JP5809126B2 - マイクロ水力発電機 - Google Patents

Description

本発明は、河川等の流水を利用して発電を行う際に用いて好適なマイクロ水力発電機に関する。

従来、河川等の流水を利用して発電を行う小水力発電機（マイクロ水力発電機）としては、特許文献１で開示される水力発電装置、特許文献２で開示される水力発電システム、特許文献３で開示されるマイクロ水力発電装置及び特許文献４で開示される水力発電装置などが知られている。

特許文献１で開示される水力発電装置は、携帯性に優れ、河川等の水流エネルギを電気エネルギに変換する発電装置の提供を目的とするものであり、具体的には、浮力を有するケース部と、複数の整流板と、可変板と、タービンと、発電部と、充電部と、ガイドとを備え、ケース部の形状を、流入口から流出口の方向に縮径して湾曲させ、ケース部の内部を通過する水流により、タービンを回転させ、発電部により、その回転運動エネルギを電気エネルギに変換する構成を備えている。

また、特許文献２で開示される水力発電システムは、水流をエネルギ源として発電を行うことができる水力発電システムの提供を目的とするものであり、具体的には、変換装置の前面側に設置され、河川等の水流の速度を増加させる増速ダクトと、内部に備えたプロペラによって、増速ダクトから放出される増速後の水流を捕らえて回転し、水流を回転運動に変換する変換装置と、発電機等を筺体内部に備えており、変換装置によって得られた回転運動を利用して発電を行う発電装置と、水面に浮かぶようにその構造が設計され、水力発電システムを河川等の水面近傍の所定位置に設置するためのフロート部材とを備え、このフロート部材の上部に発電装置が設置され、フロート部材の下部に変換装置が設置された構成を備えている。

また、特許文献３で開示されるマイクロ水力発電装置は、導水・送水・配水管路網において管路を流れる水の流量もしくは圧力を制御量とし、管路の途中に介装した水力発電装置の水車回転数を操作して制御量を制御するとともに、制御に伴う余剰圧力を利用して水力発電を行う発電方法であって、水力発電装置の上流側に設置した水車入口弁の開度制御と水力発電装置の水車回転数制御とをそれぞれ独立して行うことにより水力発電装置の下流側管路における配水の制御量を目標値に制御する構成を備えている。

さらに、特許文献４で開示される水力発電装置は、水流に対して直交方向で、かつ水面に対し水平方向の回転軸を有し両端部を回転自在に支持された形態の水車が組み込まれると共に外周部が角筒状の形態をなす水車部位とを具有し、かつ水車の回転力を発電機に伝達して発電できる手段と、河川等の水底部や堰堤等の下流近傍に固設できる手段を具有した構成を備えている。

特開２００１−１３２６０７号公報 特開２００２− ８１３６２号公報 特開２００６− ２２７４５号公報 特開２００８− ３１８７９号公報

しかし、上述した従来のマイクロ水力発電機（小水力発電機）は、次のような問題点があった。

第一に、全体の構成が煩雑化する傾向にあるとともに、これに伴い、規模（サイズ）も大きくなる傾向がある。したがって、設置できる河川等が限定的となり汎用性に難があるとともに、設置も容易にできるとは言い難く設置性にも難がある。しかも、全体の構成が煩雑化するため、部品点数及び製作工数の増加によるコストアップも無視できず、多数のマイクロ水力発電機を設置する場合、多大なコストが必要となるとともに、十分なメンテナンス性及び信頼性も確保しにくい。

