DE102022202896A1

DE102022202896A1 - Fluidmaschine und Unterwasserfahrzeug

Info

Publication number: DE102022202896A1
Application number: DE102022202896.1A
Authority: DE
Inventors: Shigeki Senoo; Shinichi Isobe; Wataru Yamada; Takehiko Nishida; Takuyoshi YAMADA; Kazuki Hosono; Yoshitomo Noda; Hiroki Takeda; Yuichi Sekine
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-03-24
Publication date: 2022-10-06
Also published as: US20220315184A1; JP2022157540A

Abstract

AufgabeEs werden eine Fluidmaschine und ein Unterwasserfahrzeug bereitgestellt, womit ein Herunterdimensionieren einer Hülle erreicht werden kann.Mittel zur LösungEine Fluidmaschine schließt Folgendes ein: einen Wellenabschnitt, der sich in einer Achsenrichtung erstreckt; eine Hülle, die dazu bereitgestellt ist, den Wellenabschnitt zu umgeben, und einen Strömungsweg zwischen der Hülle und dem Wellenabschnitt bildet, wobei der Strömungsweg eine Seite in der Achsrichtung, die als eine stromaufwärtige Seite dient, und eine andere Seite in der Achsrichtung, die als eine stromabwärtige Seite dient, aufweist; einen ersten Propeller, der drehbar um die Achse zwischen dem Wellenabschnitt und der Hülle bereitgestellt ist; einen zweiten Propeller, der drehbar um die Achse zwischen dem Wellenabschnitt und der Hülle auf der stromabwärtigen Seite des ersten Propellers bereitgestellt ist; einen Außenumfangsantriebsmotor, der in der Hülle bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um den ersten Propeller

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Fluidmaschine und ein Unterwasserfahrzeug.
Stand der Technik
Beispielsweise ist ein Außenumfangsantriebsschubapparat in Patentliteratur 1 als Beispiel einer Fluidmaschine beschrieben. Der Schubapparat schließt eine Hülle mit einer rohrförmigen Form ein, die um die Achse herum ausgebildet ist, und Propeller, die koaxial auf der Innenseite der Hülle angeordnet sind. In Achsrichtung sind zwei Propeller angeordnet.
Die Hülle nimmt insgesamt zwei Motoren auf, die den beiden jeweiligen Propellern entsprechen. Diese zwei Motoren implementieren den Außenumfangsantrieb der zwei Propeller, um ein Fluid in Achsrichtung innerhalb der Hülle pumpen zu lassen. Es ist zu beachten, dass bei diesem Schubapparat die beiden Propeller gegenläufige Propeller mit zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen sind.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
Patentliteratur 1: US 8.074.592
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
In dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Schubapparat ist ein Paar von Motoren der gegenläufigen Propeller in der Hülle untergebracht, und somit muss der Aufnahmeraum dafür in der Hülle sichergestellt werden. Infolgedessen besteht ein Problem darin, dass die Hülle zwangsläufig hochdimensioniert ist.
Die vorliegende Offenbarung dient zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Fluidmaschine und ein Unterwasserfahrzeug bereitzustellen, mit denen eine Herunterdimensionierung der Hülle erreicht werden kann.
Lösung des Problems
Um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, schließt eine erfindungsgemäße Fluidmaschine Folgendes ein: einen Wellenabschnitt, der sich in einer Achsrichtung erstreckt; eine Hülle, die dazu bereitgestellt ist, den Wellenabschnitt zu umgeben, und die einen Strömungsweg zwischen der Hülle und dem Wellenabschnitt bildet, wobei der Strömungsweg eine Seite in der Achsrichtung, die als eine stromaufwärtige Seite dient, und eine andere Seite in der Achsrichtung, die als eine stromabwärtige Seite dient, aufweist; einen ersten Propeller, der drehbar um die Achse zwischen dem Wellenabschnitt und der Hülle bereitgestellt ist; einen zweiten Propeller, der drehbar um die Achse zwischen dem Wellenabschnitt und der Hülle auf der stromabwärtigen Seite des ersten Propellers bereitgestellt ist; einen Außenumfangsantriebsmotor, der in der Hülle bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um einen des ersten Propellers und des zweiten Propellers drehend anzutreiben; und einen Innenumfangsantriebsmotor, der in dem Wellenabschnitt bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um einen anderen des ersten Propellers und des zweiten Propellers drehend anzutreiben.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung kann einen Schubapparat bereitstellen, mit dem ein Herunterdimensionieren einer Hülle erreicht werden kann.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht des Hecks eines Unterwasserfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Schubapparats gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Kopplungsabschnitts, der an einer Außenoberfläche einer Hülle angeordnet ist.
4 ist eine schematische Darstellung des Kopplungsabschnitts, der auf der Außenoberfläche der Hülle angeordnet ist, wie von außen in der Radialrichtung betrachtet.
5 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Schubapparats gemäß eines Modifikationsbeispiels der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Allgemeine Konfiguration des Unterwasserfahrzeugs
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Wie in 1 und 2 veranschaulicht, schließt ein Unterwasserfahrzeug 1 einen Fahrzeugkörper 2 und einen Schubapparat 8 ein.
Fahrzeugkörper
Der Fahrzeugkörper 2 ist durch einen druckfesten Behälter gebildet, der sich entlang einer Achse O erstreckt. Der Fahrzeugkörper 2 nimmt verschiedene Vorrichtungen, Stromversorgung, Kommunikationseinrichtungen, Sensoren und dergleichen auf, die zum Beispiel für das Fahren unter Wasser erforderlich sind.
Schubapparat
In einem hinteren Abschnitt des Fahrzeugkörpers 2 ist der Schubapparat 8 einstückig mit dem Fahrzeugkörper 2 bereitgestellt. Der Schubapparat 8 ist ein Apparat zum Antreiben des Unterwasserfahrzeugs 1 unter Wasser.
Der Schubapparat 8 schließt einen Wellenabschnitt 3, einen ersten Propeller 10A, einen zweiten Propeller 10B, einen ersten Lagerabschnitt 40, eine Rotorwelle 45, einen zweiten Lagerabschnitt 46, eine Hülle 50, Kopplungsabschnitte 70, Streben 78, einen Außenumfangsantriebsmotor 90 und einen Innenumfangsantriebsmotor 150 ein.
Wellenabschnitt
Wie in 2 veranschaulicht, ist der Wellenabschnitt 3 einstückig im hinteren Abschnitt des Fahrzeugkörpers 2 bereitgestellt. Der Wellenabschnitt 3 kann Teil des Fahrzeugkörpers 2 sein. Der Wellenabschnitt 3 erstreckt sich entlang der Achse O. Der Wellenabschnitt 3 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Kegelstumpfform auf, die einen Durchmesser aufweist, der von einer Seite (nachstehend als „stromaufwärtige Seite“ bezeichnet) zur anderen Seite (nachstehend als „stromabwärtige Seite“ bezeichnet) in der Achsen-O-Richtung abnimmt. Die radial nach außen weisende Oberfläche des Wellenabschnitts 3 ist eine Wellenaußenoberfläche 3a, die eine konische Form mit einem Durchmesser bildet, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt.
Der Wellenabschnitt 3 ist in einen Wellenvorderabschnitt 4 auf der stromaufwärtigen Seite und einen Wellenhinterabschnitt 5 auf der stromabwärtigen Seite unterteilt. Der Wellenvorderabschnitt 4 und der Wellenhinterabschnitt 5 sind mit einem Raum dazwischen in der Achsen-O-Richtung angeordnet. Der Wellenhinterabschnitt 5 ist der hinterste Abschnitt des Wellenabschnitts 3 und weist den kleinsten Außendurchmesser auf.
Die in dem Wellenvorderabschnitt 4 des Wellenabschnitts 3 ausgebildete Aufnahmerille 7 ist in radialer Richtung von der Wellenaußenoberfläche 3a nach innen vertieft und erstreckt sich ringförmig vollständig über eine Umfangsrichtung. Die Aufnahmerille 7 ist in einem Abschnitt auf der stromabwärtigen Seite im Wellenvorderabschnitt 4 bereitgestellt. Eine radial nach außen weisende Oberfläche am Boden jeder Aufnahmerille 7 ist eine Rillenbodenoberfläche 7a. Die Rillenbodenoberfläche 7a bildet eine zylindrische Oberflächenform um die Achse O.
Eine Oberfläche, welche die Aufnahmerille 7 bildet, auf der stromaufwärtigen Seite ist eine stromaufwärtsseitige Rillenoberfläche 7b. Die stromaufwärtsseitige Rillenoberfläche 7b weist eine ebene Form senkrecht zur Achse O auf und ist der stromabwärtigen Seite zugewandt. Die stromaufwärtsseitige Rillenoberfläche 7b erstreckt sich ringförmig um die Achse O.
Eine Oberfläche, welche die Aufnahmerille 7 bildet, auf der stromabwärtigen Seite ist eine stromabwärtsseitige Rillenoberfläche 7c. Die stromabwärtsseitige Rillenoberfläche 7c weist eine ebene Form senkrecht zur Achse O auf und ist der stromaufwärtigen Seite zugewandt. Die stromabwärtsseitige Rillenoberfläche 7c erstreckt sich ringförmig um die Achse O. Die stromabwärtsseitige Rillenoberfläche 7c ist parallel zur stromaufwärtsseitigen Rillenoberfläche 7b.
Die hinterste Endoberfläche des Wellenvorderabschnitts 4, das heißt die Endoberfläche, die zur stromabwärtigen Seite weist, wird als hintere Endoberfläche 4a bezeichnet. Ein Lochabschnitt 4b, der sich zur hinteren Endoberfläche 4a öffnet und zur stromaufwärtigen Seite verläuft, ist im Wellenvorderabschnitt 4 gebildet. Der Lochabschnitt 4b verläuft von der hinteren Endoberfläche 4a zu einem Abschnitt auf der stromaufwärtigen Seite der Aufnahmerille 7 entlang der Achse O.
Ein Motoraufnahmeraum 4c, der innerhalb des Wellenvorderabschnitts 4 ausgebildet ist, ist an einem Endabschnitt des Lochabschnitts 4b auf der stromaufwärtigen Seite ausgebildet. Der Motoraufnahmeraum 4c ist als hohler Abschnitt im Wellenvorderabschnitt 4 so ausgebildet, dass er sich in radialer Richtung von dem Lochabschnitt 4b nach außen ausbreitet.
Eine Oberfläche des Wellenhinterabschnitts 5, die der stromaufwärtigen Seite zugewandt ist, wird als eine vordere Endoberfläche 5a bezeichnet. Die vordere Endoberfläche 5a ist an der hinteren Endoberfläche 4a des Wellenvorderabschnitts 4 mit einem Raum dazwischen in der Achsen-O-Richtung angeordnet und ist der hinteren Endoberfläche 4a in der Achsen-O-Richtung zugewandt.
