WO2024069976A1 - 電動推進ユニット - Google Patents

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WO2024069976A1
WO2024069976A1 PCT/JP2022/036829 JP2022036829W WO2024069976A1 WO 2024069976 A1 WO2024069976 A1 WO 2024069976A1 JP 2022036829 W JP2022036829 W JP 2022036829W WO 2024069976 A1 WO2024069976 A1 WO 2024069976A1
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WO
WIPO (PCT)
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electric motor
output torque
electric
state
control device
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/036829
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
勇治 志塚
Original Assignee
本田技研工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to PCT/JP2022/036829 priority Critical patent/WO2024069976A1/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H20/00Outboard propulsion units, e.g. outboard motors or Z-drives; Arrangements thereof on vessels
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/20Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors for controlling one motor used for different sequential operations

Definitions

  • the present invention relates to an electric propulsion unit that generates propulsive force for an electric vehicle.
  • Electric outboard motors that receive power from secondary batteries move the boat forward or backward by applying the driving force of the electric motor to the propeller.
  • the electric motor rotates in a forward direction to move the boat forward and in a reverse direction to move the boat backward.
  • the electric outboard motor described in Patent Document 1 has a propeller, an electric motor that rotates the propeller, an electronic control unit that controls the electric motor, and a tiller handle that can rotate relative to the hull together with the outboard motor body.
  • the tiller handle has a rotatable accelerator grip and a shift switch.
  • the electronic control unit controls the output of the electric motor (the magnitude of the current supplied to the electric motor) so as to correspond to the rotation angle of the accelerator grip.
  • the shift switch is operated to switch the rotation direction of the electric motor between forward and reverse. This allows the control device to switch the rotation direction of the electric motor, switching between forward and reverse movement of the hull.
  • the boat may continue to move forward without switching between forward and reverse.
  • the user cannot drive the electric motor in the reverse direction until he or she has returned the accelerator grip to its initial position and slowed the boat down, leaving room for improvement when switching between forward and reverse.
  • the present invention aims to provide an electric propulsion unit that can seamlessly switch between forward and reverse motion of an electric vehicle with simple operations, thereby contributing to improved energy efficiency.
  • the present invention provides an electric propulsion unit (1) that generates a propulsive force in an electric vehicle (2), comprising an electric motor (8), a propulsive force generating member (12) that is driven by the electric motor to generate a propulsive force, a battery (9) for supplying power to the electric motor, a first operating unit (30) that accepts a change operation to change the magnitude of the output torque (T) of the electric motor, a second operating unit (31) that accepts a switching operation to switch the direction of the output torque of the electric motor and is configured to selectively take a first state corresponding to forward movement and a second state corresponding to reverse movement, and a control device (10) that sets a target output torque for the electric motor based on the amount of operation of the first operating unit and the state of the second operating unit, and controls the electric motor so that the target output torque is achieved.
  • the second operating unit is configured to allow the switching operation regardless of whether the first operating unit is operated or not, and the control device sets the target output torque to a positive value according to the amount of operation of the first operating unit while the second operating unit is in the first state, and sets the target output torque to a negative value according to the amount of operation of the first operating unit while the second operating unit is in the second state, and when the first operating unit is operated and the second operating unit is in the second state while the electric motor is rotating in the forward direction corresponding to the forward movement, the control device executes regenerative control to cause the electric motor to function as a generator to perform regenerative braking, and then executes drive control to supply power from the battery to drive the electric motor to rotate, thereby driving the electric motor in the reverse direction corresponding to the reverse movement.
  • the operator can set the target output torque from a positive value to a negative value by switching the second operating unit to the second state.
  • the direction of the output torque of the electric motor i.e., from forward movement to reverse movement of the electric vehicle, can be switched with a simple operation.
  • the control device executes regenerative control and then drive control, so that the electric vehicle can be seamlessly switched from forward movement to reverse movement via deceleration due to regenerative control.
  • the control device may execute the regenerative control, and then execute the drive control to drive the electric motor to rotate in the forward direction corresponding to the forward movement.
  • the operator can set the target output torque from a negative value to a positive value by switching the second operating unit to the first state.
  • the direction of the output torque of the electric motor i.e., the direction of the electric vehicle from reverse motion to forward motion
  • the control device executes regenerative control and then drive control, so that the electric vehicle is seamlessly switched from reverse motion to forward motion via deceleration due to regenerative control.
  • the regenerative control may be regenerative charging control that regeneratively charges the battery.
  • control device may execute the regenerative charging control if the sign of the rotation speed of the electric motor does not match the sign of the target output torque.
  • switching between regenerative charging control and drive control is performed with a simple configuration.
  • control device may terminate the regenerative charging control and start the drive control when the electric motor stops rotating or when the absolute value of the rotation speed ( ⁇ ) becomes equal to or less than a predetermined value.
  • the load on the electric motor is suppressed while switching from regenerative charging control to drive control of the electric motor, i.e., switching from forward (or reverse) to reverse (or forward) of the electric vehicle is performed seamlessly via deceleration due to regenerative charging control.
  • the control device when the first operating unit is operated and the state of the second operating unit is switched, the control device may invert the sign of the target output torque.
  • the user after switching the direction of the output torque of the electric motor, the user can intuitively grasp the magnitude of the target output torque, i.e., the speed of the electric vehicle.
  • the control device since the control device only needs to maintain the absolute value of the output torque during forward movement, a new torque map is not required.
  • a new torque map is required, but after switching the direction of the electric motor's output torque, it is possible to set an appropriate target output torque value that takes into account the difference in hull resistance when moving forward and backward.
  • control device may control the amount of regenerative energy supplied to the battery in accordance with the amount of operation of the first operation unit while the regenerative charging control is being performed.
  • the electric propulsion unit may further include a notification unit (36) that notifies the driver that the regenerative charging control has been switched to the drive control.
  • the user can know whether the control device is performing regenerative charging control or drive control.
  • the electric propulsion unit may be an electric outboard motor, and the thrust generating member may be a propeller connected to the electric motor.
  • the electric propulsion unit is applied to an electric outboard motor, and the electric boat can be switched between forward and reverse motion with a simple operation.
  • the electric boat can be switched from forward to reverse motion seamlessly after deceleration due to regenerative charging control.
  • the electric outboard motor may further have a tiller handle that is rotatable relative to the hull together with the outboard motor body, the first operating part may be an accelerator grip that is rotatably provided on the tiller handle, and the second operating part may be a switch provided on the tip side of the tiller handle.
  • the user can easily operate the first operating unit and the second operating unit with one hand.
  • the above aspect provides an electric propulsion unit that can seamlessly switch between forward and reverse motion of an electric vehicle with simple operations, which can ultimately contribute to energy efficiency.
  • FIG. 1 is a side view of an electric outboard motor to which an electric propulsion unit according to the present invention is applied;
  • Block diagram showing the electrical configuration of an electric outboard motor Map showing characteristics of the electric motor according to the first embodiment
  • a map showing the transition of an electric motor from a stopped state to a steady state
  • a map showing the transition from the steady state to the reverse rotation state of an electric motor
  • a map showing the transition of an electric motor from a reversing state to a reverse steady state Map showing characteristics of electric motor according to the second embodiment
  • an electric propulsion unit according to a first embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings.
  • an electric propulsion unit is applied to an electric outboard motor 1, that is, an example in which the electric vehicle is a boat (electric boat).
  • the boat includes a hull 2 and the electric outboard motor 1 that generates propulsive force for the hull 2.
  • terms will be used that indicate directions such as front-rear and up-down based on the usage state in which the electric outboard motor 1 is attached to the hull 2.
  • the electric outboard motor 1 comprises an outboard motor body and a mounting device 5 for mounting the outboard motor body to a hull 2.
  • the outboard motor body comprises a body case 6, an electric motor 8, a thrust generating member, a battery 9, and a control device 10.
  • a propeller 12 is used as the thrust generating member.
  • the outboard motor body also comprises a drive shaft 14, a gear device 15, a propeller shaft 16, and a tiller handle 18. Below, the components of the electric outboard motor 1 will be explained in order.
  • the main body case 6 is made of a metal material or a hard resin material and is configured to have a predetermined rigidity.
  • the main body case 6 includes an upper case 20 arranged at the top and a lower case 21 arranged below the upper case 20.
  • the upper case 20 and the lower case 21 may be configured of the same material or different materials.
  • the upper case 20 has a hollow shape that is flat in the vertical direction and long in the front-rear direction.
  • the upper case 20 houses the electric motor 8 and the control device 10.
  • the lower case 21 has a hollow shape that is long in the vertical direction.
  • the lower case 21 houses the gear device 15.
  • a drive shaft 14 is arranged in the main body case 6, extending from the upper case 20 to the lower case 21.
  • the electric motor 8 serves both as an electric motor for rotating the propeller 12 and as a generator for regeneration.
  • the electric motor 8 uses a battery 9, which is a secondary battery, as its power source, and the power supply from the battery 9 and the power supply (charging) to the battery 9 are controlled by a control device 10 (described later) via an inverter 24.
