JP5100370B2

JP5100370B2 - 推力発生装置

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Publication number: JP5100370B2
Application number: JP2007341193A
Authority: JP
Inventors: 啓一吉川; 弘晃清瀬; 哲朗池淵
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2012-12-19
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Description

本発明は、船舶の推進力を発生するための推力発生装置に関するものである。

近年の船舶では、エネルギー資源不足の問題等から、推進力を発生するための推進装置の効率を向上することが求められている。その推進装置は、船舶に搭載される機器類が油圧式から電動式に置き換わりつつある現状においては、主機関に直結された従来のタイプではなく、電動機で推進力を発生させるタイプを採用することが増えてきている。例えば、特許文献１には、リング状の電動機のロータに径方向内側に突出するプロペラ翼を設けた潜水艦／潜水船用の推進装置が開示されている。この推進装置によれば、プロペラ翼の回転によりリング状の電動機で画定される空間を通じて水流が噴射され、推進力が発生する。
米国特許第６，６９２，３１９号公報

前述した特許文献１に開示された潜水艦／潜水船用の推進装置をたとえば通常の船舶に適用しようと考えた場合、船舶が港に着岸する際に、船舶から下方に突出した推進装置が海底に当たらないようにする必要がある。そうすると、プロペラ翼の径方向外側にはリング状の電動機が配置されているため、プロペラ径をあまり大きくすることはできない。しかし、プロペラ径が小さいと推進力も小さくなるため、推進装置の効率や出力が十分ではなくなるという問題が生じることとなる。

そこで本発明は、プロペラ径を大きくせずとも高効率で高出力化が可能な推力発生装置を提供することを目的としている。

本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る推力発生装置は、水中に配置され、水を噴射することで推力を発生させる推力発生装置であって、複数のコイル及び前記複数のコイルをそれぞれ収容して水流方向に直列配置された円環状の複数のケーシングが設けられたダクト状のステータと、前記複数のコイルに夫々対応する磁石及び径方向内側に突出するプロペラ翼が設けられ、前記ステータの径方向内側に配置され且つ水流方向である回転軸線方向に直列配置された円環状の複数のロータと、を備え、前記プロペラ翼の径方向内側の先端は自由端であり、前記コイルを収容した前記複数のケーシングと、前記磁石及び前記プロペラ翼が設けられた前記複数のロータとが、複数のモータユニットを構成し、前記複数のモータユニットは、水流方向に直列に並んで配置され、そのユニット同士が互いに分解可能となるように水流方向に直列で互いに連結されていることを特徴とする。

前記構成によれば、各コイルに電流を流して生じる磁界により、磁石が設けられた各ロータが回転し、複数のプロペラ翼が回転する。これらのプロペラ翼は、その回転軸線方向（水流方向）に直列に配置されているので、ダクト状のステータ内に流入する水は複数のプロペラ翼により連続的に噴射され、十分な推進力が得られる。かつ、プロペラ翼を複数設けることで、荷重負担が各々のプロペラ翼に分散されるので、キャビテーション等の発生も抑制される。したがって、プロペラを大直径化しなくても、効率良く推進力を発生させることが可能となる。そして、プロペラ翼の径方向内側の先端は自由端であり、複数のモータユニットは水流方向に直列に並んで配置され、そのユニット同士が互いに分解可能となるように水流方向に直列で互いに連結されるので、ステータ及びロータを有する個々のモータユニットごとに容易に分解可能となり、メンテナンス性が向上する。

前記ステータは、前記複数のモータユニットの前記ケーシングの間に介設されて外周面に凹部が形成された環状連結部材を備え、前記環状連結部材の前記凹部の両側壁と前記ケーシングとがボルトで締結されることで、前記複数のモータユニットが水流方向に直列で互いに連結されていてもよい。

前記構成によれば、環状連結部材の凹部でボルトを外すだけで、ステータ及びロータを有する個々のユニットごとに容易に分解することが可能となり、メンテナンス性が向上する。

前記環状連結部材は、その外周面に前記凹部の周方向の一部を遮断する取付部を有していてもよい。前記環状連結部材の取付部には、ストラットに固定するためのボルト穴が形成されていてもよいし、前記水潤滑軸受に水を導く導水流路が形成されていてもよい。前記凹部はカバーで閉鎖されていてもよい。

前記複数のロータは、上流側の前記プロペラ翼に対して下流側の前記プロペラ翼が逆回転するよう構成されていてもよい。

前記構成によれば、上流側のプロペラ翼において、推進に寄与する直進流と推進に寄与しない旋回流とが生じても、その旋回流は、逆回転する下流側のプロペラ翼により直進流となるように導かれることとなる。よって、推力発生効率をさらに向上させることが可能となる。

前記ロータの中心軸線上に配置されたボスをさらに備えていてもよい。

前記構成によれば、ダクト状のステータにより画定される円筒空間の中心領域がボスにより占有され、プロペラ翼に作用する水流は流路面積が小さく流速が増加することとなる。よって、推力発生装置の推進力が増加し、推力発生効率をさらに向上することが可能となる。

