船舶用推進装置
【課題】プロペラが障害物に接触して破損するような場合でも、超電導モータがその機能を維持することができる船舶用推進装置を提供する。
【解決手段】船舶用推進装置１をプロペラ推進装置２と超電導モータ３によって構成し、超電導モータ２に、円筒状に電機子を配設した固定子４と、超電導界磁を配設した回転子５と、回転子の端板７に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイル８と、固定子４と回転子５と電磁クラッチ用界磁用コイル８とを水密に内包する超電導モータ側ケーシング１０と、を備え、プロペラ推進装置２に、複数の永久磁石１２を有する回転板１１と、プロペラ回転軸１３と、プロペラ１４とを備えた。
【解決手段】船舶用推進装置１をプロペラ推進装置２と超電導モータ３によって構成し、超電導モータ２に、円筒状に電機子を配設した固定子４と、超電導界磁を配設した回転子５と、回転子の端板７に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイル８と、固定子４と回転子５と電磁クラッチ用界磁用コイル８とを水密に内包する超電導モータ側ケーシング１０と、を備え、プロペラ推進装置２に、複数の永久磁石１２を有する回転板１１と、プロペラ回転軸１３と、プロペラ１４とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用推進装置に関する。
【０００２】
特に、本発明は、プロペラ推進装置と超電導モータとによって船舶用推進装置を構成し、プロペラ推進装置と超電導モータとを分離して別々の水密のケーシングに格納し、プロペラ推進装置と超電導モータの間の動力の伝達は電磁クラッチによって行い、プロペラ推進装置が障害物に接触した際に超電導モータへの浸水を防止することができる船舶用推進装置に関する。
【０００３】
また、本発明は、超電導界磁を有する回転子の端板に、超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルを設けることにより、回転子の超電導界磁のための冷却装置を共用でき、かつ、在来機に比して小寸法でありながら大きなトルクを伝達することができる小型で高効率の船舶用推進装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
従来から、船舶用推進装置に超電導モータを使用することが種々考案されていた。
【０００５】
しかし、従来の船舶用推進装置は、室外機にプロペラを設け、機関部（電動機、ディーゼル機関）と室外機のプロペラは直結されていた。
【０００６】
一方、電磁クラッチの技術自体は従来から実開平６−４５３５８号公報等により知られていた。
【０００７】
実開平６−４５３５８号公報はガスレーザー装置に使用する電磁クラッチが示されている。実開平６−４５３５８号公報の図５および明細書のそれに対応する記載には、モータの回転軸の先端に、永久磁石を有する大気側磁気継手を接続し、隔壁を介して前記大気側磁気継手と対向して永久磁石を有するガス側磁気継手を設け、大気側磁気継手の動力をガス側磁気継手に伝達する電磁クラッチが開示されている。
【特許文献１】実開平６−４５３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年においては、より高出力の船舶用推進装置を得るために、船舶用推進装置の機関部の電動機に、超電導モータが使用する船舶用推進装置が多く提案されている。
【０００９】
これらの船舶用推進装置は上述したとおりプロペラと超電導モータが直結されている構造であった。
【００１０】
しかし、船舶用推進装置において、プロペラは船外で高速で回転するため、障害物に接触することによりプロペラ等が破損する可能性がある。
【００１１】
従来のように機関部（電動機、ディーゼル機関）と室外機が直結されている場合、プロペラが障害物に接触したときは、プロペラ回転軸のシール部を通って水が機関部に進入する。
【００１２】
特に、船舶用推進装置の機関部の電動機に超電導モータが使用されている場合、水の進入により、超電導モータがその機能を維持することができなくなり、深刻な場合は回復不能のダメージを受けることがある。
【００１３】
そこで、本願発明が解決しようとする一つの課題は、障害物に接触する可能性が高いプロペラが、万一障害物に接触して破損した場合でも、超電導モータがその機能を維持することができる船舶用推進装置を提供することにある。
【００１４】
なお、実開平６−４５３５８号公報に示されている従来の電磁クラッチは、ガスレーザー装置の大気側とガス側の間の動力伝達に使用されているが、船舶用推進装置のように水の進入に対して超電導モータの機能を維持し続けるようにする課題およびそれを解決する手段を有していない。なおまた、従来、低速高トルクの条件で電磁クラッチを使用すると大型化するため、船舶用推進装置には電磁クラッチは使用されていなかった。
【００１５】
また、実開平６−４５３５８号公報等に示されている従来の電磁クラッチは、常電導状態での電磁カップリングであった。
【００１６】
超電導界磁を使用すれば、より強い磁力で大きなトルクを伝達させ、小寸法・小体格とすることができることは知られている。
【００１７】
しかし、超電導状態を維持するためには、超電導状態を実現できるきわめて低い温度を維持しなければならず、超電導界磁を使用した電磁クラッチを実現することは構造が複雑になり技術的に困難であった。
【００１８】
ところが、超電導モータは、超電導界磁を超電導状態に維持するための、冷却装置、断熱構造等を有している。
【００１９】
この超電導モータの冷却装置、断熱構造等を利用することができれば、合理的な構造で大きな動力を伝達できる超電導電磁クラッチを実現することができる。
【００２０】
そこで、本願発明が解決しようとするもう一つの課題は、従来構造が複雑で技術的に困難であった超電導電磁クラッチに対して、超電導モータの構造を利用することにより、簡単な構造で大きな動力を伝達できる超電導電磁クラッチを提供することにある。
【００２１】
さらにまた、従来の船舶用推進装置はプロペラと超電導モータとを直結していたため、プロペラの回転数の制御は超電導モータの回転数制御によって行っていた。
【００２２】
本願発明者の研究によれば、超電導モータにおいて、出力効率の改善が低回転・大トルク領域において可能であることが予見される。ところが、プロペラに必要な回転数は、超電導モータのメリット（高出力効率）が得られる低回転数に比して一般的に高回転領域にある。
【００２３】
そのため、プロペラと超電導モータとを直結し、プロペラの回転数の制御を超電導モータの回転数制御によって行うようにすると、超電導モータの回転数は高出力効率を得られる低回転領域より高い高回転領域で稼働するようになる。
【００２４】
そこで、本願発明が解決しようとするさらにもう一つの課題は、高出力効率が得られる低回転領域で超電導モータを駆動し、かつ、船舶用推進装置として必要な高回転領域でもプロペラを駆動することができる船舶用推進装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明による船舶用推進装置は、
プロペラ推進装置と超電導モータとからなる船舶用推進装置において、
