JP2008183986A - Ship propulsion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶用推進装置に関する。 The present invention relates to a marine vessel propulsion device.
特に、本発明は、プロペラ推進装置と超電導モータとによって船舶用推進装置を構成し、プロペラ推進装置と超電導モータとを分離して別々の水密のケーシングに格納し、プロペラ推進装置と超電導モータの間の動力の伝達は電磁クラッチによって行い、プロペラ推進装置が障害物に接触した際に超電導モータへの浸水を防止することができる船舶用推進装置に関する。 In particular, according to the present invention, a propeller propulsion device and a superconducting motor constitute a marine propulsion device, the propeller propulsion device and the superconducting motor are separated and stored in separate watertight casings, and between the propeller propulsion device and the superconducting motor. The present invention relates to a marine propulsion device capable of transmitting power to the superconducting motor when the propeller propulsion device is in contact with an obstacle.
また、本発明は、超電導界磁を有する回転子の端板に、超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルを設けることにより、回転子の超電導界磁のための冷却装置を共用でき、かつ、在来機に比して小寸法でありながら大きなトルクを伝達することができる小型で高効率の船舶用推進装置に関する。 Further, the present invention can share a cooling device for the superconducting field of the rotor by providing a field coil for an electromagnetic clutch comprising a superconducting coil on the end plate of the rotor having the superconducting field, and The present invention relates to a small and highly efficient marine propulsion device capable of transmitting a large torque while having a small size as compared with a conventional aircraft.
従来から、船舶用推進装置に超電導モータを使用することが種々考案されていた。 Conventionally, various uses of superconducting motors for marine propulsion devices have been devised.
しかし、従来の船舶用推進装置は、室外機にプロペラを設け、機関部(電動機、ディーゼル機関)と室外機のプロペラは直結されていた。 However, the conventional marine propulsion device has a propeller provided in the outdoor unit, and the propeller of the engine unit (electric motor, diesel engine) and the outdoor unit is directly connected.
一方、電磁クラッチの技術自体は従来から実開平6−45358号公報等により知られていた。 On the other hand, the electromagnetic clutch technology itself has been conventionally known from Japanese Utility Model Publication No. 6-45358.
実開平6−45358号公報はガスレーザー装置に使用する電磁クラッチが示されている。実開平6−45358号公報の図5および明細書のそれに対応する記載には、モータの回転軸の先端に、永久磁石を有する大気側磁気継手を接続し、隔壁を介して前記大気側磁気継手と対向して永久磁石を有するガス側磁気継手を設け、大気側磁気継手の動力をガス側磁気継手に伝達する電磁クラッチが開示されている。
近年においては、より高出力の船舶用推進装置を得るために、船舶用推進装置の機関部の電動機に、超電導モータが使用する船舶用推進装置が多く提案されている。 In recent years, many marine propulsion devices used by superconducting motors have been proposed as motors for engine parts of marine propulsion devices in order to obtain higher-power marine propulsion devices.
これらの船舶用推進装置は上述したとおりプロペラと超電導モータが直結されている構造であった。 These marine propulsion devices have a structure in which the propeller and the superconducting motor are directly connected as described above.
しかし、船舶用推進装置において、プロペラは船外で高速で回転するため、障害物に接触することによりプロペラ等が破損する可能性がある。 However, in the marine vessel propulsion apparatus, the propeller rotates at high speed outside the ship, so that the propeller or the like may be damaged by contact with an obstacle.
従来のように機関部(電動機、ディーゼル機関)と室外機が直結されている場合、プロペラが障害物に接触したときは、プロペラ回転軸のシール部を通って水が機関部に進入する。 When the engine unit (electric motor, diesel engine) and the outdoor unit are directly connected as in the prior art, when the propeller comes into contact with an obstacle, water enters the engine unit through the seal portion of the propeller rotating shaft.
特に、船舶用推進装置の機関部の電動機に超電導モータが使用されている場合、水の進入により、超電導モータがその機能を維持することができなくなり、深刻な場合は回復不能のダメージを受けることがある。 In particular, when a superconducting motor is used in the motor of the engine unit of the marine propulsion device, the superconducting motor cannot maintain its function due to the ingress of water. There is.
そこで、本願発明が解決しようとする一つの課題は、障害物に接触する可能性が高いプロペラが、万一障害物に接触して破損した場合でも、超電導モータがその機能を維持することができる船舶用推進装置を提供することにある。 Therefore, one problem to be solved by the present invention is that the superconducting motor can maintain its function even if a propeller that is likely to contact an obstacle is damaged by contact with the obstacle. The object is to provide a marine propulsion device.
