JP2022096968A - 船舶推進機 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチの入出力間で多少の回転差がある状態でも結合を行うことが可能でありながら、エンジンと電動モータの一方でも両方でもプロペラシャフトを駆動可能な船舶推進機にする。【解決手段】エンジン２側のピニオンギヤ１４と噛み合う前進ギヤ１５及び後進ギヤ１６と、ギヤ１５、１６の夫々とプロペラシャフト１１間に設けたクラッチ１７、１８と、電動モータ４の動力を両クラッチ１７、１８から独立した経路でプロペラシャフト１１に伝達する経路とを備える。クラッチ１７、１８は、ギヤ１５又は１６と一体的な外方部２０と、プロペラシャフト１１と一体的な内方部３０との間に位置する係合子４０を保持器５０で保持し、保持器５０に対して回り止めされたアーマチュア７０を電磁石８０でロータ９０に磁気吸着させることで保持器５０を外方部２０に対し相対回転させて係合子４０を中立位置から係合位置に移動させ、係合子４０等の復帰用に中立ばね６０、離反ばね１００を設ける。【選択図】図１

Description

この発明は、動力源としてエンジン及び電動モータを備える船舶推進機に関する。

モータボート等の小型船舶では、一般に、船体の外に推進機が配置されている。この種の船舶推進機は、燃料タンク、エンジン、動力伝達系（ギヤ、クラッチ、プロペラシャフト等）をハウジングに内蔵している。

船体外で推進機から発せられる騒音は、入出港の際に問題視される。そのため、入出港時に電動モータでプロペラシャフトを駆動することが可能な船舶推進機が注目されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の船舶推進機は、エンジンとプロペラシャフト間で回転の伝達と遮断を行う第一クラッチと、電動モータとプロペラシャフト間で回転の伝達と遮断を行う第二クラッチとを備えている。その第一クラッチと第二クラッチは、それぞれドグクラッチに構成されている。シフトアクチュエータにより、第一クラッチと第二クラッチの一方が回転伝達状態に切り替えられると共に他方が遮断状態に切り替えられる。

特開２０２０－２９１８５号公報

しかしながら、特許文献１の船舶推進機では、ドグクラッチを備えるため、入出力間の回転差を無くしてからクラッチを結合しないと、歯飛びが発生してクラッチが噛み合えなかったり、噛み合い時に大きな異音が発生したりする問題がある。

また、第一クラッチと第二クラッチの一方だけを選択的に動力伝達状態に切り替える構造であるから、エンジンと電動モータの一方でしかプロペラシャフトを駆動することができない問題がある。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、クラッチの入出力間で多少の回転差がある状態でも結合を行うことが可能でありながら、エンジンと電動モータの一方でも両方でもプロペラシャフトを駆動可能な船舶推進機にすることである。

上記の課題を達成するため、この発明は、プロペラと一体に回転するプロペラシャフトと、エンジンと、電動モータと、前記エンジンの動力を伝達するピニオンギヤと、前記ピニオンギヤと噛み合う前進ギヤと、前記ピニオンギヤと噛み合う後進ギヤと、前記前進ギヤと前記プロペラシャフトとの間で回転の伝達と遮断を行う第一クラッチと、前記後進ギヤと前記プロペラシャフトとの間で回転の伝達と遮断を行う第二クラッチと、前記電動モータの動力を前記第一クラッチ及び前記第二クラッチから独立した経路で前記プロペラシャフトに伝達するハイブリッド伝達経路と、を備え、前記第一クラッチ及び前記第二クラッチは、それぞれ対応の前記前進ギヤ又は前記後進ギヤと一体に回転する外方部と、前記外方部の内側で前記プロペラシャフトと一体に回転する内方部と、前記外方部と前記内方部との間に配置された係合子と、前記係合子を保持する保持器と、前記外方部と前記内方部の一方に対する前記保持器の相対回転によって弾性変形させられる中立ばねと、前記保持器に対して回り止めされたアーマチュアと、前記アーマチュアに対向する電磁石と、前記外方部と前記内方部の前記一方と反対の他方に対して回り止めされた状態で前記アーマチュアに対向するロータと、前記アーマチュアを前記ロータから離反する方向に押圧する離反ばねと、を有し、前記係合子は、前記保持器の相対回転によって前記外方部及び前記内方部に係合する係合位置と、当該係合を解除する中立位置との間を移動させられるように配置されており、前記アーマチュアは、前記電磁石に対する通電によって前記ロータに磁気吸着させられる可動部材からなる構成を採用した。

上記構成によれば、第一クラッチ及び第二クラッチは、それぞれ電磁石でアーマチュアをロータに吸着させることで係合状態に切り替わるものなので、外方部と内方部間に多少の回転差がある状態でも結合を行うことができる。その第一クラッチの電磁石に対して通電しかつ第二クラッチの電磁石に対する通電を遮断した状態にすれば、エンジンの動力を前進ギヤに伝達してプロペラシャフトを回転させることができ、第二クラッチの電磁石に対して通電しかつ第一クラッチの電磁石に対する通電を遮断した状態にすれば、エンジンの動力を後進ギヤに伝達してプロペラシャフトを回転させることができる。一方、第一クラッチ及び第二クラッチの各電磁石に対する通電を遮断した状態としかつ電動モータの動力をハイブリッド伝達経路でプロペラシャフトに伝達すれば、電動モータの回転方向に応じてプロペラシャフトを前進方向又は後進方向に回転させることができる。そのハイブリッド伝達経路は第一クラッチ及び第二クラッチから独立した経路であるから、エンジンの動力を第一クラッチ又は第二クラッチがプロペラシャフトに伝達する状態で電動モータの動力もプロペラシャフトに伝達することができる。

前記ハイブリッド伝達経路は、前記電動モータと前記プロペラシャフトとの間で回転の伝達と遮断を行う第三クラッチを有するとよい。このようにすると、エンジンの動力のみをプロペラシャフトに伝達させる場合に第三クラッチでプロペラシャフトと電動モータ間の回転伝達を遮断して、エンジンの燃費を良くすることができる。

