FI125480B - Menetelmä ja laitteisto purjealuksen sähköpropulsiojärjestelmässä - Google Patents

Description

MENETELMÄ JA LAITTEISTO PURJEALUKSEN SÄHKÖPROPULS10JÄRJESTELMÄSSÄ

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä ja patenttivaatimuksen 5 johdanto-osassa määritelty laitteisto purjealuksen sähköpropulsio-järjestelmässä.

Keksinnön mukainen menetelmä ja laitteisto purjealuksen sähköpropulsiojärjestelmässä, eli lyhyemmin keksinnön mukainen ratkaisu, soveltuu erityisen hyvin käytettäväksi esimerkiksi purjeveneiden tai -laivojen, eli yhteisesti purjealuksien, liike-energian talteenottojärjestelyssä purjealuksen akkuja lataavana ratkaisuna silloin, kun purjealus liikkuu purjeiden avulla. Tällöin purjealuksen veto-laitteen sähkömoottoria käytetään potkurin välityksellä liike-energiaa talteen ottavana generaattorina. Sopivasti säädettynä purjealus voi toimia pitkiäkin aikoja täysin omavaraisesti saadessaan tarvitsemansa sähköenergian akkujen lataukseen vetolaitteen sähkömoottorin kautta liikkuessaan purjeiden avulla.

Ennestään tunnetaan purjealuksen sähköpropulsiojärjestelmiä, joissa purjealuksen purjeiden avulla saamaa liike-energiaa hyödynnetään vetolaitteen sähkömoottorin avulla käyttämällä sähkömoottoria generaattorina potkurin pyöriessä purjealuksen liikkeen voimasta lataamaan sähkömoottorin akkuja. Ongelmana on kuitenkin se, että sellaisissa veto-laitteissa, joissa käytetään kiinteälapaisia potkureita, purjealuksen liike-energiaa ei saada tarpeeksi hyvin talteen, eikä purjealuksen akkuja saada ladatuksi riittävän täyteen normaalikestoisen purjehduksen aikana. Syynä tähän on se, että kiinteälapaiset potkurit kuljettavat kyllä alusta eteenpäin riittävän hyvällä hyötysuhteella, mutta lataustilanteessa virtauksen tullessa potkurille toiselta puolelta kuin se on tarkoitettu, on kiinteälapaisen potkurin lapojen geometria sellainen, että hyötysuhde talteen otetun liike-energian kannalta on erittäin huono. Tällöin purjealuksen sähkönkäytön turvaamiseen on käytettävä erillistä lisägeneraattoria tai aurinkopaneeleja, tai akkuja on ladattava laitureissa, joissa täytyy käydä ehkä normaalia useammin vain akkujen latauksen takia. Lisäksi tällainen kiinteälapainen potkuri jarruttaa purjealuksen kulkua purjeiden avulla, joten käytännössä kiinteälapaisten potkurei-den käyttö purjealusten vetolaitteissa ei ole suositeltavaa .

Tunnetaan myös purjealuksien sähköpropulsiojärjestelyjä, joissa vetolaitteen potkurin lavat taitetaan taaksepäin purjealuksen kulkiessa purjeiden voimalla. Tällöin potkuri haittaa purjealuksen liikettä eteenpäin mahdollisimman vähän. Tästä seuraa kuitenkin se, että potkuri ei ole tällöin hyvä keräämään liike-energiaa purjealuksen liikkeen voimasta käytettäessä vetolaitteen sähkömoottoria generaattorina. Tähän on kuitenkin ratkaisuna kehitetty sellainen potkuri-järjestely, jossa potkurin lavat on taitettu taaksepäin aivan hitaan kulkuvauhdin aikana, mutta mitä suuremmaksi kul-kuvauhti kasvaa, sitä enemmän lavat kääntyvät auki suuremman pyörimisnopeuden aiheuttaman keskipakovoiman vaikutuksesta, jolloin liike-energian talteenotto paranee. Tällaista ratkaisua käytetään varsinkin nopeissa monirunkoisissa purjeveneissä, sillä yksirunkoveneinen purjehdusnopeus tällaista ratkaisua varten on liian pieni.

Ennestään tunnetaan myös purjeveneen sähköpropulsiojärjestelyjä, joissa vetolaitteen potkurin lavat kääntyvät virtauksen voimasta virtauksen suuntaisesti. Tällöin potkuri haittaa purjealuksen kulkuliikettä purjehdittaessa mahdollisimman vähän. Eteenpäin ajettaessa potkurin lavat asettuvat määrättyyn asentoon, joka mahdollistaa riittävän hyvän hyötysuhteen saavuttamisen eteenpäin ajettaessa. Vastaavasti taaksepäin ajettaessa potkurin lavat asettuvat potkurin akselin pyörimissuuntaa vaihdettaessa n. 180 astetta eteenpäin ajoasennosta asentoon, joka mahdollistaa olennaisesti yhtä suuren hyötysuhteen saavuttamisen kuin eteenpäin ajettaessa. Järjestelmän toimivuuden kannalta potkurin lapojen muoto ei kuitenkaan voi tässä ratkaisussa olla optimaalinen. Tästä seuraa se, että vaikka tämä on käytännössä toimiva ja yleisesti käytetty ratkaisu ja siihen on liitetty liike-energian talteenotto aluksen akkujen lataamiseksi, ei liike-energian talteenotto ole hyötysuhteeltaan kuitenkaan niin hyvä, että purjealus voisi olla täysin omavarainen pelkästään päivittäisten normaalipurjehdusten kestoisten purjehdusmatkojen aikana talteen kerätyn liike-energian avulla ladatuilla akuilla.

