WO2017069197A1

WO2017069197A1 - 舶用減速装置

Info

Publication number: WO2017069197A1
Application number: PCT/JP2016/081110
Authority: WO
Inventors: 亮宮前; 昌一高橋; 大野　達也; 尾崎　嘉彦; 憲一政本
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2017-04-27
Also published as: US20180312236A1; JP6712128B2; JP2017081234A; DE112016004811T5; US10442517B2

Abstract

本発明は、電気回転機械の設置スペースを低減することができる舶用減速装置を提供する。舶用減速装置（２）は、エンジン（１１）の出力軸（４３）と連結される入力軸（４０）と、スクリュープロペラ（１４）を回転させる推進軸（１３）と連結される出力軸（４３）と、入力軸（４０）に設けられた入力ギヤ（５１）および出力軸（４３）に設けられた出力ギヤ（５５）を収容するとともに、出力軸（４３）を回転可能に支持する第１軸受（６３）を支持するギヤボックス（３）と、出力軸（４３）と共に回転する中心軸（７１）、中心軸（７１）に固定されたロータ（７２）およびロータ（７２）を囲繞するステータ（７３）を含む電気回転機械（７）と、を備え、電気回転機械（７）の中心軸（７１）を回転可能に支持する第２軸受（６５）およびステータ（７３）がギヤボックス（３）に支持されている。

Description

舶用減速装置

　本発明は、舶用減速装置に関する。

　船舶では、推進軸を介してスクリュープロペラを駆動するエンジンの余剰出力で発電したり、エンジンの出力を電力でアシストしたりするために、推進軸とエンジンとの間に配置される減速装置に電気回転機械が連結されることがある（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６２－１２８９９７号公報

　しかしながら、船舶のエンジンルームは一般的に狭小であるために、減速装置に電気回転機械が連結される場合は、電気回転機械の設置スペースが問題となる。

　そこで、本発明は、電気回転機械の設置スペースを低減することができる舶用減速装置を提供することを目的とする。

　前記課題を解決するために、本発明の舶用減速装置は、エンジンの出力軸と連結される入力軸と、スクリュープロペラを回転させる推進軸と連結される出力軸と、前記入力軸に設けられた入力ギヤおよび前記出力軸に設けられた出力ギヤを収容するとともに、前記出力軸を回転可能に支持する第１軸受を支持するギヤボックスと、前記出力軸と共に回転する中心軸、前記中心軸に固定されたロータおよび前記ロータを囲繞するステータを含む電気回転機械と、を備え、前記電気回転機械の前記中心軸を回転可能に支持する第２軸受および前記ステータが前記ギヤボックスに支持されている、ことを特徴とする。

　上記の構成によれば、電気回転機械がギヤボックスに一体的に組み込まれているので、電気回転機械の設置スペースを低減することができる。しかも、ギヤボックスは電気回転機械のケーシングを兼ねるので、減速機構および電気回転機械を含むシステム全体の重量を低減することができる。

　上記の舶用減速装置は、前記ギヤボックスに取り付けられた、前記入力軸により駆動される潤滑油ポンプをさらに備え、前記潤滑油ポンプは、前記ギヤボックス内で潤滑油が流下するように潤滑油を循環させるとともに、前記第２軸受に潤滑油を供給し、前記第２軸受に供給された潤滑油は、前記第２軸受から前記ギヤボックス内に排出されてもよい。この構成によれば、ギヤボックス内のギヤに潤滑油を供給する潤滑油ポンプを利用して電気回転機械の中心軸用の軸受に潤滑油を供給することができる。しかも、電気回転機械の中心軸用の軸受に供給された潤滑油はその軸受からギヤボックス内に排出される。従って、ギヤボックスの底を、ギヤと電気回転機械とに共通の潤滑油受けとして利用することができる。

　上記の舶用減速装置は、前記ギヤボックスに取り付けられた、前記入力軸により駆動される冷却剤ポンプをさらに備え、前記冷却剤ポンプは、前記電気回転機械のステータに冷却剤が接触して流れるように前記電気回転機械に冷却剤を供給してもよい。この構成によれば、電気回転機械に風を当てて冷却する場合よりも電気回転機械を小型化することができる。しかも、ギヤボックス内で分配されるエンジンまたは電気回転機械の出力を用いて冷却剤ポンプを駆動することができる。