Erster Propeller und zweiter Propeller
Wie in 2 veranschaulicht, sind der erste Propeller 10A und der zweite Propeller 10B so angeordnet, dass sie die Achse O umgeben. Der erste Propeller 10A und der zweite Propeller 10B sind in Bezug auf den Wellenabschnitt 3 relativ um die Achse O drehbar.
Erster Propeller
Der erste Propeller 10A schließt einen ersten Innenumfangsring 11, eine erste Schaufel 20A und einen ersten Außenumfangsring 30 ein.
Der erste Innenumfangsring 11 ist ein Element mit einer Form eines Rings um die Achse O. Der erste Innenumfangsring 11 des ersten Propellers 10A ist in der Aufnahmerille 7 aufgenommen.
Der erste Innenumfangsring 11 schließt eine erste Ringinnenoberfläche IIa, eine erste stromaufwärtige Endoberfläche 11b, eine erste stromabwärtige Endoberfläche 11c und eine erste Außenumfangsströmungswegoberfläche 11d ein.
Die erste Ringinnenoberfläche 11a bildet eine Innenoberfläche des ersten Innenumfangsrings 11. Die erste Ringinnenoberfläche 11a bildet eine zylindrische Oberflächenform, die der Rillenbodenoberfläche 7a vollständig über die Umfangsrichtung zugewandt ist. Der Innendurchmesser der ersten Ringinnenoberfläche 11a ist so eingestellt, dass er größer als der Außendurchmesser der Rillenbodenoberfläche 7a ist.
Die erste stromaufwärtige Endoberfläche 11b ist eine Oberfläche des ersten Innenumfangsrings 11, die zur stromaufwärtigen Seite weist, und ist auf der stromabwärtigen Seite der stromaufwärtsseitigen Rillenoberfläche 7b mit einem Raum dazwischen angeordnet.
Die erste stromabwärtige Endoberfläche 11c ist eine Oberfläche des ersten Innenumfangsrings 11, die zur stromabwärtigen Seite weist, und ist auf der stromaufwärtigen Seite der stromabwärtsseitigen Rillenoberfläche 7c mit einem Raum dazwischen angeordnet.
Die erste Außenumfangsströmungswegoberfläche 11d bildet eine Außenoberfläche des ersten Innenumfangsrings 11, die in Radialrichtung nach außen weist, und die erste Außenumfangsströmungswegoberfläche 11d bildet eine konische Form mit einem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Die erste Außenumfangsströmungswegoberfläche 11d erstreckt sich so, dass sie kontinuierlich mit der Wellenaußenoberfläche 3a ist.
Die erste Schaufel 20A ist so bereitgestellt, dass sie sich in Radialrichtung von der ersten Außenumfangsströmungswegoberfläche 11d des ersten Innenumfangsrings 11 des ersten Propellers 10A nach außen erstreckt. Eine Mehrzahl der ersten Schaufeln 20A ist mit einem Raum dazwischen in Umfangsrichtung bereitgestellt. Die Abmessung der ersten Schaufel 20A in der Achsen-O-Richtung ist kleiner als die Abmessung des ersten Innenumfangsrings 11 in der Achsen-O-Richtung.
Die Querschnittsform der ersten Schaufel 20A, die in Radialrichtung schneidet, ist eine Schaufelform. Ein Randabschnitt der ersten Schaufel 20A auf der stromaufwärtigen Seite ist ein Vorderrand. Ein Randabschnitt der ersten Schaufel 20A auf der stromabwärtigen Seite ist ein Hinterrand.
Der erste Außenumfangsring 30 ist ein Element, das den Außenumfangsabschnitt des ersten Propellers 10A bildet und eine Form eines Rings um die Achse O bildet. Der erste Außenumfangsring 30 stellt eine Umfangsrichtungsverbindung zwischen der Mehrzahl von ersten Schaufeln 20A her, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Abmessung des ersten Außenumfangsrings 30 in der Achsen-O-Richtung ist größer als die Abmessung der ersten Schaufel 20A in der Achsen-O-Richtung.
Der erste Außenumfangsring 30 schließt eine erste Innenumfangsströmungswegoberfläche 31 und eine konische Außenoberfläche 33 ein. Die erste Innenumfangsströmungswegoberfläche 31 ist eine Oberfläche, welche die Innenoberfläche jedes ersten Außenumfangsrings 30 bildet. Die erste Innenumfangsströmungswegoberfläche 31 des ersten Außenumfangsrings 30 des ersten Propellers 10A ist einstückig mit Endabschnitten der Mehrzahl von ersten Schaufeln 20A verbunden, die in der Umfangsrichtung in Radialrichtung nach außen angeordnet sind.
Die konische Außenoberfläche 33 ist eine Oberfläche, welche die Außenoberfläche des ersten Außenumfangsrings 30 bildet. Die konische Außenoberfläche 33 bildet eine konische Form mit einem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Die konische Außenoberfläche 33 weist einen gleichmäßigen Kegelwinkel auf und erstreckt sich somit in der Achsen-O-Richtung mit einem gleichmäßigen Neigungswinkel relativ zur Achse O.
Zweiter Propeller
Der zweite Propeller 10B schließt einen zweiten Innenumfangsring 12, eine zweite Schaufel 20B und einen zweiten Außenumfangsring 35 ein.
Der zweite Innenumfangsring 12 ist ein Element mit einer Form eines Rings um die Achse O. Der zweite Innenumfangsring ist so in einem Teil des Wellenabschnitts 3 zwischen dem Wellenvorderabschnitt 4 und dem Wellenhinterabschnitt 5 bereitgestellt, dass er zwischen dem Wellenvorderabschnitt 4 und dem Wellenhinterabschnitt 5 in der Achsen-O-Richtung angeordnet ist.
Der zweite Innenumfangsring 12 schließt eine zweite Ringinnenoberfläche 12a, eine zweite stromaufwärtige Endoberfläche 12b, eine zweite stromabwärtige Endoberfläche 12c und eine zweite Außenumfangsströmungswegoberfläche 12d ein.
Die zweite Ringinnenoberfläche 12a bildet eine Innenoberfläche des zweiten Innenumfangsrings 12. Die zweite Ringinnenoberfläche 12a bildet eine zylindrische Oberflächenform, die der Rillenbodenoberfläche 7a vollständig über die Umfangsrichtung zugewandt ist.
Die zweite stromaufwärtige Endoberfläche 12b ist eine Oberfläche des zweiten Innenumfangsrings 12, die der stromaufwärtigen Seite zugewandt ist, und ist auf der stromabwärtigen Seite der hinteren Endoberfläche 4a des Wellenvorderabschnitts 4 mit einem Raum dazwischen angeordnet.
Die zweite stromabwärtige Endoberfläche 12c ist eine Oberfläche des zweiten Innenumfangsrings 12, die der stromabwärtigen Seite zugewandt ist, und ist auf der stromaufwärtigen Seite der vorderen Endoberfläche 5a des Wellenhinterabschnitts 5 mit einem Raum dazwischen angeordnet.
Die zweite Außenumfangsströmungswegoberfläche 12d bildet eine Außenoberfläche des zweiten Innenumfangsrings 12, die in der Radialrichtung nach außen weist. Die zweite Außenumfangsströmungswegoberfläche 12d bildet eine konische Form mit einem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Die zweite Außenumfangsströmungswegoberfläche 12d erstreckt sich so, dass sie kontinuierlich mit der Wellenaußenoberfläche 3a ist.
Die zweite Schaufel 20B ist bereitgestellt, um sich in radialer Richtung von der zweiten Außenumfangsströmungswegoberfläche 12d des zweiten Innenumfangsrings 12 nach außen zu erstrecken. Eine Mehrzahl der zweiten Schaufeln 20B ist mit einem Raum dazwischen in Umfangsrichtung bereitgestellt. Die Abmessung der zweiten Schaufel 20B in der Achsen-O-Richtung ist kleiner als die Abmessung des zweiten Innenumfangsrings 12 in der Achsen-O-Richtung.
Die Querschnittsform der zweiten Schaufel 20B, die in Radialrichtung schneidet, ist eine Schaufelform. Ein Randabschnitt der zweiten Schaufel 20B auf der stromaufwärtigen Seite ist ein Vorderrand. Ein Randabschnitt der zweiten Schaufel 20B auf der stromabwärtigen Seite ist ein Hinterrand.
Der zweite Außenumfangsring 35 ist ein Element, das den Außenumfangsabschnitt des zweiten Propellers 10B bildet und eine Form eines Rings um die Achse O bildet. Der zweite Außenumfangsring 35 stellt eine Umfangsrichtungsverbindung zwischen der Mehrzahl von zweiten Schaufeln 20B her, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Abmessung des zweiten Außenumfangsrings 35 in der Achsen-O-Richtung ist größer als die Abmessung der zweiten Schaufel 20B in der Achsen-O-Richtung.
Die Innenoberfläche des zweiten Außenumfangsrings 35 ist eine zweite Innenumfangsströmungswegoberfläche 36. Die zweite Innenumfangsströmungswegoberfläche 36 ist einstückig mit Endabschnitten der Mehrzahl von zweiten Schaufeln 20B verbunden, die in der Umfangsrichtung in radialer Richtung nach außen angeordnet sind.
Erster Lagerabschnitt
Der erste Lagerabschnitt 40 trägt den ersten Propeller 10A so, dass er relativ zu dem Wellenabschnitt 3 drehbar ist. Der erste Lagerabschnitt 40 ist in der Aufnahmerille 7 bereitgestellt und trägt drehbar den ersten Innenumfangsring 11 des ersten Propellers 10A. Der erste Lagerabschnitt 40 schließt ein erstes Radiallager 41, ein erstes stromaufwärtsseitiges Drucklager 42 und ein erstes stromabwärtsseitiges Drucklager 43 ein.
Das erste Radiallager 41 ist auf der Rillenbodenoberfläche 7a der Aufnahmerille 7 vollständig über die Umfangsrichtung bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Zapfenlager als das erste Radiallager 41 verwendet. Ein Freiraum ist vollständig über die Umfangsrichtung zwischen dem ersten Radiallager 41 und der ersten Ringinnenoberfläche 11a des ersten Innenumfangsrings 11 gebildet.
Das erste stromaufwärtsseitige Drucklager 42 ist auf der stromaufwärtsseitigen Rillenoberfläche 7b der Aufnahmerille 7 vollständig über die Umfangsrichtung bereitgestellt. Das erste stromaufwärtsseitige Drucklager 42 weist zu der ersten stromaufwärtigen Endoberfläche 11b des ersten Innenumfangsrings 11 in der Achsen-O-Richtung, mit dem Freiraum dazwischen.
Das erste stromabwärtsseitige Drucklager 43 ist auf der stromabwärtsseitigen Rillenoberfläche 7c der Aufnahmerille 7 vollständig über die Umfangsrichtung bereitgestellt. Das erste stromabwärtsseitige Drucklager 43 weist zu der ersten stromabwärtigen Endoberfläche 11c des ersten Innenumfangsrings 11 in der Achsen-O-Richtung, mit dem Freiraum dazwischen.
