特許 6263089 船舶の推進システム

(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】6263089

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】船舶の推進システム

(51)【国際特許分類】

   B63H 21/20 20060101AFI20180104BHJP

   B63H 21/14 20060101ALI20180104BHJP

   B63H 21/17 20060101ALI20180104BHJP

   B63H 21/21 20060101ALI20180104BHJP

   B63J 3/02 20060101ALI20180104BHJP

【ＦＩ】

   B63H21/20

   B63H21/14

   B63H21/17

   B63H21/21

   B63J3/02 A

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-112989(P2014-112989)

(22)【出願日】2014年5月30日

(65)【公開番号】特開2015-227110(P2015-227110A)

(43)【公開日】2015年12月17日

【審査請求日】2017年4月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】江崎 秀明

(72)【発明者】

【氏名】浜松 正典

(72)【発明者】

【氏名】阪東 聡一郎

(72)【発明者】

【氏名】檜野 武憲

(72)【発明者】

【氏名】久次米 泰典

(72)【発明者】

【氏名】原田 芳輝

【審査官】 川村 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４１１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３５０４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６３Ｈ ２１／１４

Ｂ６３Ｈ ２１／１７

Ｂ６３Ｈ ２１／２０

Ｂ６３Ｈ ２１／２１

Ｂ６３Ｊ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主機と、主発電機と、電動発電機と、船内母線と、プロペラとを有し、前記プロペラは前記主機と前記電動発電機に動力伝達可能に接続され、前記船内母線は前記主発電機と前記電動発電機に電気的に接続されている船舶の推進システムであって、
前記主機の回転数を主機回転数指令値に近づけるように、前記主機の燃料供給量指令値を演算する回転数制御器と、
前記燃料供給量指令値にしたがって燃料を前記主機に供給する燃料供給器と、
前記燃料供給量指令値の増加時には発電電力が減少または電動電力が増加し、前記燃料供給量指令値の減少時には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、前記電動発電機の電力補正指令値を演算する電力補正器と、
前記電力補正指令値にしたがって前記電動発電機を制御する電動発電機制御器と、
を備える、船舶の推進システム。

【請求項2】

前記船舶の推力需要及び前記船舶の電力需要と前記主機の推力供給能力及び前記主発電機の電力供給能力とをそれぞれ比較し、電力と推力の過不足を調整するように、前記電動発電機が電動または発電する電力配分指令値を演算する電力管理器を更に備え、
前記電動発電機制御器は、前記電力補正指令値と前記電力配分指令値とを加算して電力指令値を算出し、前記電力指令値にしたがって前記電動発電機を制御する、請求項１に記載の船舶の推進システム。

【請求項3】

前記燃料供給量指令値を入力値とする第１ハイパスフィルタを有し、
前記電力補正器は、前記第１ハイパスフィルタの出力値が正の場合には発電電力が減少または電動電力が増加し、負の場合には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、前記電動発電機の電力補正指令値を演算する、請求項１又は２に記載の船舶の推進システム。

【請求項4】

前記燃料供給量指令値を入力値とする第１ハイパスフィルタと、前記主機回転数指令値を入力値とする第２ハイパスフィルタを有し、
前記電力補正器は、前記第１ハイパスフィルタの出力値が正の場合には発電電力が減少または電動電力が増加し、負の場合には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、前記電動発電機の第１電力補正指令値を演算し、
前記第２ハイパスフィルタの出力値が正の場合には発電電力が減少または電動電力が増加し、負の場合には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、前記電動発電機の第２電力補正指令値を演算し、
前記第１電力補正指令値と前記第２電力補正指令値の加算値を電力補正指令値とする、請求項１又は２に記載の船舶の推進システム。

【請求項5】

前記燃料供給量指令値を入力値とするローパスフィルタを有し、
前記燃料供給器は、前記ローパスフィルタの出力値にしたがって燃料を主機に供給することを特徴とする、請求項１に記載の船舶の推進システム。

【請求項6】

前記船内母線または前記船内母線と前記電動発電機との間の電路に電力貯蔵装置が接続され、前記電力補正指令値が発電を表す場合は充電し、電動を表す場合は放電するように制御する電力貯蔵装置制御器を更に有することを特徴とする、請求項１に記載の船舶の推進システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、船舶の推進システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、原油価格の高騰や地球温暖化の観点から船舶の燃料費の削減要求が一層高まっている。非特許文献１には、船舶の推進システムにおいて、回転数制御よりもフューエルインデックス制御(燃料供給量を一定とする制御)または出力制御(主機出力を一定とする制御)の方が低燃費であることが開示されている。すなわち、主機の回転数の変動を多少許容しても、燃料供給量または出力を一定とした方が低燃費となる。

