推力発生装置
【課題】簡素な構成で、船舶の推力発生装置における冷却性を向上させる。
【解決手段】水中に配置されて水を噴射することで推力を発生させる推力発生装置１０であって、ロータ本体４３の一方側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第１水潤滑軸受４０と、ロータ本体４３の他方側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第２水潤滑軸受４１と、プロペラ翼１３ｂの一方側の流路に向けて開口した第１取水口３７ａと、プロペラ翼１３ｂの他方側の流路に向けて開口した第２取水口３８ａと、第１取水口３７ａに流入する水を第２水潤滑軸受４１に導く第１導水管３７と、第２取水口３８ａに流入する水を第１水潤滑軸受４０に導く第２導水管３８と、を備えている。
【解決手段】水中に配置されて水を噴射することで推力を発生させる推力発生装置１０であって、ロータ本体４３の一方側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第１水潤滑軸受４０と、ロータ本体４３の他方側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第２水潤滑軸受４１と、プロペラ翼１３ｂの一方側の流路に向けて開口した第１取水口３７ａと、プロペラ翼１３ｂの他方側の流路に向けて開口した第２取水口３８ａと、第１取水口３７ａに流入する水を第２水潤滑軸受４１に導く第１導水管３７と、第２取水口３８ａに流入する水を第１水潤滑軸受４０に導く第２導水管３８と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶等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。
【背景技術】
【０００２】
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システムの効率を向上することが求められている。船舶の推進システムでは、各種原動機の中でディーゼル機関が最も熱効率に優れており、ディーゼル機関を直接または減速機を介して推力発生装置たるプロペラに結合した推進方式が主流となってきている。ところが、ディーゼル機関は、環境性能の面で大気汚染の問題があることが指摘されている。そこで、ディーゼル機関の環境対策として、電動機でプロペラを駆動して推進力を発生させる電気推進方式が注目され始めている。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船用のリング状推進装置が開示されている。この推進装置によれば、電動機で駆動されるプロペラ翼の回転により水流が噴射され、推進力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６６９２３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動機でプロペラ翼を回転させる推進装置の場合には、電動機が発熱することにより熱損失が生じて効率が低下する。よって、電気推進システムの場合、電動機で生じた熱を如何にして冷却するかが重要となる。しかし、前記リング状推進装置では、電動機が一体化されているため、電動機を冷却するための冷却装置を追加しようと思えば、推進装置自体が複雑化及び大型化してしまい望ましくない。
【０００５】
そこで本発明は、簡素な構成で冷却性の良好な推力発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、第１の発明に係る推力発生装置は、液中に配置され、液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環状のステータと、複数の磁石と、前記磁石が取り付けられた磁性体からなるロータコアと、前記ロータコアが取り付けられた環状のロータ本体とを有する正逆回転可能なロータと、前記ロータ本体の径方向内側に一体的に設けられたプロペラ翼と、前記ロータ本体を挟んだ一方側に配置され、前記ロータ本体の一方側の側面及び外周面に対面してスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支える第１液潤滑軸受と、前記ロータ本体を挟んだ他方側に配置され、前記ロータ本体の他方側の側面及び外周面に対面してスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支える第２液潤滑軸受と、前記プロペラ翼を挟んだ一方側の流路に向けて開口した第１取液口と、前記プロペラ翼を挟んだ他方側の流路に向けて開口した第２取液口と、前記第１取液口に流入する液を前記第２液潤滑軸受に導く第１導液管と、前記第２取液口に流入する液を前記第１液潤滑軸受に導く第２導液管と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
前記第１の発明の構成によれば、プロペラ翼が正回転したときには、プロペラ翼の一方側から他方側に向けて液体が噴射されて第２取液口が高圧となるので、圧力差により第２取液口から第２導液管を介して第１液潤滑軸受に液が供給される。プロペラ翼が逆回転したときには、プロペラ翼の他方側から一方側に向けて液体が噴射されて第１取液口が高圧となるので、圧力差により第１取液口から第１導液管を介して第２液潤滑軸受に液が供給される。よって、ロータと共にプロペラ翼が正逆回転する構成において、当該液により、第１及び第２液潤滑軸受とロータ本体との間の摺動面を潤滑することができるとともに、その近傍に配置されて渦電流により発熱するロータコアを冷却することができる。
【０００８】
また、プロペラ翼の正回転時には、プロペラ翼の一方側から他方側に向けて液体が噴射されるため、その反力でプロペラ翼及びロータは他方側から一方側へと第１液潤滑軸受に近接する方向に移動しようとするが、そのとき、前記したように第２取液口から第２導液管を介して第１液潤滑軸受に液が供給されるので、第１液潤滑軸受とロータ本体との間は好適に潤滑される。プロペラ翼の逆回転時には、プロペラ翼の回転軸線方向の他方側から一方側に向けて液体が噴射されるため、その反力でプロペラ翼及びロータは一方側から他方側へと第２液潤滑軸受に近接する方向に移動しようとするが、そのとき、前記したように第１取液口から第１導液管を介して第２液潤滑軸受に液が供給されるので、第２液潤滑軸受とロータ本体との間は好適に潤滑される。よって、ロータと共にプロペラ翼が正逆回転する構成において、回転方向ごとに場所が異なる摺動圧の高い部分を簡素な構成で的確に潤滑することができる。
【０００９】
前記第１導液管及び前記第２導液管には、前記第１取液口及び前記第２取液口から前記第２液潤滑軸受及び前記第１液潤滑軸受へ向かう流れのみを許容する逆止弁がそれぞれ設けられていてもよい。
【００１０】
前記構成によれば、第１及び第２取液口から第２及び第１液潤滑軸受に向けて水が一方向に流れることが補償されるため、第１及び第２導液管の内部に液が滞留しにくく、冷却性が向上する。
【００１１】
第２の発明に係る推力発生装置は、液中に配置され、液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環状のステータと、複数の磁石が設けられた環状のロータ本体を有するロータと、前記ロータ本体の径方向内側に一体的に設けられたプロペラ翼と、を備え、前記ステータは、アウターケーシングと、前記アウターケーシングの内周側に配置されたインナーケーシングと、前記アウターケーシングと前記インナーケーシングとの間で形成された冷却空間と、前記冷却空間を前記プロペラ翼が配置される主流路に連通させる連通口とを有していることを特徴とする。
【００１２】
前記第２の発明の構成によれば、主流路を流れる液が連通口を介してステータ内の冷却空間に導入されるため、その冷却空間内の液によりコイル等の発熱部材を冷却することができる。しかも、冷却空間は新しい液が流れる主流路と連通口を介して連通しているので、冷却空間内の液の昇温を抑制することができる。よって、特別な冷却装置を設けることなく、簡素な構成で冷却性を向上することができる。