第二に、いずれも原理的（アイデア的）構成に留まるため、実用化を図る観点からは不十分である。特に、流水を回転運動に変換する手段には一般的なプロペラ形状等の水車の開示に留まるなど、十分な発電能力及び発電効率を確保できるか否か不透明であり、実用性に難がある。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したマイクロ水力発電機の提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、少なくとも、流水Ｗにより回転するスクリュユニット２と、このスクリュユニット２の回転運動を電気エネルギに変換する発電機構３とを備えてなるマイクロ水力発電機１を構成するに際して、下流側が漸次小径となるテーパ状の内周面２１ｔを有し、かつ上流側の端部が流水Ｗの流入口１１ｉとなる前導水筒部２１，上流側が漸次小径となるテーパ状の内周面２２ｔを有し、かつ下流側の端部が流水Ｗの流出口１１ｅとなる後導水筒部２２，及び前導水筒部２１と後導水筒部２２を所定間隔を置いて連結する固定筒部２３を有する外郭筒体１１と、前導水筒部２１の下流側の端部と後導水筒部２２の上流側の端部に配した前後一対のベアリング２４，２５により両端部が回動自在に支持されるとともに、固定筒部２３により外周面１２ｆが所定の空間Ｓを介して覆われ、かつ内部を流水Ｗが通過する回動筒部１２，及びこの回動筒部１２の内周面１２ｃに一体に設けるとともに、中心部に、前後に貫通する通水孔２７を有し、かつこの回動筒部１２の軸方向に沿って螺旋状となる複数の羽根片１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを有するスクリュ羽根部１３により構成したスクリュユニット２と、回動筒部１２の外周面１２ｆとこの外周面１２ｆに対向する外郭筒体１１の内周面１１ｃ間に配設した発電機構３とを備えてなることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、発電機構３には、回動筒部１２の外周面１２ｆの周方向Ｆｒに沿って所定間隔置きに配し、かつ外周面１２ｆに対して固定した複数のマグネット２８…（又はコイル２９…）と、この複数のマグネット２８…（又はコイル２９…）に対向させるとともに、周方向Ｆｒに沿って所定間隔置きに配し、かつ位置を固定した複数のコイル２９…（又はマグネット２８…）とを設けることができる。また、この際、発電機構３には、複数のコイル２９…に沿って配したヨーク１５を設けることができる。さらに、この発電機構３には、ヨーク１５とマグネット２８…間の少なくとも一部の間隔Ｇを変更して力学インピーダンスを変更可能な力学インピーダンス調整機能部１６を設けることができる。

このような構成を有する本発明に係るマイクロ水力発電機１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 一端部に流水Ｗが流入する流入口１１ｉを有し、かつ他端部に流入した流水Ｗが流出する流出口１１ｅを有する外郭筒体１１と、この外郭筒体１１の内部に回動自在に支持され、かつ内部を流水Ｗが通過する回動筒部１２を有するとともに、この回動筒部１２の内周面１２ｃに一体に設けたスクリュ羽根部１３により構成したスクリュユニット２と、回動筒部１２の外周面１２ｆとこの外周面１２ｆに対向する外郭筒体１１の内周面１１ｃ間に配設した発電機構３とを備えてなるため、全体の構成を簡素化（シンプル化）できるとともに、サイズダウンによる小型化を図ることができる。この結果、様々な河川等に対して特別な工事を行うことなく、きわめて容易に設置可能となり、汎用性及び設置性を高めることができる。しかも、部品点数の削減及び製作工数の低減に伴うコストダウン、更にはメンテナンス性及び信頼性の向上にも寄与できる。

（２） 外郭筒体１１には、下流側が漸次小径となるテーパ状の内周面２１ｔを有し、かつ上流側の端部が流入口１１ｉとなる前導水筒部２１と、上流側が漸次小径となるテーパ状の内周面２２ｔを有し、かつ下流側の端部が流出口１１ｅとなる後導水筒部２２とを設け、前導水筒部２１の下流側の端部と後導水筒部２２の上流側の端部により回動筒部１２の両端部を回動自在に支持するとともに、前導水筒部２１と後導水筒部２２を所定の間隔を置いて連結し、かつ回動筒部１２の外周面１２ｆを所定空間Ｓを介して覆う固定筒部２３を設けたため、マイクロ水力発電機１の全体の外郭形状を、軸方向にほぼ同径となる単純な円筒形にすることができる。この結果、無用な突出部分が排除され、例えば、外郭径とほぼ同じ幅の水路等に対しても容易かつ確実に設置できるなど、更なる設置性の向上に寄与できるとともに、所定空間Ｓを発電機構３の配設スペースとして利用可能となり、スペース効率の良好な運動変換機構、更には発電機構３を構築することができる。

（３） 外郭筒体１１は、前導水筒部２１の下流側の端部と後導水筒部２２の上流側の端部に配した前後一対のベアリング２４，２５により回動筒部１２の両端部を回動自在に支持するようにしたため、流水Ｗによるスクリュ羽根部１３、更にはスクリュユニット２の安定した回転動作を確保できる。

