CN110234867A - 水流发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水流发电装置(201)，其具备：叶片(223)，其利用水流动力而旋转；转子(旋转部)(202)，其与叶片(223)连结，并与叶片(223)一体地旋转；发电机(发电单元)(206)，其与转子(202)连结，利用转子(202)的旋转力进行发电；机舱(207)，其覆盖发电机(206)，形成配置有发电机(206)的内部空间(V)与配置有叶片(223)的水中的边界，以使内部空间(V)成为气体气氛；以及轴承单元(204)，其将转子(202)支承于机舱(207)。轴承单元(204)具有：推力轴承(241)，其设置于内部空间(V)，从轴向对转子(202)进行支承；以及轴颈轴承(242)，其设置于机舱(207)与叶片(223)之间，从径向对转子(202)进行支承。

Description

水流发电装置

技术领域

本发明涉及水流发电装置。

背景技术

利用海洋、河流的水流(海流、潮流、河流)的能量进行发电的水流发电装置受到关注。水流发电装置具备：转子，其设置于水中，具有承接水流的叶片；发电单元，其将转子的旋转力转换为电能；以及机舱，其从外侧覆盖发电单元。作为这样的水流发电装置，例如已知有下述专利文献1所记载的装置。在专利文献1所记载的装置中，作为用于将转子支承为能够旋转的轴承单元，设置有支承转子的轴向载荷的推力轴承和支承转子的径向载荷的径向轴承。这些推力轴承及径向轴承均是引入外部的水来用作润滑剂的水润滑轴承。

另外，以往，已知有与利用海或河流的水流(海流、潮流、河流)的能量进行发电的水流发电装置相关的技术。例如，在专利文献2中公开了一种发电装置，该发电装置包括漂浮压力容器和连结有叶片的转子装配体，并具备通过利用水流驱动叶片来发电的动力吊舱。在该水流发电装置中，转子组件由流体轴承支承为相对于漂浮压力容器旋转自如。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-145628号公报

专利文献2：日本特表2014-534375号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，水润滑轴承与通常的机械中广泛使用的油润滑轴承相比，需要降低接触表面压力，因此作为轴承的接触面需要较大的面积。特别是，在将水润滑轴承用作推力轴承的情况下，轴承装置的外径尺寸有时会大于机舱的外径尺寸。因此，对专利文献1所记载的装置尚存在改进的空间。

另外，在上述专利文献2所记载的水流发电装置中，在转子组件的与漂浮压力容器相反一侧的端部安装有向动力吊舱施加浮力的漂浮底座(浮力材)。这样，通过在转子组件安装浮力材，从而转子组件的露出于水中的露出部的水中重量变小，施加于轴承的载荷降低。然而，根据转子组件的露出部的重心及浮心的位置，由于露出部的重量和浮力而作用于露出部的力矩变大，有可能无法保持转子组件相对于轴向平行的姿态。其结果是，在支承转子组件的轴承的轴承面产生局部接触，轴承面的磨损加快。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供小型化且效率提高的水流发电装置。

另外，本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种能够抑制支承因水流动力而旋转的旋转部的轴承的磨损的水流发电装置。

用于解决课题的方案

本发明的水流发电装置利用水流动力进行发电，所述水流发电装置具备：叶片，其利用所述水流动力而旋转；旋转部，其与所述叶片连结，并与所述叶片一体地旋转；发电单元，其与所述旋转部连结，利用所述旋转部的旋转力进行发电；机舱，其覆盖所述发电单元，形成配置有所述发电单元的内部空间与配置有所述叶片的水中的边界，以使所述内部空间成为气体气氛；以及轴承单元，其将所述旋转部支承于所述机舱，所述轴承单元具有：推力轴承，其设置于所述内部空间，从所述旋转部的轴向对该旋转部进行支承；以及轴颈轴承，其设置于所述机舱与所述叶片之间，从与所述轴向正交的径向对所述旋转部进行支承。

根据该结构，轴颈轴承设置于机舱与叶片之间的水中，因此能够更有效地降低旋转中的旋转部的振动。此外，由于推力轴承设置于机舱的内部空间，因此能够将油润滑轴承应用于该推力轴承，因此能够减小轴承的体积。由此，能够充分减小机舱的尺寸体积。即，相对于所需要的叶片的直径，能够使机舱相对变小，因此能够提高水流发电装置的效率。

也可以是，本发明的水流发电装置具有：轴颈固定部，其与所述机舱连结，从所述机舱朝向所述水中一侧沿着所述轴向延伸；以及轴颈旋转部，其与所述旋转部连结，设置于所述轴颈固定部的所述径向外侧，所述轴颈旋转部与所述轴颈固定部相对，所述轴颈轴承固定于所述轴颈固定部和所述轴颈旋转部中的任一方。

根据该结构，轴颈轴承设置于机舱与叶片之间的水中，因此能够更有效地降低旋转中的旋转部的振动。并且，能够使用水作为轴颈轴承的润滑剂，因此能够削减作为装置整体的润滑油的使用量。