なお、実開平6−45358号公報に示されている従来の電磁クラッチは、ガスレーザー装置の大気側とガス側の間の動力伝達に使用されているが、船舶用推進装置のように水の進入に対して超電導モータの機能を維持し続けるようにする課題およびそれを解決する手段を有していない。なおまた、従来、低速高トルクの条件で電磁クラッチを使用すると大型化するため、船舶用推進装置には電磁クラッチは使用されていなかった。 The conventional electromagnetic clutch disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 6-45358 is used for power transmission between the atmosphere side and the gas side of the gas laser device. It does not have the problem of maintaining the function of the superconducting motor with respect to the approach and means for solving it. In addition, conventionally, when an electromagnetic clutch is used under conditions of low speed and high torque, the size is increased, so that the electromagnetic clutch has not been used in the marine propulsion device.
また、実開平6−45358号公報等に示されている従来の電磁クラッチは、常電導状態での電磁カップリングであった。 The conventional electromagnetic clutch disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 6-45358 is an electromagnetic coupling in a normal conducting state.
超電導界磁を使用すれば、より強い磁力で大きなトルクを伝達させ、小寸法・小体格とすることができることは知られている。 It is known that if a superconducting field is used, a large torque can be transmitted with a stronger magnetic force and the size and size can be reduced.
しかし、超電導状態を維持するためには、超電導状態を実現できるきわめて低い温度を維持しなければならず、超電導界磁を使用した電磁クラッチを実現することは構造が複雑になり技術的に困難であった。 However, in order to maintain the superconducting state, it is necessary to maintain a very low temperature at which the superconducting state can be realized, and it is technically difficult to realize an electromagnetic clutch using a superconducting field because the structure is complicated. there were.
ところが、超電導モータは、超電導界磁を超電導状態に維持するための、冷却装置、断熱構造等を有している。 However, the superconducting motor has a cooling device, a heat insulating structure and the like for maintaining the superconducting field in a superconducting state.
この超電導モータの冷却装置、断熱構造等を利用することができれば、合理的な構造で大きな動力を伝達できる超電導電磁クラッチを実現することができる。 If this superconducting motor cooling device, heat insulating structure, etc. can be used, a superconducting magnetic clutch capable of transmitting a large amount of power with a reasonable structure can be realized.
そこで、本願発明が解決しようとするもう一つの課題は、従来構造が複雑で技術的に困難であった超電導電磁クラッチに対して、超電導モータの構造を利用することにより、簡単な構造で大きな動力を伝達できる超電導電磁クラッチを提供することにある。 Therefore, another problem to be solved by the present invention is that a superconducting motor clutch is used for a superconducting magnetic clutch, which has a complicated structure and is technically difficult. Is to provide a superconducting magnetic clutch capable of transmitting
さらにまた、従来の船舶用推進装置はプロペラと超電導モータとを直結していたため、プロペラの回転数の制御は超電導モータの回転数制御によって行っていた。 Furthermore, since the conventional marine propulsion device directly connects the propeller and the superconducting motor, the rotation speed of the propeller is controlled by the rotation speed control of the superconducting motor.
本願発明者の研究によれば、超電導モータにおいて、出力効率の改善が低回転・大トルク領域において可能であることが予見される。ところが、プロペラに必要な回転数は、超電導モータのメリット(高出力効率)が得られる低回転数に比して一般的に高回転領域にある。 According to the research of the present inventors, it is foreseen that the superconducting motor can improve the output efficiency in the low rotation and large torque region. However, the rotational speed required for the propeller is generally in a high rotational speed region as compared with a low rotational speed at which the merit (high output efficiency) of the superconducting motor can be obtained.
そのため、プロペラと超電導モータとを直結し、プロペラの回転数の制御を超電導モータの回転数制御によって行うようにすると、超電導モータの回転数は高出力効率を得られる低回転領域より高い高回転領域で稼働するようになる。 Therefore, if the propeller and the superconducting motor are directly connected, and the control of the rotation speed of the propeller is performed by the rotation speed control of the superconducting motor, the rotation speed of the superconducting motor is higher than the low rotation speed range where high output efficiency can be obtained. It will be operating at.
そこで、本願発明が解決しようとするさらにもう一つの課題は、高出力効率が得られる低回転領域で超電導モータを駆動し、かつ、船舶用推進装置として必要な高回転領域でもプロペラを駆動することができる船舶用推進装置を提供することにある。 Therefore, yet another problem to be solved by the present invention is to drive a superconducting motor in a low rotation region where high output efficiency can be obtained, and to drive a propeller even in a high rotation region necessary as a marine propulsion device. The object is to provide a marine vessel propulsion device.
