JP2008001280A - 舶用推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の軸受を不要にすることができる舶用推進装置を提供すること。
【解決手段】回転する駆動軸を有するポッド型推進装置（舶用推進装置）１であって、駆動軸が嵌合される中空の軸固定部３が内部に設けられた駆動部５と、駆動部５を内部に収納するとともに、駆動軸を回転自在に支持するポッド本体（装置本体）とを備え、駆動部５が、Ｎ極誘導子（磁性体）及びＳ極誘導子（磁性体）を有し、軸固定部と嵌合される貫通孔が設けられた円盤状の一対の回転子と、Ｎ極誘導子及びＳ極誘導子と対向配置された電機子コイルを有し、軸固定部が挿通される挿通孔が設けられた電機子側固定子とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、舶用推進装置に関する。

船舶等における舶用推進装置として、船体から垂下するポッド本体に駆動機とこれにより回転するプロペラとを配したポッド型推進装置が種々提案されている。このようなポッド型推進装置に収納される駆動機としては、ディーゼルエンジン等の機械式のものや電動機がある。しかし、機械式の駆動機の場合、出力を得るためには駆動機や、駆動機に接続される回転機構が複雑、かつ、大型となるので、ポッド型推進装置に収納する駆動機としては不適である。

そこで、ポッド型推進装置に使用される駆動機としては、小型船舶や高速船舶にも使用でき、駆動機自身を小型化することができる電動機が使用されている。このようなポッド型推進装置として、電動機をポッド本体内に収納して小型化を図るとともに、プロペラが配されたプロペラ軸と電動機とを軸受を介して接続して、プロペラ軸を回転させるものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
特表２００３−５２０７３８号公報 特開２００４−２９１７０９号公報

しかしながら、上記ポッド型推進装置のような従来の舶用推進装置の場合、プロペラ軸に負荷される軸方向の力が電動機の軸受にかかるので、これに耐えるようにするために電動機の軸受が大掛かりなものとなってしまう。本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電動機の軸受を不要にすることができる舶用推進装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、舶用推進装置に係る第１の解決手段として、回転する駆動軸を有する舶用推進装置であって、前記駆動軸が嵌合される中空の軸固定部が内部に設けられた駆動部と、該駆動部を内部に収納するとともに、前記駆動軸を回転自在に支持する装置本体とを備え、記駆動部が、磁性体を有し、前記軸固定部と嵌合される貫通孔が設けられた回転子と、前記磁性体と対向配置された電機子コイルを有し、前記軸固定部が挿通される挿通孔が設けられた電機子側固定子とを備えていることを特徴とする手段を採用する。

この発明は、駆動部の軸固定部に駆動軸を嵌合させた状態で、駆動軸を装置本体に回転自在に支持させることにより、駆動部に軸受がなくても、電機子コイルと磁性体との電磁作用によって軸固定部とともに駆動軸を回転させることができる。この際、駆動軸が受ける軸方向の力は、装置本体で受けることができ、駆動部の軸方向の負荷を抑えることができる。

舶用推進装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記駆動部が、前記駆動軸の軸方向に沿って配された第一駆動部及び第二駆動部を備え、前記軸固定部が、前記第一駆動部に配された第一軸固定部と、前記第二駆動部に配された第二軸固定部とを備えていることを特徴とする手段を採用する。

この発明は、駆動軸を第一軸固定部及び第二軸固定部に固定することにより、第一駆動部及び第二駆動部によって回転駆動させることができる。

舶用推進装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記駆動軸が、前記第一軸固定部に嵌合される第一駆動軸と、前記第二軸固定部に嵌合される第二駆動軸とを備え、前記第一駆動軸又は前記第二駆動軸の何れか一方が中空に形成され、隙間を設けて他方が挿通されていることを特徴とする手段を採用する。

この発明は、第一駆動軸を第一駆動部により回転させ、第二駆動軸を第二駆動部によって回転させることができる。従って、一つの装置本体から二つの出力を得ることができる。

舶用推進装置に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記第一駆動軸と前記第二駆動軸とが反転することを特徴とする手段を採用する。
この発明は、一つの装置本体から二つの異なる方向の回転力を得ることができる。

