JP4733515B2

JP4733515B2 - 舶用電気推進装置

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Publication number: JP4733515B2
Application number: JP2005368467A
Authority: JP
Inventors: 将生森田; 正義寺門; 雅徳宮崎
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp; National Maritime Research Institute; Nakashima Propeller Co Ltd
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp; National Maritime Research Institute; Nakashima Propeller Co Ltd
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: JP2007174799A

Description

本発明は、船舶等に用いられる電気式の制御方式である舶用電気推進装置に関する。

一般的に、船舶推進用プロペラとして、効率の観点から二重反転プロペラが利用されている。二重反転プロペラは、推進方向側に配置された前プロペラ、推進方向と反対側に配置された後プロペラからなり、前プロペラと後プロペラを同軸上に配置することで、前プロペラで生じる回転流のエネルギーを後プロペラで回収することができ、高い効率が得られる。

二重反転プロペラを用いた船舶の駆動方式は、従来ディーゼルエンジンなどの原動機で得られた動力を結合ギアによって一定の速度比を付け、二重反転プロペラを駆動していた。しかし、この方式は、全船舶速度範囲で最も効率の良い運転ができない欠点があった。そこで、これを解決する方式として、電力変換器で電動機を駆動する方式がある。電力変換器で二重反転プロペラを駆動する方式として、第１のプロペラを速度制御し、第２のプロペラについては、第１の電力変換器によって駆動されている電動機の電流あるいはトルクなどの信号に基づいて、電流あるいはトルクを制御する構成が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、交流モータを制御するために、交流モータの回転速度を推定する方法が開示されている（例えば、非特許文献１を参照）。
特開平０６−１６５５８５号公報中野孝良著、「交流モータのベクトル制御」、日刊工業新聞社出版、1996年3月29日、P．91

しかしながら、先行技術文献に開示されている方式では、例えばプロペラが海上に出るなど、急激に負荷が小さくなった場合、第２のプロペラを駆動する電動機の速度が異常に上昇することによって、電動機の過電圧、過速度を招く可能性がある。また、この方式は、第２のプロペラを駆動する電動機を電流あるいはトルクで制御するため、２台のプロペラの回転速度が効率になるとは限らない。

そこで、本発明の目的は、２つの電動機をバランスして制御し、より効率的に運転することができる舶用電気推進装置を提案することにある。

本発明の観点に従った舶用電気推進装置は、２つのプロペラが相互に逆方向に回転する二重反転プロペラと、前記各プロペラを各々回転させる２つの電動機とを備え、前記各電動機を各々制御する舶用電気推進装置において、前記各電動機の回転速度を制御するための基準となる速度基準に基づいて、前記各電動機のトルクを各々制御するための２つのトルク基準を各々演算する２つのトルク基準演算手段と、前記２つのトルク基準演算手段により各々演算された前記２つのトルク基準の偏差に基づいて、前記各電動機のトルクが等しくなるように、前記２つのトルク基準演算手段のうちいずれか１つの演算に使用される前記速度基準を修正するトルクバランス制御手段とを備えた構成である。

本発明によれば、２つの電動機をバランスして制御し、より効率的に運転することができる舶用電気推進装置を提案することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

始めに、図１２を参照して、各実施形態に共通する二重反転プロペラについて説明する。

二重反転プロペラは、推進方向側に配置された前プロペラ１と、推進方向と反対側に配置された後プロペラ２と、前プロペラ１を設けている電動機３ａと、後プロペラ２を設けている電動機３ｂとから構成される。また、電動機３ａ及び電動機３ｂは、両回転軸が同軸上に配置されている。

上述の構成により、二重反転プロペラは、前プロペラ１で生じる回転流のエネルギーを後プロペラ２で回収することができ、高い効率が得られる。

（第１の実施形態）
図１を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。なお、図１２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分について主に述べる。また、以下の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

本装置は、前プロペラ１、後プロペラ２、電動機３ａ，３ｂ、電力変換器４ａ，４ｂ、速度検出器５ａ，５ｂ、電流検出器６ａ，６ｂ、速度制御器７ａ，７ｂ、電流基準演算器８ａ，８ｂ、電流制御器９ａ，９ｂ、トルクバランス制御器１０、リミッタ１７、減算器３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３４ｂ、加算器３３ｂ、速度基準演算器４０ａから構成されている。

