JP6612693B2 - 海中ブイ - Google Patents

Description

本発明は、海中に配設されて、例えば海洋環境（ＣＯ_２濃度、ＰＨなど含む）、漁業や領土の監視等のために広域・多点（定点）モニタリングを行う海中ブイに関する。

近年、海底資源開発、漁業、自然災害および領土防衛等の目的で、例えば水温、水質、津波および船舶の侵入等を監視するための各種用途に適した海中ブイ（センサ）のニーズが増加しつつある。

より詳しくは、大気中のＣＯ_２の増加に伴い地球規模の気象変動が生じ始めているので、人類は、ＣＯ_２の排出削減の努力をしている。地球規模において、大気中のＣＯ_２の多くが海洋に吸収されて、固定されることにより、バランスを保っている事実がある。この事実からすると、海洋の環境保全（自然保護）を推進したり、海洋のＣＯ_２吸収能力を積極的に高めたりする探究も必要である。例えば、植物プランクトンが少ない海域（例えば、南極海や赤道付近の海域）において、海洋のＣＯ_２吸収能力を高める方法が模索されている。しかし、生態系を乱すリスクが懸念されて実施には至っていない。海洋のＣＯ_２吸収能力の向上を、地球規模で推進するためには、海洋環境（ＣＯ_２濃度、ＰＨなどを含む）の広域・多点（定点）モニタリングを可能にするシステムが必要である。

一方、世界的な自然人口増加と新興国の生活水準向上の渇望の下で、海底のエネルギー資源および鉱物資源が求められている。食料として、漁業資源に関心が高まっている。これらの保護政策が世界的な交渉問題になっている。公海上において、海底資源（例えば、石油、天然ガス）の採掘権及び漁協権の問題が生じている。公海上において、海底資源の開発による海洋汚染の拡散を防止したり、魚の乱獲を防止したりする必要がある。これらの理由により、広域・多点（定点）モニタリングを可能にするシステムが必要となる。例えば図２１に示すように、生育途上の魚を育てるための漁礁に設置した海中ブイ１０１によって、魚の生育環境が監視され、生育状況が音波通信で海上に浮かべたブイ１０２に伝えられ、ここから無線で、陸地や漁船上の漁業関係者にデータを送るシステムが従来から知られている。このようなシステムは、魚の育成状況に応じた、効率的な漁業に役立つとともに、魚の乱獲を防ぐことができるので、「育てる漁業」を推進することができる。また、密漁船の探知・監視にも役立つシステムの実現が望まれる。

公海上の地震による津波が、海岸線に多大な被害を及ぼす例が相次いでいるので、海底地殻の地震観測の重要性が増大している。ここでも、広域・多点（定点）モニタリングを可能にするシステムが待望されている。

以上のようなシステムに使用される従来の海中ブイ１０１は、電池を備え、電池は、所定期間（例えば１年半）ごとに交換されている。しかし、海洋開発が活発化し、外洋での海中ブイ１０１の設置数（例えば５百機以上）が増えれば、保守作業の手間と費用が指数関数的に増える。このため、電池交換等の保守作業は、非現実的になる。高圧室内業務や潜水業務などでの新たな減圧方法に対応するため、高気圧作業安全衛生規則が改正された（厚生労働省、昭和４７年９月３０日労働省令第四十号、改正：平成２６年１２月１日厚生労働省令第１３２号）。これにより、水深４０ｍ以上の水深は、圧縮空気による簡易な職業潜水作業ができなくなり、深海での保守作業は過大な費用を要する特殊作業になってしまった。よって、上記の海中ブイは、無保守性が必須条件となった。

例えば特許文献１には、充電可能な海底探査装置が開示されている。この海底探査装置は、厚板ガラス球体からなる筐体内に、発電機（車載用オルタネータ）や二次電池を配設し、船上設備を構成する充電器により、非接触で二次電池を充電する。この海底探査装置は、筐体の内部に配置した給電器と筐体の外部に配置した受電器によって筐体の内部から外部へ非接触で電力供給をする。

特開２０１２−２４５９４４号公報

しかしながら、上述の特許文献１の海底探査装置では、筐体内に機械的に動く機構を有する発電機や二次電池を配設しているため、筐体内部の老朽化や故障が発生するおそれがある。又、筐体内に大気圧（常圧）仕様の発電機や二次電池が配設されているため、海底探査装置の全体が大型化する。

なぜなら、海底探査装置では、船上設備を構成する充電器により二次電池を充電する必要があるため、充電作業が必要になるからである。

筐体外に円環状に並べた磁石列からなる磁気継手を水車の回転力によって非接触で発電コイル部に伝えるようにすることが考えられる。しかし、筐体が、所定の気圧{（設置環境の水深（ｍ））÷１０}の耐圧容器でなければならない。例えば水深１０００ｍの場合、数ｃｍ厚の厚いガラス容器が、筐体として用いられることになるので、磁気継手の磁気結合は著しく弱くなる。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、単純かつ簡素な構造でありながら、長期間のメンテナンスを必要とせず、しかも周囲の低速水流の流れを利用して自家発電できる海中ブイを提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、図２を参照して、本発明の一態様にかかる海中ブイは、複数のコイル鉄心にコイルが巻回されてなる発電コイル部と、前記発電コイル部を収納した筐体と、前記発電コイル部と磁気結合できるように、前記筐体を構成する筐体壁の一部を挟んで前記発電コイル部と反対側に配置された複数の磁石からなる磁石列と、前記磁石列を保持した磁石保持部材と、水流により回転可能に形成された回転軸を有する水車とを備え、前記筐体壁の一部は、非磁性且つ絶縁性の材料、又は、高電気抵抗性の材料から形成され、前記磁石保持部材は、前記回転軸に固定的に連結されていることを特徴とする。ここで、「高電気抵抗性の材料」とは、１キロオーム・メートル（１ｋΩ・ｍ）以上の電気抵抗を有する材料をいう。

この構成によれば、例えば現場周辺に存在する潮流により水車の回転軸を回転させ、それに伴い回転軸と共に磁石列を保持した磁石保持部材を回転させることで、自家発電による電力供給が可能となる。これにより、海中ブイは、メンテナンスフリーで略永続的に測定及び監視が可能になる。

筐体は完全密封の状態で、筐体の外部に置く水車が生み出す交流磁界によって、筐体内部において、非接触に電力を生み出すことができる。これにより、海中ブイの小型化を図ることができる。また筐体内部には、機械的に動く機構がないため、筐体内部の老朽化や故障が最小限に抑えられる。

