JP2019199148A - 船舶推進システム及び船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関を動力源とする推進器と、電動モータを動力源とする推進器とを併用しながらも、推進効率の低下が抑えられる船舶推進システム及び船舶を提供する。【解決手段】船舶推進システム１１は、内燃機関２０の動力をプロペラ２１に伝達する第１動力伝達装置２２と、電動モータ３０の動力をプロペラ３１に伝達し、第１動力伝達装置２２とは独立して上下回動可能に船体に取り付けられる第２動力伝達装置３２と、第２動力伝達装置３２を上下回動するためのアクチュエータ３３と、制御装置４とを備える。制御装置４は、内燃機関２０を駆動し且つ電動モータ３０を駆動しない第１駆動モードと、内燃機関２０を駆動せず且つ電動モータ３０を駆動する第２駆動モードとを選択可能に構成されており、第１駆動モードが選択された場合に、第２動力伝達装置３２が上方に回動するようにアクチュエータ３３を作動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関と電動モータとを動力源とする船舶推進システムと、その船舶推進システムが搭載された船舶とに関する。

河川や湖、或いはマリーナなどでは、船舶に搭載されている内燃機関からの排気ガスや騒音が問題視される傾向にある。これに対し、電動モータを動力源とすることが考えられるが、重量やサイズの大きい発電機またはバッテリを搭載しなければ高出力が得られないため、実用に見合わない場合が多い。また、近年では、内燃機関と電動モータとを一体的に組み合わせたハイブリッド型の推進システムが開発されているものの、構造が複雑であるとともに、そのシステム専用の動力源として提供されるため、高コスト化が避けられないという問題がある。

特許文献１には、内燃機関を有した内燃機関船外機と、電動モータを有した電動船外機とを備えた船舶推進システムが開示されている。このシステムでは、内燃機関と電動モータとが互いに独立した動力源として備えられているので、所望に応じて双方を共に駆動したり、あるいはいずれか一方を単独で駆動したりできる。しかし、内燃機関船外機と電動船外機とが連結装置によって連結されており、内燃機関船外機が単独で駆動される場合でも電動船外機は必ず水中に配置されるため、停止している電動船外機によって推進抵抗が大きくなり、船舶の推進効率の低下を招くことになる。

特許文献２には、推進器として、主プロペラと、その主プロペラの回転軸に関して線対称に配置された２つの船尾側プロペラとを備える船舶推進システムが開示されている。主プロペラは、内燃機関（中速ディーゼル機関）から伝達される動力によって回転する。船尾側プロペラは、モータによって回転し、主プロペラによる推進力を補助する。このシステムにおいても、主プロペラだけを回転して船尾側プロペラを回転しない場合には、やはり船尾側プロペラが推進抵抗となり、船舶の推進効率の低下を招くことになる。

特開２０１７−１３２４４２号公報 特開２０１６−１５３２５９号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関を動力源とする推進器と、電動モータを動力源とする推進器とを併用しながらも、推進効率の低下が抑えられる船舶推進システム及び船舶を提供することにある。

本発明に係る船舶推進システムは、内燃機関と、第１推進器と、前記内燃機関及び前記第１推進器に接続され、前記内燃機関の動力を前記第１推進器に伝達する第１動力伝達装置と、電動モータと、第２推進器と、前記電動モータ及び前記第２推進器に接続され、前記電動モータの動力を前記第２推進器に伝達し、前記第１動力伝達装置とは独立して上下回動可能に船体に取り付けられる第２動力伝達装置と、前記第２動力伝達装置を上下回動するためのアクチュエータと、操船者の指示に応じて、前記内燃機関を駆動し且つ前記電動モータを駆動しない第１駆動モードと、前記内燃機関を駆動せず且つ前記電動モータを駆動する第２駆動モードとを選択可能に構成されており、前記第１駆動モードが選択された場合に、前記第２動力伝達装置が上方に回動するように前記アクチュエータを作動させる制御装置と、を備える。

かかる構成によれば、第１駆動モードが選択されて内燃機関のみが駆動される場合、即ち第１推進器のみで船舶を推進する場合には、アクチュエータが作動して第２動力伝達装置が上方に回動する（チルトアップ）。このため、第２動力伝達装置に接続されている第２推進器が水中から引き上げられ、推進抵抗になることがない。その結果、内燃機関を動力源とする推進器（第１推進器）と、電動モータを動力源とする推進器（第２推進器）とを併用しながらも、推進効率の低下を抑えることができる。

前記第１推進器の回転数を検出する回転数検出部を備え、前記制御装置は、操船者の指示に応じて、前記内燃機関及び前記電動モータを駆動する第３駆動モードを選択可能に構成されており、前記第３駆動モードが選択され且つ前記回転数検出部によって検出された回転数が所定の基準回転数を超えた場合に、前記第２動力伝達装置が上方に回動するように前記アクチュエータを作動させることが好ましい。

かかる構成によれば、第３駆動モードが選択されて内燃機関及び電動モータが駆動される場合、即ち第１推進器と第２推進器とで船舶を推進する場合には、第１推進器の回転数に基づき、アクチュエータが作動して第２動力伝達装置が上方に回動する（チルトアップ）。第１推進器によって十分な推進力が発揮されている状況では、第２推進器については推進力よりも推進抵抗が大きくなり得ることから、このチルトアップによって推進効率の低下を抑えることができる。

前記制御装置は、操船者の指示に応じて、前記内燃機関及び前記電動モータを駆動する第３駆動モードを選択可能に構成されており、前記第３駆動モードが選択され且つ船速が所定の基準船速を超えた場合に、前記第２動力伝達装置が上方に回動するように前記アクチュエータを作動させることが好ましい。

かかる構成によれば、第３駆動モードが選択されて内燃機関及び電動モータが駆動される場合、即ち第１推進器と第２推進器とで船舶を推進する場合には、船速に基づき、アクチュエータが作動して第２動力伝達装置が上方に回動する（チルトアップ）。所定の基準船速を超えて高速で航行する状況では、内燃機関を動力源とする第１推進器によって十分な推進力が発揮されており、第２推進器については推進力よりも推進抵抗が大きくなり得ることから、このチルトアップによって推進効率の低下を抑えることができる。

