JPH04500898A - 船舶を駆動するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 船舶を駆動するための方法および装置 本発明は、周辺の水を通流させるパイプ状の範囲内に連続してほぼ垂直に延びる フィールドライン（磁束力線、電束力線）を有する磁場ならびに電場を生ゼしぬ 、これによって周辺の水中に存在する荷電担体にエネルギーを作用させ、このエ ネルギーが船舶の駆動力として利用されるようにし、この場合、パイプ状の範囲 内では半径方向に向けられた電場とこれに対して垂直な磁場とを生ぜしぬる形式 の船舶を駆動する方法に関する。

更に本発明は、周辺の水を通流させるパイプ状の範囲にマグネットコイルが設け られており、このパイプ状の範囲内には、電源に接続された２つの電極がマグネ ットコイルに囲繞された状態で配置されており、このバイブ内には電源に接続さ れた少なくともｊつの電極が次のように、即ち、周辺の水中に存在する荷電担体 にエネルギーを作用させてこのエネルギーを船舶の駆動力として利用しつるよう に配置されている形式の船舶を駆動する装置にも関する。

このような形式による方法および装置は、イギリスの定期刊行物「海域防衛、国 際海軍技術ジャー十ル：　Ｍａｒｉｔｉ＋ｎｅ　Ｄｅｆｅｎｓｅ、Ｔｈｅ　Ｊｏ ｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｉｒ＋ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｎａｖａｌ　sｅｃｈｎｏ ｌｏｇｙｊ １９８８年１２月号、４４５ページから既に公知となっている。

所謂ｒｔ磁流体動力学式の」駆動方式において可動な荷電担体を含有する媒体に 電場ならびに磁場を印加することは公知の技術範−に属する。この場合、電場の 作用に基づいて荷電担体には運動が与えられ、次いで磁場内における荷電担体の 運動によって、周知のごとく磁場のベクトルと速度とのクロス乗積として得られ る力、所謂「ローレンツ力」が荷電担体に作用せしめられる。

前述したように、この種の電磁流体動力学式駆動方式を船舶に応用することも既 に公知となっている。冒頭に述べた形式による公知のシステムでは、バイブがバ イブ軸線に対して対称的に配置された２つの超伝導サドル型コイルによって囲繞 されている。斯くして、両サドル型コイルはバイブ軸線に対して垂直な方向に延 びる磁場を生ゼしめる。バイブ内には２つのコンデンサ状プレート電極が軸方向 に配置されているので、これらのプレート電極によって生ぜしめられた磁場も、 矢張り軸線方向に対して垂直に、しかもこの磁場の方向に対して垂直に延びる。

その結果として、バイブ内に導入された周辺の水における自由な荷電担体、つま り塩水のイオンには、バイブの軸方向に延びるローレンツ力が伝達されることに なる。従ってこの公知のシステムにおいては、バイブ内で軸方向の運動を行なう 荷電担体に由来する反面力が生ゼしぬられる。船舶を駆動するために用いられる 公知の装置においては、サドル型コイルが２００ＯＡの電流を伴う２Ｔの磁界強 度を生ゼしぬ、ひいては８ｋＮの反衝力が惹起されることになる。

この種の電磁流体動力学的駆動方式を理解するための物理学的な基礎は、ベラカ ー／ザラターによる教科書「電気の理論Ｊ　（Ｂｅｃｋｅｒ／５ａｕｔｅｒ　” Ｔｈｅｏｒｉｅ　ｄｅｒ　Ｅｌｅｋ↑、ｒｉｚｉｔａｔ”）の１９６９年度第１ ９版、第１巻、２５５〜２６６ページ、並びにポールによる教科書「物理学入門 Ｊ　（Ｐｏｈｌ″ＥｉｎｆＩＩｈｒｕｎｇ　ｉｎ　ｄｉｅ　Ｐｈｙｓｉｋ”）の １９６７年度第２０版、第２巻［電気学：　Ｅ］ｅｋｔｒｉｚｉｔａｔｓｌｅｈ ｒｅ」の９８〜１０４ページに記載されている。

上述した公知の方法および装置における利５つは、駆動ユニットが可動な要素を 必要とせず、従って駆動によるノイズが発生しないところにある。そのことに基 づいて、この種のシステムは軍事目的でも利用され、殊に潜水艦を駆動するのに 適している。

然し公知の方法および公知の装置においては、いづれにせよその効率が比較的低 く、シかもコイルの構造がかなり複雑であるという欠点を免れない、更にサドル 型コイルを使用する公知のシステムにおいては極めて高い漂遊磁界が生ぜしめら れるので、適宜な磁気検出方式を利用しさえすれば、公知の駆動装置を備えた船 舶の探知が容易に達成されることになる。また船舶の舷側に配備された機器類、 特に電子機器は、マグネットコイルの漂遊磁界による妨害を受けざるをえない０ 通電導体に磁力が作用することに基づいて、稼働中のサドル型コイルは機械的に 負荷され、その結果として導体が引張応力に、また逆にソレノイドコイルの場合 には曲げ応力にさらされる。使用されている導体材料がこの点に関して限界に達 すると、利用可能な最大電流、ひいては達成可能な磁界強度も事実上完全に制限 されることになる。

まだ公開されてはいないが同一出願人による先願、つまり１９９０年５月２３日 付提出に係る国際出１＊ＰｃＴ／ＤＥ　９０１０　Ｏ３７９号においては、軸方 向に向けられた磁場、並びにバイブ軸線とバイブとの間で半径方向に向けられた 電場がそれぞれバイブ内で生ゼしぬられ、このバイブ内には螺旋状を呈する剛性 の要素が装着されている。従って、このバイブ内で軸線を中心にして回転する周 辺の水は軸方向に偏向される。この場合、マグネットコイルはソレノイドコイル として構成され、バイブに対しほぼ同軸的に配置されている。電極はほぼバイブ 軸線に沿って配置され、対応電極として用いられるバイブジャケットと相互に作 用する。

