JP2007509292A

JP2007509292A - 特に船舶用のデカップリングクラッチ

Info

Publication number: JP2007509292A
Application number: JP2006535908A
Authority: JP
Inventors: リチャード，テランスタンバ，; スティーヴンタッパー，; ポール，アンソニードネリー，
Original assignee: ノーティテックプロプライエタリーリミテッド
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2007-04-12
Also published as: WO2005037643A1; EP1680320A4; CA2542748A1; WO2005037643A8; KR20060083222A; EP1680320A1

Abstract

例えば船舶の駆動軸には独立型デカップリングクラッチ（１０）が使用される。クラッチ（１０）は、任意のギアボックス等から分離されるとともに、駆動軸の回転方向を変えず、また、任意の速度またはトルクで滑りを許容する１つのクラッチ領域を有する。電子制御システム（４４）は、クラッチ（１０）の滑りを制御して、低速動作、高エネルギーランチ、動力伝達装置保護等を行なう。スリップ速度は、入力軸速度（３８）および出力プロペラ速度（４０）を検出するとともにそれに応じて直動式高流量電動液圧ソレノイド（３６）を開放してクラッチ圧縮ピストンによる液圧を変えることにより制御される。
【選択図】図２

Description

発明の分野

本発明は、特に船舶用のデカップリングクラッチに関する。

発明の背景

船舶における大部分の既存の船舶用駆動部において、船舶用エンジンは、１つのギア比を与えるギアボックスを介してプロペラに結合されている。船舶の速度は、スロットルを介してエンジン速度を制御することにより制御される。一般的に言えば、船舶は、その意図する航行速度で最も効率的に走行するようにギアが取り付けられている。大型ヨットは、３５〜４０ノットで巡航するように設計されている場合があり、したがって、最も効率的となるように、また、その速度であるいはそれに近い速度で制御可能となるようにギアが設けられている。しかしながら、このような構成に伴う問題点は、そのような船舶が、例えば船舶のドッキング時に必要となる場合がある低速で動作することが困難であるという点である。例えばボートが満足に走行できる最も低い速度が約１０ノットである場合には、ボートを安全にドックに入れる（ドッキングする）ことは非常に難しい。また、場合によっては、トルクの増大が必要となる用途、または、低速動作（トローリング）が必要となる用途において低いギア比を有し、高速動作において高いギア比を有することも望ましい。この問題を扱うために、船舶においては、多くの多段速駆動のトランスミッションが提案されているが、これらのトランスミッションは、主にトランスミッションのコスト、サイズ、および複雑度に関連する多くの問題に直面する。例えば米国特許第６，３５０，１６５号は、駆動されるギア装置に基づき且つ結果的にコストが比較的高い、２つの前進速度および１つの後進速度のトランスミッションを組み込んだ船舶を開示している。

船舶に伴って生じる更なる問題は、船舶が前進ギアまたは後退ギアに入る時に生じる「クランキング」である。それは動作の観点からは重大な問題ではないが、明らかに、船舶の購入に多額の費用を費やす人、特に、高価な市場の末端にいる人は、船のギアを入れる時に「クランク（ガチャンという音）」が生じないトランスミッションシステムを得ることを期待する可能性がある。

本発明の目的は、従来技術の問題のうちの少なくとも幾つかを扱いあるいは軽減することである。

本明細書中に含まれている文献、法令、材料、装置、物品等の任意の説明は、単に本発明における文脈を与えるためのものである。これらの事柄のうちの一部または全てがこの出願の各請求項の優先日前に存在していた場合に、それが従来技術のベースの一部を形成しあるいは本発明に関連する分野における共通の一般的知識であったということが自白と見なされるべきではない。

発明の概要

第１の広義の態様において、本発明は、駆動軸、最も好ましくは船舶等の駆動軸におけるデカップリングクラッチの提供に関する。デカップリングクラッチは、トランスミッションから分離されるとともに、ギアボックス等に関連付けられていない。クラッチは、駆動軸の回転の方向を変えず、また、１つのクラッチ領域を有する。

１つのクラッチ領域を有する利点は、クラッチが任意の速度またはトルクで滑ることができるという点である。また、これにより、高エネルギーランチおよび動力伝達装置保護が可能になる。

