(57)【要約】      （修正有）【課題】発電機を回転させる機構が単純であり、自転羽根の強度が高く変形しにくい水力発電装置を提供する。【解決手段】左側板１６ａと回転ケース１０と右側板１６ｂは、フレーム５０に固定された中心軸１１の周りを回転する。複数の羽根軸３６Ａ、３６Ｅに自転羽根１７が固定されている。各羽根軸３６Ａ、３６Ｅは、左側板１６ａ用の軸受１８ａ、回転ケース１０用の軸受１９ａと軸受１９ｂ、及び右側板１６ｂ用の軸受１８ｂによって回転可能に支持され、これらの軸受を介して左側板１６ａと回転ケース１０と右側板１６ｂとに取り付けられている。発電機３１は、回転ケース１０の内部に収納され、中心軸１１に固定されている。ギヤ３４は、回転ケース１０に固定され、回転ケース１０とともに中心軸１１の周りを回転する。ギヤ３３は、ギヤ３４と噛み合い、ギヤ３４が回転すると、発電機３１の回転子３２を回転させる。【選択図】図５
0003170403.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
脚を有するフレーム（５０）と、
前記フレーム（５０）に固定された中心軸（１１）と、
前記中心軸（１１）の周りを回転する左側板（１６ａ）と回転ケース（１０）と右側板（１６ｂ）と、
前記左側板（１６ａ）用の軸受（１８ａ）、前記回転ケース（１０）用の軸受（１９ａ、１９ｂ）、及び前記右側板（１６ｂ）用の軸受（１８ｂ）によって、前記左側板（１６ａ）と前記回転ケース（１０）と前記右側板（１６ｂ）とに軸支される複数の羽根軸（３６Ａ〜３６Ｈ）と、
前記各羽根軸（３６Ａ〜３６Ｈ）に固定された自転羽根（１７）と
前記回転ケース（１０）の内部に収納されており、前記中心軸（１１）に固定された発電機（３１）と、
前記回転ケース（１０）に固定され、前記回転ケース（１０）とともに前記中心軸（１１）の周りを回転する第１のギヤ（３４）と、
前記第１のギヤ（３４）と噛み合い、前記第１のギヤ（３４）が回転すると、前記発電機（３１）の回転子（３２）を回転させる第２のギヤ（３３）と、
前記各自転羽根（１７）が前記中心軸（１１）の回りを一方の向きに３６０度公転するとき、同時に前記各自転羽根（１７）を当該公転の向きと逆の向きに１８０度自転させ、公転の軌道における最も低い位置において、前記各自転羽根（１７）を垂直とし、公転の軌道における最も高い位置において、前記各自転羽根（１７）を水平とする自転駆動部と、
を備えることを特徴とする水力発電装置（１）。
【請求項２】
前記自転駆動部が、
前記中心軸（１１）に固定されたスプロケット（１２）と、
前記中心軸（１１）に固定されたスプロケット（１２）に対して１／２の減速比に設定されており、前記複数の羽根軸（３６Ａ〜３６Ｈ）の中の１つの羽根軸（３６Ａ）に固定されたスプロケット（３７）と、
前記羽根軸（３６Ａ）に固定されたスプロケット（３７）と前記中心軸（１１）に固定されたスプロケット（１２）を連動させるチェーン（３８）と、
前記各羽根軸（３６Ａ〜３６Ｈ）に固定された同一の歯数の各スプロケット（３９Ａ〜３９Ｈ）と、
前記各羽根軸（３６Ａ〜３６Ｈ）に固定された各スプロケット（３９Ａ〜３９Ｈ）を連動させるチェーン（４０）と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置（１）。
【請求項３】
前記フレーム（５０）に固定され、水流を前記自転羽根（１７）に導くガイド板（６０）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の水力発電装置（１）。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、小型簡易な構造であって、例えば個人用、家庭用に適した水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の水力発電装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示されている水力発電装置は、川底に設置したフレームに、鉛直回転板を中心軸回りに回転できるよう固定して、該鉛直回転板の周縁に複数の自転羽根を設けて、鉛直回転板の回転と自転羽根との回転とを減速機を介して連結する。そして、川の流れのエネルギーを取り出すべき箇所では自転羽根の向きが流れの向きに垂直な向きとなり、川の流れに逆らって自転羽根が戻るべき箇所では自転羽根の向きが流れの向きに平行な向きとなるよう（このとき鉛直回転板が２回転する間に自転羽根が１回転する）減速機の減速比を調整して、鉛直回転板を効率よく回転させ、その回転のエネルギーを用いて発電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】登録実用新案第３１６５１０６号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の水力発電装置は、鉛直回転板（自転羽根）の回転を発電機に伝達する機構が複雑である。
