(57)【要約】【課題】メンテナンスの容易な発電装置を提供する。【解決手段】発電装置１は、永久磁石１２及び鋸歯状の受流部１５を有するロータ１０と、ステータコア２１及びコイル２２を有するステータ２０と、ステータ２０を内部に収容するハウジング３０とを備える。ロータ１０は、ロータ１０の軸方向においてステータ２０と対向するようにハウジング３０の載置面３１に載置されている。ロータ１０には、回転軸ｍに沿って突出する突出部１４が形成されている。突出部１４は、ハウジング３０の載置面３１上に形成された凹部に係合している。ロータ１０の突出部１４とハウジング３０の凹部との係合構造により、ステータ２０に対するロータ１０の回転軸ｍの位置が規定されている。【選択図】図２
2015218716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石及び受流部を有し、同受流部により流体の流れを受けることにより回転するロータと、
ステータコア、及び同ステータコアに巻回されるコイルを有するステータと、
同ステータを内部に収容するハウジングと、を備え、
前記ロータは、同ロータの軸方向において前記ステータと対向するように前記ハウジングの載置面に載置され、
前記ハウジングの載置面及び前記ロータの少なくとも一方には、前記ステータに対する前記ロータの回転軸の位置を規定するガイド部が設けられている発電装置。
【請求項２】
前記ガイド部は突出部及び凹部の係合構造からなり、
前記ハウジングの載置面及び前記ロータのいずれか一方に前記突出部が設けられ、
前記ハウジングの載置面及び前記ロータのいずれか他方に前記凹部が設けられている
請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記ロータは、前記回転軸を中心に円柱状に形成された円柱部を有し、
前記円柱部は、外周面に鋸歯状の受流部を有する
請求項１又は２に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の発電装置の一つとして、特許文献１に見られるような海底設置型の発電装置がある。特許文献１に記載の発電装置は、軸部を中心に回転するブレードと、ブレードの軸部に連結される発電機と、発電機を内部に収容するナセルとを有している。ナセルは海底に固定された支柱により支持されている。この発電装置では、海流や潮流等によりブレードが回転することにより発電機が駆動し、発電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の発電装置では、ナセル内への海水の侵入を防止するためにナセルとブレードの軸部との間にシール部材を設ける必要がある。ここで、発電装置が水深の深い場所に設置されている場合、シール部材にかかる水圧が大きくなるため、ブレードの軸部に対するシール部材の接面圧力を大きくせざるを得ない。シール部材の接面圧力が大きくなると、ブレードの軸部とシール部材との間に作用する摺動抵抗が増加するため、シール部材の耐久力が低下する。これが発電装置のメンテナンスの頻度を増加させる要因となっている。しかも、発電装置が水深の深い場所に設置されている場合、そのメンテナンス自体が困難であるという問題もある。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、メンテナンスの容易な発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する発電装置は、永久磁石及び受流部を有し、同受流部により流体の流れを受けることにより回転するロータと、ステータコア、及び同ステータコアに巻回されるコイルを有するステータと、同ステータを内部に収容するハウジングと、を備え、前記ロータは、同ロータの軸方向において前記ステータと対向するように前記ハウジングの載置面に載置され、前記ハウジングの載置面及び前記ロータの少なくとも一方には、前記ステータに対する前記ロータの回転軸の位置を規定するガイド部が設けられている。
【０００７】
