(57)【要約】【課題】  水位が変動する開放された水路などにおいても簡単に設置して安定した水力発電を行うことができる水力発電装置を提供する。【解決手段】  流動する水面に下半側の一部が浸漬された状態で一定経路に沿って自由上下動可能に浮上支持され、水路２の水位変動に応じて自重追従して上下動する水車３と、水車３を横向きの軸心ｙ周りに回転自在に支承する支軸８と、水車３の回転によって回転駆動される発電機機構５とを備えてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動する水面に下半側の一部が浸漬された状態で一定経路に沿って自由上下動可能に浮上支持され、水路の水位変動に応じて自重追従して上下動する水車と、
前記水車を横向きの軸心周りに回転自在に支承する支軸と、
前記水車の回転によって回転駆動される発電機機構とを備えてある、
ことを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
前記水車を、流水上に浮上する密閉中空体に構成してある、
請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記支軸を固定し、前記発電機構を構成するマグネットおよびコイルステータの一方を前記支軸に連結支持し、中空に構成された水車の内部にマグネットおよびコイルステータの他方を支持してある、
請求項１または２に記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記支軸を、固定の支点を中心に上下揺動する支持アームの遊端部に支持してある、
請求項１ないし３のいずれかに記載の水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開放された水路に装備可能な小型の水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の水力発電装置としては、軸流型の発電機構を備えたものが知られている（例えば、特許文献１，２）。
【特許文献１】特開２００３−２１４３０９号公報
【特許文献２】特開２００４−２５７３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記水力発電装置は、管内を流動する流水を利用するものであり、水位が変動する開放された水路などには利用することが難しいものであった。
【０００４】
本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、水位が変動する開放された水路などにおいても簡単に設置して安定した水力発電を行うことができるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明では次のように構成している。
【０００６】
（１）本発明に係る水力発電装置は、流動する水面に下半側の一部が浸漬された状態で一定経路に沿って自由上下動可能に浮上支持され、水路の水位変動に応じて自重追従して上下動する水車と、前記水車を横向きの軸心周りに回転自在に支承する支軸と、前記水車の回転によって回転駆動される発電機機構とを備えてあることを特徴とする。
【０００７】
この構成によると、水路の水位が変動しても水車は自重および浮力によって水位に追従し、常に水車の下半部を浸漬した状態に維持することができ、水位の変動に拘わらず安定した発電を行うことができる。
【０００８】
（２）本発明の好ましい実施態様では、前記水車を、流水上に浮上する密閉中空体に構成してある。
【０００９】
この構成によると、水車自体がフロートとして機能し、専用のフロートを要することのない簡素な構造で水車の浸漬深さを安定維持することができる。
【００１０】
（３）本発明の他の実施態様においては、前記支軸を回転不能とし、前記発電機構を構成するマグネットおよびコイルステータの一方を前記支軸に連結支持し、中空に構成された水車の内部にマグネットおよびコイルステータの他方を支持してある。
【００１１】
この構成によると、発電機構を水車に内装することができ、装置全体の小型化に有効となる。
【００１２】
（４）本発明の他の実施態様においては、前記支軸を、固定の支点を中心に上下揺動する支持アームの遊端部に支持してある。
【００１３】
この構成によると、支持アームの揺動によって水車を一定経路に沿って円滑に上下移動させることができ、流水の水位変動に追従して水車を的確に上下動させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明によれば、開放された水路に簡単に設置して水力発電を行うことができるとともに、特に水量変動によって水位が変化しても水車を常に適切に流水に浸漬させて所望の発電を安定よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る水力発電装置の側面図である。
【図２】水力発電装置の縦断正面図である。
【図３】水車自由上下動手段の別実施例を示す斜視図である。
【図４】別実施例の概略を示す縦断正面図である。
【図５】図４におけるＡ−Ａ断面図である。
【図６】発電機構駆動形態の実施例の概略を示す縦断正面図である。
【図７】発電機構駆動形態の実施例の概略を示す縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１および図２に、本発明に係る水力発電装置１を開放された水路２に設置した例が示されている。この水力発電装置１は、密閉されたドラム形の中空体に形成されるとともに、外周に多数の羽根３ａを備えた水車３と、この水車３を横向きの軸心ｙ周りに回転自在に軸支して上下揺動する左右一対の支持アーム４と、水車３の内部に組み込まれた発電機構５とで構成されている。
【００１８】
水路２の両脇に設置固定した支持台６に亘って支点軸７が水平に横架固定され、この支点軸７に支持アーム４の基端部が支点軸心ｘ周りに上下揺動可能に遊嵌され、左右の支持アーム４の遊端部に亘って水平に連結固定された中空の支軸８に、水車３がベアリング９を介して回転可能に支承されている。
