JP7343252B2 - クラッチを用いた推進及び制動システム - Google Patents

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Description

本発明は、クラッチを用いた推進及び制動システムに関し、より詳細には、船舶の推進及び制動に使用される電力変換装置（ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ、Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ Ｐｉｔｃｈ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ）、及び摩擦ブレーキ（ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｂｒａｋｅ）なしでも経済的かつ効率的な推進及び制動が可能であり、車両にも適用が可能なクラッチを用いた推進及び制動システムに関する。
回転力を推進力に変える装置として使用されるプロペラ（ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ）は、船舶の推進及び制動のために使用されるが、プロペラは、軸（ｓｈａｆｔ）の終端に設けられる羽根（ｂｌａｄｅ）のピッチ（ｐｉｔｃｈ）が調整可能な可変ピッチプロペラと、羽根のピッチが調整不可能な固定ピッチプロペラ（ＦＰＰ、Ｆｉｘｅｄ Ｐｉｔｃｈ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ）とに分けられる。
ＣＰＰ船舶での推進速度は、軸駆動体の回転速度が一定であっても、プロペラ羽根のピッチ角（ａｎｇｌｅ ｏｆ ｐｉｔｃｈ）によって変わるが、軸駆動体の回転速度で発生させる力よりプロペラで要求される負荷量が大きい場合、軸駆動体に過負荷が発生されるので、このような現象が発生されないように軸駆動体の回転速度別の出力とプロペラ羽根のピッチ角は連動制御されなければならない。船舶の推進（前進及び後進）及び制動は、軸駆動体の出力と連動制御されるプロペラ羽根のピッチ角調整にて可能であるが、プロペラ羽根のピッチ角を調整するためのシステムが高価であるという短所がある。
ＦＰＰ船舶での推進速度は、軸駆動体の回転速度によって変わるが、ＦＰＰで要求される回転速度別の負荷量は、軸駆動体の回転速度別の出力より小さいように製作される。船舶の推進及び制動は、軸駆動体の回転速度調整及び回転方向調整にて可能であり、高い制動力が必要な場合、摩擦ブレーキをプロペラ軸にさらに設ける。停止及び後進しようとする場合、ＣＰＰ船舶とは異なり、プロペラを逆回転（ｒｅｖｅｒｓｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ）させると良いが、軸駆動体が２行程内燃機関である場合、内燃機関の回転方向を逆回転させることができるので、別の装置が必要でなく、軸駆動体が４行程内燃機関である場合、回転方向を逆回転させることができないので、減速機にプロペラの回転方向転換が可能な機能を有するようにする。プロペラ羽根のピッチ角を調整するためのシステムが必要ないので、製品の値段が低価であるという長所がある。
一般に、２行程（２－ｓｔｒｏｋｅ）内燃機関にて推進する船舶の場合、内燃機関の定格回転速度と全速力（ｆｕｌｌ ａｄｍｉｓｓｉｏｎ）を出すための船舶のプロペラ回転速度とは同一であるので、減速機が必要でなく、４行程（４－ｓｔｒｏｋｅ）内燃機関にて推進する船舶の場合、内燃機関の定格回転速度が全速力を出すための船舶のプロペラ回転速度より速いので、減速機が必要である。
電気推進（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ）船舶の場合、可変速電力変換装置を使用して電動機の回転速度及び回転方向を可変できる場合には、ＦＰＰを使用し、正弦波のみを供給する変速の不可能な電力変換装置を使用して、電動機の回転速度及び回転方向を可変できない場合には、ＣＰＰを使用する。正弦波のみを供給する変速の不可能な電力変換装置を使用する場合、電動機の回転速度は、極数変換（高速、中速）誘導電動機（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ）を使用する。また、可変速電力変換装置、正弦波のみを供給する変速の不可能な電力変換装置の故障に備えて、迂回（ｂｙｐａｓｓ）電力供給装置にて電動機に電力が供給され得るように用意する。
一方、電気推進船舶では、軸駆動体の回転速度をプロペラの回転速度に合うように減速するための減速機を使用しない船舶と減速機を使用する船舶とに分けることができる。減速機を使用しない船舶において、プロペラの回転速度が１００ｒｐｍであるとき、電動機の回転速度は、プロペラの回転速度と同一でなければならないので、使用する周波数が６０Ｈｚであれば、７２ｐｏｌｅ、５０Ｈｚであれば、６０ｐｏｌｅの電動機を使用する。減速機を使用する船舶において、プロペラの回転速度が１００ｒｐｍであるとき、使用する周波数によって６０Ｈｚでは８ｐｏｌｅ（９００ｒｐｍ）、５０Ｈｚでは６ｐｏｌｅ（ｌ，０００ｒｐｍ）の電動機を使用すれば、６０Ｈｚには９：１、５０Ｈｚには１０：１の割合の減速機を使用すれば良い。船舶のプロペラ回転速度は、船舶が大型化されるほど低いが、電動機の回転速度をこれに合わせる場合、電動機の直径が大きくなり、値段も高価になるので、一般的に電動機の回転速度をｌ，０００ｒｐｍ以下とし、プロペラの回転速度で電動機の回転速度を低めるために減速機を使用している。
電気推進船舶の場合、電動機に電力を供給するために使用される電気製品の段階が多くなるほど損失が多くなり、電力変換装置は、冷房装置が設けられた空間で運営されなければならず、高出力製品の場合、装置から発生される熱の冷却のための水冷式冷却器が必要であり、かつ、便宜性に比べて製品の値段が高価であるという短所がある。
駆動体と被駆動体との間のトルク（動力）を切るか、繋ぐ装置として使用されるクラッチは、２行程内燃機関の場合、始動トルクがプロペラで要求する始動トルクより大きいので、クラッチを使用せず、４行程内燃機関の場合、始動トルクがプロペラで要求する始動トルクより小さいので、内燃機関の始動のためにクラッチが必要である。
また、クラッチの接続時点は、クラッチの接続の際、軸駆動体のトルクが被駆動体で要求される始動トルクより小さい場合、軸駆動体が停止する現象が発生され得るので、軸駆動体のトルクが被駆動体で要求する始動トルクより大きい時点（回転速度）でクラッチを接続させ、電気推進船舶では、電動機始動トルク調節が可能な可変速電力変換装置を使用して回転速度を調節するが、電動機の始動トルクをプロペラで要求される始動トルクより大きくすれば良いので、電動機と減速機との間には、クラッチを一般的に使用しない。
減速機は、駆動体の回転速度と被駆動体の回転速度とが異なる場合に使用されるが、単一入力－単一出力（ｓｉｎｇｌｅ ｉｎｐｕｔ－ｓｉｎｇｌｅ ｏｕｔｐｕｔ）減速機は、１つの駆動体に１つの被駆動体が連結されるものであり、被駆動体の要求動力に対比して駆動体を１つにする場合、製品があまりにも大型化されるという問題があるか、運用信頼性増大のために、駆動体の数量増大が必要な場合に使用される多重入力－単一出力（ｍｕｌｔｉ ｉｎｐｕｔ－ｓｉｎｇｌｅ ｏｕｔｐｕｔ）減速機は、種々の駆動体に１つの被駆動体が連結されるものであって、これらの駆動体間の並列運転前には、同期化過程が先行されなければならない。
２台の４行程内燃機関にて推進される２機１軸船のＣＰＰの場合、二重入力－単一出力クラッチ内蔵減速機を使用する。プロペラ羽根のピッチ角を小さく調整して１台の内燃機関にて船舶を低速で運転中の状態で船舶の速度を上げるためには、残りの内燃機関もクラッチ内蔵減速機を介して連結しなければならないが、このときに発生される衝撃トルクを最小化するために、負荷運転中の内燃機関の回転速度と連結しようとする内燃機関の回転速度とを一致させる同期化が必要である。このために、動力を先に伝達している内燃機関の回転速度に合うように連結しようとする内燃機関の回転速度を調速機を介して調整して同期化が完了すれば、連結しようとするクラッチ内蔵減速機のクラッチを接続（ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）して内燃機関間の並列運転を行った後、羽根のピッチ角を増加させれば良い。
２台の４行程内燃機関にて推進される２機１軸船のＦＰＰの場合、二重入力－単一出力クラッチ内蔵減速機を使用する。プロペラ羽根のピッチ角を調整できないので、１台の内燃機関にて船舶運転の際、過負荷が発生するので、２台の内燃機関にて低負荷で並列運転を行った後、負荷運転をしなければならない。このために、まず、１台の内燃機関を空回転（ｉｄｌｅ）状態でクラッチ内蔵減速機のクラッチを接続させた後、残りの内燃機関をクラッチ内蔵減速機を介して連結しなければならないが、このときに発生される衝撃トルクを最小化するために、負荷運転中の内燃機関の回転速度と連結しようとする内燃機関の回転速度とを一致させる同期化が必要である。このために、動力を先に伝達している内燃機関の回転速度に合うように連結しようとする内燃機関の回転速度を調速機を介して調整して同期化が完了すれば、連結しようとするクラッチ内蔵減速機のクラッチを接続して内燃機関間の並列運転を行った後、内燃機関の回転速度を同時に増加させれば良い。
２台の電動機にて推進される２機１軸船のＣＰＰの場合、二重入力－単一出力減速機が使用されるが、このとき、電動機と減速機との間にはクラッチが使用されない。プロペラ羽根のピッチ角を小さく調整して１台の電動機にて船舶を低速で運転中の状態で船舶の速度を上げるためには、残りの電動機を連結しなければならないが、このための電動機間の同期化及び並列運転制御は、可変速電力変換装置を介してなされ、電動機間の並列運転を行った後、羽根のピッチ角を増加させれば良い。二重入力－単一出力減速機と電動機との間にクラッチを使用しない場合、１台の電動機にて船舶を運航すれば、運転されない他の電動機の回転子が回転するようになるが、これは、運転中の電動機の負荷として作用してエネルギー損失を発生させるので、クラッチを設ける場合もある。
２台の電動機にて電気推進される２機１軸船のＦＰＰの場合、二重入力－単一出力減速機が使用されるが、このとき、電動機と減速機との間にはクラッチが使用されない。プロペラ羽根のピッチ角を調整できないので、１台の電動機にて船舶運転の際、過負荷が発生されるので、２台の電動機にて低負荷で並列運転を行った後、負荷運転をしなければならない。このための電動機間の同期化及び並列運転制御は、可変速電力変換装置を介してなされ、２台の電動機を運用するのにおいて、低負荷から高負荷まで同時に稼動して電動機回転速度で船舶の速度を増感させることになるが、電動機の効率は、回転速度が低いほど、そして負荷が低いほど低いので、電動機が低速度、低負荷区間で運営される場合、低効率運転のため、全体効率が落ちるという短所がある。
発電機から電力を供給される誘導電動機の場合、一般誘導電動機を使用しても良いが、可変速電力変換装置から電力を供給される誘導電動機の場合、一般誘導電動機でない可変速電力変換装置専用誘導電動機を使用しなければならず、一般的に同一回転数の一般誘導電動機に対比して１０～２０％高価である。
航海中の船舶は、惰力により容易に動くことができない。船舶が全速力で航海中の状態で衝突の危険が発生すれば、制動（ｃｒａｓｈ ｓｔｏｐ）をするために逆推進力（ｒｅｖｅｒｓｅ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ）を発生させて船舶の進行を止めなければならない。しかし、このときにも船舶が進行中であるため、前に前進することになるしかない距離があるが、これを最短停止距離（ｃｒａｓｈ ｓｈｏｒｔｅｓｔ ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ）という。この最短停止距離を最初の速力から船体が停止するまでの進んだ距離で計算するが、船舶の特性と種類によって異なるが、大体的に船舶の長さの６～１２倍程度とみることができる。
２行程内燃機関にて推進されるＦＰＰ船舶が全速力で前進している状況で制動のための逆推進力を発生させるためには、プロペラを逆回転させなければならない。内燃機関の燃料を遮断しても内燃機関制動（ｅｎｇｉｎｅ ｂｒａｋｉｎｇ）は発生するが、前進する船舶の速度によるプロペラの惰力（ｉｎｅｒｔｉａ）により内燃機関は回転し続けるようになる。したがって、船舶の速度が十分に減少して始動空気（ｓｔａｒｔｉｎｇ ａｉｒ）で内燃機関を停止させた後、後進のための始動をしてはじめて内燃機関が船舶の前進惰力を乗り越えて後進始動に成功することができる。後進始動が可能な前進惰力に対する最大内燃機関回転速度は、内燃機関製造社で推薦するものと決める。
