以下、本発明に係る実施形態を図面を参� ��して説明する。

 (第1実施形態)
 図1は本発明の第1実施形態に係る推力発生� �置10の縦断面図である。図2は図1のII-II線断� �図である。図3は図1に示す推力発生装置10の� ��部を拡大した断面図である。図4は図1に示� �推力発生装置10の一部の分解斜視図である。 図5は図1に示す推力発生装置10の環状連結部� �17の斜視図である。

 図1及び2に示すように、推力発生装置10は 、水上又は水中を水に対して相対移動可能な 移動体に取り付けられるものであって、例え ば、船舶の底部から下方に突出するストラッ ト1の下端部に鉛直方向を回転軸線Cとして旋� ��可能に取り付けられている。つまり、推力� ��生装置10が回転軸線C回りに旋回することで� ��舶の舵がとれるようになっている。この推� ��発生装置10は、ストラット1に固定されるダ� ��ト状のステータ11と、そのステータ11の径方 向内側に水流方向に直列配置された一対の環 状のロータ12,13とを備えている。即ち、推力� ��生装置10では、一対の環状のモータユニッ� �16,18がロータ12,13の回転軸線方向に直列配置� ��れている。ステータ11は、上流側から順に� �流入側筒体14、環状軸受支持部材15、第1モー タユニット16の固定部分、環状連結部材17、� �2モータユニット18の固定部分、環状軸受支� �部材19、及び、流出側筒体20を互いに連結し� ��構成されている。

 図3に示すように、第1モータユニット16は 、フランジ付き円筒形状である第1ケーシン� �21を有し、第1ケーシング21の水流方向中央の 環状切欠部21aに磁束の通路となるステータコ ア23が配置され、ステータコア23に電機子コ� �ル24が巻き付けられている。この電機子コイ ル24は、ストラット1内に配線された電線(図� �せず)を介して船舶内に設けられた電源(図示 せず)に接続されている。第1ケーシング21の� �周開口は円筒状の第2ケーシング22で閉鎖さ� �ている。ステータコア23の内周面は、絶縁性 及び耐水性を有する渦電流損の小さい材料か らなる薄肉のキャン25が取り付けられている� ��キャン25の径方向内側には、若干の隙間を� �けてロータ12の一部を構成するランナ26が配� ��されている。

 図3及び4に示すように、ランナ26は、外周 面に環状凹部26cが形成された円環部26aと、そ の円環部26aの内周端から水流方向の両側に突 出する鍔部26bとを有している。環状凹部26cに は、磁束の通路となるヨーク29が埋設されて� ��る。ヨーク29には、複数の永久磁石28がステ ータコア23に対応するように周方向に等間隔� ��あけた状態で極性が互い違いとなるように� ��設されている。

 ランナ26の内周面には、プロペラ部材27が 取り付けられている。プロペラ部材27は、ラ� ��ナ26に内嵌固定される円筒部27aと、円筒部27 aの内周面から周方向に等間隔をあけて径方� �内側に突出する複数のプロペラ翼27bとを有� �ている。即ち、プロペラ翼27bの径方向内側� �先端は自由端となっている。また、対向す� �プロペラ翼27bの径方向内側の先端を結ぶ径� �、後述する固定ボス41の外径より若干大きく なっている。よって、プロペラ翼27bは、固定 ボス41の外周面に対して適切なチップクリア� ��ンスをもって回転する構成となっている。

 図1に示すように、固定ボス41は、略円筒� ��のプロペラ部材27,47の中心軸線上に固設さ� �、上流側のプロペラ部材27の中心と下流側の プロペラ部材47の中心を連続して貫通するよ� ��に設けられている。固定ボス41は、水流方� �に向けて拡径する拡径前端部41aと、拡径前� �部41aの下流側に連続して外径が水流方向に� �同一である円筒部41bと、円筒部41bの下流側� �連続して水流方向に向けて縮径する縮径後� �部41cとを有し、流線形の中空部材となって� �る。固定ボス41の上流端はステータ11の上流� ��と水流方向の位置が略一致しており、固定� ��ス41の下流端はステータ11の下流端と水流方 向の位置が略一致している。固定ボス41は、� ��テータ11の上流端よりも若干下流側に配置� �れたガイドベーン42を介して流入側筒体14に� ��定されている。ガイドベーン42は、プロペ� �翼27bの傾きと反対方向に傾いて水流を案内� �る役目を果たすと共に、流木などから保護� �るためのガードグリッドの役目も果たして� �る。

