(57)【要約】個別の要求に対する高度な適合能力と高度な安全性とすぐれた経済性が保証される海事関連対象物のための混成駆動装置が提供される。このような目的を実現するために、少なくとも２つのプロペラ（１，２）が同軸な関係に前後に設けられ、反対方向に回転し、同時または択一的に駆動され、前記プロペラはそれぞれ対応する軸（５，１３）に支持され、前方のプロペラ（２）に対応する軸（１３）は後方のプロペラ（１）に対応する軸（５）によって貫通された中空軸として形成され、後方のプロペラ（１）に対応する軸（５）は船内に設けられた少なくとも１つの主モータ（３）によって駆動され、前方のプロペラ（２）に対応する軸（１３）は対応する少なくとも１つの電気モータ（１０）によって駆動され、該電気モータは主モータ（３）によって付加的に駆動可能な軸駆動発電機（１８）及び／又は船内に設けられた補助ユニット（２０）によって選択的に電流が供給され、主モータ（３）と同時に補助ユニット（２０）が作動される場合の全推進力が主モータ（３）によって実現可能な最大推進力よりも大きい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
海事関連対象物、特に船舶のための駆動装置であって、２つのプロペラ（１，２）が同軸な関係に前後に設けられ、反対方向に回転し、同時または択一的に駆動されるものが少なくとも１組設けられ、前記プロペラはそれぞれ対応する軸（５，１３）に支持され、前方のプロペラ（２）に対応する軸（１３）は後方のプロペラ（１）に対応する軸（５）によって貫通された中空軸として形成され、後方のプロペラ（１）に対応する軸（５）は船内に設けられた少なくとも１つの主内燃機関（３，４）によって駆動され、前方のプロペラ（２）に対応する軸（１３）は対応する少なくとも１つの電気モータ（１０）によって駆動され、該電気モータには主内燃機関（３，４）によって付加的に駆動可能な軸駆動発電機（１８）及び／又は船内に設けられた補助ユニット（２０）によって選択的に電流が供給され、主内燃機関（３，４）と同時に補助ユニット（２０）が作動される場合の全推進力が主内燃機関（３，４）によって実現可能な最大推進力よりも大きい駆動装置。
【請求項２】
前記後方のプロペラ（１）は調整可能な翼を有する調整プロペラとして形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記前方のプロペラ（２）は固定された翼を有する固定プロペラとして形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記後方のプロペラ（１）は前記前方のプロペラ（２）よりも大きな直径を有することを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記固定プロペラとして形成されている前方のプロペラ（２）の回転数は前記調整プロペラとして形成されている後方のプロペラ（１）の回転数の多くとも７０％、好ましくは５０−６０％であることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記後方のプロペラ（１）の前記軸（５）はクラッチ（７または７ａ）によって前記主モータ（３または４）との連結を解除されることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記主内燃機関（３）を低速運転する内燃機関、特に２サイクル大型ディーゼルエンジンとして形成する場合、前記後方のプロペラ（１）に配設された、前記クラッチ（７）を有する軸（５）が前記モータ軸の端部に直接連結されていることを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記主内燃機関（４）を中速または高速で運転する内燃機関、特に４サイクル大型ディーゼルエンジンとして形成する場合、前記内燃機関の下流に前記クラッチ（７ａ）を介在させて減速ギア（６）が設けられ、該減速ギアの出力側に前記後方のプロペラ（１）に配設された軸（５）が駆動連結されていることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記軸駆動発電機（１８）が加速ギア（１７または１９）を介して前記主内燃機関（３または４）の軸に駆動連結されていることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記軸駆動発電機（１８）に配設された加速ギア（１７または１９）は前記クラッチ（７または７ａ）の解除時にも前記主内燃機関（３または４）によって駆動可能な構成部材に駆動連結されていることを特徴とする、請求項９に記載の駆動装置。
【請求項１１】
前記電気モータ（１０）は下流に設けられた減速ギア（１２）の入力部に連結され、該減速ギアの出力部は前記前方のプロペラ（２）に対応する軸（１３）と協働することを特徴とする、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１２】
前記電気モータ（１０）と前記下流に設けられた減速ギア（１２）との間に弾性クラッチ（１１）が設けられていることを特徴とする、請求項１１に記載の駆動装置。
【請求項１３】
前記弾性クラッチ（１１）が流体クラッチとして形成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の駆動装置。
【請求項１４】
前記後方のプロペラ（１）に対応する軸（５）は該プロペラ（１）を超えて延伸する延長部を有して支持ベアリング（１４ａ）に軸受けされ、該支持ベアリングは前記海事関連対象物の船体に設けられた支持部に支持されていることを特徴とする、請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１５】
