(57)【要約】【課題】少なくとも１つまたは複数の推進デバイスに動力を伝達するためデバイスを提供する。【解決手段】プロペラを備えるサーフェスドライブのような単一のまたは２つのプロパルサーに、動力、たとえば、トルクを分配する、２つのハイブリッド原動機、すなわち、電気モータおよび内燃機関を有する船舶のためのハイブリッド動力デバイスが提供される。この原動機は、単独でまたは調和して動力を印加することができるが、いずれの場合も実質的に最適な推進効率を維持することができる。原動機の動力出力は、単一のプロパルサーを駆動するために動力出力を剛性することができるギヤボックスのような動力伝達デバイスと連通する、あるいは、２つのプロパルサーを駆動する動力分割実施形態を有することができる。さらに、複数のハイブリッド動力デバイスを他の実施形態に展開することができる。【選択図】図３
2014512302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力伝達デバイスと連通する第１の動力伝達エレメントを有し、それにより、第１のトルクを前記動力伝達デバイスの第１の入力部に伝達する、電気モータと、
前記動力伝達デバイスと連通する第２の動力伝達エレメントを有し、それにより、第２のトルクを前記動力伝達デバイスの第２の入力部に伝達する、内燃機関と、
動力入力エレメントを有し、前記動力入力エレメントに印加されたトルクが、船舶を動かすための推進力を発生させる、少なくとも１つのプロパルサーと、
を備え、
前記動力伝達デバイスが、前記少なくとも１つのプロパルサーの前記動力入力エレメントと連通する少なくとも１つの出力部と、動力伝達アセンブリとをさらに備え、
前記動力伝達アセンブリが、
１）前記第１のトルクまたは前記第２のトルクが所与の時間に印加されたとき、前記少なくとも１つのプロパルサーの前記動力入力エレメントと連通する前記出力部の実質的に対応するトルクが存在するように構成され、かつ、
２）前記第１の入力部に印加された前記第１のトルクと前記第２の入力部に印加された前記第２のトルクとが実質的に同じ毎分回転数であるとき、前記少なくとも１つのプロパルサーの前記動力入力エレメントと連通する前記出力部の実質的に対応する毎分回転数が生じるように構成される、
船舶のための推進システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのプロパルサーが単一のプロパルサーであり、前記少なくとも１つの動力伝達デバイスが単一の出力部を有する、
請求項１に記載の推進システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのプロパルサーが２つのプロパルサーを含み、前記少なくとも１つの動力伝達デバイスが２つの出力部を有する、
請求項１の推進システム。
【請求項４】
実質的に同じ毎分回転数で、前記第１の入力部に印加された前記第１のトルクと前記第２の入力部に印加された前記第２のトルクとの両方を用いてフルパワーで作動したときに、最適効率となるように構成されたプロパルサースラスターをさらに備える、
請求項１の推進システム。
【請求項５】
プロパルサースラスターをさらに備え、前記スラスターが、前記第１の入力部または前記第２の入力部に印加された独立したトルクを用いてハーフパワーで作動したときに、最適効率となるように構成される、
請求項４に記載の推進システム。
【請求項６】
前記第１の入力部および前記第２の入力部が実質的に同じ毎分回転数で回転するように、前記電気モータの前記第１の動力伝達エレメントおよび前記内燃機関の前記第２の動力伝達エレメントからの動力伝達を制御するように構成されたＲＰＭ均等化デバイスをさらに備える、
請求項１に記載の推進システム。
【請求項７】
前記船舶の速度を制御するように構成されたユーザ制御型速度調整エレメントをさらに備える、
請求項１に記載の推進システム。
【請求項８】
いずれかの動力源を独立してまたは組み合わせて使用することができるように、前記電気モータおよび前記内燃機関からの動力の印加を制御するように構成された自動モード選択エレメントをさらに備える、
請求項１に記載の推進システム。
【請求項９】
前記内燃機関が、前記第２の入力部の毎分回転数を前記電気モータよりも高速にする動力出力を含む動力出力の範囲にわたって作動するように構成され、それにより、前記内燃機関がブースタとなる、
請求項１に記載の推進システム。
【請求項１０】
前記電気モータが、前記第１の入力部の毎分回転数を前記第２の入力部の毎分回転数よりも高速にする動力出力を含む動力出力の範囲にわたって作動するように構成され、それにより、前記電気モータがブースタとなる、
請求項１に記載の推進システム。
【請求項１１】
前記内燃機関の前記第２の動力伝達エレメントが、回転可能なシャフトと、前記第２の入力部の回転速度を低減する２速ギヤボックスとを備える、
請求項１に記載の推進システム。
