JP2014080077A - 電動船外機 - Google Patents

Abstract

【課題】プロペラが水没した状態で船体の推進力により回転する場合、プロペラの過回転による電動モータ及びインバータの故障を防止でき、更に、回生運転時にはバッテリへの過充電も防止できること。
【解決手段】船外機本体１１と、この船外機本体１１を船体１３に取り付ける取付ブラケット装置１２とを有し、船外機本体１１が、上部に配置された電動モータ１４の駆動力により、下部に配置されたプロペラ１５を回転駆動する電動船外機１０において、電動モータ１４からプロペラ１５へ動力を伝達する動力伝達経路３３（ドライブシャフト３１、ベベルギア３２、プロペラシャフト２６等）に、この動力伝達経路３３を制動状態または遮断状態に調整する経路調整手段（電磁ブレーキ４４、電磁クラッチ５０）が設けられたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は電動船外機に係り、特に補機として機能する電動船外機に関する。

船外機には、動力源に電動モータを備えた電動船外機が知られている（特許文献１参照）。ここで、特許文献１に記載の電動船外機は、発電機とバッテリからの電力で駆動する電動船外機であって、バッテリモードでの運転中に給電電路に異常が発生した場合、電動船外機における電動モータの回転数を制限するものである。

また、電動船外機は小型の場合が多く、エンジンを搭載した船外機を主機とし、電動船外機を補機として使用されることが多い。

特開２０１０−５１０４１号公報

電動船外機を補機として使用する場合には、主機を用いて船体を推進させる際に、補機としての電動船外機のチルトアップ操作を忘れる場合がある。また、バッテリを充電させるために電動船外機を回生運転する場合には、電動船外機のチルトアップ操作を意図的に実施しない場合がある。

このような場合に主機を用いて船体を高速走行すると、図５に示すように、補機である電動船外機のプロペラが使用範囲を超えて高速回転し（例えば略１００００ｒｐｍ）、プロペラに連結された電動モータも高速回転してしまう。この結果、電動モータ、及びこの電動モータ制御用のインバータが故障してしまう恐れがある。更に、電動船外機を回生運転する場合には、バッテリが過充電されてバッテリ故障が生ずる恐れもある。

また、電動船外機にあっては、電動モータとプロペラは、シフト機構等を介することなく連結されているので、電動モータへ電力を供給するためのメインスイッチがＯＮ動作されたとき、プロペラが意図せずに回転して、船体が急発進する恐れもある。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、プロペラが水没した状態で船体の推進力により回転する場合、プロペラの過回転による電動モータ及びインバータの故障を防止でき、更に、回生運転時にはバッテリへの過充電も防止できる電動船外機を提供することにある。

本発明は、船外機本体と、この船外機本体を船体に取り付ける取付ブラケット装置とを有し、前記船外機本体が、上部に配置された電動モータの駆動力により、下部に配置されたプロペラを回転駆動する電動船外機において、前記電動モータから前記プロペラへ動力を伝達する動力伝達経路に、この動力伝達経路を制動状態または遮断状態に調整する経路調整手段が設けられたことを特徴とするものである。

本発明によれば、プロペラが水没した状態で船体の推進力により回転する状況下では、電動モータとプロペラ間の動力伝達経路が経路調整手段により制動状態または遮断状態に調整されることで、制動状態ではプロペラ及び電動モータの過回転が防止され、遮断状態では電動モータの過回転が防止される。これにより、プロペラの過回転による電動モータ、及びこの電動モータ制御用のインバータの故障を防止でき、更に、回生運転時には電動モータに電気的に接続されたバッテリへの過充電を防止して、バッテリの故障も回避できる。

本発明に係る電動船外機の第１実施形態を示す縦断面図。 図１の電動船外機の駆動制御系を示すブロック図。 図１及び図２の電磁ブレーキをＰＷＭ制御するときの制御電圧を示すグラフ。 図２の駆動制御系が実行する動作を示すフローチャート。 エンジン駆動船外機（主機）で船体を推進したとき、電動船外機（補機）と主機の各プロペラ回転数と船体速度との関係を示すグラフ。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図４）
図１は、本発明に係る電動船外機の第１実施形態を示す縦断面図である。この図１に示すように、電動船外機１０は、船外機本体１１と取付ブラケット装置１２とを有してなり、取付ブラケット装置１２が船外機本体１１を船体１３のトランサム１３Ａに取り付ける。船外機本体１１は、上部に配置された電動モータ１４の駆動力により、下部に配置されたプロペラ１５を回転駆動する。

