JP2023099917A - ポッド型推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータなどが不要で、エネルギーの変換効率も高く、プロペラの前後で発生する旋回流や円周方向で発生する無効水流等を低減して、推進効率の向上が図れるポッド型推進装置を提供する。【解決手段】ポッド１内の推進用電動モータ８によりプロペラ２０を回転させて船舶を推進させるポッド型推進装置において、プロペラ２０の回転軸に連結された羽根ピッチ可変用電動モータ５により、羽根ピッチ角を変更するための同期差動変速機６と、プロペラ２０の外周に配されたダクト１９とを有し、ダクト１９内のプロペラ２０より前方に、ダクト１９に流れ込んだ水をプロペラ２０の羽根ピッチ角に沿った流れに整流するダクト前部整流板１８を配した。【選択図】図１

Description

本発明は、旋回可能な繭型の回転楕円体に内蔵された推進用電動モータにより、プロペラの回転軸を回転させて船舶を推進させるポッド型推進装置に関する。

海上輸送を担う船舶は、海洋環境保全及び二酸化炭素による地球温暖化防止の観点から船舶の推進機関の推進効率の向上が求められている。
通常、船舶の推進機関は、大型デイーゼルエンジンなどで駆動される主軸の先端に取り付けたプロペラにより推進力が与えられる。大型船舶や速度制御が頻繁な船舶では、油圧駆動方式による可変ピッチプロペラが長く適用されてきた。
油圧駆動方式の可変ピッチ方式では、プロペラの羽根を操作するために油圧シリンダーを使用しているが、漏油による海洋水汚染などのトラブルや油圧装置の保守メインテナンスに手間とコストがかかる欠点があった。

そこで、これを解決するために、旋回可能な繭型のポッド（回転楕円体）に内蔵した推進用電動モータ（交流電動モータ）の出力軸にプロペラを固定したポッド型推進装置などが実用化されている。
従来のポッド型推進装置は、出力軸の先端部に連結されたハブに、複数枚の羽根が固定ピッチで周設されたプロペラを用いて、交流電動モータの回転数を変化させることで、推進力を制御していた。

また、従来、プロペラ式の推進装置の推進力を高める１つの技術として、プロペラを円筒状のダクトに収納したアジマスプロペラなどが知られている。これは、推進用電動モータによりプロペラを回転させることで、入水口から円筒状に仕切られたダクト内に水が流れ込み、回転中のプロペラを通過して排水口からダクトの外へ排水される。

特開平１０－３７８３８号公報

しかしながら、ポッド型推進装置において、交流電動モータの回転数を可変とするためには、サイクロコンバ―タ等の周波数変換装置が必要となり、大きなエネルギーロスが生じていた。
そのため、従来のポッド型電動推進装置を搭載した船舶では、デイーゼルエンジンで直接プロペラを回転させる従前方式よりもトータルのエネルギー効率が下がることが大きな課題であり、このままでは温暖化防止対策が実現できない状況となっていた。

また、従来のアジマスプロペラでは、ダクトの流水口部に、水流をプロペラに沿って流すための整流板が存在しない。そのため、プロペラ翼面で渦等の流体損失が発生し、揚力が減じ、推進力が低下する課題があった。
しかも、このアジマスプロペラにあっては、プロペラの後方で、プロペラが回転することで旋回流が発生しており、この旋回流は、推進力に寄与しない流れであるため、旋回流を抑制することが課題となっていた。

そこで、本発明者は鋭意研究の結果、ポッド型推進装置による推進力の制御として、従来の推進用電動モータの回転数制御方式に代えて、同期差動変速機を搭載した電動可変ピッチ方式を採用するとともに、ダクト内のプロペラより前方位置（および後方位置）に流板を設ければ、上述した課題はすべて解消されることを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、従来のポッド型推進装置で必要であったインバータなどが不要となり、かつエネルギーの変換効率も高いとともに、ダクト内においてプロペラの前（後）で発生する旋回流や、プロペラの円周方向で発生する無効水流等を低減して、推進効率の向上も図れるポッド型推進装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、ポッドに収納された推進用電動モータによりプロペラの回転軸を回転させて船舶を推進させるポッド型推進装置において、前記プロペラの回転軸に連結され、かつ前記ポッドに固定された羽根ピッチ可変用電動モータによって、前記プロペラの羽根ピッチ角を変更するための同期差動変速機と、前記プロペラの外周に配されたダクトとを有し、該ダクト内の前記プロペラより前方位置に、前記ダクトに流れ込んだ水を前記プロペラの羽根ピッチ角に沿った流れに整流するダクト前部整流板を配したことを特徴とするポッド型推進装置である。
ここでいう同期差動変速機とは、回転主軸と同心状に配設された出力軸を相対的に回転させることにより、回転主軸に取付けられた可変ピッチプロペラ駆動装置において、入力軸を介して羽根ピッチ可変用電動モータに連結された太陽歯車と、この太陽歯車と噛合し自転しながら上記太陽歯車の外周を公転する遊星歯車と、この遊星歯車と噛合する第三の歯車からなる歯車列を有し、上記遊星歯車又は第三の歯車のいずれか一方の歯車を前記出力軸に連結するとともに、他方の歯車を固定軸と前記回転主軸との間に介装された変速装置によって駆動し、前記太陽歯車が停止しているとき、前記出力軸と回転主軸との回転速度が等しくなるように変速比を選定した変速機である。