在本发明的水流发电装置中，也可以是，在所述轴颈旋转部形成有旋转部贯通孔和润滑水排出孔，所述旋转部贯通孔在所述径向上贯通所述轴颈旋转部，从而将所述水中的水作为润滑剂引入到所述轴颈轴承与所述轴颈旋转部之间，所述润滑水排出孔设置于与所述旋转部贯通孔不同的轴线方向位置，且在所述径向上贯通所述轴颈旋转部，从而排出作为所述润滑剂的水。

根据该结构，能够通过旋转部贯通孔及润滑水排出孔，将外部的水作为润滑剂顺畅地供给、排出到轴颈轴承。特别是，随着旋转部的旋转，能够从旋转部贯通孔引入充分的水，因此不用设置用于向轴颈轴承供给水的其他装置，就能够对该轴颈轴承进行润滑。

在本发明的水流发电装置中，也可以是，所述轴承单元具有向所述推力轴承供给润滑油的润滑油供给部。

根据该结构，由于使用油润滑轴承作为推力轴承，因此与将推力轴承作为水润滑轴承的情况相比，不需要实施用于确保该推力轴承本身的水密性的措施。由此，能够充分减小机舱的尺寸体积。因此，能够使装置的尺寸体积充分小型化。

在本发明的水流发电装置中，也可以是，所述叶片的直径为20m以上。

根据该结构，能够进一步提高水流发电装置的效率。

为了解决上述的课题，达到目的，本发明是利用水流动力进行发电的水流发电装置，该水流发电装置的特征在于，具有利用所述水流动力而旋转的叶片，并具备：旋转部，其与所述叶片一体地旋转；发电单元，其与所述旋转部连结，利用所述旋转部的旋转力进行发电；机舱，其覆盖所述发电单元，形成配置有所述发电单元的空间与配置有所述叶片的水中的边界，以使配置有所述发电单元的空间为空气气氛；以及轴颈轴承，其在所述旋转部的径向上将所述旋转部支承为相对于所述机舱旋转自如，当通过重心处的重量和浮心处的浮力而对所述旋转部中的在所述机舱的外侧露出于水中的露出部作用有力矩时，所述轴颈轴承的一端从所述机舱受到的反作用力和另一端从所述机舱受到的反作用力中的较大一方相对于较小一方之比为1.5以下。

在本发明的水流发电装置中，在通过重心处的重量和浮心处的浮力而对露出部作用有力矩时，在径向上支承旋转部的轴颈轴承的一端从机舱受到的反作用力和另一端从机舱受到的反作用力中的较大一方相对于较小一方之比为1.5以下。由此，能够实现轴颈轴承的一端及另一端从机舱受到的反作用力的均匀化，能够抑制在轴颈轴承的轴承面产生局部接触而使表面压力局部升高。因此，根据本发明的水流发电装置，能够抑制支承因水流动力而旋转的旋转部的轴承的磨损。

另外，所述旋转部的所述露出部优选具有在所述旋转部的轴向上隔着所述重心而设置的多个浮力材。由此，能够在重心的轴向上的两侧实现作用于露出部的浮力的均匀化，因此能够使露出部的浮心接近重心。其结果是，由于能够容易地将通过重心处的重量和浮心处的浮力而作用于露出部的力矩调整得较小，因此容易使轴颈轴承的一端受到的反作用力和另一端受到的反作用力中的较大一方相对于较小一方之比为1.5以下。

另外，优选的是，所述旋转部的所述露出部具有底部和筒状的侧壁部，该筒状的侧壁部从所述底部朝向所述机舱侧沿所述轴向延伸，并与所述叶片连结，所述多个浮力材具有安装于所述底部的第一浮力材和安装于所述侧壁部的第二浮力材。由此，利用连结有叶片的筒状部的轴长，容易将第二浮力材隔着露出部的重心配置于第一浮力材的相反侧。即，能够较容易地将多个浮力材设置于在轴向上隔着重心的位置。

另外，优选包括收容所述旋转部的所述露出部的所述多个叶片以外的部分的筒状的浮力材。由此，能够在露出部的重心的轴向上的两侧实现作用于露出部的浮力的均匀化，因此能够使露出部的浮心接近重心。

发明效果

根据本发明，能够提供小型化且效率提高的水流发电装置。

另外，本发明的水流发电装置发挥能够抑制支承因水流动力而旋转的旋转部的轴承的磨损这样的效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式的水流发电装置的整体图。

图2是表示本发明的实施方式的水流发电装置的结构的示意图。

图3是本发明的实施方式的水流发电装置的主要部分放大图。

图4是图3中的IV-IV线剖视图。

图5是图3中的V-V线剖视图。

图6是表示实施方式的水流发电装置的一例的概要结构图。

图7是表示本实施方式的水流发电装置的一例的示意图。

图8是表示水流发电装置的转子的露出部附近的放大剖视图。

图9是表示作为比较例的水流发电装置的转子的露出部附近的放大剖视图。

图10是表示作为比较例的水流发电装置的转子的露出部附近的放大剖视图。

图11是表示变形例的水流发电装置的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明，但本发明并不限定于以下实施方式的结构。也可以采用未使用以下说明的一部分构成要素的结构。

水流发电装置201配置于水中，利用水流的能量进行发电。水流发电装置201例如配置于海中，通过将海流能量或潮流能量转换为电力来进行发电。需要说明的是，水流发电装置201也可以配置于河流中。

