JP2018062275A - 水中推進装置および水中探査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、軽量化および低コスト化を図ることが可能な水中推進装置および水中探査装置を提供する。【解決手段】水中推進装置１は、水中探査装置の本体部に取り付けられ、本体部に推力を付与する水中推進装置であって、プロペラシャフト１１と、プロペラシャフト１１の先端部に設けられた複数枚のプロペラ翼１２とを有するプロペラ１０と、このプロペラ１０を回転駆動する複数の駆動部２０と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、水中推進装置、より詳しくは、プロペラ推進方式の水中推進装置、および、当該水中推進装置を利用して水中を航行する水中探査装置に関する。

従来、自律型無人潜水機（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＡＵＶ）や遠隔操作無人探査機（Ｒｅｍｏｔｅｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の水中探査装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この水中探査装置は、自律的に水中を航行し、搭載された種々のセンサにより、海洋生態系の観察や海底探査等を行う。水中探査装置では、同じ速度で長時間、水中で動き続けられることが重要である。

一般的に、プロペラ式の推進装置では、 薄くて長いプロペラ翼を有するプロペラを比較的ゆっくりと回転させることで、流体力学的に推進効率が向上する。したがって、小さなプロペラを高速で回転させるよりも、大きなプロペラをゆっくり回転させることが推進効率の観点から好ましい。

従来の水中探査装置用の水中推進装置では、特許文献１に記載のように、出力が大きい一つの電動機でプロペラを回転させる。また、電動機は、使用状態において水中に暴露されるため、耐水性および耐圧性が要求される。

特開２００９−９６３９６号公報

上記のように、従来、水中推進装置に用いられる電動機には、高出力だけでなく、耐水性および耐圧性も要求されるため、水中推進装置が高コストになってしまうという問題があった。さらに、大型で重い高出力の電動機を使用するため、水中推進装置のサイズおよび重量が大きくなるという問題もあった。

そこで、本発明は、小型化、軽量化および低コスト化を図ることが可能な水中推進装置および水中探査装置を提供することを目的とする。

本発明に係る水中推進装置は、
水中探査装置の本体部に取り付けられ、前記本体部に推力を付与する水中推進装置であって、
プロペラシャフトと、前記プロペラシャフトの先端部に設けられた複数枚のプロペラ翼とを有するプロペラと、
前記プロペラを回転駆動する複数の駆動部と、
を備えることを特徴とする。

また、前記水中推進装置において、
前記各駆動部は、前記プロペラシャフトの外周部に機械的に接続された回転部と、前記回転部を回転させる電動機とを有してもよい。

また、前記水中推進装置において、
前記各駆動部は、前記電動機を収容する容器を有してもよい。

また、前記水中推進装置において、
前記回転部は、前記水中推進装置の使用状態において水中に暴露されるようにしてもよい。

また、前記水中推進装置において、
前記プロペラシャフトが挿入され、前記プロペラシャフトを回転自在に支持する筒状の支持軸部をさらに備え、
前記回転部は、前記プロペラシャフトの周面に突設された円板部に機械的に接続されるようにしてもよい。

また、前記水中推進装置において、
前記プロペラシャフトは筒状であり、
前記プロペラシャフトに挿入され、前記プロペラシャフトを回転自在に支持する支持軸部をさらに備え、
前記回転部は、前記プロペラシャフトの周面に突設された円板部に機械的に接続されるようにしてもよい。

また、前記水中推進装置において、
前記プロペラシャフトは、同軸回転可能に構成された複数のシャフト構成部材を有し、前記各シャフト構成部材の先端部には少なくとも１枚のプロペラ翼が設けられるようにしてもよい。

前記各駆動部は、各々に対応する前記シャフト構成部材を回転駆動する
また、前記水中推進装置において、
前記プロペラシャフトは、筒状に形成された第１のシャフト構成部材と、前記第１のシャフト構成部材に挿通された第２のシャフト構成部材とを有してもよい。