また、請求項２に記載の発明は、前記ダクト内の前記プロペラより後方位置には、このプロペラの回転により発生した旋回流を抑制可能な傾斜角を有したダクト後部整流板が配されたことを特徴とする請求項１に記載のポッド型推進装置である。

さらに、請求項３に記載の発明は、前記プロペラの回転軸は中空パイプで、該プロペラの回転軸には、前記同期差動変速機から前記プロペラの羽根ピッチ角を変更する力を該プロペラに伝達するためのボールねじまたは遊星ローラねじによる軸力変換機構が収納されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポッド型推進装置である。
ここでいう軸力変換機構とは、ボールネジまたは、遊星ローラねじのナットを回転させてねじ軸を軸方向の変位に変換する装置である。

さらにまた、請求項４に記載の発明は、前記ダクトは、前記プロペラの外周から前記ポッド型推進装置の前部まで覆うように構成されたことを特徴とする請求項１～請求項３のうち、何れか１項に記載のポッド型推進装置である。

請求項５に記載の発明は、前記ダクトの流水口部には、除塵用スクリーンが設けられたことを特徴とする請求項１～請求項４のうち、何れか１項に記載のポッド型推進装置である。

請求項１に記載の発明によれば、ポッド型推進装置による推進力の制御として、従来の推進用電動モータの回転数制御方式に代えて、電動可変ピッチ方式を採用したため、従来のポッド型推進装置で必要であったインバータなどが不要となり、かつエネルギーの変換効率も高めることができる。
また、ここでは、プロペラの羽根の角度を変更する可変ピッチ機構として同期差動変速機を搭載したもの採用したため、ピッチ変更時以外は羽根ピッチ可変用電動モータを停止して、消費電力を低減することができる。

さらに、プロペラの外周をダクトにより覆ったため、プロペラの円周方向の水流を減少させて、ポッド型推進装置の推進効率を向上させることができる。
さらにまた、ダクトの流水路のうち、プロペラより前方位置にダクト前部整流板を配したため、ダクトに流れ込んだ水は、予めプロペラの羽根ピッチ角に沿った流れに整流されてからプロペラに供給される。そのため、プロペラの前方で発生する旋回流や、プロペラの円周方向で発生する無効水流等を低減して、ポッド型推進装置の推進効率をさらに向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、ダクトの流水路のうち、プロペラより後方位置にダクト後部整流板を配したため、プロペラの回転によって発生した旋回流を抑制することができる。これにより、ポッド型推進装置の推進効率のさらなる向上を図ることができる。

さらに、請求項３に記載の発明よれば、プロペラ回転軸をパイプ状として、この内部に、同期差動変速機の出力側に連結されたボールねじまたは遊星ローラねじを含む軸力変換機構を収納している。そのため、同期差動変速機からの羽根ピッチ角（羽根の向き）を変更する力を伝達するための専用のスペースを必要としない。

さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、（少なくとも）プロペラの外周からポッド型推進装置の前部までダクトにより覆うようにしたため、繭型ポッドを支えるステムに当たった水流がステムの両脇に逸れる割合が少なくなり、かつ、ポッド入り口から流入した水流の全量をプロペラ後方に排出するという理由で、水の流れ損失を大幅に低減することができる。

特に、（１）ポッド型推進装置の前部までダクトにより覆い、（２）ダクト内のプロペラ前後に整流板を配設し、（３）推進力の制御に前記可変ピッチ方式を採用すれば、プロペラ式の水力発電の場合と同等に高い“水エネルギーを回転トルクへの変換効率”を実現することができる。

すなわち、船舶と同じプロペラ方式の水力発電所では、水のエネルギーを回転トルクに変換する実効率は９０～９２％と高かった。これに対して、船舶のプロペラ推進装置では、ダクトがない場合、６５％の変換効率に留まっており、長い間、この差の原因は不明であった。
この課題に取り組んだ本発明者は、鋭意研究の結果、（１）ダクトによりポッドの前部まで覆い、（２）プロペラ前後に流れ整流板の設置、（３）可変ピッチ方式にすることにより、船の推進効率を水力発電所の水力タービンのエネルギー変換効率まで近づけられることを知見した。

また、請求項５に記載の発明によれば、ダクトの流水口部に除塵用スクリーンを設けたため、海面などに浮遊している大きなごみをプロペラとダクト内側の隙間に巻き込むおそれがない。これにより、ゴミの巻き込みによるトラブルを防止することができる。

本発明の第一実施形態の構成図である。 図１のＡ－Ａ矢視図を示す平面図である。 図１のＢ－Ｂ矢視図を示す平面図である。 本発明の第一実施形態としてのプロペラ周りの詳細を示す構造図である。 本発明の第一実施形態としての同期差動変速機周りの詳細を示す構造図である。 既存のプロペラの円周方向の流れを示す解説図である。 本発明の第一実施形態としてのプロペラの円周方向の流れを示す解説図である。 本発明の第一実施形態のプロペラボス内部の翼列流れを示す解説図である。 同期差動変速機の構造を示す構造図である。 本発明の第一実施形態としての同期差動変速機の断面図である。 本発明の同期差動変速機の遊星ギヤの動作説明図である。 本発明の第二実施形態の構成図である。 本発明の第二実施形態のボールねじ軸力変換機構の詳細図である。 本発明の第三実施形態の構成図である。 本発明の第三実施形態のＡーＡ断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照にして説明する。

