JP6926920B2 - 水中推進装置 - Google Patents

Description

本発明は、水中移動体の推進に用いる水中推進装置に関するものである。

水中航走体の推進に用いる水中推進装置としては、モータにより、プロペラ軸を介してプロペラ（スクリュープロペラ）を駆動する形式のものが広く用いられている（たとえば、特許文献１参照）。

モータの回転数を制御する方式としては、モータをインバータ制御することが広く行われている。

また、水中推進装置としては、モータの仕様や性能などに応じて、モータの出力側とプロペラ軸との間に減速ギヤを備える形式のものも使用されている。

水中航走体を使用する目的の一つとしては、海底や海中の探査がある。この場合、水中航走体に搭載されて海底や海中の探査に用いられる装置としては、たとえば、サイドスキャンソーナーや、その他の各種ソーナー、マルチビーム測深器、水中音響カメラなど、超音波領域の音波の送受信により音響計測を行う方式の音響計測装置が多く用いられている。

特開２００９−９６３９６号公報

ところで、モータの回転数の制御に用いられるインバータからは電気的な高周波が出る。そのため、モータの運転により水中推進装置を駆動して航走している水中航走体では、運転中のモータから機械的雑音として超音波が発生する。また、減速ギヤを備える形式の水中推進装置では、モータの駆動に伴って動作する減速ギヤからも超音波が発生する。

そのため、たとえば、探査領域で水中航走体を航走させながら音響計測装置による音響計測を行うと、音響計測装置には、水中推進装置のモータもしくはインバータからの電気的ノイズ（高周波）に起因する超音波や減速ギヤで発生する超音波が、超音波領域の音響ノイズとして作用してしまう。

したがって、この場合、音響計測装置より得られる音響計測の結果は、水中推進装置が発生する超音波領域の音響ノイズの影響を受けたものになってしまう、というのが実情である。このような音響ノイズの影響の具体例は、たとえば、音響計測の結果として得られる画像に、不要な縞が出てしまうというようなものである。

よって、水中航走体に装備する水中推進装置については、超音波領域の音響ノイズを発生させることなく、水中航走体の航走を実施できるようにすることが望まれている。

そこで、本発明は、水中航走体に推進力を付与しながら、モータの運転を停止する期間を設けることができて、このモータの運転を停止している期間中は、モータの運転に起因する超音波領域の音響ノイズを発生させることなく、水中航走体の航走を実施することができる水中推進装置を提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、一軸方向に延びるケーシングと、前記ケーシングの一端側に取り付けられたモータと、前記モータの出力軸の回転により回転する駆動側ゴム保持部と、前記ケーシングの他端側に回転可能に保持されたプロペラ軸と、前記プロペラ軸に取り付けられたプロペラと、前記プロペラ軸を回転する従動側ゴム保持部と、前記駆動側ゴム保持部と前記従動側ゴム保持部との間に掛けられたゴムと、前記モータに接続された制御装置と、を備えた構成を有する水中推進装置とする。

前記ケーシングの内部は、液体が満たされている構成としてある。

前記制御装置は、前記ゴムの巻き数が設定された最小の巻き数未満になると、前記モータに運転開始指令を与える機能と、前記ゴムの巻き数が設定された最大の巻き数以上になると、前記モータに運転停止指令を与える機能と、を備えた構成としてある。

前記駆動側ゴム保持部が回転した回数を計測する駆動側カウンタと、前記従動側ゴム保持部が回転した回数を計測する従動側カウンタと、を備え、前記制御装置は、前記駆動側カウンタより取得する前記駆動側ゴム保持部が回転した回数と、前記従動側カウンタより取得する前記従動側ゴム保持部の回転した回数との差により、前記ゴムの巻き数を求める機能を備えた構成としてある。

前記制御装置は、水中航走体の記憶部から複数の探査用経路と、前記探査用経路同士を接続する接続用経路とによる航走経路の情報を取得する機能と、前記水中航走体の自機位置の検出装置から前記水中航走体の現在位置の情報を取得する機能と、前記水中航走体の現在位置が、前記探査用経路の終点に到達した時点から、前記接続用経路を経て次の前記探査用経路の始点に到達するまでに、前記モータに強制的に前記運転開始指令を与える機能を備えた構成としてある。

本発明の水中推進装置によれば、水中航走体に推進力を付与しながら、モータの運転を停止する期間を設けることができて、このモータの運転を停止している期間中は、モータの運転に起因する超音波領域の音響ノイズを発生させることなく、水中航走体の航走を実施することができる。

水中推進装置の第１実施形態を示す概略図である。 第１実施形態の水中推進装置の制御系を示す図である。 制御装置の処理を示すフロー図である。 探査領域に設定された水中航走体の航走経路を示す概略図である 水中推進装置の第２実施形態を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、水中推進装置の第１実施形態として、本発明の水中推進装置をメインの推進装置として備えた水中航走体の概略切断側面図である。図２は水中推進装置における制御系を示す図である。図３は、制御装置の処理の一例を示すフロー図である。

