JP2004106566A

JP2004106566A - 旋回式ポッドプロペラ

Info

Publication number: JP2004106566A
Application number: JP2002267856A
Authority: JP
Inventors: Isao Funeno; 舩野　功
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】大きな舵角を取った場合、プロペラから発生する力の変動が大きくなり、これによってポッドプロペラ全体が振動して、不快な船体振動や関連機器の故障の原因となる。
【解決手段】船体８から下方に向けてストラット２を設けるとともにこのストラット２を旋回可能に構成し、このストラット２の下部にプロペラ４を具備したポッド３を設け、前記ストラット２の後縁部に、鉛直方向を軸にして両方向に回転可能な円柱体１４を設け、この円柱体１４を水流中で回転させることによって生じるマグナス効果で横方向の揚力を得て、小舵角でも所要の舵力を得る。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、船舶の推進装置である旋回式ポッドプロペラに関し、詳しくは、小舵角でも大きな舵力が得られる旋回式ポッドプロペラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、船舶は船尾に推進機としてのプロペラと操舵のための舵とを装備し、プロペラで推進力を発生させて舵で操船する構成が一般的に用いられているが、近年、推進機と操舵の機能を併せ持つ旋回式ポッドプロペラを採用する船舶が増えている。
【０００３】
図４は従来の一般的な旋回式ポッドプロペラを示す図面であり、（ａ）　は船体に取付けた状態の側面図、（ｂ）　はポッドプロペラのみの側面図、（ｃ）　はポッドプロペラの正面図、（ｄ）　は（ｂ）　に示すＢ−Ｂ矢視図である。図示する旋回式ポッドプロペラ５１は、船体５６の船尾に、鉛直軸周りに旋回可能なストラット５２を介してポッド５３が設けられ、このポッド５３の船首側にプロペラ５４が装着されている。また、このポッドプロペラ５１は、ポッド５３内にプロペラ５４の駆動モータ５５が設けられている。この駆動モータ５５を駆動するための電力は、船体５６に設けられたゼネレータから供給されている。
【０００４】
この旋回式ポッドプロペラ５１は、プロペラ５４による推進力の発生と、ストラット５２を旋回させることによりポッド５３とともにプロペラ５４を水平面で旋回させて水流の方向を変化させる操舵が可能である。
【０００５】
この種の先行技術として、舵板に旋回式のプロペラを取り付けることにより、プロペラの旋回時には舵板も同様に旋回させてプロペラへの水流方向を変化させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、他の先行技術として、旋回式の推進機のストラット後縁部を全体的に舵として構成し、高速航走時には、この舵を回動させることによって操舵しようとするものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１７７６９４号公報
【特許文献２】
特表２０００−５１１４８８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記旋回式ポッドプロペラ５１の場合、図５の水流を示す平面図のように、小さな舵角αでは舵力５９が小さいので、短時間で船体を旋回させようとした時には大きな舵角βを取らざるを得ない。この大きな舵角βを取った場合、プロペラ５４（図４）に流入する水流５７はプロペラ５４の回転軸５８（ストラット５２の流れ方向軸線と同じ）に対して大きく斜めから流入することになる。そのため、プロペラ５４は、舵角βと同じ大きさの大きな角度を持った斜流中で回転することになり、プロペラ５４から発生する力の変動が大きくならざるを得ず、これによってポッドプロペラ全体に振動を生じる場合がある。このような振動は、不快な船体振動や関連機器の故障の原因となる。また、このような振動を抑制するために必要箇所に適切な補強を施すことも考えられるが、その場合には補強によってポッドプロペラに不要な重量増加を招いてしまう。
【０００９】
このことは前記特許文献１の発明においても同様であり、舵の旋回と共にプロペラそのものも旋回するので、大きな舵角を取った場合にはプロペラに流入する水流はプロペラの回転軸に対して斜めから流入することになり、プロペラから発生する力の変動が大きくなって振動が発生する可能性は大きい。
【００１０】