前記船体の位置情報を取得する位置情報取得部を備え、前記制御装置は、操船者の指示に応じて、前記内燃機関及び前記電動モータを駆動する第３駆動モードを選択可能に構成されており、前記第３駆動モードが選択され且つ前記位置情報取得部によって取得された位置情報に基づいて前記船体が所定の指定区域外に出た場合に、前記第２動力伝達装置が上方に回動するように前記アクチュエータを作動させることが好ましい。

かかる構成によれば、第３駆動モードが選択されて内燃機関及び電動モータが駆動される場合、即ち第１推進器と第２推進器とで船舶を推進する場合には、船体の位置情報に基づき、アクチュエータが作動して第２動力伝達装置が上方に回動する（チルトアップ）。船体が所定の指定区域外に出て、内燃機関を駆動しても騒音などによる問題が生じない状況では、第２推進器を使用せずとも第１推進器によって推進力を得られることから、このチルトアップによって推進効率の低下を抑えることができる。

操船者によって操作されるジョイスティックを備え、前記第１推進器と前記第２推進器とが、前記船体の幅方向に合計で三つ以上配置されて推進器群を構成しており、前記制御装置は、前記推進器群を構成する推進器のうち左端に配置された左推進器と右端に配置された右推進器とに対してのみ、前記ジョイスティックの操作に応じて操舵角を制御するように構成されていることが好ましい。

左右方向における船舶の推進力は、中央に配置された中央推進器に対して操舵角を制御する場合に比べて、左推進器及び右推進器に対してのみ操舵角を制御した場合の方が大きくなる。それ故、ジョイスティックの操作に応じて、船体の左右両端に配置された推進器（即ち、左推進器と右推進器）に対してのみ操舵角を制御することで、左右方向の推進力を効率良く発生させることができる。

操船者によって操作されるスロットルレバーを備え、前記制御装置は、前記第１駆動モードが選択された場合には、前記スロットルレバーの操作に応じて前記内燃機関の回転数を制御し、前記第２駆動モードが選択された場合には、前記スロットルレバーの操作に応じて前記電動モータの回転数を制御するように構成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、内燃機関を動力源とする第１駆動モードが選択された場合と、電動モータを動力源とする第２駆動モードが選択された場合の双方において、共通の操作具（即ち、スロットルレバー）を用いて操作することができる。したがって、操船者は、動力源の違いを意識して操作方法を変える必要がなく、船体の操作を容易に行うことができる。

操船者によって操作されるスロットルレバーを備え、前記制御装置は、操船者の指示に応じて、前記内燃機関及び前記電動モータを駆動する第３駆動モードを選択可能に構成されており、前記第３駆動モードが選択された場合に、前記スロットルレバーの第１操作範囲での操作に応じて前記内燃機関の回転数を制御し、前記スロットルレバーの第２操作範囲での操作に応じて前記電動モータの回転数を制御するように構成されており、前記第１操作範囲の一部が前記第２操作範囲の一部と重複していることが好ましい。

かかる構成によれば、スロットルレバーが第１操作範囲（例えば、操作角度が相対的に大きい範囲）にあるときは内燃機関の回転数が制御され、スロットルレバーが第２操作範囲（例えば、操作角度が相対的に小さい範囲）にあるときは電動モータの回転数が制御される。また、第１操作範囲の一部が第２操作範囲の一部と重複する範囲では、内燃機関と電動モータとの双方の回転数が制御される。これにより、内燃機関と電動モータとの間で動力源を切り替える際には、双方の動力源が駆動される期間を経るため、船舶に生じる衝撃を低減できる。

前記第１推進器と前記第２推進器とが、前記船体の幅方向に合計で三つ以上且つ奇数個配置されて推進器群を構成しており、前記制御装置は、前記推進器群を構成する推進器のうち左端に配置された左推進器と右端に配置された右推進器とに、前後方向で互いに逆向きの推進力が発生する場合に、中央に配置された中央推進器を停止させるように構成されていることが好ましい。これにより、船体を小旋回（その場旋回）させる際に、旋回半径が大きくならないようにできる。

前記第１推進器と前記第２推進器とが、前記船体の幅方向に合計で三つ以上且つ奇数個配置されて推進器群を構成しており、前記制御装置は、前記推進器群を構成する推進器のうち左端に配置された左推進器と右端に配置された右推進器とに、前後方向で互いに同じ向きの推進力が発生する場合に、前記左推進器の推進力及び前記右推進器の推進力のうち小さい方の推進力を、中央に配置された中央推進器に発生させるように構成されていることが好ましい。これにより、船体を旋回させる際に、中央推進器に必要以上の推進力を発生させないようにできる。

本発明に係る船舶は、上述したいずれかの船舶推進システムが搭載されたものである。

本発明に係る船舶推進システムの一例を搭載した船舶を概略的に示す（ａ）平面図、（ｂ）背面図、及び、（ｃ）後部の右側面図 （ａ）第１駆動モード、及び、（ｂ）第２駆動モードにおける船体の後端部を概略的に示す平面図 ジョイスティックモードにおける船体の後端部を概略的に示す平面図 第１駆動モードにおける動力源の回転数とクラッチ動作の一例を示すグラフ 第２駆動モードにおける動力源の回転数とクラッチ動作の一例を示すグラフ 第４駆動モードにおける動力源の回転数とクラッチ動作の一例を示すグラフ 第３駆動モードにおける動力源の回転数とクラッチ動作の一例を示すグラフ スロットルレバーの操作方向と速度指令制御との関係を示す図 スロットルレバーの操作角度と速度指令制御との関係を示す図

本発明に係る船舶推進システム及び船舶の一例について説明する。

図１に示すように、船舶１は、前後方向ＦＢにおける所定の長さと、左右方向ＬＲにおける所定の幅とを有した船体１０を備える。左右方向ＬＲは、船体１０の幅方向に相当する。上下方向ＵＤは、船舶１が水上に正常姿勢で静止しているときに上下となる方向である。

