(57)【要約】【課題】組み立てが容易で、かつ、高い組み付け精度を得ることのできる水力発電装置またはポンプなどの運動−電気エネルギー変換装置を提供すること。【解決手段】水力発電装置１を組み立てるにあたっては、入側パイプ２１と出側パイプ２２の間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で配置した後、入側から筒状締結部材６を嵌めて、入側パイプ２１の環状鍔部に対して筒状締結部材６の係合突部を引っ掛け、その後、筒状締結部材６の出側端部を内周側に向けて折り曲げて環状の折り曲げ部を形成する。その結果、入側パイプ２１と出側パイプ２２とは、間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で筒状締結部材６によって締結される。【選択図】図１
2008157205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びて内側を液体が通過可能なケースと、該ケース内に配置され、動翼およびロータマグネットを備えたロータと、前記ロータマグネットの外周面と対向するステータとを有し、前記ロータの回転により水力発電装置あるいはポンプ装置としての動作を行う運動−電気エネルギー変換装置において、
前記ケースは、前記動翼に対して軸線方向で所定の隙間を介して対向する静翼を保持する入側パイプと、該入側パイプに対して同軸状に配置された出側パイプとを備えるとともに、前記入側パイプおよび前記出側パイプに対して前記ロータの回転中心軸の両端が各々支持され、
前記ステータと前記ロータマグネットとの間には、前記入側パイプおよび前記出側パイプの各々に対して液密状態に筒状シール部材が配置されているとともに、前記ステータの外側には筒状締結部材が配置され、
前記筒状シール部材は、入側端部が前記入側パイプに対してラジアル方向の位置が規制された状態で当該入側パイプに軸線方向で当接し、出側端部が前記出側パイプに対してラジアル方向の位置が規制された状態で当該入側パイプに軸線方向で当接しており、
前記入側パイプおよび前記出側パイプは、前記ステータおよび前記筒状シール部材を軸線方向の両側から挟んだ状態で、前記入側パイプおよび前記出側パイプのうちの一方のパイプに前記筒状締結部材の一方側端部が係合するとともに、当該筒状締結部材の他方側端部が他方のパイプに締結されていることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記入側パイプの出側端面には前記筒状シール部材の入側端部が挿入された第１の溝が形成されているとともに、当該入側端部は前記第１の溝の奥底に当接し、
前記出側パイプの入側端面には前記筒状シール部材の出側端部が挿入された第２の溝が形成されているとともに、当該出側端部は前記第２の溝の奥底に当接していることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記一方のパイプの端部には、外周側に張り出す鍔部が形成され、
前記筒状締結部材の一方側端部には、内周側に突出して前記鍔部に引っ掛かる係合突部が形成されていることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記他方のパイプの端部には、外周側に張り出す鍔部が形成され、
前記筒状締結部材の他方側端部には、前記鍔部に加締られた折り曲げ部が形成されていることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記折り曲げ部は、前記筒状締結部材の端部で周方向に離間する複数箇所に形成され、
前記鍔部には、前記折り曲げ部の根元部分が嵌る溝あるいは穴が形成されていることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記他方のパイプの入側端部の外周面には、締結用の雄ネジが形成され、
前記筒状締結部材の他方側端部の内周面には、前記雄ネジに螺着する雌ネジが形成されていることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記ケース内を前記流体入口側から前液体出口側に流れる液体によって前記ロータが回転することにより前記ステータから電気エネルギーを得る水力発電装置として構成され、