４行程内燃機関にて推進されるＦＰＰ船舶が全速力で前進している状況で制動のための逆推進力を発生させるためには、プロペラを逆回転させなければならない。４行程内燃機関は、逆回転が不可能なので、クラッチ内蔵減速機の出力軸回転方向転換が可能なクラッチ接続回転速度まで回転速度を減少させた後、クラッチを接続させれば良いが、急速後進のために、内燃機関の回転速度目標値をクラッチが接続できる回転速度に変更しても内燃機関制動は発生するが、前進する船舶の速度によるプロペラの惰力により内燃機関は回転し続けるようになる。したがって、船舶の速度がある程度減った後にはじめてクラッチ内蔵減速機の出力軸回転方向転換クラッチを接続させることができる回転速度に到達するようになるが、このとき、クラッチを接続させてプロペラの回転方向を逆回転させる。逆回転が可能な前進惰力に対するクラッチ内蔵減速機のクラッチ接続最大回転速度は、内燃機関製造社とクラッチ内蔵減速機製造社とで推薦するものと決める。
誘導電動機にて推進されるＦＰＰ船舶が全速力で前進している状況で制動のための逆推進力を発生させるためには、プロペラを逆回転させなければならないが、誘導電動機は、可変速電力変換装置で逆回転制御が可能なので、逆回転が可能な回転速度に減少させた後、逆回転させれば良い。誘導電動機に供給される電力を可変速電力変換装置で減少させても、船舶の速度によるプロペラの惰力により誘導電動機は回転し続けるようになる。このとき、誘導電動機から発生される電力を回生制動（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｂｒａｋｉｎｇ）を使用して回収すれば良いが、発生される電力が回生制動で直ちに回収されなければ制動力が生じないので、このような場合、抵抗制動（ｒｈｅｏｓｔａｔｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ）に転換して制動を行うが、船舶の速度がある程度減った後にはじめて誘導電動機を逆回転させることができる回転速度に到達するようになり、このとき、可変速電力変換装置で誘導電動機を逆回転させてプロペラの回転方向を逆回転させる。逆回転が可能な前進惰力に対する最大誘導電動機回転速度は、電動機製造社で推薦するものと決める。誘導電動機を停止する時間が短いほど、抵抗制動に使用される抵抗は大きくなければならず、このとき、発生する熱は、直ちに冷却され得るように可変速電力変換装置に別の冷却器が用意されなければならない。
また、誘導電動機の回転速度減少によって冷却ファンの回転速度も減少することになるが、誘導電動機内部で発生されていた熱を効果的に冷却させることができる対策が誘導電動機内部に設けられなければならない。可変速電力変換装置で誘導電動機起動の際に発生される突入電流（ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）を減らすために、誘導電動機に供給される電力を減少させれば、突入電流は減少されることに対し、起動時間が長くなるという短所がある。
船舶の接岸や離岸の際、船舶の操縦性能を向上させるために、船舶の側面に装備する補助推力発生装置である固定ピッチプロペラ型サイドスラスタ（ｓｉｄｅ ｔｈｒｕｓｔｅｒ、船首に設けられれば、バウスラスタ（ｂｏｗ ｔｈｒｕｓｔｅｒ）、船尾に設けられれば、スターンスラスタ（ｓｔｅｒｎ ｔｈｒｕｓｔｅｒ））、砕氷船（ｉｃｅ ｂｒｅａｋｅｒ）、及びダイナミックポジショニングシステム（ｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）に使用される全方位推進機（ａｚｉｍｕｔｈ ｔｈｒｕｓｔｅｒ）が電動機として駆動される場合には、可変速電力変換装置を使用する。
６０Ｈｚの電力が使用される所に５０Ｈｚの電力が必要な場合、６０Ｈｚの電力を周波数変換装置（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｎｇｅｒ）を介して５０Ｈｚに変換して使用し、５０Ｈｚの電力が使用される所に６０Ｈｚの電力が必要な場合、５０Ｈｚの電力を周波数変換装置（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｎｇｅｒ）を介して６０Ｈｚに変換して使用した。
ＣＰＰ船舶の場合、ＦＰＰ船舶に比べて船舶調整が簡便であるが、プロペラ羽根のピッチ角を調整するためのシステムが高価であるという短所があり、高価の電力変換装置を使用して電動機にて推進されるＦＰＰ電気推進船舶の場合、電動機の低速回転区間で発生される損失を相殺できる運営方法が必要である。
このように、従来の推進及び制動方法は、推進体の操縦及び運営に種々の問題点及び制限事項を有しており、推進及び制動システム改善を介しての装備等の信頼性向上、安定性増大、投資額、及び運営費低減による優れた装備運営能力確保が可能な推進及び制動システムの開発が求められている実情である。
本発明は、前述した従来の諸問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、船舶の推進及び制動に使用される電力変換装置、可変ピッチプロペラ、及び摩擦ブレーキなしでも経済的かつ効率的な推進及び制動が可能であり、車両にも適用が可能なクラッチを用いた推進及び制動システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、周波数変換の際に使用される従来の周波数変換装置を使用せずに、本発明の推進及び制動システムでも周波数変換が可能なようにすることにある。
上記のような目的を達成するための本発明は、クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向及び反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、被駆動体の回転速度をクラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、被駆動体が定格回転速度以上で運転が必要な場合、クラッチの接続時点制御とクラッチの接続が持続するように制御する制御部とを備え、被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された動作中のクラッチの動作圧力を除去し、被駆動体の回転方向を逆回転方向に制御するためのクラッチを動作させた後、前記弁でクラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であることを特徴とするクラッチを用いた推進及び制動システムを提供する。
また、上記のような目的を達成するための本発明は、クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向または反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、被駆動体の回転速度をクラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、被駆動体が定格回転速度以上で運転が必要な場合、クラッチの接続時点制御とクラッチの接続が持続するように制御する制御部とを備え、被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵されたクラッチの動作圧力を除去した後、駆動体の回転方向を逆回転に転換し、前記弁でクラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であることを特徴とするクラッチを用いた推進及び制動システムを提供する。
また、前記装置の歯車は、駆動体と被駆動体との間の回転速度の差によるギヤ比（ｇｅａｒ ｒａｔｉｏ）を有することを特徴とする。
また、前記装置は、駆動体と被駆動体との間の回転速度の差によるギヤ比を有する歯車装置が別に構成されたことを特徴とする。
また、前記装置が多重入力歯車装置に連結されて、駆動体間の並列運転の際、同期化過程が必要でないことを特徴とする。
また、前記装置のクラッチが接続された状態で、駆動体の回転速度が増加されれば、被駆動体の回転速度が上昇されて、被駆動体の負荷が増加され、このとき、前記制御部は、駆動体、前記装置、及び被駆動体の過負荷運転可能範囲と現在出力量とを比較して、これを超過する場合、運営者に警報し、前記範囲内で運転するように制御する機能があることを特徴とする。
また、前記制御部は、前記装置のクラッチが接続された状態または前記装置のクラッチを前記弁で調節して動力を伝達する状態であるとき、駆動体の回転速度別の出力量と被駆動体の回転速度別の負荷量とを比較して、被駆動体の回転速度別の負荷量に対比して駆動体の回転速度別の出力量が増加した場合、被駆動体の回転速度別の負荷量が増加されたことを運営者に警報し、被駆動体の回転速度別の負荷量に対比して駆動体の回転速度別の出力量が減少した場合、被駆動体の回転速度別の負荷量が減少されたことを運営者に警報する機能があることを特徴とする。
また、前記装置の潤滑油圧力は、潤滑油温度が高いほど低くなるが、潤滑油温度による潤滑油圧力の変化量を前記制御部で学習して潤滑油粘度の安定性を確認する機能を含むことを特徴とする。
また、前記制御部は、前記装置のクラッチが接続された状態で前記装置の入力軸回転速度と前記装置の出力軸回転速度とに差がある場合、このような差の大きさでクラッチ摩耗度を判断し、前記装置のクラッチが接続されなかった状態で被駆動体の回転速度を一定に維持するために、前記弁に伝達する設定値の変化量が潤滑油温度変化による変動値を超過する場合、このような差の大きさでもクラッチ摩耗度を判断する機能を含むことを特徴とする。
また、前記制御部は、前記装置のクラッチが接続されなかった状態で駆動体と被駆動体との間のトルク伝達過程で発生されるスティックスリップ現象を検出してクラッチの動作圧力を制御することを特徴とする。
また、前記制御部では、制御モードが速度制御モードである場合には、被駆動体の回転速度を一定に維持させる制御を行い、負荷制御モードである場合には、駆動体にかかる負荷を一定に維持させる制御を行う機能を含むことを特徴とする。
また、前記装置のクラッチが接続されず、前記制御部にオーバーライド制御機能が活性化されている状態で前記装置の潤滑油温度が許容値以上に上昇すれば、前記制御部は、回転速度制御から潤滑油温度一定制御に転換し、潤滑油温度が警報値のヒステリシス以内に減少すれば、回転速度制御に再度復帰する機能を含むことを特徴とする。
また、前記制御部は、被駆動体に過渡負荷急上昇が発生することを検出し、前記過渡負荷急上昇の大きさによって回転速度過渡特性に対する性能等級作動限界値で許容する回転速度回復時間以内に駆動体の回転速度が回復され得るように前記弁の設定値を調節し、駆動力急上昇量によって予め設定された被駆動体の負荷減少量に合うようにスリップを増加させて駆動体の負荷を低めることにより、駆動体の回転速度が早速回復されるようにした後、回転速度の回復が感知されれば、前記弁の設定値を再度元の設定値に徐々に復帰させる機能を含むことを特徴とする。
また、前記制御部は、制動制御の際、前記装置のクラッチと摩擦ブレーキの作動を連動制御する機能を含むことを特徴とする。
また、前記制御部は、回転速度設定値の変化勾配で前記弁の動作時間を調整して、推進及び制動にかかる時間を調整できる機能を含むことを特徴とする。
また、被駆動体として使用される誘導電動機は、前記制御部により回転速度が制御されて、誘導発電機として使用されることができ、被駆動体の回転方向転換が可能な前記装置を使用する場合、前記誘導電動機は、上回転方向の転換が可能な誘導発電機としても使用され得ることを特徴とする。
また、前記制御部は、無線で連結される遠隔の無線端末機を介して制御されることを特徴とする。
本発明に係るクラッチを用いた推進及び制動システムによれば、駆動体と被駆動体との間の動力（トルク）を切るか、繋ぐ装置として使用されるクラッチを推進体の推進及び制動に使用することにより、投資額低減及び維持補修費用が減少するという効果がある。
また、周波数変換用としても使用できるという効果がある。
電力変換装置の代表的な出力に対する効率を示す。
誘導電動機の代表的な回転速度に対する効率及び力率を示す。