船舶１は、例えば釣り舟や観光船、クルーザなどの小型船舶である。小型船舶とは、総トン数２０トン未満の船舶をいうが、スポーツまたはレクリエーションに供する長さ２４ｍ未満で国土交通大臣が認める２０トン以上の船舶も小型船舶に含まれる。本実施形態では、船舶１が、スポーツやレクリエーションなどのレジャーに用いられるプレジャーボートである例を示すが、これに限られるものではない。

船舶１には、船舶推進システム１１が搭載されている。船舶推進システム１１は、内燃機関２０と、第１推進器であるプロペラ２１と、内燃機関２０及びプロペラ２１に接続され、内燃機関２０の動力をプロペラ２１に伝達する第１動力伝達装置２２と、電動モータ３０Ｌ，３０Ｒ（以下、これらを「電動モータ３０」と総称する）と、第２推進器であるプロペラ３１Ｌ，３１Ｒ（以下、これらを「プロペラ３１」と総称する）と、電動モータ３０及びプロペラ３１に接続され、電動モータ３０の動力をプロペラ３１に伝達する第２動力伝達装置３２Ｌ，３２Ｒ（以下、これらを「第２動力伝達装置３２」と総称する）と、第２動力伝達装置３２を上下回動するためのアクチュエータ３３Ｌ，３３Ｒ（以下、これらを「アクチュエータ３３」と総称する）と、制御装置４とを備える。

内燃機関２０からの動力は、第１動力伝達装置２２（以下、単に「動力伝達装置２２」と呼ぶ）によって減速されながらプロペラ２１に伝達される。内燃機関２０は、例えばディーゼルエンジンであるが、ガソリンエンジンやガスエンジンなどでもよい。プロペラ２１は、内燃機関２０を動力源として回転駆動され、それによって推進力を発生する。本実施形態では、動力伝達装置２２が、クラッチ２２ｃを内蔵した船内外機（スターンドライブ）である例を示す。但し、動力伝達装置２２は、船外機（アウトボードドライブ）や、船内機（インボードドライブ）、ＰＯＤ、セイルドライブなど、他のドライブ装置でもよい。船内機が採用される場合は、内燃機関２０からマリンギヤボックスを経由した動力がプロペラシャフトを介してプロペラ２１に伝達される。

電動モータ３０からの動力は、第２動力伝達装置３２（以下、単に「動力伝達装置３２」と呼ぶ）によって減速されながらプロペラ３１に伝達される。電動モータ３０の電源には、図示しないバッテリ（蓄電池）を使用することができる。内燃機関２０と電動モータ３０とは互いに独立した動力源として備えられており、双方を共に駆動したり、いずれか一方を単独で駆動したりできる。プロペラ３１は、電動モータ３０を動力源として回転駆動され、それによって推進力を発生する。本実施形態において、動力伝達装置３２は、船体１０の後端部に取り付けられた船内外機である。動力伝達装置３２は、船内外機に限られないが、後述するように動力伝達装置３２を上下回動させる観点から、船内外機または船外機であることが好ましい。動力伝達装置３２は、コストアップを抑える観点から、クラッチ機能を有しない動力伝達装置として構成されている。

動力伝達装置３２は、それぞれ動力伝達装置２２とは独立して上下回動可能に船体１０に取り付けられている。したがって、動力伝達装置２２の位置を変えずに、動力伝達装置３２を上下方向に回動できる。動力伝達装置３２の上下回動に伴い、プロペラ３１は、水中に配置される運転位置と、水中から引き上げられるチルト位置との間で変位する。図１（ｂ）及び（ｃ）では、運転位置にあるプロペラ３１が実線で描かれており、動力伝達装置３２は下方へ回動（チルドダウン）された状態にある。この状態から動力伝達装置３２を上方へ回動（チルトアップ）することにより、図１（ｃ）に破線で示したようにプロペラ３１がチルト位置に変位する。

本実施形態では、内燃機関２０に接続されている動力伝達装置２２も、上下回動可能に船体１０に取り付けられ、動力伝達装置２２を上下回動するためのアクチュエータ２３が備えられている。アクチュエータ２３及びアクチュエータ３３は、例えば油圧シリンダによって構成される。プロペラ２１は、プロペラ３１と同様に、動力伝達装置２２の上下回動に伴って、水中に配置される運転位置と、水中から引き上げられるチルト位置との間で変位する。但し、動力伝達装置２２は、上下回動可能に構成されたものに限られない。

本実施形態では、一つの内燃機関２０に対して一つのプロペラ２１が接続され、一つの電動モータ３０に対して一つのプロペラ３１が接続されているが、このような 一対一の接続関係に限られるものではない。したがって、例えば、複数の内燃機関に対して一つのプロペラ（第１推進器）が接続されたり、複数の電動モータに対して一つのプロペラ（第２推進器）が接続されたりした構成でもよい。

内燃機関２０の駆動、電動モータ３０の駆動、及び、アクチュエータ３３の作動は、制御装置４によって制御される。制御装置４は、操船者の指示に応じて、内燃機関２０を駆動し且つ電動モータ３０を駆動しない第１駆動モードと、内燃機関２０を駆動せず且つ電動モータ３０を駆動する第２駆動モードとを選択可能に構成されている。第１駆動モードが選択された場合、即ち内燃機関２０を動力源とするプロペラ２１のみで船舶１を推進する場合に、制御装置４は、動力伝達装置３２が上方に回動するようにアクチュエータ３３を作動させる。これにより、動力伝達装置３２に接続されているプロペラ３１が水中から引き上げられ、推進抵抗になることがない。その結果、内燃機関２０を動力源とするプロペラ２１と、電動モータ３０を動力源とするプロペラ３１とを併用しながらも、推進効率の低下が抑えられる。