前記ボスは、前記ステータに接続された固定ボスであり、前記固定ボスは、前記各プロペラ翼の径方向内側の先端位置よりも小径であり、前記複数のプロペラ翼が前記固定ボスの外周面に沿って回転する構成であってもよい。

前記構成によれば、固定ボスがロータの中心軸線上に固設されて、プロペラ翼が固定ボスと分離された状態で回転するので、ロータの重量が小さくなり、推力発生効率をさらに向上することが可能となる。

前記プロペラ翼に水流を導くガイドベーンをさらに備え、前記ガイドベーンは、前記ステータと前記固定ボスとを連結するように固設されていてもよい。

前記構成によれば、ガイドベーンを通過した水流がプロペラ翼の面に向かって流れ込むよう案内されるので、プロペラ翼を効率良く回転させることが可能となる。また、ガイドベーンが固定ボスをステータに接続するための部材を兼ねているので、部品点数の削減を図ることができる。

前記ボスは、上流側から下流側に向けて外径が拡大した形状であってもよい。

前記構成によれば、上流から下流に向けて流路断面積が徐々に小さくなり、プロペラ翼により噴射する水流の流速が増加することとなる。よって、推力発生装置の推進力が増加し、推力発生効率をさらに向上することが可能となる。

前記ボスは、前記ステータの下流端よりも下流側に向けて突出するように延長されていてもよい。

前記構成によれば、プロペラ翼により噴射された水流が、ステータの下流端を通過しても暫くはボスにより案内されることとなる。よって、後流(wake flow)により推進力が低下することが防止され、推力発生効率をさらに向上することが可能となる。

また本発明の別の推力発生装置は、水中に配置され、水を噴射することで推力を発生させる推力発生装置であって、複数のコイルが設けられたダクト状のステータと、前記ステータの径方向内側に配置され、前記複数のコイルに夫々対応する磁石が設けられた円環状の複数のロータであって、その回転軸線方向に直列配置され、それぞれ径方向内側に突出するプロペラ翼を有した複数のロータと、前記ロータの側面及び外周面に対面配置されてスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支える水潤滑軸受と、前記各プロペラ翼よりも下流位置で前記ステータに形成され、前記プロペラ翼を通過した水を取り込む取水口と、前記取水口に流入する水を前記水潤滑軸受に導く導水管とを備えている。

前記構成によれば、潤滑油を使わない水潤滑軸受を用いているので、海洋等を汚染する心配がないと共に、潤滑油のシール構造が要らず複雑なメンテナンスも不要とすることが可能となる。しかも、取水口の位置と水潤滑軸受の位置との間の静圧差により、ポンプ無しでも水潤滑軸受に水を供給することが可能となり、部品点数を減らすことができると共にポンプ駆動用の動力が不要となり、装置全体でエネルギー効率が向上する。なお、水潤滑軸受に水を供給する圧力源としてポンプを用いても構わない。

前記導水管は、前記ロータの上流側端面に対向する前記水潤滑軸受の端面に形成された水吐出孔に連通していてもよい。

前記構成によれば、水吐出孔から吐出される水流により、ロータにかかるスラスト方向の負荷に対抗することができ、ロータの上流側端面における摩擦抵抗を低減することが可能となる。

前記導水管は、前記推力発生装置が取付対象物に取り付けられた状態で前記取付対象物の内部に配置される構成であってもよい。

前記構成によれば、導水管が露出せず取付対象物により保護されるので、水中に存在する異物による破損を防止することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の推力発生装置によれば、プロペラを大直径化しなくても、効率良く推進力を発生させることが可能となるとともに、ステータ及びロータを有する個々のモータユニットごとに容易に分解可能となり、メンテナンス性が向上する。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る推力発生装置１０の縦断面図である。図２は図１のII−II線断面図である。図３は図１に示す推力発生装置１０の一部を拡大した断面図である。図４は図１に示す推力発生装置１０の一部の分解斜視図である。図５は図１に示す推力発生装置１０の環状連結部材１７の斜視図である。

図１及び２に示すように、推力発生装置１０は、水上又は水中を水に対して相対移動可能な移動体に取り付けられるものであって、例えば、船舶の底部から下方に突出するストラット１の下端部に鉛直方向を回転軸線Ｃとして旋回可能に取り付けられている。つまり、推力発生装置１０が回転軸線Ｃ回りに旋回することで船舶の舵がとれるようになっている。この推力発生装置１０は、ストラット１に固定されるダクト状のステータ１１と、そのステータ１１の径方向内側に水流方向に直列配置された一対の環状のロータ１２，１３とを備えている。即ち、推力発生装置１０では、一対の環状のモータユニット１６，１８がロータ１２，１３の回転軸線方向に直列配置されている。ステータ１１は、上流側から順に、流入側筒体１４、環状軸受支持部材１５、第１モータユニット１６の固定部分、環状連結部材１７、第２モータユニット１８の固定部分、環状軸受支持部材１９、及び、流出側筒体２０を互いに連結して構成されている。

