JP2015524771A - Ring propeller with forward skew - Google Patents

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Abstract

スラスタ用リングプロペラ（１２）が記載される。リングプロペラ（１２）は、リング（１５）と、中央要素（１６）と、前記中央要素（１６）と前記リング（１８）間に延在し、且つ、それぞれに取り付けられる少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）を備えている。前記少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）は、フォワードスキューを備え、前記少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）の前記リーディングエッジプロファイル（１９）は、前記リングプロペラ（１２）の回転軸Ａと直交する断面に対して、Ｓ形状を有している。A thruster ring propeller (12) is described. The ring propeller (12) includes at least one propeller blade (15), a central element (16), and between and attached to the central element (16) and the ring (18). 18). The at least one propeller blade (18) has a forward skew, and the leading edge profile (19) of the at least one propeller blade (18) is in a cross section perpendicular to the rotational axis A of the ring propeller (12). On the other hand, it has an S shape.

Description

本発明は、永久磁石モータ（permanent magnet motor）によって駆動するリングプロペラを備えるリングプロペラ及びスラスタ（thruster）に関する。   The present invention relates to a ring propeller and a thruster comprising a ring propeller driven by a permanent magnet motor.

永久磁石モータの手段によって駆動するリングプロペラを有するこの型のスラスタは、様々な種類の船舶に採用されている。しかしながら、公知の永久磁石駆動式リングプロペラは、スキュー（回転方向に羽を傾斜させる（skew））を大きくしないように設計されている。   This type of thruster with a ring propeller driven by means of a permanent magnet motor is employed in various types of ships. However, known permanent magnet driven ring propellers are designed so as not to increase the skew (skew).

永久磁石モータによって駆動するリングプロペラを有する本発明に係るスラスタは、公知のスラスタよりも効率の良い永久磁石駆動式スラスタを提供することを目的とする。   The thruster according to the present invention having a ring propeller driven by a permanent magnet motor is intended to provide a permanent magnet driven thruster that is more efficient than known thrusters.

本発明のもう一つの目的は、キャビテーションの始まり及びキャビテーションの範囲を良好に制御できるリングプロペラを有する永久磁石駆動式スラスタを提供することである。   Another object of the present invention is to provide a permanent magnet driven thruster having a ring propeller that can better control the onset of cavitation and the range of cavitation.

これらの目的は、請求項１に示すようなリングプロペラ、請求項７に示すようなスラスタ及び請求項８に示すようなリングプロペラを適用することで達成される。リングプロペラのさらなる実施形態を請求項２−６に示す。   These objects are achieved by applying a ring propeller as shown in claim 1, a thruster as shown in claim 7, and a ring propeller as shown in claim 8. Further embodiments of the ring propeller are shown in claims 2-6.

リングプロペラは、スラスタに備えられている。リングプロペラは、リングと、中央要素と、中央要素とリングの間に延在し、中央要素とリングに取り付けられた、少なくとも一つのプロペラ羽根（propeller blade）を備えている。プロペラ羽根は、リーディングエッジプロファイル（プロペラ羽根の前縁の側面部分（leading edge profile））とトレーリングエッジプロファイル（プロペラ羽根の後縁の側面（trailing edge profile））を有し、フォワードスキュー（プロペラの正回転方向に羽を傾斜させる（forward skew））を備えている。さらに、少なくとも一つのプロペラ羽根のリーディングエッジプロファイルは、リングプロペラの回転軸と直交する断面に対してＳ形状を有している。また、少なくとも一つのプロペラ羽根のトレーリングエッジプロファイルは、リングプロペラの回転軸と直交する断面に対してＳ形状を有しても良い。少なくとも一つのプロペラ羽根のリーディングエッジプロファイル及び／又はトレーリングエッジプロファイルと、少なくとも一つのプロペラ羽根のフォワードスキューとの組み合わせは、良好なキャビテーション（cavitation）状態、即ち、キャビテーションを低減できる状態を与えている。   The ring propeller is provided in the thruster. The ring propeller includes a ring, a central element, and at least one propeller blade extending between the central element and the ring and attached to the central element and the ring. The propeller blade has a leading edge profile (leading edge profile of the propeller blade) and a trailing edge profile (trailing edge profile), and a forward skew (propeller blade profile). (Forward skew) in the forward rotation direction. Furthermore, the leading edge profile of at least one propeller blade has an S shape with respect to a cross section orthogonal to the rotation axis of the ring propeller. Further, the trailing edge profile of at least one propeller blade may have an S shape with respect to a cross section perpendicular to the rotation axis of the ring propeller. The combination of the leading edge profile and / or trailing edge profile of at least one propeller blade and the forward skew of at least one propeller blade provides a good cavitation state, i.e. a state where cavitation can be reduced. .