前記超電導モータは、円筒状に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子の電機子に対向してその内側に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、前記回転板と前記プロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシングと、を有することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明による船舶用推進装置は、
プロペラ推進装置と超電導モータとからなる船舶用推進装置において、
前記超電導モータは、該超電導モータの回転軸に垂直な固定板に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子と平行な回転板に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、前記回転板と前記プロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシングと、を有することを特徴とする。
【００２７】
前記電磁クラッチ用界磁用コイルに、静止磁界および回転磁界を発生させることにより、電磁クラッチにより加速と減速の駆動制御を行うインバータ制御部を備えるようにすることができる。
【００２８】
前記プロペラ推進装置は、プロペラ回転軸のシール部と、前記シール部より内側のプロペラ回転軸と、前記回転板とを水密に内包するプロペラ側ケーシングをさらに有しているのが好ましい。
【００２９】
船体の外側に配設されたポッドの内部に、上記プロペラ推進装置と超電導モータとを収納することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、プロペラ推進装置と超電導モータによって船舶用推進装置を構成し、プロペラ推進装置と超電導モータとを分離する構造を採り、超電導モータとプロペラ推進装置の間の動力伝達は電磁クラッチによって行い、プロペラ推進装置にその固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングを設け、超電導モータに回転板と前記プロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシングを設けている。
【００３１】
上記構成により、超電導モータは物理的にプロペラ推進装置と分断された独立の構造になっている。
【００３２】
これにより、運航中に船外でプロペラが障害物に接触し、プロペラ回転軸のシール部に大きな力がかかって漏水が生じた場合でも、超電導モータが超電導モータ側ケーシングによって水密に格納されているために、超電導モータはその機能を維持し続けることができる。
【００３３】
特に、プロペラ回転軸のシール部と、前記シール部より内側のプロペラ回転軸と、回転板がプロペラ側ケーシングに水密に内包されている構造である場合には、水はプロペラ側ケーシングにしか浸水しない。
【００３４】
このような場合に、本発明によれば、停船し、プロペラの修復、取り替え等の作業を行い、機能が維持された超電導モータによって運航を再開することができる。
【００３５】
本発明によれば、電磁クラッチ用界磁用コイルに静止磁界および回転磁界を発生させることにより、電磁クラッチにより加速と減速の駆動制御を行うインバータ制御部を備えることができる。
【００３６】
この発明によれば、インバータ制御部によって電磁クラッチ用界磁用コイルに回転磁界を発生させることにより、プロペラ推進装置側の回転板を、超電導モータの回転子より高速で回転させることができる。
【００３７】
このことを利用して、高出力効率を得られる低回転領域で、電磁クラッチ用界磁用コイルに静止磁界を発生させて、プロペラと超電導モータを同期させ、かつ、高回転領域では電磁クラッチ用界磁用コイルに回転磁界を発生させて、超電導モータより高速でプロペラを回転させることができる。
【００３８】
これにより、超電導モータの高出力効率の低回転領域を利用でき、かつ、船舶の航行に必要な高回転領域でプロペラを駆動することができる船舶用推進装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
次に、本発明による船舶用推進装置の実施形態について以下に説明する。
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態による船舶用推進装置を示している。
【００４１】
本実施形態による船舶用推進装置１は、いわゆるポッド型推進装置と呼ばれるものであって、船舶用推進装置１の全体が円筒状の容器（ポッド）に収納され、ポッドは船の本体の外側に配設されている。
【００４２】
以下の本実施形態の説明では、ポッド型推進装置を用いて説明するが、これは本発明をポッド型推進装置に限るものではない。以下の説明から明らかになるように、本発明は、船舶用推進装置をプロペラ推進装置と超電導モータとによって構成し、プロペラ推進装置と超電導モータを物理的に分離してその間の動力の伝達を超電導コイルを用いた電磁クラッチによって行うものであるので、ポッド型推進装置のみならず、船舶用推進装置を船内に設ける従来型の船舶用推進装置として構成することもできる。
【００４３】
図１に示すように、船舶用推進装置１は、プロペラ推進装置２と超電導モータ３とからなる。
【００４４】
超電導モータ３は、いわゆるラジアル型同期機と呼ばれるものであって、円筒状に超電導または常電導の電機子を配設した固定子４を有し、固定子４の電機子に対向するように固定子４の内側に超電導界磁を配設した回転子５とを有している。
【００４５】
回転子５の超電導界磁は、本実施形態においては、図１に示すように、トラック形状に超電導コイル６を巻いて形成され、回転子５の円筒状外表面に等間隔で配設されている。なお、本実施形態では回転子５の超電導界磁はコイルからなるが、バルクを使用することもできる。「超電導界磁」は超電導コイルおよび超電導バルク体を含む。
【００４６】
回転子５のプロペラ側には回転子端版７が設けられている。
【００４７】
回転子端板７には、超電導コイルからなり、電磁クラッチの片側をなす電磁クラッチ用界磁用コイル８が周方向に等間隔に設けられている。
【００４８】
回転子５の内部には、冷却材の流通路が形成されており、冷却材の流通路の末端には冷却装置９が接続されている。冷却装置９は、冷却材を冷却し、回転子５の内部に送給し、超電導コイル６を超伝導状態以下の温度に冷却する。なお、本実施形態では、冷却装置９によって冷却材を冷却し、冷却材の流通路を介して冷却材を送給して回転子を冷却するが、本発明はこれに限られず、冷却材の流通路を有さず、その代わりに固体の伝熱部材を回転子の内部に配し、冷却装置によって該伝熱部材を冷却することにより、回転子の超電導界磁を超電導状態に冷却するようにすることもできる。また、冷却材は液体であっても気体であってもよい。 本実施形態において、冷却装置９の冷却材は、電磁クラッチ用界磁用コイル８にも送給され、電磁クラッチ用界磁用コイル８を超伝導状態以下の温度に冷却する。
【００４９】
固定子４が超電導電機子である場合には、固定子４にも冷却材を送給する冷却装置が設けられる。
【００５０】
超電導モータ３は、固定子４と回転子５と電磁クラッチ用界磁用コイル８とを内包する超電導モータ側ケーシング１０を備えている。
【００５１】
超電導モータ側ケーシング１０は、水が浸入できないように、水密の構造を有している。さらに好ましくは、熱の進入を可能な限り少なくするために、超電導モータ側ケーシング１０の内部は真空にすることができる。
