船舶の発電装置及び推進装置
【課題】船舶の発電機の回転制御および主機の出力軸へのアシスト力制御を油圧ポンプおよび油圧モータを用いた油圧回路によって構成して低コストでかつ信頼性が高い発電装置および推進装置を提供することを目的とする。
【解決手段】船舶のエンジン３によって駆動される第１油圧ポンプ９と、発電機１１に接続される第１油圧モータ１３と、第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３とを連結する第１油圧回路１５と、第１油圧ポンプ９の押しのけ容積を制御する第１油圧ポンプ制御器１７と、第１油圧モータ１３の押しのけ容積を制御する第１油圧モータ制御器１９と、第１油圧ポンプ制御器１７および第１油圧モータ制御器１９を制御して第１油圧モータ１３の回転数を制御する発電機制御装置２１を備えて発電機の回転数を制御することを特徴とする。
【解決手段】船舶のエンジン３によって駆動される第１油圧ポンプ９と、発電機１１に接続される第１油圧モータ１３と、第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３とを連結する第１油圧回路１５と、第１油圧ポンプ９の押しのけ容積を制御する第１油圧ポンプ制御器１７と、第１油圧モータ１３の押しのけ容積を制御する第１油圧モータ制御器１９と、第１油圧ポンプ制御器１７および第１油圧モータ制御器１９を制御して第１油圧モータ１３の回転数を制御する発電機制御装置２１を備えて発電機の回転数を制御することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の発電装置および推進装置に関するものであり、特に、油圧ポンプおよび油圧モータからなる油圧回路を用いて発電機に駆動力を、また主機出力軸へ回転アシスト力を供給する発電装置および推進装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶においては、船舶内の各種電気機器への給電は、通常、主機とは別に設けられた発電用エンジンと発電機によって供給される。また、軸発電機と称する発電機が併設されることがある。この軸発電機は、主軸から増速機を介して発電機を駆動し、その出力電圧（周波数は不変）を直流に整流し、インバータを介して交流に変換するものである。
【０００３】
小容量の発電機用エンジンを設けるよりも大容量の主機エンジンの方が、効率が良いため軸発電機を使用することでエネルギー消費を抑えるようにしている。
【０００４】
船舶用発電装置、特に、油圧ポンプおよび油圧モータからなる油圧回路を用いて発電機を回転駆動する装置の先行技術として、特開平１０−８２３２５号公報（特許文献１）が知られている。
この特許文献１には、エンジンの出力軸が電磁クラッチを介して油圧ポンプと接続し、油圧ポンプの作動油が供給されることによって作動する油圧モータの出力軸を、発電機に接続する構成が開示されており、さらに、該発電機の電力で作動させられる冷却水ポンプによって油路を循環する作動油を冷却するオイルクーラに冷却水が循環されることが示されている。
【０００５】
一方、船舶においては、省エネルギーを目的として、ディーゼル機関から排出される排ガスを排ガスエコノマイザに導いて蒸気を発生させて、その蒸気によって駆動される蒸気タービンとディーゼル機関から排出される排ガスによって駆動されるガスタービンとを同軸上に配し、その軸に接続された発電機によって発電するコンバインドサイクル発電方式が用いられている。また、コンバインドサイクル発電方式により得られた電気エネルギーが余剰の場合には、推進軸に設置されている軸発電機を電動機として用いることにより、電気エネルギーを回転エネルギーに変換して推進軸を加勢する推進装置が用いられている。
推進軸を加勢する推進装置として特公昭６２−３４５９８号公報（特許文献２）、特開２０１０−２６４８６７号公報（特許文献３）が知られている。
【０００６】
特許文献２には、蒸気タービンで発電機を駆動し余剰回転力を推進機側に伝達することが示され、また、特許文献３には、ディーゼル機関から排出される排ガスを排ガスエコノマイザに導いて蒸気を発生させて、その蒸気によって駆動される蒸気タービンとディーゼル機関から排出される排ガスによって駆動されるガスタービンとを同軸上に配して、蒸気タービンとガスタービンとの回転エネルギーをクラッチと変速機とを介して推進軸に伝達する構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−８２３２５号公報
【特許文献２】特公昭６２−３４５９８号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６４８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献1によると、エンジンの出力軸が電磁クラッチを介して油圧ポンプと接続し、該油圧ポンプによって発生した作動油を油圧モータに供給して、該油圧モータで発電機を駆動する構成が開示されているが、油圧ポンプおよび油圧モータの回転速度を制御して発電機の発電電圧および周波数を安定化するように油圧ポンプ側および油圧モータ側での制御についてまでは開示されていない。
また、特許文献1においては、発電機によって発電される電圧、周波数はエンジンの出力軸の回転変動に伴って変動するため、電気機器への供給のためにコントローラによって一定電圧、一定周波数への変換のために整流器やインバータ等の部品が必要になり発電装置全体が複雑化、大型化する。
【０００９】
また、特許文献２、３に開示されている技術によれば、推進軸を加勢する手段が示されているが、何れの文献においてもクラッチと変速機とを介して推進軸に駆動力を伝達する構成であるため、クラッチおよび主機によって推進軸の周囲の構造が複雑化、大型化する問題がある。
【００１０】
そこで、本発明はこのような不具合に鑑みてなされたものであり、船舶の発電機の回転制御および主機の出力軸へのアシスト力制御を油圧ポンプおよび油圧モータを用いた油圧回路によって構成して小型、低コストでかつ信頼性が高い発電装置および推進装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明はかかる目的を達成するもので、第１の発明は船舶の発電装置にかかるものであり、船舶の主機によって駆動される可変容量型の第１油圧ポンプと、発電機に接続される可変容量型の第１油圧モータと、前記第１油圧ポンプと第１油圧モータとを連結する第１油圧回路と、前記第１油圧回路若しくは第１油圧ポンプの本体内に設けられ前記第１油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第１油圧ポンプ制御器と、前記第１油圧回路若しくは第１油圧モータの本体内に設けられ前記第１油圧モータの押しのけ容積を制御する第１油圧モータ制御器と、前記第１油圧ポンプ制御器および前記第１油圧モータ制御器を制御して前記第１油圧モータの回転数を制御する発電機制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本第１の発明によれば、主機により駆動される可変容量型の第１油圧ポンプによって発生した高圧作動油を、発電機に接続される可変容量型の第１油圧モータへ供給して発電機を作動させて発電を行うとともに、第１油圧ポンプおよび第１油圧モータには、それぞれ第１ポンプ制御器、第１モータ制御器が設けられて、発電機の回転数が制御可能になっているため、主機の回転変動および発電機の負荷変動に対して、発電機の回転数を最適に制御できる。
前記第１油圧ポンプの押しのけ容積と、第１油圧モータの押しのけ容積との比を調整することで増減速比が調整されて発電機の回転数を最適に制御できる。
【００１３】
具体的には、発電機制御装置によって、主機の回転変動および発電機の発電負荷の変動に対して第１油圧モータを一定の回転数で回転するように第１油圧ポンプ制御器および第１油圧モータ制御器を制御する。これによって、発電機を駆動するための歯車機構の増速機や、整流器や、インバータ等の電圧、周波数の調整機器を介さずに一定電圧で一定周波数の電力を船舶内の電気機器に供給できるようになるため、低コストで且つ信頼性の高い電力供給の発電装置が得られる。
【００１４】
また、第１の発明において好ましくは、前記主機を構成するエンジンから排出される排ガスエネルギーを用いて駆動される可変容量型の第３油圧ポンプと、
該第３油圧ポンプと前記第１油圧モータとを連結する第３油圧回路と、
該第３油圧回路若しくは前記第３油圧ポンプの本体内に設けられ前記第３油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第３油圧ポンプ制御器と、を備え、
前記発電機制御装置はさらに前記第３油圧ポンプ制御器を制御して前記第１油圧モータの回転数を制御するとよい。
【００１５】
このように、発電機を駆動する第１油圧モータの回転駆動を、ディーゼルエンジンの出力軸によって駆動される第１油圧ポンプだけでなく、第３油圧ポンプによっても回転駆動されるようになっている。
すなわち、ディーゼルエンジンの出力軸ではなく、ディーゼルエンジンから排出される排ガスエネルギー、つまりディーゼルエンジンから排出される排ガスを排ガスエコノマイザに導いて蒸気を発生させて、その蒸気によって駆動される蒸気タービン、およびディーゼルエンジンから排出される排ガスによって駆動されるガスタービンの少なくとも一方によって駆動されるようになっている。
【００１６】
従って、発電機をディーゼルエンジンの動力と、排ガスエネルギーの動力との何れによっても駆動可能となるとともに、これらの動力を船舶内の電力供給状態に応じて切り替えることが可能となるため、船舶の推進力と電力供給バランスを調整することができる。また、ディーゼルエンジンからの排ガスエネルギーと主機からのエネルギーを総合的に利用するため、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できる。
【００１７】
また、第１の発明において好ましくは、前記主機に接続される可変容量型の第２油圧モータと、該第２油圧モータと前記第３油圧ポンプとを連結する第４油圧回路と、該第４油圧回路若しくは前記第２油圧モータの本体内に設けられ第２油圧モータの押しのけ容積を制御する第２油圧モータ制御器と、
前記第３油圧ポンプ制御器および前記第２油圧モータ制御器を制御して前記主機の出力軸へアシスト力を付与する推進力制御装置と、を備えているとよい。
【００１８】
このように第３油圧ポンプによって主機の推進力がアシストされる。すなわち、ディーゼルエンジンから排出される排ガスエネルギーによって駆動される第３油圧ポンプからの作動油によって第２油圧モータが作動して、アシスト力を発生するようになっている。
従って、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できる。
【００１９】
また、第１の発明において好ましくは、前記各油圧ポンプは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記各油圧ポンプ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなるとよい。
【００２０】
このように各油圧ポンプ、および各油圧ポンプ制御器を構成することによって、油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設されシリンダの油圧室の作動と非作動状態とを高圧弁および低圧弁の開閉によって制御して、油圧ポンプの押しのけ容積を制御でき増減速比を簡単かつ正確に制御できる。
【００２１】
