JPH09301281A - 超電導電磁推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、推進力を大きくし推進効率を高く
し、高速性に優れたものとして性能を大幅に向上するこ
と。 【解決手段】海水ダクト１０の外周側にソレノイド型超
電導マグネット１１を設け、かつ海水ダクト１０内に外
周海水電極１６及び内周海水電極１７を取り付け、ソレ
ノイド型超電導マグネット１１により発生する磁場Ｂ及
び外周海水電極１６と内周海水電極１７との間に流れる
海水電流ｉにより海水に旋回流を生じさせ、この旋回流
をダクト軸方向の流れに変換して推進力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶や水中航走体
に搭載される超電導電磁推進装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる超電導電磁推進の原理は、海水を
吸入するとともに噴射するための海水ダクトを設けると
ともに、この海水ダクト内に磁場Ｂを発生する超電導マ
グネット及び海水ダクト内に電流（海水電流）ｉを流す
ための電極（海水電極）を設け、かつ図７の原理図に示
すようにフレミングの左手の法則を応用し、これら磁場
Ｂ、電流ｉ、力（推進力）ｆの各方向が相互に直交する
ように超電導マグネット、海水電極、及び海水ダクトを
配置し、海水に推進力を作用させる方式である。

【０００３】図８はかかる超電導電磁推進装置の一例を
示す構成図であって、海水ダクト１の外周側には超電導
マグネット２が設けられ、かつ海水ダクト１の内部には
アノード電極３及びカソード電極４が配置されている。
これらアノード電極３とカソード電極４との間には、海
水電極用電源装置５が接続されるようになっている。

【０００４】このような構成であれば、海水ダクト１内
に海水が吸入され、かつ超電導マグネット２により海水
ダクト１内に磁場が発生するとともにアノード電極３と
カソード電極４との間に海水電流が流れると、これら磁
場Ｂ及び電流ｉにより推進力が発生して海水に作用し、
この海水が海水ダクト１から噴出される。そして、この
海水の噴出（推進力）により船舶や水中航走体などが走
行する。

【０００５】このような超電導電磁推進装置を実現する
ために超電導マグネット２としては、図９及び図１０に
示すようなレーストラック型超電導マグネット２ａ又は
くら型超電導マグネット２ｂが用いられている。

【０００６】これら型の超電導マグネット２ａ、２ｂ
は、海水ダクト１を挟むように配置することで、フレミ
ングの左手の法則をそのまま実現して磁場Ｂを発生でき
るので、電磁推進の有効な方式として使用されてきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
レーストラック型又はくら型超電導マグネット２ａ、２
ｂでは、励磁したときにマグネット自体に大きなフープ
応力が発生し、かつこのフープ応力がこれらの超電導マ
グネット２ａ、３ｂの断面形状が円でないことから不均
一となる。

【０００８】このために、これらの超電導マグネット２
ａ、３ｂがフープ応力により変形しないように、これら
超電導マグネット２ａ、３ｂの周りに補強材を取り付け
る必要がある。

【０００９】図１１はレーストラック型超電導マグネッ
ト２ａの周りに補強材６を取り付けた構成図であり、図
１２はくら型超電導マグネット２ｂの周りに補強材７を
取り付けた構成図である。

【００１０】又、これら超電導マグネット２ａ、２ｂで
は、微小でも変形が生じるとクエンチ、すなわち抵抗の
無い超電導状態が熱、応力等の原因により破壊され、抵
抗が発生する現象が発生し、励磁電流が消滅して磁場Ｂ
を発生できなくなることがある。

【００１１】このようなクエンチをの発生を防止するた
めに補強材６、７を取り付けるために、海水ダクト１に
対して超電導マグネット２ａ、２ｂの大きさが相対的に
大きくなり、磁場Ｂを海水に作用させる海水面積が小さ
くなり、推進力が出せなくなる。