【００５２】
プロペラ推進装置２は、前記超電導モータ３の回転子端板７とほぼ平行に対向配設された回転板１１を有している。回転板１１上には、電磁クラッチ用界磁用コイル８と対向するように複数の永久磁石１２が配置されている。
【００５３】
電磁クラッチは、回転板１１、永久磁石１２、電磁クラッチ用界磁用コイル８、回転子端版７によって構成されている。
【００５４】
回転板１１は、プロペラ回転軸１３の内端部に固定されている。プロペラ回転軸１３の先端部にはプロペラ１４が固定されている。
【００５５】
プロペラ１４はハブ１５を有し、ハブ１５は、支持構造体１６に回転可能に接続されている。
【００５６】
プロペラ推進装置２は、回転板１１とその上に配置された永久磁石１２とプロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシング１７を有している。
【００５７】
本実施形態では、プロペラ側ケーシング１７は、プロペラ回転軸のシール部１８と、シール部１８より船内側のプロペラ回転軸１３と、プロペラ回転軸支承部１９と、回転板１１と永久磁石１２とを、水密に内包するように構成されている。
【００５８】
なお、超電導モータ３を水密に内包するように超電導モータ側ケーシング１０のみを設け、プロペラ側ケーシング１７は水密構造としない構成もあり得る。
【００５９】
あるいは、図５に示すように、超電導モータ３を水密に内包するように超電導モータ側ケーシング１０のみを設け、プロペラ側ケーシング１７を設けない構成もあり得る。
【００６０】
電磁クラッチをなす、回転板１１と永久磁石１２、および、電磁クラッチ用界磁用コイル８と回転子端版７の間には、少なくとも超電導モータ側ケーシング１０の隔壁が存在している。
【００６１】
本実施形態の船舶用推進装置１は、さらに、電磁クラッチ用界磁用コイル８に、静止磁界および回転磁界を発生させ、電磁クラッチにより加速と減速の駆動制御を行うインバータ制御部２０を備えている。
【００６２】
さて、以上の構成を有する船舶用推進装置１は以下のように作動し、以下の作用効果を奏することができる。
【００６３】
船舶用推進装置１は、運航に先立って、冷却装置９を起動し、回転子５の超電導コイル６および電磁クラッチ用界磁用コイル８を、超電導状態を実現する温度以下の温度に十分に冷却する。
【００６４】
低回転領域では、インバータ制御部２０により、電磁クラッチ用界磁用コイル８に静止磁界を発生させるように電流を制御する。
【００６５】
ここで、静止磁界とは、各電磁クラッチ用界磁用コイル８について固定の磁界を発生させ、磁極を変化させない磁界である。換言すると、回転子端板７に対して相対的に静止した磁界である。
【００６６】
電磁クラッチ用界磁用コイル８に静止磁界を発生させることにより、永久磁石１２と回転板１１は、電磁クラッチ用界磁用コイル８と回転子端版７の回転に同期し、低速で回転する。低回転領域では、超電導モータ３のトルクをフルに使用する。
【００６７】
船速が高速になると、プロペラ１４は高回転領域で回転させなければならない。
【００６８】
高回転領域では、インバータ制御部２０により、電磁クラッチ用界磁用コイル８に回転磁界を発生させるように電流を制御する。
【００６９】
ここで回転磁界とは、回転子端版７の回転と同方向であって、回転子端版７の回転より高速で回転する磁界である。換言すると、回転子端板７に対して相対的に回転する磁界である。
【００７０】
電磁クラッチ用界磁用コイル８に回転磁界を発生させることにより、永久磁石１２と回転板１１は、電磁クラッチ用界磁用コイル８と回転子端版７に比して高速で回転する。
【００７１】
本発明によれば、特別な変速機を要することなく、インバータ制御部２０の制御により、低速から高速までの船速に対応して、プロペラ１４を回転駆動することができる。
【００７２】
図４は各種の電動機のモータ出力効率を比較したグラフである。
【００７３】
図４において、横軸はモータ出力（％）、縦軸はモータ出力効率（％）を示している。図４のグラフにおいて、実線は超電導界磁同期電動機、一点鎖線は永久磁石界磁同期電動機、二点鎖線は銅線等の常電導コイル界磁による巻線型同期電動機、点線は誘導電動機の各モータ出力（％）におけるモータ出力効率（％）を示している。
【００７４】
図４の点線で楕円に囲んで示すように、超電導界磁同期電動機は、モータ出力約３０％以下の低回転領域で、永久磁石界磁同期電動機および巻線型同期電動機に比してモータ出力効率（％）が大幅に高い。すなわち、モータ出力約３０％以下の低回転領域で、超電導界磁同期電動機を使用することにより、永久磁石界磁同期電動機や巻線型同期電動機を使用する場合に比して、大幅にモータ出力効率を改善できる。
【００７５】
本発明によれば、低速では電磁クラッチ用界磁用コイル８に静止磁界を発生させてプロペラと超電導モータの回転を同期させ、高速では電磁クラッチ用界磁用コイル８に回転磁界を発生させてプロペラを超電導モータより高速で回転させることにより、超電導モータの高出力効率の低回転領域を多用し、高効率の船舶推進を行うことができる。
【００７６】
そればかりか、超電導モータのメリットは低速大トルクにも拘わらず小型化小寸法小体格となることにあるが、本発明の電磁クラッチにも適用でき、従来製品には存在しなかった大トルク低速伝達の電磁クラッチの小型化を実現することができる
さらにまた、本発明によれば、超電導モータ３が超電導モータ側ケーシング１０によって、水密に内包されているため、万一漏水があった場合に、超電導モータ３の機能を維持することができる。
【００７７】
船舶用推進装置において、プロペラ１４は船外で高速で回転するため、障害物に接触する可能性がある。
【００７８】
プロペラ１４が障害物に接触した場合、従来の船舶用推進装置では、プロペラ回転軸のシール部に大きな力がかかり、シール部を通って水が進入し、さらに超電導モータが水に浸かった場合は、超電導モータの機能が損なわれ、修復が困難なこともある。
【００７９】
また、水の進入のみならず、プロペラ推進装置と超電導モータが直結されている場合には、プロペラが障害物に接触すると、その力が超電導モータに直接伝わって超電導モータの機能を損なわせることがある。
【００８０】
これに対して、本発明は、プロペラ推進装置２と超電導モータ３が物理的に分離されているため、プロペラ１４が障害物に接触した場合でも、超電導モータ３に大きな力がかかることがない。
【００８１】
これによって、超電導モータ３を物理的な大きな力から守ることができる。
【００８２】
また、本発明によれば、超電導モータ３が超電導モータ側ケーシング１０に水密に格納されていることにより、水が進入した場合でも、超電導モータ３を浸水から保護することができる。
【００８３】
特に、本実施形態のように、プロペラ側ケーシング１７が、プロペラ回転軸のシール部１８と、シール部１８より船内側のプロペラ回転軸１３と、プロペラ回転軸支承部１９と、回転板１１と永久磁石１２とを、水密に内包する場合は、シール部１８から水が進入した場合であっても、水はプロペラ側ケーシング１７の内側に格納される。
【００８４】
本発明によれば、プロペラが障害物に接触した場合では、超電導モータの機能が維持され、停船してプロペラの修復や取り替えの作業を行うことにより、船の運航を再開することができる。
【００８５】
本発明によれば、簡単な構造により、大きな動力を伝達することができる超電導電磁クラッチを実現することができる。
【００８６】
