JP2008157206A - 運動−電気エネルギー変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流路内にロータマグネットが配置されている場合でも、ロータマグネットへの鉄粉の吸着に起因する不具合の発生を防止可能な水力発電装置またはポンプなどの運動−電気エネルギー変換装置を提供すること。
【解決手段】水力発電装置１において、円筒状ロータケース８４は、動翼８３１の外端縁より外側まで拡径したロータ側大径胴部８４３を備え、筒状シール部材５は、ロータ側大径胴部８４３の外周面との間に環状微小隙間１１を構成するシール部材側大径胴部５３を備えている。出側パイプ２２の入側端面と円筒状ロータケース８４の出側端部とは、屈曲した環状隙間１２を形成しており、動翼８３１の外端縁に連結された外側円筒部８３２の外周面には、入側に向かう流体圧を発生させる螺旋溝８３３が形成されている。このため、ロータマグネット８１が位置する円筒状ロータケース８４の外側に水が流れにくい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータの回転により水力発電装置あるいはポンプ装置としての動作を行う運動−電気エネルギー変換装置に関するものである。

水力発電装置およびポンプ装置は、いずれもロータの回転を利用するものであり、基本的な構成が共通している。このような運動−電気エネルギー変換装置において、自動水栓などに使用される水力発電装置は、年々、小型化の目的で軸流タイプが採用されつつある。このような軸流タイプの発電装置を構成する部品は、ケース、静止翼、ロータ（動翼、ロータマグネット、ロータケース）、回転中心軸、軸受、シール部材、ステータなどである。ここで、ロータは流路内に回転可能に配置されるため、ロータマグネットも流路内に位置する（特許文献１、２参照）。
特開２００２−３１００５０号公報 特開２００４−２６３４６６号公報

しかしながら、水に含まれる異物がロータと流路壁面との間に挟まることがある。特に、異物が鉄粉である場合には、ロータマグネットに鉄粉が吸着され、ロータと流路内壁に鉄粉が入り込んでロータの回転障害や回転不能などのおそれがあるにもかかわらず、従来の水力発電装置にはかかる対策が施されていないのが現状である。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、流路内にロータマグネットが配置されている場合でも、ロータマグネットへの鉄粉の吸着に起因する不具合の発生を防止可能な水力発電装置またはポンプなどの運動−電気エネルギー変換装置を提供することにある。

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備えたケースと、該流路内に配置され、動翼およびロータマグネットを備えたロータと、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し、前記ロータの回転により水力発電装置あるいはポンプ装置としての動作を行う運動−電気エネルギー変換装置において、前記ロータは、前記ロータマグネットを外周面で保持する円筒状ロータケースを備え、前記円筒状ロータケースは、前記ロータマグネットの保持位置より入側で前記動翼の外端縁より外側まで拡径したロータ側大径胴部を備えていることを特徴とする。

本発明に係る運動−電気エネルギー変換装置は、前記ロータの回転により水力発電装置あるいはポンプ装置としての動作を行う。以下、運動−電気エネルギー変換装置を水力発電装置として用い場合を例に本発明の作用、効果を説明する。本発明では、ケース内を液体が通過すると、水は静翼によって動翼に向けて導かれ、その水圧を受けてロータが回転する。その結果、ロータマグネットが回転し、ステータから電気エネルギーを得ることができる。ここで、円筒状ロータケースは、ロータマグネットを保持する位置より入側に動翼の外端縁より外側まで拡径したロータ側大径胴部を備えているため、動翼を回転させた後の水は、円筒状ロータケースの内側に導かれ、ロータマグネットが位置する円筒状ロータケースの外側に流れない。従って、ロータマグネット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、ロータマグネットに付着する鉄粉量が少ない。それ故、ロータマグネットに吸着された鉄粉に起因するロータの回転不良が長期間にわたって発生しないので、水力発電装置の信頼性を向上することができる。

本発明において、前記円筒状ロータケースには、前記ロータマグネットよりも入側位置に前記動翼が配置されている構成を採用することができる。

本発明において、前記ロータは、前記動翼の外端縁に連結された外側円筒部を備え、当該外側円筒部の外周面には、前記ロータが回転したときに入側に向かう流体圧を発生させる螺旋溝あるいは傾斜溝が形成されていることが好ましい。このように構成すると、動翼の外側から円筒状ロータケースの外側に水が回り込むのを防止でき、円筒状ロータケースの外側に漏れる水量を低く抑えることができる。

