JP2017193224A - Reverse and reduction gear, and ship equipped with same - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、船舶に搭載した主機関の回転動力をプロペラに伝達する減速逆転機、及びこれを備えた船舶に関するものである。 The present invention relates to a reduction / reverse gear that transmits rotational power of a main engine mounted on a ship to a propeller, and a ship equipped with the same.
近年、プレジャーボート又は漁船といった船舶ではエンジンが高回転化している。この種の船舶でトローリング等の微速航行をする際は低回転を必要とするが、高回転型エンジンを低回転で駆動させると、ハンチングやエンジンストールを引き起こすおそれがある。このため、エンジンとプロペラ軸との間に設けた油圧クラッチをスリップ係合(半クラッチ係合)させることによって、エンジンを定回転に保持しながらプロペラを低回転させて微速航行を可能にしている(例えば特許文献1等参照)。また、発電機などの低回転数で動作する回転機にエンジンからの回転動力を与える機構において、機械式変速手段を備えた差動遊星歯車式伝動装置を用いた構成が提案されている(例えば特許文献2等参照)。
In recent years, engines such as pleasure boats and fishing boats have been rotated at a high speed. When this type of ship sails at a low speed such as trolling, low speed is required, but if a high speed engine is driven at low speed, hunting or engine stall may occur. For this reason, the hydraulic clutch provided between the engine and the propeller shaft is slip-engaged (half-clutch engagement), so that the propeller is rotated at a low speed while maintaining the engine at a constant rotation, thereby enabling low-speed navigation. (See, for example, Patent Document 1). In addition, in a mechanism for supplying rotational power from an engine to a rotating machine that operates at a low rotational speed such as a generator, a configuration using a differential planetary gear type transmission device provided with a mechanical transmission means has been proposed (for example, (See
しかし、トローリング運転を長時間に亘って継続すると油圧クラッチのクラッチ板同士の摺動に伴う発熱が大きくなり、クラッチ板の摩耗が促進されて油圧クラッチの長寿命化を図ることができないという課題があった。また、半クラッチ係合によるトルク不足により、微速航行での操作性が悪くなるという課題もあった。更に、船舶の前後進を切り換えるためには、エンジンからの回転を正逆転する前後進切換用のクラッチ機構も必要となる。 However, if the trolling operation is continued for a long time, the heat generated by the sliding of the clutch plates of the hydraulic clutch increases, and the wear of the clutch plate is promoted, so that the life of the hydraulic clutch cannot be extended. there were. In addition, there is a problem that the operability in slow speed navigation is deteriorated due to insufficient torque due to the half-clutch engagement. Further, in order to switch the forward / reverse movement of the ship, a forward / reverse switching clutch mechanism for reversing the rotation from the engine is also required.
また、引用文献2における差動遊星歯車式伝動装置は、一定回転数を出力するための構成であり、正転の所定回転速度領域のみで増減する構成であるため、船舶のように、前後進だけでなく速度を変更する場合においては、エンジンからの回転を正逆転する前後進切換用のクラッチ機構だけでなく、微速航行を可能とする機構が別途必要となる。
Further, the differential planetary gear transmission in the cited
本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施した減速逆転機及びこれを備えた船舶を提供することを技術的課題としている。 This invention makes it a technical subject to provide the speed reduction reverse rotation machine which improved by examining the above present conditions, and a ship provided with the same.
本願発明の減速逆転機は、船体に搭載した主機関の動力を前進、中立又は後進の出力に切り換えて、出力軸を介してプロペラに伝達する減速逆転機において、前記主機関とは別の駆動源と、前記主機関及び前記駆動源からの回転動力を合成して前記出力軸に出力する遊星ギヤ機構とを備えており、前記駆動源の回転方向が可逆であり且つ前記駆動源の回転速度が可変であって、前記出力軸の回転を正逆転可能とするとともに無段階で増減速させるというものである。 The speed reduction reverser of the present invention is a speed reduction reverser that switches the power of the main engine mounted on the hull to forward, neutral or reverse output and transmits it to the propeller via the output shaft. And a planetary gear mechanism that combines rotational power from the main engine and the drive source and outputs the resultant to the output shaft, the rotational direction of the drive source is reversible, and the rotational speed of the drive source Is variable so that the rotation of the output shaft can be forward and reverse, and the speed is increased and decreased steplessly.
上記減速逆転機において、前記主機関から一定の回転速度の回転動力が入力された状態で、前記駆動源の回転速度を逆転側から正転側に連続的に変化させることで、前記出力軸の回転を逆転側から正転側に無段階で切り換えるものとしてもよい。 In the speed reduction reverser, the rotational speed of the drive source is continuously changed from the reverse rotation side to the normal rotation side in a state where the rotational power of a constant rotation speed is input from the main engine, so that the output shaft The rotation may be switched steplessly from the reverse rotation side to the normal rotation side.
上記減速逆転機において、前記遊星ギヤ機構は、前記主機関からの回転動力を受けるサンギヤと、前記駆動源からの回転動力を受けるキャリアと、前記キャリアに同一半径上に回転可能に軸支された遊星ギヤと、前記出力軸と連結したリングギヤとで構成されているものとしてもよい。 In the above-described reduction reverse gear, the planetary gear mechanism is rotatably supported on the same radius on a sun gear that receives rotational power from the main engine, a carrier that receives rotational power from the drive source, and the carrier. It is good also as what is comprised with the planetary gear and the ring gear connected with the said output shaft.