 図3に示すように、ステータ11とロータ12� �の間には一対の水潤滑軸受30,37が介設され、 ロータ12が回転自在に支持されている。水潤� ��軸受30,37は、ランナ26の円環部26aの両側面及 び鍔部26bの外周面に対面配置され、ロータ12� ��働くスラスト方向及びラジアル方向の荷重� ��支えている。また、水潤滑軸受30,37は、そ� �ランナ26の鍔部26bと反対側の面である外周面 がOリング45を介して第1ケーシング21に支持さ れている。上流側の水潤滑軸受30のランナ26� �円環部26aと反対側の面は、環状軸受支持部� �15にOリング46を介して支持されている。下流 側の水潤滑軸受37のランナ26の円環部26aと反� �側の面は、環状連結部材17にOリング47を介し て支持されている。このようにOリング46,47を 配置することで、シール機能を果たすだけで なく、ラジアル方向及びスラスト方向の負荷 を弾性的に吸収して衝撃力を緩和することが 可能となる。

 水潤滑軸受30,37は、円環状のベース31,38と 、ベース31,38のうちランナ26の円環部26aに対� �する面に取り付けられたスラスト摺動部材32 ,39と、ベース31のうちランナ26の鍔部26bに対� �する面に取り付けられたラジアル摺動部材33 ,40とを備えている。スラスト摺動部材32,39の� ��ンナ26に対向する面には、径方向に延びる� �部32a,39aが周方向に等間隔に設けられている� ��スラスト摺動部材32,39及びラジアル摺動部� �33,40の表面はセラミックで形成されている。 但し、スラスト摺動部材32,39及びラジアル摺� ��部材33,40自体をセラミックソリッドとして� �よい。

 上流側の環状軸受支持部材15には、後述� �る導水管36と連通する導水流路15aが形成され ている。この環状軸受支持部材15は、上流側� ��水潤滑軸受30に対向する端面に導水流路15a� �連通する開口15bが設けられている。上流側� �水潤滑軸受30には、環状軸受支持部材15と対� ��する面に開口15bと連通する円環状の共通空� ��31aが凹設されている。上流側の水潤滑軸受3 0のうちランナ26の円環部26aと対向する端面に は、周方向に等間隔に複数の水吐出孔34が形� ��されており、それらの水吐出孔34が1つの共� ��空間31aに連通している。また、水潤滑軸受3 0,37は、第1ケーシング21の上流端及び下流端� �りもランナ26側に窪んだ位置に配置され、環 状軸受支持部材15及び環状連結部材17はその� �んだ段差にフィットして嵌合する形状とな� �ている。

 図5に示すように、環状連結部材17は、そ� ��外周面に取付部17gを残して凹部17aが形成さ� ��ている。即ち、取付部17gは凹部17aの周方向� ��一部を遮断するように設けられている。取� ��部17gには1つの導水流路17b及び複数のボルト 穴17dが形成されている。ボルト穴17dには、環 状連結部材17をストラット1に固定するボルト B1(図3参照)が挿入される。導水流路17bは、断� ��L字状に形成されている(図1参照)。第2モー� �ユニット18の上流側の水潤滑軸受30に対向す� ��端面には、導水流路17bと連通する開口17cが� ��けられている。凹部17aの両側壁には、環状� ��結部材17を第1及び第2モータユニット16,18の� ��1ケーシング21にボルト固定するためのボル� ��孔17e,17fが形成されている。つまり、凹部17a がボルト孔17e,17fにボルトを脱着する際の作� �空間の役目を果たす。そして、凹部17aは、� �バー43(図1参照)で閉鎖されている。

