JP2013112091A - ポッド推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポッド推進装置を駆動する上で制約条件が少なく、レイアウトの自由度が高い推進方式からなるポッド推進装置を提供すること。
【解決手段】船体（１０）にストラット（４）を介して取り付けられたポッド本体（２）と、ポッド本体（２）に回転可能に取り付けられたポッド側プロペラ（３）と、を備えたポッド推進装置（１）において、ポッド本体（２）の内部には、ポッド側プロペラ（３）を回転させる可変容量型の油圧モータ（６）が収容されており、油圧モータ（６）は、船体（１０）の内部に収容されている可変容量型の油圧ポンプ（８）と通油可能に接続され、油圧ポンプ（８）から送油される作動油によって駆動するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶のポッド推進装置に関するものであり、詳しくは、油圧ポンプおよび油圧モータからなる油圧回路を用いてポッド側プロペラを回転駆動させるポッド推進装置に関する。

船舶の推進装置として、船体の後尾にストラット（支柱）を介して取り付けられたポッド本体と、該ポッド本体に回転可能に取り付けられたポッド側プロペラとを備え、該ポッド側プロペラを回転させることで推進力を得るポッド推進装置がある。

また、上述したポッド推進装置を利用した推進機構として、例えば、船体に直接取り付けられた船体側プロペラと、上記ポッド側プロペラとを対向して配置し、互いに反転させることで高い推進力を得る二重反転推進機構がある。この二重反転推進機構については、例えば、特許文献１などに開示されている。

図５は、従来におけるポッド推進装置を利用した二重反転推進機構を示した概略図である。図５に示したように、船体側プロペラ１１３とポッド側プロペラ１０３とは、対向して、互いに反転するように配置されており、二重反転推進機構を構築している。船体側プロペラ１１３は、メインエンジンである主機１１２と接続されたプロペラシャフト１１５の先端に固定され、主機１１２の動力によって回転するようになっている。

一方、ポッド本体１０２に取り付けられたポッド側プロペラ１０３は、船体１１０に搭載されている発電機１１１の電力によって回転する。すなわち、発電機１１１によってモータ１１６ａ，１１６ｂを駆動させ、ギアボックス１２０、回転軸１１８、変速機１２４、およびプロペラシャフト１０５を介して機械的に動力を伝達することで、ポッド側プロペラ１０３が回転するようになっている（機械式）。

また、上述した機械式のほかに、ポッド本体１０２に電動モータ（不図示）を内蔵させ、該電動モータの出力軸にポッド側プロペラ１０３を直結するとともに、船体に搭載している発電機１１１によって電動モータを駆動させて、ポッド側プロペラ１０３を回転させる方式もある（電動モータ式）。

特開平９−２４８９６号公報

ところで、上述した機械式の場合、機械的に動力を伝達するため、ギアによる伝達損失が大きく、効率に劣るものであった。また、ギアボックス１２０や変速機１２４にはベベルギアが用いられているが、ベベルギアはその製作技術上、製作可能な大きさに限界があるため、大出力の推進装置では採用できないという問題があった。よって、大型船舶用のポッド推進装置としては、機械式は殆ど用いられていないのが現状である。

また、上述した電動モータ式は、電動モータにおける発熱が著しいことから、電動モータを冷却するために冷却系設備を付加する必要がある。よって、装置が複雑化するとともに、装置の小型化が困難になるとの問題があった。さらに、電動モータ式の場合は、その構造上、主機１１２の動力を直接利用することで電動モータを駆動させることはできないため、必ず発電機１１１を設けなければならないという制約があった。

近年のポッド推進装置を含む当該技術分野を取り巻くビジネス環境としては、従来の推進装置単体での販売ではなく、推進装置の船舶への適用と合せたシステム全体として販売するビジネスモデルへとシフトしつつある。このような背景のもと、ポッド推進装置を駆動する上で制約条件が少なく、高効率で且つレイアウトの自由度が高い推進方式の開発が強く望まれていた。