本発明による船舶用推進装置は、
プロペラ推進装置と超電導モータとからなる船舶用推進装置において、
前記超電導モータは、円筒状に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子の電機子に対向してその内側に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、前記回転板と前記プロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシングと、を有することを特徴とする。
The marine vessel propulsion device according to the present invention
In a marine propulsion device composed of a propeller propulsion device and a superconducting motor,
The superconducting motor includes a stator in which a superconducting or normal conducting armature is disposed in a cylindrical shape, a rotor in which a superconducting field is disposed inside the stator facing the armature of the stator, and the rotor An electromagnetic clutch field coil comprising a superconducting coil fixed to the end plate, and a superconducting motor side casing containing the stator, the rotor, and the electromagnetic clutch field coil in a watertight manner,
The propeller propulsion device has a plurality of permanent magnets disposed at positions facing the field coils for the electromagnetic clutch, and a rotating plate disposed substantially in parallel with a rotor end plate of the superconducting motor. A propeller rotating shaft connected to the rotating plate, a propeller connected to a tip end portion of the propeller rotating shaft, and a propeller side casing containing the rotating plate and a part of the propeller rotating shaft. It is characterized by.
また、本発明による船舶用推進装置は、
プロペラ推進装置と超電導モータとからなる船舶用推進装置において、
前記超電導モータは、該超電導モータの回転軸に垂直な固定板に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子と平行な回転板に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、前記回転板と前記プロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシングと、を有することを特徴とする。
The marine vessel propulsion device according to the present invention
In a marine propulsion device composed of a propeller propulsion device and a superconducting motor,
The superconducting motor includes a stator in which a superconducting or normal conducting armature is disposed on a stationary plate perpendicular to the rotation axis of the superconducting motor, and a rotor in which a superconducting field is disposed on a rotating plate parallel to the stator. A field coil for an electromagnetic clutch comprising a superconducting coil fixed to the end plate of the rotor, and a superconducting motor side casing that watertightly contains the stator, the rotor, and the field coil for the electromagnetic clutch. Have
The propeller propulsion device has a plurality of permanent magnets disposed at positions facing the field coils for the electromagnetic clutch, and a rotating plate disposed substantially in parallel with a rotor end plate of the superconducting motor. A propeller rotating shaft connected to the rotating plate, a propeller connected to a tip end portion of the propeller rotating shaft, and a propeller side casing containing the rotating plate and a part of the propeller rotating shaft. It is characterized by.
前記電磁クラッチ用界磁用コイルに、静止磁界および回転磁界を発生させることにより、電磁クラッチにより加速と減速の駆動制御を行うインバータ制御部を備えるようにすることができる。 By generating a static magnetic field and a rotating magnetic field in the electromagnetic clutch field coil, an inverter control unit that performs drive control of acceleration and deceleration by the electromagnetic clutch can be provided.
前記プロペラ推進装置は、プロペラ回転軸のシール部と、前記シール部より内側のプロペラ回転軸と、前記回転板とを水密に内包するプロペラ側ケーシングをさらに有しているのが好ましい。 It is preferable that the propeller propulsion device further includes a propeller side casing for watertightly containing a seal portion of the propeller rotation shaft, a propeller rotation shaft inside the seal portion, and the rotation plate.
船体の外側に配設されたポッドの内部に、上記プロペラ推進装置と超電導モータとを収納することができる。 The propeller propulsion device and the superconducting motor can be accommodated in a pod disposed outside the hull.
本発明によれば、プロペラ推進装置と超電導モータによって船舶用推進装置を構成し、プロペラ推進装置と超電導モータとを分離する構造を採り、超電導モータとプロペラ推進装置の間の動力伝達は電磁クラッチによって行い、プロペラ推進装置にその固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングを設け、超電導モータに回転板と前記プロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシングを設けている。 According to the present invention, a marine propulsion device is constituted by a propeller propulsion device and a superconducting motor, and the propeller propulsion device and the superconducting motor are separated. Power transmission between the superconducting motor and the propeller propulsion device is performed by an electromagnetic clutch. The propeller propulsion device is provided with a superconducting motor-side casing that watertightly includes the stator, the rotor, and the field coil for the electromagnetic clutch, and the superconducting motor includes the rotating plate and a part of the propeller rotating shaft. Propeller side casing is provided.
上記構成により、超電導モータは物理的にプロペラ推進装置と分断された独立の構造になっている。 With the above configuration, the superconducting motor has an independent structure physically separated from the propeller propulsion device.
これにより、運航中に船外でプロペラが障害物に接触し、プロペラ回転軸のシール部に大きな力がかかって漏水が生じた場合でも、超電導モータが超電導モータ側ケーシングによって水密に格納されているために、超電導モータはその機能を維持し続けることができる。 As a result, the superconducting motor is stored in a watertight manner by the superconducting motor-side casing even when the propeller comes into contact with an obstacle outside the ship during operation and a large force is applied to the seal portion of the propeller rotating shaft to cause water leakage. Therefore, the superconducting motor can continue to maintain its function.
特に、プロペラ回転軸のシール部と、前記シール部より内側のプロペラ回転軸と、回転板がプロペラ側ケーシングに水密に内包されている構造である場合には、水はプロペラ側ケーシングにしか浸水しない。 In particular, when the propeller rotary shaft has a seal portion, a propeller rotary shaft inside the seal portion, and a structure in which the rotary plate is enclosed in a watertight manner in the propeller side casing, water is only immersed in the propeller side casing. .
