JPH05503051A - 船舶のための推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、浮き構造物、特に船舶のための推進装置であって、本質的に水平に設 けられたグレート状の翼を少なくとも１つ有し、翼と取り囲む水との間の相対垂 直運動によって船の推進力を供給するために、上記具は、船に回転自在に接続さ れ、中立位置の各側に傾動するようになっている推進装置に関する。

上記タイプの推進装置は、多くの異なったものが以前から知られている。例えば 、米国特許２０２１８１５および２３６７７６５は、船舶のための推進装置を示 しており、この推進装置では、船舶の垂直運動が、プレート状の翼つまり７オイ ルに、この翼の支持構造を介して伝達され、翼は、上記支持構造に取り付けられ たシャフトの回りを回転できる。翼の移動角は、支持構造上に置かれた機械的止 め具によって制限される。

前記の米国特許による装置は、船の小さな垂直運動を利用することができない。

なぜなら、翼は、推進力が得られる前に、止め具に当接するだけの非常に大きい 移動量を持たなくてはならないがらである。寅に大きい垂直運動に対しては翼は 停止し、また、翼の回りの大きな渦の形成は、損傷や効率の悪い推進力の原因と なる。

米国特許４３３２５７１は、上記の２つの米国特許に対し、改善された構造を示 している。この特許による波動モータには、水と翼の間の相対運動において、中 立位置から移動する時に、翼をその中立の水平位置に戻そうとする力を働かせる ために、鋼鉄ばね、あるいは、たとえば気体の圧力を伴う油圧／空気シリンダが 使用されている。この構造においては、小さな垂直運動もまた、起こるかもしれ ない大きな運動と同様に、利用することができる。なぜなら、翼は、±９０°ま でのどのような移動角でもっても作動できるからである。

米国特許４３７１３４７は、波やモータの力によって駆動される翼を持っている 推進装置を示しており、翼の支持構造は、船舶に対して垂直に動かせるものであ る。支持構造には、中立の中央の位置があり、もし、船の大きな垂直運動のため に、支持構造がこの位置から他へ移されると、ばねあるいは油圧装置が、支持構 造をこの位置へ戻そうとする。翼は、支持構造の下部端に取り付けられており、 その角移動を制限するための止め具を備えている。この装置は、主として、波の エネルギーによって推進力を与えようとするものであるが、また、その装置を利 用し、モータによって推進力を与えることもできる。なぜならば、支持構造とそ れに連合する翼は、モータの力によって上下に駆動されるからである。

既知である当該タイプの推進装置における共通の弱点は、推進装置が、駆動され る船舶の推進方向を逆にすることができないということである。このことは、船 がその推進力を一枚の翼（あるいは複数のｊりおよび波のエネルギーからだけで 得る場合は特に重要である。しかし、従来のモータ駆動のスクリュープロペラに よって駆動される小船や帆船のための補助的推進力としての波のエネルギーの利 用もある。この場合、同じ速度を保つのに、モータの力がより少なくてよく、し たがって、学科を節約することになる。前記の既知の原理による翼を備えた船舶 は、スクリュープロペラで逆進しようとすると問題があるだろう。水流が後ろか ら前記翼付近に流れ込み始めると、これらの翼は、揺動し、船の後ろに向かう動 きに強くブレーキをかける結果となる。翼はまた、極度の力を受け、翼や支持構 造の損傷が起きる可能性がある。

本発明の目的は、上記の不備や欠点を取り除く、当該タイプの推進装置を供給す ることである。

上記の目的は、本発明によると、前置きで述べたタイプの推進装り付けられてお り、その傾動軸は、翼の上昇のための均衡点に、あるいは推進方向に見てその均 衡点の幾分前方に位置することを特徴とする推進装置によって達成される。

本発明は、傾動軸が、翼の上昇のための均衡点にあるいはその幾分前に位置する と、翼つまり７オイルは、水流に対し最も好ましい角度を連続的にとるという認 識に基づいており、翼とその周囲の水との間の相対垂直運動によって、機械的止 め具を使用せずに、効率の良い推進力が得られる。事実は、もし、翼と水流との 間の迎え角があまりに大きくなり過ぎると、上昇のための均衡点が翼の後方へ移 動するので、翼が停止しようとする。したがって、翼は、再び迎え角を狭めて正 しく作動する。

