JPH07315293A - 船舶の電気推進制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、急速逆転時に発生するバックパワ
ーを熱として消費せず、有効な電力として処理すること
を主な目的とする。 【構成】 電気推進用電源母線３に推進用電動機８，９
を負荷とする推進用電動機駆動装置６，７が接続され、
他方、一般電源母線１３に船内の一般電源用発電機１
４，１８及び船内の一般負荷２１〜２３が接続されてい
る船舶の電気推進制御装置に於いて、船舶の急速逆転時
に、推進用電源母線３上に、推進用電動機８，９から推
進用電動機駆動装置６，７に供給される電力の電圧、周
波数を一般電源母線１３側の電圧、周波数に電力変換を
行ない、且つ力率を制御する機能を有する電力変換装置
１１を具備し、電力変換装置１１により変換された電力
を、一般電源母線１３に接続されている一般負荷２１〜
２３により消費する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気推進方式を採用し
た船舶に於いて、急速逆転時に推進用電動機から推進用
電動機駆動装置に発生する背後電力（以下「バックパワ
ー」という。）を処理する船舶の電気推進制御装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、船舶の推進方式として広く用
いられている駆動機には、ディーゼエンジンあるいはガ
スタービンがある。これらの駆動機による船舶の推進の
減速あるいは逆転制御に於いては、可変ピッチプロペラ
を用いる方式が採用されている。しかしながら、この可
変ピッチプロペラ方式を採用した場合、可変ピッチプロ
ペラ制御装置の追設をすることが必要となり、その結
果、装置全体が大きくなってしまう。

【０００３】また、キャビテーションの発生及びそれに
よる水中への放射雑音の発生という問題もあった。さら
に、ディーゼルエンジンあるいはガスタービンによる駆
動の場合、原動機からプロペラへの回転数を減ずるため
に減速ギヤーが必要となり、静粛性が要求される船舶に
於いては、この減速ギヤーも振動源となっていた。

【０００４】上記のような問題から、正逆転時の制御
性、静粛性を考慮して、近年、電気推進方式を採用した
船舶も誕生している。次に、従来の電気推進方式を採用
した船舶の回路図を図４に示す。

【０００５】同図に於いて、電気推進用原動機１は、電
気推進用発電機２を駆動するものであり、この電気推進
用発電機２は、電気推進用発電機２の出力が供給される
電気推進電源母線３に接続されている。

【０００６】ここでは、推進軸が２軸の例として、電気
推進電源母線３に遮断器４を介して、推進用電動機駆動
装置６を接続し、遮断器５を介して推進用電動機駆動装
置７を接続して構成している。

【０００７】そして、推進用電動機駆動装置６には、推
進用電動機８を接続し、推進用電動機駆動装置７には推
進用電動機９を接続する。推進用電動機駆動装置６の出
力は、推進用電動機８に供給されて、推進用電動機８の
駆動・制御を行なう。同様に、推進用電動機駆動装置７
の出力は、推進用電動機９に供給されて、推進用電動機
９の駆動・制御を行なう。

【０００８】ところで、船舶の速力が早く、船舶の推進
出力が高い時に、急速逆転の速力変更指令が出力され
て、推進用電動機駆動装置６，７が回生運転を開始する
と、推進用電動機８，９から推進用電動機駆動装置６，
７にバックパワーが発生する。

【０００９】このバックパワーの吸収のために、電気推
進電源母線３には、遮断器１０を介して、バックパワー
吸収抵抗器２０が接続されている。なお、上記電気推進
用発電機２の容量をバックパワーを吸収できるように余
裕を持って製作すると、電気推進用発電機２の外形・質
量が非常に大きくなり、船舶への搭載が不利、不便とな
るため、ここでは、電気推進用発電機２の容量は、最高
スピードを出力する容量としてある。

【００１０】さて、かかる構成に於いて、今、最高スピ
ード時に於ける急速逆転時に、図５（ａ）の５１の減衰
曲線に見られるような減衰率で減速、逆転をすると、図
５（ｂ）の軸出力カーブ６１に従い軸出力が減衰し、斜
線で示した７０の部分のバックパワーが発生する。

