(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の流路を内側に有する筒状のケースと、前記流路内に配置され、動翼部およびロータマグネットを備えた回転体と、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する軸流発電機において、
前記回転体は、前記流路内において前記ケースと同軸に配置された円筒状ロータケースと、前記動翼部の外周側を囲み、前記動翼部と一体に回転する外側円筒部とを備えており、
前記円筒状ロータケースは、流体入側の入側端部分に胴部を備えており、
前記胴部の流体入側の入側端部には、前記外側円筒部が同軸状態で連結されており、
前記ステータは、ステータコアを備え、
前記ステータコアにおいて、前記ロータマグネットとの半径方向外側で対向するコア底部と、該コア底部から外周側に拡径する当該ステータコアのフランジ部の少なくとも一部とが前記ケースにインサート成形され、
前記ケースにおいて前記ステータコアがインサートされたインサート部は、当該ケースの外径で周囲より凹んでいる溝部を構成しており、
前記ケースの径方向の厚みは、前記インサート部で最小であり、
前記胴部と前記ケースの内周面とによって形成された環状隙間の隙間寸法は、前記回転体と前記ケースとの隙間寸法のうち、最小寸法に設定されていることを特徴とする軸流発電機。
【請求項２】
前記ケースにおいては、前記ロータマグネットと前記ステータとが対向する部分での流路断面積が、前記動翼部が配置されている部分での流路断面積よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の軸流発電機。
【請求項３】
前記動翼部に対して流体入側には、前記流体を前記動翼部に導く静翼が配設され、
当該静翼は、前記ケースと別体であり、当該ケースに固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸流発電機。
【請求項４】
前記円筒状ロータケースは、外周面に前記ロータマグネットが固定されたマグネット保持部と、前記マグネット保持部の流体入側の入側端部で半径方向外側に広がる当該円筒状ロータケースのフランジ部と、前記円筒状ロータケースのフランジ部の外周縁から流体入側に向けて等径で延びるロータ側大径胴部とを備えており、
前記ロータ側大径胴部が前記胴部であることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれかの項に記載の軸流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケース内の流路に対して回転体が配置された軸流発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水力発電装置は様々な用途に用いられている。例えば、蛇口の下方位置に手を差し出したとき、それをセンサが感知すると、蛇口から水を自動的に流すように構成した自動水栓装置において、水道水の流路の途中位置に小型の水力発電装置を設けるとともに、この水力発電装置によって得た電力を蓄え、この電力を自動水栓装置のセンサ回路などに供給することが提案されている。
【０００３】
近年、自動水栓用発電機については、小型化を目的にパイプ状の軸流発電機が案出されている。このような軸流発電機は、静止翼、動翼やマグネットを備えた回転体、この回転体に対する支軸、軸受、シール部材、マグネットと磁気回路を構成するステータコアおよびコイルを備えたステータ、ケースなどの部品によって構成されており、流路内を通る水の水圧を受けて回転体が回転すると、マグネットが回転し、その回転により、ステータで起電する。ここで、マグネットの外側には、マグネットの磁力を通過させることができ、かつ、水をシールすることのできるシール部材が配置されており、かかるシール部材として、従来は、非磁性のステンレス薄板が用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００４−３３６９８２号公報
