專利名稱：推力發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)生船舶推進(jìn)力用的推力發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
近年來由于能源資源不足等問題，船舶要求提高發(fā)生推力用的推進(jìn)裝置的效率。 該推進(jìn)裝置在船舶上搭載的設(shè)備類正在逐漸從油壓式替換為電動(dòng)式的當(dāng)前情況下，不是采 用直接連接于主機(jī)的已有的類型的設(shè)備，而是越來越多采用由電動(dòng)機(jī)發(fā)生推力的類型的設(shè) 備。例如美國(guó)專利第6692319號(hào)公報(bào)公開了在環(huán)狀電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上設(shè)置向徑向內(nèi)側(cè)突出的螺 旋槳葉的潛水艦/潛水艇用的推進(jìn)裝置。如果采用這種推進(jìn)裝置，利用螺旋槳葉的旋轉(zhuǎn)，水 流通過環(huán)狀電動(dòng)機(jī)所劃定的空間噴射，發(fā)生推進(jìn)力。
發(fā)明內(nèi)容
考慮要將美國(guó)專利第6692319號(hào)公報(bào)公開的潛水艦/潛水艇用的推進(jìn)裝置使用 于例如通常的船舶的情況下，船舶到港靠岸時(shí)，必須使從船舶向下方突出的推進(jìn)裝置不觸 及海底。于是，由于在螺旋槳葉的徑向外側(cè)配置著環(huán)狀電動(dòng)機(jī)，因此不能夠使螺旋槳直徑 太大。但是如果螺旋槳直徑小，則推進(jìn)力也小，因此就發(fā)生推進(jìn)裝置的效率和輸出不夠的問題。因此本發(fā)明的目的在于，提供不加大螺旋槳直徑也能夠以高效率實(shí)現(xiàn)高輸出的推 力發(fā)生裝置。本發(fā)明的推力發(fā)生裝置是配置于水中，通過噴射水發(fā)生推力的推力發(fā)生裝置，其 特征在于，具備設(shè)置多個(gè)線圈的管狀定子、以及配置于所述定子的徑向內(nèi)側(cè)，設(shè)置與所述多 個(gè)線圈分別對(duì)應(yīng)的磁體的圓環(huán)狀的多個(gè)轉(zhuǎn)子，所述多個(gè)轉(zhuǎn)子串聯(lián)配置于其旋轉(zhuǎn)軸線方向， 具有分別向徑向內(nèi)側(cè)突出的螺旋槳葉。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則由于流入各線圈的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，設(shè)置磁體的各轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)，多個(gè)螺旋槳葉旋轉(zhuǎn)。這些螺旋槳葉串聯(lián)配置于其旋轉(zhuǎn)軸線方向(水流方向)，因此能夠 利用多個(gè)螺旋槳葉連續(xù)噴射流入管狀的定子內(nèi)的水，得到十分的推力。而且由于設(shè)置多個(gè) 螺旋槳葉，負(fù)荷被各螺旋槳葉分散分擔(dān)，因此渦空等的發(fā)生也受到抑制。從而即使不加大螺 旋槳直徑，也能夠高效率地發(fā)生推力。也可以所述多個(gè)轉(zhuǎn)子形成相對(duì)于上游側(cè)的所述螺旋槳葉，下游側(cè)的所述螺旋槳葉 逆向旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則即使是在上游側(cè)的螺旋槳葉上，產(chǎn)生對(duì)推進(jìn)有貢獻(xiàn)的直進(jìn) 流和對(duì)推進(jìn)沒有貢獻(xiàn)的旋流，該旋流也被逆向旋轉(zhuǎn)的下游側(cè)的螺旋槳葉引導(dǎo)為直進(jìn)流。因 此能夠進(jìn)一步提高推力發(fā)生效率。也可以還具備配置于所述轉(zhuǎn)子的中心軸線上的輪轂。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則由管狀的定子劃定的圓筒狀空間的中心區(qū)域被輪轂占有， 作用于螺旋槳葉的水流的流路面積變小，流速增大。因此推力發(fā)生裝置的推進(jìn)力增大，能夠進(jìn)一步提高推力發(fā)生效率。也可以所述輪轂是連接于所述定子的固定輪轂，所述固定輪轂的直徑比所述各螺 旋槳葉的徑向內(nèi)側(cè)的由各螺旋槳葉前端規(guī)定的直徑小，而形成所述多個(gè)螺旋槳葉沿著所述 固定輪轂的外周面旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則固定輪轂設(shè)置固定于轉(zhuǎn)子的中心軸線上，螺旋槳葉以與固 定輪轂分離的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)子的重量小，能夠進(jìn)一步提高推力發(fā)生效率。也可以還具備將水流引向所述螺旋槳葉的導(dǎo)流葉片，所述導(dǎo)流葉片將定子與所述 固定輪轂連結(jié)著固定設(shè)置。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則通過導(dǎo)流葉片的水流被引導(dǎo)向螺旋槳葉的一面流入，因此 能夠使螺旋槳葉高效率旋轉(zhuǎn)。而且由于導(dǎo)流葉片兼作將固定輪轂連接于定子用的構(gòu)件，所 以能夠謀求減少零部件數(shù)目。也可以所述輪轂是連接于所述螺旋槳葉的徑向內(nèi)側(cè)的前端，與所述螺旋槳葉成一 整體旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)輪轂，所述旋轉(zhuǎn)輪轂分別與所述各螺旋槳葉對(duì)應(yīng)地設(shè)置多個(gè)，形成其各個(gè) 相互獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則采用在螺旋槳葉上連接旋轉(zhuǎn)輪轂的結(jié)構(gòu)，能夠使各螺旋槳 葉相互獨(dú)立地自由旋轉(zhuǎn)。