このような場合に、本発明によれば、停船し、プロペラの修復、取り替え等の作業を行い、機能が維持された超電導モータによって運航を再開することができる。 In such a case, according to the present invention, it is possible to stop the ship, perform operations such as repair and replacement of the propeller, and resume the operation by the superconducting motor whose function is maintained.
本発明によれば、電磁クラッチ用界磁用コイルに静止磁界および回転磁界を発生させることにより、電磁クラッチにより加速と減速の駆動制御を行うインバータ制御部を備えることができる。 According to the present invention, it is possible to provide an inverter control unit that performs drive control of acceleration and deceleration by the electromagnetic clutch by generating a static magnetic field and a rotating magnetic field in the electromagnetic coil field coil.
この発明によれば、インバータ制御部によって電磁クラッチ用界磁用コイルに回転磁界を発生させることにより、プロペラ推進装置側の回転板を、超電導モータの回転子より高速で回転させることができる。 According to the present invention, by generating a rotating magnetic field in the electromagnetic clutch field coil by the inverter control unit, the propeller propulsion device-side rotating plate can be rotated at a higher speed than the rotor of the superconducting motor.
このことを利用して、高出力効率を得られる低回転領域で、電磁クラッチ用界磁用コイルに静止磁界を発生させて、プロペラと超電導モータを同期させ、かつ、高回転領域では電磁クラッチ用界磁用コイルに回転磁界を発生させて、超電導モータより高速でプロペラを回転させることができる。 Utilizing this, a static magnetic field is generated in the field coil for the electromagnetic clutch in the low rotation range where high output efficiency can be obtained, and the propeller and the superconducting motor are synchronized. By generating a rotating magnetic field in the field coil, the propeller can be rotated at a higher speed than the superconducting motor.
これにより、超電導モータの高出力効率の低回転領域を利用でき、かつ、船舶の航行に必要な高回転領域でプロペラを駆動することができる船舶用推進装置を得られる。 As a result, it is possible to obtain a marine vessel propulsion device that can use the low-rotation region with high output efficiency of the superconducting motor and can drive the propeller in the high-rotation region necessary for navigation of the vessel.
次に、本発明による船舶用推進装置の実施形態について以下に説明する。 Next, embodiments of the marine vessel propulsion device according to the present invention will be described below.
図1は、本発明の一実施形態による船舶用推進装置を示している。 FIG. 1 shows a marine propulsion device according to an embodiment of the present invention.
本実施形態による船舶用推進装置1は、いわゆるポッド型推進装置と呼ばれるものであって、船舶用推進装置1の全体が円筒状の容器(ポッド)に収納され、ポッドは船の本体の外側に配設されている。
The marine
以下の本実施形態の説明では、ポッド型推進装置を用いて説明するが、これは本発明をポッド型推進装置に限るものではない。以下の説明から明らかになるように、本発明は、船舶用推進装置をプロペラ推進装置と超電導モータとによって構成し、プロペラ推進装置と超電導モータを物理的に分離してその間の動力の伝達を超電導コイルを用いた電磁クラッチによって行うものであるので、ポッド型推進装置のみならず、船舶用推進装置を船内に設ける従来型の船舶用推進装置として構成することもできる。 In the following description of the present embodiment, a pod type propulsion device will be described, but this does not limit the present invention to a pod type propulsion device. As will be apparent from the following description, the present invention is configured such that a marine propulsion device is composed of a propeller propulsion device and a superconducting motor, and the propeller propulsion device and the superconducting motor are physically separated to transmit power between them. Since it is performed by an electromagnetic clutch using a coil, it can be configured not only as a pod type propulsion device but also as a conventional marine propulsion device provided with a marine propulsion device in a ship.
