JPH09297080A - 船舶用スラスト計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、軸の長手方向の２点間で、軸心に対
して或る任意の角度で光を往復させ、縮みにより発生す
る光点のずれを検知する構成として、検出量が大きく、
かつ温度変化や慣性影響などの外的要因エラーが無く誤
差の少ない船舶用スラスト計を提供することを課題とす
る。 【解決手段】軸１の長手方向に所定の間隔をおいて二つ
の固定リング２，３を設け、一方の固定リング２に、光
軸線の軸の軸心と平行に、ランプ、及び受光センサ等を
内蔵した捩計本体４を設け、上記光軸線上の他方の固定
リング３に凹面鏡でなるミラー５を設けて捩り計を構成
し、更に、一方の固定リング２に、光軸線と軸の軸心に
対して任意の角度をつけて、ランプ、及び受光センサ等
を内蔵した伸縮計本体１９を設け、上記光軸線上の他方
の固定リング３に凹面鏡でなるミラー２５を設けて伸縮
計を構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶のスラスト計
測に適用される船舶用スラスト計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、船舶のスラスト計測に適用される
スラスト計は、プロペラと主機を駆動連絡する中間軸に
ストレンゲージを貼付して、ペロペラのスラストにより
中間軸が圧縮されて歪む量を検知（ストレンゲージが歪
むことによって電気抵抗が変化する量を検知）し、軸の
弾性係数を用いてスラストを算出している。

【０００３】しかしながら実際には、ペロペラのスラス
トによる軸の長手方向の縮み量は非常に小さく、かつス
トレンゲージで検知する点の歪量はさらに小さいことか
ら計測精度に問題がある。

【０００４】そこで、軸の長手方向ま２点間の縮み量を
検出する方法が考案されているが、検知するセンサに質
量のある金属物体が採用されているため、温度変化慣性
影響など、所謂、外的要因のエラーが大きいため、前記
ストレンゲージによる場合と同様に計測精度に問題があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のスラスト検出手段に於いては、ストレンゲージを用い
た構成、又は軸の長手方向ま２点間の縮み量を検出する
構成のいずれ場合も計測精度に問題があった。

【０００６】本発明は上記実情に鑑みなされたもので、
軸の長手方向の２点間で、軸心に対して或る任意の角度
で光を往復させ、縮みにより発生する光点のずれを検知
する構成として、検出量が大きく、かつセンサとして質
量の無い光を使用することで温度変化や慣性影響など、
所謂、外的要因エラーが無く、誤差の少ない船舶用スラ
スト計を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、軸の長手方向
の２点間で、軸心に対して或る任意の角度で光を往復さ
せ、縮みにより発生する光点のずれを検知することを特
徴としている。即ち、本発明の船舶用スラスト計は、軸
の長手方向に任意の距離で二つの固定リングを設け、一
方の固定リングに、光軸線の軸の軸心と平行に、ラン
プ、集光レンズ、拡大レンズ、及び受光センサを内蔵し
た捩計本体を設け、上記光軸線上の他方の固定リングに
凹面鏡でなるミラーを設けてなる捩り計と、上記一方の
固定リングに、光軸線と軸の軸心に対して任意の角度を
つけて、ランプ、集光レンズ、拡大レンズ、及び受光セ
ンサを内蔵した伸縮計本体を設け、上記光軸線上の他方
の固定リングに凹面鏡でなるミラーを設けてなる伸縮計
とを具備してなる構成としたことを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記した本発明の構成によれば、軸の長手方向
の任意２点間の縮み量を検出するため、検出量が大き
く、かつ、検出のためのセンサとして質量の無い光を使
用していることから、温度変化や慣性影響など、所謂、
外的要因エラーが無いため、誤差の少ない、大きい縮み
量を検出することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の一実
施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態による
スラスト計の各構成要素とその配置を示す図であり、図
２は図１のII〜II矢視図、図３は図２のIII 〜III 矢視
図、図４は図１のIV〜IV矢視図、図５は図１のＶ〜Ｖ矢
視図である。

