JP7427571B2 - 船舶 - Google Patents

Description

本発明は、船舶に関する。

船舶は、搭載されている操船装置や電動ポンプ、航行灯などの電気機器に電力を供給するため、充放電が可能なバッテリー（二次電池）を備えている。また、近年、内燃機関による駆動力のみならず、電動モータの駆動力をプロペラなどの推進装置に伝達して船舶を推進させる電気推進システムが提案されている（特許文献１参照）。

また、船舶には、メインコントローラからの制御信号に応じて、前記電動モータの回転速度をインバータ制御するインバータユニットが設けられている。前記インバータユニットは、電動モータの負荷が大きくなると発熱し、また、防水構造を有していないため、従来、防水及び冷却のため、前記インバータユニットは、単独で防水性を有する保護ケースに収容されている。

特開２０１１－１６３８８号公報

ところで、船舶には、複数の電気機器それぞれに接続される配線を中継するための中継機器（中継端子やリレー、継電器など）を収容する中継ボックスが備えられている。前記中継ボックスは、前記電動モータや前記保護ボックスなどとともに機関室に設けられている。しかしながら、機関室において、前記中継ボックス及び前記保護ボックスを設ける場合、前記中継ボックスと前記保護ボックスとの間を配線で接続する必要があり、配線作業が煩雑である。また、前記中継ボックスから前記保護ボックスまでの配線の引き回しを考慮して各ボックスを配置する必要があり、機関室における各ボックスや他の機器のレイアウトが複雑となり、また、各ボックス間の配線の保護措置も講じる必要がある。

本発明の目的は、中継ボックスやインバータユニットなどが配置される収容室における省スペース化を実現するとともに、各機器の配線を簡略化することを実現可能な船舶を提供することにある。

本発明に係る船舶は、推進装置に駆動力を供給する電動モータを備える。前記船舶は、前記船舶に備えられる複数の電気機器それぞれに接続された配線を中継する中継機器を収容する中継ボックスと、前記電動モータの回転を制御するインバータユニットと、を備える。前記インバータユニットは、前記中継機器とともに前記中継ボックスに収容されている。

本発明によれば、船舶において、中継ボックスやインバータユニットなどが配置される収容室における省スペース化を実現するとともに、各機器の配線を簡略化することを実現することが可能である。

図１は、本発明の実施形態に係る船舶を示す側面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る船舶に適用される電気推進システムを示す図である。 図３は、本発明の実施形態に係る船舶を示す平面図である。 図４Ａは、インバータユニットが収容されるジャンクションボックスを示す正面図である。 図４Ｂは、図４Ａの切断面ＩＶＢ－ＩＶＢの断面図であり、ジャンクションボックスの内部断面図が示されている。 図５は、インバータユニットの冷却するための冷却経路を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

［船舶１の構成］
図１は、本発明の実施形態に係る船舶１を示す側面図である。

図１に示すように、船舶１は、前後方向Ｄ２における所定の長さと、左右方向Ｄ３における所定の幅とを有する船体２を備える。なお、図１は、船舶１が水上に正常姿勢で静止しているときの静止状態を示しており、船舶１の上下方向Ｄ１は、前記静止状態における上下方向である。

船体２には、キャビン３及びデッキ４が設けられている。キャビン３は、船体２における前後方向Ｄ２及び左右方向Ｄ３の中央部に設けられている。デッキ４は、キャビン３の前方部（船体２の前部）に形成された船首デッキ４Ａと、キャビン３の後方部（船体２の後部）に形成された船尾デッキ４Ｂを有する。また、キャビン３の左右両側方には、船首デッキ４Ａと船尾デッキ４Ｂとを結ぶ通路が設けられている。

キャビン３の内部空間３Ａには、操船者が着座するための操縦席や、操船者によって操舵される操舵ハンドル４６（図２参照）、船速を指示するための船速レバー４７（図２参照）などが設けられている。キャビン３は、内部空間３Ａの周囲を囲むように設けられる外周フレーム１３と、外周フレーム１３の上部に設けられる上部フレーム１５とを有する。外周フレーム１３の前方部及び側方部それぞれには窓１７が設けられている。したがって、内部空間３Ａへの雨や波しぶきの浸入は、キャビン３によって阻止される。