【0003】

最近、燃費削減効果の高いハイブリッド式の船舶推進システムが注目されている。この船舶推進システムは、動力源としてディーゼルエンジン等を含む主機と、電動発電機を備える。特許文献１には、主機とプロペラを接続する軸の歪み量または回転数にしたがって、電動発電機の電力を制御することにより、回転数制御を行いながら主機の負荷変動を抑制する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−０５２７０４号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】“ＣＯ２削減を目指した舶用ディーゼルエンジン主機の新制御システムの開発”，三井造船技報，Ｎｏ．２０３，２０１１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、非特許文献１には、荒天時には過速度防止のために回転数制御を使用することが必要であることも示されている。従って、主機の燃費削減には回転数制御と燃料供給量の平準化との両立が望まれている。

【0007】

一方、特許文献１の技術においては以下の問題がある。すなわち、歪み量を用いる場合には、歪み量は主機の出力トルク、プロペラ負荷トルク、電動発電機のトルクの影響を受ける。例えば電動発電機がパワマネジメント制御によって変動した場合にも歪み量は変動するため、無用な電動発電機の電力制御が行われることになる。また、回転数を用いる場合には、回転数は主機の回転数制御の影響を受ける。主機の回転数制御の応答性が優れている場合、回転数の変化は検出されにくくなり、結果として電動発電機の電力を調整することも困難となる。

【0008】

つまり、歪み量を利用する場合は主機の出力変動を正確に反映した制御が困難であり、回転数を利用する場合は回転数制御によって電動発電機の電力制御が阻害される問題があった。

【0009】

そこで、本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ハイブリッド式の船舶推進システムにおいて回転数制御と燃料供給量の平準化との両立を図り、低燃費を実現することを第１の目的とする。

【0010】

また、回転数制御と電力制御の両立を図ることを第２の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の課題を解決するために、本発明のある態様に係る船舶の推進システムは、主機（推進用主機）と、主発電機と、電動発電機と、船内母線と、プロペラとを有し、前記プロペラは前記主機と前記電動発電機に動力伝達可能に接続され、前記船内母線は前記主発電機と前記電動発電機に電気的に接続されている船舶の推進システムであって、前記主機の回転数を主機回転数指令値に近づけるように、前記主機の燃料供給量指令値を演算する回転数制御器と、前記燃料供給量指令値にしたがって燃料を前記主機に供給する燃料供給器と、前記燃料供給量指令値の増加時には発電電力が減少または電動電力が増加し、前記燃料供給量指令値の減少時には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、前記電動発電機の電力補正指令値を演算する電力補正器と、前記電力補正指令値にしたがって前記電動発電機を制御する電動発電機制御器と、を備える。

【0012】

上記構成により、燃料供給量指令値の増加時又は減少時に電動発電機によって主機の負荷が減少又は増加するので、回転数が主機回転数指令値により近づき、燃料供給量の変化が小さくなって、燃費が改善する。燃料供給量指令値を用いるため、パワマネジメント制御の影響を受けることもなく、且つ主機の回転数制御の応答性が良くても問題なく適用できる。

【0013】

前記船舶の推力需要及び前記船舶の電力需要と前記主機の推力供給能力及び前記主発電機の電力供給能力とをそれぞれ比較し、電力と推力の過不足を調整するように、前記電動発電機が電動または発電する電力配分指令値を演算する電力管理器を更に備え、
前記電動発電機制御器は、前記電力補正指令値と前記電力配分指令値とを加算して電力指令値を算出し、前記電力指令値にしたがって前記電動発電機を制御してもよい。

【0014】

上記構成により、船舶のパワマネジメント制御との両立を図ることができる。

【0015】

前記燃料供給量指令値を入力値とする第１ハイパスフィルタを有し、前記電力補正器は、前記第１ハイパスフィルタの出力値が正の場合には発電電力が減少または電動電力が増加し、負の場合には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、前記電動発電機の電力補正指令値を演算してもよい。

【0016】

上記構成により、燃料供給量指令値の変動成分のみを抽出し、電動発電機の制御を好適に実現することができる。また、燃料供給量指令値の変動成分のみを抽出できるような演算手法であれば、その他のフィルタでもよい。

【0017】

前記燃料供給量指令値を入力値とする第１ハイパスフィルタと、前記主機回転数指令値を入力値とする第２ハイパスフィルタを有し、前記電力補正器は、前記第１ハイパスフィルタの出力値が正の場合には発電電力が減少または電動電力が増加し、負の場合には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、前記電動発電機の第１電力補正指令値を演算し、前記第２ハイパスフィルタの出力値が正の場合には発電電力が減少または電動電力が増加し、負の場合には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、前記電動発電機の第２電力補正指令値を演算し、前記第１電力補正指令値と前記第２電力補正指令値の加算値を電力補正指令値としてもよい。

