JP6681558B2 - 減速逆転機及びこれを備えた船舶 - Google Patents

Description

本願発明は、船舶に搭載した主機関の回転動力をプロペラに伝達する減速逆転機、及びこれを備えた船舶に関するものである。

近年、プレジャーボート又は漁船といった船舶ではエンジンが高回転化している。この種の船舶でトローリング等の微速航行をする際は低回転を必要とするが、高回転型エンジンを低回転で駆動させると、ハンチングやエンジンストールを引き起こすおそれがある。このため、エンジンとプロペラ軸との間に設けた油圧クラッチをスリップ係合（半クラッチ係合）させることによって、エンジンを定回転に保持しながらプロペラを低回転させて微速航行を可能にしている（例えば特許文献１等参照）。また、発電機などの低回転数で動作する回転機にエンジンからの回転動力を与える機構において、機械式変速手段を備えた差動遊星歯車式伝動装置を用いた構成が提案されている（例えば特許文献２等参照）。

実開平６−７８６３７号公報 実開平１−９１１５６号公報

しかし、トローリング運転を長時間に亘って継続すると油圧クラッチのクラッチ板同士の摺動に伴う発熱が大きくなり、クラッチ板の摩耗が促進されて油圧クラッチの長寿命化を図ることができないという課題があった。また、半クラッチ係合によるトルク不足により、微速航行での操作性が悪くなるという課題もあった。更に、船舶の前後進を切り換えるためには、エンジンからの回転を正逆転する前後進切換用のクラッチ機構も必要となる。

また、引用文献２における差動遊星歯車式伝動装置は、一定回転数を出力するための構成であり、正転の所定回転速度領域のみで増減する構成であるため、船舶のように、前後進だけでなく速度を変更する場合においては、エンジンからの回転を正逆転する前後進切換用のクラッチ機構だけでなく、微速航行を可能とする機構が別途必要となる。

本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施した減速逆転機及びこれを備えた船舶を提供することを技術的課題としている。

本願発明の減速逆転機は、船体に搭載した主機関の動力を前進、中立又は後進の出力に切り換えて、出力軸を介してプロペラに伝達する減速逆転機において、前記主機関とは別の駆動源と、前記主機関及び前記駆動源からの回転動力を合成して前記出力軸に出力する遊星ギヤ機構とを備えており、前記駆動源の回転方向が可逆であり且つ前記駆動源の回転速度が可変であって、前記出力軸の回転を正逆転可能とするとともに無段階で増減速させるというものである。

上記減速逆転機において、前記主機関から一定の回転速度の回転動力が入力された状態で、前記駆動源の回転速度を逆転側から正転側に連続的に変化させることで、前記出力軸の回転を逆転側から正転側に無段階で切り換えるものとしてもよい。

上記減速逆転機において、前記遊星ギヤ機構は、前記主機関からの回転動力を受けるサンギヤと、前記駆動源からの回転動力を受けるキャリアと、前記キャリアに同一半径上に回転可能に軸支された遊星ギヤと、前記出力軸と連結したリングギヤとで構成されているものとしてもよい。

上記減速逆転機において、前記遊星ギヤ機構は、前記駆動源からの回転動力を受けるサンギヤと、前記主機関からの回転動力を受けるリングギヤと、前記出力軸と連結したキャリアと、前記キャリアに同一半径上に回転可能に軸支された遊星ギヤとで構成されているものとしてもよい。

上記減速逆転機において、前記駆動源が、充放電可能な電源装置と電気的に接続する発電電動機であって、前記遊星ギヤ機構における機械的エネルギーと前記電源装置における電気エネルギーとを可逆的に変換するものとしてもよい。

上記減速逆転機において、前記主機関を停止させた際に前記出力軸が外力により遊転したとき、前記出力軸からの回転動力に基づいて前記駆動源を発電機として回転させることで、前記電源装置を充電させるものとしてもよい。

上記減速逆転機において、前記出力軸にブレーキ機構が設けられており、前記ブレーキ機構により前記出力軸の回転が制動されたときに、前記主機関からの回転動力により前記駆動源を発電機として回転させることで、前記電源装置を充電させるものとしてもよい。

上記減速逆転機において、前記駆動源が、作動流体により駆動する一方で作動流体圧を蓄圧するアキュムレータと連結したポンプモータであって、前記遊星ギヤ機構における機械的エネルギーと作動流体圧による圧力エネルギーとを可逆的に変換するものとしてもよい。

本願発明の船舶は、上記いずれかの減速逆転機を前記船体に搭載しているというものである。

本願発明によると、駆動源からの回転動力を利用して無段階に変速できるため、減速逆転機において減速比を複数段として、複数のギヤ機構やクラッチ機構により構成する必要がなく、構成部品点数を低減できるだけでなく、走行性能及び変速操作性の向上等が図れる。また、前後進切換のためのクラッチ機構が不要となるため、減速逆転機をコンパクトに構成できるとともに、クラッチ機構に使用される摩擦板の焼損などによる故障がなく、減速逆転機の長寿命化に貢献できる。

