JP7418487B2

JP7418487B2 - 船舶推進システム、船舶の推進制御方法および船舶の推進制御プログラム

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Publication number: JP7418487B2
Application number: JP2022063443A
Authority: JP
Inventors: 誠也 ▲高▼橋; 亮宮前; 秀明江崎; 謙一崎元; 成哉廣島
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2022-04-06
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2024-01-19
Anticipated expiration: 2042-04-06
Also published as: JP2023154242A

Description

ここに開示された技術は、船舶推進システム、船舶の推進制御方法および船舶の推進制御プログラムに関する。

従来より、例えば特許文献１に開示されているように、主機によって回転駆動される可変ピッチプロペラと、主機によって回転駆動される軸発電機とを備えた船舶の推進システムが知られている。この推進システムでは、可変ピッチプロペラおよび軸発電機を同時に駆動する際、主機が過負荷状態とならないように、可変ピッチプロペラの翼角が制御される。

特許第６０４４９２２号公報

しかしながら、前述した特許文献１の推進システムでは、可変ピッチプロペラおよび軸発電機を同時に駆動する際、過負荷の運転領域での主機の運転を回避するために、可変ピッチプロペラの推力が低下する方向に翼角が制御される。その結果、船速が低下する。そのため、軸発電機における所望の発電量は確保し得るが、所望の船速を満たすことができない。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、所望の船速を維持しつつ、発電機による所望の発電量を確保することにある。

ここに開示された船舶推進システムは、駆動力を発生する主機と、前記主機によって回転駆動される可変ピッチプロペラと、前記主機によって回転駆動される発電機と、前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御する制御装置とを備える。前記制御装置は、前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機のうち前記可変ピッチプロペラを駆動する第１運転モードにおいては、前記主機の回転速度および出力に基づいて規定された第１運転領域内で目標船速に応じて前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御し、前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機を駆動する第２運転モードにおいては、前記第１運転領域の前記出力の上限を前記発電機の発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定し、前記目標船速に応じた前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を前記第２運転領域内で設定する。

ここに開示された船舶の推進制御方法は、駆動力を発生する主機と、前記主機によって回転駆動される可変ピッチプロペラと、前記主機によって回転駆動される発電機とを備えた船舶において、前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御する方法である。船舶の推進制御方法は、前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機のうち前記可変ピッチプロペラを駆動する第１運転モードにおいては、前記主機の回転速度および出力に基づいて規定された第１運転領域内で目標船速に応じて前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御することと、前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機を駆動する第２運転モードにおいては、前記第１運転領域の前記出力の上限を前記発電機の発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定し、前記目標船速に応じた前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を前記第２運転領域内で設定することとを備える。

ここに開示された船舶の推進制御プログラムは、駆動力を発生する主機と、前記主機によって回転駆動される可変ピッチプロペラと、前記主機によって回転駆動される発電機とを備えた船舶において、前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御することをコンピュータに実行させるためのプログラムである。船舶の推進制御プログラムは、コンピュータに、前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機のうち前記可変ピッチプロペラを駆動する第１運転モードにおいては、前記主機の回転速度および出力に基づいて規定された第１運転領域内で目標船速に応じて前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御することと、前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機を駆動する第２運転モードにおいては、前記第１運転領域の前記出力の上限を前記発電機の発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定し、前記目標船速に応じた前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を前記第２運転領域内で設定することとを実行させる。

前記船舶推進システムによれば、所望の船速を維持しつつ、発電機による所望の発電量を確保することができる。

前記推進制御方法によれば、所望の船速を維持しつつ、発電機による所望の発電量を確保することができる。

前記推進制御プログラムによれば、所望の船速を維持しつつ、発電機による所望の発電量を確保することができる。

図１は、船舶推進システムの概略構成を示す図である。図２は、制御装置およびその周辺機器のブロック図である。図３は、制御装置の第２運転モードにおける動作を示すフローチャートである。図４は、第１運転領域および第２運転領域を示すグラフである。図５は、第２運転領域において目標値を導出する動作を説明するグラフである。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、船舶推進システム１００の概略構成を示す図である。

船舶推進システム１００は、船舶を推進するためのシステムである。船舶推進システム１００は、主機３と、可変ピッチプロペラ４と、電動発電機５と、制御装置６とを備えている。主機３、可変ピッチプロペラ４および電動発電機５は、船体に推力を与える推進機構２を形成する。