【００１０】図に於いて、１は捩れ計測の対象となる軸
であり、２，３はそれぞれ軸１の長手方向に所定の間隔
をおいて固定配置された固定リングである。上記固定リ
ング２，３のうち、一方の固定リング２には、捩計本体
４、トランスミッタ１２，２０、送信リング１３、伸縮
計本体１９等が設けられ、他方の固定リング３には、捩
計本体４に対応するミラー５、送信リング２１、送信ユ
ニット２２、伸縮計本体１９に対応するミラー２５等が
設けられる。

【００１１】即ち、軸１上に於いて、長手方向に任意の
間隔にて２つの固定リング２，３が設置され、一方の固
定リング２には、捩計本体４が固定され、これと対向し
てミラー５が他方の固定リング３に固定されている。ミ
ラー５は凹面鏡で構成されている。尚、図２に示すよう
に、捩計本体４とミラー５は光軸線ＬＣＬが軸心ＳＣＬ
と一致するように設置されている。

【００１２】上記捩計本体４は、図３に示すように、ラ
ンプ６、集光レンズ７、拡大レンズ８、受光センサ９、
ランプ１０、バッテリ１１等で構成されている。上記ラ
ンプ１０は固定リング２に取付けられたトランスミッタ
１２にリード線で接続されている。

【００１３】固定リング２の背面には、送信リング１３
が複数のボルト１４を介して設置されている。上記送信
リング１３には、図４に示すように、任意間隔で複数の
送信ユニット１５，１５，…が設けられる。この送信ユ
ニット１５は発光タイオードで構成され、すべてトラン
スミッタ１２にリード線で接続され、トランスミッタ１
２のＯＮ／ＯＦＦ信号で点滅するように構成されてい
る。

【００１４】この送信ユニット１５，１５，…と対向し
て複数の受信ユニット１６，１６，…を設けた受信器１
７が船体１８に固定されている。上記受信ユニット１６
は図示省略の解析装置にリード線で接続されている。

【００１５】一方、固定リング２には伸縮計本体１９が
設けられている。この伸縮計本体１９は、図３に示す捩
計本体４と同一の構成となっている。この伸縮計本体１
９に設けられた受光センサ（９）のアンプ（１０）はト
ランスミッタ２０にリード線で接続されている。

【００１６】トランスミッタ２０は、固定リング２に取
付けられ、且つ、固定リング３の背面に設けられた送信
リング２１の送信ユニット２２，２２，…にリード線で
接続されている。

【００１７】又、送信ユニット２２，２２，…と対向す
るようにして設けられた、受信ユニット２３を有する受
信器２４が船体１８に固定されている。尚、送信リング
２１、送信ユニット２２，２２，…、受信ユニット２
３，２３，…、及び受信器２４でなる構成部分は、図４
に示す、送信リング１３、送信ユニット１５，１５，
…、受信ユニット１６、及び受信器１７でなる構成部分
と同様に構成されている。

【００１８】伸縮計本体１９は、図５に示すように、光
軸線ＬＣＬが、軸１の軸心ＳＣＬに対して任意の角度θ
となるようにして固定リング２に設置されており、これ
に対して光軸線ＬＣＬ上にミラー２５が位置するように
して固定リング３に設置されている。尚、ミラー２５は
凹面鏡で構成されている。

【００１９】一方、軸１上の各種機器に電気を送る給電
器が以下のようにして設けられている。先ず、船体１８
に１次トランス２６が設けられ、この１次トランス２６
のコイルは交流電源２７に接続されている。

【００２０】また、軸１上には２次トランス２８がリン
グ状に設けられ、その２次トランス２８のコイルは図示
省略の変流器、整流器を介してコンデンサ２９に連結さ
れ、このコンデンサ２９からリード線を介してトランス
ミッタ１２，２０に接続されて、コンデンサ２９を介し
て出力される直流電気（動作電源）が、捩計本体４、伸
縮計本体１９、送信ユニット１５，１５，…、送信ユニ
ット２２，２２，…等の各種機器に供給されるように構
成されている。