在本实施方式中，水流发电装置201是被称为海中漂浮方式的形式。如图1所示，水流发电装置201借助于线缆(系留索(anchor line)210)而系留于海底。即，水流发电装置201能够根据海流的流动方向而自由地改变姿态。

如图1及图2所示，水流发电装置201具备绕轴线(轴)J旋转的转子202(旋转部)、支承转子202的定子203、以及设置于转子202与定子203之间的轴承单元204。转子202具有沿着轴线J延伸的柱状的转子主体221、设置于转子主体221的轴线J方向一侧的旋翼头222和从旋翼头222朝向轴线J的径向外侧呈放射状地延伸的多个叶片223。多个叶片223具有从自身的延伸方向观察时呈翼型的截面。叶片223的直径优选为20m以上。

需要说明的是，在本实施方式中，叶片的设置个数并不唯一地限定，可以根据设计、规格适当地决定。叶片223露出于水中。当水流与叶片223接触时，通过作用于该叶片223的水流的能量而转子主体221绕轴线J旋转。

定子203具有传动系统205、发电机206(发电单元)、以及从外侧覆盖传动系统205及发电机206的机舱207。机舱207的内侧设为保持水密性的内部空间V。即，机舱207形成内部空间V与水中的边界。转子主体221贯通机舱207的轴线J方向一侧的壁部。为了保持机舱207的内部空间V的水密性，在机舱207与转子主体221的外周面之间设置有密封部208。

机舱207的内部空间V被空气等气体充满。即，内部空间V为空气气氛。传动系统205及发电机206配置于内部空间V。传动系统205将转子主体221的旋转传递到发电机206。作为传动系统205，使用利用了液压的增速机构。

具体而言，传动系统205具有液压泵251和液压马达252。液压泵251随着转子主体221的旋转对工作油进行加压并将该工作油向液压马达252供给。液压马达252获取从液压泵251供给的高压的工作油的能量，对转子主体221施加旋转力，并驱动发电机206。需要说明的是，虽然未详细图示，但传动系统205也可以具备使转子202的旋转停止时使用的制动器、用于冷却工作油的冷却装置。

轴承单元204具有支承转子202的轴线J方向的载荷的推力轴承241、支承转子202的径向的载荷的轴颈轴承242、以及向推力轴承241供给润滑油的润滑油供给部243。推力轴承241具有设置于机舱207的内部空间V侧的转子主体221的延伸中途的凸缘部244、以及从轴线J方向两侧夹持该凸缘部244的推力轴承主体245。润滑油供给部243经由油管路P向推力轴承主体245与凸缘部244之间供给润滑油。需要说明的是，转子主体221是沿轴线J方向一体形成的构件，在其延伸中途未设置联轴器等辅机。由此，能够通过推力轴承241稳定地支承从轴线J方向施加于转子主体221的载荷(推力载荷)。

轴颈轴承242不设置于机舱207的内部空间V，而设置于旋翼头222的内部。如图3详细所示，在机舱207的轴线J方向一侧的端部设置有轴颈固定部246。另外，旋翼头222的轴线J方向另一侧的部分是轴颈旋转部247。轴颈轴承242配置于轴颈固定部246与轴颈旋转部247之间。需要说明的是，上述叶片223在轴线J方向上设置于与轴颈轴承242对应的位置。由此，能够更稳定地支承施加于叶片223的径向载荷。

轴颈固定部246从机舱207的外表面朝向轴线J方向一侧呈圆筒状地突出。轴颈固定部246的轴线J方向一侧的端部向轴线J方向开口。并且，如图4所示，轴颈固定部246形成有沿轴线J的径向贯通该轴颈固定部246的一对固定部贯通孔H1。在从轴线J方向观察的情况下，一对固定部贯通孔H1在周向上隔开180°的间隔而形成。

轴颈轴承242固定于轴颈固定部246的外周面。需要说明的是，轴颈轴承242也可以固定于轴颈旋转部247的内周面。在本实施方式中，一对轴颈轴承242在轴线J方向上隔开间隔地排列。

轴颈旋转部247经由一对轴颈轴承242配置于轴颈固定部246的径向外侧。轴颈旋转部247呈沿轴线J方向延伸的筒状。轴颈旋转部247的内周面为与轴颈轴承242的外周面抵接的滑动面S。如图4所示，轴颈旋转部247形成有沿轴线J的径向贯通该轴颈旋转部247的一对旋转部贯通孔H2。在从轴线J方向观察的情况下，一对旋转部贯通孔H2在周向上隔开180°的间隔而形成。

旋转部贯通孔H2的一端在水中开孔。因此，水(海水)通过该旋转部贯通孔H2朝向径向内侧引入。被引入的水作为润滑轴颈轴承242的外周面与滑动面S之间的润滑剂发挥作用。更具体而言，在轴颈轴承242的外周面与滑动面S之间形成极薄的水膜。由于水是非压缩性流体，因此水膜在从外部作用有力的情况下，产生对该力的反作用力。因此，即使在转子主体221产生轴振动的情况下，也能够通过水膜的反作用力来校正轴振动。用于轴颈轴承242的外周面与滑动面S之间的润滑的水通过固定部贯通孔H1而进一步朝向径向内侧流动。