交流磁界が貫通する筐体壁は、非磁性且つ絶縁性の材料、又は、高電気抵抗性の材料から形成されているため、ヒステリシスや渦電流による電力損失が生じ難い。

他の一態様では、図２を参照して、上述の海中ブイにおいて、前記筐体は、前記筐体壁に区画形成された充填室と、前記充填室に充填された非圧縮性且つ絶縁性液体からなる充填物と、前記充填室内の圧力を調整する調圧機構とを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、筐体に形成された充填室に非圧縮性流体からなる充填物が充填され、かつ、筐体が充填室内の圧力を調整する圧力調整部を備えている。このため、４０ｍ以上の海中（例えば、１ｋｍ以上の深海）に、海中ブイを沈めても、筐体の内外圧は常に同じに保たれる。これにより、筐体壁は厚い高強度金属製の耐圧容器である必要がなくなる。筐体壁は、環境海水に対する耐腐食性さえ満たせば、必ずしも金属である必要がない。筐体壁は、比較的薄い部材で十分なため、海中ブイ全体が軽量で安価なものにできる。

本発明の海中ブイにおいて、筐体の内外圧は常に同じに保たれるため、筐体外部の磁石列と内部の発電コイル部の間の筐体壁を薄くできる。これにより、筐体の外部の磁石列と内部の発電コイル部とを近接させることができるので、これらの距離は小さくなる。よって、磁石列と発電コイル部との磁気的な結合が強くなるので、発電効率が高くなる。

また、他の一態様では、図２及び図６を参照して、上述の海中ブイにおいて、前記筐体内における前記発電コイル部を挟んで前記筐体壁の一部と反対側に配置された円環状の固定子側ヨークを、更に備え、前記固定子側ヨークは、帯状の磁性体で巻かれた巻鉄心、または、円周方向と径方向との少なくとも一方向に沿って形成された複数のスリットを有する円板形状の鉄心からなり、前記磁石保持部材は、磁性体であることを特徴とする。

この構成によれば、固定子側ヨーク内を貫通する交流磁束線によって、渦電流に伴う損失が抑制される。例えば磁石列における両隣の逆分極した磁石の磁束線を結合することによって、磁界を強めるとともに、外部（海中）への漏えい磁束線を防ぐことができる。これにより、海中鉄粉が寄せ集まって、海中ブイに付着する現象が発生し難くできる。

また、他の一態様では、上述の海中ブイにおいて、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、前記水車は、前記回転軸の径方向外側に距離を隔てて前記回転軸と平行に配置された複数の保持軸と、前記保持軸回りに回転し得るように前記各保持軸に保持された複数の平板形状の翼部材と、前記各翼部材を当て止めする当て止め部とを備え、前記各当て止め部は、前記水流による前記翼部材の回転において、当て止めできるように、前記回転軸と前記各保持軸との間の位置に配置されていることを特徴とする。

流速が低い水流では、水車周速≦流速の条件における水流に向かって、水車の回転する方向と、逆方向の水車の抗力差が回転駆動力となる。例えば後述する湾曲した固定型の翼部材を有するサボニウス型の水車では、水流に向かって翼部材の凹凸形状が水流に対する抗力差を生む。しかし、翼部材の凸部側にも無視できない抗力が残り、逆回転トルクを生む。このため、翼部材の凹部側がせっかく生みだした回転トルクが、かなり相殺されてしまう。

上記構成では、翼部材が平板状であり、翼部材が水流によって回転し、いずれかの翼部材は回転において、当て止め部に当て止めされて水流の方向に対して垂直になり、回転駆動力となる。一方、他の翼部材は、水流の方向に対して平行に姿勢を変え、水流に対して抵抗の小さい状態になる。これにより、水車の回転駆動力に対する抗力を最小限にし、最大トルクを生じ得る。

また、他の一態様では、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、上述の海中ブイにおいて、前記筐体は、筐体本体部と、前記筐体本体部から突設された突設部とを備え、前記筐体本体部は、平面視で、前記筐体本体部の略中央部から水流に平行な長手方向の一端側及び他端側それぞれに行くに従って漸次幅狭になるように形成されており、前記突設部は、平面視で前記筐体本体部の前記略中央部から一体的に前記長手方向と直交する幅方向の一方向側に突設された第１突設部と、前記幅方向の他方向側に突設された第２突設部とを備え、前記発電コイル部は、前記第１突設部内に収納された第１発電コイル部と、前記第２突設部内に収納された第２発電コイル部とを備え、前記磁石列は、前記第１発電コイル部と磁気結合する第１磁石列と、前記第２発電コイル部と磁気結合する第２磁石列とを備え、前記磁石保持部材は、前記第１磁石列を保持した第１磁石保持部材と、前記第２磁石列を保持した第２磁石保持部材とを備え、前記水車は、前記第１磁石保持部材に連結された第１水車と、前記第２磁石保持部材に連結された第２水車とを備え、前記第１水車と第２水車とは、同じ流れ方向の水流を受けると互いに反対方向に回転するように形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、筐体本体部は、平面視で、筐体本体部の中央部から水流に平行な一方端側及び他方端側それぞれに行くに従って漸次幅狭になるように形成されている。このため、筐体本体部が水流に対して筐体本体部の一方端から他方端にかけての長手方向が水流の方向に沿わされ、筐体が水流に対して常時安定姿勢になる。

又、筐体本体部で幅方向の両側に分れた水流は、２つの水車に達する位置で増速され、最大トルクが生じるものになる。

また、他の一態様では、図９を参照して、上述の海中ブイにおいて、前記第１磁石列は、前記第１発電コイル部を挟んで前記第１発電コイル部の両側に配置された一方側第１磁石列及び他方側第１磁石列を備え、前記第２磁石列は、前記第２発電コイル部を挟んで前記第２発電コイル部の両側に配置された一方側第２磁石列及び他方側第２磁石列を備え、前記第１磁石保持部材は、前記一方側第１磁石列を保持した一方側第１磁石列保持部材と、前記他方側第１磁石列を保持した他方側第１磁石列保持部材とを備え、前記第２磁石保持部材は、前記一方側第２磁石列を保持した一方側第２磁石列保持部材と、前記他方側第２磁石列を保持した他方側第２磁石列保持部材とを備え、前記第１水車は、前記一方側第１磁石列と連結された第１回転軸を有する一方側第１水車と、前記他方側第１磁石列と連結された第２回転軸を有する他方側第１水車とを備え、前記第２水車は、一方側第２磁石列と連結された第３回転軸を有する一方側第２水車と、他方側第２磁石列と連結された第４回転軸を有する他方側第２水車とを備え、前記第１回転軸と前記第２回転軸とは、前記第１突設部を回転可能に挿通された１本の第１磁石列回転軸からなり、前記第３回転軸と前記第４回転軸とは、前記第２突設部を回転可能に挿通された１本の第２磁石列回転軸からなることを特徴とする。