主機３は、駆動力を発生するものであり、例えば、ディーゼルエンジンである。主機３には、燃料供給器３１が設けられている。燃料供給器３１は、主機３に供給する燃料の単位時間当たりの供給量を変更することで、主機３の回転速度（詳しくは、主機３の出力軸３０の回転速度）を変更する。

主機３の出力軸３０は、減速装置２０を介して可変ピッチプロペラ４に接続されている。減速装置２０は、主機３の駆動力を減速して可変ピッチプロペラ４に伝達する。

可変ピッチプロペラ４は、船舶に推力を与える推進器である。可変ピッチプロペラ４は、主機３によって回転駆動されて推力を発生させる。つまり、可変ピッチプロペラ４は、主機３から減速装置２０を介して伝えられた駆動力によって回転する。可変ピッチプロペラ４の回転速度は、主機３の回転速度に応じて変化する。

可変ピッチプロペラ４は、可変ピッチプロペラ４の翼角（即ち、ピッチ角）を変更する翼角変更装置４１を有している。翼角変更装置４１は、例えば、可変ピッチプロペラ４の翼角を変更するための駆動力を発生させる油圧式または電動式のアクチュエータを含んでいる。

電動発電機５は、電動動作および発電動作を択一的に行う。つまり、電動発電機５は、発電機としての機能および電動機としての機能を有している。電動発電機５は、主機３によって回転駆動される。電動発電機５は、減速装置２０を介して主機３に接続されている。さらに、電動発電機５は、減速装置２０を介して可変ピッチプロペラ４に接続されている。電動発電機５は、発電機の一例である。

電動発電機５は、いわゆる軸発電機である。即ち、電動発電機５は、発電動作をする場合には、主機３によって駆動され発電を行う。電動発電機５は、発電した電力を電力変換装置１３へ供給する。電動発電機５は、電力変換装置１３を介して船内母線１１に電気的に接続されている。

さらに、電動発電機５は、回生ブレーキとしても機能して発電を行う。詳しくは、可変ピッチプロペラ４の回転力は、減速装置２０を介して電動発電機５に伝達し得る。可変ピッチプロペラ４の回転力が減速装置２０を介して電動発電機５に伝わることによって、電動発電機５は駆動されて発電する。

一方、電動発電機５は、電動動作をする場合には、可変ピッチプロペラ４を回転する駆動力を発生させる。電動発電機５の駆動力は、減速装置２０を介して可変ピッチプロペラ４に伝わる。船舶推進システム１００は、電動発電機５とは別の発電機である主発電機１０をさらに備えている。電動発電機５は、主発電機１０からの電力によって電動機として動作する。例えば、主発電機１０は船内母線１１を介して電動発電機５に電気的に接続される。

つまり、可変ピッチプロペラ４は、主機３および電動発電機５の一方または双方からの駆動力によって回転し、推力を発生させる。可変ピッチプロペラ４の回転速度は、駆動源となる主機３および電動発電機５の一方または双方の回転速度に応じて変化する。

船舶推進システム１００は、操船装置１２をさらに備えている。操船装置１２は、例えば、船体に設置される。操船装置１２は、運転手からの操船の指令を受け付ける。操船装置１２が受け付ける指令は、例えば、運転モードに基づく運転の実行と停止、運転モードの切り換え、及び船速の変更等である。

船舶推進システム１００は、主機３の回転速度を検出する回転速度センサ３２をさらに備えている。

回転速度センサ３２は、例えば、主機３に設置され、主機３の出力軸３０の回転速度を検出する。尚、本開示において、「主機３の回転速度を検出する」ことには、主機３の回転速度を直接検出することは勿論、主機３の回転速度と相関性を有する、可変ピッチプロペラ４の回転速度を検出することを含む。

図２は、制御装置６およびその周辺機器のブロック図である。制御装置６は、主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角等、船舶推進システム１００の全体を制御する。制御装置６は、記憶部６１と、処理部６２とを有している。

記憶部６１は、各種プログラムおよび各種データを記憶する、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体である。記憶部６１は、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭおよびＤＶＤ等の光ディスク、または半導体メモリによって形成されている。