Wasser, das in die Aufnahmerille 7 strömt, wird zwischen dem ersten Radiallager 41, dem ersten stromaufwärtsseitigen Drucklager 42 sowie dem ersten stromabwärtsseitigen Drucklager 43 und dem ersten Innenumfangsring 11 bereitgestellt. Somit tragen das erste Radiallager 41, das erste stromaufwärtsseitige Drucklager 42 und das erste stromabwärtsseitige Drucklager 43 drehbar den ersten Innenumfangsring 11, wobei ein Wasserfilm zwischen den Lagern und dem ersten Innenumfangsring 11 gebildet ist.
Rotorwelle
Die Rotorwelle 45 erstreckt sich so entlang der Achse O, dass sie in den im Wellenvorderabschnitt 4 ausgebildeten Lochabschnitt 4b eingeführt ist. Zwischen der Außenoberfläche der Rotorwelle 45 und der Innenoberfläche des Lochabschnitts 4b ist ein Freiraum ausgebildet. Die Rotorwelle 45 ist um die Achse O drehbar. Die Rotorwelle 45 ist so bereitgestellt, dass sie den ersten Innenumfangsring 11 in der Achsen-O-Richtung nach innen in radialer Richtung des ersten Innenumfangsrings 11 durchdringt. Der Endabschnitt der Rotorwelle 45 auf der stromaufwärtigen Seite befindet sich innerhalb des Motoraufnahmeraums 4c im Wellenvorderabschnitt 4. Der Endabschnitt der Rotorwelle 45 auf der stromabwärtigen Seite steht weiter von dem Lochabschnitt 4b zur stromabwärtigen Seite hervor und erstreckt sich bis zum Raum zwischen dem Wellenvorderabschnitt 4 und dem Wellenhinterabschnitt 5. Der Endabschnitt der Rotorwelle 45 auf der stromabwärtigen Seite steht nicht mit dem Wellenhinterabschnitt 5 in Kontakt.
Hier ist die zweite Ringinnenoberfläche 12a des zweiten Innenumfangsrings 12 des zweiten Propellers 10B einstückig an der Außenoberfläche des Abschnitts befestigt, der von dem Lochabschnitt 4b in der Rotorwelle 45 zur stromabwärtigen Seite hervorsteht. Somit drehen sich die Rotorwelle 45 und der zweite Propeller 10B einstückig um die Achse O.
Zweiter Lagerabschnitt
Der zweite Lagerabschnitt 46 trägt den zweiten Propeller 10B so, dass er relativ zum Wellenabschnitt 3 drehbar ist. Der zweite Lagerabschnitt 46 schließt ein zweites Radiallager 47, ein zweites stromaufwärtsseitiges Drucklager 48 und ein zweites stromabwärtsseitiges Drucklager 49 ein.
Das zweite Radiallager 47 ist in einem Abschnitt auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Propellers 10A auf der Innenoberfläche des Lochabschnitts 4b des Wellenvorderabschnitts 4 vollständig über die Umfangsrichtung bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Zapfenlager als das zweite Radiallager 47 verwendet. Die Innenoberfläche des zweiten Radiallagers 47 trägt die Außenoberfläche der Rotorwelle 45 drehbar. Mit anderen Worten trägt das zweite Radiallager 47 den zweiten Propeller 10B drehbar über die Rotorwelle 45.
Das zweite stromaufwärtsseitige Drucklager 48 ist auf der hinteren Endoberfläche 4a des Wellenvorderabschnitts 4 vollständig über die Umfangsrichtung bereitgestellt. Das zweite stromaufwärtsseitige Drucklager 48 weist zu der zweiten stromaufwärtigen Endoberfläche 12b des zweiten Innenumfangsrings 12 in der Achsen-O-Richtung, mit einem Freiraum dazwischen.
Das zweite stromabwärtsseitige Drucklager 49 ist auf der vorderen Endoberfläche 5a des Wellenhinterabschnitts 5 vollständig über die Umfangsrichtung bereitgestellt. Das zweite stromabwärtsseitige Drucklager 49 weist zu der zweiten stromabwärtigen Endoberfläche 12c des zweiten Innenumfangsrings 12 in der Achsen-O-Richtung, mit einem Freiraum dazwischen.
Wasser wird zwischen dem ersten stromaufwärtsseitigen Drucklager 42 sowie dem ersten stromabwärtsseitigen Drucklager 43 und dem zweiten Innenumfangsring 12 bereitgestellt. Somit tragen das zweite stromaufwärtsseitige Drucklager 48 und das zweite stromabwärtsseitige Drucklager 49 drehbar den zweiten Innenumfangsring 12, wobei ein Wasserfilm zwischen den Lagern und dem zweiten Innenumfangsring 12 gebildet ist. Es ist zu beachten, dass das zweite Radiallager 47 auch konfiguriert sein kann, um die Rotorwelle 45 mit einem Wasserfilm dazwischen zu tragen.
Hülle
Die Hülle 50 ist bereitgestellt, um den Wellenabschnitt 3, den ersten Propeller 10A und den zweiten Propeller 10B von der Außenumfangsseite zu umgeben. Die Hülle 50 bildet eine ringförmige Form um die Achse O. Die Hülle 50 ist mit einem Raum von der Wellenaußenoberfläche 3a des Wellenabschnitts 3 in Radialrichtung angeordnet. Somit ist ein ringförmiger Strömungsweg vollständig über die Achsen-O-Richtung zwischen der Hülle 50 und dem Wellenabschnitt 3 gebildet. Die ersten Schaufeln 20A des ersten Propellers 10A und die zweiten Schaufeln 20B des zweiten Propellers 10B sind in dem Strömungsweg positioniert, und der erste Außenumfangsring 30 des ersten Propellers 10A und der zweite Außenumfangsring 35 des zweiten Propellers 10B sind in der Hülle 50 aufgenommen.
Die Oberfläche der Hülle 50, die in Radialrichtung nach innen weist, ist eine Hülleninnenoberfläche 51. Die Hülleninnenoberfläche 51 ist dem Strömungsweg zugewandt. Die radial nach außen weisende Oberfläche der Hülle 50 ist eine Hüllenaußenoberfläche 52.
Die Querschnittsform der Hülle 50 der vorliegenden Ausführungsform, einschließlich der Achse O, ist eine Schaufelform. Ein Verbindungsabschnitt zwischen Endabschnitten der Hülleninnenoberfläche 51 und der Hüllenaußenoberfläche 52 auf der stromaufwärtigen Seite ist ein Hüllenvorderrand 53, der sich ringförmig vollständig über die Umfangsrichtung erstreckt. Ein Verbindungsabschnitt zwischen Endabschnitten der Hülleninnenoberfläche 51 und der Hüllenaußenoberfläche 52 auf der stromabwärtigen Seite ist ein Hüllenhinterrand 54, der sich vollständig über die Umfangsrichtung erstreckt und eine ringförmige Form bildet. Die Position des Hüllenhinterrands 54 in der Achsen-O-Richtung ist die gleiche wie die Position des hinteren Endes des Wellenabschnitts 3, das heißt die Position des hinteren Endes des Wellenhinterabschnitts 5, in der Achsen-O-Richtung.
Die Hülle 50 weist eine Form auf, bei der der Durchmesser zur stromabwärtigen Seite von der stromaufwärtigen Seite allmählich abnimmt. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine gewölbte Linie im Schaufelformquerschnitt der Hülle 50, deren Abstände von der Hülleninnenoberfläche 51 und der Hüllenaußenoberfläche 52 gleich sind, allmählich nach innen in Radialrichtung von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite geneigt. Somit ist der Hüllenhinterrand 54 in Radialrichtung weiter innen positioniert als der Hüllenvorderrand 53.
Die Hüllenaußenoberfläche 52 weist einen Durchmesser auf, der zuerst in einem Abschnitt um den Hüllenvorderrand 53 zur stromabwärtigen Seite zunimmt und dann gleichmäßig zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Die Hüllenaußenoberfläche 52 bildet eine konvexe gekrümmte Form, die in Radialrichtung nach außen hervorsteht.
Die Hülleninnenoberfläche 51 weist einen Durchmesser auf, der in Radialrichtung nach innen zur stromabwärtigen Seite vollständig über die Achsen-O-Richtung abnimmt. Die Hülleninnenoberfläche 51 bildet eine konvexe gekrümmte Form, die in Radialrichtung nach innen hervorsteht. Der zwischen der Hülleninnenoberfläche 51 und der Wellenaußenoberfläche 3a des Wellenabschnitts 3 ausgebildete ringförmige Strömungsweg ist in Radialrichtung nach innen zu der stromabwärtigen Seite verengt. Somit nimmt der Querschnittsbereich des Strömungswegs zur stromabwärtigen Seite ab.
Ein Hohlraum 50A und ein Aufnahmevertiefungsabschnitt 50B, die von der Hülleninnenoberfläche 51 in Radialrichtung außen vertieft sind, sind in der Hülle 50 ausgebildet. Der Hohlraum 50A ist in einem Abschnitt auf der stromaufwärtigen Seite in der Hülle 50 ausgebildet, während der Aufnahmevertiefungsabschnitt 50B in einem Abschnitt auf der stromabwärtigen Seite in der Hülle 50 ausgebildet ist. Somit ist der Aufnahmevertiefungsabschnitt 50B weiter auf der stromabwärtigen Seite ausgebildet als der Hohlraum 50A.
Der erste Außenumfangsring 30 des ersten Propellers 10A ist in dem Hohlraum 50A aufgenommen. Der zweite Außenumfangsring 35 des zweiten Propellers 10B ist in dem Aufnahmevertiefungsabschnitt 50B aufgenommen.
Die erste Innenumfangsströmungswegoberfläche 31 des ersten Außenumfangsrings 30 des ersten Propellers 10A erstreckt sich so, dass sie mit der Hülleninnenoberfläche 51 in der Achsen-O-Richtung kontinuierlich ist. Mit anderen Worten erstreckt sich die erste Innenumfangsströmungswegoberfläche 31 so, dass sie einen Teil der konvexen gekrümmten Oberfläche der Hülleninnenoberfläche 51 bildet. Die zweite Innenumfangsströmungswegoberfläche 36 des zweiten Außenumfangsrings 35 des zweiten Propellers 10B erstreckt sich so, dass sie mit der Hülleninnenoberfläche 51 in der Achsen-O-Richtung kontinuierlich ist. Mit anderen Worten erstreckt sich die zweite Innenumfangsströmungswegoberfläche 36 so, dass sie einen Teil der konvexen gekrümmten Oberfläche der Hülleninnenoberfläche 51 bildet.
Auf einer Oberfläche in dem Hohlraum 50A, die in Radialrichtung nach innen weist, ist eine konische Innenoberfläche 57 mit einem unteren Abschnitt und mit einem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite mit einem gleichmäßigen Kegelwinkel abnimmt, gebildet. Die konische Innenoberfläche 57 ist an einer Position in der Achsen-O-Richtung ausgebildet, die der konischen Außenoberfläche 33 im ersten Außenumfangsring 30 des ersten Propellers 10A entspricht.
