JP2003214309A

JP2003214309A - 発電機一体形水車及び電動機一体形ポンプ

Info

Publication number: JP2003214309A
Application number: JP2002015584A
Authority: JP
Inventors: Yuji Tanaka; 雄司田中; Yukihisa Fujita; 幸央藤田; Akio Shima; 昭夫島; Koichi Sato; 幸一佐藤; Seiji Yanagisawa; 清司柳澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】流量と落差の割合が多様な水力資源用の発電機
一体形水車を提供する。【解決手段】ケーシング１内のステータ１７と、ケーシ
ング１の軸心部に配置した主軸４と、主軸４をケーシン
グ１に固定し、主軸４に設けた複数の水中軸受５，６
と、複数の水中軸受５，６に嵌合する羽根車ボス７ａ、
７ｂ、７ｃと、羽根車ボス７ａ、７ｂ、７ｃに多段の羽
根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、多段の羽根車２Ａ、２Ｂ、２
Ｃに固着したロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、
ロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃに設けた永久磁石
１６ａ、１６ｂ、１６ｃとを具備し、永久磁石１６ａ、
１６ｂ、１６ｃがステータ１７に相対すると共に、羽根
車２Ａ、２Ｂ、２Ｃの上流側に多段のガイドベーン３
ａ、３ｂ、３ｃを設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電用水車発電機
に係わり、特に発電機と水車が一体になっている高落差
・小容量の水車発電機及びポンプ電動機に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来発電機と水車が一体になっている水
車として一般的に知られているバルブ水車発電機の構造
を図６に示す。図６は、従来のバルブ水車発電機の構造
説明図である。バルブ水車発電機は、横軸可動形ランナ
ベーンのうち、発電機が流水路内にあるものをいうもの
である。

【０００３】すなわち、発電機２０と羽根車２は主軸を
介して軸線方向に直列に配置されており、発電機２０は
支柱により流路に固定されている。羽根車２の上流には
可動のガイドベーン３０が設けられ、該ガイドベーン３
０は流路の外側に設けられたサーボモータ４０により駆
動されている。このような構成の水車全体は、大きな装
置となるため、これまで設置場所は山間部に限られてい
る。また、羽根車の形式が軸流型で一つしか設けられて
いないため、落差が比較的小さい水力資源箇所に限られ
ている。

【０００４】また、図７を参照して、従来の発電機一体
型水車を説明する。図７は、従来（特開平５−１１１２
１６号公報）のモータ一体型ポンプ装置及び発電機の構
造図である。図７に示すように、流体１２の通路１３と
連通するように設けられるケーシング１の内部通路の外
周部にステータ１７を設け、上記ケーシング１の内部に
ロータ２１が軸受２２を介して回転可能に配置されてい
る。ロータヨーク１５の内部にはこれと一体に回転する
ように羽根２を設けている。流体１２により羽根２を回
転させるようにすると、ステータコイル９に誘起電圧が
生じ、この電圧を取り出すことで発電機として利用する
ものである。

【０００５】特開平５−１０２４５号公報に開示されて
いる水車発電機は、水車ランナを有する主軸をケーシン
グ内に配設水車発電機において、上記主軸をガイドベー
ン及びステーベンを介して上記ケーシングと一体に形成
すると共に、上記水車ランナに一体に形成したランナボ
スと上記主軸との間に水中軸受を設けたものである。し
かし、羽根車はバルブ水車と同様の軸流型で一つしか設
けられていないため、落差が比較的小さい水力資源箇所
に限られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、環境問題がクロ
ーズアップされ環境負荷の小さい水力発電が注目されて
いる一方、山間部でない身近な生活環境においても未利
用の水力エネルギの有効活用が望まれている。しかしな
がら、これら水力資源は、容量が小さく、且つ設置スペ
ースも小さい。したがって、上記図５に示すバルブ水車
を適用することは発電コスト及び設置スペースの観点か
ら困難である。さらに、図６に示す発電機についても、
水力資源の落差と水量の割合がまちまちであるため、水
量に比べ落差が大きい水力資源への適用は困難である。

