特開 2016-138540 発電装置及び水力発電装置

(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】特開2016-138540(P2016-138540A)

(43)【公開日】2016年8月4日

(54)【発明の名称】発電装置及び水力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 11/00 20060101AFI20160708BHJP

   F03B 3/12 20060101ALI20160708BHJP

   H02K 7/18 20060101ALI20160708BHJP

【ＦＩ】

   F03B11/00 B

   F03B3/12

   F03B11/00 Z

   H02K7/18 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】書面

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2015-26921(P2015-26921)

(22)【出願日】2015年1月27日

(71)【出願人】

【識別番号】598143239

【氏名又は名称】吉野電業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】吉野 邦彦

【テーマコード（参考）】

3H072

5H607

【Ｆターム（参考）】

3H072AA13

3H072AA27

3H072BB27

3H072CC08

3H072CC42

3H072CC67

5H607BB02

5H607BB05

5H607BB14

5H607BB25

5H607CC05

5H607CC09

5H607DD03

5H607DD15

5H607FF27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ランナーユニットと発電ユニットを直結する軸シール構造を不要とした発電装置及び水力発電装置にある。
【解決手段】流水が駆動する磁石を有するランナー１５を備えたランナーユニット１０、ランナーユニットに対向して配置された発電機５３を有する発電ユニット５０、発電機に接続された発電機磁石６４を有する結合子、ランナーユニットから発電ユニットへの流水の移動を禁止するランナーユニットと発電ユニットとの間に設けた隔壁３０、ランナー磁石１８と非接触状態にある発電機磁石で水力発電機を構成する。ランナー磁石と発電機磁石は磁力で引き合い、ランナー及び結合子、ランナー磁石及び発電機磁石とは磁力によって同一方向に回転することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体が流動する磁石を有する原動ユニット、前記原動ユニットに対向して配置された発電機を有する発電ユニット、前記発電機に接続された発電機磁石を有する結合子、
前記原動ユニットの流体の移動を前記発電ユニットに禁止する前記原動ユニットと前記結合子との間に設けた隔壁、前記原動ユニット磁石と非接触状態にある前記発電機磁石、前記原動ユニット磁石と前記発電機磁石は磁力で引き合い、前記原動ユニット及び前記結合子、前記原動ユニット磁石及び前記発電機磁石とは磁力によって同一方向に回転することを特徴とする発電装置。

【請求項2】

請求項１の発電装置において、前記発電機と前記結合子との間に増速機構を設け、前記原動ユニットの回転数が前記発電機の要求回転数に達しない場合に活用することを特徴とする水力発電装置。

【請求項3】

流水が流動する磁石を有するランナーを備えたランナーユニット、前記ランナーユニットに対向して配置された発電機を有する発電ユニット、前記発電機に接続された発電機磁石を有する結合子、前記ランナーユニットの流水の移動を前記発電ユニットに禁止する前記ランナーユニットと前記発電ユニットとの間に設けた隔壁、前記ランナー磁石と非接触状態にある前記発電機磁石、前記ランナー磁石と前記発電機磁石は磁力で引き合い、前記ランナー及び前記結合子、前記ランナー磁石及び前記発電機磁石とは磁力によって同一方向に回転することを特徴とする水力発電装置。

【請求項4】

請求項３の水力発電装置において、前記隔壁は中央に垂直部を有する凹み部を設け、
前記ランナー磁石と前記発電機磁石とは前記凹み部の前記垂直部に対向して設けることを特徴とする水力発電装置。

【請求項5】

請求項３の水力発電装置において、前記発電機と前記結合子との間に増速機構を設け、前記ランナーケースの回転数が前記発電機の要求回転数に達しない場合に活用することを特徴とする水力発電装置。

【請求項6】

請求項３の水力発電装置において、前記隔壁は水平方向に延びる平板状板であり、
前記ランナー磁石と前記発電機磁石とはそれぞれ前記平板状隔壁に対向して水平方向に設けることを特徴とする水力発電装置。

