JP5942061B1 - 船舶推進方法及び舶用推進装置 - Google Patents

Abstract

舶用推進装置（１）はプロペラ（２０）を回転させて船舶（２）を推進させるようにした。プロペラ（２０）の回転数が所定回転数未満の場合には、低出力の副電動機（Ｍ２）を小容量で汎用のインバータ（２４）によって制御して回転駆動させ、プロペラ（２０）に伝達させて回転させる。その際、主電動機（Ｍ１）の駆動系統において、ｏｎ−ｏｆｆクラッチ（８）を遮断することでスリップクラッチ（２３）や入力軸（７）に回転を伝達しない。プロペラ（２０）の回転数が所定回転数以上になった場合には駆動源を副電動機（Ｍ２）から主電動機（Ｍ１）に切り換えてｏｎ−ｏｆｆクラッチ（８）を連結し、その回転数をスリップクラッチ（２３）によって制御してプロペラ（２０）に伝達させて回転させる。

Description

本発明は、複数の電動機を用いた船舶推進方法及び舶用推進装置に関する。

従来、曳航等の作業船に用いる舶用推進装置として、例えば特許文献１〜４に記載されたものが提案されている。
特許文献１に記載された船舶用のハイブリッド駆動装置では、船舶の内部に配置した第１の駆動モータと第２の駆動モータを有するものが開示されている。第１の駆動モータは内燃機関の形態にて具現され、第２の駆動モータは電気式とされている。
また、特許文献２に記載された舶用推進装置は、インバータや可変ピッチプロペラなどを使用しない船舶用電気推進装置として、ディーゼルエンジンと、この回転速度を制御する機関制御盤と、発電機と、電動機と、減速機と、減速機の出力軸に固定された固定ピッチプロペラを備えている。減速機は、回転速度を第１減速ギヤ又は第２減速ギヤのいずれかに切替可能であるとしている。

特許文献３及び特許文献４に記載された舶用推進装置は、アジマススラスター等の舶用推進装置において、主機関である内燃機関の他にモータジェネレータを連結することにより、モータジェネレータ単体での推進と、主機関単体による推進と、主機関の出力にモータジェネレータによるアシストを加えたハイブリッド推進が可能なものが提案されている。

特表２０１５−５１４６１５号公報 特開２０１４−８０１７５号公報 特許第５１０７９８７号公報 国際公開第２０１１／０２１７２７号明細書

ところで、上述した従来のハイブリッドタイプの舶用推進装置において、プロペラを駆動する方式の既知の技術として電動機駆動による電気推進が行われている。電動機駆動による電気推進において、固定ピッチプロペラを駆動する場合、プロペラの回転数を変えるためには電動機を可変速制御する必要があり、インバータ制御が必要となる。
しかし、この種のインバータはプロペラを駆動出来るような大出力であって船内電源の安定のために高調波抑制対策用の盤が必要となり、このようなインバータは、市場における流通量が少ないために汎用品として取り扱われておらず、特注品であることから極めて高価である上に高調波抑制対策用の盤の設置スペースを必要としている。これが、プロペラと内燃機関を軸直結にする舶用推進装置に対して、電気推進装置の需要が少ない要因であった。

一方、特別なインバータを用いないインバータレスの技術として、特許文献２に記載された推進装置が提案されているが、この装置はプロペラと電動機の間に可変速ギヤを設け、且つ電動機への供給周波数を変える為に発電機の機関回転数を可変にしている。このシステムの場合、可変速ギヤを変更する瞬間にプロペラ駆動動力が途切れるために衝撃が発生し、乗り心地が悪いという欠点があった。これは、いわゆる自動車のマニュアル車の場合のギヤチェンジの状態である。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、インバータを用いながらも占有スペースが小さく低コストであり、プロペラ出力に応じた効率的な駆動制御と燃料消費を達成できるようにした船舶推進方法及び舶用推進装置を提供することを目的としている。