つまり、船外機本体１１は、その最上部に箱状のモータカバー１６を有し、このモータカバー１６の内部に形成されたモータルーム１７に、船外機本体１１の動力源としての電動モータ１４が収納される。モータカバー１６は例えば上下に分割可能に形成され、ロアモータカバー１８と、このロアモータカバー１８に上方から着脱自在に覆い被さるアッパーモータカバー１９と、を備えて構成される。

ロアモータカバー１８の前下部（図１における左側）には操舵ハンドル２１が前方（図における左方）へ延設され、この操舵ハンドル２１の先端に電動モータ１４の出力調整用のスロットルグリップ２２が設けられる。また、操舵ハンドル２１の上面に、電動モータ１４の正転と逆転を切り換えるシフトスイッチ２３が設置される。このシフトスイッチ２３は操舵ハンドル２１の側面に設けてもよい。

ロアモータカバー１８の下部にはエクステンションケース２４が下方に向かって延設され、このエクステンションケース２４の下部にロアケース２５が設けられる。ロアケース２５の内部にプロペラシャフト２６が軸支され、このプロペラシャフト２６の後端にプロペラ１５が回転一体に設けられる。

モータルーム１７内において、エクステンションケース２４の上部にモータマウント２７が一体または一体的に形成される。そして、このモータマウント２７に電動モータ１４が、その出力軸２８を略鉛直方向に向けるよう縦置き（バーティカル）に配置される。電動モータ１４は、モータマウント２７に例えばボルト２９によって固定される。

エクステンションケース２４内には、電動モータ１４の出力軸２８の下端に、電磁ブレーキ４４（後述）を介して連結されたドライブシャフト３１が下方に向かって延び、このドライブシャフト３１の下端が、ベベルギア３２を介してプロペラシャフト２６に連結される。電動モータ１４の出力軸２８の回転力（駆動力）は、ドライブシャフト３１及びベベルギア３２を経てプロペラシャフト２６に伝達され、プロペラ１５を回転させる。

ここで、上述のドライブシャフト３１、ベベルギア３２及びプロペラシャフト２６は、電動モータ１４の出力軸２８も含めて、電動モータ１４からプロペラ１５へ動力を伝達する動力伝達経路３３を構成する。

モータルーム１７内には電動モータ１４のほかに、この電動モータ１４に電力を供給する例えばリチウムイオンバッテリ等の充電式バッテリ３４と、電動モータ１４の回転数等を制御する制御ユニット３５とが設けられる。本実施形態では、バッテリ３４が電動モータ１４の後方に、制御ユニット３５が電動モータ１４の前方にそれぞれ配置される。

また、アッパーモータカバー１９の前面には、バッテリ３４の充電量（残量）等を示す表示パネル３６が設けられ、この表示パネル３６にメインの電源スイッチ（即ちメインスイッチ）３７が設けられる。そして、制御ユニット３５は、モータルーム１７内において表示パネル３６の後方に近接配置される。更に、バッテリ３４は、モータマウント２７の後方に配置されたバッテリホルダ３８に着脱可能に装着される。

前記取付ブラケット装置１２は、スイベルブラケット４１及びクランプブラケット４２を有して構成される。船外機本体１１におけるエクステンションケース２４の上部がスイベルブラケット４１に、水平方向に回転自在に支持される。このスイベルブラケット４１は、スイベル軸４３を介してクランプブラケット４２に鉛直方向に回動自在に支持され、このクランプブラケット４２が船体１３のトランサム１３Ａを把持可能に設けられる。

これにより、船外機本体１１は、船体１３に対して水平方向及び鉛直方向に旋回可能に設けられる。従って、電動船外機１０は、船外機本体１１を船体１３に対して鉛直方向にトリム、チルト動作させることが可能になり、更に操作ハンドル２１が水平方向に操作されることで、船外機本体１１の向きを変更させて船体１３を操舵可能とする。

ところで、動力伝達経路３３には、この動力伝達経路３３を制動状態に調整する経路調整手段としての電磁ブレーキ４４が配設されている。この電磁ブレーキ４４はブレーキ装置であり、本実施形態では電動モータ１４の出力軸２８とドライブシャフト３１との間に設置される。但し、この電磁ブレーキ４４は、ドライブシャフト３１またはプロペラシャフト２６に設置されてもよく、あるいは電動モータ１４の出力軸２８であってドライブシャフト３１とは反対側に設置されてもよい。