并且，如图5所示，在与图4不同的轴线J方向位置(叶片223的轴线J方向一侧的端缘与旋翼头222之间的位置)形成有沿轴线J的径向贯通轴颈旋转部247的一对润滑水排出孔H3。在从轴线J方向观察的情况下，一对润滑水排出孔H3在周向上隔开180°的间隔而形成。用于轴颈轴承242的外周面与滑动面S之间的润滑的水通过这些润滑水排出孔H3被排出到外部。

接下来，对水流发电装置201的动作进行说明。水流发电装置201在借助于系留索210而系留于海底的状态下应用。当海流与叶片223接触时，通过海流的动能，与该叶片223一体设置的转子主体221绕轴线J旋转。转子主体221的旋转经由上述传动系统205增速后，传递到发电机206。由此，发电机206产生电力。电力经由海底线缆等被取出到外部，以供各种利用。

在此，为了高效地进行发电，期望降低包含叶片223的转子202的旋转中的振动。另外，确保叶片223的直径相对于定子203的大小相对较大也是重要的。根据上述结构，轴颈轴承242设置于机舱207与叶片223之间的水中，因此能够更有效地降低旋转中的转子202的振动。此外，由于推力轴承241设置于机舱207的内部空间V，因此能够将油润滑轴承应用于该推力轴承241，故能够减小体积。由此，能够充分减小机舱207的尺寸体积。即，相对于所需的叶片223的直径，能够使机舱207相对变小，因此能够将叶片223的有效面积确保得较大。由此，能够提高水流发电装置201的效率。

在上述实施方式中，在轴颈旋转部247形成有旋转部贯通孔H2，该旋转部贯通孔H2通过沿径向贯通该轴颈旋转部247而将水作为润滑剂引入到轴颈轴承242与轴颈旋转部247之间的滑动面S。并且，在轴颈旋转部247形成有润滑水排出孔H3，该润滑水排出孔H3通过沿径向贯通该轴颈旋转部247而排出作为润滑剂的水。根据该结构，能够通过旋转部贯通孔H2及润滑水排出孔H3将外部的水作为润滑剂顺畅地供给、排出到轴颈轴承。特别是，随着转子202的旋转，能够从旋转部贯通孔H2引入充分的水，因此不用设置用于向轴颈轴承242供给水的其他装置，就能够对该轴颈轴承242进行润滑。即，能够将叶片223的有效面积确保得较大，能够提高水流发电装置201的效率。

在上述实施方式中，轴承单元204具有向推力轴承241供给润滑油的润滑油供给部243。根据该结构，作为推力轴承241使用油润滑轴承，因此与例如将推力轴承241作为水润滑轴承的情况相比，能够减小装置的尺寸体积。即，能够充分减小机舱207的尺寸体积。

在上述实施方式中，优选叶片223的直径为20m以上。根据该结构，能够进一步提高水流发电装置的效率。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。需要说明的是，只要不脱离本发明的主旨，能够对上述结构实施各种变更。例如，在上述实施方式中，对轴承单元204具有一对(两个)轴颈轴承242的例子进行了说明。然而，轴颈轴承242的个数不限于两个，也可以是三个或四个以上。

图6是表示实施方式的水流发电装置的一例的概要结构图，图7是表示本实施方式的水流发电装置的一例的示意图。实施方式的水流发电装置1配置于水中，利用水流能量进行发电。水流发电装置1例如配置于海中，利用海流能量或潮流能量进行发电。需要说明的是，水流发电装置1也可以配置于河流中，利用河流能量进行发电。

水流发电装置1具备：转子(旋转部)14，其包括设置有多个叶片2的旋翼头3；定子15，其包括将转子14支承为能够旋转的机舱7；传动系统8，其配置于机舱7的内部空间，与旋翼头3连接；以及发电机9，其配置于机舱7的内部空间，利用经由传动系统8传递的转子14的旋转能量进行发电。传动系统8和发电机9构成利用转子14的旋转力进行发电的发电单元11。

在本实施方式中，水流发电装置1是海中漂浮方式的水流发电装置1。如图6所示，水流发电装置1借助于线缆(系留策)10系留于海底。机舱7的内部空间被空气这样的气体充满，从而将配置有发电单元11的空间设为空气气氛。在旋翼头3安装有多个叶片2。当海流与叶片2接触时，旋翼头3通过作用于该叶片2的海流能量而旋转。转子14的旋转能量(旋转转矩)经由旋转轴4、传动系统8传递到发电机9。发电机9利用经由传动系统8传递的转子14的旋转能量进行发电。旋转轴4固定于旋翼头3，与连结有叶片2的旋翼头3一起旋转。

旋转轴4插入于机舱7内部。另外，旋转轴4具有旋翼头3侧的部分(第一旋转部)和插入于机舱7内部的部分(第二旋转部)。第一旋转部和第二旋转部也可以通过未图示的联轴器连结。水流发电装置1在旋翼头3与机舱7之间配置有多个(本实施方式中为两个)轴颈轴承5和多个(本实施方式中为两个)的推力轴承6，旋翼头3以能够旋转的状态被机舱7支承。