図1に示すように、船舶用推進装置1は、プロペラ推進装置2と超電導モータ3とからなる。
As shown in FIG. 1, the
超電導モータ3は、いわゆるラジアル型同期機と呼ばれるものであって、円筒状に超電導または常電導の電機子を配設した固定子4を有し、固定子4の電機子に対向するように固定子4の内側に超電導界磁を配設した回転子5とを有している。
The
回転子5の超電導界磁は、本実施形態においては、図1に示すように、トラック形状に超電導コイル6を巻いて形成され、回転子5の円筒状外表面に等間隔で配設されている。なお、本実施形態では回転子5の超電導界磁はコイルからなるが、バルクを使用することもできる。「超電導界磁」は超電導コイルおよび超電導バルク体を含む。
In this embodiment, the superconducting field of the
回転子5のプロペラ側には回転子端版7が設けられている。
A
回転子端板7には、超電導コイルからなり、電磁クラッチの片側をなす電磁クラッチ用界磁用コイル8が周方向に等間隔に設けられている。
The
回転子5の内部には、冷却材の流通路が形成されており、冷却材の流通路の末端には冷却装置9が接続されている。冷却装置9は、冷却材を冷却し、回転子5の内部に送給し、超電導コイル6を超伝導状態以下の温度に冷却する。なお、本実施形態では、冷却装置9によって冷却材を冷却し、冷却材の流通路を介して冷却材を送給して回転子を冷却するが、本発明はこれに限られず、冷却材の流通路を有さず、その代わりに固体の伝熱部材を回転子の内部に配し、冷却装置によって該伝熱部材を冷却することにより、回転子の超電導界磁を超電導状態に冷却するようにすることもできる。また、冷却材は液体であっても気体であってもよい。 本実施形態において、冷却装置9の冷却材は、電磁クラッチ用界磁用コイル8にも送給され、電磁クラッチ用界磁用コイル8を超伝導状態以下の温度に冷却する。
A coolant flow path is formed inside the
固定子4が超電導電機子である場合には、固定子4にも冷却材を送給する冷却装置が設けられる。 In the case where the stator 4 is a superconducting machine, a cooling device that supplies coolant to the stator 4 is also provided.
超電導モータ3は、固定子4と回転子5と電磁クラッチ用界磁用コイル8とを内包する超電導モータ側ケーシング10を備えている。
The
超電導モータ側ケーシング10は、水が浸入できないように、水密の構造を有している。さらに好ましくは、熱の進入を可能な限り少なくするために、超電導モータ側ケーシング10の内部は真空にすることができる。
Superconducting
プロペラ推進装置2は、前記超電導モータ3の回転子端板7とほぼ平行に対向配設された回転板11を有している。回転板11上には、電磁クラッチ用界磁用コイル8と対向するように複数の永久磁石12が配置されている。
The
電磁クラッチは、回転板11、永久磁石12、電磁クラッチ用界磁用コイル8、回転子端版7によって構成されている。
The electromagnetic clutch includes a
回転板11は、プロペラ回転軸13の内端部に固定されている。プロペラ回転軸13の先端部にはプロペラ14が固定されている。
The rotating
プロペラ14はハブ15を有し、ハブ15は、支持構造体16に回転可能に接続されている。
The
プロペラ推進装置2は、回転板11とその上に配置された永久磁石12とプロペラ回転軸の一部とを内包するプロペラ側ケーシング17を有している。
The
本実施形態では、プロペラ側ケーシング17は、プロペラ回転軸のシール部18と、シール部18より船内側のプロペラ回転軸13と、プロペラ回転軸支承部19と、回転板11と永久磁石12とを、水密に内包するように構成されている。
In the present embodiment, the propeller-
なお、超電導モータ3を水密に内包するように超電導モータ側ケーシング10のみを設け、プロペラ側ケーシング17は水密構造としない構成もあり得る。
Note that there may be a configuration in which only the superconducting
あるいは、図5に示すように、超電導モータ3を水密に内包するように超電導モータ側ケーシング10のみを設け、プロペラ側ケーシング17を設けない構成もあり得る。
Alternatively, as shown in FIG. 5, there may be a configuration in which only the superconducting
電磁クラッチをなす、回転板11と永久磁石12、および、電磁クラッチ用界磁用コイル8と回転子端版7の間には、少なくとも超電導モータ側ケーシング10の隔壁が存在している。
Between the
本実施形態の船舶用推進装置1は、さらに、電磁クラッチ用界磁用コイル8に、静止磁界および回転磁界を発生させ、電磁クラッチにより加速と減速の駆動制御を行うインバータ制御部20を備えている。
The marine
さて、以上の構成を有する船舶用推進装置1は以下のように作動し、以下の作用効果を奏することができる。
Now, the marine
船舶用推進装置1は、運航に先立って、冷却装置9を起動し、回転子5の超電導コイル6および電磁クラッチ用界磁用コイル8を、超電導状態を実現する温度以下の温度に十分に冷却する。
Prior to the operation, the
低回転領域では、インバータ制御部20により、電磁クラッチ用界磁用コイル8に静止磁界を発生させるように電流を制御する。
In the low rotation region, the
ここで、静止磁界とは、各電磁クラッチ用界磁用コイル8について固定の磁界を発生させ、磁極を変化させない磁界である。換言すると、回転子端板7に対して相対的に静止した磁界である。
Here, the static magnetic field is a magnetic field that generates a fixed magnetic field for each electromagnetic
電磁クラッチ用界磁用コイル8に静止磁界を発生させることにより、永久磁石12と回転板11は、電磁クラッチ用界磁用コイル8と回転子端版7の回転に同期し、低速で回転する。低回転領域では、超電導モータ3のトルクをフルに使用する。
By generating a static magnetic field in the electromagnetic
船速が高速になると、プロペラ14は高回転領域で回転させなければならない。
When the boat speed becomes high, the
高回転領域では、インバータ制御部20により、電磁クラッチ用界磁用コイル8に回転磁界を発生させるように電流を制御する。
In the high speed region, the
ここで回転磁界とは、回転子端版7の回転と同方向であって、回転子端版7の回転より高速で回転する磁界である。換言すると、回転子端板7に対して相対的に回転する磁界である。
Here, the rotating magnetic field is a magnetic field that is in the same direction as the rotation of the
電磁クラッチ用界磁用コイル8に回転磁界を発生させることにより、永久磁石12と回転板11は、電磁クラッチ用界磁用コイル8と回転子端版7に比して高速で回転する。
By generating a rotating magnetic field in the electromagnetic
本発明によれば、特別な変速機を要することなく、インバータ制御部20の制御により、低速から高速までの船速に対応して、プロペラ14を回転駆動することができる。
According to the present invention, the
図4は各種の電動機のモータ出力効率を比較したグラフである。 FIG. 4 is a graph comparing motor output efficiencies of various electric motors.
