JP4923482B2

JP4923482B2 - 船舶の電気推進装置

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Publication number: JP4923482B2
Application number: JP2005247305A
Authority: JP
Inventors: 泰弘高林; 昌英小柴; 洋一相川
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2025-08-29
Also published as: JP2007062407A

Description

この発明は、船舶のプロペラ（推進機）を駆動する推進電動機を電力変換装置により制御して船舶の航行を制御するようにした船舶の電気推進装置、とくにプロペラを駆動する電気駆動系（電源、電力変換装置、電動機等）が２系統設けられた電気推進装置に関する。

船舶の電気推進装置において、船舶のプロペラを駆動する電源、電力変換装置、電動機等で構成された電気駆動系を２系統設けることは、特許文献１に示されるように既に知られている。

図５に、このような従来の技術に基づく電源に蓄電池を備えた電気推進装置を示す。

この図において、Ｐは船舶の推進用プロペラ（推進機）、Ｍ１，Ｍ２はこのプロペラＰを駆動する交流電動機からなる推進電動機、ＩＮＶ１、ＩＮＶ２はこの電動機Ｍ１、Ｍ２を制御する電動機制御用インバータ、ＣＮＴ１、ＣＮＴ２はこのインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２を制御する制御装置、Ｂ１、Ｂ２は蓄電池、Ｇ１、Ｇ２はこの蓄電池の充電や、推進電動機への給電を行なう原動機ＤＥ１、ＤＥ２により駆動される交流発電機、ＣＮＶ１、ＣＮＶ２は、この交流発電機の出力を直流電力に変換するコンバータである。蓄電池Ｂ１、Ｂ２および発電機Ｇ１、Ｇ２が電気推進装置の電源となる。Ｓ１〜Ｓ４は、それぞれ給電回路の開閉用のスイッチであり、Ｓ５は、系統１と系統２の給電回路を連携するスイッチである。

この図から明らかなように電気推進装置の電源（発電機、蓄電池）、インバータ、推進電動機で構成される電気駆動系は、Ｇ１，ＣＮＶ１、Ｂ１，ＩＮＶ１，ＣＮＴ１，Ｍ１の系統１と、Ｇ２，ＣＮＶ２，Ｂ２，ＩＮＶ２，ＣＮＴ１，Ｍ２の系統２の２つの系統が設けられている。そして両系統の給電回路をスイッチＳ５を介して並列に接続することにより両系統の電源を並列運転することが可能となる。また制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２の出力が切替スイッチＳ６によりインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２に切替可能に接続されている。電動機Ｍ１、Ｍ２のそれぞれの速度を検出する速度検出器ＴＤ１、ＴＤ２からの速度検出信号が制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２にそれぞれフィードバックされ、電動機の速度、したがってプロペラＰの速度が外部から指令された設定速度になるように速度調節動作が行なわれる。

各電気駆動系においては、原動機（ＤＥ１、ＤＥ２）によって駆動される発電機（Ｇ１、Ｇ２）よって発電される交流電力によってコンバータ（ＣＮＶ１、ＣＮＶ２）を介して蓄電池（Ｂ１、Ｂ２）を充電し、この蓄電池の直流電力、または交流発電機出力をコンバータによって変換した直流電力をインバータ（ＩＮＶ１、ＩＮＶ２）によって可変電圧・可変周波数（ＶＶＶＦ）の交流電力に変換して推進電動機（Ｍ１、Ｍ２）に供給して可変速駆動する。これによってプロペラＰが駆動され、船舶が推進される。２台のインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２１は切替スイッチＳ６を操作して制御装置ＣＮＴ１またはＣＮＴ２の何れか１台によって共通に制御され、電動機Ｍ１、Ｍ２が所望の設定速度となるように駆動制御される。

このように構成された従来装置においては、一方の電気駆動系で故障が発生したときには、他方の健全な電機駆動系で運転が確保されるようになるが、次のような問題がある。
１）インバータを制御する制御装置が故障したとき
従来装置は、制御装置、インバータおよび推進電動機をそれぞれ２台ずつ備えているが、１台の常用制御装置ＣＮＴ１または予備制御装置ＣＮＴ２の何れかによって２台のインバータを制御して２台の推進電動機を運転するシステムのため、運転中に常用制御装置ＣＮＴ１が故障したときは推進電動機２台が停止状態となり、予備制御装置ＣＮＴ２へ切替えた後に運転を再開させる。

したがって、船舶の推進は一旦停止されるので船舶の安全航行に好ましくない状態が発生する。例えば、障害物との衝突等の危険を回避する行動の最中に推進が停止すると、この危険回避行動が阻害されることになり、重大な事故を誘発する危険がある。

