JP2002362487A

JP2002362487A - 電動式ポッド型推進機

Info

Publication number: JP2002362487A
Application number: JP2001167948A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Yoshikawa; 啓一吉川
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2002-12-18
Anticipated expiration: 2021-06-04
Also published as: JP3490410B2

Abstract

(57)【要約】【課題】推進機としての性能向上を図るために電動機
設置部の外径を小さくしようとしても、電動機の外径の
小型化が難しく小型化を図ることができない。【解決手段】ストラット２で支持するポッド３にプロ
ペラ４を設け、このプロペラ４を駆動する駆動軸５をポ
ッド３内に設けた軸受６，７で支持し、この駆動軸５に
電動機８の回転子９を設け、この電動機８の固定子１０
を、回転子９の外周に位置し、前記ポッド３の外殻内面
に接するように設け、この外殻１１を介したポッド３外
部の水流で固定子１０を放熱冷却して電動機径を小型化
し、ポッド３の外径を小型化した推進機で水抵抗を低減
して性能向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、舶用推進機とし
て用いられるポッド型推進機に関し、詳しくは、電動機
をポッド内に設置した電動式ポッド型推進機に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、船舶の主推進機として旋回式
スラスタが利用されているが、近年、電動機をポッド内
に設置した電動式ポッド型推進機が注目されている。こ
の電動式ポッド型推進機は、電動機を水中のポッド内に
設置し、この電動機の出力軸にプロペラが取り付けられ
たものである。

【０００３】図７は、この種の従来技術である特開平６
−１９１４８４号公報記載の船舶用推進装置を示す側断
面図である。この発明では、駆動ユニット５１を内部か
ら支持するほぼ鉛直な力板５２をケーシング５３内に設
け、この力板５２を、駆動モータ５４の取付部材と、駆
動モータ５４によるトルク反力のケーシング５３への伝
達部材と、気体状冷却材５５の出入りする管路の壁部材
として多目的利用することにより、推進装置の寸法およ
び重量を低減させようとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ポッド型推
進機におけるポッドは、水中での抵抗を低減して性能向
上を図るためには電動機設置部のポッド外径を小さくす
る必要がある。しかしながら、前記従来技術の推進装置
では、駆動モータ５４の取付部材である力板５２によっ
て、固定子の外側をとりまくように冷却空気の通路５６
が形成された状態で駆動モータ５４がケーシング５３
（ポッド）内に配置されている。

【０００５】そのため、推進機としての性能向上を図る
ために駆動モータ５４の設置部のケーシング外径を小さ
くしようとしても、駆動モータ５４の回転子及び固定子
を冷却するために外側をとりまく通路５６が駆動モータ
５４の外径小型化の妨げになり、推進機の小型化を図る
ことができない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、本願発明は、ストラットで支持するポッド
にプロペラを設け、該プロペラを駆動する駆動軸をポッ
ド内に設けた軸受で支持し、該駆動軸に駆動用電動機の
回転子を設け、該駆動用電動機の固定子を、該回転子の
外周に位置し、前記ポッドの外殻内面に接するように設
けている。このように、電動機の構成部品である固定子
をポッドの外殻に直接固定して一体とすることにより、
この外殻を介してポッド外部の水流で固定子が放熱冷却
されるので、電動機で駆動軸を直接駆動するポッド型推
進機において、電動機径を小さくしてポッド径を小型化
し、ポッドの水抵抗を低減して推進機の性能向上を図る
ことができる。

【０００７】また、ポッド外殻と接しない部位の固定子
を気体冷却する通風路をストラット内に設け、該通風路
に冷却気体を供給する冷却ファン装置を船体側に設けれ
ば、ポッド外殻に接する固定子の冷却をポッド周囲の水
流への放熱冷却で行い、ポッド外殻に接しないストラッ
ト部での固定子と回転子の冷却を、ストラット内の通風
路から冷却気体を供給する気体冷却で行うことによっ
て、冷却効果を高めることができる。この場合、固定子
の大部分の冷却にポッド外殻からの放熱冷却を採用して
いるので、気体冷却に要する冷却気体の量は少なく、船
体側に設ける冷却ファン装置は小さいものでよい。

