(57)【要約】【課題】安定した運転により、水力発電システムの始動時間や停止時間を短縮する。【解決手段】発電機３１において、回転子８は、水車９に連結された主軸５とともに回転する。フライホイール設備３２において、複数の遠心錘２は、主軸５とともに回転するように設けられている。アクチュエータ１０は、主軸５の回転速度を増大させるときに、または、減少させるときに遠心錘２を中心側１ａに配置する。アクチュエータ１０は、回転速度が設定回転速度を超したときに遠心錘２を中心側１ａから外周側１ｂに移動させる。これにより、遠心錘２を移動させない場合に比べて、水力発電システムの始動時や停止時の慣性モーメントを小さくしてフライホイール効果を小さくすることができる。【選択図】図１
2013181463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車と発電機とフライホイール設備とを具備する水力発電システムであって、
前記発電機は、前記水車に連結された主軸と、前記主軸とともに回転する回転子と、を備え、
前記フライホイール設備は、
前記主軸とともに回転する複数の遠心錘と、
前記主軸の回転速度を増大させるときに、または、減少させるときに前記遠心錘を中心側に配置し、前記回転速度が設定回転速度を超したときに前記遠心錘を前記中心側から外周側に移動させるアクチュエータと、
を具備することを特徴とする水力発電システム。
【請求項２】
前記アクチュエータは、
前記遠心錘に直接または間接的に取り付けられた駆動軸と、
前記回転速度を増大させるときに、または、減少させるときに前記遠心錘が前記中心側に配置されるように前記駆動軸を駆動し、前記回転速度が前記設定回転速度を超したときに前記遠心錘が前記中心側から前記外周側に移動するように前記駆動軸を駆動する駆動部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水力発電システム。
【請求項３】
前記遠心錘は、前記主軸を挟んで対称位置に配置され、
前記フライホイール設備は、前記遠心錘に連結されて、前記主軸を挟んで前記遠心錘の位置を対称に保つためのリンク部材、をさらに具備し、
前記駆動軸は前記リンク部材を介して前記遠心錘に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の水力発電システム。
【請求項４】
前記駆動軸は径方向に延びることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の水力発電システム。
【請求項５】
前記駆動軸は前記主軸に沿って回転軸方向に延びることを特徴とする請求項３に記載の水力発電システム。
【請求項６】
前記主軸は鉛直方向に延び、
前記フライホイール設備は、前記主軸上で前記リンク部材に取り付けられて、前記主軸に沿って上下の移動が可能な重力錘、をさらに具備し、
前記重力錘は、下方に移動すると前記遠心錘が前記中心側に近づくように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の水力発電システム。
【請求項７】
前記フライホイール設備は、
前記回転速度を検出する回転速度検出器と、
前記水力発電システムの運転が開始するときに第１制御信号を前記アクチュエータに出力し、前記回転速度検出器により検出された回転速度が前記設定回転速度を超したときに第２制御信号を前記アクチュエータに出力し、前記水力発電システムの運転が停止するときに第３制御信号を前記アクチュエータに出力する制御装置と、
をさらに具備し、
前記アクチュエータは、前記第１制御信号に応じて、前記遠心錘を前記中心側に配置し、前記第２制御信号に応じて、前記遠心錘を前記中心側から前記外周側に移動させ、前記第３制御信号に応じて、前記遠心錘を前記外周側から前記中心側に移動させることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の水力発電システム。
【請求項８】
水車に連結された主軸および発電機の回転子とともに回転する複数の遠心錘と、
