JP2017227176A - Hydroelectric generator - Google Patents

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欽吾 操谷
Kingo Sotani
欽吾 操谷
幸次 青木
Koji Aoki
幸次 青木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydroelectric generator including a speed-increasing mechanism showing a superior generating efficiency while keeping a high waterproof characteristic.SOLUTION: This invention relates to a magnetic gear type hydroelectric generator constructed in such a way that a low-speed rotor 30, a high-speed rotor 50 and a water turbine 10 are rotatably attached to a central axle 21, a stator 40 having a stator pole 42 is immovably arranged between the low-speed rotor 30 and the high-speed rotor 50, a magneto coil 43 is wound around the stator pole 42 and the low-speed rotor 30 connected to the water turbine 10 is rotated to cause the high-speed rotor 50 to rotate in its increased speed to generate electricity. The stator 40 not rotated is attached to the central axle 21 through an O-ring 14 to form a watertight structure. The rotating low-speed rotor 30 and the water turbine 10 are rotatably attached to the central axle 21 through a slide bearing 22, so that it is possible to provide a hydroelectric generator showing a superior generating efficiency.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水中に投入して使用される水力発電機、特に小水力発電等に使用される磁気ギアによる増速機構を有する水力発電機に関するものである。   The present invention relates to a hydroelectric generator used by being put into water, and more particularly to a hydroelectric generator having a speed increasing mechanism using a magnetic gear used for small hydroelectric power generation and the like.

水力発電機のうち規模が小さい用途の発電機として小水力発電機がある。
小水力発電機の設置形態は種々様々であるが、簡便な設置方法のひとつに既存の水路等の中に水車を有する発電機を設置し、水車の回転により発電機を駆動し電力を得るという設置方式がある。
Among the hydroelectric generators, there is a small hydroelectric generator as a generator for small-scale applications.
There are various installation forms of small hydroelectric generators, but one simple installation method is to install a generator with a water turbine in an existing waterway, etc., and drive the generator by rotating the turbine to obtain power There is an installation method.

この様な設置方式の小水力発電が設置される水路等では水量が少なく流速も遅いことが多い。このため水車の回転速度は低くなりがちで回転増速機構が必要となることが多く、また、発電機の発電効率を少しでも良くする必要がある。   In waterways where such small installations of small hydropower are installed, the amount of water is small and the flow speed is often slow. For this reason, the rotational speed of the water turbine tends to be low, and a rotation speed increasing mechanism is often required, and the power generation efficiency of the generator needs to be improved as much as possible.

発電効率の低下が抑制されている水力発電装置として特許文献1には、図4に示すような、外周にらせん翼930が設けられ、内部に中空部分が形成されており、らせん翼930に向かう水流によって回転する中空軸体931と、らせん翼930を囲うように設けられている枠部材950と、中空軸体931の中心軸と重なるように延在しており、枠部材950に回転不能に固定されている固定軸920と、中心軸と重なるように延在しており、枠部材950に回転可能に支持されている回転軸921とを備え、中空軸体931は、固定軸920に回転可能に支持されているとともに、回転軸921に固定されたらせん水車が提示されている。
特許文献1によれば、らせん水車をこの様にすれば、中空軸体931は固定軸920および回転軸921をその回転中心として枠部材950に対して回転可能に設けられているため、中空軸体931と固定軸920との接続部を1箇所とすることができる。これにより、中空軸体931の中空部分の内部と外部との間に配置される軸受964やオイルシール966などの摺動部材の点数を減らすことができるため、オイルシール966などを介した中空軸体931と固定軸920との間の摩擦トルクの増大を招くことなく、中空軸体931の中空部分に対する防水性を高めることができる。つまり、上記のような構成を備えるらせん水車は、高い防水性を有するとともに、回転効率の低下が抑制されていると、している。
しかしながら特許文献1の様な構造では摺動部材の点数を減らすことができるが、なお1箇所はオイルシールなどの摺動部材により回転部を防水構造とする必要がある。
As a hydroelectric power generation apparatus in which a decrease in power generation efficiency is suppressed, Patent Document 1 has a spiral blade 930 provided on the outer periphery as shown in FIG. The hollow shaft body 931 that rotates by the water flow, the frame member 950 that is provided so as to surround the spiral blade 930, and the center shaft of the hollow shaft body 931 extend so as to be unrotatable to the frame member 950. A fixed shaft 920 that is fixed and a rotating shaft 921 that extends so as to overlap the central axis and that is rotatably supported by the frame member 950 are provided. The hollow shaft body 931 rotates on the fixed shaft 920. A spiral water wheel is presented which is supported in a possible manner and is fixed to a rotating shaft 921.
According to Patent Document 1, when the spiral water wheel is configured in this manner, the hollow shaft body 931 is provided so as to be rotatable with respect to the frame member 950 with the fixed shaft 920 and the rotating shaft 921 as rotation centers. A connecting portion between the body 931 and the fixed shaft 920 can be provided at one place. Thereby, since the number of sliding members such as the bearing 964 and the oil seal 966 disposed between the inside and the outside of the hollow portion of the hollow shaft body 931 can be reduced, the hollow shaft via the oil seal 966 and the like can be reduced. Without increasing the frictional torque between the body 931 and the fixed shaft 920, the waterproofness of the hollow portion of the hollow shaft 931 can be enhanced. In other words, the spiral water wheel having the above-described configuration has high waterproofness and suppresses a decrease in rotational efficiency.
However, in the structure as in Patent Document 1, the number of sliding members can be reduced. However, at one place, the rotating portion needs to be waterproofed by a sliding member such as an oil seal.