（４） スクリュユニット２には、回動筒部１２の軸方向に沿って螺旋状となる複数の羽根片１３ａ，１３ｂ…を有するスクリュ羽根部１３を設けたため、流水Ｗの水流運動をスクリュ羽根部１３の回転運動に効率的に変換することができ、特に、水流の速度が遅い環境や水流の流量が少ない環境であっても確実に運動変換を行うことができる。

（５） スクリュユニット２におけるスクリュ羽根部１３の中心部には、前後に貫通する通水孔２７を設けたため、中心付近の流動抵抗を低下させ、整流性をより高めることができ、スクリュ羽根部１３の回転性をより高めることができるとともに、ゴミ等の通過を許容してスクリュ羽根部１３の手前におけるゴミの滞留を防止することができる。

（６） 好適な態様により、発電機構３に、回動筒部１２の外周面１２ｆの周方向Ｆｒに沿って所定間隔置きに配し、かつ外周面１２ｆに対して固定した複数のマグネット２８…（又はコイル２９…）と、この複数のマグネット２８…（又はコイル２９…）に対向させるとともに、周方向Ｆｒに沿って所定間隔置きに配し、かつ位置を固定した複数のコイル２９…（又はマグネット２８…）とを設ければ、マグネット２８…及びコイル２９…の使用数量を大幅に増加させることができるため、発電性能及び発電安定性の向上に寄与できる。

（７） 好適な態様により、発電機構３に、複数のコイル２９…に沿って配したヨーク１５を設ければ、発電機構３における磁気特性を最適化できるため、発電性能（発電効率）をより高めることができる。

（８） 好適な態様により、発電機構３に、ヨーク１５とマグネット２８…間の少なくとも一部の間隔Ｇを変更して力学インピーダンスを変更可能な力学インピーダンス調整機能部１６を設ければ、発電機構３における力学インピーダンスの大きさを任意に変更（調整）できるため、設置環境（流水量，流速等）に応じた適正な水力抵抗を設定することができる。

本発明の好適実施形態に係るマイクロ水力発電機の内部構造を示す側面断面図、 同マイクロ水力発電機におけるスクリュユニットの正面図、 同マイクロ水力発電機における発電機構を示す一部を破断した斜視図、 同発電機構におけるコイルユニットの正面図、 同発電機構におけるマグネットユニットの正面図、 同マイクロ水力発電機の外観斜視図、 同マイクロ水力発電機の使用例を示す説明図、 同マイクロ水力発電機における発電機構の変更例を示す側面断面図、 同変更例におけるコイルユニットの一部を抽出して示す平面展開図、 同マイクロ水力発電機における発電機構の他の変更例を示す一部抽出拡大図を含む側面断面図、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係るマイクロ水力発電機１の構成について、図１〜図６を参照して説明する。

本実施形態に係るマイクロ水力発電機１は、図１に示すように、大別して、一端部に流水Ｗが流入する流入口１１ｉを有し、かつ他端部に流入した流水Ｗが流出する流出口１１ｅを有する外郭筒体１１と、流水Ｗにより回転するスクリュユニット２と、このスクリュユニット２の回転運動を電気エネルギに変換する発電機構３とを備える。

この場合、外郭筒体１１は、前導水筒部２１、後導水筒部２２及び固定筒部２３を備える。前導水筒部２１は、全体を円筒状に形成し、下流側が漸次小径となるテーパ状の内周面２１ｔを有する。これにより、前導水筒部２１の上流側の端部開口が外郭筒体１１の流入口１１ｉとなる。後導水筒部２２は、全体を円筒状に形成し、上流側が漸次小径となるテーパ状の内周面２２ｔを有する。これにより、後導水筒部２２の下流側の端部開口が外郭筒体１１の流出口１１ｅとなる。前導水筒部２１と後導水筒部２２は向きが反対となる点を除き、基本的な構成は同じとなるため、二つの前導水筒部２１，２１を用意し、一方を前導水筒部２１に使用し、他方を後導水筒部２２に使用することができる。