 図1に示すように、第2モータユニット18の 基本的な構成は、第1モータユニット16とほぼ 同一の構成であるため、詳細な説明は省略す る。但し、第2モータユニット18のロータ13に� ��けられたプロペラ翼47bは、第1モータユニッ ト16のロータ12に設けられたプロペラ翼27bの� �きと反対方向に傾いて形成されている。か� �、第2モータユニット18のロータ13は、第1モ� �タユニット16のロータ12に対して反転するよ� ��に構成されている。これにより、上流側の� ��ロペラ翼27bに対して下流側のプロペラ翼47b� ��逆回転し、上流側のプロペラ翼27bで生じた� ��回流が下流側のプロペラ翼47bで直進流とな� ��ように導かれ、上流側のプロペラ翼27bで生� ��た旋回流のエネルギーが下流側のプロペラ� ��47bで回収されることとなる。このようにし� ��、水流方向にプロペラ翼27b,プロペラ翼47bが 直列配置されたタンデム式の水力発生装置10� ��構成される。

 また、第2モータユニット18の下流側にあ� ��環状軸受支持部材19には、一対のプロペラ� �27bが配置された主流路Rに向けて開口する取� ��口19bが形成されている。そして、この取水� ��19bは、下流側のプロペラ翼47bよりも下流位� ��でステータ11に形成され、環状軸受支持部� �19に取水口19bから外周面に向けて貫通した導 水流路19aが設けられている。その導水流路19a の外周側の開口に導水管36の一端が接続され� ��いる。導水管36は、他端側に向けて2つに分� ��しており、その一方の分岐端は下流側のプ� ��ペラ翼47bより上流に位置する環状連結部材1 7の導水流路17bに接続され、その他方の分岐� �は上流側のプロペラ翼27bより上流に位置す� �環状軸受支持部材15の導水流路15aに接続され ている。この導水管36は、ストラット1の内部 に配置することで保護されている。ロータ12, 13が回転駆動されたときには、プロペラ翼47b� ��下流側の流れの圧力は上流側の流れの圧力� ��りも高くなっているため、その圧力差によ� ��てポンプ無しでも、主流路Rを通過する水が 取水口19bから導水管36に導かれ、導水流路15a, 17bを通して水潤滑軸受30,37に供給される。

 次に、推力発生装置10の動作について説� �する。図1に示すように、第1モータユニット 16の電機子コイル24と、第2モータユニット18� �電機子コイル24とに逆方向に電流を通電して 、上流側のロータ12と下流側のロータ13と互� �に逆回転させると、上流側のプロペラ翼27b� �下流側のプロペラ翼47bとが互いに逆回転す� �。そうすると、上流側のプロペラ翼27bによ� �て図1中の左側からステータ11内の主流路Rに� ��が吸い込まれる。その水流は、流線型の固� ��ボス41に沿って径方向外側に案内され、流� �面積が減少することで流速が増加する。そ� �て、その水流は、ガイドベーン42により上流 側のプロペラ翼27bに適切な流入角度で入射す るように案内され、そのプロペラ翼27bにおい て推進に寄与する直進流と推進に寄与しない 旋回流とが生成される。次いで、その旋回流 のエネルギーは、逆回転する下流側のプロペ ラ翼47bにより直進流となるように回収される こととなる。さらに、下流側のプロペラ翼47b を通過して圧力が増加した水流は、固定ボス 41に沿って流れ、ステータ11の下流端から後� �に向けて噴射される。

 以上に説明した構成によれば、水流方向� ��上流側と下流側とにプロペラ翼27b,47bが直列 に配置されているので、ダクト状のステータ 11内に案内される水は各プロペラ翼27b,47bによ り連続的に噴射され、十分な推進力が得られ る。かつ、プロペラ翼27b,47bを複数設けるこ� �で、荷重負担が上下流のプロペラ翼27b,47bに� ��れぞれ分散されるので、キャビテーション� ��の発生も抑制される。また、上流側のプロ� ��ラ翼27bに対して下流側のプロペラ翼47bが逆� ��転するので、上流側のプロペラ翼27bにおい� ��直進流と旋回流とが生じても、その旋回流� ��エネルギーは、逆回転する下流側のプロペ� ��翼47bにより回収される。

 さらに、ダクト状のステータ11により画� �される主流路Rの中心領域が固定ボス41によ� �占有され、プロペラ翼27b,47bに作用する水流� ��流路面積が小さく流速が増加する。また、� ��定ボス41は、ロータ12,13の中心軸線上に固設 されて、プロペラ翼27b,47bが固定ボス41と分離 された状態で回転するので、ロータ12,13の重� ��が小さくなる。さらに、上流側の水潤滑軸� ��30の水吐出孔34は、ランナ26の上流側端面に� ��向しており、水吐出孔34から吐出される水� �により、ランナ26にかかるスラスト方向の負 荷に対抗することができ、ランナの上流側端 面における摩擦抵抗を低減することができる 。以上により、プロペラを大直径化しなくて も、効率良く推進力を発生させることができ る。

