DE102022202728A1

DE102022202728A1 - Fluidmaschine und Unterwasserfahrzeug

Info

Publication number: DE102022202728A1
Application number: DE102022202728.0A
Authority: DE
Inventors: Shigeki Senoo; Shinichi Isobe; Wataru Yamada; Takehiko Nishida; Takuyoshi YAMADA; Kazuki Hosono; Yoshitomo Noda; Hiroki Takeda; Yuichi Sekine
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-03-21
Publication date: 2022-10-06
Also published as: US20220315183A1; JP2022157533A

Abstract

AufgabeEs sind eine Fluidmaschine und ein Unterwasserfahrzeug bereitgestellt, die kompakt hergestellt werden können, mit denen auch eine Effizienzsteigerung erzielt werden kann.Mittel zur LösungEine Fluidmaschine schließt Folgendes ein: einen Schachtabschnitt; eine Hülle mit einer Innenoberfläche mit einem Durchmesser, der von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite abnimmt, wobei ein Fließpfad zwischen der Hülle und dem Schachtabschnitt ausgebildet ist und einen Fließpfadquerschnittsbereich aufweist, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt, einen Propeller, der drehbar um eine Achse zwischen dem Schachtabschnitt und der Hülle bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um ein Fluid von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite zu pumpen; einen Motor, der so bereitgestellt ist, dass er dem Propeller entspricht, und einen Rotor mit einer ringförmigen Form, der an einem Außenumfangsabschnitt des Propellers befestigt ist und in der Hülle aufgenommen ist, und einen Stator mit einer ringförmigen Form einschließt, der den Rotor umgibt und in der Hülle befestigt ist, in der eine

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Fluidmaschine und ein Unterwasserfahrzeug.
Stand der Technik
Beispielsweise ist ein Außenumfangsantriebsschubapparat in Patentdokument 1 als Beispiel einer Fluidmaschine beschrieben. Der Schubapparat schließt eine Hülle mit einer rohrförmigen Form ein, die um die Achse herum ausgebildet ist, und Propeller, die koaxial auf der Innenseite der Hülle angeordnet sind. In Achsrichtung sind zwei Propeller angeordnet.
Die Hülle nimmt insgesamt zwei Motoren auf, die den beiden jeweiligen Propellern entsprechen. Jeder Motor schließt einen Rotor, der an einem Außenumfangsabschnitt des Propellers bereitgestellt ist, und einen Stator ein, der den Rotor von der Außenumfangsseite umgibt. Der Motor und der Stator weisen jeweils eine rohrförmige Form auf, wobei die Außenoberfläche und die Innenoberfläche parallel zu der Achse sind. Außerdem sind die beiden Motoren nebeneinander angeordnet, wobei ihre Radialrichtungsstellungen gleich sind.
Diese Motoren implementieren den Außenumfangsantrieb der Propeller, um ein Fluid in Achsrichtung innerhalb der Hülle zu pumpen.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
Patentdokument 1: US 8,074,592
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn ein Fluid durch die Propeller gepumpt wird, erhöht sich die Fließgeschwindigkeit des Fluids, was dazu führt, dass der Fluss des Fluids in Radialrichtung zur Innenseite hin verengt wird. In Anbetracht dessen weist ein Fließpfad, in dem eine solches Fluid fließt, vorzugsweise eine entsprechend zur stromabwärtigen Seite verengte Form auf, d. h. der Fließpfad weist einen Fließpfadquerschnittsbereich auf, die zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Dier vorstehend beschriebene, in Patentdokument 1 beschriebene Schubapparat ist jedoch konfiguriert, um den Fließpfadquerschnittsbereich auf der Innenseite der Hülle zu der stromabwärtigen Seite hin aufzuweisen. Somit ist die Konfiguration hinsichtlich der Propellereffizienz nicht wünschenswert.
Wenn der Außenumfangsantrieb unter Verwendung einer Vielzahl von Motoren implementiert wird, muss die Vielzahl der Motoren innerhalb der Hülle angeordnet sein. Je nach Anordnungsstruktur der Vielzahl von Motoren muss die Hülle möglicherweise vergößert sein, um die Anordnung zu ermöglichen. Die Vergrößerung der Hülle, welche die äußere Form des Schubapparats bildet, führt zu einer Erhöhung des Gesamtvolumens des Schubapparats und ist somit nicht wünschenswert.
Die vorliegende Offenbarung dient zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Fluidmaschine und ein Unterwasserfahrzeug bereitzustellen, die kompakt gefertigt werden können, wodurch auch eine Verbesserung der Effizienz erreicht werden kann.
Lösung des Problems
Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, schließt eine erfindungsgemäße Fluidmaschine Folgendes ein: einen Schachtabschnitt, der sich in einer Achsrichtung erstreckt; eine Hülle, die bereitgestellt ist, um den Schachtabschnitt zu umgeben und eine Innenoberfläche mit einem Durchmesser aufweist, der von einer stromaufwärtigen Seite auf einer Seite in Achsrichtung zu einer stromabwärtigen Seite auf einer anderen Seite in Achsrichtung abnimmt, wobei ein Fließpfad zwischen der Hülle und dem Schachtabschnitt ausgebildet ist und einen Fließpfadquerschnittsbereich aufweist, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt, einen Propeller, der drehbar um eine Achse zwischen dem Schachtabschnitt und der Hülle bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um ein Fluid von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite zu pumpen; einen Motor, der so bereitgestellt ist, dass er dem Propeller entspricht, und einen Rotor mit einer ringförmigen Form, der an einem Außenumfangsabschnitt des Propellers befestigt ist und in der Hülle aufgenommen ist, und einen Stator mit einer ringförmigen Form einschließt, der den Rotor umgibt und in der Hülle befestigt ist, in der eine Vielzahl der Propeller so bereitgestellt ist, dass sie in Achsrichtung voneinander beabstandet sind, die Motoren in gleicher Anzahl wie die Propeller bereitgestellt sind, um jedem der Propeller zu entsprechen, und von einer Vielzahl von Motoren der Rotor des Motors, der mehr auf der stromabwärtigen Seite positioniert ist, einen durchschnittlich kleineren Außendurchmesser aufweist
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung kann eine Fluidmaschine und ein Unterwasserfahrzeug bereitstellen, die kompakt gefertigt werden können, wodurch auch eine Verbesserung der Effizienz erreicht werden kann
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht des Hecks eines Unterwasserfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Schubapparats gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils in 2.
4 veranschaulicht saugseitige Druckverteilungen von Laufschaufeln in Propellern des Schubapparats gemäß der Ausführungsform, wobei 4(a) eine Zeichnung ist, die eine saugseitige Druckverteilung einer ersten Laufschaufel veranschaulicht, 4(b) eine Zeichnung ist, die eine saugseitige Druckverteilung einer zweiten Laufschaufel veranschaulicht.
5 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Kopplungsabschnitts, der an einer Außenoberfläche einer Hülle angeordnet ist.
6 ist eine schematische Darstellung des Kopplungsabschnitts, der auf der Außenoberfläche der Hülle angeordnet ist, von einer Außenseite in einer Radialrichtung betrachtet.
7 ist eine Querschnittsansicht senkrecht zu einer Achse eines konischen Motors entlang der Linie VII-VII in 3.
8 ist eine vertikale Querschnittsansicht, welche die Achse des konischen Motors einschließt, entlang der Linie VIII-VIII in 7.
9 ist eine Ansicht einer Spulenschicht, die eine Spule des konischen Motors bildet, von der Außenseite in Radialrichtung betrachtet.
10 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 3 zur Veranschaulichung der Befestigungsstruktur eines konischen Stators an einen Außenumfangsring.
11 ist eine zweidimensionale Zeichnung, die einen Permanentmagneten eines konischen Rotors veranschaulicht.
12 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines konischen Stators gemäß einer ersten Weiterbildung.
13 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines konischen Stators gemäß einer zweiten Weiterbildung.

Beschreibung der Ausführungsformen
< Allgemeine Konfiguration des Unterwasserfahrzeugs >
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Wie in 1 und 2 veranschaulicht, schließt ein Unterwasserfahrzeug 1 einen Fahrzeugkörper 2 und einen Schubapparat 8 ein.
<Fahrzeugkörper>
Der Fahrzeugkörper 2 ist durch einen druckfesten Behälter gebildet, der sich entlang einer Achse O erstreckt. Der Fahrzeugkörper 2 nimmt verschiedene Vorrichtungen, Stromversorgung, Kommunikationseinrichtungen, Sensoren und dergleichen auf, die zum Beispiel für das Reisen unter Wasser erforderlich sind.
<Schubapparat>
In einem hinteren Abschnitt des Fahrzeugkörpers 2 ist der Schubapparat 8 einstückig mit dem Fahrzeugkörper 2 versehen. Der Schubapparat 8 ist ein Apparat zum Antreiben des Unterwasserfahrzeugs 1 unter Wasser.
Der Schubapparat 8 schließt einen Schachtabschnitt 3, einen ersten Propeller 10A, einen zweiten Propeller 10B, Lagerabschnitte 40, eine Hülle 50, Kopplungsabschnitte 70, Streben 78, einen rohrförmigen Motor 80 und einen konischen Motor 90 ein.
<Schachtabschnitt>
Wie in 2 veranschaulicht, ist der Schachtabschnitt 3 einstückig im hinteren Abschnitt des Fahrzeugkörpers 2 bereitgestellt. Der Schachtabschnitt 3 kann Teil des Fahrzeugkörpers 2 sein. Der Schachtabschnitt 3 weist eine Stabform auf, die sich entlang der Achse O erstreckt. Der Schachtabschnitt 3 der vorliegenden Ausführungsform weist die Form eines abgeschnittenen Kegels mit einem Durchmesser auf, der von einer Seite in der Achsen-O-Richtung (Vorderseite des Fahrzeugkörpers 2) zur anderen Seite in der Achsen-O-Richtung (Rückseite des Fahrzeugkörpers 2) abnimmt. Eine Oberfläche des Schachtsbschnitts 3, die einer Außenseite in einer Radialrichtung zugewandt ist, ist eine Schachtnaußenoberfläche 3a, die eine konische Form mit einem Durchmesser aufweist, der in Richtung der anderen Seite in der Achse O abnimmt.
Die auf dem Schachtabschnitt 3 ausgebildeten Aufnahmerillen 5 sind in Radialrichtung von der Schachtaußenoberfläche 3a zu einer Innenseite vertieft und erstrecken sich ringförmig in Umfangsrichtung. Zwei Aufnahmenrillen 5 sind in einem Intervall in der Achsen-O-Richtung ausgebildet.
Insbesondere ist, wie in 3 veranschaulicht, eine Oberfläche, die der Außenseite in Radialrichtung an der Unterseite jeder Aufnahmerille 5 zugewandt ist, eine Rillenbodenoberfläche 5a. Die Rillenbodenoberfläche 5a bildet eine zylindrische Form um die Achse O.
Eine Oberfläche, welche die Aufnahmerille 5 bildet, auf der einen Seite in der Achsen-O-Richtung ist eine Rillen-stromaufwärtige Seitenoberfläche 5b. Die Rillen-stromaufwärtige Seitenoberfläche 5b weist eine ebene Form senkrecht zur Achse O auf und ist der anderen Seite in der Achsen-O-Richtung zugewandt. Die Rillen-stromaufwärtige Seitenoberfläche 5b erstreckt sich ringförmig um die Achse O.
Eine Oberfläche, welche die Aufnahmerille 5 bildet, auf der anderen Seite in der Achsen-O-Richtung ist eine Rillen-stromabwärtige Seitenoberfläche 5c. Die Rillen-stromabwärtige Seitenoberfläche 5c weist eine ebene Form senkrecht zur Achse O auf und ist der einen Seite in der Achse O zugewandt. Die Rillen-stromabwärtige Seitenoberfläche 5c erstreckt sich ringförmig um die Achse O. Die Rillen-stromabwärtige Seitenoberfläche 5c ist parallel zur Rillen-stromaufwärtigen Seitenoberfläche 5b.
<Erster Propeller und zweiter Propeller>
Wie in 2 und 3 veranschaulicht, sind der erste Propeller 10A und der zweite Propeller 10B auf einer Außenumfangsseite des Schachtabschnitts 3 angeordnet und um die Achse O in Bezug auf den Schachtabschnitt 3 relativ drehbar. Der erste Propeller 10A schließt einen Innenumfangsring 11, eine erste Laufschaufel 20A und einen Außenumfangsring 30 ein. Der zweite Propeller 10B schließt einen Innenumfangsring 11, eine zweite Laufschaufel 20B und einen Außenumfangsring 30 ein.
<Innenumfangsring>
Der Innenumfangsring 11 ist ein Element mit einer ringförmigen Form um die Achse O. Der Innenumfangsring 11 des ersten Propellers 10A ist in der Aufnahmerille 5 auf der einen Seite in der Achsen-O-Richtung aufgenommen. Der Innenumfangsring 11 des zweiten Propellers 10B ist auf der anderen Seite in der Achsen-O-Richtung in der Aufnahmerille 5 aufgenommen.
Wie in 3 veranschaulicht, schließt der Innenumfangsring 11 eine Ringinnenoberfläche 12, eine stromaufwärtige Endoberfläche 13, eine stromabwärtige Endoberfläche 14 und eine
Außenumfangsfließpfadoberfläche 15 ein.
Die Ringinnenoberfläche 12 bildet eine Innenoberfläche des Innenumfangsrings 11. Die Ringinnenoberfläche 12 bildet eine zylindrische Form, die der Rillenbodenoberfläche 5a vollständig über die Umfangsrichtung zugewandt ist. Der Innendurchmesser der Ringinnenoberfläche 12 ist so eingestellt, dass er größer als der Außendurchmesser der Rillenbodenoberfläche 5a ist.
Die stromaufwärtige Endoberfläche 13 ist eine Oberfläche des Innenumfangsrings 11, die der einen Seite in der Achsen-O-Richtung zugewandt ist, und ist auf der anderen Seite der Rillen-stromaufwärtigen Seitenoberfläche 5b in der Achsen-O-Richtung mit einem Freiraum dazwischen angeordnet.
Die stromabwärtige Endoberfläche 14 ist eine Oberfläche des Innenumfangsrings 11, die der anderen Seite in der Achsen-O-Richtung zugewandt ist, und ist auf der einen Seite der Rillen-stromabwärtigen Seitenfläche 5c in der Achsen-O-Richtung mit einem Freiraum dazwischen angeordnet.
Die Außenumfangsfließpfadoberfläche 15 bildet eine Außenoberfläche des Innenumfangsrings 11, die der Außenseite in Radialrichtung zugewandt ist. Die Außenumfangsfließpfadoberfläche 15 bildet eine sich verjüngende Form mit einem Durchmesser, der in der Achsen-O-Richtung zur anderen Seite abnimmt. Die Außenumfangsfließpfadoberfläche 15 erstreckt sich durchgehend mit der Schachtaußenoberfläche 3a.
<Erste Laufschaufel 20A und zweite Laufschaufel 20B>
Die erste Laufschaufel 20A ist bereitgestellt, um sich in Radialrichtung von der Außenumfangsfließpfadoberfläche 15 des Innenumfangsrings 11 des ersten Propellers 10A zu der Außenseite zu erstrecken. Die zweite Laufschaufel 20B ist bereitgestellt, um sich in Radialrichtung von der Außenumfangsfließpfadoberfläche 15 des Innenumfangsrings 11 des zweiten Propellers 10B zu der Außenseite zu erstrecken. Eine Vielzahl der ersten Laufschaufeln 20A und der zweiten Laufschaufeln 20B ist in einem Abstand in Umfangsrichtung bereitgestellt. Die Abmessung der ersten Laufschaufel 20A und der zweiten Laufschaufel 20B in der Achsen-O-Richtung ist kleiner als die Abmessung des Innenumfangsrings 11 in der Achsen-O-Richtung.