また、故障した常用制御装置ＣＮＴ１から予備制御装置ＣＮＴ２への切替えは、複雑な信号回路の切替えのため、信号回路の信頼性を低下させる。
２）２台中１台のインバータまたは推進電動機が故障したとき
従来装置において、インバータ２台、または推進電動機２台の内の１台が故障したときには、２台のインバータを１台の制御装置で一括制御する方式のため、制御装置内の１／２の制御機能を停止させる必要から、制御装置の内部の構成が複雑となって信頼性の低下を招き、さらに、運転継続する推進電動機１台が過負荷とならないようにする制御手段を付加する必要から、制御機能が複雑となる。
３）電力給電回路が故障したとき
２系統の給電回路の一方が故障したときは、電路に設置したスイッチＳ１／Ｓ３またはＳ２／Ｓ４の何れかを開路する結果、１系統給電となる。

この場合、健全な１系統で電動機２台へ電力を供給することになるから、給電している給電系統が過負荷とならないようにするための対策、処置が必要となる。
４）速度検出器が故障したとき
従来装置において、速度検出器と制御装置とは１対１に固定的に接続されているため、運転中に速度検出器が故障したときに、２台の推進電動機が共に一旦停止となるので、前述の１）と同様に船舶の安全航行に問題が生じる。
特開２００３−２１９５５９公報

この発明は、前記のような従来装置における問題点を解消するために、電気推進装置における電力給電回路、推進電動機、電力変換装置、電力変換装置の制御装置、および速度検出器からなる同一の電気駆動系を２系統備えるものにおいて、故障が発生したとき、船舶の推進を一時的にでも停止させることなく運転を継続することの可能な電気推進装置を提供することを課題とするものである。

すなわち、２系統の電気駆動系を備える電気推進装置において、１系統の給電回路、若しくは１台の推進電動機、または１台の電力変換装置が故障したとき、健全な給電回路、健全な推進電動機、健全な電力変換装置が過負荷にならないよう推進電動機の運転を抑制制御し、また制御装置または速度検出器が故障したときは、故障側の機器を切離して健全側の制御装置または健全側速度検出器により電力変換装置を制御して全領域の運転を可能とするものである。

このような課題を解決するため、この発明の第１の発明は、船舶の推進用プロペラを駆動する推進電動機、該推進電動機の速度を検出する速度検出器、前記推進電動機へ給電回路を用いて給電するための電源、該電源から前記推進電動機に供給される電力を制御する電力変換装置、前記速度検出器により検出される速度検出信号に応じて前記電力変換装置を制御し、前記推進電動機の速度を制御する制御装置から構成された電気駆動系を２系統備えてなる船舶の電気推進装置において、前記各電気駆動系を構成する各機器を相互に置換可能な同一機器で構成し、各系統の制御装置の出力を両系統の電力変換装置のそれぞれに切替え可能に接続する制御装置切替回路と、各系統の速度検出器の出力を両系統の制御装置のそれぞれに切替え可能に接続する速度検出器切替回路、および、各系統における故障の発生を監視し、故障の発生が検知された際、その故障の内容に応じて各系統の制御装置と前記制御装置切替回路および速度検出器切替回路とに、故障した系統または機器を切り離して健全な系統または機器により運転を継続するのに必要な制御信号および切替信号を与える保護制御装置を設け、該保護制御装置によって、一方の系統の給電回路、若しくは推進電動機、または電力変換装置が故障した場合には、健全な給電回路、若しくは健全な推進電動機、または健全な電力変換装置が過負荷にならないよう推進電動機の運転を抑制制御するようにしたことを特徴とする。

また、この発明の第２の発明は、第１の発明において、前記保護制御装置によって、一方の系統の制御装置または速度検出器が故障した場合には、故障側の制御装置または故障側の速度検出器を切り離して健全側の制御装置または健全側の速度検出器により電力変換装置を制御して全領域の運転を可能としたものである。
また、この発明の第３の発明は、第１または第２の発明において、前記推進電動機の運転台数および運転する推進電動機を任意に選択する電動機選択器を設け、該電動機選択器から与えられる選択信号に応じて前記保護制御装置から運転する推進電動機の系統の電力変換装置を制御する制御装置に選択的に運転指令を与えるようにするものである。
これらの発明において、各系統の推進電動機は共通する１台の推進用プロペラの駆動軸に結合するのがよい。
さらに、各系統の給電回路同士を連携スイッチで連系することができ、そして、各系統の電源は、原動機で駆動される交流発電機と該交流発電機の出力交流電力を直流電力に変換するコンバータとからなる発電装置と、蓄電池とが、それぞれの出力側の各スイッチを介して並列接続構成する。

