(57)【要約】水力発電所用の発電機に関し、ステータと回転可能なロータと、ロータに作用してそのロータを回転させる第１のタービンを備える。発電機がより小型な構造サイズとなるように、ステータ２２は、回転可能に装着され、かつ、ステータ２２に作用してそのステータ２２を、ロータ２０の回転方向と逆に回転させる第２のタービン２４を備える。
2005506824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に水力発電所用の発電機であって、ステータと回転可能なロータと、ロータに作用してそのロータを回転させる第１のタービンを備え、ステータ(２２)は、回転可能に装着され、かつ、ステータ(２２)に作用してそのステータ(２２)を、ロータ(２０)の回転方向と逆に回転させる第２のタービン(２４)を備える発電機。
【請求項２】
第１のタービン(１６)および/または第２のタービン(２４)は、ロータ(２０)のシャフトおよびステータ(２２)によりそれぞれ動作する請求項１記載の発電機。
【請求項３】
第１および第２のタービン(１６、２４)がハウジング(１２、１４)上に配置されるハウジングを備える請求項１または２記載の発電機。
【請求項４】
ハウジング(１２、１４)は回転可能に装着され、ステータ(２２)はハウジング(１２)内に構成され、ロータ(２０)はハウジング(１２)内に回転可能に装着される請求項１〜３のいずれかに記載の発電機。
【請求項５】
ハウジング(１２、１４)は複数部材による構造であり、第１および第２のデバイス(１６、２４)は異なるハウジングの部分(１２、１４)で構成される請求項１〜４のいずれかに記載の発電機。
【請求項６】
タービン間の間隔は、水生動物に晒される危険を可能な限りに少なくするように選定される請求項１〜５のいずれかに記載の発電機。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の少なくとも一つの発電機を備え、その発電機は流路(１０)内に設けられ、他の流路との結合のために、流路(１０)取り込み口および/または吐き出し口の周囲にフランジ(１５)を有する水力発電所。
【請求項８】
ホイスト装置のために、係合ポイント(１１)が流路(１０)上の所定の箇所に設けられる請求項６記載の水力発電所。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、ステータ、回転可能に装着されたロータおよび、ロータに作用して回転させるタービンを有する発電機および、そのような発電機を有する水力発電所に関する。
【０００２】
水力発電所用の発電機は、当業者には公知であり、たとえば、CH 316900, FR 1082831, DE-A1 19907180 および US No.4289971がある。
【０００３】
この種の発電機は、一般的に公知であり、貯水場での例えば水力発電所で用いられる。すべての発電機において、構造的なサイズと回転速度とに相互作用が存在することはよく知られている。ロータの回転速度が速い程(例えば、Zelton タービン)、それに対応して発電機は同一出力の条件で小型になる。言い換えれば、ロータの回転速度が遅い程(例えばFrancisタービン)、それに対応して、発電機の構造が大きくなる。
【０００４】
ロータを回転させる第１のタービンと、発電機のロータとの間に、ロータに高速回転を与える変速機を装備する可能性が認識されている。その結果、発電機自体を比較的に小型にできる。しかし、変換機は設備の効率レベルを低減し、潜在的なトラブル源となり、従って十分に高いトルクで駆動しなければならず、そのことが、ロータのブレードやガイド用タービンのような設備に対して対応するような大きいサイズを要求する。
【０００５】
この発明の目的は、変速機の使用に伴う不利を回避し、それにもかかわらず小型の構造を提供することである。
【０００６】
この発明によれば、この明細書の冒頭の箇所で述べた種類の発電機において、ステータが回転可能に装着され、そのステータに作用し、かつ、ロータの回転と反対方向にステータを回転させる、第２のタービンが備えられることで目的が達成される。
【０００７】
それに関して、この発明は、発電機の構造的サイズに対する基準が、発電機のロータとステータとの間の相対速度に依存するという認識に基づく。発電機が固定のステータを持つ場合、その相対速度はロータの回転速度のみで起きる。しかし、もし、ステータが回転可能に装着され、かつ、ロータの回転方向と反対の関係で回転すれば、二つの速度が加算され、その結果、両回転速度の合計は、効果的に作用する。従って、発電機のサイズは、同一出力の条件で、半減できる。
【０００８】
発電機のために単純な構造を実現するために、この発明の好ましい実施例は、第１および/または第２のタービンがシャフトにより、ロータおよびステータのそれぞれに作用する。
【０００９】