また、固定筒部２３は、全体を単純な円筒形に形成し、前導水筒部２１と後導水筒部２２を所定の間隔を置いて連結する機能を有する。したがって、図１に示すように、前導水筒部２１の下流側の端部を固定筒部２３の一端開口に挿入し、複数の固定ネジ３１…により固定するとともに、後導水筒部２２の上流側の端部を固定筒部２３の他端開口に挿入し、複数の固定ネジ３２…により固定すれば、前導水筒部２１，後導水筒部２２及び固定筒部２３が一体となる外郭筒体１１を得ることができる。なお、外郭筒体１１の形成素材は特に限定されるものではなく、前導水筒部２１，後導水筒部２２及び固定筒部２３は、それぞれプラスチック素材，金属素材又はセラミックス素材等により一体形成することができる。その他、３３…は、前導水筒部２１と固定筒部２３間、後導水筒部２２と固定筒部２３間、にそれぞれ介在させたシールリングを示す。

一方、スクリュユニット２は、図１及び図２に示すように、内部を流水Ｗが通過する全体を単純な円筒形に形成した回動筒部１２及びこの回動筒部１２の内周面１２ｃに一体に設けたスクリュ羽根部１３を備える。そして、外郭筒体１１に組付ける際には、図１に示すように、回動筒部１２の両端開口に、それぞれ係合リング３５，３６を装着するとともに、さらに、この係合リング３５，３６の外周面に形成した段差部に、それぞれベアリング２４，２５の内周面を装着し、この状態で、各ベアリング２４，２５の外周面を、前導水筒部２１の下流側の端部に設けた係合段差部２１ｊと後導水筒部２２の上流側の端部に設けた係合段差部２２ｊにそれぞれ装着する。したがって、外郭筒体１１に対する回動筒部１２の組付けは、当該外郭筒体１１を組付ける際に一緒に組付けることができる。これにより、回動筒部１２の両端部が外郭筒体１１の内部に回動自在に支持される。このように、外郭筒体１１において、前導水筒部２１の下流側の端部と後導水筒部２２の上流側の端部に配した前後一対のベアリング２４，２５により回動筒部１２の両端部を回動自在に支持するようにすれば、回動筒部１２、更にはスクリュユニット２の安定した回転動作を確保できる利点がある。

さらに、スクリュ羽根部１３は、図１及び図２に示すように、回動筒部１２の軸方向に沿って螺旋状となる複数（例示は四つ）の羽根片１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを備える。例示のスクリュ羽根部１３は、回動筒部１２の内部に挿入し、各羽根片１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの外郭部分を回動筒部１２の内周面１２ｃに一体に設ける。この場合、各羽根片１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは内周面１２ｃに対して一体形成してもよいし、別体形成したものを溶接等により固定してもよい。また、四枚の各羽根片１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは周方向へ９０〔゜〕間隔に配する。さらに、スクリュ羽根部１３の中心部には、前後に貫通する通水孔２７を設ける。

このように、スクリュユニット２に、回動筒部１２の軸方向に沿って螺旋状となる複数の羽根片１３ａ，１３ｂ…を有するスクリュ羽根部１３を設けたため、流水Ｗの水流運動をスクリュ羽根部１３の回転運動に効率的に変換することが可能となり、特に、水流の速度が遅い環境や水流の流量が少ない環境であっても確実に運動変換を行うことができる。また、スクリュユニット２におけるスクリュ羽根部１３の中心部に、前後に貫通する通水孔２７を設けたため、中心付近の流動抵抗を低下させ、整流性をより高めることが可能となり、スクリュ羽根部１３の回転性をより高めることができるとともに、ゴミ等の通過を許容してスクリュ羽根部１３の手前におけるゴミの滞留を防止できる利点がある。

ところで、前導水筒部２１の内周面２１ｔは下流側が漸次小径となるテーパ状に形成するとともに、後導水筒部２２の内周面２２ｔは上流側が漸次小径となるテーパ状に形成したため、水路となる回動筒部１２の径は、外郭に位置する固定筒部２３の径よりも小さくなり、図１に示すように、回動筒部１２の外周面１２ｆと固定筒部２３の内周面２３ｃ間には所定空間Ｓが設けられる。即ち、固定筒部２３はこの所定空間Ｓを介して回動筒部１２の外周面１２ｆを覆うことになる。したがって、回動筒部１２の外周面１２ｆとこの外周面１２ｆに対向する外郭筒体１１（固定筒部２３）の内周面１１ｃ間に設けた所定空間Ｓを利用して発電機構３を配設することができる。