前記ロータは、前記出側パイプによって当該出側パイプが位置する方向における位置が規制された状態で回転することを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータの回転により水力発電装置あるいはポンプ装置としての動作を行う運動−電気エネルギー変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水力発電装置およびポンプ装置は、いずれもロータの回転を利用するものであり、基本的な構成が共通している。このような運動−電気エネルギー変換装置において、自動水栓などに使用される水力発電装置は、年々、小型化の目的で軸流タイプが採用されつつある。このような軸流タイプの発電装置を構成する部品は、ケース、静止翼、ロータ（動翼、ロータマグネット、ロータケース）、回転中心軸、軸受、シール部材、ステータなどである。従って、これらの部品がばらばらにならないように全体を連結させる必要がありその方法として、例えば、出側ではケースに穴を明け、出側の部品にネジを切って、ネジ止めしている。中央部でも同じようにネジ止めを採用している。また、入側でも、ケースおよび入側の部品に切ってネジ込み固定を採用している（特許文献１参照）。
【０００３】
また、金属製のボディを設け、このボディに出側の部品、入側の部品、コアなどを圧入する構造も採用されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３１００５０号公報
【特許文献２】特開２００４−２６３４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
軸流タイプの発電装置では、水は静止翼によって絞られ、かつ、角度を付けられた状態で動翼に衝突し、回転力が得られる。このとき、静止翼と動翼との間のギャップ寸法が発電性能に影響を与えるが、従来は、このギャップ寸法に高い精度を得る工夫がなされていない。
【０００５】
また、特許文献１に記載の構成では、ネジ止め個所が多く、部品加工および組み立てコストがかかっているので、高価になる欠点がある。一方、特許文献２に記載の構成では、金属製のボディの加工にコストがかかっているので、高価になる欠点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、組み立てが容易で、かつ、高い組み付け精度を得ることのできる水力発電装置またはポンプなどの運動−電気エネルギー変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、軸線方向に延びて内側を液体が通過可能なケースと、該ケース内に配置され、動翼およびロータマグネットを備えたロータと、前記ロータマグネットの外周面と対向するステータとを有し、前記ロータの回転により水力発電装置あるいはポンプ装置としての動作を行う運動−電気エネルギー変換装置において、
前記ケースは、前記動翼に対して軸線方向で所定の隙間を介して対向する静翼を保持する入側パイプと、該入側パイプに対して同軸状に配置された出側パイプとを備えるとともに、前記入側パイプおよび前記出側パイプに対して前記ロータの回転中心軸の両端が各々支持され、
前記ステータと前記ロータマグネットとの間には、前記入側パイプおよび前記出側パイプの各々に対して液密状態に筒状シール部材が配置されているとともに、前記ステータの外側には筒状締結部材が配置され、
前記筒状シール部材は、入側端部が前記入側パイプに対してラジアル方向の位置が規制された状態で当該入側パイプに軸線方向で当接し、出側端部が前記出側パイプに対してラジアル方向の位置が規制された状態で当該入側パイプに軸線方向で当接しており、
前記入側パイプおよび前記出側パイプは、前記ステータおよび前記筒状シール部材を軸線方向の両側から挟んだ状態で、前記入側パイプおよび前記出側パイプのうちの一方のパイプに前記筒状締結部材の一方側端部が係合するとともに、当該筒状締結部材の他方側端部が他方のパイプに締結されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る運動−電気エネルギー変換装置は、前記ロータの回転により水力発電装置あるいはポンプ装置としての動作を行う。以下、運動−電気エネルギー変換装置を水力発電装置として用い場合を例に本発明の作用、効果を説明する。本発明では、ケース内を液体が通過すると、水は静翼によって動翼に向けて導かれ、その水圧を受けてロータが回転する。その結果、ロータマグネットが回転し、ステータから電気エネルギーを得ることができる。ここで、ステータとロータマグネットとの間には、入側パイプおよび出側パイプの各々に対して液密な筒状シール部材が配置されているとともに、ステータの外側には、入側パイプと出側パイプを間にステータを挟んだ状態に締結する筒状締結部材が配置されている。このため、本発明に係る運動−電気エネルギー変換装置（水力発電装置）を組み立てる際、入側パイプと出側パイプとの間にロータ、筒状シール部材およびステータを配置した状態で、入側パイプと出側パイプとを筒状締結部材で締結すると、入側パイプと出側パイプの軸線方向の位置が規定されるので、動翼と静翼とを所定の隙間を介して配置できる。また、入側パイプと出側パイプは、筒状シール部材によってラジアル方向の位置が規定されるので、ロータの回転中心軸が傾くことがない。それ故、高い発電効率を安定して得ることができる。さらに、ステータの内側を筒状シール部材によって水密に保つことができる。しかも、ネジ止め個所がないあるいはネジ止め個所を最少限に止めることができるなど、構造を簡素化できるので、部品コスト組み立てコストを低減することができる。
