相駆動する他励インバータ制御回路と、前記プロペラ軸の回転数Ｎを検出しつつ所要のタイミングで両制御回路の切換えを行う切換え制御回路と、前記他励インバータ制御回路での駆動後に前記可変ピッチプロペラのピッチ角度θをゼロから所要の角度θ_ｐまで手動で上昇させて調節するピッチ角度調節器と、を設けたことを特徴とする。

ピッチ角度調節器としては、他励インバータ制御回路に切換えられ、回転数ＮがＮ_１以上になってから所要の角度θ_ｐまで上昇させるものであるから、ツマミやキーボードにより構成できるが、低速航走最適角度θ_ｐを示したポテンショナとするものが最良である。上昇又は下降の押しボタンを設け、ボタンを押している間上昇又は下降させる形式でも良い。実際回転数Ｎをみながら手動で最適角度θ_ｐに調節することができる。実際回転数Ｎを示す表示器に最適角度θ_ｐの範囲を印しておくのも好ましい。

フライホイル機能は、断続始動制御回路と他励インバータ制御回路の切換えのとき、プロペラ軸が急速に減速され回転数Ｎが大きく低下してしまうのを防止するためである。摩擦クラッチにはフライホイル機能が付いているが、フライホイル機能の付いていないクラッチに対しては、別途フライホイルを付属させれば良い。

断続始動制御回路は、サイリスタなどを用いて、直流を３相コイルの各相に順次流して得られる単相磁界の回転によって回転子を低速始動させることのできる回路である。他励インバータ制御回路は、３相励磁により回転子が指令の回転数Ｎで駆動されるようインバータ制御する回路である。

クラッチを断とし、ピッチ角度をゼロとした状態で断続始動制御回路により回転数を所要の回転数Ｎ_１まで上昇させることができる。回転数Ｎ_１に達したら他励インバータ制御に切換える。このとき、回転数が低下するときに蓄えたエネルギーを放出するフライホイル機能が付いているので、プロペラ軸は急停止することはない。

他励インバータ制御に入ると、後は手動でピッチ角度θを調整する。ピッチ角度θは、最大値θmaxまで上昇可能であるが、最も好ましい角度はオペレータの手にゆだねる。回転数Ｎは、主機関運転のときの最大値Ｎ_３より下に定まる軸駆動発電機による運転可能領域Ｎ_１〜Ｎ_２の途中の値で定めるのが好ましい。

本考案は、非常航走を主目的とするものであるが、非常航走即ち低速航走であるので、港への出入港時に低速航走をすれば、主機関に比べて排気ガスのきれいな補助発電機関を使用したことになるという二次的効果も有する。

本考案は実用新案登録請求の範囲に記載の通りの船舶推進装置であるので、主機関停止のとき非常航走できる。また、出入港時には、主機関に比べて排気ガスのきれいな補助発電機関として使用することにより環境負荷が少なくなる。

３相同期軸駆動発電機を設け、可変ピッチプロペラのピッチ角度をゼロとした状態で断続始動回路から他励インバータ制御回路へ切換えて回転数を上げるので、推進モータを所要の回転数Ｎ_１以上で効率よく回転させることができる。

他励インバータ制御回路での駆動では、ピッチ角度を手動で最適の値θ_ｐに調節させるので、オペレータの指令に応じた非常航走を効率的に行うことができる。

以下、本考案を実施するための最適の形態を示す。図１は、本考案を実施した船舶推進装置の説明図で、船舶の機械構成を示すモデルと電気回路のブロック図とで示している。

図１に示すように、船底にはディーゼルエンジンによる主機関１が配置され、その出力軸３にはクラッチ２を介してプロペラ軸４が断接されるようになっている。

プロペラ軸４には回転子５が一直線上に直結されて、３相同期軸駆動発電機６が設けられている。軸駆動発電機６は、回路切換えによって軸発電機６Ｇとして、又は推進モータ６Ｍとして利用される。

