JP5330382B2 - 船舶のラダーホーン支持型二重反転推進装置 - Google Patents

Description

本発明は、船舶のラダーホーン支持型二重反転推進装置に関する。

推進装置は、水上船舶又は潜水艦などを特定の速度で運航するとき、その対象を前進させる推進力を発生する装置である。

一般に、従来の推進装置は、船舶の特性及び使用目的に応じて多様な形態で用いられており、最も基本的かつ一般的に用いられる形態としては、スクリュープロペラシステムが挙げられる。

代表的なスクリュープロペラシステムには固定ピッチプロペラシステムがある。

図１を参照すると、固定ピッチプロペラシステム１は、その回転シャフトと連結されるハブ部分にブレードが一体的に固定されており、エンジンに連結された前記回転シャフトが回転する場合、前記ハブとブレードが同時に回転することが示されている。

このとき、回転するブレードの周囲の流れにより、ブレードの表面で圧力の変化が生じて船舶の前進方向に推力が発生する。その船舶の速度は、プロペラの回転数（１分間当たりの回転数）を調節して連続的に変化させることができる。

しかし、従来の固定ピッチプロペラシステム１は、螺旋状の流線を発生させ、プロペラ後流４ａが収縮する形状をなし、これによるプロペラの効率低下が結局、船舶の推力の低下として現れる。

具体的には、従来の固定ピッチプロペラシステム１は、推力２の方向に対して垂直な方向に渦巻状の渦流のようなスワール流動３ａを発生させるため、エネルギーの損失をもたらし、推力効率をいくらか低下させてしまうという短所を有する。

一方、スクリュープロペラには前述の短所を改善し効率改善のために考案された二重反転プロペラシステムがある。

図２を参照すると、従来の二重反転プロペラシステム５は、同一軸上にて互いに反対方向に回転する２つのプロペラを装着する形態であって、二重構造のプロペラシャフトを有する複雑な構造の動力伝達システム６を用いている。

例えば、プロペラシャフトは、中空軸部材と、該中空軸部材の内部に挿入された中実軸部材とからなる。大型の前方プロペラは中空軸部材のハブに取り付けられて外側で正回転するのに対し、内側に位置する小型の後方プロペラは中実軸部材のハブに取り付けられて逆回転する。

このような前方プロペラと逆回転する後方プロペラの流体力学的な作用は、スワール流動を最小限にしてエネルギーを回収するので、推力２をエネルギーの回収量３ｂの分増加させる効果をもたらす。

従来の二重反転プロペラシステムは、プロペラが互いに反対方向に回転してトルクバランスを取れるため、直進性が要求される魚雷の推進装置として広く用いられ、また一般の商船でも推力効率の向上が確認されている。

しかし、前述したように、従来の二重反転プロペラシステムは、二重構造のプロペラシャフト、関連する動力伝達システム、及び一般の商船に用いるには経済的ではない非常に高価な特殊な逆回転装置を必要とするため、このようなシステムの複雑さ及び過度の製造費用のために従来の二重反転プロペラシステムを使用するには多くの制限がある。

更に、従来の二重反転プロペラは、依然としてプロペラ後流４ｂが収縮する形状を維持し、これによるプロペラの効率低下及び船舶の推力効率の低下という問題点を有している。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、船舶のラダーホーンを遊星ギアセットの支持基盤として用いて、前方プロペラと後方プロペラを互いに反対方向に同時に回転させることができるシンプルな動力伝達構造を提供することができる船舶のラダーホーンに支持される二重反転プロペラシステムを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、楕円形状のラダーホーンを用いることによる流体力学的な作用を利用してプロペラ後流の収縮を防止して船舶の推力効率を向上させることができる船舶のラダーホーンに支持される二重反転プロペラシステムを提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の一態様によれば、船舶のラダーホーンとエンジン出力側のシャフト支持部との間に設置された二重反転プロペラシステムであって、前記ラダーホーン及び前記シャフト支持部のそれぞれによって回転可能に支持されたプロペラシャフトと、前記プロペラシャフトに固定された前方プロペラと、前記ラダーホーンに取り付けられ、前記プロペラシャフトに連結された反転ギアセットと、前記反転ギアセットに連結され、前記ラダーホーンと前記前方プロペラとの間に配置された後方プロペラとを含むことを特徴とする船舶のラダーホーン支持型二重反転プロペラシステムが提供される。