本発明は、電磁クラッチ用界磁用コイル８が超電導コイル６からなる回転子の端版７に設けられている。この構造により、回転子の超電導コイル６を冷却する冷却装置９、回転子内に設けられた冷却材流路や固体の伝熱部材、真空構造等を共用あるいは利用して、電磁クラッチの片側を超電導コイルにすることができる。これにより、電磁クラッチ用界磁用コイル８専用の冷却設備を設ける必要がなく、超電導コイルを電磁クラッチの界磁として使用でき、小型で大トルクを伝達可能な電磁クラッチを得ることができる。
【００８７】
電磁クラッチ用界磁用コイル８を超電導コイルとすることにより、常電導電機子あるいは永久磁石に比して、大きな動力を伝達することができる。さらに、伝達する動力に対して従来の製品に比して格段に小型化することができる。
【００８８】
図２は、図１に示した実施形態と異なるポッド型推進装置の構造を示している。
【００８９】
図１の船舶用推進装置１では、プロペラ１４のハブ１５が舵支持構造体１６に支持される構造であったのに対して、図２のプロペラ１４のハブ１５は他の構造体によって支持されていない構造である。図２において、図１と同一部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００９０】
本発明は、ポッド型推進装置ではない従来の船内型の船舶用推進装置に適用することができることはむろん、種々の構造の船舶用推進装置に適用することができ、図２はその一変形例を示したものである。
【００９１】
図３は、超電導モータをいわゆるアキシャル型同期機とした本発明の船舶用推進装置を示している。
【００９２】
図３において、船舶用推進装置２１は、プロペラ推進装置２２と超電導モータ２３とからなる。
【００９３】
超電導モータ２３は、超電導モータの回転軸に垂直な固定板２４に超電導または常電導の電機子２５を配設した固定子２６と、固定子２６と平行な回転板２７に超電導界磁２８を配設した回転子２９を有している。
【００９４】
超電導モータ２３は、回転子２９の端板３０に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイル３１を有している。さらに、超電導モータ２３は、固定子２６と回転子２９と電磁クラッチ用界磁用コイル３１とを水密に内包する超電導モータ側ケーシング３２を有している。
【００９５】
一方、プロペラ推進装置２２は、超電導モータの回転子端板３０とほぼ平行に対向配設された回転板３３と、回転板３３に接続されたプロペラ回転軸３４と、プロペラ回転軸３４の先端部に接続されたプロペラ３５と、を有している。
【００９６】
回転板３３には、電磁クラッチ用界磁用コイル３１と対向するように、複数の永久磁石３６が配設されている。
【００９７】
さらに、プロペラ推進装置２２は、回転板３３とプロペラ回転軸３４の一部とを内包するプロペラ側ケーシング３７を有している。
【００９８】
船舶用推進装置２１は、インバータ制御部３８を有している。
【００９９】
本実施形態のその他の構成は図１の実施形態と同様である。
【０１００】
本実施形態によれば、プロペラ推進装置２２と超電導モータ２３が独立の構造を有し、プロペラ３５が障害物に接触したときに力が直接超電導モータ２３にかからず、超電導モータ２３を外力から保護することができる、水が進入した場合に超電導モータ２３が超電導モータ側ケーシング３２によって水密に格納されていることにより超電導モータ２３を浸水から保護することができる、超電導モータ２３の冷却装置や冷却構造を利用することにより構造簡単な超電導電磁クラッチを実現することができる、インバータ制御部３８に静止磁界や回転磁界を発生させることにより超電導同期電動機の高モータ出力効率の低回転領域を利用して高効率の船舶用推進装置を得ることができる等の作用効果は図１の実施形態の場合と同様である。
【０１０１】
それに加えて、本実施形態は、アキシャル型構造を有し、固定子２６の固定板２４と回転子２９の回転板２７の数を増加させることにより、進行方向に対して小さな断面積を有しつつ、大きな出力の船舶用推進装置２１を得ることができる。
【０１０２】
特に、ポッド型推進装置の場合、ポッドの進行方向に対する断面積がポッドの抵抗になるため、上述したように、進行方向に対して小さな断面積を有しつつ大きな出力を出すことができることは船舶用推進装置の性能上非常に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の一実施形態による船舶用推進装置の構造を示した概略構造図。
【図２】本発明の図１の実施形態による船舶用推進装置の構造の変形例を示した概略構造図。
【図３】本発明の他の実施形態による船舶用推進装置の構造を示した概略構造図。
【図４】各種の同期電動機の各モータ出力におけるモータ出力効率を比較して示したグラフ。
【図５】図１の実施形態の変形例による船舶用推進装置の構造を示した概略構造図。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 船舶用推進装置
２ プロペラ推進装置
３ 超電導モータ
４ 固定子
５ 回転子
６ 超電導コイル
７ 回転子端版
８ 電磁クラッチ用界磁用コイル
９ 冷却装置
１０ 超電導モータ側ケーシング
１１ 回転板
１２ 永久磁石
１３ プロペラ回転軸
１４ プロペラ
１５ ハブ
１６ 支持構造体
１７ プロペラ側ケーシング
１８ シール部
１９ プロペラ回転軸支承部
２０ インバータ制御部
２１ 船舶用推進装置
２２ プロペラ推進装置
２３ 超電導モータ
２４ 固定板
２５ 電機子
２６ 固定子
２７ 回転板
２８ 超電導界磁
２９ 回転子
３０ 端板
３１ 電磁クラッチ用界磁用コイル
３２ 超電導モータ側ケーシング
３３ 回転板
３４ プロペラ回転軸
３５ プロペラ
３６ 永久磁石
３７ プロペラ側ケーシング
３８ インバータ制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用推進装置に関する。
【０００２】
特に、本発明は、プロペラ推進装置と超電導モータとによって船舶用推進装置を構成し、プロペラ推進装置と超電導モータとを分離して別々の水密のケーシングに格納し、プロペラ推進装置と超電導モータの間の動力の伝達は電磁クラッチによって行い、プロペラ推進装置が障害物に接触した際に超電導モータへの浸水を防止することができる船舶用推進装置に関する。
【０００３】
また、本発明は、超電導界磁を有する回転子の端板に、超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルを設けることにより、回転子の超電導界磁のための冷却装置を共用でき、かつ、在来機に比して小寸法でありながら大きなトルクを伝達することができる小型で高効率の船舶用推進装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
従来から、船舶用推進装置に超電導モータを使用することが種々考案されていた。
【０００５】
しかし、従来の船舶用推進装置は、室外機にプロペラを設け、機関部（電動機、ディーゼル機関）と室外機のプロペラは直結されていた。
【０００６】
一方、電磁クラッチの技術自体は従来から実開平６−４５３５８号公報等により知られていた。
【０００７】