【００１２】このようなことから推進力や推進効率を向
上させるために磁場Ｂを大きくすると効果的であるが、
これだと磁場Ｂの２乗に比例してフープ応力が大きくな
り、ますます補強材６、７が大きくなってその占める割
合が大きくなる。

【００１３】このため、レーストラック型又はくら型超
電導マグネット２ａ、２ｂを用いた超電導電磁推進装置
では、性能向上の点で従来のプロペラ推進方式による高
速性や推進効率を凌ぐことは非常に困難である。そこで
本発明は、性能を大幅に向上できる超電導電磁推進装置
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、ダク
トの外周側に配置され、ダクト内に流れる流体の流れ方
向に対して略同一方向に磁場を発生するソレノイド型超
電導マグネットと、ダクト内の外周側と内周側とにそれ
ぞれ配置され、流体の流れ方向に対して略垂直方向に電
流を流す第１及び第２の電極と、とを備え、ソレノイド
型超電導マグネットにより発生する磁場及び第１と第２
の電極との間に流れる電流により流体に旋回流を生じさ
せ、この旋回流をダクト軸方向の流れに変換して推進力
を得る超電導電磁推進装置である。

【００１５】このような超電導電磁推進装置であれば、
ソレノイド型超電導マグネットを用いることにより、こ
のソレノイド型超電導マグネットを励磁したときに発生
するフープ応力はマグネット自体で負担できるので、補
強材は基本的に不要となるか、又は必要としても重量、
容積的に十分許容できるレベルとなり、ソレノイド型超
電導マグネットをダクトに対して重量、容積面で相対的
に小さくできる。

【００１６】そして、ダクトに第１及び第２の電極を取
り付けることにより、ソレノイド型超電導マグネットに
より発生する磁場に対して略垂直方向に電流を流し、こ
れら磁場及び電流によりフレミングの左手の法則に従っ
て流体に旋回流を発生し、この旋回流を推進力に変換す
る。

【００１７】請求項２によれば、請求項１記載の超電導
電磁推進装置において、ダクトの流入口側に流体を整流
する第１のステータを設けるとともに、ダクトの流出口
側に流体の旋回流を軸方向の流れに変換する第２のステ
ータを設けた。

【００１８】このような超電導電磁推進装置であれば、
ダクトに流入する流体を第１のステータにより整流し、
ダクト内で発生する流体の旋回流を第２のステータによ
りダクトの軸方向の流れに変換して推進力を得る。

【００１９】請求項３によれば、請求項１記載の超電導
電磁推進装置において、ダクトの流入口側に流体を整流
する第１のステータ及び第１の可変ピッチステータを設
けるとともに、ダクトの流出口側に流体の旋回流を軸方
向の流れに変換する第２のステータ及び第２の可変ピッ
チステータを設けた。

【００２０】このような超電導電磁推進装置であれば、
ダクトに流入する流体を第１のステータにより整流し、
ダクト内で発生する流体の旋回流を第２のステータによ
りダクトの軸方向の流れに変換して推進力を得、かつ第
１及び第２の可変ピッチステータにより例えば船舶や水
中航走体の進行スピードに応じた最適効率に調整でき、
さらに第１と第２の電極に流れる電流、ソレノイド型超
電導マグネットの極性を逆にすれば、旋回流を逆転させ
て、効率良く逆推する。

【００２１】

【発明の実施の形態】

(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参
照して説明する。図１は超電導電磁推進装置の軸方向の
断面構成図であり、図２はＡ−Ａ断面図である。

【００２２】かかる超電導電磁推進装置は、船舶の船底
部又は水中航走体に取り付けられている。筒状の海水ダ
クト１０には、ソレノイド型超電導マグネット１１がマ
グネット固定部材１２により固定されている。

【００２３】このうち海水ダクト１０は耐水圧構造であ
り、ソレノイド型超電導マグネット１１は海水から受け
る反力、すなわち海水旋回力、推進力を十分伝達できる
強度を有している。

