電動機制御システム
【課題】本発明は、周波数電圧変換部で異常が発生したとしても、電動機の回転を確保することができる電動機制御システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る電動機制御システム２００は、回転動作を行う電動機７と、電動機７に電力を供給する電力供給源部１，３と、電力供給源部１，３から出力された電力に対して、周波数および電圧の変換を行う周波数電圧変換部５とを備えている。さらに、電動機制御システム２００は、周波数電圧変換部５に異常が生じたときに、電力供給源部１，３から出力される電力を、周波数電圧変換部５を介さず、電動機７に供給するバイパス回路６と、周波数電圧変換部５に異常が生じたときに、電力供給源部１，３から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部１２，２，４とを、備えている。
【解決手段】本発明に係る電動機制御システム２００は、回転動作を行う電動機７と、電動機７に電力を供給する電力供給源部１，３と、電力供給源部１，３から出力された電力に対して、周波数および電圧の変換を行う周波数電圧変換部５とを備えている。さらに、電動機制御システム２００は、周波数電圧変換部５に異常が生じたときに、電力供給源部１，３から出力される電力を、周波数電圧変換部５を介さず、電動機７に供給するバイパス回路６と、周波数電圧変換部５に異常が生じたときに、電力供給源部１，３から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部１２，２，４とを、備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の回転数を制御することができる電動機制御システムに関するものであり、たとえば、船舶に配設される推進用のプロペラの回転制御に採用することができる。
【背景技術】
【０００２】
船舶の電気推進システムにおいて、発電系統から出力された電力を電圧・周波数変換して、当該変換後の電力を電動機に供給する技術が開示されている先行文献として、たとえば特許文献１が存在する。
【０００３】
特許文献１には、船舶の電気推進システムにおいて、電気推進機と発電系統との間に接続された電力変換器が、開示されている。特許文献１には、さらに、当該電力変換器に対する初期突入電流の発生を抑える技術が開示されている。
【０００４】
図７は、電動機７と発電機３との間に、周波数電圧変換部５が配設された構成を示す回路構成図である（特許文献１には、当該図７に示す構成と類似の回路構成が含まれている）。
【０００５】
図７に示した電動機制御システム５００は、原動機１、ガバナ装置２、発電機３、自動電圧調整器４、周波数電圧変換部５、電動機７、遮断機８およびプロペラ９を備えている。
【０００６】
原動機１には、ガバナ装置２が接続されている。ガバナ装置２により、原動機１は、所定の一定回転数で駆動するように、制御されている。また、発電機３は、原動機１の回転駆動により発電する。ここで、自動電圧調整器４により、発電機３の出力電圧は、所定の電圧値に制御されている。発電機３から出力される電力は、遮断機８を介して、周波数電圧変換部５へと入力される。周波数電圧変換部５では、入力された電力を、所望の電圧および所望の周波数に変換し、当該変換後の電力は、電動機７に対して出力される。電動機７は、電力が供給されることにより、プロペラ９を回転させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１５５５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図７に示す電動機制御システム５００において、周波数電圧変換部５で異常が発生したときには、周波数電圧変換部５から異常信号１０が遮断機８に対して出力される。そして、当該異常信号１０を受けて遮断機８は「入」状態から「切」状態へとなり、電動機７への電力供給が遮断されていた。つまり、周波数電圧変換部５で異常が発生したときには、電動機７は停止していた。このような電動機７の停止は、電動機７に接続されるプロペラ９の回転駆動の停止を意味し、結果として、船舶の推進力が喪失する。
【０００９】
そこで、本発明は、周波数電圧変換部で異常が発生したとしても、電動機の回転を確保することができる電動機制御システムを提供することを目的とする。また、より好ましくは、周波数電圧変換部で異常が発生したとしても、回転数命令を無視した電動機の駆動を防止する電動機制御システムを提供することを目的とする。また、当該異常発生に備えて、システムを構成する回路の性能に変更を与えることなく、さらには、当該異常が発生した場合においても、電動機の回転数を変化させることができる電動機制御システム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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係る電動機制御システムは、回転動作を行う電動機と、前記電動機に、電力を供給する電力供給源部と、前記電力供給源部と前記電動機との間に配設され、前記電力供給源部から出力された電力に対して、周波数および電圧の変換を施し、当該変換後の電力を前記電動機に対して出力する周波数電圧変換部と、前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力を、前記周波数電圧変換部を介さず、前記電動機に供給するバイパス回路と、前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部とを、備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１に記載の電動機制御システムは、回転動作を行う電動機と、前記電動機に、電力を供給する電力供給源部と、前記電力供給源部と前記電動機との間に配設され、前記電力供給源部から出力された電力に対して、周波数および電圧の変換を施し、当該変換後の電力を前記電動機に対して出力する周波数電圧変換部と、前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力を、前記周波数電圧変換部を介さず、前記電動機に供給するバイパス回路と、前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部とを、備えている。
【００１２】
したがって、当該電動機制御システムは、周波数電圧変換部に異常が発生したとしても、電動機への電力供給を確保することができ、電動機７の駆動を確保することが可能である。
【００１３】
また、当該電動機制御システムは、周波数電圧変換部に異常が生じたときに、電動機の駆動確保だけなく、電動機回転数指令を無視した電動機の駆動を防止することができる（たとえば、常にトップスピードで電動機が回転することを防止できる）。
【００１４】
また、制御部で調整された電力が電動機に供給され、突然かつ直接的に、電力供給源部から５０，６０Ｈｚといった周波数の電力が電動機に供給されることを防止できる。これにより、電動機７に突入電流が流れることを防止できる。したがって、電動機制御システムでは、当該突入電流に備えて、システムを構成する回路（たとえば、遮断機や発電機等）の性能に変更を与える必要もない（つまり、各回路に対する過剰な性能設定が不要となる）。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る電動機制御システム２００の前提となる構成（電動機制御システム１００の構成）を示す回路構成図である。
【図２】電動機制御システム１００の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態に係る電動機制御システム２００の構成を示す回路構成図である。
【図４】制御装置１２内部の構成を示すブロック図である。
【図５】第一の指令生成部４０内部の構成を示すブロック図である。
【図６】電動機制御システム２００の動作を説明するための図である。
【図７】背景技術で説明した電動機制御システム５００の構成を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、後述する実施の形態に係る電動機制御システム２００の前提となる構成（電動機制御システム１００の構成）を示す回路構成図である。なお、本明細書では、当該電動機制御システム１００が船舶に搭載される場合につて言及する。
【００１７】
図１に示す電動機制御システム１００は、原動機１、ガバナ装置２、発電機３、自動電圧調整器４、周波数電圧変換部５、バイパス回路６、電動機７、遮断機８およびプロペラ９を備えている。ここで、バイパス回路６には、スイッチ６ｓが配設されている。また、原動機１および発電機３により電力供給源部が構成されている。
【００１８】
原動機１に対応して、ガバナ装置２が配設されている。ガバナ装置２は、原動機１が所定の一定回転数で駆動するように、燃料供給の調整を行う。また、原動機１には、発電機３が接続されている。当該発電機３は、原動機１の回転駆動により発電する。発電機３に対応して、自動電圧調整器４が配設されている。自動電圧調整器４は、発電機３から出力される電力が、電源電圧として既定の電圧となるように、発電機３の界磁電流を調整する。
【００１９】
図１に示すように、発電機３と電動機７との間には、周波数電圧変換部５が配設されている。したがって、発電機３から出力される電力は、遮断機８を介して、周波数電圧変換部５へと入力される。周波数電圧変換部５では、入力された電力に対して、周波数および電圧の変換処理を施す。そして、周波数電圧変換部５は、所望の電圧および所望の周波数に変換された電力を、電動機７に対して出力する。電動機７は、電力が供給されることにより回転動作を行う。電動機７には、プロペラ９が接続されている。したがって、電動機７の回転動作に連動して、プロペラ９は回転する。そして、当該プロペラ９の回転により、船舶は推進する。
【００２０】
次に、図２を用いて、図１に示した電動機制御システム１００の動作について説明する。
【００２１】
図２には、発電機３から出力される電力の周波数の時系列変化を示す図（縦軸：周波数、横軸：時間）、発電機３から出力される電力における電源電圧としての既定電圧値の時系列変化を示す図（縦軸：電圧、横軸：時間）、電動機７に供給される電流の時系列変化を示す図（縦軸：電流、横軸：時間）、および電動機７の回転数の時系列変化を示す図（縦軸：回転数、横軸：時間）が、上から順に併記されている。
【００２２】
図２における発電機３の周波数波形および発電機３の電圧波形に示すように、電動機制御システム１００では、ガバナ装置２および自動電圧調整器４により、周波数電圧変換部５の正常・異常にかかわらず、一定の周波数（たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）、一定の既定電圧値（たとえば、数百Ｖや数ｋＶ）の電力が、発電機３から定常的に出力される。
【００２３】
周波数電圧変換部５の正常状態では、発電機３から出力された電力は、周波数電圧変換部５において、所望の周波数および所望の電圧に変換される。ここで、周波数電圧変換部５に入力された電力に対して、周波数および電圧をどのような値に変換させるのかは、操舵室からの推進力に関する命令に応じて決定される。当該変換された電力は、周波数電圧変換部５から電動機７に対して出力される。これにより、電動機７は、操舵室からの推進力に関する命令に応じて、所望の回転数でプロペラ９を回転させる（図２の「周波数電圧変換部５での異常発生時点より左側における、電動機７の電流波形および電動機７の回転数波形参照）。
【００２４】
つまり、周波数電圧変換部５の正常状態では、周波数電圧変換部５は、電動機７に接続されたプロペラ９の回転で得られる船舶の推進力を増減するために、発電機３から供給される電力に対して、周波数および電圧を増減させる。このとき、発電機３から供給される電力は、上述したように、自動電圧調整器４は、電源電圧として既定の電圧を一定に保つように発電機３を制御し、ガバナ装置２は、周波数を一定に保つように原動機１を制御する（図２における発電機３の周波数波形および発電機３の電圧波形参照）。
【００２５】
さて、周波数電圧変換部５において、異常が発生したとする。当該異常は、周波数電圧変換部５内に配設されるパワー半導体素子の破損や周波数電圧変換部５内に配設される冷却ファンの故障等により、発生する。
