特開 2024-129948 ハイブリッド推進船の推進システム、制御プログラムおよび制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129948

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】ハイブリッド推進船の推進システム、制御プログラムおよび制御方法

(51)【国際特許分類】

   B63H 21/20 20060101AFI20240920BHJP

   B63H 21/17 20060101ALI20240920BHJP

   B63H 21/21 20060101ALI20240920BHJP

   B63H 21/14 20060101ALI20240920BHJP

   B63J 99/00 20090101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

B63H21/20

B63H21/17

B63H21/21

B63H21/14

B63J99/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039371

(22)【出願日】2023-03-14

(71)【出願人】

【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】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 賢治

(72)【発明者】

【氏名】野上 哲男

(72)【発明者】

【氏名】藤原 重治

(72)【発明者】

【氏名】曽我 泰経

(57)【要約】

【課題】エンジンの負荷変動を適切に抑制することができるハイブリッド推進船の推進システム、制御プログラムおよび制御方法を提供する。
【解決手段】推進システムは、可変ピッチプロペラと、回転数指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、電動発電機と、電力変換器と、電力変換器を制御する制御器と、を備えたハイブリッド推進船の推進システムであって、制御器は、処理回路を含み、処理回路は、可変ピッチプロペラの翼角データを取得し、可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が所定のしきい値以上である場合、電力変換器が電動発電機から受け取る電力または電力変換器から電動発電機に与える電力を調整する指令値を生成し、電力変換器に指令値を出力する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

翼角指令値に従って翼角を変更可能な可変ピッチプロペラと、
前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、回転数指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、
前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、前記可変ピッチプロペラに動力伝達可能かつ前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な電動発電機と、
前記電動発電機に電気的に接続される電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御器と、を備えたハイブリッド推進船の推進システムであって、
前記制御器は、処理回路を含み、
前記処理回路は、
前記可変ピッチプロペラの翼角データを取得し、
予め定められた駆動状態の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が所定のしきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力または前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を調整する指令値を生成し、前記電力変換器に前記指令値を出力する、推進システム。

【請求項2】

前記処理回路は、減速時または前進と後進との間の反転時の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が第１しきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力を増大させるまたは前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を減少させる第１指令値を生成し、前記電力変換器に前記第１指令値を出力する、請求項１に記載の推進システム。

【請求項3】

前記処理回路は、増速時の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が第２しきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力を減少させるまたは前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を増加させる第２指令値を生成し、前記電力変換器に前記第２指令値を出力する、請求項１または２に記載の推進システム。

【請求項4】

前記処理回路は、前記翼角データを前記翼角指令値から取得する、請求項１または２に記載の推進システム。

【請求項5】

前記可変ピッチプロペラの翼角を検出する翼角センサを備え、
前記処理回路は、
前記翼角データを前記翼角センサで検出された値から取得する、請求項１または２に記載の推進システム。

【請求項6】

前記エンジンは、液化ガスを気化した燃料ガスを含む燃料を用いて駆動力を発生させるガスエンジンである、請求項１または２に記載の推進システム。

【請求項7】

翼角指令値に従って翼角を変更可能な可変ピッチプロペラと、
前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、回転数指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、
前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、前記可変ピッチプロペラに動力伝達可能かつ前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な電動発電機と、
前記電動発電機に電気的に接続される電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御器と、を備えたハイブリッド推進船の制御プログラムであって、
前記制御プログラムは、前記制御器に、
前記可変ピッチプロペラの翼角データを取得すること、および
予め定められた駆動状態の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が所定のしきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力または前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を調整する指令値を生成し、前記電力変換器に前記指令値を出力することを行わせる、制御プログラム。

