JP2019193370A - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】回転部の回転方向における該回転部の上部と下部とのねじれが生じ難い発電システムを提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、流体の流によって回転可能な回転部と、回転部の上部を支持する第一支持部と、回転部の下部を支持する第二支持部と、第一支持部又は回転部の上部に配置される第一界磁部、及び第一支持部に配置される第一電機子部を有する第一発電部と、第二支持部又は回転部の下部に配置される第二界磁部、及び第二支持部に配置される第二電機子部を有する第二発電部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、流体の流れを利用して発電する発電システムに関する。

従来から、水等の流体の流れを利用して発電する発電システムが知られている（特許文献１参照）。

具体的に、この発電システムは、図９に示すように、流体中に配置されたときに該流体の流れを駆動源として回転可能な回転部５１０と、回転部５１０を回転可能に支持する支持部５２０と、回転部５１０の回転によって発電可能な発電部５３０と、を備える。

回転部５１０は、上下に延びる回転軸５１１と、上下方向に間隔をあけて回転軸５１１に固定される一対の円板状部材５１２と、一対の円板状部材５１２間において上下に延びる複数の翼５１３と、を有する。これら複数の翼５１３は、円板状部材５１２の周縁部において周方向に間隔をあけて配置されている。この回転部５１０の円板状部材５１２間を流体が流れる（通過する）ことで、各翼５１３に揚力又は抗力の少なくとも一方が生じ、これにより、回転部５１０が回転する。

支持部５２０は、回転軸５１１の上端部を保持する第一支持部５２１と、回転軸５１１の下端部を保持する第二支持部５２２と、を有し、回転部５１０を回転軸５１１周りに回転可能に支持する。

発電部５３０は、回転部５１０の上部（上側の円板状部材５１２）に配置され且つ磁束を形成する界磁部５３１と、第一支持部５２１に配置され且つ界磁部５３１によって形成された磁束と鎖交する複数のコイルが設けられた電機子部５３２と、を有し、回転部５１０の回転によって誘導起電力を発生させる（発電する）。

以上の発電システム５００は、例えば海中に配置され、潮の流れが回転部５１０の円板状部材５１２間を通過して回転部５１０が回転することにより発電する。

特開２０１５−５０８９２号公報

しかし、上記の発電システム５００では、発電に用いられる流体（水等）の流れの速度や向きの不均一等に起因して回転部５１０において上部と下部との回転方向のねじれが生じる場合があった。このねじれによる損傷等を防ぐためには回転部５１０の強度を高めなければならないが、この場合、発電システム５００が大型化したり発電システムの重量が増加したりしてしまう。

そこで、本発明は、回転部の回転方向における上部と下部とのねじれが生じ難い発電システムを提供することを課題とする。

本発明の発電システムは、流体中に配置されたときに該流体の流れを駆動源として回転可能な回転部と、前記回転部の上部を支持する第一支持部と、前記回転部の下部を支持することによって前記第一支持部と協同して前記回転部を上下方向に延びる仮想軸周りに回転可能に保持する第二支持部と、前記第一支持部又は前記回転部の上部に配置され且つ第一磁束を発生させる第一界磁部、及び前記第一支持部に配置され且つ前記第一磁束に鎖交する複数のコイルが設けられた第一電機子部を有し、前記回転部の回転によって発電可能な第一発電部と、前記第二支持部又は前記回転部の下部に配置され且つ第二磁束を発生させる第二界磁部、及び前記第二支持部に配置され且つ前記第二磁束に鎖交する複数のコイルが設けられた第二電機子部を有し、前記回転部の回転によって発電可能な第二発電部と、を備える。

このように、第一発電部と第二発電部とを設けることで、回転部が回転して発電する際に回転部の上部と下部とに異なるトルク（発電機トルク）を印加できるため、回転部のねじれを抑えることができる。

前記発電システムは、前記第一発電部及び前記第二発電部を制御する第一制御部を備え、前記第一制御部は、前記回転部が回転したときの前記第二支持部と前記回転部との摩擦に起因するトルクをΔＴ_１とし、０＜α≦ΔＴ_１／２としたときに、前記第一発電部へのトルク指令にトルク＋αに相当する補正トルク指令を重畳的に印加すると共に、前記第二発電部へのトルク指令にトルク−αに相当する補正トルク指令を重畳的に印加してもよい。

かかる構成によれば、回転部が回転して発電する際の重力に起因する回転部の上部と下部とに加わるトルクの差（即ち、回転部が回転したときの第二支持部と回転部との摩擦に起因するトルク（回転を妨げる向きのトルク））ΔＴ_１の少なくとも一部が、第一発電部と第二発電部とへのトルク指令に補正トルク指令（回転部の上部と下部とに印加されるトルクの符号が逆となるような補正トルク指令）をそれぞれ重畳させることで打ち消され、これにより、前記第二支持部と回転部との摩擦に起因する回転部の上部と下部とのトルク差が抑えられる。その結果、回転部のねじれが抑えられる。