【００１３】
前記連通口は、前記プロペラ翼の両側にそれぞれ配置されていてもよい。
【００１４】
前記構成によれば、プロペラ翼の回転時には、その下流側が上流側に比べて高圧となるので、主流路の液はプロペラ翼の下流側の連通口から冷却空間内に流入し、冷却空間内の液はプロペラ翼の上流側に連通口から主流路に流出される。よって、圧力差により冷却空間内に液が滞留することが抑制され、冷却性を向上することができる。
【００１５】
前記アウターケーシングは、ダクト状であり、前記インナーケーシングは、前記ロータ本体の両側に配置されて、前記ロータ本体から離反するにつれて拡径するようにファンネル状に形成されたフェアリングを有し、前記フェアリングの拡径側の端部と前記アウターケーシングとの間には、前記連通口として隙間が形成されていてもよい。
【００１６】
前記構成によれば、フェアリングの外端部とアウターケーシングとの間に隙間を設けるだけで、主流路と冷却空間を繋ぐ連通口が形成できるので、簡素な構成で冷却性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、簡素な構成で冷却性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る推力発生装置を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す水力発生装置を図１の左側から見た図面である。
【図３】図１に示す推力発生装置の船体への搭載状態を説明する断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る推力発生装置を示す縦断面図である。
【図５】図４に示す水力発生装置を図４の左側から見た図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１及び２に示すように、第１実施形態の推力発生装置１０は、船体に固定される環状のステータ１１と、そのステータ１１に対して正逆回転可能な環状のロータ１２と、ロータ１２の径方向内側に一体的に設けられたプロペラ部材１３と、プロペラ部材１３の径方向内側の先端に一体的に設けられてロータ１２の回転軸線Ｘ上に配置されたボス１４とを備えている。
【００２１】
ステータ１１は、環状のアウターケーシング２１と、その内周側に配置された環状のインナーケーシング２２とを備え、それらの間に形成された略円筒状の空間を冷却空間Ｓ１としている。アウターケーシング２１は、一部分にケーブル挿通孔２１ａが形成された円筒のダクト状であり、ケーブル挿通孔２１ａは蓋２３で閉鎖されている。インナーケーシング２２は、第１〜第４ケーシング２４〜２７、支持リング２８，２９及びフェアリング３０，３１を互いにボルトで連結することで形成されている。インナーケーシング２２（具体的には第２ケーシング２５）は、アウターケーシング２１から径方向内側に突出したブラケット３９にボルトで着脱可能に固定されている。なお、ブラケット３９は周方向において部分的に設けられており、冷却空間Ｓ１を仕切っていない。
【００２２】
第１ケーシング２４と第２ケーシング２５とは、互いをボルトで連結することでコイル収容空間Ｓ２を形成している。コイル収容空間Ｓ２には、磁束の通路となる磁性体からなるステータコア３２が配置され、ステータコア３２に電機子コイル３３が巻き付けられている。この電機子コイル３３は、電気ケーブル３４，３５を介して船体内に設けられた電源（図示せず）に接続される。電気ケーブル３４，３５は、冷却空間Ｓ１内において防水コネクタ３４ａ，３５ａで互いに結合されており、船体側の電気ケーブル３５は蓋２３を水密的に貫通している。第２ケーシング２５のステータコア３２の内周面に対応する部分には環状切欠部２５ａが設けられており、環状切欠部２５ａ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３６で水密的に閉鎖されている。
【００２３】
第３及び第４ケーシング２６，２７は、第２ケーシング２５にボルトで固定されるフランジ部２６ａ，２７ａと、そのフランジ部２６ａ，２７ａの内周端から回転軸線Ｘ方向の外側に向けて延びる円筒部２６ｂ，２７ｂとを有している。一対の支持リング２８，２９は、円筒部２６ｂ，２７ｂの外側端部にボルトで固定されており、それぞれ第１及び第２導水管３７，３８（導液管）の一端部を支持している。第１及び第２導水管３７，３８の一端部の開口である第１及び第２取水口３７ａ，３８ａ（取液口）は、支持リング２８，２９の内周面と同一面上に位置して主流路Ｒに向けて開口している。（なお、図１において、第２導水管３８の第１導水管３７と重なる部分は一部破断して図示省略し、第１導水管３７のコネクタ３４ａ，３５ａと重なる部分は一部破断して図示省略している。）
フェアリング３０，３１は、支持リング２８，２９に近接する側の内端部３０ａ，３１ａから離反する側の外端部３０ｂ，３１ｂに向けて拡径するように形成されている。フェアリング３０，３１の内端部３０ａ，３１ｂは、支持リング２８，２９にボルトで固定されている。つまり、フェアリング３０，３１とアウターケーシング２１とは間接的に着脱可能に一体化されている。フェアリング３０，３１の外端部３０ｂ，３１ｂは、アウターケーシング２１と隙間Ｃ１，Ｃ２をあけている。フェアリング３０，３１には、それを支持リング２８，２９に固定したボルトの延長軸線と重なる位置に孔３０ｃ，３１ｃが形成されている。そして、隙間Ｃ１，Ｃ２及び孔３０ｃ、３１ｃが、冷却空間Ｓ１を主流路Ｒに連通させる連通口の役目を果たしている。
【００２４】
ステータ１１とロータ１２との間には第１及び第２水潤滑軸受４０，４１（液潤滑軸受）が介設され、ロータ１２が回転自在に支持されている。第１及び第２水潤滑軸受４０，４１は、後述するロータ本体４３の回転軸線Ｘ方向の両側面及び外周面に対面配置され、ロータ本体４３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。第１及び第２水潤滑軸受４０，４１は、フランジ部４０ａ，４１ａと、そのフランジ部４０ａ，４１ａの内周端から回転軸線Ｘ方向の外側に向けて延びる円筒部４０ｂ，４１ｂとを有している。第１及び第２水潤滑軸受４０，４１のロータ本体４３との摺動面にはセラミックが溶射されている。但し、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１自体をセラミックソリッドとしてもよいし、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１のロータ本体４３との摺動する部分のみ別体のセラミック部材を取り付けてもよい。
【００２５】
第１及び第２水潤滑軸受４０，４１と第３及び第４ケーシング２６，２７との間には水を一時的に貯める環状のバッファ空間Ｓ３，Ｓ４が形成されている。第３及び第４ケーシング２６，２７には、逆止弁４６，４７を介して第２及び第１導水管３８，３７の他端部が接続されており、第２及び第１導水管３８，３７内の流路は逆止弁４６，４７を介してバッファ空間Ｓ３，Ｓ４に連通している。この逆止弁４６，４７は、第２及び第１取水口３８ａ，３７ａから第１及び第２水潤滑軸受４０，４１へ向かう流れのみを許容するものである。よって、第１及び第２取水口３７ａ，３８ａから第１及び第２導水管３７，３８内に流入した水は、逆止弁４７，４６を介してバッファ空間Ｓ４，Ｓ３に導かれる。第１及び第２水潤滑軸受４０，４１のフランジ部４０ａ，４１ａには、周方向に等間隔に複数の吐出孔４０ｃ，４１ｃが形成されており、それらの吐出孔４０ｃ，４１ｃの一端がバッファ空間Ｓ３，Ｓ４に連通し、その他端がロータ本体４３に向けて開口している。
【００２６】