本発明において、前記ケースは、入側パイプと、該入側パイプに対して同軸状に配置されて前記入側パイプとの間に前記ステータを挟む出側パイプとを備え、前記ステータと前記ロータマグネットとの間には、前記入側パイプおよび前記出側パイプの各々に対して液密状態に配置されて前記流路の一部を構成する筒状シール部材を有し、当該筒状シール部材は、前記ステータと前記ロータマグネットとの間に位置する部分より入側に前記ロータ側大径胴部の外周面との間に環状微小隙間を構成するシール部材側大径胴部を備えていることが好ましい。このように構成すると、筒状シール部材と円筒状ロータケースとの間に入り込んで円筒状ロータケースの外側に漏れる水量を低く抑えることができる。

本発明において、前記ロータ側大径胴部と前記シール部材側大径胴部との隙間寸法は、前記ロータと前記筒状シール部材との間の隙間寸法のうち、最小寸法に設定されていることが好ましい。このように構成すると、異物がロータと筒状シール部材との間に入り込んだ場合でも、かかる異物がロータと筒状シール部材との間で詰まることがないので、長期間にわたって、ロータが安定した状態で回転する。

本発明において、前記出側パイプの入側端面と前記ロータの出側端部とは、屈曲した環状隙間を介して対向していることが好ましい。かかる環状隙間はラビリンスシール効果を発揮するので、円筒状ロータケースの内側を通過した後の水が、円筒状ロータケースの外側に逆流することを防止することができる。従って、ロータマグネット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、ロータマグネットに付着する鉄粉量を少なく抑えることができる。

本発明に係る運動−電気エネルギー変換装置は、例えば、前記流路内を流れる液体によってロータが回転することによりステータから電気エネルギーを得る水力発電装置として構成される。

なお、以上の作用、効果は、運動−電気エネルギー変換装置をポンプ装置として構成した場合も同様である。

本発明において、円筒状ロータケースは、ロータマグネットを保持する位置より入側に動翼の外端縁より外側まで拡径したロータ側大径胴部を備えているため、動翼を回転させた後の水は、円筒状ロータケースの内側に導かれ、ロータマグネットが位置する円筒状ロータケースの外側に流れない。従って、ロータマグネット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、ロータマグネットに付着する鉄粉量が少ない。それ故、ロータマグネットに吸着された鉄粉に起因するロータの回転不良が長期間にわたって発生しないので、配水管などの途中位置に挿入可能であって、信頼性に優れた小型水力発電装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態として、運動−電気エネルギー変換装置を水力発電装置として構成した例を説明する。

（全体構成）
図１は、本発明を適用した水力発電装置の断面図である。図１において、本形態の水力発電装置１（運動−電気エネルギー変換装置）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、水力発電装置１は、軸線方向に延びて内側を液体が通過可能なケース２を有しており、その内側が流路とされる。

ケース２は、円筒状の樹脂製の入側パイプ２１と、この入側パイプ２１に対して同軸状に配置された円筒状の樹脂製の出側パイプ２２とを備えており、入側パイプ２１の出側端部の内側には静翼３１が一体に形成されている。静翼３１の中心部には、ケース２の中央部において軸線方向に延びた支軸４の入側端部を支持する軸穴４１が形成されている。出側パイプ２２の内側において、その中央位置には、複数本の連結板部によって、軸穴４２を備えた円筒状の受け部２２２が支持されており、受け部２２２の軸穴４２には支軸４の出側端部が支持されている。このようにして、支軸４の両端は各々、入側パイプ２１の軸穴４１、および出側パイプ２２の軸穴４２に固定されている。

入側パイプ２１と出側パイプ２２との間には円筒状のステータ７が配置されており、ステータ７は、コイルボビン７１に巻回されたステータコイル７２と、コイルボビン７１の内周面および軸線方向の両端に重ねて配置されたステータコア７３とを備えている。

支軸４にはロータ８が回転可能に支持されている。ロータ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の出側端面と出側パイプ２２の受け部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、ロータ８が回転する際、ロータ８は、出側パイプ２２によって出側方向における位置が規制された状態で回転する。

本形態において、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、ロータ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。