Jotta purjeiden avulla saavutetusta liike-energiasta saataisiin energia tarpeeksi hyvällä hyötysuhteella talteen, täytyisi potkurin lapojen hyötysuhde olla mahdollisimman hyvä myös normaaliajosuuntaan nähden päinvastaiseen suuntaan. Tämä edellyttää potkurin lapojen säädettävää lapakul-maa. Potkurin lapojen säädettävä lapakulma on tunnettu muun muassa laivojen potkureista, joissa lapojen lapakulmia säädetään eteenpäin suuntautuvan liikkeen hyötysuhteen parantamiseksi esimerkiksi välillä 0-60 astetta. Tällainen sää-töliike ei kuitenkaan riitä potkurin käyttöön generaattorin pyörittämiseen, sillä potkurin hyötysuhde ei parane riittävästi liikkeessä, jonka suunta on päinvastainen normaaliin liikesuuntaan nähden. Tähän tarvittaisiin potkuriratkaisu, jossa lapojen säätökulma olisi vähintään 180 astetta, mielellään jopa tätä suurempikin. Tällaisia hyvin toimivia purjealuksen liike-energian talteen ottavia potkuriratkai-suja purjealusten vetolaitteissa ei tunnetun tekniikan mukaan ole olemassa.

Yhdysvaltalaisesta patentista nro US5554003A tunnetaan kuitenkin ratkaisu, jossa mainitaan lapojen säätökulmaksi suurimmillaan noin 180 astetta. Tässä ratkaisussa käytetään potkurin lapojen kulman säätämiseen kuitenkin samaa akselia, jolla potkuria pyöritetään. Potkurin navassa on pysäy-tysmekanismi, joka rajoittaa lapakulmien ääriasennot eteenpäin ja taaksepäin suuntautuvan liikkeen sekä generaattori-käytön välille vähintään 120 asteeseen ja edullisesti noin 180 asteeseen. Kun suuntaa vaihdetaan, potkurin akseli pyörähtää ensin osan kierrosta ilman, että potkuri pyörii. Tällöin potkurin akseli pyörähtää pysäytysmekanismin ensimmäisestä rajasta toiseen rajaan tai päinvastoin. Tällä pyörähdyksellä potkurin akseli muuttaa lapakulmaa. Kun potkurin akselin vaste saavuttaa jommankumman ääriasennon rajan, lapakulma on kohdallaan seuraavaa työliikettä varten ja potkuri alkaa toimia päinvastaiseen suuntaan. Nämä ääriasennot toimivat riittävän luotettavasti, mutta ongelmana on se, että potkurin lavat eivät pysy oikeassa asennossaan ääriasentojen välillä, esimerkiksi silloin, kun halutaan ajaa vapaata, mahdollisimman kitkatonta purjehdusta ilman, että potkurin lavat ottaisivat vastaan. Koska lapakulmien asento ei ole säädettävissä, vaan ne säätyvät ääriasentojen välillä itsestään, ei ratkaisu ole optimoitavissa esimerkiksi liike-energian talteenoton kannalta. Lisäksi järjestelmän toimivuuden kannalta potkurin lapojen muoto ei voi olla optimaalinen, joten mainitun patentin mukainen ratkaisu ei ole hyötysuhteeltaan tarpeeksi hyvä purjealusten akkujen riittävän tehokkaaseen lataamiseen.

Kansainvälisestä patenttijulkaisusta nro W02005012078A1 tunnetaan ratkaisu, jossa potkuria pyöritetään ontolla akselilla, jonka sisällä on onton akselin mukana pyörivä sää-tötanko, jota liikutetaan aksiaalisesti joko eteenpäin tai taaksepäin potkurin lapakulmien säätämiseksi. Potkurin navan sisällä on vipumekanismi säätötangon aksiaaliliikkeen muuttamiseksi lapakulmia säätäväksi pyöriväksi liikkeeksi. Aksiaalisuuntaisella säätötangon liikkeellä ei ole kuitenkaan mahdollista saada aikaan niin suurta lapakulmien sää-töliikettä, että potkuria voitaisiin käyttää riittävällä hyötysuhteella moottorin pyörittämiseen generaattorina. Lapakulmien säädön suuruutta ei julkaisussa ole edes mainittu. Tarkoituksena WO-julkaisun mukaisessa ratkaisussa onkin vain säätää lapakulmia niin, että saadaan mahdollisimman tehokas kulku eteenpäin.

Yhdysvaltalaisesta patentista nro US3795463A tunnetaan vielä ratkaisu, jossa on laivoihin tarkoitettu potkurin lapojen säätö, jossa erillinen, moniosainen lapojen säätöakseli on potkuria pyörittävän onton akselin sisällä. Säätöakselia pyöritetään säätöakselin päästä säätömoottorilla, joka on kiinnitetty erillisen kulmavaihteistoyksikön runkoon, joka vaihteistoyksikkö on kytketty potkurinakselin toiseen päähän välittämään vetolaitteen käyttömoottorin pyörimisliike potkurinakselille. Säätömoottorin käyttöakseli on kytketty monimutkaisen vaihteistojärjestelyn välityksellä potkurinakselin toisesta päästä ulkonevaan säätöakselin ensimmäiseen jatkeeseen, jota pyörittämällä liikutetaan säätöakselin toisella jatkeella potkurin navassa olevaa kytkentä-elintä aksiaalisuunnassa potkurin lapojen lapakulmien säätämiseksi. Tässäkin on ongelmana säätöakselin aksiaalisuun-tainen liike, jolla ei saada aikaan tarpeeksi suurta lapa-kulmien säätöliikettä, jotta sekä eteenpäin kulku, taaksepäin kulku ja varsinkin moottorin pyörittäminen generaattorina olisi riittävän tehokasta. Tästä syystä rakenne on sähköpropulsiossa käyttökelvoton. Lisäksi ongelmana on potkurinakselin toisessa päässä olevan vaihteistojärjestelyn monimutkainen rakenne, jonka tekee monimutkaiseksi muun muassa se, että vaihteistorakenteen on mahdollistettava paikalleen, vaihteiston runkoon kiinnitetyn säätömoottorin käyttö ilman, että säätömoottori pyörisi potkurinakselin mukana ajon tai peruutuksen aikana. Alennusvaihteen hammaspyöristä suurin osa pyörii aina, lisäten kitkaa ja vähentäen latauksen hyötysuhdetta ja vaatien roiskeöljyvoitelun. Lisäksi rakenteessa on paljon huollettavia osia. Tämä ratkaisu on taloudellisesti käyttökelvoton huviveneisiin.