図１に本発明の第一実施形態での構成図を示す。
図１は、船尾付近に設けられたポッド型推進装置の一実施例を示す。
図１において、旋回式推進ポッド（ポッド）１は、旋回台２ａに旋回用ベアリング２にて回動可能な状態で船尾３に取り付けられている。

旋回式推進ポッド１は、推進装置前部４と推進装置下部９と推進装置後部９ａとから構成されている。旋回式推進ポッド１は、鋼板で形成された内部に羽根ピッチ可変用モータ（羽根ピッチ可変用電動モータ）５、羽根ピッチ可変用モータ支持台５ａ、同期差動変速機６、前部軸受台７、プロペラ回転用モータ（推進用電動モータ）８、ピッチ可変用操作軸１０、後部軸受１１、遊星ギヤ減速機１２が内蔵されている。

プロペラ回転用モータ８の回転主軸２２の先端部にはプロペラボス１５が接続されている。
プロペラボス１５には、プロペラ２０が円周上に複数枚設置され、プロペラ２０の羽根ピッチ角が同一になるように配置されている。プロペラ２０の外周部には、プロペラダクト１９がプロペラ２０と間隙を設けて同心円状に形成され、前記プロペラダクト１９は、複数設けられたプロペラダクト前部整流板（ダクト前部整流板）１８にて推進装置後部９ａに固設されている。

また、前記プロペラダクト１９の前端にある流水口部には除塵用スクリーン１７が設けられており、流水中のごみなどが前記プロペラダクト１９に侵入するのを防ぐ。プロペラダクト１９の後部にはプロペラダクト後部整流板（ダクト後部整流板）２１が設けられており、プロペラ２０で発生した旋回流を整流する。前記プロペラダクト後部整流板２１は、プロペラダクト後部整流板支持用ボス１６に取り付けられている。

前記プロペラダクト後部整流板支持用ボス１６は、プロペラボス１５と間隙を設けて軸受を介して配置されている。推進装置後部９ａは、回転主軸２２が貫通して取り付けられるために、海水の侵入を防ぐために分解メインテナンスが可能な封水シール１４が設けられている。

旋回式推進ポッド１の流水部は、水中での抵抗を少なくするために滑らかな円筒状をしており、渦やキャビテーションの発生を抑制する形状となっている。プロペラ回転用モータ８の回転子軸に相当する回転主軸２２は、内部が空洞となっており円筒状の形状を有している。前記回転主軸２２の内部にはピッチ可変用操作軸１０が内包されており、前記同期差動変速機６の出力軸に接続されている。

回転主軸２２のプロペラ側の反対側の端部には、同期差動変速機６がボルト等にて前記回転主軸の端部２２に取り付けられている。同期差動変速機６の入力軸は、推進装置前部４の底部に固設された羽根ピッチ可変用モータ支持台５ａに設置された羽根ピッチ可変用モータ５の出力軸に接続されている。

回転主軸２２に内包されたピッチ可変用操作軸１０は、プロペラの羽根ピッチを動作しない時には、前記回転主軸２２と同一回転で同期して回転する。一方、プロペラの羽根ピッチを可変する時には、可変する羽根ピッチ角に相当する回転偏差分を羽根ピッチ可変用モータ５が前記ピッチ可変用操作軸１０に入力され回動する。回動した回転偏差は、推進装置後部９ａに設けられた遊星ギヤ減速機１２に入力され、回転トルクが増大された状態で遊星ギヤ出力軸１３に出力される。遊星ギヤ出力軸１３の回転は、プロペラボス１５に伝達されてプロペラ２０を旋回させ、羽根ピッチ角を変更せしめる。

図２には、本発明の第一実施形態の構成図の図１のＡ－Ａ矢視図を示す。
図２において、プロペラダクト（ダクト）１９は、円筒状の形状をなしており、推進装置後部９ａには、等間隔に設置された複数枚のプロペラダクト前部整流板１８が取り付けられている。流水は、前記プロペラダクト前部整流板１８の隙間を通過して流れる。
プロペラダクト前部整流板１８は、プロペラダクト１９の後部に設置されているプロペラダクト後部整流板２１で整流される際に前記整流板に加わる回転トルクが合成された反力に耐えられる曲げ強度を有している。

図３には、本発明の第一実施形態の構成図の図１のＢ－Ｂ矢視図を示す。
図３において、プロペラダクト１９は、円筒状の形状をなしている。プロペラダクト１９と内側にある推進装置後部９ａの間には平板状の金網の除塵用スクリーン１７が流水の流路全面を覆っている。プロペラ２０が回転すると流水は除塵用スクリーン１７からプロペラダクト１９の内部に流入する。

この際、流水に含まれるゴミや海生生物などが前記除塵用スクリーン１７にて濾過される。濾過されたゴミや海生生物などは、プロペラ２０を逆回転させて流水を逆流させることにより、前記除塵用スクリーン１７表面に付着したゴミや海生生物を剥離せしめる。剥離が難しい場合には人力又は機械により除去する。これにより、プロペラ２０の外縁部とプロペラダクト１９の隙間にゴミや海生生物が挟み込まれてプロペラ２０が不具合を生じることを防止することができる。

