JP2018154177A - 水中推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速航行時において推進効率が良好な水中推進装置を実現する。【解決手段】水中推進装置１は、プロペラ１１と、モータ１２と、ハウジング５と、を備える。モータ１２は、プロペラ１１よりも推進方向前方に配置され、プロペラ１１を回転駆動する。ハウジング５は、モータ１２及びプロペラ１１を収容する。ハウジング５は、第１部分５ａと、第２部分５ｂと、を有する。第２部分５ｂは、第１部分５ａよりも推進方向後方に配置される。第２部分５ｂには、導入口２１と、噴出口２２と、が形成される。導入口２１は、ハウジング５の内部に水を導入する。噴出口２２は、導入口２１から導入されてプロペラ１１によって送り出される水をハウジング５の外部に噴出させる。推進方向と平行な向きで見たときに、導入口２１は第１部分５ａよりも外側に配置される。導入口２１は、プロペラ１１の軸線１１ｃと平行な向きでハウジング５の内部に水を導入する。【選択図】図２

Description

本発明は、モータによってプロペラを回転させることにより水中を推進する水中推進装置に関する。

この種の水中推進装置は、例えば特許文献１及び２に開示されている。特許文献１及び２の水中翼船において、水中翼に埋め込まれるように設計されたポッドに、電動モータと、推進システムが統合されている。推進システムは、プロペラと、ダクトと、を備えている。

米国特許第９３５９０４４号明細書 米国特許出願公開第２０１６／０１８５４３０号明細書

特許文献１及び２の水中翼船に用いられる水中推進装置は、やや大径に形成された円筒状のダクトの内部にプロペラが配置され、ダクトの前面側に形成された大きな開口（導入口）から水を導入し、水を後方へ送り出して背面側の噴出口から噴出するように構成されている。従って、装置の後部について小型化を実現することが難しく、また、比較的大きい異物が水とともにダクトに入ってしまうおそれがあった。

そこで、水を導入する導入口を装置の例えば側面に開口させ、水を横又は斜め方向に取り込むように構成することで、水の抵抗が少ないスマートな形状を実現でき、また、大きな異物の侵入を防止できると考えられる。しかしながら、この構成では、特に高速航行時に十分な量の水を導入口から装置内に導入することが難しいため、プロペラへ供給される水の圧力が低下し、プロペラの周辺でキャビテーションが発生し易くなって推進効率が低下する原因となり、この点で改善の余地が残されていた。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、水中推進装置において、特に高速航行時に、導入口から十分な量の水を導入して高い推進効率を実現することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の水中推進装置が提供される。即ち、この水中推進装置は、プロペラと、モータと、ハウジングと、を備える。前記モータは、前記プロペラよりも推進方向前方に配置され、前記プロペラを回転駆動する。前記ハウジングは、前記モータ及び前記プロペラを収容する。前記ハウジングは、第１部分と、第２部分と、を有する。前記第２部分は、前記第１部分よりも推進方向後方に配置される。前記第２部分には、導入口と、噴出口と、が形成される。前記導入口は、前記ハウジングの内部に水を導入する。前記噴出口は、前記導入口から導入されて前記プロペラによって送り出される水を前記ハウジングの外部に噴出させる。推進方向と平行な向きで見たときに、前記導入口は前記第１部分よりも外側に配置される。前記導入口は、前記プロペラの軸線と平行な向きで前記ハウジングの内部に水を導入する。

これにより、第１部分の外壁近くにある水を、水中推進装置の推進によって、導入口からハウジングの内部に円滑に導入することができる。しかも、水中推進装置が高速で推進する程、導入口から圧力の高い状態の水を導入することができる。この結果、特に高速航行時にプロペラの近傍にキャビテーションが発生するのを防止できるので、推進効率を高めることができる。

前記の水中推進装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、推進方向と平行な向きで見たときに、前記第２部分は、前記第１部分と比較して外側に突出している突出部を有する。前記導入口は、前記突出部の推進方向前面側に配置されている。

