JP5483224B1 - 両頭船の電気推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設備利用効率の向上をはかった両頭船の電気推進装置を提供する。
【解決手段】船体の前後両端側に船体を推進するプロペラ１２，２２をそれぞれ装着し、これらのプロペラを推進用インバータ３０によって速度制御される推進電動機１１，２１によって駆動する両頭船の電気推進装置において、各推進電動機１１，２１を複数の多重巻線の推進電動機とし、船体の推進方向から見て船尾側となる推進電動機は全部の多重巻線に、船首側の推進用電動機は、一部の多重巻線にのみ接続できるように推進用インバータを複数の推進用インバータ３１，３２，３３に分割し、この複数の推進用インバータの一部を開閉器３５，３６を介して船尾側と船首側の推進電動機の多重巻線に切換接続して使用する共用の推進用インバータ３２とし、複数の推進用インバータの個数を両推進用電動機の多重巻線の巻線数より少なくし、かつその容量を両推進用電動機の容量より小容量とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、船体の前後両端側にプロペラを備え、このプロペラを推進電動機によって駆動して推進する両頭船の電気推進装置に関する。

両頭船は近距離に位置する島間を往復するフェリーなどの貨客船等に用いられ、船体の前後両端側に推進装置によって駆動するプロペラを備え、船舶の進行方向に対して船尾側の推進装置を駆動することによって、どちらの方向にも進むことができるように構成されている。

これにより、往復のための方向転換に要する時間を短縮し、運転効率を向上させるものである。

また各推進装置は、それ自体が旋回構造になっており、進行方向に対し船尾側の推進装置を旋回して舵の役割を持たせて、船体を所望の向きにすることができるようになっており、船を往路から復路へ変更して進行方向を反対にするときは、両推進装置を１８０度回転させ、進行方向に対して船尾側となる推進装置を使用する。

ところで、このような構成の両頭船は、進行方向に対し船首側の推進装置を駆動し、推進方向に推進力を発生させても、プロペラの回転により発生する水流の大部分は船底にあたってしまい、推進力の大部分は無駄になる。

また、進行方向に対し船首側に位置するプロペラを駆動せず遊転状態にしたとしても、遊転状態のプロペラが受ける抵抗は無視できず船の推進効率の低下の原因となる。

そこで、通常は船首側のプロペラが抵抗とならず、かつプロペラが発生する水流が無駄にならない程度に、船首側の推進装置で推進力を発生させるように構成しており、推進効率の低下を防いでいる。

ところで、推進装置としてはエンジンを使用して駆動する場合のほか、電動機を使用して駆動するいわゆる電気推進装置として構成される場合があり、この場合には図４のようにインバータで電動機を速度制御するように構成されている。

図４において、船体の前後両端の一端にプロペラ１０２を駆動する第１の推進電動機１０１が配置され、他端にプロペラ１０４を駆動する第２の推進電動機１０３が設置される。第１の推進電動機１０１は推進用インバータ１０５に接続され、第２の推進電動機１０３は推進用インバータ１０６に接続され速度制御される。発電機１０７は推進用インバータおよび船内負荷１０８に船内母線１０９を介して電力を供給するディーゼル発電機である。

特開２００７‐１３７２７０号公報

ところでこのような電気推進で駆動される両頭船においても、船首側の推進電動機が船尾側の推進電動機となることに備え両推進電動機の容量を船尾側の推進電動機の容量と同じ容量となるように選定しており、それに伴い、推進電動機１０１および１０３を駆動する推進用インバータ１０５および１０６も同じ容量のものを選定している。

つまり推進用インバータ１０５および１０６の容量をそれぞれＰ［ｋＷ］とすると、推進用インバータの合計では２Ｐ［ｋＷ］の設備容量のものが必要となる。

このように従来の両頭船は、船首側の推進電動機を小容量の負荷で駆動、即ち、船首側のプロペラが抵抗とならず、かつ、プロペラが発生する水流が無駄にならない程度の小容量の負荷で駆動しているにもかかわらず、船首側の推進用インバータの設備容量を船尾側の推進用インバータの容量と同じ容量となるように選定している。その結果、船首側の推進用インバータは、定格容量に比べ小さな負荷で使用することになり、利用効率の低いシステムとなる問題があった。