【００２４】ソレノイド型超電導マグネット１１は、ソ
レノイド型であることから、図３に示すようにボビン１
３に超電導線材１１ａを巻回して作製され、かつクライ
オスタット１４内に収納されて超電導状態が保持されて
いる。

【００２５】このソレノイド型超電導マグネット１１に
は、超電導マグネット励磁用電源装置１５が接続されて
いる。この超電導マグネット励磁用電源装置１５は、ソ
レノイド型超電導マグネット１１を励磁するもので、励
磁電流の極性を変えて磁場Ｂの極性を変える機能を有し
ている。

【００２６】ここで、ソレノイド型超電導マグネット１
１は、図３に示すように励磁したときに発生するフープ
応力Ｆをマグネット自体で負担することができるので、
補強材６ａは不要となり、又は補強材６ａを必要として
も重量、容積的に十分許容できるレベルとなる。

【００２７】従って、ソレノイド型超電導マグネット１
１は、磁場Ｂが作用する領域、すなわち海水通路容積に
対してかなりの軽量設計が可能となる。一方、海水ダク
ト１０の内面には外周海水電極１６が取り付けられ、か
つ中心部には内周海水電極１７が取り付けられている。

【００２８】これら外周海水電極１６及び内周海水電極
１７は、ソレノイド型超電導マグネット１１により発生
する磁場Ｂに対して略垂直方向に海水電流ｉが流れるよ
うに海水ダクト１０に取り付けられている。

【００２９】これら外周海水電極１６及び内周海水電極
１７は、海水電極用電源装置１８が接続されている。こ
の海水電極用電源装置１８は、外周海水電極１６と内周
海水電極１７との間に海水電流ｉを流すもので、この海
水電流ｉの増減制御及び極性変換を行って、推進力の制
御、前進・逆進の操作を任意に行うための機能を有して
いる。

【００３０】海水ダクト１０の流入口側、すなわち海水
ダクト１０の前方側には、海水を整流する前方ステータ
１９が設けられている。又、海水ダクト１０の流出口
側、すなわち海水ダクト１０の後方側には、磁場及び海
水電流ｉにより発生した海水の旋回流をダクト軸方向の
流れに変換する翼ピッチの付けられた後方ステータ２０
が設けられている。

【００３１】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。ソレノイド型超電導マグネット１１が超
電導マグネット励磁用電源装置１５により励磁される
と、海水ダクト１０の軸方向と同一方向に磁場Ｂが発生
する。

【００３２】これと共に外周海水電極１６と内周海水電
極１７との間に海水電極用電源装置１８から電流が供給
されると、これら外周海水電極１６と内周海水電極１７
との間に磁場Ｂの発生方向に対して垂直方向に海水電流
ｉが流れる。

【００３３】このような状態に、海水が前方ステータ１
９により整流されて海水ダクト１０内に流入し、かつ海
水ダクト１０内に磁場Ｂが発生すると共に海水電流ｉが
流れると、これら磁場Ｂ及び海水電流ｉにより海水に、
図２に示すようにフレミングの左手の法則に従ってＡ−
Ａ断面から見て左回りに旋回流が発生する。

【００３４】この海水の旋回流は、翼ピッチの付けられ
た後方ステータ２０により海水ダクト１０の軸方向の流
れに変換されて、海水ダクト１０後方の流出口から噴出
される。

【００３５】従って、海水ダクト１０後方の流出口から
の海水の噴出により、その反力として進行方向に推進力
が得られる。一方、超電導マグネット励磁用電源装置１
５からソレノイド型超電導マグネット１１に与える励磁
の極性、又は海水電極用電源装置１８から外周海水電極
１６と内周海水電極１７との間に流す電流の極性のうち
いずれか一方を変えると、磁場Ｂの発生方向又は海水電
流ｉの流れる方向が逆極性になる。