また、第１の発明において好ましくは、前記各油圧モータは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記油圧モータ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなるとよい。
【００２２】
このように各油圧モータ、および各油圧モータ制御器を構成することによって、油圧モータの回転軸の周りに環状に複数連続して配設されたシリンダの油圧室の作動と被作動とを高圧弁および低圧弁の開閉によって制御して、油圧モータの押しのけ容積を制御でき増減速比を簡単かつ正確に制御できる。
【００２３】
以上のように油圧ポンプ、油圧モータを、複数の油圧室の作動状態（作動油圧室の個数、または油圧室内の作動ストローク範囲）を高圧弁と低圧弁とで制御することで、絞りを入れることなく流量を調整できるため、低損失で応答性の高いかつ広範囲にわたる増減速比に調整できるため、発電機へ効率よくエンジンからの動力と蒸気タービン側からの動力の使い分けをするともに、エンジンへのアシスト力を加えることが可能になり、船舶の持つエネルギー源を有効活用できる。
【００２４】
次に、第２の発明は、船舶の推進装置にかかるものであり、主機のエンジンから排出される排ガスエネルギーを用いて駆動される発電機と、該発電機の駆動軸に配設される可変容量型の第２油圧ポンプと、前記主機に接続される可変容量型の第２油圧モータと、前記第２油圧ポンプと前記第２油圧モータとを連結する第２油圧回路と、
前記第２油圧回路若しくは第２油圧ポンプ本体内に設けられ前記第２油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第２油圧ポンプ制御器と、前記第２油圧回路若しくは第２油圧モータ本体内に設けられ前記第２油圧モータの押しのけ容積を御する第２油圧モータ制御器と、前記第２油圧ポンプ制御器および前記第２油圧モータ制御器を制御して前記第２油圧モータの回転数を制御する推進力制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本第２の発明によれば、前記第１の発明とは逆に、発電機を駆動する動力、ここでは主機のエンジンから排出される排ガスエネルギーであり、この排ガスエネルギーのよって駆動された第２油圧ポンプから一部をエンジンの出力に戻すようにしてエンジンの推進力をアシストするものである。
すなわち、発電機の駆動軸に配設される可変容量型の第２油圧ポンプによって発生した高圧作動油の一部を、エンジンに接続される可変容量型の油圧モータへ供給して推進力をアシストする。
【００２６】
好ましくは、前記推進力制御装置は、電力負荷に対する前記発電機の余剰電力に相当する動力分を前記主機の推進力のアシスト力として付与するように前記油圧ポンプ制御器および前記圧モータ制御器を制御する。
これによって、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できる。また、主機の推進力のアシスト力の付与として、電動機によってアシスト力を付与するものに比べて（電気エネルギーによるものに比べて）、油圧ポンプおよび油圧モータによって推進軸に駆動力を付与する方がエネルギー変換による損失を生じにくく、効率よいエネギーの有効活用ができる。
【００２７】
また、第２の発明においても第２油圧ポンプ、および第２油圧ポンプ制御器の構成は前記第１の発明と同様であり、油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設されシリンダの油圧室の作動と被作動とを高圧弁および低圧弁の開閉によって制御して、油圧ポンプ全体としての押しのけ容積を制御して増減速比を簡単かつ正確に制御できる。
また、第２の発明の第２油圧モータ、および第２油圧モータ制御器の構成も、前記第１の発明と同様であり、油圧モータの回転軸の周りに環状に複数連続して配設されたシリンダの油圧室の作動と被作動とを高圧弁および低圧弁の開閉によって制御して、油圧モータの押しのけ容積を制御して増減速比を簡単かつ正確に制御できる。
【発明の効果】
【００２８】
第１、第２の発明によれば、船舶の発電機の回転制御および主機の出力軸へのアシスト力制御を油圧ポンプおよび油圧モータを用いた油圧回路によって構成するとともに、油圧ポンプ制御器および油圧モータの制御器によって油圧ポンプおよび油圧モータの押しのけ容積を調整して回転数を制御することによって、低コストでかつ信頼性が高い船舶の発電装置および推進装置が得られる。さらに、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概略全体構成図である。
【図２】油圧モータの一定回転制御を示すフローチャートである。
【図３】油圧ポンプの構造を示す説明図である。
【図４】油圧モータの構造を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す概略全体構成図である。
【図６】第２実施形態の推進力制御装置の制御を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態を示す概略全体構成図である。
【図８】第３実施形態の発電機主機制御装置の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３１】
（第１実施形態）
図１に示すように、船舶の発電機装置１は、主として船舶の推進力を発生するディーゼルエンジン（主機）（以下エンジンという）３と、先端にプロペラ５が取り付けられたエンジン３の出力軸７と、該出力軸７に取り付けられた第１油圧ポンプ９と、発電機１１に接続された第１油圧モータ１３と、第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３とを接続して形成される第１油圧回路１５とを備える。
【００３２】
また、第１油圧ポンプ９には、出力軸７の回転によって吐出される吐出油量、すなわち１回転あたりの吐出油量としての押しのけ容積を制御する第１油圧ポンプ制御器１７が設けられている。第１油圧モータ１３にも、１回転あたりの押しのけ容積を制御する第１油圧モータ制御器１９が設けられている。
【００３３】
そして、この第１油圧ポンプ制御器１７および第１油圧モータ制御器１９を制御する発電機制御装置２１が設けられ、該発電機制御装置２１によって、油圧ポンプおよび油圧モータのそれぞれの押しのけ容積を制御して、押しのけ容積比を調整して、増速比（減速比）を調整するようになっている。
その結果、増速比を調整して第１油圧モータ１３を一定の回転数で回転させて、発電機１１が常時一定電圧、一定周波数で発電可能になっている。この発電機１１は、船舶内の電気機器への電力供給を行うものであり、公知の同期発電機又は誘導発電機を用いることができる
【００３４】
第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３と第１油圧回路１５とによって油圧トランスミッション２３を構成しており、第１油圧回路１５は、第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３との間に設けられた高圧油流路１５ａと低圧油流路１５ｂとで構成される。
【００３５】
高圧油流路１５ａは、第１油圧ポンプ９の吐出側を第１油圧モータ１３の吸込側に接続しており、低圧油流路１５ｂは、第１油圧モータ１３の吐出側を第１油圧ポンプ９の吸込側に接続している。これにより、エンジン３の出力軸７の回転に伴って第１油圧ポンプ９が駆動されると、高圧油流路１５ａと低圧油流路１５ｂとの間に圧力差が発生し、この差圧によって第１油圧モータ１３が駆動される。
【００３６】
また、油圧トランスミッション２３は、エンジン３の出力軸７の回転数に応じて増速比（第１油圧ポンプ９の押しのけ容積と第１油圧モータ１３への押しのけ容積との比）を調整して、第１油圧モータ１３の回転数を調整可能になっている。
例えば、第１油圧ポンプ９の押しのけ容積Ｖ１と、該第１油圧ポンプ９の回転数Ｎ１との積Ｖ１Ｎ１が、吐出油量となり、第１油圧モータ１３の押しのけ容積Ｖ２と、該第１油圧モータ１３の回転数Ｎ２との積Ｖ２Ｎ２が、流入油量となり、Ｖ１Ｎ１＝Ｖ２Ｎ２の関係より押しのけ容積比（Ｖ１、Ｖ２）を調整することで増減速比（Ｎ１、Ｎ２）を調整できる。
【００３７】
発電機制御装置２１による発電機１１の一定回転制御について、図２のフローチャートを参照して説明する。なお、発電機制御装置２１には、図１に示すように第１油圧ポンプ制御器１７を制御する油圧ポンプ制御部２５と、第１油圧モータ制御器１９を制御する油圧モータ制御部２７とを備えている。
【００３８】
ステップＳ１で、第１油圧モータ１３の出力軸が連結する発電機１１の回転数を検出する発電機回転センサ２９からの信号を入力し、ステップＳ２で、該信号に基づいて検出回転数が目標とする一定回転数と略一致しているか判定し、一致していない場合にはステップと３で、第１油圧ポンプ９に対する第１油圧モータ１３の増減速比を、それぞれの押しのけ容積を調整することで制御する。このように、目標の一定回転数になるようにフィードバック制御によって第１油圧ポンプ制御器１７および第１油圧モータ制御器１９が制御される。
【００３９】
なお、この押しのけ容積の制御は、後述する油圧トランスミッションの構造において、第１油圧ポンプ９では、高圧弁３６と低圧弁３８の開閉タイミングを制御して油圧室３３がポンプとして機能する数を制御することで、または油圧室３３がポンプとして機能する範囲（ピストン３２のストローク範囲）を制御することで調整することができる。また、第１油圧モータ１３においても、高圧弁４６と低圧弁４８の開閉タイミングを制御して油圧室４３がモータとして機能する数を制御することで、また油圧室４３がモータとして機能する範囲（ピストン４２のストローク範囲）を制御することで調整することができる。
【００４０】
また、発電機制御装置２１は、図示しない発電負荷を検出する発電負荷センサからの信号、およびエンジン３の回転数センサからの信号を基に、予めエンジンの回転数と発電負荷とに対する増速比についてマップに設定しておき、このマップデータを基にエンジンの回転数と発電負荷とに対する増速比になるように、第１油圧ポンプ制御器１７および第１油圧モータ制御器１９を制御するようにしてもよい。
【００４１】
（油圧トランスミッションの構造）
まず、第１油圧ポンプ９の構造について説明する。
図３に示すように、第１油圧ポンプ９は、シリンダ３０及びピストン３２により形成される複数の油圧室３３と、ピストン３２に係合するカム曲面を有するカム３４と、各油圧室３３に対して設けられる高圧弁３６および低圧弁３８とにより構成される。
【００４２】
シリンダ３０は、シリンダブロックに設けられた円筒である。シリンダ３０の内部には、シリンダ３０とピストン３２とに囲まれる油圧室３３が形成されている。
【００４３】
ピストン３２は、カム３４のカム曲線に合わせてピストン３２をスムーズに作動させる観点から、シリンダ３０内を摺動するピストン本体部３２Ａと、該ピストン本体部３２Ａに取り付けられ、カム３４のカム曲面に係合するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム３４のカム曲面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム３４のカム曲面に当接して摺動する部材である。
なお図３には、ピストン３２がピストン本体部３２Ａとピストンローラー３２Ｂとからなる例を示したが、ピストンローラー３２Ｂを介在させなくてもよい。
【００４４】