本願発明によると、主機関を効率の良い回転速度に固定して回転駆動させた状態で、減速逆転機の出力を変速できるため、減速逆転機を搭載する船舶の燃費向上を図れる。また、駆動源の回転速度を連続的に増減させることにより、出力軸の正転及び逆転が中立状態を経て切り換わる。そのため、減速逆転機の回転が正逆で反転する際に、減速逆転機内の各部に係る負担が小さく、故障や破損を低減でき、減速逆転機の長寿命化を図れる。

本願発明によると、駆動源の駆動による微速航行が可能であり、主機関が低速駆動する際のハンチング及びエンジンストールを防止できる。また、主機関に代わる駆動源で確実にプロペラを低回転させて微速航行でき、操船性能も向上するとともに、各航行状態に応じた最適な動力伝達を実現できる。例えばプロペラ回転速度が３０ｍｉｎ^−１以下のような微速であっても、安定的な速度維持ができる。前記出力軸に対する微速航行用の動力伝達経路をコンパクトに構成でき、減速逆転機自体の小型化にも貢献する。

本願発明によると、主機関からの回転速度が増幅されて出力軸より出力され、出力軸の回転速度における正転側及び逆転側それぞれの領域幅（ダイナミックレンジ）が広くなる。そのため、減速逆転機を搭載した船舶における前後進の速度幅が大きくなって、通常航行及び微速航行それぞれにおいて最適な航行速度に調整でき、操船性能が向上する。

本願発明によると、駆動源を発電機として動作させることにより、電源装置を充電させることができ、減速逆転機における低消費電力化を図れる。また、主機関の停止時において出力軸が受けた外力に基づくエネルギー（回生エネルギー）を電源装置に蓄えることで回収されるため、減速逆転機における省エネルギー化を図れるだけでなく、エネルギー変換により出力軸における運動エネルギーが消費され、船舶の逸走距離を低減できる。

本願発明によると、出力軸の回転を中立状態とするにあたり、ブレーキ機構により出力軸の回転を制動させるため、駆動源を電動機として動作させる必要がなく、駆動源における電力消費をなくすことができる。更には、ブレーキ機構による制動動作中において、駆動源を主機関により発電機として動作させることができ、主機関による機械的エネルギー（運動エネルギー）を電源装置に蓄えて回収できる。そのため、減速逆転機における省エネルギー化を図れるだけでなく、主機関を無駄に増減速させる必要が無く、主機関を効率的に駆動させて、その燃費をも向上できる。

本願発明によると、駆動源をポンプとして動作させることにより、アキュムレータに作動流体圧力を蓄圧させることができ、作動用ポンプの駆動による燃料消費を抑制し、減速逆転機の燃費向上を図れる。また、主機関の停止時において出力軸が受けた外力に基づくエネルギー（回生エネルギー）をアキュムレータに蓄えることで回収されるため、減速逆転機における省エネルギー化を図れるだけでなく、エネルギー変換により出力軸における運動エネルギーが消費され、船舶の逸走距離を低減できる。

第１実施形態の減速逆転機を備えたプレジャーボートの概略側面図である。 同減速逆転機の動力伝達系統を示すスケルトン図である。 同減速逆転機における入出力の回転速度の関係を示す説明図である。 プレジャーボートの機能ブロック図である。 第２実施形態におけ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。 第３実施形態におけ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。 同減速逆転機における入出力の回転速度の関係を示す説明図である。 第４実施形態におけ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。

＜第１実施形態＞
以下に、本願発明を具体化した第１実施形態を図面（図１〜図４）に基づいて説明する。図１に示すように、船舶であるプレジャーボート１は、船体２と、船体の上面中央側に配置したキャビン３と、船体２の船底後尾側に設けた舵４と、船体２の船底後尾側のうち舵４の前方に配置したプロペラ５とを備えている。キャビン３内は操縦部になっている。船体２の船底後尾側に、プロペラ５を回転させる推進軸６（プロペラ軸）を軸支している。推進軸６の突出端側にプロペラ５を取り付けている。

詳細な図示は省略するが、キャビン３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と、船体２の進行方向を前進と後進とを切り換えるとともに航行速度を調整する速度調整操作具としての変速レバー７（図３参照）と、後述するエンジン１０の出力回転速度を設定保持する速度操作具としてのスロットルレバー８（図３参照）とを設けている。なお、各操作具としてはレバー式のものに限らず、ダイヤル式といった他の形態のものでもよい。

船体２内には、プロペラ５の駆動源である主機関としてのエンジン１０と、エンジン１０の回転動力を推進軸６経由でプロペラ５に伝達する減速逆転機１１とを設けている。エンジン１０から減速逆転機１１を経由して推進軸６に伝わった回転動力によって、プロペラ５が回転駆動する。

