JP2018046599A - Hydraulic power generating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水力発電装置に関し、より特定的には水路に設置される水力発電装置に関する。 The present invention relates to a hydroelectric generator, and more particularly to a hydroelectric generator installed in a water channel.
水力発電装置は、水のエネルギーを回転エネルギーに変換する水車と、回転エネルギーを電気エネルギーに変える発電機と、必要に応じて、水車の回転速度を増速して発電機に伝達する増速機とを備える。 Hydroelectric generators are a turbine that converts water energy into rotational energy, a generator that converts rotational energy into electrical energy, and a speed increaser that increases the rotational speed of the turbine and transmits it to the generator as needed. With.
小規模の水力発電装置においては、過電流または過回転による発電機等の破損を防止するため、水車の回転速度を減速したり水車の回転を停止したりするための制動装置が必要となる。制動装置として、たとえば、機械制動装置や電気制動装置が水車の回転制動に用いられる。 In a small-scale hydroelectric generator, a braking device for reducing the rotation speed of the water turbine or stopping the rotation of the water turbine is necessary to prevent damage to the generator or the like due to overcurrent or overspeed. As a braking device, for example, a mechanical braking device or an electric braking device is used for rotational braking of a water wheel.
特開昭６０−１１８０７４号公報（特許文献１）には、回転速度に合わせて、各種制動方式を組み合わせ、制動までの時間を短縮する制動方法が開示される。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-118074 (Patent Document 1) discloses a braking method that shortens the time until braking by combining various braking methods in accordance with the rotational speed.
小規模の水力発電装置においては、電気制動装置が用いられる場合に、水車の停止保持が長時間要求されると、発電機に長時間電流が流れることによって、発電機のコイルの温度が上昇する場合がある。コイルの温度上昇により、コイルに対して熱負荷がかかり、コイルの断線等の原因となる場合がある。そのため、停止保持のために機械制動装置を設けることが考えられる。しかしながら、油圧式あるいは空気圧式等の機械制動装置を設けると、設置スペースが大きくなったり、部品点数の増加によるコストが増加したりする。特許文献１においては、このような機械制動装置の設置スペースやコストの増加の問題について考慮されていない。
In a small-scale hydroelectric generator, when an electric braking device is used, if the turbine is required to be stopped for a long time, the generator coil temperature rises due to a long-time current flowing through the generator. There is a case. Due to the temperature rise of the coil, a thermal load is applied to the coil, which may cause a disconnection of the coil. Therefore, it is conceivable to provide a mechanical braking device for holding the stop. However, if a mechanical braking device such as a hydraulic type or a pneumatic type is provided, the installation space increases and the cost increases due to an increase in the number of parts. In
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、省スペースでかつ低コストとなる構成で水車の回転を制動する水力発電装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a hydraulic power generation device that brakes the rotation of a water turbine with a space-saving and low-cost configuration.
この発明のある局面に係る水力発電装置は、水車と、水車の回転によって発電電力を発生させる発電動作と、水車の回転を抑制する制動トルクを発生させる制動動作とのうちのいずれかを行なう発電機と、水車と発電機とを連結し、外周面に被係止部が設けられた回転軸と、回転軸の回転位置が予め定められた位置になる場合に、被係止部に対向する位置になる係止部を電動アクチュエータによって突出し、係止部によって被係止部を係止することにより回転軸を制動する制動装置と、水車の回転を停止する場合、制動トルクが発生するように発電機を制御した後に、係止部によって被係止部が係止されるように制動装置を制御する制御装置とを備える。 A hydraulic power generation apparatus according to an aspect of the present invention is a power generation system that performs any one of a water turbine, a power generation operation that generates power generation by rotation of the water turbine, and a braking operation that generates braking torque that suppresses rotation of the water turbine. A rotating shaft having a locked portion provided on the outer peripheral surface, and a rotating position of the rotating shaft facing a locked position. A locking device that protrudes the locking portion that becomes a position by an electric actuator and locks the locked portion by the locking portion, and a braking torque is generated when the rotation of the water turbine stops when the rotation of the water turbine is stopped And a control device that controls the braking device so that the locked portion is locked by the locking portion after the generator is controlled.