【請求項8】

翼角指令値に従って翼角を変更可能な可変ピッチプロペラと、
前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、回転数指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、
前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、前記可変ピッチプロペラに動力伝達可能かつ前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な電動発電機と、
前記電動発電機に電気的に接続される電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御器と、を備えたハイブリッド推進船の制御方法であって、
前記可変ピッチプロペラの翼角データを取得し、
予め定められた駆動状態の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が所定のしきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力または前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を調整する指令値を生成し、前記電力変換器に前記指令値を出力する、制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ハイブリッド推進船の推進システム、制御プログラムおよび制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンと電動発電機との何れによっても推進プロペラを駆動可能なハイブリッド推進船が知られている。船舶に用いられるエンジンとして、天然ガスを燃料として使用するガスエンジン等が用いられる。このような船舶用のエンジンは、一般的に急な負荷変動への対応に制限がある。そのため、エンジンを推進力とする船舶には、推進プロペラとして、翼角指令値に従って翼角を変更可能な可変ピッチプロペラを採用するものがある。このような船舶では、エンジンの回転数を一定に制御しながら、可変ピッチプロペラの翼角を変更することにより、船舶の速度調整および前進と後進との切り替えを行うことが可能である。

【0003】

可変ピッチプロペラを備えたハイブリッド推進船において、可変ピッチプロペラの翼角を変更することは、エンジンの負荷変動の一因となる。下記特許文献１では、エンジンの負荷変動を抑制するために、翼角指令値が増加方向に変化しているか、減少方向に変化しているかに基づいて、電動発電機においてエンジンの動力に基づいて発電を行った場合の発電電力または電動発電機に接続される蓄電器からの電力に基づいて電動発電機を駆動するための電動電力を制御することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６６９７２１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、このような制御を行うと、翼角を変更するたびに電動発電機の指令値を変更する必要が生じる。この結果、エンジンの負荷変動が大きくない場合に過剰な制御となる。一方、エンジンの負荷変動が大きい場合に過少な制御にもなり得る。

【0006】

本開示は上記に鑑みなされたものであり、エンジンの負荷変動を適切に抑制することができるハイブリッド推進船の推進システム、制御プログラムおよび制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る推進システムは、翼角指令値に従って翼角を変更可能な可変ピッチプロペラと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、回転数指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、前記可変ピッチプロペラに動力伝達可能かつ前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な電動発電機と、前記電動発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御器と、を備えたハイブリッド推進船の推進システムであって、前記制御器は、処理回路を含み、前記処理回路は、前記可変ピッチプロペラの翼角データを取得し、予め定められた駆動状態の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が所定のしきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力または前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を調整する指令値を生成し、前記電力変換器に前記指令値を出力する。

【0008】

本開示の他の態様に係る制御プログラムは、翼角指令値に従って翼角を変更可能な可変ピッチプロペラと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、回転数指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、前記可変ピッチプロペラに動力伝達可能かつ前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な電動発電機と、前記電動発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御器と、を備えたハイブリッド推進船の制御プログラムであって、前記制御プログラムは、前記制御器に、前記可変ピッチプロペラの翼角データを取得すること、および予め定められた駆動状態の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が所定のしきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力または前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を調整する指令値を生成し、前記電力変換器に前記指令値を出力することを行わせる。

【0009】

本開示の他の態様に係る制御方法は、翼角指令値に従って翼角を変更可能な可変ピッチプロペラと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、回転数指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、前記可変ピッチプロペラに動力伝達可能かつ前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な電動発電機と、前記電動発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御器と、を備えたハイブリッド推進船の制御方法であって、前記可変ピッチプロペラの翼角データを取得し、予め定められた駆動状態の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が所定のしきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力または前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を調整する指令値を生成し、前記電力変換器に前記指令値を出力する。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、エンジンの負荷変動を適切に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本開示の一実施の形態に係るハイブリッド推進船の推進システムの概略構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、図１に示す推進システムの第１制御モードにおける翼角、機械的出力および電気的出力の対応関係を示すグラフである。

【図3】図３は、本実施の形態における負荷変動抑制制御の例を示すフローチャートである。

【図4】図４は、図１に示す推進システムの第２制御モードにおける翼角、機械的出力および電気的出力の対応関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、一実施の形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

【0013】

図１は、本開示の一実施の形態に係るハイブリッド推進船の推進システムの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態における推進システム１は、可変ピッチプロペラ２、エンジン３、電動発電機４および電力変換システム２０を備えている。可変ピッチプロペラ２は、翼角指令値に従って翼角を変更可能に構成されている。