前記主軸の回転速度を増大させるときに、または、減少させるときに前記遠心錘を中心側に配置し、前記回転速度が設定回転速度を超したときに前記遠心錘を前記中心側から外周側に移動させるアクチュエータと、
を具備することを特徴とするフライホイール設備。
【請求項９】
水車に連結された主軸および発電機の回転子とともに回転する複数の遠心錘によるフライホイール効果を制御する方法であって、
前記主軸の回転速度を増大させるときに、または、減少させるときに前記遠心錘を中心側に配置する工程と、
前記回転速度が設定回転速度を超したときに前記遠心錘を前記中心側から外周側に移動させる工程と、
を具備することを特徴とするフライホイール制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水力発電システム、フライホイール設備、および、フライホイール制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電システムでは、電力系統安定度へ寄与するため、また、事故による負荷遮断時の発電機の回転速度の上昇を抑制するために、発電機にフライホイール効果をもたせるよう要求される。その場合、発電機にフライホールを取り付けることにより、発電機に一定の荷重がかかり、フライホイール効果をもたせることができる。しかし、発電機に一定の荷重がかかることにより、水力発電システムの運転を開始してから定格運転になるまでの始動時間や、水力発電システムの運転が停止するときの停止時間が延びる傾向になる。
【０００３】
一方、近年では水力発電システムの始動時間や停止時間の短縮が要求される。特許文献１には、発電機に容器を取り付け、水力発電システムの運転や停止に応じて水を出し入れすることにより、フライホイール効果をもたせる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１３２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された技術では、水を入れるための容器を必要とするため、水漏れの可能性がある。また、水により余計な振動が発生する可能性もある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、安定した運転により、水力発電システムの始動時間や停止時間を短縮することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の水力発電システムは、水車と発電機とフライホイール設備とを具備する水力発電システムであって、前記発電機は、前記水車に連結された主軸と、前記主軸とともに回転する回転子と、を備え、前記フライホイール設備は、前記主軸とともに回転する複数の遠心錘と、前記主軸の回転速度を増大させるときに、または、減少させるときに前記遠心錘を中心側に配置し、前記回転速度が設定回転速度を超したときに前記遠心錘を前記中心側から外周側に移動させるアクチュエータと、を具備することを特徴とする。
【０００８】
実施形態のフライホイール設備は、水車に連結された主軸および発電機の回転子とともに回転する複数の遠心錘と、前記主軸の回転速度を増大させるときに、または、減少させるときに前記遠心錘を中心側に配置し、前記回転速度が設定回転速度を超したときに前記遠心錘を前記中心側から外周側に移動させるアクチュエータと、を具備することを特徴とする。
【０００９】
実施形態のフライホイール制御方法は、水車に連結された主軸および発電機の回転子とともに回転する複数の遠心錘によるフライホイール効果を制御する方法であって、前記主軸の回転速度を増大させるときに、または、減少させるときに前記遠心錘を中心側に配置する工程と、前記回転速度が設定回転速度を超したときに前記遠心錘を前記中心側から外周側に移動させる工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、安定した運転により、水力発電システムの始動時間や停止時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。