この発明によれば、同一構成の電気駆動系を２系統備える電気推進装置において、各系統の制御装置の出力を両系統の電力変換装置の何れにも切替可能に接続する制御装置切替回路と、各系統の速度検出器の出力を両系統の制御装置の何れにも切替可能に接続する速度検出器切替回路および、各系統における故障の発生を監視し、故障の発生が検知された際、その故障の内容に応じて各系統の制御装置、前記制御装置切替回路および速度検出器切替回路へ、故障した系統または機器を切り離して健全な系統または機器により運転を継続するための制御信号および切替信号を与える保護制御装置を設けたことにより、電力変換装置を含む給電回路が故障したときは、故障した系統の給電回路を切り離し、健全な系統の給電回路から両系統の推進電動機に給電し、健全な給電回路が過負荷にならないよう推進電動機の運転を抑制制御し、また電力変換装置の制御装置または速度検出器が故障したときは、故障側の機器を切離して健全側の制御装置または健全側速度検出器により電力変換器を制御して全領域の運転を可能とすることができるので、１系統に故障が発生しても健全な系統により健全な推進電動機の運転を継続させ、船舶の安全航行を確保することができる。

また、２系統を同一構成とすることにより、両系統の機器および装置を統一できるので、機器、装置の信頼性が向上し、さらに機器、装置の小型軽量化、コストダウンが可能となる。

以下にこの発明の実施の形態を、図に示す実施例について説明する。

図１は、この発明の実施例１を示す回路構成図である。

この図１において、Ｐは船舶の推進用のプロペラ（推進機）であり、このプロペラＰの駆動軸に誘導電動機などの交流電動機から構成された２台の推進電動機Ｍ１、Ｍ２が結合される。電動機Ｍ１、Ｍ２を駆動するために、それぞれ原動機（ＤＥ１、ＤＥ２）で駆動される交流発電機（Ｇ１、Ｇ２）、交流発電機の出力交流電力を直流電力に変換するコンバータ（ＣＮＶ１、ＣＮＶ２）、交流発電機の出力または推進電動機の回生電力を充電する蓄電池（Ｂ１、Ｂ２）、蓄電池またはコンバータ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推進電動機に供給するインバータ（ＩＮＶ１、ＩＮＶ２）からなる給電回路が設けられている。各インバータ（ＩＮＶ１、ＩＮＶ２）には、制御装置（ＣＮＴ１、ＣＮＴ２）が、そして各電動機（Ｍ１、Ｍ２）には、速度検出器（ＴＤ１、ＴＤ２）がそれぞれ付属する。

また、制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２は推進電動機の速度検出器ＴＤ１、ＴＤ２の速度検出信号をフィードバック信号としてインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２を制御し、推進電動機の速度を所望の設定速度に安定にさせる機能を有する。スイッチＳ１、Ｓ２は蓄電池Ｂ１、Ｂ２の電路を開閉するスイッチであり、常時は閉路され、蓄電池、および給電回路が故障したとき、若しくは船舶が長期間停止するときには開路される。スイッチＳ３、Ｓ４は推進電動機への給電路を開閉するスイッチであり、常時は閉路されており、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２または推進電動機Ｍ１、Ｍ２が故障したとき、若しくは船舶が長期間停止するときには開路される。

スイッチＳ７、Ｓ８は発電機の出力回路を開閉するスイッチであり、発電機が運転されているとき閉じられ、停止されると開らかれる。スイッチＳ５は２系統の給電回路を連携するスイッチであり、常時は閉じられ、系統故障のときは開として健全な系統の給電回路から故障した系統の給電回路への電力供給を停止させる。

このように推進電動機を１台ずつ含む２系統の電気駆動系は、同一の機器で構成され相互に置換可能とされている。さらにこの発明に従って、各電気駆動系の動作状態を監視し、故障を検知するための保護制御装置ＰＣと、制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２の出力をインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２に切替可能に接続する制御装置切替回路Ｓ６と、速度検出器ＴＤ１、ＴＤ２の出力をインバータ制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２に切替可能に接続する速度検出器切替回路Ｓ９とが設けられる。

各系統の給電回路に設けられたスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２および制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２からは、それぞれの回路または装置に異常が生じたとき故障信号ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｉｎｖ１、ｉｎｖ２およびｃ１、ｃ２を発生し、保護制御装置ＰＣに入力する。保護制御装置ＰＣは、これの故障信号の有無を監視し、１つでも故障信号を受け取ると、その信号から故障の内容を判断して、故障した系統の機器を不動作にして、健全な系統の機器によって推進電動機の運転を継続するために必要な切替信号を制御装置切替回路Ｓ６および速度検出器切替回路Ｓ９へ送る働きをする。

