JPH05319378A

JPH05319378A - 水中推進装置

Info

Publication number: JPH05319378A
Application number: JP13974392A
Authority: JP
Inventors: Luciano Veronesi; ベロネシルシアーノ; Leonard Morris Allen; レオナードモーリスアレン; Mark Kaafo Raymond; マークカーフォレイモンド
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1992-05-01
Filing date: 1992-05-01
Publication date: 1993-12-03

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】高出力、高信頼性且つ低騒音の艦船用二段式
水中推進装置を提供する。【構成】水中推進装置１は、吸水口５及び排水口７を
有するシュラウド３と、吸水口と排水口の間に位置する
ようにシュラウド内の中央に設けた固定状態の外側シャ
フト及び回転自在な内側シャフトを有するシャフト集合
体９と、それぞれが前記固定外側シャフトに回転自在に
取付けられた別々のハブ１９を含む第１及び第２のプロ
ペラ１７とを有する。第２プロペラは第１プロペラの下
流側に配置されている。水中推進装置は更に、第１及び
第２のプロペラを別々に回転させる第１及び第２の電動
機３４，３５を有する。各電動機は、プロペラのうちの
１つの外周部の周りに設けた回転子３７及び回転子を囲
むようにシュラウドに取付けた固定子３９を含む。スラ
スト軸受集合体で第１及び第２のプロペラのハブとシャ
フト集合体の間に発生するスラスト荷重を吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水中推進装置、特に、
潜水艦及びその他の特殊艦船の２次推進装置に好適な高
出力、低騒音２段式水中推進装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電動機
型推進装置はすでに公知である。この種の推進装置は通
常艦船にも利用できるが、信頼性、低騒音及び耐衝撃性
が重視される潜水艦の２次駆動装置として特に有用であ
る。公知のこの種推進装置は出力シャフトがプロペラに
連結されている“カン詰めされた”またはウエット・ワ
インディング形電動機を装備するのが普通である。しか
し、カン詰めモーターをプロペラによる水流のすぐ前方
または後方に配置するから、水流を妨げる結果となり、
ひいては騒音を発生させると共に推進装置本来の有効ス
ラストを低下させることになる。水流妨害によるスラス
ト損失を補償するためにはより高速、より小径のモータ
ーを使用すればよいが、モーターのシャフト回転速度が
高いとプロペラのキャビテーションも高くなり、騒音レ
ベルがさらに高くなる。

【０００３】このような問題点を克服するため、本出願
人は米国特許第４，８３１，２９７号に開示されている
ような一体モーター型推進装置を開発した。この推進装
置はジェット・エンジンに似た構造を具え、主要部分と
して吸水口及び排水口を有する円筒状シュラウド、複数
の支持羽根によってシュラウド内にこれと同心状にに取
付けられたシャフトに回転自在に取付けられたハブを有
するプロペラ、及びプロペラ羽根の周りに設けた環状回
転子とシュラウド内にこれと一体に設けた固定子とを含
むプロペラ駆動用電動機から成る。この公知推進装置の
斬新な設計は所与の重量及びサイズにおける推進装置の
スラスト出力を著しく増大すると同時に、シュラウドを
流体力学的に形成することでプロペラが極めて自由な水
流を発生させることができ、従って、発生する騒音量を
軽減することができる。推進装置の低騒音性はシュラウ
ドの遮音特性によってさらに高められる。

