特許 6233976 翼角演算装置、翼角制御システム、船舶及び翼角制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6233976

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】翼角演算装置、翼角制御システム、船舶及び翼角制御方法

(51)【国際特許分類】

   B63H 3/10 20060101AFI20171113BHJP

   B63H 21/21 20060101ALI20171113BHJP

   B63J 3/02 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   B63H3/10

   B63H21/21

   B63J3/02 A

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-230653(P2014-230653)

(22)【出願日】2014年11月13日

(65)【公開番号】特開2016-94074(P2016-94074A)

(43)【公開日】2016年5月26日

【審査請求日】2017年2月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(72)【発明者】

【氏名】黒岩 良太

(72)【発明者】

【氏名】土井 明

(72)【発明者】

【氏名】恩塚 政憲

(72)【発明者】

【氏名】徳田 圭晃

【審査官】 山尾 宗弘

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０５９９９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開昭５８−１９２２００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５８−６３５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−６５３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６３Ｈ ３／１０

Ｂ６３Ｈ ２１／２１

Ｂ６３Ｊ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

翼角が可変とされた可変ピッチプロペラと、主機関の出力の一部を利用して電力供給を行う主軸発電装置と、を備える船舶の前記可変ピッチプロペラの制御に用いられる翼角演算装置であって、
前記主軸発電装置の電力供給量と、前記主機関の回転数と、に基づいて、翼角低減量を算出する翼角低減量演算部と、
前記主機関において所定以上の出力効率が得られる翼角として予め規定された基準翼角から、前記翼角低減量演算部が算出した前記翼角低減量を減算する翼角演算部と、
を備える翼角演算装置。

【請求項2】

前記翼角低減量演算部は、前記電力供給量と、前記翼角低減量と、が正の相関関係を有するように規定された関数を用いて、前記該翼角低減量を算出する
請求項１に記載の翼角演算装置。

【請求項3】

前記翼角低減量演算部は、前記主機関の出力のうち前記可変ピッチプロペラの翼角が前記基準翼角であった場合に前記船舶の推進に消費される出力から、前記主軸発電装置が利用する前記主機関の出力の一部に相当する出力が低減される前記翼角低減量を算出する
請求項１又は請求項２に記載の翼角演算装置。

【請求項4】

前記基準翼角から前記翼角低減量が減算された翼角を適用して得られた前記主機関の出力の観測値と、前記主機関に対する負荷が過負荷となる出力と主機回転数との相関関係を規定する規定曲線と、の偏差に基づく翼角補正量を算出する補正量演算部をさらに備え、
前記翼角演算部は、前記基準翼角から前記翼角低減量を減算した値に、更に、前記翼角補正量を適用した値を算出する
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の翼角演算装置。

【請求項5】

前記船舶の目標とする船速である目標船速の入力を受け付ける目標船速入力部と、
入力された前記目標船速から所定範囲内の船速である複数の仮目標船速を特定する仮目標船速特定部と、
前記翼角を前記基準翼角とした場合に前記仮目標船速に到達するために必要な前記主機関の回転数である仮回転数と、当該仮回転数と前記電力供給量とに基づいて算出される仮翼角低減量と、が適用された場合に到達可能と想定される想定船速を、複数の前記仮目標船速ごとに算出する想定船速演算部と、
複数の前記想定船速のうち、前記目標船速に最も近い想定船速が得られる前記仮回転数を特定する目標条件特定部と、
を備える請求項１から請求項４の何れか一項に記載の翼角演算装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５の何れか一項に記載の翼角演算装置と、
前記可変ピッチプロペラの翼角を、前記翼角演算部が算出した値に制御する翼角制御部と、
を備える翼角制御システム。

【請求項7】

請求項６に記載の翼角制御システムと、
前記可変ピッチプロペラと、
前記主軸発電装置と、を備える船舶。

【請求項8】

翼角が可変とされた可変ピッチプロペラと、主機関の出力の一部を利用して電力供給を行う主軸発電装置と、を備える船舶の前記可変ピッチプロペラの制御方法であって、
前記主軸発電装置の電力供給量と、前記主機関の回転数と、に基づいて、翼角低減量を算出するステップと、
前記可変ピッチプロペラの翼角を、前記主機関において所定以上の出力効率が得られる翼角として予め規定された基準翼角から、算出した前記翼角低減量を減算し、得られた値に制御するステップと、
を有する翼角制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、翼角演算装置、翼角制御システム、船舶及び翼角制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

翼角が可変とされた可変ピッチプロペラを備える船舶では、船速に応じて設定された推進用主機関（以下、単に主機関と記載する）の回転数に合わせて、自動的に可変ピッチプロペラの翼角を変化させるコンビネータ制御を用いる場合がある。このようにすることで、船速に応じて主機関が適切な負荷領域で作動するように制御することができ、燃費の向上を図ることができる。
このような可変ピッチプロペラについては、様々な制御方法が提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献４参照）。

【0003】

一方、主機関の出力の一部を船内設備等への電力供給に利用する主軸発電装置を備える船舶が開発されている。主軸発電装置は、主機関から得られる動力に基づいて発電し、生成された電力を船内設備等に送電する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭５８−０２０５９２号公報