ロータ１２は、ロータ本体４３と、ロータ本体４３に外嵌されて防食皮膜が塗布された磁性体からなる環状のロータコア４４と、ロータコア４４に取り付けられて電機子コイル３３による磁力が作用する永久磁石４５とを備えている。ロータコア４４とステータコア３２とは対向する位置に設けられ、電機子コイル３３への給電の仕方を変えることによりロータ１２の回転方向を逆転させることが可能となっている。ロータ本体４３は、第１水潤滑軸受４０に対面する側面及び外周面を有する第１部材４８と、第２水潤滑軸受４１に対面する側面及び外周面を有する第２部材４９と、ロータコア４４の内周面に当接する支持面を有する第３部材５０とを有している。
【００２７】
第１〜第３部材４８〜５０は、互いにボルトで着脱可能に固定されている。第１及び第２部材４８，４９は、フランジ部４８ａ，４９ａと、そのフランジ部４８ａ，４９ａの内周端から回転軸線Ｘ方向の外側に向けて延びる円筒部４８ｂ，４９ｂとを有している。第１及び第２部材４８，４９のフランジ部４８ａ，４９ａの回転軸線Ｘ方向の外方の側面は、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１のフランジ部４０ａ，４１ａに対面したスラスト摺動面となっている。第１及び第２部材４８，４９の円筒部４８ｂ，４９ｂの外周面は、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１の円筒部４０ｂ，４１ｂに対面したラジアル摺動面となっている。つまり、第３部材５０には、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１との摺動面は存在せず、ロータ本体４３の全ての摺動面は、第３部材５０に対してボルトで着脱される第１及び第２部材４８，４９に設けられている。第１及び第２部材４８，４９のフランジ部４８ａ，４９ａは、第３部材５０よりも径方向外側に突出している。第１及び第２部材４８，４９のフランジ部４８ａ，４９ａと第３部材５０の外周面（支持面）との間で形成される環状凹部にロータコア４４が外嵌配置されている。
【００２８】
第３部材５０の内周面には、プロペラ部材１３がボルトで着脱可能に固定されている。プロペラ部材１３は、第３部材５０に内嵌固定される外円筒部１３ａと、外円筒部１３ａ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１３ｂと、複数のプロペラ翼１３ｂの径方向内側の先端を繋ぐ内円筒部１３ｃとを有している。内円筒部１３ｃの回転軸線Ｘ方向の両側端は、先端に向けて徐々に縮径する弾頭形状の一対の分割ボス５１，５２の拡径端で挟持されている。一方の分割ボス５１の内部には、他方に向けて開口するボルト穴を有するボルト取付部５１ａが設けられ、他方の分割ボス５２の内部には、ボルト取付部５１ａのボルト穴と合致するボルト穴を有するボルト取付部５２ａが設けられている。そして、ボルト取付部５１ａ，５２ａのボルト穴にボルト５３を締結することで、分割ボス５１，５２が内円筒部１３ｃを圧接挟持して互いに一体化される。よって、内円筒部１３ｃと分割ボス５１，５２とにより、回転軸線Ｘ方向の両側に向けて徐々に縮径する流線形の中空部材であるボス１４が形成される。そして、適宜ボルトを取り外すことにより、ロータ本体４３とプロペラ翼１３ｂと分割ボス５１，５２とが互いに離脱できるようになっている。
【００２９】
プロペラ翼１３ｂが配置される主流路Ｒは、外円筒部１３ａ、第１及び第２部材４８，４９、支持リング２８，２９及びフェアリング３０，３１の各内周面により画定されている。主流路Ｒは、円柱状部分と、その回転軸線Ｘ方向の両側に連続して回転軸線Ｘ方向の両側に向けて拡径した拡径状部分とを有しており、第１及び第２取水口３７ａ，３８ａは、その円柱状部分と拡径状部分との境界部分に配置されている。
【００３０】
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、例えば、大型船舶の左右方向への推力を発生させるサイドスラスタとして適用される。具体的には、図３に示すように、船体６０には左右方向に貫通する開口６１，６２が設けられており、その開口６１，６２から船体内側に円筒壁６３，６４が突出している。この一対の円筒壁６３，６４の対向端は互いに離隔しており、その対向端に推力発生装置１０のアウターケーシング２１の両端が溶接固定される。
【００３１】
次に、推力発生装置１０の動作について説明する。電機子コイル３３に給電して発生した磁界が永久磁石４５に作用することで、ロータ１２、プロペラ部材１３及びボス１４が一体的に回転する。プロペラ翼１３ｂが正回転すると、プロペラ翼１３ｂから図１中右側に向けて水が噴射されるので、第２取水口３８ａの近傍はプロペラ翼１３ｂの図１中左側（上流側）に比べて高圧となる。この圧力差によりポンプ無しで主流路Ｒの水が第２取水口３８ａを介して第２導水管３８に流入し、その第２導水管３８内の水が逆止弁４６を介してバッファ空間Ｓ３に導かれる。そして、バッファ空間Ｓ３の水は吐出孔４０ｃからロータ本体４３の第１部材４８に向けて吐出される。その水は、第１部材４８と第１水潤滑軸受４０との摺動面を潤滑及び冷却し、その一部の水は第１部材４８と支持リング２８との隙間から主流路Ｒへと流れる。その残りの水は、ロータコア４４の外周面とキャン３６との隙間を通って第２部材４９と第２水潤滑軸受４１との摺動面を潤滑及び冷却する。また、プロペラ翼１３ｂが正回転すると、プロペラ翼１３ｂから図１中右側に向けて水が噴射されるので、その反力でロータ本体４３は図１中右側から左側へと第１水潤滑軸受４０に近接する方向に移動しようとする。しかし、そのとき第２取水口３８ａから第２導水管３８に流入した水が第１水潤滑軸受４０の吐出孔４０ｃからロータ本体４３に向けて吐出されるので、その吐出された水でロータ本体４３を支持することができ、第１水潤滑軸受４０とロータ本体４３との間は好適に潤滑される。
【００３２】
一方、プロペラ翼１３ｂが逆回転すると、プロペラ翼１３ｂから図１中左側に向けて水が噴射されるので、第１取水口３７ａの近傍はプロペラ翼１３ｂの図１中右側（上流側）に比べて高圧となる。この圧力差によりポンプ無しで主流路Ｒの水が第１取水口３７ａを介して第１導水管３７に流入し、その第１導水管３７内の水が逆止弁４７を介してバッファ空間Ｓ４に導かれる。そして、バッファ空間Ｓ４の水は吐出孔４１ｃからロータ本体４３の第２部材４９に向けて吐出される。その水は、第２部材４９と第２水潤滑軸受４１との摺動面を潤滑及び冷却し、その一部の水は第２部材４９と支持リング２９との隙間から主流路Ｒへと流れる。その残りの水は、ロータコア４４の外周面とキャン３６との隙間を通って第１部材４８と第１水潤滑軸受４０との摺動面を潤滑及び冷却する。また、プロペラ翼１３ｂが逆正回転すると、プロペラ翼１３ｂから図１中左側に向けて水が噴射されるので、その反力でロータ本体４３は図１中左側から右側へと第２水潤滑軸受４１に近接する方向に移動しようとする。しかし、そのとき第１取水口３７ａから第１導水管３７に流入した水が第２水潤滑軸受４１の吐出孔４１ｃからロータ本体４３に向けて吐出されるので、その吐出された水でロータ本体４３を支持することができ、第２水潤滑軸受４１とロータ本体４３との間は好適に潤滑される。
【００３３】
以上のようにして、ロータ１２と共にプロペラ翼１３ｂが正逆回転する構成において、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１とロータ本体４３との間の摺動面を水で潤滑することができるとともに、その近傍に配置されて渦電流により発熱するロータコア４４等を冷却することができる。また、プロペラ翼１３ｂの正回転時に摺動圧が高まる場所（第１部材４８と第１水潤滑軸受４０との間の摺動面）と、プロペラ翼１３ｂの逆正回転時に摺動圧が高まる場所（第２部材４９と第２水潤滑軸受４１との間の摺動面）とは異なるが、プロペラ翼１３ｂの回転方向に応じて摺動圧の高い部分を簡素な構成で的確に潤滑することができる。
【００３４】