 また、プロペラ翼27bに向けて水流を案内� ��るガイドベーン42が固定ボス41をステータ11� ��接続するための部材を兼ねているので、部� ��点数の削減を図ることができる。さらに、� ��滑油を使わない水潤滑軸受30,37が用いられ� �いるので、海洋等を汚染する心配がないと� �に、潤滑油のシール構造が要らずメンテナ� �スも不要とすることができる。しかも、取� �口19bの位置と水潤滑軸受30,37の位置との間の 静圧差により、ポンプ無しでも水潤滑軸受30, 37に水を供給することができ、部品点数を減� ��すことができると共にポンプ駆動用の動力� ��不要となり、装置全体でエネルギー効率が� ��上する。

 さらに、ステータ11の複数のロータ12,13に 夫々対応する各部分、即ち、第1及び第2モー� ��ユニット16,18は、環状連結部材17を介して水 流方向に直列配置されており、ボルトB2を外� ��て環状連結部材17を取り外すことで個別に� �解可能であるので、メンテナンス性が向上� �ると共に組立性も向上する。また、本実施� �態では、ガイドベーン42が各プロペラ翼27b,47 bよりも上流にのみ設けられており、上流側� �プロペラ翼27bと下流側のプロペラ翼47bとの� �には設けられていないので、2つのプロペラ� ��27b,47bの間の距離を短くでき、水流方向の装 置サイズを小さくすることができる。これに より、ストラット1が鉛直方向を回転軸線と� �て旋回する際の旋回トルクを低減すること� �できる。

 なお、整流特性を向上させるために、上� ��側のプロペラ翼27bと下流側のプロペラ翼47b� ��の間、及び/又は、各プロペラ翼27b,47bより� �下流側にもガイドベーンを設けてもよい。� �た、本実施形態では、水潤滑軸受30,37に水を 供給する圧力源としてポンプを用いてないが 、プロペラ翼が回転駆動し始める始動時や強 制的に水潤滑軸受に水を供給する時にのみポ ンプを用いてもよいし、全運転期間について ポンプを用いてもよい。

 (第2実施形態)
 図6は本発明の第2実施形態に係る推力発生� �置100の縦断面図である。なお、前述した実� �形態と共通する構成については同一符号を� �して説明を省略する。図6に示すように、本� ��施形態の推力発生装置100は、上流側から下� ��側に向けて外径が徐々に拡大した形状の固� ��ボス141を備えている。

 固定ボス141は、水流方向に向けて拡径す� ��拡径前端部141aと、拡径前端部141aの下流側� �連続して上流側から下流側に向けて外径が� �々に拡大した円錐筒部141bと、円錐筒部141bの 下流側に連続して水流方向に外径が略同一で ある円筒部141cと、円筒部141cの下流側に連続� ��て水流方向に向けて急に縮径する縮径後端� ��141dとを有している。固定ボス141の上流端は ステータ11の上流端と水流方向の位置が略一� ��しており、固定ボス141の下流端はステータ1 1の下流端と水流方向の位置が略一致してい� �。

 プロペラ翼127b,147bの径方向内側の先端は� ��固定ボス141の外周面に沿って適切なチップ� ��リアランスをもって配置されている。上流� ��のプロペラ翼127bの上流側にはガイドベーン 42が設けられており、固定ボス141の前部がガ� ��ドベーン42を介して流入側筒体14に固定され ている。また、下流側のプロペラ翼147bの下� �側にはガイドベーン150が設けられており、� �定ボス141の後部がガイドベーン150を介して� �出側筒体20に固定されている。ガイドベーン 150の位置は、上流側のプロペラ翼127bと下流� �のプロペラ翼147bとの間にあってもよい。

 前記構成によれば、上流から下流に向け� ��主流路Rの流路断面積が徐々に小さくなり、 プロペラ翼127b,147bにより噴射する水流の流速 が増加することとなる。よって、推力発生装 置100の推進力が増加し、推力発生効率をさら に向上することが可能となる。