【０００９】
本発明において、前記入側パイプの出側端面には前記筒状シール部材の入側端部が挿入された第１の溝が形成されているとともに、当該入側端部は前記第１の溝の奥底に当接し、前記出側パイプの入側端面には前記筒状シール部材の出側端部が挿入された第２の溝が形成されているとともに、当該出側端部は前記第２の溝の奥底に当接していることが好ましい。このように構成すると、入側パイプと出側パイプのラジアル方向およびスラスト方向の位置を容易かつ確実に規定することができる。
【００１０】
本発明において、前記一方のパイプの端部には、外周側に張り出す鍔部が形成され、前記筒状締結部材の一方側端部には、内周側に突出して前記鍔部に引っ掛かる係合突部が形成されている構成を採用することができる。このような係合構造に採用すると、組み立てを容易に行うことができる。
【００１１】
本発明において、前記他方のパイプの端部には、例えば、外周側に張り出す鍔部が形成され、前記筒状締結部材の他方側端部には、前記鍔部に加締られた折り曲げ部が形成されている構成を採用することができる。このような加締構造に採用すると、組み立てを容易に行うことができる。
【００１２】
この場合、前記折り曲げ部は、前記筒状締結部材の端部で周方向に離間する複数箇所に形成され、前記鍔部には、前記折り曲げ部の根元部分が嵌る溝あるいは穴が形成されている構成を採用することができる。このように構成すると、周方向の位置決めを行うことができるので、周方向の位置ずれを防止することができる。
【００１３】
本発明において、前記他方のパイプの端部の外周面には、締結用の雄ネジが形成され、前記筒状締結部材の他方側端部の内周面には、前記雄ネジに螺着する雌ネジが形成されている構成を採用してもよい。このように構成すると、入側パイプ、筒状シール部材および出側パイプの間において、軸線方向の隙間が発生することを確実に防止することができるので、入側パイプ、筒状シール部材および出側パイプのガタツキを防止することができる。また、分解も容易である。
【００１４】
以上の作用、効果は、運動−電気エネルギー変換装置をポンプ装置として構成した場合も同様である。
【００１５】
本発明において、運動−電気エネルギー変換装置を、前記ケース内を前記流体入口側から前液体出口側に流れる液体によって前記ロータが回転することにより前記ステータから電気エネルギーを得る水力発電装置として構成した場合、前記ロータは、前記出側パイプによって当該出側パイプが位置する方向における位置が規制された状態で回転することが好ましい。このように構成すると、動翼が水圧を受けた際、出側パイプには、入側パイプから離間する方向の力が加わるが、このような方向の力を受けても、出側パイプは、筒状締結部材によって入側パイプに締結されているので、ガタツキの発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、運動−電気エネルギー変換装置（水力発電装置）を組み立てる際、入側パイプと出側パイプとの間にロータ、筒状シール部材およびステータを配置した状態で、入側パイプと出側パイプとを筒状締結部材で締結すると、入側パイプと出側パイプの軸線方向の位置が規定されるので、動翼と静翼とを所定の隙間を介して配置できる。また、入側パイプと出側パイプは、筒状シール部材によってラジアル方向の位置が規定されるので、ロータの回転中心軸が傾くことがない。それ故、高い発電効率を安定して得ることができる。さらに、ステータの内側を筒状シール部材によって水密に保つことができる。しかも、ネジ止め個所がないあるいはネジ止め個所を最少限に止めることができるなど、構造を簡素化できるので、部品コスト組み立てコストを低減することができる。それ故、配水管などの途中位置に挿入可能であって、安価かつ発電能力に優れた小型水力発電装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態として、運動−電気エネルギー変換装置を水力発電装置として構成した例を説明する。
【００１８】
（全体構成）
図１は、本発明を適用した水力発電装置の断面図である。図１において、本形態の水力発電装置１（運動−電気エネルギー変換装置）は、水道水、井水、雨水などによって発電する装置であり、例えば、水道管の途中位置に介挿されて使用される。
【００１９】
本形態において、水力発電装置１は、軸線方向に延びて内側を液体が通過可能なケース２を有しており、その内側が流路とされる。
【００２０】
ケース２は、円筒状の樹脂製の入側パイプ２１と、この入側パイプ２１に対して同軸状に配置された円筒状の樹脂製の出側パイプ２２とを備えており、入側パイプ２１の出側端部の内側には静翼３１が一体に形成されている。静翼３１の中心部には、ケース２の中央部において軸線方向に延びた支軸４の入側端部を支持する軸穴４１が形成されている。出側パイプ２２の内側において、その中央位置には、複数本の連結板部によって、軸穴４２を備えた円筒状の受け部２２２が支持されており、受け部２２２の軸穴４２には支軸４の出側端部が支持されている。このようにして、支軸４の両端は各々、入側パイプ２１の軸穴４１、および出側パイプ２２の軸穴４２に固定されている。