さらに、前記特許文献２の発明の場合、ストラット後縁部全体の舵で左右方向の舵力を制御するには大きな力が必要であり、その駆動手段をストラット内に設けるには内部構造の補強等によって不要な重量増加や複雑化を招いてしまう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明は、船体から下方に向けてストラットを設けるとともに該ストラットを旋回可能に構成し、該ストラットの下部にプロペラを具備したポッドを設け、前記ストラットの後縁部に、鉛直方向を軸にして両方向に回転可能な円柱体を設けている。このようにストラットの後縁部に鉛直方向を軸にして回転可能な円柱体を設けることにより、この円柱体を水流中で左右いずれかの方向へ回転させることによって生じるマグナス効果で横方向の揚力を得ることができ、この揚力によって舵力を増加させることができる。したがって、所要の舵力を得るためのポッドプロペラの舵角を小さくでき、小舵角でも大きな舵力を得てポッドプロペラに発生する振動を抑止することができる。
【００１２】
前記円柱体を前記ストラットのほぼ上端位置から下端位置の間に設ければ、ストラットの上下方向の広い範囲で大きなマグナス効果を得ることができるので、大きな揚力を得て大きな舵力を得ることができる。
【００１３】
また、前記円柱体を、前記ストラットの流線形断面の外面に連なる外径で形成すれば、ストラットの外面に沿って流れる水流の抵抗増加を抑えた旋回式ポッドプロペラを構成することができる。
【００１４】
さらに、前記円柱体を中空状に形成し、該円柱体の内部に円柱体を回転させる回転機構を設けることにより、円柱体に電力供給すればこの円柱体を回転させることができるので、ストラットやポッド内をシンプルに構成することができる。
【００１５】
また、前記円柱体を回転させる回転機構を前記ストラット又はポッドの内部に設ければ、円柱体を駆動する回転機構を外部に設けて大きな力で円柱体を回転駆動することができる。
【００１６】
さらに、前記ポッドの旋回角に応じて前記円柱体の回転方向と回転速度とを可変制御する制御器を設けることにより、ポッドを旋回させる角度に適した円柱体の回転方向と回転速度とを組合わせた制御を行って、小さなポッド旋回角で大きな舵力を得ることが容易にできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を示すポッドプロペラの図面であり、（ａ）　は側面図、（ｂ）　は（ａ）　のＡ−Ａ矢視図である。図２は同ポッドプロペラの円柱体を示す拡大断面図であり、（ａ）　は駆動機構を円柱体の内部に設けた例、（ｂ）　は駆動機構をポッドとストラットの内部に設けた例の拡大断面図である。
【００１８】
図示するように、ポッドプロペラ１は、船体８から下方にストラット２が突設され、このストラット２の下端にポッド３が連結されている。このポッド３は、ほぼ中央部がストラット２と連結されている。ポッド３の前部には、この例では４枚のスクリュープロペラ４がプロペラハブ５から放射状に設けられている。このプロペラハブ５は、ポッド３の内部に設けられたモータ６の駆動軸７により駆動されている。
【００１９】
前記ストラット２は、旋回軸９を介して船体８にポッド３を支持し、スクリュープロペラ４の推力をこのポッド３を介して船体８に伝えている。このストラット２内には、モータ６を駆動するための図示していない動力線や軸受等へ潤滑油を供給するための油配管等を内包している。このストラット２は、その水平断面が流線形に形成されている。
【００２０】
また、ストラット２の上部は、船体８に設けられた旋回装置１０によって旋回可能に構成されている。この旋回装置１０には、船体８側に設けられた駆動モータ１１と、この駆動モータ１１で駆動する駆動歯車１２と、この駆動歯車１２と噛合して旋回軸９を回動させる旋回歯車１３とが設けられている。したがって、駆動モータ１１を駆動することによって、駆動歯車１２が旋回歯車１３を回動させて旋回軸９を介してストラット２を旋回軸線Ｃを中心にして回動させるように構成されている。このストラット２を回動させることにより、プロペラ４がストラット２とともに旋回軸線Ｃ回りに回動する旋回式ポッドプロペラ１となり、舵としての機能を発揮することができる。なお、この実施形態では旋回軸９を回動させるように構成しているが、ストラット２の上部に旋回歯車を設け、その旋回歯車でストラット２を回動させるように構成してもよく、ポッドプロペラ４の旋回機構は図示する例に限定されるものではない。
【００２１】
