6925596 船舶推進装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6925596

(24)【登録日】2021年8月6日

(45)【発行日】2021年8月25日

(54)【発明の名称】船舶推進装置

(51)【国際特許分類】

   B63H 21/17 20060101AFI20210812BHJP

   F16H 3/72 20060101ALI20210812BHJP

【ＦＩ】

   B63H21/17

   F16H3/72 A

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-110857(P2017-110857)

(22)【出願日】2017年6月5日

(65)【公開番号】特開2018-203059(P2018-203059A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2019年11月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】503116899

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ原動機

(74)【代理人】

【識別番号】100067323

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 教光

(74)【代理人】

【識別番号】100124268

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 典行

(72)【発明者】

【氏名】冨田 真澄

(72)【発明者】

【氏名】畑本 拓郎

【審査官】 福田 信成

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１７／０５６１８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５１５６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２７７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１５５２１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−０３２１９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６３Ｈ ２１／１７

Ｆ１６Ｈ ３／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに係合するリングギアと、サンギアと、キャリアに搭載されたプラネットギアとを有する遊星歯車機構と、
前記リングギアと前記サンギアと前記キャリアの何れかに接続されてインバータで駆動される第１のモータと、
前記リングギアと前記サンギアと前記キャリアのうち、前記第１のモータに接続されていないものに接続されて一定速度で駆動される第２のモータと、
前記リングギアと前記サンギアと前記キャリアのうち、前記第１のモータ及び前記第２のモータに接続されていないものに接続されたプロペラと、
を具備することを特徴とする船舶推進装置。

【請求項2】

前記第１のモータは前記リングギアに接続されており、前記第２のモータは前記サンギアに接続されており、前記プロペラは前記キャリアに接続されていることを特徴とする請求項１記載の船舶推進装置。

【請求項3】

前記第２のモータに設けられたクラッチと、前記クラッチと前記サンギアの間に設けられたブレーキとを有することを特徴とする請求項２記載の船舶推進装置。

【請求項4】

前記第２のモータに設けられたクラッチと、前記クラッチと前記サンギアの間に設けられた逆転防止機構とを有することを特徴とする請求項２記載の船舶推進装置。

【請求項5】

前記プロペラの出力が相対的に小さい低出力領域では、前記第１のモータのみで前記プロペラを駆動し、前記プロペラの出力が相対的に大きい大出力領域では、前記第１のモータ及び前記第２のモータで前記プロペラを駆動するように制御を行う制御部を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の船舶推進装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ（電動機）を駆動源とする電気推進の船舶推進装置に係り、特に遊星歯車機構を介してプロペラを駆動する２台のモータを備え、効率的な駆動制御を行うことができる安価な船舶推進装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には船舶推進装置の発明が開示されている。この発明の船舶推進装置は、それぞれ入力軸を有する船舶用の推進装置としての内燃機関及びモータジェネレータと、出力軸に設けられたプロペラを有し、これら２本の入出軸と出力軸を接続する遊星歯車機構のギヤボックスを備えている。この発明によれば、負荷トルクと基準値を比較し、その結果に応じてジェネレータモータによる発電量を制御し、またジェネレータモータのアシスト出力を制御する。この発明によれば、船舶を推進する内燃機関の出力トルクを一定に保持して燃費を向上する効果が得られるものとされている。

【0003】

下記特許文献２には可変側装置の発明が開示されている。この発明の可変側装置は、ポンプなどの一般産業機械における可変速装置であり、遊星歯車を用いて２入力軸、１出力軸の構成例や、１入力軸、２出力軸の構成例が開示されている。各軸とも回転速度が可変であり、変速機構として流体継手を備えており、遊星歯車と流体継手を組合わせることにより効率を向上させることができるものとされている。また、回転速度範囲を変えるために滑り率を制御可能なクラッチを設けている。この発明によれば、最適設計を容易にし、従来以上に効率を高めることが可能とされている。