【特許文献２】特開２００５−３１４９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のシール部材は、非磁性のステンレス薄板を絞りプレス工法にて製作されることから、金型が必要であり、多大なコストが発生する。また、ステンレス薄板を絞りプレスするため、応力腐食割れが発生しやすいとともに、金型管理が難しい。また、従来の軸流水力発電機は、部品数が多く、組み立てに多大なコストが発生するとともに、これらの部品を製作するにも金型が必要であり、多大なコストが発生する。なお、シール部材を樹脂製にしただけでは、磁気伝達効率を高めるために薄くすると水圧に耐えられないという問題点がある。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、軸流発電機において、部品点数を削減することにより、低コスト化を図ることのできる構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では、液体の流路を内側に有する筒状のケースと、前記流路内に配置され、動翼部およびロータマグネットを備えた回転体と、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する軸流発電機において、前記回転体は、前記流路内において前記ケースと同軸に配置された円筒状ロータケースと、前記動翼部の外周側を囲み、前記動翼部と一体に回転する外側円筒部とを備えており、前記円筒状ロータケースは、流体入側の入側端部分に胴部を備えており、前記胴部の流体入側の入側端部には、前記外側円筒部が同軸状態で連結されており、前記胴部と前記ケースの内周面とによって形成された環状隙間の隙間寸法は、前記回転体と前記ケースとの隙間寸法のうち、最小寸法に設定されているとともに、前記ステータを構成するステータコアが前記ケースにインサート成形されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、ステータコアがケースにインサート成形されているため、ステータとマグネットとの間に別のシール部材を配置する必要がない。このため、Ｏリングなどを用いたシールが不要になるため、防水性を向上することができる。また、部品点数を削減できるので、組み立てコストを低減することができる。さらに、ステータとマグネットとの間に配置される部分を樹脂製にしただけでは、十分な厚みを確保しないと強度が不足するが、本発明においては、ステータとマグネットとの間に配置される部材は、ステータコアのインサートにより補強された樹脂部分からなるため、十分な磁気伝達効率を確保できるほど薄くても、水圧に耐え得る十分な強度を備えている。
【０００８】
また、本発明は、前記ステータコアにおいて、前記ロータマグネットとの半径方向外側で対向するコア底部と、該コア底部から外周側に拡径するステータコアのフランジ部の少なくとも一部とが前記ケースにインサート成形され、前記ケースにおいて前記ステータコアがインサートされたインサート部は、当該ケースの外径で周囲より凹んでいる溝部を構成していることを特徴とする。ステータコアのコア底部やフランジ部といった壁状部分がインサートされている構成を採用すれば、流体圧によるケースの膨張などに耐え得る強度を実現することができる。さらに、本発明は、前記ケースの径方向の厚みは、前記インサート部が最小であることを特徴とする。例えば、インサート部におけるケース（樹脂部分）の厚さを０．５ｍｍ程度まで薄くすると、ステータコアとロータマグネットの隙間を狭くできるので、発電効率を向上することができる。また、インサート部が薄くても、かかる部分の強度は、ステータコアがインサートされていることによって十分なレベルにまで高めることができる。
【０００９】
本発明において、前記ケースでは、前記ロータマグネットと前記ステータとが対向する部分での流路断面積が、前記動翼部が配置されている部分での流路断面積よりも狭いことが好ましい。このように構成すると、動翼の外径を大きくすることができるので、回転効率が向上する。また、インサート部の径を小さくすると、インサート部に加わる水圧が低下するので、インサート部での膨張や水漏れを確実に防止することができる。
【００１０】
本発明において、前記動翼に対して流体入側には、前記流体を前記動翼に導く静翼が配設され、当該静翼は、前記ケースと別体であり、当該ケースに固定されていることが好ましい。このように構成すると、ケースを１部品で構成した場合でも、ケースに回転体を配置した後、その入側に静翼を配置すればよいので、組み立てを容易に行なうことができる。
【００１１】