【0018】

上記構成により、主機回転数指令値の増加時または減少時に電動発電機によって主機の負荷を減少又は増加させるので、回転数が主機回転数指令値により近づき、燃料供給量の変化が小さくなって、燃費がさらに向上する。また、主機回転数指令値の変動成分のみを抽出できるような演算手法であれば、その他のフィルタでもよい。

【0019】

前記燃料供給量指令値を入力値とするローパスフィルタを有し、前記燃料供給器は、前記ローパスフィルタの出力値にしたがって燃料を主機に供給してもよい。

【0020】

上記構成により、ローパスフィルタによって、主機の燃料供給量の変化をさらに小さくすることができるので、燃料供給量をより一定に近づけることができる。また、燃料供給量指令値の低周波成分のみを抽出できるような演算手法であれば、その他のフィルタでもよい。

【0021】

前記船内母線または前記船内母線と前記電動発電機との間の電路に電力貯蔵装置が接続され、前記電力補正指令値が発電を表す場合は充電し、電動を表す場合は放電するように制御する電力貯蔵装置制御器を更に有してもよい。

【0022】

上記構成により、電動発電機の電力補正指令値に沿って電力貯蔵装置の充放電を行うので、系統の周波数・電圧変動を抑制することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、ハイブリッド式の船舶推進システムにおいて回転数制御と燃料供給量の平準化との両立を図り、低燃費を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１実施形態に係る船舶推進システムのハードウェア構成を示すブロック図である。

【図2】図１の船舶推進システムの制御系のブロック図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る船舶推進システムの制御系のブロック図である。

【図4】本発明の第３実施形態に係る船舶推進システムの制御系のブロック図である。

【図5】本発明の第４実施形態に係る船舶推進システムの制御系のブロック図である。

【図6】本発明の第５実施形態に係る船舶推進システムの制御系のブロック図である。

【図7】本発明の第６実施形態に係る船舶推進システムの制御系のブロック図である。

【図8】プロペラ負荷の変動に対する各指令値の時間変化を模式的に示すグラフである。

【図9】本発明の第７実施形態に係る船舶推進システムの制御系のブロック図である。

【図10】本発明の第８実施形態に係る船舶推進システムのハードウェア構成を示すブロック図である。

【図11】本発明の第９実施形態に係る船舶推進システムのハードウェア構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

【0026】

（第１実施形態）
［構成］
図１は、本発明の実施形態に係る船舶推進システム１００のハードウェア構成を示すブロック図である。図１に示すように、船舶推進システム１００は、主機１と、主発電機２と、電動発電機３と、船内母線４と、プロペラ５を備える。太線は機械的接続を示し、細線は電気配線を示している。

【0027】

主機１は推進器としてのプロペラ５を駆動する主動力源である。本実施の形態では、主機１は例えば重油やＬＮＧを燃料としてプロペラを駆動するディーゼルエンジンである。主機１はその他の動力源（例えばガスタービン、ガスエンジン、蒸気タービン）でもよい。このディーゼルエンジンの回転軸が減速装置８を介してプロペラ５に動力伝達可能に接続され、プロペラ５を駆動する。

【0028】

主発電機２は、例えばディーゼルエンジンまたはその他の動力源（例えばガスタービン、ガスエンジン、蒸気タービン）と発電機を回転軸で接続した装置であり、動力源の回転軸の回転により発電機を駆動して発電するように構成されている。主発電機２により発電された電力は、船内母線４から船内電力系統に給電される。主発電機２は船内母線４を介して電力変換装置６に接続されている。本実施の形態では、電力変換装置６は、船内母線４に接続された電力変換装置６ａと、電動発電機３に接続された電力変換装置６ｂからなる。電力変換装置６ａ及び６ｂは、直流中間部を介して接続され、発電状態と電動状態の双方向で動作する。電力変換装置６は、発電状態では、電動発電機３から電力が供給されて船内電力系統にこの電力を供給し、電動状態では主発電機２により発電された電力が船内電力系統から供給されてこの電力を電動発電機３に供給するように構成されている。

【0029】

電動発電機３は、制御装置１０からの信号に基づいて発電機又は電動機として動作する。電動発電機３は発電機として動作する場合には、主機１から減速装置８を介して伝達される動力により発電した電力を船内母線４に供給する。電動発電機３は電動機として動作する場合には、主発電機２により発電された電力により発生した動力でプロペラ５を駆動する。本実施の形態では、電動発電機３は、回転軸が減速装置８を介してプロペラ５に機械的に接続され、電力変換装置６を介して船内母線４に電気的に接続されている。