水と翼の間の相対垂直運動は、幾つかの方法で達成できる。

Ａ、船（小船）の上下運動、縦揺れ運動、横揺れ運動による方法。

波のエネルギーは、続いて船の推進に利用する。

Ｂ、波の垂直運動による影響を直接受けるように、翼を配置する方法。

Ｃ，モータか腕力よって、周囲の水に対し翼を上下に駆動する方法。

Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｃの組み合わせ。

本発明を、添付の図面を参照しながら、模範的実施例に関して、更に説明する。

図面中、 図１は、本発明の推進装置の一実施例を説明する略図である。

図２および３は、それぞれ、周囲の水の中で翼を下方へ動かす時に作用する力お よび現出する速度を示している。

図４および５は、それぞれ、周囲の水の中で翼を上方へ動かす時に作用する力お よび現出する速度を示している。

図６は、翼がカタマラン・タイプの船体に取り付けられる場合の実施例の概略平 面図を示している。

図７は、図６のＶｌｌ−Ｖｌｌ線に沿って切断した断面図を示している。

図８は、翼がモータ駆動推進手段として用いられる実施例を図式％式％ 図９は、後方から見た船のカタマランの船体の概略図を示しており、この船は３ つのモータ駆動翼を備えている。

図１Ｏは、図９において、ｘ−Ｘ線に沿って切断した断面図を示している。

図１は、本発明による推進装置の一実施例を図式的に示しており、その推進装置 は、傾動部材、つまり翼ｌを冑している。この翼は、実質上水平に配置されてお り、かつ、横に伸びるシャフト２に回転自在に装着されている。シャフト２は、 翼の上昇だめの均衡点、あるいは、その幾分前方に置かれる。シャフトは、両端 で、一対の支持腕３，４の下端に固定されており、上記支持腕３．４のもう一方 の端は、船５の側部あるいは底部に接続されており、図１では、上記船５の底部 の輪郭のみが示されている。翼ｌは、もし必要になったり請求められたりした場 合には、シャフトの周りを３６０°回ることができるようになっている。図示の 実施例においては、翼の回転動作は、真上の滑車６、船舶に取り付けられている 駆動滑車７、および、チェーンあるいは歯付ベルト８からなるトランスミッショ ンによって伝達される。

°推進装置には、運転中、翼１を翼の水平中立位置に戻すようにする手段が備わ っている。図示の実施例においては、上記手段は、上記チェーンあるいはベルト 手段６〜８に接続された制御ループから従って、上記滑車７の軸は、ポテンショ メータ９に接続されており、このポテンショメータは、制御回路１０に翼の移動 角（ｅｘｃｕｒ−ｓｉｏｎ　ａｎｇｌｅ）および方向を示す位置信号を伝える。

制御回路ｌＯは、トルクモータ１１を制御する。このモータは、ギアがついてい る、あるいはついていない油圧モータ、空気モータ、あるいは電気モータであっ てもよい。モータ１１は、通常完全なる一回転はしないが、翼の前縁が船の推進 方向を指すようにして、翼１を翼の水平で中立の位置へ向かって引っ張るように するために、トルクを一方向あるいは他方へ送出する。

制御システムが切り換えることができるように設計されているので、モータは、 翼をその水平な位置に向かって引っ張るようにトルクを働かせる。しかし、今度 は、翼の前縁が、通常の推進方向に対して後方を指すようにしてである。従って 、翼は、船のための逆進装置を構成する。

翼つまりフォイルプロペラの基本の動作を図２〜５を参照しながら更に説明する 。

図２は、シャフト２および支持腕３の付いたＸｉを示している。

もし、翼の支持腕が、水平速度ｖｈで移動する船に取り付けられていて、所定の 瞬間における船の縦揺れによるものであろうが、その船がまた垂直速度Ｖｖを有 するとすると、図３に示すように、翼は、上記の結果生ずる移動速度Ｖｒを持つ ことになる。それから、翼の軸は、図２におけるＺ−Ｚ線に沿って移動し、その 線はＶｒと同じ方向を持っている。

もし、翼が加えられｔ：ばねの力を受けないとすると、その弦は、傾動軸が真の 上昇のための均衡点の前方に配置されている場合には、水流の方向に位置するこ とになるであろう。しかし、上に述べたトルクモータシステムでは、翼は、翼を その水平中立位置へ向かって引っ張ろうとするねじりモーメントの影響を受ける であろう。したがって、翼は、水流に対して角度σで位置口、その角度は、トル クの大きさに左右される。あまりに大きすぎるトルクは、翼を停止させ、推進効 率を劣化させる結果となる。弱いトルクは、迎え角を小さくする結果となるので 、完全には翼を利用することができない。

迎え角は、翼に上昇力りを与え、その上昇力は、水流（線２−２）に対し、垂直 である。この上昇力は、水平分力Ｆｈおよび垂直分力Ｆｖを有する。これらの力 は船に伝達され、上記水平分力が、船の受ける推進力となる。

図４は、移動速度Ｖｒ（図５）を持ち、水の中をＺ″−Ｚ′線に沿って上昇しつ つあるｇｔｌを示しており、船のピッチ運動が、上方に向けられている。そこで 、上昇力りは、図２に対して逆になるが、水平分力は、それでもなお前方を指し ており、船に推進力を与える。

