JP5742020B2 - Electric propulsion device for ships - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電池に貯めた電力を利用して船舶を推進するようにした船舶用電気推進装置に関するものである。   The present invention relates to a marine electric propulsion device that propels a marine vessel using electric power stored in a storage battery.

近年、船舶の排出する温室効果ガスを削減するために、船舶内に蓄電池を設置し、船舶が港に停泊しているときに陸上の電源から当該蓄電池を充電し、その蓄電された電力によって推進用電動機を駆動して船舶を航行させる電気推進船の検討が行なわれている。   In recent years, in order to reduce the greenhouse gas emitted by ships, a storage battery is installed in the ship, and when the ship is anchored at the port, the storage battery is charged from the onshore power source and propelled by the stored power An electric propulsion ship that drives a marine motor to navigate the ship is being studied.

このような、蓄電池に蓄電された電力を利用する船舶用電気推進装置は、例えば特許文献１等で良く知られている。   Such a marine electric propulsion device that uses electric power stored in a storage battery is well known, for example, in Patent Document 1.

図５は、蓄電池に蓄電された電力で船舶を航行させる船舶用電気推進装置の一例を示す図である。図５において、１は船舶の推進用プロペラ、２はこのプロペラ１を駆動する推進用電動機（誘導電動機）である。推進用電動機２の駆動電源となる蓄電池３は、ＰＷＭコンバータ４およびインバータ５間の直流主回路６に遮断器７を介して接続されている。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a marine electric propulsion apparatus that navigates a ship with electric power stored in a storage battery. In FIG. 5, 1 is a propulsion propeller for a ship, and 2 is a propulsion motor (induction motor) that drives the propeller 1. A storage battery 3 serving as a drive power source for the propulsion motor 2 is connected to a DC main circuit 6 between the PWM converter 4 and the inverter 5 via a circuit breaker 7.

ＰＷＭコンバータ４は、陸上電源８の交流電力を、停泊中投入される遮断器９、船内母線１０、遮断器１１、変圧器１２および高調波抑制用フィルタ１３を介して受電して直流電力に変換し、直流主回路６のＰ−Ｎ間に遮断器７を介して接続された蓄電池３を充電する。ここで、前記蓄電池３としては、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、鉛電池等を使用することができる。   The PWM converter 4 receives the AC power of the onshore power supply 8 through the circuit breaker 9, the inboard bus 10, the circuit breaker 11, the transformer 12, and the harmonic suppression filter 13 that are input during berthing, and converts them into DC power. Then, the storage battery 3 connected between the PN of the DC main circuit 6 via the circuit breaker 7 is charged. Here, as the storage battery 3, a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, a lead battery, or the like can be used.

一方、前記インバータ５は、蓄電池３に蓄えられた直流電力を後述するＰＷＭ信号２７ｅにより可変電圧・可変周波数（ＶＶＶＦ）の交流電力に変換し、遮断器１４を介して前記推進用電動機２の固定子巻線に給電する。これにより、推進用電動機２は、可変速制御される。１５はコンデンサであり、直流主回路６のＰ−Ｎ間に遮断器７および蓄電池３の直列回路に対して並列に接続されている。   On the other hand, the inverter 5 converts DC power stored in the storage battery 3 into AC power of variable voltage / variable frequency (VVVF) by a PWM signal 27e described later, and fixes the propulsion motor 2 via the circuit breaker 14. Supply power to the slave winding. Thus, the propulsion motor 2 is controlled at a variable speed. A capacitor 15 is connected in parallel to the series circuit of the circuit breaker 7 and the storage battery 3 between PN of the DC main circuit 6.

一方、前記船内母線１０に接続された船内負荷１７は、船舶が停泊中、遮断器９、船内母線１０を介して陸上電源８から給電される。図５の場合、船舶内には発電機を設置していないので、船舶の航行中はＰＷＭコンバータ４をインバータ運転し蓄電池３に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して高調波抑制用フィルタ１３、変圧器１２、遮断器１１を介して船内母線１０から電力を供給される。   On the other hand, the inboard load 17 connected to the inboard bus 10 is supplied with power from the land power source 8 through the circuit breaker 9 and the inboard bus 10 while the ship is anchored. In the case of FIG. 5, since a generator is not installed in the ship, a filter for suppressing harmonics by converting the DC power stored in the storage battery 3 into AC power by operating the PWM converter 4 as an inverter during navigation of the ship. 13, electric power is supplied from the inboard bus 10 through the transformer 12 and the circuit breaker 11.

推進用電動機２に流れるインバータ出力電流（推進用電動機出力電流）は、電流検出器（ＣＴ）１６によって検出され、また、推進用電動機２の速度は速度検出器１８によって検出される。電流検出器（ＣＴ）１６で検出されたインバータ５の出力電流はベクトル制御手段を構成する座標変換器２０に入力され、また、速度検出器１８によって検出された速度信号は積分器１９で積分されたのち、推進用電動機２の位相信号θとなって座標変換器２０および座標変換器２１に入力される。   The inverter output current (propulsion motor output current) flowing through the propulsion motor 2 is detected by a current detector (CT) 16, and the speed of the propulsion motor 2 is detected by a speed detector 18. The output current of the inverter 5 detected by the current detector (CT) 16 is input to the coordinate converter 20 constituting the vector control means, and the speed signal detected by the speed detector 18 is integrated by the integrator 19. After that, the phase signal θ of the propulsion motor 2 is input to the coordinate converter 20 and the coordinate converter 21.

座標変換器２０は前記位相信号θに基づいて前記電流検出器１６で検出されたインバータ５の出力電流を座標変換してトルク分電流（有効分電流）Iqおよび磁束分電流（無効分電流）Idの成分に分解する。
磁束分電流（無効分電流）Idは、減算器２２に入力されて基準値Id*との差分を求められ、その差分値をＰＩ制御器２３に入力して増幅しVd*を出力する。 The coordinate converter 20 performs coordinate conversion on the output current of the inverter 5 detected by the current detector 16 based on the phase signal θ to convert torque current (effective current) Iq and magnetic flux current (ineffective current) Id. Decomposes into components.
The magnetic flux component current (invalid component current) Id is input to the subtractor 22 to obtain a difference from the reference value Id *, and the difference value is input to the PI controller 23 to be amplified and output Vd *.

一方、トルク分電流（有効分電流）Iqは、減算器２４に入力されて推進力指示器２５から出力されたトルク分電流指令値Iq*との差分を求められ、その差分値をＰＩ制御器２６に入力して増幅しVq*を出力する。   On the other hand, the torque component current (effective component current) Iq is input to the subtractor 24 and the difference from the torque component current command value Iq * output from the propulsive force indicator 25 is obtained, and the difference value is obtained from the PI controller. The signal is input to 26 and amplified to output Vq *.

なお、推進力指示器２５から推進用電動機２の回転速度の指令値を出力するようにして、実際の回転速度が指令値に制御されるようにトルク分電流指令値Iq*を決める速度制御器を別途設けても良い。   A speed controller that determines the torque current command value Iq * so that the actual rotational speed is controlled to the command value by outputting the rotational speed command value of the propulsion motor 2 from the propulsion force indicator 25. May be provided separately.

座標変換器２１にはVd*とVq*が入力される。この座標変換器２１では、前記積分器１９から与えられた位相信号θによりVd*およびVq*を３相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に座標変換して出力する。ＰＷＭ制御部２７はこの電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*と三角波を比較するなどして、ＰＷＭ信号２７ｅを生成し、それにより前記インバータ５のスイッチング素子を点弧する。この一連の動作によりインバータ５の電流制御が行われる。   The coordinate converter 21 receives Vd * and Vq *. In this coordinate converter 21, Vd * and Vq * are coordinate-converted into three-phase voltage command values Vu *, Vv *, Vw * by the phase signal θ given from the integrator 19 and output. The PWM control unit 27 compares the voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * with a triangular wave to generate a PWM signal 27e, thereby igniting the switching element of the inverter 5. The current control of the inverter 5 is performed by this series of operations.

このようにベクトル制御手段は、推進用電動機２のトルク分電流Iqが推進力指示器２５によって設定されるトルク分電流指令値Iq*となるようにインバータ５を制御し推進用電動機２を駆動する。   Thus, the vector control means controls the inverter 5 and drives the propulsion motor 2 so that the torque component current Iq of the propulsion motor 2 becomes the torque component current command value Iq * set by the propulsion force indicator 25. .

