特許 7090702 船舶推進用電動機駆動システム

(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】

(24)【登録日】2022-06-16

(45)【発行日】2022-06-24

(54)【発明の名称】船舶推進用電動機駆動システム

(51)【国際特許分類】

   B63H 23/18 20060101AFI20220617BHJP

   B63H 21/17 20060101ALI20220617BHJP

【ＦＩ】

B63H23/18

B63H21/17

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020523959

(86)(22)【出願日】2018-06-08

(86)【国際出願番号】 JP2018022058

(87)【国際公開番号】W WO2019234920

(87)【国際公開日】2019-12-12

【審査請求日】2020-10-29

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100135301

【弁理士】

【氏名又は名称】梶井 良訓

(72)【発明者】

【氏名】松本 和則

(72)【発明者】

【氏名】柳川 昌樹

【審査官】福田 信成

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３４５６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９４１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２７０４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４３０９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｈ ２３／１８

Ｂ６３Ｈ ２１／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

船舶の推力の一部又は全部を供給する第１動力源である電動機に電力を供給するインバータと、
前記船舶の推力の一部又は全部を供給する第２動力源及び主軸に連結されたプロペラと、前記電動機との間に設けられた自動嵌脱クラッチである第１のクラッチの状態を、前記インバータを制御することにより脱状態にする制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記電動機をトルク制御で駆動する第１モードと前記電動機を速度制御で駆動する第２モードとの少なくとも２つのモードを有し、
前記第２モードで電動機を駆動しているときに、前記第２動力源が前記プロペラに推力を供給する場合には、前記第１モードで前記電動機を駆動させるように運転モードを切り替える、
船舶推進用電動機駆動システム。

【請求項2】

前記制御部は、
前記電動機への電力供給を停止させてから所定時間が経過した後に前記電動機に直流制動をかける、
請求項１記載の船舶推進用電動機駆動システム。

【請求項3】

前記所定時間は、
前記電動機の誘起電圧が所定値以下に低下する時間に相当することを特徴とする、
請求項２記載の船舶推進用電動機駆動システム。

【請求項4】

前記電動機は、前記第１のクラッチを介して所定の減速比の減速機に接続され、
前記制御部は、
前記電動機の軸の回転速度が、前記主軸の回転速度を前記所定の減速比で割った商以上である場合に、嵌合状態にある第２のクラッチによってエンジンと前記減速機とが連結された状態にあり、且つ前記第１のクラッチが嵌合状態にあると判定する、
請求項１記載の船舶推進用電動機駆動システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、船舶推進用電動機駆動システムに関する。

【背景技術】

【0002】

船舶推進用電動機駆動システムは、船舶を推進させるための電動機を、電力変換装置から供給する電力により駆動する。このような船舶には、エンジンと電動機とを推進用の動力源にして、共通するプロペラを駆動するハイブリッド型のものがある。このような船舶には、ＳＳＳクラッチ（Synchro Self Shifting clutch）等を利用して、プロペラが設けられている主軸から、上記のエンジンと電動機を適宜機械的に切り離すものがある。ＳＳＳクラッチの連結状態は、そのクラッチ本体の動力側の入力軸と負荷側の出力軸の双方の軸の回転速度の差によって決定される。このＳＳＳクラッチが切れないと、電動機がエンジンの動力等によって機械的に駆動されて、その電動機が発電状態になる。ＳＳＳクラッチを利用する船舶に、船舶推進用の電動機駆動システムに回生能力を有していない電力変換装置とＳＳＳクラッチとを利用すると、電動機が生成する電力によって過電圧状態が発生することがある。このような過電圧から自らを保護するために電力変換装置が停止してしまい、船舶推進用電動機駆動システムが安定に動作しない場合があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】日本国特開２０１２－８７７５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、より安定に動作する船舶推進用電動機駆動システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の一態様の船舶推進用電動機駆動システムは、インバータと、制御部とを備える。インバータは、船舶の推力の一部又は全部を供給する第１動力源である電動機に電力を供給する。制御部は、前記船舶の推力の一部又は全部を供給する第２動力源及び主軸に連結されたプロペラと、前記電動機との間に設けられた自動嵌脱クラッチである第１のクラッチの状態を、前記インバータを制御することにより脱状態にする。前記制御部は、前記電動機をトルク制御で駆動する第１モードと前記電動機を速度制御で駆動する第２モードとの少なくとも２つのモードを有し、前記第２モードで電動機を駆動しているときに、前記第２動力源が前記プロペラに推力を供給する場合には、前記第１モードで前記電動機を駆動させるように運転モードを切り替える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の船舶推進用電動機駆動システムの構成図。

【図2】実施形態の電動機に対する制動制御に係るタイミングチャート。

【図3】実施形態のトルク信号切替部１１０の構成図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態に係る船舶推進用電動機駆動システムについて説明する。なお、以下の説明では、電気的に接続されることを、単に「接続される」ということがある。なお、座標変換に係る座標系として直交座標系を例示するが、これに制限されることはなく２つの軸の成分を独立に扱える２つの軸を有する座標系に代えてもよい。

【0008】

図１は、実施形態の船舶推進用電動機駆動システムの構成図である。図１に示す電動機駆動システム１は、船舶推進用電動機駆動システムの一例である。図１に示す船舶２は、少なくともエンジン１０と電動機２０を推進用の動力源として利用するハイブリッド型の電気推進構造を備える。

【0009】

船舶２に適用される電動機駆動システム１は、少なくともエンジン１０と、電動機２０と、クラッチ部３０と、減速機４０と、プロペラ５０と、発電機６０と、電力変換装置１００と、上位制御装置２００とを備える。電動機駆動システム１は、船舶２に設けられている。

【0010】

エンジン１０は、化石燃料等を燃焼させて動力を生成することでクランク軸１１を回転させる。エンジン１０のクランク軸１１は、クラッチ３１（第２のクラッチ）を介して減速機４０の第１の入力軸である軸４１に連結される。

【0011】

電動機２０は、例えば３相交流型の誘導電動機である。電動機２０の軸２１は、クラッチ３２（第１のクラッチ）を介して減速機４０の第２の入力軸である軸４２に連結される。電動機２０には、速度センサ２４が設けられている。速度センサ２４は、電動機２０の軸２１の回転速度を検出して、電動機速度ωＭを出力する。電動機速度ωＭの単位は、例えば（ｒａｄ／秒）である。エンジン１０と電動機２０は、それぞれが船舶２の推進用の動力源である。ここで、エンジン１０の出力は電動機２０の出力より十分大きいとする。

【0012】

クラッチ部３０は、少なくともクラッチ３１と、クラッチ３２とを含む。クラッチ部３０に含まれる各クラッチは、少なくとも船舶推進用の動力が供給される入力軸（第１軸）と、負荷側の出力軸（第２軸）と、クラッチ本体とを備える。クラッチ３１の種類については、任意の種類のものを適宜選択してよい。少なくともクラッチ３２の種類は、入力軸と出力軸との速度に基づいて連結状態を決定するＳＳＳクラッチ（Synchro Self Shifting clutch）である。ＳＳＳクラッチは、例えば、第１軸の速度が第２軸の速度を超えるとクラッチ３２が嵌合状態になり、第１軸の速度が第２軸の速度より低下するとクラッチ３２が脱状態になる。なお、クラッチ３２は、自動嵌脱クラッチの一例である。