（動翼の構成）
図２は、本発明を適用した水力発電装置１に用いた動翼構成部材８３の外側円筒部の外観図である。円筒状ロータケース８４において、ロータ側大径胴部８４３の入側端部には、内側に動翼８３１を備えた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、中央部の内側円筒部８３０と、この内側円筒部８３０から半径方向外側に向けて延びた複数枚の動翼８３１と、これらの動翼８３１の外端縁同士を連結する外側円筒部８３２とを備えている。ここで、静翼３１における流路の内径寸法は、動翼８３１の外径寸法と同等か、あるいは小さく設定され、後者の場合には、静翼３１により発生させた噴流を効率よく動翼８３１に衝突させるようになっている。

動翼構成部材８３において、内側円筒部８３０では、円筒状軸受８２の端部が入側に突き出すように挿入された後、加締されており、内側円筒部８３０と円筒状軸受８２とが連結されている。動翼構成部材８３において、外側円筒部８３２は、出側端部の内周面がわずかに拡径している一方、ロータ側大径胴部８４３の入側端部は、わずかに小径になっており、外側円筒部８３２の出側端部は、ロータ側大径胴部８４３の入側端部に嵌った状態にある。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の内側からロータ８の外側への漏水が防止されている。

ここで、動翼構成体８３の外側円筒部８３２の外周面には、図２に示すように、ロータ８が回転したときに入側に向かう流体圧を発生させる螺旋溝８３３が形成されている。なお、螺旋溝８３３に代えて、傾斜溝を形成してもよい。

（筒状シール部材５の構成）
再び図１において、ステータ７とロータマグネット８１とによって挟まれた環状隙間内には、金属製の筒状シール部材５が配置されている。筒状シール部材５は、ステータ７とロータマグネット８１の間に位置する小径円筒部５１と、この小径円筒部５１の入側端部で半径方向外側に広がるフランジ部５２と、フランジ部５２の外周縁から入側に向けて等径で延びるシール部材側大径胴部５３とを備えている。ステータ７は、小径円筒部５１とフランジ部５２とにより構成された段部を利用して位置決め固定されており、ステータ７の内周面は、小径円筒部５１の外周面によって位置決め固定されている。このため、ステータ７の組み付けを容易、かつ、確実に行うことができる。

筒状シール部材５において、小径円筒部５１の出側端部にはＯリング５６が装着されており、このＯリング５６によって、筒状シール部材５と出側パイプ２２との間の液密が確保されている。また、筒状シール部材５において、シール部材側大径胴部５３の出側端部にはＯリング５７が装着されており、このＯリング５７によって、筒状シール部材５と入側パイプ２１との間の液密が確保されている。

ここで、入側パイプ２１の出側端面には、筒状シール部材５の入側端部が挿入された第１の溝２１５が全周にわたって形成されており、筒状シール部材５の入側端部は第１の溝２１５の奥底に当接している。また、出側パイプ２２の入側端面には、筒状シール部材５の出側端部が挿入された第２の溝２２５が全周にわたって形成されており、筒状シール部材５の出側端部は第２の溝２２５の奥底に当接している。このため、筒状シール部材５は、入側端部が入側パイプ２１に対してラジアル方向の位置が規制された状態で入側パイプ２１に軸線方向で当接し、出側端部が出側パイプ２２に対してラジアル方向の位置が規制された状態で入側パイプ２１に軸線方向で当接している。

この状態で、シール部材側大径胴部５３は、ロータ側大径胴部８４３よりも半径方向外側に位置しており、シール部材側大径胴部５３の内周面は、ロータ側大径胴部８４３の外周面との間に環状微小隙間１１を構成している。本形態において、ロータ側大径胴部８４３とシール部材側大径胴部５３とによって形成された環状微小隙間１１の隙間寸法は、ロータ８と筒状シール部材５との隙間寸法のうち、最小寸法に設定されている。

本形態において、出側パイプ２２の入側端面は、環状の段部によって、外周側に位置する部分ほど入側に向けて突出している。一方、筒状ロータケース８４の出側端部は、出側パイプ２２の入側端面のうち、最も内側の凹部２２８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２２８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、筒状ロータケース８４の出側端部の外周面の外周側には、出側パイプ２２の凹部２２８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、出側パイプ２２の入側端面とロータ８の出側端部とは、屈曲した環状隙間１２を間に形成した状態で対向している。