【特許文献2】特開昭５９−００８５９０号公報

【特許文献3】特開２０１０−１３２１６１号公報

【特許文献4】特開２０１０−１０５４３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の主軸発電装置を備える船舶の場合、主機関は、推進に要する出力の他、電力供給に利用する出力を更に生成する必要があり、その分だけ主機関の負荷が上昇する。そうすると、主機関が適切な負荷領域を超え、過負荷な状態で作動し得る。

【0006】

本発明の目的は、主軸発電装置が要求される電力供給量を発電した場合であっても、主機関を適切な負荷領域で作動させることができる翼角演算装置、翼角制御システム、船舶及び翼角制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、翼角が可変とされた可変ピッチプロペラと、主機関の出力の一部を利用して電力供給を行う主軸発電装置と、を備える船舶の前記可変ピッチプロペラの制御に用いられる翼角演算装置であって、前記主軸発電装置の電力供給量と、前記主機関の回転数と、に基づいて、翼角低減量を算出する翼角低減量演算部と、前記主機関において所定以上の出力効率が得られる翼角として予め規定された基準翼角から、前記翼角低減量演算部が算出した前記翼角低減量を減算する翼角演算部と、を備える翼角演算装置である。

【0008】

また、本発明の一態様は、上述の翼角演算装置において、前記翼角低減量演算部が、前記電力供給量と、前記翼角低減量と、が正の相関関係を有するように規定された関数を用いて、前記該翼角低減量を算出する。

【0009】

また、本発明の一態様は、上述の翼角演算装置において、前記翼角低減量演算部が、前記主機関の出力のうち前記可変ピッチプロペラの翼角が前記基準翼角であった場合に前記船舶の推進に消費される出力から、前記主軸発電装置が利用する前記主機関の出力の一部に相当する出力が低減される前記翼角低減量を算出する。

【0010】

また、本発明の一態様は、上述の翼角演算装置において、前記基準翼角から前記翼角低減量が減算された翼角を適用して得られた前記主機関の出力の観測値と、前記主機関に対する負荷が過負荷となる出力と主機回転数との相関関係を規定する規定曲線と、の偏差に基づく翼角補正量を算出する補正量演算部をさらに備え、前記翼角演算部は、前記基準翼角から前記翼角低減量を減算した値に、更に、前記翼角補正量を適用した値を算出する。

【0011】

また、本発明の一態様は、上述の翼角演算装置において、前記船舶の目標とする船速である目標船速の入力を受け付ける目標船速入力部と、入力された前記目標船速から所定範囲内の船速である複数の仮目標船速を特定する仮目標船速特定部と、前記翼角を前記基準翼角とした場合に前記仮目標船速に到達するために必要な前記主機関の回転数である仮回転数と、当該仮回転数と前記電力供給量とに基づいて算出される仮翼角低減量と、が適用された場合に到達可能と想定される想定船速を、複数の前記仮目標船速ごとに算出する想定船速演算部と、複数の前記想定船速のうち、前記目標船速に最も近い想定船速が得られる前記仮回転数を特定する目標条件特定部と、を備える。

【0012】

また、本発明の一態様は、上述の翼角演算装置と、前記可変ピッチプロペラの翼角を、前記翼角演算部が算出した値に制御する翼角制御部と、を備える翼角制御システムである。

【0013】

また、本発明の一態様は、上述の翼角制御システムと、前記可変ピッチプロペラと、前記主軸発電装置と、を備える船舶である。

【0014】

また、本発明の一態様は、翼角が可変とされた可変ピッチプロペラと、主機関の出力の一部を利用して電力供給を行う主軸発電装置と、を備える船舶の前記可変ピッチプロペラの制御方法であって、前記主軸発電装置の電力供給量と、前記主機関の回転数と、に基づいて、翼角低減量を算出するステップと、前記可変ピッチプロペラの翼角を、前記主機関において所定以上の出力効率が得られる翼角として予め規定された基準翼角から、算出した前記翼角低減量を減算し、得られた値に制御するステップと、を有する翼角制御方法である。

【発明の効果】

【0015】

上述の翼角演算装置、翼角制御システム、船舶及び翼角制御方法によれば、主軸発電装置が要求される電力供給量を発電した場合であっても、主機関を適切な負荷領域で作動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１の実施形態に係る船舶の機能構成を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る翼角低減量演算部の機能を説明する第１の図である。

【図3】第１の実施形態に係る翼角低減量演算部の機能を説明する第２の図である。

【図4】第１の実施形態に係る翼角低減量演算部の機能を説明する第３の図である。

【図5】第１の実施形態の変形例に係る翼角低減量演算部の機能を説明する図である。

【図6】第２の実施形態に係る船舶の機能構成を示す図である。

【図7】第２の実施形態に係る補正量演算部の機能を説明する図である。

【図8】第３の実施形態に係る船舶の機能構成を示す図である。

【図9】第３の実施形態に係る目標条件提示部の機能構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係る翼角制御システムについて、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。

