(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主機関及び補助機関の動力を、プロペラシャフトを経由してプロペラに伝達して推進力を得る船舶に利用されるハイブリッド推進装置であって、
前記主機関の動力を前記プロペラシャフトに伝達する湿式多板油圧クラッチと、
前記補助機関の動力を前記プロペラシャフトに伝達する補助機関用クラッチと、
前記湿式多板油圧クラッチの入力側と一体に回転する入力軸の回転速度を検出する入力回転速度センサと、
前記湿式多板油圧クラッチの出力側と一体に回転する出力軸の回転速度を検出する出力回転速度センサと、
前記入力回転速度センサ及び前記出力回転速度センサの検出結果に基づいて、前記湿式多板油圧クラッチの接続度合を制御する制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットは、
前記湿式多板油圧クラッチが完全接続状態で捩じり共振する回転速度範囲（以下、完全接続共振回転速度範囲という）に対して、前記入力軸の回転速度が小さい場合は、前記湿式多板油圧クラッチを完全接続状態とし、かつ、
前記湿式多板油圧クラッチが完全接続状態のまま前記入力軸の回転速度を上昇させることで、該回転速度が、前記完全接続共振回転速度範囲に到達する際に、前記湿式多板油圧クラッチを非完全接続状態にすることで、動力系統を、前記湿式多板油圧クラッチが非完全接続状態において捩じり共振する回転速度範囲（以下、非完全接続共振回転速度範囲という）にシフトさせることで、前記入力軸の回転速度が、前記非完全接続共振回転速度範囲を超えるようにし、かつ、
前記湿式多板油圧クラッチが非完全接続状態のまま前記入力軸の回転速度を上昇させることで、該回転速度が、前記完全接続共振回転速度範囲を超える際に、前記湿式多板油圧クラッチを完全接続状態に復帰させるように、
前記湿式多板油圧クラッチの接続度合を制御することを特徴とする、
ハイブリッド推進装置。
【請求項２】
前記湿式多板油圧クラッチ及び前記補助機関用クラッチを収容して一体化するケースを備えることを特徴とする、
請求項１に記載のハイブリッド推進装置。
【請求項３】
前記主機関と、前記補助機関と、前記プロペラシャフトと、前記プロペラと、請求項１又は２に記載のハイブリッド推進装置と、を備えることを特徴とする、
ハイブリッド推進システム。
【請求項４】
前記制御ユニットは、前記湿式多板油圧クラッチを含む系が共振する前記主機関の駆動態様を予め記憶しておき、前記主機関が該駆動態様となることに先立って、前記湿式多板油圧クラッチの接続度合を制御することで、共振の発生を回避することを特徴とする、
請求項３に記載のハイブリッド推進システム。
【請求項５】
前記プロペラシャフトが回転している間に、
前記湿式多板油圧クラッチを切り離すと共に前記主機関を停止させる操作が実行されてから、前記補助機関を駆動させ、前記補助機関用クラッチを接続する操作が実行されることで、
前記船舶の推進力を得る動力源を、前記主機関から前記補助機関に切り換えることを特徴とする、
請求項３〜４のいずれかに記載のハイブリッド推進システム。
【請求項６】
前記プロペラシャフトが回転している間に、
前記補助機関用クラッチを切り離すと共に前記補助機関を停止させる操作が実行されてから、前記主機関を駆動させ、前記湿式多板油圧クラッチを接続する操作が実行されることで、
前記船舶の推進力を得る動力源を、前記補助機関から前記主機関に切り換えることを特徴とする、
請求項３〜５のいずれかに記載のハイブリッド推進システム。
【請求項７】
前記主機関から排出されるＮＯｘを分解又は回収する脱硝装置を備えずに構成されることを特徴とする、
請求項３〜６のいずれかに記載のハイブリッド推進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２サイクル大形機関搭載船などの船舶に利用されるハイブリッド推進装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２０１６年１月１日に施行が予定されるＩＭＯ（国際海事機関）による排出ガスの３次規制によって、施行後に建造される船舶のエンジンには、規制海域（ＥＣＡ、通常の海域に比べてより厳しい規制を適用する海域）に於けるＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を、現行規制値から８０％削減することが要求される（非特許文献１参照）。
【０００３】
そこで、２サイクル大形機関を搭載している外航船の排出ガス規制対応策の一つとして、ハイブリッド推進システムが検討されている（非特許文献２参照）。
【０００４】