このように構成された電気推進装置の動作を説明する。

通常の運転状態では、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５が、そして交流発電機Ｇ１、Ｇ２が運転されているときはスイッチＳ７、Ｓ８が閉路される。故障のない正常運転中は、保護制御装置ＰＣから、制御装置切替回路Ｓ６には、接点Ｓ６１とＳ６３を閉路する切替信号ｓ６が、そして速度検出器切替回路Ｓ９には接点Ｓ９１とＳ９３が閉路する切替信号ｓ９が送られている。したがって、制御装置ＣＮＴ１の出力は系統１のインバータＩＮＶ１に接続され、制御装置ＣＮＴ２の出力は系統２のインバータＩＮＶ２に接続される。そして系統１の速度検出器ＴＤ１の速度検出信号ｎ１は制御装置ＣＮＴ１にフィードバックされ、系統２の速度検出器ＴＤ２の速度検出信号ｎ２は制御装置ＣＮＴ２にフィードバックされる。

このようにして、２つの電気駆動系が並列に運転されている状態において、図示しない速度指令器から推進速度が制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２へ指令されると、制御装置ＣＮＴ１およびＣＮＴ２はこの信号を受けて、その出力信号を切替回路Ｓ６の接点Ｓ６１，Ｓ６３を介してインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２へ制御信号として与える。インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２は制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２の制御信号を受けて直流電力を指令された電圧、周波数の交流電力に変換して推進電動機Ｍ１、Ｍ２へ供給し、プロペラＰの速度を変化させて船舶の推進を制御する。

また、推進電動機の速度は速度検出器ＴＤ１、ＴＤ２で検出して、フィードバック信号として制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２へ与えて、速度を安定させる制御が行われる。

正常時の運転は、図１に示す２台の推進電動機Ｍ１およびＭ２の各々が全出力の５０％ずつ分担し、合計１００％の全出力でプロペラＰを駆動する。もちろん、制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２は各々推進電動機Ｍ１、Ｍ２が全出力の５０％の出力になるように各々のインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２を制御する。

このように同一構成の電気駆動系を２系統備えたこの発明の電気推進装置においては、運転中に一方の系統の電力給電回路、機器、装置が故障したときには、以下のようにして健全な系統により運転を中断させることなく継続し、船舶の安全航行を確保する。
１）何らかの原因でスイッチＳ１またはＳ２が開路した場合
推進電動機Ｍ１、Ｍ２の総合した速度―出力特性を図３に示す。

正常運転では推進電動機の１台の出力は図３の特性線Ｂに示す全出力の５０％出力までの範囲で運転され、推進電動機１台への給電容量は推進電動機１台に見合う全容量の５０％の給電容量で計画される。２系統の合計の全給電容量および推進電動機２台の合計の全出力によって、図３の特性線Ａの全出力の１００％が確保される。

スイッチＳ１、Ｓ２が閉じられ、蓄電池Ｂ１およびＢ２から給電されている状態（交流発電機Ｇ１、Ｇ２の運転が停止され、スイッチＳ７、Ｓ８は開路されている。）で、例えば、蓄電池Ｂ１、Ｂ２からの給電回路に過電流が発生してスイッチＳ１またはＳ２の一方が蓄電池を保護するために開路した場合は、１系統の給電回路が遮断されるため残りの１系統の蓄電池からスイッチＳ５を介することにより両系統への給電となり、給電能力は全能力の５０％に低下する。

この場合、運転中の２台の推進電動機の運転をそのまま継続しようとすれば、給電系統は過負荷となるので、ここでもし、何らの処置も講じなければ、健全な系統からの給電も過負荷となって残っているスイッチＳ１またはＳ２が過電流保護機能により開路し、全給電が断たれて船舶の推進が停止され、安全航行に好ましくない状態となる。給電系統が過負荷にならないようにするためには、推進電動機２台の出力を全出力の５０％以下に低下させる必要がある。

この発明においては、このために、保護制御装置ＰＣは、スイッチＳ１またはＳ２からこれらの開路を示す故障信号ｓ１またはｓ２を受け取ると、この保護制御装置ＰＣが電源容量が半減したことを判断し、制御装置ＣＮＴ１およびＣＮＴ２へ速度指令を低減すると共に速度指令の上限を全速の７９％に設定する制御指令ＣＩ１、ＣＩ２を送る。

これにより、図３に示す速度１００％、推進電動機出力１００％で運転しているａ点から、スイッチＳ１またはＳ２の一方が開路して１系統給電となったところで、推進電動機２台の速度がｂ点の速度（全速度の７９％）へ移行されるので、推進電動機２台の動作点を速度が全速の７９％、合計出力が全出力の５０％となるｄ点へ移行し、出力を低減することができる。推進電動機２台の合計出力が、１系統の給電容量の範囲内となるので、運転の継続が確保される。