これにより、水中推進装置が推進することで、突出部の前方にある水を、導入口を介してハウジングの内部に円滑に導入することができる。

前記の水中推進装置においては、推進方向と平行な向きで見たときに、前記突出部は、下向きと異なる向きに突出していることが好ましい。

これにより、導入口が水中推進装置の底部に配置されないので、水中推進装置が例えば砂浜に乗り上げた場合でも、大量の砂が導入口からハウジングの内部に入るのを防止することができる。これにより、清掃等のメンテナンス作業の負担を軽減することができる。

前記の水中推進装置においては、前記導入口に異物が入るのを規制するフィルタが、推進方向後方に行くに従って前記プロペラの軸線との距離が増大する面に沿うように配置されていることが好ましい。

これにより、水中の異物が導入口からハウジング内に侵入するのを、フィルタによって防止することができる。また、このように傾斜した面に沿ってフィルタが配置されているので、水中推進装置は、異物をフィルタによって外側へ円滑に押し退けながら推進することができる。

前記の水中推進装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記フィルタは、細長く形成された異物規制部材を備える。推進方向で前記第１部分よりも前記突出部が突出する向きと平行に見たときに、前記異物規制部材の長手方向は、前記プロペラの軸線と平行である部分、及び、前記プロペラの軸線に対して４５°未満の角度で傾いている部分のうち、少なくとも何れかを有する。

これにより、フィルタの異物規制部材に異物が引っ掛かって留まるのを防止できるので、推進の抵抗が増大するのを防止することができる。

本発明の一実施形態に係る水中推進装置の全体的な構成を示す斜視図。 水中推進装置の一部断面斜視図。 水中推進装置の側面図。 水中推進装置の正面図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る水中推進装置１の全体的な構成を示す斜視図である。図２は、水中推進装置１の一部断面斜視図である。図３は、水中推進装置１の側面図である。図４は、水中推進装置１の正面図である。

図１に示す水中推進装置１は、電気により推力を得て一定の方向に推進するものである。本実施形態において、水中推進装置１は、人が乗って水上を滑走する図略の滑走体（乗り物）の下部に取り付けられて、当該滑走体に推進力を付与する。滑走体は、例えば水平な板状とすることが考えられるが、これに限定されない。

水中推進装置１は、ハウジング５と、プロペラ１１と、モータ１２と、を備える。

ハウジング５は、水中推進装置１の外装をなしており、プロペラ１１及びモータ１２等を収容している。また、ハウジング５には、当該ハウジング５の内部に水を導入するための２つの導入口２１，２１と、ハウジング５の外部へ水を噴出するための１つの噴出口２２と、が形成されている。導入口２１，２１と噴出口２２とは、ハウジング５の内部に形成された流路２３を介して接続されている。なお、ハウジング５の詳細な構成は後述する。

プロペラ１１は、ハウジング５の内部に回転可能に支持されている。プロペラ１１は、ハウジング５の内部に形成された前記流路２３の中途部に、その軸線１１ｃを前後方向に向けて配置される。プロペラ１１は、モータ１２の駆動力によって回転し、導入口２１から流路２３に入った水を噴出口２２に向けて送り出す。これにより、噴出口２２から水が後方に噴出し、その反力によって水中推進装置１を前進させることができる。

なお、以下の説明では、噴出口２２から水を噴出することにより水中推進装置１が進行する方向（推進方向）での前を単に「前」と呼び、後を単に「後」と呼ぶことがある。また、水中推進装置１の推進方向での左右を単に「左」「右」と呼び、水中推進装置１が進行している状態における上下を単に「上」「下」と呼ぶことがある。

モータ１２は、例えば交流電動モータとして構成されている。このモータ１２は、ハウジング５が備える防水ケース６の内部（防水空間）に配置されている。モータ１２の出力軸１３は後方に延びて、防水ケース６に回転可能に支持されたプロペラシャフト１４と、カップリング１５を介して連結されている。プロペラシャフト１４の後端部は防水ケース６の外側に出るように配置され、流路２３の内部に突出している。そして、このプロペラシャフト１４にプロペラ１１が固定されている。

次に、ハウジング５について詳細に説明する。ハウジング５は、防水ケース６と、フィルタカバー７，７と、水流案内ケース８と、プロペラ支持ケース９と、後部ケース１０と、を備える。

