特許 7250727 ハイブリッド電気推進システム及び制御方法

(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】

(24)【登録日】2023-03-24

(45)【発行日】2023-04-03

(54)【発明の名称】ハイブリッド電気推進システム及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20230327BHJP

   B63H 21/20 20060101ALI20230327BHJP

   B63H 21/16 20060101ALI20230327BHJP

   B63H 21/17 20060101ALI20230327BHJP

【ＦＩ】

H02P27/06

B63H21/20

B63H21/16

B63H21/17

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020078658

(22)【出願日】2020-04-27

(65)【公開番号】P2021175298

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2022-05-06

(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】土井 信明

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／２３４９２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０６９６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１３７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１６７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１２３０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

Ｂ６３Ｈ ２１／２０

Ｂ６３Ｈ ２１／１６

Ｂ６３Ｈ ２１／１７

Ｂ６３Ｗ １０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体の推進力を発生させるガスタービンと電動機とを協調運転させることが可能なハイブリッド電気推進システムであって、
前記電動機の巻線に電流を流すインバータと、
条件により前記ガスタービンと前記電動機を協調運転させるように前記インバータを制御する制御部と、
を備え、
前記インバータの制御に関わる第１条件として、前記インバータの出力電流値が前記インバータの出力電流の定格電流値を超え、かつ前記インバータの出力電流値が前記出力電流の過電流許容値に基づいて決定された第１閾値以下であることが規定され、
前記制御部は、
前記協調運転させるように前記インバータを制御している協調運転期間に前記第１条件が満たされたことを前記第１閾値を用いて識別し、前記第１条件が満たされた場合に、前記ガスタービンの運転状態を識別して、前記識別結果に応じた運転モードで前記電動機を制御する、
ハイブリッド電気推進システム。

【請求項2】

前記制御部は、
前記協調運転期間内に前記第１条件が満たされた場合に、前記ガスタービンが第１運転状態にあるときには前記電動機の運転モードを継続し、前記ガスタービンが第２運転状態にあるときには前記電動機を駆動させる電気推進モードで、前記電動機を制御する、
請求項１に記載のハイブリッド電気推進システム。

【請求項3】

前記協調運転期間内に前記電動機がトルク制御されていて、さらに前記第１条件が満たされた場合に、前記電動機の制御を前記トルク制御から速度制御に切り替える、
請求項２に記載のハイブリッド電気推進システム。

【請求項4】

前記制御部は、
前記協調運転期間内であることを、前記ガスタービンと前記推進力を出力する出力部との間に設けられたクラッチが嵌状態にあることを示す信号に基づいて検出する、
請求項３に記載のハイブリッド電気推進システム。

【請求項5】

前記制御部は、
前記第１条件が満たされたことを識別した後に、前記ガスタービンの運転状態を示す情報を前記ガスタービンから取得して、前記ガスタービンの運転状態を識別する、
請求項３に記載のハイブリッド電気推進システム。

【請求項6】

前記制御部は、
前記インバータの出力電流値が前記出力電流の過電流許容値に基づいて決定された第１閾値を超えた場合に、重故障が発生したことを示す情報を出力する、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載のハイブリッド電気推進システム。

【請求項7】

移動体の推進力を発生させるガスタービンと電動機とを協調運転させることが可能なハイブリッド電気推進システムであって、
前記電動機の巻線に電流を流すインバータと、
条件により前記ガスタービンと前記電動機を協調運転させるように前記インバータを制御する制御部と、
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ように前記インバータを制御している期間内に、前記インバータの出力電流値が前記インバータの出力電流の定格電流値に基づき定められた第２閾値を超えた場合に、前記ガスタービンの出力側に設けられたクラッチの状態と、前記ガスタービンの運転状態とに基づいて、前記電動機を制御する、
ハイブリッド電気推進システム。