プロペラ軸４のクラッチ２側には重量約１．５９１トン（２７８８．６ｋｇ・ｃｍ・ｓｅｃ^２）のフライホイル７が設けられている。

プロペラ軸４の船外端部には可変ピッチプロペラ８が設けられ、当該可変ピッチプロペラ８のピッチ角度θを調節するためにピッチ角度調節用の油圧回路９が設けられている。この油圧回路９は、例えばプロペラ軸４内を貫通する角度制御棒（図示せず）をピストン動作させ、このピストン動作を歯車機能（図示せず）を介してプロペラ８の角度を調節するものであり、角度制御棒をピストン動作させるためにスリップリング方式で油圧供給するものである。これら油圧回路は一般的なものであるので図示を省略する。

プロペラ軸４には回転数Ｎを検出するための検出器Ｓが設けられ、これにプロペラ回転数検出回路１０が接続されている。

本考案の船舶推進装置では、以上の機械構成に対し、電力中央速系盤１１が設けられ、これにディーゼル駆動による２台の小型発電機１２、１３と、船内負荷１４とが接続されている。２台の小型発電機１２、１３は狭隘な船底から外して本船の安全性を上げる為に２階のデッキに設けられている。

前記電力中央速系盤１１と軸駆動発電機６との間には本考案特有の推進モータ駆動回路１５が設けられている。

推進モータ駆動回路１５には、操縦室（図示せず）内に配置される指令盤１６と、前記プロペラ回転数検出回路１０と、プロペラピッチ角度制御回路１７とが接続されている。このプロペラピッチ角度制御回路１７は、前記油圧回路９に油圧供給することによりプロペラ８のピッチ角度θを調節するものである。指令盤１６にはピッチ角度θを指定するための角度調節器１６ａと、非常航走に不備があったときブザーやランプで警報する警報器１６ｂが付属されている。

前記推進モータ駆動回路１５には、断続始動制御回路１８Ａと、他励インバータ制御回路１８Ｂと、これら２回路のうちから選択した１つの回路で推進モータ６Ｍを駆動する切換え制御回路１９と、前記警報器１６ｂに警報を出力する警報回路２０が設けられている。

断続始動制御回路１８Ａは、３相同期推進モータ６Ｍを単相で断続的に制御して回転周波数（Ｎ）をゼロから徐々に増加させる回路である。他励インバータ制御回路１８Ｂは、３相同期推進モータを３相で励磁して所要の回転数Ｎで駆動するものである。

プロペラピッチ角度制御回路１７は他励インバータ制御回路１８Ｂに切換えられた後、所要の角度θ_ｐまで自動で調節する回路とすることもできるが、ここでは角度θの指令は全て角度調節器１６ａで行うものとする。

図２に示すように、３相同期推進モータ６Ｍは、小型発電器１２又は１３の駆動では回転数Ｎ_１〜Ｎ_２の範囲において駆動可能である。出力Ｑは直線２１でなく、下に凸の曲線２２で示される。回転数Ｎ_３は主機関１を用いての最大値を示す。

図２（ａ）において、モータ出力２１を破線で示し、固定ピッチの船用負荷２２を実線で示している。回転数Ｎ_１〜Ｎ_２がモータでの運転可能領域を示す。回転数Ｎ_３は主機関１での最大回転数を示す。回転数Ｎは具体的な数値で示すと、Ｎ_１＝８０ｒｐｍ、Ｎ_２＝１２０ｒｐｍ、Ｎ_３＝２１０ｒｐｍである。

図２（ｂ）において、実線２１ａは断続始動運転でのトルク曲線を、破線２１ｂは他励インバータ制御での使用可能領域を示す。最低の回転数は、Ｎ_１より少し下の値、例えば７２ｒｐｍである。