防水ケース６は、その大部分が前後方向に細長い円柱状に形成されているが、その後端部（後述の水流案内ケース８によって覆われる部分）は、後方に行くに従って細くなる略円錐形に構成されている。また、防水ケース６の前端部は略半球状に形成されており、これにより、ハウジング５の前端部の流線形状が実現されている。

防水ケース６の上部には固定部６ａが設けられている。図１に鎖線で示すように、この固定部６ａには、上下方向に細長く形成された支柱３が、図示しない固定部材（例えば、ボルト等）を介して固定される。これにより、前記滑走体と水中推進装置１とを互いに連結することができる。

防水ケース６は図２に示すように中空状に構成されており、その内部に、前後方向に細長い空間が形成されている。この空間には、前述のモータ１２が配置されるとともに、モータ１２の回転速度を変更するための図略のインバータ等が配置される。ハウジング５の外部には、モータ１２等に電力を供給する図略の蓄電池が配置されている。ただし、この蓄電池はハウジング５に内蔵されても良い。

防水ケース６の後部には、プロペラシャフト１４が前後方向に配置され、図２に示すように軸受４１によって回転可能に支持されている。プロペラシャフト１４の軸線は、モータ１２の出力軸１３の軸線と一致している。また、防水ケース６とプロペラシャフト１４との間には、防水ケース６の内部に水が侵入するのを防止するためのシール部材４２が配置されている。

フィルタカバー７，７は、防水ケース６の後部の左右の側部に１対で固定されている。これにより、それぞれのフィルタカバー７と防水ケース６との間に、水が通過可能な空間が形成される。それぞれのフィルタカバー７は、後方にいくに従って左右方向への突出量が徐々に増大するように傾斜した形状を有している。言い換えれば、フィルタカバー７は、後方にいくに従って、プロペラ１１の軸線１１ｃから徐々に離れるように傾斜している。そして、この傾斜した面の大部分に、内部の空間に水を導入するための前述の導入口２１が開口されている。

このように、導入口２１の開口面は、後方にいくに従ってプロペラ１１の軸線１１ｃからの距離が大きくなるように配置されている。従って、水中推進装置１が前進するのに伴って、導入口２１の前方にある水は、プロペラ１１の軸線１１ｃと平行な向きで（図３の白抜き矢印を参照）、導入口２１からフィルタカバー７の内部に入る。しかも、導入口２１から導入される水の圧力は、水中推進装置１の速度が大きくなるに従って、大きくなる。このように、本実施形態では、特に高速航行時において、圧力の高い状態の水をフィルタカバー７，７の内部に円滑に取り込むことができる。

それぞれのフィルタカバー７は、導入口２１の開口面に沿って配置されたフィルタ３１を備える。このフィルタ３１は、間隔をあけて多数並べて配置された棒状部材（異物規制部材）３２を備える。この棒状部材３２により、水中の異物が導入口２１からハウジング５の内部に入ることを阻止することができる。しかも、上記のように傾斜した開口面に沿ってフィルタ３１が配置されているので、水中推進装置１は、水中の異物をフィルタ３１によって外側へ円滑に押し退けながら推進することができる。

フィルタカバー７が突出する向き（本実施形態では、左右方向）で見た場合に、図３で示すように棒状部材３２は概ね放射状に配置されているため、それぞれの棒状部材３２の長手方向の向きは少しずつ異なっている。しかし、何れの棒状部材３２の長手方向の向きも、プロペラ１１の軸線１１ｃの向きに実質的に沿って配置されている。具体的に言えば、上記の方向で見た場合に、棒状部材３２の長手方向は、プロペラ１１の軸線１１ｃに対して４５°未満の角度で傾くように配置されている。即ち、棒状部材３２は、概ね、プロペラ１１の軸線１１ｃに対して４５°未満の角度で傾いている。従って、水中推進装置１の前進時において、棒状部材３２に当たった異物を、当該棒状部材３２に引っ掛かることなく円滑に後部側へ逃がすことができる。なお、棒状部材３２は、プロペラ１１の軸線１１ｃに対して４５°以上の角度で傾く部分を有していてもよい。