Die Hülle 50 der vorliegenden Ausführungsform wird durch Koppeln einer Mehrzahl von Segmenten gebildet, die in der Achsen-O-Richtung geteilt sind. Insbesondere schließt die Hülle 50 als Segmente ein stromaufwärtiges Segment 61 und ein stromabwärtiges Segment 63 ein.
Das stromaufwärtige Segment 61 bildet einen Abschnitt auf der stromaufwärtigen Seite einschließlich des Hüllenvorderrands 53.
Das stromabwärtige Segment 63 bildet einen Abschnitt, der zur stromabwärtigen Seite des stromaufwärtigen Segments 61 kontinuierlich ist, und bildet einen Abschnitt, der den Hüllenhinterrand 54 einschließt. Der Hohlraum 50A ist sowohl durch das stromaufwärtige Segment 61 als auch das stromabwärtige Segment 63 definiert und gebildet. Die konische Innenoberfläche 57 der Hülle 50 ist über das stromaufwärtige Segment 61 und das stromabwärtige Segment 63 gebildet.
Kopplungsabschnitte
Wie in 1 veranschaulicht, sind die Kopplungsabschnitte 70 bereitgestellt, um von der Hüllenaußenoberfläche 52 der Hülle 50 hervorzustehen. Die Kopplungsabschnitte 70 koppeln die Mehrzahl von Segmenten der Hülle 50 miteinander.
Wie in 5 ausführlich veranschaulicht, schließen die Kopplungsabschnitte 70 jeweils einen stromaufwärtigen hervorstehenden Abschnitt 71, einen stromabwärtigen hervorstehenden Abschnitt 73, einen Kopplungsbolzen 74 und einen Füllabschnitt 75 ein.
Wie in 3 veranschaulicht, ist der stromaufwärtige hervorstehende Abschnitt 71 einstückig dem stromaufwärtigen Segment 61 der Hülle 50 bereitgestellt und steht von der Außenoberfläche des stromaufwärtigen Segments 61 hervor. Ein Bolzenfixierungsloch 71a ist in dem stromaufwärtigen hervorstehenden Abschnitt 71 als eine Vertiefung von der stromabwärtigen Seite zu der stromaufwärtigen Seite ausgebildet.
Der stromabwärtige hervorstehende Abschnitt 73 ist einstückig an dem stromabwärtigen Segment 63 der Hülle 50 bereitgestellt und steht von der Außenoberfläche des stromabwärtigen Segments 63 hervor. Ein Bolzenvertiefungsabschnitt 73a ist in dem stromabwärtigen hervorstehenden Abschnitt 73 als eine Vertiefung von der stromabwärtigen Seite zur stromaufwärtigen Seite ausgebildet. Ein Bolzeneinführloch 73b ist im unteren Abschnitt des Bolzenvertiefungsabschnitts 73a durch den Bodenabschnitt und die Oberfläche des stromabwärtigen hervorstehenden Abschnitts 73, der der stromaufwärtigen Seite zugewandt ist, ausgebildet.
Der Kopplungsbolzen 74 koppelt den stromaufwärtigen hervorstehenden Abschnitt 71 und den stromabwärtigen hervorstehenden Abschnitt 73 miteinander. Wenn das stromaufwärtige Segment 61 und das stromabwärtige Segment 63 durch den Kopplungsabschnitt 70 miteinander gekoppelt sind, sind der stromaufwärtige hervorstehende Abschnitt 71 und der stromabwärtige hervorstehende Abschnitt 73 so positioniert, dass sie miteinander in Kontakt kommen. In diesem Zustand sind das Bolzeneinführloch 73b und das Bolzenfixierungsloch 71a in der Achsen-O-Richtung miteinander in Verbindung. Der Kopplungsbolzen 74 ist in das Bolzeneinführloch 73b und das Bolzenfixierungsloch 71a eingeführt und befestigt, die somit über den Bolzenvertiefungsabschnitt 73a in Verbindung zueinander stehen. Infolgedessen sind der stromaufwärtige hervorstehende Abschnitt 71 und der stromabwärtige hervorstehende Abschnitt 73 einstückig miteinander gekoppelt und das stromaufwärtige Segment 61, das mit dem stromaufwärtigen hervorstehenden Abschnitt 71 und dem stromabwärtigen hervorstehenden Abschnitt 73 integriert ist, ist einstückig in der Achsen-O-Richtung gekoppelt.
Der Füllabschnitt 75 ist bereitgestellt, um den Bolzenvertiefungsabschnitt 73a zu füllen. Der Füllabschnitt 75 ist beispielsweise gehärtetes Harz. Der Füllabschnitt 75 wird gebildet, wenn Harz in flüssiger Form, das nach dem Befestigen des Kopplungsbolzens 74 in den Bolzenvertiefungsabschnitt 73a gegossen wird, gehärtet wird. Ein Teil des Füllabschnitts 75 bildet die Außenoberfläche des Kopplungsabschnitts 70.
Nun wird die Außenoberflächenform des Kopplungsabschnitts 70, wie vorstehend beschrieben, unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. Die Außenoberflächenform des Kopplungsabschnitts 70 wird durch den stromaufwärtigen hervorstehenden Abschnitt 71 und den stromabwärtigen hervorstehenden Abschnitt 73 sowie die Oberfläche des Füllabschnitts 75, die von dem Bolzenvertiefungsabschnitt 73a freigelegt ist, gebildet. Der Kopplungsabschnitt 70 bildet als Ganzes eine konvexe gekrümmte Form, die von der Hüllenaußenoberfläche 52 hervorsteht. Der Kopplungsabschnitt 70 bildet eine konvexe gekrümmte Form mit einer Längsrichtung, die mit der Achsen-O-Richtung übereinstimmt.
Ferner weist, wie in 4 veranschaulicht, der Kopplungsabschnitt 70 der vorliegenden Ausführungsform eine Querschnittsform entlang der Hüllenaußenoberfläche 52 auf, die eine Schaufelform aufweist, wobei die stromaufwärtige Seite dem Vorderrand entspricht und die stromabwärtige Seite dem Hinterrand entspricht. Der Vorderrand des Kopplungsabschnitts 70 ist ein Vorderrand 70a des hervorstehenden Abschnitts. Der Hinterrand des Kopplungsabschnitts 70 ist ein Hinterrand 70b des hervorstehenden Abschnitts. Insbesondere weist der Kopplungsabschnitt 70 eine Form auf, die durch Stapeln von Schaufelformen in der Normalrichtung mit ähnlichen Formen und Größen, die allmählich abnehmen, je weiter sie in Normalrichtung der Hüllenaußenoberfläche 52 gehen, erhalten wird.
Streben
Wie in 1 und 2 veranschaulicht, tragen die Streben 78 die Hülle 50 in Bezug auf den Wellenabschnitt 3, indem sie die Hülle 50 und den Wellenabschnitt 3 miteinander koppeln. Eine Mehrzahl der Streben 78 ist mit einem Raum dazwischen in Umfangsrichtung bereitgestellt und erstreckt sich in der Achsen-O-Richtung. Der stromabwärtsseitige Endabschnitt jeder Strebe 78 ist an der Hülle 50 befestigt. Der stromaufwärtsseitige Endabschnitt der Strebe 78 ist an der Wellenaußenoberfläche 3a des Wellenabschnitts 3 befestigt.
Die Querschnittsform der Strebe 78 senkrecht zur Achse O ist eine flache rechteckige Form, wobei die Längsrichtung mit der Radialrichtung übereinstimmt und die kürzere Richtung mit der Umfangsrichtung übereinstimmt. Somit wird die Drehung des Schubs des Unterwasserfahrzeugs 1 unterdrückt.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Wellenabschnitt 3 in den Wellenvorderabschnitt 4 und den Wellenhinterabschnitt 5 unterteilt ist. Somit kann der Wellenhinterabschnitt 5 zum Beispiel durch einen nicht veranschaulichten Verbindungsabschnitt mit der Hülle 50 verbunden sein. Dadurch werden der Wellenvorderabschnitt 4 und der Wellenhinterabschnitt 5 koaxial gehalten.
Außenumfangsantriebsmotor
Der Außenumfangsantriebsmotor 90 treibt den ersten Propeller 10A um die Achse drehend an. Wie in 2 dargestellt, ist der Außenumfangsantriebsmotor 90 in dem Hohlraum 50A der Hülle 50 aufgenommen. Der Außenumfangsantriebsmotor 90 treibt den ersten Propeller 10A drehend an. Der Außenumfangsantriebsmotor 90 ist ein konischer Motor mit einem konischen Stator 100 und einem konischen Rotor 130.
Konischer Stator
Der konische Stator 100 bildet eine ringförmige Form um die Achse O. Der konische Stator 100 bildet eine konische Form mit einem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Das heißt, eine Statoraußenoberfläche 102, die die Außenoberfläche des konischen Stators 100 ist, und eine Statorinnenoberfläche 103, die die Innenoberfläche des konischen Stators 100 ist, bilden jeweils eine konische Form mit einem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Die Statoraußenoberfläche 102 und die Statorinnenoberfläche 103 sind in einer Querschnittsansicht senkrecht zu der Achse O parallel zueinander.
Der Kegelwinkel der Statoraußenoberfläche 102 ist der gleiche wie der Kegelwinkel der konischen Innenoberfläche 57 innerhalb des Hohlraums 50A der Hülle 50. Somit ist die Statoraußenoberfläche 102 vollständig über die Achsrichtung und die Umfangsrichtung mit der konischen Innenoberfläche 57 in Kontakt. Hier ist die Statoraußenoberfläche 102 aus dem stromaufwärtigen Segment 61 nur am stromabwärtigen Segment 63 befestigt, und das stromabwärtige Segment 63 bildet die konische Innenoberfläche 57. Somit ist die Statoraußenoberfläche 102 einstückig so befestigt, dass sie in Bezug auf das stromabwärtige Segment 63 unbeweglich ist, und ist in Bezug auf das stromaufwärtige Segment beweglich.
Konischer Rotor
Der konische Rotor 130 ist dem ersten Außenumfangsring 30 des ersten Propellers 10A in radialer Richtung des konischen Stators 100 innen bereitgestellt.
Der konische Rotor 130 bildet eine ringförmige Form um die Achse O. Der konische Rotor 130 bildet eine konische Form mit einem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Das heißt, eine Rotoraußenoberfläche 133, die die Außenoberfläche des konischen Rotors 130 ist, und eine Rotorinnenoberfläche 132, die die Innenoberfläche des konischen Rotors 130 ist, bilden jeweils eine konische Form mit einem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt. Die Rotoraußenoberfläche 133 und die Rotorinnenoberfläche 132 sind in einer Querschnittsansicht senkrecht zu der Achse O parallel zueinander.