前記支持ベアリング（１４ａ）は海事関連対象物において舵突出部（３４）に軸支された半浮動舵（３３）と共に前記舵突出部（３４）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１４に記載の駆動装置。
【請求項１６】
前記後方のプロペラ（１）に対応する軸（５）の少なくとも後方端部に流れガイド部材（３０または３２）が配設され、該流れガイド部材は好適には円錐台状に形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１７】
前記プロペラ（１，２）の中心の間の移行部が流れガイド部材（３１）として形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１８】
前記主内燃機関（３または４）と前記補助ユニットのそれぞれに互いに別個の供給系統が配設されていることを特徴とする、請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１９】
前記軸駆動発電機（１８）の出力部は船内に設けられた前記回路網（２２）に対して、前記回路網（２２）に電流を供給できるように連結されることを特徴とする、請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項２０】
前記軸駆動発電機と前記船舶回路網（２２）との間の回路に周波数変換器（２４）が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項１９までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項２１】
前記補助ユニット（２０）の作動時に前記主内燃機関（３または４）を支援するために補助ユニット（２０）のうちの１つの装置が待機状態に保たれていることを特徴とする、請求項１から請求項２０までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項２２】
前記補助ユニット（２０）の作動時に前記主内燃機関（３または４）を支援するために、前記主内燃機関（３または４）によって付加的に駆動される前記軸駆動発電機（１８）の出力受容を、前記軸駆動発電機（１８）が前記補助ユニット（２０）の出力に加えて２つのプロペラ（１，２）の駆動作用の間に最適な関係を実現するために必要とされる出力のみを受容するように制御することを特徴とする、請求項１から請求項２１までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項２３】
前記軸駆動発電機（１８）が受容可能な出力は前記主内燃機関（３，４）の最大連続出力の多くとも２０−３０％、好ましくは２５％であることを特徴とする、請求項１から請求項２２までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋関連対象物、特に船舶のための駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術文献には２つのプロペラが同軸な関係に前後に設けられ、反対方向に回転する船舶のための推進装置が開示されている。これらのプロペラの一方は内燃機関により、他方は電気モータにより駆動される。この発明で電気モータは船内に設けられた補助ユニットからのみ電気を供給される。内燃機関によって付加的に駆動可能な軸駆動発電機は設けられていない。従って周知のこの装置はあまり多面的ではないことが判明している。特に他の需要があって補助ユニットが対応する電気モータに電気を供給できない場合には、電気によって駆動されるプロペラを用いることができない（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
独国特許第４４４１６０４号明細書
【０００３】
別の従来技術文献には２つのプロペラが平行に並べて設けられ、それぞれが対応するディーゼルエンジンによって駆動される駆動装置が開示されている。このディーゼルエンジンは電気モータに直列的に設けられ、電気モータには船舶回路網の出力備蓄から電流が供給され、付加的な出力が必要でない場合には主モータによって駆動される軸駆動発電機として機能し、船舶回路網に電流を供給する。この場合、付加的に主モータによって駆動される軸駆動発電機としての機能は、電気モータが船舶回路網に電流を供給する場合に限って果たされる。２つのプロペラが同軸な関係に前後に設けられている駆動装置に対してはこのような周知の装置は適当ではない（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献２】
スイス国特許第６６７６２７号明細書
【０００４】
また別の従来技術文献には２つのプロペラが前後に設けられ、反対方向に回転する船舶のための推進装置が開示されている。これらのプロペラの一方は内燃機関により、他方は電気モータにより駆動される。電気モータは内燃機関によって付加的に駆動される軸駆動発電機あるいは船舶回路網から電流を供給される。この発明では内燃機関によって駆動されるプロペラが前方のプロペラである。後方の電気によって駆動されるプロペラは舵に組み込まれている。この発明では船舶回路網と軸駆動発電機が協働で電気モータに電流を供給することはない。従ってこのような周知の装置もまた十分に多面的とはいえず、実現可能な全体の効率に対して不利な影響を及ぼすものである（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献３】