【００３６】このように磁場Ｂの発生方向又は海水電流
ｉの流れる方向を逆極性に変えると、海水の旋回流の方
向が逆転し、海水は逆流する。このとき、海水ダクト１
０に設けられた後方ステータ２０は、海水が逆流するの
で、海水ダクト１０の後方部が負圧となり、制動力が発
生する。

【００３７】このように上記第１の実施の形態において
は、海水ダクト１０の外周側にソレノイド型超電導マグ
ネット１１を設けるとともに海水ダクト１０内に外周海
水電極１６及び内周海水電極１７を取り付け、ソレノイ
ド型超電導マグネット１１により発生する磁場Ｂ及び外
周海水電極１６と内周海水電極１７との間に流れる海水
電流ｉにより海水に旋回流を生じさせ、この旋回流をダ
クト軸方向の流れに変換して推進力を得るようにしたの
で、ソレノイド型超電導マグネット１１を励磁したとき
に発生するフープ応力Ｆはマグネット自体で負担できる
ので、補強材は基本的に不要となるか、又は必要として
も重量、容積的に十分許容できるレベルとなり、ソレノ
イド型超電導マグネット１１を海水ダクト１０に対して
重量、容積面で相対的に小さくできる。

【００３８】従って、海水ダクト１０に対してソレノイ
ド型超電導マグネット１１の大きさを相対的に小さくし
て磁場Ｂを海水に作用させる海水面積を大きくでき、こ
れにより推進力を大きくできるとともに推進効率を高く
でき、高速性に優れたものにでき、性能向上を図ること
ができる。

【００３９】すなわち、従来のレーストラック型又はく
ら型超電導マグネットを使用した場合と比較して、大幅
に海水ダクト１０に対する海水通路面積をとることがで
き、高速性に優れ、高い推進効率を実現できる。

【００４０】又、海水中に駆動部分が存在しないので、
構造的に信頼性が高く、制御応答性が速く、かつ定常的
に稼働する部分がないことから極めて静粛かつ振動をな
くすことができる。

【００４１】さらに、構造的にも単純なため、海水電流
ｉ又は磁場Ｂのいずれか一方を制御するだけで、簡単に
逆推進を含む操作ができる。このような推進装置であれ
ば、小型で複雑な構造を採用できない水中航走体や巡航
速度がおおむね決まっている遠洋航海用船舶に搭載する
に最適である。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
なお、図１及び図２と同一部分には同一符号を付してそ
の詳しい説明は省略する。

【００４２】図４は超電導電磁推進装置の軸方向の断面
構成図であり、図５はＢ−Ｂ断面図である。海水ダクト
１０には、上記第１の実施の形態と同様に、ソレノイド
型超電導マグネット１１がマグネット固定部材１２によ
り固定され、かつ海水ダクト１０の内面には外周海水電
極１６が取り付けられるとともに中心部には内周海水電
極１７が取り付けられている。

【００４３】一方、海水ダクト１０の前方側には、海水
を整流する前方ステータ１９が設けられるとともに、前
方可変ピッチステータ３０が設けられている。この前方
可変ピッチステータ３０は、前方可変ピッチステータ駆
動装置３１により回転駆動するもので、推進スピードに
応じて最適なピッチ角を取って推進効率を最適化する機
能を有している。

【００４４】又、海水ダクト１０の後方側には、磁場及
び海水電流ｉにより発生した海水の旋回流をダクト軸方
向の流れに変換する翼ピッチの付けられた後方ステータ
２０が設けられるとともに、後方可変ピッチステータ３
２が設けられている。

【００４５】この後方可変ピッチステータ３２は、後方
可変ピッチステータ駆動装置３３により回転駆動するも
ので、推進スピードに応じて最適なピッチ角を取って推
進効率を最適化する機能を有している。

【００４６】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。ソレノイド型超電導マグネット１１が超
電導マグネット励磁用電源装置１５により励磁される
と、海水ダクト１０の軸方向と同一方向に磁場Ｂが発生
する。