具体的に、記憶部６１は、運転領域データ６１１、プロペラ特性データ６１２、等船速曲線データ６１３および推進制御プログラム６１４等を記憶している。

運転領域データ６１１は、主機３の回転速度および出力に基づいて規定された第１運転領域の情報である（図４参照）。つまり、第１運転領域は、運転可能な主機３の回転速度および出力の範囲である。プロペラ特性データ６１２は、可変ピッチプロペラ４の翼角が一定の下で船速に応じて変化する主機３の回転速度と出力との関係を示すプロペラ特性の情報である。プロペラ特性は、可変ピッチプロペラ４の複数の翼角ごとに記憶されている。この例では、プロペラ特性の一例として、翼角ごとに設定された複数のプロペラカーブＬａが用いられる（図５参照）。等船速曲線データ６１３は、船速が一定となる主機３の回転速度と出力との関係を示す等船速曲線Ｌｂの情報である（図５参照）。等船速曲線Ｌｂは、複数の船速ごとに記憶されている。これら各種データは、処理部６２によって読み出される。

推進制御プログラム６１４は、主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を制御することをコンピュータ、即ち、処理部６２に実行させるためのプログラムである。推進制御プログラム６１４は、処理部６２によって読み出されて実行される。

処理部６２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）及び／又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の各種プロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び／又はＲＯＭ（Read Only Memory）等の各種半導体メモリとを有している。処理部６２は、記憶部６１から推進制御プログラム６１４等を読み出して実行する。

処理部６２は、２つの運転モード（即ち、第１運転モード及び第２運転モード）を切り換えて実行する。処理部６２は、各運転モードにおいて、船速が目標船速となるように、主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を制御する。第１運転モードは、主機３が可変ピッチプロペラ４および電動発電機５のうち可変ピッチプロペラ４を駆動する運転モードであり、第２運転モードは、主機３が可変ピッチプロペラ４および電動発電機５を駆動する運転モードである。

処理部６２には、操船装置１２で受け付けられた操船の指令が入力される。つまり、処理部６２には、運転モードおよび目標船速が、例えば操船装置１２から入力される。さらに、処理部６２には、回転速度センサ３２の検出結果が入力される。また、処理部６２は、第１クラッチ２１を制御して、主機３と減速装置２０との間の動力の伝達の有無を切り換える。処理部６２は、第２クラッチ２２を制御して、電動発電機５と減速装置２０との間の動力の伝達の有無を切り換える。また、処理部６２は、燃料供給器３１、翼角変更装置４１および電動発電機５のそれぞれに指令を出力する。

具体的に、処理部６２は、モード切換部６２１と、運転領域設定部６２２と、目標値導出部６２３と、制御部６２４とを、機能ブロックとして有している。

モード切換部６２１は、第１運転モードと第２運転モードとを切り換えて設定する。モード切換部６２１は、操船装置１２から送られた指令に基づいて第１運転モードと第２運転モードとを切り換える。つまり、モード切換部６２１は、操船装置１２から送られた信号に応じて、第１運転モードおよび第２運転モードの何れかを設定する。運転手は、操船装置１２において第１運転モードと第２運転モードとの切換操作を行う。この運転手の切換操作に応じた操作信号が、指令として処理部６２に送られる。

運転領域設定部６２２は、モード切換部６２１によって設定された運転モードに応じて、主機３の運転領域を設定する。具体的に、第１運転モードが設定された場合は、運転領域設定部６２２は、運転領域として第１運転領域を設定する。より詳しくは、運転領域設定部６２２は、第１運転モードにおいては、記憶部６１から運転領域データ６１１を読み出して第１運転領域を設定する。

また、第２運転モードが設定された場合は、運転領域設定部６２２は、運転領域として第２運転領域を設定する。具体的に、運転領域設定部６２２は、第２運転モードにおいては、第１運転領域の出力の上限を電動発電機５の発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定する。ここに、発電負荷は、第２運転モードにおいて電動発電機５に発電させるために必要な主機３の出力である。より詳しくは、運転領域設定部６２２は、第１運転領域の出力の上限の引き下げ量を発電負荷の要求量に応じて変更する。例えば、電動発電機５に要求される発電量が増加すると、前述の引き下げ量が増加し、電動発電機５に要求される発電量が減少すると、前述の引き下げ量が減少する。