以上のように構成された船舶用電気推進装置において、まず、陸上電源８から蓄電池３に充電する際の動作を説明する。
船舶が停泊している場合、推進用電動機２およびプロペラ１は停止しているので、推進用電動機２を駆動するインバータ５も停止している。この状態で遮断器９を閉にし、陸上電源８から船内母線１０に電力を供給する。 In the marine electric propulsion apparatus configured as described above, first, an operation when charging the storage battery 3 from the land power source 8 will be described.
When the ship is anchored, since the propulsion motor 2 and the propeller 1 are stopped, the inverter 5 that drives the propulsion motor 2 is also stopped. In this state, the circuit breaker 9 is closed, and electric power is supplied from the onshore power supply 8 to the inboard bus 10.

すると、ＰＷＭコンバータ４は遮断器１１、変圧器１２、フィルタ１３を介して船内母線１０より電力供給を受け、遮断器７を介して蓄電池３を充電する。なお、遮断器７はＰＷＭコンバータ４またはインバータ５が故障した場合の蓄電池３保護用に設けられたものである。   Then, the PWM converter 4 receives power supply from the inboard bus 10 through the circuit breaker 11, the transformer 12, and the filter 13, and charges the storage battery 3 through the circuit breaker 7. The circuit breaker 7 is provided for protecting the storage battery 3 when the PWM converter 4 or the inverter 5 fails.

変圧器１２は蓄電池３の電圧が低いときでもＰＷＭコンバータ４の交流側に出力される電圧と船内母線１０の電圧を合わせるために設置されるものである。なお、船内負荷１７に対しては船内母線１０より電力を供給する。   The transformer 12 is installed to match the voltage output to the AC side of the PWM converter 4 with the voltage of the inboard bus 10 even when the voltage of the storage battery 3 is low. Electric power is supplied from the inboard bus 10 to the inboard load 17.

次に、船舶を航行させる際の動作を説明する。
この場合、遮断器９は開となっており、当然、船内母線１０は陸上電源８から切離されている状態となっている。 Next, the operation when navigating the ship will be described.
In this case, the circuit breaker 9 is open, and the inboard bus 10 is naturally disconnected from the onshore power supply 8.

まず、遮断器７が投入され蓄電器３からインバータ５に電力が供給される。この状態で推進力指示器２５を操作し、トルク分電流指令値Iq*が出力されると前述したベクトル制御手段により推進用電動機のトルク分電流Iqがトルク分電流指令値Iq*となるように制御され、船舶が推進する。   First, the circuit breaker 7 is turned on, and electric power is supplied from the capacitor 3 to the inverter 5. In this state, when the driving force indicator 25 is operated and the torque component current command value Iq * is output, the vector control means described above causes the torque component current Iq of the propulsion motor to become the torque component current command value Iq *. Controlled and propelled by the ship.

特開２００７−６２６７６号公報JP 2007-62676 A

上述した船舶用電気推進装置では、船舶の航行に必要な電力と時間から必要な電力量を求め、その電力量を備えた蓄電池３を備えることになるが、出港前に十分な充電時間が取れなかった場合や、蓄電池３の劣化等で電池の蓄電容量が減少した場合には、航行中に利用できる蓄電池３の電力量が少なくなるため、電池切れに至る可能性がある。航行中の電池切れは、船舶が漂流することとなるので絶対に避けなければならない。   In the above-described electric propulsion device for a ship, the required electric energy is obtained from the electric power and time required for navigation of the ship, and the storage battery 3 having the electric energy is provided. However, a sufficient charging time can be taken before leaving the port. If the storage capacity of the battery is reduced due to deterioration of the storage battery 3 or the like, the amount of power of the storage battery 3 that can be used during navigation decreases, and the battery may run out. Never run out of battery while sailing, as the ship will drift.

この電池切れを防止するためには、船舶に十分な容量の蓄電池３を搭載すれば容易に解決できるが、この場合蓄電池設備の設置スペースおよび重量が大きくなるため蓄電池３を搭載できるように船舶を大型化する必要がある。また、蓄電池設備が高価になるという問題もある。   In order to prevent the battery from running out, it can be easily solved by installing a storage battery 3 having a sufficient capacity on the ship. In this case, the installation space and weight of the storage battery facility increase, so that the storage battery 3 can be installed. It is necessary to increase the size. There is also a problem that the storage battery equipment becomes expensive.

本発明は上述の欠点を解決するためになされたもので、蓄電池設備の容量（設置スペースおよび重量）を大きくせずに、船舶航行中に蓄電池の電池切れを防止することのできる船舶用電気推進装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described drawbacks, and it does not increase the capacity (installation space and weight) of the storage battery facility, and can prevent the battery from running out of the storage battery during vessel navigation. An object is to provide an apparatus.

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る船舶用電気推進装置は、船舶推進用プロペラを駆動する推進用電動機と、船舶内に設置された蓄電池と、前記蓄電池の直流電圧を交流に変換し、前記推進用電動機に供給するインバータと、前記推進用電動機の電流を磁束分電流とトルク分電流に分離し、このトルク分電流が推進力指示器によって設定されるトルク分電流指令値となるように前記インバータを制御するベクトル制御手段と、前記推進用電動機の消費電力を検出する電力検出器と、前記蓄電池の電池残量を検出する電池残量検出手段と、船舶と目的地までの距離、船舶の速度、前記推進用電動機の消費電力とから船舶が目的地に到達するために必要な推進用電動機の消費電力量を演算すると共にこの推進用電動機の消費電力量と前記電池残量検出手段で検出した電池残量とから船が目的地まで到達可能な前記推進用電動機の消費電力の電力上限値を演算する第１の電力上限値演算手段と、この電力上限値および前記推進用電動機の電圧を入力し両者の商からトルク分電流上限値を演算する除算手段と、このトルク分電流上限値が前記推進力指示器のトルク分電流指令値より小さな場合にはトルク分電流指令値を前記トルク分電流上限値で制限するリミッタとを備え、船舶が目的地まで到達できるように推進用電動機の消費電力を抑制することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an electric propulsion device for a ship according to claim 1 of the present invention includes a propulsion motor that drives a propeller for ship propulsion, a storage battery installed in the ship, and a DC voltage of the storage battery. An inverter that converts to alternating current and supplies the electric motor for propulsion, and the electric current of the electric motor for propulsion are separated into a magnetic flux current and a torque current, and this torque current is set by a thrust indicator. Vector control means for controlling the inverter so as to become a value, a power detector for detecting the power consumption of the propulsion motor, a battery remaining capacity detecting means for detecting the remaining battery capacity of the storage battery, a ship and a destination The power consumption of the propulsion motor is calculated and the power consumption of the propulsion motor is calculated from the distance to the ship, the speed of the ship, and the power consumption of the propulsion motor. And a first power upper limit value calculating means for calculating a power upper limit value of power consumption of the propulsion motor that can be reached by the ship from the remaining battery level detected by the battery remaining power detecting means, and the power upper limit value. A dividing means for inputting a value and a voltage of the propulsion motor and calculating a torque current upper limit value from the quotient of both, and when this torque current upper limit value is smaller than the torque current command value of the thrust indicator A limiter that limits a torque component current command value with the torque component current upper limit value, and suppresses power consumption of the propulsion motor so that the ship can reach the destination.

また、本発明の請求項２に係る船舶用電気推進装置は、請求項１記載の船舶用電気推進装置において、船舶の現在位置から目的地までの距離と船舶の速度を取得するＧＰＳを備え、船舶が出港する時までは、現在位置から目的地までの距離、船舶の速度および推進用電動機の消費電力の計画値からなる第１群のデータを選択して前記第１の電力上限値演算手段に入力し、船舶が出港した後は前記第１群のデータに替えて、前記ＧＰＳで取得した現在位置から目的地までの距離、速度、前記電力検出器で検出した前記推進用電動機の消費電力値からなる第２群のデータを選択して前記第１の電力上限値演算手段に入力する切替スイッチを備えたことを特徴とする。   A marine electric propulsion device according to claim 2 of the present invention is the marine electric propulsion device according to claim 1, comprising a GPS for acquiring the distance from the current position of the vessel to the destination and the velocity of the vessel, Until the ship departs, the first power upper limit calculation means is selected by selecting the first group of data consisting of the distance from the current position to the destination, the speed of the ship and the planned power consumption of the propulsion motor. After the ship leaves the port, instead of the first group of data, the distance from the current position acquired by the GPS to the destination, the speed, the power consumption of the propulsion motor detected by the power detector A changeover switch for selecting a second group of data consisting of values and inputting the data to the first power upper limit calculating means is provided.