本発明は、上述したような従来技術の状況の下になされた発明であって、ポッド推進装置を駆動する上で制約条件が少なく、レイアウトの自由度が高い推進方式からなるポッド推進装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、主機の動力を直接利用してポッド側プロペラを回転させることができるとともに、推進装置自体を小型化することができるポッド推進装置を提供することを目的としている。

本発明は、上述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、
本発明のポッド推進装置は、
船体にストラットを介して取り付けられたポッド本体と、該ポッド本体に回転可能に取り付けられたポッド側プロペラと、を備えたポッド推進装置において、
前記ポッド本体の内部には、前記ポッド側プロペラを回転させる可変容量型の油圧モータが収容されており、該油圧モータは、前記船体の内部に収容されている可変容量型の油圧ポンプと通油可能に接続され、該油圧ポンプから送油される作動油によって駆動するように構成されていることを特徴とする。

このように本発明では、油圧モータと油圧ポンプとを有する油圧回路によってポッド側プロペラを回転させるように構成されている。このため、油圧ポンプを油圧モータから離して配置することができ、レイアウトの自由度が向上する。

また本発明では、循環する作動油によって油圧モータを駆動させるため、ポッド本体に熱が籠ることがなく、電動モータ式のように冷却系設備を設ける必要がない。また、可変容量型の油圧ポンプと、可変容量型の油圧モータを用いており、両者の押しのけ容積比を調節することで油圧モータの回転数を制御することができるため、変速機を設ける必要がない。よって、これらにより、推進装置を小型化することができるようになっている。

上記発明において、
前記油圧ポンプは、前記船体に回転可能に取り付けられた船体側プロペラを回転させる主機の動力によって駆動するように構成することができる。

このように、油圧ポンプが主機の動力によって駆動するように構成されていれば、主機の動力を直接利用してポッド側プロペラを回転させることができる。このため、ポッド推進装置用の発電機などを搭載しなくてもよく、推進システム全体としてのレイアウトの自由度が向上する。

また、上記発明において、前記ポッド側プロペラと前記船舶本体側プロペラとを対向して配置することがで、主機のみの動力で駆動する二重反転推進機構を構築することもできる。

また、上記発明において、
前記可変容量型の油圧ポンプが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなるように構成することができる。

また、上記発明において、
前記可変容量型の油圧モータが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなるように構成することができる。

本発明の油圧ポンプおよび油圧モータを、上述したような可変容量型の油圧ポンプおよび油圧モータとして構成すれば、高応答性、高効率で制御性に優れたポッド推進装置とすることができる。

本発明によれば、ポッド推進装置を駆動する上で制約条件が少なく、レイアウトの自由度が高い推進方式からなるポッド推進装置を提供することができる。また、本発明によれば、主機の動力を直接利用してポッド側プロペラを回転させることができるとともに、推進装置自体を小型化することができるポッド推進装置を提供することができる。

本発明のポッド推進装置を備えた船舶の船尾部分の略構造を示した概略図である。 本発明のポッド推進装置の適用例を示した図である。 本発明の可変容量型の油圧ポンプを示した断面図である。 本発明の可変容量型の油圧モータを示した断面図である。 従来におけるポッド推進装置を利用した二重反転推進機構を示した概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明のポッド推進装置を備えた船舶の船尾部分の構造を示した概略図である。まず、図１を参照して、本発明のポッド推進装置の全体構成について説明する。

図１に示したように、本発明のポッド推進装置１は、船体１０の後尾船底に取り付けられたストラット（支柱）４と、該ストラット４に取り付けられた繭状のポッド本体２とから構成されている。なお、ストラット４は、舵板としての機能を兼ねるものであってもよく、例えば、船底に対して３６０度回転可能に取り付けられていてもよいものである。

ポッド本体２の内部には、油圧モータ６が収容されている。そして、該油圧モータ６の回転軸にはプロペラシャフト５が直結されており、該プロペラシャフト５の先端にはポッド側プロペラ３が固定されている。そして、油圧モータ６が駆動してプロペラシャフト５が回転することで、ポッド側プロペラ３が回転するように構成されている。