上記減速逆転機において、前記遊星ギヤ機構は、前記駆動源からの回転動力を受けるサンギヤと、前記主機関からの回転動力を受けるリングギヤと、前記出力軸と連結したキャリアと、前記キャリアに同一半径上に回転可能に軸支された遊星ギヤとで構成されているものとしてもよい。 In the above reduction reverser, the planetary gear mechanism includes a sun gear that receives rotational power from the drive source, a ring gear that receives rotational power from the main engine, a carrier connected to the output shaft, and the same radius as the carrier. It is good also as what is comprised with the planetary gear rotatably supported by the top.
上記減速逆転機において、前記駆動源が、充放電可能な電源装置と電気的に接続する発電電動機であって、前記遊星ギヤ機構における機械的エネルギーと前記電源装置における電気エネルギーとを可逆的に変換するものとしてもよい。 In the speed reduction reverser, the drive source is a generator motor that is electrically connected to a chargeable / dischargeable power supply, and reversibly converts mechanical energy in the planetary gear mechanism and electrical energy in the power supply. It is good also as what to do.
上記減速逆転機において、前記主機関を停止させた際に前記出力軸が外力により遊転したとき、前記出力軸からの回転動力に基づいて前記駆動源を発電機として回転させることで、前記電源装置を充電させるものとしてもよい。 In the speed reduction reverser, when the output shaft is idled by an external force when the main engine is stopped, the power source is rotated as a generator based on rotational power from the output shaft, thereby The device may be charged.
上記減速逆転機において、前記出力軸にブレーキ機構が設けられており、前記ブレーキ機構により前記出力軸の回転が制動されたときに、前記主機関からの回転動力により前記駆動源を発電機として回転させることで、前記電源装置を充電させるものとしてもよい。 In the speed reduction reverser, a brake mechanism is provided on the output shaft, and when the rotation of the output shaft is braked by the brake mechanism, the drive source is rotated as a generator by the rotational power from the main engine. It is good also as what charges the said power supply device by doing.
上記減速逆転機において、前記駆動源が、作動流体により駆動する一方で作動流体圧を蓄圧するアキュムレータと連結したポンプモータであって、前記遊星ギヤ機構における機械的エネルギーと作動流体圧による圧力エネルギーとを可逆的に変換するものとしてもよい。 In the above-described reduction reverse rotation machine, the drive source is a pump motor connected to an accumulator that is driven by a working fluid and accumulates a working fluid pressure, and includes mechanical energy in the planetary gear mechanism and pressure energy by working fluid pressure. May be reversibly converted.
本願発明の船舶は、上記いずれかの減速逆転機を前記船体に搭載しているというものである。 The ship of the present invention is one in which any one of the above speed reduction reversers is mounted on the hull.
本願発明によると、駆動源からの回転動力を利用して無段階に変速できるため、減速逆転機において減速比を複数段として、複数のギヤ機構やクラッチ機構により構成する必要がなく、構成部品点数を低減できるだけでなく、走行性能及び変速操作性の向上等が図れる。また、前後進切換のためのクラッチ機構が不要となるため、減速逆転機をコンパクトに構成できるとともに、クラッチ機構に使用される摩擦板の焼損などによる故障がなく、減速逆転機の長寿命化に貢献できる。 According to the present invention, since it is possible to change the speed steplessly using the rotational power from the drive source, it is not necessary to configure the reduction ratio with a plurality of stages in the reduction / reverse rotation machine, and to configure with a plurality of gear mechanisms and clutch mechanisms, and the number of components As well as improved driving performance and speed change operability. In addition, since the clutch mechanism for forward / reverse switching is not required, the reduction / reverse rotation machine can be made compact, and there is no failure due to burning of the friction plates used in the clutch mechanism, thus extending the life of the reduction / reverse rotation machine. Can contribute.
本願発明によると、主機関を効率の良い回転速度に固定して回転駆動させた状態で、減速逆転機の出力を変速できるため、減速逆転機を搭載する船舶の燃費向上を図れる。また、駆動源の回転速度を連続的に増減させることにより、出力軸の正転及び逆転が中立状態を経て切り換わる。そのため、減速逆転機の回転が正逆で反転する際に、減速逆転機内の各部に係る負担が小さく、故障や破損を低減でき、減速逆転機の長寿命化を図れる。 According to the present invention, since the output of the speed reduction reverser can be changed in a state where the main engine is fixed at an efficient rotational speed and driven to rotate, the fuel efficiency of a ship equipped with the speed reduction reverser can be improved. Further, by continuously increasing / decreasing the rotational speed of the drive source, the forward rotation and reverse rotation of the output shaft are switched through the neutral state. For this reason, when the rotation of the speed reduction reverser is reversed in the forward and reverse directions, the burden on each part in the speed reduction reverser is small, failure and breakage can be reduced, and the life of the speed reduction reverser can be extended.
本願発明によると、駆動源の駆動による微速航行が可能であり、主機関が低速駆動する際のハンチング及びエンジンストールを防止できる。また、主機関に代わる駆動源で確実にプロペラを低回転させて微速航行でき、操船性能も向上するとともに、各航行状態に応じた最適な動力伝達を実現できる。例えばプロペラ回転速度が30min−1以下のような微速であっても、安定的な速度維持ができる。前記出力軸に対する微速航行用の動力伝達経路をコンパクトに構成でき、減速逆転機自体の小型化にも貢献する。 According to the present invention, it is possible to travel at a low speed by driving a drive source, and it is possible to prevent hunting and engine stall when the main engine is driven at a low speed. In addition, the propeller can be rotated at a low speed with a drive source in place of the main engine, and the marine vessel maneuvering performance can be improved, and optimal power transmission according to each navigational state can be realized. For example, even if the propeller rotational speed is a slow speed of 30 min −1 or less, a stable speed can be maintained. The power transmission path for slow speed navigation with respect to the output shaft can be configured in a compact manner, contributing to the downsizing of the speed reduction reverser itself.