【００１１】この場合、上述のように、電気推進用発電
機２の容量では、このバックパワーを吸収することがで
きない。そこで、急速逆転時に遮断器１０を投入するこ
とによって、推進用電動機８及び推進用電動機９を介し
てバックパワー吸収抵抗器２０で発生するバックパワー
を消費していた。

【００１２】したがって、このバックパワーは、バック
パワー吸収抵抗器２０で熱として消費されていた。な
お、バックパワー吸収抵抗器２０を使用しない方法とし
て、図５（ａ）の減衰曲線５２に見られるような緩やか
な減衰率で減速、逆転して、図５（ｂ）の軸出力カーブ
６２となるような制御を行なえば、バックパワーは発生
しない。しかし、このような制御を行なうと、船舶の航
走距離が伸びてしまい、危険回避時を考慮すると、この
ような制御方法を採用することは難しい。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
電気推進方式を採用した船舶に於いては、船舶の速力が
早く、船舶の推進出力が高い時に、急速逆転の速力変更
指令が出力されて、推進用電動機駆動装置６，７が回生
運転を開始するときにバックパワーを発生する。

【００１４】そのため、急速逆転時に発生するバックパ
ワーを、バックパワー吸収抵抗器２０によって熱として
消費せずに、有効な電力として活用する必要があった。
しかしながら、このバックパワーは、電気推進電源母線
３に接続されているバックパワー吸収抵抗器２０で熱と
して消費されていた。

【００１５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、電気推進方式を採用した船舶の推進方式に於い
て、急速逆転時に発生するバックパワーを、バックパワ
ー吸収抵抗器で熱として消費せず、有効な電力として処
理するための船舶の電気推進制御装置を提供することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、まず、請求項１に係る発明の船舶の電気推進制御装
置は、電気推進用発電機の出力により推進用電動機を駆
動させて電気推進力を得るとともに、電気推進用発電機
とは電気的に分離された一般電源用発電機からの電力を
船内一般負荷に供給するようにした船舶の電気推進制御
装置に於いて、前記推進用電動機により生ずるバックパ
ワーを前記船内一般負荷に整合するように電力変換する
電力変換装置を具備したことを特徴とする。

【００１７】また、請求項２に係る発明の船舶の電気推
進制御装置は、請求項１記載の船舶の電気推進制御装置
に於いて、前記電力変換装置は、前記推進用電動機によ
り生ずるバックパワーを一定の電力にするためのチョッ
パ部と、このチョッパ部からの電力を交流電力に変換し
て出力するためのインバータ部と、このインバータ部か
らの交流電力を前記船内一般負荷に整合させて出力する
ための変圧器と、前記推進用電動機により生ずるバック
パワーを前記船内一般負荷に整合するように前記チョッ
パ部、前記インバータ部、前記変圧器の制御を行なう電
力変換装置制御部とから構成したことを特徴とする。

【００１８】さらに、請求項３に係る発明の船舶の電気
推進制御装置は、電気推進用発電機の出力により推進用
電動機を駆動させて電気推進力を得るとともに、電気推
進用発電機とは電気的に分離された一般電源用発電機か
らの電力を船内一般負荷に供給するようにした船舶の電
気推進制御装置に於いて、前記推進用電動機により生ず
るバックパワーを前記船内一般負荷に整合するように電
力変換する第１の電力変換装置と、前記一般電源用発電
機からの電力を前記推進用電動機に整合するように電力
変換する第２の電力変換装置と、を具備したことを特徴
とする。