クラッチの滑りを制御するために制御システムが設けられる。クラッチのスリップ速度は、入力軸速度および出力プロペラ速度の両方を監視することにより制御される。スリップ速度を制御するために出力速度を入力として使用し、それにより、任意の速度およびトルクでクラッチスリップを許容するようにしてもよい。

好ましい一態様において、本発明は、船舶で使用するためのデカップリングクラッチシステムであって、このシステムは、１つのクラッチ領域を有し且つギアボックス等から分離されてギアボックス等に関連付けられないデカップリングクラッチを含み、デカップリングクラッチシステムは船舶の駆動軸に接続されて作動するための入力軸を含み、この入力軸はデカップリングクラッチを介して出力軸を駆動するように配置され、出力軸は、使用時、船舶のプロペラやジェットドライブ等に動作可能に接続され、デカップリングクラッチシステムは、クラッチの係合を制御するためのピストン等と、制御システムと、入力軸速度を監視して入力軸速度を制御システムに伝えるための手段と、出力軸速度を監視して出力軸速度を制御システムに伝えるための手段とを更に含み、制御システムは、入力軸速度および出力軸速度の両方を監視するとともに、クラッチにおける係合力を調整してそれに応じてクラッチ滑りを調整することにより、クラッチの滑りを制御するように配置されているデカップリングクラッチシステムを提供する。

デカップリングクラッチは、一般に、入力軸と、入力軸にスプライン結合された摩擦プレートとを含む。駆動力は、クラッチドラムにスプライン結合されたクラッチプレートを介して出力軸に与えられ、クラッチドラムは出力軸にスプライン結合されている。あるいは、出力軸と入力軸とが逆になっていてもよい。この場合には、摩擦プレートが出力軸に対してスプライン結合される。摩擦プレートとクラッチプレートとを共に押し付けて駆動力を入力軸から出力軸へ伝えるためにピストン等が設けられてもよい。

好ましい実施形態において、ピストンによって与えられる力は、直動式高流量電動液圧ソレノイドを使用してピストン内の圧力を制御することにより制御される。ピストンを解放するために戻しバネ等の付勢手段が設けられてもよい。

制御システムは、一般に、ドライバ入力、入力速度、出力速度を監視して、ピストン圧の制御により出力速度を制御する。システムを的確なモード−通常、トローリング、ドッキング等で動作させるため、センサからのフィードバックを使用してピストンを自動制御する制御手段に様々なモードがプログラムされてもよい。

本発明は、既存のシステムに対し多くの重要な利点を与える。正転方向または逆転方向のギア噛み合い伝達中にクラッチの滑りまたはクラッチの切り離しを制御することにより、「クランク（ガチャンという音）」を排除できる。クラッチにわたってスリップを制御することにより、クラッチ摩耗／クリアランス、オイルタイプ、オイル劣化、オイルレベルが自動的に補正され、また、これは温度により影響されない。

スリップ速度を制御するとともに、１つのクラッチ領域を伴うことにより、クラッチは、任意の速度またはトルクで滑ることができ、高エネルギーランチを達成するとともに、船舶のプロペラが海底、枝、岩等の障害物と接触する時に船舶の動力伝達装置を保護する。

同様に、クラッチの滑り制御は、より複雑で高価な２つのスピードギアボックス（変速装置）を必要としないトローリング機能およびドッキング機能のため、船舶の低速動作において使用されてもよい。

また、本発明は、クラッチがスリップしてエンジンへの負荷を減少させ、それにより、クラッチがロックする前にエンジンの回転数を最大トルクまで上げることができる「ハイランチエネルギー（Ｈｉ−ｌａｕｎｃｈｅｎｅｒｇｙ）」モードの形態を成す更なる機能も可能にする。

好ましい実施形態の詳細な説明

ここで、添付図面を参照しながら、本発明の特定の実施形態を一例として説明する。

図１を参照すると、本発明を具現化する船舶用の海洋デカップリングクラッチ（分離クラッチ）１０が示されている。クラッチがケーシング１１内に収容されている。トルクを有する回転軸の形態を成す入力部は、ダンパ１２を介して、入力軸１４に駆動力を与える。

