JPS58501404A - 船舶用駆動装置 - Google Patents
船舶用駆動装置Info
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- JPS58501404A JPS58501404A JP57502424A JP50242482A JPS58501404A JP S58501404 A JPS58501404 A JP S58501404A JP 57502424 A JP57502424 A JP 57502424A JP 50242482 A JP50242482 A JP 50242482A JP S58501404 A JPS58501404 A JP S58501404A
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- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
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- B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
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- B63G8/08—Propulsion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B19/00—Marine torpedoes, e.g. launched by surface vessels or submarines; Sea mines having self-propulsion means
- F42B19/12—Propulsion specially adapted for torpedoes
- F42B19/24—Propulsion specially adapted for torpedoes by electric motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/28—Controlling the motor by varying the switching frequency of switches connected to a DC supply and the motor phases
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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)
- 【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。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US29855081A | 1981-09-02 | 1981-09-02 |
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