ハイブリッド推進システムは、動力源として主機関と補助電動機を備えるシステムであり、状況に応じた動力源を選択的に駆動させて推進力を得ることで、船舶を航行させる。主機関を駆動させる場合、大きな推進力を得ることができるが、ＮＯｘが排出される。主機関を停止し補助電動機を駆動させる場合、大きな推進力は得られないが、ＮＯｘが排出されることはない。このようなハイブリッド推進システムによれば、規制海域内では主機関を停止させた状態で補助電動機を駆動させ、かつ、規制海域外では主機関を駆動させることで、規制海域外における航行に支障をきたすことなく、規制海域内における排出ガスの３次規制を厳守できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】国土交通省、［online］、Press Release、［平成２４年３月１３日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.mlit.go.jp/common/000160760.pdf）
【非特許文献２】マンディーゼルアンドターボ社、［online］、Auxiliary Propulsion System For Two-stroke Engine Plants、［平成２４年３月１３日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.mandieselturbo.com/files/news/filesof2591/Alpha_cl.pdf）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のハイブリッド推進システムは、主機関からの動力（伝達トルク）が大きいことから、当該動力をプロペラシャフトに伝達するクラッチとして、歯と歯の噛合いを利用する機械式クラッチを採用している。これにより、主機関からの動力をプロペラシャフトに確実に伝達することを実現している。このハイブリッド推進システムにおいて、駆動させる動力源を切り替える場合、機械式クラッチを接続したり切り離したりすることになるが、これに先立って、主機関とプロペラシャフトを停止させる必要がある。
【０００７】
しかしながら、主機関における燃料の燃焼を止めた場合であっても、船舶が惰性で航行してプロペラ（推進器）が停止せずに回転し続けるので、主機関とプロペラシャフトも停止せずに回転し続ける。このため、自然に停船するまで長時間（２０分〜３０分程度）待機して、主機関とプロペラシャフトを完全に停止させる必要がある。そして、船舶は、自力航行していない間、海流に流されてしまう。また、機械式クラッチを接続する場合には、歯と歯の位置合わせをする必要があり、その操作が煩雑である。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、時間と手間を掛けずに、駆動する動力源の切替えを実現するハイブリッド推進装置及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、主機関（大形２サイクルディーゼル機関）及び補助機関（電動発電機）の動力を、プロペラシャフトを経由してプロペラに伝達して推進力を得る船舶に利用されるハイブリッド推進装置であって、前記主機関の動力を前記プロペラシャフトに伝達する湿式多板油圧クラッチと、前記補助機関が電動機である場合において、補助機関動力を前記プロペラシャフトに伝達する補助機関用クラッチと、を備えることを特徴とする、ハイブリッド推進装置である。
【００１０】
本発明によれば、湿式多板油圧クラッチを接続することで、主機関の動力から推進力を得て船舶を航行させることができる。そして、補助機関が発電機である場合において、主機関の動力に余裕があるときには、湿式多板油圧クラッチを接続したまま、補助機関用クラッチを接続することで、主機関の動力の一部を補助機関で電力に変換して利用できる。
【００１１】
また、湿式多板油圧クラッチを切り離し、かつ、補助機関用クラッチを接続することで、補助機関の動力から推進力を得て船舶を航行させることができる。すなわち、主機関が故障した場合であっても、補助機関の動力によって船舶を航行させることができる。
【００１２】
さらに、ＩＭＯによる排出ガスの３次規制（２０１６年１月１日に施行予定）によってＮＯｘなどの排出ガスの排出量が制限される規制海域内では主機関を停止させた状態で補助機関を駆動させ、かつ、規制海域外では主機関を駆動させることで、規制海域外における航行に支障をきたすことなく、規制海域内における排出ガスの３次規制を厳守できる。
【００１３】
そして、湿式多板油圧クラッチは、主機関とプロペラシャフトを停止させずに接続したり切り離したりできるので、船舶が惰性で航行するなどして、プロペラが回転し、プロペラシャフトや主機関が回転している場合であっても、湿式多板油圧クラッチを接続したり切り離したりできる。すなわち、船舶の航行中に、湿式多板油圧クラッチの操作が可能である。また、歯と歯の噛合いを利用する機械式クラッチにおいて必要な、歯と歯の位置合わせなどの煩雑な操作がない。このように、船舶の停船、主機関の停止の必要がなく短時間に、且つ容易な操作で、駆動する動力源の切替えを実現できる。
【００１４】
（２）本発明はまた、前記湿式多板油圧クラッチ及び前記補助機関用クラッチを収容して一体化するケースを備えることを特徴とする、上記（１）に記載のハイブリッド推進装置である。
【００１５】
上記発明によれば、船舶を建造する際、一体化されたケースを取り付けるだけでハイブリッド推進装置を敷設することができる。すなわち、種々の機器を別個に設置することなく、且つ、省スペースにハイブリッド推進装置を敷設することができる。