【0030】

プロペラ５は、主機１及び電動発電機３の一方又は双方により駆動される。本実施の形態では、プロペラ５は、減速装置８を介して主機１と電動発電機３に動力伝達可能に接続されている。

【0031】

船内母線４は、主発電機２又は電動発電機３からの電力を船内電力系統に伝送する。本実施の形態では、船内母線４は、主発電機２と電力変換装置６と電力貯蔵装置９とに電気的に接続されている。ここでは船内母線４に伝送された電力は電力貯蔵装置９に供給されて充電電力として蓄えられる。この電力貯蔵装置９は、通常、充放電可能な二次電池またはキャパシタから構成され、充放電は直流であるため、船内母線４の交流電力と二次電池またはキャパシタの直流電力とを相互に変換する電力変換器７を具備している。

【0032】

制御装置１０は、船舶推進システム１００全体の制御を行う。また、制御装置１０は、本発明を特徴付ける回転数制御と燃料供給量の平準化との両立制御を行う。なお、船舶推進システム１００全体の制御を他の制御装置で行ってもよい。

【0033】

図２は、船舶推進システム１００の制御系のブロック図である。図２に示すように、船舶推進システム１００は、回転数制御器２２と、燃料供給器２３と、電力補正器２４と、電動発電機制御器２５と、を備える。

【0034】

本実施の形態では、制御装置１０が、加減算器２１と、回転数制御器２２と、電力補正器２４と、電動発電機制御器２５を備えるように構成される。この制御装置１０は、例えば、ＦＰＧＡ(field programmable gate array)、ＰＬＣ(programmable logic controller)、マイクロコントローラ等の演算装置で構成され、回転数制御器２２、電力補正器２４、及び電動発電機制御器２５は、上記演算装置においてそれに内蔵されているプログラムが実行されることにより実現される機能ブロックである。なお、以下では、加算器、減算器及び加減算器を区別せずに、加減算器と記載する。

【0035】

加減算器２１は、主機回転数指令値から主機回転数を減算し、減算した値（偏差）を回転数制御器２２に出力する。ここで主機回転数指令値は、例えば運転者のレバー操作を通じて入力されてもよいし、制御装置１０内部のメモリに予め記憶されてもよい。主機回転数は、主機１の主軸に設けられたセンサ（図示しない）により主軸の回転数を検出した値である。

【0036】

回転数制御器２２は、加減算器２１の出力に基づいて、主機１の燃料供給量指令値を演算し、演算した燃料供給量指令値を燃料供給器２３及び電力補正器２４に出力する。本実施の形態では、回転数制御器２２は、主機１の回転数を主機回転数指令値に近づけるように、主機１の燃料供給量指令値を演算するように構成されている。

【0037】

燃料供給器２３は、回転数制御器２２から入力された燃料供給量指令値にしたがって燃料を主機１に供給する。本実施の形態では、燃料供給器２３は、例えば重油やＬＮＧ燃料をディーゼルエンジン（主機１）に供給するように構成されている。

【0038】

電力補正器２４は、回転数制御器２２から入力された燃料供給量指令値に基づいて電動発電機３の電力補正指令値を演算し、電動発電機制御器２５に出力する。本実施の形態では、電力補正器２４は、燃料供給量指令値の増加時には発電電力が減少または電動電力が増加し、燃料供給量指令値の減少時には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、電動発電機３の電力補正指令値を演算するように構成されている。

【0039】

電動発電機制御器２５は、電力補正器２４から入力された電力補正指令値にしたがって電動発電機３を制御する。本実施の形態では、電動発電機制御器２５は、電力補正器２４から入力された電力補正指令値にしたがって電力指令値を演算するように構成されている。

【0040】

［動作］
次に、以上のように構成された船舶推進システム１００の動作を説明する。

【0041】

まず、一般的な動作を説明する。図１において、船舶推進システム１００は、制御装置１０が主機１、主発電機２、電動発電機３、電力変換装置６等を制御する。主機１は、主機１の回転数を主機回転数指令値に近づけるように回転数制御される。