図２には、本願発明に係る減速逆転機１１の第１実施形態を示している。図２に示すように、第１実施形態の減速逆転機１１は、エンジン１０のフライホイル１２に連結される主入力軸１３と、カップリング１４を介して推進軸６に連結される出力軸１５と、エンジン１０とは別の駆動源１６と、駆動源１６からの動力を継断する変速クラッチ１８と、駆動源１６の回転軸１７と変速クラッチ１８を介して連結される副入力軸１９と、エンジン１０及び駆動源１６それぞれの回転動力を合成して出力軸１５に出力する遊星ギヤ機構２０とを備える。詳細な図示は省略するが、主入力軸１３と出力軸１５とは、減速逆転機１１のハウジングから突き出すように設けている。また、駆動源１６及び遊星ギヤ機構２０は、減速逆転機１１のハウジング内に収容されている。更に、変速クラッチ１８は、噛み合わせクラッチ（ドグクラッチ）又は摩擦クラッチで構成されている。

減速逆転機１１は、駆動源１６の回転方向が可逆であり且つ駆動源１６の回転速度が可変であって、出力軸１５の回転を正逆転可能とするとともに無段階で増減速させる。すなわち、駆動源１６は、正逆転可能に構成されており、逆転時の最高回転速度から正転時の最高回転速度まで連続的に変化可能に構成されている。そして、駆動源１６が、逆転時の最高回転速度から正転時の最高回転速度まで連続的に変化することにより、遊星ギヤ機構２０からの出力回転速度（出力軸１５の回転速度）を逆転側から正転側に無段階に変更できる。

本実施形態において、駆動源１６は、発電電動機（ジェネレータ・モータ）で構成されており、インバータ回路２２を介して充放電可能な電源装置２１と接続されている。すなわち、駆動源１６は、二次電池又は大容量コンデンサ（電気二重層コンデンサ）で構成される電源装置２１からの電力によりモータとして回転駆動する。一方、遊星ギヤ機構２０側からの回転動力が駆動源１６に伝達されて回転すると、発電機として動作して、電力を発生して電源装置２１に電力供給して充電させる。このように、駆動源１６は、遊星ギヤ機構２０側の機械的エネルギーと電源装置２１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。

遊星ギヤ機構２０は、エンジン１０からの回転動力が伝達される主入力軸１３と一体的に回転するサンギヤ３１、複数の遊星ギヤ３３を同一半径上に回転可能に軸支したキャリア３２、並びに内周面に内歯を有するとともに出力軸１５と一体的に回転するリングギヤ３４を備えている。そして、キャリア３２と一体的に回転する入力側伝動ギヤ３５が、副入力軸１９と一体的に回転する出力側伝動ギヤ３６と噛合している。また、キャリア３２が、主入力軸１３に相対回転可能に被嵌し、サンギヤ３１が、キャリア３２の各遊星ギヤ３３と半径内側から噛合し、リングギヤ３４の内歯が、各遊星ギヤ３３と半径外側から噛合している。

遊星ギヤ機構２０において、サンギヤ３１、キャリア３２、及びリングギヤ３４それぞれの回転軸が一致するように配置されており、サンギヤ３１及びリングギヤ３４それぞれにキャリア３２の遊星ギヤ３３が噛合している。遊星ギヤ機構２０は、サンギヤ３１に伝達されるエンジン１０からの回転動力に、キャリア３２に伝達される駆動源１６からの回転動力を重畳させて、リングギヤ３４と連結した出力軸１５を回転させる。すなわち、遊星ギヤ機構２０は、エンジン１０からの回転動力と駆動源１６からの回転動力とを混合させた回転動力を出力して、推進軸６のプロペラ５を回転させる。

エンジン１０は、スロットルレバー８により設定された回転速度で回転しており、主入力軸１３を介して遊星ギヤ機構２０のサンギヤ３１を一定回転速度で正転させる。変速レバー７により設定された回転速度で駆動源１６を逆転させた場合、駆動源１６からの回転速度が、入力側伝動ギヤ３５及び出力側伝動ギヤ３６を介して遊星ギヤ機構２０のキャリア３２に伝達されて、キャリア３２が正転する。一方、変速レバー７により設定された回転速度で駆動源１６を正転させた場合、駆動源１６からの回転速度が、入力側伝動ギヤ３５及び出力側伝動ギヤ３６を介して遊星ギヤ機構２０のキャリア３２に伝達されて、キャリア３２が逆転する。

キャリア３２が正転する場合、キャリア３２に遊嵌された遊星ギヤ３３は、サンギヤ３１の正転回転により逆転方向に自転する一方、キャリア３２が正転回転で公転することで正転方向に自転する。そのため、リングギヤ３４は、サンギヤ３１の回転速度とキャリア３２の回転速度とを各ギヤのギヤ比に応じて減算した回転速度で正転する。一方、キャリア３２が逆転する場合、キャリア３２に遊嵌された遊星ギヤ３３は、サンギヤ３１の正転回転により逆転方向に自転する一方、キャリア３２が逆転回転で公転することで逆転方向に自転する。そのため、リングギヤ３４は、サンギヤ３１の回転速度とキャリア３２の回転速度とを各ギヤのギヤ比に応じて加算した回転速度で逆転する。