【請求項１２】
前記内燃機関によって駆動される前記動力伝達エレメントが発電機と連通し、前記発電機が、前記船舶に電力を提供する、または格納された動力源を充電する、
請求項１に記載の推進システム。
【請求項１３】
前記発電機が、前記電気モータまたは専用の発電機である、
請求項１２に記載の推進システム。
【請求項１４】
前記１つまたは複数のプロパルサーが、サーフェスプロペラドライブ、従来のプロペラ設備、ウォータジェット、船外ドライブ、およびポッドドライブからなる群から選択される、
請求項１に記載の推進システム。
【請求項１５】
前記動力伝達デバイスがギヤボックスであり、前記動力伝達アセンブリがギヤを備える、
請求項１に記載の推進システム。
【請求項１６】
前記動力伝達デバイスが、
前記船舶のトランサムに対して固定されたギヤボックスハウジングと、
前記ギヤボックスハウジング内に装着されたギヤトレインを備え、前記ギヤトレインが、前記第１の入力部および前記第２の入力部から動力を受容し、前記２つの動力伝達デバイスへの前記動力を実質的に２等分する、動力伝達アセンブリと、
をさらに備えるギヤボックスである、
請求項３に記載の推進システム。
【請求項１７】
前記ギヤトレインは、互いに実質的に径方向に整列し、そのそれぞれの外周面で噛合する少なくとも４つのギヤを含み、それにより、前記少なくとも４つのギヤのうちの少なくとも第１の対は第１の方向に回転し、前記少なくとも４つのギヤのうちの少なくとも第２の対は、対向する第２の方向に回転する、
請求項１６に記載の推進システム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのプロパルサーが、第１のプロパルサーおよび第２のプロパルサーを含み、前記第１のプロパルサーが、前記少なくとも４つのギヤのうちの前記第１の対の１つのギヤによって駆動され、前記第２のプロパルサーが、前記少なくとも４つのギヤのうちの第２の対の１つのギヤによって駆動され、それにより、２つの動力伝達デバイスの出力部が反対方向に回転する、
請求項１７に記載の推進システム。
【請求項１９】
少なくとも１つのクラッチをさらに備え、前記電気モータのトルクの印加が前記クラッチによって制御され、前記内燃機関のトルクの印加が前記クラッチによって制御される、
請求項１に記載の推進システム。
【請求項２０】
１つの原動機が電気モータであり、１つの原動機が内燃機関である、複数の原動機を動作させることと、
いずれかのまたは両方の原動機によって生成された動力を、ギヤボックスに収容されたギヤトレインの中に受容することと、
前記動力を、１つまたは２つの動力成分のいずれかとして出力することと、
前記１つまたは２つの動力成分を、対応する１つまたは２つのクラッチアセンブリの中に受容することと、
前記１つまたは２つの動力成分を、前記クラッチアセンブリを通して、それに動作可能に接続された対応する１つまたは２つのプロパルサーに選択的に伝達し、それにより、船舶を推進することと、
を含む、
船舶を推進する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には船舶用パワートレインに関し、より詳細には、ハイブリッド原動機から、船舶上の１つまたは複数の推進デバイスに動力を伝達するためのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
数多くの環境問題に照らして、主に排気物質および騒音を低減する形態で汚染を低減し、全体的な燃料効率を改善するために、内燃機関にのみ依拠するのではなく、電力を用いて動力供給することができるハイブリッド電気燃焼船舶が使用されている。その結果、そのようなハイブリッド船舶は、ますます普及してきた。現在までのところ、自動車産業において、この傾向の商業例が最も普及していることが分かっている。
【０００３】
船舶において電力およびハイブリッド駆動技術を利用するために、いくつかの取り組みが行われてきた。ただし、最も普及した船舶における例は、船舶のうち最も大型のもののみにおけるカスタムハイブリッド電気燃焼システム中で実装されているが、これらの船舶のいずれも、推進効率に著しく影響を及ぼすことなしに、電気モータおよび内燃機関のような動力源のうちいずれかまたはそれら両方の制御された適用例を可能にする動力デバイスを組み込むものではない。
【０００４】
