JP2015515939A - 減速歯車ユニットを備える引込式電動ラダープロペラ - Google Patents

Abstract

【課題】装置の占める船内空間を縮小できる船舶用駆動装置を提供する。【解決手段】本発明は、プロペラシャフトと、電動モーターにより駆動され傘歯車ユニットを介してプロペラシャフトを駆動する旋回自在な垂直シャフトとを有するラダープロペラと、船舶内の引込位置と船舶外の展開作動位置との間でラダープロペラを移動させる昇降装置とを備える、船舶用駆動装置に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、プロペラシャフトと、電動モーターにより駆動され傘歯車ユニットを介してプロペラシャフトを駆動する旋回自在な垂直シャフトとを有するラダープロペラを備え、船舶内の引込位置と船舶外の展開作動位置との間でラダープロペラを移動する昇降装置を備える、船舶用駆動装置に関する。

上記のような駆動装置は公知であり、ラダープロペラが垂直な軸を中心に旋回することにより、同じような装備の船舶に対して高度な操舵性を提供する。駆動モーターが船体内にありラダープロペラが常に船外に位置する固定設置式に加えて、ラダープロペラを使用しない場合は船体内に配置し、港湾内や海上での操船などでラダープロペラを必要とする場合は、動的位置変更操作などによって、船体内から船外の位置に展開する展開式も使用される。

従来、ラダープロペラを保持する上記の種類の通常の駆動装置では、動力は水平に置かれた駆動モーターから垂直シャフトに伝えられ、さらにそこから実質的に水平に置かれたプロペラシャフトに伝えられる。この場合、動力の伝達方向を９０度ずつ２回変更する必要があるため、ここではＺ字形駆動と称することができる。または、駆動モーターが垂直シャフトを直接駆動する場合、実質的に水平に置かれたプロペラシャフトに対して駆動方向を９０度変更するだけで良いため、ここではＬ字形駆動と称することができる。

昇降装置を使用した展開自在なラダープロペラ駆動機構は、通常、Ｌ字形駆動の形で電動モーターを垂直シャフトに直接結合するか、そうでなければディーゼルもしくは電動モーターを、水上ギア装置を用いてＺ字形駆動の形で、上流の遮断クラッチに水平に結合することによって行われる。大型装置の場合は特に、船舶のエンジンルーム内の既存の空間が極めて限られる場合があるため、装置全体の高さが重要となる。ラダープロペラには引込位置と展開位置が必要となるため、駆動装置の水中に残る部分に水上部分の空間及びポータルや昇降装置が必要とする付属構造用の空間を加えたもののおよそ倍の空間が船舶上に必要となる。駆動形式がＬ字形であってもＺ字形であっても、駆動モーターは常に推進装置の最も高い部分の一角を占めており、空間要件すなわち推進装置の占める空間に多大な影響を及ぼす。最近になって、電動モーターとディーゼルエンジンの平行駆動や切替駆動によるハイブリッド作動の必要性がますます高まっているとすれば、必要空間量は増加し、好ましからざる多くの建設的な努力を費やすこととなる。

その上、従来電動モーターの使用に際して、ディーゼルエンジンとおよそ同じ回転速度の範囲で設計されるため、中速回転で高トルクの駆動装置が必要とされている。このような中速回転で高トルクの電動モーターは、反面、非常に重量があり、容積が大きく、既に述べた必要空間上の欠点につながる。

したがって本発明の課題は、最新技術の持つ欠点を回避する、上述した種類の推進装置を提案することである。

本発明では、直面する課題を解決するため、請求項１の特徴を持つ推進装置を提案する。
本発明の最適な設計とさらなる改善が、従属請求項の主題である。
また、本発明では、電動モーターと垂直シャフトとの間に減速歯車を設けることを提案する。

