特開 2024-168740 マグナスロータ、構造物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168740

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】マグナスロータ、構造物

(51)【国際特許分類】

   B63H 9/02 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

B63H9/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085657

(22)【出願日】2023-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】503218067

【氏名又は名称】住友重機械マリンエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】新井 祐司

(72)【発明者】

【氏名】舛谷 明彦

(57)【要約】

【課題】風の状況に応じて効率的に運用することができるマグナスロータ、及び水上物を提供する。
【解決手段】マグナスロータ１０は、ロータ帆３１の直径を変更可能な直径変更機構３４を備える。この場合、直径変更機構３４は、マグナスロータ１０に吹き付けられる風の状況に応じて、ロータ帆３１の直径を大きくしたり、小さくしたりすることができる。これにより、風の状況に応じてマグナスロータ１０を効率的に運用することができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状の本体部と、
前記本体部の直径を変更可能な直径変更機構と、を備えるマグナスロータ。

【請求項2】

前記直径変更機構は、所定の風速以下の場合は、前記本体部の直径を大きくする、請求項１に記載のマグナスロータ。

【請求項3】

前記直径変更機構は、所定の風速以上の場合は、前記本体部の直径を小さくする、請求項２に記載のマグナスロータ。

【請求項4】

水上、陸上、及び空中の少なくともいずれかに配置される構造物であって、
請求項１～３の何れか一項に記載のマグナスロータを備える、構造物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マグナスロータ、構造物に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、ＣＯ_２等のＧＨＧの削減のために、風力等の再生可能エネルギーを用いて推力を発生する船舶が知られている。例えば、特許文献１に記載された船舶は、プロペラによる推進器に加えて、船体上に、風力によって船体を推進させるマグナスロータを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－４５０１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のように、マグナスロータは、船舶などの構造物に設けられ、風力によって推力を発生させることができる。ここで、マグナスロータが用いられる環境下では、風速が大きい強風時のときもあれば、風速が小さい微風時のときもある。マグナスロータに吹き付けられる風の状況に応じて、マグナスロータを効率的に運用することが求められていた。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、風の状況に応じて効率的に運用することができるマグナスロータ、及び構造物を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るマグナスロータは、円筒状の本体部と、本体部の直径を変更可能な直径変更機構と、を備える。

【0007】

本発明に係るマグナスロータは、本体部の直径を変更可能な直径変更機構を備える。この場合、直径変更機構は、マグナスロータに吹き付けられる風の状況に応じて、本体部の直径を大きくしたり、小さくしたりすることができる。これにより、風の状況に応じてマグナスロータを効率的に運用することができる。

【0008】

直径変更機構は、所定の風速以下の場合は、本体部の直径を大きくしてよい。例えば、微風時などでマグナスロータの推力が低下するときなどに、本体部の直径を大きくして推力を確保することができる。

【0009】

直径変更機構は、所定の風速以上の場合は、本体部の直径を小さくしてよい。例えば、強風時などに本体部の直径を小さくすることで、マグナスロータや周辺の構造物へのダメージを抑制することができる。

【0010】

本発明に係る構造物は、水上、陸上、及び空中の少なくともいずれかに配置される構造物であって、上述のマグナスロータを備える。

【0011】

このような構造物によれば、マグナスロータを浮体構造物、または船舶に設けた場合に、風の状況に応じたマグナスロータの運用を行うことができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、風の状況に応じて効率的に運用することができるマグナスロータ、及び構造物を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る船舶の一例を示す概略断面図である。

【図2】（ａ）はロータ帆の原理について説明する図であり、（ｂ）は船舶の平面図である。

【図3】マグナスロータの概略断面図である。

【図4】マグナスロータを上方から見たときの概略構成図である。

【図5】変形例に係るマグナスロータを示す概略断面図を示す。

【図6】マグナスロータを上方から見たときの概略構成図である。

【図7】変形例に係るマグナスロータを示す概略構成図である。

【図8】変形例に係るマグナスロータを示す概略断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、マグナスロータ１０を備えた水上物１００（構造物）は、船舶１であるものとする。なお、以下の説明において、「前」「後」の語は船体の進行方向に対応するものであり、「横」の語は船体の左右（幅）方向に対応するものであり、「上」「下」の語は船体の上下方向に対応するものである。