  • the electric motor 8 is disposed on top of the case upper part 20 so that the output shaft extends vertically downward.
  • the battery 9 may be disposed outside the case, i.e., in the hull 2, or may be disposed inside the main body case 6.
  • the drive shaft 14 extends vertically below the electric motor 8.
  • the upper end of the drive shaft 14 is connected to the output shaft of the electric motor 8.
  • a drive gear 25 consisting of a first bevel gear is integrally provided to the lower end of the drive shaft 14.
  • the drive shaft 14 is rotatably supported by the lower case 21 via a pair of upper and lower bearings.
  • the propeller shaft 16 extends in the front-to-rear direction (horizontal direction) below the drive shaft 14. That is, the axial direction of the propeller shaft 16 is in the front-to-rear direction.
  • the propeller shaft 16 is rotatably supported by a pair of front and rear bearings in the lower case part 21.
  • a driven gear 26 consisting of a second bevel gear that meshes with the drive gear 25 is integrally provided at the front end of the propeller shaft 16.
  • the propeller shaft 16 passes through a support hole in the lower case part 21, extends rearward from the lower case part 21, and is exposed to the outside of the main body case 6.
  • the gear device 15 includes a drive gear 25 provided at the lower end of the drive shaft 14 and a driven gear 26 provided at the front end of the propeller shaft 16. The rotation of the drive shaft 14 is transmitted to the propeller shaft 16 via the gear device 15.
  • the propeller 12 is driven by the electric motor 8 to generate thrust.
  • the propeller 12 is fixed to the outer periphery of the rear of the propeller shaft 16.
  • the propeller 12 is located rearward of the rear end of the lower case part 21 and is exposed to the outside of the main body case 6.
  • a number of fins 27 protrude from the outer periphery of the propeller 12.
  • the tiller handle 18 is rotatably mounted on the hull 2 together with the outboard motor body. That is, the tiller handle 18 is rotatably mounted on the upper case part 20 around an axis in the left-right direction.
  • the tiller handle 18 has an accelerator grip 30 rotatably mounted on the free end of the tiller handle 18, an opening sensor 34 that detects the amount of rotation (opening) of the accelerator grip 30, and a switch 31.
  • the switch 31 is mounted at the tip of the tiller handle 18.
  • the switch 31 may also be mounted on the side of the tip of the tiller handle 18.
  • the accelerator grip 30 is constantly biased by a spring so that it is in the initial position.
  • the accelerator grip 30 accepts rotation in one direction from the initial position and return operation in the other direction toward the initial position as change operations for changing the output torque T of the electric motor 8.
  • the opening sensor 34 detects the opening of the accelerator grip 30 and outputs a detection signal.
  • the switch 31 is configured to receive a switching operation for switching the direction of the output torque T of the electric motor 8, and selectively take a first state corresponding to the forward movement of the hull 2 and a second state corresponding to the backward movement of the hull 2.
  • a momentary switch is used for the switch 31.
  • the switch 31 takes the first state while the switch 31 is not pressed, and takes the second state while the switch 31 is pressed.
  • the output torque T is set as a positive value in the forward direction of the hull 2 and as a negative value in the backward direction of the hull 2. That is, the rotation direction of the electric motor 8 is set as follows: the rotation speed ⁇ in the forward direction for moving the hull 2 forward is positive, and the rotation speed ⁇ in the reverse direction for moving the hull 2 backward is negative.
  • the electric motor 8 is set to rotate in the forward direction
  • the switch 31 is in the second state
  • the electric motor 8 is set to rotate in the reverse direction.
  • the output torque T may be torque, or may be the product of the torque and the rotation speed ⁇ of the electric motor 8.
  • the switching operation of the switch 31 should be allowed independently of the change operation of the accelerator grip 30.
  • the switch 31 is configured to allow the switching operation regardless of whether the accelerator grip 30 is being operated, that is, independently of the accelerator grip 30.
  • the opening sensor 34 and the switch 31 are connected to the battery 9 provided in the hull 2 via the control device 10.
  • the inverter 24 is electrically connected to the control device 10.
  • the control device 10 is connected to the electric motor 8 via the inverter 24.
  • the control device 10 also has an opening sensor 34, a rotation speed sensor 35 that detects the rotation speed ⁇ of the electric motor 8, and a notification unit 36.
  • the battery 9 is connected to the control device 10 and is also connected to the electric motor 8 via the inverter 24.
  • the control device 10 is a computer that includes a processor 11 as an arithmetic processing device such as a CPU or MPU, a storage device 13 (memory such as ROM or RAM), and is configured to execute various processes required for controlling the electric motor 8.
  • the controller 10 being configured to execute various processes means that the processor 11 (arithmetic processing device) that constitutes the controller 10 is programmed to read the necessary data and application software from the storage device 13 (memory) in accordance with execution commands from the opening sensor 34 and the switch 31, and execute the specified arithmetic processing in accordance with the software.
  • the controller 10 executes drive control or regenerative control by executing the specified arithmetic processing in the CPU in accordance with the program.
  • the controller 10 may be configured as a single piece of hardware, or may be configured as a unit consisting of multiple pieces of hardware. In this embodiment, the controller 10 executes regenerative charging control as regenerative control. Regenerative charging control will be described later.
  • the control device 10 sets the target output torque T for the electric motor 8 based on the rotation operation amount of the accelerator grip 30 and the state of the switch 31, and controls the electric motor 8 so that the target output torque T is achieved. Specifically, the control device 10 sets the target output torque T to a positive value according to the rotation operation amount of the accelerator grip 30 while the switch 31 is in the first state. The control device 10 sets the target output torque T to a negative value according to the rotation operation amount of the accelerator grip 30 while the switch 31 is in the second state. The control device 10 sets the value of the target output torque T so that the absolute value becomes larger as the rotation operation amount of the accelerator grip 30 becomes larger.
  • control device 10 may set the target output torque T by referring to a torque map in which the target output torque T corresponding to the operation amount of the accelerator grip 30 is set.
  • control device 10 may set the target output torque T by referring to a torque map in which the target output torque T corresponding to the operation amount of the accelerator grip 30 and the rotation speed ⁇ of the electric motor 8 is set.
  • control device 10 uses the battery 9 as a power source to supply power to the electric motor 8 via the inverter 24, and drives the electric motor 8 to rotate.
  • the rotational force of the electric motor 8 rotates the propeller 12 via the drive shaft 14, gear device 15, and propeller shaft 16.
  • the propulsive force generated by the rotation of the propeller 12 moves the hull 2 forward or backward.
  • the control device 10 In drive control, when the accelerator grip 30 is rotated and the state of the switch 31 is changed, the control device 10 inverts the sign of the target output torque T. In this embodiment, while the switch 31 is in the first state, the control device 10 supplies power to the electric motor 8 so as to rotate the propeller 12 with a positive target output torque T (in the forward direction of the boat) according to the opening of the accelerator grip 30. Meanwhile, while the switch 31 is in the second state, the control device 10 supplies power to the electric motor 8 so as to rotate the propeller 12 with a negative target output torque T (in the reverse direction of the boat) according to the opening of the accelerator grip 30.
  • the absolute value of the target output torque T corresponding to the opening of the accelerator grip 30 in the forward direction of the hull 2 and the absolute value of the target output torque T corresponding to the opening of the accelerator grip 30 in the reverse direction of the hull 2 are set to the same value.
  • the control device 10 makes the electric motor 8 function as a generator and controls the power supply (regenerative charging) to the battery 9 via the inverter 24. Specifically, while the accelerator grip 30 is being rotated while the electric motor 8 is rotating in the forward direction and the switch 31 is in the second state, the control device 10 executes regenerative charging control. Also, while the accelerator grip 30 is being rotated while the electric motor 8 is rotating in the reverse direction and the switch 31 is in the first state, the control device 10 executes regenerative charging control. While regenerative charging control is being executed, the rotational force of the propeller 12 rotates the electric motor 8 via the propeller shaft 16, the gear device 15, and the drive shaft 14. In other words, the electric motor 8 serves as a regenerative braking means that converts deceleration energy into electric power and generates a regenerative braking force during deceleration.
  • the control device 10 may control the amount of regenerative energy supplied to the battery 9 according to the amount of rotational operation of the accelerator grip 30. Specifically, during regenerative charging control, the control device 10 controls the inverter 24 so that the greater the opening of the accelerator grip 30, the greater the regenerative power supplied to the battery 9. Therefore, the greater the opening of the accelerator grip 30, the greater the deceleration force generated by the electric motor 8.
  • the control device 10 executes regenerative charging control as regenerative control. If regenerative energy cannot be absorbed (regenerative charging is not possible) due to circumstances on the battery 9 side, such as overvoltage or low/high temperature, the control device 10 may use a regenerative resistor or the like to convert the regenerative energy into thermal energy and consume it. Not limited to cases where regenerative charging is not possible, the control device 10 may also cause the electric motor 8 to function as a generator, and convert the regenerative energy into thermal energy and consume it as described above.
  • the control device 10 executes regenerative charging control and then drive control.
  • the control device 10 executes regenerative charging control, and starts drive control after the rotation of the electric motor 8 stops.