リーディングエッジは、リングプロペラの回転軸と直交する断面方向に対してリーディングエッジプロファイルを有している。相応して、プロペラ羽根のトレーリングエッジプロファイルのエッジ（edge）は、当然、前記プロペラ羽根の反対側のエッジとなり、当該トレーリングエッジプロファイルは前記リングプロペラの回転軸と直交する断面方向から見たトレーリングエッジプロファイルとなる。リングプロペラ羽根がフォワードスキューを有しているという事は、プロペラの先端がプロペラの正回転方向に傾斜し他状態でリングに取り付けられていることを意味している。その結果、羽根の最先端部が、速度切り替えの際、最初にゾーン（zone）と接触する。プロペラ羽根のフォワードスキューと関連して、スキュー角（skew angle）が定義できる。プロペラ羽根の中央翼弦線（centre cord line）／スキューライン（skew line）がリングプロペラを包含するリングと出会う点から回転軸を結んだ直線と、プロペラ羽根の中央翼弦線上の点と回転軸の接線を満たす点を結んだ線の間を測定し、リングプロペラの回転軸と直交する断面方向に対してスキュー角は、最も大きな角度である。プロペラ羽根の中央翼弦線と本発明のリングプロペラのスキュー角を添付の図面に示している。   The leading edge has a leading edge profile with respect to a cross-sectional direction orthogonal to the rotation axis of the ring propeller. Correspondingly, the edge of the trailing edge profile of the propeller blade is naturally the opposite edge of the propeller blade, and the trailing edge profile is viewed from a cross-sectional direction orthogonal to the rotation axis of the ring propeller. It becomes a trailing edge profile. The fact that the ring propeller blade has a forward skew means that the tip of the propeller is inclined in the forward rotation direction of the propeller and is attached to the ring in another state. As a result, the leading edge of the blade first contacts the zone when switching speed. In connection with the forward skew of the propeller blades, a skew angle can be defined. A straight line connecting the rotation axis from the point where the center chord line / skew line of the propeller blade meets the ring containing the ring propeller, and the point and rotation axis on the central chord line of the propeller blade The skew angle is the largest angle with respect to the cross-sectional direction perpendicular to the rotation axis of the ring propeller. The center chord line of the propeller blade and the skew angle of the ring propeller of the present invention are shown in the accompanying drawings.

Ｓ形状リーディングエッジプロファイルのリングとの接続点部分に凹形状（concave shape）を有しても良い。実際にこれは、リーディングエッジプロファイルとリングプロペラを包含するリングとの接続点における接線と、前記包含するリングとの同じ接続点における接線は、０°より大きく９０°よりも小さな角度を形成できることが可能になることを意味する。   The connecting point portion with the ring of the S-shaped leading edge profile may have a concave shape. In practice, this means that the tangent at the connection point between the leading edge profile and the ring containing the ring propeller and the tangent at the same connection point with the containing ring can form an angle greater than 0 ° and less than 90 °. It means that it will be possible.

本発明の一実施形態では、Ｓ形状トレーリングエッジプロファイルのリングとの接続点部分に凹形状（concave shape）を有しても良い。前述と同様に、トレーリングエッジプロファイルとリングプロペラを包含するリングとの接続点における接線と、前記包含するリングとの同じ接続点における接線は、０°より大きく９０°よりも小さな角度を形成できることが可能になることを意味する。   In one embodiment of the present invention, the connecting point portion with the ring of the S-shaped trailing edge profile may have a concave shape. As before, the tangent at the connection point between the trailing edge profile and the ring containing the ring propeller and the tangent at the same connection point with the containing ring can form an angle greater than 0 ° and less than 90 °. Means that it will be possible.