【００１６】
（３）本発明はまた、前記主機関と、前記補助機関と、前記プロペラシャフトと、前記プロペラと、上記（１）又は（２）に記載のハイブリッド推進装置と、を備えることを特徴とする、ハイブリッド推進システムである。
【００１７】
（４）本発明はまた、前記湿式多板油圧クラッチの入力側と一体に回転する入力軸の回転速度を検出する入力回転速度センサと、前記湿式多板油圧クラッチの出力側と一体に回転する出力軸の回転速度を検出する出力回転速度センサと、前記入力回転速度センサ及び前記出力回転速度センサの検出結果に基づいて、前記湿式多板油圧クラッチの接続度合を制御する制御ユニットと、を備えることを特徴とする、上記（３）に記載のハイブリッド推進システムである。
【００１８】
上記発明によれば、湿式多板油圧クラッチの接続度合を直結状態からスリップ状態に変化させることで、当該湿式多板油圧クラッチを含む軸系が変化し、捩じり固有振動数が変化してくる。そして、湿式多板油圧クラッチの接続度合を制御しながら、捩じり共振点を回避するように主機関を運転操作し、連続して駆動させることができる。これは、湿式多板油圧クラッチがスリップ状態での接続においてでも運転が可能であり、トルクを伝達できるという特性によるものである。
【００１９】
（５）本発明はまた、前記制御ユニットは、捩じり共振点での運転を回避するように、前記湿式多板油圧クラッチの接続度合を制御することを特徴とする、上記（４）に記載のハイブリッド推進システムである。
【００２０】
上記発明によれば、湿式多板油圧クラッチの接続度合を制御することで、接続度合を制御しない場合の湿式多板油圧クラッチを含む軸系が共振する回転速度範囲が変化する。これにより、本回転速度範囲での共振発生を回避し主機関の駆動を継続させることができる。
【００２１】
（６）本発明はまた、前記制御ユニットは、前記湿式多板油圧クラッチを含む軸系が共振する前記主機関の駆動態様を予め記憶しておき、前記主機関が該駆動態様となることに先立って、前記湿式多板油圧クラッチの接続度合を制御することで、共振の発生を回避することを特徴とする、上記（５）に記載のハイブリッド推進システムである。
【００２２】
（７）本発明はまた、前記プロペラシャフトが回転している間に、前記湿式多板油圧クラッチを切り離すと共に前記主機関を停止させる操作が実行されてから、前記補助機関を駆動させ、前記補助機関用クラッチを接続する操作が実行されることで、前記船舶の推進力を得る動力源を、前記主機関から前記補助機関に切り換えることを特徴とする、上記（３）〜（６）のいずれかに記載のハイブリッド推進システムである。
【００２３】
（８）本発明はまた、前記プロペラシャフトが回転している間に、前記補助機関用クラッチを切り離すと共に前記補助機関を停止させる操作が実行されてから、前記主機関を駆動させ、前記湿式多板油圧クラッチを接続する操作が実行されることで、前記船舶の推進力を得る動力源を、前記補助機関から前記主機関に切り換えることを特徴とする、上記（３）〜（７）のいずれかに記載のハイブリッド推進システムである。
【００２４】
（９）本発明はまた、前記主機関から排出されるＮＯｘを分解又は回収する脱硝装置を備えずに構成されることを特徴とする、上記（３）〜（８）のいずれかに記載のハイブリッド推進システムである。
【００２５】
上記発明によれば、脱硝装置を備えずに、ＩＭＯによる排出ガスの３次規制を厳守できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、煩雑な操作をすることなく短時間で駆動する動力源の切替えを実現できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド推進システムを示す概略図である。
【図２】制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。
【図３】主機関の回転軸の回転速度と、湿式多板油圧クラッチを含む系の振幅と、の関係を示す図であり、（Ａ）は湿式多板油圧クラッチを完全に接続した場合を示し、（Ｂ）は湿式多板油圧クラッチをスリップさせるように接続した場合を示す。
【図４】（Ａ）は湿式多板油圧クラッチの接続状態を決定する流れを示すフローチャートであり、（Ｂ）は速度上昇操作時の動作例を示す図である。
【図５】図１に示すハイブリッド推進システムの動作の流れを示すフローチャートであり、船舶が規制海域の外から内に航行する場合を示す。
【図６】同ハイブリッド推進システムの動作の流れを示すフローチャートであり、船舶が規制海域の内から外に航行する場合を示す。
【図７】同ハイブリッド推進システムを示す概略図であり、主機関の動力から船舶の推進力を得ると共に、発電装置から船舶内で使用される電力を得る場合のエネルギーフローを示す。
【図８】同ハイブリッド推進システムを示す概略図であり、主機関の動力から船舶の推進力及び船舶内で使用される電力を得る場合のエネルギーフローを示す。