Die Querschnittsformen der ersten Laufschaufel 20A und der zweiten Laufschaufel 20B, die sich in Radialrichtung überschneiden, sind eine Laufschaufelform. Randabschnitte der ersten Laufschaufel 20A und der zweiten Laufschaufel 20B auf der einen Seite in der Achsen-O-Richtung sind Vorderränder auf einer stromaufwärtigen Seite. Randabschnitte der ersten Laufschaufel 20A und der zweiten Laufschaufel 20B auf der anderen Seite in der Achsen-O-Richtung sind Hinterränder auf einer stromabwärtigen Seite. Die eine Seite und die andere Seite in der Achsen-O-Richtung werden im Folgenden jeweils einfach als „stromaufwärtige Seite“ und „stromabwärtige Seite“ bezeichnet.
Nun wird die Struktur der ersten Laufschaufel 20A und der zweiten Laufschaufel 20B unter Bezugnahme auf 4 ausführlich beschrieben. 4 veranschaulicht Druckverteilungen auf einer Saugseite in einem Fall, in dem sich die erste Laufschaufel 20a und die zweite Laufschaufel 20b mit einer vorher festgelegten Geschwindigkeit drehen.
Wie in 4(a) veranschaulicht, wird in der Druckverteilung auf der Saugseite der ersten Laufschaufel 20a ein Bereich mit dem höchsten Druck, d. h. ein Bereich mit der größten Last, an der Vorderrandseite und der Außenseite in Radialrichtung gebildet. Ein Abschnitt auf der Innenseite in Radialrichtung weist keinen großen Lastabschnitt auf, und somit ist die Last vollständig über den Abschnitt in der Achsen-O-Richtung niedrig.
Wie in 4(b) veranschaulicht, wird in der Druckverteilung auf der Saugseite der zweiten Laufschaufel 20B ein Bereich mit der größten Last über die Gesamtheit des Vorderrands in Radialrichtung gebildet. Insbesondere schließt ein Abschnitt auf der Vorderrandseite und auf der Außenseite in Radialrichtung einen lokal großen Lastabschnitt ein.
Wie vorstehend beschrieben, ist die saugseitige Druckverteilung der zweiten Laufschaufel 20B vom Typ einer Vorderrandlast mit der Last, die auf dem Vorderrand konzentriert ist. Andererseits ist die saugseitige Druckverteilung der ersten Laufschaufel 20A ein ausgeglichener Lasttyp, wobei die Last in der Achsen-O-Richtung stärker verteilt ist als in der saugseitigen Druckverteilung der zweiten Laufschaufel 20B, wobei die Last auf der Innenseite in Radialrichtung kleiner ist.
<Außenumfangsring>
Wie in 2 und 3 veranschaulicht, ist der Außenumfangsring 30 ein Element, das einen Außenumfangsabschnitt des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B bildet und eine ringförmige Form um die Achse O aufweist. Der Außenumfangsring 30 des ersten Propellers 10A stellt eine Umfangsrichtungsverbindung zwischen der Vielzahl von ersten Laufschaufeln 20A her, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Der Außenumfangsring 30 des zweiten Propellers 10B stellt eine Umfangsrichtungsverbindung zwischen der Vielzahl von zweiten Laufschaufeln 20B her, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Abmessung des Außenumfangsrings 30 des ersten Propellers 10A in der Achsen-O-Richtung ist größer als die Abmessung der ersten Laufschaufel 20A in der Achsen-O-Richtung. Die Abmessung des Außenumfangsrings 30 des zweiten Propellers 10B in der Achsen-O-Richtung ist größer als die Abmessung der zweiten Laufschaufel 20B in der Achsen-O-Richtung.
Der Außenumfangsring 30 des ersten Propellers 10A schließt eine Innenumfangsfließpfadoberfläche 31, eine zylindrische Fixierungsoberfläche 32, einen Halteabschnitt 34 und eine stromabwärtige Endoberfläche 35 ein. Der Außenumfangsring 30 des zweiten Propellers 10B schließt eine Innenumfangsfließpfadoberfläche 31, eine verjüngte Fixierungsoberfläche 33, einen Halteabschnitt 34 und eine stromabwärtige Endoberfläche 35 ein.
Die Innenumfangsfließpfadoberfläche 31 ist eine Oberfläche, welche die Innenfläche jedes Außenumfangsrings 30 bildet. Die Innenumfangsfließpfadoberfläche 31 des Außenumfangsrings 30 des ersten Propellers 10A ist einstückig mit Endabschnitten der Vielzahl von ersten Laufschaufeln 20A verbunden, die in der Umfangsrichtung auf der Außenseite in Radialrichtung angeordnet sind. Die Innenumfangsfließpfadoberfläche 31 des Außenumfangsrings 30 des zweiten Propellers 10B ist einstückig mit Endabschnitten der Vierzahl von zweiten Laufschaufeln 20B verbunden, die in der Umfangsrichtung auf der Außenseite in Radialrichtung angeordnet sind.
Die zylindrische Fixierungsoberfläche 32 ist eine Oberfläche, welche die Außenfläche des Außenumfangsrings 30 des ersten Propellers 10A bildet. Die zylindrische Fixierungsoberfläche 32 bildet eine zylindrische Form um die Achse O und erstreckt sich in der Achsen-O-Richtung. Die zylindrische Fixierungsoberfläche 32 ist parallel zur Achse O.
Die verjüngte Fixierungsoberfläche 33 ist eine Oberfläche, welche die Außenoberfläche des Außenumfangsrings 30 des zweiten Propellers 10B bildet. Die verjüngte Fixierungsoberfläche 33 bildet eine konische Form mit einem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Die verjüngte Fixierungsoberfläche 33 weist einen gleichmäßigen Kegelwinkel auf und erstreckt sich somit in der Achsen-O-Richtung mit einem gleichmäßigen Neigungswinkel relativ zu der Achse O. Mit einer derartigen verjüngten Fixierungsoberfläche 33 wird die Dicke des Außenumfangsrings 30 des zweiten Propellers 10B in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite verringert.
Ein durchschnittlicher Außendurchmesser der verjüngten Fixierungoberfläche 33 ist kleiner eingestellt als der durchschnittliche Außendurchmesser der zylindrischen Fixierungsoberfläche 32. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die verjüngte Fixierungsoberfläche 33 so, dass sie sich in einer gleichmäßigen konischen Form in der Achsen-O-Richtung befindet. Somit ist der durchschnittliche Außendurchmesser der verjüngten Fixierungsoberfläche 33 derselbe wie der Außendurchmesser der verjüngten Fixierungsoberfläche 33 in der Mitte in der Achsen-O-Richtung. Der durchschnittliche Außendurchmesser der zylindrischen Fixierungsoberfläche 32 ist derselbe wie der Außendurchmesser eines beliebigen Abschnitts der zylindrischen Fixierungsoberfläche 32 in der Achsen-O-Richtung.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Außendurchmesser des Endabschnitts der verjüngten Fixierungsoberfläche 33 auf der stromaufwärtigen Seite so eingestellt, dass er der Außendurchmesser des Endabschnitts der zylindrischen Fixierungsoberfläche 32 auf der stromabwärtigen Seite entspricht oder kleiner als der Außendurchmesser des Endabschnitts der zylindrischen Fixierungsoberfläche 32 auf der stromabwärtigen Seite ist.
Der Halteabschnitt 34 ragt in Radialrichtung von jedem des Endabschnitts der zylindrischen Fixierungsoberfläche 32 auf der stromaufwärtigen Seite und dem Endabschnitt der verjüngten Fixierungsoberfläche 33 auf der stromaufwärtigen Seite in jedem Außenumfangsring 30 zur Außenseite und erstreckt sich vollständig in Umfangsrichtung.
<Lagerabschnitte>
Die Lagerabschnitte 40 tragen den ersten Propeller 10A und den zweiten Propeller 10B, um relativ zum Schachtabschnitt 3 drehbar zu sein. Die Lagerabschnitte 40 sind in den jeweiligen Aufnahmerillen 5 bereitgestellt und tragen drehend die Innenumfangsringe 11 des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B. Die Lagerabschnitte 40 schließen jeweils ein Radiallager 41, ein stromaufwärtiges Seitendrucklager 42 und ein stromabwärtiges Seitendrucklager 43 ein.
Das Radiallager 41 ist auf der Rillenbodenoberfläche 5a der Aufnahmerille 5 vollständig über die Umfangsrichtung bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird als Radiallager 41 ein Zapfenlager verwendet. Der Außendurchmesser des Zapfenlagers ist kleiner als der Innendurchmesser des Innenumfangsrings 11. Somit ist ein Freiraum vollständig über die Umfangsrichtung zwischen dem Zapfenlager und dem Innenumfangsring 11 gebildet.
Das stromaufwärtige Seitendrucklager 42 ist auf der
Rillen-stromaufwärtigen Seitenoberfläche 5b der Aufnahmerille 5 vollständig über die Umfangsrichtung bereitgestellt. Das stromaufwärtige Seitendrucklager 42 ist über den Freiraum der stromaufwärtigen Endoberfläche 13 des Innenumfangsrings 11 in der Achsen-O-Richtung zugewandt.
Das stromabwärtige Seitendrucklager 43 ist auf der Rillen-stromabwärtigen Seitenoberfläche 5c der Aufnahmerille 5 vollständig über die Umfangsrichtung bereitgestellt. Das stromabwärtige Seitendrucklager 43 ist über den Freiraum der stromabwärtigen Endoberfläche 14 des Innenumfangsrings 11 in der Achsen-O-Richtung zugewandt.
In die Aufnahmerille 5 einströmendes Wasser ist zwischen dem Radiallager 41, dem stromaufwärtigen Seitendrucklager 42 und dem stromabwärtigen Seitendrucklager 43 und dem Innenumfangsring 11 bereitgestellt. Somit tragen das Radiallager 41, das stromaufwärtige Seitendrucklager 42 und das stromabwärtige Seitendrucklager 43 den Innenumfangsring 11 drehend, wobei ein Wasserfilm zwischen den Lagern und dem Innenumfangsring 11 gebildet ist.
<Hülle>
Die Hülle 50 ist vorgesehen, um den Schachtabschnitt 3, den ersten Propeller 10A und den zweiten Propeller 10B von der Außenumfangsseite zu umgeben. Die Hülle 50 bildet eine ringförmige Form um die Achse O. Die Hülle 50 ist mit einem Freiraum von der Außenoberfläche des Schachtabschnitts 3 in Radialrichtung angeordnet. Somit ist ein ringförmiger Fließpfad vollständig über die Achsen-O-Richtung zwischen der Hülle 50 und dem Schachtabschnitt 3 gebildet. Die ersten Laufschaufeln 20A des ersten Propellers 10A und die zweiten Laufschaufeln 20B des zweiten Propellers 10B sind im Fließpfad positioniert, und die Außenumfangsringe 30 des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B sind in der Hülle 50 aufgenommen.
Die Oberfläche der Hülle 50, die in Radialrichtung der Innenseite zugewandt ist, ist eine Hülleninnenoberfläche 51. Die Hülleninnenoberfläche 51 ist dem Fließpfad zugewandt. Die Oberfläche der Hülle 50, die in Radialrichtung der Außenseite zugewandt ist, ist eine Hüllenaußenoberfläche 52.
Die Querschnittsform der Hülle 50 der vorliegenden Ausführungsform, einschließlich der Achse O, ist eine Laufschaufelform. Ein Verbindungsabschnitt zwischen Endabschnitten der Hülleninnenoberfläche 51 und der Hüllenaußenoberfläche 52 auf der stromaufwärtigen Seite ist ein Hüllenvorderrand 53, der sich ringförmig über die Umfangsrichtung erstreckt. Ein Verbindungsabschnitt an Endabschnitten der Hülleninnenoberfläche 51 und der Hüllenaußenoberfläche 52 auf der stromabwärtigen Seite ist ein Hüllenhinterrand 54, der sich über die Umfangsrichtung erstreckt und eine ringförmige Form bildet. Die Stellung des Hüllenhinterrands 54 in der Achsen-O-Richtung ist gleich der Stellung des hinteren Endes des Schachtabschnitts 3 in der Achsen-O-Richtung.
Die Hülle 50 weist eine Form auf, bei der der Durchmesser zur stromabwärtigen Seite von der stromaufwärtigen Seite allmählich abnimmt. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine stürzende Linie im Schaufelformquerschnitt der Hülle 50, deren Abstände von der Hülleninnenoberfläche 51 und der Hüllenaußenoberfläche 52 gleich sind, allmählich zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite von der stromaufwärtigen Seite geneigt. Somit ist der Hüllenhinterrand 54 in Radialrichtung mehr auf der Innenseite positioniert als der Hüllenvorderrand 53.
Die Hüllenaußenoberfläche 52 weist einen Durchmesser auf, der zuerst in einem Abschnitt um des Hüllenvorderrands 53 zur stromabwärtigen Seite zunimmt und dann gleichmäßig zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Die Hüllenaußenoberfläche 52 bildet eine konvexe gekrümmte Form, die in Radialrichtung zur Außenseite vorsteht.
Die Hülleninnenoberfläche 51 weist einen Durchmesser auf, der auf der Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite vollständig über die Achsen-O-Richtung abnimmt. Die Hülleninnenoberfläche 51 bildet eine konvexe gekrümmte Form, die in Radialrichtung zur Innenseite vorsteht. Der zwischen der Hülleninnenoberfläche 51 und der Hüllenaußenoberfläche 3a des Schachtabschnitts 3 ausgebildete ringförmige Fließpfad ist auf der Innenseite in Radialrichtung zu der stromabwärtigen Seite verengt. Somit nimmt der Fließpfadquerschnittsbereich des Fließpfads zur stromabwärtigen Seite ab.
Die Hülleninnenoberfläche 51 muss nicht den Durchmesser aufweisen, der sich über den gesamten Abschnitt von dem Hüllenvorderrand 53 zum Hüllenhinterrand 54 verringert. Es genügt, wenn der Durchmesser von dem Hüllenvorderrand 53 zu mindestens der Stellung des Hinterrands der zweiten Laufschaufel 20B des zweiten Propellers 10B in der Achsen-O-Richtung abnimmt.
Somit muss der Fließpfadquerschnittsbereich des durch die Hülleninnenoberfläche 51 und der Schachtaußenoberfläche 3a gebildeten Fließpfads nicht den Durchmesser aufweisen, der sich über die Gesamtheit der Hülle 50 in der Achsen-O-Richtung allmählich verringert. Es genügt, wenn der Durchmesser von dem Hüllenvorderrand 53 zu mindestens der Stellung des Hinterrands der zweiten Laufschaufel 20B des zweiten Propellers 10B in der Achsen-O-Richtung allmählich abnimmt.
Ein erster Hohlraum 50A und ein zweiter Hohlraum 50B, die in radialer Richtung von der Hülleninnenoberfläche 51 zur Außenseite vertieft sind, sind in der Hülle 50 ausgebildet. Der erste Hohlraum 50A ist in einem Abschnitt auf der stromaufwärtigen Seite in der Hülle 50 ausgebildet, während der zweite Hohlraum 50B in einem Abschnitt auf der stromabwärtigen Seite in der Hülle 50 ausgebildet ist. Somit ist der zweite Hohlraum 50B mehr auf der stromabwärtigen Seite als der erste Hohlraum 50A ausgebildet.
