JP2005212599A - 船舶推進装置の電源供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 常に安定して確実に船舶推進装置の操作系機器に電源を供給できる船舶推進装置の電源供給システムを提供する。
【解決手段】 船舶推進装置の操作系機構３０，３６を駆動制御する操作系駆動制御回路２４を備え、該操作系機構３０，３６に電源回路２５を介してバッテリから電源を供給する船舶推進装置の電源供給システムにおいて、相互に独立した複数のバッテリを前記電源回路２５に接続し、各バッテリ状態に応じて最適なバッテリを選択して前記操作系機構３０，３６に電源を供給する電源供給制御回路２４を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、バッテリを用いた船舶推進装置の電源供給システムに関する。

船外機やスターンドライブなどの船舶推進装置（以下単に船外機という）と船内の運転席あるいはリモコンとをＬＡＮ（Local Area Network）で接続し、船内側からＬＡＮの通信ラインを通して運転制御信号を送ることにより船外機を駆動操作する船内ＬＡＮ方式が開発されている。これにより、１本のケーブルを通して多数の機器を接続し通信可能となるため、船内と船外機間の配線が簡素化される。

このような船内ＬＡＮ方式の船外機において、ＬＡＮに接続されている機器の一部に異常が起きた場合に、同じＬＡＮに接続されている船外機の他の機器が操作できなくなるおそれがある。

このような船内ＬＡＮの一部に異常が発生しても船外機の操作を続行可能とする船外機操作装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１の船外機操作装置は、船外機のスロットル駆動やシフト駆動を電動アクチュエータで行っている。また、船外機を駆動制御する電動アクチュエータ等の操作系機器の制御信号と、船舶の状態をメータ等に表示するための状態情報信号を互いに独立したケーブルを通して伝達するようにしている。これにより、状態情報信号を伝達するケーブルあるいはこれに接続される機器に異常が発生しても、船外機を駆動制御する操作系の制御信号の伝達に支障を来たすことはないので、船外機は正常に操作され運転は支障なく続行される。

しかしながら、特許文献１のように、操作系の制御信号を表示用の情報信号から独立した通信ラインで伝達しても、操作系機器の駆動には表示用機器に比べ大きな電力を要するため、運転途中で電源用バッテリの容量低下や故障等により船外機の操作ができなくなるおそれがある。

これに対処するため、電源用バッテリを２つ備えて一方のバッテリにより操作系機器に電力を供給し、容量が低下したら手動で他方のバッテリに切換える電源供給方式が考えられる。

しかしながら、海上を航行する船舶においては特に、常に安定して確実に船外機に電源を供給することが必要であり、手動により切換える方法では運転者が常にバッテリ容量を確認して切換操作を実施しなければならないという煩雑さがあり、また切換え忘れにより駆動装置が停止する可能性もある。

特開２００３−２００８９５号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、常に安定して確実に船外機の操作系機器に電源を供給できる船外機の電源供給システムの提供を目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、船舶推進装置の操作系機構を駆動制御する操作系駆動制御回路を備え、該操作系機構に電源回路を介してバッテリから電源を供給する船舶推進装置の電源供給システムにおいて、相互に独立した複数のバッテリを前記電源回路に接続し、各バッテリの状態に応じてバッテリを選択して前記操作系機構に電源を供給する電源供給制御回路を有することを特徴とする船舶推進装置の電源供給システムを提供する。