【0015】

図１は、本発明の実施形態に係るマグナスロータ１０を備えた船舶の一例を示す概略断面図である。船舶１は、例えば原油や液体ガス等の石油系液体貨物を運搬する船舶であり、例えば、オイルタンカーである。なお、船舶は、オイルタンカー（所謂タンカー）に限定されず、例えば、鉱石や石炭を輸送するばら積み船、ＬＮＧ船、自動車運搬船等様々な種類の船舶であってよい。

【0016】

船舶１は、図１に示すように、船体１１と、推進器１２と、複数のマグナスロータ１０と、を備えている。船体１１は、船首部２と、船尾部３と、機関室４と、貨物室６と、を有している。船体１１の上部には（または船内には）上甲板１９が設けられている。船首部２は、船体１１の前方側に位置している。船尾部３は、船体１１の後方側に位置している。

【0017】

船首部２は、例えば満載喫水状態における造波抵抗の低減が図られた形状を有している。推進器１２は、船体１１の推力を機械的に発生させるものであり、例えばスクリュープロペラが用いられている。推進器１２は、推進時に船尾部３における喫水線（海Ｗの水面）よりも下方に設置される。また、船尾部３における喫水線よりも下方には、推進方向を調整するための舵１５が設置されている。

【0018】

機関室４は、船尾部３の船首側に隣り合う位置に設けられている。機関室４は、推進器１２に駆動力を付与するためのメインエンジン１６を配置するための区画である。上甲板１９上には、機関室４の上方に居住区２２、及び排気用の煙突２３が設けられる。貨物室６は、船首部２と機関室４との間に設けられている。貨物室６は、貨物を収容するための区画である。貨物室６は、外板２０と内底板２１の二重船殻構造を採用することによって、複数のタンク２６と複数のバラストタンク２７とに区画されている。タンク２６は、船舶１によって運搬される貨物を積載する。バラストタンク２７は、船の大きさ等に応じた量のバラスト水を収容する。

【0019】

マグナスロータ１０は、風力を受ける事によって推力を発生する機構である。これにより、マグナスロータ１０は、風力によって船体１１を推進させる。マグナスロータ１０は、船体１１の上甲板１９上に前後左右方向に単数または複数（ここでは四個）設けられている。図２（ａ）に示すように、マグナスロータ１０は、上下方向に延びる円柱状のロータ帆３１（本体部）と、ロータ帆３１を回転させる電動機と、を備える。ロータ帆３１に対して横側から風ＷＤが吹き込むと、後側ではロータ帆３１の回転方向と風ＷＤの向きが互いに反対となり、前側ではロータ帆３１の回転方向と風ＷＤの向きが一致する。これによって、ロータ帆３１の前後で圧力差が発生することで、前側へ向かう推力ＰＦが発生する（マグナス効果）。図２（ｂ）に示すように、船体１１に対して横側から風ＷＤが吹くことで、各マグナスロータ１０の推力ＰＦにより、船体１１は前方へ進む。

【0020】

図３は、マグナスロータ１０の概略断面図である。図４は、直径変更機構を上方から見た図である。図３（ａ）及び図４（ａ）は、ロータ帆３１の直径を小さくした状態を示す。図３（ｂ）及び図４（ｂ）は、ロータ帆３１の直径を大きくした状態を示す。図３に示すように、マグナスロータ１０は、ロータ帆３１と、支持構造３２と、電動機３３と、直径変更機構３４と、を備える。

【0021】

ロータ帆３１は、土台３６上において、上方へ向かって延びる。ロータ帆３１の外形は、金属、樹脂、ゴム、木材などの弾性変形や伸縮する材料によって形成される。具体的には、ロータ帆３１は、板状の部材を丸めることによって円筒状に構成される（図４参照）。板状の部材の一方の端部３１ａ側の一部と、他方の端部３１ｂ側の一部とが重なり合う。直径が小さい状態では端部３１ａ，３１ｂ同士の重なり部分の面積が大きく、直径が大きい状態では端部３１ａ，３１ｂ同士の重なり部分の面積が小さい。ロータ帆３１は、直径を広がった状態（図４（ｂ）の状態）から自動的に元の状態（図４（ａ）の状態）へ戻るような復元力を有する。ロータ帆３１の下端部は、直径の変化を許容しつつ、土台３６にロータ帆３１の重量を伝達する機構４１によって支持されている。