欧州特許第０１１７８８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の点から本発明の課題は、内燃機関の最大連続出力を超える高い最大出力を可能にするだけでなく、安全性と経済性を考慮して個別の要求に対して出力を適合させる高い能力が保証され、しかも簡単かつ廉価に構成された船舶などの海事関連対象物のための駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題は請求項１に記載された組み合わせによって解決される。
【０００７】
請求項１に記載された組み合わせにより、２つのプロペラが同軸な関係に前後に設けられ、反対方向に回転し、同時または択一的に駆動されるものが少なくとも１組設けられた特に船舶などの海事関連対象物のための駆動装置が提案される。これらのプロペラはそれぞれ対応する軸に支持され、前方のプロペラに対応する軸は後方のプロペラに対応する軸によって貫通された中空軸として形成され、後方のプロペラに対応する軸は船内に設けられた少なくとも１つの主内燃機関によって駆動され、前方のプロペラに対応する軸は対応する少なくとも１つの電気モータによって駆動され、電気モータには主内燃機関によって付加的に駆動可能な軸駆動発電機及び／又は船内に設けられた補助ユニットによって選択的に電流が供給される。このとき主内燃機関と同時に補助ユニットも作動される場合の全推進力は主内燃機関によって実現可能な最大推進力よりも大きくなる。
【０００８】
このような手段により内燃機関技術による部分と機械電気部分から成る混成駆動装置が好適に成立する。このような混成駆動装置は好適に全て周知であって実際に効果が実証されている部材から構成することができる。本発明による駆動装置は同軸な関係に設けられ、反対方向に回転する二重プロペラ装置の有利点も好適な方法で利用している。すなわち２つのプロペラを駆動する装置だけでなく、後方のプロペラのみを駆動する装置においても全体の流体力学的な運転効率が高くなる。２つのプロペラを駆動する装置では特に運転効率の上昇が大きく、その上昇は機械エネルギーを電気エネルギーに変換したりその逆の変換を行う際に避けられない損失を補ってあまりある。本発明による駆動装置ではさまざまな運転方法が可能であり、それぞれに最適な駆動性能を提供する。つまり２つのプロペラ、あるいは後方のプロペラのみまたは前方のプロペラのみを用いて運転が行われる。同様に主内燃機関と補助ユニットを用いて、あるいは主内燃機関のみを用いて、または補助ユニットのみを用いて運転が行われる。従って上部出力領域のみならず下部出力領域においても機能に関して好適に高い適合能力が実現されるので、全体として経済性および冗長性が高くなる。
【０００９】
２つのプロペラが駆動され、主内燃機関のほかに船内に設けられた補助ユニットとしての出力備蓄装置も使用される場合は、いわゆるブースター運転が行われるが、これは通常の運転に比べて到達可能な航行速度の上昇が極めて大きいので、このような運転機能を有する船舶などの信頼性を高めることになり、特に船舶などが建造から年を重ねても高度な要求がある場合にはそれに適応できる出力性能を有することができる。本発明による装置に設けられた軸駆動発電機により、混成駆動装置のうち機械電気部分の出力分担が船内に設けられた出力備蓄装置を超えて、すなわち補助ユニットの出力を超えるように好適に増大するので、プロペラ出力の比率が最適化されるとともに全体としてすぐれた運転効率が実現される。船内に設けられた出力備蓄装置が必要とされない通常の運転の場合は、主内燃機関によって付加的に駆動される軸駆動発電器によって、２つのプロペラは好適に同じように駆動され、２重プロペラ装置が有する流体力学的な全体の高い運転効率が利用される。このような運転方法では主内燃機関のみが使用されるので、通常は廉価な重油を燃焼させ、燃料の消費も経済的である。２つのプロペラを駆動するにもかかわらず本発明では補助ユニットは必要ないので、補助ユニットが傷まず経費も節約できる。駆動出力として主内燃機関の全出力が必要でない場合は電気モータをアイドリングさせ、前方のプロペラを空転させれば、全く通常の単一プロペラ駆動が実現される。この場合、空転する前方のプロペラにはほとんど出力の損失が見られないことが実験によって示されている。同様に軸駆動発電機も停止されるか、船舶回路網のための電流供給装置として使用される。非常に長い航海や非常運転時には前方のプロペラのみで運転が行われ、その場合は電気的な出力は船舶回路網、すなわち補助ユニットのみから供給される。主内燃機関は下方出力領域では非常に運転効率が悪いと思われるのでこのような場合には好適に必要とされない。このように本発明による装置は明らかに多面的かつ経済的であることが実証される。
【００１０】
主請求項に記載の手段の有利な構成および好適な形成は下位請求項に記載されている。例えば後方のプロペラは好適に調整可能な翼を有する調整プロペラとして形成することができる。このような構成によりどんな場合でも最適な翼の位置が可能となり、２重プロペラ装置全体の運転効率も最適化することができる。後方のプロペラの翼の位置を変化させることにより主内燃機関の過剰負荷を防止できるだけでなく、回転数も一定に保たれるので、軸駆動発電機の周波数は変動しなくなり、船舶電気システムに周波数の変動が伝わることもなくなる。その結果、サイリスタ装置などの形態でコストの嵩む対抗措置を講じる必要がなくなる。
【００１１】
さらに特に有利な手段として、後方のプロペラが前方のプロペラよりも大きな直径を有することが挙げられる。こうすることによって２つのプロペラへの出力の分配を好適に選択することができ、前方のプロペラによって発生した円錐状の旋回運動(Ｄｒａｌｌｋｅｇｅｌ）が後方のプロペラに完全に到達するので、２つのプロペラが同軸な関係に設けられ、反対方向に回転する装置において流体力学的な全体の運転効率が特に高くなる。
【００１２】