【００２６】
周波数電圧変換部５において異常が発生すると、発電機３から電動機７への電力供給は、一時的に停止し、図２における電動機７の電流波形に示すように、電動機７に供給される電流は、一時的にゼロとなる。また、電動機７への電流供給が一時的に停止するので、図２における電動機７の回転数波形に示すように、プロペラ９の慣性に応じて、電動機７の回転数も減衰し始める。
【００２７】
一方、周波数電圧変換部５において異常が発生すると、当該周波数電圧変換部５は、スイッチ６ｓに対して、異常信号１０を送信する。当該異常信号１０を受信したスイッチ６ｓは、「切」状態から「入」状態へと移行する。これにより、図１に示す電動機制御システム１００では、前記異常発生時点から短期間経過した後、発電機３から出力された電力は、周波数電圧変換部５を介さず、電動機７へと供給される。換言すると、発電機３から出力された電力は、バイパス回路６を介して、電動機７へと供給される（図２の「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点」における。電動機７の電流波形参照）。
【００２８】
当該バイパス回路６を介した発電機３から電動機７への電力供給により、電動機制御システム１００では、周波数電圧変換部５で異常が発生したとしても、電動機７の回転停止持続を防止することができる（図２の「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点」における。電動機７の回転数波形参照）。つまり、周波数電圧変換部５で異常が発生したとしても、船舶の推進力は確保される。しかしながら、図１に示す電動機制御システム１００では、次のような問題が残る。
【００２９】
つまり、バイパス回路６を介した電動機７への給電に切り替わることにより、電動機７の特性および給電される電力の電圧位相状態等に応じて（換言すると、電動機７への電力供給停止状態において、５０，６０Ｈｚといった周波数の電力が、発電機３側から直接電動機７に供給再開されることにより）、過渡的に、突入電流（当該突入電流とは、短期間に流れる非常大きな値の電流であり、定常時の電流の７倍以上の電流が瞬時に流れる電流である）が電動機７に流れる（図２における電動機７の電流波形参照）。
【００３０】
電動機７に突入電流が流れる際には、遮断器８においても当該突入電流が流れる。遮断器８は、当該突入電流を、給電系統１，３から電動機７に至る経路における短絡・地絡により生じる事故電流と誤って判断し、遮断状態となる。当該突入電流による遮断機８の遮断を防止するためには、周波数電圧変換部５における異常発生時に備えて、遮断機の性能に変更を加える必要がある（つまり、遮断機８が大きな突入電流が流れても遮断しないように、当該遮断機８の遮断電流値を大きな値に設定する必要がある）。
【００３１】
また、発電機３の容量は、周波数電圧変換部５が正常時に、電動機７へ給電する前提で選定されており、当該突入電流に耐え得る容量には通常設定されていない。したがって、遮断機８の遮断電流値を変更したとしても、発電機３が突入電流を給電することができるように、周波数電圧変換部５における異常発生時に備えて、発電機３の性能に変更を加える必要がある（つまり、発電機３が大きな突入電流により破損が生じないように、当該発電機３の容量を大きく選定する必要がある。当該発電機３の容量の増加は、発電機３の大型化に繋がり、船舶等への設置が困難になる。）。
【００３２】
また、図２の発電機３の周波数・電圧に関する図に示すように、発電機３から直接電動機７に供給される電力は、電圧値および周波数が一定のものである。したがって、周波数電圧変換部５で異常が発生し、その後にバイパス回路６を介した電動機７への電力供給が再開されたとしても、電動機７は定格回転数（トップスピード）まで加速し、当該電動機７の回転数は、当該定格回転数（トップスピード）で一定となる（図２における電動機７の回転数波形参照）。つまり、図１に示す電動機制御システム１００では、周波数電圧変換部５で異常が発生し、その後に電動機７への電力供給を再開したとしても、プロペラ９の回転数の調整（換言すれば、船舶の推進力の調整）が出来ず、たとえばトップスピードでの運航が断続的に実施される。
【００３３】
なお、図２における電動機７の電流波形に示すように、電動機７に流れる電流は、突入電流が流れた後、上記定格回転数を維持するために必要な電流値に落ち着く。
【００３４】
以上のように、電動機制御システム１００では、周波数電圧変換部５で異常が発生したときには、発電機３からバイパス回路６を介して電動機７へと電力を供給することは可能である。
【００３５】
しかしながら、電動機制御システム１００では、バイパス回路６を介した電力供給のためには、遮断機８や発電機３などの回路の性能に変更を加える必要がある（つまり、周波数電圧変換部５の異常に備えて、遮断機８や発電機３などの回路に関する性能を、過剰なものに設定する必要がある）。
【００３６】
また、電動機制御システム１００では、周波数電圧変換部５の異常発生後に、バイパス回路６を介した電力供給を行った場合には、操舵室からの速度命令（電動機７の回転数に関する命令）にかかわらず、電動機７の回転数が一定（トップスピード）で維持され、電動機７の回転数を変更・調整することができない。
【００３７】
そこで、本発明は、周波数電圧変換部５で異常が発生したとき、電動機７の回転を確保するだけでなく、電動機７の回転数命令（後述する電動機回転数指令１３）を無視した電動機７の駆動を防止する電動機制御システムを提供する。さらには、システムを構成する回路（たとえば、遮断機８や発電機３等）の性能に変更を与えることなく（過剰な設定不要を防止し）、さらには電動機７の回転数を変化（調整）することができる電動機制御システムを提供する。
【００３８】
以下、当該電動機制御システムを、その実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００３９】
＜実施の形態＞
図３は、本発明に係る電動機制御システム２００の構成を示す回路構成図である。なお、本明細書では、当該電動機制御システム２００が船舶に搭載される場合につて言及する。
【００４０】
図３に示す電動機制御システム２００は、図１に示す電動機制御システム１００の構成に加えて、回転数検出器１１および制御装置１２を備えている。原動機１、ガバナ装置２、発電機３、自動電圧調整器４、周波数電圧変換部５、バイパス回路６、電動機７、遮断機８およびプロペラ９に関しては、電動機制御システム２００と電動機制御システム１００との間において、同一の回路構成を有する。したがって、各ブロック１〜９の各構成の説明は、ここでは省略する。
【００４１】
なお、電動機制御システム２００において、ガバナ装置２、自動電圧調整器４および制御装置１２により、電力供給源部１，３から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部が構成されている。
【００４２】
図３に示すように、電動機制御システム２００では、電動機７に回転数検出器１１が接続されている。また、制御装置１２は、当該回転数検出器１１に接続されると共に、ガバナ装置２および自動電圧調整器４および周波数電圧変換部５とも接続されている。
【００４３】
回転数検出器１１は、電動機７の回転数を検出し、当該検出結果（電動機回転数信号１１ａ）を制御装置１２に対して送信する。また、電動機制御システム２００では、周波数電圧変換部５は、スイッチ６ｓだけでなく、制御装置１２に対しても異常信号１０を送信する。
【００４４】
制御装置１２は、上記電動機回転数信号１１ａを受信する共に、電動機回転数指令１３を受信する。ここで、電動機回転数指令１３は、操舵室などから送信される信号であり、ユーザにより指定された電動機７の目標回転数を示す信号である（つまり、船舶推進力の出力に関する操舵室などからの命令信号である）。
【００４５】
また、制御装置１２は、電圧周波数可変制御の際に、ガバナ装置２に対して、原動機回転数指令１２ａを送信する。ここで、原動機回転数指令１２ａは、原動機１の回転数を制御（調整）するための信号である。原動機回転数指令１２ａを受信したガバナ装置２は、当該原動機回転数指令１２ａに基づいて、燃料を調整することにより、原動機１の回転数を制御（調整）する。
【００４６】
さらに、制御装置１２は、電圧周波数可変制御の際に、自動電圧調整器４に対して、発電機電圧指令１２ｂを送信する。ここで、発電機電圧指令１２ｂは、発電機３の出力電圧を制御（調整）するための信号である。発電機電圧指令１２ｂを受信した自動電圧調整器４は、当該発電機電圧指令１２ｂに基づいて、界磁電流を調整することにより、発電機３の出力電圧を制御（調整）する。
【００４７】
制御装置１２を含む上述した制御部は、周波数電圧変換部５において異常が生じたときに、発電機３から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う。具体的に、制御装置１２は、電動機回転数信号１１ａおよび電動機回転数指令１３を用いて、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂを生成する。そして、制御装置１２は、当該生成した各指令１２ａ，１２ｂを、各ブロック２，４に対して送信する。各ブロック２，４は、当該指令１２ａ，１２ｂに従って、電力供給源部１，３から出力される電力の周波数・電圧を制御（調整する）。
【００４８】
制御部１２の具体的な内部構成を、図４のブロック図に示す。また、図４に示す第一の指令生成部４０の具体的な内部構成を、図５のブロック図に示す。
【００４９】
図４に示すように、制御装置１２は、第一の指令生成部１０、第二の指令生成部４１および二つのスイッチ４２を含む。
【００５０】
第一の指令生成部４０は、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとを入力する。そして、第一の指令生成部４０は、電動機回転数指令１３および電動機回転数信号１１ａに基づいて、電動機７の回転数が目標回転数（電動機回転数指令１３で示される操舵室からの出力に関する命令）に近づくように、原動機回転数指令１２ａを生成する。
【００５１】
また、第二の指令生成部４１は、第一の指令生成部４０で生成された原動機回転数指令１２ａと、予め設定されている電圧・周波数特性とに基づいて、発電機電圧指令１２ｂを生成する。
【００５２】
原動機回転数指令１２ａの出力端子側および発電機電圧指令１２ｂの出力端子側には各々、スイッチ４２が配設されている。当該各スイッチ４２は、周波数電圧変換部５から送信される異常信号１０を受信したとき、各スイッチ４２を「切」状態から「入」状態へと移行する。つまり、制御装置１２が異常信号１０を受信することにより、当該制御装置１２から、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂが出力される。なお、原動機回転数指令１２ａは、ガバナ装置２に対して出力され、発電機電圧指令１２ｂは、自動電圧調整器４に対して出力される。
【００５３】
ここで、図４に示す構成では、制御装置１２の異常信号１０の受信にかかわらず、原動機回転数指令１２ａの生成および発電機電圧指令１２ｂの生成は実行されている。しかしながら、制御装置１２が異常信号１０を受信したタイミングで、当該制御装置１２は、原動機回転数指令１２ａの生成および発電機電圧指令１２ｂの生成を開始する構成も採用できる。
【００５４】
また、図５に示すように、第一の指令生成部４０は、ローパスフィルタ（低域通過濾波器）４０Ａおよびリミッタ（差分制限器）４０Ｂを備えている。
【００５５】
ローパスフィルタ４０Ａは、電動機回転数指令１３を受信する。ローパスフィルタ４０Ａには、閾値が設定されており、当該閾値以下の周波数の電動機回転数指令１３を出力する（ローパスフィルタ４０Ａは、電動機回転数指令１３の変化量に制限を与えていると、把握できる）。
【００５６】
つまり、ローパスフィルタ４０Ａは、閾値より高い周波数で変動する電動機回転数指令１３はフィルタリングし、閾値以下である低い周波数で変動する電動機回転数指令１３を濾波する。当該ローパスフィルタ４０Ａの配設により、第一の指令生成部４０は、短い期間に高頻度に変化する電動機回転数指令１３を用いた原動機回転数指令１２ａの生成を、防止することができる。つまり、第一の指令生成部４０は、ローパスフィルタ４０Ａによりフィルタリングされた電動機回転数指令１３を用いて、原動機回転数指令１２ａを生成する。
