JP6560511B2

JP6560511B2 - 横軸ロータ

Info

Publication number: JP6560511B2
Application number: JP2015050208A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　政彦; 政彦鈴木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2035-03-13
Also published as: JP2016168939A; WO2016147940A1; TW201643071A; CN107406130A; KR20170128512A

Description

本発明は、船舶用の推進機として、動力のトルクを変更せずに速度を変化させ、前進や後退を容易にすることができる、高性能の横軸ロータに関する。

軸心方向へ水流を集束させるプロペラは、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００７−１２５９１４号公報

前記、特許文献１に記載のプロペラは、ブレードの先端部を、後面方向へ湾曲させて円弧部を形成したものであり、ブレードはハブに固定されている。
そのためブレードのピッチ角度は固定されており、変更することはできない。また、ロータの推進力によって、船舶の進路を直接変向させることはできず、後退をすることは困難である。
本発明は、ブレードのピッチ角度を広範囲に変更可能とし、かつ、推進力を変えずに速度を変化させ、船体の前進、後退を容易とした、横軸ロータを提供するものである。

本発明の具体的な内容は、次の通りである。

（１）横軸ロータにおいて、前縁視で翼根から翼端へかけて同じ厚さとした揚力型ブレードの翼根から突出させた支持杆を、ハブの回転軸心線に直交として、かつ平面視、前縁から後縁へかけて後面方向へ弧曲する弧曲面を前面とし、前縁と後縁を結ぶ揚力型ブレードの中心線がハブの回転軸心線に直交するようにして、中空のハブの周面に形成された嵌装部に、回転可能に嵌装し、
揚力型ブレードの支持杆の基部に装着した伝動手段に動力側の伝動手段を係合させ、これを回転手段で回転させ、揚力型ブレードの前縁の向きを、前後方向へそれぞれ４５度の範囲で変向可能とした横軸ロータ。

（２）前記揚力型ブレードは、後面視で、翼根から翼端へかけて、次第に弦長を大とし、かつ最大弦長部より先端を後面方向へ傾斜させた傾斜部とし、直立させた状態における平面視で、揚力型ブレードの前縁と後縁を結ぶ中心線を回転軸心線Ｓに直交状とした時、傾斜部の先端とブレードの支持杆の軸心とを結ぶ直線を、揚力型ブレードの前縁と後縁を結ぶ中心線に直交とした前記（1）に記載の横軸ロータ。

（３）前記揚力型ブレードは、回転方向に対してその中心線が回転軸心線Ｓに直交状とした時、翼根から翼端へかけての後面が、回転軸心線Ｓに対して直交し、その前面は、平面視、前縁から後縁へかけて後面方向へ傾斜している前記（1）または（2）に記載の横軸ロータ。

（４）前記揚力型ブレードの支持杆の基部に装着した伝動手段はウォーム歯車で、動力側の伝動手段はウオームで、回転手段はサーボモータであり、該サーボモータは自動制御される前記（1）〜（3）のいずれかに記載の横軸ロータ。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の揚力型ブレードは、ハブに直交し回転可能に装着されており、回転手段の回転力が、伝動手段によって伝動され、固定位置から揚力型ブレードの前縁を前後方向へ、それぞれ45度の範囲で、揚力型ブレードの向きを変向可能としてあるので、揚力型ブレードを回転方向に対して、ピッチ角０度とする固定位置に維持して回転させると、この揚力型ブレードを備えた船舶は、揚力型ブレードの周面にコアンダ効果により生じる水流によって、緩やかに直進することができる。
揚力型ブレードの前縁を45度、後面方向へ変向させて、ロータを回転させると、水流は、進行方向に対して左前方向へ押出されるので、船舶の後尾は、必然的に後退方向に移動し、船体を容易に後退させることができる。
また、揚力型ブレードを変向させるピッチ角度の調整によって、ロータ軸の回転速度が同じであっても、推進力を変化させることができる。

前記（2）に記載の揚力型ブレードは、後面視で、翼根から翼端へかけて次第に弦長を大とし、最大弦長部から先端を、後面方向へ傾斜させた傾斜部としてあるので、揚力型ブレードの回転によって、遠心部における多量の水を、傾斜部で散逸させないように送り出すことが出来て、推進力が高まる。
また、揚力型ブレードを直立させた状態における平面視で、傾斜部の先端と、支持杆の軸心とを結ぶ直線が、揚力型ブレードの前縁と後縁とを結ぶ直線に対して、直交するようにしてあるので、傾斜部で押出される水流は、高速で回転軸心線に沿う方向へ向かって推進力を高める。

