JP3045754B2 - 推力発生装置 - Google Patents
推力発生装置Info
- Publication number
- JP3045754B2 JP3045754B2 JP2253380A JP25338090A JP3045754B2 JP 3045754 B2 JP3045754 B2 JP 3045754B2 JP 2253380 A JP2253380 A JP 2253380A JP 25338090 A JP25338090 A JP 25338090A JP 3045754 B2 JP3045754 B2 JP 3045754B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- duct
- current
- current lead
- busbar
- superconducting magnet
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K44/00—Machines in which the dynamo-electric interaction between a plasma or flow of conductive liquid or of fluid-borne conductive or magnetic particles and a coil system or magnetic field converts energy of mass flow into electrical energy or vice versa
- H02K44/02—Electrodynamic pumps
- H02K44/04—Conduction pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Linear Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は推力発生装置に関し、船舶推進、海上ステー
ションの位置保持、電磁ポンプ等用の超電導電磁推進力
発生装置とするのに適し、またMHD発電機や揚水発電機
等用のポンプや発電機として使用するのに適するものに
関する。
ションの位置保持、電磁ポンプ等用の超電導電磁推進力
発生装置とするのに適し、またMHD発電機や揚水発電機
等用のポンプや発電機として使用するのに適するものに
関する。
従来、上述のような用途に使用される超電導電磁推進
力発生装置としては、ダイポール型やくら型、若しくは
レーストラック型の超電導コイルを用いるものが広く知
られている。
力発生装置としては、ダイポール型やくら型、若しくは
レーストラック型の超電導コイルを用いるものが広く知
られている。
しかしながら、上述した従来の推力発生装置は実機と
して採用可能な程度の推進力を得るためには非常に大き
な規模のものになるという問題がある。
して採用可能な程度の推進力を得るためには非常に大き
な規模のものになるという問題がある。
例えば電磁推進船等に用いられる電磁推進装置にあっ
ては、実船に使用できる推進効率を得るためには10〜20
Tの強磁界を必要とするとされている。ところが、スペ
ースが限られている船体に設置するために、装置のサイ
ズ、重量等が制限され、そのような要求される条件を満
足する装置が現在のところ出現しておらず、この点が電
磁推進船の開発設計上の問題点となっている。
ては、実船に使用できる推進効率を得るためには10〜20
Tの強磁界を必要とするとされている。ところが、スペ
ースが限られている船体に設置するために、装置のサイ
ズ、重量等が制限され、そのような要求される条件を満
足する装置が現在のところ出現しておらず、この点が電
磁推進船の開発設計上の問題点となっている。
発明者らはこれらの問題に鑑み、高磁場の電磁力を発
生でき、軽量かつ省スペースな推力発生装置を提供する
ため、国際出願PCT/JP89/01153において、ソレノイドコ
イル型の超電導マグネットの中空内部に、蔓巻状の推進
ダクトを挿通させ、該推進ダクトの内面の一側に正電極
を、他側に負電極を夫々連続的に配置して対向させると
共に、該推進ダクトの入側及び出側開口部を上記超電導
マグネットの中心軸線に添わせて開口させてなる推力発
生装置を提案した。
生でき、軽量かつ省スペースな推力発生装置を提供する
ため、国際出願PCT/JP89/01153において、ソレノイドコ
イル型の超電導マグネットの中空内部に、蔓巻状の推進
ダクトを挿通させ、該推進ダクトの内面の一側に正電極
を、他側に負電極を夫々連続的に配置して対向させると
共に、該推進ダクトの入側及び出側開口部を上記超電導
マグネットの中心軸線に添わせて開口させてなる推力発
生装置を提案した。
ところが、このような推力発生装置は、従来公知の装
置における問題点は解決できるものの、電磁流体の流速
が非常に大きくなると推進ダクト壁との流体摩擦損失が
非常に大きくなってしまい、推力発生エネルギ効率が低
下するという問題が判明した。
置における問題点は解決できるものの、電磁流体の流速
が非常に大きくなると推進ダクト壁との流体摩擦損失が
非常に大きくなってしまい、推力発生エネルギ効率が低
下するという問題が判明した。
本発明は上記の問題に鑑み、推進ダクト壁を移動させ
てその移動速度と電磁流体の流速とを同一化することに
より、上述のような流体摩擦をできるだけ発生させない
ようにし、さらに高効率な推力発生装置を提供しようと
するものである。
てその移動速度と電磁流体の流速とを同一化することに
より、上述のような流体摩擦をできるだけ発生させない
ようにし、さらに高効率な推力発生装置を提供しようと
するものである。
本発明に係る推力発生装置は、上記目的を達成するた
めに、ソレノイドコイル型の超電導マグネット、該超電
導マグネットの中空内部に回転自在に支持した電磁流体
を通すための中空で周壁が蔓巻状をなすように巻いた形
状のダクト、該ダクトの内面に固定した正、負電極、及
びこれら両電極間にある電磁流体に電流を供給する給電
装置とからなる。そして上記ダクトは、入側及び出側開
口部を上記超電導マグネットの中心軸線に沿わせて開口
させ、かつ内面上の一側に上記正電極を、他側に上記負
電極を夫々上記ダクトの蔓巻形状に沿わせて連続的に対
向配置して備える。また上記給電装置は、上記ダクトの
内周側外壁もしくは外周側外壁の少なくともいずれか一