 (第3実施形態)
 図7は本発明の第3実施形態に係る推力発生� �置200の縦断面図である。なお、前述した実� �形態と共通する構成については同一符号を� �して説明を省略する。図7に示すように、本� ��施形態の推力発生装置200は、ステータ11の� �流端よりも下流側に向けて延長された固定� �ス241を備えている。

 固定ボス241は、水流方向に向けて拡径す� ��拡径前端部241aと、拡径前端部241aの下流側� �連続して外径が水流方向に略同一である円� �部241bと、円筒部241bの下流側に連続して水流 方向に向けて縮径する縮径後端部241cとを有� �ている。固定ボス241の上流端はステータ11の 上流端と水流方向の位置が略一致している。 固定ボス241のうちステータ11の下流端より下� ��側に突出した部分は、円筒部241bの後部と縮 径後端部241cとで構成されている。

 前記構成によれば、プロペラ翼27b、47bに� ��り噴射された水流が、ステータ11の下流端� �通過しても暫くは固定ボス241により案内さ� �ることとなる。よって、後流(wake flow)によ� �推進力が低下することが防止され、推力発� �効率をさらに向上する。

 (第4実施形態)
 図8は本発明の第4実施形態に係る推力発生� �置300の縦断面図である。なお、前述した実� �形態と共通する構成については同一符号を� �して説明を省略する。図8に示すように、本� ��施形態の推力発生装置300は、上流側から下� ��側に向けて外径が拡大した形状で且つステ� ��タ11の下流端よりも下流側に向けて延長さ� �た固定ボス341を備えている。

 固定ボス341は、水流方向に向けて拡径す� ��拡径前端部341aと、拡径前端部341aの下流側� �連続して上流側から下流側に向けて外径が� �大した円錐筒部341bと、円錐筒部341bの下流側 に連続して外径が水流方向に略同一である円 筒部341cと、円筒部341cの下流側に連続して水� ��方向に向けて縮径する縮径後端部341dとを有 している。固定ボス341の上流端はステータ11� ��上流端と水流方向の位置が略一致している� ��固定ボス341のうちステータ11の下流端より� �流側に突出した部分は、円筒部341cの後部と� ��径後端部341dとで構成されている。

 (第5実施形態)
 図9は本発明の第5実施形態に係る推力発生� �置400の縦断面図である。なお、前述した実� �形態と共通する構成については同一符号を� �して説明を省略する。図9に示すように、本� ��施形態の推力発生装置400は、ボス列設体460� ��備えている。ボス列設体460は、上流側から� ��流側に向って順に、前固定ボス461、前回転� ��ス462、中間固定ボス463、後回転ボス464、後� ��定ボス465が直列に並べられた構成であり、� ��々のボスは互いに水流方向に若干の隙間を� ��けて配置されている。即ち、ボス列設体460� ��、各ボス461~465の集合全体で第1実施形態の� �ス41と略同一の外形となるように構成されて いる。

 前固定ボス461は、前ガイドベーン42を介� �て流入側筒体14に固定されている。前回転ボ ス462は、プロペラ翼427bの径方向内側の先端� �接続されてプロペラ翼427bと一体的に回転す� ��。中間固定ボス463は、中間ガイドベーン470� ��介して環状連結部材17に固定されている。� �回転ボス464は、プロペラ翼447bの径方向内側� ��先端に接続されてプロペラ翼447bと一体的に 回転する。後固定ボス465は、後ガイドベーン 450を介して流出側筒体20に固定されている。� ��プロペラ翼427b,447bはそれぞれ独立して別の� ��転ボス462,464に接続されているので、下流側 のプロペラ翼447bは上流側のプロペラ翼427bに� ��して逆回転することが可能となっている。

 前記構成によれば、プロペラ翼427b,447bが� ��転ボス462,464により連結されているので、プ ロペラ翼427b,447bの強度が向上する。よって、 プロペラ翼427b,447bを薄肉化することが可能と なり、プロペラ翼427b,447bの高性能化が図れ、 推進性能を向上する。なお、変形例として、 中間ガイドベーン470が設けられている場合に は、上流側のプロペラ翼427bから流出した旋� �流を中間ガイドベーン470により整流し、下� �側のプロペラ翼447bを上流側のプロペラ翼427b と同一方向に回転させる構成としてもよい。 また、この変形例は他の実施形態に適用して もよい。