【0004】

特許文献３には船舶推進装置の発明が開示されている。この発明の船舶装置は、プロペラを駆動するため、インバータにより回転制御する副電動機と、スリップクラッチにより回転制御を行う電動機の２つの電動機を有する。プロペラ回転速度が所定回転速度未満の場合には、低出力の副電動機を小容量の汎用インバータにより制御してプロペラを回転させる。その際、主電動機駆動系統において、ｏｎ−ｏｆｆクラッチを遮断することでスリップクラッチ入力軸には回転を伝達しない。プロペラ回転速度が所定回転速度以上になった場合には、駆動源を副電動機ら主電動機切り換えてｏｎ−ｏｆｆクラッチを連結し、回転速度をスリップクラッチより制御してプロペラを回転させる。

【0005】

また、従来の船舶推進装置において、可変ピッチプロペラと比べて制御が不要で安価な固定ピッチプロペラを採用した場合、プロペラの回転速度を０から定格回転までの全領域で制御して推進力を可変とする技術としては、上述した特許文献３のような電動機駆動による電気推進が知られていた。電動機駆動による電気推進においては、プロペラの回転速度を変えるために電動機を可変速制御する必要があり、そのためにはインバータが必要となる。船舶のプロペラを駆動できるような大出力を得ることができ、且つ船舶の船内電源を安定化する為には、フィルタのような高調波抑制手段が必要であり、このような高調波抑制手段を有するインバータは汎用品としては取り扱われておらず、特注品として取得せざるを得ず高価である。このため、プロペラと内燃機関を直結した船舶推進装置に比して、電気推進の需要は少ないという現状があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５８３０３０９号公報

【特許文献2】特許第５７７８８４４号公報

【特許文献3】特許第５９４２０６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載された船舶推進装置は内燃機関を用いており、この内燃機関は任意に変速することが可能であるのに対して、内燃機関とプロペラの間に変速機構の遊星歯車を介することにより歯車の分だけ効率が悪くなる。本文献では内燃機関とモータに遊星歯車を用いることで、プロペラの回転速度の全領域で効率よく制御する手法が記されていない。

【0008】

特許文献２に記載された可変速装置によれば、変速機構として遊星歯車のみを採用した場合には、入力軸を一定速とするとプロペラの回転速度を０から定格回転速度までの全領域において効率よく制御することができないため、変速機構として、流体継手や、滑り率が制御できるスリップクラッチを用いているが、流体継手もスリップクラッチもスリップロスが発生するため効率の良い制御を行うことはできなかった。

【0009】

特許文献３に記載された船舶推進装置によれば、電動機駆動による電気推進であるが、前述したような特注品のインバータは必要ではないが、運転時には高負荷領域で主電動機の回転速度をスリップクラッチで制御してプロペラに伝える構造であるため、スリップロスが発生して効率が悪くなるという問題があった。

【0010】

本発明は以上説明した先行技術における課題を解決するものであり、高価な特注品のインバータを必要としない２台のモータを駆動源とし、遊星歯車機構を介してプロペラを駆動する構造を採用することにより効率的な駆動制御が行える安価な船舶推進装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

請求項１に記載された船舶推進装置は、
互いに係合するリングギアと、サンギアと、キャリアに搭載されたプラネットギアとを有する遊星歯車機構と、
前記リングギアと前記サンギアと前記キャリアの何れかに接続されてインバータで駆動される第１のモータと、
前記リングギアと前記サンギアと前記キャリアのうち、前記第１のモータに接続されていないものに接続されて一定速度で駆動される第２のモータと、
前記リングギアと前記サンギアと前記キャリアのうち、前記第１のモータ及び前記第２のモータに接続されていないものに接続されたプロペラと、
を具備することを特徴としている。

【0012】

請求項２に記載された船舶推進装置は、請求項１記載の船舶推進装置において、
前記第１のモータは前記リングギアに接続されており、前記第２のモータは前記サンギアに接続されており、前記プロペラは前記キャリアに接続されていることを特徴としている。

【0013】

請求項３に記載された船舶推進装置は、請求項２記載の船舶推進装置において、
前記第２のモータに設けられたクラッチと、前記クラッチと前記サンギアの間に設けられたブレーキとを有することを特徴としている。

