JPS58501404A - 船舶用駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 船舶用駆動装置 発明の分野 本発明は船舶用推進装置に関し、特に多相誘導電動機を用いえ推進装置に関する ものである。

背景技術の説明 従来、船舶駆動の装置の１つとして水雷又は潜水艦等Ｏ推進駆動装置がある。こ ｏｔａｏ装置においては、高い出力密度で静か＆推進を得ることが望まれている 。

そして従来の電ＩＩｋ推進装置に′ｈりては、プロペラ又は推進機を駆動する手 段として直流電動機を用いていた。

しかしながら、出力の増加が必要とな）、その丸め容量の限られた直流電動機に 代えて交流電動機を用いることが望まれている。交流電動機を用いる−のとして 、バッテリ電ＩＮＫ接続された三相半ブリ、ジ・インバータによりて励磁される 三相力ｆ形誘導電動機（ｓｑｕｉｒｒｅｌ−１ａｇ＠ｉｍｄｗ＠ｔｌ・１飄・ｔ ・ｒ）を用いるものが提案されている。とｏｍｏｔ動機は三相の巻線構造を用い てお）、またインパー夕は該電動機に三相の可変周波数で可変振幅の交流電力を 与えるように構成されている。またパルス幅変調の手段によって振幅を制御でき るようＫすることも提案されている。

この種の三相駆動電動機とともに用いる従来の制御手段では、推進装置の重さを 減らすためスイッチング素子としてノぐワー・トランジスタが用いられている。

しかしながら、このパワー・トランジスタでは電力のスイッチング能力に限界が あシ、また現在では所望の推進装置の出力レベルを発生させるのＫは不十分であ ることが判かつている。その結果、従来の装置で社、インバータに十分な電力量 を与えるため、トランジスタの並列化が必要とされてｂる。しかしノ４ワー・ト ランジスタを並列にする場合、技術的に難しい問題がたくさんある。水雷のよう な、船舶用の装置においては重量とスペースの条件があシ、並列のトランジスタ 素子で分担される電流が相違することを防止するための別の装置を設けることは 、大きな問題になる。

前述の三相電動機の駆動における他の問題は、実在する高調波電流の発生の問題 である。この高調波電流は、従来の装置においては、装置の平均トルク出力の実 質的に一部分になる振幅を有する脈動するトルク成分を電動機の回転子内に発生 させる。そして高調波電流は、インバータ手段が電動機に非正弦波励磁波形を与 える原因になる。したがりて、従来用いられてい友三相半ブリッジ・インΔ−タ （ｈａｌｆ−ｂｒｉｄｇ＠１ｎｖｅｒｔ＠ｒ）では、全速度で且つ全出力状態に おいて、ある程度方形波（以下“６ステツゾ″と云う。）の電圧波形を出力する 。高調波電流によって発生される脈動トルクは、水雷の速度減速ギヤ手段に直接 伝達されておプ、ギヤの寿命に重大な影響を与えているばかりでなく、ギヤのチ ャ、り（ガタガタ音）等によ）推進装置の雑音を増加させるという非常に好まし くない結果を招いている。

また高調波励磁電流は、駆動用電動機の回転子内の損失の実質的増加に寄与して おシ、その結果、駆動装置の能力の低下、回転子部材から発生する熱の除去の問 題がある。そして駆動装置は好ましくは出来る限シ小型に設計される。

したがって、この種の交流駆動装置にシける、信頼性、効率、滑らかなトルクの 発生及び出力能力を改善する駆動装置が必１！！になっている。

発明の概要 本発明は直流バッテリ電源を用いて、推進用プロペラを駆動する改善し丸船舶用 駆動装置に関する。

実施例にありては、該駆動装置はプロペラを駆動する多相交流駆動電動機を用い ておシ、駆動電動機によって定まる相の数は少くとも４である。電動機は、固定 子の相巻線の磁軸が電動機の固定子の内周に沿って等間隔に配置されるように設 計されている。電流は、３６０°／Ｎ時間間隔（Ｎは相の数に等しい）で連続し て巻線を励磁するため、電源パワテリから電動機巻線の各各に１つづつ対応した 複数のインバータにょ）駆動電動機に供給される。