図３に示すように、第１モータユニット１６は、フランジ付き円筒形状である第１ケーシング２１を有し、第１ケーシング２１の水流方向中央の環状切欠部２１ａに磁束の通路となるステータコア２３が配置され、ステータコア２３に電機子コイル２４が巻き付けられている。この電機子コイル２４は、ストラット１内に配線された電線（図示せず）を介して船舶内に設けられた電源（図示せず）に接続されている。第１ケーシング２１の外周開口は円筒状の第２ケーシング２２で閉鎖されている。ステータコア２３の内周面は、絶縁性及び耐水性を有する渦電流損の小さい材料からなる薄肉のキャン２５が取り付けられている。キャン２５の径方向内側には、若干の隙間をあけてロータ１２の一部を構成するランナ２６が配置されている。

図３及び４に示すように、ランナ２６は、外周面に環状凹部２６ｃが形成された円環部２６ａと、その円環部２６ａの内周端から水流方向の両側に突出する鍔部２６ｂとを有している。環状凹部２６ｃには、磁束の通路となるヨーク２９が埋設されている。ヨーク２９には、複数の永久磁石２８がステータコア２３に対応するように周方向に等間隔をあけた状態で極性が互い違いとなるように埋設されている。

ランナ２６の内周面には、プロペラ部材２７が取り付けられている。プロペラ部材２７は、ランナ２６に内嵌固定される円筒部２７ａと、円筒部２７ａの内周面から周方向に等間隔をあけて径方向内側に突出する複数のプロペラ翼２７ｂとを有している。即ち、プロペラ翼２７ｂの径方向内側の先端は自由端となっている。また、対向するプロペラ翼２７ｂの径方向内側の先端を結ぶ径は、後述する固定ボス４１の外径より若干大きくなっている。よって、プロペラ翼２７ｂは、固定ボス４１の外周面に対して適切なチップクリアランスをもって回転する構成となっている。

図１に示すように、固定ボス４１は、略円筒状のプロペラ部材２７，４７の中心軸線上に固設され、上流側のプロペラ部材２７の中心と下流側のプロペラ部材４７の中心を連続して貫通するように設けられている。固定ボス４１は、水流方向に向けて拡径する拡径前端部４１ａと、拡径前端部４１ａの下流側に連続して外径が水流方向に略同一である円筒部４１ｂと、円筒部４１ｂの下流側に連続して水流方向に向けて縮径する縮径後端部４１ｃとを有し、流線形の中空部材となっている。固定ボス４１の上流端はステータ１１の上流端と水流方向の位置が略一致しており、固定ボス４１の下流端はステータ１１の下流端と水流方向の位置が略一致している。固定ボス４１は、ステータ１１の上流端よりも若干下流側に配置されたガイドベーン４２を介して流入側筒体１４に固定されている。ガイドベーン４２は、プロペラ翼２７ｂの傾きと反対方向に傾いて水流を案内する役目を果たすと共に、流木などから保護するためのガードグリッドの役目も果たしている。

図３に示すように、ステータ１１とロータ１２との間には一対の水潤滑軸受３０，３７が介設され、ロータ１２が回転自在に支持されている。水潤滑軸受３０，３７は、ランナ２６の円環部２６ａの両側面及び鍔部２６ｂの外周面に対面配置され、ロータ１２に働くスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支えている。また、水潤滑軸受３０，３７は、そのランナ２６の鍔部２６ｂと反対側の面である外周面がＯリング４５を介して第１ケーシング２１に支持されている。上流側の水潤滑軸受３０のランナ２６の円環部２６ａと反対側の面は、環状軸受支持部材１５にＯリング４６を介して支持されている。下流側の水潤滑軸受３７のランナ２６の円環部２６ａと反対側の面は、環状連結部材１７にＯリング４７を介して支持されている。このようにＯリング４６，４７を配置することで、シール機能を果たすだけでなく、ラジアル方向及びスラスト方向の負荷を弾性的に吸収して衝撃力を緩和することが可能となる。

水潤滑軸受３０，３７は、円環状のベース３１，３８と、ベース３１，３８のうちランナ２６の円環部２６ａに対向する面に取り付けられたスラスト摺動部材３２，３９と、ベース３１のうちランナ２６の鍔部２６ｂに対向する面に取り付けられたラジアル摺動部材３３，４０とを備えている。スラスト摺動部材３２，３９のランナ２６に対向する面には、径方向に延びる溝部３２ａ，３９ａが周方向に等間隔に設けられている。スラスト摺動部材３２，３９及びラジアル摺動部材３３，４０の表面はセラミックで形成されている。但し、スラスト摺動部材３２，３９及びラジアル摺動部材３３，４０自体をセラミックソリッドとしてもよい。