【０００７】本発明は、このような従来技術の実状に鑑
みてなされたもので、その目的は水力資源容量・設置ス
ペースともに小さい場合でも適用できるとともに、水力
資源の落差と水量の割合がどのような組み合わせでも適
用できる小形でコストの安い発電機一体形水車並び電動
機機一体形ポンプを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る発電機一体形水車の構成の一つは、円
筒状ケーシングの内側にステータコイルとステータコア
を有するステータと、上記ケーシングの軸心部にその軸
線方向に沿わせて配置した主軸と、該主軸をその両端部
で該ケーシングに固定する支持部材と、上記主軸に設け
たラジアル軸受とスラスト軸受からなる複数の水中軸受
と、該複数のラジアル軸受それぞれに嵌合する複数の羽
根車ボスと、該羽根車ボスの外周に複数枚の羽根を設け
た多段の羽根車と、該多段の羽根車の外周端部それぞれ
に固着した多段の円筒状のロータヨークと、該ロータヨ
ークの外周部それぞれに設けた永久磁石とを具備し、該
永久磁石が上記ステータコイルと相対していると共に、
上記羽根車の上流側の直近に上記ケーシングの軸線方向
に対し所定の角度で流体を当該多段の羽根車に導くため
に多段のガイドベーンを設けたことを特徴とするもので
ある。

【０００９】本発明に係る電動機一体形ポンプの構成
は、円筒状ケーシングの内側にステータコイルとステー
タコアを有するステータと、上記ケーシングの軸心部に
その軸線方向に沿わせて配置した主軸と、該主軸をその
両端部で該ケーシングに固定する支持部材と、上記主軸
に設けたラジアル軸受とスラスト軸受からなる複数の水
中軸受と、該複数のラジアル軸受にそれぞれ嵌合する羽
根車ボスと、該羽根車ボスの外周に複数枚の羽根を設け
た多段の羽根車と、該多段の羽根車の外周端部にそれぞ
れ固着した多段の円筒状のロータヨークと、該多段のロ
ータヨークの外周部に永久磁石とを具備し、上記ステー
タに電力を供給できるとともに、発電機をモータとして
駆動することにより、羽根車が水車運転時の回転方向と
逆回転するように構成したことを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１乃至図４を参照して、本発明
に係る発電機一体形水車の実施の形態を説明する。図１
は本発明に係る発電機一体形水車の構造を示す縦断面
図、図２は、図１に示す発電機一体形水車の羽根形状の
説明図、図３は、図１に示す発電機一体形水車のロータ
ヨークの説明図、図４は、図１に示す発電機一体形水車
のロータヨークとケーシング間のシール部説明図、図５
は、図１に示す発電機一体形水車の羽根と羽根車ボスの
斜視図である。なお、発電機は、同期機について説明す
る。

【００１１】図１において、発電機一体形水車５０は、
中央部に円筒状のケーシング１と、図示しない流体配管
と接続するための入口部フランジ１ａ1を有する流入口
ＩＮを備える入口ケーシング１Ａと、図示しない流体配
管と接続するための出口部フランジ１ｂ1を有する流出
口ＯＵＴを備える出口ケーシング１Ｂとから構成されて
いる。上記ケーシング１、入口ケーシング１Ａ、出口ケ
ーシング１Ｂの材質は、例えばアルミダイカスト合金を
用いられる。

【００１２】入口ケーシング部１Ａは、流体の流れの方
向に拡大され、円筒状の中間ケーシング部１とほぼ同一
径となり、該同一径部においてフランジ部１ａ2を設
け、図示しないＯリングを介して上記中間ケーシング部
１とボルト結合されている。同様に、出口ケーシング部
１Ｂは、流体の流れと反対方向に向かって拡大され、円
筒状の中間ケーシング部１とほぼ同一径となり、該同一
径部においてフランジ部１ｂ2を設け、該フランジ部１
ｂ2において図示しないＯリング状を介して円筒状の中
間ケーシング部１とボルト結合されている。

【００１３】発電機一体形水車５０は円筒状のケーシン
グ１の内側にステータコア１０とステータコイル９より
なるステータ１７が配置され、その内周部には流体から
ステータ１７を保護するための保護部材１９が設けられ
ている。そして、ステータ１７の一方の端部には保護部
材１９の内周面にテーパ１８が形成されている。円筒状
ケーシング１の軸心部には主軸４が主軸支持部材１４
ａ、１４ｂを介して、それぞれ入口ケーシング部１Ａ、
出口ケーシング部１Ｂに固定されている。

