JP2022176581A - Propulsion unit and fluid machine - Google Patents

Propulsion unit and fluid machine Download PDF

Info

Publication number
JP2022176581A
JP2022176581A JP2021083087A JP2021083087A JP2022176581A JP 2022176581 A JP2022176581 A JP 2022176581A JP 2021083087 A JP2021083087 A JP 2021083087A JP 2021083087 A JP2021083087 A JP 2021083087A JP 2022176581 A JP2022176581 A JP 2022176581A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
propeller
electric motor
propulsion device
heat engine
shroud
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021083087A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
健彦 西田
Takehiko Nishida
茂樹 妹尾
Shigeki Senoo
真一 磯部
Shinichi Isobe
航 山田
Wataru Yamada
卓慶 山田
Takayoshi Yamada
晃 三上
Akira Mikami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2021083087A priority Critical patent/JP2022176581A/en
Priority to PCT/JP2022/005896 priority patent/WO2022244347A1/en
Publication of JP2022176581A publication Critical patent/JP2022176581A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63CLAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63CLAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/48Means for searching for underwater objects
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/14Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven relating to internal-combustion engines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Abstract

To provide a propulsion device and a fluid machine with further improved efficiency.SOLUTION: A propulsion device includes: an airframe extending in the axial direction; a first propeller capable of rotating around an axis; a second propeller provided on downstream side of the first propeller capable of rotating around an axis; an electric motor for rotating and driving one of the first propeller and the second propeller; and a heat engine for rotating and driving the other one of the first propeller and the second propeller.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、推進装置、及び流体機械に関する。 The present disclosure relates to propulsion devices and fluid machinery.

水中を航行する機械に搭載される推進装置として、例えば下記特許文献1に記載されたものが知られている。下記特許文献1に係る装置は、ガスタービンで駆動する発電機と、この発電機が発生させた電力によって駆動する電動モータと、発電した電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、を備えている。 2. Description of the Related Art As a propulsion device mounted on a machine that travels in water, for example, one described in Patent Document 1 below is known. A device according to Patent Document 1 below includes a generator driven by a gas turbine, an electric motor driven by the power generated by the generator, and an electric power storage device for storing the generated power.

ガスタービンは常に高出力域で運転されて発電機を駆動する。発電した電力は、電動モータ、及び電力貯蔵装置へ供給される。電力貯蔵装置が所要の最大充電量に達するとガスタービンを停止するとされている。また、電動モータによって1つのみのプロペラが回転駆動される。 The gas turbine is always operated in the high power range to drive the generator. The generated power is supplied to the electric motor and the power storage device. The gas turbine is supposed to shut down when the power storage device reaches the required maximum charge. Also, only one propeller is rotationally driven by the electric motor.

特開2013-35297号公報JP 2013-35297 A

しかしながら、上記特許文献1に係る構成では、ガスタービンの動力を発電機で電力に変換する際にエネルギーの損失が発生してしまう。また、電動モータのみによってプロペラの駆動力を賄う必要があることから、当該電動モータが大型化してしまう。その結果、推進装置の効率が損なわれる虞がある。 However, in the configuration according to Patent Document 1, energy loss occurs when the power of the gas turbine is converted into electric power by the generator. In addition, since the driving force of the propeller must be provided only by the electric motor, the size of the electric motor is increased. As a result, the efficiency of the propulsion system may be impaired.

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、効率がさらに向上した推進装置、及び流体機械を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a propulsion device and a fluid machine with further improved efficiency.

上記課題を解決するために、本開示に係る推進装置は、軸線方向に延びる機体と、前記機体を外周側から囲うように設けられて、前記機体との間に流路を形成するシュラウドと、前記流路に設けられて、前記軸線回りに回転可能な第一プロペラと、前記流路における前記第一プロペラよりも下流側に設けられて前記軸線回りに回転可能な第二プロペラと、前記シュラウド内に設けられて前記第一プロペラ及び前記第二プロペラの一方を回転駆動する電動モータと、前記機体に設けられて前記第一プロペラ及び前記第二プロペラの他方を回転駆動する熱機関と、を備える。 In order to solve the above problems, a propulsion device according to the present disclosure includes a body extending in an axial direction, a shroud provided so as to surround the body from the outer peripheral side and forming a flow path between the body and the body, A first propeller provided in the flow path and rotatable about the axis, a second propeller provided downstream of the first propeller in the flow path and rotatable about the axis, and the shroud. an electric motor provided inside to rotationally drive one of the first propeller and the second propeller, and a heat engine provided in the airframe to rotationally drive the other of the first propeller and the second propeller Prepare.

本開示によれば、効率がさらに向上した推進装置、及び流体機械を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a propulsion device and a fluid machine with further improved efficiency.

本開示の実施形態に係る推進装置、及び水中航走体(流体機械)の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the configuration of a propulsion device and an underwater vehicle (fluid machine) according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 燃料電池システム及び燃機関の効率特性の一例を示すグラフである。4 is a graph showing an example of efficiency characteristics of a fuel cell system and a combustion engine; 電動モータ及び熱機関の効率特性を示すグラフである。4 is a graph showing efficiency characteristics of an electric motor and a heat engine;

(水中航走体の構成)
以下、本開示の実施形態に係る水中航走体100(流体機械)について、図1を参照して説明する。図1に示すように、水中航走体100は、航走体本体80(流体機械本体)と、推進装置90と、を備えている。航走体本体80は、軸線Oに沿って延びる耐圧性容器によって構成されている。航走体本体80内には、例えば水中航走に必要な各種機器、電源、通信設備、センサ等が収容されている。
(Construction of Underwater Vehicle)
An underwater vehicle 100 (fluid machine) according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 1 , the underwater vehicle 100 includes a vehicle main body 80 (fluid machine main body) and a propulsion device 90 . The cruising vehicle main body 80 is configured by a pressure-resistant container extending along the axis O. As shown in FIG. Various devices, power supply, communication equipment, sensors, etc. required for underwater navigation are accommodated in the main body 80 of the cruising vehicle.