発電負荷は、例えば、船内母線１１に繋がっている電力負荷機器側から制御装置６の処理部６２に自動的に入力される。なお、発電負荷は、一定量の負荷（例えば、定格発電負荷）として記憶部６１に予め記憶されていてもよい。この場合、運転領域設定部６２２は、記憶部６１から一定量の発電負荷を読み出して、その発電負荷に応じて第１運転領域の出力の上限を引き下げる。

目標値導出部６２３は、船速が目標船速となる、主機３の目標回転速度および可変ピッチプロペラ４の目標翼角を導出する。具体的に、目標値導出部６２３は、第１運転モードにおいては、第１運転領域内で目標船速に応じて主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を制御する。つまり、目標値導出部６２３は、第１運転領域内で目標船速を満たす目標回転速度および目標翼角を導出して設定する。

また、目標値導出部６２３は、第２運転モードにおいては、目標船速に応じた主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を第２運転領域内で設定する。より詳しくは、目標値導出部６２３は、複数のプロペラカーブＬａのうち、第２運転領域内で目標船速を満たす主機３の回転速度および出力を含むプロペラカーブＬａに基づいて、主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角をそれぞれ目標回転速度および目標翼角として導出する。さらに言えば、目標値導出部６２３は、第２運転領域を主機３の回転速度に関して２等分した場合の低速側の運転領域内で目標船速に応じた主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角をそれぞれ目標回転速度および目標翼角として設定する。

制御部６２４は、主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を制御する。具体的に、制御部６２４は、回転速度センサ３２の検出値（即ち、主機３の回転速度）が、目標値導出部６２３によって導出された目標回転速度になるように、主機３の回転速度を制御する。制御部６２４は、燃料供給器３１に指令を出して燃料供給量を変更させることにより、主機３の回転速度を変更させる。また、制御部６２４は、可変ピッチプロペラ４の翼角が、目標値導出部６２３によって導出された目標翼角になるように、可変ピッチプロペラ４の翼角を制御する。制御部６２４は、翼角変更装置４１に指令を出すことにより、可変ピッチプロペラ４の翼角を変更させる。

次に、前述した船舶推進システム１００の動作について説明する。

まず、操船装置１２における運転手の切換操作に応じて、モード切換部６２１が第１運転モードを設定した場合について説明する。第１運転モードが設定されると、制御部６２４は、第２クラッチ２２を遮断状態に切り換える。これにより、主機３は、可変ピッチプロペラ４だけを駆動する状態になる。第１運転モードにおいては、運転領域設定部６２２が、運転領域として第１運転領域を設定する。そして、目標値導出部６２３は、第１運転領域内で目標船速を満たす目標回転速度および目標翼角を導出する。制御部６２４は、主機３の回転速度が目標回転速度になるように、主機３の回転速度を制御すると共に、可変ピッチプロペラ４の翼角が目標翼角になるように、可変ピッチプロペラ４の翼角を制御する。

次に、運転モードが第１運転モードから第２運転モードに移行した場合、即ち、第１運転モードから第２運転モードに切り換えられた場合について、図３を参照しながら説明する。図３は、制御装置６の第２運転モードにおける動作を示すフローチャートである。

まず、操船装置１２における運転手の切換操作に応じて、モード切換部６２１が第２運転モードを設定する（ステップＳ１）。モード切換部６２１が第２運転モードを設定すると、制御部６２４は、第２クラッチ２２を接続状態に切り換える。これにより、主機３は、可変ピッチプロペラ４および電動発電機５を駆動する状態となる。

続くステップＳ２では、運転領域設定部６２２に発電負荷が入力される。例えば、船内母線１１に繋がっている電力負荷機器側から運転領域設定部６２２に発電負荷が入力される。

続くステップＳ３では、運転領域設定部６２２が、運転領域を設定する。具体的には、図４に示すように、運転領域設定部６２２は、運転領域を、第１運転領域から第２運転領域に設定変更する。図４は、第１運転領域および第２運転領域を示すグラフである。

運転領域設定部６２２は、第１運転領域の出力の上限Ｔａを発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定する。この例では、第２運転領域の出力の上限Ｔｂは、第１運転領域よりも発電負荷の分だけ低く設定される。

続くステップＳ４では、目標値導出部６２３に目標船速Ｖｓが入力される。例えば、操船装置１２において運転手が目標船速Ｖｓを入力することにより、操船装置１２から目標値導出部６２３に目標船速Ｖｓが入力される。