【0014】

請求項４に記載された船舶推進装置は、請求項２記載の船舶推進装置において、
前記第２のモータに設けられたクラッチと、前記クラッチと前記サンギアの間に設けられた逆転防止機構とを有することを特徴としている。

【0015】

請求項５に記載された船舶推進装置は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の船舶推進装置において、
前記プロペラの出力が相対的に小さい低出力領域では、前記第１のモータのみで前記プロペラを駆動し、前記プロペラの出力が相対的に大きい大出力領域では、前記第１のモータ及び前記第２のモータで前記プロペラを駆動するように制御を行う制御部を有することを特徴としている。

【発明の効果】

【0016】

請求項１及び２に記載された船舶推進装置によれば、次のような効果が得られる。すなわち、フィルタ等の高調波抑制手段を有する特注品のインバータはサイズが大きく、相応の設置スペースを確保する必要があるが、一定速度で駆動する第２のモータについては特注品のインバータは不要であり、このためスペース確保が不要となり、そのスペースを他の用途（例えば作業船であれば荷物を置くスペースなど）に使える。また、２つのモータを使用し、プロペラ出力に応じた効率的な制御を行うことにより、電動機を駆動する発電機関の燃料消費量が削減出来る。

【0017】

請求項３に記載された船舶推進装置によれば、第２のモータにクラッチを設け、クラッチとサンギアの間にブレーキを設けたため、プロペラの駆動動力が途切れず、安定的な航行が可能である。

【0018】

請求項４に記載された船舶推進装置は、第２のモータにクラッチを設け、クラッチとサンギアの間に逆転防止機構を設けたため、プロペラの駆動動力が途切れず、安定的な航行が可能であるとともに、プロペラを正回転の方向にのみ駆動することができる。

【0019】

請求項５に記載された船舶推進装置によれば、低出力領域では第１のモータのみでプロペラを駆動し、大出力領域では第１のモータと第２のモータでプロペラを駆動するため、プロペラ出力に応じた効率的な制御を行うことが可能となり、電動機を駆動する発電機関の燃料消費量を一層削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態である船舶推進装置の概略構成図である。

【図2】実施形態の船舶推進装置の駆動系統の概略構成図であり、低速時の駆動力伝達状況を示す図である。

【図3】実施形態の船舶推進装置の駆動系統の概略構成図であり、高速時の駆動力伝達状況を示す図である。

【図4】ソラー型の遊星歯車機構と、プラネット型の遊星歯車機構と、ソラー型の遊星歯車機構とプラネット型の遊星歯車機構を組み合わせた差動型の遊星歯車機構の各構造を示す模式図である。

【図5】差動型の遊星歯車機構においてリングギアとサンギアが分担する動力の比率を一例として示すために、数値例におけるソラー型の遊星歯車機構のリングギアが分担する動力等と、プラネット型の遊星歯車機構のサンギアが負担する動力等を一例として示した計算例の表図である。

【図6】実施形態の舶推進装置におけるプロペラ出力と軸回転速度の関係を示すグラフである。

【図7】実施形態の舶推進装置におけるプロペラ回転速度とプロペラ出力の関係等を示すグラフである。

【図8】実施形態の舶推進装置と比較例の船舶推進装置におけるプロペラ回転速度と発電機電力量の関係を示すグラフである。

【図9】本発明の第２の実施形態である船舶推進装置の概略構成図である。

【図10】本発明の第３の実施形態である船舶推進装置の駆動系統の概略構成図であり、低速時の駆動力伝達状況を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の実施形態を図１〜図１０を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の船舶推進装置１は、動力を伝達する垂直軸２を中心に水平なプロペラ軸３を旋回させて推進方向を設定する所謂アジマススラスターに係り、特に２台のモータ（電動機）Ａ、Ｂをギアボックス４内の遊星歯車機構５を介してプロペラ軸３に接続し、プロペラ６の出力に応じてモータＡ、Ｂを切り替えて効率的な制御を行うことができる船舶推進装置１に関するものである。

【0022】

主として図１〜図５を参照して本実施形態の船舶推進装置１の構成を説明する。
図１に示すように、船舶の船尾の台床７の上面には減速機８が取り付けられている。減速機８の内部には、水平な伝達軸９と、伝達軸９の略中央部分の下方に設けられた垂直軸と、垂直軸２の一端側（上端側）と伝達軸９を連動連結する減速ギア１０が設けられている。