  • FIG. 3 is a map 40 showing the characteristics of the electric motor 8.
  • the map 40 has a vertical axis and a horizontal axis that intersects the vertical axis at right angles.
  • the map 40 has a first region 41 indicating the area to the right of the vertical axis and above the horizontal axis, a second region 42 indicating the area to the right of the vertical axis and below the horizontal axis, a third region 43 indicating the area to the left of the vertical axis and below the horizontal axis, and a fourth region 44 indicating the area to the left of the vertical axis and above the horizontal axis.
  • the vertical axis corresponds to torque
  • the horizontal axis corresponds to the rotational speed ⁇ of the electric motor 8.
  • Map 40 has a constant torque region 46 where the absolute value of the rotational speed ⁇ of electric motor 8 increases while the absolute value of the torque is kept constant, and a constant power region 48 where the absolute value of the torque decreases while the absolute value of the rotational speed ⁇ of electric motor 8 increases.
  • constant torque region 46 refers to a region that extends in the left-right direction including the vertical axis.
  • Constant power region 48 refers to the region on the outside of constant torque region 46 on the left and right.
  • first region 41, second region 42, third region 43, and fourth region 44 are each arranged symmetrically with respect to the vertical axis or horizontal axis.
  • Each square is given an output torque T indicated by the torque corresponding to the vertical line and the rotation speed ⁇ of the electric motor 8 corresponding to the horizontal line.
  • a positive output torque T is given to the first region 41 and the second region 42.
  • a negative output torque T is given to the third region 43 and the fourth region 44.
  • the first region 41 and the third region 43 are regions where drive control is performed, and the second region 42 and the fourth region 44 are regions where regenerative charging control is performed. Therefore, the output torque T in the second region 42 and the fourth region 44 indicates a regenerative torque.
  • the darker the squares hatched in the first region 41 and the fourth region 44 the larger the absolute value of the output torque T.
  • the darker the squares hatched in the second region 42 and the third region 43 the larger the absolute value of the output torque T.
  • the output torque T is the product of the torque and the rotational speed ⁇ of the electric motor 8
  • the upper side of the horizontal axis represents positive torque and the lower side of the horizontal axis represents negative torque
  • the rotational speed ⁇ of the electric motor 8 may be treated as an absolute value.
  • the right side of the vertical axis represents positive rotational speed ⁇ and the left side of the vertical axis represents negative rotational speed ⁇ , and the torque may be treated as an absolute value.
  • Each square placed in the constant torque region 46 is given a larger output torque T the further away it is from the vertical and horizontal axes. That is, the maximum value of output torque T is given to the first end square 51 at the top right, the second end square 52 at the bottom right, the third end square 53 at the bottom left, and the fourth end square 54 at the top left. The maximum value of output torque T is also given to the squares constituting the vicinity of the top or bottom end of the constant output region 48.
  • the electric motor 8 starts from a stopped state 61, and reaches a steady state 62 in which a positive output torque T is output, a reverse state 63 which is entered when the state of the switch 31 is switched during the steady state 62, and a reverse steady state 64 in which a negative output torque T is output.
  • black circles representing each state are placed in a predetermined square.
  • Placing black circles representing each state in a predetermined square means that in each state, the electric motor 8 outputs the torque, rotational speed ⁇ , and output torque T corresponding to the square.
  • the opening degree of the accelerator grip 30 is maximum. That is, the target output torque T and the output torque T are set to maximum values.
  • the control device 10 executes drive control to transition the electric motor 8 from the stopped state 61 to the steady state 62.
  • the drive control supplies power to the electric motor 8 from the battery 9 to achieve the positive target output torque T, thereby increasing the rotation speed ⁇ of the electric motor 8.
  • the stopped state 61 of the electric motor 8 is represented by a black circle placed at the intersection (origin) of the vertical axis and the horizontal axis.
  • the steady state 62 of the electric motor 8 is represented by a black circle placed in a predetermined steady state mass 65 placed in the first region 41 and the constant output region 48.
  • this transition first, as a result of the supply of power from the battery 9 during the stopped state 61, the electric motor 8 outputs maximum torque, while the rotation speed ⁇ of the electric motor 8 is approximately equal to 0.
  • This transition corresponds to the state of the electric motor 8 (output torque T of the electric motor 8) moving from the origin to the upper left corner mass of the masses included in the first region 41 and the constant torque region 46.
  • the rotational speed ⁇ of the electric motor 8 increases, and the output torque T of the electric motor 8 reaches its maximum value.
  • this transition corresponds to the state of the electric motor 8 moving from the upper left corner mass in a rightward direction parallel to the horizontal axis to the first end mass 51.
  • the electric motor 8 After the output torque T reaches its maximum value, the electric motor 8 further increases the rotational speed ⁇ , and reaches a steady state 62.
  • the steady state 62 refers to a state in which the output torque T is kept constant at its maximum value, and the rotational speed ⁇ of the electric motor 8 does not increase any further.
  • the vessel advances at a constant speed. This transition corresponds to moving from the first end mass 51 along the vicinity of the upper end of the constant power region 48 to a predetermined upper end mass of the first region 41 and the constant torque region 46.
  • the switch 31 assumes the second state.
  • the opening of the accelerator grip 30 is maintained at the maximum.
  • the electric motor 8 transitions from the steady state 62 to the reverse state 63. That is, the control device 10 keeps the absolute value of the target output torque T constant and inverts the sign of the target output torque T. As shown in FIG. 5, this transition corresponds to the state of the electric motor 8 moving downward parallel to the vertical axis from a predetermined upper end mass of the first region 41 and the constant torque region 46 to a predetermined lower end mass of the second region 42 and the constant torque region 46.
  • the distance from the predetermined upper end mass to the horizontal axis is equal to the distance from the predetermined lower end mass to the horizontal axis.
  • the control device 10 detects that the direction of the target output torque T set in response to the user's switching operation no longer matches the direction of the rotational speed ⁇ of the electric motor 8 detected by the rotational speed sensor 35, and executes regenerative charging control.
  • the control device 10 controls the regenerative torque to supply power to the battery 9 via the inverter 24.
  • the regenerative charging control is executed until the absolute value of the rotational speed ⁇ of the electric motor 8 decreases to a preset value.
  • This transition corresponds to the state of the electric motor 8 moving from the specified lower end mass between masses having the same output torque T to the second end mass 52 of the second region 42 and constant torque region 46, and then moving leftward from the second end mass 52 parallel to the horizontal axis to the lower left end mass of the masses of the second region 42 and constant torque region 46.
  • the control device 10 ends the regenerative charging control and executes drive control to bring the electric motor 8 into the reverse steady state 64.
  • the preset value may be 0.
  • the switch 31 is kept pressed, i.e., the second state, and the opening of the accelerator grip 30 is kept at a maximum.
  • the reverse steady state mass 66 indicating the reverse steady state 64 is a mass with the same sign of torque as the mass corresponding to the steady state 62 and with the sign of the rotational speed ⁇ reversed.
  • this transition corresponds to the transition from the lower left end mass of the masses in the second region 42 and constant torque region 46 via the lower right end mass and the third end mass 53 of the masses included in the third region 43 and constant torque region 46 to the reverse steady state mass 66.
  • the control device 10 When the control of the electric motor 8 is switched from regenerative charging control to drive control, i.e., when the electric motor 8 starts rotating in reverse, the control device 10 notifies the user via the notification unit 36.
  • the notification unit 36 may notify the user by, for example, sound, light, text, graphics, vibration, etc.
  • the user can change the opening of the accelerator grip 30 as appropriate.
  • the control device 10 changes the target output torque T according to that opening.
  • the control device 10 changes the amount of regenerative energy supplied to the battery 9 according to that opening.
  • the control device 10 allows the state of the switch 31 to be changed even when the accelerator grip 30 is being rotated, and inverts the sign of the target output torque T. At this time, if the accelerator grip 30 is being operated, the control device 10 executes regenerative charging control, and then executes drive control to achieve the target output torque T with the inverted sign. This makes it possible to switch the direction of the output torque T of the electric motor 8, i.e., forward and reverse of the electric vehicle, with a simple operation.
  • the control device 10 executes regenerative charging control and then drive control, so that the electric vehicle is seamlessly switched from forward to reverse after deceleration due to regenerative charging control. Furthermore, power can be supplied to the battery 9 by regenerative charging, which contributes to energy efficiency.
  • the control device 10 switches between regenerative charging control and drive control simply by comparing the sign of the target output torque T with the sign of the output torque T detected by the rotational speed sensor 35. In other words, switching between regenerative charging control and drive control is performed with a simple configuration.
  • the control device 10 ends the regenerative charging control and starts the drive control. This suppresses the load on the electric motor 8, and the electric motor 8 is seamlessly switched from regenerative charging control to drive control, i.e., the electric vehicle is switched from forward (or reverse) to reverse (or forward) after deceleration due to the regenerative charging control.
  • the control device 10 When the state of the switch 31 is changed while the accelerator grip 30 is being rotated, the control device 10 inverts the sign of the target output torque T. This allows the user to intuitively grasp the target output torque T, i.e., the speed of the electric vehicle, after the direction of the output torque T of the electric motor 8 is switched. Also, since the control device 10 only needs to maintain the absolute value of the output torque T during forward movement, a new torque map is not required.