また、図１に示したように、船体１０の内部には油圧ポンプ８が収容されている。該油圧ポンプ８は、メインエンジンである主機１２と同軸上に配置されており、その回転軸が、主機１２に接続されているフロペラシャフト１５に直結されている。また、プロペラシャフト１５の先端には船体側プロペラ１３が固定されており、プロペラシャフト１５の回転に伴って回転するようになっている。これにより、主機１２によってプロペラシャフト１５が回転することで、油圧ポンプ８が駆動するとともに、船体側プロペラ１３が回転するようになっている。

また、上述した油圧モータ６と油圧ポンプ８とは、高圧油流路１６および低圧油流路１８を介して、通油可能に接続されている。すなわち、高圧油流路１６は、油圧ポンプ８の吐出側を油圧モータの吸込側に接続しており、低圧油流路１８は、油圧モータ６の吐出側を油圧ポンプ８の吸込側に接続している。これにより、主機１２が駆動してプロペラシャフト１５が回転すると、これに伴って油圧ポンプ８が駆動し、高圧油流路１６と低圧油流路１８との間に差圧が発生し、この差圧によって油圧モータ６が駆動され、ポッド側プロペラ３が回転するようになっている。

また、上述した油圧モータ６および油圧ポンプ８は、後述するように、それぞれ可変容量型の油圧モータ６、可変容量型の油圧ポンプ８となっている。よって、油圧制御装置１４を操作し、油圧モータ６および油圧ポンプ８夫々の高圧バルブ、低圧バルブの開閉状態を制御することで、夫々の押しのけ容積を調節することができるようになっている。そして、油圧モータ６と油圧ポンプ８との押しのけ容積比を調節することで、油圧モータ６の回転数を制御することができるようになっている。

このように、本発明では、循環する作動油によって油圧モータ６を駆動させるため、ポッド本体２に熱が籠ることがなく、従来の電動モータ式のように冷却系設備を設ける必要がない。また、可変容量型の油圧ポンプ８と、可変容量型の油圧モータ６を用いており、両者の押しのけ容積比を調節することで油圧モータ６の回転数を制御するため、変速機を設ける必要がない。よって、これらにより、推進装置を小型化することができるようになっている。

また、本発明では、上述した油圧ポンプ８は、船体の内部に収容された主機１２の動力によって駆動するようになっているため、ポッド推進装置用の発電機などを搭載しなくてもよいことから、推進システム全体としてのレイアウトの自由度が高くなっている。

また、図１に示したように、ポッド側プロペラ３と船体側プロペラ１３とは、対向して、互いに反転するように配置されている。本発明をこのように構成することで、主機１２のみの動力で駆動する二重反転推進機構を構築することが可能となる。

このように、本発明では、油圧モータ６と油圧ポンプ８とを有する油圧回路によってポッド側プロペラ３を回転させるように構成されている。このため、例えば、図２（ａ）に示したように、主機１２の出力軸に直結した油圧ポンプ８を１台備え、該油圧ポンプ８によって２台の油圧モータ６ａ，６ｂを駆動させ、対向して配置したポッド側プロペラ３と船体側プロペラ１３を互いに反転させるように構成することもできる（１軸二重反転推進方式）。また、図２（ｂ）に示したように、主機１２の出力軸に直結した油圧ポンプ８を１台備え、該油圧ポンプ８によって２つのポッド推進装置１ａ，１ｂ夫々の油圧モータ６ａ，６ｂを駆動させ、夫々のポッド側プロペラ３ａ，３ｂを回転させるように構成することもできる（２軸ポッド推進方式）。さらに図２（ｃ）に示したように、主機１２の出力軸に直結した油圧ポンプ８を１台備え、該油圧ポンプ８によって、対向して配置された２組のポッド側プロペラ３ａ，３ｂと、本体側プロペラ１３ａ，１３ｂを夫々反転させるように、４つの油圧モータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを駆動させることも可能である（２軸二重反転推進方式）。

このように本発明によれば、油圧ポンプ８を油圧モータ６から離して配置することができるため、ポッド推進装置１を駆動する上で制約条件が少なく、レイアウトの自由度が高い推進方式からなるポッド推進装置１を提供することができるようになっている。