羽根を強化するには、プロペラリングとの移行部分の羽根を裾広がりになるように（フィレット（fillet））厚みを付けるのが好ましい。羽根の外端部（プロペラリングとの移行部分）を凹形状にすれば、スリムなフィレットになり、プロペラの外端部は、流体力学的に優れた条件が得られる。   In order to strengthen the blades, it is preferable to add a thickness so that the blades at the transition portion with the propeller ring are widened (fillet). If the outer end portion of the blade (the transition portion with the propeller ring) has a concave shape, a slim fillet is obtained, and the outer end portion of the propeller has excellent hydrodynamic conditions.

本発明の実施形態では、リングプロペラがスラスタに取り付けられている時、永久磁石が永久磁石モータの一部を形成するようにリングプロペラは、永久磁石を備えておくのが好ましい。   In an embodiment of the present invention, the ring propeller preferably comprises a permanent magnet so that the permanent magnet forms part of the permanent magnet motor when the ring propeller is attached to the thruster.

さらに、スラスタは、リングプロペラと永久磁石モータを有するように備えても良い。スラスタは、前述したリングプロペラと、リングプロペラのリングを囲うスラスタハウジングを備え、また、永久磁石モータの固定子巻線も備えている。従って、永久磁石モータは、リングプロペラを駆動するために設けられている。スラスタのリングプロペラは、前述したように設計するのが好ましく、さらに船舶に使用するのが好ましい。   Further, the thruster may be provided with a ring propeller and a permanent magnet motor. The thruster includes the above-described ring propeller, a thruster housing surrounding the ring of the ring propeller, and also includes a stator winding of a permanent magnet motor. Therefore, the permanent magnet motor is provided to drive the ring propeller. The thruster ring propeller is preferably designed as described above, and more preferably used in ships.

以下、非限定的な実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明を説明する。   The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings illustrating non-limiting embodiments.

本発明のリングプロペラの回転軸Ａと直交するスラスタとリングプロペラの断面図を示している。The cross section of the thruster and ring propeller which are orthogonal to the rotation axis A of the ring propeller of the present invention is shown. 前述と同様の図を示しているが、リングにおけるリーディングエッジプロファイルとトレーリングエッジプロファイルの間の角度をそれぞれ示している。The same figure as before is shown, but the angle between the leading edge profile and the trailing edge profile in the ring is shown respectively.

図１は本発明のスラスタ１０を示している。スラスタ１０は、スラスタハウジング１３と、スラスタハウジング１３に取り付けられ、回転軸Ａの周りに回転可能なリングプロペラ１２を備えている。リングプロペラ１２は、リング１５と中央要素（centre element）１６を備えている。リング１５と中央要素１６との間に複数のプロペラ羽根１８が設けられ、中央要素１６とリング１５に取り付けられるのが好ましい。従って、リングプロペラ１２は、固定ピッチを有するプロペラ羽根１８と一体(monoblock)になる。スラスタ１０は、船舶に取り付けられるように配置されている（図示せず）。この目的のためにスラスタ１０は、取り付け要素（attachment element）１７を設けておくのが良く、これによって、スラスタ１０は船舶に、例えば、ネジ止めや、ボルト止めや溶接ができるようになる。   FIG. 1 shows a thruster 10 of the present invention. The thruster 10 includes a thruster housing 13 and a ring propeller 12 that is attached to the thruster housing 13 and is rotatable around a rotation axis A. The ring propeller 12 includes a ring 15 and a center element 16. A plurality of propeller blades 18 are preferably provided between the ring 15 and the central element 16 and attached to the central element 16 and the ring 15. Accordingly, the ring propeller 12 is monoblock with the propeller blades 18 having a fixed pitch. The thruster 10 is arrange | positioned so that it may be attached to a ship (not shown). For this purpose, the thruster 10 may be provided with an attachment element 17 so that the thruster 10 can be screwed, bolted or welded to the ship, for example.