このようにすると、水車の停止時においては、発電機において制動トルクを発生させる制動動作によって、水車の回転速度を減速させることができる。その後、回転軸に設けられた被係止部が係止部によって係止されることによって、回転軸の回転を抑制することができる。また、係止部を突出するための電動アクチュエータには、空気圧源や油圧源が不要のため、省スペースでかつ低コストの制動装置を実現することができる。 In this way, when the water turbine is stopped, the rotational speed of the water turbine can be reduced by a braking operation that generates a braking torque in the generator. Then, when the to-be-latched part provided in the rotating shaft is latched by the latching part, rotation of a rotating shaft can be suppressed. Further, since the electric actuator for projecting the locking portion does not require an air pressure source or a hydraulic pressure source, a space-saving and low-cost braking device can be realized.
好ましくは、制御装置は、水車の回転を停止する場合、制動トルクを発生させて、水車の回転速度がしきい値よりも小さくなると、係止部によって被係止部が係止されるように制動装置を制御するとともに、制動トルクの発生を停止する。 Preferably, when the rotation of the water turbine is stopped, the control device generates a braking torque so that the locked portion is locked by the locking portion when the rotation speed of the water wheel is smaller than a threshold value. While controlling the braking device, the generation of braking torque is stopped.
このようにすると、水車の停止時においては、発電機において制動トルクを発生させる制動操作によって、水車の回転速度をしきい値よりも小さくなると、回転軸に設けられた被係止部が係止部によって係止されるように制動装置が制御されるので、回転軸の回転を抑制することができる。また、係止部を突出するための電動アクチュエータには、空気圧源や油圧源が不要のため、省スペースでかつ低コストの制動装置を実現することができる。 In this way, when the turbine is stopped, if the rotational speed of the turbine becomes smaller than the threshold value by the braking operation that generates the braking torque in the generator, the locked portion provided on the rotating shaft is locked. Since the braking device is controlled so as to be locked by the portion, the rotation of the rotating shaft can be suppressed. Further, since the electric actuator for projecting the locking portion does not require an air pressure source or a hydraulic pressure source, a space-saving and low-cost braking device can be realized.
さらに好ましくは、水力発電装置は、水車と発電機との間に設けられ、水車の回転速度を増速する増速機をさらに備える。回転軸は、水車と増速機との間の第１回転軸と、増速機と発電機との間の第２回転軸とのうちの少なくともいずれかの回転軸である。 More preferably, the hydroelectric generator further includes a speed increasing device that is provided between the water wheel and the power generator and increases the rotational speed of the water wheel. The rotating shaft is at least one of a rotating shaft between a first rotating shaft between the water wheel and the speed increasing device and a second rotating shaft between the speed increasing device and the generator.
このようにすると、水車と増速機との間の第１回転軸に被係止部を設ける場合には、第１回転軸が第２回転軸と比較して回転速度が低くなるため、係止部によって被係止部が係止されやすくなる。また、増速機と発電機との間の第２回転軸に凹部を設ける場合には、水流によって水車に作用する回転トルクが増速機によって低減されるため、係止部が被係止部を係止した状態での係止部への負荷を低減することができる。 In this case, when the locked portion is provided on the first rotating shaft between the water wheel and the speed increaser, the rotating speed of the first rotating shaft is lower than that of the second rotating shaft. The locked portion is easily locked by the locking portion. Further, when the concave portion is provided on the second rotating shaft between the speed increaser and the generator, the rotational torque acting on the water turbine by the water flow is reduced by the speed increaser. It is possible to reduce the load on the locking portion in the state where the is locked.
さらに好ましくは、被係止部は、回転軸に複数個設けられる。
このようにすると、非係止部が複数個設けられることによって、複数の位置で回転軸の回転を制限できるため、水車の停止状態をより確実に維持することができる。
More preferably, a plurality of locked portions are provided on the rotating shaft.
If it does in this way, since the rotation of a rotating shaft can be restrict | limited at several positions by providing multiple non-locking parts, the stop state of a water turbine can be maintained more reliably.
さらに好ましくは、係止部は、回転軸に向けて複数個設けられる。
このようにすると、係止部が回転軸に向けて複数個設けられることによって、複数の位置で回転軸の回転を制限できるため、水車の停止状態をより確実に維持することができる。
More preferably, a plurality of locking portions are provided toward the rotating shaft.
If it does in this way, since the latching | locking part is provided with two or more toward the rotating shaft, since rotation of a rotating shaft can be restrict | limited in a several position, the stop state of a water turbine can be maintained more reliably.