従って、図４に示すように、駆動源１６が回転速度ＲＳ１で逆転するときに、リングギヤ３４の回転がゼロとなり、出力軸１５の出力が中立状態となる。そして、駆動源１６の回転速度を最低回転速度（正転側の最高回転速度）−ＲＳｍａｘから最高回転速度（逆転側の最高回転速度）ＲＳｍａｘに連続的に変化させて、リングギヤ３４を介して出力軸１５に出力される出力回転速度が、逆転側となる最低回転速度ＲＯｍｉｎ（−ＲＭ＜ＲＯｍｉｎ＜０）から正転側の最高回転速度ＲＯｍａｘ（０＜ＲＯｍａｘ＜ＲＭ，｜ＲＯ１ｍｉｎ｜＞｜ＲＯ１ｍａｘ｜）に無段階で（連続的に）切り替わる。

次いで、駆動源１６周辺の電気的構成及び駆動源１６の動作について、以下に説明する。図２及び図３に示す如く、駆動源１６は、トランジスタなどのスイッチング素子及びダイオードを備えたインバータ回路２２を介して、充放電可能な二次電池や大容量キャパシタなどによる電源装置２１に接続されている。インバータ回路２２は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作による直流交流変換により、電源装置２１からの電力を駆動源１６に供給して、電動機（モータ）として動作させる。一方、駆動源１６が発電機として動作する場合には、インバータ回路２２は、ダイオードブリッジによる交流直流変換により、駆動源１６からの電力を電源装置２１に充電させる。

コントローラ２５は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号をインバータ回路２２に出力し、インバータ回路２２内のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせて、駆動源１６を電動機（モータ）として回転駆動させる。なお、コントローラ２５は、変速レバー７の操作位置を検出する変速ポテンショ２６、スロットルレバー８の操作位置を検出するスロットルポテンショ２７、出力軸１５の出力回転速度を検出する回転検出センサ２８それぞれからの信号が入力される一方、変速クラッチ１８を継断させる制御信号を出力する。また、コントローラ２５は、キースイッチ２９を介して電源装置２１より電力供給される。

コントローラ２５は、スロットルポテンショ２７からの信号が入力されると、スロットルレバー８の操作位置に対応する回転速度で回転するように、エンジン１０の回転速度を設定保持させる。そして、コントローラ２５は、変速ポテンショ２６からの信号が入力されると、変速レバー７の操作位置に基づいて、インバータ回路２２へのＰＷＭ信号を変化させ、駆動源１６の回転速度を設定する。

すなわち、変速レバー７を逆転最高速度から正転最高速度に向かって操作すると、駆動源１６の回転速度が逆転最高回転速度―ＲＳｍａｘから正転最高回転速度ＲＳｍａｘに連続的に変化する。このとき、スロットルレバー８の操作位置によりエンジン１０の回転速度が回転速度ＲＭに設定される場合、エンジン１０が回転速度ＲＭで正転する。そして、変速レバー７を逆転最高速度から正転最高速度に向かって操作すると、図４に示すように、出力軸１５における遊星ギヤ３３の合成出力による出力回転数が、逆転時の最高回転速度ＲＯｍｉｎから正転時の最高回転速度ＲＯｍａｘに無段階で変化する。

このように、変速レバー７を操作することで、出力軸１５における回転を反転させる際において出力軸１５の回転を中立状態にして段階的に切り換えることができるため、変速レバー７を不用意に操作したりしても、船舶１の航行状態が急激に切り換わることがない。そのため、オペレータの誤操作によるエンジン１０や駆動源１６の駆動トラブルを防止できる。なお、出力軸１５の回転が逆転側となるときに船舶１が前進するものとすることで、船舶１の前進速度の領域幅（レンジ幅）を後進速度の領域幅（レンジ幅）より広くすることができ、船舶１の操船性能を向上できる。

コントローラ２５は、キースイッチ２９によるエンジン１０の始動操作が実行されたことを確認すると、変速クラッチ１８を切断することで、副入力軸１９と駆動源１６の回転軸１７とを非連結とし、キャリア３２が遊転可能な状態とする。これによりエンジン１０の始動時において、駆動源１６への動力伝達が禁止された状態となるため、出力軸１５にかかる負荷が大きい場合であっても、エンジン１０への負荷を軽くしてエンジン１０の始動を円滑に実行できる。

コントローラ２５は、エンジン１０の停止時において、回転検出センサ２８からの信号により、出力軸１５の回転を確認すると、外力によりプロペラ５が遊転状態にあるものとし、インバータ回路２２をコンバータとして動作させる。これにより、出力軸１５における回転動力が、遊星ギヤ機構２０のリングギヤ３４に入力され、キャリア３２及び遊星ギヤ３３を介して、副入力軸１９に伝達される際に、駆動源１６が発電機として動作する。したがって、駆動源１６の発電作用による電力がインバータ回路２２を介して電源装置２１に供給されることとなり、出力軸１５を回転させる外力（運転エネルギー）が電気エネルギーに変換されて、電源装置２１に蓄電される。