【００５７】
ここで、当該閾値は、船体抵抗、船体慣性、電動機７や電力供給源部１，３の電気特性に依存している。したがって、当該閾値は、可変可能な値である。
【００５８】
リミッタ４０Ｂは、ローパスフィルタ４０Ａを濾波した電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値を、入力する。また、リミッタ４０Ｂには、差分制限値が予め設定されている。
【００５９】
電動機回転数１１ａから大幅に増減した値である原動機回転数指令１２ａを出力すると、電力供給源部１，３および電動機７は過負荷状態となり、故障の原因となる（また、電動機７に流れる電流が大きくなる）。当該差分制限値は、電力供給源部１，３および電動機７は過負荷状態を防止する観点で、選択的に設定される（特に、当該差分制限値は、発電機３の発電容量を超えないように選択される）。当該差分制限値は、船体抵抗、船体慣性、電動機７や電力供給源部１，３の電気特性に依存している。したがって、当該差分制限値は、可変可能な値である。
【００６０】
また、差分制限値は複数であってもよい。たとえば、電動機７の回転数状態に応じて異なる値が設定される（たとえば、電動機７の回転数が低速である時には、当該回転数時に対する差分制限値は比較的大きな値を設定でき、電動機７の回転数が高速である時には、当該回転数時に対する差分制限値は比較的小さな値となる）。また、電動機７がある回転数である状態において、電動機７の回転数を増加させる場合の差分制限値と、電動機７の回転数を減少させる場合の差分制限値とは、異なる場合もある。
【００６１】
また、差分制限値は、単数であっても良い（固定差分制限値と称することとする）。この場合には、電動機７の回転数状態や、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値に依存せず、リミッタ４０Ｂは、常に上記固定差制限値を用いて、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値に制限をかける。
【００６２】
リミッタ４０Ｂは、当該差分制限値により、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値に対して、制限をかけることができる。ここで、当該差分値の制限は、電動機回転数信号１１ａに示す回転数よりも電動機回転数指令１３で示される回転数が大きい場合であっても、この逆で小さい場合であっても、実施される（換言すると、電動機７の回転数を加速させる場合でも、減速させる場合でも、当該差分値の制限は実施される）。
【００６３】
つまり、リミッタ４０Ｂは、電動機回転数指令１３と前記電動機回転数信号１１ａとの差分値が、予め設定されている差分制限値を超えるとき、当該差分制限値に内に納まる任意の値を差分値情報値として生成する。また、リミッタ４０Ｂは、電動機回転数指令１３と前記電動機回転数信号１１ａとの差分値が、予め設定されている差分制限値以内であるときには、当該差分値を前記差分値情報値として生成する。
【００６４】
第一の指令生成部４０では、リミッタ４０Ｂから出力される前記差分値情報値に、電動機回転数信号１１ａを加えた値を、原動機回転数指令１２ａとして生成する。
【００６５】
上記の通り、第二の指令生成部４１は、第一の指令生成部４０で生成された原動機回転数指令１２ａと、予め設定されている電圧・周波数特性とに基づいて、発電機電圧指令１２ｂを生成する。
【００６６】
ここで、当該電圧・周波数特性は、電動機７の電気特性に応じて決定される、電圧と電動機７の周波数との関係を示すパターンである（電動機７の性能に応じて、当該電動機７の回転周波数に応じた、電動機７に与える最適な電圧が、特性として決定されている）。たとえば、周波数（原動機回転数指令１２ａ）が高くなるに連れて、電圧（発電機電圧指令１２ｂ）は線形的に高くなる。また、ある値以上の周波数（原動機回転数指令１２ａ）では、電圧（発電機電圧指令１２ｂ）が一定となるパターンである場合もある。
【００６７】
なお、図３に示す電動機制御システム２００においても、遮断器８は、電源供給源部１，３から、大きな電流が流れた際に遮断する、保護回路として機能している。
【００６８】
次に、電動機制御システム２００の動作を、図６を用いて説明する。
【００６９】
図６には、発電機３から出力される電力の周波数の時系列変化を示す図（縦軸：周波数、横軸：時間）、発電機３から出力される電力における電源電圧としての既定電圧値の時系列変化を示す図（縦軸：電圧、横軸：時間）、電動機７に供給される電流の時系列変化を示す図（縦軸：電流、横軸：時間）、および電動機７の回転数の時系列変化を示す図（縦軸：回転数、横軸：時間）が、上から順に併記されている。
【００７０】
周波数電圧変換部５の正常時における電動機制御システム２００では、制御装置１２からは、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂは出力されない。したがって、周波数電圧変換部５の正常時における電動機制御システム２００の動作は、周波数電圧変換部５の正常時における図１に示した電動機制御システム１００の動作と同じである。したがって、周波数電圧変換部５の正常時における電動機制御システム２００の動作の詳細な説明は、ここでは省略する。
【００７１】
なお、図６の「周波数電圧変換部５での異常発生時」より左側が、電動機制御システム２００の正常時における、発電機３および電動機７の動作を示している。図６に示すように、周波数電圧変換部５の正常時には、電動機制御システム２００では、ガバナ装置２および自動電圧調整器４により、一定の周波数（たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）、一定の既定電圧値（たとえば、数百Ｖや数ｋＶ）の電力が、発電機３から定常的に出力される。そして、発電機３から出力された電力は、周波数電圧変換部５において、所望の電圧および所望の周波数になるように、周波数および電圧の変換が実施される。当該変換後の電力は、周波数電圧変換部５から電動機７へと供給される。
【００７２】
次に、周波数電圧変換部５で異常が発生したときにおける、電動機制御システム２００の動作について説明する。
【００７３】
周波数電圧変換部５において、異常が発生したとする。当該異常は、周波数電圧変換部５内に配設されるパワー半導体素子の破損や周波数電圧変換部５内に配設される冷却ファンの故障等により、発生する。
【００７４】
周波数電圧変換部５において異常が発生すると、発電機３から電動機７への電力供給は、一時的に停止し、図６における電動機７の電流波形に示すように、電動機７に供給される電流は、一時的にゼロとなる。また、電動機７への電流供給が一時的に停止するので、図６の電動機７の回転数波形に示すように、プロペラ９の慣性や船舶のその時における速度応じた反抗力に応じて、電動機７の回転数も減衰し始める。また、図６の発電機３の周波数波形および発電機３の電圧波形に示すように、周波数電圧発生器５に異常が発生してから、後述するように電動機７への電力供給が再開されるまでの期間、発電機３から出力される電力において、周波数および電圧は、船舶の慣性に対応して減少する。
【００７５】
一方、周波数電圧変換部５において異常が発生すると、当該周波数電圧変換部５は、スイッチ６ｓに対して、異常信号１０を送信する。当該異常信号１０を受信したスイッチ６ｓは、「切」状態から「入」状態へと移行する。
【００７６】
これにより、図３に示す電動機制御システム２００では、前記異常発生時点から短期間経過した後、発電機３から出力された電力は、周波数電圧変換部５を介さず、電動機７へと供給される。換言すると、発電機３から出力された電力は、バイパス回路６を介して、電動機７へと供給される（図６における「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点の各波形を参照）。
【００７７】
これにより、電動機制御システム２００は、電動機制御システム１００と同様に、周波数電圧変換部５で異常が発生したとしても、電動機７への電力供給を行うことが可能である。つまり、周波数電圧変換部５で異常が発生したとしても、船舶の推進力は確保することができる。
【００７８】
ここで、電動機制御システム２００では、周波数電圧変換部５は、制御装置１２対しても異常信号１０を送信する。そこで、電動機制御システム２００では、周波数電圧変換部５において異常が発生した場合には、制御部１２，２，４を用いた後述する態様で、発電機３からバイパス回路６を介して電動機７へと電力供給を行う。
【００７９】
図４に示すように、第一の指令生成部４０には、その時点における電動機回転数信号１１ａと、その時点における電動機回転数指令１３とが入力されている。そこで、図５に示すように、まず、ローパスフィルタ４０Ａが、電動機回転数指令１３に対して、上記閾値を利用したフィルタリングをかける。したがって、ローパスフィルタ４０Ａは、低域の電動機回転数指令１３を出力する（つまり、高周波で変化する（短期間に大きくまたは激しく変動する）電動機回転数指令１３は、当該ローパスフィルタ４０Ａにより、フィルタリングされる）。
【００８０】
なお、高周波で変動する電動機回転数指令１３を用いた原動機回転数指令１２ａの生成が許容できる場合には、当該ローパスフィルタ４０Ａを省略する構成を採用することも可能である。
【００８１】
ローパスフィルタ４０Ａを通過した電動機回転数指令１３と入力している電動機回転数信号１１ａとの差分値を、第一の指令生成部４０は計算する。そして、当該差分値は、リミッタ４０Ｂに入力される。
【００８２】
上述したように、リミッタ４０Ｂは、予め設定されている差分制限値を利用して、入力してきた前記差分値に対して、制限をかけることができる（換言すると、リミッタ４０Ｂにより、原動機回転指令１２ａに基づく発電機７の電源周波数と電動機７の回転数との差分で生じる電力量に制限が設けられる）。
【００８３】
つまり、リミッタ４０Ｂは、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値が、予め設定されている差分制限値を超えるとき、当該差分制限値に内に納まる任意の値を差分値情報値として生成する（たとえば、当該差分制限値自身または、当該差分制限値より若干小さい値が、差分値情報値として、生成される）。また、リミッタ４０Ｂは、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値が、予め設定されている差分制限値以内であるときには、当該差分値を前記差分値情報値として生成する。
【００８４】
そして、第一の指令生成部４０では、リミッタ４０Ｂから出力される前記差分値情報値に、電動機回転数信号１１ａを加えた値を、原動機回転数指令１２ａとして生成する。図４に示すように、当該生成された原動機回転数指令１２ａは、第二の指令生成部４１および一方のスイッチ４２に向けて出力される。
【００８５】
第二の指令生成部４１では、受信した原動機回転数指令１２ａと、予め設定されている電圧・周波数特性とを用いて、発電機電圧指令１２ｂを生成する。ここで、当該電圧・周波数特性として、たとえば、複数の周波数値に対応して電圧値が各々設定されている対応テーブルが採用される。第二の指令生成部４１は、当該対応テーブルを参照し、受信した原動機回転数指令１２ａの値である周波数値に対応する、電圧値を見出す。そして、第二の指令生成部４１は、当該見出した電圧値を、発電機電圧指令１２ｂとして生成する。その後、図４に示すように、当該生成された発電機電圧指令１２ｂは、他方のスイッチ４２に向けて出力される。
【００８６】
ところで、周波数電圧変換部５において異常が発生すると、当該周波数電圧変換部５は異常信号１０を出力し、当該異常信号１０は、制御装置１２においても受信される（図３，４参照）。各スイッチ４２は、当該異常信号１０の入力応じて、「切」状態から「入」状態へと移行する。したがって、周波数電圧変換部５において異常が発生すると、一方のスイッチ４２を介して、制御装置１２から原動機回転数指令１２ａが出力され、他方のスイッチ４２を介して、制御装置１２から発電機電圧指令１２ｂが出力される（図４参照）。
【００８７】
図３に示すように、制御装置１２から出力された原動機回転数指令１２ａは、ガバナ装置２に入力し、制御装置１２から出力された発電機電圧指令１２ｂは、自動電圧調整器４に入力する。
【００８８】
