JP2017190020A - 船舶用可変ピッチプロペラ及びそれを備えた船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】近年のエネルギー事情等に鑑み、より迅速にプロペラ羽根の翼角を変節することが可能な可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ）及びそれを備えた船舶を提供する。
【解決手段】船舶に用いられる可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ）１を、プロペラ羽根２と、プロペラ羽根２が連結され、プロペラ羽根２の翼角を変節する翼角変節機構６と、翼角変節機構６に動力を供給し、プロペラ羽根２の翼角を制御する電動式であるアクチュエータ７と、アクチュエータ７に給電を行う給電装置５と、を備えるものとし、必要に応じて、アクチュエータ７が、翼角の位置を検出するセンサ部７ｃを有するものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶用可変ピッチプロペラ及びそれを備えた船舶に関し、より詳細には、アクチュエータを備えた船舶用可変ピッチプロペラ及びそれを備えた船舶に関する。

従来、プロペラ羽根の翼角（ピッチ）を制御し、船舶の航行に必要な速度を簡単に得ることができる可変ピッチプロペラ（以下、ＣＰＰともいう）及びそれを備えた船舶がある（例えば、特許文献１を参照）。ＣＰＰは、積荷の状況、風や潮等の海況や船底の状況等で常時変動する推進に必要な出力を、負荷状況に応じて油圧を用いてプロペラ羽根の翼角を変節し、制御している。

一方、このプロペラ羽根の翼角の変節は、翼角の位置ないしＣＰＰに掛る負荷を検出する各種センサ類の検出に基づいて行っている。例えば、特許文献２に記載されたＣＰＰの場合、軸馬力計やストラスト計によって、ＣＰＰに掛る負荷を測定し、それに基づいてプロペラ羽根の翼角の変節を行っている。

特開平１１−２７８３７８号公報 特開２０１０−１３２１６１号公報

従来のＣＰＰの一例を、図９に基づき説明すると、ＣＰＰ１０１は、主機又は減速機Ｍに接続されており、給油筒１１２、変節装置１１０、プロペラ軸１０４、変節軸１１１、プロペラハブ１０３及びプロペラ羽根１０２とを備えている。プロペラハブ１０３には、翼角変節機構１０６が設けられており、プロペラ羽根１０２は、翼角変節機構１０６に接続されている。翼角変節機構１０６は、プロペラ軸１０４を貫通する変節軸１１１を介して変節装置１１０に接続されている。

変節装置１１０は、油圧装置Ｈに接続された給油筒１１２から供給される油圧を動力として、変節軸１１１を軸方向へと移動させ、その移動を翼角変節機構１０６によって、翼角方向（回転）に変換することで、プロペラ羽根１０２の翼角を変節するものである。又、変節装置１１０には、センサ類の一例である追従発信器Ｓ等が接続されており、それによって、翼角の位置を検出している。

ＣＰＰは、船舶の航行に必要な出力に応じて、プロペラ羽根の翼角を変節するものであるが、当該出力は、海況等によって常時変動するものである。従来のＣＰＰ１０１は、プロペラ羽根１０２の翼角の変節に必要な動力を、油圧装置Ｈを用いて得ているが、この油圧による翼角の変節は、油圧装置Ｈの性質上、油圧装置Ｈの作動から実際にプロペラ羽根１０２の翼角が変節されるまでの間にタイムラグが生じやすい。そのため、現在の海況からある程度予測して翼角を制御する必要がある。従って、この様なタイムラグを生じにくいＣＰＰの開発が求められている。

更に、刻々と変化する海況に応じて変動する出力に対応して、プロペラ羽根の翼角を迅速且つ適切に変節することは、原動機出力の変動を抑制し、船舶の航行におけるエネルギー効率を一層向上させることができることから、近年のエネルギー事情から低燃費化（省エネルギー化）の機運の高まる中、要請もある。