【0023】

図１に示すように、台床７の下面側には、船舶の下方で旋回可能となるようにストラット１１とケーシング１２が取り付けられている。ストラット１１及びケーシング１２は図示しない旋回駆動機構で旋回させることができる。

【0024】

図１に示すように、垂直軸２は台床７及び船舶の船底を貫通してストラット１１及びケーシング１２内に配設されており、垂直軸２の他端側（下端側）には、変向機構１３を介して水平なプロペラ軸３の一端側が連結されている。プロペラ軸３の他端側はケーシング１２の外に突出しており、プロペラ軸３の他端側にはプロペラ６が取り付けられている。プロペラ６は固定ピッチプロペラである。なお、ケーシング１２にはプロペラ６を囲む略円筒形のダクト１４が取り付けられている。

【0025】

図１に示すように、船舶の内部には、第１入力軸２１、第２入力軸２２及び出力軸２３を外方に突出させたギアボックス４が設けられている。出力軸２３は減速機８の伝達軸９の端部に連結されている。

【0026】

図１に示したギアボックス４の内部には、図２及び図３に示すような遊星歯車機構５が収納されている。遊星歯車機構５は、リングギアＲと、サンギアＳと、キャリアＣに搭載されたプラネットギアＰとを備えており、これら３種類のギアが互いに噛み合っている。また、リングギアＲには外歯が設けられており、外歯には駆動ギアＤが噛み合っている。

【0027】

図２及び図３に示すように、第１入力軸２１の一端は駆動ギアＤに連結されている。また、第２入力軸２２の一端はサンギアＳに連結されている。また、出力軸２３の一端は、プラネットギアＰが搭載されたキャリアＣに連結されている。第１入力軸２１の他端は、第１のモータとしてのモータＡに連結されている。また、第２入力軸２２の他端は、第２のモータとしてのモータＢにクラッチ１５を介して連結されている。第２入力軸２２には、クラッチ１５とサンギアＳの間にブレーキ１６が設けられている。図２及び図３に示すクラッチ１５とブレーキ１６は、図１に示したギアボックス４の内部に設けられている。

【0028】

図２及び図３に示すように、この遊星歯車機構５は、リングギアＲと、サンギアＳと、プラネットギアＰと、キャリアＣがすべて動作可能な差動型である。図２に示すように、クラッチ１５をＯＦＦ、ブレーキ１６をＯＮとしてサンギアＳを固定すると、モータＡが駆動ギアＤを介してリングギアＲを回動すれば、プラネットギアＰ及びキャリアＣが回動して、プロペラ６が設けられた出力軸２３が回動する。また、図３に示すように、クラッチ１５をＯＮ、ブレーキ１６をＯＦＦとした状態では、モータＡが駆動ギアＤによりリングギアＲを回動し、モータＢがサンギアＳを回動することにより、プラネットギアＰ及びキャリアＣが回動して、プロペラ６が設けられた出力軸２３が回動する。運転の詳細は後述するが、低速時には図２に示すようにモータＡのみで運転し、高速時にはモータＡの回転速度を下げるとともに、ブレーキ１６を解除してクラッチ１５を繋ぎ、モータＢを一定速度で運転するとともに、モータＡによって運転速度を調整する。

【0029】

図１に示すように、ギアボックス４の第１入力軸２１には、モータＡが連結されている。モータＡは、高調波対策であるフィルタを含む汎用のインバータ１７で制御されるインバータモータである。ここで汎用のインバータ１７とは、インバータメーカーより標準的な製品として提供されるインバータであり、一般に入手可能な容量の範囲内のものが利用可能である。モータＡはインバータ制御ではあるが、汎用のインバータ１７でよいので価格は安くなり、フィルタも小さいため盤サイズは比較的小さく、設置スペースも小さくて済む。