トルクモータシステムは、反対方向に力を働かせて、なおも翼をその中立位置に 動かそうとする。上で述べたように、トルクモータｌｌを制御回路１０を介して 制御するのが、位置送信機９である。

上記の通り、翼１を、図１に示した通常の動作方向に対し、１８００逆にするこ とができる。これは、先に述べた伝達すなわちトランスミッション手段６，７． ８によってなすことができる。これはまた、従来のスクリュープロペラによって 駆動され、翼つまりフォイルプロペラを推進力の補助手段として用いていない船 が後進しても、生じる事柄である。さらに、水の流れが、ねじれの力を翼に及ぼ すので、翼が回転する。

翼をその中立位置に向かって引っ張ろうとするトルクモータシステムは、必然的 にエネルギを消費する。このエネルギ消費は、実際の水流をこの目的に利用する ことによって、減少させることができる。このように水流を利用する実施例は、 図６〜７に図式的に示されている。図６および図７は、カタマランクイプの船体 を示しており、そこでは、翼つまりフォイルプロペラが船体１３．１４の間の船 尾に取り付けられている。翼１２の各端に隣接した上記船体の側面には、複数の 溝あるいはチャネル１５．１６がそれぞれ設けられており、水面に平行に伸びて いる。速く動いている間は、これらの溝内の水は、たとえ船体１３．１４の間の 水にかなりの垂直運動があろうとも、水面に対してまったく平行に流れる。溝１ ５．１６の末端では、水はｊ！１２の後方のｊ！端に打ち当たる。そのとき、も し翼が上記水平位置からはずれて角移動すれば、溝内の水流は、翼を溝に対して 平行な位置に戻そうとする。

図６．７による実施例では、溝あるいはチャネルは、翼１２の各端側に配置され ている。しかし、それらは、一端側だけに配置されていてもよい。翼の一端側の みの溝あるいはチャネルは、翼が普通のポートの船体の一方の側面に取り付けら れるような実施例においても利用してもよい。

翼の後縁に配置されるトリミングタブもまた、トルクモータのエネルギ消費を減 少させるための手段である。そのようなトリミングタブは、航空業界において広 く使用されているものに対応した従来型のものでよく、従ってそのようなトリミ ングタブのそれ以上の説明は、不必要であると考えられる。

図８には、本発明による推進装置の実施例が図式的に示されており、そこでは、 ７オイルプロペラは、アクティブ・タイプのものであり、つまり、モータの力を 持つ推進手段として用いられている。

図１の実施例と同様に、翼１７は、支持構造１８によって、所定の位置に保たれ ており、上記支持構造は、一対の腕（一本の腕のみ示されている）からなること が示されている。しかし、ここでは上記腕は、船２０の後端に取り付けられた駆 動軸１９に取り付けられている。駆動軸１９は、この駆動軸に角度領域β内での 往復回転運動を与えるモータによって（図示せず）駆動される。これは、翼１７ に殆ど垂直の上下運動を与えることになる。翼を水平中立位置に維持するために 作動する上記の制御システムと結合されると、たいへん効率の高いモータ駆動の 推進システムを得ることになる。上記推進システムは、翼を支持腕間で角度１８ ０°にわたって回転させる制御システムによって、逆向きにすることができる。

モータの力によって上記支持構造つまり支持腕を駆動して上記動きをさせるかわ りに、腕力によって、操作を手動化してもよい。

図９および図」０は、アクティブ・タイプのモータ駆動式フォイルプロペラ装置 を持つ実施例を示しており、その装置は、カタマラシタイプの船体を持つ船の上 に取り付けられている。図示された実施例は、３つのフォイルすなわち翼２１， ２２．２３を有しており、そのフォイルつまり翼は、共通のロータ２４上に、こ のロータの回転軸から適当な径方向の距離のところに、回転自在に取り付けられ ているので、各員は、傾動軸の回りを３６０°自在に回転できる。

上記ロータは、カタマランクイプの船体２６．２７それぞれにその端部が取り付 けられたロータシャフト２５からなり、上記ロータシャフトの各端には、翼２１ 〜２３に対するベアリング・ポイントのための支持手段２８．２９がそれぞれあ る。図示された実施例では、各キャリア手段２８．２９は、等しい角度で間隔を あけてロータシャフト２５に固定され、かつロータシャフト２５から突出してい る３つの支持腕からなり、上記翼はこれら支持腕の外端に取り付けられている。

これに代わって、上記支持手段は、たとえば適当な円板からできていてもよい。

ロータ２４は、モータ３０によって、図１Ｏに示された回転方向に回転させられ る。そのモータは、適当なトランスミッションを介してロータに接続されている 。そのトランスミッションは、上記モータの出力シャフト上の滑車２１、上記ロ ータシャフト上の滑車３２、そして駆動ベルト３３かも成り立っていることが示 されている。ロータが回転している間、翼２１〜２３は、円状の道を動かされ、 それによって、翼がそれぞれの回転軸上を自在に回転するのと同時に翼の垂直駆 動動作が得られる。