本発明による駆動装置は好適に、固定プロペラとして形成された前方のプロペラが、後方のプロペラの回転数の多くとも７０％、好ましくは５０−６０％になるように構成される。これにより前方のプロペラの翼のピッチを無理なく選択することができ、流体力学的な運転効率を良好にするために有利である。この点に関しては電気モータの下流に好適な減速ギアが配設されている。
【００１３】
電気モータと下流に設けられた減速ギアとの間には好適に弾性的な、好ましくは流体クラッチとして形成されたクラッチが設けられる。これにより衝撃吸収効果が生じるので、前方のプロペラにおいて発生したトルクの変動や回転振動がプロペラ軸を介して電気モータに伝達され、それによって船舶回路網にも悪影響を及ぼしかねない故障が起きるのを防止する。液体充填部を有する流体クラッチを使用するさらなる有利点は、トルクが伝わるのを防ぐためにこのようなクラッチを簡単に空にできることである。クラッチを空にすると前方のプロペラのアイドリング時に電気モータは連動せず、容易に連結を解除される。
【００１４】
特に有利なさらなる手段は後方のプロペラの軸がクラッチにより主モータから連結解除されることである。これにより後方のプロペラの空転運動を調節することができ、主内燃機関を特に好適に停止することができる。この場合、駆動は補助ユニットを協働させながら前方のプロペラだけで行われる。従って主内燃機関が故障した場合に高い安全性が得られ、例えばオイルタンカーに見られるように、港で主内燃機関を分解修理する間も運転する準備ができていなければならないような場合でもコストが節約できることが実証されている。この点に関して従来必要とされたタグボートの準備は不要になる。
【００１５】
後方のプロペラに配設された軸は好適にプロペラを超える延長部を有して支持ベアリングに軸受けされ、支持ベアリングは海洋関連対象物の船体に設けられた相応のプロペラブラケットあるいは、半浮動舵（Ｈａｌｂｓｃｈｗｅｂｅｎｒｕｄｅｒ）を有する装置の場合には好適に隣接する舵に配設された舵突出部に支持されている。これにより振動の安定性が保証される。さらに支持ベアリングは簡単かつアクセスしやすい構造になる。後方の支持ベアリングを隣接する舵に配設された舵突出部に組み込むことにより、プロペラブラケットをさらに設ける必要がなくなり、流れの状態が改善され、特に簡単で経済的な構造が可能となる。さらに特筆すべき有利点は、調整プロペラとして形成された後方のプロペラに配設されるオイル供給管および類似の部材を舵突出部に組み込めることである。
【００１６】
好適な流れの状態を実現するためのさらなる有利な手段は、後方のプロペラに配設された軸の後方端部に層流として還流させるような流れガイド部材を設けるか、あるいは舵突出部に相応のガイド輪郭を設けることである。２つのプロペラの中心の間に流れガイド部材を設けることも可能である。
【００１７】
主請求項に記載の手段のさらなる特に好適な構成は、主内燃機関を支援するために補助ユニットを作動させる際、主内燃機関によって付加的に駆動される軸駆動発電機の出力受容を制御し、２つのプロペラの駆動作用の間に最適な関係を実現するために、補助ユニットの出力に加えて必要とされる出力のみを軸駆動発電機に受容させるというものである。このような手段により同軸な関係に設けられ、反対方向に回転する二重プロペラ装置全体の運転効率を好適に最適化し、機械エネルギーを電気エネルギーに、あるいはその逆に変換する際に不可避的に生じるエネルギー損失を最小化させ、その結果全体としてすぐれた運転効率を達成する。
【００１８】
軸駆動発電機によって受容可能な出力は好適に、主内燃機関の最大連続出力の多くとも２０から３０％、好ましくは２５％に限られている。この限界を保持すれば、どんな場合でも二重プロペラ装置の運転効率の上昇に起因する利益はエネルギー変換に起因する損失より大きくなる。利益は最大連続出力全体に関係するが、損失は前記の連続出力のうち軸駆動発電機によって受容される部分のみに関わる。本発明による装置の機械電気部分に対する投資コストもこのような構成により好適に限界内に保たれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
主請求項に記載の手段のさらなる有利な構成や好適な形成は残りの下位請求項に記載され、以下の実施の形態の詳細な説明に図面に基づいてより詳しく記載されている。
【００２０】
図１から４に示す船舶Ｓにはディーゼル機関部分と電気機械部分とを有する混成駆動装置が設けられている。この混成駆動装置は運転方向において同軸な関係に前後に設けられ、反対の方向に回転する２つのプロペラ１，２を有している。これらのプロペラは等しい直径または異なる直径を有している。図に示す実施の形態では後方のプロペラ１が前方のプロペラ２よりも大きな直径を有することで、２つのプロペラ１，２への出力の配分が最適に行われ、後方のプロペラ１は前方のプロペラ２によって作られる円錐状の旋回運動を完全に使いきることができ、プロペラの良好な運転効率を実現する上で有利に作用する。
【００２１】
単純な場合、２つのプロペラ１，２はいわゆる固定プロペラとして形成される。図の例では前方のプロペラ２のみが、固定された翼を有する固定プロペラとして形成されている。後方のプロペラ１は調整可能な翼を有する調整プロペラとして形成されている。このような方法で後方のプロペラ１の翼のピッチを変化させ、回転数を一定に保ち、後方のプロペラ１が決して激しく回転しすぎないようにすることが可能となり、駆動装置の負荷が過剰にならないようにする上で有利な影響を及ぼす。
【００２２】
調整プロペラとして形成されている後方のプロペラ１は内燃機関、船舶Ｓのいわゆる主内燃機関によって駆動される。それは往復機関あるいはタービンその他である。図１に示す構成では低速運転される２サイクル大型ディーゼルエンジンとして形成された主エンジン３が設けられている。図２に示す構成では中速または高速で運転される４サイクル大型ディーゼルエンジンとして形成された主エンジン４が設けられている。