【０００８】さらに、ストラット内に設ける通風路を、
固定子の上部に位置する通風路と、該固定子の軸方向前
部又は後部に位置する通風路とから構成し、固定子の前
部又は後部に位置する通風路の一方を冷却気体供給路と
し、固定子の上部に位置する通風路を冷却気体排出路と
して構成すれば、固定子の前部又は後部の一方から冷却
気体を供給し、固定子の上部から排出する冷却気体の流
れを形成することができる。この場合、回転子を冷却し
た後の冷却気体をストラットの位置の固定子に通過させ
ることにより、回転子の冷却とストラットの位置の固定
子の冷却とを同時に行うことができる。なお、冷却気体
の反供給側は、全ての冷却気体が固定子の上部に位置す
る通風路へ導かれるように密封される。

【０００９】また、ストラット内に設ける通風路を、固
定子の上部に位置する通風路と、該固定子の軸方向前後
部に位置する通風路とから構成し、固定子の前後部に位
置する通風路を冷却気体供給路とし、固定子の上部に位
置する通風路を冷却気体排出路として構成してもよい。
このように構成することにより、冷却気体を固定子の両
端からそれぞれ供給し、回転子を冷却した後の冷却気体
をストラットの位置の固定子に通過させれば、回転子の
冷却とストラットの位置の固定子の冷却とを同時に行う
ことができるとともに、回転子の前後から冷却気体を供
給するので、冷却効果を上げることができる。

【００１０】さらに、ストラット内に設ける通風路を、
固定子の上部に位置する通風路と、該固定子の軸方向前
部又は後部に位置する通風路とから構成し、固定子の上
部に位置する通風路を冷却気体供給路とし、固定子の前
部又は後部に位置する通風路の一方を冷却気体排出路と
して構成すれば、固定子の上部から冷却気体を供給し、
固定子の前部又は後部の一方から排出する冷却気体の流
れを形成することができる。この場合、ストラットの位
置の固定子を冷却した後の冷却気体を回転子に通過させ
ることにより、ストラットの位置の固定子の冷却と回転
子の冷却とを同時に行うことができる。なお、冷却気体
の反供給側は、全ての冷却気体が回転子の一方の通風路
へ導かれるように密封される。

【００１１】また、ストラット内に設ける通風路を、固
定子の上部に位置する通風路と、該固定子の軸方向前後
部に位置する通風路とから構成し、固定子の上部に位置
する通風路を冷却気体供給路とし、固定子の前後部に位
置する通風路を冷却気体排出路として構成してもよい。
このように構成することにより、ストラットの位置の固
定子を冷却した後の冷却気体で回転子を冷却し、この冷
却気体を回転子の両端から排出させれば、ストラットの
位置の固定子の冷却と回転子の冷却とを同時に行うこと
ができるとともに、回転子の前後から冷却気体を排出す
るので、冷却効果を上げることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１は本願発明の第１実施形態
を示す電動式ポッド型推進機の側断面図であり、図２は
図１に示すＡ−Ａ断面図、図３は図１に示すＢ−Ｂ断面
図、図４は図１に示すＣ部拡大図である。なお、この実
施形態では旋回式の電動式ポッド型推進機を例にし、気
体冷却を伴う場合を説明する。

【００１３】図１に示すように、電動式ポッド型推進機
１は、図示しない船体に設けられた旋回機構によって旋
回させられる鉛直方向に設けられたストラット２と、こ
のストラット２の下端に設けられたポッド３とを具備し
ており、このポッド３の前部に設けられたプロペラ４の
駆動軸５が、ポッド３内に設けられた電動機８（駆動モ
ータ）で直接的に駆動されている。このプロペラ４の駆
動軸５は、ポッド３内の前後に設けられた軸受６，７に
よって回転可能に支持されている。

【００１４】そして、前記電動機８の回転子９が駆動軸
５に設けられ、固定子１０がポッド３の外殻１１の内面
に接するように設けられている。回転子９は、図２に示
すように、駆動軸５の周囲の軸方向に設けられた複数の
リブ１２によって支持されており、駆動軸５と一体的に
回転するように構成されている。固定子１０は、ポッド
３の外殻１１の内面に接するように一体的に設けられて
おり、ポッド３側に固定されている。なお、この実施形
態では、固定子１０を外殻１１に直接固定しているが、
固定子１０と外殻１１との間に他の部材を介装してもよ
く、固定子１０の熱が外殻１１に伝わるような構成であ
ればよい。

