JP2024004740A - 減速逆転機 - Google Patents

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Abstract

【課題】低速航行時の、油圧ポンプや電動モータの駆動音を低減したハイブリッド式の減速逆転機を提供する。【解決手段】減速逆転機18は、オイルタンク19の作動油を冷却油として発電電動機30に供給する冷却油路55中に配置されたオイルクーラ58と、オイルクーラ58に連通させた冷媒配管72中に配置された冷媒ポンプ74と、冷媒ポンプ74を駆動させる電動モータ73と、発電電動機30に作用する負荷を検出する負荷検出部の負荷検出値に応じて、冷媒ポンプの吐出量を変化させるように電動モータの駆動を制御する制御部とを備える。【選択図】図5

Description

本発明は、船舶におけるエンジンと発電電動機とのうち少なくとも一方の動力でプロペラを回転させる、いわゆるハイブリッド式の減速逆転機に関するものである。
従来、プレジャーボートといった船舶用の減速逆転機において、エンジンの動力と発電電動機の動力とを併用して駆動の効率化を図った、いわゆるハイブリッド式のものが知られている(例えば特許文献1参照)。
特開2021-24491号公報
ところで、前記従来技術では、発電電動機を駆動源として単独使用するにおいて、発電電動機とは別の電動モータで駆動する油圧ポンプにて、発電電動機等に作動油を冷却油として供給したり、減速逆転機内のギヤ群に作動油を潤滑油として供給したりするように構成されている。この場合、油圧ポンプや電動モータは、発電電動機に最大負荷が作用している場合の高い作動油温度を想定して、このような状況下でも冷却可能なように、常時フル駆動している。
このため、特に低速航行時は、これら油圧ポンプや電動モータの駆動音がその他の機器の発する音に比較して大きくなってしまい、周囲に不快な印象を与えるという懸念があった。また、電動モータを常時フル駆動させているので、電力を過剰に消費しているという問題もあった。
本発明は、上記のような現状を検討して改善を施した減速逆転機を提供することを技術的課題としている。
請求項1の発明は、船舶に搭載したエンジンと発電電動機とのうち少なくとも一方の動力を正逆転機構経由でプロペラに伝達する減速逆転機であって、オイルタンクの作動油を冷却油として前記発電電動機に供給する冷却油路中に配置されたオイルクーラと、前記オイルクーラに連通させた冷媒配管中に配置された冷媒ポンプと、前記冷媒ポンプを駆動させる電動モータと、前記発電電動機に作用する負荷を検出する負荷検出部の負荷検出値に応じて、前記冷媒ポンプの吐出量を変化させるように前記電動モータの駆動を制御する制御部とを備えているというものである。
請求項2の発明は、請求項1に記載した減速逆転機において、前記制御部は、前記負荷検出部の負荷検出値が予め設定された負荷上限設定値を上回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を増大させるように前記電動モータを駆動させるというものである。
請求項3の発明は、請求項1に記載した減速逆転機において、前記制御部は、前記負荷検出部の負荷検出値が予め設定された負荷下限設定値を下回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を減少させるように前記電動モータを駆動させるというものである。
請求項4の発明は、船舶に搭載したエンジンと発電電動機とのうち少なくとも一方の動力を正逆転機構経由でプロペラに伝達する減速逆転機であって、オイルタンクの作動油を冷却油として前記発電電動機に供給する冷却油路中に配置されたオイルクーラと、前記オイルクーラに連通させた冷媒配管中に配置された冷媒ポンプと、前記冷媒ポンプを駆動させる電動モータと、前記冷却油路中の作動油の温度を検出する温度検出部の温度検出値に応じて、前記冷媒ポンプの吐出量を変化させるように前記電動モータの駆動を制御する制御部を備えているというものである。
請求項5の発明は、請求項4に記載した減速逆転機において、前記制御部は、前記温度検出部の温度検出値が予め設定された温度上限設定値を上回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を増大させるように前記電動モータを駆動させるというものである。
請求項6の発明は、請求項4に記載した減速逆転機において、前記制御部は、前記温度検出部の温度検出値が予め設定された温度下限設定値を下回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を減少させるように前記電動モータを駆動させるというものである。
請求項7の発明は、船舶に搭載したエンジンと発電電動機とのうち少なくとも一方の動力を正逆転機構経由でプロペラに伝達する減速逆転機であって、オイルタンクの作動油を冷却油として前記発電電動機に供給する冷却油路中に配置されたオイルクーラと、前記オイルクーラに連通させた冷媒配管中に配置された冷媒ポンプと、前記冷媒ポンプを駆動させる電動モータと、前記発電電動機に作用する負荷を検出する負荷検出部の負荷検出値及び前記冷却油路中の作動油の温度を検出する温度検出部の温度検出値に応じて、前記冷媒ポンプの吐出量を変化させるように前記電動モータの駆動を制御する制御部とを備えているというものである。
請求項8の発明は、請求項7に記載した減速逆転機において、前記制御部は、前記負荷検出部の負荷検出値が予め設定された負荷上限設定値を上回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を増大させるように前記電動モータを駆動させ、前記温度検出部の温度検出値が予め設定された温度下限設定値を下回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を減少させるように前記電動モータを駆動させるというものである。