【００２３】
図１に示す実施の形態において出力は主モータ３から、プロペラ軸５を介して主モータに駆動される後方のプロペラ１に伝達される。プロペラ軸は主モータ３のクランク軸の出力側フランジに直接接続することができる。図２に示す実施の形態において後方のプロペラ１に配設されたプロペラ軸５は減速ギア６の出力部に連結され、減速ギアの入力部は主モータ４の出力側フランジに連結されている。このとき主モータ４の下流に設けられた減速ギア６によりモータクランク軸の回転数は所望のプロペラ回転数に減少される。衝撃を減衰するために軸方向において主モータ３または４とプロペラ１との間に設けられる弾性クラッチおよびエンジンクランク軸に配設されるスラスト軸受け装置など図に示す種類の装置において通常設けられる装置は、表示を簡単にするため図１および２では表されていない。
【００２４】
軸方向において主モータ３または４と主モータによって駆動されるプロペラ１との間には、図１および２にさらに示されるようにクラッチ７または７ａが設けられ、主モータ３または４と後方のプロペラ１との駆動に応じて連結を中断することができる。これにより後方のプロペラ１が駆動しないようにすることができ、本実施例の場合はアイドリング回転される。図１に示す実施の形態ではクラッチが軸５に設けられている。図２に示す実施の形態ではクラッチ７ａは減速ギア６と主モータ４との間に、本図の場合は高速回転する減速ギア６の入力軸９に設けられている。このような構成により、図１に示す構成に比べてクラッチ７ａが小さく廉価に形成される。クラッチはこの場合、減速ギア６を収容するギアケーシング８の内部または外部に設けることができる。
【００２５】
前記の部材は本発明による混成駆動装置のディーゼル機関部分を構成している。図１および２がさらに示す通り、電気モータ１０は機械電気部分に属し、弾性クラッチ１１およびその下流に設けられた減速ギア１２および軸１３を介して後方のプロペラ１に対して反対方向に回転する前方のプロペラ２を駆動することができる。軸１３は後方のプロペラ１に配設された軸５に貫通され、軸５と同軸の中空軸として形成され、電気モータ１０の下流に設けられた減速ギア１２の出力側に駆動連結されている。減速ギアは固定プロペラとして形成されている前方のプロペラ２の回転数が調整プロペラとして形成されている後方のプロペラ１の回転数の多くとも７０％、好ましくは５０−６０％になるように構成されている。こうすることにより前方のプロペラ２の回転数をできるだけ小さくしたいという希望と、回転数が減少するにつれて増大するブレードのピッチが大きくなりすぎるという望ましくない状態とを良好に妥協させることができる。
【００２６】
プロペラの状態、特にプロペラの大きさは主エンジンの種類と大きさおよび同軸な関係に設けられ反対方向に回転する２つのプロペラ１，２の間の出力の配分に応じて選択される。図１に示す構成では後方のプロペラ１の大きさはモータの回転数に直接合わせて調整されている。この構成では主エンジン３を形成する２サイクル大型ディーゼルエンジンと後方のプロペラ１の軸５との間にギアが設けられていないためである。この点に関して図２に示す構成では、主エンジン４を形成する４サイクル大型ディーゼルエンジンの下流に設けられたギア６の減速比に応じて後方のプロペラ１の回転数を異ならせ、それによってプロペラ１の大きさも異なるものにすることができる。
【００２７】
電気モータ１０を衝撃や軸の振動などから保護するために電気モータ１０と減速ギア１２の入力側との間に配置された弾性クラッチ１１は好適に液体を含有する流体クラッチとして形成される。これによりただ液体を排出することにより弾性クラッチ１１を不動態化することができる。こうして前方のプロペラ２と前方のプロペラに対して駆動モータとして配設された電気モータ１０との駆動連結が中断されるので、前方のプロペラ２も状況次第で、あるいは必要に応じてアイドリング回転が可能となり、しかも電気モータ１０を同時に運転しなくてもよい。電気モータはこのような段階では整備するか、交換される。
【００２８】
中空軸として形成された軸１３は図１および２に示すように、支持ベアリング１５を介して船体に設けられたいわゆる船尾管に軸受けされている。軸１３を貫通する軸５の後方端部領域は、図１および２に示す構成では、中空軸として形成された軸１３に軸受けされている。そのために中空軸１３の後方端部領域に設けられ、この中空軸１３の後方端部領域または前方のプロペラの中心に支持ベアリング１４が設けられている。これにより後方のプロペラ１を支持する軸５の端部領域の片持ち支承が実現する。この場合、隣接する舵は図１および２に示すように完全浮動舵（Ｖｏｌｌｓｃｈｗｅｂｅｒｕｄｅｒ）として形成される。好適な流れの状態を実現するために、後方のプロペラ１の中心の前方のプロペラ２から離れた側に軸５の後方端部を包含する流れガイド部材３０が設けられる。図に示す実施の形態では流れガイド部材は部分的に楕円形の断面を有する回転体として形成されている。後方に向かって直径が増大する円錐台形の流れガイド部材も効果があることが実証されている。流れガイド部材によって流れが中断したり、望ましくない渦が生じたりすることが防止される。
【００２９】