本実施形態の水中推進装置は、図１に符号１で示すもので、一軸方向として、水中航走体２の航走方向となる前後軸方向に延びるケーシング３と、ケーシング３の一端側としての前端側に取り付けられたモータ４と、モータ４の出力軸５の回転により回転する駆動側ゴム保持部６と、ケーシング３の他端側としての後端側に回転可能に保持されたプロペラ軸７と、プロペラ軸７に取り付けられたプロペラ８と、プロペラ軸７を回転する従動側ゴム保持部９と、駆動側ゴム保持部６と従動側ゴム保持部９との間に掛けられたゴム１０とを備え、更に、図２に示すモータ４の運転を制御する制御装置１１を備えた構成とされている。

本実施形態の水中推進装置１を適用する水中航走体２は、機体１２の内側に、機体１２の後端側から前後軸方向に沿って前方に向けて延びる収容空間１３を備えている。また、機体１２における収容空間１３の後側となる位置には、端壁１４が、収容空間１３と外部とを仕切る姿勢で取り付けられている。

なお、図示しないが、水中航走体２は、本実施形態の水中推進装置１を、従来の推進装置に代えて備える点以外は、既存の水中航走体と同様の構成と機能を備えている。すなわち、水中航走体２は、たとえば、慣性航法装置、ＤＶＬのような対水対地速度計、音響測位装置、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）などを用いた自機位置の検出装置と、操舵装置と、設定された航走経路を記憶する記憶部と、航走制御装置と、音響通信や無線通信用の通信機などを備えている。

本実施形態では、水中航走体２の機体１２における収容空間１３の周囲の壁と、端壁１４が、水中推進装置１のケーシング３として機能している。

モータ４は、収容空間１３の前端寄りとなる個所に、出力軸５を後方に向けた姿勢で配置されている。この状態で、モータ４は、固定部材１５を介して収容空間１３の壁に取り付けられている。

図１では、固定部材１５は、一例として、外周部が収容空間１３の周壁に取り付けられた板状の部材の中央部に、前後方向に貫通する開口１６を備えた構成のものとして示してある。これにより、モータ４は、開口１６に出力軸５を挿通させた状態で、固定部材１５の前面側に取り付けることで、固定部材１５を介して収容空間１３の周壁に固定されている。

なお、固定部材１５は、本実施形態の水中推進装置１の使用時にモータ４に作用する力に抗してモータ４の位置を保持できるようにしてあれば、固定部材１５の形状や、モータ４に対する取り付け位置と取り付け方、収容空間１３の壁に対する取り付け位置と取り付け方は、それぞれ自在に設定してよいことは勿論である。

駆動側ゴム保持部６は、本実施形態では、図１に示す如きフック形状を備えて、モータ４の出力軸５の先端側に、直接取り付けられた構成とされている。

なお、駆動側ゴム保持部６は、後方から掛けられるゴム１０を外れないように保持することができれば、図示したフック形状以外の形状としてもよいことは勿論である。

端壁１４には、中央部に、前後方向に貫通する孔１７が設けられている。端壁１４の後面には、孔１７の周縁に沿って、リング状のスラスト軸受１８が設けられている。

プロペラ軸７は、長手方向の中間部が、端壁１４の孔１７およびスラスト軸受１８に挿通して配置されている。更に、プロペラ軸７には、長手方向におけるスラスト軸受１８のすぐ後方となる位置に、周方向の全周に亘り外周側に突出するスラスト受け１９が設けられている。これにより、プロペラ軸７に前向きの力が作用している状態のときには、スラスト受け１９がスラスト軸受１８に後方から接して受けられるため、この状態でプロペラ軸７は円滑に回転することができる。

機体１２から後方に突出するプロペラ軸７の後端側には、プロペラ８が取り付けられている。プロペラ８は、水を後方へ押す機能を得るために、使用時の回転方向が定められている。このプロペラ８の回転方向は、以下、所定の回転方向という。

これにより、本実施形態の水中推進装置１では、プロペラ８を所定の回転方向へ回転ささせると、前方への推力が発生し、この推力が、プロペラ軸７およびスラスト受け１９を介して、スラスト軸受１８が取り付けられた端壁１４へ、更には、端壁１４から機体１２へ付与される。このため、本実施形態の水中推進装置１は、プロペラ８を所定の回転方向へ回転駆動することにより、水中航走体２を前方へ航走させることができる。

なお、プロペラ８は、直径を大きくし、回転を低速とすることにより、プロペラ効率が高まることが一般に知られている。

また、ゴム１０から従動側ゴム保持部９を介してプロペラ軸７に付与される力の特性は、ゴム１０を後述するように設定される最大の巻き数まで巻いたときに、プロペラ軸７に作用するトルクが最大となり、ゴム１０が巻き戻ることに伴ってプロペラ軸７に作用するトルクは徐々に小さくなる。このプロペラ軸７に作用するトルクは、試験や数値計算により推定することができる。

そこで、本実施形態の水中推進装置１では、プロペラ８は、たとえば、２枚羽根とされ、更に、ゴム１０よりプロペラ軸７に最大のトルクが作用する状態であっても、プロペラ８が水の抵抗を受けながら回転することで、キャビテーションを生じるような回転数に達することがなく、できるだけプロペラ効率が１に近くなるように、直径および形状が設計されている。

これにより、本実施形態の水中推進装置１は、水中航走体２の前方への航走を行うときには、前記の設計に基づき、大径のプロペラ８がゆっくりと回転するものとなる。

従動側ゴム保持部９は、本実施形態では、図１に示す如きフック形状を備えて、収容空間１３の内側に突出しているプロペラ軸７の前端側に、直接取り付けられた構成とされている。