図２（ａ）（ｂ）の関係から、断続始動運転で回転数をＮ_１〜Ｎ_２に上昇させ、次いで他励インバータ制御に切換えてＮ_１〜Ｎ_２の範囲とし、この範囲の中でプロペラピッチ角度θを最適値θ_ｐに上昇させてゆけばよいことがわかる。また、この最適値θ_ｐは図２の可能領域Ｎ_１〜Ｎ_２の中間あたりで駆動すべく最大値θmaxより下の値、例えば１６〜１８度位であることがわかる。角度θを大きくしすぎると、負荷大となって回転数Nが落ち、低速航走の効率が悪くなる。また、港湾への出入港では、角度θ_ｐを適切とすることにより、小型発電機１２、１３の排気ガスを少量とすることができる。

図２の関係から、本考案の船舶推進装置では、推進モータ６Ｍを回転数Ｎが０〜Ｎ_１である間、断続始動制御回路１８Ａで制御し、回転数がＮ_１〜Ｎ_２に上昇したら他励インバータ制御回路１８に切換えて３相同期運転し、他励インバータ制御回路１８Ｂに移行してからプロペラピッチ角度θをゼロから所要の角度θ_ｐまで上昇させる。このとき、ピッチ角度θをあまりに急激に上昇させると負荷が拡大し、失速して脱調する。このような場合には警報回路２０が作動し、指令盤１６の警報器１６ｂから警報を出力するようにしている。

図３に示すように、断続始動制御回路１８Ａ及び他励インバータ制御回路１８Ｂによる運転では、断続始動制御回路１８Ａで時間ｔをかけて回転数Ｎを増加させ、回転数Ｎが所要の回転数Ｎ_１以上になった時点ｔ_１で他励インバータ制御回路１８Ｂに切換える。このとき、切換えのために僅かながらも時間を要するので、プロペラ８の負荷によって失速しないよう、フライホイル７が設けられている。

図４に示すように、時刻ｔ_１後にオペレータはプロペラピッチ角度θをゼロから所要の値θ_ｐに少しずつ上昇させる。最大可能角度まで上昇させることはしない。その理由は、図２の曲線から示すように、ピッチ角度θを大きくすると出力が必要で回転数Ｎが落ち減速する。小型発電機７または８の出力では失速の可能性もあり、結局、ピッチ角度θを余り大きくしない方が電力効率が高いからである。このように、本考案の船舶推進装置では、手動でピッチ角度θを最適角度θ_ｐに調節できるので、効率的な運用が図れる。

図５は、本考案の船舶推進装置の非常航走方式を示すフローチャートである。主機関１がオーバーホール中であり、何らかの事情で非常航走が必要になったとする。勿論、航行中に主機関１が故障した場合にも適用できる。さらに港湾への出入港時にも利用できる。

まず、ステップ５０１でクラッチを切り離し、プロペラ８のピッチ角度θをゼロとする。

ステップ５０２で断続始動制御回路１８Ａを選択し、推進モータ６Ｍに断続始動のための電圧を与える。これにより、プロペラ軸４はゆっくり回転を開始し、図３に示すように次第に速くなり、遂には所要の回転数Ｎ_１に達する。

ステップ５０３で、切換え制御回路１９は、回転数ＮがＮ_１に達したことを判別し、ステップ５０４で断続始動制御回路１８Ａを止め、ステップ５０５で他励インバータ制御回路１８Ｂに切換える。

ステップ５０６では、例えば青色ランプを点灯するなど指令盤１６に切換え完了信号を出力する。これによりオペレータはステップ５０７で角度調節器１６ａを操作してピッチ角度θを調節する。ピッチ角度θの調節は、例えば図４に示すように、徐々に角度θをあげていき、最終的には所要の角度θ_ｐとする。この角度θ_ｐは最大値より下の値である。これにより船舶を通常航行の１／２〜１／３の速度、例えば７ノットで航行させることができる。