現在の船舶用パワートレインでは、騒音、大気汚染、低い燃焼効率および信頼性のような問題に対する解決策を提供することができないので、騒音および排気物質を減少させる形態で環境汚染を少なくし、改善された推進効率および燃焼効率を犠牲にすることなしに速度およびステルスの点で副原動機の利点を実現するグリーンソリューションが望まれてきた。次いで、速度および推進効率に影響を及ぼすことなしに、ユーザが、ある特定の状況では電気モータにのみ依拠し、他の状況では内燃機関にのみ依拠し、あるいは他の状況では両方の原動機に依拠することを可能にする、可撓性で効率的な船舶用のハイブリッド動力デバイスが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１２／４７８，３２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、２つのハイブリッド動力源から、サーフェスプロペラドライブ、従来のプロペラ設備、ウォータジェット、船外ドライブ、ポッドドライブなどのような少なくとも１つまたは複数の推進デバイスに動力を伝達するためデバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、船舶のための推進システムは、動力伝達デバイスと連通する第１の動力伝達エレメントを有する電気モータであって、それにより、第１のトルクが動力伝達デバイスの第１の入力部に伝達される、電気モータを含む。さらに、本システムは、動力伝達デバイスと連通する第２の動力伝達エレメントを有する内燃機関であって、それにより、第２のトルクが動力伝達デバイスの第２の入力部に伝達される、内燃機関を含む。また、動力入力エレメントを有する少なくとも１つのプロパルサーが設けられ、動力入力エレメントに印加されたトルクは、船舶を動かすための推進力を発生させる。動力伝達デバイスは、少なくとも１つのプロパルサーの動力入力エレメントと連通する少なくとも１つの出力部と、１）第１のトルクまたは第２のトルクが所与の時間に印加されたとき、少なくとも１つのプロパルサーの動力入力エレメントと連通する出力部の実質的に対応するトルクが存在し、２）第１の入力部に印加された第１のトルクと第２の入力部に印加された第２のトルクとが実質的に同じ毎分回転数であるとき、少なくとも１つのプロパルサーの動力入力エレメントと連通する出力部の実質的に対応する毎分回転数が生じるように構成された動力伝達アセンブリとをさらに備える。
【０００８】
本実施形態の別の態様では、プロパルサースラスターは、実質的に同じ毎分回転数で、第１の入力部に印加された第１のトルクと第２の入力部に印加された第２のトルクとの両方を用いてフルパワーで作動したときに、最適効率となるように構成される。
【０００９】
本実施形態の別の態様によれば、ＲＰＭ均等化デバイスは、第１の入力部および第２の入力部が実質的に同じ毎分回転数で回転するように、電気モータの第１の動力伝達エレメントおよび内燃機関の第２の動力伝達エレメントからの動力伝達を制御するように構成される。
【００１０】
本実施形態のさらなる態様では、自動モード選択エレメントは、いずれかの動力源を独立してまたは組み合わせて使用することができるように、電気モータおよび内燃機関からの動力の印加を制御するように構成される。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、内燃機関は、第２の入力部の毎分回転数を電気モータよりも高速にする動力出力を含む動力出力の範囲にわたって作動するように構成され、それにより、内燃機関がブースタとなる。
【００１２】
本実施形態の別の態様によれば、動力伝達デバイスは、船舶のトランサムに対して固定されたギヤボックスハウジングをさらに含むギヤボックスである。また、このギヤボックスは、ギヤボックスハウジング内に装着されたギヤトレインを含む動力伝達アセンブリであって、ギヤトレインが、第１の入力部および第２の入力部から動力を受容し、２つの動力伝達デバイスへの動力を実質的に２等分する、動力伝達アセンブリも含む。
【００１３】
別の実施形態によれば、船舶を推進する方法は、複数の原動機を動作させることであって、１つの原動機が電気モータであり、１つの原動機が内燃機関である、原動機を動作させることを含む。本方法は、いずれかのまたは両方の原動機によって生成された動力を、ギヤボックスに収容されたギヤトレインの中に受容することと、動力を、１つまたは２つの動力成分のいずれかとして出力することとをさらに含む。次に、本方法は、１つまたは２つの動力成分を、対応する１つまたは２つのクラッチアセンブリの中に受容することと、１つまたは２つの動力成分を、クラッチアセンブリを通して、それに動作可能に接続された対応する１つまたは２つのプロパルサーに選択的に伝達し、それにより、船舶を推進することとを含む。
【００１４】
唯一の原動機として電気モータを使用できるようにすることにより、ボートおよび他の船舶は、航路規制によって定められるように、排気物質による汚染を低減し、マリーナまたはその近くにあるとき、あるいは他の係留場所にあるときの騒音を低減することができるようになる。
【００１５】
さらに、様々な管轄区域では、ボートおよび他の船舶について、反アイドリング規則および規制が提案され、実施されていることを留意されたい。いくつかの管轄区域は、これらの管轄区域内の水路のある特定の部分について、内燃機関の使用を禁止する、または内燃機関の最大馬力定格を定める規則および規制を提案し、実施している。