この構成様式によれば、ソレノイドコイルにおいて利用できる磁場容積がサドル 型コイルで利用されつる磁場容積よりはるかに大きくなるので、かなり高い効率 を保証することが可能である。それと同じ理由から、漂遊磁界も僅かなものに抑 えられる。この公知のシステムにおいては、導体材料の許容引張負荷が機械的に 限定されているので、場合によっては付加的な補強措置として、例えば規格化さ れた導体の使用または巻線の包帯処理が必要とされる。

上述のシステムにおいても可動な駆動要素は用いられていない。勿論、その流動 行程はもはや直線的なものではなく、所定の速度条件の下では、剛性の偏向要素 によって偏向される水の流れが特性的な周波数成分を含む渦流を発生させる。

なお芸で国際出願ＰＣＴ／ＤＥ９０．１００３７９号を引用したことにより、そ の開示内容は本願における開示内容として援用されるものとする。

以上の公知技術に対して設定された本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法お よび装置に改良を加えて、高い効率を維持する共に漂遊磁界がほぼ完全に遮蔽さ れるようにし、更にノイズの発生を回避するために、流動する周辺の水が走行方 向から殆ど偏倚しないようにするところにある。

冒頭に述べた本発明による方法に関してこの課題を解決するためには、軸線を中 心に閉じた状態で周方向に延びるフィールドラインを有する磁場が生ゼしぬられ る。

冒頭に述べた本発明による装置に関してこの課題を解決するためには、マグネッ トコイルがトロイドコイルとして構成され且つバイブに対してほぼ同軸的に配置 されており、電極はマグネットコイルの巻線により囲繞された空間内に配置され ている。

本発明の課題は以上の措置が取られていることによって完全に解決される。

トロイドコイルにおいては、軸線に近接した導体がその周囲に磁場を形成し、こ の磁場のフィールドラインは軸線を中心として円形に延びている。ところで半径 方向に向けられた電場が付加的に生ぜしめられると、電場と磁場とは互いに垂直 に重なり合う、従って周辺の水中における可動な荷電担体には軸方向に向けられ た力が作用せしめられる。これによって周辺の水は軸方向で加速される。理想的 な場合には加速度の半径方向成分が全く生じない、つまり理想的には磁場ライン がコイル内で閉じられていることに基づいて、トロイドコイルには外部ラインが 与えられないので、極端にノイズの少ない駆動が行なわれると共に、磁場も外部 から理想的に遮蔽された状態におかれている。いづれにしても磁気的な双極子モ ーメントは消滅する。

従って概言するならば、本発明によって提供することの出来る駆動ユニットは特 に簡単でコンパクトな構造を有し、このユニットで使用されるエネルギーは極め て効果的に船舶用の駆動出力に変換される。

以上の理由から、本発明による方法および本発明による装置は特に潜水艦を駆動 するのに適してお番バその駆動力が行革時もしくは潜行時の航行に際する推進力 を生ぜしめるためのものであるか、或いは水中での操船に際する出力を発生させ るためのものであるかについては問題外である。

本発明による方法の特に有利な１実施例においては、軸線とほぼ交差する方向の フィールドラインを有する電場が形成される。

この措置の利点は、電場が実際にトロイドコイルの巻線内における全内部空間で 磁場に対して垂直に延在し、従って周辺の水中にある可動な荷電担体がこの内部 空間における全ての部位で純粋な軸方向加速度を受けるところにある。

本発明による装置の有利な１実施例においては、トロイドコイルの巻線によって 囲繞される空間の軸方向断面がほぼ矩形の形状を呈している。

この措置の利、へは、電極をも簡単な形式で適宜に構成しつるように比較的羊膜 な形状の装置が提供されるところにある。

然し本発明による装置の別の実施例においては、トロイドコイルの巻線によって 囲繞される空間の軸方向断面がほぼＤ字状に形成されている。

この措置の利点は、発生する曲げ負荷に関して軸方向断面の０字形状を最適化し ておくことによって、高い場の強度を有する大型のトロイドコイルで生ずる曲げ モーメントを軽減しつるところにある。

本発明による幾つかの実施例では、軸線に近接したトロイドコイルの導体が軸内 の密な導体束として延在せしめられている。

この措置の利点は、コンパクトな構造が得られるところにある。何故ならば、本 発明の枠内では主としてトロイドコイルの巻線により囲繞される空間が利用され るので、軸線に近接した各導体間に残存する軸方向空間は必然的に使用されない 状態のままにおかれるからである。

更に本発明による幾つかの実施例では、トロイドコイルにおける軸線に近接した 導体が軸線に対して同軸的に配置されたほぼ中空円筒状の１容積体上に配分され 、はぼ閉じたジャケットを形成している。

この措置の利点は、磁場がこの閉じたシャケ・・ｌトを貫通しないことｉこ基づ いて、トロイドコイルの遮蔽がパーフェクトに達成されるところにある。

他方、本発明による別の幾つかの実施例では、トロイドコイルにおける軸線に近 接した導体が少なくとも２つの導体束として纏められており、これらの導体束は 軸線に対して同軸的に配置された中空円筒状の１容積体上に配分されている。

この措置の利点は、トロイドコイルの構成および組立てが筒易化されるところに ある。

何故ならば、トロイドコイルは半径方向に向けられ周方向で分配された複数のコ イルディスクから構成することが出来るからである。その最も簡単な例では、内 位の各縦方向導体を互いに当接させると共にそれぞれ］８０°ずらして配置した ２つの矩形コイルを用いることによってトロイドコイルを構成することすら可能 とされる。この実施例ではコイル容積が極端に縮小されているので、例えば超伝 導電磁システムで用いられるクリオスタット（ｃｒｙｏｓｔａｔ）のような別の ユニットにより特に簡単な形式でコイル容積を囲繞することも可能である。