本願発明によると、主機関からの回転速度が増幅されて出力軸より出力され、出力軸の回転速度における正転側及び逆転側それぞれの領域幅(ダイナミックレンジ)が広くなる。そのため、減速逆転機を搭載した船舶における前後進の速度幅が大きくなって、通常航行及び微速航行それぞれにおいて最適な航行速度に調整でき、操船性能が向上する。 According to the present invention, the rotational speed from the main engine is amplified and output from the output shaft, and the area width (dynamic range) of each of the forward rotation side and the reverse rotation side in the rotation speed of the output shaft is widened. As a result, the forward / backward speed range of the ship equipped with the speed reducer is increased, and the ship can be adjusted to the optimum navigation speed for normal navigation and slow speed navigation, thereby improving the marine vessel maneuvering performance.
本願発明によると、駆動源を発電機として動作させることにより、電源装置を充電させることができ、減速逆転機における低消費電力化を図れる。また、主機関の停止時において出力軸が受けた外力に基づくエネルギー(回生エネルギー)を電源装置に蓄えることで回収されるため、減速逆転機における省エネルギー化を図れるだけでなく、エネルギー変換により出力軸における運動エネルギーが消費され、船舶の逸走距離を低減できる。 According to the present invention, by operating the drive source as a generator, the power supply device can be charged, and low power consumption in the reduction reverse rotation machine can be achieved. In addition, the energy (regenerative energy) based on the external force received by the output shaft when the main engine is stopped is recovered by storing it in the power supply device. The kinetic energy is consumed and the escape distance of the ship can be reduced.
本願発明によると、出力軸の回転を中立状態とするにあたり、ブレーキ機構により出力軸の回転を制動させるため、駆動源を電動機として動作させる必要がなく、駆動源における電力消費をなくすことができる。更には、ブレーキ機構による制動動作中において、駆動源を主機関により発電機として動作させることができ、主機関による機械的エネルギー(運動エネルギー)を電源装置に蓄えて回収できる。そのため、減速逆転機における省エネルギー化を図れるだけでなく、主機関を無駄に増減速させる必要が無く、主機関を効率的に駆動させて、その燃費をも向上できる。 According to the present invention, when the rotation of the output shaft is set to the neutral state, the rotation of the output shaft is braked by the brake mechanism, so that it is not necessary to operate the drive source as an electric motor, and power consumption in the drive source can be eliminated. Furthermore, during the braking operation by the brake mechanism, the drive source can be operated as a generator by the main engine, and mechanical energy (kinetic energy) by the main engine can be stored and recovered in the power supply device. Therefore, not only can energy saving be achieved in the speed reduction reverse rotation machine, but there is no need to unnecessarily increase or decrease the speed of the main engine, and the main engine can be efficiently driven to improve its fuel efficiency.
本願発明によると、駆動源をポンプとして動作させることにより、アキュムレータに作動流体圧力を蓄圧させることができ、作動用ポンプの駆動による燃料消費を抑制し、減速逆転機の燃費向上を図れる。また、主機関の停止時において出力軸が受けた外力に基づくエネルギー(回生エネルギー)をアキュムレータに蓄えることで回収されるため、減速逆転機における省エネルギー化を図れるだけでなく、エネルギー変換により出力軸における運動エネルギーが消費され、船舶の逸走距離を低減できる。 According to the present invention, by operating the driving source as a pump, the working fluid pressure can be accumulated in the accumulator, fuel consumption due to driving of the operating pump can be suppressed, and the fuel efficiency of the speed reduction reverser can be improved. In addition, the energy (regenerative energy) based on the external force received by the output shaft when the main engine is stopped is recovered by storing it in the accumulator, which not only saves energy in the reduction reverse rotation machine, but also in the output shaft by energy conversion. Kinetic energy is consumed, and the ship's escape distance can be reduced.