誘導電動機の代表的な出力に対するスリップ、電流、力率、及び効率を示す。
従来の交流発電装置、可変速電力変換装置、誘導電動機、単一入力－単一出力減速機、固定ピッチプロペラ型バウスラスタ、固定ピッチプロペラ型スターンスラスタと固定ピッチプロペラで推進する２軸船（ｔｗｉｎ ｓｃｒｅｗ ｖｅｓｓｅｌ）の電気推進システムを示す。
従来の交流発電装置、正弦波のみを供給する変速の不可能な電力変換装置、極数変換（高速、中速）誘導電動機、単一入力－単一出力減速機、可変ピッチプロペラ型バウスラスタ、可変ピッチプロペラ型スターンスラスタと可変ピッチプロペラで推進する２軸船の電気推進システムを示す。
従来の交流発電装置、可変速電力変換装置、同期電動機（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ）、二重入力－単一出力減速機、固定ピッチプロペラ型バウスラスタ、またはスターンスラスタと固定ピッチプロペラで推進する短軸船（ｓｉｎｇｌｅ ｓｃｒｅｗ ｖｅｓｓｅｌ）の電気推進システムを示す。
従来の周波数可変交流発電装置、直流配電（ＤＣ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）システム（整流器（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）、インバータ（ｉｎｖｅｒｔｅｒ）、及びバッテリを含む）、誘導電動機、固定ピッチプロペラ型バウスラスタ、固定ピッチプロペラ型スターンスラスタと固定ピッチプロペラ型全方位推進機で推進する電気推進システムを示す。
従来の６０Ｈｚの電力を周波数変換装置（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｎｇｅｒ）を介して５０Ｈｚに変換することを示す。
本発明に係る出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を駆動用誘導電動機にて駆動する実施形態を示す。
本発明に係る出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を４行程内燃機関にて駆動する実施形態を示す。
本発明に係る出力側回転方向調整が不可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を駆動用誘導電動機にて駆動する実施形態を示す。
本発明に係る出力側回転方向調整が不可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を２行程内燃機関にて駆動する実施形態を示す。
本発明に係る出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を駆動用誘導電動機にて駆動して二重入力－単一出力歯車装置で並列運転する実施形態を示す。
本発明に係る出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を４行程内燃機関にて駆動して二重入力－単一出力歯車装置で並列運転する実施形態を示す。
本発明に係る出力側回転方向調整が不可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を駆動用誘導電動機にて駆動して二重入力－単一出力歯車装置で並列運転する実施形態を示す。
本発明に係る出力側回転方向調整が不可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を２行程内燃機関にて駆動して二重入力－単一出力歯車装置で並列運転する実施形態を示す。
本発明に係る出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を駆動用誘導電動機にて駆動して被駆動用誘導電動機で周波数が変換された電力を生産する実施形態を示す。
以下、本発明の実施形態を添付された図面を参照して詳細に説明する。まず、各図面の構成要素等に参照符号を添加するのにおいて、同じ構成要素等に対しては、例え、他の図面上に表示されても、なるべく同じ符号を有するようにしていることに留意すべきである。また、本発明の要旨を濁す恐れがあると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。また、以下において本発明の実施形態を説明するであろうが、本発明の技術的思想は、これに限定するか、制限されずに当業者により実施され得ることはもちろんである。
図１は、電力変換装置の代表的な出力に対する効率を示したものであって、約１５％以下の負荷では効率が急激に低くなることが分かり、図２は、誘導電動機の代表的な回転速度に対する効率及び力率を示したものであって、定格回転速度以下では、効率及び力率が低くなることが分かり、図３は、誘導電動機の代表的な出力に対するスリップ、電流、力率、及び効率を示したものであって、約５０％以下の出力では、効率が急激に低くなることが分かる。
図４は、従来の交流発電装置、可変速電力変換装置、誘導電動機、単一入力－単一出力減速機、固定ピッチプロペラ型バウスラスタ、固定ピッチプロペラ型スターンスラスタと固定ピッチプロペラで推進する２軸船の電気推進システムを示したものであって、船舶の推進速度が低い場合、図１の電力変換装置の低い出力での効率低下と、図２の誘導電動機の低い回転速度での効率低下と、図３の誘導電動機の低い出力での効率低下のために運営損失が増加する。
図５は、従来の交流発電装置、正弦波のみを供給する変速の不可能な電力変換装置、極数変換（高速、中速）誘導電動機、単一入力－単一出力減速機、可変ピッチプロペラ型バウスラスタ、可変ピッチプロペラ型スターンスラスタと可変ピッチプロペラで推進する２軸船の電気推進システムを示したものであって、船舶の推進速度が低い場合、図４の電気推進システムから発生される効率低下による運営損失部分の中で、図２に示された誘導電動機の低い回転速度での効率及び力率低下部分は、誘導電動機の回転速度を定格回転速度に維持し、推進用可変ピッチプロペラのピッチ角を低めることによって相殺できるが、このために、高価の装備である可変ピッチプロペラを使用しなければならない。
図６は、従来の交流発電装置、可変速電力変換装置、同期電動機、二重入力－単一出力減速機、固定ピッチプロペラ型バウスラスタ、またはスターンスラスタと固定ピッチプロペラで推進する短軸船の電気推進システムを示したものであって、船舶の推進速度が低い場合、図４の電気推進システムから発生される効率低下による運営損失が発生しうる。これに加えて、二重入力－単一出力減速機に連結された２台の同期電動機の場合、船舶の推進速度によって低速区間で１台の同期電動機が運転され、高速区間で２台の同期電動機が運転される運営方式でなく、船舶の推進速度に関係なく、２台の同期電動機が同時に並列運転をしなければならないので、船舶の推進速度が低い場合、同期電動機の損失は、１台を使用するときに対比して２倍に増加する。
図７は、従来の周波数可変交流発電装置、直流配電システム（整流器、インバータ、及びバッテリを含む）、誘導電動機、固定ピッチプロペラ型バウスラスタ、固定ピッチプロペラ型スターンスラスタと固定ピッチプロペラ型全方位推進機で推進する電気推進システムを示したものであって、船舶の推進速度が低い場合、図４の電気推進システムから発生されていた効率低下による運営損失部分は、周波数可変交流発電装置に整流器、インバータ、及びバッテリを追加設置して、従来の交流発電装置に対比して内燃機関の燃料消費量を減少させることにより相殺できるが、このために、高価のこれらの装置を追加的に使用しなければならない。
図８は、従来の５０Ｈｚの電力を周波数変換装置を介して６０Ｈｚの電力に変換することを示したものであって、電力変換が必要な容量が増加するほど周波数変換装置の値段が増加する。
図９～図１７は、駆動体で出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置または出力側回転方向調整が不可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を駆動する実施形態を示したものである。
例え、詳細に図示されてはいないが、図１３～図１６に示すように、制御部１０ａ、１０ｂには、無線通信用アンテナ１１ａ、１１ｂ、正／逆回転運転信号、オーバーライド制御信号、制御モード信号、回転速度設定値信号、クラッチと歯車が内蔵された装置の入力軸速度感知センサ３２０ａ、３２０ｂ、クラッチと歯車が内蔵された装置の潤滑油温度感知センサ４０５ａ、４０５ｂ、クラッチと歯車が内蔵された装置の潤滑油圧力感知センサ４０６ａ、４０６ｂ、クラッチと歯車が内蔵された装置の出力軸速度感知センサ４２０ａ、４２０ｂ、二重入力－単一出力歯車装置の潤滑油温度感知センサ５０５ａ、５０５ｂ、二重入力－単一出力歯車装置の潤滑油圧力感知センサ５０６ａ、５０６ｂ、二重入力－単一出力歯車装置の出力軸速度感知センサ５２０ａ、５２０ｂが連結され得る。
また、図９～図１６に示すように、駆動体と被駆動体の回転速度が異なる場合、クラッチと歯車が内蔵された装置の歯車が前記回転速度の差によるギヤ比を有するようにするか、前記回転速度の差によるギヤ比を有する歯車装置を、クラッチと歯車が内蔵された装置の前端や後端に別に構成することもできる。
本発明に係るクラッチを用いた推進及び制動システムの動作及び運営方法について添付された図面を参照して詳細に説明するに先立って、制御部１０ａ、１０ｂで有する特徴を先に説明する。
クラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂのクラッチが接続された状態で被駆動体を駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂにて駆動して推進する場合、駆動用誘導電動機スタータ５０ａ、５０ｂから供給される電力の周波数が増加されれば、被駆動体の回転速度が上昇して駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂの負荷が増加されるが、このとき、制御部１０ａ、１０ｂは、駆動用誘導電動機スタータ５０ａ、５０ｂに設けられた電力測定及び監視装置（ｐｏｗｅｒ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ、ＰＭＤ）を介して取得された情報を基準に駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂ、クラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂ、二重入力－単一出力歯車装置（ｇｅａｒ ｕｎｉｔ）５００、及びＦＰＰプロペラのような被駆動体６００の過負荷運転可能範囲と現在出力量とを比較して、これを超過する場合、運営者に警報し、過負荷運転可能範囲内で運転させる機能がある。
また、クラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂのクラッチが接続された状態で被駆動体を内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂにて駆動して推進する場合、内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂの回転速度が増加すれば、被駆動体の回転速度が上昇して内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂの負荷が増加するが、このとき、制御部１０ａ、１０ｂは、内燃機関制御装置を介して取得された情報を基準に内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂ、クラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂ、二重入力－単一出力歯車装置５００、及びＦＰＰプロペラのような被駆動体６００の過負荷運転可能範囲と現在出力量とを比較して、これを超過する場合、運営者に警報し、過負荷運転可能範囲内で運転させる機能がある。