【００１９】さらに、請求項４に係る発明の船舶の電気
推進制御装置は、請求項３記載の船舶の電気推進制御装
置に於いて、前記第１の電力変換装置は、前記推進用電
動機により生ずるバックパワーを一定の直流電力にする
ための第１のコンバータ部と、この第１のコンバータ部
からの直流電力を交流電力に変換して出力するための第
１のインバータ部と、この第１のインバータ部からの交
流電力を前記船内一般負荷に整合させて出力するための
第１の変圧器とからなり、前記推進用電動機により生ず
るバックパワーを前記船内一般負荷に整合するように前
記第１のコンバータ部、前記第１のインバータ部、前記
第１の変圧器の制御を行なう第１の電力変換装置制御部
とから構成し、前記第２の電力変換装置は、前記一般電
源用発電機からの交流電力を前記推進用電動機に整合さ
せて出力する第２の変圧器と、この第２の変圧器から供
給される整合された交流電力を直流電力に変換するため
の第２のコンバータ部と、この第２のコンバータ部から
供給された直流電力を交流電力に変換して前記推進用電
動機に供給するための第２のインバータ部と、前記一般
電源用発電機からの交流電力を前記推進用電動機に整合
するように前記第２のコンバータ部、前記第２のインバ
ータ部、前記第２の変圧器の制御を行なう第２の電力変
換装置制御部とから構成したことを特徴とする。

【００２０】さらに、請求項５に係る発明の船舶の電気
推進制御装置は、電気推進用発電機が接続された電気推
進用電源母線に推進用電動機を負荷とする推進用電動機
駆動装置が接続され、他方、一般電源母線に船内の一般
電源用発電機及び船内の一般負荷が接続されている船舶
の電気推進制御装置に於いて、前記推進用電動機から前
記推進用電動機駆動装置に供給される電力の電圧、周波
数を前記一般電源母線側の電圧、周波数に電力変換を行
ない、且つ力率を制御する機能を有する電力変換装置の
入力側が前記電気推進用電源母線に第１の遮断器を介し
て接続されており、前記電力変換装置の出力側は第２の
遮断器を介して前記一般電源母線に接続され、船舶の急
速逆転時に、前記電力変換装置の入力側の第１の遮断器
及び出力側の第２の遮断器を投入して、前記電力変換装
置が前記推進用電動機から前記推進用電動機駆動装置に
供給される電力の電圧、周波数を前記一般電源母線側の
電圧、周波数に電力変換を行ない、前記電力変換装置に
より変換された電力を、前記一般電源母線に接続されて
いる一般負荷により消費させることを特徴とする。

【００２１】さらに、請求項６に係る発明の船舶の電気
推進制御装置は、請求項５記載の船舶の電気推進制御装
置に於いて、前記電力変換装置は、前記電気推進電源母
線から前記一般電源母線への電力変換機能とは別に、前
記一般電源母線から前記電気推進電源母線への電力変換
機能を併せて具備し、前記一般電源用発電機からも前記
電気推進電源母線に電力を供給できるようにしたことを
特徴とする。

【００２２】

【作用】まず、請求項１，２，５に係る発明の電気推進
制御装置によれば、推進用電動機により生ずるバックパ
ワーを電力変換装置により船内一般負荷に整合するよう
に電力変換するので、従来バックパワー吸収抵抗器で消
費していたバックパワーを有効に活用することができ
る。

【００２３】さらに、請求項３，４，６に係る発明の船
舶の電気推進制御装置によれば、請求項１，２，５の作
用にかえて、一般電源用発電機からの電力を推進用電動
機に整合するように電力変換するので、電気推進用発電
機に故障を生じても、一般電源用発電機からの電力を推
進用電動機に供給することができ、故障時に於けるバッ
クアップシステムを構築することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の実施例に係る急速逆転運
転制御装置の構成例を示す回路図であり、図４と同一部
分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。

【００２５】すなわち、本実施例では、図４に於けるバ
ックパワー吸収抵抗器２０に代えて、電力変換装置１１
を電気推進電源母線３に遮断器１０を介して接続すると
共に、遮断器１２を介して一般電源母線１３に接続す
る。

【００２６】また、同図に於いて、原動機１４により駆
動される一般電源用発電機１５は、遮断器１６を介し
て、一般電源母線１３に接続されている。同様に、原動
機１７により駆動される一般電源用発電機１８は、遮断
器１９を介して、一般電源母線１３に接続されている。
さらに、一般電源母線１３には、船内の一般負荷２１〜
２３が接続されている。

【００２７】上記一般電源母線１３は、船内の一般負荷
に電力を供給するための電源母線で、原動機１４，１７
によって駆動される一般電源用発電機１５，１８によっ
て電力が供給されている。