また、第１及び第２導水管３７，３８には逆止弁４６，４７が設けられているため、第１及び第２取水口３７ａ，３８ａから第２及び第１水潤滑軸受４１，４０に向けて水が一方向に流れることが補償され、第１及び第２導水管３７，３８の内部に水が滞留しにくく、冷却性が向上する。さらに、主流路Ｒを流れる水は、隙間Ｃ１，Ｃ２及び孔３０ｃ，３１ｃを連通口として、アウターケーシング２１とインナーケーシング２２との間に形成された冷却空間Ｓ１に進入するため、その冷却空間Ｓ１内の水によりコイル３３、ステータコア３２及びロータコア４４等を冷却することができる。しかも、冷却空間Ｓ１は新しい水が流れる主流路Ｒと連通しているので、冷却空間Ｓ１内の水の昇温を抑制することができる。また、連通口である隙間Ｃ１，Ｃ２及び孔３０ｃ，３１ｃは、プロペラ翼１３ｂから見て上流と下流とに分かれて配置されているため、その圧力差により冷却空間Ｓ１内の水の入れ替わりが促進される。
【００３５】
次に、推力発生装置１０のメンテナンス作業について説明する。例えば、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１とロータ本体４３との摺動面の劣化により、第１及び第２部材４８，４９又は第１及び第２水潤滑軸受４０，４１を新品に交換するメンテナンスを行う場合には、適宜ボルトを外すことで、フェアリング３０，３１、支持リング２８，２９、第３及び第４ケーシング２６，２７を互いに分解する。そうすると、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１及びロータ本体４３に容易にアクセスすることができるようになる。
【００３６】
ロータ本体４３については、適宜ボルトを外すことで、第１及び第２部材４８，４９を第３部材５０から取り外して、その第１及び第２部材４８，４９を新品と交換して第３部材５０に固定しなおす。そうすると、ロータコア４４を第３部材５０から引きずり出さなくても、ロータコア４４が第３部材５０に外嵌された状態を保ったまま、ロータ本体４３の全ての摺動面の交換作業を行うことができる。よって、作業者はロータコア４４の防食皮膜の剥がれを心配する必要がなく、メンテナンス性が向上する。
【００３７】
また、ロータ本体４３とプロペラ部材１３と分割ボス５１，５２とは、ボルトで互いに着脱可能に固定されているため、プロペラ翼１３ｂの破損時などには、プロペラ部材１３をロータ本体４３及び分割ボス５１，５２から取り外すことで、プロペラ部材１３を容易に交換することができ、メンテナンス性が向上する。
【００３８】
（第２実施形態）
図４及び５に示すように、第２実施形態の推力発生装置１１０のステータ１１１は、環状のアウターケーシング１２１と、その内周側に配置された環状のインナーケーシング２２とを備え、それらの間に形成された円筒状の空間を冷却空間Ｓ１としている。アウターケーシング１２１は、上面開口１３０ｉを有するケーシング本体１３０と、そのケーシング本体１３０の上面開口１３０ｉを閉鎖するカバー１３１とを備えている。なお、推力発生装置１１０のアウターケーシング１２１以外の部品群は第１実施形態と共通するため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
ケーシング本体１３０は、左右に対向する垂直壁部１３０ａ，１３０ｂと、それら垂直壁部１３０ａ，１３０ｂの側面開口１３０ｆ，１３０ｇを形成すべく回転軸線Ｘ方向の外側に突出した内円筒部１３０ｄ，１３０ｅと、垂直壁部１３０ａ，１３０ｂの上端に形成されたフランジ部１３０ｈとを備えている。そして、内円筒部１３０ｄ，１３０ｅ、支持リング２８，２９、ロータ本体４３及び外円筒部１３ａの各内周面により、主流路Ｒが画定されている。カバー１３１は、ケーシング本体１３０のフランジ部１３０ｈに対してボルトＢで着脱可能に固定されている。カバー１３１は、一部分にケーブル挿通孔１３１ａが形成された平板であり、ケーブル挿通孔１３１ａを蓋２３で閉鎖している。
【００４０】
ケーシング本体１３０と支持リング２８，２９との間には隙間Ｃ３，Ｃ４が形成されている。その隙間Ｃ３，Ｃ４が、冷却空間Ｓ１を主流路Ｒに連通させる連通口の役目を果たしている。インナーケーシング２２（具体的には第２ケーシング２５）は、アウターケーシング１２１のカバー１３１とブラケット３９を介して接続されており、ケーシング本体１３０には固定されていない。よって、メンテナンス時には、ボルトＢを外してカバー１３１をケーシング本体１３０から離脱するだけで、推力発生装置１１０のアウターケーシング１２１以外の部品群を上面開口１３０ｉから上方に取り出すことができる。
【００４１】
なお、前述した各実施形態の推力発生装置は、通常の大型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。また、前述した各実施形態では、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ないが、一部期間（例えば、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）にポンプを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明に係る水力発生装置は、冷却性が良好となる優れた効果を有し、船舶等に広く適用すると有益である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１１０ 推力発生装置
１１，１１１ ステータ
１２ ロータ
１３ プロペラ部材
１３ｂ プロペラ翼
１４ ボス
２１ アウターケーシング
２２ インナーケーシング
３０，３１ フェアリング
３２ ステータコア
３３ 電機子コイル
３７ 第１導水管（第１導液管）
３７ａ 第１取水口（第１取液口）
３８ 第２導水管（第２導液管）
３８ａ 第２取水口（第２取液口）
４０ 第１水潤滑軸受（第１液潤滑軸受）
４１ 第２水潤滑軸受（第２液潤滑軸受）
４３ ロータ本体
４４ ロータコア
４５ 永久磁石
Ｓ１ 冷却空間
Ｒ 主流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶等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。
【背景技術】
【０００２】
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システムの効率を向上することが求められている。船舶の推進システムでは、各種原動機の中でディーゼル機関が最も熱効率に優れており、ディーゼル機関を直接または減速機を介して推力発生装置たるプロペラに結合した推進方式が主流となってきている。ところが、ディーゼル機関は、環境性能の面で大気汚染の問題があることが指摘されている。そこで、ディーゼル機関の環境対策として、電動機でプロペラを駆動して推進力を発生させる電気推進方式が注目され始めている。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船用のリング状推進装置が開示されている。この推進装置によれば、電動機で駆動されるプロペラ翼の回転により水流が噴射され、推進力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６６９２３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動機でプロペラ翼を回転させる推進装置の場合には、電動機が発熱することにより熱損失が生じて効率が低下する。よって、電気推進システムの場合、電動機で生じた熱を如何にして冷却するかが重要となる。しかし、前記リング状推進装置では、電動機が一体化されているため、電動機を冷却するための冷却装置を追加しようと思えば、推進装置自体が複雑化及び大型化してしまい望ましくない。
【０００５】