この構成によれば、ロータの永久磁石とステータコアとの間で作用する磁力によりロータがステータに吸引されるため、ロータの姿勢が、ステータに対向した状態であって、且つハウジングの載置面上に直立した状態で保たれる。そして、ロータは、受流部を介して流体の流れを受けると、ガイド部によって回転軸の位置が規定された状態で回転する。これにより、ロータの永久磁石により形成される磁界が変化するため、電磁誘導作用によりコイルに誘導起電力が発生して発電が行われる。このような構造からなる発電装置によれば、ロータの軸部分をシールするシール部材が不要であるため、シール部材が必要な従来の発電装置と比較すると、発電装置のメンテナンスの頻度を低減することができる。よって、発電装置のメンテナンスが容易となる。
【０００８】
上記発電装置について、前記ガイド部は突出部及び凹部の係合構造からなり、前記ハウジングの載置面及び前記ロータのいずれか一方に前記突出部が設けられ、前記ハウジングの載置面及び前記ロータのいずれか他方に前記凹部が設けられていることが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、ロータの回転軸の位置を規定するガイド部を容易に実現することができる。
上記発電装置について、前記ロータは、前記回転軸を中心に円柱状に形成された円柱部を有し、前記円柱部は、外周面に鋸歯状の受流部を有することが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、流体の流れ方向がロータの回転軸と交差する方向である場合、ロータの回転位置によらず、鋸歯状の受流部で流体の流れを受けることができる。したがって、ロータが回転し易くなるため、発電効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、メンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】発電装置の一実施形態についてその平面構造を示す平面図。
【図２】実施形態の発電装置についてその正面構造を示す正面図。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。
【図４】実施形態の発電装置のロータについて突出部側から見た底面構造を示す底面図。
【図５】実施形態の発電装置についてロータが取り外された状態での平面構造を示す平面図。
【図６】実施形態の発電装置についてその側面構造を示す側面図。
【図７】実施形態の発電装置についてその海中での係留方法の一例を模式的に示す図。
【図８】発電装置の変形例についてその平面構造を示す平面図。
【図９】変形例の発電装置についてその正面構造を示す正面図。
【図１０】図８のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示す断面図。
【図１１】発電装置の他の変形例についてその断面構造を示す断面図。
【図１２】発電装置の他の変形例についてその断面構造を示す断面図。
【図１３】発電装置の他の変形例についてその斜視構造を示す斜視図。
【図１４】実施形態の発電装置についてその海中での係留方法の他の例を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発電装置の一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態の発電装置１は、軸線ｍを中心に回転するロータ１０と、ロータ１０の軸方向においてロータ１０と対向配置されるステータ２０と、ステータ２０を内部に収容するハウジング３０とを備えている。なお、以下では便宜上、ロータの回転軸ｍを中心とする周方向を「ロータ周方向」と略記し、ロータの回転軸に平行な方向を「ロータ軸方向」と略記する。
【００１４】
ロータ１０はハウジング３０の載置面３１に載置されている。ロータ１０は、樹脂部材１１の内部に永久磁石１２及びヨーク１３を封止した構造からなる。樹脂部材１１の材質としては、ハウジング３０との接触部分の摩擦力を低減することのできるもの、例えばＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）等を採用することが好ましい。樹脂部材１１は、ロータ１０の回転軸ｍを中心に円柱状に形成された円柱部１１ａと、円柱部１１ａのステータ２０側の端面から突出した円錐部１１ｂとを有している。図１のＡ−Ａ線に沿った断面構造を図３に示すように、円錐部１１ｂの頂部には、回転軸ｍに沿って突出する突出部１４が形成されている。円柱部１１ａの内部には、ロータ軸方向の一側と他側とで異なる磁極を有するように永久磁石１２が配置されている。