また、前記発電システムは、前記第一発電部及び前記第二発電部を制御する第二制御部と、前記回転部の上部の回転と下部の回転とをそれぞれ検出可能なセンサ部と、を備え、前記第二制御部は、前記回転部の上部と下部との回転方向における相対位置のずれが前記センサ部によって検出されたときの該回転部の上部におけるトルクと該回転部の下部におけるトルクとの差をΔＴ_２とし、０＜β≦｜ΔＴ_２／２｜としたときに、前記第一発電部へのトルク指令にトルク＋βに相当する補正トルク指令を重畳的に印加すると共に、前記第二発電部へのトルク指令にトルク−βに相当する補正トルク指令を重畳的に印加してもよい。

かかる構成によれば、回転部において上部と下部とでねじれ（回転部の上部と下部との回転方向における相対位置のずれ）が生じたときの該ねじれの原因となる回転部の上部と下部とでのトルクの差（回転部の上部と下部との相対位置のずれが検出されたときの該回転部の上部におけるトルクと該回転部の下部におけるトルクとの差）ΔＴ_２の少なくとも一部が、第一発電部と第二発電部とへのトルク指令に補正トルク指令（回転部の上部と下部とに印加されるトルクの符号が逆となるような補正トルク指令）をそれぞれ重畳させることで打ち消され、これにより、回転部のねじれが抑えられる。

前記発電システムでは、前記第一界磁部及び前記第二界磁部のそれぞれは、前記仮想軸を中心とした円周方向に間隔をあけて配置される複数の磁極対を有し、各界磁部における前記複数の磁極対の磁極対ピッチは、前記回転部における上部と下部との回転方向のねじれの許容限界のときの該上部と該下部との回転方向のずれ量より小さいことが好ましい。

第一発電部と第二発電部とでの回転部の速度変動の値は各々異なるが、第一発電部と第二発電部の平均回転速度値が同じとなるような制御が行われる。このような制御の下、回転部の上部と下部とでの流体の流速の差に起因して回転部にねじれが生じる場合がある。このとき、上記構成によれば、磁極対ピッチが、回転部における上部と下部との回転方向のねじれの許容限界のときの該上部と該下部との回転方向のずれ量より小さくなるように設定されているため、前記流体の流速の差に起因するねじれが生じたとしても、制御範囲内となるため、第一発電部と第二発電部とのそれぞれにおいて所望の発電動作が実現される。

以上より、本発明によれば、回転部の回転方向における上部と下部とのねじれが生じ難い発電システムを提供することができる。

図１は、本実施形態に係る発電システムを示す斜視図である。 図２は、前記発電システムの縦断面図である。 図３は、制御部を除いた前記発電システムの分解斜視図である。 図４は、前記発電システムの回転部の斜視図である。 図５は、前記発電システムの上部及び下部の拡大縦断面図である。 図６は、界磁部の磁極ピッチと回転部のねじれの許容限界との関係を示す模式図である。 図７は、前記発電システムの各部に生じるトルクを示す図である。 図８は、ラジアルギャップ型の発電部を説明するための断面図である。 図９は、従来の発電システムを示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図７を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る発電システムは、例えば海中に配置され、潮の流れを利用して発電する。具体的に、この発電システムは、図１〜図３に示すように、海中に配置されたときに潮の流れを駆動源として回転可能な回転部２と、回転部２を回転可能に支持する支持部３と、回転部２の回転によって発電する発電部４と、を備える。また、本実施形態の発電システム１は、発電部４を制御する制御部（第一制御部）５等も備える。

回転部２は、潮の流れが当たることによって上下方向に延びる仮想軸Ｃを回転中心にして回転する。この回転部２は、図４にも示されるように、複数の翼２１２を有する回転部本体２１と、回転部本体２１から上下に延びる一対の筒部２２と、を有する。

回転部本体２１は、仮想軸Ｃ方向に間隔をあけて配置される一対の円環部２１１と、仮想軸Ｃ方向（上下方向）に延びて一対の円環部２１１同士を接続する複数（本実施形態の例では三つ）の翼２１２と、を有する。

一対の円環部２１１のそれぞれは、仮想軸Ｃを中心とする円環状である。この円環部２１１は、仮想軸Ｃと直交する面に沿った板状である。

複数の翼２１２は、一対の円環部２１１の外周縁同士を接続すると共に、円環部２１１の周方向に間隔をあけて配置されている。本実施形態の複数の翼２１２は、円環部２１１の周方向に等間隔となるように配置されている。これら複数の翼２１２のそれぞれは、潮の流れが当たることによって、揚力及び抗力の少なくとも一方が生じ、これにより、回転部２を仮想軸Ｃ周りに回転させる力を生じさせる。