発電機構３は、基本的な構成として、回動筒部１２の外周面１２ｆの周方向Ｆｒに沿って所定間隔置きに配し、かつ外周面１２ｆに対して固定した複数のマグネット２８…と、この複数のマグネット２８…に対向させるとともに、周方向Ｆｒに沿って所定間隔置きに配し、かつ位置を固定した複数のコイル２９…とを設けて構成する。この場合、図４に示すように、固定筒部２３の内周面１１ｃに装着可能なリング状のコイルホルダ４１を用意し、このコイルホルダ４１に、複数（例示は十二）のコイル２９…を一定間隔おきに保持させることによりコイルユニットＵｃを構成し、このコイルユニットＵｃを固定筒部２３の内周面１１ｃに装着する。なお、一つのコイル２９は、図４に抽出拡大して示すように、小判形のコア部を有するコイルボビン２９ｂとこのコイルボビン２９ｂにマグネットワイヤＭｗを巻回して構成したコイル部２９ｗにより構成し、各コイル２９…はシリーズ接続される。その他、４２は、コイルホルダ４１の外周面に装着したリング形のヨーク（鉄心）を示す。

また、図５に示すように、回動筒部１２の外周面１２ｆに装着可能なリング状のマグネットホルダ４３を用意し、このマグネットホルダ４３に、複数（例示は十六）のマグネット２８…を一定間隔おきに保持させることによりマグネットユニットＵｍを構成し、このマグネットユニットＵｍを回動筒部１２の外周面１２ｆに装着する。なお、一つのマグネット２８は、図３に示すように円柱形に形成し、磁極（Ｎ）（Ｓ）が交互に位置するように配する。例示の場合、マグネットユニットＵｍ，Ｕｍは二つ使用する。

次に、本実施形態に係るマイクロ水力発電機１の組立方法及び使用方法について、図１〜図７を参照して説明する。

まず、マイクロ水力発電機１を組立てるに際しては、予め、スクリュユニット２をアセンブリとして用意する。この場合、スクリュユニット２は、回動筒部１２の内部にスクリュ羽根部１３を挿入し、スクリュ羽根部１３の外郭部を回動筒部１２の内周面に溶接等により固定する。また、一つのマグネットユニットＵｍを、図１に示すように、回動筒部１２の外周面１２ｆにおける所定位置に装着し、溶接等により位置決め固定する。さらに、回動筒部１２の両端開口に、係合リング３５，３６をそれぞれ装着するとともに、この係合リング３５，３６の外周面に設けた段差部にベアリング２４，２５の内周面をそれぞれ装着する。また、固定筒部２３の内周面１１ｃにはコイルユニットＵｃを固定ネジ又は溶接等により位置決め固定する。

そして、一方のベアリング２４の外周面を、図１に示すように、前導水筒部２１の下流側の端部内側に設けた係合段差部２１ｊに装着するとともに、固定筒部２３の一端開口を前導水筒部２１の下流側の端部外側に装着し、複数の固定ネジ３１…により固定する。この後、残りのマグネットユニットＵｍを、図１に示すように、回動筒部１２の外周面１２ｆに位置決め固定する。この結果、コイルユニットＵｃの両側が一対のマグネットユニットＵｍ，Ｕｍにより挟まれる。なお、コイルユニットＵｃの両側と各マグネットユニットＵｍ，Ｕｍ間には僅かな隙間が存在するように考慮する。

次いで、他方のベアリング２５の外周面を、後導水筒部２２の上流側の端部内側に設けた係合段差部２２ｊに装着するとともに、固定筒部２３の他端開口に後導水筒部２２の上流側の端部外側を装着し、複数の固定ネジ３２…により固定する。以上により、目的のマイクロ水力発電機１を得ることができる。このマイクロ水力発電機１からは、コイルユニットＵｃに接続された電力出力リード４５が導出されるため、この電力出力リード４５は、外部に設置される交流／直流変換部等を含む発電処理部４６を介して蓄電部（バッテリ）４７に接続する。