また、制御部１０ａ、１０ｂは、クラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂのクラッチが接続された状態またはクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂのクラッチをクラッチ動作圧力調節用弁で調節して動力を伝達する状態であるとき、駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂ、内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂの回転速度別の出力量と被駆動体６００の回転速度別の負荷量とを比較する。被駆動体６００の回転速度別の負荷量に対比して駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂ、内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂの回転速度別の出力量が増加した場合、制御部１０ａ、１０ｂは、被駆動体６００の回転速度別の負荷量が増加されたことを運営者に警報し、被駆動体６００の回転速度別の負荷量に対比して駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂ、内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂの回転速度別の出力量が減少した場合、制御部１０ａ、１０ｂは、被駆動体６００の回転速度別の負荷量が減少されたことを運営者に警報する。このとき、駆動体の回転速度別の出力量は、駆動体が駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂである場合には、駆動用誘導電動機スタータ５０ａ、５０ｂに設けられた電力測定及び監視装置を介して取得された情報を基準とし、駆動体が内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂである場合には、内燃機関制御装置を介して取得された情報を基準に被駆動体６００の負荷量増加及び減少可否を判断する。被駆動体６００に異物が付着されて抵抗が増加すれば、負荷量が増加し、被駆動体６００に摩耗が発生されて抵抗が減少されれば、負荷量が減少する。
また、クラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂの潤滑油圧力は、装置の潤滑油温度が高いほど低くなる傾向がある。したがって、制御部１０ａ、１０ｂは、潤滑油温度感知センサ４０５ａ、４０５ｂ及び潤滑油圧力感知センサ４０６ａ、４０６ｂを用いて装置の潤滑油温度及び圧力を測定した後、測定値等の変化量を学習して潤滑油粘度（ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）の安定性を確認する機能がある。
また、クラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂのクラッチが接続された状態で、前記装置の入力軸３１０ａ、３１０ｂに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａ、３２０ｂで測定した回転速度と前記装置の出力軸４１０ａ、４１０ｂに設けられた出力軸速度感知センサ４２０ａ、４２０ｂで測定した回転速度とに差がある場合、制御部１０ａ、１０ｂは、このような差の大きさでクラッチ摩耗度（ｃｌｕｔｃｈ ｗｅａｒ ｄｅｇｒｅｅ）を判断できる。
また、クラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂのクラッチが接続されなかった状態で被駆動体６００の回転速度を一定に維持するために、制御部１０ａ、１０ｂでクラッチ動作圧力調節用弁に伝達する設定値（ｓｅｔ ｐｏｉｎｔ）は、潤滑油圧力が変わると異なるようになるが、このような設定値の変化量が潤滑油温度変化による変動値を超過する場合、このような差の大きさでもクラッチ摩耗度を判断する機能がある。
また、制御部１０ａ、１０ｂは、クラッチのスリップ発生の際、被駆動体の回転速度があまり遅いか、被駆動体の回転速度が駆動体の回転速度に近接した状況でスティックスリップ（ｓｔｉｃｋ ｓｌｉｐ）現象が発生することをクラッチと歯車が内蔵された装置の入力軸３１０ａ、３１０ｂに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａ、３２０ｂと前記装置の出力軸４１０ａ、４１０ｂに設けられた出力軸速度感知センサ４２０ａ、４２０ｂとで測定した回転速度に対する角速度分析にて検出し、これをクラッチの動作に必要な油圧調整修正係数（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ）として使用してクラッチ動作油圧決定回路または回転速度決定回路に反映し、これを介してクラッチ動作圧力調節用弁の設定値を増感させてスティックスリップを回避する機能がある。
また、制御部１０ａ、１０ｂは、駆動体が駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂであるとき、速度制御モードである場合には、被駆動体の回転速度を一定に維持させる制御を行い、負荷制御モードである場合には、駆動用誘導電動機スタータ５０ａ、５０ｂに設けられた電力測定及び監視装置を介して取得された情報を基準に駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂにかかる負荷を一定に維持させる制御を行う機能がある。
また、駆動体が内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂであるとき、速度制御モードである場合には、被駆動体の回転速度を一定に維持させる制御を行い、負荷制御モードである場合には、内燃機関制御装置を介して取得された情報を基準に内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂにかかる負荷を一定に維持させる制御を行う機能がある。
また、クラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂのクラッチが接続されず、オーバーライド制御機能が活性化されている状態で、前記装置の潤滑油冷却装置などの故障のため、潤滑油温度感知センサ４０５ａ、４０５ｂで測定した前記装置４００ａ、４００ｂの潤滑油温度が許容値以上に上昇すれば、制御部１０ａ、１０ｂは、前記装置４００ａ、４００ｂの制御を回転速度制御から潤滑油温度一定制御に転換し、クラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂの潤滑油温度が警報値のヒステリシス（Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）以内に減少すれば、回転速度制御に再度復帰する機能がある。
また、駆動体が駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂである場合、被駆動体の過渡（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）負荷急上昇が発生すれば、電力を供給する内燃機関の回転速度が落ち、駆動用誘導電動機スタータ５０ａ、５０ｂから駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂに供給される周波数が低くなる。このとき、電力急上昇量（Δｐ／Δｔ）は、前記装置の入力軸３１０ａ、３１０ｂに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａ、３２０ｂで測定した回転速度変化量（Δｒｐｍ／Δｔ）、または駆動用誘導電動機スタータ５０ａ、５０ｂに設けられた電力測定及び監視装置を介して取得された時間当り周波数変化量（Δｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／Δｔ）、または駆動用誘導電動機スタータ５０ａ、５０ｂに設けられた電力測定及び監視装置を介して取得された時間当り有効電力変化量（Δｋｗ／Δｔ）として検出されることができる。制御部１０ａ、１０ｂは、上述した被駆動体の過渡負荷急上昇を検出し、過渡負荷急上昇の大きさによって電力を供給する内燃機関の周波数過渡特性に対する性能等級作動限界値で許容する周波数回復時間（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｔｉｍｅ ａｆｔｅｒ ｌｏａｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ）以内に周波数が回復されるようにすることができる。すなわち、制御部１０ａ、１０ｂは、クラッチ動作圧力調節用弁の設定値を調節し、電力急上昇量によって予め設定された被駆動体の負荷減少量に合うようにスリップを増加させて内燃機関の負荷を低めることにより、電力供給内燃機関の回転速度が早速回復されるようにした後、回転速度の回復が感知されれば、クラッチ動作圧力調節用弁の設定値を再度元の設定値に徐々に復帰させる機能がある。
また、駆動体が内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂである場合、被駆動体の過渡負荷急上昇が発生すれば、駆動力を供給する内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂの回転速度が落ちる。このとき、駆動力急上昇量（Δｐ／Δｔ）は、前記装置の入力軸３１０ａ、３１０ｂに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａ、３２０ｂで測定した回転速度変化量（Δｒｐｍ／Δｔ）として検出されることができる。制御部１０ａ、１０ｂは、上述した被駆動体の過渡負荷急上昇を検出し、過渡負荷急上昇の大きさによって駆動力を供給する内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂの回転速度過渡特性に対する性能等級作動限界値で許容する回転速度回復時間以内に駆動体の回転速度が回復されるようにすることができる。すなわち、制御部１０ａ、１０ｂは、クラッチ動作圧力調節用弁の設定値を調節し、駆動力急上昇量によって予め設定された被駆動体の負荷減少量に合うようにスリップを増加させて前記内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂの負荷を低めることにより、前記内燃機関７００ａ、７００ｂ、８００ａ、８００ｂの回転速度が早速回復されるようにした後、回転速度の回復が感知されれば、クラッチ動作圧力調節用弁の設定値を再度元の設定値に徐々に復帰させる機能がある。
また、クラッチと歯車が内蔵された装置４００ａの出力軸４１０ａまたは二重入力－単一出力歯車装置の出力軸５１０に摩擦ブレーキ５５０が設けられる場合、制動制御の際、摩擦ブレーキ５５０は、前記装置４００ａのクラッチと連動制御されることができる。すなわち、制御部１０ａ、１０ｂは、制動信号が入力されて前記装置４００ａのクラッチが遮断（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）されれば、摩擦ブレーキ５５０を動作させ、被駆動体６００の逆回転用意が完了して、前記装置４００ａのクラッチ動作圧力調節が進行されれば、摩擦ブレーキ５５０の動作を解除させ、推進体が停止すれば、摩擦ブレーキ５５０を再度動作させる機能がある。
また、制御部１０ａ、１０ｂは、入力される回転速度設定値の変化勾配でクラッチ動作圧力調節用弁の動作時間を調整して推進及び制動にかかる時間を調整できる機能がある。
以下、本発明に係るクラッチを用いた推進及び制動システムの動作及び運営方法について添付された図面を参照して詳細に説明する。
図９、図１０、図１３、図１４、図１７に示されたクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂは、推進体の正回転運転の際、入力軸／出力軸の同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ、４０１ｂが動作し、逆回転運転の際、入力軸／出力軸の反対回転方向制御用クラッチ４０２ａ、４０２ｂが動作することを前提として説明する。