入力軸１４はクラッチ手段１８を介して出力軸２６に接続されている。

クラッチ手段１８は、入力軸１４にスプライン結合された摩擦プレート２０を含む。１つのクラッチ領域が設けられている。駆動力は、クラッチドラム２４にスプライン結合されたクラッチスチールプレート２２を介して出力軸１６に与えられ、また、クラッチドラム２４は出力軸１６にスプライン結合されている。また、クラッチは、摩擦プレート２０およびスチールプレート２２を共に圧縮するための力を与えるように配置されているピストン２６を含む。摩擦プレート２０およびスチールプレート２２が共にピストンによって押し付けられる時だけクラッチに駆動経路が存在する。

ピストンによって与えられる力は、直動式高流量電動液圧ソレノイド３６（図２参照）を使用してピストン内の圧力を制御することにより制御される。圧力が供給されない時は、戻しバネ３０がピストンを押し込める。圧力は、調節バルブに連結された軸方向に装着されたポンプ２８を介してソレノイドに供給される。システムは、回転速度に起因するクラッチの自動適用（ｓｅｌｆ−ａｐｐｌｙｉｎｇ）を防止するための遠心ダム３４を含む。

図２を参照すると、システムは、ドライバ入力を監視する組み込み制御システムを含むとともに、入力速度センサ３８と、出力速度センサ４０と、温度センサ４２とを含んでおり、これらのセンサの信号は、スリップ速度（出力速度−入力速度）を制御する電子制御ユニット４４に対して供給される。制御システムは、電動液圧ソレノイド３６に対して送られる電気信号を介するピストン圧制御により出力速度を制御する。電子制御ユニットは、エンジンのスロットル位置２６およびギア位置４８を示す入力信号を受けてもよい。システムは、例えばボタン、レバー、無線制御等の任意の適当な入力部から、ＣＡＮ／ＢＵＳ５０を介して、システムが例えばドッキングエネルギー、トローリングエネルギー、ハイランチ（ｈｉ−ｌａｕｎｃｈ）エネルギーで動作する様々なモードのための電子要求を受けてもよい。ハイランチエネルギーモードの場合、エンジン速度は、デカップリングクラッチの切り離しに伴って増大され、その後、船舶に対して急な推進力を与えるためにクラッチがつながれる（係合される）。

このように、本発明は、船舶のトランスミッションから完全に独立した独立型制御可能クラッチを提供する。システムは、トランスミッション軸の回転方向を変えない。

システムは、ジェットドライブや船外機等の任意のタイプの船舶用推進システムに対して取り付けられても良く、この推進システムにおいて速度制御装置としての機能を果たす。システムは、駆動方向を変えず、また、回転方向に影響されない。

また、クラッチは、船舶のプロペラが枝、海底、岩等の障害物と接触する時にスリップを実現して船舶の動力伝達装置を保護するために使用されてもよい。クラッチは、連続スリップを維持して高エネルギーランチを達成するために使用されてもよい。この高エネルギーランチにおいては、エンジンがクラッチスリップを伴って高ｒｐｍで駆動され、その後、クラッチがつながれて船舶が急に加速される。

図３ａ〜３ｄは、異なる駆動システムを有する多くの様々な船舶でのデカップリングクラッチの使用を概略的に示している。図１は、船外機３０４により駆動されるボート３０２におけるデカップリングクラッチ１０の使用を示している。この場合、デカップリングクラッチは、モータ３０８とプロペラ３１０との間の駆動軸３０６に設置される。

図３ｂは、内外機式駆動のボート３２０におけるデカップリングクラッチ１０の使用を示している。この場合、デカップリングクラッチ１０は、船内エンジン３２２と船外ドライブ３２４との間に配置される。

図３ｃは、シャフトドライブを含む更なるボート３４０を示している。この場合、デカップリングクラッチは、エンジン／トランスミッション３２４とプロペラ３４４との間の出力軸に配置される。インラインシャフトドライブが示されているが、デカップリングクラッチは、オフセットシャフトドライブおよびステップダウンシャフトドライブと共に使用されてもよい。

図３ｄは、Ｖドライブシステムを有するボート３６０を示している。この場合、デカップリングクラッチは、エンジン３６２とプロペラドライブ３６４との間の駆動軸３６１に設置される。