図３および４には別の構成が示されている。この構成では後方のプロペラ１に配設された軸５には、片持ち支承を避けるために後方のプロペラ１を超えて後方に延伸する延長部材が設けられ、この延長部材は支持ベアリング１４ａに係合し、支持ベアリングは船体に設けられた対応するプロペラブラケット１６に支持されている。こうして支持ベアリング１４ａは容易に検査でき、アクセスしやすいものとなり、これは船舶の構造にとって望ましいばかりでなく、軸５に関して好適な曲げモーメントが実現される。好適な流れの状態を実現するためにプロペラ１の中心と隣接する支持装置との距離は円錐台状の流れガイド部材３１によって架橋される。同様の円錐台状の流れガイド部材をプロペラ１および２の中心の間の領域に設けることも当然可能である。後方のプロペラ１が調整プロペラとして形成され、後方のプロペラの中心が固定プロペラとして形成されている前方のプロペラ２の中心よりも大きな直径を有さざるを得ないような場合に特に好適である。この点は図１および２にも当てはまる。支持ベアリング装置のプロペラから離れた背面側にも同様に流れガイド部材３２を設けることができる。前記の種類のプロペラブラケットは例えば細長いツインスクリュー式の船舶において効果が実証された構成部材である。
【００３０】
図５は図３および４に示す構成の変化形態を示している。図５に示す船舶Ｓにはいわゆる半浮動舵３３が設けられ、船体に設けられた舵突出部３４として成る対応する支持部に軸受けされている。このとき軸５は対応するプロペラ１を超えて後方に延伸する延長部材によって舵突出部３４に軸受けされている。これに対応して軸５の後方端部に設けられた支持ベアリング１４ａは舵突出部３４に組み込まれている。調整プロペラとして形成されている後方のプロペラ１に配設されたオイル供給装置は舵突出部３４を介して運転される。
【００３１】
この構成においてもプロペラ１，２の中心の間およびプロペラ１の中心と隣接する支持ベアリング装置との間に上記の種類の流れガイド部材を設けることができる。支持ベアリング１４ａを支持する舵突出部３４は好適な流れの状態を実現するために支持ベアリング１４ａの領域においてガイド部材のような輪郭に形成することができる。その場合、両側に洋梨形状のくぼみが形成される。
【００３２】
図１から５に示すようなプロペラ装置において好適な流れの状態を実現するためのさらなる方法は、少なくとも後方のプロペラ１，好ましくは両方のプロペラ１，２に対してそれぞれを部分的または好ましくは全面的に包み込む流れガイドケーシング、すなわちいわゆるコルトノズルを設けることである。このような構成は図１−５の全てについて想定されるが、図面を見やすくするという理由から表されていない。
【００３３】
図１および２にさらに示す通り、本発明による混成駆動装置の機械電気部分に属するものとして、電流を発生させ、それぞれの主モータ３，４によって駆動されるいわゆる軸駆動発電機１８が挙げられる。この名称は軸駆動発電機１８が駆動のうえでエンジンクランク軸に連結されていることによる。このとき通常は加速ギアが間に設けられている。図１に示す構成では軸駆動発電機１８は加速ギア１７を間に設けて主モータ３のエンジンクランク軸のプロペラ装置と反対側の端部に連結されている。この種の装置は図２に示すように主モータとして４サイクル大型ディーゼルエンジンを用いる場合においても可能である。図２に示す実施の形態では軸駆動発電機１８は上流に設けられた加速ギア１９を介して主モータ４の出力側フランジに接続され、減速ギア６を介して後方のプロペラ１の軸５と連結されている軸９に駆動連結されている。軸駆動発電機１８からはどんな場合でも電気モータ１０への電流経路２１が通じており、電気モータはこのような方法で軸駆動発電機１８から電流を受け取ることができる。
【００３４】
図２に示す構成において加速ギア１９は前記クラッチ７ａによって形成される軸９の中断部、すなわち軸９のモータ側の領域の上流に好適に設けられている。図に示す実施の形態では図２に示すとおり、加速ギア１９はクラッチ７ａと組み合わされている。軸９のモータ側の部分と連結されたハーフカップリングには本図の場合外側に歯付きリングが設けられ、この歯付きリングが加速ギア１９の一部を構成している。軸５に配設された減速ギア６はクラッチ７ａによって形成される軸９の中断部の下流に設けられている。従ってプロペラ１と主モータ４の連結を解除し、しかも図１に示す構成において可能なように軸駆動発電機１８を駆動することができるのである。
【００３５】
加速ギア１９はクラッチ７ａとともに減速ギア６のギアケーシング８に設けられるので、コンパクトな構成が実現される。図２に示す構成ではクラッチ７ａはギアケーシング８の外部に設けられている。軸駆動発電機１８に連結された、加速ギア１９のより高速の軸は本図ではギアケーシングに軸受けされている。
【００３６】
電気モータ１０は軸駆動発電機１８による電流供給と同時にあるいは選択的に、電流経路２３によって示されるように船内に設けられている回路網２２から電流を受け取ることもできる。図に示す実施の形態では電流経路には周波数変換器２４が配設されている。船舶回路網２２には船内に設けられている発電機２０によって電流が供給される。これらの発電機は、通常は高速運転されるディーゼルエンジンによって個々に駆動されるものである。図１および２に示される通り、船舶には通常３つの独立したディーゼル発電機２０が設けられている。そのうち１つは海上の船内で必要とされる電気エネルギーを供給し、２つめは船首推進機による操縦を行う際や、港での荷物の積み降ろしの際の電力需要を賄う。３つめのディーゼル発電機２０は常に予備として準備（スタンバイ）しておかなければならない。使用に供されるディーゼルユニット２０の連結は船舶回路網２２を介さずに電気モータ１０と直接に行うことも当然可能である。実際、船内に設けられたディーゼル発電機２０としての前記の電気出力備蓄装置もまた本発明による混成駆動装置の機械電気部分と見なされる。
【００３７】
主モータ３または４およびディーゼル発電機２０のそれぞれに対して、燃料、潤滑油、空気、冷却水などに関して好適に互いに分離された供給系統が設けられているので、互いに別個に駆動することができる。電気モータ１０にはそれに応じてすでに述べた通り、軸駆動発電機１８及び／又はディーゼル発電機２０の１つまたは２つから電流が供給される。船舶回路網２２に軸駆動発電機１８から電流を供給することも同様に可能である。