Der Außenumfangsring 30 des ersten Propellers 10A ist in dem ersten Hohlraum 50A aufgenommen. Der Außenumfangsring 30 des zweiten Propellers 10B ist in dem zweiten Hohlraum 50B aufgenommen. Die Innenumfangsfließpfadoberfläche 31 jedes Außenumfangsrings 30 erstreckt sich durchgehend mit der Hülleninnenoberfläche 51 in der Achsen-O-Richtung. Mit anderen Worten erstreckt sich die Innenumfangsfließpfadoberfläche 31 so, dass sie einen Teil der konvexen gekrümmten Oberfläche der Hülleninnenoberfläche 51 bildet.
Auf einer Oberfläche im ersten Hohlraum 50A, die der Innenseite in Radialrichtung zugewandt ist, wird ein zylindrischer Fixierungsvertiefungsabschnitt 56, der einen unteren Abschnitt aufweist und eine zylindrische Form um die Achse O bildet, gebildet. Der zylindrische Fixierungsvertiefungsabschnitt 56 ist an einer Stellung im Außenumfangsring 30 des ersten Propellers 10A ausgebildet, die der zylindrischen Fixierungsoberfläche 32 in der Achsen-O-Richtung entspricht.
Auf einer Oberfläche im zweiten Hohlraum 50B, die der Innenseite in Radialrichtung zugewandt ist, ist ein verjüngter Fixierungsvertiefungsabschnitt 57 mit einem unteren Abschnitt und einem Durchmesser gebildet, der zur stromabwärtigen Seite mit einem gleichmäßigen Kegelwinkel abnimmt. Der verjüngte Fixierungsvertiefungsabschnitt 57 ist an einer Stellung im Außenumfangsring 30 des zweiten Propellers 10B ausgebildet, die der verjüngten Fixierungsoberfläche 33 in der Achsen-O-Richtung entspricht.
Der durchschnittliche Innendurchmesser des unteren Abschnitts des verjüngten Fixierungsvertiefungsabschnitts 57 ist kleiner eingestellt als der durchschnittliche Innendurchmesser des unteren Abschnitts des zylindrischen Fixierungsvertiefungsabschnitts 56. Der untere Abschnitt des verjüngten Fixierungsvertiefungsabschnitts 57 erstreckt sich in der Achsen-O-Richtung mit einem gleichmäßigen Kegelwinkel. Somit passt der durchschnittliche Innendurchmesser des unteren Abschnitts des verjüngten Fixierungsvertiefungsabschnitts 57 mit dem Innendurchmesser des unteren Abschnitts des verjüngten Fixierungsvertiefungsabschnitts 57 in der Mitte in der Achsen-O-Richtung überein. Der untere Abschnitt des zylindrischen Fixierungsvertiefungsabschnitts 56 bildet eine zylindrische Form parallel zur Achsen-O-Richtung, und somit ist der durchschnittliche Innendurchmesser des zylindrischen Fixierungsvertiefungsabschnitts 56 derselbe wie der Innendurchmesser eines beliebigen Abschnitts des unteren Abschnitts des zylindrischen Fixierungsvertiefungsabschnitts 56 in der Achsen-O-Richtung.
Es ist zu beachten, dass „durchschnittliche Innendurchmesser“ den durchschnittlichen Innendurchmesser in der Achsen-O-Richtung bedeutet.
Die Hülle 50 der vorliegenden Ausführungsform wird durch Koppeln einer Vielzahl von Segmenten gebildet, die in der Achsen-O-Richtung geteilt werden. Insbesondere schließt die Hülle 50 als Segmente ein stromaufwärtiges Segment 61, ein Zwischensegment 62 und ein stromabwärtiges Segment 63 ein.
Das stromaufwärtige Segment 61 bildet einen Abschnitt auf der stromaufwärtigen Seite einschließlich des Hüllenvorderrands 53.
Das Zwischensegment 62 bildet einen Abschnitt, der zur stromabwärtigen Seite des stromaufwärtigen Segments 61 der Hülle 50 durchgehend ist. Der erste Hohlraum 50A ist durch das Zwischensegment 62 definiert und gebildet, das von der stromabwärtigen Seite einen weitgehend eingekerbten Teil des stromaufwärtigen Segments 61 auf der Innenseite in Radialrichtung und auf der stromabwärtigen Seite schließt.
Das stromabwärtige Segment 63 bildet einen Abschnitt, der zur stromabwärtigen Seite des Zwischensegments 62 durchgehend ist, und bildet einen Abschnitt, der den Hüllenhinterrand 54 einschließt. Der zweite Hohlraum 50B ist definiert und gebildet durch Zwischensegment 62, das von der stromaufwärtigen Seite einen weitgehend eingekerbten Teil des stromabwärtigen Segments 63 auf der Innenseite in Radialrichtung und auf der stromaufwärtigen Seite schließt.
<Kopplungsabschnitt>
Wie in 1 veranschaulicht, sind die Kopplungsabschnitte 70 bereitgestellt, um aus der Hüllenaußenoberfläche 52 der Hülle 50 zu ragen. Die Kopplungsabschnitte 70 koppeln die Vielzahl von Segmenten der Hülle 50 miteinander.
Wie im Detail in 5 veranschaulicht, schließen die Kopplungsabschnitte 70 jeweils einen stromaufwärtigen vorstehenden Abschnitt 71, einen vorstehenden Zwischenabschnitt 72, einen stromabwärtigen vorstehenden Abschnitt 73, einen Kopplungsbolzen 74 und einen Füllabschnitt 75 ein.
Der stromaufwärtige vorstehende Abschnitt 71 ist einstückig dem stromaufwärtigen Segment 61 der Hülle 50 bereitgestellt und steht von der Außenoberfläche des stromaufwärtigen Segments 61 hervor. Ein Bolzenfixierungsloch 71a ist in dem stromaufwärtigen vorstehenden Abschnitt 71 als eine Vertiefung von der stromabwärtigen Seite zu der stromaufwärtigen Seite ausgebildet.
Der vorstehende Zwischenabschnitt 72 ist einstückig an dem Zwischensegment 62 der Hülle 50 bereitgestellt und steht von der Außenoberfläche des Zwischensegments 62 hervor. Ein Bolzendurchgangsloch 72a wird durch den vorstehenden Zwischenabschnitt 72 in der Achsen-O-Richtung gebildet.
Der stromabwärtige vorstehende Abschnitt 73 ist einstückig an dem stromabwärtigen Segment 63 der Hülle 50 bereitgestellt und steht von der Außenoberfläche des stromabwärtigen Segments 63 hervor. Ein Bolzenvertiefungsabschnitt 73a ist in dem stromabwärtigen vorstehenden Abschnitt 73 als eine Vertiefung von der stromabwärtigen Seite zur stromaufwärtigen Seite ausgebildet. Im unteren Abschnitt des Bolzenvertiefungsabschnitts 73a ist ein Bolzeneinlegeloch 73b ausgebildet, das den unteren Abschnitt und die Oberfläche des stromabwärtigen vorstehenden Abschnitts 73 durchdringt, die der stromaufwärtigen Seite zugewandt ist.
Der Kopplungsbolzen 74 koppelt den stromaufwärtigen vorstehenden Abschnitt 71, den vorstehenden Zwischenabschnitt 72 und den stromabwärtigen vorstehenden Abschnitt 73 miteinander. Wenn das stromaufwärtige Segment 61, das Zwischensegment 62 und das stromabwärtige Segment 63 durch den Kopplungsabschnitt 70 miteinander gekoppelt sind, sind der stromaufwärtige vorstehende Abschnitt 71, der vorstehende Zwischenabschnitt 72 und der stromabwärtige vorstehende Abschnitt 73 in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite positioniert, um nacheinander in Kontakt miteinander zu kommen. In diesem Zustand sind das Bolzeneinlegeloch 73b, das Bolzendurchgangsloch 72a und das Bolzenfixierungsloch 71a in der Achsen-O-Richtung miteinander in Verbindung. Der Kopplungsbolzen 74 ist über den Bolzenvertiefungsabschnitt 73a in das Bolzeneinlegeloch 73b, das Bolzendurchgangsloch 72a und das Bolzenfixierungsloch 71a in Verbindung zueinander eingeführt und daran befestigt. Infolgedessen sind der stromaufwärtige vorstehende Abschnitt 71, der vorstehende Zwischenabschnitt 72 und der stromabwärtige vorstehende Abschnitt 73 einstückig miteinander gekoppelt, und das stromaufwärtige Segment 61, das Zwischensegment 62 und das stromabwärtige Segment 63, die jeweils mit dem stromaufwärtigen vorstehenden Abschnitt 71, dem vorstehenden Zwischenabschnitt 72 und dem stromabwärtigen vorstehenden Abschnitt 73 integriert sind, sind in der Achsen-O-Richtung einstückig miteinander gekoppelt.
Der Füllabschnitt 75 ist bereitgestellt, um den Bolzenvertiefungsabschnitt 73a zu füllen. Der Füllabschnitt 75 ist beispielsweise gehärtetes Harz. Der Füllabschnitt 75 wird gebildet, wenn Harz in einer flüssigen Form in den Bolzenvertiefungsabschnitt 73a gegossen wird, nachdem der Kopplungsbolzen 74 befestigt ist und das Harz ausgehärtet ist. Ein Teil des Füllabschnitts 75 bildet die Außenoberfläche des Kopplungsabschnitts 70.
Nun wird die Außenoberflächenform des Kopplungsabschnitts 70, wie vorstehend beschrieben, unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben. Die Außenoberflächenform des Kopplungsabschnitts 70 wird durch den stromaufwärtigen vorstehenden Abschnitt 71, den vorstehenden Zwischenabschnitt 72 und den stromabwärtigen vorstehenden Abschnitt 73 sowie die Oberfläche des Füllabschnitts 75, die von dem Bolzenvertiefungsabschnitt 73a freigelegt ist, gebildet. Der Kopplungsabschnitt 70 bildet als Ganzes eine konvexe gekrümmte Form, die von der Hüllenaußenoberfläche 52 vorsteht. Der Kopplungsabschnitt 70 bildet eine konvexe gekrümmte Form mit einer Längsrichtung, die mit der Achsen-O-Richtung übereinstimmt.
Ferner weist, wie in 6 veranschaulicht, der Kopplungsabschnitt 70 der vorliegenden Ausführungsform eine Querschnittsform, entlang der Hüllenaußenoberfläche 52, in laufschaufelform mit der stromaufwärtigen Seite, die dem Vorderrand entspricht, und der stromabwärtigen Seite, die dem Hinterrand entspricht, auf. Der Vorderrand des Kopplungsabschnitts 70 ist ein vorstehender Abschnitt des Vorderrands 70a. Der Hinterrand des Kopplungsabschnitts 70 ist ein vorstehender Abschnitt des Hinterrands 70b. Insbesondere weist der Kopplungsabschnitt 70 eine Form auf, die durch Stapeln von Schaufelformen in der Normalrichtung mit ähnlichen Formen und Größen, die allmählich abnehmen, je weiter sie in Normalrichtung der Hüllenaußenoberfläche 52 gehen, erhalten wird.
<Streben>
Wie in 1 und 2 veranschaulicht, tragen die Streben 78 die Hülle 50 in Bezug auf den Schachtabschnitt 3, indem sie die Hülle 50 und den Schachtabschnitt 3 miteinander koppeln. Eine Vielzahl der Streben 78 ist in einem Abstand in Umfangsrichtung bereitgestellt und erstreckt sich in der Achsen-O-Richtung. Der stromabwärtige Seitenendabschnitt jeder Strebe 78 ist an der Hülle 50 befestigt. Der stromaufwärtige Seitenendabschnitt der Strebe 78 ist an der Schachtaußenoberfläche 3a des Schachtabschnitts 3 befestigt.
Die Querschnittsform der Strebe 78 senkrecht zur Achse O ist eine flache rechteckige Form mit der Längsrichtung, die mit der Radialrichtung übereinstimmt, und der kürzeren Richtung, die mit der Umfangsrichtung übereinstimmt. Somit wird die Drehung des Schubs des Unterwasserfahrzeugs 1 unterdrückt.
<Rohrmotor>
Wie in 2 und 3 veranschaulicht, ist der Rohrmotor 80 in dem ersten Hohlraum 50A der Hülle 50 untergebracht. Der Rohrmotor 80 treibt den ersten Propeller 10A drehend an. Der Rohrmotor 80 schließt einen rohrförmigen Stator 81 und einen rohrförmigen Rotor 82 ein.
Der rohrförmige Stator 81 bildet eine rohrförmige Form um die Achse O, die sich in der Achsen-O-Richtung erstreckt. Die Innenoberfläche und die Außenoberfläche des rohrförmigen Stators 81 sind parallel zu der Achse O. Der rohrförmige Stator 81 weist die Außenoberfläche auf, die an dem zylindrischen Fixierungsvertiefungsabschnitt 56 im ersten Hohlraum 50A der Hülle 50 angebracht ist. Somit ist der Rohrmotor 80 einstückig an der Hülle 50 befestigt. Der Außendurchmesser der Außenoberfläche des rohrförmigen Stators 81 ist derselbe wie der Innendurchmesser der Bodenoberfläche des zylindrischen Fixierungsvertiefungsabschnitts 56 vollständig über die Achsen-O-Richtung.
Der rohrförmige Rotor 82 bildet eine rohrförmige Form um die Achse O, die sich in der Achsen-O-Richtung erstreckt. Die Innenoberfläche und die Außenoberfläche des rohrförmigen Rotors 82 sind parallel zur Achse O. Der Außendurchmesser des rohrförmigen Rotors 82 ist kleiner als der Innendurchmesser des rohrförmigen Stators 81 eingestellt. Die Abmessung des rohrförmigen Rotors 82 in der Achse O ist die gleiche wie die des rohrförmigen Stators 81. Der rohrförmige Rotor 82 ist einstückig an der zylindrischen Fixierungsoberfläche 32 des ersten Propellers 10A von der Außenumfangsseite befestigt. Somit sind der Innendurchmesser des rohrförmigen Rotors 82 und der Außendurchmesser der zylindrischen Fixierungsoberfläche 32 vollständig über die Achsen-O-Richtung gleich. Die Außenoberfläche des rohrförmigen Rotors 82 ist der Innenoberfläche des rohrförmigen Stators 81 vollständig über die Umfangsrichtung und die Achsen-O-Richtung zugewandt. Ein Freiraum ist vollständig über die Umfangsrichtung und die Achsen-O-Richtung zwischen der Außenoberfläche des rohrförmigen Rotors 82 und der Innenoberfläche des rohrförmigen Stators 81 ausgebildet.
Die stromaufwärtige Seitenendoberfläche des rohrförmigen Rotors 82 steht von der stromabwärtigen Seite mit dem Halteabschnitt 34 im Außenumfangsring 30 des ersten Propellers 10A in Kontakt.
Eine erste Halteplatte 83 steht mit der stromabwärtigen Seitenendoberfläche des rohrförmigen Rotors 82 in Kontakt. Die erste Halteplatte 83 ist über die Gesamtheit zwischen der stromabwärtigen Seitenendoberfläche des rohrförmigen Rotors 82 und der stromabwärtigen Endoberfläche 35 des Außenumfangsrings 30 des ersten Propellers 10A bereitgestellt. Mit der ersten Halteplatte 83, die unter Verwendung eines nicht veranschaulichten Bolzens am Außenumfangsring 30 befestigt ist, ist der rohrförmige Rotor 82 durch die erste Halteplatte 83 von der stromabwärtigen Seite fixiert.
Im Rohrmotor 80 wird, wenn der rohrförmige Stator 81 erregt wird, ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, wodurch sich der rohrförmige Rotor 82 um die Achse O dreht.
<Konischer Motor>
Wie in 2 und 3 veranschaulicht, ist der konische Motor 90 in dem zweiten Hohlraum 50B der Hülle 50 aufgenommen. Der konische Motor 90 treibt den zweiten Propeller 10B an. Der konische Motor 90 schließt einen konischen Stator 100 und einen konischen Rotor 130 ein.