前記（3）に記載の揚力型ブレードは、後面が回転方向にも、放射方向にも捩じれていないので、回転時においてキャビテーションが生じないし、回転力のロスが発生せず、フルに利用することができる。

前記（4）に記載の揚力型ブレードは、サーボモータを自動制御することによって変向させることができるので、動力のトルクは同じであっても、揚力型ブレードのピッチ角度を調節することによって、自動的に速度が調節される。

本発明の一実施形態を示す背面図である。図１における上を向いているブレードの平面図である。図２におけるピッチ変向手段を示す、ブレードの側面図である。図２におけるブレードの前縁を、後面方向へ45度変向した状態の平面図である。図２においてブレードの前縁を前面方向へ45度変向した状態の平面図である。本発明の実施例２を示す、図３と同様の側面図である。図６におけるブレードを示す平面図である。

以下本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１において、複数の揚力型ブレード３（以下単にブレードという）の、翼根３Ｃから求心方向へ突出させた支持杆４は、図示しない船舶の、推進軸の後端におけるハブ２の周面に、求心方向へ向けて、回転可能に嵌装されている。

ブレード３は、後面視において、図１に示すように、翼根３Ｃから翼端３Ｄ方向へかけて、弦長が次第に大とされ、最大弦長部３Ｅから先を、次第に細くなる円弧状とされている。

図２は、図１における、直立しているブレード３の平面視を示し、その右側が前面３Ｇであり、左側が後面３Ｆであり、後面３Ｆは前縁３Ａから後縁３Ｂへかけて直線とされている。またブレード３の前縁３Ａと後縁３Ｂとを結ぶ中心線Ｕは、ブレード３の、回転方向Ｔに対するピッチ角度を０度としてある。

ブレード３の前縁３Ａ部分の最大翼厚は、最大弦長の20％〜30％の範囲の厚みとしてあり、後縁３Ｂへかけて次第に薄くしてある。ハブ２の軸心線Ｓに対して直交し、支持杆４を嵌装した状態のブレード３は、平面視において、ほぼ魚形に形成されている。

また、ブレード３の後面３Ｆ（図２における左側面）は、前縁３Ａから後縁３Ｂへかけて平面とされているが、前面３Ｇ（図２の右側面）は、緩やかな弧を描いおり、前縁３Ａから後縁３Ｂにかけての長さは、前面３Ｇの方が、後面３Ｆよりも大となっている。

そのため、回転時における、ブレード３の前縁３Ａから後縁３Ｂへかけて通過する水流の中で、後面３Ｆに沿って通過する水流の速度よりも、前面３Ｇに沿って通過する水流の速度の方が大となり、コアンダ効果によって、図２におけるＡ矢示方向へ向く水流が生じる。

従って、図２に示すように、回転方向に対してピッチ角０度のブレード３が回転しても、コアンダ効果によって、前面３Ｇに沿うＡ矢示方向の水流が生じるので、このブレード３を備える船舶は、緩やかに前進することになる。

また、ピッチ角度を大きくすると、動力のトルクが同じであっても速度が上がる。ピッチ角度の制御は、速度の調整を自動制御することとされている。
また、速度を調節すると、自動的にブレード３のピッチ角度が連動的に調節されるように設定する。

図３は、図２の側面視であり、ブレード３の前面３Ｇ及び後面３Ｆは、ハブ２の回転軸心線Ｓに対して、ほぼ直交しており捩れがない。ブレード３の翼根３Ｃ端部から、下方へ突出している支持杆４は、ハブ２の周面に、求心方向へ向けて嵌装され、回転可能にされている。

支持杆４には、伝動手段５として、例えばウオーム歯車が固定され、これに係合する伝動手段６として、ウオームが配設されている。
伝動手段６の回転手段７として、例えばサーボモータが使用されている。このサーボモータは、図示しないコンピュータ制御や、手動制御によって調節される。

その他の回転手段として、流体圧シリンダや、その他の公知の手段を使用するものである。速度の調整は、ブレード３のピッチ角度を調整することによって、連動で自動的に制御されるように設定する。

図３において、回転手段７による伝動手段５、６の回転によって、ブレード３は、図４に示すように、前縁３Ａを、後面３Ｆ（図４の下側）方向へ、45度の範囲まで変向させることができる。また、その逆に、図５に示すように、前縁３Ａを、前面３Ｇ方向（図５の上方）へ、45度の範囲まで変向させることができる。

このブレード３を備えた船舶に対して、図５における水流は45度右斜前方のＢ矢示方向へ押出されるので、その推進力によって、船体は後退することとなり、方向舵を使用したり、あるいは大きく旋回しなくても、後退してから前進等の進路を変向させることができる。