【請求項8】

移動体の推進力を発生させるガスタービンと電動機とを協調運転させることが可能なハイブリッド電気推進システムの制御方法であって、
前記ハイブリッド電気推進システムは、
前記電動機の巻線に電流を流すインバータと、
条件により前記ガスタービンと前記電動機を協調運転させるように前記インバータを制御する制御部と、
を備えていて、
前記インバータの制御に関わる第１条件として、前記インバータの出力電流値が前記インバータの出力電流の定格電流値を超え、かつ前記インバータの出力電流値が前記出力電流の過電流許容値に基づいて決定された第１閾値以下であることが規定され、
前記協調運転させるように前記インバータを制御している協調運転期間に前記第１条件が満たされたことを前記第１閾値を用いて識別し、前記第１条件が満たされた場合に、前記ガスタービンの運転状態を識別して、前記識別結果に応じた運転モードで前記電動機を制御する過程
を含むハイブリッド電気推進システムの制御方法。

【請求項9】

移動体の推進力を発生させるガスタービンと電動機とを協調運転させることが可能なハイブリッド電気推進システムの制御方法であって、
前記ハイブリッド電気推進システムは、
前記電動機の巻線に電流を流すインバータと、
条件により前記ガスタービンと前記電動機を協調運転させるように前記インバータを制御する制御部と、
を備えていて、
前記電動機をトルク制御で駆動するように前記インバータを制御している期間内に、前記インバータの出力電流値が前記インバータの出力電流の定格電流値に基づき定められた第２閾値を超えた場合に、前記ガスタービンの出力側に設けられたクラッチの状態と、前記ガスタービンの運転状態とに基づいて、前記電動機を制御する過程、
を含むハイブリッド電気推進システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ハイブリッド電気推進システム及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンと電動機を協調運転させるハイブリッド電気推進システムが知られている。ガスタービンと電動機が協調運転状態にあるときに、異常によってガスタービンの出力が急に低下することにより、ハイブリッド電気推進システムの稼働状態が不安定になることがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１１－５０６１８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、協調運転中にガスタービンが停止する事象に対して安定に稼働させることができるハイブリッド電気推進システム及び制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態のハイブリッド電気推進システムは、インバータと、制御部とを備え、移動体の推進力を発生させるガスタービンと電動機とを協調運転させる。前記インバータは、前記電動機の巻線に電流を流す。前記制御部は、条件により前記ガスタービンと前記電動機を協調運転させるように前記インバータを制御する。前記インバータの制御に関わる第１条件として、前記インバータの出力電流値が前記インバータの出力電流の定格電流値を超え、かつ前記インバータの出力電流値が前記出力電流の過電流許容値に基づいて決定された第１閾値以下であることが規定されている。前記制御部は、前記協調運転させるように前記インバータを制御している協調運転期間に前記第１条件が満たされたことを前記第１閾値を用いて識別し、前記第１条件が満たされた場合に、前記ガスタービンの運転状態を識別して、前記識別結果に応じた運転モードで前記電動機を制御する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態のハイブリッド電気推進システムの構成図。

【図2】実施形態の協調運転を説明するための図。

【図3】実施形態の電動機のトルク制御について説明するための図。

【図4】実施形態の協調運転に係る制御のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態のハイブリッド電気推進システム及び制御方法を、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの構成の重複する説明は省略する場合がある。なお、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、本明細書で言う「ＸＸに基づく」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。さらに、「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。

【0008】

（実施形態）
図１は、実施形態のハイブリッド電気推進システム１の構成図である。
図１に示すハイブリッド電気推進システム１は、船舶２（移動体）に設けられ、船舶２に推力を供給する。図１に示す船舶２は、少なくともガスタービン（ＧＴ）１０と電動機（Ｍ）２０を推進用の動力源とするハイブリッド型の電気推進構造からの推力を利用する。ハイブリッド電気推進システム１は、ハイブリッド型の電気推進構造の一例である。

【0009】

ハイブリッド電気推進システム１は、例えば、第１系統１Ａと第２系統１Ｂに分けて構成され、第１系統１Ａと第２系統１Ｂの交流ＢＵＳが遮断機ＣＢによって互いに接続されている。第１系統１Ａと第２系統１Ｂは同様の構成を備えている。以下の説明では、第１系統１Ａを中心に説明する。