オイルシールなどの摺動部材による防水構造では、確実な防水特性を得るにはオイルシールの緊迫力を高める、オイルシールを2重にするなどの処置が求められ、防水特性を高くする代わりに回転抵抗が増加し発電効率が低下していた。
しかしながら、特に水量が少なく流速が遅い水路等で使用される発電機では、高い防水特性を維持しながら、同時に効率の低下を抑制し発電機の発電効率を少しでも良くしなければならないと言う課題があった。
In a waterproof structure with sliding members such as an oil seal, measures such as increasing the tension of the oil seal or double the oil seal are required to obtain reliable waterproof properties. Resistance increased and power generation efficiency decreased.
However, especially for generators used in waterways with low water volumes and slow flow rates, the problem is that while maintaining high waterproof properties, it is necessary to suppress the decrease in efficiency and improve the generator's power generation efficiency as much as possible. was there.

特開2016―50554号公報JP 2016-50554 A

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、小水力発電等に使用される増速機構を有する水力発電機に関し、高い防水特性を維持しながら発電効率が良い水力発電機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and relates to a hydroelectric generator having a speed increasing mechanism used for small hydropower generation and the like, and to provide a hydroelectric generator having high power generation efficiency while maintaining high waterproof characteristics. For the purpose.

上記の課題を達成するため、本発明の水力発電機における請求項1に係る発明は、
軸まわりに回転しない中心軸と、前記中心軸に同軸に取付けられた低速ローターとステーターと高速ローターを有し、
多い極対数の磁石を有する前記低速ローターと、少ない極対数の磁石を有する前記高速ローターが前記中心軸に回転可能に取付けられ、
前記低速ローターの極対数と前記高速ローターの極対数の和または差の数のステーターポールを有する前記ステーターが、前記低速ローターと前記高速ローターの間に前記ステーターポールが前記低速ローターの磁石と前記高速ローターの磁石に対向するように前記中心軸に回転不能に取付けられ、
前記ステーターポールに発電コイルが巻回され、前記低速ローターを駆動することにより前記高速ローターが増速回転し発電する磁気ギア方式の水力発電機において、
ステーターの内側が水密構造となっておりOリングを介して前記中心軸に取付けられ、前記低速ローターがすべり軸受けを介して前記中心軸に取付けられていることを特徴とする。
本発明では、Oリングを介して中心軸に取り付けられ内側が水密構造となるステーターは中心軸に回転不能に取付けられ、水密性を高めるためにOリングの緊迫力を高めても低速ローターおよび高速ローターの回転は阻害されないので、発電効率の低下が抑制できる。本発明ではさらに、被水しながら回転する低速ローターをすべり軸受けを介して中心軸に回転可能に取付ける構造としたので、低速ローターが被水すると、すべり軸受けと中心軸間の隙間に浸入した水の潤滑作用によりすべり軸受けの回転抵抗が低下し、発電効率の低下がさらに抑制され、発電効率の良い水力発電機を提供することができる。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the hydroelectric generator of the present invention comprises:
A central axis that does not rotate around the axis, a low-speed rotor, a stator, and a high-speed rotor that are coaxially mounted on the central axis;
The low-speed rotor having a large number of pole pairs and the high-speed rotor having a small number of pole pairs are rotatably attached to the central axis;
The stator having the number of pole pairs of the low-speed rotor and the number of pole pairs of the high-speed rotor, or the stator pole between the low-speed rotor and the high-speed rotor and the stator pole between the low-speed rotor magnet and the high-speed rotor. Non-rotatably attached to the central shaft so as to face the rotor magnet,
In a magnetic gear type hydroelectric generator in which a power generation coil is wound around the stator pole and the high speed rotor rotates at an increased speed by driving the low speed rotor,
The inside of the stator has a watertight structure and is attached to the central shaft via an O-ring, and the low-speed rotor is attached to the central shaft via a sliding bearing.
In the present invention, the stator attached to the central shaft via the O-ring and having a watertight structure on the inner side is non-rotatably attached to the central shaft, and even if the O-ring is tightened to increase water tightness, the low-speed rotor and the high-speed Since the rotation of the rotor is not hindered, a decrease in power generation efficiency can be suppressed. Further, in the present invention, since the low-speed rotor that rotates while being wetted is structured to be rotatably attached to the central shaft via the slide bearing, when the low-speed rotor is wetted, the water that has entered the gap between the slide bearing and the central shaft The lubrication action reduces the rotational resistance of the sliding bearing, further reducing the reduction in power generation efficiency, and can provide a hydroelectric generator with good power generation efficiency.