  • control device 10 controls the amount of regenerative energy supplied to the battery 9 according to the amount of operation of the accelerator grip 30. This reduces the load on the battery 9 during regenerative charging.
  • the electric propulsion unit further includes a notification section 36 that notifies the user that control has been shifted from regenerative charging control to drive control. This allows the user to know whether the control device 10 is executing regenerative charging control or drive control.
  • the electric propulsion unit is applied to an electric outboard motor 1.
  • the first operating part corresponds to an accelerator grip 30 that can rotate relative to the tiller handle 18.
  • the second operating part corresponds to a switch 31 provided at the tip of the tiller handle. This allows the user to perform change operations and switching operations with one hand, making operation easy.
  • the boat can be switched from forward to reverse seamlessly after deceleration due to regenerative charging control.
  • the electric outboard motor 1 according to the second embodiment is different from the electric outboard motor 1 according to the first embodiment only in terms of the map 40 that indicates the characteristics of the electric motor 8, and the other configurations are the same.
  • the same components as those in the electric outboard motor 1 according to the first embodiment are given the same reference numerals and the explanation thereof will be omitted.
  • the control device 10 Inverts the sign of the target output torque T and changes the target output torque T. Specifically, as shown in FIG. 7, the distribution of the absolute value of the output torque T (regenerative torque) in the second region 42 and the fourth region 44, i.e., the region where regenerative charging control is executed, is different from the distribution of the absolute value of the output torque T in the first region 41 and the third region 43, i.e., the region where drive control is executed.
  • the distribution of the absolute value of the output torque T in the second region 42 has more large values of output torque T, including the maximum value, compared to the distribution of the absolute value of the output torque T in the first region 41.
  • the distribution of the absolute value of the output torque T in the third region 43 has more small values of output torque T compared to the distribution of the absolute value of the output torque T in the fourth region 44.
  • the state of the electric motor 8 is in the first region 41 (moving the boat forward). At this time, if the switch 31 is switched from the first state to the second state, the state of the electric motor 8 transitions to the second region 42. At this time, the electric motor 8 is more likely to maintain a state in which the absolute value of the output torque T is large.
  • the state of the electric motor 8 is in the fourth region 44 (moving the boat backward). At this time, if the switch 31 is switched from the second state to the first state, the state of the electric motor 8 transitions to the third region 43. At this time, the electric motor 8 is more likely to maintain a state in which the absolute value of the output torque T is small.
  • the distance traveled forward by inertia is longer than the distance traveled backward by inertia.
  • the electric motor 8 transitions from the first region 41 (forward movement of the ship) to the second region 42, it is easy to maintain a state in which the absolute value of the output torque T is large. In other words, the distance traveled forward by inertia is reduced by a large regenerative torque.
  • the electric motor 8 transitions from the third region 43 (reverse movement of the ship) to the fourth region 44, it is easy to maintain a state in which the absolute value of the output torque T is small.
  • the regenerative torque required to reduce the distance traveled backward by inertia can be small.
  • a new map 40 is required compared to the first embodiment, but after the direction of the output torque T of the electric motor 8 is switched, it is possible to set an appropriate value of the target output torque T that takes into account the difference in hull resistance when moving forward and backward.
  • the present invention is not limited to the above embodiment and can be modified in a wide range of ways.
  • the present invention is applied to the electric outboard motor 1 as an example, but the present invention may be applied to electric vehicles such as electric vehicles, electric work machines, and electric snowmobiles.
  • the propulsion generating member may be a wheel or a caterpillar.
  • the electric vehicle to which the present invention is applied does not need to be a riding type in which an operator rides.