本発明によると、制御部は、負荷検出部で検出した負荷検出値に基づき、発電電動機に作用する負荷の大小を判断したり、温度検出部で検出した温度検出値に基づき、冷却油路中の作動油の温度の高低を判断したりして、電動モータの駆動制御によって、必要なときに冷媒ポンプの吐出量を増やしたり減らしたりできる。不必要で過剰な電動モータや冷媒ポンプの駆動を抑制でき、作動油による発電電動機の冷却効果を損なうことなく、電動モータや冷媒ポンプの不快な駆動音を低減できる。また、電動モータの駆動制御によって消費電力の抑制も図れる。
減速逆転機を備えたヨットの側面図である。 減速逆転機の外観を示す斜視図である。 減速逆転機の動力伝達系統を示すスケルトン図である。 減速逆転機内のギヤトレインの配置関係を示す概略説明図である。 減速逆転機における油圧回路を示す説明図である。 コントローラの機能ブロック図である。 冷媒用電動モータ駆動制御のフローチャートの第1例である。 冷媒用電動モータ駆動制御のフローチャートの第2例である。 冷媒用電動モータ駆動制御のフローチャートの第3例である。
以下に、本発明を具体化した実施形態を図面(図1~図9)に基づいて説明する。
図1に示すように、船舶としてのヨット1は、船体2と、船体2の船底中央側に設けられたバラストキール3と、船体2の船底後尾側に設けられた舵4と、バラストキール3と舵4との間に配置されたプロペラ5とを備えている。船体2の上面側にある上部デッキ6にマスト7が立設されている。マスト7の下部にはブーム8が設けられている。マスト7とブーム8との間にメインセール9が張設されている。船体2の船首側とマスト7の上端側とにワイヤロープ10がつながれている。ワイヤロープ10にはジブセール11が張設されている。
マスト7の後方には操縦部12が設けられている。操縦部12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13と、船体2の前進、停止、後退及びその航行速度を変更操作する変速レバー14とが設けられている。船体2の船底後尾側にはプロペラ5を回転させる推進軸15が軸支されている。推進軸15の突出端側にプロペラ5が取り付けられている。
船体2内部には、プロペラ5の駆動源であるエンジン16と、エンジン16の回転動力を推進軸15経由でプロペラ5に伝達する減速逆転機18(マリンギヤ装置)とが設けられている。エンジン16から減速逆転機18を経由して推進軸15に伝達された回転動力によって、プロペラ5は回転する。
図2~図4に示すように、減速逆転機18は、エンジン16のフライホイル17に連結される入力軸21と、推進軸15に連結される出力軸22と、入力軸21から出力軸22への正転(前進)方向の動力を継断する正転クラッチ23と、入力軸21から出力軸22への逆転(後進)方向の動力を継断する逆転クラッチ24とを備えている。正転クラッチ23と逆転クラッチ24とで正逆転機構25が構成されている。正転クラッチ23及び逆転クラッチ24は、湿式多板型の油圧摩擦クラッチである。
正転クラッチ23は、入力軸21上に配置されている。正転クラッチ23におけるエンジン16からの動力伝達下流側(ハブ側)に正転減速ギヤ23bが形成されている。正転クラッチ23におけるエンジン16からの動力伝達上流側(ドラム側)には正転ギヤ23aが形成されている。正転ギヤ23aは入力軸21に固定されている。正転減速ギヤ23bは入力軸21に回転可能に被嵌されている。
逆転クラッチ24は、入力軸21と平行状に延びる逆転軸26上に配置されている。逆転クラッチ24におけるエンジン16からの動力伝達下流側(ハブ側)に逆転減速ギヤ24bが形成されている。逆転クラッチ24におけるエンジン16からの動力伝達上流側(ドラム側)には逆転ギヤ24aが形成されている。逆転ギヤ24aは逆転軸26に固定されている。逆転減速ギヤ24bは逆転軸26に回転可能に被嵌されている。
正転クラッチ23の正転ギヤ23aは、逆転クラッチ24の逆転ギヤ24aと常時噛み合っている。正転減速ギヤ23b及び後進減速ギヤ24bは、出力軸22に固定した減速出力ギヤ27に常時噛み合っている。正転減速ギヤ23b、逆転減速ギヤ24b及び減速出力ギヤ27によって、固定減速比の減速ギヤ機構が構成されている。出力軸22の動力は、各減速ギヤ23b,24bと減速出力ギヤ27との間で固定減速比に減速される。
なお、逆転軸26には、正転クラッチ23や逆転クラッチ24等に作動油を供給する主油圧ポンプ28が取り付けられている。主油圧ポンプ28は、エンジン16の動力に基づく逆転軸26の回転で駆動するように構成されている。
作動油圧で各クラッチ23,24の摩擦板を圧接させることによって、入力軸21と出力軸22とが動力伝達可能に連結される。すなわち、正転クラッチ23を接続し逆転クラッチ24を遮断すれば、入力軸21の動力を正転(前進)方向の動力として出力軸22に伝達する前進状態になる。逆に、正転クラッチ23を遮断し逆転クラッチ24を接続すれば、入力軸21の動力を逆転(後進)方向の動力として出力軸22に伝達する後進状態になる。正転クラッチ23及び逆転クラッチ24の双方を遮断すれば、入力軸21の動力を出力軸22に伝達しない中立状態になる。
減速逆転機18のハウジング19には、発電機及び電動機として機能する発電電動機30が取り付けられている。発電電動機30は、低速切換ギヤ39や高速切換ギヤ40を介して正逆転機構25に動力伝達可能に構成されている。発電電動機30は、インバータ29を介して充放電可能な電源装置20(図6参照)に接続されている。発電電動機30は、二次電池又は大容量コンデンサ等からなる電源装置20の電力によって電動機として駆動する一方、発電電動機に伝達された動力を基に発電機として駆動して電力を発生させ、電源装置20を充電するように構成されている。