一対の筒部２２のそれぞれは、図５にも示すように、仮想軸Ｃを中心とする短筒状の筒部本体２２１と、筒部本体２２１の円環部２１１側の端部から外側に広がるフランジ部２２２と、を有する。また、本実施形態の筒部２２は、フランジ部２２２の外面（仮想軸Ｃ方向における回転部本体２１の外側を向いた面）において筒部本体２２１を囲むように配置されるスラスト軸受部２２３を有する。フランジ部２２２の外周部は、円環部２１１の内周部と取り外し可能に接続されている（図３及び図５参照）。即ち、筒部２２は、回転部２から取り外し可能である。

支持部３は、回転部２の上部を支持する第一支持部３１と、回転部２の下部を支持することによって第一支持部３１と協同して回転部２を上下方向に延びる仮想軸Ｃ周りに回転可能に保持する第二支持部３２と、を有する。また、支持部３は、仮想軸Ｃ方向に延びて第一支持部３１と第二支持部３２とを接続する補強部３３を有する。本実施形態の支持部３では、第一支持部３１と、第二支持部３２とは、上下方向において略対称の構成である。

第一支持部３１は、仮想軸Ｃ方向から見て回転部２の筒部２２（詳しくは、筒部本体２２１）を囲む第一枠部３１１と、第一枠部３１１から延びて第一支持部３１を所定位置に固定するための一対の第一固定部３１２と、を有する。本実施形態の第一枠部３１１は、矩形状であり、一対の第一固定部３１２は、互いに平行である。

また、第一支持部３１は、第一枠部３１１の下端において仮想軸Ｃと直交する面方向に広がる第一板状部３１３を有する。この第一板状部３１３は、仮想軸Ｃを中心とし且つ筒部２２の筒部本体２２１と対応する内径の穴３１４を有する。また、第一支持部３１は、回転部２の筒部２２（詳しくは、筒部本体２２１）を囲む第一支持筒部３１５と、第一支持筒部３１５の下端から外側に広がる第一円環部３１６と、を有する（図５参照）。この第一円環部３１６は、スラスト軸受部２２３と当接する。即ち、スラスト軸受部２２３は、回転部２の上部側において、筒部２２のフランジ部２２２と第一円環部３１６との間に配置され、回転部２が回転する際のフランジ部２２２と第一円環部３１６との間の摩擦を抑えている。

第一支持筒部３１５は、第一板状部３１３の穴３１４を通って下方に延びる筒状の第一支持筒本体３１５１と、第一支持筒本体３１５１の上端から第一板状部３１３に沿って外側に広がる第一フランジ部３１５２と、を有する。また、本実施形態の第一支持筒部３１５は、第一支持筒本体３１５１の内周面（仮想軸Ｃ側を向いた面）において筒部２２の筒部本体２２１の外周面と当接した状態で該筒部本体２２１を囲むように配置される第一ラジアル軸受部３１５３を有する。即ち、第一ラジアル軸受部３１５３は、回転部２の上部側において、第一支持筒部３１５の第一支持筒本体３１５１と筒部２２の筒部本体２２１との間に配置され、筒部２２が仮想軸Ｃ周りに回転する際の第一支持筒本体３１５１と筒部本体２２１との間の摩擦を抑えている。第一フランジ部３１５２は、第一板状部３１３の穴３１４を規定する穴周縁部と取り外し可能に接続されている（図３及び図５参照）。即ち、第一支持筒部３１５は、第一板状部３１３から取り外し可能である。

第二支持部３２は、仮想軸Ｃ方向から見て回転部２の筒部２２（詳しくは、筒部本体２２１）を囲む第二枠部３２１と、第二枠部３２１から延びて第二支持部３２を所定位置に固定するための一対の第二固定部３２２と、を有する。本実施形態の第二枠部３２１は、矩形状であり、一対の第二固定部３２２は、互いに平行である。

また、第二支持部３２は、第二枠部３２１の上端において仮想軸Ｃと直交する面方向に広がる第二板状部３２３を有する。この第二板状部３２３は、仮想軸Ｃを中心とし且つ筒部２２の筒部本体２２１と対応する内径の穴３２４を有する。また、第二支持部３２は、回転部２の筒部２２（詳しくは、筒部本体２２１）を囲む第二支持筒部３２５と、第二支持筒部３２５の上端から外側に広がる第二円環部３２６と、を有する。この第二円環部３２６は、スラスト軸受部２２３と当接する。即ち、スラスト軸受部２２３は、回転部２の下部側において、筒部２２のフランジ部２２２と第二円環部３２６との間に配置され、回転部２が回転する際のフランジ部２２２と第二円環部３２６との間の摩擦を抑えている。