また、本発明の請求項2に係る発明は、前記低速ローターが水車に固定され、前記水車がすべり軸受けを介して前記中心軸に取付けられていることを特徴とする請求項1に記載の水力発電機である。
本発明では、低速ローターと水車が一体となり、低速ローターを中心軸に取付けるすべり軸受けと、水車を中心軸に取付けるすべり軸受けの2つのすべり軸受けで中心軸に回転可能に取付けられるので、低速ローターの回転時の振れを減少させることが可能となり、発電機の動作がより安定し、より信頼性の高い水力発電機を提供することができる。
Further, the invention according to claim 2 of the present invention is characterized in that the low-speed rotor is fixed to a turbine, and the turbine is attached to the central shaft via a slide bearing. It is a generator.
In the present invention, the low-speed rotor and the water turbine are integrated, and the two low-speed rotors are attached to the central shaft so that the low-speed rotor is attached to the central shaft. The vibration during rotation can be reduced, and the operation of the generator can be more stable, and a more reliable hydroelectric generator can be provided.

また、本発明における請求項3に係る発明は、前記水車が2つの前記すべり軸受けを介して前記心軸に取付けられていることを特徴とする、請求項2に記載の水力発電機である。
本発明では、間隔が広い2つの軸受けで水車を回転可能に保持するので、水車の振れを減少させることが可能で、発電機の動作がさらに安定し、より信頼性の高い水力発電機を提供することができる。
The invention according to claim 3 of the present invention is the hydraulic power generator according to claim 2, characterized in that the water turbine is attached to the mandrel via the two sliding bearings.
In the present invention, since the water turbine is rotatably held by two bearings having a wide interval, it is possible to reduce the vibration of the water turbine, to further improve the operation of the generator, and to provide a more reliable hydroelectric generator. can do.

本発明の水力発電機においては、中心軸に回転不能に取付けられ内側が水密構造となるステーターはOリングを介して中心軸に取り付け、被水しながら回転する低速ローターをすべり軸受けを介して中心軸に回転可能に取付ける構造としたので、Oリングによりローターの回転が阻害されないので、発電効率が低下せず発電効率の良い水力発電機を提供することができる。   In the hydroelectric generator of the present invention, the stator that is non-rotatably attached to the central shaft and has a watertight structure on the inside is attached to the central shaft via an O-ring, and a low-speed rotor that rotates while being submerged is centered via a sliding bearing. Since the structure is attached so as to be rotatable on the shaft, the rotation of the rotor is not hindered by the O-ring, so that it is possible to provide a hydroelectric generator with good power generation efficiency without reducing power generation efficiency.

本発明の第1の実施例の構成を示す部分断面斜視図である。It is a fragmentary sectional perspective view which shows the structure of the 1st Example of this invention. 本実施例の外観を示す二面図である。It is a double view which shows the external appearance of a present Example. 本実施例の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a present Example. 従来のらせん水車による発電機の防水構造を示す図である。It is a figure which shows the waterproof structure of the generator by the conventional spiral water wheel.

以下、図1〜図3を参照に、本発明に係る水力発電機の第1の実施例を詳細に説明する。
はじめに、本実施例の水力発電機の外観および概略構造を、図2,図3を参照して説明する。図2は本実施例の二面図、図3は中心断面図である。
Hereinafter, with reference to FIGS. 1-3, the 1st Example of the hydroelectric generator which concerns on this invention is described in detail.
First, the external appearance and schematic structure of the hydroelectric generator of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a two-side view of the present embodiment, and FIG. 3 is a central sectional view.