船舶のプロペラＰの出力Ｐｗとその速度（回転数）ｎとの間には、
Ｐｗ ∝ ｎ³ （１）
となる関係があるため、速度を全速の７９％に低下させるとプロペラＰの必要とする出力Ｐｗが５０％に低下するので、推進電動機の出力を５０％に低減することができるのである。
２）何らかの原因によりスイッチＳ３またはＳ４が開路、若しくはインバータＩＮＶ１またはＩＮＶ２が停止した場合
何らかの原因によってスイッチＳ３またはＳ４が開路、若しくはインバータＩＮＶ１またはＩＮＶ２が停止した場合は、運転中の推進電動機２台の内１台が停止することになる。

この場合は、そのまま運転を継続すると、運転中の1台の推進電動機の出力が図３に示すｃ点からａ点へ増加することになるので、もし速度指令を変更しなければ、推進電動機、およびインバータの負荷は全容量の５０％から１００％へ増加する。すなわち、過負荷状態となる。

これを防止するためには、図１に示す、例えばスイッチＳ３の開路信号ｓ３またはスイッチＳ４の開路信号ｓ４、若しくはインバータＩＮＶ１の停止信号ｉｎｖ１またはインバータＩＮＶ２の停止信号ｉｎｖ２が与えられたとき、保護制御装置ＰＣがこの信号から故障の内容を判断して制御装置ＣＮＴ１またはＣＮＴ２へ、推進電動機の速度が図３に示すa点からｂ点へ低下されて、1台の推進電動機出力が全出力の１００％となり、過負荷とならないように全速の７９％となるように速度指令を低下させて、１台の推進電動機の速度が７９％、出力が５０％となるｄ点で運転が継続されるようにする。これにより、推進電動機は過負荷とならない出力で運転が継続される。

なお、推進電動機１台の出力が５０％以下になるような速度で運転されている場合には、１系統の給電容量内での運転であるから、推進電動機の運転速度を変更する必要はなく、前記の速度指令の上限値（ｂ点相当）で制限される。
３）給電系統が１系統故障した場合
給電系統が１系統故障したときは、健全系統から故障系統への給電を停止するためにスイッチＳ５が開路される。

この場合、１系統の給電容量である全容量の５０％の範囲で推進電動機1台を運転継続するために、例えばスイッチＳ５の開路信号ｓ５が入力されたとき、保護制御装置ＰＣが、この信号および他の故障信号とで判断して、健全な給電系統に属する制御装置ＣＮＴ１またはＣＮＴ２に推進電動機への速度指令を図３におけるa点（１００％速度）からｂ点（７９％速度）へ低下させる指令を与える。これにより運転されている1台の推進電動機の出力が図３におけるｄ点へ移動し、全出力の５０％の出力に低減されるので、この推進電動機は過負荷になることなく運転が継続される。

なお、推進電動機が全出力の５０％以下の出力で運転されているときには、１系統給電容量内の運転であるから、推進電動機の速度を変更する必要はない。
４）制御装置が故障した場合
制御装置ＣＮＴ１またはＣＮＴ２が故障した場合は、故障側の推進電動機の運転は不可能となる。

この場合は、故障側の電気駆動系の運転を停止させるようにするのが一般的な方法であるが、この発明においては、保護制御装置ＰＣが制御装置ＣＮＴ１またはＣＮＴ２から故障信号ｃ１またはｃ２を受け取ると、この故障信号から故障の内容を判断して、制御出力切替回路Ｓ６へ、例えば制御装置ＣＮＴ１が故障しているものとすると、この故障側の制御装置ＣＮＴ１の出力の切替接点Ｓ６１およびＳ６２を開路し、健全側の制御装置ＣＮＴ２の出力の切替接点Ｓ６３およびＳ６４を閉路するような切替指令を与える。これにより健全側制御装置ＣＮＴ２の出力が２台のインバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２に接続され、２台のインバータが健全な１台の制御装置ＣＮＴ２によって制御され、２台の推進電動機Ｍ１、Ｍ２の運転が継続されるようになる。推進電動機２台の運転が継続されることによって、船舶の安全航行が確保できる
通常運転では、切替回路Ｓ６の接点Ｓ６１とＳ６３が閉路され、制御装置ＣＮＴ１の出力がインバータＩＮＶ１に、制御装置ＣＮＴ２の出力がインバータＩＮＶ２に接続される。それぞれの制御装置によって制御されるインバータにより、それぞれ推進電動機Ｍ１およびＭ２が駆動される。このときは、もちろん、切替回路Ｓ６の接点Ｓ６２およびＳ６４は開路されている。
５）速度検出器が故障した場合
速度検出器ＴＤ１またはＴＤ２が故障した場合、故障側系統の速度検出信号のフィードバック異常となるため推進電動機の運転が不可能となる。