なお、従動側ゴム保持部９は、前方から掛けられるゴム１０を外れないように保持することができれば、図示したフック形状以外の形状としてもよいことは勿論である。

ゴム１０は、駆動側ゴム保持部６と、従動側ゴム保持部９との間に前後方向に延びるように配置された動力用ゴムであり、前後の両端側が駆動側ゴム保持部６と、従動側ゴム保持部９にそれぞれ掛けられて保持されている。

この状態で、モータ４の運転により、出力軸５を介して駆動側ゴム保持部６を、プロペラ８の所定の回転方向と同じ回転方向へ回転させる。この際、プロペラ軸７に取り付けられた従動側ゴム保持部９の回転速度は、前記したように水の抵抗を受けながら回転するプロペラ８の回転速度に応じて制限される。そこで、モータ４は、駆動側ゴム保持部６を、従動側ゴム保持部９の回転速度よりも速い回転速度で回転させることができるものとする。これにより、ゴム１０は、駆動側ゴム保持部６と従動側ゴム保持部９との回転の差に応じて、巻かれた状態に弾性変形して、エネルギーを蓄積することができる。

たとえば、モータ４による駆動側ゴム保持部６の回転数がＲ１［ｒｐｍ］、プロペラ軸７と一体の従動側ゴム保持部９の回転数が、Ｒ２［ｒｐｍ］（ただしＲ２＜Ｒ１）のときには、ゴム１０を、１分間当たり、（Ｒ１−Ｒ２）回転分、巻くことができる。

この際、図２に示すように、駆動側ゴム保持部６が回転した回数を計測する駆動側カウンタ２０と、従動側ゴム保持部９が回転した回数を計測する従動側カウンタ２１とを備えた構成とすれば、ゴム１０の巻き数は、駆動側カウンタ２０による駆動側ゴム保持部６の回転した回数の計測値と、従動側カウンタ２１による従動側ゴム保持部９の回転した回数の計測値との差として検出することができる。

なお、駆動側カウンタ２０は、駆動側ゴム保持部６の回転した回数を直接計測するものであってもよいし、モータ４の出力軸５が回転した回数を計測し、その計測結果を基に、駆動側ゴム保持部６の回転した回数を求める機能を備えるものであってもよい。更に、駆動側カウンタ２０は、モータ４に装備された図示しないエンコーダが出力するモータ４の回転に関する情報を基に、駆動側ゴム保持部６の回転した回数を求める機能を備えていてもよい。

従動側カウンタ２１は、従動側ゴム保持部９の回転した回数を直接計測するものであってもよいし、プロペラ軸７やプロペラ８が回転した回数を計測し、その計測結果を基に、従動側ゴム保持部９の回転した回数を求める機能を備えていてもよい。

ゴム１０は、巻き過ぎると切れるので、ゴム１０を、繰り返し巻いても断裂が生じない範囲で、最大の巻き数が設定される。

具体的には、たとえば、水中航走体２の一回の運用で航走する経路が決まれば、その経路の距離などに応じて、水中航走体２の一回の運用中に、本実施形態の水中推進装置１にてゴム１０を巻く操作が必要となる回数は推定できる。よって、その推定されたゴム１０を巻く操作の回数に、設定された余裕分を足した回数、ゴム１０を最大の巻き数まで繰り返し巻いても断裂が生じない範囲で、最大の巻き数を設定するようにすればよい。

更に、ゴム１０は、前記のように巻かれてエネルギーを蓄積した状態になると、その巻かれた状態から巻き戻ろうとする復元力を発揮する。このとき、モータ４の出力軸５および駆動側ゴム保持部６が所定の回転方向とは逆の方向へ回転しないようにしてあれば、ゴム１０が巻き戻ろうとする復元力は、従動側ゴム保持部９を介して、プロペラ軸７およびプロペラ８に、所定の回転方向へ回転させるための駆動力として付与することができる。

ゴム１０は、たとえば、ゴム動力方式の模型などで用いられているような、数ミリメートル程度の太さの紐状のゴムを束ねて輪にしたものを使用することが好適である。これは、ゴム動力方式の模型の分野で蓄積された動力用ゴムについて得られている経験則や実績を基に、本発明の水中推進装置１で用いるゴム１０の量と長さ、ゴム１０に蓄積すべきエネルギー量、ゴム１０の最大巻き数の設定などの設計を行うことが可能になるためである。

たとえば、ゴム動力方式の模型の分野で使用されているゴムには、１［ｇ］で、約１０［Ｊ］のエネルギーを蓄積できるものがある。

また、競技用ゴム動力飛行機では、約７００ｍｍの長さに、１２５０ｇのゴムを掛けて巻き数を２０００回とした結果、約４５分間の滞空時間を得たという記録がある。この場合、平均出力は、ギヤによる損失がない構成として概算すると、
１２５００［Ｊ］／２７００［ｓ］＝４．６［Ｗ］
になる。

これに対し、たとえば、本実施形態の水中推進装置１を適用する水中航走体２は、全長が約３５００ｍｍの場合は、ゴム１０の長さを約２８００ｍｍに設定することが可能である。この場合、ゴム１０の単位長さ当たりの重量が前記条件と同様であるとすると、ゴム１０は、約５０００［ｇ］搭載可能となり、蓄積可能なエネルギーＥは、約５００００［Ｊ］となる。