方に、上記正、負電極間への電流供給用の複数の電流リ
ード部材を等角度間隔で固設してなる。そして、上記超
電導マグネットが発生する磁界と上記正、負電極間への
供給電流により発生するローレンツ力によって、上記ダ
クトの入側開口部から入って上記ダクト内に存する電磁
流体を加速して上記ダクトの出側開口部から噴出させる
とともに、上記超電導マグネットが発生する磁界と上記
電流リード部材を流れる上記正、負電極間への供給電流
により上記電流リード部材に発生するローレンツ力によ
って上記ダクトを回転させる。
めに、ソレノイドコイル型の超電導マグネット、該超電
導マグネットの中空内部に回転自在に支持した電磁流体
を通すための中空で周壁が蔓巻状をなすように巻いた形
状のダクト、該ダクトの内面に固定した正、負電極、及
びこれら両電極間にある電磁流体に電流を供給する給電
装置とからなる。そして上記ダクトは、入側及び出側開
口部を上記超電導マグネットの中心軸線に沿わせて開口
させ、かつ内面上の一側に上記正電極を、他側に上記負
電極を夫々上記ダクトの蔓巻形状に沿わせて連続的に対
向配置して備える。また上記給電装置は、上記ダクトの
内周側外壁もしくは外周側外壁の少なくともいずれか一
方に、上記正、負電極間への電流供給用の複数の電流リ
ード部材を等角度間隔で固設してなる。そして、上記超
電導マグネットが発生する磁界と上記正、負電極間への
供給電流により発生するローレンツ力によって、上記ダ
クトの入側開口部から入って上記ダクト内に存する電磁
流体を加速して上記ダクトの出側開口部から噴出させる
とともに、上記超電導マグネットが発生する磁界と上記
電流リード部材を流れる上記正、負電極間への供給電流
により上記電流リード部材に発生するローレンツ力によ
って上記ダクトを回転させる。
本発明に係る推力発生装置は、上記複数の電流リード
部に電流を供給するための母線装置を備えることができ
る。この母線装置は、上記ダクトの内周側の中空部内も
しくは外周側の少なくともいずれか一方に配置する上記
ダクトと同心のリング材と、上記リング部材から上記ダ
クトの長さ方向に伸びるブスバー部材とからなる。そし
て上記ブスバー部材を上記電流リード部材に接触させ
る。そして、上記母線装置を上記ダクトと共に回転可能
とした構成とすることができる。このため上記ブスバー
部材を対応位置にある上記電流リード部材に固定する。
また、上記母線装置を電源に接続するために、上記リン
グ部材の内周面もしくは外周面に電源からの給電端子を
接触させる構成とすることができる。このような構成に
すると、機械的構造が簡単になり、給電端子にローラ状
のものを採用すれば摩擦損失を小さくできる。もっとも
回転するダクト及び給電装置の重量を支えるための回転
支持装置が必要となる。
部に電流を供給するための母線装置を備えることができ
る。この母線装置は、上記ダクトの内周側の中空部内も
しくは外周側の少なくともいずれか一方に配置する上記
ダクトと同心のリング材と、上記リング部材から上記ダ
クトの長さ方向に伸びるブスバー部材とからなる。そし
て上記ブスバー部材を上記電流リード部材に接触させ
る。そして、上記母線装置を上記ダクトと共に回転可能
とした構成とすることができる。このため上記ブスバー
部材を対応位置にある上記電流リード部材に固定する。
また、上記母線装置を電源に接続するために、上記リン
グ部材の内周面もしくは外周面に電源からの給電端子を
接触させる構成とすることができる。このような構成に
すると、機械的構造が簡単になり、給電端子にローラ状
のものを採用すれば摩擦損失を小さくできる。もっとも
回転するダクト及び給電装置の重量を支えるための回転
支持装置が必要となる。
また本発明に係る推力発生装置は、上記母線装置が回
転せぬよう位置固定とした構成とすることができる。こ
の場合、上記電流リード部材と上記ブスバー部材との間
にはリングブスバー部材を介在させる。このような構成
にすると、機械的構図は複雑になり、電流リード部材と
リングブスバー部材との摺接による摩擦損失が大きくな
る。但し、ダクト重量を支える回転支持装置と給電装置
とを一体化できる。
転せぬよう位置固定とした構成とすることができる。こ
の場合、上記電流リード部材と上記ブスバー部材との間
にはリングブスバー部材を介在させる。このような構成
にすると、機械的構図は複雑になり、電流リード部材と
リングブスバー部材との摺接による摩擦損失が大きくな
る。但し、ダクト重量を支える回転支持装置と給電装置
とを一体化できる。
上記ダクト内を流れる流体が海水等の場合、負電極に
水素ガスが発生して有効面積を減らすことになるので、
上記正電極を上記ダクトの内径側の内面に、上記負電極
を上記ダクトの外径側の内面に設けるようにするとよ
い。
水素ガスが発生して有効面積を減らすことになるので、
上記正電極を上記ダクトの内径側の内面に、上記負電極
を上記ダクトの外径側の内面に設けるようにするとよ
い。
上記ダクトは外径と内径の比を略1:3.5にすると最も
大きな推力を発生する。
大きな推力を発生する。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本実施例の推力発生装置は、主にソレノイドコイル型
の超電導マグネット１、推進ダクト２及び給電装置３か
ら構成される。
の超電導マグネット１、推進ダクト２及び給電装置３か
ら構成される。
超電導マグネット１は、詳細には図示せぬが勿論クラ
イオスタットとしての構造を有するもので、内部には超
電導コイル４が巻き回してあり、中空部５内に磁場を発
生させるようになっている。なお、超電導コイル４へ電
流を流すための発電機は図示を省略してある。また超電
導コイル４の形はレイヤー巻でもパンケーキ巻でもいず
れでもよい。
イオスタットとしての構造を有するもので、内部には超
電導コイル４が巻き回してあり、中空部５内に磁場を発
生させるようになっている。なお、超電導コイル４へ電
流を流すための発電機は図示を省略してある。また超電
導コイル４の形はレイヤー巻でもパンケーキ巻でもいず
れでもよい。
推進ダクト２は、断面が矩形の中空ダクトを蔓巻状に
してなるもので、入側端部６及び出側端部７は夫々の先
端開口6a、7aの開口中心が超電導マグネット１の中心軸
線1a上に位置し、中心軸線1aに沿って伸びている。図示
せぬが、超電導マグネット１の両端開口は勿論閉塞さ
れ、推進ダクト２は入側端部６及び出側端部７のみが外