<Konischer Stator>
Wie in 2 und 3 veranschaulicht, ist der konische Stator 100 im zweiten Hohlraum 50B der Hülle 50 befestigt. Wie in 7 und 8 veranschaulicht, schließt der konische Stator 100 einen Statorkern 101 und Spulen 110 ein.
<Statorkern>
Der Statorkern 101 schließt ein Rückjoch 104, das eine ringförmige Form um die Achse O bildet, und Zähne 106 ein, die von der Innenoberfläche des Rückjochs 104 vorstehen.
Das Rückjoch 104 weist eine Innenoberfläche und eine Außenoberfläche auf, die eine sich verjüngende Form bilden, die zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt ist. Somit weist das Rückjoch 104 als Ganzes eine Form mit einem Durchmesser auf, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Die Dicke des Rückjochs 104 in Radialrichtung ist vollständig über die Achsen-O-Richtung und die Umfangsrichtung konstant. Die Außenoberfläche des Rückjochs 104 ist eine Statoraußenoberfläche 102. Die Statoraußenoberfläche 102 ist an dem verjüngten Fixierungsvertiefungsabschnitt 57 im zweiten Hohlraum 50B der Hülle 50 angebracht und befestigt, wie in 3 veranschaulicht. Somit ist der konische Stator 100 in dem zweiten Hohlraum 50B der Hülle 50 einstückig befestigt. Der Kegelwinkel der Statoraußenoberfläche 102, der die Außenoberfläche des Rückjochs 104 ist, und der Kegelwinkel der unteren Oberfläche des verjüngten Fixierungsvertiefungsabschnitts 57 sind gleich eingestellt. Der Außendurchmesser der Statoraußenoberfläche 102 und der Innendurchmesser des unteren Abschnitts des verjüngten Fixierungsvertiefungsabschnitts 57 sind an jeder Position in der Achsen-O-Richtung gleich und sind somit vollständig über die Achsen-O-Richtung gleich.
<Zähne>
Wie in 7 veranschaulicht, ist eine Vierzahl der Zähne 106 in einem Abstand in Umfangsrichtung auf der Innenumfangsseite des Rückjochs 104 bereitgestellt. Die Zähne 106 schließen ein: einen Zähnekörper 107, der mit dem Rückjoch 104 verbunden ist und sich in Radialrichtung erstreckt; und einen distalen Endabschnitt 108, der ein Abschnitt ist, der an einem Endabschnitt des Zähnekörpers 107 auf der Innenseite in Radialrichtung bereitgestellt ist und sich zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung von dem Zähnekörper 107 erweitert.
Wie in 8 veranschaulicht, sind die Protrusionshöhen der Zähne 106 von der Innenoberfläche des Rückjochs 104 in der Achsen-O-Richtung konstant. Somit ist eine Statorinnenoberfläche 103, die ein Endabschnitt der Zähne 106 auf der Innenseite in Radialrichtung ist, zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt. Mit anderen Worten weist der Stator innerhalb der Oberfläche 103 einen Durchmesser auf, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Ein Freiraum zwischen angrenzenden Zähnen 106 dient als Schlitz, der die Spule 110 aufnimmt.
Die Kegelwinkel der Statorinnenoberfläche 103 und der Statoraußenoberfläche 102 sind gleich und vollständig über die Achsen-O-Richtung konstant. Somit sind im Querschnitt einschließlich der Achse O die Statorinnenoberfläche 103 und die Statoraußenoberfläche 102 parallel zueinander.
Die Zähne 106 sind konfiguriert, um in Umfangsrichtung eine Dicke aufzuweisen, die zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Somit kann die Vielzahl von Zähnen 106 angeordnet sein, ohne die Innenseite des Rückjochs 104 mit dem Durchmesser zu beeinträchtigen, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt.
<Spulen>
Eine Vielzahl der Spulen 110 sind vorgesehen, um die jeweiligen Zähnekörper 107 zu umgeben, die sich in Radialrichtung erstrecken. Jede Spule 110 wird durch Stapeln einer Vielzahl von Spulenschichten 120 gebildet, die in 9 in Radialrichtung veranschaulicht sind. Mit jeder Spulenschicht 120, welche die Außenoberfläche des Zähnekörpers 107 umgibt, wird die Spule als Ganzes der Außenoberfläche des Zähnekörpers 107 bereitgestellt.
Jede Spulenschicht 120 ist durch einen rechteckigen Kupferdraht gebildet. Die Querschnittsform des rechteckigen Kupferdrahts ist eine Form, die in eine Verlaufsrichtung des Zähnekörpers 107 gequetscht wird, und ist somit eine flache Form mit der kürzeren Richtung, die mit der Radialrichtung übereinstimmt.
Die Spulenschicht 120 weist eine rechteckige ringförmige Form auf, die den Zähnekörper 107 umgibt, wie in 9 veranschaulicht, gemäß der Querschnittsform des Zähnekörpers 107 senkrecht zur Radialrichtung. Ein Abschnitt der Spulenschicht 120, der sich in der Umfangsrichtung auf der stromaufwärtigen Seite erstreckt, ist ein stromaufwärtiges Teil 121, das von der stromaufwärtigen Seite mit dem Zähnekörper 107 in Kontakt kommt.
Ein Abschnitt der Spulenschicht 120, der sich in der Umfangsrichtung auf der stromabwärtigen Seite erstreckt, ist ein stromabwärtiges Teil 122, das von der stromabwärtigen Seite mit dem Zähnekörper 107 in Kontakt kommt. Die Abmessung des stromabwärtigen Teils 122 in Umfangsrichtung ist kürzer als die Abmessung des stromaufwärtigen Teils 121 in Umfangsrichtung.
Ein Paar Abschnitte der Spulenschicht 120, die sich auf beiden Seiten der Zähne 106 in Umfangsrichtung in der Achsen-O-Richtung erstreckt, sind jeweils ein Seitenteil 123. Das Paar Seitenteile 123 stehen in Umfangsrichtung von beiden Seiten in Kontakt mit den Zähnen 106 und erstreckt sich zur stromabwärtigen Seite näher zueinander.
Jede Spule 110 bildet eine spiralförmige Wicklung um den Zähnekörper 107, wobei die Vielzahl von Spulenschichten 120 elektrisch miteinander verbunden und in Radialrichtung gestapelt ist.
Wie in 8 veranschaulicht, sind Abschnitte der Spule 110, die um die Zähne 106 an beiden Enden in der Achsen-O-Richtung bereitgestellt sind, d. h. Abschnitte, die jeweils auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite von den Zähnen 106 vorstehen, Spiralenden 111. Ein Abschnitt der Spule 110, der die Spulenenden 111 einschließt, d. h. ein Abschnitt, der mit den Zähnen 106 von beiden Seiten in der Umfangsrichtung in Kontakt steht, ist ein Spulenhauptabschnitt 112.
In der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich, wie in 8 veranschaulicht, Abschnitte der Spule 110, die den Spulenhauptabschnitt 112 bilden, und das Spulenende 111 auf der stromabwärtigen Seite, um zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt zu sein. Somit sind die Seitenteile 123 und das stromabwärtige Teil 122 jeder Spulenschicht 120 derart angeordnet, dass sie zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt sind.
Andererseits ist der Abschnitt der Spule 110, der das Spulenende 111 auf der stromaufwärtigen Seite bildet, relativ zum Spulenhauptabschnitt 112 gebogen, um sich parallel zu der Achsen-O-Richtung zu erstrecken. Mit anderen Worten ist das stromaufwärtige Teil 121 jeder Spulenschicht 120 relativ zu dem Paar Seitenteile 123 der Spulenschicht 120 gebogen, um sich parallel zu der Achse O zu erstrecken.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Achsen-O-Richtungsstellungen der stromabwärtigen Seitenendabschnitte der Spulenschichten 120 unter den Spulenschichten 120 gleich. Die Achsen-O-Richtungsstellungen der stromaufwärtigen Seitenendabschnitte der Spulenschichten 120 sind die gleichen unter den Spulenschichten 120. Die Endabschnitte der Spulenenden 111 in der Achsen-O-Richtung sind derart angeordnet, dass sie die Achsen-O-Richtungsstellungen sind, die unter den Spulenschichten 120 gleich sind.
<Konischer Rotor>
Wie in 2 und 3 veranschaulicht und im Detail in 10 veranschaulicht, ist der konische Rotor 130 an der Außenumfangsseite des Außenumfangsrings 30 des zweiten Propellers 10B befestigt. Wie in 7 und 8 veranschaulicht, schließt der konische Rotor 130 einen Rotorkern 131 und Permanentmagnete 140 ein.
Der Rotorkern 131 weist eine ringförmige Form um die Achse O auf und erstreckt sich in der Achsen-O-Richtung. Die Innenoberfläche des Rotorkerns 131 ist eine Rotorinnenoberfläche 132. Die Außenoberfläche des Rotorkerns 131 ist eine Rotoraußenoberfläche 133. Der Rotorkern 131 weist die Rotorinnenoberfläche 132 auf, und die Rotoraußenoberfläche 133 bildet eine sich verjüngende Form, die zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt ist. Somit weist der Rotorkern 131 als Ganzes eine Form mit einem Durchmesser auf, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Die äußere Form des Rotorkerns 131 ist die äußere Form des konischen Rotors 130. Die Kegelwinkel der Rotorinnenoberfläche 132 und der Rotoraußenoberfläche 133 sind gleich und vollständig über die Achsen-O-Richtung konstant. Somit sind im Querschnitt einschließlich der Achse O die Rotorinnenoberfläche 132 und die Rotoraußenoberfläche 133 parallel zueinander.
Die Rotorinnenoberfläche 132 ist an der verjüngten Fixierungsoberfläche 33 des Außenumfangsrings 30 des zweiten Propellers 10B von der Außenumfangsseite angebracht. Somit ist der Rotorkern 131 einstückig an dem Außenumfangsring 30 des zweiten Propellers 10B befestigt. Der Kegelwinkel der Rotorinnenoberfläche 132 und der Kegelwinkel der verjüngten Fixierungsoberfläche 33 sind gleich. Der Innendurchmesser der Rotorinnenoberfläche 132 und der Außendurchmesser der verjüngten Fixierungsoberfläche 33 sind an jeder Position in der Achsen-O-Richtung gleich und sind somit vollständig über die Achsen-O-Richtung gleich.
Ein Einlegeloch 134, durch das die stromaufwärtige Seitenendoberfläche und die stromabwärtige Seitenendoberfläche des Rotorkerns 131 miteinander in Verbindung stehen, ist in dem Rotorkern 131 ausgebildet. Eine Vielzahl der Einlegelöcher 134 ist in einem Abstand in Umfangsrichtung bereitgestellt. Das Einlegloch 134 erstreckt sich parallel zu der Rotorinnenoberfläche 132 und der Rotoraußenoberfläche 133. Mit anderen Worten erstreckt sich das Einlegeloch 134 zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt. Die Abmessung des Einlegelochs 134 in Radialrichtung ist über die Achsen-O-Richtung gleich. Das Einlegeloch 134 ist so ausgebildet, dass es einen Abstand zwischen seinen einander in Umfangsrichtung zugewandten Seitenoberflächen aufweist, der zur stromabwärtigen Seite hin abnimmt.
<Permanentmagnete>
Wie in 7 und 8 veranschaulicht, ist eine Vielzahl der Permanentmagnete 140 in einem Abstand vom Rotorkern 131 in Umfangsrichtung bereitgestellt. Jeder Permanentmagnet 140 ist in ein entsprechendes der Einlegelöcher 134 des Rotorkerns 131 eingeführt.
Wie in 11 veranschaulicht, weist der Permanentmagnet 140 eine flache Plattenform auf. In einem Zustand, in dem der Permanentmagnet 140 in das Einlegeloch 134 des Rotorkerns 131 eingeführt wird, weist er eine Oberfläche auf, die der Außenseite in Radialrichtung zugewandt ist, die eine Magnetaußenoberfläche 141 ist, und weist eine Oberfläche auf, die in Radialrichtung der Innenseite zugewandt ist, die eine Magnetinnenoberfläche 142 ist. Die Magnetaußenoberfläche 141 und die Magnetinnenoberfläche 142 sind parallel zueinander und erstrecken sich jeweils zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt. Die Magnetaußenoberfläche 141 und die Magnetinnenoberfläche 142 bilden eine Trapezform mit einer Abmessung in Umfangsrichtung, die in Radialrichtung betrachtet zur stromabwärtigen Seite abnimmt.
Ein Paar Oberflächen des Permanentmagneten 140, die der Umfangsrichtung zugewandt sind, sind Magnetseitenoberflächen 143. Das Paar Magnetseitenoberflächen 143 verbinden die Magnetaußenoberfläche 141 und die Magnetinnenoberfläche 142 in Radialrichtung über die Achsen-O-Richtung miteinander. Die Magnetseitenoberflächen 143 erstrecken sich in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite, wie bei der Magnetaußenoberfläche 141 und der Magnetinnenoberfläche 142.
Die Oberfläche des Permanentmagneten 140, die der stromaufwärtigen Seite zugewandt ist, ist eine Magnet-stromaufwärtige Oberfläche 144. Die Magnet-stromaufwärtige Oberfläche 144 weist eine ebene Form senkrecht zur Achse O auf. Die Magnet-stromaufwärtige Oberfläche 144 ist mit den stromaufwärtigen Seitenendabschnitten der Magnetaußenoberfläche 141, der Magnetinnenonerfläche 142 und dem Paar Magnetseitenoberflächen 143 verbunden.
Die der stromabwärtigen Seite zugewandte Oberfläche des Permanentmagneten 140 ist eine Magnet-stromabwärtige Oberfläche 145. Die Magnet-stromabwärtige Oberfläche 145 weist eine ebene Form senkrecht zur Achse O auf und ist parallel zur Magnet-stromaufwärtigen Oberfläche 144. Die Magnet-stromabwärtige Oberfläche 145 ist mit den stromabwärtigen Seitenendabschnitten der Magnetaußenoberfläche 141, der Magnetinnenoberfläche 142 und dem Paar Magnetseitenoberflächen 143 verbunden.
Die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten 140 ist eine Richtung, die zur stromabwärtigen Seite geneigt ist, in Radialrichtung zur Außenseite, wie durch die Pfeile in 11 angezeigt. Insbesondere ist die Magnetisierungsrichtung eine Richtung senkrecht zu der Magnetinnenoberfläche 142 und der Magnetaußenoberfläche 141 und ist eine Richtung von der Magnetinnenoberfläche 142 zur Magnetaußenoberfläche 141. Die Neigungswinkel der Magnetinnenoberfläche 142 und der Magnetaußenoberfläche 141 relativ zur Achse O sind die gleichen wie der Kegelwinkel der Rotoraußenoberfläche 133. Somit ist die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten 140 eine Richtung senkrecht zur Außenoberfläche des Rotors. Der Permanentmagnet 140 ist gleichmäßig in einer Richtung entlang der Magnetinnenoberfläche 142 und der Magnetaußenoberfläche 141 magnetisiert.
In dem konischen Motor 90 wird der konische Rotor 130 durch das rotierende Magnetfeld, das erzeugt wird, wenn die Spulen 110 des konischen Stators 100 erregt werden, um die Achse O drehend angetrieben. Die Drehrichtung des konischen Motors 90 liegt gegenüber der Drehrichtung des Rohrmotors 80. Somit sind die Drehrichtungen des konischen Motors 90 und des Rohrmotors 80 einander entgegengesetzt.
Wie in 10 veranschaulicht, steht beim konischen Rotor 130 der stromaufwärtige Seitenendabschnitt in Kontakt mit dem Halteabschnitt 34 von der stromabwärtigen Seite, während er an dem Außenumfangsring 30 des zweiten Propellers 10B befestigt ist.