也可以所述輪轂具有從上游側(cè)向下游側(cè)外徑擴(kuò)大的形狀。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則從上游向下游，流路截面積逐步變小，利用螺旋槳葉噴射的 水流的流速增加。從而，推力發(fā)生裝置的推進(jìn)力增大，能夠進(jìn)一步提高推力發(fā)生效率。也可以所述輪轂比所述定子的下游端更向下游側(cè)突出地延長(zhǎng)。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則利用螺旋槳葉噴射的水流通過定子的下游端也暫時(shí)由輪轂 引導(dǎo)。因此能夠防止由于尾流(wake flow)導(dǎo)致推進(jìn)力下降，能夠進(jìn)一步提高推力發(fā)生效 率。也可以所述定子的與所述多個(gè)轉(zhuǎn)子分別對(duì)應(yīng)的各部分在水流方向上相互串聯(lián)連 接，而且可分解開來。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則能夠分解為具有定子和轉(zhuǎn)子的一個(gè)個(gè)單元，更加便于維修保養(yǎng)。也可以所述定子具有分別收容所述多個(gè)線圈的圓環(huán)狀的多個(gè)殼體和介于所述各 殼體間設(shè)置，外周面上形成凹部的環(huán)狀連結(jié)構(gòu)件，所述環(huán)狀連結(jié)構(gòu)件的所述凹部的側(cè)壁與 所述殼體用螺桿連結(jié)。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則只要在環(huán)狀連結(jié)構(gòu)件的凹部取下螺桿，就能夠容易地分解 為具有定子和轉(zhuǎn)子的一個(gè)個(gè)單元，更加容易維修保養(yǎng)。也可以還具備與所述轉(zhuǎn)子的側(cè)面以及外周面相對(duì)配置，支持推力方向和徑向的負(fù) 荷的水潤(rùn)滑軸承、在比所述各螺旋槳葉靠下游的位置的所述定子上，形成取入通過所述螺 旋槳葉的水的取水口、以及將流入所述取水口的水引向所述水潤(rùn)滑軸承的導(dǎo)水管。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則由于采用不使用潤(rùn)滑油的水潤(rùn)滑軸承，不用擔(dān)心對(duì)海洋等 的污染，同時(shí)可以不要潤(rùn)滑油的密封結(jié)構(gòu)，也不需要復(fù)雜的維修保養(yǎng)。而且由于取水口的位 置與水潤(rùn)滑軸承的位置之間的靜壓差，不使用泵也能夠?qū)λ疂?rùn)滑軸承提供水，能夠減少零 部件數(shù)目，同時(shí)不需要驅(qū)動(dòng)泵用的動(dòng)力，能夠提高裝置整體的能量利用效率。也可以使用泵作為對(duì)水潤(rùn)滑軸承供水用的壓力源。也可以所述導(dǎo)水管和與所述轉(zhuǎn)子的上游側(cè)端面相對(duì)的所述水潤(rùn)滑軸承的端面上 形成水排出孔連通。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則借助于從水排出孔排出的水流，能夠?qū)故┘佑谵D(zhuǎn)子的推 力方向的負(fù)荷，能夠減少轉(zhuǎn)子上游側(cè)端面上的摩擦阻力。也可以所述導(dǎo)水管形成在所述推力發(fā)生裝置被安裝于安裝對(duì)象上的狀態(tài)下被配 置于所述安裝對(duì)象內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則導(dǎo)水管不露出地處于安裝對(duì)象的保護(hù)下，因此能夠防止其 遭受水中存在的異物的損壞。
圖1是本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置的縱剖面圖。圖2是圖1的II-II線的剖面圖。圖3是圖1所示的推力發(fā)生裝置的一部分的放大剖面圖。圖4是表示圖1所示的推力發(fā)生裝置的一部分的分解立體圖。圖5是表示圖1所示的推力發(fā)生裝置的環(huán)狀連結(jié)構(gòu)件的立體圖。圖6是本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置的縱剖面圖。圖7是本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置的縱剖面圖。圖8是本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置的縱剖面圖。圖9是本發(fā)明第5實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置的縱剖面圖。圖10是本發(fā)明第6實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置的縱剖面圖。圖11是本發(fā)明第7實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置的縱剖面圖。圖12是本發(fā)明第8實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置的縱剖面圖。圖13是本發(fā)明第9實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置的縱剖面圖。圖14是本發(fā)明第10實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置的縱剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。