【0014】

エンジン３は、液化天然ガスを気化させた燃料ガスを含む燃料を用いて駆動力を発生させるガスエンジンである。なお、エンジン３は、液化天然ガスを気化させた燃料ガスを専焼するガス専焼エンジンでもよいし、燃料ガスと、重油等の液体燃料とを切り替えて燃焼可能なデュアルフューエルエンジンでもよいし、液体燃料を燃料とするディーゼルエンジンでもよい。

【0015】

エンジン３および電動発電機４は、減速機５を介して可変ピッチプロペラ２に機械的に接続されている。電動発電機４は、電力変換システム２０に電気的に接続される。電力変換システム２０は、直流配線６および第１電力変換器７を含む。第１電力変換器７は、直流配線６と電動発電機４との間に介装される。電動発電機４は、直流配線６を通じて供給される電力から動力を発生させることにより、可変ピッチプロペラ２に動力を伝達可能である。このとき、第１電力変換器７は、直流配線６における直流電圧を交流電圧に変換して、電動発電機４に出力する。さらに、電動発電機４は、エンジン３の駆動力を利用して発電を行い、直流配線６に電力を供給することもできる。このとき、第１電力変換器７は、電動発電機４が発電することにより生じた交流電圧を直流電圧に変換して直流配線６に出力する。

【0016】

さらに、電力変換システム２０は、第２電力変換器８および第３電力変換器１０を含む。直流配線６には、第２電力変換器８を介して蓄電器９が接続される。蓄電器９は、二次電池またはキャパシタ等である。第２電力変換器８は、直流配線６の直流電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ－ＤＣコンバータである。また、直流配線６には、第３電力変換器１０を介して交流配線１１が接続される。第３電力変換器１０は、直流配線６の直流電圧を交流電圧に変換して、交流配線１１に出力し、交流配線１１の交流電圧を直流電圧に変換して、直流配線６に出力する。交流配線１１には、発電機１２および交流の船内負荷１３が接続され得る。また、直流配線６には、直流の船内負荷が接続され得る。

【0017】

このような推進システム１によれば、機械的推進部であるエンジン３および電気的推進部である電動発電機４との間で協調的に船舶の推進力を発生させることができる。また、推進システム１によれば、エンジン３により生じた推進力の余剰分を電動発電機４により電力として回収し、船内負荷１３に電力を供給したり、蓄電器９に蓄電したりすることができる。

【0018】

推進システム１は、制御器１４を備えている。制御器１４は、各種の信号処理を行う処理回路１５を備えている。処理回路１５は、例えばマイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等のコンピュータを有する。より具体的には、処理回路１５は、プロセッサ、記憶器および周辺回路を含む。プロセッサは、例えば、ＣＰＵまたはＭＰＵ等を含む。記憶器は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、不揮発性のストレージ等を含む。周辺回路は、入出力インターフェイス等を含む。制御器１４は、ハイブリッド推進船を操作する操作入力器１６に接続される。制御器１４は、制御状態を表示するモニタまたは音声出力を行うスピーカ等に接続されてもよい。

【0019】

なお、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および／または、それらの組み合わせを含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本明細書において、回路、ユニット、手段、または部は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、ユニット、または手段はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび／またはプロセッサの構成に使用される。

【0020】

制御器１４の記憶器には、制御対象を制御するための制御プログラムが記憶される。制御器１４は、制御プログラムに基づいて制御対象を制御する。制御器１４の制御対象は、可変ピッチプロペラ２、エンジン３、および第１電力変換器７を含む。制御器１４は、これらの構成２，３，７を制御する１つの制御器として構成されてもよいし、２以上の制御器により構成されてもよい。また、制御器１４は、他の電力変換器８，１０、発電機１２、または、船内負荷１３を制御可能に構成されてもよい。

【0021】

制御器１４は、翼角指令値に基づいて可変ピッチプロペラ２の翼角を制御する。翼角指令値は、操作入力器１６から入力される。操作入力器１６は、例えば、船舶の速度調整および前進と後進との切り替えを操作するための操作レバーまたは操作ハンドルにより構成され得る。例えば、操作レバーは、第１方向に最大量操作した位置が前進側の最大船速に対応し、第１方向とは反対の第２方向に最大量操作した位置が後進側の最大船速に対応し、中立位置が船速０に対応するように構成されている。