図４には、本発明の第一実施形態としてのプロペラ周りの詳細構成図を示す。
図４において、推進装置後部９ａには、後部軸受１１と、後部軸受支持台１１ａ、遊星ギヤ減速機１２、プロペラボス締結軸２４、封水シール１４、回転主軸２２が内蔵されている。円管状の回転主軸２２の内部には、ピッチ可変用操作軸１０と、ピッチ可変用操作軸接続部１０ａが設けられている。

また、回転主軸２２には遊星ギヤ取付けフランジ１２ａが設けられており、遊星ギヤ減速機２２が取り付けられている。遊星ギヤ減速機１２の他端にはプロペラボス締結用フランジ２４ａを介してプロペラボス１５が接続されている。前記遊星ギヤ減速機１２は、回転主軸２２と常に同一回転数にて回転する。一方、遊星ギヤ出力軸１３は回動可能な状態でプロペラ回転用大傘歯車２０ｃに接続されている。

前記プロペラ回転用大傘歯車２０ｃは、プロペラ回転用傘歯車２０ｂと嵌合され、プロペラ回転用大傘歯車２０ｃの回転をプロペラ２０に伝達する。プロペラ回転用傘歯車２０ｂは、プロペラ付け根部２０ａとプロペラ２０と一体で接続されている。
ピッチ可変用操作軸１０に羽根ピッチを変化させるための回転偏差が与えられると、遊星ギヤ減速機１２にて回転トルクを増大し、遊星ギヤ出力軸１３を介してプロペラ回転用大傘歯車２０ｃに伝達され、プロペラ回転用傘歯車２０ｂを介してプロペラ２０が回転する。

プロペラボス１５には紙面に向かって右側に小口径の水中軸受用軸２３ａが設けられている。前記水中軸受用軸２３ａは、海水中で腐食しない、ステンレス鋼又はチタン合金などで作られている。水中軸受用軸２３ａは、清水２３ｄを貯留したプロペラダクト後部整流板支持用ボス１６に設けられた水中軸受２３と回動可能なギヤップをもって嵌合されている。

プロペラダクト後部整流板支持用ボス１６には、清水２３ｄを注入するための水中軸受用注水口２３ｂと排水のための水中軸受用排水口２３ｃが設けられている。水中軸受２３には水中で軸受として機能可能な金属又は樹脂製の軸受を有している。軸と軸受の潤滑には前記記載の清水２３ｄを使用する。

プロペラダクト後部整流板支持用ボス１６は、プロペラダクト後部整流板２１が接続されており、プロペラダクト１９を介してプロペラダクト前部整流板１８により推進装置後部９ａに接続されている。
プロペラダクト後部整流板支持用ボス１６に水中軸受２３を設けることにより、プロペラボス部に軸ブレなどの振動が発生した場合でも前記プロペラダクト後部整流板支持用ボス１６が同期して振動することになり、プロペラ２０とプロペラダクト１９が接触するのを防ぐことができる。

図５には、本発明の第一実施形態としての同期差動変速機周りの詳細構造図を示す。
図５において、同期差動変速機６は、プロペラ回転用モータ８の回転子であるプロペラモータ用ロータ８ａの軸端にフランジにて締結され、前記プロペラモータ用ロータ８ａと同期して回転する。同期差動変速機６には羽根ピッチ可変用モータ接続部５ｂが設けられており、羽根ピッチ可変用モータ支持台５ａに固定された羽根ピッチ可変用モータ５の出力軸に回転可能な状態で接続されている。

プロペラ回転用モータ８は、プロペラ回転用モータ用ステータ８ｂとともに推進部下部９に固定されている。
プロペラモータ用ロータ８ａは、前部軸受支持台７ａと後部軸受支持台１１ａ前部軸受７と後部軸受１１を介して重量を支えられている。回転主軸２２は、プロペラ回転用モータ用ロータ８ａと一体に構成され、軸内部に空間部を有する円筒状の形状を成している。

前記プロペラ回転用モータ用ロータ８ａの軸内部の空間部にはピッチ可変用操作軸１０が空隙を保持し、回転中心部に配置されている。
ピッチ可変用操作軸１０は一端が同期差動変速機出力軸６ａに同期差動変速機出力軸締結カップリング６ｂを介して締結されており、他端は、ピッチ可変用操作軸接続部１０ａを介して遊星ギヤ減速機入力軸１２ｂに接続されている。遊星ギヤ減速機１２は、遊星ギヤ減速機取付けフランジ１２ａにて回転主軸２２とプロペラボス締結軸２４に締結されている。

プロペラピッチが固定状態の場合には、回転主軸２２とピッチ可変用操作軸１０は同期して回転し、回転偏差が生じない。一方、羽根ピッチを可変する場合には、羽根ピッチ可変用モータ５を回転させ、羽根ピッチ角に相当する偏差を同期差動変速機出力軸６ａにて回転させ、ピッチ可変用操作軸１０にて遊星ギヤ減速機１２に入力し、回転トルクを増幅して遊星ギヤ減速機出力軸１３から出力される。