ステップ５０８では、他励インバータ制御回路１８Ｂでの推進モータ６Ｍの駆動中の回転数Ｎを監視しており、誤って回転数ＮがＮ_１より下に定めた値Ｎ_０、例えば９０ＲＰＭ以下となったら異常と判断し、ステップ５０９で他励インバータ制御回路１８による駆動を停止し、指令盤１６に異常警報を出力する。オペレータが適格にピッチ角度θを調節すれば異常警報が出力されることはない。

上記実施の形態では、出入港のときクラッチ２を切り、断続始動制御回路１８Ａを作動させて所要の回転数Ｎ_１まで上昇させる例で示したが、主機関１で可変ピッチプロペラ８を回転させた後に次いで他励インバータ制御回路１８Ｂを作動させることもできる。即ち、本考案の船舶推進装置では、プロペラ回転数ゼロから非常航走できると共に、プロペラ回転数ゼロからの低速航走もでき、さらに通常航走から他励インバータ制御回路１８Ｂに切換えての低速航走もでき、フレキシブルな低速航走が可能である。

本考案は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜の設計的変更を行うことにより、各種の態様で実施できる。

図１は本考案を実施した船舶推進装置の説明図で、機械構成をモデルで示し、回路をブロック図で示している。回転数と出力及びトルクの関係を示す説明図で、（a）図はプロペラ軸の回転数Ｎと出力Ｑとの関係を、（ｂ）図は回転数とトルクの関係を示すグラフ。断続始動制御回路と他励インバータ制御回路の切換え時期を説明するための時間及びプロペラ軸回転数Ｎを示すグラフ。他励インバータ制御回路に切換えられた後のピッチ角度の調節方式を説明するための時間及びピッチ角度のグラフ。本考案の非常航走制御方式を示すフローチャートである。

符号の説明

１主機関
２クラッチ
３出力軸
４プロペラ軸
５回転子
６軸駆動発電機
６Ｇ軸発電機
６Ｍ推進モータ
７フライホイル
８可変ピッチプロペラ
９油圧回路
１０プロペラ回転数検出回路
１１電力中央速系盤
１２、１３小型発電機
１４船内負荷
１５推進モータ駆動回路
１６指令盤
１６ａ角度調節器
１６ｂ警報器
１７プロペラピッチ角度制御回路
１８Ａ断続始動制御回路
１８Ｂ他励インバータ制御回路
１９切換え制御回路
２０警報回路
２１モータ出力
２１ａ断続始動運転トルク
２１ｂ他励インバータ制御使用可能領域
２２固定ピッチでの船用負荷
Ｎ回転数
θ プロペラピッチ角度

Claims

主機関と、該主機関と結合されて動力断接を行うフライホイル機能の付いたクラッチと、該クラッチの出力軸に直結されるプロペラ軸及び可変ピッチプロペラを有し、前記出力軸の途中には、該出力軸と直結される回転子を備えて発電又は空転或いは軸駆動を行う３相同期軸駆動発電機を設け、
前記軸駆動を行う推進モータを非常航走を含めた低速航走で駆動するために、前記クラッチを断とし前記可変ピッチプロペラのピッチ角度θをゼロとした状態で前記プロペラ軸の回転数Ｎを所要の回転数Ｎ_１まで上昇させる断続始動制御回路と、回転数Ｎが所要の回転数Ｎ_１まで上昇してから前記推進モータを３相駆動する他励インバータ制御回路と、前記プロペラ軸の回転数Ｎを検出しつつ所要のタイミングで両制御回路の切換えを行う切換え制御回路と、前記他励インバータ制御回路での駆動後に前記可変ピッチプロペラのピッチ角度θをゼロから所要の角度θ_ｐまで手動で上昇させて調節するプロペラピッチ角度調節器と、を設けたことを特徴とする船舶推進装置。
前記ピッチ角度調節器は、操舵室の指令盤に設けられることを特徴とする請求項１記載の船舶推進装置。
前記ピッチ角度調節器には、前記非常航走を含めた低速航走の効率化を図るべく前記回転数Ｎ_１より上位の位置に最適範囲の目印を付けたことを特徴とする請求項１記載の船舶推進装置。