【請求項7】

請求項３の水力発電装置において、前記発電ユニットの発電機ケースに給気口と排気口を設け、前記給気口と前記排気口を介して換気可能にしたことを特徴とする水力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は発電装置及び水力発電装置に関し、特に河川や水路中に配置する小形水力発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、河川や用水路の水流を利用して発電を行なう小水力発電機（マイクロ・ピコ水力発電機）として、特開２０１３−２５３５５７７が知られている。ダクトの内部の発電水路の流入口の直後に、ランナーのロータを設け、外部に設けた発電機とロータ軸間に伝動手段を連係している。ロータのブレードに当った流水が発電水路の内側壁面に沿って流出する。

【0003】

上述した従来のマイクロ水力発電機は、本体の固定装置や発電部分が分離し、設置場所が制限され移動が容易ではない。又、ランナーと発電機が軸で連結するため、発電部分の軸のシールが必要であり、軸のシール部分の劣化が故障に繋がる。更に、低水位では使用することが難しい。

【0004】

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】 特開２０１３−２５３５５７７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題点は、原動ユニットと発電ユニットを直結する軸シール構造を不要とした発電装置及び水力発電装置にある。

【0007】

本発明が解決しようとする課題点は、原動ユニットの回転エネルギーを発電ユニットに効率よく伝達できる発電装置及び水力発電装置にある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、流体が流動する磁石を有する原動ユニット、原動ユニットに対向して配置された、発電機を有する発電ユニット、発電機に接続された発電機磁石を有する結合子、原動ユニットの流体の移動を発電ユニットに禁止する原動ユニットと結合子との間に設けた隔壁、原動ユニット磁石と非接触状態にある発電機磁石、原動ユニット磁石と発電機磁石は磁力で引き合い、原動ユニット及び結合子、原動ユニット磁石及び前記発電機磁石とは磁力によって同一方向に回転することを特徴とする発電装置にある。

【0009】

本発明は、流水が流動する磁石を有するランナーを備えたランナーユニット、ランナーユニットに対向して配置された発電機を有する発電ユニット、発電機に接続された発電機磁石を有する結合子、ランナーユニットの流水の移動を発電ユニットに禁止するランナーユニットと発電ユニットとの間に設けた隔壁、ランナー磁石と非接触状態にある発電機磁石、ランナー磁石と発電機磁石は磁力で引き合い、ランナー及び結合子、ランナー磁石及び発電機磁石とは磁力によって同一方向に回転することを特徴とする水力発電装置にある。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、原動ユニットと発電ユニットを直結する軸を不要とする発電装置及び水力発電装置が得られた。

【0011】

本発明によれば、原動ユニットと発電ユニットを直結する軸のシールが不要で、機械的な故障が少ない発電装置及び水力発電装置が得られた。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施例を示す小形水力発電装置の断面図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した小形水力発電装置の断面図である。

【図3】本発明の他の実施例を示す小形水力発電装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の一実施例の完全密閉防水形の小形水力発電装置Ａについて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す小形水力発電装置Ａの断面図である。小形水力発電装置Ａは、主として、流体が流動する水力ユニット１０とこの水力ユニット１０に対向して配置される発電ユニット５０とで構成されている。小形水力発電装置Ａは、河川や水路等の流水中に水没、埋設して設置する。

【0014】

水力ユニット１０と発電ユニット５０は、非磁性体の隔壁３０により隔離、仕切られている。水力ユニット１０の内部の流水は、隔壁３０の配置によって発電ユニット５０には流出しない。隔壁３０は、水力ユニット１０の流水が発電ユニット５０に流入することは防止し、水力ユニット１０からの発電ユニット５０への流水を隔壁３０で遮水している。水力ユニット１０と発電ユニット５０とはパッキング４０を介して配置され、パッキング４０で小形水力発電装置Ａは防水される。

【0015】

水力ユニット１０であるランナーユニット１０はランナーケース１１を有し、ランナーケース１１は流水の流入口１２と流出口１３とを有している。ランナーケース１１の内部に、図２に示すように、ブレード１４を有するランナー１５がランナー１５の軸方向に設けられている。ランナー１５のブレード１４間にはチャンバー１６が形成されている。

【0016】

ランナー１５の内周に円筒状のランナー磁石収納部１７が設けられている。このランナー磁石収納部１７の内部に、ブレード１４の付け根部に対向するランナー磁石１８が同心形状に収納、配置されている。ランナー１５のランナー軸１９の下方には軸受け２０が設けられ、ランナーケース１１の内部中央に配置されている。