この場合、水中航走体２の流体抵抗が、たとえば、
Ｄ［Ｎ］＝α×ｖ×ｖ
ここで、α≒８［ｋｇ／ｍ］、ｖ：速度［ｍ／ｓ］
であるとする。

また、プロペラ８は、大径のプロペラ８がゆっくりと回ることに伴い、たとえば、プロペラ軸７の図示しないシールの損失（抵抗（一定）×回転速度）は無視することができるものとする。

プロペラ８の効率は、１に近いものとすれば、必要な仕事率は、
Ｐ［Ｗ］＝Ｄ×ｖ＝α×ｖ×ｖ×ｖ
となる。

一般に、ゴム動力を用いた移動体では、ゴムの巻き数が多いほど速度が大となり、ゴムが巻き戻って巻き数が少なくなるに従い速度は低下する。しかし、ここでは、計算を簡単にするために、本実施形態の水中推進装置１を備えた水中航走体２の速度を一定と考えると、本実施形態の水中推進装置１では、ゴム１０が巻かれてエネルギーＥが約５００００［Ｊ］蓄積された状態からであれば、
航続時間は、ｔ［ｓ］＝Ｅ／Ｐ＝Ｅ／（α×ｖ×ｖ×ｖ）
航続距離は、Ｓ［ｍ］＝ｔ×ｖ＝Ｅ／（α×ｖ×ｖ）
で求めることができる。

水中航走体２の速度が１ノット（０．５１４［ｍ／ｓ］）、２ノット（１．０２８［ｍ／ｓ］）、３ノット（１．５４３［ｍ／ｓ］）の場合は、それぞれの場合の仕事率Ｐ［Ｗ］、航続時間ｔ、航続距離Ｓは次の表のようになる。なお、表では、速度ｖは、単位を、メートル毎秒に代えて、水中航走体２の航走速度の単位として一般的に使用されているノットで示してあり、これに伴い、航続時間ｔは、単位を秒から時間に換算して示してあり、また、航続距離Ｓは、単位をメートルからキロメートルに換算して示してある。

なお、ゴム１０は、駆動側ゴム保持部６と従動側ゴム保持部９との間に掛けられた状態で、モータ４の運転により巻かれた状態に弾性変形することによってエネルギーを蓄積することができ、その巻かれた状態から巻き戻る復元力により、プロペラ軸７に回転駆動力を付与できる機能を備えていればよい。したがって、本実施形態の水中推進装置１では、ゴム１０は、前記した紐状のゴムを束ねて輪にしたもの以外の任意の形状のものを採用してもよいことは勿論である。

収容空間１３の内部には、液体として、シリコーンオイルのようなオイル２２が満たされている。なお、オイル２２は、ゴム１０およびモータ４、更には、収容空間１３の内部に配置された各機器の素材を侵さないものを使用する。これにより、収容空間１３の内部の機器は、モータ４およびゴム１０も含めて油漬けにされて均圧化されている。図１では、オイル２２は、ドットのハッチングを付して示してある。

したがって、本実施形態の水中推進装置１は、水中では、収容空間１３の内部が、外部の水圧と等しい圧力になる。よって、本実施形態の水中推進装置１は、収容空間１３を囲むケーシング３となる部分については、外部から作用する水圧に耐え得る耐圧構造を特に必要としない構成とすることができる。

収容空間１３の端壁１４の孔１７には、プロペラ軸７との隙間を塞ぐ図示しないシールを備えた構成としてある。なお、このシールは、水中航走体２が船上や地上などで空気中に配置されているときには、収容空間１３に満たされているオイル２２と、外部の空気との交換を防ぐ仕切りとして機能すればよい。また、このシールは、水中航走体２が水中に配置されているときには、収容空間１３に満たされているオイル２２と、外部の水との混合や交換を防ぐ仕切りとして機能すればよい。よって、このシールは、簡易な構造のものとすることができる。

更に、端壁１４の孔１７と、プロペラ軸７との隙間が狭くて、収容空間１３に満たされたオイル２２と、外部の空気または水との自由な交換や混合を抑制できる場合は、前記シールを省略した構成としてもよい。

なお、収容空間１３の内部は、オイル２２のような液体を満たさない構成としてもよく、この場合は、端壁１４の孔１７の部分に、プロペラ軸７との隙間を、水圧に抗して水密に保つためのシールまたはカップリングを備えるようにすればよい。

制御装置１１は、図３にフロー図を示す制御則に基づいて、図２に示すように、モータ４に運転開始指令Ｃ１と運転停止指令Ｃ２を与える機能を備えている。

以下、制御装置１１による制御の説明に即して本実施形態の水中推進装置１の作用について説明する。

水中航走体２は、本実施形態の水中推進装置１におけるゴム１０の巻き数が少なくなるに従って、航走する速度が低下する。そのため、水中航走体２に所望される最低限の航走速度を得るためには、ゴム１０に最低限必要とされる巻き数が定まる。このように定められた巻き数が、ゴム１０の最小の巻き数Ｘａとして設定されて、制御装置１１に保存されている。