【００１９】
発電機構５は、支軸８に装着固定されたコイルステータ１０と、水車３の内周に取り付けられてコイルステータ１０に小間隔をもって対向するよう配備されたたマグネット１１とで構成され、水車３の回転によってコイルステータ１０に発生した電気を支軸８、および、支持アーム４の内部に挿通配備した電線１２を介して取り出すよう構成されている。
【００２０】
本発明の水力発電装置１は以上のように構成されており、水車３を水路２の流水に自重で浸漬させることで、水車３に作用する流動圧と浮力が、水車３および支持アーム４の重量による下降力と均衡して、水車３はその下半部が流水に浸漬した状態に維持され、流水によって水車３が回転されることで発電がなされる。
【００２１】
そして、水路２の水位が変化しても、水車３は自重および浮力によって水面に追従して上下動し、常に水車３の下半部が流水に浸漬した状態がもたらされて、的確に回転作動する。
【００２２】
〔他の実施例〕
本発明は、以下のような形態で実施することもできる。
【００２３】
（１）上記実施例では、水路２に１台の水力発電装置１を配備した場合を示したが、水路２の幅が広い場合には、水路２の全幅に亘って横架した支点軸７に複数台の水力発電装置１を装着支持した形態で実施することもできる。
【００２４】
（２）上記実施例の発電機構５は、固定の支軸８に取り付けたコイルステータ１０に対して、水車３の内周に取り付けたマグネット１１を回転させているが、逆に、支軸８にマグネット１１を装着し、水車３の内周にコイルステータ１０を装着して、固定のマグネット１１に対してコイルステータ１０を回転させる形態とすることもできる。この場合、回転するコールステータ１０で発生した電気の取り出しには導電ブラシが必要となる。
【００２５】
（３）水車３を水位の変動に応じて追従上下動させる構造としては、上記のように揺動する支持アーム４を利用する他に種々の手段を利用することもでき、例えば、図３に示すように、水車３を遊転自在に支承した支軸８の両端部を左右の支持枠１３に連結支架するとともに、この支持枠１３を、固定配備される縦筒状の案内枠１４にローラ１５群を介して一定姿勢で昇降可能に支持することで、水車３を水位に追従して一定経路に沿って上下移動させることもできる。また、支持枠１３を一定経路に沿って上下動させる手段としては、伸縮スライドベアリングやパンタグラフなどを利用することもできる。
【００２６】
（４）発電機構５の出力を高めるには、コイルステータ１０とマグネット１１とを高速で相対回転させることが望ましく、その手段として、例えば、図４，図５に示すように、マグネット１１を内周に備えた内部ロータ１６を支軸８に回転自在に遊嵌し、水車３の内周に設けた大径の内歯ギヤ１７と内部ロータ１６に連結した中心ギヤと１８を、支軸８に連結した固定支持板１９に軸支した中間ギヤ２０を介して咬合連動することで、水車３の回転を増速して内部ロータ１６に伝達して、発電機構５における出力を高めることができる。
【００２７】
（５）上記実施例では、中空構造の水車３の内部に発電機構５を組み込んだ場合を例示しているが、発電機構５を外部に固定配備することもできる。例えば、図６に示すように、水車３を支軸８に連結固定するとともに、支軸８を支持アーム４の遊端部に回転自在に支承し、かつ、支軸８の一端と、支持アーム４の基端部に回転自在に配備した支点軸７とを、中空構造の支持アーム４に収容したチェーンや歯付きベルトなどの巻掛け連動機構２１で連動連結し、支点軸７を外付けの発電機構５に連動連結することで、水車３を水位変動に応じて上下動させながら水路外において固定配備した発電機構５で発電することもできる。また、図７に示すように、前記巻掛け連動機構２１に代えて、ベベルギヤ２２と伝動軸２３を利用して支軸８と支点軸７とを連動連結することもできる。この場合、支点軸７と発電機構５との間にギヤ式の増速機構を介在させることで、発電効率を一層高めることができる。
【００２８】
（６）水車３で発生するの浮力に対して水車およびこれと共に上下動する部材の重量が大きい場合には、バランスバネやバランスウエイトで支持アーム４に上向きに適度の揺動付勢力を付加して、水車３の下半部が流水に浸漬するようにするとよい。この場合、バランスバネやバランスウエイトによって付加される上方付勢力を調節可能に構成すると、水車の浸漬深さを加減することが可能となる。
【００２９】
（７）上記実施例では、水車３自体の浮力を利用して浸漬深さを安定させるものとしているが、浮力を発生させる専用のフロートを支持アーム４の遊端側適所に備える形態で実施することも可能である。この場合、フロートは浮力を発生させる任意の形状のものにすることができるとともに、水車３を流水によって効率よく回転する任意の形態とすることも可能となる。
【００３０】
（８）本発明の水力発電装置１は、基本的には水路２の水流を利用するものであるが、この水力発電装置１を船舶の側部などに装備して、航行に伴って船体の側部で後方に流れる水流を利用して発電することも可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１              水力発電装置
２              水路
３              水車
４              支持アーム
５              発電機構
７              支点軸
８              支軸
１０            コイルステータ
１１            マグネット
ｘ              支点軸心
ｙ              軸心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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