図4において、横軸はモータ出力(%)、縦軸はモータ出力効率(%)を示している。図4のグラフにおいて、実線は超電導界磁同期電動機、一点鎖線は永久磁石界磁同期電動機、二点鎖線は銅線等の常電導コイル界磁による巻線型同期電動機、点線は誘導電動機の各モータ出力(%)におけるモータ出力効率(%)を示している。 In FIG. 4, the horizontal axis represents motor output (%), and the vertical axis represents motor output efficiency (%). In the graph of FIG. 4, the solid line is a superconducting field synchronous motor, the alternate long and short dash line is a permanent magnet field synchronous motor, the alternate long and two short dashes line is a winding type synchronous motor using a normal conducting coil field such as a copper wire, and the dotted line is each motor of an induction motor. The motor output efficiency (%) at the output (%) is shown.
図4の点線で楕円に囲んで示すように、超電導界磁同期電動機は、モータ出力約30%以下の低回転領域で、永久磁石界磁同期電動機および巻線型同期電動機に比してモータ出力効率(%)が大幅に高い。すなわち、モータ出力約30%以下の低回転領域で、超電導界磁同期電動機を使用することにより、永久磁石界磁同期電動機や巻線型同期電動機を使用する場合に比して、大幅にモータ出力効率を改善できる。 As indicated by the dotted line in FIG. 4, the superconducting field synchronous motor has a motor output efficiency that is lower than that of the permanent magnet field synchronous motor and the wound synchronous motor in a low rotation region where the motor output is about 30% or less. (%) Is significantly higher. In other words, by using a superconducting field synchronous motor in a low rotation range where the motor output is about 30% or less, the motor output efficiency is significantly higher than when using a permanent magnet field synchronous motor or a wound synchronous motor. Can be improved.
本発明によれば、低速では電磁クラッチ用界磁用コイル8に静止磁界を発生させてプロペラと超電導モータの回転を同期させ、高速では電磁クラッチ用界磁用コイル8に回転磁界を発生させてプロペラを超電導モータより高速で回転させることにより、超電導モータの高出力効率の低回転領域を多用し、高効率の船舶推進を行うことができる。
According to the present invention, a static magnetic field is generated in the electromagnetic
そればかりか、超電導モータのメリットは低速大トルクにも拘わらず小型化小寸法小体格となることにあるが、本発明の電磁クラッチにも適用でき、従来製品には存在しなかった大トルク低速伝達の電磁クラッチの小型化を実現することができる
さらにまた、本発明によれば、超電導モータ3が超電導モータ側ケーシング10によって、水密に内包されているため、万一漏水があった場合に、超電導モータ3の機能を維持することができる。
In addition, the advantage of the superconducting motor is that it has a small size and small size despite its low speed and large torque, but it can also be applied to the electromagnetic clutch of the present invention and has a large torque and low speed that did not exist in conventional products. Further, according to the present invention, the
船舶用推進装置において、プロペラ14は船外で高速で回転するため、障害物に接触する可能性がある。
In the marine vessel propulsion device, the
プロペラ14が障害物に接触した場合、従来の船舶用推進装置では、プロペラ回転軸のシール部に大きな力がかかり、シール部を通って水が進入し、さらに超電導モータが水に浸かった場合は、超電導モータの機能が損なわれ、修復が困難なこともある。
When the
また、水の進入のみならず、プロペラ推進装置と超電導モータが直結されている場合には、プロペラが障害物に接触すると、その力が超電導モータに直接伝わって超電導モータの機能を損なわせることがある。 If the propeller propulsion unit and the superconducting motor are directly connected to each other as well as water, the propeller will contact the obstacle and the force will be transmitted directly to the superconducting motor, which may impair the function of the superconducting motor. is there.