【0010】

ハイブリッド電気推進システム１は、第１系統１Ａとして、例えば、ガスタービン（ＧＴ）１０と、電動機（Ｍ）２０と、クラッチ部３０と、減速機４０と、プロペラ５０と、発電機（Ｇ）７０と、電動機駆動装置１００とを備える。

【0011】

ガスタービン１０は、原動機の一例であり、動力を生成することでクランク軸１１を回転させる。ガスタービン１０のクランク軸１１は、クラッチ３１を介して減速機４０の第１の入力軸に連結される。

【0012】

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を介して減速機４０の第２の入力軸に連結される。電動機２０には、速度センサ（不図示）が設けられている。例えば、速度センサは、電動機２０の軸２１の回転速度を検出して、速度ＦＢＫ（電動機速度）を出力する。ガスタービン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。

【0013】

クラッチ部３０は、例えばクラッチ３１と、クラッチ３２とを含む。クラッチ３１と、クラッチ３２は、夫々、船舶推進用の動力が供給される入力軸と、負荷側の出力軸と、クラッチ本体とを備える。クラッチ３１とクラッチ３２の種類は、例えば、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３Ｓクラッチ（Synchro Self Shifting clutch）である。３Ｓクラッチは、例えば、入力軸の速度が出力軸の速度を超えるとクラッチ３２が嵌合状態になり、入力軸の速度が出力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、このクラッチ部３０は、自動嵌脱クラッチの一例である。

【0014】

クラッチ３１の入力軸は、ガスタービン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の第１の入力軸に連結されている。クラッチ３２の入力軸は、電動機２０の軸２１に連結されている。クラッチ３２の出力軸は減速機４０の第２の入力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示すクラッチ信号を出力する。

【0015】

減速機４０は、第１の入力軸の回転速度（回転数）を所定の減速比で減速し、また、第２の入力軸の回転数を所定の減速比で減速して、第１と第２の入力軸の回転に合わせて出力軸を回転させる。減速比の設定は任意である。出力軸には、主軸５１が連結されている。主軸５１にはプロペラ５０（出力部）が設けられている。減速機４０は、出力軸の回転数で主軸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。

【0016】

発電機７０は、例えば、ガスタービン（ＧＴ）７１と、発電機本体７２と、変圧器７３とを備える。発電機７０は、発電機本体７２によって生成される交流電力を、変圧器７３によって変圧してインバータ１２０の電源端子に供給する。この交流電力は、電動機２０の駆動に利用される。発電機７０内の各部の構成と接続は、適宜変更してもよい。例えば図１に示すように、発電機本体７２の入力側には、ガスタービン７１が設けられ、ガスタービン７１から動力が供給される。発電機本体７２の出力側には、交流ＢＵＳを介して変圧器７３の一次側巻線が接続されている。上記の通り、この交流ＢＵＳは、遮断機ＣＢを介して第２系統１Ｂに接続される。

【0017】

電動機駆動装置１００は、例えば制御装置１１０（制御部）と、インバータ１２０とを備える。

【0018】

インバータ１２０は、交流入力交流出力型の電力変換器の一例である。インバータ１２０の交流入力には発電機７０が接続されている。インバータ１２０は、制御装置１１０から運転指令を受ける。例えば、インバータ１２０は、複数の半導体スイッチ（不図示）を備える。インバータ１２０は、運転指令に基づいて、パルス幅変調（Pulse Width Modulation）などによって変調されたゲート信号を生成し、生成したゲート信号によって複数の半導体スイッチをスイッチングする。これによりインバータ１２０は、発電機７０側から供給される交流電力を３相交流電力に変換する。インバータ１２０の交流出力には電動機２０の巻線（不図示）が接続されている。インバータ１２０は、生成した３相交流電力を電動機２０に供給する。インバータ１２０は、３相交流を電動機２０の巻線に流す。