また、キャビン３の後部、つまり、外周フレーム１３の後部には、ドアが取り付けられた出入り口が設けられている。また、キャビン３の後部には、キャビン３の外部から操船操作を可能とする操舵装置を備えるアフトステーションボックスが設けられている。

船舶１は、船体２の内部（船内）２Ａに据付けられたエンジン７及びモータ８などを備える。エンジン７及びモータ８などは、船体２の内部に設けられた機関室２０に設けられている。エンジン７及びモータ８などは、船体２の前後方向Ｄ２及び左右方向Ｄ３の中央部に設けられている。船舶１は、船内機タイプの船舶であり、船尾へ向けて延びるプロペラシャフト９が船底から突出している。プロペラシャフト９の先端にプロペラ１０（推進装置の一例）が装着されている。また、船体２の船底後端には旋回舵１２が設けられており、旋回舵１２の左右回動により船舶１の左右旋回を可能としている。なお、船舶１は、プロペラシャフト９を備えないスタンドライブのタイプの船舶であってもよい。

ここで、船舶１は、所謂小型船舶であり、具体的には、スポーツやレクリエーションなどのレジャーに用いられるプレジャーボートである。小型船舶は、総トン数２０トン未満の船舶をいうが、スポーツまたはレクリエーションに供する長さ２４ｍ未満で国土交通大臣が認める２０トン以上の船舶も小型船舶に含まれる。なお、本実施形態では、船舶１が小型船舶である例について説明するが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、本発明は、海、湖、川などの水上に浮かんで移動する船舶であれば如何なる構造や用途の船舶であっても適用可能である。

図２は、船舶１に適用される電気推進システム３０を示す図である。電気推進システム３０は、主として、エンジン７と、推進用のモータ８（電動モータの一例）と、旋回用のモータ１１と、エンジン７により駆動される発電機３１と、モータ８の回転速度を制御するインバータユニット３７（以下、インバータ３７と略称する。）と、メインコントローラ４３と、エンジンコントローラ３９と、を有しており、これらが船体２の内部２Ａ、又は機関室２０（図１参照）に設置されている。

また、電気推進システム３０は、二次電池である複数のバッテリー３３（３３Ａ，３３Ｂ）を有している。これらの複数のバッテリー３３は、船体２に設けられたバッテリー収容部５０（図１参照）の内部、或いは、機関室２０に設置されている。また、バッテリー収容部５０には、機関室２０に設けられた各電気機器や、後述のジャンクションボックス７０からの配線を中継して各バッテリー３３に接続するジャンクションボックス３５が設けられている。

発電機３１は、エンジン７に連結されており、エンジン７によって回転駆動されることにより発電する。発電機３１により発電した電力は、充電のために、モータ８，１１の駆動用に用いられる複数のバッテリー３３Ａと、船内機器用のバッテリー３３Ｂに供給される。詳細には、発電機３１により発電した電力は、充電のためにバッテリー３３Ａに供給されるか、或いは、モータ８，１１の駆動制御のために直接にインバータ３７に供給される。また、発電機３１により発電した電力は、充電のためにバッテリー３３Ｂにも供給される。

インバータ３７は、モータ８，１１の駆動及びその回転速度を制御する。インバータ３７は、電動のモータ８を駆動制御する推進用インバータと、電動のモータ１１を駆動制御する旋回用インバータとを含む。インバータ３７は、例えば、可変電圧可変周波数インバーター（ＶＶＶＦインバータ）である。

モータ８の出力軸にプロペラシャフト９が連結されており、モータ８の駆動によりプロペラ１０が回転駆動されて、プロペラ１０の回転方向と回転速度に応じた推進力が得られる。また、モータ１１の出力軸に旋回舵１２（図１参照）の回転軸が連結されており、モータ１１の駆動により旋回舵１２が回動されて、船舶１が旋回される。

エンジン７の運転状態は、エンジンコントローラ３９により制御される。バッテリー３３Ｂは、エンジンコントローラ３９及び船内機器４１に電力を供給する。複数のバッテリー３３は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等、種々の形式のものを使用可能である。また、バッテリー３３に替えて、キャパシタを用いることもできる。