【0018】

図１は、第１の実施形態に係る船舶の機能構成を示す図である。
図１に示すように、船舶１は、翼角制御システム１０と、可変ピッチプロペラ２０と、主機関３０と、主軸発電装置４０と、ハンドル５０と、主配電盤６０と、を備えている。

【0019】

翼角制御システム１０は、可変ピッチプロペラ２０のピッチ角（翼角）を船舶１の運転状態に合わせて適切に変化させる。具体的には、翼角制御システム１０は、可変ピッチプロペラ２０に適用すべき翼角（翼角θ）を示す翼角指令を出力する。

【0020】

可変ピッチプロペラ２０は、翼角θが可変とされたプロペラである。可変ピッチプロペラ２０の翼角θは、翼角制御システム１０から受け付ける翼角指令によって決定される。可変ピッチプロペラ２０が回転することによって推進力が生じ、これにより船舶１が推進する。

【0021】

主機関３０は、いわゆるエンジン等の燃焼機関、又は、電動機、蒸気タービン、原子炉タービンを動力とする機関であって、船舶１の動力源である。主機関３０は、ハンドル５０を通じて受け付けた主機回転数指令に従って、所定の回転数（主機回転数Ｎ）で回転することで出力（主機関馬力ＢＨＰ）を生成する。主機関３０が生成する出力は、主に可変ピッチプロペラ２０の回転に利用される。

【0022】

主軸発電装置４０は、主機関３０の出力の一部（軸発給電用出力Ｐｓｈａ）を利用して発電を行い、更に、周波数の最適化処理等を経て船内設備に向けた電力供給を行う。主軸発電装置４０は、船内において必要とされる電力（要求給電電力Ｐ）の入力を別途受け付けて、当該要求給電電力Ｐに応じた電力を発電する。これにより、主機関３０の総出力のうち、実際に船舶１の推進力に寄与する出力、即ち、可変ピッチプロペラ２０の回転に利用される出力は、当該総出力から軸発給電用出力Ｐｓｈａを差し引いた出力（推進用出力Ｐｐｒｏ）となる。

【0023】

ハンドル５０は、船舶１の操縦者の操作を受け付けるとともに、主機関３０に対し、当該操縦者の操作に応じた主機回転数指令と可変ピッチプロペラの翼角指令とを出力する。これにより、操縦者が所望する回転数で主機関３０が回転する。
主配電盤６０は、主軸発電装置４０が発電した供給電力を受け付けて、各種船内設備へ当該供給電力の分配を行う。

【0024】

次に、翼角制御システム１０の機能構成について詳細に説明する。
図１に示すように、翼角制御システム１０は、翼角演算装置１１と、翼角制御部１２と、を備えている。

【0025】

翼角演算装置１１は、主軸発電装置４０に入力される要求給電電力Ｐと、ハンドル５０を通じて主機関３０に入力される主機回転数指令に基づいて稼働している主機関３０の実際の回転数である主機実回転数（主機回転数Ｎ）と、を入力して、当該要求給電電力Ｐ及び主機回転数Ｎに基づいた適切な翼角θを算出する。
翼角制御部１２は、可変ピッチプロペラ２０に翼角指令を出力して、当該可変ピッチプロペラ２０の翼角θが、翼角演算装置１１の翼角演算部１１１が算出した翼角の設定値（設定翼角）となるように駆動制御する。

【0026】

以上のように、第１の実施形態においては、翼角演算装置１１が算出した設定翼角に基づいて、翼角制御部１２が自動で可変ピッチプロペラ２０の翼角を駆動制御する。
しかし、他の実施形態に係る船舶１は、このような態様に限られない。例えば、他の実施形態に係る翼角演算装置１１は、算出した設定翼角を、予め設置されたモニタ等を通じて操縦者に提示する態様であってもよい。この場合、操縦者は、当該モニタを通じて提示された設定翼角を参照しながら、手動で可変ピッチプロペラ２０の翼角θを調整する。

【0027】

また、図１に示すように、第１の実施形態に係る翼角演算装置１１は、翼角低減量演算部１１０と、翼角演算部１１１と、を備えている。
翼角低減量演算部１１０は、主軸発電装置４０の電力供給量（要求給電電力Ｐ）と、主機関３０の回転数（主機回転数Ｎ）と、に基づいて、翼角低減量δθを算出する。
翼角演算部１１１は、基準翼角θ＊から、翼角低減量演算部１１０が算出した翼角低減量δθを減算し、可変ピッチプロペラ２０の翼角θとして設定すべき設定翼角（θ＊−δθ）を算出する。

【0028】

図２〜図４は、それぞれ、第１の実施形態に係る翼角低減量演算部の機能を説明する第１の図〜第３の図である。
以下、翼角演算装置１１の翼角低減量演算部１１０の機能について、図２〜図４を参照しながら詳細に説明する。

【0029】

図２は、主機回転数Ｎ（ｍｉｎ^−１）に対する、翼角θ（ｄｅｇ）の関係を示すグラフである。また、図３は、主機回転数Ｎに対する、主機関３０の出力（主機関馬力ＢＨＰ）の相関関係を示すグラフである。

