JP2022096971A - 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可能であって、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】エンジン動力伝達経路は、エンジン２と一体に回転する第一軸１３と、第一軸１３と第二軸１４間で回転の伝達と遮断を行う第一クラッチ１５と、第二軸１４と一体的なピニオンギヤ１６とプロペラシャフト１１間で回転を伝達する出力経路部１７を有し、モータ動力伝達経路は第二軸１４で主伝達経路に合流している。第一クラッチ１５は、第一軸１３と一体的な外方部２０と、第二軸１４と一体的な内方部３０との間に係合子４０を保持し、保持器５０に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主伝達経路と、前記電動モータの動力を伝達するハイブリッド伝達経路とを備える船舶推進機において、前記主伝達経路は、前記エンジンと一体に回転する第一軸と、前記第一軸に対して下方の位置で前記第一軸と同軸に配置された第二軸と、前記第一軸と前記第二軸との間で回転の伝達と遮断を行う第一クラッチと、前記第二軸と一体に回転するピニオンギヤと、前記ピニオンギヤと前記プロペラシャフト間で回転を伝達する出力経路部とを有し、前記ハイブリッド伝達経路は、前記第二軸で前記主伝達経路に合流しており、前記第一クラッチは、前記第一軸と一体に回転する外方部と、前記外方部の内側で前記第二軸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、第一クラッチが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い、エンジンの動力を主伝達経路でプロペラシャフトまで伝達することができる。また、ハイブリッド伝達経路が第二軸で主伝達経路に合流しているので、電動モータの動力をハイブリッド伝達経路、第二軸、出力経路部によりプロペラシャフトまで伝達することができる。したがって、電磁石に対する通電を遮断し、電動モータを運転する場合、電動モータの動力だけでプロペラシャフトを駆動することができ、電磁石に対する通電を遮断し、エンジンを運転する場合、エンジンの動力だけでプロペラシャフトを駆動することができ、電磁石に対して通電しかつエンジン及び電動モータを運転する場合、エンジンと電動モータの両方の動力でプロペラシャフトを駆動することができる。

前記ハイブリッド伝達経路は、前記電動モータと前記第二軸との間で回転の伝達と遮断を行う第二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二クラッチで第二軸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。

前記第一クラッチ及び前記電動モータが収容された一体のケーシングをさらに備えるとよい。このようにすると、第一クラッチと電動モータを同一のケーシングで位置決めすることができ、ハイブリッド伝達経路と第二軸の合流部を精度よく組み合わせることが容易である。

前記ロータは、前記電磁石の上方に配置されており、前記アーマチュアは、前記ロータの上方に配置されており、前記ロータの上面と前記アーマチュアの下面との間に前記離反ばねが配置されており、前記電磁石は、通電によって前記アーマチュアを下方に磁気吸引するものであるとよい。このようにすると、電磁石がアーマチュアをロータに吸着する際、アーマチュアの自重も下方への移動に寄与するので、アーマチュアをロータに吸着し易くすることができる。

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。

前記第一クラッチは、前記外方部に固定された非磁性材製のロータガイドを有し、前記ロータは、前記ロータガイドに固定されることによって前記外方部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、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、電磁石の磁界がロータから外方部に漏洩することを抑えることができる。また、外方部とロータが分離した状態でアーマチュア等をロータと外方部との間に配置することが可能なため、第一クラッチの組み立てを容易にすることができる。

前記ハイブリッド伝達経路は、前記第二軸と平行に配置された主動ギヤと、前記第二軸と一体に回転する従動ギヤとを有するとよい。このようにすると、ハイブリッド伝達経路と第二軸を簡素な歯車伝達機構で合流させることができる。

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に示すアーマチュア付近の拡大図 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 この発明の第三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の図１～図５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の動力を伝達する主伝達経路と、電動モータ４の動力を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。

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のクランクシャフトと一体に回転する第一軸１３と、第一軸１３に対して下方の位置で第一軸１３と同軸に配置された第二軸１４と、第一軸１３と第二軸１４との間で回転の伝達と遮断を行う第一クラッチ１５と、第二軸１４と一体に回転するピニオンギヤ１６と、ピニオンギヤ１６とプロペラシャフト１１間で回転を伝達する出力経路部１７とで構成されている。

第一クラッチ１５が第一軸１３と第二軸１４を結合すると、エンジン２の動力をクランクシャフトからピニオンギヤ１６まで伝達するドライブシャフトが構成される。ピニオンギヤ１６は、第二軸１４と同軸に設けられたベベルギヤからなる。ピニオンギヤ１６のボス部は、第二軸１４とスプライン嵌合によって連結されている。出力経路部１７は、ピニオンギヤ１６と常時噛み合う前進ギヤからなる。出力経路部１７は、プロペラシャフト１１と一体に回転する。エンジン２の動力が出力経路部１７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。