この場合、故障側の推進電動機の運転を停止させるようにするのが最も簡単な方法であるが、この発明においては、保護制御装置ＰＣが、速度検出器の一方が異常であることを示す故障信号を制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２を介して受け取ると、その故障の内容を判断して、速度検出器出力を切り替える指令ｓ９を速度検出器切替回路Ｓ９に与え、故障側の速度検出器に接続された２つの切替接点を両方とも開路し、健全側の速度検出器に接続された２つの切替接点を両方とも閉路するように操作する。これにより健全側の速度検出器の検出信号が２台の制御装置へ与えられ推進電動機２台の運転を継続することができる。

通常運転では、切替回路Ｓ９の接点Ｓ９１とＳ９３が閉路され、これの接点を介して、速度検出器ＴＤ１の速度検出信号ｎ１は、制御装置ＣＮＴ１へ、そして速度検出器ＴＤ２の速度検出信号ｎ２は、制御装置ＣＮＴ２へそれぞれ与えられるので、制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２がそれぞれインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２を介して推進電動機Ｍ１、Ｍ２の駆動を制御する。このとき、切替回路Ｓ９の接点Ｓ９２とＳ９４は当然開路している。

ここで、例えば、速度検出器ＴＤ１が故障したものとすると、制御装置ＣＮＴ１が速度検出器ＴＤ１が故障であることを示す故障信号ｃ１を発生し、保護制御装置ＰＣへ与える。保護制御装置ＰＣは、この故障信号ｃ１から故障の内容を判別し、切替回路Ｓ９に接点Ｓ９１を開路し、接点Ｓ９４を閉路する指令を与え、故障側の速度検出器ＴＤ１を切り離し、健全側の速度検出器ＴＤ２の検出信号を制御装置ＣＮＴ１、ＣＮＴ２の両方へ与えて推進電動機２台の運転を行うようにする。これにより、推進電動機２台の運転が継続され、船舶の安全運航が確保できる。
６）相対する系統の制御装置と回転速度検出器とが同時に故障した場合
例えば、相対する制御装置ＣＮＴ２と速度検出器ＴＤ１の両者が同時に故障したとき、健全な制御装置ＣＮＴ１と健全な速度検出器ＴＤ２によって運転をする場合の制御方法である。

この場合、制御装置ＣＮＴ２が故障であることを示す故障信号ｃ２と速度検出器ＴＤ１が故障であることを示す故障信号ｃ１から保護制御装置ＰＣがその故障の内容を判断し、切替回路Ｓ６およびＳ９に次のような切替指令を送る。すなわち切替回路Ｓ６の接点Ｓ６２を閉、Ｓ６３を開、そして切替回路Ｓ９の接点Ｓ９１を開、Ｓ９４を閉とするものである。

これにより、健全な速度検出器ＴＤ２の速度検出信号ｎ２が健全な制御装置ＣＮＴ１に与えられるようになる。そして、制御装置ＣＮＴ１の出力信号がインバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２の両方に与えられるようになる。したがって、２台の推進電動機Ｍ１、Ｍ２の運転を継続することができ、船舶の安全航行が確保される。

この発明の実施例２の回路構成を図２に示す。

この実施例２は、実施例１に図２における運転する推進電動機を選択するための電動機選択器ＭＳを付加したものである。したがってその他の構成は図１に示す実施例１と同じであるので、同一の構成機器は同一の符号を付して示し、その説明を省略する。

このような電気駆動系を２系統備えた電気推進装置においては、船舶のプロペラＰを１００％の出力で駆動して全速運転を行なう場合は、当然２台の推進電動機Ｍ１、Ｍ２の出力を全出力の５０％で並列運転する必要がある。しかし、従来装置においては、船舶の速度をプロペラＰの出力が５０％になるまで低下させて運転する状態においても２台の推進電動機Ｍ１、Ｍ２の出力をそれぞれ２５％まで低下させて並列運転するようにしていた。

この実施例２において、このようにプロペラ出力が５０％以下の低速で運転される状態になると、運転する電動機および台数を選択する選択器ＭＳのつまみの矢印を図２における「Ｍ１」または「Ｍ２」位置に合わせることにより、運転する推進電動機としてＭ１またはＭ２の何れか１台を選択して、電動機の運転台数を減らすことができる。２台運転の場合は、選択器ＭＳのつまみの矢印を図２の「Ｍ１＋Ｍ２」の位置に合わせることにより、２台運転を保護制御装置ＰＣに指令する。