そこで本発明は、簡素な構成で冷却性の良好な推力発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、第１の発明に係る推力発生装置は、液中に配置され、液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環状のステータと、複数の磁石と、前記磁石が取り付けられた磁性体からなるロータコアと、前記ロータコアが取り付けられた環状のロータ本体とを有する正逆回転可能なロータと、前記ロータ本体の径方向内側に一体的に設けられたプロペラ翼と、前記ロータ本体を挟んだ一方側に配置され、前記ロータ本体の一方側の側面及び外周面に対面してスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支える第１液潤滑軸受と、前記ロータ本体を挟んだ他方側に配置され、前記ロータ本体の他方側の側面及び外周面に対面してスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支える第２液潤滑軸受と、前記プロペラ翼を挟んだ一方側の流路に向けて開口した第１取液口と、前記プロペラ翼を挟んだ他方側の流路に向けて開口した第２取液口と、前記第１取液口に流入する液を前記第２液潤滑軸受に導く第１導液管と、前記第２取液口に流入する液を前記第１液潤滑軸受に導く第２導液管と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
前記第１の発明の構成によれば、プロペラ翼が正回転したときには、プロペラ翼の一方側から他方側に向けて液体が噴射されて第２取液口が高圧となるので、圧力差により第２取液口から第２導液管を介して第１液潤滑軸受に液が供給される。プロペラ翼が逆回転したときには、プロペラ翼の他方側から一方側に向けて液体が噴射されて第１取液口が高圧となるので、圧力差により第１取液口から第１導液管を介して第２液潤滑軸受に液が供給される。よって、ロータと共にプロペラ翼が正逆回転する構成において、当該液により、第１及び第２液潤滑軸受とロータ本体との間の摺動面を潤滑することができるとともに、その近傍に配置されて渦電流により発熱するロータコアを冷却することができる。
【０００８】
また、プロペラ翼の正回転時には、プロペラ翼の一方側から他方側に向けて液体が噴射されるため、その反力でプロペラ翼及びロータは他方側から一方側へと第１液潤滑軸受に近接する方向に移動しようとするが、そのとき、前記したように第２取液口から第２導液管を介して第１液潤滑軸受に液が供給されるので、第１液潤滑軸受とロータ本体との間は好適に潤滑される。プロペラ翼の逆回転時には、プロペラ翼の回転軸線方向の他方側から一方側に向けて液体が噴射されるため、その反力でプロペラ翼及びロータは一方側から他方側へと第２液潤滑軸受に近接する方向に移動しようとするが、そのとき、前記したように第１取液口から第１導液管を介して第２液潤滑軸受に液が供給されるので、第２液潤滑軸受とロータ本体との間は好適に潤滑される。よって、ロータと共にプロペラ翼が正逆回転する構成において、回転方向ごとに場所が異なる摺動圧の高い部分を簡素な構成で的確に潤滑することができる。
【０００９】
前記第１導液管及び前記第２導液管には、前記第１取液口及び前記第２取液口から前記第２液潤滑軸受及び前記第１液潤滑軸受へ向かう流れのみを許容する逆止弁がそれぞれ設けられていてもよい。
【００１０】
前記構成によれば、第１及び第２取液口から第２及び第１液潤滑軸受に向けて水が一方向に流れることが補償されるため、第１及び第２導液管の内部に液が滞留しにくく、冷却性が向上する。
【００１１】
第２の発明に係る推力発生装置は、液中に配置され、液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環状のステータと、複数の磁石が設けられた環状のロータ本体を有するロータと、前記ロータ本体の径方向内側に一体的に設けられたプロペラ翼と、を備え、前記ステータは、アウターケーシングと、前記アウターケーシングの内周側に配置されたインナーケーシングと、前記アウターケーシングと前記インナーケーシングとの間で形成された冷却空間と、前記冷却空間を前記プロペラ翼が配置される主流路に連通させる連通口とを有していることを特徴とする。
【００１２】
前記第２の発明の構成によれば、主流路を流れる液が連通口を介してステータ内の冷却空間に導入されるため、その冷却空間内の液によりコイル等の発熱部材を冷却することができる。しかも、冷却空間は新しい液が流れる主流路と連通口を介して連通しているので、冷却空間内の液の昇温を抑制することができる。よって、特別な冷却装置を設けることなく、簡素な構成で冷却性を向上することができる。
【００１３】
前記連通口は、前記プロペラ翼の両側にそれぞれ配置されていてもよい。
【００１４】
前記構成によれば、プロペラ翼の回転時には、その下流側が上流側に比べて高圧となるので、主流路の液はプロペラ翼の下流側の連通口から冷却空間内に流入し、冷却空間内の液はプロペラ翼の上流側に連通口から主流路に流出される。よって、圧力差により冷却空間内に液が滞留することが抑制され、冷却性を向上することができる。
【００１５】
前記アウターケーシングは、ダクト状であり、前記インナーケーシングは、前記ロータ本体の両側に配置されて、前記ロータ本体から離反するにつれて拡径するようにファンネル状に形成されたフェアリングを有し、前記フェアリングの拡径側の端部と前記アウターケーシングとの間には、前記連通口として隙間が形成されていてもよい。
【００１６】
前記構成によれば、フェアリングの外端部とアウターケーシングとの間に隙間を設けるだけで、主流路と冷却空間を繋ぐ連通口が形成できるので、簡素な構成で冷却性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、簡素な構成で冷却性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る推力発生装置を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す水力発生装置を図１の左側から見た図面である。
【図３】図１に示す推力発生装置の船体への搭載状態を説明する断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る推力発生装置を示す縦断面図である。
【図５】図４に示す水力発生装置を図４の左側から見た図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１及び２に示すように、第１実施形態の推力発生装置１０は、船体に固定される環状のステータ１１と、そのステータ１１に対して正逆回転可能な環状のロータ１２と、ロータ１２の径方向内側に一体的に設けられたプロペラ部材１３と、プロペラ部材１３の径方向内側の先端に一体的に設けられてロータ１２の回転軸線Ｘ上に配置されたボス１４とを備えている。
【００２１】
ステータ１１は、環状のアウターケーシング２１と、その内周側に配置された環状のインナーケーシング２２とを備え、それらの間に形成された略円筒状の空間を冷却空間Ｓ１としている。アウターケーシング２１は、一部分にケーブル挿通孔２１ａが形成された円筒のダクト状であり、ケーブル挿通孔２１ａは蓋２３で閉鎖されている。インナーケーシング２２は、第１〜第４ケーシング２４〜２７、支持リング２８，２９及びフェアリング３０，３１を互いにボルトで連結することで形成されている。インナーケーシング２２（具体的には第２ケーシング２５）は、アウターケーシング２１から径方向内側に突出したブラケット３９にボルトで着脱可能に固定されている。なお、ブラケット３９は周方向において部分的に設けられており、冷却空間Ｓ１を仕切っていない。
【００２２】
第１ケーシング２４と第２ケーシング２５とは、互いをボルトで連結することでコイル収容空間Ｓ２を形成している。コイル収容空間Ｓ２には、磁束の通路となる磁性体からなるステータコア３２が配置され、ステータコア３２に電機子コイル３３が巻き付けられている。この電機子コイル３３は、電気ケーブル３４，３５を介して船体内に設けられた電源（図示せず）に接続される。電気ケーブル３４，３５は、冷却空間Ｓ１内において防水コネクタ３４ａ，３５ａで互いに結合されており、船体側の電気ケーブル３５は蓋２３を水密的に貫通している。第２ケーシング２５のステータコア３２の内周面に対応する部分には環状切欠部２５ａが設けられており、環状切欠部２５ａ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３６で水密的に閉鎖されている。