また、嵐のとき等水流が強い場合に自転羽根が変形するおそれがある。
本考案の目的は、発電機を回転させる機構が単純であり、自転羽根の強度が高く変形しにくい水力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】
【０００５】
上記の目的を達成すべく本考案の水力発電装置は、次の構成を備える。かっこ内の数字は、図面中の対応する構成要素の符号である。
本考案の水力発電装置（１）は、
脚を有するフレーム（５０）と、
前記フレーム（５０）に固定された中心軸（１１）と、
前記中心軸（１１）の周りを回転する左側板（１６ａ）と回転ケース（１０）と右側板（１６ｂ）と、
前記左側板（１６ａ）用の軸受（１８ａ）、前記回転ケース（１０）用の軸受（１９ａ、１９ｂ）、及び前記右側板（１６ｂ）用の軸受（１８ｂ）によって、前記左側板（１６ａ）と前記回転ケース（１０）と前記右側板（１６ｂ）とに軸支される複数の羽根軸（３６Ａ〜３６Ｈ）と、
前記各羽根軸（３６Ａ〜３６Ｈ）に固定された自転羽根（１７）と
前記回転ケース（１０）の内部に収納されており、前記中心軸（１１）に固定された発電機（３１）と、
前記回転ケース（１０）に固定され、前記回転ケース（１０）とともに前記中心軸（１１）の周りを回転する第１のギヤ（３４）と、
前記第１のギヤ（３４）と噛み合い、前記第１のギヤ（３４）が回転すると、前記発電機（３１）の回転子（３２）を回転させる第２のギヤ（３３）と、
前記各自転羽根（１７）が前記中心軸（１１）の回りを一方の向きに３６０度公転するとき、同時に前記各自転羽根（１７）を当該公転の向きと逆の向きに１８０度自転させ、公転の軌道における最も低い位置において、前記各自転羽根（１７）を垂直とし、公転の軌道における最も高い位置において、前記各自転羽根（１７）を水平とする自転駆動部と、
を備える。
【０００６】
好ましくは、本考案の水力発電装置（１）は、
前記自転駆動部が、
前記中心軸（１１）に固定されたスプロケット（１２）と、
前記中心軸（１１）に固定されたスプロケット（１２）に対して１／２の減速比に設定されており、前記複数の羽根軸（３６Ａ〜３６Ｈ）の中の１つの羽根軸（３６Ａ）に固定されたスプロケット（３７）と、
前記羽根軸（３６Ａ）に固定されたスプロケット（３７）と前記中心軸（１１）に固定されたスプロケット（１２）を連動させるチェーン（３８）と、
前記各羽根軸（３６Ａ〜３６Ｈ）に固定された同一の歯数の各スプロケット（３９Ａ〜３９Ｈ）と、
前記各羽根軸（３６Ａ〜３６Ｈ）に固定された各スプロケット（３９Ａ〜３９Ｈ）を連動させるチェーン（４０）と、
を備える。
【０００７】
好ましくは、本考案の水力発電装置（１）は、
前記フレーム（５０）に固定され、水流を前記自転羽根（１７）に導くガイド板（６０）を備える。
【考案の効果】
【０００８】
本考案によれば、発電機を回転させる機構を単純化し、自転羽根の強度を高めて変形しにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本考案の実施形態に係る水力発電装置の外観の一例を示す正面図である。
【図２】本考案の実施形態に係る水力発電装置の外観の一例を示す右側面図である。
【図３】フレームの構成の一例を示す斜視図である。
【図４】８枚の自転羽根の向きの一例を示す図である。
【図５】水力発電装置の内部構造の一例を示す断面図である。
【図６】自転駆動部の構造の一例を示す図である。
【図７】ガイド板の構造の一例を示す斜視図である
【図８】ガイド板が取り付けられた水力発電装置の外観の一例を示す正面図である。
【図９】ガイド板が取り付けられた水力発電装置の外観の一例を示す右側面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本考案の実施形態に係る水力発電装置を詳細に説明する。
尚、明細書と図面全体に渡って同一の構成要素には同一の符号を付す。
【００１１】
図１と図２は、それぞれ本考案の実施形態に係る水力発電装置１の外観の一例を示す正面図と右側面図である。図３は、水力発電装置１のフレーム５０の構成の一例を示す斜視図である。