そのような動作を水のような液体の媒体中で可能とするために、発電機は、ハウジング内で湿気から安定的に保護されなければならない。ハウジングに対する簡単な設計構造を提供するために、複数部材構成とし、ステータをハウジングの完全防水部内に装着され、かつ、回転可能に装着され、その外側に第２のタービンが構成される。その構成では、第２のタービンは、内部にステータを保持するハウジングに回転を与える。
【００１０】
次にロータシャフトは前記ハウジング内で回転可能に装着され、そのロータシャフトは一方ではロータを担い、他方では、ハウジング外側から離れた部位にて、別のハウジング部位を担い、その部位に、第１のタービンが装着され、それにより、シャフトを回転させ、その結果、発電機のロータを回転させる。
【００１１】
この発明の特に好ましい実施例では、タービンの互いの間隔は、水生動物への危険を最小の可能な程度とするものである。このことは、例えば魚が第１および第２のタービンに同時に晒されないことを確実にするため、一方で、第１および第２のタービンの周囲方向での他方からのそれぞれの間隔を含み、他方で、第１と第２のタービン間の間隔を含む。
【００１２】
この発明は以下、添付した図面を参照してより詳しく述べる。
【００１３】
図１は流路部１０に配置された発電機を示す。この場合、流水方向は図中の左から右である。発電機は、流路１０の構成要素の一部である支持体４０により支持される。これらの支持体４０は同様に、発電機と共に、流路１０内に後で設置できることが理解されよう。
【００１４】
この場合、流路部１０はチューブ形状であり、その端部にフランジ１５を持ち、そのフランジにより、既存の流路(不図示)と結合できる。この設計構造は、流路１０内への発電機の取り付け、または他の通路部から取り外された時の修理を可能にする。キャリアの止め孔１１が流路１０に備えられているので、他の流路からこの流路１０の交換または取り外しが対応して容易に実行できる。
【００１５】
流路１０内に示した発電機は、基本的に二つのハウジング部、つまり、前方部１４と後方部１２を持つ。この場合、前方のハウジング部１４は流線型であり、発電機に逆らう水流の流動的な形成を回避する。
【００１６】
後方のハウジング部１２は、ロータおよびステータ２２を有する発電機を収容し、更に、励起電力を発電機のロータ２０に伝えるための励起機２８を含む。
【００１７】
ロータ２０とステータ２２との間に相対的な移動が要求されるので、ロータ２０は、後方のハウジング１２内にてロータシャフト１８に対して回転可能に支持される。その場合、装着効果の例として、前方および後方の装着として、ロータリー接続３０および３１の方法により実行される。後方のハウジング部１２を水から閉封するために、個々にシール用の縁として、シール３８(図面では単純化して示す)の構成を持つ。他の適した形態のシールであってもよい。
【００１８】
発電機は、前方の水潤滑軸受３４および後方の水潤滑軸受３６でもって、支持体４０内に配置される。これらの水冷却の軸受３４、３６は、動作時、永続的に供給される潤滑剤、即ち水により確実に潤滑される。また、構造内を流れる水は、グリースや他の同様なもののような他の潤滑剤により危険に晒されない。
【００１９】
このような装着の構成は、発電機のロータ２０およびステータ２２を互いに逆回転可能に装着することを可能にする。励起機のり電力を供給し、そして、発生した電力を取り出すために、後方で水循環軸受３６がマウントされるシャフト１９は、中空形態のシャフトであり、その中空部を通じて、スリップリング部材２６から後方のハウジング部１２内へケーブルが延在する。そのケーブルの存在は、図の明確さを不必要に制限しないように図示していない。
【００２０】
この発電機の動作方法を以下説明する。流路１０を流れる水は、まず、第１のタービン１６に当たる。これらの第１のタービン１６は、シャフトに回転を生じさせるような入射角でもって、ハブ１７を用いてロータシャフト１８に連結される。その点に関し、ハブ１７およびタービン１６は、水の運動エネルギーのほぼ半分を受け取り、回転運動に変換するように、サイズが選定される。流路１０内で水が更に流れた後、第２のタービン２４を備える後方のハウジング部１２に到達する。この場合、これらのタービン２４の入射角およびそのサイズは、水の流れで、発電機のステータ２２を固定して内部に備える後方のハウジング部１２の回転運動を生じさせるように、選定される。この実施例では、回転方向が反時計方向回りである。その状況下では、タービン２４は、水から再度、ほぼ半分の運動エネルギーを取り込み、回転エネルギーに変換する。
【００２１】
ステータを備える後方のハウジング部１２は、流路１０に対して回転し、そして、ロータ２０を有する前方のハウジング部１４は次に、後方のハウジング部１２に対して回転するので、励起機出力は、スリップリング部材２６により、中空シャフト形態のシャフト１９および励起機２８を通じて発電機のロータに供給され、そして、発電機のステータで生じた電力は、中空シャフト１９およびスリップリング部材２６を通じて発電機から取り出される。