部に露出している。なお、図示せぬが推進ダクト２は超
電導マグネット内で適宜の支持装置（例えばローラを用
いた支持装置）により回転可能に支持する。また本発明
においては、ダクトの形状はこの例の推進ダクト２の形
状に限定されず、円筒形等他の形状であってもよい。
してなるもので、入側端部６及び出側端部７は夫々の先
端開口6a、7aの開口中心が超電導マグネット１の中心軸
線1a上に位置し、中心軸線1aに沿って伸びている。図示
せぬが、超電導マグネット１の両端開口は勿論閉塞さ
れ、推進ダクト２は入側端部６及び出側端部７のみが外
部に露出している。なお、図示せぬが推進ダクト２は超
電導マグネット内で適宜の支持装置（例えばローラを用
いた支持装置）により回転可能に支持する。また本発明
においては、ダクトの形状はこの例の推進ダクト２の形
状に限定されず、円筒形等他の形状であってもよい。
推進ダクト２の内面には、正、負の電極８、９が貼り
付けてある。図示の例では、推進ダクト２内を流れる海
水等の電磁流体10によって負電極９に水素ガスが発生
し、有効面積を減らすことを勘案して正電極８を推進ダ
クト２の内径側に、負電極９を外径側に配してある。本
発明は、勿論この配置態様に限定されることはない。
付けてある。図示の例では、推進ダクト２内を流れる海
水等の電磁流体10によって負電極９に水素ガスが発生
し、有効面積を減らすことを勘案して正電極８を推進ダ
クト２の内径側に、負電極９を外径側に配してある。本
発明は、勿論この配置態様に限定されることはない。
給電装置３は複数の電流リード部材11、12とこの電流
リード部材に電流を供給する母線装置13、14とからな
る。
リード部材に電流を供給する母線装置13、14とからな
る。
即ち、ダクト２の内周側中空部には90°間隔で内周側
電流リード部材11・・・が設けてあり、また推進ダクト
２の外周側で超電導コイル１の内周面との間には45°間
隔で外周側電流リード部材12・・・が設けてある。両電
流リード部材11、12は夫々基端を推進ダクト２に埋設し
て固定しており、かつ内周側電流リード部材11は正電極
８と、外周側電流リード部材12は負電極９と接続してい
る。
電流リード部材11・・・が設けてあり、また推進ダクト
２の外周側で超電導コイル１の内周面との間には45°間
隔で外周側電流リード部材12・・・が設けてある。両電
流リード部材11、12は夫々基端を推進ダクト２に埋設し
て固定しており、かつ内周側電流リード部材11は正電極
８と、外周側電流リード部材12は負電極９と接続してい
る。
内周側の母線装置13はリング部材15と、このリング部
材15から伸びる四本のブスバー部材16・・・とからな
る。リング部材15は推進ダクト２と同心に配置してあ
り、内面にはローラ状の給電端子17、17が接触してい
る。また、ブスバー部材16は、内周側電流リード部材11
と対応する位置で推進ダクト２の内周側中空部に挿入し
てあり、推進ダクト２の内周側中空部をほぼ貫通し、対
応位置にあるすべての内周側電流リード部材11と接続し
ている。
材15から伸びる四本のブスバー部材16・・・とからな
る。リング部材15は推進ダクト２と同心に配置してあ
り、内面にはローラ状の給電端子17、17が接触してい
る。また、ブスバー部材16は、内周側電流リード部材11
と対応する位置で推進ダクト２の内周側中空部に挿入し
てあり、推進ダクト２の内周側中空部をほぼ貫通し、対
応位置にあるすべての内周側電流リード部材11と接続し
ている。
外周側の母線装置14は、内周側母線装置13と同様に、
リング部材18と、このリング部材18から伸びる八本のブ
スバー部材19・・・とからなる。リング部材18は推進ダ
クト２と同心に配置してあり、内面にはローラ状の給電
端子20・・・が接触している。また、ブスバー部材19
は、外周側電流リード部材12と対応する位置で推進ダク
ト２の外周に沿わせて配置してあって、推進ダクト２の
外周側の対応位置にあるすべての外周側電流リード部材
12と接続している。
リング部材18と、このリング部材18から伸びる八本のブ
スバー部材19・・・とからなる。リング部材18は推進ダ
クト２と同心に配置してあり、内面にはローラ状の給電
端子20・・・が接触している。また、ブスバー部材19
は、外周側電流リード部材12と対応する位置で推進ダク
ト２の外周に沿わせて配置してあって、推進ダクト２の
外周側の対応位置にあるすべての外周側電流リード部材
12と接続している。
この実施例では、電極電流は内周側の母線装置13の給
電端子17からリング部材15を経て四本のブスバー部材16
に流れ、ブスバー部16から内周側電流リード部材11を通
って正電極８に至り、電磁流体10中に供給される。そし
て供給された電流は、電磁流体10から負電極９、外周側
電流リード部材12、ブスバー部材19、リング部材18、給
電端子20という回路を流れる。
電端子17からリング部材15を経て四本のブスバー部材16
に流れ、ブスバー部16から内周側電流リード部材11を通
って正電極８に至り、電磁流体10中に供給される。そし
て供給された電流は、電磁流体10から負電極９、外周側
電流リード部材12、ブスバー部材19、リング部材18、給
電端子20という回路を流れる。
超電導マグネット１により発生する磁場Ｂ、正負電極
８、９間に流れる電極電流Ｊ、及びローレンツ力Ｆは、
図中に夫々矢印で示す方向に向く。このため、電磁流体
10は入側端部６の開口6aから推進ダクト２内に入って、
推進ダクト２内で連続的にローレンツ力Ｆを受けて加速
され、出側端部７の開口7aから外部に噴出し、その噴出
力の反力が推力となる。
８、９間に流れる電極電流Ｊ、及びローレンツ力Ｆは、
図中に夫々矢印で示す方向に向く。このため、電磁流体
10は入側端部６の開口6aから推進ダクト２内に入って、
推進ダクト２内で連続的にローレンツ力Ｆを受けて加速
され、出側端部７の開口7aから外部に噴出し、その噴出
力の反力が推力となる。
ここで電極電流、電極間電圧の初期値をそれぞれＪ
（Ａ）、Ｖ（Ｖ）とすると、これらはそれぞれ、 Ｊ＝ｊ（２πrc・ｂ）ｎ＝ｊ（２πrc）１ Ｖ＝〔（rc・ｊ）／σ〕・ln（ro/ri） と表される。
（Ａ）、Ｖ（Ｖ）とすると、これらはそれぞれ、 Ｊ＝ｊ（２πrc・ｂ）ｎ＝ｊ（２πrc）１ Ｖ＝〔（rc・ｊ）／σ〕・ln（ro/ri） と表される。