さらに、リングプロペラ１２は、永久磁石（図示せず）を備え、永久磁石は、リング１５に取り付けておくのが好ましい。スラスタハウジング１３に固定子巻線（図示せず）を同様に設ければ、永久磁石モータによってリングプロペラを駆動できる。永久磁石モータ用の電力は、例えば、取り付け要素１７を介して供給しても良い。   Further, the ring propeller 12 preferably includes a permanent magnet (not shown), and the permanent magnet is preferably attached to the ring 15. If a stator winding (not shown) is similarly provided in the thruster housing 13, the ring propeller can be driven by a permanent magnet motor. The power for the permanent magnet motor may be supplied, for example, via the mounting element 17.

図１に示すようにプロペラ羽根１８は、リングプロペラ１２の回転軸Ａと直交する断面に対して、リーディングエッジプロファイル１９と、トレーリングエッジプロファイル２０を有している。図１に示すようにリングプロペラ１２の回転方向Ｒと関連付けて、リーディングエッジプロファイル１９とトレーリングエッジプロファイル２０を定義できる。   As shown in FIG. 1, the propeller blade 18 has a leading edge profile 19 and a trailing edge profile 20 with respect to a cross section orthogonal to the rotation axis A of the ring propeller 12. As shown in FIG. 1, a leading edge profile 19 and a trailing edge profile 20 can be defined in association with the rotation direction R of the ring propeller 12.

プロペラ羽根１８は、中央要素１６から点２７まで延びる仮想の中心翼弦線（centre chord line）２４を有し、その中心線がリング１５と交差している。中心翼弦線２４は、プロペラ羽根１８上のリーディングエッジプロファイル１９とトレーリングエッジプロファイル２０から同じ距離に設けられた仮想線（imaginary line）である。   The propeller blade 18 has a virtual center chord line 24 extending from the central element 16 to the point 27, and the center line intersects the ring 15. The center chord line 24 is an imaginary line provided at the same distance from the leading edge profile 19 and the trailing edge profile 20 on the propeller blade 18.

図に示すように、プロペラは、フォワードスキューを有するように設計されており、即ち、プロペラ羽根１８は、プロペラの正回転方向Ｒに傾斜しており、その結果、羽根の外端部が、速度切り替えの際、最初にゾーンと接触する。フォワードスキューの角度は、スキュー角Ｖの手段によって、表すことが可能である。スキュー角Ｖは、中心線２４と交差する回転軸Ａと点２７の間を通る第１のライン２５と、回転軸Ａと点２８の間を通る第２のライン２６の間のリング１５の内周において、最大角度を形成している。プロペラ羽根のフォワードスキューの角度によって、中心線上の点２８の位置が変わることがある。図１の中で中心線２４上の点２８において最大角度を示す、即ち、スキュー角Ｖは、中央要素１６の真ん中にある。その他の設計では、中央要素１６とリング１５の間の中心線上の任意の位置に点２８を設けても良い。プロペラ羽根１８の先端は、全推力の小さな一部を占めるだけなので、このようにフォワードスキューをリングプロペラ１２と共に設ければ、リングプロペラ１２は、キャビテーション特性を向上させることが可能になる。   As shown in the figure, the propeller is designed to have a forward skew, i.e., the propeller blade 18 is tilted in the forward rotation direction R of the propeller, so that the outer end of the blade is at speed. When switching, first contact the zone. The forward skew angle can be expressed by means of the skew angle V. The skew angle V is within the ring 15 between the first line 25 passing between the rotation axis A and the point 27 intersecting the center line 24 and the second line 26 passing between the rotation axis A and the point 28. The maximum angle is formed in the circumference. The position of the point 28 on the center line may change depending on the forward skew angle of the propeller blade. In FIG. 1, the maximum angle is shown at point 28 on the centerline 24, ie the skew angle V is in the middle of the central element 16. In other designs, the point 28 may be provided at any position on the center line between the central element 16 and the ring 15. Since the tip of the propeller blade 18 only occupies a small part of the total thrust, if the forward skew is provided together with the ring propeller 12 in this way, the ring propeller 12 can improve the cavitation characteristics.