船舶１の操船部５には、操船者によって操作される操作具５０、図示しない表示パネル及びドライバーズシートなどが設置されている。本実施形態において、操作具５０は、スイッチ５１、ハンドル５２、ジョイスティック５３及びスロットルレバー５４を含む。スロットルレバー５４は、前後に傾倒操作可能な二本のレバー部５４Ｌ，５４Ｒを有する。操船者は、スイッチ５１の操作によって、第１及び第２駆動モードの少なくとも二つを含む複数の駆動モードから所望の駆動モードを選択でき、延いては、駆動する動力源を選択できる。表示パネルには、選択されている駆動モードが表示される。スイッチ５１は、リモコン式スイッチであるが、これに限られず、例えば操作パネルに設置されるレバーや表示パネルの画面に表示されるスイッチであってもよい。

また、アクチュエータ２３の作動も制御装置４によって制御可能であり、第２駆動モードが選択された場合、即ち電動モータ３０を動力源とするプロペラ３１のみで船舶１を推進する場合には、制御装置４が、動力伝達装置２２が上方に回動するようにアクチュエータ２３を作動させる。これによって、動力伝達装置２２に接続されているプロペラ２１が水中から引き上げられ、推進抵抗になることがない。その結果、第２駆動モードを選択したときにおいても推進効率の低下を抑えて、船舶１の推進性能を向上することができる。

騒音などの問題が生じない状況や、高出力を必要とする状況では、第１駆動モードを選択し、内燃機関２０を駆動して航行することが考えられる。その場合は、上述のように非駆動の動力伝達装置３２がチルトアップされるため、プロペラ３１や動力伝達装置３２が推進抵抗にならず、推進効率の低下が抑えられる。図２（ａ）のように動力伝達装置３２がチルトアップされた状態では、プロペラ３１がチルト位置にあるのに対し、プロペラ２１は運転位置にある。第１駆動モードでは、ハンドル５２の操作によって動力伝達装置２２が左右回動され、制御装置４は、プロペラ２１に対してのみ、ハンドル５２の操作に応じて操舵角を制御するように構成されている。

河川や湖、或いはマリーナなど、内燃機関２０からの排気ガスや騒音が問題視されやすい状況では、第２駆動モードを選択し、内燃機関２０を駆動せずに航行することが考えられる。その場合は、上述のように非駆動の動力伝達装置２２がチルトアップされるため、プロペラ２１や動力伝達装置２２が推進抵抗にならず、推進効率の低下が抑えられる。図２（ｂ）のように動力伝達装置２２がチルトアップされた状態では、プロペラ２１がチルト位置にあるのに対し、プロペラ３１は運転位置にある。第２駆動モードでは、ハンドル５２の操作によって動力伝達装置３２が左右回動され、制御装置４は、プロペラ３１に対してのみ、ハンドル５２の操作に応じて操舵角を制御するように構成されている。

本実施形態では、船舶１が三基掛けである例を示す。船体１０の幅方向（左右方向ＬＲ）には三つのプロペラ２１，３１Ｌ，３１Ｒが配置され、これらが推進器群を構成している。推進器群を構成するプロペラ２１，３１Ｌ，３１Ｒは、いずれも船体１０の長手方向（前後方向ＦＢ）の中央よりも後方に配置されている。三つのプロペラ２１，３１Ｌ，３１Ｒは左右方向ＬＲに沿って配列されているが、これに限られず、例えば動力伝達装置２２が船内機である場合には、プロペラ２１が船体１０の後端部よりも前方に配置される。推進器群を構成する推進器（プロペラ）の数は、三つ以上であることが好ましい。したがって、本実施形態では三基掛けで構成しているが、これを四基掛けや五基掛けにすることも可能である。

本実施形態では、推進器群を構成する推進器のうち左端に配置された左推進器と右端に配置された右推進器とが、それぞれ電動モータ３０Ｌ，３０Ｒを動力源とするプロペラ３１Ｌ，３１Ｒである。このため、プロペラ３１（プロペラ３１Ｌ，３１Ｒ）の推進力が小さくても良好な旋回性能を発揮できる。かかる観点から、四基掛けの場合は、左推進器及び右推進器が電動モータを動力源とする推進器で構成され、残りの二つが内燃機関を動力源とする推進器で構成されることが好ましい。また、五基掛けの場合は、左推進器及び右推進器と、それらに隣り合う一対の推進器が、電動モータを動力源とする推進器で構成され、中央の一つが、内燃機関を動力源とする推進器で構成されることが好ましい。但し、これに限られず、内燃機関を動力源とするプロペラを左右両端に配置し、電動モータを動力源とするプロペラを中央に配置した構造でも構わない。

左右のバランスを良好にして優れた推進性能を発揮する観点から、船体１０の幅方向の中央線を基準にして左側に配置された動力源（図１では電動モータ３０Ｌ）の最大出力は、その右側に配置された動力源（図１では電動モータ３０Ｒ）の最大出力と同じであることが好ましい。四基掛けや五基掛けの場合は、左右の各々に動力源が二つ配置されうるが、その場合は、左側に配置された動力源の最大出力の合計が、右側に配置された動力源の最大出力の合計と同じであることが好ましい。また、第２駆動モードにおいて十分な船速で航行できるよう、電動モータ３０Ｌ，３０Ｒの最大出力は、それぞれ内燃機関２０の最大出力の１０％以上であることが好ましい。

既述のように、本実施形態では、船舶推進システム１１が、操船者によって操作されるジョイスティック５３を備える。また、プロペラ２１とプロペラ３１とが、船体１０の幅方向に合計で三つ以上（本実施形態では三つ）配置されて推進器群を構成している。制御装置４は、推進器群を構成する推進器のうち左端に配置された左推進器と右端に配置された右推進器とに対してのみ、即ちプロペラ３１Ｌ，３１Ｒに対してのみ、ジョイスティック５３の操作に応じて操舵角を制御するように構成されている。これにより、左右方向の推進力を効率良く発生させることができ、ジョイスティック５３による操船制御に資する。

ジョイスティック５３による操船制御は、ジョイスティックモードに切り替えることで可能となる。ジョイスティック５３には、ジョイスティックモードに切り替えるためのスイッチ５３ｓが設けられている。本実施形態において、ジョイスティックモードでは、中央に配置された推進器であるプロペラ２１の駆動制御が不要であるため、図３のように動力伝達装置２２がチルトアップされており、第２駆動モードと同様、内燃機関２０は駆動されずに電動モータ３０が駆動される。したがって、マリーナでの離着岸などジョイスティックモードが役立つ状況において、静穏な操船が可能である。

