JP2023057973A - 推進力発生具 - Google Patents

Abstract

【課題】流体を受ける構成の剛性を向上することが可能な推進力発生具を提供する。
【解決手段】推進力発生具１は、駆動源により回転することで、推進力を発生し、円板形状に形成され、駆動源により回転する本体１０を備え、本体１０は、本体１０の回転の中心線と直交する第１面１０ａと、第１面１０ａの反対面である第２面１０ｂと、を有し、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かって円弧形状に延びる複数の孔１１が形成され、複数の孔１１は、本体１０の回転の中心線を中心とした仮想円上に配列され、本体１０が回転することで、複数の孔１１に、第１面１０ａ側から第２面１０ｂ側に向かって、流体が引き込まれ、第１面１０ａ側に向かう推進力が発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、推進力発生具に関する。さらに詳細には、本発明は、駆動源により回転することで、推進力を発生する推進力発生具に関する。

従来、この種の推進力発生具としては、例えば、特許文献１で示されているものが知られている。
特許文献１には、ハブから、３つのブレードが径方向に延出し、プラスチック材料から単一部品として成形され、ハブが駆動源により回転することで、推進力が発生するプロペラが示されている。

特開２０１５－１１０４１３号公報

しかし、特許文献１に開示されたプロペラのような推進力発生具は、ハブからブレードが径方向に延出する形状であるので、ブレードで受けた外力を、ハブとブレードの接続部分で受けることとなる。このような接続部で受ける外力は、プロペラの回転数の上昇に伴い、より大きくなる。そして、この外力が接続部の耐力を超えると、接続部が破損することとなる。このため、推進力発生具は、剛性を向上することが求められている。

本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、剛性を向上することが可能な推進力発生具を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の推進力発生具は、
（１） 駆動源により回転することで、推進力を発生する推進力発生具であって、
円板形状に形成され、前記駆動源により回転する本体を備え、
前記本体は、
前記本体の回転の中心線と直交する第１面と、前記第１面の反対面である第２面と、を有し、
前記第１面から前記第２面に向かって円弧形状に延びる複数の孔が形成され、
複数の前記孔は、前記本体の回転の中心線を中心とした仮想円上に配列され、
前記本体が回転することで、複数の前記孔に、前記第１面側から前記第２面側に向かって、流体が引き込まれ、前記第１面側に向かう推進力が発生することを特徴とする。

本発明の推進力発生具の上記（１）の構成によれば、
推進力発生具は、駆動源により回転することで、推進力を発生し、円板形状に形成され、駆動源により回転する本体を備える。
本体は、第１面と、第２面と、を有し、複数の孔が形成されている。
第１面は、本体の回転の中心線と直交する。
第２面は、第１面の反対面である。
複数の孔は、第１面から第２面に向かって円弧形状に延びるように形成されている。
そして、複数の孔は、本体の回転の中心線を中心とした仮想円上に配列されている。
推進力発生具は、本体が回転することで、複数の孔に、第１面側から第２面側に向かって、流体が引き込まれ、第１面側に向かう推進力が発生する。

このような構成によれば、本体が駆動源により回転した場合、回転体の第１面から第２面に向かって円弧形状に延びる複数の孔に、第１面側の流体が引き込まれ、第２面側から排出される。これにより、本体の第１面側が第２面側より負圧となり、第１面側に本体が引き込まれることで、推進力が発生する。

また、複数の孔を、本体の回転の中心線を中心とした仮想円上に配列したので、本体が駆動源により回転した場合、複数の孔の回転速度を同じにすることができ、複数の孔でそれぞれ発生する流体の気流の速度を揃えることが可能となり、複数の孔全体で発生する気流が安定し、気流の乱れによるロスを低減し、より効率的に推進力を発生することができる。

そして、全体的な形状は、円板形状に形成された本体に、複数の孔を形成した形状であるので、従来のプロペラのように、構造的に強度が低下する部分が無いので、従来のプロペラに比べて、全体的な剛性を向上することができる。
したがって、流体を受ける構成の剛性を向上することが可能な推進力発生具を提供できる。

本発明の推進力発生具の上記（１）の構成においては、以下の（２）のような構成にすることが好ましい。

（２） 複数の前記孔は、互いに半径が異なる複数の前記仮想円上に配置されている。

このような構成によれば、例えば、本体の中心側の仮想円上と、本体の外縁側の仮想円上とに、それぞれ複数の孔を配置することができる。
これにより、本体の中心側と、本体の外縁側と、に気流を発生させることができる。そして、本体の外縁側に発生させた気流により、本体の中心側で発生させた気流が、本体の外縁より外側に流れて、推進力が低下するのを防止可能となり、より効率的に推進力を発生することができる。