図に示すように、プロペラ羽根１８のリーディングエッジプロファイル１９は、わずかにＳ形状に設計されている。この手段によって、プロペラ羽根１８のリング１５との移行部分をスリムに設計することが可能になり、良好な流体力学的な効果を得ると共に十分な強度も確保することが可能になる。さらにトレーリングエッジプロファイルにおいても、図に示すように、わずかにＳ形状に設計しても良い。   As shown in the figure, the leading edge profile 19 of the propeller blade 18 is designed to be slightly S-shaped. By this means, it is possible to design the transition portion of the propeller blade 18 with the ring 15 to be slim, and it is possible to obtain a good hydrodynamic effect and ensure sufficient strength. Further, the trailing edge profile may be designed to be slightly S-shaped as shown in the figure.

プロペラ羽根のリーディングエッジプロファイル１９とリング１５間の移行部分は、プロペラ羽根１８を凹形状にするのが好ましい。これは、図２に詳細に示す通り、 プロペラ羽根のリーディングエッジプロファイル１９における接続点３７との接線３０と、リング１５における接続点３７との接線３１が記載されている。プロペラ羽根１８が凹面状の形状を有しているので、リング上の開き角度３５（接線３０と接線３１の間の角度）は、９０°よりも小さく０°よりも大きくなる。   The transition between the leading edge profile 19 of the propeller blade and the ring 15 preferably makes the propeller blade 18 concave. As shown in detail in FIG. 2, a tangent line 30 to the connection point 37 in the leading edge profile 19 of the propeller blade and a tangent line 31 to the connection point 37 in the ring 15 are described. Since the propeller blade 18 has a concave shape, the opening angle 35 on the ring (the angle between the tangent line 30 and the tangent line 31) is smaller than 90 ° and larger than 0 °.

同様に、プロペラ羽根のトレーリングエッジプロファイル２０とリング１５間の移行部分は、プロペラ羽根１８を凹形状にするのが好ましい。これも、図２に詳細に示す通り、プロペラ羽根のトレーリングエッジプロファイル２０における接続点３８との接線３２と、リング１５の接続点３８との接線３３が記載されている。プロペラ羽根１８が凹面状の形状を有しているので、リング上の開き角度３６（接線３２と接線３３の間の角度）は、９０°よりも小さく０°よりも大きくなる。   Similarly, the transition between the trailing edge profile 20 of the propeller blade and the ring 15 preferably makes the propeller blade 18 concave. Also, as shown in detail in FIG. 2, a tangent line 32 to the connection point 38 in the trailing edge profile 20 of the propeller blade and a tangent line 33 to the connection point 38 of the ring 15 are described. Since the propeller blade 18 has a concave shape, the opening angle 36 on the ring (the angle between the tangent line 32 and the tangent line 33) is smaller than 90 ° and larger than 0 °.

１０ スラスタ
１２ リングプロペラ
１３ スラスタハウジング
１５ リング
１６ 中央要素
１８ プロペラ羽根
１９ リーディングエッジプロファイル
２０ トレーリングエッジプロファイル
２４ 中心翼弦線（中心線）
２５ 第１のライン
２６ 第２のライン
２７，２８ 点
３０，３１，３２，３３ 接線
３５，３６ 角度
３７，３８ 接続点
Ａ 回転軸
Ｒ 正回転方向
Ｖ スキュー角 10 Thruster 12 Ring propeller 13 Thruster housing 15 Ring 16 Center element 18 Propeller blade 19 Leading edge profile 20 Trailing edge profile 24 Center chord line (center line)
25 First line 26 Second line 27, 28 Points 30, 31, 32, 33 Tangent lines 35, 36 Angle 37, 38 Connection point A Rotating axis R Forward rotation direction V Skew angle

Claims (8)