本発明は前記問題を解決し、推進用インバータの利用率を改善することを目的とする。

本発明は、船体の前後両端側に船体を推進するプロペラをそれぞれ装着し、これらのプロペラをそれぞれ推進用インバータによって速度制御される推進電動機によって駆動する両頭船の電気推進装置において、前記それぞれの推進電動機を複数の多重巻線構成の推進電動機とすると共に、前記船体の推進方向から見て船尾側となる推進電動機は全部の多重巻線に、船首側の推進電動機は、一部の多重巻線にのみ接続できるように前記推進用インバータを複数の推進用インバータに分割し、この複数の推進用インバータの一部を開閉器を介して船尾側と船首側の推進電動機の多重巻線に切換接続して使用する共用の推進用インバータとすることにより、前記複数の推進用インバータの個数を前記両推進電動機の多重巻線の巻線数より少なくすると共に、前記複数の推進用インバータの合計容量を前記両推進電動機の合計容量より小容量としたことを特徴とする両頭船の電気推進装置にある。

本発明の第１の実施形態を説明する船体の構成図。 図１の電気推進装置の回路図。 本発明の第２の実施形態を説明する回路図。 従来の電気推進装置を説明する回路図。

（第１の実施形態）
図１および図２に本発明の第１の実施形態を示す。本発明と図４に示した従来のものとの相違点は、両推進電動機１１、２１の電機子巻線を複数の巻線群として多重化した多重巻線構成の交流電動機からなる推進電動機とした点である。本例では、図２のように３相２巻線構成の多重巻線を示しており、それぞれの電機子となる固定子に３相分の巻線からなる第１の巻線群１１ａ、２１ａと３相分の巻線からなる第２の巻線群１１ｂ、２１ｂを有している。この構成は、いずれか一方の巻線群に電圧を印加して回転させることができ、両方の巻線群に電圧を印加すれば一方だけの場合に比し２倍近い駆動トルクで回転させることができる。

その他の相違点としてインバータ装置３０は、複数のトランジスタを用いた３相ブリッジ変換回路からなる３台の第１から第３の推進用インバータ３１，３２，３３に分割し、１つの推進用インバータの容量をＰ／３［ｋＷ］とした点である。そして、この３台の推進用インバータの内の１台（本例では第２の推進用インバータ３２）を共用の推進用インバータとし、開閉器３５あるいは３６を介して第１の推進電動機１１の第２巻線群１１ｂと、あるいは第２の推進電動機２１の第２巻線群２１ｂと切換接続できるように構成している。そして、第１の推進用インバータ３１は第１の推進電動機１１の第１巻線群１１ａと、また第３の推進用インバータ３３は第２の推進電動機２１の第１巻線群２１ａと接続している。

このように構成された電気推進装置は、船の進行方向が図１に示す矢印５０の方向に前進する場合、開閉器３５をオン、開閉器３６をオフにして、第１の推進用インバータ３１と第２の推進用インバータ３２をそれぞれ船尾１０ｂ側になる第１の推進電動機１１の第１巻線群端子１１ａと第２巻線群端子１１ｂに接続し、第３の推進用インバータ３３は船首１０ａ側になる第２の推進電動機２１の第１巻線群端子２１ａと接続する。

このように船尾側のプロペラ１２を駆動する第１の推進電動機１１は消費電力が大きいため、第１、第２の推進用インバータ３１，３２から電力を供給して駆動し、船首側のプロペラ２２を駆動する第２の推進電動機２１は第３の推進用インバータ３３のみで電力を供給し駆動する。この時、容量Ｐ［ｋＷ］の第１の推進電動機１１は容量Ｐ／２［ｋＷ］の第１、第２の推進用インバータ２台で駆動することにより、従来と同様にＰ［ｋＷ］で駆動され、容量Ｐ［ｋＷ］の第２の推進電動機２１は容量Ｐ／２［ｋＷ］の第３の推進用インバータ３３のみで駆動される。船首側のプロペラ２２を駆動する第２の推進電動機２１は、水流に抵抗を与えない程度の低トルク駆動でよく消費電力が少ないため、容量Ｐ／２［ｋＷ］の第３の推進用インバータで十分である。