第一クラッチ１５は、図１、図３に示すように、第一軸１３と一体に回転する外方部２０と、外方部２０の内側で第二軸１４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。

外方部２０と内方部３０の回転軸線は、第一軸１３の回転軸線と同軸に設定されている。以下、その回転軸線に沿った方向を単に「軸線方向」という。また、その軸線方向に直交する方向を「径方向」という。また、その回転軸線回りの円周方向を「周方向」という。

第一クラッチ１５は、ケーシング１１０に挿入されている。図２に示すハウジング１２の内側に固定されている。図３に示すように、ケーシング１１０に対する第一クラッチ１５の挿入範囲は、電磁石８０と、外方部２０、内方部３０と係合子４０の係合部、電磁石８０のＯＮ／ＯＦＦ切り替えに連動する作動部（アーマチュア７０、ロータ９０、離反ばね１００）をケーシング１１０内に収容する範囲となっている。ケーシング１１０のうち、第一クラッチ１５が挿入された収容筒部１１１と外方部２０の外周との間、収容筒部１１１と第二軸１４との間は、それぞれシール部材によって塞がれている。

外方部２０は、外輪２１と、外輪２１の上方側に連結された継手軸２２とを有する。継手軸２２は、外輪２１の上方側に形成された肩部と、外輪２１の上方側に取り付けられた止め輪２３とで軸線方向に拘束されている。継手軸２２の下方側は、外輪２１の上方側とスプライン嵌合され、継手軸２２の上方側は、図２に示す第一軸１３とスプライン嵌合される。これにより、図３に示す外方部２０は、図２に示す第一軸１３と一体に回転可能に連結されている。なお、外輪２１と継手軸２２は、一体に形成することも可能である。

図３、図４に示すように、外輪２１は、軸線方向両端で開口した環状部品からなる。外輪２１の内周には、周方向全周に延びる円筒面２４と、円筒面２４よりも上方側の部位で円筒面２４よりも小さな内径に形成された軸受座面２５とが形成されている。外輪２１の外周の下方側には、外方部２０の外径を成す肩部２６が形成されている。

内方部３０は、第二軸１４の上方側の端部に結合されたカムリングからなる。内方部３０の内周と第二軸１４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。

図３に示すように、内方部３０は、円筒面２４と周方向にくさび空間を形成するカム面３１と、カム面３１よりも上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よりも下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の外周の下方側と収容筒部１１１の内周との間に軸受１２０が取り付けられている。軸受１２０は、外方部２０を収容筒部１１１に対して回転自在に支持するためのものである。軸受１２０は、転がり軸受になっている。軸受１２０は、収容筒部１１１に形成された肩部と、収容筒部１１１に取り付けられた止め輪１２１と、外輪２１に連結されたロータガイド９１と、肩部２６と、外輪２１に取り付けられた止め輪１２２とにより、軸線方向の移動を規制されている。

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２５との間に軸受１２３が取り付けられている。軸受１２３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。図１、図３に示すように、軸受１２３は、転がり軸受になっている。軸受１２３は、外輪２１の内周に形成された肩部と、外輪２１に取り付けられた止め輪１２４と、内方部３０の外周に形成された肩部とにより、軸線方向の移動を規制されている。

図４に示すように、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２４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２４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。

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の上方側に連続する第一環部５２と、これら柱部５１の下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、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。

カム面３１と円筒面２４との間の径方向の距離は、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２４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２４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２４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。

図３に示すように、保持器５０の第一環部５２は、内方部３０側へ出張ったフランジ状に曲げられている。このフランジ状態は、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、第一環部５２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。第一環部５２と内方部３０の前方側の段差面３４との当接によって、保持器５０の下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１２５と第一環部５２との当接によって、保持器５０の上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、下方側に向かって開放した凹部３５が形成されている。凹部３５は、周方向の一部で断絶した形状の環状壁３５ａを有する。凹部３５は、軸線方向に一定の深さをもっている。その凹部３５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３５ａの内側に嵌合されている。保持器５０は、環状壁３５ａの断絶空間の外方に係合口部５４を有する。一対の係合片部６２は、環状壁３５ａの断絶空間（環状壁の周方向両端間の空間）及び係合口部５４に挿入されている。一対の係合片部６２は、環状壁３５ａ、係合口部５４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５５によって凹部内に保たれている。ばね保持リング５５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５５は、第二端部３３の外周に取り付けられた止め輪１２６により、下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５５を介して回り止めされている。ばね保持リング５５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５５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。