ガバナ装置２は、受信した原動機回転数指令１２ａに基づいて、燃料供給の調整を行い、原動機１の回転数が当該原動機回転数指令１２ａに示す値になるように、原動機１の制御を行う。他方、自動電圧調整器４は、受信した発電機電圧指令１２ｂに基づいて、発電機３の界磁電流を調整し、発電機３から出力される電圧が当該発電機電圧指令１２に示す値となるように、発電機３の制御を行う。
【００８９】
電力供給源部１，３からは、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂに従った電力が出力される。そして、電力供給源部１，３から出力された電力は、バイパス回路６を介して（換言すると、周波数電圧変換部５を介さず）、電動機７に供給される。これにより、図６の「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点」で示すように、電動機７には、供給された電力に応じた電流が流れ、供給された電力に応じた回転数となるように回転を変化させる。
【００９０】
また、当該電動機７の回転数の変化を、回転数検出器１１が検出し、図３に示すように、当該検出結果（電動機回転数信号１１ａ）を、制御装置１２対して送信する。制御装置１２では、受信した電動機回転数信号１１ａと、その時点において受信した電動機回転数指令１３とを用いて、上記同様に、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂを生成し、出力する。そして、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂに従った電力が電動機７に直接供給され、当該電力の供給を受けて電動機７は回転駆動を続ける。
【００９１】
当該動作を繰り返すことにより、図６の「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点」から右側における電動機７の電流波形および電動機７の回転波形に示すように、制御装置１２は、電動機７の回転数が、電動機回転数指令１３に示す目標回転数に近づき到達するように、ガバナ装置２および自動電圧調整器４を制御する（図６の「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点」から右側における発電機３の周波数波形および発電機３の電圧波形参照）。このような繰り返しによる制御が、電圧周波数可変制御である。
【００９２】
つまり、電動機７の回転数（電動機回転数信号１１ａ）が電動機回転数指令１３となった時点で、当該回転数を維持するために必要な電力が、電力供給源部１，３から定常的（安定的）に供給され続け、当該回転数を維持するために必要な電流が、電動機７に対して定常的（安定的）に流れる。
【００９３】
ここで、操舵室に居るユーザの操作（命令）により、船舶の推進力（船舶の速度）を変化させるため、電動機回転数指令１３は、適宜変更される。当該変更がローパスフィルタ４１Ａによりフィルタリングされない程度の変化量である場合には、制御部１２，２，４は、当該変更後の電動機回転数指令１３に基づいて、上記電圧周波数可変制御を実施する。
【００９４】
以上のように、本実施の形態に係る電動機制御システム２００では、周波数電圧変換部５に異常が生じたときに、電力供給源部１，３から出力される電力を、周波数電圧変換部５を介さず、電動機７に供給するバイパス回路６を、備えている。
【００９５】
したがって、当該電動機制御システム２００は、周波数電圧変換部５に異常が発生したとしても、電動機７への電力供給を確保することができ、電動機７の駆動を確保することができる。よって、当該電動機制御システム２００を搭載する船舶は、周波数電圧変換部５で異常が発生したとしても、船舶の推進力を確保することができる。
【００９６】
また、本実施の形態に係る電動機制御システム２００では、周波数電圧変換部５に異常が生じたときに、電力供給源部１，３から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部１２，２，４を、備えている。
【００９７】
したがって、当該電動機制御システム２００は、周波数電圧変換部５に異常が生じたときに、電動機７の駆動確保だけなく、電動機回転数指令１３を無視した電動機７の駆動を防止することができる（たとえば、常にトップスピードで電動機７が回転することを防止できる）。
【００９８】
また、制御部１２，２，４で調整された電力が電動機７に供給され、図１に示す構成のように、突然かつ直接的に、電力供給源部１，３から５０，６０Ｈｚといった周波数の電力が電動機７に供給されることを防止できる。これにより、図２に示したような突入電流の発生を防止できる。したがって、電動機制御システム２００では、当該突入電流に備えて、システムを構成する回路（たとえば、遮断機８や発電機３等）の性能に変更を与える必要もない（前記回路に対する過剰な性能設定が不要となる）。
【００９９】
また、本実施の形態に係る電動機制御システム２００では、電力供給源部１，３は、周波数電圧変換部５が正常のときには、周波数電圧変換部５に対して、所定の周波数および他の所定の電圧である電力を出力する。
【０１００】
したがって、電動機制御システム２００は、周波数電圧変換部５が正常のときには、電力供給源部１，３を所定の電圧・周波数の電力を定常的に供給する電源として機能させ、周波数電圧変換部５により、操舵室からの電動機７の回転数に関する命令に応じて、電力供給源部１，３から供給される電力に対して、周波数および電圧の変換処理を行うことができる。
【０１０１】
また、本実施の形態に係る電動機制御システム２００では、第一の指令生成部４０は、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとを用いて、電動機７の回転数が、目標回転数（電動機回転数指令１３に示される回転数）に近づくように、原動機回転数指令１２ａを生成している。より具体的には、第一の指令生成部４０は、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値が、予め設定されている差分制限値を超えるとき、当該差分制限値に内に納まる任意の値を差分値情報値として生成し（第一の指令生成部４０内のリミッタ４０Ｂの動作）、電動機回転数信号１１ａに当該差分値情報値を加えた値を、原動機回転数指令１２ａとして生成している。
【０１０２】
このように、電動機制御システム２００では、上記動作を行う、つまり、電動機７に対する急激な回転数の変化に対して制限を加える（換言すれば、電動機回転数信号１１ａに対して大きく増減した原動機回転数指令１２ａを生成することを防止する）リミッタ４０Ｂを備えている。よって、電動機７に流れる電流の大きな変化を防止できる。したがって、電動機７に大きな値の電流が流れることに備えて、システムを構成する回路（たとえば、遮断機８や発電機３等）の性能に変更を与える必要もない（前記回路に対する過剰な性能設定が不要となる）。換言すれば、周波数電圧変換部５の異常発生後において、リミッタ４０を備える電動機制御システム２００は、過大な性能を発電機３を含む構成ブロック回路に設定しなくても、各構成ブロック回路を保護しながら、制御装置１２を用いた電力供給の制御が可能となる。
【０１０３】
また、原動機７の回転の減速の際にも、当該リミッタ４０Ｂを利用して、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値に制限を設けることにより、電動機７を含めた各回路における過負荷状態や異常発生を防止できる。
【０１０４】
また、電動機制御システム２００では、第二の指令生成部４１は、第一の指令生成部４０で生成された原動機回転数指令１２ａと、予め設定されている電圧・周波数特性とに基づいて、発電機電圧指令１２ｂを生成している。
【０１０５】
したがって、制御装置１２は、原動機回転数指令１２ａに応じて、電動機７に適切な電圧を常に印加することができる。
【０１０６】
また、電動機制御システム２００では、制御装置１２は、入力される電動機回転数指令１３が変化したとき、当該変化した電動機回転数指令１３に基づいた上記電圧周波数可変制御を行う。
【０１０７】
したがって、操舵室からの電動機７の回転数変化の指令（つまり、船舶の速度変化の指令）に応じて、電力供給源部１，３から出力される電力の電圧・周波数を変化させるように、制御装置１２は、ガバナ装置２および自動調整器４を制御することができる。つまり、周波数電圧変換部５に異常が発生した後においても、電動機制御システム２００は、電動機回転数指令１３に応じて、電動機７の回転数を変化（調整）することができる（電動機７の可変速運転が可能）。
【０１０８】
また、電動機制御システム２００では、第一の指令生成部４０は、ローパスフィルタ４０Ａを、備えており、第一の指令生成部４０は、ローパスフィルタ４０Ａによりフィルタリングされた電動機回転数指令１３を用いて、原動機回転数指令１２ａ生成している。
【０１０９】
したがって、第一の指令生成部４０は、高周波で変化する電動機回転数指令１３を用いた、原動機回転数指令１２ａの生成を防止することができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 原動機
２ ガバナ装置
３ 発電機
４ 自動電圧調整器
５ 周波数電圧変換部
６ バイパス回路
６ｓ スイッチ
７ 電動機
８ 遮断器
９ プロペラ
１０ 異常信号
１１ 回転数検出器
１１ａ 電動機回転数信号
１２ 制御装置
１２ａ 原動機回転数指令
１２ｂ 発電機電圧指令
１３ 電動機回転数指令
４０ 第一の指令生成部
４０Ａ ローパスフィルタ（低域通過濾波器）
４０Ｂ リミッタ（差分制限器）
４１ 第二の指令生成部
４２ スイッチ
１００，２００，５００ 電動機制御システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の回転数を制御することができる電動機制御システムに関するものであり、たとえば、船舶に配設される推進用のプロペラの回転制御に採用することができる。
【背景技術】
【０００２】
船舶の電気推進システムにおいて、発電系統から出力された電力を電圧・周波数変換して、当該変換後の電力を電動機に供給する技術が開示されている先行文献として、たとえば特許文献１が存在する。
【０００３】
特許文献１には、船舶の電気推進システムにおいて、電気推進機と発電系統との間に接続された電力変換器が、開示されている。特許文献１には、さらに、当該電力変換器に対する初期突入電流の発生を抑える技術が開示されている。
【０００４】
図７は、電動機７と発電機３との間に、周波数電圧変換部５が配設された構成を示す回路構成図である（特許文献１には、当該図７に示す構成と類似の回路構成が含まれている）。
【０００５】
図７に示した電動機制御システム５００は、原動機１、ガバナ装置２、発電機３、自動電圧調整器４、周波数電圧変換部５、電動機７、遮断機８およびプロペラ９を備えている。
【０００６】
原動機１には、ガバナ装置２が接続されている。ガバナ装置２により、原動機１は、所定の一定回転数で駆動するように、制御されている。また、発電機３は、原動機１の回転駆動により発電する。ここで、自動電圧調整器４により、発電機３の出力電圧は、所定の電圧値に制御されている。発電機３から出力される電力は、遮断機８を介して、周波数電圧変換部５へと入力される。周波数電圧変換部５では、入力された電力を、所望の電圧および所望の周波数に変換し、当該変換後の電力は、電動機７に対して出力される。電動機７は、電力が供給されることにより、プロペラ９を回転させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１５５５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図７に示す電動機制御システム５００において、周波数電圧変換部５で異常が発生したときには、周波数電圧変換部５から異常信号１０が遮断機８に対して出力される。そして、当該異常信号１０を受けて遮断機８は「入」状態から「切」状態へとなり、電動機７への電力供給が遮断されていた。つまり、周波数電圧変換部５で異常が発生したときには、電動機７は停止していた。このような電動機７の停止は、電動機７に接続されるプロペラ９の回転駆動の停止を意味し、結果として、船舶の推進力が喪失する。
【０００９】