また、制御装置１１には、ゴム１０の巻き過ぎを防ぐために前記のように設定されたゴム１０の最大の巻き数Ｘｂが保存されている。

この状態で、制御装置１１は、図３に示すように、設定された時間間隔で、駆動側カウンタ２０から駆動側ゴム保持部６の回転した回数の計測値ｘ１を取得し、従動側カウンタ２１から従動側ゴム保持部９の回転した回数の計測値ｘ２を取得する（ステップＳ１）。

次に、制御装置１１は、計測値ｘ１と計測値ｘ２の差として、ゴム１０の現在の巻き数Ｘ（＝ｘ１−ｘ２）をリアルタイムで求める（ステップＳ２）。

次いで、制御装置１１は、モータ４が停止しているか否かの判断を行う（ステップＳ３）。制御装置１１は、モータ４が停止していると判断される場合には、ステップＳ４に進む。一方、モータ４が停止していないと判断される場合、すなわち、モータ４が運転中の場合には、制御装置１１は、ステップＳ７に進む。制御装置１１のステップＳ７以降の処理については後述する。

ステップＳ４では、制御装置１１は、前記ステップＳ２で求めたゴム１０の現在の巻き数Ｘが、設定されたゴム１０の最小の巻き数Ｘａよりも少なくなっているか否かを判断する。

前記ステップＳ４にて、ゴム１０の現在の巻き数Ｘが、最小の巻き数Ｘａよりも少なくなっている場合は、制御装置１１は、ステップＳ５に進み、モータ４に運転開始指令Ｃ１を与える。

これにより、本実施形態の水中推進装置１では、モータ４が、制御装置１１より受け取る運転開始指令Ｃ１に従って運転を開始する（ステップＳ６）。

このモータ４の運転により回転する駆動側ゴム保持部６の回転数Ｒ１［ｒｐｍ］は、従動側ゴム保持部９の回転数Ｒ２［ｒｐｍ］よりも速く設定されているので、ゴム１０は、回転数Ｒ１［ｒｐｍ］と回転数Ｒ２［ｒｐｍ］の差に応じた速さでの巻きが開始される。このため、ゴム１０は、現在の巻き数Ｘが増加する。

制御装置１１は、前記ステップＳ６の後は、ステップＳ１に戻り、設定された時間間隔で、ステップＳ１からの処理を再開する。

一方、前記ステップＳ３でモータ４が停止中と判断され、その後、前記ステップＳ４にて、ゴム１０の現在の巻き数Ｘが、最小の巻き数Ｘａ以上であると判断される場合は、本実施形態の水中推進装置１では、ゴム１０が巻かれた状態から巻き戻るときの復元力によるプロペラ８の回転が行われている状態である。このとき、水中航走体２は、所望される最低限の航走速度以上の速度で航走している。よって、この場合、制御装置１１は、モータ４への指令を発することなく、ステップＳ１に戻る。

制御装置１１は、ステップＳ１に戻った後は、設定された時間間隔で、ステップＳ１からの処理を再開する。

したがって、制御装置１１は、前記ステップＳ４にて、ゴム１０の現在の巻き数Ｘが、最小の巻き数Ｘａ未満になったと判断されるまでは、ステップＳ１からステップＳ４の処理ループを繰り返し実施する。

前記ステップＳ６で、制御装置１１からの運転開始指令Ｃ１に従ってモータ４が運転を開始し、その後、ステップＳ１に戻った場合は、制御装置１１は、ステップＳ１から再開した処理がステップＳ３に進んだ時点で、モータ４が運転中であると判断するようになる。よって、この場合は、制御装置１１は、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、制御装置１１は、ゴム１０の現在の巻き数Ｘが、最大の巻き数Ｘｂ以上であるか否かを判断する。

前記ステップＳ７にて、ゴム１０の現在の巻き数Ｘが最大の巻き数Ｘｂ以上ではない、すなわち、現在の巻き数Ｘが最大の巻き数Ｘｂ未満であると判断される場合は、モータ４の運転に伴いゴム１０を巻く処理が行われている状態ではあるが、ゴム１０は、最大の巻き数Ｘｂに達するまでに更に巻くことができる状態である。

よって、この場合は、制御装置１１は、ステップＳ７からステップＳ１に戻り、ステップＳ１からステップＳ７までの処理ループを繰り返すことで、モータ４の運転によってゴム１０を巻く処理を継続して実施する。

前記ステップＳ７にて、ゴム１０の現在の巻き数Ｘが最大の巻き数Ｘｂ以上であると判断されるようになった場合は、制御装置１１は、ステップＳ８に進み、モータ４に運転停止指令Ｃ２を与える。

これにより、本実施形態の水中推進装置１では、モータ４が、制御装置１１より受け取る運転停止指令Ｃ２に従って運転を停止する（ステップＳ９）。このとき、ゴム１０の現在の巻き数Ｘは、最大の巻き数Ｘｂに達した状態になっている。

制御装置１１は、前記ステップＳ９の後は、ステップＳ１に戻り、設定された時間間隔で、ステップＳ１からの処理を再開する。

したがって、本実施形態の水中推進装置１は、図３に示した処理が制御装置１１で実施されることにより、ゴム１０の現在の巻き数Ｘが、最小の巻き数Ｘａ未満の場合は、制御装置１１からの運転開始指令Ｃ１によりモータ４の運転が開始されて、ゴム１０を巻く操作が行われるようになる。