Der Kegelwinkel der Rotorinnenoberfläche 132 ist der gleiche wie der Kegelwinkel der konischen Außenoberfläche 33 im ersten Außenumfangsring 30 des ersten Propellers 10A. Somit ist die Rotorinnenoberfläche 132 vollständig über die Achsrichtung und die Umfangsrichtung mit der konischen Außenoberfläche 33 in Kontakt und ist einstückig befestigt. Somit drehen sich der konische Rotor 130 und der erste Propeller 10A einstückig um die Achse O.
Außerdem sind die Rotoraußenoberfläche 133 und die Statorinnenoberfläche 103 in radialer Richtung einander zugewandt, und ihre Kegelwinkel sind gleich. Somit ist ein gleichmäßiger Freiraum in der Achsen-O-Richtung und der Umfangsrichtung zwischen der Rotoraußenoberfläche 133 und der Statorinnenoberfläche 103 gebildet.
Im Außenumfangsantriebsmotor 90 wird, wenn eine im konischen Stator 100 bereitgestellte Spule erregt wird, ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, und der konische Rotor 130 dreht sich aufgrund dieses Magnetfelds um die Achse O.
Innenumfangsantriebsmotor
Der Innenumfangsantriebsmotor 150 treibt den zweiten Propeller 10B drehend um die Achse O an. In der vorliegenden Ausführungsform treibt der Innenumfangsantriebsmotor 150 den zweiten Propeller 10B über die Rotorwelle 45 drehend an. Der Innenumfangsantriebsmotor 150 ist im Motoraufnahmeraum 4c im Wellenabschnitt 3 bereitgestellt. Der Innenumfangsantriebsmotor 150 schließt einen rohrförmigen Stator 160 und einen rohrförmigen Rotor 170 ein.
Der rohrförmige Stator 160 bildet eine rohrförmige Form um die Achse O, und seine Innenoberfläche und Außenoberfläche weisen eine zylindrische Oberflächenform parallel zur Achse O auf. Der rohrförmige Stator 160 ist an der Innenwandoberfläche des Motoraufnahmeraums 4c befestigt.
Der rohrförmige Rotor 170 bildet eine rohrförmige Form um die Achse O, und seine Innenoberfläche und Außenoberfläche weisen eine zylindrische Oberflächenform parallel zur Achse O auf. Der rohrförmige Rotor 170 ist koaxial innen in radialer Richtung des rohrförmigen Stators 160 angeordnet. Die Außenoberfläche des rohrförmigen Rotors 170 ist an der Innenoberfläche des rohrförmigen Stators 160 mit einem Raum dazwischen angeordnet. Somit ist ein gleichmäßiger Freiraum in der Achsen-O-Richtung und der Umfangsrichtung zwischen dem rohrförmigen Stator 160 und dem rohrförmigen Rotor 170 gebildet.
Die Innenoberfläche des rohrförmigen Rotors 170 ist einstückig an einem Abschnitt der Außenoberfläche der Rotorwelle 45 befestigt, der aus dem Lochabschnitt 4b in den Motoraufnahmeraum 4c ragt. Somit drehen sich der rohrförmige Rotor 170 und die Rotorwelle 45 einstückig um die Achse O.
Im Innenumfangsantriebsmotor 150 wird, wenn eine in dem rohrförmigen Stator 160 bereitgestellte Spule erregt wird, ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, und der rohrförmige Rotor 170 dreht sich aufgrund dieses Magnetfelds um die Achse O. Es ist zu beachten, dass die Drehrichtung des Innenumfangsantriebsmotors 150 entgegengesetzt zur Drehrichtung des Außenumfangsantriebsmotors 90 ist.
Operative Auswirkungen
Das Unterwasserfahrzeug 1 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann unter Wasser fahren, wobei der Schubapparat 8 angetrieben wird. Insbesondere dreht sich, wenn der Außenumfangsantriebsmotor 90 angetrieben wird, der erste Propeller 10A, der einstückig an dem konischen Rotor 130 befestigt ist, um die Achse O zu einer Seite in Umfangsrichtung hin. Infolgedessen wird das Wasser durch die in dem Strömungsweg positionierten ersten Schaufeln 20A zur stromabwärtigen Seite gepumpt. Außerdem dreht sich, wenn der Innenumfangsantriebsmotor 150 angetrieben wird, der zweite Propeller 10B, der einstückig an dem rohrförmigen Rotor 170 befestigt ist, um die Achse O hin zur anderen Seite in Umfangsrichtung. Infolgedessen wird das Wasser durch die im Strömungsweg positionierten zweiten Schaufeln 20B zur stromabwärtigen Seite gepumpt.
Dann wird die Schubkraft zur stromaufwärtigen Seite an dem ersten Propeller 10A und dem zweiten Propeller 10B als eine durch das Pumpen des Wassers erzeugte Reaktionskraft erzeugt. Die Schubkraft wird über das erste stromaufwärtsseitige Drucklager 42 und das zweite stromaufwärtsseitige Drucklager 48 auf den Wellenabschnitt 3 übertragen. Dadurch wirkt die Schubkraft auf den Wellenabschnitt 3 und den damit integrierten Fahrzeugkörper 2, wodurch das Unterwasserfahrzeug 1 angetrieben wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus dem Paar von Motoren, das den ersten Propeller 10A und den zweiten Propeller 10B dreht, nur der Außenumfangsantriebsmotor 90, der den ersten Propeller 10A drehend antreibt, in der Hülle 50 angeordnet. Der Innenumfangsantriebsmotor 150 ist so konfiguriert, dass er in dem Wellenabschnitt 3 angeordnet ist. Somit kann im Vergleich zu einem Fall, in dem beide von dem Paar von Motoren in der Hülle 50 angeordnet sind, die Hülle 50 herunterdimensioniert werden.
In einem Fall, in dem sowohl der Motor, der den ersten Propeller 10A antreibt, als auch der Motor, der den zweiten Propeller 10B antreibt, in der Hülle 50 untergebracht sind, ist die Hülle 50 in der Achsen-O-Richtung hochdimensioniert, und ferner muss die Form der Hülle 50 gemäß den Anordnungsstrukturen der beiden Motoren bestimmt werden. Somit ist es möglicherweise nicht möglich, eine optimale Konstruktion herzustellen, die den Widerstand gegen Wasser minimiert.
Im Gegensatz dazu ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Hülle 50 herunterzudimensionieren und den Freiheitsgrad der Konstruktion zu verbessern, indem nur ein Motor in der Hülle 50 untergebracht wird. Somit kann die Hülle 50 so ausgelegt sein, dass der Widerstand aufgrund der Hülle 50 gegen Wasser weiter unterdrückt wird, wodurch die Antriebsleistung verbessert werden kann.
Außerdem wird bei dem Pumpen von Wasser mittels des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B der Wasserstrom in radialer Richtung nach innen zur stromabwärtigen Seite verengt. Entsprechend nimmt der Durchmesser des Strömungswegs vorzugsweise zur stromabwärtigen Seite hin ab. Um einen solchen Strömungsweg zu bilden, muss der Wellenabschnitt 3, der die Innenoberfläche des Strömungswegs bildet, eine konische Form mit einem Durchmesser aufweisen, der zur stromabwärtigen Seite hin abnimmt.
Wenn hier der Innenumfangsantriebsmotor 150 in radialer Richtung des zweiten Propellers 10B innen installiert ist, um den zweiten Propeller 10B in direkter Weise anzutreiben, kann ein ausreichender Installationsraum für den Motor aufgrund des schmalen hinteren Endes des Wellenabschnitts 3 nicht sichergestellt werden. Das Sicherstellen des Raums trotz der oben beschriebenen Tatsache führt zu dem Hochdiminsionieren des Wellenabschnitts 3, und es ist unvermeidlich, einen kleinen Motor mit kleiner Leistung einzusetzen.
Im Gegensatz dazu ist in der vorliegenden Ausführungsform der Innenumfangsantriebsmotor 150 in einem Abschnitt auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Propellers 10A in dem Wellenabschnitt 3 installiert und ist konfiguriert, um den zweiten Propeller über die Rotorwelle 45, drehend angetrieben durch den Innenumfangsantriebsmotor 150, zu drehen. Somit kann ein ausreichender Installationsraum für den Innenumfangsantriebsmotor 150 sichergestellt werden. Außerdem ist es durch die Installation des Innenumfangsantriebsmotors 150 nahe einer Stromquelle möglich, das Führen eines Stromkabels zu erleichtern.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Struktur von gegenläufigen Propellern verwendet, bei denen die Drehrichtungen des ersten Propellers 10A auf der stromaufwärtigen Seite und des zweiten Propellers 10B auf der stromabwärtigen Seite umgekehrt sind. Somit kann die Wirbelströmung, die durch den ersten Propeller 10A erzeugt wird, der als Wassereinlassseite dient, durch den zweiten Propeller 10B aufgenommen werden. Somit kann der Wirbelverlust am Schraubenstrom des zweiten Propellers 10B reduziert werden, und die Antriebseffizienz kann weiter verbessert werden.
Es ist zu beachten, dass, da die gegenläufigen Propeller in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, die Drehrichtungen des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B entgegengesetzt zueinander sind. Somit ist es erforderlich, separate Motoren zum Antreiben dieser bereitzustellen.
Im Gegensatz dazu kann mit dem Außenumfangsantriebsmotor 90, der als Antriebsquelle für den ersten Propeller 10A dient, und dem Innenumfangsantriebsmotor 150, der als Antriebsquelle für den zweiten Propeller 10B dient, die Hülle 50 herunterdimensioniert werden.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform die Querschnittsform der Hülle 50 eine Schaufelform, wobei die stromaufwärtige Seite der Vorderrand ist und die stromabwärtige Seite der Hinterrand ist, wodurch der Widerstand im Wasser minimiert werden kann. Ferner ist die gewölbte Linie des Schaufelformquerschnitts der Hülle 50 in Radialrichtung zur stromabwärtigen Seite nach innen geneigt, wobei die Hülle 50 als Ganze, welche die Schaufelform bildet, eine konische Form aufweist, wobei der Durchmesser zur stromabwärtigen Seite hin abnimmt. Somit entspricht die Form der Hülle 50 der Fließrichtung des gepumpten Wassers, wodurch die Pumpeneffizienz weiter verbessert werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der konische Motor mit dem konischen Stator 100 und dem konischen Rotor 130, die jeweils einen Durchmesser aufweisen, der zur stromabwärtigen Seite hin abnimmt, als der Außenumfangsantriebsmotor 90 verwendet. Somit kann die Form des Außenumfangsantriebsmotors 90 gemäß der Form der Hülle 50 hergestellt werden. Somit muss die Form der Hülle 50 nicht hochdimensioniert werden, um sich an die Konfiguration des Motors anzupassen. Dadurch kann die Hülle 50 eine weitere kompakte Konfiguration aufweisen.
Beim Drehen des ersten Propellers 10A wird eine Last auf den ersten Propeller 10A selbst in Richtung der stromaufwärtigen Seite als eine durch Pumpen eines Fluids erzeugte Reaktionskraft angelegt. Die Last auf dem ersten Propeller 10A wird durch das erste stromaufwärtsseitige Drucklager 42 getragen.