本発明による幾つかの実施例では、軸線に近接した導体が半径方向に延びる導体 束を介して軸線から離反した導体に接続されている。

この措置の利点は、トロイドコイルの端面側において周辺の水を申し分なく通流 させるために必要な平均横断面を確保するのに充分な自由空間が残されていると ころにある。複数の導体を半径方向に延びる導体束として集束させる措置も効果 的であって、その利点としては、流体動力学的に見て特に有効な外形を導体束に 与え、これによってコイルの流動抵抗が軽減されることが挙げられるにの場合、 半径方向に延びる導体束は有利には軸線に対して回転対称に配置されており、更 にこの場合、この種の導体束を２つ又は３つ又は４つ設けて、これらの導体束を 互いに１８０°乃至１２００乃至９０°ずらして配置しておくと効果的である。

本発明の特に有利な実施態様では、トロイドコイルの各巻線が少なくとも部分的 に直列接続されている。然し個々のケースで所望されることもあるように、半径 方向に延びる導体束にそれぞれ別個に電流を供給することも可能である。

更に本発明の別の実施態様においては、各電極がそれぞれ円筒形のバイブとして 構成されており、これらのバイブは軸線に対し半径方向間隙をおいて互いに同軸 的に配置されている。

この措置の利点は、コイルの内部空間に回転対称な電場を形成することが可能と されるため、可動な荷電担体に対する力の伝達も矢張り回転対称に行なわれると 二ろにある。更に円筒形のバイブを用いる措置は、これらのバイブが特に低いハ イドロダイナミンク抵抗を有していることに基づいて、周辺の水を効果的に案内 するという利点をももたらす結果になる。なおこの場合、本発明の枠を逸脱する ことなしに完全な円筒形のバイブをではなく日清バイブセグメントを使用できる ことは明らかである。

本発明による装置の更に別の有利な実施態様においては、電圧源の出力電圧およ び極性が調節可能ならしめられている。

この措置の利点は、推進力と推進方向とが任意に調節可能ならしめられているこ とに基づいて、当該船舶における航行速度および航行方向をも極めて簡単な形式 で調節することが出来るところにある。

公知技術におけるのと同様に本発明の場合にも、マグネットコイルとして超伝導 コイルを用いると有利である。何故ならば、塩水中における自然のイオン濃度に 基づいて実際に船舶を駆動するために必要とされる推進力を生ゼしぬるには場の 強度をがなり高くしでおかねばならないからである。

ところでこの場合、コイルを高ニー超伝導体から構成しておくと特に効果的であ る。

この措置の利点としては、船舶の周辺温度条件下で既に超伝導状態にあるような 超伝導材料をコイルを巻くための材料として用いるならば、超伝導体の飛躍温度 に応じて比較的簡単な冷却装置を設けておきさえすればよく、或いは冷却装置を 全く必要としないことすらある事実が挙げられる。この場合、コイルを超伝導短 絡状態で稼働させるならば、磁場を形成するために特別な出力を必要としないの で特に望ましい結果が得られる。

超伝導材料における場の強度がその表面で臨界値を上回るように、軸線に近接し た導体束の各導体を配置しておくならば、導体束の許容平均電流密度が、ひいて は導体束の最小！＃径が規定されるので特に有利である。

超伝導コイルを使用する場合には、導体束をクリオ構造によって完全に包囲して おかねばならない。これと同じことは、コイルの端面側に沿った各導体区分につ いても当てはまる。そこで本発明の各実施例においては、バイブ状に形成された クリオスタツトを用いることが出来るようにされておシバこのクリオスタットは 、「ハブ」としての軸線に近接した導体のための内位バイブど、コイルの端面側 に位置し半径方向の導体束のために用いられる半径方向の「スポーク」と、軸線 から離反している導体のための「ジャケラ［・」とを有している。

本発明の有利なｌ実施例では、「スポーク」が矢張り少なくとも１対の電極によ って囲繞されているので、有利には転極可能な電圧を印加することによりこの「 スポーク」の方向とほぼ平行に作用する力を周辺の水における荷電担体に及ぼす ことが出来る。

斯くして、殊に潜水艦にとっては望ましい側方及び／又は鉛直方向での機動性（ 操船特性）が与えられることになり、潜水艦の勾配を制御することも出来るよう になる。電極対は必ずしも完全に１゛スポーク」を包囲していなくてもよく、電 極の正確な幾何学形状は、その都度の流体処理技術的要件に応じて規定される。

既に述べたように、この実施例においては軸線から離反している導体を受容する ため、「スポーク」を「ジャケット」の代りにその軸線方向全長に亙って継続さ せることも、或いはコイルの端面側範囲に限定することも可能である。電場を形 成するためには、電極を直接「ハブ」にもしくは「ジャケット」の内面に当接し てもよいし、或いはこの箇所に電極を形成することも可能とされている。この場 合、各「スポークＪの間では周辺の水が軸方向で通流し、その流動通路の横断面 は、流体動力学的に見て最適な流動特性と作業効率とが得られるように形成する ことが出来る。なお、互いに無関係に独立した複数のクリオスタットを用いるこ とによって、軸線に近接した導体と軸線から離反した導体と半径方向に延びる導 体との各部分から成るコイル束をそれぞれ個別クリオスタット内に収容すること も可能である。

本発明による装置を水上−乃至水中航行用船舶の船体内または船体上に配備する 方式としては、種々異なるヴアリエーションが考えられる。

その第１のヴアリエーションでは、駆動ユニットを船体に一体に組込むことが可 能とされている一方、これに対して二者択一的に、駆動ユニットを船体から距離 をおいて設置されたデリックに配置するか、或いは、個々のケースにおいてその 都度意図される船舶の用途を考慮した上でも有意義であるか否かに応じて、駆動 ユニットを船体のキールと一体に構成することも可能である。

本発明の別の実施態様におけるように駆動ユニットを船体に対し傾斜させ、有利 には旋回可能に配置しておくならば、例えば潜水艦の場合には、潜行深度を適宜 調整するための操船が可能になり、また水上艦船の場合には、例えば水中翼船に おいて周知であるように船体を持ちとげる（浮揚：　Ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ）こ とによって流体動力学的な抵抗を軽減することが可能になる。