また、前記水中推進装置において、
前記第１および第２のシャフト構成部材は、前記回転部に機械的に接続される円板部を有してもよい。

また、前記水中推進装置において、
前記プロペラシャフトは、永久磁石を有し、
前記各駆動部は、前記永久磁石に隣接するように設けられたコイルを有し、前記プロペラシャフトの長手方向に並設されているようにしてもよい。

本発明に係る水中探査装置は、
本体部と、
前記本体部の後尾部に取り付けられた本発明に係る水中推進装置と、
を備えることを特徴とする。

また、前記水中探査装置において、
前記複数の駆動部を収容するカバー部をさらに備えてもよい。

本発明によれば、小型化、軽量化および低コスト化を図ることが可能な水中推進装置および水中探査装置を提供することができる。

実施形態に係る水中探査装置の全体図である。 第１の実施形態に係る水中推進装置の分解斜視図である。 第１の実施形態に係る水中推進装置の一部断面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 第１の実施形態に係る水中推進装置の電気回路を示す図である。 第２の実施形態に係る水中推進装置の一部断面図である。 図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 第３の実施形態に係る水中推進装置の一部断面図である。 第４の実施形態に係る水中推進装置の一部断面図である。 第４の実施形態の変形例１に係る水中推進装置の一部断面図である。 第４の実施形態の変形例２に係る水中推進装置の一部断面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付す。

（水中探査装置）
図１を参照して、実施形態に係る水中探査装置１３０について説明する。水中探査装置１３０は、水中を自律的に航行し、海底等の探査を行う自律型無人潜水機（ＡＵＶ）である。なお、本発明に係る水中探査装置は、ＡＵＶに限定されず、例えば、遠隔操作により水中を航行する遠隔操作無人探査機（ＲＯＶ）でもよい。

図１に示すように、水中探査装置１３０は、魚雷形状の本体部１３１と、水中推進装置１とを備えている。水中推進装置１は、本体部１３１の後尾部１３１ａに取り付けられており、本体部１３１に推力を付与する。本体部１３１のサイズは、例えば、全長約４．５ｍ、直径約６０ｃｍである。なお、本体部１３１内部は水で満たされている。上記の水中探査装置１３０は均圧型であるが、本発明に係る水中探査装置はこれに限られるものではなく、耐圧型であってもよい。

本体部１３１の形状は、魚雷形状に限らず、例えば、円筒形状、卵形状、直方体形状、角柱形状、円錐形状もしくは角錐形状等の形状、またはそれらの形状の任意の組み合わせの形状であってもよい。

また、図１に示すように、水中探査装置１３０は、後尾部１３１ａに取り付けられたカバー部１５０をさらに備えている。このカバー部１５０は、先細の筒状であり、駆動部２０（後述）を収容する。カバー部１５０は、水中探査装置１３０の流体抵抗を減らすように、本体部１３１と滑らかに繋がる形状を有する。なお、図１では、プロペラ翼１２は、カバー部１５０から露出しているが、カバー部１５０内に収容されてもよい。

なお、カバー部１５０に吸水口１５１が設けられてもよい。これにより、水中探査装置１３０が水中を航行する際にカバー部１５０内部に水が取り込まれ、水中推進装置１を効率良く冷却することができる。

本体部１３１の内部には、観測目的や観測対象に応じた各種のセンサ・測定装置、制御部１３９およびバッテリシステム１４０等が収容される。

センサ・測定装置として、ドップラ式速度計（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｌｏｇ：ＤＶＬ）１３５、ジャイロコンパス１３６、深度計（図示していない）が設けられている。なお、ジャイロコンパス１３６の代わりに、姿勢方位センサまたは慣性航法装置が設けられてもよい。また、図１に示すように、本体部１３１の先頭部分に、マルチビームソーナー（Ｍｕｌｔｉ−ｂｅａｍ ｓｏｎａｒ）１３４が設けられてもよい。

通信装置として、本体部１３１に、音波通信トランスデューサ１３７および無線通信アンテナ１３８を設けてもよい。無線通信アンテナ１３８として、ＧＰＳ信号を受信することが可能なものを用いてもよい。