Venäläisestä patenttijulkaisusta nro RU2236986C2 tunnetaan potkurin lapojen lapakulmien säätöratkaisu, jossa onton potkuriakselin sisällä on lapakulmien säätötanko, säätö-moottori ja alennusvaihteena toimiva alennusvaihteisto. Säätömoottori pyörittää säätötankoa suhteessa potkuriakse-liin ja lapojen säätöasentoa valvotaan tarkoitukseen sopivalla sähkömekaanisella anturilla. Julkaisussa mainitaan, että säätömoottori on kiinnitetty joustamattomasti onton potkuriakselin sisälle, mutta kiinnitysratkaisua ei ole tarkemmin selitetty. Julkaisussa ei ole selitetty myöskään säätöakselin kytkentää potkurin lapojen säätömekanismiin potkurin navassa eikä potkuriakselia pyörittävän käyttö-moottorin kytkentää potkuriakseliin. Tunnetuissa ratkaisuissa käyttömoottori on yleensä potkuriakselin toisessa päässä, jota ratkaisua ei tässä julkaisussa ole esitetty. Oletettavaa on, että tässäkin ratkaisussa käyttömoottori on potkuriakselin toisessa päässä, koska siellä ei ole ollut tilaa säätömoottorille, joka on täytynyt sijoittaa potkuriakselin sisälle. Ongelmana on muun muassa se, että potkuriakselin sisällä olevaan säätömoottoriin on vaikea päästä käsiksi esimerkiksi tarvittaessa huoltoa tai korjausta. Lisäksi säätömoottorin asentaminen potkuriakselin sisälle on hankalaa ja aikaa vievää. Yhtenä ongelmana on vielä se, että säätömoottorin takia potkurin akseli joudutaan ainakin säätömoottorin ja vaihteiston kohdalta tekemään halkaisijaltaan epäedullisen suureksi. Lisäksi ongelmana on epäedullisen pitkä rakenne erityisesti kulmavaihdesovellukses-sa, koska moottori, alennusvaihde ja lapojensäätö ovat suorassa linjassa peräkkäin, eli käytännössä päällekkäin.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat sekä aikaansaada menetelmä ja laitteisto purjealuksen sähköpropulsiojärjestelmässä, eli lyhyemmin ratkaisu, jossa potkurin lapakulmaa on mahdollista säätää niin, että lapojen asento on optimaalinen sekä eteenpäin ajossa, peruutuksessa, vapaassa purjehduksessa että myös vetolait-teen sähkömoottorin käyttämisessä generaattorina purjealuksen akkujen lataukseen. Lisäksi tarkoituksena on saada aikaan ratkaisu, jossa purjeiden avulla saadun kulkuliikkeen liike-energiasta on mahdollista saada talteen energiaa purjealuksen akkujen lataukseen hyvällä hyötysuhteella mahdollisimman paljon. Lisäksi tarkoituksena on saada purjeiden avulla saadun kulkuliikkeen liike-energian talteenotto niin tehokkaaksi, että purjealus voi olla akkujen latauksen suhteen omavarainen myös pelkästään normaalikestoisten purjeh-dusjaksojen aikana kerätyn latausenergian turvin. Keksinnön mukaiselle menetelmälle purjealuksen sähköpropulsiojärjestelmässä on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Vastaavasti keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön muille sovellusmuodoille on tunnusomaista se, mitä on esitetty muissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on purjeiden avulla saavutetun purjealuksen kulkuliikkeen liike-energian talteen-ottokyky niin hyvällä hyötysuhteella, että normaalikestoi-silla purjehduksillakin purjealus voi sähkönkäytön suhteen olla omavarainen, koska purjealusten akut voidaan ladata täyteen lyhyilläkin purjehduksilla, kun purjealus kulkee purjeiden avulla. Lisäksi etuna on potkurin lapojen helppo ja joustava sekä optimaalinen säätö myös muihin tarkoituksiin kuin pelkästään akkujen lataukseen, eli keksinnön mukaisen ratkaisun ansiosta mahdollistetaan optimaalinen työntö eteenpäin ajossa ja peruutuksessa sekä saadaan aikaan optimaalinen vapaa-ajo ja optimaalinen latausvirran generointi käytettäessä vetolaitteen sähkömoottoria generaattorina purjehduksen aikana. Yhtenä etuna on myös potkurin akselin päässä akselin ulkopuolella olevan säätömootto-rin helppo asennus ja huollettavuus. Etuna on myös yksinkertainen, varmatoiminen ja kustannuksiltaan edullinen rakenne .