【図２】図１のＡ部分の上面図である。
【図３】第１実施形態に係る水力発電システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態に係る水力発電システムの運転開始時の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】第２実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。
【図６】図５のＢ部分の上面図である。
【図７】第３実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。
【図８】図７のＣ部分の上面図である。
【図９】第４実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。
【図１０】第５実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。
【図１１】第６実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る水力発電システムの実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。図２は、図１のＡ部分の上面図である。
【００１４】
第１実施形態に係る水力発電システムは、水車９と、発電機３１と、並列用遮断器（図示しない）と、フライホイール設備３２と、を具備している。水車９は上位から下位に落ちる水により回転する。発電機３１は水車９の回転を利用して発電する。フライホイール設備３２は発電機３１に設置される。
【００１５】
発電機３１は、主軸５と、回転子８と、固定子７と、を備えている。主軸５は鉛直方向に延び、その下端は水車９に連結されている。回転子８は主軸５とともに回転する。固定子７は、回転子８の外周から空隙を介して配設されている。並列用遮断器は、固定子７を外部系統と並列および解列させる遮断器である。
【００１６】
フライホイール設備３２は、回転子円盤１と、複数の遠心錘２と、アクチュエータ１０と、回転速度検出器２１と、制御装置２２と、を具備している。
【００１７】
回転子円盤１は、回転子８の上方で主軸５に固定され、主軸５とともに回転する。
【００１８】
複数の遠心錘２は、回転子円盤１の上面に設けられている。たとえば、遠心錘２の個数を４とした場合、４個の遠心錘２はそれぞれ主軸５に対して９０度の間隔で配置される。４個の遠心錘２のうちの、少なくとも対称位置にある２個の遠心錘２は同じ質量である。
【００１９】
回転速度検出器２１は主軸５の回転速度Ｖを検出する。回転速度検出器２１としては接触型や非接触型の回転速度検出器が例示される。
【００２０】
制御装置２２は、水力発電システムの運転が開始するときに第１制御信号をアクチュエータ１０に出力し、回転速度検出器２１により検出された回転速度Ｖが設定回転速度Ｖｓを超したときに第２制御信号をアクチュエータ１０に出力し、水力発電システムの運転が停止するときに第３制御信号をアクチュエータ１０に出力する。
【００２１】
アクチュエータ１０は、各種制御信号に応じて動作する電動アクチュエータである。このアクチュエータ１０は、第１制御信号に応じて、４個の遠心錘２を回転子円盤１の中心側１ａに配置しておき、第２制御信号に応じて、複数の遠心錘２を回転子円盤１の中心側１ａから外周側１ｂまで移動させ、第３制御信号に応じて、複数の遠心錘２を回転子円盤１の外周側１ｂから中心側１ａまで移動させる。
【００２２】
遠心錘２の個数が４である場合、アクチュエータ１０の個数は４であり、アクチュエータ１０は４個の遠心錘２に対してそれぞれ１個設けられている。そのアクチュエータ１０は、駆動軸１０ａと、駆動部１０ｂと、を備えている。駆動軸１０ａの先端は遠心錘２に直接取り付けられている。この駆動軸１０ａは回転子円盤１の上面で径方向に延びる。駆動部１０ｂは、回転子円盤１の上面で回転子円盤１の中心部に設けられている。この駆動部１０ｂは、配線を介して制御装置２２に接続され、制御装置２２からの制御信号を受け取る。
【００２３】