カム３４は、カム取付台３５を介して、エンジン３の出力軸７に接続するメインシャフト８の外周面に取り付けられている。カム３４は、メインシャフト８が一回転する間に、油圧ポンプ１２の各ピストン３２を何度も上下動させて第１油圧ポンプ９のトルクを大きくする観点から、複数の凹部３４Ａ及び凸部３４Ｂがメインシャフト８の周りに交互に並んだ波状のカム曲面を有するリングカムであることが好ましい。
なお、カム３４のカム取付台３５への固定は、ボルト、キー、ピン等の任意の固定部材３１を用いて行われる。
【００４５】
高圧弁３６は、各油圧室３３と高圧油流路１５ａとの間の高圧連通路３７に設けられる。一方、低圧弁３８は、各油圧室３３と低圧油流路１５ｂとの間の低圧連通路３９に設けられる。これら高圧弁３６及び低圧弁３８を開閉することで、各油圧室３３と高圧油流路１５ａ及び低圧油流路１５ｂとの連通状態を切り替えることができる。なお、高圧弁３６及び低圧弁３８の開閉は、ピストン３２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。
この高圧弁３６及び低圧弁３８によって、第１油圧ポンプ制御器１７が構成されている。
【００４６】
第１油圧ポンプ９では、メインシャフト８とともにカム３４が回転すると、ピストン３２のピストン本体部３２Ａが周期的に上下動し、ピストン３２が下死点から上死点に向かうポンプ工程と、ピストン３２が上死点から下死点に向かう吸入工程とが繰り返される。ポンプ工程では、高圧弁３６が開かれ、低圧弁３８が閉じられることで、油圧室３３内の高圧油が高圧連通路３７を介して高圧油流路１５ａに送られる。一方、吸入工程では、高圧弁３６が閉じられ、低圧弁３８が開かれることで、低圧連通路３９を介して低圧油流路１５ｂから油圧室３３に低圧油が供給される。
これにより、メインシャフト８の回転に伴って第１油圧ポンプ９が駆動されると、高圧油流路１５ａと低圧油流路１５ｂとの間に差圧が発生するようになっている。
【００４７】
次に、第１油圧モータ１３の構造について説明する。
第１油圧モータ１３は、図４に示すように、シリンダ４０及びピストン４２により形成される複数の油圧室４３と、ピストン４２に係合するカム曲面を有するカム４４と、各油圧室４３に対して設けられた高圧弁４６および低圧弁４８とにより構成される。
【００４８】
シリンダ４０は、シリンダブロックに設けられた円筒である。シリンダ４０の内部には、シリンダ４０とピストン４２とに囲まれる油圧室４３が形成されている。
【００４９】
ピストン４２は、ピストン４２の上下動をカム４４の回転運動にスムーズに変換する観点から、シリンダ４０内を摺動するピストン本体部４２Ａと、該ピストン本体部４２Ａに取り付けられ、カム４４のカム曲面に係合するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム４４のカム曲面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム４４のカム曲面に当接して摺動する部材である。
なお図４には、ピストン４２がピストン本体部４２Ａとピストンローラー４２Ｂとからなる例を示したが、ピストンローラー４２Ｂを介在させなくてもよい。
【００５０】
カム４４は、発電機１１に接続されるクランクシャフト４５の軸中心Ｏから偏心して設けられた偏心カムである。ピストン４２が上下動を一回行う間に、カム４４及びカム４４が取り付けられたクランクシャフト４５は一回転するようになっている。
【００５１】
高圧弁４６は、各油圧室４３と高圧油流路１５ａとの間の高圧連通路４７に設けられる。一方、低圧弁４８は、各油圧室４３と低圧油流路１５ｂとの間の低圧連通路４９に設けられる。これら高圧弁４６及び低圧弁４８を開閉することで、各油圧室４３と高圧油流路１５ａ及び低圧油流路１５ｂとの連通状態を切り替えることができる。なお、高圧弁４６及び低圧弁４８の開閉は、ピストン４２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。
この高圧弁４６及び低圧弁４８によって、第１油圧モータ制御器１９が構成されている。
【００５２】
第１油圧モータ１３では、高圧油流路１５ａと低圧油流路１５ｂとの差圧を利用してピストン４２を上下動させて、ピストン４２が上死点から下死点に向かうモータ工程と、ピストン４２が下死点から上死点に向かう排出工程とが繰り返される。モータ工程では、高圧弁４６が開かれ、低圧弁４８が閉じられることで、高圧連通路４７を介して高圧油流路１５ａから油圧室４３に高圧油が供給される。一方、排出工程では、高圧弁４６が閉じられ、低圧弁４８が開かれることで、油圧室４３内の作動油が低圧連通路４９を介して低圧油流路１５ｂに排出される。
これにより、モータ工程で油圧室４３に流入した高圧油がピストン４２を下死点に向けて押し下げると、カム４４とともにクランクシャフト４５が回転するようになっている。
発電機１１は、第１油圧モータ１３に接続されており、公知の同期発電機又は誘導発電機を用いることができる。発電機１１は、前述のように第１油圧モータ１３から略一定の回転数のトルクが入力され、略一定の周波数の交流電流を発生するようになっている。
【００５３】
以上のように第１実施形態によれば、油圧ポンプと油圧モータとを油圧回路を介して動力伝達するとともに増減速比を調整して、常に一定回転数で発電機１１を駆動できるようになるため、歯車式による増速機や、整流器や、インバータ等を介さずに一定電圧で一定周波数の電力を船舶内の電気機器に供給できるようになり、低コストで且つ信頼性の高い電力供給の発電装置が得られる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、図５、６を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態にて説明した油圧ポンプおよび油圧モータの配置関係を逆にしたものであり、第２油圧ポンプ６０を、発電機１１を駆動する回転エネルギーによって駆動し、該第２油圧ポンプ６０によって発生した作動油を利用してエンジン３の出力軸７に接続した第２油圧モータ６２を作動してエンジン３の出力をアシストするものである。発電機１１の回転を制御するとともにエンジン３の推進力を制御するものである。
【００５５】
発電機１１の駆動は、図５に示すように、エンジン３から排出される排ガスエネルギーの有効活用のための排熱回収装置を用いて駆動されるようになっている。この排熱回収装置による発電機１１の駆動について概要を次に説明する。
【００５６】
エンジン３が排出する高温の排ガスによって蒸気を発生する蒸気発生装置６４と、その蒸気によって駆動される蒸気タービン６６と、エンジン３から排出される排ガスによって駆動されるガスタービン６８と、減速機（変速機）７０と、自動嵌脱クラッチ（クラッチ）７１とを主に備えている。
【００５７】
また、エンジン３の給気通路７２には空気冷却器７４が設けられ、過給機７６のコンプレッサによって圧縮された空気が冷却されるようになっており、排気通路７８には過給機７６が設けられてそのタービンに排ガスが導かれて回転駆動されるようになっている。
この過給機７６を通過後の排ガスは、ガスタービン６８に導入されてガスタービン６８を回転駆動する。そしてガスタービン６８の回転は減速機（変速機）７０と自動嵌脱クラッチ（クラッチ）７１とを介して蒸気タービン６６の回転軸７９に連結されるようになっている。
【００５８】
ガスタービン６８を通過後の排ガス、およびガスタービン６８をバイパスした排ガスは、蒸気発生装置６４に導かれる。この蒸気発生装置６４は排ガスエコノマイザ８０と汽水分離器（高圧用、低圧用）８２、８４とを備えており、排ガスエコノマイザ８０は、その排ガス通路内に過熱器８０Ａと蒸発器８０Ｂとを有している。過熱器８０Ａと蒸発器８０Ｂとは、排ガスエコノマイザ８０内を下から上に向かって順番に平行に据え付けられている。
そして、高圧汽水分離器８２には高圧蒸気が貯留され、低圧汽水分離器８４には低圧蒸気が貯留され、高圧蒸気および低圧蒸気がそれぞれ蒸気タービン６６に導かれるようになっている。また、高圧汽水分離器８２内の蒸気は、船舶内の蒸気使用機器８６へと供給されて利用される。
【００５９】
また、エンジン３を冷却する冷却水循環経路８８が形成され、給気通路７２に設けられた空気冷却器７４へ供給されるとともに、さらに、高圧汽水分離器８２、低圧汽水分離器８４のボイラ水としても供給される。
なお、排ガスエコノマイザ８０を通過後の排ガスは、排ガスエコノマイザ８０をバイパスした排ガスとともに排出されるようになっている。
【００６０】
以上のような発電機１１の駆動システムにおいて、図５に示すように、蒸気タービン６６の回転軸７９は変速機９０を介して発電機１１の駆動軸９２に連結し、この駆動軸９２の中間部に第２油圧ポンプ６０が設けられている。
そして、第２油圧ポンプ６０とエンジン３の出力軸７に接続した第２油圧モータ６２とを、第２油圧回路９４を介して接続して、油圧トランスミッション９６を形成している。
【００６１】
この油圧トランスミッション９６の構造は、第１実施形態で説明したものと同様であり、第２油圧ポンプ６０の押しのけ容積を制御する第２油圧ポンプ制御器６１、および第２油圧モータ６２の押しのけ容積を制御する第２油圧モータ制御器６３を有している。
また、図５に示すように、第２油圧ポンプ制御器６１を制御する油圧ポンプ制御部９８と、第２油圧モータ制御器６３を制御する油圧モータ制御部１００とを有した推進力制御装置１０２を備えている。該推進力制御装置１０２によって第２油圧ポンプ６０および第２油圧モータ６２それぞれの押しのけ容積が調整されて、発電機１１の駆動軸９２の駆動動力の一部がエンジン３側に伝達されてエンジン３の動力をアシストするようになっている。
【００６２】
この推進力制御装置１０２について図６のフローチャートを参照して説明する。
第２油圧ポンプ６０のメインシャフトは発電機１１の駆動軸９２となっており、常時蒸気タービン６６から回転されて、常時発電機１１による発電が行われている。
しかし発電負荷、すなわち船舶内の電気機器の使用量が低下して負荷が低下した際に、発電機１１の駆動軸９２を目標とする一定回転数に保持するように、第２油圧ポンプ６０のポンプ機能を発揮させるようになっている。
【００６３】
ステップＳ１１で、発電機１１の駆動軸９２の回転数を発電機回転センサ２９で検出する。ステップＳ1２で、検出値の回転数が目標値である一定回転数（電力供給が過剰状態にある時の回転数）を超えるか否かを判定する。Ｎｏの場合にはステップＳ1３で、第２油圧ポンプ６０を非作動で無効にしておきステップＳ１１に戻り、Ｙｅｓ場合にはステップＳ1４で、第２油圧ポンプ６０を作動させてポンプ機能を発揮させる。すなわち、発電負荷が低下した場合には蒸気タービン６６からの駆動力に余裕が出るため発電機１１の回転数が上昇することによって判定している。なお、ステップＳ１２において船舶内の電力供給が過剰状態かを判定するために電力負荷センサを別途設けて船舶内の電力負荷が目標負荷より低下して供給過剰状態にあることを検知して第２油圧ポンプ６０を作動させるようにしてもよい。
また、第２油圧ポンプ６０のポンプ機能の発揮は、図３において低圧弁３８と高圧弁３６との開閉タイミングを制御することで行う。
【００６４】
次に、ステップＳ１５で、第２油圧モータ６２の回転数を設定する。この設定は、エンジン３の回転数センサ１０６からの信号を検出して、出力軸７に対してアシスト力を生じさせることができる回転数が設定される。
そして、ステップＳ１６において、第２油圧ポンプ６０の回転数と設定した第２油圧モータ６２の回転数から増速比または減速機を算出して、その増速比または減速比に応じた押しのけ容積比になるように、油圧ポンプ制御部９８が第２油圧ポンプ６０の複数の油圧室３３の作動状態と非作動状態または作動タイミングを制御し、さらに油圧モータ制御部１００が第２油圧モータ６２の複数の油圧室４３の作動状態と非作動状態または作動タイミングを制御する。そして、ステップＳ１７で第２油圧モータ６２を作動させ。