【0030】

図１に示すように、インバータ１７には抵抗器１８が接続されており、プロペラ６がブレーキ１６として作用し、モータＡが発電する場合は抵抗器１８でエネルギーを吸収する。

【0031】

図１に示すように、インバータ１７は配電盤１９に接続されており、配電盤１９は１台以上の主発電機関２０が接続された給電系統に接続されている。

【0032】

図１に示すように、ギアボックス４の第２入力軸２２には、モータＢが連結されている。モータＢは、図２及び図３に示すように起動器２５（スタータースイッチ）を備えており、この起動器２５で起動すると三相交流により一定速度で駆動される交流モータである。

【0033】

図２及び図３に示すように、本実施形態の船舶推進装置１は制御部３０を備えている。この制御部３０は、プロペラ回転速度を直接的または間接的に計測する図示しない回転速度センサに接続されており、回転速度センサからプロペラ回転速度の計測値を取得するように構成されている。

【0034】

図２及び図３に示すように、制御部３０は、モータＡのインバータ１７、モータＢの起動器２５、ブレーキ１６及びクラッチ１５に接続されており、取得したプロペラ回転速度に基づいてこれらを制御することができる。

【0035】

図４は、ソラー型の遊星歯車機構５ａと、プラネット型の遊星歯車機構５ｂと、差動型の遊星歯車機構５の各構造を示す模式図であり、特に、差動型の遊星歯車機構５が、ソラー型の遊星歯車機構５ａとプラネット型の遊星歯車機構５ｂを組み合わせたものであることを、加算の数式を比喩的に用いて示している。図４では、プラネットギアＰは１個のみを図示しているが、通常は複数個、例えば３〜４個である。また、図４中の矢印は作動の方向を示しており、図４ではプラネットギアＰを搭載するキャリアＣは図示していないが、プラネットギアＰの中心から伸ばした矢印で公転（キャリアＣの回転）を示している。

【0036】

図４の数式の左辺に示すように、ソラー型の遊星歯車機構５ａは、サンギアＳが固定であり、リングギアＲと、プラネットギアＰと、キャリアＣ（図２及び図３参照）が動作可能である。この状態は、モータＡのみがリングギアＲを駆動し、サンギアＳに連結された第２入力軸２２がブレーキ１６で固定され、クラッチ１５が切り離されてモータＢが停止した状態であり、本実施形態ではモータＡのみを駆動する低速時の状態に相当する。

【0037】

また、図４の数式の左辺に示すように、プラネット型の遊星歯車機構５ｂは、リングギアＲが固定であり、サンギアＳと、プラネットギアＰと、キャリアＣ（図２及び図３参照）が動作可能である。この状態は、モータＡが停止してリングギアＲが固定され、モータＢがサンギアＳを駆動してプラネットギアＰとキャリアＣ（図２及び図３参照）を駆動しようとする状態であり、本実施形態ではモータＢの駆動を開始する低速から高速への切り替え時の状態に相当する。

【0038】

図４の数式の右辺に示すように、本実施形態の差動型の遊星歯車機構５は、リングギアＲと、サンギアＳと、プラネットギアＰと、キャリアＣがすべて動作可能である。この状態は、モータＡでリングギアＲを駆動し、モータＢでサンギアＳを駆動し、キャリアＣ（図２及び図３参照）の回転によって出力軸２３を回転させている状態であり、モータＢを一定速度で駆動し、モータＡで速度を調整している高速時に相当する。

【0039】

図５は、本実施形態の差動型の遊星歯車機構５において、ソラー型とプラネット型の各遊星歯車機構５ａ，５ｂの歯数を例示し、この歯数例に基づき、２つのモータＡ、Ｂに接続されたリングギアＲとサンギアＳがそれぞれ分担する動力の比率を算出して一例として示したものである。