本発明において、前記円筒状ロータケースは、外周面に前記ロータマグネットが固定されたマグネット保持部と、前記マグネット保持部の流体入側の入側端部で半径方向外側に広がる当該円筒状ロータケースのフランジ部と、前記円筒状ロータケースのフランジ部の外周縁から流体入側に向けて等径で延びるロータ側大径胴部とを備えており、前記ロータ側大径胴部が前記胴部である構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、ステータコアがケースにインサート成形されているため、ステータとマグネットとの間に別のシール部材を配置する必要がない。このため、Ｏリングなどを用いたシールが不要になるため、防水性を向上することができる。また、部品点数を削減できるので、組み立てコストを低減することができる。さらに、ステータとマグネットとの間に配置される部分を樹脂製にしただけでは、十分な厚みを確保しないと強度が不足するが、本発明においては、ステータとマグネットとの間に配置される部材は、ステータコアのインサートにより補強された樹脂部分からなるため、十分な磁気伝達効率を確保できるほど薄くても、水圧に耐え得る十分な強度を備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態として軸流水力発電機を説明する。
【００１４】
（全体構成）
図１は、本発明を適用した軸流水力発電機の断面図である。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、図１に示すケース（インサート成形体）の側面図、このケースにインサートされたステータコアの側面図、およびステータコアの斜視図である。
【００１５】
図１および図２（ａ）において、本形態の軸流水力発電機１（軸流発電機）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。本形態において、軸流水力発電機１は、軸線方向に延びて内側を液体が通過可能な円筒状のケース２（インサート成形体）を有しており、その内側に流路２０が構成されている。
【００１６】
ケース２の内部において、軸線方向の略中央部には静翼構成体３１が保持されている。静翼構成体３１は、ケース２の入側部分の内径寸法と略同一の外径寸法を備えたパイプ部３１１を備えており、このパイプ部３１１の出側端部の内側には、静翼部３１２と、静翼部３１２から内側に位置する円環状の隔壁部３１５とを備えており、隔壁部３１５の内側には、入側軸保持部３１０が形成されている。なお、ケース２の内部において、入側ではパイプ部３１１が流路を構成するため、ケース２とパイプ部３１１との間にはＯリング２９が配置されている。
【００１７】
本形態において、ケース２の内側には、軸線方向に延びた支軸４が配置されており、支軸４の入側端部は、静翼構成体３１の入側軸保持部３１０に形成された軸穴３１０ａに保持されている。また、ケース２において、出側では、複数本の連結板部によって、軸穴２２０ａを備えた円筒状の出側軸保持部２２０が保持されており、出側軸保持部２２０の軸穴２２０ａには支軸４の出側端部が支持されている。
【００１８】
支軸４には回転体８が回転可能に支持されており、回転体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８４の入側端部には、動翼部８３４を備えた動翼構成部材８３が保持されている。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、出側軸保持部２２０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、回転体８が回転する際、回転体８は、出側方向における位置が規制された状態で回転する。
【００１９】
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、回転体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。
【００２０】
円筒状ロータケース８４の出側端部は、ケース２の内面のうち、出側軸保持部２２０の周りで凹む凹部内に位置しており、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、円筒状ロータケース８４の出側端部の外周面の外周側には、ケース２の凹部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、ケース２と回転体８の出側端部とは、屈曲した環状隙間を間に形成した状態で対向している。
【００２１】
回転体８に対して外側には、ロータマグネット８１に対して外周側で対向する位置にステータ７が配置されており、ステータ７は、４枚のステータコア７３とコイル７２とを備えている。
【００２２】