【００６５】
このように第２実施形態によれば、推進力制御装置１０２によって、発電機１１の駆動軸９２に配設される第２油圧ポンプ６０によって発生した高圧作動油を、第２油圧モータ６２へ供給して、エンジン３の推進力をアシストするように作動することができる。
電力負荷に対する発電機１１の余剰電力に相当する動力分をエンジン３の推進力のアシスト力として付与するように制御することによって、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できる。
また、エンジンへの推進力のアシスト力の付与として、電動機によって付与するものに比べて（電気エネルギーによるものに比べて）、油圧ポンプおよび油圧モータによって付与する方がエネルギー変換による損失を生じにくく、効率よい船舶のエネルギー活用ができる。
【００６６】
（第３実施形態）
次に、図７、８を参照して第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態のシステムと第２実施形態のシステムを合わせたものである。
発電機１１への動力を、エンジン３からの動力と、蒸気タービン側からの動力と、電力供給過剰状態に応じて使い分けるようするとともに、その電力供給過剰状態時には蒸気タービン側からの動力でエンジンの動力をアシストするようにしたものである。
【００６７】
エンジン３から排出される排ガスエネルギーによる排熱回収装置については、第２実施形態で説明したものと同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
図７に示すように、第３実施形態は、蒸気タービン６６の回転軸７９から変速機９０を介して出力された駆動軸１１０に第３油圧ポンプ１１２が接続され、該第３油圧ポンプ１１２は第３油圧回路１１４を介して発電機１１に取り付けられた第１油圧モータ１３に接続されている。また、該第３油圧ポンプ１１２は第４油圧回路１１５を介してエンジン３に取り付けられた第２油圧モータ６２に接続されている。
また、エンジン３の出力軸７には第１油圧ポンプ９と、第２油圧モータ６２がそれぞれ取り付けられている。
これら第１油圧モータ１３、第１油圧ポンプ９、第２油圧モータ６２はそれぞれ前述した第１実施形態および第２実施形態で説明したもの同様である。
【００６８】
本第３実施形態では、第１油圧モータ１３、第１油圧ポンプ９、第２油圧モータ６２、第３油圧ポンプ１１２のそれぞれは、発電機主機制御装置１２０の油圧ポンプ制御部１２２と、油圧モータ制御部１２４とによって制御されるようになっている。
また、船舶内の電気機器１２６の発電負荷を発電負荷センサ１３０で検出して、発電機１１が余裕状態か否かに応じて発電機駆動モードと、エンジンをアシストする推進力アシストモードとに切り替えて、それぞれのモードにおいて、油圧モータと油圧ポンプとの押しのけ容積が制御され増減速比が制御される。
【００６９】
発電機主機制御装置１２０での制御について、図８のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ２１で、船内の電力負荷を電力負荷センサ１３０によって検出し、ステップＳ２２で、検出した電力負荷に対して発電機１１の発電能力（駆動トルク）に余裕があるか否かを判定する。余裕がある場合には、推進力アシストモードに切り替わり、余裕がない場合には、発電モードに切り替わる。
【００７０】
次に、推進力アシストモードについて説明する。
まず、ステップＳ２３で、第１油圧ポンプ９を非作動状態とする。この非作動状態は、前述した高圧弁３６、低圧弁３８を開閉制御して非作動状態にすることができる。
次にステップＳ２４で、第３油圧モータ１１２を作動状態とする。その後ステップＳ２５で、第４油圧回路１１５を介してエンジン３に取り付けられた第２油圧モータ６２に作動油が供給されて、第２油圧モータ６２を駆動するとともに、エンジン３をアシストできる回転数に調整されて駆動される。
ステップＳ２６では、第３油圧回路１１４を介して発電機１１に取り付けられた第１油圧モータ１３に作動油が供給されて、第１油圧モータ１３を駆動して発電を行う。
【００７１】
次に、発電モードについて説明する。
ステップＳ２７で、第３油圧ポンプ１１２および第２油圧モータ６２をそれぞれ非作動状態とする。ステップＳ２８で、エンジン３の駆動力（出力）が、十分か否か、つまり余裕がある状態か判定される。
余裕状状態であれば、ステップＳ２９に進んで第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３とを作動状態として、発電機１１をエンジン３の出力で発電機させる。余裕状態に無い場合には、ステップＳ３０に進んで第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３とを非作動状態としてエンジン負荷を極力低減させるようにする。
【００７２】
第３実施形態によれば、船内電力負荷に対して供給過剰状態にあるときには、蒸気タービン側（蒸気タービン６６およびガスタービン６８による駆動）の駆動力をエンジン３の動力のアシスト力として使用し、また、発電電力が不足の時には発電効率のよい主機であるエンジン３によって発電することで、船舶の持つエネルギー源を効率よく用いることができ、船舶のトータルとしてのエネルギーの運用効率を上げることができる。
【００７３】
また、第１〜３実施形態において、油圧ポンプ部分と油圧モータ部分とを単に油圧配管で結ぶことでシステムを構成することができるため、装置の大型化、重量増大化を防止できる。
さらに、油圧ポンプおよび油圧モータを第１実施形態で説明したような構造を有することによって、複数の油圧室の作動状態（作動油圧室の個数、または油圧室内の作動ストローク範囲）を高圧弁と低圧弁とで制御することで、絞りを入れることなく流量を調整できるため、低損失で応答性の高いかつ広範囲にわたる増減速比に調整できるため、発電機１１へ効率よくエンジン３からの動力と蒸気タービン側からの動力の使い分けをするともに、エンジン３へのアシスト力を加えることが可能になり、船舶の持つエネルギー源を有効活用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明によれば、船舶の発電機の回転制御および主機の出力軸へのアシスト力制御を油圧ポンプおよび油圧モータを用いた油圧回路によって構成するとともに、油圧ポンプ制御器および油圧モータの制御器によって油圧ポンプおよび油圧モータの押しのけ容積を調整して回転数を制御することによって、低コストでかつ信頼性が高い船舶の発電装置および推進装置が得られるため、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できるので、船舶の発電装置および推進装置への用いることに適している。
【符号の説明】
【００７５】
３ ディーゼルエンジン（主機）
５ プロペラ
９ 第１油圧ポンプ
１１ 発電機
１３ 第１油圧モータ
１５ 第１油圧回路
１７ 第１油圧ポンプ制御器
１９ 第１油圧モータ制御器
２１ 発電機制御装置
２５、９８、１２２ 油圧ポンプ制御部
２７、１００、１２４ 油圧モータ制御部
６０ 第２油圧ポンプ
６１ 第２油圧ポンプ制御器
６２ 第２油圧モータ
６３ 第２油圧モータ制御器
６４ 蒸気発生装置
６６ 蒸気タービン
６８ ガスタービン
７６ 過給機
８０ 排ガスエコノマイザ
９４ 第２油圧回路
１０２ 推進力制御装置
１１２ 第３油圧ポンプ
１１４ 第３油圧回路
１１５ 第４油圧回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の発電装置および推進装置に関するものであり、特に、油圧ポンプおよび油圧モータからなる油圧回路を用いて発電機に駆動力を、また主機出力軸へ回転アシスト力を供給する発電装置および推進装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶においては、船舶内の各種電気機器への給電は、通常、主機とは別に設けられた発電用エンジンと発電機によって供給される。また、軸発電機と称する発電機が併設されることがある。この軸発電機は、主軸から増速機を介して発電機を駆動し、その出力電圧（周波数は不変）を直流に整流し、インバータを介して交流に変換するものである。
【０００３】
小容量の発電機用エンジンを設けるよりも大容量の主機エンジンの方が、効率が良いため軸発電機を使用することでエネルギー消費を抑えるようにしている。
【０００４】
船舶用発電装置、特に、油圧ポンプおよび油圧モータからなる油圧回路を用いて発電機を回転駆動する装置の先行技術として、特開平１０−８２３２５号公報（特許文献１）が知られている。
この特許文献１には、エンジンの出力軸が電磁クラッチを介して油圧ポンプと接続し、油圧ポンプの作動油が供給されることによって作動する油圧モータの出力軸を、発電機に接続する構成が開示されており、さらに、該発電機の電力で作動させられる冷却水ポンプによって油路を循環する作動油を冷却するオイルクーラに冷却水が循環されることが示されている。
【０００５】
一方、船舶においては、省エネルギーを目的として、ディーゼル機関から排出される排ガスを排ガスエコノマイザに導いて蒸気を発生させて、その蒸気によって駆動される蒸気タービンとディーゼル機関から排出される排ガスによって駆動されるガスタービンとを同軸上に配し、その軸に接続された発電機によって発電するコンバインドサイクル発電方式が用いられている。また、コンバインドサイクル発電方式により得られた電気エネルギーが余剰の場合には、推進軸に設置されている軸発電機を電動機として用いることにより、電気エネルギーを回転エネルギーに変換して推進軸を加勢する推進装置が用いられている。
推進軸を加勢する推進装置として特公昭６２−３４５９８号公報（特許文献２）、特開２０１０−２６４８６７号公報（特許文献３）が知られている。
【０００６】
特許文献２には、蒸気タービンで発電機を駆動し余剰回転力を推進機側に伝達することが示され、また、特許文献３には、ディーゼル機関から排出される排ガスを排ガスエコノマイザに導いて蒸気を発生させて、その蒸気によって駆動される蒸気タービンとディーゼル機関から排出される排ガスによって駆動されるガスタービンとを同軸上に配して、蒸気タービンとガスタービンとの回転エネルギーをクラッチと変速機とを介して推進軸に伝達する構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−８２３２５号公報
【特許文献２】特公昭６２−３４５９８号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６４８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献1によると、エンジンの出力軸が電磁クラッチを介して油圧ポンプと接続し、該油圧ポンプによって発生した作動油を油圧モータに供給して、該油圧モータで発電機を駆動する構成が開示されているが、油圧ポンプおよび油圧モータの回転速度を制御して発電機の発電電圧および周波数を安定化するように油圧ポンプ側および油圧モータ側での制御についてまでは開示されていない。
また、特許文献1においては、発電機によって発電される電圧、周波数はエンジンの出力軸の回転変動に伴って変動するため、電気機器への供給のためにコントローラによって一定電圧、一定周波数への変換のために整流器やインバータ等の部品が必要になり発電装置全体が複雑化、大型化する。
【０００９】