本発明による船舶推進方法は、プロペラを回転させて船舶を推進させる船舶推進方法であって、プロペラの回転数が所定回転数未満の場合には副電動機の回転数をインバータによって制御してプロペラに伝達させる工程と、プロペラの回転数が所定回転数以上の場合には主電動機の回転数をスリップクラッチによって制御してプロペラに伝達させる工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、プロペラ出力が所定回転数未満の場合にはインバータ制御によって小容量の副電動機を駆動回転してプロペラを回転させ、プロペラ出力が所定回転数以上になると駆動源を副電動機から主電動機に切り換えて、主電動機の駆動回転をインバータを用いずにスリップクラッチによってスリップ度合を制御してプロペラ回転数を次第に増大させる。これよってプロペラ回転の駆動動力が途切れることなく副電動機から主電動機に移行するため安定的なプロペラ出力の制御と航行を行える。しかも、駆動源として内燃機関を用いず、インバータも小容量の副電動機を回転制御するだけであるから小型でスペースを確保できる。
ここで、本発明におけるスリップクラッチとは、回転力を伝える装置に対して、摩擦力や流体を介して動力伝達を行うようにして、回転数を所定の範囲で任意に落とすことが出来る機能を有するものである。従って、スリップクラッチには例えば摩擦クラッチや流体クラッチ、トルクコンバータクラッチも含まれる。

また、副電動機の回転をインバータにより制御してプロペラに伝達する場合には、スリップクラッチを遮断状態に保持することが好ましい。
プロペラ回転数が小さい低出力の場合には、主電動機の下流側に設置したスリップクラッチを遮断することで、副電動機の回転駆動のロスが減少し駆動効率が向上する。

また、副電動機の回転をインバータにより制御してプロペラに伝達する場合には、主電動機に対してスリップクラッチの下流側に設けたｏｎ−ｏｆｆクラッチを遮断状態にするようにしてもよい。
副電動機の駆動時にｏｎ−ｏｆｆクラッチを遮断状態にすることで、その上流側に設置した主電動機の駆動系統に設けたスリップクラッチや入力軸等の軸を回転させないため、副電動機の駆動ロスが低減して駆動効率が向上し、燃料消費量を削減できる。
なお、本発明におけるｏｎ−ｏｆｆクラッチとは、スリップ操作での減速運転を目的とせず、回転を伝える接続状態（ｏｎ状態）と、回転を伝えない遮断状態（ｏｆｆ状態）とのいずれかで運転されるクラッチである。

また、主電動機の回転をスリップクラッチを介してプロペラに伝達する際に、副電動機をインバータによってトルクゼロに制御することが好ましい。
この場合、主電動機の回転駆動時に、インバータから副電動機への出力指令をトルクゼロに設定するため副電動機は空回りすることになり、主電動機による駆動回転の効率低下を抑制できる。

また、プロペラの回転を副電動機から主電動機に切り替える際、副電動機の回転出力もプロペラに伝達することが好ましい。
プロペラ回転数が予め設定した所定回転数に達した場合に駆動源を副電動機から主電動機に移行することになり、その際、副電動機を停止することなく所定時間だけ駆動回転を継続することでトルクアシストして徐々に駆動源を主電動機に移行させるため、駆動源の移行時に衝撃等が発生せずスムーズに移行できる。そのため、プロペラの駆動動力が途切れることなくプロペラ回転数が停滞しないで安定した航行が可能になる。

本発明による舶用推進装置は、プロペラを回転させることで船舶を推進させる舶用推進装置であって、プロペラの回転数が所定回転数未満の場合に回転をプロペラに伝達する副電動機と、副電動機の回転数を制御するインバータと、プロペラの回転数が所定回転数以上の場合に回転をプロペラに伝達する主電動機と、主電動機の回転数を制御してプロペラに伝達するスリップクラッチと、プロペラの回転数が所定回転数以上になった場合にプロペラ回転の駆動源を副電動機から主電動機に切り替える切換制御手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、プロペラ出力が所定回転数未満の場合にはインバータ制御によって小容量の副電動機を駆動してプロペラを回転させ、所定回転数以上になると切換制御手段で駆動源を副電動機から主電動機に切り換え、主電動機の駆動回転をスリップクラッチによってスリップ度合等の動力伝達割合を制御してプロペラ回転数を更に増大させる。そのため、プロペラ回転の駆動動力が途切れることなく副電動機から主電動機に移行できるため安定的なプロペラ出力の制御と航行を行える。