フレーム５０は水平な設置場所に設置される。図３に示すように、フレーム５０は４角に脚となるジャッキ５１を有し、上部に設けられた手動ハンドル５３を操作することにより、高さ及び水平の調整を行うことができる、フレーム５０は、櫓（やぐら）を組むようにし、頑丈な構造を有する。川底に接する接地部５２は、図３の下に示すように、鍔（つば）状のタイプＢ、杭（くい）状のタイプＣ、鍔と杭とを併用したタイプＡなどの中からその土質に合ったものを選択する。
【００１２】
フレーム５０には、１対の軸押え１３ａと軸押え１３ｂによって中心軸１１が固定されている。中心軸１１は、軸押え１３ａに設けられた回転止め１４により回転しないように固定されている。
中心軸１１の中の空洞を通って電線２０が軸押え１３ｂ側から引き出される。電線２０は後述するように発電機に接続されており、発電された電気を外部に供給する。軸押え１３ｂにおける電線２０の引き出し部分には水の浸入を防ぐために防水栓１５が設けられている。
中心軸１１の中間付近には、スプロケット１２が配置される。
【００１３】
図１及び図２に示すように、回転ケース１０と左側の左側板１６ａの間に自転羽根１７が配置される。同様に、回転ケース１０と右側の右側板１６ｂの間に自転羽根１７が配置される。回転ケース１０は、軸受３５ａと軸受３５ｂに固定されている。左側板１６ａは軸受３５ａに固定されており、右側板１６ｂは軸受３５ｂに固定されている。左側板１６ａと右側板１６ｂは、外周が多角形または円形の平板形状である。左側板１６ａ、回転ケース１０、右側板１６ｂ、軸受３５ａ、及び軸受３５ｂは同時に回転する。
自転羽根１７は、回転ケース１０に対して垂直方向に立設した面を有する。自転羽根１７は、回転ケース１０の左側に取り付けられた２枚の左羽根１７ａ、１７ｂと、回転ケース１０の右側に取り付けられた２枚の右羽根１７ｃ、１７ｄによって構成される。
ここで、右、左は、水力発電装置１を川に設置する際に、下流側に立って上流方向を向いたときに右になるのを右とし、左になるのを左としている。
なお、回転ケース１０の左側と右側にそれぞれ１枚の左羽根と１枚の右羽根が取り付けられていてもよく、それぞれ３枚以上の左羽根と３枚以上の右羽根が取り付けられていてもよい。
【００１４】
本実施形態では、図４に示すように、自転羽根１７が回転ケース１０の外周上の８箇所に４５度毎に設けられている。
各自転羽根１７は、自転しつつ回転ケース１０と共に中心軸１１の周りを公転する。各自転羽根１７は、回転ケース１０が一方の向きに一周（３６０度回転）する間に、逆の向きに半周（１８０度回転）だけ自転する。このため、中心軸１１に沿う方向から観たこれら８箇所の自転羽根１７が水平面となす角度は、それぞれ異なっており、順次２２．５度ずつずれた角度となっている。例えば、図４中の起点から４５度左回りに公転した位置の自転羽根１７は起点の自転羽根１７に対して２２．５度右回りに自転している。起点から９０度左回りに公転した位置の自転羽根１７は起点の自転羽根１７に対して４５度右回りに自転している。
このため、最も川底に近い位置（公転の軌道における最も低い位置）において、川の流れに対して自転羽根１７の面が垂直となって流れのエネルギーを受けやすい角度となる。一方、最も川底から遠い位置（公転の軌道における最も高い位置）において、川の流れに対して自転羽根１７の面が平行（水平）となって流れのエネルギーを受けにくい角度となる。そして、その他の位置においてはそれらの中間の角度となる。
【００１５】
なお、自転羽根１７を、８箇所ではなく、４箇所または６箇所に等角度間隔で設けてもよい。４箇所の場合は、各自転羽根１７の角度が順次９０度、６箇所の場合は、各自転羽根１７の角度が順次３０度ずつずれた角度で設置される。
【００１６】
図５は、本考案の実施形態に係る水力発電装置の内部構造の一例を示す断面図である。
スプロケット１２と発電機ケース３０は、中心軸１１の中央付近に固定されており、回転しない。スプロケット１２と発電機ケース３０は、回転ケース１０の中に収容されている。発電機ケース３０の内部に、縦方向に並んだ２個の発電機３１が固定される。発電機３１の回転子３２のシャフトにはギヤ３３が固定されている。
回転ケース１０は、左右の軸受３５ａと軸受３５ｂを介して中心軸１１に保持されている。回転ケース１０は、水流をうけて自転羽根１７が公転すると、中心軸１１の周りを回転する。
ギヤ３４は中心軸１１の同軸上で回転ケース１０に固定され、ギヤ３３と噛みあっている。回転ケース１０が回転すると、ギヤ３４が回転する。ギヤ３４が回転すると、ギヤ３３が回転する。ギヤ３３が回転すると、発電機３１の回転子３２が回転する。発電機３１は中心軸１１に固定されているため、回転ケース１０が回転すると、回転子３２が回転して発電機３１が発電する。発電された電気は中心軸１１の内部の空洞を通る電線２０によって外部に供給される。