【0019】

制御装置１１０は、ハイブリッド電気推進システム１の状態を検出するための各種検出器の検出結果の情報と、ガスタービン１０の状態信号とを取得する。各種検出器の検出結果には、インバータ１２０が電動機２０の巻線（不図示）に流す電流値、電動機２０の軸２１の回転速度（速度ＦＢＫ）などが含まれる。例えば、電流センサ（不図示）は、インバータ１２０が電動機２０の巻線（不図示）に流す電流を検出する。電流センサは、３相のうち少なくとも複数の相の相電流を検出する。図１において、各種検出器と各種検出器と制御装置１１０との接続の表記を省略している。

【0020】

制御装置１１０は、各種検出器の検出結果の情報などに基づいて、ガスタービン１０の出力を推力に利用する機械推進モード（第１モード）と、電動機２０の出力を推力に利用する電気推進モード（第２モード）と、ガスタービン１０と電動機２０の双方の出力を推力に利用するハイブリッド推進モード（第３モード）とを切り替えて、船舶２の推力を発生させる。

【0021】

例えば、制御装置１１０は、機械推進モード時に、インバータ１２０の出力を０にして待機させる。制御装置１１０は、電気推進モード時に、インバータ１２０を速度制御によって制御する。制御装置１１０は、ハイブリッド推進モード時に、インバータ１２０をトルク制御によって制御する。上記の各モードの切り替えの具体例については、後述する。

【0022】

なお、制御装置１１０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ウェアであってもよい。

【0023】

図２を参照して、ハイブリッド推進モード時の協調運転について説明する。図２は、実施形態の協調運転を説明するための図である。

【0024】

図２に示すタイミングチャートは、その横軸を時間軸にして、ガスタービン１０の動力で推進力を得ている状態から協調運転の状態に遷移させて、その後、再びガスタービン１０の動力で推進力を得ている状態に戻すように制御するときの各信号の状態を示す。

【0025】

図２の上段から順に、（ａ）速度基準、（ｂ）速度ＦＢＫ、（ｃ）トルク基準、（ｄ）励磁中（ＦＬＤ）、（ｅ）運転指令（ＥＸＴ）、（ｆ）トルク制御（ＳＴ）、（ｇ）直流制動（ＣＭＤ＿ＤＣＤＢ）、（ｈ）クラッチ信号の各信号が示されている。

【0026】

「（ａ）速度基準」は、上位装置（不図示）からの指令に基づいて制御装置１１０が生成する信号であり、その振幅が電動機２０の（機械）角速度（単に、速度という。）の制御目標値を示す。協調運転の対象のガスタービン１０の速度基準を１点鎖線ＳＰ＿ＧＴで示す。「（ｂ）速度ＦＢＫ」は、電動機２０に設けられた速度センサの検出結果を示す信号であり、その振幅が電動機２０の速度を示す。「（ｃ）トルク基準」は、上位装置からの指令に基づいて制御装置１１０が生成する信号であり、電動機２０が発生するトルクを規定する制御目標値を示す。ここでは、定トルク負荷の場合を示し、１点鎖線ＴＥＮＳ＿Ｒ２がその大きさを示す。上記の（ａ）から（ｃ）の信号の振幅はその信号の大きさを示す。

【0027】

以下に示す（ｄ）から（ｈ）の信号は、２値論理の信号である。
「（ｄ）励磁中」は、インバータ１２０が電動機２０の巻線に電流を流すことで電動機２０が励磁状態になっていることを「１」で示し、非励磁状態にあるときを「０」で示す。「（ｅ）運転指令」は、インバータ１２０が電動機２０の巻線に電流を流す状態（通電状態）が指定されていることを「１」で示し、指定されていないことを「０」で示す。ここに含まれる通電状態は、上記（ｅ）の「励磁中」の期間のほか、後述する（ｇ）の「直流制動」の期間が含まれる。「（ｆ）トルク制御」は、電動機２０をトルク制御で制御することを「１」で示し、トルク制御以外で制御することを「０」で示す。「（ｇ）直流制動」は、電動機２０を電気的に制動（直流制動）を掛けることを「１」で示し、直流制動を掛けないことを「０」で示す。「（ｈ）クラッチ信号」は、クラッチ部３０の嵌合状態として、クラッチ３１と３２がともに嵌状態にあるときを「１」で示し、クラッチ３１と３２の何れかが脱状態にあるときを「０」で示す。