ただし、 j:推進ダクトの代表半径における電流密度（A/m2） rc:代表半径（ｍ）＝（ro＋ri）/2 ro:推進ダクトの外半径（ｍ） ri:推進ダクトの内半径（ｍ） b:推進ダクトのセルの長さ（ｍ） n:推進ダクトのセル数 l:推進ダクトの長さ σ：海水導電率（S/m） である。
そして投入電力の初期値Ｐ（Ｗ）は、 Ｐ＝Ｊ・Ｖ ＝j2・（rc2／σ）・２πｌ・ln（ro/ri） となる。
また推進ダクト２の内部空間、即ち電磁流体10の通路
体積Ｓ（m3）は、概略 Ｓ＝π（ro2−ri2）bn と表される。
体積Ｓ（m3）は、概略 Ｓ＝π（ro2−ri2）bn と表される。
するとローレンツ力の初期値Ｆ（Ｎ）は、 Ｆ＝jBS ＝jB（ro2−ri2）πbn ＝jB（ro2−ri2）πｌ このローレンツ力Ｆと投入電力の初期値Ｐの関係は、 ここで、ＰσB2πl/2＝Ａとすると上式は、 となり、ローレンツ力Ｆの極値はδF2／δri＝０のとき
である。そしてこれを数値的に解くと、ro〜3.5riの時
にもっとも大きな推力が得られる。
である。そしてこれを数値的に解くと、ro〜3.5riの時
にもっとも大きな推力が得られる。
また内周側電流リード部材11、外周側電流リード部材
12等の各要素にも超電導マグネット１により発生する磁
場Ｂと各要素に流れる電極電流Ｊによりローレンツ力ｆ
が発生する。このローレンツ力ｆは、推進ダクト２に直
接に掛かって、推進ダクト２を回転駆動する。
12等の各要素にも超電導マグネット１により発生する磁
場Ｂと各要素に流れる電極電流Ｊによりローレンツ力ｆ
が発生する。このローレンツ力ｆは、推進ダクト２に直
接に掛かって、推進ダクト２を回転駆動する。
ここで第５図に示すモデルにより電流リード部材に発
生する回転駆動力について説明する。なお第５図では外
周側電流リード部材12を示している。
生する回転駆動力について説明する。なお第５図では外
周側電流リード部材12を示している。
電流リード部材の寸法を図示のとおり横ｗ（ｍ）、縦
ho（ｍ）、奥行きｄ（ｍ）とする。またこのような電流
リード部材が推進ダクト２の外周にｍ個、軸1a方向に推
進ダクト２のセル数と同じくｎ個設けてあるとする。
ho（ｍ）、奥行きｄ（ｍ）とする。またこのような電流
リード部材が推進ダクト２の外周にｍ個、軸1a方向に推
進ダクト２のセル数と同じくｎ個設けてあるとする。
電流リード部材の平均電流密度ｊは ｊ＝（j/mn）（l/dw） （A/m2） となる。これが磁場Ｂ（Ｔ）中にあるため単位体積当た
りのローレンツ力f0は、 fo＝jB ＝（J/mn）（l/dw）Ｂ （N/m3） となる。そのため一個の電流リード部材に発生するロー
レンツ力feは、 fe＝f0dwho （Ｎ） であり、mn個の電流リード部材に発生する全ローレンツ
力Feは、 Fe＝mnfe ＝mn（J/mn）（w/dho）Bdwho ＝JBho （Ｎ） となる。即ち、上式より明らかなように電磁リード部材
に発生するローレンツ力ｆは電極電流Ｊ、磁場Ｂを一定
とすると、電流リード部材の厚みhoにより決定されるこ
とになる。そして推進ダクト２を回転させる回転モーメ
ントToは、ローレンツ力Feと半径r0との積になり、 To＝mnfe・2ro ＝2JBhoro となる。さらに内周側に発生する回転モーメントTiも上
記と同様に求めると、 Ti＝2JBhiri となる。ただし、hiは内周側電流リード部材の厚み、ri
は推進ダクト２の内周側の半径である。
りのローレンツ力f0は、 fo＝jB ＝（J/mn）（l/dw）Ｂ （N/m3） となる。そのため一個の電流リード部材に発生するロー
レンツ力feは、 fe＝f0dwho （Ｎ） であり、mn個の電流リード部材に発生する全ローレンツ
力Feは、 Fe＝mnfe ＝mn（J/mn）（w/dho）Bdwho ＝JBho （Ｎ） となる。即ち、上式より明らかなように電磁リード部材
に発生するローレンツ力ｆは電極電流Ｊ、磁場Ｂを一定
とすると、電流リード部材の厚みhoにより決定されるこ
とになる。そして推進ダクト２を回転させる回転モーメ
ントToは、ローレンツ力Feと半径r0との積になり、 To＝mnfe・2ro ＝2JBhoro となる。さらに内周側に発生する回転モーメントTiも上
記と同様に求めると、 Ti＝2JBhiri となる。ただし、hiは内周側電流リード部材の厚み、ri
は推進ダクト２の内周側の半径である。
そして推進ダクト２を回転させる全回転モーメントＴ
は、 Ｔ＝To＋Ti ＝2JB（horo＋hiri） （Nm） となる。
は、 Ｔ＝To＋Ti ＝2JB（horo＋hiri） （Nm） となる。
例えばＪ＝4000A、Ｂ＝10T、ro＝0.8m、ri＝0.228m、
ho＝hi＝0.1mとすると、 To＝6400（Nm）＝653（kgf・ｍ） Ti＝1824（Nm）＝186（kgf・ｍ） Ｔ＝8224（Nm）＝839（kgf・ｍ） となる。
ho＝hi＝0.1mとすると、 To＝6400（Nm）＝653（kgf・ｍ） Ti＝1824（Nm）＝186（kgf・ｍ） Ｔ＝8224（Nm）＝839（kgf・ｍ） となる。
ここで、推進ダクト２が軸線周りに一周する場合に軸
方向に進む距離、即ちリードをｋとし、リード角をβと
して、推進ダクト２のセンタの代表位置での速度線図を
示すと第６図のようになる。
方向に進む距離、即ちリードをｋとし、リード角をβと
して、推進ダクト２のセンタの代表位置での速度線図を
示すと第６図のようになる。
仮に推進ダクト２の壁面と電磁流体10との間に摩擦が
なく、電磁流体10が静止状態にありかつ推進ダクト２が
周速Ccで回転しているとすると、電磁流体10は推進ダク
ト２の壁から力を受け図中AD方向に移動する。この移動
の速度はCctanβで表される。但しtanβは、 tanβ＝k/2πrc である。
なく、電磁流体10が静止状態にありかつ推進ダクト２が
周速Ccで回転しているとすると、電磁流体10は推進ダク
ト２の壁から力を受け図中AD方向に移動する。この移動
の速度はCctanβで表される。但しtanβは、 tanβ＝k/2πrc である。
一方、推進ダクト２が停止していれば、電磁流体10は
推進ダクト２に沿って▲▼方向へ流れる。その流速
をVcとする。そして、この状態で推進ダクト２が周速Cc
で図中▲▼の方向に回転すると、電磁流体10は図に
示すように、流速Wcで▲▼方向に流れることにな
る。この流速Wcと推進ダクト２の回転を考慮すると、電
磁流体10は回転する相対座標系の上で、流速Ucで▲