そこで、本発明は、より迅速にプロペラ羽根の翼角を変節することが可能な可変ピッチプロペラ及びそれを備えた船舶を提供することを目的とする。

本発明は、船舶に用いられる可変ピッチプロペラであって、プロペラ羽根と、該プロペラ羽根の翼角を変節する翼角変節機構と、該翼角変節機構に動力を供給し、該プロペラ羽根の翼角を制御する電動式のアクチュエータと、該アクチュエータに給電を行う給電装置と、を備えることを特徴とする可変ピッチプロペラである。又、本発明は、前記可変ピッチプロペラを備えた船舶である。

尚、前記可変ピッチプロペラは、プロペラハブを更に有するものとし、前記翼角変節機構及び前記アクチュエータを、該プロペラハブに格納することも可能である。又、前記可変ピッチプロペラは、前記アクチュエータが、前記翼角の位置検出を行うセンサ部を有するものとし、前記プロペラ羽根が、該センサ部の検出に基づいて翼角を変節されるものとすることが可能である。又、前記可変ピッチプロペラは、前記プロペラ羽根を複数設け、前記アクチュエータを単数又は複数設けることも可能である。又、前記可変ピッチプロペラは、前記アクチュエータを、該プロペラ羽根と同数設け、前記翼角変節機構を、前記プロペラ羽根の各々を独立して翼角を変節可能とすることも可能である。

本発明は、電動式のアクチュエータによりプロペラ羽根の翼角を制御するものとしたため油圧装置を用いた場合と比較してより迅速にプロペラ羽根の翼角を変節することができる様になっている。従って、刻々と変化する海況に応じてプロペラ羽根の翼角を制御することが可能である。

本発明の第１実施形態を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態におけるプロペラハブ内部の概略図である。 図２のIII−III断面図である。 図２のIV−IV断面図である。 本発明の第２実施形態を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態におけるプロペラハブ内部の概略図である。 図６のVII−VII断面図である。 図６のVIII−VIII断面図である。 従来技術を示すブロック図である。

本発明の第１実施形態を図１乃至図４の基づき説明する。可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ）１は、船舶の船体（図示せず）内に設置された主機又は減速機Ｍに接続されるものであり、プロペラ羽根２、プロペラハブ３、プロペラ軸４及び給電装置５を備えている。

プロペラ軸４は、その基端（船体側）が、主機又は減速機Ｍに連結されており、その先端（基端とは反対側）は、プロペラハブ３と連結されている。又、プロペラハブ３は、翼角変節機構６及びアクチュエータ７が格納されている。

翼角変節機構６は、プロペラ羽根２の翼角を変節するために設けられ、偏心位置ｐにおいて、プロペラ羽根２が螺着された羽根ツバ６ａ、羽根ツバ６ａより延在する翼用ガイド６ｂを介して羽根ツバ６ａと連結されたクロスヘッド６ｃを備えている。クロスヘッド６ｃは、アクチュエータ７のロッド７ａに接続され、軸方向に動くアクチュエータ７のロッド７ａの動きを翼角方向（回転）へと変換するクランク機構である。

アクチュエータ７は、翼角変節機構６の動力源であり、ロッド７ａを有する本体部７ｂ及び本体部７ｂと接続されたセンサ部７ｃとを有しており、給電装置５より給電を受け動作する電動式のアクチュエータである。ロッド７ａは、軸方向に可動となる様に翼角変節機構６と接続されており、翼角変節機構６へと動力を伝達するためのものである。センサ部７ｃは、ロッド７ａの位置を検出することで、プロペラ羽根２の翼角の位置を検出するセンサである。

そして、アクチュエータ７は、センサ部７ｃによって検出された翼角の位置情報に基づき、船舶の航行に必要とする出力が得られる様に翼角変節機構６を介してプロペラ羽根２の翼角の制御を行う。

本実施形態において、アクチュエータ７は、一のＣＰＰ１に対して単数設けられているが、複数設けることも可能である。この場合、各アクチュエータ７が、それぞれ異なるプロペラ羽根２の翼角の変節を行う様にすることも可能であり、また、バックアップとしてのアクチュエータ７を設けることも可能である。