【0013】

クラッチ３１の入力軸は、エンジン１０のクランク軸１１に連結されている。クラッチ３１の出力軸は減速機４０の軸４１に連結されている。クラッチ３２の入力軸は、電動機２０の軸２１（第１軸）に連結されている。クラッチ３２の出力軸は減速機４０の軸４２（第２軸）に連結されている。なお、クラッチ３１とクラッチ３２は、それぞれの連結状態を上位制御装置２００に出力してもよい。

【0014】

なお、クラッチ部３０が、クラッチ３１と、クラッチ３２とを含む事例について説明するが、クラッチの個数が図に示す個数等に制限されることなく、適宜変更してもよい。

【0015】

減速機４０は、入力軸である軸４１と軸４２とを有し、さらに、出力軸である軸４３とを有している。減速機４０は、軸４１の回転速度（回転数）を所定の減速比ｋで減速し、また、軸４２の回転数を所定の減速比ｋで減速して、軸４１と軸４２の回転に合わせて軸４３を回転させる。ｋは、設計的に決定される定数である。

【0016】

軸４３には、主軸５１が連結されている。主軸５１にはプロペラ５０が設けられている。減速機４０は、軸４３の回転数で主軸５１、つまりプロペラ５０を回転させる。プロペラ５０が回転することにより、船舶２の推力が生じる。

【0017】

主軸５１には、速度センサ４４が設けられている。速度センサ４４は、主軸５１の軸の速度（以下、主軸速度ωＡという。）を検出する。主軸速度ωＡの単位は、例えば（ｒａｄ／秒）である。なお、速度センサ４４を軸４３に設けてもよい。

【0018】

ここで、軸４３の回転速度と主軸５１の回転速度（主軸速度ωＡ）とが同一であると定義すると、軸４１と軸４２の回転速度は、（ｋ×ωＡ）になる。上記の通りｋの値は任意であるが、説明を簡略化するために、以下の説明ではｋの値を１にした事例について説明する。つまり、この場合、軸４１と軸４２は、等速で回転する。なお、ｋの値を１以外にする場合には、ｋを用いた比例計算を適宜実施するとよい。

【0019】

発電機６０は、発電した交流電力を電力変換装置１００に供給する。電力変換装置１００は、この電力を電動機２０の駆動に利用する。

【0020】

電力変換装置１００は、少なくとも整流器１０１とインバータ１０２とを備える。

【0021】

整流器１０１の交流入力には発電機６０が接続されている。整流器１０１の直流出力にはインバータ１０２の直流入力が接続されている。例えば、整流器１０１は、図示しない複数のダイオードを要素に含むブリッジとして形成されている。整流器１０１は、発電機６０から供給される電力を全波整流し、インバータ１０２に供給する。

【0022】

インバータ１０２は、後述するゲート制御部１４０が生成したゲート信号（ゲート制御信号ＧＣＭ）等によって制御される複数の半導体スイッチ（不図示）を備える。

【0023】

インバータ１０２の直流入力は、整流器１０１の直流出力が接続されている。インバータ１０２の直流入力には、整流器１０１の直流出力から電力が供給される。インバータ１０２の交流出力には電動機２０が接続されている。インバータ１０２は、ゲート制御部１４０からの制御により複数の半導体スイッチの導通状態が調整される。

【0024】

インバータ１０２は、整流器１０１側から供給される直流電力を変換して、例えば電動機２０を駆動するための３相交流電力を生成する。なお、インバータ１０２が生成する３相交流電力の周波数（基本周波数）は、電動機２０の回転速度の指令値（以下、速度指令という。）に合わせて調整されている。

【0025】

整流器１０１は、回生運転機能を有していないものである。インバータ１０２が回生運転状態になると、インバータ１０２の直流入力側等に過電圧が生じることがある。

【0026】

上記の通りインバータ１０２を含む電力変換装置１００は、回生運転機能を有していない。そのため、電力変換装置１００は、例えば、以下に示す方法で回生運転状態が生じないようにインバータ１０２を制御する。以下、電力変換装置１００の詳細について説明する。

【0027】

なお、電力変換装置１００は、電動機駆動システム１の状態を検出するための各種検出器として、少なくとも電流センサ１０３と、直流電圧検出部１０４とを備える。電流センサ１０３は、インバータ１０２が電動機２０の巻線（不図示）に流す電流を検出する。例えば、電流センサ１０３は、３相のうち少なくとも複数の相の相電流を検出する。直流電圧検出部１０４は、整流器１０１とインバータ１０２との間の直流リンク部分の電圧ＶＤＣを検出する。なお、一部図示を省略するが、電流センサ１０３の出力と、直流電圧検出部１０４の出力と、速度センサ２４の出力と、速度センサ４４の出力とが、上位制御装置２００に夫々接続されている。各出力から、夫々の検出結果が上位制御装置２００に供給される。

【0028】

電力変換装置１００は、さらにインバータ制御部１０５（制御部）を備える。インバータ制御部１０５は、少なくともトルク信号切替部１１０と、電流制御部１２０と、ゲート制御部１４０とを備える。なお、上記の通り、上位制御装置２００から独立した電力変換装置１００は、インバータ制御部１０５を備えていてもよい。或いは、上位制御装置２００は、インバータ制御部１０５の一部又は全部を備えていてもよい。

【0029】

なお、インバータ制御部１０５と上位制御装置２００は、例えば、プロセッサを含み、そのプロセッサ（コンピュータ）がプログラムを実行することにより実現される機能部であってもよく、その一部又は全部がハードゥエアであってもよい。上記の各部に関する詳細については後述する。

【0030】

上位制御装置２００は、電動機駆動システム１の各部に関する各種情報を収集する。上位制御装置２００は、各種情報と、予め定められる諸条件とに基づいて、エンジン１０と電動機２０とを制御して船舶２の推力を調整する。例えば、上記の各種情報には、各種検出器の検出結果又はその解析結果、電動機駆動システム１の各部の状態又はその解析結果、ユーザの操作、予め定められた航行計画などが含まれる。なお、図１において上位制御装置２００と上記の各種検出器等との接続線の一部の記載を省略する。上位制御装置２００は、上記の各種情報と諸条件とに基づいて船舶２の推力を決定する。上位制御装置２００は、その推力が得られるようにエンジン１０と電動機２０がそれぞれ発生する要求トルクを決定し、船舶２の推力を制御する。

【0031】

例えば、上位制御装置２００は、電動機２０の駆動に対する下記の要求を電力変換装置１００に対して要求する。電動機２０に対する第１の要求は、電動機２０が発生するトルク（要求トルク）に関するものである。上位制御装置２００は、電動機２０に対する要求トルクに関するトルク指令Ｔ＿ＣＯＭを電力変換装置１００に通知する。電動機２０に対する第２の要求は、電動機２０の回転速度に関するものである。上位制御装置２００は、電動機２０に対する速度指令ω＿ＣＯＭを電力変換装置１００に通知する。