前記前進ギヤ及び前記後進ギヤは、前記プロペラシャフトを取り囲みかつ前記プロペラシャフトの軸線方向に向き合っており、前記ピニオンギヤは、前記前進ギヤと前記後進ギヤ間に位置しており、前記第一クラッチ及び前記第二クラッチは、前記プロペラシャフトの周囲かつ前記前進ギヤ、前記後進ギヤ及び前記ピニオンギヤの内側に形成された空間に収容されているとよい。このようにすると、第一クラッチと第二クラッチをコンパクトに配置することができる。

前記前進ギヤと前記後進ギヤとの間かつ前記プロペラシャフトの周囲を取り囲む位置に静止する隔壁をさらに備え、前記第一クラッチの電磁石と前記第二クラッチの電磁石は、前記隔壁に固定されているとよい。このようにすると、前進ギヤ、後進ギヤの内側に収容する第一クラッチ、第二クラッチの各電磁石を共通の静止壁に固定し、これら電磁石に対する配線を取り纏めることができる。

また、前記第一クラッチ及び前記第二クラッチは、それぞれ対応の前記前進ギヤ又は前記後進ギヤに固定された非磁性材製のロータガイドを有し、前記第一クラッチのロータと前記第二クラッチのロータは、それぞれ対応の前記ロータガイドに固定されることによって前記前進ギヤ又は前記後進ギヤと非接触の状態に配置されているとよい。このようにすると、前進ギヤ又は後進ギヤと一体回転する外方部とロータをロータガイドを介して回り止めしつつ、各電磁石の磁界が対応のロータから前進ギヤ又は後進ギヤに漏洩することを抑えることができる。

前記外方部と前記内方部の前記他方は円筒面を有し、前記外方部と前記内方部の前記一方は前記円筒面と周方向にくさび空間を形成するカム面を有し、前記係合子は、前記円筒面と前記カム面との間に配置されたローラからなるとよい。このようにすると、外方部と内方部間の回転差が大きい状態で第一クラッチ、第二クラッチの結合が行われるとき、係合子が円筒面とカム面に係合するまでの間、係合子が円筒面に擦られて自転することで円筒面とカム面を滑り、回転が徐々に伝達される半係合状態を経るので、衝撃を抑えるのに有利である。

上述のように、この発明は、上記構成の採用により、クラッチの入出力間で多少の回転差がある状態でも結合を行うことが可能でありながら、エンジンと電動モータの一方でも両方でもプロペラシャフトを駆動可能な船舶推進機にすることができる。

この発明の第一実施形態に係る船舶推進機の第一、第二クラッチ付近の構造を示す断面図 第一実施形態に係る船舶推進機を模式的に示す左側面図 図１に示す第一クラッチ付近の拡大図 図３に示すＩＶ－ＩＶ線の切断面を示す拡大断面図 図３に示す係合子の中立位置と係合位置を示す部分断面図 この発明の第二実施形態に係る船舶推進機の要部を示す断面図

以下、この発明に係る一例としての第一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１、２に示す船舶推進機１は、その上部にエンジン２、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３等を備え、その下部に電動モータ４、プロペラ５、ラダー６等を備えるユニットとして構成されている。

この船舶推進機１は、船体（船舶）７の後尾に懸架装置８を介して重力軸回りおよび水平軸回りに転舵自在に取り付けられる。この船舶推進機１は、ステアリング装置９によって船体７に対して左右に回動させられ、パワーチルトトリム装置１０によって船体７に対して上下に回動させられる。この船舶推進機１の基準姿勢は、エンジン２（クランクシャフト）の回転軸線が鉛直方向に延び、エンジン２の回転軸線に直交するプロペラシャフト１１の回転軸線が前後方向に延びる姿勢である。

エンジン２及び電動モータ４の一方又は両方の動力がプロペラシャフト１１に伝達される。船舶推進機１は、エンジン２、ＥＣＵ３、電動モータ４等を収容するハウジング１２を備える。ハウジング１２は、エンジン収容部と、ギヤ収容部とを上下に接合する構造になっている。ラダー６は、ハウジング１２のギヤ収容部と一体に設けられている。

エンジン２は、一定の回転方向にクランクシャフトを回転させる機関であり、例えば、４サイクルガソリンエンジンからなる。ハウジング１２の内部には、スロットルバルブを開閉する電動アクチュエータや燃料タンク（図示省略）が設置されている。

ハウジング１２の内部には、エンジン２の動力をプロペラシャフト１１まで伝達する主伝達経路と、電動モータ４の動力をプロペラシャフト１１まで伝達するハイブリッド伝達経路とが構成されている。

プロペラ５は、プロペラシャフト１１と一体に回転するように連結されている。プロペラ５は、プロペラシャフト１１に伝達された動力で正転又は逆転する。プロペラ５の正転により船体７が前進させられ、プロペラ５の逆転により船体７が後進させられる。

主伝達経路とハイブリッド伝達経路は、互いに独立している。すなわち、主伝達経路は、ハイブリッド伝達経路が電動モータ４の動力をプロペラシャフト１１まで伝達している状態であるか否かを問わず、エンジン２の動力をプロペラシャフト１１まで伝達することが可能な構成になっており、ハイブリッド伝達経路は、主伝達経路がエンジン２の動力をプロペラシャフト１１まで伝達している状態であるか否かを問わず、電動モータ４の動力をプロペラシャフト１１へ伝達することが可能な構成になっている。

船体７ないし船舶推進機１に備わる各種操縦装置（図示省略）から出力された信号は、対応の配線Ｌ１～Ｌ６を介してＥＣＵ３に送られる。その信号として、例えば、操縦者によって操作されるステアリングホイールの操舵角に応じた舵角信号、操縦者によって操作されるスロットルレバーの位置に応じたスロットル信号、操縦者によって操作されるシフトレバーの位置、具体的には中立、前進および後進のいずれかに応じたシフト信号、操縦者によって選択される駆動方式（エンジンの動力による駆動、電動モータの動力による駆動、エンジン及び電動モータの動力による駆動）に応じた駆動モード信号、操縦者によって入力されるチルトのアップ・ダウンおよびトリムのアップ・ダウンの指示に応じた昇降角信号が挙げられる。