次に、本発明における可変容量型の油圧ポンプ８および可変容量型の油圧モータ６の構造について、図３、図４に基づいて、説明する。

＜可変容量型の油圧ポンプ８＞
図３に示したように、油圧ポンプ８は、シリンダ３０及びピストン３２により形成される複数の油圧室３３と、ピストン３２に係合するカム曲面を有するカム３４と、各油圧室３３に対して設けられる高圧弁３６および低圧弁３８とにより構成される。

シリンダ３０は、例えばシリンダブロック（不図示）に設けられた円筒であって、シリンダ３０の内部には、シリンダ３０とピストン３２とに囲まれる油圧室３３が形成されている。

ピストン３２は、カム３４のカム曲線に合わせてピストン３２をスムーズに作動させる観点から、シリンダ３０内を摺動するピストン本体部３２Ａと、該ピストン本体部３２Ａに取り付けられ、カム３４のカム曲線に係合するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム３４のカム局面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム３４のカム曲面に当接して摺動する部材である。
なお、図３には、ピストン３２がピストン本体部３２Ａとピストンローラー３２Ｂとからなる例を示した。

カム３４は、カム取付台３５を介して、プロペラシャフト１５の外周面に取り付けられている。カム３４は、プロペラシャフト１５が一回転する間に、油圧ポンプ８の各ピストン３２を何度も上下動させて油圧ポンプ８のトルクを大きくする観点から、複数の凹部３４Ａ及び凸部３４Ｂがプロペラシャフト１５の周りに交互に並んだ波状のカム曲面を有するリングカムであることが好ましい。
なお、カム３４のカム取付台３５への固定は、ボルト、キー、ピン等の任意の固定部材３１を用いて行われる。

高圧弁３６は、各油圧室３３と高圧油流路１６との間の高圧連通路３７に設けられる。一方、低圧弁３８は、各油圧室３３と低圧油流路１８との間の低圧連通路３９に設けられる。これら高圧弁３６及び低圧弁３８を開閉することで、各油圧室３３と高圧油流路１６及び低圧油流路１８との連通状態を切り替えることができる。なお、高圧弁３６及び低圧弁３８の開閉は、ピストン３２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。

油圧ポンプ８では、プロペラシャフト１５とともにカム３４が回転すると、ピストン３２のピストン本体部３２Ａが周期的に上下動し、ピストン３２が下死点から上死点に向かうポンプ工程と、ピストン３２が上死点から下死点に向かう吸入工程とが繰り返される。ポンプ工程では、高圧弁３６が開かれ、低圧弁３８が閉じられることで、油圧室３３内の高圧油が高圧連通路３７を介して高圧油流路１６に送られる。一方、吸入工程では、高圧弁３６が閉じられ、低圧弁３８が開かれることで、低圧連通路３９を介して低圧油流路１８から油圧室３３に低圧油が供給される。
これにより、プロペラシャフト１５の回転に伴って油圧ポンプ８が駆動されると、高圧油流路１６と低圧油流路１８との間に差圧が発生するようになっている。

また、油圧ポンプ８における押しのけ容積の調節は、例えば、複数あるシリンダ３０の内、いくつかのシリンダ３０をアイドル状態に制御することで行われる。このアイドル状態への制御は、例えば、ポンプ工程時に低圧弁３８を開放することで行われる。また、各シリンダ３０において高圧弁３６、低圧弁３８の開閉タイミングを制御し、各シリンダ３０の押しのけ容積を調節することで、油圧ポンプ８全体の押しのけ容積を調節することもできる。

＜油圧モータ６＞
油圧モータ６は、図４に示すように、シリンダ４０及びピストン４２により形成される複数の油圧室４３と、ピストン４２に係合するカム曲面を有するカム４４と、各油圧室４３に対して設けられた高圧弁４６および低圧弁４８とにより構成される。

シリンダ４０は、例えばシリンダブロック（不図示）に設けられた円筒であって、シリンダ４０の内部には、シリンダ４０とピストン４２とに囲まれる油圧室４３が形成されている。