この構成によれば、一つの発電コイル部を、２つの磁石列で作る２倍の強磁界で挟み、それぞれ、水車で駆動される。これにより、空間利用効率の高い、発電システムを実現できる。又、発電コイル部のバックヨーク（固定側ヨーク）は省略できるので、発電システム全体が軽量化される。

例えば磁石列が第１発電コイル部の一方側又は他方側にだけ配置された場合には、発電コイル部の鉄心コアと磁石の吸引力で生じるスラスト力が、水車の回転軸およびその軸受機構の耐荷重に大きな制約を与える。しかし、この実施形態において、第１発電コイル部の両側に、磁石列が配置されている。このため、第１発電コイル部の一方側及び他方側の磁石が発電コイル部を介して生じる吸引力を、１本の磁石列回転軸の軸強度によって容易に吸収することができる。従って、水車の回転軸を、簡素かつ軽量にすることができる。又、一般に、高強度材質は、耐食性が劣り、耐食性の高い材料は、強度が低いか、脆い。両者は、トレードオフの関係にある。回転軸は、海水中で、数年以上にわたり稼働可能な耐食性を必要とする。本発明では、簡素かつ軽量な回転軸にできるので、回転軸の材料選定の範囲を広げることができる。

また、他の一態様では、図１０及び図１１を参照して、上述の海中ブイにおいて、前記一方側第１磁石列と前記他方側第１磁石列と一方側第２磁石列と他方側第２磁石列とは、それぞれ、周方向で隣接する２つの前記磁石の磁石分極が互いに逆方向となるように、所定の第１ピッチ円の円周上に略均等配置された２ｎ（ｎは３以上の整数）個の磁石からなり、前記第１発電コイル部及び前記第２発電コイル部それぞれの前記コイル鉄心は、前記略第１ピッチ円の円周上に略均等配置された２ｎ個であり、前記各コイル鉄心は、磁性体コアからなり、前記コイルは、周方向で隣接する２つのコイル鉄心で巻回方向が逆になるように、前記各コイル鉄心に巻回された結線になっていることを特徴とする。

この構成によれば、隣り合うコイル鉄心に差交する（貫く）交流磁束線は、互いに逆方向であるので、逆巻コイルの直列接続がディジーチェーン接続となる。これによって、個々のコイルで生じる起電力を足し合わせることができるので、最大の電圧を得ることができる。この構成は、潮流の速度が低い場合に有効である。なぜならば、潮流の速度が低い場合、水車の回転速度が低いので、発電できる電力が少ないからである。

コイルは、テープ（薄帯）状導体をフラットワイズ巻きにした形式が好ましい。これにより、コイルの占積率が高くなり、かつ、導体中の渦電流損が抑制できる（即ちジュール損が最小限にすることができる）。

また、他の一態様では、図１２及び図１３を参照して、上述の海中ブイにおいて、前記第１発電コイル部と前記第２発電コイル部それぞれの前記コイル鉄心は、所定の第２ピッチ円の円周上に略均等配置された同形の２ｎ（ｎは３以上の整数）個からなり、前記コイルは、周方向で隣接する２つの前記コイル鉄心で巻回方向が同じになるように前記各コイル鉄心に巻回された結線になっており、前記一方側第１磁石列と前記他方側第１磁石列と一方側第２磁石列と他方側第２磁石列とは、それぞれ、周方向で隣接する２つの前記磁石の磁石分極が互いに逆方向となるように、前記略第２ピッチ円の円周上に略均等配置された同形の４ｎ個の磁石からなり、前記磁石は、周方向で１つおきに、前記コイル鉄心に対応する位置になるように配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、コイルが巻回された鉄心コイルの数に対して磁石の数が２倍にされることによって、磁石列保持部材の回転によって生じる交流磁界の周波数も２倍になる。コイルが巻回された１つの鉄心コイルの起電力は、差交磁束の時間微分で得られることから、発生電圧は、鉄心コイルの数と磁石の数が同数のアキシャルギャップ型発電構造に対して２倍となる。さらに、この構成によれば、図１２の状態Ａ、状態Ｃを参照して、固定子（固定子ＳＴｄ−１、ＳＴｄ−２）と回転子（回転子ＲＴｄ−１〜ＲＴｄ−４）との位置関係が、図１２の状態Ａ、状態Ｃで示す場合、同方向の差交磁束が生じる。第１発電コイル部において、コイルは同じ方向に巻回されており、かつ、コイルは直列ディジーチェーン接続されている。これらによって、コイルで生じる起電力を足し合わせることができる。第２発電コイル部についても同様である。

また、他の一態様では、図１４及び図１５を参照して、上述の海中ブイにおいて、前記一方側第１磁石列と前記他方側第１磁石列と一方側第２磁石列と他方側第２磁石列とは、それぞれ、周方向で隣接する２つの前記磁石の磁石分極が互いに逆方向となるように、所定の第３ピッチ円の円周上に略均等配置された同形の２ｎ個の磁石からなり、前記第１発電コイル部と前記第２発電コイル部それぞれの前記コイル鉄心は、前記２ｎ個の磁石に対して１つおきに対応するようにｎ個（ｎは偶数）の同形のサブコイル鉄心が前記第３ピッチ円の円周上に略均等配置され、前記ｎ個のサブコイル鉄心のうち、連続したｍ個（ｍはｎの約数、かつｎ＝２×ｍ）を１つのコイル鉄心セットとして各コイルが、周方向で隣接する前記コイル鉄心で巻回方向が同じになるように巻回された結線になっていることを特徴とする。

この構成によれば、コイルが巻回された鉄心コイルの数に対して磁石数がｍ倍とされることによって、磁石保持部材の回転によって生じる交流磁界の周波数もｍ倍になる。コイルが巻回された１つの鉄心コイルの起電力は、差交磁束の時間微分で得られることから、発生電圧は、鉄心コイルの数と磁石の数が同数のアキシャルギャップ型発電構造に対してｍ倍となる。さらに、この構成によれば、図１４の状態Ａ、状態Ｃを参照して、固定子（固定子ＳＴｅ−１、ＳＴｅ−２）と回転子（回転子ＲＴｅ−１〜ＲＴｅ−４）との位置関係が、図１４の状態Ａ、状態Ｃで示す場合、同方向の差交磁束が生じる。第１発電コイル部において、コイルは同じ方向に巻回されており、かつ、コイルは直列ディジーチェーン接続されている。こられによって、コイルで生じる起電力を足し合わせることができる。第２発電コイル部についても同様である。