図６は、本発明の一実施例とは異なる一般の船舶に使用されているプロペラの形状を示す。
図６において、プロペラボス１５とプロペラ２０の軸方向から見た状態を示す。
プロペラ２０は、羽根先端でのキャビテーション発生防止のために先端部が烏帽子形状となっている。プロペラ２０が回転すると、プロペラ２０の回転力により水流は推進に寄与する軸流方向の流れと、遠心力によってモータされるプロペラ２０に作用する円周方向の流れ２６の流れになる。前記プロペラ２０に作用する円周方向の流れ２６は、プロペラ２０の外縁部に流れを阻止するものがないため、そのままプロペラ２０の外側に流出する。これにより、プロペラ２０に作用する円周方向の流れ２６は推進力として作用しない結果となる。

一方、本発明の方式では、図７に示すように、プロペラ２０の外周部にプロペラダクト１９が有るため、プロペラ２０に作用する円周方向の流れ２６は、プロペラ２０の外部への流出が妨げられることとなる。プロペラダクト１９によって妨げられたプロペラ２０に作用する円周方向の流れ２６は、プロペラ２０とプロペラダクト１９との間に設けられた間隙から流出することになる。

前記間隙がプロペラ２０の大きさに対して十分に小さい場合は流出する水流にとっては大きな抵抗となり、結果として間隙からの流出量を少なくすることができ、推進力に寄与しないプロペラ２０に作用する円周方向の流れ２６を抑制することができる。プロペラダクト１９がない場合のプロペラ２０の推進効率は約６５％程度であり、プロペラ２０に作用する円周方向の流れ２６は約２５％程度に達するが、適切に設計されたプロペラダクト１９を用いることによりプロペラ２０に作用する円周方向の流れ２６の損失を５％程度に低減することが可能である。なお、図７中の符号２０ｄは、プロペラダクト１９内におけるプロペラ先端部流れである。

図８に本発明の第一実施形態のプロペラボス内部の翼列流れを示す。
図８はプロペラダクト１９の内部を平面に展開した状態を示す。
図８において、プロペラダクト１９の推進方向前方に設けられたプロペラダクト前部整流板１８が円周上に等間隔で設置されている。前記プロペラダクト前部整流板１８はプロペラ２０の入り口先端部に水流が流入するように断面が湾曲した状態に形作られている。

プロペラダクト前部整流板１８との間をプロペラダクト前部整流板流れ１８ａが流入し、プロペラ２０へと導かれる。プロペラ２０に流れ込んだ水流は、プロペラ２０に沿って流入するためにプロペラ入り口部での剥離や渦の発生を抑制することができる。

プロペラ２０がプロペラ回転方向２５に移動する際には、プロペラ後流に旋回流が発生するが、プロペラ２０の下流側に旋回流を抑制するために湾曲したプロペラダクト後部整流２１を設置することによりプロペラダクト後部整流板流れ２１ａが旋回方向とは逆向きの流れになるためにプロペラダクト後部整流板２１からは旋回しない状態で水流が排出されることになり、結果としてプロペラ２０による旋回流の損失を低減せしめることができる。
旋回流は、プロペラ２０の推進力には寄与しないので、前記旋回流を抑制することが船舶の推進効率向上に資することとなる。

本発明の第一実施形態としての同期差動変速機の構造を図９に示す。
図９に於いて回転主軸２２の端部に一体的に固定された同期差動変速機６は、ケース４１が回転主軸２２に固設されている。その頂壁に固定軸４２が貫挿され、軸受４２ａによって上記ケース４１が固定軸４２に対して回転可能としてある。

上記固定軸４２には、羽根ピッチ可変用モータ５によって回動駆動される入力軸４０が同心的に貫挿され、軸受４３及び軸支持部４４により回動自在に支持されている。そして上記入力軸４０の下部には第１の太陽歯車４５が一体的に形成されており、この第１の太陽歯車４５にはその第１の太陽歯車４５を中心として公転する複数個の第１の遊星歯車４６が嵌合されている。

一方、前記固定軸４２の下端には、固定太陽歯車４７が一体的に形成されており、この固定太陽歯車４７の外周には、固定太陽歯車４７に噛合して自転するとともに固定太陽歯車４７を中心として公転する複数の第２の遊星歯車４８が配置されている。
また、前記ケース４１の内面側には、固定太陽歯車４７と同心状に配置された第１の内歯歯車３１が固着されており、この内歯歯車３１に上記複数の第２の遊星歯車４８が噛合されている。

また、前記複数の第１の遊星歯車４６には、第１の太陽歯車４５と同心状に配置された第２の内歯歯車３２が噛合されており、この第２の内歯歯車３２が入力軸４０と同一直線状に配置され、ケース４１の底壁を貫通する出力軸６ａに連結されている。

ところで、上記入力軸４０には、第１の太陽歯車４５と固定太陽歯車４７の間においてスペーサ３３が軸受を介して軸支され、そのスペーサ３３の外周部の上下両面にそれぞれ軸受３５ａ，３５ｂを介して前記第２の遊星歯車４８及び第１の遊星歯車４６が配設されている。上記第２の遊星歯車４８の上方及び第１の遊星歯車４６の下方には、それぞれ入力軸４０と同心状のリング３６、３７が配設されており、リング３６、スペーサ３３、及びリング３７に貫挿装着された支持軸３８に第２の遊星歯車４８及び第１の遊星歯車４６が回動可能に軸支されている。