【0042】

次に、回転数制御と燃料供給量の平準化との両立制御を説明する。図２において、制御装置１０には、主機回転数指令値が入力される。加減算器２１は、主機回転数指令値に対する主機回転数の偏差を回転数制御器２２に出力する。回転数制御器２２は、この主機回転数の偏差に応じて燃料供給量指令値を生成し、これを燃料供給器２３と電力補正器２４とに出力する。燃料供給器２３は、燃料供給量指令値にしたがって燃料を主機１に供給する。これにより、主機１の回転数が主機回転数指令値に近づくようにフィードバック制御される。一方、電力補正器２４は、燃料供給量指令値に応じた電力補正指令値を生成してこれを電動発電機制御器２５に出力する。この際、電力補正器２４は、燃料供給量指令値の増加時には電動発電機３の発電電力が減少または電動電力が増加し、燃料供給量指令値の減少時には電動発電機３の発電電力が増加または電動電力が減少するように電力補正指令値を生成する。電動発電機制御器２５は、電力補正指令値にしたがって電動発電機３の発電又は電動を制御する。

【0043】

これにより、主機１の回転数制御と並行して、燃料供給量指令値の増加時には、発電時は、電動発電機３は発電電力を減少するように制御される。一方、電動時は、電動発電機３は電動電力を増加するように制御される。結果として、主機１の負荷が減少する。

【0044】

また、主機１の回転数制御と並行して、燃料供給量指令値の減少時には、発電時は、電動発電機３は発電電力を増加するように制御される。一方、電動時は、電動発電機３は電動電力を減少するように制御される。結果として、主機１の負荷が増加する。

【0045】

従って、本実施の形態によれば、燃料供給量指令値の増加時又は減少時に電動発電機３によって主機１の負荷が減少又は増加するので、回転数が主機回転数指令値により近づき、燃料供給量の変化が小さくなって、燃費が改善する。また、電動発電機３の制御に燃料供給量指令値を用いるため、パワマネジメント制御の影響を受けることもなく、且つ主機１の回転数制御の応答性が良くても問題なく適用できる。これにより、回転数制御と燃料供給量の平準化との両立が図られ、船舶推進システム１００において低燃費を実現することができる。

【0046】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図３を用いて説明する。本実施の形態の船舶推進システム１０１のハードウェア構成は、図１の構成と同様である。以下では、第１実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

【0047】

図３は、本発明の第２実施の形態に係る船舶推進システム１０１の制御系のブロック図である。図３に示すように、制御装置１０Ａは、第１実施形態と比較すると、電力管理器２６を更に備えるとともに、制御装置１０Ａが主機１、主発電機２、電動発電機３、電力変換装置６等を制御するに際して、次の４つの動作モードで動作する点が相違する。

【0048】

電気推進モードでは、主機１が停止し、主発電機２及び電動発電機３が運転する。制御装置１０Ａは、例えば、クラッチ（図示しない）により主機１と減速装置８の機械的な接続を切り離す。そして、電動発電機３を電動機として用いてプロペラ５を駆動し、主発電機２から船内母線４に電力を供給するように制御する。

【0049】

推進加勢モードでは、主機１、主発電機２及び電動発電機３が運転する。制御装置１０Ａは、電動発電機３を電動機として用いて主機１と電動発電機３によりプロペラ５を駆動し、主発電機２から船内母線４に電力を供給するように制御する。

【0050】

並列モードでは、主機１、主発電機２及び電動発電機３が運転する。制御装置１０Ａは、電動発電機３を発電機として用い、主機１によりプロペラ５を駆動し、主発電機２と電動発電機３により船内母線４に電力を供給するように制御する。

【0051】

軸発モードでは、主発電機２が停止し、主機１及び電動発電機３が運転する。制御装置１０Ａは、電動発電機３を発電機として用い、主機１によりプロペラ５を駆動し、電動発電機３により船内母線４に電力を供給するように制御する。

【0052】

電力管理器２６は、船舶の推力需要及び船舶の電力需要と主機１の推力供給能力及び主発電機２の電力供給能力とをそれぞれ比較し、電力と推力の過不足を調整するように、電動発電機３が電動または発電する電力配分指令値を演算するように構成されている。

【0053】

電動発電機制御器２５は、電力補正指令値と電力配分指令値とを加算して電力指令値を算出し、電力指令値にしたがって電動発電機３を制御する。電動発電機制御器２５は、加減算器２７を備える。加減算器２７は、電力補正器２４から入力された電力指令値と電力管理器２６から入力された電力配分値とを加算して電力指令値を演算するように構成されている。

【0054】

次に、回転数制御と燃料供給量の平準化と船舶のパワマネジメント制御との両立制御を説明する。

【0055】

図３において電力管理器２６には、船舶の配電盤、主機１の制御装置、主発電機２の制御装置（いずれも図示せず）から現在の船舶の推力需要、電力需要、主機１の推力供給能力、及び主発電機２の電力供給能力を含む情報が入力される。電力管理器２６は、船舶の推力需要及び船舶の電力需要と主機１の推力供給能力及び主発電機２の電力供給能力とをそれぞれ比較し、電力と推力の過不足を調整するように、電動発電機３が電動または発電する電力配分指令値を演算する。