また、他の一態様では、図１７、図１８及び図１９を参照して、上述の海中ブイにおいて、前記一方側第１磁石列と前記他方側第１磁石列と一方側第２磁石列と他方側第２磁石列とは、それぞれ、周方向で隣接する２つの前記磁石の磁石分極が互いに逆方向となるように、所定の第４ピッチ円の円周上に略均等配置された２ｎ（ｎは３以上の整数）個の磁石からなり、前記第１発電コイル部及び前記第２発電コイル部それぞれの前記コイル鉄心は、前記略第４ピッチ円の円周上に４ｎ個、略均等配置され、前記コイルは、周方向に順に連続して並んだ任意の５つの第１〜第５コイル鉄心における前記第１コイル鉄心と前記第１コイル鉄心に隣接する第２コイル鉄心とに巻回された第１コイルと、前記第２コイル鉄心と前記第２コイル鉄心に隣接する第３コイル鉄心とに巻回された第２コイルと、前記第３コイル鉄心と前記第３コイル鉄心に隣接する第４コイル鉄心とに巻回されてなり且つ前記第１コイルと周方向で隣接するように配置された第３コイルと、前記第４コイル鉄心と前記第４コイル鉄心に隣接する第５コイル鉄心とに巻回されてなり且つ前記第２コイルと周方向で隣接するように配置されたた第４コイルとを備え、前記第１コイルと前記第２コイルとは、互いに巻回方向が互いに同じで、且つ、前記第３コイル及び前記第４コイルと巻回方向が逆になるように巻回された結線になっていて、全周にわたり、前記第１コイルから前記第４コイルが直列に結線されていることを特徴とする。なお、矢印ａは、コイルの巻き方向を示す。

この構成において、第１系列（例えば、第１コイル及び第３コイルのコイル列がディジーチェーン接続された系列）と、第２系列（例えば、第２コイル及び第４コイルのコイル列がディジーチェーン接続された系列）とは、それぞれ半位相ずれた台形状の差交磁束が生じる。これらが足し合わされると、三角波形の差交磁束が合成される。これを時間微分すると矩形波様の起電力となり、これを整流すると直流様の電圧（電流）が得られる。この構成によって生成される電圧は、正弦波様の電圧と比べ、実効電力（デュ−ティ）が１００％に近い発電と言える。この構成は、電圧よりもトータル電力を重視する場合に適した発電構造を備える。

本発明にかかる海中ブイは、単純かつ簡素な構造でありながら、長期間のメンテナンスを必要とせず、しかも周囲の低速水流（海中潮流）の流れを利用して自家発電できる。

第１実施形態の海中ブイの構成を示す斜視図である。 第１実施形態の海中ブイの要部の断面図である。 第１実施形態の海中ブイの水車の斜視図である。 図３Ａの平面図である。 水車の変形例の斜視図である。 図３Ｃの平面図である。 第１実施形態の海中ブイの磁石列と発電コイル部とを説明するための断面図である。 第１実施形態の発電コイル部の断面図である。 固定子側ヨークの変形例の平面図である。 第２実施形態の海中ブイの要部の斜視図である。 第２実施形態の海中ブイの要部の平面図である。 第２実施形態の海中ブイの要部の断面図である。 第３実施形態の海中ブイの要部の断面図である。 第３実施形態の海中ブイの磁石列と発電コイル部とを説明するための断面図（状態Ａ）、状態Ａから磁石列が発電コイル部に対して回転した状態Ｂの断面図、状態Ｂから磁石列が発電コイル部に対して更に回転した状態Ｃの断面図である。 第３実施形態の発電コイル部の断面図である。 第４実施形態の発電コイル部の断面図（状態Ａ）、状態Ａから磁石列が発電コイル部に対して回転した状態Ｂの断面図、状態Ｂから磁石列が発電コイル部に対して更に回転した状態Ｃの断面図である。 第４実施形態の発電コイル部の断面説明図である。 第５実施形態の発電コイル部の断面図（状態Ａ）、状態Ａから磁石列が発電コイル部に対して回転した状態Ｂの断面図、状態Ｂから磁石列が発電コイル部に対して更に回転した状態Ｃの断面図である。 第５実施形態の発電コイル部の断面図である。 第３実施形態、第４実施形態及び第５実施形態の発電コイル部に生じる起電力の挙動を示すグラフである。 第６実施形態の発電コイル部の断面図（状態Ａ）、状態Ａから磁石列が発電コイル部に対して回転した状態Ｂの断面図である。 図１７の状態Ｂから磁石列が発電コイル部に対して更に回転した状態Ｃの断面図、状態Ｃから磁石列が発電コイル部に対して更に回転した状態Ｄの断面図である。 第６実施形態の発電コイル部の断面図である。 第６実施形態の発電コイルの貫通磁束と合成起電力を表したグラフである。 従来の海洋監視システムの説明図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

図１は、第１実施形態における海中ブイの構成を示す斜視図である。図２は、第１実施形態の海中ブイにおける要部の断面図である。

本実施形態における海中ブイＳａは、海底資源開発、漁業、自然災害および領土防衛等の目的で、例えば水温、水質、津波および船舶の侵入等を監視するための各種用途に適したものであり、以下に詳しく説明する。

図１において、第１実施形態における海中ブイＳａは、浮きＦＬと、アキシャルギャップ型発電機（以下、「ＡＧ型発電機」と略記する。）ＰＧａと、水車４ａと、尾翼ＣＡと、錘ＷＥとを備える。

浮きＦＬは、浮力を生成する装置であり、例えば、金属材料で形成され、密閉された中空の円柱体である。浮きＦＬは、例えば金属材料で形成された第１ワイヤーＷＩ１によってＡＧ型発電機ＰＧａと連結されている。

水車４ａは、流体の流れを受けて回転軸４１（図２に図示）に回転運動を生じさせる。回転軸４１は、後述のＡＧ型発電機ＰＧａの回転子ＲＴａの磁石保持部材に連結され、水車４ａで生じた回転運動は、回転軸４１を介してＡＧ型発電機ＰＧａに伝達され、回転子ＲＴａを回転させる。

この実施形態では、水車は、例えば、図１に示すように、２個の第１および第２水車４ａ−１、４ａ―２を備えている。第１および第２水車４ａ−１、４ａ−２は、断面矩形形状の筒形状の第１支持体ＭＢ１の内部に、各回転軸４１の軸方向を揃えて並設されている。

第１および第２水車４ａ−１、４ａ−２は、それぞれ、前記１つの回転軸４１と、４つの旋回翼４２と、当て止め部４５と、スポーク４３と、固定部材４４とを備える。第１水車４ａ−１と第２水車４ａ−２とは、互いに同形であるので、両者を区別することなく、以下に説明する。

回転軸４１は、一方向に長尺な円柱形状の部材であり、上述したように、その一方端は、ＡＧ型発電機ＰＧａの回転子ＲＴａの磁石保持部材１５ａに固定的に連結されている。

旋回翼４２は、海水の流れ（潮流）を受けるための部材であり、任意の個数でよいが、図２に示す例では、４枚の第１ないし第４旋回翼４２−１〜４２−４を備える。

各第１ないし第４旋回翼４２−１〜４２−４は、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、一方向に長尺な円柱形状の保持軸４２１と、保持軸４２１に回転自在に保持された翼部材４２２とを備えている。

