JP4765002B2 - 船舶の電気推進装置 - Google Patents

Description

この発明は、電力変換装置により制御される交流電動機により船舶のプロペラ（推進機）を駆動するようにした船舶の電気推進装置に関する。

電力変換装置を介して制御される交流電動機により船舶のプロペラを駆動して船舶を推進するようにした電気推進装置は、特許文献１に示されるようによく知られている。
このような、船舶の電気推進装置は、ディーゼルエンジンやガスタービンなどの原動機駆動による推進装置に比べ、操作性に優れているので、高度な操作性を要求される船舶に採用されることが多い。
特開平７−３１５２９３号公報

この発明は、このような船舶の電気推進装置の操作性をさらに高めるために、個々の船舶の特性に合わせて複数の操作方式の設定ができ、そのつど最適な操作方式を選択可能にした船舶の電気推進装置を提供することを課題とするものである。

この課題を解決するため、この発明は、船舶のプロペラを駆動する交流電動機と、回生可能な直流電源と、この直流電源から供給される直流電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に変換して前記交流電動機を可変速制御する電力変換装置とを備えた電気推進装置において、船舶の速度を指令する速度設定操作手段と、この速度設定操作手段で設定された速度設定値に基づいて、加速制御および減速制御の各制御モードに対応してそれぞれ設定された傾斜で時間的に変化する速度指令信号を形成する速度指令調整手段と、加速制御および減速制御の各制御モードにおいて前記速度指令調整手段の発生する速度指令信号が変化する傾斜をそれぞれ設定する加速用速度指令変化率設定手段および減速用速度指令変化率設定手段、前記速度指令調整手段の速度指令信号による速度指令値と前記交流電動機の速度検出値とに基づいて前記電力変換装置を制御して前記交流電動機の速度を調節制御する速度調節制御手段と、減速制御のときに電力変換装置の回生動作を所定速度以下で継続するモードと中断するモードとを選択的に切替える運転モード切替手段とを設けたことを特徴とするものである。

このような構成によれば、船舶の航行特性に合わせて加減速時の加減速用速度指令信号の変化率（傾斜）を設定でき、そして操船状況に応じて通常減速操作および急速減速操作を選択することができるため、船舶の円滑な前後進操作、停止操作および急速逆転操作等の操作性を高めることができる効果が得られる。

以下に、この発明の実施の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

図1は、この発明の実施例を示す概略的な回路構成図である。

図1において、Ｐは、船舶の推進用プロペラ、ＡＣＭは、このプロペラを駆動する推進用交流電動機、Ｎは、この交流電動機ＡＣＭ、したがってプロペラＰの速度を検出する速度検出器である。交流電動機ＡＣＭの駆動電源は、原動機ＥＮＧによって駆動される交流発電機ＡＣＧと、この交流発電機ＡＣＧから出力される交流電力を直流電力に変換して蓄電池Ｂを充電するコンバータＣＮＶと、蓄電池Ｂから供給される直流電力を可変電圧・可変周波数（ＶＶＶＦ）の交流電力に変換して交流電動機ＡＣＭを駆動するインバータＩＮＶとにより構成され、船舶の減速制動時に交流電動機ＡＣＭで発生される回生電力を蓄電池Ｂに回生することができる構成となっている。

このように構成された電気推進装置は、制御装置ＣＮＴによって制御される。制御装置ＣＮＴには、船舶の前後進とその速度を指令する速度設定操作ハンドルＨＤＬ、この速度設定操作ハンドルＨＤＬによって設定された速度設定値にしたがって交流電動機ＡＣＭの速度を加速または減速する際、その速度指令信号の時間的な上昇または減少の傾斜（変化率）を設定する加速用速度指令変化率設定器ＶＲ１、減速用速度指令変化率設定器ＶＲ２および、予め設定された運転モード１と運転モード２を選択的に切替える運転モード切替器Ｍｃが付属する。

制御装置ＣＮＴは、速度設定操作ハンドルＨＤＬにより設定された速度設定値に基づいて加速または減速するための速度指令信号を形成する速度指令調整機能をもつ速度指令調整部を備えるとともに、形成された速度指令信号に応じてインバータＩＮＶを制御し、交流電動機ＡＣＭの速度を速度指令値に一致させるように交流電動機ＡＣＭの速度調節を行なう速度調節制御機能をもつ速度調節制御部を備えている。上記の速度指令調整部の動作において、制御装置ＣＮＴの内部において形成される速度指令信号の上昇または減少の変化率（傾斜）が変化率設定器ＶＲ１およびＶＲ２によりそれぞれ設定され、加減速時の速度指令信号の時間的に変化する傾斜を、船舶の加減速特性に合わせて任意に設定することができるようにしている。