また、スリップクラッチの下流側にｏｎ−ｏｆｆクラッチを備えていてもよい。
副電動機の駆動時にｏｎ−ｏｆｆクラッチを遮断状態にすることで、ｏｎ−ｏｆｆクラッチの上流側に設置した主電動機の駆動系統であるスリップクラッチ等に回転を伝達させないため、副電動機の駆動ロスが低減して駆動効率が向上する。
なお、減速機とスリップクラッチの間にｏｎ−ｏｆｆクラッチを設置してもよい。

また、副電動機の回転と主電動機の回転を減速してプロペラに伝達する減速機を備えており、減速機の内部または主電動機側の外部にスリップクラッチを設置していてもよい。
減速機と主電動機の間にスリップクラッチを設置することで、主電動機の駆動回転をスリップクラッチのスリップ度合で制御して減速機を介してプロペラに伝達するので、スリップクラッチによってプロペラ回転を制御することができる。また、減速機の内部にスリップクラッチを設置する場合には、スリップクラッチの設置スペースを省略できるので省スペースになる。
なお、主電動機は誘導電動機であり、副電動機は同期電動機であってもよい。

本発明に係る船舶推進方法と舶用推進装置によれば、プロペラの回転数が所定回転数未満であれば副電動機の回転をインバータによって制御してプロペラに伝達して回転させ、所定回転数以上であると駆動源を副電動機から主電動機に切り換え、主電動機の回転をスリップクラッチによって制御してプロペラを回転できるため、内燃機関を用いることなくプロペラの回転を制御できる。しかも、インバータで駆動制御する副電動機が低出力であるため、特注の高価なインバータを用いることなく汎用品を用いることができるので、船内電源の安定のために高調波対策用の盤が不要であり低コストで省スペースである。
しかも、プロペラ出力が所定回転数未満の段階では小容量の副電動機の駆動出力を用い、所定回転数以上の段階ではスリップクラッチ制御による主電動機の駆動出力に切り換えて用いることで、プロペラ出力のロスを低減して効率の良い運転を行える。

本発明の実施形態による舶用推進装置の要部構成を示す図である。 図１に示す舶用推進装置のプロペラの駆動系統を示す部分拡大図である。 副電動機と主電動機の各推進領域に応じたプロペラ回転数とプロペラ出力との関係を示すグラフである。 実施例と主電動機を用いた比較例１と副電動機を用いた比較例２によるプロペラ回転数とプロペラ出力との関係を示すグラフである。 本実施形態の第一変形例による減速機とスリップクラッチとの連結構成を示す要部断面図である。 本実施形態の第二変形例による減速機とスリップクラッチとの連結構成を示す要部断面図である。

以下、本発明の実施形態による舶用推進装置を図１〜図４を参照して説明する。
図１及び図２に示す本発明の実施形態による舶用推進装置１は、動力を伝達する垂直軸を中心に水平なプロペラ軸を旋回させて推進方向を設定するアジマススラスターである。図１及び図２に示す実施形態による舶用推進装置１において、舶用推進装置１を搭載した船舶２の船尾には、舶用推進装置１のアジマススラスター３の基台部となる台床４がその底部に固定されている。
この台床４の上面にはギヤケースを備えた減速機６が設置され、減速機６の内部には駆動力を伝達する水平な入力軸７と、この入力軸７が駆動力の入力側に連結されたｏｎ−ｏｆｆクラッチ８と、ｏｎ−ｏｆｆクラッチ８の出力側に一端が連結された水平な入出力軸９とが設けられている。減速機６内には入出力軸９の回転方向に直交する方向に動力を伝達する上部べベルギア１０が第１の変向機構として設けられている。