▼方向に流れることになる。ここで流速Ucの大きさは、 Uc：Vc＝Vccosβ−Cc：Vccosβ となるから、 Uc＝Vc（Vccosβ−Cc）／Vccosβ ＝（Vccosβ−Cc）/cosβ ＝Vc−（Cc/cosβ） と求められる。
推進ダクト２に沿って▲▼方向へ流れる。その流速
をVcとする。そして、この状態で推進ダクト２が周速Cc
で図中▲▼の方向に回転すると、電磁流体10は図に
示すように、流速Wcで▲▼方向に流れることにな
る。この流速Wcと推進ダクト２の回転を考慮すると、電
磁流体10は回転する相対座標系の上で、流速Ucで▲
▼方向に流れることになる。ここで流速Ucの大きさは、 Uc：Vc＝Vccosβ−Cc：Vccosβ となるから、 Uc＝Vc（Vccosβ−Cc）／Vccosβ ＝（Vccosβ−Cc）/cosβ ＝Vc−（Cc/cosβ） と求められる。
即ち、推進ダクト２が静止している場合、電磁流体10
と推進ダクト２の壁面との速度差はVcであるのに対し、 推進ダクト２が周速度で回転している場合の電磁流体10
と推進ダクト２の壁面の速度差はUc（＜Vc）となり、流
体摩擦損失は推進ダクト２が回転していない場合に比べ
て小さくできる。もちろん、Cc＝Vccosβの場合には、U
cがゼロとなり、流体摩擦がないことになる。
と推進ダクト２の壁面との速度差はVcであるのに対し、 推進ダクト２が周速度で回転している場合の電磁流体10
と推進ダクト２の壁面の速度差はUc（＜Vc）となり、流
体摩擦損失は推進ダクト２が回転していない場合に比べ
て小さくできる。もちろん、Cc＝Vccosβの場合には、U
cがゼロとなり、流体摩擦がないことになる。
ここで推進ダクト２が周速Ccを得るための回転数ｎ
（rpm）は、角速度をωとすると、 Cc＝rcω＝rc・２πn/60 より、 ｎ＝（30/π）・（Cc/rc）（rpm） となる。
（rpm）は、角速度をωとすると、 Cc＝rcω＝rc・２πn/60 より、 ｎ＝（30/π）・（Cc/rc）（rpm） となる。
そしてUcのVcに対する割合、即ち流摩擦体損失の割合
は、 Uc／Vc＝｛Vc−（Cc/cosβ）｝／Vc ＝１−（Cc／Vc）・（1/cosβ） で与えられる。この式をグラフとしたのが第７図であ
る。そして第７図に示すように、例えばリード角βが30
°とし、推進ダクト２の周速を電磁流体10の流速の80％
に設定すれば、流体摩擦損失を約90％も低減できること
がわかる。
は、 Uc／Vc＝｛Vc−（Cc/cosβ）｝／Vc ＝１−（Cc／Vc）・（1/cosβ） で与えられる。この式をグラフとしたのが第７図であ
る。そして第７図に示すように、例えばリード角βが30
°とし、推進ダクト２の周速を電磁流体10の流速の80％
に設定すれば、流体摩擦損失を約90％も低減できること
がわかる。
第８図は他の実施例を示し、先の実施例を集中給電方
式とすれば、この実施例の装置は分割給電方式と言える
ものである。本実施例では給電装置３の母線装置13、14
は夫々リングブスバー部材21、22を備えて位置を固定と
し、推進ダクト２が回転しても静止しているようにして
ある。先の例に比べ構造が複雑化し、電流リングブスバ
ー部材21、22と電流リード部材11、12との摺接による摩
擦損失が増えるが、推進ダクト２の重量を支える支持装
置（例えばローラ支持装置）に母線装置13、14を一体化
できる利点がある。本実施例のその他の構造、作用は先
の例と同一であるので説明は省略する。
式とすれば、この実施例の装置は分割給電方式と言える
ものである。本実施例では給電装置３の母線装置13、14
は夫々リングブスバー部材21、22を備えて位置を固定と
し、推進ダクト２が回転しても静止しているようにして
ある。先の例に比べ構造が複雑化し、電流リングブスバ
ー部材21、22と電流リード部材11、12との摺接による摩
擦損失が増えるが、推進ダクト２の重量を支える支持装
置（例えばローラ支持装置）に母線装置13、14を一体化
できる利点がある。本実施例のその他の構造、作用は先
の例と同一であるので説明は省略する。
なお、本発明の推力発生装置は単独で用いてもよい
が、本発明者等がなした先の国際出願PCT/JP89/01153に
おいて開示したように、複数連結して用いることも可能
である。
が、本発明者等がなした先の国際出願PCT/JP89/01153に
おいて開示したように、複数連結して用いることも可能
である。
本発明に係る推力発生装置は、以上説明してきたよう
なものなので、推力を水平に発生させるようにすれば船
舶等の推進装置として用いることができ、また水平及び
垂直に推力を発生させれば海上ステーションの位置保持
装置として使用できる。
なものなので、推力を水平に発生させるようにすれば船
舶等の推進装置として用いることができ、また水平及び
垂直に推力を発生させれば海上ステーションの位置保持
装置として使用できる。
一方、推力発生装置を固定してダクト中の電磁流体に
電流が流れるようにすればローレンツ力により電磁流体
がダクトから噴射されるので大容量海水ポンプ等として
使用できる。
電流が流れるようにすればローレンツ力により電磁流体
がダクトから噴射されるので大容量海水ポンプ等として
使用できる。
さらに推力発生原理を逆にしてダクト中に電磁流体を
流せば発電が可能になるので、海流MHD発電装置等の大
容量発電機としても使用できる。
流せば発電が可能になるので、海流MHD発電装置等の大
容量発電機としても使用できる。
第１図は、本発明の一実施例を一部破断して示す斜視
図、第２図は第１図中の推進ダクトの拡大部分断面図、
第３図は第２図中の矢印III−III線に沿う断面図、第４
図は給電装置の部分斜視図、第５図は電流リード部材に
おけるローレンツ力の発生状態を示す斜視図、第６図は
推進ダクトの回転速度と電磁流体の流速との関連を示す
速度線図、第７図は推進ダクトの回転速度変化による電
磁流体の流体摩擦損失を示すグラフ、そして第８図は本
発明の第二の実施例を示す第２図相当の断面図である。 １…超電導マグネット 1a…超電導マグネットの中心軸線 ２…推進ダクト、３…給電装置 ４…超電導コイル、５…中空部 ６…入側端部、７…出側端部 ８…正電極、９…負電極 10…電磁流体 11、12…電流リード部材 13、14…母線装置、15…リング部材 16…ブスバー部材、17…給電端子 18…リング部材、19…ブスバー部 20…給電端子 21、22…電流リングブスバー部材