(推進装置の構成)
推進装置90は、航走体本体80の後部に一体に取り付けられている。推進装置90は、水中航走体100を水中で推進させるための装置である。推進装置90は、機体1と、シュラウド2と、第一プロペラ3と、第二プロペラ4と、電動モータ5と、熱機関6と、変速機7と、インバータ8と、バッテリー9と、第一軸受部10と、第二軸受部11と、回転軸71と、制御部200と、を有している。
(Configuration of propulsion device)
The propulsion device 90 is integrally attached to the rear portion of the vehicle body 80 . The propulsion device 90 is a device for propelling the underwater vehicle 100 underwater. The propulsion device 90 includes a fuselage 1, a shroud 2, a first propeller 3, a second propeller 4, an electric motor 5, a heat engine 6, a transmission 7, an inverter 8, a battery 9, and a first It has a bearing portion 10 , a second bearing portion 11 , a rotating shaft 71 , and a control portion 200 .

(機体の構成)
機体1は、航走体本体80に一体に設けられている。機体1は、航走体本体80の一部であってもよい。機体1は軸線Oに沿って延びている。本実施形態の機体1は、軸線O方向一方側(以下、「上流側」と称する」)から軸線O方向他方側(以下、「下流側」と称する)に向かうにしたがって縮径する円錐台形状をなしている。
(Aircraft configuration)
The fuselage 1 is provided integrally with the cruising vehicle main body 80 . The fuselage 1 may be part of the cruising vehicle main body 80 . The fuselage 1 extends along an axis O. The fuselage 1 of the present embodiment has a truncated cone shape whose diameter decreases from one side in the direction of the axis O (hereinafter referred to as the "upstream side") toward the other side in the direction of the axis O (hereinafter referred to as the "downstream side"). is making

(シュラウドの構成)
シュラウド2は、機体1を外側から覆う筒状をなしている。シュラウド2は、軸線Oを含む断面視で、翼型の断面形状を有している。本実施形態では、シュラウド2は、上流側から下流側に向かうに従って次第に縮径している。なお、シュラウド2の形状は航走体本体80の形状に対応させて種々に変更することが可能である。
(Shroud configuration)
The shroud 2 has a tubular shape that covers the airframe 1 from the outside. The shroud 2 has an airfoil cross-sectional shape in a cross-sectional view including the axis O. As shown in FIG. In this embodiment, the shroud 2 gradually decreases in diameter from upstream to downstream. It should be noted that the shape of the shroud 2 can be changed in various ways to correspond to the shape of the main body 80 of the cruising vehicle.

シュラウド2は、機体1に対して複数のストラット2aによって固定されている。ストラット2aは、機体1から径方向外側に向かって延びている。ストラット2aは、周方向に間隔をあけて複数配置されている。また、ストラット2aは、径方向外側に向かうに従って下流側に向かって斜めに延びている。ストラット2aの径方向外側の端部は、シュラウド2の上流側の端部近傍に固定されている。シュラウド2と機体1との間の空間は、水が流通する流路Fとされている。 The shroud 2 is fixed to the fuselage 1 by a plurality of struts 2a. The strut 2a extends radially outward from the fuselage 1 . A plurality of struts 2a are arranged at intervals in the circumferential direction. Moreover, the strut 2a extends obliquely toward the downstream side as it goes radially outward. A radially outer end of the strut 2 a is fixed near the upstream end of the shroud 2 . A space between the shroud 2 and the fuselage 1 is a flow path F through which water flows.

(第一プロペラの構成)
第一プロペラ3は、内周側リング31と、第一羽根32と、を有している。内周側リング31は、軸線Oを中心とする円環状をなしている。内周側リング31は、機体1の外周面に設けられた第一軸受部10によって軸線O回りに回転可能に支持されている。第一軸受部10は、上流側スラスト軸受10aと、下流側スラスト軸受10bと、ジャーナル軸受10cと、を有している。上流側スラスト軸受10aは、内周側リング31に上流側から対向することで上流側に向かうスラスト荷重(軸線O方向の荷重)を負担する。下流側スラスト軸受10bは、内周側リング31に下流側から対向することで下流側に向かうスラスト荷重を負担する。ジャーナル軸受10cは、内周側リング31に対して径方向内側から対向することで径方向の荷重を負担する。
(Configuration of first propeller)
The first propeller 3 has an inner ring 31 and first blades 32 . The inner peripheral ring 31 has an annular shape centered on the axis O. As shown in FIG. The inner peripheral ring 31 is rotatably supported around the axis O by a first bearing portion 10 provided on the outer peripheral surface of the body 1 . The first bearing portion 10 has an upstream thrust bearing 10a, a downstream thrust bearing 10b, and a journal bearing 10c. The upstream thrust bearing 10a faces the inner peripheral ring 31 from the upstream side, thereby bearing the thrust load directed toward the upstream side (the load in the direction of the axis O). The downstream thrust bearing 10b faces the inner peripheral ring 31 from the downstream side, thereby bearing the downstream thrust load. The journal bearing 10c bears a radial load by facing the inner peripheral ring 31 from the radially inner side.