【0032】

さらに、上位制御装置２００は、クラッチ３１の状態に関する情報と、クラッチ３２の状態制御に関する要求とを、電力変換装置１００に通知する。例えば、上位制御装置２００は、クラッチ３１の状態を検出し、信号Ｓ＿Ｃ３１ＯＮによってクラッチ３１の状態を、電力変換装置１００に通知する。クラッチ３２の嵌合状態を脱状態に切り替える場合には、上位制御装置２００は、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭによって、クラッチ３２を脱状態に切り替える要求を電力変換装置１００に通知する。例えば、嵌合状態にあるクラッチ３２を脱状態に切り替えるために、上位制御装置２００は、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭをＨレベルにする。

【0033】

なお、上位制御装置２００は、下記の保護機能を有するものであってもよい。
上位制御装置２００は、直流電圧検出部１０４の検出結果に基づいて、整流器１０１とインバータ１０２の間にあたる直流部の電圧ＶＤＣから、その直流部の過電圧状態を検出する。なお、上位制御装置２００は、その検出結果に基づいて、過電圧状態を解消するように電力変換装置１００を制御する。

【0034】

上位制御装置２００は、電流センサ１０３の検出結果に基づいて、インバータ１０２が電動機２０の巻線に流す電流の過電流状態を検出する。その検出結果により、上位制御装置２００は、例えばインバータ１０２と電動機２０を保護するように、インバータ１０２の動作を停止させる。

【0035】

次に、トルク信号切替部１１０の概要について説明する。なお、その詳細については後述する。

【0036】

トルク信号切替部１１０は、少なくとも加算器１１４と、減算器１１５と、速度制御部１１６と、最小値選択部１１７と、判定部１１９とを含む。トルク信号切替部１１０は、電動機速度ωＭと、主軸速度ωＡと、クラッチ３１の状態（信号Ｓ＿Ｃ３１ＯＮ）と、トルク指令Ｔ＿ＣＯＭと、速度指令ω＿ＣＯＭとに基づいて、トルク制御に用いる要求トルク（算定トルク値Ｔｃａｌ）を導出する。

【0037】

例えば、トルク信号切替部１１０は、上記の要求トルクを、速度指令ω＿ＣＯＭの値を基準にして決定する。その際、トルク信号切替部１１０は、エンジン１０に対応するクラッチ３１の状態（信号Ｓ＿Ｃ３１ＯＮ）により、上記の要求トルクの値を調整して、調整後の算定トルク値Ｔｃａｌを出力する。

【0038】

次に、電流制御部１２０の一例について説明する。電流制御部１２０は、少なくとも磁束演算部１２１と、除算器１２２と、選択器１２３と、減算器１２４と、Ｑ軸電流制御部１２５と、磁化電流演算部１２６と、選択器１２７と、減算器１２８と、Ｄ軸電流制御部１２９と、直流制動電流指令部１３０と、積分器１３１と、位相値保持部１３２と、電流座標変換器１３３と、電流座標変換器１３４と、滑り周波数推定部１３５と、積分器１３６と、加算器１３７とを備える。

【0039】

磁束演算部１２１の入力には速度センサ２４の出力が接続されている。磁束演算部１２１の出力には除算器１２２の第２入力と磁化電流演算部１２６の入力とが接続されている。磁束演算部１２１は、速度センサ２４によって検出された電動機２０の軸２１の速度に対応する電動機速度ωＭに基づいて、磁束の状態を示す磁束Φを導出する。磁束演算部１２１は、磁束Φの導出結果を除算器１２２と磁化電流演算部１２６に出力する。

【0040】

除算器１２２の第１入力には、トルク信号切替部１１０の出力が接続されている。除算器１２２の第２入力には磁束演算部１２１の出力が接続されている。除算器１２２の出力には選択器１２３の第１入力が接続されている。除算器１２２は、トルク信号切替部１１０によって導出された算定トルク値Ｔｃａｌを、磁束演算部１２１によって導出された磁束Φの値で割った商をＱ軸の電流指令値Ｉｑｃとして、選択器１２３に出力する。

【0041】

選択器１２３の第１入力には除算器１２２の出力が接続されている。選択器１２３の第２入力には固定値が供給されている。選択器１２３の制御入力には上位制御装置２００からクラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭが供給されている。選択器１２３の出力には減算器１２４の第１入力が接続されている。選択器１２３は、除算器１２２によって導出されたＱ軸の電流指令値Ｉｑｃと固定値とのうちの何れかを、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭに従い選択して、電流基準Ｉｑｒとして減算器１２４に出力する。上記の固定値は、例えば、０又は０近傍の微小値である。

【0042】

例えば、初期状態としてクラッチ３２は嵌合状態であるのでクラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭは、その信号レベルがＬ（ロー）レベルであり、選択器１２３は、制御入力がＬレベルになる。この場合に、選択器１２３は、第１入力を選択して、Ｑ軸の電流指令値Ｉｑｃを電流基準Ｉｑｒとして出力する。

【0043】

その後、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭが発せられて、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭの信号レベルがＨ（ハイ）レベルになる。これにより、選択器１２３の制御入力はＨレベルになる。この場合に、選択器１２３は、第２入力を選択して、０又は０近傍の微小値の固定値を電流基準Ｉｑｒとして出力する。

【0044】

減算器１２４の第１入力には選択器１２３の出力が接続されている減算器１２４の第２入力には電流座標変換器１３３のＱ軸出力が接続されている。減算器１２４の出力にはＱ軸電流制御部１２５の入力が接続されている。減算器１２４は、選択器１２３から出力されたＱ軸の電流基準Ｉｑｒから、電流座標変換器１３３によって導出されたＱ軸電流Ｉｑを減算し、その減算の結果である差分値ΔＩｑを出力する。

【0045】

Ｑ軸電流制御部１２５の入力には減算器１２４の出力が接続されている。Ｑ軸電流制御部１２５の出力には電流座標変換器１３４のＱ軸入力が接続されている。Ｑ軸電流制御部１２５は、減算器１２４の減算によって導出された差分値ΔＩｑに基づいてＱ軸の電圧基準Ｖｑｒを導出して、Ｑ軸の電圧基準Ｖｑｒを電流座標変換器１３４のＱ軸入力に出力する。例えば、Ｑ軸電流制御部１２５は、比例積分回路で構成され、差分値ΔＩｑが最小になるようにその出力であるＱ軸の電圧基準Ｖｑｒを制御する。

【0046】

磁化電流演算部１２６の入力には磁束演算部１２１の出力が接続されている。磁化電流演算部１２６の出力には選択器１２７の第１入力が接続されている。磁化電流演算部１２６は、磁束演算部１２１によって導出された磁束Φの大きさに基づいて、Ｄ軸の電流指令値Ｉｄｃを導出し、その導出の結果を選択器１２７に出力する。

【0047】

選択器１２７の第１入力には磁化電流演算部１２６の出力が接続されている。選択器１２７の第２入力には直流制動電流指令部１３０の出力が接続されている。選択器１２７の制御入力には上位制御装置２００クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭが供給される。選択器１２７の出力には減算器１２８の第１入力が接続されている。選択器１２７は、磁化電流演算部１２６によって導出されたＤ軸の電流指令値Ｉｄｃと、直流制動電流指令部１３０の出力である直流制動電流指令Ｉｂｒｋとのうちの何れかを、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭに従い選択して、選択の結果を電流基準Ｉｄｒとして出力する。例えば、直流制動電流指令Ｉｂｒｋは、電動機２０の直流制動時の電流値を規定する。