【００３８】
電気モータ１０の電流入力部の前方にはスイッチ２５が設けられ、スイッチは平行な電流経路２１および２３に直列に設けられているので、電気モータ１０は軸駆動発電機１８からも船舶回路網２２からも分離することができる。電流経路２１または２３にはさらなるスイッチ２６または２７が設けられている。図１および２では３つのスイッチは全て閉鎖位置で表されている。スイッチがこの位置にあるとき電気モータには軸駆動発電機１８からも船舶回路網２２からも電流が供給される。スイッチ２５，２６のみが閉鎖され、スイッチ２７が開放されている場合、電気モータ１０には軸駆動発電機１８からのみ電流が供給される。スイッチ２５，２７が閉鎖され、スイッチ２６が開放されている場合、電気モータ１０には船舶回路網２２からのみ電流が供給される。スイッチ２５が開放され、スイッチ２６，２７が閉鎖されている場合は軸駆動発電機１８と船舶回路網２２が連結されるので軸駆動発電機１８は船舶回路網２２に電流を供給することができる。このとき周波数変換器２４によって周波数の障害が船舶回路網２２に到達するのを防止する。後方のプロペラ１の翼が調節できるために軸５の回転数とともにエンジンクランク軸およびエンジンクランク軸に連結されている軸駆動発電機１８の回転数を一定に保つことができるので、周波数変換器２４やその他の同様の装置を設けなくても済む場合が多い。
【００３９】
本発明による混成駆動装置を用いると様々な運転方法を実現することができるが、いずれの場合でも経済性と運転の安全性を考慮して設定された駆動作用を個々の状態に適合させることができる。以下にそれぞれの運転方法をより詳しく説明する。
【００４０】
１  通常の船舶の運転
船舶の通常の運転では２つのプロペラ１，２が作動するが、主モータ３または４によってのみ駆動される。主モータは廉価な重油を燃焼させ、経済的である。この場合、電気モータ１０には主モータ３または４によって駆動される軸駆動発電機１８によってのみ電流が供給される。これに対応してスイッチ２５，２６は閉鎖され、スイッチ２７は開放される。
【００４１】
機械エネルギーから電気エネルギーおよびその逆の変換という２重のエネルギー変換によって運転効率は失われるものの、この損失は全駆動出力の一部のみに係わるものであって、反対方向に回転し、前後に設けられた２つのプロペラ１，２を有する２重プロペラ装置による運転効率の利益によって十二分に補われる。この点を考慮して軸駆動発電機１８の寸法は受容可能な出力が対応する主モータ３または４の最大連続出力の多くとも２０から３０％、好ましくは２５％になるように好適に構成されている。
【００４２】
２  船舶の部分的負荷運転
業務用船舶は、しばしば通常の巡航速度または駆動出力が要求されない運転状態になる。例えば天候条件に恵まれている、積載量が小さいなどの場合である。このような場合には電気モータ１０はスイッチ２５を開放することによって、電流供給を分断、すなわちアイドリング運転に設定されるので、前方のプロペラ２は駆動されず、空転される。クラッチ１１が流体クラッチであれば空にすることができるので、電気モータ１０は停止する。このような場合、船舶は主モータ３または４によって駆動される後方のプロペラ１によって非常に単純で堅牢な通常の単一プロペラ駆動システムを有することになる。模擬実験の結果、自由回転する前方のプロペラ２によって生じる駆動出力の損失はほとんど問題にならないことが判明している。
【００４３】
前方のプロペラ２が自由回転すると、後方のプロペラ１への流れの状態が変化する。後方のプロペラは調整プロペラとして形成されているので後方のプロペラの翼を調整してプロペラ１が比較的容易に回転するように翼のピッチを実現し、主モータ３または４が熱的に過剰負荷されないようにする。
【００４４】
軸駆動発電機１８は本発明のような場合には同様にアイドリング運転させるか、船舶回路網２２が電流を受容できる場合はこの回路網に電流を供給する。後者の場合はスイッチ２６，２７のみが閉鎖され、スイッチ２５は開放される。
【００４５】
３  低速運転または非常運転
船舶がゆっくりと航行するとき、例えば運河や水門を通過する際、船舶は前方のプロペラ２によって作られる駆動力によってのみ運転される。同じことは主モータ３または４が停止するような非常事態にも当てはまる。後方のプロペラ１は非常事態ではクラッチ７または７ａを相応に作動させて主モータ３または４との連結を解除され、自由に回転可能となる。後方のプロペラが自由回転状態になることによって発生する駆動出力の損失は本発明のような場合においては問題にならない。前方のプロペラ２を駆動する電気モータ１０はこの場合、必要な電流を船舶回路網２２または作動中のディーゼル発電機２０から受け取る。これに応じてスイッチ２５および２７は閉鎖され、軸駆動発電機１８に電流が供給されないようにするためにスイッチ２６は開放される。運河や水門を通過する場合のように非常に低速の航行は通常長くは持続しないので、このような運転状態における駆動装置の運転効率も決定的な意味を持つものではない。同じことは非常事態についても当てはまるが、このような運転状態では非常に費用が嵩み時間もかかるタグボートによる支援に頼らなくても済むという利点がある。
【００４６】
４  ブースター運転
実際の業務において十分な経済性を実現するためには、必要な場合にその時々の市場の要求に応じて船舶の巡航速度を上昇させられることが重要である。そのために船舶は通常の運転に対して付加的な駆動出力を必要とし、このような付加的な駆動出力はいわゆるブースター装置から供給しなければならない。
【００４７】