【００１４】主軸４には、該主軸４を介するラジアル荷
重を受けるラジアル軸受５ａ、５ｂ、５ｃと、上記主軸
を介する軸方向の荷重を受けるスラスト軸受６ａ、６
ｂ、６ｃが配置されている。上記スラスト軸受６ａとラ
ジアル軸受５ａ、上記スラスト軸受６ｂとラジアル軸受
５ｂ、上記ラジアル軸受６ｃとラジアル軸受５ｃとがそ
れぞれ一組の水中軸受を構成している。該水中軸受は流
体によって潤滑されている。

【００１５】ラジアル軸受５ａ、５ｂ、５ｃにはそれぞ
れ羽根車ボス７ａ、７ｂ、７ｃが嵌合されて配置されて
いる。上記羽根車ボス７ａ、７ｂ、７ｃの外周面にはそ
れぞれ多段の羽根２a、２ｂ、２ｃが取付けられてお
り、羽根車ボス７ａ、７ｂ、７ｃと共にそれぞれ多段の
羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃを構成している。図５には、一
段の羽根２aと、この羽根２aが取付けられている羽根車
ボス７ａが示されている。

【００１６】また、主軸４には、ガイドベーン３ａ、３
ｂ、３ｃが取付けられているガイドベーンボス８ａ、８
ｂ、８ｃが固着され、上記ガイドベーン３ａ、３ｂ、３
ｃは流体が流入口ＩＮから多段の羽根２a、２ｂ、２ｃ
にそれぞれ滑らかに整流状に流入させるようになってい
る。上記ガイドベーンボス８ａ、８ｂ、８ｃには、スラ
スト軸受６ａ、６ｂ、６ｃが配設され、羽根車ボス７
ａ、７ｂ、７ｃを介してスラスト荷重を受けるようにな
っている。

【００１７】さらに、多段の羽根２a、２ｂ、２ｃの外
周端にはそれぞれロータヨーク１５a、１５ｂ、１５ｃ
が羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃに取付けられている。上記ロ
ータヨーク１５a、１５ｂ、１５ｃの外周面にはそれぞ
れ永久磁石１６ａ、１６ｂ、１６ｃが固着されている。
そして、図示しない流体が、発電機一体形水車５０の内
部を流れると、多段の羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃには流体
力が作用し、羽根車２Ａ、ロータヨーク１５a、永久磁
石１６ａが一体で回転する。同様に、羽根車２Ｂ、ロー
タヨーク１５ｂ、永久磁石１６ｂ,羽根車２Ｃ、ロータ
ヨーク１５ｃ、永久磁石１６ｃが一体で回転し、ステー
タコイル９には誘起電圧が発生するようになっている。

【００１８】多段の羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃの上流直前
には多段のガイドベーン３ａ、３ｂ、３ｃが設けられて
いる。この多段のガイドベーン３ａ、３ｂ、３ｃは、流
体の圧力エネルギを運動エネルギに変換する目的で設け
られているものである。そのため、上記ガイドベーン３
ａ、３ｂ、３ｃの形状はそれぞれ羽根車２Ａ、２Ｂ、２
Ｃへ流体が滑らかに流入するように設計されている。

【００１９】このように構成することにより、流体の位
置エネルギを運動エネルギに変換することができ、該運
動エネルギを羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃによって回収する
ことができるので、水車の効率を高くなるようにするこ
とができる。また、羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃの半径方向
外側に発電機のステータ１７が配置されているので、ケ
ーシング１の軸方向長さを小さくすることができる。さ
らに、上記羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、該羽根車２Ａ、
２Ｂ、２Ｃの羽根２ａ、２ｂ、２ｃの外周端部に固着さ
れている円筒状のロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ
及びガイドベーン３ａ、３ｂ、３ｃが軸線方向に多段に
設けられるようにすることにより、水量に対し落差が大
きい水力資源に対しても適用可能な構成とすることがで
きる。

【００２０】ここで、図２を参照して、多段の羽根２
ａ、２ｂ、２ｃ, ガイドベーン３ａ、３ｂ、３ｃの相互
間の形状について説明する。ここで、羽根の周速度Ｕ,
絶対速度Ｖ,相対速度Ｗとする。図２に示す如く、速度
ＶGで１段目のガイドベーン３ａに流入する流体は該ガ
イドベーン３ａにより圧力エネルギの一部を運動エネル
ギに変換されて、速度Ｖ1、流れ角度βGで流出する。羽
根２ａは上記ガイドベーン３ａから流入する流体のもつ
流体力により周速度Ｕで回転する。その結果、１段目の
羽根車２ａには相対速度Ｗ1、流れ角度β1で流体が流入
する。そこで、流体が滑らかに整流状に羽根２ａに流入
するように入口の羽根角度はβ1に設定されている。