保持軸４２１は、回転軸４１の径方向外側に回転軸４１と距離を隔てて、回転軸４１の周方向に等間隔に配置されている。

各翼部材４２２は、平板形状を有し、翼部材４２２が保持軸４２１回りに回転可能に、翼部材４２２の幅方向の一方端が保持軸４２１に保持されている。

当て止め部４５は、軸方向に長尺な円柱形状、または、固定部材４４（側壁円盤）から突き出たピン形状を有する。当て止め部４５は、海水の流れに伴う翼部材４２２の回転において、翼部材４２２を当て止めして翼部材４２２の回転を止める機能を有する。この実施形態では、当て止め部４５の個数は、翼部材４２２の個数と同じである（この実施形態では４個）。

各当て止め部４５は、この当て止め部４５と保持軸４２１との距離が翼部材４２２の幅寸法よりよりも小さくなる位置に、保持軸４２１と略平行に配置された状態で固定部材４４に固定的に保持されている。これにより、海水の流れに伴う翼部材４２２の回転において、翼部材４２２の他方端が当て止め部４５に当て止めされる。

固定部材４４は、スポーク４３を介して保持軸４２１を回転軸４１に連結して固定するための部材である。固定部材４４は、例えば、網状の円板である。固定部材４４は、本実施形態において、例えば、図２に示すように、スポーク４３を介して保持軸４２１を、保持軸４２１の両端部で支持するために、１対の第１および第２固定部材４４−１、４４−２（２個の固定部材４４）を備えている。これら１対の第１および第２固定部材４４−１、４４−２それぞれには、中央位置に回転軸４１を挿通するための貫通開口がそれぞれ形成されている。そして、第１固定部材４４−１は、前記貫通開口に回転軸４１が挿通されて固定されている。第２固定部材４４−２は、前記貫通開口に回転軸４１が挿通され、第１固定部材４４−１から所定の間隔を空けて固定されている。所定の間隔とは、回転軸方向に沿った、旋回翼４２における両端部間の長さに対応する間隔である。

スポーク４３は、保持軸４２１と固定部材４４とを互いに連結するための部材であり、例えば、線材である。本実施形態において、例えば、図２に示すように、１つの保持軸４２１（図３Ａ、図３Ｂ）を、この両端で、２対のスポーク４３（４個のスポーク４３）が連結される。４枚の第１ないし第４旋回翼４２−１〜４２−４に応じて、８対の第１１ないし第４２スポーク４３−１１〜４３−４２（１６個のスポーク４３）がある。

１対のスポーク４３は、これらのスポーク４３の一方端が連結されており、略Ｖ字状の形状を有する。１対のスポーク４３は、２本の線材で構成される。第１１および第１２スポーク４３−１１、４３−１２において、前記略Ｖ字状の各連結部分が、第１旋回翼４２−１の軸方向両端部における前記軸方向に直交する各一方端部で、第１旋回翼４２−１の角度調節が可能に連結されて固定されている。第１１および第１２スポーク４３−１１、４３−１２において、前記略Ｖ字状の各先端部分が、第１および第２固定部材４４−１、４４−２それぞれに連結されて固定されている。第２１および第２２スポーク４３−２１、４３−２２それぞれ、第３１および第３２スポーク４３−３１、４３−３２それぞれ、および、第４１および第４２スポーク４３−４１、４３−４２それぞれも、第１１および第１２スポーク４３−１１、４３−１２それぞれと同様である。すなわち、これらの一対のスポーク４３は、第２ないし第４旋回翼４２−２〜４２−４と第１および第２固定部材４４−１、４４−２とに連結されて固定されている。第１ないし第４旋回翼４２−１〜４４−４は、第１１ないし第４２スポーク４３−１１〜４３−４２（１６本のスポーク４３）によって、周方向に等間隔（図２に示す例では３６０／４＝９０度間隔）で配設されている。また、第１ないし第４旋回翼４２−１〜４４−４は、第１１ないし第４２スポーク４３−１１〜４３−４２における略Ｖ字状の各連結部分において、角度調節可能に連結されているので、回転軸４１に対する角度を調節できる。回転軸４１に対する角度は、回転軸４１、および、角度調節の際に旋回翼４２が回転する軸となる回転軸で形成される平面と、平板形状の旋回翼４２の平面と、で形成される角度である。これによって本実施形態の水車４ａは、潮流の流速（例えば年平均速度等）に応じて適宜な角度に設定できる（なお、図３Ｂでは、固定部材４４及びスポーク４３を省略している。）。

図１に示すように、尾翼ＣＡは、潮流の流れる方向に応じた方向に第１および第２水車４ａ−１、４ａ−２を向けるための部材である。尾翼ＣＡは、例えば、平板形状の部材であり、この尾翼ＣＡの一方端部は、一方向に長尺な角柱形状を有する第２支持部材ＭＢ２における他方端で、第２支持部材ＭＢ２に連結されて固定されている。そして、第２支持部材ＭＢ２の一方端は、互いに並設された第１および第２水車４ａ−１、４ａ−２における並設方向の略中央位置で、第１支持部材ＭＢ１の底面に連結されて固定されている。

錘ＷＥは、第１および第２水車４ａ−１、４ａ−２を沈めるための部材であり、例えば、所定の重さを持つ円柱体である。錘ＷＥの一方端は、例えば金属材料で形成された第２ワイヤーＷＩ２によって第１支持部材ＭＢ１と連結される。錘ＷＥの他方端は、例えば金属材料で形成された第３ワイヤーＷＩ３によって例えばアンカー等の固定具（不図示）と連結されている。

海中ブイＳａに備えられる各部材ＦＬ、ＷＩ１、ＭＢ１、４ａ、ＭＢ２、ＣＡ、ＷＩ２、ＷＥ、ＷＩ３は、耐腐食性の高い材料、例えば、ステンレス鋼、強化プラスチック、炭素繊維等で形成されることが好ましい。

図１及び図２を参照して、第１実施形態は、ＡＧ型発電機ＰＧａとして、２個の第１および第２ＡＧ型発電機ＰＧａ−１、ＰＧａ−２を備えている。第１ＡＧ型発電機ＰＧａ−１は、第１水車４ａ−１に対応している。第２ＡＧ型発電機ＰＧａ−２は、第２水車４ａ−２に対応している。第１水車４ａ−１の回転軸４１は、第１ＡＧ型発電機ＰＧａ−１の回転子ＲＴａに連結されて固定される。第２水車４ａ−２の回転軸４１は、第２ＡＧ型発電機ＰＧａ−２の回転子ＲＴａに連結されて固定される。