更に、本発明の請求項３に係る船舶用電気推進装置は、船舶推進用プロペラを駆動する推進用電動機と、船舶内に設置された蓄電池と、前記蓄電池の直流電圧を交流に変換し、前記推進用電動機に供給するインバータと、前記推進用電動機の電流を磁束分電流とトルク分電流に分離し、このトルク分電流が推進力指示器によって設定されるトルク分電流指令値となるように前記インバータを制御するベクトル制御手段と、前記蓄電池の電池残量を検出する電池残量検出手段と、船舶の目的地までの距離と船舶の速度とから船舶が目的地に到達するために必要な所要時間を演算すると共にこの所要時間と前記電池残量検出手段で検出した電池残量とで船が目的地まで到達可能な前記推進用電動機の消費電力の上限値を演算する第２の電力上限値演算手段と、この電力上限値および前記推進用電動機の電圧を入力し両者の商からトルク分電流上限値を演算する除算手段と、このトルク分電流上限値が前記推進力指示器のトルク分電流指令値より小さな場合にはトルク分電流指令値を前記トルク分電流上限値で制限するリミッタとを備え、船舶が目的地まで到達できるように推進用電動機の消費電力を抑制することを特徴とする。   Furthermore, an electric propulsion apparatus for a ship according to claim 3 of the present invention converts a propulsion motor that drives a propeller for ship propulsion, a storage battery installed in the ship, and a DC voltage of the storage battery into an alternating current, The inverter supplied to the propulsion motor and the current of the propulsion motor are separated into a magnetic flux component current and a torque component current, and the torque component current is set to a torque component current command value set by the thrust indicator. Vector control means for controlling the inverter, battery remaining capacity detecting means for detecting the remaining battery capacity of the storage battery, the necessary distance necessary for the ship to reach the destination from the distance to the ship destination and the speed of the ship A second power upper limit value for calculating the upper limit value of the power consumption of the propulsion motor that allows the ship to reach the destination based on the required time and the remaining battery level detected by the remaining battery level detection means. A calculating means, a dividing means for inputting the power upper limit value and the voltage of the propulsion motor, and calculating a torque current upper limit value from the quotient of both, and this torque current upper limit value is the torque current of the propulsion indicator A limiter that limits the torque component current command value with the torque component current upper limit when the command value is smaller than the command value, and suppresses power consumption of the propulsion motor so that the ship can reach the destination. .

更にまた、本発明の請求項４に係る船舶用電気推進装置は、請求項３記載の船舶用電気推進装置において、船舶の現在位置から目的地までの距離と船舶の速度を取得するＧＰＳを備え、船舶が出港する時までは、現在位置から目的地までの距離および船舶の速度からなる第１群のデータを選択して前記第２の電力上限値演算手段に入力し、船舶が出港した後は前記第１群のデータに替えて、前記ＧＰＳで取得した現在位置から目的地までの距離および速度からなる第２群のデータを選択して前記第２の電力上限値演算手段に入力する切替スイッチを備えたことを特徴とする。   Furthermore, a marine electric propulsion device according to claim 4 of the present invention is the marine electric propulsion device according to claim 3, comprising a GPS for acquiring the distance from the current position of the ship to the destination and the speed of the ship. Until the ship departs, after selecting the first group of data consisting of the distance from the current position to the destination and the speed of the ship and inputting it to the second power upper limit calculation means, Is a switch for selecting the second group of data consisting of the distance and speed from the current position acquired by the GPS to the destination in place of the first group of data and inputting it to the second power upper limit calculating means A switch is provided.

また、本発明の請求項５に係る船舶用電気推進装置は、請求項１乃至４記載の船舶用電気推進装置において、前記インバータに直流電力を供給するコンバータと、前記コンバータに交流電力を供給する内燃機関駆動発電機とを備え、前記蓄電池の電池残量が少ない状態で船舶の速度を上げる必要がある場合に、前記内燃機関駆動発電機を起動しコンバータを介してインバータに電力供給すると共に前記リミッタのリミッタ機能を無効として推進用電動機のトルク分電流が推進力指示器で設定されるトルク分電流指令値となるように制御することを特徴とする。   A marine electric propulsion device according to claim 5 of the present invention is the marine electric propulsion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the converter supplies DC power to the inverter and AC power is supplied to the converter. An internal combustion engine drive generator, and when it is necessary to increase the speed of the ship in a state where the battery of the storage battery is low, the internal combustion engine drive generator is started and power is supplied to the inverter via a converter. The limiter function of the limiter is disabled and control is performed so that the torque component current of the propulsion motor becomes the torque component current command value set by the propulsion force indicator.

本発明によれば、蓄電池の電池残量に応じてインバータの出力電力、すなわち推進用電動機の消費電力を制限して船舶の速度を下げて運航するようにしたので、蓄電池が電池切れの状態にならずに船舶を目的地に到達させることのできる船舶用電気推進装置を提供することができる。   According to the present invention, the output power of the inverter, that is, the power consumption of the propulsion motor is limited in accordance with the remaining battery power of the storage battery, and the ship is operated at a reduced speed. In addition, it is possible to provide a marine electric propulsion device that can cause the marine vessel to reach its destination.

本発明の第１の実施形態に係る船舶用電気推進装置の構成図。The block diagram of the electric propulsion apparatus for ships which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態の電力上限値演算手段の動作のフローチャート。The flowchart of operation | movement of the electric power upper limit calculating means of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る船舶用電気推進装置の構成図。The block diagram of the electric propulsion apparatus for ships which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る船舶用電気推進装置の構成図。The block diagram of the electric propulsion apparatus for ships which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 従来の船舶用電気推進装置の構成図。The block diagram of the conventional marine electric propulsion apparatus.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、各図を通して同一部品には同一符号を付与することにより重複する説明は適宜省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the same reference numerals are given to the same components throughout the drawings, and duplicate descriptions are appropriately omitted.

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る船舶用電気推進装置の構成図である。
第１の実施形態に係る船舶用電気推進装置は、陸上電源８から船内母線１０を経て蓄電池３に至る電力回路、および蓄電池３から推進用電動機２に至る電力回路が図５に示した従来の船舶用電気推進装置と同じであるが、異なる点は、船舶の航行中に蓄電池の電池切れ防止を図るために、インバータ５の制御回路に対して以下述べる制限手段を付加したことにある。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of a marine electric propulsion device according to a first embodiment of the present invention.
The marine electric propulsion apparatus according to the first embodiment has a conventional power circuit extending from the onshore power source 8 through the inboard bus 10 to the storage battery 3 and a power circuit extending from the storage battery 3 to the propulsion motor 2 as shown in FIG. Although it is the same as the electric propulsion apparatus for ships, the difference is that the following limiting means is added to the control circuit of the inverter 5 in order to prevent the battery of the storage battery from running out during the navigation of the ship.

以下、図１を参照して図５と相違する点を重点的に説明する。
Ｓ１、ｖ１およびＰ１は、船舶が出港する時までに、船舶の航行する航路から予め算出しておいたデータであり、これらのデータのうち、Ｓ１は船舶の現在位置から目的地までの距離［海里］、ｖ１は平均速度計画値[ノット]で航路を航行する速度の計画値、そしてＰ１は当該航路を航行する際の推進用電動機２の消費電力の計画値[kW]である。なお、予め算出しておいた、現在位置から目的地までの距離Ｓ１、速度の計画値ｖ１および推進用電動機２の消費電力の計画値Ｐ１を以下、便宜的に第１群のデータと呼称する。 Hereinafter, the points different from FIG. 5 will be mainly described with reference to FIG.
S1, v1, and P1 are data that are calculated in advance from the route that the ship navigates by the time the ship departs, and among these data, S1 is the distance from the current position of the ship to the destination [ Nautical miles], v1 is the average speed plan value [knot], and the speed plan value for navigating the route, and P1 is the power consumption plan value [kW] of the propulsion motor 2 when navigating the route. The distance S1 from the current position to the destination, the planned speed value v1, and the planned power consumption value P1 of the propulsion motor 2 are hereinafter referred to as first group data for convenience. .