インバータ３７には、発電機３１により発電した電力が複数のバッテリー３３Ａを介して、又は発電機３１から直接に供給される。このため、インバータ３７を構成する推進用インバータ及び旋回用インバータそれぞれに、バッテリー３３Ａ及び発電機３１それぞれが接続している。本実施形態では、４つのバッテリー３３Ａが船体２に設けられており、これらがバッテリー収容部５０に収容されている。バッテリー３３Ａとインバータ３７との間、及び、発電機３１とインバータ３７との間には、図示しないスイッチが設けられている。これらのスイッチの切り換えにより、発電機３１からインバータ３７に電力を直接供給するか、或いは、バッテリー３３Ａからインバータ３７に電力を供給するかを切り換えることができる。

各スイッチのオンオフは、メインコントローラ４３により制御される。発電機３１は、例えば、ブラシ付ＤＣモータと同じ構成を有する。ただし、発電機３１は、この構成に限定されるものではなく、例えばＡＣモータの構成を有するものとし、発電機３１から発電した電力をインバータまたは整流器で交流から直流に変換後、バッテリー３３に充電することもできる。この場合、発電機３１とインバータ３７との間に別のインバータまたは整流器を設けることもできる。

メインコントローラ４３及びエンジンコントローラ３９は、制御部であり、ＣＰＵとメモリと有するマイクロコンピュータを含む。メインコントローラ４３は、船内機器４１や、現在位置を検出するためのナビゲーションシステム４５から検出信号や制御信号等の信号が入力される。更に、メインコントローラ４３は、船速レバー４７から船速指示が入力され、操舵ハンドル４６から旋回指示が入力される。また、メインコントローラ４３には、イグニッションスイッチ等の図示しない起動スイッチから起動指示が入力される。

メインコントローラ４３は、各機器からの信号に基づいて、エンジンコントローラ３９と、インバータ３７とにそれぞれ対応する制御信号を出力する。例えば、起動スイッチからの起動指示の入力に基づいてエンジンコントローラ３９がエンジン７の作動を開始させ、起動停止指示の入力に基づいてエンジンコントローラ３９がエンジン７の作動を停止させる。

また、船速レバー４７からメインコントローラ４３に加速または減速の船速指示が入力されると、その入力に基づいてインバータ３７における前記推進用インバータが制御される。これにより、モータ８が前記船速指示に応じた回転方向及び回転数となるように回転駆動される。また、操舵ハンドル４６からメインコントローラ４３に旋回指示が入力されると、その入力に基づいてインバータ３７における前記旋回用インバータが制御される。これにより、モータ１１が前記旋回指示に応じた回動方向及び回動角となるように回転駆動される。

図３は、船舶１を示す平面図である。図３では、キャビン３の図示が省略されている。

図３に示すように、機関室２０は、上面視において、デッキ４における前後方向Ｄ２の中央部に配置されている。機関室２０は、デッキ４よりも下方の船体２の内部２Ａに区画されている。

機関室２０には、上述したエンジン７、モータ８、発電機３１、メインコントローラ４３、船内機器用のバッテリー３３Ｂのほかに、マリンギヤ装置６１、ジャンクションボックス７０（中継ボックスの一例）、冷却装置９０（第１熱交換器の一例）、オイルポンプ１０１（第１ポンプの一例）、オイルクーラー１０２（第２熱交換器の一例）、冷却水ポンプ１０３（第２ポンプの一例）などが設置されている。

マリンギヤ装置６１は、モータ８の出力軸とプロペラシャフト９（図１参照）との間に設けられており、前記出力軸からの駆動力をプロペラシャフト９に伝達する伝達機構を有する。前記伝達機構は、例えば、複数の伝達ギヤからなる減速機構である。マリンギヤ装置６１は、前記伝達機構を収容するとともに、各ギヤを回転可能に支持するギヤボックスを有する。前記ギヤボックスには、冷却媒体としての冷却オイルが通る流路が形成されており、前記冷却オイルによってマリンギヤ装置６１が冷却される。