本実施形態の減速逆転機１１は、船体２に搭載した主機関（エンジン）１０の動力を前進、中立又は後進の出力に切り換えて、出力軸１５を介してプロペラ５に伝達する。そして、減速逆転機１１は、主機関１０とは別の駆動源１６と、主機関１０及び駆動源１６からの回転動力を合成して前記出力軸１５に出力する遊星ギヤ機構２０とを備えている。駆動源１６の回転方向が可逆であり且つ駆動源１６の回転速度が可変であって、減速逆転機１１は、出力軸１５の回転を正逆転可能とするとともに無段階で増減速させる。したがって、減速逆転機１１において減速比を複数段として、複数のギヤ機構やクラッチ機構により構成する必要がなく、構成部品点数を低減できる。また、減速逆転機１１からの出力を無段階に変速できるため、走行性能及び変速操作性の向上等が図れる。更に、前後進切換のためのクラッチ機構が不要となるため、減速逆転機１１をコンパクトに構成できるとともに、クラッチ機構に使用される摩擦板の焼損などによる故障がなく、減速逆転機１１の長寿命化に貢献できる。

また、本実施形態の減速逆転機１１は、主機関（エンジン）１０から一定の回転速度の回転動力が入力された状態で、駆動源１６の回転速度を逆転側から正転側に連続的に変化させることで、出力軸１５の回転を逆転側から正転側に無段階で切り換える。したがって、主機関（エンジン）１０を効率の良い回転速度に固定して回転駆動させた状態で、減速逆転機１１の出力を変速できるため、減速逆転機１１を搭載する船舶１の燃費向上を図れる。また、駆動源１６の回転速度を連続的に増減させることにより、出力軸１５の正転及び逆転が中立状態を経て切り換わる。そのため、減速逆転機１１の回転が正逆で反転する際に、減速逆転機１１内の各部に係る負担が小さく、故障や破損を低減でき、減速逆転機１１の長寿命化を図れる。

また、本実施形態の減速逆転機１１は、遊星ギヤ機構２０を、主機関（エンジン）１０からの回転動力を受けるサンギヤ３１と、駆動源１６からの回転動力を受けるキャリア３２と、キャリア３２に同一半径上に回転可能に軸支された遊星ギヤ３３と、出力軸１５と連結したリングギヤ３４とで構成している。したがって、駆動源１６の駆動による微速航行が可能となり、主機関（エンジン）１０が低速駆動する際のハンチング及びエンジンストールを防止できる。また、主機関１０に代わる駆動源１６で確実にプロペラ５を低回転させて微速航行でき、操船性能も向上するとともに、各航行状態に応じた最適な動力伝達を実現できる。例えばプロペラ５回転速度が３０ｍｉｎ−１以下のような微速であっても、安定的な速度維持ができる。

また、本実施形態の減速逆転機１１は、駆動源１６が、充放電可能な電源装置２１と電気的に接続する発電電動機であって、遊星ギヤ機構２０における機械的エネルギーと電源装置２１における電気エネルギーとを可逆的に変換する。したがって、駆動源１６を発電機として動作させることにより、電源装置２１を充電させることができ、減速逆転機１１における低消費電力化を図れる。

また、本実施形態の減速逆転機１１は、主機関（エンジン）１０を停止させた際に出力軸１５が外力により遊転したとき、出力軸１５からの回転動力に基づいて駆動源１６を発電機として回転させることで、電源装置２１を充電させる。したがって、主機関（エンジン）１０の停止時において出力軸１５が受けた外力に基づくエネルギー（回生エネルギー）を電源装置２１に蓄えることで回収される。そのため、減速逆転機１１Ａにおける省エネルギー化を図れるだけでなく、エネルギー変換により出力軸における運動エネルギーが消費され、船舶１の逸走距離を低減できる。

＜第２実施形態＞
次いで、本発明の第２実施形態となる減速逆転機１１Ａについて、図５を参照して以下に説明する。尚、本実施形態の減速逆転機１１Ａの構成において、第１実施形態の減速逆転機１１の構成と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図５に示す如く、減速逆転機１１Ａは、第１実施形態の減速逆転機１１に対して、出力軸１５の回転を制動するブレーキ機構３８を追加した構成となる。ブレーキ機構３８は、例えば、リンク機構などにより制動動作が制御される機械式ブレーキであってもよいし、油圧シリンダなどにより制動動作が制御される油圧式ブレーキであってもよいし、電磁石などにより制動動作が制御される電磁式ブレーキであってもよい。

減速逆転機１１Ａは、出力軸１５を中立状態（回転速度をゼロとする状態）とする場合に、ブレーキ機構３８により出力軸１５の回転を停止させる。そして、コントローラ２５（図３参照）は、インバータ回路２２へのＰＷＭ信号の出力を停止させて、インバータ回路２２をコンバータとして動作させる一方で、設定した回転速度によりエンジン１０の回転を維持させる。