【００２１】
入側パイプ２１と出側パイプ２２との間には円筒状のステータ７が配置されており、ステータ７は、コイルボビン７１に巻回されたステータコイル７２と、コイルボビン７１の内周面および軸線方向の両端に重ねて配置されたステータコア７３とを備えている。
【００２２】
支軸４にはロータ８が回転可能に支持されている。ロータ８は、樹脂製の円筒状ロータケース８４を備えている。円筒状ロータケース８４は、その内側に連結板部によって保持された円筒状軸受８２を備えており、この円筒状軸受８２が支軸４に回転可能に嵌っている。円筒状軸受８２の出側端面と出側パイプ２２の受け部の入側端面との間にはスラストワッシャ４５が挟まれており、ロータ８が回転する際、ロータ８は、出側パイプ２２によって出側方向における位置が規制された状態で回転する。
【００２３】
本形態において、円筒状ロータケース８４は、出側において等径で軸線方向に延びるマグネット保持部８４１と、このマグネット保持部８４１の入側端部で半径方向外側に広がるフランジ部８４２と、フランジ部８４２の外周縁から入側に向けて等径で延びるロータ側大径胴部８４３とを備えており、マグネット保持部８４１の外周面には、周方向に多極着磁された円筒状のロータマグネット８１がリング８５により固定されている。従って、ロータ８では、ロータマグネット８１が円筒状ロータケース８４と一体に回転可能である。
【００２４】
（動翼の構成）
図２は、本発明を適用した水力発電装置１に用いた動翼構成部材８３の外側円筒部の外観図である。円筒状ロータケース８４において、ロータ側大径胴部８４３の入側端部には、内側に動翼８３１を備えた樹脂製の動翼構成部材８３が連結されている。動翼構成部材８３は、中央部の内側円筒部８３０と、この内側円筒部８３０から半径方向外側に向けて延びた複数枚の動翼８３１と、これらの動翼８３１の外端縁同士を連結する外側円筒部８３２とを備えている。ここで、静翼３１における流路の内径寸法は、動翼８３１の外径寸法と同等か、あるいは小さく設定され、後者の場合には、静翼３１により発生させた噴流を効率よく動翼８３１に衝突させるようになっている。
【００２５】
動翼構成部材８３において、内側円筒部８３０では、円筒状軸受８２の端部が入側に突き出すように挿入された後、加締されており、内側円筒部８３０と円筒状軸受８２とが連結されている。動翼構成部材８３において、外側円筒部８３２は、出側端部の内周面がわずかに拡径している一方、ロータ側大径胴部８４３の入側端部は、わずかに小径になっており、外側円筒部８３２の出側端部は、ロータ側大径胴部８４３の入側端部に嵌った状態にある。このようにして、動翼構成部材８３は、円筒状ロータケース８４に連結され、円筒状ロータケース８４と一体に回転可能である。また、外側円筒部８３２の出側端部がロータ側大径胴部８４３の入側端部に嵌ることにより、動翼構成部材８３の内側からロータ８の外側への漏水が防止されている。
【００２６】
ここで、動翼構成体８３の外側円筒部８３２の外周面には、図２に示すように、ロータ８が回転したときに入側に向かう流体圧を発生させる螺旋溝８３３が形成されている。なお、螺旋溝８３３に代えて、傾斜溝を形成してもよい。
【００２７】
（筒状シール部材５の構成）
再び図１において、ステータ７とロータマグネット８１とによって挟まれた環状隙間内には、金属製の筒状シール部材５が配置されている。筒状シール部材５は、ステータ７とロータマグネット８１の間に位置する小径円筒部５１と、この小径円筒部５１の入側端部で半径方向外側に広がるフランジ部５２と、フランジ部５２の外周縁から入側に向けて等径で延びるシール部材側大径胴部５３とを備えている。ステータ７は、小径円筒部５１とフランジ部５２とにより構成された段部を利用して位置決め固定されており、ステータ７の内周面は、小径円筒部５１の外周面によって位置決め固定されている。このため、ステータ７の組み付けを容易、かつ、確実に行うことができる。
【００２８】
筒状シール部材５において、小径円筒部５１の出側端部にはＯリング５６が装着されており、このＯリング５６によって、筒状シール部材５と出側パイプ２２との間の液密が確保されている。また、筒状シール部材５において、シール部材側大径胴部５３の出側端部にはＯリング５７が装着されており、このＯリング５７によって、筒状シール部材５と入側パイプ２１との間の液密が確保されている。
【００２９】
ここで、入側パイプ２１の出側端面には、筒状シール部材５の入側端部が挿入された第１の溝２１５が全周にわたって形成されており、筒状シール部材５の入側端部は第１の溝２１５の奥底に当接している。また、出側パイプ２２の入側端面には、筒状シール部材５の出側端部が挿入された第２の溝２２５が全周にわたって形成されており、筒状シール部材５の出側端部は第２の溝２２５の奥底に当接している。このため、筒状シール部材５は、入側端部が入側パイプ２１に対してラジアル方向の位置が規制された状態で入側パイプ２１に軸線方向で当接し、出側端部が出側パイプ２２に対してラジアル方向の位置が規制された状態で入側パイプ２１に軸線方向で当接している。