【0048】

例えば、初期状態としてクラッチ３２は嵌合状態であるので、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭはＬレベルである。選択器１２３は、制御入力がＬレベルである場合に、第１入力を選択して、Ｄ軸の電流指令値Ｉｄｃを電流基準Ｉｄｒとして出力する。

【0049】

選択器１２７は、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭが発せられて制御入力がＨレベルである場合に、第２入力を選択して、第２入力に関する直流制動電流指令Ｉｂｒｋを電流基準Ｉｄｒとして出力する。

【0050】

減算器１２８の第１入力には選択器１２７の出力が接続されている。減算器１２８の第２入力には電流座標変換器１３３のＤ軸出力が接続されている。減算器１２８の出力にはＤ軸電流制御部１２９の入力が接続されている。減算器１２８は、選択器１２７から出力されるＤ軸の電流基準Ｉｄｒから、電流座標変換器１３３によって導出されたＤ軸電流Ｉｄを減算し、その減算の結果である差分値ΔＩｄを出力する。

【0051】

Ｄ軸電流制御部１２９の入力には減算器１２８の出力が接続されている。Ｄ軸電流制御部１２９の出力には電流座標変換器１３４のＤ軸入力が接続されている。Ｄ軸電流制御部１２９は、減算器１２８の減算によって導出された差分値ΔＩｄに基づいてＤ軸の電圧基準Ｖｄｒを導出して、Ｄ軸の電圧基準Ｖｄｒを電流座標変換器１３４のＤ軸入力に出力する。例えば、Ｄ軸電流制御部１２９は比例積分回路で構成され、差分値ΔＩｄが最小になるようにその出力であるＤ軸の電圧基準Ｖｄｒを制御する。

【0052】

なお、直流制動電流指令部１３０は、直流制動電流指令Ｉｂｒｋを出力する。直流制動電流指令Ｉｂｒｋは、直流制動時の電流値を決定する指令値であり、例えば、予め定められた固定値であってよい。この直流制動電流指令Ｉｂｒｋは、任意の値であってよい。なお、直流制動電流指令Ｉｂｒｋの値が固定値であることに制限されることはなく、調整された値にしてもよい。例えば、電動機速度ωＭの大きさに応じて直流制動電流指令Ｉｂｒｋの値を決定してもよい。或いは、上位制御装置２００が出力する値であってもよい。

【0053】

積分器１３１の入力には速度センサ２４の出力が接続されている。積分器１３１の出力には加算器１３７の第１入力が接続されている。積分器１３１は、電動機速度ωＭに基づいて電動機２０の回転子の電気角θＭを導出する。例えば、積分器１３１は、電動機速度ωＭを時間積分することにより機械角度を求め、さらに電動機２０の極数ｐを考慮し電動機２０の回転子の電気角θＭを導出する。

【0054】

位相値保持部１３２の第１入力には加算器１３７を経て積分器１３１の出力が接続されている。位相値保持部１３２の第２入力には位相値保持部１３２の出力が接続されている。位相値保持部１３２の制御入力にはクラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭが供給される。位相値保持部１３２の出力には電流座標変換器１３３の基準位相入力と電流座標変換器１３４の基準位相入力とが接続されている。

【0055】

例えば、位相値保持部１３２は、メイク・ビフォア・ブレーク（Make-Before-Break）型の接点を備える選択器を含む。位相値保持部１３２は、加算器１３７によって導出された位相θを、クラッチ脱指令を示す信号Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭに従い保持する。保持された位相θは、直流制動に利用される。位相θの詳細は後述する。

【0056】

例えば、初期状態としてクラッチ３２が嵌合状態である場合のクラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭは、Ｌレベルである。選択器１３２は、制御入力がＬレベルである場合に第１入力を選択して位相θを基準位相θｒｅｆとして出力する。位相値保持部１３２から出力される基準位相θｒｅｆは、後段の電流座標変換に利用される。

【0057】

位相値保持部１３２は、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭが発せられて制御入力がＨレベルである場合に、第２入力を選択する。位相値保持部１３２は、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭが発せられる直前の位相θを保持して、保持した位相θを基準位相θｒｅｆとして出力する。

【0058】

電流座標変換器１３３は、例えば、入力端子であるＡ軸入力とＢ軸入力と、出力端子であるＤ軸出力とＱ軸出力と、基準位相入力とを有する。図に示す電流座標変換器１３３の入力は、上記のＡ軸入力であり、Ｂ軸入力の記載を省略している。電流座標変換器１３３の入力には電流センサ１０３の出力が接続されている。電流座標変換器１３３の基準位相入力には位相値保持部１３２の出力が接続されている。電流座標変換器１３３のＱ軸出力には減算器１２４の第２入力が接続されている。電流座標変換器１３３のＤ軸出力には減算器１２８の第２入力が接続されている。電流座標変換器１３３は、電流センサ１０３により検出された出力電流Ｉと位相値保持部１３２から出力された基準位相θｒｅｆとに基づいてＤＱ変換して、ＤＱ変換によってＱ軸電流ＩｑとＤ軸電流Ｉｄを導出する。

【0059】

ここで、電流座標変換器１３３を例示してＤＱ変換について説明する。ＤＱ変換は、直交固定座標から、交流の位相に伴い回転する直交回転座標への変換である。上記の位相を適切に設定することにより、例えば、直交回転座標のＱ軸に有効電流（有効電力）成分を射影し、Ｑ軸に直交するＤ軸に無効電流（有効電力）成分を射影することができる。電流座標変換器１３３は、基準位相入力に供給される基準位相θｒｅｆを基準に、以下の式（１）と式（２）とによって直交固定座標から直交回転座標への座標変換（ＤＱ変換）を行なう。

【0060】

Ｄ ＝ Ａcos（θref） ＋Ｂsin（θref） …（１）
Ｑ ＝ －Ａsin（θref） ＋Ｂcos（θref） …（２）

【0061】

なお、上記の式（１）と式（２）におけるＢの値を０にすることにより、第２項を省略できる。

【0062】

電流座標変換器１３４のＱ軸入力にはＱ軸電流制御部１２５の出力が接続されている。電流座標変換器１３４のＤ軸入力にはＤ軸電流制御部１２９の出力が接続されている。電流座標変換器１３４の基準位相入力には位相値保持部１３２の出力が接続されている。電流座標変換器１３４の出力にはＰＷＭ制御器１４１の入力が接続される。電流座標変換器１３４は、Ｑ軸電流制御部１２５によって導出されたＱ軸電圧基準Ｖｑｒと、Ｄ軸電流制御部１２９によって導出されたＤ軸電圧基準Ｖｄｒと、基準位相θｒｅｆとに基づいてＤＱ逆変換を実施して、電圧指令値Ｖｒを導出する。ＤＱ逆変換は、直交回転座標から直交固定座標への座標変換である。

【0063】

滑り周波数推定部１３５の入力には電流センサ１０３が接続されている。滑り周波数推定部１３５の出力には積分器１３６の入力が接続されている。滑り周波数推定部１３５は、電流センサ１０３により検出されたインバータ１０２の交流出力電流Ｉに基づいて電動機２０の滑り周波数の推定値を導出する。