【0028】

時間軸上の時刻ｔ０において、制御装置１１０は、協調運転を開始させるための指令を受け、電動機２０を起動させる。時刻ｔ１において、制御装置１１０は、トルク基準を第１トルク値に定め、電動機２０を加速させる。時刻ｔ２において、制御装置１１０は、電動機２０の速度ＦＢＫの大きさがＳＰ＿ＧＴに達したことを検出する。ここで、制御装置１１０は、トルク基準を第２トルク値に上げてクラッチ３２が嵌合するのを待機する。

【0029】

時刻ｔ３において、クラッチ３２が嵌合して、クラッチ部３０からクラッチ信号として「１」が出力される。制御装置１１０は、クラッチ信号が「１」になったことを検出する。

【0030】

時刻ｔ４において、制御装置１１０は、協調運転を開始する。より具体的には、制御装置１１０は、電動機２０の制御を、第３トルク値を基準にしたトルク制御に切り替える。このとき、速度基準はＳＰ＿ＧＴよりも所定量高くなる。

【0031】

時刻ｔ５において、制御装置１１０は、協調運転を終えて電動機２０の制動を開始する。より具体的には、制御装置１１０は、電動機２０のトルク制御を終了し、インバータ１２０の出力を停止して電動機２０の励磁を止める。これにより、電動機２０は、フリーラン状態になるが、この段階では、クラッチ３２の嵌状態が継続しているため、速度ＦＢＫの値に大きな変化が生じない。

【0032】

時刻ｔ６になると、電動機２０は、クラッチ３２の嵌状態を維持し続けるだけの速度を維持しなくなり、クラッチ３２が脱状態になって、クラッチ信号を「０」にする。制御装置１１０は、これを検出して、直流制動を開始する。これにともない、電動機２０の速度が低下し始める。

【0033】

時刻ｔ７になると、制御装置１１０は、直流制動を中断する。これにより、電動機２０は、フリーラン状態になって、徐々に速度が低下する。制御装置１１０は、速度ＦＢＫが所定の値よりも低下するまで待機する。

【0034】

時刻ｔ８になると、制御装置１１０は、電動機２０の励磁を開始して、時刻ｔ９になってから第４トルク値をトルク基準としたトルク制御によって電動機２０の制動を継続する。

【0035】

上記のタイミングチャートは、正常時のシーケンスを示したものである。

【0036】

図３は、実施形態の電動機２０の制御について説明するための図である。図３に示すグラフは、電動機２０の速度（横軸）とトルクとの関係を示す。例えば、制御装置１１０は、所定のベース速度以下の比較的低回転領域（比較的低回転状態）では、基準トルク（定トルク特性）に基づいたトルク制御を行い、所定のベース速度を超えると基準出力（定出力特性）に基づいた界磁弱め制御などを行う。上記の図２に示した協調運転時の制御は、本図の所定のベース速度以下の比較的低回転領域の範囲内で、定トルク制御にて実施される。

【0037】

図４は、実施形態の協調運転に係る制御のフローチャートである。例えば、制御装置１１０は、この図に示す処理を、所定の周期で繰り返し実施する。

【0038】

制御装置１１０は、クラッチ部３０から出力されるクラッチ信号に基づいてクラッチ部３０（３Ｓクラッチ）の状態を判定する（ステップＳ１０）。例えば、制御装置１１０は、クラッチ部３０から出力されるクラッチ信号によって、クラッチ３１とクラッチ３２の両方が嵌状態にあるのか、クラッチ３１とクラッチ３２の何れかが脱状態にあるのかを識別する。

【0039】

クラッチ３１とクラッチ３２の何れかが脱状態にあると識別される場合に、制御装置１１０は、ガスタービン１０から取得する状態信号に基づいてガスタービン１０の状態を判定する（ステップＳ１２）。ガスタービン１０の状態が運転中である場合、制御装置１１０は、機械推進モードを選択して（ステップＳ１３）、処理を終える。この機械推進モードでは、制御装置１１０は、インバータ１２０を待機中に制御する。