【００３０】
この状態で、シール部材側大径胴部５３は、ロータ側大径胴部８４３よりも半径方向外側に位置しており、シール部材側大径胴部５３の内周面は、ロータ側大径胴部８４３の外周面との間に環状微小隙間１１を構成している。本形態において、ロータ側大径胴部８４３とシール部材側大径胴部５３とによって形成された環状微小隙間１１の隙間寸法は、ロータ８と筒状シール部材５との隙間寸法のうち、最小寸法に設定されている。
【００３１】
本形態において、出側パイプ２２の入側端面は、環状の段部によって、外周側に位置する部分ほど入側に向けて突出している。一方、筒状ロータケース８４の出側端部は、出側パイプ２２の入側端面のうち、最も内側の凹部２２８内に位置しており、筒状ロータケース８４の出側端面は、凹部２２８の底部に対して軸線方向で近接した状態で対向している。この状態で、筒状ロータケース８４の出側端部の外周面の外周側には、出側パイプ２２の凹部２２８の内周側面がラジアル方向で近接した状態で対向している。このようにして、出側パイプ２２の入側端面とロータ８の出側端部とは、屈曲した環状隙間１２を間に形成した状態で対向している。
【００３２】
（入側パイプ２１と出側パイプ２２との連結構造）
以上説明した構造は、以下に説明するように、ステータ７の外側に配置された筒状締結部材６によって維持されている。まず、入側パイプ２１の出側端部には、外周側に張り出す環状鍔部２１９が全周にわたって形成されている一方、筒状締結部材６の入側端部には、内周側に向けて屈曲して、環状鍔部２１９の入側端面に対して周方向の全体にわたって引っ掛かる環状の係合突部６１が形成されている。また、出側パイプ２２の入側端部には、外周側に張り出す環状鍔部２２９が形成されている一方、筒状締結部材６の出側端部には、内周側に向けて折り曲げられて環状鍔部２２９の出側端面に加締された締結用の環状の折り曲げ部６２が形成されている。
【００３３】
ここで、筒状締結部材６の入側端部（係合突部６１）は、水力発電装置１を組み立てに用いる際には既に内周側に向けて屈曲していたものである。これに対して、筒状締結部材６の折り曲げ部５２は、水力発電装置１を組み立てる際、入側パイプ２１と出側パイプ２２の間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で入側から筒状締結部材６を嵌めた後、筒状締結部材６の出側端部を折り曲げることにより形成されたものであって、それまでは、ストレートに延びている。
【００３４】
従って、水力発電装置１を組み立てる際には、まず、入側パイプ２１と出側パイプ２２の間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で配置した後、入側から筒状締結部材６を嵌めて、入側パイプ２１の環状鍔部２１９に対して筒状締結部材６の係合突部６１を引っ掛け、その後、筒状締結部材６の出側端部を内周側に向けて折り曲げて環状の折り曲げ部６２を形成すると、入側パイプ２１と出側パイプ２２とは、間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で、筒状締結部材６によって締結される。
【００３５】
本形態において、筒状締結部材６は、磁性体から形成されており、筒状締結部材６は、コイル７２の外周側を覆うコアとしての機能も発揮する。
【００３６】
（動作）
このように構成した水力発電装置１において、水は入側パイプ２１の入側開口から入り、入水側パイプに形成された静翼３１で渦流となって動翼８３１に衝突し、動翼８３１は、その水圧を受ける。ここで、動翼８３１は、ロータ８に対して一体に形成されているので、ロータ８は、支軸４周りに回転する。また、ロータ８にはロータマグネット８１が固定されているため、ロータマグネット８１が回転する。その結果、ロータマグネット８１は、筒状シール部材５を通して、その磁力を外側のステータコア７３に誘導する。ステータコア７３は、筒状締結部材６とともに磁気回路を構成しており、ステータコア７３と筒状締結部材６とにより区画形成された空間内にはコイル７２が巻回されている。このため、コイル７２に起電力が生じることになる。
【００３７】
その際、ロータ８は水流によって出側に押されるため、摩耗するおそれがあるが、ロータ８と出側パイプ２２の受け部２２２との間には耐摩耗性のあるスラストワッシャ４５が配置されているので、磨耗などの問題が発生しない。
【００３８】
一方、動翼８３１に衝突した水は、筒状ロータケース８４の内側、および出側パイプ２２を通って出側開口から排出される。また、水の一部は、筒状ロータケース８４と筒状シール部材５との間を通って出側パイプ２２に到るが、筒状シール部材５は、出側パイプ２２および入側パイプ２１の各々に対してOリング５６、５７によって液密が保たれているので、入側および出側のいずれの側でも水漏れが発生しない。