そして、ストラット２の後縁部に、鉛直方向を軸にして回転可能な円柱体１４が設けられている。この円柱体１４（ロータ）は、ストラット２の鉛直方向を回転軸にして、回転機構で左右両方向に回転可能なように構成されたものである。また、この円柱体１４は、ストラット２のほぼ上端位置から下端位置の間に設けられており、ストラット２の上下方向の広い範囲に設けられている。この円柱体１４の大きさとしては、ストラット２の形状に応じた大きさで、回転することによって横方向にマグナス効果を発揮して必要な揚力を出すことができる大きさであればよい。
【００２２】
さらに、円柱体１４は、図１（ｂ）　に示すように、ストラット２の流線形断面の外面に連なるような外径で形成されており、ストラット２の外面に沿って流れる水流が円柱体１４で大きく乱されないようにしている。この円柱体１４の径も、回転することによって横方向にマグナス効果を発揮して必要な揚力を出すことができる径であればよく、ストラット２の流線形状や寸法に応じて決定される。
【００２３】
図２（ａ）　に示す例は、円柱体１４を駆動する回転機構１５が円柱体１４の内部に設けられた例である。この例では、中空状に形成された円柱体１４の上下の軸１６，１７が、ストラット上端部から後方に向けて設けられた支持ブラケット１８に設けられた軸受１９と、ポッド３の上部に形成された支持部に設けられた軸受２０とによって回転可能に支持されている。
【００２４】
この円柱体１４の中空部２１には、上部に設けられた支持ブラケット１８によって支持されたモータ２２が設けられ、このモータ２２の軸２３が円柱体１４を回転させるように構成されている。このモータ２２は回転数可変モータで構成されており、電気的な制御で円柱体１４の回転方向と回転速度とが制御可能となっている。このモータ２２には、支持ブラケット１８側から配線２４が接続されている。この配線２４は、船体に設けられた制御器２５と接続されており、この制御器２５からの信号によって制御されている。
【００２５】
図２（ｂ）　に示す例は、円柱体２６を駆動する回転機構１５がストラット２とポッド３の内部に設けられた例である。この例の場合、円柱体２６は中空であっても中実であってもよい。この例の回転機構１５は、円柱体２６を回転可能に支持する下側の軸２７をポッド３内に突出させ、この軸２７に従動歯車２８が設けられ、この従動歯車２８と噛合する駆動歯車２９を駆動するモータ３０がストラット２内に設けられている。このモータ３０の回転方向の制御と、回転速度（回転数）の制御は、配線３１を介して船体に設けられた制御器３２からの信号によって行われている。
【００２６】
また、これら図２（ａ），（ｂ）　に示す制御器２５，３２によって円柱体１４，２６を回転させるモータ２２，３０の回転方向と回転速度の制御は、ポッドプロペラ１の舵取り角、即ち旋回角に応じて制御するように構成されており、操縦席等からの電気信号に基づいて円柱体１４，２６をどちらに回転させるか、その回転速度（回転数）を幾らにするかが演算されて制御器２５，３２から信号出力されている。
【００２７】
なお、これら図２（ａ），（ｂ）　に示すような回転機構１５のいずれを採用するかは、ストラット２の形状やポッドプロペラ１の大きさ等に応じて適宜決定すればよい。また、これらは一例であり、円柱体１４を回転駆動できる構成であれば他の回転機構を採用してもよい。
【００２８】
さらに、これら図２（ａ），（ｂ）　では水密性を保つためのシール機構は省略しているが、円柱体１４を回転可能に支持する軸受１９，２０の水密性を保つことができる手段が設けられる。
【００２９】
図３は図１のポッドプロペラにおける水流（流線）を示す図面であり、（ａ）　は面舵時、（ｂ）　は取舵時を示す平面図である。これらの図に基づいて、円柱体１４（２６）の作用効果を説明する。
【００３０】
（ａ）　に示すように、面舵時にポッド３を反時計回りに舵角αで旋回させたときは、上方から旋回軸線Ｃ方向を見た状態で円柱体１４（２６）を反時計回りに回転させる。このように円柱体１４（２６）を回転させることにより、マグナス効果によって円柱体１４（２６）そのものがポッド旋回側に揚力３４を発生するので、ストラット２に沿って流れる水流３３（ストラット周りの流線）は反ポッド旋回側へと大きく曲げられて流出し、流体の運動量保存の法則による反作用によって、舵力３５が増加することとなる。したがって、小さな舵角αでもポッド旋回側へ大きな舵力３５を得ることができる。
【００３１】
逆に、（ｂ）　に示すように、取舵時にポッド３を時計回りに舵角αで旋回させたときは、上方から旋回軸線Ｃ方向を見た状態で円柱体１４（２６）を時計回りに回転させる。このように円柱体１４（２６）を回転させることにより、マグナス効果によって円柱体１４（２６）そのものがポッド旋回方向に揚力３４を発生するので、ストラット２に沿って流れる水流３３（ストラット周りの流線）は反ポッド旋回側へと大きく曲げられて流出し、流体の運動量保存の法則による反作用によって、舵力３５が増加することとなる。したがって、小さな舵角αでもポッド旋回側へ大きな舵力３５を得ることができる。