本装置は、二重反転プロペラの正転時の制御をする装置である。

前プロペラ１、後プロペラ２、及び電動機３ａ，３ｂは、上述した二重反転プロペラを構成している。

先ず、前プロペラ１を制御する構成について説明する。

前プロペラ１を制御する構成は、速度基準演算器４０ａ、減算器３１ａ、速度制御器７ａ、電流基準演算器８ａ、減算器３２ａ、電流制御器９ａ、電力変換器４ａ、電動機３ａを順次に介するように接続されている。前プロペラ１は、電動機３ａに設けられている。速度検出器５ａは、前プロペラ１の回転速度が検出できるように設けられている。電流検出器６ａは、電力変換器４ａの出力側に設けられている。

速度基準演算器４０ａは、電動機３ａの回転速度を制御するための基準となる速度基準Ｌ１１ａを演算する。速度基準演算器４０ａは、減算器３１ａに演算した速度基準Ｌ１１ａを入力する。

速度検出器５ａは、電動機３ａの回転速度を検出する。速度検出器５ａは、検出した回転速度を速度フィードバックＬ１２ａとして、減算器３１ａに入力する。

減算器３１ａは、速度基準演算器４０ａから入力された速度基準Ｌ１１ａから速度検出器５ａから入力された速度フィードバックＬ１２ａを減算した差分を演算する。減算器３１ａは、演算した差分を速度制御器７ａに入力する。

速度制御器７ａは、減算器３１ａから入力された差分に基づいて、電動機３ａのトルクを制御するための基準となるトルク基準Ｌ１３ａを演算する。速度制御器７ａは、演算したトルク基準Ｌ１３ａを電流基準演算器８ａに入力する。

電流基準演算器８ａは、速度制御器７ａから入力されたトルク基準Ｌ１３ａに基づいて、電力変換器４ａから出力される交流電流を制御するための基準となる電流基準Ｌ１４ａを演算する。電流基準演算器８ａは、演算した電流基準Ｌ１４ａを減算器３２ａに入力する。

電流検出器６ａは、電力変換器４ａから出力される交流電流を検出する。電流検出器６ａは、検出した交流電流を電流フィードバックＬ１５ａとして減算器３２ａに入力する。

減算器３２ａは、電流基準演算器８ａから入力された電流基準Ｌ１４ａから電流検出器６から入力された電流フィードバックＬ１５ａを減算した差分を演算する。減算器３２ａは、演算した差分を電流制御器９ａに入力する。

電流制御器９ａは、減算器３２ａから入力された差分に基づいて、電力変換器４ａから出力される交流電圧を制御するための基準となる電圧基準Ｌ１６ａを演算する。電流制御器９ａは、演算した電圧基準Ｌ１６ａを電力変換器４ａに入力する。

電力変換器４ａは、入力された電圧基準Ｌ１６ａに基づいて、電動機３ａの駆動を制御する。

前プロペラ１は、電動機３ａの駆動に応じて、回転する。

上述の構成により、速度基準Ｌ１１ａに基づいて、前プロペラ１は、回転が制御される。

次に、後プロペラ２を制御する構成について説明する。

後プロペラ２を制御する構成は、速度基準演算器４０ａ、減算器３１ｂ、速度制御器７ｂ、電流基準演算器８ｂ、減算器３２ｂ、電流制御器９ｂ、電力変換器４ｂ、電動機３ｂ、後プロペラ２、速度検出器５ｂ、電流検出器６ｂ、減算器３４ｂ、トルクバランス制御器１０、リミッタ１７加算器３３ｂ、から構成されている。

後プロペラ２を制御する構成のうち、減算器３１ｂは、速度制御器７ｂ、電流基準演算器８ｂ、減算器３２ｂ、電流制御器９ｂ、電力変換器４ｂ、電動機３ｂ、後プロペラ２、速度検出器５ｂ、電流検出器６ｂは、前プロペラ１を制御する構成における、減算器３１ａ、速度制御器７ａ、電流基準演算器８ａ、減算器３２ａ、電流制御器９ａ、電力変換器４ａ、電動機３ａ、前プロペラ１、速度検出器５ａ、電流検出器６ａ、にそれぞれ対応するように同様の構成となっており、説明を省略する。