本実施例の水力発電機100は、図2に示すように、円周上に複数の水車翼11を有する水車10と、水車10から突出する中心軸21を有し、図3に示すように、水車10の内部に発電機構90を有する。なお、本実施例の水力発電機100は中心軸突出側が水流の下流側になるように設置される。   As shown in FIG. 2, the hydroelectric generator 100 of the present embodiment includes a water turbine 10 having a plurality of water turbine blades 11 on the circumference, and a central shaft 21 protruding from the water turbine 10, as shown in FIG. 3. The water turbine 10 has a power generation mechanism 90 inside. The hydroelectric generator 100 according to the present embodiment is installed so that the central axis protruding side is on the downstream side of the water flow.

中心軸21は水力発電機100を保持する中空の棒で、図3に示すように、両端がエンドキャップ25で密閉され、発電出力電線72を通すための2つの配線孔21aが設けられている。   The central shaft 21 is a hollow rod that holds the hydroelectric generator 100. As shown in FIG. 3, both ends are sealed with end caps 25, and two wiring holes 21a for passing the power generation output wire 72 are provided. .

水力発電機100は、先端が略円錐形に閉じ他方が開口し、円周方向に複数の水車翼11が設けられたフロントカバー12と、略円錐台形で一方に底部を有する略筒形状のテールカバー13と、からなる水車10により外形が形成され、水車10は2つのすべり軸受け22を介して中心軸21に回転可能に取り付けられる。   The hydroelectric generator 100 has a front cover 12 having a substantially conical end and an opening at the other end and a plurality of turbine blades 11 provided in the circumferential direction, and a substantially cylindrical tail having a substantially truncated cone shape and a bottom portion on one side. The outer shape is formed by the water wheel 10 including the cover 13, and the water wheel 10 is rotatably attached to the central shaft 21 via two sliding bearings 22.

水車10の内部には中心軸21に同軸に取付けられた低速ローター30、ステーター40、高速ローター50からなる発電機構90が収容されている。最外周の低速ローター30は中心軸21に回転可能に取付けられるとともに水車10に連結され、水車10とともに回転する。   Inside the water turbine 10, a power generation mechanism 90 including a low-speed rotor 30, a stator 40, and a high-speed rotor 50 that are coaxially attached to the central shaft 21 is accommodated. The outermost low-speed rotor 30 is rotatably attached to the central shaft 21, is connected to the water turbine 10, and rotates together with the water turbine 10.

ステーター40は低速ローター30の内側に位置し、中心軸21に回転不能に取付けられ、最内周には高速ローター50が中心軸21に対して回転可能に取付けられる。   The stator 40 is located inside the low-speed rotor 30 and is non-rotatably attached to the central shaft 21, and the high-speed rotor 50 is rotatably attached to the central shaft 21 on the innermost periphery.

発電機構90からの発電出力電線72は、中心軸21の2つの配線孔21aの一方から中心軸21の中空部に挿入され他方の配線孔21aから中心軸21の外に取り出され、図示しない発電機保持構造物内に配線される。   The power generation output electric wire 72 from the power generation mechanism 90 is inserted into the hollow portion of the central shaft 21 from one of the two wiring holes 21a of the central shaft 21, and is taken out of the central shaft 21 from the other wiring hole 21a. It is wired in the machine holding structure.

以下、図1を参照して、水力発電機100の構造を説明する。図1は本実施例の構成を示す部分断面斜視図である。   Hereinafter, the structure of the hydroelectric generator 100 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view showing the configuration of this embodiment.

フロントカバー12は先端が略円錐形状であるシェル状の部品で、内部に中間壁12aを有し中間壁12aの中央には軸受け取付け穴が設けられている。また、後端開口部近傍の最大径部に複数の水車翼11が設けられ、開口部にはテールカバー13との連結部を有し、連結部の近傍に低速ローター30を連結するローター取付け壁12bを有する。
テールカバー13は有底の略円錐形状であるシェル状の部品で、底部中央に軸受け取付け穴が設けられ、開口部側にはフロントカバー12との連結部を有する。
The front cover 12 is a shell-shaped part having a substantially conical tip, and has an intermediate wall 12a inside, and a bearing mounting hole is provided at the center of the intermediate wall 12a. Further, a plurality of turbine blades 11 are provided in the maximum diameter portion near the rear end opening, the opening has a connecting portion with the tail cover 13, and the rotor mounting wall for connecting the low speed rotor 30 in the vicinity of the connecting portion. 12b.
The tail cover 13 is a shell-shaped part having a substantially conical shape with a bottom, a bearing mounting hole is provided at the center of the bottom, and a connection portion with the front cover 12 is provided on the opening side.

