JP6158331B2 - フォワードスキューを有するリングプロペラ - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石モータ（permanent magnet motor）によって駆動するリングプロペラを備えるリングプロペラ及びスラスタ（thruster）に関する。

永久磁石モータの手段によって駆動するリングプロペラを有するこの型のスラスタは、様々な種類の船舶に採用されている。しかしながら、公知の永久磁石駆動式リングプロペラは、スキュー（回転方向に羽を傾斜させる（skew））を大きくしないように設計されている。

永久磁石モータによって駆動するリングプロペラを有する本発明に係るスラスタは、公知のスラスタよりも効率の良い永久磁石駆動式スラスタを提供することを目的とする。

本発明のもう一つの目的は、キャビテーションの始まり及びキャビテーションの範囲を良好に制御できるリングプロペラを有する永久磁石駆動式スラスタを提供することである。

これらの目的は、請求項１に示すようなリングプロペラ、請求項７に示すようなスラスタ及び請求項８に示すようなリングプロペラを適用することで達成される。リングプロペラのさらなる実施形態を請求項２−６に示す。

リングプロペラは、スラスタに備えられている。リングプロペラは、リングと、中央要素と、中央要素とリングの間に延在し、中央要素とリングに取り付けられた、少なくとも一つのプロペラ羽根（propeller blade）を備えている。プロペラ羽根は、リーディングエッジプロファイル（プロペラ羽根の前縁の側面部分（leading edge profile））とトレーリングエッジプロファイル（プロペラ羽根の後縁の側面（trailing edge profile））を有し、フォワードスキュー（プロペラの正回転方向に羽を傾斜させる（forward skew））を備えている。さらに、少なくとも一つのプロペラ羽根のリーディングエッジプロファイルは、リングプロペラの回転軸と直交する断面に対してＳ形状を有している。また、少なくとも一つのプロペラ羽根のトレーリングエッジプロファイルは、リングプロペラの回転軸と直交する断面に対してＳ形状を有しても良い。少なくとも一つのプロペラ羽根のリーディングエッジプロファイル及び／又はトレーリングエッジプロファイルと、少なくとも一つのプロペラ羽根のフォワードスキューとの組み合わせは、良好なキャビテーション（cavitation）状態、即ち、キャビテーションを低減できる状態を与えている。

リーディングエッジは、リングプロペラの回転軸と直交する断面方向に対してリーディングエッジプロファイルを有している。相応して、プロペラ羽根のトレーリングエッジプロファイルのエッジ（edge）は、当然、前記プロペラ羽根の反対側のエッジとなり、当該トレーリングエッジプロファイルは前記リングプロペラの回転軸と直交する断面方向から見たトレーリングエッジプロファイルとなる。リングプロペラ羽根がフォワードスキューを有しているという事は、プロペラの先端がプロペラの正回転方向に傾斜し他状態でリングに取り付けられていることを意味している。その結果、羽根の最先端部が、速度切り替えの際、最初にゾーン（zone）と接触する。プロペラ羽根のフォワードスキューと関連して、スキュー角（skew angle）が定義できる。プロペラ羽根の中央翼弦線（centre cord line）／スキューライン（skew line）がリングプロペラを包含するリングと出会う点から回転軸を結んだ直線と、プロペラ羽根の中央翼弦線上の点と回転軸の接線を満たす点を結んだ線の間を測定し、リングプロペラの回転軸と直交する断面方向に対してスキュー角は、最も大きな角度である。プロペラ羽根の中央翼弦線と本発明のリングプロペラのスキュー角を添付の図面に示している。

Ｓ形状リーディングエッジプロファイルのリングとの接続点部分に凹形状（concave shape）を有しても良い。実際にこれは、リーディングエッジプロファイルとリングプロペラを包含するリングとの接続点における接線と、前記包含するリングとの同じ接続点における接線は、０°より大きく９０°よりも小さな角度を形成できることが可能になることを意味する。

本発明の一実施形態では、Ｓ形状トレーリングエッジプロファイルのリングとの接続点部分に凹形状（concave shape）を有しても良い。前述と同様に、トレーリングエッジプロファイルとリングプロペラを包含するリングとの接続点における接線と、前記包含するリングとの同じ接続点における接線は、０°より大きく９０°よりも小さな角度を形成できることが可能になることを意味する。