同様に、後プロペラ２の制御における、速度基準Ｌ１１ｂ、速度フィードバックＬ１２ｂ、トルク基準Ｌ１３ｂ、電流基準Ｌ１４ｂ、電流フィードバックＬ１５ｂ、電圧基準Ｌ１６ｂは、前プロペラ１の制御における、速度基準Ｌ１１ａ、速度フィードバックＬ１２ａ、トルク基準Ｌ１３ａ、電流基準Ｌ１４ａ、電流フィードバックＬ１５ａ、電圧基準Ｌ１６ａにそれぞれ対応し、説明を省略する。

減算器３４ｂは、入力側に、速度制御器７ａ，７ｂの出力側が接続され、出力側に、トルクバランス制御器１０の入力側が接続されている。加算器３３ｂは、速度基準演算器４０ａと減算器３１ｂとの間に設けられている。トルクバランス制御器１０は、出力側に、リミッタ１７を介して、加算器３３ｂの入力側が接続されている。

減算器３４ｂは、速度制御器７ａで演算されたトルク基準Ｌ１３ａ及び速度制御器７ｂで演算されたトルク基準Ｌ１３ｂが入力される。減算器３４ｂは、トルク基準Ｌ１３ａからトルク基準Ｌ１３ｂを減算した差分を演算する。減算器３４ｂは、演算した差分を、トルクバランス制御器１０に入力する。

トルクバランス制御器１０は、減算器３４ｂから入力された差分に基づく出力信号を、リミッタ１７を介して、加算器３３ｂに入力する。

リミッタ１７は、減算器３４ｂから入力された差分が極端に大きくなる場合には、トルクバランス制御１０の出力信号を制限する。これにより、リミッタ１７は、電動機３ｂの速度基準Ｌ１１ｂが過速度になるのを防止する。

加算器３３ｂは、速度基準演算器４０ａから速度基準Ｌ１１ａが入力される。加算器３３ｂは、トルクバランス制御１０の出力信号に基づく値を、速度基準Ｌ１１ａに加算し、速度基準Ｌ１１ｂとして、減算器３１ｂに入力する。

上述の構成により、前プロペラ１の制御と同様にして、速度基準Ｌ１１ｂに基づいて、後プロペラ２は、回転が制御される。

本実施形態によれば、二重反転プロペラの正転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同トルクとなり、同一定格トルクの電動機を利用することができる。

（第２の実施形態）
図２を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。

本装置は、図１に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器４０ａの代わりに、速度基準演算器４０ｂを、減算器３４ｂの代わりに、減算器３４ａを、加算器３３ｂの代わりに、速度基準演算器４０ｂと減算器３１ａとの間に加算器３３ａをそれぞれ設け、トルクバランス制御器１０の出力側に、リミッタ１７を介して、加算器３３ａの入力側を接続した点以外は、図１と同じである。

本装置は、二重反転プロペラの逆転時の制御をする装置である。

速度基準演算器４０ｂは、電動機３ｂの回転速度を制御するための基準となる速度基準Ｌ１１ｂを演算する。速度基準演算器４０ｂは、減算器３１ｂに演算した速度基準Ｌ１１ｂを入力する。

減算器３４ａは、速度制御器７ａで演算されたトルク基準Ｌ１３ａ及び速度制御器７ｂで演算されたトルク基準Ｌ１３ｂが入力される。減算器３４ｂは、トルク基準Ｌ１３ｂからトルク基準Ｌ１３ａを減算した差分を演算する。減算器３４ｂは、演算した差分を、トルクバランス制御器１０に入力する。

加算器３３ａは、速度基準演算器４０ｂから速度基準Ｌ１１ｂが入力される。加算器３３ａは、トルクバランス制御１０の出力信号に基づく値を、速度基準Ｌ１１ｂに加算し、速度基準Ｌ１１ａとして、減算器３１ｂに入力する。