<第1実施形態>
以下に、本願発明を具体化した第1実施形態を図面(図1〜図4)に基づいて説明する。図1に示すように、船舶であるプレジャーボート1は、船体2と、船体の上面中央側に配置したキャビン3と、船体2の船底後尾側に設けた舵4と、船体2の船底後尾側のうち舵4の前方に配置したプロペラ5とを備えている。キャビン3内は操縦部になっている。船体2の船底後尾側に、プロペラ5を回転させる推進軸6(プロペラ軸)を軸支している。推進軸6の突出端側にプロペラ5を取り付けている。
<First Embodiment>
Below, 1st Embodiment which actualized this invention is described based on drawing (FIGS. 1-4). As shown in FIG. 1, a pleasure boat 1 that is a ship includes a
詳細な図示は省略するが、キャビン3内には、操舵によって船体2の進行方向を左右に変更させる操舵ハンドルと、船体2の進行方向を前進と後進とを切り換えるとともに航行速度を調整する速度調整操作具としての変速レバー7(図3参照)と、後述するエンジン10の出力回転速度を設定保持する速度操作具としてのスロットルレバー8(図3参照)とを設けている。なお、各操作具としてはレバー式のものに限らず、ダイヤル式といった他の形態のものでもよい。
Although detailed illustration is omitted, in the
船体2内には、プロペラ5の駆動源である主機関としてのエンジン10と、エンジン10の回転動力を推進軸6経由でプロペラ5に伝達する減速逆転機11とを設けている。エンジン10から減速逆転機11を経由して推進軸6に伝わった回転動力によって、プロペラ5が回転駆動する。
In the
図2には、本願発明に係る減速逆転機11の第1実施形態を示している。図2に示すように、第1実施形態の減速逆転機11は、エンジン10のフライホイル12に連結される主入力軸13と、カップリング14を介して推進軸6に連結される出力軸15と、エンジン10とは別の駆動源16と、駆動源16からの動力を継断する変速クラッチ18と、駆動源16の回転軸17と変速クラッチ18を介して連結される副入力軸19と、エンジン10及び駆動源16それぞれの回転動力を合成して出力軸15に出力する遊星ギヤ機構20とを備える。詳細な図示は省略するが、主入力軸13と出力軸15とは、減速逆転機11のハウジングから突き出すように設けている。また、駆動源16及び遊星ギヤ機構20は、減速逆転機11のハウジング内に収容されている。更に、変速クラッチ18は、噛み合わせクラッチ(ドグクラッチ)又は摩擦クラッチで構成されている。
FIG. 2 shows a first embodiment of a
減速逆転機11は、駆動源16の回転方向が可逆であり且つ駆動源16の回転速度が可変であって、出力軸15の回転を正逆転可能とするとともに無段階で増減速させる。すなわち、駆動源16は、正逆転可能に構成されており、逆転時の最高回転速度から正転時の最高回転速度まで連続的に変化可能に構成されている。そして、駆動源16が、逆転時の最高回転速度から正転時の最高回転速度まで連続的に変化することにより、遊星ギヤ機構20からの出力回転速度(出力軸15の回転速度)を逆転側から正転側に無段階に変更できる。
The reduction /
本実施形態において、駆動源16は、発電電動機(ジェネレータ・モータ)で構成されており、インバータ回路22を介して充放電可能な電源装置21と接続されている。すなわち、駆動源16は、二次電池又は大容量コンデンサ(電気二重層コンデンサ)で構成される電源装置21からの電力によりモータとして回転駆動する。一方、遊星ギヤ機構20側からの回転動力が駆動源16に伝達されて回転すると、発電機として動作して、電力を発生して電源装置21に電力供給して充電させる。このように、駆動源16は、遊星ギヤ機構20側の機械的エネルギーと電源装置21側の電気エネルギーとを可逆的に変換可能に構成されている。
In the present embodiment, the
遊星ギヤ機構20は、エンジン10からの回転動力が伝達される主入力軸13と一体的に回転するサンギヤ31、複数の遊星ギヤ33を同一半径上に回転可能に軸支したキャリア32、並びに内周面に内歯を有するとともに出力軸15と一体的に回転するリングギヤ34を備えている。そして、キャリア32と一体的に回転する入力側伝動ギヤ35が、副入力軸19と一体的に回転する出力側伝動ギヤ36と噛合している。また、キャリア32が、主入力軸13に相対回転可能に被嵌し、サンギヤ31が、キャリア32の各遊星ギヤ33と半径内側から噛合し、リングギヤ34の内歯が、各遊星ギヤ33と半径外側から噛合している。
The
遊星ギヤ機構20において、サンギヤ31、キャリア32、及びリングギヤ34それぞれの回転軸が一致するように配置されており、サンギヤ31及びリングギヤ34それぞれにキャリア32の遊星ギヤ33が噛合している。遊星ギヤ機構20は、サンギヤ31に伝達されるエンジン10からの回転動力に、キャリア32に伝達される駆動源16からの回転動力を重畳させて、リングギヤ34と連結した出力軸15を回転させる。すなわち、遊星ギヤ機構20は、エンジン10からの回転動力と駆動源16からの回転動力とを混合させた回転動力を出力して、推進軸6のプロペラ5を回転させる。
In the
エンジン10は、スロットルレバー8により設定された回転速度で回転しており、主入力軸13を介して遊星ギヤ機構20のサンギヤ31を一定回転速度で正転させる。変速レバー7により設定された回転速度で駆動源16を逆転させた場合、駆動源16からの回転速度が、入力側伝動ギヤ35及び出力側伝動ギヤ36を介して遊星ギヤ機構20のキャリア32に伝達されて、キャリア32が正転する。一方、変速レバー7により設定された回転速度で駆動源16を正転させた場合、駆動源16からの回転速度が、入力側伝動ギヤ35及び出力側伝動ギヤ36を介して遊星ギヤ機構20のキャリア32に伝達されて、キャリア32が逆転する。
The
キャリア32が正転する場合、キャリア32に遊嵌された遊星ギヤ33は、サンギヤ31の正転回転により逆転方向に自転する一方、キャリア32が正転回転で公転することで正転方向に自転する。そのため、リングギヤ34は、サンギヤ31の回転速度とキャリア32の回転速度とを各ギヤのギヤ比に応じて減算した回転速度で正転する。一方、キャリア32が逆転する場合、キャリア32に遊嵌された遊星ギヤ33は、サンギヤ31の正転回転により逆転方向に自転する一方、キャリア32が逆転回転で公転することで逆転方向に自転する。そのため、リングギヤ34は、サンギヤ31の回転速度とキャリア32の回転速度とを各ギヤのギヤ比に応じて加算した回転速度で逆転する。