実開平６−４５３５８号公報はガスレーザー装置に使用する電磁クラッチが示されている。実開平６−４５３５８号公報の図５および明細書のそれに対応する記載には、モータの回転軸の先端に、永久磁石を有する大気側磁気継手を接続し、隔壁を介して前記大気側磁気継手と対向して永久磁石を有するガス側磁気継手を設け、大気側磁気継手の動力をガス側磁気継手に伝達する電磁クラッチが開示されている。
【特許文献１】実開平６−４５３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年においては、より高出力の船舶用推進装置を得るために、船舶用推進装置の機関部の電動機に、超電導モータが使用する船舶用推進装置が多く提案されている。
【０００９】
これらの船舶用推進装置は上述したとおりプロペラと超電導モータが直結されている構造であった。
【００１０】
しかし、船舶用推進装置において、プロペラは船外で高速で回転するため、障害物に接触することによりプロペラ等が破損する可能性がある。
【００１１】
従来のように機関部（電動機、ディーゼル機関）と室外機が直結されている場合、プロペラが障害物に接触したときは、プロペラ回転軸のシール部を通って水が機関部に進入する。
【００１２】
特に、船舶用推進装置の機関部の電動機に超電導モータが使用されている場合、水の進入により、超電導モータがその機能を維持することができなくなり、深刻な場合は回復不能のダメージを受けることがある。
【００１３】
そこで、本願発明が解決しようとする一つの課題は、障害物に接触する可能性が高いプロペラが、万一障害物に接触して破損した場合でも、超電導モータがその機能を維持することができる船舶用推進装置を提供することにある。
【００１４】
なお、実開平６−４５３５８号公報に示されている従来の電磁クラッチは、ガスレーザー装置の大気側とガス側の間の動力伝達に使用されているが、船舶用推進装置のように水の進入に対して超電導モータの機能を維持し続けるようにする課題およびそれを解決する手段を有していない。なおまた、従来、低速高トルクの条件で電磁クラッチを使用すると大型化するため、船舶用推進装置には電磁クラッチは使用されていなかった。
【００１５】
また、実開平６−４５３５８号公報等に示されている従来の電磁クラッチは、常電導状態での電磁カップリングであった。
【００１６】
超電導界磁を使用すれば、より強い磁力で大きなトルクを伝達させ、小寸法・小体格とすることができることは知られている。
【００１７】
しかし、超電導状態を維持するためには、超電導状態を実現できるきわめて低い温度を維持しなければならず、超電導界磁を使用した電磁クラッチを実現することは構造が複雑になり技術的に困難であった。
【００１８】
ところが、超電導モータは、超電導界磁を超電導状態に維持するための、冷却装置、断熱構造等を有している。
【００１９】
この超電導モータの冷却装置、断熱構造等を利用することができれば、合理的な構造で大きな動力を伝達できる超電導電磁クラッチを実現することができる。
【００２０】
そこで、本願発明が解決しようとするもう一つの課題は、従来構造が複雑で技術的に困難であった超電導電磁クラッチに対して、超電導モータの構造を利用することにより、簡単な構造で大きな動力を伝達できる超電導電磁クラッチを提供することにある。
【００２１】
さらにまた、従来の船舶用推進装置はプロペラと超電導モータとを直結していたため、プロペラの回転数の制御は超電導モータの回転数制御によって行っていた。
【００２２】
本願発明者の研究によれば、超電導モータにおいて、出力効率の改善が低回転・大トルク領域において可能であることが予見される。ところが、プロペラに必要な回転数は、超電導モータのメリット（高出力効率）が得られる低回転数に比して一般的に高回転領域にある。
【００２３】
そのため、プロペラと超電導モータとを直結し、プロペラの回転数の制御を超電導モータの回転数制御によって行うようにすると、超電導モータの回転数は高出力効率を得られる低回転領域より高い高回転領域で稼働するようになる。
【００２４】
そこで、本願発明が解決しようとするさらにもう一つの課題は、高出力効率が得られる低回転領域で超電導モータを駆動し、かつ、船舶用推進装置として必要な高回転領域でもプロペラを駆動することができる船舶用推進装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明による船舶用推進装置は、
プロペラ推進装置と超電導モータとからなる船舶用推進装置において、
前記超電導モータは、円筒状に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子の電機子に対向してその内側に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、前記回転板と前記プロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシングと、を有することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明による船舶用推進装置は、
プロペラ推進装置と超電導モータとからなる船舶用推進装置において、
前記超電導モータは、該超電導モータの回転軸に垂直な固定板に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子と平行な回転板に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、前記回転板と前記プロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシングと、を有することを特徴とする。
【００２７】
前記電磁クラッチ用界磁用コイルに、静止磁界および回転磁界を発生させることにより、電磁クラッチにより加速と減速の駆動制御を行うインバータ制御部を備えるようにすることができる。
【００２８】
前記プロペラ推進装置は、プロペラ回転軸のシール部と、前記シール部より内側のプロペラ回転軸と、前記回転板とを水密に内包するプロペラ側ケーシングをさらに有しているのが好ましい。
【００２９】
船体の外側に配設されたポッドの内部に、上記プロペラ推進装置と超電導モータとを収納することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、プロペラ推進装置と超電導モータによって船舶用推進装置を構成し、プロペラ推進装置と超電導モータとを分離する構造を採り、超電導モータとプロペラ推進装置の間の動力伝達は電磁クラッチによって行い、プロペラ推進装置にその固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングを設け、超電導モータに回転板と前記プロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシングを設けている。
【００３１】
上記構成により、超電導モータは物理的にプロペラ推進装置と分断された独立の構造になっている。
【００３２】
これにより、運航中に船外でプロペラが障害物に接触し、プロペラ回転軸のシール部に大きな力がかかって漏水が生じた場合でも、超電導モータが超電導モータ側ケーシングによって水密に格納されているために、超電導モータはその機能を維持し続けることができる。
【００３３】
特に、プロペラ回転軸のシール部と、前記シール部より内側のプロペラ回転軸と、回転板がプロペラ側ケーシングに水密に内包されている構造である場合には、水はプロペラ側ケーシングにしか浸水しない。
【００３４】