既述のように、本実施形態では、船舶推進システム１１が、操船者によって操作されるスロットルレバー５４を備える。制御装置４は、第１駆動モードが選択された場合には、スロットルレバー５４の操作に応じて内燃機関２０の回転数を制御し、第２駆動モードが選択された場合には、スロットルレバー５４の操作に応じて電動モータ３０の回転数を制御するように構成されている。これにより、第１駆動モードと第２駆動モードとの双方において共通の操作具（即ち、スロットルレバー５４）を用いて操作することができ、操船者が動力源の違いを意識して操作方法や操作具を変える必要がない。その結果、駆動モードが違っても操船感覚は殆ど変わらず、操船時の作業性に優れたものとなる。

図４は、スロットルレバー５４の操作に応じた内燃機関２０及び電動モータ３０の回転数の変化、並びに動力伝達装置２２に内蔵されたクラッチ２２ｃの動作を示している。Ｘ１軸及びＸ２軸は、いずれもスロットルレバー５４のレバー位置を表し、中立位置となる原点Ｏから右へ行くほど前方への傾倒操作量（操作角度）が大きく、左へ行くほど後方への傾倒操作量が大きくなる。Ｙ軸は、動力源の回転数を表しており、Ｘ１軸の下方となる負の値は逆向きの回転を意味する。ラインＥは内燃機関２０の回転数、ラインＭは電動モータ３０の回転数を示す。ラインＣは、クラッチ２２ｃの動作を表し、これがＸ２軸に重なっているとオフ状態、Ｘ２軸の上方にあると前進オン状態、Ｘ２軸の下方にあると後進オン状態であることを示す。図５〜７もこれと同様である。

第１駆動モードでは、図４に示すように、スロットルレバー５４の操作に応じて、内燃機関２０の回転数が制御されるとともに、クラッチ２２ｃが切り替えられる。スロットルレバー５４は、第１駆動モードにおいて、内燃機関２０の増減速操作及び動力伝達装置２２のクラッチシフトを行うための操作具となる。スロットルレバー５４の操作範囲は、中立域ＮＡと、船舶１を前進させる前進域ＦＡと、船舶１を後進させる後進域ＲＡとを有する。レバー位置が中立域ＮＡにある段階では、内燃機関２０がアイドルスピードで回転する。レバー位置が前進域ＦＡに入ると、クラッチ２２ｃが前進側に入って前進オン状態となり、船舶１を前進させる方向にプロペラ２１が回転する。レバー位置が後進域ＲＡに入ると、クラッチ２２ｃが後進側に入って後進オン状態となり、船舶１を後進させる方向にプロペラ２１が回転する。本実施形態において、このスロットルレバー５４の操作は、二本のレバー部５４Ｌ，５４Ｒのうちいずれか一方のみ有効とすることができる。

第２駆動モードでは、図５に示すように、スロットルレバー５４の操作に応じて電動モータ３０の回転数が制御される。スロットルレバー５４は、第２駆動モードにおいて、電動モータ３０の増減速操作を行うための操作具となる。レバー位置が中立域ＮＡにある段階では、電動モータ３０は回転しない。レバー位置が前進域ＦＡまたは後進域ＲＡに入ると、電動モータ３０が回転してプロペラ３１を回転駆動させる。第１駆動モードとは異なり、クラッチ２２ｃは常時オフ状態になっている。本実施形態において、このスロットルレバー５４の操作は、左側のレバー部５４Ｌによって左側の電動モータ３０Ｌが制御され、右側のレバー部５４Ｒによって右側の電動モータ３０Ｌが制御されるようにして行われる。電動モータを動力源とする推進器が一つである場合は、二本のレバー部５４Ｌ，５４Ｒのうちいずれか一方のみ有効とすることができる。

本実施形態において、制御装置４は、操船者の指示に応じて、内燃機関２０及び電動モータ３０を駆動する第３駆動モードを選択可能に構成されている。つまり、第３駆動モードは、内燃機関２０と電動モータ３０との双方を使用するモードである。更に、本実施形態では、制御装置４が、操船者の指示に応じて、内燃機関２０及び電動モータ３０を駆動する第４駆動モードを選択可能に構成されている。第４駆動モードは、内燃機関２０と電動モータ３０とを駆動する態様において第３駆動モードと異なる。第１〜第４駆動モードの切り替えは、上述したスイッチ５１によって操作できる。説明の都合上、第３駆動モードよりも先に第４駆動モードについて説明する。

第４駆動モードは、図６に示すように、上述した第１駆動モードと第２駆動モードとを単純に併用したものである。スロットルレバー５４のレバー位置に応じて、内燃機関２０の増減速操作が電動モータ３０の増減速操作と一緒に行われる。内燃機関２０の回転数が電動モータ３０の回転数と同じである必要はない。第４駆動モード（及び第３駆動モード）において、スロットルレバー５４の操作は、二本のレバー部５４Ｌ，５４Ｒの両方を用いて行われ、本実施形態では、二本のレバー部５４Ｌ，５４Ｒの両方を傾倒操作する場合のみ有効とすることができる。

第３駆動モードでは、図７に示すように、前進域ＦＡが、内燃機関推進域ＦＡｅと電動推進域ＦＡｍとを有する。内燃機関推進域ＦＡｅは中立域ＮＡから離れており、電動推進域ＦＡｍは中立域ＮＡに隣接している。即ち、内燃機関推進域ＦＡｅは、スロットルレバー５４の操作角度が相対的に大きい操作範囲であり、電動推進域ＦＡｍは、スロットルレバー５４の操作角度が相対的に小さい操作範囲である。レバー位置が中立域ＮＡを抜けて電動推進域ＦＡｍに入ると、電動モータ３０によってプロペラ３１が回転駆動される。レバー位置が電動推進域ＦＡｍを抜けると、電動モータ３０は停止する。また、レバー位置が内燃機関推進域ＦＡｅに入ると、クラッチ２２ｃが前進オン状態となり、内燃機関２０によってプロペラ２１が回転駆動される。レバー位置が前進域ＦＡにあっても内燃機関推進域ＦＡｅに入らなければ、クラッチ２２ｃはオフ状態のままであり、内燃機関２０の増減速操作は行われない。