本実施形態によれば、二重反転プロペラの逆転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同トルクとなり、同一定格トルクの電動機を利用することができる。

（第３の実施形態）
図３を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。

本装置は、図１に示す舶用電気推進装置において、出力演算器１８ａ，１８ｂを設け、トルクバランス制御器１０の代わりに、出力バランス制御器１９を、減算器３４ｂの代わりに、減算器３５ｂをそれぞれ設け、減算器３５ｂの入力側に、出力演算器１８ａ，１８ｂの出力側を接続し、出力演算器１８ａの入力側に、速度制御器７ａ及び速度検出器５ａの出力側を接続し、出力演算器１８ｂの入力側に、速度制御器７ｂ及び速度検出器５ｂの出力側を接続した点以外は、図１と同じである。

出力演算器１８ａは、速度制御器７ａで演算されたトルク基準Ｌ１３ａ及び速度検出器５ａで検出された電動機３ａの回転速度に基づく速度フィードバックＬ１２ａが入力される。出力演算器１８ａは、トルク基準Ｌ１３ａ及び速度フィードバックＬ１２ａに基づいて、電動機３ａの出力Ｌ２０ａを演算する。出力演算器１８ａは、演算した出力Ｌ２０ａを減算器３３ｂに入力する。

出力演算器１８ｂは、速度制御器７ｂで演算されたトルク基準Ｌ１３ｂ及び速度検出器５ｂで検出された電動機３ｂの回転速度に基づく速度フィードバックＬ１２ｂが入力される。出力演算器１８ｂは、トルク基準Ｌ１３ｂ及び速度フィードバックＬ１２ｂに基づいて、電動機３ｂの出力Ｌ２０ｂを演算する。出力演算器１８ｂは、演算した出力Ｌ２０ｂを減算器３３ｂに入力する。

減算器３５ｂは、出力演算器１８ａで演算された出力Ｌ２０ａ及び出力演算器１８ｂで演算された出力Ｌ２０ｂが入力される。減算器３５ｂは、出力Ｌ２０ａから出力Ｌ２０ｂを減算した差分を演算する。減算器３５ｂは、演算した差分を、出力バランス制御器１９に入力する。

出力バランス制御器１９は、減算器３５ｂから入力された差分に基づいて、リミッタ１７を介して、加算器３３ｂに出力信号を入力する。

加算器３３ａは、トルクバランス制御１９の出力信号に基づく値を、速度基準Ｌ１１ａに加算し、速度基準Ｌ１１ｂとして、減算器３１ｂに入力する。

本実施形態によれば、二重反転プロペラの正転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同出力となり、出力を均等に分担することができる。

（第４の実施形態）
図４を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。

本装置は、図３に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器４０ａの代わりに、速度基準演算器４０ｂを、減算器３５ｂの代わりに、減算器３５ａを、加算器３３ｂの代わりに、速度基準演算器４０ｂと減算器３１ａとの間に加算器３３ａをそれぞれ設け、出力バランス制御器１９の出力側に、リミッタ１７を介して、加算器３３ａの入力側を接続した点以外は、図１と同じである。

減算器３５ａは、出力演算器１８ａで演算された出力Ｌ２０ａ及び出力演算器１８ｂで演算された出力Ｌ２０ｂが入力される。減算器３５ａは、出力Ｌ２０ｂから出力Ｌ２０ａを減算した差分を演算する。減算器３５ａは、演算した差分を、出力バランス制御器１９に入力する。

本実施形態によれば、二重反転プロペラの逆転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同出力となり、出力を均等に分担することができる。

（第５の実施形態）
図５を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。

本装置は、図３に示す舶用電気推進装置において、電力変換器４ａ，４ｂの出力側に電圧検出器２１ａ，２１ｂをそれぞれ設け、出力演算器１８ａ，１８ｂの代わりに、出力演算器１８ｃ、１８ｄをそれぞれ設け、減算器３５ｂの入力側に、出力演算器１８ｃ，１８ｄの出力側を接続し、出力演算器１８ｃの入力側に、電圧検出器２１ａ及び電流検出器６ａの出力側を接続し、出力演算器１８ｄの入力側に、電圧検出器２１ｂ及び電流検出器６ｂの出力側を接続した点以外は、図３と同じである。