【図９】同ハイブリッド推進システムを示す概略図であり、発電装置の電力から船舶の推進力及び船舶内で使用される電力を得る場合のエネルギーフローを示す。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るハイブリッド推進システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るハイブリッド推進システムについて詳細に説明する。
【００２９】
［第１実施形態］まず、図１及び図２を用いて、第１実施形態に係るハイブリッド推進システム１の構成について説明する。図１は、ハイブリッド推進システム１を示す概略図である。図２は、制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。図３は、主機関１０の回転軸１０ａの回転速度と、湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系の捩じり振動の振幅と、の関係を示す図である。図３（Ａ）は、湿式多板油圧クラッチ２０を完全に接続した場合を示す。図３（Ｂ）は、湿式多板油圧クラッチ２０をスリップさせるように接続した場合を示す。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ、横軸に主機関１０の回転軸１０ａの回転速度を示し、縦軸に湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系の捩じり振動の振幅を示す。
【００３０】
図１に示されるハイブリッド推進システム１は、２サイクル大形機関搭載船などの船舶５に利用されるシステムである。このハイブリッド推進システム１は、状況に応じた動力源（主機関１０又は補助機関１１）を選択的に駆動させて推進力を得ることで、船舶５を航行させる。
【００３１】
具体的に、ハイブリッド推進システム１は、主機関１０と、補助機関１１と、ハイブリッド推進装置１２と、プロペラシャフト１３と、プロペラ１４と、発電装置１５と、制御盤１６と、制御ユニット１７（図２参照）と、を備えている。
【００３２】
ハイブリッド推進システム１の各部は、制御ユニット１７によって統括的に制御される。すなわち、ハイブリッド推進システム１の各部は、制御ユニット１７の制御下において動作して、その動作状況が制御ユニット１７によって管理される。
【００３３】
主機関１０は、重油などの燃料を燃焼させて動力を得るレシプロタイプディーゼルエンジンである。主機関１０で得られた動力は、ハイブリッド推進装置１２及びプロペラシャフト１３を経由してプロペラ１４に伝達され、船舶５の推進力になる。また、主機関１０で得られた動力に余剰がある場合には、その余剰分のエネルギーは、ハイブリッド推進装置１２、補助機関１１及び制御盤１６を経由して船舶５内に送られて使用される。
【００３４】
具体的に、主機関１０は、回転軸１０ａを備えている。回転軸１０ａは、後述する湿式多板油圧クラッチ２０の入力側と一体に回転する入力軸１９にフランジ（符号省略）で連結され、その入力軸１９と一体に回転する。
【００３５】
補助機関１１は、発電装置１５で発電されて制御盤１６を経由して供給された電力を動力に変換する一方で、主機関１０の動力の余剰分を電力に変換する。すなわち、補助機関１１は、電動機／発電機として機能する電動発電機である。補助機関１１で得られた動力は、ハイブリッド推進装置１２及びプロペラシャフト１３を経由してプロペラ１４に伝達され、船舶５の推進力になる。一方、補助機関１１で得られた電力は、制御盤１６を経由して船舶５内に送られて船内電力として使用される。
【００３６】
具体的に、補助機関１１は、回転軸１１ａを備えている。回転軸１１ａは、後述する補助機関用クラッチ２４の入力側と一体に回転する入力軸２３にフランジ（符号省略）で連結され、その入力軸２３と一体に回転する。
【００３７】
ハイブリッド推進装置１２は、主機関１０及び補助機関１１の動力を、プロペラシャフト１３を経由してプロペラ１４に伝達して、船舶５の推進力を得るための装置である。
【００３８】
具体的に、ハイブリッド推進装置１２は、主機関１０の回転軸１０ａと一体に回転する入力軸１９と、主機関１０の動力をプロペラシャフト１３に伝達する湿式多板油圧クラッチ２０と、この湿式多板油圧クラッチ２０の出力側と一体に回転する出力軸２１と、この出力軸２１上に設けられたプロペラ１４の推力を支持するスラスト軸受２２と、補助機関１１の回転軸１１ａと一体に回転する入力軸２３と、補助機関１１の動力をプロペラシャフト１３に伝達する補助機関用クラッチ２４と、この補助機関用クラッチ２４の出力側と一体に回転する出力軸２５と、この出力軸２５と一体に回転するギア２６と、このギア２６に噛み合うギア２７と、このギア２７と一体に回転する回転軸２８と、この回転軸２８と一体に回転するギア２９と、このギア２９に噛み合って出力軸２１と一体に回転するギア３０と、入力軸１９の回転速度を検出する入力回転速度センサ３１と、出力軸２１の回転速度を検出する出力回転速度センサ３２と、これら各構成１９〜３２を収容して一体化するケース３３と、を備えている。このハイブリッド推進装置１２は、主機関１０から排出されるＮＯｘを分解又は回収する脱硝装置を備えずに構成される。
【００３９】
