(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラ駆動源の動力をプロペラに伝達し且つプロペラの方向を旋回可能に形成される旋回式プロペラ装置であって、
一端に前記プロペラが固着され他端に被駆動用歯車が固着された単数のプロペラ軸と、
前記プロペラ駆動源からの動力を前記プロペラ軸に伝達する駆動伝達軸と、を有し、
前記駆動伝達軸は、一端に前記被駆動用歯車と噛合う外側軸端駆動用歯車を具備する中空の外側軸と、前記外側軸の内部を貫通するように形成され一端に前記被駆動用歯車と噛合う内側軸端駆動用歯車とを具備する内側軸との二重反転軸で構成され、
前記駆動伝達軸に動力を伝達する経路上に、前記外側軸を駆動する第一モーターと、前記内側軸を駆動する第二モーターとを設置し、
前記外側軸端駆動用歯車と前記内側軸端駆動用歯車とはそれぞれ、前記被駆動用歯車に対して噛合うことを特徴とする旋回式プロペラ装置。
【請求項２】
前記駆動伝達軸と同軸で旋回可能な旋回ケースを有し、
前記第一モーターと前記第二モーターの回転数の差で、前記旋回ケースを旋回させることを特徴とする請求項１に記載の旋回式プロペラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば船舶の運航の制御や、海底油田掘削装置を海上の定点に保持するために、船舶に対して任意の方向に推力を与える旋回式プロペラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば船舶の運航の制御や、海底油田掘削装置を海上の定点に保持する目的で、浮体に対して任意の方向に推力を与える旋回式プロペラ装置がある。
【０００３】
このような旋回式プロペラ装置は、旋回可能な垂直筒型のケースの中にある駆動伝達軸の下部に一個の傘歯車（ベベルギア）等の回転軸の方向を変えるドライブギアを設けてある。そして、その一個のドライブギアを、プロペラに固着する水平軸に固着したドリブンギアに噛合わせて駆動されていた（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のような旋回式プロペラ装置をアジマススラスターという。
【０００４】
一般に、旋回式プロペラ装置では、垂直軸の下端に固着した駆動用傘歯車で水平に配置されたプロペラ軸に固着した被駆動傘歯車を駆動してプロペラに回転力を伝えている。その結果、プロペラ軸を支えるケースには垂直軸を駆動するトルクと同じ値の反力が発生していた。当該反力に対してはケースの強度と剛性を十分に高くすることで対応することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６２８８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のアジマススラスターにおいては、プロペラの回転軸を旋回させる場合に、上記反力に対抗してケースを旋回させなければならないが、この旋回させるためのトルクは極めて大きい。また、旋回動作を行わないときにおいても、一定角度に停止させなければならない。
【０００７】
このため、ケースの旋回軸と同軸上にリングギアを固着して、油圧モーターの出力軸に固着したピニオンを噛み合わせることによって、強大な反力に対抗すべく高い減速比を得るとともに、通常運転に際してはケースを一定の角度に固定していた。また、強大な反力に対抗すべく油圧シリンダーでケースの旋回を行うアジマススラスターにおいてはケースの旋回角度が全円周角に至らず、一部の角度に限定されていた。
【０００８】
また、従来の手段によるケースの旋回においては、ケースの旋回動作がプロペラの回転速度に干渉してしまうという課題があった。即ち、ケースの反力に抗して旋回する場合には、旋回のために消費された動力が原動機の出力に加算されてプロペラに伝達される。一方、逆の場合には、旋回のために消費された動力が原動機の出力に対して減算されることで、動力損失として失われる。この結果、ケースの旋回動作がプロペラの回転速度に影響を与えてしまっていた。
【０００９】