内周側リング31の外周面は、下流側に向かうに従って次第に縮径することでテーパ状をなしている。したがって、機体1の外周面と内周側リング31の外周面とは実質的に面一となっている。内周側リング31の外周面には、第一羽根32が設けられている。第一羽根32は、内周側リング31から径方向外側に向かって延びるとともに、周方向に間隔をあけて複数配列されている。これら第一羽根32は、内周側リング31とともに軸線O回りに回転駆動されることで下流側に向かう推進力を発生させる。 The outer peripheral surface of the inner peripheral ring 31 is tapered by gradually decreasing in diameter toward the downstream side. Therefore, the outer peripheral surface of the fuselage 1 and the outer peripheral surface of the inner peripheral ring 31 are substantially flush with each other. A first blade 32 is provided on the outer peripheral surface of the inner peripheral ring 31 . The first blades 32 extend radially outward from the inner ring 31 and are arranged in plurality at intervals in the circumferential direction. These first blades 32 are rotationally driven about the axis O together with the inner ring 31 to generate propulsive force toward the downstream side.

(電動モータの構成)
電動モータ5は、第一プロペラ3を回転駆動するための装置である。電動モータ5は、シュラウド2の内部に設けられている。つまり、この電動モータ5は外周駆動モータである。電動モータ5は、シュラウド2の内周面に形成された凹部に収容されている。電動モータ5は、シュラウド2側に固定されたステータ51と、第一羽根32の径方向外側の端部に固定されたロータ52と、を有している。ステータ51は複数のコイルを有し、ロータ52は永久磁石を有している。このうち、ステータ51にはバッテリー9の電力がインバータ8を介して供給される。これらバッテリー9、及びインバータ8は機体1の内部に収容されている。
(Configuration of electric motor)
The electric motor 5 is a device for rotating the first propeller 3 . The electric motor 5 is provided inside the shroud 2 . That is, this electric motor 5 is an outer circumference drive motor. The electric motor 5 is housed in a recess formed in the inner peripheral surface of the shroud 2 . The electric motor 5 has a stator 51 fixed to the shroud 2 side and a rotor 52 fixed to the radial outer end of the first blade 32 . The stator 51 has a plurality of coils and the rotor 52 has permanent magnets. Electric power of the battery 9 is supplied to the stator 51 through the inverter 8 . These battery 9 and inverter 8 are housed inside the body 1 .

(第二プロペラの構成)
第二プロペラ4は、機体1の下流側の端部に軸線Oを回転軸として設けられている。つまり、第二プロペラ4は第一プロペラ3よりも下流側に位置している。また、第二プロペラ4の回転方向は、第一プロペラ3の回転方向とは反対である。つまり、これら第一プロペラ3と第二プロペラ4は二重反転プロペラを構成している。
(Configuration of second propeller)
The second propeller 4 is provided at the downstream end of the airframe 1 with the axis O as the rotation axis. That is, the second propeller 4 is located downstream of the first propeller 3 . Also, the direction of rotation of the second propeller 4 is opposite to the direction of rotation of the first propeller 3 . That is, the first propeller 3 and the second propeller 4 constitute contra-rotating propellers.

第二プロペラ4は、ボス部41と、第二羽根42と、を有している。ボス部41は、軸線Oを中心とする円盤状をなしている。第二羽根42は、ボス部41の外周面から径方向外側に向かって延びるとともに周方向に間隔をあけて複数配列されている。上述のようにシュラウド2が下流側に向かうに従って縮径していることから、第二羽根42の径方向の寸法は、第一羽根32の径方向の寸法よりも小さく設定されている。 The second propeller 4 has a boss portion 41 and second blades 42 . The boss portion 41 has a disc shape centered on the axis O. As shown in FIG. The second blades 42 extend radially outward from the outer peripheral surface of the boss portion 41 and are arranged in plurality at intervals in the circumferential direction. Since the shroud 2 decreases in diameter toward the downstream side as described above, the radial dimension of the second blade 42 is set smaller than the radial dimension of the first blade 32 .

ボス部41の中心(つまり、軸線Oの位置)には、回転軸71が取り付けられている。回転軸71は、軸線Oに沿って延びる棒状をなしている。回転軸71は、機体1の下流側の端部に設けられた第二軸受部11によって軸線O回りに回転可能に支持されている。第二軸受部11はジャーナル軸受である。 A rotating shaft 71 is attached to the center of the boss portion 41 (that is, the position of the axis O). The rotating shaft 71 has a rod shape extending along the axis O. As shown in FIG. The rotary shaft 71 is rotatably supported around the axis O by a second bearing portion 11 provided at the downstream end of the body 1 . The second bearing portion 11 is a journal bearing.

(熱機関、変速機の構成)
熱機関6は、第二プロペラ4を回転駆動するための装置である。熱機関6として具体的にはガスタービンが好適に用いられる。熱機関6は、タンク61から供給された燃料によって駆動する。熱機関6の回転駆動力はまず変速機7に伝達される。変速機7には、上記の回転軸71の上流側の端部が接続されている。変速機7は、回転軸71の回転数を調節するための装置である。なお、変速機7を設けず、熱機関6のみによって直接的に回転軸71を回転させる構成を採ることも可能である。
(Configuration of heat engine and transmission)
The heat engine 6 is a device for rotating the second propeller 4 . Specifically, a gas turbine is suitably used as the heat engine 6 . Heat engine 6 is driven by fuel supplied from tank 61 . The rotational driving force of the heat engine 6 is first transmitted to the transmission 7 . An upstream end of the rotating shaft 71 is connected to the transmission 7 . The transmission 7 is a device for adjusting the rotation speed of the rotating shaft 71 . It is also possible to employ a configuration in which the rotation shaft 71 is directly rotated only by the heat engine 6 without providing the transmission 7 .