この場合、発電電動機30の回転軸31は、入力軸21や逆転軸26と平行状に延びていて、ハウジング19内に挿し込まれている。回転軸31には回転ギヤ32が固定されている。ハウジング19内には、入力軸21や逆転軸26と平行状に延びる中間軸33、切換軸35及びカウンタ軸41の3本が配置されている。中間軸33には中間ギヤ対34が固定されている。切換軸35には中継ギヤ36が固定されている。回転軸31の回転ギヤ32が中間ギヤ対34の一方に常時噛み合い、中間ギヤ対34の他方が切換軸35上の中継ギヤ36に常時噛み合っている。
切換軸35には、切換シフタ38の切換作動にて切換軸35に継断される低速切換ギヤ39と高速切換ギヤ40とが回転可能に被嵌されている。切換シフタ38は、切換軸35に対して相対回転不能で且つ軸方向にスライド可能に被嵌されている。低速切換ギヤ39と高速切換ギヤ40との減速比は異ならせてもよいし、同じにしてもよい。低速切換ギヤ39と高速切換ギヤ40との減速比を同じにする場合は、電動機として機能する際に高トルクを出力できる発電電動機30を採用するのが望ましい。
カウンタ軸41には、低速伝達ギヤ対42と高速伝達ギヤ対43とが回転可能に被嵌されている。低速伝達ギヤ対42の一方に、低速切換ギヤ39が常時噛み合い、低速伝達ギヤ対42の他方には、正逆転機構25におけるエンジン16からの動力伝達下流側(ハブ側)にある逆転減速ギヤ24bが常時噛み合っている。高速伝達ギヤ対43の一方には、高速切換ギヤ40が常時噛み合い、高速伝達ギヤ対43の他方には、正逆転機構25におけるエンジン16からの動力伝達上流側(ドラム側)にある逆転ギヤ24aが常時噛み合っている。
切換シフタ38は、切換アクチュエータ(図示省略)の駆動にて、低速切換ギヤ39と高速切換ギヤ40とに選択的に係合可能になっている。なお、切換アクチュエータは、航行速度(プロペラ5の回転速度)に応じて、切換シフタ38を切換作動させるように構成されている。切換アクチュエータは、電気を駆動源とするものであればよく、例えば電動モータを用いた油圧アクチュエータでも空圧アクチュエータでも差し支えない。
低速切換ギヤ39と切換シフタ38とを係合させた低速接続状態では、切換軸35と低速切換ギヤ39とが一体回転するため、低速切換ギヤ39を介して発電電動機30と出力軸22との間で動力伝達可能になる。高速切換ギヤ40と切換シフタ38とを係合させた高速接続状態では、切換軸35と高速切換ギヤ40とが一体回転するため、正転クラッチ23と逆転クラッチ24とのいずれかが接続状態であれば、高速切換ギヤ40から正転ギヤ23a又は逆転ギヤ24aを経由して、発電電動機30と出力軸22との間で動力伝達可能になる。切換シフタ38がどちらの切換ギヤ39,40にも係合しない遮断状態では、正転クラッチ23や逆転クラッチ24の接続状況に拘らず、発電電動機30と出力軸22との間は動力伝達不能になる(中立になる)。
通常航行時は、変速レバー14操作に応じて正転クラッチ23と逆転クラッチ24とのいずれかが接続状態である上で、航行速度(プロペラ5の回転速度)に応じて切換シフタ38を切換作動させる。ヨット1が低速航行中であれば、切換アクチュエータの駆動によって低速切換ギヤ39と切換シフタ38とを係合させ、発電電動機30を発電機として駆動させる。エンジン16動力の余剰分は、逆転クラッチ24が接続状態であれば、逆転減速ギヤ24bから低速伝達ギヤ対42、低速切換ギヤ39及び中間ギヤ対34を介して発電電動機30に伝達され、発電電動機30が電力を発生させる。発生した電力は電源装置20に充電される。
ヨット1が高速航行中であれば、切換アクチュエータの駆動にて高速切換ギヤ40と切換シフタ38とを係合させ、発電電動機30を発電機として駆動させる。エンジン16動力の余剰分は、逆転ギヤ24aから高速伝達ギヤ対43、高速切換ギヤ40及び中間ギヤ対34を介して発電電動機30に伝達され、発電電動機30が電力を発生させる。発生した電力は電源装置20に充電される。
ここで、エンジン16に過負荷がかかった場合、発電電動機30は、電源装置20の電力にて電動機として駆動するように切り換わる。低速航行時は、発電電動機30の動力が中間ギヤ対34、低速切換ギヤ39、低速伝達ギヤ対42及び逆転減速ギヤ24bを介して減速出力ギヤ27に伝達され、エンジン16動力の不足分が発電電動機30の動力によって補われる。高速航行時は、発電電動機30の動力が中間ギヤ対34、高速切換ギヤ40、高速伝達ギヤ対43及び逆転ギヤ24aを介して正転ギヤ23aに伝達され、エンジン16動力の不足分が発電電動機30の動力によって補われる。エンジン16の回転全域にわたって発電電動機30を電動機として機能させ、電動機としての発電電動機30の動力をエンジン16動力のアシストのために有効利用できる。
ヨット1を停船係留状態からゼロ発進(航行開始)させる場合は、正逆転機構25を双方遮断状態(正転クラッチ23と逆転クラッチ24の双方が遮断状態)である上で、切換アクチュエータの駆動にて低速切換ギヤ39と切換シフタ38とを係合させ、発電電動機30を電動機として駆動させる。発電電動機30の動力が中間ギヤ対34、低速切換ギヤ39、低速伝達ギヤ対42及び逆転減速ギヤ24bを介して減速出力ギヤ27に伝達される。つまり、発電電動機30の動力が前進又は後進方向の動力としてプロペラ5に伝達され、ヨット1は前進又は後進を開始する。トローリング等の微速航行時も、前記ゼロ発進時の駆動形態と同様に、発電電動機30の動力だけでプロペラ5を回転させることが可能になっている。
ヨット1の帆走時には、プロペラ5の遊転力で発電電動機30を発電させることも可能である。この場合、正逆転機構25を双方遮断状態(正転クラッチ23と逆転クラッチ24の双方が遮断状態)である上で、切換アクチュエータの駆動にて低速切換ギヤ39と切換シフタ38とを係合させ、発電電動機30を発電機として駆動させる。潮流等に起因したプロペラ5の遊転力が、推進軸15、出力軸22及び減速出力ギヤ27を介して逆転減速ギヤ24bに伝わり、逆転減速ギヤ24bから低速伝達ギヤ対42、低速切換ギヤ39及び中間ギヤ対34を介して発電電動機30に伝達され、発電電動機30が電力を発生させる。発生した電力は電源装置20に充電される。
