(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の遊星歯車装置は、風力発電設備の風車の回転を増速する増速機として備えられ、遊星歯車装置の軽量化を可能にし、軽量化により必要部分の寸法への影響や機能低下を伴うことが無いものとして、風力発電設備の軽量化と小型化を図ったものが提供されている。本願も同様に、水力発電設備の増速機の軽量化と小型化を図る。【解決手段】前記スクリュウが流水の落下を受けて駆動源となり、回転するスクリュウを固着したシャフト６を備え、前記シャフト６の回転を増速する増速機４を連結して備え、前記発電機３はモータ軸１２にピニオン１１を備え該ピニオン１１を増速機４の出力軸１８として伝達可能にすると共に増速機４の上部に一体に搭載して、前記増速機４は、入力軸１７にシャフト６を連結して、シャフト６と入力軸１７と出力軸１８とモータ軸１２とを同軸上にして、発電機３とシャフト６とを一体に設置する構成にする。【選択図】図２
2013032762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川の流水を受け回転するスクリュウのシャフトから増速回転し、発電機のモータ軸に連結して電力を送電可能にする発電装置において、
前記スクリュウは、流水の落下を受け駆動源として、該スクリュウに固着して回転する軸のシャフトを備え、
前記シャフトの回転を増速する増速機を備え、
前記発電機はモータ軸にピニオンを備え、該ピニオンを増速機の出力軸として伝達可能にすると共に、増速機の上部に位置させ、
前記増速機は、入力軸にシャフトを連結して、入力軸と出力軸とモータ軸とを同軸上にして、発電機と一体に設置することを特徴とする水力発電用増速機。
【請求項２】
前記増速機は、発電機を搭載して、発電機のモータ軸を増速機の出力軸になるように、該モータ軸の先端部にピニオンを備え、増速機を遊星歯車装置にして該ピニオンを太陽歯車にすることを特徴とする請求項１記載の水力発電用増速機。
【請求項３】
前記増速機は、入力軸にスクリュウのシャフトを挿入して一体化することを特徴とする請求項１記載の水力発電用増速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、河川を流れる水で駆動回転されるスクリュウ軸を備えて、このスクリュウ軸の回転を増速する増速機を備え、増速した回転を発電機に連結して電気を発生させる発電装置で、水力回転の入力から高速回転の出力を同一軸上に配置して、発電機とかスクリュウとかを軸上で一体に連結する増速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来の遊星歯車装置は、風力発電設備の風車の回転を増速する増速機として備えられ、遊星歯車装置の軽量化を可能にし、軽量化により必要部分の寸法への影響や機能低下を伴うことが無いものとして、風力発電設備を構成する部材の軽量化と小型化を図ったものが提供されている。その軽量化は、入力側の遊星歯車を回転自在に支承する軸を中空軸として、複数段に連結して高速用に増速している。【０００３】
【特許文献１】  特開２００６−９５７５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかし、この遊星歯車装置は入力軸と出力軸を同一軸線上に配置できなく、軸径方向に広がり、風力発電設備を大きくする欠点があり、この遊星歯車装置を水力発電装置の鉛直方向に配置して利用するとき、油漏れ、粉塵による歯面の摩耗、油量の計測、冷却対策ができなく大型化して設置に工数を要する問題があった。【０００５】  本発明は、水力発電装置であり、落下する流水をスクリュウが受けて回転するスクリュウの軸であるシャフトを備え、このシャフトの軸に水車（スクリュウ）を固定し、スクリュウの回転を増速する増速機に出力軸を備える。増速機の出力軸の回転は、発電機に伝達できるように、シャフトと増速機と発電機とを同軸上に設置することで、小型化と心振れを少なくする。増速機の出力軸は、発電機のモータ軸として一体化することで、現地の組付けを容易にする。さらに、スクリュウのシャフトを増速機の入力軸も一体化に形成して、心出し等の設置時間を短縮することを目的にしている。
