JP2006504569A - 海上輸送船の動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

独立した速度比を可能にする複数の出力軸を備える変速機をエンジンの出力軸に連結し、変速機の出力軸にプロペラを設けることによって、海上輸送船のプロペラを各々の適切な回転速度で回転させることができる。

Description

本発明は、海上輸送船の動力伝達装置に関し、特に、１つのエンジンのみが用いられる場合あっても複数のプロペラを様々な回転速度に制御可能な動力伝達装置に関する。

当該技術分野において周知のごとく、湖、河、海などの水上を通って乗客や貨物を運送するために、種々の海上輸送船が利用されている。このような海上輸送船は、動力を発生するエンジンと発生した動力をプロペラに伝達するための変速装置とを備える。通常、このようなエンジンと変速装置とを総称して“動力伝達装置（POWER TRAIN）”という。以下、“プロペラ”という用語は、水流を発生させるための通常のプロペラのみならず、海上輸送船の本体に対する反力を発生するあらゆる回転装置をも含んで使用される。“海上輸送船”という用語は、プロペラの反力で航行するあらゆる海上船舶を意味するものとして使用される。さらに詳しくは、海上輸送船は必ずしも水上を航行することがなく、水中を潜行してもよい。

前記変速装置としては、自動変速機、手動変速機などの様に多様な形態で実現されているが、韓国特許第２９２３２５号（特許出願番号：１０-１９９８-６３２９５号）で開示された半自動変速装置が大変有効である。

このような輸送船の従来型の動力伝達装置によれば、エンジン、例えば、内燃機関が１つの出力軸を通じて動力（つまり、回転力）を出力し、出力トルクを受けた変速装置は、回転速度を変速し、それをプロペラに伝達する。このような動力伝達の間、ただ１つの速度比が適用される。

このような動力伝達における従来の構成によれば、１つの出力軸のみを有するエンジンからのトルク出力は、ただ１つの速度比によって変速されてプロペラに伝達するので、動力の伝達形態が限定されてしまう。即ち、１つのエンジンは１以上のプロペラを同じ速度でしか動かすことができない。

その結果、海上輸送船の動きもまた制限される。例えば、船の進行方向を変更するために、プロペラの後端に設置される舵が操作されて反力の方向が変わり、これにより、船舶の方向を旋回させる旋回力が発生する。当該技術分野において周知であるように結果として船舶の旋回半径が非常に大きくなる。

船舶のこのような旋回半径を小さくできれば、それによって様々なメリットを引出すことができる。例えば、狭い領域での旋回が可能となり、その結果、船舶間の干渉も最少化することができる。

異なるプロペラに互いに異なる回転力を与えるために、船舶はエンジンを複数備えて、複数のエンジンに複数の変速機をそれぞれ連結してもよいが、この場合、各エンジンから発生する回転力の調和が容易ではなく、エンジンや変速機が必然的に広い空間を占めてしまう。

したがって、本発明の目的は、１つのエンジンのみが用いられる場合あっても、複数のプロペラに互いに異なる速度比で異なる回転力を伝達することができる海上輸送船の動力伝達装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る海上輸送船の動力伝達装置は、少なくとも１つの出力軸を備えたエンジンと、前記エンジンの少なくとも１つの出力軸に連結される少なくとも１つの変速機であって、独立した速度比を可能にする複数の出力軸を備える変速機と、前記変速機の出力軸の各々に連結されたプロペラとを備える。

前記エンジンの少なくとも１つの出力軸を複数備え、前記エンジンの複数の出力軸の各々に前記少なくとも１つの変速機の各々が連結され、前記少なくとも１つの変速機の各々は、独立した速度比を可能にする複数の出力軸を備えることが好ましい。

また、前記エンジンは各シリンダーに複数のピストンを備え、前記各シリンダーの複数のピストンは水平対向に往復運動し、前記各シリンダーの複数のピストンは前記エンジンの前記各出力軸に分かれて連結されることことが好ましい。