本発明の推進力発生具の上記（２）の構成においては、以下の（３）のような構成にすることが好ましい。

（３） 複数の前記孔は、少なくとも一部が、それぞれの前記孔の中心と前記本体の中心を結ぶ仮想線が重ならない位置に配置されている。

ここで、例えば、本体の中心側の仮想円上の孔と、本体の外縁側の仮想円上の孔とが、本体の周方向において互いの位置が揃ってしまうと、本体における、これらの孔の仮想線上の強度が低下するおそれがある。

このような構成によれば、複数の孔を、互いに半径が異なる複数の仮想円上に配置した場合でも、例えば、本体の中心側の仮想円上の孔と、本体の外縁側の仮想円上の孔とを、本体の周方向において互いの位置をずらすことで、本体の強度の低下を防止できる。

本発明によれば、剛性を向上することが可能な推進力発生具を提供することができる。

本発明の一実施形態における推進力発生具を説明する図である。 本発明の一実施形態における推進力発生具を説明する図である。 本発明の一実施形態における推進力発生具の上面図である。 本発明の一実施形態の変形例における推進力発生具の複数の孔を、概念的に示す図である。

以下、好適な実施形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、下記の実施形態は本発明を具現化した例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。

［推進力発生具の構成］
まず、本発明の一実施形態における推進力発生具１の概要について、図１を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態における推進力発生具を説明する図である。図１は、推進力発生具１を側面から視た図である。
図２は、本発明の一実施形態における推進力発生具を説明する図である。図２は、推進力発生具１の斜視図である。

本実施形態の推進力発生具１は、駆動源（図示無し）により本体１０が回転することで、推進力を発生する。具体的には、推進力発生具１は、推進方向前側の流体が、本体１０に形成された孔１１に引き込まれることで、本体１０の推進方向前側が、推進方向後側に比べて負圧となり、この負圧となった位置に本体１０が引き寄せられることで、推進する。
推進力発生具１は、例えば、従来のプロペラを回転させることで推進力を得る、飛行機、ヘリコプター、ドローン等の航空機や、船舶等のプロペラの代わりに設けられることで、航空機や船舶等の推進力を発生する。

推進力発生具１は、円板形状に形成された本体１０と、本体１０に設けられた回転力伝達部２０と、を備える。

本体１０は、進方向前側に面する第１面１０ａと、推進方向後側に面する第２面１０ｂと、を有する。また、本体１０には、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かって円弧形状に延びる複数（図２に示す例では、１５ヶ所）の孔１１が形成されている。第１面１０ａは、中心に形成された平面１０ａ１と、本体１０の外縁から中心の平面に向かって登り傾斜する傾斜面１０ａ２と、を有する。これにより、本体１０の外縁より外側の流体も、孔１１に引き込むことが可能となる。

複数の孔１１は、図２に示す例では、所定の内径を有する円形状に形成され、本体１０の中心を通り、推進方向に延びる中心線Ｃから所定距離離れた位置で、水平方向（推進方向と直交する方向）に対して所定角度傾斜して延びる螺旋曲線Ｒを中心に延びている。複数の孔１１は、本体１０における中心線Ｃを中心とする仮想円上に、等間隔で形成されている。

例えば、図１及び図２に示す例では、本体１０は、全体の直径が１５０ｍｍで、中心に形成された平面１０ａ１の直径が３０ｍｍであり、外縁厚さが３０ｍｍであり、中心に形成された平面１０ａ１位置の厚さ３４ｍｍである。

複数の孔１１は、中心線Ｃから所定距離離れた位置で、水平方向（推進方向と直交する方向）に対して所定角度で、傾斜して延びる螺旋曲線Ｒを中心に延び、中心線Ｃを中心とする仮想円上に、等間隔（図２に示す例では、７２°間隔（３６０°を孔１１の数５で等分した角度））で形成されている。複数の孔１１は、螺旋曲線Ｒと直交する仮想面上において、所定寸法の直径の円形状の断面を有する。