入力軸１９は、湿式多板油圧クラッチ２０の入力側と一体に回転する。湿式多板油圧クラッチ２０は、入力側及び出力側を接続したり切り離したりする。出力軸２１は、プロペラシャフト１３にフランジ（符号省略）で連結され、そのプロペラシャフト１３と一体に回転する。スラスト軸受２２は、プロペラ１４で発生する軸方向推力を支持する。
【００４０】
入力軸２３は、補助機関用クラッチ２４の入力側と一体に回転する。補助機関用クラッチ２４は、例えば、湿式多板油圧クラッチであり、入力側及び出力側を接続したり切り離したりする。出力軸２５は、ギア２６の回転中心になる。ギア２６，２７は、互いに噛み合って回転することで、動力を伝達する。回転軸２８は、ギア２７，２９の回転中心になる。ギア２９，３０は、互いに噛み合って回転することで、動力を伝達する。
【００４１】
入力回転速度センサ３１は、検出した入力軸１９の回転速度をセンシングデータの信号として制御ユニット１７（図２参照）に出力する。出力回転速度センサ３２は、検出した出力軸２１の回転速度をセンシングデータの信号として制御ユニット１７に出力する。これらのセンシングデータは、湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系の捩じり共振点近傍の回転速度域での運転操作を行う場合、当該湿式多板油圧クラッチ２０の接続度合を変化させ、捩じり共振の発生を回避するよう制御するためのデータになる。
【００４２】
プロペラシャフト１３は、プロペラ１４の回転軸になる。プロペラ１４は、水中で回転することで、船舶５の推進力を生じさせる。
【００４３】
発電装置１５は、重油などの燃料を燃焼させて動力を得る中速発電用機関（ディーゼルエンジン）１５ａと、この中速発電用機関１５ａの動力を電力に変換する発電機１５ｂと、を備えている。中速発電用機関１５ａで燃料を燃焼させることで排出されるＮＯｘの量は、主機関１０で燃料を燃焼させることで排出されるＮＯｘの量と比較して、少ない。発電機１５ｂで得られた電力は、制御盤１６を経由して船舶５内に送られて使用される。あるいは、発電機１５ｂで得られた電力は、制御盤１６を経由して補助機関１１に供給される。
【００４４】
制御盤１６は、補助機関１１、発電装置１５の発電機１５ｂ、及び船舶５内電源に接続されており、電力の分配を制御する。
【００４５】
制御ユニット１７（図２参照）は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなど（いずれも図示省略）から構成され、各種制御を実行する。ＣＰＵは、いわゆる中央演算処理装置であり、各部プログラムが実行されて各種機能を実現する。ＲＡＭは、ＣＰＵの作業領域として使用される。ＲＯＭは、ＣＰＵで実行されるプログラムや各種データを記憶する。
【００４６】
図２に示されるように、制御ユニット１７は、プログラム実行後の機能構成として、センシング部３５と、接続度合制御部３６と、などを備えている。
【００４７】
センシング部３５は、入力回転速度センサ３１及び出力回転速度センサ３２のセンシングデータを逐次取得して、接続度合制御部３６に伝達する。接続度合制御部３６は、センシング部３５で取得したセンシングデータに基づいて、湿式多板油圧クラッチ２０を制御する。すなわち、接続度合制御部３６は、センシングデータをＲＯＭに予め記憶されているデータ（湿式多板油圧クラッチ２０を完全に直結接続した場合に当該湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系が捩じり共振する主機関１０の回転軸１０ａの回転速度範囲のデータ（例えば、後述する５０ｍｉｎ−１以上６０ｍｉｎ−１以下））と比較して、共振の発生を回避するように、湿式多板油圧クラッチ２０の接続度合を制御する。
【００４８】
このように、制御ユニット１７は、完全直結接続での湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系が捩じり共振する主機関１０の回転軸１０ａの回転速度（主機関１０の駆動態様）を予め記憶しておき、主機関１０が当該駆動態様となることに先立って、湿式多板油圧クラッチ２０の接続度合を制御する。これにより、湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系の捩じり共振発生の回転速度範囲において共振の発生を回避する。
【００４９】
ここで、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に基づいて、主機関１０の回転軸１０ａの回転速度と、湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系の捩じり振動の振幅と、の関係を説明する。
【００５０】