上記翼があるところでのロータ２４の周速度は、水を突き進む船の速度よりも遅 いという仮定をする。だから、翼の正面つまり先端部分は、主に前方を指す。こ の装置によって、船の推進が滑らかになり、モーフ３０は、滑らかつまり一様の 負荷を持つであろう。翼の数は、３つでなくてもよいが、３つの翼を持つ図示の 実施例では、結果としてモータの荷重が比較的一様となる。

図９〜１０には、逆進装置は何も示されていない。しかし、上記駆動装置はまた 、上記ロータの回転方向は同じで、後ろの方向にも作用する。しかし、それでは 水流を、他の装置、例えば従来のスクリュータイプの補助プロペラによって、ま ず逆流させなければならないであろう。

ＦＩＧ、２　ＦＩＧ、３ 国際調査報告 １＋、−、、、−＋、、、＝＝、、、＝、ｐｒＴＭＱｎ／１Ｉｎｌフｑ国際調査 報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．浮き構造物、特に船舶（５；２０）のための推進装置であって、本質的に水 平に配置されたプレート状の翼（１；１７）を少なくとも１つ有し、上記翼は、 回転自在に船（５；２０）に接続されると共に、中立位置の各側に傾動を行うよ うになっていて、上記翼（１；１７）と取り囲む水との間の相対垂直運動によっ て上記船舶の推進力を供給するようにした推進装置において、 上記翼（１；１７）は、傾動軸（２）の回りを３６０°回転できるように取り付 けられており、 上記傾動軸は、上記翼（１；１７）の上昇のための均衡点に、あるいは推進方向 に見て、その均衡点の幾分前方に位置することを特徴とする推進装置。
2. ２．請求項１に記載の装置において、上記翼（１）が中立位置から角移動した後 、上記翼（１）を復帰させる手段を持ち、上記復帰手段は、制御システム（１０ ）を有し、上記制御システムは、位置参照手段（９）からの信号の影響の下で、 モータ（１１）に影響を与えて、上記翼（１）にトルクを中立位置へ向かう方向 に働かせることを特徴とする装置。
3. ３．請求項２に記載の装置において、上記モータ（１１）は、トランスミッショ ンシステム（６，７，８）を介して、上記翼（１）の傾動軸（２）に連結され、 上記翼（１）を、船舶（５）を逆推進させるための位置へ１８０°回転させるよ うになっていることを特徴とする装置。
4. ４．請求項３に記載の装置において、上記位置参照手段は、上記トランスミッシ ョン手段（６，７，８）に接続されたポテンショメータ（９）であることを特徴 とする装置。
5. ５．請求項３または４に記載の装置において、上記制御システムは、上記翼を、 その逆転位置においても、上記中立位置に復帰させるよう、切り替え可能である ことを特徴とする装置。
6. ６．請求項１に記載の装置において、上記翼（１２）を上記中立位置からの移動 の後に復帰させる手段を有し、上記復帰手段は、上記翼（１２）の少なくとも一 端部に直に隣接した船体部材（１３，１４）の表面に設けられた溝つまりチャン ネル（１５，１６）を備え、上記溝（１５、１６）は水面に実質的に平行に延び て、翼に影響を及ぼす水流を上記翼（１２）の後端に沿って案内することを特徴 とする装置。
7. ７．請求項１乃至５のいずれかに記載の装置において、上記翼（１７）は支持構 造（１８）の一端に取り付けられており、上記支持構造の他端は、上記翼（１７ ）に本質的に垂直な上下動を与えるようになっている駆動手段に接続されて、上 記船舶（２０）を積極的に推進することを特徴とする装置。
8. ８．請求項７に記載の装置において、上記支持構造は、上記船舶（２０）の後方 に延び上記翼（１７）を後端で支持する１対の腕（１８）からなり、上記腕の他 端は上記駆動手段に連結され、この駆動手段は上記腕（１８）に往復角運動を与 えるようになっていることを特徴とする装置。
9. ９．請求項１に記載の装置において、多数の翼（２１〜２３）を備え、これらの 翼は、共通のローター（２４）上に、このローターの回転軸から径方向に離れた ところに、回転可能に取り付けられて、各翼がその傾動軸の回りを自由に回動で きると共に、上記ローターはモーター（３０）によって回転可能であることを特 徴とする装置。
10. １０．請求項９に記載の装置において、上記ローター（２４）は、各端に支持手 段（２８，２９）を有するローターシャフト（２５）からなり、上記支持手段は 、上記シャフトから突出すると共に、各翼（２１〜２３）のためのベアリング手 段を上記ローターシャフトから適当な距離のところに有することを特徴とする装 置。