第1實(shí)施形態(tài)圖1是本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置10的縱剖面圖。圖2是圖1的II-II 線的剖面圖。圖3是圖1所示的推力發(fā)生裝置10的一部分的放大剖面圖。圖4是表示圖1 所示的推力發(fā)生裝置10的一部分的分解立體圖。圖5是表示圖1所示的推力發(fā)生裝置10 的環(huán)狀連結(jié)構(gòu)件17的立體圖。如圖1和圖2所示，推力發(fā)生裝置10被安裝于在水上或水中能夠相對(duì)于水移動(dòng)的 移動(dòng)體上，例如可用鉛直方向作為旋轉(zhuǎn)軸線C旋轉(zhuǎn)地安裝于從船舶底部向下方突出的抗壓 桿1下端部。也就是說，推力發(fā)生裝置10通過以旋轉(zhuǎn)軸線C為中心旋轉(zhuǎn)以能夠操作船舶的 舵(方向)。該推力發(fā)生裝置10具備固定于抗壓桿1的管狀定子11、以及在該定子11徑 向內(nèi)側(cè)串聯(lián)配置于水流方向的一對(duì)環(huán)狀轉(zhuǎn)子12、13。也就是說，在推力發(fā)生裝置10中，一 對(duì)環(huán)狀電動(dòng)機(jī)單元16、18串聯(lián)配置于轉(zhuǎn)子12、13的旋轉(zhuǎn)軸線方向上。定子11是從上游側(cè)
5依序由流入側(cè)筒體14、環(huán)狀軸承支持構(gòu)件15、第1電動(dòng)機(jī)單元16的固定部分、環(huán)狀連結(jié)構(gòu) 件17、第2電動(dòng)機(jī)單元18的固定部分、環(huán)狀軸承支持構(gòu)件19、以及流出側(cè)筒體20連結(jié)構(gòu)成 的。如圖3所示，第1電動(dòng)機(jī)單元16具有帶法蘭的圓筒形狀的第1殼體21，第1殼體 21的水流方向中央的環(huán)狀切口部21a上配置構(gòu)成磁通通路的定子鐵芯23，定子鐵芯23上 卷繞電樞線圈24。該電樞線圈24通過在抗壓桿1內(nèi)配線的典型(未圖示)連接于船舶內(nèi) 設(shè)置的電源(未圖示)。第1殼體21的外周開口用圓筒狀的第2殼體22封閉。定子鐵芯 23的內(nèi)周面安裝具有絕緣性和耐水性的渦流損失小的材料構(gòu)成的薄的金屬容器25。金屬 容器25的徑向內(nèi)側(cè)保持若干間隙配置構(gòu)成轉(zhuǎn)子12的一部分的葉輪26。如圖3和圖4所示，葉輪26具有在外周面形成環(huán)狀凹部26c的圓環(huán)部26a、以及從 該圓環(huán)部26a的內(nèi)周端向水流方向兩端突出的鍔部26b。在環(huán)狀凹部26c埋設(shè)作為磁通通 路的軛鐵29。多個(gè)永久磁體28與定子鐵芯23對(duì)應(yīng)地在圓周方向上等間隔地埋設(shè)于該軛鐵 29。在葉輪26內(nèi)周面上安裝螺旋槳構(gòu)件27。螺旋槳構(gòu)件27具有內(nèi)嵌固定于葉輪26 上的圓筒部27a、以及從圓筒部27a的內(nèi)周面在圓周方向上保持相等間隔，向徑向內(nèi)側(cè)突出 的多個(gè)螺旋槳葉27b。也就是說，螺旋槳葉27b的徑向內(nèi)側(cè)的前端為自由端。又，連接相對(duì) 的螺旋槳葉27b的徑向內(nèi)側(cè)的前端的直徑比下述固定輪轂41的外徑稍大。從而，螺旋槳葉 27b形成能夠以相對(duì)于固定輪轂41的外周面合適的頂隙旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，固定輪轂41固定設(shè)置于大致為圓筒狀的螺旋槳構(gòu)件27、47的中心軸 線上，設(shè)置為連續(xù)貫通上游側(cè)的螺旋槳構(gòu)件27的中心與下游側(cè)的螺旋槳構(gòu)件47的中心。固 定輪轂41具有向著水流方向直徑逐步擴(kuò)大的擴(kuò)徑前端部41a、連接擴(kuò)徑前端部41a的下游 側(cè)，外徑在水流方向上大致相同的圓筒部41b、以及連接圓筒部41b的下游側(cè)，向著水流方 向直徑逐步縮小的縮頸后端部41c，形成流線型的中空構(gòu)件。固定輪轂41的上游端與定子 11的上游端在水流方向上的位置大致一致，固定輪轂41的下游端與定子11的下游端在水 流方向上的位置大致一致。固定輪轂41通過配置于比定子11的上游端稍偏下游一側(cè)的導(dǎo) 流葉片42固定于流入側(cè)筒體14。導(dǎo)流葉片42向螺旋槳葉27b的傾斜方向的相反方向傾斜， 起著引導(dǎo)水流的作用，同時(shí)也起著保護(hù)其不受水流中的木片等損壞用的導(dǎo)流柵格的作用。如圖3所示，在定子11和轉(zhuǎn)子12之間設(shè)置一對(duì)水潤(rùn)滑軸承30、37，旋轉(zhuǎn)自如地支 持轉(zhuǎn)子12。水潤(rùn)滑軸承30、37相對(duì)于葉輪26的圓環(huán)部26a的兩側(cè)面以及鍔部26b的外周 面配置，支持對(duì)轉(zhuǎn)子12起作用的推力方向和徑向的負(fù)荷。又，水潤(rùn)滑軸承30、37，其葉輪26 的與鍔部26b相反一側(cè)的面、及外周面通過0型環(huán)45支持于第1殼體21。上游側(cè)的水潤(rùn)滑 軸承30的與葉輪26的圓環(huán)部26a相反一側(cè)的面通過0型環(huán)46支持于環(huán)狀軸承支持構(gòu)件 15。下游側(cè)的水潤(rùn)滑軸承37的與葉輪26的圓環(huán)部26a相反一側(cè)的面通過0型環(huán)47支持 于環(huán)狀連接構(gòu)件17。通過這樣配置0型環(huán)46、47，不但能夠有密封作用，而且能夠彈性地吸 收徑向和推力方向的負(fù)荷，緩和沖擊力。