図９は、本発明に係る被駆動体回転方向を駆動体と同じ方向または反対方向に調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａを駆動用誘導電動機３００ａにて駆動する実施形態を示したものであって、駆動体として使用される駆動用誘導電動機３００ａの起動の際に発生される起動電流を制限するための方法として、小型誘導電動機をフォニー電動機（２００ａ、ｐｏｎｙ ｍｏｔｏｒ）として使用する。駆動用誘導電動機３００ａ軸にフォニー電動機出力軸２１０ａを連結した後、フォニー電動機スタータ１００ａで電力供給用ケーブルｆを介してフォニー電動機２００ａに全電圧（ｆｕｌｌ ｖｏｌｔａｇｅ）を印加すれば、駆動用誘導電動機３００ａの回転子をフォニー電動機２００ａの定格回転速度まで回転させることができる。このとき、フォニー電動機２００ａの起動電流も制限する必要がある場合には、フォニー電動機スタータ１００ａに減電圧（ｒｅｄｕｃｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ）起動（Ｙ－Δ起動または１次抵抗起動またはリアクター起動または単巻変圧器起動またはソフトスタータ（ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔｅｒ）起動）のための装置を備える。
制御部１０ａは、フォニー電動機２００ａを起動させた後、起動完了可否を前記装置の入力軸３１０ａに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａの回転速度で判断する。このとき、駆動用誘導電動機３００ａの回転子が定格回転速度に到達すれば、制御部１０ａは、フォニー電動機スタータ１００ａに電力遮断信号を伝達し、駆動用誘導電動機スタータ５０ａに電力供給信号を伝達する。その後、電力供給用ケーブルｃを介して駆動用誘導電動機３００ａに電力が供給されれば、起動電流を制限した駆動用誘導電動機３００ａの起動が完了する。
駆動用誘導電動機３００ａの起動が完了すれば、制御部１０ａは、正回転運転の場合、前記装置４００ａの同一回転方向制御用クラッチ４０１ａの弁を開放した後、回転速度設定値が維持され得るようにクラッチ動作圧力調節用弁を調節して、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａの動作圧力を制御する。このとき、制御部１０ａは、前記装置の出力軸４１０ａに設けられた出力軸速度感知センサ４２０ａを介して被駆動体６００の回転速度を確認できる。
被駆動体６００の回転速度設定値が、駆動用誘導電動機３００ａが定格回転速度であるとき、出力軸速度感知センサ４２０ａで確認される回転速度以上であるか、予め設定されたクラッチのスリップを利用した回転速度以上である場合、制御部１０ａは、予め設定された動作速度によってクラッチ動作圧力調節用弁を完全に開放して、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを接続させるか、クラッチ動作圧力調節用弁の機能を一時に除去し、クラッチ動作潤滑油の圧力が全て同一回転方向制御用クラッチ４０１ａに伝達されるようにして、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを接続させる。このように、クラッチ動作圧力調節用弁の機能を一時に除去する場合、被駆動体６００の回転速度が瞬間的に落ちる現象が発生しうる。
被駆動体６００の推進中に制動をするために、制御部１０ａに回転速度設定値として逆回転信号を入力すれば、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を遮断して同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを遮断し、クラッチ動作圧力調節用弁の動作圧力を除去する。また、被駆動体６００の回転方向を反対方向に制御するために、反対回転方向制御用クラッチ４０２ａ弁を開放した後、クラッチ動作圧力調節用弁で動作圧力を調節して推進体の制動のための逆回転制御を行う。その後、推進体が停止されて回転速度設定値が「０」ｒｐｍに入力されれば、反対回転方向制御用クラッチ４０２ａ弁を遮断する。
クラッチの摩擦で発生される熱により前記装置４００ａの潤滑油温度が上昇するが、制御部１０ａは、前記装置の潤滑油温度感知センサ４０５ａで測定した潤滑油温度が警報値未満に維持されるようにクラッチ動作圧力調節用弁の動作圧力を制御できる。
図１０は、本発明に係る出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａを４行程内燃機関７００ａにて駆動する実施形態を示したものである。駆動体として使用される４行程内燃機関７００ａの始動が完了すれば、制御部１０ａは、正回転運転の場合、前記装置４００ａの同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を開放した後、回転速度設定値が維持され得るようにクラッチ動作圧力調節用弁を調節して、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａの動作圧力を制御する。このとき、制御部１０ａは、前記装置の出力軸４１０ａに設けられた出力軸速度感知センサ４２０ａを介して被駆動体６００の回転速度を確認できる。
被駆動体６００の回転速度設定値が、４行程内燃機関７００ａが定格回転速度であるとき、出力軸速度感知センサ４２０ａで確認される回転速度以上であるか、予め設定されたクラッチのスリップを利用した回転速度以上である場合、制御部１０ａは、予め設定された動作速度によってクラッチ動作圧力調節用弁を完全に開放して、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを接続させるか、クラッチ動作圧力調節用弁の機能を一時に除去し、クラッチ動作潤滑油の圧力が全て同一回転方向制御用クラッチ４０１ａに伝達されるようにして、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを接続させる。このように、クラッチ動作圧力調節用弁の機能を一時に除去する場合、被駆動体６００の回転速度が瞬間的に落ちる現象が発生しうる。
被駆動体６００の推進中に制動をするために、制御部１０ａに回転速度設定値として逆回転信号を入力すれば、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を遮断して同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを遮断し、クラッチ動作圧力調節用弁の動作圧力を除去する。また、被駆動体６００の回転方向を反対方向に制御するために、反対回転方向制御用クラッチ４０２ａ弁を開放した後、クラッチ動作圧力調節用弁で動作圧力を調節して推進体の制動のための逆回転制御を行う。その後、推進体が停止されて回転速度設定値が「０」ｒｐｍに入力されれば、反対回転方向制御用クラッチ４０２ａ弁を遮断する。
クラッチの摩擦で発生される熱により前記装置４００ａの潤滑油温度が上昇するが、制御部１０ａは、前記装置の潤滑油温度感知センサ４０５ａで測定した潤滑油温度が警報値未満に維持されるようにクラッチ動作圧力調節用弁の動作圧力を制御できる。
図１１は、本発明に係る出力側回転方向調整が不可能なクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａを駆動用誘導電動機３００ａにて駆動する実施形態を示したものである。
駆動体として使用される駆動用誘導電動機３００ａの起動の際に発生される起動電流を制限するための方法として、小型誘導電動機をフォニー電動機２００ａとして使用する。具体的に、駆動用誘導電動機３００ａ軸にフォニー電動機出力軸２１０ａを連結した後、フォニー電動機スタータ１００ａに設けられたソフトスタータで電力供給用ケーブルｆを介してフォニー電動機２００ａを減電圧起動し、駆動用誘導電動機３００ａの回転子をフォニー電動機２００ａの定格回転速度まで回転させる。このとき、フォニー電動機２００ａの起動電流を制限する必要がなく、停止の際の惰力運転（ｃｏａｓｔｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）時間が短い場合には、フォニー電動機スタータ１００ａに全電圧起動のための装置を備える。
制御部１０ａは、フォニー電動機２００ａを起動させた後、起動完了可否を前記装置の入力軸３１０ａに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａの回転速度で判断する。このとき、駆動用誘導電動機３００ａの回転子が定格回転速度に到達すれば、制御部１０ａは、フォニー電動機スタータ１００ａに電力遮断信号を伝達し、駆動用誘導電動機スタータ５０ａに電力供給信号を伝達する。その後、電力供給用ケーブルｃを介して駆動用誘導電動機３００ａに電力が供給されれば、起動電流を制限した駆動用誘導電動機３００ａの起動が完了する。
駆動用誘導電動機３００ａの起動が完了すれば、制御部１０ａは、正回転運転の場合、前記装置４００ａの同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を開放した後、回転速度設定値が維持され得るようにクラッチ動作圧力調節用弁を調節して、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａの動作圧力を制御する。このとき、制御部１０ａは、前記装置の出力軸４１０ａに設けられた出力軸速度感知センサ４２０ａを介して被駆動体６００の回転速度を確認できる。
被駆動体６００の回転速度設定値が、駆動用誘導電動機３００ａが定格回転速度であるとき、出力軸速度感知センサ４２０ａで確認される回転速度以上であるか、予め設定されたクラッチのスリップを利用した回転速度以上である場合、制御部１０ａは、予め設定された動作速度によってクラッチ動作圧力調節用弁を完全に開放し、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを接続させるか、クラッチ動作圧力調節用弁の機能を一時に除去し、クラッチ動作潤滑油の圧力が全て同一回転方向制御用クラッチ４０１ａに伝達されるようにして、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを接続させる。このように、クラッチ動作圧力調節用弁の機能を一時に除去する場合、被駆動体６００の回転速度が瞬間的に落ちる現象が発生しうる。
被駆動体６００の推進中に制動をするために、制御部１０ａに回転速度設定値として逆回転信号を入力すれば、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を遮断して同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを遮断し、クラッチ動作圧力調節用弁の動作圧力を除去する。また、駆動用誘導電動機スタータ５０ａの電源を遮断した後、フォニー電動機スタータ１００ａに設けられたソフトスタータを動作させてソフトスタータのブレーキ機能を利用することで、フォニー電動機２００ａを停止させる。
その後、フォニー電動機２００ａの停止可否が前記装置の入力軸３１０ａに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａの回転速度で確認されれば、フォニー電動機２００ａの逆回転のために、ソフトスタータに供給される電源の上回転方向を逆方向に転換した後、フォニー電動機スタータ１００ａに設けられたソフトスタータで電力供給用ケーブルｆを介してフォニー電動機２００ａを減電圧起動し、駆動用誘導電動機３００ａの回転子をフォニー電動機２００ａの定格回転速度まで逆回転させる。
制御部１０ａは、フォニー電動機２００ａの逆回転起動を完了した後、起動完了可否を前記装置の入力軸３１０ａに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａの回転速度で判断する。このとき、駆動用誘導電動機３００ａの回転子が定格回転速度に到達すれば、制御部１０ａは、フォニー電動機スタータ１００ａに電力遮断信号を伝達し、駆動用誘導電動機スタータ５０ａに電源の上回転方向が逆方向に転換された電力供給信号を伝達する。その後、電力供給用ケーブルｃを介して駆動用誘導電動機３００ａに電力が供給されれば、起動電流を制限した駆動用誘導電動機３００ａの逆回転起動が完了する。
駆動用誘導電動機３００ａの逆回転が前記装置の入力軸３１０ａに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａの回転速度で判断されれば、被駆動体６００の回転方向を反対方向に制御するために、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を開放した後、クラッチ動作圧力調節用弁で動作圧力を調節して推進体の制動のための逆回転制御を行う。その後、推進体が停止されて回転速度設定値が「０」ｒｐｍに入力されれば、反対回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を遮断する。