第１実施形態に係る水力発電システムの動作（フライホイール制御方法）について説明する。
【００２４】
図３は、第１実施形態に係る水力発電システムの動作を示すフローチャートである。図４は、第１実施形態に係る水力発電システムの運転開始時の動作を示すタイミングチャートである。
【００２５】
まず、図３に示されるように、水力発電システムの運転を開始させる（ステップＳ１−ＹＥＳ）。このとき、制御装置２２は、回転速度Ｖを増大させるために、第１制御信号をアクチュエータ１０の駆動部１０ｂに出力する（ステップＳ２）。駆動部１０ｂは、その第１制御信号に応じて、遠心錘２が回転子円盤１の中心側１ａに配置されるように駆動軸１０ａを駆動する。この場合、駆動部１０ｂが駆動軸１０ａの先端を回転子円盤１の中心側１ａに配置することにより、駆動軸１０ａの先端に接続された遠心錘２は中心側１ａに配置される（ステップＳ３）。
【００２６】
この場合、図４に示されるように、水力発電システムの運転が開始してから回転速度Ｖが設定回転速度Ｖｓを超えるまで、遠心錘２は回転子円盤１の中心側１ａに配置されているため、回転子円盤１の上面の中心部から遠心錘２までの距離（回転半径Ｒと称する）は小さい。このため、慣性モーメントは比較的小さく、フライホイール効果が比較的小さい。
【００２７】
次に、図３に示されるように、制御装置２２は、回転速度検出器２１により検出された回転速度Ｖが設定回転速度Ｖｓを超した場合（ステップＳ４）、第２制御信号をアクチュエータ１０の駆動部１０ｂに出力する（ステップＳ５）。駆動部１０ｂは、その第２制御信号に応じて、遠心錘２が回転子円盤１の中心側１ａから外周側１ｂに移動するように駆動軸１０ａを駆動する。この場合、駆動部１０ｂが駆動軸１０ａの先端を回転子円盤１の中心側１ａから外周側１ｂに移動させることにより、駆動軸１０ａの先端に接続された遠心錘２は中心側１ａから外周側１ｂに移動する（ステップＳ６）。
【００２８】
図４に示されるように、回転速度Ｖが設定回転速度Ｖｓを超したときの回転半径Ｒを回転半径Ｒｏとする。回転速度Ｖが設定回転速度Ｖｓを超した場合、遠心錘２は回転子円盤１の中心側１ａから外周側１ｂに移動するため、回転半径Ｒが大きくなる。このため、慣性モーメントが増大し、フライホイール効果が増大する。
【００２９】
回転速度検出器２１により検出された回転速度Ｖが、設定回転速度Ｖｓよりも高い定格回転速度Ｖｒに達した場合（ステップＳ７）、水力発電システムが定格で運転されている。この場合、並列用遮断器を閉じ、固定子７を外部系統と並列させる処理が行われる。
【００３０】
図４に示されるように、回転速度Ｖが定格回転速度Ｖｒに達した場合、遠心錘２は回転子円盤１の外周側１ｂに配置されるため、回転半径Ｒは、回転半径Ｒｏよりも大きく、かつ、回転半径Ｒの最大値である最大回転半径Ｒｍに達する。
【００３１】
次に、水力発電システムの運転を停止させる（ステップＳ８−ＹＥＳ）。このとき、並列用遮断器を開き、固定子７を外部系統と解列させる処理が行われる。また、制御装置２２は、回転速度Ｖを減少させるために、第３制御信号をアクチュエータ１０の駆動部１０ｂに出力する（ステップＳ９）。駆動部１０ｂは、その第３制御信号に応じて、遠心錘２が回転子円盤１の外周側１ｂから中心側１ａに移動するように駆動軸１０ａを駆動する。この場合、駆動部１０ｂが駆動軸１０ａの先端を回転子円盤１の外周側１ｂから中心側１ａに移動させることにより、駆動軸１０ａの先端に接続された遠心錘２は外周側１ｂから中心側１ａに移動する（ステップＳ１０）。
【００３２】
水力発電システムの運転が停止するときに遠心錘２は回転子円盤１の外周側１ｂから中心側１ａに移動するため、回転半径Ｒが小さくなる。このため、慣性モーメントが小さくなり、フライホイール効果が小さくなる。
【００３３】
以上の説明により、第１実施形態に係る水力発電システムにおいて、上述のフライホイール設備３２は、水力発電システムの運転が開始してから回転速度Ｖが設定回転速度Ｖｒを超えるまで複数の遠心錘２を回転子円盤１の中心側１ａに配置し、回転速度Ｖが設定回転速度Ｖｒを超したときに複数の遠心錘２を回転子円盤１の中心側１ａから外周側１ｂまで移動させる。このため、第１実施形態に係る水力発電システムによれば、複数の遠心錘２を径方向に移動させない場合（図４の点線部分）に比べて、回転速度Ｖが定格回転速度Ｖｒに達するまでの時間、すなわち、水力発電システムの運転を開始してから定格運転になるまでの始動時間を短縮することができる。