【００１６】
さらに、船舶、特に軍事行動に関わるものは、探知されないように、できる限り静かに作動しなければならないことがある。いわゆるステルスモードにおいて電気モータのみを用いて静かに船舶に動力供給することが可能であることにより、敵部隊による探知を回避するのを助けることができ、したがって、生命および装備を確保することができる。
【００１７】
また、船舶は、航跡がない水路の指定部分を横断するときに、航跡が生じないよういするために、より低速で動作するように要求されることがある。重要なことに、電気モータは、内燃機関よりも静かでクリーンであるだけではなく、より低速時に内燃機関よりも燃料効率がよい。
【００１８】
代替的には、唯一の原動機として内燃機関を使用することが可能であることにより、電気モータの故障時、またはバッテリーが放電したときなどの電力の喪失時に、代替的な燃料源および代替的な原動機の使用が可能になる。この余剰性により、船舶がより信頼できるようになり、また、原動機またはそれに関連する燃料の喪失後でさえ船舶の航行を継続することができるようになる。さらに、内燃機関は、電気モータを回転させたときに電気を回生することによって、放電したバッテリーを再充電することができる。
【００１９】
最後に、両方の原動機、すなわち、内燃機関および電気モータを使用することが可能であることにより、最大速度を高めることができるようになり、それは、軍事用船舶、政府機関の船舶などの追跡または回避について特に重要である。さらに、両方の原動機を使用することにより、滑水船舶は、滑水状態を達成する際に、電気モータも内燃機関も単独で克服することができない高抵抗のハンプを克服することができるようになり得る。
【００２０】
以下の説明および添付の図面とともに考察すると、本発明のこれらおよび他の態様ならびに目的がよりよく理解されよう。ただし、以下の説明は、本発明の好ましい実施形態を示しながら、例として与えられるものであり、限定するものではないことを理解されたい。本発明の趣旨から逸脱することなく、本発明の範囲内で多くの変更および修正を行うことができ、本発明はすべてのそのような修正を含むものである。
【００２１】
本発明の好適な例示的実施形態は、同様の参照番号が全体を通して同様の部分を示す添付の図面に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】好ましい実施形態によるハイブリッド動力デバイスを示す船舶の後方部分の切欠きセクションを用いた側面図である。
【図２】２つのプロパルサー（すなわち、サーフェスドライブ）を含む好ましい実施形態によるハイブリッド動力デバイスを示す船舶の後方部分の切欠きセクションを用いた頂面図である。
【図３】２つのプロパルサー（すなわち、プロペラ）を含む好ましい実施形態によるハイブリッド動力デバイスの概略等角図である。
【図３Ａ】２つのプロパルサー（すなわち、プロペラ）と制御システムとを含む好ましい実施形態によるハイブリッド動力デバイスの概略等角図である。
【図４】図２および図３のハイブリッド動力デバイスのギヤボックスのギヤトレインの概略図である。
【図５】図１のハイブリッド動力デバイスのギヤボックスのギヤトレインの概略図である。
【図６】各ギヤボックスが２つのプロパルサー（すなわち、反対方向に回転するプロペラの対）を駆動する２つのハイブリッド動力デバイスを組み込んだ船舶の概略背面図である。
【図７】モータの馬力のいくつかの値についてのＲＰＭ対プロペラブレード径を示すプロットのファミリーである。
【図８】プロペラ径サイズのいくつかの値についての船舶の速度（ノット）対ＲＰＭを示すプロットのファミリーである。
【図９】モータの馬力のいくつかの値についてのＲＰＭ対プロペラブレード径を示すプロットのファミリーである。
【図１０】プロペラ径サイズのいくつかの値についての船舶の速度（ノット）対ＲＰＭを示すプロットのファミリーである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に図面、特に図１を参照すると、単一の動力出力部３０を有する好ましい実施形態のハイブリッド動力デバイス１０を含み、トランサム１４を有する船舶１２の後方部分の切欠側面図が示されている。
【００２４】
ハイブリッド動力デバイス１０は、２つの原動機、すなわち、電気モータ１６ならびにディーゼルまたはガソリン動力エンジンとすることができる内燃機関１８とを利用する。伝動装置２０は、原動機１８の後ろまたはその下流で原動機１８に動作可能に接続される。伝動装置２０は、好ましくは、ツインディスク，インク．（本社所在地：ウィスコンシン州ラシーンから入手可能なＭＧＸシリーズ伝動装置（ＱｕｉｃｋＳｈｉｆｔ（登録商標）伝動装置）またはＭＧシリーズ伝動装置であり、１つの好ましい実施形態では、二速伝動装置である。
【００２５】