本実施形態による舶用推進装置１において、減速機６の入力軸７を介した一方側には船舶２のプロペラ出力と同容量で大容量の主電動機Ｍ１が連結され、入出力軸９を介した他方側には小容量の副電動機Ｍ２が連結されている。
本実施形態の舶用推進装置１では、例えば運転状態が低出力と高出力に分けられる作業船の場合、駆動源として主電動機Ｍ１と副電動機Ｍ２を切り替え駆動制御する。副電動機Ｍ２は低出力で後述のプロペラ２０を駆動し、主電動機Ｍ１は高出力でプロペラ２０を駆動することで効率の良い切り換え運転が行える。また、プロペラ出力や作業船の運転方法によって、副電動機Ｍ２の容量や副電動機Ｍ２と主電動機Ｍ１の切換タイミングを任意に選定することができる。

台床４の下側には船舶２の下方に突出して旋回可能となるように中空のストラット１３とケーシング１４が一体に取り付けられている。ストラット１３とケーシング１４は図示しない旋回駆動機構によって旋回させることができる。ストラット１３とケーシング１４内に設けた略垂直に延びる垂直軸１５はその上端部が減速機６内で上部べベルギア１０に連結されており、下端部側は台床４及び船舶２の船底を貫通して下方のストラット１３とケーシング１４内に延びている。
垂直軸１５の下端部はケーシング１４内に設けた下部べベルギア１７を介して水平方向に延びるプロペラ軸１８の一端側に連結されている。下部べベルギア１７は第２の変向機構を構成する。このプロペラ軸１８の他端側はケーシング１４に連結された略円筒状のダクト１９内に延びており、ダクト１９内に位置するプロペラ軸１８の他端部にはプロペラ２０が取り付けられている。このプロペラ２０は固定ピッチプロペラである。

次に減速機６の両端に連結された船舶２の舶用推進装置１の駆動機構について説明する。なお、本明細書において、主電動機Ｍ１から垂直軸１５を通ってプロペラ２０までの動力伝達方向を主電動機Ｍ１の駆動系統における下流側といい、逆方向を上流側という。また、同様に副電動機Ｍ２から垂直軸１５を通ってプロペラ２０までの動力伝達方向を副電動機Ｍ２の駆動系統における下流側といい、逆方向を上流側というものとする。
舶用推進装置１に設けた主電動機Ｍ１の駆動系統において、減速機６の入出力軸９と入力軸７の連結部に設けたｏｎ−ｏｆｆクラッチ(切り離しクラッチ)８の上流側には駆動源として大容量の主電動機Ｍ１が連結されている。主電動機Ｍ１は例えば誘導電動機等である。主電動機Ｍ１は例えばディーゼルエンジン等の主発電機関２２に電気的に連結されていて主電動機Ｍ１に電力を供給することができる。通常の場合、主発電機関２２は商用周波数の電力を主電動機Ｍ１に供給し、主電動機Ｍ１は定常状態において周波数に応じた一定の速度で回転する。
主発電機関２２は、複数台備えることができる。主発電機関２２は、発電機関全体として、主電動機Ｍ１を起動できるだけの電力容量が必要であるが、主電動機Ｍ１の起動後の運転においては必要な電力容量はこれより小さくなり、副電動機Ｍ２のみ駆動する場合には必要な電力容量はより小さくなる。大きな電力容量の発電機関を小さい負荷で用いた場合には効率が低下するため、複数の主発電機関２２を備えて電力容量の必要に応じて必要な台数の発電機関を用いれば、より効率が良くなる。また、主発電機関２２が複数の場合には、電力容量の異なるものを組み合わせても良い。

入力軸７において、主電動機Ｍ１とｏｎ−ｏｆｆクラッチ８との間にはスリップクラッチ２３が連結されている。スリップクラッチ２３は例えば複数枚のクラッチプレートを積層配列した湿式多板型クラッチで構成され、各クラッチプレートの摩擦面同士を押し合わせることでクラッチの一方半部から他方半部にトルクを伝達できる。しかも、各クラッチプレートの摩擦面間には常時オイル等の潤滑油が介在している。
そして、主電動機Ｍ１は一定回転数で駆動すると共にスリップクラッチ２３でプロペラ回転数を制御する。スリップクラッチ２３はその接続状態を変化させるスリップ制御によって直結状態とスリップの少ない高回転状態とスリップの大きい低回転状態との間で移行することで、加速または減速調整することができる。