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin sovellutusesimerkkien avulla viittaamalla oheisiin yksinkertaistettuihin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna yhden tyyppisellä vetolaitteella varustettua purjevenettä, kuvio 2 esittää sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna toisen tyyppisellä vetolaitteella varustettua purjevenettä, kuvio 3 esittää sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna sekä osittain leikattuna ja pituudeltaan lyhennettynä yhtä keksinnön mukaista purjeveneen vetolaitteen potkurin akselia varusteineen, kuvio 4 esittää sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna sekä osittain halkileikattuna ja suurennettuna osaa kuvion 3 mukaisesta purjeveneen vetolaitteen potkurin akselista varusteineen, kuvio 5 esittää sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna sekä osittain leikattuna ja pituudeltaan lyhennettynä yhtä toista keksinnön mukaista purjeveneen vetolaitetta, jossa potkurin akseli on kaksiosainen siten, että alaosa muodostaa yläosan suhteen 90 asteen kulman, kuvio 6 esittää sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna sekä osittain halkileikattuna ja suurennettuna ku- vion 5 mukaisen vetolaitteen alaosan akselijärjestelyä ja kuvio 7 esittää sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna sekä osittain halkileikattuna ja suurennettuna yhtä purjeveneen vetolaitteen potkurin napaa.

Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty sivulta katsottuna purjevene, jossa on osittain rungon sisällä oleva vetolaite, jonka potkurimekanismi 1 on veneen pohjan alapuolella. Vetolait-teessa on esimerkiksi purjeveneen rungon sisälle sijoitettu sähkömoottori, jota käytetään purjeveneen akuilla tarvittaessa eteenpäin ajoon ja myös taakse päin ajoon. Lisäksi purjevene on varustettu laitteistolla la purjeveneen liike-energian talteen ottamiseksi silloin, kun vene kulkee purjeiden avulla ja kulkuliike pyörittää potkurimekanismia 1 välityksellä sähkömoottoria generaattorina. Liike-energian talteenottolaitteistoon la kuuluu potkurimekanismin 1 ja sähkömoottorin lisäksi ainakin ohjausjärjestelmä, säätöjärjestelmä ja yhden tai useamman ladattavan akun käsittävä akusto.

Kuviossa 3 on esitetty sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna sekä osittain leikattuna yhtä purjeveneen vetolaitteen potkurimekanismia 1, johon kuuluu esimerkiksi potkurin napa 3 potkurin lapoineen 3a ja napaa 3 pyörittävä ontto potkurin akseli 4, joka on kiinnitetty ensimmäisestä päästään napaan 3, ja johon potkurin akseliin 4 on potkurin akselin 4 päiden väliin kiinnitetty hihnapyörä 5 tai vastaava välittäjäelin, joka siirtää vetolaitteen sähkömoottorin pyörimisliikkeen potkurin akselille 4. Potkurimekanismi 1 on kiinnitetty purjeveneen vetolaitteen runkoon 2, joka runko 2 voi olla levymäinen elementti tai esimerkiksi kote-lomainen elementti. Potkurin akselia 4 pyöritetään purjeveneen rungon sisälle sijoitetulla vetolaitteen sähkömoottorilla esimerkiksi hammashihnan 6 ja hihnapyörän 5 välityk sellä. Sähkömoottoria ei ole esitetty piirustuksissa. Ham-mashihnan 6 ja hihnapyörän 5 sijasta voidaan käyttää myös suoravetomoottoria, jolloin potkurinakseli 4 kiinnitetään suoravetomoottorin onton roottorinakselin sisälle potku-rinakselin 4 päiden välistä niin, että potkurinakselin 4 toiseen päähän voidaan sijoittaa säätömoottori 8, kuten jäljempänä on mainittu.

Potkurin akselin 4 toiseen päähän on kiinnitetty kytkentä-mekanismin 7 välityksellä potkurin lapojen 3a lapakulmia säätävä toimilaite, kuten alennusvaihteella 8c, kuten pla-neettavaihteella varustettu säätömoottori 8, joka on kytketty pyörimään potkurin akselin 4 mukana akselin 4 pyörimissuuntaan. Potkurin onton akselin 4 sisällä on akselin 4 kanssa samankeskinen säätöakseli 9, joka on selitetty yksityiskohtaisemmin jäljempänä selitettävien kuvioiden yhteydessä. Säätöakseli 9 on kytketty ensimmäisestä päästään potkurin navassa 3 olevaan lapakulmien säätömekanismiin ja toisesta päästään säätömoottorin 8 alennusvaihteen 8c käyt-töakseliin 8a, joka pyörittää säätöakselia 9 keskiakselinsa ympäri potkurin onton akselin 4 sisällä. Alennusvaihde 8c alentaa käyttöakselin 8a kierroslukua niin, että säätöakseli 9 pyörii säätömoottorin 8 pyörittämänä kierroslukualu-eella n. 2-40 rpm, esimerkiksi alueella 5-20 rpm, sopivasti alueella 8-12 rpm ja edullisesti esimerkiksi kierrosluvulla N, jossa N saa esimerkiksi arvoja 8, 10, 11 ja näiden välisiä desimaaliarvoja.

Kuviossa 4 on esitetty sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna sekä osittain halkileikattuna ja suurennettuna osaa purjeveneen vetolaitteen potkurin akselista 4 varusteineen. Kuten jo edellä on mainittu, potkurin akseli 4 on ontto ja sen sisällä on säätöakseli 9, joka kiinnitetty toisesta päästään kiilan 10 välityksellä säätömoottorin 8 alennus-vaihteen 8c käyttöakseliin 8a.