一方、マイクロ水力発電機１を使用する際には、図７に示すように、そのまま河川５１等の流水Ｗ中に設置すればよい。即ち、マイクロ水力発電機１の全体形態は、一体的な円筒形態となるため、そのまま河川５１等に浸漬し、例えば、逆Ｕ形の固定具６１…等を前導水筒部２１の外周面に設けた段差部２１ｓ及び後導水筒部２２の外周面に設けた段差部２２ｓに係止することにより河川５１等の底部に設置できるとともに、或いは変形逆Ｕ形の固定具６２…等を前導水筒部２１の外周面に設けた段差部２１ｓ及び後導水筒部２２の外周面に設けた段差部２２ｓに装着することにより河川５１等の底部から所定高さの位置に設置できる。このように、マイクロ水力発電機１を設置するに際しては、各種方法（手段）を用いることができるが、マイクロ水力発電機１の基本的形態は、一体化された単純形態となるため、簡易かつ少ない固定具で極めて容易に設置できる。

他方、マイクロ水力発電機１を河川５１等に設置すれば、流水Ｗは図１に示す点線矢印で示すように、流入口１１ｉから前導水筒部２１の内部に流入する。この際、前導水筒部２１の内周面２１ｔは下流側が小径となるテーパ状に形成されるため、流水Ｗの流速は、スクリュユニット２の内部、即ち、回動筒部１２の内部で上昇し、スクリュ羽根部１３、更には回動筒部１２を、図２中矢印Ｆｒ方向（周方向）に回転させる。この際、回動筒部１２の両端部は前後一対のベアリング２４，２５により回動自在に支持されるため、安定した回転動作が確保される。加えて、スクリュユニット２には、複数の螺旋状となる羽根片１３ａ，１３ｂ…を有するスクリュ羽根部１３を備えるため、流水Ｗの水流運動はスクリュ羽根部１３の回転運動に効率的に変換される。したがって、設置した河川５１等において、水流の速度が遅い場合や水流の流量が少ない場合であっても、より確実に運動変換を行わせることができる。そして、回動筒部１２の内部を通過した流水Ｗは、後導水筒部２２の内部を通って流出口１１ｅから外部に流出する。

また、スクリュ羽根部１３が回転することにより一体の回動筒部１２も回転し、回動筒部１２側に設けたマグネット２８…は、固定筒部２３側に設けたコイル２９…に対して相対回転（相対変位）する。この結果、コイル２９…からは起電力が発生し、電力出力リード４５から発電出力が得られる。この場合、発電機構３には、回動筒部１２の外周面１２ｆの周方向に沿って所定間隔置きに固定した複数のマグネット２８…と、外郭筒体１１（固定筒部２３）の内周面１１ｃの周方向に沿って所定間隔置きに固定した複数のコイル２９…とを設けたため、マグネット２８…及びコイル２９…の使用数量を大幅に増加させることができ、発電性能及び発電安定性の向上に寄与できる。

よって、このような本実施形態に係るマイクロ水力発電機１によれば、一端部に流水Ｗが流入する流入口１１ｉを有し、かつ他端部に流入した流水Ｗが流出する流出口１１ｅを有する外郭筒体１１と、この外郭筒体１１の内部に回動自在に支持され、かつ内部を流水Ｗが通過する回動筒部１２を有するとともに、この回動筒部１２の内周面１２ｃに一体に設けたスクリュ羽根部１３により構成したスクリュユニット２と、回動筒部１２の外周面１２ｆとこの外周面１２ｆに対向する外郭筒体１１の内周面１１ｃ間に配設した発電機構３とを備えてなるため、全体の構成を簡素化（シンプル化）できるとともに、サイズダウンによる小型化を図ることができる。この結果、様々な河川等に対して特別な工事を行うことなく、きわめて容易に設置可能となり、汎用性及び設置性を高めることができる。しかも、部品点数の削減及び製作工数の低減に伴うコストダウン、更にはメンテナンス性及び信頼性の向上にも寄与できる。