【０００４】上記一体モーター型推進装置は当該技術分
野におけるめざましい進歩であるが、出願人はこの装置
の設計に関連して、潜水艦用としての有用性を損なうよ
うな制約がいくつもあることに気付いた。例えば、この
公知装置のスラスト出力を大幅に増大させ、しかも騒音
の発生を軽減できれば、この装置の用途を緊急時のバッ
クアップ用や単なる操縦用以外にまで広げることができ
ることになる。スラスト出力を増大させることができれ
ば、潜水艦の１次推進系をオフライン状態にする必要が
生じた場合、１次推進系に劣らぬ予備推進系として機能
することができる。この公知推進装置を大型化すること
で出力を増大させることができるのはいうまでもない。
しかし、潜水艦に利用する場合、推進装置の幅に制限が
あるから、装置全体を大型化してスラストを必要レベル
まで増大させることはできない。具体的には、推進装置
の幅が広くなると、戦闘中に潜水艦が受ける前後方向衝
撃波の影響に曝される推進装置の面積が広くなる。最初
にシュラウド内のプロペラに流入する海水がこの流入す
る海水のキャビテーションに起因する許容限度を超える
騒音の発生を回避するため完全とまではいかなくてもほ
とんど妨害なく流入しなければならないことも設計上の
制約である。このキャビテーションは、例えば、プロペ
ラ・シャフトをシュラウド内径に固定する上流側支持羽
根またはプロペラ・シャフト上流端の拡径を必要とする
軸受機構によって発生させられる可能性がある。この公
知推進装置に関連する他の制約は周期的にメンテナンス
または交換を必要とする水潤滑スラスト及びラジアル軸
受の設計にある。このようなメンテナンスや交換を行う
には装置を乾ドック入りさせねばならず、これらの軸受
は部品の機械的構成上、推進装置をほとんど完全に分解
しなければならない。出願人はまた、この公知推進装置
に使用される電動機は設計上回転子と固定子の電磁結合
効果を高めようとすれば回転子の外径と固定子の内径と
の間隔を極めて狭くせざるを得ないことに気付いた。こ
のような狭い間隔は固定子と回転子の間に介在する薄い
水膜による抗力を発生させるだけでなく、（固定子から
発生する磁界の不均整のため常にある程度は存在する）
回転子を流れる調波電流を増大させることによって騒音
を増大させ、回転子を振動させる。固定子の内径と回転
子の外径との間隔を狭くせざるを得なければ、推進装置
に高レベルの機械的衝撃が加わったり、海水中の異物が
固定子と回転子の間に詰まったりした場合、推進装置の
重要部分に損傷を生ずる。

【０００５】最新式の公知推進装置の長所をすべて維持
しながら、しかも潜水艦用として許容される最大幅を超
えない機構で比較的多量のスラストを発生させることの
できる潜水艦などに使用するための改良型一体モーター
式推進装置の実現が望まれていることは明らかである。
理想としては、このような推進装置は公知装置よりも騒
音が少なく、機械的衝撃を受けたり、海水中の異物が詰
まっても回転子及び固定子が損傷し難いように回転子と
固定子との間隔を狭くしなくてもよい設計を採用するこ
とになる。修理やメインテナンス作業が必要な場合、水
中推進装置を乾ドック入りさせたり、大がかりな分解を
行わなくても軸受集合体に容易にアクセスできるのでな
ければならない。さらに、利用できるスラストをより効
率的に発生させることができ、公知推進装置よりも信頼
性が高くなければならない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】広義において、本発明は
公知装置の制約を克服する２段式水中推進装置を提案す
るものである。本発明の水中推進装置は吸水口及び排水
口を有するシュラウドと、シュラウド内の中心に設けら
れたシャフト集合体と、それぞれがシャフト集合体に回
転自在に取付けられた別々のハブを含む上流側及び下流
側プロペラと、上流側及び下流側プロペラを別々に回転
させる上流側及び下流側電動機から成り、各モーターは
プロペラの１つの周囲に設けた回転子及びシュラウドの
周りに設けた固定子を含むと共に第１及び第２プロペラ
のハブとシャフト集合体の間に発生するスラスト荷重を
吸収する第１及び第２スラスト軸受集合体をも含み、ス
ラスト軸受集合体はいずれもシャフト集合体の下流端に
配置されている。シャフト集合体は上流側及び下流側プ
ロペラのハブが回転自在に取付けられている非回転外側
シャフトと、外側シャフトに対して回転自在であり、上
流側プロペラからのスラストを第１スラスト軸受集合体
へ伝達するため上流側プロペラのハブに連結された内側
シャフトを含む。このように構成したから、上流側プロ
ペラに流入する水にキャビテーションを発生させて望ま
しくない騒音の発生を招くスラスト軸受集合体をシャフ
ト集合体の上流端に配置する方式を回避できる。上流側
プロペラのハブと回転自在な内側シャフトの間の心ずれ
を補償するため、この２つの部品を自在継手を介して相
互に連結することが好ましい。

【０００７】２組の羽根部材がシャフト集合体をシュラ
ウド内に支持し、すべての羽根部材を上流側プロペラの
下流側に配置することにより装置から発生する騒音を軽
減する。第１組の羽根部材はシャフト集合体の上流側及
び下流側プロペラのハブの間に位置する部分をシュラウ
ドの内壁に連結し、第２組の羽根部材はシャフト集合体
の下流端に配置された第１及び第２スラスト軸受を囲む
ハウジングをシュラウドの内壁に連結する。シャフト集
合体とシュラウド内壁との間のこのような頑丈な２点連
結は機械的衝撃に対する推進装置の耐性を高めるのに寄
与する。また、第２組の羽根部材は下流側プロペラの出
口からの渦状水流を軸方向水流に変えるように流体力学
的に形成することが好ましい。シャフト集合体の下流側
が、単一の排出ジェット水流を作動中の装置から発生す
る騒音量を一段と軽減する複数の小さいジェット水流に
分ける溝付き先細ノズルを画定することが好ましい。