トロイドコイルとバイブとから形成される２つの駆動ユニットを、互いに並列的 に共通のフレーム上に配置しておくと特に有利である。このようなタンデム配置 方式が採用されるならば、例えば電圧振幅及び／又は極性をそれぞれ異なったも のに調節することによって、駆動ユニットを種々異なる形式で調整することが出 来る。この方式によれば、個別的な２つの駆動ユニットにおける各駆動力の数値 及び、／又は方向が異なっている場合でも申し分のない操船が達成される。

本発明による別の有利な実施態様では、バイブにイオン化ユニットが接続されて お）ノ、例えば周辺の水にその導電率を高める物質が土塀されるようになってい る。

この措置の利点はイオ゛ン濃度を高めることによって船舶の駆動力をも高めつる ところにある。この実施例の場合、例えば軍事目的で使用される船舶を短時間に 亙って攻撃乃至撤退航行ごセるべくその駆動力を高めるためにイオン化ユニット を短時間だけ利用することも可能であることは言うまでもない。

更に本発明による別の有利な実施態様においては、例えば電場の経過を１４極か らの半径方向距離に応じて突止させることにより、荷電担体に作用するカを電極 からの半径方向距離に関連して調節することが可能である。

この措置の利点は、ローレンッカの種々異なった作用に起因する乱流およびキャ ヴイテーション（空洞現象）を回避するため、本発明による円筒形のコンデンサ 装置を用いて半径が場の強度に対して有している自然の影響力に抗することが出 来るところにある。

本発明による特に有利な別の一層の実施例においては、バイブが水の流動方向で 見て次第に大きくなる横断面を有するように構成されている。

この措置の利点は、装入量を一定にした場合、バイブの出口における流動速度は 一貫した横断面のバイブにおけるより但〈抑えられるので、バイブ出口に乱流も しくは渦流が生ずることを効果的に阻止できるところにある。

なおこの実施例の場合、バイブに側方の吸い込み開口部が設けられていると特に 有利である。

つまりこのような措置が取られているならば、バイブの軸方向長さに互って水の 分子を伝達する力乃至加速度が「フレッシュなｊ水にも配分されるので、軸線方 向で水分子に作用する力の経過を特に一様なものにすることが出来る。

本発明によるその他の利点は、明細書本文ならびに添付の図面から明らかである 。

なお本発明における前述した各特徴および後述する各特徴が、本発明の要旨を逸 脱することなく、羊にその都度指定された組合わせでのみならず別の組合わせで も或いはそれぞれ単独にでも応用され得ることは言を俟たない。

次に添付の図面に示した各実施例につき本発明の詳細な説明する＝第１図は、公 知技術による船舶用電磁流体動カ学的駆動ユニットの概略的な斜視図：第２図は 、第１図によるシステムで作用するローレンッカを説明するための略図：第３ａ 図は、トロイドコイルを著しく簡略化して示した斜視図：第３ｂ図は、第３ａ図 に示されたトロイドコイルの軸方向断面９二第３ｃ図は、別の配置形式によるト ロイドコイルの軸方向断面図：第４図は、本発明による駆動ユニットの第１実施 例を示した斜視図；第５図は、本発明による駆動ユニットの第２実施例を示した 斜視図：第６図〜第１０図は、本発明による駆動ユニットを船体上もしくは船体 内に装着する種々異なった可能性を説明するための概略図である。

第１図には公知技術による船舶用電磁流体動力学的駆動ユニットが符号１０で全 体的に示されている。

駆動ユニット１０はクリオスタットを有しており、このクリオスタット内には１ 対の超伝導サドル型コイル１２が配置されている。これらのサドル型コイル１２ はバイブ１３の両サイドに配置されており、バイブコ３の通流開口部１４は室温 に保たれており、その内部には周辺の水が、つまり塩分を含む海水が通流せしめ られる。この通流開口部１４内には、バイブ１３の軸線方向に延び所定の相互間 隔をおいて配置された２枚のプレート型電極１５が設けられている。これらのプ レート型電極１５は、それぞれ第１図には示されてない電圧源に接続されている 。

サドル型コイル１２が励起されると磁場Ｂが生ゼしぬられ、この磁場の方向は第 １図に軸線１６で示されている。他方、プレート型電極１５は電場Ｅを生ぜしめ 、第１図に符号１７で示された電場の軸線は磁場Ｂの軸線］６に対して垂直に延 びている。更にこれらの軸線１６．１７も、それぞれバイブ１３の軸線１８に対 して垂直に延びている。

ところで第１図に示されたメカニズムの機能は、第２図による図解から明らかで あり、以下ではその機能について説明する： 周辺の水、即ち塩分を含む海水は、荷電担体２２としての塩水イオンを含有して いる。

これらの荷電担体２２は水中でも可動状態を保っているので、電場Ｅが荷電担体 ２２に作用すると、この荷電担体２２には運動が与えられる。つまり何となれば 、電場Ｅは荷電担体２２に電場Ｅの方向に向けられた力（エネルギー）を及ぼす からである。斯くして、荷電担体２２には速度Ｖを有することになり、そのベク トルは電場Ｅの方向に向けられる。

他方、荷電担体２２には電場Ｅに対して垂直に方向付けられた磁場Ｂが作用する ので、荷電担体２２には更に所謂ローレンッカＦも作用せしめられ、このローレ ンッカは速度Ｖのベクトルと磁場Ｂとのクロス乗積に等しいので、矢張りこの方 も前記の両数値に対して垂直な方向を有しＣいる。即ち換言するならば、ローレ ンッカＦはバイブ１３の軸線１８と同じ方向で作用する。塩水中には多数の荷電 担体２２が含まれていることに基づいて、第１図に矢印１９で暗示されたように 駆動ユニット１ｏに対する反衝力が生ずる。従ってこの駆動ユニット１０は、そ れ自体自由に運動しつる状態にあるため、第１図に矢印２゜で示されたように、 バイブ１３の軸線１８に沿った反衝力１９とは逆の走行方向で加速されることに なる。