羽根を強化するには、プロペラリングとの移行部分の羽根を裾広がりになるように（フィレット（fillet））厚みを付けるのが好ましい。羽根の外端部（プロペラリングとの移行部分）を凹形状にすれば、スリムなフィレットになり、プロペラの外端部は、流体力学的に優れた条件が得られる。

本発明の実施形態では、リングプロペラがスラスタに取り付けられている時、永久磁石が永久磁石モータの一部を形成するようにリングプロペラは、永久磁石を備えておくのが好ましい。

さらに、スラスタは、リングプロペラと永久磁石モータを有するように備えても良い。スラスタは、前述したリングプロペラと、リングプロペラのリングを囲うスラスタハウジングを備え、また、永久磁石モータの固定子巻線も備えている。従って、永久磁石モータは、リングプロペラを駆動するために設けられている。スラスタのリングプロペラは、前述したように設計するのが好ましく、さらに船舶に使用するのが好ましい。

以下、非限定的な実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明を説明する。

本発明のリングプロペラの回転軸Ａと直交するスラスタとリングプロペラの断面図を示している。 前述と同様の図を示しているが、リングにおけるリーディングエッジプロファイルとトレーリングエッジプロファイルの間の角度をそれぞれ示している。

図１は本発明のスラスタ１０を示している。スラスタ１０は、スラスタハウジング１３と、スラスタハウジング１３に取り付けられ、回転軸Ａの周りに回転可能なリングプロペラ１２を備えている。リングプロペラ１２は、リング１５と中央要素（centre element）１６を備えている。リング１５と中央要素１６との間に複数のプロペラ羽根１８が設けられ、中央要素１６とリング１５に取り付けられるのが好ましい。従って、リングプロペラ１２は、固定ピッチを有するプロペラ羽根１８と一体(monoblock)になる。スラスタ１０は、船舶に取り付けられるように配置されている（図示せず）。この目的のためにスラスタ１０は、取り付け要素（attachment element）１７を設けておくのが良く、これによって、スラスタ１０は船舶に、例えば、ネジ止めや、ボルト止めや溶接ができるようになる。

さらに、リングプロペラ１２は、永久磁石（図示せず）を備え、永久磁石は、リング１５に取り付けておくのが好ましい。スラスタハウジング１３に固定子巻線（図示せず）を同様に設ければ、永久磁石モータによってリングプロペラを駆動できる。永久磁石モータ用の電力は、例えば、取り付け要素１７を介して供給しても良い。

図１に示すようにプロペラ羽根１８は、リングプロペラ１２の回転軸Ａと直交する断面に対して、リーディングエッジプロファイル１９と、トレーリングエッジプロファイル２０を有している。図１に示すようにリングプロペラ１２の回転方向Ｒと関連付けて、リーディングエッジプロファイル１９とトレーリングエッジプロファイル２０を定義できる。

プロペラ羽根１８は、中央要素１６から点２７まで延びる仮想の中心翼弦線（centre chord line）２４を有し、その中心線がリング１５と交差している。中心翼弦線２４は、プロペラ羽根１８上のリーディングエッジプロファイル１９とトレーリングエッジプロファイル２０から同じ距離に設けられた仮想線（imaginary line）である。

図に示すように、プロペラは、フォワードスキューを有するように設計されており、即ち、プロペラ羽根１８は、プロペラの正回転方向Ｒに傾斜しており、その結果、羽根の外端部が、速度切り替えの際、最初にゾーンと接触する。フォワードスキューの角度は、スキュー角Ｖの手段によって、表すことが可能である。スキュー角Ｖは、中心線２４と交差する回転軸Ａと点２７の間を通る第１のライン２５と、回転軸Ａと点２８の間を通る第２のライン２６の間のリング１５の内周において、最大角度を形成している。プロペラ羽根のフォワードスキューの角度によって、中心線上の点２８の位置が変わることがある。図１の中で中心線２４上の点２８において最大角度を示す、即ち、スキュー角Ｖは、中央要素１６の真ん中にある。その他の設計では、中央要素１６とリング１５の間の中心線上の任意の位置に点２８を設けても良い。プロペラ羽根１８の先端は、全推力の小さな一部を占めるだけなので、このようにフォワードスキューをリングプロペラ１２と共に設ければ、リングプロペラ１２は、キャビテーション特性を向上させることが可能になる。

図に示すように、プロペラ羽根１８のリーディングエッジプロファイル１９は、わずかにＳ形状に設計されている。この手段によって、プロペラ羽根１８のリング１５との移行部分をスリムに設計することが可能になり、良好な流体力学的な効果を得ると共に十分な強度も確保することが可能になる。さらにトレーリングエッジプロファイルにおいても、図に示すように、わずかにＳ形状に設計しても良い。