運転モード切替器Ｍｃにて設定される運転モード１は、船舶を起動、停止および急速逆転操作するとき、交流電動機ＡＣＭの減速期間の全期間、インバータＩＮＶに回生動作を行なわせるようにした運転モードである。また、運転モード２は、船舶の減速のために交流電動機ＡＣＭを減速させる期間の途中で、電動機速度が所定の速度以下になったところでインバータＩＮＶの回生動作を解除するようにした運転モードである。

つぎに、このような実施例の電気推進装置の動作を運転モー１と運転モード２とにわけて説明する。
「運転モード１」
運転モード１で運転する場合は、運転モード切替器Ｍｃの操作つまみの矢印を図１における「１」の位置に合わせる。
ア）通常起動
船舶を停止から前進、または後進の所望の設定速度まで立ち上げる起動を通常起動という。この場合は、速度設定操作ハンドルＨＤＬを停止（ゼロ）の位置から前進側、または後進側に回転操作して、所望の設定速度に対応する角度の位置に止めて、速度設定信号Ｎｓを所望のＮ0に設定することにより起動を指令する。

このような通常起動時の各部の動作波形を図２のタイムチャートに示す。

この図２の（ａ）は、速度設定操作ハンドルＨＤＬから与えられる速度設定信号Ｎｓ、制御装置ＣＮＴ内部で形成される速度指令信号Ｎｉ、速度センサＮで検出される電動機速
度Ｍｓおよび船舶の速度Ｓｓを示し、（ｂ）にインバータＩＮＶの電流Ｉを示す。

ｔ20時点で、速度設定操作ハンドルＨＤＬから制御装置ＣＮＴへ、ゼロから前進または後進の所望速度Ｎ0までほぼステップ状に変化する速度設定信号Ｎｓを与えて起動を指令する。この速度設定信号ＮｓがＮ0に設定されると制御装置ＣＮＴは、加速制御のために、速度指令調整部により、加速用速度指令変化率設定器ＶＲ1に設定された変化率（傾斜）で上昇する速度指令信号Ｎｉ、すなわち、加速用速度指令信号Ｎｉを発生し、速度調節制御部により、加速用速度指令信号Ｎｉによる速度指令値と電動機速度Ｍｓの検出値とに基づいて交流電動機ＡＣＭの速度調節制御を行い、インバータＩＮＶへ制御信号ＣＩを与え、インバータＩＮＶの出力周波数および出力電圧を増加させる。これにより、交流電動機ＡＣＭが起動し、電動機速度が図２（ａ）にＭｓで示されるように徐々に上昇し、プロペラＰを駆動する。これによりプロペラＰが次第に速度を上げることによって、船舶の速度Ｓｓが同図にＳｓで示すように電動機速度Ｍｓより少し遅れて上昇する。このときインバータＩＮＶに流れる電流Ｉａは、インバータＩＮＶを構成する半導体モジュールの電流容量等で決められた電流制限値ＩａＬを超えないように制御装置ＣＮＴによって制御されるので、電動機電流ＩはほぼＩａＬ一定に保たれる。

加速用速度指令信号Ｎｉが設定速度Ｎ0に達したｔ21時点から、電動機への速度指令値が一定にされるので、インバータ電流Ｉは、交流電動機ＡＣＭの担うプロペラＰの推進負荷に見合った電流Ｉａへ次第に減少し（図２（ｂ）参照）、電動機速度Ｍｓは遅れて指令速度Ｎ0に達し、船舶速度Ｓｓも電動機速度Ｍｓに対応するＳ0に達し、起動を終了する。

なお、運転モード１の通常起動では、加速用速度指令変化率の設定値を大きくした場合、速度指令値Ｎｉが設定された急な傾斜で上昇するのに対応して、電動機速度Ｍｓは速度指令値Ｎｉに追従するようにしてわずかに遅れて急速に加速されるが、船舶速度Ｓｓは船体の慣性のため電動機速度Ｍｓよりさらに遅れて上昇することになり、加速用速度指令変化率の設定値が大きく電動機速度Ｍｓの上昇が急速であればあるほど、電動機速度Ｍｓに対する船舶速度Ｓｓの上昇の遅れは大きくなり、これによりプロペラからキャビテーションが発生する。このキャビテーションはプロペラを腐食させる要因となるので、キャビテーションは極力発生させない方が好ましい。一方、加速用速度指令変化率の設定値を小さくしていくと、速度指令値Ｎｉの上昇の傾斜が緩やかになるのに対応して電動機速度Ｍｓの上昇も緩やかになるので、船舶速度Ｓｓが電動機速度Ｍｓに追従して上昇することになり、キャビテーションの発生はなくなるが、加速用速度指令変化率の設定値が小さ過ぎる場合、船舶の起動における加速が遅くなり過ぎて運航上の問題となることが想定される。このため、その船舶の通常起動における最適な加速用速度指令変化率として、例えばキャビテーションを発生させない範囲で極力大きな変化率値に設定する運用方法などが考えられる。また、緊急時の対応として、起動時に急速加速するために、キャビテーションがある程度発生することを承知の上で、加速用速度指令変化率をキャビテーションが発生する領域のより大きな変化率値に設定することが必要となる場合も考えられる。従って、船舶の行動パターン、オペレータの操船パターンおよび船体特性の相違などに対応して、図２（ａ）のt20〜t21における加速用速度指令変化率を任意に設定することができるようにしておくことが好ましい。