プロペラ羽根２は、船舶の航行に必要な枚数が設けられる。本実施形態においては、４枚のプロペラ羽根２が設けられている。又、プロペラ羽根２は、翼角変節機構６に接続されており、翼角変節機構６によって、その翼角が変節可能となっている。

給電装置５は、アクチュエータ７に給電を行うために設けられており、給電ケーブル８を介してアクチュエータ７と接続されている。又、給電装置５には、制御装置Ｃを介して遠隔操縦装置Ｒが接続されている。本実施形態においては、給電装置５は、プロペラ軸４の基端側に設けられている。そのため、給電ケーブル８は、プロペラ軸４を軸方向に貫通する形で給電装置５とアクチュエータ７とを接続しており、給電装置５は、軸回転する給電ケーブル８に対して給電可能な給電装置の中から選択される。

ＣＰＰ１は、アクチュエータ７により翼角変節機構６を介してプロペラ羽根２の翼角を変節し制御している。アクチュエータ７は、電動式であるため、従来の油圧機構と比較してより迅速にロッド７ａの動きを翼角変節機構６に伝達することが可能である。そのため、ＣＰＰ１は、積荷の状況、風や潮等の海況や船底の状況等で常時変動する推進に必要な出力に応じて、より迅速にプロペラ羽根２の翼角を変節しすることが可能である。そして、プロペラ羽根２の翼角変節速度が高速化されたことで、ＣＰＰ１は、円滑な加減速運転や多点停止等の複雑な操作も可能となる。

又、従来のＣＰＰ１０１は、特に、追従発信機Ｓ等のセンサ類は、給電が必要であるため、追従発信器Ｓ等のセンサ類が接続された変節装置１１０がプロペラ軸１０４の基端側である船体内に設けられており、プロペラ軸１０４の先端に設けられる翼角変節機構１０６とは離間した位置に設けられている。

そのため、従来のＣＰＰ１０１では、変節装置１１０と翼角変節機構１０６との間で温度差が生じることとなり、翼角変節機構１０６内の部品と変節装置１１０内の部品との間に温度変化による伸びに差が生じることとなる。この伸びの差は、各種センサの検出精度の向上に限界を与えていた。

ＣＰＰ１は、翼角変節機構６とアクチュエータ７が同じプロペラハブ３内に格納されると共にプロペラハブ３に給電装置５から給電がされており、翼角の位置検出のためのセンサ部７ｃをプロペラハブ３側（本実施形態においてはアクチュエータ７）に設けることが可能となっている。

そのため、本実施形態のＣＰＰ１は、部品の伸びによる検出精度への影響を最小限に留めることができ、センサの検出精度を更に向上させることが可能である。例えば、従来のＣＰＰ１０１の翼角制御精度は、±約0.2 °程度であるが、ＣＰＰ１では、翼角制御精度を±約0.05 °程度まで向上させることが可能となっている。

本発明の第２実施形態を図５乃至図８に基づき説明する。第１実施形態との相違は、複数のアクチュエータ７を備えることである。第１実施形態と同符号の構成については、同実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態において、アクチュエータ７は、複数のプロペラ羽根２と同数（本実施形態においては４台）設けられており、又、翼角変節機構６のクロスヘッド６ｃもプロペラ羽根２と同数設けられている。各アクチュエータ７は、センサ部７ｃを有しており、各クロスヘッド６ｃを介して、翼角の制御を担当する一のプロペラ羽根２に接続されている。尚、本実施形態においては、４つのクロスヘッド６が成す中心部に給電ケーブル８が挿通された管状部材９が貫入可能にクラスヘッド６は成形され、配設されている。

従って、本実施形態において、翼角変節機構６は、プロペラ羽根２の各々を独立して翼角を変節可能となっている。そのため、本実施形態のＣＰＰ１は、プロペラ羽根２毎に推進に必要な出力に応じた適切な翼角を設定することができるものなっている。