また、舶用推進装置１に設けた副電動機Ｍ２の駆動系統において、減速機６の入出力軸９における上部べベルギア１０の上流側には駆動源として小容量の副電動機Ｍ２が連結されている。副電動機Ｍ２は例えば同期電動機等である。副電動機Ｍ２には汎用で小型のインバータ２４が接続されていて、制御装置２８により制御される。制御対象であるプロペラの回転数に応じてインバータ２４によって副電動機Ｍ２のトルク制御を行うことで、プロペラの速度制御を行うことができる。
ここで、小容量の副電動機Ｍ２は汎用のインバータ２４で対応可能な容量とすることで、副電動機Ｍ２をインバータ駆動させたとしても安価なシステムに設定できる。具体的には、小容量で汎用のインバータ２４は、適用モータ出力を適宜設定できるが、この適用モータ出力は例えば１２００ｋＷ以下であり、好ましくは５６０ｋＷ以下、さらに好ましくは３００ｋＷ以下が良い。

インバータ２４には抵抗器２５が接続されており、副電動機Ｍ２の駆動時に波の影響でプロペラ２０にブレーキが発生することがあると発電することができるが、その場合に抵抗器２５によって発電を吸収することができる。また、抵抗器２５に代えて蓄電池をインバータ２４に接続して蓄電してもよい。この場合、副電動機Ｍ２でプロペラ駆動する場合に蓄電池に充電された電力を副電動機Ｍ２に供給することが可能となる。
インバータ２４は主発電機関２２と電気的に接続されており、この回線にはノイズフィルタ２６を接続してもよい。副電動機Ｍ２と入出力軸９との間にはカップリング２７が接続されていてもよい。或いは、カップリング２７に代えて安全面を考慮してｏｎ−ｏｆｆクラッチ（切り離しクラッチ）を設置してもよい。

本実施形態による舶用推進装置１には、副電動機Ｍ２の駆動と主電動機Ｍ１の駆動を切り替える制御装置２８が設置されている。プロペラ２０の回転数を適宜の計測器で測定して、プロペラ２０の回転数が予め設定した所定回転数Ｒに満たない場合には小容量の副電動機Ｍ２を駆動させ、プロペラ２０の回転数が所定回転数Ｒ以上の場合には駆動源を副電動機Ｍ２から主電動機Ｍ１に切り替えて駆動する。
なお、プロペラ２０の所定回転数Ｒの値は副電動機Ｍ２の容量や、プロペラ２０の出力や作業船の運転方法等によって予め適宜の値を選定できる。

図３は舶用推進装置１における副電動機Ｍ２及び主電動機Ｍ１の各推進領域の制御切換点とプロペラ回転数とプロペラ出力との関係を示すグラフである。
図３に示すように、初期から低出力のプロペラ運転状態では、ｏｎ−ｏｆｆクラッチ８を切断し、副電動機Ｍ２を駆動してプロペラ出力を上昇させる。プロペラ２０の回転数が所定の値Ｒの制御切換点になると、制御装置２８で検知して駆動源を副電動機Ｍ２から主電動機Ｍ１に切り替えるように制御する。
駆動源の切り換えの移行期において、回転数がＲを超えても副電動機Ｍ２は停止や遮断を行うことなく継続して回転を入出力軸９に伝達して主電動機Ｍ１をトルクアシストし、徐々に駆動源を主電動機Ｍ１に移行する。プロペラ回転が回転数Ｒの制御切換点から一定回転数の範囲で上昇するまでに、駆動源を副電動機Ｍ２から主電動機Ｍ１に切替えればよい。