以上は単なる例であり、システムは、他のタイプの駆動システムを有する船舶において使用されてもよい。

当業者であれば分かるように、広義に記載される本発明の思想または範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に示される本発明に対して多くの変形および／または変更を行なってもよい。したがって、本実施形態は、あらゆる点で例示的なものであると見なされるべきであり、限定的なものと見なされるべきではない。

本発明を具現化するデカップリングクラッチの断面図である。図１のデカップリングクラッチおよび関連する制御システムを示している。異なるトランスミッションシステムを有する様々な船舶における図１のデカップリングクラッチの使用を概略的に示している。異なるトランスミッションシステムを有する様々な船舶における図１のデカップリングクラッチの使用を概略的に示している。異なるトランスミッションシステムを有する様々な船舶における図１のデカップリングクラッチの使用を概略的に示している。異なるトランスミッションシステムを有する様々な船舶における図１のデカップリングクラッチの使用を概略的に示している。

Claims

船舶で使用するためのデカップリングクラッチシステムであって、
１つのクラッチ領域を有し且つギアボックス等から分離されギアボックス等に関連付けられないデカップリングクラッチを含み、
船舶の駆動軸に接続されて作動するための入力軸を含み、この入力軸がデカップリングクラッチを介して出力軸を駆動するように配置され、出力軸が、使用時、船舶のプロペラやジェットドライブ等に動作可能に接続され、
クラッチの係合を制御するためのピストン等と、制御システムと、入力軸速度を監視して入力軸速度を制御システムに伝えるための手段と、出力軸速度を監視して出力軸速度を制御システムに伝えるための手段とを更に含み、制御システムが、入力軸速度および出力軸速度の両方を監視するとともに、クラッチにおける係合力を調整してそれに応じてクラッチ滑りを調整することにより、クラッチの滑りを制御するように配置されている、デカップリングクラッチシステム。
ピストンによって与えられるクラッチにおける係合力が、直動式高流量電動液圧ソレノイドを使用してピストン内の圧力を制御することにより制御される、請求項１に記載のデカップリングクラッチシステム。
クラッチを切り離すように付勢するスプリング等の付勢手段を含む、請求項１または２に記載のデカップリングクラッチシステム。
入力軸には摩擦プレートがスプライン結合され、駆動力が、クラッチドラムにスプライン結合されたクラッチプレートを介して出力軸に与えられ、クラッチドラムが出力軸にスプライン結合されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデカップリングクラッチシステム。
出力軸には摩擦プレートがスプライン結合され、駆動力が、クラッチドラムにスプライン結合されたクラッチプレートを介して入力軸から与えられ、クラッチドラムが入力軸にスプライン結合されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデカップリングクラッチシステム。
エンジンと、トランスミッションと、プロペラやジェットドライブ等への出力軸とを含む駆動ユニットを含み、デカップリングクラッチシステムによって特徴付けられる船舶であって、
デカップリングクラッチスステムが、１つのクラッチ領域を有し且つギアボックス等から分離されてギアボックス等に関連付けられないデカップリングクラッチを含むとともに、デカップリングクラッチシステムが船舶の駆動軸に接続されて作動するための入力軸を有し、この入力軸がデカップリングクラッチを介して出力軸を駆動するように配置され、出力軸が、船舶のプロペラやジェットドライブ等に動作可能に接続され、デカップリングクラッチシステムが、クラッチの係合を制御するためのピストン等と、制御システムと、入力軸速度を監視して入力軸速度を制御システムに伝えるための手段と、出力軸速度を監視して出力軸速度を制御システムに伝えるための手段とを更に含み、制御システムが、入力軸速度および出力軸速度の両方を監視するとともに、クラッチにおける係合力を調整してそれに応じてクラッチ滑りを調整することにより、クラッチの滑りを制御するように配置されている船舶。
ピストンによって与えられるクラッチにおける係合力が、直動式高流量電動液圧ソレノイドを使用してピストン内の圧力を制御することにより制御される、請求項６に記載のデカップリングクラッチシステム。
クラッチを切り離すように付勢するスプリング等の付勢手段を含む、請求項６または７に記載のデカップリングクラッチシステム。