【0017】

隔壁３０は、隔壁外周リング３１とこの外周リング３１に接続された中央で下方に延びる円筒形状の有底凹み部３２とで構成されている。凹み部３２は、円筒形の垂直部３３とこの垂直部３３に接続された平面状の底部３４とを一体的に有している。隔壁３０は水力ユニット１０から発電ユニット５０への流水の移動を禁止し、遮水する。

【0018】

発電ユニット５０は、主として結合子６０とこの結合子６０の上方に位置する発電機ケース５１に収納された発電機５２とで構成されている。

【0019】

結合子６０は、図１及び図２に示すように、主として、回転体軸６１とこの回転体軸６１に接続された円筒状の回転体６２とで構成されている。この回転体６２の全体は、隔壁３０の凹み部３２の内部に収納されている。回転体６２の外周に設けられた円筒形状の発電機磁石収納部６３の内部に、図２に示すように、発電機磁石６４が同心形状に収納されている。

【0020】

ランナー磁石１８と発電機磁石６４は、隔壁３０の垂直部３３を介して対向して配置される。ランナー磁石１８は、隔壁３０の垂直部３３の周辺に発電機磁石６４とは一定の間隔をおいて対向して設けられている。ランナー磁石１８と発電機磁石６４とは非接触状態に配置されている。ランナー磁石１８と発電機磁石６４とは、凹み部３２の垂直部３３に対向して設けている。

【0021】

ランナー磁石１８と発電機磁石６４は吸引力で引き合う。ランナー磁石１８の磁力と発電機磁石６４の磁力との間の吸引力で、等間隔の空隙（ギャップ）を有しながら回転体６２が回転する。

【0022】

ランナー１５と回転体６２はランナー磁石１８と発電機磁石６４とで連動し、ランナー磁石１８と発電機磁石６４とで磁気カップリング構造となる。この磁気カップリング構造の採用により、ランナー１５と回転体６２とを連結する軸が不要となり、パッキングの損傷による水漏れが防げる。

【0023】

発電ユニット５０は、主として発電機ケース５１、発電機載置板５２、この発電機載置板５２に載置された永久磁石形発電機５３及び発電機５３の発電機軸５４とで構成されている。この永久磁石形発電機５３は、永久磁石構造体と固定コイル構造体との公知の構造で構成されている。発電機５３から得られた電力は外部非常用街路灯等へ送電することもできる。

【0024】

本発明の水力発電装置Ａには、発電機軸５４と結合子６０の回転軸６１との間に、増速機構７０が配置されている。増速機構７０は４個の歯車７１、歯車７２、歯車７３及び歯車７４で構成されている。増速機構７０はランナー１５の回転数が発電機５３の要求回転数に達しない場合を考慮して、ランナー１５と発電機５３の中間に歯車等を組み合わせて配置する。

【0025】

流水は、ランナーケース１１の流入口１２から流入し、チャンバー１６に満たされ、ブレード１４に当たり、ブレード１４を押してランナー１５を回転させる。流水の圧力エネルギーと運動量でランナー１５を連続的に回転させ、ランナー１５の回転エネルギーに変換する。隔壁３０は、水力ユニット１０の流水を発電ユニット５０への移動を禁止、遮水している。

【0026】

ランナー磁石１６が回転すると、発電機磁石６４を有する回転体６２も一緒にランナー１５と同一方向に回転する。ランナー磁石１８と発電機磁石６４とは、非接触状態で吸引力によって引き合い同一方向に回転する。

【0027】

回転体６２の回転は、増速機構７０を介して、発電機軸５４に伝達される。発電機軸５４の回転により発電機５３が回転し発電する。

【0028】

本発明の他の実施例の完全密閉防水形の小形水力発電装置について説明する。図３は、本発明の他の実施例を示す小形水力発電装置Ｂの断面図である。小形水力発電装置Ｂは、主として、流体が流動する水力ユニット１００とこの水力ユニット１００に対向して配置される発電ユニット１５０とで構成されている。小形水力発電装置Ｂは、河川や水路等の流水中に水没、埋設して設置する。