When the
従って、図4に示すように、駆動源16が回転速度RS1で逆転するときに、リングギヤ34の回転がゼロとなり、出力軸15の出力が中立状態となる。そして、駆動源16の回転速度を最低回転速度(正転側の最高回転速度)−RSmaxから最高回転速度(逆転側の最高回転速度)RSmaxに連続的に変化させて、リングギヤ34を介して出力軸15に出力される出力回転速度が、逆転側となる最低回転速度ROmin(−RM<ROmin<0)から正転側の最高回転速度ROmax(0<ROmax<RM,|RO1min|>|RO1max|)に無段階で(連続的に)切り替わる。
Therefore, as shown in FIG. 4, when the
次いで、駆動源16周辺の電気的構成及び駆動源16の動作について、以下に説明する。図2及び図3に示す如く、駆動源16は、トランジスタなどのスイッチング素子及びダイオードを備えたインバータ回路22を介して、充放電可能な二次電池や大容量キャパシタなどによる電源装置21に接続されている。インバータ回路22は、スイッチング素子のON/OFF動作による直流交流変換により、電源装置21からの電力を駆動源16に供給して、電動機(モータ)として動作させる。一方、駆動源16が発電機として動作する場合には、インバータ回路22は、ダイオードブリッジによる交流直流変換により、駆動源16からの電力を電源装置21に充電させる。
Next, the electrical configuration around the
コントローラ25は、PWM(Pulse Width Modulation)信号をインバータ回路22に出力し、インバータ回路22内のスイッチング素子をON/OFFさせて、駆動源16を電動機(モータ)として回転駆動させる。なお、コントローラ25は、変速レバー7の操作位置を検出する変速ポテンショ26、スロットルレバー8の操作位置を検出するスロットルポテンショ27、出力軸15の出力回転速度を検出する回転検出センサ28それぞれからの信号が入力される一方、変速クラッチ18を継断させる制御信号を出力する。また、コントローラ25は、キースイッチ29を介して電源装置21より電力供給される。
The
コントローラ25は、スロットルポテンショ27からの信号が入力されると、スロットルレバー8の操作位置に対応する回転速度で回転するように、エンジン10の回転速度を設定保持させる。そして、コントローラ25は、変速ポテンショ26からの信号が入力されると、変速レバー7の操作位置に基づいて、インバータ回路22へのPWM信号を変化させ、駆動源16の回転速度を設定する。
When the signal from the
すなわち、変速レバー7を逆転最高速度から正転最高速度に向かって操作すると、駆動源16の回転速度が逆転最高回転速度―RSmaxから正転最高回転速度RSmaxに連続的に変化する。このとき、スロットルレバー8の操作位置によりエンジン10の回転速度が回転速度RMに設定される場合、エンジン10が回転速度RMで正転する。そして、変速レバー7を逆転最高速度から正転最高速度に向かって操作すると、図4に示すように、出力軸15における遊星ギヤ33の合成出力による出力回転数が、逆転時の最高回転速度ROminから正転時の最高回転速度ROmaxに無段階で変化する。
That is, when the speed change lever 7 is operated from the maximum reverse rotation speed toward the maximum normal rotation speed, the rotational speed of the
このように、変速レバー7を操作することで、出力軸15における回転を反転させる際において出力軸15の回転を中立状態にして段階的に切り換えることができるため、変速レバー7を不用意に操作したりしても、船舶1の航行状態が急激に切り換わることがない。そのため、オペレータの誤操作によるエンジン10や駆動源16の駆動トラブルを防止できる。なお、出力軸15の回転が逆転側となるときに船舶1が前進するものとすることで、船舶1の前進速度の領域幅(レンジ幅)を後進速度の領域幅(レンジ幅)より広くすることができ、船舶1の操船性能を向上できる。
By operating the speed change lever 7 in this way, when the rotation of the
コントローラ25は、キースイッチ29によるエンジン10の始動操作が実行されたことを確認すると、変速クラッチ18を切断することで、副入力軸19と駆動源16の回転軸17とを非連結とし、キャリア32が遊転可能な状態とする。これによりエンジン10の始動時において、駆動源16への動力伝達が禁止された状態となるため、出力軸15にかかる負荷が大きい場合であっても、エンジン10への負荷を軽くしてエンジン10の始動を円滑に実行できる。
When the
コントローラ25は、エンジン10の停止時において、回転検出センサ28からの信号により、出力軸15の回転を確認すると、外力によりプロペラ5が遊転状態にあるものとし、インバータ回路22をコンバータとして動作させる。これにより、出力軸15における回転動力が、遊星ギヤ機構20のリングギヤ34に入力され、キャリア32及び遊星ギヤ33を介して、副入力軸19に伝達される際に、駆動源16が発電機として動作する。したがって、駆動源16の発電作用による電力がインバータ回路22を介して電源装置21に供給されることとなり、出力軸15を回転させる外力(運転エネルギー)が電気エネルギーに変換されて、電源装置21に蓄電される。
When the
本実施形態の減速逆転機11は、船体2に搭載した主機関(エンジン)10の動力を前進、中立又は後進の出力に切り換えて、出力軸15を介してプロペラ5に伝達する。そして、減速逆転機11は、主機関10とは別の駆動源16と、主機関10及び駆動源16からの回転動力を合成して前記出力軸15に出力する遊星ギヤ機構20とを備えている。駆動源16の回転方向が可逆であり且つ駆動源16の回転速度が可変であって、減速逆転機11は、出力軸15の回転を正逆転可能とするとともに無段階で増減速させる。したがって、減速逆転機11において減速比を複数段として、複数のギヤ機構やクラッチ機構により構成する必要がなく、構成部品点数を低減できる。また、減速逆転機11からの出力を無段階に変速できるため、走行性能及び変速操作性の向上等が図れる。更に、前後進切換のためのクラッチ機構が不要となるため、減速逆転機11をコンパクトに構成できるとともに、クラッチ機構に使用される摩擦板の焼損などによる故障がなく、減速逆転機11の長寿命化に貢献できる。