また、上記のように、キャビテーションの発生がなくなるように加速用速度指令変化率の設定値を小さくした場合、船舶速度Ｓｓが電動機速度Ｍｓに追従して上昇することから、交流電動機ＡＣＭの担うプロペラＰの推進負荷が過渡的に過大になることがないため、インバータＩＮＶに流れる電流Ｉの変化パターンは、図２（ｂ）に示されているような、駆動電流制限値ＩａＬまで急速に上昇した後、速度指令値Ｎｉが設定速度Ｎ0に達するｔ21時点までＩａＬの一定値に保持されるような変化パターンではなく、速度指令値Ｎｉの緩やかな傾斜の上昇パターンに対応して電流Ｉもゼロから徐々に上昇していき、速度指令値Ｎｉが設定速度Ｎ0に達すると、それまで徐々に上昇していた電流Ｉは、指令速度Ｎ0での交流電動機ＡＣＭの担うプロペラＰの推進負荷に見合った一定の電流値Ｉａとなる。
イ）通常停止
設定速度Ｎ0で前進または後進している状態から停船させる操作を通常停止という。

通常停止の場合は、速度設定操作ハンドルＨＤＬを設定速度Ｎ0の位置から停止（ゼロ）の位置へ戻すことにより速度設定信号ＮｓをＮ0からゼロにステップ状に低下させる。

このときの各部の動作波形を図３のタイムチャートに示す。

速度設定信号Ｎｓが図３（ａ）のｔ30時点でゼロに低下されると、制御装置ＣＮＴ内で、減速制御のために、速度指令調整部により、減速用速度指令変化率設定器ＶＲ2で設定された変化率（傾斜）で下降する速度指令信号Ｎｉ、すなわち、減速用速度指令信号Ｎｉが形成される。制御装置ＣＮＴは、この減速用速度指令信号Ｎｉにしたがって、速度調節制御部により、減速用速度指令信号Ｎｉによる速度指令値と電動機速度Ｍｓの検出値とに基づいて交流電動機ＡＣＭの速度調節制御を行い、インバータＩＮＶへその出力周波数および出力電圧を低下させる制御信号ＣＩを与えるので、交流電動機ＡＣＭの速度Ｍｓが減速される。このときプロペラＰは船舶の有する慣性によって駆動されるため、交流電動機ＡＣＭがこのプロペラＰによって逆駆動されて発電動作を行い、回生電力を発生する。インバータＩＮＶはこの交流電動機ＡＣＭからの回生電力を蓄電池Ｂへ戻す回生モードとなる。

これにより、インバータＩＮＶの電流Ｉは駆動電流と反対方向の−Ｉとなり、その値は、減速用速度指令信号Ｎｉがゼロに達するｔ31まで回生電流制限値-ＩｂＬに保たれ、大きな制動力を発生する。このｔ31時点からは、交流電動機ＡＣＭへの速度指令値がゼロで一定にされることによって、インバータ電流Ｉは、次第に減少され、ゼロとなる（図３（ｂ）参照）。

このような交流電動機ＡＣＭにおいて発生される回生電力を蓄電池Ｂへ回生することによって制動力が発生し、電動機速度Ｍｓ、船舶速度Ｓｓが図３（ａ）に示すように減速し、ゼロとなって停船する。