　前記冷却剤ポンプは、第１冷却剤供給ラインを通じて前記電気回転機械に冷却剤を供給するとともに、第２冷却剤供給ラインを通じて熱交換器に冷却剤を供給し、前記熱交換器は、前記潤滑油ポンプに吸入される潤滑油または前記潤滑油ポンプから吐出される潤滑油と前記冷却剤との熱交換によって潤滑油を冷却してもよい。この構成によれば、１つの冷却剤ポンプを用いて電気回転機械の冷却と潤滑油の冷却とを行うことができる。

　本発明によれば、電気回転機械の設置スペースを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る舶用減速装置の概略構成を示す平面図である。図１に示す舶用減速装置の正面図である。電気回転機械を断面で示す斜視図である。

　図１および図２に、本発明の一実施形態に係る舶用減速装置２を示す。舶用減速装置２は、エンジン１１と共に、船舶のエンジンルーム内に配置される。

　具体的に、舶用減速装置２は、エンジン１１の出力軸１２と連結される入力軸４０と、スクリュープロペラ１４を回転させる推進軸１３と連結される出力軸４３を含む。以下では、説明の便宜上、出力軸４３の軸方向のうち推進軸１３側を後方、それと反対側を前方という。

　本実施形態では、エンジン１１が、舶用減速装置２の後方に配置されている。ただし、エンジン１１は、舶用減速装置２の前方に配置されていてもよい。エンジン１１は、ガスタービンエンジンであってもよいし、２ストロークまたは４ストローク型のレシプロエンジンであってもよい。

　入力軸４０には入力ギヤ５１が設けられており、出力軸４３には出力ギヤ５５が設けられている。入力ギヤ５１と出力ギヤ５５とは、直接的に噛み合ってもよいし、別のギヤ（１つまたは複数）を介して噛み合ってもよい。入力ギヤ５１および出力ギヤ５５は、ギヤボックス３に収容されている。

　出力軸４３と平行な入力軸４０は、ギヤボックス３から後方に突出しており、フランジ結合によりエンジン１１の出力軸１２と連結されている。同様に、出力軸４３は、ギヤボックス３から後方に突出しており、フランジ結合により推進軸１３と連結されている。

　本実施形態では、入力軸４０が、入力ギヤ５１が設けられる後部４２と、ギヤボックス３を貫通する前部４１とに分割されている。入力軸４０の前部４１と後部４２とは、クラッチ２１を介して連結されている。ただし、入力軸４０が一体物であり、入力軸４０がギヤボックス３の外側でクラッチ２１を介してエンジン１１の出力軸１２と連結されていてもよい。

　ギヤボックス３には、入力軸４０の前部４１を回転可能に支持する軸受６１および入力軸４０の後部４２を回転可能に支持する軸受６２が支持されている。また、ギヤボックス３には、出力軸４３を回転可能に支持する軸受６３（本発明の第１軸受に相当）も支持されている。

　本実施形態では、電気回転機械７がギヤボックス３に一体的に組み込まれているとともに、潤滑油ポンプ１５および冷却剤ポンプ１６がギヤボックス３に取り付けられている。

　潤滑油ポンプ１５および冷却剤ポンプ１６は、入力軸４０により駆動される。より詳しくは、入力軸４０の後部４２には、駆動ギヤ５２が設けられており、潤滑油ポンプ１５および冷却剤ポンプ１６の回転軸にはそれぞれ従動ギヤ５３，５４が設けられている。駆動ギヤ５２と従動ギヤ５３，５４とは、直接的に噛み合ってもよいし、別のギヤ（１つまたは複数）を介して噛み合ってもよい。駆動ギヤ５２および従動ギヤ５３，５４もギヤボックス３に収容されている。潤滑油ポンプ１５および冷却剤ポンプ１６の役割については後述する。

　本実施形態では、電気回転機械７が発電機および電動機として機能する。電気回転機械７が発電機として機能するときは、クラッチ２１がオン（接続状態）とされる。電気回転機械７が電動機として機能するときは、クラッチ２１がオンとされると電気回転機械７がエンジン１１の出力をアシストし、クラッチ２１がオフ（非接続状態）とされると電気回転機械７のみでスクリュープロペラ１４が回転される。ただし、電気回転機械７は、発電機としてのみ機能してもよいし、電動機としてのみ機能してもよい。なお、後述するクラッチ２２は、電気回転機械７が発電機として機能するときも電動機として機能するときもオン（接続状態）とされる。