【００２２】
図２は、流路１０内の水の圧力パターンを示す。第１のタービン１６および第２のタービン２４は、水からほぼ半分の運動エネルギーをそれぞれ取り込み、第１のタービンおよび第２のタービン２４が比較的低い速度で回転するように設計されているで、流路１０内の魚に対する、この発明による発電機の影響は、匹敵する通常の発電機の影響ほどに深刻でない。
【００２３】
これは特に、通常の発電機は、最良の場合で水のすべての運動エネルギーを取り込み、それを回転運動に変換する際に最高となるように、ただ１組のブレードを含むことによる。したがって、前記流路に流れた時に、可能な最大圧力の降下が起きる。この発明による発電機の場合、圧力降下は二つのステージに分配され、各ステージでの圧力降下がほぼ半分であるため、水生動物への影響は深刻でない。
【００２４】
ブレードの形状および配置のために、発電機に流れ込む水に回転運動を生じさせるために、または、通常の発電機により再度生じた回転運動をキャンセルするために、一般の発電機で必要なガイドブレードの設置を排除できる。この機能は、ここでは反対に回転する第１のタービン１６および第２のタービン２４により達成される。そのため、流入した水は、第１のタービン１６により、第１のタービン１６の回転方向に対応する時計回転運動に置き換えられる。しかしながら、第２のタービン２４が反時計方向に回転するので、再び時計方向の回転が相殺され、その結果、流路１０から排出される水は実質的に圧力のない状態で直線状になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明による発電機の単純化した縦断面図
【図２】発電機に水が流れた時の圧力パターンを示す図
【符号の説明】
【００２６】
１０  流路
１６  第１のタービン
２４  第２のタービン
４０  支持体
１２  後方のハウジング部
１４  前方のハウジング部
１７  ハブ
１８  シャフト
１９  中空シャフト
２０  ロータ
２２  ステータ
２６  スリップリング部材
３４  水潤滑軸受
【国際公開パンフレット】
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2005506824.tif 000005
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【手続補正書】
【提出日】平成15年10月28日(2003.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に水力発電所用の発電機であって、ステータと回転可能なロータと、ロータに作用してそのロータを第１の回転方向に回転させる第１のタービンを備え、ステータ(２２)は、回転可能に装着され、かつ、ステータ(２２)に作用してそのステータ(２２)を、ロータ(２０)の回転方向と逆に回転させる第２のタービン(２４)を備え、第１のタービン(１６)および/または第２のタービン(２４)は、ロータ(２０)上のシャフトおよび/またはステータ(２２)により動作し、そして、前記シャフトは水循環軸受(３４、３６)が備えられる発電機。
【請求項２】
第１のタービン(１６)および/または第２のタービン(２４)は、ロータ(２０)のシャフトおよびステータ(２２)によりそれぞれ動作する請求項１記載の発電機。
【請求項３】
第１および第２のタービン(１６、２４)がハウジング(１２、１４)上に配置されるハウジングを備える請求項１または２記載の発電機。
【請求項４】
ハウジング(１２、１４)は回転可能に装着され、ステータ(２２)はハウジング(１２)内に構成され、ロータ(２０)はハウジング(１２)内に回転可能に装着される請求項１〜３のいずれかに記載の発電機。
【請求項５】
ハウジング(１２、１４)は複数部材による構造であり、第１および第２のデバイス(１６、２４)は異なるハウジングの部分(１２、１４)で構成される請求項１〜４のいずれかに記載の発電機。
【請求項６】
タービン間の間隔は、水生動物に晒される危険を可能な限りに少なくするように選定される請求項１〜５のいずれかに記載の発電機。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の少なくとも一つの発電機を備え、その発電機は流路(１０)内に設けられ、他の流路との結合のために、流路(１０)取り込み口および/または吐き出し口の周囲にフランジ(１５)を有する水力発電所。
【請求項８】
ホイスト装置のために、係合ポイント(１１)が流路(１０)上の所定の箇所に設けられる請求項６記載の水力発電所。
【国際調査報告】
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