【００２３】
第３及び第４ケーシング２６，２７は、第２ケーシング２５にボルトで固定されるフランジ部２６ａ，２７ａと、そのフランジ部２６ａ，２７ａの内周端から回転軸線Ｘ方向の外側に向けて延びる円筒部２６ｂ，２７ｂとを有している。一対の支持リング２８，２９は、円筒部２６ｂ，２７ｂの外側端部にボルトで固定されており、それぞれ第１及び第２導水管３７，３８（導液管）の一端部を支持している。第１及び第２導水管３７，３８の一端部の開口である第１及び第２取水口３７ａ，３８ａ（取液口）は、支持リング２８，２９の内周面と同一面上に位置して主流路Ｒに向けて開口している。（なお、図１において、第２導水管３８の第１導水管３７と重なる部分は一部破断して図示省略し、第１導水管３７のコネクタ３４ａ，３５ａと重なる部分は一部破断して図示省略している。）
フェアリング３０，３１は、支持リング２８，２９に近接する側の内端部３０ａ，３１ａから離反する側の外端部３０ｂ，３１ｂに向けて拡径するように形成されている。フェアリング３０，３１の内端部３０ａ，３１ｂは、支持リング２８，２９にボルトで固定されている。つまり、フェアリング３０，３１とアウターケーシング２１とは間接的に着脱可能に一体化されている。フェアリング３０，３１の外端部３０ｂ，３１ｂは、アウターケーシング２１と隙間Ｃ１，Ｃ２をあけている。フェアリング３０，３１には、それを支持リング２８，２９に固定したボルトの延長軸線と重なる位置に孔３０ｃ，３１ｃが形成されている。そして、隙間Ｃ１，Ｃ２及び孔３０ｃ、３１ｃが、冷却空間Ｓ１を主流路Ｒに連通させる連通口の役目を果たしている。
【００２４】
ステータ１１とロータ１２との間には第１及び第２水潤滑軸受４０，４１（液潤滑軸受）が介設され、ロータ１２が回転自在に支持されている。第１及び第２水潤滑軸受４０，４１は、後述するロータ本体４３の回転軸線Ｘ方向の両側面及び外周面に対面配置され、ロータ本体４３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。第１及び第２水潤滑軸受４０，４１は、フランジ部４０ａ，４１ａと、そのフランジ部４０ａ，４１ａの内周端から回転軸線Ｘ方向の外側に向けて延びる円筒部４０ｂ，４１ｂとを有している。第１及び第２水潤滑軸受４０，４１のロータ本体４３との摺動面にはセラミックが溶射されている。但し、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１自体をセラミックソリッドとしてもよいし、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１のロータ本体４３との摺動する部分のみ別体のセラミック部材を取り付けてもよい。
【００２５】
第１及び第２水潤滑軸受４０，４１と第３及び第４ケーシング２６，２７との間には水を一時的に貯める環状のバッファ空間Ｓ３，Ｓ４が形成されている。第３及び第４ケーシング２６，２７には、逆止弁４６，４７を介して第２及び第１導水管３８，３７の他端部が接続されており、第２及び第１導水管３８，３７内の流路は逆止弁４６，４７を介してバッファ空間Ｓ３，Ｓ４に連通している。この逆止弁４６，４７は、第２及び第１取水口３８ａ，３７ａから第１及び第２水潤滑軸受４０，４１へ向かう流れのみを許容するものである。よって、第１及び第２取水口３７ａ，３８ａから第１及び第２導水管３７，３８内に流入した水は、逆止弁４７，４６を介してバッファ空間Ｓ４，Ｓ３に導かれる。第１及び第２水潤滑軸受４０，４１のフランジ部４０ａ，４１ａには、周方向に等間隔に複数の吐出孔４０ｃ，４１ｃが形成されており、それらの吐出孔４０ｃ，４１ｃの一端がバッファ空間Ｓ３，Ｓ４に連通し、その他端がロータ本体４３に向けて開口している。
【００２６】
ロータ１２は、ロータ本体４３と、ロータ本体４３に外嵌されて防食皮膜が塗布された磁性体からなる環状のロータコア４４と、ロータコア４４に取り付けられて電機子コイル３３による磁力が作用する永久磁石４５とを備えている。ロータコア４４とステータコア３２とは対向する位置に設けられ、電機子コイル３３への給電の仕方を変えることによりロータ１２の回転方向を逆転させることが可能となっている。ロータ本体４３は、第１水潤滑軸受４０に対面する側面及び外周面を有する第１部材４８と、第２水潤滑軸受４１に対面する側面及び外周面を有する第２部材４９と、ロータコア４４の内周面に当接する支持面を有する第３部材５０とを有している。
【００２７】
第１〜第３部材４８〜５０は、互いにボルトで着脱可能に固定されている。第１及び第２部材４８，４９は、フランジ部４８ａ，４９ａと、そのフランジ部４８ａ，４９ａの内周端から回転軸線Ｘ方向の外側に向けて延びる円筒部４８ｂ，４９ｂとを有している。第１及び第２部材４８，４９のフランジ部４８ａ，４９ａの回転軸線Ｘ方向の外方の側面は、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１のフランジ部４０ａ，４１ａに対面したスラスト摺動面となっている。第１及び第２部材４８，４９の円筒部４８ｂ，４９ｂの外周面は、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１の円筒部４０ｂ，４１ｂに対面したラジアル摺動面となっている。つまり、第３部材５０には、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１との摺動面は存在せず、ロータ本体４３の全ての摺動面は、第３部材５０に対してボルトで着脱される第１及び第２部材４８，４９に設けられている。第１及び第２部材４８，４９のフランジ部４８ａ，４９ａは、第３部材５０よりも径方向外側に突出している。第１及び第２部材４８，４９のフランジ部４８ａ，４９ａと第３部材５０の外周面（支持面）との間で形成される環状凹部にロータコア４４が外嵌配置されている。
【００２８】
第３部材５０の内周面には、プロペラ部材１３がボルトで着脱可能に固定されている。プロペラ部材１３は、第３部材５０に内嵌固定される外円筒部１３ａと、外円筒部１３ａ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１３ｂと、複数のプロペラ翼１３ｂの径方向内側の先端を繋ぐ内円筒部１３ｃとを有している。内円筒部１３ｃの回転軸線Ｘ方向の両側端は、先端に向けて徐々に縮径する弾頭形状の一対の分割ボス５１，５２の拡径端で挟持されている。一方の分割ボス５１の内部には、他方に向けて開口するボルト穴を有するボルト取付部５１ａが設けられ、他方の分割ボス５２の内部には、ボルト取付部５１ａのボルト穴と合致するボルト穴を有するボルト取付部５２ａが設けられている。そして、ボルト取付部５１ａ，５２ａのボルト穴にボルト５３を締結することで、分割ボス５１，５２が内円筒部１３ｃを圧接挟持して互いに一体化される。よって、内円筒部１３ｃと分割ボス５１，５２とにより、回転軸線Ｘ方向の両側に向けて徐々に縮径する流線形の中空部材であるボス１４が形成される。そして、適宜ボルトを取り外すことにより、ロータ本体４３とプロペラ翼１３ｂと分割ボス５１，５２とが互いに離脱できるようになっている。
【００２９】
プロペラ翼１３ｂが配置される主流路Ｒは、外円筒部１３ａ、第１及び第２部材４８，４９、支持リング２８，２９及びフェアリング３０，３１の各内周面により画定されている。主流路Ｒは、円柱状部分と、その回転軸線Ｘ方向の両側に連続して回転軸線Ｘ方向の両側に向けて拡径した拡径状部分とを有しており、第１及び第２取水口３７ａ，３８ａは、その円柱状部分と拡径状部分との境界部分に配置されている。
【００３０】