水潤(rùn)滑軸承30、37具備圓弧狀的基部31、38、基部31、38中安裝于與葉輪26的圓 環(huán)部26a相對(duì)的面上的推進(jìn)滑動(dòng)構(gòu)件32、39、以及基部31中與葉輪26的鍔部26b相對(duì)的 面上安裝的徑向滑動(dòng)構(gòu)件33、40。推進(jìn)滑動(dòng)構(gòu)件32、39的與葉輪26相對(duì)的面上，在圓周方 向上等間隔地設(shè)置在徑向上延伸的槽部32a、39a。推力滑動(dòng)構(gòu)件32、39以及徑向滑動(dòng)構(gòu)件33,40的表面用陶瓷形成。但是也可以推力滑動(dòng)構(gòu)件32、39以及徑向滑動(dòng)構(gòu)件33、40本身 采用實(shí)心陶瓷構(gòu)件。上游側(cè)的環(huán)狀軸承支持構(gòu)件15上形成與下述導(dǎo)水管36連通的導(dǎo)水流路15a。該 環(huán)狀軸承支持構(gòu)件15在與上游側(cè)的水潤(rùn)滑軸承30相對(duì)的端面上設(shè)置與導(dǎo)水流路15a連通 的開口 15b。上游側(cè)的水潤(rùn)滑軸承30上，與環(huán)狀軸承支持構(gòu)件15相對(duì)的面上設(shè)置與開15b 連通的圓弧狀的凹入的共同空間31a。上游側(cè)的水潤(rùn)滑軸承30中與葉輪26的圓環(huán)部26a 相對(duì)的端面上，在周方向上等間隔地形成多個(gè)水排出孔34，這些水排出孔34與一個(gè)共同空 間31a連通。而且水潤(rùn)滑軸承30、37配置于比第1殼體21的上游端以及下游端更向葉輪 26 一側(cè)凹進(jìn)的位置，環(huán)狀軸承支持構(gòu)件15以及環(huán)狀連結(jié)構(gòu)件17形成適于嵌合在該凹入的 臺(tái)階上的形狀。如圖5所示，環(huán)狀連結(jié)構(gòu)件17在其外周面上殘留有安裝部17g，形成凹部17a。即 安裝部17g被設(shè)置為遮住凹部17a的圓周方向的一部分。安裝部17g上形成一條導(dǎo)水流 路17b和多個(gè)螺絲孔17d。螺絲孔17d中插入將圓環(huán)連結(jié)構(gòu)件17固定于抗壓桿1的螺桿 Bl (參考圖3)。導(dǎo)水流路17b形成為L(zhǎng)截面形狀(參考圖1)。在第2電動(dòng)機(jī)單元18的與 上游側(cè)的水潤(rùn)滑軸承30相對(duì)的端面上，設(shè)置與導(dǎo)流水路17b連通的開口 17c。在凹部17a 的兩側(cè)壁上形成用螺桿將環(huán)狀連結(jié)構(gòu)件17固定于第1和第2電動(dòng)機(jī)單元16、18的第1殼 體用的螺絲孔17e、17f。也就是說，凹部17a是在螺絲孔17e、17f裝卸螺桿時(shí)需要的操作空 間。而且凹部17a用蓋43 (參考圖1)關(guān)閉。如圖1所示，第2電動(dòng)機(jī)單元18的基本結(jié)構(gòu)與第1電動(dòng)機(jī)單元16大致相同，因此 詳細(xì)說明省略。但是，第2電動(dòng)機(jī)單元18的轉(zhuǎn)子13上設(shè)置的螺旋槳葉47b向設(shè)置于第1 電動(dòng)機(jī)單元16的轉(zhuǎn)子12上的螺旋槳葉27b的傾斜的相反方向傾斜設(shè)置。而且第2電動(dòng)機(jī) 單元18的轉(zhuǎn)子13形成相對(duì)于第1電動(dòng)機(jī)單元16的轉(zhuǎn)子12反轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。以此使得下游側(cè) 的螺旋槳葉47b相對(duì)于上游側(cè)的螺旋槳葉27b反向旋轉(zhuǎn)，由上游側(cè)的螺旋槳葉27b產(chǎn)生的 旋流被下游側(cè)的螺旋槳葉47b引導(dǎo)為直進(jìn)流，上游側(cè)的螺旋槳葉27b產(chǎn)生的旋流的能量被 下游側(cè)的螺旋槳葉47b回收。這樣構(gòu)成螺旋槳葉27b、螺旋槳葉47b在水流方向上串列配置 的竄連式推力發(fā)生裝置10。又在第2電動(dòng)機(jī)單元18的下游側(cè)的環(huán)狀軸承支持構(gòu)件19形成向配置一對(duì)螺旋槳 葉27b的主流路R開口的取水口 19b。而且該取水口 19b在比下游側(cè)的螺旋槳葉47b更下 游的位置上形成于定子11，在環(huán)狀軸承支持構(gòu)件19上設(shè)置從取水口 19b向Y軸面貫通的導(dǎo) 水流路19a。在該導(dǎo)水流路19a的外周側(cè)的開口連接導(dǎo)水管36的一端。導(dǎo)水管36向另一 端側(cè)分叉為2，其一分叉端連接于比下游側(cè)的螺旋槳葉47b位于更上游的環(huán)狀連接構(gòu)件17 的導(dǎo)水流路17b，其另一分叉端連接于比上游側(cè)的螺旋槳葉27b更靠上游的位置上的環(huán)狀 軸承支持構(gòu)件15的引水流路15a上。該導(dǎo)水管36通過配置于抗壓桿1的內(nèi)部得到保護(hù)。 轉(zhuǎn)子12、13旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)，螺旋槳葉47b的下游側(cè)的水流壓力比上游側(cè)的水流壓力高，因此借 助于該壓力差，即使不使用泵也能夠?qū)⑼ㄟ^主流路R的水從取水口 19b引向?qū)?6，通過 導(dǎo)水流路15a、17b提供給水潤(rùn)滑軸承30、37。下面對(duì)推力發(fā)生裝置10的動(dòng)作進(jìn)行說明。如圖1所示，第1電動(dòng)機(jī)單元16的電 樞線圈24與第2電動(dòng)機(jī)單元18的電樞線圈24通以相反方向的電流，上游側(cè)的轉(zhuǎn)子12與 下游側(cè)的轉(zhuǎn)子13相互逆向旋轉(zhuǎn)時(shí)，上游側(cè)的螺旋槳葉27b與下游側(cè)的螺旋槳葉47b相互逆