【００２１】羽根２ａの出口羽根角度はβ2に設定され
ているので、上記流体は羽根２ａから流れ角度β2，相
対速度Ｗ2で流出する。一方、羽根２ａが周速度Ｕで回
転しているので、２段目のガイドベーン３ｂには速度Ｖ
2で流入する。ここで、速度Ｖ2と前記速度ＶGは同じに
なるので、２段目以降のガイドベーン３ｂの形状は１段
目のガイドベーン３aと同じにすることができる。した
がって、発電機一体形水車を多段化することにより、落
差が大きい水力資源にも適用できる発電機一体形水車を
量産することができる。

【００２２】ここで、再び図１を参照して、水車ケーシ
ング１の内部に流体が流れていない状態で生じている羽
根車ボス７とスラスト軸受６の間のギャップδを説明す
る。図１においては、三段の羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃが
示されているが同様な構成であるので、一段目の羽根車
２Ａについてギャップδａを説明する。図１に示すよう
に、羽根車２Ａに対して個別にラジアル軸受５ａとスラ
スト軸受６ａが設けられている。上記羽根車ボス７ａと
上記スラスト軸受６ａとの間には水車ケーシング１の内
部に流体が流れていない状態で、ギャップδａが生じて
いるように構成されている。ギャップδａは、ロータヨ
ーク１５ａの外周部に設けられた永久磁石１６ａの磁力
がステータコア１７と引き合う力でその軸線方向位置を
自立的に保持されている。

【００２３】本実施の形態においては、ギャップδａは
１ｍｍに設定されているが、水車が設置される水資源の
状況により、０．５から３．０ｍｍに設定するのが適当
である。このようにスラスト軸受６ａが設けられている
ので、水車が運転されると羽根車２Ａに作用する流体力
によりスラスト荷重が発生し、上記羽根車２Ａをスラス
ト軸受６ａの方へ押しやるので、ギャップδａは消滅し
てスラスト軸受６ａが羽根車２Ａを支える。

【００２４】このとき、永久磁石１６ａの磁力は羽根車
２Ａとスラスト軸受６ａの間のギャップδａを保持する
ようにスラスト荷重と反対方向に作用するので、スラス
ト軸受６ａにかかるスラスト荷重の一部を相殺するよう
に働くようになっている。したがって、スラスト軸受６
ａを小形にすることができる。

【００２５】また、多段の羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、
それぞれ個別にスラスト軸受６ａ、６ｂ、６ｃにより支
持されているので、各スラスト軸受の荷重は一段当りの
荷重を支えるだけでよいのでスラスト軸受を小形化する
ことができる。

【００２６】図３を参照して、ロータヨーク１５ａ、１
５ｂ、１５ｃに設けた段差について説明する。図３に示
す如く、ロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃは図示し
ない羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃに固着されており、図示し
ないが、羽根車ボス７ａ、７ｂ、７ｃ，ラジアル軸受５
ａ、５ｂ、５ｃを介して主軸４に固定されている。各ロ
ータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、羽根車２Ａ、２
Ｂ、２Ｃと同様に、それぞれ分離・独立しているが、そ
れぞれが対峙するロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ
の端面には段差１５ａｂ、１５ｂｃが設けられている。

【００２７】このため、多段化した場合には、ロータヨ
ーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃそれぞれは分離している
が、各羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃによる回転駆動力をそれ
ぞれ互いに伝達する構造になっているので、独立したロ
ータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃは全て同じ回転数に
なるようになっている。したがって、独立したロータヨ
ーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃのそれぞれが異なった回転
数になることにより生じる電気的特性の低下を防ぐこと
ができる。さらに、ロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５
ｃそれぞれは独立もしているので、機械加工公差等によ
りロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃそれぞれに生ず
る心ズレが干渉することがないようになっており、水車
の組立が容易になる。

【００２８】図１及び図４を参照して、ロータヨーク１
５ａ、１５ｂ、１５ｃ相互間の間隙に設けたシール部材
１２ａ、１２ｂ及び最上流側のロータヨーク１５ａとケ
ーシング１Ａが対峙する隙間，最下流のロータヨーク１
５ｃとケーシング１Ｂが対峙する隙間それぞれに設けた
シール部１３Ａ、１３Ｂについて説明する。