【００２８】さて、係る構成に於いて、今、図５（ａ）
の減衰曲線５１に示すように、船舶が最大の前進速力で
運転中に、急速逆転の速力変更指令が出力されて、減
衰、逆転制御が行なわれると、図５（ｂ）に示す軸出力
カーブ６１に従って軸出力が減衰し、推進用電動機８及
び推進用電動機９からバックパワー７０が発生する。

【００２９】そして、推進用電動機８及び推進用電動機
９から発生したバックパワーは、推進用電動機駆動装置
６及び推進用電動機駆動装置７に流れる電流が逆流、す
なわち回生運転に入るときに、電力変換装置１１の入力
側の遮断器１０と出力側の遮断器１２を投入し、電力変
換装置１１を制御することによって、電気推進電源母線
３側から一般電源母線１３に供給され、船内一般負荷２
１〜２３の電力として消費される。

【００３０】ところで、電気推進用発電機２は、電気推
進専用ということから船内一般負荷の電圧及び周波数
（例えば、６０Ｈｚ−４４０Ｖ）とは異なる定格である
場合が多い。（例えば９０Ｈｚ−３３００Ｖ）あるい
は、電気推進用発電機２の周波数が、船内一般負荷の定
格と同じ６０Ｈｚであっても電圧が異なっている場合が
ある。

【００３１】上述のように、電気推進電源母線３と一般
電源母線１３の電圧、周波数が異なる場合、電力変換装
置１１には、例えば、定電圧定周波数インバータ（ＣＶ
ＣＦ）等のような電力変換装置が考えられる。

【００３２】図２に本発明の第１の実施例に係る電力変
換装置の回路図を示す。また、図１と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分に
ついてのみ述べる。

【００３３】すなわち、第１の実施例に係る電力変換装
置は、遮断器１０を介し、同図に示すように、入力電圧
を一定の直流電圧にするためのチョッパ部３１と、チョ
ッパ部３１からの直流電圧出力を交流電圧に変換して出
力するためのインバータ部３２と、このインバータ部３
２からの電圧出力を船内一般負荷に整合して出力するた
めの変圧器３３で構成されている。

【００３４】また、同図に於いて、３４は電力変換装置
制御部で、電気推進電源母線３及び一般電源母線１３に
接続されている。さて、係る構成に於いて、電力変換装
置制御部３４が、入力側の電気推進電源母線３の電圧及
び出力側の一般電源母線１３の電圧、周波数の検出信号
により、一般電源母線１３に電力を供給することができ
るような制御を行ない、バックパワーを一般電源母線１
３に供給する。

【００３５】このような制御を行なうことによって、船
舶の急速逆転時に発生するバックパワーを、船内の一般
負荷の電源として使用することができる。次に、第２の
実施例として、図３に一般電源母線１３から電気推進電
源母線３側に電力を供給することができる機能を有する
電力変換装置の回路図を示す。

【００３６】また、図２と同一部分には、同一符号を付
してその説明を省略し、ここでは異なる部分についての
み述べる。同図に於いて、４１は電気推進電源母線３か
ら遮断器１０を介して入力された交流電圧を直流電圧に
変換するためのコンバータ部、４２はこのコンバータ部
４１から供給される直流電圧を交流電圧に変換するため
のインバータ部、４３はインバータ部４２から供給され
る交流電圧を整合して、遮断器１２を介して一般電源母
線１３に出力するための変圧器である。

【００３７】また、４４は一般電源母線１３から遮断器
１２を介して入力される交流電圧を整合して出力するた
めの変圧器、４５は変圧器４４から供給される整合され
た交流電圧を直流電圧に変換するためのコンバータ部、
４６はコンバータ部４５から供給された直流電圧を交流
電圧に変換して遮断器１０を介して、電気推進電源母線
３に出力するためのインバータ部である。