第１図に示された公知の装置においては、】対のサドル型コイル１２をバイブ１ ３の両側に装着しなければならないので、サドル型コイル１２には比較的複雑な 形状を賦与する必要があり、そのためバイブ１３にこのサドル型コイル１２を保 持すべくがなり高価な部材を用いざるを得ない６更に第１図から明もがなように 、この配置形式によるサドル型コイル１２には相当に大きな窓が開設されている ので、フィールドラインは駆動ユニット１０からかなり離れた外部で閉じること になシバその結果として極めて大きな漂遊磁界が生ゼしぬられる。またこの駆動 ユニット１０は、その内部にサドル型コイル１２とこれに囲繞されたバイブ１３ とを収容すべく比較的大きなりリオスタッ目１を必要とする。しがのみならず、 通電されるサドル型コイル１２は曲げモーメントによって負荷されるので、電流 の最大許容値、特に超伝導マグネットコイルにおける最大許容電流が制限される ことになる。

第３ａ図には従来の形式によるトロイドコイルが符号２４で全体的に示されてお り、このトロイドコイル２４には、それぞれ中央の軸線２７を基準にして、軸線 に近接した導体２５と軸線から離反した導体２６とが設けられている。これらの 軸線２７に近い導体２５と軸線２７から離れた導体２６とは、それぞれ半径方向 に延びろ導体２８を介して互いに接続されている。このような構成様式によって 巻線２９が形成される。ところで、このト、ロイドコイル２４に電流工が通され ると磁場Ｂが形成さ几、そのフィールドライン（磁束力線）は軸線に近接した導 体２５を、つまり軸線２７を中心として閉じられるように延びている。従ってそ の理想的な場合には、外部空間に散逸する磁場、即ち漂遊磁界が発生することは ない。

更に半径方向で電場Ｅが生ぜしめられると、周辺の水に含まれた可動な荷電担体 に軸線２７の方向を有する力が伝達される。

第３ｂ図にも矢張りトロイドコイル２９が、但し集束された巻線２９を有する軸 方向断面として示されている。こ・０図から明らかなように、巻線２９は軸方向 断面で見て；Ｊぼ版形の形状を呈している。

これに対し第３ｃ図には１つのヴアリエーションとしてソレノイドコイル２４“ が不されており、この場合、軸線に近接した導体２５゛　ど′＠線から離反した 鴬ｔ、ｚ２６’　と半径方向に延びる導体２８゛　とは、軸方向断面で見て０字 形の巻線２９′　を形成するように延びている。

このように巻線２９°を９字状に形成する意義は以下のごとくである：大型トロ イドコイルにおいては大型サドル型コイルの場合と同じような曲げ負荷が生ずる 。ところでトロイドコイルの正確な形状は、その曲げ負荷が僅がであって理想的 には矢張り理想的に長いソレノイドの場合と同じように消滅しさえするよう乙も のと３２で、数量計算によって検出することが可能とされている。この種の計算 方法どしては、例えば１９８３年にグラレンドン・プレスから発行されたＭ、　 Ｎ、ウィルスンによる著書「超伝導磁石：Ｓｕｐｅｒｅｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｍ ａｇｎｅｔｓ」の５３〜５５ページ、並びに１９８５年５月１３２および１４８ にカールスルーエの原子力開発センター主催による「原子核技術学校：　５ｃｈ ｕｉ、ｅ　ｆｕｒＫｅｒｎｔｅｃｈｎｉｉ＜」で行なわれた講義のリポートへの Ｐ、コマレフの寄稿論文「超伝導技術セミナー：　Ｓｅｍ１ｎａｒ　Ｓｕｐｒａ ｌｅｉｔｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉＪの１８０ページ以下、特Ｑ二その１９９へ２０ ９ページにその例を見いだすことが出来る。

上記の文献に開示された計算方法は、適正に応用されさえすれば、本発明による トロイドコイルにも転用可能である。この場合、必ずしも全ての曲げ負荷を正確 にゼロにする必要はなく、むしろコイルの導体材料に設定されているような許容 限界の範囲内であれば、曲げ負荷に変動が生じてもよい。この理想化された解決 策を出発点とするならば、最終的な導体横断面と実際の正確な磁場分布とを考慮 した上で数値計算を戻復することにより、現実のコイルのための充分に曲げ負荷 の抑制された装置を提供することが出来る。

第４図には本発明による第１実施例としての駆動ユニット３０が示されており、 その形状は円筒形のバイブ３１の形状とほぼ等しくされている。

トロイドコイル３２は軸線３３を中心にしてその周辺部に＋ｉされている。　Ｔ ＬＪＩ　４　ａ及び３４ｂは中空円筒体形状を呈するように構成され、電圧源３ ５に接続されている。これらの両電極３４ａ、３４ｂ間にはバイブ状の範囲３６ が形成され、周辺の水は軸線３３の方向でこの範囲３６を通流することが出来る わ互いに同軸的に配置された電極３４ａと電極３４ｂとの間には、半径方向に向 けられた電気的なフィールドライン３７が生ゼしぬられ、その全ての作用方向は 軸線３３を通って延びている。

既に第３図に関連して説明したＪつに、磁場Ｂのフィールドライン４１は軸Ｒ″ （３を小心として周方向に延びているので、周辺の水の流動方向３８は第４図に 示されたごとく調節され、矢印４０で暗示された反面力が生ずる。

この実施例によるトロイドコイル３２においては、軸線に近接した導体４２が有 利には中央のバイブ４３内に延在せしめられる一方、軸線から離反した導体４４ は、中空円筒状の容積体４５の周面に沿って一様に分配されており、この場合、 バイブ４３と中空日筒状の容積体４５とは軸線３３に対して同軸的に配置されて いる。軸線に近接した導体４２は半径方向に延びる導体４６を介して軸線から離 反１−だ導体４４に１′！１さ右ている３軸締ｌ−近接した導体４２は導体束４ ７と１．５で、また半径方向に延びる導体４５は導体束４′Ｓとしてそれぞれ一 括デｉシている。