【0040】

ガスタービン１０の状態が停止中である場合、制御装置１１０は、上位装置からのインバータ１２０の運転指令を受けているか否か(運転指令の有無）を判定する（ステップＳ１４）。インバータ１２０の運転指令を受けていない場合には、制御装置１１０は、インバータ１２０を停止させて（ステップＳ１５）、処理を終える。「インバータ１２０を停止」させるとは、インバータ１２０の出力を０にして待機させることを含む。インバータ１２０の運転指令を受けていなる場合には、制御装置１１０は、電気推進モードを選択し（ステップＳ１６）、電動機２０を速度制御によって駆動するようにインバータ１２０を制御して、処理を終える。

【0041】

クラッチ３１とクラッチ３２とがともに嵌状態にあると識別される場合に、制御装置１１０は、ハイブリッド推進モードを選択し（ステップＳ１７）、電動機２０をトルク制御によって駆動するようにインバータ１２０を制御する。

【0042】

ここで、制御装置１１０は、インバータ１２０の出力電流が定格の範囲内か否かを判定する（ステップＳ２０）。より具体的には、インバータ１２０の出力電流が定格電流値の１００％以内か否かを判定する。インバータ１２０の出力電流が定格電流値の１００％以内である場合には、制御装置１１０は、運転の制御状態を継続させて（ステップＳ２１）、処理を終える。上記の判定は、第１条件が満たされたか否かの判定の一例である。

【0043】

インバータ１２０の出力電流が定格電流値の１００％を超える場合には、制御装置１１０は、インバータ１２０の出力電流値が第１閾値以内か否かを判定する（ステップＳ２２）。より具体的には、インバータ１２０の出力電流の大きさが第１閾値以内か否かを判定する。インバータ１２０の出力電流の大きさが第１閾値以内である場合には、制御装置１１０は、インバータ１２０は軽故障が生じていることを制御装置１１０に対して通知する。制御装置１１０は、この軽故障の通知を取得する（ステップＳ２３）。

【0044】

ここで、制御装置１１０は、ガスタービン１０から状態信号を取得して、状態信号に基づいてガスタービン１０の状態を判定する（ステップＳ２４）。ガスタービン１０の状態が運転中（第１運転状態）である場合、制御装置１１０は、「過負荷警報」を出力して、運転の制御状態を継続させて（ステップＳ２５）、処理を終える。この状況は、インバータ１２０をすぐに停止させるほどではないが、長期的な利用を推奨しない状況にある。制御装置１１０は、上記の状況を上位装置に通知する。

【0045】

ガスタービン１０の状態が停止中（第２運転状態）である場合、制御装置１１０は、電気推進モードを選択し（ステップＳ２６）、電動機２０を電気推進モード（速度制御）によって駆動するようにインバータ１２０を制御して、処理を終える。

【0046】

インバータ１２０の出力電流が定格電流値の第１閾値を超える場合には、インバータ１２０は重故障が生じていることを制御装置１１０に対して通知して、停止する。制御装置１１０は、この重故障の通知を取得して（ステップＳ２９）、処理を終える。

【0047】

なお、上記の「第１閾値」は、定格電流値又は後述の第２閾値よりも大きく、インバータ１２０の出力電流の最大許容電流値よりも小さい任意の値を設定するとよい。上記の「定格電流値（定格値）」は、第２閾値の一例であり、これに制限されず、定格電流値に関連付けて決定した定格電流値近傍の任意の値でよい。第２閾値を、定格電流値を超える１０５から１１０％などの値にしてもよい。

【0048】

本実施形態では、上記のステップＳ２２からＳ２６を設けることによって、次の事象に対する信頼性を高めている。例えば、クラッチ部３０からのクラッチ信号が正常ではない状況、クラッチ信号を取得できない状況などがすでに生じていて、さらにガスタービン１０が急に停止状態になるという複合的な事象が生じる場合が想定される。以下、場合分けをしてこれについて説明する。