本発明の目的は、ケースの旋回の動作を容易にし且つケースの旋回動作がプロペラの回転に影響を与えることを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、
プロペラ駆動源の動力をプロペラに伝達し且つプロペラの方向を旋回可能に形成される旋回式プロペラ装置であって、
一端に前記プロペラが固着され他端に被駆動用歯車が固着された単数のプロペラ軸と、
前記プロペラ駆動源からの動力を前記プロペラ軸に伝達する駆動伝達軸と、を有し、
前記駆動伝達軸は、一端に前記被駆動用歯車と噛合う外側軸端駆動用歯車を具備する中空の外側軸と、前記外側軸の内部を貫通するように形成され一端に前記被駆動用歯車と噛合う内側軸端駆動用歯車とを具備する内側軸との二重反転軸で構成され、
前記駆動伝達軸に動力を伝達する経路上に、前記外側軸を駆動する第一モーターと、前記内側軸を駆動する第二モーターとを設置し、
前記外側軸端駆動用歯車と前記内側軸端駆動用歯車とはそれぞれ、前記被駆動用歯車に対して噛合うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上述の構成により、ケースの旋回動作に要するトルクがなくなるため、旋回動作によるプロペラ駆動系への動力の出入りもなくなる。このため、ケースの旋回動作がプロペラや原動機の回転に影響を与えることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の旋回式プロペラ装置１の構造を示す図。
【図２】本実施形態の旋回式プロペラ装置１の参考例１の説明図。
【図３】本実施形態の旋回式プロペラ装置１の実施例１の説明図。
【図４】本実施形態の実施例１のモーターの制御に関する説明図。
【図５】本実施形態の旋回式プロペラ装置１の参考例２の説明図。
【図６】他の参考例の旋回式プロペラ装置５の構造を示す図。
【図７】他の参考例の旋回式プロペラ装置５の構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
図１は本実施形態の旋回式プロペラ装置１の構造を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、旋回式プロペラ装置１は、動力を発生させるプロペラ駆動源２と、プロペラ１１を保持するプロペラ軸１０と、プロペラ駆動源２からの動力をプロペラ軸１０に伝達するための駆動伝達軸２０と、プロペラ軸１０の方向を変える旋回ケース５０と、を有する。旋回式プロペラ装置１は、プロペラ１１を回転させることで船舶や舟艇の推進力を発生させるとともに、当該推進力の発生方向を変えるために旋回ケース５０を旋回させる。この構成について、以下に詳細に説明する。
【００１６】
プロペラ駆動源２は、例えば、ディーゼルエンジンやガスタービン等の熱機関や、誘導モーターや同期モーター等の電気モーターを用いる。これによってプロペラ１１を駆動するための動力を発生させる。
【００１７】
プロペラ軸１０は、一端にプロペラ１１が固着され、他端にドリブンギア１２（被駆動用歯車）が固着される。
【００１８】
駆動伝達軸２０は、プロペラ駆動源２からの動力をプロペラ軸１０に伝達する垂直軸である。駆動伝達軸２０は二重反転軸で構成される。具体的には、一端にプロペラ軸１０のドリブンギア１２と噛合う第一ドライブギア３１（外側軸端駆動用歯車）を具備する中空の外側軸３０と、外側軸３０の内部を貫通するように形成され一端にドリブンギア１２と噛合う第二ドライブギア４１（内側軸端駆動用歯車）を具備する内側軸４０とを有する。
【００１９】
旋回ケース５０（操舵部）は、駆動伝達軸２０と同軸において旋回可能な垂直筒型のケースである。旋回ケース５０の中には、図１に示すように駆動伝達軸２０が貫通している。旋回ケース５０の上部には旋回モーター５１（旋回駆動手段）が配設されており、旋回モーター５１の回転駆動により、駆動伝達軸２０を中心として旋回ケース５０が旋回する。旋回ケース５０が旋回すると、プロペラ軸１０の水平面内における方向が変更する。旋回モーター５１は、図１の矢印にあるように、入出力信号が伝達される。具体的には、舵角を検出して、この検出された舵角を不図示の制御手段に知らせる一方、前記舵角に応じた動力を出力するように制御手段から指令がなされる。