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、例えば、大型船舶の左右方向への推力を発生させるサイドスラスタとして適用される。具体的には、図３に示すように、船体６０には左右方向に貫通する開口６１，６２が設けられており、その開口６１，６２から船体内側に円筒壁６３，６４が突出している。この一対の円筒壁６３，６４の対向端は互いに離隔しており、その対向端に推力発生装置１０のアウターケーシング２１の両端が溶接固定される。
【００３１】
次に、推力発生装置１０の動作について説明する。電機子コイル３３に給電して発生した磁界が永久磁石４５に作用することで、ロータ１２、プロペラ部材１３及びボス１４が一体的に回転する。プロペラ翼１３ｂが正回転すると、プロペラ翼１３ｂから図１中右側に向けて水が噴射されるので、第２取水口３８ａの近傍はプロペラ翼１３ｂの図１中左側（上流側）に比べて高圧となる。この圧力差によりポンプ無しで主流路Ｒの水が第２取水口３８ａを介して第２導水管３８に流入し、その第２導水管３８内の水が逆止弁４６を介してバッファ空間Ｓ３に導かれる。そして、バッファ空間Ｓ３の水は吐出孔４０ｃからロータ本体４３の第１部材４８に向けて吐出される。その水は、第１部材４８と第１水潤滑軸受４０との摺動面を潤滑及び冷却し、その一部の水は第１部材４８と支持リング２８との隙間から主流路Ｒへと流れる。その残りの水は、ロータコア４４の外周面とキャン３６との隙間を通って第２部材４９と第２水潤滑軸受４１との摺動面を潤滑及び冷却する。また、プロペラ翼１３ｂが正回転すると、プロペラ翼１３ｂから図１中右側に向けて水が噴射されるので、その反力でロータ本体４３は図１中右側から左側へと第１水潤滑軸受４０に近接する方向に移動しようとする。しかし、そのとき第２取水口３８ａから第２導水管３８に流入した水が第１水潤滑軸受４０の吐出孔４０ｃからロータ本体４３に向けて吐出されるので、その吐出された水でロータ本体４３を支持することができ、第１水潤滑軸受４０とロータ本体４３との間は好適に潤滑される。
【００３２】
一方、プロペラ翼１３ｂが逆回転すると、プロペラ翼１３ｂから図１中左側に向けて水が噴射されるので、第１取水口３７ａの近傍はプロペラ翼１３ｂの図１中右側（上流側）に比べて高圧となる。この圧力差によりポンプ無しで主流路Ｒの水が第１取水口３７ａを介して第１導水管３７に流入し、その第１導水管３７内の水が逆止弁４７を介してバッファ空間Ｓ４に導かれる。そして、バッファ空間Ｓ４の水は吐出孔４１ｃからロータ本体４３の第２部材４９に向けて吐出される。その水は、第２部材４９と第２水潤滑軸受４１との摺動面を潤滑及び冷却し、その一部の水は第２部材４９と支持リング２９との隙間から主流路Ｒへと流れる。その残りの水は、ロータコア４４の外周面とキャン３６との隙間を通って第１部材４８と第１水潤滑軸受４０との摺動面を潤滑及び冷却する。また、プロペラ翼１３ｂが逆正回転すると、プロペラ翼１３ｂから図１中左側に向けて水が噴射されるので、その反力でロータ本体４３は図１中左側から右側へと第２水潤滑軸受４１に近接する方向に移動しようとする。しかし、そのとき第１取水口３７ａから第１導水管３７に流入した水が第２水潤滑軸受４１の吐出孔４１ｃからロータ本体４３に向けて吐出されるので、その吐出された水でロータ本体４３を支持することができ、第２水潤滑軸受４１とロータ本体４３との間は好適に潤滑される。
【００３３】
以上のようにして、ロータ１２と共にプロペラ翼１３ｂが正逆回転する構成において、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１とロータ本体４３との間の摺動面を水で潤滑することができるとともに、その近傍に配置されて渦電流により発熱するロータコア４４等を冷却することができる。また、プロペラ翼１３ｂの正回転時に摺動圧が高まる場所（第１部材４８と第１水潤滑軸受４０との間の摺動面）と、プロペラ翼１３ｂの逆正回転時に摺動圧が高まる場所（第２部材４９と第２水潤滑軸受４１との間の摺動面）とは異なるが、プロペラ翼１３ｂの回転方向に応じて摺動圧の高い部分を簡素な構成で的確に潤滑することができる。
【００３４】
また、第１及び第２導水管３７，３８には逆止弁４６，４７が設けられているため、第１及び第２取水口３７ａ，３８ａから第２及び第１水潤滑軸受４１，４０に向けて水が一方向に流れることが補償され、第１及び第２導水管３７，３８の内部に水が滞留しにくく、冷却性が向上する。さらに、主流路Ｒを流れる水は、隙間Ｃ１，Ｃ２及び孔３０ｃ，３１ｃを連通口として、アウターケーシング２１とインナーケーシング２２との間に形成された冷却空間Ｓ１に進入するため、その冷却空間Ｓ１内の水によりコイル３３、ステータコア３２及びロータコア４４等を冷却することができる。しかも、冷却空間Ｓ１は新しい水が流れる主流路Ｒと連通しているので、冷却空間Ｓ１内の水の昇温を抑制することができる。また、連通口である隙間Ｃ１，Ｃ２及び孔３０ｃ，３１ｃは、プロペラ翼１３ｂから見て上流と下流とに分かれて配置されているため、その圧力差により冷却空間Ｓ１内の水の入れ替わりが促進される。
【００３５】
次に、推力発生装置１０のメンテナンス作業について説明する。例えば、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１とロータ本体４３との摺動面の劣化により、第１及び第２部材４８，４９又は第１及び第２水潤滑軸受４０，４１を新品に交換するメンテナンスを行う場合には、適宜ボルトを外すことで、フェアリング３０，３１、支持リング２８，２９、第３及び第４ケーシング２６，２７を互いに分解する。そうすると、第１及び第２水潤滑軸受４０，４１及びロータ本体４３に容易にアクセスすることができるようになる。
【００３６】
ロータ本体４３については、適宜ボルトを外すことで、第１及び第２部材４８，４９を第３部材５０から取り外して、その第１及び第２部材４８，４９を新品と交換して第３部材５０に固定しなおす。そうすると、ロータコア４４を第３部材５０から引きずり出さなくても、ロータコア４４が第３部材５０に外嵌された状態を保ったまま、ロータ本体４３の全ての摺動面の交換作業を行うことができる。よって、作業者はロータコア４４の防食皮膜の剥がれを心配する必要がなく、メンテナンス性が向上する。
【００３７】
また、ロータ本体４３とプロペラ部材１３と分割ボス５１，５２とは、ボルトで互いに着脱可能に固定されているため、プロペラ翼１３ｂの破損時などには、プロペラ部材１３をロータ本体４３及び分割ボス５１，５２から取り外すことで、プロペラ部材１３を容易に交換することができ、メンテナンス性が向上する。
【００３８】
（第２実施形態）
図４及び５に示すように、第２実施形態の推力発生装置１１０のステータ１１１は、環状のアウターケーシング１２１と、その内周側に配置された環状のインナーケーシング２２とを備え、それらの間に形成された円筒状の空間を冷却空間Ｓ１としている。アウターケーシング１２１は、上面開口１３０ｉを有するケーシング本体１３０と、そのケーシング本体１３０の上面開口１３０ｉを閉鎖するカバー１３１とを備えている。なお、推力発生装置１１０のアウターケーシング１２１以外の部品群は第１実施形態と共通するため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
ケーシング本体１３０は、左右に対向する垂直壁部１３０ａ，１３０ｂと、それら垂直壁部１３０ａ，１３０ｂの側面開口１３０ｆ，１３０ｇを形成すべく回転軸線Ｘ方向の外側に突出した内円筒部１３０ｄ，１３０ｅと、垂直壁部１３０ａ，１３０ｂの上端に形成されたフランジ部１３０ｈとを備えている。そして、内円筒部１３０ｄ，１３０ｅ、支持リング２８，２９、ロータ本体４３及び外円筒部１３ａの各内周面により、主流路Ｒが画定されている。カバー１３１は、ケーシング本体１３０のフランジ部１３０ｈに対してボルトＢで着脱可能に固定されている。カバー１３１は、一部分にケーブル挿通孔１３１ａが形成された平板であり、ケーブル挿通孔１３１ａを蓋２３で閉鎖している。
【００４０】