【0030】

ここで、主軸発電装置４０を備えない船舶の、始動時における可変ピッチプロペラ２０の翼角θと主機回転数Ｎとの種々の組み合わせが考えられる制御パターン中の一例について説明する。
主軸発電装置４０を備えない船舶に係る翼角制御システムは、図２に示すように、まず、一定の回転数Ｎｉを維持したまま可変ピッチプロペラ２０の翼角θを所定の翼角θ１まで上昇させる。翼角θが翼角θ１に到達すると（動作点Ｐ１）、上記翼角制御システムは、続いて、主機回転数Ｎの上昇に合わせて翼角θを上昇させる。その後、翼角θが所定の主機回転数Ｎｊにおいて基準翼角θ＊に達すると（動作点Ｐ２）、翼角制御システムは、以降の主機回転数Ｎ（＞Ｎｊ）に対し一定の基準翼角θ＊を維持する。基準翼角θ＊は、プロペラ効率が最も高くなるように設計されるのが一般的である。

【0031】

翼角θをこのように制御した場合における主機回転数Ｎと主機関馬力ＢＨＰとの関係は、動作点Ｐ１及び動作点Ｐ２を順に通るような軌跡をたどる（図３参照）。特に、主機関３０は、動作点Ｐ２以降において、舶用特性曲線Ｗに近い位置で動作する。この舶用特性曲線Ｗは、主機関３０にかかる負荷が一定である主機回転数Ｎと出力（主機関馬力ＢＨＰ）との相関関係のうち、出力効率（プロペラ効率）が最も高いとされる関係を示している。つまり、上記翼角制御システムは、動作点Ｐ２以降（主機回転数Ｎ≧Ｎｊの領域）において可変ピッチプロペラ２０の翼角θを所定の基準翼角θ＊に維持することで、主機関３０は、舶用特性曲線Ｗ付近で作動し、プロペラ効率（推進効率）の良い運転をすることになる。

【0032】

なお、図３において、主機関馬力ＢＨＰが舶用特性曲線Ｗよりも高い領域は、いわゆる過負荷領域として設定され、主機関３０に過大な負荷がかかるため、通常は、過負荷領域での動作は避けられる。しかしながら、本実施形態に係る船舶１の主機関３０は、推進に要する出力（推進用出力Ｐｐｒｏ）に加え、更に主軸発電装置４０に供給すべき出力（軸発給電用出力Ｐｓｈａ）を生成する必要がある。このような場合において、翼角制御システム１０が翼角θを上述の基準翼角θ＊に設定すると、主機関３０の動作点は、推進用出力Ｐｐｒｏの生成のみで舶用特性曲線Ｗ近傍に達するため、更に軸発給電用出力Ｐｓｈａを生成しようとすると、その分だけ舶用特性曲線Ｗを超え、過負荷状態に陥る。

【0033】

そこで、本実施形態に係る翼角制御システム１０は、主軸発電装置４０に要求される供給電力（要求給電電力Ｐ）を参照し、可変ピッチプロペラ２０の翼角θを、当該要求給電電力Ｐに対応する適切な量（翼角低減量δθ）だけ低減させる処理を行う。

【0034】

このような制御によれば、翼角制御システム１０は、動作点Ｐ１から動作点Ｐ２’（主機回転数Ｎｊ＝Ｎｊ’（＜Ｎｊ））に到達した段階で、翼角θを、基準翼角θ＊から翼角低減量δθ（δθ＞０）だけ減算した翼角θ２（＝θ＊−δθ）に維持する（図２参照）。そうすると、図３に示すように、主機関３０の動作点は、主機回転数Ｎ＞Ｎｊ’の領域において、舶用特性曲線Ｗよりも要求給電電力Ｐに対応する所定量（軸発給電用出力Ｐｓｈａ）だけ推進用出力Ｐｐｒｏが低減された位置になる。これにより、主機関３０の総出力（推進用出力Ｐｐｒｏ＋軸発給電用出力Ｐｓｈａ）が舶用特性曲線Ｗ近傍となり、過負荷領域内での作動を防ぐことが出来るとともに、電力供給量に応じて適切な量だけ減角するため、電力供給量に関係なく一律翼角を減角する場合よりもプロペラ効率の良い基準翼角に近い翼角で作動し、燃費の良い運転ができる。

【0035】

次に、図４を参照しながら、翼角低減量演算部１１０が上述の翼角低減量δθを算出する具体的な手段について説明する。
上述したように、翼角低減量δθは、推進用出力Ｐｐｒｏを、軸発給電用出力Ｐｓｈａに相当する分だけ低減させるために必要な翼角θの低減量を表している。即ち、翼角低減量演算部１１０は、主機関３０の出力のうち可変ピッチプロペラ２０の翼角θが基準翼角θ＊であった場合に船舶１の推進に消費される出力（推進用出力Ｐｐｒｏ）から、主軸発電装置４０が利用する主機関３０の出力の一部（軸発給電用出力Ｐｓｈａ）に相当する出力が低減される翼角低減量δθを算出する。より具体的には、翼角低減量演算部１１０は、主機回転数Ｎ及び軸発給電用出力Ｐｓｈａ（＝出力低減量δＢＨＰ）の関数として、δＢＨＰ＝Ｐｐｒｏ（θ＊，Ｎ）−Ｐｐｒｏ（θ＊−δθ，Ｎ）を満たすようなδθ（Ｎ，δＢＨＰ）を算出する。

