JPH0718322B2 - ロ−タ装置 - Google Patents

ロ−タ装置

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JPH0718322B2
JPH0718322B2 JP59129041A JP12904184A JPH0718322B2 JP H0718322 B2 JPH0718322 B2 JP H0718322B2 JP 59129041 A JP59129041 A JP 59129041A JP 12904184 A JP12904184 A JP 12904184A JP H0718322 B2 JPH0718322 B2 JP H0718322B2
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planetary gear
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Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）産業上の利用分野 本発明は、１つのシャフト上に担持され且つ流体に流れ
を与え又はかような流体によって回転を生ずるように設
計された多数の羽根付きロータを含むロータ装置に係
る。
本発明は一般的に上記型式のロータ装置に関し、これは
例えばポンプ又はタービンシステム中に含まれるか、又
は船舶及び飛行機に用いるプロペラユニットであっても
よい。しかし本発明は本来船舶のプロペラユニットに起
る問題を解決するために展開されたものである。
（ｂ）従来の技術 船舶の船内設備はエンジン、逆転装置を備えた減速装
置、プロペラを備えたプロペラシャフトから成る。400
馬力級の船舶用ディーゼルエンジンに対しては、エンジ
ン速度は通常約2400〜2600rpmであり、これはプロペラ
を能率的にするため十分に減速しなければならぬ。約15
ノットの速度では、1:2のrpm減少が常態であるが、長い
運転期間を伴ない、そのため燃料費が特に重要である比
較的大重量の船舶に対しては1:4又は1:5のrpm減少を持
つことが望ましい。同時に、プロペラ速度が減少するに
つれて、トルクが増大し、これは逆転歯車及びプロペラ
シャフトを経てプロペラに伝えられねばならず、それら
の寸法をも増大する。例として述べうることは、上記の
動力及び速度の範囲は1:2から1:4までの減速の変化を必
要とし、これはプロペラの効率をほとんど50％から約60
％に増大すること、プロペラシャフトの直径は約25％増
し、プロペラの直径は約60％だけ増大することである。
かくして減少した燃料費を伴なう増大したプロペラ効率
によって作られる利得は、逆転歯車、シャフト及びプロ
ペラのための比較的高い費用によって部分的に打消され
る。最終に述べた構成部分に対する全費用は非常に高
く、エンジンに対する費用の半分までになりうる。さら
に他の問題は、大きいプロペラ直径は、スペースの問題
を生じ、これは1:4又はより高い減速を、いわゆる船内
−船外駆動装置（inboard-outboard drives）に用いる
ことは実際上不可能なことである。プロペラ直径と同時
に高いプロペラ効率を得る問題に対する公知の解決策
は、前記エンジン動力級のための船内−船外駆動装置に
対して実際に役立つことよりも大きい必要はなくて、同
心シャフトによって駆動される２つの逆回転するプロペ
ラを配置することである。しかしかような装置のための
費用は、それが長い中空シャフトを含むので、高いので
ある。
（ｃ）発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、緒言として述べられた型式のロータ装
置、特に効率を犠牲にすることなく、この型式の公知の
装置よりもさらに低い費用で作ることができる船舶プロ
ペラユニットを得ることである。
（ｄ）問題点を解決するための手段 前記の目的は本発明によれば、次の事実によって達成さ
れる、すなわち遊星歯車システム中でシャフトを太陽歯
車と駆動的に接続すること、Ｎ個のロータが１つの歯車
リングと駆動的に接続され、この歯車リングはシャフト
の回転方向と逆に回転するために遊星歯車システムの遊
星歯車と係合すること、及びシャフトの回転方向に回転
するために、Ｎ＋１個のロータが遊星歯車システムの遊
星歯車担体と駆動的に接続されることである。
本発明の基本的着想は、エンジン回転数を減ずることは
ロータより先に、すなわち逆転装置中で行なうべきでは
なくて、ロータ装置のハブ中で行ない、このことは逆転
装置及びシャフトの両方の寸法をさらに小さくし、従っ
て従来よりも費用を少くすることができるということで
ある。これを基礎としてロータ装置が開発され、それは