【００２０】
以上のように、駆動伝達軸２０に二重反転軸を採用し、それぞれの軸３０、４０の端部の第一ドライブギア３１と第二ドライブギア４１が、ドリブンギア１２の２つの噛合い箇所で噛合う。これにより、プロペラ軸１０のドリブンギア１２の噛合い力を２つに分割することになる。このため、駆動伝達軸２０のドライブギアとドリブンギア１２との噛合い箇所における一箇所あたりの動力伝達力を軽減することができる。
【００２１】
第二ドライブギア４１とドリブンギア１２との噛合点は、第一ドライブギア３１とドリブンギア１２との噛合点に対して、プロペラ駆動軸の軸線を挟んでドリブンギア１２の直径方向に反対の位置にある。このように、プロペラ軸１０のドリブンギア１２の直径上に２つの噛合い点があるので、２つの噛合い点に力が均等に配分され、プロペラ軸１０に曲げモーメント荷重が働かない。この結果、プロペラ軸１０の軸受け装置の耐久性の面において有利になる。
【００２２】
また、駆動伝達軸２０を、外側軸３０と内側軸４０の二重反転軸にすることで、駆動伝達軸２０からプロペラ軸１０へのトルクは相殺される。このため、このトルクによる旋回ケース５０への旋回動作における干渉がなくなり、旋回ケース５０を旋回させやすくなる（プロペラ軸１０の方向を変更させやすくなる）。
【００２３】
また、このように干渉を除去したことによって、操舵中にプロペラ１１の駆動源の回転数の変化がなくなる。
【００２４】
また、プロペラ１１への動力を得るドリブンギア１２は水流に直交するため、小径であることが望ましい。ここで、このような小径のドリブンギア１２に動力を伝達するためには、１つのドライブギアで動力を伝達するよりも、本実施形態のように複数のドライブギアに分散して伝達した方が、好ましい。
【００２５】
次に、上述の実施形態の旋回式プロペラ装置１を用いた参考例及び実施例を挙げる。
【００２６】
〔参考例１〕
まず、旋回式プロペラ装置１の駆動伝達軸２０に動力を伝達する経路上に差動手段６０を設置した例を示す。図２は本実施形態の旋回式プロペラ装置１の参考例１の説明図である。
【００２７】
図２に示すように、本参考例においては、プロペラ駆動源２からの駆動を駆動伝達軸２０に伝達するために、差動手段６０を用いた。
【００２８】
差動手段６０には、外側軸３０の上端に固着されたベベルギア３２に対して噛合うベベルギア６１と、内側軸４０の上端に固着されたベベルギア４２に対して噛合うベベルギア６２とを具備する二重反転装置を有する。また、差動手段６０には、同軸上で同一方向に回転するベベルギア６１、６２に差動回転を与えるようにギアを配置した差動機構６３を有する。
【００２９】
この結果、外側軸３０と内側軸４０とは互いに反転するように回転する。そして、外側軸３０と内側軸４０にそれぞれ固着されたドライブギア３１、４１は、ドリブンギア１２と直径方向の２箇所にて噛合う。このため、プロペラ駆動源２の駆動力が２軸に分散されつつ、ドリブンギア１２に伝達される。
【００３０】
〔実施例１〕
次に、旋回式プロペラ装置１の駆動伝達軸２０に動力を伝達する経路上に２つのモーター（第一モーター７１、第二モーター７２）を設置した例を示す。図３は本実施形態の旋回式プロペラ装置１の実施例１の説明図である。
【００３１】
図３に示すように、実施例１においては、二重反転軸を回転させるために、２つのモーターを用いる。具体的には、外側軸３０に第一モーター７１のローター７１ａが組み付けられ、内側軸４０に第二モーター７２のローター７２ａが組み付けられる。そして、第一モーター７１のローター７１ａと第二モーター７２のローター７２ａとは反対方向に回転される。これにより、外側軸３０と内側軸４０とは反対方向に回転することになる。尚、上下の外側軸３０は外側軸連結部３３によって連結され、上下の内側軸４０は内側軸連結部４３によって連結される。
【００３２】
次にこの構成による制御方法の例を示す。図４は本実施形態の実施例１のモーターの制御に関する説明図である。
【００３３】