例えば、図３（Ａ）に示されるように、湿式多板油圧クラッチ２０を完全に接続した場合、当該湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系は、主機関１０の回転軸１０ａの回転速度が５５ｍｉｎ−１の場合に共振するものとする。そして、図３（Ｂ）に示されるように、湿式多板油圧クラッチ２０をスリップさせるように接続した場合、当該湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系は、主機関１０の回転軸１０ａの回転速度が２５ｍｉｎ−１の場合に捩じり共振点が存在するものとする。なお、湿式多板油圧クラッチ２０のスリップの度合は、出力側（出力軸２１）の回転速度が入力側（入力軸１９）の回転速度の９０％となる場合を例にする。
【００５１】
このような条件において、主機関１０の回転軸１０ａの回転速度を変化させる場合、当該回転速度が５５ｍｉｎ−１付近（例えば、５０ｍｉｎ−１以上６０ｍｉｎ−１以下）となるとき、湿式多板油圧クラッチ２０を完全に接続した状態からスリップするように接続した状態に切り換えることで、湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系が当該回転速度域で捩じり共振することを回避する。
【００５２】
ここで、図４に基づいて、湿式多板油圧クラッチ２０の接続状態を決定する流れを説明する。図４（Ａ）は、湿式多板油圧クラッチ２０の接続状態を決定する流れを示すフローチャートである。図４（Ｂ）は、速度上昇操作時の動作例を示す図である。
【００５３】
図４（Ａ）に示されるように、主機関１０の回転軸１０ａの回転速度が０ｍｉｎ−１以上５０ｍｉｎ−１未満の場合、又は６０ｍｉｎ−１を超える場合（ステップＳ１００でＮＯ）、湿式多板油圧クラッチ２０を完全に接続する（ステップＳ１１０）。一方、主機関１０の回転軸１０ａの回転速度が５０ｍｉｎ−１以上６０ｍｉｎ−１以下の場合（ステップＳ１００でＹＥＳ）、湿式多板油圧クラッチ２０をスリップさせるように接続する（ステップＳ１２０）。これにより、湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系を変化させ、捩じり共振点を運転回転速度範囲外にすることで、当該回転速度範囲での共振の発生を回避する。
【００５４】
次に、図５及び図６に基づいて、ハイブリッド推進システム１の動作の流れを説明する。図５は、ハイブリッド推進システム１の動作の流れを示すフローチャートであり、船舶５が規制海域の外から内に航行する場合を示す。図６は、ハイブリッド推進システム１の動作の流れを示すフローチャートであり、船舶５が規制海域の内から外に航行する場合を示す。
【００５５】
まず、船舶５が規制海域の外から内に航行する場合を説明する。図５に示されるように、規制海域の外で航行中の船舶５は、湿式多板油圧クラッチ２０を接続した状態で主機関１０を駆動させている（ステップＳ２００）。その後、規制海域の内に進入する際に、湿式多板油圧クラッチ２０を切り離し主機関１０を停止させる（ステップＳ２１０）。なお、湿式多板油圧クラッチ２０を切り離す時、プロペラシャフト１３は、回転中である。そして、補助機関１１を駆動し補助機関用クラッチ２４を接続する（ステップＳ２２０）。なお、補助機関用クラッチ２４を接続する時、プロペラシャフト１３は、回転中である。これにより、規制海域の内では、補助機関１１の動力から推進力を得て、船舶５は航行する（ステップＳ２３０）。
【００５６】
次いで、船舶５が規制海域の内から外に航行する場合を説明する。図６に示されるように、規制海域の内で航行中の船舶５は、補助機関用クラッチ２４を接続した状態で補助機関１１を駆動させている（ステップＳ３００）。その後、規制海域の外に進入する際に、補助機関用クラッチ２４を切り離し、補助機関１１を停止させる（ステップＳ３１０）。なお、補助機関用クラッチ２４を切り離す時、プロペラシャフト１３は、回転中である。そして、主機関１０を駆動し湿式多板油圧クラッチ２０を接続する（ステップＳ３２０）。なお、湿式多板油圧クラッチ２０を接続する時、プロペラシャフト１３は、回転中である。これにより、規制海域の外では、主機関１０の動力から推進力を得て、船舶５は航行する（ステップＳ３３０）。
【００５７】
次に、図７、図８及び図９に基づいて、ハイブリッド推進システム１におけるエネルギーの流れを説明する。図７は、ハイブリッド推進システム１を示す概略図であり、主機関１０の動力から船舶５の推進力を得ると共に、発電装置１５から船舶５内で使用される電力を得る場合のエネルギーフローを示す。図８は、ハイブリッド推進システム１を示す概略図であり、主機関１０の動力から船舶５の推進力及び船舶５内で使用される電力を得る場合のエネルギーフローを示す。図９は、ハイブリッド推進システム１を示す概略図であり、発電装置１５の電力から船舶５の推進力及び船舶５内で使用される電力を得る場合のエネルギーフローを示す。
【００５８】
まず、主機関１０の動力から船舶５の推進力を得ると共に、発電装置１５から船舶５内で使用される電力を得る場合を説明する。この場合、湿式多板油圧クラッチ２０が接続されている一方で、補助機関用クラッチ２４が切り離されている。
【００５９】
図７に示されるように、主機関１０の動力は、回転軸１０ａ、入力軸１９、湿式多板油圧クラッチ２０、出力軸２１、及びプロペラシャフト１３を経由してプロペラ１４に伝達され、船舶５の推進力になる。一方、発電装置の電力は、制御盤１６を経由して船舶５内に送られて使用される。