【００１５】このように固定子１０を固定するポッド３
の縦断面形状は円形断面であり、外殻１１の内面に円形
の固定子１０が沿うように形成されている。そのため、
この円形断面に形成されたポッド３内に設けた固定子１
０は、ストラット２の部分１３（図２に示す斜線部）を
除いた部分がポッド外殻１１と接するように設けられて
いる。したがって、このポッド外殻１１に接する部分の
固定子１０は、水流によって冷却されるポッド外殻１１
を介して放熱冷却される。

【００１６】また、図１に示すように、前記ストラット
２内には、このように設けられた電動機８の軸方向前後
端部位置に仕切壁１４，１５が設けられている。この仕
切壁１４，１５は、図３に示すように、ストラット２内
を幅方向に連結するように設けられており、この仕切壁
１４，１５によってストラット２の前後と中央に通風路
１６，１７，１８が形成されている。これらの通風路１
６，１７，１８が、電動機８の回転子９と固定子１０の
一部（前記図２に示す部分１３）を冷却する冷却気体２
３，２４の通路となる。

【００１７】なお、２６は、これらの回転子９と固定子
１０を冷却するこの冷却気体２３，２４を供給する冷却
ファン装置である。また、前記ストラット２内に設けら
れる仕切壁１４，１５は、ストラット２内に設ける１枚
又は２枚程度の強度上必要な補強板を有効に利用するこ
とができるので、余分な構造物の追加をすることなく通
風路１６，１７，１８を形成することができる。さら
に、この仕切壁１４，１５は、鉛直方向のストラット
２、および電動機８の外殻となるポッド３を鋳物で形成
する場合、内部の形状を簡単にすることができるので、
木型等の作成が容易になる等の効果も奏する。

【００１８】一方、前記電動機８の固定子１０と回転子
９は、図４に示すように、複数の薄板１９（珪素鋼板）
を積層したものをスペーサ２０で位置決めして固定する
ことにより、各ブロック間に所定の間隙の通風溝２１，
２２を設けて軸方向に固定したものであり、この通風溝
２１，２２は、図３にも示すように、軸方向に所定間隔
で複数が形成されている。

【００１９】そのため、図１に示すように、前記通風路
１６，１８からポッド３内に冷却気体２３，２４を供給
したとすると、この冷却気体２３，２４は、図４に示す
ように、駆動軸５の軸方向に設けられたリブ１２の間か
ら軸方向へと流れ、回転子９に形成された通風溝２１か
ら固定子１０に形成された通風溝２２へと流れ、通風路
１７からストラット２の上部の通風路１７へと流れて行
く。このような冷却経路で、回転子９と、ストラット２
の位置の固定子１０の部分１３とが気体冷却される。

【００２０】なお、この実施形態ではストラット２に形
成された通風路１６，１８を供給路とし、通風路１７を
排出路としているが、これら通風路１６，１８の一方を
供給路としても、通風路１７を供給路として通風路１
６，１８を排出路としてもよく、冷却気体２３，２４の
供給路と排出路の構成は、電動機８の大きさやポッド形
状等に応じて決定すればよく、この実施形態に限定され
るものではない。

【００２１】以上のように構成された電動式ポッド型推
進機１によれば、電動機８でプロペラ４を駆動している
状態では、ポッド３がプロペラ４ヘの流入水やプロペラ
４の後方の水流２５によって冷却されるため、このポッ
ド３の外殻１１と接するように設けられた固定子１０の
大部分はポッド外殻１１を介した熱伝達により放熱冷却
される。

【００２２】そして、ストラット２の部分に位置し、ポ
ッド３の外殻１１とは接しない水への放熱冷却が困難で
ある固定子１０の部分１３（図２）は、船内側に設置さ
れた冷却ファン装置２６から送られる冷却気体２３，２
４（冷却空気）が、ポッド軸方向の両側に設けられた通
風路１６，１８を通って電動機８の回転子９側面に形成
されたリブ１２の間から軸方向に進入し、回転子９及び
固定子１０の軸方向に複数設けられた通風溝２１，２２
を通り、回転子９の冷却と固定子１０の部分１３の通風
溝２２を通過して、通風路１７から船内側に設置された
冷却ファン装置へと戻される冷却気体２３，２４による
気体によって冷却される。

