(57)【要約】【課題】内部の円筒孔に羽根を備えた円筒状回転子を支持する軸受に電気的その他の制御を不要とし、しかも、流体流れを邪魔しない軸受構造をもつ回転機を提供する。【解決手段】流体配管１６内を流れる液状流体は円筒状回転子２０の円筒孔２０ａに流入し、リボン状羽根２５に作用して回転子２０を回転させる。その回転により永久磁石２４が固定子巻線４を横切ることで生じる電磁誘導により巻線４に起電力が発生し、その起電力は、配線１８を介して外部に取り出される。機械的軸受９が円筒状回転子２０の外周を支持しているので、流体が円筒状回転子２０の円筒孔２０ａを通過するに際し、円筒孔２０ａの入り口、出口には流体流れを阻害する要素はなく、極めて円滑に流体が流れるので効率よく発電できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過できる円筒状回転子内側の円筒孔に羽根を一体に備え、円筒状回転子外周部に永久磁石を備え、円筒状回転子外周部を固定子巻線を有する固定子で取り囲み、固定子に対して前記円筒状回転子を回転可能に支持して成る回転機において、前記固定子を、内部を流体が通る流体配管に連結し、固定子内側に機械的軸受を設け、その機械的軸受により円筒状回転子外周を支持して成ることを特徴とする回転機。
【請求項２】
羽根は、円筒状回転子の円筒孔の軸線一端から他端の間に配設されるリボン状羽根であることを特徴とする請求項１記載の回転機。
【請求項３】
機械的軸受内周径は、流体配管内径より大きく設定され、機械的軸受に支持された円筒状回転子の円筒孔内径と流体配管内径とはほぼ一致した大きさに設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の回転機。
【請求項４】
流体配管を通過する流体が前記円筒状回転子の羽根に作用することにより円筒状回転子を回転させて固定子側に起電力を生じさせるようにした請求項１〜３の何れか１項記載の回転機を用いた発電装置。
【請求項５】
固定子巻線に駆動電源を接続し、固定子巻線に発生する磁気力で円筒状回転子を回転させて、その内側の羽根により流体配管の流体を押し出すようにしたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の回転機を用いたポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状回転子の円筒孔内側に羽根を備えた回転機、及びその回転機を用いた発電装置、ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１では、中心軸に駆動羽を介して一体に設けた円筒状の永久磁石回転子の中心軸の両端を、固定子側の周同部から一体に半径方向中心に向けて延びる複数の支持アーム先端の中心嵌合部（軸受）で回転自在に支持し、中心嵌合部や支持アームなどの間の流通孔を介して回転子内側を通過する流体が駆動羽に作用して回転子を回転させて、固定子の巻線に電気を生じさせている。特許文献２では、流体として風力を用いるものが開示されている。特許文献３には、回転子を半径方向力発生巻線により発生した磁気力で固定子に対してフローティングさせるベアリングレス回転機と、その回転子の貫通孔に流れ発生手段を備えた発電装置、あるいは、ポンプが開示されている。特許文献４には、流水路中に回転ランナを備えている回転電機が配置されているものが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２８５８９０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２９９１９７号公報
【特許文献３】
特開２００２−３１５２５８公報
【特許文献４】
特開平０１−２５９７４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のものは、回転子の円筒孔の入り口に、回転子の中心軸を支持する中心嵌合部やその中心嵌合部を支持する支持アームがあるので、回転子の内側に流体が流れ込むときに、これらの構造物が流れの通過障害となって、流体取り込み量が少なくなり、効率よく発電できない問題がある。特許文献２のものも、特許文献１と同様の構造を持ち、やはり、風車の軸受が風の流れを邪魔している。特許文献３のものでは、特許文献１、２のように、流体の流れの途中に軸受がないので、回転子の貫通孔への流体取り込み量は少なくならない利点があるが、回転子を半径方向力発生巻線により生じる磁気力で固定子に対してフローティングさせているため、回転子を固定子に対して非接触で支持するための制御電源が必須であって設備費用が高騰する。また、発電装置が必要となるような、もともと制御電源がないところでは使用できない。特許文献４でも、ランナの軸受を収容したケーシングが支柱により流水路中に支持されているので、そうした支柱が流体通過時の抵抗となる問題がある。