従って半径方向に延びる４体更４８は、光径方向断面で見アホイー・形状を呈す る構造のいわば「スポーク−１に相当する部分を形成する、駆動ｊ、ユニット０ の有利なげ７リエーシヨン（変化実施態様ンにおいては、バイブ４３を内（ｉγ の電極（’ｌ　、：　ｌ＋　ｉこよって百接的に形成を乙ことが可能とされ、同 様に中空円筒状の容積体４５も、その内部を外部の７４．ｑ％　３４　ａによっ て半径方向で副尿オることが出来る。

更にこの第４図から明らかなように、流動方向３８で到来する周辺の水に対する 流動抵抗を出来るだは僅かｌ′１′ものに抑えるため、　「スポーク」として形 成された半径方向の導体束４８には流体動力学的な一一点から有効とされる形状 が与えられている。なお以Ｅに述べた全ての措置は当業者ひあれば当然実現しつ る技術範晴に属しているので、第４図ではその明罹性を期してこの点に関する詳 紺な描出が省略されている。

第７１図においては、トロイドコ・ｆル３２を超伝導コイルとしても構成可能で あることが符号４９で暗示されているが、そのためにはトロイドコイル３２をク リ′ｙｒ構造内に収容しなけわばならない。

この場合、それぞれ異なった半径方向導体束）８にＺする個々の分割コイルを、 互いに独立した別個のグリオ構造に収容し、次いでこれらのコ１′ルを剛性的に 相互結合することも可能である１、 第５図に示されたヴアリエーションに辷る駆動ユニット５ｏでは、トロイドコイ ル５１が２つの矩形コイルから構成されており、従ってこの場合は軸線から離反 した各導体５２も導体束として纏められている。

この第５図に示された実施例における各電極の構造は、第４図の実施例による電 極の構造に等しい。

然しこれらのｆｌＬｐｉは導体平面に関（、右眼の角、ｒ？ｉ囲で制限すること も出来る。

第５図に示されているように、半径方向に延τｆる各導体型区分４８はそれぞれ 補足的に別の電極対５７により部分的にょたは完全に包囲することも可能である 。この措置によれば、主駆動要素（Ｆ）に加えてこれに対しほぼ垂直な電班瀉体 動カ学的駆動手段（Ｆ′）が形成されるので、船舶とくに潜水声におけろ水平方 向及び、／又は鉛直方向での申し分のない操船、並びシこトリム調整が可能なら しめられる。第５図に示された補助電極５７が本発明における他の全ての実施例 でも使用可能であることは言うまでもない。

第５図の実施例によるトロイド：コイル５コでは、磁ＷＢのフィールドラインが 外部空間に、つまりトロイドコイル５１から離れた外部のスペースにまで達する ので、第４囚に示された実施例の場合とは異なってがなり大きな漂遊磁界の発生 が予期される。勿論、この量率なシステムにおいても磁気的な双極子モーメント は予め消滅する。

更に第５図によるこの実施例では、超伝導コイルが用いられる限りにおいて、個 々の両矩形コイルをそれぞれ別個のクリオスタット内に人容することが可能であ る。

第６因〜第９図には、個々の駆動ユニット乃至タンデム型実動ユニットをどのよ うにして水上艦船もしくは潜水艦の船体内に収容しろるかについての種々異なる ヴアリエーションが示されている。

第６図によるヴアリエーションでは、第４図に示された形式による個々の駆動ユ ニット３０が船体６０内に組込まれているので、流動抵抗は最小限に抑えら第１ ．る。

第７図に示されたげアυ工一シミンでは、タンデム型駆動ユニット３０ａ、３０ ｂが鉛体６１から距離をおいて位置するデリック６２ａ、６２ｂに配置されてい る。

第８図によるヴアリエーションでは、矢張り第４図に示さｖ７た形式による個々 の駆動ユニット３０が船体６３に形成されたキール６４の下端部に設けられてい る。

更に第９図における実施例では、タンデム型変動ユニット３０ａ、３０ｂを船体 ６５内に配置するに当り、駆動ユニット３０ａ、３０ｂの方向を航行方向と平行 にするのではなく、航行方向に対し垂直な軸線７５を中心として矢印７６で示さ れたごとく旋回しうるようにする可能性が示されている。従って潜水艦の場合に は、潜行方向での操船が可能とされる一方、水Ｅ艦船においては、流体動力学的 な抵抗を水中翼船方式で軽減させることを期して船体を浮揚（Ｌｅｖｉｔａｔｉ ｏｎ）させることが出来る。

この場合、第６図〜第９図に示さ九た？方式を互いに組合わせることはもとより 、個々の要素を互いに交換して用いることも可能であるのは明らかであって、例 えは第８図の実施例の場さ、キール６４の下端部には個々の！動ユニット３０を で（Ｊなくタンデム型駆動ユニット３０８．３０　’Ｄを配置して乞シよい第１ ０図には、第４図に示された形式よる駆動ユニット３０をその下面に有−４−る 別の船体６Ｇが示さオしでＬｌ□が１．二の実施例の場合にもタシデム型！Ｂ劾 ユニリド・が使用可能であることは明らかである。

船体６６に収容された駆動ユニッ１−３０の前端部には、導線６８を介して駆動 ユニット３０のバイブ内室に接続されたイオン化ユニットロ７が設（ｌら九でい る。

このイオン化ユニッｌ−６７は、海水の導電性を立めることの出来る物質、例え ば塩もしくは塩溶液の貯蔵タンク及び配置装置として構成することが可能である 。

ｉＪＥ線６線表８してイオン化ユニット６７を短時間もしくは連続的に稼働させ ることにより、駆動ユニット３０のバイブに通流させる周辺の海水中における導 電性、つまりイオンａ度を高めることが出来る。イオン′ａ度が上昇すると反衝 力も高まり、ひいては船体６６の航行速度が高められる。

円筒形のニンデンサを用いた場合、円筒軸内に位置する電極の′：ｊＬ界強度が その半径の逆数に比例して半径方向外向きに減少することは周知である。これに 関連して磁界強度も矢張り外方に向って漸減するので、周辺の海水中に含まｎろ 荷電担体に作用するローレンツ力、ひいては軸方向での推進力も半１の増大に伴 って減少する。