【０００８】出力を増大させ、作動中の装置から発生す
る騒音をさらに軽減するため、各モーターは誘導型モー
ターの場合よりも回転子と固定子とのギャップを広くす
ることを可能にする永久磁石型回転子を含む。回転子内
の磁石列の周りにネットワーク状にダンパー・バー及び
導電ウェッジを設けることにより、このような措置を講
じなければ磁石中を流れて振動を発生させる調波電流を
軽減すると共にモーターの始動を助ける。

【０００９】両スラスト軸受を収容するハウジングはメ
ンテナンスまたは交換作業の際に両軸受へのアクセスを
容易にする着脱自在なカバーを含むことが好ましい。

【００１０】添付図面に沿って本発明を以下に詳述す
る。

【００１１】

【実施例】同一の構成部分に同一の参照番号を付してあ
る図１、２、３及び４から明らかなように、本発明の推
進装置１は主要部分として、入口５及び内部が溝付き収
斂又は先細ノズル状に形成されている出口７を有するシ
ュラウド集合体３を含む。シュラウド集合体３の内部の
回転軸線に沿って２組の支持羽根１３、２９を介してシ
ャフト集合体９を取付ける。シャフト集合体９は複数の
放射状前方羽根１３によってシュラウド集合体３内に固
定されている外側の固定状態の管状シャフト１１を含
み、前記前方羽根１３は係止リング１４を介してシャフ
ト１１に固定されている（図４）。外側固定管状シャフ
ト１１内の中心に内側回転シャフト１６が配置されてい
る。この回転シャフト１５は推進装置１の複式スラスト
軸受集合体２５に冷却／潤滑水を送る中心孔１６を含
む。前方プロペラ１７にはハブ１９へ収斂する複数の放
射状羽根１８を設ける。ハブ１９は図示のように、外側
固定シャフト１１の上流端周りに回転自在に支持され
る。同様に、後方プロペラ２１にもハブ２３へ収斂する
放射状羽根２２を設け、ハブ２３を外側固定シャフト１
１の下流部分の周りに回転自在に支持される。作動中、
前方プロペラ１７は後方プロペラ２１を“過給する”こ
とによってスラスト発生効率を高める。従って、後方プ
ロペラ２１を前方プロペラ１７よりもやや高い回転速度
で動作させることが好ましい。また、前方プロペラ１７
及び後方プロペラ２１の羽根１８、２１のピッチを互い
に逆方向にして両プロペラ１７、２１を互いに反対方向
に回転させることにより、搭載されている推進装置１が
艦船に作用させるトルクを完全に消すか、少なくとも軽
減することが好ましい。

【００１２】特に図４から明らかなように、推進装置は
前後プロペラ１７、２１とシャフト集合体９の外側回転
シャフト１１との間に発生するスラスト荷重を吸収する
複式スラスト軸受集合体２５を装備している。スラスト
軸受集合体２５は一括して涙滴形軸受ハウジング２７に
収容され、ハウジング２７の流体力学的プロフィルがシ
ュラウド集合体３の下流端の出口ノズルプロフィルを補
完してこの領域における流体抵抗を極力小さくする。軸
受ハウジング２７は後方の羽根２９によってシュラウド
集合体３と同心関係に整列した状態に保持された円錐台
形ハウジング支持部材２８を含む。軸受ハウジング２７
はボルト３１を介してハウジング支持部材２８に着脱自
在に固定された円錐形の着脱自在な後方カバー３０をも
含む。軸受ハウジング２７内に収容されるスラスト軸受
の詳細は後述する。

【００１３】前後の電動機３４、３５は前後のプロペラ
１７、２１を別々に駆動する。各電動機は前後プロペラ
１７、２１の羽根１８、２２の周縁に連結された回転子
と、各電動機３４、３５の回転子３７を囲むシュラウド
集合体３内に設けた固定子３９とを含む。推進装置１の
頂部には各電動機３４、３５の固定子３９に給電するた
めの端子集合体４１を設ける。電動機３４、３５はいず
れも誘導型非同期電動機でもよいが、電力を有用な仕事
に変換する効率が高いという点で永久磁石型電動機が好
ましい。永久磁石型モーターを採用することにより、各
モーター３４、３５の回転子３７と固定子３９の間のギ
ャップを広げることができ、これによって推進装置１か
ら発生する騒音を軽減することができる。それぞれ独立
のスラスト軸受を有する機械的に独立の２つのプロペラ
１７、２１を駆動するのに別々の電動機３４、３５を使
用するから、電動機３４、３５のいずれか一方またはプ
ロペラ１７、２１のいずれか一方が損傷したり作動不能
に陥っても推進装置１が有効なスラストを発生させるこ
とができるように水中推進装置１に貴重な予備的スラス
ト発生能力が与えられる。