【0040】

図５に示すように、ソラー型及びプラネット型の各ギアの歯数を、一例としてサンギアＳ７０枚、プラネットギアＰ３０枚、リングギアＲ１３０枚とする。これらの歯数から速度を算出すると、ソラー型の場合、サンギアＳが０、プラネットギアＰのキャリアＣが５８８ｍｉｎ^-1、リングギアＲが９０４ｍｉｎ^-1となる。また、プラネット型の場合、サンギアＳが１７５０ｍｉｎ^-1、プラネットギアＰのキャリアＣが６１２ｍｉｎ^-1、リングギアＲが０となる。従って、ソラー型とプラネット型を組み合わせた実施形態の差動型の遊星歯車機構５では、出力軸２３であるプラネットギアＰのキャリアＣの速度は、ソラー型及びプラネット型の各遊星歯車機構５ａ，５ｂの各プラネットギアＰのキャリアＣの速度の合計であり、５８８ｍｉｎ^-1＋６１２ｍｉｎ^-1＝１２００ｍｉｎ^-1となる。そして、所望の出力を仮に１００ｋＷとした場合、この例では、ソラー型の遊星歯車機構５ａのリングギアＲの動力は４９ｋＷとなり、プラネット型の遊星歯車機構５ｂのサンギアＳの動力は５１ｋＷとなる。従って、実施形態の差動型の遊星歯車機構５のリングギアＲを駆動するモータＡの動力は４９ｋＷとなり、サンギアＳを駆動するモータＢの動力は５１ｋＷとなり、サンギアＳを駆動するモータＢの動力の方がやや大きい。

【0041】

図６〜図８を参照して本実施形態の船舶推進装置１の作用を説明する。
図６は、実施形態の船舶推進装置におけるプロペラ出力と軸回転速度の関係を示すグラフである。図６に示すように、実施形態の船舶推進装置では、プロペラ出力が始動時の０ｋＷから低出力領域では、図６中に太実線で示すように、制御部３０がモータＡをインバータで駆動して船舶を推進する。この間、クラッチ１５を切ってモータＢは停止しており、ブレーキ１６は作動してサンギアＳが回動しないように第２入力軸２２が固定されている。

【0042】

図６に示すように、プロペラ出力の低出力領域と高出力領域の境界に達すると、制御部３０は、モータＡの回転と出力を所定値まで落とすと共に、起動器２５で始動したモータＢを、図６中に細実線で示すように所定の一定回転速度（実施形態では１７５０ｍｉｎ^-1）で駆動し、モータＡの低下した出力をモータＢに負担させるように制御する。そして、高出力領域において、制御部３０は、太実線で示すようにモータＡをインバータで制御することにより、太破線で示すようにプロペラ出力を調整する。

【0043】

本実施形態によれば、モータＢが駆動を開始した後において、モータＡは、モータＢの駆動に対してブレーキ１６として作用することがない。本実施形態で採用した遊星歯車機構５によれば、プロペラの出力または軸回転速度によっては、モータＡをモータＢと反対方向に駆動しないと、プロペラが正方向に回転を上げていくことができない領域が生じてしまう場合があるが、本実施形態によれば、低出力領域と高出力領域で使用するモータの種類・組合せを適切に切り替えて駆動しているため、全回転領域においてモータＡとモータＢの出力の合計がプロペラの出力となっている。

【0044】

なお、低出力領域から高出力領域への移行におけるモータＡ，Ｂの切り替えは、以下に説明するように、ブレーキ１６とクラッチ１５を適切に制御することにより、安定的に行うことができる。すなわち、仮にクラッチ１５がないとすると、モータＢは常時サンギアＳに連結されていることとなる。そうすると、低出力領域から高出力領域へ移行する際には、停止しているサンギアＳに連結されたモータＢが大きな慣性に抗して始動しなければならない。従って、モータＢの出力軸２３に負荷が連結されていない状態に比べれば、サンギアＳに連結されたモータＢが所定の一定回転速度にまで立ち上がるためには、より大きな電力を要する。ところが、本実施形態では、モータＢの出力軸２３とサンギアＳの間にはクラッチ１５がある。このため、低出力領域から高出力領域へ移行する際には、移行前に、クラッチ１５を切った状態でモータＢを必要最小限の電力で始動させ、必要な回転速度にまで立ち上げておくことができる。そして、移行のタイミングでブレーキ１６を解除し、クラッチ１５を接続して、モータＡ、Ｂからプロペラへ動力を円滑に伝達することができる。