ロータ１０を突出部１４側から見た底面構造を図４に示すように、永久磁石１２は、ロータ１０の回転軸ｍを中心として円環状に８個配置されている。永久磁石１２には、突出部１４側の一端部にＮ極を有するものと、突出部１４側の一端部にＳ極を有するものとがあり、これらの永久磁石１２がロータ周方向に交互に配置されている。図３に示すように、各永久磁石１２における突出部１４側の一端部とは反対側に位置する他端部は、円環状のヨーク１３に接触している。ヨーク１３は、ヨーク１３との接触部分にＮ極を有する永久磁石１２と、ヨーク１３との接触部分にＳ極を有する永久磁石１２との間で磁気回路を形成する。この磁気回路により磁気抵抗を下げ、各永久磁石１２の突出部１４側の端部から発せられる磁束の減少を防いでいる。
【００１５】
図２に示すように、ステータ２０は、磁性部材からなるステータコア２１と、ステータコア２１に巻回されるコイル２２とを有している。ロータ１０が取り外された状態での発電装置１の平面構造を図５に示すように、ステータコア２１は、ロータ１０の回転軸ｍを中心に環状に形成された円環部２１ａと、円環部２１ａのロータ側の端面からロータ軸方向に突出する１２個のティース２１ｂとを有している。１２個のティース２１ｂは、ロータ１０の永久磁石１２に対向可能な円周上にロータ周方向に所定の隙間を有して等角度間隔で配置されている。コイル２２は各ティース２１ｂに巻回されている。
【００１６】
図１及び図２に示すように、ハウジング３０は、ロータ１０の回転軸ｍを中心に円柱状に形成された円柱部３２と、円柱部のロータ側の端面とは反対側の端面から突出した円錐部３３とを有している。円柱部の外周面には、２つのフロート３４が一体的に取り付けられている。２つのフロート３４は、ロータ１０の回転軸ｍを挟んで対向配置されている。円柱部３２の内部にはステータ２０が収容されている。円柱部３２のロータ１０側の端面は、ロータ１０が載置される載置面３１となっている。図５に示すように、載置面３１には、ロータ１０の回転軸ｍ上に一致させて凹部３５が形成されている。この凹部３５には、図３に示すようにロータ１０の突出部１４が係合している。発電装置１をフロート３４側から見た側面構造を図６に示すように、円錐部３３は、その頂部がロータ１０の回転軸ｍからずれた斜円錐状をなしている。円錐部３３の頂部の内部には重り３６が配置されている。
【００１７】
発電装置１は例えば図７に示すように海中に配置される。すなわち、海底に設置された重り４０とハウジング３０の円錐部３３の頂部とがワイヤ４１を介して連結される。これにより、発電装置１はフロート３４の浮力により海中に浮遊した状態で係留される。海中に浮遊する発電装置１は海流や潮流により揺動し、ロータ１０の受流部１５が海流や潮流に正対する。また、ロータ１０の永久磁石１２とステータコア２１との間で作用する磁力によりロータ１０はステータ２０側に吸引される。この磁力に基づく吸引力、並びにロータ１０自身に作用する重力及び浮力により、ロータ１０の姿勢は、ステータ２０に対向した状態であって、且つハウジング３０の載置面３１上に突出部１４にて直立した状態で保たれている。また、フロート３４により発電装置１に作用する浮力と、ハウジング３０内の重り３６により発電装置１に作用する沈む方向の力とのバランスにより、発電装置１の姿勢は図７に示す状態で、すなわちロータ１０の回転軸ｍが略鉛直方向に沿った方向となる状態で保たれている。
【００１８】
次に、本実施形態の発電装置１の動作について説明する。
図７に矢印ａで示す流れ方向の海流や潮流が発生すると、発電装置１のロータ１０が回転する。詳しくは、図１に示すように、矢印ａで示す流れ方向の海流や潮流がロータ１０の鋸歯状の受流部１５に当たると、ロータ１０に矢印ｂで示す方向のトルクが付与される。このトルクにより、ロータ１０は突出部１４を支点としてハウジング３０の載置面３１上で回転軸ｍを中心に回転する。このとき、ロータ１０の突出部１４がハウジング３０の凹部３５によって位置決めされることで、ステータ２０に対するロータ１０の回転軸ｍの位置が規定される。このように、本実施形態の発電装置１では、ロータ１０の突出部１４とハウジング３０の凹部３５との係合構造が、ステータ２０に対するロータ１０の回転軸ｍの位置を規定するガイド部として機能する。そして、ロータ１０の回転を通じてロータ１０の永久磁石１２により形成される磁界が変化すると、電磁誘導作用によりステータ２０のコイル２２に誘導起電力が発生する。このコイル２２に誘起された電力が図示しない電力変換部を介して交流電力に変換され、変換後の交流電力が外部に出力される。