図３は、本発明の一実施形態における推進力発生具の上面図である。
図３に示す例において、複数の孔１１は、互いに半径が異なる複数の仮想円ＶＣ１～ＶＣ３上に配置されている。
詳細には、推進力発生具１は、互いに半径が異なる複数の仮想円ＶＣ１～ＶＣ３上に、それぞれ、５つの孔１１が、等間隔で形成されている。
仮想円ＶＣ１～ＶＣ３は、中心線Ｃを中心とする同心円であり、仮想円ＶＣ１（例えば、直径７５ｍｍ）、仮想円ＶＣ２（例えば、直径１０５ｍｍ）、仮想円ＶＣ３（例えば、直径１３０ｍｍ）の順に、直径が大きくなっている。すなわち、仮想円ＶＣ１上に配置された孔１１の外側（本体１０の外縁側）に仮想円ＶＣ２が配置され、仮想円ＶＣ２上に配置された孔１１の外側に仮想円ＶＣ３が配置されている。

図３に示す例において、仮想円ＶＣ１上に配置された孔１１を孔１１１、仮想円ＶＣ２上に配置された孔１１を孔１１２、仮想円ＶＣ３上に配置された孔１１を孔１１３と称する。

孔１１１は、中心線Ｃから仮想円ＶＣ１の半径と同じ寸法（例えば、３７．５ｍｍ）離れた位置で、水平方向（推進方向に直交する方向）に対して３５°（入射角）で、傾斜して延びる螺旋曲線Ｒを中心に延び、仮想円ＶＣ１上に、等間隔（図３に示す例では、７２°間隔（３６０°を孔１１１の数である５で等分した角度））で形成されている。
孔１１１は、螺旋曲線Ｒと直交する仮想面上において、直径１５ｍｍの円形状の断面を有する。

孔１１２は、中心線Ｃから仮想円ＶＣ２の半径と同じ寸法（例えば、５２．５ｍｍ）離れた位置で、水平方向（推進方向に直交する方向）に対して３０°（入射角）で、傾斜して延びる螺旋曲線Ｒを中心に延び、仮想円ＶＣ２上に、等間隔（図３に示す例では、７２°間隔（３６０°を孔１１２の数である５で等分した角度））で形成されている。
孔１１２は、螺旋曲線Ｒと直交する仮想面上において、直径１５ｍｍの円形状の断面を有する。

孔１１３は、中心線Ｃから仮想円ＶＣ３の半径と同じ寸法（例えば、６５ｍｍ）離れた位置で、水平方向（推進方向に直交する方向）に対して２５°（入射角）で、傾斜して延びる螺旋曲線Ｒを中心に延び、仮想円ＶＣ３上に、等間隔（図３に示す例では、７２°間隔（３６０°を孔１１３の数である５で等分した角度））で形成されている。
孔１１３は、螺旋曲線Ｒと直交する仮想面上において、直径１０ｍｍの円形状の断面を有する。

ここで、本体１０を回転させた場合、回転方向への移動速度は、最も内側（中心線Ｃ側）に配置した孔１１１が最も小さく、最も外側（本体１０の外縁側）に配置した孔１１３が最も大きい。

上記のように、本体１０において、最も内側（中心線Ｃ側）に配置した孔１１１の入射角を最も大きく形成し、最も外側（本体１０の外縁側）に配置した孔１１３の入射角を最も小さく形成した。これにより、内側の孔からは、本体１０の中心側の流体を引き込むことができ、外側の孔からは、本体１０の外縁側の流体を引き込むことが可能となる。よって、本体１０の第１面１０ａ側において、より広い範囲を、第２面１０ｂ側に比べて負圧にすることが可能となり、推進力を効率的に発生することができる。

また、図３に示す例において、孔１１１及び孔１１２は、それぞれの孔の中心と本体１０の中心を結ぶ仮想線ＶＬ１,２が重なる位置に配置されている。一方、孔１１３の仮想線ＶＬ３は、孔１１１及び孔１１２の仮想線ＶＬ１,２と重ならない位置に配置されている。具体的には、仮想線ＶＬ３は、互いに隣接する２つの孔１１１又は互いに隣接する２つの孔１１２の中間位置を通る。

上記のように、互いに隣接する孔１１１及び孔１１２を、それぞれの仮想線が重なる位置に配置することで、本体１０の半径方向に配列した孔１１１及び孔１１２で、螺旋形で流れる一体的な流体の流れを形成できる。また、孔１１２の代わりに、孔１１１を大きく形成した場合に比べ、流体を受ける孔の側壁の面積を大きくできるので、より効率的に祖推進力を発生できる。なお、孔１１１乃至孔１１３を、全て、互いに上記仮想線が重ならない位置に配置してもよい。