また、前記少なくとも１つの変速機は、前記エンジンの出力軸の回転に連動して回転する第１駆動軸及び第２駆動軸と、前記第１及び第２駆動軸にそれぞれ設けられた少なくとも１つの第１ドライバギヤ及び少なくとも１つの第２ドライバギヤと、前記少なくとも１つのドライバギヤ第１及び前記少なくとも１つの第２ドライバギヤにそれぞれ連結された第１及び第２多速度装置とを有することが好ましい。

さらに、前記第１及び第２多速度装置の各々は複数の遊星ギヤセットを有し、前記複数は所定の変速数に対応することが好ましい。

特に、前記第１及び第２多速度装置の各々における遊星ギヤセットの少なくとも１つは、各多速度装置における他の遊星ギヤセットの少なくとも１つに対して逆回転することが好ましい。

前記遊星ギヤセットの各々は、サンギヤ、リングギヤ、及びキャリアを有し、前記リングギヤは、前記第１及び第２ドライバギヤのうち対応するドライバギヤと噛み合い、前記サンギヤは、前記変速機の出力軸に連結され、前記第１及び第２多速度装置の各々は、前記キャリアを選択的に停止させるブレーキを更に有することが好ましい。

特に、前記多速度装置に備えられたリングギヤの個数だけ前記ドライバギヤが設けられて各ドライバギヤが対応するリングギヤと噛み合うことが好ましい。

本発明の実施の形態によれば、一つのエンジンのみが用いられる場合あっても、複数のプロペラがそれぞれ最適速度で作動し、それにより、船体の動力性能を向上させられる。

また、エンジンが複数の出力軸を有する場合、最適に制御されうるプロペラの数は同数に増加されうる。

さらに、エンジンの各出力軸には独立した変速装置が設けられ、各変速装置は該装置の出力軸を独立した速度比で制御するので、各プロペラは最適に制御される。

また、変速機に含まれた多速度機構によってクラッチ機能が実現され、これにより、エンジンからプロペラへの動力伝達を制御する追加のクラッチ装置を必要とすることがない。したがって、船舶の動力伝達装置を単純化することができる。

エンジンは、水平対向エンジンとして実現されているので、動力伝達装置の重心の高さを低くすることができ、これにより、船体の安定性が向上させることができる。

各プロペラは互いから独立した速度で制御可能であり、少なくとも１つのプロペラは、逆回転可能であるので、船体の旋回半径を減じることができる。

また、プロペラがエンジンの出力によって逆回転可能であるので、水との摩擦によってのみ停止する一般の海上輸送船より、船舶はエンジンの出力を利用してより急速な減速が可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る海上輸送船（例：船舶）の動力伝達装置の概略構成を示す図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態の動力伝達装置はエンジン１１０を備える。エンジン１１０には複数の出力軸１１３、１１４が設けられている。変速機１２０、１２２がそれぞれ出力軸１１３、１１４に連結されている。変速機１２０には複数の出力軸１７３、１７４が設けられ、該出力軸１７３、１７４を通じて独立した速度比を実現する一方、変速機１２２には複数の出力軸１７１、１７２が設けられ、該出力軸１７１、１７２を通じて独立した速度比を実現する。

図１に示すように、エンジン１１０は、各シリンダー１１７が水平対向に往復運動する２つのピストン１１１、１１２を有し、該２つのピストン１１１、１１２がそれぞれ出力軸１１３、１１４に連結された水平対向方式のエンジンである。エンジン１１０の左側ピストン１１２と右側ピストン１１１は、シリンダー１１７の爆発力を左側出力軸１１４と右側出力軸１１３に各々出力する。ピストン１１１、１１２の往復運動は、タイミングベルトのようなタイミング機構によって同期させられる。

左側出力軸１１４及び右側出力軸１１３は、前述したように、独立した速度比の複数の出力軸をそれぞれ備える変速機に連結されている。左側出力軸１１４に連結された変速機１２２と右側出力軸１１３に連結された変速機１２０は、対称構造を有していてもよいので、以下では、右側変速機１２０について詳細に説明する。