電圧検出器２１ａは、電力変換器４ａから出力される交流電圧を検出する。電圧検出器２１ａは、検出した交流電圧を出力演算器１８ｃに入力する。

電圧検出器２１ｂは、電力変換器４ｂから出力される交流電圧を検出する。電圧検出器２１ｂは、検出した交流電圧を出力演算器１８ｄに入力する。

電流検出器６ａ，６ｂは、検出した交流電流（電流フィードバックＬ１５ａ，Ｌ１５ｂ）を出力演算器１８ｃ，１８ｄにそれぞれ入力する。

出力演算器１８ｃは、電流検出器６ａ及び電圧検出器２１ａからそれぞれ検出した交流電流及び交流電圧に基づいて、電動機３ａの出力Ｌ２０ａを演算する。出力演算器１８ｃは、演算した出力Ｌ２０ａを減算器３３ｂに入力する。

出力演算器１８ｄは、電流検出器６ｂ及び電圧検出器２１ｂからそれぞれ検出した交流電流及び交流電圧に基づいて、電動機３ｂの出力Ｌ２０ｂを演算する。出力演算器１８ｄは、演算した出力Ｌ２０ｂを減算器３３ｂに入力する。

減算器３５ｂは、出力演算器１８ｃで演算された出力Ｌ２０ａ及び出力演算器１８ｄで演算された出力Ｌ２０ｂが入力される。減算器３５ｂは、出力Ｌ２０ａから出力Ｌ２０ｂを減算した差分を演算する。減算器３５ｂは、演算した差分を、出力バランス制御器１９に入力する。

（第６の実施形態）
図６を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。

本装置は、図５に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器４０ａの代わりに、速度基準演算器４０ｂを、減算器３５ｂの代わりに、減算器３５ａを、加算器３３ｂの代わりに、速度基準演算器４０ｂと減算器３１ａとの間に加算器３３ａをそれぞれ設け、出力バランス制御器１９の出力側に、リミッタ１７を介して、加算器３３ａの入力側を接続した点以外は、図５と同じである。

減算器３５ａは、出力演算器１８ｃで演算された出力Ｌ２０ａ及び出力演算器１８ｄで演算された出力Ｌ２０ｂが入力される。減算器３５ａは、出力Ｌ２０ｂから出力Ｌ２０ａを減算した差分を演算する。減算器３５ｂは、演算した差分を、出力バランス制御器１９に入力する。

（第７の実施形態）
図７を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。

本装置は、図１に示す舶用電気推進装置において、速度検出器５ａ，５ｂの代わりに、速度推定器２７ａ，２７ｂをそれぞれ設け、速度推定器２７ａの入力側に、電流検出器６ａ及び電流制御器９ａの出力側を接続し、速度推定器２７ｂの入力側に、電流検出器６ｂ及び電流制御器９ｂの出力側を接続し、速度推定器２７ａ，２７ｂの出力側に、減算器３１ａ，３１ｂをそれぞれ接続した点以外は、図１と同じである。

速度推定器２７ａは、電流検出器６ａで検出された交流電流及び電流制御器９ａで演算された電圧基準Ｌ１６ａに基づいて、電動機３ａの回転速度を推定した推定速度Ｌ２８ａを演算する。速度推定器２７ａは、演算した推定速度Ｌ２８ａを減算器３１ａに入力する。推定速度Ｌ２８ａは、電動機３ａの速度フィードバック信号として利用される。

速度推定器２７ｂは、電流検出器６ｂで検出された交流電流及び電流制御器９ｂで演算された電圧基準Ｌ１６ｂに基づいて、電動機３ｂの回転速度を推定した推定速度Ｌ２８ｂを演算する。速度推定器２７ｂは、演算した推定速度Ｌ２８ｂを減算器３１ｂに入力する。推定速度Ｌ２８ｂは、電動機３ｂの速度フィードバック信号として利用される。

本実施形態によれば、二重反転プロペラの正転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同トルクとなり、同一定格トルクの電動機を利用することができる。また、速度検出器を取り付けスペースが小さいため配線できない場合や速度検出器の信号線の引き回しが困難な場合などの船舶等においても、適用することができる。