【００６０】
次いで、主機関１０の動力から船舶５の推進力及び船舶５内で使用される電力を得る場合を説明する。この場合、湿式多板油圧クラッチ２０が接続されていると共に、補助機関用クラッチ２４が接続されている。
【００６１】
図８に示されるように、主機関１０の動力の一部は、回転軸１０ａ、入力軸１９、湿式多板油圧クラッチ２０、出力軸２１、及びプロペラシャフト１３を経由してプロペラ１４に伝達され、船舶５の推進力になる。また、主機関１０の動力の残りは、回転軸１０ａ、入力軸１９、湿式多板油圧クラッチ２０、出力軸２１、ギア３０、ギア２９、回転軸２８、ギア２７、ギア２６、出力軸２５、補助機関用クラッチ２４、及び入力軸２３を経由して補助機関１１に伝達される。補助機関１１に伝達された主機関１０の動力は電力に変換され、制御盤１６を経由して船舶５内に送られて使用される。補助機関１１で発電する電力で船舶５内で使用される電力が賄えるときは、発電装置１５は停止する。また、補助機関１１で発電する電力で船舶５内で使用される電力が賄えないときは、発電装置１５も運転して発電する。
【００６２】
次いで、発電装置１５の電力から船舶５の推進力及び船舶５で使用される電力を得る場合を説明する。この場合、湿式多板油圧クラッチ２０が切り離されている一方、補助機関用クラッチ２４が接続されている。
【００６３】
図９に示されるように、発電装置１５の電力の一部は、制御盤１６を経由して補助機関１１に伝達される。補助機関１１に伝達された発電装置１５の電力は動力に変換され、入力軸２３、補助機関用クラッチ２４、出力軸２５、ギア２６、ギア２７、回転軸２８、ギア２９、ギア３０、出力軸２１、及びプロペラシャフト１３を経由してプロペラ１４に伝達され、船舶５の推進力になる。また、発電装置１５の電力の残りは、制御盤１６を経由して船舶５内に送られて使用される。
【００６４】
このように、ハイブリッド推進システム１によれば、湿式多板油圧クラッチ２０を接続することで、主機関１０の動力から推進力を得て船舶５を航行させることができる。そして、主機関１０の動力に余裕があるときには、湿式多板油圧クラッチ２０を接続したまま、補助機関用クラッチ２４を接続することで、主機関１０の動力の一部を補助機関で電力に変換して利用できる。
【００６５】
また、湿式多板油圧クラッチ２０を切り離し、かつ、補助機関用クラッチ２４を接続することで、補助機関１１の動力から推進力を得て船舶５を航行させることができる。すなわち、主機関１０が故障した場合であっても、補助機関１１の動力によって船舶５を航行させることができる。
【００６６】
さらに、ＩＭＯによる排出ガスの３次規制（２０１６年１月１日に施行予定）によってＮＯｘの排出ガスの排出量が制限される規制海域内では主機関１０を停止させた状態で補助機関を駆動させ、かつ、規制海域外では主機関１０を駆動させることで、規制海域外における航行に支障をきたすことなく、規制海域内における排出ガスの３次規制を厳守できる。
【００６７】
そして、湿式多板油圧クラッチ２０は、主機関１０とプロペラシャフト１３を停止させずに接続したり切り離したりできるので、船舶５が惰性で航行するなどして、プロペラ１４が回転し、プロペラシャフト１３や主機関１０が回転している場合であっても、湿式多板油圧クラッチ２０を接続したり切り離したりできる。すなわち、船舶５の航行中に、湿式多板油圧クラッチ２０の操作が可能である。また、歯と歯の噛合いを利用する機械式クラッチを採用していないので、歯と歯の位置合わせなどの煩雑な操作がない。このように、煩雑な操作をすることなく短時間で且つ、船舶５の推進において動力脱の状態なしに、駆動する動力源の切替えを実現できる。
【００６８】
さらに、船舶５を建造する際、一体化されたケース３３に歯車やクラッチ等の各種必要な部材、機器類を組込んだハイブリッド推進装置１２とすることで効率的に敷設することができる。
【００６９】
そして、湿式多板油圧クラッチ２０の接続度合を変化させることで、当該湿式多板油圧クラッチ２０を含む系の固有振動数を変化させることができ、捩じり共振の発生を回避して主機関１０を駆動・操船することができる。
【００７０】
また、湿式多板油圧クラッチ２０の接続度合を制御することで、接続度合を制御しない場合に湿式多板油圧クラッチ２０を含む軸系が捩じり共振する回転速度で、主機関１０の駆動を継続させることができる。
【００７１】
さらに、主機関１０の脱硝装置を備えずに、ＩＭＯによる排出ガスの３次規制を厳守できる。
【００７２】
［第２実施形態］続いて、図１０を用いて、第２実施形態に係るハイブリッド推進システム２の構成について説明する。図１０は、ハイブリッド推進システム２を示す概略図である。
【００７３】
なお、第２実施形態に係るハイブリッド推進システム２の特徴部分のみを説明し、第１実施形態と同様の構成、作用及び効果についての説明は適宜省略する。後述する各実施形態についても、特徴部分のみを説明し、他の実施形態と同様の構成、作用及び効果についての説明は適宜省略する。
【００７４】
図１０に示されるハイブリッド推進システム２は、第１実施形態のハイブリッド推進装置１２に代えて、ハイブリッド推進装置４２を備えている。