【0022】

操作入力器１６は、操作レバーの操作位置に対応する船舶速度が速いほど翼角が大きくなるような翼角指令値を生成する。例えば、操作レバーが第１方向の位置にある場合には、正の翼角となる翼角指令値が生成され、操作レバーが第２方向の位置にある場合には、負の翼角となる翼角指令値が生成される。

【0023】

なお、本実施の形態において、推進システム１は、可変ピッチプロペラ２の翼角を検出する翼角センサ１７を備えている。制御器１４は、翼角センサ１７が検出する値を取得し、可変ピッチプロペラ２の翼角が翼角指令値になるようにフィードバック制御を行う。

【0024】

さらに、制御器１４は、回転数指令値に従ってエンジン３の回転数を制御する。回転数指令値は、固定値でもよいし、操作入力器によって変更可能としてもよい。制御器１４は、エンジン３の回転数が回転数指令値に対応する回転数を維持するように、エンジン３を制御する。

【0025】

さらに、制御器１４は、電力変換指令値に従って第１電力変換器７を制御する。例えば、制御器１４は、航行時における通常の制御モードにおいて、電動発電機４で所定の電力を発電し、直流配線６に供給するように制御する。本実施の形態では、通常の航行時における第１電力変換器７に対する制御モードを、第１制御モードと称する。第１制御モードでは、電動発電機４は常時発電を行う。このため、エンジン３に対する回転数指令値は、可変ピッチプロペラ２で発生する出力より大きな出力を発生するような回転数に設定される。

【0026】

第１制御モードにおいて、第１電力変換器７から直流配線６に供給された電力は、第３電力変換器１０を介して交流配線１１に供給され、船内負荷１３に供給される。余剰の電力は、第２電力変換器８を介して蓄電器９に供給され、蓄電器９に蓄えられる。蓄電器９の充電率が所定値以上である場合、制御器１４は、蓄電器９に蓄えられた電力を船内負荷１３または電動発電機４に供給するように第２電力変換器８を制御し得る。この場合、制御器１４は、電動発電機４から直流配線６に供給される電力を第１制御モード時より低減させる、または、直流配線６から電動発電機４に供給する制御を行う。

【0027】

本実施の形態では、蓄電器９の放電時における第１電力変換器７に対する制御モードを、第２制御モードと称する。第２制御モードは、エンジン３の駆動力と電動発電機４の駆動力とで推進力を発生させるハイブリッドモードである。

【0028】

図２は、図１に示す推進システムの第１制御モードにおける翼角、機械的出力および電気的出力の対応関係を示すグラフである。翼角θは、正の値が前進の角度を示し、負の値が後進の角度を示す。翼角θ＝０は、可変ピッチプロペラ２が中立位置にあることを示す。機械的出力は、エンジン３の出力Ｍ１および可変ピッチプロペラ２の出力Ｍ２を示す。

【0029】

電気的出力は、第１電力変換器７が直流配線６との間で授受する電力Ｅ１および直流配線６における電力Ｅ２を示す。電気的出力は、直流配線６を基準とする。そのため、直流配線６における電力Ｅ２は、原則として０である。ただし、直流配線６に接続される電力変換器７，８，１０等との電力のやり取りによる誤差が生じ得る。電気的出力において、正の値が直流配線６から電力変換システム２０の外部に出力される電力を示し、負の値が直流配線６に供給される電力を示す。

【0030】

図２の例において、時刻ｔ１までは、翼角θが前進側の最大角度θ１（＞０）であり、時刻ｔ１において操作レバーを第１方向最大位置から第２方向最大位置に変更することで、時刻ｔ２までの短い時間に翼角θが後進側の最大角度θ２（＜０）に変化する。このような操作は、クラッシュアスターンと呼ばれ、船舶を緊急停止させる場合等に用いられる操船方法の１つである。

