【手続補正書】
【提出日】平成23年1月14日(2011.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水管を囲む固定円環部を有する固定子と、
前記固定子の内側に設けられ、回転円環部を有する回転子と、
前記回転子の外周に嵌合して、前記回転子を回転可能に支持する水潤滑軸受と、
前記回転子の前記回転円環部の内周に設けられ、前記水管の水流を受けて回転するプロペラブレードとを備えるシャフトレス水車の起動装置であって、
前記シャフトレス水車の起動時に、前記固定子に電力を供給して前記回転子を回転させ、前記シャフトレス水車を電動機として動作させる制御部と、
前記シャフトレス水車の上流側における前記水管に設けられた水量調整弁を制御して、前記回転子が回転を始めた後に前記シャフトレス水車に流入する水量を増加させる水量調整部とを備え、
前記シャフトレス水車が、前記水量調整弁から流入した水流により前記プロペラブレードが回転して発電機として動作する、シャフトレス水車起動装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記シャフトレス水車の起動時には、電力系統から前記固定子に電力を供給して前記回転子を回転させ、
前記シャフトレス水車による発電時には、発生した電力を前記電力系統に給電する、
請求項１に記載のシャフトレス水車起動装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記回転子が回転を始めた後に、前記固定子への電力の供給を停止する、
請求項１または２に記載のシャフトレス水車起動装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記回転子の回転が定格回転数を超えると、前記固定子への電力の供給を停止する、
請求項１または２に記載のシャフトレス水車起動装置。
【請求項５】
前記水量調整部は、
前記固定子と前記回転子との間に水が供給されている場合に、前記水流調整弁を開いて前記シャフトレス水車に水流を流入させる、
請求項１から４のいずれか１項に記載のシャフトレス水車起動装置。
【請求項６】
前記水量調整部は、
前記制御部が前記固定子に電力を供給する前に、前記水流調整弁を開いて前記シャフトレス水車に水流を流入させる、
請求項１から４のいずれか１項に記載のシャフトレス水車起動装置。
【請求項７】
前記水潤滑軸受は、
前記回転子のスラスト方向の荷重を支えるスラスト軸受と、ラジアル方向の荷重を支えるラジアル軸受とを有する、
請求項１から６のいずれか１項に記載のシャフトレス水車起動装置。
【請求項８】
前記シャフトレス水車の中心軸上に設けられ、流入する水流を前記水管の管壁に導く固定ボスをさらに備え、
前記プロペラブレードが、前記固定ボスの周に沿って回転する、
請求項１から７のいずれか１項に記載のシャフトレス水車起動装置。
【請求項９】
前記シャフトレス水車に異物が流入したことを検出し異物検出信号を出力する異物検出部と、
異物を除去するための制御を行う異物除去制御部とをさらに備え、
前記異物除去制御部は、前記異物検出信号に基づいて前記水量調整弁を閉止して、前記プロペラブレードの回転を停止または逆回転させる、
請求項１から８のいずれか１項に記載のシャフトレス水車起動装置。
【請求項１０】
水管を囲む固定円環部を有する固定子と、
前記固定子の内側に設けられ、回転円環部を有する回転子と、
前記回転子の外周に嵌合して、前記回転子を回転可能に支持する水潤滑軸受と、
前記回転子の前記回転円環部の内周に設けられ、前記水管の水流を受けて回転するプロペラブレードとを備えるシャフトレス水車を起動させる起動方法であって、
前記シャフトレス水車の起動時に、前記固定子に電力を供給する電力供給ステップと、
前記回転子が回転を始めた後に、前記シャフトレス水車に流入する水量を増加させる水流調整ステップと、
前記プロペラブレードを介して前記回転子を水流により回転させて電力を発生させる発電ステップとを備える、シャフトレス水車起動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
従来の水車は、たとえば図８に示すように、水車翼の中心軸シャフトがＶベルトなどにより発電機軸に連結されていて、水流により水車翼が回されると発電機軸が回転して発電する。水車翼のラジアル軸受やスラスト軸受は回転軸のシャフトに取り付けられる。シャフトは細いので軸受部の周速が遅いため、作動流体として粘性の高い潤滑油を使用しなければならない。このため、油漏れによる環境汚染のおそれが生じ、軸受部に封入機構を設けるなど構造が複雑にならざるを得なかった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、水管を囲む固定円環部を有する固定子と、固定子の内側に設けられ、回転円環部を有する回転子と、回転子の外周に嵌合して、回転子を回転可能に支持する水潤滑軸受と、回転子の回転円環部の内周に設けられ、水管の水流を受けて回転するプロペラブレードとを備えるシャフトレス水車において、静止摩擦力が過剰になって水力では起動しにくくなった水車を起動させる簡単な方法および装置を提供することである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明のシャフトレス水車起動装置および方法は、上記課題を解決するため、起動時に電力を供給して回転子を運動させることにより軸受が流体潤滑領域に置かれた状態にして、水流により回転子を回転させて発電することを特徴とする。
なお、水流は、回転子が動く前からプロペラブレード部分に供給していてもよく、また回転子が動くのを待ってから供給してもよい。
特に、定格回転数になるまで水車を電動機として駆動してから水流の供給を始めて、徐々に流量を増やしていって発電機運転に切り換えていくと、円滑な立ち上がりができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