このような場合に、本発明によれば、停船し、プロペラの修復、取り替え等の作業を行い、機能が維持された超電導モータによって運航を再開することができる。
【００３５】
本発明によれば、電磁クラッチ用界磁用コイルに静止磁界および回転磁界を発生させることにより、電磁クラッチにより加速と減速の駆動制御を行うインバータ制御部を備えることができる。
【００３６】
この発明によれば、インバータ制御部によって電磁クラッチ用界磁用コイルに回転磁界を発生させることにより、プロペラ推進装置側の回転板を、超電導モータの回転子より高速で回転させることができる。
【００３７】
このことを利用して、高出力効率を得られる低回転領域で、電磁クラッチ用界磁用コイルに静止磁界を発生させて、プロペラと超電導モータを同期させ、かつ、高回転領域では電磁クラッチ用界磁用コイルに回転磁界を発生させて、超電導モータより高速でプロペラを回転させることができる。
【００３８】
これにより、超電導モータの高出力効率の低回転領域を利用でき、かつ、船舶の航行に必要な高回転領域でプロペラを駆動することができる船舶用推進装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
次に、本発明による船舶用推進装置の実施形態について以下に説明する。
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態による船舶用推進装置を示している。
【００４１】
本実施形態による船舶用推進装置１は、いわゆるポッド型推進装置と呼ばれるものであって、船舶用推進装置１の全体が円筒状の容器（ポッド）に収納され、ポッドは船の本体の外側に配設されている。
【００４２】
以下の本実施形態の説明では、ポッド型推進装置を用いて説明するが、これは本発明をポッド型推進装置に限るものではない。以下の説明から明らかになるように、本発明は、船舶用推進装置をプロペラ推進装置と超電導モータとによって構成し、プロペラ推進装置と超電導モータを物理的に分離してその間の動力の伝達を超電導コイルを用いた電磁クラッチによって行うものであるので、ポッド型推進装置のみならず、船舶用推進装置を船内に設ける従来型の船舶用推進装置として構成することもできる。
【００４３】
図１に示すように、船舶用推進装置１は、プロペラ推進装置２と超電導モータ３とからなる。
【００４４】
超電導モータ３は、いわゆるラジアル型同期機と呼ばれるものであって、円筒状に超電導または常電導の電機子を配設した固定子４を有し、固定子４の電機子に対向するように固定子４の内側に超電導界磁を配設した回転子５とを有している。
【００４５】
回転子５の超電導界磁は、本実施形態においては、図１に示すように、トラック形状に超電導コイル６を巻いて形成され、回転子５の円筒状外表面に等間隔で配設されている。なお、本実施形態では回転子５の超電導界磁はコイルからなるが、バルクを使用することもできる。「超電導界磁」は超電導コイルおよび超電導バルク体を含む。
【００４６】
回転子５のプロペラ側には回転子端版７が設けられている。
【００４７】
回転子端板７には、超電導コイルからなり、電磁クラッチの片側をなす電磁クラッチ用界磁用コイル８が周方向に等間隔に設けられている。
【００４８】
回転子５の内部には、冷却材の流通路が形成されており、冷却材の流通路の末端には冷却装置９が接続されている。冷却装置９は、冷却材を冷却し、回転子５の内部に送給し、超電導コイル６を超伝導状態以下の温度に冷却する。なお、本実施形態では、冷却装置９によって冷却材を冷却し、冷却材の流通路を介して冷却材を送給して回転子を冷却するが、本発明はこれに限られず、冷却材の流通路を有さず、その代わりに固体の伝熱部材を回転子の内部に配し、冷却装置によって該伝熱部材を冷却することにより、回転子の超電導界磁を超電導状態に冷却するようにすることもできる。また、冷却材は液体であっても気体であってもよい。 本実施形態において、冷却装置９の冷却材は、電磁クラッチ用界磁用コイル８にも送給され、電磁クラッチ用界磁用コイル８を超伝導状態以下の温度に冷却する。
【００４９】
固定子４が超電導電機子である場合には、固定子４にも冷却材を送給する冷却装置が設けられる。
【００５０】
超電導モータ３は、固定子４と回転子５と電磁クラッチ用界磁用コイル８とを内包する超電導モータ側ケーシング１０を備えている。
【００５１】
超電導モータ側ケーシング１０は、水が浸入できないように、水密の構造を有している。さらに好ましくは、熱の進入を可能な限り少なくするために、超電導モータ側ケーシング１０の内部は真空にすることができる。
【００５２】
プロペラ推進装置２は、前記超電導モータ３の回転子端板７とほぼ平行に対向配設された回転板１１を有している。回転板１１上には、電磁クラッチ用界磁用コイル８と対向するように複数の永久磁石１２が配置されている。
【００５３】
電磁クラッチは、回転板１１、永久磁石１２、電磁クラッチ用界磁用コイル８、回転子端版７によって構成されている。
【００５４】
回転板１１は、プロペラ回転軸１３の内端部に固定されている。プロペラ回転軸１３の先端部にはプロペラ１４が固定されている。
【００５５】
プロペラ１４はハブ１５を有し、ハブ１５は、支持構造体１６に回転可能に接続されている。
【００５６】
プロペラ推進装置２は、回転板１１とその上に配置された永久磁石１２とプロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシング１７を有している。
【００５７】
本実施形態では、プロペラ側ケーシング１７は、プロペラ回転軸のシール部１８と、シール部１８より船内側のプロペラ回転軸１３と、プロペラ回転軸支承部１９と、回転板１１と永久磁石１２とを、水密に内包するように構成されている。
【００５８】
なお、超電導モータ３を水密に内包するように超電導モータ側ケーシング１０のみを設け、プロペラ側ケーシング１７は水密構造としない構成もあり得る。
【００５９】
あるいは、図５に示すように、超電導モータ３を水密に内包するように超電導モータ側ケーシング１０のみを設け、プロペラ側ケーシング１７を設けない構成もあり得る。
【００６０】
電磁クラッチをなす、回転板１１と永久磁石１２、および、電磁クラッチ用界磁用コイル８と回転子端版７の間には、少なくとも超電導モータ側ケーシング１０の隔壁が存在している。
【００６１】
本実施形態の船舶用推進装置１は、さらに、電磁クラッチ用界磁用コイル８に、静止磁界および回転磁界を発生させ、電磁クラッチにより加速と減速の駆動制御を行うインバータ制御部２０を備えている。
【００６２】
さて、以上の構成を有する船舶用推進装置１は以下のように作動し、以下の作用効果を奏することができる。
【００６３】
船舶用推進装置１は、運航に先立って、冷却装置９を起動し、回転子５の超電導コイル６および電磁クラッチ用界磁用コイル８を、超電導状態を実現する温度以下の温度に十分に冷却する。
【００６４】
低回転領域では、インバータ制御部２０により、電磁クラッチ用界磁用コイル８に静止磁界を発生させるように電流を制御する。
【００６５】
ここで、静止磁界とは、各電磁クラッチ用界磁用コイル８について固定の磁界を発生させ、磁極を変化させない磁界である。換言すると、回転子端板７に対して相対的に静止した磁界である。
【００６６】
電磁クラッチ用界磁用コイル８に静止磁界を発生させることにより、永久磁石１２と回転板１１は、電磁クラッチ用界磁用コイル８と回転子端版７の回転に同期し、低速で回転する。低回転領域では、超電導モータ３のトルクをフルに使用する。