本発明に係る船舶のラダーホーン支持型二重反転プロペラシステムによれば、プロペラの反転によってスワール流動を最小限にしてエネルギーを回収するという有利な効果を奏すると共に、遊星ギアセットをラダーホーンに設置してそれぞれのプロペラへの動力伝達構造を簡素化し、更に楕円形状のラダーホーンを用いることによる流体力学的な作用を利用してプロペラ後流の収縮を防止して更に船舶の推力効率を向上させるという効果を奏する。

従来の固定ピッチプロペラシステムの概略図である。 従来の二重反転プロペラシステムの概略図である。 本発明の第１の実施形態に係る船舶のラダーホーン支持型二重反転プロペラシステムの側面図である。 図３に示す円Ａの拡大断面図である。 図４に示す遊星ギアセットのＣ−Ｃ線に沿った断面の概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る船舶のラダーホーン支持型二重反転プロペラシステムの側面図である。 図６に示すベベルギアセットのＤ−Ｄ線に沿った断面の概略図である。

以下、添付の図３〜図７を参照して本発明の好適な実施形態による船舶のラダーホーン支持型二重反転プロペラシステムについて詳細に説明する。

（第１の実施形態）

図３は、本発明の一実施形態に係る船舶のラダーホーン支持型二重反転プロペラシステムの側面図であり、図４は、図３に示す円Ａの拡大断面図であり、図５は、図４に示す遊星ギアセットのＣ−Ｃ線に沿った断面の概略図である。

図３に示すように、本発明の第１の実施形態に係る二重反転プロペラシステム１００は、船舶のラダーホーンに支持されており、反転ギアセットとして遊星ギアセットを採用することによって、高価な特殊な逆回転ギア及び同一軸上にてプロペラのような複数の推進装置を同時に回転させるための長軸の中空軸部材の取り付けなどの問題を解消又は防止するように設計されている。

第１の実施形態に係る二重反転プロペラシステム１００のラダー１１は、船体１０の船尾側の船底面から垂直に下方へ突出した構造物であって、船体１０に固定された翼型の本体内部のラダーストックに回動可能に連結された方向舵１１ａと、前記翼型の本体の前縁の中間部位で楕円形状を有するラダーホーン１１ｂとを有する。

第１の実施形態に係る二重反転プロペラシステム１００は、反転ギアセットとして正回転の入力に応じて逆回転の出力を発生させる遊星ギアセット１１０がラダーホーン１１ｂに取り付けられており、前方プロペラ２０と後方プロペラ３０とが互いに逆回転、即ち、反転するように構成する。

このとき、第１の実施形態に係る二重反転プロペラシステム１００は、プロペラ２０、３０の反転によってスワール流動を最小限にしてエネルギーを回収する効果を発揮すると共に、それぞれのプロペラ２０、３０への動力伝達構造を簡素化させ、更に、楕円形状のラダーホーン１１ｂを用いることによる流体力学的な作用を利用してプロペラ後流の収縮を防止して更に船舶の推力効率を向上させるようになっている。

遊星ギアセット１１０は、少数のギア要素及び狭い設置空間のみを必要とするので、逆回転を安定して提供するために遊星ギアセット１１０を小型のラダーホーン１１ｂ内に設置することもできる。

一方、船体１０の船尾側の船底面においてラダー１１の前方側には、船舶のエンジンから延在する１つのプロペラシャフト４０がシャフト支持部４１によって支持されており、このとき、シャフト支持部４１は船体１０の船底面から延在する補強フレーム４２によって支持される。