【0031】

クラッシュアスターンのように、短時間に翼角θが速度の減少方向に大きく変化すると、可変ピッチプロペラ２にはそれに応じた負荷変動が生じる。すなわち、可変ピッチプロペラ２の出力Ｍ２は、時刻ｔ１から減少する。このような負荷変動に応じてエンジン３の出力Ｍ１も時刻ｔ１から減少する。

【0032】

後述する第１電力変換器７に対する制御モードの変更を行わない場合、すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の第１電力変換器７が授受する電力Ｅ１が図２において破線部Ｅ１ｏで示されるように時刻ｔ１までと変わらない場合、エンジン３の出力Ｍ１の変化量の最大値は、図２において破線部Ｍ１ｏで示されるように、可変ピッチプロペラ２の出力Ｍ２の変化量の最大値Ｂとほぼ同じとなる。このように、エンジン３は、負荷の急変動に対する応答速度が速くないため、負荷の急変動が生じた場合に、エンジン３の回転数を一定に保持することができない。

【0033】

そこで、本実施の形態では、負荷の急変動が生じた場合に、電動発電機４を介して第１電力変換器７が授受する電力Ｅ１を調整することでエンジン３における負荷の変動を抑制する。

【0034】

図３は、本実施の形態における負荷変動抑制制御の例を示すフローチャートである。制御器１４の処理回路１５は、可変ピッチプロペラ２の翼角データを取得する（ステップＳ１）。本実施の形態において、翼角データは、翼角指令値である。処理回路１５は、操作入力器１６により入力された翼角指令値を取得し、単位時間当たりの変化率を翼角の変化速度Ｖとして算出する（ステップＳ２）。

【0035】

処理回路１５は、減速時または前進と後進との間の反転時の可変ピッチプロペラ２における翼角の変化速度Ｖが第１しきい値Ｖｔ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。減速時または反転時における翼角の変化速度Ｖが第１しきい値Ｖｔ１である場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、処理回路１５は、第１電力変換器７が電動発電機４から受け取る電力を増大させるまたは第１電力変換器７から電動発電機４に与える電力を減少させる第１指令値を生成する（ステップＳ４）。生成された第１指令値は、第１電力変換器７に出力される。

【0036】

図２の例では、時刻ｔ１において翼角の変化速度Ｖが第１しきい値Ｖｔ１以上となり、制御器１４は、生成された第１指令値により第１電力変換器７を制御する。本実施の形態では、第１指令値による第１電力変換器７の制御モードを、第３制御モードと称する。本例では、時刻ｔ１まで第１電力変換器７が第１制御モードにより制御されている。そのため、第１指令値は、第１電力変換器７が電動発電機４から受け取る電力Ｅ１を増大させるような指令値である。

【0037】

図２に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間において、第１電力変換器７が電動発電機４から受け取る電力Ｅ１は、翼角変化に伴う可変ピッチプロペラ２の出力Ｍ２の変化に応じて変化する。言い換えると、処理回路１５は、第１指令値を翼角変化に応じた値として生成する。この結果、第１電力変換器７が電動発電機４から受け取る電力Ｅ１は、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間で可変ピッチプロペラ２の出力Ｍ２の変化に応じて変化する。

【0038】

このような制御を行うことにより、図２に示すように、第３制御モードにおけるエンジン３の出力Ｍ１の変化量の最大値Ａは、第３制御モードを行わない場合、すなわち第１制御モードの場合に比べて小さくなる。より具体的には、第３制御モードにおけるエンジン３の出力Ｍ１の変化量の最大値Ａは、可変ピッチプロペラ２の出力Ｍ２の変化量の最大値Ｂから第１電力変換器７が電動発電機４から受け取る電力Ｅ１の変化量の最大値Ｃを差し引いた値、すなわち、Ａ＝Ｂ－Ｃとなる。

【0039】

第３制御モードにおいて、第１電力変換器７は、電動発電機４から受け取った電力Ｅ１を直流配線６に出力する。制御器１４は、第２電力変換器８を制御して、直流配線６における電力Ｅ２が０になるまで直流配線６における電力Ｅ２により蓄電器９を充電する。あるいは、制御器１４は、発電機１２の出力を低下または停止させつつ、第３電力変換器１０を制御して、直流配線６における電力Ｅ２を交流配線１１に供給し、船内負荷１３を駆動するための電力として消費させてもよい。