右側変速機１２０は、図１に示すように、エンジンの右側出力軸１１３に連動して回転する第１駆動軸１２５及び第２駆動軸１２６を有する。

第１駆動軸１２５には、第１ドライバギヤ１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃ、１３１Ｄ、１３１Ｒが設けられている。第１多速度装置１５０が第１ドライバギヤ１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃ、１３１Ｄ、１３１Ｒに連結されている。

同様に、第２駆動軸１２６には、第２ドライバギヤ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ、１３２Ｄ、１３２Ｒが設けられ、第２多速度装置１５１が第２ドライバギヤ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ、１３２Ｄ、１３２Ｒに連結されている。

第２駆動軸１２６、第２ドライバギヤ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ、１３２Ｄ、１３２Ｒ、第２多速度装置１５１、及び右側出力軸１１３の間における協働関係は、第１駆動軸１２５、第１ドライバギヤ１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃ、１３１Ｄ、１３１Ｒ、第１多速度装置１５０、及び右側出力軸１１３の対応する協働関係と対称的である。したがって、以下、第１駆動軸１２５に関連して協働関係について詳細に説明する。

右側出力軸１１３に連動する第１駆動軸１２５の回転は、図１に示すように、右側出力軸１１３に設けられたギヤ１４０と第１駆動軸１２５に設けられたギヤ１４１との噛み合わせによって実現される。この場合、第１、第２駆動軸１２５、１２６は、同じ方向に回転する。

第１駆動軸１２５に設けられた各ギヤ１４１は遊星ギヤセットのリングギヤであり、ピニオンギヤを支持する、遊星ギヤセットのキャリア１４２は、外部ブレーキ１４３で選択的に停止させられ、遊星ギヤセットのサンギヤ（図示せず）は第１駆動軸１２５に固定される。このようにして、第１多速度装置１５０の各変速段に共通に作用する共通速度比が実現される。第１駆動軸１２５に複数のギヤ１４１を設け、ギヤ１４１の各々を遊星ギヤセットのリングギヤとして構成することによって、共通速度比を複数にできる。

同様に、第２多速度装置１５１の共通速度比を実現することができ、第２多速度装置の共通速度比も複数にできる。

本発明の実施の形態で用いられる第１、２多速度装置は、登録特許である韓国特許第２９２３２５号（特許出願番号：１０-１９９８-６３２９５号）で開示された半自動変速装置に用いられた変速装置として実現されてもよい。

上述し且つ図１に示すように、第２ドライバギヤ１３２Ａ〜１３２Ｒ、及び第２多速度装置１５１は、第１ドライバギヤ１３１Ａ〜１３１Ｒ、及び第１多速度装置１５０と相互対称的に構成される。したがって、以下、第１ドライバギヤ１３１Ａ〜１３１Ｒ及び第１多速度装置１５０について詳細に説明する。

第１多速度装置１５０は遊星ギヤセット１６０Ａ、１６０Ｂ、１６０Ｃ、１６０Ｄ、１６０Ｒを有し、遊星ギヤセットの数は第１多速度装置１５０の所定の変速段数と同じである。図１は、４つの前進変速段と１つの後進変速段を典型的に示すが、前進／後進変速段数は、当業者によって自明的に変更されうる。特に、図１では１つの後進変速段のみが示されているが、後進変速段は、前進変速段と同一数、または異なる個数の複数にしてもよい。

当該技術分野において周知のように、１つの遊星ギヤセットは、サンギヤ、リングギヤ、及びキャリアの３つの作動要素を有する。したがって、この３つの作動要素のいずれか１つを通じて回転力が入力され、他の１つが固定（つまり、回転を停止）されると、残りの１つを通じて回転力が出力される。

同様に、本発明の実施の形態の第１多速度装置１５０で用いられる遊星ギヤセット１６０Ａ〜１６０Ｒは、サンギヤ（図示せず）、リングギヤ１６１Ａ〜１６１Ｒ、及びキャリア１６２Ａ〜１６２Ｒをそれぞれ有する。リングギヤ１６１Ａ〜１６１は、ドライバギヤ１３１Ａ〜１３１Ｒとそれぞれ噛み合わされ、サンギヤ（図示せず）は、右側変速機１２０の出力軸１７３に固定される。そして、本発明の実施の形態の第１多速度装置１５０は、キャリア１６２Ａ〜１６２Ｒを選択的に停止させるためのブレーキ１６３Ａ〜１６３Ｒをさらに有する。このような入力要素及び出力要素の構成によって、多速度装置の構成を簡素化することができる。