リング（１５）と、中央要素（centre element）（１６）と、前記中央要素（１６）と前記リング（１５）間に延在し、且つ、それぞれに取り付けられる少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）を備えるスラスタ（１０）用リングプロペラ（１２）であって、
前記リングプロペラ（１２）の回転軸Ａと直交する断面に対して、リーディングエッジプロファイル(leading edge profile)（１９）とトレーリングエッジプロファイル（trailing edge profile）（２０）を少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）は備えており、
前記少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）は、フォワードスキュー（forward skew）を備え、さらに、前記少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）の前記リーディングエッジプロファイルは、Ｓ形状を有していることを特徴とするリングプロペラ。 A ring (15), a central element (16), and at least one propeller blade (18) extending between and attached to the central element (16) and the ring (15). A ring propeller (12) for a thruster (10) comprising:
A leading edge profile (19) and a trailing edge profile (20) are connected to at least one propeller blade (18) with respect to a cross section orthogonal to the rotation axis A of the ring propeller (12). )
The at least one propeller blade (18) has a forward skew, and the leading edge profile of the at least one propeller blade (18) has an S shape. Ring propeller. 前記リングプロペラ（１２）の回転軸Ａと直交する断面に対して、前記少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）の前記トレーリングエッジプロファイル（２０）は、Ｓ形状を有していることを特徴とする請求項１に記載のリングプロペラ。   The trailing edge profile (20) of the at least one propeller blade (18) has an S shape with respect to a cross section orthogonal to the rotational axis A of the ring propeller (12). The ring propeller according to claim 1. 前記リング１５との前記リーディングエッジの接続点（３７）におけるプロペラ羽根１８部分において、前記Ｓ形状のリーディングエッジプロファイルを有する少なくとも一つのプロペラ羽根は、凹形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のリングプロペラ。   At least one propeller blade having the S-shaped leading edge profile has a concave shape in a portion of the propeller blade at a connecting point (37) of the leading edge with the ring. Item 3. The ring propeller according to Item 1 or 2. 前記リング１５との前記トレーリングエッジの接続点（３８）におけるプロペラ羽根１８部分において、前記Ｓ形状のトレーリングエッジプロファイル（２０）を有する少なくとも一つのプロペラ羽根は、凹形状を有していることを特徴とする請求項２乃至３のいずれか１項に記載のリングプロペラ。   At the propeller blade 18 portion at the connecting edge (38) of the trailing edge with the ring 15, at least one propeller blade having the S-shaped trailing edge profile (20) has a concave shape. The ring propeller according to any one of claims 2 to 3, wherein: 前記リングプロペラ（１２）が前記スラスタ（１０）に取り付けられ、前記永久磁石が永久磁石モータの一部を形成している場合、前記永久磁石は前記リングプロペラのリング（１５）に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリングプロペラ。   When the ring propeller (12) is attached to the thruster (10) and the permanent magnet forms part of a permanent magnet motor, the permanent magnet is provided on the ring propeller ring (15). The ring propeller according to any one of claims 1 to 4, wherein the ring propeller is provided. 前記リングプロペラ（１２）は、固定ピッチ（fixed pitch）を有する前記プロペラ羽根（１８）と一体になっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリングプロペラ。   The ring propeller according to any one of claims 1 to 5, wherein the ring propeller (12) is integrated with the propeller blades (18) having a fixed pitch. リングプロペラ（１２）と、永久磁石モータを備えるスラスタ（１０）であって、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリングプロペラ（１２）と、前記リングプロペラ（１２）のリング（１５）を囲うスラスタハウジング（１３）と、永久磁石モータの固定子巻線を備えていることを特徴とするスラスタ。 A thruster (10) comprising a ring propeller (12) and a permanent magnet motor,
A ring propeller (12) according to any one of claims 1 to 6, a thruster housing (13) surrounding a ring (15) of the ring propeller (12), and a stator winding of a permanent magnet motor. A thruster characterized by 船舶のスラスタ（１０）で使用する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリングプロペラ（１２）は、永久磁石モータによって駆動することを特徴とするリングプロペラ。   The ring propeller (12) according to any one of claims 1 to 6, which is used in a marine thruster (10), is driven by a permanent magnet motor.
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