【0040】

なお、第３制御モードは、第１制御モード以外の制御状態からも開始され得る。例えば、蓄電器９を放電するために、第１電力変換器７が直流配線６から電動発電機４に電力を供給する第２制御モードにおいても第３制御モードへの遷移は生じ得る。図４は、図１に示す推進システムの第２制御モードにおける翼角、機械的出力および電気的出力の対応関係を示すグラフである。第２制御モードにおいて、前進または反転時に可変ピッチプロペラ２における翼角の変化速度Ｖが第１しきい値Ｖｔ１以上になった場合、処理回路１５は、電力変換器７から電動発電機４に与える電力を減少させる第１指令値を生成する。

【0041】

第２制御モードにおいて、電気的出力Ｅ１は、外部に出力される電力であるため、第１制御モードとは異なり、正の値となる。しかし、第２制御モードから第３制御モードに切り替えた場合の各出力Ｍ１，Ｍ２，Ｅ１の変動は、図２の例と同様である。すなわち、第３制御モードにおけるエンジン３の出力Ｍ１の変化量の最大値Ａは、第３制御モードを行わない場合、すなわち第２制御モードの場合に比べて小さくなる。

【0042】

このように、本実施の形態では、可変ピッチプロペラ２における翼角の変化速度Ｖが第１しきい値Ｖｔ１以上となった場合に、電動発電機４を介して第１電力変換器７が授受する電力Ｅ１を調整することでエンジン３が負担すべき負荷を増大させる。これにより、翼角θの変動に伴う負荷の一時的な減少が生じてもエンジン３の負荷の変動を抑制することができる。また、翼角の変化速度Ｖを第３制御モードに遷移するきっかけとして用いているため、エンジン３が負荷変動に追従できない場合に第３制御モードの実行を過不足なく行うことができる。したがって、エンジン３の負荷変動を適切に抑制することができる。

【0043】

この結果、船速変化時において、エンジン３の応答特性の影響を低減することができる。したがって、船速の変更操作を行ってから船速の変更が完了するまでの時間または緊急停止操作を行ってから船舶が停止するまでの時間を短縮することができる。また、エンジン３において、熱効率が劣る低負荷運転を回避することができるため、燃費を改善することができる。これにより、環境負荷の低い船舶を実現することができる。

【0044】

なお、図２の例では、翼角の変化速度Ｖが速い代表的な例としてクラッシュアスターンの場合を例示した。しかし、第３制御モードは、クラッシュアスターンの場合に限られず、その他の減速時および反転時にも実行され得る。

【0045】

また、制御器１４は、船舶の増速時において、同様の制御を行ってもよい。すなわち、制御器１４は、増速時の可変ピッチプロペラ２における翼角の変化速度Ｖが第２しきい値Ｖｔ２以上である場合、第１電力変換器７が電動発電機４から受け取る電力を減少させるまたは第１電力変換器７から電動発電機４に与える電力を増加させる第２指令値を生成し、第１電力変換器７に第２指令値を出力してもよい。本実施の形態では、第２指令値による第１電力変換器７の制御モードを、第４制御モードと称する。

【0046】

短時間に翼角θが速度の増加方向に大きく変化すると、可変ピッチプロペラ２の出力Ｍ２も大きく増大する。このような負荷変動に応じてエンジン３の出力Ｍ１も大きく増大する。このような場合に、第４制御モードを実行し、電動発電機４を介して第１電力変換器７が授受する電力Ｅ１を調整することでエンジン３が負担すべき負荷を減少させることができる。これにより、翼角θの変動に伴う負荷の一時的な増大が生じてもエンジン３の負荷の変動を抑制することができる。

【0047】

なお、第４制御モードを実行するか否かを決定するために用いられる第２しきい値Ｖｔ２は、第３制御モードを実行するか否かを決定するために用いられる第１しきい値Ｖｔ１と同じ大きさでもよいし、異なる大きさでもよい。例えば、第２しきい値Ｖｔ２は、第１しきい値Ｖｔ１より大きな値としてもよい。