舶用推進装置に係る第５の解決手段として、上記第１から第４の解決手段において、前記電機子コイルが、超電導部材を備えていることを特徴とする手段を採用する。
この発明は、従来と同じ電流量であっても電機子コイルの大きさを従来よりも小さくすることができ、電動機だけでなく装置全体をさらに小型化することができる。

本発明によれば、電動機の軸受を不要にすることができる。

本発明に係る第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態に係るポッド型推進装置（舶用推進装置）１は、図１から図３に示すように、回転する駆動軸２と、駆動軸２が嵌合される中空の軸固定部３が内部に設けられた駆動部５と、駆動部５を内部に収納するとともに、駆動軸２を回転自在に支持するポッド本体（装置本体）６とを備えている。

駆動部５は、駆動軸２の軸方向に沿って配された第一駆動部７及び第二駆動部８を備え、軸固定部３が、第一駆動部７に配された第一軸固定部１０と、第二駆動部８に配された第二軸固定部１１とを備えている。

第一駆動部７は、アキシャルギャップ構造のモータであって、Ｎ極及びＳ極が同心円上に形成される界磁コイル１２がヨーク１３に配された一対の界磁側固定子１５Ａ，１５Ｂと、一対の界磁側固定子１５Ａ，１５Ｂの内側にて第一軸固定部１０に固定され、界磁コイル１２により形成されるＮ極に対向してＮ極誘導子（磁性体）１６及び界磁コイル１２により形成されるＳ極に対向してＳ極誘導子（磁性体）１７がそれぞれ配された一対の回転子１８Ａ，１８Ｂと、Ｎ極誘導子１６及びＳ極誘導子１７に対向して配された電機子コイル２０を有して一対の回転子１８Ａ，１８Ｂ間に配された電機子側固定子２１とを備えている。なお駆動部は、例えば、界磁側固定子が円盤状に形成されて円筒状に形成された電機子側固定子に内嵌され、界磁側固定子と電機子側固定子とに囲まれて回転子が配されるようなラジアルギャップ構造のモータとしても構わない。

一対の界磁側固定子１５Ａ，１５Ｂのヨーク１３は、パーメンダー、珪素鋼板、鉄、パーマロイ等の磁性体からなり、第一軸固定部１０の軸方向に所定の厚さを有して円盤状に形成されている。ヨーク１３の中心部には、第一軸固定部１０が貫通可能な大きさの貫通孔１３ａが設けられている。ヨーク１３の互いに対向する内側の面には、第一軸固定部１０を中心として環状に形成された界磁用断熱冷媒容器２２が、それぞれ第一軸固定部１０方向に突出して設けられている。界磁用断熱冷媒容器２２内には、後述する冷却器４５から供給された液体窒素が充填されており、界磁コイル１２が内部に収納されている。

界磁コイル１２は、ビスマス系、イットリウム系といった超電導材から構成されており、第一軸固定部１０回りに巻回されるようにして界磁用断熱冷媒容器２２内に収納されている。このため、界磁コイル１２を励磁した際には、外周側と内周側との径方向に分かれて磁極が発生する。

一対の回転子１８Ａ，１８Ｂは、円盤形状とされてＦＲＰやステンレス等の非磁性体からなり、中心部にて第一軸固定部１０を固定支持する回転子本体２３をそれぞれ備えている。ヨーク１３と対向する回転子本体２３の外側の面には、界磁コイル１２が係合される係合溝２３ａが、第一軸固定部１０を中心として環状に形成されている。

Ｎ極誘導子１６は、回転子本体２３の中心に対して点対称となる位置に第一軸固定部１０方向に貫通して複数形成されている。この際、Ｎ極誘導子１６の一端面１６ａは、係合溝２３ａに面して界磁コイル１２のＮ極発生位置に対向配置され、かつ、他端面１６ｂは、電機子コイル２０に対向配置されている。