【００３８】なお、上記コンバータ部４１、インバータ
部４２、変圧器４３は、推進用電動機により生ずるバッ
クパワーを船内一般負荷に整合させるための第１の電力
変換装置制御部（図示せず）によって制御されており、
上記コンバータ部４５、インバータ部４６、変圧器４４
は、一般電源用発電機からの交流電力を前記推進用電動
機に整合させるための第２の電力変換装置制御部（図示
せず）によって制御されている。

【００３９】さて、係る構成に於いて、まず、バックパ
ワーの吸収作用時には、電気推進電源母線３から遮断器
１０を介して、電力変換装置１１に供給された交流電圧
は、コンバータ部４１で直流電圧に変換される。

【００４０】そして、このコンバータ部４１で変換され
た直流電圧は、インバータ部４２で交流電圧に変換さ
れ、変圧器４３で整合がとられた後に遮断器１２を介し
て一般電源母線１３に出力される。

【００４１】一方、一般電源母線１３から電気推進電源
母線３に電力を供給する場合、遮断器１２を介して入力
された交流電力は、変圧器４４で整合がとられた後に、
コンバータ部４５に供給される。

【００４２】上記コンバータ部４５は、この供給された
交流電圧を直流電圧に変換した後に、インバータ部４６
に出力する。そして、インバータ部４６は、この供給さ
れた直流電圧を、交流電圧に変換し、遮断器１０を介し
て電気推進電源母線３に出力する。

【００４３】これにより、電気推進に於ける急速逆転時
のバックパワーを、単に熱にしてしまい無駄にするので
はなく、船内の一般負荷２１〜２３に供給することによ
って省電力化を図れるという大きな効果がある。

【００４４】また、電力変換装置１１が、双方向の電力
変換機能を有することにより、電気推進用発電機２に故
障を生じても、船内の一般負荷用発電機１５，１７から
電気推進電源母線３に電力を供給することができ、故障
時におけるバックアップシステムを構築することができ
る。

【００４５】さらに、電気推進の出力が低出力、すなわ
ち低速航走の時、船内一般負荷用発電機１５，１７から
電力を供給することにより、大容量である電気推進用原
動機１と発電機２を運転しなくてもすみ、原動機１及び
発電機２の効率の良い運用が可能となる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、船
舶の推進方式に於いて、電気推進方式を採用した時の急
速逆転時に発生するバックパワーを熱として消費せず、
有効な電力として処理するための急速逆転運転制御装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る急速逆転運転制御装置の
構成例を示す回路図。