（第８の実施形態）
図８を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。

本装置は、図７に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器４０ａの代わりに、速度基準演算器４０ｂを、減算器３４ｂの代わりに、減算器３４ａを、加算器３３ｂの代わりに、速度基準演算器４０ｂと減算器３１ａとの間に加算器３３ａをそれぞれ設け、トルクバランス制御器１０の出力側に、リミッタ１７を介して、加算器３３ａの入力側を接続した点以外は、図７と同じである。

本実施形態によれば、二重反転プロペラの逆転時において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同トルクとなり、同一定格トルクの電動機を利用することができる。また、速度検出器を取り付けスペースが小さいため配線できない場合や速度検出器の信号線の引き回しが困難な場合などの船舶等においても、適用することができる。

（第９の実施形態）
図９を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。

本装置は、図１に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器４０ａの代わりに、速度基準演算器４０を設け、加算器３３ｂを取り除き、切換コントローラ２５、スイッチ２４ａ，２４ｂ、減算器３６ａ、加算器３６ｂを設けている。

スイッチ２４ａは、速度基準演算器４０と減算器３１ａとの間に設けている。スイッチ２４ｂは、速度基準演算器４０と減算器３１ｂとの間に設けている。減算器３６ａは、速度基準演算器４０とスイッチ２４ａのｂ接点（ブレイク接点）との間に設けている。加算器３６ｂは、速度基準演算器４０とスイッチ２４ｂのａ接点（メーク接点）との間に設けている。リミッタ１７の出力側は、減算器３６ａ及び加算器３６ｂの入力側に接続している。

これらの点以外は、図１と同じである。

切換コントローラ２５は、スイッチ２４ａ及びスイッチ２４ｂを連動させて切り換える。切換コントローラ２５は、二重反転プロペラの正転時と逆転時の制御を相互に切り換えるための機器である。

先ず、二重反転プロペラの正転時の制御について説明する。

正転時を制御する状態のとき、本装置は、スイッチ２４ａ，２４ｂは、ともにａ接点をメークしている。逆転時を制御する状態に成っている場合は、切換コントローラ２５により、正転時を制御する状態に切り換えることができる。

速度基準演算器４０は、電動機３ａの回転速度を制御するための基準となる速度基準Ｌ１１ａを演算する。速度基準演算器４０は、スイッチ２４ａを介して、減算器３１ａに演算した速度基準Ｌ１１ａを入力する。速度基準演算器４０は、加算器３６ｂに演算した速度基準Ｌ１１ａを入力する。

加算器３６ｂは、速度基準演算器４０から入力された速度基準Ｌ１１ａ及びリミッタ１７を介して入力されたトルクバランス制御器１０の出力信号が入力される。加算器３６ｂは、トルクバランス制御１０の出力信号に基づく値を、速度基準Ｌ１１ａに加算し、速度基準Ｌ１１ｂとして、減算器３１ｂに入力する。

次に、二重反転プロペラの逆転時の制御について説明する。

逆転時を制御する状態のとき、本装置は、スイッチ２４ａ，２４ｂは、ともにｂ接点をメークしている。もし、正転時を制御する状態に成っている場合は、切換コントローラ２５により、逆転時を制御する状態に切り換えることができる。

速度基準演算器４０は、電動機３ｂの回転速度を制御するための基準となる速度基準Ｌ１１ｂを演算する。速度基準演算器４０は、スイッチ２４ｂを介して、減算器３１ｂに演算した速度基準Ｌ１１ｂを入力する。速度基準演算器４０は、減算器３６ａに演算した速度基準Ｌ１１ｂを入力する。

減算器３６ａは、速度基準演算器４０から入力された速度基準Ｌ１１ｂ及びリミッタ１７を介して入力されたトルクバランス制御器１０の出力信号が入力される。減算器３６ａは、トルクバランス制御１０の出力信号に基づく値を、速度基準Ｌ１１ｂから減算し、速度基準Ｌ１１ａとして、減算器３１ｂに入力する。