ケーシング本体１３０と支持リング２８，２９との間には隙間Ｃ３，Ｃ４が形成されている。その隙間Ｃ３，Ｃ４が、冷却空間Ｓ１を主流路Ｒに連通させる連通口の役目を果たしている。インナーケーシング２２（具体的には第２ケーシング２５）は、アウターケーシング１２１のカバー１３１とブラケット３９を介して接続されており、ケーシング本体１３０には固定されていない。よって、メンテナンス時には、ボルトＢを外してカバー１３１をケーシング本体１３０から離脱するだけで、推力発生装置１１０のアウターケーシング１２１以外の部品群を上面開口１３０ｉから上方に取り出すことができる。
【００４１】
なお、前述した各実施形態の推力発生装置は、通常の大型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。また、前述した各実施形態では、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ないが、一部期間（例えば、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）にポンプを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明に係る水力発生装置は、冷却性が良好となる優れた効果を有し、船舶等に広く適用すると有益である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１１０ 推力発生装置
１１，１１１ ステータ
１２ ロータ
１３ プロペラ部材
１３ｂ プロペラ翼
１４ ボス
２１ アウターケーシング
２２ インナーケーシング
３０，３１ フェアリング
３２ ステータコア
３３ 電機子コイル
３７ 第１導水管（第１導液管）
３７ａ 第１取水口（第１取液口）
３８ 第２導水管（第２導液管）
３８ａ 第２取水口（第２取液口）
４０ 第１水潤滑軸受（第１液潤滑軸受）
４１ 第２水潤滑軸受（第２液潤滑軸受）
４３ ロータ本体
４４ ロータコア
４５ 永久磁石
Ｓ１ 冷却空間
Ｒ 主流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中に配置され、液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環状のステータと、
複数の磁石と、前記磁石が取り付けられた磁性体からなるロータコアと、前記ロータコアが取り付けられた環状のロータ本体とを有する正逆回転可能なロータと、
前記ロータ本体の径方向内側に一体的に設けられたプロペラ翼と、
前記ロータ本体を挟んだ一方側に配置され、前記ロータ本体の一方側の側面及び外周面に対面してスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支える第１液潤滑軸受と、
前記ロータ本体を挟んだ他方側に配置され、前記ロータ本体の他方側の側面及び外周面に対面してスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支える第２液潤滑軸受と、
前記プロペラ翼を挟んだ一方側の流路に向けて開口した第１取液口と、
前記プロペラ翼を挟んだ他方側の流路に向けて開口した第２取液口と、
前記第１取液口に流入する液を前記第２液潤滑軸受に導く第１導液管と、
前記第２取液口に流入する液を前記第１液潤滑軸受に導く第２導液管と、を備えていることを特徴とする推力発生装置。
【請求項２】
前記第１導液管及び前記第２導液管には、前記第１取液口及び前記第２取液口から前記第２液潤滑軸受及び前記第１液潤滑軸受へ向かう流れのみを許容する逆止弁がそれぞれ設けられている請求項１に記載の推力発生装置。
【請求項３】
液中に配置され、液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環状のステータと、
複数の磁石が設けられた環状のロータ本体を有するロータと、
前記ロータ本体の径方向内側に一体的に設けられたプロペラ翼と、を備え、
前記ステータは、アウターケーシングと、前記アウターケーシングの内周側に配置されたインナーケーシングと、前記アウターケーシングと前記インナーケーシングとの間で形成された冷却空間と、前記冷却空間を前記プロペラ翼が配置される主流路に連通させる連通口とを有していることを特徴とする推力発生装置。
【請求項４】
前記連通口は、前記プロペラ翼の両側にそれぞれ配置されている請求項３に記載の推力発生装置。
【請求項５】
前記アウターケーシングは、ダクト状であり、
前記インナーケーシングは、前記ロータ本体の両側に配置されて、前記ロータ本体から離反するにつれて拡径するようにファンネル状に形成されたフェアリングを有し、
前記フェアリングの拡径側の端部と前記アウターケーシングとの間には、前記連通口として隙間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。
【請求項１】
液中に配置され、液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環状のステータと、
複数の磁石と、前記磁石が取り付けられた磁性体からなるロータコアと、前記ロータコアが取り付けられた環状のロータ本体とを有する正逆回転可能なロータと、
前記ロータ本体の径方向内側に一体的に設けられたプロペラ翼と、
前記ロータ本体を挟んだ一方側に配置され、前記ロータ本体の一方側の側面及び外周面に対面してスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支える第１液潤滑軸受と、
前記ロータ本体を挟んだ他方側に配置され、前記ロータ本体の他方側の側面及び外周面に対面してスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支える第２液潤滑軸受と、
前記プロペラ翼を挟んだ一方側の流路に向けて開口した第１取液口と、
前記プロペラ翼を挟んだ他方側の流路に向けて開口した第２取液口と、
前記第１取液口に流入する液を前記第２液潤滑軸受に導く第１導液管と、
前記第２取液口に流入する液を前記第１液潤滑軸受に導く第２導液管と、を備えていることを特徴とする推力発生装置。
【請求項２】
前記第１導液管及び前記第２導液管には、前記第１取液口及び前記第２取液口から前記第２液潤滑軸受及び前記第１液潤滑軸受へ向かう流れのみを許容する逆止弁がそれぞれ設けられている請求項１に記載の推力発生装置。
【請求項３】
液中に配置され、液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環状のステータと、
複数の磁石が設けられた環状のロータ本体を有するロータと、
前記ロータ本体の径方向内側に一体的に設けられたプロペラ翼と、を備え、
前記ステータは、アウターケーシングと、前記アウターケーシングの内周側に配置されたインナーケーシングと、前記アウターケーシングと前記インナーケーシングとの間で形成された冷却空間と、前記冷却空間を前記プロペラ翼が配置される主流路に連通させる連通口とを有していることを特徴とする推力発生装置。
【請求項４】
前記連通口は、前記プロペラ翼の両側にそれぞれ配置されている請求項３に記載の推力発生装置。
【請求項５】
前記アウターケーシングは、ダクト状であり、
前記インナーケーシングは、前記ロータ本体の両側に配置されて、前記ロータ本体から離反するにつれて拡径するようにファンネル状に形成されたフェアリングを有し、
前記フェアリングの拡径側の端部と前記アウターケーシングとの間には、前記連通口として隙間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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−５９２７（Ｐ２０１１−５９２７Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５０５２４（Ｐ２００９−１５０５２４）
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
[ Back to top ]