【0049】

＜第１のシナリオ：クラッチ信号からクラッチ３１の脱状態を検出できない場合＞
例えば、ガスタービン１０が急に停止状態になった段階でクラッチ３１が脱状態になる。クラッチ信号が正常であれば、これに応じてクラッチ３１の脱状態に対応するクラッチ信号（脱状態）がクラッチ部３０から出力される。
これに対し、クラッチ信号にクラッチ３１が脱状態になったことが反映されないと、制御装置１１０は、上記のステップＳ１０の判定で少なくともクラッチ３１が脱状態になったことを検知できない。そのため、すでにクラッチ部３０が協調運転できない状況になっているのに、制御装置１１０は、協調運転を継続させようとする。

【0050】

ところが、ガスタービン１０が急に停止状態になると、電動機２０の負荷側にトルク変動が発生する。この負荷変動により、インバータ１２０の出力電流が変動する。制御装置１１０は、ガスタービン１０の急停止に起因するクラッチ３１が脱状態を直接検知できないが、２次的に発生するインバータ１２０の出力電流の変動を検出することで、協調運転が継続できない状況にあることを検知する。制御装置１１０は、これに応じて、協調運転を解除するとともに、ガスタービン１０の稼働状況に対応する運転モードに切り替えることができる。

【0051】

＜第２のシナリオ：クラッチ信号からクラッチ３２の脱状態を検出できない場合＞
クラッチ３２が脱状態になっているときに電動機２０を駆動させると、電動機２０は、無負荷運転（軽負荷運転）の状態になる。この場合、制御装置１１０が定トルク制御を行うと、インバータ１２０の出力電流が０近傍の値になる。例えば、制御装置１１０は、定トルク制御時のインバータ１２０の出力電流の大きさが０近傍である場合、滑り量が０近傍である場合、推定トルクが０近傍である場合の何れかの場合に、協調運転が継続できない状況にあることを検知する。制御装置１１０は、これに応じて、協調運転を解除するとともに、インバータ１２０の運転を休止させるとよい。なお、制御装置１１０は、上記の処理を、図４に示す協調運転に係る制御と分けて、故障検出の処理として実施するとよい。

【0052】

＜第３のシナリオ：クラッチ信号からクラッチ３１の嵌状態を検出できない場合＞
この場合、実際にクラッチ３１が嵌状態であったとしても、制御装置１１０は、クラッチ信号からクラッチ３１の嵌状態を検出できない。そのため、制御装置１１０は、クラッチ信号からクラッチ３１が脱状態であると識別して、ステップＳ１２からＳ１６までの処理の何れかを実行する。実際にクラッチ３１が嵌状態であれば、ガスタービン１０が運転中であるから、制御装置１１０は、機械推進モードを選択することで、電動機２０をクラッチ３２によって切り離された状態にする。この場合、協調運転ができないが、２次的な障害が発生する恐れはない。これに対し実際にクラッチ３１が脱状態であれば、ガスタービン１０が停止中の場合と同様の動作になるから、制御装置１１０は、インバータ運転指令に従い運転モードを選択する。

【0053】

＜第４のシナリオ：クラッチ信号からクラッチ３２の嵌状態を検出できない場合＞
この場合、実際にクラッチ３２が嵌状態であったとしても、制御装置１１０は、クラッチ信号からクラッチ３２の嵌状態を検出できない。そのため、制御装置１１０は、ステップＳ１２からＳ１６までの処理の何れかを実行する。これらの処理の中には、協調運転にするための処理が含まれない。そのため、制御装置１１０は、機械推進モードと、インバータ停止と、電気推進モードの何れかに、運転モードに切り替える。これにより、協調運転ができないが、２次的な障害が発生する恐れはない。