したがって、遊星ギヤ機構２０において、出力軸１５と連結するリングギヤ３４が回転不能となり、エンジン１０の回転動力が伝達されるサンギヤ３１の回転が、遊星ギヤ３３を介してキャリア３２に伝達する。これにより、キャリア３２と連結している駆動源１６が回転して発電機として動作することとなり、駆動源１６で発電された電力が、インバータ回路２２を介して電源装置２１に供給されて蓄電される。なお、本実施形態の減速逆転機１１Ａのその他の動作については、第１実施形態の減速逆転機１１と同様となる。

本実施形態の減速逆転機１１Ａは、出力軸１５にブレーキ機構３８が設けられており、ブレーキ機構３８により出力軸１５の回転が制動されたときに、主機関（エンジン）１０からの回転動力により駆動源１６を発電機として回転させることで、電源装置２１を充電させる。したがって、出力軸１５の回転を中立状態とするにあたり、ブレーキ機構３８により出力軸１５の回転を制動させるため、駆動源１６を電動機（モータ）として動作させる必要がなく、駆動源１６における電力消費をなくすことができる。更には、ブレーキ機構３８による制動動作中において、駆動源１６を主機関（エンジン）１０により発電機として動作させることができ、主機関１０による機械的エネルギー（運動エネルギー）を電源装置２１に蓄えて回収できる。そのため、減速逆転機１１Ａにおける省エネルギー化を図れるだけでなく、主機関１０を無駄に増減速させる必要が無く、主機関１０を効率的に駆動させて、その燃費をも向上できる。

＜第３実施形態＞
次いで、本発明の第３実施形態となる減速逆転機１１Ｂについて、図６及び図７を参照して以下に説明する。尚、本実施形態の減速逆転機１１Ｂの構成において、第２実施形態の減速逆転機１１Ａの構成と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図６に示す如く、減速逆転機１１Ｂは、第２実施形態の減速逆転機１１Ａと異なり、遊星ギヤ機構２０において、サンギヤ３１に副入力軸１９が連結され、キャリア３２に出力軸１５が連結され、リングギヤ３４に入力側伝動ギヤ３５及び出力側伝動ギヤ３６を介して主入力軸１３と連結される。すなわち、駆動源１６の回転動力が、変速クラッチ１８を介してサンギヤ３１に伝達され、エンジン１０の回転動力が、入力側伝動ギヤ３５及び出力側伝動ギヤ３６を介して、リングギヤ３４に伝達される。そして、サンギヤ３１及びリングギヤ３４の回転動力が、遊星ギヤ３３を介してキャリア３２に合成されて、出力軸１５の回転動力として出力される。このとき、リングギヤ３４は、副入力軸１９に相対回転可能に被嵌している。

エンジン１０は、図７に示す如く、スロットルレバー８により設定された回転速度ＲＭで正転しており、入力側伝動ギヤ３５及び出力側伝動ギヤ３６を介して遊星ギヤ機構２０のリングギヤ３４を一定回転速度で逆転させる。これにより、キャリア３２に遊嵌された遊星ギヤ３３は、リングギヤ３４の逆転回転により逆転方向に自転して、キャリア３２が逆転方向に公転しようとする。なお、図７においては、出力軸１５の逆転方向が正となるものとしている。

変速レバー７により設定された回転速度で駆動源１６を正転させた場合、副入力軸１９を介して遊星ギヤ機構２０のサンギヤ３１を正転させる。したがって、キャリア３２に遊嵌された遊星ギヤ３３は、リングギヤ３４の逆転回転により逆転方向に自転する一方、サンギヤ３１の正転回転により逆転方向に自転する。これにより、キャリア３２は、サンギヤ３１の回転速度とリングギヤ３４の回転速度とを各ギヤのギヤ比に応じて加算した回転速度で逆転する。

一方、変速レバー７により設定された回転速度で駆動源１６を逆転させた場合、副入力軸１９を介して遊星ギヤ機構２０のサンギヤ３１を逆転させる。したがって、キャリア３２に遊嵌された遊星ギヤ３３は、リングギヤ３４の逆転回転により逆転方向に自転する一方、サンギヤ３１の逆転回転により正転方向に自転する。これにより、キャリア３２は、サンギヤ３１の回転速度とリングギヤ３４の回転速度とを各ギヤのギヤ比に応じて減算した回転速度で逆転する。

従って、図７に示すように、駆動源１６が回転速度ＲＳ２（０＜ＲＳ２＜ＲＳｍａｘ）で逆転するときに、リングギヤ３４の回転がゼロとなり、出力軸１５の出力が中立状態となる。そして、駆動源１６の回転速度を最低回転速度（逆転側の最高回転速度）−ＲＳｍａｘから最高回転速度（正転側の最高回転速度）ＲＳｍａｘに連続的に変化させた場合、リングギヤ３４を介して出力軸１５に出力される出力回転速度が、最低回転速度ＲＯ１ｍｉｎ（ＲＯ１ｍｉｎ＜−ＲＭ）から最高回転速度ＲＯ１ｍａｘ（ＲＯ１ｍａｘ＞ＲＭ，｜ＲＯ１ｍｉｎ｜＜｜ＲＯ１ｍａｘ｜）に無段階で（連続的に）切り替わる。