これに対して、本発明は、プロペラ推進装置2と超電導モータ3が物理的に分離されているため、プロペラ14が障害物に接触した場合でも、超電導モータ3に大きな力がかかることがない。
On the other hand, in the present invention, since the
これによって、超電導モータ3を物理的な大きな力から守ることができる。
Thereby, the
また、本発明によれば、超電導モータ3が超電導モータ側ケーシング10に水密に格納されていることにより、水が進入した場合でも、超電導モータ3を浸水から保護することができる。
In addition, according to the present invention, the
特に、本実施形態のように、プロペラ側ケーシング17が、プロペラ回転軸のシール部18と、シール部18より船内側のプロペラ回転軸13と、プロペラ回転軸支承部19と、回転板11と永久磁石12とを、水密に内包する場合は、シール部18から水が進入した場合であっても、水はプロペラ側ケーシング17の内側に格納される。
In particular, as in the present embodiment, the propeller-
本発明によれば、プロペラが障害物に接触した場合では、超電導モータの機能が維持され、停船してプロペラの修復や取り替えの作業を行うことにより、船の運航を再開することができる。 According to the present invention, when the propeller comes into contact with an obstacle, the function of the superconducting motor is maintained, and the ship operation can be resumed by stopping the ship and performing repair and replacement work of the propeller.
本発明によれば、簡単な構造により、大きな動力を伝達することができる超電導電磁クラッチを実現することができる。 According to the present invention, a superconducting magnetic clutch capable of transmitting a large amount of power can be realized with a simple structure.
本発明は、電磁クラッチ用界磁用コイル8が超電導コイル6からなる回転子の端版7に設けられている。この構造により、回転子の超電導コイル6を冷却する冷却装置9、回転子内に設けられた冷却材流路や固体の伝熱部材、真空構造等を共用あるいは利用して、電磁クラッチの片側を超電導コイルにすることができる。これにより、電磁クラッチ用界磁用コイル8専用の冷却設備を設ける必要がなく、超電導コイルを電磁クラッチの界磁として使用でき、小型で大トルクを伝達可能な電磁クラッチを得ることができる。
In the present invention, the electromagnetic
電磁クラッチ用界磁用コイル8を超電導コイルとすることにより、常電導電機子あるいは永久磁石に比して、大きな動力を伝達することができる。さらに、伝達する動力に対して従来の製品に比して格段に小型化することができる。
By using the electromagnetic
図2は、図1に示した実施形態と異なるポッド型推進装置の構造を示している。 FIG. 2 shows a structure of a pod type propulsion apparatus different from the embodiment shown in FIG.
図1の船舶用推進装置1では、プロペラ14のハブ15が舵支持構造体16に支持される構造であったのに対して、図2のプロペラ14のハブ15は他の構造体によって支持されていない構造である。図2において、図1と同一部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
In the
本発明は、ポッド型推進装置ではない従来の船内型の船舶用推進装置に適用することができることはむろん、種々の構造の船舶用推進装置に適用することができ、図2はその一変形例を示したものである。 The present invention can be applied to a conventional marine propulsion device which is not a pod type propulsion device, and can be applied to marine propulsion devices having various structures. FIG. Is shown.
図3は、超電導モータをいわゆるアキシャル型同期機とした本発明の船舶用推進装置を示している。 FIG. 3 shows a marine vessel propulsion apparatus according to the present invention in which a superconducting motor is a so-called axial type synchronous machine.
図3において、船舶用推進装置21は、プロペラ推進装置22と超電導モータ23とからなる。
In FIG. 3, the marine
超電導モータ23は、超電導モータの回転軸に垂直な固定板24に超電導または常電導の電機子25を配設した固定子26と、固定子26と平行な回転板27に超電導界磁28を配設した回転子29を有している。
The
超電導モータ23は、回転子29の端板30に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイル31を有している。さらに、超電導モータ23は、固定子26と回転子29と電磁クラッチ用界磁用コイル31とを水密に内包する超電導モータ側ケーシング32を有している。
The
一方、プロペラ推進装置22は、超電導モータの回転子端板30とほぼ平行に対向配設された回転板33と、回転板33に接続されたプロペラ回転軸34と、プロペラ回転軸34の先端部に接続されたプロペラ35と、を有している。
On the other hand, the
回転板33には、電磁クラッチ用界磁用コイル31と対向するように、複数の永久磁石36が配設されている。
The rotating
さらに、プロペラ推進装置22は、回転板33とプロペラ回転軸34の一部とを内包するプロペラ側ケーシング37を有している。
Further, the
船舶用推進装置21は、インバータ制御部38を有している。
The marine
本実施形態のその他の構成は図1の実施形態と同様である。 Other configurations of the present embodiment are the same as those of the embodiment of FIG.