プロペラシャフト４０は、ラダーホーン１１ｂの遊星ギアセット１１０に連結される。

この場合、第１の実施形態に係る二重反転プロペラシステム１００の後方プロペラ３０は、プロペラシャフト４０に連結されている必要がなく、遊星ギアセット１１０を介してラダーホーン１１ｂに回転可能に支持されるので、後方プロペラ３０は、このような簡素化した動力伝達構造を通じて逆回転に必要な動力の伝達を受けることができる。

更に、半楕円形状のラダーホーン１１ｂによる流体力学的な作用を利用するために、前方プロペラ２０のハブ２１と後方プロペラ３０のハブ３１は、ラダーホーン１１ｂの半楕円形状に相当する流線形のもう１つの半楕円形状を有することが好ましい。

１つの楕円形状に関して、ラダーホーン１１ｂが第１の半楕円形状を形成し、前方プロペラ２０のハブ２１及び後方プロペラ３０のハブ３１は順に前記１つの楕円形状の残りの半分である第２の半楕円形状を２分割してそれぞれ形成することが好ましい。

この場合、領域Ｌにおけるプロペラ後流は、ラダーホーン１１ｂの周囲に広がるため、プロペラ後流の収縮を防止して船舶の推力効率を向上させることができる。

以下、第１の実施形態に係る二重反転プロペラシステム１００の動力伝達構造の構成について具体的且つ詳細に説明する。

図４及び図５に示すように、プロペラシャフト４０は、従来の船舶用エンジンに連結されて回転される要素であって、そのエンジン出力側においてシャフト支持部４１を介して遊星ギアセット１１０に連結され、更にシャフトベアリング５０まで延在している。

前方プロペラ２０のハブ２１は、シャフト支持部４１の出口の外側に配置されたプロペラシャフト４０に固定されてプロペラシャフト４０と同時に回転することができる。

プロペラシャフト４０は、前方プロペラ２０のハブ２１から突出するよう延在し、後方プロペラ３０の中心軸線に沿って後方プロペラ３０のハブ３１を貫通した後、遊星ギアセット１１０の太陽ギア１１２に軸結合される。

更に、太陽ギア１１２を通過したプロペラシャフト４０は、ラダーホーン１１ｂのギアハウジング１１１を貫通して、ギアハウジング１１１の外側に配列された複数のシャフトベアリング５０に連結されて回転可能に支持される。

遊星ギアセット１１０は、ラダーホーン１１ｂに搭載されたギアハウジング１１１と、前記ギアハウジング１１１内部の中心に回転可能に配置された入力側の太陽ギア１１２と、太陽ギア１１２の周囲且つそれぞれのピニオンシャフト１１５の周囲に配置され、太陽ギア１１２とギア結合された複数の第１遊星ギア１１３と、それぞれのピニオンシャフト１１５と回転可能に係合することにより太陽ギア１１２と第１遊星ギア１１３との間の係合を維持し、少なくとも第１遊星ギア１１３をギアハウジング１１１の内部でそれぞれ回転可能に拘束する遊星ギアキャリア１１４と、第１遊星ギア１１３から遊星ギアキャリア１１４を通過するように延在するそれぞれのピニオンシャフト１１５の端部に固定された複数の第２遊星ギア１１６と、第２遊星ギア１１６とギア結合された出力側のリングギア１１７とを含む。

本発明の第１の実施形態では、リングギア１１７は、後方プロペラ３０のハブ３１の一側に設置されることが好ましい。

更に、遊星ギアキャリア１１４は、第１遊星ギア１１３と第２遊星ギア１１６との間のピニオンシャフト１１５を複数のピニオンベアリングで回転可能に拘束することが好ましく、また遊星ギアキャリア１１４は、固定ピン又はボルトなどを用いてギアハウジング１１１の内部に固定されていることが好ましい。