さらに、本実施形態では船舶にＧＰＳ２８を搭載することにより、航行中の船舶の現在位置から目的地までの距離Ｓ２（すなわち、残りの距離）および現在の船舶の速度ｖ２を刻々と実測し、さらに電力検出器３２で推進用電動機２の消費電力Ｐ２を実測するようにしている。電力検出器３２はインバータ５の出力回路に設けられた電圧検出器（ＰＴ）３１で検出した出力電圧と電流検出器１６で検出した出力電流とを入力して推進用電動機２の消費電力を求めている。なお、実測された距離Ｓ２、速度ｖ２および電力検出値Ｐ２を以下、便宜的に第２群のデータと呼称する。   Furthermore, in this embodiment, by mounting the GPS 28 on the ship, the distance S2 (that is, the remaining distance) from the current position of the ship being navigated to the destination and the current speed v2 of the ship are measured every moment. The power detector 32 measures the power consumption P2 of the propulsion motor 2. The power detector 32 inputs the output voltage detected by the voltage detector (PT) 31 provided in the output circuit of the inverter 5 and the output current detected by the current detector 16 to obtain the power consumption of the propulsion motor 2. ing. The actually measured distance S2, speed v2, and power detection value P2 are hereinafter referred to as second group data for convenience.

そして、上記の第１群のデータ（Ｓ１、ｖ１、Ｐ１）と、第２群のデータ（Ｓ２、ｖ２、Ｐ２）とを切替スイッチ２９の入力端子に入力する。
因みに、予め算出しておいた第１群のデータ（Ｓ１、ｖ１およびＰ１）は、切替スイッチ２９の入力端子Ａに入力され、実測された第２群のデータ（Ｓ２、ｖ２およびＰ２）は、切替スイッチ２９の入力端子Ｂに入力される。 Then, the first group of data (S1, v1, P1) and the second group of data (S2, v2, P2) are input to the input terminal of the changeover switch 29.
Incidentally, the first group data (S1, v1, and P1) calculated in advance are input to the input terminal A of the changeover switch 29, and the actually measured second group data (S2, v2, and P2) are: The signal is input to the input terminal B of the changeover switch 29.

切替スイッチ２９の可動接点を切替操作することにより、入力端子Ａに入力された第１群のデータ、または入力端子Ｂに入力された第２群のデータの何れか一方が出力端子Ｃから出力され、次段の電力上限値演算手段３０Ａに入力される。   By switching the movable contact of the changeover switch 29, either the first group of data input to the input terminal A or the second group of data input to the input terminal B is output from the output terminal C. Then, it is input to the power upper limit calculation means 30A of the next stage.

また、蓄電池３に電池残量検出手段３３を設けて当該蓄電池３の電池残量Ａ１［ｋＷｈ］を検出し、その電池残量Ａ１信号を前記電力上限値演算手段３０Ａに入力する。   Moreover, the battery remaining amount detection means 33 is provided in the storage battery 3, the battery remaining amount A1 [kWh] of the said storage battery 3 is detected, and the battery remaining amount A1 signal is input into the said electric power upper limit calculation means 30A.

電力上限値演算手段３０Ａは、前記切替スイッチ２９から出力された「距離」、「速度」および「電力」の各信号から船舶が目的地に到達するために必要な推進用電動機２の消費電力量を演算すると共にこの消費電力量と電池残量検出手段３３から出力された電池残量Ａ１信号とから船舶が目的地に到達可能な推進用電動機２の消費電力の電力上限値を算出し、これを次段の除算器３４に入力する。   The power upper limit calculation means 30A uses the power consumption of the propulsion motor 2 required for the ship to reach the destination from the “distance”, “speed” and “power” signals output from the changeover switch 29. And the power upper limit value of the power consumption of the propulsion motor 2 that allows the ship to reach the destination is calculated from this power consumption amount and the battery remaining amount A1 signal output from the battery remaining amount detection means 33. Is input to the divider 34 in the next stage.

この除算器３４では、電力上限値演算手段３０Ａから出力された電力上限値を前記電圧検出器３１の出力信号（電圧信号）で除算することにより、その商（電力／電圧）をトルク分電流上限値IqLIMとして出力する。このトルク分電流上限値IqLIMは、リミッタ３５に入力される。   The divider 34 divides the power upper limit value output from the power upper limit value calculation means 30A by the output signal (voltage signal) of the voltage detector 31 to obtain the quotient (power / voltage) as the torque current upper limit value. Output as the value IqLIM. This torque current upper limit value IqLIM is input to the limiter 35.

リミッタ３５では前記推進力指示器２５から出力されたトルク分電流指令値Iq*がトルク分電流上限値IqLIMを越えないように制限して、ベクトル制御手段を構成する前記減算器２４に入力する。すなわち、リミッタ３５に入力されるトルク分電流指令値Iq*がトルク分電流上限値IqLIM以下であれば、リミッタ３５からはそのままトルク分電流指令値Iq*が出力されるが、トルク分電流指令値Iq*がトルク分電流上限値IqLIMを越える場合（Iq*＞IqLIM）にはリミッタ３５からはトルク分電流上限値Iq1*が出力される。   The limiter 35 restricts the torque component current command value Iq * output from the propulsion force indicator 25 so as not to exceed the torque component current upper limit value IqLIM, and inputs it to the subtractor 24 constituting the vector control means. That is, if the torque component current command value Iq * input to the limiter 35 is equal to or less than the torque component current upper limit value IqLIM, the torque component current command value Iq * is output as it is from the limiter 35, but the torque component current command value When Iq * exceeds the torque component current upper limit value IqLIM (Iq *> IqLIM), the limiter 35 outputs the torque component current upper limit value Iq1 *.

そして、トルク分電流指令値Iq*がリミッタ３５によって制限された場合は、そのことを操船者に知らせる必要があるため、リミッタ３５から信号を出し、表示ランプや表示パネル等の表示器３６によって表示する。なお、表示器３６に表示に替えて音声出力装置でアナウンスするようにしてもよいし、表示器と音声出力装置とを併用して操船者に知らせるようにしてもよい。   When the torque component current command value Iq * is limited by the limiter 35, it is necessary to notify the ship operator of this, so a signal is output from the limiter 35 and displayed by a display 36 such as a display lamp or a display panel. To do. In addition, it may be made to announce with an audio | voice output apparatus instead of a display on the indicator 36, and you may make it notify a ship operator using a display apparatus and an audio | voice output apparatus together.

次に、本実施形態の作用を説明する。
陸上電源８から船内母線１０を経て蓄電池３を充電する際の動作は従来の実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
Since the operation when charging the storage battery 3 from the land power source 8 via the inboard bus 10 is the same as that of the conventional embodiment, description thereof is omitted here.

次に、船舶を航行させる際の動作を説明する。
船舶の現在位置から目的地までの距離［海里］Ｓ１と、船舶の平均速度計画値[ノット]で航路を航行する速度の計画値ｖ１と、当該航路を航行する際の推進用電動機の消費電力の計画値[kW]Ｐ１とを予め算出しておく。 Next, the operation when navigating the ship will be described.
The distance [nautical mile] S1 from the current position of the ship to the destination, the planned value v1 of the speed of navigating the route with the average speed plan value [knots] of the ship, and the power consumption of the propulsion motor when navigating the route The planned value [kW] P1 is calculated in advance.

切替スイッチ２９の可動接点は、船舶が出港前の停止状態のとき図示のように入出力端子Ａ−Ｃ間を接続させて、第１群のデータである距離＝Ｓ１、速度＝ｖ１および電力＝Ｐ１を電力上限値演算手段３０Ａに出力する。   The movable contact of the changeover switch 29 connects the input / output terminals A and C as shown in the figure when the ship is in a stop state before leaving the port, and the distance = S1, the speed = v1, and the power = the first group of data. P1 is output to the power upper limit calculation means 30A.

電池残量検出手段３３は蓄電池３の電池残量Ａ１[kWh]を検出し、その検出信号を電力上限値演算手段３０Ａに入力する。なお、電池残量を検出する方法としては例えば特開２００７-８５８１８号公報に一例が示されているので、ここでは詳しい説明は省略する。   The remaining battery level detection means 33 detects the remaining battery level A1 [kWh] of the storage battery 3 and inputs the detection signal to the upper power limit value calculation means 30A. An example of a method for detecting the remaining battery level is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-85818, and detailed description thereof is omitted here.

次に、電力上限値演算手段３０Ａの演算について、図２に示すフローチャートを適宜参照しながら説明する。
船舶が目的地までの運航に要する時間は、距離と速度の商であるから、Ｓ１／ｖ１［ｈ］となり、当該航路の運航に要する推進用電動機２の消費電力量は、運航時間と推進用電動機の消費電力の積であるから、Ｐ１×Ｓ１／ｖ１[kWh]となる。この算出された消費電力量が電池残量Ａ１[kWh]より小さければ船舶は目的地まで到達でき、逆に消費電力量が電池残量Ａ１[kWh]より大きければ船舶は目的地まで到達できないことになる。 Next, the calculation of the power upper limit calculation means 30A will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
Since the time required for the ship to operate to the destination is a quotient of distance and speed, it is S1 / v1 [h], and the power consumption of the propulsion motor 2 required for the operation of the route is the operation time and propulsion. Since it is the product of the power consumption of the electric motor, P1 × S1 / v1 [kWh]. If this calculated power consumption is smaller than the remaining battery charge A1 [kWh], the ship can reach the destination, and conversely, if the consumed power is greater than the remaining battery charge A1 [kWh], the ship cannot reach the destination. become.