Potkurin akselin 4 toisessa päässä oleva kytkentämekanismi 7 käsittää rengasmaisen kytkentäelimen 7a, joka on akselin 4 toiseen päähän lukituselimen 15, kuten lukitusholkin avulla tai suoraan kiinnitettynä hihnapyörään tai muuhun voimansiirtopyörään 5 siten, että kytkentäelin 7a ei pääse liikkumaan aksiaali- eikä radiaalisuunnassa akselin 4 suhteen. Säätömoottorin 8 alennusvaihteen 8c rungossa oleva kiinnityslaippa 8b on kiinnitetty kytkentäelimen 7a päätyyn kiinnitysruuvien avulla. Kytkentäelimen 7a sisällä on anturi järjestely, johon kuuluu esimerkiksi kiekkomainen asento-laippa 12 ja asentolaipan 12 asennon tunnistava asentoantu-ri 11, joka on yhdistetty liike-energian talteenottolait-teiston la ohjausjärjestelmään. Asentolaippa 12 on sovitettu pyörimään kiilan 10 välityksellä säätöakselin 9 mukana. Näin anturijärjestelyllä tunnistetaan säätöakselin 9 kulma-asento ja sen perusteella potkurin lapojen 3a lapakulmien säätöasento. Asentoanturilla 11 mitattu ja liike-energian talteenottolaitteiston la ohjausjärjestelmään lähetetty säätöasennon tunnistustieto lähetetään ohjausjärjestelmästä edelleen ohjaus- ja asennonmuutostietona säätömoottorille 8 säätöasennon muuttamiseksi, kunnes haluttu säätöasento on saavutettu.

Potkurin akseli 4 on laakeroitu vetolaitteen runkoon 2 laakerin 19 avulla, joka laakeri 19 on laakeripesässä, joka koostuu ensimmäisestä rengasmaisesta puolikkaasta 16 ja toisesta rengasmaisesta puolikkaasta 17, jotka on kiinnitetty toisiinsa ripustinelementin 2 läpi kiinnityselimillä 18, kuten ruuveilla. Laakeripesä on lukittu aksiaalisuun-nassa paikalleen potkurin akselille 4 lukituselimien 15, kuten lukitusholkkien avulla. Myös hihnapyörä 5 on lukittu aksiaalisuunnassa paikalleen potkurin akselille 4 lukitus-elimen 15 avulla. Vaihtoehtoisesti potkurin akseli 4 on kiinnitetty suoravetomoottorissa vetolaitteen sähkömoottorin onttoon roottorinakseliin.

Potkurimekanismiin 1 kuuluu vielä potkurin akselille 4 akselin 4 mukana pyöriväksi kiinnitetty liukurengaspaketti 13 ja liukurenkailla olevat hiilet 14 tai vastaavat elementit, jotka on kiinnitetty esimerkiksi ripustinelementtiin 2 tai johonkin muuhun sopivaan paikkaan. Säätömoottori 8 ja anturi 11 on kytketty veneen sähköjärjestelmään ja liike-energian talteenottolaitteiston la ohjausjärjestelmään liuku-rengaspaketin 13 ja hiilien 14 tai vastaavan välitysjärjestelyn kautta.

Kuviossa 5 on esitetty sivulta katsottuna ja yksinkertaistettuna sekä osittain leikattuna yhtä toista purjeveneen vetolaitetta, jossa on keksinnön mukainen purjealuksen liike-energian talteenottojärjestely. Kuviossa näkyy vain vetolaitteen yläpää ja alapää, sillä osa pystyakselia ja runkoa 22 on leikattu pois. Lisäksi runko 22 on esitetty kaa-viollisesti ja sen sisältä on jätetty selvyyden vuoksi osia pois. Tässä ratkaisussa hihnapyörän 5 tilalla on suoraveto-moottori, kuten sähkömoottori 6a, joka pyörittää potkurin onttoa akselia, joka nyt on sijoitettu kulkemaan sähkömoottorin 6a läpi samoin kuin se kulkee kuvion 3 esittämässä ratkaisussa hihnapyörän 5 läpi. Sähkömoottorin 6a tilalla tässäkin ratkaisussa voisi olla potkurin akselilla 4 hihna-pyörä, jolloin varsinainen sähkömoottori olisi kauempana.

Potkurin akseli 4 ja sen sisällä oleva säätöakseli 9 on tässä ratkaisussa jaettu kahteen osaan, joista ensimmäinen eli ylempi osa olennaisen pystysuorassa vetolaitteen ollessa käyttöasennossaan, ja toinen eli alempi osa on kohtisuorassa ensimmäistä osaa vastaan. Akselien 4 ja 9 ensimmäiset ja toiset osat on kytketty keskenään kulmavaihteena olevalla kartiohammaspyörävälityksellä 20 siten, että vetolait- teella ajettaessa ensimmäinen potkurin akselin 4 osa pyörittää toista potkurin akselin 4 osaa ja ensimmäinen säätö-akselin 9 osa pyörittää toista säätöakselin 9 osaa. Vastaavasti käytettäessä vetolaitteen sähkömoottoria generaattorina toinen potkurin akselin 4 osa pyörittää ensimmäistä potkurin akselin 4 osaa ja toinen säätöakselin 9 osa pyörittää ensimmäistä säätöakselin 9 osaa.