【0048】

以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

【0049】

［他の実施の形態］
例えば、上記実施の形態においては、船舶の減速時または反転時において翼角の変化速度Ｖが第１しきい値Ｖｔ１以上である場合に、第３制御モードが実行され、船舶の増速時において翼角の変化速度Ｖが第２しきい値Ｖｔ２以上である場合に、第４制御モードが実行される態様を例示した。しかし、これに限られず、第１電力変換器７に対してエンジン３の負荷変動を抑制する指令値を生成するための第３制御モードまたは第４制御モードへの切り替えは、可変ピッチプロペラ２が予め定められた駆動状態である場合に行われる。予め定められた駆動状態は、船舶の減速時、増速時、前進から後進への反転時、後進から前進への反転時の何れかを含む。予め定められた駆動状態は、エンジン３が所定の出力範囲内にある場合、変化前の船速または変化後の船速が所定の範囲内にある場合、または、変化前の可変ピッチプロペラ２の翼角または変化後の可変ピッチプロペラ２の翼角が所定の範囲内にある場合等の所定の条件を満たす場合に制限されてもよい。

【0050】

例えば、上記実施の形態において、第４制御モードへの切り替えは行われなくてもよい。すなわち、船舶の増速時においては、翼角の変化速度Ｖによらず第１制御モードまたは第２制御モードを維持してもよい。あるいは、船舶の増速時において翼角の変化速度Ｖが第２しきい値Ｖｔ２以上である場合に、第４制御モードに切り替える一方、船舶の減速時または反転時においては、翼角の変化速度Ｖによらず第１制御モードまたは第２制御モードを維持してもよい。

【0051】

また、上記実施の形態においては、船舶の反転時において、翼角の変化速度Ｖが第１しきい値Ｖｔ１以上である場合に、減速時の制御と同じ第３制御モードが実行される態様を例示したが、これに限られない。例えば、船舶の反転時において翼角の変化速度Ｖが第１しきい値Ｖｔ１以上である場合に、翼角θの大きさが小さくなり０になるまでの間、すなわち、減速期間において、第３制御モードが実行され、翼角θの大きさが０から大きくなるまでの間、すなわち、増速期間において、第４制御モードが実行される、あるいは、元の第１制御モードまたは第２制御モードに復帰してもよい。

【0052】

また、前進時と後進時との間、または、前進から後進への反転時と後進から前進への反転時との間で、第３制御モードにおける制御内容を異ならせてもよい。例えば、これらの間で、第１しきい値Ｖｔ１が異なってもよいし、これらの間で、第１電力変換器７が電動発電機４から受け取る電力Ｅ１の増大量または第１電力変換器７から電動発電機４に与える電力の減少量が異なってもよい。同様に、これらの間で第４制御モードにおける制御内容を異ならせてもよい。

【0053】

また、上記実施の形態においては、翼角データを翼角指令値から取得する態様を例示したが、翼角指令値の代わりに、翼角センサ１７から取得した翼角θの値を翼角データとして用いてもよい。

【0054】

また、上記実施の形態においては、エンジン３および電動発電機４が減速機５を介して可変ピッチプロペラ２に並列に接続される構成を例示したが、エンジン３および電動発電機４の駆動力を可変ピッチプロペラ２に伝達可能であり、かつ、エンジン３の駆動力を用いて電動発電機４が発電可能である構成であれば、推進システム１の構成は、上記実施の形態の構成に限られない。

【0055】

［本開示のまとめ］
［項目１］
本開示の一態様に係る推進システムは、翼角指令値に従って翼角を変更可能な可変ピッチプロペラと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、回転数指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、前記可変ピッチプロペラに動力伝達可能かつ前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な電動発電機と、前記電動発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御器と、を備えたハイブリッド推進船の推進システムであって、前記制御器は、処理回路を含み、前記処理回路は、前記可変ピッチプロペラの翼角データを取得し、予め定められた駆動状態の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が所定のしきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力または前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を調整する指令値を生成し、前記電力変換器に前記指令値を出力する。