第二支持筒部３２５は、第二板状部３２３の穴３２４を通って上方に延びる筒状の第二支持筒本体３２５１と、第二支持筒本体３２５１の下端から第二板状部３２３に沿って外側に広がる第二フランジ部３２５２と、を有する。また、本実施形態の第二支持筒部３２５は、第二支持筒本体３２５１の内周面（仮想軸Ｃ側を向いた面）において筒部２２の筒部本体２２１と当接した状態で該筒部本体２２１を囲むように配置される第二ラジアル軸受部３２５３を有する。即ち、第二ラジアル軸受部３２５３は、回転部２の下部側において、第二支持筒部３２５の第二支持筒本体３２５１と筒部２２の筒部本体２２１との間に配置され、筒部２２が仮想軸Ｃ周りに回転する際の第二支持筒本体３２５１と筒部本体２２１との間の摩擦を抑えている。第二フランジ部３２５２は、第二板状部３２３の穴３２４を規定する穴周縁部と取り外し可能に接続されている（図３及び図５参照）。即ち、第二支持筒部３２５は、第二板状部３２３から取り外し可能である。

発電部４は、回転部２の上部側で発電する第一発電部４１と、回転部２の下部側で発電する第二発電部４２と、を有する。

第一発電部４１は、第一支持部３１又は回転部２の上部に配置され且つ第一磁束を発生させる第一界磁部４１１、及び第一支持部３１に配置され且つ第一磁束に鎖交する複数のコイル４１２１が設けられた第一電機子部４１２を有し、回転部２の回転によって発電する。本実施形態の第一発電部４１では、第一界磁部４１１が回転部２の上部に配置されている。また、第一発電部４１では、第一界磁部４１１と第一電機子部４１２とが、回転部２の回転中心となる仮想軸（回転軸）Ｃ方向に間隔をあけて配置されている。即ち、第一発電部４１は、所謂アキシャルギャップ型の発電部である。

第一界磁部４１１は、上側の円環部２１１の周縁部に並ぶ複数の磁極対を有する。具体的に、第一界磁部４１１では、円環部２１１の周縁部の上面において、周方向に等間隔にＮ極とＳ極とが交互に位置するように複数の磁石（磁極）が配置されている。第一界磁部４１１において、前記周方向に隣り合う磁極対の間隔（磁極対ピッチ：図６の符号Ａ参照）は、回転部２における上部（詳しくは、上側の円環部２１１）と下部（詳しくは、下側の円環部２１１）との回転方向のねじれの許容限界のときの該上部と該下部との回転方向のずれ量（図６の符号Ｘ参照）より小さい。尚、図６において、磁極対ピッチＡは、誇張して示しているため、前記ずれ量Ｘより大きくなっているが、実際には、磁極対ピッチＢは、前記ずれ量Ｘより小さい。

第一電機子部４１２は、第一界磁部４１１の複数の磁極に対応する位置に複数のコイル４１２１を有する。具体的に、第一電機子部４１２は、コイル４１２１が巻回される複数のステータティース４１２２を有するステータコアを備える。本実施形態のステータティース４１２２は、第一界磁部４１１の磁極の数と対応する数である。これら複数のステータティース４１２２は、第一板状部３１３の下面において第一界磁部４１１の各磁石が配置されている円周（円環部２１１の周縁部）と仮想軸Ｃ方向から見て重なる円周上に配置されている。

第二発電部４２は、第二支持部３２又は回転部２の下部に配置され且つ第二磁束を発生させる第二界磁部４２１、及び第二支持部３２に配置され且つ第二磁束に鎖交する複数のコイル４２２１が設けられた第二電機子部４２２を有し、回転部２の回転によって発電する。本実施形態の第二発電部４２では、第二界磁部４２１が回転部２の下部に配置されている。また、第二発電部４２では、第二界磁部４２１と第二電機子部４２２とが、回転部２の回転中心となる仮想軸（回転軸）Ｃ方向に間隔をあけて配置されている。即ち、第二発電部４２は、第一発電部４１と同様に、所謂アキシャルギャップ型の発電部である。