  • the map 40 may be used by dividing it into two maps: a map for regenerative charging control and a map for drive control.
  • the accelerator grip 30 is used as the operation unit, but a lever or an operation button on a touch panel may be used as the operation unit.
  • the switch 31 may be a seesaw switch or a toggle switch that accepts either ON or OFF.
  • the OFF state of the seesaw switch or the toggle switch corresponds to the first state
  • the ON state of the seesaw switch or the toggle switch corresponds to the second state.
  • the specific configuration, arrangement, quantity, numerical values, specific control modes, etc. of each member or part can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Also, not all of the components shown in the above embodiment are essential, and can be selected.

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Abstract

【課題】簡単な操作で且つ継ぎ目なく電動移動体の前進と後進と切り替えることができる電動推進ユニットを提供する。 【解決手段】電動推進ユニット1は、電動モータ8と、バッテリ9と、第1操作部30と、第2操作部31と、制御装置10と、を有する。第1操作部は、電動モータの出力トルクTを変更するための変更操作を受け付ける。第2操作部は、電動モータの出力トルクの方向を切り替えるための切替操作を受け付け、第1状態及び第2状態を選択的に取るように且つ第1操作部に対して独立して切替操作を許容するように構成される。制御装置は、第2操作部が第1状態にある間は電動モータの目標出力トルクを正の値、第2操作部が第2状態にある間は電動モータの目標出力トルクを負の値に設定する。制御装置は、第1操作部が操作されているときに第2操作部の状態が切り替わった場合、回生制御を実行した後、駆動制御を実行する。

Description

電動推進ユニット
 本発明は、電動移動体に推進力を発生させる電動推進ユニットに関する。
 近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギの効率化に貢献する二次電池に関する研究開発が行われている。二次電池から電力供給を受ける電動船外機は、電動モータの駆動力をプロペラに与えることによって船体を前進又は後退させる。電動モータの回転方向は、船体を前進させるための正転方向と船体を後退させるための逆転方向とを有する。
 特許文献1に記載の電動船外機は、プロペラと、プロペラを回転させる電動モータと、電動モータを制御する電子制御ユニットと、船外機本体とともに船体に対して回動可能なティラーハンドルとを有する。ティラーハンドルは、回転可能に設けられたアクセルグリップと、シフトスイッチとを有する。電子制御ユニットは、アクセルグリップの回転角度に対応するように電動モータの出力(電動モータに供給される電流の大きさ)を制御する。シフトスイッチは、電動モータの回転方向を正転方向又は逆転方向に切り替える際に操作される。これにより、制御装置が電動モータの回転方向を切り替え、船体の前進と後進とが切り替えられる。
特開2021-126954号
 電動モータの駆動中にシフトスイッチが操作された場合、出力中の電動モータの回転方向と出力すべき電動モータのトルクの方向とが逆になる。そのため電動モータに負荷がかかり、モータの不具合に繋がる虞がある。特許文献1に記載の電動船外機では、シフトスイッチの操作に伴う電動モータの回転方向の切替は、アクセルグリップが初期位置に配置されているときに許容されるため、上記問題は生じない。しかしこの構成では、船の前進と後進とを切り替えるために、使用者はアクセルグリップを初期位置に戻した状態でシフトスイッチを押す必要があり、操作が煩雑である。特に、船を岸壁に寄せて停止させるときのように前進と後進とを繰り返し行う際にこの問題は顕著である。また、不測の事態によって前進から後進又は後進から前進の切替を性急に行うべき場面で使用がアクセルグリップを初期位置に戻す動作を失念した場合、前進と後進とが切り替わらずに船が進み続ける虞もある。更に、使用者はアクセルグリップを初期位置に戻して船体を減速させた後でないと電動モータを逆転方向に駆動することができず、前進と後進との切替に改善の余地がある。
 本発明は、以上の背景を鑑み、簡単な操作で且つ継ぎ目なく電動移動体の前進と後進と切り替えることができる電動推進ユニットを提供し、延いてはエネルギの効率化に寄与することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、電動移動体(2)に推進力を発生させる電動推進ユニット(1)であって、電動モータ(8)と、前記電動モータによって駆動されて推進力を発生する推進力発生部材(12)と、前記電動モータに電力を供給するためのバッテリ(9)と、前記電動モータの出力トルク(T)の大きさを変更するための変更操作を受け付ける第1操作部(30)と、前記電動モータの前記出力トルクの方向を切り替えるための切替操作を受け付け、前進に対応する第1状態及び後進に対応する第2状態を選択的に取るように構成された第2操作部(31)と、前記第1操作部の操作量及び前記第2操の状態に基づいて、前記電動モータに対する目標出力トルクを設定し、当該目標出力トルクが達成されるように前記電動モータを制御する制御装置(10)と、を有し、前記第2操作部は、前記第1操作部が操作されているか否かにかかわらず、前記切替操作を許容するように構成され、前記制御装置は、前記第2操作部が前記第1状態にある間は前記第1操作部の前記操作量に応じて前記目標出力トルクを正の値に設定し、前記第2操作部が前記第2状態にある間は前記第1操作部の前記操作量に応じて前記目標出力トルクを負の値に設定し、前記制御装置は、前記電動モータの前記前進に対応する正転方向への回転中に前記第1操作部が操作されているとともに前記第2操作部が前記第2状態にある場合、回生制動を行うべく前記電動モータを発電機として機能させる回生制御を実行し、その後、前記バッテリから電力を供給して前記電動モータを回転駆動する駆動制御を実行して前記電動モータを前記後進に対応する逆転方向に回転駆動する。
 この態様によれば、電動モータの前進に対応する正転方向への回転中に第1操作部が操作されている状態であっても、操作者が第2操作部を第2状態にすることにより、目標出力トルクが正の値から負の値に設定される。よって、簡単な操作で電動モータの出力トルクの方向、即ち電動移動体の前進から後進に切り替えることができる。また、目標出力トルクが正の値から負の値に設定された場合に、制御装置が回生制御を実行した後に駆動制御を実行することにより、電動移動体の前進から後進への切替が回生制御による減速を経て継ぎ目なく行われる。
 上記の態様において、前記制御装置は、前記電動モータの前記後進に対応する前記逆転方向への回転中に前記第1操作部が操作されているとともに前記第2操作部が前記第1状態にある場合、前記回生制御を実行し、その後、前記駆動制御を実行して前記電動モータを前記前進に対応する前記正転方向に回転駆動するとよい。
 この態様によれば、電動モータの後進に対応する逆転方向への回転中に第1操作部が操作されている状態であっても、操作者が第2操作部を第1状態することにより、目標出力トルクが負の値から正の値に設定される。よって、簡単な操作で電動モータの出力トルクの方向、即ち電動移動体の後進から前進に切り替えることができる。また、目標出力トルクが負の値から正の値に設定された場合に、制御装置が回生制御を実行した後に駆動制御を実行することにより、電動移動体の後進から前進への切替が回生制御による減速を経て継ぎ目なく行われる。
 上記の態様において、前記回生制御は、前記バッテリに回生充電を行う回生充電制御であるとよい。
 この態様によれば、回生充電によりバッテリに電力を供給することができ、エネルギの効率化に寄与できる。
 上記の態様において、前記電動モータの前記正転方向への回転速度を正、前記逆転方向への前記回転速度を負としたときに、前記制御装置は、前記電動モータの前記回転速度の符号と前記目標出力トルクの符号とが一致していない場合に、前記回生充電制御を実行するとよい。
 この態様によれば、簡素な構成によって回生充電制御と駆動制御との切替が行われる。
 上記の態様において、前記制御装置は、前記電動モータの回転が停止したときに、又は前記回転速度(ω)の絶対値が所定値以下となったときに、前記回生充電制御を終了して前記駆動制御を開始するとよい。
 この態様によれば、電動モータの負荷を抑制しつつ、電動モータの回生充電制御から駆動制御への切替、即ち電動移動体の前進(又は後進)から後進(又は前進)への切替が回生充電制御による減速を経て継ぎ目なく行われる。
 上記の態様において、前記制御装置は、前記第1操作部が操作されているとともに前記第2操作部の前記状態が切り替わった場合、前記目標出力トルクの符号を反転させるとよい。
 この態様によれば、電動モータの出力トルクの方向切替後において、使用者は目標出力トルクの大きさ、即ち電動移動体の速さを直感的に把握できる。また、制御装置は前進時の出力トルクの絶対値を維持すればよいため、新たなトルクマップを必要としない。
 上記の態様において、前記第1操作部が操作されているとともに前記第2操作部の前記状態が切り替わった場合、前記目標出力トルクの符号を反転させるとともに前記目標出力トルクを変更するとよい。
 この態様によれば、新たなトルクマップが必要になるが、電動モータの出力トルクの方向切替後において、前進時及び後進時の船体抵抗の差を考慮した適切な値の目標出力トルクを設定することができる。
 上記の態様において、前記制御装置は、前記回生充電制御の実行中において、前記第1操作部の前記操作量に応じて前記バッテリに供給する回生エネルギ量を制御するとよい。
 この態様によれば、回生充電におけるバッテリの負荷が抑制される。
 上記の態様において、当該電動推進ユニットは、前記回生充電制御から前記駆動制御に移行したことを通知する通知部(36)を更に有するとよい。
 この態様によれば、使用者は制御装置が回生充電制御を実行中であるか駆動制御を実行中であるかを把握することができる。
 上記の態様において、当該電動推進ユニットは電動船外機であり、前記推進力発生部材は前記電動モータに接続されたプロペラであるとよい。