シャフトと共に、またシャフトと逆に回転するロータの
数の間の上記の比のために、シャフトと共に回転するロ
ータの１つがシャフトのトルクと釣合い、他方で残りの
対をなして逆回転するロータが互に釣合うという事実に
よって自動的に釣合うことができる。
本発明の原理によって最適に設計された３個のプロペラ
を備えた船舶のプロペラ装置は、減速比1:4又は1:5に対
して最適に設計された単一プロペラの直径のほぼ2/3で
あるプロペラ直径を有するものである。逆転装置、シャ
フト及びプロペラ配置のための全費用は、対応する単一
プロペラ装置の費用のほぼ半分であるのに、効率は両装
置に対して同一である。
（ｄ）実施例 本発明は添付図面に示された例について以下さらに詳し
く記述する。
第１図に図解的に示されたロータ装置は、ポンプ、圧縮
機、ファン又はタービンであってもよい。適用次第によ
る１つのシャフト１は入力又は出力のシャフトであり、
１つの歯車２を担持し、この歯車は遊星システム中の太
陽歯車であり、１つの遊星歯車担体４上の遊星歯車３に
係合する。１つの円筒状ハブ６上の内ば歯車リング５は
遊星歯車３に係合する。ハブ６は２組のロータ羽根７を
担持し、かくて羽根７と共に、シャフトの回転方向と逆
に回転する互に固着した２つのロータ８を形成する。遊
星歯車担体４は対応する３組のロータ羽根９に結合さ
れ、その２つの外側の組は両方が遊星歯車担体及び包囲
する円筒状素子10に結合されているが、他方で羽根９の
中間の組は単にシリンダ10中に取付けられているだけで
あり、従って互に固着された３個のロータ11を形成し、
且つシャフトの回転方向に回転する。
本発明は、ロータ装置のロータがほぼ同じ回転速度及び
直径を有し且つほぼ同じトルクを制動する時に、与えら
れた最大値径に対して最良の効率が得られるという洞察
に基くものである。これらの等しい値からの若干の小さ
い偏差は、ロータが軸方向及び回転方向の両方で包囲す
る媒質中に速度を誘導し、直径及びピッチの調整を必要
とするという事実のために要求することができる（第２
図参照）。本発明による必要条件は、ロータが同じ回転
数で回転する時にトルクの釣合いを得るためには、もし
シャフト回転の方向と逆に回転するロータの数がＮであ
れは、シャフトの方向に回転するロータの数はＮ＋１に
すべきであるということである。第１図に示された実施
態様においては、Ｎ＝２で次の関係が適合する： シャフト１ トルク ＋Q シャフトと共に回転するロータの制動トルク −3Q シャフトと共に回転するロータの制動トルク ＋2Q 合 計 0 このように、１つのロータに対するトルクが入力トルク
に相当する時に、トルクの釣合いが存在する。このこと
はシステム中に組入れたハブ減速は５倍だけトルクを増
大し、且つ５個のロータの間にトルクを等しく分配すべ
きことを意味する。これはまた動力損失を伴わずに動力
が不変で、且つ回転数がシャフト回転数の1/5まで減少
されたことも意味する。一般的にこのことは減速を1:1
＋2Nにすべきことを意味し、それは遊星システム中の基
本的減速を意味し、それは歯車リング５の歯車直径の間
の比であり、それが逆回転するロータ８を駆動し、また
第１図に示す例において太陽歯車２は2:1にすべきであ
る。このことは一般的に基本的減速はN:1にすべきこと
を意味する。
第２図及び第３図は、上記の関係を図解するための付加
的実施態様を示す。これらの図は３個のプロペラ20,21
（すなわちＮ＝１）を備えた船舶のプロペラ配置を図解
的に示すものである。前部及び後部のプロペラ21はシャ
フト１の方向に駆動されるが、中間プロペラ20はシャフ
トに対し逆に回転する。第２図に示すように、前部及び
中間のプロペラは互に対し逆に回転し且つ他のトルクと
釣合う１対のものと見做すことができるが、後部プロペ
ラのトルクはシャフトのトルクと釣合う。プロペラの直
径はこの場合あと流れの収縮に関して調整される。
この例においてＮは１であるから、基本的減速は1:1で
あり、これは第３図に示すように遊星システムを簡単な
差動装置に作ることを可能にする。シャフト１は円錐形
歯車リングを備えた太陽歯車22を担持し、対応する円錐
形歯車リングを備えた歯車23は中間プロペラ20のハブ24
上に配置されている。前部プロペラ21のハブ25は円錐形
遊星歯車26に対する担体を形成し、且つスリーブ28を経
て後部プロペラのハブ27に固着されている。ここではプ
ロペラ回転数はシャフト回転数の1/3に減速されてい
る。
プロペラハブ中でエンジン速度を低速ギアにすることに
よって、エンジンの逆転装置も1:1の基本的減速を有す
る簡単な差動装置（図示せず）に作ることもできる。前
進駆動のために、例えばクラッチによって伝動装置は１
単位として固着され、該クラッチは入力シャフトを遊星