駆動源が主電動機Ｍ１に完全移行した後は、副電動機Ｍ２はプロペラ２０と共に主電動機Ｍ１によって回転させられるが、副電動機Ｍ２はトルク制御しており、インバータ２４から副電動機Ｍ２への出力指令はトルク０Ｎｍとするため、空回りするのみである。
駆動源の制御切換点と切換完了回転数は、運航方法や操船者の意向により任意に設定できる。スリップクラッチ２３によって回転数を制御しながら主電動機Ｍ２と副電動機Ｍ１を切替えるためプロペラ２０への駆動動力が途切れず、プロペラ回転数が停滞せず違和感の無いスムーズで安定した航行が可能となる。

次に、スリップクラッチ２３の有無によるプロペラ出力のロスの大きさの計算例を図４により比較検討する。図４は、各電動機や発電機のロスは考慮せず、インバータとスリップクラッチの可変速装置のロスを比較したものである。
図４において、実施形態による舶用推進装置１におけるプロペラ出力の低出力で副電動機Ｍ２を駆動し、所定回転数Ｒ以降で駆動源を主電動機Ｍ１に切り替えたものを実施例とする。また、プロペラ回転数の全範囲（０％〜１００％）において、を主電動機Ｍ１だけで駆動したものを比較例１（スリップロスという）、インバータ２４付きの副電動機Ｍ２だけで駆動したものを比較例２（インバータロスという）とした。
これら実施例、比較例１，２を用いて、プロペラ回転数を０％から１００％に増大させた場合におけるプロペラ出力のロスの変化を試験した。参考に実施例によるプロペラ出力の変化をプロペラ負荷として表示した。

比較例２ではプロペラ出力のロスは約５％程度で推移した。比較例１ではプロペラ出力のロスはなだらかな山形に変化し、所定回転数Ｒより小さい低回転時ではプロペラ出力のロスが１０％を超える程度になり、主電動機Ｍ１を駆動させる主発電機関２２の燃料消費量が悪くなる。さらにインバータ制御はスリップクラッチ２３より応答が良く操船性が良い。
これに対し、実施例では、プロペラ回転数が制御切換時の所定回転数Ｒまではプロペラ出力ロスは比較例２（インバータロス）と同様に推移しプロペラ出力ロスが５％程度であるため比較例１（スリップロス）より小さく、その分だけ効率が良くなり、主発電機関２２の燃料消費量が良くなる。
従って、プロペラ出力を増大させる場合に、プロペラ回転数が図３で示す制御切換点になったら駆動源を副電動機Ｍ２から主電動機Ｍ１へ切り換え、プロペラ出力を減少させる場合には、駆動源を主電動機Ｍ１から副電動機Ｍ２に切り換えることが主発電機関２２の燃料消費量において効率的であるといえる。

本発明の実施形態による舶用推進装置１は上述の構成を備えており、次に船舶推進方法を図１乃至図４に沿って説明する。
本実施形態による舶用推進装置１の駆動開始時には制御装置２８の指示により副電動機Ｍ２をインバータ２４によって制御するが、その際、ｏｎ−ｏｆｆクラッチ８を遮断させておき、駆動力はスリップクラッチ２３と主電動機Ｍ１に伝達させない。このとき、主電動機Ｍ１は駆動状態であるが、停止状態でもよい。
そのため、主電動機Ｍ１の駆動ロスがなくなり効率がよい。インバータ２４によって駆動制御された副電動機Ｍ２はその低出力の回転駆動力をカップリング２７を介して入出力軸９、減速機６に伝達する。そして、減速機６内の上部べベルギア１０から垂直軸１５と下部べベルギア１７を介してプロペラ軸１８に動力伝達し、プロペラ２０を回転駆動する。

そして、プロペラ回転数が制御切換値であるＲ以上になると、制御装置２８でｏｎ−ｏｆｆクラッチ８を連結すると共に駆動源を副電動機Ｍ２から主電動機Ｍ１に切り替えて回転駆動させる。すると、主電動機Ｍ１の回転駆動力はスリップクラッチ２３を介して入力軸７、ｏｎ−ｏｆｆクラッチ８、入出力軸９、減速機６に伝達され、更に上部べベルギア１０から垂直軸１５に動力伝達してプロペラ２０をより高出力で回転駆動させる。
定速回転する主電動機Ｍ１はスリップクラッチ２３のスリップ制御によってスリップの大きい低回転からスリップの小さいまたはクラッチ直結状態になる高回転状態に変化させる。スリップ回転数を減速させる場合には、逆方向にスリップ制御して減速調整することができる。