【００３４】
また、第１実施形態に係る水力発電システムでは、上述のフライホイール設備３２は、水力発電システムの運転が停止するときに複数の遠心錘２を回転子円盤１の外周側１ｂから中心側１ａまで移動させる。このため、第１実施形態に係る水力発電システムによれば、複数の遠心錘２を径方向に移動させない場合に比べて、水力発電システムの運転が停止するときの停止時間を短縮することができる。
【００３５】
しかも、第１実施形態に係る水力発電システムによれば、複数の遠心錘２を移動させる位置をアクチュエータ１０によって一義的に決定するので、複数の遠心錘２が振動することもなく、安定した運転を行うことができる。
【００３６】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る水力発電システムについて、第１実施形態からの変更点のみ説明する。特に記載していない部分は第１実施形態と同様である。
【００３７】
図５は、第２実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。図６は、図５のＢ部分の上面図である。
【００３８】
フライホイール設備３２は、回転子円盤１と、複数の遠心錘２と、複数のリンク部材４と、アクチュエータ１０と、支持部材１４と、回転速度検出器２１と、制御装置２２と、を具備している。すなわち、第２実施形態に係る水力発電システムでは、フライホイール設備３２は、第１実施形態の構成に対して、さらに、複数のリンク部材４および支持部材１４を具備している。
【００３９】
たとえば、遠心錘２の個数を２とした場合、２個の遠心錘２は主軸５を挟んで対称位置に配置される。対称位置にある２個の遠心錘２は同じ質量である。
【００４０】
回転子円盤１の上面には、対称位置にある２個の遠心錘２が配置される位置に遠心錘専用溝１１が形成されている。遠心錘専用溝１１の長さは、回転子円盤１の上面の中心側１ａから外周側１ｂに延びて端部１ｃまで達しない。遠心錘専用溝１１の幅は遠心錘２の直径よりも小さい。遠心錘２は、回転子円盤１の上面で遠心錘専用溝１１に沿って回転子円盤１の中心側１ａと外周側１ｂとの間を移動可能である。
【００４１】
リンク部材４は遠心錘２の数に応じて設けられている。遠心錘２の個数が２である場合、２個のリンク部材４はそれぞれ遠心錘２に対して設けられている。各リンク部材４の一端は回転子円盤１の上面で遠心錘２に接続されている。２個のリンク部材４は、主軸５を挟んで２個の遠心錘２の位置を対称に保つために設けられる。リンク部材４の他端は回転子円盤１の上面で支持部材１４に接続されている。リンク部材４の他端と支持部材１４との接続部分にはヒンジ（図示しない）が設けられている。
【００４２】
回転子円盤１の上面には、さらに、支持部材１４が配置される位置にリンク専用溝１３が形成されている。リンク専用溝１３は、遠心錘専用溝１１とは交わらず、遠心錘専用溝１１に対して９０度ずれて設けられている。リンク専用溝１３の長さは、回転子円盤１の上面の中心側１ａから外周側１ｂに延びて端部１ｃまで達しない。リンク専用溝１３の幅は支持部材１４の長さに対応し、リンク専用溝１３の深さは支持部材１４の高さよりも小さい。支持部材１４は、回転子円盤１の上面でリンク専用溝１３に沿って回転子円盤１の中心側１ａと外周側１ｂとの間を移動可能である。
【００４３】
遠心錘２の個数が２である場合、アクチュエータ１０は２個の遠心錘２に対して１個設けられている。そのアクチュエータ１０は、駆動軸１０ａと、駆動部１０ｂと、を備えている。駆動軸１０ａの先端は回転子円盤１の上面で支持部材１４に取り付けられている。すなわち、駆動軸１０ａの先端は、支持部材１４およびリンク部材４を介して遠心錘２に間接的に取り付けられている。この駆動軸１０ａは回転子円盤１の上面で径方向に延びる。駆動部１０ｂは、回転子円盤１の上面で回転子円盤１の中心部または回転子円盤１の外周側１ｂに設けられている。