この電動機選択器ＭＳから選択信号ｍｓが保護制御装置ＰＣに与えられると、この保護制御装置ＰＣは、選択信号ｍｓの内容に応じて、例えば、推進電動機Ｍ１の単独運転が選択された場合は、制御装置ＣＮＴ１へ運転指令ＣＩ１を与え、制御装置ＣＮＴ２への運転指令ＣＩ２を停止する。これにしたがって、インバータＩＮＶ１が動作し、推進電動機Ｍ１が駆動される。このときは、推進電動機Ｍ１がこれ自身の最大出力で運転されたとき、プロペラＰの出力が全出力の５０％となる。
１）減機運転と全機運転の動作
減機運転は、推進電動機Ｍ１またはＭ２を１台で運転することであり、全機運転は推進電動機Ｍ１、Ｍ２の２台を並列運転することである。
減機運転：推進電動機Ｍ１またはＭ２の単独運転
船舶の速力はプロペラ速度ｎに比例し、プロペラ負荷Ｐｗは速度ｎの３乗に比例することは、（１）式に示すとおりである。したがって、プロペラを駆動する推進電動機の出力は速度ｎの３乗に比例することになる。

全機運転時の全出力を１００％（図３のａ点）とすれば、推進電動機１台を単独運転する減機運転モードにおける速度ｎは、電動機１台の出力は全出力の５０％となるので、
ｎ ∝ ³√０．５＝０．７９（２）
が求められ、全速の７９％になることが分かる。

すなわち、推進電動機の回転速度を僅か約２０％低減して８０％の速度で運転すれば、電動機消費電力を全速時の約５０％に低減できるので、省エネルギーとなり、経済運転が行なえる。

また、運転される推進電動機が１台に減機されているため、この電動機に起因する騒音は全機運転時の約1／２に減少され、船舶を静粛に運行することできる。
全機運転：推進電動機Ｍ１、Ｍ２の並列運転
全機運転は推進電動機２台の並列運転となるから、船舶を全速（１００％速度）運転することができる。当然、電動機1台は全出力の５０％の出力を発生するので、２台の合計で１００％となって船舶を全速で航行することができる。
２）減機運転と全機運転の切替え
減機運転と全機運転の切替え動作について、図４に示す運転パターン１〜３を例に説明する。
運転パターン１
パターン１は電動機運転台数選択器ＭＳを減機運転（Ｍ１またはＭ２）に選択したときの運転モードで、運転指令により選択した電動機Ｍ１またはＭ２は、図４（ａ）の運転パターン１における１〜２へと加速し、全出力の５０％を最大値として運転される。

運転停止指令により、推進電動機Ｍ１またはＭ２の速度は３〜４へと徐々に低下して停止する。

このとき、図３の速度−出力特性図において、速度が０％〜約８０％の範囲において、出力は０〜ｄ点の範囲で変化することになる。
運転パターン２
運転パターン２は選択器ＭＳを全機運転（Ｍ１＋Ｍ２）に選択したときの運転モードで、運転指令により電動機Ｍ１およびＭ２が起動して図４（ｂ）の運転パターン２における１〜２へと加速する。

このとき、１台の推進電動機の出力の最大値は全出力の５０％であるから、Ｍ１とＭ２の２台の電動機では、合計出力が５０％×２＝１００％の出力となって、図４（ｂ）の運転パターン２における１〜５へと加速し、全出力の１００％を最大値として運転されることになる。

運転停止指令により、推進電動機Ｍ１、Ｍ２の各々の速度は図４（ｂ）の運転パターンにおける３〜４へ、電動機２台では６〜４へと速度は徐々に低下して停止する。

このとき、図３に示す速度−出力特性図における速度０〜１００％の範囲において、出力は０〜ａ点の範囲で変化することになる。
以上により、高速航行を必要とする運転が行なえる。
運転パターン３
運転パターン３の運転は、運転パターン１の減機運転中に全機運転の運転パターン２へ運転モードを切替える場合のパターンである。

推進電動機Ｍ１またはＭ２単独で減機運転中に選択器ＭＳを全機運転のＭ１＋Ｍ２に切替えると、停止中の電動機が起動して図４（ｃ）の運転パターンにおける３〜４へと加速する。

このとき、既に運転中の電動機は全出力の５０％で運転されているから、起動した電動機との合計出力は図４のパターン３における７〜８へと増加する。これにより、図３に示す速度−出力特性のｄ点からａ点へ増加し、出力が１００％を最大値として運転されることになる。