また、ヨット1の停船係留時には、エンジン16の動力で発電電動機30を発電させることも可能である。この場合、正逆転機構25を双方遮断状態(正転クラッチ23と逆転クラッチ24の双方が遮断状態)とし、アクチュエータの駆動によって高速切換ギヤ40と切換シフタ38とを係合させ、発電電動機30を発電機として駆動させる。エンジン16動力は、逆転ギヤ24aから高速伝達ギヤ対43、高速切換ギヤ40及び中間ギヤ対34を介して発電電動機30に伝達され、発電電動機30が電力を発生させる。発生した電力は電源装置20に充電される。
次に、図5を参照しながら、減速逆転機18の油圧回路構造を説明する。減速逆転機18の油圧回路50は、正転クラッチ23や逆転クラッチ24等に作動油を供給する主油圧ポンプ28を備えている。実施形態の主油圧ポンプ28は、エンジン16の動力に基づく逆転軸26の回転で駆動するように構成されている。
オイルタンクとしてのハウジング19に連通させた作動油路51の中途部に、主油圧ポンプ28が設けられている。作動油路51における主油圧ポンプ28の吸入側には、ストレーナ48が設けられている。作動油路51における主油圧ポンプ28の吐出側は、正逆転電磁弁52を介して、正転クラッチ23に向かう正転油路53と逆転クラッチ24に向かう逆転油路54とに接続されている。
正逆転電磁弁52は、変速レバー14操作に連動した電磁ソレノイドの励磁又は消磁によって、正転油路53に作動油を供給する正転位置と、逆転油路54に作動油を供給する逆転位置と、作動油供給を停止する中立位置との3位置に切換可能に構成されている。正逆転電磁弁52の切換作動によって、正転クラッチ23又は逆転クラッチ24に作動油が選択的に供給される。
作動油路51において主油圧ポンプ28と正逆転電磁弁52との間からは、潤滑冷却油路55を分岐させている。潤滑冷却油路55は、発電電動機30、インバータ29並びにハウジング19内のギヤ群に対して、ハウジング19内の作動油を潤滑油又は冷却油として注油するための油路である。なお、ギヤ群とは、ハウジング19内にある正逆転機構25や各種ギヤ、その他軸を含む概念である。
潤滑冷却油路55には、上流側から順に、作動油路51の油圧保持用リリーフ弁である第1調圧弁56と、潤滑油としての作動油を冷却する第1オイルクーラ57及び第2オイルクーラ58と、発電電動機30及びインバータ29とが設けられている。発電電動機30とインバータ29とは、油冷のために潤滑冷却油路55中に配置されている。潤滑冷却油路55の最下流部は、潤滑及び冷却のために、正逆転機構25を含むハウジング19内のギヤ群に臨ませている。
潤滑冷却油路55における第1オイルクーラ57と第2オイルクーラ58との間からは分配油路59を分岐させている。分配油路59の中途部には、潤滑冷却油路55の油圧保持用リリーフ弁である第2調圧弁60が設けられている。分配油路59の最下流部は、潤滑冷却油路55のうち発電電動機30及びインバータ29よりも下流側の箇所に再び合流している。潤滑冷却油路55のうち分配油路59との再合流部から分岐させたリリーフ油路62はオイルタンクであるハウジング19に連通させている。リリーフ油路62中には安全弁61が設けられている。
作動油路51から第1調圧弁56を通過した作動油は、第1オイルクーラ57を通過して第2調圧弁60にて低圧にしたのち、さらに第2オイルクーラ58を通過して、発電電動機30とインバータ29とに冷却油として供給される。発電電動機30やインバータ29を通過した作動油は、正逆転機構25を含むギヤ群に潤滑油として供給される(再利用される)。潤滑冷却油路55から分配油路59に送られ第2調圧弁60を通過した作動油は、安全弁61にて低圧にした上で、正逆転機構25を含むギヤ群に潤滑油として供給される。潤滑冷却油路55内において所定圧以上の不要な作動油は、安全弁61を介してハウジング19内に戻される。
作動油路51の油圧保持用リリーフ弁である第1調圧弁56には、正逆転機構25接続時のショックを緩和させる緩嵌入弁63が設けられている。緩嵌入弁63は、正転油路53や逆転油路54の作動油圧をパイロット圧とする油圧切換弁64によって制御される構成になっている。作動油路51において潤滑冷却油路55への分岐箇所と正逆転電磁弁52との間からは、パイロット油路65を分岐させて緩嵌入弁63に接続している。油圧切換弁64は、シリンダ64a、ピストン64bおよび復帰ばね64cを有していて、緩嵌入弁63にパイロット圧を供給するオン位置と、パイロット圧供給を停止するオフ位置との2位置に切換可能に構成されている。
正逆転電磁弁52が正転又は逆転位置に切換作動し、正転又は逆転油路53,54に作動油が供給されてシリンダ64a内の作動油圧が高まると、ピストン64bが移動して油圧切換弁64がオン位置に切り換わる。そうすると、パイロット油路65を介して緩嵌入弁63にパイロット圧が供給され、緩嵌入弁63が第1調圧弁56のリリーフばね66を徐々に圧縮して第1調圧弁56の設定リリーフ圧が漸増する。これによって、作動油路51と正転又は逆転油路53,54との作動油圧が徐々に上昇し、正転又は逆転クラッチ23,24が徐々に接続状態になる。
そして、リリーフばね66の付勢力が最大に達すると、作動油路51と正転又は逆転油路53,54との作動油圧が最大となって、正転又は逆転クラッチ23,24が完全な接続状態になる。このようにして、正転又は逆転クラッチ23,24接続時のショックが緩和される。