Ｓ極誘導子１７は、回転子本体２３の中心に対して点対称となる位置、かつ、Ｎ極誘導子１６とは略９０度の位相差を有する位置に第一軸固定部１０方向に貫通して形成されている。この際、Ｓ極誘導子１７の一端面１７ａは、係合溝２３ａに面して界磁コイル１２のＳ極発生位置に対向配置され、かつ、他端面１７ｂは、電機子コイル２０に対向配置されている。Ｎ極誘導子１６及びＳ極誘導子１７は、パーメンダー、珪素鋼板、鉄、パーマロイ等から構成されている。

電機子側固定子２１は、ＦＲＰやステンレス等の非磁性体からなる固定子本体２５を備えている。固定子本体２５の中心部には、第一軸固定部１０が挿通される挿通孔２５ａが配されている。固定子本体２５には、パーメンダー、珪素鋼板、鉄、パーマロイ等の高透磁性材料からなる円柱状磁性体２６と、厚肉円筒状に形成されて内部が空洞とされた電機子用断熱冷媒容器２７とが、固定子本体２５を貫通するようにして配されている。円柱状磁性体２６は、両端面２６ａ，２６ｂがＮ極誘導子１６及びＳ極誘導子１７と対向するように、挿通孔２５ａを中心とする同一円周上に所定の間隔を設けて埋設されている。

電機子用断熱冷媒容器２７は、各円柱状磁性体２６の外側に嵌合された状態で固定子本体２５に配されている。この電機子用断熱冷媒容器２７内には、ビスマス系、イットリウム系といった超電導材からなる電機子コイル２０が、電機子用断熱冷媒容器２７の内周面に巻回されるようにして配されている。電機子用断熱冷媒容器２７内には、後述する冷却器４５から供給された液体窒素が充填されている。

第一軸固定部１０の一端１０ａ側の外径と他端１０ｂ側の内径とが略同一の大きさになるように、第一軸固定部１０の他端１０ｂには、径方向外方に突出して形成された第一口金部２８が設けられている。回転子本体２３とは、中継部材３０を介して嵌合されている。

駆動軸２は、第一軸固定部１０に嵌合される第一駆動軸３１と、中空に形成されて第二軸固定部１１に嵌合される第二駆動軸３２とを備えている。第一駆動軸３１は、第一軸固定部１０と嵌合される一端３１ａ側の大径部３１Ａと、大径部３１Ａよりも外径が小さく形成され、隙間を設けて第二駆動軸３２に挿通される他端３１ｂ側の小径部３１Ｂとを備えている。第二駆動軸３２は、一端３２ａ側が第一駆動軸３１と嵌合可能な外径に形成されている。他端３２ｂには、外径が一端３２ａ側よりも大きい肉厚部３２Ａが配されている。

第二駆動部８は、第一駆動部７と略同一の構成とされている。ただし、第二軸固定部１１の一端１１ａには、第二軸固定部１１の他端１１ｂ側の外径が一端１１ａ側の内径と略同一の大きさになるように、径方向外方に突出して形成された第二口金部３３が設けられている。第二軸固定部１１は、第一軸固定部１０の内径よりも大径の、第一駆動軸３１が挿通可能、かつ第二駆動軸３２が嵌合可能な内径となっている。

ポッド本体６は、略回転楕円体形状に形成され、内部に第一駆動部７及び第二駆動部８を配置するための空間が形成されたポッド型容器３５と、ポッド型容器３５から径方向外方に延出され、図示しない旋回モータと接続された筒状の連結部３６とを備えている。ポッド型容器３５には、第一駆動部７を貫通して配された第一駆動軸３１の一端３１ａを支持する第一軸受部３７Ａと、第一駆動軸３１の大径部３１Ａ及び第二駆動軸３２の一端３２ａとを支持する第二軸受部３７Ｂと、第二駆動軸３２の肉厚部３２Ａを支持する第三軸受部３７Ｃとが配されている。第一駆動軸３１の他端３１ｂには、第一プロペラ３８が接続され、第二駆動軸３２の他端３２ｂには、第一プロペラ３８から所定の距離に離間した位置に第二プロペラ３９が接続されている。