上流側の環状軸受支持部材１５には、後述する導水管３６と連通する導水流路１５ａが形成されている。この環状軸受支持部材１５は、上流側の水潤滑軸受３０に対向する端面に導水流路１５ａと連通する開口１５ｂが設けられている。上流側の水潤滑軸受３０には、環状軸受支持部材１５と対向する面に開口１５ｂと連通する円環状の共通空間３１ａが凹設されている。上流側の水潤滑軸受３０のうちランナ２６の円環部２６ａと対向する端面には、周方向に等間隔に複数の水吐出孔３４が形成されており、それらの水吐出孔３４が１つの共通空間３１ａに連通している。また、水潤滑軸受３０，３７は、第１ケーシング２１の上流端及び下流端よりもランナ２６側に窪んだ位置に配置され、環状軸受支持部材１５及び環状連結部材１７はその窪んだ段差にフィットして嵌合する形状となっている。

図５に示すように、環状連結部材１７は、その外周面に取付部１７ｇを残して凹部１７ａが形成されている。即ち、取付部１７ｇは凹部１７ａの周方向の一部を遮断するように設けられている。取付部１７ｇには１つの導水流路１７ｂ及び複数のボルト穴１７ｄが形成されている。ボルト穴１７ｄには、環状連結部材１７をストラット１に固定するボルトＢ１（図３参照）が挿入される。導水流路１７ｂは、断面Ｌ字状に形成されている（図１参照）。第２モータユニット１８の上流側の水潤滑軸受３０に対向する端面には、導水流路１７ｂと連通する開口１７ｃが設けられている。凹部１７ａの両側壁には、環状連結部材１７を第１及び第２モータユニット１６，１８の第１ケーシング２１にボルト固定するためのボルト孔１７ｅ，１７ｆが形成されている。つまり、凹部１７ａがボルト孔１７ｅ，１７ｆにボルトを脱着する際の作業空間の役目を果たす。そして、凹部１７ａは、カバー４３（図１参照）で閉鎖されている。

図１に示すように、第２モータユニット１８の基本的な構成は、第１モータユニット１６とほぼ同一の構成であるため、詳細な説明は省略する。但し、第２モータユニット１８のロータ１３に設けられたプロペラ翼４７ｂは、第１モータユニット１６のロータ１２に設けられたプロペラ翼２７ｂの傾きと反対方向に傾いて形成されている。かつ、第２モータユニット１８のロータ１３は、第１モータユニット１６のロータ１２に対して反転するように構成されている。これにより、上流側のプロペラ翼２７ｂに対して下流側のプロペラ翼４７ｂが逆回転し、上流側のプロペラ翼２７ｂで生じた旋回流が下流側のプロペラ翼４７ｂで直進流となるように導かれ、上流側のプロペラ翼２７ｂで生じた旋回流のエネルギーが下流側のプロペラ翼４７ｂで回収されることとなる。このようにして、水流方向にプロペラ翼２７ｂ，プロペラ翼４７ｂが直列配置されたタンデム式の水力発生装置１０が構成される。

また、第２モータユニット１８の下流側にある環状軸受支持部材１９には、一対のプロペラ翼２７ｂが配置された主流路Ｒに向けて開口する取水口１９ｂが形成されている。そして、この取水口１９ｂは、下流側のプロペラ翼４７ｂよりも下流位置でステータ１１に形成され、環状軸受支持部材１９に取水口１９ｂから外周面に向けて貫通した導水流路１９ａが設けられている。その導水流路１９ａの外周側の開口に導水管３６の一端が接続されている。導水管３６は、他端側に向けて２つに分岐しており、その一方の分岐端は下流側のプロペラ翼４７ｂより上流に位置する環状連結部材１７の導水流路１７ｂに接続され、その他方の分岐端は上流側のプロペラ翼２７ｂより上流に位置する環状軸受支持部材１５の導水流路１５ａに接続されている。この導水管３６は、ストラット１の内部に配置することで保護されている。ロータ１２，１３が回転駆動されたときには、プロペラ翼４７ｂの下流側の流れの圧力は上流側の流れの圧力よりも高くなっているため、その圧力差によってポンプ無しでも、主流路Ｒを通過する水が取水口１９ｂから導水管３６に導かれ、導水流路１５ａ，１７ｂを通して水潤滑軸受３０，３７に供給される。