【００７５】
ハイブリッド推進装置４２は、第１実施形態のハイブリッド推進装置１２とは異なる構成として、動力を伝達する経路に、変速機構を採用している。これにより、Ａ列又はＢ列の選択された一方の経路によって、動力が伝達される。
【００７６】
Ａ列は、補助機関１１への動力を、低速回転・高トルクで伝達する一方で、補助機関１１からの動力を、高速回転・低トルクで伝達する。Ｂ列は、補助機関１１への動力を高速回転・低トルクで伝達する一方で、補助機関１１からの動力を、低速回転・高トルクで伝達する。
【００７７】
具体的に、ハイブリッド推進装置４２は、第１実施形態のハイブリッド推進装置１２における入力軸２３、補助機関用クラッチ２４、出力軸２５、及びギア２６，２７に代えて、補助機関１１の回転軸１１ａと一体に回転する入力軸４３と、この入力軸４３に取り付けられたスリッピングクラッチ（スリップ状態で連続して運転・制御が可能なクラッチ）４４と、このスリッピングクラッチ４４と一体に入力軸４３中心に回転するＡ列ギア４５と、このＡ列ギア４５に噛み合うように回転軸２８と一体に回転するＡ列ギア４６と、入力軸４３に取り付けられたＢ列ギア４７と、このＢ列ギア４７の入力軸４３への固定／解除をするスリーブクラッチ（２位置機械式クラッチ）４８と、Ｂ列ギア４７に噛み合うように回転軸２８と一体に回転するＢ列ギア４９と、を備えている。
【００７８】
入力軸４３は、補助機関１１の回転軸１１ａにフランジ（符号省略）で連結され、その回転軸１１ａと一体に回転する。スリッピングクラッチ４４は、例えば、湿式多板油圧クラッチを採用したものであり、Ａ列ギア４５の入力軸４３への固定／解除をする。Ａ列ギア４５，４６は、互いに噛み合って回転することで、動力を伝達する。Ｂ列ギア４７，４８は、互いに噛み合って回転することで、動力を伝達する。
【００７９】
なお、入力軸４３に取り付けられたＡ列ギア４５及びＢ列ギア４７を互いに比較すると、Ａ列ギア４５が大径で歯数が多く、Ｂ列ギア４７が小径で歯数が少ない。そして、回転軸２８と一体に回転するＡ列ギア４６及びＢ列ギア４９を互いに比較すると、Ａ列ギア４６が小径で歯数が少なく、Ｂ列ギア４９が大径で歯数が多い。
【００８０】
このように、ハイブリッド推進システム２によれば、状況に応じて、動力を伝達する経路を選択できる。
【００８１】
例えば、船舶５が規制海域外を航行するとき、Ａ列を選択する。Ａ列の速度比は主機関１０（プロペラ１４）が定格回転速度近傍の回転速度において、補助機関１１も定格回転速度（効率の良い回転域）となるように設定してある。荒天時での航行などで急速な速度調整が必要な場合、主機関１０の動力に補助機関１１の動力を加勢して船舶５の推進力を得ることができる。これにより、安全で効率の良い運航が図れる。
【００８２】
そして、主機関１０の動力から船舶５の推進力及び船舶５内で使用される電力を得る場合には、Ａ列を選択する。主機関１０が定格回転速度で運転されると補助機関１１も定格回転速度となり、これにより、主機関１０の動力を補助機関１１に効率的に伝達でき、補助機関１１において効率よく電力を得ることができる。また、主機関１０の回転速度を変えながら運転されるときに、スリッピングクラッチ４４をスリップ状態の制御をし、補助機関１１の回転速度を一定に保持するよう運転することができ、これにより良質な電力の供給や電源設備の簡素化が図れる。
【００８３】
また、主機関１０停止、湿式多板油圧クラッチ２０切り離し時に、補助機関１１の動力から船舶５の推進力を得る場合には、Ｂ列を選択する。Ｂ列の速度比は補助機関１１を定格回転速度で駆動し、プロペラ１４の回転速度を補助機関１１の容量に見合った回転速度となるように設定してある。緊急時等に補助機関１１で船舶５の推進力を得ることができる。
【００８４】
本発明は、上記各実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００８５】
すなわち、上記各実施形態において、各構成の位置、大きさ、形状、材質、種類、向き、数量などは適宜変更できる。
【符号の説明】
【００８６】
１，２  ハイブリッド推進システム
５  船舶
１０  主機関
１１  補助機関
１２，４２  ハイブリッド推進装置
１３  プロペラシャフト
１４  プロペラ
１７  制御ユニット
１９  入力軸
２０  湿式多板油圧クラッチ
２１  出力軸
２４  補助機関用クラッチ
３１  入力回転速度センサ
３２  出力回転速度センサ
３３  ケース
【図１】
0005972626.tif 000002
【図２】
0005972626.tif 000003
【図３】
0005972626.tif 000004
【図４】
0005972626.tif 000005
【図５】
0005972626.tif 000006
【図６】
0005972626.tif 000007
【図７】
0005972626.tif 000008
【図８】
0005972626.tif 000009
【図９】
0005972626.tif 000010
【図１０】
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