The reduction
また、本実施形態の減速逆転機11は、主機関(エンジン)10から一定の回転速度の回転動力が入力された状態で、駆動源16の回転速度を逆転側から正転側に連続的に変化させることで、出力軸15の回転を逆転側から正転側に無段階で切り換える。したがって、主機関(エンジン)10を効率の良い回転速度に固定して回転駆動させた状態で、減速逆転機11の出力を変速できるため、減速逆転機11を搭載する船舶1の燃費向上を図れる。また、駆動源16の回転速度を連続的に増減させることにより、出力軸15の正転及び逆転が中立状態を経て切り換わる。そのため、減速逆転機11の回転が正逆で反転する際に、減速逆転機11内の各部に係る負担が小さく、故障や破損を低減でき、減速逆転機11の長寿命化を図れる。
In addition, the reduction
また、本実施形態の減速逆転機11は、遊星ギヤ機構20を、主機関(エンジン)10からの回転動力を受けるサンギヤ31と、駆動源16からの回転動力を受けるキャリア32と、キャリア32に同一半径上に回転可能に軸支された遊星ギヤ33と、出力軸15と連結したリングギヤ34とで構成している。したがって、駆動源16の駆動による微速航行が可能となり、主機関(エンジン)10が低速駆動する際のハンチング及びエンジンストールを防止できる。また、主機関10に代わる駆動源16で確実にプロペラ5を低回転させて微速航行でき、操船性能も向上するとともに、各航行状態に応じた最適な動力伝達を実現できる。例えばプロペラ5回転速度が30min−1以下のような微速であっても、安定的な速度維持ができる。
Further, the reduction /
また、本実施形態の減速逆転機11は、駆動源16が、充放電可能な電源装置21と電気的に接続する発電電動機であって、遊星ギヤ機構20における機械的エネルギーと電源装置21における電気エネルギーとを可逆的に変換する。したがって、駆動源16を発電機として動作させることにより、電源装置21を充電させることができ、減速逆転機11における低消費電力化を図れる。
Further, the reduction
また、本実施形態の減速逆転機11は、主機関(エンジン)10を停止させた際に出力軸15が外力により遊転したとき、出力軸15からの回転動力に基づいて駆動源16を発電機として回転させることで、電源装置21を充電させる。したがって、主機関(エンジン)10の停止時において出力軸15が受けた外力に基づくエネルギー(回生エネルギー)を電源装置21に蓄えることで回収される。そのため、減速逆転機11Aにおける省エネルギー化を図れるだけでなく、エネルギー変換により出力軸における運動エネルギーが消費され、船舶1の逸走距離を低減できる。
Further, the reduction
<第2実施形態>
次いで、本発明の第2実施形態となる減速逆転機11Aについて、図5を参照して以下に説明する。尚、本実施形態の減速逆転機11Aの構成において、第1実施形態の減速逆転機11の構成と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
Second Embodiment
Next, a reduction
図5に示す如く、減速逆転機11Aは、第1実施形態の減速逆転機11に対して、出力軸15の回転を制動するブレーキ機構38を追加した構成となる。ブレーキ機構38は、例えば、リンク機構などにより制動動作が制御される機械式ブレーキであってもよいし、油圧シリンダなどにより制動動作が制御される油圧式ブレーキであってもよいし、電磁石などにより制動動作が制御される電磁式ブレーキであってもよい。
As shown in FIG. 5, the
減速逆転機11Aは、出力軸15を中立状態(回転速度をゼロとする状態)とする場合に、ブレーキ機構38により出力軸15の回転を停止させる。そして、コントローラ25(図3参照)は、インバータ回路22へのPWM信号の出力を停止させて、インバータ回路22をコンバータとして動作させる一方で、設定した回転速度によりエンジン10の回転を維持させる。
The deceleration
したがって、遊星ギヤ機構20において、出力軸15と連結するリングギヤ34が回転不能となり、エンジン10の回転動力が伝達されるサンギヤ31の回転が、遊星ギヤ33を介してキャリア32に伝達する。これにより、キャリア32と連結している駆動源16が回転して発電機として動作することとなり、駆動源16で発電された電力が、インバータ回路22を介して電源装置21に供給されて蓄電される。なお、本実施形態の減速逆転機11Aのその他の動作については、第1実施形態の減速逆転機11と同様となる。
Therefore, in the
本実施形態の減速逆転機11Aは、出力軸15にブレーキ機構38が設けられており、ブレーキ機構38により出力軸15の回転が制動されたときに、主機関(エンジン)10からの回転動力により駆動源16を発電機として回転させることで、電源装置21を充電させる。したがって、出力軸15の回転を中立状態とするにあたり、ブレーキ機構38により出力軸15の回転を制動させるため、駆動源16を電動機(モータ)として動作させる必要がなく、駆動源16における電力消費をなくすことができる。更には、ブレーキ機構38による制動動作中において、駆動源16を主機関(エンジン)10により発電機として動作させることができ、主機関10による機械的エネルギー(運動エネルギー)を電源装置21に蓄えて回収できる。そのため、減速逆転機11Aにおける省エネルギー化を図れるだけでなく、主機関10を無駄に増減速させる必要が無く、主機関10を効率的に駆動させて、その燃費をも向上できる。
In the speed reduction
<第3実施形態>
次いで、本発明の第3実施形態となる減速逆転機11Bについて、図6及び図7を参照して以下に説明する。尚、本実施形態の減速逆転機11Bの構成において、第2実施形態の減速逆転機11Aの構成と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
<Third Embodiment>