駆動源の切り換え移行時にすぐに切り換え完了せず、過渡的に副電動機Ｍ２も主電動機Ｍ１と共に回転駆動してトルクアシストし、回転数を上げながら徐々に駆動源を主電動機Ｍ１に移行させる。そして、プロペラ回転数が制御切換点から一定回転数だけ上昇するまでに駆動源を主電動機Ｍ１に完全移行させる。駆動源が主電動機Ｍ１に完全移行すると、副電動機Ｍ２はプロペラ２０と共に主電動機Ｍ１によって回転させられるが、副電動機Ｍ２はトルク制御されており、インバータ２４からの出力指令はトルク０Ｎｍとしているため、空回りする。
なお、プロペラ２０の回転を減速駆動する場合には、上述の場合と逆に駆動制御すればよい。

上述したように本実施形態による舶用推進装置１と船舶推進方法によれば、プロペラ２０の回転数が所定回転数Ｒ未満であればインバータ２４によって副電動機Ｍ２の回転を制御してプロペラ２０を回転させ、所定回転数Ｒ以上であれば主電動機Ｍ１の回転をスリップクラッチ２３によって制御してプロペラ２０を回転させるため、内燃機関を用いることなくプロペラ２０の回転を制御することができる。
しかも、インバータ２４で制御する副電動機Ｍ２が低出力で小容量であるため、特注の高価なインバータを用いることなく汎用品で済み、船内電源の安定のために高調波対策用の盤が不要であるから、低コストである上に省スペースである。
また、２種の電動機を用い、プロペラ２０が低出力の場合にはインバータ制御による副電動機Ｍ２の駆動を行い、プロペラ２０が高出力の場合にはインバータ２４を用いないスリップクラッチ制御による主電動機Ｍ１の駆動を行うことで組み合わせるため、プロペラ２０の駆動動力が途切れず連続してスムーズに移行できて安定的な航行が行える。しかも、プロペラ出力のロスを低減して効率の良い運転を行えると共に、２つの電動機を駆動させる主発電機関２２の燃料消費量を削減できる。

また、プロペラ回転が低回転数で副電動機Ｍ２を駆動させる段階では、減速機６内のｏｎ−ｏｆｆクラッチ８で主電動機Ｍ１からの動力伝達を遮断するため、その上流側の入力軸７やスリップクラッチ２３に回転を伝達させる必要が無く、駆動ロスが減り駆動効率が良くなる。
そして、副電動機Ｍ２の駆動時にインバータ２４によってトルク制御してプロペラ２０を駆動するが、波等の影響でプロペラ２０がブレーキ作用することで副電動機Ｍ２で発電する場合には抵抗器２５によって電力を吸収できる。また、抵抗器２５に代えて蓄電池を接続すれば電力を充電して副電動機Ｍ２に供給する等、再利用することが可能である。

なお、本発明は上述の実施形態による舶用推進装置１と船舶推進方法に限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。次に本発明の実施形態の変形例について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明する。

図５は本発明の実施形態の第一変形例による舶用推進装置１Ａを示すものである。本第一変形例では、主電動機Ｍ１の下流側において減速機６内におけるｏｎ−ｏｆｆクラッチ８を省略した。本第一変形例では、減速機６の上流側に設けたスリップクラッチ２３によってｏｎ−ｏｆｆクラッチ８の機能を兼用させた。
そのため、プロペラ２０の低速回転時での副電動機Ｍ２の駆動回転時にスリップクラッチ２３を遮断させることで、主電動機Ｍ１への駆動伝達を阻止できる。