【0056】

上記構成によれば、予め定められた駆動状態の可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が所定のしきい値以上となった場合に、電動発電機を介して電力変換器が授受する電力を調整することでエンジンが負担すべき負荷を調整する制御モードが実行される。これにより、予め定められた駆動状態時に翼角の変動に伴う負荷の一時的な変化が生じてもエンジンの負荷の変動を抑制することができる。また、翼角の変化速度を上記制御モードに遷移するきっかけとして用いているため、エンジンが負荷変動に追従できない場合に上記制御モードの実行を過不足なく行うことができる。したがって、エンジンの負荷変動を適切に抑制することができる。

【0057】

［項目２］
項目１の推進システムにおいて、前記処理回路は、減速時または前進と後進との間の反転時の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が第１しきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力を増大させるまたは前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を減少させる第１指令値を生成し、前記電力変換器に前記第１指令値を出力してもよい。

【0058】

上記構成によれば、可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が第１しきい値以上となった場合に、電動発電機を介して電力変換器が授受する電力を調整することでエンジンが負担すべき負荷を増大させる制御モードが実行される。これにより、減速時や反転時に翼角の変動に伴う負荷の一時的な減少が生じてもエンジンの負荷の変動を抑制することができる。

【0059】

［項目３］
項目１または２の推進システムにおいて、前記処理回路は、増速時の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が第２しきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力を減少させるまたは前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を増加させる第２指令値を生成し、前記電力変換器に前記第２指令値を出力してもよい。短時間に翼角が速度の増加方向に大きく変化すると、可変ピッチプロペラの出力も大きく増大する。このような負荷変動に応じてエンジンの出力も大きく増大する。このような場合に、電動発電機を介して電力変換器が授受する電力を調整することでエンジンが負担すべき負荷を減少させることができる。これにより、翼角の変動に伴う負荷の一時的な増大が生じてもエンジンの負荷の変動を抑制することができる。

【0060】

［項目４］
項目１から３の何れかの推進システムにおいて、前記処理回路は、前記翼角データを前記翼角指令値から取得してもよい。これにより、実際に翼角が変動してエンジンへの負荷変動が生じる前に、エンジンへの負荷変動を抑制する制御を開始することができる。

【0061】

［項目５］
項目１から３の何れかの推進システムは、前記可変ピッチプロペラの翼角を検出する翼角センサを備え、前記処理回路は、前記翼角データを前記翼角センサで検出された値から取得してもよい。

【0062】

［項目６］
項目１から５の何れかの推進システムにおいて、前記エンジンは、液化ガスを気化した燃料ガスを含む燃料を用いて駆動力を発生させるガスエンジンであってもよい。

【0063】

［項目７］
本開示の他の態様に係る制御プログラムは、翼角指令値に従って翼角を変更可能な可変ピッチプロペラと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、回転数指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、前記可変ピッチプロペラに動力伝達可能かつ前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な電動発電機と、前記電動発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御器と、を備えたハイブリッド推進船の制御プログラムであって、前記制御プログラムは、前記制御器に、前記可変ピッチプロペラの翼角データを取得すること、および予め定められた駆動状態の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が所定のしきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力または前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を調整する指令値を生成し、前記電力変換器に前記指令値を出力することを行わせる。

【0064】

［項目８］
本開示の他の態様に係る制御方法は、翼角指令値に従って翼角を変更可能な可変ピッチプロペラと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、回転数指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記可変ピッチプロペラに機械的に接続され、前記可変ピッチプロペラに動力伝達可能かつ前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な電動発電機と、前記電動発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御器と、を備えたハイブリッド推進船の制御方法であって、前記可変ピッチプロペラの翼角データを取得し、予め定められた駆動状態の前記可変ピッチプロペラにおける翼角の変化速度が所定のしきい値以上である場合、前記電力変換器が前記電動発電機から受け取る電力または前記電力変換器から前記電動発電機に与える電力を調整する指令値を生成し、前記電力変換器に前記指令値を出力する。

【符号の説明】

【0065】

１ 推進システム
２ 可変ピッチプロペラ
３ エンジン
４ 電動発電機
７ 第１電力変換器（電力変換器）
９ 蓄電器
１４ 制御器
１５ 処理回路
１７ 翼角センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】