【００４４】
第２実施形態に係る水力発電システムの動作手順については、図３に示す第１実施形態の動作手順と同様であるため、第１実施形態からの変更点のみ説明する。
【００４５】
ステップＳ３において、駆動部１０ｂが駆動軸１０ａの先端を回転子円盤１の外周側１ｂに配置することにより、駆動軸１０ａの先端に接続された支持部材１４が外周側１ｂに配置される。すなわち、リンク部材４の他端が外周側１ｂに配置される。これに伴い、リンク部材４の一端に接続された遠心錘２は、回転子円盤１の中心側１ａに配置される。
【００４６】
ステップＳ６において、駆動部１０ｂが駆動軸１０ａの先端を回転子円盤１の外周側１ｂから中心側１ａに移動させることにより、駆動軸１０ａの先端に接続された支持部材１４がリンク専用溝１３に沿って外周側１ｂから中心側１ａに移動する。すなわち、リンク部材４の他端が外周側１ｂから中心側１ａに移動する。リンク部材４の他端の移動に伴い、リンク部材４の一端に接続された遠心錘２は、遠心錘専用溝１１に沿って回転子円盤１の中心側１ａから外周側１ｂに移動する。
【００４７】
ステップＳ１０において、駆動部１０ｂが駆動軸１０ａの先端を回転子円盤１の中心側１ａから外周側１ｂに移動させることにより、駆動軸１０ａの先端に接続された支持部材１４がリンク専用溝１３に沿って回転子円盤１の中心側１ａから外周側１ｂに移動する。すなわち、リンク部材４の他端が回転子円盤１の中心側１ａから外周側１ｂに移動する。リンク部材４の他端の移動に伴い、リンク部材４の一端に接続された遠心錘２は、遠心錘専用溝１１に沿って回転子円盤１の外周側１ｂから中心側１ａに移動する。
【００４８】
このように、第２実施形態に係る水力発電システムによれば、上述のフライホイール設備３２の複数のリンク部材４が主軸５を挟んで複数の遠心錘２の位置を対称に保つため、第１実施形態の構成に比べて、回転子８にかかる複数の遠心錘２の荷重を均等にすることができる。
【００４９】
また、第２実施形態に係る水力発電システムによれば、上述のフライホイール設備３２にリンク部材４を付加することにより、遠心錘２の個数が２である場合、第１実施形態の構成に比べて、アクチュエータ１０の個数を４から１に減らすことができる。
【００５０】
［第３実施形態］
第３実施形態に係る水力発電システムについて、第１実施形態からの変更点のみ説明する。特に記載していない部分は第１実施形態と同様である。
【００５１】
図７は、第３実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。図８は、図７のＣ部分の上面図である。
【００５２】
フライホイール設備３２は、回転子円盤１と、複数の遠心錘２と、複数のリンク部材４と、アクチュエータ１０と、支持部材１４と、回転速度検出器２１と、制御装置２２と、を具備している。すなわち、第３実施形態に係る水力発電システムでは、フライホイール設備３２は、第１実施形態の構成に対して、さらに、複数のリンク部材４および支持部材１４を具備している。
【００５３】
たとえば、遠心錘２の個数を２とした場合、２個の遠心錘２は主軸５を挟んで対称位置に配置される。対称位置にある２個の遠心錘２は同じ質量である。
【００５４】
回転子円盤１には、対称位置にある２個の遠心錘２に対応する位置に貫通孔１２が形成されている。貫通孔１２の長さは、回転子円盤１の上面の中心側１ａから外周側１ｂに延びて端部１ｃまで達しない。貫通孔１２の幅は遠心錘２の直径よりも小さい。遠心錘２は、回転子円盤１の上面で貫通孔１２に沿って回転子円盤１の中心側１ａと外周側１ｂとの間を移動可能である。
【００５５】
リンク部材４は遠心錘２の数に応じて設けられている。遠心錘２の個数が２である場合、２個のリンク部材４はそれぞれ２個の遠心錘２に対して設けられている。そのリンク部材４の一端は回転子円盤１の上面で遠心錘２に接続されている。２個のリンク部材４は、主軸５を挟んで２個の遠心錘２の位置を対称に保つために設けられる。リンク部材４の他端は、貫通孔１２を介して回転子円盤１の下方に設けられている。リンク部材４の他端と支持部材１４との接続部分にはヒンジ（図示しない）が設けられている。