【００４７】これと共に外周海水電極１６と内周海水電
極１７との間に海水電極用電源装置１８から電流が供給
されると、これら外周海水電極１６と内周海水電極１７
との間に磁場Ｂの発生方向に対して垂直方向に海水電流
ｉが流れる。

【００４８】このような状態に、海水が前方ステータ１
９により整流されて海水ダクト１０内に流入し、かつ海
水ダクト１０内に磁場Ｂが発生すると共に海水電流ｉが
流れると、これら磁場Ｂ及び海水電流ｉにより海水に、
図５に示すようにフレミングの左手の法則に従ってＢ−
Ｂ断面から見て左回りに旋回流が発生する。

【００４９】このとき、前方可変ピッチステータ３０
は、前方可変ピッチステータ駆動装置３１の回転駆動に
より前方ステータ１９と同様に、海水ダクト１０の軸方
向に対して、ピッチ角をおおよそ０°とし海水流の整流
を行う。

【００５０】一方、後方可変ピッチステータ３２は、後
方可変ピッチステータ駆動装置３３により回転駆動によ
り推進スピードに応じて最適なピッチ角を取って推進効
率を最適化する。

【００５１】このようにして海水の旋回流は、翼ピッチ
の付けられた後方ステータ２０により海水ダクト１０の
軸方向の流れに変換されて、海水ダクト１０後方の流出
口から噴出される。

【００５２】従って、海水ダクト１０後方の流出口から
の海水の噴出により、その反力として進行方向に推進力
が得られる。これに対して、逆推進する場合、超電導マ
グネット励磁用電源装置１５からソレノイド型超電導マ
グネット１１に与える励磁の極性を逆にして磁場Ｂの発
生方向を逆にするか、又は海水電極用電源装置１８から
外周海水電極１６と内周海水電極１７との間に流す電流
の極性を変えて海水電流ｉの流れる方向を逆にする。

【００５３】そのうえ、後方可変ピッチステータ３２
は、後方可変ピッチステータ駆動装置３３の回転駆動に
より後方ステータ２０と同様に、海水ダクト１０の軸方
向に対して、ピッチ角をおおよそ０°とし海水流の整流
を行う。

【００５４】一方、前方可変ピッチステータ３０は、前
方可変ピッチステータ駆動装置３１により回転駆動によ
り推進スピードに応じて最適なピッチ角を取って推進効
率を最適化する。

【００５５】このようにして海水が後方ステータ２０に
より整流されて海水ダクト１０内に流入し、かつ海水ダ
クト１０内に磁場Ｂが発生すると共に海水電流ｉが流れ
ると、これら磁場Ｂ及び海水電流ｉにより海水に、図６
に示すようにフレミングの左手の法則に従って右回りに
旋回流が発生する。

【００５６】この海水の旋回流は、前方ステータ１９に
より海水ダクト１０の軸方向の流れに変換されて、海水
ダクト１０前方の流入口から噴出される。従って、海水
ダクト１０前方の流入口からの海水の噴出により、その
反力として進行方向に推進力が得られる。

【００５７】このように上記第２の実施の形態によれ
ば、上記第１の実施の形態と同様に、ソレノイド型超電
導マグネット１１を励磁したときに発生するフープ応力
Ｆはマグネット自体で負担できるので、補強材は基本的
に不要となるか、又は必要としても重量、容積的に十分
許容できるレベルとなり、ソレノイド型超電導マグネッ
ト１１を海水ダクト１０に対して重量、容積面で相対的
に小さくできる。

【００５８】従って、海水ダクト１０に対してソレノイ
ド型超電導マグネット１１の大きさを相対的に小さくし
て磁場Ｂを海水に作用させる海水面積を大きくでき、こ
れにより推進力を大きくできるとともに推進効率を高く
でき、高速性に優れたものにでき、性能向上を図ること
ができる。