フロントカバー12とテールカバー13は互いの連結部で連結され一体の水車10となり、軸方向全長の先端側付近のフロントカバー12の中間壁12aの軸受け取付け穴と、軸方向全長の後端のテールカバー13の底部中央の軸受け取付け穴には、すべり軸受け22が各々組み込まれ、水車10はこの2つのすべり軸受け22により中心軸21に回転可能に保持される。   The front cover 12 and the tail cover 13 are connected to each other at the connecting portion to form an integrated water wheel 10, and the bearing mounting hole in the intermediate wall 12 a of the front cover 12 near the front end side of the axial length and the tail at the rear end of the axial length. A slide bearing 22 is incorporated in each of the bearing mounting holes in the center of the bottom portion of the cover 13, and the water turbine 10 is rotatably held on the central shaft 21 by the two slide bearings 22.

本実施例の水力発電機では、水車10の軸方向の両端間に近い距離を隔てて設けられた2つのすべり軸受け22の間に水車翼11が設けられた配置となっているので、水車翼11が水流等により回転力を加えられ、また水流等により水車が軸方向または軸方向に垂直な方向の力を受けても、水車10は安定して動作することができる。   In the hydroelectric generator of the present embodiment, the turbine blades 11 are disposed between the two sliding bearings 22 provided at a distance close to both ends in the axial direction of the turbine 10. The turbine 10 can stably operate even when a rotational force is applied to the turbine 11 by a water flow or the like and the water turbine receives a force in the axial direction or a direction perpendicular to the axial direction by the water flow or the like.

また、本実施例の水力発電機では水車10を回転可能に保持する軸受けをすべり軸受けとした。
すべり軸受けは、軸受けの内径と軸径の間にわずかな隙間があることにより、軸受け内で軸が滑らかに回転する。従ってすべり軸受けを水中で使用すると、周囲環境の水が軸受けの内径と軸径の間の隙間に侵入し、軸受けの内径と軸径の間に侵入した水は、含油軸受けの油と同様に潤滑作用を示す。これにより、すべり軸受けの回転抵抗が低下するので、発電効率の低下がさらに抑制され、発電効率の良い水力発電機を提供することができる。
Further, in the hydroelectric generator of the present embodiment, the bearing that rotatably holds the water turbine 10 is a sliding bearing.
In the sliding bearing, the shaft rotates smoothly in the bearing due to a slight gap between the inner diameter and the shaft diameter of the bearing. Therefore, when sliding bearings are used in water, the water in the surrounding environment enters the gap between the inner diameter of the bearing and the water that has entered between the inner diameter of the bearing is lubricated in the same way as the oil in the oil-impregnated bearing. Shows the effect. Thereby, since the rotational resistance of a slide bearing falls, the fall of power generation efficiency is further suppressed and the hydroelectric generator with sufficient power generation efficiency can be provided.

水車10の内部に収容されている発電機構90(図3参照)のうち、最外周の低速ローター30は有底円筒状のローターケース31と、ローターケース31の円筒部の内側に固定された軟磁性体にて製作された略円筒状のバックヨーク32と、径方向に着磁され、隣接する磁石の極方向が互い逆となるようにバックヨーク32の内周側に等間隔で固定された複数の磁極対の磁石33を有する。
ローターケース31の底部中央にはすべり軸受け22が組み込まれる軸受け取付け穴を有し、開口部端にはローターケース31をフロントカバー12のローター取付け壁12bに固定するためのフランジ部31aを有する。このフランジ部31aをフロントカバー12のローター取付け壁12bに固定することにより低速ローター30が水車10に固定され、水流により水車10が回転すると低速ローター30も回転する。
Of the power generation mechanism 90 (see FIG. 3) housed in the water turbine 10, the outermost low-speed rotor 30 is a bottomed cylindrical rotor case 31 and a soft softened to the inside of the cylindrical portion of the rotor case 31. A substantially cylindrical back yoke 32 made of a magnetic material, and magnetized in the radial direction, are fixed at equal intervals on the inner peripheral side of the back yoke 32 so that the pole directions of adjacent magnets are opposite to each other. The magnet 33 has a plurality of magnetic pole pairs.
The rotor case 31 has a bearing mounting hole in which the slide bearing 22 is incorporated at the center of the bottom, and a flange portion 31a for fixing the rotor case 31 to the rotor mounting wall 12b of the front cover 12 at the opening end. The low speed rotor 30 is fixed to the water turbine 10 by fixing the flange portion 31a to the rotor mounting wall 12b of the front cover 12, and when the water turbine 10 is rotated by the water flow, the low speed rotor 30 is also rotated.