Der stromabwärtige Seitenendabschnitt des konischen Rotors 130 wird von einer zweiten Halteplatte 150 von der stromabwärtigen Seite gehalten.
Der stromabwärtige Seitenendabschnitt des konischen Rotors 130 und die stromabwärtige Endoberfläche 35 des Außenumfangsrings 30 weisen jeweils eine ebene Form senkrecht zur Achse O auf und sind so angeordnet, dass sie bündig sind. Die zweite Halteplatte 150 steht sowohl mit dem stromabwärtigen Seitenendabschnitt des konischen Rotors 130 als auch mit der stromabwärtigen Endoberfläche 35 des Außenumfangsrings 30 in Kontakt. Die zweite Halteplatte 150 weist eine Plattenform auf, die sich vollständig über die Umfangsrichtung erstreckt, gemäß den Formen des stromabwärtigen Seitenendabschnitts des konischen Rotors 130 und der stromabwärtigen Endoberfläche 35 des Außenumfangsrings 30.
Diese zweite Halteplatte 150 ist durch einen Haltebolzen 151 an dem Außenumfangsring 30 befestigt. Der Haltebolzen 151 ist an einem Bolzenanschlagloch 150a befestigt, das ausgebildet ist, um von der stromabwärtigen Endoberfläche 35 des Außenumfangsrings 30 nach dem Einlegen von der stromabwärtigen Seite in das Bolzenanschlagloch 150a, das durch die zweite Halteplatte 150 in der Achse O gebildet wird, vertieft zu sein.
Wie in 9 zusätzlich zu 10 veranschaulicht, ist ein Abschnitt des Haltebolzens 151 in der Umfangsrichtung in einem eingekerbten Abschnitt 135 aufgenommen, der so ausgebildet ist, dass er von der Außenoberfläche des Rotorkerns 131 in einem Abschnitt um einen Öffnungsabschnitt des Bolzenanschlaglochs 150a vertieft ist. Der eingekerbte Abschnitt 135 ist in einem Abschnitt zwischen den angrenzenden der Permanentmagnete 140 in der Umfangsrichtung im Rotorkern 131 ausgebildet.
Ein durchschnittlicher Außendurchmesser R2 des konischen Rotors 130 des konischen Motors 90 ist so eingestellt, dass er kleiner als ein durchschnittlicher Außendurchmesser R1 des rohrförmigen Rotors 82 des Rohrmotors 80 ist. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die Außenoberfläche (Rotoraußenoberfläche 133) des konischen Rotors 130 mit einem gleichmäßigen Kegelwinkel in der Achsen-O-Richtung. Somit ist der durchschnittliche Außendurchmesser R2 des konischen Rotors 130 derselbe wie der Außendurchmesser des konischen Rotors 130 in der Mitte in der Achsen-O-Richtung. Mit dem rohrförmigen Rotor 82 mit einem gleichmäßigen Außendurchmesser in der Achsen-O-Richtung ist der durchschnittliche Außendurchmesser R1 des rohrförmigen Rotors 82 derselbe wie der Außendurchmesser des rohrförmigen Rotors 82 an einem beliebigen Abschnitt in der Achsen-O-Richtung.
Der durchschnittliche Innendurchmesser des konischen Stators 100 des konischen Motors 90 ist kleiner eingestellt als der durchschnittliche Innendurchmesser des rohrförmigen Stators 81 des Rohrmotors 80. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die Innenoberfläche des konischen Stators 100 mit einem gleichmäßigen Kegelwinkel in der Achsen-O-Richtung. Der durchschnittliche Innendurchmesser des konischen Stators 100 ist derselbe wie der Innendurchmesser des konischen Stators 100 in der Mitte in der Achsen-O-Richtung. Mit dem rohrförmigen Stator 81 mit einem gleichmäßigen Innendurchmesser in der Achsen-O-Richtung ist der durchschnittliche Innendurchmesser des rohrförmigen Stators 81 derselbe wie der Innendurchmesser des rohrförmigen Stators 81 an einem beliebigen Abschnitt in der Achsen-O-Richtung.
Der durchschnittliche Innendurchmesser des konischen Motors 90 (der durchschnittliche Innendurchmesser des konischen Rotors 130: der Innendurchmesser des konischen Rotors 130 in der Mitte in der Achsen-O-Richtung) ist kleiner eingestellt als der durchschnittliche Innendurchmesser des Rohrmotors 80 (rohrförmigen Rotors 82) (der durchschnittliche Innendurchmesser des rohrförmigen Rotors 82: der Innendurchmesser des rohrförmigen Rotors 82 an einem beliebigen Abschnitt in der Achsen-O-Richtung).
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Innendurchmesser des stromaufwärtigen Endabschnitts der Innenoberfläche des konischen Motors 90 gleich oder kleiner als der Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts der Innenoberfläche des Rohrmotors 80. Das heißt, der Innendurchmesser des stromaufwärtigen Endabschnitts der Innenoberfläche des konischen Motors 90 ist so eingestellt, dass er mit dem stromabwärtigen Endabschnitt der Innenoberfläche des Rohrmotors 80 gleich ist, oder ist so eingestellt, dass er kleiner als der Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts der Innenoberfläche des Rohrmotors 80 ist.
Der durchschnittliche Außendurchmesser des konischen Motors 90 (der durchschnittliche Außendurchmesser des konischen Stators 100: der Außendurchmesser des konischen Stators 100 in der Mitte in der Achsen-O-Richtung) ist kleiner eingestellt als der durchschnittliche Außendurchmesser des Rohrmotors 80 (rohrförmigen Stators 81) (der durchschnittliche Außendurchmesser des rohrförmigen Stators 81: der Außendurchmesser des rohrförmigen Stators 81 an einem beliebigen Abschnitt in der Achsen-O-Richtung).
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Außendurchmesser des stromaufwärtigen Endabschnitts der Außenoberfläche des konischen Motors 90 gleich oder kleiner als der Außendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts der Außenoberfläche des Rohrmotors 80. Insbesondere ist der Außendurchmesser des stromaufwärtigen Endabschnitts der Außenoberfläche des konischen Motors 90 so eingestellt, dass er mit dem Außendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts der Außenoberfläche des Rohrmotors 80 gleich ist, oder ist so eingestellt, dass er kleiner als der Außendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts der Außenoberfläche des Rohrmotors 80 ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist in der vorliegenden Ausführungsform der durchschnittliche Durchmesser des konischen Motors 90, welcher der Motor auf der stromabwärtigen Seite ist, kleiner eingestellt als der durchschnittliche Durchmesser des Rohrmotors 80, welcher der Motor auf der stromaufwärtigen Seite ist. Somit wird eine Anordnungsstruktur erhalten, bei der der konische Motor 90, welcher der Motor auf der stromabwärtigen Seite ist, auf der Innenseite in Radialrichtung stärker verschoben wird als der Rohrmotor 80, welcher der Motor auf der stromaufwärtigen Seite ist.
<Betriebseffekte>
Das Unterwasserfahrzeug 1 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann unter Wasser mit dem Schubapparat 8 angetrieben werden. Insbesondere, wenn der Rohrmotor 80 in dem ersten Hohlraum 50A der Hülle 50 angetrieben wird, dreht sich der erste Propeller 10A, der einstückig an dem rohrförmigen Rotor 82 des Rohrmotors 80 befestigt ist, um die Achse O zu einer Seite in Umfangsrichtung. Infolgedessen wird das Wasser durch die in dem Fließpfad positionierten ersten Laufschaufeln 20A zur stromabwärtigen Seite gepumpt. Wenn der konische Motor 90 gleichzeitig mit dem Antrieb des Rohrmotors 80 angetrieben wird, dreht sich der zweite Propeller 10B, der einstückig an dem konischen Rotor 130 des konischen Motors 90 befestigt ist, um die Achse O zur anderen Seite in Umfangsrichtung. Infolgedessen wird das Wasser durch die im Fließpfad positionierten zweiten Laufschaufeln 20B zur stromabwärtigen Seite gepumpt.
Dann wird die Schubkraft zur stromaufwärtigen Seite an dem ersten Propeller 10A und dem zweiten Propeller 10B als eine durch das Pumpen des Wassers erzeugte Reaktionskraft erzeugt. Die Schubkraft wird von den Innenumfangsringen 11 des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B über den Wasserfilm und das stromaufwärtige Seitendrucklager 42 auf den Schachtabschnitt 3 übertragen. Dadurch wirkt die Schubkraft auf den Schachtabschnitt 3 und den damit verbundenen Fahrzeugkörper 2, wodurch das Unterwasserfahrzeug 1 angetrieben wird.
In dem Antriebsapparat 8 der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 und 3 veranschaulicht, weist die Hülle 50 den Durchmesser auf, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt, und der Schachtabschnitt 3 weist den Durchmesser auf, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Somit weist der zwischen der Hülle 50 und dem Schachtabschnitt 3 ausgebildete Fließpfad eine Form auf, die in Radialrichtung zu der stromabwärtigen Seite verengt ist, was bedeutet, dass der Fließpfadquerschnittsbereich zur
stromabwärtigen Seite abnimmt.
Wenn das Wasser durch die ersten Laufschaufeln 20A und die zweiten Laufschaufeln 20B gepumpt wird, nimmt die Fließgeschwindigkeit des
Wassers zu, was dazu führt, dass das Fließen des Wassers in Radialrichtung an der Innenseite verengt wird. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Fließpfad eine Form auf, die für das Fließen des Wassers geeignet ist, wodurch die Wasserpumpeffizienz verbessert werden kann.
Da die Innenoberfläche der Hülle 50 den Durchmesser aufweist, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt, ist der durchschnittliche Durchmesser des auf der stromabwärtigen Seite positionierten konischen Motors 90 kleiner eingestellt als der durchschnittliche Durchmesser des Rohrmotors 80, der auf der stromaufwärtigen Seite positioniert ist. Somit wird eine Anordnungsstruktur erhalten, bei der der Motor auf der stromabwärtigen Seite mehr auf die Innenseite in Radialrichtung verschoben wird als der Motor auf der stromaufwärtigen Seite.
Wenn eine Vielzahl von Motoren den gleichen durchschnittlichen Außendurchmesser aufweisen, d. h. wenn die Motoren mit demselben Durchmesser einfach nebeneinander in der Achsen-O-Richtung angeordnet sind, ist die Vielzahl von Motoren in der Achsen-O-Richtung angeordnet, um mit der Form der Innenoberfläche der Hülle 50 mit dem abnehmenden Durchmesser in Konflikt zu stehen. In diesem Fall erfordert der Konflikt zwischen der Form der Hülle 50 und der Anordnungsstruktur der Vielzahl von Motoren, dass sich die Hülle 50 an die Anordnungsstruktur der Motoren anpasst. Somit muss die Hülle 50 möglicherweise unerwünscht größer sein.
Im Hinblick darauf weist im vorliegenden Gesichtspunkt, wie vorstehend beschrieben, die Anordnungsstruktur den konischen Rotor 130, welcher der Motor auf der stromabwärtigen Seite ist, mit der Innenseite in Radialrichtung weiter verschoben auf, und die Anordnungsstruktur entspricht der Form der Hülle 50 mit dem abnehmenden Durchmesser. Somit muss die Form der Hülle 50 nicht größer dimensioniert sein, um sich an die Anordnung der Motoren anzupassen, wodurch eine kompakte Konfiguration erreicht werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform weist die Gesamtform der Hülle 50 den Durchmesser allmählich zur stromabwärtigen Seite abnehmend auf und weist somit eine sich verjüngende Form auf, um einen kleineren Durchmesser zur stromabwärtigen Seite aufzuweisen. Gemäß dieser Form der Hülle 50 weist der in der Hülle 50 aufgenommene konische Motor 90 auch eine sich verjüngende Form mit einem zur stromabwärtigen Seite abnehmenden Durchmesser auf. Somit kann der konische Motor 90 als Außenumfangsantriebsvorrichtung entlang der Form der Hülle 50 angeordnet sein. Somit muss die Form der Hülle 50 nicht unerwünscht größer gemäß der Konfiguration des Motors sein, was bedeutet, dass die Hülle 50 als Ganzes eine kompakte Konfiguration aufweisen kann.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, da die Hülle 50 somit eine kompakte Konfiguration aufweist, der Widerstand im Wasser, während das Unterwasserfahrzeug 1 angetrieben wird, klein. Somit kann die Geschwindigkeit des Unterwasserfahrzeugs 1 erhöht werden und die Antriebseffizienz kann verbessert werden.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform die Querschnittsform der Hülle 50 eine Laufschaufelform, wobei die stromaufwärtige Seite der Vorderrand ist und die stromabwärtige Seite der Hinterrand ist, wodurch der Widerstand im Wasser minimiert werden kann. Ferner ist die stürzende Linie des Laufschaufelformquerschnitts der Hülle 50 zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt, wobei die Hülle 50 als Ganzes, welche die Schaufelform bildet, eine sich verjüngende Form aufweist, wobei der Durchmesser zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Somit entspricht die Form der Hülle 50 der Fließrichtung des gepumpten Wassers, wodurch die Pumpeneffizienz weiter verbessert werden kann.
Der in der Hülle 50 angeordnete konische Motor 90 weist eine sich verjüngende Form auf, die der Form der Hülle 50 entspricht, wodurch die schaufelförmige Form der Hülle 50 nicht lästigerweise in Übereinstimmung mit dem konischen Motor 90 vergrößert werden muss. Somit kann die Hülle 50 eine kompakte Form aufweisen, während die Schaufelform beibehalten wird. Somit kann ein Widerstand in Wasser während des Antriebs minimiert werden.
Wenn das Wasser angesaugt wird, neigt der Widerstand in Wasser dazu, sich aufgrund der Druckstörung zwischen den ersten Laufschaufeln 20A des ersten Propellers 10A, die auf der stromaufwärtigen Seite und dem Schachtabschnitt 3 positioniert sind, zu erhöhen. Insbesondere führt eine Konfiguration, bei der die Last über die Gesamtheit des Vorderrands jeder Laufschaufel konzentriert wird, um die Propellereffizienz zu verbessern, zu einem signifikanten Widerstand in Wasser.
Andererseits ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 veranschaulicht, die Lastverteilung auf der Saugseite der ersten Schaufel 20A von einem ausgeglichenen Lasttyp, bei dem die Last in der Achsen-O-Richtung verteilt ist, wobei die Last auf der Innenseite in Radialrichtung klein ist. Somit kann eine Erhöhung des Fluidwiderstands aufgrund der Druckstörung minimiert werden.
Andererseits ist die saugseitige Druckverteilung der zweiten Laufschaufel 20B des zweiten Propellers 10B auf der stromabwärtigen Seite, die wahrscheinlich nicht in die Druckstörung mit dem Schachtabschnitt 3 verwickelt ist, von einem Vorderrandlasttyp, bei dem die Last auf den Vorderrand konzentriert ist, so dass die Propellereffizienz verbessert werden kann.
Wie in 3 veranschaulicht, wird die Schubkraft des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B über das stromaufwärtige Seitendrucklager 42 auf den Schachtabschnitt 3 übertragen. Mit anderen Worten wird die Schubkraft als Last auf das stromaufwärtige Seitendrucklager 42 übertragen. Wenn die Schubkraft groß ist, ist auch die an das stromaufwärtige Seitendrucklager 42 übertragene Last groß, was bedeutet, dass die Last auf dem stromaufwärtigen Seitendrucklager 42 groß ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wirkt, wenn der konische Motor 90 angetrieben wird, die elektromagnetische Kraft in der Richtung
(Spaltenrichtung), auf die der konische Rotor 130 und der konische Stator 100 des konischen Motors 90 weisen. Die elektromagnetische Kraft liegt in einer Richtung zur Außenseite in Radialrichtung und zur stromabwärtigen Seite. Somit wird die Kraft zur stromabwärtigen Seite als Bestandteil der elektromagnetischen Kraft in der Achsen-O-Richtung auf den konischen Rotor 130 ausgeübt.