【００１９】
以上説明した発電装置１によれば以下の作用及び効果を得ることができる。
（１）本実施形態の発電装置１は、ハウジング３０の載置面３１上でロータ１０が突出部１４を支点として回転する構造からなるため、ロータ１０の軸部分をシールするシール部材が不要である。したがって、シール部材が必要な従来の発電装置と比較すると、メンテナンスの頻度を低減することができるため、メンテナンスが容易となる。
【００２０】
（２）ロータ１０はハウジング３０の載置面３１上に載置されているだけであるため、ロータ１０に対してハウジング３０から引き剥がす方向の力を加えれば、ハウジング３０からロータ１０を分離することができる。これにより、ロータ１０のみのメンテナンスや、ハウジング３０内部のステータ２０のみのメンテナンスを容易に行うことができるため、メンテナンスが更に容易となる。
【００２１】
（３）上記の特許文献１に記載の発電装置では、ブレードの回転軸の方向が海流や潮流の流れ方向に平行な方向となっている。このような構造からなる発電装置では、ブレードが海水の深さ方向に平行な平面内を回転するため、発電装置の海水の深さ方向の全長が長くなり易い。そのため水深の深い場所に発電装置を設置せざるを得ない。これに対し、本実施形態の発電装置１は、ロータ１０の回転軸ｍの方向が海流や潮流の流れ方向に直交する方向であるため、ロータ１０が海水の深さ方向に直交する平面内を回転する。このような構造からなる発電装置１は、特許文献１に記載の発電装置と比較すると、海水の深さ方向の全長を短くすることができるため、水深の浅い場所でも設置することが可能である。
【００２２】
（４）回転軸ｍを中心に円柱状に形成された円柱部１１ａをロータ１０に設けた上で、この円柱部１１ａの外周面に鋸歯状の受流部１５を形成することとした。これにより、海流や潮流の流れ方向がロータ１０の回転軸ｍと交差する方向である場合、ロータ１０の回転位置によらず、鋸歯状の受流部１５で海流や潮流の流れを受けることができる。したがって、ロータ１０が回転し易くなるため、発電効率を向上させることができる。
【００２３】
（５）ロータ１０の回転軸ｍ上に設けられたロータ１０の突出部１４とハウジング３０の凹部３５との係合構造により、ステータ２０に対するロータ１０の回転軸ｍの位置を容易に規定することができる。
【００２４】
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・ロータ１０の形状は適宜変更可能である。例えば図８及び図９に示すように、ロータ１０を棒状に形成してもよい。詳しくは、ロータ１０の樹脂部材１１は、回転軸ｍに直交する方向に棒状をなすとともに、回転軸ｍに直交する断面形状が矩形状をなしている。また、樹脂部材１１は、中央部から両端部に向かうほど先細となる形状をなしており、中央部よりも一端部側に位置する第１部位１１ｃの４つの側面、及び中央部よりも他端部側に位置する第２部位１１ｄの４つの側面がテーパ状にそれぞれ形成されている。第１部位１１ｃの４つの側面のうち、矢印ａで示す流れ方向の海流や潮流に正対する一側面１１ｅには、凹状の受流部１５ａが形成されている。第２部位１１ｄの４つの側面のうち、ロータ１０が回転軸ｍを中心に回転することにより第２部位１１ｄが第１部位１１ｃの位置まで回転した際に矢印ａで示す方向の海流や潮流に正対する一側面１１ｆにも、凹状の受流部１５ｂが形成されている。また、樹脂部材１１におけるステータ２０との対向面の中央部には、ロータ１０の回転支点となる突出部１４が形成されている。永久磁石１２は樹脂部材１１の両端部にそれぞれ配置されている。図８のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を図１０に示すように、一方の永久磁石１２は、ステータ２０側の端部にＮ極を有するとともに、その反対側の端部にＳ極を有している。他方の永久磁石１２は、ステータ２０側の端部にＳ極を有するとともに、その反対側の端部にＮ極を有している。各永久磁石１２におけるステータ側の端部と反対側の端部はヨーク１３に接触している。このような構造からなるロータ１０であっても、図８に示すような矢印ａで示す流れ方向の海流や潮流がロータ１０の受流部１５ａに当たると、ロータ１０が突出部１４を支点として矢印ｂで示す方向に回転することで、発電が行われる。よって、上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００２５】