Wenn der Außenumfangsantriebsmotor 90 als der konische Motor angetrieben wird, wird elektromagnetische Kraft in dem konischen Rotor 130 außen in radialer Richtung erzeugt, die in der Richtung liegt, in der der konische Rotor 130 und der konische Stator 100 einander zugewandt sind, und zur stromabwärtigen Seite hin. Somit wirkt auf den konischen Rotor 130 die Kraft, die ihn in Richtung der stromabwärtigen Seite zieht, als Komponente der elektromagnetischen Kraft. Ein Teil der Last, die von dem ersten Propeller 10A auf das erste stromaufwärtsseitige Drucklager 42 wirkt, wird durch die Komponente aufgehoben. Infolgedessen kann die Last, die von dem ersten Propeller 10A auf das erste stromaufwärtsseitige Drucklager 42 ausgeübt wird, reduziert werden, das heißt, dass die durch das erste stromaufwärtsseitige Drucklager 42 erzeugte Schublast reduziert werden kann.
Außerdem kann in der vorliegenden Ausführungsform durch Entkoppeln des in 3 veranschaulichten Kopplungsabschnitts 70 die Hülle 50 in eine Mehrzahl von Segmenten (das stromaufwärtige Segment 61 und das stromabwärtige Segment 63) unterteilt werden. Somit kann der konische Motor des Außenumfangsantriebsmotors 90 leicht an der Hülle 50 befestigt werden und der Außenumfangsring des ersten Propellers 10A kann leicht in der Hülle 50 aufgenommen werden.
Wie in 3 und 4 veranschaulicht, weist der Kopplungsabschnitt 70 eine konvexe gekrümmte Form auf, die von der Außenoberfläche der Hülle 50 hervorsteht, und die Querschnittsform entlang der Außenoberfläche der Hülle 50 weist eine Schaufelform auf, wobei die stromaufwärtige Seite der Vorderrand 70a des hervorstehenden Abschnitts ist und die stromabwärtige Seite der Hinterrand 70b des hervorstehenden Abschnitts ist. Somit kann der Widerstand aufgrund des Kopplungsabschnitts 70, während das Unterwasserfahrzeug 1 angetrieben wird, unterdrückt werden.
Der konische Stator 100 des Außenumfangsantriebsmotors 90 der vorliegenden Ausführungsform ist von dem stromaufwärtigen Segment 61 und dem stromabwärtigen Segment 63 nur an dem stromabwärtigen Segment 63 befestigt, das das Segment auf der stromabwärtigen Seite ist.
Die Kraft zur stromabwärtigen Seite, die eine Komponente der elektromagnetischen Kraft ist, wirkt auf den konischen Rotor 130 wie vorstehend beschrieben, während die Kraft zur stromaufwärtigen Seite, die eine Komponente der elektromagnetischen Kraft ist, auf den konischen Stator 100 wirkt, der mit dem konischen Rotor 130 gepaart ist. Somit wirkt die Kraft zur stromaufwärtigen Seite auch auf das stromabwärtige Segment 63, an dem der konische Stator 100 einstückig angebracht ist.
Infolgedessen wird das stromabwärtige Segment 63 durch die Kraft gegen das stromaufwärtige Segment 61 gedrückt. Somit können das stromabwärtige Segment 63 und das stromaufwärtige Segment 61 steifer aneinander befestigt und integriert sein. Weiterhin kann die Befestigungskraft des Kopplungsabschnitts 70, die das stromaufwärtige Segment 61 und das stromabwärtige Segment 63 koppelt, entspannt werden. Entsprechend kann ein Befestigungsbolzen mit einem kleineren Durchmesser für den Befestigungsabschnitt verwendet werden, und der Kopplungsabschnitt 70 kann herunterdimensioniert werden, wodurch der Widerstand aufgrund des Kopplungsabschnitts 70 gegen den Wasserstrom weiter reduziert werden kann.
Andere Ausführungsform
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend beschrieben, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann je nach Bedarf innerhalb eines Bereichs modifiziert werden, der nicht von dem technischen Gedanken der Erfindung abweicht.
Zum Beispiel ist in der Ausführungsform der Motor, der den ersten Propeller 10A antreibt, so konfiguriert, dass er der Außenumfangsantriebsmotor 90 ist, und der Motor, der den zweiten Propeller 10B antreibt, ist so konfiguriert, dass er der Innenumfangsantriebsmotor 150 ist. Dies ist jedoch nicht in einem einschränkenden Sinne ausgelegt. Der Motor, der den ersten Propeller 10A antreibt, kann ein Innenumfangsantriebsmotor sein, und der Motor, der den zweiten Propeller 10B antreibt, kann ein Außenumfangsantriebsmotor sein.
Ein Beispiel hierfür wird als ein in 5 veranschaulichtes Modifikationsbeispiel beschrieben. In 5 sind Komponenten, die denen in 2 ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und einige der Bezugszeichen werden weggelassen.
Insbesondere ist eine erste Aufnahmerille 7A auf der stromaufwärtigen Seite zwischen dem Wellenvorderabschnitt 4 und dem Wellenhinterabschnitt 5 im Wellenabschnitt 3 ausgebildet, und eine zweite Aufnahmerille 7B auf der stromabwärtigen Seite ist in dem Wellenhinterabschnitt 5 ausgebildet. Der Lochabschnitt 4b ist als eine Vertiefung von der hinteren Endoberfläche 4a des Wellenvorderabschnitts 4 zur stromaufwärtigen Seite ausgebildet, und der Motoraufnahmeraum 4c im Wellenvorderabschnitt 4 ist auf der stromaufwärtigen Seite des Lochabschnitts 4b ausgebildet. Eine Mittelfixierwelle 4d ist in dem Lochabschnitt 4b so bereitgestellt, dass sie durch den Motoraufnahmeraum 4c, den Lochabschnitt 4b und die erste Aufnahmerille 7A in der Achsen-O-Richtung verläuft. Die Mittelfixierwelle 4d verbindet den Wellenvorderabschnitt 4 und den Wellenhinterabschnitt 5 in der Achsen-O-Richtung.
Die erste Aufnahmerille 7A ist mit dem ersten Lagerabschnitt 40 versehen, der das erste Radiallager 41, das an einer Mittelfixierwelle 4d befestigt ist, das erste stromaufwärtsseitige Drucklager 42, das an der hinteren Endoberfläche 4a des Wellenvorderabschnitts 4 befestigt ist, und das zweite stromaufwärtsseitige Drucklager 43, das an der vorderen Endoberfläche des Wellenhinterabschnitts 5 befestigt ist, einschließt.
Die zweite Aufnahmerille 7B ist mit dem zweiten Lagerabschnitt versehen, der das zweite Radiallager 47, das zweite stromaufwärtsseitige Drucklager 48 und das zweite stromabwärtsseitige Drucklager 49, das an der Wandoberfläche der zweiten Aufnahmerille 7B befestigt ist, einschließt.
Der erste Innenumfangsring 11 des ersten Propellers 10A ist drehbar um die Achse O in der ersten Aufnahmerille 7A bereitgestellt, und der zweite Innenumfangsring des zweiten Propellers 10B ist drehbar um die Achse O in der zweiten Aufnahmerille 7B bereitgestellt.
Der Aufnahmevertiefungsabschnitt 50B ist in einem Abschnitt auf der stromaufwärtigen Seite in der Hülle 50 ausgebildet, während der Hohlraum 50A in einem Abschnitt auf der stromabwärtigen Seite des Aufnahmevertiefungsabschnitts 50B ausgebildet ist. Der Außenumfangsring 30 des ersten Propellers 10A auf der stromaufwärtigen Seite ist in dem Aufnahmevertiefungsabschnitt 50B aufgenommen. Der Außenumfangsring 35 des zweiten Propellers 10B auf der stromabwärtigen Seite ist auf dem Hohlraum 50A ausgebildet. Der in dem Hohlraum 50A aufgenommene konische Stator 100 des Außenumfangsantriebsmotors 90 ist an dem Außenumfangsring 35 des zweiten Propellers 10B befestigt. Auf diese Weise wird der Außenumfangsantrieb des zweiten Propellers 10B auf der stromabwärtigen Seite im Modifikationsbeispiel implementiert.
Der Innenumfangsantriebsmotor 150 ist im Motoraufnahmeraum 4c im Wellenvorderabschnitt 4 bereitgestellt. Der Innenumfangsantriebsmotor 150 schließt den rohrförmigen Rotor 170, der bereitgestellt ist, um die Mittelfixierwelle 4d zu umgeben, und den rohrförmigen Stator 160, der den rohrförmigen Rotor 170 von der weiteren Außenumfangsseite umgibt und an dem Wellenvorderabschnitt 4 befestigt ist, ein. Ferner ist eine rohrförmige Rotorwelle 171 zwischen der Innenoberfläche des Lochabschnitts 4B im Wellenvorderabschnitt 4 und der Außenoberfläche der Mittelfixierwelle 4d bereitgestellt. Die rohrförmige Rotorwelle 171 erstreckt sich in einer rohrförmigen Form koaxial zu diesen Oberflächen und mit einem Raum dazwischen in radialer Richtung. Ein Abschnitt der rohrförmigen Rotorwelle 171 auf der stromaufwärtigen Seite ist einstückig an der Innenoberfläche des rohrförmigen Rotors 170 befestigt. Ein Endabschnitt der rohrförmigen Rotorwelle 171 auf der stromabwärtigen Seite ist einstückig an dem ersten Innenumfangsring 11 des ersten Propellers 10A befestigt. Wenn der rohrförmige Rotor 170 des Innenumfangsantriebsmotors 150 gedreht wird, dreht sich der erste Innenumfangsring 11 über die rohrförmige Rotorwelle 171. Auf diese Weise wird der Innenumfangsantrieb des ersten Propellers 10A auf der stromaufwärtigen Seite in dem Modifikationsbeispiel implementiert.
Wie vorstehend beschrieben, kann in dem Modifikationsbeispiel, in dem der Innenumfangsantrieb des ersten Propellers 10A und der Außenumfangsantrieb des zweiten Propellers 10B implementiert werden, die Länge der Welle, die den Innenumfangsantriebsmotor 150 und den Propeller verbindet, im Vergleich zu der Ausführungsform verkürzt werden. Insbesondere kann im Vergleich zu der Rotorwelle 45 für den Innenumfangsantrieb des zweiten Propellers 10B in der Ausführungsform die Länge in der Achsen-O-Richtung der rohrförmigen Rotorwelle 171, die den ersten Propeller 10A in dem Modifikationsbeispiel drehend antreibt, verkürzt werden. Somit kann die Stabilität der Welle verbessert werden. Es ist zu beachten, dass die Mittelfixierwelle 4d und die rohrförmige Rotorwelle in dem ersten Modifikationsbeispiel separat bereitgestellt werden müssen, während es ausreicht, wenn nur die Rotorwelle 45 in der Ausführungsform bereitgestellt ist, was insofern vorteilhaft ist, als die Anzahl der Komponenten klein gehalten wird. Das heißt, in der Ausführungsform, in der der Außenumfangsantrieb des ersten Propellers 10A und der Innenumfangsantrieb des zweiten Propellers 10B implementiert sind, kann die Gesamtkonfiguration im Vergleich zum Modifikationsbeispiel einfach sein.