【００１４】ここで前方プロペラ１７と外側の固定シャ
フト１１の間の機械的接続方式を詳細に説明する。前方
プロペラ１７のハブ１９と固定シャフト１１の間には一
対のラジアル軸受４５ａ、４５ｂが介在し、これらラジ
アル軸受４５ａ、４５ｂのそれぞれは環状ブッシング４
７から成り、ハブ１９の内径に形成した環状凹部４８
ａ、４８ｂに嵌め込まれている。各ブッシング４７はモ
ネルメタルのような軸受材料で形成するのが好ましい。
各ラジアル軸受４５ａ、４５ｂは環状ブッシング４７の
内径を被覆するエラストマー・リング４９をも含む。シ
ャフト集合体９の内側回転シャフト１９は前方プロペラ
１７から発生するスラストを複式スラスト軸受集合体２
５へ伝達する。このため、ボルト５５を介してハブ１９
の前縁に連結した環状部材５３を有する自在継手５１を
設ける。この環状部材５３は回転シャフト１５の上流端
を囲む一体形成環状フランジ６３に存在する固定用ナッ
ト６１のヘッド５９を受容する複数の円筒状凹部５７を
含む。固定用ナット６１のヘッドと環状部材５３の円筒
状凹部５７との間に“遊び”があるから、自在継手５１
はハブ１９と回転シャフト１５の間に心ずれがあっても
これを補償することができる。環状部材５３の内側部分
は環状係止ナット６９を介して回転シャフト１５の上流
端の周りに固定されている動揺リング６５及びスペーサ
ー・リング６７によってフランジ６３の周りに保持され
る。環状部材５３と動揺リング６５の間で互いに咬合す
る補完関係の凸／凹面も自在継手５１が環状部材５３と
フランジ６３との間の不整列を補償するのを助ける。自
在継手５１の環状部材５３にボルト７３を介して着脱自
在に半球形端部キャップ７１を取付ける。また、内側回
転シャフト１５の外径と外側固定シャフト１１の内径の
間に一対の互いに間隔を保つラジアル軸受７５ａ、７５
ｂを介在させる。先に述べたラジアル軸受４５ａ、４５
ｂの場合と同様に、ラジアル軸受７５ａ、７５ｂのそれ
ぞれはモネルメタルで形成され、凹部７９ａ、７９ｂに
それぞれ配置された管状ブッシング７７を含む。エラス
トマー・リング８１が各管状ブッシング７７の内径を被
覆している。ラジアル軸受７５ａ、７５ｂは内側及び外
側シャフト１５、１１の内の摩擦を軽減するだけでな
く、両シャフトの同心整列関係維持にも寄与する。

【００１５】内側回転シャフト１５の下流端は前方プロ
ペラ１次スラスト軸受８５のランナー８３にこれら両部
品の相対回転を防ぐキー８７と、環状係止ナット８９と
を介して連結されている。ランナー８３の上流側にエラ
ストマー・ランナー・プレート９１を配置してあり、こ
のランナー・プレート９１は固設軸受プレート９５の下
流端を画定する円形軸受面と咬合する。軸受プレート９
５の上流側は軸受支持プレート１０１の凹面と補完関係
にある凸面を含む。この軸受支持プレート１０１はボル
ト３１を介して軸受ハウジング２７の上記ハウジング支
持部材２８に固定されている。複数のばね付きスタッド
集合体１０３は凸面９７と凹面９９との間に或る程度の
“心振れ”を起こる余裕を残しながら軸受プレート９５
を軸受支持プレートと連結する。凸面９７と凹面９９が
互いにある程度動くことができるから、ランナー８３、
軸受プレート９５及び軸受支持プレート１０１の間の不
整列を補償しやすい。ランナー８３は前方プロペラ２次
スラスト軸受１０５のためのランナーとしても作用す
る。この２次スラスト軸受１０５はランナー８３の背面
１０７と、軸受ハウジング２７の着脱自在な後方カバー
３０内に形成された環状突縁１０９との間に画定され
る。前方プロペラ２次スラスト軸受１０５は前方プロペ
ラが“水力回転”状態にあるとき、または推進装置１が
反転動作する時に前方プロペラが発生させるスラスト荷
重を与える。