なお、運転モード１の通常停止では、減速用速度指令変化率の設定値を大きくした場合、速度指令値Ｎｉが設定された急な傾斜で下降するのに対応して、電動機速度Ｍｓは回生制動を伴って速度指令値Ｎｉに追従するようにしてわずかに遅れて急速に減速されようとするが、船舶速度Ｓｓは船体の慣性のため電動機速度Ｍｓよりさらに遅れて下降することになり、減速用速度指令変化率の設定値が大きく電動機速度Ｍｓの下降が急速であればあるほど、電動機速度Ｍｓに対する船舶速度Ｓｓの下降の遅れは大きくなり、これによりプロペラからキャビテーションが発生する。上述の通常起動の場合と同様に、このキャビテーションはプロペラを腐食させる要因となるので、キャビテーションは極力発生させない方が好ましい。一方、減速用速度指令変化率の設定値を小さくしていくと、速度指令値Ｎｉの下降の傾斜が緩やかになるのに対応して電動機速度Ｍｓの下降も緩やかになるので、船舶速度Ｓｓが電動機速度Ｍｓに追従して下降することになり、キャビテーションの発生はなくなる。運転モード１の通常停止は、停止操作において、交流電動機ＡＣＭの減速期間の全期間、インバータＩＮＶに回生動作を行なわせる方式であって、後述する運転モード２の通常停止よりも、船舶の停止指令から停船するまでの時間をより短くできるものであるが、減速用速度指令変化率の設定値が小さ過ぎる場合には、船舶の減速が遅くなり過ぎて停船距離が伸長し、運航上の問題となることが想定されるので、その船舶の通常停止における最適な減速用速度指令変化率値として、例えばキャビテーションを発生させない範囲で極力大きな変化率値に設定する運用方法などが考えられる。また、キャビテーションがある程度発生することを承知の上で、減速用速度指令変化率をキャビテーションが発生する領域のより大きな変化率値に設定し、回生電流制限値ＩｂＬを最大値としてより大きな回生電流による回生制動を行わせて、停船距離をより短縮するという操作も考えられる。従って、船舶の行動パターン、オペレータの操船パターンおよび船体特性の相違などに対応して、図３（ａ）のt30〜t31における減速用速度指令変化率を任意に設定することができるようにしておくことが好ましい。
ウ）クラッシュアスターン（急速逆転）
前進航行中に障害物との衝突回避等などのために船舶を緊急に停船、後進させるようにに、前進から直ちに後進へ速度設定操作ハンドルＨＤＬを操作するのが急速逆転操作である。

このときの各部の動作波形を図４のタイムチャートに示す。

急速逆転の指令は、速度設定操作ハンドルＨＤＬを前進の設定速度Ｎ0の位置から後進の設定速度Ｎ0の位置まで急速に回転操作することにより与えられる。これにより速度設定信号Ｎｓは、図４（ａ）に示すように、ｔ40時点で、Ｎ0から−Ｎ0へステップ状に変化する。

この信号を受けると制御装置ＣＮＴは、速度指令調整部により、減速用速度指令信号Ｎｉ（ｔ40〜ｔ41）を形成し、これにしたがって、速度調節制御部によりインバータＩＮＶを減速制御する。交流電動機ＡＣＭは、船舶の慣性により駆動されて発電動作をし、インバータＩＮＶが蓄電池Ｂへの回生電流を回生電流制限値ＩｂＬに制限して電動機の減速を開始する。

これに伴って、船舶の速度Ｓｓも減速を始めるが、制御装置ＣＮＴは、電動機速度Ｍｓが予め設定した速度Ｍｘに達するまで速度指令信号Ｎｉをゼロに保持し、電動機速度ＭｓがＭｘに達したことを検知したところで（ｔ41）、速度指令信号Ｎｉを、後進の加速用速度指令信号Ｎｉ（ｔ41〜ｔ43）に切り替える。これにより、インバータＩＮＶは回生モードから駆動モードに切り替わり、交流電動機ＡＣＭを逆転駆動し後進運転へ移行する。

このときの加速用速度指令信号Ｎｉの傾斜は、予め加速用速度指令変化率設定器ＶＲ1で設定された変化率で決まる。この加速用速度指令信号Ｎｉに従って、制御装置ＣＮＴにおける速度調節制御部によりインバータＩＮＶが制御され、交流電動機ＡＣＭは、電流を駆動電流制限値ＩａＬに制限されて後進側への回転を始め、電動機速度Ｍｓが後進側に設定された速度−Ｎ0まで加速されるので、船舶の速度Ｓｓを前進側で減速させ、速度ゼロ点を通過して後、後進側の設定速度−Ｎ0に対応する船舶速度−Ｓ0まで加速する。インバータＩＮＶの電流は、速度指令信号Ｎｉが一定となったｔ43時点から、プロペラＰの推進負荷に見合った電流Ｉａに減少する（図４（ｂ）参照）。

この急速逆転運転において、交流電動機ＡＣＭを速度ＭｓがＭｘになったところで、前進（正転）運転から後進（逆転）運転に切り替えるのは、慣性で前進航行する船舶のプロペラＰによって前進（正転）方向に駆動されている状態の交流電動機ＡＣＭを、急激に逆転させるようにすると、このときに発生する逆推力により、プロペラＰ、プロペラ軸およびこの軸を支持するスラスト軸受などが損傷するのを避けるためである。したがって、この正逆転切り替えを行なう設定速度Ｍｘは、プロペラＰを停止させないでこれを駆動する交流電動機を正転から逆転に切り替えた際に、プロペラ軸等に加わる推力が許容値以下となる速度に選ばれる。このＭｘの値は、経験的には交流電動機ＡＣＭ、したがってプロペラＰの定格速度の60〜70％の値に選ぶのがよい。