続くステップＳ５では、目標値導出部６２３が、目標回転速度Ｒｓおよび目標翼角θｓを導出する。つまり、図５に示すように、目標値導出部６２３は、主機３の回転速度の目標値である目標回転速度Ｒｓと、可変ピッチプロペラ４の翼角の目標値である目標翼角θｓを導出する。図５は、第２運転領域において目標値を算出する動作を説明するグラフである。

具体的に、目標値導出部６２３は、記憶部６１のプロペラ特性データ６１２から複数のプロペラカーブＬａを読み出す。また、目標値導出部６２３は、記憶部６１の等船速曲線データ６１３から等船速曲線Ｌｂを読み出す。この等船速曲線Ｌｂは、目標船速Ｖｓに対応した等船速曲線である。読み出された複数のプロペラカーブＬａおよび等船速曲線Ｌｂは、第２運転領域に設定される。そして、目標値導出部６２３は、目標船速Ｖｓに応じた目標回転速度Ｒｓおよび目標翼角θｓを第２運転領域内で設定する。

目標値導出部６２３は、第２運転領域内で目標船速Ｖｓを満たす主機３の回転速度および出力を含むプロペラカーブＬａのうち、目標船速Ｖｓを満たす回転速度が最も低いプロペラカーブＬａに基づいて、主機３の目標回転速度Ｒｓおよび可変ピッチプロペラ４の目標翼角θｓを設定する。

具体的には、図５に示すように、目標値導出部６２３は、第２運転領域内でプロペラカーブＬａと等船速曲線Ｌｂとが交わる交点Ｐに対応する主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を、それぞれ目標回転速度Ｒｓおよび目標翼角θｓとして導出する。より詳しくは、第２運転領域内で複数のプロペラカーブＬａと等船速曲線Ｌｂとが交わる場合、複数のプロペラカーブＬａと等船速曲線Ｌｂとの複数の交点のうち、主機３の回転速度が最も低い交点Ｐ、即ち第２運転領域の出力の上限Ｔｂに最も近い交点Ｐに対応する回転速度および翼角が、それぞれ目標回転速度Ｒｓおよび目標翼角θｓとして導出される。

つまり、図５に示すように、交点Ｐは、第２運転領域を主機３の回転速度に関して線Ｌｃで２等分した場合の低速側（即ち、図５において線Ｌｃの左側）の運転領域内で目標船速Ｖｓに応じた動作点である。また、交点Ｐは、第１運転モードから第２運転モードに移行する際、第１運転モードのときに比べて主機３の回転速度を増加させ且つ可変ピッチプロペラ４の翼角を低減させるように、目標船速Ｖｓに応じた主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角が第２運転領域内で設定された動作点ともいえる。つまり、図示しないが、交点Ｐは、第１運転モードのときの動作点が、図５において右側にシフトされた点と言える。尚、図５におけるプロペラカーブＬａでは、右側のプロペラカーブＬａほど翼角が小さい。

このように、複数の交点のうち、第２運転領域を主機３の回転速度に関して２等分した場合の低速側の運転領域内の交点Ｐを選択することにより、運転効率のより高い領域で主機３を運転することができる。さらには、複数の交点のうち、主機３の回転速度が最も低い交点Ｐを選択することにより、さらに運転効率のより高い領域で主機３を運転することができる。主機３の回転速度が高い領域では、主機３の損失の増加や可変ピッチプロペラ４の推進効率の低下等により主機３の運転効率が低下する。このようにして、第２運転モードでは、目標船速Ｖｓに応じた目標回転速度Ｒｓおよび目標翼角θｓが導出される。

続くステップＳ６では、制御部６２４が、主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を制御する。具体的に、主機３の回転速度は、目標回転速度Ｒｓになるように制御され、可変ピッチプロペラ４の翼角は、目標翼角θｓとなるように制御される。これにより、主機３が可変ピッチプロペラ４および電動発電機５を同時に駆動する場合において、目標船速Ｖｓを満たしつつ、所望の発電量を確保することができる。言い換えれば、主機３が可変ピッチプロペラ４および電動発電機５を駆動する場合において、主機３が過負荷状態となることを阻止しつつ、所望の船速および発電量の両方を満たすことができる。以上より、制御装置６の動作が終了する。尚、第２運転モードから第１運転モードに移行した場合は、前述した第１運転モードにおける動作と同様の動作が行われる。