また、上記のように、本体１０において、回転方向への移動速度が最も遅い、最も内側（中心線Ｃ側）に配置した孔１１１の内径を最も大きく形成し、回転方向への移動速度が最も早い、最も外側（本体１０の外縁側）に配置した孔１１３の内径を最も小さく形成した。これにより、回転方向への移動速度の違いから生ずる、内側と外側における引き込む流体量の差を、内側の孔の開口面積を大きくすることで、解消することが可能となる。これにより、本体１０の内側の孔と外側の孔とで、引き込む流体量の差による気流の乱れを抑えることが可能となり、第１面１０ａ側に、第２面１０ｂ側に比べて負圧である状態を安定させることが可能となる。

図２に戻って、回転力伝達部２０は、例えば、本体１０の中心に配置され固定され、中心線Ｃ（回転軸）上を延びる軸部材で形成され、エンジンやモータ等の駆動源により、中心線Ｃを中心に回転する。これにより、回転力伝達部２０に接続された本体１０が回転する。なお、回転力伝達部２０は、図２に示すような軸部材に限らず、本体１０に回転力を付与できれば、例えば、本体１０の外縁に設けられ、上記部材に歯合するギヤ等の任意の構成としてもよい。

なお、複数の孔１１の数や、入射角や、位置は、図３に示す態様に限らず、任意の構成とすることができる。

［推進力発生具の変形例］
図４は、本発明の一実施形態の変形例における推進力発生具の複数の孔を、概念的に示す図である。
変形例の推進力発生具１Ａは、互いに半径が異なる７つの仮想円ＶＣＡ，ＶＣＢ，ＶＣＣ，ＶＣＤ，ＶＣＥ，ＶＣＦ，ＶＣＧ上に、それぞれ、５つの孔１１が、等間隔で形成されている。

図４に示す例において、仮想円ＶＣＡ上に配置された孔１１を孔Ａ、仮想円ＶＣＢ上に配置された孔１１を孔Ｂ、仮想円ＶＣＣ上に配置された孔１１を孔Ｃ、仮想円ＶＣＤ上に配置された孔１１を孔Ｄ、仮想円ＶＣＥ上に配置された孔１１を孔Ｅ、仮想円ＶＣＦ上に配置された孔１１を孔Ｆ、仮想円ＶＣＧ上に配置された孔１１を孔Ｇ、と称する。

仮想円ＶＣＡ（孔Ａ），ＶＣＢ（孔Ｂ），ＶＣＣ（孔Ｃ），ＶＣＤ（孔Ｄ），ＶＣＥ（孔Ｅ），ＶＣＦ（孔Ｆ），ＶＣＧ（孔Ｇ）は、２つのグループに分けることができる。
本体１０の中心側に配置される仮想円ＶＣＡ，ＶＣＢ，ＶＣＣは、上記実施形態の仮想円ＶＣ１～ＶＣ３と同様に、中心線Ｃを中心とする同心円であり、仮想円ＶＣＡ、仮想円ＶＣＢ、仮想円ＶＣＣの順に、直径が大きくなっている。

一方、本体１０の外縁側に配置される仮想円ＶＣＤ，ＶＣＥ，ＶＣＦ，ＶＣＧは、中心線Ｃを中心とする同心円であり、仮想円ＶＣＤ、仮想円ＶＣＥ、仮想円ＶＣＦ、仮想円ＶＣＧの順に、直径が小さくなっている。

孔Ａ、孔Ｂ、孔Ｃ、孔Ｄ、孔Ｅ、孔Ｆ、孔Ｇは、中心線Ｃからそれぞれの仮想円の半径と同じ寸法離れた位置で、水平方向（推進方向に直交する方向）に対して、所定の入射角で、傾斜して延びる螺旋曲線Ｒを中心に延び、それぞれの仮想円上に、等間隔（図４に示す例では、７２°間隔（３６０°を各孔の数である５で等分した角度））で形成されている。

本体１０の中心側に配置される孔Ａ、孔Ｂ、孔Ｃは、それぞれの孔の中心と本体１０の中心を結ぶ仮想線とが、互いに重ならない位置に配置されている。孔Ａ、孔Ｂ、孔Ｃは、本体１０において、回転方向への移動速度が最も遅い、最も内側（中心線Ｃ側）に配置した孔Ａの内径を最も大きく形成し、回転方向への移動速度が最も早い、最も外側（本体１０の外縁側）に配置した孔Ｃの内径を最も小さく形成した。