ローターケース31はすべり軸受け22により中心軸21に回転可能に保持されており、ローターケース31と中心軸21の同軸度は、軸受けの内径と軸径の隙間程度のずれしか生じない。しかしながらローターケース31の外径はすべり軸受け22の長さより遥かにに大きいため、ローターケース31の底部中央に組み込まれたすべり軸受け22だけではローターケース31の倒れを抑えることができない。   The rotor case 31 is rotatably held on the central shaft 21 by the sliding bearing 22, and the degree of coaxiality between the rotor case 31 and the central shaft 21 is only shifted by a gap between the inner diameter of the bearing and the shaft diameter. However, since the outer diameter of the rotor case 31 is much larger than the length of the sliding bearing 22, the sliding of the rotor case 31 cannot be suppressed only by the sliding bearing 22 incorporated in the center of the bottom of the rotor case 31.

本実施例の水力発電機では、すべり軸受け22により中心軸21に回転可能に保持されたローターケース31を、同じくすべり軸受け22により中心軸21に回転可能に保持された水車10に固定する構造とし、固定箇所は水車10の最大径部近傍のフロントカバー12のローター取付け壁12bとローターケース31のフランジ部31aとした。これにより、ローターケース31とフロントカバー12が水車10の最大径部近傍での密着接続されるため、ローターケース31とフロントカバー12はいずれも倒れる虞がなくなり、中心軸21に対して振れのない安定した回転動作が実現でき、より信頼性の高い水力発電機を提供することができる。   In the hydroelectric generator of this embodiment, the rotor case 31 that is rotatably held on the central shaft 21 by the slide bearing 22 is fixed to the water turbine 10 that is also rotatably held on the central shaft 21 by the slide bearing 22. The fixed locations were the rotor mounting wall 12b of the front cover 12 and the flange portion 31a of the rotor case 31 near the maximum diameter portion of the water turbine 10. Thereby, since the rotor case 31 and the front cover 12 are closely connected in the vicinity of the maximum diameter portion of the water turbine 10, there is no possibility that both the rotor case 31 and the front cover 12 fall down, and there is no vibration with respect to the central shaft 21. A stable rotating operation can be realized, and a more reliable hydroelectric generator can be provided.

ステーター40は、ポールホルダー41,複数のステーターポール42,複数の発電コイル43およびホルダープレート44を有し、必要に応じて配線基板45をステーター40の内側に収容する。   The stator 40 includes a pole holder 41, a plurality of stator poles 42, a plurality of power generation coils 43, and a holder plate 44, and accommodates the wiring board 45 inside the stator 40 as necessary.

ポールホルダー41は非磁性体にて有底円筒状に製作され、底部の中央には中心軸21が入る穴が設けられ、この穴を内径とする中央筒部41aが開口側に延出しており、中央筒部41aの内径部にはOリング14が組み込まれる溝部を有する。   The pole holder 41 is made of a non-magnetic material and has a bottomed cylindrical shape. A hole for receiving the central shaft 21 is provided in the center of the bottom, and a central cylindrical portion 41a having an inner diameter extending from the hole extends to the opening side. The inner cylinder portion 41a has a groove portion in which the O-ring 14 is incorporated.

ポールホルダー41の開口部には、ホルダープレート44が取付けられる。ホルダープレート44は略円板状で、中央には中心軸21が入る穴が設けられ、この穴を内径とする筒形状が延出し、筒形状の内径部にはOリング14が組み込まれる溝部を有する。   A holder plate 44 is attached to the opening of the pole holder 41. The holder plate 44 is substantially disk-shaped, and a hole into which the central shaft 21 enters is provided at the center. A cylindrical shape with the hole as an inner diameter extends, and a groove portion in which the O-ring 14 is incorporated is formed in the cylindrical inner diameter portion. Have.

ポールホルダー41にステーターポール42を圧入し、開口部にホルダープレート44を取り付けた状態で、ポールホルダー41の中央筒部41aの内径部の溝部およびホルダープレート44の筒形状の内径部の溝部にOリング14を各々組み込み、中心軸21を挿通させると、ポールホルダー41の底部,ステーターポール42が圧入されたポールホルダー41の円筒部およびホルダープレート44が隔壁となり、ポールホルダー41とホルダープレート44で囲まれる領域、すなわちステーター40の内側は水密状態になる。   With the stator pole 42 being press-fitted into the pole holder 41 and the holder plate 44 being attached to the opening, the inner cylindrical portion 41a of the pole holder 41 and the cylindrical inner cylindrical portion of the holder plate 44 are filled with O. When each of the rings 14 is incorporated and the central shaft 21 is inserted, the bottom of the pole holder 41, the cylindrical portion of the pole holder 41 into which the stator pole 42 is press-fitted, and the holder plate 44 serve as a partition wall and are surrounded by the pole holder 41 and the holder plate 44. The area to be welded, that is, the inside of the stator 40 is in a watertight state.