ＥＣＵ３は、舵角信号に応じてステアリング装置９を動作させて船舶推進機１を操舵する。また、ＥＣＵ３は、昇降角信号に応じてパワーチルトトリム装置１０を動作させて船舶推進機１のチルト角やトリム角を変える。また、ＥＣＵ３は、駆動モード信号、スロットル信号及びシフト信号に応じてエンジン２の出力、電動モータ４の回転方向及び出力、主伝達経路の動作切り替え等の所定の制御を行う。

主伝達経路は、エンジン２の下方で上下方向に延びるドライブシャフト１３と、ドライブシャフト１３と一体に回転するピニオンギヤ１４と、ピニオンギヤ１４と噛み合う前進ギヤ１５と、ピニオンギヤ１４と噛み合う後進ギヤ１６と、前進ギヤ１５とプロペラシャフト１１との間で回転の伝達と遮断を行う第一クラッチ１７と、後進ギヤ１６とプロペラシャフト１１との間で回転の伝達と遮断を行う第二クラッチ１８とを備える。

ドライブシャフト１３は、エンジン２のクランクシャフトから出力された動力を伝達する。ピニオンギヤ１４は、ドライブシャフト１３の下方側端部に設けられたベベルギヤからなる。前進ギヤ１５及び後進ギヤ１６は、ピニオンギヤ１４に対応のベベルギヤからなる。前進ギヤ１５及び後進ギヤ１６は、プロペラシャフト１１を取り囲みかつプロペラシャフト１１の軸線方向に向き合っている。ピニオンギヤ１４は、プロペラシャフト１１に対して上方の位置で前進ギヤ１５と後進ギヤ１６間に位置し、前進ギヤ１５及び後進ギヤ１６と常時噛み合っている。前進ギヤ１５と後進ギヤ１６は、ピニオンギヤ１４の回転によって互いに相反する方向に回転させられる。

第一クラッチ１７及び第二クラッチ１８は、プロペラシャフト１１の周囲かつ前進ギヤ１５、後進ギヤ１６及びピニオンギヤ１４の内側に形成された空間に収容されている。エンジン２の動力は、ドライブシャフト１３とピニオンギヤ１４を介して前進ギヤ１５と後進ギヤ１６に伝達されると共に、第一クラッチ１７と第二クラッチ１８のいずれか一つを介してプロペラシャフト１１に伝達される。エンジン２の動力が前進ギヤ１５に伝達される場合には、プロペラシャフト１１が正転方向（プロペラが船舶を前進させる方向）に回転させられる。エンジン２の動力が後進ギヤ１６に伝達される場合には、プロペラシャフト１１が逆転方向（プロペラ５が船舶を後進させる方向）に回転させられる。

第一クラッチ１７は、図３に示すように、前進ギヤ１５と一体に回転する外方部２０と、外方部２０の内側でプロペラシャフト１１と一体に回転する内方部３０と、外方部２０と内方部３０との間に配置された係合子４０と、係合子４０を保持する保持器５０と、保持器５０の位相をばね力で保持し、外方部２０と内方部３０の一方としての内方部３０に対する保持器５０の相対回転によって弾性変形させられる中立ばね６０と、保持器５０に対して回り止めされたアーマチュア７０と、アーマチュア７０に対向する電磁石８０と、外方部２０と内方部３０の他方としての外方部２０に対して回り止めされた状態でアーマチュア７０に対向するロータ９０と、アーマチュア７０をロータ９０から離反する方向に押圧する離反ばね１００と、を有する。

内方部３０と外方部２０の軸線（回転中心線）は、プロペラシャフト１１の軸線と同軸に設定されており、以下、その軸線に沿った方向を単に「軸線方向」という。軸線方向に関して船舶の前進方向は、図中左方向に相当し、船舶の後進方向は、図中右方向に相当する。また、その軸線方向に直交する方向を「径方向」という。また、その軸線回りの円周方向を「周方向」という。

外方部２０は、前進ギヤ１５に形成されたボス部からなる。内方部３０は、プロペラシャフト１１の外周に結合されたカムリングからなる。内方部３０の内周とプロペラシャフト１１の外周は、スプライン嵌合によって一体に回転可能に連結されている。

前進ギヤ１５のボス部は、軸線方向の両端で開口している。外方部２０は、周方向全周に延びる円筒面２１と、円筒面２１よりも前方側の部位で円筒面２１よりも小さな内径に形成された軸受座面２２と、円筒面２１よりも後方側の部位で円筒面２１よりも大きな内径に形成されたガイド座面２３とを有する。

内方部３０は、図３、図４に示すように、円筒面２１と周方向にくさび空間を形成するカム面３１と、カム面３１よりも前方側の部位でカム面３１よりも小さな外径に形成された第一端部３２と、カム面３１よりも後方側の部位でカム面３１よりも小さな外径に形成された第二端部３３とを有する。

外方部２０の外周の前方側とハウジング１２の内周との間に軸受２４が取り付けられている。軸受２４は、外方部２０をハウジング１２に対して回転自在に支持するためのものである。

また、内方部３０の第一端部３２の外周と外方部２０の軸受座面２２との間に軸受３４が取り付けられている。軸受３４は、内方部３０を外方部２０に対して回転自在に支持するためのものである。

カム面３１は、正多角形状の一辺の長さ方向に延びる平面状になっている。カム面３１と円筒面２１とで形成されるくさび空間は、カム面３１の周方向中央から周方向両端に向かって次第に狭小となっている。なお、カム面３１を複数の面で構成してもよいし、単一の曲面で構成することも可能である。

