JP2011088540A

JP2011088540A - 水中翼を設けた船舶

Info

Publication number: JP2011088540A
Application number: JP2009243383A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Nakagawa; 茂明中川
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】水中翼に副推進器を設置して、エンジンを小型軽量化し、船体の軽量化および燃費を向上させるとともに、旋回などの操船性能を向上させた船舶を提供する。
【解決手段】船体２に、主推進器を回転駆動させて船体２に推進力を与えるエンジン４と、船底部に、船体２に上向きの揚力を与える水中翼８とを備え、この水中翼８には、船体２の進行方向に対し後方に向けて、船内に設置した発電機で発電した電力により駆動するモータに連結した副推進器１０Ｌ，１０Ｒを設置した。
【選択図】図４

Description

本発明は、船体に、主推進器を回転駆動させて船体に推進力を与えるエンジンと、船底部に、船体に上向きの揚力を与える水中翼とを備える船舶に関し、より詳細には、水中翼に、船体の進行方向に対し後方に向けて、副推進器を設置した船舶に関する。

従来のモーターボートや漁船などの船舶には、船尾に推進器（スクリュー）を設けるとともに、船体中央近傍の船底であって、船体中心線上に設置したストラット（支柱）の下端に水中翼を取付けることで、前部船底を水面より浮上させ、航走中の船体抵抗をなるべく小さくし、航行の高速化を図るもの（例えば、特許文献１〜３）が知られている。

特開平０６−９２２８５号公報特開平０８−１１９１８３号公報特開平１１−５９５６０号公報

しかし、このような水中翼を設ける船舶では、航行の高速化が可能になるものの、船尾に設けられた推進器が、船体を推進させる唯一の推進手段であり、この推進器には、船体を推進させるための十分な動力が必要になることから、エンジンを小型化できず、よって、船体の軽量化および燃費を向上させることができない問題があった。また、船体を旋回させる際には、船尾に設置した舵取り装置（舵）だけを用いていたため、急な旋回など短時間で小さな旋回半径を必要とする場合などの操船性が悪いという問題もあった。
そこで、この発明の目的は、水中翼に副推進器を設置して、エンジンを小型軽量化し、船体の軽量化および燃費を向上させるとともに、旋回などの操船性能を向上させた船舶を提供するものである。

このため請求項１に記載の発明は、船体に、主推進器を回転駆動させて前記船体に推進力を与えるエンジンと、船底部に、前記船体に上向きの揚力を与える水中翼とを備える船舶において、前記水中翼には、前記船体の進行方向に対し後方に向けて副推進器を設置したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の船舶において、前記副推進器は、船内に設置した発電機で発電した電力により駆動するモータに連結するとともに、前記モータを前記水中翼に設置したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１〜２に記載の船舶において、前記モータは、前記船体の操向を行う操舵輪を接続したコントローラに接続するとともに、前記操舵輪には、該操舵輪の操向および操舵量を検出する検出器を設置し、前記コントローラが、前記検出器による検出情報に基づいて、前記左右モータの出力回転を制御することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、船体に、主推進器を回転駆動させて船体に推進力を与えるエンジンと、船底部に、船体に上向きの揚力を与える水中翼とを備える船舶において、水中翼には、船体の進行方向に対し後方に向けて副推進器を設置したので、主推進器は、水中翼により船体を持ち上げる揚力を必要とする推進力を船体に与えるだけでよく、エンジンを小型軽量化できるとともに、副推進器により船体を旋回させるなど効率的に操船することができる。従って、船体の軽量化および燃費を向上させるとともに、操船性能を向上させた船舶を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、副推進器は、船内に設置した発電機で発電した電力により駆動するモータに連結するとともに、モータを水中翼に設置したので、エンジンとは別系統で駆動させる副推進器により、水中翼の揚力で持ち上げた、推進抵抗の低い船体を容易に推進させることができる。

また、水中翼に設けた副推進器の近傍にモータを設置することで、モータと船内に有するバッテリとの間を電気配線で接続すればよく、組立性を容易にすることができる。従って、エンジンを小型軽量化し、船体の軽量化および燃費を向上させるとともに、コストダウンかつ組立作業性も向上させた船舶を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、モータは、船体の操向を行う操舵輪を接続したコントローラに接続するとともに、操舵輪には、この操舵輪の操向および操舵量を検出する検出器を設置し、コントローラが、検出器による検出情報に基づいて、左右モータの出力回転を制御するので、船体は、水中翼に設けた左右モータの出力差に伴う左右副推進器の回転数差により、操舵輪の回転量に応じた旋回半径を有しながら迅速に旋回することができる。従って、操船性を向上させた船舶を提供することができる。