図１に示すように、本体部１３１の先頭部分に、水中探査装置１３０の引き上げの際に使用するホイストリング（ｈｏｉｓｔ ｒｉｎｇ）１４１を設けてもよい。また、本体部１３１の中央上部に、ホイスト（Ｔｏｐ−ｍｉｄｄｌｅ ｈｏｉｓｔ ｐｏｉｎｔ）１４２を設けてもよい。

本体部１３１の外面には、後述のパワーケーブル４５および制御ケーブル４６と接続するための防水コネクタ（図示せず）が設けられている。

また、本体部１３１の後部には、図１に示すように、Ｘ舵（昇降舵、方向舵）１４３が設けられている。

制御部１３９は、コンピュータ等の電子システムを含み、各種センサ・測定装置を制御する。この制御部１３９は水中推進装置１の制御も行う。

バッテリシステム１４０は、バッテリと、当該バッテリを管理するためのバッテリ管理ユニット（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ：ＢＭＵ）とを有する。バッテリは、例えば、二次電池（リチウムイオン電池等）または燃料電池である。バッテリが供給する電力により、水中推進装置１のほか、上記の各種センサ、測定装置、通信装置および制御部等が動作する。

次に、水中推進装置に係る第１〜第４の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図２〜図５を参照して、第１の実施形態に係る水中推進装置１について説明する。

第１の実施形態に係る水中推進装置１は、プロペラ１０と、このプロペラ１０を回転駆動する複数の駆動部２０と、プロペラ１０を回転自在に支持する支持軸部３０と、制御基板４１や各種ケーブル等を収納する収納ボックス４０とを備えている。

プロペラ１０は、プロペラシャフト１１と、このプロペラシャフト１１の先端部に設けられた複数枚のプロペラ翼１２とを有する。プロペラ１０は、例えば金属（アルミニウム、ステンレスなど）からなる。

なお、本実施形態では、プロペラ翼１２の数は４枚であるが、これに限定されるものではない。また、本実施形態では、プロペラ１０は固定ピッチプロペラであるが、他の種類のプロペラ（例えば二重反転プロペラ、可変ピッチプロペラ）であってもよい。

また、図２〜図４に示すように、プロペラシャフト１１の周面には円板部１３が突設されている。この円板部１３の回転軸はプロペラシャフト１１の回転軸と同じである。本実施形態では、円板部１３は、外周に凹凸が設けられており、歯車として構成されている。

各駆動部２０は、プロペラシャフト１１に機械的に接続された回転部２１と、回転部２１を回転させる電動機２２と、電動機２２を収容する容器２３とを有する。駆動部２０は、回転部２１を介してプロペラ１０を回転駆動する。

回転部２１は、電動機２２の回転軸２２ａに接続されており、電動機２２により回転される。本実施形態では、回転部２１は、外周に凹凸が設けられた歯車として構成されている。なお、回転部２１は、遊星歯車機構等の変速機構を含んでもよい。また、回転部２１は、防錆等の観点から、樹脂（例えば、塩化ビニール）製であることが好ましい。

回転部２１は、プロペラシャフト１１の外周部に機械的に接続されている。本実施形態では、回転部２１は、円板部１３と歯合することで、プロペラシャフト１１に機械的に接続されている。なお、回転部２１とプロペラシャフト１１は、ベルト機構またはチェーン機構により機械的に接続されてもよいし、あるいは、回転部２１および円板部１３の各々の外周にゴム等の摩擦材を設けることにより機械的に接続されてもよい。

図３に示すように、回転部２１は、水中推進装置１の使用状態において、水中に暴露される。これにより、プロペラシャフト１１と回転部２１の接続部分を効率的に冷却することができるとともに、水を潤滑剤として利用することができる。また、回転部２１を収容する容器が不要であるため、水中推進装置１の小型化および低コスト化を図ることができる。

複数の電動機２２は、各々の容器２３内に収容されている。容器２３内に収容された電動機２２は、ネジ等により収納ボックス４０に固定されている。

複数の電動機２２が回転部２１を同じ回転速度で回転させ、それによりプロペラ１０は回転駆動される。図４に示すように、各電動機２２は、プロペラシャフト１１の外周に配置されている。好ましくは、各電動機２２はプロペラシャフト１１に対して対称に配置される。