図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、ステータコア７３はいずれも、円環状のフランジ部７３１と、フランジ部７３１の周縁で起立した極歯７３２とを備えており、周方向で互いの極歯７３２が交互に位置するように配向配置された２枚ステータコア７３を一組として、２組のステータ組が軸線方向に配置されている。
【００２３】
（ケースとステータとの一体化構造）
このように構成した軸流水力発電機１において、本形態では、ステータ７に用いたステータコア７３がケース２にインサート成形されている。ここで、ステータコア７３において、ロータマグネット８１と対向する極歯７３２（コア底部）と、極歯７３２から外周側に拡径するフランジ部７３１とがケース２にインサート成形されている。従って、ステータコア７３のフランジ部７３１の外周縁には、インサート成形時、金型内でステータコア７３のラジアル方向の位置決めを行なうための切り欠き７３３が形成されている、また、ステータコア７３のフランジ部７３１には、その両側で樹脂を連通させるための連通穴７３４が形成されている。
【００２４】
このようにしてステータコア７３がインサート成形されたケース２（インサート成形品）においては、図２（ａ）に示すように、ステータコア７３がインサートされたインサート部２１が、ケース２の外径で周囲より凹んでいる溝部２２として構成され、かかる溝部２２に対して、図１に示すコイル７２が直接巻回されている。従って、本形態では、コイルボビンが省略されている。ここで、ケース２の径方向の厚みは、インサート部２１で最小になっている。このため、ケース２において、ステータ７の内周側に位置する樹脂部分の肉厚は、極めて薄い。
【００２５】
再び図１において、本形態のケース２の内周面には、インサート部２１よりやや入側に段部２３が形成されている。かかる段部２３によって、動翼部８３４が配置されている部分の流路２１の断面積は、インサート部８１が形成されている部分の流路２１の断面積に比して拡大されている。このため、流路２１は、ロータマグネット８１とステータ７とが対向する部分（インサート部８１）での開口断面積が、動翼部８３４が構成されている部分での開口断面積よりも狭い。
【００２６】
また、ケース２の内周面と、ロータ側大径胴部８４３の外周面との間には環状微小隙間が構成されている。本形態において、ケース２の内周面とロータ側大径胴部８４３とによって形成された環状微小隙間の隙間寸法は、回転体８とケース２との隙間寸法のうち、最小寸法に設定されている。
【００２７】
このように構成したケース２において、インサート部２１の周りはスリーブ６で囲まれている。ここで、スリーブ６の入側端部には、内周側に向けて屈曲して、ケース２の環状段部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、スリーブ６の出側端部において、その内側には、ポッティング樹脂９が充填されており、かかるポッティング樹脂９は、ステータ７の外周部分まで充填されている。スリーブ６は、磁性体から形成されており、スリーブ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。なお、ステータ７にはフレキシブル基板７４を介して端子７５が電気的に接続されており、フレキシブル基板７４の全体、および端子７５の根元は、ポッティング樹脂９に埋まった状態にある。
【００２８】
（動翼周辺の構成）
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明を適用した軸流水力発電機１に設けた弁機構を拡大して示す断面図、回転体８の出側端部を構成する動翼構成部材８３を入側からみた外観図、および弁機構を入側からみた外観図である。
【００２９】
図１に示す回転体８において、円筒状ロータケース８４のロータ側大径胴部８４３の入側端部には、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、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、中央部の内側円筒部８３０と、内側円筒部８３０の外側を囲む連結用円筒部８３５と、連結用円筒部８３５の外側を囲む外側円筒部８３２とを備えている。ここで、連結用円筒部８３５と外側円筒部８３２とは、複数枚の羽根８３３を備えた動翼部８３４によって連結されている。
【００３０】
本形態において、内側円筒部８３０と連結用円筒部８３５との間はバイパス部８３７になっている。バイパス部８３７には、複数枚のバイパス翼８３６が形成されており、内側円筒部８３０と連結用円筒部８３５とは、バイパス翼８３６によって連結されている。