［ジャンクションボックス７０］
ジャンクションボックス７０は、操舵ハンドル４６や船速レバー４７などの操船装置や、電動ポンプ、航行灯などの複数の電気機器それぞれに接続される配線を中継するための中継機器９５（図４Ａ参照）を収容する防水ボックスである。中継機器９５は、例えば、中継端子やリレー、継電器などである。機関室２０において、エンジン７、モータ８、及びマリンギヤ装置６１は、左右方向Ｄ３の中央部に設けられている。また、ジャンクションボックス７０は、機関室２０において、エンジン７の右舷側に設けられている。

図４Ａ及び図４Ｂは、ジャンクションボックス７０を示す図である。図４Ａは、ジャンクションボックス７０のカバー７２を取り外したときの正面図であり、図４Ｂは、切断面ＩＶＢ－ＩＶＢの断面図である。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ジャンクションボックス７０は、ケース本体７１（筐体の一例）と、ケース本体７１の開口７５を閉塞するカバー７２とを有する。

ケース本体７１の底板７３に取付板７４が固定されている。取付板７４は、底板７３において、図４Ａの紙面右側に配置されている。取付板７４に中継機器９５が取り付けられる。

ケース本体７１には、４つの取付座７６が設けられている。取付座７６がビスなどの締結具によって機関室２０の床面に固定される。本実施形態では、ジャンクションボックス７０は、ケース本体７１の左側（図４Ａの紙面左側）が船舶１の船尾側に、ケース本体７１の右側（図４Ａの紙面右側）が船舶１の船首側となるように機関室２０の床面に固定される。

図４Ａに示すように、ケース本体７１には、中継機器９５とともに、インバータ３７が収容されている。インバータ３７は、底板７３において、図４Ａの紙面左側に配置されている。つまり、ジャンクションボックス７０が機関室２０に取り付けられた状態で、インバータ３７は、ケース本体７１の左側（船尾側）に配置されている。

図４Ｂに示すように、ケース本体７１の底板７３の裏側に冷却装置９０が設けられている。冷却装置９０は、インバータ３７を冷却するものであり、具体的には、内部に冷却媒体が流通可能な流路９２を有する熱交換器である。本実施形態では、前記冷却媒体として冷却オイルが用いられる。なお、前記冷却媒体は、冷却オイル以外のもの、例えば、エチレングリコールを主成分とするクーラント液であってもよい。また、冷却装置９０は、冷却媒体により熱交換するものに限られず、例えば、複数のフィンを有するアルミなどの金属で形成されたヒートシンクであってもよい。

冷却装置９０の本体９３は、直方体形状の金属製のブロック部材であり、その内部に流路９２が形成されている。本体９３は、底板７３の外面にビスなどの締結部によって固定される。本実施形態では、インバータ３７は、ケース本体７１の内部において、冷却装置９０が取り付けられた底板７３に隣接する位置に配置されている。

インバータ３７は、概ね直方体形状に形成されている。底板７３には、インバータ３７に対応するサイズの開口７３Ａが形成されている。開口７３Ａは、インバータ３７が挿通可能なように、インバータ３７の外形よりも大きく形成されている。インバータ３７は、開口７３Ａを通じて、冷却装置９０の本体９３の取付面９３Ａに接触されており、その状態で、取付面９３Ａに締結具によって固定されている。

図５は、インバータ３７の冷却するための冷却経路を示す図である。図５に示すように、冷却装置９０の流路９２の入口ポート９２Ａと、出口ポート９２Ｂに冷却媒体の流路としての配管１０５（冷媒流路の一例）が接続されている。配管１０５は、オイルクーラー１０２の入口ポート１０２Ａ及び出口ポート１０２Ｂに接続されており、環状流路を形成している。

オイルポンプ１０１は、前記環状流路に設けられており、具体的には、出口ポート１０２Ｂから入口ポート９２Ａに至る配管１０５に設けられている。オイルポンプ１０１によって、前記冷却媒体が入口ポート９２Ａに送り出される。つまり、オイルポンプ１０１は、冷却装置９０の入口ポート９２Ａよりも上流側に設けられている。

オイルクーラー１０２は、前記環状流路に設けられており、配管１０５を通る前記冷却媒体を冷却する熱交換器である。オイルクーラー１０２には、冷却水ポンプ１０３によって水面から汲み上げられた水（例えば海水）が供給され、オイルクーラー１０２内を通過した後に、船体２から排水される。