原動機内燃機関１８および伝動装置２０は、たとえば、伝動出力シャフト２４を経由して、ギヤボックス２２に接続されている。さらに、原動機電気モータ１６が、たとえば、伝動出力シャフト２６を経由して、ギヤボックス２２に接続されている。動力伝達デバイス、たとえば、ギヤボックス２２は、原動機１６、１８から送達された動力を１つまたは複数の動力成分に変換する。この例示的な実施形態では、ドライブアセンブリ２８について、動力出力シャフト３０を介した単一の動力成分が存在する。水中型ドライブ、ウォータジェットなどを含む他のドライブも企図され、それらが十分に本発明の範囲に含まれることに留意すると、ドライブアセンブリ２８は、好ましくは、船舶用サーフェスドライブ、たとえば、ツインディスク，インク．から入手可能なＡＲＮＥＳＯＮ（登録商標）サーフェスドライブである。
【００２６】
次に図２を参照すると、２つの動力出力部４４、４８を有する本発明のハイブリッド動力デバイス４０の別の実施形態を含み、トランサム１４を有する船舶１２の後方部分の切欠頂面図が示されている。
【００２７】
ハイブリッド動力デバイス４０は、２つの原動機、すなわち、電気モータ１６と、ディーゼル、タービンまたはガソリン動力エンジンとすることができる内燃機関１８とを利用する。伝動装置２０は、原動機１８の後ろまたはその下流で原動機１８に動作可能に接続される。伝動装置２０は、好ましくは、ツインディスク，インク．（本社所在地：ウィスコンシン州ラシーンから入手可能なＭＧＸシリーズ伝動装置（ＱｕｉｃｋＳｈｉｆｔ（登録商標）伝動装置）またはＭＧシリーズ伝動装置であり、１つの好ましい実施形態では、二速伝動装置である。
【００２８】
原動機内燃機関１８は、出力部２５を経由して伝動装置２０に接続され、伝動装置２０は、たとえば、伝動出力シャフト２４を経由して、動力分割ギヤボックス４２に接続される。さらに、原動機電気モータ１６は、たとえば、出力シャフト２６を経由して、動力分割ギヤボックス４２に接続される。動力分割ギヤボックス４２は、原動機１６、１８のいずれかまたは両方から送達された動力を、ドライブアセンブリ４６のための動力出力シャフト４４とドライブアセンブリ５０のための動力出力シャフト４８とを介した２つの出力動力成分に変換する。水中型ドライブ、ウォータジェットなどを含む他のドライブも企図され、それらが十分に本発明の範囲に含まれることに留意すると、ドライブアセンブリ４６、５０は、好ましくは、船舶用サーフェスドライブ、たとえば、ツインディスク，インク．から入手可能なＡＲＮＥＳＯＮ（登録商標）サーフェスドライブである。
【００２９】
次に図２および図３を参照すると、動力分割ギヤボックス４２を備えるハイブリッド動力デバイス４０は、原動機１６、１８から動力を入力し、動力（またはその成分）を分割してそれをドライブアセンブリ４６、５０の対に分配する一方で、船舶１２とドライブアセンブリ４６、５０との間にインターフェースを提供する。これに関して、ハイブリッド動力デバイス４０により、原動機１６、１８の対を備える船舶１２は、反対方向に回転するプロペラ５２、５４の対を利用することを可能にする（図３）。
【００３０】
さらに図２および図３を参照すると、１つの実施形態では、原動機１６は、２５０馬力の電気モータとすることができ、原動機１８は、実質的に同じ馬力をもつディーゼル内燃機関とすることができ、動力伝達デバイス４２は、高いＲＰＭをもつ内燃機関に適応するように他の比、たとえば、２対１が企図されるが、参照により本明細書に明確に組み込まれる２００９年６月４日付けで出願された米国特許出願第１２／４７８，３２９号に開示されたもののような１対１比動力分割ギヤボックスとすることができる。電気モータ１６は、たとえば、２対１比または３対１比によって、（図３に示すように）その出力シャフト２６のＲＰＭを低減するためのそれ自体のギヤボックス４５を有してもよく、あるいは、電気モータ１６は、（図２に示すように）ギヤボックス４２に直接的に接続してもよい。同様に、内燃機関１８は、それ自体のギヤボックス２０を有することができる。
【００３１】
原動機１６、１８のいずれかまたは両方をアクティブ化して、対応する出力部２６、２４とすることができる。原動機１６、１８のいずれかをアクティブ化した場合、船舶の速度は、たとえば、３６ノットとなり得る。原動機１６、１８の両方をアクティブ化した場合、船舶の速度は、たとえば、５０ノットとなり得る。両方の原動機をアクティブ化した場合、電気モータ１６は、内燃機関１８に対するブースタとして動作することができ、その場合、内燃機関ギヤボックス２０は、電気モータに対して内燃機関のＲＰＭをより高くするために、たとえば、ある速度における最大出力が１５００ＲＰＭである２速ギヤボックスとすることができる。また、原動機１６、１８の両方をアクティブ化した場合、ハイブリッド動力デバイスは、両方の原動機が、動力伝達ギヤボックス４２への動力入力に対して実質的に均等に寄与するように、あるいは、制御システムが、以下で説明するようにギヤボックス４２への動力入力を（図１の実施形態では動力伝達デバイス２２への動力入力についても同様に）均等化することができるように設計することができる。