ピストン４２は、ピストン４２の上下動をカム４４の回転運動にスムーズに変換する観点から、シリンダ４０内を摺動するピストン本体部４２Ａと、該ピストン本体部４２Ａに取り付けられ、カム４４のカム曲面に係合するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム４４のカム曲面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム４４のカム曲面に当接して摺動する部材である。
なお図４には、ピストン４２がピストン本体部４２Ａとピストンローラー４２Ｂとからなる例を示した。

カム４４は、プロペラシャフト５の軸中心Ｏから偏心して設けられた偏心カムである。ピストン４２が上下動を一回行う間に、カム４４及びカム４４が取り付けられたプロペラシャフト５は以下移転するようになっている。

高圧弁４６は、各油圧室４３と高圧油流路１６との間の高圧連通路４７に設けられる。一方、低圧弁４８は、各油圧室４３と低圧油流路１８との間の低圧連通路４９に設けられる。これら高圧弁４６及び低圧弁４８を開閉することで、各油圧室４３と高圧油流路１６及び低圧油流路１８との連通状態を切り替えることができる。なお、高圧弁４６及び低圧弁４８の開閉は、ピストン４２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。

油圧モータ６では、高圧油流路１６と低圧油流路１８との差圧を利用してピストン４２を上下動させて、ピストン４２が上死点から下死点に向かうモータ工程では、高圧弁４６が開かれ、低圧弁４８が閉じられることで、高圧連通路４７を介して高圧油流路１６から油圧室４３に高圧油が供給される。一方、排出工程では、高圧弁４６が閉じられ、低圧弁４８が開かれることで、油圧室４３内の作動油が低圧連通路４９を介して低圧油流路１８に排出される。
これにより、モータ工程で油圧室４３に流入した高圧油がピストン４２を下死点に向けて押し下げると、カム４４とともにプロペラシャフト５が回転するようになっている。

また、油圧モータ６における押しのけ容積の調節は、油圧ポンプ８の場合と同様、例えば、複数あるシリンダ４０の内、いくつかのシリンダ４０をアイドル状態に制御することで行われる。このアイドル状態への制御は、例えば、モータ工程時に低圧弁４８を開放することで行われる。また、各シリンダ４０において高圧弁４６、低圧弁４８の開閉タイミングを制御し、各シリンダ４０の押しのけ容積を調節することで、油圧モータ６全体の押しのけ容積を調節することもできる。

本発明の油圧ポンプ８および油圧モータ６を、上述したような可変容量型の油圧ポンプ８および油圧モータ６として構成すれば、高応答性、高効率で制御性にも優れたポッド推進装置１とすることができる。

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

本発明は、油圧ポンプおよび油圧モータからなる油圧回路を用いた船舶のポッド推進装置として好適に利用することができる。

１ ポッド推進装置
２ ポッド本体
３ ポッド側プロペラ
４ ストラット
５ プロペラシャフト
６ 油圧モータ
８ 油圧ポンプ
１０ 船体
１２ 主機
１３ 本体側プロペラ
１４ 油圧制御装置
１６ 高圧油流路
１８ 低圧油流路

Claims (5)

1. 船体にストラットを介して取り付けられたポッド本体と、該ポッド本体に回転可能に取り付けられたポッド側プロペラと、を備えたポッド推進装置において、
   前記ポッド本体の内部には、前記ポッド側プロペラを回転させる可変容量型の油圧モータが収容されており、該油圧モータは、前記船体の内部に収容されている可変容量型の油圧ポンプと通油可能に接続され、該油圧ポンプから送油される作動油によって駆動するように構成されていることを特徴とするポッド推進装置。
2. 前記油圧ポンプは、前記船体に回転可能に取り付けられた船体側プロペラを回転させる主機の動力によって駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のポッド推進装置。
3. 前記ポッド側プロペラと前記船舶本体側プロペラとが対向して配置されていることを特徴とする請求項２に記載のポッド推進装置。
4. 前記可変容量型の油圧ポンプが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のポッド推進装置。
5. 前記可変容量型の油圧モータが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のポッド推進装置。

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