選択器ＭＳを全機運転から減機運転に切替えると、停止される側の推進電動機Ｍ１またはＭ２の速度は図４（ｃ）の運転パター３における５〜６へと徐々に低下して停止するので、合計出力は９〜１０へと減少し、１０の点から電動機１台の減機運転出力５０％を最大値として運転されることになる。すなわち、図３に示す速度−出力特性のａ点からｄ点へ出力は低下し、最大出力が５０％での運転となる。

このように、実施例２によれば、推進電動機１台の減機運転（Ｍ１またはＭ２）と、推進電動機２台の全機運転（Ｍ１＋Ｍ２）の相互を切替えができるようにし、経済性、静粛性を必要とする航行と、高速航行を必要とする運転を任意に選択できるようになる。

前記のこの発明の実施例においては、インバータにより交流電動機からなる推進電動機を駆動制御するようにした構成のものを説明したが、この発明は、これに限定されるものではなく、推進電動機に直流電動機を用い、これをチョッパ等の直流電力変換装置により駆動制御するようにしてもよいのである。

この発明の実施例１による電気推進装置の回路構成図である。この発明の実施例２による電気推進装置の回路構成図である。この発明の動作説明に用いる電気推進装置の速度―出力特性線図である。この発明の実施例２における動作を説明するための運転パターン図である。従来の電気推進装置を示す回路構成図である。

Ｐ：プロペラ、Ｍ１，Ｍ２：推進電動機、ＩＮＶ１，ＩＮＶ２：推進電動機駆動用インバータ、ＴＤ１，ＴＤ２：速度検出器、Ｇ１，Ｇ２交流発電機、ＣＮＶ１，ＣＮＶ２：コンバータ、Ｂ１，Ｂ２：蓄電池、ＰＣ：保護制御装置、ＣＮＴ１，ＣＮＴ２：インバータ制御装置、Ｓ６：制御装置切替回路、Ｓ９：速度検出器切替回路。

Claims

船舶の推進用プロペラを駆動する推進電動機、該推進電動機の速度を検出する速度検出器、前記推進電動機へ給電回路を用いて給電するための電源、該電源から前記推進電動機に供給される電力を制御する電力変換装置、前記速度検出器により検出される速度検出信号に応じて前記電力変換装置を制御し、前記推進電動機の速度を制御する制御装置から構成された電気駆動系を２系統備えてなる船舶の電気推進装置において、
前記各電気駆動系を構成する各機器を相互に置換可能な同一機器で構成し、
各系統の制御装置の出力を両系統の電力変換装置のそれぞれに切替え可能に接続する制御装置切替回路と、
各系統の速度検出器の出力を両系統の制御装置のそれぞれに切替え可能に接続する速度検出器切替回路、および、
各系統における故障の発生を監視し、故障の発生が検知された際、その故障の内容に応じて各系統の制御装置と前記制御装置切替回路および速度検出器切替回路とに、故障した系統または機器を切り離して健全な系統または機器により運転を継続するのに必要な制御信号および切替信号を与える保護制御装置を設け、
該保護制御装置によって、一方の系統の給電回路、若しくは推進電動機、または電力変換装置が故障した場合には、健全な給電回路、若しくは健全な推進電動機、または健全な電力変換装置が過負荷にならないよう推進電動機の運転を抑制制御するようにした
ことを特徴とする船舶の電気推進装置。
請求項１に記載の船舶の電気推進装置において、前記保護制御装置によって、一方の系統の制御装置または速度検出器が故障した場合には、故障側の制御装置または故障側の速度検出器を切り離して健全側の制御装置または健全側の速度検出器により電力変換装置を制御して全領域の運転を可能としたことを特徴とする船舶の電気推進装置。
請求項１または２に記載の船舶の電気推進装置において、前記推進電動機の運転台数および運転する推進電動機を任意に選択する電動機選択器を設け、該電動機選択器から与えられる選択信号に応じて前記保護制御装置から運転する推進電動機の系統の電力変換装置を制御する制御装置に選択的に運転指令を与えるようにすることを特徴とする船舶の電気推進装置。
請求項１ないし３に記載の船舶の電気推進装置において、各系統の推進電動機が共通する１台の推進用プロペラの駆動軸に結合されていることを特徴とする船舶の電気推進装置。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の船舶の電気推進装置において、各系統の給電回路同士が連携スイッチで連携されていることを特徴とする船舶の電気推進装置。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の船舶の電気推進装置において、各系統の電源は、原動機で駆動される交流発電機と該交流発電機の出力交流電力を直流電力に変換するコンバータとからなる発電装置と、蓄電池とが、それぞれの出力側の各スイッチを介して並列接続されたものであることを特徴とする船舶の電気推進装置。