7向旋轉(zhuǎn)。于是，能夠借助于上游側(cè)的螺旋槳葉27b從圖1中的左側(cè)將水吸入定子11內(nèi)的主 流路R。該水流沿著流線型的固定輪轂41被引向徑向外側(cè)，由于流路面積減小，流速增加。 而且該水流被導(dǎo)流葉片42引導(dǎo)以適當(dāng)?shù)牧魅虢嵌壬湎蛏嫌蝹?cè)的螺旋槳葉27b，在該螺旋槳 葉27b生成對(duì)推進(jìn)有貢獻(xiàn)的直進(jìn)流和對(duì)推進(jìn)沒有貢獻(xiàn)的旋流。接著，該旋流的能量被逆向 旋轉(zhuǎn)的下游側(cè)的螺旋槳葉47b回收形成直徑流。而且同下游側(cè)的螺旋槳葉47b壓力增加的 水流沿著固定輪轂41流動(dòng)，從定子11的下游端向后方噴射。如果采用如上所述的結(jié)構(gòu)，則在水流方向的上游側(cè)和下游側(cè)串列配置螺旋槳葉 27b,47b,因此被引向管狀定子11內(nèi)的水被螺旋槳葉27b、47b連續(xù)噴射，能夠得到充分的推 進(jìn)力。而且螺旋槳葉27b、47b設(shè)置多個(gè)，因此承擔(dān)的負(fù)荷被分別分散于上下游的螺旋槳葉 27b、47b，所以也能夠抑制渦空等現(xiàn)象的發(fā)生。又，由于下游側(cè)的螺旋槳葉47b向?qū)τ谏嫌?側(cè)的螺旋槳葉27b逆向旋轉(zhuǎn)，所以即使是在上游側(cè)的螺旋槳葉27b發(fā)生直進(jìn)流和旋流，其旋 流的能量也能夠由逆向旋轉(zhuǎn)的下游側(cè)的螺旋槳葉47b回收。而且由管狀定子11劃定的主流路R的中心區(qū)域被固定輪轂41占有，作用于螺旋 槳葉27b、47b的水流的流路面積減小，流速增加。又，固定輪轂41固定設(shè)置于轉(zhuǎn)子12、13 的中心軸線上，螺旋槳葉27b、47b以與固定輪轂41分離的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)子12、13的重 量小。而且上游側(cè)的水潤(rùn)滑軸承30的水排出孔34與葉輪26的上游側(cè)端面相對(duì)，利用從水 排出孔34排出的水流，能夠?qū)故┘佑谌~輪26的推力方向的負(fù)荷，能夠減小葉輪的上游側(cè) 端面上的摩擦阻力。借助于此，即使是螺旋槳不采用大直徑也能夠高效率地產(chǎn)生推進(jìn)力。又，由于將水流引向螺旋槳葉27b的導(dǎo)流葉片42兼作將固定輪轂41連接于定子 11用的構(gòu)件，所以能夠謀求減少零部件數(shù)目。而且由于采用不用潤(rùn)滑油的水潤(rùn)滑軸承30、 37，因此不用擔(dān)心海洋等受到污染，同時(shí)不需要潤(rùn)滑油的密封結(jié)構(gòu)，也可以不要進(jìn)行維修保 養(yǎng)。而且能夠利用取水口 19b的位置與水潤(rùn)滑軸承30、37的位置之間的靜壓差，不用泵也 能夠?qū)λ疂?rùn)滑軸承30、37供水，能夠減少零部件數(shù)目，同時(shí)也不需要驅(qū)動(dòng)泵用的動(dòng)力，能夠 提高裝置的總體能量利用效率。而且定子11的與多個(gè)轉(zhuǎn)子12、13分別對(duì)應(yīng)的各部分、即第1和第2電動(dòng)機(jī)單元 16、18通過環(huán)狀連接構(gòu)件17在水流方向上串列配置，可以取下螺桿B2將環(huán)狀連接構(gòu)件17 取下將其分解開來，因此能夠便于維修保養(yǎng)，而且便于組裝。又，在本實(shí)施形態(tài)中，導(dǎo)流葉片 42只設(shè)置于各螺旋槳葉27b、47b上游，上游側(cè)的螺旋槳葉27b與下游側(cè)的螺旋槳葉47b之 間不設(shè)置導(dǎo)流葉片，因此可以縮短兩螺旋槳葉27b、47b之間的距離，可以縮小水流方向上 裝置的尺寸。借助于此，可以減少抗壓桿1以鉛直方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。還有，為了提高整流特性，也可以在上游側(cè)的螺旋槳葉27b與下游側(cè)的螺旋槳葉 47b之間以及/或比各螺旋槳葉27b、47b更下游側(cè)設(shè)置導(dǎo)流葉片。又，本實(shí)施形態(tài)不使用泵 作為對(duì)水潤(rùn)滑軸承30、37供水的壓力源，但是也可以只在螺旋槳葉開始旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)或強(qiáng)制 對(duì)水潤(rùn)滑軸承進(jìn)行供水時(shí)使用泵，又可以在全部運(yùn)行區(qū)間使用泵。第2實(shí)施形態(tài)圖6是本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置100的縱剖面圖。還有，對(duì)與上述實(shí) 施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同的符號(hào)并省略其說明。如圖6所示，本實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝 置100具備從上游側(cè)向下游側(cè)外徑逐步擴(kuò)大的形狀的固定輪轂141。固定輪轂141具有向著水流方向擴(kuò)大直徑的擴(kuò)徑前端部141a、連接于擴(kuò)徑前端部141a的下游側(cè)，從上游側(cè)向下游側(cè)外徑逐步擴(kuò)大的圓錐筒部141b、連接圓錐筒部141b下游 側(cè)，在水流方向上外徑大致相同的圓筒部141c、以及連接于圓筒部141c的下游側(cè)向水流方 向急劇縮小直徑的縮徑后端部141d。固定輪轂141的上游端與定子11的上游端在水流方 向上的位置大致一致，固定輪轂141的下游端與定子11的下游端在水流方向上的位置大致一致。