本実施形態では、冷却装置９０とオイルクーラー１０２との間の配管１０５の取付作業、及び配管１０５の配設を容易にするために、冷却装置９０は、ケース本体７１の左側（船尾側）、つまり、オイルクーラー１０２側に配置される。また、冷却装置９０による冷却対象であるインバータ３７も、ケース本体７１の左側（船尾側）、つまり、オイルクーラー１０２側に配置される。

以上説明したように、本実施形態の船舶１は、機関室２０にジャンクションボックス７０が設けられており、また、ジャンクションボックス７０にインバータ３７が設けられている。そのため、船舶１において、インバータ３７を単独で収容する保護ケースが機関室２０に設けられる場合に比べて、機関室２０を省スペース化することができる。また、前記保護ケースとジャンクションボックス７０とが機関室２０に設けられる従来構成に比べて、各機器間の配線を簡略化することができ、作業者による配線作業が容易となる。

また、インバータ３７を冷却するための冷却装置９０がジャンクションボックス７０内に配置されていないため、冷却媒体の漏れによる短絡事故などを防止できる。

また、インバータ３７は、ケース本体７１の内部から冷却装置９０の本体９３の取付面９３Ａに締結具によって直接に固定されている。そのため、インバータ３７の熱を効率的に放熱することができる。また、インバータ３７は、開口７３Ａを通じて取付面９３Ａに固定されているため、ジャンクションボックス７０を機関室２０の床面から取り外した後、冷却装置９０とインバータ３７とを一体にしたまま、ジャンクションボックス７０のケース本体７１から取り外すことができる。

１ ：船舶
２ ：船体
８ ：モータ
２０ ：機関室
３０ ：電気推進システム
３３ ：バッテリー
３５ ：ジャンクションボックス
３７ ：インバータユニット
３９ ：エンジンコントローラ
４１ ：船内機器
４３ ：メインコントローラ
７０ ：ジャンクションボックス
７１ ：ケース本体
７２ ：カバー
７３ ：底板
７３Ａ ：開口
７４ ：取付板
７５ ：開口
７６ ：取付座
９０ ：冷却装置
９２ ：流路
９２Ａ ：入口ポート
９２Ｂ ：出口ポート
９３ ：本体
９３Ａ ：取付面
９５ ：中継機器
１０１ ：オイルポンプ
１０２ ：オイルクーラー
１０２Ａ ：入口ポート
１０２Ｂ ：出口ポート
１０３ ：冷却水ポンプ
１０５ ：配管

Claims (3)

1. 推進装置に駆動力を供給する電動モータを備える船舶であって、
   前記船舶に備えられる複数の電気機器それぞれに接続された配線を中継する中継機器を収容する中継ボックスと、
   前記電動モータの回転を制御するインバータユニットと、
   前記インバータユニットを冷却する冷却装置と、を備え、
   前記インバータユニットは、前記中継機器とともに前記中継ボックスに収容されており、
   前記冷却装置は、前記中継ボックスの筐体の外面に取り付けられる取付面が形成された第１熱交換器であり、
   前記インバータユニットは、前記筐体の内部において前記外面に隣接する位置に配置され、前記取付面に固定されており、
   前記冷却装置は、内部に冷却媒体が流通可能な流路を有し、
   前記冷却装置に前記冷却媒体を循環させる冷媒流路と、
   前記冷媒流路に設けられ、前記冷却媒体を前記冷却装置に送り出す第１ポンプと、
   前記冷媒流路に設けられ、前記冷媒流路を通る前記冷却媒体を冷却する第２熱交換器と、
   水面から冷却水を汲み上げて前記第２熱交換器に供給する第２ポンプと、を更に備える、
   船舶。
2. 前記筐体の前記外面に前記インバータユニットに対応するサイズの開口が形成されており、
   前記インバータユニットは、前記開口を通じて前記取付面に固定されている、請求項１に記載の船舶。
3. 前記インバータユニットおよび前記冷却装置は、前記中継ボックスにおいて前記第２熱交換器側の位置に配置されている、請求項１又は２に記載の船舶。