逆に、船の進行方向が図１に示す矢印５０の方向と逆方向に前進する場合は、開閉器３６をオン、開閉器３５をオフにして、第２の推進用インバータ３２と第３の推進用インバータ３３をそれぞれ船尾１０ａ側になる第２の推進電動機２１の第２巻線群端子２１ｂと第１巻線群端子２１ａに接続し、第１の推進用インバータ３１は船首１０ｂ側になる第１の推進電動機１１の第１巻線群端子１１ａと接続すればよい。

このように開閉器によって推進方向から見て船尾側になる消費電力が大きな推進電動機の多重巻線の全部の巻線にそれぞれインバータを接続し、船首側となる消費電力の小さな推進電動機の多重巻線には一部の巻線群のみにインバータを接続することによって、従来、設備容量としてＰ［ｋＷ］必要であった推進用インバータの個々の設備容量をＰ／２［ｋＷ］とすることができ、さらに設備総容量も２Ｐ［ｋＷ］から３Ｐ／２［ｋＷ］とすることができるので、推進用インバータの小型化をはかり、設備費を低減することができる。また船首側の推進電動機を制御する推進用インバータも設備容量すなわち定格容量で使用できるので、設備利用効率の優れたシステムが得られる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では電気推進装置に３重巻線構成の推進電動機を使用する。図３に示すように船体の前後両端側に配置した同容量の３重巻線構成の推進電動機１１Ａ，２１Ａに対して、インバータ装置４０に４台の第１から第４の推進用インバータ４１，４２，４３，４４を備える。

第１の推進用インバータ４１を第１の推進電動機１１Ａの第１巻線群端子１１Ａａに接続し、第４の推進用インバータ４４を第２の推進電動機２１Ａの第１巻線群端子２１Ａａに接続する。第２の推進用インバータ４２と第３の推進用インバータ４３は開閉器４５，４６，４７，４８のオン、オフ切換えにより第１の推進電動機１１Ａまたは第２の推進電動機２１Ａに接続される。

すなわち第２の推進用インバータ４２は開閉器４５を介して第１の推進電動機の第２巻線群端子１１Ａｂに接続され、開閉器４６を介して第２の推進電動機２１Ａの第３巻線群端子２１Ａｃに接続される。

一方第３の推進用インバータ４３は開閉器４７を介して第１の推進電動機１１Ａの第３巻線群端子１１Ａｃに接続され、開閉器４８を介して第２の推進電動機２１Ａの第２巻線群端子２１Ａｂに接続される。

船の進行方向に対して第１の推進電動機１１Ａが船尾側の場合、開閉器４５，４７をオンし、開閉器４６，４８をオフにする。これにより、第１の推進電動機１１Ａは、第１の推進用インバータ４１とともに第２および第３の推進用インバータ４２，４３の電力が供給される。船首側となる第２の推進電動機２１Ａは開閉器４６，４８をオフするので第４の推進用インバータ４４からの給電のみとなる。

逆に、船の進行方向に対して第２の推進電動機２１Ａが船尾側の場合、開閉器４６，４８をオンし、開閉器４５，４７をオフにする。これにより、第２の推進電動機２１Ａは、第４の推進用インバータ４４とともに第２および第３の推進用インバータ４２，４３の電力が供給される。船首側となる第１の推進電動機１１Ａは開閉器４５，４７をオフするので第１の推進用インバータ４１からの給電のみとなる。

このようにそれぞれＰ［ｋＷ］の推進電動機を推進用インバータ４１，４２，４３，４４で駆動できるため、推進用インバータのそれぞれの設備容量をＰ／３［ｋＷ］にすることができ、しかもインバータ装置４０全体の設備総容量は４Ｐ／３［ｋＷ］とすることができるため、従来装置で２Ｐ［ｋＷ］を必要としたのに比べ、推進用インバータを小型化し、設備費も低減することができる。