さらに好ましくは、電動アクチュエータは、ソレノイドアクチュエータである。
このようにすると、電動アクチュエータとして構造が簡易かつ安価なソレノイドアクチュエータを用いることにより、機械制動装置の省スペース化かつ低コスト化が図れる。
More preferably, the electric actuator is a solenoid actuator.
In this case, the use of a solenoid actuator having a simple structure and an inexpensive structure as the electric actuator can save space and reduce the cost of the mechanical braking device.
この発明によると、省スペースでかつ低コストとなる構成で水車の回転を制動する水力発電装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a hydroelectric generator that brakes the rotation of a water turbine with a space-saving and low-cost configuration.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
＜水力発電装置の構成＞
図１は、本実施の形態に係る水力発電装置の構成を説明するための構成図である。図１に示す水力発電装置１００は、水流が持つ運動エネルギーを発電に利用し、既存の農業用水、水道用水、あるいは、工業用水などを流通する水路に設置可能な小型かつ軽量な水力発電システムである。
<Configuration of hydroelectric generator>
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining the configuration of the hydroelectric generator according to the present embodiment. A hydroelectric
図１に示すように、水力発電装置１００は、水力発電モジュール６０と、水力発電モジュールを支持する支持部４０と、支持部４０の位置を固定する固定部５０とを含む。水力発電モジュール６０は、水車１と、増速機２と、機械制動装置３と、発電機６とを含む。
As shown in FIG. 1, the hydroelectric
水車１は、水平方向の軸を回転中心とするプロペラ型の回転翼を有する。水車１は、支持部４０と固定部５０とによって水路内の所定位置に固定される。水車１は、水路内において水流の力を受けて回転する。
The
増速機２は、水車１に接続されている。水車１の回転速度を所定のギヤ比で増速するとともに、水平軸の回転を鉛直軸の回転に変換して発電機６に伝達する。
The
発電機６は、３相同期発電機である。発電機６は、ロータとステータ（いずれも図示せず）とを含む。発電機６は、水車１の回転によりロータが回転させられることによって交流電力を発電電力として発生させる。発電機６の発電電力は、コントローラ２００（図５参照）によって制御される。
The generator 6 is a three-phase synchronous generator. The generator 6 includes a rotor and a stator (both not shown). The generator 6 generates AC power as generated power when the rotor is rotated by the rotation of the
支持部４０は、水力発電モジュール６０を支持する。支持部４０は、２本の梁４０ａ，４０ｂと、架台４０ｃと、支柱４０ｄと、ベース板４０ｅとを含む。
The
２本の梁４０ａ，４０ｂは、互いに平行な位置関係になるように配置される。２本の梁４０ａ，４０ｂの中央部において、２本の梁４０ａ，４０ｂの両方の上部に載置されるように架台４０ｃが設けられる。２本の支柱４０ｄは、架台４０ｃの一方端部と他方端部とにそれぞれ配置されている。２本の支柱４０ｄの上部を繋ぐようにベース板４０ｅが配置されている。
The two
発電機６は、架台４０ｃとベース板４０ｅとの間に配置され、ベース板４０ｅに固定される。架台４０ｃの下側には、架台４０ｃの位置に対する増速機２の位置を固定する支柱が設けられる。支柱内部には、増速機２と発電機６とを接続する回転軸が収納される。
The generator 6 is disposed between the
固定部５０は、たとえば、水路の幅方向における水力発電モジュール６０の位置を固定するための部材であって、水路の両方の内壁に当接するように設けられる。支持部４０と固定部５０とは、たとえば、ボルト等を用いて固定される。
The fixing
機械制動装置３は、増速機２と発電機６とを接続する回転軸の回転を機械的に抑制する制動装置である。
The
＜機械制動装置３の構成＞
図２は、図１の破線枠を拡大した図である。図２に示すように、本実施の形態において、機械制動装置３は、プランジャ３ａと、回転軸３ｂとを含む。プランジャ３ａは、突起部であるピン３ｃと、ピン３ｃを移動させるための電動アクチュエータ３ｄとを含む。本実施の形態において、ピン３ｃが「係止部」に対応する。
<Configuration of