【0022】

支持構造３２は、土台３６上にて、ロータ帆３１を回転可能に支持する構造である。支持構造３２は、サポート３７と、テーブル３８と、支柱３９と、天板４０と、を備える。サポート３７は、ロータ帆３１の内周側であってロータ帆３１の中心位置において、土台３６から上方へ延びる部材である。サポート３７は、土台３６に固定されており、回転しない部材である。サポート３７上には、ロータ帆３１を回転させるための電動機３３が設けられる。電動機３３上には、テーブル３８が設けられる。テーブル３８は、ロータ帆３１の内部において中心位置から外周側へ広がるように設けられる。テーブル３８と直径変更機構３４が一緒に回る。支柱３９は、テーブル３８上から上方へ向かって延びる。支柱３９の上端には、天板４０が設けられる。天板４０は、中心位置から外周側へ向かって広がる板状部材である。天板４０は、ロータ帆３１の上端に配置され、当該ロータ帆３１にロックされている。テーブル３８、支柱３９、及び天板４０は、電動機３３の回転に伴って回転する。天板４０は、ロータ帆３１の直径の変更を許容した状態で、ロータ帆３１を支持する。これにより、ロータ帆３１は、支持構造３２と共に回転可能である。あるいは、直径変形機構３４とロータ帆３１とをお互いをロックする機構とし、電動機３３の回転力をロータ帆３１に伝えることができる。

【0023】

直径変更機構３４は、ロータ帆３１の直径を変更可能な機構である。本実施形態では、直径変更機構３４は、複数（ここでは四つ）の直径コントローラ４２を有する。直径コントローラ４２は、テーブル３８上において、径方向に往復移動可能に支持されている。

【0024】

図４に示すように、四つの直径コントローラ４２は、ロータ帆３１を内周側から押さえつけるように配置される。直径コントローラ４２は、三角形状の形状を有しており、外周側の先端にてロータ帆３１を押し付ける。図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、複数の直径コントローラ４２が内周側の位置に配置された状態では、ロータ帆３１は直径が小さい状態となる。図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、複数の直径コントローラ４２が外周側へ移動すると、ロータ帆３１が外周側へ押し出され、直径が大きくなる。次に、複数の直径コントローラ４２が内周側へ移動すると、ロータ帆３１の弾性力によって当該ロータ帆３１の直径が小さくなり、図３（ａ）及び図４（ｂ）に示す状態に戻る。

【0025】

直径変更機構３４は、所定の風速以下の場合は、ロータ帆３１の直径を大きくする。例えば、船舶１の運行中に微風であった場合、マグナスロータ１０の推力が低下してしまう。従って、マグナスロータ１０の推力を確保するために、直径変更機構３４は、ロータ帆３１の直径を大きくする。船舶１は、風速をセンサなどで検出し、予め定めた所定の風速以下となった場合に、直径変更機構３４によってロータ帆３１の直径を大きくしてよい。微風であることを判定する風速は特に限定されない。

【0026】

直径変更機構３４は、所定の風速以上の場合は、ロータ帆３１の直径を小さくする。例えば、強風時には、ロータ帆３１の直径を小さくすることで、マグナスロータ１０や土台３６の破損等を防ぐことができる。船舶１は、風速をセンサなどで検出し、予め定めた所定の風速以上となった場合に、直径変更機構３４によってロータ帆３１の直径を大きくしてよい。強風であることを判定する風速は特に限定されない。

【0027】

また、直径変更機構３４は、船舶１の速度を一時的に上昇させる必要があるときに、ロータ帆３１の直径を大きくすることで、大きな推力を発生させてもよい。

【0028】

本実施形態に係るマグナスロータ１０の作用・効果について説明する。

【0029】

本実施形態に係るマグナスロータ１０は、ロータ帆３１の直径を変更可能な直径変更機構３４を備える。この場合、直径変更機構３４は、マグナスロータ１０に吹き付けられる風の状況に応じて、ロータ帆３１の直径を大きくしたり、小さくしたりすることができる。これにより、風の状況に応じてマグナスロータ１０を効率的に運用することができる。