 この態様によれば、電動推進ユニットは電動船外機に適用され、簡単な操作で電動船の前進と後進とを切り替えることができる。また、電動船の前進から後進への切替が回生充電制御による減速を経て継ぎ目なく行われる。
 上記の態様において、前記電動船外機は、船外機本体とともに船体に対して回動可能なティラーハンドルを更に有し、前記第1操作部は、前記ティラーハンドルに回転可能に設けられたアクセルグリップであり、前記第2操作部は、前記ティラーハンドルの先端側に設けられたスイッチであるとよい。
 この態様によれば、使用者は第1操作部に対する操作と第2操作部に対する操作とを片手で容易に行える。
 以上の様態によれば、簡単な操作で且つ継ぎ目なく電動移動体の前進と後進とを切り替えることができる電動推進ユニットを提供し、延いてはエネルギの効率化に寄与することができる。
本発明に係る電動推進ユニットを適用した電動船外機の側面図 電動船外機の電気的な構成を示すブロック図 第1実施形態に係る電動モータの特性を示すマップ 電動モータの停止状態から定常状態への遷移を示したマップ 電動モータの定常状態から反転状態への遷移を示したマップ 電動モータの反転状態からリバース定常状態への遷移を示したマップ 第2実施形態に係る電動モータの特性を示すマップ
 ≪第1実施形態≫
 以下、図面を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る電動推進ユニットについて説明する。本実施形態では、電動推進ユニットが電動船外機1に適用された例、即ち電動移動体が船舶(電動船)である例について説明する。船舶は、船体2と、船体2に推進力を発生させる電動船外機1とを含む。以下の実施形態では、電動船外機1が船体2に取り付けられた使用状態を基準にして、前後、上下等の方向を示す用語を用いる。
 電動船外機1は、船外機本体と、船外機本体を船体2に取り付けるための取付装置5とを備えている。船外機本体は、本体ケース6と、電動モータ8と、推進力発生部材と、バッテリ9と、制御装置10とを有する。本実施形態では、推進力発生部材としてプロペラ12が用いられている。また船外機本体は、ドライブシャフト14と、ギア装置15と、プロペラシャフト16と、ティラーハンドル18とを更に有する。以下、電動船外機1の構成要素について順番に説明する。
 本体ケース6は、金属材料又は硬質の樹脂材料によって所定の剛性を有するように構成されている。本体ケース6は、上部に配置されたケース上部20と、ケース上部20の下方に配置されたケース下部21とを含んでいる。ケース上部20及びケース下部21は、互いに同一の材料によって構成されてもよく、互いに異なる材料によって構成されてもよい。ケース上部20は、上下方向に扁平で前後方向に長い中空形状をなしている。ケース上部20は電動モータ8及び制御装置10を格納している。ケース下部21は、上下方向に長い中空形状をなしている。ケース下部21は、ギア装置15を格納している。本体ケース6には、ケース上部20からケース下部21に亘って延びるドライブシャフト14が配置されている。
 電動モータ8は、プロペラ12を回転させるための電動機と回生用の発電機とを兼ねたものである。電動モータ8は、二次電池であるバッテリ9を電源として、後述する制御装置10によってインバータ24を介してバッテリ9からの電力供給とバッテリ9に対する電力供給(充電)とを制御される。電動モータ8は、出力軸が鉛直下方向に延出するようにケース上部20の上部に配置される。バッテリ9は、ケースの外部、即ち船体2に配置されてもよいし、本体ケース6の内部に配置されてもよい。
 ドライブシャフト14は、電動モータ8の下方で上下方向に延びている。ドライブシャフト14の上端部は、電動モータ8の出力軸に接続されている。ドライブシャフト14の下端部には、第1ベベルギアからなるドライブギア25が一体に設けられている。ドライブシャフト14は、上下一対のベアリングによって回転可能にケース下部21に支持されている。
 プロペラシャフト16は、ドライブシャフト14の下方で前後方向(水平方向)に延びている。即ち、プロペラシャフト16の軸方向は前後方向である。プロペラシャフト16は前後一対のベアリングによって回転可能にケース下部21に支持されている。プロペラシャフト16の前端部には、ドライブギア25に噛合する第2ベベルギアからなるドリブンギア26が一体に設けられている。プロペラシャフト16はケース下部21の支持穴を貫通し、ケース下部21から後方へ延出しており、本体ケース6の外部に露出している。
 ギア装置15は、ドライブシャフト14の下端に設けられたドライブギア25及びプロペラシャフト16の前端に設けられたドリブンギア26を含んで構成されている。ドライブシャフト14の回転は、ギア装置15を介してプロペラシャフト16に伝達される。
 プロペラ12は、電動モータ8によって駆動されて推進力を発生する。プロペラ12は、プロペラシャフト16の後部の外周に固定されている。プロペラ12は、ケース下部21の後端部よりも後方に位置しており、本体ケース6の外部に露出している。プロペラ12の外周面には、複数のフィン27が突出している。
 ティラーハンドル18は、船外機本体とともに船体2に対して回動可能に設けられている。即ちティラーハンドル18は、ケース上部20に左右方向の軸線周りに回動可能に設けられている。ティラーハンドル18は、ティラーハンドル18の遊端に回転可能に設けられたアクセルグリップ30と、アクセルグリップ30の回転操作量(開度)を検出する開度センサ34と、スイッチ31とを有する。スイッチ31はティラーハンドル18の先端に設けられている。スイッチ31は、ティラーハンドル18の先端側の側部に設けられてもよい。
 アクセルグリップ30は、初期位置に位置するようにばねによって常時付勢されている。アクセルグリップ30は、初期位置から一方への回転操作及び初期位置へ向けた他方への戻し操作を、電動モータ8の出力トルクTを変更するための変更操作として受け付ける。開度センサ34は、アクセルグリップ30の開度を検出し、検出信号を出力する。
 スイッチ31は、電動モータ8の出力トルクTの方向を切り替えるための切替操作を受け付け、船体2の前進に対応する第1状態及び船体2の後退に対応する第2状態を選択的に取るように構成されている。本実施形態では、スイッチ31にはモーメンタリスイッチが用いられている。これにより、スイッチ31が押されていない間は第1状態を取り、スイッチ31が押されている間は第2状態を取る。
 本実施形態では、出力トルクTは、船体2の前進方向を正の値、船体2の後退方向を負の値として設定される。即ち電動モータ8の回転方向は、船体2を前進させるための正転方向への回転速度ωを正、船体2を後進させるための逆転方向への回転速度ωを負として設定される。スイッチ31が第1状態にあるときは、電動モータ8を正転方向へ回転するように設定され、スイッチ31が第2状態にあるときは、電動モータ8を逆転方向へ回転するように設定される。出力トルクTは、トルクであってよく、トルクと電動モータ8の回転速度ωとの積であってもよい。
 スイッチ31における切替操作は、アクセルグリップ30における変更操作に対して独立して許容されるとよい。スイッチ31は、アクセルグリップ30が操作されているか否かにかかわらず、即ちアクセルグリップ30に対して独立して、切替操作を許容するように構成されている。開度センサ34及びスイッチ31は、船体2に設けられたバッテリ9に制御装置10を介して接続されている。
 図2に示すように、制御装置10にはインバータ24が電気的に接続されている。制御装置10はインバータ24を介して電動モータ8に接続されている。また制御装置10は、開度センサ34と、電動モータ8の回転速度ωを検知する回転速度センサ35と、通知部36とを有する。バッテリ9は制御装置10に接続され且つインバータ24を介して電動モータ8に接続されている。
 制御装置10は、CPU、MPU等の演算処理装置としてのプロセッサ11、記憶装置13(ROM、RAM等のメモリ)を備え、電動モータ8の制御に必要な各種処理を実行するように構成されたコンピュータからなる。制御装置10が各種処理を実行するように構成されているとは、制御装置10を構成するプロセッサ11(演算処理装置)が、開度センサ34及びスイッチ31からの実行指令に従って、記憶装置13(メモリ)から必要なデータ及びアプリケーションソフトウェアを読み取り、当該ソフトウェアに従って当該所定の演算処理を実行するようにプログラムされていることを意味する。制御装置10はプログラムに従って所定の演算処理をCPUで実行することで、駆動制御又は回生制御を実行する。制御装置10は1つのハードウェアとして構成されていてもよく、複数のハードウェアからなるユニットとして構成されていてもよい。本実施形態では、制御装置10は回生制御として回生充電制御を実行する。回生充電制御については後に説明する。
 制御装置10はアクセルグリップ30の回転操作量及びスイッチ31の状態に基づいて、電動モータ8に対する目標出力トルクTを設定し、当該目標出力トルクTが達成されるように電動モータ8を制御する。具体的には制御装置10は、スイッチ31が第1状態にある間はアクセルグリップ30の回転操作量に応じて目標出力トルクTを正の値に設定する。制御装置10は、スイッチ31が第2状態にある間はアクセルグリップ30の回転操作量に応じて目標出力トルクTを負の値に設定する。制御装置10は、アクセルグリップ30の回転操作量が大きいほど、その絶対値が大きくなるように目標出力トルクTの値を設定する。制御装置10は、例えば、アクセルグリップ30の操作量に対応する目標出力トルクTが設定されたトルクマップを参照することにより、目標出力トルクTを設定するとよい。或いは、制御装置10は、アクセルグリップ30の操作量及び電動モータ8の回転速度ωに対応する目標出力トルクTが設定されたトルクマップを参照することにより、目標出力トルクTを設定してもよい。
 駆動制御において制御装置10は、バッテリ9を電源としてインバータ24を介して電動モータ8に電力供給を行い、電動モータ8を回転駆動する。電動モータ8の回転力は、ドライブシャフト14、ギア装置15及びプロペラシャフト16を介してプロペラ12を回転させる。プロペラ12の回転によって発生した推進力により船体2が前進又は後進する。
 駆動制御において制御装置10は、アクセルグリップ30が回転操作されているとともにスイッチ31の状態が切り替わった場合、目標出力トルクTの符号を反転させる。本実施形態では制御装置10は、スイッチ31が第1状態にある間は、アクセルグリップ30の開度に応じた正(船の前進方向)の目標出力トルクTでプロペラ12を回転させるように電動モータ8に電力を供給する。また制御装置10は、スイッチ31が第2状態にある間は、アクセルグリップ30の開度に応じた負(船の後退方向)の目標出力トルクTでプロペラ12を回転させるように電動モータ8に電力を供給する。このとき、船体2の前進方向におけるアクセルグリップ30の開度に対応する目標出力トルクTの絶対値と、船体2の後退方向におけるアクセルグリップ30の開度に対応する目標出力トルクTの絶対値とは同じ値に設定される。