図１、図３に示すロータガイド９１は、非磁性材の筒部材からなる。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。ロータガイド９１の上方側は、外輪２１の外周の下方側に嵌合されている。ロータガイド９１は、肩部２６、軸受１２０、止め輪１２２により、外方部２０に固定されている。

ロータ９０は、ロータガイド９１の下方側に固定されている。ロータ９０の外周と、ロータガイド９１の内周には、それぞれ周溝が形成されており、それら周溝間に抜け止めリング９２が介在している。ロータ９０は、ロータガイド９１に対する嵌合と、抜け止めリング９２と両周溝の係止とにより、ロータガイド９１に固定されている。ロータ９０は、ロータガイド９１に固定されることによって、外方部２０と一体回転可能かつ外方部２０と非接触の状態に配置されている。

ロータ９０は、内方円筒部９３と、この内方円筒部９３の外方に位置する外方円筒部９４と、これら両円筒部９３、９４を繋ぐ端壁部９５とを有する。端壁部９５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９５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。

ロータガイド９１を介してロータ９０と鋼製の外輪２１とを非接触の状態に保たれるため、電磁石８０からロータ９０に入った磁束がアーマチュア７０へ向かわずに外輪２１へ磁束漏洩することは防止される。

ロータ９０の内周と第二軸１４との間に軸受１２７が配置されている。軸受１２７は、ロータ９０を第二軸１４に対して回転自在に支持するためのものである。

電磁石８０は、ロータ９０の内方円筒部９３と外方円筒部９４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。収容筒部１１１は、フィールドコア８１の内周の下方側に嵌合しかつ軸線方向に突き当たる環状座１１２を有する。また、フィールドコア８１の外周に取り付けられた止め輪１２８と、収容筒部１１１の内周に取り付けられた止め輪１２９とが軸線方向に係合している。電磁石８０は、環状座１１２がフィールドコア８１の径方向及び下方動を規制し、止め輪１２８と止め輪１２９の係合がフィールドコア８１の上方動を規制することにより、電磁石８０が収容筒部１１１に対して静止させられている。

図３に示すように、ロータ９０の端壁部９５は、電磁石８０の上方に配置されている。アーマチュア７０は、端壁部９５の上方に配置されている。離反ばね１００は、端壁部９５の上面とアーマチュア７０の下面との間に介在するように配置されている。電磁石８０は、通電によってアーマチュア７０を下方に磁気吸引する。

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１２６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。

第二軸１４の軸線方向移動によるエアギャップの狂いを防止するため、第二軸１４とケーシング１１０との間には、スラスト荷重を支持する複数の軸受１３０、１３１が取り付けられている。軸受１３０は、第二軸１４と収容筒部１１１の下方側との間に取り付けられている。また、ケーシング１１０は、収容筒部１１１の下方側に嵌合されかつ軸線方向に突き合わされたギヤケース部１１３を有し、このギヤケース部１１３と第二軸１４との間にも、複列の軸受１３１が取り付けられている。

前述のハイブリッド伝達経路は、電動モータ４の回転軸から入力された回転を減速する減速機１４０と、第二軸１４と平行に配置された主動ギヤ１４１と、第二軸１４と一体に回転する従動ギヤ１４２とを有する。従動ギヤ１４２は、第二軸１４と一体に形成されている。減速機１４０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１４０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主動ギヤ１４１に出力する。ハイブリッド伝達経路は、主動ギヤ１４１と従動ギヤ１４２の噛み合いにより、第二軸１４で合流している。

なお、従動ギヤを第二軸に取り付ける構造に変更することも可能であり、このような変更は、内方部と第二軸を一体に形成する場合に好適である。

電動モータ４を駆動するための配線Ｌ７と、電磁石８０のコイル８２に通電するための配線Ｌ８は、それぞれ図２に示すＥＣＵ３に接続されている。

第一クラッチ１５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（第二軸１４）と外方部２０（第一軸１３）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１５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２４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２４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１５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１５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２４とカム面３１に係合するまでの間、係合子４０が円筒面２４に擦られて自転することで円筒面２４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１５は、係合状態から電磁的に係合解除状態に切り替えることができる。