請求項２の発明では、前記操作系駆動制御回路が前記電源供給制御回路として機能することを特徴としている。

請求項３の発明では、前記操作系機構は、操舵駆動装置、スロットル操作装置、シフト操作装置及びエンジン駆動装置のうち少なくとも１つを含むことを特徴としている。

請求項４の発明では、前記操舵駆動装置はハンドルのステアリング操作角検出装置に連結され、該ステアリング操作角検出装置並びに前記操舵駆動装置、スロットル操作装置、シフト制御装置及びエンジン駆動装置は、それぞれステアリング操作用の制御回路、操舵駆動用の制御回路、スロットル操作用の制御回路、シフト操作用の制御回路及びエンジン駆動用の制御回路を備え、前記各制御回路が前記電源供給制御回路として機能することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、複数のバッテリを電源回路に接続して１つのバッテリから操作系機構に電源を供給し、電源供給制御回路が、走行中常にバッテリ状態を判別して所定値以下にバッテリ状態が低下したら自動的に別のバッテリに切換えるため、船舶推進装置の操作系機構への電源供給が安定して確実に行われ、船舶を安定して走行させることができる。

請求項２の発明によれば、操作系機構の駆動制御回路が複数の電源から最適な１つの電源を選択して切換える機能を有するため、操作系機構に複数のバッテリを接続しておくことにより、回路を増やすことなく駆動制御回路を用いて自動的に安定して確実に操作系機構に電源を供給できる。

請求項３の発明によれば、操作系機構は、ハンドルのステアリング操作角に応じて船舶推進装置をスイベル軸廻りに回動させる操舵駆動装置、電動スロットルを開閉動作させるスロットル操作装置、電動シフト機構を前進、後退又は中立の位置にシフト動作させるシフト操作装置及びエンジンの点火系及び／又は燃料供給系を制御するエンジン駆動装置のうちのいずれかにより構成されるため、これらの船舶推進装置必須の操作系機構の制御回路の各々に複数のバッテリを接続しておくことにより、最適なバッテリが自動的に選択され安定して確実に電源を供給できる。

請求項４の発明によれば、ステアリング操作用の制御回路、操舵駆動用の制御回路、スロットル操作用の制御回路、シフト操作用の制御回路及びエンジン駆動用の制御回路を備え、これらの制御回路が前記電源供給制御回路として機能するため、各制御回路に複数のバッテリを接続しておくことにより、最適なバッテリが自動的に選択され各操作系機構に安定して確実に電源を供給できる。

図１は、本発明が適用される船外機の全体平面図である。この実施形態は、２機掛け船外機を取付けた小型船舶である。

船体１の船尾板２に２台の同様な構成の船外機３が取付けられる。各船外機３はそれぞれ、２ヵ所のクランプブラケット４を介して船尾板２に取付けられる。各船外機３はスイベル軸６廻りに回転可能である。スイベル軸６の上端部にステアリングブラケット５が固定される。ステアリングブラケット５の端部に操舵駆動装置１５が連結される。この操舵駆動装置１５は例えばボールネジ（不図示）上に装着されたＤＤ（Direct Drive）型モータにより構成される。各ＤＤ型モータがボールネジに沿って矢印Ａのように移動することにより、これに連結されたステアリングブラケット５がスイベル軸６廻りに回転して船外機３を操舵する。

船体１の運転席にハンドル７が備わり、その操作角度がハンドル軸８を介してステアリング操作角検出装置９により検出される。このステアリング操作角検出装置９は、不図示のマイコンからなるステアリング操作用の電子制御回路（ＥＣＵ）を備えている。検出されたハンドル操作角度は、このＥＣＵから電気信号の操舵角信号としてケーブル１０を介して船外機のコントローラ１１に送られる。コントローラ１１は、この操舵角信号に基づいて、操舵駆動装置１５を駆動して船外機本体３をスイベル軸６廻りに回動させて船体１を操舵する。

本発明では、相互に独立した２つのバッテリ１２ａ，１２ｂが船内に搭載され、後述のようにいずれか一方が選択的に用いられ、両方の船外機３の各操作系機構に電源を供給する。なお、本発明は２機掛け船外機に限らず、１機のみの船外機であっても２つのバッテリを選択的に切換えて用いる。