更に、この電磁ブレーキ４４は、電動モータ１４へ電力を供給するための前記メインスイッチ３７とは独立して設けられた電磁ブレーキ解除スイッチ４５（図２）のＯＮ動作により、動力伝達経路３３の制動状態を解除するよう構成されている。従って、メインスイッチ３７がＯＮ動作されて電動モータ１４へバッテリ３４から電力が供給されたときでも、電磁ブレーキ解除スイッチ４５がＯＮ動作されて動力伝達経路３３の制動状態が解除されない限り、プロペラ１５及び電動モータ１４の回転は制動される。

また、図１に示す制御ユニット３５は、図２に示すように、コントローラ４６と、電動モータ１４の回転数を制御するためのインバータ４７とを有して構成される。このインバータ４７を介して、バッテリ３４からの電力が電動モータ１４へ供給される。電動モータ１４は、回生運転時には、プロペラ１５の回転により発電機として機能して、インバータ４７を介しバッテリ３４を充電する。

コントローラ４６は、メインスイッチ３７、スロットルグリップ２２及びシフトスイッチ２３のほか、図示しないスイッチやセンサなどからの情報に基づいてインバータ４７を制御し、電動モータ１４を駆動制御する。また、コントローラ４６は、電磁ブレーキ解除スイッチ４５からの信号に基づき電磁ブレーキ４４による動力伝達経路３３の制動状態を解除する。

更に、コントローラ４６は、電磁ブレーキ４４による動力伝達経路３３の制動状態が電磁ブレーキ解除スイッチ４５により解除された後には、電動モータ１４の許容上限回転数、インバータ４７の上限回転数、バッテリ３４の許容上限電圧に基づいて、電磁ブレーキ４４による動力伝達経路３３を再度制動させる。

つまり、エンジン駆動の船外機を主機として機能させて船体１３を推進させるときで、補機として機能する電動船外機１０の船外機本体１１がチルトアップされていない場合や、補機として機能する電動船外機１０を回生運転してプロペラ１５の回転により電動モータ１４を発電機として機能させてバッテリ３４を充電する場合には、電磁ブレーキ４４による動力伝達経路３３の制動状態が電磁ブレーキ解除スイッチ４５により解除されていれば、水没したプロペラ１５は主機による船体１３の推進力で回転し、これに伴い電動モータ１４も回転する。

この状態で、コントローラ４６は、電動モータ１４の回転数が、電動モータ１４の許容上限回転数とインバータ４７の上限回転数とのいずれか低い値αを超えたときに、電磁ブレーキ４４をＯＮ動作して動力伝達経路３３を制動状態とする。

更に、電動船外機１０の回生運転時には、コントローラ４６は、電動モータ１４の回転数が上記値α以下の場合であっても、充電過程にあるバッテリ３４の電圧が、このバッテリ３４の許容上限電圧βを超えたときに、電磁ブレーキ４４をＯＮ動作して動力伝達経路３３を制動状態とする。

ここで、電磁ブレーキ４４を制動状態とする際には、コントローラ４６は、電磁ブレーキ４４への制御電圧を図３に示すようにパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することで、電動モータ１４及びプロペラ１５の回転数を急激に低下させるのではなく、徐々に低下させるようにしてもよい。

上述の電動モータ１４、バッテリ３４、制御ユニット３５（コントローラ４６、インバータ４７）、メインスイッチ３７、スロットルグリップ２２、シフトスイッチ２３、電磁ブレーキ４４及び電磁ブレーキ解除スイッチ４５は駆動制御系４０を構成する。次に、この駆動制御系４０の動作を、図４を用いて説明する。

メインスイッチ３７のＯＦＦ状態では、コントローラ４６は電磁ブレーキ４４をＯＮ動作させており、動力伝達経路３３は制動状態になっている（Ｓ１）。次に、コントローラ４６は、メインスイッチ３７がＯＮ動作されたか否かを判断し（Ｓ２）、メインスイッチ３７がＯＦＦ動作状態にあるときには、電磁ブレーキ４４をＯＮ動作状態に保持する。

コントローラ４６は、ステップＳ２においてメインスイッチ３７がＯＮ動作されたと判断したときに、電磁ブレーキ解除スイッチ４５がＯＮ動作されたか否かを判断する（Ｓ３）。コントローラ４６は、電磁ブレーキ解除スイッチ４５がＯＮ動作されていないときには、電磁ブレーキ４４をＯＮ動作状態に保持する。