以上のように、第１の技術に係る船舶推進システム１００は、駆動力を発生する主機３と、主機３によって回転駆動される可変ピッチプロペラ４と、主機３によって回転駆動される電動発電機５（即ち、発電機）と、主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を制御する制御装置６とを備える。制御装置６は、主機３が可変ピッチプロペラ４および電動発電機５のうち可変ピッチプロペラ４を駆動する第１運転モードにおいては、主機３の回転速度および出力に基づいて規定された第１運転領域内で目標船速Ｖｓに応じて主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を制御し、主機３が可変ピッチプロペラ４および電動発電機５を駆動する第２運転モードにおいては、第１運転領域の出力の上限Ｔａを電動発電機５の発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定し、目標船速Ｖｓに応じた主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を第２運転領域内で設定する。

また、第１の技術に係る船舶の推進制御方法は、駆動力を発生する主機３と、主機３によって回転駆動される可変ピッチプロペラ４と、主機３によって回転駆動される電動発電機５（即ち、発電機）とを備えた船舶において、主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を制御する方法である。船舶の推進制御方法は、主機３が可変ピッチプロペラ４および電動発電機５のうち可変ピッチプロペラ４を駆動する第１運転モードにおいては、主機３の回転速度および出力に基づいて規定された第１運転領域内で目標船速Ｖｓに応じて主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を制御することと、主機３が可変ピッチプロペラ４および電動発電機５を駆動する第２運転モードにおいては、第１運転領域の出力の上限Ｔａを電動発電機５の発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定し、目標船速Ｖｓに応じた主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を第２運転領域内で設定することとを備える。

また、第１の技術に係る船舶の推進制御プログラム６１４は、駆動力を発生する主機３と、主機３によって回転駆動される可変ピッチプロペラ４と、主機３によって回転駆動される電動発電機５（即ち、発電機）とを備えた船舶において、主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を制御することをコンピュータに実行させるためのプログラムである。船舶の推進制御プログラム６１４は、コンピュータに、主機３が可変ピッチプロペラ４および電動発電機５のうち可変ピッチプロペラ４を駆動する第１運転モードにおいては、主機３の回転速度および出力に基づいて規定された第１運転領域内で目標船速Ｖｓに応じて主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を制御することと、主機３が可変ピッチプロペラ４および電動発電機５を駆動する第２運転モードにおいては、第１運転領域の出力の上限Ｔａを電動発電機５の発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定し、目標船速Ｖｓに応じた主機３の回転速度および可変ピッチプロペラ４の翼角を第２運転領域内で設定することとを実行させる。

これらの構成によれば、主機３が可変ピッチプロペラ４および電動発電機５を駆動する際、主機３の第１運転領域の出力の上限Ｔａを電動発電機５の発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定しているため、即ち、発電負荷に対処する分の主機３の出力を予め確保しているため、確実に所望の発電量を確保することができる。そして、発電負荷の対処分を差し引いた後の第２運転領域内で、目標船速Ｖｓに応じた主機３の回転速度（即ち、目標回転速度Ｒｓ）および可変ピッチプロペラ４の翼角（即ち、目標翼角θｓ）を設定するため、所望の船速を維持しつつ、電動発電機５による所望の発電量を確保することができる。言い換えれば、主機３が過負荷状態になることを回避しつつも、所望の船速および発電量を満たすことができる。

また、第２の技術に係る船舶推進システム１００では、第１の技術に係る船舶推進システム１００において、制御装置６は、第１運転モードから第２運転モードに移行する際には、第１運転モードのときに比べて主機３の回転速度を増加させ且つ可変ピッチプロペラ４の翼角を低減させるように、目標船速Ｖｓに応じた主機の目標回転速度Ｒｓおよび可変ピッチプロペラ４の目標翼角θｓを第２運転領域内で設定する。

この構成によれば、第１運転モードのときの動作点よりも主機３の回転速度を増加させ且つ可変ピッチプロペラ４の翼角を低減させるように第２運転モードの動作点をシフトするため、確実に第２運転領域内で目標船速Ｖｓを満たす目標回転速度Ｒｓおよび目標翼角θｓを導出することができる。よって、主機３が過負荷状態となることを確実に回避することができる。