Während in der Ausführungsform der Innenumfangsantriebsmotor 150 konfiguriert ist, um den zweiten Propeller 10B über die Rotorwelle 45 drehend anzutreiben, kann der Innenumfangsantriebsmotor 150 dazu konfiguriert sein, den zweiten Propeller 10B direkt zu drehen. In diesem Fall ist der Innenumfangsantriebsmotor 150 in radialer Richtung des zweiten Innenumfangsrings 12 des zweiten Propellers 10B innen bereitgestellt.
Während der Außenumfangsantriebsmotor 90 in der Ausführungsform ein konischer Motor ist, kann der Außenumfangsantriebsmotor 90 ein rohrförmiger Motor ähnlich dem Innenumfangsantriebsmotor 150 sein. Außerdem kann der Innenumfangsantriebsmotor 150 ein konischer Motor sein, der dem Außenumfangsantriebsmotor 90 ähnlich ist. Insbesondere ist in einem Fall, in dem der Innenumfangsantriebsmotor 150 an der Rückseite des konischen Wellenabschnitts 3 bereitgestellt ist, die Verwendung eines konischen Motors bevorzugt.
Das heißt, jeder Motor kann als der Außenumfangsantriebsmotor 90 und der Innenumfangsantriebsmotor 150 verwendet werden.
In der Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Querschnittsform der Hülle 50 eine Schaufelform aufweist. Die Schaufelform sollte jedoch nicht in einem einschränkenden Sinne ausgelegt werden. Die Querschnittsform der Hülle 50 ist vorzugsweise eine Stromlinienform, kann aber andere Formen wie beispielsweise eine rechteckige Form aufweisen. Auch in diesem Fall ist bei der Hülle 50 mit dem Durchmesser, der zur stromabwärtigen Seite abnimmt, ein Strömungsweg mit einem zur stromabwärtigen Seite abnehmenden Strömungswegquerschnittsbereich definiert und ausgebildet.
In der Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Hülle 50 gemäß der Anzahl von Motoren in zwei Segmente unterteilt ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der die Hülle 50 in der Achsen-O-Richtung in drei unterteilt ist.
Außerdem wird in der Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem die erfindungsgemäße Fluidmaschine auf den Schubapparat 8 des Unterwasserfahrzeugs 1 angewendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und zum Beispiel kann die Fluidmaschine auf den Schubapparat 8 eines Schiffes oder dergleichen angewendet werden, das sich auf Wasser fortbewegt.
Die erfindungsgemäße Fluidmaschine ist nicht auf den Schubapparat 8 beschränkt und kann auf andere unter Wasser verwendete Fluidmaschinen wie eine Pumpe angewendet werden. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Fluidmaschine beschränkt, die Wasser pumpt, und kann auf eine Fluidmaschine angewendet werden, die andere Flüssigkeitsarten wie Öl pumpt. Anmerkungen Der Schubapparat 8 (Fluidmaschine) und das Unterwasserfahrzeug 1, die in jeder der Ausführungsformen beschrieben sind, sind zum Beispiel wie folgt ausgelegt.
(1) Eine Fluidmaschine gemäß einem ersten Gesichtspunkt schließt Folgendes ein: einen Wellenabschnitt 3, der sich in einer Achsen-O-Richtung erstreckt; eine Hülle 50, die bereitgestellt ist, um den Wellenabschnitt 3 zu umgeben, und die einen Strömungsweg zwischen der Hülle 50 und dem Wellenabschnitt 3 bildet, wobei der Strömungsweg eine Seite in der Achsen-O-Richtung, die als eine stromaufwärtige Seite dient, und eine andere Seite in der Achsen-O-Richtung, die als eine stromabwärtige Seite dient, aufweist; einen ersten Propeller 10A, der drehbar um die Achse O zwischen dem Wellenabschnitt 3 und der Hülle 50 bereitgestellt ist; einen zweiten Propeller 10B, der drehbar um die Achse O zwischen dem Wellenabschnitt 3 und der Hülle 50 auf der stromabwärtigen Seite des ersten Propellers 10A bereitgestellt ist; einen Außenumfangsantriebsmotor 90, der in der Hülle 50 bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um einen des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B drehend anzutreiben; und einen Innenumfangsantriebsmotor 150, der in dem Wellenabschnitt 3 bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um einen anderen des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B drehend anzutreiben.
Mit einer solchen Konfiguration ist nur eines von dem Paar von Motoren, die den ersten Propeller 10A und den zweiten Propeller 10B drehen, in der Hülle 50 angeordnet. Somit kann im Vergleich zu einem Fall, in dem beide von dem Paar von Motoren in der Hülle 50 angeordnet sind, die Hülle 50 herunterdimensioniert werden.
(2) Eine Fluidmaschine gemäß einem zweiten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (1), wobei der Außenumfangsantriebsmotor 90 konfiguriert ist, um den ersten Propeller 10A drehend anzutreiben, und der Innenumfangsantriebsmotor 150 dazu konfiguriert ist, den zweiten Propeller 10B drehend anzutreiben.
Mit dem Außenumfangsantrieb des ersten Propellers 10A auf der stromaufwärtigen Seite und dem Innenumfangsantrieb des zweiten Propellers 10B auf der stromabwärtigen Seite kann die Hülle 50 herunterdimensioniert werden.
(3) Eine Fluidmaschine gemäß einem dritten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (2), die ferner eine Rotorwelle 45 einschließt, die sich entlang der Achse O erstreckt, um den ersten Propeller 10A innerhalb des Wellenabschnitts 3 zu durchdringen, wobei die Rotorwelle 45 um die Achse O drehbar ist, wobei ein Innenumfangsabschnitt des zweiten Propellers an der Rotorwelle 45 befestigt ist, bei der der Innenumfangsantriebsmotor 150 auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Propellers 10A in dem Wellenabschnitt 3 bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um den zweiten Propeller 10B über die Rotorwelle 45 drehend anzutreiben.
Somit kann der Innenumfangsantriebsmotor 150, der den zweiten Propeller 10B antreibt, der sich auf der stromabwärtigen Seite befindet, in einem Abschnitt im Wellenabschnitt 3 auf der stromaufwärtigen Seite angeordnet sein. Dies verbessert den Anordnungsgrad.
(4) Eine Fluidmaschine gemäß einem vierten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß einem von (1) bis (3), bei der Drehrichtungen des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B zueinander entgegengesetzt sind.
Mit der Verwendung von gegenläufigen Propellern, bei denen die Drehrichtungen des ersten Propellers 10A auf der stromaufwärtigen Seite und des zweiten Propellers 10B auf der stromabwärtigen Seite invertiert sind, kann die durch den ersten Propeller 10A erzeugte Wirbelströmung durch den zweiten Propeller 10B aufgenommen werden. Somit kann der Wirbelverlust am Schraubenstrom des zweiten Propellers 10B reduziert werden.
Bei Verwendung von gegenläufigen Propellern müssen separate Antriebsquellen bereitgestellt werden, um die Drehrichtungen des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B einander entgegengesetzt zu machen. Selbst in diesem Fall kann die Hülle 50 durch Anordnen nur einer Antriebsquelle in der Hülle 50 als Außenumfangsantriebsmotor 90 herunterdimensioniert werden.
(5) Eine Fluidmaschine gemäß einem fünften Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß einem von (1) bis (4), bei der die Hülle 50 eine Querschnittsform senkrecht zu der Achse O aufweist, die eine Schaufelform mit einem Endabschnitt auf der stromaufwärtigen Seite, der einem Vorderrand entspricht, und einem Endabschnitt auf der stromabwärtigen Seite, der einem Hinterrand entspricht, ist.
Die Querschnittsform der Hülle 50 ist eine Schaufelform, wodurch der Widerstand durch einen Wasserstrom reduziert werden kann, wenn die Fluidmaschine unter Wasser angeordnet ist. Es wird eine Form erreicht, die sich an die Fließrichtung des von dem ersten Propeller 10A und dem zweiten Propeller 10B gepumpten Fluids anpasst, wodurch der Pumpenwirkungsgrad weiter verbessert werden kann.
Andererseits muss die Form der Hülle 50, um die Schaufelform während der Aufnahme der Mehrzahl von Motoren innerhalb aufrechtzuerhalten, möglicherweise stärker hochdimensioniert werden als erforderlich ist, um sich an die Anordnungsstruktur der Mehrzahl von Motoren anzupassen. In Anbetracht dessen ist in der Konfiguration des vorliegenden Gesichtspunkts nur einer der beiden Motoren in der Hülle 50 angeordnet, wodurch die Größe der Hülle 50 reduziert werden kann.
(6) Eine Fluidmaschine gemäß einem sechsten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß einem von (1) bis (5), bei der der Außenumfangsantriebsmotor 90 einen Stator, der an der Hülle 50 befestigt ist, und einen Rotor, der an einem Außenumfangsabschnitt eines des ersten Propellers 10A und des zweiten Propellers 10B in einer radialen Richtung des Stators innen befestigt ist, einschließt und der Außenumfangsantriebsmotor 90 ein konischer Motor ist, wobei der Stator und der Rotor einen in Richtung der stromabwärtigen Seite abnehmenden Durchmesser aufweisen.
Durch Verwenden des kegelförmigen Motors, wobei der Rotor und der Stator einen in Richtung der stromabwärtigen Seite abnehmenden Durchmesser aufweisen, als der Außenumfangsantriebsmotor 90 kann sich die Form des Außenumfangsantriebsmotors 90 an die Form der Hülle 50 anpassen. Somit muss die Form der Hülle 50 nicht hochdimensioniert werden, um sich an die Konfiguration des Motors anzupassen, wodurch eine kompakte Konfiguration erreicht werden kann.
(7) Eine Fluidmaschine gemäß einem siebenten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß einem von (1) bis (6), bei der einer von dem ersten Propeller 10A und dem zweiten Propeller 10B, durch den Außenumfangsantriebsmotor 90 drehend angetrieben, einen Innenumfangsring einschließt, der mit einem Freiraum an einer Außenumfangsseite des Wellenabschnitts 3 ausgestattet ist, und die Fluidmaschine ferner ein am Wellenabschnitt 3 befestigtes und der stromaufwärtigen Seite des Innenumfangsrings vollständig über eine Umfangsrichtung zugewandtes Drucklager und eine die Hülle 50 in Bezug auf den Wellenabschnitt 3 tragende Strebe 78 einschließt.