このように、制御装置４は、第３駆動モードが選択された場合に、スロットルレバー５４の内燃機関推進域ＦＡｅ（第１操作範囲に相当）での操作に応じて内燃機関２０の回転数を制御し、スロットルレバー５４の電動推進域ＦＡｍ（第２操作範囲に相当）での操作に応じて電動モータ３０の回転数を制御するように構成されている。この第３駆動モードによれば、比較的低速で航行する状況において内燃機関２０を駆動しないため、排気ガスや騒音の問題が懸念されるマリーナなどでの航行に適合する。また、比較的高速で航行する状況、即ち高出力を必要とする状況では、内燃機関２０を駆動して航行できる。このように、低速域では電動モータ３０を動力源として使用し、高速域では内燃機関２０を動力源として使用することで、各々の特性が有効に活かされる。

本実施形態では、内燃機関推進域ＦＡｅの一部が電動推進域ＦＡｍの一部と重複している。前進域ＦＡは、図７のように内燃機関推進域ＦＡｅと電動推進域ＦＡｍとが重複したオーバーラップ域ＦＡｏを含む。オーバーラップ域ＦＡｏでは、スロットルレバー５４の操作に応じて、内燃機関２０と電動モータ３０との双方の回転数が制御される。レバー位置がオーバーラップ域ＦＡｏを抜けると、電動モータ３０は停止し、内燃機関２０のみが駆動される。このようなオーバーラップ域ＦＡｏを設定することにより、電動モータ３０から内燃機関２０に動力源を切り替える際に船舶１に生じる衝撃を低減できる。

第３駆動モードでは、レバー位置が電動推進域ＦＡｍ（及びオーバーラップ域ＦＡｏ）を抜けると電動モータ３０が停止するため、その段階で動力伝達装置３２をチルトアップして推進効率の低下を抑えることが望ましい。また、レバー位置を電動推進域ＦＡｍ（及びオーバーラップ域ＦＡｏ）に戻した際には電動モータ３０が回転するので、それまでに動力伝達装置３２をチルトダウンしておく必要がある。この動力伝達装置３２のチルト動作を自動で行うことにより、利便性を更に向上できる。具体的には、以下で説明する第１〜第３の態様が考えられる。これらは、特に制約なく組み合わせて採用することが可能であり、例えば、チルトアップの制御に第１の態様を採用し、チルトダウンの制御に第２の態様を採用してもよい。

第１の態様では、推進器の回転数に基づいて動力伝達装置３２のチルト動作を制御する。この場合、船舶推進システム１１は、図１のようにプロペラ２１の回転数を検出する回転数検出部２４を備え、その検出信号が制御装置４に送られる。制御装置４は、第３駆動モードが選択され且つ回転数検出部２４によって検出された回転数が所定の基準回転数を超えた場合に、動力伝達装置３２が上方に回動するようにアクチュエータ３３を作動させる。プロペラ２１によって十分な推進力が発揮されている状況では、プロペラ３１については推進力よりも推進抵抗が大きくなり得ることから、この動力伝達装置３２のチルトアップによって推進効率の低下が抑えられる。

本実施形態では、回転数検出部２４が、プロペラ２１の回転数を直接検出するものであるが、これに限られず、例えば、内燃機関２０の回転数またはクラッチ信号を検出し、それに基づいてプロペラ２１の回転数を算出するものでもよい。基準回転数は、電動モータ３０が回転を停止した段階、即ちレバー位置が電動推進域ＦＡｍ（及びオーバーラップ域ＦＡｏ）を抜けた段階で検出されうるプロペラ２１の回転数として予め定められる。基準回転数は、例えばプロペラ２１の最大回転数（仕様書に記載されたMAX SPEED）の３０〜６０％の範囲に設定可能である。

制御装置４は、回転数検出部２４によって検出された回転数が所定の基準回転数を下回った場合に、動力伝達装置３２が下方に回動するようにアクチュエータ３３を作動させてもよい。このチルトダウンに対する基準回転数は、上述したチルトアップに対する基準回転数と異なっていてもよい。即ち、チルトアップ用とチルトダウン用との複数の基準回転数が設定されていてもよい。また、これに代えて、または加えて、電動モータ３０を動力源とするプロペラ３１の回転数を検出し、それに基づいて動力伝達装置３２のチルト動作を制御することも考えられる。

第２の態様では、船速に基づいて動力伝達装置３２のチルト動作を制御する。この場合、制御装置４は、第３駆動モードが選択され且つ船速が所定の基準船速を超えた場合に、動力伝達装置３２が上方に回動するようにアクチュエータ３３を作動させる。所定の基準船速を超えて高速で航行する状況では、内燃機関２０を動力源とするプロペラ２１によって十分な推進力が発揮されており、プロペラ３１については推進力よりも推進抵抗が大きくなり得ることから、このチルトアップによって推進効率の低下が抑えられる。基準船速は、例えば２ｋｔ〜最大船速の１／３の範囲に設定可能である。また、制御装置４は、所定の基準船速を下回った場合に動力伝達装置３２をチルトダウンさせてもよく、チルトアップ用とチルトダウン用との複数の基準船速が設定されていてもよい。

第３の態様では、船体位置に基づいて動力伝達装置３２のチルト動作を制御する。この場合、船舶推進システム１１は、図１のように船体１０の位置情報を取得する位置情報取得部２５を備え、その取得された位置情報が制御装置４に送られる。制御装置４は、第３駆動モードが選択され且つ位置情報取得部２５によって取得された位置情報に基づいて船体１０が所定の指定区域外に出た場合に、動力伝達装置３２が上方に回動するようにアクチュエータ３３を作動させる。船体１０が所定の指定区域外に出て、内燃機関２０を駆動しても騒音などによる問題が生じない状況では、プロペラ３１を使用せずともプロペラ２１によって推進力を得られることから、このチルトアップによって推進効率の低下が抑えられる。