FIG. 2 is an enlarged view of the broken line frame in FIG. As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the
プランジャ３ａは、回転軸３ｂの回転位置が予め定められた位置になるときにピン３ｃが回転軸３ｂに設けられた凹部３ｅと対向する位置になるように設けられる。電動アクチュエータ３ｄは、コントローラ２００（図５参照）からの制御信号に応じて作動する。本実施の形態において、電動アクチュエータ３ｄは、たとえば、ソレノイドアクチュエータである。
The
回転軸３ｂには、外周面に設けられ、プランジャ３ａから突出されるピン３ｃを嵌合可能な形状を有する凹部３ｅが形成される。なお、回転軸３ｂは、増速機２と、発電機６とを接続する回転軸の一部を構成しており、架台４０ｃの上部に配置される。本実施の形態において凹部３ｅが「被係止部」に対応する。
The
回転軸３ｂに設けられる凹部３ｅは、プランジャ３ａのピン３ｃが挿入された場合に、ピン３ｃが凹部３ｅの開口部分と凹部３ｅの底面部分との間の側面に接触することによって回転軸３ｂの回転が抑制されるように形成される。
When the
図３は、プランジャ３ａがオフ状態である場合の図２に示すＺ−Ｚ線における断面図である。図３に示すように、プランジャ３ａがオフ状態である場合には、ピン３ｃの位置は、初期位置であり、凹部３ｅの開口部に対して一定の距離以上離隔している。この場合、回転軸３ｂの回転は、ピン３ｃによって抑制されない。
3 is a cross-sectional view taken along the line ZZ shown in FIG. 2 when the
図４は、プランジャ３ａがオン状態である場合の図２に示すＺ−Ｚ線における断面図である。図４に示すように、プランジャ３ａがオン状態である場合には、ピン３ｃの位置は、回転軸３ｂに向けて突出した位置となり、凹部３ｅの内側に嵌合する位置関係となる。この場合、ピン３ｃが凹部３ｅの内側と接触することによって回転軸３ｂの回転が抑制される。
4 is a cross-sectional view taken along the line ZZ shown in FIG. 2 when the
＜水力発電モジュールの制御構成について＞
図５は、水力発電モジュール６０を制御するコントローラ２００の構成を説明するための構成図である。図５に示すように、水力発電装置１００は、電流センサ５と、電気制動装置１５と、コントローラ２００とをさらに備える。
<Regarding the control configuration of the hydroelectric power generation module>
FIG. 5 is a configuration diagram for explaining the configuration of the
電流センサ５は、発電機６に接続される３相の電力線のうちの１相の電力線に流れる電流を検出する。電流センサ５は、検出結果を示す信号をコントローラ２００に送信する。
The current sensor 5 detects the current flowing through the one-phase power line among the three-phase power lines connected to the generator 6. The current sensor 5 transmits a signal indicating the detection result to the
コントローラ２００は、電流センサ５の検出結果に基づいて機械制動装置３や発電機６によって発電される電力を制御する。コントローラ２００は、たとえば、図示しない電圧センサ等を用いて発電機６の発電電圧を計測する。コントローラ２００は、発電機６から取り出す電力が最大となる最適な電流値を決定する。コントローラ２００は、発電機６の電流値が最適値と一致するように、水力発電モジュール６０を制御する。コントローラ２００は、たとえば、発電機６の電流値が最適値になるように電気制動装置１５を用いて水車１の回転数を制御してもよい。
The
電気制動装置１５は、発電機６において制動トルクを発生させる。本実施の形態において電気制動装置１５は、スイッチ７と、抵抗体８とを含む。スイッチ７は、オン状態になることによって発電機６に接続される３相の電力線のうちの２相の電力線を短絡する。抵抗体８は、所定の抵抗値を有する。所定の抵抗値は、スイッチ７によって２本の電力線が短絡されたときに所定の制動力が発生するように設定される。スイッチ７は、オフ状態になることによって２相の電力線の短絡状態を解除する。
The
コントローラ２００は、第１駆動回路４と、整流回路９と、電力変換装置１０と、第２駆動回路１１と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２とを含む。
The
第１駆動回路４は、ＣＰＵ１２からの駆動指令に応じて機械制動装置３の電動アクチュエータ３ｄを駆動させる。ＣＰＵ１２は、たとえば、電流センサ５の検出結果に基づいて第１駆動回路４に対する電動アクチュエータ３ｄの駆動指令を生成する。
The
第２駆動回路１１は、スイッチ７を駆動する。すなわち、第２駆動回路１１は、ＣＰＵ１２からの駆動指令に応じてスイッチ７の状態をオン状態およびオフ状態のうちのいずれか一方の状態から他方の状態へと切り替える。ＣＰＵ１２は、電流センサ５の検出結果に基づいて第２駆動回路１１に対するスイッチ７の駆動指令を生成する。