電動機２２は、本体部１３１内のバッテリから供給される直流電力で動作する直流モータである。図５に示すように、各電動機２２は、パワーケーブル４５を介して、本体部１３１のバッテリから電力が供給される。各電動機２２は、制御基板４１からの制御信号により制御される。制御基板４１は、制御ケーブル４６により本体部１３１の制御部１３９に接続されている。パワーケーブル４５と制御ケーブル４６は一本のケーブルにまとめられてもよい。

なお、電動機２２は、直流モータに限定されず、例えば、交流モータあるいはエアモータであってもよい。交流モータの場合、バッテリの直流電力をインバータ（図示せず）により変換した交流電力が電動機２２に供給される。

複数の電動機２２の出力はそれぞれ、ほぼ等しい。例えば、プロペラ１０を回すのに１ｋＷの出力が必要とされる場合、本実施形態では４個の電動機を使用するので、電動機２２として出力が約２５０Ｗのものを使用する。このように水中推進装置１では、複数の電動機２２間で負荷分散が図られ、各電動機２２の出力は抑制される。このため、比較的小型で安価な電動機を用いることができる。

なお、本実施形態では、４個の電動機２２によりプロペラ１０を回転させるが、電動機の数はこれに限らず、２個、３個または５個以上であってもよい。

容器２３は、電動機２２を収容する均圧容器であり、内部が絶縁油で満たされている。なお、浅海用の場合は容器２３として耐圧容器を用いてもよい。前述のように電動機２２として比較的小型のものが使用可能であるため、容器２３も小型のものを使用することが可能となる。これにより、容器２３として安価なものを使用することができる。

支持軸部３０は、プロペラシャフト１１を回転自在に支持する。図３に示すように、支持軸部３０は筒状の部材であって、プロペラシャフト１１が支持軸部３０に挿入される。

プロペラシャフト１１と支持軸部３０の間には、プロペラシャフト１１を軸支する軸受け部３３が設けられている。この軸受け部３３は、防錆や割れ防止の観点から、樹脂製（例えばテフロン（登録商標））であることが好ましい。その他、軸受け部３３はセラミック製であってもよい。

支持軸部３０の周面には貫通孔（図示せず）が設けられている。このため、使用状態では、左右の軸受け部３３と、プロペラシャフト１１と、支持軸部３０とで画成される空間が周囲の水で満たされる。これにより、支持軸部３０とプロペラシャフト１１との接続部分等を効率的に冷却することができるとともに、水を潤滑剤として利用することができる。

また、図２および図３に示すように、支持軸部３０にはフランジ部３１および３２が設けられている。支持軸部３０およびフランジ部３１，３２は、一体的に形成されており、金属製（例えばアルミ製、ステンレス製、チタン製）である。

フランジ部３１は収納ボックス４０を固定するためのものであり、フランジ部３２は水中推進装置１を本体部１３１に固定するためのものである。図１に示すように、フランジ部３１および３２には、孔３１ａおよび３２ａがそれぞれ設けられている。孔３１ａには、収納ボックス４０を固定するためのネジ（図示せず）が挿通される。孔３２ａには、水中推進装置１を本体部１３１の後尾部１３１ａに固定するためのネジ（図示せず）が挿通される。

収納ボックス４０は、図２および図３に示すように、中心孔が設けられた環状の容器であり、フランジ部３１に固定されている。収納ボックス４０の中心孔に支持軸部３０が挿通される。収納ボックス４０には、電動機２２を制御するための制御基板４１、および各種ケーブル（電力供給線、通信線など）が収納される。

上記のように、水中推進装置１では、複数の駆動部２０により一つのプロペラ１０を回転駆動する。換言すれば、水中推進装置１では、複数の駆動部２０間で負荷分散を行う。このため、各駆動部２０の電動機２２として、小型軽量で安価なものを使用することができる。また、電動機２２の小型化に合わせて、電動機２２を収容する容器２３も小型化できるとともに、安価なものを使用することができるようになる。よって、本実施形態によれば、水中推進装置の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができる。