コントローラ４６は、ステップＳ３において電磁ブレーキ解除スイッチ４５がＯＮ動作されたときに、電磁ブレーキ４４をＯＦＦ動作（解除動作）して動力伝達経路３３の制動状態を解除する（Ｓ４）。これにより、電動モータ１４及びプロペラ１５が回転可能状態になる。

補機（電動船外機１０）における水没したプロペラ１５が主機による船体１３の推進力により回転し、これに伴い補機の電動モータ１４が回転する状況下で、補機のコントローラ４６は、電動モータ１４の回転数が、電動モータ１４の許容上限回転数とインバータ４７の上限回転数とのいずれか低い値α以下であるか否かを判断する（Ｓ５）。このコントローラ４６は、電動モータ１４の回転数が前記値αを超えたときに、電磁ブレーキ４４をＯＮ動作して動力伝達経路３３を制動状態とし（Ｓ６）、電動モータ１４及びプロペラ１５の過回転を防止する。

ステップＳ５において、電動モータ１４の回転数がこの電動モータ１４の許容上限回転数とインバータ４７の上限回転数とのいずれか低い値α以下であるときには、補機のコントローラ４６は、バッテリ３４の電圧が許容上限電圧β以下であるか否かを判断する（Ｓ７）。補機である電動船外機１０の回生運転によってそのバッテリ３４の電圧が許容上限電圧βを超えたときに、この補機のコントローラ４６は、電磁ブレーキ４４をＯＮ動作させて動力伝達経路３３を制動状態とし（Ｓ６）、バッテリ３４への過充電を防止する。バッテリ電圧が許容上限電圧β以下の場合には、電磁ブレーキ解除スイッチ４５がＯＮ動作して電磁ブレーキ４４をＯＦＦ動作し（Ｓ３）、動力伝達経路３３の制動状態を解除する（Ｓ４）。

尚、ステップＳ５及びＳ６の動作は、電動船外機１０が回生運転される場合に限らず、船体１３に推進力を付与するための通常運転時にも適用されて、電動船外機１０の電動モータ１４の過回転を防止する。

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）例えば、電動船外機１０の船外機本体１１をチルトアップさせ忘れた場合や、電動船外機１０を回生運転させる場合などのように、プロペラ１５が水没した状態で船体１３の推進力により回転する状況下では、電動モータ１４とプロペラ１５間の動力伝達経路３３が電磁ブレーキ４４により制動状態に調整されることで、プロペラ１５及び電動モータ１４の過回転が防止される。これにより、プロペラ１５の過回転による電動モータ１５、及びこの電動モータ制御用のインバータ４７の故障を防止でき、更に電動船外機１０の回生運転時には、発電機として機能する電動モータ１４に電気的に接続されたバッテリ３４への過充電を防止して、このバッテリ３４の故障も回避できる。

（２）電磁ブレーキ４４は、メインスイッチ３７とは独立して設けられた電磁ブレーキ解除スイッチ４５のＯＮ動作によって、動力伝達経路３３の制動状態を解除する。このため、メインスイッチ３７がＯＮ動作されてバッテリ３４から電動モータ１４へ電力が供給されたときでも、電磁ブレーキ解除スイッチ４５がＯＮ動作されて動力伝達経路３３の制動状態が解除されない限り、プロペラ１５の回転は制動される。従って、メインスイッチ３７の意図しない操作により船体１３が急発進することを防止できる。

［Ｂ］第２実施形態（図１〜図４）
第２実施形態における経路調整手段は、第１実施形態の電磁ブレーキ４４に代えて、動力伝達経路３３を遮断状態または接続状態とするクラッチ装置（例えば電磁クラッチ５０）を用いたものである。この電磁クラッチ５０は、電磁ブレーキ４４が動力伝達経路３３を制動状態とする代わりに、動力伝達経路３３を遮断状態として、プロペラ１５の回転を電動モータ１４へ伝達しないようにする。

この電磁クラッチ５０は、図２及び図４のステップＳ３及びＳ４に示すように、メインスイッチ３７とは独立して設けられた電磁クラッチ接続スイッチ５１（図２）のＯＮ動作によるコントローラ４６からの信号によって、動力伝達経路３３を遮断状態から接続状態とする。

更に、電磁クラッチ５０による動力伝達経路３３の遮断状態は、図４のステップＳ５及びＳ６に示すように、水没して船体１３の推進力で回転するプロペラ１５が電動モータ１４を回転させるとき、この電動モータ１４の回転数が電動モータ１４の許容上限回転数とインバータ４７の上限回転数とのいずれか低い値αを超えたときに、コントローラ４６により実施される。