一対の界磁側固定子１５Ａ，１５Ｂに配された界磁コイル１２は、図示しない船体内に設置された直流電源４０と直流電気配線４１を介して電気的に接続される。また、電機子側固定子２１に配された電機子コイル２０は、船体内に配された交流電源４２と交流電気配線４３を介して電気的に接続される。

冷却器４５は、液体窒素が充填された不図示のタンクと、タンクを冷却するためにタンクの周辺に配される不図示の液体ヘリウムコンプレッサーとを備え、冷却器４５と駆動部５に配された断熱冷媒容器２２，２７とは、冷却配管４６によって固定接続されている。

本実施形態に係るポッド型推進装置１の組み立て方法について、図４から図６に基づき説明する。
第一駆動部７及び第二駆動部８をポッド本体６内に取り付ける際には、第一軸固定部１０の他端１０ｂ側と第二軸固定部１１の一端１１ａ側とを対向させて、第一駆動軸３１の大径部３１Ａ側を第一駆動部７の第一軸固定部１０に嵌合させ、第一駆動軸３１の小径部３１Ｂ側を第二駆動部８の第二軸固定部１１に挿通させる。そして、第二駆動軸３２の一端３２ａ側を第二駆動部８の第二軸固定部１１に挿入して嵌合させる。

そして、第一口金部２８の内周面と第一駆動軸３１に係る大径部３１Ａの外周面との間に、楔状の固定部材４７を挿入して第一駆動軸３１と第一軸固定部１０とを固定する。同様に、第二口金部３３の内周面と第二駆動軸３２に係る外周面との間に楔状の固定部材４７を挿入して第二駆動軸３２と第二軸固定部１１とを固定する。

次に、本実施形態に係るポッド型推進装置１の作用・効果について説明する。
このポッド型推進装置１を駆動する場合には、第一駆動部７及び第二駆動部８の界磁用断熱冷媒容器２２及び電機子用断熱冷媒容器２７に、冷却器４５から冷却配管４６を介して冷媒を供給し、界磁コイル１２及び電機子コイル２０を冷却して超電導状態とする。そして、直流電源４０から界磁コイル１２に直流電流を給電し、かつ、交流電源４２から電機子コイル２０に交流電流を給電する。

この際、界磁コイル１２の外周及び内周にそれぞれ異なる磁極が発生し、Ｎ極誘導子１６及びＳ極誘導子１７の界磁側固定子１５Ａ，１５Ｂと対向する面から磁束が内部に導入される。そして、電機子側固定子２１と対向する面に導入された磁束が現れる。この状態で電機子コイル２０に三相交流を給電することにより、位相ズレによって電機子側固定子２１の軸線回りに回転磁界が発生する。従って、Ｎ極誘導子１６又はＳ極誘導子１７と電機子コイル２０との間の電磁誘導力により、一対の回転子１８Ａ，１８Ｂが回転し、これに伴って、第一軸固定部１０及び第一駆動軸３１、並びに、第二軸固定部１１及び第二駆動軸３２が回転し、第一プロペラ３８及び第二プロペラ３９が回転する。

そして、第一駆動部７及び第二駆動部８との間で、直流の向き又は交流の周期を反転させることにより、第一駆動軸３１と第二駆動軸３２とが互いに反転する。

このポッド型推進装置１によれば、第一駆動部７の第一軸固定部１０及び第二駆動部８の第二軸固定部１１にそれぞれ第一駆動軸３１及び第二駆動軸３２を嵌合させて、ポッド本体６に回転自在に支持させることにより、駆動部に軸受がなくても、電機子コイル２０とＮ極誘導子１６及びＳ極誘導子１７との電磁作用によって、第一軸固定部１０とともに第一駆動軸３１を回転させることができ、第二軸固定部１１とともに第二駆動軸３２を回転させることができる。この際、駆動軸２が受ける軸方向の力は、第一軸受部３７Ａ、第二軸受部３７Ｂ及び第三軸受部３７Ｃを介してポッド本体６で受けることができ、駆動部５の軸方向の負荷を抑えることができる。従って、電動機から軸受を不要にすることができる。