このゴム１０の巻き操作によって、ゴム１０の現在の巻き数Ｘが最大の巻き数Ｘｂに達すると、制御装置１１からの運転停止指令Ｃ２によりモータの運転が停止される。

本実施形態の水中推進装置１では、前記のようにモータ４の運転が開始されてから停止されるまでゴム１０の巻き操作が行われている期間であっても、巻かれている最中のゴム１０が巻き戻ろうとする復元力によってプロペラ軸７と共にプロペラ８の回転は行われる。このモータ４の運転によりゴム１０を巻きながらプロペラ８の回転駆動を行う期間は、以下、第１駆動パターンの期間という。

よって、この第１駆動パターンの期間では、本実施形態の水中推進装置１は、水中航走体２に前進航走を行わせることができる。

また、本実施形態の水中推進装置１は、ゴム１０が最大の巻き数Ｘｂまで巻かれた状態でモータ４の運転が停止されると、モータ４が停止された時点から、ゴム１０が最小の巻き数Ｘａまで巻き戻るまでの期間は、巻かれたゴム１０に蓄積されたエネルギーのみによってプロペラ８の回転駆動が行われる。このモータ４の運転を伴わずにゴム１０の巻き戻る力のみによってプロペラ８の回転駆動を行う期間は、以下、第２駆動パターンの期間という。

よって、本実施形態の水中推進装置１は、この第２駆動パターンの期間中も、水中航走体２に前進航走を行わせることができる。

このように、本実施形態の水中推進装置１によれば、モータ４を運転しながら水中航走体２に推進力を付与する第１駆動パターンの期間と、水中航走体２に推進力を付与しつつ、モータ４の運転は停止する第２駆動パターンの期間とを交互に設けることができる。

よって、本実施形態の水中推進装置１は、第２駆動パターンの期間のときには、モータ４の運転に起因する超音波領域の音響ノイズを発生させることなく、水中航走体２の航走を実施することができる。

この第２駆動パターンの期間では、水中航走体２は、たとえば、前記の表に示したように、速度が１ノットであれば約２３．６ｋｍ、速度が２ノットであれば約５．９ｋｍ、速度が３ノットであれば約２．６ｋｍの距離を航走することができる。

したがって、本実施形態の水中推進装置１を備えた水中航走体２は、たとえば、航走しながら水中航走体２に搭載された図示しない音響計測装置による音響計測を行うときには、前記第２駆動パターンの期間中に、音響計測装置による音響計測を行うようにすればよい。

これにより、音響計測装置では、音響計測の結果を、モータ４の運転に起因する超音波領域の音響ノイズの影響を受けない状態で得ることができる。このため、音響計測装置については、音響計測の精度の向上化や、音響計測による探知能力の向上化を図ることが可能になる。

更に、本実施形態の水中推進装置１を備えた水中航走体２では、本実施形態の水中推進装置１の前記第２駆動パターンの期間中に、母船との音響通信や、母船からの音響測位を行うようにすれば、その音響通信や音響測位を、モータ４の運転に起因する超音波領域の音響ノイズの影響を受けない状態で実施することが可能になる。

［第１実施形態の応用例］
ところで、水中航走体２を海底の探査に用いる場合には、図４に示すように、海底に、音響計測装置による音響計測の対象となる探査範囲２３が設定され、この探査範囲２３に、水中航走体２の航走経路２４が次のような配置で設定されることがある。

すなわち、探査範囲２３には、探査範囲２３の全面を音響計測装置の音響計測可能なレンジで漏れなく覆うために、水中航走体２を航走させるための直線状に延びる探査用経路２５が、設定された間隔で平行に複数配列される。

各探査用経路２５には、予め航走順序が設定される。図４では、５つの探査用経路２５が、航走順序の順に並ぶように配置された例が示してある。

更に、探査範囲２３の外側には、航走順序が並ぶ２つの探査用経路２５のうち、航走順序が前の探査用経路２５の終点２５ｅから、航走方向を１８０度反転させて航走順序が次の探査用経路２５の始点２５ｓへ向かう接続用経路２６が設定される。

したがって、各探査用経路２５が対応する接続用経路２６により順次接続されて、水中航走体２を航走させるための一連の航走経路２４が設定される。

なお、このような航走経路２４に沿い水中航走体２を航走させる場合は、航走経路２４上における各探査用経路２５の始点２５ｓと終点２５ｅとなる地点に、図４に示すようにウェイポイントＷＰを設定して、水中航走体２をウェイポイント制御することが一般的に行われている。

図４に示した如き航走経路２４にて、本実施形態の水中推進装置１を備えた水中航走体２を航走させて、音響計測装置による音響計測を行う場合は、探査範囲２３に設定される個々の探査用経路２５の距離が、本実施形態の水中推進装置１における第２駆動パターンの期間中に水中航走体２が航走可能な距離に収まるように設定すればよい。

すなわち、水中航走体２の速度が１ノット、２ノット、３ノットの場合、１つの探査用経路２５の距離が、それぞれ２３．６ｋｍ以下、５．９ｋｍ以下、２．６ｋｍ以下の距離となるように設定すればよい。

なお、このように探査用経路２５の距離が設定された場合、本実施形態の水中推進装置１は、探査用経路２５の途中の位置で、ゴム１０の巻き数が最小の巻き数Ｘａ未満にならないようにする必要がある。