（入側パイプ２１と出側パイプ２２との連結構造）
以上説明した構造は、以下に説明するように、ステータ７の外側に配置された筒状締結部材６によって維持されている。まず、入側パイプ２１の出側端部には、外周側に張り出す環状鍔部２１９が全周にわたって形成されている一方、筒状締結部材６の入側端部には、内周側に向けて屈曲して、環状鍔部２１９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、出側パイプ２２の入側端部には、外周側に張り出す環状鍔部２２９が形成されている一方、筒状締結部材６の出側端部には、内周側に向けて折り曲げられて環状鍔部２２９の出側端面に加締された締結用の環状の折り曲げ部６２が形成されている。

ここで、筒状締結部材６の入側端部（係合突部６１）は、水力発電装置１を組み立てに用いる際には既に内周側に向けて屈曲していたものである。これに対して、筒状締結部材６の折り曲げ部５２は、水力発電装置１を組み立てる際、入側パイプ２１と出側パイプ２２の間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で入側から筒状締結部材６を嵌めた後、筒状締結部材６の出側端部を折り曲げることにより形成されたものであって、それまでは、ストレートに延びている。

従って、水力発電装置１を組み立てる際には、まず、入側パイプ２１と出側パイプ２２の間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で配置した後、入側から筒状締結部材６を嵌めて、入側パイプ２１の環状鍔部２１９に対して筒状締結部材６の係合突部６１を引っ掛け、その後、筒状締結部材６の出側端部を内周側に向けて折り曲げて環状の折り曲げ部６２を形成すると、入側パイプ２１と出側パイプ２２とは、間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で、筒状締結部材６によって締結される。

本形態において、筒状締結部材６は、磁性体から形成されており、筒状締結部材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。

（動作）
このように構成した水力発電装置１において、水は入側パイプ２１の入側開口から入り、入水側パイプに形成された静翼３１で渦流となって動翼８３１に衝突し、動翼８３１は、その水圧を受ける。ここで、動翼８３１は、ロータ８に対して一体に形成されているので、ロータ８は、支軸４周りに回転する。また、ロータ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、筒状シール部材５を通して、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、筒状締結部材６とともに磁気回路を構成しており、ステータコア７３と筒状締結部材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。

その際、ロータ８は水流によって出側に押されるため、摩耗するおそれがあるが、ロータ８と出側パイプ２２の受け部２２２との間には耐摩耗性のあるスラストワッシャ４５が配置されているので、磨耗などの問題が発生しない。

一方、動翼８３１に衝突した水は、筒状ロータケース８４の内側、および出側パイプ２２を通って出側開口から排出される。また、水の一部は、筒状ロータケース８４と筒状シール部材５との間を通って出側パイプ２２に到るが、筒状シール部材５は、出側パイプ２２および入側パイプ２１の各々に対してOリング５６、５７によって液密が保たれているので、入側および出側のいずれの側でも水漏れが発生しない。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の水力発電装置１において、円筒状ロータケース８４は、ロータマグネット８１を保持する位置より入側に動翼８３１の外端縁より外側まで拡径したロータ側大径胴部８４３を備えている。このため、動翼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。従って、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ロータ８の回転不良が発生しないので、水力発電装置１の信頼性を向上することができる。

また、動翼８３１の外端縁に連結された外側円筒部８３２の外周面には、ロータ８が回転したときに入側に向かう流体圧を発生させる螺旋溝８３３が形成されているので、動翼８３１と静翼３１の隙間を通って動翼８３１の外側から円筒状ロータケース８４の外側に水が回り込むのを防止でき、円筒状ロータケース８４の外側に漏れる水量を低く抑えることができる。また、外側円筒部８３２の出側端部をロータ側大径胴部８４３の入側端部に嵌めた構造になっているので、動翼構成部材８３の内側からロータ８の外側への漏水が防止することができる。さらに、筒状シール部材５には、ロータ側大径胴部８４３の外周面との間に環状微小隙間１１を構成するシール部材側大径胴部５３が形成されているので、筒状シール部材５と円筒状ロータケース８４との間に入り込んで円筒状ロータケース８４の外側に漏れる水量を低く抑えることができる。さらにまた、出側パイプ２２の入側端面と円筒状ロータケース８４の出側端部とは、屈曲した環状隙間１２を形成しており、かかる環状隙間１２はラビリンスシール効果を発揮するので、円筒状ロータケース８４の内側を通過した後の水が、円筒状ロータケース８４の外側に逆流することを防止することができる。従って、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に付着する鉄粉量を少なく抑えることができる。