【0045】

図７は、実施形態の舶推進装置におけるプロペラ回転速度とプロペラ出力の関係等を示すグラフであって、プロペラ回転速度に対するプロペラ出力のグラフと、モータＡとモータＢの出力と、効率を示している。プロペラ出力が始動時の０ｋＷから低出力領域では、制御部３０がモータＡをインバータで駆動してプロペラ出力を制御している。プロペラ出力が低出力領域と高出力領域の境界に達すると、一定の回転速度でモータＢを駆動し、モータＡをインバータで調速してプロペラ出力を制御している。その結果、プロペラ出力はプロペラ回転速度に対して所謂三乗特性の関係となり、プロペラ回転速度が０から定格回転速度に至る全領域で遊星歯車の効率が９８％前後の高値となり、燃料消費率が向上する。

【0046】

図８は、実施形態と比較例の各船舶推進装置におけるプロペラ回転速度と発電機電力量の関係を示すグラフである。ここで、比較例とは、［背景技術］の項で説明した「特許文献３」の船舶推進装置に相当し、インバータにより回転制御する副電動機と、スリップクラッチにより回転制御を行う電動機の２つの電動機を有するタイプの装置である。図８のグラフから理解されるように、比較例の場合、プロペラ負荷が大きくなるにつれてスリップロス分が大きくなるため発電量が多くなり、しかも中途の回転速度で発電量が急増する不連続領域があって運転制御の円滑性に欠ける。しかしながら、本実施形態ではロスが少なく比較例よりも効率が良く、モータを駆動するための電力を発生させる発電機関の燃料消費量がより少なくて済む。

【0047】

図９は、本発明の第２の実施形態である船舶推進装置の概略構成を示す図である。第２実施形態では、第１実施形態の減速機８に替えて、遊星歯車機構５を内蔵するギアボックス４を台床７上に設け、遊星歯車機構５の出力軸２３を垂直軸２に連結した。その他の構成は第１実施形態と同様である。第２実施形態によれば、駆動機構を縦型に配置したため、船内に配置する機器類の省スペース化を図ることができる。

【0048】

図１０は、本発明の第３の実施形態である船舶推進装置の駆動系統の概略を示す構成図である。この図は、低速時の駆動力伝達状況を示す図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。第３実施形態では、第１実施形態のブレーキ１６に替えて逆転防止機構としてのワンウエイクラッチ４０が設けられている。ワンウエイクラッチ４０の外輪を固定とし、内輪を駆動軸とすることで、プロペラ６の正回転の方向にのみ駆動軸が回転可能となっている。

【0049】

以上説明したように、本実施形態によれば、２基のモータ（電動機）Ａ，Ｂで船舶を推進する船舶推進装置１において、一方のモータＢを汎用の交流電動機として一定速度で駆動することとし、他方のモータＡを小さい汎用のインバータ１７で駆動する交流電動機として速度を制御するものとし、さらに両モータＡ，Ｂとプロペラ６の連結のためにブレーキ１６とクラッチ１５を含む遊星歯車機構５を用いたので、特注品の高価なインバータが不要であり、設置スペースの節約が可能となり、プロペラ６の駆動動力が途切れない安定的な運転とプロペラ出力に応じた効率的な制御によってモータＡ，Ｂを駆動する発電機関の燃料消費量を削減することができる。

【0050】

なお、以上説明した実施形態では、モータＡはリングギアＲに接続されており、モータＢはサンギアＳに接続されており、プロペラ６はキャリアＣに接続されていたが、必ずしもこの構成は必須とは言えない。遊星歯車機構５のリングギアＲと、サンギアＳと、プラネットギアＰを搭載したキャリアＣの何れかをプロペラに連結し、のこりの２つをモータＡ及びモータＢに連結してもよい。

【符号の説明】

【0051】

１…船舶推進装置
５…遊星歯車機構
６…プロペラ
１５…クラッチ
１６…ブレーキ
１７…インバータ
３０…制御部
４０…逆転防止機構としてのワンウェイクラッチ
Ｓ…サンギア
Ｐ…プラネットギア
Ｒ…リングギア
Ｃ…キャリア
Ａ…第１のモータ
Ｂ…第２のモータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】