螺旋槳葉127b、147b的徑向內(nèi)側(cè)的前端配置為沿著固定輪轂141的外周面具有合 適的頂隙。在上游側(cè)的螺旋槳葉127b的上游側(cè)，設(shè)置導(dǎo)流葉片42，固定輪轂141的前部通 過導(dǎo)流葉片42固定于流入側(cè)筒體14。又，在下游側(cè)的螺旋槳葉147b的下游側(cè)設(shè)置導(dǎo)流葉 片150，固定輪轂141的后部通過導(dǎo)流葉片150固定于流出側(cè)筒體20。導(dǎo)流葉片150的位 置也可以是在上游側(cè)的螺旋槳葉127b與下游側(cè)的螺旋槳葉147b之間。如果采用上述結(jié)構(gòu)，則從上游向下游主流路R的流路面積逐漸減小，利用螺旋槳 葉127b、147b噴射的水流的流速增大。從而，推力發(fā)生裝置100的推進(jìn)力增加，能夠進(jìn)一步 提高推力發(fā)生效率。第3實(shí)施形態(tài)圖7是本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置200的縱剖面圖。還有，對(duì)與上述實(shí) 施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同的符號(hào)并省略其說明。如圖7所示，本實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝 置200具備向定子11的下游端更下游側(cè)延長(zhǎng)的固定輪轂241。固定輪轂241具有向水流方向直徑擴(kuò)大的擴(kuò)徑前端部241a、連接于擴(kuò)徑前端部 241a的下游側(cè)外徑在水流方向上大致相同的圓筒部241b、以及連接于圓筒部241b向著水 流方向直徑縮小的縮徑后端部241c。固定輪轂241的上游端與定子11的上游端在水流方 向上的位置大致一致。固定輪轂241中比定子11的下游端更向下游側(cè)突出的部分由圓筒 部241b的后部與縮徑后端部241c構(gòu)成。如果采用上述結(jié)構(gòu)，由螺旋槳葉27b、47b噴射的水流即使是通過定子11下游端也 暫時(shí)由固定輪轂241引導(dǎo)。因此能夠防止由于尾流(wake flow)發(fā)生而導(dǎo)致推進(jìn)力下降， 能夠進(jìn)一步提高推力發(fā)生效率。第4實(shí)施形態(tài)圖8是本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置300的縱剖面圖。還有，對(duì)與上述實(shí) 施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同的符號(hào)并省略其說明。如圖8所示，本實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝 置300具備從上游側(cè)向下游側(cè)外徑擴(kuò)大，而且向比定子11的下游端更向下游的一側(cè)延長(zhǎng)的 固定輪轂341。固定輪轂341具備向水流方向直徑擴(kuò)大的擴(kuò)徑前端部341a、在擴(kuò)徑前端部341a的 下游側(cè)上連接著，從上游側(cè)向下游側(cè)外徑擴(kuò)大的圓錐筒部341b、在圓錐筒部341b的下游側(cè) 連接，外徑在水流方向上大致相同的圓筒部341c、以及在圓筒部341c的下游側(cè)連接，向著 水流方向直徑縮小的縮徑后端部341d。固定輪轂341的上游端與定子11的上游端在水流 方向上的位置大致一致。固定輪轂341中比定子11的下游端更向下游側(cè)突出的部分由圓 筒部341c的后部和縮徑后端部341d構(gòu)成。第5實(shí)施形態(tài)圖9是本發(fā)明第5實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置400的縱剖面圖。還有，對(duì)與上述實(shí) 施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同的符號(hào)并省略其說明。如圖9所示，本實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置400具備輪轂串列體460。輪轂串列體460是從上游側(cè)向下游側(cè)依序串列設(shè)置前固定輪 轂461、前旋轉(zhuǎn)輪轂462、中間固定輪轂463、后旋轉(zhuǎn)輪轂464、后固定輪轂465構(gòu)成的，各輪 轂相互之間在水流方向上保持一些間隙配置。也就是說，輪轂串列體460是各輪轂461 465的總集合體，與第1實(shí)施形態(tài)的輪轂41形成為大致相同的外形。前固定輪轂461通過前導(dǎo)流葉片42固定于流入側(cè)筒體14。前旋轉(zhuǎn)輪轂462連接 于螺旋槳葉427b的徑向內(nèi)側(cè)的前端，與螺旋槳葉427b成一整體旋轉(zhuǎn)。中間固定輪轂463 通過中間導(dǎo)流葉片470固定于環(huán)狀連接構(gòu)件17。后旋轉(zhuǎn)輪轂464連接于螺旋槳葉447b的 徑向內(nèi)側(cè)的前端，與螺旋槳葉447b成一整體旋轉(zhuǎn)。后固定輪轂465通過后導(dǎo)流葉片450固 定于流出側(cè)筒體20。各螺旋槳葉427b、447b分別獨(dú)立地連接于各旋轉(zhuǎn)輪轂462、464，因此 下游側(cè)的螺旋槳葉447b能夠相對(duì)于上游側(cè)的螺旋槳葉427b逆向旋轉(zhuǎn)。如果采取上述結(jié)構(gòu)，則螺旋槳葉427b、447b利用旋轉(zhuǎn)輪轂462、464連接，因此螺旋 槳葉427b、447b的強(qiáng)度得到提高。因此能夠?qū)⒙菪龢~427b、447b做得薄，能夠謀求螺旋 槳葉427b、447b的高性能化，提高推進(jìn)性能。