【0036】

翼角低減量演算部１１０は、予め規定された関数δθ（Ｎ，δＢＨＰ）に、主機回転数Ｎ及び軸発供給量出力Ｐｓｈａを代入することで翼角低減量δθを算出する。
関数δθ（Ｎ，δＢＨＰ）は、事前実験等により、主機回転数Ｎと主機関馬力ＢＨＰとの相関関係を、複数の翼角θごとに予め評価しておくことで規定することができる。例えば、図４によれば、主機回転数Ｎ１においては、翼角θを基準翼角θ＊＝３０°からδθ＝３°だけ低減させることで軸発給電用出力Ｐｓｈａに相当する出力低減量δＢＨＰが得られ、また、主機回転数Ｎ２においては、翼角θをδθ＝２°だけ低減させることで軸発給電用出力Ｐｓｈａに相当する出力低減量δＢＨＰが得られることが分かる。
図４に示すような実験結果等に基づき、本実施形態に係る翼角低減量演算部１１０は、翼角低減量δθと、主機回転数Ｎ及び出力低減量δＢＨＰとの関係を式（１）に示すような一次式で対応付ける。

【0037】

【数1】

【0038】

ここで、係数ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２は、図４に示す翼角低減量δθと主機回転数Ｎ及び出力低減量δＢＨＰとの対応関係を、式（１）のような一次式に近似した場合に特定される係数である。翼角低減量演算部１１０は、ハンドル５０を通じた主機回転数指令（主機回転数Ｎ）及び船内に要求される要求給電電力Ｐを受け付け、式（１）の演算を行うことで、翼角低減量δθを算出する。

【0039】

なお、主軸発電装置４０が要求給電電力Ｐを発電するためには、主軸発電装置４０における動力から電力への変換効率などを考慮して、要求給電電力Ｐ以上の主機関馬力を必要とする。そこで、翼角低減量演算部１１０は、更に、主軸発電装置４０の変換効率等を考慮した関数（式（２））に基づいて、必要な出力低減量δＢＨＰを算出する。

【0040】

【数2】

【0041】

ここで、係数ｃ１、ｃ２は、船内に要求される電力（要求給電電力Ｐ）と、要求給電電力Ｐを発電するために必要な主機関３０の出力（出力低減量δＢＨＰ）と、の関係を一次式で近似した際に特定される係数である。

【0042】

翼角演算部１１１は、翼角低減量演算部１１０が式（１）に基づいて算出した翼角低減量δθと、予め規定された基準翼角θ＊と、を用いて翼角θ＝θ＊−δθの演算を行う。そして、翼角演算部１１１は、算出された翼角θ＝θ＊−δθを翼角制御部１２に出力する。これにより、翼角制御部１２から可変ピッチプロペラ２０に向けて、翼角θを設定翼角（θ＊−δθ）とする翼角指令がなされる。

【0043】

以上のように、第１の実施形態に係る翼角制御システム１０は、主軸発電装置４０の電力供給量と、主機関３０の回転数と、に基づいて特定される適切な翼角低減量δθを算出し、基準翼角θ＊から翼角低減量δθだけ低減された翼角で運転を行う。
このようにすることで、推進用出力Ｐｐｒｏが翼角低減量δθに応じた所定量（δＢＨＰ）だけ低減され、当該所定量に相当する軸発給電用出力Ｐｓｈａが加味される結果、最終的に、主機関３０の総出力が舶用特定曲線Ｗ近傍となる。したがって、主機関３０は、主軸発電装置４０に必要な出力（軸発給電用出力Ｐｓｈａ）を供給しながらも、出力効率（プロペラ効率）の高い動作点で動作することができる。

【0044】

このように、第１の実施形態に係る翼角演算装置によれば、主軸発電装置が要求される電力供給量を発電した場合であっても、主機関を適切な負荷領域で作動させることができる。また、電力供給量に応じて適切な量だけ減角するため、電力供給量に関係なく一律翼角を減角する場合よりもプロペラ効率の良い基準翼角に近い翼角で作動するため燃費の良い運転ができる。

【0045】

以上、第１の実施形態に係る翼角制御システム１０について詳細に説明したが、翼角制御システム１０の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。

【0046】

例えば、第１の実施形態に係る翼角演算装置１１では、プロペラ効率の良い基準翼角θ＊からの翼角減角量δθを演算（式（１）参照）して可変ピッチプロペラ２０に翼角指令を出すものとして説明した。
一方、第１の実施形態の変形例として、基準翼角θ＊よりも低い翼角を仮の基準翼角θ＊’（＜θ＊）に設定し、軸発給電用出力Ｐｓｈaに応じた「翼角増加量δθ’」を演算して可変ピッチプロペラ２０に翼角指令として加えるという方法を用いてもよい。