後方プロペラ３０のハブ３１のもう一方の側（他側）の内周面にはシールを形成するように第１シーリングユニット１２０が備えられていることが好ましい。第１シーリングユニット１２０は、周知の要素であり得る。

リングギア１１７の周囲における後方プロペラ３０のハブ３１の一側の外周面とギアハウジングの開口部の内周面との間には複数列のハブベアリング１２１及び第２シーリングユニット１２２が取り付けられることが好ましい。

プロペラシャフト４０と遊星ギアセット１１０の太陽ギア１１２は、スプライン４３に互いにスプライン係合することが好ましい。

プロペラシャフト４０により太陽ギア１１２が正回転する場合、遊星ギアセットの逆回転メカニズムなどにより全ての第１及び第２遊星ギア１１３、１１６は逆回転させられる。

即ち、第１及び第２遊星ギア１１３、１１６は、固定された遊星ギアキャリア１１４に回転可能に拘束された状態であるため、第１及び第２遊星ギア１１３、１１６は公転せずに、各々の軸線を中心に逆回転方向にそれぞれその場所で回転、即ち、自転する。

その後、第１及び第２遊星ギア１１３、１１６が逆回転方向に自転することにより、逆回転力を後方プロペラ３０のハブ３１のリングギア１１７に伝達する。

後方プロペラ３０は、前方プロペラ２０が正回転するのと同時に逆回転し、船舶で発生する前方プロペラ２０の回転損失を回収して推力効率を向上させる。

（実施形態２）

以下、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態に係る二重反転プロペラシステム２００は、反転ギアセットとして本発明の第１の実施形態の二重反転プロペラシステム１００の遊星ギアセット１１０の代りに、ベベルギアセット２１０を用いたことを除いて、前記第１の実施形態と類似しているので、前記第１の実施形態と類似する部分についての説明は省略し、また前記第１の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を用いる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る船舶のラダーホーン支持型二重反転プロペラシステムの側面図であり、図７は、図６に示すベベルギアセットのＤ−Ｄ線に沿った断面の概略図である。

本発明の第２の実施形態に係る二重反転プロペラシステム２００では、ベベルギアセット２１０の直径は、本発明の第１の実施形態に係る遊星ギアセット１１０の直径よりも小さくすることができるが、これは、第１及び第２ベベルギア２１２、２１６の直径を、本発明の第１の実施形態に係るリングギア１１７の直径よりも小さく構成することができるからである。

図６に示すように、ベベルギアセット２１０は、ギアハウジング２１１と、プロペラシャフト４０の先端部にて第１ベベルギアの歯が船舶のシャフト支持部４１に面するように配置された第１ベベルギア２１２と、第１ベベルギア２１２とギア結合するように第１ベベルギア２１２の周囲に配置され、ギアハウジング２１１にベアリングにより回転可能に支持されたアイドルギア２１３と、アイドルギア２１３とギア結合され、後方プロペラ３０のハブ３１の端部に配置された第２ベベルギア２１６とを含む。

以下、本発明の第２の実施形態に係る二重反転プロペラシステム２００の動力伝達構造の構成について詳細に説明する。

図６に示すように、第１ベベルギア２１２と第２ベベルギア２１６は、アイドルギア２１３を間に挟んで互いに向かい合いながら噛合されている。第１ベベルギア２１２に向かい合っている第２ベベルギア２１６は、第１ベベルギア２１２に対して１８０°回転して配置されているので、第１ベベルギア２１２が正回転すれば、第２ベベルギア２１６はアイドルギア２１３を介して逆方向に回転する。

後方プロペラ３０のハブ３１の船舶のエンジン出力側の内周面にはシールを形成するように第３シーリングユニット２２０が備えられていることが好ましい。

更に、第１及び第２ベベルギア２１２、２１６のそれぞれの外周面とギアハウジング２１１の開口部の内周面との間に第４及び第５シーリングユニット２２４、２２２が備えられていることが好ましい。更に、後方プロペラ３０の安定した回転のために、後方プロペラ３０のハブ３１の内周面の中心部に複数列のハブベアリング２２１が取り付けられていることが好ましい。