増速機の入力軸は、スクリュウ軸の低速で高トルクの回転であるため、剛性を高めた軸径を大きくしてある。出力軸は、高速回転にして低トルクに変速しているので、軸径を小さくしている。増速機は、発電機とかシャフトとかを一体に接続し、軽量で小型にして同軸上に形成して、騒音・振動を低めた増速機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  請求項１の発明では、河川の流水を受けるスクリュウにより回転する軸であるシャフトを備え、このシャフトを発電機のモータ軸に連結する発電装置である。前記シャフトは、流水の落下を受け回転する駆動源として、水圧を受けるスクリュウを固着して、この回転を増速する増速機に入力軸として連結している。前記発電機はモータ軸にピニオンを備え、該ピニオンを増速機の出力軸として、発電可能に伝達すると共に、増速機の上部に搭載している。前記増速機は、入力軸にシャフトを連結して、入力軸と出力軸とモータ軸とを同軸上にして、発電機とかシャフトとかを一体に設置する構成とする。【０００７】  請求項２の発明では、請求項１の前記増速機は、発電機を搭載して、発電機のモータ軸を増速機の出力軸として、該モータ軸の先端部にピニオンを備え、増速機を遊星歯車装置にして該ピニオンを太陽歯車にする構成とする。
請求項３の発明では、請求項１の増速機の入力軸は、スクリュウのシャフトを挿入して一体化する構成とする。【０００８】  請求項１の構成では、低速回転で高トルクのスクリュウのシャフトを、低トルクで高速回転に変速して、発電機のモータ軸と同軸上の構造であるため、振れ・振動を少なくし、一体化することで小型化ができ、組み付け時間を短縮することができる作用がある。
請求項２の構成では、増速機のシャフトの回転が低速で高トルクに入力伝達され、この入力回転を増速して出力の回転を高速で低トルクをピニオンから直接モータ軸に伝達することができる作用がある。
請求項３の構成では、増速機の入力軸にシャフトを一体化することで、軸受を簡素化して小型にできる作用がある。
【発明の効果】
【０００９】  請求項１の発明では、発電機と増速機とを一体に連結するので、小型で軽量化することができ現地での設置の心出し作業が容易にでき、工場で組み付けして現地で設置する作業だけで工数を短くして精度も高くすることができるし、シャフトも同軸上にして振動及び振れが少なく騒音もなく、しかも耐久性を高くできる効果がある。
請求項２の発明では、発電機のモータ軸を太陽歯車として接続するので、同軸心のため慣性力を小さくして高速回転を容易にして小型化することができる効果がある。
請求項３の発明では、シャフトを増速機に嵌着することで、軸受を簡素化でき安価で小型にできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】  本発明の変速機を採用した水力発電機の説明図。
【図２】  スクリュウ軸と増速機と発電機とを同軸上にして発電機を連結した側面図。
【図３】  スクリュウ軸と増速機とを一体に連結した別例の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  本発明の水力発電装置１は、河川Ｒの流水Ｗを利用して、スクリュウ７を鉛直方向に備えて、スクリュウ７の回転を増速する増速機４の入力軸１７に接続して、増速機４により出力軸１８に増速された高回転を、発電機３のモータ軸１２に伝達することで、電力を発生させる構造を提供するものである。
【００１２】  図１は、河川Ｒを流れる水を別途に設ける用水路Ｋに導き、その用水路Ｋに段差Ｄを付けて水量に落下速度つけることで、流水のエネルギーを増大させることで、回転エネルギーに変換して発電させるようにした設備である。用水路Ｋの水は、河川Ｒから引き入れる水門に流木・空き缶・ビニール袋・草等のごみを遮断する網が入口に設置してあり、水だけが流れるものである。落下する水は、効率よく流れる溝の形状を備えた流水Ｗとして、縦方向の鉛直に設置してあるスクリュウ７が回転可能に軸着してある。
【００１３】  スクリュウ７は、用水路Ｋの床面に軸受１０を備え、鉛直にシャフト６を備え、継手５を介して増速機４に連結して、増速機４の出力軸１８に発電機３のモータ軸１２と直結して搭載している。発電機３は、モータ軸１２を軸心に配置して高回転可能に軸着し、モータ軸１２に固着された磁気ロータ１３の回転を周辺のコイル１４が電気に変換して発電する。水力発電装置１は、スクリュウ７の回転を正確に効率よく伝達しなければならず、上部を外枠２の軸受９で支持させ、外枠２を用水路Ｋの両岸からフレーム８を渡して固着し、鉛直方向に軸心を同軸上にして支持している。
【００１４】  増速機４は、落下する流水Ｗを駆動源にして、低速回転の大きなトルクを入力軸１７に得て、シャフト６の入力軸１７の回転数を、出力軸１８に高速回転に変える増速機４であり、この高回転をモータ軸１２に伝達して、発電機３の磁気のロータ１３を回転させて電力を得ることになる。増速機４と発電機３との伝達は、増速機４の出力軸１８をモータ軸１２として備えて、モータ軸１２の先端にピニオン１１を備えて増速機４の遊星歯車装置１６に噛合わせて一体に形成しているので、シャフト６と入力軸１７と出力軸１８とモータ軸１２とが同軸心にあり、一線上に立設している。