【0064】

積分器１３６の入力には滑り周波数推定部１３５の出力が接続されている。積分器１３６の出力には加算器１３７の第２入力が接続されている。積分器１３６は、滑り周波数推定部１３５により導出された滑り周波数の推定値を積分して滑り周波数の位相を滑り量調整値θａｄｊとして出力する。

【0065】

加算器１３７の第１入力には積分器１３１の出力が接続されている。加算器１３７の第２入力には積分器１３６の出力が接続されている。加算器１３７の出力には位相値保持部１３２の第１入力が接続されている。加算器１３７は、積分器１３１から出力された電動機２０の回転子の電気角θＭと、積分器１３６から出力された滑り量調整値θａｄｊとを加算して位相θを導出し、導出の結果の位相θを位相値保持部１３２に出力する。

【0066】

次に、ゲート制御部１４０の一例について説明する。ゲート制御部１４０は、少なくともＰＷＭ制御器１４１（図中の記載はＰＷＭ）と、ＧＢ制御部１４２（図中の記載はＧＢ）とを備える。

【0067】

ＰＷＭ制御器１４１の入力には電流座標変換器１３４の出力が接続されている。ＰＷＭ制御器１４１の出力にはＧＢ制御部１４２の入力が接続されている。ＰＷＭ制御器１４１は、電流座標変換器１３４によって導出された電圧指令値Ｖｒに基づいて、インバータ１０２を駆動するためのＰＷＭパルス信号ＧＣを生成する。

【0068】

ＧＢ制御部１４２の入力にはＰＷＭ制御器１４１の出力が接続されている。ＧＢ制御部１４２の制御入力には上位制御装置２００からクラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭが供給される。ＧＢ制御部１４２の出力にはインバータ１０２の入力が接続されている。ＧＢ制御部１４２は、ＰＷＭ制御器１４１によって生成されたＰＷＭパルス信号ＧＣを、インバータ１０２にゲート制御信号ＧＣＭとして供給する。ＧＢ制御部１４２は、予め定められた運転規則に従い、ゲート制御信号ＧＣＭのインバータ１０２への供給を制限する。

【0069】

図２を参照して、電動機に対する制動制御について説明する。図２は、実施形態の電動機に対する制動制御に係るタイミングチャートである。この図の上から順に、クラッチ３１の状態（Ｓ＿Ｃ３１ＯＮ）、クラッチ３２の状態（Ｓ＿Ｃ３２ＯＮ）、クラッチ脱指令Ｃ３１ＯＦＦ＿ＣＯＭと、ゲート制御信号ＧＣＭと、電動機２０の状態と、電動機速度ωＭとが順に示されている。上記のうち、電動機２０の状態が、複数の状態の何れかを示す。電動機速度ωＭは、連続的に変化する値を示す。その他のものは２値で示される。ゲート制御信号ＧＣＭは、複数の信号であるが代表として１信号で模式的に表現している。

【0070】

この図に示す初期状態は、クラッチ３１とクラッチ３２が嵌合状態にあり、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ_ＣＯＭがＬレベルに維持され、ゲート制御信号ＧＣＭとして、オン期間とオフ期間を交互に繰り返すゲートパルスが連続的に出力され、電動機２０がトルク制御で稼働され、電動機２０が所望の速度で回転している状態にある。

【0071】

例えば、時刻ｔ１においてクラッチ３２を脱状態にするために、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ_ＣＯＭがＨレベルに切り替わる。これにより、ＧＢ制御部１４２は、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ_ＣＯＭがＨレベルに変化したことを検出し、その検出の結果に応じてゲート制御信号ＧＣＭの出力を、予め定められた所定の期間Ｔに亘り停止して、即ち、ゲートブロックを行う。
例えば、ＧＢ制御部１４２は、この期間Ｔに亘りゲートパルスの信号レベルをＬレベルに固定して、上記の所定の期間Ｔ内におけるインバータ１０２を構成するスイッチング素子をオフ状態にする。これにより、動力が供給されなくなった電動機２０の電動機速度ωＭは、徐々に低下する。

【0072】

所定の期間Ｔが経過した時刻ｔ２に、ＧＢ制御部１４２は、インバータ１０２内のスイッチング素子へゲート制御信号ＧＣＭの出力を許可する。ここで出力されるスイッチング素子へのゲート制御信号ＧＣＭは、電動機２０に対して直流電流を通電し制動（いわゆる直流制動）を掛ける信号になる。電動機速度ωＭは、その直流制動の作用により減速傾向が強まり、その速度がさらに低下する。

【0073】

時刻ｔ３に、電動機速度ωＭが主軸速度ωＡ以下に低下して、クラッチ３２が脱状態になる。その結果、クラッチ３２の状態を示すＳ＿Ｃ３２ＯＮがＬレベルになる。なお、電動機２０は、その後停止するが、制動状態は継続される。

【0074】

時刻ｔ４に、ＧＢ制御部１４２は、ゲート制御信号ＧＣＭの出力を停止して、例えばＬレベルにすることで、インバータ１０２の変換動作を停止させる。

【0075】

なお、上記の所定の期間Ｔは、ＰＷＭパルス信号の周期に比べて十分に長い。例えば、所定の期間Ｔは、回転状態にある電動機２０の誘起電圧が所定値以下になるまでの時間に基づいて予め定められる。例えば、ＧＢ制御部１４２は、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ_ＣＯＭのＨレベルへの変化をトリガにして起動するタイマーを備えていて、そのタイマーの計時結果により、上記のゲート制御信号ＧＣＭの出力を制限してもよい。ここで言う、誘起電圧が所定値以下とは、インバータ１０２が電動機２０に対して直流電流を流そうとしたときに、その直流電流が過電流にならないような電電動機２０の誘起電圧のレベル以下という意味である。

【0076】

例えば、誘起電圧の振幅（誘起電圧振幅）は、次の式（３）から概算できる。

【0077】

誘起電圧振幅＝Ｋ・ωＭ・Ｌｍ・Ｉ０・ｅｘｐ（－ｔ／τ）
（３）

【0078】

ここで Ｋ ：比例定数
Ｌｍ：電動機２０の励磁インダクタンス
Ｉ０：電動機２０の二次電流の初期値
τ ：時定数 τ＝（Ｌｍ＋ｌｓ）／ｒｓ
ｌｓ：電動機２０の２次漏れ電流
ｒｓ：電動機２０の２次抵抗

【0079】

よって、電動機２０の特性等に基づいて上記の式（３）の各変数を決定してよい。式（３）により算出される誘起電圧振幅の低減特性に基づいて期間Ｔを固定値に定めてもよい。また電動機速度ωＭにより可変させてもよい。

【0080】

図３を参照して、トルク信号切替部１１０について説明する。図３は、実施形態のトルク信号切替部の構成図である。この図３に示す範囲は、トルク信号切替部１１０とその周辺部分が含まれる。

【0081】

トルク信号切替部１１０は、少なくとも速度比較器１１１と、ＡＮＤ回路１１２と、選択器１１３と、加算器１１４と、減算器１１５と、速度制御部１１６と、最小値選択部１１７と、を備える。なお、速度比較器１１１と、ＡＮＤ回路１１２と、選択器１１３は、前述の判定部１１９の一例である。