ここで、推進用電動機２の消費電力は概ね船舶の速度の２乗に比例する。すなわち、船舶の速度がｖ１[ノット]の時の推進用電動機２の消費電力をＰ[kW]とし、船舶の速度をα倍のｖ１×α[ノット]に変更すると、推進用電動機２の消費電力はＰ×α２[kW]になるが、目的地に到達するまでの所要時間は船舶の速度がｖ１[ノット]の時の１／α倍となるので、所定の航路を航行するための推進用電動機２の消費電力量は船舶の速度がｖ１[ノット]の時のα倍となる。 Here, the power consumption of the propulsion motor 2 is approximately proportional to the square of the speed of the ship. That is, when the power consumption of the propulsion motor 2 when the speed of the ship is v1 [knots] is P [kW] and the speed of the ship is changed to v1 × α [knots] times α, the consumption of the propulsion motor 2 The electric power is P × α 2 [kW], but the time required to reach the destination is 1 / α times the speed of the ship when v1 [knot]. The power consumption of the propulsion motor 2 is α times that when the speed of the ship is v1 [knots].

よって、推進用電動機２の消費電力量を船舶の速度がｖ１[ノット]の時のα（α＜１）倍に抑制するためには、推進用電動機２の消費電力を船舶の速度がｖ１[ノット]の時のα２倍に抑制すればよいことになる。 Therefore, in order to suppress the power consumption amount of the propulsion motor 2 to α (α <1) times when the speed of the ship is v1 [knots], the power consumption of the propulsion motor 2 is reduced to v1 [ It is only necessary to suppress to α 2 times that in the case of “knots”.

以下、図２のステップ１について説明する。
α＝Ａ１／（Ｐ１×Ｓ１／ｖ１）とおくと、蓄電池３の電池残量Ａ１が不足する場合はα＜１となる。電力上限値演算手段３０Ａからは推進用電動機の消費電力の電力上限値としてＰ１×α２を出力する。推進用電動機２の消費電力を船舶の速度がｖ１[ノット]の時のα２倍に抑えると、船舶の速度は概略ｖ１×α[ノット]となり、目的地までの所要時間はＳ１／（ｖ１×α）[h]となる。 Hereinafter, step 1 of FIG. 2 will be described.
If α = A1 / (P1 × S1 / v1), α <1 when the remaining battery charge A1 of the storage battery 3 is insufficient. From the power upper limit value calculating means 30A outputs the P1 × alpha 2 as a power upper limit value of power consumption of the propulsion motor. When the speed of the power consumption of the propulsion motor 2 ship suppressed to alpha 2-fold when v1 [knots], the speed of the ship is a schematic v1 × alpha [knots], and required time to the destination is S1 / (v1 × α) [h].

目的地に到達するために必要な推進用電動機２の消費電力量は、
（Ｐ１×α２）×｛Ｓ１／（ｖ１×α）｝＝α×（Ｐ１×Ｓ１／ｖ１）＝Ａ１[kWh]となり電池残量Ａ１と一致するので、船舶の速度は遅くなるが、計算上は目的地に到達できることになる。 The power consumption of the propulsion motor 2 required to reach the destination is
Since (P1 × α 2 ) × {S1 / (v1 × α)} = α × (P1 × S1 / v1) = A1 [kWh], which coincides with the remaining battery level A1, the speed of the ship becomes slow, but the calculation Above you will be able to reach your destination.

電圧検出器３１でインバータ５から推進用電動機２に印加される電圧を検出し、除算器３４で電力上限値（Ｐ１×α２）を電圧で除算することにより、トルク分電流上限値IqLIMを求める。 The voltage applied to the propulsion motor 2 from the inverter 5 is detected by the voltage detector 31, and the power upper limit value (P1 × α 2 ) is divided by the voltage by the divider 34, thereby obtaining the torque current upper limit value IqLIM. .

リミッタ３５では推進力指示器２５によるトルク分電流指令値Iq*が除算器３４によるトルク分電流上限値IqLIMを越えないように制限して、新たなトルク分電流指令値Iq1*を出力するが、トルク分電流指令値Iq*がトルク分電流上限値IqLIM以下であれば、トルク分電流指令値Iq*＝Iq1*である。   The limiter 35 limits the torque component current command value Iq * by the propulsion indicator 25 so as not to exceed the torque component current upper limit value IqLIM by the divider 34, and outputs a new torque component current command value Iq1 *. If the torque component current command value Iq * is equal to or less than the torque component current upper limit value IqLIM, the torque component current command value Iq * = Iq1 *.

なお、トルク分電流指令値Iq*がトルク分電流上限値IqLIMを越えたことによりリミッタ３５で制限された場合は、そのことを操船者に報知するためにリミッタ３５から信号を出力して表示器３６に表示させる。
トルク分電流指令値を制限すると、推進用電動機２のトルクが減少するので、結果として推進用電動機２の消費電力が抑制される。 When the torque component current command value Iq * exceeds the torque component current upper limit value IqLIM and is limited by the limiter 35, a signal is output from the limiter 35 to notify the operator of the fact. 36.
When the torque current command value is limited, the torque of the propulsion motor 2 decreases, and as a result, the power consumption of the propulsion motor 2 is suppressed.

なお、蓄電池３の電池残量Ａ１が十分ある場合はα＞１となり電力上限値が大きくなるので、リミッタ３５にてトルク分電流指令値は制限されず、トルク分電流指令値Iq*に影響を与えないこととなる。即ち、Iq1*＝Iq*となる。   Note that when the battery remaining amount A1 of the storage battery 3 is sufficient, α> 1 and the power upper limit value becomes large. Therefore, the torque share current command value is not limited by the limiter 35, and the torque share current command value Iq * is affected. It will not be given. That is, Iq1 * = Iq *.

以上のように、予め算出しておいた計画値と蓄電池３の電池残量Ａ１とから船舶が目的地まで運航可能なトルク分電流上限値を演算し、この上限値が推進力指示器２５で設定されるトルク分電流指令値より小さい場合は、この指令値を先ほどの上限値に制限することにより船舶を目的地まで運行を可能とすることができる。   As described above, the torque current upper limit value that allows the ship to operate to the destination is calculated from the pre-calculated planned value and the remaining battery charge A1 of the storage battery 3, and this upper limit value is calculated by the propulsion indicator 25. If it is smaller than the set torque current command value, the command value can be limited to the above upper limit value to enable the ship to be operated to the destination.

このように予め算出しておいた計画値で船舶を目的地まで運行可能とすることができるが、実際には計画値と実際値に差があるため、以下のステップ２により定期的に電力上限値を修正する動作を行う。   In this way, the ship can be operated to the destination with the plan value calculated in advance, but since there is actually a difference between the plan value and the actual value, the upper limit of the power is periodically Take action to correct the value.

以下、図２のステップ２について説明する。
船舶に搭載したＧＰＳ２８により、航行中の現在位置から目的地までの距離Ｓ２（残りの距離）および船舶の航行中の現在の速度ｖ２を出力する。また、電力検出器３２により推進用電動機２の消費電力Ｐ２を検出する。電池残量検出手段３３は蓄電池３の電池残量Ａ１[kWh]を検出する。切替スイッチ２９は、可動接点を入力端子ＡからＢに切り替えて入出力端子Ｂ−Ｃ間を接続し、第２群のデータである、ＧＰＳ２８の出力する距離Ｓ２および速度ｖ２と、電力検出器３２から出力する推進用電動機２の消費電力Ｐ２を電力上限値演算手段３０Ａに入力する。 Hereinafter, step 2 in FIG. 2 will be described.
The GPS 28 mounted on the ship outputs the distance S2 (remaining distance) from the current position during navigation to the destination and the current speed v2 during navigation of the ship. Further, the power detector 32 detects the power consumption P2 of the propulsion motor 2. The remaining battery level detection means 33 detects the remaining battery level A1 [kWh] of the storage battery 3. The change-over switch 29 switches the movable contact from the input terminal A to B to connect between the input / output terminals B and C, and the distance S2 and speed v2 output from the GPS 28, which is the second group of data, and the power detector 32. The power consumption P2 of the propulsion motor 2 output from is input to the power upper limit calculation means 30A.