【0056】

電動発電機制御器２５には、電力補正器２４から燃料供給量指令値に応じた電力補正指令値と、電力管理器２６から電動発電機３が電動または発電する電力配分指令値が入力される。加減算器２７は、電力指令値と電力配分値とを加算して電力指令値を演算する。これにより、電動発電機制御器２５は、推力が不足する場合には電気推進モード又は推進加勢モードにより、電動発電機３を駆動するように制御することができる。一方、電動発電機制御器２５は、電力が不足する場合には並列モード又は軸発モードにより、電動発電機３を発電するように制御することができる。

【0057】

従って、本実施の形態によれば、回転数制御と燃料供給量の平準化と船舶のパワマネジメント制御との両立を図ることができる。

【0058】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図４を用いて説明する。本実施の形態の船舶推進システム１０２のハードウェア構成は、図１の構成と同様である。ここでは上述した実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

【0059】

図４は、本発明の第３実施の形態に係る船舶推進システム１０２の制御系のブロック図である。図４に示すように、制御装置１０Ｂは、第１実施形態と比較すると、電力補正器２４が、第１ハイパスフィルタ２８と、増幅器２９を有する点が相違する。

【0060】

電力補正器２４は、第１ハイパスフィルタ２８の出力値が正の場合には発電電力が減少または電動電力が増加し、負の場合には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、電動発電機３の電力補正指令値を演算する。ここでは増幅器２９が第１ハイパスフィルタ２８の出力値のゲインを調整する。また、第１ハイパスフィルタ２８の出力値の単位は燃料供給量[g/sec]であるので、増幅器２９は出力値の単位を電力に変換する。

【0061】

図４において第１ハイパスフィルタ２８には、燃料供給量指令値が入力される。第１ハイパスフィルタ２８は、燃料供給量指令値の変動成分のみを抽出し、増幅器２９に出力する。増幅器２９は第１ハイパスフィルタ２８の出力値のゲインを調整する。このとき電力補正器２４は、第１ハイパスフィルタ２８の出力値が正の場合には発電電力が減少または電動電力が増加し、第１ハイパスフィルタ２８の出力値が負の場合には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、電動発電機３の電力補正指令値を演算する。

【0062】

従って、本実施の形態によれば、電力補正器２４において燃料供給量指令値の変動成分のみを抽出するので、第１実施の形態と比べて電動発電機３の制御をより好適に実現することができる。また、燃料供給量指令値の変動成分のみを抽出できるような演算手法であれば、その他のフィルタでもよい。

【0063】

本実施の形態は、第１ハイパスフィルタ２８を電力補正器２４の内部に備える構成としたが、制御装置１０Ｂの一部として電力補正器２４の外部に備える構成でもよい。

【0064】

（第４実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図５を用いて説明する。本実施形態の船舶推進システム１０３のハードウェア構成は、図１の構成と同様である。ここでは上述した実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

【0065】

図５は、本発明の第４実施の形態に係る船舶推進システム１０３の制御系のブロック図である。図５に示すように、制御装置１０Ｃは、第３実施形態と比較すると、電力補正器２４が、主機回転数指令値を入力値とする第２ハイパスフィルタ３０と増幅器３１を更に有し、増幅器２９の出力値と増幅器３１の出力値との加算値が正の場合には発電電力が減少または電動電力が増加し、負の場合には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、電動発電機３の電力補正指令値を演算する点が相違する。

【0066】

具体的には、電力補正器２４は、第２ハイパスフィルタ３０と、増幅器３１と、加減算器３２を更に有する。増幅器３１は、第２ハイパスフィルタ３０の出力値のゲインを調整して、これを加減算器３２に出力する。第２ハイパスフィルタ３０の出力値の単位は主機回転数[rpm]であるので、増幅器３１は出力値の単位を電力に変換する。また、増幅器２９により、第１ハイパスフィルタ２８の出力値の単位は燃料供給量[g/sec]から電力に変換されている。加減算器３２は、増幅器２９と、増幅器３１の出力値を加算して電力補正指令値を生成し、これを電動発電機制御器２５に出力するように構成されている。

【0067】

このような構成により、電動発電機制御器２５は、回転数制御において主機回転数指令値の増加時には、電動発電機３の発電電力を減少するか、電動電力を増加するように制御する。結果として、主機１の負荷が減少する。