【0082】

速度比較器１１１の第１入力（図中の記載はＡ）には速度センサ２４の出力が接続されている。速度比較器１１１の第２入力（図中の記載はＢ）には速度センサ４４の出力が接続さている。速度比較器１１１の出力（図中の記載はＡ≧Ｂ）にはＡＮＤ回路１１２の第２入力が接続されている。速度比較器１１１は、電動機速度ωＭと主軸速度ωＡとを比較して、電動機速度ωＭ（第１入力）が主軸速度ωＡ（第２入力）未満の場合には、Ｌレベルを出力する。速度比較器１１１は、電動機速度ωＭ（第１入力）が主軸速度ωＡ（第２入力）以上の場合には、Ｈレベルを出力する。

【0083】

なお、速度比較器１１１は、減速機４０の減速比ｋ等に基づいた補正を実施してもよい。減速機４０の減速比ｋに基づいた補正の一例として、主軸速度ωＡに代えて、主軸速度ωＡを値が１ではないｋで割った商を利用してもよい。

【0084】

ＡＮＤ回路１１２の第１入力には上位制御装置２００の信号Ｓ＿Ｃ３１ＯＮの出力が接続されている。ＡＮＤ回路１１２の第２入力には速度比較器１１１の出力が接続されている。ＡＮＤ回路１１２の出力には選択器１１３の制御入力が接続されている。ＡＮＤ回路１１２は論理積回路である。

【0085】

選択器１１３の第１入力には予め定められた速度指令ω＿ＣＯＭ用のバイアス値が供給される。選択器１１３の第２入力には固定値が供給される。選択器１１３の制御入力にはＡＮＤ回路１１２の出力が接続されている。選択器１１３の出力には加算器１１４の第２入力が接続されている。なお、上記の固定値は、０又は０近傍の微小値である。上記のバイアス値は、固定値より大きい正の値をとる。

【0086】

ＡＮＤ回路１１２からＬレベルが出力される場合には、選択器１１３は、第２入力の値を出力として選択し、これを調整値ωＡｄｊにする。即ち調整値ωＡｄｊは０又は０近傍の微小値になる。

【0087】

ＡＮＤ回路１１２からＨレベルが出力される場合には、選択器１１３は、ＡＮＤ回路１１２からＬレベルが出力される場合の固定値より大きな値のバイアス値を出力し、これを調整値ωＡｄｊにする。例えば、調整済速度指令値ａω＿ＣＯＭが、速度指令ω＿ＣＯＭの上限値の数％から１０％程度の値になるように、上記のバイアス値を適宜決定してよい。

【0088】

加算器１１４の第１入力には上位制御装置２００の速度指令ω＿ＣＯＭの出力が接続されている。加算器１１４の第２入力には選択器１１３の出力が接続されている。加算器１１４の出力には減算器１１５の第１入力が接続されている。加算器１１４は、速度指令ω＿ＣＯＭと選択器１１３から出力された調整値ωＡｄｊとを加算して調整済速度指令値ａω＿ＣＯＭを導出し、調整済速度指令値ａω＿ＣＯＭを減算器１１５に出力する。

【0089】

減算器１１５の第１入力には加算器１１４の出力が接続されている。減算器１１５の第２入力には速度センサ２４の出力が接続されている。減算器１１５の出力に速度制御部１１６の入力が接続されている。減算器１１５は、加算器１１４によって導出された調整済速度指令値ａω＿ＣＯＭから電動機速度ωＭを減算し、その差分を速度制御部１１６に出力する。

【0090】

速度制御部１１６の入力には減算器１１５の出力が接続されている。速度制御部１１６の出力には最小値選択部１１７の第２入力が接続されている。速度制御部１１６は、減算器１１５の減算によって導出された差分が最小となるような速度指令に基づいたトルク指令Ｔωを最小値選択部１１７に出力する。速度制御部１１６は例えば比例積分回路で構成される。

【0091】

最小値選択部１１７の第１入力には上位制御装置２００のトルク指令Ｔ＿ＣＯＭの出力が接続されている。最小値選択部１１７の第２入力には速度制御部１１６の出力が接続されている。最小値選択部１１７の出力には除算器１２２の第１入力が接続されている。最小値選択部１１７は、速度制御部１１６によって導出されたトルク指令値Ｔωと、上位制御装置２００から指示されたトルク指令（トルク指令値Ｔ＿ＣＯＭ）とを比較して、それらのうちからより小さい方を選択する。最小値選択部１１７は、上記の選択の結果を算定トルク値Ｔｃａｌとして出力する。

【0092】

ここで、トルク信号切替部１１０の動作の原理を整理する。

【0093】

電力変換装置１００は、エンジン１０の動力と電動機２０の動力を利用して、プロペラ５０を駆動する。プロペラ５０に供給される動力は、クラッチ３１とクラッチ３２の状態により異なる。

【0094】

クラッチ３１とクラッチ３２の状態を、主軸速度ωＡと、電動機速度ωＭと、クラッチ３１の状態の３つの情報に基づいて整理する。

【0095】

（状態１）ωＭ≧ωＡ、且つ信号Ｓ＿Ｃ３１ＯＮがＨレベル。
上記から、クラッチ３１とクラッチ３２がともに嵌合状態であると推定される。即ち、船舶２はエンジン１０と電動機２０の両方の動力で推進していると推定される。

【0096】

（状態２）ωＭ≧ωＡ、且つ信号Ｓ＿Ｃ３１ＯＮがＬレベル。
上記から、クラッチ３１が脱状態にあり、クラッチ３２が嵌合状態であると推定される。即ち、船舶２は電動機２０の動力で推進していると推定される

【0097】

（状態３）ωＭ＜ωＡ、且つ信号Ｓ＿Ｃ３１ＯＮがＨレベル。
上記から、クラッチ３１が嵌合状態にあり、クラッチ３２が脱状態であると推定される。即ち、船舶２はエンジン１０の動力で推進していると推定される。

【0098】

（状態４）ωＭ＜ωＡ、且つ信号Ｓ＿Ｃ３１ＯＮがＬレベル。
上記から、クラッチ３１とクラッチ３２がともに脱状態であると推定される。即ち、船舶２はエンジン１０と電動機２０の両方とも推進に関与していないと推定される。

【0099】

上記の（状態１）から（状態３）の何れかの状態にあると、プロペラ５０がエンジン１０と電動機２０の一方又は両方の動力によって駆動される。

【0100】

なお、上記の状態のうち、（状態１）と（状態２）の場合は、クラッチ３２が嵌合状態である。このうち、クラッチ３１も嵌合状態にあるのは、（状態１）である。

【0101】

上記の（状態１）、つまりクラッチ３１とクラッチ３２がともに嵌合状態にあると、エンジン１０のトルクが各軸と各クラッチと減速機４０とを経由して電動機２０にまで伝達されることがある。この場合、インバータ１０２が電動機２０を速度制御によって駆動すると、エンジン１０の出力の方が大きいのでインバータ１０２が回生動作を行い直流回路に過電圧が生じることがある。上記の駆動方法では、電動機２０を安定に駆動させることが困難である。