【００３１】
ここで、動翼部８３４の羽根８３３は、垂直面に対して一方方向に６０°傾いており、流体圧を受けたとき、回転体８に一方方向の大きな回転トルクを発生させる。これに対して、バイパス翼８３６は、動翼部８３４より内周側で垂直面に対して他方方向に６０°傾いており、流体圧を受けたとき、動翼部８３４とは反対に、回転体８に他方方向の回転トルクを発生させる。但し、バイパス翼８３６は、動翼部８３４より内周側に形成されているので、動翼部８３４に比較して、回転体８に小さな回転トルクを印加するだけである。
【００３２】
このように構成した動翼構成部材８３において、内側円筒部８３０では、図３（ａ）に示すように、円筒状軸受８２の入側端部がさらに入側に突き出るように挿入された後、内側円筒部８３０の底部で円筒状軸受８２の端部が加締されて、内側円筒部８３０と円筒状軸受８２とが連結されている。また、動翼構成部材８３において、外側円筒部８３２は、出側端部の外周面に段部が形成されている一方、ロータ側大径胴部８４３の入側端部は、その内周面に段部が形成されており、動翼構成部材８３の外側円筒部８３２と、ロータ側大径胴部８４３とは、段部同士が嵌った状態で連結されている。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の内側から回転体８の外側への漏水が防止されている。
【００３３】
（静翼構成体３１の構成）
図４（ａ）、（ｂ）は各々、図１に示す軸流水力発電機に設けた弁機構の分解斜視図、および弁体とプレートとの固定構造を示す説明図である。
【００３４】
本形態において、図１に示す静翼構成体３１は、図３（ａ）、（ｃ）および図４（ａ）に示すように、最も外周側にケース２の段部２８によって軸線方向に位置決めされた円筒状のパイプ部３１１を備えているとともに、パイプ部３１１の出側端部の内側には、回転体８の動翼部８３４に向けて流体を導く複数枚の静翼３１２が形成されている。静翼３１２は、動翼部８３４に軸線方向で対向するように形成され、流体を噴流として動翼部８３４の羽根８３３に効率よく衝突させるように垂直面に対して約３０°傾いている。
【００３５】
ここで、静翼構成体３１は、静翼３１２の内周縁と、中央の入側軸保持部３１０との間に環状の隔壁部３１５を備えており、この隔壁部３１５には、流体の圧力が上昇したときに、回転体８のバイパス部８３７に向かう流路を閉状態から開状態に切り換える弁体１１を備えた弁機構１０が構成されている。
【００３６】
（弁機構の構成）
本形態において、弁機構１０は、まず、隔壁部３１５において入側軸保持部３１０の周りで周方向に所定の間隔をあけて形成された３つの開口部３１６と、隔壁部３１５に対して出側に円盤部１１１を備えた弁体１１とを備えている。隔壁部３１５に形成された開口部３１６は、回転体８のバイパス部８３７に軸線方向で対向する位置に形成されている。
【００３７】
弁体１１において、円盤部１１１には支軸４が貫通する中央穴１１１ａが形成されているとともに、円盤部１１１の入側端面では、その同一円周上で入側に向けて突出した３本の弁体爪部１１２が形成されている。３本の弁体爪部１１２は、開口部３１６を貫通して先端側が隔壁部３１５より入側まで突出しており、その先端側の途中部分には、円盤状のプレート１２が固定されている。隔壁部３１５に対して入側において、弁体爪部１１２の周りにはコイルバネ１３が装着されており、コイルバネ１３は、３本の弁体爪部１１２の周りで圧縮された状態で両端が各々隔壁部３１５の入側端面とプレート１２の出側端面とに当接し、圧縮した状態が保持されている。このようにして、静翼構成体３１は、弁体１１を軸線方向に移動可能に支持する弁体支持部としても機能し、この静翼構成体３１には入側軸保持部３１０も一体に形成されている。
【００３８】
このように構成した弁機構１０において、弁体１１はコイルバネ１３によって入側に向けて付勢されており、通常時（流量が低くて流体圧が低い時）、円盤部１１１は、隔壁部３１５の開口部３１６を塞いだ状態にある。本形態において、円盤部１１１の入側端面には、支軸４が貫通する中央穴１４１、および３本の弁体爪部１１２が各々貫通する３つのスリット１４２が形成された円形のシート１４が固着されており、通常時、弁体１１の円盤部１１１は、シート１４を介して隔壁部３１５の開口部３１６を塞いだ状態にある。このようなシート１４としては、フッ化ビニリデン系ゴム（ＫＦＭ）、テトラフロオロエチレン−プロピレン系ゴム（ＦＥＰＭ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロビニルエーテル系ゴム（ＦＦＫＭ）等のフッ素系ゴム製シートを用いることができる。