Next, a reduction /
図6に示す如く、減速逆転機11Bは、第2実施形態の減速逆転機11Aと異なり、遊星ギヤ機構20において、サンギヤ31に副入力軸19が連結され、キャリア32に出力軸15が連結され、リングギヤ34に入力側伝動ギヤ35及び出力側伝動ギヤ36を介して主入力軸13と連結される。すなわち、駆動源16の回転動力が、変速クラッチ18を介してサンギヤ31に伝達され、エンジン10の回転動力が、入力側伝動ギヤ35及び出力側伝動ギヤ36を介して、リングギヤ34に伝達される。そして、サンギヤ31及びリングギヤ34の回転動力が、遊星ギヤ33を介してキャリア32に合成されて、出力軸15の回転動力として出力される。このとき、リングギヤ34は、副入力軸19に相対回転可能に被嵌している。
As shown in FIG. 6, the
エンジン10は、図7に示す如く、スロットルレバー8により設定された回転速度RMで正転しており、入力側伝動ギヤ35及び出力側伝動ギヤ36を介して遊星ギヤ機構20のリングギヤ34を一定回転速度で逆転させる。これにより、キャリア32に遊嵌された遊星ギヤ33は、リングギヤ34の逆転回転により逆転方向に自転して、キャリア32が逆転方向に公転しようとする。なお、図7においては、出力軸15の逆転方向が正となるものとしている。
As shown in FIG. 7, the
変速レバー7により設定された回転速度で駆動源16を正転させた場合、副入力軸19を介して遊星ギヤ機構20のサンギヤ31を正転させる。したがって、キャリア32に遊嵌された遊星ギヤ33は、リングギヤ34の逆転回転により逆転方向に自転する一方、サンギヤ31の正転回転により逆転方向に自転する。これにより、キャリア32は、サンギヤ31の回転速度とリングギヤ34の回転速度とを各ギヤのギヤ比に応じて加算した回転速度で逆転する。
When the
一方、変速レバー7により設定された回転速度で駆動源16を逆転させた場合、副入力軸19を介して遊星ギヤ機構20のサンギヤ31を逆転させる。したがって、キャリア32に遊嵌された遊星ギヤ33は、リングギヤ34の逆転回転により逆転方向に自転する一方、サンギヤ31の逆転回転により正転方向に自転する。これにより、キャリア32は、サンギヤ31の回転速度とリングギヤ34の回転速度とを各ギヤのギヤ比に応じて減算した回転速度で逆転する。
On the other hand, when the
従って、図7に示すように、駆動源16が回転速度RS2(0<RS2<RSmax)で逆転するときに、リングギヤ34の回転がゼロとなり、出力軸15の出力が中立状態となる。そして、駆動源16の回転速度を最低回転速度(逆転側の最高回転速度)−RSmaxから最高回転速度(正転側の最高回転速度)RSmaxに連続的に変化させた場合、リングギヤ34を介して出力軸15に出力される出力回転速度が、最低回転速度RO1min(RO1min<−RM)から最高回転速度RO1max(RO1max>RM,|RO1min|<|RO1max|)に無段階で(連続的に)切り替わる。
Therefore, as shown in FIG. 7, when the
また、減速逆転機11Bは、エンジン10の停止時において、回転検出センサ28(図4参照)からの信号により、出力軸15の回転を確認すると、外力によりプロペラ5が遊転状態にあるものとし、インバータ回路22をコンバータとして動作させる。これにより、出力軸15における回転動力が、遊星ギヤ機構20のキャリア32に入力され、遊星ギヤ33及びサンギヤ31を介して、副入力軸19に伝達される際に、駆動源16が発電機として動作する。したがって、駆動源16の発電作用による電力がインバータ回路22を介して電源装置21に供給されることとなり、出力軸15を回転させる外力(運転エネルギー)が電気エネルギーに変換されて、電源装置21に蓄電される。
Further, when the rotation of the
また、減速逆転機11Bは、出力軸15を中立状態(回転速度をゼロとする状態)とする場合に、ブレーキ機構38により出力軸15の回転を停止させる。そして、コントローラ25(図3参照)は、インバータ回路22をコンバータとして動作させる一方で、設定した回転速度によりエンジン10の回転を維持させる。したがって、遊星ギヤ機構20において、出力軸15と連結するキャリア32が回転不能となり、エンジン10の回転動力が伝達されるリングギヤ34の回転が、遊星ギヤ33を介してサンギヤ31に伝達する。これにより、サンギヤ31と連結している駆動源16が回転して発電機として動作することとなり、駆動源16で発電された電力が、インバータ回路22を介して電源装置21に供給されて蓄電される。
Further, the reduction
本実施形態の減速逆転機11Bは、遊星ギヤ機構20を、駆動源16からの回転動力を受けるサンギヤ31と、主機関(エンジン)10からの回転動力を受けるリングギヤ34と、出力軸15と連結したキャリア32と、キャリア32に同一半径上に回転可能に軸支された遊星ギヤ33とで構成する。したがって、主機関(エンジン)10からの回転速度が増幅されて出力軸15より出力され、出力軸15の回転速度における正転側及び逆転側それぞれの領域幅(ダイナミックレンジ)が広くなる。そのため、減速逆転機11Bを搭載した船舶1における前後進の速度幅が大きくなって、通常航行及び微速航行それぞれにおいて最適な航行速度に調整でき、操船性能が向上する。
The reduction /
<第4実施形態>
次いで、本発明の第4実施形態となる減速逆転機11Cについて、図8を参照して以下に説明する。尚、本実施形態の減速逆転機11Cの構成において、第2実施形態の減速逆転機11Aの構成と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
<Fourth embodiment>
Next, a reduction
図8に示す如く、減速逆転機11Cは、油圧ポンプ61及び油圧モータ62を有する油圧無段変速機60によって、駆動源を構成している。油圧ポンプ61は、エンジン10からの回転動力で駆動する可変容量形のものであり、油圧モータ62は、油圧ポンプ61から吐出する高圧の作動油で作動する定容量形のものである。油圧ポンプ61と油圧モータ62とは、油圧閉回路を介して互いに直列に接続している。詳細な図示は省略するが、油圧閉回路にチェック弁を介してチャージ油路を接続し、チャージ油路から油圧閉回路内に作動油を補充するように構成しているとともに、油圧回路内の圧力を開放するためのリリーフ弁が設けられる。