当該技術分野において知られているように、リングギヤの半径に対するサンギヤの半径の比率を調節して、遊星ギヤセットの速度比を変更することができる。したがって、ドライバギヤ１３１Ａ〜１３１Ｒの直径は必ずしも互いに異なることはなく、１つの直径であってもよい。

即ち、前述した特許（韓国特許第２９２３２５号）に開示されているように、１つのドライバギヤを通じて各遊星ギヤセット１６０Ａ〜１６０Ｒのリングギヤ１６１Ａ〜１６１Ｒに回転力が伝達されている間に、多速度装置１５０に含まれる、異なる遊星ギヤセットのキャリアを停止させることによって異なる速度比を実現することができる。

しかし、より好ましくは、図１に示すように、対応するドライバギヤ１３１Ａ〜１３１Ｒを通じて各遊星ギヤセット１６０Ａ〜１６０Ｒに回転力を伝達するのがよく、これにより、より広範囲の速度比を実現することができる。

キャリア１６２Ａ〜１６２Ｒを選択的に停止させるためのブレーキ１６３Ａ〜１６３Ｒは、前述した特許（韓国特許第２９２３２５号）による開示により、また、当業者にとっても自明である。

第１多速度装置１５０に含まれた１つの遊星ギヤセット（例えば、１６０Ｂ）のキャリア（例えば、１６２Ｂ）をブレーキ（例えば、１６３Ｂ）の操作によって固定すると、キャリア（例えば、１６２Ｂ）が固定された遊星ギヤセット（例えば、１６０Ｂ）の様々な諸元（specification）で決定された速度比で回転力が変更され、変更された回転力が第１多速度装置１５０の出力軸１７３を通じて出力される。したがって、この出力軸１７３が連結されたプロペラ１８３が回転して水流を発生させ、これにより、船舶１００が水流の反力によって動くことになる。

第１多速度装置１５０に用いられる遊星ギヤセット１６０Ａ〜１６０Ｒのうち、遊星ギヤセット１６０Ｒのサンギヤ（図示せず）は、キャリア１６３Ｒが停止されると、他の遊星ギヤセット１６０Ａ〜１６０Ｄのキャリア１６２Ａ〜１６２Ｄが停止された場合における他の遊星ギヤセット１６０Ａ〜１６０Ｄのサンギヤ（図示せず）が回転する方向と逆方向に回転する。すなわち、遊星ギヤセット１６０Ｒは、他の遊星ギヤセット１６０Ａ〜１６０Ｄの回転力と反対回転の回転力を出力する。

このような機能は、様々な構成、例えば、逆遊星ギヤセットにおける異なる個数のピニオンギヤの経由によって実現できる。さらに、図１に示したように、リングギヤ１６１Ｒとドライバギヤ１３１Ｒとの間にアイドルギヤ１６５を介在させてもよい。

上述した動力伝達装置の構成によれば、船舶１００は、１つのエンジンに連結された４つのプロペラ１８１、１８２、１８３、１８４を有し、プロペラ１８１、１８２、１８３、１８４の各々は、各変速機１２０、１２２によってそれぞれ異なる速度で回転可能である。特に、いくつかのプロペラは他のプロペラに対して逆回転が可能となる。

図１に示すように、舵１９１、１９２、１９３、１９４がプロペラの後方に設けられる場合には、このような船舶１００の旋回はより容易になる。

即ち、図２に示したように、右側プロペラ１８４後端の舵１９４と左側プロペラ１８１後端の舵１９１を互いに反対方向にすることによって各プロペラで発生する旋回力を最大化できる。図２に示した舵の位置は、当業者によって様々に変更可能である。

本発明のより好適な実施の形態として、図１に示すように、水平対向エンジン１１０に、海上輸送船１００の後方に延出する出力軸１１３、１１４と対称に、海上輸送船１００の前方に延出する出力軸１１５、１１６が設けられる。出力軸１１５、１１６には、既に説明した変速機１２０、１２２と同一構造の変速機１２４、１２３がそれぞれ連結されている。