図４に示すように、実施例１は、原動機から動力を取得して発電をする発電機７３と、インバータ７４、７５、７６と、制御手段７７とを有する。インバータは、図４（ａ）に示すように、第一モーター７１及び第二モーター７２の回転を司る１つのインバータ７４を配置する構成としてもよいし、図４（ｂ）に示すように、第一モーター７１の回転を司る第一インバータ７５と、第二モーター７２の回転を司る第二インバータ７６との２つのインバータを配置する構成としてもよい。
【００３４】
図４（ｂ）に示すような２つのインバータ７５、７６を有する構成においては、２つのインバータ７５、７６に指令を出す演算器等の制御手段７７を有する。制御手段７７は、舵角指令値Ｓ１と、モーター回転数（又はモーター角速度）Ｓ２と、舵角検出値Ｓと３を入力として演算し、インバータ７５、７６のそれぞれへ出力周波数を指令する。
【００３５】
尚、図４（ｂ）に示す構成においては、第一モーター７１と第二モーター７２の回転数の差で、ケース５０を旋回させることができる。このため、操舵用のモーターはなくともよい。
【００３６】
〔参考例２〕
次に、旋回式プロペラ装置１の駆動伝達軸２０に動力を伝達する経路上に１つの相反回転モーター８０を設置した例を示す。図５は本実施形態の旋回式プロペラ装置１の参考例２の説明図である。
【００３７】
図５に示すように、参考例２においては、二重反転軸を回転させるために、ステーター８１及びローター８２を有する相反回転モーター８０を用いる。具体的には、外側軸３０にステーター８１が組み付けられ、内側軸４０にローター８２が組み付けられる。そして、ステーター８１とローター８２とは、反対方向に回転される。これにより、外側軸３０と内側軸４０とは反対方向に回転することになる。
【００３８】
〔他の参考例〕
前述の実施形態では、プロペラ軸１０が単数の場合を説明したが、これに限るものではなく、複数のプロペラ軸１０があってもよい。例えば、図１、図２、図３、図５において、プロペラ軸１０と対向する位置において、第一ドライブギア３１及び第二ドライブギア４１と他のプロペラ軸のドリブンギアとを噛み合わせてもよい。
【００３９】
また、例えば、図６及び図７は他の参考例の旋回式プロペラ装置５の構造を示す図である。図６及び図７に示すように、他の参考例では、旋回式プロペラ装置５は複数のプロペラ１１を有する。具体的には、駆動伝達軸２０が外側軸３０と内側軸４０から構成され、第一ドライブギア３１と第二ドライブギア４１がプロペラ軸１０に設けた２つのドリブンギア１２と噛み合い、２つのドリブンギア１２が、プロペラ軸１０を回転させる２つのプロペラ１１を反対方向又は同方向に回転させる。
【００４０】
また、前述の実施形態で、被駆動用歯車、外側軸端駆動用歯車、内側軸端駆動用歯車は全て傘歯車としたが、これに限るものではなく、平歯車や遊星歯車としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、浮体に対して任意の方向に推力を与える様々な旋回式プロペラ装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…旋回式プロペラ装置、２…プロペラ駆動源、５…旋回式プロペラ装置、１０…プロペラ軸、１１…プロペラ、１２…ドリブンギア、２０…駆動伝達軸、３０…外側軸、３１…第一ドライブギア、３２…ベベルギア、３３…外側軸連結部、４０…内側軸、４１…第二ドライブギア、４２…ベベルギア、４３…内側軸連結部、５０…旋回ケース、５１…旋回モーター、６０…差動手段、６１…ベベルギア、６２…ベベルギア、６３…差動機構、７１…第一モーター、７１ａ…ローター、７２…第二モーター、７２ａ…ローター、７３…発電機、７４…インバータ、７５…第一インバータ、７６…第二インバータ、７７…制御手段、８０…相反回転モーター、８１…ステーター、８２…ローター
【図１】
0005433336.tif 000002
【図２】
0005433336.tif 000003
【図３】
0005433336.tif 000004
【図４】
0005433336.tif 000005
【図５】
0005433336.tif 000006
【図６】
0005433336.tif 000007
【図７】
0005433336.tif 000008