また、減速逆転機１１Ｂは、エンジン１０の停止時において、回転検出センサ２８（図４参照）からの信号により、出力軸１５の回転を確認すると、外力によりプロペラ５が遊転状態にあるものとし、インバータ回路２２をコンバータとして動作させる。これにより、出力軸１５における回転動力が、遊星ギヤ機構２０のキャリア３２に入力され、遊星ギヤ３３及びサンギヤ３１を介して、副入力軸１９に伝達される際に、駆動源１６が発電機として動作する。したがって、駆動源１６の発電作用による電力がインバータ回路２２を介して電源装置２１に供給されることとなり、出力軸１５を回転させる外力（運転エネルギー）が電気エネルギーに変換されて、電源装置２１に蓄電される。

また、減速逆転機１１Ｂは、出力軸１５を中立状態（回転速度をゼロとする状態）とする場合に、ブレーキ機構３８により出力軸１５の回転を停止させる。そして、コントローラ２５（図３参照）は、インバータ回路２２をコンバータとして動作させる一方で、設定した回転速度によりエンジン１０の回転を維持させる。したがって、遊星ギヤ機構２０において、出力軸１５と連結するキャリア３２が回転不能となり、エンジン１０の回転動力が伝達されるリングギヤ３４の回転が、遊星ギヤ３３を介してサンギヤ３１に伝達する。これにより、サンギヤ３１と連結している駆動源１６が回転して発電機として動作することとなり、駆動源１６で発電された電力が、インバータ回路２２を介して電源装置２１に供給されて蓄電される。

本実施形態の減速逆転機１１Ｂは、遊星ギヤ機構２０を、駆動源１６からの回転動力を受けるサンギヤ３１と、主機関（エンジン）１０からの回転動力を受けるリングギヤ３４と、出力軸１５と連結したキャリア３２と、キャリア３２に同一半径上に回転可能に軸支された遊星ギヤ３３とで構成する。したがって、主機関（エンジン）１０からの回転速度が増幅されて出力軸１５より出力され、出力軸１５の回転速度における正転側及び逆転側それぞれの領域幅（ダイナミックレンジ）が広くなる。そのため、減速逆転機１１Ｂを搭載した船舶１における前後進の速度幅が大きくなって、通常航行及び微速航行それぞれにおいて最適な航行速度に調整でき、操船性能が向上する。

＜第４実施形態＞
次いで、本発明の第４実施形態となる減速逆転機１１Ｃについて、図８を参照して以下に説明する。尚、本実施形態の減速逆転機１１Ｃの構成において、第２実施形態の減速逆転機１１Ａの構成と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図８に示す如く、減速逆転機１１Ｃは、油圧ポンプ６１及び油圧モータ６２を有する油圧無段変速機６０によって、駆動源を構成している。油圧ポンプ６１は、エンジン１０からの回転動力で駆動する可変容量形のものであり、油圧モータ６２は、油圧ポンプ６１から吐出する高圧の作動油で作動する定容量形のものである。油圧ポンプ６１と油圧モータ６２とは、油圧閉回路を介して互いに直列に接続している。詳細な図示は省略するが、油圧閉回路にチェック弁を介してチャージ油路を接続し、チャージ油路から油圧閉回路内に作動油を補充するように構成しているとともに、油圧回路内の圧力を開放するためのリリーフ弁が設けられる。

また、回転軸１７をモータ出力軸として備える油圧モータ６２は、ポンプモータとして動作するものであり、アキュムレータ６４と接続することで、油圧モータ６２でポンプ動作が実行される場合、アキュムレータ６４に作動油（作動流体）の圧力が蓄圧される。回転軸１７の回転速度をアキュムレータ６４及び作動油タンク６５と油圧モータ６２との間には、コントローラ２５により制御される蓄圧用電磁弁６７が設けられている。

コントローラ２５には、油圧モータ６２の回転軸１７の出力回転速度を検出する回転検出センサ６３からの信号が入力されている。そして、コントローラ２５は、回転検出センサ６３からの信号に基づいて、油圧ポンプ６１におけるポンプ斜板位置を制御し、油圧モータ６２の回転速度を目標の回転速度とする。これにより、油圧モータ６２は、油圧ポンプ６１及びアキュムレータ６４より供給される作業油流量に基づいて、目標の回転速度で回転する。

一方、油圧モータ６２がポンプ動作を実行している際には、コントローラ２５は、回転検出センサ６３からの信号に基づいて、回転軸１７の回転方向を確認して、蓄圧用電磁弁６７を制御して、アキュムレータ６４及び作動油タンク６５との接続回路を切り換える。これにより、アキュムレータ６４は、油圧モータ６２により作業油が供給されることで、アキュムレータ６４内の作業油圧力が高まる。