位置情報取得部２５は、例えば、ＧＰＳなどの衛星測位システム（ＧＮＳＳ）の測位衛星からの信号を受信し、それを位置情報として制御装置４に送信する。制御装置４は、船体１０の位置情報（例えば、緯度及び経度の情報）に基づき、船体１０が指定区域外に出たか否かを判定する。指定区域は、港内区域のような、低速での航行が想定される区域として、または静穏な航行が求められる区域として予め定められる。指定区域は、ユーザにより設定可能であるが、マップ情報から取得（アプリによるダウンロード）することも可能である。また、制御装置４は、船体１０が指定区域内に戻った場合に動力伝達装置３２をチルトダウンさせてもよく、チルトアップ用とチルトダウン用との複数の指定区域が設定されていてもよい。

図８は、上述した第３及び第４駆動モードのようにスロットルレバー５４の操作が二本のレバー部５４Ｌ，５４Ｒの両方を用いて行われる場合の、左右のレバー部５４Ｌ，５４Ｒの傾倒方向（操作方向）と速度指令制御との関係を示している。図中の矢印は、推進器（プロペラ）によって発生する推進力を表しており、下向きが前進、上向きが後進となる。図中の「Ｓ」は、推進器が停止（ＳＴＯＰ）することを意味する。推進器群を構成する推進器のうち、左側に位置する推進器は左側のレバー部５４Ｌの操作に応じて制御され、右側に位置する推進器は右側のレバー部５４Ｒの操作に応じて制御される。推進器群を構成する推進器の数に関係なく、同じ操船感覚で操作できるように構成されている。

図８のように、三基掛けと五基掛けにおいては、第１推進器と第２推進器とが船体１０の幅方向に合計で三つ以上且つ奇数個配置されて推進器群を構成している。制御装置４は、その推進器群を構成する推進器のうち左端に配置された左推進器（プロペラ３１Ｌ）と右端に配置された右推進器（プロペラ３１Ｒ）とに、前後方向で互いに逆向きの推進力が発生する場合に、即ちレバー部５４Ｌとレバー部５４Ｒとを互いに逆向きに傾倒させた場合に、中央に配置された中央推進器（プロペラ２１）を停止させるように構成されている（図８の［Ｂ］、［Ｃ］、［Ｊ］、［Ｋ］参照）。これにより、船体１０を小旋回（その場旋回）させる際に、旋回半径が不必要に大きくならないようにできる。また、操作が複雑にならないよう、制御装置４は、停止させる中央推進器に対する操舵角を直進方向で維持するように制御することが好ましい。

図９は、上述した第３及び第４駆動モードのようにスロットルレバー５４の操作が二本のレバー部５４Ｌ，５４Ｒの両方を用いて行われる場合の、左右のレバー部５４Ｌ，５４Ｒの傾倒操作量（操作角度）と速度指令制御との関係を示している。図中の矢印の意味は図８と同じであり、矢印の長さは推進力の大きさを表している。また、「角度小」は、相対的に小さい操作角度（例えば、最大操作角度の３０％）を表し、「角度大」は、相対的に大きい操作角度（例えば、最大操作角度の８０％）を表している。レバー位置が後進域ＲＡにある場合は、推進力が前後反対になることを除いて、図９と同様に制御される。

図９のように、三基掛けと五基掛けにおいては、第１推進器と第２推進器とが船体１０の幅方向に合計で三つ以上且つ奇数個配置されて推進器群を構成している。制御装置４は、その推進器群を構成する推進器のうち左端に配置された左推進器（プロペラ３１Ｌ）と右端に配置された右推進器（プロペラ３１Ｒ）とに、前後方向で互いに同じ向きの推進力が発生する場合に、左推進器の推進力及び右推進器の推進力のうち小さい方の推進力を、中央に配置された中央推進器（プロペラ２１）に発生させるように構成されている（図９の［Ａ］、［Ｄ］、［Ｉ］、［Ｌ］参照）。したがって、レバー部５４Ｌとレバー部５４Ｒとを互いに同じ向きに傾倒し、それらの操作角度が異なる場合は、その操作角度が小さい方の速度指令値で中央推進器が駆動される。これにより、船体１０を旋回させる際に、中央推進器に必要以上の推進力を発生させないようにできる。

また、制御装置４は、左推進器（プロペラ３１Ｌ）及び右推進器（プロペラ３１Ｒ）のうちいずれか一方に推進力が発生しない場合、即ちレバー部５４Ｌ及びレバー部５４Ｒのいずれか一方のレバー位置が中立域ＮＡにある場合には、中央に配置された中央推進器（プロペラ２１）に推進力を発生させないように構成されている（図９の［Ｂ］、［Ｃ］、［Ｊ］、［Ｋ］参照）。この場合においても、船体１０を旋回させる際に、中央推進器に無駄な推進力を発生させないようにできる。

内燃機関２０及び電動モータ３０の双方を駆動するモードに関して、前述の実施形態では、スロットルレバー５４のレバー位置に応じて、内燃機関２０及び電動モータ３０の双方の増減速操作が行われる例を示したが、スロットルレバー５４のレバー部５４Ｌ，５４Ｒの代わりにノッチ５４ｎ（図１参照）を用いて、電動モータ３０の増減速操作を行うことも考えられる。ノッチ５４ｎは、押し加減によって傾倒角度が変化するシーソー型スイッチであり、例えばレバー部５４Ｌ，５４Ｒの側面に設けられる。ノッチ５４ｎは、押し加減を調整可能なボタンスイッチで構成することも可能である。