次に図６は第二変形例による舶用推進装置１Ｂを示すものである。本第二変形例でも、主電動機Ｍ１の下流側において減速機６内におけるｏｎ−ｏｆｆクラッチ８を省略した。そして、減速機６内にスリップクラッチ２３を設けて、ｏｎ−ｏｆｆクラッチ８の機能を兼用させた。
そのため、本第二変形例では、第一変形例と同様に、プロペラ２０の低速回転時での副電動機Ｍ２の駆動時にスリップクラッチ２３を遮断させることで、主電動機Ｍ１への駆動伝達を阻止できる。しかも、スリップクラッチ２３を減速機６内に設置したので、減速機６の外部にスリップクラッチ２３の設置スペースを設ける必要がなく、一層省スペースになる。

なお、上述の実施形態では、主電動機駆動系統において、主電動機Ｍ１の下流側にスリップクラッチ２３を設けたが、スリップクラッチ２３として、例えば摩擦クラッチや流体クラッチ、トルクコンバータクラッチ等を採用できる。
また、副電動機Ｍ２の駆動系統において、副電動機Ｍ２と入出力軸９との間に設けたカップリング２７やｏｎ−ｏｆｆクラッチを省略してダイレクトに連結してもよい。

本発明は、インバータを用いながらも占有スペースが小さく低コストであり、プロペラ出力に応じた効率的な駆動制御と燃料消費を達成できるようにした舶用推進装置と船舶推進方法を提供する。

１、１Ａ、１Ｂ 舶用推進装置
２ 船舶
６ 減速機
７ 入力軸
８ ｏｎ−ｏｆｆクラッチ
９ 入出力軸
２０ プロペラ
２３ スリップクラッチ
２４ インバータ
２８ 制御装置
Ｍ１ 主電動機
Ｍ２ 副電動機

Claims (9)

1. プロペラを回転させて船舶を推進させる船舶推進方法であって、
   前記プロペラの回転数が所定回転数未満の場合には副電動機の回転数をインバータによって制御して前記プロペラに伝達させる工程と、
   前記プロペラの回転数が所定回転数以上の場合には主電動機の回転数をスリップクラッチによって制御して前記プロペラに伝達させる工程と、
   を備えたことを特徴とする船舶推進方法。
2. 前記副電動機の回転を前記インバータにより制御して前記プロペラに伝達する場合には、前記スリップクラッチを遮断状態に保持する請求項１に記載された船舶推進方法。
3. 前記副電動機の回転を前記インバータにより制御して前記プロペラに伝達する場合には、前記主電動機に対してスリップクラッチの下流側に設けたｏｎ−ｏｆｆクラッチを遮断状態にする請求項１に記載された船舶推進方法。
4. 前記主電動機の回転を前記スリップクラッチを介して前記プロペラに伝達する際に、前記副電動機をインバータによってトルクゼロに制御するようにした請求項１から３のいずれか１項に記載された船舶推進方法。
5. 前記プロペラの回転を前記副電動機から主電動機に切り替える際、副電動機の回転出力も前記プロペラに伝達するようにした請求項１から４のいずれか１項に記載された船舶推進方法。
6. プロペラを回転させることで船舶を推進させる舶用推進装置であって、
   前記プロペラの回転数が所定回転数未満の場合に回転を前記プロペラに伝達する副電動機と、
   前記副電動機の回転数を制御するインバータと、
   前記プロペラの回転数が所定回転数以上の場合に回転を前記プロペラに伝達する主電動機と、
   前記主電動機の回転数を制御して前記プロペラに伝達するスリップクラッチと、
   前記プロペラの回転数が所定回転数以上になった場合に前記プロペラの駆動源を前記副電動機から主電動機に切り替える切換制御手段と、
   を備えたことを特徴とする舶用推進装置。
7. 前記主電動機の下流側にｏｎ−ｏｆｆクラッチを備えた請求項６に記載された舶用推進装置。
8. 前記副電動機の回転と主電動機の回転を減速してプロペラに伝達する減速機を備えており、前記減速機の内部または主電動機側の外部に前記スリップクラッチを設置している請求項６または７に記載された舶用推進装置。
9. 前記主電動機は誘導電動機であり、前記副電動機は同期電動機である請求項６から８のいずれか１項に記載された舶用推進装置。

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