また、ロータ側大径胴部８４３とシール部材側大径胴部５３との隙間寸法（微小環状隙間１１の隙間寸法）は、ロータ８と筒状シール部材５との間の寸法のうち、最小寸法に設定されているため、鉄粉その他の異物がロータ８と筒状シール部材５との間に入り込んだ場合でも、かかる異物がロータ８と筒状シール部材５との間で詰まることがないので、長期間にわたって、ロータ８が安定した状態で回転する。

本形態において、ステータ７とロータマグネット８１との間には、入側パイプ２１および出側パイプ２２の各々に対して液密な筒状シール部材５が配置されているとともに、ステータ７の外側には、入側パイプ２１と出側パイプ２２を間にステータ７を挟んだ状態に締結する筒状締結部材６が配置されている。このため、本形態の水力発電装置１を組み立てる際、入側パイプ２１と出側パイプ２２との間にロータ８、筒状シール部材５およびステータ７を配置した状態で、入側パイプ２１と出側パイプ２２とを筒状締結部材６で締結すると、入側パイプ２１と出側パイプ２２の軸線方向の位置が規定されるので、動翼８３１と静翼３１とを所定の隙間を介して配置できる。また、入側パイプ２１と出側パイプ２２は、筒状シール部材５によってラジアル方向の位置が規定されるので、支軸４（ロータ８の回転中心軸）が傾くことがない。それ故、高い発電効率を安定して得ることができる。さらに、ステータ７の内側を筒状シール部材５によって水密に保つことができる。しかも、ネジ止め個所がないあるいはネジ止め個所を最少限に止めることができるなど、構造を簡素化できるので、水力発電装置１の部品コストおよび組み立てコストを低減することができる。

また、本形態では、筒状締結部材６の入側端部を入側パイプ２１の出側端部に係合させるにあたって、入側パイプ２１の端部には、外周側に張り出す環状鍔部２１９を形成し、筒状締結部材６の入側端部には、内周側に突出して環状鍔部に引っ掛かる係合突部６１を形成したので、組み立てを容易に行うことができる。

また、本形態では、筒状締結部材６の出側端部を出側パイプ２２の入側端部に締結する際、筒状締結部材６の出側端部を内周側に屈曲させて環状鍔部２２９に折り曲げ部６２を加締する構成を採用しており、このような加締構造に採用すると、組み立てを容易に行うことができる。

さらに、本形態では、入側パイプ２１の出側端面に筒状シール部材５の入側端部が挿入された第１の溝２１５が形成されているとともに、この入側端部は第１の溝２１５の奥底に当接し、出側パイプ２２の入側端面には筒状シール部材５の出側端部が挿入された第２の溝２２５が形成されているとともに、この出側端部は第２の溝２２５の奥底に当接している。このため、入側パイプ２１と出側パイプ２２のラジアル方向およびスラスト方向の位置を容易かつ確実に規定することができる。

さらにまた、本形態において、ロータ８が回転する際、出側パイプ２２によって出側方向における位置が規制された状態で回転する。その際、動翼８３１が受ける水圧によって、出側パイプ２２には、入側パイプ２１から離間する方向の力が加わるが、このような方向の力を受けても、出側パイプ２２は、筒状締結部材６によって入側パイプ２１に締結されているので、ガタツキの発生を防止することができる。

［筒状締結部材６と出側パイプ２２の締結構造の変形例１］
上記実施の形態では、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを締結するにあたって、筒状締結部材６の出側端部の全周を内周側に屈曲して折り曲げ部６２を形成したが、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、出側パイプ２２の環状鍔部２２９の外周縁に対して、周方向で離間する複数の溝２２９ａを形成する一方、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、筒状締結部材６の出側端部に対して、周方向で離間する複数の突起６２ａを形成しておき、突起６２ａを溝２２９ａ内に挿入した後、突起６２ａを内側に折り曲げて折り曲げ部を形成することにより、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを締結してもよい。このように構成すると、折り曲げ部の根元部分（突起６２ａの根元部分）が溝２９ａ内に嵌った状態になるので、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを周方向で位置決めすることができる。図３に示す例では、溝２２９ａおよび突起６２ａが２つで一組として、２つずつ、等角度間隔に形成したが、複数の溝２２９ａおよび突起６２ａを各々、等角度間隔に形成してもよい。