【００３９】
（プレートの固定構造）
本形態において、弁体爪部１１２の突出方向の途中位置でプレート１２を固定するにあたって、まず、弁体爪部１１２の外周面にはプレート１２に対する抜け防止用の溝部１１２ａ（抜け防止用の段部）が形成されている。
【００４０】
これに対して、プレート１２には、図４（ｂ）に示すように、３本の弁体爪部１１２の先端側を各々挿入するための３つの挿入用孔部１２１と、３つの挿入用孔部１２１の各々から周方向の一方側に延びて３本の弁体爪部１１２の一方側部分が各々内側に保持されるスリット状孔部１２２とが形成されている。ここで、挿入用孔部１２１とスリット状孔部１２２とは、各々の外周縁が連続した円弧を形成している。また、スリット状孔部１２２の幅寸法（半径方向における寸法）は、弁体爪部１１２全体の厚さ寸法（半径方向における寸法）と略同一であるのに対して、挿入用孔部１２１は半径方向に内側に拡張されており、弁体爪部１１２全体の厚さ寸法に対して十分な幅寸法（半径方向における寸法）を備えている。
【００４１】
また、プレート１２には、弁体爪部１１２に固定する前の状態で、３つの挿入用孔部１２１の各々の内縁部から入側に向けて起立するように屈曲した抜け止め部１２３が形成されており、３つの挿入用孔部１２１の各々の外縁部には、抜け止め部１２３の起立位置と対向する位置に切り欠き１２４が形成されている。
【００４２】
このような構成のプレート１２を弁体爪部１１２に固定するには、まず、３本の弁体爪部１１２をプレート１２の３つの挿入用孔部１２１に各々、挿入する。ここで、挿入用孔部１２１の外周縁に対する仮想の外接円は、３本の弁体爪部１１２の外周面に対する仮想の外接円よりも小さいので、弁体爪部１１２はわずかに内側に撓み、溝部１１２ａがプレート１２の挿入用孔部１２１の外周縁に嵌った時点で弁体爪部１１２は基の形状の復帰し、挿入用孔部１２１の外周縁が弁体爪部１１２の溝部１１２ａに係合する。
【００４３】
次に、３本の弁体爪部１１２を周方向の一方側に移動させると、３本の弁体爪部１１２の一方側部分が各々、スリット状孔部１２２に嵌る。この状態で、スリット状孔部１２２の外周縁は弁体爪部１１２の溝部１１２ａに係合する。また、弁体爪部１１２は、内側に撓もうしても、スリット状孔部１２２の内周縁に干渉し、弁体爪部１１２は、内側に撓むことができない。従って、プレート１２を軸線方向に引っ張っても、弁体爪部１１２から抜けることがない。
【００４４】
また、本形態では、弁体爪部１１２の一方側部分をスリット状孔部１２２に嵌めた後、それまで起立していた抜け止め部１２３を外周側に向けて倒す。その結果、抜け止め部１２３は、弁体爪部１１２に対して周方向の他方側で、挿入用孔部１２１内で平伏し、先端部が切り欠き１２４内に嵌る。従って、弁体爪部１１２の周方向の他方側への変位が阻止される。それ故、プレート１２を周方向に回そうとしても回らないため、弁体爪部１１２が挿入用孔部１２１に戻ることがないので、プレート１２が弁体爪部１１２から抜けることはない。
【００４５】
（動作）
このように構成した軸流水力発電機１において、流量が少なくて流体圧が低いときには、弁体１１はコイルバネ１３によって入側に付勢されており、開口部３１６が閉鎖されている。従って、ケース２の入側開口（パイプ部３１１の入側開口）から入った水は、図３（ａ）に矢印Ｌ１で示すように、全てが静翼構成体３１の静翼３１２で渦流となって回転体８の動翼部８３１に衝突し、動翼部８３１は、その水圧を受ける。ここで、動翼部８３１は、回転体８に対して一体に形成されているので、回転体８は、支軸４周りに回転する。また、回転体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、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、スリーブ６とともに磁気回路を構成しており、ステータコア７３とスリーブ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。
【００４６】