【００２３】このように回転子９を冷却した後の冷却気
体２３，２４を、この回転子９の軸方向に複数設けられ
た通風溝２１から固定子１０へ供給し、この固定子１０
のストラット２の位置の軸方向に複数設けられた通風溝
２２を通過させることによって固定子１０の部分１３を
気体冷却している。

【００２４】ここで、電動機８による発熱量と冷却によ
る放熱量とを考察する。発熱量は、図２に示す断面図
で、鉛直方向のストラット２の部分に位置してポッド３
の外殻表面の水による放熱冷却が困難な固定子１０の部
分１３で発生する熱量をＱ_A1、回転子９の部分で発生す
る熱量をＱ_A2、ポッド外殻１１に接して水による放熱が
期待できる固定子１０で発生する熱量をＱ_A3とすると、
電動機８が発生する総熱量Ｑは、Ｑ＝Ｑ_A1＋Ｑ_A2＋
Ｑ_A3、となる。

【００２５】そこで、ｎを定数（通常、０＜ｎ＜１）と
して、海水による放熱量Ｑ’_A3＝ｎＱ_A3とすると、冷却
気体による放熱量は、Ｑ’_A12＝Ｑ_A1＋Ｑ_A2＋（１−
ｎ）Ｑ_A ₃となる。よって、海水による放熱を利用しない
場合に比べて、冷却気体の量は、ｎＱ_A3／（Ｑ_A1＋Ｑ_A2
＋Ｑ_A3）だけ少なくて済む。

【００２６】ここで、ｎ＝１とした場合に、電動機固定
子の最下部内側表面温度θinは最大となり、この内側表
面温度θinは、ポッド外殻１１や固定子１０の材料によ
る熱伝導率と、ポッド回りを流れる流体の流速や熱伝達
率、乱流、層流の状態及び電動機内で発生する総熱量Ｑ
によって求めることができる。そのため、この内側表面
温度θinが許容最大温度θmax 以下となり、舶用の推進
機として有効となるようなポッド３の形状や材質を選定
することにより、冷却効果の高い電動式ポッド型推進機
１を構成することができる。また、ｎ＜１とすることに
より、つまり冷却気体の量を増加させることにより、冷
却気体による放熱量を増加させて、θinの値を好ましい
設定温度θset まで低下させることができる。なお、電
動機８内で発生する熱量Ｑが小さく、ｎ＝１とした場合
のθinがθset またはそれ以下の場合は、ｎ＝１のまま
とするか、冷却ファン装置の小型化が必要な場合には、
θin＝θset となるまで、ｎの値を１より増加すること
ができる。

【００２７】以上のように、ポッド３の外殻１１内面に
接するように電動機８の固定子１０を直接設置すること
により、ポッド３の外殻１１を介して海水で電動機８を
効率良く冷却することができるので、冷却効果を保ちつ
つポッド３の外径を小型化することが可能となり、推進
効率を向上させた電動式ポッド型推進機１を構成するこ
とができる。

【００２８】図５は第２実施形態を示すポッド型推進機
の側面図であり、図６は同ポッド型推進機の正面図であ
る。なお、この第２実施形態は、上述した第１実施形態
におけるポッドの外面にフィンを設けた実施形態である
ため、内部構成の説明は省略するとともに、上述した第
１実施形態と同一の構成には同一符号を付して説明す
る。

【００２９】図示するように、ポッド３の外面の両側部
と下部には、このポッド３の外面から半径方向に立設す
るフィン２７が設けられている。フィン２７は、ポッド
３の軸方向のほぼ中央部に設けられており、上述した第
１実施形態における電動機８の固定子１０を設けた位置
を含む外側に設けられている。

【００３０】このフィン２７は、前部に設けられたプロ
ペラ４によって旋回成分が与えられた水流（後流）２５
から旋回成分を取り除くものであり、プロペラ４側に旋
回成分の方向から軸方向に湾曲する湾曲部２８が形成さ
れている。したがって、このフィン２７に流入する水流
２５は、フィン２７の後方ではポッド３の軸方向と平行
に真っ直ぐ後方へ流れる水流２５となる。

【００３１】なお、この実施形態では３本のフィン２７
を設けているが、フィン２７の形状や本数はポッド３の
径やプロペラ推力等に応じて適宜設定すればよく、この
実施形態に限定されるものではない。