次に、推力発生装置１０の動作について説明する。図１に示すように、第１モータユニット１６の電機子コイル２４と、第２モータユニット１８の電機子コイル２４とに逆方向に電流を通電して、上流側のロータ１２と下流側のロータ１３と互いに逆回転させると、上流側のプロペラ翼２７ｂと下流側のプロペラ翼４７ｂとが互いに逆回転する。そうすると、上流側のプロペラ翼２７ｂによって図１中の左側からステータ１１内の主流路Ｒに水が吸い込まれる。その水流は、流線型の固定ボス４１に沿って径方向外側に案内され、流路面積が減少することで流速が増加する。そして、その水流は、ガイドベーン４２により上流側のプロペラ翼２７ｂに適切な流入角度で入射するように案内され、そのプロペラ翼２７ｂにおいて推進に寄与する直進流と推進に寄与しない旋回流とが生成される。次いで、その旋回流のエネルギーは、逆回転する下流側のプロペラ翼４７ｂにより直進流となるように回収されることとなる。さらに、下流側のプロペラ翼４７ｂを通過して圧力が増加した水流は、固定ボス４１に沿って流れ、ステータ１１の下流端から後方に向けて噴射される。

以上に説明した構成によれば、水流方向の上流側と下流側とにプロペラ翼２７ｂ，４７ｂが直列に配置されているので、ダクト状のステータ１１内に案内される水は各プロペラ翼２７ｂ，４７ｂにより連続的に噴射され、十分な推進力が得られる。かつ、プロペラ翼２７ｂ，４７ｂを複数設けることで、荷重負担が上下流のプロペラ翼２７ｂ，４７ｂにそれぞれ分散されるので、キャビテーション等の発生も抑制される。また、上流側のプロペラ翼２７ｂに対して下流側のプロペラ翼４７ｂが逆回転するので、上流側のプロペラ翼２７ｂにおいて直進流と旋回流とが生じても、その旋回流のエネルギーは、逆回転する下流側のプロペラ翼４７ｂにより回収される。

さらに、ダクト状のステータ１１により画定される主流路Ｒの中心領域が固定ボス４１により占有され、プロペラ翼２７ｂ，４７ｂに作用する水流は流路面積が小さく流速が増加する。また、固定ボス４１は、ロータ１２，１３の中心軸線上に固設されて、プロペラ翼２７ｂ，４７ｂが固定ボス４１と分離された状態で回転するので、ロータ１２，１３の重量が小さくなる。さらに、上流側の水潤滑軸受３０の水吐出孔３４は、ランナ２６の上流側端面に対向しており、水吐出孔３４から吐出される水流により、ランナ２６にかかるスラスト方向の負荷に対抗することができ、ランナの上流側端面における摩擦抵抗を低減することができる。以上により、プロペラを大直径化しなくても、効率良く推進力を発生させることができる。

また、プロペラ翼２７ｂに向けて水流を案内するガイドベーン４２が固定ボス４１をステータ１１に接続するための部材を兼ねているので、部品点数の削減を図ることができる。さらに、潤滑油を使わない水潤滑軸受３０，３７が用いられているので、海洋等を汚染する心配がないと共に、潤滑油のシール構造が要らずメンテナンスも不要とすることができる。しかも、取水口１９ｂの位置と水潤滑軸受３０，３７の位置との間の静圧差により、ポンプ無しでも水潤滑軸受３０，３７に水を供給することができ、部品点数を減らすことができると共にポンプ駆動用の動力が不要となり、装置全体でエネルギー効率が向上する。

さらに、ステータ１１の複数のロータ１２，１３に夫々対応する各部分、即ち、第１及び第２モータユニット１６，１８は、環状連結部材１７を介して水流方向に直列配置されており、ボルトＢ２を外して環状連結部材１７を取り外すことで個別に分解可能であるので、メンテナンス性が向上すると共に組立性も向上する。また、本実施形態では、ガイドベーン４２が各プロペラ翼２７ｂ，４７ｂよりも上流にのみ設けられており、上流側のプロペラ翼２７ｂと下流側のプロペラ翼４７ｂとの間には設けられていないので、２つのプロペラ翼２７ｂ，４７ｂの間の距離を短くでき、水流方向の装置サイズを小さくすることができる。これにより、ストラット１が鉛直方向を回転軸線として旋回する際の旋回トルクを低減することができる。

なお、整流特性を向上させるために、上流側のプロペラ翼２７ｂと下流側のプロペラ翼４７ｂとの間、及び／又は、各プロペラ翼２７ｂ，４７ｂよりも下流側にもガイドベーンを設けてもよい。また、本実施形態では、水潤滑軸受３０，３７に水を供給する圧力源としてポンプを用いてないが、プロペラ翼が回転駆動し始める始動時や強制的に水潤滑軸受に水を供給する時にのみポンプを用いてもよいし、全運転期間についてポンプを用いてもよい。

（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態に係る推力発生装置１００の縦断面図である。なお、前述した実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図６に示すように、本実施形態の推力発生装置１００は、上流側から下流側に向けて外径が徐々に拡大した形状の固定ボス１４１を備えている。

固定ボス１４１は、水流方向に向けて拡径する拡径前端部１４１ａと、拡径前端部１４１ａの下流側に連続して上流側から下流側に向けて外径が徐々に拡大した円錐筒部１４１ｂと、円錐筒部１４１ｂの下流側に連続して水流方向に外径が略同一である円筒部１４１ｃと、円筒部１４１ｃの下流側に連続して水流方向に向けて急に縮径する縮径後端部１４１ｄとを有している。固定ボス１４１の上流端はステータ１１の上流端と水流方向の位置が略一致しており、固定ボス１４１の下流端はステータ１１の下流端と水流方向の位置が略一致している。