【0047】

その具体的な方法としては、まず、軸発給電用出力Ｐｓｈaが最大電力になったとしても主機関３０の動作点が舶用特性曲線Ｗを超えることがない翼角を仮の基準翼角θ＊’として設定する。ここで、例えば、図４において、仮の基準翼角θ＊’を２５°と設定した場合、２５°から翼角θをδθ’＝１°上げることで軸発給電用出力Ｐｓｈaに相当する出力増加量δＢＨＰ’を得ることができる。このような翼角増加量δθ’は、第１の実施形態において翼角減角量δθの演算式（式（１））を規定したのと同様に、主機回転数Ｎと出力増加量δＢＨＰ’の関数δθ’（Ｎ、δＢＨＰ’）として求めることができる。

【0048】

図５は、第１の実施形態の変形例に係る翼角低減量演算部の機能を説明する図である。
当該変形例においては、図５に示すように、主機関３０が、ある主機回転数Ｎと仮の基準翼角θ＊’とで動作した場合（動作点Ｐ２以降）において、更に、主軸発電装置４０が軸発給電用出力の最大値Ｐｓｈa＿ｍａｘを供給したとしても、主機関３０は、舶用特性曲線Ｗよりも低い動作点で作動することになる。この動作点は観測することが可能であり、それにより舶用特性曲線Ｗとの差を算定することができる。
この差を埋めるために、本変形例に係る翼角低減量演算部１１０は、上述した関数（本変形例において式（１）に相当する関数）で求めた翼角増加量δθ’だけ可変ピッチプロペラ２０の翼角を上げる。このようにすることで、電力供給量に応じてプロペラ効率の良い実際の基準翼角θ＊に近い翼角で作動するため、燃費の良い運転ができる。

【0049】

また、例えば、第１の実施形態に係る翼角低減量演算部１１０においては、事前に取得された情報であって、主機回転数Ｎと主機関馬力ＢＨＰとの相関関係を複数の翼角θごとに評価した結果（図４参照）に基づいて、関数δθ（Ｎ，δＢＨＰ）（式（１））が規定されるものとして説明した。しかし、主機回転数Ｎ、主機関馬力ＢＨＰ及び翼角θの各々の関係は、対象とする船舶の仕様、喫水や積荷積載量等によって変動し得る。そこで、第１の実施形態では、対象とする船舶の仕様や想定される喫水、積荷の種々の条件に概ね当てはまるような代表的な関数（式（１））を一つ規定するものとしている。

【0050】

一方、他の実施形態に係る翼角低減量演算部１１０は、適用される船舶の仕様、又は、喫水や積荷積載量等の条件に対応して最適化された複数の関数δθ（Ｎ，δＢＨＰ）が予め規定されたものであってもよい。この場合、翼角低減量演算部１１０は、予め用意された複数の関数δθ（Ｎ，δＢＨＰ）のうち、現時点の運行条件（喫水、積荷の積載量等）に対応する関数δθ（Ｎ，δＢＨＰ）を選択して、翼角低減量δθを算出する。このようにすることで、船舶の運転状態に応じて最適化された翼角低減量δθが算出されるため、より精度良く舶用特性曲線Ｗ近傍で動作させることができる。

【0051】

また、第１の実施形態に係る翼角低減量演算部１１０は、翼角低減量δθを、主機回転数Ｎ、主機関馬力ＢＨＰ及び翼角低減量δθの関係を規定した一次関数（式（１））を用いるものとして説明したが、他の実施形態においてはこのような態様に限定されない。
例えば、他の実施形態に係る翼角低減量演算部１１０は、主機回転数Ｎ、主機関馬力ＢＨＰ及び翼角低減量δθの関係をより正確に近似可能なｎ次関数（ｎ＝２，３，・・・）、又は、指数関数及びそれらに類する関数が規定されたものであっても構わない。
即ち、翼角低減量演算部１１０は、主軸発電装置の電力供給量（要求給電電力Ｐ）と、翼角低減量δθと、が正の相関関係を有する（要求給電電力Ｐが増加するほど翼角低減量δθも増加する）ように規定された関数、又は、事前に検討された定数を収めたテーブルやそれに類する値を用いて、翼角低減量δθを算出するものであればよい。

【0052】

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係る翼角制御システムについて、図６〜図７を参照しながら詳細に説明する。

【0053】

図６は、第２の実施形態に係る船舶の機能構成を示す図である。
図６に示すように、第２の実施形態に係る翼角演算装置１１は、更に、補正量演算部１１２を備えている。
補正量演算部１１２は、基準翼角θ＊から翼角低減量δθが減算された翼角θを適用して得られた主機関３０の出力の観測値と、主機関３０に対する負荷が過負荷となる出力（主機関馬力ＢＨＰ）と主機回転数Ｎとの相関関係を規定する規定曲線との偏差に基づく翼角補正量δθ’を算出する。
なお、本実施形態においては、主機関３０に対する負荷が過負荷となる出力と主機回転数Ｎとの相関関係を規定する規定曲線として、予め規定されたＡＬＣ設定ラインＡ（図７参照）を用いる例を説明する。