【0029】

水力ユニット１００と発電ユニット１５０は、隔壁１３０により隔離、仕切られている。水力ユニット１００と発電ユニット１５０とはパッキング１４０を介して配置され、パッキング１４０で小形水力発電装置Ｂは防水される。水力ユニット１００であるランナーユニット１００はランナーケース１１１を有し、ランナーケース１１１は流水の流入口１１２と流出口１１３とを有している。

【0030】

ランナーケース１１１は、ランナー１１４を有し、このランナー１１４はランナー軸１１５で支持されている。ランナー軸１１５の下方には重力を受けるための振り止め軸受け１１６が設けられている。ランナー軸１１５の上方にはランナー軸受け１１７が設けられている。このランナー軸受け１１７は隔壁１３０の下面に取り付けられている。

【0031】

ランナーケース１１１には隔壁１３０に対して水平方向に配置された平板状のランナー磁石支持板１１８が取り付けられている。ランナー磁石支持板１１８の上部にはリング状のランナー磁石１１９が取り付けられている。ランナー磁石１１９は隔壁１３０と間隔をもって配置される。

【0032】

発電ユニット１５０は、主として結合子１６０とこの結合子１６０の上方に位置する発電機ケース１５１に収納された発電機１５３とで構成されている。

【0033】

発電ユニット１５０は、主として発電機ケース１５１、発電機載置板１５２、この発電機載置板１５２に載置された永久磁石形発電機１５３及び発電機軸１５４とで構成されている。発電機１５３には発電機軸受け１６３が隔壁１５０上に設けられている。

【0034】

発電機軸１５４には結合子１６０が接続されている。結合子１６０は発電機磁石支持板１６１を有し、この発電機磁石支持板１６１に隔壁１３０に対して水平方向に配置されたリング状の発電機磁石１６２が取り付けられている。

【0035】

発電機磁石１６２とランナー磁石１１９は、隔壁１３０を介して対向して間隔をもって非接触状態に配置される。発電機磁石１６２を取り付けた結合子１６０とライナー磁石とで磁気カップリング構造を構成している。

【0036】

発電機ケース１５１は上方に給気管１５５と排気管１５６とを有している。給気管１５５と排気管１５６を介して発電機ケース１５１の内部を換気することができる。場合によっては、排気管１５６に発電機１５３から外部へ電力を供給してもよい。

【0037】

本発明の一実施例では、原動ユニットとして、流水の圧力のエネルギーと運動量を利用する水力ユニットの回転エネルギーに変換しているが、風の圧力のエネルギーと運動量を利用する風力ユニットの回転エネルギーに変換してもよい。

【0038】

本発明の上記一実施例では水力ユニットを横置きに設置してあるが、水力ユニットを縦置きに設置してもよいのは勿論である。

【符号の説明】

【0039】

１０・・水力ユニット １１・・ランナーケース １２・・流入口 １３・・流出口 １４・・ブレード １５・・ランナー １６・・チャンバー １７・・ランナー磁石収納部 １８・・ランナー磁石 １９・・ランナー軸 ２０・・軸受け ３０・・仕切板 ３１・・外周リング ３２・・凹み部 ３３・・垂直部 ３４・・底部 ４０・・パッキング ５０・・発電ユニット ５１・・発電機ケース ５２・・発電機載置板 ５３・・永久磁石形発電機 ５４・・発電機軸 ６０・・結合子 ６１・・回転機軸 ６２・・回転体 ６３・・発電機磁石収納部 ６４・・発電機磁石 ７０・・増速機構 ７１・・歯車 ７２・・歯車 ７３・・歯車 ７４・・歯車 １００・・水力ユニット １１１・・ランナーケース １１２・・流入口 １１３・・流出口 １１４・・ランナー １１５・・ランナー軸 １１６・・振れ止め軸受け １１７・・上部軸受け １１８・・ランナー磁石軸受け １１９・・ランナー磁石 １３０・・隔壁 １５０・・発電ユニット １５１・・発電機ケース １５２・・発電機載置板 １５３・・永久磁石形発電機 １５４・・発電機軸 １５５・・給気管 １５６・・排気管 １６０・・結合子 １６１・・発電機磁石支持板 １６２・・発電機磁石 １６３・・発電機軸受け

【図1】

【図2】

【図3】