なお、急速逆転は、危険回避のために緊急停船させるための操作であるから、交流電動機ＡＣＭが正転から逆転へ移行する際に発生する逆推力により、プロペラＰ、プロペラ軸およびスラスト軸受などへ損傷を与えない限度以下で極力急速に交流電動機ＡＣＭを逆転させることが好ましいので、後進側の加速用速度指令変化率は、キャビテーションがある程度発生することも承知の上で、上記のような急速な逆転に対応した大きな変化率値に設定する。しかしながら、上記の緊急停船以外に、通常停止操作の場合よりも停船距離をさらに短縮させることを目的として急速逆転操作を行う場合もあり、このような場合には、後進側の加速用速度指令変化率を、上記のような緊急停船のための急速逆転操作における変化率値よりも小さい変化率値、例えば、キャビテーションを極力発生させないような小さい変化率値に調整する運用方法なども考えられる。従って、船舶の行動パターン、オペレータの操船パターンおよび船体特性の相違などに対応して、図４（ａ）のt41〜t43における後進側の加速用速度指令変化率を任意に設定することができるようにしておくことが好ましい。
「運転モード２」
次に運転モード２について説明する。

運転モード２を選択するときは、運転モード選択スイッチＭｃのつまみを回転して矢印を図１における「２」の位置に合わせる。
ア）通常起動
速度設定操作ハンドルＨＤＬを停止（ゼロ）の位置から前進側、または後進側に回転操作して、所望の設定速度に対応する角度の位置に止めて、速度設定信号Ｎｓを所望の速度Ｎ0に設定することにより起動を指令する。

このような通常起動時の各部の動作波形を図５のタイムチャートに示す。

この図５の（ａ）に、速度設定操作ハンドルＨＤＬから与えられる速度設定信号Ｎｓ、制御装置ＣＮＴ内部で形成される速度指令信号Ｎｉ、速度センサＮで検出される電動機速
度Ｍｓおよび船舶の速度Ｓｓを示し、（ｂ）にインバータＩＮＶの電流Ｉを示すのは、前記の図２と同様である。

ｔ50時点で、速度設定操作ハンドルＨＤＬから制御装置ＣＮＴへ、ゼロから前進または後進の所望速度Ｎ0までほぼステップ状に変化する速度設定信号Ｎｓを与えて起動を指令する。この速度設定信号ＮｓがＮ0に設定されると制御装置ＣＮＴは、速度指令調整部により、加速用速度指令変化率設定器ＶＲ1に設定された変化率で上昇する速度指令信号Ｎｉ、すなわち、加速用速度指令信号Ｎｉを発生し、速度調節制御部により、加速用速度指令信号Ｎｉによる速度指令値と電動機速度Ｍｓの検出値とに基づいて交流電動機ＡＣＭの速度調節制御を行い、インバータＩＮＶへ制御信号を与え、インバータＩＮＶの出力周波数および出力電圧を増加させる。これにより、交流電動機ＡＣＭが起動し、電動機速度Ｍｓで示されるように徐々に速度を上昇し、プロペラＰを駆動する。これによりプロペラＰが次第に速度を上げることによって、船舶の速度もＳｓで示すように電動機速度Ｍｓより少し遅れて上昇する。このときインバータＩＮＶに流れる電流Ｉａは、インバータＩＮＶを構成する半導体モジュールの電流容量で決められた駆動電流制限値ＩａＬを超えないように制御装置ＣＮＴによって制御されるので、電動機電流ＩはほぼＩａＬ一定に保たれる。

加速用速度指令信号Ｎｉが設定速度Ｎ0に達したｔ51時点から、電動機への速度指令値が一定となるので、運転モード１の場合と同様に、インバータ電流Ｉは、交流電動機ＡＣＭの担うプロペラＰの推進負荷に見合った電流Ｉａへ次第に減少し（図５（ｂ）参照）、電動機速度Ｍｓは遅れて指令速度Ｎ0に達し，船舶速度Ｓｓも電動機速度Ｍｓに対応するＳ0に達し、起動が完了する。