また、変速機１２４には複数の出力軸１７５、１７６が設けられ、これらを通じて独立した速度比を実現する。変速機１２３には複数の出力軸１７７、１７８が設けられ、これらを通じて独立した速度比を実現する。

プロペラ１８５、１８６、１８７、１８８は出力軸１７５、１７６、１７７、１７８の前端にそれぞれ連結され、船体内部に収納されている。即ち、プロペラ１８５、１８６、１８７、１８８は船体に設けられた収納空洞２１５、２１６、２１７、２１８にそれぞれ収納される。

カバー１９５、１９６、１９７、１９８は、船体の前方表面が通常円滑となるように、プロペラ１８５、１８６、１８７、１８８の前方における船体表面に形成されている。収納空洞２１５、２１６、２１７、２１８は、カバー１９５、１９６、１９７、１９８が開くときに水が船体の内部に漏れないように、出力軸１７５、１７６、１７７、１７８を密封する。

長さ調節装置２０５、２０６、２０７、２０８は出力軸１７５、１７６、１７７、１７８の長さを変更可能にすべく、出力軸１７５、１７６、１７７、１７８のそれぞれに形成されている。プロペラ１８５、１８６、１８７、１８８を回転させるために、カバー１９５、１９６、１９７、１９８が開き、長さ調節装置２０５、２０６、２０７、２０８が作動して出力軸１７５、１７６、１７７、１７８が延ばされる。これによってプロペラ１８５、１８６、１８７、１８８が船体の外部に突出して回転する。長さ調節装置２０５、２０６、２０７、２０８は、当業者によって様々な形態で具体化することができる。

以下、出力軸１７５に設けられた長さ調節装置２０５の一形態を図３を参照して説明する。他の出力軸１７６、１７７、１７８に設けられた長さ調節装置２０６、２０７、２０８の具体化も、図３を参照した以下の説明から当業者にとって自明である。

図３に示したように、出力軸１７５は、上部、下部出力軸３１０、３０５に二分され、上部出力軸３１０と下部出力軸３０５は、スプライン（spline）結合している。したがって、下部出力軸３０５と上部出力軸３１０は、図３の垂直方向に関する相対運動が可能である。

このような相対運動のために、上部出力軸３１０の外面にベアリング３２０が装着され、ベアリング３２０の外面は、収納空洞２１５に固定されたモータ３４０にベルト３３５によって連結する。ベルト３３５は、モータ３４０の上下部位置において収納空洞２１５に固定されたローラベアリング３３０、３３２によって円滑に作動可能である。

したがって、モータ３４０が駆動されると、その駆動方向に従って出力軸１７５の全体長さが変化する。

このような本発明のより好適な実施の形態、即ち、船体の前方に複数のプロペラを配設する構成によって、海上輸送船１００は、より迅速に減速することができ、後進が可能である。さらには、その旋回半径をより減じることができる。

なお、普段はカバーがプロペラ（すなわち、収容空洞）を覆い、船舶１００の輪郭に及ぼす影響を最少化している。したがって、通常の前方航行時の水による摩擦を最少に抑えられる。

船舶１００の後進時または急減速では、カバーが開き、かつ長さ調節装置の作動に起因する延伸によってプロペラが船体の外部に突出する。この状態でプロペラが回転し、船体は迅速に減速または後進することができる。

また、船体前方においてプロペラに連結された変速機１２３、１２４は、各々後進変速が可能であり、且つ各プロペラも異なる速度を発揮することが可能であり、これにより、船体の旋回が容易に行われる。

特に、船体前方のプロペラと船体後方のプロペラの回転速度及び回転方向を最適化すると、当業者にとって自明であるように、船体の旋回半径をさらに減少させると同時に、その旋回速度も向上される。

本発明を好ましい実施の形態に関連させて説明したが、本発明は、開示された実施の形態に限定されるものでなく、それどころか、本明細書に付随する特許請求の範囲の趣旨に含まれる数々の変更や同等な構成も含むことを意図している。