【００１６】次に、後方プロペラ２１、外側固定シャフ
ト１１及び複式スラスト軸受集合体２５の連結態様を説
明する。後方プロペラ２１のハブ２３は一対のラジアル
軸受１１３ａ、１１３ｂを介して外側固定シャフト１１
の周りに回転自在に取付けられ、ラジアル軸受１１３
ａ、１１３ｂのそれぞれはハブ２３の内径に設けた環状
凹部１１７ａ、１１７ｂ内に設けたモネル（Monel)メタ
ル製の管状ブッシング１１５を含む。各環状ブッシング
１１５の内径をエラストマー・リング１１９が被覆して
いる。ボルト１２２を介してハブ２３に連結されたスラ
スト・スリーブ１２１が後方プロペラ２１によるスラス
トを後方プロペラ１次スラスト軸受１２３に伝達する。
前記前方プロペラ１次スラスト軸受１０５と同様に、こ
の後方プロペラ軸受１２３は前記軸受１２３とスラスト
・スリーブ１２３の相対回転を防ぐキー１２７と、環状
係止ナット１２９とを介してスラスト・スリーブ１２３
の下流端に固定されているランナー１２５を含む。ラン
ナー１２５の上流面にエラストマー・ランナー・プレー
ト１３１を設けてある。このエラストマー・ランナー・
プレート１３１は軸受プレート１３５の下流面に存在す
る軸受面１３３と咬合する。軸受プレート１３５の上流
面は軸受支持プレート１４１の凹面１３９と補完関係に
ある凸面を含む。ばね付きスタッド集合体１４３は軸受
プレート１３５と軸受支持プレート１４１とがある程度
相対運動できる余裕を残しているから、これら両部品間
に僅かな不整列が生じてもこれを補償することができ
る。軸受支持プレート１４１はボルト１４５を介してハ
ウジング支持部材２８に固定されている。前記前方プロ
ペラ１次スラスト軸受８５のランナー８３と同様に、ラ
ンナー１２５も後方プロペラ２次スラスト軸受１４６の
環状下流面１４８と軸受支持プレート１０１の全面１４
９の間に画定される前記後方プロペラ２次スラスト軸受
１４６のためのランナーとして作用する。この後方プロ
ペラ２次スラスト軸受１４６は後方プロペラが“水力回
転”の状態にある時、または装置１が反転動作する時に
発生するスラスト荷重を支える。

【００１７】複式スラスト軸受集合体２５内のスラスト
軸受はすべて水潤滑されると同時に水冷される。このた
め、支持プレート１１０の周縁に半径方向孔１５０を設
けてある。この半径方向孔１５０は環状スペース１５４
に達する横方向の孔１５２で終わっている。環状スペー
ス１５４はランナー８３に連結されたエラストマー・ラ
ンナー・プレート１５１と軸受プレート９５の下流軸受
面９３との界面の外縁と連通する。環状スペース１５４
は支持プレート１０１に形成した第１の半径方向内孔１
５５とも連通する。この半径方向孔１５５は装置１のシ
ュラウド３を通過する周囲の海水をエラストマー・ラン
ナー・プレート９１と軸受プレート９５の軸受面９３と
の界面の内径へ誘導する。シャフト集合体９の内側回転
シャフト１５に半径方向の排水孔１５６ａ、１５６ｂを
設ける。この排水孔１５６は内側回転シャフト１５の中
心孔１６と連通する。前記中心孔１６は軸受ハウジング
２７の着脱自在な後方カバー３０の開口端１６４を介し
て周囲の海水と連通する。支持プレート１０１の第１半
径方向内孔１５５を通過した海水が排水孔１５６ａ、１
５６ｂまたは軸受ハウジング２７の着脱自在な後方カバ
ー３０の突縁１０９に設けた排水孔１６２だけを通過す
るのを防ぐため、図示の位置に迷路状流路１５８、１６
０を設ける。着色自在カバー３０の後部に設けた上記開
口端１６４が排水孔１６２を周囲の海水と連通させる。