第１および第２ＡＧ型発電機ＰＧａ−１、ＰＧａ−２は、それぞれ、筐体３１ａと、固定子ＳＴａと、回転子ＲＴａとを備えて構成される。これらの発電機は、互いに略同様であるので、一部の相違点を除き、両者を区別することなく、以下に説明する。

図２に示すように、筐体３１ａは、密閉可能な例えば略直方体形状の中空の箱体であり、固定子ＳＴａを内蔵している。筐体３１ａは、第１および第２ＡＧ型発電機ＰＧａ−１、ＰＧａ−２ごとに設けられても良いが、本実施形態では、第１および第２ＡＧ型発電機ＰＧａ−１、ＰＧａ−２に共通に設けられている。

海中ブイＳａは、筐体３１ａの内部３４ａに充填された充填物３３ａと、筐体３１ａの内外の圧力差を無くすための調圧機構３２とを備えている。

筐体３１ａの内部３４ａには、情報取得部１７が、その一部が外に臨むように内蔵され、そして、電装品１８が内蔵されている。情報取得部１７は、所定の情報を取得する装置であり、例えば、海中の様子を撮影するカメラ、塩分濃度等の水質を検出する水質センサ、および、水温を検出する水温センサである。情報取得部１７は、その動作に電力を必要とする場合、直接、又は、電装品１８を介して、ＡＧ型発電機ＰＧａから給電される。電装品１８は、ＡＧ型発電機ＰＧａから給電され、情報取得部１７を制御し、情報取得部１７で取得された情報を記憶し、所定の間隔で前記情報を外部へ送信する装置である。電装品１８は、ＡＧ型発電機ＰＧａから給電された交流電力を、必要に応じて、情報取得部１７に適した電力へ変換する。例えば、電装品１８は、交流電力を直流電力へ変換したり、電圧値を所定値に変換したりする。

充填物３３ａは、オイル等の非圧縮性且つ絶縁性液体からなり、筐体３１ａの内部３４ａに一杯に充填されている。

調圧機構３２は、例えば、筐体３１ａの一部に形成された容積調整蛇腹から構成されている。

筐体３１ａは、その内部３４ａに配置された固定子ＳＴａの発電コイル部２０ａと、水車４ａの回転軸４１に連結されて筐体３１ａ外に配置された回転子ＲＴａの磁石列５ａとが対向するように、第１支持部材ＭＢ１に連結されて固定されている。

筐体３１ａの筐体壁のうち、少なくとも筐体壁１３ａ（筐体３１ａにおける固定子ＳＴａの発電コイル部２０ａと回転子ＲＴａの磁石列５ａとの間に介在する筐体壁）は、非磁性かつ絶縁性を持つ第１材料、または、高電気抵抗値（１ｋΩ・ｍ以上の電気抵抗値）を持つ第２材料で形成されている。筐体壁１３ａの第１材料として、例えば、セラミック、ガラス、ガラス繊維および強化プラスチック等が望ましい。比較的比抵抗の高い金属（例えば、ステンレスやチタン等）は、金属の導電性が原因となる渦電流損失が許容される量であれば、筐体壁１３ａの第２材料として採用できる。

図２を参照して、固定子ＳＴａは、非回転部分であり、発電コイル部２０ａと、固定子側ヨーク（バックヨーク）１１ａとを備える。発電コイル部２０ａは、複数のコイル鉄心２１ａと、コイル鉄心２１ａに巻回されたコイル２２ａとを備える。

図５を参照して、複数のコイル鉄心２１ａは、所定のピッチ円１９ａの円周上の周方向に均等（等間隔）に配置されている。各コイル鉄心２１ａは、断面が台形状の磁性体コアから構成されている。

コイル２２ａは、例えば、テープ（薄帯）状導体からなり、各コイル鉄心２１ａにフラットワイズ巻に巻回されている。

本実施形態において、コイル２２ａは、周方向で互いに隣接する２つのコイル鉄心２１ａで、巻方向ａが逆になるように巻回された結線で直列接続されている。

図２を参照して、固定子側ヨーク１１ａとして、様々な形態が考えられる。例えば、固定子側ヨーク１１ａは、コイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の電磁軟鉄または純鉄と、前記コイル状に巻回された前記帯状の電磁軟鉄または純鉄における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造を有する。例えば、固定子側ヨーク１１ａは、片面または両面に絶縁性樹脂等の絶縁被覆を持ち、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の電磁軟鉄または純鉄を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成される。例えば、固定子側ヨーク１１ａは、１層の電磁軟鉄層または純鉄層に１層の絶縁層を積層した長尺な帯状の部材を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成される。例えば、固定子側ヨーク１１ａは、前記長尺な帯状の電磁軟鉄または純鉄を、長尺な帯状の絶縁部材（例えば樹脂材料製のテープ等）を挟み込みながら、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回することによって形成される。前記樹脂材料製のテープは、例えばＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のテープである。

このように形成された固定子側ヨーク１１ａは、筐体３１ａ内における発電コイル部２０ａを挟んで回転子ＲＴａの磁石列５ａと反対側に配置されている。

尚、固定子側ヨークは、コイル状に巻回された形態のものに限らず、適宜変更でき、例えば図６に示すように固定子側ヨーク１１１は、磁性体から形成された円環形状の板部材であってもよい。例えば、固定子側ヨーク１１１は、絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末を圧縮成形することによって形成される部材であってよい。このような固定子側ヨーク１１１は、磁気的に等方性を有する。例えば、透磁率が等方性である。前記軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。また、一般に、透磁率が同一である場合に飽和磁束密度が大きいので、軟磁性粉末は、例えば上記純鉄粉、鉄基合金粉末およびアモルファス粉末等の金属系材料であることが特に好ましい。このような絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末を圧縮成形した固定子側ヨーク１１１は、例えば、いわゆる圧粉コアを製造する場合の圧粉形成等の公知の常套手段によって形成することができる。

尚、このような圧粉コアから成る固定子側ヨーク１１１は、その粉末の粒度や粒度分布、および、成形体密度等により磁気特性を制御できる。例えば、成形体の密度を高くすることで透磁率を高く、粉末の粒度を小さくすることで渦電流損を抑制することが可能である。このため、固定子側ヨーク１１１に求められる電磁気特性を実現するために、圧粉体に用いる粉末の粒度や成形体の密度等が調節される。

固定子側ヨーク１１１がそのような円環形状の板体から形成される場合、図６に示すように、径方向（放射方向）と周方向との少なくとも１方向に延されたスリット１１２を備える構成が好ましい（図６では、径方向と周方向とのそれぞれに延されたスリット１１２を例示している）。

図２及び図４を参照して、回転子ＲＴａは、回転部分であり、複数の磁石１４ａからなる磁石列５ａと、磁石列５ａを保持した磁石保持部材１５ａとを備えている。磁石保持部１５ａは、回転子側ヨークの機能を有する。