・上記実施形態では、ステータ２０に対するロータ１０の回転軸ｍの位置を規定するガイド部として、ロータ１０に突出部１４を設けるとともに、ハウジング３０の載置面３１に凹部３５を設けた。しかしながら、ロータ１０の永久磁石１２とステータコア２１との間に作用する磁力だけでロータの突出部１４が位置ずれし難いのであれば、ハウジング３０の載置面３１から凹部３５を排除してもよい。すなわち、ステータ２０に対するロータ１０の回転軸ｍの位置を規定するガイド部をロータ１０の突出部１４だけで構成してもよい。その他、例えば図１１に示すように、ロータ１０における樹脂部材１１の円錐部１１ｂの頂部に凹部１６を設けるとともに、ハウジング３０の載置面３１に突出部３７を設ける。なお、ロータ１０の凹部１６及びハウジング３０の突出部３７はロータ１０の回転軸ｍ上に配置されている。そして、これら凹部１６と突出部３７との係合構造により、ステータ２０に対するロータ１０の回転軸ｍの位置を規定してもよい。また、例えば図１２に示すように、ハウジング３０の載置面３１に、ロータ１０の外径よりも大きい内径を有する円環状の柵部３８を形成し、この柵部３８の内部にロータ１０を配置する。このような構造であっても、ロータ１０が海流や潮流の流れを受流部１５により受けた際、ロータ１０を柵部３８内で回転させることができるため、ステータ２０に対するロータ１０の回転軸ｍの位置を規定することができる。このような構造であれば、ステータ２０に対するロータ１０の回転軸ｍの位置を規定するガイド部をハウジング３０の柵部３８だけで構成することも可能である。
【００２６】
・図１３に示すように、ハウジング３０に複数のステータ２０を収容した上で、これらのステータ２０と対向するかたちでハウジング３０の載置面３１上に複数のロータ１０を配置してもよい。
【００２７】
・上記実施形態では、発電装置１を図７に示すように係留したが、発電装置１の係留方法は適宜変更可能である。例えば図１４に示すように、海底に設置された重り４０とハウジング３０とを支柱４２を介して連結してもよい。このような構成であれば、発電装置１からフロート３４を排除することができるため、発電装置１の構造を簡素化することができる。
【００２８】
・上記実施形態では、ハウジング３０に重り３６を設けたが、ハウジング３０やステータ２０の重量のみにより、ロータ１０の回転軸ｍが略鉛直方向に沿った方向となる状態で発電装置１の姿勢を保つことが可能であれば、重り３６を排除することも可能である。
【００２９】
・ロータ１０からヨーク１３を排除してもよい。
・フロート３４の数や形状は適宜変更可能である。また、ハウジング３０の形状も適宜変更可能である。
【００３０】
・ステータ２０のコイル２２及びティース２１ｂのそれぞれの数や形状は適宜変更可能である。また、この変更に合わせて、ロータ１０の永久磁石１２の数や形状を変更してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
ｍ…回転軸、１…発電装置、１０…ロータ、１１ａ…円柱部、１２…永久磁石、１４…突出部（ガイド部）、１５，１５ａ，１５ｂ…受流部、１６…凹部（ガイド部）、２０…ステータ、２１…ステータコア、２２…コイル、３０…ハウジング、３１…載置面、３５…凹部（ガイド部）、３７…突出部（ガイド部）、３８…柵部（ガイド部）。
【図１】
2015218716.tif 000003
【図２】
2015218716.tif 000004
【図３】
2015218716.tif 000005
【図４】
2015218716.tif 000006
【図５】
2015218716.tif 000007
【図６】
2015218716.tif 000008
【図７】
2015218716.tif 000009
【図８】
2015218716.tif 000010
【図９】
2015218716.tif 000011
【図１０】
2015218716.tif 000012
【図１１】
2015218716.tif 000013
【図１２】
2015218716.tif 000014
【図１３】
2015218716.tif 000015
【図１４】
2015218716.tif 000016