係合子４０は、円筒面２１とカム面３１との間に配置されたローラからなる。係合子４０は、円筒ころ状に形成されている。内方部３０の外周には、周方向に間隔をおいて複数のカム面３１が形成されている。すなわち、複数のくさび空間が形成され、各くさび空間に係合子４０が配置されている。

カム面３１と円筒面２１との間の径方向の距離は、図５に示すように、カム面３１の周方向中央に位置する係合子４０（図５において実線で描いた。）の位置から周方向の一方向に向かって次第に小さくなり、また、当該係合子４０の位置から周方向の他方向に向かって次第に小さくなっている。係合子４０は、カム面３１に対する保持器５０の相対回転によって円筒面２１及びカム面３１に係合する係合位置（図５において一点鎖線で描いた位置）と、円筒面２１及びカム面３１との係合を解除する中立位置（図５において実線で描いた位置）との間を移動可能に配置されている。係合位置で円筒面２１およびカム面３１に係合した係合子４０は、内方部３０に対して保持器５０が相対回転する際、内方部３０と外方部２０間で回転トルクを伝達する。

保持器５０は、図３～図５に示すように、周方向に並ぶ複数の柱部５１と、これら柱部５１の前方側に連続する第一環部５２と、これら柱部５１の後方側に連続する第二環部５３とを有する。周方向に隣り合う柱部５１間の空間が、係合子４０を収容する空間になっている。係合子４０は、図４に例示するように、周方向に対向する柱部５１との当接により、カム面３１に対する周方向位置が制限され、また、保持器５０と共に強制的に回転させられる。

図３に示すように、保持器５０は、軸方向に沿った第一環部５２から内方部３０側へ出張ったフランジ部５４を有する。フランジ部５４は、保持器５０の剛性向上に貢献する。保持器５０の全体は、例えば、金属板を素材としたプレス加工や、粉末冶金によって一体に形成される。プレス加工で保持器５０の全体的な形状を形成する場合、例えば、金属板として鋼板を用いることができる。

保持器５０は、図１に示すように、フランジ部５４の内周において内方部３０の第一端部３２の外周に回転自在に嵌合されている。フランジ部５４と内方部３０の前方側の段差面３５との当接によって、保持器５０の後方側への移動が規制される。また、内方部３０の第一端部３２の外周に取り付けられた止め輪３６とフランジ部５４との当接によって、保持器５０の前方側への移動が規制される。

図３、図４に示す中立ばね６０は、内方部３０に対する保持器５０の相対回転により弾性変形させられ、その復元弾性によって当該保持器５０を復帰回転させる弾性部材からなる。中立ばね６０は、係合子４０が中立位置となるように保持器５０を弾性的に保持する。

中立ばね６０は、Ｃ形のリング部６１と、リング部６１の両端から保持器５０側に向けて形成された一対の係合片部６２とを有する金属ばねからなる。内方部３０には、後方側に向かって開放した凹部３７が形成されている。凹部３７は、周方向の一部で断絶した形状の環状壁３７ａを有する。凹部３７は、軸線方向に一定の深さをもっている。その凹部３７内に中立ばね６０が嵌っている。

中立ばね６０のリング部６１は、内方部３０の第二端部３３の外周に通され、環状壁３７ａの内側に嵌合されている。保持器５０は、環状壁３７ａの断絶空間の外方に係合口部５５を有する。一対の係合片部６２は、環状壁３７ａの断絶空間（環状壁の周方向両端間の空間）及び係合口部５５に挿入されている。一対の係合片部６２は、環状壁３７ａ、係合口部５５を周方向の相反する方向に向かって押圧する。その押圧によって、保持器５０は、係合子４０が中立位置となる位相に保持される。

図３に示す中立ばね６０は、保持器５０と一体に回転するばね保持リング５６によって凹部内に保たれている。ばね保持リング５６は、内方部３０の第二端部３３の外周に嵌合されると共に、保持器５０と一体に回転することができるように第二環部５３に結合された板部材からなる。ばね保持リング５６は、第二端部３３の外周に取り付けられた止め輪３８により、後方側への移動が阻止されている。

アーマチュア７０は、内方部３０の第二端部３３の外周にスライド自在に嵌合された可動部材からなる。アーマチュア７０は、径方向に沿いかつ全周に延びる環状側面を有する。アーマチュア７０と保持器５０は、ばね保持リング５６を介して回り止めされている。ばね保持リング５６の係合部が保持器５０の第二環部５３の切欠部及びアーマチュア７０の係合孔部に挿入された回り止め構造になっている。なお、ばね保持リング５６を省略し、アーマチュアに係合孔部を形成し、そこに保持器の係合突片を挿入する回り止め構造を採用することも可能である。

外方部２０のガイド座面２３に非磁性材製のロータガイド９１が固定されている。ロータ９０は、ロータガイド９１に固定されている。

ロータガイド９１は、略円筒状に形成されており、ガイド座面２３に対する圧入によって固定されている。非磁性材として、例えば、アルミニウム合金等が挙げられる。

ロータ９０は、内方円筒部９２と、この内方円筒部９２の外方に位置する外方円筒部９３と、これら両円筒部９２、９３を繋ぐ端壁部９４とを有する。ロータ９０は、その外方円筒部９３をロータガイド９１の内周に圧入することによって外方部２０と一体回転可能に固定されている。端壁部９４は、径方向に沿いかつ全周に亘る環状面を有する。なお、アーマチュア７０と電磁石８０とロータ９０間を循環する磁気回路がアーマチュア７０と電磁石８０間を往復する回数を増やしてアーマチュア７０に対する磁気吸引力を強くするため、端壁部９４を軸線方向に貫通し周方向に円弧状に延びる磁束遮断用のスリットが複数形成されている。

プロペラシャフト１１とロータ９０の内周との間に軸受９５が配置されている。軸受９５は、ロータ９０をプロペラシャフト１１に対して回転自在に支持するためのものである。

ロータ９０は、ロータガイド９１を介して外方部２０に固定されることによって、強磁性材である鋼製の前進ギヤ１５と非接触の状態に配置されている。ロータガイド９１は、ロータ９０に入った磁束がアーマチュア７０に向かわずに前進ギヤ１５への磁束漏洩することを防ぐ。