ステーター40は中心軸21に回転不能に取付けられるので、ステーター40の水密状態を確実なものにするために、たとえばOリング14の緊迫力を高める,Oリング14を2重にするなどの変更をしても、水車10とともに回転する低速ローター30の動きを阻害する等の影響は全くない。
これにより、本実施例の水力発電機ではステーター40の内側を確実な水密状態にしても、水車10の回転動作を阻害することなく、発電効率の良い水力発電機10を提供することができる。
Since the stator 40 is non-rotatably attached to the central shaft 21, in order to ensure the watertight state of the stator 40, for example, the tightening force of the O-ring 14 is increased or the O-ring 14 is doubled. However, there is no influence such as obstructing the movement of the low-speed rotor 30 that rotates with the water turbine 10.
Thereby, in the hydroelectric generator of the present embodiment, the hydroelectric generator 10 with good power generation efficiency can be provided without obstructing the rotation operation of the water turbine 10 even if the inner side of the stator 40 is in a reliable watertight state.

ステーター40の内側にはさらに高速ローター50が収容される。高速ローター50は略円筒状のローターホイール51と、ローターホイール51の外周に取付けられた軟磁性体にて製作された略円筒状のバックヨーク52と、径方向に着磁され、隣接する磁石の極方向が互い逆となるようにバックヨーク52の外周側に等間隔で固定された複数の磁極対の磁石53を有する。ローターホイール51は内径部に取付けられたベアリングを介してステーター40のポールホルダー41に回転可能に取付けられる。これにより高速ローター50は中心軸21に対して回転可能となる。   A high-speed rotor 50 is further accommodated inside the stator 40. The high-speed rotor 50 includes a substantially cylindrical rotor wheel 51, a substantially cylindrical back yoke 52 made of a soft magnetic material attached to the outer periphery of the rotor wheel 51, and a magnet that is magnetized in the radial direction so that adjacent magnets There are a plurality of magnets 53 of magnetic pole pairs fixed at equal intervals on the outer peripheral side of the back yoke 52 so that the polar directions are opposite to each other. The rotor wheel 51 is rotatably attached to the pole holder 41 of the stator 40 via a bearing attached to the inner diameter portion. As a result, the high-speed rotor 50 can rotate with respect to the central shaft 21.

以上にて、中心軸21に固定され複数のステーターポール42を有し、開口部にホルダープレート44が取り付けられ、Oリング14により内側が水密となったステーター40と、ステーター40の外側に複数の磁極対の磁石33を有する低速ローター30が中心軸21に回転可能に取付けられ、水密構造となったステーター40の内側に、ステーターポール42に取付けられた発電コイル43と、必要に応じて配線基板45が収容されるとともに、複数の磁極対の磁石53を有する高速ローター50が中心軸21に回転可能に取付けられ、磁気ギアによる増速機構を有する水力発電気が構成される。   As described above, the stator 40 is fixed to the central shaft 21, has a plurality of stator poles 42, the holder plate 44 is attached to the opening, and the inner side is watertight by the O-ring 14. A low-speed rotor 30 having a magnet 33 of a magnetic pole pair is rotatably attached to the central shaft 21, and a generator coil 43 attached to a stator pole 42 is provided inside a stator 40 having a watertight structure, and a wiring board as required. 45 is accommodated, and a high-speed rotor 50 having a plurality of magnets 53 of magnetic pole pairs is rotatably attached to the central shaft 21 to constitute hydraulic power generation having a speed increasing mechanism using a magnetic gear.

上記の構成である本実施例の水力発電機では、被水により故障等の虞がある電気部品、すなわち発電コイル43と必要に応じ用いる配線基板45等を、Oリング14により水密となったステーター40の内側に収容したので、水中に投入しても支障なく使用できる水力発電機が提供できる。
また、磁気ギアによる増速機構により高速で回転する高速ローター50をステーター40の内側に収容したので、高速ローター50が回転時に受ける抵抗が低く抑えられ、発電効率の良い水力発電機が提供できる。
In the hydroelectric generator of the present embodiment having the above-described configuration, an electrical component that may be damaged due to flooding, that is, a power generation coil 43 and a wiring board 45 to be used as necessary, are sealed by an O-ring 14. Since it is accommodated inside 40, a hydroelectric generator that can be used without any problem even when thrown into water can be provided.
In addition, since the high-speed rotor 50 that rotates at a high speed by the speed increasing mechanism using the magnetic gear is accommodated inside the stator 40, the resistance that the high-speed rotor 50 receives during rotation can be kept low, and a hydroelectric generator with good power generation efficiency can be provided.

本発明は、発電機が水没、被水する虞がある流量が少ない水路等に投込んで使用される各種水力発電機に利用でき、発電効率がよく信頼性が高い水力発電機の提供が可能となる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for various types of hydroelectric generators that are used by throwing them into a water channel with a low flow rate where the generator may be submerged or flooded. It becomes.