上記のノッチ５４ｎを利用する場合は、レバー部５４Ｌ及び／またはレバー部５４Ｒの傾倒によって内燃機関２０の増減速操作が行われるとともに、ノッチ５４ｎの傾倒によって電動モータ３０の増減速操作が行われる。ノッチ５４ｎを操作するタイミングは操船者の任意であり、船舶１を加速させたい場面で、電動モータ３０を補助的に駆動させてブースト機能のように用いることができる。また、直感的操作と微速コントロールができるように、制御装置４は、レバー位置が中立域ＮＡにある段階ではノッチ５４ｎの操作を無効とし（即ち、電動モータ３０が駆動せず）、レバー位置が前進域ＦＡにある段階ではノッチ５４ｎの操作に応じて電動モータ３０を前進側に回転させ、レバー位置が後進域ＲＡにある段階ではノッチ５４ｎの操作に応じて電動モータ３０を後進側に回転させることが好ましい。

本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。

１ 船舶
４ 制御装置
１０ 船体
１１ 船舶推進システム
２０ 内燃機関
２１ プロペラ（第１推進器）
２２ 第１動力伝達装置
２２ｃ クラッチ
２３ アクチュエータ
２４ 回転数検出部
２５ 位置情報取得部
３０ 電動モータ
３１ プロペラ（第２推進器）
３２ 第２動力伝達装置
３３ アクチュエータ
５０ 操作具
５１ スイッチ
５２ ハンドル
５３ ジョイスティック
５４ スロットルレバー
５４Ｌ 左側レバー部
５４Ｒ 右側レバー部

Claims (10)

1. 内燃機関と、
   第１推進器と、
   前記内燃機関及び前記第１推進器に接続され、前記内燃機関の動力を前記第１推進器に伝達する第１動力伝達装置と、
   電動モータと、
   第２推進器と、
   前記電動モータ及び前記第２推進器に接続され、前記電動モータの動力を前記第２推進器に伝達し、前記第１動力伝達装置とは独立して上下回動可能に船体に取り付けられる第２動力伝達装置と、
   前記第２動力伝達装置を上下回動するためのアクチュエータと、
   操船者の指示に応じて、前記内燃機関を駆動し且つ前記電動モータを駆動しない第１駆動モードと、前記内燃機関を駆動せず且つ前記電動モータを駆動する第２駆動モードとを選択可能に構成されており、前記第１駆動モードが選択された場合に、前記第２動力伝達装置が上方に回動するように前記アクチュエータを作動させる制御装置と、
   を備える、船舶推進システム。
2. 前記第１推進器の回転数を検出する回転数検出部を備え、
   前記制御装置は、操船者の指示に応じて、前記内燃機関及び前記電動モータを駆動する第３駆動モードを選択可能に構成されており、前記第３駆動モードが選択され且つ前記回転数検出部によって検出された回転数が所定の基準回転数を超えた場合に、前記第２動力伝達装置が上方に回動するように前記アクチュエータを作動させる、
   請求項１に記載の船舶推進システム。
3. 前記制御装置は、操船者の指示に応じて、前記内燃機関及び前記電動モータを駆動する第３駆動モードを選択可能に構成されており、前記第３駆動モードが選択され且つ船速が所定の基準船速を超えた場合に、前記第２動力伝達装置が上方に回動するように前記アクチュエータを作動させる、
   請求項１または２に記載の船舶推進システム。
4. 前記船体の位置情報を取得する位置情報取得部を備え、
   前記制御装置は、操船者の指示に応じて、前記内燃機関及び前記電動モータを駆動する第３駆動モードを選択可能に構成されており、前記第３駆動モードが選択され且つ前記位置情報取得部によって取得された位置情報に基づいて前記船体が所定の指定区域外に出た場合に、前記第２動力伝達装置が上方に回動するように前記アクチュエータを作動させる、
   請求項１〜３いずれか１項に記載の船舶推進システム。
5. 操船者によって操作されるジョイスティックを備え、
   前記第１推進器と前記第２推進器とが、前記船体の幅方向に合計で三つ以上配置されて推進器群を構成しており、
   前記制御装置は、前記推進器群を構成する推進器のうち左端に配置された左推進器と右端に配置された右推進器とに対してのみ、前記ジョイスティックの操作に応じて操舵角を制御するように構成されている、
   請求項１〜４いずれか１項に記載の船舶推進システム。
6. 操船者によって操作されるスロットルレバーを備え、
   前記制御装置は、前記第１駆動モードが選択された場合には、前記スロットルレバーの操作に応じて前記内燃機関の回転数を制御し、前記第２駆動モードが選択された場合には、前記スロットルレバーの操作に応じて前記電動モータの回転数を制御するように構成されている、
   請求項１〜５いずれか１項に記載の船舶推進システム。
7. 操船者によって操作されるスロットルレバーを備え、
   前記制御装置は、操船者の指示に応じて、前記内燃機関及び前記電動モータを駆動する第３駆動モードを選択可能に構成されており、前記第３駆動モードが選択された場合に、前記スロットルレバーの第１操作範囲での操作に応じて前記内燃機関の回転数を制御し、前記スロットルレバーの第２操作範囲での操作に応じて前記電動モータの回転数を制御するように構成されており、
   前記第１操作範囲の一部が前記第２操作範囲の一部と重複している、
   請求項１〜６いずれか１項に記載の船舶推進システム。
8. 前記第１推進器と前記第２推進器とが、前記船体の幅方向に合計で三つ以上且つ奇数個配置されて推進器群を構成しており、
   前記制御装置は、前記推進器群を構成する推進器のうち左端に配置された左推進器と右端に配置された右推進器とに、前後方向で互いに逆向きの推進力が発生する場合に、中央に配置された中央推進器を停止させるように構成されている、
   請求項１〜７いずれか１項に記載の船舶推進システム。
9. 前記第１推進器と前記第２推進器とが、前記船体の幅方向に合計で三つ以上且つ奇数個配置されて推進器群を構成しており、
   前記制御装置は、前記推進器群を構成する推進器のうち左端に配置された左推進器と右端に配置された右推進器とに、前後方向で互いに同じ向きの推進力が発生する場合に、前記左推進器の推進力及び前記右推進器の推進力のうち小さい方の推進力を、中央に配置された中央推進器に発生させるように構成されている、
   請求項１〜８いずれか１項に記載の船舶推進システム。
10. 請求項１〜９いずれか１項に記載の船舶推進システムが搭載された船舶。

Images