実施例においては、駆動用電動機が、更に、巻線中の高調波電流を有効に抑制す る高漏れリアクタンスを有する固定子部分を更に有している。

実施例においては、巻線の数は、３又はそれ以上の数の正数倍であシ、４ＩＫ実 施例の固定子ではＹ接続された３組の三相巻線から構成される。

インバータは、全速度、全出力状態において、駆動用電動機に６ステ、！波形を 与える三相半ブリッジ・インバータとして配列されている。

したがって、本発明の船舶用駆動装置は、信頼性。

効率、トルクの発生の滑らかさ及び出力能力が改善され、構成が極めて簡単且つ 経済的である。

図面の簡単な説明 本発明のその他の特徴及び利点は添付の図面に関連して以下の記載から明らかＫ なる。

第１図は、本発明を用いる駆動装置を備えた船舶装置の説明図、 第２図は、交流駆動電動機の相数が３の倍数である駆動装置において三相中ブリ 、ジ・インバータを用いる本発明の一実施例を示す概略図、 第３図は、第２図に示した多相装置の各線間の電動機励磁電圧波形を示す波形図 、 第４図は、三相中ブリ、ジ・インバータによシ励磁される対称巻装（ｓｙｍｍ愉 ｔｒｉｃａｌｌｙ　ｗｏｕｎｄ）　９相誘導電動機を用いた本発明の一実施例を 示す線図、第５図は、第４図の装置の構成における各線間の電動機励磁電圧波形 を示す図、及び 第６図は、第４図に概略的に示した電動機の相巻線をインバータ制御するための 回路を示した破断線図である。

好ましい実施例の説明 図に示した本発明の一実施例においては、符号１０で示し九船舶駆動装置は、潜 水艦１１の推進装置に用いられている５本発明の駆動装置は、高出力且つ低雑音 駆動を必要とするような装置に用いることができる。

駆動装置は、パワテリ１３からなる直流電源によってプロペラ１２を駆動する。

Δツテリ１３の直流電力はインバータ装置１４によって変換され、ギヤ・ｌ。

クス１６及びプロペラ輪１７を介してプロ（２１２に接続された多相交流電動機 １５の運転を行なう。

上述の通シ、本発明は多相交流駆動電動機としての駆動電動機１５の設備に関す るものである。図示の実施例においては、駆動電動機は少くとも４つの固定子巻 線を有しておシ、イン・々−タ１４は連続してこれらの巻線を励磁するため各巻 線のそれぞれ１つずつに対応して接続された複数のインバータを有している。ま た実施例では、各巻線は、電気角３６００を相数で割った値の間隔をあけて配置 されている。

第２図に示した本発明の一実施例においては、相の数は３の倍数になるようにな っておシ、インバータは三相中ブリッジ・インバータとなるように構成されてい る。したがって相巻線の組のそれぞれはＹ接続の三相巻線になっている。一般的 な型状としては、このような三相巻線の数はいくつであってもよい、第２図にお いては、この三相巻線の数は国で示されている。

インバータの構成は第４図に一般的に示してあり、この線図では特に９相電動機 の配列が示しである。第４図に示すように、インノぐ一夕１４ｍ、１４ｂ及び１ ４ｃは三相の電動機巻線１８ｍ、１８ｂ及び１８ｅにそれぞれ接続されておシ、 各インバータは三つの半ブリッジ・インパー夕１９からなりている。各インバー タ１９は、パワテリ１３からの電力供給線Ｌｌ及びり、の相反する方にそれぞれ 接続された一対のトランジスタからなるスイッチ２０及び２１を有している。

スイッチ２０と２１との間の接続点２２は三相巻線の１つの巻線２３に接続され ている。

イアｚｔ−夕１４ｍ　、１４ｂ及び１４ｅの他の半ブリッジ・インバータ回路１ ９の各々は、３つの三相巻線１８ｍ、１８ｂ及び１８ｅの９つの巻線の各々が、 第４図に示すように、対応するインバーｐｉ９の半ブリ、ジ接続点２２から電力 Ｏ供給を受けるように、同様に接続されている。

また第４図に示すように、９相の構成では、３組の三相巻線の各々が互いに電気 角で４０’ずつ離して配置されている。

第４図に示した９相の装置の各線間の電動機励磁電圧波形は、第３図に一般的に 示した波形の説明例と同様に第５図に示しである。

第４図に概略的に示したスイッチ２０及び２１は、第６図に示すように、制御電 気スイッチ２４に７リーホイリング・ダイオード２５を並列に配置して構成され る。第６図の実施例において、電気スイッチ２４はＮＰＮバイポーラ・パワー・ トランジスタから成り、該トランジスタのペースは一般的な構成の制御モジエー ル２６に接続され、該制御モジエール２６は一般的な同期回路手段２７によって 制御される。この同期回路手段２７も周知の構成からなっている。ｔた第６図に 示すように、）ランジスタ２４のコレクタは電力供給線Ｌ！に接続されておシ、 エミッタは接続点２２に接続されている０図示のスイッチ２１においては、電気 スイッチ２４のコレクタは接続点２２に接続されている。スイッチ２１のトラン ジスタ２４のコレクタは接続点２２に接続され且つそのエミ、りは電力供給線り 。