本発明の一例を示す、船舶の右側面図である。同船舶の底面図である。船体前進時に、水中翼によって上向きの揚力がかかった船体を示す船舶の右側面図である。同船舶の背面図である。水中翼の拡大斜視図である。ケーシングから後方に突出する副推進器の斜視図である。モータを内設するケーシングの断面側面図である。水中翼に設けた副推進器のモータへの電力供給を説明する模式図である。船体のコントローラによる旋回制御のブロック図である。水中翼後部の左右上面に推進器を設けた例を示す船舶の背面図である。

以下、図面を参照しつつ、この発明を実施するための最良の形態について詳述する。
図１は本発明の一例を示す、船舶の右側面図、図２は同船舶の底面図、図３は船体前進時に、水中翼によって上向きの揚力がかかった船体を示す船舶の右側面図である。

本願発明を例示する船舶１は、モーターボートや漁船などであって、図１に示すように、船体２が、例えば、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）などから構成してもよい。そして、船体２の上部には、図８で図示する操舵輪ｒを有する操舵室などを備えるキャビン３を配置してもよい。

また、船内後尾などにはエンジン４が設置され、このエンジン４には、船底下であって、船尾方向に突出させた左右一対の駆動軸５が接続されるとともに、さらにこれら駆動軸５の先端部には、スクリューなどの主推進器６が取付けられる。なお、左右一対の推進器６は、１台のエンジン４で駆動してもよいが、２台のエンジン４で各個別に駆動させてもよい。また、船底後尾には、図示しない舵取り装置が設置される。

さらに、船体２の重心近傍における船底面には、図例では複数のストラット（支柱）７が設置されるとともに、これらストラット７の下端部には、ストラット７を含む全没型の水中翼８が設けられる。

つまり、水中翼８の上面は、図５で後述するように、前部左右に２本のストラット７および後部中央に１本のストラット７で支持される構成とされる。なお、ストラット７は１本の単柱から構成されるものもある。

この水中翼８は、例えば、撓み変形を可能とする金属板や硬質合成樹脂板などから構成され、図２にも示したが、底面視において水中翼８の前部を、船体２の中心線から左右それぞれ後方に斜設した翼形状を有するとともに、側面視では、図１などに示した後傾姿勢を有するとともに、水中翼８の前部を、水面上に浮かぶ船体（静止状態）および水面に対して所定の迎え角を有して上方に傾設させた形状とされる。

従って、水中翼８が、船体２の前進時に、図３に示すように、船体２を持ち上げる上向きの揚力を与えることで、船体２の推進抵抗を低減させ、航行の高速化を可能にするものである。なお、図１〜３中の符号１０Ｌ，１０Ｒは、後述する本願発明要部の副推進器である。

次に、本願発明の特徴である、水中翼に設けた副推進器ついて、その具体的構成を説明する。図４は船舶の背面図、図５は水中翼の拡大斜視図、図６はケーシングから後方に突出する副推進器の斜視図、図７はモータを内設するケーシングの断面側面図、図８は水中翼に設けた副推進器のモータへの電力供給を説明する模式図、図９は船体のコントローラによる旋回制御のブロック図、図１０は水中翼後部の左右上面に推進器を設けた例を示す船舶の背面図である。

本願発明の船舶１における水中翼８には、図４〜５にも示すように、例えば、水中翼８における後端部の左右下面に、防水加工を施した左右ケーシングｃ内に収容するなどした、水中においてもケーシングｃ内で駆動可能なモータ９Ｌ，９Ｒが取付けられるとともに、このモータ９Ｌ，９Ｒには、スクリューなどの副推進器１０Ｌ，１０Ｒの回転軸ｓがそれぞれ船舶１の後方に向けて接続される。

これら左右ケーシングｃは、船体が受ける流体力学的抵抗を軽減するために、ｐｏｄ（繭）型の形状で構成するとともに、図７の断面側面図で示すように、ケーシングｃの後端部であって、副推進器１０Ｌ，１０Ｒの回転軸ｓを突出させる回転軸ｓ周りには、防水手段としてオイルシールなどの軸シール１４が設けられる。なお、符号１５は、パッキンラインである。