続いて、図２のステップ３について説明する。
電力上限値演算手段３０Ａでは第１群のデータ（Ｓ１、ｖ１、Ｐ１）に替わって入力された第２群のデータ（Ｓ２、ｖ２、Ｐ２）と、電池残量Ａ１とからαを再計算する。その時点でのＳ２、ｖ２、Ｐ２の値により、現在位置から目的地に到達するまでの必要電力量はＰ２×Ｓ２／ｖ２で算出される。 Next, step 3 in FIG. 2 will be described.
In the power upper limit calculation means 30A, α is recalculated from the second group data (S2, v2, P2) inputted instead of the first group data (S1, v1, P1) and the remaining battery charge A1. . Based on the values of S2, v2, and P2 at that time, the amount of power required to reach the destination from the current position is calculated as P2 × S2 / v2.

α＝Ａ１／（Ｐ２×Ｓ２／ｖ２）とすると、目的地に到達するために電池残量Ａ１が不足する場合はα＜１となり、電池残量が余る場合はα＞１となる。
電力上限値演算手段３０Ａからは推進用電動機３の消費電力の電力上限値としてＰ２×α２を出力する。その後は図２のステップ２に戻り、同様な動作を繰り返す。 If α = A1 / (P2 × S2 / v2), α <1 when the remaining battery level A1 is insufficient to reach the destination, and α> 1 when the remaining battery level is left.
From the power upper limit value calculating means 30A outputs the P2 × alpha 2 as a power upper limit value of power consumption of the propulsion motor 3. Thereafter, the process returns to step 2 in FIG. 2 and the same operation is repeated.

以上述べたように、本実施形態の船舶用電気推進装置によれば、電池残量Ａ１に応じてインバータ５の出力電力、すなわち推進用電動機２の消費電力を制限して船舶の速度を下げて運航することができるように構成したので、蓄電池３の電池切れが発生することなく、船舶を目的地へ到達させることができる。   As described above, according to the marine electric propulsion apparatus of the present embodiment, the output power of the inverter 5, that is, the power consumption of the propulsion motor 2 is limited in accordance with the remaining battery level A1, thereby reducing the speed of the marine vessel. Since it comprised so that it could operate, a ship can be made to reach | attain the destination, without the battery 3 running out.

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る船舶用電気推進装置の構成図である。
第２の実施形態に係る船舶用電気推進装置が図１の第１の実施形態と相違する点は、船内に内燃機関駆動発電機３８を設置し、この内燃機関駆動発電機３８を遮断器３７を介して船内母線１０に接続した点と、最低保有電力量設定器３９を設けて前記電池残量検出手段３３で検出した電池残量Ａ１から当該最低保有電力量設定器３９で設定した電力量を減算器４０で差し引くように構成した点と、内燃機関駆動発電機３８に始動指令を与え、かつ、リミッタ３５の機能を有効から無効、または無効から有効に切り替える上位制御装置４１を備えた点である。 [Second Embodiment]
FIG. 3 is a configuration diagram of a marine electric propulsion device according to the second embodiment of the present invention.
The marine electric propulsion device according to the second embodiment is different from the first embodiment of FIG. 1 in that an internal combustion engine drive generator 38 is installed in the ship and the internal combustion engine drive generator 38 is connected to a circuit breaker 37. The amount of power set by the minimum held power amount setting unit 39 from the point connected to the inboard bus 10 via the battery and the battery remaining amount A1 detected by the battery remaining amount detecting means 33 by providing the minimum held power amount setting unit 39 Is provided with a high-order control device 41 that gives a start command to the internal combustion engine drive generator 38 and switches the function of the limiter 35 from valid to invalid or from invalid to valid. It is.

なお、内燃機関駆動発電機３８は、内燃機関である原動機で発電機を駆動し発電するようにしたもので、例えば、ディーゼル発電機やガスタービン発電機等が代表的な内燃機関駆動発電機である。   The internal combustion engine drive generator 38 is configured to generate power by driving a generator with a prime mover that is an internal combustion engine. For example, a diesel generator or a gas turbine generator is a typical internal combustion engine drive generator. is there.

本実施形態では、第１の実施形態と同様に、蓄電池３の電池残量Ａ１が少ない時はインバータ５の出力電力、すなわち推進用電動機２の消費電力を絞って船舶の速度を遅くして運航することを原則とするものであるが、船舶の運航上の都合により電池残量Ａ１が少ない場合でも船舶の速度を上げて運航する必要がある場合に適用されるものである。   In the present embodiment, as in the first embodiment, when the battery remaining amount A1 of the storage battery 3 is small, the output power of the inverter 5, that is, the power consumption of the propulsion motor 2 is reduced to reduce the speed of the ship. In principle, this is applied when it is necessary to increase the speed of the ship even when the battery remaining amount A1 is low due to the ship operation.

最低保有電力量設定器３９は、内燃機関駆動発電機３８に起動指令を与えてから電力を供給できるまでに要する起動時間（例えば、４０秒程度）中、船舶を全速力で推進できるだけの電力量を設定する。   The minimum electric energy setting device 39 sets the electric energy sufficient to propel the ship at full speed during the start-up time (for example, about 40 seconds) required to supply power after giving the start command to the internal combustion engine drive generator 38. Set.

電池残量検出手段３３で検出した電力量から最低保有電力量設定器３９の設定電力量を減算器４０で差し引いた電力量を蓄電池３の残量として、電力上限値演算手段３０Ａの演算を行うので、最低保有電力量設定器３９で設定した電力量は必ず蓄電池３に残されることとなる。つまり、最低保有電力量設定器３９は、蓄電池３に最低限残す電池残量Ａ１を設定するためのもので、起動指令を与えて内燃機関駆動発電機３８から即時電力供給できる場合は、特に最低保有電力量設定器３９を設ける必要はない。   The electric power upper limit calculation means 30A is calculated using the electric energy obtained by subtracting the set electric energy of the minimum retained electric energy setting device 39 from the electric energy detected by the battery remaining power detection device 33 by the subtractor 40 as the remaining amount of the storage battery 3. Therefore, the electric energy set by the minimum retained electric energy setting device 39 is always left in the storage battery 3. In other words, the minimum retained power amount setting device 39 is for setting the battery remaining amount A1 to be kept at the minimum in the storage battery 3, and particularly when the power can be supplied immediately from the internal combustion engine drive generator 38 by giving a start command. There is no need to provide the retained power amount setting device 39.

電池残量Ａ１が少ないときに船舶の速度を上げる場合の動作を次に説明する。
まず、上位制御装置４１から内燃機関駆動発電機３８に始動指令を与え、内燃機関駆動発電機３８を始動させる。このとき、同時にリミッタ３５に対してリミット機能を無効にし、推進力指示器２５から出力されたトルク分電流指令値Iq*をそのままの大きさでIq1*として減算器２４に出力する。 Next, the operation for increasing the speed of the ship when the remaining battery level A1 is low will be described.
First, a start command is given from the host control device 41 to the internal combustion engine drive generator 38 to start the internal combustion engine drive generator 38. At the same time, the limit function is disabled for the limiter 35, and the torque component current command value Iq * output from the propulsion force indicator 25 is output to the subtractor 24 as Iq1 * with the same size.

この結果、内燃機関駆動発電機３８は起動指令を受けてから発電電力を出力するまでに要する４０秒程度の起動時間中は、蓄電池３の電力によって全速力で船舶を航行することが可能になる。その後、内燃機関駆動発電機３８が運転状態になれば内燃機関駆動発電機３８の発電電力で船舶を航行することができるので、蓄電池３の電池残量Ａ１が減少していても、推進用電動機２の出力電力を絞らずに船舶を運航することができる。   As a result, the internal combustion engine-driven generator 38 can navigate the ship at full speed with the power of the storage battery 3 during the start-up time of about 40 seconds required to output the generated power after receiving the start command. After that, if the internal combustion engine drive generator 38 is in an operating state, the ship can be navigated with the power generated by the internal combustion engine drive generator 38. Therefore, even if the battery remaining amount A1 of the storage battery 3 is reduced, the propulsion motor The ship can be operated without reducing the output power of 2.

推進用電動機２に必要な電力は内燃機関駆動発電機３８から遮断器３７、船内母線１０、遮断器１１、変圧器１２、フィルタ１３、ＰＷＭコンバータ４および直流主回路６を介してインバータ５に入力する。   Electric power required for the propulsion motor 2 is input from the internal combustion engine drive generator 38 to the inverter 5 through the circuit breaker 37, the inboard bus 10, the circuit breaker 11, the transformer 12, the filter 13, the PWM converter 4, and the DC main circuit 6. To do.