次に、第２の実施形態について図７を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係るポッド型推進装置５０の第二駆動軸５１が中実軸とされて、第一駆動軸５２と連結された一つの駆動軸５３とした点である。

図示しない第一軸固定部と図示しない第二軸固定部とは内径が略同一とされ、第一駆動部５５及び第二駆動部５６とは、略同一の構成とされている。駆動軸５３は、一端５３ａが第一軸受部３７Ａに支持され、他端５３ｂ側が第三軸受部３７Ｃに支持された状態で、他端５３ｂに配されたプロペラ５７が回転可能な長さに形成されている。

このポッド型推進装置５０は、第１の実施形態と同様に第一駆動部５５及び第二駆動部５６との間で直流の向き及び交流の周期を同期させることにより、第一駆動軸５２と第二駆動軸５１とが互いに同一方向に同一速度で回転する。従って、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、駆動部が第一駆動部と第二駆動部とを備えているとしているが、図８に示すように、一つの駆動部５８を有するポッド型推進装置６０であっても構わない。

また、第１の実施形態のように、第一駆動軸と第二駆動軸とを嵌合させずに、第一駆動軸と第二駆動軸とをポッド本体の先端側と基端側とからそれぞれ突出させて、第一プロペラ及び第二プロペラをそれぞれ回転させても構わない。
さらに、舶用推進装置はポッド型推進装置に限らず、船体の機関室等の内部に直接配されるものでも構わない。

本発明の第１の実施形態に係るポッド型推進装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るポッド型推進装置を示す要部断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るポッド型推進装置の駆動部を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るポッド型推進装置を示す要部断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るポッド型推進装置を示す要部断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るポッド型推進装置を示す要部断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るポッド型推進装置を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係るポッド型推進装置を示す斜視図である

符号の説明

１，５０，６０ ポッド型推進装置（舶用推進装置）、２，５３ 駆動軸、３ 軸固定部、５，５８ 駆動部、６ ポッド本体（装置本体）、７，５５ 第一駆動部、８，５６ 第二駆動部、１０ 第一軸固定部、１１ 第二軸固定部、１８Ａ，１８Ｂ 回転子、２０ 電機子コイル、３１，５２ 第一駆動軸、３２，５１ 第二駆動軸

Claims (5)

1. 回転する駆動軸を有する舶用推進装置であって、
   前記駆動軸が嵌合される中空の軸固定部が内部に設けられた駆動部と、
   該駆動部を内部に収納するとともに、前記駆動軸を回転自在に支持する装置本体とを備え、
   前記駆動部が、磁性体を有し、前記軸固定部と嵌合される貫通孔が設けられた回転子と、
   前記磁性体と対向配置された電機子コイルを有し、前記軸固定部が挿通される挿通孔が設けられた電機子側固定子とを備えていることを特徴とする舶用推進装置。
2. 前記駆動部が、前記駆動軸の軸方向に沿って配された第一駆動部及び第二駆動部を備え、
   前記軸固定部が、前記第一駆動部に配された第一軸固定部と、前記第二駆動部に配された第二軸固定部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の舶用推進装置。
3. 前記駆動軸が、前記第一軸固定部に嵌合される第一駆動軸と、
   前記第二軸固定部に嵌合される第二駆動軸とを備え、
   前記第一駆動軸又は前記第二駆動軸の何れか一方が中空に形成され、隙間を設けて他方が挿通されていることを特徴とする請求項２に記載の舶用推進装置。
4. 前記第一駆動軸と前記第二駆動軸とが反転することを特徴とする請求項３に記載の舶用推進装置。
5. 前記電機子コイルが、超電導部材を備えていることを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の舶用推進装置。
   

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