第二界磁部４２１は、下側の円環部２１１の周縁部に並ぶ複数の磁極対を有する。具体的に、第二界磁部４２１では、円環部２１１の周縁部の下面において、周方向に等間隔にＮ極とＳ極とが交互に位置するように複数の磁石（磁極）が配置されている。本実施形態の第二界磁部４２１では、Ｎ極とＳ極との各位置は、回転部２において上部と下部との回転方向のねじれが生じていない状態において、第一界磁部４１１のＮ極及びＳ極と同じ位置（仮想軸Ｃ方向に重なる位置）であるが、この構成に限定されない。即ち、第一界磁部４１１のＮ極及びＳ極と、第二界磁部４２１のＮ極及びＳ極とは、仮想軸Ｃ方向に重なっていなくてもよい。第二界磁部４２１において、前記周方向に隣り合う磁極対の間隔（磁極対ピッチ：図６の符号Ｂ参照）は、第一界磁部４１１の磁極対ピッチＡと同じである。即ち、第二界磁部４２１において、回転部２における上部（詳しくは、上側の円環部２１１）と下部（詳しくは、下側の円環部２１１）との回転方向のねじれの許容限界のときの該上部と該下部との回転方向のずれ量（図６の符号Ｘ参照）より小さい。尚、図６において、磁極対ピッチＢは、誇張して示しているため、前記ずれ量Ｘより大きくなっているが、実際には、磁極対ピッチＢは、前記ずれ量Ｘより小さい。

第二電機子部４２２は、第二界磁部４２１の複数の磁極に対応する位置に複数のコイル４２２１を有する。具体的に、第二電機子部４２２は、コイル４２２１が巻回される複数のステータティース４２２２を有するステータコアを備える。本実施形態のステータティース４２２２は、第二界磁部４２１の磁極の数と対応する数である。これら複数のステータティース４２２２は、第二板状部３２３の下面において第二界磁部４２１の各磁石が配置されている円周（円環部２１１の周縁部）と仮想軸Ｃ方向から見て重なる円周上に配置されている。

制御部５は、各電機子部４１２、４２２のコイル４１２１、４２２１と接続され、各電機子部４１２、４２２でのトルク（発電機トルク）を調整するための電流を出力する。本実施形態の制御部５は、地上に配置されるが、配置場所は限定されない。また、制御部５は、回転部２が回転したときの第二支持部３２と回転部２との摩擦（詳しくは、回転部２が回転したときの回転部２の下部のスラスト軸受部２２３と第二支持部３２の第二円環部３２６との間の摩擦）に起因するトルクをΔＴ_１としたときに、第一発電部４１へのトルク指令にトルク（発電機トルク）＋ΔＴ_１／２に相当する補正トルク指令を重畳的に印加すると共に、第二発電部４２へのトルク指令にトルク（発電機トルク）−ΔＴ_１／２に相当する補正トルク指令を重畳的に印加する。詳しくは、以下の通りである。

制御部５は、潮の流れ（流速）に応じた最大発電量追従制御に基づき、上下二つの発電部（第一発電部４１及び第二発電部４２）から最大発電量（第一発電部４１の発電量と第二発電部４２の発電量とを合わせて最大となる発電量）が得られるようなトルクが各発電部４１、４２において生じるように、第一発電部４１と第二発電部４２とのそれぞれにトルク指令を出力する。このとき、最大発電量追従制御により両発電部４１、４２に印加するトルク指令（第一発電部４１と第二発電部４２との両方において発生させるトルクの合計値）をＴ^＊とすると、第一発電部４１に印加するトルク指令Ｔ_Ｕと第二発電部４２に印加するトルク指令Ｔ_Ｌのそれぞれは、Ｔ_Ｕ＝Ｔ_Ｌ＝Ｔ^＊／２である。

しかし、発電時における第一発電部４１と第二発電部４２とに印加するトルク指令Ｔ_Ｕ、Ｔ_ＬをそれぞれＴ^＊／２とした状態では、第一発電部４１の第一界磁部４１１と第一電機子部４１２との間の仮想軸Ｃ方向の吸引力と、第二発電部４２の第二界磁部４２１と第二電機子部４２２との間の仮想軸Ｃ方向の吸引力と、が相殺され、回転部２の自重ｍによって回転部２が回転する際に回転部２の下部のスラスト軸受部２２３と第二支持部３２（詳しくは、第二円環部３２６）との間の摩擦力μｍｇに起因するトルクΔＴ_１が回転部２の下部において発生するため、第一発電部４１と第二発電部４２とで発生しているトルクの大きさに差異が生じ、これにより、回転部２にねじれ（回転部２の上部と下部との回転方向のずれ）が発生する。ここで、トルクΔＴ_１は、回転部２の回転方向とは反対向きのトルクであり、μをスラスト軸受部２２３と第二支持部３２との間の摩擦係数とし、仮想軸Ｃからスラスト軸受部２２３までの距離をｒとすると、μｍｇ・ｒと表せる（即ち、ΔＴ_１＝μｍｇ・ｒ）。このμｍｇ・ｒは、設計時に算出可能な値である。