(制御部の構成)
制御部200は、電動モータ5、及び熱機関6の動作を制御するための装置である。水中航走体100が低速域にある場合には、制御部200は電動モータ5のみを駆動する。つまり、低速域では第一プロペラ3のみが回転駆動された状態となる。一方で、水中航走体100が高速域にある場合には、制御部200は電動モータ5に加えて熱機関6を駆動する。これにより、第一プロペラ3及び第二プロペラ4が回転駆動された状態となる。
(Configuration of control unit)
A control unit 200 is a device for controlling the operation of the electric motor 5 and the heat engine 6 . When the underwater vehicle 100 is in the low speed range, the controller 200 drives only the electric motor 5 . That is, in the low speed range, only the first propeller 3 is rotationally driven. On the other hand, when the underwater vehicle 100 is in the high speed range, the control unit 200 drives the heat engine 6 in addition to the electric motor 5 . As a result, the first propeller 3 and the second propeller 4 are driven to rotate.

(作用効果)
次いで、水中航走体100、及び推進装置90の動作について説明する。推進装置90を動作させるに当たって、制御部200はまずバッテリー9の電力によって電動モータ5を駆動する。電動モータ5が駆動することで、第一プロペラ3が軸線O回りに回転する。これにより、流路F内の水が下流側に向かって押し出され、水中航走体100に推進力が与えられる。水中航走体100の速度が予め定められた閾値未満にあるときは、このように電動モータ5による第一プロペラ3の駆動のみによって推進力を得る。
(Effect)
Next, operations of the underwater vehicle 100 and the propulsion device 90 will be described. When operating the propulsion device 90 , the control unit 200 first drives the electric motor 5 with the electric power of the battery 9 . The first propeller 3 rotates around the axis O by driving the electric motor 5 . As a result, the water in the flow path F is pushed downstream, and the underwater vehicle 100 is provided with a propulsive force. When the speed of the underwater vehicle 100 is less than the predetermined threshold, the propulsive force is obtained only by driving the first propeller 3 by the electric motor 5 in this way.

一方で、水中航走体100の速度が上記の閾値以上となった場合、制御部200は電動モータ5に加えて、熱機関6を駆動する。これにより、第二プロペラ4も回転し、水中航走体100の速度がさらに高くなる。速度域が変化するごとに、上記のような駆動源の切り替えと切り離しを繰り返して水中航走体100が水中を航走する。 On the other hand, when the speed of the underwater vehicle 100 becomes equal to or higher than the above threshold, the controller 200 drives the heat engine 6 in addition to the electric motor 5 . As a result, the second propeller 4 also rotates, further increasing the speed of the underwater vehicle 100 . Each time the speed range changes, the underwater vehicle 100 travels underwater by repeating switching and disconnection of the driving source as described above.

以上、説明したように、上記構成によれば、電動モータ5によって第一プロペラ3が回転駆動され、熱機関6によって第二プロペラ4が回転駆動される。これにより、例えば速度域ごとに使用する駆動源を変えることが可能となる。その結果、推進装置90をより効率的に運用することが可能となる。 As described above, according to the above configuration, the first propeller 3 is rotationally driven by the electric motor 5 and the second propeller 4 is rotationally driven by the heat engine 6 . This makes it possible to change the drive source to be used for each speed range, for example. As a result, it becomes possible to operate the propulsion device 90 more efficiently.

さらに、上記構成によれば、上流側の第一プロペラ3と下流側の第二プロペラ4との回転方向を反転させた二重反転プロペラとすることで、第一プロペラ3で生じた旋回流を第二プロペラ4で回収することができる。そのため、第二プロペラ4の後流での旋回損失を低減させることができる。これにより、推進装置90の推進性能をさらに向上させることができる。 Furthermore, according to the above configuration, the rotating direction of the first propeller 3 on the upstream side and the second propeller 4 on the downstream side are reversed to form counter-rotating propellers. It can be collected by the second propeller 4 . Therefore, the turning loss in the wake of the second propeller 4 can be reduced. Thereby, the propulsion performance of the propulsion device 90 can be further improved.

加えて、上記構成によれば、電動モータ5は機体1内部ではなくシュラウド2内に設けられた外周駆動モータであることから、シュラウド2の周囲を流れる水によって常態的に冷却された状態となる。これにより、他の冷却装置を設けることなく電動モータ5を冷却することができる。その結果、推進装置90の効率性をさらに向上させることができる。 In addition, according to the above configuration, since the electric motor 5 is an outer peripheral drive motor provided inside the shroud 2 instead of inside the airframe 1, it is normally cooled by the water flowing around the shroud 2. . Thereby, the electric motor 5 can be cooled without providing another cooling device. As a result, the efficiency of the propulsion device 90 can be further improved.

また、電動モータ5と熱機関6の2系統の動力源が互いに独立しているので、熱機関6から電動モータ5に電力を供給する発電機、減速機、補機類の追加が不要で、システムの複雑化や設置スペースの増大を回避することができる。 Further, since the two power sources of the electric motor 5 and the heat engine 6 are independent of each other, there is no need to add a generator, reducer, or auxiliary equipment for supplying electric power from the heat engine 6 to the electric motor 5. It is possible to avoid complicating the system and increasing the installation space.