磁石保持部材１５ａは、磁性体により構成される円板形状の部材である。磁石保持部材１５ａは、磁石保持部材１５ａの中央位置に、水車４ａの回転軸４１を挿通するための貫通開口が形成されている。水車４ａの回転軸４１は、前記貫通開口に挿通されて固定される。これによって回転子ＲＴａは、水車４ａの回転軸４１と連結されて固定される。

複数の磁石１４ａは、磁界を生じさせ、発電コイル部２０ａと相互作用することによって発電コイル部２０ａに誘導起電力を生じさせるための磁石であり、例えば永久磁石である。この実施形態において、磁石１４ａは、コイル鉄心２１ａと同数であり、磁石保持部材１５ａの一方主面上に、上記ピッチ円１９ａ（図５に図示）の円周上に周方向に均等配置（等間隔で配置）され、円形状を呈する磁石列５ａに形成されている。磁石列５ａは、磁石保持部材１５ａに保持された状態で、筐体壁１３ａの一部を挟んで発電コイル部２０ａと反対側に配置されている。

複数の磁石１４ａのそれぞれは、軸方向（厚さ方向）に着磁されており、互いに隣接する磁石１４ａ同士では、各磁極が相互に逆方向となるように配置されている。このような複数の磁石１４ａは、水車４ａの回転軸４１の回転に伴って磁石保持部材１５ａが回転すると、回転軸４１と共に回転する。

図１及び図２を参照して、以上説明したＡＧ型発電機ＰＧａを搭載した第１実施形態の海中ブイＳａは、第２ワイヤーＷＩ２、錘ＷＥおよび第３ワイヤーＷＩ３によって、所定の経度および緯度の位置に略固定され、浮きＦＬの浮力と錘ＷＥの重さとのバランスによって、第１および第２水車４ａ−１、４ａ−２が所定の深さ（例えば水深４０ｍ以上）に位置するように、海洋に配置される。海洋に配置された海中ブイＳａでは、尾翼ＣＡが潮流の流れる方向に沿うように向くことによって、第１支持部材ＭＢ１における一方端の開口から潮流が流れ込み、この流れ込んだ潮流が第１および第２水車４ａ−１、４ａ−２の各旋回翼４２を押し、第１支持部材ＭＢ１における他方端の開口から潮流が流れ出す。この第１および第２水車４ａ−１、４ａ−２の各旋回翼４２が上記流れ込んだ潮流で押されることによって、第１および第２水車４ａ−１、４ａ−２の各回転軸４１が回転する。

その際、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、水車４ａの翼部材４２２が保持軸４２１に回転可能に保持され、海水の流れに伴う翼部材４２２の回転において、１つの翼部材４２２（図の左側の翼部材４２２）が水流Ｐに対して略垂直になった状態で当て止め部４５に当て止めされ、他の３つの翼部材４２２が水流Ｐに対して略平行になる。従って、上記略垂直状になった１つの翼部材４２２は、図３Ｂに示す一方向Ｘ１（反時計方向）側への回転力を受け、他の３つの翼部材４２２は、他方向Ｘ２（一方向Ｘ１と反対方向）側への回転力、即ち、一方向Ｘ１側への回転の抵抗力を殆ど受けない。

よって、例えば図３Ｃ及び図３Ｄに示すようなサボニウス型の旋回翼１４２２を有する水車１０００と比べて、この実施形態の水車４ａは、小さい力で円滑に回転できる。より詳しくは、図３Ｃ及び図３Ｄに示すサボニウス型の水車１０００の旋回翼１４２２は、お椀型の凹凸形状を有し、回転軸１０４１に固定的に保持されている。サボニウス型の水車１０００では、海水の流れに伴う翼部材１４２２の回転において、図３Ｄの左側の翼部材１４２２は、水流Ｐを凹面で受けることで一方向Ｘ１側への回転力を受ける。一方、他の３つの翼部材１４２２は、水流Ｐに対して凸面で他方向Ｘ２側への回転力、即ち、一方向Ｘ１側への回転の抵抗力を、本実施形態の水車４ａより多く受ける。従って、この実施形態の水車４ａは、サボニウス型の旋回翼１４２２を有する水車１０００に比べて、流速の遅い小さい力で円滑に回転できる。この点で、サボニウス型の旋回翼１４２２を有する水車１０００を用いるよりも、この実施形態の水車４ａを用いるのが好ましい。ただし、図３Ｃ及び図３Ｄに示すサボニウス型の水車１０００を用いることも可能であり、適宜変更し得る。

図１及び図２を参照して、各回転軸４１の各回転運動が第１および第２ＡＧ型発電機ＰＧａ−１、ＰＧａ−２における各回転子ＲＴａにそれぞれ伝達される。

第１および第２ＡＧ型発電機ＰＧａ−１、ＰＧａ−２それぞれでは、各回転子ＲＴａの回転によって、各磁石１４ａが各固定子ＳＴａの発電コイル部２０ａに対し相対的にそれぞれ運動する。これにより、各固定子ＳＴａの発電コイル部２０ａに誘導起電力が生じ、第１および第２ＡＧ型発電機ＰＧａ−１、ＰＧａ−２それぞれは、発電する。

その際、磁石列５ａと発電コイル部２０ａとの間の筐体壁１３ａには、交流磁界が貫通する。筐体壁１３ａは、非磁性且つ絶縁性の材料、又は、高電気抵抗性の材料から構成されているため、ヒステリシスや渦電流による電力損失が生じ難い。

筐体３１ａの内部３４ａには、非圧縮性流体からなる充填物３３ａが充填され、かつ、筐体３１ａは、内部３４ａの圧力を調整する調圧機構３２を備えている。このため、４０ｍ以上の海中（例えば１ｋｍの深海）に、海中ブイＳａ沈めても、筐体３１ａの内外圧は常に同じに保たれる。これにより、筐体壁１３ａは厚い高強度金属製の耐圧容器である必要がなくなる。筐体壁１３ａは、環境海水に対する耐腐食性さえ満たせば、必ずしも金属である必要がない。筐体壁１３ａは、比較的薄い部材で十分なため、海中ブイ全体が軽量で安価なものにできる。

筐体３１ａの内外圧は常に同じに保たれるため、筐体３１ａにおける磁石列５ａと発電コイル部２０ａの間の筐体壁１３ａを薄くできる。これにより、筐体３１ａの外部の磁石列５ａと内部の発電コイル部２０ａとを近接させることがでるので、磁石列５ａと発電コイル部２０ａとの距離は小さくなる。よって、磁石列５ａと発電コイル部２０ａとの磁気的な結合が強くなるので、発電効率が高くなる。