【0102】

そこで、（状態１）の場合には、インバータ１０２は、電動機２０を定トルクのトルク制御で駆動するとよい。

【0103】

例えば、トルク信号切替部１１０は、主軸速度ωＡと、電動機速度ωＭと、クラッチ３１の状態の３つの情報を、トルク信号への切替に利用する。トルク信号切替部１１０は、上記の場合分けと同様に、主軸速度ωＡと電動機速度ωＭの大小関係と、クラッチ３１の状態とにより、上記の（状態１）の場合を検出する。トルク信号切替部１１０のＡＮＤ回路１１２は、上記の（状態１）の場合にＨレベルを出力する。これに応じて、判定部１１９の選択器１１３は、バイアス値に設定された調整値ωＡｄｊを出力する。

【0104】

上記の通り、トルク信号切替部１１０は、（状態１）の場合に、選択器１１３の第１入力に供給されているバイアス値を選択器１１３から出力させ、（状態１）以外の場合には、バイアス値を付加しない固定値（例えば０）を選択器１１３から出力させる。つまり、トルク信号切替部１１０は、（状態１）の場合の出力信号（調整値ωＡｄｊ）の大きさを、上記の（状態２）から（状態４）の各状態の値より大きな値に制御する。

【0105】

これにより、加算器１１４の出力値に対し、（状態１）の場合に、上記のバイアス値分の大きさに相当する値が加算される。この場合加算器１１４の出力値は、例えば速度指令ω＿ＣＯＭに対して速度指令ω＿ＣＯＭの上限値の数％から１０％程度のバイアス値が加算されたものになる。そのため、減算器１１５の出力値は、バイアス値程度増加する。これにより速度制御部１１６から出力されるトルク指令Ｔωは、速度制御部１１６による積分演算により正方向に飽和して大きな値になる。

【0106】

最小値選択部１１７は、入力される信号の中からより小さい方を選択する。その結果、最小値選択部１１７は、上記の（状態１）の場合には、上位制御装置２００から指示されたトルク指令（トルク指令値Ｔ＿ＣＯＭ）を選択して、算定トルク値Ｔｃａｌとして出力する。これにより、トルク制御が選択される。
上記の制御により、（状態１）の場合に電動機２０の動力でプロペラ５０を加勢する際の安定性を確保できる。

【0107】

なお、（状態２）（状態３）(状態４)の場合は速度指令ω＿ＣＯＭに加算される調整値ωａｄｊの値は０または微小値であるので、調整済速度指令値ａω＿ＣＯＭは速度指令ω＿ＣＯＭとほほ等しい。したがって、速度調整部１１６の出力であるトルク指令Ｔωは、電動機速度ωＭが速度指令ω＿ＣＯＭに追従するようになる。このとき、上位制御装置２００から指示されたトルク指令Ｔ＿ＣＯＭが示すトルクより、速度調整部１１６から出力されるトルク指令Ｔωが示すトルクが小さければ、最小値選択部１１７はトルク指令Ｔωを選択し、Ｔｃａｌとして除算器１２２に出力する。この場合には速度指令ω＿ＣＯＭに追従するようにインバータ１０２が動作しても、トルク指令Ｔ＿ＣＯＭより小さい値になるため、インバータ１０２の動作が不安定になることはない。

【0108】

上記の４つの状態のうち、（状態１）の場合には、クラッチ３１が嵌合状態にある。上記のクラッチ３１が嵌合している（状態１）の場合も、電力変換装置１００は、インバータ１０２を制御して電動機２０を直流制動等により制動させることにより、エンジン１０のトルクに影響されることなくクラッチ３２を脱状態に切り替えることができる。

【0109】

なお、上記の通り整流器１０１には回生能力がない。インバータ１０２が運転していて、ＳＳＳクラッチ部３０が切れずに機械的な作用で電動機２０の回転が継続していると、インバータ１０２が回生状態になる。電力変換装置１００は、これを避けるように、クラッチ３２を脱状態にして電動機２０を機械的に回転させる力を遮断することにより、インバータ１０２の直流入力側に過電圧を生じさせることを抑制できる。

【0110】

通常の運転時の各部の状態は下記のとおりである。クラッチ３２は嵌合状態である。上位制御装置２００からのクラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭはＬレベルであり、選択器１２３、選択器１２７及び選択器１３２は、夫々第１入力を選択して出力する。また、ＧＢ制御部１４２は、ＰＷＭ制御器１４１の出力であるＰＷＭ信号ＧＣに基づきゲート制御信号ＧＣＭをインバータ１０２に出力している。したがって、電力変換装置１００は、上位制御装置２００からのトルク指令Ｔ＿ＣＯＭまたは速度制御部１１６からのトルク指令Ｔωに基づく電流指令値ＩｑｃをＱ軸の電流基準Ｉｑｒとし、磁化電流演算部の出力である電流指令値ＩｄｃをＤ軸の電流基準Ｉｄｒとし、加算器１３７の出力である位相θを基準位相θｒｅｆとして、所謂ベクトル制御によりインバータ１０２を動作させる。

【0111】

ここで、図２に示す時刻ｔ１にてクラッチ３２を切り離すためクラッチ上位制御装置２００からのクラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭがＨレベルになると、選択器１２３、選択器１２７及び選択器１３２は、夫々第２入力を選択する。

【0112】

すると、Ｑ軸の電流基準Ｉｑｒは０または微小値になる。Ｄ軸の電流基準Ｉｄｒは直流制動電流指令Ｉｂｒｋの値になる。さらに、位相値保持部１３２は、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭがＨレベルになる直前の位相θを保持して、保持した位相θを基準位相θｒｅｆとして出力する。

【0113】

したがって、時刻ｔ１以降の基準位相θｒｅｆは一定の値に固定される。ＧＢ制御部１４２はクラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭがＨレベルになると、所定の期間Ｔの間ゲート制御信号ＧＣＭの出力を停止してゲートブロックを行う。

【0114】

ＧＢ制御部１４２は、所定の期間Ｔを経過した時刻ｔ２になると、ゲートブロックを解除し、ＰＷＭ制御器１４１の出力であるＰＷＭ信号ＧＣに基づきゲート制御信号ＧＣＭをインバータ１０２に出力する。

【0115】

なお、時刻ｔ１以降、基準位相θｒｅｆは、直前の位相θに固定されているので、時刻ｔ２以降のインバータ１０２は、Ｄ軸の電流基準Ｉｄｒと固定された位相θで定められた直流電流を、電動機２０に通電して直流制動を掛けることができる。直流制動が開始されると図２に示されるように、時刻ｔ２以降電動機速度ωＭは急速に低下する。このように、軸２１の速度である電動機速度ωＭを主軸速度ωＡに比例する軸４２の速度より低下させることにより、クラッチ３２を脱状態にすることができる。

【0116】

以上のように、本実施形態によれば、電力変換装置１００が回生状態で過電圧になることなく安定してクラッチ３２を脱状態にすることができる。

【0117】

なお、本実施形態では、時刻ｔ１に、直流制動時にＱ軸の電流基準Ｉｑｒを０または微小値とし、Ｄ軸の電流基準Ｉｄｒは直流制動電流指令Ｉｂｒｋの値としているが、ＧＢ解除時の時刻ｔ２でＱ軸およびＤ軸の電流基準の設定を変更してもよい。