【0068】

また、電動発電機制御器２５は、回転数制御において主機回転数指令値の減少時には、電動発電機３の発電電力を増加するか、電動電力を減少するように制御する。結果として、主機１の負荷が増加する。

【0069】

従って、本実施の形態によれば、主機回転数指令値の増加時または減少時に電動発電機３によって主機１の負荷を減少又は増加させるので、回転数が主機回転数指令値により近づき、燃料供給量の変化が小さくなって、第１実施の形態と比べて燃費をさらに向上することができる。

【0070】

本実施の形態は、第２ハイパスフィルタ３０を電力補正器２４の内部に備える構成としたが、制御装置１０Ｃの一部として電力補正器２４の外部に備える構成でもよい。また、主機回転数指令値の変動成分のみを抽出できるような演算手法であれば、その他のフィルタでもよい。

【0071】

（第５実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について、図６を用いて説明する。本実施形態の船舶推進システム１０４のハードウェア構成は、図１の構成と同様である。ここでは上述した実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

【0072】

図６は、本発明の第５実施の形態に係る船舶推進システム１０４の制御系のブロック図である。図６に示すように、制御装置１０Ｄは、第１実施形態と比較すると、燃料供給器２３が、燃料供給量指令値を入力値とするローパスフィルタ３３を有し、ローパスフィルタ３３の出力値にしたがって燃料を主機１に供給する点が相違する。

【0073】

従って、本実施の形態によれば、ローパスフィルタ３３によって、主機１の燃料供給量の変化を、第１実施の形態と比べて、さらに小さくすることができるので、燃料供給量をより一定に近づけることができる。

【0074】

本実施の形態は、ローパスフィルタ３３を燃料供給器２３の内部に備える構成としたが、制御装置１０Ｄの一部として燃料供給器２３の外部に備える構成でもよい。また、燃料供給量指令値の低周波成分のみを抽出できるような演算手法であれば、その他のフィルタでもよい。

【0075】

（第６実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について、図７を用いて説明する。本実施形態の船舶推進システム１０５のハードウェア構成は、図１の構成と同様である。ここでは上述した実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

【0076】

図７は、本発明の第６実施の形態に係る船舶推進システム１０５の制御装置１０Ｅのブロック図である。図７に示すように、まず、制御装置１０Ｅは、第１実施形態と比較すると、電力補正指令値が発電を表す場合は充電し、電動を表す場合は放電するように電力貯蔵装置９を制御する電力貯蔵装置制御器３５を更に有する点が相違する。

【0077】

このような構成により、電力補正指令値が発電を表す場合は、電力貯蔵装置９は充電するように制御される。一方、電力補正指令値が電動を表す場合は、電力貯蔵装置９は放電するように制御される。

【0078】

従って、本実施の形態によれば、電動発電機３の電力補正指令値に沿って電力貯蔵装置９の充放電を行うので、第１実施の形態と比べて、系統の周波数・電圧変動を抑制することができる。

【0079】

（実施形態の効果）
次に、上記各実施の形態の効果について図８のグラフを用いて説明する。ここでは比較例として従来の回転数制御技術を備えた船舶推進システムを想定する。

【0080】

図８Ａは、船舶推進システムのプロペラ負荷の時間変化を模式的に示している。図８Ｂは、燃料供給量指令値の時間変化を模式的に示している。ここでＰは比較例を示している（破線）。（１）（３）は第１及び第３実施形態を示している（実線）。（５）は第５実施形態を示している（一点鎖線）。図８Ｃは、電力補正指令値の時間変化を模式的に示している。（１）（３）は第１及び第３実施形態を示している。（２ａ）（２ｂ）は第２実施形態を示している。図８Ｄは、電力貯蔵装置の状態の時間変化を模式的に示している。（６）は第６実施形態を示している。

【0081】

図８Ａに示すように、波浪の周期によってプロペラ負荷が変動する。この場合、少し遅れて主機１の回転数制御が作用する。図８Ｂに示すように、比較例（Ｐ）では、燃料供給量が大きく変動してしまうため、燃費が上昇する。

【0082】

一方、第１実施形態では、図８Ｃに示すように、電力補正器２４（図２）が、燃料供給量指令値の増加時には発電電力が減少または電動電力が増加し、燃料供給量指令値の減少時には発電電力が増加または電動電力が減少するよう、電動発電機３の電力補正指令値を演算する。更に第３実施の形態では燃料供給量指令値の変動分だけを検出できるよう、ハイパスフィルタ２８（図４）を用いている。これにより、回転数が回転数設定値により近づき、図８Ｂに示すように、燃料供給量の変化が比較例Ｐと比べて小さくなくなり、燃費が改善する。