その他の変形例として多重巻線構成の推進電動機に４重巻線構成以上の電動機を適用することができる。４重巻線の場合は推進用インバータは５台になり、設備総容量は５Ｐ／４［ｋＷ］となる。すなわち上記実施形態で説明したように多重巻線数に対して推進用インバータ数を１つ増加させればよい。つまりｎ重巻線推進電動機（２台で２Ｐ［ｋＷ］、ｎは自然数）に対して推進用インバータ台数は（ｎ＋１）台、各推進用インバータの容量は（Ｐ／ｎ）になり、トータル容量も（Ｐ／ｎ）×（ｎ＋１）となる。

また、上記以外に推進用インバータを（２ｎ−１）台とし、共用する推進用インバータの数を減らした構成としてもよい。この場合、推進用インバータのトータル容量は（Ｐ／ｎ）×（２ｎ−１）となる。

以上、実施形態で説明したように、本発明によれば、両頭船の推進電動機における推進用インバータの設備容量と設備総容量を、従来の設備容量、設備総容量よりも減らすことができる。さらに消費電力の小さな推進電動機を制御する推進用インバータを設備容量すなわち定格容量で使用できるので、設備利用率を向上させることができる。

以上、実施形態について述べたが、本発明はこれに限定されるものでなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。

１０：船体、１０ａ：船首、１０ｂ：船尾、１１，１１Ａ：第１の推進電動機、１１ａ，１１Ａａ：第１巻線群端子、１１ｂ，１１Ａｂ：第２巻線群端子、１２：プロペラ、１３：船内母線、１４：ディーゼル発電機，１５：船内負荷、２１ａ，２１Ａａ： 第１巻線群端子、２１ｂ，２１Ａｂ：第２巻線群端子、１１Ａｃ，２１Ａｃ：第３巻線群端子、２１，２１Ａ：第２の推進電動機、２２：プロペラ、３０：インバータ装置、３１：第１の推進用インバータ、３２：第２の推進用インバータ、３３：第３の推進用インバータ、３５，３６：開閉器、４０：インバータ装置、４１：第１の推進用インバータ、４２：第２の推進用インバータ、４３：第３の推進用インバータ、４４：第４の推進用インバータ、４５，４６，４７，４８：開閉器、５０：進行方向

Claims (3)

1. 船体の前後両端側に船体を推進するプロペラをそれぞれ装着し、これらのプロペラをそれぞれ推進用インバータによって速度制御される推進電動機によって駆動する両頭船の電気推進装置において、
   前記それぞれの推進電動機を複数の多重巻線構成の推進電動機とすると共に、前記船体の推進方向から見て船尾側となる推進電動機は全部の多重巻線に、船首側の推進電動機は、一部の多重巻線にのみ接続できるように前記推進用インバータを複数の推進用インバータに分割し、
   この複数の推進用インバータの一部を開閉器を介して船尾側と船首側の推進電動機の多重巻線に切換接続して使用する共用の推進用インバータとすることにより、前記複数の推進用インバータの個数を前記両推進電動機の多重巻線の巻線数より少なくすると共に、前記複数の推進用インバータの容量を前記両推進電動機の容量より小容量としたことを特徴とする両頭船の電気推進装置。
2. 前記それぞれの推進電動機の巻線数がｎ重巻線（ｎは自然数）で容量がＰ［ｋＷ］とすると、前記推進用インバータの台数は（ｎ＋１）、全体のトータル容量は（Ｐ／ｎ）×（ｎ＋１）［ｋＷ］であることを特徴とする請求項１に記載の両頭船の電気推進装置。
3. 前記それぞれの推進電動機の巻線数がｎ重巻線（ｎは自然数）で容量がＰ［ｋＷ］とすると、前記推進用インバータの台数は（２ｎ−１）、全体のトータル容量は（（Ｐ／ｎ）×（２ｎ−１））［ｋＷ］であることを特徴とする請求項１に記載の両頭船の電気推進装置。

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