また、ブレード３を、図５に示す状態にまで、向きを変えて回転させると、船舶に対して、水流は45度右斜後方のＣ矢示方向へ押出され、その推進力によって、前進することができる。その場合、図２では微速前進であるが、図５の状態では、動力が同じでも水流が多くなるので、高速前進が可能となる。

図６は、横軸ロータの実施例２の、図３に対応する側面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例２におけるブレード３は、最大弦長部３Ｅから先端を、下流方向へ傾斜する傾斜部３Ｈとしたものである。

ブレード３の傾斜角度は30度〜45度であり、図７に示すように、直立するブレード３の平面視において、傾斜部３Ｈの翼端３Ｄと、支持杆４の軸心とを結ぶ直線Ｖが、ブレード３の前縁３Ａと、後縁３Ｂとを結ぶ直線Ｕに直交するように設定されている。図７では、ハブ２の回転軸心線Ｓに対して、直線Ｖは約10度ほど前縁３Ａ方向へ傾斜している。

従って、ブレード３の回転に伴い、図７においては、ブレード３の回転遠心力によって、翼端方向へ水流が移動し、傾斜部３Ｈで抑止され、図７におけるＣ矢示方向へ抜け、また、図６においては、ハブ２の回転軸心線Ｓに沿うＣ矢示方向へ抜けて、反作用でブレード３の回転効率が高められる。

以上、船舶の推進機用のブレードについて説明して来たが、本発明は、水力発電機の水車にも利用することができる。
すなわち、図６、図７において、後面３Ｆを受流正面とすることとなる。

ブレード３のピッチ角度は、回転方向に対して４度〜30度の範囲で変更することができる。低流速の時には、ピッチ角度を小とし、高流速の時には、ピッチ角度を大として、トルクを増大させることが出来るので、ロータを水路に適した回転速度として、効率のよい発電をさせることができる。

本発明によると、回転方向に対するブレードのピッチ角を０度としておき、この前縁部を、前後方向へ各々45度の範囲で変向することができるので、回転軸の速度を変えずに、推進力を変化させることができ、またロータ軸の回転方向を変えることなく、後退することができる等、実用に適した推進機を得ることができる。

１．横軸ロータ
２．ハブ
２Ａ．嵌装部
３．揚力型ブレード
３Ａ．前縁
３Ｂ．後縁
３Ｃ．翼根
３Ｄ．翼端
３Ｅ．最大弦長部
３Ｆ．後面
３Ｇ．前面
３Ｈ．傾斜部
４．支持杆
５．伝動手段（ウオーム歯車）
６．伝動手段（ウオーム）
７．回転手段（サーボモータ）
Ｓ．ハブの回転軸心線
Ｔ．回転方向線
Ｕ．ブレードの中心線
Ｖ．傾斜部の先端線

Claims

横軸ロータにおいて、前縁視で翼根から翼端へかけて同じ厚さとした揚力型ブレードの翼根から突出させた支持杆を、ハブの回転軸心線に直交として、かつ平面視、前縁から後縁へかけて後面方向へ弧曲する弧曲面を前面とし、前縁と後縁を結ぶ揚力型ブレードの中心線がハブの回転軸心線に直交するようにして、中空のハブの周面に形成された嵌装部に、回転可能に嵌装し、揚力型ブレードの支持杆の基部に装着した伝動手段に動力側の伝動手段を係合させ、これを回転手段で回転させ、揚力型ブレードの前縁の向きを、前後方向へそれぞれ４５度の範囲で変向可能としたことを特徴とする横軸ロータ。
前記揚力型ブレードは、後面視で、翼根から翼端へかけて、次第に弦長を大とし、かつ最大弦長部より先端を後面方向へ傾斜させた傾斜部とし、直立させた状態における平面視で、揚力型ブレードの前縁と後縁を結ぶ中心線を回転軸心線Ｓに直交状とした時、傾斜部の先端とブレードの支持杆の軸心とを結ぶ直線を、揚力型ブレードの前縁と後縁を結ぶ中心線に直交としたことを特徴とする請求項１に記載の横軸ロータ。
前記揚力型ブレードは、回転方向に対してその中心線が回転軸心線Ｓに直交状とした時、翼根から翼端へかけての後面が、回転軸心線Ｓに対して直交し、その前面は、平面視、前縁から後縁へかけて後面方向へ弧曲面としていることを特徴とする請求項１または２に記載の横軸ロータ。
前記揚力型ブレードの支持杆の基部に装着した伝動手段はウォーム歯車で、動力側の伝動手段はウオームで、回転手段はサーボモータであり、該サーボモータは自動制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の横軸ロータ。