【００３２】
このように、船舶の推進装置である旋回式ポッドプロペラ１において、円柱体１４，２６をポッド旋回方向へ回転させることによって生じるマグナス効果を利用することにより、小さな舵角α（旋回量）でも大きな舵力３５を得ることができ、ポッドプロペラ１自体の舵角を取る範囲が小さくなって、振動を生じない範囲の舵角での操船が可能となる。
【００３３】
つまり、比較的小舵角で所要の船体旋回が実現可能となる舵力を発生させるとともに、船体旋回時に不要な振動を低減させることができる旋回式ポッドプロペラ１を構成することができる。しかも、振動対策のために、ポッドプロペラ１および船体８の補強も不要である。
【００３４】
なお、上述した実施形態では、円柱体１４，２６をストラット２のほぼ上端から下端までの大きさで形成しているが、例えば、ストラット２の下部のみに設けて得られるマグナス効果で所要の揚力（舵力）を得られる場合にはストラット上端部まで設ける必要はなく、円柱体１４，２６の大きさは使用条件に応じて決定すればよく、上述した実施形態で限定されるものではない。
【００３５】
また、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００３７】
小舵角にて所要の舵力を得てポッドプロペラに発生する振動を低減することが可能となる。また、左右方向の舵力制御と前後方向の推力制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態を示すポッドプロペラの図面であり、（ａ）　は側面図、（ｂ）　は（ａ）　のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】図１に示すポッドプロペラの円柱体を示す拡大断面図であり、（ａ）　は駆動機構を円柱体の内部に設けた例、（ｂ）　は駆動機構をポッドとストラットの内部に設けた例の拡大断面図である。
【図３】図１のポッドプロペラにおける水流を示す図面であり、（ａ）　は取舵時、（ｂ）　は面舵時を示す平面図である。
【図４】従来のポッドプロペラを示す図面であり、（ａ）　は船体に取付けた状態の側面図、（ｂ）　はポッドプロペラのみの側面図、（ｃ）　はポッドプロペラの正面図、（ｄ）　は（ｂ）　に示すＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】図４のポッドプロペラにおける面舵時の水流を示す平面図である。
【符号の説明】
１…ポッドプロペラ
２…ストラット
３…ポッド
４…プロペラ
５…プロペラハブ
６…モータ
７…駆動軸
８…船体
９…旋回軸
１０…旋回装置
１１…駆動モータ
１２…駆動歯車
１３…旋回歯車
１４，２６…円柱体
１５…回転機構
１６，１７…軸
１８…支持ブラケット
１９，２０…軸受
２１…空間
２２，３０…モータ
２３，２７…軸
２５，３２…制御器
２８…従動歯車
２９…駆動歯車
３３…水流
３４…揚力
３５…舵力
Ｃ…旋回軸線
α…舵角

Claims

船体から下方に向けてストラットを設けるとともに該ストラットを旋回可能に構成し、該ストラットの下部にプロペラを具備したポッドを設け、前記ストラットの後縁部に、鉛直方向を軸にして両方向に回転可能な円柱体を設けた旋回式ポッドプロペラ。
前記円柱体を前記ストラットのほぼ上端位置から下端位置の間に設けたことを特徴とする請求項１記載の旋回式ポッドプロペラ。
前記円柱体を、前記ストラットの流線形断面の外面に連なる外径で形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の旋回式ポッドプロペラ。
前記円柱体を中空状に形成し、該円柱体の内部に円柱体を回転させる回転機構を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の旋回式ポッドプロペラ。
前記円柱体を回転させる回転機構を、前記ストラット又はポッドの内部に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の旋回式ポッドプロペラ。
前記ポッドの旋回角に応じて前記円柱体の回転方向と回転速度とを可変制御する制御器を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の旋回式ポッドプロペラ。