【００６７】
船速が高速になると、プロペラ１４は高回転領域で回転させなければならない。
【００６８】
高回転領域では、インバータ制御部２０により、電磁クラッチ用界磁用コイル８に回転磁界を発生させるように電流を制御する。
【００６９】
ここで回転磁界とは、回転子端版７の回転と同方向であって、回転子端版７の回転より高速で回転する磁界である。換言すると、回転子端板７に対して相対的に回転する磁界である。
【００７０】
電磁クラッチ用界磁用コイル８に回転磁界を発生させることにより、永久磁石１２と回転板１１は、電磁クラッチ用界磁用コイル８と回転子端版７に比して高速で回転する。
【００７１】
本発明によれば、特別な変速機を要することなく、インバータ制御部２０の制御により、低速から高速までの船速に対応して、プロペラ１４を回転駆動することができる。
【００７２】
図４は各種の電動機のモータ出力効率を比較したグラフである。
【００７３】
図４において、横軸はモータ出力（％）、縦軸はモータ出力効率（％）を示している。図４のグラフにおいて、実線は超電導界磁同期電動機、一点鎖線は永久磁石界磁同期電動機、二点鎖線は銅線等の常電導コイル界磁による巻線型同期電動機、点線は誘導電動機の各モータ出力（％）におけるモータ出力効率（％）を示している。
【００７４】
図４の点線で楕円に囲んで示すように、超電導界磁同期電動機は、モータ出力約３０％以下の低回転領域で、永久磁石界磁同期電動機および巻線型同期電動機に比してモータ出力効率（％）が大幅に高い。すなわち、モータ出力約３０％以下の低回転領域で、超電導界磁同期電動機を使用することにより、永久磁石界磁同期電動機や巻線型同期電動機を使用する場合に比して、大幅にモータ出力効率を改善できる。
【００７５】
本発明によれば、低速では電磁クラッチ用界磁用コイル８に静止磁界を発生させてプロペラと超電導モータの回転を同期させ、高速では電磁クラッチ用界磁用コイル８に回転磁界を発生させてプロペラを超電導モータより高速で回転させることにより、超電導モータの高出力効率の低回転領域を多用し、高効率の船舶推進を行うことができる。
【００７６】
そればかりか、超電導モータのメリットは低速大トルクにも拘わらず小型化小寸法小体格となることにあるが、本発明の電磁クラッチにも適用でき、従来製品には存在しなかった大トルク低速伝達の電磁クラッチの小型化を実現することができる
さらにまた、本発明によれば、超電導モータ３が超電導モータ側ケーシング１０によって、水密に内包されているため、万一漏水があった場合に、超電導モータ３の機能を維持することができる。
【００７７】
船舶用推進装置において、プロペラ１４は船外で高速で回転するため、障害物に接触する可能性がある。
【００７８】
プロペラ１４が障害物に接触した場合、従来の船舶用推進装置では、プロペラ回転軸のシール部に大きな力がかかり、シール部を通って水が進入し、さらに超電導モータが水に浸かった場合は、超電導モータの機能が損なわれ、修復が困難なこともある。
【００７９】
また、水の進入のみならず、プロペラ推進装置と超電導モータが直結されている場合には、プロペラが障害物に接触すると、その力が超電導モータに直接伝わって超電導モータの機能を損なわせることがある。
【００８０】
これに対して、本発明は、プロペラ推進装置２と超電導モータ３が物理的に分離されているため、プロペラ１４が障害物に接触した場合でも、超電導モータ３に大きな力がかかることがない。
【００８１】
これによって、超電導モータ３を物理的な大きな力から守ることができる。
【００８２】
また、本発明によれば、超電導モータ３が超電導モータ側ケーシング１０に水密に格納されていることにより、水が進入した場合でも、超電導モータ３を浸水から保護することができる。
【００８３】
特に、本実施形態のように、プロペラ側ケーシング１７が、プロペラ回転軸のシール部１８と、シール部１８より船内側のプロペラ回転軸１３と、プロペラ回転軸支承部１９と、回転板１１と永久磁石１２とを、水密に内包する場合は、シール部１８から水が進入した場合であっても、水はプロペラ側ケーシング１７の内側に格納される。
【００８４】
本発明によれば、プロペラが障害物に接触した場合では、超電導モータの機能が維持され、停船してプロペラの修復や取り替えの作業を行うことにより、船の運航を再開することができる。
【００８５】
本発明によれば、簡単な構造により、大きな動力を伝達することができる超電導電磁クラッチを実現することができる。
【００８６】
本発明は、電磁クラッチ用界磁用コイル８が超電導コイル６からなる回転子の端版７に設けられている。この構造により、回転子の超電導コイル６を冷却する冷却装置９、回転子内に設けられた冷却材流路や固体の伝熱部材、真空構造等を共用あるいは利用して、電磁クラッチの片側を超電導コイルにすることができる。これにより、電磁クラッチ用界磁用コイル８専用の冷却設備を設ける必要がなく、超電導コイルを電磁クラッチの界磁として使用でき、小型で大トルクを伝達可能な電磁クラッチを得ることができる。
【００８７】
電磁クラッチ用界磁用コイル８を超電導コイルとすることにより、常電導電機子あるいは永久磁石に比して、大きな動力を伝達することができる。さらに、伝達する動力に対して従来の製品に比して格段に小型化することができる。
【００８８】
図２は、図１に示した実施形態と異なるポッド型推進装置の構造を示している。
【００８９】
図１の船舶用推進装置１では、プロペラ１４のハブ１５が舵支持構造体１６に支持される構造であったのに対して、図２のプロペラ１４のハブ１５は他の構造体によって支持されていない構造である。図２において、図１と同一部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００９０】
本発明は、ポッド型推進装置ではない従来の船内型の船舶用推進装置に適用することができることはむろん、種々の構造の船舶用推進装置に適用することができ、図２はその一変形例を示したものである。
【００９１】
図３は、超電導モータをいわゆるアキシャル型同期機とした本発明の船舶用推進装置を示している。
【００９２】
図３において、船舶用推進装置２１は、プロペラ推進装置２２と超電導モータ２３とからなる。
【００９３】
超電導モータ２３は、超電導モータの回転軸に垂直な固定板２４に超電導または常電導の電機子２５を配設した固定子２６と、固定子２６と平行な回転板２７に超電導界磁２８を配設した回転子２９を有している。
【００９４】
超電導モータ２３は、回転子２９の端板３０に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイル３１を有している。さらに、超電導モータ２３は、固定子２６と回転子２９と電磁クラッチ用界磁用コイル３１とを水密に内包する超電導モータ側ケーシング３２を有している。
【００９５】
一方、プロペラ推進装置２２は、超電導モータの回転子端板３０とほぼ平行に対向配設された回転板３３と、回転板３３に接続されたプロペラ回転軸３４と、プロペラ回転軸３４の先端部に接続されたプロペラ３５と、を有している。
【００９６】
回転板３３には、電磁クラッチ用界磁用コイル３１と対向するように、複数の永久磁石３６が配設されている。
【００９７】
さらに、プロペラ推進装置２２は、回転板３３とプロペラ回転軸３４の一部とを内包するプロペラ側ケーシング３７を有している。
【００９８】
船舶用推進装置２１は、インバータ制御部３８を有している。