に接続されている。よってトランジスタ・スイッチ２０及び２１は電力供給線間 に直列に接続され、間の接続点は電動機巻線２３に接続されている。

図示のように１第４図の９相電動機巻線のそれぞれは、対応する１対のベース駆 動モジュール２６を介して同期回路によって制御される一対の電気スイッチ間の 接続点く接続されている。

当業者には周知のように、）ランジスタ２４は制御スイッチとして機能し、トラ ンジスタのペースに正の電流を選択的に供給すれば、トランジスタは導通し、ペ ース電流が除かれている間はトランジスタは遮断状態となうて高インピーダンス にある。７リーホイリング・ダイオード社電動機巻線で生じる誘導電流を循環さ せて、スイッチが遮断している間の過渡電圧の発生を防止させるべく設けられて いる。トランジスタ・スイッチ・モジュールの構成、トランジスタへのペース電 流を制御するペース駆動モジエール回路及び時間調整したスイッチング動作によ シペース駆動モジュールを制御する同期回路は当業者に周知のものであυ、ここ では更に説明はしない。しかし、ベース駆動モジーールを制御する同期信号を得 るための概念の詳細については、１９８１年のＩＩ）Ｊ出版のビー・ケイ・Ｉス （Ｂ　、　Ｋ　、　Ｂｏｓｓ　）による「速度調整可能な交流駆動装置（Ａｄｊ ｏｓｔａｂｌ＠５ｐｅｅｄ　ＡＣＤｒｉｖｅ　５ｙｓｔ＠ｍ−月のような一般的 な参考資料に記載されている。同様に、一般的なベースＩＫ動モジエールについ ては、トムソン−〇ＳＦ（Ｔｈｅｍｓｏｎ　−Ｃ３Ｆ）　、半導体部門のハフド ブ、り［周囲環境における）母ワー・トランジスタ（Ｔｈｅ　ＰｏｗｅｒＴｒａ ｎｓｉｓｔｏｒ　ｉｎ　Ｉｔｓ　Ｉｍｖｌｒｏｍｍ＊ｎｔ　Ｊ　Ｋ記載されてい るＯまた当業者には明らかなように、インバータのスイ、チング手段としてノワ ー・トランジスタを使用することは一例にすぎない。したがって、スイッチを８ ＣＲスイツチヤＧＴＯ（ゲート・ターン・オフ・サイリスタ）スイッチで構成し てもよい。このようなゲート制御のスイッチの動作を時間調整する好ましい制御 回路も当業者には周知であシ、ここでは説明を省略する。

更に当業者には明らかなように、第４図の電圧源電源に代えて電流源電源の手段 にすれば、上第３相運転（ｓａｐｒａ−ｔ＠ｒｔｌａｒｙ　ｐｈ口＠　ｏｐ＠ｒ ａｔ１ｏｍ）の使用を有効に行なえる。電流源自体は電動機の相巻線の最大電流 全制限するので、スイッチング動作と一緒に電動機の高調波電流の振幅を最小に する仕事を著しく簡単にすることができる。また、このような励磁波形内の高調 波電流は、スイッチング段階の間の電圧の過渡振幅を所望の値に制限する低イン ピーダンスに反動する。

更Ｋｔた、当業者には明らかなように、本発明を多相誘導電動機について説明し たが、制御はりラフタンスミ動機（ｒ＠１ｕｃｔａｎｃ＠ｍｏｔｏｒ）　、や同 期電動機等において用いられているのと同じく適宜に改善される。

Ｎ相を有する対称巻装多相電動機の性能特性はＮ／２相を有する電動機の事実上 ２倍になる（但しＮは偶数である。）、これは、対称的に巻装した電動機（位相 間隔は電気角で３６０７Ｎ　ｇ　、　Ｎは偶数）はＶ２本の別個の巻線磁軸を有 しているためである。このような電動機では、これらの軸のそれぞれが２つの相 巻線で分担されておシ、この２つの相巻線は逆の励磁波形（１８０゜の電気角を あけて配置された波形）で励磁される。これら対の巻線のそれぞれを各磁軸に沿 って１つの巻線０ にまとめると、電動機巻線は半分程になるが、電動機の性能特性は何ら変わらな い。この技術は、Ｎ相（Ｎは偶数）の多相電動機の性能の利点を、巻線、スイッ チ及びその他の通常必要なハードウェアー素子の数を半分圧して確実に保つのに 役立つ０例えば、対称的にられる。この場合、６相の励磁波形社同様に電気角で ３０°づつ間隔をあけられている。