さらに、水中推進装置１では複数の駆動部２０で一つのプロペラ１０を回転駆動するため、例えば一個の電動機２２が故障しても、残りの電動機２２により推力がなくなってしまうことを回避することができる。よって、本実施形態によれば、水中推進装置の耐久性および信頼性を向上させることができる。

また、水中推進装置１を用いることで、水中探査装置１３０の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができるともに、耐久性および信頼性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
次に、図６および図７を参照して、第２の実施形態に係る水中推進装置１Ａについて説明する。第１の実施形態との相違点の一つは、プロペラシャフトの構成である。第１の実施形態ではプロペラシャフトは中実の棒状部材であったが、第２の実施形態では、プロペラシャフトが筒状に形成されており、支持軸部がプロペラシャフトに挿入される。以下、第１の実施形態との相違点を中心に第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態に係る水中推進装置１Ａは、プロペラ１０Ａと、このプロペラ１０Ａを回転駆動する複数の駆動部２０と、プロペラ１０Ａを回転自在に支持する支持軸部３０Ａと、収納ボックス４０とを備えている。

プロペラ１０Ａは、筒状のプロペラシャフト１１Ａと、このプロペラシャフト１１Ａの先端部に設けられた複数枚のプロペラ翼１２とを有する。

また、図６および図７に示すように、プロペラシャフト１１Ａの周面には、円板部１３Ａが突設されている。円板部１３Ａの回転軸はプロペラシャフト１１Ａの回転軸と同じである。本実施形態では、円板部１３Ａは、外周に凹凸が設けられており、歯車として構成されている。

支持軸部３０Ａは、プロペラシャフト１１Ａを回転自在に支持する。支持軸部３０Ａは、図６に示すように、中実の棒状部材であって、筒状のプロペラシャフト１１Ａに挿入されている。

プロペラシャフト１１Ａの周面には貫通孔（図示せず）が設けられている。このため、使用状態では、左右の軸受け部３３と、プロペラシャフト１１Ａと、支持軸部３０Ａとで画成される空間が周囲の水で満たされる。これにより、プロペラシャフト１１Ａと軸受け部３３の接続部分等を効率的に冷却することができるとともに、水を潤滑剤として利用することができる。

回転部２１は、プロペラシャフト１１Ａの外周部に機械的に接続されている。本実施形態では、回転部２１は、外周に凹凸が設けられた歯車として構成されている。回転部２１は、円板部１３Ａと歯合することで、プロペラシャフト１１Ａに機械的に接続される。なお、回転部２１とプロペラシャフト１１Ａは、ベルト機構またはチェーン機構により機械的に接続されてもよいし、あるいは、回転部２１および円板部１３Ａの各々の外周にゴム等の摩擦材を設けることにより機械的に接続されてもよい。

複数の電動機２２が各々の回転部２１を回転させ、それによりプロペラ１０Ａは回転駆動される。なお、図７に示すように、各電動機２２は、プロペラシャフト１１Ａの外周に配置されている。

上記のように、水中推進装置１Ａでは、複数の駆動部２０により一つのプロペラ１０Ａを回転駆動する。このため、第１の実施形態と同様に、水中推進装置の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができるとともに、水中推進装置の耐久性および信頼性を向上させることができる。

（第３の実施形態）
次に、図８を参照して、第３の実施形態に係る水中推進装置１Ｂについて説明する。第１および第２の実施形態との相違点の一つは、プロペラシャフトの構成である。第１および第２の実施形態では、プロペラシャフトが一つの部材から構成されていたが、第３の実施形態では、プロペラシャフトが、同軸回転可能に構成された複数のシャフト構成部材から構成される。以下、第１および第２の実施形態との相違点を中心に第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態に係る水中推進装置１Ｂは、プロペラ１０Ｂと、このプロペラ１０Ｂを回転駆動する複数の駆動部２０と、プロペラ１０Ｂを回転自在に支持する支持軸部３０と、収納ボックス４０とを備えている。なお、図８では、支持軸部３０および収納ボックス４０は省略している。