Somit wirkt auf den konischen Rotor 130 die Kraft, die ihn in Richtung der stromabwärtigen Seite zieht. Infolgedessen wird die Last, die auf das stromaufwärtige Seitendrucklager 42 von dem zweiten Propeller 10B ausgeübt wird, reduziert, wodurch die durch das stromaufwärtige Seitendrucklager 42 erzeugte Schublast reduziert werden kann.
Außerdem kann in der vorliegenden Ausführungsform durch Entkoppeln des in 5 veranschaulichten Kopplungsabschnitts 70 die Hülle 50 in eine Vielzahl von Segmenten (das stromaufwärtige Segment 61, das Zwischensegment 62 und das stromabwärtige Segment 63) unterteilt werden. Somit können der rohrförmige Stator 81 des rohrförmigen Motors 80 und der konische Stator 100 des in 3 veranschaulichten konischen Motors 90 leicht in der Hülle 50 angebracht werden.
Wie in 5 und 6 veranschaulicht, weist der Kopplungsabschnitt 70 eine konvexe gekrümmte Form auf, die von der Außenoberfläche der Hülle 50 vorsteht, und die Querschnittsform entlang der Außenoberfläche der Hülle 50 weist eine Schaufelform auf, wobei die stromaufwärtige Seite der hervorstehende Abschnitt des Vorderrands 70a ist und die stromabwärtige Seite der vorstehende Abschnitt des Hinterrands 70b ist. Somit kann ein Widerstand aufgrund des Kopplungsabschnitts 70, während das Unterwasserfahrzeug 1 angetrieben wird, unterdrückt werden.
Der konische Stator 100 des konischen Motors 90 der vorliegenden Ausführungsform ist in dem zweiten Hohlraum 50B aufgenommen, und zwischen dem Zwischensegment 62 und dem stromabwärtigen Segment 63, das den zweiten Hohlraum 50B definiert, ist nur an dem zweiten Hohlraum 50B des stromabwärtigen Seitensegments 63 befestigt.
Die Kraft zur stromabwärtigen Seite, die ein Bestandteil der elektromagnetischen Kraft ist, wirkt auf den konischen Rotor 130 wie vorstehend beschrieben, während die Kraft zur stromaufwärtigen Seite, die eine Komponente der elektromagnetischen Kraft ist, auf den konischen Stator 100 wirkt, der mit dem konischen Rotor 130 gepaart ist. Somit wirkt die Kraft zur stromaufwärtigen Seite auch auf das stromabwärtige Segment 63, an dem der konische Stator 100 einstückig angebracht ist.
Infolgedessen wird das stromabwärtige Segment 63 durch die Kraft gegen das Zwischensegment 62 gedrückt. Somit können das stromabwärtige Segment 63 und das Zwischensegment 62 unnachgiebiger fest und miteinander integriert sein, und die Befestigungskraft des Kopplungsabschnitts 70, die diese Körper koppelt, kann abgeschwächt werden. Dementsprechend kann ein Befestigungsbolzen mit einem kleineren Durchmesser für den Befestigungsabschnitt verwendet werden, und der Kopplungsabschnitt 70 kann kompakt hergestellt werden, wodurch der Widerstand aufgrund des Kopplungsabschnitts 70 gegen den Wasserstrom weiter reduziert werden kann.
Der konische Stator 100 des konischen Motors 90 weist eine sich verjüngende Form auf, die der Form der Hülle 50 entspricht. Dies trägt dazu bei, dass die Hülle 50 kompakt ist, während sie die Funktion des Stators des Motors bereitstellt.
Wie in 9 veranschaulicht, weisen die Spulenschichten 120, welche die jeweiligen Schichten der Spule 110 bilden, eine Konfiguration auf, die der Außenoberfläche der Zähne 106 entspricht, d. h. eine rechteckige ringförmige Form mit einem Abstand in der Umfangsrichtung, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt, wodurch die Spule 110 mit einer hohen Dichte relativ zu den Zähnen 106 angeordnet werden kann.
Außerdem sind, wie in 8 veranschaulicht, die Spulenschichten 120, welche die jeweiligen Schichten der Spule 110 bilden, zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt, gemäß der konischen Form der Zähne 106. Somit kann die Spule 110 mit einer hohen Dichte relativ zu dem Statorkern 101 des konischen Stators 100 angeordnet sein.
Die Stellungen des stromaufwärtigen Seitenendabschnitts und des stromabwärtigen Seitenendabschnitts der Spulenenden 111 in der Achsen-O-Richtung sind die gleichen unter den Spulenschichten 120, wobei die Spule 110 mit einer kompakten Abmessung in der Achsen-O-Richtung mit hoher Dichte angeordnet sein kann.
Wenn die Spulenschichten 120, die unter Verwendung der rechteckigen Kupferdrähte mit derselben Querschnittsform gebildet werden, ohne die übereinstimmenden Stellungen der Endabschnitte der Spulen 110 gestapelt werden, wird zwischen den Spulenschichten 120 und den Zähnen 106 in der Achsen-O-Richtung ein Spalt gebildet. In diesem Fall ist die Menge der Fehlstellen des Magnetflusses groß, und somit wird die Motoreffizienz beeinträchtigt. In der vorliegenden Ausführungsform können die Spulenschichten 120 mit hoher Dichte mit dem Spalt zwischen den Spulenschichten 120 und den Zähnen 106 angeordnet sein. Somit kann die Motoreffizienz verbessert werden.
Darüber hinaus kann die Spule 110 als Ganzes eine kürzere Länge aufweisen, wodurch der Kupferverlust der Spule 110 reduziert werden kann, sodass die Effizienz des Motors verbessert werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der stromaufwärtige Endabschnitt der Spulenschicht 120, der jede Schicht der Spule 110 bildet, konfiguriert, um parallel zu der Achse O gebogen zu werden. Somit kann der Spalt zwischen dem rechteckigen Kupferdraht und den Zähnen 106 am Spulenende 111 minimiert werden, während die Dichte der Schichten am Spulenende 111 erhöht wird.
Der konische Rotor 130 des konischen Motors 90 weist eine sich verjüngende Form auf, die der konischen Form der Hülle 50 entspricht. Dies trägt dazu bei, dass die Hülle 50 kompakt ist, während die Funktion des Rotors des Motors bereitgestellt wird.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten 140 senkrecht zu der Rotoraußenoberfläche 133 des konischen Rotors 130, anstatt einfach in Radialrichtung zu sein. Mit anderen Worten stimmt die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete 140 mit der Richtung überein, auf die der Rotor und der Stator weisen. Somit kann der Beitrag des Permanentmagneten 140 zum Drehmoment maximiert werden, wodurch das Drehmoment des konischen Motors 90 verbessert werden kann.
Die elektromagnetische Kraft zur Außenseite in Radialrichtung und stromabwärtigen Seite wirkt auf den Rotorkern 131 des konischen Motors 90. In Anbetracht dessen wird der Rotorkern 131 in der vorliegenden Ausführungsform von der zweiten Halteplatte 150 von der stromabwärtigen Seite gehalten und kann somit daran gehindert werden, auf die stromabwärtige Seite herunterzufallen.
Die Dicke des stromabwärtigen Endes des Außenumfangsrings 30 des zweiten Propellers 10B in Radialrichtung ist gering. Somit könnte es schwierig sein, ein Bolzenloch 36 in einem Abschnitt des stromabwärtigen Endes des Außenumfangsrings 30 auszubilden. Die Ausbildung des Bolzenlochs 36 trotz dieser Schwierigkeit führt zu einer unzureichenden Widerstandskraft des Außenumfangsrings 30 und ist somit nicht bevorzugt. Andererseits ist in der vorliegenden Ausführungsform der eingekerbte Abschnitt 135, der einen Teil der Außenoberfläche des Haltebolzens 151 aufnimmt, in dem Rotor ausgebildet. Somit wird der Haltebolzen 151 eingeführt, um in den eingekerbten Abschnitt 135 eingeführt zu werden. Ein Teil der Last von dem Haltebolzen 151 kann durch den eingekerbten Abschnitt 135 aufgenommen werden. Somit kann der Haltebolzen 151 in Bezug auf den Außenumfangsring 30 entsprechend fixiert werden, wodurch der Rotorkern 131 durch die zweite Halteplatte 150 effektiver am Herunterfallen gehindert werden kann.
Die Bewegung des Rotorkerns 131 relativ zum Außenumfangsring 30 in Umfangsrichtung kann durch den eingekerbten Abschnitt 135 begrenzt werden. Somit kann verhindert werden, dass der Rotorkern 131 in Umfangsrichtung unerwünscht verschoben wird, und der Rotorkern 131 und der Außenumfangsring 30 können unnachgiebiger miteinander befestigt sein.
Der eingekerbte Abschnitt 135 ist in einem Abschnitt zwischen den angrenzenden der Permanentmagnete 140 im Rotorkern 131 ausgebildet. Wenn der eingekerbte Abschnitt 135 in einem Abschnitt auf der Außenseite in Radialrichtung des Permanentmagneten 140 ausgebildet ist, wird ein Durchgang eines magnetischen Flusses durch den Rotorkern 131 behindert, was zu einer Erhöhung des magnetischen Widerstands führt. Mit dem eingekerbten Abschnitt 135, der zwischen den angrenzenden Permanentmagneten 140 wie in der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet ist, kann die Aushöhlung des magnetischen Pfads des Rotorkerns 131 minimiert werden, wodurch die Erhöhung des magnetischen Widerstands unterdrückt werden kann.
<Weitere Ausführungsformen>
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend beschrieben, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann je nach Bedarf innerhalb eines Bereichs modifiziert werden, der nicht von dem technischen Gedanken der Erfindung abweicht.
In der Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem nur der Motor, der den zweiten Propeller 10B der beiden Propeller, der erste Propeller 10A und der zweite Propeller 10B, antreibt, der konische Motor 90 ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Insbesondere reicht es aus, wenn die gleiche Anzahl von Motoren vorgesehen ist wie die Anzahl einer Vielzahl von Propellern, um den jeweiligen Propellern zu entsprechen. Die Motoren können jeweils einen Rohrtyp oder einen konischen Typ aufweisen.
Wenn die Vielzahl von Motoren drei oder mehr Motoren sind, die nebeneinander in der Achsen-O-Richtung angeordnet sind, kann die Anordnungsstruktur derart sein, dass der durchschnittliche Motordurchmesser zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Mit anderen Worten kann jede Anordnungsstruktur verwendet werden, solange der mehr auf der stromabwärtigen Seite positionierte Motor auf der Innenseite in Radialrichtung verschoben wird.
Der Außendurchmesser des stromaufwärtigen Seitenendabschnitts des Rotors des Motors auf der stromabwärtigen Seite kann größer sein als der Außendurchmesser des stromabwärtigen Seitenendabschnitts des Rotors des Motors auf der stromaufwärtigen Seite. Auch in diesem Fall genügt es, wenn der durchschnittliche Außendurchmesser des Rotors des Motors auf der stromabwärtigen Seite kleiner ist als der durchschnittliche Außendurchmesser des Rotors des Motors auf der stromaufwärtigen Seite. Auch bei dieser Konfiguration kann eine Anordnungsstruktur erreicht werden, bei der der motorseitige Motor auf der Innenseite in Radialrichtung stärker verschoben wird als der Motor auf der stromaufwärtigen Seite.
Der Innendurchmesser des stromaufwärtigen Seitenendabschnitts des Stators des Motors auf der stromabwärtigen Seite kann größer sein als der Innendurchmesser des stromabwärtigen Seitenendabschnitts des Stators des Motors auf der stromaufwärtigen Seite. Auch in diesem Fall genügt es, wenn der durchschnittliche Innendurchmesser des Stators des Motors auf der stromabwärtigen Seite kleiner ist als der durchschnittliche Innendurchmesser des Stators des Motors auf der stromaufwärtigen Seite. Auch bei dieser Konfiguration kann eine Anordnungsstruktur erreicht werden, bei der der motorseitige Motor auf der Innenseite in Radialrichtung stärker verschoben wird als der Motor auf der stromaufwärtigen Seite.
Der Durchmesser (Innendurchmesser, Außendurchmesser) des stromaufwärtigen Seitenendabschnitts des Motors auf der stromabwärtigen Seite kann größer sein als der Durchmesser (Innendurchmesser, Außendurchmesser) des stromabwärtigen Seitenendabschnitts des Motors auf der stromaufwärtigen Seite. Auch in diesem Fall genügt es, wenn der durchschnittliche Durchmesser (der durchschnittliche Innendurchmesser, der durchschnittliche Außendurchmesser) des Motors auf der stromabwärtigen Seite kleiner ist als der durchschnittliche Durchmesser (der durchschnittliche Innendurchmesser, der durchschnittliche Außendurchmesser) des Motors auf der stromaufwärtigen Seite. Auch bei dieser Konfiguration kann eine Anordnungsstruktur erreicht werden, bei der der motorseitige Motor auf der Innenseite in Radialrichtung stärker verschoben wird als der Motor auf der stromaufwärtigen Seite.
In der Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Querschnittsform der Hülle 50 eine Laufschaufelform aufweist. Die Laufschaufelform sollte jedoch nicht in einem einschränkenden Sinne ausgelegt werden. Die Querschnittsform der Hülle 50 ist vorzugsweise eine Stromlinienform, kann aber andere Formen wie beispielsweise eine rechteckige Form aufweisen. Auch in diesem Fall ist bei der Hülle 50 mit dem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt, ein Fließpfad mit einem zur stromabwärtigen Seite abnehmenden Fließpfadquerschnittsbereich definiert und ausgebildet.
Die Hülle 50 kann eine beliebige Form aufweisen, solange die Hülleninnenoberfläche 51 einen Durchmesser aufweist, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Mit anderen Worten muss die Form der Hüllenaußenoberfläche 52 keinen Durchmesser aufweisen, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt.
In der Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Hülle 50 gemäß der Anzahl von Motoren in drei Segmente geteilt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der die Hülle 50 in der Achsen-O-Richtung mit dem Außenumfangsring 30 des Propellers und dem dazwischen angeordneten Motor geteilt wird. Darüber hinaus kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der die Hülle 50 in der Achsen-O-Richtung in vier oder mehr Segmente unterteilt ist, wobei der Außenumfangsring 30 des Propellers und der Motor zwischen benachbarten der Segmente angeordnet sind.
In der Ausführungsform wird eine Konfiguration beschrieben, bei der der konische Stator 100 des konischen Motors 90 nur an dem stromabwärtigen Segment 63, außerhalb des Zwischensegments 62 und des stromabwärtigen Segments 63, befestigt ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der konische Stator 100 muss nicht nur am stromabwärtigen Segment 63 befestigt sein, sondern kann auch an dem Zwischensegment 62 befestigt sein. Somit kann der Stator des Motors an beiden benachbarten Segmenten befestigt sein.
Bevorzugter kann der konische Stator 100 nur an dem stromabwärtigen Seitensegment der benachbarten Segmente befestigt sein. Bei dieser Konfiguration können, wie in der Ausführungsform, die benachbarten Segmente in der Achsen-O-Richtung unnachgiebiger befestigt sein, und der Kopplungsabschnitt 70 kann kompakt hergestellt werden.