 (第6実施形態)
 図10は本発明の第6実施形態に係る推力発生� ��置500の縦断面図である。なお、前述した実� ��形態と共通する構成については同一符号を� ��して説明を省略する。図10に示すように、� �実施形態の推力発生装置500は、第5実施形態( 図9)のボス列設体を、上流側から下流側に向� ��て外径が拡大した形状で且つステータ11の� �流端よりも下流側に向けて延長した形状に� �更したボス列設体560を備えている。

 ボス列設体560は、上流側から下流側に向� ��て順に、前固定ボス561、前回転ボス562、中� ��固定ボス563、後回転ボス564、後固定ボス565� ��並べられた構成である。前固定ボス561から� ��回転ボス564にかけてボス列設体560の外径が� ��大している。固定ボス565は、ステータ11の� �流端よりも下流側に向けて突出し、徐々に� �径している。

 (第7実施形態)
 図11は本発明の第7実施形態に係る推力発生� ��置600の縦断面図である。なお、前述した実� ��形態と共通する構成については同一符号を� ��して説明を省略する。図11に示すように、� �実施形態の推力発生装置600は、第5実施形態( 図9)におけるプロペラ翼427b,447bの間の中央の� ��イドベーン470を廃止している。それに伴っ� ��中間固定ボス463を無くした構成となってい� ��。即ち、本実施形態のボス列設体660は、前� ��転ボス662と後固定ボス664との対向面を若干� ��隙間をあけて近接させた構成となっている� ��

 (第8実施形態)
 図12は本発明の第8実施形態に係る推力発生� ��置700の縦断面図である。なお、前述した実� ��形態と共通する構成については同一符号を� ��して説明を省略する。図12に示すように、� �実施形態の推力発生装置700は、第7実施形態( 図11)のボス列設体を、上流側から下流側に向 けて外径が拡大した形状で且つステータ11の� ��流端よりも下流側に向けて延長した形状に� ��更したボス列設体760を備えている。

 ボス列設体760は、上流側から順に、固定� ��ス561、回転ボス762、回転ボス764、固定ボス5 65が並べられた構成である。固定ボス561から� ��転ボス764にかけてボス列設体760の外径が拡� ��している。固定ボス565は、ステータ11の下� �端よりも下流側に向けて突出し、徐々に縮� �している。

 (第9実施形態)
 図13は本発明の第9実施形態に係る推力発生� ��置800の縦断面図である。なお、前述した実� ��形態と共通する構成については同一符号を� ��して説明を省略する。図13に示すように、� �実施形態の推力発生装置800は、ガイドベー� �が存在しない構成であり、ボス列設体860を� �えている。ボス列設体860は、水流方向に若� �の隙間をあけて配置された一対の回転ボス86 1,862からなる。回転ボス861,862は、それぞれプ ロペラ翼427b,447bの径方向内側の先端に接続さ れてプロペラ翼427b,447bと一体的に回転する。 各プロペラ翼427b,447bはそれぞれ独立して別の 回転ボス861,862に接続されているので、下流� �のプロペラ翼447bは上流側のプロペラ翼427bに 対して逆回転することが可能となっている。 また、ボス列設体860の上流端は、ステータ11� ��上流端よりも下流側に位置し、ボス列設体8 60の下流端は、ステータ11の下流端よりも上� �側に位置している。

 (第10実施形態)
 図14は本発明の第10実施形態に係る推力発生 装置900の縦断面図である。なお、前述した実 施形態と共通する構成については同一符号を 付して説明を省略する。図14に示すように、� ��実施形態の推力発生装置900は、ロータ12,13� �中心軸線上にボスが存在していない。それ� �伴ってガイドベーン42及びプロペラ翼927b,947b の径方向内側の先端は自由端となっている。 この構成によれば、ボスが存在しないので装 置全体の重量を低減することができる。

 なお、前述した各実施形態の推力発生装� ��は、通常の船舶に取り付けられるものを例� ��したが、水上又は水中を水に対して相対移� ��可能な移動体に取り付けられるものであれ� ��よく、潜水艇、タグボート、水上の一定位� ��に留まる調査船や石油掘削リグなどに適用� ��てもよい。