［筒状締結部材６と出側パイプ２２の締結構造の変形例２］
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、出側パイプ２２の環状鍔部２２９に対して、周方向で離間する複数の穴２２９ｂを形成する一方、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、筒状締結部材６の出側端部に対して、周方向で離間する複数の突起６２ａを形成しておき、突起６２ａを穴２２９ｂ内に挿入した後、突起６２ａを内側に折り曲げて折り曲げ部を形成することにより、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを締結してもよい。このように構成すると、折り曲げ部の根元部分（突起６２ａの根元部分）が穴２２９ｂ内に嵌った状態になるので、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを周方向で位置決めすることができる。図４に示す例では、穴２２９ｂおよび突起６２ａが２つで一組として、２つずつ、等角度間隔に形成したが、複数の穴２２９ｂおよび突起６２ａを各々、等角度間隔に形成してもよい。

［筒状締結部材６と出側パイプ２２の締結構造の変形例３］
さらに、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、出側パイプ２２の環状鍔部２２９に対して、周方向で離間する複数の穴２２９ｃを等角度間隔の位置で周方向で延びるように形成する一方、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、筒状締結部材６の出側端部に対して、周方向で離間する複数の突起６２ａを形成しておき、２つの突起６２ａを同じ穴２２９ｃ内に挿入した後、突起６２ａを内側に折り曲げて折り曲げ部を形成することにより、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを締結してもよい。このように構成すると、折り曲げ部の根元部分（突起６２ａの根元部分）が穴２２９ｃ内に嵌った状態になるので、筒状締結部材６と出側パイプ２２とを周方向で位置決めすることができる。

［筒状締結部材６と出側パイプ２２の締結構造の変形例４］
さらに、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、出側パイプ２２の入側端部の外周面（環状鍔部２２９の外周面）に対して締結用の雄ネジ２２９ｅを形成する一方、筒状締結部材６の出側端部の内周面に対して雌ネジ６２ｅを形成しておき、雄ネジ２２９ｅと雌ネジ６２ｅとを螺着させて筒状締結部材６と出側パイプ２２とを締結してもよい。このように構成すると、入側パイプ２１、筒状シール部材５および出側パイプ２２の間において、軸線方向の隙間が発生することを確実に防止することができるので、入側パイプ２１、筒状シール部材５および出側パイプ２２のガタツキを防止することができる。また、分解も容易である。

［その他の実施の形態］
上記形態では、入側パイプ２１と出側パイプ２２の間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で入側から筒状締結部材６を嵌める構成を採用したため、筒状締結部材６を嵌めた後、筒状締結部材６の出側端部を出側パイプ２２と締結する構成を採用したが、入側パイプ２１と出側パイプ２２の間にロータ８、ステータ７および筒状シール部材５を挟んだ状態で出側から筒状締結部材６を嵌める構成を採用してもよい。この場合、筒状締結部材６を嵌めた後、筒状締結部材６の入側端部を入側パイプ２１と締結することになる。

また、上記形態および変形例では、パイプと筒状締結部材６との締結に加締を用いる際、筒状締結部材６の端部を内側に折り曲げたが、突起の場合には、その折り曲げ方向は周方向あるいは外側であってもよい。

また、上記形態および変形例では、パイプと筒状締結部材６との締結に加締、螺着を利用したが、その他の締結方法、例えば、溶着などの方法を採用してもよい。

また、上記実施の形態では、ロータ８の回転中心軸が入側パイプ２１および出側パイプ２２に両端が固定された固定軸（支軸４）であったが、ロータ８の回転中心軸は、入側パイプ２１および出側パイプ２２に両端が回転可能に支持された回転軸であってもよい。

さらに、上記実施の形態では、出側パイプ２２の出側開口が入側パイプ２１の入側開口に比して小さい構造になっていたが、例えば、出側パイプ２２の出側開口のサイズと入側パイプ２１の入側開口のサイズが同等である構成を採用してもよく、さらには、図７に示すように、出側パイプ２２の出側部分の外径寸法Ｄ２を入側パイプ２１の入側部分の内径寸法Ｄ１と同等にして、出側パイプ２２の出側部分を別の水力発電装置１の入側パイプ２１に嵌合させて、複数の水力発電装置１を直列に接続してもよい。このように構成すると、少ない水量で発電効率を向上することができる。また、配水管などの途中位置に水力発電装置１を容易に挿入することができる。