水流发电装置1在旋转轴4与机舱7之间配置有密封轴承19。密封轴承19的固定部固定于机舱7，旋转部固定于旋转轴4，在将旋转轴4与机舱7之间以能够旋转的状态进行支承的同时，对旋转轴4与机舱7之间进行密封。由此，水流发电装置1能够抑制海水从机舱7的插入有旋转轴4的部分流入机舱7的内部。其结果是，机舱7成为配置有发电单元11的空间与配置有叶片2的水中的边界。另外，在转子14中，以旋转轴4被密封轴承19支承的位置为边界，配置于机舱7的外侧的部分成为露出于水中的转子14的露出部141。

由发电机9发出的电力经由输电电缆被送到地面。海中漂浮方式的水流发电装置1通过线缆10漂浮于海中，因此具有不易受到风及波浪的影响的优点。

在本实施方式中，传动系统8是液压传动系统。传动系统8具备与旋转轴4连接的制动器80、与旋转轴4连接的液压泵81、通过液压泵81工作的液压马达82、配管83、84和冷却单元85。水流发电装置1也可以将旋转轴4包含于传动系统8。制动器80在停止叶片2的旋转时被驱动。制动器80通过将旋转轴4固定而使其成为不旋转的状态，由此使叶片2等、转子14的旋转停止。液压泵81通过旋转轴4的旋转对工作油加压并将加压后的工作油喷出。液压马达82利用供给的高压工作油使转子14旋转。配管83连接液压泵81的油喷出口和液压马达82的油吸入口。配管84连接液压马达82的油喷出口和液压泵81的油吸入口。传动系统8的工作油能够流过配管83及配管84。冷却单元85设置于配管84，对从液压马达82向液压泵81供给的工作油冷却。对于传动系统8，当旋翼头3旋转时，旋转轴4也旋转。液压泵81通过经由旋转轴4传递的旋翼头3的旋转能量而工作。液压泵81向液压马达82供给工作油，驱动该液压马达82。液压马达82使发电机9工作。需要说明的是，冷却单元85也可以对后述的轴颈轴承5及推力轴承6加压并供给作为润滑流体的水。需要说明的是，传动系统8只要能够将旋转轴4的旋转力传递到发电机9，则可以为任意的结构。

接下来，对转子14相对于机舱7的支承结构进行说明。在以下的说明中，将旋转轴4的轴向称为“轴向”，将旋转轴4的径向称为“径向”。

如图7所示，旋翼头3具有：底部31，其在中心连结有旋转轴4；以及筒状的侧壁部32，其从底部31的外缘部包围旋转轴4并沿轴向延伸。侧壁部32具有与底部31连结的大径部321和与大径部321连结的叶片连结部322。叶片连结部322具有：转子侧筒状部322a，其直径比大径部321小；第一转子侧凸缘部322b，其从转子侧筒状部322a的轴向的一端向径向外侧突出，并与大径部321连结；以及第二转子侧凸缘部322c，其从转子侧筒状部322a的轴向的另一端向径向外侧突出。在转子侧筒状部322a的轴向的大致中央部的外周面沿周向隔开间隔地连结有多个叶片2。

另外，机舱7具有包围旋转轴4沿轴向延伸并支承转子14的转子支承部70。转子支承部70沿着设置于旋翼头3的侧壁部32的叶片连结部322的形状，形成为比叶片连结部322大一圈。转子支承部70具有：定子侧筒状部70a，其沿轴向延伸；第一定子侧凸缘部70b，其从定子侧筒状部70a的轴向的一端向径向外侧突出；以及第二定子侧凸缘部70c，其从定子侧筒状部70a的轴向的另一端向径向外侧突出。

如图7所示，水流发电装置1在设置于旋翼头3的侧壁部32的叶片连结部322的转子侧筒状部322a与设置于机舱7的转子支承部70的定子侧筒状部70a之间配置有两个轴颈轴承5。另外，水流发电装置1在叶片连结部322的第一转子侧凸缘部322b与转子支承部70的第一定子侧凸缘部70b之间配置有推力轴承6。另外，水流发电装置1在叶片连结部322的第二转子侧凸缘部322c与转子支承部70的第二定子侧凸缘部70c之间配置有推力轴承6。

由此，转子14被两个轴颈轴承5支承为在径向上相对于机舱7旋转自如，被两个推力轴承6支承为在轴向上相对于机舱7旋转自如。这样，通过轴颈轴承5及推力轴承6将旋翼头3中的连结有多个叶片2的叶片连结部322支承于机舱7，由此能够稳定地支承转子14，抑制转子14的旋转抖动。需要说明的是，在本实施方式中，轴颈轴承5及推力轴承6是水润滑轴承，利用从旋翼头3的周围取得的海水进行润滑。如上所述，水流发电装置1也可以从冷却单元85向轴颈轴承5及推力轴承6加压并供给作为润滑流体的海水。

接下来，对安装于转子14的多个浮力材40进行说明。图8是表示水流发电装置的转子的露出部附近的放大剖视图。如图所示，转子14的露出部141具有在轴向上隔着露出部141的重心141W而设置的多个浮力材40。多个浮力材40包括第一浮力材41和第二浮力材42。第一浮力材41及第二浮力材42由低密度材料形成，对转子14的露出部141施加浮力。