Potkurin akselin 4 ensimmäisen osan toisessa päässä eli vapaassa päässä tai yläpäässä on samanlainen kytkentämekanis-mi 7 ja säätömoottori 8 liukurenkaineen 13 kuin kuvion 3 mukaisessa ratkaisussa. Säätömoottori 8 on kiinni potkurin akselin 4 toisen osan ensimmäisessä päässä samalla tavoin kuin kuvioiden 3 ja 4 mukaisessa ratkaisussa. Samoin säätö-moottori 8 ja säätöakselin 9 asentoanturi 11 on kytketty veneen sähköjärjestelmään ja liike-energian talteenotto-laitteiston la ohjausjärjestelmään samalla tavoin kuin kuvioiden 3 ja 4 mukaisessa ratkaisussa.

Suurimpana erona kuvioiden 3 ja 4 mukaiseen ratkaisuun nähden on akselien 4 ja 9 jako kahteen osaan. Kuviossa 6 on esitetty tarkemmin ja suurennettuna kuvion 5 mukaisen veto-laitteen alaosan akselijärjestelyä kartiohammaspyöräväli-tyksen 20 kohdalla. Potkurin akselin 4 ensimmäisen osan ensimmäisessä päässä eli alapäässä on kartiohammaspyörä 25, joka on kytketty ryntöön potkurin akselin 4 toisen osan toisessa päässä olevan kartiohammaspyörän 27 kanssa. Vastaavasti säätöakselin 9 ensimmäisen osan ensimmäisessä päässä eli alapäässä on kartiohammaspyörä 26, joka on kytketty ryntöön lähellä säätöakselin 9 toisen osan toista päätä olevan kartiohammaspyörän 28 kanssa. Potkurin akselin 4 toisen osan ensimmäinen pää on kiinnitetty potkurin napaan 3 kiinnityslaipan 4a avulla ja säätöakselin 9 ensimmäinen pää on kiinnitetty potkurin navassa 3 olevaan lapa-kulmien säätömekanismiin 23, joka on selitetty tarkemmin kuvion 7 yhteydessä. Potkurin akselin 4 ensimmäisen osan ensimmäinen pää on laakeroitu vetolaitteen runkoon 22 laakerin 21 avulla ja toinen osa on laakeroitu vetolaitteen runkoon 22 laakerin 29 avulla. Vastaavasti säätöakselin 9 toisen osan toinen pää on laakeroitu liukulaakerin avulla potkurin akselin 4 toisen osan toisen pään sisään, ja säätöakselin 9 ensimmäisen osan ensimmäinen pää eli alapää on laakeroitu liukulaakerin avulla potkurin akselin 4 ensimmäisen osan ensimmäisen pään eli alapään sisään.

Kuviossa 7 on esitetty yhtä keksinnön mukaista purjeveneen vetolaitteen potkurin napaa 3 osittain halkileikattuna ja suurennettuna. Napa 3 komponentteineen voi olla samanlainen kummassakin esitetyssä vetolaitesovellutuksessa, ja yleensä kaikissa keksinnön mukaisissa vetolaiteratkaisuissa. Samoin potkuri napoineen 3 voi olla mikä tahansa kaupallisesti saatavilla oleva potkuri. Jäljempänä kuvion 7 selityksessä maininnalla potkurin akseli 4 tai säätöakseli 9 tarkoitetaan samalla myös kuvion 5 mukaisen ratkaisun potkurin akselin ja säätöakselin toista osaa eli alempaa osaa. Potkurin akseli 4 on kiinnitetty potkurin napaan 3 kiinnityslai-pan 4a avulla siten, että potkurin akselin 4 pyöriessä potkurin napa 3 pyörii akselin 4 mukana.

Säätöakselin 9 ensimmäinen pää on kytketty navan 3 sisällä potkurin lapojen 3a säätömekanismiin 23, johon kuuluu esimerkiksi säätöakselin 9 lukitusrengas 9c, säätöakselin 9 ensimmäisessä päässä oleva ensimmäinen kartiohammaspyörä 24a ja kussakin potkurin lavan 3a kiinnitysvarressa oleva, navan 3 sisälle sijoitettu kartiohammaspyörä 24, jotka kar-tiohammaspyörät 24a ja 24b toimivat kulmavaihteena. Säätö-akselin 9 ensimmäinen pää on lukittu aksiaalisuunnassa liikkumattomaksi navan 3 sisälle. Lukitusta varten säätöakselin 9 ensimmäisessä päässä on kierre, jossa on lukitus-mutteri 9b, joka on sovitettu puristamaan lukitusrengasta 9c navan 3 sisällä niin, että säätöakseli 9 ei pääse liikkumaan aksiaalisuunnassa navan 3 suhteen.

Lapakulmien säätömekanismiin 23 kuuluva ensimmäinen kar-tiohammaspyörä 24a on kiinnitetty lukitusrenkaaseen 9c, joka puolestaan on lukittu pyörimään säätöakselin 9 mukana kiilan 9a välityksellä. Näin kartiohammaspyöräkin 24a pyörii säätöakselin 9 pyörimisliikkeen mukana. Potkurin kunkin lavan 3a kiinnitysvarressa oleva, navan 3 sisälle sijoitettu toinen kartiohammaspyörä 24b on rynnössä säätöakselin 9 päässä olevan kartiohammaspyörän 24a kanssa siten, että pyöritettäessä säätöakselia 9 potkurin akselin 4 sisällä kaikkien lapojen 3a lapakulma muuttuu yhtäaikaisesti ja yhtä paljon välillä 0-360 astetta riippuen säätöakselin 9 pyörähdyskulmasta tai kierrosmäärästä.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla on siis mahdollista säätää potkurin lapojen 3a lapakulmaa enemmän kuin tunnetuissa ratkaisuissa. Tarpeeksi hyvän hyötysuhteen saavuttamiseksi liike-energian talteenotossa, potkurin lapojen 3a lapakul-mia säädetään keksinnön mukaisessa ratkaisussa säätömootto-rilla 8 noin 120-270 astetta, esimerkiksi noin 180-220 astetta, sopivasti välillä 190-210 astetta ja edullisesti noin 200 astetta. Lapojen 3a säätökulmat optimoidaan siis keksinnön mukaisella ratkaisulla erikseen ja tarvittaessa sekä eteenpäin ajoon ja taaksepäin ajoon että vapaaseen purjehdukseen, jolloin potkurin vastus on mahdollisimman pieni, ja lopuksi purjeveneen liike-energian talteenottoon, jolloin potkurin lapojen 3a lapakulmat säädetään niin, että liike-energian talteenoton hyötysuhde on mahdollisimman suuri.