図２は、図１の船外機の操作系機構のブロック図である。各ブロックを結ぶ点線は電源供給ラインを示し、実線は操作信号の通信ライン及び駆動制御信号の送信ラインを示す。通信ラインはＬＡＮあるいはＣＡＮ（Controlled Area Network）で構築される。船外機には図示した操作系機構の通信ラインの他に、メータ類に各種運転状態の情報を表示するための運転状態検出情報の伝達ラインが独立した別系統で設けられているが、これらは図示しない。

ハンドル７の操作角度がハンドル軸８を介してステアリング操作角検出装置９により検出される。このステアリング操作角検出装置９は、不図示のマイコンからなるステアリング操作用の電子制御回路１４を備えている。このステアリング操作は、ハンドル以外にもリモコン１３により操作可能である。リモコン１３及びステアリング操作用の電子制御回路（ＥＣＵ）１４に、DＣ１２Ｖの２つの第１バッテリ１２ａ及び第２バッテリ１２ｂがそれぞれ接続される。

リモコン１３及び電子制御回路１４は、通信ラインを介して２機の同様な構成の船外機３の操作系機構に接続される。

各船外機３は、インジェクタ１７及びこれを駆動制御するエンジン駆動制御用の電子制御回路（ＥＣＵ）１６を有する。このＥＣＵ１６にはさらに点火コイル（不図示）が連結され点火制御を行う。また船外機３は、電子スロットル２０とこれを駆動するスロットルバルブコントローラ１９及び各種エンジン運転状態情報に基づいて電子スロットルを開閉制御する電子スロットル操作用の電子制御回路（ＥＣＵ）１８を有する。船外機３はさらに、電動シフト機構２２及びこれを駆動制御する電動シフト機構操作用の電子制御回路（ＥＣＵ）２１を有する。

各船外機３ごとに操舵駆動装置１５が備わる。各操舵駆動装置１５は、前述のように、例えばボールネジ（不図示）上に装着されたＤＤ型モータにより構成される。図１に示したように、各ＤＤ型モータがボールネジに沿って矢印Ａのように移動することにより、これに連結されたステアリングブラケット５がスイベル軸６廻りに回転して船外機３を操舵する。各操舵駆動装置１５は、操舵制御用の電子制御回路（ＥＣＵ）２６を有する。このＥＣＵ２６に、ステアリング操作角検出装置９のＥＣＵ１４からステアリング操作角度情報、すなわち運転者によるハンドル７の回転操作角度又はリモコン１３からのステアリング操作角度情報及びシフト位置情報が送られる。ＥＣＵ２６は、これらのステアリング操作角度情報に基づいてＤＤ型モータを駆動して船外機３をスイベル軸廻りに回動させて船を操舵する。

第１バッテリ１２ａ及び第２バッテリ１２ｂはそれぞれ独立したラインを介して、２機の船外機３の各操作系機構のＥＣＵ１４，１６，１８，２１及び２６に接続される。

図３は、本発明に係るバッテリ切換選択機能を有するＥＣＵの構成図である。

ＥＣＵ２３は、制御プログラムが格納されたマイコンからなるＣＰＵ２４を備え、パワー系電源回路２５と、制御系電源回路２６と、ＣＡＮトランシーバ２７と、外部書込用通信回路２８と、発振回路２９と、トルクモータ３６が接続するモータドライバ３０と、トルクセンサ３７が接続するトルクセンサ入力回路３１と、それぞれＨＩＣ（ホール素子）３８，３９が接続する２つのＨＩＣ入力回路３２，３３と、ＬＥＤ４０が接続するランプ出力回路３４と、ブザー４１が接続するブザー出力回路３５とにより構成される。