そこで、本応用例では、制御装置１１は、図２に一点鎖線で示すように、水中航走体２の記憶部２７から、図４に示した如き航走経路２４における各探査用経路２５の始点２５ｓと終点２５ｅのウェイポイントＷＰの情報を取得すると共に、水中航走体２の自機位置の検出装置２８から水中航走体２の現在位置の情報を取得する機能を備える。

更に、制御装置１１は、水中航走体２の現在位置が、航走経路２４において、探査用経路２５上ではなく、且つ、次に航走する探査用経路２５の始点２５ｓよりも上流側に位置している場合には、その探査用経路２５の始点２５ｓに到達するまでの距離と時間とを鑑みて、その探査用経路２５の始点２５ｓに到達する時点で、ゴム１０の巻き数が最大の巻き数Ｘｂになるように、モータ４に強制的に運転開始指令Ｃ１を与える機能を備えるようにすればよい。

また、制御装置１１は、水中航走体２の現在位置が、航走経路２４上で、或る探査用経路２５の終点２５ｅに到達した場合であって、接続用経路２６を経て次の探査用経路２５へ移動することが計画されている場合は、前記或る探査用経路２５の終点２５ｅに到達した時点から、次の探査用経路２５の始点２５ｓに到達するまでにゴム１０の巻き数が最大の巻き数Ｘｂになるように、モータ４に強制的に運転開始指令Ｃ１を与える機能を備えるようにすればよい。

このようにすれば、水中航走体２が航走経路２４上で各探査用経路２５の始点２５ｓに到達するときには、いつもゴム１０の巻き数が最大の巻き数Ｘｂになる。

よって、制御装置１１は、水中航走体２の現在位置が、航走経路２４上で各探査用経路２５の始点２５ｓに到達した時点で、モータ４に運転停止指令Ｃ２を与えるので、本応用例の水中推進装置１は、各探査用経路２５では、モータ４の運転を停止した第２駆動パターンの期間を開始させることができる。

よって、本応用例の水中推進装置１を備えた水中航走体２は、各探査用経路２５を航走するときには、モータ４の運転に起因する超音波領域の音響ノイズを発生させることなく、音響計測装置による音響計測を行うことができる。

［第２実施形態］
図５は、水中推進装置の第２実施形態を示すもので、図５（ａ）は、水中推進装置を備えた水中航走体の概略切断側面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。

なお、図５（ａ）（ｂ）において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の水中推進装置１は、第１実施形態と同様の構成において、モータ４の出力軸５に取り付けられた１つの駆動側ゴム保持部６と、プロペラ軸７に取り付けられた１つの従動側ゴム保持部９との間にゴム１０を掛けた構成に代えて、図５（ａ）（ｂ）に示すように、モータ４の出力軸５と連動して回転する複数の駆動側ゴム保持部６と、プロペラ軸７と連動して回転する複数の従動側ゴム保持部９との間に、複数のゴム１０を掛けた構成としたものである。

固定部材１５には、開口１６と外周部との間となる位置に、周方向の複数個所、たとえば、２個所に、回転軸２９が、回転自在に取り付けられている。

モータ４の出力軸５には、駆動ギヤ３０が取り付けられ、各回転軸２９には、駆動ギヤ３０に噛合する従動ギヤ３１が取り付けられている。

各回転軸２９の後端部には、個別の駆動側ゴム保持部６が取り付けられている。

これにより、モータ４の出力軸５が回転すると、駆動ギヤ３０と従動ギヤ３１とを介して各回転軸２９に回転が伝達される。よって、各回転軸２９に取り付けられた各駆動側ゴム保持部６は、モータ４の出力軸５と連動して回転する。この際、駆動ギヤ３０と従動ギヤ３１との歯数の比を調整することで、出力軸５が３６０度回転するときに各駆動側ゴム保持部６が回転する角度を適宜設定することができる。

たとえば、駆動ギヤ３０の歯数が、従動ギヤ３１の歯数に比して大となるように設定すれば、各駆動側ゴム保持部６を、出力軸５の回転速度よりも速い回転速度で回転させることができる。よって、この場合は、各駆動側ゴム保持部６に掛けられたゴム１０を、モータ４の出力軸５が回転する回数よりも多く巻くことができる。

端壁１４には、固定部材１５に取り付けられた各回転軸２９と前後方向に対向する配置で、２つの回転軸３２が、回転自在に取り付けられている。

プロペラ軸７の前端側には、動力伝達用のギヤ３３が取り付けられ、このギヤ３３に噛合するギヤ３４が、各回転軸３２に取り付けられている。

これにより、プロペラ軸７が回転するときには、ギヤ３３とギヤ３４を介して各回転軸３２に回転が伝達される。よって、各回転軸３２に取り付けられた各従動側ゴム保持部９は、プロペラ軸７と連動して回転する。この際、ギヤ３３とギヤ３４との歯数の比を調整することで、プロペラ軸７と各従動側ゴム保持部９が回転する角度を適宜設定することができる。