Tällöin purjeveneen liike-energia otetaan keksinnön mukaisella talteenottojärjestelyllä talteen sellaisella hyötysuhteella, että purjeveneen akkuihin latautuva energia määrä normaalikestoisen purjehduksen aikana on vähintään yhtä suuri tai suurempi kuin purjeveneen tarvitsema sähkö-energiamäärä normaalikestoisen purjehduksen aikana. Purjeveneen akut siis voidaan ladata täyteen normaalikestoisen purjehduksen aikana. Näin purjevene voi toimia pitkiäkin aikoja täysin omavaraisesti saadessaan tarvitsemansa sähköenergian akkujen lataukseen vetolaitteen sähkömoottorin kautta liikkuessaan purjeiden avulla.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovel-lutusmuodot eivät rajoitu ainoastaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä esimerkiksi potkurin navan sisällä oleva säätömekanismi voi olla erilai-nenkin kuin edellä on esitetty. Tällöin kartiohammaspyörä-välityksen sijasta voi olla myös muunlainen hammasvälitys-mekanismi tai kokonaan muu mekanismi, joka siirtää säätöak-selin pyörimisliikkeen potkurin lapojen lapakulman säätö-liikkeeksi .

Alan ammattimiehelle on myös selvää, että säätömoottorin kytkentämekanismi potkurin akseliin voi olla erilainen kuin edellä on esitetty. Rakenteen yksinkertaisuuden kannalta hyvä asia on kuitenkin se, että säätömoottori on kiinnitetty mahdollisimman yksinkertaisesti potkurin akseliin, jolloin se pyörii potkurin akselin mukana, ja että säätömoottorin pyörittämä säätöakseli pyörii lapakulmaa säädettäessä onton potkurin akselin sisällä suhteessa potkurin akselin omaan pyörimisliikkeeseen. Tällöin potkuriakselin toiseen päähän kiinnitetty, akselin mukana pyörivä säätömoottori muuttaa säätöakselin ja potkurin akselin keskinäistä asentoa radiaalisesti, muuttaen näin potkurin akselin ensimmäiseen päähän kiinnitetyn potkurin lapojen asentoa.

Alan ammattimiehelle on myös selvää, että lapojen säädön toimilaitteena olevan sähkökäyttöisen säätömoottorin sijasta toimilaitteena voi olla myös hydraulinen tai pneumaattinen toimilaite, tai jopa mekaaninen toimilaite.

Alan ammattimiehelle on lisäksi myös selvää, että hammas-hihnavaihteen sijasta akselin ja propulsiomoottorin välillä voidaan käyttää myös muita voimansiirtoratkaisuja, kuten kiilahihnavälitystä ja hammaspyörävälitystä.

Alan ammattimiehelle on lisäksi vielä myös selvää, että potkurissa voi olla esitetyn kahden lavan sijasta useampiakin säädettäviä lapoja, esimerkiksi 3, 4, 5, 6 tai enemmänkin .

Claims (10)

1. Menetelmä purjealuksen sähköpropulsiojärjestelmässä, jossa purjealuksessa on sähkömoottorilla ja potkurimekanis-milla (1) varustettu vetolaite, jonka sähkömoottoria käytetään tarvittaessa eteenpäin ajoon ja taaksepäin ajoon sekä purjehduksen aikana tarvittaessa generaattorina purjealuksen akkujen lataamiseksi, ja johon vetolaitteen potkurime-kanismiin (1) kuuluu potkurin napa (3) lapoineen (3a), potkurin napaan (3) ensimmäisestä päästään kiinnitetty ontto potkurin akseli (4) ja potkurin akselin (4) sisällä oleva potkurin lapojen (3a) lapakulmien säätöakseli (9) sekä sää-töakselin (9) asentoa potkurin akselin (4) suhteen muuttava toimilaite (8), kuten säätömoottori, ja jossa menetelmässä potkurin akselia (4) kannatetaan ja pyöritetään keskiakse-linsa ympäri potkurin akselin (4) ensimmäisen ja toisen pään välisestä osuudesta, tunnettu siitä, että potkurin lapojen (3a) lapakulmia säädetään rungostaan potkurin akselin (4) toiseen päähän potkurin akselin (4) mukana pyöriväksi kiinnitetyn toimilaitteen (8) avulla pyörittämällä toimilaitteella (8) potkurin akselin (4) sisällä olevaa säätöak-selia (9) potkurin akselin (4) suhteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että potkurin lapojen (3a) lapakulmia säädetään välillä 0-360 astetta potkurin navassa (3) olevan säätömekanismin (23) välityksellä pyörittämällä säätöakselia (9) toimilaitteen (8) avulla potkurin akselin (4) sisällä, ja että käytettäessä vetolaitteen sähkömoottoria generaattorina potkurin lapojen (3a) lapakulmaa säädetään toimilaitteella (8) säätökulma, joka on välillä 120-270 astetta, esimerkiksi 180-220 astetta, sopivasti välillä 190-210 astetta ja edullisesti n. 200 astetta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että potkurin lapojen (3a) lapakulmien säätöasentoa mitataan asentoanturilla (11), jonka antama säätöasennon tunnistustieto toimitetaan purjealuksessa olevaan purjealuksen liike-energian talteenottolaitteiston (la) ohjausjärjestelmään .