The second drive circuit 11 drives the switch 7. That is, the second drive circuit 11 switches the state of the switch 7 from one of the on state and the off state to the other state in accordance with a drive command from the
整流回路９は、発電機６に接続され、発電機６において生じる３相の交流電力を直流電力に変換する。電力変換装置１０は、整流回路９に接続され、整流回路９において変換された直流電力を所定の電力（所定電圧の交流電力や所定電圧の直流電力）に変換し、変換した電力を水力発電装置１００の外部に出力する。
The rectifier circuit 9 is connected to the generator 6 and converts three-phase AC power generated in the generator 6 into DC power. The
以上のような構成を有する水力発電装置１００において、電気制動装置１５が用いられる場合に、水車１の停止保持が長時間要求されると、発電機６に長時間電流が流れることによって、発電機６のコイルの温度が上昇する場合がある。コイルの温度上昇により、コイルに対して熱負荷がかかり、コイルの断線等の原因となる場合がある。そのため、停止保持のために機械制動装置が利用される。しかしながら、油圧式あるいは空気圧式等の機械制動装置が設けられる場合には、設置スペースが大きくなったり、部品点数の増加によるコストが増加したりする。
In the
そこで、本実施の形態においては、図２を用いて説明したように、プランジャ３ａと回転軸３ｂとを有する機械制動装置３を増速機２と発電機６との間に設け、コントローラ２００は、水車１の回転を停止する場合、制動トルクが発生するように発電機６を制御した後に、凹部３ｅにピン３ｃが突出するように機械制動装置３を制御するものとする。
Therefore, in the present embodiment, as described with reference to FIG. 2, the
より具体的には、コントローラ２００は、水車１の回転を停止する場合に、制動トルクを発生させて、水車１の回転速度がしきい値よりも小さくなると、凹部３ｅにピン３ｃが突出するように機械制動装置３を制御するとともに、制動トルクの発生を停止する。
More specifically, when the rotation of the
このようにすると、ピン３ｃを突出するための電動アクチュエータ３ｄには、空気圧源や油圧源が不要のため、省スペースでかつ低コストの制動装置を実現することができる。
In this way, the
以下、図６および図７を参照して、本実施の形態に係る水力発電装置１００のコントローラ２００が実行する制御処理について説明する。
Hereinafter, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, a control process executed by the
図６は、水力発電装置１００のコントローラ２００（図５参照）によって実行される、電気制動装置１５と機械制動装置３とを動作させるための制御処理を示すフローチャートである。以下に図５を参照しながら図６のフローチャートを説明する。
FIG. 6 is a flowchart showing a control process for operating the
ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、コントローラ２００は、水車１を制動する制動時であるか否かを判定する。コントローラ２００は、たとえば、外部から停止指令を受けた場合、あるいは、タイマーや所定の制御パターンに従って停止指令を生成した場合に、水車１を制動する制動時であると判定する。水車１を制動する制動時であると判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。
In step (hereinafter, step is described as S) 100, the
Ｓ１０２にて、コントローラ２００は、電気制動装置１５を用いた水車１の制動を行なう。コントローラ２００は、スイッチ７をオン状態にする。スイッチ７がオン状態になることによって発電機６に接続される３相の電力線うちの２相の電力線が短絡されて水車１の回転を抑制する制動トルクが発生する。
In S102, the
Ｓ１０４にて、コントローラ２００は、電流の周波数がしきい値よりも小さいか否かを判定する。しきい値は、たとえば、数Ｈｚ程度の値である。コントローラ２００は、電流センサ５の検出結果に基づいて電流の周波数を算出する。コントローラ２００は、算出された電流の周波数がしきい値よりも小さいか否かを判定する。
In S104,
なお、電流の周波数がしきい値よりも小さいか否かの判定は、水車の回転速度が停止寸前の状態であるか（しきい値よりも小さいか）否かを判定するものである。 Note that whether or not the current frequency is smaller than the threshold value is to determine whether or not the rotation speed of the water turbine is about to stop (is smaller than the threshold value).