　電気回転機械７は、出力軸４３と共に回転する、前後方向に延びる中心軸７１と、中心軸７１に固定されたロータ７２と、ロータ７２を囲繞するステータ７３を含む。本実施形態では、中心軸７１と出力軸４３の間に、それらと平行な第１中継軸４４および第２中継軸４５が設けられている。第２中継軸４５は、中心軸７１の前方に配置されており、第１中継軸４４は、電気回転機械７の中心軸７１および第２中継軸４５の側方に配置されている。

　第１中継軸４４には、出力ギヤ５５と直接的にまたは別のギヤ（１つまたは複数）を介して噛み合う第１中継ギヤ５６が設けられているとともに、第１中継ギヤ５６よりも前方に第２中継ギヤ５７が設けられている。第１中継軸４４を回転可能に支持する軸受６４は、ギヤボックス３に支持されている。

　第２中継軸４５には、第２中継ギヤ５７と直接的にまたは別のギヤ（１つまたは複数）を介して噛み合う入出力ギヤ５８が設けられている。第２中継軸４５は、クラッチ２２を介して電気回転機械７の中心軸７１と連結されている。クラッチ２２は、電気回転機械７の故障によって出力軸４３が回転不能となることを防止するために、電気回転機械７が故障したときにオフ（非接触状態）とされる。なお、クラッチ２２は、エンジン１１のみを使用してスクリュープロペラ１４を回転させる際に、電気回転機械７を停止状態として電気回転機械７が生じる機械的損失を低減したいときに、オフとされてもよい。

　ただし、第２中継軸４５は、電気回転機械７の後方に配置されていてもよい。あるいは、第１中継軸４４、第２中継軸４５およびクラッチ２２が省略されて、電気回転機械７の中心軸７１に、入出力ギヤ５８が出力ギヤ５５と直接的にまたは別のギヤ（１つまたは複数）を介して噛み合うように設けられていてもよい。

　電気回転機械７の中心軸７１を回転可能に支持する軸受６５（本発明の第２軸受に相当）は、ギヤボックス３に支持されている。また、ギヤボックス３には、電気回転機械７のステータ７３も支持されている。

　図２に示すように、ギヤボックス３は、内部に出力ギヤ５５が配置される主構造体３１と、主構造体３１と共に閉空間を形成する第１カバー３６および第２カバー３７を含む。第１カバー３６と主構造体３１とで形成される閉空間内に入力ギヤ５１が配置され、第２カバー３７と主構造体３１とで形成される空間内に電気回転機械７および入出力ギヤ５８が配置されている。

　主構造体３１は、互いに平行な後壁３１ａと前壁３１ｂ（図１参照）を有し、後壁３１ａおよび前壁３１ｂを出力軸４３が貫通している。出力軸４３を回転可能に支持する軸受６３は、後壁３１ａおよび前壁３１ｂに取り付けられた図略の軸受台を介して、後壁３１ａおよび前壁３１ｂに支持されている。

　本実施形態では、図３に示すように、電気回転機械７の中心軸７１の後端を回転可能に支持する軸受６５が、主構造体３１の後壁３１ａに取り付けられた軸受台半体３４および第２カバー３７に取り付けられた軸受台半体３４を介して、後壁３１ａおよび第２カバー３７に支持されている（第２カバー３７の軸受台半体３４の図示は省略）。なお、図３は、第２カバー３７が取り外された状態の、電気回転機械７を断面で示す斜視図である。

　また、主構造体３１には、電気回転機械７の中心軸７１の前端に対応する位置に、隔壁３３が設けられている。隔壁３３には、軸受台半体３５が一体的に形成されている。同様に、第２カバー３７には、軸受台半体３５が一体的に形成されている（第２カバー３７の軸受台半体３５の図示は省略）。電気回転機械７の中心軸７１の前端を回転可能に支持する軸受６５は、これらの軸受台半体３５を介して隔壁３３および第２カバー３７に支持されている。

　本実施形態では、電気回転機械７のロータ７２に永久磁石が組み込まれ、ステータ７３にコイル７４が組み込まれている。ただし、電気回転機械７の構成はこれに限られず、ロータ７２にコイル７４が組み込まれ、ステータ７３に永久磁石が組み込まれていてもよい。さらに、本実施形態では、ステータ７３がジャケット７５で覆われている。ジャケット７５の内部またはジャケット７５とステータ７３の間には、後述する冷却剤が流れる流路が形成されている。そして、主構造体３１および第２カバー３７には、電気回転機械７のステータ７３をジャケット７５を介して支持する複数の隔壁３２が設けられている（第２カバー３７の隔壁３２の図示は省略）。