歯車担体に結合する。逆転のためには、遊星歯車担体が
例えばエンジンのはずみ車ケーシングに固着され、出力
シャフトは入力シャフトと逆に回転する。前進及び逆進
の両方の歯車比は1:1である。前進駆動は、歯車ハウジ
ング中を循環するどんな油によっても起される損失を除
いては何等の損失も生じない。逆転装置中の差動装置は
原則として、費用の減少を助けるプロペラのハブにおい
て上述した差動装置と同じ寸法及び同様に切られた歯車
を有する。
第４図は第２図及び第３図のプロペラ装置を実施態様で
示し、その中では若干の軸受、密封部などのように実際
の発明に対して無関係な細部は除外し、そこでは第２図
及び第３図中の対応物についての細部はこれらの図にお
けると同じ参照記号が与えられている。
シャフト１はスプライン28を介して太陽歯車22に対し回
転不能に連結されている。遊星歯車26はスピンドル29上
に取付けられ、これらは１つのスリーブ30中に固定さ
れ、このスリーブに対し前部プロペラのハブ25がスプラ
イン31を介して回転不能に連結されている。半径方向の
スピンドル29の内側端部は１つのスリーブ32中に取付け
られ、その後端部中に１つのシャフト33が押し込まれ、
このシャフトは、スプライン34、スリーブ35及び他のス
プライン36を介して後部プロペラ21のハブ27と連結され
ている。かくてスリーブ30,32は遊星歯車担体として作
用し、この担体はプロペラ21に対し回転不能に連結され
ている。
中間プロペラ21のハブ24はスプライン38を介してスリー
ブ素子39に連結され、この素子は次にスプライン40を介
して付加的スリーブ素子41に連結され、これはスリーブ
30,32に関して回転可能に取付けられ、遊星歯車担体と
して作用する。スリーブ素子41は歯形23を有し、これら
は遊星歯車26と係合し、かくて太陽歯車22に一致する。
遊星システム又は差動装置の歯車22,26,23は１つの油浴
中で回転し、従ってハブシステムは、ここではさらに詳
しく示されていない密封材の手段によって周囲の水から
密封されている。水が漏入できないように確保するた
め、油は圧力アキュムレータ43によって加工されるが、
このアキュムレータはそのハウジングを通って延びる１
つのピン44に連結されたばねで負荷された薄膜又はベロ
ーズ素子（図示せず）を含んでいる。ピンがもっと先へ
延びれば延びるほど、圧力はそれだけ高くなる。かく
て、ピンは圧力指示器として作用し、これは推奨された
圧力がなお維持されていることを直接に目で確かめるこ
とに備える。
本発明の原理をさらに応用したものは第５図乃至第７図
に図解されている。第５図は１つの逆回転するプロペラ
50及びプロペラシャフトと共に回転する２つのプロペラ
51を備えた飛行機用のプロペラ装置を示す。第６図は１
つの逆回転するロータ60及びシャフトと共に回転する２
つのロータ61を備えたヘリコプターを示す。
上述のロータ装置の実施態様の全ては、１つの駆動パワ
ーシャフトを有するが、緒言で述べたように本発明はか
ようなロータ装置に限定されるものではなくて、１つの
被駆動パワーシャフトをも包含するものである。最後に
述べた型式の１例が、１つの逆回転するロータ70及びシ
ャフトと共に回転する２つのロータ71を備えた水力ター
ビンの形態で第７図に示されている。上述の実施態様に
おける如く、ロータの直径は、単一ロータ装置に比して
著しく減少しうるという事実のために導管領域も減少す
ることができ、従ってさらに費用を減少する。
【図面の簡単な説明】
第１図は一般的な実施態様で、本発明によるロータ装置
の縦断面を示す。 第２図は船舶のプロペラ装置を図解的に示す。 第３図は第２図中の装置の縦断面を示す。 第４図は船舶のプロペラ装置の実施態様の部分切取斜視
図を示す。 第５図、第６図及び第７図は、本発明によるロータ装置
の他の応用を図解する図解的斜視図を示す。 図において、 １……シャフト、2;22……太陽歯車、3;26……遊星歯
車、4;28;30,32……遊星歯車担体、5;23……歯車リン
グ、8,11;20,21……ロータ、20,21……プロペラ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】１つのシャフト上に担持され且つ流体に流
    れを与え又はかような流体によって回転を生ずるように
    設計された多数の羽根付きロータを含むロータ装置にお
    いて、シャフト（１）が遊星歯車システム中の太陽歯車
    （2;22）と駆動的に接続されていること、Ｎ個のロータ
    （8;20）がシャフトの回転方向と逆に回転するために遊
    星歯車システムの遊星歯車（3;26）と係合する１つの歯
    車リング（5;23）と駆動的に接続されていること、Ｎ＋