電流の周波数がしきい値Ａよりも小さいと判定される場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。 If it is determined that the current frequency is smaller than threshold A (YES in S104), the process proceeds to S106.
Ｓ１０６にて、コントローラ２００は、機械制動装置３の電動アクチュエータ３ｄを駆動させる。すなわち、コントローラ２００は、電動アクチュエータ３ｄの駆動によってプランジャ３ａのピン３ｃを回転軸３ｂに向けて突出させる（図４参照）。
In S106, the
Ｓ１０８にて、コントローラ２００は、電気制動解除条件が成立するか否かを判定する。電気制動解除条件は、たとえば、機械制動装置３の電動アクチュエータ３ｄの駆動を開始してからの経過時間を示す値がしきい値よりも大きいという条件である。しきい値としては、たとえば、電動アクチュエータ３ｄの駆動を開始してから、プランジャ３ａのピン３ｃが凹部３ｅに嵌合（図４参照）していると判定できる時間が設定される。電気制動解除条件が成立すると判定される場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。
In S108,
Ｓ１１０にて、コントローラ２００は、電気制動装置１５を用いた水車１の制動を解除する。コントローラ２００は、スイッチ７をオフ状態にする。スイッチ７がオフ状態になることによって２相の電力線が短絡した状態から復帰することとなる。
In S110, the
なお、制動時でない場合には（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。また、電流の周波数がしきい値Ａ以上である場合（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１０４に戻される。また、電気制動解除条件が成立しない場合（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１０８に戻される。 If it is not during braking (NO in S100), the process returns to S100. If the current frequency is equal to or higher than threshold value A (NO in S104), the process returns to S104. If the electric braking release condition is not satisfied (NO in S108), the process returns to S108.
次に、図７は、水力発電装置１００によって実行される、機械制動装置３による制動を解除するための制御処理を示すフローチャートである。以下に図５を参照しながら図７のフローチャートを説明する。
Next, FIG. 7 is a flowchart showing a control process executed by the
Ｓ２００にて、コントローラ２００は、機械制動装置３の解除時であるか否かを判定する。コントローラ２００は、外部から解除指令を受けた場合、あるいは、タイマーや所定の制御パターンに従って解除指令を生成した場合に、機械制動装置３の解除時であると判定する。機械制動装置３の解除時であると判定される場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２０２に移される。
In S200,
Ｓ２０２にて、コントローラ２００は、電動アクチュエータ３ｄの駆動を解除する。すなわち、コントローラ２００は、電動アクチュエータ３ｄの駆動を解除することによってプランジャ３ａのピン３ｃの位置を初期位置に戻す（図３参照）。
In S202, the
以上のような構成およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る水力発電装置１００のコントローラ２００の動作について図８を参照しつつ説明する。
The operation of the
たとえば、水車１は水路中の水流を受けて一定の回転数で回転している場合を想定する。
For example, it is assumed that the
時間Ｔ（０）にて、水車１の制動時であると判定される場合（１００にてＹＥＳ）、スイッチ７がオン状態にされることで電気制動装置１５が作動する（Ｓ１０２）。電気制動装置１５が作動することによって水車１に制動トルクが作用するため、回転速度が低下する。その結果、電流センサ５により検出される電流の周波数も低下していくこととなる。
When it is determined at time T (0) that the
時間Ｔ（１）にて、電流の周波数がしきい値Ａよりも小さくなる場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、コントローラ２００は、電動アクチュエータ３ｄを駆動させる（Ｓ１０６）。その結果、プランジャ３ａからピン３ｃが回転軸３ｂに向けて突出する。
When the current frequency is smaller than threshold value A at time T (1) (YES in S104),
時間Ｔ（２）にて、凹部３ｅとプランジャ３ａから突出したピン３ｃとが対向する位置まで回転軸３ｂが回転すると、ピン３ｃが凹部３ｅに挿入される。そのため、ピン３ｃによって凹部３ｅが係止されることによって水車１の回転が抑制される。その結果、電流の周波数は、ゼロになる。
When the
時間Ｔ（３）にて、時間Ｔ（１）からの経過時間を示す値がしきい値よりも大きくなると、電気制動解除条件が成立したと判定され（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、スイッチ７がオフ状態になることによって電気制動装置１５による制動が解除される（Ｓ１１０）。