ここで図2に示すように、駆動源として燃料電池システムを用いた場合、負荷が小さい低速域では特に高い効率特性を示し、負荷が大きい高速域でも、ある程度高い効率特性を示す。一方で、駆動源としてディーゼルエンジンや火花点火エンジン等の熱機関を用いた場合には、負荷が小さい低速域での効率特性が低下する傾向がある。熱機関としてガスタービンを用いた場合にも同様の傾向を示す。
これに対して、上記構成によれば、速度が閾値未満の低速域では電動モータ5のみによって第一プロペラ3を駆動する。即ち、図3のグラフに示すように、電動モータ5は熱機関6に比べて低出力域での効率特性が優れていることから、上記構成によって推進装置90の効率性を向上させることができる。また、電動モータ5のみによる駆動であることから低速域での静粛性も高めることができる。
As shown in FIG. 2, when the fuel cell system is used as the drive source, the efficiency characteristics are particularly high in the low speed region where the load is small, and the efficiency characteristics are somewhat high even in the high speed region where the load is large. On the other hand, when a heat engine such as a diesel engine or a spark ignition engine is used as a drive source, efficiency characteristics tend to decrease in a low load range. A similar tendency is shown when a gas turbine is used as the heat engine.
On the other hand, according to the above configuration, the first propeller 3 is driven only by the electric motor 5 in the low speed range where the speed is less than the threshold value. That is, as shown in the graph of FIG. 3, the electric motor 5 has superior efficiency characteristics in the low output range compared to the heat engine 6, so the efficiency of the propulsion device 90 can be improved by the above configuration. . In addition, since it is driven only by the electric motor 5, it is possible to improve quietness in the low speed range.

さらに、速度が閾値以上の高速域では電動モータ5に加えて熱機関6も動作させることで、さらなる出力の向上を図ることができる。上述した通り、熱機関6としてのガスタービンは低速域での効率特性が電動モータ5に劣る。そこで、上記のように低速域では電動モータ5を主体として駆動し、高速域に達した段階で熱機関6を駆動することで、電動モータ5及び熱機関6の効率特性をお互いに補い合うことができる。 Furthermore, in a high-speed region where the speed is equal to or higher than the threshold value, by operating the heat engine 6 in addition to the electric motor 5, the output can be further improved. As described above, the gas turbine as the heat engine 6 is inferior to the electric motor 5 in efficiency characteristics in the low speed range. Therefore, as described above, the electric motor 5 is mainly driven in the low speed range, and the heat engine 6 is driven when the high speed range is reached, so that the efficiency characteristics of the electric motor 5 and the heat engine 6 can complement each other. can.

また、上記構成によれば、熱機関6とは独立したバッテリー9から供給された電力を用いて電動モータ5を駆動する。これにより、例えば熱機関6によって発電した電力を電動モータ5に供給する構成を採った場合の熱機関による負荷が小さい低速域での効率低下を回避でき、電力変換時に生じる損失もなくすことができる。このため、推進装置90の効率をさらに高めることができる。 Further, according to the above configuration, the electric motor 5 is driven using power supplied from the battery 9 independent of the heat engine 6 . As a result, it is possible to avoid a decrease in efficiency in a low-speed range where the load of the heat engine is small when adopting a configuration in which electric power generated by the heat engine 6 is supplied to the electric motor 5, and it is possible to eliminate the loss that occurs during power conversion. . Therefore, the efficiency of the propulsion device 90 can be further improved.

以上、本開示の実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば実施形態では、第一プロペラ3を電動モータ5で駆動し、第二プロペラ4を熱機関6で駆動する構成とした。しかしながらこれに限定されることはなく、第一プロペラ3を熱機関6で駆動し、第二プロペラ4電動モータ5で駆動する構成としてもよい。 The embodiments of the present disclosure have been described above. Various changes and modifications can be made to the above configuration without departing from the gist of the present disclosure. For example, in the embodiment, the first propeller 3 is driven by the electric motor 5 and the second propeller 4 is driven by the heat engine 6 . However, the configuration is not limited to this, and the first propeller 3 may be driven by the heat engine 6 and the second propeller 4 may be driven by the electric motor 5 .

さらに、上記実施形態では、シュラウド2の断面形状を翼型にした例について説明したが、必ずしも翼型でなくてもよい。シュラウド2の断面形状は流線形状であることが好ましいが、例えば、矩形状等の他の形状であってもよい。この場合であっても、シュラウド2は下流側に向かって縮径することで、流路断面積が下流側程小さくなる流路を区画形成する。 Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the cross-sectional shape of the shroud 2 is wing-shaped has been described, but the cross-sectional shape may not necessarily be wing-shaped. The cross-sectional shape of the shroud 2 is preferably streamlined, but may be other shapes such as a rectangular shape. Even in this case, the diameter of the shroud 2 is reduced toward the downstream side, thereby defining and forming a flow path in which the cross-sectional area of the flow path becomes smaller toward the downstream side.

また、上記実施形態では、本開示に係る推進装置90を水中航走体100に適用した例について説明した。しかしながらこれに限定されることはなく、例えば、水上を航行する船舶等に推進装置90を適用してもよい。また、推進装置90の構成をポンプ等の他の水中で用いられる流体機械に適用してもよい。また、水を圧送する流体機械のみならず、油等の他の液体を圧送する流体機械に本発明を適用してもよい。 Further, in the above embodiment, an example in which the propulsion device 90 according to the present disclosure is applied to the underwater vehicle 100 has been described. However, it is not limited to this, and the propulsion device 90 may be applied to, for example, a ship or the like that navigates on water. Also, the configuration of the propulsion device 90 may be applied to other fluid machinery used underwater, such as a pump. Moreover, the present invention may be applied not only to a fluid machine that pumps water but also to a fluid machine that pumps other liquids such as oil.