電磁石８０は、ロータ９０の内方円筒部９２と外方円筒部９３との間の空間に配置されている。電磁石８０は、フィールドコア８１と、フィールドコア８１に支持されたコイル８２とからなる。電磁石８０は、そのフィールドコア８１において静止部に固定されている。静止部は、前進ギヤ１５と後進ギヤ１６との間かつプロペラシャフト１１の周囲を取り囲む位置に静止する隔壁１２ａになっている。隔壁１２ａは、ピニオンギヤ１４と上下方向に対向する位置に設けられている。隔壁１２ａは、プロペラシャフト１１を通す貫通口を有する板部材になっており、ハウジング１２の内底面に固定されている。

離反ばね１００は、アーマチュア７０とロータ９０の対向面間に介在している。アーマチュア７０がロータ９０から軸線方向に離反する量は、ロータ９０とアーマチュア７０間のエアギャップに相当する。このエアギャップは、止め輪３８によるアーマチュア７０の離反規制によって制限されている。 なお、プロペラシャフト１１の軸線方向の移動は、軸受と、これら軸受の軸線方向移動を規制する構造とによってエアギャップよりも小さい範囲に規制されている。このため、電磁石８０の無励磁時、プロペラシャフト１１に軸線方向荷重が作用したとしても、離反ばね１００に抗してロータ９０とアーマチュア７０の異常接触が生じることはない。

図１、図２に示す第一クラッチ１７と第二クラッチ１８は、互いの取り付け方向がプロペラシャフト１１の軸線方向に関して正反対になっている点で異なるだけであり、第二クラッチ１８は、クラッチ機構として第一クラッチ１７と同一の構造を有する。このため、第二クラッチ１８の詳細説明を省略し、対応の構成要素に同一符号を付す。

第一クラッチ１７と第二クラッチ１８に関する対称面は、ピニオンギヤ１４の軸線を含む仮想平面である。第一クラッチ１７の電磁石８０は、隔壁１２ａの前方側に固定されている。第二クラッチ１８の電磁石８０は、隔壁１２ａの後方側に固定されている。これら電磁石８０のコイル８２に通電するための配線Ｌ７、Ｌ８は、一本のケーブルに纏められて、ＥＣＵ３に接続されている。

前述のハイブリッド伝達経路は、電動モータ４の動力を第一クラッチ１７及び第二クラッチ１８から独立した経路でプロペラシャフト１１に伝達する。

ハイブリッド伝達経路は、電動モータ４とプロペラシャフト１１との間に減速機１１０を有する。減速機１１０は、電動モータ４の回転軸から入力された回転を減速する。減速機１１０は、電動モータ４と組み合わされたギヤボックスになっており、ギヤボックス内で減速した回転をプロペラシャフト１１に出力する伝達軸１１１を有する。伝達軸１１１の外周とプロペラシャフト１１の前方側の内周部は、スプライン嵌合によって一体に回転可能に連結されている。なお、電動モータ４及び伝達軸１１１をそれぞれプロペラシャフト１１と同軸に配置した例を示したが、プロペラシャフト１１と平行軸に配置することも可能であり、この場合、プロペラシャフト１１の外周に設けたギヤ部にハイブリッド伝達経路の終端となるギヤ部を噛み合わせればよい。

第一クラッチ１７、第二クラッチ１８の動作について説明する（以下、図１～図５を適宜、参照のこと。）。ＥＣＵ３によって電磁石８０のコイル８２への通電が遮断されている無励磁状態では、係合子４０が中立位置にあり、保持器５０は、中立ばね６０のばね力により、カム面３１に対して係合子４０を中立位置に保つ位相に保持される。このため、内方部３０（プロペラシャフト１１）と外方部２０（前進ギヤ１５又は後進ギヤ１６）間で相対回転が生じたとしても、内方部３０と外方部２０間ではトルクが伝達されず、内方部３０と外方部２０が相対的に空転（フリー回転）する。つまり、第一クラッチ１７、第二クラッチ１８は、係合子４０が内方部３０及び外方部２０に係合不可な係合解除状態にある。

内方部３０と外方部２０の少なくとも一方が回転し、これら両部が相対的に回転する状態において、電磁石８０のコイル８２に通電すると、電磁石８０が励磁状態になって、アーマチュア７０が、離反ばね１００に抗してロータ９０に磁気的に吸着させられる。このとき、ロータ９０とアーマチュア７０の環状面同士が吸着させられるので、ロータ９０とアーマチュア７０の位相差を問わずに吸着させられる。そのロータ９０とアーマチュア７０の環状面間に作用する摩擦抵抗は中立ばね６０のばね力よりも大きい。このため、アーマチュア７０に対して回り止めされた保持器５０から押される中立ばね６０が弾性変形を生じて、保持器５０が内方部３０に対して相対回転する。その相対回転により、係合子４０は、円筒面２１とカム面３１間のくさび空間の狭小部に押し込まれて円筒面２１とカム面３１に係合する。このため、内方部３０と外方部２０間では、係合子４０を介してトルクが伝達される。このように、第一クラッチ１７、第二クラッチ１８は、係合解除状態から電磁的に、係合子４０が内方部３０及び外方部２０に係合可能な係合状態に切り替えることができる。

このように係合状態へ切り替えて第一クラッチ１７、第二クラッチ１８の結合が行われるとき、外方部２０と内方部３０間の回転差が大きい状態であれば、係合子４０が円筒面２１とカム面３１に係合するまでの間、係合子４０が円筒面２１に擦られて自転することで円筒面２１とカム面３１を滑り、回転が徐々に伝達される半係合状態を経てから係合するので、衝撃が抑えられる。