【0054】

図７は、第２の実施形態に係る補正量演算部の機能を説明する図である。
図７に示すＡＬＣ（Automatic Load Control）設定ラインＡは、翼角制御システム１０において可変ピッチプロペラ２０の翼角θの制御に用いられる規定曲線である。具体的には、翼角制御システム１０は、主機関３０の実際の動作点（主機動作点観測値Ｑ）を常時観測し、これが予め規定されたＡＬＣ設定ラインＡを超えた場合に、強制的に翼角θを低減する制御を行う。このようにすることで、主機関３０に過大な負荷が印加されることを抑制し、主機関３０の故障や劣化を防止することができる。

【0055】

本実施形態に係る翼角演算装置１１は、翼角低減量δθが適用された翼角θ（＝θ＊−δθ）で運行を行っている場合において実際に生じている主機関馬力ＢＨＰ及び主機回転数Ｎの観測値（主機動作点観測値Ｑ）を取得する。
ここで、翼角低減量演算部１１０及び翼角演算部１１１が算出した翼角θ（＝θ＊−δθ）は、主軸発電装置４０の電力供給量を考慮した上で、理論上、主機関３０の動作点が舶用特性曲線Ｗ近傍となる翼角である。しかしながら、実際の主機関３０の動作点は、式（１）の近似の誤差に加え、海流、波や潮汐等の外乱に起因して、理想とする動作点からずれたものとなる。

【0056】

そこで、本実施形態に係る補正量演算部１１２は、観測された実際の動作点（主機動作点観測値Ｑ）に基づいて、主機関３０の動作点がより理想的な動作点に近づくような翼角補正量δθ’を算出する。
具体的には、補正量演算部１１２は、現時点における主機関３０の実際の動作点（主機動作点観測値Ｑ）と、ＡＬＣ設定ラインＡとの偏差αを取得し、当該偏差αが予め規定された目標偏差α０よりも大きい場合には、当該偏差αが減少するように翼角θを増加させる翼角補正量δθ’（＞０）を算出する。また、偏差αが予め規定された目標偏差α０よりも小さい場合には、当該偏差αが増加するように翼角θを低減させる翼角補正量−δθ’（＜０）を算出する。ここで、目標偏差α０は、予め規定されるＡＬＣ設定ラインＡと、高い出力効率が得られる舶用特性曲線Ｗとの偏差を示す規定値である。

【0057】

翼角演算部１１１は、翼角低減量演算部１１０によって算出された翼角低減量δθに加え、更に、補正量演算部１１２によって算出された翼角補正量δθ’を適用した翼角θ（＝θ＊−δθ±δθ’）を算出する。
翼角θに上記のような翼角補正量δθ’が適用されることで、主機関３０の動作点が、外乱によらず舶用特性曲線Ｗの近傍に近い位置に補正されるため、より高い出力効率で動作することができる。

【0058】

なお、第２の実施形態に係る翼角制御システム１０の具体的な態様も、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
例えば、第２の実施形態に係る補正量演算部１１２は、主機関３０の保護の目的で規定されたＡＬＣ設定ラインＡを参照しながら翼角補正量δθ’を算出するものとして説明した。一方、他の実施形態に係る補正量演算部１１２は、主機関３０の負荷が過負荷となる出力（主機関馬力ＢＨＰ）と主機回転数Ｎとの相関関係を規定する規定曲線として、舶用特性曲線Ｗを予め記憶しておき、主機動作点観測値Ｑと舶用特性曲線Ｗとの偏差に基づいて、翼角補正量δθ’を算出するものとしてもよい。

【0059】

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態に係る翼角制御システムについて、図８〜図９を参照しながら詳細に説明する。

【0060】

図８は、第３の実施形態に係る船舶の機能構成を示す図である。
図８に示すように、第３の実施形態に係る翼角演算装置１１は、更に、目標条件提示部１１３を備えている。
目標条件提示部１１３は、船舶１の目標とする船速（目標船速Ｋｎｔ）の入力を受け付けて、翼角低減量演算部１１０及び翼角演算部１１１に基づいて算出された翼角θ（＝θ＊−δθ）が適用された場合においても、入力された目標船速Ｋｎｔに到達可能な運転の目標条件を、別途設けられた目標条件モニタ５１を通じて提示する。

【0061】

図９は、第３の実施形態に係る目標条件提示部の機能構成を示す図である。
図９に示すように、目標条件提示部１１３は、目標船速入力部１１３０と、仮目標船速特定部１１３１と、想定船速演算部１１３２と、目標条件特定部１１３３と、を備えている。

【0062】

目標船速入力部１１３０は、目標船速Ｋｎｔの入力を受け付ける。
仮目標船速特定部１１３１は、入力された目標船速Ｋｎｔ近傍の値であって、当該目標船速Ｋｎｔから所定範囲内の船速である複数の仮目標船速Ｋｎｘ１、Ｋｎｘ２、Ｋｎｘ３、・・・を特定する。例えば、目標船速入力部１１３０が、船舶１の目標船速Ｋｎｔとして“２０ノット”を受け付けた場合、仮目標船速特定部１１３１は、複数の仮目標船速Ｋｎｘ１、Ｋｎｘ２、Ｋｎｘ３、・・・として、“１８ノット”、“１９ノット”、“２０ノット”、“２１ノット”、“２２ノット”を特定する。