【0083】

第２実施形態では、電力管理器２６（図３）は、船舶の推力需要及び船舶の電力需要と主機１の推力供給能力及び主発電機２の電力供給能力とをそれぞれ比較し、電力と推力の過不足を調整するように、電動発電機３が電動または発電する電力配分指令値を演算する。図８Ｃに示すように、電力配分指令値は、例えば推力が不足する場合はａとなり、電力が不足する場合はｂのように演算される。電力指令値は電力補正指令値と電力配分指令値を足し合わせたものとなるので、それぞれ（２ａ)及び（２ｂ)となる。これにより、パワマネジメント制御との両立が図られる。

【0084】

第４実施形態では、電力補正器２４（図５）が、主機回転数指令値の増加時に発電電力が減少または電動電力が増加し、主機回転数指令値の減少時に発電電力が増加または電動電力が減少するよう、電動発電機３の電力補正指令値を演算する。これにより、回転数が回転数設定値により近づき、燃料供給量の変化が小さくなって、燃費が改善する。

【0085】

第５実施形態では、燃料供給器２３（図６）は、燃料供給量指令値にローパスフィルタ３３を通した修正燃料供給量指令値にしたがって燃料を主機１に供給する。これにより、図８Ｂに示すように、さらに燃料供給量の変化が小さくなって、燃費が改善する。

【0086】

第６実施形態では、電力貯蔵装置９（図７）は、図８Ｄに示すように、電力補正指令値が発電の場合は充電し、駆動の場合は放電するように制御される。これにより、電動発電機３の電力変動が電力貯蔵装置９で吸収されるため、系統の周波数・電圧変動を抑制することができる。

【0087】

（第７実施の形態）
次に、本発明の第７の実施形態について、図９を用いて説明する。本実施形態の船舶推進システム１０６のハードウェア構成は、図１の構成と同様である。ここでは上述した実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

【0088】

図９は、本発明の第７実施形態に係る船舶推進システム１０６の制御系のブロック図である。図９に示すように、制御装置１０Ｆは、第１実施形態と比較すると、電力管理器２６と、第１ハイパスフィルタ２８と、第２ハイパスフィルタ３０と、ローパスフィルタ３３と、電力貯蔵装置制御器３５を備える点が相違する。つまり、本実施の形態の制御装置１０Ｆは、第１乃至第６実施形態の特徴を全て備えている。これにより、第１乃至第６実施の形態の効果を奏することができる。

【0089】

（第８実施の形態）
次に、本発明の第８の実施形態について、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の第８実施形態に係る船舶推進システム１０７のハードウェア構成を示すブロック図である。図１０に示すように、本実施の形態では、電力貯蔵装置９が、電力変換装置６における系統側電力変換装置６ａと電動発電機側電力変換装置６ｂとの間の直流中間部に接続されている。電力貯蔵装置９が船内母線４に接続されている構成では、船内母線４から供給される交流を直流に変換する回路が必須である。これに対し、図１０の船舶推進システム１０７では、電力貯蔵装置９が直流中間部に接続されているので、そのような回路を省略し又は簡素化することができる。

【0090】

（第９実施の形態）
次に、本発明の第９の実施形態について、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の第９実施形態に係る船舶推進システム１０８のハードウェア構成を示すブロック図である。図１１に示すように、船舶推進システム１０２は、減速装置８を備えていない。主機１が電動発電機３とプロペラ５の間に設けられている。あるいは、電動発電機３を主機１とプロペラ５の間に設けてもよい。また、これらの機器を接続する軸に適宜クラッチ（図示しない）を設けてもよい。これにより、減速装置８が不要になるので振動が少なくなると共にプロペラ５の回転方向や回転数の制御が容易になるので操作性が向上する。

【0091】

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び機能の一方又は双方の詳細を実質的に変更できる。

【産業上の利用可能性】

【0092】

本発明の船舶推進システムは、ハイブリッド式の船舶推進システムに有用である。

【符号の説明】

【0093】

１ 主機
２ 主発電機
３ 電動発電機
４ 船内母線
５ プロペラ
６ 電力変換装置
８ 減速装置
９ 電力貯蔵装置
１０，１０Ａ〜１０Ｆ 制御装置
２１ 加減算器
２２ 回転数制御器
２３ 燃料供給器
２４ 電力補正器
２５ 電動発電機制御器
２６ 電力管理器
２７ 加算器
２８ 第１ハイパスフィルタ
２９ 増幅器
３０ 第２ハイパスフィルタ
３１ 増幅器
３２ 加算器
３３ ローパスフィルタ
３５ 電力貯蔵装置制御器
１００〜１０８ 船舶推進システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】