When the value indicating the elapsed time from time T (1) becomes larger than the threshold value at time T (3), it is determined that the electric braking release condition is satisfied (YES in S108), and switch 7 is turned off. As a result, the braking by the
時間Ｔ（４）にて、機械制動装置３の解除時であると判定される場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）、電動アクチュエータ３ｄの駆動が解除される（Ｓ２０２）。
If it is determined at time T (4) that the
以上のようにして、本実施の形態に係る水力発電装置１００によると、発電機６において制動トルクを発生させる制動動作によって、水車１の回転速度を減速させることができる。さらに、水車１の回転速度をしきい値よりも小さくなるまで減速させた後に、回転軸３ｂに設けられた凹部３ｅにピン３ｃを嵌合させることによって、水車１の回転を抑制することができる。そのため、長時間停止状態を保持する場合に制動トルクを発生する必要がなくなるため、発電機６に長時間電流を流す必要がなくなる。そのため、発電機６への負荷を低減することができる。また、ピン３ｃを突出する電動アクチュエータ３ｄは、空気源や油圧源が不要なソレノイドアクチュエータであるため、省スペースでかつ低コストの制動装置を実現することができる。したがって、省スペースでかつ低コストとなる構成で水車の回転を制動する水力発電装置を提供することができる。
As described above, according to the hydraulic
さらに、増速機２と発電機６との間の第２回転軸に凹部を設けることにより、水流によって水車１に作用する回転トルクが増速機２によって低減されて第２回転軸に伝達されるため、凹部３ｅにピン３ｃを嵌合させた状態でのピン３ｃへの負荷を低減することができる。
Furthermore, by providing a recess in the second rotating shaft between the
電動アクチュエータ３ｄとしてソレノイドアクチュエータを用いることにより、電動アクチュエータ３ｄの構造を簡易かつ安価にすることができる。
By using a solenoid actuator as the
以下、変形例について説明する。
上述の実施の形態においては、凹部を有する回転軸３ｂは、増速機２と発電機６との間に設ける場合について説明したが、特に増速機２と発電機６との間の回転軸に凹部を設けることに限定されるものではない。たとえば、水車１と増速機２との間の回転軸に凹部を設けるようにしてもよい。このようにすると、水車１と増速機２との間の回転軸の回転速度は、増速機２と発電機６との間の回転軸の回転速度よりも低くなるため、凹部３ｅにピン３ｃを嵌合させやすい。そのため、機械制動装置３により水車１の回転を抑制しやすくなる。
Hereinafter, modified examples will be described.
In the above-described embodiment, the description has been given of the case where the
さらに上述の実施の形態においては、制動時に３相の電力線のうちの２相の電力線を短絡させることにより発電機６において制動トルクを発生させるものとして説明したが、たとえば、制動時に３相の電力線を互いに短絡させることにより発電機６において制動トルクを発生させるものであってもよい。 Further, in the above-described embodiment, it has been described that the braking torque is generated in the generator 6 by short-circuiting the two-phase power lines of the three-phase power lines at the time of braking. A braking torque may be generated in the generator 6 by short-circuiting each other.
さらに、上述の実施の形態においては、機械制動装置３は、回転軸３ｂに対してプランジャ３ａと凹部３ｅを１組設ける構成であるとして説明したが、機械制動装置３は、複数組のプランジャ３ａと凹部３ｅとから構成されてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
図９および図１０に変形例に係る機械制動装置３の構成を示す。図９および図１０に示すように、機械制動装置３は、２個のプランジャ３ａと２個の凹部３ｅとを含む。２個の凹部３ｅは、たとえば、同形状を有しており、回転軸３ｂの断面において中心軸を基準に対称となる位置に設けられる。２個のプランジャ３ａは、回転軸３ｂの回転位置が予め定められた回転位置のときに、２個の凹部３ｅの各々に２個のプランジャ３ａのピン３ｃが挿入可能な位置になるように配置される。
9 and 10 show a configuration of a
図９に示すように、初期状態においてピン３ｃの位置は初期位置であるため、ピン３ｃと凹部３ｅとが離隔した位置関係になり、ピン３ｃによって回転軸３ｂの回転は抑制されない。
As shown in FIG. 9, since the position of the
一方、図１０に示すように、２個のプランジャ３ａの各々のピン３ｃが回転軸３ｂの凹部に向けて突出し、突出した２個のピン３ｃが２個の凹部３ｅにそれぞれ挿入されると、ピン３ｃによって回転軸の回転が抑制される。
On the other hand, as shown in FIG. 10, when each
このようにすると、複数の位置で回転軸の回転を制限できるため、水車の停止状態をより確実に維持することができる。 If it does in this way, since rotation of a rotating shaft can be restricted in a plurality of positions, a stop state of a water turbine can be maintained more certainly.