図、第２図は第１図中の推進ダクトの拡大部分断面図、
第３図は第２図中の矢印III−III線に沿う断面図、第４
図は給電装置の部分斜視図、第５図は電流リード部材に
おけるローレンツ力の発生状態を示す斜視図、第６図は
推進ダクトの回転速度と電磁流体の流速との関連を示す
速度線図、第７図は推進ダクトの回転速度変化による電
磁流体の流体摩擦損失を示すグラフ、そして第８図は本
発明の第二の実施例を示す第２図相当の断面図である。 １…超電導マグネット 1a…超電導マグネットの中心軸線 ２…推進ダクト、３…給電装置 ４…超電導コイル、５…中空部 ６…入側端部、７…出側端部 ８…正電極、９…負電極 10…電磁流体 11、12…電流リード部材 13、14…母線装置、15…リング部材 16…ブスバー部材、17…給電端子 18…リング部材、19…ブスバー部 20…給電端子 21、22…電流リングブスバー部材
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 44/04 ZAA B63H 11/04 ZAA B63H 19/00 H02K 44/08 ZAA
Claims (7)
- 【請求項１】ソレノイドコイル型の超電導マグネット、
該超電導マグネットの中空内部に回転自在に支持した電
磁流体を通すための中空で周壁が蔓巻状をなすように巻
いた形状のダクト、該ダクトの内面に固定した正、負電
極、及びこれら両電極間にある電磁流体に電流を供給す
る給電装置とからなり、 上記ダクトは、入側及び出側開口部を上記超電導マグネ
ットの中心軸線に沿わせて開口させ、かつ内面上の一側
に上記正電極を、他側に上記負電極を夫々上記ダクトの
蔓巻形状に沿わせて連続的に対向配置して備え、 上記給電装置は、上記ダクトの内周側外壁もしくは外周
側外壁の少なくともいずれか一方に、上記正、負電極間
への電流供給用の複数の電流リード部材を等角度間隔で
固設してなり、 上記超電導マグネットが発生する磁界と上記正、負電極
間への供給電流により発生するローレンツ力によって、
上記ダクトの入側開口部から入って上記ダクト内に存す
る電磁流体を加速して上記ダクトの出側開口部から噴出
させるとともに、上記超電導マグネットが発生する磁界
と上記電流リード部材を流れる上記正、負電極間への供
給電流により上記電流リード部材に発生するローレンツ
力によって上記ダクトを回転させることを特徴とする推
力発生装置。 - 【請求項２】上記複数の電流リード部材に電流を供給す
る母線装置を備え、該母線装置は、上記ダクトの内周側
の中空部内もしくは外周側の少なくともいずれか一方に
上記ダクトと同心に配置するリング部材と、上記リング
部材から上記ダクトの長さ方向に伸びるブスバー部材と
からなり、該ブスバー部材を対応位置にある上記電流リ
ード部に接触させる請求項１の推力発生装置。 - 【請求項３】上記ブスバー部材を対応位置にある上記電
流リード部材に固定し、上記母線装置を上記ダクトと共
に回転可能とした請求項２の推力発生装置。 - 【請求項４】上記リング部材の内周面もしくは外周面に
電源からの給電端子を接触させた請求項３の推力発生装
置。 - 【請求項５】上記母線装置は、上記電流リード部材と上
記ブスバー部材との間にリングブスバー部材を介在さ
せ、かつ回転せぬよう位置固定とした請求項２の推力発
生装置。 - 【請求項６】上記正電極を上記ダクトの内径側の内面
に、上記負電極を上記ダクトの外径側の内面に設けた請
求項１ないし５のいずれかの推力発生装置。 - 【請求項７】上記ダクトの外径と内径の比を略1:3.5と
した請求項１ないし６のいずれかの推力発生装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2253380A JP3045754B2 (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 推力発生装置 |
| PCT/JP1991/001250 WO1992005621A1 (en) | 1990-09-21 | 1991-09-20 | Thrust generator |
| EP91916612A EP0500970B1 (en) | 1990-09-21 | 1991-09-20 | Thrust generator |
| US07/858,986 US5298818A (en) | 1990-09-21 | 1991-09-20 | Thrust generator |
| DE69108891T DE69108891T2 (de) | 1990-09-21 | 1991-09-20 | Schuberzeuger. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2253380A JP3045754B2 (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 推力発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04133656A JPH04133656A (ja) | 1992-05-07 |
| JP3045754B2 true JP3045754B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=17250559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2253380A Expired - Lifetime JP3045754B2 (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 推力発生装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5298818A (ja) |
| EP (1) | EP0500970B1 (ja) |
| JP (1) | JP3045754B2 (ja) |
| DE (1) | DE69108891T2 (ja) |