 回生充電制御において制御装置10は電動モータ8を発電機として機能させ、インバータ24を介してバッテリ9に対する電力供給(回生充電)を制御する。具体的には電動モータ8の正転方向への回転中にアクセルグリップ30が回転操作されているとともに、スイッチ31が第2状態にある間、制御装置10は回生充電制御を実行する。また、電動モータ8の逆転方向への回転中にアクセルグリップ30が回転操作されているとともに、スイッチ31が第1状態にある間、制御装置10は回生充電制御を実行する。回生充電制御が実行されている間は、プロペラ12の回転力はプロペラシャフト16、ギア装置15及び、ドライブシャフト14を介して電動モータ8を回転させる。即ち電動モータ8は、減速時には減速エネルギを電力に変換回生して回生制動力を発生する回生制動手段をなす。
 制御装置10は、回生充電制御の実行中において、アクセルグリップ30の回転操作量に応じてバッテリ9に供給する回生エネルギ量を制御するとよい。具体的には回生充電制御中において、制御装置10はアクセルグリップ30の開度が大きいほど大きな回生電力がバッテリ9に供給されるようインバータ24を制御する。従って、電動モータ8は、アクセルグリップ30の開度が大きいほど大きな減速力を発生する。
 このように本実施形態では、制御装置10は回生制御として回生充電制御を実行する。過電圧や低温・高温などのバッテリ9側の都合で回生エネルギを吸収できない場合(回生充電できない場合)は、制御装置10は、回生抵抗などを用いて回生エネルギを熱エネルギに変換し消費させてもよい。回生充電できない場合に限らず、制御装置10は電動モータ8を発電機として機能させ、上記のように回生エネルギを熱エネルギに変換して消費してもよい。
 制御装置10は、アクセルグリップ30が操作されているとき、スイッチ31の状態が切り替わり且つその後もアクセルグリップ30が操作されている場合、回生充電制御を実行した後、駆動制御を実行する。本実施形態では、制御装置10は、電動モータ8の回転速度ωの符号と目標出力トルクTの符号とが一致していない場合に、回生充電制御を実行し、電動モータ8の回転が停止した後に駆動制御を開始する。
 図3は電動モータ8の特性を示すマップ40である。マップ40は、縦軸と、縦軸と直交交差する横軸とを有する。マップ40は、縦軸の右方且つ横軸の上方を示す第1領域41と、縦軸の右方且つ横軸の下方を示す第2領域42と、縦軸の左方且つ横軸の下方を示す第3領域43と、縦軸の左方且つ横軸の上方を示す第4領域44とを有する。本実施形態では、縦軸がトルクに対応し、横軸が電動モータ8の回転速度ωに対応している。
 マップ40は、トルクの絶対値が一定に保たれつつ電動モータ8の回転速度ωの絶対値が増加する定トルク領域46と、トルクの絶対値が減少する一方、電動モータ8の回転速度ωの絶対値が増加する定出力領域48とを有する。本実施形態では、定トルク領域46は縦軸を含む左右方向に広がった領域を指す。定出力領域48は、定トルク領域46の左右外側の領域を指す。
 マップ40には、縦軸に平行な複数の縦線と、横軸に平行な複数の横線とが交わることによって複数のマスが形成されている。定トルク領域46の上端又は下端を構成するマスは、横軸に水平に配置されている。定出力領域48の上端又は下端を構成するマスは、その縦軸側に隣接する上端又は下端を構成するマスよりも、横軸に水平又は横軸側に配置されている。第1領域41に配置されるマス、第2領域42に配置されるマス、第3領域43に配置されるマス及び、第4領域44に配置されるマスは、それぞれが縦軸又は横軸に対して対称になるように配置されている。
 各マスには、縦線に対応するトルクと横線に対応する電動モータ8の回転速度ωとによって示される出力トルクTが与えられる。本実施形態では、第1領域41及び第2領域42には、正の出力トルクTが与えられる。また、第3領域43及び第4領域44には、負の出力トルクTが与えられる。第1領域41及び第3領域43は駆動制御が実行される領域であり、第2領域42及び第4領域44は回生充電制御が実行される領域である。そのため、第2領域42及び第4領域44における出力トルクTは回生トルクを示す。出力トルクTの絶対値の大きさを示すために、第1領域41及び第4領域44において、濃色にハッチングされたマスほど、出力トルクTの絶対値は大きい。また、第2領域42及び第3領域43において、濃色にハッチングされたマスほど、出力トルクTの絶対値は大きい。
 出力トルクTがトルクと電動モータ8の回転速度ωとの積である場合、横軸の上方が正のトルクであり、横軸の下方が負のトルクであり、電動モータ8の回転速度ωは絶対値として扱われてよい。或いは、縦軸の右方が正の回転速度ωであり、縦軸の左方が負の回転速度ωであり、トルクは絶対値として扱われてもよい。
 定トルク領域46に配置された各マスは、縦軸及び横軸から離れるにつれて大きい出力トルクTが与えられる。即ち、右上端の第1端マス51、右下端の第2端マス52、左下端の第3端マス53、左上端の第4端マス54には出力トルクTの最大値が与えられる。定出力領域48の上端近傍又は下端近傍を構成するマスにも、出力トルクTの最大値が与えられる。
 以上のように構成された電動船外機1について、電動モータ8の駆動制御及び回生充電制御における電動モータ8の作動について説明する。説明を簡略化するため、一例として電動モータ8は、停止した停止状態61を起点として、正の出力トルクTを出力する定常状態62、定常状態62中にスイッチ31の状態が切り替わった場合になるリバース状態63及び、負の出力トルクTを出力するリバース定常状態64に至るものとする。電動モータ8の各状態をマップ40に対応させるべく、各状態を示す黒丸が所定のマスに配置される。各状態を示す黒丸が所定のマスに配置されるとは、各状態において電動モータ8はマスに対応するトルク、回転速度ω及び出力トルクTを出力していることを指す。また、定常状態62、リバース状態63及びリバース定常状態64において、アクセルグリップ30の開度は最大であるものとする。即ち、目標出力トルクT及び出力トルクTが最大値に設定される。
 図4に示すように、船舶の停止中にスイッチ31は第1状態を取り且つ、アクセルグリップ30が初期位置から一方へ回転操作されると、電動モータ8を停止状態61から定常状態62に遷移すべく、制御装置10は駆動制御を実行する。駆動制御によって正の目標出力トルクTを達成すべくバッテリ9から電動モータ8に電力が供給されることによって、電動モータ8の回転速度ωが増加する。電動モータ8の停止状態61は縦軸と横軸との交点(原点)に配置された黒丸により表されている。電動モータ8の定常状態62は、第1領域41且つ定出力領域48に配置される所定の定常状態マス65に配置された黒丸により表されている。このときの遷移において、まず停止状態61中にバッテリ9からの電力供給が行われたことによって、電動モータ8は最大トルクを出力する一方、電動モータ8の回転速度ωは略0に等しい。この遷移は、電動モータ8の状態(電動モータ8の出力トルクT)が原点から第1領域41且つ定トルク領域46に含まれるマスの左上端のマスに移動することに対応する。その後、電動モータ8のトルクは一定に保たれながら、電動モータ8の回転速度ωが増加し、電動モータ8の出力トルクTが最大値に至る。即ち、この遷移は、電動モータ8の状態が当該左上端のマスから横軸に対して平行な右方向に移動して、第1端マス51に至ることに対応する。
 出力トルクTが最大値に至った後、電動モータ8は更に回転速度ωを増加させ、定常状態62に達する。定常状態62は、出力トルクTが最大値で一定に保たれつつ、電動モータ8の回転速度ωがこれ以上増加しない状態を指す。このとき、船舶は一定速度で前進する。この遷移は、第1端マス51から、定出力領域48の上端近傍に沿うように移動して、第1領域41且つ定トルク領域46の所定の上端マスに至ることに対応する。
 前進中の船舶を停止又は後進させるために使用者がスイッチ31を押し続けることによって、スイッチ31は第2状態を取る。アクセルグリップ30の開度は最大に保たれている。このとき電動モータ8は定常状態62からリバース状態63に遷移する。即ち、制御装置10は目標出力トルクTの絶対値を一定に保ち、目標出力トルクTの符号を反転させる。図5に示すように、この遷移は、電動モータ8の状態が第1領域41且つ定トルク領域46の所定の上端マスから縦軸に平行な下方に移動して、第2領域42且つ定トルク領域46の所定の下端マスに至ることに対応する。当該所定の上端マスから横軸までの距離と、当該所定の下端マスから横軸までの距離とは等しい。
 このとき制御装置10は、使用者の切替操作に応じて設定した目標出力トルクTの方向が、回転速度センサ35によって検出された電動モータ8の回転速度ωの方向と一致しなくなったことを検知し、回生充電制御を実行する。回生充電制御において、制御装置10は回生トルクを制御して、インバータ24を介してバッテリ9に電力供給を行う。回生充電制御は電動モータ8の回転速度ωの絶対値が予め設定された所定値に減少するまで実行される。この遷移は、電動モータ8の状態が当該所定の下端マスから、同出力トルクTを有するマス間を移動して、第2領域42且つ定トルク領域46の第2端マス52に至り、その後、第2端マス52から横軸に平行な左方に移動して、第2領域42且つ定トルク領域46のマスの左下端マスに至ることに対応する。
 回転速度センサ35によって、電動モータ8の回転速度ωの絶対値が予め設定された所定値以下になったとき、制御装置10は回生充電制御を終了して駆動制御を実行し、電動モータ8をリバース定常状態64にさせる。所定値は0であってもよい。このとき、スイッチ31は押された状態、即ち第2状態が保たれ且つ、アクセルグリップ30の開度は最大に保たれている。図6に示すように、リバース定常状態64を示すリバース定常状態マス66は、定常状態62に対応するマスのトルクの符号と同一で且つ回転速度ωの符号が反転したマスである。即ちこの遷移は、第2領域42且つ定トルク領域46のマスの左下端マスから第3領域43且つ定トルク領域46に含まれるマスの右下端のマス及び第3端マス53を経由してリバース定常状態マス66に至ることに対応する。
 制御装置10は、電動モータ8の制御を回生充電制御から駆動制御に切り替えたとき、即ち電動モータ8が逆回転を開始したとき、そのことを通知部36を介して使用者に通知する。通知部36は、例えば音、光、文字、図形、及び振動などによって使用者に通知するとよい。
 上記電動モータ8の各状態及び状態間の遷移中において、使用者はアクセルグリップ30の開度を適宜変更できる。このとき制御装置10は、駆動制御中にアクセルグリップ30の開度が変更された場合は、その開度に応じて目標出力トルクTを変更する。また制御装置10は、回生充電制御中にアクセルグリップ30の開度が変更された場合は、その開度に応じてバッテリ9に供給する回生エネルギ量を変更する。