そこで、第１の太陽歯車４５と固定太陽歯車４７の歯数をそれぞれＺ１，Ｚ１´とし、２組の歯車の歯数比をＺ１／Ｚ２＝Ｚ１´／Ｚ２´＝１／Ｒのように等しくする。
しかして、回転主軸２２がω０の速度で回転している場合には、固定太陽歯車４７が固定状態であるので、第２の遊星歯車４８が、回転主軸２２とともに回転する第１の内歯歯車３１によって駆動され、自転しながら公転軌跡ｔ上をω１の速度で図１０に示すように公転する。

一方、上記第２の遊星歯車４８が公転すると、第１の太陽歯車４５が停止している場合には、その回転力によって支持軸３８を介して第１の遊星歯車４６が第１の太陽歯車４５の周りに自転しながら公転軌跡ｔ´上をω１´の速度で公転させられ、その第１の遊星歯車４６の公転によって第２の内歯歯車３２及び出力軸６ａがω０´速度で図１１に示すように回転させられる。

ところで、回転主軸２２の回転速度即ち第１の内歯歯車３１の回転速度ω０と第２の遊星歯車４８の公転速度ω１との間には次の関係がある。
ω０＝（１＋Ｚ１´／Ｚ２´）ω１

また、出力軸６ａ即ち第２の内歯歯車３２の回転速度ω０´と第１の遊星歯車４６の公転速度ω１´の間にも次の関係がある。
ω０´＝（１＋Ｚ１／Ｚ２）ω１´

一方、歯数には前述のようにＺ１／Ｚ２＝Ｚ１´／Ｚ２´＝１／Ｒとしてあるのでω０＝ω０´となり、出力軸６ａは回転主軸２２と一体のごとく同調回転することになる。

このため、図示はされていないが、出力軸６ａに接続された遊星ギヤ減速機入力軸１２ｂと遊星ギヤ減速機出力軸１３とは、回転主軸２２と同期を保った状態で回転することになり、羽根ピッチ可変用モータ５の出力軸が静止している状態では、前記遊星ギヤ減速機出力軸１３は回転主軸２２と同期して回転する。このため、プロペラ２０の端に設けられたプロペラ回転用傘歯車２０ｂは静止状態を保持し、定められたピッチ角で保持される。

同様に、羽根ピッチ可変用モータ５の出力軸が回動した場合は、回動された回転偏差分が遊星ギヤ減速機出力軸１３を介してプロペラ２０のピッチ可変機構に伝えられ所定の角度分だけピッチ角が変化する。
また、羽根ピッチを変化させるとき以外は羽根ピッチ可変用モータ５の出力軸は停止した状態を保持すればよい。このため、羽根ピッチが一定で回転主軸２２が回転している時は、羽根ピッチ可変用モータ５は保持トルクのみ有ればよいので消費電力が極めて少ない状態となる。

図１２に本発明の第二実施形態の構成図を示す。
図１２において、プロペラ駆動用軸５０は、船内に設けられた電動機からプロペラ２０に回転動力を伝達する軸である。前記プロペラ駆動用軸５０の先端部にはプロペラ回転用傘歯車５６が取り付けられており、プロペラボス回転軸６２に固設された傘歯車にて回転する。推進装置は、船側取付け板５３にて船側に固定されており、旋回ベアリング５４を介して旋回ポッド５５が旋回可能な状態で取り付けられている。

旋回ポッド５５には、羽根ピッチ可変用モータ５８、同期差動変速機５９、ボールねじナット６１、ボールねじ軸６３、プロペラ旋回用リンク６５が内蔵されており、プロペラ２０の外側に間隙を設けてダクト６４が円形状に配置されている。
軸力変換部には、ボールねじの代わりに遊星ローラねじを使用してもよい。
遊星ローラねじは、ボールの代わりにねじ型をした遊星ローラを円周上に複数配置したもので、同一軸荷重では、ボールねじよりも径が小さくできる利点がある。

プロペラボス回転軸６２の端部には、同期差動変速機５９が固定されており、同期差動変速機出力軸６０が前記ボールねじナット６１を回転可能な状態にて接続されている。
同期差動変速機５９の入力軸には、羽根ピッチ可変用モータ５８が接続されている。図中の二点鎖線は、羽根ピッチ可変用モータ５８の電源ケーブルを示す。また、図中の５２は、旋回部電源供給装置を示す。

本実施例は、タグボート等に使用されるアジマスプロペラ型と呼ばれる型式に類似している。既存のアジマス型では、可変ピッチ操作機構として油圧ピストンを使用しているが、船内から油圧を旋回ポッド５５に内蔵されている油圧ピストンに供給する必要があり、複雑な油圧装置が必要であり、修理や保守メインテナンスに多くの手間が必要であった。

アジマス型は、一般的に船外機のように船の後尾に旋回可能な状態で取り付けられ推進方向を短時間で変えられる特徴がある。このため、船側取付け板５３の下部ごと交換可能であり、船体に大きな改造を施さなくても電動可変ピッチ化が可能となる。内航用タグボートでは、全出力で推進力が必要な時は船舶を押したりするときであり、全体の運行の２０％程度である。従って、プロペラを電動可変ピッチ方式にすれば、軽負荷時でも少ない動力で運行が可能である。