【００１７】
各羽根軸３６Ａ〜３６Ｈには、それぞれ自転羽根１７が固定されている。各羽根軸３６Ａ〜３６Ｈは、左側板１６ａ用の軸受１８ａ、回転ケース１０用の軸受１９ａと軸受１９ｂ、及び右側板１６ｂ用の軸受１８ｂによって回転可能に支持され、これらの軸受を介して左側板１６ａと回転ケース１０と右側板１６ｂとに取り付けられる。
なお、図５には、羽根軸３６Ａと羽根軸３６Ｅのみが示されている。
【００１８】
図６は、自転駆動部の構造の一例を示す。
自転駆動部は、スプロケット３７と、スプロケット１２と、チェーン３８と、スプロケット３９Ａ〜３９Ｈと、チェーン４０とで構成される。自転駆動部は、回転ケース１０が回転（公転）するとき、自転羽根１７を自転させる。
スプロケット３７は、羽根軸３６Ａに固定されている。スプロケット１２は、中心軸１１に固定されている。スプロケット３７は、チェーン３８を介してスプロケット１２と連動する。スプロケット３７の減速比は、スプロケット１２に対して１／２に設定されている（スプロケット１２が１に対してスプロケット３７が２である。）。回転ケース１０が１回転（３６０°）すると、スプロケット３７が逆方向に１／２回転（１８０°）する。このとき、羽根軸３６Ａもスプロケット３７とともに逆方向に１／２回転（１８０°）する。従って、回転ケース１０が１回転するとき、羽根軸３６Ａに固定されている自転羽根１７は逆方向に１／２回転する。
【００１９】
各羽根軸３６Ａ〜３６Ｈの中央付近には、それぞれスプロケット３９Ａ〜３９Ｈが固定されている。スプロケット３９Ａ〜３９Ｈは、全て同一の歯数であり、チェーン４０を介して連動する。スプロケット３９Ａが回転ケース１０の回転と逆方向に１／２回転するとき、スプロケット３９Ｂ〜３９Ｈも同時に逆方向に１／２回転する。このため、回転ケース１０が１回転するとき、羽根軸３６Ａ〜３６Ｈに固定されている自転羽根１７は全て逆方向に１／２回転する。
なお、図５では２個の発電機３１が縦方向に配置された例を示し、図６では２個の発電機３１が横方向に配置された例を示したが、これらに限らず、例えば４個の発電機を発電機ケース３０の内部に縦横に配置してもよい。
【００２０】
図７は、ガイド板６０の構造の一例を示す斜視図である。図８と図９は、それぞれガイド板６０が取り付けられた水力発電装置１の外観の一例を示す正面図と右側面図である。
ガイド板６０は、フレーム５０に固定され、水流を自転羽根１７に導く。ガイド板６０を水力発電装置１に取り付けることにより、水流が逃げにくくなり、水流を効率よく自転羽根１７に導くことができる。これにより、ガイド板６０がない場合に比べて水力発電装置１の発電効率を向上させることができる。
【００２１】
なお、上述した実施形態では防水栓１５のみ示したが、これ以外にも水力発電装置１の水と接する部分には、防水栓、パッキン、液体シール、メカニカルシール等によって防水が施される。例えば、河川の増水の際に、水力発電装置１が水没しても動作に支障がない程度の防水処理が施される。
【００２２】
水力発電装置１は、下方の位置にある自転羽根１７ほど水流をより多く受ける構造を有する。このため、水力発電装置１は、水位に係らず回転ケース１０が回り、発電する。例えば回転ケース１０全体が水没した場合にも発電することができる。
また、本考案によれば、発電機３１を回転させる機構を単純化し、自転羽根１７の強度を高めて変形しにくくすることができる。
【符号の説明】
【００２３】
１…水力発電装置
１０…回転ケース
１１…中心軸
１２…スプロケット
１３ａ、１３ｂ…軸押え
１４…回転止め
１５…防水栓
１６ａ…左側板
１６ｂ…右側板
１７…自転羽根
１７ａ、１７ｂ…左羽根
１７ｃ、１７ｄ…右羽根
１８ａ、１８ｂ…軸受
１９ａ、１９ｂ…軸受
２０…電線
３０…発電機ケース
３１…発電機
３２…回転子
３３…ギヤ
３４…ギヤ
３５ａ、３５ｂ…軸受
３６Ａ〜３６Ｈ…羽根軸
３７…スプロケット
３８…チェーン
３９Ａ〜３９Ｈ…スプロケット
４０…チェーン
５０…フレーム
５１…ジャッキ
５２…接地部
５３…ハンドル
６０…ガイド板
【図１】
0003170403.tif 000003
【図２】
0003170403.tif 000004
【図３】
0003170403.tif 000005
【図４】
0003170403.tif 000006
【図５】
0003170403.tif 000007
【図６】
0003170403.tif 000008
【図７】
0003170403.tif 000009
【図８】
0003170403.tif 000010
【図９】
0003170403.tif 000011