Beim Drehen des Propellers wird eine Last auf den Propeller selbst in Richtung der stromaufwärtigen Seite als eine durch Pumpen eines Fluids erzeugte Reaktionskraft aufgebracht. Die Last auf dem Propeller wird durch das Drucklager getragen. Wenn der Außenumfangsantriebsmotor 90 als der konische Motor angetrieben wird, wird elektromagnetische Kraft in dem konischen Rotor 130 nach außen in radialer Richtung und zur stromabwärtigen Seite erzeugt. Somit wirkt auf den konischen Rotor 130 eine Kraft, um ihn in Richtung der stromabwärtigen Seite zu ziehen. Dadurch wird die auf das Drucklager vom Propeller aufgebrachte Last reduziert, wodurch die Schublast reduziert werden kann.
(8) Eine Fluidmaschine gemäß einem achten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß einem von (1) bis (7), bei der die Hülle 50 eine Mehrzahl von Segmenten einschließt, die in eine Mehrzahl von Teilen in der Achsen-O-Richtung geteilt sind, und die Fluidmaschine ferner einen Kopplungsabschnitt 70 einschließt, der die Mehrzahl von Segmenten in der Achsen-O-Richtung koppelt.
Durch das Entkoppeln des Kopplungsabschnitts 70 kann die Hülle 50 in eine Mehrzahl von Segmenten getrennt werden. Dies ermöglicht es, den Rotor und den Stator der Motoren in der Hülle 50 zu befestigen.
(9) Eine Fluidmaschine gemäß einem neunten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (8), wobei der Kopplungsabschnitt 70 eine konvexe gekrümmte Form aufweist, die von einer Außenoberfläche der Hülle 50 hervorsteht, und eine Querschnittsform entlang der Außenoberfläche der Hülle 50 aufweist, die eine Schaufelform ist, wobei die stromaufwärtige Seite einem Vorderrand entspricht und die stromabwärtige Seite einem Hinterrand entspricht.
Somit kann ein Widerstand aufgrund des Kopplungsabschnitts 70 unterdrückt werden, wenn Wasser auf der Außenoberfläche der Hülle 50 strömt.
(10) Eine Fluidmaschine gemäß einem zehnten Gesichtspunkt ist die Fluidmaschine gemäß (8) oder (9), bei der der Außenumfangsantriebsmotor 90 nur an dem Segment an der stromabwärtigen Seite von einem Paar der Segmente, die miteinander in der Achsen-O-Richtung benachbart sind, befestigt ist.
Die Kraft zur stromabwärtigen Seite, die eine Komponente der elektromagnetischen Kraft ist, wirkt auf den konischen Rotor 130, während die Kraft zur stromaufwärtigen Seite, die eine Komponente der elektromagnetischen Kraft ist, auf den konischen Stator 100 wirkt, der mit dem konischen Rotor 130 gepaart ist. Somit wirkt die Kraft zur stromaufwärtigen Seite auch auf das Segment auf der stromabwärtigen Seite, an dem der konische Stator 100 einstückig angebracht ist. Dadurch wird das Segment auf der stromabwärtigen Seite durch die Kraft gegen das Segment auf der stromaufwärtigen Seite gedrückt. Somit können die Segmente auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite steifer aneinander befestigt und integriert sein.
(11) Ein Unterwasserfahrzeug 1 gemäß einem elften Gesichtspunkt schließt Folgendes ein: einen Fahrzeugkörper 2 und einen Schubapparat 8, der dem Fahrzeugkörper 2 bereitgestellt ist, bei dem der Schubapparat 8 die in einem von (1) bis (10) beschriebene Fluidmaschine ist.
Mit einem solchen Unterwasserfahrzeug 1 kann der Schubapparat 8 herunterdimensioniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Unterwasserfahrzeug
2: Fahrzeugkörper
3: Wellenabschnitt
3a: Wellenaußenoberfläche
4: Wellenvorderabschnitt
4a: Hintere Endoberfläche
4b: Lochabschnitt
4c: Motoraufnahmeraum
4d: Mittelfixierwelle
5: Wellenhinterabschnitt
5a: Vordere Endoberfläche
7: Aufnahmerille
7A: Erste Aufnahmerille
7B: Zweite Aufnahmerille
7a: Rillenbodenoberfläche
7b ...: Stromaufwärtsseitige Rillenoberfläche
7c: Stromabwärtsseitige Rillenoberfläche
8: Schubapparat
10A: Erster Propeller
10B: Zweiter Propeller
11: Erster Innenumfangsring
11a: Erste Ringinnenoberfläche
11b: Erste stromaufwärtige Endoberfläche
11c: Erste stromabwärtige Endoberfläche
11d: Erste Außenumfangsströmungswegoberfläche
12: Zweiter Innenumfangsring
12a: Zweite Ringinnenoberfläche
12b: Zweite stromaufwärtige Endoberfläche
12c: Zweite stromabwärtige Endoberfläche
12d: Zweite Außenumfangsströmungswegoberfläche
20A: Erste Schaufel
20B: Zweite Schaufel
30: Erster Außenumfangsring
31: Erste Innenumfangsströmungswegoberfläche
33: Konische Außenoberfläche
35: Zweiter Außenumfangsring
36: Zweite Innenumfangsströmungswegoberfläche
40: Erster Lagerabschnitt
41: Erstes Radiallager
42: Erstes stromaufwärtsseitiges Drucklager
43: Erstes stromabwärtsseitiges Drucklager
45: Rotorwelle
46: Zweiter Lagerabschnitt
47: Zweites Radiallager
48: Zweites stromaufwärtsseitiges Drucklager
49: Zweites stromabwärtsseitiges Drucklager
50: Hülle
50A: Hohlraum
50B: Aufnahmevertiefungsabschnitt
51: Hülleninnenoberfläche
52: Hüllenaußenoberfläche
53: Hüllenvorderrand
54: Hüllenhinterrand
57: Konische Innenoberfläche
61: Stromaufwärtiges Segment
63: Stromabwärtiges Segment
70: Kopplungsabschnitt
70a: Vorderrand des hervorstehenden Abschnitts
70b: Hinterrand des hervorstehenden Abschnitts
71: Stromaufwärtiger hervorstehender Abschnitt
71a: Bolzenfixierungsloch
73: Stromabwärtiger hervorstehender Abschnitt
73a: Bolzenvertiefungsabschnitt
73b: Bolzeneinführloch
74: Kopplungsbolzen
75: Füllabschnitt
7: Strebe
90: Außenumfangsantriebsmotor
100: Konischer Stator
102: Statoraußenoberfläche
103: Statorinnenoberfläche
130: Konischer Rotor
132: Rotorinnenoberfläche
133: Rotoraußenoberfläche
150: Innenumfangsantriebsmotor
160: Rohrförmiger Stator
170: Rohrförmiger Rotor
171: Rohrförmige Rotorwelle
O: Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8074592 [0004]

Claims

Fluidmaschine, umfassend: einen Wellenabschnitt, der sich in einer Achsenrichtung erstreckt; eine Hülle, die dazu bereitgestellt ist, den Wellenabschnitt zu umgeben, und einen Strömungsweg zwischen der Hülle und dem Wellenabschnitt bildet, wobei der Strömungsweg eine Seite in der Achsrichtung, die als eine stromaufwärtige Seite dient, und eine andere Seite in der Achsrichtung, die als eine stromabwärtige Seite dient, aufweist; einen ersten Propeller, der drehbar um die Achse im Strömungsweg bereitgestellt ist; einen zweiten Propeller, der drehbar um die Achse auf der stromabwärtigen Seite des ersten Propellers in dem Strömungsweg bereitgestellt ist; einen Außenumfangsantriebsmotor, der in der Hülle bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um einen des ersten Propellers und des zweiten Propellers drehend anzutreiben; und einen Innenumfangsantriebsmotor, der in dem Wellenabschnitt bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um einen anderen des ersten Propellers und des zweiten Propellers drehend anzutreiben.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, wobei der Außenumfangsantriebsmotor konfiguriert ist, um den ersten Propeller drehend anzutreiben, und der Innenumfangsantriebsmotor konfiguriert ist, um den zweiten Propeller drehend anzutreiben.
Fluidmaschine nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Rotorwelle, die sich entlang der Achse erstreckt, um den ersten Propeller innerhalb des Wellenabschnitts zu durchdringen, wobei die Rotorwelle um die Achse drehbar ist, wobei ein Innenumfangsabschnitt des zweiten Propellers an der Rotorwelle befestigt ist, wobei der Innenumfangsantriebsmotor auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Propellers im Wellenabschnitt bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um den zweiten Propeller über die Rotorwelle drehend anzutreiben.
Fluidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Drehrichtungen des ersten Propellers und des zweiten Propellers zueinander entgegengesetzt sind.
Fluidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hülle eine Querschnittsform senkrecht zu der Achse aufweist, die eine Schaufelform mit einem Endabschnitt auf der stromaufwärtigen Seite, der einem Vorderrand entspricht, und einem Endabschnitt auf der stromabwärtigen Seite, der einem Hinterrand entspricht, ist.
Fluidmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Außenumfangsantriebsmotor einen Stator, der an der Hülle befestigt ist, und einen Rotor, der an einem Außenumfangsabschnitt eines des ersten Propellers und des zweiten Propellers in einer radialen Richtung des Stators innen befestigt ist, einschließt und der Außenumfangsantriebsmotor ein konischer Motor ist, wobei der Stator und der Rotor einen in Richtung der stromabwärtigen Seite abnehmenden Durchmesser aufweisen.
Fluidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei einer des ersten Propellers und des zweiten Propellers, die durch den Außenumfangsantriebsmotor drehend angetrieben werden, einen Innenumfangsring einschließt, der mit einem Freiraum an einer Außenumfangsseite des Wellenabschnitts ausgestattet ist, und die Fluidmaschine ferner ein Drucklager umfasst, das an dem Wellenabschnitt befestigt ist und der stromaufwärtigen Seite des Innenumfangsrings vollständig über eine Umfangsrichtung zugewandt ist, und eine Strebe, die die Hülle in Bezug auf den Wellenabschnitt trägt.
Fluidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hülle eine Mehrzahl von Segmenten einschließt, die in Achsrichtung in eine Mehrzahl von Teilen geteilt sind, und die Fluidmaschine ferner einen Kopplungsabschnitt umfasst, der so konfiguriert ist, dass er die Mehrzahl von Segmenten in der Achsrichtung koppelt.
Fluidmaschine nach Anspruch 8, wobei der Kopplungsabschnitt eine konvexe gekrümmte Form aufweist, die von einer Außenoberfläche der Hülle hervorsteht, und eine Querschnittsform entlang der Außenoberfläche der Hülle eine Schaufelform ist, wobei die stromaufwärtige Seite einem Vorderrand entspricht und die stromabwärtige Seite einem Hinterrand entspricht.
Fluidmaschine nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Außenumfangsantriebsmotor nur an dem Segment auf der stromabwärtigen Seite von einem Paar der Segmente, die miteinander in der Achsrichtung benachbart sind, befestigt ist.
Unterwasserfahrzeug, umfassend: einen Fahrzeugkörper und einen Schubapparat, der dem Fahrzeugkörper bereitgestellt ist, wobei der Schubapparat die Fluidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ist.