【００３２】このように構成された第２実施形態の電動
式ポッド型推進機２９によれば、プロペラ４によって旋
回成分が与えられてポッド３の側面へと流れた水流２５
は、このフィン２７に沿って旋回成分が取り除かれて、
ポッド３の軸方向に平行な水流２５となって後方へと流
れて行く。しかも、このフィン２７によってポッド外殻
１１の冷却効果を高めることができるので、冷却された
ポッド外殻１１によって固定子１０の冷却効果をより高
めることができる。

【００３３】なお、上述した実施形態では、いずれもポ
ッド３の上流側にプロペラ４を設けた構成であるが、ポ
ッド３の後流側にプロペラ４を設けた構成であっても同
様に可能であり、上述した実施形態に限定されるもので
はない。

【００３４】また、上述した実施形態は一実施形態であ
り、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は
可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定される
ものではない。

【００３５】

【発明の効果】本願発明は、以上説明したような形態で
実施され、以下に記載するような効果を奏する。

【００３６】固定子をポッド外殻に接するように設けて
電動機径を小型化することができるので、プロペラへ流
入する水流又はプロペラ後流の水流が滑らかとなり、舶
用推進機としての性能向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の第１実施形態を示す電動式ポッド型
推進機の側断面図である。

【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１に示すＢ−Ｂ断面図である。

【図４】図１に示すＣ部拡大図である。

【図５】本願発明の第２実施形態を示す電動式ポッド型
推進機の側面図である。

【図６】図５に示す電動式ポッド型推進機の背面図であ
る。

【図７】従来の電動式船舶用推進装置を示す側断面図で
ある。

【符号の説明】

１…電動式ポッド型推進機２…ストラット３…ポッド４…プロペラ５…駆動軸６，７…軸受８…電動機９…回転子１０…固定子１１…外殻１２…リブ１３…部分１４，１５…仕切壁１６，１７，１８…通風路１９…薄板２０…スペーサ２１，２２…通風溝２３，２４…冷却気体２５…水流２６…冷却ファン装置２７…フィン２８…湾曲部２９…電動式ポッド型推進機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ストラットで支持するポッドにプロペラ
を設け、該プロペラを駆動する駆動軸をポッド内に設け
た軸受で支持し、該駆動軸に駆動用電動機の回転子を設
け、該駆動用電動機の固定子を、該回転子の外周に位置
し、前記ポッドの外殻内面に接するように設けた電動式
ポッド型推進機。
【請求項２】ポッド外殻と接しない部位の固定子を気
体冷却する通風路をストラット内に設け、該通風路に冷
却気体を供給する冷却ファン装置を船体側に設けたこと
を特徴とする請求項１記載の電動式ポッド型推進機。
【請求項３】ストラット内に設ける通風路を、固定子
の上部に位置する通風路と、該固定子の軸方向前部又は
後部に位置する通風路とから構成し、固定子の前部又は
後部に位置する通風路の一方を冷却気体供給路とし、固
定子の上部に位置する通風路を冷却気体排出路として構
成したことを特徴とする請求項２記載の電動式ポッド型
推進機。
【請求項４】ストラット内に設ける通風路を、固定子
の上部に位置する通風路と、該固定子の軸方向前後部に
位置する通風路とから構成し、固定子の前後部に位置す
る通風路を冷却気体供給路とし、固定子の上部に位置す
る通風路を冷却気体排出路として構成したことを特徴と
する請求項２記載の電動式ポッド型推進機。
【請求項５】ストラット内に設ける通風路を、固定子
の上部に位置する通風路と、該固定子の軸方向前部又は
後部に位置する通風路とから構成し、固定子の上部に位
置する通風路を冷却気体供給路とし、固定子の前部又は
後部に位置する通風路の一方を冷却気体排出路として構
成したことを特徴とする請求項２記載の電動式ポッド型
推進機。
【請求項６】ストラット内に設ける通風路を、固定子
の上部に位置する通風路と、該固定子の軸方向前後部に
位置する通風路とから構成し、固定子の上部に位置する
通風路を冷却気体供給路とし、固定子の前後部に位置す
る通風路を冷却気体排出路として構成したことを特徴と
する請求項２記載の電動式ポッド型推進機。