<付記>
各実施形態に記載の推進装置90、及び水中航走体100(流体機械)は、例えば以下のように把握される。
<Appendix>
The propulsion device 90 and the underwater vehicle 100 (fluid machine) described in each embodiment are understood as follows, for example.

(1)第1の態様に係る推進装置90は、軸線O方向に延びる機体1と、前記軸線O回りに回転可能な第一プロペラ3と、前記第一プロペラ3よりも下流側に設けられて前記軸線O回りに回転可能な第二プロペラ4と、前記第一プロペラ3及び前記第二プロペラ4の一方を回転駆動する電動モータ5と、前記第一プロペラ3及び前記第二プロペラ4の他方を回転駆動する熱機関6と、を備える。 (1) The propulsion device 90 according to the first aspect includes the airframe 1 extending in the direction of the axis O, the first propeller 3 rotatable around the axis O, and the first propeller 3 provided downstream of the A second propeller 4 rotatable around the axis O, an electric motor 5 for rotationally driving one of the first propeller 3 and the second propeller 4, and the other of the first propeller 3 and the second propeller 4. a heat engine 6 driven in rotation.

上記構成によれば、電動モータ5によって第一プロペラ3及び第二プロペラ4の一方が回転駆動され、熱機関6によって第一プロペラ3及び第二プロペラ4の他方が回転駆動される。これにより、例えば速度域ごとに使用する駆動源を変えることが可能となる。その結果、推進装置90をより効率的に運用することが可能となる。 According to the above configuration, one of the first propeller 3 and the second propeller 4 is rotationally driven by the electric motor 5 and the other of the first propeller 3 and the second propeller 4 is rotationally driven by the heat engine 6 . This makes it possible to change the drive source to be used for each speed range, for example. As a result, it becomes possible to operate the propulsion device 90 more efficiently.

(2)第2の態様に係る推進装置90は、前記機体1を外周側から囲うように設けられて、前記機体との間に流路Fを形成するシュラウド2と、前記流路Fに設けられる前記第一プロペラ3と、前記流路Fにおける前記第一プロペラ3よりも下流側に設けられる前記第二プロペラ4と、前記シュラウド2内に設けられる前記電動モータ5と、前記機体1に設けられる前記熱機関6と、を備える。 (2) The propulsion device 90 according to the second aspect includes a shroud 2 that is provided so as to surround the fuselage 1 from the outer peripheral side and forms a flow path F between the fuselage and the shroud 2 that is provided in the flow path F. the first propeller 3 provided in the flow path F, the second propeller 4 provided downstream of the first propeller 3 in the flow path F, the electric motor 5 provided in the shroud 2, and the fuselage 1 provided and the heat engine 6 which is

上記構成によれば、電動モータ5は機体1の内部ではなくシュラウド2内に設けられた外周駆動モータであることから、シュラウド2の周囲を流れる水によって常態的に冷却された状態となる。これにより、他の冷却装置を設けることなく電動モータ5を冷却することができる。その結果、推進装置90の効率性をさらに向上させることができる。 According to the above configuration, the electric motor 5 is a peripheral drive motor provided inside the shroud 2 rather than inside the airframe 1, so that it is normally cooled by the water flowing around the shroud 2. Thereby, the electric motor 5 can be cooled without providing another cooling device. As a result, the efficiency of the propulsion device 90 can be further improved.

(3)第3の態様に係る推進装置90では、前記第一プロペラ3と前記第二プロペラ4との回転方向が反対である。 (3) In the propulsion device 90 according to the third aspect, the rotation directions of the first propeller 3 and the second propeller 4 are opposite.

上記構成によれば、上流側の第一プロペラ3と下流側の第二プロペラ4との回転方向を反転させた二重反転プロペラとすることで、第一プロペラ3で生じた旋回流を第二プロペラ4で回収することができる。そのため、第二プロペラ4の後流での旋回損失を低減させることができる。 According to the above configuration, the first propeller 3 on the upstream side and the second propeller 4 on the downstream side are contra-rotating propellers in which the directions of rotation are reversed. It can be collected by the propeller 4. Therefore, the turning loss in the wake of the second propeller 4 can be reduced.

(4)第4の態様に係る推進装置90では、前記電動モータ5は、前記シュラウド2に固定されたステータ51、及び、該ステータ51の径方向内側で前記第一プロペラ3及び前記第二プロペラ4のうちの一方の外周部に固定されたロータ52を備える外周駆動モータである。 (4) In the propulsion device 90 according to the fourth aspect, the electric motor 5 includes a stator 51 fixed to the shroud 2, and the first propeller 3 and the second propeller radially inside the stator 51. 4, with a rotor 52 fixed to the outer periphery of one of the rotors.

上記構成によれば、電動モータ5は機体1の内部ではなくシュラウド2内に設けられた外周駆動モータであることから、シュラウド2の周囲を流れる水によって常態的に冷却された状態となる。これにより、他の冷却装置を設けることなく電動モータ5を冷却することができる。その結果、推進装置90の効率性をさらに向上させることができる。 According to the above configuration, the electric motor 5 is a peripheral drive motor provided inside the shroud 2 rather than inside the airframe 1, so that it is normally cooled by the water flowing around the shroud 2. Thereby, the electric motor 5 can be cooled without providing another cooling device. As a result, the efficiency of the propulsion device 90 can be further improved.