前述の係合状態において、ＥＣＵ３が電磁石８０のコイル８２に対する通電を遮断すると、離反ばね１００の押圧により、アーマチュア７０がロータ９０から離反させられる。アーマチュア７０がロータ９０から離反すると、中立ばね６０のばね力により、保持器５０が内方部３０に対して係合時の逆方向に回転し、柱部５１に押された係合子４０が中立位置に戻る。このように、第一クラッチ１７、第二クラッチ１８は、係合状態から電磁的に、係合子４０が内方部３０及び外方部２０に係合不可な解除状態に切り替えることができる。

ＥＣＵ３は、第一クラッチ１７の電磁石８０に通電しかつ第二クラッチ１８の電磁石８０への通電を遮断する第一エンジン駆動モード実行機能と、第一クラッチ１７の電磁石８０への通電を遮断しかつ第二クラッチ１８の電磁石８０に通電する第二エンジン駆動モード実行機能と、第一クラッチ１７及び第二クラッチ１８の各電磁石８０への通電を遮断する中立モード実行機能と、電動モータ４を正転させる第一電動モード実行機能と、電動モータ４を逆転させる第二電動モード実行機能とを有し、これら実行機能の中から一又は複数を選択して実行する。

ＥＣＵ３が前述の信号に応じて第一エンジン駆動モード実行機能を実行する場合、前進ギヤ１５とプロペラシャフト１１間での回転伝達が第一クラッチ１７を介して行われ、後進ギヤ１６とプロペラシャフト１１間での回転伝達が第二クラッチ１８の空転で遮断されるので、船舶推進機１は、エンジン２の動力によりプロペラシャフト１１を正転させて船体７を前進させることができる。

ＥＣＵ３が前述の信号に応じて第二エンジン駆動モード実行機能を実行する場合、後進ギヤ１６とプロペラシャフト１１間での回転伝達が第二クラッチ１８を介して行われ、前進ギヤ１５とプロペラシャフト１１間での回転伝達が第一クラッチ１７の空転で遮断されるので、船舶推進機１は、エンジン２の動力によりプロペラシャフト１１を逆転させて船体７を後進させることができる。

ＥＣＵ３が前述の信号に応じて中立モード実行機能を実行する場合、第一クラッチ１７の空転、第二クラッチ１８の空転により、前進ギヤ１５とプロペラシャフト１１間、並びに後進ギヤ１６とプロペラシャフト１１間での回転伝達が遮断されるので、船舶推進機１は、エンジン２の動力によりプロペラシャフト１１を回転させることができない。

ＥＣＵ３が前述の信号に応じて中立モード実行機能に加えて第一電動モード実行機能又は第二電動モード実行機能を実行する場合、第一クラッチ１７及び第二クラッチ１８が空転し、電動モータ４の正転又は逆転がハイブリッド伝達経路を介してプロペラシャフト１１に伝達されるので、船舶推進機１は、電動モータ４の動力によりプロペラシャフト１１を正転又は逆転させて船体７を前進又は後進させることができる。

ＥＣＵ３が前述の信号に応じて第一エンジン駆動モード実行機能と第一電動モード実行機能の両方を実行する場合、船舶推進機１は、エンジン２の動力及び電動モータ４の動力によりプロペラシャフト１１を正転させて船体７を前進させることができる。

ＥＣＵ３が前述の信号に応じて第二エンジン駆動モード実行機能と第二電動モード実行機能の両方を実行する場合、船舶推進機１は、エンジン２の動力及び電動モータ４の動力によりプロペラシャフト１１を逆転させて船体７を後進させることができる。

上述のようなこの船舶推進機１は、プロペラ５と一体に回転するプロペラシャフト１１と、エンジン２と、電動モータ４と、エンジン２の動力を伝達するピニオンギヤ１４と、ピニオンギヤ１４と噛み合う前進ギヤ１５と、ピニオンギヤ１４と噛み合う後進ギヤ１６と、前進ギヤ１５とプロペラシャフト１１との間で回転の伝達と遮断を行う第一クラッチ１７と、後進ギヤ１６とプロペラシャフト１１との間で回転の伝達と遮断を行う第二クラッチ１８と、電動モータ４の動力を第一クラッチ１７及び第二クラッチ１８から独立した経路でプロペラシャフト１１に伝達するハイブリッド伝達経路と、を備え、第一クラッチ１７及び第二クラッチ１８がそれぞれ対応の前進ギヤ１５又は後進ギヤ１６と一体に回転する外方部２０と、外方部２０の内側でプロペラシャフト１１と一体に回転する内方部３０と、外方部２０と内方部３０との間に配置された係合子４０と、係合子４０を保持する保持器５０と、外方部２０と内方部３０の一方に対する保持器５０の相対回転によって弾性変形させられる中立ばね６０と、保持器５０に対して回り止めされたアーマチュア７０と、アーマチュア７０に対向する電磁石８０と、外方部２０と内方部３０の一方と反対の他方に対して回り止めされた状態でアーマチュア７０に対向するロータ９０と、アーマチュア７０をロータ９０から離反する方向に押圧する離反ばね１００と、を有し、係合子４０が保持器５０の相対回転によって外方部２０及び内方部３０に係合する係合位置と、当該係合を解除する中立位置との間を移動させられるように配置されており、アーマチュア７０が電磁石８０に対する通電によってロータ９０に磁気吸着させられる可動部材からなることにより、第一クラッチ１７、第二クラッチ１８では、電磁石８０に対する通電によってアーマチュア７０がロータ９０との位相差を問わずに吸着させられ、そのアーマチュア７０と共に保持器５０が外方部２０と内方部３０の一方に対して相対回転させられ、その保持器５０の相対回転によって係合子４０が係合位置に移動させられ、その係合子４０を介して外方部２０と内方部３０間で回転伝達が行われる。電磁石８０に対する通電を遮断すれば、離反ばね１００、中立ばね６０の弾性反発により、係合子４０が中立位置に戻るように保持器５０が回転させられる。