これに対して、流量が増大して弁体１１に対する流体圧がコイルバネ１３の付勢力により高くなると、弁体１１が出側に変位し、開口部３１６が開放される。従って、入側パイプ２１の入側開口から入った水の一部は、図３（ａ）に矢印Ｌ２で示すように、開口部３１６を通って回転体８のバイパス部８３７に流れ込み、図３（ａ）に矢印Ｌ１で示すように、他の一部が動翼部８３１に導かれ、動翼部８３１に衝突する。従って、動翼部８３１に衝突する水量が減少する。また、バイパス翼８３６は、回転体８に対して動翼部８３１とは反対側の回転トルクを印加する。従って、回転体８の回転速度が低下し、所定以上に増大することなく、略一定値に維持される。
【００４７】
なお、動翼部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。このため、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回転体８の回転不良が発生しないので、軸流水力発電機１の信頼性を向上することができる。また、ロータ側大径胴部８４３とケース２の内周面とによって形成された環状微小隙間の隙間寸法は、回転体８とケース２との隙間寸法のうち、最小寸法に設定されている。このため、鉄粉その他の異物が流れ込んだ場合でも、かかる異物が回転体８とケース２との間で詰まることがないので、長期間にわたって、回転体８が安定した状態で回転する。
【００４８】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の軸流水力発電機１においては、ステータコア７３がケース２にインサート成形されているため、ステータ７とロータマグネット８１との間に別の部材を配置する必要がない。このため、Ｏリングなどを用いたシールが不要になるため、防水性を向上することができる。また、部品点数を削減できるので、組み立てコストを低減することができる。また、ステータ７とロータマグネット８１との間に配置される部材は、磁気伝達効率の面から薄くて非磁性体であることが求められるが、かかる部分を樹脂製とすると、十分な厚みを確保しないと強度が不足するが、本形態において、ステータ７とロータマグネット８１との間に配置される部材は、ステータコア７３のインサートにより補強された樹脂部分からなるため、十分な磁気伝達効率を確保できるほど薄くても、水圧に耐え得る十分な強度を備えている。また、ステータコア７３がケース２にインサート成形されているので、ステータコア７３からの異音の発生を防止することができる。
【００４９】
また、ステータコア７３においては、ロータマグネット８１との対向面である極歯７３２とフランジ部７３１がケース２にインサート成形され、ケース２においてステータコア７３がインサートされたインサート部２１は、ケース２の外径で周囲より凹んでいる溝部２２を構成している。従って、ステータコア７３のうち、極歯７３２やフランジ部７３１といった壁状部分がインサートされているので、流体圧によるケース２の膨張などに耐え得る強度を実現することができる。また、溝部２２を利用してコイル７２を直接、巻回することもできる。
【００５０】
また、ケース２の径方向の厚みは、インサート部２１で最小であり、例えば、インサート部２１での樹脂部分の厚さは０．５ｍｍ程度である。従って、ステータコア７３とロータマグネット８１との隙間が狭いので、発電効率を向上することができる。また、インサート部２１の樹脂部分が薄くなっても、かかる部分の強度は、ステーアコア７３がインサートされていることによって十分なレベルにまで高めることができる。
【００５１】
さらに、本形態において、流路２１は、ロータマグネット８１とステータ７とが対向する部分での開口断面積が、動翼部８３４が配設されている部分での開口断面積よりも狭い。このため、動翼部８３４の外径を大きくすることができるので、回転効率が向上する。また、インサート部２１の径を小さくすると、インサート部２１に加わる水圧が低下するので、インサート部２１での膨張や水漏れを確実に防止することができる。
【００５２】
さらにまた、動翼部８３４に対して入側には、静翼３１２を備えた静翼構成体３１０が配設され、この静翼構成体３１０は、ケース２と別体である。このため、ケース２を１部品で構成した場合でも、ケース２に回転体８を配置した後、その入側に静翼構成体３１０を挿入した後、固定すればよいので、組み立てを容易に行なうことができる。
【００５３】