以上述べたように第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に、蓄電池３の電池残量Ａ１が少ない時はインバータ５の出力電力、すなわち推進用電動機２の消費電力を絞って船舶の速度を遅くして運航することを原則とするものであるが、船舶内に内燃機関駆動発電機３８を設置して船内母線１０と接続することにより、電池残量Ａ１が少ない場合でも、万一船舶の速度を上げて運航する必要性がある場合、内燃機関駆動発電機３８の発電電力を使って対応することができる。   As described above, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, when the battery remaining amount A1 of the storage battery 3 is small, the output power of the inverter 5, that is, the power consumption of the propulsion motor 2 is reduced. However, even if the remaining battery level A1 is low, the internal combustion engine-driven generator 38 is installed in the ship and connected to the inboard bus 10, even if the remaining battery level A1 is low. When there is a need to increase the speed of one ship, the power generated by the internal combustion engine drive generator 38 can be used.

［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態に係る船舶用電気推進装置の構成図である。
本実施形態の船舶用電気推進装置が図１に示した第１の実施形態の船舶用電気推進装置と相違する点は、第１群のデータ（距離Ｓ１、速度の計画値ｖ１、消費電力の計画値Ｐ１）を使用せずに、推進用電動機２の出力電力を検出する電力検出器３２および切替スイッチ２９を省き、さらに、電力上限値演算手段３０Ａに替えて新たな電力上限値演算手段３０Ｂを設けるようにした点である。 [Third Embodiment]
FIG. 4 is a configuration diagram of a marine electric propulsion device according to the third embodiment of the present invention.
The difference between the marine electric propulsion device of the present embodiment and the marine electric propulsion device of the first embodiment shown in FIG. 1 is that the first group of data (distance S1, speed planned value v1, power consumption Without using the plan value P1), the power detector 32 and the changeover switch 29 for detecting the output power of the propulsion motor 2 are omitted, and a new power upper limit value calculating means 30B is provided instead of the power upper limit value calculating means 30A. This is the point that is provided.

次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態の船舶用電気推進装置は、陸上電源８から蓄電池３に充電する際の動作は従来技術や第１の実施形態と同様なので説明は省略する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
In the marine electric propulsion apparatus of the present embodiment, the operation when charging the storage battery 3 from the land power supply 8 is the same as that of the prior art and the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

次に、船舶を航行させる際の動作を説明する。
電力上限値演算手段３０Ｂに入力される距離Ｓ２、速度ｖ２および電池残量Ａ１は第１の実施形態の場合と同様である。 Next, the operation when navigating the ship will be described.
The distance S2, the speed v2, and the remaining battery charge A1 input to the power upper limit calculation means 30B are the same as those in the first embodiment.

以下、第３の実施形態に新たに設けた電力上限値演算手段３０Ｂの演算について説明する。
ＧＰＳ２８で得られた距離Ｓ２[海里]と速度ｖ２[ノット]から、目的地までの所要時間ｔ２（ｔ２＝Ｓ２／ｖ２）[ｈ]を求めると共に電池残量Ａ１[kWh]と所要時間ｔ２[ｈ]とから、船舶が目的地まで到達可能な推進用電動機の消費電力の電力上限値Ｐ２（Ｐ２＝Ａ１／ｔ２）[kW]を求める。 Hereinafter, the calculation of the power upper limit calculation means 30B newly provided in the third embodiment will be described.
The required time t2 (t2 = S2 / v2) [h] to the destination is obtained from the distance S2 [nautical mile] and the speed v2 [knot] obtained by the GPS 28, and the remaining battery charge A1 [kWh] and the required time t2 [ h], a power upper limit P2 (P2 = A1 / t2) [kW] of power consumption of the propulsion motor that can reach the destination of the ship is obtained.

さらに、除算器３４で推進用電動機２に印加される電圧で前記電力上限値Ｐ２を除算することによりトルク分電流上限値IqLIMを求める。   Further, the power upper limit value P2 is divided by the voltage applied to the propulsion motor 2 by the divider 34 to obtain the torque current upper limit value IqLIM.

リミッタ３５ではトルク分電流指令値Iq*がトルク分電流上限値IqLIMを越えないように制限し、新たなトルク分電流指令値Iq1*を出力する。トルク分電流指令値Iq*がリミッタ３５で制限された場合、電力制限された状況であることを操船者に伝えるために表示器３６に表示する。トルク分電流を制限することにより、推進用電動機２のトルクを減少させるので、結果として推進用電動機２の消費電力が抑制される。   The limiter 35 limits the torque component current command value Iq * so as not to exceed the torque component current upper limit value IqLIM, and outputs a new torque component current command value Iq1 *. When the torque current command value Iq * is limited by the limiter 35, it is displayed on the display 36 in order to notify the operator that the power is limited. By limiting the torque current, the torque of the propulsion motor 2 is reduced, and as a result, the power consumption of the propulsion motor 2 is suppressed.

なお、本実施形態においても、電池残量Ａ１が十分ある場合は電力上限値が引き上げられるので、リミッタ３５にてトルク分電流が制限されず、トルク分電流指令値Iq*に影響を与えないこととなる。   Even in this embodiment, when the remaining battery level A1 is sufficient, the power upper limit value is raised, so that the torque share current is not limited by the limiter 35 and does not affect the torque share current command value Iq *. It becomes.

以上述べたように第３の実施形態によれば、電池残量Ａ１に応じてインバータ５の出力電力、すなわち推進用電動機２の消費電力を制限して船舶の速度を下げて運航するので、蓄電池が電池切れになることなく、船舶を目的地に到達させることができるとともに、電力検出器３２、切替スイッチ２９を省略したことにより、その分設備費を抑制することができる。   As described above, according to the third embodiment, the output power of the inverter 5, that is, the power consumption of the propulsion motor 2 is limited in accordance with the remaining battery level A 1 and the ship is operated at a reduced speed. As a result, the ship can reach the destination without running out of the battery, and the power detector 32 and the changeover switch 29 are omitted, thereby reducing the equipment cost.

また、ＧＰＳ２８に代え図１の実施形態と同じように距離Ｓ２と速度Ｖ２を計画値として与え推進用電動機の消費電力を抑制することも可能であり、また、切替スイッチを設け計画値からＧＰＳ２８の信号へ切替えるよう構成することも可能である。   Further, instead of the GPS 28, it is possible to suppress the power consumption of the propulsion motor by giving the distance S2 and the speed V2 as planned values as in the embodiment of FIG. It can also be configured to switch to a signal.

更に、図３の内燃機関駆動発電機３８、最低保有電力量設定器３９、上位制御装置４１を設け、電池残量が少なくなった場合でも船舶の速度を落とさず運航することも可能である。   Further, the internal combustion engine drive generator 38, the minimum retained power amount setting device 39, and the host control device 41 of FIG. 3 are provided, and even when the remaining battery level is low, it is possible to operate without reducing the speed of the ship.

１…プロペラ、２…推進用電動機、３…蓄電池、４…ＰＷＭコンバータ、５…インバータ、６…直流主回路、７…遮断器、８…陸上電源、９…遮断器、１０…船内母線、１１…遮断器、１２…変圧器、１３…フィルタ、１４…遮断器、１５…コンデンサ、１６…電流検出器（ＣＴ）、１７…船内負荷、１８…回転速度検出器、１９…積分器、２０、２１…座標変換器、２２、２４…減算器、２３、２６…ＰＩ制御器、２５…推進力指示器、２７…ＰＷＭ制御部、２８…ＧＰＳ、２９…切替スイッチ、３０Ａ、３０Ｂ…電力上限値演算手段、３１…電圧検出器（ＰＴ）、３２…電力検出器、３３…電池残量検出手段、３４…除算器、３５…リミッタ、３６…表示器、３７…遮断器、３８…内燃機関駆動発電機、３９…最低保有電力量設定器、４０…減算器、４１…上位制御装置。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Propeller, 2 ... Electric motor for propulsion, 3 ... Storage battery, 4 ... PWM converter, 5 ... Inverter, 6 ... DC main circuit, 7 ... Circuit breaker, 8 ... Land power supply, 9 ... Circuit breaker, 10 ... Inboard bus, 11 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Circuit breaker, 12 ... Transformer, 13 ... Filter, 14 ... Circuit breaker, 15 ... Capacitor, 16 ... Current detector (CT), 17 ... Inboard load, 18 ... Rotational speed detector, 19 ... Integrator, 20, DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Coordinate converter, 22, 24 ... Subtractor, 23, 26 ... PI controller, 25 ... Propulsion indicator, 27 ... PWM control part, 28 ... GPS, 29 ... Changeover switch, 30A, 30B ... Electric power upper limit Calculation means 31 ... Voltage detector (PT), 32 ... Power detector, 33 ... Battery remaining amount detection means, 34 ... Divider, 35 ... Limiter, 36 ... Display, 37 ... Circuit breaker, 38 ... Internal combustion engine drive Generator, 39 ... Minimum electric energy setting device, 4 ... subtractor, 41 ... upper control device.