本体１０の外縁側に配置される孔Ｄ、孔Ｅ、孔Ｆ、孔Ｇは、上面視で、本体１０の外縁近傍から、本体１０の中心側に湾曲しながら延びる仮想円弧ＶＡ上に配列されている。孔Ｄ、孔Ｅ、孔Ｆ、孔Ｇは、仮想円弧ＶＡ上において、本体１０の外縁側から中心側に向かって、孔Ｄ、孔Ｅ、孔Ｆ、孔Ｇの順に配列されている。また、孔Ｄ、孔Ｅ、孔Ｆ、孔Ｇの内径は、孔Ｄが最も大きく、孔Ｇが最も小さい。

このような孔Ｄ、孔Ｅ、孔Ｆ、孔Ｇを形成することで、本体１０の外縁側に配置した複数の孔により、本体１０の周囲の流体を、本体１０の中心側に向かう気流にすることができるので、より推進力を向上することが期待できる。

［推進力発生具の動作］
図１を参照して、推進力発生具１の動作について説明する。
推進力発生具１は、駆動源（図示無し）により、回転力伝達部２０が中心線Ｃを中心に回転することで、本体１０が回転する。本体１０が回転することで、本体１０の周囲の流体（空気や水等）が、第１面１０ａ側から、螺旋形状（円孔形状）の複数の孔１１に引き込まれ、流体が孔１１の周壁に当接することで、推進方向へ移動するとともに、本体１０の周囲の流体が複数の孔１１に引き込まれることで、第１面１０ａ側が第２面１０ｂ側より負圧となり、この負圧となった部分に、本体１０が引き込まれる。これにより、第１面１０ａ側に向かう推進力が発生する。

このような推進力発生具１によれば、複数の孔１１を、本体１０の回転の中心線Ｃを中心とした仮想円上に配列したので、本体１０が駆動源により回転した場合、同じ仮想円上の複数の孔１１の回転速度を同じにすることができ、複数の孔１１でそれぞれ発生する流体の気流の速度を揃えることが可能となり、複数の孔１１全体で発生する気流が安定し、気流の乱れによるロスを低減し、より効率的に推進力を発生することができる。

そして、全体的な形状は、円板形状に形成された本体１０に、複数の孔１１を形成した形状であるので、従来のプロペラのように、構造的に強度が低下する部分が無いので、従来のプロペラに比べて、全体的な剛性を向上することができる。
したがって、流体を受ける構成の剛性を向上することが可能な推進力発生具を提供できる。

また、推進力発生具１によれば、本体１０の中心側の仮想円上と、本体１０の外縁側の仮想円上とに、それぞれ複数の孔１１を配置することができる。
これにより、本体１０の中心側と、本体１０の外縁側と、に気流を発生させることができる。そして、本体１０の外縁側に発生させた気流により、本体１０の中心側で発生させた気流が、本体１０の外縁より外側に流れて、推進力が低下するのを防止可能となり、より効率的に推進力を発生することができる。

また、推進力発生具１によれば、複数の孔１１を、互いに半径が異なる複数の仮想円上に配置した場合でも、例えば、本体１０の中心側の仮想円上の孔１１と、本体１０の外縁側の仮想円上の孔１１とを、本体の周方向において互いの位置をずらすことで、本体１０の強度の低下を防止できる。

なお、上記実施形態及び変形例において、孔１１は、螺旋曲線Ｒを中心に延びている形状とした。しかしながら、孔１１は、このような形状に限らず、円弧状であれば任意の形状とすることができる。また、１つの仮想円上に配置する孔１１の数は、５つに限らず、３つや７つ等の任意の数とすることができる。なお、１つの仮想円上に配置する孔１１の数は、素数であることが望ましい。

１ 推進力発生具
１Ａ 推進力発生具
１０ 本体
１０ａ 第１面
１０ａ１ 平面
１０ａ２ 傾斜面
１０ｂ 第２面
１１ 孔
２０ 回転力伝達部

Claims (3)

1. 駆動源により回転することで、推進力を発生する推進力発生具であって、
   円板形状に形成され、前記駆動源により回転する本体を備え、
   前記本体は、
   前記本体の回転の中心線と直交する第１面と、前記第１面の反対面である第２面と、を有し、
   前記第１面から前記第２面に向かって円弧形状に延びる複数の孔が形成され、
   複数の前記孔は、前記本体の回転の中心線を中心とした仮想円上に配列され、
   前記本体が回転することで、複数の前記孔に、前記第１面側から前記第２面側に向かって、流体が引き込まれ、前記第１面側に向かう推進力が発生することを特徴とする推進力発生具。
2. 複数の前記孔は、互いに半径が異なる複数の前記仮想円上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の推進力発生具。
3. 複数の前記孔は、少なくとも一部が、それぞれの前記孔の中心と前記本体の中心を結ぶ仮想線が重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の推進力発生具。
   
   

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