そこで、本発明は、周波数電圧変換部で異常が発生したとしても、電動機の回転を確保することができる電動機制御システムを提供することを目的とする。また、より好ましくは、周波数電圧変換部で異常が発生したとしても、回転数命令を無視した電動機の駆動を防止する電動機制御システムを提供することを目的とする。また、当該異常発生に備えて、システムを構成する回路の性能に変更を与えることなく、さらには、当該異常が発生した場合においても、電動機の回転数を変化させることができる電動機制御システム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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係る電動機制御システムは、回転動作を行う電動機と、前記電動機に、電力を供給する電力供給源部と、前記電力供給源部と前記電動機との間に配設され、前記電力供給源部から出力された電力に対して、周波数および電圧の変換を施し、当該変換後の電力を前記電動機に対して出力する周波数電圧変換部と、前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力を、前記周波数電圧変換部を介さず、前記電動機に供給するバイパス回路と、前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部とを、備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１に記載の電動機制御システムは、回転動作を行う電動機と、前記電動機に、電力を供給する電力供給源部と、前記電力供給源部と前記電動機との間に配設され、前記電力供給源部から出力された電力に対して、周波数および電圧の変換を施し、当該変換後の電力を前記電動機に対して出力する周波数電圧変換部と、前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力を、前記周波数電圧変換部を介さず、前記電動機に供給するバイパス回路と、前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部とを、備えている。
【００１２】
したがって、当該電動機制御システムは、周波数電圧変換部に異常が発生したとしても、電動機への電力供給を確保することができ、電動機７の駆動を確保することが可能である。
【００１３】
また、当該電動機制御システムは、周波数電圧変換部に異常が生じたときに、電動機の駆動確保だけなく、電動機回転数指令を無視した電動機の駆動を防止することができる（たとえば、常にトップスピードで電動機が回転することを防止できる）。
【００１４】
また、制御部で調整された電力が電動機に供給され、突然かつ直接的に、電力供給源部から５０，６０Ｈｚといった周波数の電力が電動機に供給されることを防止できる。これにより、電動機７に突入電流が流れることを防止できる。したがって、電動機制御システムでは、当該突入電流に備えて、システムを構成する回路（たとえば、遮断機や発電機等）の性能に変更を与える必要もない（つまり、各回路に対する過剰な性能設定が不要となる）。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る電動機制御システム２００の前提となる構成（電動機制御システム１００の構成）を示す回路構成図である。
【図２】電動機制御システム１００の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態に係る電動機制御システム２００の構成を示す回路構成図である。
【図４】制御装置１２内部の構成を示すブロック図である。
【図５】第一の指令生成部４０内部の構成を示すブロック図である。
【図６】電動機制御システム２００の動作を説明するための図である。
【図７】背景技術で説明した電動機制御システム５００の構成を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、後述する実施の形態に係る電動機制御システム２００の前提となる構成（電動機制御システム１００の構成）を示す回路構成図である。なお、本明細書では、当該電動機制御システム１００が船舶に搭載される場合につて言及する。
【００１７】
図１に示す電動機制御システム１００は、原動機１、ガバナ装置２、発電機３、自動電圧調整器４、周波数電圧変換部５、バイパス回路６、電動機７、遮断機８およびプロペラ９を備えている。ここで、バイパス回路６には、スイッチ６ｓが配設されている。また、原動機１および発電機３により電力供給源部が構成されている。
【００１８】
原動機１に対応して、ガバナ装置２が配設されている。ガバナ装置２は、原動機１が所定の一定回転数で駆動するように、燃料供給の調整を行う。また、原動機１には、発電機３が接続されている。当該発電機３は、原動機１の回転駆動により発電する。発電機３に対応して、自動電圧調整器４が配設されている。自動電圧調整器４は、発電機３から出力される電力が、電源電圧として既定の電圧となるように、発電機３の界磁電流を調整する。
【００１９】
図１に示すように、発電機３と電動機７との間には、周波数電圧変換部５が配設されている。したがって、発電機３から出力される電力は、遮断機８を介して、周波数電圧変換部５へと入力される。周波数電圧変換部５では、入力された電力に対して、周波数および電圧の変換処理を施す。そして、周波数電圧変換部５は、所望の電圧および所望の周波数に変換された電力を、電動機７に対して出力する。電動機７は、電力が供給されることにより回転動作を行う。電動機７には、プロペラ９が接続されている。したがって、電動機７の回転動作に連動して、プロペラ９は回転する。そして、当該プロペラ９の回転により、船舶は推進する。
【００２０】
次に、図２を用いて、図１に示した電動機制御システム１００の動作について説明する。
【００２１】
図２には、発電機３から出力される電力の周波数の時系列変化を示す図（縦軸：周波数、横軸：時間）、発電機３から出力される電力における電源電圧としての既定電圧値の時系列変化を示す図（縦軸：電圧、横軸：時間）、電動機７に供給される電流の時系列変化を示す図（縦軸：電流、横軸：時間）、および電動機７の回転数の時系列変化を示す図（縦軸：回転数、横軸：時間）が、上から順に併記されている。
【００２２】
図２における発電機３の周波数波形および発電機３の電圧波形に示すように、電動機制御システム１００では、ガバナ装置２および自動電圧調整器４により、周波数電圧変換部５の正常・異常にかかわらず、一定の周波数（たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）、一定の既定電圧値（たとえば、数百Ｖや数ｋＶ）の電力が、発電機３から定常的に出力される。
【００２３】
周波数電圧変換部５の正常状態では、発電機３から出力された電力は、周波数電圧変換部５において、所望の周波数および所望の電圧に変換される。ここで、周波数電圧変換部５に入力された電力に対して、周波数および電圧をどのような値に変換させるのかは、操舵室からの推進力に関する命令に応じて決定される。当該変換された電力は、周波数電圧変換部５から電動機７に対して出力される。これにより、電動機７は、操舵室からの推進力に関する命令に応じて、所望の回転数でプロペラ９を回転させる（図２の「周波数電圧変換部５での異常発生時点より左側における、電動機７の電流波形および電動機７の回転数波形参照）。
【００２４】
つまり、周波数電圧変換部５の正常状態では、周波数電圧変換部５は、電動機７に接続されたプロペラ９の回転で得られる船舶の推進力を増減するために、発電機３から供給される電力に対して、周波数および電圧を増減させる。このとき、発電機３から供給される電力は、上述したように、自動電圧調整器４は、電源電圧として既定の電圧を一定に保つように発電機３を制御し、ガバナ装置２は、周波数を一定に保つように原動機１を制御する（図２における発電機３の周波数波形および発電機３の電圧波形参照）。
【００２５】
さて、周波数電圧変換部５において、異常が発生したとする。当該異常は、周波数電圧変換部５内に配設されるパワー半導体素子の破損や周波数電圧変換部５内に配設される冷却ファンの故障等により、発生する。
【００２６】
周波数電圧変換部５において異常が発生すると、発電機３から電動機７への電力供給は、一時的に停止し、図２における電動機７の電流波形に示すように、電動機７に供給される電流は、一時的にゼロとなる。また、電動機７への電流供給が一時的に停止するので、図２における電動機７の回転数波形に示すように、プロペラ９の慣性に応じて、電動機７の回転数も減衰し始める。
【００２７】
一方、周波数電圧変換部５において異常が発生すると、当該周波数電圧変換部５は、スイッチ６ｓに対して、異常信号１０を送信する。当該異常信号１０を受信したスイッチ６ｓは、「切」状態から「入」状態へと移行する。これにより、図１に示す電動機制御システム１００では、前記異常発生時点から短期間経過した後、発電機３から出力された電力は、周波数電圧変換部５を介さず、電動機７へと供給される。換言すると、発電機３から出力された電力は、バイパス回路６を介して、電動機７へと供給される（図２の「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点」における。電動機７の電流波形参照）。
【００２８】
当該バイパス回路６を介した発電機３から電動機７への電力供給により、電動機制御システム１００では、周波数電圧変換部５で異常が発生したとしても、電動機７の回転停止持続を防止することができる（図２の「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点」における。電動機７の回転数波形参照）。つまり、周波数電圧変換部５で異常が発生したとしても、船舶の推進力は確保される。しかしながら、図１に示す電動機制御システム１００では、次のような問題が残る。
【００２９】
つまり、バイパス回路６を介した電動機７への給電に切り替わることにより、電動機７の特性および給電される電力の電圧位相状態等に応じて（換言すると、電動機７への電力供給停止状態において、５０，６０Ｈｚといった周波数の電力が、発電機３側から直接電動機７に供給再開されることにより）、過渡的に、突入電流（当該突入電流とは、短期間に流れる非常大きな値の電流であり、定常時の電流の７倍以上の電流が瞬時に流れる電流である）が電動機７に流れる（図２における電動機７の電流波形参照）。
【００３０】
電動機７に突入電流が流れる際には、遮断器８においても当該突入電流が流れる。遮断器８は、当該突入電流を、給電系統１，３から電動機７に至る経路における短絡・地絡により生じる事故電流と誤って判断し、遮断状態となる。当該突入電流による遮断機８の遮断を防止するためには、周波数電圧変換部５における異常発生時に備えて、遮断機の性能に変更を加える必要がある（つまり、遮断機８が大きな突入電流が流れても遮断しないように、当該遮断機８の遮断電流値を大きな値に設定する必要がある）。
【００３１】
また、発電機３の容量は、周波数電圧変換部５が正常時に、電動機７へ給電する前提で選定されており、当該突入電流に耐え得る容量には通常設定されていない。したがって、遮断機８の遮断電流値を変更したとしても、発電機３が突入電流を給電することができるように、周波数電圧変換部５における異常発生時に備えて、発電機３の性能に変更を加える必要がある（つまり、発電機３が大きな突入電流により破損が生じないように、当該発電機３の容量を大きく選定する必要がある。当該発電機３の容量の増加は、発電機３の大型化に繋がり、船舶等への設置が困難になる。）。
【００３２】
また、図２の発電機３の周波数・電圧に関する図に示すように、発電機３から直接電動機７に供給される電力は、電圧値および周波数が一定のものである。したがって、周波数電圧変換部５で異常が発生し、その後にバイパス回路６を介した電動機７への電力供給が再開されたとしても、電動機７は定格回転数（トップスピード）まで加速し、当該電動機７の回転数は、当該定格回転数（トップスピード）で一定となる（図２における電動機７の回転数波形参照）。つまり、図１に示す電動機制御システム１００では、周波数電圧変換部５で異常が発生し、その後に電動機７への電力供給を再開したとしても、プロペラ９の回転数の調整（換言すれば、船舶の推進力の調整）が出来ず、たとえばトップスピードでの運航が断続的に実施される。
【００３３】
なお、図２における電動機７の電流波形に示すように、電動機７に流れる電流は、突入電流が流れた後、上記定格回転数を維持するために必要な電流値に落ち着く。