図１３に本発明の第二実施形態のボールねじ軸力変換機構の詳細図を示す。
図１３において、同期差動変速機５９は、プロペラボス回転軸６２の端面に取付けプレート６７を介して同期差動変速機取付けフランジ６６にて図示にはないボルトにて締結されている。また、取付けプレート６７は、ボルトにてプロペラボス回転軸６２の端面に締結されている。ボールねじナット６１は、ベアリング７０にて回動可能な状態で保持されている。

べアリング７０の間にはライナ７１が挿入されており、ベアリング７０が軸方向に移動しないように保持している。ベアリング７０と取付けプレート６７の間にはライナ７２が挿入されており、ボールねじナット６１を操作したときの軸方向の反力を取付けプレート６７に伝達し、保持する役割を担っている。
ボールねじナット６１は、ナット回転用ホルダがボルトにて取り付けられており、一端にナット回転用接続軸６８が形成されている。ナット回転用接続軸６８は、嵌合可能な継手にて同期差動変速機出力軸６０に締結されている。同期差動変速機５９の入力軸側には同期差動変速機５９の固定軸４２を同期差動変速機固定軸支持台７３を介して静止部の固定されている。本発明の第一実施例、第三実施例では固定軸４２の固定方法は明記されていないが、全ての実施例において図１３に示す固定方法を採用している。

同期差動変速機５９の入力軸４０は、プロペラ２０のピッチを可変する時以外は静止状態を保持する。ピッチを可変する場合には、出力軸６０からナット回転用ホルダ６９に回転偏差が伝達され、ボールねじナット６１が回転した量に相当してボールねじ軸６３が軸方向に移動する。これによりプロペラ２０のリンク機構を介してプロペラ２０を旋回せしめる。
軸力変換部には、ボールねじの代わりに遊星ローラねじを使用してもよい。
遊星ローラねじは、ボールの代わりにねじ型をした遊星ローラを円周上に複数配置したもので、同一軸荷重では、ボールねじよりも径が小さくできる利点がある。
締結方法は、ボールねじと同様にナット側を回転させて、軸をスライドさせる動作となる。

図１４に本発明の第三の実施形態の構成図を示す。
図１４において、ダクト８０は、プロペラ２０の外周からポッド型推進装置１の前部までのほぼ全体を覆うように配置されている。
ダクト８０は、推進装置下部９とダクト８０の内側とにポッド支持板８１を設け、旋回式推進ポッド１の全体を保持している。ダクト８０の後方には、本発明の第一実施形態と同様にプロペラ２０、プロペラダクト前部整流板１８，プロペラダクト後部整流板２１が配置されている。

ダクト８０により推進装置全体を覆うことで、除塵スクリーン８２から流入した水流は中央部の旋回ステム８３の周りに流れ込みながらプロペラダクト前部整流板１８によって整流され、プロペラ２０に流れ込む。流れ込んだ水流は、プロペラダクト後部整流板２１により整流されてダクト８０の外部へと流出される。これにより、中央部の旋回ステム８３での水流がダクト８０によって整流されるため、推進時に発生する旋回ステム８３の周囲に発生する乱流抵抗を軽減することができる。ダクト８０は、入り口（入水口）部から出口（排水口）部にかけて大きな流路断面積の変化を生じないように形成されている。
これにより、ダクト８０内の流水の損失抵抗を抑制することになり、より推進効率の高いポッド型推進装置が実現できる。

図１５に本発明の第三実施形態のＡーＡ断面図を示す。
図１５において、ダクト８０から流入した水量は、斜線部で示す流水路８４に流れ込む。
推進装置下部９は、ポッド支持板８１により支持をされている。ポッド支持板８１は、極力流水の流れを妨げないように形成されている。流水路８４に流れ込んだ流水は、プロペラ２０へと流れ込む。

このように構成したことで、下記（１）～（６）に代表される様々な効果が得られる。
（１） プロペラダクト１９によってプロペラ２０の外周部を小さい間隙で全周を覆い、プロペラ２０の前後に整流板１８，２１を設けたポッド型推進装置によりプロペラ２０の円周方向の水流２６を最小にすることが可能となり、推進効率の大幅な向上が可能となる。
（２） 可変ピッチ機構に同期差動変速機６を使用することにより、ピッチ可変時以外は羽根ピッチ可変用モータ５を停止することができ、消費電力を最小にすることができる。
（３） 電動可変ピッチ方式を採用することにより、油圧ピストンや圧油配管からの漏油がなくなり、漏油による海洋汚染を防止できる。
（４） 旋回可能なポッド型推進装置は、３６０度旋回可能なために船の操作性に優れ、短時間で船の進路変更が可能となり、非常時の対応力が向上する。
（５） ダクト８０の流水口部に除塵用スクリーン８２を設けることにより、ダクト８０内に流入するゴミを取り除くことができ、プロペラ２０とダクト８０の間隙部にゴミが挟み込まれるのが防げる。
（６） アジマス型推進装置を同期差動変速機６とボールねじとリンク機構で可変ピッチ方式にすればコンパクトな可変ピッチ機構が実現できる。