Claims (5)

船舶推進用プロペラを駆動する推進用電動機と、船舶内に設置された蓄電池と、前記蓄電池の直流電圧を交流に変換し、前記推進用電動機に供給するインバータと、前記推進用電動機の電流を磁束分電流とトルク分電流に分離し、このトルク分電流が推進力指示器によって設定されるトルク分電流指令値となるように前記インバータを制御するベクトル制御手段と、前記推進用電動機の消費電力を検出する電力検出器と、前記蓄電池の電池残量を検出する電池残量検出手段と、船舶と目的地までの距離、船舶の速度、前記推進用電動機の消費電力とから船舶が目的地に到達するために必要な推進用電動機の消費電力量を演算すると共にこの推進用電動機の消費電力量と前記電池残量検出手段で検出した電池残量とから船が目的地まで到達可能な前記推進用電動機の消費電力の電力上限値を演算する第１の電力上限値演算手段と、この電力上限値および前記推進用電動機の電圧を入力し両者の商からトルク分電流上限値を演算する除算手段と、このトルク分電流上限値が前記推進力指示器のトルク分電流指令値より小さな場合にはトルク分電流指令値を前記トルク分電流上限値で制限するリミッタとを備え、
船舶が目的地まで到達できるように推進用電動機の消費電力を抑制することを特徴とする船舶用電気推進装置。 A propulsion motor that drives a propeller for ship propulsion, a storage battery installed in the ship, an inverter that converts the DC voltage of the storage battery into alternating current, and supplies the propulsion motor with a magnetic flux. A vector control means for controlling the inverter so that the torque divided current becomes a torque divided current command value set by the propulsive force indicator; and a power consumption of the propulsion motor The ship reaches the destination from the power detector to detect, the battery remaining amount detecting means for detecting the remaining battery level of the storage battery, the distance between the ship and the destination, the speed of the ship, and the power consumption of the propulsion motor. Calculate the power consumption of the propulsion motor necessary to do this, and the ship can reach the destination from the power consumption of the propulsion motor and the remaining battery level detected by the remaining battery level detection means First power upper limit value calculating means for calculating the power upper limit value of the power consumption of the propulsion motor, and the power upper limit value and the voltage of the propulsion motor are inputted, and the torque current upper limit value is calculated from the quotient of both. Dividing means, and a limiter for limiting the torque component current command value with the torque component current upper limit value when the torque component current upper limit value is smaller than the torque component current command value of the propulsion indicator,
An electric propulsion device for a ship, characterized by suppressing power consumption of the propulsion motor so that the ship can reach a destination. 船舶の現在位置から目的地までの距離と船舶の速度を取得するＧＰＳを備え、船舶が出港する時までは、現在位置から目的地までの距離、船舶の速度および推進用電動機の消費電力の計画値からなる第１群のデータを選択して前記第１の電力上限値演算手段に入力し、船舶が出港した後は前記第１群のデータに替えて、前記ＧＰＳで取得した現在位置から目的地までの距離、速度、前記電力検出器で検出した前記推進用電動機の消費電力値からなる第２群のデータを選択して前記第１の電力上限値演算手段に入力する切替スイッチを備えたことを特徴とする請求項１記載の船舶用電気推進装置。   It is equipped with a GPS that obtains the distance from the current position of the ship to the destination and the speed of the ship, and until the ship leaves the port, the distance from the current position to the destination, the speed of the ship, and the power consumption of the propulsion motor are planned. The first group of data consisting of values is selected and input to the first power upper limit calculation means, and after the ship leaves the port, the data is replaced with the first group of data, and the current position acquired by the GPS is used for the purpose. There is provided a selector switch for selecting the second group of data consisting of the distance to the ground, the speed, and the power consumption value of the propulsion motor detected by the power detector, and inputting the selected data to the first power upper limit calculating means. The marine electric propulsion device according to claim 1. 船舶推進用プロペラを駆動する推進用電動機と、船舶内に設置された蓄電池と、前記蓄電池の直流電圧を交流に変換し、前記推進用電動機に供給するインバータと、前記推進用電動機の電流を磁束分電流とトルク分電流に分離し、このトルク分電流が推進力指示器によって設定されるトルク分電流指令値となるように前記インバータを制御するベクトル制御手段と、前記蓄電池の電池残量を検出する電池残量検出手段と、船舶の目的地までの距離と船舶の速度とから船舶が目的地に到達するために必要な所要時間を演算すると共にこの所要時間と前記電池残量検出手段で検出した電池残量とで船が目的地まで到達可能な前記推進用電動機の消費電力の上限値を演算する第２の電力上限値演算手段と、この電力上限値および前記推進用電動機の電圧を入力し両者の商からトルク分電流上限値を演算する除算手段と、このトルク分電流上限値が前記推進力指示器のトルク分電流指令値より小さな場合にはトルク分電流指令値を前記トルク分電流上限値で制限するリミッタとを備え、
船舶が目的地まで到達できるように推進用電動機の消費電力を抑制することを特徴とする船舶用電気推進装置。 A propulsion motor that drives a propeller for ship propulsion, a storage battery installed in the ship, an inverter that converts the DC voltage of the storage battery into alternating current, and supplies the propulsion motor with a magnetic flux. A vector control means for controlling the inverter so that the torque divided current is divided into a torque divided current and a torque divided current command value set by a thrust indicator, and the remaining battery level of the storage battery is detected. Calculating the time required for the ship to reach the destination from the distance to the destination of the ship and the speed of the ship, and detecting the required time and the remaining battery level detection means Second power upper limit value calculating means for calculating an upper limit value of power consumption of the propulsion motor that the ship can reach to the destination with the remaining battery power, and the power upper limit value and the propulsion motor Dividing means for inputting a pressure and calculating a torque component current upper limit value from the quotient of both, and when this torque component current upper limit value is smaller than the torque component current command value of the propulsive force indicator, the torque component current command value is With a limiter that limits with the torque upper limit current,
An electric propulsion device for a ship, characterized by suppressing power consumption of the propulsion motor so that the ship can reach a destination. 船舶の現在位置から目的地までの距離と船舶の速度を取得するＧＰＳを備え、船舶が出港する時までは、現在位置から目的地までの距離および船舶の速度からなる第１群のデータを選択して前記第２の電力上限値演算手段に入力し、船舶が出港した後は前記第１群のデータに替えて、前記ＧＰＳで取得した現在位置から目的地までの距離および速度からなる第２群のデータを選択して前記第２の電力上限値演算手段に入力する切替スイッチを備えたことを特徴とする請求項３記載の船舶用電気推進装置。   A GPS that acquires the distance from the current position of the ship to the destination and the speed of the ship is provided, and until the ship leaves the port, the first group of data consisting of the distance from the current position to the destination and the speed of the ship is selected. The second power upper limit calculating means inputs the second power upper limit calculation means, and after the ship leaves the port, the second group consisting of the distance and speed from the current position acquired by the GPS to the destination instead of the data of the first group. 4. The marine electric propulsion device according to claim 3, further comprising a changeover switch for selecting group data and inputting the selected group data to the second power upper limit calculating means. 前記インバータに直流電力を供給するコンバータと、前記コンバータに交流電力を供給する内燃機関駆動発電機とを備え、前記蓄電池の電池残量が少ない状態で船舶の速度を上げる必要がある場合に、前記内燃機関駆動発電機を起動しコンバータを介してインバータに電力供給すると共に前記リミッタのリミッタ機能を無効として推進用電動機のトルク分電流が推進力指示器で設定されるトルク分電流指令値となるように制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の船舶用電気推進装置。

When it is necessary to increase the speed of the ship with a converter that supplies DC power to the inverter and an internal combustion engine-driven generator that supplies AC power to the converter, and the battery of the storage battery is low, The internal combustion engine drive generator is started and power is supplied to the inverter through the converter, and the limiter function of the limiter is disabled, so that the torque component current of the propulsion motor becomes the torque component current command value set by the propulsion force indicator. The marine electric propulsion device according to any one of claims 1 to 4, wherein

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