特に、外郭筒体１１には、下流側が漸次小径となるテーパ状の内周面２１ｔを有し、かつ上流側の端部が流入口１１ｉとなる前導水筒部２１と、上流側が漸次小径となるテーパ状の内周面２２ｔを有し、かつ下流側の端部が流出口１１ｅとなる後導水筒部２２とを設け、前導水筒部２１の下流側の端部と後導水筒部２２の上流側の端部により回動筒部１２の両端部を回動自在に支持するとともに、前導水筒部２１と後導水筒部２２を所定の間隔を置いて連結し、かつ回動筒部１２の外周面１２ｆを所定空間Ｓを介して覆う固定筒部２３を設けたため、マイクロ水力発電機１の全体の外郭形状を、軸方向にほぼ同径となる単純な円筒形にすることができる。この結果、無用な突出部分が排除され、例えば、外郭径とほぼ同じ幅の水路等に対しても容易かつ確実に設置できるなど、更なる設置性の向上に寄与できるとともに、所定空間Ｓを発電機構３の配設スペースとして利用できるため、スペース効率の良好な運動変換機構、更には発電機構３を構築できる。

他方、図８〜図１０には、本実施形態に係るマイクロ水力発電機１における発電機構３の変更例を示す。

図８及び図９は、発電機構３を構成するに際し、マグネット２８…とコイル２９…を径方向（放射方向）に並べて配する場合を示す。即ち、図１に示した発電機構３は、マグネット２８…とコイル２９…を軸方向に並べて配したものであるが、図８に示す発電機構３は、回動筒部１２の外周面１２ｆの周方向Ｆｒに沿って所定間隔置きに配し、かつ外周面１２ｆに対して固定した複数のマグネット２８…と、この複数のマグネット２８…に対して、径方向（放射方向）外方から対向させるとともに、周方向Ｆｒに沿って所定間隔置きに配し、かつ固定筒部２３（外郭筒体１１）に対して位置を固定した複数のコイル２９…とを設けたものである。したがって、図８に示す発電機構３は、図１に対して、マグネット２８…の磁極の方向を９０〔゜〕異ならせ、また、コイル２９…の向きを９０〔゜〕異ならせる点を除いて、図１の場合と同様に実施可能である。この場合、コイル２９…及びマグネット２８…は、それぞれ図４及び図５と同様に、コイルユニットＵｃ及びマグネットユニットＵｍとして構成できる。

図９には、コイルユニットＵｃの一部を抽出して示す。図９中、６６はリング状に形成したボビンホルダであり、このボビンホルダ６６に周方向Ｆｒに沿って一定間隔置きに配した複数の孔部６６ｓ…を形成するとともに、この孔部６６ｓ…にコイル２９…を収容（嵌合）してコイルユニットＵｃを構成できる。コイル２９は、コイルボビン２９ｂとこのコイルボビン２９ｂにマグネットワイヤＭｗを巻回して構成したコイル部２９ｗにより構成する。また、２９ｓ…はコイルボビン２９ｂに形成した三つの貫通孔を示す。さらに、コイルユニットＵｃと固定筒部２３（外郭筒体１１）間には、複数のコイル２９…に沿って配したリング状のヨーク１５を配する。したがって、コイルユニットＵｃは、このヨーク１５を介して外郭筒体１１に固定する。このようなヨーク１５を設ければ、発電機構３における磁気特性を最適化できるため、発電性能（発電効率）をより高めることができる利点がある。

さらに、図１０は、図８及び図９に示した発電機構３に対して、力学インピーダンス調整機能部１６を付加したものである。即ち、図８及び図９に示した発電機構３は、コイル２９…の外側にリング状のヨーク１５を配するとともに、コイルボビン２９ｂには三つの貫通孔２９ｓ…を有するため、このヨーク１５及び貫通孔２９ｓ…を利用して力学インピーダンス調整機能部１６を付加した。具体的には、図１０に示すように、コイルボビン２９ｂに有する各貫通孔２９ｓ…に対応するヨーク１５の各位置に径方向のネジ孔部１５ｓ…をそれぞれ形成し、この各ネジ孔部１５ｓ…に、力学インピーダンス調整ネジ１６ｎ…を螺合させて構成した。したがって、力学インピーダンス調整ネジ１６ｎ…の先端は、マグネット２８…に対向し、力学インピーダンス調整ネジ１６ｎ…をドライバ等の工具により回すことにより、マグネット２８…に対する間隔（ギャップ）Ｇを変更することができる。このように、発電機構３に、ヨーク１５とマグネット２８…間の少なくとも一部の間隔Ｇを変更して力学インピーダンスを変更可能な力学インピーダンス調整機能部１６を設ければ、発電機構３における力学インピーダンスの大きさを任意に変更（調整）できるため、設置環境（流水量，流速等）に応じた適正な水力抵抗を設定できる利点がある。なお、例示の実施形態は、既設の貫通孔２９ｓ…をそのまま利用した場合を示したが、この貫通孔２９ｓ…は、別途形成しても勿論よい。このような発電機構３は、例示の形態に限定されるものではなく各種の変更形態により実施可能である。