そこで、シャフトレス水車起動装置は、シャフトレス水車に異物が流入したことを検出し異物検出信号を出力する異物検出部と、異物を除去するための制御を行う異物除去制御部とをさらに備え、異物除去制御部は、異物検出信号に基づいて水量調整弁を閉止して、プロペラブレードの回転を停止または逆回転させることが好ましい。
なお、異物が水車に咬み込むと、流量が減って出力低下が生じたり、水流が止まったりするので、流量や出力を監視することにより検出することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
この異物除去制御部によれば、異物咬み込みが生じたときに水流を止めて水車の回転を止め、再度起動させると、プロペラブレードに絡まった異物は遠心力によりブレードから引き剥がされるので、水流を復活すると下流に流下して除去される。なお、水車を強制的に逆回転させると、異物はより確実に剥離する。
異物除去制御部を含むシャフトレス水車起動装置を用いることにより、シャフトレス水車発電装置は、格子やフィルタの設置費用およびメンテナンス費用を軽減して、より効率的な運転が可能になる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、本発明のシャフトレス水車起動装置は、シャフトレス水車の起動時には、電力系統から固定子に電力を供給して回転子を回転させ、シャフトレス水車による発電時には、発生した電力を電力系統に給電する制御部を備えることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
水力発電機は、発生した電力を電力系統側に送り込むため、インバータを用いて周波数や電圧を調整している。このインバータを逆方向電流に切り換えれば、電力系統からの給電によって発電機を電動機として駆動させることが可能である。
回転子の回転を支持する軸受は、固定子の内側に設けられたラジアル軸受とスラスト軸受で、回転子の外周と側面に作用するように配置されている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図１に示した本実施例の水車起動装置は、水管３に設置したシャフトレス水車１による小水力発電装置に適用するものである。
シャフトレス水車１の上流に水量制御弁４を備える。
シャフトレス水車１に水流を通すと発電するので、水車で発電した電力を電力制御盤５に供給する。電力制御盤５はコンバータ部５１とインバータ部５２で構成され、シャフトレス水車１で発生した交流電力を電力系統に適合する周波数と電圧を有する電力に変換して電力系統６に供給する。電力系統６には負荷６１が接続されている。
水車起動装置には制御器７が設けられていて、起動スイッチ７１が押されることにより発生する起動指令信号を契機として、電力制御盤５と水量調節弁４に対して一連の制御動作を行って水力発電装置を円滑に立ち上げる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
軸受は回転子１１の動きを軸方向に規制するスラスト軸受１７とラジアル方向に規制するラジアル軸受１８からなる。
軸受１７，１８に水管を流れる水を積極的に供給して、水潤滑軸受として機能させてもよい。水循環軸受とする場合は、上流配管から軸受１７，１８に潤滑水を供給する給水配管が設けられる。上流の水は発電機部分を流下した下流の水より水圧が十分高いので、特段のポンプが無くても軸受に流れ込んで水潤滑に使用することができる。なお、取水された水はさらに分岐して、電機子コイル１６の冷却水として使用するようにしても良い。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
水車起動前には、制御器７は、起動スイッチ７１から発信される起動指令信号を受けると、インバータ部５２をコンバータとしコンバータ部５１をインバータとして逆方向の電流が流れ、電力系統６からシャフトレス水車１の発電機部分に電源を供給して電動機として駆動させる（Ｓ１）。すると、回転子１１は、回転モーメントが生じて静摩擦力に抗して回転を始める。回転子１１が一旦回転すると、回転子１１と固定子１２の接触部に水が侵入するので軸受１７，１８が水を介して摺動する流体潤滑領域における運動になって、回転抵抗が激減する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
回転数が定格に達すると、制御器７は水管上流に設けた水量調節弁４のアクチュエータ４１を駆動してゲートを開き始め水車に当たる水量を徐々に増加させる（Ｓ２）。水量が増えるにつれて、水車による発電量が増加し、電力制御盤５には電力系統６の方向に流れる成分が増大するので、駆動電力は相殺され、ある時点で逆転して発電電力が大きくなる。さらに定格出力に達した後は水量を調整して、定格出力を維持するようにする（Ｓ３）。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
なお、シャフトレス水車は一旦駆動しさえすれば低摩擦状態になって、水流を流す方法によっても回転子１１を回転させ続けることができるので、電力系統６からの給電を回転子１１が動き始めるまでで止めて、その後は水流で駆動するようにしてもよい。
また、適当な回転数に達するまで電力系統６からの給電を共用して、定格運転に達するまでの立ち上がり時間を短縮するようにしてもよい。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
１  シャフトレス水車
１１  回転子
１２  固定子
１３  プロペラブレード（水車翼）
１４  円環部
１５  永久磁石
１６  電機子コイル
１７  スラスト軸受
１８  ラジアル軸受
１９  ボス
２０  ガイドベーン
２１  回転計
３  水管
４  水量制御弁
４１  アクチュエータ
５  電力制御盤
５１  コンバータ部
５２  インバータ部
６  電力系統
６１  負荷
７  制御器
７１  起動スイッチ
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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