正逆転電磁弁52が中立位置に切換作動して正転及び逆転油路53,54への作動油供給がなくなれば、復帰ばね64cの付勢力によって油圧切換弁64がオフ位置に切り換わり、緩嵌入弁63及び第1調圧弁56のリリーフばね66は元の状態に復帰する。この状態において、第1調圧弁56は設定リリーフ圧の小さいリリーフ弁として機能する。
実施形態のエンジン16は、主油圧ポンプ28と同様に、自身の動力で駆動する第1冷媒ポンプ67と、油冷又は水冷用の冷却路68とを備えている。エンジン16の冷却路68中に、エンジン冷却クーラ69が設けられている。船舶としてのヨット1は、海水等の冷媒が流通する第1冷媒配管71及び第2冷媒配管72と、冷媒用電動モータ73の動力で駆動する第2冷媒ポンプ74とを備えている。
第1冷媒配管71上には、上流側から順に、第1冷媒ポンプ67、エンジン冷却クーラ69及び第1オイルクーラ57が配置されている。第2冷媒配管72上には、上流側から順に、第2冷媒ポンプ74及び第2オイルクーラ58が配置されている。第1冷媒ポンプ67にて第1冷媒配管71の入口側から吸い上げた海水等の冷媒は、エンジン冷却クーラ69から第1オイルクーラ57に供給され、冷却路68中の油又は水と潤滑冷却油路55中の作動油とを冷却する。第1オイルクーラ57を通過した海水等の冷媒は、第1冷媒配管71の出口側から外部に放出される。第2冷媒ポンプ74が第2冷媒配管72の入口側から吸い上げた海水等の冷媒は第2オイルクーラ58に供給され、潤滑冷却油路55中の作動油を冷却した後、第2冷媒配管72の出口側から外部に放出される。
図5に示すように、実施形態の油圧回路50は、オイルタンクとしてのハウジング19と潤滑冷却油路55とをつなぐ迂回油路75を備えている。迂回油路75の中途部に、潤滑用電動モータ76の動力で駆動する副油圧ポンプ77が設けられている。迂回油路75のうち副油圧ポンプ77の吸入側には、ストレーナ78が設けられている。迂回油路75のうち副油圧ポンプ77の吐出側には、潤滑冷却油路55にだけ開く逆止弁79が設けられている。実施形態では、潤滑冷却油路55のうち第1調圧弁56と第1オイルクーラ57との間に迂回油路75の最下流部が接続されている。
次に、図6以降を参照しながら、実施形態における冷媒用電動モータ73の駆動制御(第2冷媒ポンプ74の吐出量制御)を実行する構成とその制御態様とについて説明する。
図6に示すように、発電電動機30は、トランジスタ等のスイッチング素子及びダイオードを有するインバータ29を介して、充放電可能な二次電池や大容量キャパシタ等からなる電源装置20に接続されている。インバータ29は、スイッチング素子のON/OFF動作による直流交流変換にて、電源装置20の電力を発電電動機30に供給して電動機として作動させる。発電電動機30が発電機として作動する場合、インバータ29は、ダイオードブリッジの交流直流変換にて、発電電動機30の電力を電源装置20に充電させる。すなわち、発電電動機30は、エンジン16側の機械的エネルギーと電源装置20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。
インバータ29は、ヨット1に搭載された制御部としてのコントローラ100に電気的に接続されている。コントローラ100は、主としてエンジン16や減速逆転機18の作動全般の制御を司るものであり、PWM(Pulse Width Modulation)信号をインバータ29に出力して、インバータ29内のスイッチング素子をON/OFFさせて、発電電動機30を電動機(モータ)として駆動させるように構成されている。
図6に示すように、コントローラ100には、インバータ29のほか、例えば変速レバー14の操作位置を検出する変速ポテンショ91、出力軸22(推進軸15でもよい)の出力回転速度を検出する一対の回転検出センサ92、潤滑冷却油路55中の作動油の温度を検出する温度検出部としての温度センサ93、及び、正逆転機構25の作動を制御する正逆転電磁弁52等が電気的に接続されている。コントローラ100には、キースイッチ90を介して電源装置20から電力供給がなされる。温度検出部としての温度センサ93は、第2オイルクーラ58や第1オイルクーラ57、もしくは両方のオイルクーラ57,58の周辺等に配置される。
コントローラ100は、例えば発電電動機30を発電機として使用する充電モード、電動機としての発電電動機30をエンジン16と併用するアシストモード、電動機としての発電電動機30を駆動源として単独使用するモータモード、並びに、エンジン16を駆動源として単独使用するエンジンモードのいずれかを選択して実行可能になっている。コントローラ100には、各種モード選択のための選択スイッチ94も電気的に接続されている。
なお、詳細は省略するが、コントローラ100は、各種演算処理や制御を実行するCPUのほか、制御プログラムやデータを記憶させるためのROM、制御プログラムやデータを一時的に記憶させるためのRAM、及び入出力インターフェイス等を備えている。
コントローラ100は、発電電動機30に作用する負荷を検出する負荷検出部101を有している。実施形態の負荷検出部101は、インバータ29の出力電流値であるインバータ電流値Itを検出する機能を有している。インバータ電流値Itは、発電電動機30に供給される交流電流値であり、プロペラ5ひいては発電電動機30の作業負荷に相当する負荷検出値に比例するものである。
また、コントローラ100は、インバータ29の出力電流の周波数であるインバータ周波数Ftを制御する機能を有している。インバータ周波数Ftは、発電電動機30ひいては出力軸22(推進軸15でもよい)の出力回転数と比例するものである。従って、インバータ周波数Ftは、モータモード時のプロペラ5回転数に比例する。
コントローラ100は、モータモードにおいて、変速ポテンショ91の検出値(変速レバー14の操作量)に応じてインバータ周波数Ft(プロペラ5回転数)を制御し、インバータ周波数Ftに基づくプロペラ5回転数となるように、電動モータ30の回転駆動を制御する。