本発明によって、高価でかさばり、扱いがより困難な電動モーターの代わりに、それよりはるかに小型かつ軽量で、回転速度が高い、中速回転かつ高トルクの電動モーターを、電動モーターとして使用することが可能となる。電動モーターの高速回転は、特定の減速歯車ユニットにより、垂直シャフトの回転トルクに合った適切な回転速度範囲にまで減速され、同時にトルクも増加する。本発明によれば、減速歯車ユニットを水平に置いた場合、とりわけ、平歯車の軸を垂直にして回転させる平歯車変速装置とした場合、比較的良好に作動する。このようにすると、電動モーターの駆動シャフトと垂直シャフトの軸が平行になるように電動モーターを配置することが可能となる。

本発明にしたがって、電動モーターを減速歯車ユニットの下に配置することにより、動力伝達は、減速歯車ユニットに垂直に配置された電動モーターの駆動シャフトから、垂直シャフトに対して９０度ずつ２回方向を変更する駆動、言い換えれば逆Ｕ字形の駆動となる。このように電動モーターは、もはや推進装置の最上端に配置されることはなく、減速歯車ユニットの下の垂直シャフトの近傍に配置することができ、必要空間を大幅に縮小することができると共に、本発明にしたがって、小型で高速回転する電動モーターを使用すれば、さらに必要空間を縮小することができる。

さらに、従来の設計では機械式クラッチを介してディーゼルエンジンと接続していたものに対して、垂直シャフト上で水上歯車装置への接続を行えば、空間を節約したハイブリッド駆動を実現することができる。この場合、本発明に基づいた垂直電動モーターとの接続は、平歯車機構を使用する減速歯車ユニットのリアスプロケットを介して実現されるものとする。リアスプロケットは、例えば、水上に配置された歯車装置に追加して、制御歯車プレートの上に配置される。リアスプロケットの使用に際して、電動モーターにとって好ましい高速回転に適した必要なギア比を容易に実現できるようにするため、内歯車の形態の変速装置とするか平行接続の変速装置とするなど、平歯車変速装置の歯車に影響を与える場合がある。

本発明によれば、昇降装置を使用して、ラダープロペラと共に電動モーター及び減速歯車ユニットが移動する。
本発明の一つの可能な実施形態として、船体内に電動モーターを固定し、もう一方で昇降装置を用いてラダープロペラと共に減速歯車ユニットを移動させ、駆動モーターと減速歯車ユニットとの間にクラッチを位置付け、ラダープロペラが作動位置に移動した際に、ラダープロペラに近接する駆動モーターと減速歯車ユニットとをクラッチによって結合させることもできる。
本発明によれば、駆動装置の垂直シャフトが電動モーターだけでなく他の駆動モーターと共に作動可能となる場合、例えば、内燃エンジンと共にハイブリッドシステムとして駆動させる場合、電動モーターを使用しない時には発電機として作動させることができ、エネルギー生成用に使用することができる。

以下、実例を表す図を用いて本発明を詳細に説明する。船舶用駆動装置１の高度に模式化した図が一つ示されている。図において、公知の位置にあるラダープロペラ１０は、船体内に位置するケーシング１６内で、昇降装置によって、中心軸Ｍに沿って矢印Ｈの向きに垂直に移動することができ、それによりラダープロペラ１０が船体の外に位置する図で示した作動位置に来るか、あるいは、ラダープロペラを使用しない場合には船体内のケーシング１６の中に完全に引き込まれることになる。

ラダープロペラ１０の駆動は、既知の方法で、中心軸Ｍに沿って延伸する垂直シャフト１１を介して行われる。垂直シャフト１１は、下端に傘歯車ユニット１００の一部品となる傘歯車を有し、水平なプロペラシャフト１０１を駆動し、それにより最終的にプロペラシャフト１０１の終端に取り付けられたプロペラ１０２を駆動する。

垂直シャフト１１は管１４内を通って制御歯車プレート１３までつながっていて、それによって、装置全体が、詳細に説明していない中心軸Ｍの周りで３６０度向きを変更することができるようになり、ラダープロペラ１０により船舶の操縦が可能となる。