しかも、本形態では、回転体８の動翼部８３４に対する射出口および動翼部８３４と並列に、回転体８のバイパス部８３７に対する射出口（開口部３１６）およびバイパス部８３７からなるバイパス流路が構成されている。このため、ケース２内の中央部に回転体８が同軸状に配置された軸流水力発電機１であっても、流量が低いときには、弁機構１０によってバイパス部への水の導入を停止する一方、流量が高くなりすぎたときには、弁機構１０によって、流入した水の一部をバイパス部８３７に導くことができる。このため、ケース２外にバイパス流路を設けるなどといった構成を採用しなくてもよいので、小型で簡素な構成のまま、高流量時に回転体８が高速となり過ぎるのを防止することができる。それ故、回転体８の回転速度が高くなりすぎて、がたつきやノイズが発生するという問題、回転体８に対する軸受などが磨耗してしまう等の問題、出力電圧が規格上限値を超えてしまうという問題を回避することができる。
【００５４】
また、回転体８は、外周側に動翼部８３４を備え、内周側にパイパス部８３７を備えているため、回転体８に大きな回転トルクを得ることができるので、発電効率が高い。しかも、回転体８において、動翼部８３４とバイパス部８３７は、回転体８の回転中心軸線に対して同心円状に構成されているので、回転体８の回転によって流路の位置や大きさが変化することがない。さらに、静翼構成体３１には入側軸保持部３１０が形成されているとともに、静翼構成体３１は、弁体１１を軸線方向に移動可能に支持する弁体支持部としても機能するため、軸線方向の１箇所で支軸４の保持と、弁体１１の保持を行なうことができる。それ故、軸流水力発電機１の軸線方向の寸法を短縮することができる。また、入側軸保持部３１０が構成された静翼構成体３１は、ケース２と別部材で構成されているので、弁体１１を保持した状態で静翼構成体３１をケース２内に取り付けられることができる。それ故、複雑な取り付けをケース２内部で行なう必要がないので、組み立て工程の簡素化を図ることができる。
【００５５】
さらに、回転体８は、バイパス部８３７に、動翼部８３４と逆方向のトルクを発生するバイパス翼８３６を備えているので、流量が増大したとき、バイパス翼８３６によって、回転体８にブレーキをかけることができ、回転体８の回転数を迅速に下げることができる。なお、バイパス部８３７に、動翼部８３４と逆方向のトルクを発生するバイパス翼８３６を設けた構成に代えて、動翼部８３４と同方向であるが、動翼部８３４に比較して小さなトルクを発生するがバイパス翼を設けてもよい。このように構成すると、流量が増大したときには、流体の流れを急激に変化させずに、回転体８の回転数を迅速に下げることができる。また、回転体８は、半径方向に延びた複数枚の羽根を備え、複数枚の羽根において静翼３１２と対向する外周側部分を動翼部８３４とし、複数枚の羽根の内周側部分をバイパス部８３７としてもよい。このように構成すると、簡素な構成の回転体８によって、流量が増大したときに回転体８の回転数を下げることができる。さらに、回転体８において、静翼３１２と対向する外周側部分には羽根を備えた動翼部８３４とする一方、その内周側部分（バイパス部８３７）については、羽根を設けない構成を採用してもよい。
【００５６】
（他の実施の形態）
なお、上記形態では、フレキシブル基板７４および端子７５の根元がポッティング樹脂９で固定されている構成であったが、端子７５についてはケース２にインサート成形した構成を採用してもよい。また、支軸４に対する入側軸保持部については、ケース２と一体に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を適用した軸流水力発電機の断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、図１に示すケース（インサート成形体）の側面図、このケースにインサートされたステータコアの側面図、およびステータコアの斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明を適用した軸流水力発電機に設けた弁機構を拡大して示す断面図、回転体の出側端部を構成する動翼構成部材を入側からみた外観図、および弁機構を入側からみた外観図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は各々、図１に示す軸流水力発電機に設けた弁機構の分解斜視図、および弁体とプレートとの固定構造を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  軸流水力発電装置
２  ケース
４  支軸
７  ステータ
８  回転体
１０  弁機構
１１  弁体
２１  インサート部
７２  コイル
７３  ステータコア
【図１】
0005004730.tif 000002
【図２】
0005004730.tif 000003
【図３】
0005004730.tif 000004
【図４】
0005004730.tif 000005