そこで、本実施形態の制御部５では、図７に示すように、潮の流れによって翼２１２に加わるトルクをＴ_Ｔとし、補正トルク指令を重畳した後の第一発電部４１へのトルク指令をＴ_Ｕとし、補正トルク指令を重畳した後の第二発電部４２へのトルク指令をＴ_Ｌとし、摩擦トルク（スラスト軸受部２２３と第二支持部３２との間の摩擦に起因するトルク）μｍｇ・ｒをΔＴ_１とし、Ｔ^＊＝Ｔ_Ｕ＋Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｔ−μｍｇ・ｒとしたときに、制御部５は、第一発電部４１に補正後のトルク指令Ｔ_Ｕ＝Ｔ^＊／２＋ΔＴ_１／２を印加すると共に、第二発電部４２に補正後のトルク指令Ｔ_Ｌ＝Ｔ^＊／２−ΔＴ_１／２を印加することで、回転部２のねじれを防いでいる。即ち、制御部５は、第一発電部４１及び第二発電部４２に印加するトルク指令Ｔ^＊／２に補正トルク指令＋ΔＴ_１／２、−ΔＴ_１／２をそれぞれ重畳させ（即ち、Ｔ_Ｕ＝Ｔ^＊／２＋ΔＴ_１／２、Ｔ_Ｌ＝Ｔ^＊／２−ΔＴ_１／２、とし）、回転部２の自重によって発生する回転部２の下部の摩擦トルクを第一発電部４１と第二発電部４２とに均等に分配して該摩擦トルクを打消すことで、回転部２の上部と下部とで発生しているトルクの差をなくし、これにより、回転部２のねじれを抑えている。

以上のように構成される発電システム１では、制御部５以外の構成が海中に設置され、潮の流れが回転部２（詳しくは、翼２１２）に当たることで該回転部２が仮想軸Ｃ周りに回転し、この回転によって、第一発電部４１と第二発電部４２とがそれぞれ発電し、この発電によって得られた電力が外部に出力される。

以上の発電システム１によれば、第一発電部４１と第二発電部４２とを設けることで、回転部２が回転して発電する際に回転部２の上部と下部とに異なるトルクを印加できるため、回転部２のねじれを抑えることができる。

例えば具体的には、第一発電部４１へのトルク指令Ｔ^＊／２にトルク＋ΔＴ_１／２に相当する補正トルク指令を重畳的に印加すると共に、第二発電部４２へのトルク指令Ｔ^＊／２にトルク−ΔＴ_１／２に相当する補正トルク指令を重畳的に印加することで、回転部２が回転して発電する際の重力に起因する回転部２の上部と下部とに加わるトルクの差（即ち、回転部２が回転したときの第二支持部３２と回転部２（詳しくは、スラスト軸受部２２３）との摩擦に起因するトルク）ΔＴ_１が打ち消され、これにより、摩擦トルク（第二支持部３２と回転部２との摩擦に起因する回転部２の上部と下部とのトルク差：Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ＝ΔＴ_１＝μｍｇ・ｒ）が無くなる。その結果、回転部２のねじれが抑えられる。

また、本実施形態の発電システム１では、各界磁部４１１、４２１における複数の磁極対の磁極対ピッチＡ、Ｂは、回転部２における上部と下部との回転方向のねじれの許容限界のときの該上部と該下部との回転方向のずれ量Ｘより小さい。

ここで、発電システム１では、第一発電部４１と第二発電部４２とでの回転部２の速度変動の値は各々異なるが、通常、第一発電部４１と第二発電部４２の平均回転速度値が同じとなるような制御が行われる。このような制御の下、回転部２の上部と下部とでの流体の流速の差等に起因して回転部２に回転方向のねじれが生じる場合がある。このとき、本実施形態の発電システム１によれば、上記のように、磁極対ピッチＡ、Ｂが、回転部２における上部と下部との回転方向のねじれの許容限界のときの該上部と該下部との回転方向のずれ量Ｘより小さくなるように設定されているため、前記流体の流速の差に起因するねじれが生じたとしても、制御範囲内となる。このため、発電システム１において、第一発電部４１と第二発電部４２とのそれぞれにおいて所望の発電動作が実現される。尚、本実施形態の磁極対ピッチＡ、Ｂは、Ａ＝Ｂであり、２×π×ｒ_Ｒ÷ｐによって求まる。ここで、ｒ_Ｒは、仮想軸Ｃから各発電部４１、４２までの距離（半径）であり、ｐは、極対数である。

尚、本発明の発電システムは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態の発電システム１では、各発電部４１、４２において、界磁部４１１、４２１が回転部２に配置され、電機子部４１２、４２２が支持部３（第一支持部３１、第二支持部３２）に配置されているが、この構成に限定されない。界磁部４１１、４２１は、支持部３（第一支持部３１、第二支持部３２）に配置されてもよい。即ち、界磁部４１１、４２１が支持部３（第一支持部３１、第二支持部３２）又は回転部２に配置され、電機子部４１２、４２２が支持部３（第一支持部３１、第二支持部３２）に配置されていればよい。