    １個のロータ（11;21）がシャフトの回転方向に回転す
    るために遊星歯車システムの遊星歯車担体（4;28;30,3
    2）と駆動的に接続していることを特徴とするロータ装
    置。
  2. 【請求項２】前記歯車リング（5;23）に対する回転直径
    と太陽歯車（2;22）との間の比がほぼN:1であることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のロータ装置。
  3. 【請求項３】ロータ（8,11;20,21）は、隣接するロータ
    が互に逆に回転するように配置されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のロータ装
    置。
  4. 【請求項４】ロータ（8,11;20,21）の羽根面積及び羽根
    角度は、ロータ全てがトルクのほぼ同じ量を吸収するよ
    うに選ばれていることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項乃至第３項のいずれか１つに記載のロータ装置。
  5. 【請求項５】個々のロータ（8,11;20,21）の直径はロー
    タ装置のあと流れ（ａ）に順応することを特徴とする特
    許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１つに記載の
    ロータ装置。
  6. 【請求項６】ロータは、１つのプロペラユニット中のプ
    ロペラ（20,21）であることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項乃至第５項のいずれか１つに記載のロータ装
    置。
  7. 【請求項７】３個のプロペラが備えられていることを特
    徴とする特許請求の範囲第６項に記載のロータ装置。
  8. 【請求項８】遊星歯車システムは、1:1の歯車比を有す
    る差動歯車であることを特徴とする特許請求の範囲第７
    項に記載のロータ装置。
  9. 【請求項９】遊星歯車は、前部及び後部のプロペラハブ
    に接続されたスリーブ手段中に固定された半径方向のス
    ピンドル上に取付けられていること、及び中間プロペラ
    のハブは、遊星歯車に係合する１つの歯車リングを有す
    る第２スリーブ手段に接続されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第８項に記載のロータ装置。
  10. 【請求項１０】遊星歯車システムは、加圧油が満たされ
    ているハウジング中に配置されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか１つに記載
    のロータ装置。
JP59129041A 1983-06-22 1984-06-22 ロ−タ装置 Expired - Lifetime JPH0718322B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE8303593-1 1983-06-22
SE8303593A SE445107B (sv) 1983-06-22 1983-06-22 Rotoranordning

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Publication Number Publication Date
JPS6017202A JPS6017202A (ja) 1985-01-29
JPH0718322B2 true JPH0718322B2 (ja) 1995-03-01

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JP59129041A Expired - Lifetime JPH0718322B2 (ja) 1983-06-22 1984-06-22 ロ−タ装置

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US (1) US4604032A (ja)
JP (1) JPH0718322B2 (ja)
AU (1) AU575329B2 (ja)
BR (1) BR8403057A (ja)
CA (1) CA1216477A (ja)
DE (1) DE3423168A1 (ja)
FR (1) FR2549006B1 (ja)
GB (1) GB2142116B (ja)
IT (1) IT1177812B (ja)
NL (1) NL8401972A (ja)
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