【００３９】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の水力発電装置１では、ステータ７とロータマグネット８１との間には、入側パイプ２１および出側パイプ２２の各々に対して液密な筒状シール部材５が配置されているとともに、ステータ７の外側には、入側パイプ２１と出側パイプ２２を間にステータ７を挟んだ状態に締結する筒状締結部材６が配置されている。このため、本形態の水力発電装置１を組み立てる際、入側パイプ２１と出側パイプ２２との間にロータ８、筒状シール部材５およびステータ７を配置した状態で、入側パイプ２１と出側パイプ２２とを筒状締結部材６で締結すると、入側パイプ２１と出側パイプ２２の軸線方向の位置が規定されるので、動翼８３１と静翼３１とを所定の隙間を介して配置できる。また、入側パイプ２１と出側パイプ２２は、筒状シール部材５によってラジアル方向の位置が規定されるので、支軸４（ロータ８の回転中心軸）が傾くことがない。それ故、高い発電効率を安定して得ることができる。さらに、ステータ７の内側を筒状シール部材５によって水密に保つことができる。しかも、ネジ止め個所がないあるいはネジ止め個所を最少限に止めることができるなど、構造を簡素化できるので、水力発電装置１の部品コストおよび組み立てコストを低減することができる。
【００４０】
また、本形態では、筒状締結部材６の入側端部を入側パイプ２１の出側端部に係合させるにあたって、入側パイプ２１の端部には、外周側に張り出す環状鍔部２１９を形成し、筒状締結部材６の入側端部には、内周側に突出して環状鍔部に引っ掛かる係合突部６１を形成したので、組み立てを容易に行うことができる。
【００４１】
また、本形態では、筒状締結部材６の出側端部を出側パイプ２２の入側端部に締結する際、筒状締結部材６の出側端部を内周側に屈曲させて環状鍔部２２９に折り曲げ部６２を加締する構成を採用しており、このような加締構造に採用すると、組み立てを容易に行うことができる。
【００４２】
さらに、本形態では、入側パイプ２１の出側端面に筒状シール部材５の入側端部が挿入された第１の溝２１５が形成されているとともに、この入側端部は第１の溝２１５の奥底に当接し、出側パイプ２２の入側端面には筒状シール部材５の出側端部が挿入された第２の溝２２５が形成されているとともに、この出側端部は第２の溝２２５の奥底に当接している。このため、入側パイプ２１と出側パイプ２２のラジアル方向およびスラスト方向の位置を容易かつ確実に規定することができる。
【００４３】
さらにまた、本形態において、ロータ８が回転する際、出側パイプ２２によって出側方向における位置が規制された状態で回転する。その際、動翼８３１が受ける水圧によって、出側パイプ２２には、入側パイプ２１から離間する方向の力が加わるが、このような方向の力を受けても、出側パイプ２２は、筒状締結部材６によって入側パイプ２１に締結されているので、ガタツキの発生を防止することができる。
【００４４】
また、本形態において、円筒状ロータケース８４は、ロータマグネット８１を保持する位置より入側に動翼８３１の外端縁より外側まで拡径したロータ側大径胴部８４３を備えている。このため、動翼８３１を回転させた後の水は、円筒状ロータケース８４の内側に導かれ、ロータマグネット８１が位置する円筒状ロータケース８４の外側に流れない。従って、ロータマグネット８１に接触する水量を少量に抑えることができるので、水が鉄粉を含んでいる場合でも、ロータマグネット８１に付着する鉄粉量が少ない。それ故、長期間にわたって、ロータマグネット８１に吸着された鉄粉に起因するロータ８の回転不良が発生しないので、水力発電装置１の信頼性を向上することができる。
【００４５】
また、動翼８３１の外端縁に連結された外側円筒部８３２の外周面には、ロータ８が回転したときに入側に向かう流体圧を発生させる螺旋溝８３３が形成されているので、動翼８３１と静翼３１の隙間を通って動翼８３１の外側から円筒状ロータケース８４の外側に水が回り込むのを防止でき、円筒状ロータケース８４の外側に漏れる水量を低く抑えることができる。また、外側円筒部８３２の出側端部をロータ側大径胴部８４３の入側端部に嵌めた構造になっているので、動翼構成部材８３の内側からロータ８の外側への漏水が防止することができる。さらに、筒状シール部材５には、ロータ側大径胴部８４３の外周面との間に環状微小隙間１１を構成するシール部材側大径胴部５３が形成されているので、筒状シール部材５と円筒状ロータケース８４との間に入り込んで円筒状ロータケース８４の外側に漏れる水量を低く抑えることができる。さらにまた、出側パイプ２２の入側端面と円筒状ロータケース８４の出側端部とは、屈曲した環状隙間１２を形成しており、かかる環状隙間１２はラビリンスシール効果を発揮するので、円筒状ロータケース８４の内側を通過した後の水が、円筒状ロータケース８４の外側に逆流することを防止することができる。従って、ロータマグネット８１に接触する水量を少量に抑えることができるので、水が鉄粉を含んでいる場合でも、ロータマグネット８１に付着する鉄粉量を少なく抑えることができる。