パワー系電源回路２５には第１バッテリ１２ａ及び第２バッテリ１２ｂ（図１、図２）が接続される。このパワー系電源回路２５は、第１及び第２バッテリの電源を２系統のまま制御系電源回路２６に入力するとともに、ＣＰＵ２４の指令により、リレーなどの切換回路（不図示）で、いずれかのバッテリ電源をモータドライバ３０に供給する。この場合、エンジンを始動する出港時に、２つのバッテリのうちいずれか一方のバッテリを切換回路を介して駆動電源として接続し、走行中にバッテリ能力が低下したら他方のバッテリに切換えるようにＣＰＵ２４のバッテリ切換えプログラムを構成してもよいし、あるいは２系統のバッテリの電圧及びモータ電流からあるいはバッテリ残量等からバッテリ能力を比較し、能力の高い方のバッテリを選択するようにＣＰＵ２４のバッテリ選択プログラムを構成してもよい。

なお、出港前の電源ＯＮ直後に、２系統のバッテリ電源それぞれの容量や能力チェック及びモータの動作確認を行い、異常があればＬＥＤやブザーで警告して出港前に対処しておくことが好ましい。

制御系電源回路２６は、パワー系電源回路２５からの２系統のバッテリ電源を相互に廻り込まないようにダイオードなどで系統分離し、これらの２系統のバッテリ電源をＣＰＵ２４に伝達する機能と、ＣＰＵ２４を動作させるための適切な電圧に変換する定電圧機能を有する。

モータドライバ３０は、パワー系電源回路２５から切換回路を介して供給されるバッテリ電源によって、ＣＰＵ２４からのＰＷＭ制御信号を増幅し、操舵駆動装置１５のＤＤ型モータを作動制御する機能と、このモータ電流をＣＰＵ２４に伝達する機能を有する。

ＣＰＵ２４は、トルクモータ（ステアリング操作用のＤＤ型モータ）３６に供給されるバッテリ電圧を検出するとともに、このバッテリ電圧とモータ電流との値から例えば図４に示すようなバッテリ−電流−電圧特性をバッテリ容量ごとに表したグラフに基づいてバッテリ能力低下度を判別する。バッテリ能力が所定値以下に低下したら、パワー系電源回路２５に電源切換え指令を出す。これとともに、ランプ出力回路３４を介してＬＥＤ４０を点灯（又は点滅）させることにより警告表示し、ブザー出力回路３５を介してブザー４１を鳴らす。さらにこのバッテリ能力低下状態の信号をＣＡＮトランシーバ２７を介して外部（例えば運転席）に送信する。

このようなバッテリ切換え動作に代えて、２系統のバッテリの各々のバッテリ残量を検出し、残量の多いバッテリを選択して使用するようにしてもよい。この場合、使用しないバッテリは、走行中に充電しておく。

外部書込用通信回路２８は、ＣＰＵ２４のプログラムを書き換えるための回路である。発振回路２９は、ＣＰＵ２４の発振回路である。

トルクセンサ３７は、ステアリング操作角度に応じてトルクモータ３６を駆動したときに、ハンドル及びトルクモータへの反トルクを検出して適切な操舵角が得られたかどうかをフィードバック制御するためのものである。

ＨＩＣ３８，３９は、ステアリング操作角度を検出するためのポテンショメータとして用いられる。２個のＨＩＣ３８，３９を用いることにより、検出の信頼性が高まる。

図５は、本発明に係る電源供給システムの動作を示すフローチャートである。各ステップの動作は以下の通りである。

ステップＳ１：出港前のステップであり、２機掛けの各船外機におけるパワー系電源回路２５（図３）の切換回路の入力側に２つのバッテリを接続する。

ステップＳ２：切換回路の出力側から一方のバッテリを操舵駆動装置のトルクモータ３６駆動用のモータドライバ３０に接続する。すなわち、１つのバッテリから２機の船外機に電源を供給する。