【００２９】図１に示すように、ロータヨーク１５ａと
１５ｂ、ロータヨーク１５ｂと１５ｃとが対峙する隙間
にはそれぞれシール部材１２ａ、１２ｂが設けられてい
る。本実施の形態例では、ゴムバンドがシール部材１２
ａ、１２ｂとして用いられている。ゴムの弾性力を活用
することで、ロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ相互
間の間隙を介して水車流路からのステータ１７側への漏
れを防止すると共に、ロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１
５ｃの独立性を維持している。

【００３０】図４を参照して、最上流のロータヨーク１
５ａとケーシング１Ａ間，最下流のロータヨーク１５ｃ
とケーシング１Ｂ間にそれぞれ設けたシール部１３Ａ、
１３Ｂについて説明する。両シール１３Ａ、１３Ｂは同
一構成であるので、シール部１３Ａを例にとり説明す
る。図４に示す通り、本実施の形態では、シール部１３
Ａはラビリンスシールを採用しており、ラビリンス１３
aの間には磁気を帯びた部材１３ｂがその磁力によりシ
ール１３ａに固定されている。

【００３１】このような構成のラビリンス１３aとロー
タヨーク１５aの間の僅かなシール隙間から流体が僅か
ながら漏れ出るが、そのとき漏れ流体に含まれる磁性物
質は磁気を帯びた部材１３ｂに付着するので、シール部
１３Ａを通り抜けて永久磁石１６ａに付着し発電機の電
気的特性を低下させることがない。さらに、磁気を帯び
た部材１３ｂを一定期間稼動した後の定期点検で交換す
ることにより、良好な発電機特性を長期間に渡って維
持することができる。

【００３２】また、図１に示す如く、発電機一体形水車
はキャンド形式になっているので、流体がステータ保護
部材１９を介してステータ１７を直接冷却するので、
該ステータ１７の絶縁劣化を低減することができる。

【００３３】また、図１に示す如く、発電機一体形水車
は、複数のロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃにそれ
ぞれ設けられる永久磁石１６ａ、１６ｂ、１６ｃが、ケ
ーシング１の軸線方向にそれぞれ所定の間隔をもって取
付けられるとともに、該間隔と同じ幅の溝１１ａ、１１
ｂがステータコア１０の内側で上記間隔と相対する上記
軸線方向位置に設けられている。したがって、ステータ
コア１０の内周面はケーシング１の軸心に向かって上記
溝１１ａ、１１ｂと相対的な三個の突設部（符号なし）
が上記軸線方向に配置された構造になっている。

【００３４】突設部が永久磁石１６ａ、１６ｂ、１６ｃ
がそれぞれ相対するので、該永久磁石１６ａ、１６ｂ、
１６ｃには軸線方向位置を上記突設部と相対した位置に
とどめようとする磁力が働くようになる。その結果、羽
根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃに作用する上記軸線方向流体力で
あるスラスト荷重の一部が相殺される。したがって、小
形の軸受を用いることができる構造となる。

【００３５】また、ステータ保護部材１９Ａの内周面端
部の内径が、ステータコア１０の保護部材内径よりも大
きく、軸線方向にテーパ状になっている。したがって、
ロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃとステータコア１
０の組立が容易になり、水車組立時間が短くなる。

【００３６】上記構成の発電機一体形水車５０の発電動
作等を説明する。図１において、図示しない流体配管か
ら流体が流入口ＩＮを通り、入口ケーシング１Ａに流入
する。入口ケーシング１Ａに流入した流体は、主軸支持
部材１４ａを通り抜ける。該通り抜けた流体は、一段目
のガイドベーン３ａで所定の角度に整流され、一段目の
羽根２ａに流入し、該羽根２ａを回転させる。該一段目
の羽根２ａを通り抜けた流体は二段目のガイドベーン３
ｂで所定の角度に整流され、二段目の羽根２ｂに流入
し、該羽根２ｂを回転させる。同様にして、流体は三段
目のガイドベーン３ｃを経て三段目の羽根２ｃに流入
し、該羽根２ｃを回転させる。