 以上のように構成された電動船外機1について、制御装置10は、アクセルグリップ30が回転操作されている状態であってもスイッチ31の状態の切替を許容し、目標出力トルクTの符号を反転させる。このとき、アクセルグリップ30が操作されている場合、制御装置10は回生充電制御を実行した後、反転した符号の目標出力トルクTを達成するために駆動制御を実行する。これにより簡単な操作で電動モータ8の出力トルクTの方向、即ち電動移動体の前進と後進とを切り替えることができる。また、目標出力トルクTが正の値から負の値に設定された場合に、制御装置10が回生充電制御を実行した後に駆動制御を実行することにより、電動移動体の前進から後進への切替が回生充電制御による減速を経て継ぎ目なく行われる。また、回生充電によりバッテリ9に電力を供給することができ、エネルギの効率化に寄与できる。
 制御装置10は、目標出力トルクTの符号と回転速度センサ35によって検出された出力トルクTの符号とを比較するだけで回生充電制御と駆動制御との切替が行われる。即ち簡素な構成によって回生充電制御と駆動制御との切替が行われる。
 電動モータ8の回転速度ωが0、或いは電動モータ8の回転速度ωの絶対値が予め設定された所定値以下となったときに、制御装置10は回生充電制御を終了して駆動制御を開始する。これにより、電動モータ8の負荷を抑制しつつ、電動モータ8の回生充電制御から駆動制御への切替、即ち電動移動体の前進(又は後進)から後進(又は前進)への切替が回生充電制御による減速を経て継ぎ目なく行われる。
 制御装置10は、アクセルグリップ30が回転操作されているときにスイッチ31の状態が切り替わった場合、目標出力トルクTの符号を反転させる。これにより、電動モータ8の出力トルクTの方向切替後において、使用者は目標出力トルクT、即ち電動移動体の速さを直感的に把握できる。また、制御装置10は前進時の出力トルクTの絶対値を維持すればよいため、新たなトルクマップを必要としない。
 制御装置10は回生充電制御中において、アクセルグリップ30の操作量に応じてバッテリ9に供給する回生エネルギ量を制御する。これにより、回生充電におけるバッテリ9の負荷が抑制される。
 電動推進ユニットは、回生充電の制御から駆動制御に移行したことを通知する通知部36を更に有する。これにより使用者は制御装置10が回生充電制御を実行中であるか駆動制御を実行中であるかを把握することができる。
 電動推進ユニットは電動船外機1に適用されている。このとき第1操作部は、ティラーハンドル18に対して回転可能なアクセルグリップ30に対応する。第2操作部は、ティラーハンドの先端に設けられたスイッチ31に対応する。これにより、使用者は片手で変更操作及び切替操作を行え、操作が容易である。また、船の前進から後進への切替が回生充電制御による減速を経て継ぎ目なく行われる。
 ≪第2実施形態≫
 第2実施形態に係る電動船外機1は、第1実施形態に係る電動船外機1と比較して、電動モータ8の特性を示すマップ40のみが異なり、他の構成は同一である。以下の説明において、第1実施形態に係る電動船外機1と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
 制御装置10は、アクセルグリップ30が操作されているときスイッチ31の状態が切り替わった場合、目標出力トルクTの符号を反転させるとともに目標出力トルクTを変更する。具体的には図7に示すように、第2領域42及び第4領域44、即ち回生充電制御が実行される領域における出力トルクT(回生トルク)の絶対値の分布が、第1領域41及び第3領域43、即ち駆動制御が実行される領域における出力トルクTの絶対値の分布と異なる。第2領域42の出力トルクTの絶対値の分布は、第1領域41の出力トルクTの絶対値の分布に比べ、最大値を含む大きい値の出力トルクTが多い。第3領域43の出力トルクTの絶対値の分布は、第4領域44の出力トルクTの絶対値の分布に比べ、小さい値の出力トルクTが多い。
 スイッチ31が第1状態にあり且つアクセルグリップ30が操作されているとき、電動モータ8の状態は第1領域41(船の前進)にある。このとき、スイッチ31が第1状態から第2状態に切り替わった場合、電動モータ8の状態が第2領域42に移行する。このとき電動モータ8は出力トルクTの絶対値が大きい状態を維持し易い。スイッチ31が第2状態にあり且つ、アクセルグリップ30が操作されているとき、電動モータ8の状態は第4領域44(船の後進)にある。このとき、スイッチ31が第2状態から第1状態に切り替わった場合、電動モータ8の状態が第3領域43に移行する。このとき電動モータ8は出力トルクTの絶対値が小さい状態を維持し易い。
 船の推進中に電動モータ8を停止させたとき、船体2の構造上の理由により、惰性によって前進する距離は惰性によって後進する距離よりも長い。第2実施形態に係るマップ40では、電動モータ8は第1領域41(船の前進)から第2領域42に移行したとき、出力トルクTの絶対値が大きい状態を維持し易い。つまり、大きな回生トルクを以て惰性によって前進する距離が抑えられる。一方、電動モータ8は第3領域43(船の後進)から第4領域44に移行したとき、出力トルクTの絶対値が小さい状態を維持し易い。つまり、惰性によって後進する距離を抑えるために必要な回生トルクは小さくてよい。これらによって、第1実施形態と比較して新たなマップ40が必要になるが、電動モータ8の出力トルクTの方向切替後において、前進時及び後進時の船体抵抗の差を考慮した適切な値の目標出力トルクTを設定することができる。
 以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として電動船外機1に本発明が適用されているが、電動車両や電動作業機、電動スノーモービル等の電動移動体に本発明が適用されてもよい。この場合、推進力発生部材は、車輪や無限軌道等であってよい。なお、本発明が適用される電動移動体は、操作者が搭乗する乗用型である必要はない。マップ40は回生充電制御用マップと駆動制御用マップとの2つに分けて使用されてもよい。また、上記実施形態では、操作部としてアクセルグリップ30が用いられているが、レバーやタッチパネル上の操作ボタン等が操作部として用いられてもよい。更に、スイッチ31はON/OFFのどちらか一方を受け付けるシーソースイッチ又はトグルスイッチであってもよい。この場合、例えばシーソースイッチ又はトグルスイッチがOFFの状態が第1状態に対応し、シーソースイッチ又はトグルスイッチがONの状態が第2状態に対応して設定される。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、数値、具体的制御態様などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した構成要素は、全てが必須ではなく、取捨選択することができる。
1    :電動船外機(電動推進ユニット)
2    :船体(電動移動体)
8    :電動モータ
9    :バッテリ
10   :制御装置
12   :プロペラ(推進力発生部材)
30   :アクセルグリップ(第1操作部)
31   :スイッチ(第2操作部)
36   :通知部
T    :出力トルク
ω    :回転速度

Claims (11)

  1.  電動移動体に推進力を発生させる電動推進ユニットであって、
     電動モータと、
     前記電動モータによって駆動されて推進力を発生する推進力発生部材と、
     前記電動モータに電力を供給するためのバッテリと、
     前記電動モータの出力トルクの大きさを変更するための変更操作を受け付ける第1操作部と、
     前記電動モータの前記出力トルクの方向を切り替えるための切替操作を受け付け、前進に対応する第1状態及び後進に対応する第2状態を選択的に取るように構成された第2操作部と、
     前記第1操作部の操作量及び前記第2操作部の状態に基づいて、前記電動モータに対する目標出力トルクを設定し、当該目標出力トルクが達成されるように前記電動モータを制御する制御装置と、を有し、
     前記第2操作部は、前記第1操作部が操作されているか否かにかかわらず、前記切替操作を許容するように構成され、
     前記制御装置は、前記第2操作部が前記第1状態にある間は前記第1操作部の前記操作量に応じて前記目標出力トルクを正の値に設定し、前記第2操作部が前記第2状態にある間は前記第1操作部の前記操作量に応じて前記目標出力トルクを負の値に設定し、
     前記制御装置は、前記電動モータの前記前進に対応する正転方向への回転中に前記第1操作部が操作されているとともに前記第2操作部が前記第2状態にある場合、回生制動を行うべく前記電動モータを発電機として機能させる回生制御を実行し、その後、前記バッテリから電力を供給して前記電動モータを回転駆動する駆動制御を実行して前記電動モータを前記後進に対応する逆転方向に回転駆動する電動推進ユニット。
  2.  前記制御装置は、前記電動モータの前記後進に対応する前記逆転方向への回転中に前記第1操作部が操作されているとともに前記第2操作部が前記第1状態にある場合、前記回生制御を実行し、その後、前記駆動制御を実行して前記電動モータを前記前進に対応する前記正転方向に回転駆動する請求項1に記載の電動推進ユニット。
  3.  前記回生制御は、前記バッテリに回生充電を行う回生充電制御である請求項1又は2に記載の電動推進ユニット。
  4.  前記電動モータの前記正転方向への回転速度を正、前記逆転方向への前記回転速度を負としたときに、前記制御装置は、前記電動モータの前記回転速度の符号と前記目標出力トルクの符号とが一致していない場合に、前記回生充電制御を実行する請求項3に記載の電動推進ユニット。
  5.  前記制御装置は、前記電動モータの回転が停止したときに、又は前記回転速度の絶対値が所定値以下となったときに、前記回生充電制御を終了して前記駆動制御を開始する請求項4に記載の電動推進ユニット。
  6.  前記制御装置は、前記第1操作部が操作されているとともに前記第2操作部の前記状態が切り替わった場合、前記目標出力トルクの符号を反転させる請求項1又は2に記載の電動推進ユニット。
  7.  前記制御装置は、前記第1操作部が操作されているとともに前記第2操作部の前記状態が切り替わった場合、前記目標出力トルクの符号を反転させるとともに前記目標出力トルクを変更する請求項1又は2に記載の電動推進ユニット。
  8.  前記制御装置は、前記回生充電制御の実行中において、前記第1操作部の前記操作量に応じて前記バッテリに供給する回生エネルギ量を制御する、請求項3に記載の電動推進ユニット。
  9.  前記回生充電制御から前記駆動制御に移行したことを通知する通知部を更に有する、請求項3に記載の電動推進ユニット。
  10.  当該電動推進ユニットは電動船外機であり、前記推進力発生部材は前記電動モータに接続されたプロペラである請求項3に記載の電動推進ユニット。
  11.  前記電動船外機は、船外機本体とともに船体に対して回動可能なティラーハンドルを更に有し、
     前記第1操作部は、前記ティラーハンドルに回転可能に設けられたアクセルグリップであり、
     前記第2操作部は、前記ティラーハンドルの先端側に設けられたスイッチである、請求項10に記載の電動推進ユニット。
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