【００３２】
図３をより詳細に参照すると、原動機１６、１８のいずれかは、クラッチと、たとえば、ドライブ４６、５０にトルクをそれぞれ伝達するためのクラッチ５１、５３と動力伝達経路を機械的に係合することによって、ドライブ４６、５０にその動力を伝達することができる。代替的には、１つまたは複数のクラッチが、原動機１６、１８からギヤボックス４２またはギヤボックス１０への動力の伝達を制御することができる（図示せず）。さらに、各原動機１６、１８は、動力源、すなわち、電気モータ１６のためのバッテリーパックおよび内燃機関１８のための燃料タンク（図示せず）を有する。
【００３３】
次に図３Ａを参照すると、制御システム１５は、出力速度、出力パワー、出力負荷などのような様々な電気モータ１６および内燃機関１８の信号を監視することによって、ハイブリッド動力デバイス１０のフレキシブルコントロールを行うことができる。所望の結果、たとえば、原動機１６と原動機１８との間の実質的に均等な動力分配、最適な動力、速度および／または燃焼効率を達成するために、電気モータ１６および内燃機関１８を、独立してまたは組み合わせて制御することができる。制御システム１５は、制御インターフェースデバイスＥＣＵ（ｅｎｇｉｎｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ：エンジン制御ユニット）２９、３１を用いて原動機１６、１８を監視する、および／または制御することができる。制御信号およびステータス信号は、ハーネス２７として示されるワイヤード接続を介して（代替的には、図示されていないワイヤレス接続を介して）、主制御ユニット２３によって送受信することができる。また、制御システム１５は、制御およびステータスをユーザに提供するユーザインターフェース３３を有することができ、ユーザインターフェース３３は、別個でも、あるいは、主制御ユニット２３と一体化してもよい。
【００３４】
図３Ａを続けて参照すると、制御システム１５は、接続解除デバイス１９、２１をそれぞれ使用して所望の結果を最適化するために、原動機１６、１８のいずれかのオンザフライの係合または係合解除を管理することができる。原動機１６、１８のいずれかまたは両方は、様々な手段によって、ギヤボックス４２から物理的に接続解除可能とすることができる。たとえば、接続解除デバイスのいずれかまたは両方は、クラッチとすることができる。また、１つの原動機のみを使用する際の抗力を低減するために、シャフト２６、２４への動力接続の制御が望ましいことがあり、かかる制御は、いずれかの原動機のオンザフライ接続／接続解除をシームレスに管理するための制御システムの能力を補助することができる。これにより、原動機が故障した場合の非常用「リンプホーム」モードが可能になり得る。また、制御システム１５は、たとえば、速度または効率を最適化する、選択された状況で手動制御を可能にするなど、他の所望の結果を達成するために、接続解除デバイス１９、２１を管理することができる。
【００３５】
制御システム１５は、バスを用いて直接的または間接的に様々なセンサを監視することが可能なマイクロプロセッサベースのＥＣＵで構成することができ、次いで、たとえば、関連付けられたハーネス２７を介して、所望の応答を達成するために両方の原動機ＥＣＵ２９、３１と通信し、接続解除デバイスを制御する。センサは、所望の結果を達成するためのデータを取得するために必要とされるような、速度、温度、圧力などを含むことができる。
【００３６】
次に図２〜図４を参照すると、動力分割ギヤボックス４２は、ギヤトレイン７０、または動力分割ギヤボックス４２の他の様々な構成要素を少なくとも部分的に収容している。ギヤボックスハウジング１００は機械的に取り付けることができ、ドライブアセンブリ４６、５０とトランサム１４との間のインターフェース構造を提供することができる。これは、トランサム１４にギヤボックスハウジング１００を取り付けることができ、ギヤボックスハウジング１００にファイナルドライブアセンブリ４６、５０を取り付けることができるからである。ギヤボックスハウジング１００は、ファイナルドライブアセンブリ４６、５０をトランサム１４に接続するので、ファイナルドライブアセンブリ４６、５０を通じてトランサム１４に送達された推進力ならびに動力分割ギヤボックス４２およびドライブアセンブリ４６、５０の重量の印加も分散させる。
【００３７】