【００３４】
以上のように、電動機制御システム１００では、周波数電圧変換部５で異常が発生したときには、発電機３からバイパス回路６を介して電動機７へと電力を供給することは可能である。
【００３５】
しかしながら、電動機制御システム１００では、バイパス回路６を介した電力供給のためには、遮断機８や発電機３などの回路の性能に変更を加える必要がある（つまり、周波数電圧変換部５の異常に備えて、遮断機８や発電機３などの回路に関する性能を、過剰なものに設定する必要がある）。
【００３６】
また、電動機制御システム１００では、周波数電圧変換部５の異常発生後に、バイパス回路６を介した電力供給を行った場合には、操舵室からの速度命令（電動機７の回転数に関する命令）にかかわらず、電動機７の回転数が一定（トップスピード）で維持され、電動機７の回転数を変更・調整することができない。
【００３７】
そこで、本発明は、周波数電圧変換部５で異常が発生したとき、電動機７の回転を確保するだけでなく、電動機７の回転数命令（後述する電動機回転数指令１３）を無視した電動機７の駆動を防止する電動機制御システムを提供する。さらには、システムを構成する回路（たとえば、遮断機８や発電機３等）の性能に変更を与えることなく（過剰な設定不要を防止し）、さらには電動機７の回転数を変化（調整）することができる電動機制御システムを提供する。
【００３８】
以下、当該電動機制御システムを、その実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００３９】
＜実施の形態＞
図３は、本発明に係る電動機制御システム２００の構成を示す回路構成図である。なお、本明細書では、当該電動機制御システム２００が船舶に搭載される場合につて言及する。
【００４０】
図３に示す電動機制御システム２００は、図１に示す電動機制御システム１００の構成に加えて、回転数検出器１１および制御装置１２を備えている。原動機１、ガバナ装置２、発電機３、自動電圧調整器４、周波数電圧変換部５、バイパス回路６、電動機７、遮断機８およびプロペラ９に関しては、電動機制御システム２００と電動機制御システム１００との間において、同一の回路構成を有する。したがって、各ブロック１〜９の各構成の説明は、ここでは省略する。
【００４１】
なお、電動機制御システム２００において、ガバナ装置２、自動電圧調整器４および制御装置１２により、電力供給源部１，３から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部が構成されている。
【００４２】
図３に示すように、電動機制御システム２００では、電動機７に回転数検出器１１が接続されている。また、制御装置１２は、当該回転数検出器１１に接続されると共に、ガバナ装置２および自動電圧調整器４および周波数電圧変換部５とも接続されている。
【００４３】
回転数検出器１１は、電動機７の回転数を検出し、当該検出結果（電動機回転数信号１１ａ）を制御装置１２に対して送信する。また、電動機制御システム２００では、周波数電圧変換部５は、スイッチ６ｓだけでなく、制御装置１２に対しても異常信号１０を送信する。
【００４４】
制御装置１２は、上記電動機回転数信号１１ａを受信する共に、電動機回転数指令１３を受信する。ここで、電動機回転数指令１３は、操舵室などから送信される信号であり、ユーザにより指定された電動機７の目標回転数を示す信号である（つまり、船舶推進力の出力に関する操舵室などからの命令信号である）。
【００４５】
また、制御装置１２は、電圧周波数可変制御の際に、ガバナ装置２に対して、原動機回転数指令１２ａを送信する。ここで、原動機回転数指令１２ａは、原動機１の回転数を制御（調整）するための信号である。原動機回転数指令１２ａを受信したガバナ装置２は、当該原動機回転数指令１２ａに基づいて、燃料を調整することにより、原動機１の回転数を制御（調整）する。
【００４６】
さらに、制御装置１２は、電圧周波数可変制御の際に、自動電圧調整器４に対して、発電機電圧指令１２ｂを送信する。ここで、発電機電圧指令１２ｂは、発電機３の出力電圧を制御（調整）するための信号である。発電機電圧指令１２ｂを受信した自動電圧調整器４は、当該発電機電圧指令１２ｂに基づいて、界磁電流を調整することにより、発電機３の出力電圧を制御（調整）する。
【００４７】
制御装置１２を含む上述した制御部は、周波数電圧変換部５において異常が生じたときに、発電機３から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う。具体的に、制御装置１２は、電動機回転数信号１１ａおよび電動機回転数指令１３を用いて、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂを生成する。そして、制御装置１２は、当該生成した各指令１２ａ，１２ｂを、各ブロック２，４に対して送信する。各ブロック２，４は、当該指令１２ａ，１２ｂに従って、電力供給源部１，３から出力される電力の周波数・電圧を制御（調整する）。
【００４８】
制御部１２の具体的な内部構成を、図４のブロック図に示す。また、図４に示す第一の指令生成部４０の具体的な内部構成を、図５のブロック図に示す。
【００４９】
図４に示すように、制御装置１２は、第一の指令生成部１０、第二の指令生成部４１および二つのスイッチ４２を含む。
【００５０】
第一の指令生成部４０は、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとを入力する。そして、第一の指令生成部４０は、電動機回転数指令１３および電動機回転数信号１１ａに基づいて、電動機７の回転数が目標回転数（電動機回転数指令１３で示される操舵室からの出力に関する命令）に近づくように、原動機回転数指令１２ａを生成する。
【００５１】
また、第二の指令生成部４１は、第一の指令生成部４０で生成された原動機回転数指令１２ａと、予め設定されている電圧・周波数特性とに基づいて、発電機電圧指令１２ｂを生成する。
【００５２】
原動機回転数指令１２ａの出力端子側および発電機電圧指令１２ｂの出力端子側には各々、スイッチ４２が配設されている。当該各スイッチ４２は、周波数電圧変換部５から送信される異常信号１０を受信したとき、各スイッチ４２を「切」状態から「入」状態へと移行する。つまり、制御装置１２が異常信号１０を受信することにより、当該制御装置１２から、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂが出力される。なお、原動機回転数指令１２ａは、ガバナ装置２に対して出力され、発電機電圧指令１２ｂは、自動電圧調整器４に対して出力される。
【００５３】
ここで、図４に示す構成では、制御装置１２の異常信号１０の受信にかかわらず、原動機回転数指令１２ａの生成および発電機電圧指令１２ｂの生成は実行されている。しかしながら、制御装置１２が異常信号１０を受信したタイミングで、当該制御装置１２は、原動機回転数指令１２ａの生成および発電機電圧指令１２ｂの生成を開始する構成も採用できる。
【００５４】
また、図５に示すように、第一の指令生成部４０は、ローパスフィルタ（低域通過濾波器）４０Ａおよびリミッタ（差分制限器）４０Ｂを備えている。
【００５５】
ローパスフィルタ４０Ａは、電動機回転数指令１３を受信する。ローパスフィルタ４０Ａには、閾値が設定されており、当該閾値以下の周波数の電動機回転数指令１３を出力する（ローパスフィルタ４０Ａは、電動機回転数指令１３の変化量に制限を与えていると、把握できる）。
【００５６】
つまり、ローパスフィルタ４０Ａは、閾値より高い周波数で変動する電動機回転数指令１３はフィルタリングし、閾値以下である低い周波数で変動する電動機回転数指令１３を濾波する。当該ローパスフィルタ４０Ａの配設により、第一の指令生成部４０は、短い期間に高頻度に変化する電動機回転数指令１３を用いた原動機回転数指令１２ａの生成を、防止することができる。つまり、第一の指令生成部４０は、ローパスフィルタ４０Ａによりフィルタリングされた電動機回転数指令１３を用いて、原動機回転数指令１２ａを生成する。
【００５７】
ここで、当該閾値は、船体抵抗、船体慣性、電動機７や電力供給源部１，３の電気特性に依存している。したがって、当該閾値は、可変可能な値である。
【００５８】
リミッタ４０Ｂは、ローパスフィルタ４０Ａを濾波した電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値を、入力する。また、リミッタ４０Ｂには、差分制限値が予め設定されている。
【００５９】
電動機回転数１１ａから大幅に増減した値である原動機回転数指令１２ａを出力すると、電力供給源部１，３および電動機７は過負荷状態となり、故障の原因となる（また、電動機７に流れる電流が大きくなる）。当該差分制限値は、電力供給源部１，３および電動機７は過負荷状態を防止する観点で、選択的に設定される（特に、当該差分制限値は、発電機３の発電容量を超えないように選択される）。当該差分制限値は、船体抵抗、船体慣性、電動機７や電力供給源部１，３の電気特性に依存している。したがって、当該差分制限値は、可変可能な値である。
【００６０】
また、差分制限値は複数であってもよい。たとえば、電動機７の回転数状態に応じて異なる値が設定される（たとえば、電動機７の回転数が低速である時には、当該回転数時に対する差分制限値は比較的大きな値を設定でき、電動機７の回転数が高速である時には、当該回転数時に対する差分制限値は比較的小さな値となる）。また、電動機７がある回転数である状態において、電動機７の回転数を増加させる場合の差分制限値と、電動機７の回転数を減少させる場合の差分制限値とは、異なる場合もある。
【００６１】
また、差分制限値は、単数であっても良い（固定差分制限値と称することとする）。この場合には、電動機７の回転数状態や、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値に依存せず、リミッタ４０Ｂは、常に上記固定差制限値を用いて、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値に制限をかける。
【００６２】
リミッタ４０Ｂは、当該差分制限値により、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値に対して、制限をかけることができる。ここで、当該差分値の制限は、電動機回転数信号１１ａに示す回転数よりも電動機回転数指令１３で示される回転数が大きい場合であっても、この逆で小さい場合であっても、実施される（換言すると、電動機７の回転数を加速させる場合でも、減速させる場合でも、当該差分値の制限は実施される）。
【００６３】
つまり、リミッタ４０Ｂは、電動機回転数指令１３と前記電動機回転数信号１１ａとの差分値が、予め設定されている差分制限値を超えるとき、当該差分制限値に内に納まる任意の値を差分値情報値として生成する。また、リミッタ４０Ｂは、電動機回転数指令１３と前記電動機回転数信号１１ａとの差分値が、予め設定されている差分制限値以内であるときには、当該差分値を前記差分値情報値として生成する。
【００６４】
第一の指令生成部４０では、リミッタ４０Ｂから出力される前記差分値情報値に、電動機回転数信号１１ａを加えた値を、原動機回転数指令１２ａとして生成する。
【００６５】
上記の通り、第二の指令生成部４１は、第一の指令生成部４０で生成された原動機回転数指令１２ａと、予め設定されている電圧・周波数特性とに基づいて、発電機電圧指令１２ｂを生成する。
【００６６】
ここで、当該電圧・周波数特性は、電動機７の電気特性に応じて決定される、電圧と電動機７の周波数との関係を示すパターンである（電動機７の性能に応じて、当該電動機７の回転周波数に応じた、電動機７に与える最適な電圧が、特性として決定されている）。たとえば、周波数（原動機回転数指令１２ａ）が高くなるに連れて、電圧（発電機電圧指令１２ｂ）は線形的に高くなる。また、ある値以上の周波数（原動機回転数指令１２ａ）では、電圧（発電機電圧指令１２ｂ）が一定となるパターンである場合もある。
【００６７】
なお、図３に示す電動機制御システム２００においても、遮断器８は、電源供給源部１，３から、大きな電流が流れた際に遮断する、保護回路として機能している。
【００６８】
次に、電動機制御システム２００の動作を、図６を用いて説明する。
【００６９】