　図２に戻って、上述した潤滑油ポンプ１５は、ギヤボックス３内で潤滑油が流下するように潤滑油を循環させる。さらに、潤滑油ポンプ１５は、入力軸４０、出力軸４３、第１中継軸４４用の軸受６１～６４だけでなく、電気回転機械７の中心軸７１用の軸受６５にも潤滑油を供給する。

　より詳しくは、ギヤボックス３の主構造体３１の底は、回収ライン８１、潤滑油タンク１７、第１吸入ライン８２、熱交換器１８および第２吸入ライン８３を介して潤滑油ポンプ１５の吸入口と接続されている。ギヤボックス３内で流下する潤滑油は、主構造体３１の底で受けられ、回収ライン８１を通じて潤滑油タンク１７に導入される。潤滑油タンク１７に貯留された潤滑油は、第１吸入ライン８２を通じて熱交換器１８へ導かれ、ここで冷却された後に、第２吸入ライン８３を通じて潤滑油ポンプ１５に吸入される。

　潤滑油ポンプ１５の吐出口からは、主吐出ライン８４が各種のギヤに向けて延びている。主吐出ライン８４からは、第１分岐ライン８５および第２分岐ライン８６が分岐しており、第１分岐ライン８５が軸受６１～６４につながっており、第２分岐ライン８６が軸受６５につながっている。潤滑油ポンプ１５から吐出される潤滑油は、主吐出ライン８４を通じて各種のギヤに供給されるとともに、第１分岐ライン８５および第２分岐ライン８６を通じて軸受６１～６５に供給される。軸受６１～６５に供給された潤滑油は、軸受６１～６５からギヤボックス３の主構造体３１内に排出される。

　冷却剤ポンプ１６には、導入ライン９１を通じてエンジンルーム外から冷却剤（Coolant）が導かれる。冷却剤は、例えば海水である。冷却剤ポンプ１６は、第１冷却剤供給ライン９２を通じて電気回転機械７（正確には、上述したジャケット７５の内部またはジャケット７５とステータ７３の間に形成される流路）に冷却剤を供給するとともに、第２冷却剤供給ライン９３を通じて熱交換器１８に冷却剤を供給する。第１冷却剤供給ライン９２の上流側部分と第２冷却剤供給ライン９３の上流側部分は、１本の共通の流路を構成している。

　熱交換器１８は、第２冷却剤供給ライン９３から流入する冷却剤と第１吸入ライン８２から流入する潤滑油との熱交換によって、潤滑油ポンプ１５に吸入される冷却剤を冷却する。熱交換器１８から流出する冷却剤は、排出ライン９５を通じてエンジンルーム外へ排出される。ただし、熱交換器１８が潤滑油ポンプ１５の下流側に配置されていて、潤滑油ポンプ１５から吐出される潤滑油が熱交換器１８によって冷却されてもよい。

　電気回転機械７には、冷却剤がステータ７３に接触して流れるように冷却剤が供給される。上述したようにジャケット７５の内部に流路が形成される場合、冷却剤はジャケット７５の一部である隔壁を介して間接的にステータ７３に接触し、ジャケット７５とステータ７３の間に流路が形成される場合、冷却剤はステータ７３に直接的に接触する。電気回転機械７に供給された冷却剤は、排出ライン９５を通じてエンジンルーム外へ排出される。

　以上説明したように、本実施形態の舶用減速装置２では、電気回転機械７がギヤボックス３に一体的に組み込まれているので、電気回転機械７の設置スペースを低減することができる。しかも、ギヤボックス３は電気回転機械７のケーシングを兼ねるので、減速機構（ギヤボックス３およびこれに収容されるギヤ列）および電気回転機械７を含むシステム全体の重量を低減することができる。

　電気回転機械７は、高出力でも定格回転数を高く設定すれば、小型化を図ることができる。このように小型化された電気回転機械７は、ギヤボックス３に容易に一体化することができる。