図7のフローチャートは、実施形態における冷媒用電動モータ73の駆動制御(第2冷媒ポンプ74の吐出量制御)の第1例を示している。以下に開示のフローチャートに示すアルゴリズムは、コントローラ100のROMにプログラムとして予め記憶されていて、RAMに読み出されてからCPUで実行される。ここで、冷媒用電動モータ73は、第2冷媒ポンプ74が所定吐出量となるように定格速度で駆動しているものとする。
第1例において、選択スイッチ94の操作にてアシストモードかモータモードを選択実行中であれば(S01:YES)、発電電動機30が電動機として機能しているので、コントローラ100は、インバータ29の出力電流値であるインバータ電流値Itを負荷検出部101にて読み込み(S02)、インバータ電流値Itが予め設定された負荷上限設定値Imax以上か否かを判別する(S03)。
この場合、負荷上限設定値Imaxは、例えば発電電動機30を通過する作動油(冷却油)温度が約90℃程度の場合に対応する値に設定するのが好ましい。作動油温度が例えば90℃よりも高くなると、作動油を潤滑油として用いる際の油膜形成能力が大幅に悪くなり、ギヤ損傷を引き起こしやすくなるし、シール部品等に使われる合成樹脂やゴム等の材質は高温に弱い。そこで、負荷上限設定値Imaxとして、作動油温度が90℃前後の場合に対応する値を採用している。なお、ステップS03では、負荷上限電流値Imax自体を下回る側に含めてもよいし、上回る側に含めてもよい。ステップS03では上回る側に含めている。
ステップS03において、インバータ電流値Itが負荷上限設定値Imax以上であれば(It≧Imax、S03:YES)、発電電動機30の負荷トルクが増大して、発電電動機30の出力回転速度維持のためにインバータ29から大きな出力電流が流れる状態であるから、このような状態が長時間継続すると、発電電動機30やインバータ29を通過する作動油の温度がどんどん上昇していくことは明らかである。
そこで、急激な作動油の温度上昇を防止するため、冷媒用電動モータ73を定格速度よりも高速で駆動させ、第2冷媒ポンプ74の吐出量を増大させる(S04)。第2オイルクーラ58の高速駆動による第2冷媒ポンプ74の吐出量増大の結果、作動油は十分に冷却される。そして、発電電動機30やインバータ29が速やかに油冷される。ステップS03において、インバータ電流値Itが負荷上限設定値Imax未満であれば(It<Imax、S03:NO)、ステップS02に戻る。
ステップS04において冷媒用電動モータ73を高速駆動させたあと、インバータ電流値Itを負荷検出部101にて再び読み込み(S05)、インバータ電流値Itが予め設定された負荷下限設定値Imin以下か否かを判別する(S06)。負荷下限設定値Iminは、例えば発電電動機30を通過する作動油(冷却油)温度が約70℃程度の場合に対応する値に設定するのが好ましい。作動油温度が例えば70℃よりも低くなると、作動油を潤滑油として用いる際の油膜形成能力が十分高くなり、ギヤ損傷防止に高い効果を発揮できるし、撹拌抵抗も小さくなる。そこで、負荷下限設定値Iminとして、作動油温度が70℃前後の場合に対応する値を採用している。なお、ステップS06でも、負荷下限電流値Imin自体を下回る側に含めてもよいし、上回る側に含めてもよい。ステップS06では下回る側に含めている。
ステップS06において、インバータ電流値Itが負荷下限設定値Imin以下であれば(It≦Imin、S06:YES)、発電電動機30の負荷トルクが減少して、インバータ29からの出力電流が抑えられた状態であるから、発電電動機30やインバータ29を通過する作動油の温度が低く抑えられているものと解される。
そこで、冷媒用電動モータ73の駆動速度を元の定格速度に戻して、第2冷媒ポンプ74の吐出量を元の所定吐出量に戻す(S07)。ステップS06において、インバータ電流値Itが負荷下限設定値Iminより大きければ(It>Imin、S06:NO)、ステップS05に戻る。
ステップS07において、冷媒用電動モータ73の駆動速度を元の定格速度に戻したあとは、ステップS01に戻る。
上記のように制御すると、コントローラ100は、負荷検出部101で検出したインバータ電流値Itに基づき、発電電動機30に作用する負荷の大小を判断し、冷媒用電動モータ73の駆動制御によって、必要なときに第2冷媒ポンプ74の吐出量を増やしたり減らしたりできる。不必要で過剰な冷媒用電動モータ73や第2冷媒ポンプ74の駆動を抑制でき、作動油による発電電動機30の冷却効果を損なうことなく、冷媒用電動モータ73や第2冷媒ポンプ74の不快な駆動音を低減できる。また、冷媒用電動モータ73の駆動制御によって消費電力の抑制も図れる。特に第1例では、作動油温度の上昇開始をインバータ電流値Itに基づき発電電動機30に作用する負荷の大小で判断するから、作動油温度の上昇に素早く対処でき、作動油温度上昇を抑制できる。
図8のフローチャートは、冷媒用電動モータ73の駆動制御(第2冷媒ポンプ74の吐出量制御)の第2例を示している。ここでも、冷媒用電動モータ73は、第2冷媒ポンプ74が所定吐出量となるように定格速度で駆動しているものとする。
第2例において、選択スイッチ94の操作にてアシストモードかモータモードを選択実行中であれば(S11:YES)、発電電動機30が電動機として機能しているので、コントローラ100は、温度センサ93の温度検出値Ttを読み込み(S12)、温度検出値Ttが予め設定された温度上限設定値Tmax以上か否かを判別する(S13)。
この場合、温度上限設定値Tmaxは、例えば約90℃程度の値に設定するのが好ましい。温度上限設定値Tmaxを90℃前後の値としている理由は、第1例で説明した通りである。つまり、作動油温度が例えば90℃よりも高くなると、高温に弱い合成樹脂やゴム等からなるシール部品などが傷みやすいし、作動油を潤滑油として用いる際の油膜形成能力が大幅に悪くなって、ギヤ損傷を引き起こしやすくなるからである。なお、ステップS13では、温度上限電流値Tmax自体を下回る側に含めてもよいし、上回る側に含めてもよい。ステップS13では上回る側に含めている。