図６には、発電機３から出力される電力の周波数の時系列変化を示す図（縦軸：周波数、横軸：時間）、発電機３から出力される電力における電源電圧としての既定電圧値の時系列変化を示す図（縦軸：電圧、横軸：時間）、電動機７に供給される電流の時系列変化を示す図（縦軸：電流、横軸：時間）、および電動機７の回転数の時系列変化を示す図（縦軸：回転数、横軸：時間）が、上から順に併記されている。
【００７０】
周波数電圧変換部５の正常時における電動機制御システム２００では、制御装置１２からは、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂは出力されない。したがって、周波数電圧変換部５の正常時における電動機制御システム２００の動作は、周波数電圧変換部５の正常時における図１に示した電動機制御システム１００の動作と同じである。したがって、周波数電圧変換部５の正常時における電動機制御システム２００の動作の詳細な説明は、ここでは省略する。
【００７１】
なお、図６の「周波数電圧変換部５での異常発生時」より左側が、電動機制御システム２００の正常時における、発電機３および電動機７の動作を示している。図６に示すように、周波数電圧変換部５の正常時には、電動機制御システム２００では、ガバナ装置２および自動電圧調整器４により、一定の周波数（たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）、一定の既定電圧値（たとえば、数百Ｖや数ｋＶ）の電力が、発電機３から定常的に出力される。そして、発電機３から出力された電力は、周波数電圧変換部５において、所望の電圧および所望の周波数になるように、周波数および電圧の変換が実施される。当該変換後の電力は、周波数電圧変換部５から電動機７へと供給される。
【００７２】
次に、周波数電圧変換部５で異常が発生したときにおける、電動機制御システム２００の動作について説明する。
【００７３】
周波数電圧変換部５において、異常が発生したとする。当該異常は、周波数電圧変換部５内に配設されるパワー半導体素子の破損や周波数電圧変換部５内に配設される冷却ファンの故障等により、発生する。
【００７４】
周波数電圧変換部５において異常が発生すると、発電機３から電動機７への電力供給は、一時的に停止し、図６における電動機７の電流波形に示すように、電動機７に供給される電流は、一時的にゼロとなる。また、電動機７への電流供給が一時的に停止するので、図６の電動機７の回転数波形に示すように、プロペラ９の慣性や船舶のその時における速度応じた反抗力に応じて、電動機７の回転数も減衰し始める。また、図６の発電機３の周波数波形および発電機３の電圧波形に示すように、周波数電圧発生器５に異常が発生してから、後述するように電動機７への電力供給が再開されるまでの期間、発電機３から出力される電力において、周波数および電圧は、船舶の慣性に対応して減少する。
【００７５】
一方、周波数電圧変換部５において異常が発生すると、当該周波数電圧変換部５は、スイッチ６ｓに対して、異常信号１０を送信する。当該異常信号１０を受信したスイッチ６ｓは、「切」状態から「入」状態へと移行する。
【００７６】
これにより、図３に示す電動機制御システム２００では、前記異常発生時点から短期間経過した後、発電機３から出力された電力は、周波数電圧変換部５を介さず、電動機７へと供給される。換言すると、発電機３から出力された電力は、バイパス回路６を介して、電動機７へと供給される（図６における「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点の各波形を参照）。
【００７７】
これにより、電動機制御システム２００は、電動機制御システム１００と同様に、周波数電圧変換部５で異常が発生したとしても、電動機７への電力供給を行うことが可能である。つまり、周波数電圧変換部５で異常が発生したとしても、船舶の推進力は確保することができる。
【００７８】
ここで、電動機制御システム２００では、周波数電圧変換部５は、制御装置１２対しても異常信号１０を送信する。そこで、電動機制御システム２００では、周波数電圧変換部５において異常が発生した場合には、制御部１２，２，４を用いた後述する態様で、発電機３からバイパス回路６を介して電動機７へと電力供給を行う。
【００７９】
図４に示すように、第一の指令生成部４０には、その時点における電動機回転数信号１１ａと、その時点における電動機回転数指令１３とが入力されている。そこで、図５に示すように、まず、ローパスフィルタ４０Ａが、電動機回転数指令１３に対して、上記閾値を利用したフィルタリングをかける。したがって、ローパスフィルタ４０Ａは、低域の電動機回転数指令１３を出力する（つまり、高周波で変化する（短期間に大きくまたは激しく変動する）電動機回転数指令１３は、当該ローパスフィルタ４０Ａにより、フィルタリングされる）。
【００８０】
なお、高周波で変動する電動機回転数指令１３を用いた原動機回転数指令１２ａの生成が許容できる場合には、当該ローパスフィルタ４０Ａを省略する構成を採用することも可能である。
【００８１】
ローパスフィルタ４０Ａを通過した電動機回転数指令１３と入力している電動機回転数信号１１ａとの差分値を、第一の指令生成部４０は計算する。そして、当該差分値は、リミッタ４０Ｂに入力される。
【００８２】
上述したように、リミッタ４０Ｂは、予め設定されている差分制限値を利用して、入力してきた前記差分値に対して、制限をかけることができる（換言すると、リミッタ４０Ｂにより、原動機回転指令１２ａに基づく発電機７の電源周波数と電動機７の回転数との差分で生じる電力量に制限が設けられる）。
【００８３】
つまり、リミッタ４０Ｂは、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値が、予め設定されている差分制限値を超えるとき、当該差分制限値に内に納まる任意の値を差分値情報値として生成する（たとえば、当該差分制限値自身または、当該差分制限値より若干小さい値が、差分値情報値として、生成される）。また、リミッタ４０Ｂは、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値が、予め設定されている差分制限値以内であるときには、当該差分値を前記差分値情報値として生成する。
【００８４】
そして、第一の指令生成部４０では、リミッタ４０Ｂから出力される前記差分値情報値に、電動機回転数信号１１ａを加えた値を、原動機回転数指令１２ａとして生成する。図４に示すように、当該生成された原動機回転数指令１２ａは、第二の指令生成部４１および一方のスイッチ４２に向けて出力される。
【００８５】
第二の指令生成部４１では、受信した原動機回転数指令１２ａと、予め設定されている電圧・周波数特性とを用いて、発電機電圧指令１２ｂを生成する。ここで、当該電圧・周波数特性として、たとえば、複数の周波数値に対応して電圧値が各々設定されている対応テーブルが採用される。第二の指令生成部４１は、当該対応テーブルを参照し、受信した原動機回転数指令１２ａの値である周波数値に対応する、電圧値を見出す。そして、第二の指令生成部４１は、当該見出した電圧値を、発電機電圧指令１２ｂとして生成する。その後、図４に示すように、当該生成された発電機電圧指令１２ｂは、他方のスイッチ４２に向けて出力される。
【００８６】
ところで、周波数電圧変換部５において異常が発生すると、当該周波数電圧変換部５は異常信号１０を出力し、当該異常信号１０は、制御装置１２においても受信される（図３，４参照）。各スイッチ４２は、当該異常信号１０の入力応じて、「切」状態から「入」状態へと移行する。したがって、周波数電圧変換部５において異常が発生すると、一方のスイッチ４２を介して、制御装置１２から原動機回転数指令１２ａが出力され、他方のスイッチ４２を介して、制御装置１２から発電機電圧指令１２ｂが出力される（図４参照）。
【００８７】
図３に示すように、制御装置１２から出力された原動機回転数指令１２ａは、ガバナ装置２に入力し、制御装置１２から出力された発電機電圧指令１２ｂは、自動電圧調整器４に入力する。
【００８８】
ガバナ装置２は、受信した原動機回転数指令１２ａに基づいて、燃料供給の調整を行い、原動機１の回転数が当該原動機回転数指令１２ａに示す値になるように、原動機１の制御を行う。他方、自動電圧調整器４は、受信した発電機電圧指令１２ｂに基づいて、発電機３の界磁電流を調整し、発電機３から出力される電圧が当該発電機電圧指令１２に示す値となるように、発電機３の制御を行う。
【００８９】
電力供給源部１，３からは、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂに従った電力が出力される。そして、電力供給源部１，３から出力された電力は、バイパス回路６を介して（換言すると、周波数電圧変換部５を介さず）、電動機７に供給される。これにより、図６の「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点」で示すように、電動機７には、供給された電力に応じた電流が流れ、供給された電力に応じた回転数となるように回転を変化させる。
【００９０】
また、当該電動機７の回転数の変化を、回転数検出器１１が検出し、図３に示すように、当該検出結果（電動機回転数信号１１ａ）を、制御装置１２対して送信する。制御装置１２では、受信した電動機回転数信号１１ａと、その時点において受信した電動機回転数指令１３とを用いて、上記同様に、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂを生成し、出力する。そして、原動機回転数指令１２ａおよび発電機電圧指令１２ｂに従った電力が電動機７に直接供給され、当該電力の供給を受けて電動機７は回転駆動を続ける。
【００９１】
当該動作を繰り返すことにより、図６の「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点」から右側における電動機７の電流波形および電動機７の回転波形に示すように、制御装置１２は、電動機７の回転数が、電動機回転数指令１３に示す目標回転数に近づき到達するように、ガバナ装置２および自動電圧調整器４を制御する（図６の「スイッチ６ｓが「切」から「入」へと移行した時点」から右側における発電機３の周波数波形および発電機３の電圧波形参照）。このような繰り返しによる制御が、電圧周波数可変制御である。
【００９２】
つまり、電動機７の回転数（電動機回転数信号１１ａ）が電動機回転数指令１３となった時点で、当該回転数を維持するために必要な電力が、電力供給源部１，３から定常的（安定的）に供給され続け、当該回転数を維持するために必要な電流が、電動機７に対して定常的（安定的）に流れる。
【００９３】
ここで、操舵室に居るユーザの操作（命令）により、船舶の推進力（船舶の速度）を変化させるため、電動機回転数指令１３は、適宜変更される。当該変更がローパスフィルタ４１Ａによりフィルタリングされない程度の変化量である場合には、制御部１２，２，４は、当該変更後の電動機回転数指令１３に基づいて、上記電圧周波数可変制御を実施する。
【００９４】
以上のように、本実施の形態に係る電動機制御システム２００では、周波数電圧変換部５に異常が生じたときに、電力供給源部１，３から出力される電力を、周波数電圧変換部５を介さず、電動機７に供給するバイパス回路６を、備えている。
【００９５】
したがって、当該電動機制御システム２００は、周波数電圧変換部５に異常が発生したとしても、電動機７への電力供給を確保することができ、電動機７の駆動を確保することができる。よって、当該電動機制御システム２００を搭載する船舶は、周波数電圧変換部５で異常が発生したとしても、船舶の推進力を確保することができる。
【００９６】
また、本実施の形態に係る電動機制御システム２００では、周波数電圧変換部５に異常が生じたときに、電力供給源部１，３から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部１２，２，４を、備えている。
【００９７】
したがって、当該電動機制御システム２００は、周波数電圧変換部５に異常が生じたときに、電動機７の駆動確保だけなく、電動機回転数指令１３を無視した電動機７の駆動を防止することができる（たとえば、常にトップスピードで電動機７が回転することを防止できる）。
【００９８】