回転部２１は、プロペラシャフト１１Ｂの外周部に機械的に接続されている。本実施形態では、回転部２１は、外周に凹凸が設けられた歯車として構成されている。回転部２１は、後述の円板部１７または１８と歯合することで、プロペラシャフト１１Ｂに機械的に接続される。なお、回転部２１とプロペラシャフト１１Ｂは、ベルト機構またはチェーン機構により機械的に接続されてもよいし、あるいは、回転部２１および円板部１７（または１８）の各々の外周にゴム等の摩擦材を設けることにより機械的に接続されてもよい。

プロペラ１０Ｂは、プロペラシャフト１１Ｂと、このプロペラシャフト１１Ｂの先端部に設けられた複数枚のプロペラ翼１２とを有する。

プロペラシャフト１１Ｂは、同軸回転可能に構成されたシャフト構成部材１５（第１のシャフト構成部材）およびシャフト構成部材１６（第２のシャフト構成部材）を有する。本実施形態では、シャフト構成部材１５は筒状部材であり、シャフト構成部材１６は中実の棒状部材である。そして、シャフト構成部材１６が筒状のシャフト構成部材１５に挿通されている。シャフト構成部材１５とシャフト構成部材１６の間には、軸受け部３４が設けられている。

シャフト構成部材１５および１６は、それぞれ、回転部２１に機械的に接続される円板部１７および１８を有する。円板部１７および１８の回転軸は、プロペラシャフト１１Ｂの回転軸と同じである。本実施形態では、円板部１７および１８は、外周に凹凸が設けられており、歯車として構成されている。

シャフト構成部材１５の周面には貫通孔（図示せず）が設けられていてもよい。この場合、使用状態では、シャフト構成部材１５とシャフト構成部材１６との間の空間が周囲の水で満たされる。これにより、シャフト構成部材１５とシャフト構成部材１６との接続部分等を効率的に冷却することができるとともに、水を潤滑剤として利用することができる。

シャフト構成部材１５および１６の先端部には、それぞれ１枚のプロペラ翼１２が設けられている。なお、各シャフト構成部材に２枚以上のプロペラ翼を設けてもよい。すなわち、シャフト構成部材の先端部には少なくとも１枚のプロペラ翼が設けられる。

図８では、シャフト構成部材１５に設けられたプロペラ翼１２と、シャフト構成部材１６に設けられたプロペラ翼１２とで、プロペラシャフト１１Ｂの軸方向位置（すなわち、取り付け位置）が異なっている。これに限らず、各プロペラ翼１２の軸方向位置を揃えてもよい。例えば、筒状のシャフト構成部材１５の先端部に切り欠きを設け、この切り欠きにシャフト構成部材１６のプロペラ翼１２の付け根部分を収容することで各プロペラ翼１２の軸方向位置を同じにすることができる。

なお、シャフト構成部材の数は２つに限らず、３つ以上であってもよい。すなわち、３つ以上のシャフト構成部材が同軸回転可能に組み合わされてプロペラシャフトを構成してもよい。

各電動機２２は、プロペラシャフト１１Ｂの外周に配置されている。複数の電動機２２が各々の回転部２１を回転させ、それによりプロペラ１０Ｂ（シャフト構成部材１５および１６）は回転駆動される。

より詳しくは、各駆動部２０は、各々に対応するシャフト構成部材１５，１６を回転駆動する。すなわち、図８においてプロペラシャフト１１Ｂの上側にある駆動部２０の電動機２２は、シャフト構成部材１６を回転駆動する。プロペラシャフト１１Ｂの下側にある駆動部２０の電動機２２は、シャフト構成部材１５を回転駆動する。これによりプロペラ１０Ｂは回転駆動される。各プロペラ翼１２の回転速度が同じになるように、円板部１７，１８の直径等を考慮して、各電動機２２の回転速度を制御する。

なお、ホールセンサまたはレゾルバ等で電動機２２の角度を検出することで、プロペラ翼１２間の角度を制御してもよい。プロペラ翼１２が２枚の場合は、プロペラ翼１２間の角度が１８０°になるように電動機２２を制御してもよい。また、プロペラ翼１２が４枚の場合は、プロペラ翼１２間の角度が９０°になるように電動機２２を制御してもよい。