クラッチの摩擦で発生される熱によりクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａの潤滑油温度が上昇するが、制御部１０ａは、前記装置の潤滑油温度感知センサ４０５ａで測定した潤滑油温度が警報値未満に維持されるようにクラッチ動作圧力調節用弁の動作圧力を制御できる。
図１２は、本発明に係る出力側回転方向調整が不可能なクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａを２行程内燃機関８００ａにて駆動する実施形態を示したものである。
駆動体として使用される２行程内燃機関８００ａの始動が完了すれば、制御部１０ａは、正回転運転の場合、前記装置４００ａの同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を開放した後、回転速度設定値が維持され得るようにクラッチ動作圧力調節用弁を調節して、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａの動作圧力を制御する。このとき、制御部１０ａは、前記装置の出力軸４１０ａに設けられた出力軸速度感知センサ４２０ａを介して被駆動体６００の回転速度を確認できる。
被駆動体６００の回転速度設定値が、２行程内燃機関８００ａが定格回転速度であるとき、出力軸速度感知センサ４２０ａで確認される回転速度以上であるか、予め設定されたクラッチのスリップを利用した回転速度以上である場合、制御部１０ａは、予め設定された動作速度によってクラッチ動作圧力調節用弁を完全に開放して、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを接続させるか、クラッチ動作圧力調節用弁の機能を一時に除去し、クラッチ動作潤滑油の圧力が全て同一回転方向制御用クラッチ４０１ａに伝達されるようにして、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを接続させる。このように、クラッチ動作圧力調節用弁の機能を一時に除去する場合、被駆動体６００の回転速度が瞬間的に落ちる現象が発生しうる。
被駆動体６００の推進中に制動をするために、制御部１０ａに回転速度設定値として逆回転信号を入力すれば、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を遮断して同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを遮断し、クラッチ動作圧力調節用弁の動作圧力を除去する。２行程内燃機関８００ａを停止させた後、２行程内燃機関８００ａの停止可否が前記装置の入力軸３１０ａに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａの回転速度で確認されれば、２行程内燃機関８００ａを逆回転で始動して定格回転速度まで回転させる。２行程内燃機関８００ａの逆回転が前記装置の入力軸３１０ａに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａの回転速度で判断されれば、被駆動体６００の回転方向を反対方向に制御するために、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を開放した後、クラッチ動作圧力調節用弁で動作圧力を調節して推進体の制動のための逆回転制御を行う。その後、推進体が停止されて回転速度設定値が「０」ｒｐｍに入力されれば、反対回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を遮断する。
クラッチの摩擦で発生される熱により前記装置４００ａの潤滑油温度が上昇するが、制御部１０ａは、潤滑油温度感知センサ４０５ａで測定した潤滑油温度が警報値未満に維持されるようにクラッチ動作圧力調節用弁の動作圧力を制御できる。
図１３は、本発明に係る出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂを駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂにて駆動して二重入力－単一出力歯車装置５００で並列運転する実施形態を示したものであり、図１４は、本発明に係る出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂを４行程内燃機関７００ａ、７００ｂにて駆動して二重入力－単一出力歯車装置５００で並列運転する実施形態を示したものであり、図１５は、本発明に係る出力側回転方向調整が不可能なクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂを駆動用誘導電動機３００ａ、３００ｂにて駆動して二重入力－単一出力歯車装置５００で並列運転する実施形態を示したものであり、図１６は、本発明に係る出力側回転方向調整が不可能なクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂを２行程内燃機関８００ａ、８００ｂにて駆動して二重入力－単一出力歯車装置５００で並列運転する実施形態を示したものである。
このように、二重入力－単一出力歯車装置５００を使用する場合、被駆動体６００の回転速度設定値が低ければ、１台の駆動体で被駆動体６００を運転し、回転速度設定値が高ければ、２台の駆動体で被駆動体６００を運転する順次的負荷運転及び並列運転を同期化過程なしに行うことができる。
以下、図１３～図１４に示された出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂが駆動体３００ａと３００ｂ、７００ａと７００ｂに連結されて、二重入力－単一出力歯車装置５００で順次的負荷運転及び並列運転を行う方法について説明する。
駆動体の負荷運転順序は、左側の駆動用誘導電動機３００ａ、４行程内燃機関７００ａが先に運転され、右側の駆動用誘導電動機３００ｂ、４行程内燃機関７００ｂが後で運転されることと仮定して説明する。
駆動体３００ａ、７００ａの始動が完了すれば、制御部１０ａは、正回転運転の場合、前記装置４００ａの同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を開放した後、回転速度設定値が維持され得るようにクラッチ動作圧力調節用弁を調節して、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａの動作圧力を制御する。このとき、制御部１０ａは、二重入力－単一出力歯車装置の出力軸５１０に設けられた出力軸速度感知センサ５２０ａを介して被駆動体６００の回転速度を確認できる。
被駆動体６００の回転速度設定値が既運転中の左側駆動体３００ａ、７００ａの回転速度別の出力以上であるか、予め設定されたクラッチのスリップを利用した左側駆動体３００ａ、７００ａの回転速度別の出力以上である場合、制御部１０ｂは、右側駆動体３００ｂ、７００ｂを始動し、前記装置４００ｂの同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を開放した後、回転速度設定値が維持され得るようにクラッチ動作圧力調節用弁を調節して、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａの動作圧力を制御する。このとき、制御部１０ｂは、二重入力－単一出力歯車装置の出力軸５１０に設けられた出力軸速度感知センサ５２０ａを介して被駆動体６００の回転速度を確認できる。
制御部１０ａ、１０ｂは、前記装置４００ａ、４００ｂの同一回転方向制御用クラッチ４０１ａの動作圧力を制御しながら並列運転を行うが、被駆動体６００の回転速度設定値が、２台の駆動体３００ａと３００ｂ、７００ａと７００ｂが定格回転速度で出すことのできる定格出力以上であるか、予め設定されたクラッチのスリップを利用した２台の駆動体３００ａと３００ｂ、７００ａと７００ｂの回転速度別の出力以上である場合、制御部１０ａ、１０ｂは、予め設定された動作速度によってクラッチ動作圧力調節用弁を完全に開放して、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを接続させるか、クラッチ動作圧力調節用弁の機能を一時に除去し、前記装置４００ａ、４００ｂで形成されたクラッチ動作潤滑油の圧力が全て同一回転方向制御用クラッチ４０１ａに伝達されるようにして、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを接続させる。このように、クラッチ動作圧力調節用弁の機能を一時に除去する場合、被駆動体６００の回転速度が瞬間的に落ちる現象が発生しうる。
２台のクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂのクラッチが接続された状態で駆動体３００ａと３００ｂ、７００ａと７００ｂの回転速度設定値が互いに同じであれば、駆動体間の均等負荷運転（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｌｏａｄ ｓｈａｒｉｎｇ）がなされ、異なると、不均等負荷運転（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｌｏａｄ ｓｈａｒｉｎｇ）がなされる。
被駆動体６００の推進中に制動をするために、制御部１０ａ、１０ｂに回転速度設定値として逆回転信号を入力すれば、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を遮断して同一回転方向制御用クラッチ４０１ａを遮断し、クラッチ動作圧力調節用弁の動作圧力を除去する。
また、被駆動体６００の回転方向を反対方向に制御するために、反対回転方向制御用クラッチ４０２ａを動作させた後、クラッチ動作圧力調節用弁で動作圧力を増加させて推進体の制動のための逆回転制御を行う。その後、推進体が停止されて回転速度設定値が「０」ｒｐｍに入力されれば、反対回転方向制御用クラッチ４０２ａ弁を遮断する。
クラッチの摩擦で発生する熱により前記装置４００ａ、４００ｂの潤滑油温度が上昇するが、制御部１０ａ、１０ｂでは、前記装置の潤滑油温度感知センサ４０５ａ、４０５ｂで測定した潤滑油温度が警報値未満に維持されるようにクラッチ動作圧力調節用弁の動作圧力を制御できる。
図１５～図１６に示された出力側回転方向調整が不可能なクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂが駆動体３００ａと３００ｂ、８００ａと８００ｂに連結されて、二重入力－単一出力歯車装置５００に順次的負荷運転及び並列運転を行う方法は、図１３～図１４について説明したように行うことができるが、出力側回転方向調整が不可能なクラッチと歯車が内蔵された装置４００ａ、４００ｂが使用されるので、被駆動体６００の推進中に制動をするために、制御部１０ａ、１０ｂに回転速度設定値として逆回転信号を入力すれば、駆動体３００ａと３００ｂ、８００ａと８００ｂを図１１～図１２において説明したように、駆動体の回転方向を逆回転させた後、制動制御を行う。
図１３～図１６について説明したように、本発明に係るクラッチを用いた推進及び制動システムは、既存の推進システムとは異なり、順次的負荷運転及び並列運転のための同期化が必要でないので、前記装置出力軸４１０ａ、４１０ｂに設けられた出力軸速度感知センサ４２０ａ、４２０ｂが同期化のために使用されず、大きい出力が要求される被駆動体６００を種々の駆動体で駆動する場合、入力数が増加された二重（多重）入力－単一出力歯車装置を使用すれば良い。このとき、二重（多重）入力－単一出力歯車装置５００の運転状態は、それぞれの制御部１０ａ、１０ｂに連結された潤滑油温度感知センサ５０５ａ、５０５ｂ、潤滑油圧力感知センサ５０６ａ、５０６ｂで確認されることができる。また、駆動体間の並列運転の際、負荷分担状態を回転速度では判断できないので、駆動体が駆動用誘導電動機である場合には、駆動用誘導電動機スタータ５０ａ、５０ｂに設けられた電力測定及び監視装置で取得された情報（例、有効電力（ｋＷ）等）を基準に負荷量を判断し、駆動体が内燃機関である場合には、内燃機関制御装置を介して取得された情報（例、燃料噴射量またはシリンダーに供給される空気圧力等）を基準に負荷量を判断する。