すなわち、第一クラッチ１７、第二クラッチ１８は、それぞれ電磁石８０でアーマチュア７０をロータ９０に吸着させることで係合状態に切り替わるものなので、アーマチュア７０とロータ９０間の位相差を許容した結合動作が可能であって、ドグクラッチのような歯飛びを起こす構造ではないので、外方部２０と内方部３０間に多少の回転差がある状態でも結合を行うことができる。

その第一クラッチ１７の電磁石８０に対して通電しかつ第二クラッチ１８の電磁石８０に対する通電を遮断した状態にすれば、エンジン２の動力を前進ギヤ１５に伝達してプロペラシャフト１１を回転させることができ、第二クラッチ１８の電磁石８０に対して通電しかつ第一クラッチ１７の電磁石８０に対する通電を遮断した状態にすれば、エンジン２の動力を後進ギヤ１６に伝達してプロペラシャフト１１を回転させることができる。

一方、第一クラッチ１７及び第二クラッチ１８の各電磁石８０に対する通電を遮断した状態としかつ電動モータ４の動力をハイブリッド伝達経路でプロペラシャフト１１に伝達すれば、電動モータ４の回転方向に応じてプロペラシャフト１１を前進方向又は後進方向に回転させることができる。そのハイブリッド伝達経路は第一クラッチ１７及び第二クラッチ１８から独立した経路であるから、エンジン２の動力を第一クラッチ１７又は第二クラッチ１８がプロペラシャフト１１に伝達する状態で電動モータ４の動力もプロペラシャフト１１に伝達することができる。

このように、この船舶推進機１は、第一、第二クラッチ１７、１８の入出力間で多少の回転差がある状態でも結合を行うことが可能でありながら、エンジン２と電動モータ４の一方でも両方でもプロペラシャフト１１を駆動可能なものにすることができる。

また、この船舶推進機１は、前進ギヤ１５及び後進ギヤ１６がプロペラシャフト１１を取り囲みかつプロペラシャフト１１の軸線方向に向き合っており、ピニオンギヤ１４が前進ギヤ１５と後進ギヤ１６間に位置しており、第一クラッチ１７及び第二クラッチ１８がプロペラシャフト１１の周囲かつ前進ギヤ１５、後進ギヤ１６及びピニオンギヤ１４の内側に形成された空間に収容されていることにより、ピニオンギヤ１４、前進ギヤ１５及び後進ギヤ１６を配置するためのスペースの軸線方向長さを利用して第一クラッチ１７と第二クラッチ１８を前進ギヤ１５等とまとまりよく配置することになり、ひいては両クラッチ１７、１８をコンパクトに配置することができる。

また、この船舶推進機１は、前進ギヤ１５と後進ギヤ１６との間かつプロペラシャフト１１の周囲を取り囲む位置に静止する隔壁１２ａをさらに備え、第一クラッチ１７の電磁石８０と第二クラッチ１８の電磁石８０が隔壁１２ａに固定されていることにより、前進ギヤ１５、後進ギヤ１６の内側に収容する第一クラッチ１７、第二クラッチ１８の各電磁石８０を共通の静止壁に固定し、これら電磁石８０に対する配線Ｌ７、Ｌ８を取り纏めることができる。

また、この船舶推進機１は、第一クラッチ１７及び第二クラッチ１８がそれぞれ対応の前進ギヤ１５又は後進ギヤ１６に固定された非磁性材製のロータガイド９１を有し、第一クラッチ１７のロータ９０と第二クラッチ１８のロータ９０がそれぞれ対応のロータガイド９１に固定されることによって前進ギヤ１５又は後進ギヤ１６と非接触の状態に配置されていることにより、前進ギヤ１５又は後進ギヤ１６と一体回転する外方部２０と、前進ギヤ１５又は後進ギヤ１６の内側に配置するロータ９０とをロータガイド９１を介して回り止めしつつ、各電磁石８０の磁界が対応のロータ９０から強磁性材製の前進ギヤ１５又は後進ギヤ１６に漏洩することを抑えることができる。

また、この船舶推進機１は、外方部２０と内方部３０の他方が円筒面２１を有し、外方部２０と内方部３０の一方が円筒面２１と周方向にくさび空間を形成するカム面３１を有し、係合子４０が円筒面２１とカム面３１との間に配置されたローラからなることにより、外方部２０と内方部３０間の回転差が大きい状態で第一クラッチ１７、第二クラッチ１８の結合が行われるとき、係合子４０が円筒面２１とカム面３１に係合するまでの間、係合子４０が円筒面２１に擦られて自転することで円筒面２１とカム面３１を滑り、回転が徐々に伝達される半係合状態を経るので、衝撃を抑えるのに有利である。

この発明の第二実施形態を図１、図６に基づいて説明する。なお、以下では、第一実施形態との相違点を述べるに留める。

第二実施形態に係る船舶推進機のハイブリッド伝達経路は、電動モータ４とプロペラシャフト１１との間で回転の伝達と遮断を行う第三クラッチ１２０を有する。

第三クラッチ１２０は、電磁クラッチになっている。ＥＣＵ３は、第三クラッチ１２０に対する通電も制御する。ＥＣＵ３が第三クラッチ１２０に通電することで第三クラッチ１２０が結合すると、ハイブリッド伝達経路を介して電動モータ４とプロペラシャフト１１間での回転の伝達が行われる。

第三クラッチ１２０は、クラッチ容量を抑えるため、電動モータ４と減速機１１０との間に配置されている。

エンジン２の動力のみでプロペラシャフト１１が回転させられ、電動モータ４への電源供給が行われておらず、かつ第三クラッチ１２０が結合された状態では、プロペラシャフト１１の回転力がハイブリッド伝達経路を経て電動モータ４に逆入力されるので、常に電動モータ４が回転させられ、これにより、電動モータ４で回生された電気エネルギをバッテリ（図示省略）に充電することができる。