【００５６】
支持部材１４は、その内周部が空隙を介して主軸５に対面するリング形状の部材であり、主軸５に沿って上下の移動が可能である。
【００５７】
遠心錘２の個数が２である場合、アクチュエータ１０は２個の遠心錘２に対して１個設けられている。そのアクチュエータ１０は、駆動軸１０ａと、駆動部１０ｂと、を備えている。駆動軸１０ａの先端は主軸５上で支持部材１４に取り付けられている。すなわち、駆動軸１０ａの先端は、支持部材１４およびリンク部材４を介して遠心錘２に間接的に取り付けられている。この駆動軸１０ａは、主軸５に沿って第１位置５ａから第２位置５ｂまで回転軸方向に延びる。第１位置５ａは、遠心錘２を回転子円盤１の中心側１ａに配置するために設定された位置である。第２位置５ｂは、第１位置５ａよりも回転子円盤１に近く、かつ、遠心錘２を回転子円盤１の外周側１ｂに配置するために設定された位置である。駆動部１０ｂは、主軸５の第１位置５ａまたは第２位置５ｂの近傍に設けられている。
【００５８】
第３実施形態に係る水力発電システムの動作手順については、図３に示す第１実施形態の動作手順と同様であるため、第１実施形態からの変更点のみ説明する。
【００５９】
ステップＳ３において、駆動部１０ｂが駆動軸１０ａの先端を主軸５の第１位置５ａに配置することにより、駆動軸１０ａの先端に接続された支持部材１４が第１位置５ａに配置される。すなわち、リンク部材４の他端が第１位置５ａに配置される。これに伴い、リンク部材４の一端に接続された遠心錘２は回転子円盤１の中心側１ａに配置される。
【００６０】
ステップＳ６において、駆動部１０ｂが駆動軸１０ａの先端を主軸５の第１位置５ａから第２位置５ｂに移動させることにより、駆動軸１０ａの先端に接続された支持部材１４が第１位置５ａから第２位置５ｂに移動する。すなわち、リンク部材４の他端が第１位置５ａから第２位置５ｂに移動する。リンク部材４の他端の移動に伴い、リンク部材４の一端に接続された遠心錘２は、貫通孔１２に沿って回転子円盤１の中心側１ａから外周側１ｂに移動する。
【００６１】
ステップＳ１０において、駆動部１０ｂが駆動軸１０ａの先端を主軸５の第２位置５ｂから第１位置５ａに移動させることにより、駆動軸１０ａの先端に接続された支持部材１４が第２位置５ｂから第１位置５ａに移動する。すなわち、リンク部材４の他端が第２位置５ｂから第１位置５ａに移動する。リンク部材４の他端の移動に伴い、リンク部材４の一端に接続された遠心錘２は、貫通孔１２に沿って回転子円盤１の外周側１ｂから中心側１ａに移動する。
【００６２】
このように、第３実施形態に係る水力発電システムでは、上述のフライホイール設備３２の複数のリンク部材４が主軸５上で制御され、回転子円盤１上に複数のリンク部材４の荷重がかからない。このため、第３実施形態に係る水力発電システムによれば、第２実施形態の構成に比べて、複数のリンク部材４およびアクチュエータ１０による非対称性が緩和されて、回転子８にかかる複数の遠心錘２の荷重を均等にすることができる。
【００６３】
［第４実施形態］
第４実施形態に係る水力発電システムについて、第３実施形態からの変更点のみ説明する。特に記載していない部分は第３実施形態と同様である。
【００６４】
図９は、第４実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。
【００６５】
フライホイール設備３２は、回転子円盤１と、複数の遠心錘２と、複数のリンク部材４と、重力錘６と、アクチュエータ１０と、支持部材１４と、回転速度検出器２１と、制御装置２２と、を具備している。すなわち、第４実施形態に係る水力発電システムでは、フライホイール設備３２は、第３実施形態の構成に対して、さらに、重力錘６を具備している。
【００６６】
重力錘６は、リング形状であり、その内周部は空隙を介して主軸５に対面している。重力錘６は、主軸５上で支持部材１４に取り付けられ、支持部材１４とともに主軸５に沿って上下の移動が可能である。
【００６７】