また、第３の技術に係る船舶推進システム１００では、第１または第２の技術に係る船舶推進システム１００において、制御装置６は、第２運転モードにおいては、第１運転領域の出力の上限Ｔａの引き下げ量を発電負荷の要求量に応じて変更する。

この構成によれば、第１運転領域の出力の上限Ｔａの引き下げ量を発電負荷の要求量に見合った適切な値に設定することができる。そのため、第２運転領域を無駄に狭めることなく適切に設定することができる。

また、第４の技術に係る船舶推進システム１００では、第１乃至第３の技術の何れか１つに係る船舶推進システム１００において、制御装置６は、第２運転モードにおいては、第２運転領域を回転速度に関して２等分した場合の低速側の運転領域内で目標船速Ｖｓに応じた主機３の目標回転速度Ｒｓおよび可変ピッチプロペラ４の目標翼角θｓを設定する。

この構成によれば、より低い目標回転速度Ｒｓを設定することができるため、運転効率のより高い運転領域で主機３を運転することができる。

また、第５の技術に係る船舶推進システム１００では、第１乃至第４の技術の何れか１つに係る船舶推進システム１００において、制御装置６は、翼角が一定の下で船速に応じて変化する主機３の回転速度と出力との関係を示すプロペラカーブＬａ（即ち、プロペラ特性）を複数の翼角ごとに記憶している。そして、制御装置６は、第２運転モードにおいては、複数のプロペラカーブＬａのうち、第２運転領域内で目標船速Ｖｓを満たす主機３の回転速度および出力を含むプロペラカーブＬａに基づいて、主機３の目標回転速度Ｒｓおよび可変ピッチプロペラ４の目標翼角θｓを設定する。

この構成によれば、予め記憶したプロペラカーブＬａのうち目標船速Ｖｓを満たすプロペラカーブＬａに基づいて、目標回転速度Ｒｓおよび目標翼角θｓを設定するので、簡易に目標回転速度Ｒｓ等を導出することができる。

さらに、第６の技術に係る船舶推進システム１００では、第５の技術に係る船舶推進システム１００において、制御装置６は、第２運転モードにおいては、第２運転領域内で目標船速Ｖｓを満たす主機３の回転速度および出力を含むプロペラカーブＬａのうち、目標船速Ｖｓを満たす主機３の回転速度が最も低いプロペラカーブＬａに基づいて、主機３の目標回転速度Ｒｓおよび可変ピッチプロペラ４の目標翼角θｓを設定する。

この構成によれば、目標船速Ｖｓを満たすプロペラカーブＬａのうち、目標船速Ｖｓを満たす主機３の回転速度が最も低いプロペラカーブＬａに基づくようにしたため、主機３の運転効率をできるだけ向上させることが可能な目標回転速度Ｒｓを簡易に設定することができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

例えば、運転領域設定部６２２において、第１運転領域の出力の上限Ｔａの引き下げ量は、実際の発電負荷そのものではなく、安全率を見込んで発電負荷よりも少し多めの負荷としてもよい。その場合、主機３が過負荷状態になることをより確実に回避することができる。

また、前記実施形態では、第２運転モードにおいて、第２運転領域を回転速度に関して２等分した場合を説明したが、第２運転領域の等分数はこれに限らず、３等分以上であってもよい。例えば、第２運転領域を回転速度に関して３等分した場合は、最も低速側の運転領域内で目標船速Ｖｓに応じた主機３の目標回転速度Ｒｓおよび可変ピッチプロペラ４の目標翼角θｓを設定してもよい。

また、目標値導出部６２３は、複数のプロペラカーブＬａと等船速曲線Ｌｂとの複数の交点のうち、第２運転領域の上限Ｔｂに最も近い交点以外の交点Ｐに対応する回転速度および翼角をそれぞれ目標回転速度Ｒｓおよび目標翼角θｓとして算出してもよい。

また、ステップＳ１とステップＳ２とは、順序が逆になってもよいし、並行して行われてもよい。

また、ステップＳ４は、ステップＳ１やステップＳ２と並行して行われてもよい。

また、主機３は、ディーゼルセンジンに限定されず、ガスタービンエンジン、蒸気タービン、ガソリンエンジン、ガスエンジン等であってもよい。

また、電動発電機５は、電動機としての機能を有さない発電機であってもよい。また、主発電機１０で発生した電力は、例えば、電動発電機５に加えて、船内母線１１を介して電動発電機５以外の他の船内機器に供給されてもよい。