As shown in FIG. 8, the reduction
また、回転軸17をモータ出力軸として備える油圧モータ62は、ポンプモータとして動作するものであり、アキュムレータ64と接続することで、油圧モータ62でポンプ動作が実行される場合、アキュムレータ64に作動油(作動流体)の圧力が蓄圧される。回転軸17の回転速度をアキュムレータ64及び作動油タンク65と油圧モータ62との間には、コントローラ25により制御される蓄圧用電磁弁67が設けられている。
The
コントローラ25には、油圧モータ62の回転軸17の出力回転速度を検出する回転検出センサ63からの信号が入力されている。そして、コントローラ25は、回転検出センサ63からの信号に基づいて、油圧ポンプ61におけるポンプ斜板位置を制御し、油圧モータ62の回転速度を目標の回転速度とする。これにより、油圧モータ62は、油圧ポンプ61及びアキュムレータ64より供給される作業油流量に基づいて、目標の回転速度で回転する。
A signal from a
一方、油圧モータ62がポンプ動作を実行している際には、コントローラ25は、回転検出センサ63からの信号に基づいて、回転軸17の回転方向を確認して、蓄圧用電磁弁67を制御して、アキュムレータ64及び作動油タンク65との接続回路を切り換える。これにより、アキュムレータ64は、油圧モータ62により作業油が供給されることで、アキュムレータ64内の作業油圧力が高まる。
On the other hand, when the
本実施形態の減速逆転機11Cは、駆動源が、作動流体により駆動する一方で作動流体圧を蓄圧するアキュムレータ64と連結したポンプモータ(油圧モータ)62であって、遊星ギヤ機構20における機械的エネルギーと作動流体圧による圧力エネルギーとを可逆的に変換する。したがって、駆動源であるポンプモータ62をポンプとして動作させることにより、アキュムレータ64に作動流体圧力を蓄圧させることができ、油圧ポンプ61の駆動による燃料消費を抑制し、減速逆転機11Cの燃費向上を図れる。また、主機関(エンジン)10の停止時において出力軸15が受けた外力に基づくエネルギー(回生エネルギー)をアキュムレータ64に蓄えることで回収されるため、減速逆転機11Cにおける省エネルギー化を図れるだけでなく、エネルギー変換により出力軸15における運動エネルギーが消費され、船舶1の逸走距離を低減できる。
The speed reduction
なお、本願発明における各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、例えば、発電電動機による駆動源16や油圧ポンプモータ62による駆動源の代わりに空圧ポンプモータによる駆動源を用いるものとする、又は、第1又は第3実施形態における駆動源16を第4実施形態の油圧ポンプモータ62で代用する等、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
In addition, the structure of each part in this invention is not limited to embodiment of illustration, For example, instead of the
1 プレジャーボート(船舶)
2 船体
5 プロペラ
7 変速レバー
8 スロットルレバー
10 エンジン(主機関)
11 減速逆転機
11A 減速逆転機
11B 減速逆転機
11C 減速逆転機
13 主入力軸
15 出力軸
16 駆動源(発電電動機)
16A 駆動源(ポンプモータ)
17 回転軸
18 変速クラッチ
19 副入力軸
20 遊星ギヤ機構
21 電源装置
22 インバータ回路
31 サンギヤ
32 キャリア
33 遊星ギヤ
34 リングギヤ
35 入力側伝動ギヤ
36 出力側伝動ギヤ
38 ブレーキ機構
60 油圧無段変速機
61 油圧ポンプ
62 油圧モータ
63 回転検出センサ
64 アキュムレータ
65 作動油タンク
67 蓄圧用電磁弁
1 Pleasure boat (ship)
2 Hull 5 Propeller 7
DESCRIPTION OF
16A Drive source (pump motor)
17 Rotating
Claims (9)
前記主機関とは別の駆動源と、前記主機関及び前記駆動源からの回転動力を合成して前記出力軸に出力する遊星ギヤ機構とを備えており、前記駆動源の回転方向が可逆であり且つ前記駆動源の回転速度が可変であって、前記出力軸の回転を正逆転可能とするとともに無段階で増減速させることを特徴とする減速逆転機。 In the reduction reverse gear that switches the power of the main engine mounted on the hull to forward, neutral or reverse output and transmits it to the propeller via the output shaft,
A driving source different from the main engine, and a planetary gear mechanism that combines the rotational power from the main engine and the driving source and outputs the resultant to the output shaft, and the rotational direction of the driving source is reversible. A reduction / reversal machine characterized in that the rotation speed of the drive source is variable, the rotation of the output shaft can be forward and reverse, and the speed is increased and decreased steplessly.
船舶。 The speed reducer according to any one of claims 1 to 8 is mounted on the hull.
Ship.
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