プロペラ翼１２７ｂ，１４７ｂの径方向内側の先端は、固定ボス１４１の外周面に沿って適切なチップクリアランスをもって配置されている。上流側のプロペラ翼１２７ｂの上流側にはガイドベーン４２が設けられており、固定ボス１４１の前部がガイドベーン４２を介して流入側筒体１４に固定されている。また、下流側のプロペラ翼１４７ｂの下流側にはガイドベーン１５０が設けられており、固定ボス１４１の後部がガイドベーン１５０を介して流出側筒体２０に固定されている。ガイドベーン１５０の位置は、上流側のプロペラ翼１２７ｂと下流側のプロペラ翼１４７ｂとの間にあってもよい。

前記構成によれば、上流から下流に向けて主流路Ｒの流路断面積が徐々に小さくなり、プロペラ翼１２７ｂ，１４７ｂにより噴射する水流の流速が増加することとなる。よって、推力発生装置１００の推進力が増加し、推力発生効率をさらに向上することが可能となる。

（第３実施形態）
図７は本発明の第３実施形態に係る推力発生装置２００の縦断面図である。なお、前述した実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図７に示すように、本実施形態の推力発生装置２００は、ステータ１１の下流端よりも下流側に向けて延長された固定ボス２４１を備えている。

固定ボス２４１は、水流方向に向けて拡径する拡径前端部２４１ａと、拡径前端部２４１ａの下流側に連続して外径が水流方向に略同一である円筒部２４１ｂと、円筒部２４１ｂの下流側に連続して水流方向に向けて縮径する縮径後端部２４１ｃとを有している。固定ボス２４１の上流端はステータ１１の上流端と水流方向の位置が略一致している。固定ボス２４１のうちステータ１１の下流端より下流側に突出した部分は、円筒部２４１ｂの後部と縮径後端部２４１ｃとで構成されている。

前記構成によれば、プロペラ翼２７ｂ、４７ｂにより噴射された水流が、ステータ１１の下流端を通過しても暫くは固定ボス２４１により案内されることとなる。よって、後流(wake flow)により推進力が低下することが防止され、推力発生効率をさらに向上する。

（第４実施形態）
図８は本発明の第４実施形態に係る推力発生装置３００の縦断面図である。なお、前述した実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図８に示すように、本実施形態の推力発生装置３００は、上流側から下流側に向けて外径が拡大した形状で且つステータ１１の下流端よりも下流側に向けて延長された固定ボス３４１を備えている。

固定ボス３４１は、水流方向に向けて拡径する拡径前端部３４１ａと、拡径前端部３４１ａの下流側に連続して上流側から下流側に向けて外径が拡大した円錐筒部３４１ｂと、円錐筒部３４１ｂの下流側に連続して外径が水流方向に略同一である円筒部３４１ｃと、円筒部３４１ｃの下流側に連続して水流方向に向けて縮径する縮径後端部３４１ｄとを有している。固定ボス３４１の上流端はステータ１１の上流端と水流方向の位置が略一致している。固定ボス３４１のうちステータ１１の下流端より下流側に突出した部分は、円筒部３４１ｃの後部と縮径後端部３４１ｄとで構成されている。

（参考形態１）
図９は参考形態１に係る推力発生装置４００の縦断面図である。なお、前述した実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図９に示すように、本参考形態の推力発生装置４００は、ボス列設体４６０を備えている。ボス列設体４６０は、上流側から下流側に向って順に、前固定ボス４６１、前回転ボス４６２、中間固定ボス４６３、後回転ボス４６４、後固定ボス４６５が直列に並べられた構成であり、個々のボスは互いに水流方向に若干の隙間をあけて配置されている。即ち、ボス列設体４６０は、各ボス４６１〜４６５の集合全体で第１実施形態のボス４１と略同一の外形となるように構成されている。

前固定ボス４６１は、前ガイドベーン４２を介して流入側筒体１４に固定されている。前回転ボス４６２は、プロペラ翼４２７ｂの径方向内側の先端に接続されてプロペラ翼４２７ｂと一体的に回転する。中間固定ボス４６３は、中間ガイドベーン４７０を介して環状連結部材１７に固定されている。後回転ボス４６４は、プロペラ翼４４７ｂの径方向内側の先端に接続されてプロペラ翼４４７ｂと一体的に回転する。後固定ボス４６５は、後ガイドベーン４５０を介して流出側筒体２０に固定されている。各プロペラ翼４２７ｂ，４４７ｂはそれぞれ独立して別の回転ボス４６２，４６４に接続されているので、下流側のプロペラ翼４４７ｂは上流側のプロペラ翼４２７ｂに対して逆回転することが可能となっている。