本発明の実施形態に係る二重反転プロペラシステムは、入力側の正回転が出力側において逆回転され得る簡素な逆回転ギア構造を有する構造物に適用できることに留意されたい。

本発明の第１及び第２の実施形態に係る二重反転プロペラシステムでは、楕円形状のラダーホーン１１ｂを用いることによってプロペラ後流が広がる流体力学的な特徴により推力効率を増加させると共に、二重反転プロペラシステムにより更に推力効率を向上させることができる。効率の増加によって直径の小さなプロペラの使用が可能であり、プロペラと船体１０との間隔Ｇを比較的大きくすることができ、それによりプロペラのキャビテーションによって発生する圧力の変化が船体１０に与える影響を減少させて船体１０の振動を低減できる。

本発明は前記実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲で請求する通り、本発明の範囲から逸脱することなく、多様な変更及び変形を実施することができることは当業者であれば理解できるであろう。

Claims (3)

1. 船舶のラダーホーンとエンジン出力側のシャフト支持部との間に取り付けられた二重反転プロペラシステムであって、
   前記ラダーホーン及び前記シャフト支持部のそれぞれによって回転可能に支持されたプロペラシャフトと、
   前記プロペラシャフトに固定された前方プロペラと、
   前記ラダーホーンに取り付けられ、前記プロペラシャフトに連結された反転ギアセットと、
   前記反転ギアセットに連結され、前記ラダーホーンと前記前方プロペラとの間に配置された後方プロペラであって、前記後方プロペラのハブは、軸線方向に突出した縮径部である突出部をラダーホーン側の端部として有する、該後方プロペラとを含み、
   前記反転ギアセットは遊星ギアセットを含み、
   前記遊星ギアセットが、
   前記ラダーホーンに搭載されたギアハウジングであって、前記後方プロペラの前記ハブの突出部を収容する開口部を有する、該ギアハウジングと、
   前記プロペラシャフトに固定され、前記ギアハウジング内側の中心部に回転可能に配置された太陽ギアと、
   前記太陽ギアとギア結合するように前記太陽ギアの周囲に配置された、それぞれ中心部にピニオンシャフトを有する複数の第１遊星ギアと、
   前記太陽ギアと前記第１遊星ギアとの間の係合を維持するように前記各ピニオンシャフトと回転可能に連結された遊星ギアキャリアと、
   前記遊星ギアキャリアを通過して延在する前記各ピニオンシャフトの端部にそれぞれ固定された複数の第２遊星ギアと、
   前記第２遊星ギアとギア結合され、前記後方プロペラの前記ハブの前記突出部の内周面に取り付けられたリングギアとを含み、
   前記遊星ギアキャリアは前記ギアハウジングに固定されており、
   前記ラダーホーン、前記後方プロペラの前記ハブ、及び前記前方プロペラのハブのそれぞれは、これら全体として楕円体を形成する形状を有し、
   前記リングギアの周囲における前記後方プロペラの前記ハブの前記突出部の外周面と前記ギアハウジングの前記開口部の内周面との間には複数列のハブベアリング及び外側シーリングユニットが更に取り付けられていることを特徴とする二重反転プロペラシステム。
2. 前記後方プロペラのハブの前記突出部の反対側の端部の内周面には内側シーリングユニットが更に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の二重反転プロペラシステム。
3. 前記ラダーホーンは前記楕円体の第１の半楕円形状を形成し、前記後方プロペラのハブと前記前方プロペラのハブは順に前記楕円体の残り半分である第２の半楕円形状を２分割してそれぞれ形成することを特徴とする請求項１に記載の二重反転プロペラシステム。

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