この発明は、回転子を支持する軸受に電気的その他の制御を不要として、しかも、流体流れを邪魔しない軸受構造をもつ回転機を提供しようとするものである。また本願の他の課題は、そうした回転機構造を利用した発電機、ポンプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決のため、本願回転機では、流体が通過できる円筒状回転子内側の円筒孔に羽根を一体に備え、円筒状回転子外周部に永久磁石を備え、円筒状回転子外周部を固定子巻線を有する固定子で取り囲み、固定子に対して前記円筒状回転子を回転可能に支持して成る回転機において、前記固定子を、内部を流体が通る流体配管に連結し、固定子内側に機械的軸受を設け、その機械的軸受により円筒状回転子外周を支持して成ることを特徴とする。
この構造では、円筒状回転子の軸受は、回転子外周を支持しているので、回転子内側の円筒孔と軸線方向で対向せず、円筒孔内に流れ込む、あるいは円筒孔から出て行く流体の通過の妨げとなる要素がなく、流体量が少なくならない。また、機械的軸受で回転子を支持しているため、磁気軸受のような電気的制御が不要である。
【０００６】
具体的には、羽根は、円筒状回転子の円筒孔の軸線一端から他端の間に配設されるリボン状羽根である。機械的軸受内周径は、流体配管内径より大きく設定され、機械的軸受に支持された円筒状回転子の円筒孔内径と流体配管内径とはほぼ一致した大きさに設定されている。機械的軸受とは、一般的な転がり軸受、メタル軸受などであり、動作中に軸受動作に関して何ら制御が不要なものを指す。
また、本願発電装置は、上記した回転機構造を利用して、流体配管を通過する流体が前記円筒状回転子の羽根に作用することにより円筒状回転子を回転させて固定子側に起電力を生じさせるようにしてあることを特徴とする。流体配管としては、水あるいは他の液状流体が流れる流体配管が利用でき、例えば工場排水の配水管、下水道処理水の配水管などが挙げられる。
また、本願ポンプは、上記した回転機構造を利用して、固定子巻線に駆動電源を接続し、固定子巻線に発生する磁気力で円筒状回転子を回転させて、その内側の羽根により流体配管の流体を押し出すようにしたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態について図面を参照して説明する。図１〜５に示す回転機１において、ケーシング２は支持脚３を有する。ケーシング２の内側には、固定子巻線４を有する円筒状の固定子５が一体に設けてある。４ａは固定子コアを示す。固定子５の軸線前後はケーシング２と一体の環状部材６で塞がれ、その環状部材６に、環状の軸受取付部材７がボルト８により一体固着してある。軸受取付部材７には、機械的軸受９（ここでは転がり軸受）の外輪が嵌入する環状の外輪保持部１０、１０ａが、固定子５の内側となる位置で軸線内方に突出している。図５に拡大して示すように、一方（右側）の軸受取付部材７では、その外輪保持部１０は外輪受け部１１を備えており、その外輪保持部１０（外輪嵌入孔）に機械的軸受９の外輪が嵌め込まれて軸線外側から外輪押え部材１２で外輪を挟持して軸線方向位置を定めている。他方（左側）の軸受取付部材７の外輪保持部１０ａでは、外輪受け部がなく外輪を軸線方向に移動可能に保持している。機械的軸受９の内輪内径は流体配管１６の内径より大きくしてある。軸受取付部材７には、配管接続部材１３がボルト１４にて一体固着され、その配管接続部材１３には、流体配管１６のフランジ１７との連結用のフランジ１５が設けてある。固定子巻線４に接続されている配線１８は、ケーシング２外側に引き出されている。
【０００８】
円筒状回転子２０は、筒状の本体２１と本体２１前後に連結されるリング部材２２，２３とを備えている。本体２１とリング部材２２，２３の各内側面２１ａ，２２ａ，２３ａにより、回転子２０の内側円筒孔２０ａが形成される。本体２１外周部には複数の永久磁石２４が円周方向に等ピッチで一体に設けてある。前記本体２１の前後に連結される一方のリング部材２２には、板材を所定角度（ここでは１８０°）ひねったリボン状羽根２５の長手一端２５ａが一体に溶着されている。他方のリング部材２３の内側面には、図３に示すように、リング部材２３の中心に対して対称となる位置に、夫々保持片２６，２６、２７，２７が一体に設けてあり、各保持片２６，２６の間、保持片２７，２７の間に溝２８を形成し、その溝２８に前記リボン状羽根２５の長手他端２５ｂの半径方向先端部が嵌入されている。