上記実施形態の発電システム１では、回転部２の自重に起因するねじれを抑えるために、制御部５が第一発電部４１及び第二発電部４２へのトルク指令に重畳する補正トルク指令は、±ΔＴ_１／２であるが、この値に限定されない。回転部２が回転したときの第二支持部３２と回転部２との摩擦に起因するトルクをΔＴ_１とし、０＜α≦ΔＴ_１／２としたときに、制御部５が第一発電部４１及び第二発電部４２へのトルク指令に重畳する補正トルク指令は、±αであればよい。即ち、制御部５は、第一発電部４１へのトルク指令にトルク＋αに相当する補正トルク指令を重畳的に印加すると共に、第二発電部４２へのトルク指令にトルク−αに相当する補正トルク指令を重畳的に印加してもよい。

かかる構成によれば、回転部２が回転して発電する際の重力に起因する回転部２の上部と下部とに加わるトルクの差（即ち、回転部２が回転したときの第二支持部３２と回転部２との摩擦に起因するトルク（回転を妨げる向きのトルク））ΔＴ_１の少なくとも一部が、第一発電部４１と第二発電部４２とへのトルク指令に補正トルク指令（回転部２の上部と下部とに印加されるトルクの符号が逆となるような補正トルク指令）をそれぞれ重畳させることで打ち消される。これにより、第二支持部３２と回転部２との摩擦に起因する回転部２の上部と下部とのトルク差が抑えられ、その結果、回転部２のねじれが抑えられる。

上記実施形態の発電システム１では、制御部５が、回転部２と第二支持部３２との間の摩擦に起因するトルク等のように設計段階等において予め計算によって求めることができる回転部２の上部と下部とのトルクの差を、予め計算等によって設定された補正トルク指令±ΔＴ_１／２をトルク指令に重畳させて打ち消すことで回転部２のねじれを抑える構成、即ち、計算等によって予め設定された補正トルク指令（一定値）をトルク指令に重畳することで回転部２のねじれを抑える構成であるが、この構成に限定されない。

発電システム１は、センサ等によって実際に生じている回転部２のねじれを検知し、この検知されたねじれの原因となる回転部２の上部と下部とのトルクの差を打ち消すような補正トルク指令（ねじれの変化に応じて変動する値）をトルク指令に重畳する構成であってもよい。

例えば具体的には、発電システム１が、回転部２の上部の回転と下部の回転とをそれぞれ検出可能なセンサ部を備え、制御部５が、回転部２の上部と下部との回転方向における相対位置のずれがセンサ部によって検出されたときの該回転部２の上部におけるトルクと該回転部２の下部におけるトルクとの差をΔＴ_２とし、０＜β≦｜ΔＴ_２／２｜としたときに、第一発電部４１へのトルク指令Ｔ^＊／２にトルク＋βに相当する補正トルク指令を重畳的に印加すると共に、第二発電部４２へのトルク指令Ｔ^＊／２にトルク−βに相当する補正トルク指令を重畳的に印加する構成でもよい。かかる構成によれば、回転部２において上部と下部とでねじれ（回転部２の上部と下部との回転方向における相対位置のずれ）が生じたときの該ねじれの原因となる回転部２の上部と下部とでのトルクの差（回転部２の上部と下部との相対位置のずれが検出されたときの該回転部２の上部におけるトルクと該回転部２の下部におけるトルクとの差）ΔＴ_２の少なくとも一部が、第一発電部４１と第二発電部４２とへのトルク指令に補正トルク指令（回転部２の上部と下部とに印加されるトルクの符号が逆となるような補正トルク指令）をそれぞれ重畳させることで打ち消され、これにより、回転部２のねじれが抑えられる。

上記実施形態の第一及び第二発電部４１、４２は、所謂アキシャルギャップ型の発電部であるが、この構成に限定されない。第一及び第二発電部４１、４２は、所謂ラジアルギャップ型の発電部であってもよい。具体的には、図８に示すように、第一界磁部４１１と第一電機子部４１２とが仮想軸Ｃと直交する方向に間隔をあけて配置されてもよく、第二界磁部４２１と第二電機子部４２２とが仮想軸Ｃと直交する方向に間隔をあけて配置されていてもよい。

また、第一発電部４１及び第二発電部４２のうちの一方がアキシャルギャップ型の発電部で、第一発電部４１及び第二発電部４２のうちの他方がラジアルギャップ型の発電部であってもよい。

また、上記実施形態の発電システム１では、第一発電部４１の第一界磁部４１１及び第一電機子部４１２が配置されている円周の径と、第二発電部４２の第二界磁部４２１及び第二電機子部４２２が配置されている円周の径とが同じである（即ち、仮想軸Ｃ方向から見て重なっている）が、異なっていてもよい。