前記構成によれば、プロペラ翼４２７ｂ，４４７ｂが回転ボス４６２，４６４により連結されているので、プロペラ翼４２７ｂ，４４７ｂの強度が向上する。よって、プロペラ翼４２７ｂ，４４７ｂを薄肉化することが可能となり、プロペラ翼４２７ｂ，４４７ｂの高性能化が図れ、推進性能を向上する。なお、変形例として、中間ガイドベーン４７０が設けられている場合には、上流側のプロペラ翼４２７ｂから流出した旋回流を中間ガイドベーン４７０により整流し、下流側のプロペラ翼４４７ｂを上流側のプロペラ翼４２７ｂと同一方向に回転させる構成としてもよい。また、この変形例は他の実施形態に適用してもよい。

（参考形態２）
図１０は参考形態２に係る推力発生装置５００の縦断面図である。なお、前述した実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図１０に示すように、本参考形態の推力発生装置５００は、参考形態１（図９）のボス列設体を、上流側から下流側に向けて外径が拡大した形状で且つステータ１１の下流端よりも下流側に向けて延長した形状に変更したボス列設体５６０を備えている。

ボス列設体５６０は、上流側から下流側に向って順に、前固定ボス５６１、前回転ボス５６２、中間固定ボス５６３、後回転ボス５６４、後固定ボス５６５が並べられた構成である。前固定ボス５６１から後回転ボス５６４にかけてボス列設体５６０の外径が拡大している。固定ボス５６５は、ステータ１１の下流端よりも下流側に向けて突出し、徐々に縮径している。

（参考形態３）
図１１は参考形態３に係る推力発生装置６００の縦断面図である。なお、前述した実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図１１に示すように、本参考形態の推力発生装置６００は、参考形態１（図９）におけるプロペラ翼４２７ｂ，４４７ｂの間の中央のガイドベーン４７０を廃止している。それに伴って中間固定ボス４６３を無くした構成となっている。即ち、本参考形態のボス列設体６６０は、前回転ボス６６２と後固定ボス６６４との対向面を若干の隙間をあけて近接させた構成となっている。

（参考形態４）
図１２は参考形態４に係る推力発生装置７００の縦断面図である。なお、前述した実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図１２に示すように、本参考形態の推力発生装置７００は、参考形態３（図１１）のボス列設体を、上流側から下流側に向けて外径が拡大した形状で且つステータ１１の下流端よりも下流側に向けて延長した形状に変更したボス列設体７６０を備えている。

ボス列設体７６０は、上流側から順に、固定ボス５６１、回転ボス７６２、回転ボス７６４、固定ボス５６５が並べられた構成である。固定ボス５６１から回転ボス７６４にかけてボス列設体７６０の外径が拡大している。固定ボス５６５は、ステータ１１の下流端よりも下流側に向けて突出し、徐々に縮径している。

（参考形態５）
図１３は参考形態５に係る推力発生装置８００の縦断面図である。なお、前述した実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図１３に示すように、本参考形態の推力発生装置８００は、ガイドベーンが存在しない構成であり、ボス列設体８６０を備えている。ボス列設体８６０は、水流方向に若干の隙間をあけて配置された一対の回転ボス８６１，８６２からなる。回転ボス８６１，８６２は、それぞれプロペラ翼４２７ｂ，４４７ｂの径方向内側の先端に接続されてプロペラ翼４２７ｂ，４４７ｂと一体的に回転する。各プロペラ翼４２７ｂ，４４７ｂはそれぞれ独立して別の回転ボス８６１，８６２に接続されているので、下流側のプロペラ翼４４７ｂは上流側のプロペラ翼４２７ｂに対して逆回転することが可能となっている。また、ボス列設体８６０の上流端は、ステータ１１の上流端よりも下流側に位置し、ボス列設体８６０の下流端は、ステータ１１の下流端よりも上流側に位置している。

（第５実施形態）
図１４は本発明の第５実施形態に係る推力発生装置９００の縦断面図である。なお、前述した実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図１４に示すように、本実施形態の推力発生装置９００は、ロータ１２，１３の中心軸線上にボスが存在していない。それに伴ってガイドベーン４２及びプロペラ翼９２７ｂ，９４７ｂの径方向内側の先端は自由端となっている。この構成によれば、ボスが存在しないので装置全体の重量を低減することができる。

なお、前述した各実施形態の推力発生装置は、通常の船舶に取り付けられるものを例示したが、水上又は水中を水に対して相対移動可能な移動体に取り付けられるものであればよく、潜水艇、タグボート、水上の一定位置に留まる調査船や石油掘削リグなどに適用してもよい。

以上のように、本発明に係る推力発生装置は、効率良く推進力を発生させることができる優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できる電気推進方式の船舶に適用すると有益である。