ステップＳ３：エンジンを始動し、出港して航走開始する。

ステップＳ４：ハンドル操作あるいはリモコン操作によりステアリング操作を行う。

ステップＳ５：ステアリング操作角度に応じてモータドライバ３０を介してトルクモータ３６を駆動する。

ステップＳ６：トルクセンサ３７を用いたトルクのフィードバック制御によりトルクモータを駆動制御して船外機を操舵する。

ステップＳ７：使用中のバッテリの電圧及びトルクモータの電流を検出する。

ステップＳ８：バッテリ電圧及びモータ電流から図４のグラフに基づいてバッテリの状態を判別する。

ステップＳ９：バッテリ状態が所定状態より低下したかどうか、例えば初期の能力状態から所定の容量まで低下したかどうかが判別される。低下していなければそのまま航走し続けステアリング操作（ステップＳ４）が繰り返される。バッテリが所定状態以下に低下していればステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０：パワー系電源回路２５の切換回路を駆動して他方のバッテリをモータドライバ３０に接続する。これにより、駆動能力が低下したバッテリに代えて新たなフル容量のバッテリからトルクモータ３６に電源電圧が供給される。

ステップＳ１１：帰港したかどうかが判別される。帰港したのであればフローを終了する。航走中であればステップＳ４からのステアリング操作を繰り返す。

本発明は、特に海上を航行する小型船舶の船外機に適用することにより顕著な効果が得られる。

本発明の実施形態に係る船外機の全体平面図。 図１の船外機の操作系機構のブロック図。 本発明に係るバッテリ選択機能を有するＥＣＵの構成図。 バッテリ特性のグラフ。 本発明に係る電源供給システムの動作を示すフローチャート。

符号の説明

１：船体、２：船尾板、３：船外機、４：クランプブラケット、
５：ステアリングブラケット、６：スイベル軸、
７：ハンドル、８：ハンドル軸、９：ステアリング操作角検出装置、
１０：ケーブル、１１：コントローラ、１２ａ：第１バッテリ、
１２ｂ：第２バッテリ、１３：リモコン、
１４：ステアリング角操作用のＥＣＵ、１５操舵駆動装置、
１６：エンジン駆動用のＥＣＵ、１７：インジェクタ、
１８：電子スロットル操作用のＥＣＵ、
１９：スロットルバルブコントローラ、
２２：電動シフト機構、２３：ＥＣＵ、２４：ＣＰＵ、
２５：パワー系電源回路、２６：制御系電源回路、
２７：ＣＡＮトランシーバ、２８：外部書込用通信回路、
２９：発振回路、３０：モータドライバ、
３１：トルクセンサ入力回路、３２：ＨＩＣ入力回路、
３３：ＨＩＣ入力回路、３４：ランプ入力回路、３５：ブザー入力回路、３６：トルクモータ、３７：トルクセンサ、３８，３９：ＨＩＣ、
４０：ＬＥＤ、４１：ブザー。

Claims (4)

1. 船舶推進装置の操作系機構を駆動制御する操作系駆動制御回路を備え、該操作系機構に電源回路を介してバッテリから電源を供給する船舶推進装置の電源供給システムにおいて、
   相互に独立した複数のバッテリを前記電源回路に接続し、
   各バッテリの状態に応じてバッテリを選択して前記操作系機構に電源を供給する電源供給制御回路を有することを特徴とする船舶推進装置の電源供給システム。
2. 前記操作系駆動制御回路が前記電源供給制御回路として機能することを特徴とする請求項１に記載の船舶推進装置の電源供給システム。
3. 前記操作系機構は、操舵駆動装置、スロットル操作装置、シフト操作装置及びエンジン駆動装置のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶推進装置の電源供給システム。
4. 前記操舵駆動装置はハンドルのステアリング操作角検出装置に連結され、該ステアリング操作角検出装置並びに前記操舵駆動装置、スロットル操作装置、シフト制御装置及びエンジン駆動装置は、それぞれステアリング操作用の制御回路、操舵駆動用の制御回路、スロットル操作用の制御回路、シフト操作用の制御回路及びエンジン駆動用の制御回路を備え、前記各制御回路が前記電源供給制御回路として機能することを特徴とする請求項３に記載の船舶推進装置の電源供給システム。
   

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