一方、バッテリを充電する必要がない場合、電動モータ４による回生は、エンジン２の動力で回転させられるプロペラシャフト１１にとって連れ回り抵抗となり、エンジン２の燃費悪化に繋がるため、このような場合、ＥＣＵ３が第三クラッチ１２０への通電を遮断することにより、電動モータ４とプロペラシャフト１１間での回転伝達を遮断すれば、電動モータ４の連れ回りを避けて燃費向上を図ることができる。

このように、第二実施形態に係るハイブリッド伝達経路は、電動モータ４とプロペラシャフト１１との間で回転の伝達と遮断を行う第三クラッチ１２０を有することにより、エンジン２の動力のみをプロペラシャフト１１に伝達させる場合に第三クラッチ１２０でプロペラシャフト１１と電動モータ４間の回転伝達を遮断して、エンジン２の燃費を良くすることができる。

上述の各実施形態では、外方部と内方部の一方として内方部を選択し、他方として外方部を選択したため、内方部３０にカム面３１を形成し、円筒面２１を外方部２０に形成した例を示したが、これとは逆に外方部を一方とし、内方部を他方として、円筒面を内方部に形成し、カム面を外方部の内周部に形成することも可能であり、この場合、中立ばね、保持器を外方部に嵌合し、ロータを内方部に回り止めすればよい。

また、カム面３１と円筒面２１とで形成するくさび空間として周方向両側で狭くなる空間を採用して、第一、第二クラッチ１７、１８を正転方向と逆転方向のいずれにも結合可能なものとした例を示したが、第一クラッチ、第二クラッチは、正転方向と逆転方向のうち、対応の少なくとも一方向に結合可能なものであればよく、例えば、くさび空間を周方向片側だけで狭くすることで一方向クラッチに変更することが可能である。

また、係合子としてスプラグを採用することも可能であり、この場合、外方部の内周及び内方部の外周間に円環空間を形成し、保持器の相対回転によりスプラグの傾動位置を制御するようにしてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 船舶推進機
２ エンジン
４ 電動モータ
５ プロペラ
１１ プロペラシャフト
１２ ハウジング
１２ａ 隔壁
１４ ピニオンギヤ
１５ 前進ギヤ
１６ 後進ギヤ
１７ 第一クラッチ
１８ 第二クラッチ
２０ 外方部
２１ 円筒面
３０ 内方部
３１ カム面
４０ 係合子
５０ 保持器
６０ 中立ばね
７０ アーマチュア
８０ 電磁石
９０ ロータ
９１ ロータガイド
１００ 離反ばね
１２０ 第三クラッチ

Claims (6)

1. プロペラと一体に回転するプロペラシャフトと、エンジンと、電動モータと、前記エンジンの動力を伝達するピニオンギヤと、前記ピニオンギヤと噛み合う前進ギヤと、前記ピニオンギヤと噛み合う後進ギヤと、前記前進ギヤと前記プロペラシャフトとの間で回転の伝達と遮断を行う第一クラッチと、前記後進ギヤと前記プロペラシャフトとの間で回転の伝達と遮断を行う第二クラッチと、前記電動モータの動力を前記第一クラッチ及び前記第二クラッチから独立した経路で前記プロペラシャフトに伝達するハイブリッド伝達経路と、を備え、
   前記第一クラッチ及び前記第二クラッチは、それぞれ対応の前記前進ギヤ又は前記後進ギヤと一体に回転する外方部と、前記外方部の内側で前記プロペラシャフトと一体に回転する内方部と、前記外方部と前記内方部との間に配置された係合子と、前記係合子を保持する保持器と、前記外方部と前記内方部の一方に対する前記保持器の相対回転によって弾性変形させられる中立ばねと、前記保持器に対して回り止めされたアーマチュアと、前記アーマチュアに対向する電磁石と、前記外方部と前記内方部の前記一方と反対の他方に対して回り止めされた状態で前記アーマチュアに対向するロータと、前記アーマチュアを前記ロータから離反する方向に押圧する離反ばねと、を有し、
   前記係合子は、前記保持器の相対回転によって前記外方部及び前記内方部に係合する係合位置と、当該係合を解除する中立位置との間を移動させられるように配置されており、
   前記アーマチュアは、前記電磁石に対する通電によって前記ロータに磁気吸着させられる可動部材からなる船舶推進機。
2. 前記ハイブリッド伝達経路は、前記電動モータと前記プロペラシャフトとの間で回転の伝達と遮断を行う第三クラッチを有する請求項１に記載の船舶推進機。
3. 前記前進ギヤ及び前記後進ギヤは、前記プロペラシャフトを取り囲みかつ前記プロペラシャフトの軸線方向に向き合っており、
   前記ピニオンギヤは、前記前進ギヤと前記後進ギヤ間に位置しており、
   前記第一クラッチ及び前記第二クラッチは、前記プロペラシャフトの周囲かつ前記前進ギヤ、前記後進ギヤ及び前記ピニオンギヤの内側に形成された空間に収容されている請求項１又は２に記載の船舶推進機。
4. 前記前進ギヤと前記後進ギヤとの間かつ前記プロペラシャフトの周囲を取り囲む位置に静止する隔壁をさらに備え、
   前記第一クラッチの電磁石と前記第二クラッチの電磁石は、前記隔壁に固定されている請求項３に記載の船舶推進機。
5. 前記第一クラッチ及び前記第二クラッチは、それぞれ対応の前記前進ギヤ又は前記後進ギヤに固定された非磁性材製のロータガイドを有し、前記第一クラッチのロータと前記第二クラッチのロータは、それぞれ対応の前記ロータガイドに固定されることによって前記前進ギヤ又は前記後進ギヤと非接触の状態に配置されている請求項３又は４に記載の船舶推進機。
6. 前記外方部と前記内方部の前記他方は円筒面を有し、前記外方部と前記内方部の前記一方は前記円筒面と周方向にくさび空間を形成するカム面を有し、
   前記係合子は、前記円筒面と前記カム面との間に配置されたローラからなる請求項１から５のいずれか１項に記載の船舶推進機。

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