また、船舶推進システム１００が備える、推進機構２、主機３、減速装置２０、可変ピッチプロペラ４、電動発電機５、回転速度センサ３２等の個数は、限定されない。

本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび/またはプロセッサの構成に使用される。

１００船舶推進システム
３主機
４可変ピッチプロペラ
５電動発電機（発電機）
６制御装置
Ｌａプロペラカーブ（プロペラ特性）
Ｔａ上限
Ｖｓ目標船速
６１４推進制御プログラム

Claims

駆動力を発生する主機と、
前記主機によって回転駆動される可変ピッチプロペラと、
前記主機によって回転駆動される発電機と、
前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機のうち前記可変ピッチプロペラを駆動する第１運転モードにおいては、前記主機の回転速度および出力に基づいて規定された第１運転領域内で目標船速に応じて前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御し、
前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機を駆動する第２運転モードにおいては、前記第１運転領域の前記出力の上限を前記発電機の発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定し、前記目標船速に応じた前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を前記第２運転領域内で設定する船舶推進システム。
請求項１に記載の船舶推進システムにおいて、
前記制御装置は、前記第１運転モードから前記第２運転モードに移行する際には、前記第１運転モードのときに比べて前記主機の回転速度を増加させ且つ前記可変ピッチプロペラの翼角を低減させるように、前記目標船速に応じた前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を前記第２運転領域内で設定する船舶推進システム。
請求項１または２に記載の船舶推進システムにおいて、
前記制御装置は、前記第２運転モードにおいては、前記第１運転領域の前記出力の上限の引き下げ量を前記発電負荷の要求量に応じて変更する船舶推進システム。
請求項１または２に記載の船舶推進システムにおいて、
前記制御装置は、前記第２運転モードにおいては、前記第２運転領域を前記回転速度に関して２等分した場合の低速側の運転領域内で前記目標船速に応じた前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を設定する船舶推進システム。
請求項１または２に記載の船舶推進システムにおいて、
前記制御装置は、
前記翼角が一定の下で船速に応じて変化する前記回転速度と前記出力との関係を示すプロペラ特性を複数の前記翼角ごとに記憶しており、
前記第２運転モードにおいては、複数の前記プロペラ特性のうち、前記第２運転領域内で前記目標船速を満たす前記回転速度および前記出力を含む前記プロペラ特性に基づいて、前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を設定する船舶推進システム。
請求項５に記載の船舶推進システムにおいて、
前記制御装置は、前記第２運転モードにおいては、前記第２運転領域内で前記目標船速を満たす前記回転速度および前記出力を含む前記プロペラ特性のうち、前記目標船速を満たす前記回転速度が最も低い前記プロペラ特性に基づいて、前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を設定する船舶推進システム。
駆動力を発生する主機と、前記主機によって回転駆動される可変ピッチプロペラと、前記主機によって回転駆動される発電機とを備えた船舶において、前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御する、船舶の推進制御方法であって、
前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機のうち前記可変ピッチプロペラを駆動する第１運転モードにおいては、前記主機の回転速度および出力に基づいて規定された第１運転領域内で目標船速に応じて前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御することと、
前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機を駆動する第２運転モードにおいては、前記第１運転領域の前記出力の上限を前記発電機の発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定し、前記目標船速に応じた前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を前記第２運転領域内で設定することとを備える、船舶の推進制御方法。
駆動力を発生する主機と、前記主機によって回転駆動される可変ピッチプロペラと、前記主機によって回転駆動される発電機とを備えた船舶において、前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御することをコンピュータに実行させるための、船舶の推進制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機のうち前記可変ピッチプロペラを駆動する第１運転モードにおいては、前記主機の回転速度および出力に基づいて規定された第１運転領域内で目標船速に応じて前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を制御することと、
前記主機が前記可変ピッチプロペラおよび前記発電機を駆動する第２運転モードにおいては、前記第１運転領域の前記出力の上限を前記発電機の発電負荷に応じて引き下げることにより第２運転領域を設定し、前記目標船速に応じた前記主機の回転速度および前記可変ピッチプロペラの翼角を前記第２運転領域内で設定することとを実行させる、船舶の推進制御プログラム。