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lapojen (3a) säätökulmat optimoidaan potkurin akseliin (4) kiinnitetyn toimielimen (8) avulla erikseen a) eteenpäin ajoon, b) taaksepäin ajoon, c) vapaaseen purjehdukseen, jolloin potkurin vastus on mahdollisimman pieni, ja d) purjeveneen liike-energian talteenottoon, jolloin potkurin lapojen (3a) lapakulmat säädetään niin, että liike-energian talteenoton hyötysuhde on mahdollisimman suuri ja talteen otetun sekä purjealuksen akkuihin ladattavan liike-energian kapasiteetin määrä normaalikestoisen purjehduksen aikana on vähintään yhtä suuri tai suurempi kuin purjeveneen tarvitsema sähköenergiamäärä normaalikestoisen purjehduksen aikana.

5. Laitteisto purjealuksen sähköpropulsiojärjestelmässä, jossa purjealuksessa on sähkömoottorilla ja potkurimekanis-milla (1) varustettu vetolaite, jonka sähkömoottori on järjestetty käytettäväksi tarvittaessa eteenpäin ajoon ja taaksepäin ajoon sekä purjehduksen aikana tarvittaessa generaattorina purjealuksen akkujen lataamiseksi, ja johon vetolaitteen potkurimekanismiin (1) kuuluu potkurin napa (3) lapoineen (3a), potkurin napaan (3) ensimmäisestä päästään kiinnitetty ontto potkurin akseli (4) ja potkurin akselin (4) sisällä oleva potkurin lapojen (3a) lapakulmien säätöakseli (9) sekä säätöakselin (9) asentoa potkurin akselin (4) suhteen muuttavaksi järjestetty toimilaite (8), kuten säätömoottori, ja jossa laitteistossa potkurin akse- lia (4) on kannatettu ja järjestetty pyöritettäväksi kes-kiakselinsa ympäri potkurin akselin (4) ensimmäisen ja toisen pään välisestä osuudesta, tunnettu siitä, että toimilaite (8) on kiinnitetty rungostaan potkurin akselin (4) toiseen päähän pyöriväksi potkurin akselin (4) mukana ja toimilaitteen (8) käyttöakseli (8a) on kytketty säätöakse-lin (9) toiseen päähän liikuttamaan säätöakselia (9) potkurin akselin (4) suhteen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että säätöakselin (9) ensimmäinen pää sijoitettu potkurin navan (3) sisään ja lukittu aksiaalisesti liikkumattomaksi navan (3) suhteen, ja että säätöakselin (9) toinen pää on kytketty potkurin onton akselin (4) toisen pään sisällä toimilaitteen (8) käyttöakseliin (8a), jonka kierros-luku on pudotettu toimilaitteeseen (8) yhdistetyn, alennus-vaihteena toimivan alennusvaihteen (8c) avulla sopimaan potkurin lapojen (3a) lapakulmien säätöä varten.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että potkurin navan (3) sisällä on lapojen (3a) lapakulmien säätömekanismi (23), jolla lapojen (3a) lapa-kulma on järjestetty säädettäväksi välillä 0-360 astetta säätöakselia (9) toimilaitteen (8) avulla pyörittämällä, ja että vetolaitteen sähkömoottoria generaattorina käytettäessä lapojen (3a) lapakulma on säädetty olemaan välillä 120-270 astetta, esimerkiksi 180-220 astetta, sopivasti välillä 190-210 astetta ja edullisesti n. 200 astetta.

8. Patenttivaatimuksen 5, 6 tai 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että lapojen (3a) lapakulmien säätömekanismi (23) käsittää säätöakselin (9) ensimmäiseen päähän kiinnitetyn ensimmäisen kartiohammaspyörän (24a) ja kunkin lavan (3a) kiinnitysakseliin kiinnitetyn toisen kartiohammaspyö- rän (24b), joka on rynnössä ensimmäisen kartiohammaspyörän (24a) kanssa.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 5-8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että järjestelyyn kuuluu toimilaitteella (8) säädettävien potkurin lapojen (3a) lapakul-mien säätöasennon tunnistava, potkurin akselin (4) mukana pyöriväksi sovitettu asentoanturi (11), joka toimilaite (8) ja asentoanturi (11) on yhdistetty purjealuksen sähköjärjestelmään ja purjealuksen liike-energian talteenottolait-teiston (la) ohjausjärjestelmään liukurengaspaketin (13) ja hiilien (14) tai vastaavan välitysjärjestelyn kautta.

10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 5-9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sekä potkurin ontto akseli (4) että sen sisällä oleva säätöakseli (9) on jaettu ensimmäiseen osaan ja toiseen osaan, jotka osat on kytketty toisiinsa kartiohammaspyörävälityksellä (20) siten, että potkurin akselin (4) ensimmäisen osan ensimmäisessä päässä on kartiohammaspyörä (25), joka on kytketty ryntöön potkurin akselin (4) toisen osan toisessa päässä olevan kartiohammaspyörän (27) kanssa, ja vastaavasti säätöakselin (9) ensimmäisen osan ensimmäisessä päässä on kartiohammaspyörä (26), joka on kytketty ryntöön säätöakselin (9) toisessa osassa olevan kartiohammaspyörän 28 kanssa.