【0118】

さらに、本実施形態では、直流制動時にＱ軸の電流基準Ｉｑｒを０または微小値とし、Ｄ軸の電流基準Ｉｄｒは直流制動電流指令Ｉｂｒｋの値としているが、直流制動時にＱ軸の電流基準Ｉｑｒを直流制動電流指令Ｉｂｒｋの値とし、Ｄ軸の電流基準Ｉｄｒを０または微小値にしてもよい。即ち、Ｄ軸及びＱ軸の電流基準を互いに直交する座標空間におけるベクトルを用いて規定すると、そのベクトルの大きさ（絶対値）を直流制動電流指令Ｉｂｒｋの値として規定できる。例えば、その大きさは固定値にしてよい。

【0119】

なお、直流制動を行う時刻ｔ２以降の基準位相θｒｅｆも任意の固定位相にしてもよい。

【0120】

電力変換装置１００は、上記のクラッチ３２の出力軸の回転速度、つまり主軸速度ωＡに対してクラッチ３２の入力軸の速度を調整することで、電動機駆動システム１の安定な状態を保ちながら、クラッチ３２を切ることができる。

【0121】

上記の実施形態によれば、インバータ１０２は、船舶の推力の一部又は全部を供給する動力源（第１動力源）である電動機２０に電力を供給する。インバータ制御部１０５は、船舶の推力の一部又は全部を供給するエンジン１０（第２動力源）及びプロペラ５０と、電動機２０との間に設けられたクラッチ３２（第１のクラッチ）の状態を、インバータ１０２を制御することにより脱状態にすることにより、電動機２０に発電させないようにクラッチ部３０を切ることができ、電動機駆動システム１をより安定に稼働させることができる。

【0122】

また、インバータ制御部１０５は、クラッチ３２を切る場合に、インバータ１０２を制御して電動機２０を制動させることにより、クラッチ３２に掛けるトルクを調整することで、クラッチ３２を切ることができる。なお、電流制御部１２０は、電動機２０を直流制動により減速させることによりクラッチ３２を切ることができる。

【0123】

また、インバータ制御部１０５は、電動機２０をトルク制御で駆動する第１モードと電動機２０を速度制御で駆動する第２モードとの少なくとも２つのモードを有している。インバータ制御部１０５は、第２モードで電動機２０を駆動しているときに、エンジン１０（第２動力源）がプロペラ５０に推力を供給する場合には、第１モードで電動機２０を駆動させるように運転モードを切り替える。これにより、動力源からの推力の供給状態に変動が生じても、電動機駆動システム１をより安定に稼働させることができる。

【0124】

例えば、電流制御部１２０は、インバータ１０２から電動機２０への電力供給を停止させてから所定の期間Ｔが経過した後に電動機２０に直流制動をかけることで、電動機２０に誘導電圧が発生している期間を避けて、電動機２０に制動トルクを発生させることができる。なお、ＧＢ制御部１４２は、所定時間が経過するまでインバータ１０２に対するゲート制御信号ＧＣＭの供給を中断し、インバータ１０２から電動機２０への電力供給を停止させる。

【0125】

例えば、上記の所定の期間Ｔは、電動機２０の誘起電圧が所定値以下に低下する時間に相当するようにしてもよい。これにより、インバータ制御部１０５は、電動機２０の誘起電圧を直接検出することなく、予め定められた所定の時間に基づいて、電動機２０の誘起電圧が所定値以下に低下していると識別することができる。

【0126】

なお、電流制御部１２０は、電動機２０の誘起電圧が所定値以下になってから直流制動をかけるようにしてもよい。例えば、上記の場合に、上位制御装置２００は、電動機速度ωＭ又は主軸速度ωＡが予め定められた所定値以下に低下したことを検出する。上記の所定値以下に低下した後に、上位制御装置２００は、電力変換装置１００に対して、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ（Ｈレベル）を送り、電動機２０に直流制動をかけてもよい。なお、ＧＢ制御部１４２がゲート制御信号ＧＣＭの出力を制限している期間は、インバータ１０２に対するゲート制御信号ＧＣＭの供給が制限される。そのため、電動機２０の誘起電圧が所定値を超えるような期間であれば、上記の直流制動の適用が制限され、電動機２０の巻線に過電流が流れることを回避できる。なお、上位制御装置２００は、上記の誘起電圧を、直流電圧検出部１０４によって検出された直流電圧の変動から推定することができる。

【0127】

例えば、電動機２０は、クラッチ３２を介して所定の減速比ｋの減速機４０に接続される。電流制御部１２０は、電動機２０の電動機速度ωＭが、主軸回転速度ωＡを減速比ｋで割った商以上である場合に、嵌合状態にあるクラッチ３１によってエンジンと減速機４０とが連結された状態にあり、且つクラッチ３２が嵌合状態にあると判定してもよい。これにより、電動機速度ωＭが、減速比ｋと主軸速度ωＡとの積以上である場合を識別することで、クラッチ３１とクラッチ３２がそれぞれ嵌合状態にあると判定することができる。

【0128】

例えば、電動機２０は、クラッチ３２を介して減速比ｋの減速機４０に接続される。電流制御部１２０は、電動機２０の電動機速度ωＭが、主軸回転速度ωＡを減速比ｋで割った商以上である場合に、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭを受けることにより、電動機速度ωＭを下げるようにインバータ１０２を制御してもよい。これにより、電動機速度ωＭが、減速比ｋと主軸速度ωＡとの積以上であり、且つ、クラッチ脱指令Ｃ３２ＯＦＦ＿ＣＯＭを受けた場合に、電動機速度ωＭを下げるようにインバータ１０２を制御することにより、回生運転状態が発生しうる状況を、クラッチ３２を脱状態にして回避させることができる。

【0129】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、船舶推進用電動機駆動システムは、インバータと、制御部とを備える。インバータは、船舶の推力の一部又は全部を供給する第１動力源である電動機に電力を供給する。制御部は、前記船舶の推力の一部又は全部を供給する第２動力源及び主軸に連結されたプロペラと、前記電動機との間に設けられた自動嵌脱クラッチである第１のクラッチの状態を、前記インバータを制御することにより脱状態にすることにより、船舶推進用電動機駆動システムがより安定に動作するようになる。

【0130】

上記の制御装置は、その少なくとも一部を、ＣＰＵなどのプロセッサがプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部で実現してもよく、全てをＬＳＩ等のハードウェア機能部で実現してもよい。

【0131】

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である。

【0132】

なお、上記の実施形態において、減速機４０の減速比ｋを１であるものとして説明したが、これに制限されない。例えば、速度比較器１１１は、電動機速度ωＭと（減速比ｋと主軸速度ωＡとの積）とを比較し、電動機速度ωＭ（第１入力）が（減速比ｋと主軸速度ωＡとの積）（第２入力）以上の場合に出力をＨレベルにする。その出力がＨレベルである場合は、クラッチ３１とクラッチ３２がともに嵌合状態にあることを示す。

【符号の説明】

【0133】

１…電動機駆動システム（船舶推進用電動機駆動システム）、２…船舶、１０…エンジン、２０…電動機、３０…クラッチ部、３１…クラッチ（第２のクラッチ）、３２…クラッチ（第１のクラッチ）、４０…減速機、５０…プロペラ、５１…主軸、６０…発電機、１００…電力変換装置、１０１…整流器、１０２…インバータ、１０５…インバータ制御部、１１０…トルク信号切替部、１２０…電流制御部、１３０…直流制動電流指令部、１４０…ゲート制御部、２００…上位制御装置

【図1】

【図2】

【図3】