さらにまた、上記形態では、動翼構成部材８３と円筒状軸受８２とを連結するにあたって、円筒状軸受８２の端部を動翼構成部材８３から入側に突き出すように穴内に挿入した後、加締したが、例えば、動翼構成部材８３の中心に十字形状の穴を形成する一方、円筒状軸受８２の端部も十字形状にしておき、円筒状軸受８２の十字形状の端部を動翼構成部材８３の十字形状の穴に圧入する構成を採用してもよい。このように構成すると、嵌め合い部分で緩みが発生しても、動翼構成部材８３が出側に向かう水圧を受けるので、抜けることがない。

なお、運動−電気エネルギー変換装置は、ポンプ装置として構成される場合もあるが、その場合の基本的な構成や、作用効果は水力発電装置１と略同様であるため、説明を省略する。

本発明を適用した水力発電装置の断面図である。 本発明を適用した水力発電装置に用いた動翼構成部材の外側円筒部の外観図である。 本発明を適用した水力発電装置に採用した筒状締結部材と出側パイプの締結構造の変形例１の説明図である。 本発明を適用した水力発電装置に採用した筒状締結部材と出側パイプの締結構造の変形例２の説明図である。 本発明を適用した水力発電装置に採用した筒状締結部材と出側パイプの締結構造の変形例３の説明図である。 本発明を適用した水力発電装置に採用した筒状締結部材と出側パイプの締結構造の変形例４の説明図である。 本発明を適用した別の水力発電装置の断面図である。

符号の説明

１ 水力発電装置（運動−電気エネルギー変換装置）
２ ケース
４ 支軸（ロータの回転中心軸）
５ 筒状シール部材
６ 筒状締結部材
７ ステータ
８ ロータ
１１ 環状微小隙間
１２ 環状隙間
２１ 入側パイプ
２２ 出側パイプ
３１ 静翼
５３ シール部材側大径胴部
８３ 動翼構成部材
８４ 円筒状ロータケース
８３１ 動翼
８３２ 外側円筒部
８３３ 螺旋溝
８４３ ロータ側大径胴部

Claims (7)

1. 液体の流路を内側に備えたケースと、該流路内に配置され、動翼およびロータマグネットを備えたロータと、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し、前記ロータの回転により水力発電装置あるいはポンプ装置としての動作を行う運動−電気エネルギー変換装置において、
   前記ロータは、前記ロータマグネットを外周面で保持する円筒状ロータケースを備え、
   前記円筒状ロータケースは、前記ロータマグネットの保持位置より入側で前記動翼の外端縁より外側まで拡径したロータ側大径胴部を備えていることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
2. 請求項１において、
   前記円筒状ロータケースには、前記ロータマグネットよりも入側位置に前記動翼が配置されていることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
3. 請求項１または２において、
   前記ロータは、前記動翼の外端縁に連結された外側円筒部を備え、
   当該外側円筒部の外周面には、前記ロータが回転したときに入側に向かう流体圧を発生させる螺旋溝あるいは傾斜溝が形成されていることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記ケースは、入側パイプと、該入側パイプに対して同軸状に配置されて前記入側パイプとの間に前記ステータを挟む出側パイプとを備え、
   前記ステータと前記ロータマグネットとの間には、前記入側パイプおよび前記出側パイプの各々に対して液密状態に配置されて前記流路の一部を構成する筒状シール部材を有し、
   当該筒状シール部材は、前記ステータと前記ロータマグネットとの間に位置する部分より入側に前記ロータ側大径胴部の外周面との間に環状微小隙間を構成するシール部材側大径胴部を備えていることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
5. 請求項４において、
   前記ロータ側大径胴部と前記シール部材側大径胴部との隙間寸法は、前記ロータと前記筒状シール部材との間の隙間寸法のうち、最小寸法に設定されていることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
6. 請求項４または５において、
   前記出側パイプの入側端面と前記ロータの出側端部とは、屈曲した環状隙間を介して対向していることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   前記流路内を前記流体入口側から前液体出口側に流れる液体によって前記ロータが回転することにより前記ステータから電気エネルギーを得る水力発電装置として構成されていることを特徴とする運動−電気エネルギー変換装置。

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