【0054】

上記の各シナリオに示す障害が生じた場合であっても、制御装置１１０は、的確に制御できる。

【0055】

上記の実施形態によれば、ハイブリッド電気推進システム１において、インバータ１２０の制御に関わる第１条件として、インバータ１２０の出力電流値が出力電流の定格電流値を超え、かつインバータ１２０の出力電流値がその出力電流の過電流許容値に基づいて決定された第１閾値以下であることが規定されている。制御装置１１０は、上記の規定を用いて、条件によりガスタービン１０と電動機２０を協調運転させるようにインバータ１２０を制御する。例えば、制御装置１１０は、協調運転させるようにインバータ１２０を制御している協調運転期間に第１条件が満たされたことを第１閾値を用いて識別する。第１条件が満たされた場合に、制御装置１１０は、ガスタービン１０の運転状態を識別して、識別結果に応じた運転モードで電動機２０を制御する。これにより、ハイブリッド電気推進システム１は、協調運転中にガスタービンが停止する事象に対して安定に稼働させることができる。

【0056】

なお、ガスタービン１０の出力容量が電動機２０の出力容量よりも大きい場合には、電動機２０は、ガスタービン１０に代わって、ガスタービン１０の出力を補えない状況が生じ得る。協調運転期間中に生じた船舶２の急減速は、電動機２０からインバータ１２０に向かうエネルギー（回生エネルギー）を生じさせる。この回生エネルギーは、インバータ１２０内の直流電圧（コンバータ本体（不図示）とインバータ本体（不図示）とを繋ぐ直流リンクの電圧）を上昇させることがある。

【0057】

比較例のハイブリッド電気推進システムに上記の事象が生じた場合、過度に直流電圧が上昇すると直流過電圧保護のために、インバータが停止することが生じ得る。さらにインバータの上流側に波及すると、電源になる発電機の容量を超えることが生じ得る。また、過負荷によって電動機そのものが破損することも考えられる。比較例のハイブリッド電気推進システムは、上記の事象によって、その稼働状態が不安定になることがあった。

【0058】

これに対して、本実施形態のハイブリッド電気推進システム１は、クラッチ部３０のクラッチ信号の識別結果に加えて、インバータ１２０とガスタービン１０の動作状態に関する情報に基づいてインバータ１２０を制御するという保護機能を有している。これにより、クラッチ信号の識別結果を単独で用いて制御する方法に比べて、ガスタービン１０と電動機２０を安定に稼働させることができる。

【0059】

上記の実施形態の制御装置１１０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。

【0060】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ハイブリッド電気推進システム１は、インバータ１２０と、制御装置１１０とを備える。ハイブリッド電気推進システム１は、移動体の推進力を発生させるガスタービン１０と電動機２０とを協調運転させる。インバータ１２０は、電動機２０の巻線に電流を流す。制御装置１１０は、条件によりガスタービン１０と電動機２０を協調運転させるようにインバータ１２０を制御する。インバータ１２０の制御に関わる第１条件として、インバータ１２０の出力電流値が出力電流の定格電流値を超え、かつインバータ１２０の出力電流値がその出力電流の過電流許容値に基づいて決定された第１閾値以下であることが規定されている。制御装置１１０は、協調運転させるようにインバータ１２０を制御している協調運転期間に第１条件が満たされたことを第１閾値を用いて識別し、第１条件が満たされた場合に、ガスタービン１０の運転状態を識別して、識別結果に応じた運転モードで電動機２０を制御する。これにより、ハイブリッド電気推進システム１は、協調運転中にガスタービンが停止する事象に対して安定に稼働させることができる。

【0061】

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。

【0062】

例えば、上記の実施形態においてハイブリッド電気推進システム１として、少なくともガスタービン１０を備えるものを例示したが、これに制限されない。例えば、ハイブリッド電気推進システム１は、ガスタービン１０に代えて、エンジンを備え、それぞれを推進用の動力源として利用してもよい。

【符号の説明】

【0063】

１…ハイブリッド電気推進システム、２…船舶、１０…ガスタービン（ＧＴ）、２０…電動機（Ｍ）、３０…クラッチ部、４０…減速機、５０…プロペラ、７０…発電機、１００…電動機駆動装置、１１０…制御装置（制御部）、１２０…インバータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】