その結果として個々のケースによっては乱流もしくはキャビテーション力Ｉき起 されることもあるので、そのよ・プな場合には、このいわば半径方向依存性が相 殺されるか、或いは最適化処理が行なわれる。そのためには、互いに同心的な複 数のバイブを最内位の電極からそγしぞれ異なった半径方向距離をおｉで配置す ることに、ニリ、同心的な各電極間の半径方向区間を度数の円筒形区分に分割す ればよい、これらの互いにζなったバイブを電圧源の各タップ点に接続オろと、 半径方向での電圧経過う・ｒンが直線１１ニされ、この場合の電圧経過ラインは 、使用される各バイブが綱が〈段階付けられていればいるほど、それだけ直線的 なものにされる。なお、例えば半径とは無関係な一定した加速度を得るためにこ の経過ライン？更に一層最適化すべく、各バイブと電圧源とを接続する導線が非 線形方式で電圧源に接続されるようにすることも考えられる。

更に本発明の有利な実施態様では、トロイげコ・Ｃルにおけろバイブ状範囲の横 断面を取水口から排水口に向って拡大すること、つまりこの範囲に円湿面、回転 放物面または回転双曲面のよつな断面形状を与えることかり能である。

この実施例においては、側方の吸い込み開口部を設けることが可能であって、こ の開口部を・下して海水を水流ポンプ方式でバイブ状５！囲内に補足的に吸い込 むことが出来る。

つまり換言するならば、一定の横断面を有する一貫したバイブ状の範囲が用いら れるとすると、軸方向で通流する水には絶えずローレンツ力が加えられるので、 圧縮可能な媒体が利用される場合には、流出する媒体が流入する媒体に比して加 速されることになる。ところが、周知のごとく不はＡ：圧縮性の媒体であるため １０−レンツカの軸方向作用範囲を介して吸引効果が高まるので、その結果とし ての乱流およびキャビテーションのような現象が発生する。このような事態に対 処するた力に設けられた側方の吸い込み開Ｉｌｌ］邪は、側方から「フレッシュ な」水を取り入れると同時に横断面を増大させるので、圧縮可能な媒体によるの と同じような状況をもたらすいわばシミュレータの役割を果たす。このような操 作方式によれば、全体として水の流出速度が蒐入速度と同じように高められ、し かもこの場合、流出端部におけるバイブの横断面が比較的大きな値に設定され、 適正な吸い込み開口部が設（つられていることに基づいて、単位時肩当りの流出 水量は増大せしめられることになる。

不発明による駆動ユニットの１実施例では、例えば第４図に示されたＷ動ユニッ ト３０を、バイブ３１が１メートルの直径および１０メートルの長さを有するよ うに設計することが可能である。

トロイドコイル３２としては、例えば原子核物理学で知られているような３〜４ Ｔの磁界強度を有するコイルを用いることが出来る。

１０・・−駆動ユニット、１ユ・・・・クリオスタラｈ１１２・・・サドル型コ イル、１３・・・バイブ、１４・・・通流開口部、１５・・・プレート型電極、 １６・・・磁場の軸線、１７・・・電場の軸線、１８・・・バイブの軸線、１９ ・・・反所力の方向を示す矢印、２０・・・駆動ユニツｔ−の走行方力を示す矢 印、２２・・・荷電担体、２４・・・トロ１トコイル、２４゛・・・ソ１ノノイ ドコ４′ル、２５・２５゛　・・＠線に近接した導体、２６・２６°・・・軸線 升ら１反した導体、２７・・・中央の軸線、２８・・・半径方向の導体、２９・ ２９′・・・巻線、３０・３０ａ・３０ｂ・・・駆動ユニット、３１・・・バイ ブ、３２・・・トロイドコイル、３３・・・軸線、３４ａ・３４ｂ・・・電極、 ３ｂ・・・電圧源、３６・・・バイブ状の範囲、３７・・・電気的なフィールド ライン、３８・・・水の流動方向、４０・・・反面力の作用方向を示す矢印、４ １・・・磁場のフィールドライン、４２・・・軸線に近接した導体、４３・・・ 中央のバイブ、４４・・・軸線から離反した導体、４５・・・甲究円筒仄の容積 体、４６・・・羊径方向導体、４７・４８・・・導体束、４９・・・超伝導コイ ル、５０・・・駆動ユニット、５１・・・トロイドコイル、５２・・・軸線から 離反した導体、５７・・・１Ｌ極対、６０・６１・・・船体、６２ａ・６２ｂ・ ・・デリック、６３・・・船体、６４・・・キール、６５・６６・・・船体、６ ７・・・イオン化ユニット、６８・・・導線、７５・・・航行方向に対し垂直な 軸線、７６・・・駆動ユニットの旋回方間を示す矢印、Ｂ・・・磁場、Ｅ・・・ 電場、Ｆ・・・ローレンツ力、ＣＦ）　・・・主駆動要素、ＣＦ’）・・・電磁 流体動力学的駆動手段、■・・・電流、■・・・速度。