【００２１】上記構成に於ける、軸の捩じれ（トルク）
検出の原理は以下の通りである。この原理の作用図を図
６に示す。光軸線ＬＣＬと軸心ＳＣＬは一致され、２点
間長がｌのとき、ランプから出た光は凹面鏡で反射され
て受光センサ上に照射される。

【００２２】今、軸に負荷の掛からないとき、即ちゼロ
点のときはランプから出た光は受光センサ上のＯ点に照
射される。一方、軸に負荷が掛かると、軸に捩じれが発
生するので、２点間長ｌにおいてδの位相差が出る。そ
のときのランプから出た光は受光センサ上のｍ点に照射
される。この場合、スラストにより縮みλが出て、凹面
鏡は軸方向にλだけ平行移動するが、この場合でも光は
ｍ点に照射される。

【００２３】上記Ｏ点とｍ点をそれぞれ計測することに
よって、捩れδを求めることができる。尚、受光センサ
上のＯ点、ｍ点は電圧で検出できるようように構成され
ており、予めδの変化と受光センサの出力値の関係の校
正係数を求めておけば以下の式でδが算出される。

【００２４】 δ＝Ｋs （Ｖm −Ｖo ） …（１） ただし、Ｖo はＯ点時の出力電圧値、Ｖm はｍ点時の出
力電圧値、Ｋs は検定常数である。

【００２５】したがってトルクは以下の算式で得られ
る。 Ｑ＝（πＤ⁴ ／３２）×（δ／ｌｒ）・Ｇ …（２） 但し、Ｄは軸の直径 ｌは２点間の距離 ｒは軸心から光軸線までの半径方向距離 Ｇは軸の横弾性係数 である。

【００２６】次に、スラストを求める原理を図７を参照
して説明する。ランプの光は凹面鏡に当って反射して受
光センサ上に照射される。今、軸に負荷が掛からないと
き、即ちゼロ点においては凹面鏡の光軸線ＬＣＬがａ点
にあるので、ランプの光は、凹面鏡のａ点で反射されて
受光センサのｄ点に照射される。

【００２７】次に、軸に負荷が掛ると、トルクによって
軸は捩れてδの位相差が発生する。そのとき凹面鏡はｂ
点に移動するので、ランプの光はｂ点で反射されて、受
光センサ上のｅ点を照射する。

【００２８】更に、スラストによって軸は縮んで、λだ
け位相差が出るので、凹面鏡はｃ点に移動し、ランプの
光はｃ点で反射されて受光センサ上のｆ点を照射する。
ｄ点とｅ点との間の距離ｄｅ、及び、ｅ点とｆ点との間
の距離ｅｆはそれぞれ以下の式で求められる。

【００２９】 ｄｅ＝２δcos θ …（３） ｅｆ＝２λsin θ …（４） 但し、θは軸心ＳＣＬと光軸線ＬＣＬのなす角度 δは捩れ量 λは縮み量 である。

【００３０】この場合、計測できるのは、ｄ点とｆ点で
あるため、その両点間距離ｄｆを求めることによって、
スラストによる軸の縮み量は以下の算式で得ることがで
きる。

【００３１】 ｄｆ＝Ｋs （Ｖf −Ｖd ） …（５） 但し、Ｋs は受光センサの検定常数 Ｖf はＦ点における（負荷時）の出力電圧 Ｖd はｄ点における（ゼロ点時）の出力電圧 である。

【００３２】したがって、 λ＝（ｄｆ−２δcos θ）／２sin θ …（６） このとき、θは捩計４によって求められるので、スラス
トＴは次式によって求められる。