また、特許文献２、３に開示されている技術によれば、推進軸を加勢する手段が示されているが、何れの文献においてもクラッチと変速機とを介して推進軸に駆動力を伝達する構成であるため、クラッチおよび主機によって推進軸の周囲の構造が複雑化、大型化する問題がある。
【００１０】
そこで、本発明はこのような不具合に鑑みてなされたものであり、船舶の発電機の回転制御および主機の出力軸へのアシスト力制御を油圧ポンプおよび油圧モータを用いた油圧回路によって構成して小型、低コストでかつ信頼性が高い発電装置および推進装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明はかかる目的を達成するもので、第１の発明は船舶の発電装置にかかるものであり、船舶の主機によって駆動される可変容量型の第１油圧ポンプと、発電機に接続される可変容量型の第１油圧モータと、前記第１油圧ポンプと第１油圧モータとを連結する第１油圧回路と、前記第１油圧回路若しくは第１油圧ポンプの本体内に設けられ前記第１油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第１油圧ポンプ制御器と、前記第１油圧回路若しくは第１油圧モータの本体内に設けられ前記第１油圧モータの押しのけ容積を制御する第１油圧モータ制御器と、前記第１油圧ポンプ制御器および前記第１油圧モータ制御器を制御して前記第１油圧モータの回転数を制御する発電機制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本第１の発明によれば、主機により駆動される可変容量型の第１油圧ポンプによって発生した高圧作動油を、発電機に接続される可変容量型の第１油圧モータへ供給して発電機を作動させて発電を行うとともに、第１油圧ポンプおよび第１油圧モータには、それぞれ第１ポンプ制御器、第１モータ制御器が設けられて、発電機の回転数が制御可能になっているため、主機の回転変動および発電機の負荷変動に対して、発電機の回転数を最適に制御できる。
前記第１油圧ポンプの押しのけ容積と、第１油圧モータの押しのけ容積との比を調整することで増減速比が調整されて発電機の回転数を最適に制御できる。
【００１３】
具体的には、発電機制御装置によって、主機の回転変動および発電機の発電負荷の変動に対して第１油圧モータを一定の回転数で回転するように第１油圧ポンプ制御器および第１油圧モータ制御器を制御する。これによって、発電機を駆動するための歯車機構の増速機や、整流器や、インバータ等の電圧、周波数の調整機器を介さずに一定電圧で一定周波数の電力を船舶内の電気機器に供給できるようになるため、低コストで且つ信頼性の高い電力供給の発電装置が得られる。
【００１４】
また、第１の発明において好ましくは、前記主機を構成するエンジンから排出される排ガスエネルギーを用いて駆動される可変容量型の第３油圧ポンプと、
該第３油圧ポンプと前記第１油圧モータとを連結する第３油圧回路と、
該第３油圧回路若しくは前記第３油圧ポンプの本体内に設けられ前記第３油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第３油圧ポンプ制御器と、を備え、
前記発電機制御装置はさらに前記第３油圧ポンプ制御器を制御して前記第１油圧モータの回転数を制御するとよい。
【００１５】
このように、発電機を駆動する第１油圧モータの回転駆動を、ディーゼルエンジンの出力軸によって駆動される第１油圧ポンプだけでなく、第３油圧ポンプによっても回転駆動されるようになっている。
すなわち、ディーゼルエンジンの出力軸ではなく、ディーゼルエンジンから排出される排ガスエネルギー、つまりディーゼルエンジンから排出される排ガスを排ガスエコノマイザに導いて蒸気を発生させて、その蒸気によって駆動される蒸気タービン、およびディーゼルエンジンから排出される排ガスによって駆動されるガスタービンの少なくとも一方によって駆動されるようになっている。
【００１６】
従って、発電機をディーゼルエンジンの動力と、排ガスエネルギーの動力との何れによっても駆動可能となるとともに、これらの動力を船舶内の電力供給状態に応じて切り替えることが可能となるため、船舶の推進力と電力供給バランスを調整することができる。また、ディーゼルエンジンからの排ガスエネルギーと主機からのエネルギーを総合的に利用するため、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できる。
【００１７】
また、第１の発明において好ましくは、前記主機に接続される可変容量型の第２油圧モータと、該第２油圧モータと前記第３油圧ポンプとを連結する第４油圧回路と、該第４油圧回路若しくは前記第２油圧モータの本体内に設けられ第２油圧モータの押しのけ容積を制御する第２油圧モータ制御器と、
前記第３油圧ポンプ制御器および前記第２油圧モータ制御器を制御して前記主機の出力軸へアシスト力を付与する推進力制御装置と、を備えているとよい。
【００１８】
このように第３油圧ポンプによって主機の推進力がアシストされる。すなわち、ディーゼルエンジンから排出される排ガスエネルギーによって駆動される第３油圧ポンプからの作動油によって第２油圧モータが作動して、アシスト力を発生するようになっている。
従って、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できる。
【００１９】
また、第１の発明において好ましくは、前記各油圧ポンプは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記各油圧ポンプ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなるとよい。
【００２０】
このように各油圧ポンプ、および各油圧ポンプ制御器を構成することによって、油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設されシリンダの油圧室の作動と非作動状態とを高圧弁および低圧弁の開閉によって制御して、油圧ポンプの押しのけ容積を制御でき増減速比を簡単かつ正確に制御できる。
【００２１】
また、第１の発明において好ましくは、前記各油圧モータは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記油圧モータ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなるとよい。
【００２２】
このように各油圧モータ、および各油圧モータ制御器を構成することによって、油圧モータの回転軸の周りに環状に複数連続して配設されたシリンダの油圧室の作動と被作動とを高圧弁および低圧弁の開閉によって制御して、油圧モータの押しのけ容積を制御でき増減速比を簡単かつ正確に制御できる。
【００２３】
以上のように油圧ポンプ、油圧モータを、複数の油圧室の作動状態（作動油圧室の個数、または油圧室内の作動ストローク範囲）を高圧弁と低圧弁とで制御することで、絞りを入れることなく流量を調整できるため、低損失で応答性の高いかつ広範囲にわたる増減速比に調整できるため、発電機へ効率よくエンジンからの動力と蒸気タービン側からの動力の使い分けをするともに、エンジンへのアシスト力を加えることが可能になり、船舶の持つエネルギー源を有効活用できる。
【００２４】
次に、第２の発明は、船舶の推進装置にかかるものであり、主機のエンジンから排出される排ガスエネルギーを用いて駆動される発電機と、該発電機の駆動軸に配設される可変容量型の第２油圧ポンプと、前記主機に接続される可変容量型の第２油圧モータと、前記第２油圧ポンプと前記第２油圧モータとを連結する第２油圧回路と、
前記第２油圧回路若しくは第２油圧ポンプ本体内に設けられ前記第２油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第２油圧ポンプ制御器と、前記第２油圧回路若しくは第２油圧モータ本体内に設けられ前記第２油圧モータの押しのけ容積を御する第２油圧モータ制御器と、前記第２油圧ポンプ制御器および前記第２油圧モータ制御器を制御して前記第２油圧モータの回転数を制御する推進力制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本第２の発明によれば、前記第１の発明とは逆に、発電機を駆動する動力、ここでは主機のエンジンから排出される排ガスエネルギーであり、この排ガスエネルギーのよって駆動された第２油圧ポンプから一部をエンジンの出力に戻すようにしてエンジンの推進力をアシストするものである。
すなわち、発電機の駆動軸に配設される可変容量型の第２油圧ポンプによって発生した高圧作動油の一部を、エンジンに接続される可変容量型の油圧モータへ供給して推進力をアシストする。
【００２６】
好ましくは、前記推進力制御装置は、電力負荷に対する前記発電機の余剰電力に相当する動力分を前記主機の推進力のアシスト力として付与するように前記油圧ポンプ制御器および前記圧モータ制御器を制御する。
これによって、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できる。また、主機の推進力のアシスト力の付与として、電動機によってアシスト力を付与するものに比べて（電気エネルギーによるものに比べて）、油圧ポンプおよび油圧モータによって推進軸に駆動力を付与する方がエネルギー変換による損失を生じにくく、効率よいエネギーの有効活用ができる。
【００２７】
また、第２の発明においても第２油圧ポンプ、および第２油圧ポンプ制御器の構成は前記第１の発明と同様であり、油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設されシリンダの油圧室の作動と被作動とを高圧弁および低圧弁の開閉によって制御して、油圧ポンプ全体としての押しのけ容積を制御して増減速比を簡単かつ正確に制御できる。
また、第２の発明の第２油圧モータ、および第２油圧モータ制御器の構成も、前記第１の発明と同様であり、油圧モータの回転軸の周りに環状に複数連続して配設されたシリンダの油圧室の作動と被作動とを高圧弁および低圧弁の開閉によって制御して、油圧モータの押しのけ容積を制御して増減速比を簡単かつ正確に制御できる。
【発明の効果】
【００２８】
第１、第２の発明によれば、船舶の発電機の回転制御および主機の出力軸へのアシスト力制御を油圧ポンプおよび油圧モータを用いた油圧回路によって構成するとともに、油圧ポンプ制御器および油圧モータの制御器によって油圧ポンプおよび油圧モータの押しのけ容積を調整して回転数を制御することによって、低コストでかつ信頼性が高い船舶の発電装置および推進装置が得られる。さらに、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概略全体構成図である。
【図２】油圧モータの一定回転制御を示すフローチャートである。
【図３】油圧ポンプの構造を示す説明図である。
【図４】油圧モータの構造を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す概略全体構成図である。
【図６】第２実施形態の推進力制御装置の制御を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態を示す概略全体構成図である。
【図８】第３実施形態の発電機主機制御装置の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３１】
（第１実施形態）
図１に示すように、船舶の発電機装置１は、主として船舶の推進力を発生するディーゼルエンジン（主機）（以下エンジンという）３と、先端にプロペラ５が取り付けられたエンジン３の出力軸７と、該出力軸７に取り付けられた第１油圧ポンプ９と、発電機１１に接続された第１油圧モータ１３と、第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３とを接続して形成される第１油圧回路１５とを備える。