次に、図４だけでなく図２および図３も参照すると、ギヤトレイン７０は、入力部２４、２６を通じて受け取った動力を機械的に分割して、出力部４４、４８を通じて送達し、それにより、ドライブアセンブリ４６、５０を駆動することができる。ギヤトレイン７０は、互いに噛合し、したがって、同時に回転する複数のギヤ６０を含む。ギヤ６０は、好ましくは、螺旋状に切られた歯を有しており、かつ、ギヤトレイン７０のギヤ６０は１つおきに同じ方向に回転し、直接隣接するギヤ６０は反対方向に回転するように互いに径方向に並べられている。隣接する径方向に係合しているギヤ同士は反対方向に回転するので、直観的に、２つの中間のギヤ（または２の倍数個の複数のギヤ）によって互いに離間したギヤ６０同士は反対方向に回転する。それに応じて、ギヤトレイン７０は、ギヤトレイン７０中のギヤ６０のいずれか１つに動力を入力することができ、そして、２つの中間のギヤ６０（または２の倍数個の複数のギヤ）によって互いに離間したギヤ６０を通じて動力を送達することによって、出力部４４、４８を反対方向の回転させることができる。したがって、代替的には、反対方向に回転する出力部をギヤ５５、５７の中心に接続することができるが、これは好ましくはない。
【００３８】
入力部２４、２６および出力部４４、４８は、ギヤ６０とば別の個別の異なる構成要素である必要はなく、むしろ、個々のギヤ６０と一体化することができることが企図される。たとえば、入力部２４は、出力シャフト４４のスプライン様の端部を受けるギヤ６０のうちの１つのスプライン様の内周面とすることができる。同様に、出力部４４、４８は、ドライブアセンブリ４６、５０に接続された出力シャフト４４、４８のスプライン様の端部を受容し駆動するギヤ６０のうちの１つのスプライン様の内周面とすることができる。
【００３９】
次に図５だけでなく図１も参照すると、ギヤトレイン７０は、入力部２４、２６を通じて受け取った動力を機械的に伝達して、出力部３０を通じて送達し、それにより、ドライブアセンブリ２８を駆動することができる。ギヤトレイン７０は、互いに噛合し、したがって同時に回転する複数のギヤ６０を含む。ギヤ６０は、好ましくは、螺旋状に切られた歯を有しており、かつ、ギヤトレイン７０のギヤ６０は１つおきに同じ方向に回転し、直接隣接するギヤ６０は反対方向に回転するように互いに径方向に並べられている。図５には入力部が最も外側のギヤに接続された状態が示されているが、ギヤトレイン７０は、ギヤトレイン７０中のギヤ６０のうちいずれか１つに動力を入力することができる。同様に、ギヤトレイン７０は、中央のギヤ６０から、図示された出力シャフト３０または他のギヤのいずれかに出力部を送達することができる。
【００４０】
入力部２４、２６および出力部３０は、ギヤ６０とは別の個別の異なる構成要素である必要はなく、むしろ、個々のギヤ６０と一体化することができることが企図される。たとえば、入力部２４は、入力シャフト２４のスプライン様の端部を受けるギヤ６０のうちの１つのスプライン様の内周面とすることができる。同様に、出力部３０は、ドライブアセンブリ２８に接続された出力シャフト３０のスプライン様の端部を受容し駆動するギヤ６０のうちの１つのスプライン様の内周面とすることができる。
【００４１】
次に図６を参照すると、各々が動力分割ギヤボックス４２を有するハイブリッド動力デバイス４０の対を使用することによって、原動機１６、１８および１７、１９の２つの対を有する船舶１２は、反対方向に回転するプロペラ５２、５４および５３、５５の２つの対を利用することができ、それにより、船舶１２には、トランサム１４の右舷側および左舷側の各々に反対方向に回転するプロペラを含む合計で４つのプロペラが組み込まれている。
【００４２】
次に図７および図８、さらに図３を参照して、最適に効率的なプロパルサージオメトリにおける対応を示す、２つの速度のデュアルおよびシングル原動機係合を立証する例について説明する。図７を詳細に参照すると、約２５０ＨＰの単一の原動機１６または１８が係合され、原動機の出力部が実質的に１５００ＲＰＭで回転するように構成された実施形態では、効率が最適なプロペラ径は、図７を利用して、１）縦軸上の１５００ＲＰＭ点１１２および対応する１５００ＲＰＭ水平線１１４を特定し、２）馬力（ＨＰ）曲線と１５００ＲＰＭ水平線１１４との交差をロケーティングするかまたは近似し、３）横軸１１８上の対応する交差からインチ単位でプロペラ径を読み取るようにして判断することができる。たとえば、２５０ＨＰの所与の原動機の場合、対応するＨＰ曲線はなく、したがって、２５０ＨＰよりも大きい最も近接した曲線と、２５０ＨＰよりも小さい最も近接した曲線とをロケーティングする。したがって、図７を使用すると、２００ＨＰ曲線１２０および３００ＨＰ曲線１２２をロケーティングする。１５００ＲＰＭ水平線１１４との交差点、すなわち、点Ａおよび点Ｂを通る曲線１２０および１２２を辿る。２５０ＨＰはほぼ中間点なので、点Ａと点Ｂとの間の線を二等分し、その点から垂直線１２４を引き、点Ｃで横軸１１８をと交差させる。最後に、横軸の点Ｃから、最適なプロペラ径（この場合では、約２３．７５インチ）を読み取る。したがって、１５００ＲＰＭで作動する任意の２５０ＨＰ原動機は、プロペラの直径が約２４インチである場合に、回転速度が最適となる。
【００４３】