この操作では、回生運転が行なわれないので、運転モード１の場合と動作波形は変わらない。

なお、この起動操作でも、運転モード１の場合と同様に、加速用速度指令変化率の設定においては、運航上求められる起動時の加速条件とともにプロペラからのキャビテーションの発生も考慮する必要があり、その船舶の通常起動における最適な加速用速度指令変化率として、例えばキャビテーションを発生させない範囲で極力大きな変化率値に設定する運用方法などが考えられるとともに、緊急時の対応として、起動時に急速加速するために、キャビテーションがある程度発生することを承知の上で、キャビテーションが発生する領域のより大きな変化率値に設定することが必要となる場合も考えられるので、船舶の行動パターン、オペレータの操船パターンおよび船体特性の相違などに対応して、図５（ａ）のt50〜t51における加速用速度指令変化率を任意に設定することができるようにしておくことが好ましい。
イ）通常停止
設定速度Ｎ0で前進または後進している状態から停船させるために、通常停止の場合は、速度設定操作ハンドルＨＤＬを設定速度Ｎ0の位置から停止の位置へ戻すことにより速度設定信号ＮｓをＮ0からゼロにステップ状に低下させる。

このときの各部の動作波形を図６のタイムチャートに示す。

速度設定信号Ｎｓが図６（ａ）のｔ60時点でゼロに低下されると、制御装置ＣＮＴ内で、速度指令調整部により、減速用速度指令変化率設定器ＶＲ2で設定された変化率（傾斜）で下降する速度指令信号Ｎｉ、すなわち、減速用速度指令信号Ｎｉが形成される。制御装置ＣＮＴは、この減速用速度指令信号Ｎｉにしたがって、速度調節制御部により、減速用速度指令信号Ｎｉによる速度指令値と電動機速度Ｍｓの検出値とに基づいて交流電動機ＡＣＭの速度調節制御を行い、インバータＩＮＶへその出力周波数および出力電圧を低下させる制御信号を与えるので、交流電動機ＡＣＭの速度Ｍｓが減速される。このときプロペラＰが船舶の慣性によって駆動されるため、交流電動機ＡＣＭがこのプロペラＰによって逆に駆動され、回生電力を発生する。インバータＩＮＶはこの交流電動機ＡＣＭからの回生電力を蓄電池Ｂへ戻す回生モードとなる。

これにより、インバータＩＶＮの電流Ｉは駆動電流と反対方向の−Ｉとなり、その値は回生電流制限値ＩｂＬに保たれ、大きな制動力を発生する。電動機速度Ｍｓが予め設定した速度Ｍｘに達したｔ61時点で速度指令信号Ｎｉをゼロとし、また、制御装置ＣＮＴは、インバータＩＮＶの回生モードを停止させる。これにより交流電動機ＡＣＭの回生電流がゼロとなり、回生制動が終了する。このため、この後は、電動機ＡＣＭは船舶の慣性によって駆動されるプロペラＰによって遊転されるだけで、制動力は発生しない。船舶は、プロペラＰへの駆動力がないため、船体およびプロペラの受ける流体抵抗によって減速され、所定時間後に船舶速度Ｓｓがゼロとなって停船する。

このように、運転モード２においては、停止の動作の途中で交流電動機ＡＣＭの発生する回生電力の蓄電池Ｂへの回生を中止するので、制動力が小さくなり、船舶の停止指令から停船するまでの時間は運転モード１の場合より幾分延びるが、インバータＩＮＶおよび交流電動機ＡＣＭの制動時の責務を軽減することができ、遊転中はインバータＩＮＶおよび交流電動機ＡＣＭの制動動作を行わないので、インバータＩＮＶ、交流電動機ＡＣＭおよびプロペラ駆動に起因する騒音の発生がない。

なお、運転モード２の通常停止は、上記のように、運転モード１の通常停止とは異なり、
停止操作において、船舶の減速のために交流電動機ＡＣＭを減速させる期間の途中で、電動機速度が所定の速度Ｍｘ以下になったところでインバータＩＮＶの回生動作を解除する方式であるため、回生動作を解除した後の遊転期間中はプロペラからのキャビテーションが発生しないが、電動機速度が所定の速度Ｍｘに達するまでの回生制動期間における減速用速度指令変化率の設定においては、運転モード１の通常停止の場合と同様に、プロペラからのキャビテーションの発生を考慮する必要があり、その船舶の通常停止における最適な減速用速度指令変化率として、例えばキャビテーションを発生させない範囲で極力大きな変化率値に設定する運用方法などが考えられるとともに、キャビテーションがある程度発生することを承知の上で、減速用速度指令変化率をキャビテーションが発生する領域のより大きな変化率値に設定し、回生動作が解除されるまで、回生電流制限値ＩｂＬを最大値としてより大きな回生電流による回生制動を行わせて、停船距離をより短縮するという操作も考えられる。従って、船舶の行動パターン、オペレータの操船パターンおよび船体特性の相違などに対応して、図６（ａ）の回生制動期間t60〜t61における減速用速度指令変化率を任意に設定することができるようにしておくことが好ましい。
ウ）クラッシュアスターン（急速逆転）
急速逆転の指令は、速度設定操作ハンドルＨＤＬを前進の設定速度Ｎ0の位置から後進の設定速度Ｎ0の位置まで急速に回転操作することにより出される。これにより速度設定信号Ｎｓは、図７（ａ）に示すように、ｔ70時点で、Ｎ0から−Ｎ0へステップ状に変化する。