【００１８】次いで、後方プロペラ１次及び２次スラス
ト軸受１２３、１４６の潤滑／冷却に関与する海水流路
について説明する。後方プロペラ２１のハブ２３とハウ
ジング支持部材２８の間に半径方向の受水ギャップ１６
７を設ける。この半径方向ギャップ１６７は海水中の異
物を流入させないように曲折した形状を呈してある。こ
の半径方向ギャップ１６７は半径方向スペース１６９に
連通し、半径方向スペース１６９は支持プレート１４１
に形成した半径方向内孔１７１と連通する。孔１７１を
出た海水は迷路状流路１７４及び環状導水スペース１７
５を通って第２の半径方向内孔１７３に達する。ここで
も迷路状流路１７４が存在することによって、半径方向
内孔１７１を通過した海水がランナー１２５の周りを自
由に流れ、第２の半径方向内孔１７３を通過し、内側回
転シャフト１５の排水孔１６６ａ、１６６ｂから流出す
るのが防止される。この迷路状流路１７４の存在による
圧力降下は冷却／潤滑海水流をエラストマー・ランナー
・プレート１３１と軸受プレート１３５の軸受面１３３
の間へ、さらに上記後方プロペラ２次スラスト軸受１４
６の面へ誘導するのを助ける。

【００１９】図５及び６は前後プロペラ１７、２１を回
転駆動する電動機３４、３５の詳細を示す。すでに述べ
たように、電動機３４、３５はいずれもプロペラ１７、
２１の羽根１８、２２の周りに設けた回転子３６と、回
転子３６を囲み、シュラウド集合体３内に“カン詰めさ
れた”固定子３９とから成るＡＣモーターである。好ま
しい実施例では、電動機３４、３５はいずれも永久磁石
型のものであることが好ましい。誘導型ＡＣモーターを
使用することもできるが、２つの理由から永久磁石型Ａ
Ｃモーターの方が好ましい。第１に、電流を利用可能な
スラストに変換する効率については永久磁石型モーター
は誘導型モーターよりも約１０％高い。第２に、この高
い効率を回転子３７の外周と固定子３９の内周との間の
ギャップを誘導型モーターの場合よりも広く設定しなが
ら実現することができる。推進装置１が作動している状
態で、このギャップは誘導型モーターなら０．２５イン
チまたはそれ以下であるのに対して１．３１ｃｍ（０．
５０インチ）にも達する。広いギャップを採用すること
で、回転子３７と固定子３９の間の海水乱流膜によって
生ずる摩擦抗力が軽減されるだけでなく、推進装置１の
この特定箇所に発生する騒音量も軽減される。その他の
利点として、（固定子巻線から発生する磁界の望ましく
ない不均整が原因で起こる）調波電流発生量が少なく、
その結果、回転子３７における調波電流の相互作用によ
る振動も少なくなる。固定子３９での回転に伴う回転子
３７の心ずれ動揺に起因する振動も軽減される。モータ
ー３４、３５に永久磁石型を使用することでギャップを
広くできるから、海水によってこのギャップに異物が運
び込まれて固定子３９での回転子３７の回転が妨げられ
たり停止したりする可能性は少なくなり、さらに、外部
衝撃に対する装置１全体の耐性が高められる。なぜな
ら、モーター３４、３５の回転子３７に作用してこれを
固定子３９に対して心ずれさせる衝撃による損傷に対す
る水中推進装置１の耐性が改善されるからである。

【００２０】特に図６から明らかなように、固定子３９
は等間隔で配置された複数の固定子鉄心巻線１８０を含
む。それぞれの固定子鉄心巻線１８０は端子ポスト集合
体４１のリード線と接続している。各固定子鉄心巻線１
８０は巻線１８０が発生させる磁界を伝導するが望まし
くない渦電流の伝導を遅らせる積層磁性鋼のリングから
形成された固定子鉄心１８２に収容される。鉄心１８２
を固定子、各積層リングの内径に存在する固定子鉄心巻
線収容スロットを互いに整列させるため、固定子鉄心１
８２を形成している積層リングの外径周りに複数の保持
バー１８４を溶接する。固定子３９全体は回転子３７の
外周と対向する内壁１８８とシュラウド集合体３の外側
の一部を形成する外壁１９０を有する水密性固定子ハウ
ジング１８６内に収容される。