本実施形態によれば、二重反転プロペラの正転時及び逆転時の両方において、例えば、プロペラが海上に出るなど急激に負荷が低下した場合に、電動機の速度が急激に上昇することを防ぐことができる。また、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。さらに、各電動機が、基本的に同トルクとなり、同一定格トルクの電動機を利用することができる。

（第１０の実施形態）
図１０を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。

本装置は、図１に示す舶用電気推進装置において、減算器３４ｂ、トルクバランス制御１０、リミッタ１７、加算器３３ｂを取り除き、代わりに、速度基準演算器４０ａと減算器３１ｂとの間に、関数演算器２２ａを設けている点以外は、図１と同じである。

関数演算器２２ａは、図１３に示すように、二重反転プロペラを効率的に運転するために、速度基準Ｌ１１ａ（電動機３ａの回転速度）から速度基準Ｌ１１ｂ（電動機３ｂの回転速度）を決定するための関数２３ａが設定されている。これにより、速度基準Ｌ１１ａを決定すると、速度基準Ｌ１１ｂが決定される。

関数演算器２２ａは、速度基準演算器４０ａから入力された速度基準Ｌ１１ａに基づいて、速度基準Ｌ１１ｂを演算する。関数演算器２２ａは、演算された速度基準Ｌ１１ｂを減算器３１ｂに入力する。

本実施形態によれば、二重反転プロペラの正転時において、ディーゼルエンジンによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。また、前プロペラ１と後プロペラ２が全速度範囲において、２つの電動機３ａ，３ｂのバランスのとれた効率的な速度で運転することできる。

（第１１の実施形態）
図１１を参照して、本実施形態に係る舶用電気推進装置の構成について説明する。

本装置は、図１０に示す舶用電気推進装置において、速度基準演算器４０ａの代わりに、速度基準演算器４０ｂを設け、関数演算器２２ａの代わりに、速度基準演算器４０ｂと減算器３１ａとの間に、関数演算器２２ｂを設けた点以外は、図１０と同じである。

関数演算器２２ｂは、図１４に示すように、二重反転プロペラを効率的に運転するために、速度基準Ｌ１１ｂ（電動機３ｂの回転速度）から速度基準Ｌ１１ａ（電動機３ａの回転速度）を決定するための関数２３ｂが設定されている。これにより、速度基準Ｌ１１ｂを決定すると、速度基準Ｌ１１ａが決定される。

関数演算器２２ｂは、速度基準演算器４０ｂから入力された速度基準Ｌ１１ｂに基づいて、速度基準Ｌ１１ａを演算する。関数演算器２２ｂは、演算された速度基準Ｌ１１ａを減算器３１ａに入力する。

本実施形態によれば、二重反転プロペラの逆転時において、ディーゼルエンジンなどによる推進方式に比べて機器構成を簡単にすることができる。また、前プロペラ１と後プロペラ２が全速度範囲において、２つの電動機３ａ，３ｂのバランスのとれた効率的な速度で運転することできる。

なお、各実施形態において、装置を構成する任意の部分は、ソフトウェア又はハードウェアのどちらを用いるものであってもよい。製造に係る条件及び適用される環境などに応じて、構成を選択してもよい。

各実施形態において、装置を構成する任意の部分（例えば、減算器、加算器など）は、各実施形態の要旨（例えば、２つの電動機の出力及びトルク、２つの電力変換器の出力などを同じにすることなど。）を逸脱しなければ、製造に係る条件及び適用される環境などに応じて、構成を変更してもよい。

例えば、各実施形態における減算器において、２つの入力の差分を求める処理を行うのであれば、どちらの入力を加算側、減算側にしてもよい。

また、第１の実施形態から第８の実施形態において、トルクバランス制御器１０及び出力バランス制御器１９に入力する減算器３４ａ，３４ｂ及び減算器３５ａ，３５ｂをそれぞれ相互に入れ替える（加算側と減算側との入力を入れ替える。即ち、差分の符号を反転させる。）ことにより、加算器３３ａ，３３ｂを減算器に変更してもよい。