この信号を受けると制御装置ＣＮＴは、速度指令調整部により急速減速用速度指令信号Ｎｉ（ｔ70〜ｔ71）を形成し、これにしたがって、速度調節制御部によりインバータＩＮＶを減速制御する。交流電動機ＡＣＭは、船舶の慣性により駆動され回生動作し、インバータＩＮＶが蓄電池Ｂへの回生電流を回生電流制限値ＩｂＬに制限して電動機の減速を開始する。

これに伴って、船舶の速度Ｓｓも減速を始め、電動機速度Ｍｓが予め設定した速度Ｍｘに達したt71時点で制御装置ＣＮＴは速度指令信号Ｎｉをゼロとし、インバータＩＮＶの回生モードを停止させて、インバータＩＮＶの運転モードを後進側の駆動モードへ切替え、後進の加速用速度指令信号Ｎｉ（ｔ７１〜ｔ７２）により交流電動機ＡＣＭを後進側に回転駆動する。

このときの加速用速度指令信号Ｎｉの傾斜は、予め加速用速度指令変化率設定器ＶＲ1で設定された変化率で決まる。この加速用速度指令信号Ｎｉに従って、制御装置ＣＮＴにおける速度調節制御部によりインバータＩＮＶが制御され、交流電動機ＡＣＭは、電流を駆動電流制限値ＩａＬに制限されて後進側への回転を始め、電動機速度Ｍｓが後進側に設定された速度−Ｎ0まで加速されるので、船舶の速度Ｓｓを前進側で減速させ、ゼ.ロ点を通過して後、後進側の設定速度−Ｎ0に対応する船舶速度−Ｓ0まで加速する。インバータＩＮＶの電流は、速度指令信号Ｎｉが一定になったt72時点から、プロペラＰの推進負荷に見合った電流Ｉａに減少する。

この急速逆転運転においても、交流電動機ＡＣＭの速度Ｍｓが予め設定したＭｘになったところで、前進（正転）運転から後進（逆転）運転に切り替えられるので、プロペラＰ、プロペラ軸およびこの軸を支持するスラスト軸受などがこれに加わる推力によって損傷することは避けられる。

なお、運転モード２の急速逆転も、運転モード１の急速逆転と同様に、危険回避のために緊急停船させるための操作であるから、交流電動機ＡＣＭが正転から逆転へ移行する際に発生する逆推力により、プロペラＰ、プロペラ軸およびスラスト軸受などへ損傷を与えない限度以下で極力急速に交流電動機ＡＣＭを逆転させることが好ましいので、後進側の加速用速度指令変化率は、キャビテーションがある程度発生することも承知の上で、上記のような急速な逆転に対応した大きな変化率値に設定する。しかしながら、上記の緊急停船以外に、通常停止操作の場合よりも停船距離をさらに短縮させることを目的として急速逆転操作を行う場合もあり、このような場合には、後進側の加速用速度指令変化率を、上記のような緊急停船のための急速逆転操作における変化率値よりも小さい変化率値、例えば、キャビテーションを極力発生させないような小さい変化率値に調整する運用方法なども考えられる。従って、船舶の行動パターン、オペレータの操船パターンおよび船体特性の相違などに対応して、図７（ａ）のt71〜t72における後進側の加速用速度指令変化率を任意に設定することができるようにしておくことが好ましい。

なお、図１の実施例では、制御装置ＣＮＴに付属して加速用速度指令変化率設定器ＶＲ１および減速用速度指令変化率設定器ＶＲ２を設け、加減速時の速度指令信号の時間的に変化する傾斜を、船舶の加減速特性に合わせて任意に設定することができるようにしているが、この発明においては、例えば、船舶の様々な行動パターンやオペレータの色々な操艦パターンなどに対応して加速用速度指令変化率および減速用速度指令変化率をそれぞれ複数種類設定して記憶させておく速度指令変化率設定記憶部を制御装置ＣＮＴ内に設けておき、記憶されている複数種類の変化率設定値の中から、その時の運転操作に最適な変化率設定値を選択できるようにした構成としてもよく、このような構成とすれば、運転操作毎に速度指令変化率を設定する作業の煩雑さを回避することができる。

また、上述の図１の実施例では、制御装置ＣＮＴに付属して速度設定操作ハンドルＨＤＬを設けているが、この発明における速度設定操作手段は上記のような構成に限定されるものではなく、船舶の前後進の指令と速度設定値を制御装置ＣＮＴに与えることができればよく、例えば、制御装置ＣＮＴの外部の装置からディジタル信号で与えるようにしてもよい。