【００２１】各電動機３４、３５の回転子３７は炭素鋼
から成る磁石ハウジング・リング１９７内に設けた複数
の台形磁石１９５で形成されている。それぞれの磁石１
９５はすぐれた磁界容量とＢ−Ｈ曲線特性にかんがみNb
Bfe 合金で形成するのが好ましい。各磁石１９５はボル
ト１９９と介してリング１９７に固定されたジルコニウ
ム・鋼・回転子ウエッジ１９８によって磁石ハウジング
・リング１９７内に保持される。好ましい実施例では、
回転子３７内に約２０個の台形磁石１９５を組み込む。
各磁石１９５の上端の上に中実銅ロッドから成る４本の
ダンパー・バー２００を設ける。このダンパー・バー２
００は各磁石１９５の上端に固定した磁極キャップ部材
２０３に形成した凹部内に配置される。ダンパー・バー
２００及び回転子ウエッジ１９８の目的は固定子巻線１
８０から発生する磁界の望ましくない不均整の結果とし
て回転子３７の頂面に発生する調波電流から磁石１９５
を保護することにある。即ち、このような調波電流が発
生するとすれば、高導電ダンパー・バー２００及び回転
子ウエッジ１９８に集中し、前記ダンパー・バー及びウ
エッジがこれを安全に消散させる。もし回転子３７にダ
ンパー・バー２００及び回転子ウエッジ１９８が存在し
なければ、調波電流が直接磁石１９５中を流れて究極的
にはこれを減磁する。また、ダンパー・バー２００及び
回転子ウエッジ１９８の組合わせが回転子３７の始動を
容易にする一種のかご構造を形成する。回転子３７は上
記固定子ハウジング１８６の内壁と、前後プロペラ１
７、２１の羽根１８、２２の外周端をつなぐ内壁２０８
とを有する回転子ハウジング２０４内に密閉される。

【００２２】特に図４から明らかなように、シュラウド
集合体３はボルト２１４を介して前方プロペラ１７の固
定子ハウジング１８６の上流壁に連結された丸い正面整
流部材２１２を含む。この固定子ハウジングのすぐ下流
には前方羽根１３の外端をシュラウド集合体３の内径と
一体的に連結する上流側支持部材２１６を設ける。この
上流側支持部材２１６はボルト２２０を介して中心支持
フレーム２１８の内径に連結されている。プロペラ２１
の固定子３９の下流側支持リング２２２を設ける。この
リング２２２は後方羽根２９をシュラウド集合体３に連
結し、ボルト２２４によって中心支持クレーム２２４に
固定される。このボルト２２４はシュラウド集合体３の
下流部分を形成する溝付きノズル２２６を中心支持フレ
ーム２１８に連結する機能をも果す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の２段式水中推進装置の斜視図である。

【図２】図１に示した推進装置の背面図である。

【図３】図１に示した推進装置の正面図である。

【図４】図１に示した推進装置の軸方向断面図である。

【図５】図１に示した推進装置の５−５線における部分
断面図である。

【図６】図５に破線の円で囲んだ部分の拡大図であり、
本発明に使用される電動機の１つの回転子及び固定子の
詳細な構造を示す。

【符号の説明】

１水中推進装置３シュラウド５吸水口７排水口９シャフト組立体１１固定状態の外側シャフト１３回転自在な内側シャフト１７第１のプロペラ１９，２３ハブ２１第２のプロペラ３４第１の電動機３５第２の電動機３７回転子３９固定子８５，１２３スラスト軸受集合体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アレンレオナードモーリスアメリカ合衆国ペンシルベニア州アリソンパークヘムロックドライブ 3007 (72)発明者レイモンドマークカーフォアメリカ合衆国ペンシルベニア州マリスビルフォーブズトレイルドライブ 3638