従って、左右ケーシングｃは、パッキンライン１５に、不図示のパッキンまたはＯリングを装着するとともに、回転軸ｓ周りには軸シール１４を備えるため、防水性および気密性を保持することができる。

一方、船内に設置したエンジン４の近傍位置には、図８に示すように、バッテリ１２を接続した発電機１１が設置されており、この発電機１１で発電した電力は、バッテリ１２から後述するインバータ１８を介して、例えばエアコンなどのアクセサリの電源に用いられる。

そこで、上述したモータ９Ｌ，９Ｒの電気配線１３を、バッテリ１２に接続させるが、この際、電気配線１３は、ケーシングｃの前部と水中翼８の後端部との取付接触面から水中翼８内に導入し、水中翼８の内部を介して、ストラット７の内部（配線本数により適宜１〜３本のストラット７を使用することができる）を挿通させるとともに、ストラット７の上端を取付けている船底を貫通して、船内のバッテリ１２に接続される。

ここで、エンジン４を駆動させることによる推進器６の回転に伴い、船体２が推進する際、水中翼８により船体２の船底が水面上方に持ち上げられ、船体２の推進抵抗を低減させる。

次いで、作業者は、適宜位置に設置したモータ９の駆動スイッチを投入することで、モータ９Ｌ，９Ｒのバッテリ１２の電力による駆動に伴い副推進器１０Ｌ，１０Ｒが回転し、船体２は、主推進器６とともに副推進器１０Ｌ，１０Ｒの両推進力で航行する。

従って、このような構成により、主推進器６は、水中翼８により、船体２を持ち上げる揚力を必要とする推進力を船体２に与えるだけでよいため、エンジン４を小型軽量化することができる。

つまり、推進抵抗を低減させた船体２を、全てエンジン４の動力によらず、バッテリ１２の電力に伴うモータ９Ｌ，９Ｒを介した副推進器１０Ｌ，１０Ｒにより推進させるため、船体２の航行動力は、発電機１１で発電した電力を有効に利用して賄え、エンジン４を、従来のエンジンに比べて小型化することができ、船体２の軽量化および燃費を向上させることができる。

さらには、副推進器１０Ｌ，１０Ｒが、水中翼８後端部下面の左右に取付けられているため、以下のようにして操舵制御を行うことで、操船性を向上させることができる。

これは、図９に示すように、船内の適宜位置に設置されたコントローラＣには、キャビン３内の前記操舵室に設置され、前記舵取り装置に連係した操舵輪ｒの図示しない回転基軸などに設けられた、操舵輪ｒの操向および操舵量を検出するポテンショメータなどの検出器１６や、船速センサ１７などが接続される。なお、船速センサ１７の種類は限定されないが、例えば、船底などに設置された図示しない圧力計の計測値により船速を検出するものでよい。

また、コントローラＣには、インバータ１８が接続されており、このインバータ１８には、エンジン４に接続した発電機１１が接続されている。なお、エンジン４は、クラッチ１９を介して主推進器６が接続されている。

さらに、コントローラＣには、バッテリ１２およびモータ９Ｌ，９Ｒが接続されるとともに、これらモータ９Ｌ，９Ｒには、バッテリ１２が接続されている。従って、このインバータ１８は、発電機１１から受電した電力をバッテリ１２に蓄電し、例えばモータ９Ｌ，９Ｒには４８〜７４Ｖ、その他のアクセサリ類には１２Ｖなど用途に応じた電圧（電流）に変圧（変電）する。

また、モータ９Ｌ，９Ｒは、車載・船舶用発電機など精密機械の摺動部などに組込まれるネオジウム系磁石を用いたネオジウムモータを使用することで、コントローラＣが、操舵輪ｒの操向および操作量（回転数）に応じて、モータ９Ｌ，９Ｒの出力有無および回転数が変化させるように、各モータ９Ｌ，９Ｒに印加する電圧を調整して、モータ９Ｌ，９Ｒの出力を制御する構成とされる。

なお、前記ネオジウムモータは、原子％でＮｄ：１２％，Ｆｅ：８２％，Ｂ：６％の成分比で構成された焼結タイプのものや、原子％でＮｄ：８％，Ｆｅ：８６％，Ｂ：６％の磁石合金を、ナイロンをバインダーとして射出成形により形成した樹脂タイプのものなどを用いることができる。