本実施形態の減速逆転機１１Ｃは、駆動源が、作動流体により駆動する一方で作動流体圧を蓄圧するアキュムレータ６４と連結したポンプモータ（油圧モータ）６２であって、遊星ギヤ機構２０における機械的エネルギーと作動流体圧による圧力エネルギーとを可逆的に変換する。したがって、駆動源であるポンプモータ６２をポンプとして動作させることにより、アキュムレータ６４に作動流体圧力を蓄圧させることができ、油圧ポンプ６１の駆動による燃料消費を抑制し、減速逆転機１１Ｃの燃費向上を図れる。また、主機関（エンジン）１０の停止時において出力軸１５が受けた外力に基づくエネルギー（回生エネルギー）をアキュムレータ６４に蓄えることで回収されるため、減速逆転機１１Ｃにおける省エネルギー化を図れるだけでなく、エネルギー変換により出力軸１５における運動エネルギーが消費され、船舶１の逸走距離を低減できる。

なお、本願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、例えば、発電電動機による駆動源１６や油圧ポンプモータ６２による駆動源の代わりに空圧ポンプモータによる駆動源を用いるものとする、又は、第１又は第３実施形態における駆動源１６を第４実施形態の油圧ポンプモータ６２で代用する等、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１ プレジャーボート（船舶）
２ 船体
５ プロペラ
７ 変速レバー
８ スロットルレバー
１０ エンジン（主機関）
１１ 減速逆転機
１１Ａ 減速逆転機
１１Ｂ 減速逆転機
１１Ｃ 減速逆転機
１３ 主入力軸
１５ 出力軸
１６ 駆動源（発電電動機）
１６Ａ 駆動源（ポンプモータ）
１７ 回転軸
１８ 変速クラッチ
１９ 副入力軸
２０ 遊星ギヤ機構
２１ 電源装置
２２ インバータ回路
３１ サンギヤ
３２ キャリア
３３ 遊星ギヤ
３４ リングギヤ
３５ 入力側伝動ギヤ
３６ 出力側伝動ギヤ
３８ ブレーキ機構
６０ 油圧無段変速機
６１ 油圧ポンプ
６２ 油圧モータ
６３ 回転検出センサ
６４ アキュムレータ
６５ 作動油タンク
６７ 蓄圧用電磁弁

Claims (9)

1. 船体に搭載した主機関の動力を前進、中立又は後進の出力に切り換えて、出力軸を介してプロペラに伝達する減速逆転機において、
   前記主機関とは別の駆動源と、前記主機関及び前記駆動源からの回転動力を合成して前記出力軸に出力する遊星ギヤ機構とを備えており、前記駆動源の回転方向が可逆であり且つ前記駆動源の回転速度が可変であって、前記出力軸の回転を正逆転可能とするとともに無段階で増減速させることを特徴とする減速逆転機。
2. 前記主機関から一定の回転速度の回転動力が入力された状態で、前記駆動源の回転速度を逆転側から正転側に連続的に変化させることで、前記出力軸の回転を逆転側から正転側に無段階で切り換えることを特徴とする請求項１に記載の減速逆転機。
3. 前記遊星ギヤ機構は、前記主機関からの回転動力を受けるサンギヤと、前記駆動源からの回転動力を受けるキャリアと、前記キャリアに同一半径上に回転可能に軸支された遊星ギヤと、前記出力軸と連結したリングギヤとで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の減速逆転機。
4. 前記遊星ギヤ機構は、前記駆動源からの回転動力を受けるサンギヤと、前記主機関からの回転動力を受けるリングギヤと、前記出力軸と連結したキャリアと、前記キャリアに同一半径上に回転可能に軸支された遊星ギヤとで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の減速逆転機。
5. 前記駆動源が、充放電可能な電源装置と電気的に接続する発電電動機であって、前記遊星ギヤ機構における機械的エネルギーと前記電源装置における電気エネルギーとを可逆的に変換することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の減速逆転機。
6. 前記主機関を停止させた際に前記出力軸が外力により遊転したとき、前記出力軸からの回転動力に基づいて前記駆動源を発電機として回転させることで、前記電源装置を充電させることを特徴とする請求項５に記載の減速逆転機。
7. 前記出力軸にブレーキ機構が設けられており、前記ブレーキ機構により前記出力軸の回転が制動されたときに、前記主機関からの回転動力により前記駆動源を発電機として回転させることで、前記電源装置を充電させることを特徴とする請求項５又は６に記載の減速逆転機。
8. 前記駆動源が、作動流体により駆動する一方で作動流体圧を蓄圧するアキュムレータと連結したポンプモータであって、前記遊星ギヤ機構における機械的エネルギーと作動流体圧による圧力エネルギーとを可逆的に変換することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の減速逆転機。
9. 請求項１〜８のうちいずれかに記載の減速逆転機を前記船体に搭載している、
   船舶。

Images