(5)第5の態様に係る推進装置90では、前記電動モータ5、及び前記熱機関6の動作を制御する制御部200をさらに備え、該制御部200は、前記推進装置90による速度が予め定められた閾値未満である場合には前記電動モータ5のみを動作させ、前記閾値以上である場合には前記熱機関6を動作させる。 (5) The propulsion device 90 according to the fifth aspect further includes a control unit 200 that controls the operation of the electric motor 5 and the heat engine 6. If it is less than a predetermined threshold, only the electric motor 5 is operated, and if it is equal to or greater than the threshold, the heat engine 6 is operated.

上記構成によれば、速度が閾値未満の低速域では電動モータ5のみによって第一プロペラ3及び第二プロペラ4の一方を駆動する。電動モータ5は熱機関6に比べて低出力域での効率特性が優れていることから、上記構成によって推進装置90の効率性を向上させることができる。また、電動モータ5のみによる駆動であることから静粛性も高めることができる。さらに、速度が閾値以上の高速域では電動モータ5に加えて熱機関6も動作させることで、さらなる出力の向上を図ることができる。 According to the above configuration, one of the first propeller 3 and the second propeller 4 is driven only by the electric motor 5 in a low speed range where the speed is less than the threshold. Since the electric motor 5 is superior to the heat engine 6 in efficiency characteristics in a low output range, the efficiency of the propulsion device 90 can be improved by the above configuration. In addition, since it is driven only by the electric motor 5, quietness can be improved. Furthermore, in a high-speed region where the speed is equal to or higher than the threshold value, by operating the heat engine 6 in addition to the electric motor 5, the output can be further improved.

(6)第6の態様に係る推進装置90では、前記電動モータ5は、バッテリー9から供給された電力によって前記第一プロペラ3及び前記第二プロペラ4の一方を回転駆動する。 (6) In the propulsion device 90 according to the sixth aspect, the electric motor 5 rotates one of the first propeller 3 and the second propeller 4 with electric power supplied from the battery 9 .

上記構成によれば、熱機関6とは独立したバッテリー9から供給された電力を用いて電動モータ5を駆動する。これにより、例えば熱機関6によって発電した電力を電動モータ5に供給する構成を採った場合の熱機関による負荷が小さい低速域での効率低下を回避でき、電力変換時に生じる損失もなくすことができる。このため、推進装置90の効率をさらに高めることができる。 According to the above configuration, electric power supplied from the battery 9 independent of the heat engine 6 is used to drive the electric motor 5 . As a result, it is possible to avoid a decrease in efficiency in a low-speed range where the load of the heat engine is small when adopting a configuration in which electric power generated by the heat engine 6 is supplied to the electric motor 5, and it is possible to eliminate the loss that occurs during power conversion. . Therefore, the efficiency of the propulsion device 90 can be further improved.

(7)第7の態様に係る流体機械(水中航走体100)は、流体機械本体(航走体本体80)と、該流体機械本体に設けられた上記いずれか一態様に係る推進装置90と、を備える。 (7) A fluid machine (underwater vehicle 100) according to a seventh aspect includes a fluid machine main body (vessel main body 80) and a propulsion device 90 according to any one of the above aspects provided in the fluid machine main body. And prepare.

上記構成によれば、流体機械の効率を向上させることができる。 According to the above configuration, the efficiency of the fluid machine can be improved.

100 水中航走体
90 推進装置
1 機体
2 シュラウド
2a ストラット
3 第一プロペラ
4 第二プロペラ
5 電動モータ
6 熱機関
7 変速機
8 インバータ
9 バッテリー
10 第一軸受部
10a 上流側スラスト軸受
10b 下流側スラスト軸受
10c ジャーナル軸受
11 第二軸受部
31 内周側リング
32 第一羽根
41 ボス部
42 第二羽根
51 ステータ
52 ロータ
61 タンク
71 回転軸
80 航走体本体
200 制御部
100 Underwater Vehicle 90 Propulsion Device 1 Body 2 Shroud 2a Strut 3 First Propeller 4 Second Propeller 5 Electric Motor 6 Heat Engine 7 Transmission 8 Inverter 9 Battery 10 First Bearing 10a Upstream Thrust Bearing 10b Downstream Thrust Bearing 10c Journal bearing 11 Second bearing part 31 Inner peripheral ring 32 First blade 41 Boss part 42 Second blade 51 Stator 52 Rotor 61 Tank 71 Rotating shaft 80 Vehicle main body 200 Control part

Claims (7)