【００３７】このとき、永久磁石１６ａ、ロータヨーク
１５ａ、羽根２ａ及び羽根車ボス７ａ並びにラジアル軸
受５ａからなる羽根車２Ａと、同様の構成の２Ｂ、２Ｃ
は、主軸４に固定され分離・独立しているが、ロータヨ
ーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃの端面の段差１５ａｂ、１
５ｂｃにより全ての回転数が同一となる。

【００３８】このように、三段のガイドベーン３ａ、３
ｂ、３ｃと羽根車２ａ、２ｂ、２ｃが設けられ、一段の
場合に比べ、落差が三倍の水力資源に適用できるととも
に、発電電力量も一段の場合の約３倍になる。また、ロ
ータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃの全ての回転数が、
同一となるので、電気特性も良好となる。

【００３９】３段の羽根車２Ａ、２Ｂ、２Ｃに対してそ
れぞれ個別に設けられたラジアル軸受５ａ、５ｂ、５ｃ
とスラスト軸受６ａ、６ｂ、６ｃにより、それぞれが羽
根車一段分の軸受荷重のみを支えればよいので、軸受を
小型化することができ、多段の段数でも各段間の芯出し
調整は不用となる。

【００４０】また、ラジアル軸受５ａとスラスト軸受６
ａの間の水車ケーシング１に流体が流れていない状態で
生じたギャップδａを、永久磁石１６ａの磁力がステー
タコア１７と引き合い、その軸線方向位置を保持するよ
うに作用するので、軸受６ａにかかるスラスト荷重の一
部を相殺し、スラスト軸受６ａを小形にすることができ
る。

【００４１】ロータヨーク１５ａと１５ｂ、ロータヨー
ク１５ｂと１５ｃとの隙間に設けられたシール部材１２
ａ、１２ｂは水車流路からステータ１７側への漏れを防
止し、かつ、ロータヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃの独
立性を維持している。

【００４２】ロータヨーク１５ａとケーシング１Ａ間に
設けたシール部１３Ａは、ラビリンス１３aの間に磁気
を帯びた部材１３ｂが固定されており、ラビリンス１３
aとロータヨーク１５aの間から流れ出る流体に含まれる
磁性物質は磁気を帯びた部材に付着するので、シール部
１３Ａを通り抜けて永久磁石１６ａに付着し発電機の電
気的特性を低下させない。シール部１３Ｂについても同
様である。

【００４３】以上、発電機一体形水車について説明した
が、電動機一体形ポンプについては、流体の流れの方向
及び羽根車の回転方向並びに発電機と電動機との回転方
向が反対であるのみで、同一構造，同一機能であるの
で、煩瑣となるので説明を省略する。

【００４４】

【発明の効果】以上詳細に説明した如く、本発明の構成
によれば、その目的は水力資源容量・設置スペースとも
に小さい場合でも適用できるとともに、水力資源の落差
と水量の割合がどのような組み合わせでも適用できる小
形でコストの安い発電機一体形水車並び電動機機一体形
ポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発電機一体形水車の構造を示す縦
断面図である。

【図２】図１に示す発電機一体形水車の羽根形状の説明
図である。

【図３】図１に示す発電機一体形水車のロータヨークの
説明図である。

【図４】図１に示す発電機一体形水車のロータヨークと
ケーシング間のシール部説明図である。

【図５】図１に示す発電機一体形水車の羽根と羽根車ボ
スの斜視図である。

【図６】従来のバルブ水車発電機の構造説明図である。

【図７】従来のモータ一体型ポンプ装置及び発電機の構
造図である。

【符号の説明】

１…水車ケーシング１Ａ…入口部ケーシング１Ｂ…出口部ケーシング２ａ、２ｂ、２ｃ…羽根２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…羽根車３ａ、３ｂ、３ｃ…ガイドベーン４…主軸５、５ａ、５ｂ、５ｃ…ラジアル軸受６、６ａ、６ｂ、６ｃ…スラスト軸受７ａ、７ｂ、７ｃ…羽根車ボス８ａ、８ｂ、８ｃ…ガイドベーンボス９…ステータコイル１０…ステータコア１１ａ、１１ｂ…ステータコアに設けた溝１２ａ、１２ｂ…ロータヨークの隙間シール１３Ａ、１３Ｂ…シール１４Ａ、１４Ｂ…主軸支持部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…ロータヨーク１６ａ、１６ｂ、１６ｃ…永久磁石１７…ステータ１８…ステータ保護部材端部の内周面に設けたテーパ１９Ａ、１９Ｂ…ステータ保護部材５０…発電機一体形水車 δ、δａ…ギャップ。