| WO (1) | WO1992005621A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101860895B1 (ko) * | 2017-02-27 | 2018-06-29 | 울산과학기술원 | 전도성 물질 이송 장치 |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996021265A1 (en) * | 1994-12-30 | 1996-07-11 | Edward Benton | Specifications for the pulsed field flux engine |
| US5668420A (en) * | 1995-04-06 | 1997-09-16 | The Penn State Research Foundation | Magnetohydrodynamic apparatus |
| EP0931931A1 (en) * | 1998-01-27 | 1999-07-28 | Entry-Technology | Magneto hydro dynamical tidal and ocean current converter |
| US6342071B1 (en) * | 1999-07-08 | 2002-01-29 | Benjamin David Pless | Ambulatory blood pump |
| US6352455B1 (en) | 2000-06-22 | 2002-03-05 | Peter A. Guagliano | Marine propulsion device |
| US7445531B1 (en) | 2003-08-25 | 2008-11-04 | Ross Anthony C | System and related methods for marine transportation |
| DE102004044539B4 (de) * | 2004-09-10 | 2008-08-28 | Technische Universität Dresden | Einrichtung zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien |
| US20060070371A1 (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-06 | St Clair John Q | Electric dipole moment propulsion system |
| US9597615B2 (en) | 2005-02-15 | 2017-03-21 | Spiroflo Holdings, Inc. | Flow development chamber and separator |
| US7663261B2 (en) * | 2005-02-15 | 2010-02-16 | Spiroflo, Inc. | Flow development and cogeneration chamber |
| DE102005058729A1 (de) * | 2005-12-08 | 2007-06-14 | Technische Universität Ilmenau | Vorrichtung und Verfahren zur elektromagnetischen Beeinflussung der Strömung von gering elektrisch leitfähigen und hochviskosen Fluiden |
| WO2013082578A1 (en) * | 2011-12-03 | 2013-06-06 | Thomas Krupenkin | Method and apparatus for mechanical energy harvesting using combined magnetic and microfluidic energy generation |
| US9259047B2 (en) * | 2012-09-13 | 2016-02-16 | Thomas Nikita Krupenkin | Apparatus for footwear-embedded mechanical energy harvesting system based on dual-loop channel |
| CN103117640A (zh) * | 2013-03-14 | 2013-05-22 | 周华 | 磁流体交直流发电机 |
| US9543818B2 (en) * | 2013-09-15 | 2017-01-10 | The Boeing Company | Ferrofluid motor |
| US20150145257A1 (en) * | 2013-11-25 | 2015-05-28 | Bryan P. Hendricks | Energy generating apparatus for gas or liquid flowing conditions |
| CN109030850B (zh) * | 2018-09-20 | 2020-08-21 | 天津大学 | 一种mhd角速度传感器稳定调制磁场的驱动装置 |
| CN109639095B (zh) * | 2019-01-24 | 2020-10-30 | 中国科学院电工研究所 | 一种螺旋通道直流磁流体泵 |
| CN110550174B (zh) * | 2019-09-25 | 2020-07-07 | 中国科学院电工研究所 | 一种多螺旋通道环形超导磁流体推进器 |
| CN111361720B (zh) * | 2020-03-26 | 2021-02-02 | 中国科学院电工研究所 | 一种一体化磁流体推进器 |
| RU2751728C1 (ru) * | 2020-08-31 | 2021-07-16 | Борис Клавдиевич Никитин | Бесшумный гидравлический движитель |
| CN112591067B (zh) * | 2020-12-17 | 2022-05-10 | 淮安普乐菲智能科技有限公司 | 一种可控双向喷射推进器 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2112791A5 (en) * | 1970-11-09 | 1972-06-23 | Alsthom | Electromagnetic pump - needs no moving part to convey liquid which conducts electricity |