In der Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem außerhalb der Spulenenden 111 auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite nur das Spulenende 111 auf der stromaufwärtigen Seite parallel zur Achse O gebogen ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und als eine erste Weiterbildung können beispielsweise beide Spulenenden 111 auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite eine Form aufweisen, die parallel zur Achse O gebogen ist, wie in 12 veranschaulicht. Außerdem kann als eine zweite Weiterbildung, wie in 13 veranschaulicht, eine Form verwendet werden, bei der nur das Spulenende 111 auf der stromabwärtigen Seite in der Achsen-O-Richtung gebogen ist. Auch bei diesen Konfigurationen können Betriebseffekte wie in der Ausführungsform erhalten werden.
Außerdem wird in der Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem die erfindungsgemäße Fluidmaschine auf den Schubapparat 8 des Unterwasserfahrzeugs 1 angewendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und zum Beispiel kann die Fluidmaschine auf den Schubapparat 8 eines Schiffes oder dergleichen angewendet werden, das sich auf Wasser fortbewegt.
Die erfindungsgemäße Fluidmaschine ist nicht auf den Schubapparat 8 beschränkt und kann auf andere unter Wasser verwendete Fluidmaschinen wie eine Pumpe angewendet werden. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Fluidmaschine beschränkt, die Wasser pumpt, und kann auf eine Fluidmaschine angewendet werden, die andere Flüssigkeitsarten wie Öl pumpt.
Anmerkungen
Der Schubapparat (Fluidmaschine) 8 und das Unterwasserfahrzeug 1, die in den einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, sind zum Beispiel wie folgt ausgelegt.
(1) Eine Fluidmaschine gemäß einem ersten Gesichtspunkt schließt Folgendes ein: einen Schachtabschnitt 3, der sich in einer Achsen-O-Richtung erstreckt; eine Hülle 50, die bereitgestellt ist, um den Schachtnabschnitt 3 zu umgeben und eine Innenfläche mit einem Durchmesser aufweist, der von einer stromaufwärtigen Seite auf einer Seite in der Achsen-O-Richtung zu einer stromabwärtigen Seite auf einer anderen Seite in der Achsen-O-Richtung abnimmt, wobei ein Fließpfad zwischen der Hülle 50 und dem Schachtabschnitt 3 ausgebildet ist und einen Fließpfadquerschnittsbereich aufweist, die zur stromabwärtigen Seite abnimmt; einen Propeller, der drehbar um die Achse O zwischen dem Schachtabschnitt 3 und der Hülle 50 bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um ein Fluid von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite zu pumpen; einen Motor, der so bereitgestellt ist, dass er dem Propeller entspricht, und einen Rotor mit einer ringförmigen Form, der an einem Außenumfangsabschnitt des Propellers befestigt ist und in der Hülle 50 aufgenommen ist, und einen Stator mit einer ringförmigen Form einschließt, der den Rotor umgibt und in der Hülle 50 befestigt ist, in der eine Vielzahl der Propeller so bereitgestellt ist, dass sie in Achsen-O-Richtung voneinander beabstandet sind, die Motoren in gleicher Anzahl wie die Propeller bereitgestellt sind, um jedem der Propeller zu entsprechen, und von einer Vielzahl von Motoren der Rotor des Motors, der mehr auf der stromabwärtigen Seite positioniert ist, einen durchschnittlich kleineren Außendurchmesser aufweist
Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration weist die Innenoberfläche der Hülle 50 den Durchmesser auf, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt, und der Fließpfadquerschnittsbereich des Fließpfads auf der Innenseite nimmt zur stromabwärtigen Seite hin ab, wodurch die Pumpeffizienz eines Fluids verbessert werden kann.
Da die Innenoberfläche der Hülle 50 den Durchmesser aufweist, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt, nimmt der durchschnittliche Außendurchmesser der Rotoren der Vielzahl von Motoren zur stromabwärtigen Seite ab. Somit wird eine Anordnungsstruktur erhalten, bei der der Motor auf der stromabwärtigen Seite mehr auf die Innenseite in Radialrichtung verschoben wird.
Wenn eine Vielzahl von Motoren den gleichen durchschnittlichen Außendurchmesser aufweist, sind die Motoren nebeneinander angeordnet, wobei ihre Stellung in Radialrichtung gleich sind, bezogen auf die Form der Innenoberfläche der Hülle 50 mit dem abnehmenden Durchmesser. In diesem Fall muss aufgrund des Konflikts zwischen der Form der Hülle 50 und der Anordnungsstruktur der Vielzahl von Motoren die Hülle 50 der Anordnungsstruktur der Motoren entsprechen, was zu einer Vergrößerung der Hülle 50 führt.
Im Hinblick darauf weist im vorliegenden Gesichtspunkt, wie vorstehend beschrieben, die Anordnungsstruktur auf der stromabwärtigen Seite den Motor auf der Innenseite in Radialrichtung weiter verschoben auf, sodass die Anordnungsstruktur mit dem abnehmenden Durchmesser der Form der Hülle 50 entspricht. Somit muss die Form der Hülle 50 nicht größer dimensioniert sein, um sich an die Anordnung der Motoren anzupassen, wodurch eine kompakte Konfiguration erreicht werden kann.
(2) Eine Fluidmaschine gemäß einem zweiten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (1), bei der, von in der Achsrichtung angrenzender Motoren, ein Innendurchmesser des Stators des Motors, der auf der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, kleiner ist als ein durchschnittlicher Innendurchmesser des Stators des auf der stromaufwärtigen Seite positionierten Motors, und ein durchschnittlicher Außendurchmesser des Rotors des auf der stromabwärtigen Seite positionierten Motors kleiner als ein durchschnittlicher Außendurchmesser des Rotors des auf der stromaufwärtigen Seite positionierten Motors ist.
Infolgedessen entsprechen der Innendurchmesser und der Außendurchmesser einer Motorgruppe, die mehrere Motoren einschließt, der Form der Hülle 50 mit dem abnehmenden Durchmesser. Somit kann die Hülle 50 kompakter hergestellt werden.
(3) Eine Fluidmaschine gemäß einem dritten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (1) oder (2), bei der die Hülle 50 eine Querschnittsform aufweist, die senkrecht zu der Achse O ist, mit einer Schaufelform mit einem Endabschnitt auf der stromaufwärtigen Seite, der einem Vorderrand entspricht, und einem Endabschnitt auf der stromabwärtigen Seite, der einem Hinterrand entspricht.
Die Querschnittsform der Hülle 50 weist eine Schaufelform auf, wodurch der Widerstand aufgrund eines Wasserstroms minimiert werden kann, wenn die Fluidmaschine unter Wasser angeordnet ist. Es wird eine Form erreicht, die sich an die Fließrichtung des vom Propeller gepumpten Fluids anpasst, wodurch die Pumpeneffizienz weiter verbessert werden kann. Andererseits muss die Form der Hülle 50, um die Schaufelform während der Aufnahme der Vielzahl von Motoren innerhalb der Vielzahl von Motoren aufrechtzuerhalten, mehr als erforderlich so vergrößert sein, dass sie der Anordnungsstruktur der Vielzahl von Motoren entspricht. Angesichts dessen entspricht im vorliegenden Gesichtspunkt die Anordnungsstruktur der Vielzahl von Motoren der Form der Hülle 50, wodurch die Größe der Hülle 50 reduziert werden kann.
(4) Eine Fluidmaschine gemäß einem vierten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß einem von (1) bis (3), bei der zwei der Propeller in der Achsrichtung bereitgestellt sind, wobei die zwei Propeller zueinander entgegengesetzte Rotationsrichtungen aufweisen, wobei jeder der Propeller eine Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Laufschaufeln einschließt, wobei eine saugseitige Druckverteilung der Laufschaufel des Propellers auf der stromabwärtigen Seite von einem Vorderrandlasttyp mit einer auf einem Vorderrand konzentrierten Last ist, und eine saugseitige Druckverteilung der Laufschaufel des Propellers auf der stromaufwärtigen Seite von einem ausgeglichenen Lasttyp ist, mit einer Last, die in der Achsen-O-Richtung stärker verteilt ist als in der saugseitigen Druckverteilung der Laufschaufel auf der stromabwärtigen Seite, wobei eine Last auf einer Innenseite in Radialrichtung kleiner ist.
Hier neigt der Fluidwiderstand zwischen der Laufschaufel auf der stromaufwärtigen Seite und dem Schachtabschnitt 3 dazu, sich aufgrund von Druckstörung im Ansaugen von Wasser zu erhöhen. Insbesondere macht eine Konfiguration, bei der die Last über die Gesamtheit des Vorderrands der Laufschaufel konzentriert ist, um die Propellereffizienz zu verbessern, diese Tendenz signifikant. Im vorliegenden Gesichtspunkt ist die saugseitige Druckverteilung der Laufschaufel auf der stromaufwärtigen Seite von einem ausgeglichenen Lasttyp, und somit kann eine Erhöhung des Fluidwiderstands aufgrund der Druckstörung minimiert werden. Andererseits ist die saugseitige Druckverteilung der Laufschaufel auf der stromabwärtigen Seite von einem Vorderrandlasttyp, bei dem die Last auf den Vorderrand konzentriert ist, sodass die Propellereffizienz verbessert werden kann.
(5) Eine Fluidmaschine gemäß einem fünften Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß einem von (1) bis (4), bei der der Propeller einen Innenumfangsring 11 einschließt, der über einen Freiraum an einer Außenumfangsseite des Schachtabschnitts 3 angebracht ist, und die Fluidmaschine schließt ferner Folgendes ein: ein Drucklager, das an dem Schachtabschnitt 3 befestigt ist und der stromaufwärtigen Seite des Innenumfangsrings 11 vollständig über eine Umfangsrichtung zugewandt ist; und eine Strebe 78, die die Hülle 50 relativ zum Schachtabschnitt 3 trägt.
Beim Drehen des Propellers wird eine Last auf den Propeller selbst in Richtung der stromaufwärtigen Seite als eine durch Pumpen eines Fluids erzeugte Reaktionskraft aufgebracht. Die Last des Propellers wird durch das Drucklager getragen. Beim Antreiben des konischen Motors wirkt die elektromagnetische Kraft zur Außenseite in Radialrichtung und die stromabwärtige Seite wirkt auf den konischen Rotor 130. Somit wirkt auf den konischen Rotor 130 die Kraft, um ihn in Richtung der stromabwärtigen Seite zu ziehen. Dadurch wird die auf das Drucklager vom Propeller aufgebrachte Last reduziert, wodurch die Schublast reduziert werden kann.
(6) Eine Fluidmaschine gemäß einem sechsten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß einem von (1) bis (5), bei der die Hülle 50 eine Vielzahl von Segmenten einschließt, die in eine Vielzahl von Teilen in der Achsen-O-Richtung geteilt sind, und die Fluidmaschine schließt ferner einen Kopplungsabschnitt 70 ein, der die Vielzahl von Segmenten in der Achsen-O-Richtung koppelt.
Durch das Entkoppeln des Kopplungsabschnitts 70 kann die Hülle 50 in eine Vielzahl von Segmenten getrennt werden. Dies ermöglicht es, den Rotor und den Stator der Motoren in der Hülle 50 zu befestigen.
(7) Eine Fluidmaschine gemäß einem siebten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (6), bei der der Kopplungsabschnitt 70 eine konvexe gekrümmte Form aufweist, die von einer Außenoberfläche der Hülle 50 vorsteht, und eine Querschnittsform entlang der Außenoberfläche der Hülle 50 eine Schaufelform aufweist, wobei die stromaufwärtige Seite ein Vorderrand ist und die stromabwärtige Seite ein Hinterrand ist.
Somit kann ein Widerstand aufgrund des Kopplungsabschnitts 70 unterdrückt werden, wenn Wasser auf der Außenoberfläche der Hülle 50 strömt.
(8) Eine Fluidmaschine gemäß einem achten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß einem von (1) bis (7), bei der mindestens einer der Vielzahl von Motoren ein konischer Motor 90 ist, in dem der Rotor und der Stator einen Durchmesser aufweisen, der von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite abnimmt.
Durch Verwenden des konischen Motors 90 mit dem Rotor und dem Stator mit einem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite wie der Motor abnimmt, kann die Form der einzelnen Motoren der Form der Hülle 50 entsprechen. Somit muss die Form der Hülle 50 nicht größer dimensioniert sein, um mit der Konfiguration der Motoren übereinzustimmen, wodurch eine kompakte Konfiguration erreicht werden kann.
(9) Eine Fluidmaschine gemäß einem neunten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (8), bei der der Stator Folgendes einschließt: einen Statorkern 101 einschließlich eines Rückjochs 104, das eine ringförmige Form um die Achse 0 bildet und einen Durchmesser aufweist, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt, und eine Vielzahl von Zähnen 106, die von einer Innenoberfläche des Rückjochs 104 zur Innenseite in Radialrichtung vorstehen, die sich in einer Umfangsrichtung vollständig über die Achsen-O-Richtung erstrecken, und eine Dicke in der Umfangsrichtung aufweisen, die mit einem abnehmenden Durchmesser zur stromabwärtigen Seite abnimmt; und eine Vielzahl von Spulen 110, die vorgesehen sind, um eine Außenoberfläche jedes der Zähne 106 zu umgeben.
Infolgedessen kann die Konfiguration des Stators eine konische Form aufweisen, die der Form der Hülle 50 mit dem abnehmenden Durchmesser entspricht.
(10) Eine Fluidmaschine gemäß einem zehnten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (9), wobei jede der Spulen 110 einen rechteckigen Kupferdraht mit einer flachen Form mit einer Vielzahl von Schichten aufweist, die in Radialrichtung um die Zähne 106 gestapelt sind, und jede Schicht der Spule 110 weist eine rechteckige Form mit einem Abstand in der Umfangsrichtung auf, der in Radialrichtung betrachtet zur stromabwärtigen Seite abnimmt.
Durch Konfigurieren der Form der jeweiligen Schichten der Spule 110, die den Zähnen 106 entsprechen, kann die Spule 110 mit einer hohen Dichte relativ zu den Zähnen 106 angeordnet sein.
(11) Eine Fluidmaschine gemäß einem elften Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (10), bei der jede Schicht der Spule 110 zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt ist.
Infolgedessen kann die Spule 110 effizient angeordnet werden, die sich in Bezug auf die Zähne 106 in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite zur Innenseite erstreckt.
(12) Eine Fluidmaschine gemäß einem zwölften Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (11), bei der die Spule 110 Achsen-O-Richtungsstellungen eines Endabschnitts eines Spulenendes 111 in der Achse O aufweist, die in jeder Schicht einander entsprechen.
Mit dieser Konfiguration kann die Spule 110 mit einer hohen Dichte mit einer kompakten Abmessung in der Achsen-O-Richtung angeordnet sein. Da die Spule 110 als Ganzes eine kürzere Länge aufweist, kann die Effizienz des Motors verbessert werden.
(13) Eine Fluidmaschine gemäß einem dreizehnten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (12), bei der ein Abschnitt jeder Schicht der Spule 110, die das Spulenende 111 bildet, parallel zu der Achse O gebogen ist.
Somit kann der Spalt zwischen dem rechteckigen Kupferdraht und den Zähnen 106 am Spulenende 111 minimiert werden, während die Dichte der Schichten am Spulenende 111 erhöht wird.
(14) Eine Fluidmaschine gemäß einem vierzehnten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß einem von (8) bis (13), bei der der Rotor Folgendes einschließt: einen Rotorkern 131, der eine röhrenförmige Form um die Achse O bildet und einen Durchmesser aufweist, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt; und eine Vielzahl von Permanentmagneten 140, die in einem Abstand vom Rotorkern 131 in einer Umfangsrichtung bereitgestellt sind und sich vollständig über die Achsen-O-Richtung erstrecken, und die Permanentmagneten 140 sich erstrecken, um zu einer Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt zu sein und eine Breite in Umfangsrichtung aufweisen, die zur stromabwärtigen Seite abnimmt.