ＥＣＵ３は、第一クラッチ１５の電磁石８０に通電するエンジン駆動モード実行機能と、第一クラッチ１５の電磁石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エンジン駆動モード実行機能を実行する場合、主伝達経路とプロペラシャフト１１間での回転伝達が第一クラッチ１５を介して行われるので、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中立モード実行機能を実行する場合、第一クラッチ１５の空転により、主伝達経路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１５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から主伝達経路の第二軸１４に合流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。

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の動力を伝達する主伝達経路と、電動モータ４の動力を伝達するハイブリッド伝達経路とを備え、その主伝達経路がエンジン２と一体に回転する第一軸１３と、第一軸１３に対して下方の位置で第一軸１３と同軸に配置された第二軸１４と、第一軸１３と第二軸１４との間で回転の伝達と遮断を行う第一クラッチ１５と、第二軸１４と一体に回転するピニオンギヤ１６と、ピニオンギヤ１６とプロペラシャフト１１間で回転を伝達する出力経路部１７とを有し、ハイブリッド伝達経路が第二軸１４で主伝達経路に合流しており、第一クラッチ１５が第一軸１３と一体に回転する外方部２０と、外方部２０の内側で第二軸１４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１５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１５は、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（第一軸１３）と内方部３０（第二軸１４）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。

また、ハイブリッド伝達経路は、第二軸１４で主伝達経路に合流しているので、電動モータ４の動力をハイブリッド伝達経路、第二軸１４、出力経路部１７によりプロペラシャフト１１まで伝達することができる。したがって、この船舶推進機１は、電磁石８０に対する通電を遮断し、電動モータ４を運転する場合、電動モータ４の動力だけでプロペラシャフト１１を駆動することができ、電磁石８０に対する通電を遮断し、エンジン２を運転する場合、エンジン２の動力だけでプロペラシャフト１１を駆動することができ、電磁石８０に対して通電しかつエンジン２及び電動モータ４を運転する場合、エンジン２と電動モータ４の両方の動力でプロペラシャフト１１を駆動することができる。

このように、この船舶推進機１は、第一クラッチ１５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、ロータ９０が電磁石８０の上方に配置されており、アーマチュア７０がロータ９０の上方に配置されており、ロータ９０の上面とアーマチュア７０の下面との間に離反ばね１００が配置されており、電磁石８０が通電によってアーマチュア７０を下方に磁気吸引するものであることにより、電磁石８０がアーマチュア７０をロータ９０に吸着する際、アーマチュア７０の自重も下方への移動に寄与するので、アーマチュア７０をロータ９０に吸着し易くすることができる。

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２４を有し、外方部２０と内方部３０の一方が円筒面２４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２４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１５の結合が行われるとき、係合子４０が円筒面２４とカム面３１に係合するまでの間、係合子４０が円筒面２４に擦られて自転することで円筒面２４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。

また、この船舶推進機１は、第一クラッチ１５が外方部２０に固定された非磁性材製のロータガイド９１を有し、ロータ９０がロータガイド９１に固定されることによって外方部２０と非接触の状態に配置されていることにより、外方部２０とロータ９０をロータガイド９１を介して回り止めしつつ、電磁石８０の磁界がロータ９０から外方部２０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とロータ９０が分離した状態でアーマチュア７０等をロータ９０と外方部２０との間に配置することができるため、第一クラッチ１５の組み立てを容易にすることができる。

また、この船舶推進機１は、ハイブリッド伝達経路が第二軸１４と平行に配置された主動ギヤ１４１と、第二軸１４と一体に回転する従動ギヤ１４２とを有することにより、ハイブリッド伝達経路と第二軸１４を簡素な歯車伝達機構で合流させることができる。

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と第二軸１４との間で回転の伝達と遮断を行う第二クラッチ１４３を有する。

第二クラッチ１４３は、電磁クラッチになっている。第二クラッチ１４３に通電するための配線Ｌ９（図１において図示省略）は、ＥＣＵ３に接続されている。ＥＣＵ３は、第二クラッチ１４３に対する通電も制御する。ＥＣＵ３が第二クラッチ１４３に通電することで第二クラッチ１４３が結合すると、電動モータ４と第二軸１４間での回転の伝達が行われる。

第二クラッチ１４３は、クラッチ容量を抑えるため、電動モータ４と減速機１４０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、かつ第一クラッチ１５が結合された状態では、プロペラシャフト１１の回転力が第二軸１４から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が第二クラッチ１４３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と第二軸１４との間で回転の伝達と遮断を行う第二クラッチ１４３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二クラッチ１４３で第二軸１４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。