Ｆ旧、８　ＦＩＧ、９ 国際調査報告 国際調査報告 ＤＥ　９０００５５８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．周辺の水を通流させるパイプ状の範囲（３６）内に連続してほぼ垂直に延び るフィールドライン（３７、４１）を有する磁場（Ｂ）ならびに電場（Ｅ）を生 ぜしめ、これによって周辺の水中に存在する荷電担体（２２）にエネルギー（Ｆ ）を作用させ、このエネルギー（Ｆ）が船舶の駆動力として利用されるようにし 、この場合、パイプ状の範囲（３６）内では軸方向に向けられた磁場（Ｂ）と半 径方向に向けられた電場（Ｅ）とを生ぜしめる形式の船舶を駆動ずる方法におい て、軸線（２７；３３）を中心に閉じた状態で周方向に延びるフィールドライン （４１）を有する磁場（Ｂ）を生ぜしめることを特徴とする方法。 ２．請求項１記載の方法において、軸線（３３）とほぼ交差する方向のフィール ドライン（３７）を有する電場（Ｅ）を生ぜしめることを特徴とする方法。 ３．周辺の水を通流させるパイプ状の範囲（３６）にマグネットコイル（１２； ３２；５１）が設けられており、このパイプ状の範囲（３６）内には電圧源（３ ５）に接続された２つの電極（１５；３４）が次のような形式で、即ち、周辺の 水中に存在する荷電担体（２２）にエネルギー（Ｆ）が作用せしめられ、このエ ネルギー（Ｆ）が船舶の駆動力として利用されるような形式で配置されている船 舶を駆動する装置において、マグネットコイルがトロイドコイル（２４；３２； ５１）として構成され、パイプ（３１）に対してほぼ同軸的に配置されており、 電極（３４ａ、３４ｂ）がトロイドコイル（２４３２；５１）の巻線（２９）に より囲繞された空間内に配置されていることを特徴とする装置。 ４．請求項３記載の装置において、トロイドコイル（２４；３２；５１）の巻線 （２９）によって囲繞される空間の軸方向断面が、ほぼ矩形に形成されているこ とを特徴とする装置。 ５．請求項３記載の装置において、トロイドコイル（２４′）の巻線（２９′） によって囲繞される空間の軸方向断面が、ほぼ曲げ応力を受けない有利にはＤ字 状に形成されていることを特徴とする装置。 ６．請求項３〜５のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、トロイ ドコイル（２４；３２；５１）における軸線に近接した導体（２５；４２）が、 密な導体束として軸線（２７；３３）に沿って延びていることを特徴とする装置 。 ７．請求項３〜６のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、トロイ ドコイル（２４；３２）における軸線から離反した導体（２６；４４）が、軸線 （２７；３３）に対して同軸的に配置されたほぼ中空円筒状の容積体（４５）上 に分配され、且つほぼ閉じたジャケットを形成していることを特徴とする装置。 ８．請求項３〜６のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、トロイ ドコイル（５１）における軸線から離反した導体（５２）が少なくとも２つの導 体束として纏められており、これらの導体束が軸線に対して同軸的に配置された ほぼ中空円筒状の容積体上に回転対称に分配されていることを特徴とする装置。 ９．請求項３〜８のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、軸線に 近接した導体（２５；４２）が半径方向に延びる導体束（４８）を介して軸線か ら離反した導体（２６；４４；５２）に接続されていることを特徴とする装置。 １０．請求項９記載の装置において、半径方向に延びる導体束（４８）が軸線（ ３３）に対して回転対称に配置されていることを特徴とする装置。 １１．請求項３〜１０のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、ト ロイドコイル（２４）の各巻線（２９）がそれぞれ少なくとも部分的に直列接続 されていることを特徴とする装置。 １２．請求項９または１０に記載の装置において、半径方向に延びる各導体束（ ４８）にそれぞれ別個に電流が供給されることを特徴とする装置。 １３．請求項３〜１２のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、電 極（３４ａ、３４ｂ）が円筒形のパイプとして構成されており、これらのパイプ が半径方向の間隙をおいて軸線（３３）に対して同軸的に配置されていることを 特徴とする装置。 １４．請求項３〜１３のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、電 圧源（３５）の出力電圧及び／又は極性が調節可能であることを特徴とする装置 。 １５．請求項９〜１４のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、半 径方向に延びる導体束（４８）が同心的な電極（５７）によって囲繞されている ことを特徴とする装置。 １６．請求項３〜１５のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、ト ロイドコイル（３２；５１）が超伝導コイルとして構成されていることを特徴と する装置。 １７．請求項１６記載の装置において、コイルが超伝導体から構成されているこ とを特徴とする装置。 １８．請求項１６または１７に記載の装置において、超伝導コイルが短絡状態で 稼働されることを特徴とする装置。 １９．請求項３〜１８のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、ト ロイドコィル（３２；５１）と電極（３４ａ、３４ｂ）とから形成される駆動ユ ニット（３０；５０）が船体（６０）内に組込まれていることを特徴とする装置 。 ２０．請求項３〜１９のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、ト ロイドコィル（３２；５１）と電極（３４ａ、３４ｂ）とから形成される駆動ユ ニット（３０；５０）が船体（６１）から距離をおいて位置するデリック（６２ ）に配置されていることを特徴とする装置。 ２１．請求項３〜２０のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、ト ロイドコイル（３２；５１）と電極（３４ａ、３４ｂ）とから形成される駆動ユ ニット（３０；５０）が船体（６３）のキール（６４）内に組込まれていること を特徴とする装置。 ２２．請求項３〜２１のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、ト ロイドコイル（３２；５１）と電極（３４ａ、３４ｂ）とから形成される駆動ユ ニット（３０；５０）が船体（６５）の航行方向に対し傾斜した状態で、有利に は旋回可能に（７５、７６）配置されていることを特徴とする装置。 ２３．請求項３〜２２のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、パ イプ状の範囲（３６）にイオン化ユニット（６７）が接続されていることを特徴 とする装置。 ２４．請求項２３記載の装置において、周辺の水にはその導電性を高める物質が イオン化ユニット（６７）を介して添加可能ならしめられていることを特徴とす る装置。 ２５．請求項３〜２４のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、荷 電担体（２２）に作用するエネルギー（Ｆ）が電極（３４ａ、３４ｂ）からの半 径方向距離に応じて調節可能であることを特徴とする装置。 ２６．請求項２５記載の装置において、電界強度（Ｅ）の経過ラインが電極（３ ４）からの半径方向距離に応じて調節可能であることを特徴とする装置。 ２７．請求項３〜２６のいづれか１項もしくは複数項に記載の装置において、パ イプ状の範囲（３６）が水の流動方向で漸増する横断面を有していることを特徴 とする装置。 ２８．請求項２７記載の装置において、パイプ状の範囲（３６）に側方の吸い込 み開口部（９０）が設けられていることを特徴とする装置。