本明細書及び続く特許請求の範囲を通じて、 「備える（有する）」という用語及びその変形、例えば「備え（有し）」や「備えている（有している）」は、特に反対の記載がない限り、言及された構成要素を含むことはもとより、言及されていない構成要素を排除しないと解釈される。

本発明の実施の形態に係る海上輸送船の動力伝達装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る海上輸送船の動力伝達装置による海上輸送船の典型的な旋回手順を示す図である。 本発明の実施の形態に係る海上輸送船の動力伝達装置に用いられる長さ調節装置の一形態を示す図である。

符号の説明

１００ 船舶
１１０ エンジン
１１３〜１１６，１７１〜１７８ 出力軸
１２０，１２２〜１２４ 変速機
１８１〜１８４，１８５〜１８８ プロペラ

Claims (11)

1. 少なくとも１つの出力軸を備えたエンジンと、
   前記エンジンの少なくとも１つの出力軸に連結される少なくとも１つの変速機であって、独立した速度比を可能にする複数の出力軸を備える変速機と、
   前記変速機の出力軸の各々に連結されたプロペラとを備える海上輸送船の動力伝達装置。
2. 前記エンジンの少なくとも１つの出力軸を複数備え、
   前記エンジンの複数の出力軸の各々に前記少なくとも１つの変速機の各々が連結され、
   前記少なくとも１つの変速機の各々は、独立した速度比を可能にする複数の出力軸を備える請求項１記載の海上輸送船の動力伝達装置。
3. 前記エンジンは各シリンダーに複数のピストンを備え、
   前記各シリンダーの複数のピストンは水平対向に往復運動し、
   前記各シリンダーの複数のピストンは前記エンジンの前記各出力軸に分かれて連結される請求項１記載の海上輸送船の動力伝達装置。
4. 前記少なくとも１つの変速機は、
   前記エンジンの出力軸の回転に連動して回転する第１駆動軸及び第２駆動軸と、
   前記第１及び第２駆動軸にそれぞれ設けられた少なくとも１つの第１ドライバギヤ及び少なくとも１つの第２ドライバギヤと、
   前記少なくとも１つのドライバギヤ第１及び前記少なくとも１つの第２ドライバギヤにそれぞれ連結された第１及び第２多速度装置とを有する請求項１記載の海上輸送船の動力伝達装置。
5. 前記第１及び第２多速度装置の各々は複数の遊星ギヤセットを有し、前記複数は所定の変速数に対応する請求項４記載の海上輸送船の動力伝達装置。
6. 前記遊星ギヤセットの各々は、サンギヤ、リングギヤ、及びキャリアを有し、
   前記リングギヤは、前記第１及び第２ドライバギヤのうち対応するドライバギヤと噛み合い、
   前記サンギヤは、前記変速機の出力軸に連結され、
   前記第１及び第２多速度装置の各々は、前記キャリアを選択的に停止させるブレーキを更に有する請求項５記載の海上輸送船の動力伝達装置。
7. 前記第１及び第２多速度装置の各々における遊星ギヤセットの少なくとも１つは、各多速度装置における他の遊星ギヤセットの少なくとも１つに対して逆回転する請求項５記載の海上輸送船の動力伝達装置。
8. 前記多速度装置に備えられたリングギヤの個数だけ前記ドライバギヤが設けられて各ドライバギヤが対応するリングギヤと噛み合う請求項６記載の海上輸送船の動力伝達装置。
9. 前記エンジンの複数の出力軸は、前記エンジンから船体に対して前方及び後方に延出する出力軸を有する請求項２記載の海上輸送船の動力伝達装置。
10. 前記エンジンから前記船体に対して前方に延出される出力軸は、その長さが調節可能である請求項９記載の海上輸送船の動力伝達装置。
11. 前記エンジンから前記船体に対して前方に延出される出力軸に連結される前方プロペラを備え、
    前記前方プロペラは船体の内側に設けられる収納空洞に収納され、前記収納空洞の船体側の終端にはカバーが設けられる請求項１０記載の海上輸送船の動力伝達装置。

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