運転中の駆動体間の負荷偏差が発生しないように、制御部１０ａ、１０ｂは、並列運転を進行する間、これらの情報を通信にて交換してクラッチ動作圧力調節用弁を調節することにより均等負荷運転（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｌｏａｄ ｓｈａｒｉｎｇ）を行うことができ、仮に、制御部１０ａ、１０ｂに不均等負荷運転（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｌｏａｄ ｓｈａｒｉｎｇ）設定がなされている場合には、これを反映してクラッチ動作圧力調節用弁を調節できる。また、二重入力－単一出力歯車装置５００に連結された駆動体が互いに異なる場合（駆動用誘導電動機と内燃機関との間の並列運転）にも、前記並列運転が可能であることは当たり前である。
二重入力－単一出力減速機を使用する既存の２機１軸船のＦＰＰ推進システムは、駆動体間の並列運転状態でのみ運転が可能であるので、駆動体の低速、低負荷運転の際、全体エネルギー運営効率低下が発生し、また、駆動体等が全て正常運転状態であるときのみ、船舶の推進が可能であるが、本発明のクラッチを用いた推進及び制動システムでは、駆動体の順次的負荷運転実施が可能であることにより、全体エネルギー運営効率増大を期待でき、駆動体のうち、１台のみ運転が可能な場合にも、船舶の推進が可能であるので、船舶の運営信頼性を高めることができる。
図１７は、本発明に係る出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を駆動用誘導電動機にて駆動して被駆動用誘導電動機で周波数が変換された電力を生産する実施形態を示したものであって、出力側回転方向調整が可能なクラッチと歯車が内蔵された装置を使用する場合、被駆動用誘導電動機７０を誘導発電機として使用するとき、上回転方向を反対に転換することができる。
６極（ｐｏｌｅ）駆動用誘導電動機３００ａに５０Ｈｚが供給されれば、スリップに鑑みたとき、回転子の回転速度は、ｌ，０００ｒｐｍ未満で回転するようになる。また、８極（ｐｏｌｅ）駆動用誘導電動機３００ａに６０Ｈｚが供給されれば、スリップに鑑みるとき、回転子の回転速度は、９００ｒｐｍ未満で回転するようになるが、５０Ｈｚが供給されれば、スリップに鑑みるとき、回転子の回転速度は７５０ｒｐｍ未満で回転するようになる。したがって、５０Ｈｚが供給される６極駆動用誘導電動機３００ａで８極被駆動用誘導電動機７０を９００ｒｐｍで回転させると、６０Ｈｚの電力を得ることができ、６０Ｈｚが供給される８極駆動用誘導電動機３００ａで８極被駆動用誘導電動機７０を７５０ｒｐｍで回転させると、５０Ｈｚの電力を得ることができる。
以下、６０Ｈｚの被駆動用誘導電動機スタータ６０の電力を電力供給用ケーブルｅを介して被駆動用誘導電動機７０に供給し、８極９００ｒｐｍの被駆動用誘導電動機出力軸７１がカップリング７２を介してポンプ入力軸７３に連結されている稼動中のポンプ８０を５０Ｈｚの周波数変換装置として使用することを説明する。
周波数変換装置として使用するために、被駆動用誘導電動機出力軸７１とポンプ８０とのカップリング７２は分離し、被駆動用誘導電動機出力軸７１とクラッチと歯車が内蔵された装置の出力軸４１０ａとは連結し、６０Ｈｚの被駆動用誘導電動機スタータ６０の代わりに、５０Ｈｚの電源遮断器盤３を使用する。
駆動体として使用される駆動用誘導電動機３００ａの起動の際に発生される起動電流を制限するための方法として、小型誘導電動機をフォニー電動機２００ａとして使用する。駆動用誘導電動機３００ａ軸にフォニー電動機出力軸２１０ａを連結した後、フォニー電動機スタータ１００ａで電力供給用ケーブルｆを介してフォニー電動機２００ａに全電圧を印加すれば、駆動用誘導電動機３００ａの回転子をフォニー電動機２００ａの定格回転速度まで回転させることができる。このとき、フォニー電動機２００ａの起動電流も制限する必要がある場合には、フォニー電動機スタータ１００ａに減電圧起動（Ｙ－Δ起動または１次抵抗起動またはリアクター起動または単巻変圧器起動またはソフトスタータ起動）のための装置を備える。
制御部１０ａでは、フォニー電動機２００ａを起動させた後、起動完了可否を前記装置の入力軸３１０ａに設けられた入力軸速度感知センサ３２０ａの回転速度で判断する。このとき、駆動用誘導電動機３００ａの回転子が定格回転速度に到達すれば、制御部１０ａは、フォニー電動機スタータ１００ａに電力遮断信号を伝達し、駆動用誘導電動機スタータ５０ａに電力供給信号を伝達する。その後、電力供給用ケーブルｃを介して駆動用誘導電動機３００ａに電力が供給されれば、起動電流を制限した駆動用誘導電動機３００ａの起動が完了する。
駆動用誘導電動機３００ａの起動が完了すれば、制御部１０ａは、正／逆回転運転信号状態によって正回転（ｎｏｒｍａｌ ｒｏｔａｔｉｏｎ）運転の場合、前記装置４００ａの同一回転方向制御用クラッチ４０１ａ弁を開放した後、回転速度設定値が維持され得るようにクラッチ動作圧力調節用弁を調節して、同一回転方向制御用クラッチ４０１ａの動作圧力を制御する。このとき、制御部１０ａは、前記装置の出力軸４１０ａに設けられた出力軸速度感知センサ４２０ａを介して被駆動用誘導電動機７０の回転速度を確認できる。
被駆動用誘導電動機７０の回転速度が回転速度設定値に到達すれば、制御部１０ａは、５０Ｈｚの電源遮断器盤３の遮断器を接続して被駆動用誘導電動機７０を５０Ｈｚ電源と連結した後、クラッチ動作圧力調節用弁の調節を介して同一回転方向制御用クラッチ４０１ａの動作圧力を上昇させる。このとき、回転子の速度を同期速度より速くすれば、被駆動用誘導電動機７０は、誘導発電機として動作する。
誘導発電機の出力量は、回転速度設定値を調整して制御すれば良いが、通常、同期速度より３％増加されれば、定格出力が発生される。電力制御システムがある場合、クラッチと歯車が内蔵された装置の出力量を制御部１０ａの回転速度設定値信号を介して制御することもできる。
誘導発電機の上回転方向が反対にならなければならない場合には、駆動用誘導電動機３００ａの起動が完了した後、制御部１０ａに逆回転信号を与えると、前記装置４００ａの反対回転方向制御用クラッチ４０２ａ弁を開放した後、回転速度設定値が維持され得るようにクラッチ動作圧力調節用弁を調節して、反対回転方向制御用クラッチ４０２ａの動作圧力を制御する。このとき、制御部１０ａは、前記装置出力軸４１０ａに設けられた出力軸速度感知センサ４２０ａを介して被駆動用誘導電動機７０の回転速度を確認できる。
被駆動用誘導電動機７０の回転速度が回転速度設定値に到達すれば、制御部１０ａは、５０Ｈｚの電源遮断器盤３の遮断器を接続して被駆動用誘導電動機７０を５０Ｈｚの電源と連結した後、クラッチ動作圧力調節用弁を調節して反対回転方向制御用クラッチ４０２ａの動作圧力を上昇させる。このとき、回転子の速度を同期速度より速くすれば、被駆動用誘導電動機７０は、上回転が反対方向に転換された誘導発電機として動作する。
本発明に係るクラッチを用いた推進及び制動システムは、既存システムに多く使用されるクラッチ内蔵減速機に代えて使用できるので、別の設置空間が必要でないだけでなく、運営の側面でも効率的かつ信頼性のある運営が可能である。
また、前記制御部１０ａ、１０ｂを無線端末機２０、駆動体、被駆動体と連動されるように構成して、クラッチを用いた推進及び制動システムの動作を遠隔でモバイルまたはウェブを介して監視及び制御することができる。
一方、前記制御部１０ａ、１０ｂは、ＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ Ｍａｎ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を介して監視及び制御が可能であり、権限が付与された運営者は、無線通信用アンテナ１１ａに伝達された情報を無線端末機２０を介して監視できるだけでなく、制御まで可能なように構成することが好ましい。
従来の物理的離間距離による装備運営の限界性を克服するために、本発明は、遠隔監視及び制御が可能なクラッチを用いた推進及び制動システムを構築して、システムが運営中の地域で使用可能な移動通信を介して運営者の無線端末機にクラッチを用いた推進及び制動システムの運営状態を伝達し、遠隔制御権限が付与された運営者の遠隔制御が可能であるので、装備等の運営性を極大化できるようにした。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎないものであって、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で様々な修正、変更、及び置換が可能であろう。したがって、本発明に開示された実施形態及び添付された図面等は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態及び添付された図面によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって解釈されなければならず、それと同等な範囲内にあるあらゆる技術思想は、本発明の権利範囲に含まれることと解釈されるべきであろう。

Claims (21)

  1. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向及び反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された動作中の前記クラッチの動作圧力を除去し、前記被駆動体の回転方向を逆回転方向に制御するための前記クラッチを動作させた後、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記制御部は、前記装置の前記クラッチが接続された状態または前記装置の前記クラッチを前記クラッチ動作圧力調節用弁で調節して動力を伝達する状態であるとき、前記駆動体の回転速度別の出力量と前記被駆動体の前記回転速度別の負荷量とを比較して、前記被駆動体の前記回転速度別の負荷量に対比して前記駆動体の前記回転速度別の出力量が増加した場合、前記被駆動体の前記回転速度別の負荷量が増加されたことを運営者に警報し、
    前記被駆動体の前記回転速度別の前記負荷量に対比して前記駆動体の前記回転速度別の出力量が減少した場合、前記被駆動体の前記回転速度別の前記負荷量が減少されたことを前記運営者に警報する機能を含む、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  2. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向または反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された前記クラッチの動作圧力を除去した後、前記駆動体の回転方向を逆回転に転換し、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記制御部は、前記装置の前記クラッチが接続された状態または前記装置の前記クラッチを前記クラッチ動作圧力調節用弁で調節して動力を伝達する状態であるとき、前記駆動体の回転速度別の出力量と前記被駆動体の前記回転速度別の負荷量とを比較して、前記被駆動体の前記回転速度別の負荷量に対比して前記駆動体の前記回転速度別の出力量が増加した場合、前記被駆動体の前記回転速度別の負荷量が増加されたことを運営者に警報し、
    前記被駆動体の前記回転速度別の前記負荷量に対比して前記駆動体の前記回転速度別の出力量が減少した場合、前記被駆動体の前記回転速度別の前記負荷量が減少されたことを前記運営者に警報する機能を含む、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  3. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向及び反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された動作中の前記クラッチの動作圧力を除去し、前記被駆動体の回転方向を逆回転方向に制御するための前記クラッチを動作させた後、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記制御部は、前記装置の前記クラッチが接続された状態で前記装置の入力軸回転速度と前記装置の出力軸回転速度とに差がある場合、このような差の大きさでクラッチ摩耗度を判断し、