また、制御部１２，２，４で調整された電力が電動機７に供給され、図１に示す構成のように、突然かつ直接的に、電力供給源部１，３から５０，６０Ｈｚといった周波数の電力が電動機７に供給されることを防止できる。これにより、図２に示したような突入電流の発生を防止できる。したがって、電動機制御システム２００では、当該突入電流に備えて、システムを構成する回路（たとえば、遮断機８や発電機３等）の性能に変更を与える必要もない（前記回路に対する過剰な性能設定が不要となる）。
【００９９】
また、本実施の形態に係る電動機制御システム２００では、電力供給源部１，３は、周波数電圧変換部５が正常のときには、周波数電圧変換部５に対して、所定の周波数および他の所定の電圧である電力を出力する。
【０１００】
したがって、電動機制御システム２００は、周波数電圧変換部５が正常のときには、電力供給源部１，３を所定の電圧・周波数の電力を定常的に供給する電源として機能させ、周波数電圧変換部５により、操舵室からの電動機７の回転数に関する命令に応じて、電力供給源部１，３から供給される電力に対して、周波数および電圧の変換処理を行うことができる。
【０１０１】
また、本実施の形態に係る電動機制御システム２００では、第一の指令生成部４０は、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとを用いて、電動機７の回転数が、目標回転数（電動機回転数指令１３に示される回転数）に近づくように、原動機回転数指令１２ａを生成している。より具体的には、第一の指令生成部４０は、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値が、予め設定されている差分制限値を超えるとき、当該差分制限値に内に納まる任意の値を差分値情報値として生成し（第一の指令生成部４０内のリミッタ４０Ｂの動作）、電動機回転数信号１１ａに当該差分値情報値を加えた値を、原動機回転数指令１２ａとして生成している。
【０１０２】
このように、電動機制御システム２００では、上記動作を行う、つまり、電動機７に対する急激な回転数の変化に対して制限を加える（換言すれば、電動機回転数信号１１ａに対して大きく増減した原動機回転数指令１２ａを生成することを防止する）リミッタ４０Ｂを備えている。よって、電動機７に流れる電流の大きな変化を防止できる。したがって、電動機７に大きな値の電流が流れることに備えて、システムを構成する回路（たとえば、遮断機８や発電機３等）の性能に変更を与える必要もない（前記回路に対する過剰な性能設定が不要となる）。換言すれば、周波数電圧変換部５の異常発生後において、リミッタ４０を備える電動機制御システム２００は、過大な性能を発電機３を含む構成ブロック回路に設定しなくても、各構成ブロック回路を保護しながら、制御装置１２を用いた電力供給の制御が可能となる。
【０１０３】
また、原動機７の回転の減速の際にも、当該リミッタ４０Ｂを利用して、電動機回転数指令１３と電動機回転数信号１１ａとの差分値に制限を設けることにより、電動機７を含めた各回路における過負荷状態や異常発生を防止できる。
【０１０４】
また、電動機制御システム２００では、第二の指令生成部４１は、第一の指令生成部４０で生成された原動機回転数指令１２ａと、予め設定されている電圧・周波数特性とに基づいて、発電機電圧指令１２ｂを生成している。
【０１０５】
したがって、制御装置１２は、原動機回転数指令１２ａに応じて、電動機７に適切な電圧を常に印加することができる。
【０１０６】
また、電動機制御システム２００では、制御装置１２は、入力される電動機回転数指令１３が変化したとき、当該変化した電動機回転数指令１３に基づいた上記電圧周波数可変制御を行う。
【０１０７】
したがって、操舵室からの電動機７の回転数変化の指令（つまり、船舶の速度変化の指令）に応じて、電力供給源部１，３から出力される電力の電圧・周波数を変化させるように、制御装置１２は、ガバナ装置２および自動調整器４を制御することができる。つまり、周波数電圧変換部５に異常が発生した後においても、電動機制御システム２００は、電動機回転数指令１３に応じて、電動機７の回転数を変化（調整）することができる（電動機７の可変速運転が可能）。
【０１０８】
また、電動機制御システム２００では、第一の指令生成部４０は、ローパスフィルタ４０Ａを、備えており、第一の指令生成部４０は、ローパスフィルタ４０Ａによりフィルタリングされた電動機回転数指令１３を用いて、原動機回転数指令１２ａ生成している。
【０１０９】
したがって、第一の指令生成部４０は、高周波で変化する電動機回転数指令１３を用いた、原動機回転数指令１２ａの生成を防止することができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 原動機
２ ガバナ装置
３ 発電機
４ 自動電圧調整器
５ 周波数電圧変換部
６ バイパス回路
６ｓ スイッチ
７ 電動機
８ 遮断器
９ プロペラ
１０ 異常信号
１１ 回転数検出器
１１ａ 電動機回転数信号
１２ 制御装置
１２ａ 原動機回転数指令
１２ｂ 発電機電圧指令
１３ 電動機回転数指令
４０ 第一の指令生成部
４０Ａ ローパスフィルタ（低域通過濾波器）
４０Ｂ リミッタ（差分制限器）
４１ 第二の指令生成部
４２ スイッチ
１００，２００，５００ 電動機制御システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転動作を行う電動機と、
前記電動機に、電力を供給する電力供給源部と、
前記電力供給源部と前記電動機との間に配設され、前記電力供給源部から出力された電力に対して、周波数および電圧の変換を施し、当該変換後の電力を前記電動機に対して出力する周波数電圧変換部と、
前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力を、前記周波数電圧変換部を介さず、前記電動機に供給するバイパス回路と、
前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部とを、備えている、
ことを特徴とする電動機制御システム。
【請求項２】
前記電力供給源部は、
前記周波数電圧変換部が正常のときには、前記周波数電圧変換部に対して、所定の周波数および他の所定の電圧である電力を出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御システム。
【請求項３】
前記電力供給源部は、
原動機と、
前記原動機の駆動によって発電する発電機とを、含み、
前記制御部は、
前記原動機の回転数を調整するガバナ装置と、
前記発電機の出力電圧を調整する電圧調整器と、
前記電圧周波数可変制御の際に、前記ガバナ装置に対して、前記原動機の回転数を制御するための信号である原動機回転数指令を出力し、前記電圧調整器に対して、前記発電機の出力電圧を制御するための信号である発電機電圧指令を出力する、制御装置とを、含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御システム。
【請求項４】
前記制御装置は、
ユーザにより指定された前記電動機の目標回転数を示す電動機回転数指令と、前記電動機の回転数を示す電動機回転数信号とを入力し、前記電動機回転数指令と前記電動機回転数信号とに基づいて、前記電動機の回転数が前記目標回転数に近づくように、前記原動機回転数指令を生成する第一の指令生成部と、
前記第一の指令生成部で生成された前記原動機回転数指令と、予め設定されている電圧・周波数特性とに基づいて、前記発電機電圧指令を生成する第二の指令生成部とを、含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の電動機制御システム。
【請求項５】
前記第一の指令生成部は、
前記電動機回転数指令と前記電動機回転数信号との差分値が、予め設定されている差分制限値を超えるとき、当該差分制限値に内に納まる任意の値を差分値情報値として生成し、前記電動機回転数信号に前記差分値情報値を加えた値を、前記原動機回転数指令として生成する、
ことを特徴とする請求項４に記載の電動機制御システム。
【請求項６】
前記制御部は、
入力される前記電動機回転数指令が変化したとき、当該変化した前記電動機回転数指令に基づいた前記電圧周波数可変制御を行う、
ことを特徴とする請求項４に記載の電動機制御システム。
【請求項７】
前記第一の指令生成部は、
ローパスフィルタを、備えており、
前記第一の指令生成部は、
前記ローパスフィルタによりフィルタリングされた前記電動機回転数指令を用いて、前記原動機回転数指令を生成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の電動機制御システム。
【請求項１】
回転動作を行う電動機と、
前記電動機に、電力を供給する電力供給源部と、
前記電力供給源部と前記電動機との間に配設され、前記電力供給源部から出力された電力に対して、周波数および電圧の変換を施し、当該変換後の電力を前記電動機に対して出力する周波数電圧変換部と、
前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力を、前記周波数電圧変換部を介さず、前記電動機に供給するバイパス回路と、
前記周波数電圧変換部に異常が生じたときに、前記電力供給源部から出力される電力の電圧および周波数を、可変に制御する電圧周波数可変制御を行う制御部とを、備えている、
ことを特徴とする電動機制御システム。
【請求項２】
前記電力供給源部は、
前記周波数電圧変換部が正常のときには、前記周波数電圧変換部に対して、所定の周波数および他の所定の電圧である電力を出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御システム。
【請求項３】
前記電力供給源部は、
原動機と、
前記原動機の駆動によって発電する発電機とを、含み、
前記制御部は、
前記原動機の回転数を調整するガバナ装置と、
前記発電機の出力電圧を調整する電圧調整器と、
前記電圧周波数可変制御の際に、前記ガバナ装置に対して、前記原動機の回転数を制御するための信号である原動機回転数指令を出力し、前記電圧調整器に対して、前記発電機の出力電圧を制御するための信号である発電機電圧指令を出力する、制御装置とを、含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御システム。
【請求項４】
前記制御装置は、
ユーザにより指定された前記電動機の目標回転数を示す電動機回転数指令と、前記電動機の回転数を示す電動機回転数信号とを入力し、前記電動機回転数指令と前記電動機回転数信号とに基づいて、前記電動機の回転数が前記目標回転数に近づくように、前記原動機回転数指令を生成する第一の指令生成部と、
前記第一の指令生成部で生成された前記原動機回転数指令と、予め設定されている電圧・周波数特性とに基づいて、前記発電機電圧指令を生成する第二の指令生成部とを、含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の電動機制御システム。
【請求項５】
前記第一の指令生成部は、
前記電動機回転数指令と前記電動機回転数信号との差分値が、予め設定されている差分制限値を超えるとき、当該差分制限値に内に納まる任意の値を差分値情報値として生成し、前記電動機回転数信号に前記差分値情報値を加えた値を、前記原動機回転数指令として生成する、
ことを特徴とする請求項４に記載の電動機制御システム。
【請求項６】
前記制御部は、
入力される前記電動機回転数指令が変化したとき、当該変化した前記電動機回転数指令に基づいた前記電圧周波数可変制御を行う、
ことを特徴とする請求項４に記載の電動機制御システム。
【請求項７】
前記第一の指令生成部は、
ローパスフィルタを、備えており、
前記第一の指令生成部は、
前記ローパスフィルタによりフィルタリングされた前記電動機回転数指令を用いて、前記原動機回転数指令を生成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の電動機制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２１８８９（Ｐ２０１３−２１８８９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５４９８（Ｐ２０１１−１５５４９８）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
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