上記のように、水中推進装置１Ｂでは、複数の駆動部２０が、各々に対応づけられたシャフト構成部材を回転させることで、プロペラ１０Ｂを回転駆動する。このため、第１および第２の実施形態と同様に、水中推進装置の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができるとともに、水中推進装置の耐久性および信頼性を向上させることができる。

（第４の実施形態）
次に、図９を参照して、第４の実施形態に係る水中推進装置１Ｃについて説明する。第１〜第３の実施形態との相違点の一つは、プロペラシャフトと駆動部が機械的に接続されていない点である。第４の実施形態では、永久磁石が設けられたプロペラシャフトが、ダイレクトドライブ方式の電動機における回転子のように直接駆動される。以下、第１〜第３の実施形態との相違点を中心に第４の実施形態について説明する。

第４の実施形態に係る水中推進装置１Ｃは、プロペラ１０Ｃと、このプロペラ１０Ｃを回転駆動する複数の駆動部６０と、プロペラ１０Ｃを回転自在に支持する支持軸部３０と、収納ボックス４０とを備えている。なお、図９では、支持軸部３０および収納ボックス４０は省略している。

プロペラ１０Ｃは、プロペラシャフト１１Ｃと、このプロペラシャフト１１Ｃの先端部に設けられた複数枚のプロペラ翼１２とを有する。プロペラシャフト１１Ｃは、永久磁石５０を有する。この永久磁石５０は、図９に示すように、プロペラシャフト１１Ｃの周面を覆う円筒状の磁石である。

各駆動部６０は、永久磁石５０に隣接するように設けられたコイルを有する。より詳しくは、各駆動部６０は、図９に示すように、プロペラシャフト１１Ｃを囲繞するように設けられた環状のコイルを有する。これらのコイルに半導体スイッチにより生成された所定波形の電流を流すことで、プロペラシャフト１１Ｃが回転駆動される。すなわち、本実施形態では、駆動部６０が固定子として、プロペラシャフト１１Ｃが回転子として機能するブラシレスモータが構成されるといえる。

なお、各駆動部６０のコイルは均圧容器に収容される。この場合、容器内を絶縁油で満たすか、ポッティング剤で封止する。また、浅海用の場合は、耐圧容器を用いてもよい。

図９に示すように、各駆動部６０は、プロペラシャフト１１Ｃの長手方向に並設されている。これにより、駆動部６０のコイルの径を抑制しつつ所定の出力を得ることができる。その結果、水中推進装置１Ｃが本体部１３１に取り付けられた際に水中探査装置１３０の径が水中推進装置の部分で大きくなることを防止し、水中探査装置１３０の流体抵抗を小さくすることができる。

複数の駆動部６０がプロペラシャフト１１Ｃを直接回転させ、それによりプロペラ１０Ｃは回転駆動される。

上記のように、水中推進装置１Ｃでは、複数の駆動部６０により一つのプロペラ１０Ｃを回転駆動する。このため、第４の実施形態によれば、第１〜第３の実施形態と同様に、水中推進装置の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができるとともに、水中推進装置の耐久性および信頼性を向上させることができる。さらに、第４の実施形態によれば、水中推進装置の静音性やメンテナンス性を向上させることができる。

以下、第４の実施形態の変形例１および２について説明する。いずれの変形例の場合も、第４の実施形態の上記効果を奏する。

＜変形例１＞
本変形例に係る水中推進装置１Ｃでは、図１０に示すように、プロペラシャフト１１Ｃに傘部１９が設けられている。そして、永久磁石５０は、プロペラシャフト１１Ｃの周面ではなく、傘部１９の内周面に設けられている。

＜変形例２＞
本変形例に係る水中推進装置１Ｃでは、図１１に示すように、プロペラシャフト１１Ｃに複数の円板部１４が長手方向に沿って設けられている。各円板部１４には、永久磁石５０が設けられている。そして、駆動部６０が円板部１４に相対するように配置されている。なお、永久磁石５０は環状のものであってもよいし、あるいは、扇形等の形状を有する複数の磁石を円板部１４に設けてもよい。