第一浮力材41安装于旋翼头3的底部31的与机舱7相反一侧的面。第一浮力材41设置于比露出部141的重心141W靠与机舱7相反的一侧。第二浮力材42安装于在旋翼头3的侧壁部32设置的叶片连结部322的转子侧筒状部322a的外周面。第二浮力材42设置于比露出部141的重心141W靠机舱7侧的位置。也就是说，第一浮力材41和第二浮力材42在轴向上隔着露出部141的重心141W而设置。在本实施方式中，如图7所示，第二浮力材42在避开多个叶片2的安装部的同时，在整周范围内安装于转子侧筒状部322a的外周面。需要说明的是，第二浮力材42也可以仅安装于转子侧筒状部322a的外周面的一部分。

由此，能够减小转子14的露出部141的水中重量(从空中的重量减去水中作用的浮力后的重量)，能够减小作用于轴颈轴承5及推力轴承6的载荷。在本实施方式中，由于转子14的露出部141形成为上下对称结构，因此如图8所示，露出部141的浮心141B和重心141W配置于在铅垂方向上并排的位置。通过将第一浮力材41和第二浮力材42在轴向上隔着露出部141的重心141W而设置，从而能够实现在重心141W的轴向上的两侧作用于转子14的露出部141的浮力的均匀化。也就是说，能够使露出部141的浮心141B接近重心141W。

如图8所示，将从两个轴颈轴承5的轴向上的中心5a到露出部141的重心141W的距离设为“Lw”，将从两个轴颈轴承5的中心5a到露出部141的浮心141B的距离设为“Lb”，将从两个轴颈轴承5的中心5a到一端51及另一端52的距离设为“Lj”。一端51、另一端52表示将两个轴颈轴承5作为一体的轴承考虑时的轴向上的一端、另一端。另外，将轴颈轴承5的一端51从机舱7的转子支承部70受到的径向的反作用力设为“F1”，将轴颈轴承5的另一端52从机舱7的转子支承部70受到的径向的反作用力设为“F2”。需要说明的是，在此，考虑将两个轴颈轴承5从机舱7受到的反作用力集中于一端51、另一端52。

当将铅垂方向向上的力设为正时，根据作用于露出部141的铅垂方向的力的平衡，下式(1)成立。另外，通过重心141W处的露出部141的重量W和浮心141B处的浮力B，图中逆时针方向的力矩M作用于轴颈轴承5的中心5a周围。当将图中逆时针方向的力矩M设为正时，根据作用于轴颈轴承5的力矩的平衡，下式(2)成立。在式(1)、式(2)中，假定反作用力F1及反作用力F2均在铅垂方向上向上。基于式(1)及式(2)，轴颈轴承5的一端51受到的反作用力F1通过下式(3)计算，轴颈轴承5的另一端52受到的反作用力F2通过下式(4)计算。

F1+F2-W+B＝0···(1)

M-Lj·F1+Lj·F2＝0···(2)

F1＝(W-B)/2+(M/Lj)/2···(3)

F2＝(W-B)/2-(M/Lj)/2···(4)

在力矩M为正(图中为逆时针方向)的情况下，通过式(3)计算的反作用力F1为正的值，如图8的实线箭头所示，成为作用于轴颈轴承5的一端51的图中上侧的面的铅垂方向上向上的力。另外，在力矩M为正(图中为逆时针方向)的情况下，通过式(4)计算的反作用力F2为负的值，如图8的实线箭头所示，成为作用于轴颈轴承5的另一端52的图中下侧的面的铅垂方向上向下的力。此时，轴颈轴承5在受到反作用力F1及反作用力F2的一侧在轴承面产生局部接触。

由式(3)及式(4)可知，力矩M越小，反作用力F1与反作用力F2彼此的值越接近。如果力矩M的值为0，则反作用力F1和反作用力F2为相同方向且相同的值，在轴颈轴承5的轴承面不会产生局部接触。力矩M的值越小，反作用力F1与反作用力F2的值越接近，在轴颈轴承5的轴承面产生的局部接触越小。力矩M通过下式(5)计算。由式(5)可知，露出部141的重心141W与浮心141B的距离越接近，即距离Lw与距离Lb的值越近，越能够容易调整力矩M的值。也就是说，距离Lw与距离Lb的值越近，露出部141的重量W与浮力B的差越有助于力矩M的大小的程度越大，因此容易通过调整重量W与浮力B的差而将将力矩M调整得较小。

M＝Lb·B-Lw·W···(5)

如上所述，本实施方式的水流发电装置1能够使露出部141的浮心141B接近重心141W。因此，本实施方式的水流发电装置1能够容易减小通过式(5)计算的力矩M，进而能够容易接近通过式(3)及式(4)计算的反作用力F1及反作用力F2的值。需要说明的是，图8为了示出浮心141B和重心141W，以将浮心141B与重心141W较大地分离的方式进行了记载，但浮心141B与重心141W越接近越优选，进一步优选浮心141B与重心141W的位置一致。