【００３３】 Ｔ＝πＤ² Ｅλ／４ｌ …（７） 但し、Ｄは軸の直径 ｌは２点間の距離 Ｅは軸の縦弾性係数 λは縮み量 である。

【００３４】次に上記構成による本発明の装置によっ
て、軸の捩れδ、及び縮みλを検出する方法を以下に説
明する。１次トランス２６に交流電気が流れると、２次
トランス２８に電気が発生し、図示省略の変流器、整流
器を経由して、コンデンサ２９に蓄積され、トランスミ
ッタ１２，２０に電力が供給され、更に捩計本体４、及
び伸縮計本体１９に通電され、更に送信ユニット１５，
２２にも通電される。

【００３５】捩計本体４のランプ６から出た光は、集光
レンズ７を経由して、ミラー５に当って反射し、再び拡
大レンズ８を経由して受光センサ９に当る。その光点位
置はランプ１０で検知され、その検知信号はＯＮ／ＯＦ
Ｆ信号に変換されて送信ユニット１５の発光ダイオード
が点滅する。

【００３６】その点滅光を受信ユニット１６の発光ダイ
オードで検知して図示省略の解析装置に送信すること
で、受光点の位置が求められ、目的の捩れδ及びトルク
が算出される。

【００３７】また、伸縮計本体１９についても、上記捩
計本体４と同様の作用によって、受光センサで検知され
た光点位置はＯＮ／ＯＦＦ信号に変えられて送信ユニッ
ト２２を点滅する。その光を受信ユニット２３で受けて
解析装置に送られ、解析されて、上記の算出δと合せ
て、縮みλ及びスラストが算出される。

【００３８】尚、図示省略の回転計で得られた回転速度
と併せて算出すれば軸馬力も得られる。即ち、本発明の
装置によれば、トルク、スラスト、軸馬力を同時に求め
ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳記したように本発明の船舶用スラ
スト計によれば、質量の無い光によって軸の捩れ及び縮
みを検出できるので、誤差の少ない計測データが得られ
る。したがって精度の高いトルク、スラスト、軸馬力等
の計測値が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるスラスト計の各構成
要素とその配置を示す図。

【図２】図１のII〜II矢視図。

【図３】図２のIII 〜III 矢視図。

【図４】図１のIV〜IV矢視図。

【図５】図１のＶ〜Ｖ矢視図。

【図６】本発明の一実施形態に於ける動作を説明するた
めの作用説明図。

【図７】本発明の一実施形態に於ける動作を説明するた
めの作用説明図。

【符号の説明】

１…軸、 ２…固定リング、 ３…固定リング、 ４…捩計本体、 ５…ミラー、 ６…ランプ、 ７…集光レンズ、 ８…拡大レンズ、 ９…受光センサ、 １０…ランプ、 １１…バッテリ、 １２…トランスミッタ、 １３…送信リング、 １４…ボルト、 １５…送信ユニット、 １６…受信ユニット、 １７…受信器、 １８…船体、 １９…伸縮計本体、 ２０…トランスミッタ、 ２１…送信リング、 ２２…送信ユニット、 ２３…受信ユニット、 ２４…受信器、 ２５…ミラー、 ２６…１次トランス、 ２７…交流電源、 ２８…２次トランス、 ２９…コンデンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸の長手方向に所定の間隔をおいて二つ
   の固定リングを設け、一方の固定リングに、光軸線の軸
   の軸心と平行に、ランプ、集光レンズ、拡大レンズ、及
   び受光センサを内蔵した捩計本体を設け、上記光軸線上
   の他方の固定リングに凹面鏡でなるミラーを設けてなる
   捩り計と、 上記一方の固定リングに、光軸線と軸の軸心に対して任
   意の角度をつけて、ランプ、集光レンズ、拡大レンズ、
   及び受光センサを内蔵した伸縮計本体を設け、上記光軸
   線上の他方の固定リングに凹面鏡でなるミラーを設けて
   なる伸縮計とを具備してなることを特徴とする船舶用ス
   ラスト計。