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、発電機構３として、回動筒部１２の外周面１２ｆに固定した複数のマグネット２８…と、このマグネット２８…に対して位置を固定した複数のコイル２９…とを設けて構成した場合を示したが、回動筒部１２の外周面１２ｆに固定した複数のコイル２９…と、このコイル２９…に対して位置を固定した複数のマグネット２８…とを設けて構成してもよい。

本発明に係るマイクロ水力発電機は、大小河川，農水路等をはじめ、流水が存在する環境下であれば、各種用途において利用できる。また、単独で利用してもよいし、風力発電システム等の他の発電システムと組合わせて利用してもよく、自然エネルギを利用した各種用途の電源として利用できる。

１：マイクロ水力発電機，２：スクリュユニット，３：発電機構，１１：外郭筒体，１１ｉ：流入口，１１ｅ：流出口，１１ｃ：外郭筒体の内周面，１２：回動筒部，１２ｃ：回動筒部の内周面，１２ｆ：回動筒部の外周面，１３：スクリュ羽根部，１５：ヨーク，１６：力学インピーダンス調整機能部，２１：前導水筒部，２１ｔ：テーパ状の内周面，２２：後導水筒部，２２ｔ：テーパ状の内周面，２３：固定筒部，２４：ベアリング，２５：ベアリング，２７：通水孔，２８…：マグネット，２９…：コイル，Ｗ：流水，Ｓ：所定空間

Claims (4)

1. 少なくとも、流水により回転するスクリュユニットと、このスクリュユニットの回転運動を電気エネルギに変換する発電機構とを備えてなるマイクロ水力発電機であって、下流側が漸次小径となるテーパ状の内周面を有し、かつ上流側の端部が前記流水の流入口となる前導水筒部，上流側が漸次小径となるテーパ状の内周面を有し、かつ下流側の端部が前記流水の流出口となる後導水筒部，及び前記前導水筒部と前記後導水筒部を所定間隔を置いて連結する固定筒部を有する外郭筒体と、前記前導水筒部の下流側の端部と前記後導水筒部の上流側の端部に配した前後一対のベアリングにより両端部が回動自在に支持されるとともに、前記固定筒部により外周面が所定の空間を介して覆われ、かつ内部を流水が通過する回動筒部，及びこの回動筒部の内周面に一体に設けるとともに、中心部に、前後に貫通する通水孔を有し、かつこの回動筒部の軸方向に沿って螺旋状となる複数の羽根片を有するスクリュ羽根部により構成したスクリュユニットと、前記回動筒部の外周面とこの外周面に対向する前記外郭筒体の内周面間に配設した発電機構とを備えてなることを特徴とするマイクロ水力発電機。
2. 前記発電機構は、前記回動筒部の外周面の周方向に沿って所定間隔置きに配し、かつ前記外周面に対して固定した複数のマグネット（又はコイル）と、この複数のマグネット（又はコイル）に対向させるとともに、前記周方向に沿って所定間隔置きに配し、かつ位置を固定した複数のコイル（又はマグネット）とを備えることを特徴とする請求項１記載のマイクロ水力発電機。
3. 前記発電機構は、前記複数のコイルに沿って配したヨークを備えることを特徴とする請求項２記載のマイクロ水力発電機。
4. 前記発電機構は、前記ヨークと前記マグネット間の少なくとも一部の間隔を変更して力学インピーダンスを変更可能な力学インピーダンス調整機能部を備えることを特徴とする請求項３記載のマイクロ水力発電機。

Images