たとえば、ギヤ３３の歯数が、ギヤ３４の歯数に比して大となるように設定すれば、プロペラ軸７を介してプロペラ８を回転させるトルクを増加させるのに有利な構成となる。

対向して配置されている２組の駆動側ゴム保持部６と従動側ゴム保持部９の間には、それぞれゴム１０が掛けられている。

以上の構成としてある本実施形態の水中推進装置１は、第１実施形態の水中推進装置と同様に使用して同様の効果を得ることができる。

更に、本実施形態では、複数組の駆動側ゴム保持部６と従動側ゴム保持部９との間にゴム１０を掛ける構成としてあるため、１組の駆動側ゴム保持部６と従動側ゴム保持部９との間に掛けることが可能なゴム１０よりも多い量のゴム１０を、動力源として使用することができる。したがって、本実施形態の水中推進装置１は、出力をより増加させる場合に有利な構成とすることができる。

なお、本発明は前記各実施形態と応用例にのみ限定されるものではなく、モータ４、駆動側ゴム保持部６、ゴム１０、従動側ゴム保持部９、プロペラ８などの各構成機器や部材のサイズや、各構成機器や部材同士の寸法比は、図示するための便宜上のものであり、実際のサイズや寸法比を反映したものではない。また、水中航走体２とプロペラ８のサイズの比は、図示するための便宜上のものであり、実際のサイズの比を反映したものではない。

第２実施形態において、第１実施形態の応用例と同様な制御を行うようにしてもよい。

モータ４には、モータ４の運転を停止しているときに、ゴム１０が巻き戻ろうとする力を受ける出力軸５が所定の回転方向とは逆方向へ回転しないようにするためのブレーキなどの逆回転防止手段を備えていてもよい。

また、モータ４の逆回転防止手段としては、モータ４の出力側にウォームギヤを用いたギヤボックスを設け、このギヤボックスの出力軸の回転により、駆動側ゴム保持部６が回転する機構を備える構成としてもよい。

図３に示した制御装置１１の処理は一例であり、制御装置１１は、ゴム１０の巻きが少なくなると、それを検出してモータ４の運転を開始し、ゴム１０の巻き数が設定された最大の巻き数Ｘｂに達したら、モータ４の運転を停止する機能を備えていれば、処理のステップは図３に示した以外のものであってもよい。

たとえば、ゴム１０の巻き数とプロペラ８の回転速度には相関があるため、制御装置１１は、ゴムの巻き数を、水中航走体２の対水速度を基に推定する機能を備えるようにしてもよい。

前記各実施形態と応用例では、本発明の水中推進装置１は、水中航走体２の機体１２の一部をケーシング３とするものとして説明したが、水中航走体２の機体１２とは別体で、機体１２の外部に取り付けられる独自のケーシング３を備える構成としてもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

２ 水中航走体、３ ケーシング、４ モータ、５ 出力軸、６ 駆動側ゴム保持部、７ プロペラ軸、８ プロペラ、９ 従動側ゴム保持部、１０ ゴム、１１ 制御装置、２０ 駆動側カウンタ、２１ 従動側カウンタ、２２ オイル（液体）、２４ 航走経路、２５ 探査用経路、２５ｅ 終点、２６ 接続用経路、２７ 記憶部、２８ 自機位置の検出装置、Ｃ１ 運転開始指令、Ｃ２ 運転停止指令、Ｘ 現在の巻き数、Ｘａ 最小の巻き数、Ｘｂ 最大の巻き数

Claims (5)

1. 一軸方向に延びるケーシングと、
   前記ケーシングの一端側に取り付けられたモータと、
   前記モータの出力軸の回転により回転する駆動側ゴム保持部と、
   前記ケーシングの他端側に回転可能に保持されたプロペラ軸と、
   前記プロペラ軸に取り付けられたプロペラと、
   前記プロペラ軸を回転する従動側ゴム保持部と、
   前記駆動側ゴム保持部と前記従動側ゴム保持部との間に掛けられ、巻かれた状態で弾性変形してエネルギーを蓄積するゴムと、
   前記モータに接続された制御装置と、を備えた構成を有すること
   を特徴とする水中推進装置。
2. 前記ケーシングの内部は、液体が満たされている
   請求項１記載の水中推進装置。
3. 前記制御装置は、
   前記ゴムの巻き数が設定された最小の巻き数未満になると、前記モータに運転開始指令を与える機能と、
   前記ゴムの巻き数が設定された最大の巻き数以上になると、前記モータに運転停止指令を与える機能と、を備えた
   請求項１または２記載の水中推進装置。
4. 前記駆動側ゴム保持部が回転した回数を計測する駆動側カウンタと、
   前記従動側ゴム保持部が回転した回数を計測する従動側カウンタと、を備え、
   前記制御装置は、前記駆動側カウンタより取得する前記駆動側ゴム保持部が回転した回数と、前記従動側カウンタより取得する前記従動側ゴム保持部の回転した回数との差により、前記ゴムの巻き数を求める機能を備えた
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水中推進装置。
5. 前記制御装置は、
   水中航走体の記憶部から複数の探査用経路と、前記探査用経路同士を接続する接続用経路とによる航走経路の情報を取得する機能と、
   前記水中航走体の自機位置の検出装置から前記水中航走体の現在位置の情報を取得する機能と、
   前記水中航走体の現在位置が、前記探査用経路の終点に到達した時点から、前記接続用経路を経て次の前記探査用経路の始点に到達するまでに、前記モータに強制的に運転開始指令を与える機能を備えた
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水中推進装置。

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