【００３２】
また、第１油圧ポンプ９には、出力軸７の回転によって吐出される吐出油量、すなわち１回転あたりの吐出油量としての押しのけ容積を制御する第１油圧ポンプ制御器１７が設けられている。第１油圧モータ１３にも、１回転あたりの押しのけ容積を制御する第１油圧モータ制御器１９が設けられている。
【００３３】
そして、この第１油圧ポンプ制御器１７および第１油圧モータ制御器１９を制御する発電機制御装置２１が設けられ、該発電機制御装置２１によって、油圧ポンプおよび油圧モータのそれぞれの押しのけ容積を制御して、押しのけ容積比を調整して、増速比（減速比）を調整するようになっている。
その結果、増速比を調整して第１油圧モータ１３を一定の回転数で回転させて、発電機１１が常時一定電圧、一定周波数で発電可能になっている。この発電機１１は、船舶内の電気機器への電力供給を行うものであり、公知の同期発電機又は誘導発電機を用いることができる
【００３４】
第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３と第１油圧回路１５とによって油圧トランスミッション２３を構成しており、第１油圧回路１５は、第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３との間に設けられた高圧油流路１５ａと低圧油流路１５ｂとで構成される。
【００３５】
高圧油流路１５ａは、第１油圧ポンプ９の吐出側を第１油圧モータ１３の吸込側に接続しており、低圧油流路１５ｂは、第１油圧モータ１３の吐出側を第１油圧ポンプ９の吸込側に接続している。これにより、エンジン３の出力軸７の回転に伴って第１油圧ポンプ９が駆動されると、高圧油流路１５ａと低圧油流路１５ｂとの間に圧力差が発生し、この差圧によって第１油圧モータ１３が駆動される。
【００３６】
また、油圧トランスミッション２３は、エンジン３の出力軸７の回転数に応じて増速比（第１油圧ポンプ９の押しのけ容積と第１油圧モータ１３への押しのけ容積との比）を調整して、第１油圧モータ１３の回転数を調整可能になっている。
例えば、第１油圧ポンプ９の押しのけ容積Ｖ１と、該第１油圧ポンプ９の回転数Ｎ１との積Ｖ１Ｎ１が、吐出油量となり、第１油圧モータ１３の押しのけ容積Ｖ２と、該第１油圧モータ１３の回転数Ｎ２との積Ｖ２Ｎ２が、流入油量となり、Ｖ１Ｎ１＝Ｖ２Ｎ２の関係より押しのけ容積比（Ｖ１、Ｖ２）を調整することで増減速比（Ｎ１、Ｎ２）を調整できる。
【００３７】
発電機制御装置２１による発電機１１の一定回転制御について、図２のフローチャートを参照して説明する。なお、発電機制御装置２１には、図１に示すように第１油圧ポンプ制御器１７を制御する油圧ポンプ制御部２５と、第１油圧モータ制御器１９を制御する油圧モータ制御部２７とを備えている。
【００３８】
ステップＳ１で、第１油圧モータ１３の出力軸が連結する発電機１１の回転数を検出する発電機回転センサ２９からの信号を入力し、ステップＳ２で、該信号に基づいて検出回転数が目標とする一定回転数と略一致しているか判定し、一致していない場合にはステップと３で、第１油圧ポンプ９に対する第１油圧モータ１３の増減速比を、それぞれの押しのけ容積を調整することで制御する。このように、目標の一定回転数になるようにフィードバック制御によって第１油圧ポンプ制御器１７および第１油圧モータ制御器１９が制御される。
【００３９】
なお、この押しのけ容積の制御は、後述する油圧トランスミッションの構造において、第１油圧ポンプ９では、高圧弁３６と低圧弁３８の開閉タイミングを制御して油圧室３３がポンプとして機能する数を制御することで、または油圧室３３がポンプとして機能する範囲（ピストン３２のストローク範囲）を制御することで調整することができる。また、第１油圧モータ１３においても、高圧弁４６と低圧弁４８の開閉タイミングを制御して油圧室４３がモータとして機能する数を制御することで、また油圧室４３がモータとして機能する範囲（ピストン４２のストローク範囲）を制御することで調整することができる。
【００４０】
また、発電機制御装置２１は、図示しない発電負荷を検出する発電負荷センサからの信号、およびエンジン３の回転数センサからの信号を基に、予めエンジンの回転数と発電負荷とに対する増速比についてマップに設定しておき、このマップデータを基にエンジンの回転数と発電負荷とに対する増速比になるように、第１油圧ポンプ制御器１７および第１油圧モータ制御器１９を制御するようにしてもよい。
【００４１】
（油圧トランスミッションの構造）
まず、第１油圧ポンプ９の構造について説明する。
図３に示すように、第１油圧ポンプ９は、シリンダ３０及びピストン３２により形成される複数の油圧室３３と、ピストン３２に係合するカム曲面を有するカム３４と、各油圧室３３に対して設けられる高圧弁３６および低圧弁３８とにより構成される。
【００４２】
シリンダ３０は、シリンダブロックに設けられた円筒である。シリンダ３０の内部には、シリンダ３０とピストン３２とに囲まれる油圧室３３が形成されている。
【００４３】
ピストン３２は、カム３４のカム曲線に合わせてピストン３２をスムーズに作動させる観点から、シリンダ３０内を摺動するピストン本体部３２Ａと、該ピストン本体部３２Ａに取り付けられ、カム３４のカム曲面に係合するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム３４のカム曲面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム３４のカム曲面に当接して摺動する部材である。
なお図３には、ピストン３２がピストン本体部３２Ａとピストンローラー３２Ｂとからなる例を示したが、ピストンローラー３２Ｂを介在させなくてもよい。
【００４４】
カム３４は、カム取付台３５を介して、エンジン３の出力軸７に接続するメインシャフト８の外周面に取り付けられている。カム３４は、メインシャフト８が一回転する間に、油圧ポンプ１２の各ピストン３２を何度も上下動させて第１油圧ポンプ９のトルクを大きくする観点から、複数の凹部３４Ａ及び凸部３４Ｂがメインシャフト８の周りに交互に並んだ波状のカム曲面を有するリングカムであることが好ましい。
なお、カム３４のカム取付台３５への固定は、ボルト、キー、ピン等の任意の固定部材３１を用いて行われる。
【００４５】
高圧弁３６は、各油圧室３３と高圧油流路１５ａとの間の高圧連通路３７に設けられる。一方、低圧弁３８は、各油圧室３３と低圧油流路１５ｂとの間の低圧連通路３９に設けられる。これら高圧弁３６及び低圧弁３８を開閉することで、各油圧室３３と高圧油流路１５ａ及び低圧油流路１５ｂとの連通状態を切り替えることができる。なお、高圧弁３６及び低圧弁３８の開閉は、ピストン３２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。
この高圧弁３６及び低圧弁３８によって、第１油圧ポンプ制御器１７が構成されている。
【００４６】
第１油圧ポンプ９では、メインシャフト８とともにカム３４が回転すると、ピストン３２のピストン本体部３２Ａが周期的に上下動し、ピストン３２が下死点から上死点に向かうポンプ工程と、ピストン３２が上死点から下死点に向かう吸入工程とが繰り返される。ポンプ工程では、高圧弁３６が開かれ、低圧弁３８が閉じられることで、油圧室３３内の高圧油が高圧連通路３７を介して高圧油流路１５ａに送られる。一方、吸入工程では、高圧弁３６が閉じられ、低圧弁３８が開かれることで、低圧連通路３９を介して低圧油流路１５ｂから油圧室３３に低圧油が供給される。
これにより、メインシャフト８の回転に伴って第１油圧ポンプ９が駆動されると、高圧油流路１５ａと低圧油流路１５ｂとの間に差圧が発生するようになっている。
【００４７】
次に、第１油圧モータ１３の構造について説明する。
第１油圧モータ１３は、図４に示すように、シリンダ４０及びピストン４２により形成される複数の油圧室４３と、ピストン４２に係合するカム曲面を有するカム４４と、各油圧室４３に対して設けられた高圧弁４６および低圧弁４８とにより構成される。
【００４８】
シリンダ４０は、シリンダブロックに設けられた円筒である。シリンダ４０の内部には、シリンダ４０とピストン４２とに囲まれる油圧室４３が形成されている。
【００４９】
ピストン４２は、ピストン４２の上下動をカム４４の回転運動にスムーズに変換する観点から、シリンダ４０内を摺動するピストン本体部４２Ａと、該ピストン本体部４２Ａに取り付けられ、カム４４のカム曲面に係合するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム４４のカム曲面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム４４のカム曲面に当接して摺動する部材である。
なお図４には、ピストン４２がピストン本体部４２Ａとピストンローラー４２Ｂとからなる例を示したが、ピストンローラー４２Ｂを介在させなくてもよい。
【００５０】
カム４４は、発電機１１に接続されるクランクシャフト４５の軸中心Ｏから偏心して設けられた偏心カムである。ピストン４２が上下動を一回行う間に、カム４４及びカム４４が取り付けられたクランクシャフト４５は一回転するようになっている。
【００５１】
高圧弁４６は、各油圧室４３と高圧油流路１５ａとの間の高圧連通路４７に設けられる。一方、低圧弁４８は、各油圧室４３と低圧油流路１５ｂとの間の低圧連通路４９に設けられる。これら高圧弁４６及び低圧弁４８を開閉することで、各油圧室４３と高圧油流路１５ａ及び低圧油流路１５ｂとの連通状態を切り替えることができる。なお、高圧弁４６及び低圧弁４８の開閉は、ピストン４２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。
この高圧弁４６及び低圧弁４８によって、第１油圧モータ制御器１９が構成されている。
【００５２】
第１油圧モータ１３では、高圧油流路１５ａと低圧油流路１５ｂとの差圧を利用してピストン４２を上下動させて、ピストン４２が上死点から下死点に向かうモータ工程と、ピストン４２が下死点から上死点に向かう排出工程とが繰り返される。モータ工程では、高圧弁４６が開かれ、低圧弁４８が閉じられることで、高圧連通路４７を介して高圧油流路１５ａから油圧室４３に高圧油が供給される。一方、排出工程では、高圧弁４６が閉じられ、低圧弁４８が開かれることで、油圧室４３内の作動油が低圧連通路４９を介して低圧油流路１５ｂに排出される。
これにより、モータ工程で油圧室４３に流入した高圧油がピストン４２を下死点に向けて押し下げると、カム４４とともにクランクシャフト４５が回転するようになっている。
発電機１１は、第１油圧モータ１３に接続されており、公知の同期発電機又は誘導発電機を用いることができる。発電機１１は、前述のように第１油圧モータ１３から略一定の回転数のトルクが入力され、略一定の周波数の交流電流を発生するようになっている。
【００５３】
以上のように第１実施形態によれば、油圧ポンプと油圧モータとを油圧回路を介して動力伝達するとともに増減速比を調整して、常に一定回転数で発電機１１を駆動できるようになるため、歯車式による増速機や、整流器や、インバータ等を介さずに一定電圧で一定周波数の電力を船舶内の電気機器に供給できるようになり、低コストで且つ信頼性の高い電力供給の発電装置が得られる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、図５、６を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態にて説明した油圧ポンプおよび油圧モータの配置関係を逆にしたものであり、第２油圧ポンプ６０を、発電機１１を駆動する回転エネルギーによって駆動し、該第２油圧ポンプ６０によって発生した作動油を利用してエンジン３の出力軸７に接続した第２油圧モータ６２を作動してエンジン３の出力をアシストするものである。発電機１１の回転を制御するとともにエンジン３の推進力を制御するものである。