上記変形例１および２のような構成によっても、複数の駆動部６０がプロペラシャフト１１Ｃを直接回転させて、プロペラ１０Ｃを回転駆動することが可能である。その他、第２の実施形態で説明したプロペラシャフト１１Ａのように、支持軸部に回転自在に設けられた筒状のプロペラシャフトがダイレクトドライブ方式により回転駆動されるようにしてもよい。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 水中推進装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ プロペラ
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ プロペラシャフト
１２ プロペラ翼
１３，１３Ａ，１４ 円板部
１５，１６ シャフト構成部材
１７，１８ 円板部
１９ 傘部
２０，６０ 駆動部
２１ 回転部
２２ 電動機
２３ 容器
３０，３０Ａ 支持軸部
３１，３２ フランジ部
３１ａ，３２ａ 孔
３３，３４ 軸受け部
４０ 収納ボックス
４１ 制御基板
４５ パワーケーブル
４６ 制御ケーブル
５０ 永久磁石
１３０ 水中探査装置
１３１ 本体部
１３４ マルチビームソーナー
１３５ ドップラ式速度計（ＤＶＬ）
１３６ ジャイロコンパス
１３７ 音波通信トランスデューサ
１３８ 無線通信アンテナ
１３９ 制御部
１４０ バッテリシステム
１４１，４２ ホイストリング
１４３ Ｘ舵
１５０ カバー部
１５１ 吸水口
Ｂ バッテリ
Ｃ 中心軸

Claims (12)

1. 水中探査装置の本体部に取り付けられ、前記本体部に推力を付与する水中推進装置であって、
   プロペラシャフトと、前記プロペラシャフトの先端部に設けられた複数枚のプロペラ翼とを有するプロペラと、
   前記プロペラを回転駆動する複数の駆動部と、
   を備えることを特徴とする水中推進装置。
2. 前記各駆動部は、前記プロペラシャフトの外周部に機械的に接続された回転部と、前記回転部を回転させる電動機とを有することを特徴とする請求項１に記載の水中推進装置。
3. 前記各駆動部は、前記電動機を収容する容器を有することを特徴とする請求項２に記載の水中推進装置。
4. 前記回転部は、前記水中推進装置の使用状態において水中に暴露されることを特徴とする請求項２に記載の水中推進装置。
5. 前記プロペラシャフトが挿入され、前記プロペラシャフトを回転自在に支持する筒状の支持軸部をさらに備え、
   前記回転部は、前記プロペラシャフトの周面に突設された円板部に機械的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の水中推進装置。
6. 前記プロペラシャフトは筒状であり、
   前記プロペラシャフトに挿入され、前記プロペラシャフトを回転自在に支持する支持軸部をさらに備え、
   前記回転部は、前記プロペラシャフトの周面に突設された円板部に機械的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の水中推進装置。
7. 前記プロペラシャフトは、同軸回転可能に構成された複数のシャフト構成部材を有し、前記各シャフト構成部材の先端部には少なくとも１枚のプロペラ翼が設けられ、
   前記各駆動部は、各々に対応する前記シャフト構成部材を回転駆動することを特徴とする請求項２に記載の水中推進装置。
8. 前記プロペラシャフトは、筒状に形成された第１のシャフト構成部材と、前記第１のシャフト構成部材に挿通された第２のシャフト構成部材とを有することを特徴とする請求項７に記載の水中推進装置。
9. 前記第１および第２のシャフト構成部材は、前記回転部に機械的に接続される円板部を有することを特徴とする請求項８に記載の水中推進装置。
10. 前記プロペラシャフトは、永久磁石を有し、
    前記各駆動部は、前記永久磁石に隣接するように設けられたコイルを有し、前記プロペラシャフトの長手方向に並設されていることを特徴とする請求項１に記載の水中推進装置。
11. 本体部と、
    前記本体部の後尾部に取り付けられた請求項１〜１０のいずれかに記載の水中推進装置と、
    を備えることを特徴とする水中探査装置。
12. 前記複数の駆動部を収容するカバー部をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の水中探査装置。

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