专利名称：船舶用动力系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及船舶用的动力系统，特别是涉及船舶用动力系统的控制。
背景技术：
在船舶发电机的控制中，以设定的目标转速与实际转速无差异的方式进行 PID(比例-积分-微分)控制。但是，在恶劣气候时，由于螺旋桨产生的负荷转矩急剧变化，因此，在利用设想正常气候情况下的航行的增速的PID控制中，不能获得充分的应答性能，存在由于超速而引起发电机故障的危险。对于这样的问题，提出了预测由于干扰所产生的螺旋桨转速的变动而改变PID控制的增速的构成的方案(专利文献1)。专利文献1 日本特开平8-200131号公报
发明内容
(发明要解决的课题)但是，在也包含专利文献1的船舶中一般的调速装置的PID控制中，由于为了将转速维持在恒定而根据干扰使燃料喷射量变动，因此，燃料消费量增加。近年来，由于强烈要求燃油效率的提高，因此，在现有的PID控制中不能满足。本发明鉴于上述问题而作出的，以在燃料供应中使用基于转速的PID控制的船舶用动力系统中，即使在由干扰所产生的影响较大时，也能够一边维持目标转速，一边实现燃油效率的提高作为课题。(用于解决课题的方法)本发明的船舶用动力系统，为将主机的转速作为输入，以转速恒定的方式进行燃料喷射量的PID控制的船舶用动力系统，其特征在于，当主机转矩充足有余时，将连接于主机的电动机/发电机用作发电机而回收再生能量，当主机转矩不足时，将电动机/发电机用作电动机而辅助主机动力。优选基于主机的目标转速与实测转速的差来进行电动机/发电机的转换，并且， 对应于目标转速与实测转速的差来控制电动机/发电机产生的辅助推动量。此外，优选推定因干扰所产生的变动来进行电动机/发电机的转换，并且，由电动机/发电机所产生的辅助推动量与由于干扰产生的变动而不足的转矩量相对应。此外，也可以由主机的状态检测需要辅助推动的状况，而将电动机/发电机用作电动机，并且，基于例如主机的缸内温度、进气压中的至少一项来判断此时主机的状态。(发明的效果)根据本发明，在燃料供应中使用基于转速的PID控制的船舶用动力系统中，即使在由干扰所产生的影响较大时，也能够一边维持目标转速，一边实现燃油效率的提高。
图1是示出本发明第一实施方式的船舶用动力系统的构成的方框图。
图2是第一实施方式的控制系统的方框线图。图3是第二实施方式的控制系统的方框线图。图4是第三实施方式的控制系统的方框线图。符号说明10、30、31船舶用控制系统11 主机12电动机/发电机(轴传动发电机)13螺旋桨14调速装置15 主轴16转速传感器17 逆变器(inverter)/转换器(converter)18 电池19、23、24 控制器20PID 控制部21控制对象22推定器。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示出本发明第一实施方式的船舶用动力系统的构成的方框图。本实施方式的船舶用动力系统10将主机11以及电动机/发电机(轴传动发电机)12作为动力源而使螺旋桨13旋转。通过利用基于转速指令、实测的主机转速的PID控制的调速装置14来控制向主机11的燃料供应。即，通过反馈实测的主机转速，将主机转速维持在设定转速(转速指令)。另外，主机转速通过利用公知的转速传感器16检测主轴15 的转速而被计测
电动机/发电机12连接于例如与主轴15相对侧的主机11的曲柄轴。电动机/发电机12经由逆变器/转换器17电连接于电池18。逆变器/转换器17由控制器19控制。S卩，控制器19使电动机/发电机12作为发电机发挥作用时，将再生能量供给电池 18而进行充电；控制器19使电动机/发电机12作为电动机发挥作用时，将电力从电池18 供给电动机/发电机12，而辅助主机11的旋转力。接着，参照图2对第一实施方式的船舶用动力系统10的具体的动力控制方法进行说明。另外，图2为第一实施方式的船舶用动力系统10的控制系统的方框线图。在动力系统10中，当主机转矩充足有余时，将电动机/发电机12用作发电机，当转矩不足时，用作电动机。如图2所示，由转速传感器16 (参照图1)所检测出的主机12的实际转速Ne向PID控制部20的输入侧反馈，作为转速指令的目标转速与实际转速 的偏差(转速偏差)被输入PID控制部20。如现有周知，通过来自PID控制部20的指示，调整向主机11的燃料供应量，进行以主机11为中心的控制对象21的控制。此外，在第一实施方式中，利用负反馈的转速偏差被输入控制器19。在控制器19