在此，当将反作用力F1和反作用力F2中的较大的一方设为反作用力Fbig，将较小的一方设为反作用力Fsmall时，则在本实施方式的水流发电装置1中，如下式(6)所示，反作用力Fbig相对于反作用力Fsmall的比为1.5以下。这样，通过使反作用力F1与反作用力F2的值接近，使反作用力Fbig相对于反作用力Fsmall的比为1.5以下，从而能够抑制在轴颈轴承5的轴承面产生局部接触而使表面压力局部升高。需要说明的是，反作用力Fbig相对于反作用力Fsmall的比越小越优选。

Fbig/Fsmall≤1.5···(6)

需要说明的是，在此，考虑将两个轴颈轴承5从机舱7受到的反作用力集中于一端51、另一端52，但轴颈轴承5沿着轴向从机舱7受到分布载荷的反作用力。在式(6)中，反作用力Fbig相对于反作用力Fsmall的比为1.5以下是指，不是以将两个轴颈轴承5从机舱7受到的反作用力集中于一端51、另一端52的力为基准来考虑的，而是以两个轴颈轴承5从机舱7受到的分布载荷的反作用力中的在一端51及另一端52受到的力为基准来考虑的。

图9及图10是表示作为比较例的水流发电装置的转子的露出部附近的放大剖视图。作为比较例的水流发电装置1A代替实施方式的水流发电装置1的第一浮力材41而具备浮力材40A。另外，作为比较例的水流发电装置1A不具备实施方式的水流发电装置1的第二浮力材42。水流发电装置1A的其他结构与水流发电装置1相同，因此省略说明。

浮力材40A与第一浮力材41同样地，安装于旋翼头3的底部31。另外，如图9所示，浮力材40A大于第一浮力材41。由此，作用于作为比较例的水流发电装置1A的转子14的露出部141的浮力B的大小与作用于实施方式的水流发电装置1的转子14的露出部141的浮力B的大小相同。另外，对于作为比较例的水流发电装置1A，露出部141的重量W与实施方式的水流发电装置1的露出部141的重量W相同。

作为比较例的水流发电装置1A的转子14的露出部141不具备第二浮力材42，因此与实施方式的水流发电装置1的露出部141的浮心141B(参照图8)相比，浮心141B配置于在轴向上远离重心141W的位置。也就是说，如图9所示，从轴颈轴承5的轴向上的中心5a到露出部141的重心141W的距离Lw与从两个轴颈轴承5的中心5a到露出部141的浮心141B的距离Lb之差变大。其结果是，根据式(5)，作为比较例的水流发电装置1A的力矩M的值大于实施方式的水流发电装置1。因此，作为比较例的水流发电装置1A与实施方式的水流发电装置1相比，反作用力F1及反作用力F2中的较大一方的反作用力Fbig相对于较小一方的反作用力Fsmall之比变大。作为比较例的水流发电装置1A如图10中由虚线包围的范围所示，在轴颈轴承5及推力轴承6的轴承面产生的局部接触变大，轴承面的磨损变得不均匀，并且磨损加快。需要说明的是，图10为了说明在轴颈轴承5及推力轴承6的轴承面产生的局部接触变大，而使转子14整体相对于轴向的倾斜程度比实际变大。

另一方面，实施方式的水流发电装置1如上所述，通过使露出部141的浮心141B接近重心141W，从而能够容易使反作用力F1与反作用力F2的值接近，另外，反作用力F1和反作用力F2中的较大一方(反作用力Fbig)相对于较小一方(反作用力Fsmall)之比为1.5以下。其结果是，与比较例的水流发电装置1A相比，能够抑制在轴颈轴承5的轴承面产生的局部接触。另外，对于推力轴承6，也同样能够抑制在轴承面产生的局部接触。

如上所说明的那样，实施方式的水流发电装置1在通过重心141W处的重量W和浮心141B处的浮力B而力矩M作用于露出部141时，在径向上支承转子14的轴颈轴承5的一端51从机舱7受到的反作用力F1和另一端52从机舱7受到的反作用力F2中的较大一方(反作用力Fbig)相对于较小一方(反作用力Fsmall)之比为1.5以下。由此，能够实现轴颈轴承5的一端51及另一端52从机舱7受到的反作用力F1、F2的均匀化，能够抑制在轴颈轴承5的轴承面产生局部接触而使表面压力局部升高。因此，根据本实施方式的水流发电装置1，能够抑制支承因水流动力而旋转的旋转部的轴承的磨损。

另外，转子14的露出部141具有在转子14的轴向上隔着重心141W设置的多个浮力材40。由此，能够在重心141W的轴向上的两侧实现作用于露出部141的浮力的均匀化，因此能够使露出部141的浮心141B接近重心141W。其结果是，能够容易地将通过重心141W处的重量W和浮心141B处的浮力B而作用于露出部141的力矩M调整得较小，因此容易使轴颈轴承5的一端51受到的反作用力F1和另一端52受到的反作用力F2中的较大一方(反作用力Fbig)相对于较小一方(反作用力Fsmall)之比为1.5以下。

另外，转子14的露出部141具有底部31和从底部31朝向机舱7侧沿轴向延伸且连结有叶片2的筒状的侧壁部32，多个浮力材40具有安装于底部31的第一浮力材41和安装于侧壁部32的第二浮力材42。由此，利用连结有叶片2的筒状的侧壁部32的轴长，容易将第二浮力材42隔着露出部141的重心141W配置于第一浮力材41的相反侧。即，能够较容易地在轴向上隔着重心141W的位置设置多个浮力材40。