次に図８をより詳細に参照すると、プロペラ径および馬力を仮定して、船舶の速度を判断することを実行することができる。たとえば、２４インチ径のプロペラの場合、１）対応する２４インチ曲線１３２を選択し、２）横軸上で１５００ＲＰＭをロケーティングし、３）２４インチ曲線１３２の交差（点Ｆとして示される）を通して垂直線１３６を引き、４）交差Ｆから縦軸まで水平線１４８を引いてノットを示し、５）、対応する船の速度を３０ノットと読み取る。
【００４４】
同様に、係合した両方の原動機１６、１８を用いて船舶を作動させたとき、動力は、実質的に５００ＨＰに達する。再び図７を参照すると、プロパルサーのブレードは、その直径を示す垂直線１２４を有する。５００ＨＰ曲線と直径１２４とは、点Ｃで交差する。点Ｃから縦軸に垂直線を引くと、約２４インチのプロパルサーのブレード径は、約５００ＨＰで、１９００ＲＰＭをもたらすことになることが分かる。速度を計算するために図８を再び参照すると、１９００ＲＰＭを横軸上にロケーティングし、２４インチ曲線との交差まで垂直線を引く。交差から縦軸まで水平線を引き、速度を約３８ノットと判断することによって、速度を判断する。ブレード径が２４インチであるプロパルサーは、それぞれ約３０ノットおよび約３８ノットの速度（１５００ＲＰＭおよび１９００ＲＰＭに対応する）での２５０馬力および５００馬力で動作する場合に最も効率的である。
【００４５】
再び図３を参照すると、両方の原動機１６、１８が実質的に均等に寄与する別の実施形態にでは、内燃機関１８および電気モータ１６は、たとえば、１５００ＲＰＭで回転するように、ギヤボックス４２に噛み合うことができる。１０トンの船舶の場合、５０ノットを達成する推進効率は、プロペラ５２、５４を駆動したときには実質的に０．６９であり、それには、プロペラが約２３．５インチ×４２インチでサイズ決定されることが必要である。重要なことに、プロペラを同じようにサイズ決定することは、たとえば、いずれかの原動機が３６ノットのフルスピードで係合されている場合に最も効率的である。さらに重要なことに、原動機１６、１８から実質的に均等な動力を提供することによって、（プロペラまたはウォータジェットのいずれかについての）プロパルサーの出力部の最適なサイズ決定は、原動機の最高速度およびデュアル原動機の最高速度について同じになる。
【００４６】
さらに図３を参照すると、内燃機関原動機１８は、低高ギヤを有するギヤボックス２０を有することができるが、電気原動機１６は、その実質的にフラットな動力曲線に起因して、ギヤボックスを有しないことがある。１つの実施形態では、内燃機関１８は、ギヤボックスへの出力部２４のＲＰＭを約１５００ＲＰＭまで高める１：１．２５のギヤ比を有するギヤボックス２０に約１５００ＲＰＭの出力を提供していることがある。これは、２つの原動機１６、１８のうちのいずれかまたは１つのみが係合している場合に、３６ノットの速度をもたらすことができる。２３．５２４×４２インチのプロペラサイズ（すなわち、４２インチピッチの２３．５２４インチ径のブレード）は、０．６９効率で最適のままである。
【００４７】
２３．５×４２のサイズは、５０ノットで４％スリップになり、３６ノットで１６％スリップになる。この１２％のスリップ差は、サーフェスプロペラおよび水中プロペラの両方、より低い速度、ならびにより高いスリップについての推進ノルムと一致している。どちらの場合もプロペラ効率が０．６９であるという事実は、サーフェスプロペラのプロプライエタリなトンネルテストデータから来る。
【００４８】
動力デバイス１０は、必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態を含み得る。これらの変更の範囲については、上記で論じている。その他の範囲は、添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００４９】
とにかく、本発明の趣旨から逸脱することなく、本発明に対して多くの変更および修正を行い得ることを留意されたい。これらの変更の範囲については、上記で論じている。その他の範囲については、添付された発明の陳述から明らかになるであろう。
【図１】
2014512302.tif 000003
【図２】
2014512302.tif 000004
【図３】
2014512302.tif 000005
【図３Ａ】
2014512302.tif 000006
【図４】
2014512302.tif 000007
【図５】
2014512302.tif 000008
【図６】
2014512302.tif 000009
【図７】
2014512302.tif 000010
【図８】
2014512302.tif 000011
【図９】
2014512302.tif 000012
【図１０】
2014512302.tif 000013
【国際調査報告】
2014512302.tif 000014
2014512302.tif 000015