また、上記実施形態の発電システム１では、回転部２は、第一支持部３１から第二支持部３２まで仮想軸Ｃ方向に連続して延びる中心軸（回転軸）を備えていないが、この構成に限定されない。回転部２は、第一支持部３１から第二支持部３２まで仮想軸Ｃ方向に連続して延びる中心軸を備えてもよい。この場合、第一支持部３１が前記中心軸の上端部を回転可能に保持し、第二支持部３２が前記中心軸の下端部を回転可能に保持する。

上記実施形態の発電システム１は、海中に配置されて潮の流れを利用して発電しているが、河川やダムの水等の他の流体の流れを利用して発電してもよい。

１…発電システム、２…回転部、２１…回転部本体、２１１…円環部、２１２…翼、２２…筒部、２２１…筒部本体、２２２…フランジ部、２２３…スラスト軸受部、３…支持部、３１…第一支持部、３１１…第一枠部、３１２…第一固定部、３１３…第一板状部、３１４…穴、３１５…第一支持筒部、３１５１…第一支持筒本体、３１５２…第一フランジ部、３１５３…第一ラジアル軸受部、３１６…第一円環部、３２…第二支持部、３２１…第二枠部、３２２…第二固定部、３２３…第二板状部、３２４…穴、３２５…第二支持筒部、３２５１…第二支持筒本体、３２５２…第二フランジ部、３２５３…第二ラジアル軸受部、３２６…第二円環部、３３…補強部、４…発電部、４１…第一発電部、４１１…第一界磁部、４１２…第一電機子部、４１２１…コイル、４１２２…ステータティース、４２…第二発電部、４２１…第二界磁部、４２２…第二電機子部、４２２１…コイル、４２２２…ステータティース、５…制御部、５００…発電システム、５１０…回転部、５１１…回転軸、５１２…円板状部材、５１３…翼、５２０…支持部、５２１…第一支持部、５２２…第二支持部、５３０…発電部、５３１…界磁部、５３２…電機子部、Ａ、Ｂ…磁極対ピッチ、Ｃ…仮想軸、Ｘ…回転部の上部と下部とのねじれの許容限界のときのねじれ量

Claims (4)

1. 流体中に配置されたときに該流体の流れを駆動源として回転可能な回転部と、
   前記回転部の上部を支持する第一支持部と、
   前記回転部の下部を支持することによって前記第一支持部と協同して前記回転部を上下方向に延びる仮想軸周りに回転可能に保持する第二支持部と、
   前記第一支持部又は前記回転部の上部に配置され且つ第一磁束を発生させる第一界磁部、及び前記第一支持部に配置され且つ前記第一磁束に鎖交する複数のコイルが設けられた第一電機子部を有し、前記回転部の回転によって発電可能な第一発電部と、
   前記第二支持部又は前記回転部の下部に配置され且つ第二磁束を発生させる第二界磁部、及び前記第二支持部に配置され且つ前記第二磁束に鎖交する複数のコイルが設けられた第二電機子部を有し、前記回転部の回転によって発電可能な第二発電部と、を備える、発電システム。
2. 前記第一発電部及び前記第二発電部を制御する第一制御部を備え、
   前記第一制御部は、前記回転部が回転したときの前記第二支持部と前記回転部との摩擦に起因するトルクをΔＴ_１とし、０＜α≦ΔＴ_１／２としたときに、前記第一発電部へのトルク指令にトルク＋αに相当する補正トルク指令を重畳的に印加すると共に、前記第二発電部へのトルク指令にトルク−αに相当する補正トルク指令を重畳的に印加する、請求項１に記載の発電システム。
3. 前記第一発電部及び前記第二発電部を制御する第二制御部と、
   前記回転部の上部の回転と下部の回転とをそれぞれ検出可能なセンサ部と、を備え、
   前記第二制御部は、前記回転部の上部と下部との回転方向における相対位置のずれが前記センサ部によって検出されたときの該回転部の上部におけるトルクと該回転部の下部におけるトルクとの差をΔＴ_２とし、０＜β≦｜ΔＴ_２／２｜としたときに、前記第一発電部へのトルク指令にトルク＋βに相当する補正トルク指令を重畳的に印加すると共に、前記第二発電部へのトルク指令にトルク−βに相当する補正トルク指令を重畳的に印加する、請求項１又は２に記載の発電システム。
4. 前記第一界磁部及び前記第二界磁部のそれぞれは、前記仮想軸を中心とした円周方向に間隔をあけて配置される複数の磁極対を有し、
   各界磁部における前記複数の磁極対の磁極対ピッチは、前記回転部における上部と下部との回転方向のねじれの許容限界のときの該上部と該下部との回転方向のずれ量より小さい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電システム。

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