水流案内ケース８は、例えば図２に示すように、防水ケース６の後部を覆うように取り付けられている。水流案内ケース８の後端部は円形であるが、水流案内ケース８の左右両側の側部は、当該後端部から前方に行くに従って左右方向への突出量が徐々に増大するように傾斜した形状を有している。そして、この突出した１対の部分のそれぞれの前側に、前述のフィルタカバー７が固定されている。

水流案内ケース８は中空状に構成され、この内部に、水が通過可能な空間が形成されている。そして、１対のフィルタカバー７，７の内部と、水流案内ケース８との内部は、互いに接続されている。この構成で、１対のフィルタカバー７，７から後部の水流案内ケース８に送られた水は、水流案内ケース８の内部で、プロペラ１１の軸線１１ｃに近づくように斜めに流れて互いに合流する。

プロペラ支持ケース９は、水流案内ケース８の後部に接続するように取り付けられている。このプロペラ支持ケース９の内部に、前述のプロペラ１１が配置されている。

プロペラ支持ケース９は中空状に構成され、この内部に、水が通過可能な空間が形成されている。そして、水流案内ケース８の内部と、プロペラ支持ケース９の内部は、互いに接続されている。従って、水流案内ケース８の水がプロペラ支持ケース９に流れることができる。プロペラ支持ケース９の後端には前述の噴出口２２が形成され、プロペラ支持ケース９の内部の空間は、この噴出口２２を通じて開口している。

プロペラ支持ケース９の内部に形成された空間の中心部には、プロペラシャフト１４の後端部を支持するためのボス部４３が配置されている。このボス部４３は、放射状に配置された整流翼４４を介して、プロペラ支持ケース９に固定されている。ボス部４３の内部には図示しない軸受が配置されており、この軸受によって、プロペラシャフト１４の端部を回転可能に支持することができる。

後部ケース１０は、プロペラ支持ケース９の外側を覆うように円筒状に構成され、水流案内ケース８の後部に接続するように取り付けられている。後部ケース１０の外径は、後方に行くに従って徐々に小さくなるように構成されており、これにより、ハウジング５の後端部（噴出口２２の周辺）の流線形状が実現されている。

この構成で、ハウジング５の内部の前記流路２３は、フィルタカバー７の内部と、水流案内ケース８の内部と、プロペラ支持ケース９の内部と、が互いに接続されることにより形成される。この流路２３の前端には導入口２１が配置され、流路２３の後端には噴出口２２が配置される。

本実施形態のハウジング５は以上のように構成されているので、図２に示すように、フィルタカバー７の前端部分を境界にして前後方向に分けて考えることにより、第１部分５ａと、第２部分５ｂと、を有すると把握することができる。第１部分５ａは、防水ケース６の後部を除いた部分によって構成される。第２部分５ｂは、ハウジング５の内部に水の流路２３が形成される部分であり、第１部分５ａよりも後方に配置されている。導入口２１及び噴出口２２は、第２部分５ｂに配置される。

フィルタカバー７、及び、水流案内ケース８が左右方向に突出している部分は、まとめて突出部５ｂｘと捉えることができるが、この突出部５ｂｘは第２部分５ｂに配置される。

このようにハウジング５を前後方向で分割して考えたときに、第２部分５ｂが有する突出部５ｂｘは、図４のように推進方向と平行な向きで見ると、第１部分５ａよりも左右方向で外側に突出している部分であるということができる。そして、導入口２１は、図２及び図３に示すように、当該突出部５ｂｘの前部に配置されている。

言い換えれば、図４に示すように、導入口２１とプロペラ１１の軸線１１ｃとの距離は、第１部分５ａの外壁面とプロペラ１１の軸線１１ｃとの距離よりも大きくなっている。これにより、前述したとおり、第１部分５ａの左右両側の外壁近くにある水を、水中推進装置１の推進によって導入口２１から円滑にハウジング５の内部に取り込むことができる。この結果、流路２３におけるプロペラ１１の上流側の部分での水の圧力低下を抑制できるので、回転するプロペラ１１の近傍においてキャビテーションが発生するのを防止することができる。