１ 旋回式推進ポッド
２ 旋回用ベアリング
２ａ 旋回台
３ 船尾
４ 推進装置前部
５ 羽根ピッチ可変用モータ（羽根ピッチ可変用電動モータ）
５ａ 羽根ピッチ可変用モータ支持台
５ｂ 羽根ピッチ可変用モータ接続部
６ 同期差動変速機
６ａ 同期差動変速機出力軸
６ｂ 同期差動変速機出力軸接続カップリング
７ 前部軸受
７ａ 前部軸受支持台
８ プロペラ回転用モータ（推進用電動モータ）
８ａ プロペラ回転用モータ用ロータ
８ｂ プロペラ回転用モータ用ステータ
９ 推進装置下部
９ａ 推進装置後部
１０ ピッチ可変用操作軸
１０ａ ピッチ可変用操作軸接続部
１１ 後部軸受
１１ａ 後部軸受支持台
１２ 遊星ギヤ減速機
１２ａ 遊星ギヤ減速機取付けフランジ
１２ｂ 遊星ギヤ減速機入力軸
１３ 遊星ギヤ減速機出力軸
１４ 封水シール
１５ プロペラボス
１６ プロペラダクト後部整流板支持用ボス
１７ 除塵用スクリーン
１８ プロペラダクト前部整流板
１８ａ プロペラダクト前部整流板流れ
１８ｂ プロペラダクト前部整流板への作用力
１９ プロペラダクト
２０ プロペラ
２０ａ プロペラ付け根部
２０ｂ プロペラ回転用傘歯車
２０ｃ プロペラ回転用大傘歯車
２０ｄ プロペラ先端部流れ
２１ プロペラダクト後部整流板
２１ａ プロペラダクト後部整流板流れ
２１ｂ プロペラダクト後部整流板作用力
２２ 回転主軸
２２ａ 回転主軸内部空間部
２３ 水中軸受
２３ａ 水中軸受用軸
２３ｂ 水中軸受用注水口
２３ｃ 水中軸受用排水口
２３ｄ 水中軸受用清水
２４ プロペラボス締結軸
２４ａ プロペラボス締結軸用フランジ
２５ プロペラ回転方向
２６ プロペラに作用する円周方向の流れ
４０ 入力軸
４１ ケース
４２ 固定軸
４２ａ 軸受
４３ 軸受
４４ 軸支持部
４５ 第１の太陽歯車
４６ 第１の遊星歯車
４７ 固定太陽歯車
４８ 第２の遊星歯車
３１ 第１の内歯歯車
３２ 第２の内歯歯車
３３ スペーサ
３５ａ 軸受
３５ｂ 軸受
３６ リング
３７ リング
３８ 支持軸
５０ プロペラ駆動用軸
５１ モータ用電源ケーブル
５２ 旋回部電源供給装置
５３ 船側取付け板
５４ 旋回ベアリング
５５ 旋回ポッド
５６ プロペラ回転用傘歯車
５８ 羽根ピッチ可変用モータ（羽根ピッチ可変用電動モータ）
５９ 同期差動変速機
６０ 同期差動変速機出力軸
６１ ボールねじナット
６２ プロペラ回転軸
６３ ボールねじ軸
６４ ダクト
６５ プロペラ旋回用リンク
６６ 同期差動変速機取付けフランジ
６７ 取付けプレート
６８ ナット回転用接続軸
６９ ナット回転用ホルダ
７０ ベアリング
７１ ライナ
７２ ライナ
７３ 同期差動変速機固定軸支持台
８０ ダクト
８１ ポッド支持板
８２ 除塵スクリーン
８３ 旋回ステム
８４ 流水路
ｔ 公転軌跡
ｔ´ 公転軌跡

Claims (5)

1. ポッドに収納された推進用電動モータによりプロペラの回転軸を回転させて船舶を推進させるポッド型推進装置において、
   前記プロペラの回転軸に連結され、かつ前記ポッドに固定された羽根ピッチ可変用電動モータによって、前記プロペラの羽根ピッチ角を変更するための同期差動変速機と、
   前記プロペラの外周に配されたダクトとを有し、
   該ダクト内の前記プロペラより前方位置に、前記ダクトに流れ込んだ水を前記プロペラの羽根ピッチ角に沿った流れに整流するダクト前部整流板を配したことを特徴とするポッド型推進装置。
2. 前記ダクト内の前記プロペラより後方位置には、このプロペラの回転により発生した旋回流を抑制可能な傾斜角を有したダクト後部整流板が配されたことを特徴とする請求項１に記載のポッド型推進装置。
3. 前記プロペラの回転軸は中空パイプで、
   該プロペラの回転軸には、前記同期差動変速機から前記プロペラの羽根ピッチ角を変更する力を該プロペラに伝達するためのボールねじまたは遊星ローラねじによる軸力変換機構が収納されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポッド型推進装置。
4. 前記ダクトは、前記プロペラの外周から前記ポッド型推進装置の前部まで覆うように構成されたことを特徴とする請求項１～請求項３のうち、何れか１項に記載のポッド型推進装置。
5. 前記ダクトの流水口部には、除塵用スクリーンが設けられたことを特徴とする請求項１～請求項４のうち、何れか１項に記載のポッド型推進装置。
   
   

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