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸水口及び排水口を有するシュラウド
と、前記吸水口と排水口の間に位置するように前記シュ
ラウド内の中央に設けた固定状態の外側シャフト及び回
転自在な内側シャフトを有するシャフト集合体と、それ
ぞれが前記固定外側シャフトに回転自在に取付けられた
別々のハブを含む第１及び第２のプロペラとを有し、第
２プロペラを第１プロペラの下流側に配置し、第１及び
第２のプロペラを別々に回転させる第１及び第２の電動
機を設け、各電動機は、前記プロペラのうちの１つの外
周部の周りに設けた回転子及び前記回転子を囲むように
前記シュラウドに取付けた固定子を含み、前記第１及び
第２のプロペラのハブと前記シャフト集合体の間に発生
するスラスト荷重を吸収する第１及び第２スラスト軸受
集合体を設け、スラスト軸受集合体はいずれもシャフト
集合体の下流端に配置され、前記シャフト集合体の前記
回転自在な内側シャフトは、前記第１プロペラによって
発生するスラスト荷重を前記第１スラスト軸受集合体に
伝達することを特徴とする水中推進装置。
【請求項２】前記シュラウド内に前記シャフト集合体
を支持する複数の羽根部材を更に有し、水中推進装置か
ら発生する騒音を軽減するため前記羽根部材をすべて前
記第１のプロペラの下流側に配置したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の水中推進装置。
【請求項３】前記ハブと前記回転自在な内側シャフト
との間の心ずれを補償するため、前記第１プロペラのハ
ブと前記回転自在な内側シャフトの間に設けた自在継手
を更に有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の水中推進装置。
【請求項４】前記複数の羽根部材は、第１組及び第２
組の羽根部材を含み、前記第１組を前記シャフト集合体
の前記第１及び第２プロペラのハブの間に位置する部分
と前記シュラウドとの間に配置したことを特徴とする特
許請求の範囲第２項に記載の水中推進装置。
【請求項５】第１及び第２スラスト軸受集合体を収容
するための軸受ハウジングを更に有し、前記ハウジング
が前記スラスト軸受集合体へのアクセスを可能にする着
脱自在なカバーを含むことを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の水中推進装置。
【請求項６】第１及び第２スラスト軸受集合体を収容
するための軸受ハウジングを更に有し、前記第２組の羽
根部材を前記ハウジングと前記シュラウドの間に連結し
たことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の水中
推進装置。
【請求項７】第２プロペラの出口から押し出される渦
状の水流を軸方向の水流に変えるように前記第２組の羽
根部材を流体力学的に形成したことを特徴とする特許請
求の範囲第４項に記載の水中推進装置。
【請求項８】前記第１及び第２スラスト軸受が機械的
に互いに独立であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の水中推進装置。
【請求項９】前記第１及び第２電動機の回転子はいず
れも、回転子と固定子との間隔を広げることによって前
記回転子から発生する騒音及び前記回転子に作用する摩
擦抗力を軽減するための永久磁石を含むことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の水中推進装置。
【請求項１０】前記軸受集合体のそれぞれが前記プロ
ペラによる前向きスラストに伴って発生する荷重を吸収
する１次スラスト軸受及び前記プロペラによる後ろ向き
スラストに伴って発生する荷重を吸収する２次スラスト
軸受を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の水中推進装置。
【請求項１１】吸水口及び排水口を有するシュラウド
と、前記吸水口と排水口の間に位置するように前記シュ
ラウド内の中心に取付けたシャフト集合体と、それぞれ
が前記固定外側シャフトに回転自在に取付けられた別々
のハブを含む第１及び第２のプロペラとを有し、第２プ
ロペラを第１プロペラの下流側に配置し、第１及び第２
のプロペラを別々に回転させる第１及び第２の電動機を
設け、各電動機は、前記プロペラのうちの１つの外周部
の周りに設けた回転子及び前記回転子を囲むように前記
シュラウドに取付けた固定子を含み、前記回転子が回転
子と固定子との間隔を広げることによって回転子から発
生する騒音及び前記回転子に作用する摩擦抗力を軽減す
るための永久磁石を含み、前記第１及び第２のプロペラ
のハブと前記シャフト集合体の間に発生するスラスト荷
重を吸収する第１及び第２スラスト軸受集合体を設け、
スラスト軸受集合体はいずれもシャフト集合体の下流端
に配置され、前記シャフト集合体を前記シュラウド内に
支持する複数の羽根部材を設け、羽根部材は全て、水中
推進装置から発生する騒音をさらに軽減するため前記第
１プロペラの下流側に配置されていることを特徴とする
水中推進装置。
【請求項１２】前記シャフト集合体が前記第１及び第
２プロペラのハブを回転自在に取付けてある固定状態の
外側シャフトと、外側シャフトに対して回転自在であ
り、前記第１プロペラからのスラストを第１スラスト軸
受集合体へ伝達するため第１プロペラのハブに連結され
た内側シャフトを含むことを特徴とする特許請求の範囲
第１１項に記載の水中推進装置。
【請求項１３】前記ハブと前記回転自在な内側シャフ
トの間の心ずれを補償するため前記第１プロペラのハブ
と前記回転自在な内側シャフトの間に設けた自在継手を
更に有することを特徴とする特許請求の範囲第１２項に
記載の水中推進装置。
【請求項１４】シュラウドの下流側部分が排水流を複
数の小さい水流に分けることによって装置から発生する
騒音をさらに軽減する溝付きノズルを画定することを特
徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の水中推進装
置。
【請求項１５】前記電動機のそれぞれを独立に駆動す
ると共に前記第１及び第２プロペラの回転速度を調節す
るための可変周波数ＡＣ電源をも含むことを特徴とする
特許請求の範囲第１１項に記載の水中推進装置。