一般的にプロペラに流入してくる水流は、全体に亘って一様なものではなく、船体の影響等を受け、部分部分によって異なる流れとなっている。つまり、水流に対する抵抗が最小となるプロペラ羽根２の翼角も各プロペラ羽根２で相違することとなる。

本実施形態のＣＰＰ１においては、各プロペラ羽根２が独立して、その翼角を変節することが可能であるので、各プロペラ羽根２の翼角を抵抗が最小となる様に制御することが可能ででるためＣＰＰ１に起因する船舶の抵抗をより低減することが可能となっている。従って、船舶の抵抗を減少することができ、より省エネルギーな船舶を提供することが可能となっている。

又、プロペラ羽根２毎にアクチュエータ７を設けることの副次的な効果として、プロペラ羽根２の翼角の変節に必要なアクチュエータ７の出力を各アクチュエータ７に分散することができるため、より小型なアクチュエータ７を用いて、プロペラ羽根２の翼角を制御することが可能となる。

本発明を、上記実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態において、翼角の位置検出のためのセンサは、アクチュエータ７に設けられているが、当該センサ類を、アクチュエータ７とは別個に設けることも可能であり、その場合、プロペラハブ３側ではなく、船体側に設けることも可能である。

又、船舶用の波浪観測装置（図示せず）と組み合わせることも可能であり、例えば、レーダ式の波浪観測装置が採用される。この様にすることで、該波浪計測装置により計測された波動に応じて、プロペラ羽根２の翼角を制御することも可能となり、プロペラ羽根２が波浪中の変動に対して最適な翼角になる様に制御することで、より省エネルギーで航行可能な船舶を提供することが可能となる。尚、ＣＰＰ１においては、プロペラハブ３まで給電がされているため、プロペラハブ３に該波浪計測装置を設けることも可能である。

１ 可変ピッチプロペラ ２ プロペラ羽根 ３ プロペラハブ
４ プロペラ軸 ５ 給電装置 ６ 翼角変節機構
６ａ 羽根ツバ ６ｂ 翼用ガイド ６ｃ クロスヘッド
７ アクチュエータ ７ａ ロッド ７ｂ 本体部
７ｃ センサ部 ８ 給電ケーブル ９ 管状部材
１０１ 可変ピッチプロペラ １０２ プロペラ羽根 １０３ プロペラハブ
１０４ プロペラ軸 １０６ 翼角変節機構 １１０ 変節装置
１１１ 変節軸 １１２ 給油筒 Ｃ 制御装置
Ｈ 油圧装置 Ｍ 主機又は減速機 Ｒ 遠隔操縦装置
Ｓ 追従発信器 ｐ 偏心位置

Claims (6)

1. 船舶に用いられる可変ピッチプロペラであって、
   プロペラ羽根と、
   該プロペラ羽根が連結され、該プロペラ羽根の翼角を変節する翼角変節機構と、
   該翼角変節機構に動力を供給し、該プロペラ羽根の翼角を制御する電動式のアクチュエータと、
   該アクチュエータに給電を行う給電装置と、を備えることを特徴とする可変ピッチプロペラ。
2. プロペラハブを更に有し、
   前記翼角変節機構及び前記アクチュエータは、該プロペラハブに格納されていることを特徴とする請求項１に記載の可変ピッチプロペラ。
3. 前記アクチュエータは、前記翼角の位置検出を行うセンサを有しており、
   前記プロペラ羽根は、該センサの検出に基づいて、前記翼角変節機構によって翼角を変節されるものであることを特徴とする請求項２に記載の可変ピッチプロペラ。
4. 前記プロペラ羽根は、複数設けられ、
   前記アクチュエータは、単数又は複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の可変ピッチプロペラ。
5. 前記アクチュエータは、前記プロペラ羽根と同数設けられ、
   前記翼角変節機構は、前記プロペラ羽根の各々を独立して翼角を変節可能となっていることを特徴とする請求項４に記載の可変ピッチプロペラ。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の可変ピッチプロペラを備えることを特徴とする船舶。