この発明の第三実施形態を図７に基づいて説明する。

第三実施形態に係る船舶推進機は、第一クラッチ１５及び電動モータ４を収容可能な一体のケーシング１５０をさらに備える。ケーシング１５０は、電動モータ４を挿入するモータ収容部１５１と、第一クラッチ１５を挿入する収容筒部１５２とを一体に有する。モータ収容部１５１は、下方に向かって開放し、上方側を閉じた筒状になっている。収容筒部１５２は、第一実施形態の収容筒部と同等の収容機能を有する。モータ収容部１５１の内周は、挿入された電動モータ４の回転軸を第一軸１３、第二軸１４の回転軸線と所定の平行度に保つ。ギヤケース部１５３は、モータ収容部１５１の下方側と収容筒部１５２とに嵌合されている。

第三実施形態に係る船舶推進機は、第一クラッチ１５と電動モータ４を同一のケーシング１５０で位置決めすることができ、ハイブリッド伝達経路と第二軸１４の合流部（図示例において主動ギヤ１４１と従動ギヤ１４２）を精度よく組み合わせることが容易である。

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２４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２４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、第一クラッチ１５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。

また、エンジン２の動力によって船体７を後進させる機能をもたない船舶推進機を例示したが、エンジン２の動力によって船体７を前後進させる機能を付加する変更も可能である。このような前後進対応の出力経路部は、シフタークラッチを利用した一般的なものであり、例えば、前進ギヤと、前進ギヤとプロペラシャフトの回転軸線方向に向き合う後進ギヤとをピニオンギヤ１６に噛み合せ、ピニオンギヤ１６の回転で前進ギヤと後進ギヤを相反する方向に回転させ、その前進ギヤと後進ギヤの一方をドグクラッチ（シフタークラッチ）で選択的にプロペラシャフトに結合することができるように構成すればよい。この変更例の場合、第一クラッチ１５で第一軸１３と第二軸１４間の回転伝達を遮断すれば、エンジンの動力が前進ギヤと後進ギヤに伝達されず、これらギヤとプロペラシャフトの回転を早期に同期させて、ドグクラッチによるギヤイン時の衝撃を低減することができ、また、その衝撃が第一クラッチ１５で遮断されて第一軸１３に伝達せず、船舶推進機の振動と主動力伝達系の損傷を防止するのに有利となる。

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
１３ 第一軸
１４ 第二軸
１５ 第一クラッチ
１６ ピニオンギヤ
１７ 出力経路部
２０ 外方部
２４ 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
１１０、１５０ ケーシング
１４１ 主動ギヤ
１４２ 従動ギヤ
１４３ 第二クラッチ

Claims (7)

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主伝達経路と、前記電動モータの動力を伝達するハイブリッド伝達経路とを備える船舶推進機において、
   前記主伝達経路は、前記エンジンと一体に回転する第一軸と、前記第一軸に対して下方の位置で前記第一軸と同軸に配置された第二軸と、前記第一軸と前記第二軸との間で回転の伝達と遮断を行う第一クラッチと、前記第二軸と一体に回転するピニオンギヤと、前記ピニオンギヤと前記プロペラシャフト間で回転を伝達する出力経路部とを有し、
   前記ハイブリッド伝達経路は、前記第二軸で前記主伝達経路に合流しており、
   前記第一クラッチは、前記第一軸と一体に回転する外方部と、前記外方部の内側で前記第二軸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ことを特徴とする船舶推進機。
2. 前記ハイブリッド伝達経路は、前記電動モータと前記第二軸との間で回転の伝達と遮断を行う第二クラッチを有する請求項１に記載の船舶推進機。
3. 前記第一クラッチ及び前記電動モータが収容された一体のケーシングをさらに備える請求項１又は２に記載の船舶推進機。
4. 前記ロータは、前記電磁石の上方に配置されており、前記アーマチュアは、前記ロータの上方に配置されており、前記ロータの上面と前記アーマチュアの下面との間に前記離反ばねが配置されており、前記電磁石は、通電によって前記アーマチュアを下方に磁気吸引するものである請求項１から３のいずれか１項に記載の船舶推進機。
5. 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４のいずれか１項に記載の船舶推進機。
6. 前記第一クラッチは、前記外方部に固定された非磁性材製のロータガイドを有し、前記ロータは、前記ロータガイドに固定されることによって前記外方部と非接触の状態に配置されている請求項１から５のいずれか１項に記載の船舶推進機。
7. 前記ハイブリッド伝達経路は、前記第二軸と平行に配置された主動ギヤと、前記第二軸と一体に回転する従動ギヤとを有する請求項１から６のいずれか１項に記載の船舶推進機。

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