同様にして、第９の実施形態において、減算器３４ｂを減算器３４ａに入れ替え、減算器３６ａ、加算器３６ｂを相互に入れ替えてもよい。

第７の実施形態及び第８の実施形態における速度推定器２７ａ，２７ｂは、他の各実施形態における速度検出器５ａ，５ｂの代わりに用いてもよい。これにより、他の各実施形態における効果に加え、速度検出器を取り付けスペースが小さいため配線できない場合や速度検出器の信号線の引き回しが困難な場合などの船舶等においても、適用することができるなどの効果が得られる。

第７の実施形態及び第８の実施形態における速度推定器２７ａ，２７ｂは、電力変換器４ａ，４ｂの出力する交流電流及び電力変換器４ａ，４ｂの制御に用いられる電圧基準Ｌ１６ａ，Ｌ１６ｂに基づいて、電動機３ａ，３ｂの回転速度を推定したが、他の方式、方法、及び装置などにより、電動機３ａ，３ｂの回転速度を推定してもよい。例えば、速度推定の方式は、モータの端子電圧、電流、電動機定数から直接的にまたは間接的に行われてもよい。また、モータの端子間を電圧センサで測定した電圧フィードバック及び電流フィードバックに基づいて、電動機３ａ，３ｂの回転速度を推定してもよい（例えば、非特許文献１を参照）。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る舶用電気推進装置を説明するためのブロック図。第２の実施形態に係る舶用電気推進装置を説明するためのブロック図。第３の実施形態に係る舶用電気推進装置を説明するためのブロック図。第４の実施形態に係る舶用電気推進装置を説明するためのブロック図。第５の実施形態に係る舶用電気推進装置を説明するためのブロック図。第６の実施形態に係る舶用電気推進装置を説明するためのブロック図。第７の実施形態に係る舶用電気推進装置を説明するためのブロック図。第８の実施形態に係る舶用電気推進装置を説明するためのブロック図。第９の実施形態に係る舶用電気推進装置を説明するためのブロック図。第１０の実施形態に係る舶用電気推進装置を説明するためのブロック図。第１１の実施形態に係る舶用電気推進装置を説明するためのブロック図。各実施形態に係る二重反転プロペラを説明するためのブロック図。第１０の実施形態に係る関数演算器の関数を説明するためのブロック図。第１１の実施形態に係る関数演算器の関数を説明するためのブロック図。

符号の説明

１…前プロペラ、２…後プロペラ、３ａ，３ｂ…電動機、４ａ，４ｂ…電力変換器、５ａ，５ｂ…速度検出器、６ａ，６ｂ…電流検出器、７ａ，７ｂ…速度制御器、８ａ，８ｂ…電流基準演算器、９ａ，９ｂ…電流制御器、１０…トルクバランス制御器、１７…リミッタ、３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ…減算器、３３ａ，３３ｂ…加算器、４０ａ，４０ｂ…速度基準演算器。

Claims

２つのプロペラが相互に逆方向に回転する二重反転プロペラと、前記各プロペラを各々回転させる２つの電動機とを備え、前記各電動機を各々制御する舶用電気推進装置において、
前記各電動機の回転速度を制御するための基準となる速度基準に基づいて、前記各電動機のトルクを各々制御するための２つのトルク基準を各々演算する２つのトルク基準演算手段と、
前記２つのトルク基準演算手段により各々演算された前記２つのトルク基準の偏差に基づいて、前記各電動機のトルクが等しくなるように、前記２つのトルク基準演算手段のうちいずれか１つの演算に使用される前記速度基準を修正するトルクバランス制御手段と
を具備することを特徴とする舶用電気推進装置。
前記各電動機の回転速度を各々検出する２つの速度検出手段と、
前記各速度検出手段により検出された前記各回転速度に基づいて、前記各速度検出手段に対応する前記各速度基準を各々修正する２つの速度基準修正手段と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の舶用電気推進装置。
前記各電動機の回転速度を各々推定する２つの速度推定手段と、
前記各速度推定手段により推定された前記各回転速度に基づいて、前記各速度推定手段に対応する前記各速度基準を各々修正する２つの速度基準修正手段と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の舶用電気推進装置。
前記各プロペラの予め定めた回転方向を正転時とし、前記正転時の回転方向と逆の回転方向を逆転時とし、前記正転時と前記逆転時との制御を切り換えられる制御切換手段
を具備することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の舶用電気推進装置。