本発明の第１実施形態に係る推力発生装置の縦断面図である。図１のII−II線断面図である。図１に示す推力発生装置の一部を拡大した断面図である。図１に示す推力発生装置の一部の分解斜視図である。図１に示す推力発生装置の環状連結部材の斜視図である。本発明の第２実施形態に係る推力発生装置の縦断面図である。本発明の第３実施形態に係る推力発生装置の縦断面図である。本発明の第４実施形態に係る推力発生装置の縦断面図である。参考形態１に係る推力発生装置の縦断面図である。参考形態２に係る推力発生装置の縦断面図である。参考形態３に係る推力発生装置の縦断面図である。参考形態４に係る推力発生装置の縦断面図である。参考形態５に係る推力発生装置の縦断面図である。本発明の第５実施形態に係る推力発生装置の縦断面図である。

１０推力発生装置
１１ステータ
１２，１３ロータ
１７環状連結部材
１９ｂ取水口
２４電機子コイル
２７ｂ，４７ｂプロペラ翼
２８永久磁石
３０，３７水潤滑軸受
３４水吐出孔
３６導水管
４１固定ボス
４２ガイドベーン
４６２，４６４回転ボス

Claims

水中に配置され、水を噴射することで推力を発生させる推力発生装置であって、
複数のコイル及び前記複数のコイルをそれぞれ収容して水流方向に直列配置された円環状の複数のケーシングが設けられたダクト状のステータと、
前記複数のコイルに夫々対応する磁石及び径方向内側に突出するプロペラ翼が設けられ、前記ステータの径方向内側に配置され且つ水流方向である回転軸線方向に直列配置された円環状の複数のロータと、を備え、
前記プロペラ翼の径方向内側の先端は自由端であり、
前記コイルを収容した前記複数のケーシングと、前記磁石及び前記プロペラ翼が設けられた前記複数のロータとが、複数のモータユニットを構成し、
前記複数のモータユニットは、水流方向に直列に並んで配置され、そのユニット同士が互いに分解可能となるように水流方向に直列で互いに連結されていることを特徴とする推力発生装置。
前記ステータは、前記複数のモータユニットの前記ケーシングの間に介設されて外周面に凹部が形成された環状連結部材を備え、
前記環状連結部材の前記凹部の両側壁と前記ケーシングとがボルトで締結されることで、前記複数のモータユニットが水流方向に直列で互いに連結されている請求項１に記載の推力発生装置。
前記環状連結部材は、その外周面に前記凹部の周方向の一部を遮断する取付部を有している請求項２に記載の推力発生装置。
前記環状連結部材の取付部には、ストラットに固定するためのボルト穴が形成されている請求項３に記載の推力発生装置。
前記環状連結部材の取付部には、前記水潤滑軸受に水を導く導水流路が形成されている請求項３又は４に記載の推力発生装置。
前記凹部はカバーで閉鎖されている請求項２乃至５のいずれかに記載の推力発生装置。
前記複数のロータは、上流側の前記プロペラ翼に対して下流側の前記プロペラ翼が逆回転するよう構成されている請求項１乃至６のいずれかに記載の推力発生装置。
前記ロータの中心軸線上に配置されたボスをさらに備えている請求項１乃至７のいずれかに記載の推力発生装置。
前記ボスは、前記ステータに接続された固定ボスであり、
前記固定ボスは、前記各プロペラ翼の径方向内側の先端位置よりも小径であり、前記複数のプロペラ翼が前記固定ボスの外周面に沿って回転する構成である請求項８に記載の推力発生装置。
前記プロペラ翼に水流を導くガイドベーンをさらに備え、
前記ガイドベーンは、前記ステータと前記固定ボスとを連結するように固設されている請求項９に記載の水力発生装置。
前記ボスは、その上流端から下流側に向けて前記プロペラ翼に対応する部分まで外径が拡大した形状である請求項８乃至１０のいずれかに記載の推力発生装置。
前記ボスは、前記ステータの下流端よりも下流側に向けて突出するように延長されている請求項８乃至１１のいずれかに記載の推力発生装置。
水中に配置され、水を噴射することで推力を発生させる推力発生装置であって、
複数のコイルが設けられたダクト状のステータと、
前記ステータの径方向内側に配置され、前記複数のコイルに夫々対応する磁石が設けられた円環状の複数のロータであって、その回転軸線方向に直列配置され、それぞれ径方向内側に突出するプロペラ翼を有した複数のロータと、
前記ロータの側面及び外周面に対面配置されてスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支える水潤滑軸受と、
前記各プロペラ翼よりも下流位置で前記ステータに形成され、前記プロペラ翼を通過した水を取り込む取水口と、
前記取水口に流入する水を前記水潤滑軸受に導く導水管と、を備えている推力発生装置。
前記導水管は、前記ロータの上流側端面に対向する前記水潤滑軸受の端面に形成された水吐出孔に連通している請求項１３に記載の推力発生装置。
前記導水管は、前記推力発生装置が取付対象物に取り付けられた状態で前記取付対象物の内部に配置される構成である請求項１３又は１４に記載の推力発生装置。