本実施形態によれば、プロペラ推進装置22と超電導モータ23が独立の構造を有し、プロペラ35が障害物に接触したときに力が直接超電導モータ23にかからず、超電導モータ23を外力から保護することができる、水が進入した場合に超電導モータ23が超電導モータ側ケーシング32によって水密に格納されていることにより超電導モータ23を浸水から保護することができる、超電導モータ23の冷却装置や冷却構造を利用することにより構造簡単な超電導電磁クラッチを実現することができる、インバータ制御部38に静止磁界や回転磁界を発生させることにより超電導同期電動機の高モータ出力効率の低回転領域を利用して高効率の船舶用推進装置を得ることができる等の作用効果は図1の実施形態の場合と同様である。
According to the present embodiment, the
それに加えて、本実施形態は、アキシャル型構造を有し、固定子26の固定板24と回転子29の回転板27の数を増加させることにより、進行方向に対して小さな断面積を有しつつ、大きな出力の船舶用推進装置21を得ることができる。
In addition, this embodiment has an axial structure, and has a small cross-sectional area with respect to the traveling direction by increasing the number of fixing
特に、ポッド型推進装置の場合、ポッドの進行方向に対する断面積がポッドの抵抗になるため、上述したように、進行方向に対して小さな断面積を有しつつ大きな出力を出すことができることは船舶用推進装置の性能上非常に好ましい。 In particular, in the case of a pod type propulsion device, since the cross-sectional area with respect to the traveling direction of the pod becomes the resistance of the pod, as described above, it is possible to provide a large output while having a small cross-sectional area with respect to the traveling direction. This is very preferable in terms of the performance of the propulsion device.
1 船舶用推進装置
2 プロペラ推進装置
3 超電導モータ
4 固定子
5 回転子
6 超電導コイル
7 回転子端版
8 電磁クラッチ用界磁用コイル
9 冷却装置
10 超電導モータ側ケーシング
11 回転板
12 永久磁石
13 プロペラ回転軸
14 プロペラ
15 ハブ
16 支持構造体
17 プロペラ側ケーシング
18 シール部
19 プロペラ回転軸支承部
20 インバータ制御部
21 船舶用推進装置
22 プロペラ推進装置
23 超電導モータ
24 固定板
25 電機子
26 固定子
27 回転板
28 超電導界磁
29 回転子
30 端板
31 電磁クラッチ用界磁用コイル
32 超電導モータ側ケーシング
33 回転板
34 プロペラ回転軸
35 プロペラ
36 永久磁石
37 プロペラ側ケーシング
38 インバータ制御部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記超電導モータは、円筒状に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子の電機子に対向してその内側に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、を有することを特徴とする船舶用推進装置。 In a marine propulsion device composed of a propeller propulsion device and a superconducting motor,
The superconducting motor includes a stator in which a superconducting or normal conducting armature is disposed in a cylindrical shape, a rotor in which a superconducting field is disposed inside the stator facing the armature of the stator, and the rotor An electromagnetic clutch field coil comprising a superconducting coil fixed to the end plate, and a superconducting motor side casing containing the stator, the rotor, and the electromagnetic clutch field coil in a watertight manner,
The propeller propulsion device has a plurality of permanent magnets disposed at positions facing the field coil for the electromagnetic clutch, and a rotation plate disposed substantially opposite to the rotor end plate of the superconducting motor. A marine propulsion device comprising: a propeller rotating shaft connected to the rotating plate; and a propeller connected to a tip end portion of the propeller rotating shaft.
前記超電導モータは、該超電導モータの回転軸に垂直な固定板に超電導または常電導の電機子を配設した固定子と、前記固定子と平行な回転板に超電導界磁を配設した回転子と、前記回転子の端板に固定された超電導コイルからなる電磁クラッチ用界磁用コイルと、前記固定子と回転子と電磁クラッチ用界磁用コイルとを水密に内包する超電導モータ側ケーシングと、を有し、
前記プロペラ推進装置は、前記電磁クラッチ用界磁用コイルと対向する位置に配設された複数の永久磁石を有し前記超電導モータの回転子端板とほぼ平行に対向配設された回転板と、前記回転板に接続されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸の先端部に接続されたプロペラと、を有することを特徴とする船舶用推進装置。 In a marine propulsion device composed of a propeller propulsion device and a superconducting motor,
The superconducting motor includes a stator in which a superconducting or normal conducting armature is disposed on a stationary plate perpendicular to the rotation axis of the superconducting motor, and a rotor in which a superconducting field is disposed on a rotating plate parallel to the stator. A field coil for an electromagnetic clutch comprising a superconducting coil fixed to the end plate of the rotor, and a superconducting motor side casing that watertightly contains the stator, the rotor, and the field coil for the electromagnetic clutch. Have
The propeller propulsion device has a plurality of permanent magnets disposed at positions facing the field coils for the electromagnetic clutch, and a rotating plate disposed substantially in parallel with a rotor end plate of the superconducting motor. A marine propulsion device comprising: a propeller rotating shaft connected to the rotating plate; and a propeller connected to a tip end portion of the propeller rotating shaft.
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