【００１５】  発電機３は、図示略の制御盤により整流されて安定ある電圧と周波数にして送電される。外枠２は、防水製のもので発電機３と制御盤に水が掛ることが無く、粉塵等の侵入もなく、フレーム８で固着されている。流水Ｗは、河川Ｒの状況により、大雨・台風等の悪条件では、入口を閉鎖して用水路Ｋの流水Ｗの量を調整する。用水路Ｋを流れる流水Ｗの水力は、段差Ｄから落下してスクリュウ７の一方向側に当接することで回動させることができ、スクリュウ７を支持するシャフト６が回転して増速機４に入力される。増速機４は、入力軸１７の回転を増速して出力軸１８を回転させる。前記出力軸１８は、ピニオン１１を備えたモータ軸１２であり、増速機４に一体に固着されて、高速回転を発電機３に伝達され、制御盤にて商用電源をつくることができる。
【００１６】  図２は、シャフト６と増速機４と発電機３を示し、シャフト６の回転を増速して高速回転を発電機に入力することで大きな電力を発生させるようにしている。歯車は、遊星歯車装置１６で２点遊星〜４点遊星がほとんどで、内歯車を回転する遊星歯車がキャリアに等分に軸着したピンに回転自在に嵌着して、入力軸１７をこのキャリアに固着して、前記遊星歯車にピニオン１１を噛合わせることで、ピニオンが増速する回転を得ることができる。  シャフト６は、床面の軸受１０とフレーム８の軸受９により支持されて、増速機４の入力軸１７と同軸心に回転可能に固着する。増速機４は、フレーム８に入力軸１７を突出してシャフト６と同軸心にしてフレーム８に固定する。シャフト６と入力軸１７は、継手５を介して連結している。
【００１７】  増速機４は、フレーム８に固着され、遊星歯車装置１６を介在して、出力軸１８（モータ軸１２）のピニオン１１が遊星歯車装置１６に噛合い高速回転に増速し、モータ軸１２を回転することで発電作用をする。発電機３は、増速機４に搭載して、モータ軸１２の先端のピニオン１１が遊星歯車装置１６に噛合うようにボルト１５で複数箇所を固着することでモータ軸１２のロータ１３がコイル１４の内周面を高速回転する。
【００１８】  ロータ１３は、磁石により数極に設定され、固定されたコイル１４の内周面を高速回転する磁気により、設定された極のサイクル波を得ることで発電して、図示略の制御盤により商用電源として整流れた電力を送電することになる。軸心Ｏは、水力を受けるシャフト６と、シャフト６と連結する増速機４の入力軸１７と、入力軸１７の回転を増速して高速回転にするモータ軸１２と、を同一軸線上に配置することで全体をまとめることができ、増速機４と発電機３を一体にしているので現地での組み付けが容易にでき、各軸の心出しができるため振れを少なくすることができ騒音・振動が軽減される。
【００１９】  図３は、増速機４の入力軸１７とシャフト６とを一体に連結するもので、一体にすることでシャフト６の軸受の軽減と心出しの設置時間を短縮することができる。増速機の入力軸１７は、出力軸１８に比べて高トルクの伝達があり、大径にしてあるので中空にすることが可能である。入力軸１７は、中空軸１７ａとして中空面にセレーション１９を備え、増速機４の内部まで挿入できるようにシャフト６も同形状の外周面にセレーション１９を備え、一体にすることで、軸受９として支持できるようにしている。本実施形態では、中空軸１７ａとシャフト６の連結部をセレーション１９で説明しているが、これは連結する一つの係合手段でありスプラインでもキー加工によるキー材を使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】  本発明の増速機は、シャフトと発電機をフレームに一体にして、外枠を用水路に搬送して取付けるだけで水力発電装置１を簡単に設置することができ、稼働時期が終了すれば他の場所に移動または交換が簡単にできる一体型にすることもできる。
【符号の説明】
【００２１】１    水力発電装置
２    外枠
３    発電機
４    増速機
５    継手
６    シャフト
７    スクリュウ
８    フレーム
９    軸受
１０  軸受
１１  ピニオン
１２  モータ軸
１３  ロータ
１４  コイル
１５  ボルト
１６  遊星歯車装置
１７  入力軸
１８  出力軸
Ｏ    軸心
Ｒ    河川
Ｗ    流水
Ｋ    用水路
【図１】
2013032762.tif 000003
【図２】
2013032762.tif 000004
【図３】
2013032762.tif 000005