ステップS13において、温度検出値Ttが温度上限設定値Tmax以上であれば(Tt≧Tmax、S13:YES)、発電電動機30を通過する作動油温度が上昇しているから、冷媒用電動モータ73を定格速度よりも高速で駆動させ、第2冷媒ポンプ74の吐出量を増大させる(S04)。第2オイルクーラ58の高速駆動による第2冷媒ポンプ74の吐出量増大の結果、作動油は十分に冷却される。そして、発電電動機30やインバータ29が速やかに油冷される。ステップS13において、温度検出値Ttが温度上限設定値Tmax未満であれば(Tt<Tmax、S13:NO)、ステップS12に戻る。
ステップS14において冷媒用電動モータ73を高速駆動させたあと、温度センサ93の温度検出値Ttを再び読み込み(S15)、温度検出値Ttが予め設定された温度下限設定値Tmin以下か否かを判別する(S16)。この場合、温度下限設定値Tminは、例えば約70℃程度の値に設定するのが好ましい。温度下限設定値Tminを70℃前後の値としている理由は、第1例で説明した通りである。つまり、作動油温度が例えば70℃よりも低くなると、作動油を潤滑油として用いる際の油膜形成能力が十分高くなり、ギヤ損傷防止に高い効果を発揮できるし、撹拌抵抗も小さくなるからである。なお、ステップS16でも、温度下限電流値Tmin自体を下回る側に含めてもよいし、上回る側に含めてもよい。ステップS16では下回る側に含めている。
ステップS16において、温度検出値Ttが温度下限設定値Tmin以下であれば(Tt≦Tmin、S16:YES)、発電電動機30を通過する作動油温度が低く抑えられているものと解されるから、冷媒用電動モータ73の駆動速度を元の定格速度に戻して、第2冷媒ポンプ74の吐出量を元の所定吐出量に戻す(S17)。ステップS16において、温度検出値Ttが温度下限設定値Tminより大きければ(Tt>Tmin、S16:NO)、ステップS15に戻る。
ステップS17において、冷媒用電動モータ73の駆動速度を元の定格速度に戻したあとは、ステップS11に戻る。
上記のように制御した場合も、コントローラ100は、温度検出部としての温度センサ93で検出した温度検出値Ttに基づき、発電電動機30を通過する作動油温度の高低を判断し、冷媒用電動モータ73の駆動制御によって、必要なときに冷媒ポンプ74の吐出量を増やしたり減らしたりできる。不必要で過剰な冷媒用電動モータ73や第2冷媒ポンプ74の駆動を抑制でき、作動油による発電電動機30の冷却効果を損なうことなく、冷媒用電動モータ73や第2冷媒ポンプ74の不快な駆動音を低減できる。また、冷媒用電動モータ73の駆動制御によって消費電力の抑制も図れる。すなわち、第1例の場合と同様の作用効果を奏する。
図9のフローチャートは、冷媒用電動モータ73の駆動制御(第2冷媒ポンプ74の吐出量制御)の第3例を示している。図9のフローチャートに示す第3例は、第1例と第2例とを組み合わせたものである。ここでも、冷媒用電動モータ73は、第2冷媒ポンプ74が所定吐出量となるように定格速度で駆動しているものとする。
第3例において、選択スイッチ94の操作にてアシストモードかモータモードを選択実行中であれば(S21:YES)、発電電動機30が電動機として機能しているので、コントローラ100は、インバータ29の出力電流値であるインバータ電流値Itを負荷検出部101にて読み込み(S22)、インバータ電流値Itが予め設定された負荷上限設定値Imax以上か否かを判別する(S23)。
この場合、負荷上限設定値Imaxは、例えば発電電動機30を通過する作動油(冷却油)温度が約90℃程度の場合に対応する値に設定するのが好ましい。負荷上限設定値Imaxを作動油温度が90℃前後の場合に対応する値としている理由は、第1例及び第2例で説明した通りである。なお、ステップS23では、負荷上限電流値Imax自体を下回る側に含めてもよいし、上回る側に含めてもよい。ステップS23では上回る側に含めている。
ステップS23において、インバータ電流値Itが負荷上限設定値Imax以上であれば(It≧Imax、S23:YES)、発電電動機30の負荷トルクが増大して、発電電動機30の出力回転速度維持のためにインバータ29から大きな出力電流が流れる状態であるから、このような状態が長時間継続すると、発電電動機30やインバータ29を通過する作動油の温度がどんどん上昇していくことは明らかである。
そこで、急激な作動油の温度上昇を防止するため、冷媒用電動モータ73を定格速度よりも高速で駆動させ、第2冷媒ポンプ74の吐出量を増大させる(S24)。第2オイルクーラ58の高速駆動による第2冷媒ポンプ74の吐出量増大の結果、作動油は十分に冷却される。そして、発電電動機30やインバータ29が速やかに油冷される。ステップS23において、インバータ電流値Itが負荷上限設定値Imax未満であれば(It<Imax、S23:NO)、ステップS22に戻る。
ステップS24において冷媒用電動モータ73を高速駆動させたあとは、温度センサ93の温度検出値Ttを読み込み(S25)、温度検出値Ttが予め設定された温度下限設定値Tmin以下か否かを判別する(S26)。この場合、温度下限設定値Tminは、例えば約70℃程度の値に設定するのが好ましい。温度下限設定値Tminを70℃前後の値としている理由は、第1例及び第2例で説明した通りである。なお、ステップS26でも、温度下限電流値Tmin自体を下回る側に含めてもよいし、上回る側に含めてもよい。ステップS26では下回る側に含めている。