在本实施方式中，将第一浮力材41安装于旋翼头3的底部31，将第二浮力材42安装于设置在旋翼头3的侧壁部32的叶片连结部322的转子侧筒状部322a，但第一浮力材41及第二浮力材42的配置位置并不限于此。例如，可以将第二浮力材42安装于多个叶片2本身，也可以将第二浮力材42配置于多个叶片2的内部。

另外，在本实施方式中，多个浮力材40具有第一浮力材41和第二浮力材42，但多个浮力材40也可以具有三个以上浮力材。

另外，水流发电装置1也可以仅具备一个浮力材。图11是表示变形例的水流发电装置的立体图。在图11中，省略系留索的图示。变形例的水流发电装置1B代替水流发电装置1的第一浮力材41及第二浮力材42而具有浮力材40B。水流发电装置1B的其他结构与水流发电装置1相同，因此省略说明。如图所示，浮力材40B是收容露出部141的多个叶片2以外的部分的筒状构件。由此，能够在重心141W的轴向上的两侧实现作用于露出部141的浮力的均匀化，因此能够使露出部141的浮心141B接近重心141W。

另外，在本实施方式中，在设置于旋翼头3的侧壁部32的叶片连结部322的转子侧筒状部322a与设置于机舱7的转子支承部70的定子侧筒状部70a之间配置有两个轴颈轴承5，但轴颈轴承5至少配置一个即可，也可以配置三个以上。另外，在本实施方式中，将轴颈轴承5和推力轴承6作为不同的构件使用，但也可以将相邻的轴颈轴承5和推力轴承6作为一体的构件构成。另外，轴颈轴承5和推力轴承6中的至少任一方也可以是配置于机舱7的内部空间的油润滑式的轴承。

附图标记说明：

1、1A、1B 水流发电装置

2 叶片

3 旋翼头

31 底部

32 侧壁部

321 大径部

322 叶片连结部

322a 转子侧筒状部

322b 第一转子侧凸缘部

322c 第二转子侧凸缘部

4 旋转轴

5 轴颈轴承

5a 中心

51 一端

52 另一端

6 推力轴承

7 机舱

70 转子支承部

70a 定子侧筒状部

70b 第一定子侧凸缘部

70c 第二定子侧凸缘部

8 传动系统

9 发电机

10 线缆

11 发电单元

14 转子

141 露出部

141B 浮心

141W 重心

15 定子

19 密封轴承

40、40A、40B 浮力材

41 第一浮力材

42 第二浮力材

80 制动器

81 液压泵

82 液压马达

83、84 配管

85 冷却单元

201 水流发电装置

202 转子

203 定子

204 轴承单元

205 传动系统

206 发电机

207 机舱

208 密封部

210 系留索

221 转子主体

222 旋翼头

223 叶片

241 推力轴承

242 轴颈轴承

243 润滑油供给部

244 凸缘部

245 推力轴承主体

246 轴颈固定部

247 轴颈旋转部

251 液压泵

252 液压马达

H1 固定部贯通孔

H2 旋转部贯通孔

H3 润滑水排出孔

J 轴线

S 滑动面

V 内部空间

Claims (5)

1.一种水流发电装置，其利用水流动力进行发电，其中，

所述水流发电装置具备：

叶片，其利用所述水流动力而旋转；

旋转部，其与所述叶片连结，并与所述叶片一体地旋转；

发电单元，其与所述旋转部连结，利用所述旋转部的旋转力进行发电；

机舱，其覆盖所述发电单元，形成配置有所述发电单元的内部空间与配置有所述叶片的水中的边界，以使所述内部空间成为气体气氛；以及

轴承单元，其将所述旋转部支承于所述机舱，

所述轴承单元具有：

推力轴承，其设置于所述内部空间，从所述旋转部的轴向对该旋转部进行支承；以及

轴颈轴承，其设置于所述机舱与所述叶片之间，从与所述轴向正交的径向对所述旋转部进行支承。

2.根据权利要求1所述的水流发电装置，其中，

所述水流发电装置具有：

轴颈固定部，其与所述机舱连结，从所述机舱朝向所述水中一侧沿着所述轴向延伸；以及

轴颈旋转部，其与所述旋转部连结，设置于所述轴颈固定部的所述径向外侧，所述轴颈旋转部与所述轴颈固定部相对，

所述轴颈轴承固定于所述轴颈固定部和所述轴颈旋转部中的任一方。

3.根据权利要求2所述的水流发电装置，其中，

在所述轴颈旋转部形成有旋转部贯通孔和润滑水排出孔，所述旋转部贯通孔在所述径向上贯通所述轴颈旋转部，从而将所述水中的水作为润滑剂引入到所述轴颈轴承与所述轴颈旋转部之间，所述润滑水排出孔设置于与所述旋转部贯通孔不同的轴线方向位置，且在所述径向上贯通所述轴颈旋转部，从而排出作为所述润滑剂的水。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的水流发电装置，其中，

所述轴承单元具有向所述推力轴承供给润滑油的润滑油供给部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的水流发电装置，其中，

所述叶片的直径为20m以上。