本発明においてブースター装置は前方のプロペラ２に対応する電気モータ１０を有する駆動装置から成り、電気モータはブースター運転時には使用可能な全ての電力源から電流を供給される。すなわち軸駆動発電機１８からと、船舶回路網２２を介して使用可能なディーゼル発電機２０からであり、使用可能なディーゼル発電機とは待機状態に保持されている１つのディーゼル発電機２０を除いて全てのディーゼル発電機２０の場合もありうる。このとき後方のプロペラ１の他に主モータ３または４によって駆動可能な軸駆動発電機１８の出力受容を好適に制御して、２つのプロペラ１，２の駆動作用の関係を最適化するために、軸駆動発電機１８が船舶回路網２２から供給可能な出力に加えて必要とする出力のみを受け取るように調整が行われる。軸駆動発電機１８から供給される出力は場合によってゼロに向かうこともある。前記のような制御により、いずれの場合でも前後に設けられ、反対方向に回転するプロペラ１，２から成る２重プロペラ装置によって流体力学的な運転効率が最適化されるとともに、機械エネルギーから電気エネルギーおよびその逆の２重のエネルギー変換によって生じるエネルギー損失が最小化され、その結果全体としてすぐれた運転効率が得られる。
【００４８】
本発明による装置のブースター運転によって、天候が悪くても満たすべき用船契約条件が厳しくても運行計画を確実に遂行することができるので、船舶全体の経済性が増大する。前記の手段を用いると、すでに巡航中の船舶を時間が経つうちに増大した要求に好適な方法で適合させることができる。船舶の将来の運転状態を予測し、それに応じて設計段階から駆動出力のうち電気による比率の範囲を自由に、例えば全駆動出力の１０％から５０％までという風に選択することができる。調整プロペラとして形成されている後方のプロペラ１の翼が調整可能であることによって、運転中に個々の場合に応じて確実に適合させることができる。
【００４９】
前記の実施の形態が示す通り、本発明による混成駆動装置は実際に見られる全ての運転状態に対して好適であるので、経済性と安全性を考慮して個々の場合に適合させる高い能力を実現させる。さらなる有利点として、本発明による駆動装置は周知かつ実際に効果が証明された部材のみから構成されていることが挙げられる。
【００５０】
本発明の好適な実施の形態のいくつかについて前記のように詳しく説明したが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。従って機械的な駆動源として主モータの代わりに伝動装置を介して互いに駆動結合された２つのモータを使用することもできる。同様に同一の船舶に対して同軸に設けられ、反対方向に回転する二重プロペラ装置を複数かつ平行に設けることも想定される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】主モータとして低速で運転される２サイクル大型ディーゼルエンジンを有する船舶のための混成駆動装置を示す図である。
【図２】主モータとして高速で運転される４サイクル大型ディーゼルエンジンを有する船舶のための混成駆動装置を示す図である。
【図３】図１および図２に示す構成とは異なるプロペラブラケットを有してなる実施の形態を示す図である。
【図４】図３に示す構成を背面から見た図である。
【図５】半浮動舵を有してなる図３に示す構成の変形態様を示す図である。
【図６】半浮動舵を有してなる図３に示す構成の変形態様を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１、２  プロペラ
３、４  主内燃機関
５、１３  軸
６  減速ギア
７、７ａ  クラッチ
１０  電気モータ
１１  弾性クラッチ
１２  減速ギア
１４ａ  支持ベアリング
１７、１９  加速ギア
１８  軸駆動発電機
２０  補助ユニット
２２  回路網
３０、３１、３２  流れガイド部材
３３  半浮動舵
３４  舵突出部
【国際公開パンフレット】
2004530588.tif 000002
2004530588.tif 000003
2004530588.tif 000004
2004530588.tif 000005
2004530588.tif 000006
2004530588.tif 000007
2004530588.tif 000008
2004530588.tif 000009
2004530588.tif 000010
2004530588.tif 000011
2004530588.tif 000012
2004530588.tif 000013
2004530588.tif 000014
2004530588.tif 000015
2004530588.tif 000016
2004530588.tif 000017
2004530588.tif 000018
2004530588.tif 000019
2004530588.tif 000020
2004530588.tif 000021
2004530588.tif 000022
2004530588.tif 000023
2004530588.tif 000024
2004530588.tif 000025
2004530588.tif 000026
2004530588.tif 000027
2004530588.tif 000028
2004530588.tif 000029
2004530588.tif 000030
2004530588.tif 000031
2004530588.tif 000032
2004530588.tif 000033
【国際調査報告】
2004530588.tif 000034
2004530588.tif 000035
2004530588.tif 000036
2004530588.tif 000037