【００４６】
また、ロータ側大径胴部８４３とシール部材側大径胴部５３との隙間寸法は、ロータ８と筒状シール部材５との間の寸法のうち、最小寸法に設定されているため、鉄粉その他の異物がロータ８と筒状シール部材５との間に入り込んだ場合でも、かかる異物がロータ８と筒状シール部材５との間で詰まることがないので、長期間にわたって、ロータ８が安定した状態で回転する。
【００４７】
［筒状締結部材６と出側パイプ２２の締結構造の変形例１］
上記実施の形態では、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを締結するにあたって、筒状締結部材６の出側端部の全周を内周側に屈曲して折り曲げ部６２を形成したが、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、出側パイプ２２の環状鍔部２２９の外周縁に対して、周方向で離間する複数の溝２２９ａを形成する一方、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、筒状締結部材６の出側端部に対して、周方向で離間する複数の突起６２ａを形成しておき、突起６２ａを溝２２９ａ内に挿入した後、突起６２ａを内側に折り曲げて折り曲げ部を形成することにより、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを締結してもよい。このように構成すると、折り曲げ部の根元部分（突起６２ａの根元部分）が溝２９ａ内に嵌った状態になるので、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを周方向で位置決めすることができる。図３に示す例では、溝２２９ａおよび突起６２ａが２つで一組として、２つずつ、等角度間隔に形成したが、複数の溝２２９ａおよび突起６２ａを各々、等角度間隔に形成してもよい。
【００４８】
［筒状締結部材６と出側パイプ２２の締結構造の変形例２］
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、出側パイプ２２の環状鍔部２２９に対して、周方向で離間する複数の穴２２９ｂを形成する一方、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、筒状締結部材６の出側端部に対して、周方向で離間する複数の突起６２ａを形成しておき、突起６２ａを穴２２９ｂ内に挿入した後、突起６２ａを内側に折り曲げて折り曲げ部を形成することにより、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを締結してもよい。このように構成すると、折り曲げ部の根元部分（突起６２ａの根元部分）が穴２２９ｂ内に嵌った状態になるので、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを周方向で位置決めすることができる。図４に示す例では、穴２２９ｂおよび突起６２ａが２つで一組として、２つずつ、等角度間隔に形成したが、複数の穴２２９ｂおよび突起６２ａを各々、等角度間隔に形成してもよい。
【００４９】
［筒状締結部材６と出側パイプ２２の締結構造の変形例３］
さらに、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、出側パイプ２２の環状鍔部２２９に対して、周方向で離間する複数の穴２２９ｃを等角度間隔の位置で周方向で延びるように形成する一方、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、筒状締結部材６の出側端部に対して、周方向で離間する複数の突起６２ａを形成しておき、２つの突起６２ａを同じ穴２２９ｃ内に挿入した後、突起６２ａを内側に折り曲げて折り曲げ部を形成することにより、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを締結してもよい。このように構成すると、折り曲げ部の根元部分（突起６２ａの根元部分）が穴２２９ｃ内に嵌った状態になるので、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを周方向で位置決めすることができる。
【００５０】
［筒状締結部材６と出側パイプ２２の締結構造の変形例４］