プロペラ羽根のリーディングエッジプロファイル１９とリング１５間の移行部分は、プロペラ羽根１８を凹形状にするのが好ましい。これは、図２に詳細に示す通り、 プロペラ羽根のリーディングエッジプロファイル１９における接続点３７との接線３０と、リング１５における接続点３７との接線３１が記載されている。プロペラ羽根１８が凹面状の形状を有しているので、リング上の開き角度３５（接線３０と接線３１の間の角度）は、９０°よりも小さく０°よりも大きくなる。

同様に、プロペラ羽根のトレーリングエッジプロファイル２０とリング１５間の移行部分は、プロペラ羽根１８を凹形状にするのが好ましい。これも、図２に詳細に示す通り、プロペラ羽根のトレーリングエッジプロファイル２０における接続点３８との接線３２と、リング１５の接続点３８との接線３３が記載されている。プロペラ羽根１８が凹面状の形状を有しているので、リング上の開き角度３６（接線３２と接線３３の間の角度）は、９０°よりも小さく０°よりも大きくなる。

１０ スラスタ
１２ リングプロペラ
１３ スラスタハウジング
１５ リング
１６ 中央要素
１８ プロペラ羽根
１９ リーディングエッジプロファイル
２０ トレーリングエッジプロファイル
２４ 中心翼弦線（中心線）
２５ 第１のライン
２６ 第２のライン
２７，２８ 点
３０，３１，３２，３３ 接線
３５，３６ 角度
３７，３８ 接続点
Ａ 回転軸
Ｒ 正回転方向
Ｖ スキュー角

Claims (7)

1. リング（１５）と、中央要素（centre element）（１６）と、前記中央要素（１６）と前記リング（１５）間に延在し、且つ、それぞれに取り付けられる少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）を備えるスラスタ（１０）用リングプロペラ（１２）であって、
   前記リングプロペラ（１２）の回転軸Ａと直交する断面において、前記リングプロペラの回転方向に対してリーディングエッジプロファイル(leading edge profile)（１９）とトレーリングエッジプロファイル（trailing edge profile）（２０）を少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）は備え、且つ、前記少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）は、フォワードスキューを備えており、
   前記少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）の前記リーディングエッジプロファイル（１９）は、Ｓ形状を有し、しかも前記少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）の前記リーディングエッジプロファイル（１９）は、前記リーディングエッジプロファイル（１９）と前記リング（１９）間の移行部分に前記回転方向からみて凹形状を有しており、且つ、前記リングプロペラを包含する前記リングと前記リーディングエッジプロファイルの接続点における前記リーディングエッジプロファイルに対する接線と、前記リングの同じ接続点における前記リングに対する接線は、前記リング（１５）に対して前記回転方向前側で０°より大きく９０°よりも小さな角度（３５）を有していることを特徴とするリングプロペラ。
2. 前記リングプロペラ（１２）の回転軸Ａと直交する断面に対して、前記少なくとも一つのプロペラ羽根（１８）の前記トレーリングエッジプロファイル（２０）は、Ｓ形状を有していることを特徴とする請求項１に記載のリングプロペラ。
3. 前記リング１５との前記トレーリングエッジの接続点（３８）におけるプロペラ羽根１８部分において、前記Ｓ形状のトレーリングエッジプロファイル（２０）を有する少なくとも一つのプロペラ羽根は、前記回転方向からみて凹形状を有していることを特徴とする請求項２に記載のリングプロペラ。
4. 前記リングプロペラ（１２）が前記スラスタ（１０）に取り付けられ、永久磁石が永久磁石モータの一部を形成している場合、前記永久磁石は前記リングプロペラのリング（１５）に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリングプロペラ。
5. 前記リングプロペラ（１２）は、固定ピッチ（fixed pitch）を有する前記プロペラ羽根（１８）と一体になっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリングプロペラ。
6. リングプロペラ（１２）と、永久磁石モータを備えるスラスタ（１０）であって、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリングプロペラ（１２）と、前記リングプロペラ（１２）のリング（１５）を囲うスラスタハウジング（１３）と、永久磁石モータの固定子巻線を備えていることを特徴とするスラスタ。
7. 船舶のスラスタ（１０）で使用する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリングプロペラ（１２）は、永久磁石モータによって駆動することを特徴とするリングプロペラ。

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