【００５９】又、海水中に駆動部分が存在しないので、
構造的に信頼性が高く、制御応答性が速く、極めて静粛
かつ振動をなくすことができる。さらに、海水ダクト１
０に前方可変ピッチステータ３０及び後方可変ピッチス
テータ３２を設けてそれぞれ回転駆動するようにしたの
で、推進スピードに応じて最適なピッチ角を取って推進
効率を最適化でき、かつ海水を積極的に逆噴射して逆推
進できる。このような推進装置であれば、変速・逆推進
を頻繁に行う船舶に搭載するに最適である。

【００６０】

【発明の効果】以上詳記したように本発明の請求項１〜
３によれば、性能を大幅に向上できる超電導電磁推進装
置を提供できる。又、本発明の請求項２及び３によれ
ば、補強材を基本的に不要にでき、かつソレノイド型超
電導マグネットをダクトに対して重量、容積面で相対的
に小さくでき、推進力を大きくできるとともに推進効率
を高くでき、高速性に優れ性能向上を図ることができ、
そのうえ構造的に信頼性が高く、制御応答性が速く、か
つ定常的に稼働する部分がないことから極めて静粛かつ
振動をなくすことができる超電導電磁推進装置を提供で
きる。又、本発明の請求項３によれば、海水を積極的に
逆噴射して逆推進できる超電導電磁推進装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる超電導電磁推進装置の第１の実
施の形態を示す構成図。

【図２】同装置のＡ−Ａ断面図。

【図３】ソレノイド型超電導マグネットを励磁したとき
に発生するフープ応力を示す図。

【図４】本発明に係わる超電導電磁推進装置の第２の実
施の形態を示す構成図。

【図５】同装置のＢ−Ｂ断面図。

【図６】同装置における逆推進のときの作用を示す図。

【図７】超電導電磁推進の原理を示す図。

【図８】超電導電磁推進装置の一例を示す構成図。

【図９】レーストラック型超電導マグネットの外観図。

【図１０】くら型超電導マグネットの外観図。

【図１１】補強材を取り付けたレーストラック型超電導
マグネットの外観図。

【図１２】補強材を取り付けたくら型超電導マグネット
の外観図。

【符号の説明】

１０…海水ダクト、 １１…ソレノイド型超電導マグネット、 １５…超電導マグネット励磁用電源装置、 １６…外周海水電極、 １７…内周海水電極、 １８…海水電極用電源装置、 １９…前方ステータ、 ２０…後方ステータ、 ３０…前方可変ピッチステータ、 ３１…前方可変ピッチステータ駆動装置、 ３２…後方可変ピッチステータ、 ３３…後方可変ピッチステータ駆動装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダクトの外周側に配置され、前記ダクト
   内に流れる流体の流れ方向に対して略同一方向に磁場を
   発生するソレノイド型超電導マグネットと、 前記ダクト内の外周側と内周側とにそれぞれ配置され、
   前記流体の流れ方向に対して略垂直方向に電流を流す第
   １及び第２の電極と、とを具備し、 前記ソレノイド型超電導マグネットにより発生する磁場
   及び前記第１と第２の電極との間に流れる電流により前
   記流体に旋回流を生じさせ、この旋回流を前記ダクト軸
   方向の流れに変換して推進力を得ることを特徴とする超
   電導電磁推進装置。
2. 【請求項２】 前記ダクトの流入口側に前記流体を整流
   する第１のステータを設けるとともに、前記ダクトの流
   出口側に前記流体の旋回流を軸方向の流れに変換する第
   ２のステータを設けたことを特徴とする請求項１記載の
   超電導電磁推進装置。
3. 【請求項３】 前記ダクトの流入口側に前記流体を整流
   する第１のステータ及び第１の可変ピッチステータを設
   けるとともに、前記ダクトの流出口側に前記流体の旋回
   流を軸方向の流れに変換する第２のステータ及び第２の
   可変ピッチステータを設けたことを特徴とする請求項１
   記載の超電導電磁推進装置。