また、電磁クラッチ５０による動力伝達経路３３の遮断状態は、図４のステップＳ７及びＳ６に示すように、水没して船体１３の推進力で回転するプロペラ１５が電動モータ１４を回転させ、この電動モータ１４に接続されたバッテリ３４を充電するとき、このバッテリ３４の電圧がバッテリ３４の許容上限電圧を超えたときに、コントローラ４６により実施される。

従って、経路調整手段として電磁クラッチ５０を用いた本第２実施形態では、次の効果（３）及び（４）を奏する。
（３）例えば、電動船外機１０の船外機本体１１をチルトアップさせ忘れた場合や、電動船外機１０を回生運転させる場合などのように、プロペラ１５が水没した状態で船体１３の推進力により回転する状況下では、電動モータ１４とプロペラ１５間の動力伝達経路３３が電磁クラッチ５０により遮断状態に調整されることで、電動モータ１４の過回転が防止される。これにより、プロペラ１５の過回転による電動モータ１５、及びこの電動モータ制御用のインバータ４７の故障を防止でき、更に電動船外機１０の回生運転時には、発電機として機能する電動モータ１４に電気的に接続されたバッテリ３４への過充電を防止して、このバッテリ３４の故障も回避できる。

（４）電磁クラッチ５０は、メインスイッチ３７とは独立して設けられた電磁クラッチ接続スイッチ５１のＯＮ動作によって、動力伝達経路３３を遮断状態から接続状態とする。このため、メインスイッチ３７がＯＮ動作されてバッテリ３４から電動モータ１４へ電力が供給されたときでも、電磁クラッチ接続スイッチ５１がＯＮ動作されて動力伝達経路３３が接続状態にされない限り、電動モータ１４によってプロペラ１５が回転することはない。従って、メインスイッチ３７の意図しない操作により船体１３が急発進することを防止できる。

以上、本発明を上記各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形してもよい。

１０ 電動船外機
１１ 船外機本体
１２ 取付ブラケット装置
１３ 船体
１４ 電動モータ
１５ プロペラ
２６ プロペラシャフト
２８ 出力軸
３１ ドライブシャフト
３２ ベベルギア
３３ 動力伝達経路
３４ バッテリ
３５ 制御ユニット
３７ メインスイッチ
４４ 電磁ブレーキ（経路調整手段）
４５ 電磁ブレーキ解除スイッチ
４６ コントローラ
４７ インバータ
５０ 電磁クラッチ（経路調整手段）
５１ 電磁クラッチ接続スイッチ
α 低い値
β 許容上限電圧

Claims (7)

1. 船外機本体と、この船外機本体を船体に取り付ける取付ブラケット装置とを有し、前記船外機本体が、上部に配置された電動モータの駆動力により、下部に配置されたプロペラを回転駆動する電動船外機において、
   前記電動モータから前記プロペラへ動力を伝達する動力伝達経路に、この動力伝達経路を制動状態または遮断状態に調整する経路調整手段が設けられたことを特徴とする電動船外機。
2. 前記経路調整手段による動力伝達経路の制動状態または遮断状態は、水没して船体の推進力で回転するプロペラが電動モータを回転させるとき、この電動モータの回転数が、この電動モータの許容上限回転数と前記電動モータ制御用のインバータの上限回転数とのいずれか低い値を超えたときに実施されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電動船外機。
3. 前記経路調整手段による動力伝達経路の制動状態または遮断状態は、水没して船体の推進力で回転するプロペラが電動モータを回転させ、この電動モータに接続されたバッテリを充電するとき、このバッテリの電圧が、このバッテリの許容上限電圧を超えたときに実施されるよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動船外機。
4. 前記経路調整手段は動力伝達経路に設けられ、この動力伝達経路を制動状態とするブレーキ装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動船外機。
5. 前記経路調整手段は動力伝達経路に設けられ、この動力伝達経路を遮断状態または接続状態とするクラッチ装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動船外機。
6. 前記動力伝達経路を制動状態とするブレーキ装置は、電動モータへ電力を供給するためのメインスイッチとは独立して設けられたブレーキ解除スイッチの動作により、前記動力伝達経路の制動状態を解除するよう構成されたことを特徴とする請求項４に記載の電動船外機。
7. 前記動力伝達経路を遮断状態または接続状態とするクラッチ装置は、電動モータへ電力を供給するためのメインスイッチとは独立して設けられたクラッチ接続スイッチの動作により、前記動力伝達経路を遮断状態から接続状態とするよう構成されたことを特徴とする請求項５に記載の電動船外機。

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