制御歯車プレート１３の上、すなわち、上記概略図で例示した範囲でいえば駆動装置の最も高い場所に、平歯車１５ａと１５ｂを有し、水平に配置した平歯車機構の形態をとる減速歯車ユニット１５があり、減速歯車ユニットは高度に小型化され高速回転する電動モーター１２に駆動される。このため、電動モーター１２は、垂直シャフト１１と軸どうしが平行に延伸する駆動シャフト１２０を有し、その中心軸をＡとする。駆動シャフトは、より直径の小さい平歯車１５ａを駆動し、次に、垂直シャフト１１上に取り付けられた直径のより大きい平歯車１５ｂを確実に作動させる。ここまでで、高速回転している電動モーター１２の速度は低下し、言い換えれば、ラダープロペラの垂直シャフト１１で用いるのに適切な速度にまで低下し、これに伴い、電動モーター１２の有効トルクが同時に増大する。

駆動装置の設置面を特に小さくするために決定的に重要なのは、垂直方向で回転する電動モーターの駆動シャフト、水平方向で回転が低減する減速歯車ユニット、及び垂直方向で回転する垂直シャフト１１が、動力伝達において逆Ｕ字形に置かれているというこの配置と、電動モーター１２を制御歯車プレート１３の下及び減速歯車ユニット１５の下、すなわち展開式ラダープロペラ装置では従来使用してこなかった空間に配置できることである。さらに、減速歯車ユニット１５を使用した結果、設置面積のさらなる縮減のために、特に回転速度が高い、小型で軽量な電動モーター１２を使用することができるようになる。

Claims (9)

1. プロペラシャフト（１０１）と、電動モーター（１２）により駆動され傘歯車ユニット（１００）を介して前記プロペラシャフト（１０１）を駆動する旋回自在な垂直シャフト（１１）とを有する、ラダープロペラ（１０）と、
   前記船舶内の引込位置と前記船舶外の展開作動位置との間で前記ラダープロペラ（１０）を移動させる昇降装置とを備える、船舶用駆動装置において、
   前記減速歯車ユニット（１５）を前記電動モーター（１２）と前記垂直シャフト（１１）との間に設けることを特徴とする、船舶用駆動装置（１）。
2. 前記減速歯車ユニット（１５）が、垂直平歯車軸を有する平歯車で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置（１）。
3. 前記電動モーター（１２）が、前記垂直シャフト（１１）と軸方向に平行に取り付けられた駆動シャフト（１２０）を駆動することを特徴とする、請求項１または２に記載の駆動装置（１）。
4. 前記電動モーター（１２）が、前記減速歯車ユニット（１５）の下に取り付けられることを特徴とする、請求項３に記載の駆動装置（１）。
5. 前記電動モーター（１２）及び前記減速歯車ユニット（１５）が、前記昇降装置により前記ラダープロペラ（１０）と共に移動可能であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の駆動装置（１）。
6. 前記電動モーター（１２）及び前記減速歯車ユニット（１５）が船舶内部に位置することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の駆動装置（１）。
7. 前記電動モーター（１２）は前記船舶内部に固定され、前記減速歯車ユニット（１５）が前記昇降装置を用いて前記ラダープロペラ（１０）と共に移動し、前記電動モーター（１２）と前記減速歯車ユニット（１５）との間にクラッチが設けられ、作動位置に移動した前記ラダープロペラの近傍の前記電動モーター（１２）が前記減速歯車ユニット（１５）に結合可能であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の駆動装置（１）。
8. 前記電動モーター（１２）の近傍の前記垂直シャフト（１１）が、別の駆動モーターによって駆動可能であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の駆動装置（１）。
9. 前記電動モーター（１２）が発電機として作動可能であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の駆動装置（１）。

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