フロントページの続き (72)発明者島昭夫千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立ドライブシステムズ内 (72)発明者佐藤幸一千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立ドライブシステムズ内 (72)発明者柳澤清司千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立ドライブシステムズ内Ｆターム(参考） 3H072 AA17 AA26 BB07 BB08 CC01 CC10 CC23 CC42 5H590 AA03 CA11 CC02 DD62 HA26 JB18 5H607 AA12 BB02 BB07 BB14 DD04 DD06 DD16 FF06 FF27 FF36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状ケーシングの内側にステータコイル
とステータコアを有するステータと、上記ケーシングの
軸心部にその軸線方向に沿わせて配置した主軸と、該主
軸をその両端部で該ケーシングに固定する支持部材と、
上記主軸に設けたラジアル軸受とスラスト軸受からなる
複数の水中軸受と、該複数のラジアル軸受それぞれに嵌
合する複数の羽根車ボスと、該羽根車ボスの外周に複数
枚の羽根を設けた多段の羽根車と、該多段の羽根車の外
周端部それぞれに固着した多段の円筒状のロータヨーク
と、該多段のロータヨークの外周部それぞれに設けた永
久磁石とを具備し、該永久磁石が上記ステータコイルと相対していると共
に、上記多段の羽根車のそれぞれの羽根車の上流側の直
近に上記ケーシングの軸線方向に対し所定の角度で流体
を当該多段の羽根車に導くために多段のガイドベーンを
主軸に固定して設けたことを特徴とする発電機一体形水
車。
【請求項２】上記多段の羽根車とガイドベーンがそれぞ
れ同じ形状であることを特徴とする請求項１記載の発電
機一体形水車。
【請求項３】上記羽根車と上記スラスト軸受間は、それ
ぞれ水車の停止状態でギャップを形成していることを特
徴とする請求項１記載の発電機一体形水車。
【請求項４】上記多段のロータヨークはそれぞれ分割さ
れると共に、上記羽根車による回転駆動力を互いに伝達
するように構成していることを特徴とする請求項１記載
の発電機一体形水車。
【請求項５】上記永久磁石は軸線方向にそれぞれが所定
の間隔をもって取付けられるとともに、上記ステータコ
アの内側に上記所定の間隔と同じ幅の溝が該間隔と相対
する軸線方向の位置に設けられていることを特徴とする
請求項１記載の発電機一体形水車。
【請求項６】円筒状ケーシングの内側にステータコイル
とステータコアを有するステータと、上記ケーシングの
軸心部にその軸線方向に沿わせて配置した主軸と、該主
軸をその両端部で該ケーシングに固定する支持部材と、
上記主軸に設けたラジアル軸受とスラスト軸受からなる
複数の水中軸受と、該複数のラジアル軸受それぞれに嵌
合する複数の羽根車ボスと、該羽根車ボスの外周に複数
枚の羽根を設けた多段の羽根車と、該多段の羽根車の外
周端部に固着した円筒状のロータヨークと、該多段のロ
ータヨークの外周部に設けた永久磁石とを具備し、流体の流れに対し最上流と最下流に配置された上記ロー
タヨークと上記ケーシングの隙間をシールするためのシ
ール構造部材を着脱可能に設け、該シール構造部材の一
部もしくは全部が磁気部材で構成されていることを特徴
とする発電機一体形水車。
【請求項７】円筒状ケーシングの内側にステータコイル
とステータコアを有するステータと、上記ケーシングの
軸心部にその軸線方向に沿わせて配置した主軸と、該主
軸をその両端部で該ケーシングに固定する支持部材と、
上記主軸に設けたラジアル軸受とスラスト軸受からなる
複数の水中軸受と、該複数のラジアル軸受にそれぞれ嵌
合する羽根車ボスと、該羽根車ボスの外周に複数枚の羽
根を設けた多段の羽根車と、該多段の羽根車の外周端部
にそれぞれ固着した多段の円筒状のロータヨークと、該
多段のロータヨークの外周部に設けた永久磁石とを具備
し、上記ステータに電力を供給できるとともに、発電機をモ
ータとして駆動することにより、羽根車が水車運転時の
回転方向と逆方向に回転するように構成したことを特徴
とする電動機一体形ポンプ。