【００５５】
発電機１１の駆動は、図５に示すように、エンジン３から排出される排ガスエネルギーの有効活用のための排熱回収装置を用いて駆動されるようになっている。この排熱回収装置による発電機１１の駆動について概要を次に説明する。
【００５６】
エンジン３が排出する高温の排ガスによって蒸気を発生する蒸気発生装置６４と、その蒸気によって駆動される蒸気タービン６６と、エンジン３から排出される排ガスによって駆動されるガスタービン６８と、減速機（変速機）７０と、自動嵌脱クラッチ（クラッチ）７１とを主に備えている。
【００５７】
また、エンジン３の給気通路７２には空気冷却器７４が設けられ、過給機７６のコンプレッサによって圧縮された空気が冷却されるようになっており、排気通路７８には過給機７６が設けられてそのタービンに排ガスが導かれて回転駆動されるようになっている。
この過給機７６を通過後の排ガスは、ガスタービン６８に導入されてガスタービン６８を回転駆動する。そしてガスタービン６８の回転は減速機（変速機）７０と自動嵌脱クラッチ（クラッチ）７１とを介して蒸気タービン６６の回転軸７９に連結されるようになっている。
【００５８】
ガスタービン６８を通過後の排ガス、およびガスタービン６８をバイパスした排ガスは、蒸気発生装置６４に導かれる。この蒸気発生装置６４は排ガスエコノマイザ８０と汽水分離器（高圧用、低圧用）８２、８４とを備えており、排ガスエコノマイザ８０は、その排ガス通路内に過熱器８０Ａと蒸発器８０Ｂとを有している。過熱器８０Ａと蒸発器８０Ｂとは、排ガスエコノマイザ８０内を下から上に向かって順番に平行に据え付けられている。
そして、高圧汽水分離器８２には高圧蒸気が貯留され、低圧汽水分離器８４には低圧蒸気が貯留され、高圧蒸気および低圧蒸気がそれぞれ蒸気タービン６６に導かれるようになっている。また、高圧汽水分離器８２内の蒸気は、船舶内の蒸気使用機器８６へと供給されて利用される。
【００５９】
また、エンジン３を冷却する冷却水循環経路８８が形成され、給気通路７２に設けられた空気冷却器７４へ供給されるとともに、さらに、高圧汽水分離器８２、低圧汽水分離器８４のボイラ水としても供給される。
なお、排ガスエコノマイザ８０を通過後の排ガスは、排ガスエコノマイザ８０をバイパスした排ガスとともに排出されるようになっている。
【００６０】
以上のような発電機１１の駆動システムにおいて、図５に示すように、蒸気タービン６６の回転軸７９は変速機９０を介して発電機１１の駆動軸９２に連結し、この駆動軸９２の中間部に第２油圧ポンプ６０が設けられている。
そして、第２油圧ポンプ６０とエンジン３の出力軸７に接続した第２油圧モータ６２とを、第２油圧回路９４を介して接続して、油圧トランスミッション９６を形成している。
【００６１】
この油圧トランスミッション９６の構造は、第１実施形態で説明したものと同様であり、第２油圧ポンプ６０の押しのけ容積を制御する第２油圧ポンプ制御器６１、および第２油圧モータ６２の押しのけ容積を制御する第２油圧モータ制御器６３を有している。
また、図５に示すように、第２油圧ポンプ制御器６１を制御する油圧ポンプ制御部９８と、第２油圧モータ制御器６３を制御する油圧モータ制御部１００とを有した推進力制御装置１０２を備えている。該推進力制御装置１０２によって第２油圧ポンプ６０および第２油圧モータ６２それぞれの押しのけ容積が調整されて、発電機１１の駆動軸９２の駆動動力の一部がエンジン３側に伝達されてエンジン３の動力をアシストするようになっている。
【００６２】
この推進力制御装置１０２について図６のフローチャートを参照して説明する。
第２油圧ポンプ６０のメインシャフトは発電機１１の駆動軸９２となっており、常時蒸気タービン６６から回転されて、常時発電機１１による発電が行われている。
しかし発電負荷、すなわち船舶内の電気機器の使用量が低下して負荷が低下した際に、発電機１１の駆動軸９２を目標とする一定回転数に保持するように、第２油圧ポンプ６０のポンプ機能を発揮させるようになっている。
【００６３】
ステップＳ１１で、発電機１１の駆動軸９２の回転数を発電機回転センサ２９で検出する。ステップＳ1２で、検出値の回転数が目標値である一定回転数（電力供給が過剰状態にある時の回転数）を超えるか否かを判定する。Ｎｏの場合にはステップＳ1３で、第２油圧ポンプ６０を非作動で無効にしておきステップＳ１１に戻り、Ｙｅｓ場合にはステップＳ1４で、第２油圧ポンプ６０を作動させてポンプ機能を発揮させる。すなわち、発電負荷が低下した場合には蒸気タービン６６からの駆動力に余裕が出るため発電機１１の回転数が上昇することによって判定している。なお、ステップＳ１２において船舶内の電力供給が過剰状態かを判定するために電力負荷センサを別途設けて船舶内の電力負荷が目標負荷より低下して供給過剰状態にあることを検知して第２油圧ポンプ６０を作動させるようにしてもよい。
また、第２油圧ポンプ６０のポンプ機能の発揮は、図３において低圧弁３８と高圧弁３６との開閉タイミングを制御することで行う。
【００６４】
次に、ステップＳ１５で、第２油圧モータ６２の回転数を設定する。この設定は、エンジン３の回転数センサ１０６からの信号を検出して、出力軸７に対してアシスト力を生じさせることができる回転数が設定される。
そして、ステップＳ１６において、第２油圧ポンプ６０の回転数と設定した第２油圧モータ６２の回転数から増速比または減速機を算出して、その増速比または減速比に応じた押しのけ容積比になるように、油圧ポンプ制御部９８が第２油圧ポンプ６０の複数の油圧室３３の作動状態と非作動状態または作動タイミングを制御し、さらに油圧モータ制御部１００が第２油圧モータ６２の複数の油圧室４３の作動状態と非作動状態または作動タイミングを制御する。そして、ステップＳ１７で第２油圧モータ６２を作動させ。
【００６５】
このように第２実施形態によれば、推進力制御装置１０２によって、発電機１１の駆動軸９２に配設される第２油圧ポンプ６０によって発生した高圧作動油を、第２油圧モータ６２へ供給して、エンジン３の推進力をアシストするように作動することができる。
電力負荷に対する発電機１１の余剰電力に相当する動力分をエンジン３の推進力のアシスト力として付与するように制御することによって、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できる。
また、エンジンへの推進力のアシスト力の付与として、電動機によって付与するものに比べて（電気エネルギーによるものに比べて）、油圧ポンプおよび油圧モータによって付与する方がエネルギー変換による損失を生じにくく、効率よい船舶のエネルギー活用ができる。
【００６６】
（第３実施形態）
次に、図７、８を参照して第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態のシステムと第２実施形態のシステムを合わせたものである。
発電機１１への動力を、エンジン３からの動力と、蒸気タービン側からの動力と、電力供給過剰状態に応じて使い分けるようするとともに、その電力供給過剰状態時には蒸気タービン側からの動力でエンジンの動力をアシストするようにしたものである。
【００６７】
エンジン３から排出される排ガスエネルギーによる排熱回収装置については、第２実施形態で説明したものと同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
図７に示すように、第３実施形態は、蒸気タービン６６の回転軸７９から変速機９０を介して出力された駆動軸１１０に第３油圧ポンプ１１２が接続され、該第３油圧ポンプ１１２は第３油圧回路１１４を介して発電機１１に取り付けられた第１油圧モータ１３に接続されている。また、該第３油圧ポンプ１１２は第４油圧回路１１５を介してエンジン３に取り付けられた第２油圧モータ６２に接続されている。
また、エンジン３の出力軸７には第１油圧ポンプ９と、第２油圧モータ６２がそれぞれ取り付けられている。
これら第１油圧モータ１３、第１油圧ポンプ９、第２油圧モータ６２はそれぞれ前述した第１実施形態および第２実施形態で説明したもの同様である。
【００６８】
本第３実施形態では、第１油圧モータ１３、第１油圧ポンプ９、第２油圧モータ６２、第３油圧ポンプ１１２のそれぞれは、発電機主機制御装置１２０の油圧ポンプ制御部１２２と、油圧モータ制御部１２４とによって制御されるようになっている。
また、船舶内の電気機器１２６の発電負荷を発電負荷センサ１３０で検出して、発電機１１が余裕状態か否かに応じて発電機駆動モードと、エンジンをアシストする推進力アシストモードとに切り替えて、それぞれのモードにおいて、油圧モータと油圧ポンプとの押しのけ容積が制御され増減速比が制御される。
【００６９】
発電機主機制御装置１２０での制御について、図８のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ２１で、船内の電力負荷を電力負荷センサ１３０によって検出し、ステップＳ２２で、検出した電力負荷に対して発電機１１の発電能力（駆動トルク）に余裕があるか否かを判定する。余裕がある場合には、推進力アシストモードに切り替わり、余裕がない場合には、発電モードに切り替わる。
【００７０】
次に、推進力アシストモードについて説明する。
まず、ステップＳ２３で、第１油圧ポンプ９を非作動状態とする。この非作動状態は、前述した高圧弁３６、低圧弁３８を開閉制御して非作動状態にすることができる。
次にステップＳ２４で、第３油圧モータ１１２を作動状態とする。その後ステップＳ２５で、第４油圧回路１１５を介してエンジン３に取り付けられた第２油圧モータ６２に作動油が供給されて、第２油圧モータ６２を駆動するとともに、エンジン３をアシストできる回転数に調整されて駆動される。
ステップＳ２６では、第３油圧回路１１４を介して発電機１１に取り付けられた第１油圧モータ１３に作動油が供給されて、第１油圧モータ１３を駆動して発電を行う。
【００７１】
次に、発電モードについて説明する。
ステップＳ２７で、第３油圧ポンプ１１２および第２油圧モータ６２をそれぞれ非作動状態とする。ステップＳ２８で、エンジン３の駆動力（出力）が、十分か否か、つまり余裕がある状態か判定される。
余裕状状態であれば、ステップＳ２９に進んで第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３とを作動状態として、発電機１１をエンジン３の出力で発電機させる。余裕状態に無い場合には、ステップＳ３０に進んで第１油圧ポンプ９と第１油圧モータ１３とを非作動状態としてエンジン負荷を極力低減させるようにする。
【００７２】
第３実施形態によれば、船内電力負荷に対して供給過剰状態にあるときには、蒸気タービン側（蒸気タービン６６およびガスタービン６８による駆動）の駆動力をエンジン３の動力のアシスト力として使用し、また、発電電力が不足の時には発電効率のよい主機であるエンジン３によって発電することで、船舶の持つエネルギー源を効率よく用いることができ、船舶のトータルとしてのエネルギーの運用効率を上げることができる。
【００７３】
また、第１〜３実施形態において、油圧ポンプ部分と油圧モータ部分とを単に油圧配管で結ぶことでシステムを構成することができるため、装置の大型化、重量増大化を防止できる。