【0030】

直径変更機構３４は、所定の風速以下の場合は、ロータ帆３１の直径を大きくしてよい。例えば、微風時などでマグナスロータ１０の推力が低下するときなどに、ロータ帆３１の直径を大きくして推力を確保することができる。

【0031】

直径変更機構３４は、所定の風速以上の場合は、ロータ帆３１の直径を小さくしてよい。例えば、強風時などにロータ帆３１の直径を小さくすることで、マグナスロータ１０や土台３６などの周辺の構造物へのダメージを抑制することができる。

【0032】

本実施形態に係る水上物１００は、船舶１によって構成される、水上に配置される水上物１００であって、上述のマグナスロータ１０を備える。

【0033】

このような水上物１００によれば、マグナスロータ１０を船舶１に設けた場合に、風の状況に応じたマグナスロータ１０の運用を行うことができる。

【0034】

本発明は、上述の実施形態に限定されない。

【0035】

上述の実施形態では、直径変更機構３４として、複数の直径コントローラ４２が採用された。ただし、直径変更機構３４の具体的な構成は特に限定されず、直径を変更可能な機構であればどのようなものを採用してもよい。

【0036】

例えば、図５及び図６に示す構成を採用してもよい。図５及び図６では、直径変更機構３４として、ロープ４７による巻き取り機構が採用されている。図５に示すように、直径変更機構３４は、ロープ４７と、支柱３９を回転させる電動機４６と、を備える。ロープ４７は、支柱３９とロータ帆３１とを連結する。ロープ４７は、支柱３９から二方向へ延びて、ロータ帆３１の内周面に接続される。電動機４６は、支柱３９を回転させることで、支柱３９によってロープ４７の巻き取り及び巻き出しを行うことができる。

【0037】

図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、ロープ４７によってロータ帆３１が引っ張られた状態では、ロータ帆３１は直径が小さい状態となる。図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、ロープ４７を巻き戻すと、ロータ帆３１の弾性力によって直径が大きくなり、元の状態に戻る。

【0038】

例えば、図７（ａ）に示すように、ゴム等の伸縮性のある材質でロータ帆３１の外形を構成する場合、直径変更機構３４は、ロータ帆３１の内部へ流体５１で満たすことで、油圧、水圧、気圧などによってロータ帆３１の直径の拡大及び縮小を行う。直径変更機構３４は、ロータ帆３１の内部へ流体５１を供給することで、ロータ帆３１の直径を大きくする。直径変更機構３４は、ロータ帆３１の内部から流体５１を除去することで、ロータ帆３１の直径を小さくする。

【0039】

例えば、図７（ｂ）に示すように、直径変更機構３４は、ロータ帆３１の内部に取り付けた錘５２によって構成される。ロータ帆３１の内部には、互いに対向する状態で一対の錘５２が設けられる。マグナスロータ１０の回転数を上げると錘５２の遠心力の作用が大きくなることで、ロータ帆３１が外周側へ押し出されることで、ロータ帆３１の直径が大きくなる。マグナスロータ１０の回転数が低下すると、錘５２の遠心力の影響が小さくなる。これにより、ロータ帆３１の弾性力によって元の直径へ戻る。

【0040】

支持構造３２の構造は、上述の実施形態で示されるものに限定されない。例えば、図８に示す支持構成を採用してもよい。図８に示すサポート３７は、円錐台形状を有している。この場合、ロータ帆３１の下端部は、サポート３７の傾斜側面に乗せられる。

【0041】

上述の実施形態では、水上物１００として、船舶１を例示した。しかしながら、水上物１００として、浮体構造物に対してマグナスロータ１０が採用されてよい。浮体構造物として水上の風力発電所、メガフロート、巨大いけす等が適応可能である。その他、水上に限らず、陸上に設けられたマグナス効果を用いた風力発電等にも適応可能である。また、水陸両用、すなわち水中に設置しても良いし、陸上に設置しても良い風力発電機に適用可能である。もしくは飛行機の翼（ローター飛行機）に対し、離陸時に不足する傾向のある揚力を本発明に係るマグナスロータで補っても良い。

【0042】

船体１１の構造も図１に示すものに限定されず、用途等に応じて適宜変更してよい。

【符号の説明】

【0043】

１…船舶、１０…マグナスロータ、３１…本体部、３４…直径変更機構、１００…水上物。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】