還有，作為變形例，設(shè)置中間導(dǎo)流葉片470的 情況下，也可以形成利用中間導(dǎo)流葉片470對(duì)從上游側(cè)的螺旋槳葉427b流出的旋流進(jìn)行整 流，使下游側(cè)的螺旋槳葉447b在與上游側(cè)的螺旋槳葉427b相同的方向上旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。又， 該變形例也可以使用于其他實(shí)施形態(tài)。第6實(shí)施形態(tài)圖10是本發(fā)明第6實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置500的縱剖面圖。還有，對(duì)與上述實(shí) 施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同的符號(hào)并省略其說明。如圖10所示，本實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝 置500具備將第5實(shí)施形態(tài)(圖9)的輪轂串列體變更為從上游側(cè)向下游側(cè)外徑擴(kuò)大，而且 向比定子11的下游端更下游的一側(cè)延長(zhǎng)的形狀的輪轂串列體560。輪轂串列體560是從上游側(cè)向下游側(cè)依序排列前固定輪轂561、前旋轉(zhuǎn)輪轂562、 中間固定輪轂563、后旋轉(zhuǎn)輪轂564、后固定輪轂565構(gòu)成的，從前固定輪轂561到后旋轉(zhuǎn)輪 轂564，輪轂串列體560的外徑逐步擴(kuò)大。固定輪轂565比定子11的下游端更向下游側(cè)突 出直徑逐漸縮小。第7實(shí)施形態(tài)圖11是本發(fā)明第7實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置600的縱剖面圖。還有，對(duì)與上述實(shí) 施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同的符號(hào)并省略其說明。如圖11所示，本實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝 置600取消第5實(shí)施形態(tài)(圖9)中的螺旋槳葉427b、447b間的中央導(dǎo)流葉片470。與此同 時(shí)，形成取消中間固定輪轂463的結(jié)構(gòu)。也就是說，本實(shí)施形態(tài)的輪轂串列體660形成前旋 轉(zhuǎn)輪轂662與后旋轉(zhuǎn)輪轂664的對(duì)置面保持一些間隙相互靠近的結(jié)構(gòu)。第8實(shí)施形態(tài)圖12是本發(fā)明第8實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置700的縱剖面圖。還有，對(duì)與上述實(shí) 施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同的符號(hào)并省略其說明。如圖12所示，本實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝 置700具備將第7實(shí)施形態(tài)(圖11)的輪轂串列體變更為從上游側(cè)向下游側(cè)外徑擴(kuò)大而且 向比定子11的下游端更向下游的一側(cè)延長(zhǎng)的形狀的輪轂串列體760。輪轂串列體760是從上游側(cè)開始依序排列固定輪轂561。旋轉(zhuǎn)輪轂762、旋轉(zhuǎn)輪轂 764、固定輪轂565構(gòu)成的。從固定輪轂561到旋轉(zhuǎn)輪轂764，輪轂串列體760的外徑逐步擴(kuò) 大。固定輪轂565向定子11的下游端更下游的一端突出，直徑逐漸縮小。
第9實(shí)施形態(tài)圖13是本發(fā)明第9實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置800的縱剖面圖。還有，對(duì)與上述實(shí) 施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同的符號(hào)并省略其說明。如圖13所示，本實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝 置800是不存在導(dǎo)流葉片的結(jié)構(gòu)，具備輪轂串列體860。輪轂串列體860由在水流方向上 保持一些間隙配置的一對(duì)選擇輪轂861、862構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)輪轂861、862分別連接于螺旋槳葉 427b,447b的徑向內(nèi)側(cè)的前端，與螺旋槳葉427b、447b成一整體旋轉(zhuǎn)。各螺旋槳葉427b、 447b分別獨(dú)立地連接在各旋轉(zhuǎn)輪轂861、862，因此下游側(cè)的螺旋槳葉447b能夠相對(duì)于上游 側(cè)的螺旋槳葉427b逆向旋轉(zhuǎn)。又，輪轂串列體860的上游端位于比定子11的上游端更向 下游側(cè)的位置，輪轂串列體860的下游端位于比定子11的下游端更向上游側(cè)的位置。第10實(shí)施形態(tài)圖14是本發(fā)明第10實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置900的縱剖面圖。還有，對(duì)與上述 實(shí)施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同的符號(hào)并省略其說明。如圖14所示，本實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生 裝置900在轉(zhuǎn)子12、13的中心軸線上不存在輪轂。與此同時(shí)，導(dǎo)流葉片42以及螺旋槳葉 927b,947b的徑向內(nèi)側(cè)的前端成為自由端。若采用這種結(jié)構(gòu)，則不存在輪轂，因此能夠減少 整個(gè)裝置的總重量。還有，上述各實(shí)施形態(tài)的推力發(fā)生裝置例示了在通常的船舶上安裝的推力發(fā)生裝 置，但是只要是安裝于能夠在水上或水中對(duì)水相對(duì)移動(dòng)的移動(dòng)體上的裝置即可，也可以使 用于潛水艇、拖輪、停留在水上一定位置的調(diào)查船或石油開采鉆井架等。