　また、電気回転機械７がギヤボックス３に一体化されていれば、入出力ギヤ５８を電気回転機械７のすぐ近くに配置することができる。そのため、従来のように電気回転機械を減速装置と例えばフランジ結合により連結する構成に比べ、電気回転機械７と入出力ギヤ５８との間の距離を短くすることができ、電気回転機械７の中心軸７１の振動を発生し難くすることができる。

　また、本実施形態では、ギヤボックス３内のギヤに潤滑油を供給する潤滑油ポンプ１５を利用して電気回転機械７の中心軸７１用の軸受６５に潤滑油を供給することができる。しかも、軸受６５に供給された潤滑油は軸受６５からギヤボックス３の主構造体３１内に排出される。従って、主構造体３１の底を、ギヤと電気回転機械７とに共通の潤滑油受けとして利用することができる。

　また、本実施形態では、冷却剤ポンプ１６から電気回転機械７に冷却剤が供給される。従って、電気回転機械７に風を当てて冷却する場合よりも電気回転機械７を小型化することができる。しかも、ギヤボックス３内で分配されるエンジン１１または電気回転機械７の出力を用いて冷却剤ポンプ１６を駆動することができる。

　さらには、冷却剤ポンプ１６は熱交換器１８にも冷却剤を供給するので、１つの冷却剤ポンプ１６を用いて電気回転機械７の冷却と潤滑油の冷却とを行うことができる。

　（変形例）
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

　例えば、潤滑油ポンプ１５と冷却剤ポンプ１６の一方または双方は、必ずしも舶用減速装置２に取り付けられている必要はなく、舶用減速装置２と別に設置されていてもよい。また、第２冷却剤供給ライン９３を省略し、熱交換器１８で潤滑油を空気との熱交換によって冷却してもよい。

　また、電気回転機械７は必ずしも冷却剤を用いて冷却される必要はない。例えば、潤滑油の温度が電気回転機械７の冷却に適する場合は、潤滑油ポンプ１５によって潤滑油を電気回転機械７に供給し、潤滑油を用いて電気回転機械７を冷却してもよい。

　また、ギヤボックス３に一体的に組み込まれる電気回転機械７の数は、１つでも複数でもよい。

　１１　エンジン
　１３　推進軸
　１５　潤滑油ポンプ
　１６　冷却剤ポンプ
　１８　熱交換器
　２　　舶用減速装置
　３　　ギヤボックス
　４０　入力軸
　４３　出力軸
　５１　入力ギヤ
　５５　出力ギヤ
　６１～６５　軸受
　７　　電気回転機械
　７１　中心軸
　７２　ロータ
　７３　ステータ
　９２　第１冷却剤供給ライン
　９３　第２冷却剤供給ライン

Claims

　エンジンの出力軸と連結される入力軸と、
　スクリュープロペラを回転させる推進軸と連結される出力軸と、
　前記入力軸に設けられた入力ギヤおよび前記出力軸に設けられた出力ギヤを収容するとともに、前記出力軸を回転可能に支持する第１軸受を支持するギヤボックスと、
　前記出力軸と共に回転する中心軸、前記中心軸に固定されたロータおよび前記ロータを囲繞するステータを含む電気回転機械と、を備え、
　前記電気回転機械の前記中心軸を回転可能に支持する第２軸受および前記ステータが前記ギヤボックスに支持されている、舶用減速装置。
　前記ギヤボックスに取り付けられた、前記入力軸により駆動される潤滑油ポンプをさらに備え、
　前記潤滑油ポンプは、前記ギヤボックス内で潤滑油が流下するように潤滑油を循環させるとともに、前記第２軸受に潤滑油を供給し、
　前記第２軸受に供給された潤滑油は、前記第２軸受から前記ギヤボックス内に排出される、請求項１に記載の舶用減速装置。
　前記ギヤボックスに取り付けられた、前記入力軸により駆動される冷却剤ポンプをさらに備え、
　前記冷却剤ポンプは、前記電気回転機械のステータに冷却剤が接触して流れるように前記電気回転機械に冷却剤を供給する、請求項１または２に記載の舶用減速装置。
　前記冷却剤ポンプは、第１冷却剤供給ラインを通じて前記電気回転機械に冷却剤を供給するとともに、第２冷却剤供給ラインを通じて熱交換器に冷却剤を供給し、
　前記熱交換器は、前記潤滑油ポンプに吸入される潤滑油または前記潤滑油ポンプから吐出される潤滑油と前記冷却剤との熱交換によって潤滑油を冷却する、請求項２に記載の舶用減速装置。