駆動部１０ｂは、第３制御信号に応じて、遠心錘２が回転子円盤１の外周側１ｂから中心側１ａに移動するように駆動軸１０ａを駆動する。このとき、重力錘６は下方に重力を受けている。この場合、駆動部１０ｂが駆動軸１０ａを駆動するときの駆動力、および、下方に受ける重力により、遠心錘２は回転子円盤１の中心側１ａに近づく。
【００６８】
このように、第４実施形態に係る水力発電システムでは、遠心錘２の遠心力により遠心錘２が回転子円盤１の中心側１ａから外周側１ｂに向かう方向に対して、重力錘６の重力により遠心錘２が回転子円盤１の外周側１ｂから中心側１ａに向かう方向、すなわち、反対の方向に作用する。このため、第４実施形態に係る水力発電システムによれば、第３実施形態の構成に比べて、回転速度Ｖを減少させる場合に駆動部１０ｂが駆動軸１０ａを駆動するときの駆動力を低減させることができる。
【００６９】
また、第４実施形態に係る水力発電システムでは、水力発電システムの運転停止時の駆動部１０ｂの駆動力を低減させることにより、第３実施形態の構成に比べて、駆動部１０ｂの容量およびコストを下げることができる。
【００７０】
［第５実施形態］
第５実施形態に係る水力発電システムについて、第１実施形態および第２実施形態からの変更点のみ説明する。特に記載していない部分は第１実施形態および第２実施形態と同様である。
【００７１】
図１０は、第５実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。第１実施形態および第２実施形態に係る水力発電システムでは、回転子円盤１が回転子８の上方に設けられているが、これに限定されない。第５実施形態に係る水力発電システムにおいて、図１０に示されるように、回転子円盤１の下面が回転子８の上面に接してもよい。
【００７２】
［第６実施形態］
第６実施形態に係る水力発電システムについて、第１実施形態〜第４実施形態からの変更点のみ説明する。特に記載していない部分は第１実施形態〜第４実施形態と同様である。
【００７３】
図１１は、第６実施形態に係る水力発電システムの構成を示す部分断面・立面図である。第１実施形態〜第４実施形態に係る水力発電システムでは、回転子円盤１が回転子８の上方に設けられているが、これに限定されない。第６実施形態に係る水力発電システムにおいて、図１１に示されるように、回転子円盤１が回転子８と水車９との間に設けられてもよい。
【００７４】
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、また各実施形態の特徴を組み合わせることができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１  …  回転子円盤
１ａ  …  中心側
１ｂ  …  外周側
１ｃ  …  端部
２  …  遠心錘
４  …  リンク部材
５  …  主軸
５ａ  …  第１位置
５ｂ  …  第２位置
６  …  重力錘
７  …  固定子
８  …  回転子
９  …  水車
１０  …  アクチュエータ
１０ａ  …  駆動軸
１０ｂ  …  駆動部
１１  …  遠心錘専用溝
１２  …  貫通孔
１３  …  リンク専用溝
１４  …  支持部材
２１  …  回転速度検出器
２２  …  制御装置
３１  …  発電機
３２  …  フライホイール設備
【図１】
2013181463.tif 000003
【図２】
2013181463.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013181463.tif 000006
【図５】
2013181463.tif 000007
【図６】
2013181463.tif 000008
【図７】
2013181463.tif 000009
【図８】
2013181463.tif 000010
【図９】
2013181463.tif 000011
【図１０】
2013181463.tif 000012
【図１１】
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