また、図４に示すように水中推進装置１を推進方向と平行な向きで（本実施形態では、前方から）見ると、突出部５ｂｘは、第１部分５ａよりも下方向に突出するのではなく、水平横向きに突出するように設けられている。言い換えれば、導入口２１は、下向き以外の向きで、第１部分５ａよりも外側に設けられている。これにより、水中推進装置１を例えば砂浜海岸で使用した場合に、砂浜に乗り上げても導入口２１から砂が入りにくい構成とすることができる。

以上に説明したように、本実施形態の水中推進装置１は、プロペラ１１と、モータ１２と、ハウジング５と、を備える。モータ１２は、プロペラ１１よりも推進方向前方に配置され、プロペラ１１を回転駆動する。ハウジング５は、モータ１２及びプロペラ１１を収容する。ハウジング５は、第１部分５ａと、第２部分５ｂと、を有する。第２部分５ｂは、第１部分５ａよりも推進方向後方に配置される。第２部分５ｂには、導入口２１と、噴出口２２と、が形成される。導入口２１は、ハウジング５の内部に水を導入する。噴出口２２は、導入口２１から導入されてプロペラ１１によって送り出される水をハウジング５の外部に噴出させる。推進方向と平行な向きで見たときに、導入口２１は図４に示すように第１部分５ａよりも外側に配置される。導入口２１は、プロペラ１１の軸線１１ｃと平行な向きでハウジング５の内部に水を導入する。

これにより、第１部分５ａの外壁近くにある水を、水中推進装置１の推進によって、導入口２１からハウジング５の内部に円滑に導入することができる。しかも、水中推進装置１が高速で推進する程、導入口２１からより圧力の高い状態の水を導入することができる。この結果、特に高速航行時にプロペラ１１の近傍にキャビテーションが発生するのを防止できるので、推進効率を高めることができる。

また、本実施形態の水中推進装置１を推進方向と平行な向きで見たときに、第２部分５ｂは図４に示すように、第１部分５ａと比較して外側に突出している突出部５ｂｘを有する。導入口２１は、突出部５ｂｘの推進方向前面側に配置されている。

これにより、水中推進装置１が推進することで、突出部５ｂｘの前方にある水を、導入口２１を介してハウジング５の内部に円滑に導入することができる。

また、本実施形態の水中推進装置１を推進方向と平行な向きで見たときに、突出部５ｂｘは図４に示すように、下向きと異なる向きに突出している。

これにより、導入口２１が水中推進装置１の底部に配置されないので、水中推進装置１が例えば砂浜に乗り上げた場合でも、大量の砂が導入口２１からハウジング５の内部に入るのを防止することができる。これにより、清掃等のメンテナンス作業の負担を軽減することができる。

また、本実施形態の水中推進装置１において、導入口２１に異物が入るのを規制するフィルタ３１が、推進方向後方に行くに従ってプロペラ１１の軸線１１ｃとの距離が増大する面（導入口２１の開口面）に沿うように配置されている。

これにより、水中の異物が導入口２１からハウジング５内に侵入するのを、フィルタ３１によって防止することができる。また、このように傾斜した面に沿ってフィルタ３１が配置されているので、水中推進装置１は、異物をフィルタ３１によって外部へ円滑に押し退けながら推進することができる。

また、本実施形態の水中推進装置１において、フィルタ３１は、細長く形成された棒状部材３２を備える。本実施形態では推進方向で見たときに第１部分５ａよりも突出部５ｂｘが左右方向に突出しているが、それと平行に（即ち、左右方向で）水中推進装置１を見ると、図３に示すように、棒状部材３２の長手方向は、プロペラ１１の軸線１１ｃに対して４５°未満の角度で傾く部分を有する。

これにより、フィルタ３１の棒状部材３２に異物が引っ掛かって留まるのを防止できるので、推進の抵抗が増大するのを防止することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