1權(quán)利要求
一種推力發(fā)生裝置，配置于水中，通過噴射水發(fā)生推力，其特征在于，具備設(shè)置多個(gè)線圈的管狀定子、以及配置于所述定子的徑向內(nèi)側(cè)，設(shè)置與所述多個(gè)線圈分別對(duì)應(yīng)的磁體的圓環(huán)狀的多個(gè)轉(zhuǎn)子，所述多個(gè)轉(zhuǎn)子串聯(lián)配置于其旋轉(zhuǎn)軸線方向，具有分別向徑向內(nèi)側(cè)突出的螺旋槳葉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，所述多個(gè)轉(zhuǎn)子形成相對(duì)于上游 側(cè)的所述螺旋槳葉，下游側(cè)的所述螺旋槳葉逆向旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，還具備配置于所述轉(zhuǎn)子的中心 軸線上的輪轂。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，所述輪轂是連接于所述定子的固定輪轂，所述固定輪轂的直徑比所述各螺旋槳葉的徑向內(nèi)側(cè)的由各螺旋槳葉前端規(guī)定的直徑 小，而形成所述多個(gè)螺旋槳葉沿著所述固定輪轂的外周面旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，還具備將水流引向所述螺旋槳葉的導(dǎo)流葉片，所述導(dǎo)流葉片將定子與所述固定輪轂連結(jié)著固定設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，所述輪轂是連接于所述螺旋槳葉的徑向內(nèi)側(cè)的前端，與所述螺旋槳葉成一整體旋轉(zhuǎn)的 旋轉(zhuǎn)輪轂，所述旋轉(zhuǎn)輪轂分別與所述各螺旋槳葉對(duì)應(yīng)地設(shè)置多個(gè)，形成其各個(gè)相互獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，所述輪轂具有從上游側(cè)向下游 側(cè)外徑擴(kuò)大的形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，所述輪轂比所述定子的下游端 更向下游側(cè)突出地延長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，所述定子的與所述多個(gè)轉(zhuǎn)子分 別對(duì)應(yīng)的各部分在水流方向上相互串聯(lián)連接，而且可分解開來。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，所述定子具有分別收容所述多個(gè)線圈的圓環(huán)狀的多個(gè)殼體、以及介于所述各殼體間設(shè) 置，外周面上形成凹部的環(huán)狀連結(jié)構(gòu)件，所述環(huán)狀連結(jié)構(gòu)件的所述凹部的側(cè)壁與所述殼體用螺桿緊固。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，還具備與所述轉(zhuǎn)子的側(cè)面以及外周面相對(duì)配置，支持推力方向和徑向的負(fù)荷的水潤(rùn)滑軸承、在比所述各螺旋槳葉更靠下游的位置形成所述定子，取入通過所述螺旋槳葉的水的取 水口、以及將流入所述取水口的水引向所述水潤(rùn)滑軸承的導(dǎo)水管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，所述導(dǎo)水管和與所述轉(zhuǎn)子的 上游側(cè)端面相對(duì)的所述水潤(rùn)滑軸承的端面上形成的水排出孔連通。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的推力發(fā)生裝置，其特征在于，所述導(dǎo)水管形成所述推力發(fā) 生裝置在被安裝于安裝對(duì)象上的狀態(tài)下被配置于所述安裝對(duì)象內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供不加大螺旋槳直徑也能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出的推力發(fā)生裝置。解決手段是，配置于水中，通過噴射水發(fā)生推力的該推力發(fā)生裝置(10)，具備設(shè)置多個(gè)電樞線圈(24)的管狀定子(11)、以及配置于定子(11)的徑向內(nèi)側(cè)，設(shè)置與多個(gè)電樞線圈(24)分別對(duì)應(yīng)的永久磁體(28)的圓環(huán)狀的多個(gè)轉(zhuǎn)子(12、13)，多個(gè)轉(zhuǎn)子(12、13)串聯(lián)配置于其旋轉(zhuǎn)軸線方向，具有分別向徑向內(nèi)側(cè)突出的螺旋槳葉(27b、47b)。
文檔編號(hào)F04D3/00GK101888948SQ200880119790
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者吉川啟一, 池淵哲郎, 清瀨弘晃 申請(qǐng)人:川崎重工業(yè)株式會(huì)社