【0063】

また、想定船速演算部１１３２は、仮目標船速特定部１１３１が特定した仮目標船速Ｋｎｘ１、Ｋｎｘ２、・・・の各々で走行しようとした場合に、実際に到達可能と想定される想定船速Ｋｎｓ１、Ｋｎｓ２、・・・を算出する。

【0064】

具体的には、想定船速演算部１１３２は、まず、翼角θを基準翼角θ＊と設定した場合に仮目標船速Ｋｎｘ１、Ｋｎｘ２、Ｋｎｘ３、・・・の各々に到達するために必要な主機関３０の回転数である仮回転数Ｎｘ１、Ｎｘ２、Ｎｘ３、・・・を特定する。そして、想定船速演算部１１３２は、仮回転数Ｎｘ１、Ｎｘ２、Ｎｘ３、・・・と、主軸発電装置４０の要求給電電力Ｐとに基づいて算出される仮翼角低減量δθｘ１、δθｘ２、δθｘ３、・・・を、翼角低減量演算部１１０が保持する関数（式（１）、式（２））と同じ関数を用いて算出する。
更に、想定船速演算部１１３２は、仮回転数Ｎｘ１、Ｎｘ２、Ｎｘ３、・・・と、仮翼角低減量δθｘ１、δθｘ２、δθｘ３、・・・だけ低減された翼角θ（θ＊−δθｘ１、θ＊−δθｘ２、・・・）と、がそれぞれ適用された主機関３０の動作により実際に到達可能と想定される想定船速Ｋｎｓ１、Ｋｎｓ２、・・・を特定する。

【0065】

ここで、想定船速演算部１１３２は、事前実験等によって得られた結果に基づいて、船速Ｋｎと、主機回転数Ｎと、翼角θと、の相関関係が規定された情報テーブルを予め保持している。
想定船速演算部１１３２は、この情報テーブルを参照することで、仮目標船速Ｋｎｘ１、Ｋｎｘ２、・・・の各々に到達するために必要な仮回転数Ｎｘ１、Ｎｘ２、・・・を特定する。また、想定船速演算部１１３２は、同情報テーブルを参照することで、仮回転数Ｎｘ１、Ｎｘ２、・・・の各々と、翼角低減後の各翼角θ（θ＊−δθｘ１、θ＊−δθｘ２、・・・）の各々と、が適用された主機関３０の動作により到達可能と想定される想定船速Ｋｎｓ１、Ｋｎｓ２、・・・を特定することができる。

【0066】

目標条件特定部１１３３は、複数の想定船速Ｋｎｓ１、Ｋｎｓ２、・・・のうち、目標船速Ｋｎｔに最も近い想定船速が得られる仮回転数（仮回転数Ｎｘｔ）を特定する。そして、目標条件特定部１１３３は、特定した仮回転数Ｎｘｔを目標条件モニタ５１（図８）に出力する。

【0067】

以上のような翼角演算装置１１０によれば、船舶１の操縦者は、目標とする船速に到達可能な主機回転数、即ち、目標条件提示部１１３によって特定された仮回転数Ｎｘｔを、目標条件モニタ５１を通じて常時把握することができる。したがって、操縦者は、ハンドル５０を通じて、主機関３０の主機回転数Ｎが、ガイダンスとして提示された主機回転数に一致するように操作するだけで、目標とする船速に到達させることができる。
ここで、第１の実施形態（又は第２の実施形態）の場合、翼角制御システム１０による翼角低減処理のため、実際に到達可能な船速を正確に把握することができない。したがって、操縦者は、実際に観測される船速を確認しながら、これを目標船速に一致させるような調整操作を要する。これに対し、第３の実施形態では、操縦者は、目標船速に到達するための指針となる主機回転数Ｎを把握しながら操縦を行うことが可能となり、精度良く目標船速に到達させることができるとともに、操縦者の負担を軽減させることができる。

【0068】

なお、第３の実施形態に係る翼角制御システム１０は、目標船速に到達可能な主機回転数（仮回転数Ｎｘｔ）を操縦者に提示する態様で説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。例えば、他の実施形態に係る翼角制御システム１０は、特定した仮回転数Ｎｘｔに基づいて、主機回転数Ｎを直接制御する機構を更に有していてもよい。

【0069】

また、上述の各実施形態においては、翼角演算装置１１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各手順を行うものとしている。ここで、上述した翼角演算装置１１の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
また、翼角演算装置１１の各機能が、ネットワークで接続される複数の装置に渡って具備される態様であってもよい。

【0070】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

【符号の説明】

【0071】

１ 船舶
１０ 翼角制御システム
１１ 翼角演算装置
１１０ 翼角低減量演算部
１１１ 翼角演算部
１１２ 補正量演算部
１１３ 目標条件提示部
１１３０ 目標船速入力部
１１３１ 仮目標船速特定部
１１３２ 想定船速演算部
１１３３ 目標条件特定部
１２ 翼角制御部
２０ 可変ピッチプロペラ
３０ 主機関
４０ 主軸発電装置
５０ ハンドル
６０ 主配電盤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】