なお、本発明は前記実施の形態に記載された事項に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形,修正を含む、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。   It should be noted that the present invention is not limited to the matters described in the above embodiments, and includes various modifications and corrections that can be conceived by those having ordinary knowledge in the field of the present invention. Needless to say, even if there is a design change within a range that does not deviate from the above, it is included in the present invention.

10 水車
11 水車翼
12 フロントカバー
12a 中間壁
12b ローター取付け壁
13 テールカバー
14 Oリング
21 中心軸
21a 配線孔
22 すべり軸受け
25 エンドキャップ
30 低速ローター
31 ローターケース
31a フランジ部
32 バックヨーク
33 磁石
40 ステーター
41 ポールホルダー
41a 中央筒部
42 ステーターポール
43 発電コイル
44 ホルダープレート
45 配線基板
50 高速ローター
51 ローターホイール
52 バックヨーク
53 磁石
72 発電出力電線
90 発電機構
100 水力発電機
920 固定軸
921 回転軸
930 らせん翼
931 中空軸体
950 枠部材
964 軸受け
966 オイルシール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Water wheel 11 Water wheel 12 Front cover 12a Intermediate wall 12b Rotor mounting wall 13 Tail cover 14 O-ring 21 Center shaft 21a Wiring hole 22 Sliding bearing 25 End cap 30 Low speed rotor 31 Rotor case 31a Flange part 32 Back yoke 33 Magnet 40 Stator 41 Pole holder 41a Central cylindrical portion 42 Stator pole 43 Power generation coil 44 Holder plate 45 Wiring board 50 High speed rotor 51 Rotor wheel 52 Back yoke 53 Magnet 72 Power generation output wire 90 Power generation mechanism 100 Hydroelectric generator 920 Fixed shaft 921 Rotating shaft 930 Spiral blade 931 Hollow shaft body 950 Frame member 964 Bearing 966 Oil seal

Claims (3)

軸まわりに回転しない中心軸と、前記中心軸に同軸に取付けられた低速ローターとステーターと高速ローターを有し、
多い極対数の磁石を有する前記低速ローターと、少ない極対数の磁石を有する前記高速ローターが前記中心軸に回転可能に取付けられ、
前記低速ローターの極対数と前記高速ローターの極対数の和または差の数のステーターポールを有する前記ステーターが、前記低速ローターと前記高速ローターの間に前記ステーターポールが前記低速ローターの磁石と前記高速ローターの磁石に対向するように前記中心軸に回転不能に取付けられ、
前記ステーターポールに発電コイルが巻回され、前記低速ローターを駆動することにより前記高速ローターが増速回転し発電する磁気ギア方式の水力発電機において、
前記ステーターの内側が水密構造となっておりOリングを介して前記中心軸に取付けられ、前記低速ローターがすべり軸受けを介して前記中心軸に取付けられていることを特徴とする水力発電機。
A central axis that does not rotate around the axis, a low-speed rotor, a stator, and a high-speed rotor that are coaxially mounted on the central axis;
The low-speed rotor having a large number of pole pairs and the high-speed rotor having a small number of pole pairs are rotatably attached to the central axis;
The stator having the number of pole pairs of the low-speed rotor and the number of pole pairs of the high-speed rotor, or the stator pole between the low-speed rotor and the high-speed rotor and the stator pole between the low-speed rotor magnet and the high-speed rotor. Non-rotatably attached to the central shaft so as to face the rotor magnet,
In a magnetic gear type hydroelectric generator in which a power generation coil is wound around the stator pole and the high speed rotor rotates at an increased speed by driving the low speed rotor,
A hydroelectric generator characterized in that the inside of the stator has a watertight structure and is attached to the central shaft via an O-ring, and the low-speed rotor is attached to the central shaft via a sliding bearing.
前記低速ローターが水車に固定され、前記水車がすべり軸受けを介して前記中心軸に取付けられていることを特徴とする請求項1に記載の水力発電機。   The hydroelectric generator according to claim 1, wherein the low-speed rotor is fixed to a water turbine, and the water turbine is attached to the central shaft via a sliding bearing. 前記水車が2つの前記すべり軸受けを介して前記中心軸に取付けられていることを特徴とする、請求項2に記載の水力発電機。   The hydroelectric generator according to claim 2, wherein the water turbine is attached to the central shaft via the two sliding bearings.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022518299A (en) * 2019-01-22 2022-03-14 フランシス バード,グレゴリー Electrical energy generation systems, equipment, and methods
RU2845975C2 (en) * 2022-01-18 2025-08-28 Общество с ограниченной ответственностью "Гелиоватт" Hydraulic electric machine of underwater design

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