防水ケース６の形状（ハウジング５の第１部分５ａの形状）は、円柱状に代えて、楕円柱形状、多角柱状等の任意の形状に構成されても良い。

推進方向と平行な向きで水中推進装置１を見たときに突出部５ｂｘが第１部分５ａから突出する方向は、左右に代えて、例えば左右斜め上方であっても良い。突出部５ｂｘの数（言い換えれば、導入口２１の数）も左右１対に限定されず、上向き又は下向きの突出部を１つだけ有する構成や、下向きと左上向き、及び右上向きに突出するように突出部を３つ有する構成等に変更することができる。

導入口２１の開口面（言い換えれば、フィルタ３１のフィルタ面）は、図１のように傾斜した構成とすることに代えて、プロペラ１１の軸線１１ｃに垂直となるように変更することができる。

フィルタカバー７及び水流案内ケース８のうち少なくとも何れかが、防水ケース６に対して一体的に形成されても良い。また、フィルタカバー７と水流案内ケース８とが互いに一体的に形成されても良いし、水流案内ケース８とプロペラ支持ケース９等とが互いに一体的に形成されても良い。

水中推進装置１は、フィルタカバー７を備えていなくてもよい。この場合、水流案内ケース８の左右方向に突出している部分のみで突出部５ｂｘが構成される。また、水流案内ケース８の左右方向に突出している部分の前端の開口が導入口２１を構成する。

第１部分５ａと第２部分５ｂの境界で、防水ケース６が別々の部材となっていても良い。

突出部５ｂｘが第１部分５ａから突出する方向（左右方向）に沿って見たときに、それぞれの棒状部材３２が、プロペラ１１に対して平行に配置されても良い。

モータ１２の出力軸１３とプロペラシャフト１４の間に、回転を減速するための減速装置が備えられても良い。

水中推進装置１は、固定部６ａを介して滑走体に取り付けて用いる構成に限定されない。例えば、ハンドルをハウジング５の前部等に取り付け、潜水するダイバーが当該ハンドルを握って操作するダイバー推進装置として使用することができる。

１ 水中推進装置
５ ハウジング
５ａ 第１部分
５ｂ 第２部分
５ｂｘ 突出部
１１ プロペラ
１１ｃ プロペラの軸線
１２ モータ
２１ 導入口
２２ 噴出口
３１ フィルタ
３２ 棒状部材（異物規制部材）

Claims (5)

1. プロペラと、
   前記プロペラよりも推進方向前方に配置され、前記プロペラを回転駆動するモータと、
   前記モータ及び前記プロペラを収容するハウジングと、
   を備え、
   前記ハウジングは、
   第１部分と、
   前記第１部分よりも推進方向後方に配置された第２部分と、
   を有し、
   前記第２部分には、
   前記ハウジングの内部に水を導入する導入口と、
   前記導入口から導入されて前記プロペラによって送り出される水を前記ハウジングの外部に噴出させる噴出口と、
   が形成され、
   推進方向と平行な向きで見たときに、前記導入口は前記第１部分よりも外側に配置され、
   前記導入口は、前記プロペラの軸線と平行な向きで前記ハウジングの内部に水を導入することを特徴とする水中推進装置。
2. 請求項１に記載の水中推進装置であって、
   推進方向と平行な向きで見たときに、前記第２部分は、前記第１部分と比較して外側に突出している突出部を有し、
   前記導入口は、前記突出部の推進方向前面側に配置されていることを特徴とする水中推進装置。
3. 請求項２に記載の水中推進装置であって、
   推進方向と平行な向きで見たときに、前記突出部は、下向きと異なる向きに突出していることを特徴とする水中推進装置。
4. 請求項２又は３に記載の水中推進装置であって、
   前記導入口に異物が入るのを規制するフィルタが、推進方向後方に行くに従って前記プロペラの軸線との距離が増大する面に沿うように配置されていることを特徴とする水中推進装置。
5. 請求項４に記載の水中推進装置であって、
   前記フィルタは、細長く形成された異物規制部材を備え、
   推進方向で前記第１部分よりも前記突出部が突出する向きと平行に見たときに、前記異物規制部材の長手方向は、前記プロペラの軸線と平行である部分、及び、前記プロペラの軸線に対して４５°未満の角度で傾いている部分のうち、少なくとも何れかを有することを特徴とする水中推進装置。

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