4中，基于转速偏差来判断主机转矩的充足和不足，据此来判断将电动机/发电机12用作发电机，或者用作电动机，同时基于该判断而通过逆变器/转换器17(参照图1)来控制电动机/发电机12的驱动。例如，在转速偏差为正值的情况下，由于实际转速Ne未达到目标转速，因此，可考虑为转矩不足，逆变器/转换器17从电池18供应电力，而使电动机/发电机12作为电动机发挥作用。此时，电动机/发电机12产生的辅助推动量(附加的转矩)也可以与例如转速偏差的大小相对应(例如比例)进行调整。此外，在转速偏差不足0的情况下，由于实际转速Ne高于目标转速，因此，主机转矩处于充足的状态。因此，逆变器/转换器17将电动机/发电机12产生的再生能量向电池输送并进行充电。如上所述，根据第一实施方式，当主机转矩充足有余时，将再生能量向电池充电， 当转矩不足时，利用充电的电力进行发电机辅助推动，因此，由于用电动机/发电机吸收由波浪等所产生的负载转矩变动，并且减少因主机的转速控制所产生的操作量，因此，能够显著地改善燃油效率。接着，参照图3对第二实施方式的船舶用动力系统的构成进行说明。图3为第二实施方式的船舶用动力系统30的控制系统的方框线图。在第一实施方式中，由实测的主机转速与目标转速之间的偏差来判断主机转矩的充足和不足，而进行电动机/发电机12的转换。但是，在第二实施方式中，推定负载转矩变动等的干扰，据此来进行与不足的主机转矩量相对应的电动机辅助推动。另外，由于有关其他构成与第一实施方式相同，因此，省略其说明。在使用从控制对象所得到的物理量的推定器22中推定负载转矩。在控制器23中， 由推定的负载转矩求出将燃料维持在一定的情况下的不足的主机转矩，电动机/发电机12 由控制器23控制通过逆变器/转换器17 (参照图1)而辅助推动所求出的不足量的转矩 (或者其规定比例)。即，电动机/发电机12与第一实施方式相同，根据变动而作为电动机以及发电机交替发挥作用，当作为发电机发挥作用时，对电池18进行充电。另外，负载转矩作为由例如从主机转速的微分值推定的轴转矩与从向主机11的燃料供应量模拟的主机转矩的差来进行推定。如上所述，在第二实施方式的构成中也能够得到与第一实施方式相同的效果。接着，参照图4对第三实施方式的船舶用动力系统的构成进行说明。图4为第三实施方式的船舶用动力系统31的控制系统的方框线图。在第一、第二实施方式中，监控主机转速和干扰的变动，进行与例如波浪产生的变动相对应的电动机辅助推动，但是，在第三实施方式中，把握例如主机11等的控制对象的状态，在规定的状态中进行电动机辅助推动。即，在恶劣气候时，负载转矩变动剧烈，燃料供应量也较大地变动，主机11的状态也发生变化。在第三实施方式系统中，在这样的状况下连续地进行电动机辅助推动。另外，由于有关其他构成与第一、第二实施方式相同，因此，省略其说明。在本实施方式中，从例如进气压和缸内温度等来把握主机11的状态。即，当由于波浪而螺旋桨负载转矩上升时，由于转速下降，因此，利用PID控制来增加燃料供应量。由此，相对于空气量(进气压)，燃料量变多，缸内温度变高。因此，当监控缸内温度和进气压时，能够判断主机11的状态、负载转矩变动是否影响较大的状态。在第三实施方式的控制器M中，在主机11的缸内温度高于规定值的情况下，以及在进气压低于得到与现在的燃料量相对应的空气量所必要的值的情况下，判断为需要辅助推动的状态，而通过逆变器/转换器17将电动机/发电机12作为电动机进行驱动。另外， 是否为需要辅助推动的状态的判断也可以使用多个参数来进行。如上所述，在第三实施方式中，通过把握恶劣气候时等的转矩变动较大的状况，而在这样的情况下进行电动机辅助推动，从而与第一以及第二实施方式相同，能够提高主机的燃油效率。
权利要求
1.一种船舶用动力系统，将主机的转速作为输入，以转速恒定的方式进行燃料喷射量的PID控制，所述船舶用动力系统的特征在于，当主机转矩充足有余时，将连接于主机的电动机/发电机用作发电机而回收再生能量，当所述主机转矩不足时，将所述电动机/发电机用作电动机而辅助主机动力。
2.根据权利要求1所述的船舶用动力系统，其特征在于，基于所述主机的目标转速与实测转速的差来进行所述电动机/发电机的转换。
3.根据权利要求2所述的船舶用动力系统，其特征在于，对应于所述差来控制所述电动机/发电机产生的辅助推动量。
4.根据权利要求3所述的船舶用动力系统，其特征在于，推定因干扰所产生的变动来进行所述电动机/发电机的转换。
5.根据权利要求4所述的船舶用动力系统，其特征在于，由所述电动机/发电机所产生的辅助推动量与由于所述变动而不足的转矩量相对应。
6.一种船舶用动力系统，其特征在于，由所述主机的状态检测辅助推动所需要的状况， 而将所述电动机/发电机用作电动机。
7.根据权利要求6所述的船舶用动力系统，其特征在于，基于所述主机的缸内温度、进气压中的至少一项来判断所述主机的状态。
全文摘要
本发明提供一种船舶用动力系统，将电动机/发电机(12)连接于主机(11)的曲柄轴。在连接主机(11)和螺旋桨(13)的主轴(15)上设有转速传感器(16)。基于用转速传感器(16)所检测的主机(11)的实际转速，以主机(11)的转速维持在目标转速的方式进行燃料供应的PID控制。在控制器(19)中，由目标转速与实际转速的差判断主机转矩的充足和不足。当主机转矩充足时，控制逆变器/转换器(17)，而将电动机/发电机(12)的再生能量充电至电池(18)。当主机转矩不足时，将电动机/发电机(12)作为电动机进行驱动而进行辅助推动。
文档编号B63H21/21GK102365200SQ201080014109
公开日2012年2月29日 申请日期2010年3月18日 优先权日2009年3月31日
发明者宫田淳也, 稻见昭一 申请人:三井造船株式会社