本体２１の軸線両端外周部分には、対応する軸受９，９の内輪がはめ込まれ、前後のリング部材２２，２３を、対向する本体２１端面に固着することにより、夫々、リング部材２２，２３と本体２１との間に前記機械的軸受９の内輪が挟持されて軸線方向位置が定められている。右側の軸受９では、前記したようにその外輪も軸線方向位置を定めているから、右側の軸受９によって回転子２０の軸線位置が位置決めされている。回転子２０の円筒孔２０ａの直径は、配管接続部材１３の内径とほぼ一致している。配管接続部材１３の内径は、フランジ１５が接続される流体配管１６の内径に一致している。
【０００９】
この構成の回転機１を発電装置として使用する場合、前後のフランジ１５，１５を流体配管１６に接続する。流体配管１６内を水などの液状流体が流れると、その流体は図６に示すように円筒状回転子２０の円筒孔２０ａに流入し、その流れがリボン状羽根２５に作用して回転子２０を回転させる。その回転により永久磁石２４が固定子巻線４を横切ることで生じる電磁誘導により巻線４に起電力が発生し、その起電力は、配線１８を介して回転機１の外部に取り出される。流体が円筒状回転子２０の円筒孔２０ａを通過するに際し、円筒孔２０ａの入り口、出口には、流体流れを阻害する要素はなく、極めて円滑に流体が流れるので効率のよい発電が可能である。しかも、機械的軸受９で回転子２０外周を支持しているので、磁気軸受などで必要となる電気的制御も不要であるから、構成が至って簡易であり、制御電源のない場所でも発電できる。
【００１０】
また、本実施形態では、回転子２０を、本体２１と、その軸線両端に固着するリング部材２２，２３とから構成し、リング部材の一方２２にリボン状羽根２５の一端２５ａを一体連結し、これを本体２１の一方側から本体２１内側に差し込んで、本体２１他方側に他方のリング部材２３を固着してそのリング部材２３でリボン状羽根２５の他端２５ｂを保持するようにして、本体２１とリボン状羽根２５とを別体として組み付けているため、各種形状のリボン状羽根２５を取り揃えておき、発電装置を連結する流体配管１６内を通過する流体流量、流速などに応じて最適のリボン状羽根２５を選択した時、本体２１には全く手を加えることなく、その最適なリボン状羽根２５を本体２１に組み付けて円筒状回転子２０とすることができる利点がある。
【００１１】
次に第７図は、この回転機１をポンプとして用いた態様である。回転機１の構造は全く同じであるが、固定子巻線から引き出された配線１８が駆動電源５０に接続されている。駆動用電源５０から固定子巻線に電流が流れると、回転子２０が回転し、リボン状羽根２５が回転する。この羽根回転によって、回転子２０の円筒孔２０ａ内の流体は前方に押し出される。流体を送り出す時にも、羽根２５の送り出し方向前方には流体の流れを邪魔する部材がないから、極めて効率よく送り出しできる。なお、上記実施形態では、配管接続部材１３を軸受取付部材７に備え、その配管接続部材１３を流体配管１６と連結するようにしたが、流体配管１６のフランジを直接、軸受取付部材７に連結するようにしてもよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように本願回転機では、円筒孔に羽根を備えた円筒状回転子の外周を機械的軸受で支持する構成であるから、回転子の円筒孔に入り込む、あるいは出て行く流体の妨げとなる要素がなく、発電装置として作用する時は、効率のよい発電が可能であり、また、ポンプとして作用させる時には、効率のよい流体送り出しができる。しかも、軸受用に格別の制御を必要とせず安価に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転機の縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ視図であり、特にリング部材を示している図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】軸受部分を拡大して示す図である。
【図６】発電装置として使用した斜視図（支持脚省略）である。
【図７】ポンプとして使用した斜視図（支持脚省略）である。
【符号の説明】
１  回転機
４  固定子巻線
５  固定子
９  機械的軸受
１６  流体配管
２０  円筒状回転子
２０ａ  円筒孔
２４  永久磁石
２５  リボン状羽根
【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】
2004364441.tif 000008
【図７】
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