ステップS26において、温度検出値Ttが温度下限設定値Tmin以下であれば(Tt≦Tmin、S26:YES)、発電電動機30を通過する作動油温度が低く抑えられているものと解されるから、冷媒用電動モータ73の駆動速度を元の定格速度に戻して、第2冷媒ポンプ74の吐出量を元の所定吐出量に戻す(S27)。ステップS26において、温度検出値Ttが温度下限設定値Tminより大きければ(Tt>Tmin、S26:NO)、ステップS25に戻る。
ステップS27において、冷媒用電動モータ73の駆動速度を元の定格速度に戻したあとは、ステップS21に戻る。
上記のように制御した場合も、コントローラ100は、コントローラ100は、負荷検出部101で検出したインバータ電流値Itに基づき発電電動機30に作用する負荷の大小を判断したり、温度センサ93で検出した温度検出値Ttに基づき発電電動機30を通過する作動油温度の高低を判断したりして、冷媒用電動モータ73の駆動制御によって、必要なときに冷媒ポンプ74の吐出量を増やしたり減らしたりできる。不必要で過剰な冷媒用電動モータ73や第2冷媒ポンプ74の駆動を抑制でき、作動油による発電電動機30の冷却効果を損なうことなく、冷媒用電動モータ73や第2冷媒ポンプ74の不快な駆動音を低減できる。また、冷媒用電動モータ73の駆動制御によって消費電力の抑制も図れる。すなわち、第1例や第2例の場合と同様の作用効果を奏する。
特に第3例では、作動油温度の上昇開始をインバータ電流値Itに基づき発電電動機30に作用する負荷の大小で判断するから、作動油温度の上昇に素早く対処でき、作動油温度上昇を抑制できる。
なお、本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、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
1 ヨット(船舶)
5 プロペラ
15 推進軸
16 エンジン
18 減速逆転機
25 正逆転機構
30 発電電動機
50 油圧回路
51 作動油路
55 潤滑冷却油路
58 第2オイルクーラ
72 第2冷媒配管
73 冷媒用電動モータ
93 温度センサ(温度検出部)
94 選択スイッチ
100 コントローラ(制御部)
101 負荷検出部

Claims (8)

  1. 船舶に搭載したエンジンと発電電動機とのうち少なくとも一方の動力を正逆転機構経由でプロペラに伝達する減速逆転機であって、
    オイルタンクの作動油を冷却油として前記発電電動機に供給する冷却油路中に配置されたオイルクーラと、前記オイルクーラに連通させた冷媒配管中に配置された冷媒ポンプと、前記冷媒ポンプを駆動させる電動モータと、前記発電電動機に作用する負荷を検出する負荷検出部の負荷検出値に応じて、前記冷媒ポンプの吐出量を変化させるように前記電動モータの駆動を制御する制御部とを備えている、
    減速逆転機。
  2. 前記制御部は、前記負荷検出部の負荷検出値が予め設定された負荷上限設定値を上回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を増大させるように前記電動モータを駆動させる、
    請求項1に記載した減速逆転機。
  3. 前記制御部は、前記負荷検出部の負荷検出値が予め設定された負荷下限設定値を下回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を減少させるように前記電動モータを駆動させる、
    請求項1に記載した減速逆転機。
  4. 船舶に搭載したエンジンと発電電動機とのうち少なくとも一方の動力を正逆転機構経由でプロペラに伝達する減速逆転機であって、
    オイルタンクの作動油を冷却油として前記発電電動機に供給する冷却油路中に配置されたオイルクーラと、前記オイルクーラに連通させた冷媒配管中に配置された冷媒ポンプと、前記冷媒ポンプを駆動させる電動モータと、前記冷却油路中の作動油の温度を検出する温度検出部の温度検出値に応じて、前記冷媒ポンプの吐出量を変化させるように前記電動モータの駆動を制御する制御部を備えている、
    減速逆転機。
  5. 前記制御部は、前記温度検出部の温度検出値が予め設定された温度上限設定値を上回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を増大させるように前記電動モータを駆動させる、
    請求項4に記載した減速逆転機。
  6. 前記制御部は、前記温度検出部の温度検出値が予め設定された温度下限設定値を下回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を減少させるように前記電動モータを駆動させる、
    請求項4に記載した減速逆転機。
  7. 船舶に搭載したエンジンと発電電動機とのうち少なくとも一方の動力を正逆転機構経由でプロペラに伝達する減速逆転機であって、
    オイルタンクの作動油を冷却油として前記発電電動機に供給する冷却油路中に配置されたオイルクーラと、前記オイルクーラに連通させた冷媒配管中に配置された冷媒ポンプと、前記冷媒ポンプを駆動させる電動モータと、前記発電電動機に作用する負荷を検出する負荷検出部の負荷検出値及び前記冷却油路中の作動油の温度を検出する温度検出部の温度検出値に応じて、前記冷媒ポンプの吐出量を変化させるように前記電動モータの駆動を制御する制御部とを備えている、
    減速逆転機。
  8. 前記制御部は、前記負荷検出部の負荷検出値が予め設定された負荷上限設定値を上回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を増大させるように前記電動モータを駆動させ、
    前記温度検出部の温度検出値が予め設定された温度下限設定値を下回ると、前記冷媒ポンプの吐出量を減少させるように前記電動モータを駆動させる、
    請求項7に記載した減速逆転機。
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