| JPS5519636A (en) * | 1978-07-25 | 1980-02-12 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Electromagnetic propulsion device for shipping |
| JPS583565A (ja) * | 1981-06-27 | 1983-01-10 | Tanemi Notoko | 電気回転機 |
| JPH0684159B2 (ja) * | 1985-09-18 | 1994-10-26 | 株式会社前川製作所 | 海水船舶用推進装置 |
| US5352139A (en) * | 1989-05-24 | 1994-10-04 | Gunther Laukien | Method and apparatus for the propulsion of water vehicles |
| US5314311A (en) * | 1989-11-10 | 1994-05-24 | Koatsu Gas Kogyo Co., Ltd. | Thrust generator |
-
1990
- 1990-09-21 JP JP2253380A patent/JP3045754B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-09-20 WO PCT/JP1991/001250 patent/WO1992005621A1/ja active IP Right Grant
- 1991-09-20 US US07/858,986 patent/US5298818A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-09-20 DE DE69108891T patent/DE69108891T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-09-20 EP EP91916612A patent/EP0500970B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101860895B1 (ko) * | 2017-02-27 | 2018-06-29 | 울산과학기술원 | 전도성 물질 이송 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69108891T2 (de) | 1995-08-24 |
| EP0500970A1 (en) | 1992-09-02 |
| JPH04133656A (ja) | 1992-05-07 |
| EP0500970A4 (en) | 1993-02-24 |
| DE69108891D1 (de) | 1995-05-18 |
| WO1992005621A1 (en) | 1992-04-02 |
| US5298818A (en) | 1994-03-29 |
| EP0500970B1 (en) | 1995-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3045754B2 (ja) | 推力発生装置 | |
| EP0566787B1 (en) | Dual propeller shock resistant submersible propulsor unit | |
| US20180191234A1 (en) | High speed turbine | |
| US20200001960A1 (en) | Electrical underwater jet motor with multiple stator for sea vehicles | |
| CN109515755B (zh) | 一种五自由度单框架磁悬浮控制力矩陀螺 | |
| CN112510952B (zh) | 基于磁场调制原理的横向错位无刷双转子电机 | |
| WO2007034333A2 (en) | Superconducting acyclic homopolar electromechanical power converter | |
| US4015540A (en) | Electromagnetic transportation system | |
| US5352139A (en) | Method and apparatus for the propulsion of water vehicles | |
| KR20140036238A (ko) | 저속 전자석 터빈 | |
| CA2467177C (en) | Methods and apparatus for assembling homopolar inductor alternators including superconducting windings | |
| JPS6292754A (ja) | 単極機 | |
| JP2001132607A (ja) | 水力発電装置 | |
| CN206894471U (zh) | 交流电源供电的电磁直线电机 | |
| JPH10225075A (ja) | 流体発電装置 | |
| JP2000116087A (ja) | 無負荷発電機 | |
| JP2007291986A (ja) | 相反転クロスフロー型発電装置 | |
| RU2687397C2 (ru) | Электрический подводный движитель | |
| JPH06105443A (ja) | 流体搬送装置 | |
| JPH0742231Y2 (ja) | 電磁誘導原動機 | |
| JP3248757B2 (ja) | 水中推進装置 | |
| WO2021229856A1 (ja) | ラジアルギャップ型同期機および電動発電システム | |
| JP2736469B2 (ja) | 推力発生装置 | |
| Robinson et al. | DIRECT LINEAR MOTION IN SEALED SYSTEMS | |
| Mole et al. | Design trends in homopolar machines since the mid-1960's |