また、この発明における速度設定操作手段として、図８に示すような、船舶の前進あるいは後進の進行方向と速度設定値とを一括して指令する押しボタンスイッチを複数個配列した速度設定操作器ＮＳＰを制御装置ＣＮＴに設けるようにしてもよい。この速度設定操作器ＮＳＰに、例えば、「前１」，「前２」・・・「前ｎ」という名称を付けたｎ個の前進用押しボタンスイッチＰＢｆ１，ＰＢｆ２・・・ＰＢｆｎ、「後１」，「後２」・・・「後ｎ」という名称を付けたｎ個の後進用押しボタンスイッチＰＢｂ１，ＰＢｂ２・・・ＰＢｂｎ、および「停止」という名称を付けた１個の停止用押しボタンスイッチＰＢｓを備えるとともに、前進用押しボタンスイッチＰＢｆ１，ＰＢｆ２・・・ＰＢｆｎのそれぞれに対応するｎ種類の前進側速度設定値Ｎｓｆ１，Ｎｓｆ２・・・Ｎｓｆｎ、および後進用押しボタンスイッチＰＢｂ１，ＰＢｂ２・・・ＰＢｂｎのそれぞれに対応するｎ種類の後進側速度設定値Ｎｓｂ１，Ｎｓｂ２・・・Ｎｓｂｎを、制御装置ＣＮＴ内に設けた速度設定値設定記憶部に記憶させておき、速度設定操作器ＮＳＰのいずれかの押しボタンスイッチを押すと、その押しボタンスイッチに対応して、「前進」および「前進側速度設定値」を指令内容としたｎ種類の前進用一括指令、「後進」および「後進側速度設定値」を指令内容としたｎ種類の後進用一括指令、および「停止」を指令内容とした停止指令のうちのいずれかが発令される。制御装置ＣＮＴでは、当該押しボタンスイッチを押す前に出されていた切替直前の指令の内容を記憶しておき、この切替直前の指令と当該押しボタンスイッチによる切替後の指令との関係で、「停止→前進」、「前進→停止」，「前進→後進」などの操作パターンを判別するとともに、切替直前の指令と切替後の指令との関係で決まるステップ信号を速度指令調整部に与えるようにする。そして、制御装置ＣＮＴでは、判別された「停止→前進」、「前進→停止」，「前進→後進」などの操作パターンと、運転モード選択スイッチＭｃにより選択されている運転モードとに基づいて、加速用および減速用として予めそれぞれ複数種類設定し記憶されている速度指令変化率設定値の中から、その時の操作パターンおよび運転モードに最適な変化率設定値を選択して、電動機の運転制御を行う構成とすることができる。

この発明の実施例を示す構成図である。 この発明の実施例の運転モード１での通常起動時の動作波形を示すタイムチャートである。 この発明の実施例の運転モード１での通常停止時の動作波形を示すタイムチャートである。 この発明の実施例の運転モード１での急速逆転時の動作波形を示すタイムチャートである。 この発明の実施例の運転モード２での通常起動時の動作波形を示すタイムチャートである。 この発明の実施例の運転モード２での通常停止時の動作波形を示すタイムチャートである。 この発明の実施例の運転モード２での急速逆転時の動作波形を示すタイムチャートである。 この発明に使用する速度設定操作器を示す構成図である。

符号の説明

Ｐ：プロペラ
ＡＣＭ：交流電動機
ＩＮＶ：インバータ
Ｂ：蓄電池
ＣＮＶ：コンバータ
ＣＮＴ：制御装置
Ｍｃ：運転モード切替器
ＨＤＬ：速度設定操作ハンドル
ＶＲ１：加速用速度指令変化率設定器
ＶＲ２：減速用速度指令変化率設定器

Claims (1)

1. 船舶のプロペラを駆動する交流電動機と、回生可能な直流電源と、この直流電源から供給される直流電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に変換して前記交流電動機を可変速制御する電力変換装置とを備えた電気推進装置において、船舶の速度を指令する速度設定操作手段と、この速度設定操作手段で設定された速度設定値に基づいて、加速制御および減速制御の各制御モードに対応してそれぞれ設定された傾斜で時間的に変化する速度指令信号を形成する速度指令調整手段と、加速制御および減速制御の各制御モードにおいて前記速度指令調整手段の発生する速度指令信号が変化する傾斜をそれぞれ設定する加速用速度指令変化率設定手段および減速用速度指令変化率設定手段、前記速度指令調整手段の速度指令信号による速度指令値と前記交流電動機の速度検出値とに基づいて前記電力変換装置を制御して前記交流電動機の速度を調節制御する速度調節制御手段と、減速制御のときに電力変換装置の回生動作を所定速度以下で継続するモードと中断するモードとを選択的に切替える運転モード切替手段を設けたことを特徴とする船舶の電気推進装置。

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