さらに、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、出側パイプ２２の入側端部の外周面（環状鍔部２２９の外周面）に対して締結用の雄ネジ２２９ｅを形成する一方、筒状締結部材６の出側端部の内周面に対して雌ネジ６２ｅを形成しておき、雄ネジ２２９ｅと雌ネジ６２ｅとを螺着させて筒状締結部材６と出側パイプ２２とを締結してもよい。このように構成すると、入側パイプ２１、筒状シール部材５および出側パイプ２２の間において、軸線方向の隙間が発生することを確実に防止することができるので、入側パイプ２１、筒状シール部材５および出側パイプ２２のガタツキを防止することができる。また、分解も容易である。
【００５１】
［その他の実施の形態］
上記形態では、入側パイプ２１と出側パイプ２２の間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で入側から筒状締結部材６を嵌める構成を採用したため、筒状締結部材６を嵌めた後、筒状締結部材６の出側端部を出側パイプ２２と締結する構成を採用したが、入側パイプ２１と出側パイプ２２の間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で出側から筒状締結部材６を嵌める構成を採用してもよい。この場合、筒状締結部材６を嵌めた後、筒状締結部材６の入側端部を入側パイプ２１と締結することになる。
【００５２】
また、上記形態および変形例では、パイプと筒状締結部材６との締結に加締を用いる際、筒状締結部材６の端部を内側に折り曲げたが、突起の場合には、その折り曲げ方向は周方向あるいは外側であってもよい。
【００５３】
また、上記形態および変形例では、パイプと筒状締結部材６との締結に加締、螺着を利用したが、その他の締結方法、例えば、溶着などの方法を採用してもよい。
【００５４】
また、上記実施の形態では、ロータ８の回転中心軸が入側パイプ２１および出側パイプ２２に両端が固定された固定軸（支軸４）であったが、ロータ８の回転中心軸は、入側パイプ２１および出側パイプ２２に両端が回転可能に支持された回転軸であってもよい。
【００５５】
さらに、上記実施の形態では、出側パイプ２２の出側開口が入側パイプ２１の入側開口に比して小さい構造になっていたが、例えば、出側パイプ２２の出側開口のサイズと入側パイプ２１の入側開口のサイズが同等である構成を採用してもよく、さらには、図７に示すように、出側パイプ２２の出側部分の外径寸法Ｄ２を入側パイプ２１の入側部分の内径寸法Ｄ１と同等にして、出側パイプ２２の出側部分を別の水力発電装置１の入側パイプ２１に嵌合させて、複数の水力発電装置１を直列に接続してもよい。このように構成すると、少ない水量で発電効率を向上することができる。また、配水管などの途中位置に水力発電装置１を容易に挿入することができる。
【００５６】
さらにまた、上記形態では、動翼構成部材８３と円筒状軸受８２とを連結するにあたって、円筒状軸受８２の端部を動翼構成部材８３から入側に突き出すように穴内に挿入した後、加締したが、例えば、動翼構成部材８３の中心に十字形状の穴を形成する一方、円筒状軸受８２の端部も十字形状にしておき、円筒状軸受８２の十字形状の端部を動翼構成部材８３の十字形状の穴に圧入する構成を採用してもよい。このように構成すると、嵌め合い部分で緩みが発生しても、動翼構成部材８３が出側に向かう水圧を受けるので、抜けることがない。
【００５７】
なお、運動−電気エネルギー変換装置は、ポンプ装置として構成される場合もあるが、その場合の基本的な構成や、作用効果は水力発電装置１と略同様であるため、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明を適用した水力発電装置の断面図である。
【図２】本発明を適用した水力発電装置に用いた動翼構成部材の外側円筒部の外観図である。
【図３】本発明を適用した水力発電装置に採用した筒状締結部材と出側パイプの締結構造の変形例１の説明図である。
【図４】本発明を適用した水力発電装置に採用した筒状締結部材と出側パイプの締結構造の変形例２の説明図である。
【図５】本発明を適用した水力発電装置に採用した筒状締結部材と出側パイプの締結構造の変形例３の説明図である。
【図６】本発明を適用した水力発電装置に採用した筒状締結部材と出側パイプの締結構造の変形例４の説明図である。
【図７】本発明を適用した別の水力発電装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  水力発電装置（運動−電気エネルギー変換装置）
２  ケース
４  支軸（ロータの回転中心軸）
５  筒状シール部材
６  筒状締結部材
７  ステータ
８  ロータ
２１  入側パイプ
２２  出側パイプ
３１  静翼
６１  係合突部
６２  折り曲げ部
８３  動翼構成部材
８４  円筒状ロータケース
２１９、２２９  環状鍔部
８３１  動翼
８３２  外側円筒部
８３３  螺旋溝
【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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