さらに、油圧ポンプおよび油圧モータを第１実施形態で説明したような構造を有することによって、複数の油圧室の作動状態（作動油圧室の個数、または油圧室内の作動ストローク範囲）を高圧弁と低圧弁とで制御することで、絞りを入れることなく流量を調整できるため、低損失で応答性の高いかつ広範囲にわたる増減速比に調整できるため、発電機１１へ効率よくエンジン３からの動力と蒸気タービン側からの動力の使い分けをするともに、エンジン３へのアシスト力を加えることが可能になり、船舶の持つエネルギー源を有効活用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明によれば、船舶の発電機の回転制御および主機の出力軸へのアシスト力制御を油圧ポンプおよび油圧モータを用いた油圧回路によって構成するとともに、油圧ポンプ制御器および油圧モータの制御器によって油圧ポンプおよび油圧モータの押しのけ容積を調整して回転数を制御することによって、低コストでかつ信頼性が高い船舶の発電装置および推進装置が得られるため、船舶の持つエネルギー源を有効活用でき、船舶トータルとしての運転効率を向上できるので、船舶の発電装置および推進装置への用いることに適している。
【符号の説明】
【００７５】
３ ディーゼルエンジン（主機）
５ プロペラ
９ 第１油圧ポンプ
１１ 発電機
１３ 第１油圧モータ
１５ 第１油圧回路
１７ 第１油圧ポンプ制御器
１９ 第１油圧モータ制御器
２１ 発電機制御装置
２５、９８、１２２ 油圧ポンプ制御部
２７、１００、１２４ 油圧モータ制御部
６０ 第２油圧ポンプ
６１ 第２油圧ポンプ制御器
６２ 第２油圧モータ
６３ 第２油圧モータ制御器
６４ 蒸気発生装置
６６ 蒸気タービン
６８ ガスタービン
７６ 過給機
８０ 排ガスエコノマイザ
９４ 第２油圧回路
１０２ 推進力制御装置
１１２ 第３油圧ポンプ
１１４ 第３油圧回路
１１５ 第４油圧回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の主機によって駆動される可変容量型の第１油圧ポンプと、
発電機に接続される可変容量型の第１油圧モータと、
前記第１油圧ポンプと第１油圧モータとを連結する第１油圧回路と、
前記第１油圧回路若しくは第１油圧ポンプの本体内に設けられ前記第１油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第１油圧ポンプ制御器と、
前記第１油圧回路若しくは第１油圧モータの本体内に設けられ前記第１油圧モータの押しのけ容積を制御する第１油圧モータ制御器と、
前記第１油圧ポンプ制御器および前記第１油圧モータ制御器を制御して前記第１油圧モータの回転数を制御する発電機制御装置と、を備えたことを特徴とする船舶の発電装置。
【請求項２】
前記発電機制御装置は、前記主機の回転変動および前記発電機の発電負荷の変動に対して前記第１油圧モータを一定の回転数で回転するように制御することを特徴とする請求項１記載の船舶の発電装置。
【請求項３】
前記主機を構成するエンジンから排出される排ガスエネルギーを用いて駆動される可変容量型の第３油圧ポンプと、
該第３油圧ポンプと前記第１油圧モータとを連結する第３油圧回路と、
該第３油圧回路若しくは前記第３油圧ポンプの本体内に設けられ前記第３油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第３油圧ポンプ制御器と、を備え、
前記発電機制御装置はさらに前記第３油圧ポンプ制御器を制御して前記第１油圧モータの回転数を制御することを特徴とする請求項１また２記載の船舶の発電装置。
【請求項４】
前記主機に接続される可変容量型の第２油圧モータと、
該第２油圧モータと前記第３油圧ポンプとを連結する第４油圧回路と、
該第４油圧回路若しくは前記第２油圧モータの本体内に設けられ第２油圧モータの押しのけ容積を制御する第２油圧モータ制御器と、
前記第３油圧ポンプ制御器および前記第２油圧モータ制御器を制御して前記主機の出力軸へアシスト力を付与する推進力制御装置と、を備えていることを特徴とする請求項３記載の船舶の発電装置。
【請求項５】
前記各油圧ポンプは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記各油圧ポンプ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の船舶の発電装置。
【請求項６】
各油圧モータは、前記各油圧モータは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記油圧モータ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の船舶の発電装置。
【請求項７】
主機のエンジンから排出される排ガスエネルギーを用いて駆動される発電機と、
該発電機の駆動軸に配設される可変容量型の第２油圧ポンプと、
前記主機に接続される可変容量型の第２油圧モータと、
前記第２油圧ポンプと前記第２油圧モータとを連結する第２油圧回路と、
前記第２油圧回路若しくは第２油圧ポンプ本体内に設けられ前記第２油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第２油圧ポンプ制御器と、
前記第２油圧回路若しくは第２油圧モータ本体内に設けられ前記第２油圧モータの押しのけ容積を御する第２油圧モータ制御器と、
前記第２油圧ポンプ制御器および前記第２油圧モータ制御器を制御して前記第２油圧モータの回転数を制御する推進力制御装置と、を備えたことを特徴とする船舶の推進装置。
【請求項８】
前記推進力制御装置は、前記発電機の余剰電力に相当する動力を前記主機の出力軸へアシスト力として付与するように制御することを特徴とする請求項７記載の船舶の推進装置。
【請求項９】
前記油圧ポンプは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記各油圧ポンプ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなることを特徴とする請求項７または８記載の船舶の推進装置。
【請求項１０】
前記油圧モータは、前記各油圧モータは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記油圧モータ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなることを特徴とする請求項７または８記載の船舶の推進装置。
【請求項１】
船舶の主機によって駆動される可変容量型の第１油圧ポンプと、
発電機に接続される可変容量型の第１油圧モータと、
前記第１油圧ポンプと第１油圧モータとを連結する第１油圧回路と、
前記第１油圧回路若しくは第１油圧ポンプの本体内に設けられ前記第１油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第１油圧ポンプ制御器と、
前記第１油圧回路若しくは第１油圧モータの本体内に設けられ前記第１油圧モータの押しのけ容積を制御する第１油圧モータ制御器と、
前記第１油圧ポンプ制御器および前記第１油圧モータ制御器を制御して前記第１油圧モータの回転数を制御する発電機制御装置と、を備えたことを特徴とする船舶の発電装置。
【請求項２】
前記発電機制御装置は、前記主機の回転変動および前記発電機の発電負荷の変動に対して前記第１油圧モータを一定の回転数で回転するように制御することを特徴とする請求項１記載の船舶の発電装置。
【請求項３】
前記主機を構成するエンジンから排出される排ガスエネルギーを用いて駆動される可変容量型の第３油圧ポンプと、
該第３油圧ポンプと前記第１油圧モータとを連結する第３油圧回路と、
該第３油圧回路若しくは前記第３油圧ポンプの本体内に設けられ前記第３油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第３油圧ポンプ制御器と、を備え、
前記発電機制御装置はさらに前記第３油圧ポンプ制御器を制御して前記第１油圧モータの回転数を制御することを特徴とする請求項１また２記載の船舶の発電装置。
【請求項４】
前記主機に接続される可変容量型の第２油圧モータと、
該第２油圧モータと前記第３油圧ポンプとを連結する第４油圧回路と、
該第４油圧回路若しくは前記第２油圧モータの本体内に設けられ第２油圧モータの押しのけ容積を制御する第２油圧モータ制御器と、
前記第３油圧ポンプ制御器および前記第２油圧モータ制御器を制御して前記主機の出力軸へアシスト力を付与する推進力制御装置と、を備えていることを特徴とする請求項３記載の船舶の発電装置。
【請求項５】
前記各油圧ポンプは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記各油圧ポンプ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の船舶の発電装置。
【請求項６】
各油圧モータは、前記各油圧モータは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記油圧モータ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の船舶の発電装置。
【請求項７】
主機のエンジンから排出される排ガスエネルギーを用いて駆動される発電機と、
該発電機の駆動軸に配設される可変容量型の第２油圧ポンプと、
前記主機に接続される可変容量型の第２油圧モータと、
前記第２油圧ポンプと前記第２油圧モータとを連結する第２油圧回路と、
前記第２油圧回路若しくは第２油圧ポンプ本体内に設けられ前記第２油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第２油圧ポンプ制御器と、
前記第２油圧回路若しくは第２油圧モータ本体内に設けられ前記第２油圧モータの押しのけ容積を御する第２油圧モータ制御器と、
前記第２油圧ポンプ制御器および前記第２油圧モータ制御器を制御して前記第２油圧モータの回転数を制御する推進力制御装置と、を備えたことを特徴とする船舶の推進装置。
【請求項８】
前記推進力制御装置は、前記発電機の余剰電力に相当する動力を前記主機の出力軸へアシスト力として付与するように制御することを特徴とする請求項７記載の船舶の推進装置。
【請求項９】
前記油圧ポンプは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記各油圧ポンプ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなることを特徴とする請求項７または８記載の船舶の推進装置。
【請求項１０】
前記油圧モータは、前記各油圧モータは、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記高圧弁および低圧弁の開閉を前記油圧モータ制御器で制御するように構成されるとともに、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなることを特徴とする請求項７または８記載の船舶の推進装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１１２０８８（Ｐ２０１３−１１２０８８Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８４５５（Ｐ２０１１−２５８４５５）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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