さらに、上述の実施の形態においては、プランジャ３ａのピン３ｃが「係止部」に対応し、凹部３ｅが「被係止部」に対応するものとして説明したが、水車１と発電機６との間に設けられた回転軸の外周面に設けられた「被係止部」がプランジャ３ａから突出される「係止部」によって係止されることによって回転軸の回転を抑制できればよく、特に、ピン３ｃと凹部３ｅとの組み合わせに限定されるものではない。たとえば、凹部３ｅに代えて突出部が水車１と発電機６との間の回転軸の外周面に突出して設けられるようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
このようにしても突出部がピン３ｃによって係止されるため、回転軸の回転を抑制することができる。また、回転軸に設けられる突出部は、たとえば、回転軸の外周に歯車のように複数個設けられてもよい。
Even if it does in this way, since a protrusion part is latched by the
なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。電動アクチュエータ３ｄはソレノイドアクチュエータを示したが、電動モータとボールねじなどの直動変換機構を組み合わせた電動アクチュエータであってもよい。
In addition, you may implement combining the above-mentioned modification, all or one part. Although the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１ 水車、２ 増速機、３ 機械制動装置、３ａ プランジャ、３ｂ 回転軸、３ｃ ピン、３ｄ 電動アクチュエータ、３ｅ 凹部、４ 第１駆動回路、５ 電流センサ、６ 発電機、７ スイッチ、８ 抵抗体、９ 整流回路、１０ 電力変換装置、１１ 第２駆動回路、１５ 電気制動装置、４０ 支持部、４０ａ，４０ｂ 梁、４０ｃ 架台、４０ｄ 支柱、４０ｅ ベース板、５０ 固定部、６０ 水力発電モジュール、１００ 水力発電装置、２００ コントローラ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記水車の回転によって発電電力を発生させる発電動作と、前記水車の回転を抑制する制動トルクを発生させる制動動作とのうちのいずれかを行なう発電機と、
前記水車と前記発電機とを連結し、外周面に被係止部が設けられた回転軸と、
前記回転軸の回転位置が予め定められた位置になる場合に、前記被係止部に対向する位置になる係止部を電動アクチュエータによって突出し、前記係止部によって前記被係止部を係止することにより前記回転軸を制動する制動装置と、
前記水車の回転を停止する場合、前記制動トルクが発生するように前記発電機を制御した後に、前記係止部によって前記被係止部が係止されるように前記制動装置を制御する制御装置とを備える、水力発電装置。 With a water wheel,
A generator that performs any one of a power generation operation that generates generated power by rotation of the water wheel and a braking operation that generates a braking torque that suppresses rotation of the water wheel;
A rotating shaft that connects the water turbine and the generator and has a locked portion on an outer peripheral surface;
When the rotational position of the rotating shaft is a predetermined position, the locking portion that is positioned opposite to the locked portion protrudes by an electric actuator, and the locked portion is locked by the locking portion. A braking device for braking the rotating shaft by:
When stopping the rotation of the water wheel, the control device controls the braking device so that the locked portion is locked by the locking portion after the generator is controlled so that the braking torque is generated. And a hydroelectric power generation device.
前記回転軸は、前記水車と前記増速機との間の第１回転軸と、前記増速機と前記発電機との間の第２回転軸とのうちの少なくともいずれかの回転軸である、請求項１または２に記載の水力発電装置。 The hydroelectric generator is further provided with a speed increasing device that is provided between the water wheel and the power generator and increases the rotational speed of the water wheel.
The rotating shaft is a rotating shaft at least one of a first rotating shaft between the water wheel and the speed increasing device and a second rotating shaft between the speed increasing device and the generator. The hydroelectric power generator according to claim 1 or 2.
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