軸線方向に延びる機体と、
前記軸線回りに回転可能な第一プロペラと、
前記第一プロペラよりも下流側に設けられて前記軸線回りに回転可能な第二プロペラと、
前記第一プロペラ及び前記第二プロペラの一方を回転駆動する電動モータと、
前記第一プロペラ及び前記第二プロペラの他方を回転駆動する熱機関と、
を備える推進装置。
an axially extending fuselage;
a first propeller rotatable about the axis;
a second propeller provided downstream of the first propeller and rotatable about the axis;
an electric motor that rotationally drives one of the first propeller and the second propeller;
a heat engine that rotationally drives the other of the first propeller and the second propeller;
A propulsion device comprising a
前記機体を外周側から囲うように設けられて、前記機体との間に流路を形成するシュラウドと、
前記流路に設けられる前記第一プロペラと、
前記流路における前記第一プロペラよりも下流側に設けられる前記第二プロペラと、
前記シュラウド内に設けられる前記電動モータと、
前記機体に設けられる前記熱機関と、
を備える請求項1に記載の推進装置。
a shroud that is provided so as to surround the fuselage from the outer peripheral side and forms a flow path between the fuselage and the fuselage;
the first propeller provided in the flow path;
the second propeller provided downstream of the first propeller in the flow path;
the electric motor provided within the shroud;
the heat engine provided in the airframe;
A propulsion system according to claim 1, comprising:
前記第一プロペラと前記第二プロペラとの回転方向が反対である請求項1又は2に記載の推進装置。 3. A propulsion device according to claim 1 or 2, wherein the directions of rotation of said first propeller and said second propeller are opposite. 前記電動モータは、
前記シュラウドに固定されたステータ、及び、該ステータの径方向内側で前記第一プロペラ及び前記第二プロペラのうちの一方の外周部に固定されたロータを備える外周駆動モータである請求項2又は3に記載の推進装置。
The electric motor is
4. An outer peripheral drive motor comprising a stator fixed to the shroud and a rotor fixed to the outer peripheral portion of one of the first propeller and the second propeller radially inside the stator. The propulsion device described in .
前記電動モータ、及び前記熱機関の動作を制御する制御部をさらに備え、
該制御部は、前記推進装置による速度が予め定められた閾値未満である場合には前記電動モータのみを動作させ、前記閾値以上である場合には前記熱機関を動作させる請求項1から4のいずれか一項に記載の推進装置。
further comprising a control unit that controls operations of the electric motor and the heat engine;
5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the control unit operates only the electric motor when the speed of the propulsion device is less than a predetermined threshold, and operates the heat engine when the speed is greater than or equal to the threshold. A propulsion device according to any one of the preceding claims.
前記電動モータは、バッテリーから供給された電力によって前記第一プロペラ及び前記第二プロペラの一方を回転駆動する請求項1から5のいずれか一項に記載の推進装置。 The propulsion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the electric motor rotates one of the first propeller and the second propeller by electric power supplied from a battery. 流体機械本体と、
該流体機械本体に設けられた請求項1から6のいずれか一項に記載の推進装置と、を備える流体機械。
a fluid machine body;
A fluid machine comprising: the propulsion device according to any one of claims 1 to 6 provided in the fluid machine main body.
JP2021083087A 2021-05-17 2021-05-17 Propulsion unit and fluid machine Pending JP2022176581A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021083087A JP2022176581A (en) 2021-05-17 2021-05-17 Propulsion unit and fluid machine
PCT/JP2022/005896 WO2022244347A1 (en) 2021-05-17 2022-02-15 Propulsion device and fluid machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021083087A JP2022176581A (en) 2021-05-17 2021-05-17 Propulsion unit and fluid machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022176581A true JP2022176581A (en) 2022-11-30

Family

ID=84140518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021083087A Pending JP2022176581A (en) 2021-05-17 2021-05-17 Propulsion unit and fluid machine

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2022176581A (en)
WO (1) WO2022244347A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116215823B (en) * 2023-03-22 2023-08-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 Conduit type deep sea propeller

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6427618B1 (en) * 1999-11-24 2002-08-06 Terry B. Hilleman Bow mounted system and method for jet-propelling a submarine or torpedo through water
ATE366696T1 (en) * 2004-03-29 2007-08-15 Siemens Ag VACUUM MIXING DEVICE FOR SHIP EXHAUSTS
US9476385B2 (en) * 2012-11-12 2016-10-25 The Boeing Company Rotational annular airscrew with integrated acoustic arrester
KR20180124465A (en) * 2017-05-12 2018-11-21 대우조선해양 주식회사 Propulsion System of Submarine and Battery Charging Method using the same
WO2020245379A1 (en) * 2019-06-07 2020-12-10 e.SAT Management GmbH Aircraft with jacketed propeller drive

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022244347A1 (en) 2022-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109279002B (en) VTOL vehicles with fan blades outside of the exhaust flow path
CA2958814C (en) Propulsion system for an aircraft
US8487466B2 (en) Turbo-machine having at least two counter-rotatable rotors and having mechanical torque compensation
US20200227966A1 (en) Turbomachine
JP5897066B2 (en) Propulsion unit
RU2321761C2 (en) Auxiliary equipment drive
CN115384769A (en) Tiltrotor propulsion system for aircraft
US11364991B2 (en) Aircraft propulsion system
GB2565886B (en) Electric engine
US10807729B2 (en) Propulsion system for an aircraft
WO2022244347A1 (en) Propulsion device and fluid machine
JP5913558B2 (en) Ship propulsion device and ship including the same
CN112930436A (en) Turbine with unducted twin propeller
CN109178268B (en) External drive type marine propulsion system
KR20120046190A (en) Ship having two propellers arranged one behind the other
EP2995550A1 (en) A propulsion unit
US20200102912A1 (en) Turbomachine
EP3666639B1 (en) Propulsion system for a marine vessel
CN112829911A (en) Counter-rotating rim propeller and underwater traveling tool adopting same
JP5501949B2 (en) Power generation equipment
CN213139105U (en) Contra-rotating propeller type annular electric propeller
US11371467B2 (en) Concentric turbomachine with electric machine
US20240055948A1 (en) Electric machine with combined rotor and cooling fan
KR101215610B1 (en) Ship having energy recovery device
US11371350B2 (en) Concentric turbomachine with electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240115