本発明は鱒導性インピー〆ンスを増加させた多相電動機を構成して、非正弦波電 圧の励磁波形によりて発生する高調波電流成分の振幅を減少させるものである。

そして高調波成分の制御における外部磁気（ｓｉｔ・ｒｎａ１ｍｍｇｎ＠ｔｉｃ ＋ｓ）の必要性がないので、推進装置の重さ及び容積が著しく改善される０例示 し九本発明の回路では、潜水艦の！αペラ駆動において誘導電動機を用いること ができ、トランジスタ・スイッチを並列に構成しなくても、出力条件が２００馬 力（ｈｐ）を越える。

上記゛特定の実施例の説明は、本発明に包含される広い発明概念の例示である。

第　１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　推進用プロペラと電源バッテリとを有する船舶用駆動装置において、前記 推進用プロペラを駆動する多相交流駆動電動機と、骸電動機の複数の巻線のそれ ぞれに対応して接続され前記電源バッテリから電力を供給する複数のインパー夕 と前記巻線を連続的に励磁するため前記インバータを制御する手段とを備え、前 記電動機の固定子側の前記巻線の相数が少くとも４であることを特徴とする船舶 用駆動装置。 λ　前記駆動電動機は、前記巻線の高調波電流を有効に抑制する高漏れリアクタ ンスを有する固定子部分を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の船舶用駆動装置。 λ　前記巻線が電気角で３６０Ａ度で連続的に励磁され、Ｎが前記相数に等しい ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の船舶用駆動装置。 ４、前記巻線が電気角で３６０７２Ｎ度で連続的に励磁され、Ｎが前記相数に等 しく且つＮが偶数であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の船舶用駆動 装置。 ５、前記Ｎが３のｍ倍の整倍数であることを４９１［とする請求の範囲第３項又 は第４項のいずれかに記載の船舶用駆動装置。 ＆　前記Ｎが３のｍ倍の整倍数であシ且つ前記巻線がｍ組の三相巻線に構成され 、前記三相巻線のそれぞれの磁軸が電気角で１２０度づつ間隔をあけて配置され ていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の船舶用駆動装置。 ７、前記Ｎが３の間借の整倍数であシ且つ前記巻線がｍ組の三相巻線に構成され 、前記三相巻線のそれぞれの磁軸が電気角で１２０度づつ間隔をあけてＹ字状に 接続されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の船舶用駆動装置。 ８、前記Ｎは９であシ且つ前記巻線は３組の三相巻線に構成され、前記三相巻線 のそれぞれの磁軸が電気角で１２０度づつ間隔をあけて配置されていることを特 徴とする請求の範囲第３項に記載の船舶用駆動装置。 ９、前記インバータが３つの三和半ブリ、ジ・インバータを構成するように構成 され且つ前記巻線が３組の三相巻線に構成され、前記三相巻線のそれぞれの磁軸 が電気角で１２０度づつ間隔をあけて配置されていることを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の船舶用駆動装置。 １０、バッテリ電源を有する駆動装置に訃いて、固定子に複数の巻線を備えた多 相交流駆動電動機と、前記巻線にそれぞれ対応して接続され前記バッテリ電源か ら電力を供給する制御電気スイッチと、前記巻線を連続的に励磁するため前記制 御電気スイッチを制御する手段とを備え、前記巻線の相数が少くとも３であシ且 つ前記電動機が前記巻線の高調波電流を有効に阻止する内部リアクタンス手段を 有していることを特徴とする駆動装置。 １１．前記内部リアクタンス手段が高漏れリアクタンスを発生するような前記固 定子巻線の配列構成からなることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の駆動 装置。 箆前記電気スイッチが複数の三相半波ツリ、ジスイ、チからなること特徴とする 請求の範囲第１０項に記載の駆動装置。 １３、前記電気スイッチがトランジスタであることを特徴とする駆動装置。 １４、前記電気スイッチがＮＰＮパイＩ−ラ・トランジスタからなること特徴と する請求の範囲第１０項に記載の駆動装置。 １５、前記電気スイッチのそれぞれに並列に７リーホイリング・ダイオードが設 けられていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の駆動装置。 １６、新規に開示し、説明し、例示し且つ図示したすべての特徴。