    前記装置の前記クラッチが接続されなかった状態で前記被駆動体の回転速度を一定に維持するために、前記クラッチ動作圧力調節用弁に伝達する設定値の変化量が潤滑油温度変化による変動値を超過する場合、このような差の大きさでも前記クラッチ摩耗度を判断する機能を含む、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  4. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向または反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された前記クラッチの動作圧力を除去した後、前記駆動体の回転方向を逆回転に転換し、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記制御部は、前記装置の前記クラッチが接続された状態で前記装置の入力軸回転速度と前記装置の出力軸回転速度とに差がある場合、このような差の大きさでクラッチ摩耗度を判断し、
    前記装置の前記クラッチが接続されなかった状態で前記被駆動体の回転速度を一定に維持するために、前記クラッチ動作圧力調節用弁に伝達する設定値の変化量が潤滑油温度変化による変動値を超過する場合、このような差の大きさでも前記クラッチ摩耗度を判断する機能を含む、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  5. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向及び反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された動作中の前記クラッチの動作圧力を除去し、前記被駆動体の回転方向を逆回転方向に制御するための前記クラッチを動作させた後、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記装置の前記クラッチが接続されず、前記制御部にオーバーライド制御機能が活性化されている状態で前記装置の潤滑油温度が許容値以上に上昇すれば、前記制御部は、回転速度制御から潤滑油温度一定制御に転換し、前記潤滑油温度が警報値のヒステリシス以内に減少すれば、回転速度制御に再度復帰する機能を含む、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  6. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向または反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された前記クラッチの動作圧力を除去した後、前記駆動体の回転方向を逆回転に転換し、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記装置の前記クラッチが接続されず、前記制御部にオーバーライド制御機能が活性化されている状態で前記装置の潤滑油温度が許容値以上に上昇すれば、前記制御部は、回転速度制御から潤滑油温度一定制御に転換し、前記潤滑油温度が警報値のヒステリシス以内に減少すれば、回転速度制御に再度復帰する機能を含む、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  7. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向及び反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された動作中の前記クラッチの動作圧力を除去し、前記被駆動体の回転方向を逆回転方向に制御するための前記クラッチを動作させた後、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記制御部は、
    前記被駆動体に過渡負荷急上昇が発生することを検出し、
    前記過渡負荷急上昇の大きさによって回転速度過渡特性に対する性能等級作動限界値で許容する回転速度回復時間以内に駆動体の回転速度が回復され得るように前記クラッチ動作圧力調節用弁の設定値を調節し、
    駆動力急上昇量によって予め設定された前記被駆動体の負荷減少量に合うようにスリップを増加させて前記駆動体の負荷を低めることにより、駆動体の回転速度が早速回復されるようにした後、回転速度の回復が感知されれば、前記クラッチ動作圧力調節用弁の設定値を再度元の設定値に徐々に復帰させる機能を含む、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  8. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向または反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された前記クラッチの動作圧力を除去した後、前記駆動体の回転方向を逆回転に転換し、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記制御部は、
    前記被駆動体に過渡負荷急上昇が発生することを検出し、
    前記過渡負荷急上昇の大きさによって回転速度過渡特性に対する性能等級作動限界値で許容する回転速度回復時間以内に駆動体の回転速度が回復され得るように前記クラッチ動作圧力調節用弁の設定値を調節し、
    駆動力急上昇量によって予め設定された前記被駆動体の負荷減少量に合うようにスリップを増加させて前記駆動体の負荷を低めることにより、駆動体の回転速度が早速回復されるようにした後、回転速度の回復が感知されれば、前記クラッチ動作圧力調節用弁の設定値を再度元の設定値に徐々に復帰させる機能を含む、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  9. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向及び反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された動作中の前記クラッチの動作圧力を除去し、前記被駆動体の回転方向を逆回転方向に制御するための前記クラッチを動作させた後、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記制御部は、回転速度設定値の変化勾配で前記クラッチ動作圧力調節用弁の動作時間を調整して、推進及び制動にかかる時間を調整できる機能を含む、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  10. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向または反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された前記クラッチの動作圧力を除去した後、前記駆動体の回転方向を逆回転に転換し、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記制御部は、回転速度設定値の変化勾配で前記クラッチ動作圧力調節用弁の動作時間を調整して、推進及び制動にかかる時間を調整できる機能を含む、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  11. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向及び反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された動作中の前記クラッチの動作圧力を除去し、前記被駆動体の回転方向を逆回転方向に制御するための前記クラッチを動作させた後、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記被駆動体として使用される誘導電動機は、前記制御部により回転速度が制御されて、誘導発電機として使用されることができ、前記被駆動体の回転方向転換が可能な前記装置を使用する場合、前記誘導電動機は、上回転方向の転換が可能な誘導発電機としても使用され得る、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  12. クラッチ動作圧力調節用弁と、被駆動体を駆動体と同一回転方向または反対回転方向に制御するためのクラッチと歯車が内蔵された装置と、
    前記被駆動体の回転速度を前記クラッチのスリップを利用して定格回転速度未満で連続運転が可能なように調節し、前記被駆動体が前記定格回転速度以上で運転が必要な場合、前記クラッチの接続時点制御と前記クラッチの接続が持続するように制御する制御部と、
    を備え、
    前記被駆動体の推進中に前記制御部に制動信号が入力されれば、前記制御部は、前記装置に内蔵された前記クラッチの動作圧力を除去した後、前記駆動体の回転方向を逆回転に転換し、前記クラッチ動作圧力調節用弁で前記クラッチの動作圧力を調節して推進体の制動制御が可能であって、
    前記被駆動体として使用される誘導電動機は、前記制御部により回転速度が制御されて、誘導発電機として使用されることができ、前記被駆動体の回転方向転換が可能な前記装置を使用する場合、前記誘導電動機は、上回転方向の転換が可能な誘導発電機としても使用され得る、クラッチを用いた推進及び制動システム。
  13. 前記装置の前記歯車は、前記駆動体と前記被駆動体との間の回転速度の差によるギヤ比を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のクラッチを用いた推進及び制動システム。
  14. 前記装置は、前記駆動体と前記被駆動体との間の回転速度の差によるギヤ比を有する歯車装置が別に構成された、請求項１から１２のいずれか一項に記載のクラッチを用いた推進及び制動システム。
  15. 前記装置が多重入力歯車装置に連結されて、駆動体間の並列運転の際、同期化過程が必要でない、請求項１から１２のいずれか一項に記載のクラッチを用いた推進及び制動システム。
  16. 前記装置の前記クラッチが接続された状態で、前記駆動体の回転速度が増加されれば、前記被駆動体の回転速度が上昇されて、前記被駆動体の負荷が増加され、
    前記制御部は、前記駆動体、前記装置、及び前記被駆動体の過負荷運転可能範囲と現在出力量とを比較して、
    これを超過する場合、運営者に警報し、
    前記過負荷運転可能範囲内で運転するように制御する機能を含む請求項１から１２のいずれか一項に記載のクラッチを用いた推進及び制動システム。
  17. 前記装置の潤滑油圧力は、潤滑油温度が高いほど低くなるが、前記潤滑油温度による前記潤滑油圧力の変化量を前記制御部で学習して潤滑油粘度の安定性を確認する機能を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のクラッチを用いた推進及び制動システム。
  18. 前記制御部は、前記装置の前記クラッチが接続されなかった状態で前記駆動体と前記被駆動体との間のトルク伝達過程で発生されるスティックスリップ現象を検出して前記クラッチの動作圧力を制御する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のクラッチを用いた推進及び制動システム。
  19. 前記制御部は、制御モードが速度制御モードである場合には、前記被駆動体の回転速度を一定に維持させる制御を行い、
    負荷制御モードである場合には、前記駆動体にかかる負荷を一定に維持させる制御を行う機能を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のクラッチを用いた推進及び制動システム。
  20. 前記制御部は、制動制御の際、前記装置のクラッチと摩擦ブレーキの作動を連動制御する機能を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のクラッチを用いた推進及び制動システム。
  21. 前記制御部は、無線で連結される遠隔の無線端末機を介して制御される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のクラッチを用いた推進及び制動システム。
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