ここで、航行中の船体２を、例えば右旋回させたい場合には、作業者は、前記操舵輪を右回転させると、前記舵取り装置を従動させるとともに、検出器１６が、その操向（回転方向）および回転量（操舵量）を電圧などの電気信号としてコントローラＣに出力し、さらに船速センサ１７が、船速の情報をコントローラＣに出力する。

そして、コントローラＣは、その電気信号（検出器１６による検出情報）および船速情報に基づいて、前記操舵輪の回転量に応じた電圧を、水中翼８の右側に設置したモータ９Ｒに指示することで、モータ９Ｒの駆動出力を減少または停止させる。

なお、船体２を左旋回させたい場合も、上記同様に操舵輪ｒを左回転させることで、モータ９Ｌの駆動出力を減少または停止させる。

従って、船体２は、前記舵取り装置とともに、水中翼８に設けた左右モータ９Ｌ，９Ｒの回転差に伴う左右副推進器１０Ｌ，１０Ｒの回転数差により、操舵輪ｒの回転量および船速に応じた旋回半径を有しながら迅速に旋回することができ、その旋回性を向上させることができる。

また、コントローラＣは、上記操舵の際、操舵輪ｒの回転量に応じて、船速センサ１７により検出された船速が任意に設定した所定速度よりも速く、急激な旋回になる場合には、横転など船体のヨーイングに影響しないように、モータ９Ｌ，９Ｒの出力を停止しないようにしている。

なお、副推進器１０Ｌ，１０Ｒの設置位置は、上述した水中翼８後端部の左右下面に限定されず、図１０に示すように、水中翼８後端部の左右上面に設けることもできる。

この場合、モータ９Ｌ´，９Ｒ´を、水中翼８後端部の左右上面に設置すればよく、これらモータ９Ｌ´，９Ｒ´の後端に副推進器１０Ｌ，１０Ｒが接続される。そして、このような構成にすることで、上述同様の効果を得ることができる。さらには、図示しないが、モータ９Ｌ，９Ｒを水中翼８の左右後端面に取付けてもよい。

以上詳述したように、この例の船舶１は、船体２に、主推進器６を回転駆動させて船体２に推進力を与えるエンジン４と、船底部に、船体２に上向きの揚力を与える水中翼８とを備え、この水中翼８には、船体２の進行方向に対し後方に向けて副推進器１０Ｌ，１０Ｒを設置したものである。

加えて、副推進器１０Ｌ，１０Ｒは、船内に設置した発電機１１で発電した電力により駆動するモータ９Ｌ，９Ｒに連結するとともに、操舵輪ｒには、操向および操舵量を検出する検出器１６を設置し、コントローラＣが、検出器１６による検出情報に基づいて、左右モータ９Ｌ，９Ｒの出力回転を制御する。

なお、上述の例では、船舶の一例としてモーターボートや漁船などについて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、船底に全没式の水中翼を備えるあらゆる船舶に適用することができる。

４エンジン
７ストラット
８水中翼
９Ｌ，９Ｒ，９Ｌ´，９Ｒ´ モータ
１０Ｌ，１０Ｒ副推進器
１１発電機
１２バッテリ
１３電気配線
１４軸シール
１６検出器
１７船速センサ
１８インバータ
Ｃコントローラ
ｒ操舵輪
ｓ回転軸

Claims

船体に、主推進器を回転駆動させて前記船体に推進力を与えるエンジンと、
船底部に、前記船体に上向きの揚力を与える水中翼と、
を備える船舶において、
前記水中翼には、前記船体の進行方向に対し後方に向けて、副推進器を設置したことを特徴とする船舶。
前記副推進器は、船内に設置した発電機で発電した電力により駆動するモータに連結するとともに、前記モータを前記水中翼に設置したことを特徴とする、請求項１に記載の船舶。
前記モータは、前記船体の操向を行う操舵輪を接続したコントローラに接続するとともに、前記操舵輪には、該操舵輪の操向および操舵量を検出する検出器を設置し、前記コントローラが、前記検出器による検出情報に基づいて、前記左右モータの出力回転を制御することを特徴とする、請求項１〜２に記載の船舶。