Infolgedessen kann die Konfiguration des Rotors eine konische Form aufweisen, die der Form der Hülle 50 mit dem abnehmenden Durchmesser entspricht.
(15) Eine Fluidmaschine gemäß einem fünfzehnten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (14), bei der eine Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete 140 senkrecht zu einer Außenoberfläche des Rotors ist.
Die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten 140 entspricht der Richtung, auf die der Rotor und der Stator weisen, anstatt einfach in Radialrichtung zu liegen, wodurch das Drehmoment des Motors verbessert werden kann.
(16) Eine Fluidmaschine gemäß einem sechzehnten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (14) oder (15), bei der der Propeller ferner einen Außenumfangsring 30 einschließt, der eine ringförmige Form aufweist, die den Außenumfangsabschnitt des Propellers bildet, der Rotorkern 131 ist an einer Außenoberfläche des Außenumfangsrings 30 angebracht, und die Fluidmaschine schließt ferner Folgendes ein: eine Halteplatte, die mit Endabschnitten des Außenumfangsrings 30 und des Rotorkerns 131 auf der stromabwärtigen Seite in Kontakt steht; und einen Haltebolzen 151, der durch die Halteplatte in der Achsen-O-Richtung bereitgestellt ist und die Halteplatte an dem Außenumfangsring 30 befestigt.
Die elektromagnetische Kraft in Richtung der Außenseite in Radialrichtung und die stromabwärtige Seite wirkt auf den Rotorkern 131 des konischen Motors 90. Im Hinblick darauf wird der Rotorkern 131 durch die Halteplatte von der stromabwärtigen Seite gehalten und verhindert somit das Herunterfallen.
(17) Eine Fluidmaschine gemäß einem siebzehnten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (16), bei der der Außenumfangsring 30 eine Dicke in der Radialrichtung aufweist, die zur stromabwärtigen Seite abnimmt, und ein eingekerbter Abschnitt 135 in einem Abschnitt zwischen angrenzenden der Permanentmagnete 140 an einem Endabschnitt des Rotorkerns 131 auf der stromabwärtigen Seite ausgebildet ist, wobei der eingekerbte Abschnitt 135 einen Teil einer Außenoberfläche des Haltebolzens 151 aufnimmt, der in die Halteplatte eingeführt ist.
Die Dicke des stromabwärtigen Endes des Außenumfangsrings 30 in Radialrichtung ist gering. Somit kann das Bolzenloch 36 in einem Abschnitt des stromabwärtigen Endes des Außenumfangsrings 30 je nach Durchmesser des Bolzens nicht ausgebildet werden. Andererseits ist der eingekerbte Abschnitt 135, der einen Teil der Außenoberfläche des Haltebolzens 151 aufnimmt, im Rotor ausgebildet. Somit ist ein Einlegen des Haltebolzens 151 möglich, so dass der Haltebolzen 151 in Bezug auf den Außenumfangsring 30 angemessen fixiert werden kann.
Die Bewegung des Rotorkerns 131 relativ zum Außenumfangsring 30 in Umfangsrichtung kann durch den eingekerbten Abschnitt 135 begrenzt werden.
Außerdem kann mit dem in einem Abschnitt zwischen den Permanentmagneten 140 im Rotorkern 131 ausgebildeten eingekerbten Abschnitt 135 eine Aushöhlung des magnetischen Pfads des Rotorkerns 131 minimiert werden, wodurch die Erhöhung des magnetischen Widerstands unterdrückt werden kann.
(18) Ein Unterwasserfahrzeug 1 gemäß einem achtzehnten Gesichtspunkt schließt Folgendes ein: einen Fahrzeugkörper 2; und Schubapparat 8, der an dem Fahrzeugkörper 2 vorgesehen ist, wobei der Schubapparat 8 die in einem von (1) bis (17) beschriebene Fluidmaschine ist.
Mit einem solchen Unterwasserfahrzeug 1 kann die Antriebsvorrichtung 8 kompakt hergestellt werden, während die Schubeffizienz verbessert ist.
Bezugszeichenliste

1: Unterwasserfahrzeug
2: Fahrzeugkörper
3: Schachtabschnitt
3a: Schachtnaußenoberfläche
5: Aufnahmerille
5a: Rillenbodenoberfläche
5b: Rillen-stromaufwärtige Seitenoberfläche
5c: Rillen-stromabwärtige Seitenoberfläche
8: Schubapparat (Fluidmaschine)
10A: Erster Propeller (Propeller)
10B: Zweiter Propeller (Propeller)
11: Innenumfangsring
12: Ringinnenoberfläche
13: Stromaufwärtige Endoberfläche
14: Stromabwärtige Endoberfläche
15: Außenumfangsfließpfadoberfläche
20A: Erste Laufschaufel (Laufschaufel)
20B: Zweite Laufschaufel (Laufschaufel)
30: Außenumfangsring
31: Innenumfangsfließpfadoberfläche
32: Zylindrische Fixierungobersfläche
33: Konische Fixierungsoberfläche
34: Halteabschnitt
35: Stromabwärtige Endoberfläche
36: Bolzenloch
40: Lagerabschnitt
41: Radiallager
42: Stromaufwärtsseitiges Drucklager
43: Stromabwärtsseitiges Drucklager
50: Hülle
50A: Erster Hohlraum
50B: Zweiter Hohlraum
51: Hülleninnenoberfläche
52: Hüllenaußenoberfläche
53: Hüllenvorderrand
54: Hüllehinterrand
56: Zylindrischer Fixierungsvertiefungsabschnitt
57: Konischer Fixierungsvertiefungsabschnitt
61: Stromaufwärtiges Segment (Segment)
62: Zwischensegment (Segment)
63: Stromabwärtiges Segment Segment)
70: Kopplungsabschnitt
70a: Vorstehender Abschnitt des Vorderrands
70b: Vorstehender Abschnitt des Hinterrands
71: Stromaufwärtiger vorstehender Abschnitt
71a: Bolzenfixierungsloch
72: Vorstehender Zwischenabschnitt
72a: Bolzendurchgangsloch
73: Stromabwärtiger vorstehender Abschnitt
73a: Bolzenvertiefungsabschnitt
73b: Bolzeneinlegeloch
74: Kopplungsbolzen
75: Füllabschnitt
78: Strebe
80: Rohrmotor (Motor)
81: Rohrförmiger Stator
82: Rohrförmiger Rotor
83: Erste Halteplatte
90: Konischer Motor (Motor)
100: Konischer Stator (Stator)
101: Statorkern
102: Statoraußenoberfläche
103: Statorinnenoberfläche
104: Rückjoch
106: Zähne
107: Zähnekörper
108: Distaler Zähneendabschnitt
110: Spule
111: Spulenende
112: Spulenhauptabschnitt
120: Spulenschicht
121: Stromaufwärtiges Teil
122: Stromabwärtiges Teil
123: Seitenteil
130: Konischer Rotor (Rotor)
131: Rotorkern
132: Rotorinnenoberfläche
133: Rotoraußenoberfläche
134: Einlegeloch
135: Eingekerbter Abschnitt
140: Permanentmagnet
141: Magnetaußenoberfläche
142: Magnetinnenoberfläche
143: Magnetseitenoberfläche
144: Magnet-stromaufwärtige Oberfläche
145: Magnet-stromabwärtige Oberfläche
150: Zweite Halteplatte
150a: Bolzenanschlagloch
151: Haltebolzen
0: Achse
R1: Durchschnittlicher Außendurchmesser des Rotors des Motors auf stromaufwärtiger Seite
R2: Durchschnittlicher Außendurchmesser des Rotors des Motors auf stromabwärtiger Seite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8074592 [0004]

Claims

Fluidmaschine, umfassend: einen Schachtabschnitt, der sich in einer Achsenrichtung erstreckt; eine Hülle, die bereitgestellt ist, um den Schachtabschnitt zu umgeben und eine Innenoberfläche mit einem Durchmesser aufweist, der von einer stromaufwärtigen Seite auf einer Seite in Achsrichtung zu einer stromabwärtigen Seite auf einer anderen Seite in Achsrichtung abnimmt, wobei ein Fließpfad zwischen der Hülle und dem Schachtabschnitt ausgebildet ist und einen Fließpfadquerschnittsbereich aufweist, die zur stromabwärtigen Seite abnimmt, einen Propeller, der drehbar um eine Achse zwischen dem Schachtabschnitt und der Hülle bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um ein Fluid von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite zu pumpen; und einen Motor, der so bereitgestellt ist, dass er dem Propeller entspricht, und einen Rotor einschließt, der eine ringförmige Form aufweist, die an einem Außenumfangsabschnitt des Propellers befestigt ist und in der Hülle untergebracht ist und einen Stator mit einer ringförmigen Form aufweist, die den Rotor umgibt und in der Hülle befestigt ist, wobei eine Vielzahl der Propeller ist so bereitgestellt, dass sie in Achsrichtung voneinander beabstandet sind, die Motoren in gleicher Anzahl wie die Propeller bereitgestellt sind, um jedem der Propeller zu entsprechen, und von einer Vielzahl der Motoren der Rotor des Motors, der mehr auf der stromabwärtigen Seite positioniert ist, einen kleineren durchschnittlichen Außendurchmesser aufweist.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 1, wobei von den in der Achsrichtung aneinander angrenzenden Motoren ein durchschnittlicher Innendurchmesser des Stators des auf der stromabwärtigen Seite positionierten Motors kleiner ist als ein durchschnittlicher Innendurchmesser des Stators des auf der stromaufwärtigen Seite positionierten Motors, und ein durchschnittlicher Außendurchmesser des Rotors des auf der stromabwärtigen Seite positionierten Motors kleiner als ein durchschnittlicher Außendurchmesser des Rotors des auf der stromaufwärtigen Seite positionierten Motors ist.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Hülle eine zur Achse senkrecht verlaufende Querschnittsform einer Schaufelform mit einem Endabschnitt auf der stromaufwärtigen Seite aufweist, der einem Vorderrand entspricht, und einen Endabschnitt auf der stromabwärtigen Seite, der einem Hinterrand entspricht.
Fluidmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwei der Propeller in Achsrichtung bereitgestellt sind, die beiden Propeller zueinander entgegengesetzte Drehrichtungen aufweisen, jeder der Propeller eine Vielzahl von Laufschaufeln einschließt, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, eine saugseitige Druckverteilung der Laufschaufel des Propellers auf der stromabwärtigen Seite von einem Vorderrandlasttyp mit einer Last ist, die auf einem Vorderrand konzentriert ist, und eine saugseitige Druckverteilung der Laufschaufel des Propellers auf der stromaufwärtigen Seite von einem ausgeglichenen Lasttyp ist, mit einer Last, die in der Achsrichtung stärker verteilt ist als in der saugseitigen Druckverteilung der Laufschaufel auf der stromabwärtigen Seite, wobei eine Last auf einer Innenseite in Radialrichtung kleiner ist.
Fluidmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Propeller einen Innenumfangsring einschließt, der an einer Außenumfangsseite des Schachtabschnitts über einen Freiraum angebracht ist, und die Fluidmaschine ferner Folgendes einschließt: ein Drucklager, das an dem Schachtabschnitt befestigt ist und der stromaufwärtigen Seite des Innenumfangsrings vollständig über eine Umfangsrichtung zugewandt ist; und eine Strebe, welche die Hülle relativ zu dem Schachtabschnitt trägt.
Fluidmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hülle eine Vielzahl von Segmenten einschließt, die in Achsrichtung in eine Vielzahl von Teilen geteilt sind, und die Fluidmaschine ferner einen Kopplungsabschnitt einschließt, der die Vielzahl von Segmenten in der Achsrichtung koppelt.
Anspruch 6, wobei der Kopplungsabschnitt eine konvexe gekrümmte Form aufweist, die von einer Außenoberfläche der Hülle vorsteht, und eine Querschnittsform entlang der Außenoberfläche der Hülle eine Schaufelform aufweist, wobei die stromaufwärtige Seite ein Vorderrand ist und die stromabwärtige Seite ein Hinterrand ist.
Fluidmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens einer der Vielzahl von Motoren ein konischer Motor ist, in dem der Rotor und der Stator einen Durchmesser aufweisen, der von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite abnimmt.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 8, wobei der Stator des konischen Motors Folgendes einschließt: einen Statorkern einschließlich eines Rückjochs, das eine ringförmige Form um die Achse bildet und einen Durchmesser aufweist, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt, und eine Vierzahl von Zähnen, die von einer Innenoberfläche des Rückjochs zu einer Innenseite in einer Radialrichtung vorstehen, die sich in einer Umfangsrichtung vollständig über die Achsrichtung erstrecken, und eine Dicke in der Umfangsrichtung aufweisen, die mit einem abnehmenden Durchmesser, der sich zu der stromabwärtigen Seite verringert, abnimmt; und eine Vielzahl von Spulen, die bereitgestellt sind, um eine Außenoberfläche jedes der Zähne zu umgeben.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 9, wobei jede der Spulen einen rechteckigen Kupferdraht mit einer flachen Form mit einer Vielzahl von Schichten einschließt, die in radialer Richtung um die Zähne gestapelt sind, und jede Schicht der Spule eine rechteckige Form mit einem Abstand in der Umfangsrichtung aufweist, der in Radialrichtung betrachtet zur stromabwärtigen Seite abnimmt.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 10, wobei jede Schicht der Spule zur Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt ist.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 11, wobei die Spule Achsrichtungspositionen eines Endabschnitts eines Spulenendes in der Achsrichtung aufweist, die in jeder Schicht einander entsprechen.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 12, wobei ein Abschnitt jeder Schicht der Spule, die das Spulenende bildet, parallel zu der Achse gebogen ist.
Fluidmaschine gemä einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Rotor des konischen Motors Folgendes einschließt: einen Rotorkern, der eine ringförmige Form um die Achse bildet und einen Durchmesser aufweist, der in Richtung der stromabwärtigen Seite abnimmt und eine Vielzahl von Permanentmagneten, die in einem Abstand vom Rotorkern in einer Umfangsrichtung bereitgestellt sind und sich vollständig über die Achsrichtung erstrecken, und die Permanentmagnete sich erstrecken, um zu einer Innenseite in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite geneigt zu sein und eine Breite in der Umfangsrichtung aufweisen, die zur stromabwärtigen Seite abnimmt.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 14, wobei eine Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete senkrecht zu einer Außenoberfläche des Rotors ist.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei der Propeller ferner einen Außenumfangsring mit einer ringförmigen Form aufweist, die den Außenumfangsabschnitt des Propellers bildet, der Rotorkern an einer Außenoberfläche des Außenumfangsrings angebracht ist, und die Fluidmaschine ferner Folgendes einschließt: eine Halteplatte, die mit Endabschnitten des Außenumfangsrings und des Rotorkerns auf der stromabwärtigen Seite in Kontakt steht; und einen Haltebolzen, der durch die Halteplatte in der Achsrichtung bereitgestellt ist und die Halteplatte an dem Außenumfangsring befestigt.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 16, wobei der Außenumfangsring eine Dicke in der Radialrichtung aufweist, die zur stromabwärtigen Seite abnimmt, und ein eingekerbter Abschnitt in einem Abschnitt zwischen angrenzenden der Permanentmagnete an einem Endabschnitt des Rotorkerns auf der stromabwärtigen Seite ausgebildet ist, wobei der eingekerbte Abschnitt einen Teil einer Außenoberfläche des in die Halteplatte eingeführten Haltebolzens aufnimmt.
Unterwasserfahrzeug, umfassend: einen Fahrzeugkörper; und einen Schubapparat, der an dem Fahrzeugkörper bereitgestellt ist, wobei der Schubapparat die in einem der Ansprüche 1 bis 17 beschriebene Fluidmaschine ist.