【図２】本発明の第１の実施例に係る電力変換装置の電
力変換装置の回路図。

【図３】本発明の第２の実施例に係る電力変換装置の電
力変換装置の回路図。

【図４】従来の電気推進方式を採用した急速逆転運転制
御装置の構成例を示す回路図。

【図５】電気推進方式を採用した船舶の急速逆転運転時
の速力と動作を説明するための説明図。

【符号の説明】

１…電気推進用原動機 ２…電気推進用発電
機 ３…電気推進電源母線 ４，５，１０，１
２，１６，１９…遮断器 ６，７…推進用電動機駆動装置 ８，９…推進用電動
機 １１…電力変換装置 １３…一般電源母線 １４，１７…原動機 １５，１８…一般電
源用発電機 ２０…バックパワー吸収抵抗器 ２１〜２３…船内の
一般負荷 ３１…チョッパ部 ３２，４２，４６…
インバータ部 ３３，４３，４４…変圧器 ３４…電力変換装置
制御部 ４１，４５…コンバータ部 ５１…速度の急な減
衰曲線 ５２…速度の緩やかな減衰曲線 ６１…急速逆転時の
軸出力 ６２…緩やかな減衰時の軸出力 ７０…バックパワー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気推進用発電機の出力により推進用電
   動機を駆動させて電気推進力を得るとともに、電気推進
   用発電機とは電気的に分離された一般電源用発電機から
   の電力を船内一般負荷に供給するようにした船舶の電気
   推進制御装置に於いて、 前記推進用電動機により生ずるバックパワーを前記船内
   一般負荷に整合するように電力変換する電力変換装置を
   具備したことを特徴とする船舶の電気推進制御装置。
2. 【請求項２】 前記電力変換装置は、 前記推進用電動機により生ずるバックパワーを一定の電
   力にするためのチョッパ部と、 このチョッパ部からの電力を交流電力に変換して出力す
   るためのインバータ部と、 このインバータ部からの交流電力を前記船内一般負荷に
   整合させて出力するための変圧器と、 前記推進用電動機により生ずるバックパワーを前記船内
   一般負荷に整合するように前記チョッパ部、前記インバ
   ータ部、前記変圧器の制御を行なう電力変換装置制御部
   と、 から構成したことを特徴とする請求項１記載の船舶の電
   気推進制御装置。
3. 【請求項３】 電気推進用発電機の出力により推進用電
   動機を駆動させて電気推進力を得るとともに、電気推進
   用発電機とは電気的に分離された一般電源用発電機から
   の電力を船内一般負荷に供給するようにした船舶の電気
   推進制御装置に於いて、 前記推進用電動機により生ずるバックパワーを前記船内
   一般負荷に整合するように電力変換する第１の電力変換
   装置と、 前記一般電源用発電機からの電力を前記推進用電動機に
   整合するように電力変換する第２の電力変換装置と、 を具備したことを特徴とする船舶の電気推進制御装置。
4. 【請求項４】 前記第１の電力変換装置は、 前記推進用電動機により生ずるバックパワーを一定の直
   流電力にするための第１のコンバータ部と、 この第１のコンバータ部からの直流電力を交流電力に変
   換して出力するための第１のインバータ部と、 この第１のインバータ部からの交流電力を前記船内一般
   負荷に整合させて出力するための第１の変圧器とからな
   り、 前記推進用電動機により生ずるバックパワーを前記船内
   一般負荷に整合するように前記第１のコンバータ部、前
   記第１のインバータ部、前記第１の変圧器の制御を行な
   う第１の電力変換装置制御部とから構成し、 前記第２の電力変換装置は、 前記一般電源用発電機からの交流電力を前記推進用電動
   機に整合させて出力する第２の変圧器と、 この第２の変圧器から供給される整合された交流電力を
   直流電力に変換するための第２のコンバータ部と、 この第２のコンバータ部から供給された直流電力を交流
   電力に変換して前記推進用電動機に供給するための第２
   のインバータ部と、 前記一般電源用発電機からの交流電力を前記推進用電動
   機に整合するように前記第２のコンバータ部、前記第２
   のインバータ部、前記第２の変圧器の制御を行なう第２
   の電力変換装置制御部と、 とから構成したことを特徴とする請求項３記載の船舶の
   電気推進制御装置。
5. 【請求項５】 電気推進用発電機が接続された電気推進
   用電源母線に推進用電動機を負荷とする推進用電動機駆
   動装置が接続され、他方、一般電源母線に船内の一般電
   源用発電機及び船内の一般負荷が接続されている船舶の
   電気推進制御装置に於いて、 前記推進用電動機から前記推進用電動機駆動装置に供給
   される電力の電圧、周波数を前記一般電源母線側の電
   圧、周波数に電力変換を行ない、且つ力率を制御する機
   能を有する電力変換装置の入力側が前記電気推進用電源
   母線に第１の遮断器を介して接続されており、前記電力
   変換装置の出力側は第２の遮断器を介して前記一般電源
   母線に接続され、 船舶の急速逆転時に、前記電力変換装置の入力側の第１
   の遮断器及び出力側の第２の遮断器を投入して、前記電
   力変換装置が前記推進用電動機から前記推進用電動機駆
   動装置に供給される電力の電圧、周波数を前記一般電源
   母線側の電圧、周波数に電力変換を行ない、 前記電力変換装置により変換された電力を、前記一般電
   源母線に接続されている一般負荷により消費させるよう
   にしたことを特徴とする船舶の電気推進制御装置。
6. 【請求項６】 前記電力変換装置は、前記電気推進電源
   母線から前記一般電源母線への電力変換機能とは別に、
   前記一般電源母線から前記電気推進電源母線への電力変
   換機能を併せて具備し、前記一般電源用発電機からも前
   記電気推進電源母線に電力を供給できるようにしたこと
   を特徴とする請求項５記載の船舶の電気推進制御装置。