【００９９】
本実施形態のその他の構成は図１の実施形態と同様である。
【０１００】
本実施形態によれば、プロペラ推進装置２２と超電導モータ２３が独立の構造を有し、プロペラ３５が障害物に接触したときに力が直接超電導モータ２３にかからず、超電導モータ２３を外力から保護することができる、水が進入した場合に超電導モータ２３が超電導モータ側ケーシング３２によって水密に格納されていることにより超電導モータ２３を浸水から保護することができる、超電導モータ２３の冷却装置や冷却構造を利用することにより構造簡単な超電導電磁クラッチを実現することができる、インバータ制御部３８に静止磁界や回転磁界を発生させることにより超電導同期電動機の高モータ出力効率の低回転領域を利用して高効率の船舶用推進装置を得ることができる等の作用効果は図１の実施形態の場合と同様である。
【０１０１】
それに加えて、本実施形態は、アキシャル型構造を有し、固定子２６の固定板２４と回転子２９の回転板２７の数を増加させることにより、進行方向に対して小さな断面積を有しつつ、大きな出力の船舶用推進装置２１を得ることができる。
【０１０２】
特に、ポッド型推進装置の場合、ポッドの進行方向に対する断面積がポッドの抵抗になるため、上述したように、進行方向に対して小さな断面積を有しつつ大きな出力を出すことができることは船舶用推進装置の性能上非常に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の一実施形態による船舶用推進装置の構造を示した概略構造図。
【図２】本発明の図１の実施形態による船舶用推進装置の構造の変形例を示した概略構造図。
【図３】本発明の他の実施形態による船舶用推進装置の構造を示した概略構造図。
【図４】各種の同期電動機の各モータ出力におけるモータ出力効率を比較して示したグラフ。
【図５】図１の実施形態の変形例による船舶用推進装置の構造を示した概略構造図。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 船舶用推進装置
２ プロペラ推進装置
３ 超電導モータ
４ 固定子
５ 回転子
６ 超電導コイル
７ 回転子端版
８ 電磁クラッチ用界磁用コイル
９ 冷却装置
１０ 超電導モータ側ケーシング
１１ 回転板
１２ 永久磁石
１３ プロペラ回転軸
１４ プロペラ
１５ ハブ
１６ 支持構造体
１７ プロペラ側ケーシング
１８ シール部
１９ プロペラ回転軸支承部
２０ インバータ制御部
２１ 船舶用推進装置
２２ プロペラ推進装置
２３ 超電導モータ
２４ 固定板
２５ 電機子
２６ 固定子
２７ 回転板
２８ 超電導界磁
２９ 回転子
３０ 端板
３１ 電磁クラッチ用界磁用コイル
３２ 超電導モータ側ケーシング
３３ 回転板
３４ プロペラ回転軸
３５ プロペラ
３６ 永久磁石
３７ プロペラ側ケーシング
３８ インバータ制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラ推進装置と超電導モータとからなる船舶用推進装置において、
前記超電導モータは、円筒状に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子の電機子に対向してその内側に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、を有することを特徴とする船舶用推進装置。
【請求項２】
プロペラ推進装置と超電導モータとからなる船舶用推進装置において、
前記超電導モータは、該超電導モータの回転軸に垂直な固定板に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子と平行な回転板に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、を有することを特徴とする船舶用推進装置。
【請求項３】
前記電磁クラッチ用界磁用コイルに、静止磁界および回転磁界を発生させることにより、電磁クラッチにより加速と減速の駆動制御を行うインバータ制御部を備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の船舶用推進装置。
【請求項４】
前記プロペラ推進装置は、プロペラ回転軸のシール部と、前記シール部より内側のプロペラ回転軸と、前記回転板とを水密に内包するプロペラ側ケーシングをさらに有している、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の船舶用推進装置。
【請求項５】
船体の外側に配設されたポッドの内部に、請求項１〜請求項４のプロペラ推進装置と超電導モータとを収納したことを特徴とするポッド式船舶用推進装置。
【請求項１】
プロペラ推進装置と超電導モータとからなる船舶用推進装置において、
前記超電導モータは、円筒状に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子の電機子に対向してその内側に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、を有することを特徴とする船舶用推進装置。
【請求項２】
プロペラ推進装置と超電導モータとからなる船舶用推進装置において、
前記超電導モータは、該超電導モータの回転軸に垂直な固定板に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子と平行な回転板に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、を有することを特徴とする船舶用推進装置。
【請求項３】
前記電磁クラッチ用界磁用コイルに、静止磁界および回転磁界を発生させることにより、電磁クラッチにより加速と減速の駆動制御を行うインバータ制御部を備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の船舶用推進装置。
【請求項４】
前記プロペラ推進装置は、プロペラ回転軸のシール部と、前記シール部より内側のプロペラ回転軸と、前記回転板とを水密に内包するプロペラ側ケーシングをさらに有している、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の船舶用推進装置。
【請求項５】
船体の外側に配設されたポッドの内部に、請求項１〜請求項４のプロペラ推進装置と超電導モータとを収納したことを特徴とするポッド式船舶用推進装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１８３９８６（Ｐ２００８−１８３９８６Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７９９５（Ｐ２００７−１７９９５）
【出願日】平成１９年１月２９日（２００７．１．２９）
【出願人】（５０４１９６３００）国立大学法人東京海洋大学 (83)
【出願人】（５０３０１８０３２）北野精機株式会社 (4)
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２９日（２００７．１．２９）
【出願人】（５０４１９６３００）国立大学法人東京海洋大学 (83)
【出願人】（５０３０１８０３２）北野精機株式会社 (4)
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