以上、第１実施形態の海中ブイＳａは、例えば現場周辺に存在する潮流により水車４ａの回転軸４１を回転させ、それに伴い回転軸４１と共に磁石列５ａを保持した磁石保持部材１５ａを回転させることで、自家発電による電力供給が可能となる。これにより、第１実施形態の海中ブイＳａは、メンテナンスフリーで略永続的に測定及び監視が可能になる。

筐体３１ａが完全密封の状態で、筐体３１ａの外部に置く水車４ａが生み出す交流磁界によって、筐体３１ａ内部において、非接触に電力を生み出すことができる。これにより、海中ブイＳａの小型化を図ることができる。また筐体３１ａの内部には、機械的に動く機構がないため、筐体３１ａの内部の老朽化や故障が最小限に抑えられ、この点でもメンテナンスを不要にできる。

第２実施形態について、図７Ａ、図７Ｂ及び図８を用いて説明する。第２実施形態の海中ブイＳｂは、第１実施形態と同様に、浮きと、ＡＧ型発電機ＰＧｂと、水車４ｂ−１、４ｂ−２と、尾翼と、錘とを備える（図７Ａ、図７Ｂ、図８では、浮き、尾翼及び錘を省略している）。浮き、尾翼及び錘は、第１実施形態に備えられるそれらと同じ構成を有する。

第２実施形態のＡＧ型発電機ＰＧｂは、筐体３１ｂと、固定子ＳＴｂと、回転子ＲＴｂとを備えている。

第２実施形態の筐体３１ｂは、筐体本体部１３２と、筐体本体部１３２から突設された突設部（第１突設部１３３、第２突設部１３４）とを備えている。

筐体本体部１３２は、平面視で、筐体本体部１３２の中央部から長手方向の一方端側及び他方端側それぞれに行くに従って漸次幅狭になり、且つ、一方端側及び他方端側それぞれが尖るように形成されている。

筐体本体部１３２は、情報取得部及び調圧機構３２を備え、内部に電装品１８を収納している。情報取得部、調圧機構３２及び電装品１８は、第１実施形態に備えられるそれらと略同構成を有する。

第２実施形態は、突設部として、平面視で、筐体本体部１３２の上端側の中央部から一体的に幅方向の一方側に突設された第１突設部１３３と、前記幅方向の他方側に突設された第２突設部１３４とを備えている。図７Ａは、水流に対して筐体１３２の左右に逆回転する対をなす２つの水車（第１水車４ｂ−１及び第２水車４ｂ−２）を配置する構成を示すために、第１突設部１３３及び第２突設部１３４の幅は、小さく描かれている。一方、図７Ｂは、各水車のロータに磁気的に結合する、発電機のステータを収納する筐体の突設部１３３および１３４を説明する図であるため、第１突設部１３３の幅は、円環状の形状を有するステータＳＴｂ−１（図８）が第１突設部１３３に収容できる寸法を有し、第２突設部１３４の幅は、円環状の形状を有するステータＳＴｂ−２（図８）が第２突設部１３４に収容できる寸法を有する。図７Ｂにおいて、図７Ａの第１突設部１３３に対応する符号１１３３で示す部材が示され、図７Ａの第２突設部１３４に対応する符号１１３４で示す部材が示されている。符号１１３３及び符号１１３４で示される部材は、実際には存在しない。または、これらの部材は、水車保持の強度を担う骨格部材を示すものである。

第１突設部１３３と第２突設部１３４との内部は、筐体本体部１３２の内部と連通されており、充填物が筐体本体部１３２、第１突設部１３３及び第２突設部１３４の内部に充填されている。

第２実施形態は、固定子ＳＴｂとして、第１突設部１３３の内部に配置された第１固定子ＳＴｂ−１と、第２突設部１３４の内部に配置された第２固定子ＳＴｂ−２とを備えている。第１固定子ＳＴｂ−１と第２固定子ＳＴｂ−２とは、第１実施形態に備えられるそれらと同じ構成を有する。

詳しくは、第１固定子ＳＴｂ−１は、第１突設部１３３の内部に収納された第１発電コイル部２０ｂ−１と第１固定子側ヨーク１１ｂ−１とを備えている。

第２固定子ＳＴｂ−２は、第２突設部１３４の内部に収納された第２発電コイル部２０ｂ−２と第２固定子側ヨーク１１ｂ−２とを備えている。

第２実施形態は、回転子として、第１回転子ＲＴｂ−１と、第２回転子ＲＴｂ−２とを備えている。これらの第１回転子ＲＴｂ−１と第２回転子ＲＴｂ−２とは、第１実施形態に備えられるそれらと同構成を有する。

詳しくは、第１回転子ＲＴｂ−１は、筐体壁１３ｂの一部を挟んで第１発電コイル部２０ｂ−１と対向するように配置された第１磁石列５ｂ−１と、第１磁石列５ｂ−１を保持した第１磁石保持部材（第１回転子側ヨーク）１５ｂ−１とを備えている。

第２回転子ＲＴｂ−２は、筐体壁１３ｂの一部を挟んで第２発電コイル部２０ｂ−２と対向するように配置された第２磁石列５ｂ−２と、第２磁石列５ｂ−２を保持した第２磁石保持部材（第２回転子側ヨーク）１５ｂ−２とを備えている。

第２実施形態は、水車として、第１突設部１３３側に、第１回転子ＲＴｂ−１の第１磁石保持部材１５ｂ−１と連結して配置された第１水車４ｂ―１と、第２突設部１３４側に、第２回転子ＲＴｂ−２の第２磁石保持部材１５ｂ−２と連結して配置された第２水車４ｂ−２とを備えている。

第１水車４ｂ−１と第２水車４ｂ−２とは、第１実施形態に備えられるそれらと同じ構成を有する。第１水車４ｂ−１は、水流Ｐに対して図７Ｂの反時計方向に回転し、第２水車４ｂ−２は、水流Ｐに対して図７Ｂの時計方向に回転できるように、筐体本体部１３２に対して対称位置に配置されている。

このような構成を有する第２実施形態において、筐体本体部１３２が、平面視で筐体本体部１３２の中央部から一方端側及び他方端側それぞれに行くに従って漸次幅狭になるように形成されている。このため、筐体本体部１３２が水流Ｐに対して筐体本体部１３２の一方端から他方端にかけての長手方向が水流Ｐの方向に沿わされ、筐体３１ｂが水流Ｐに対して常時安定姿勢になる。

筐体本体部１３２で幅方向の両側に分れた水流Ｐは、第１水車４ｂ−１及び第２水車４ｂ−２に達する位置で増速され、最大トルクが生じる。

第３実施形態の海中ブイＳｃについて、図９〜図１１を用いて説明する。第３実施形態の海中ブイＳｃは、第１実施形態と同様に、浮きと、ＡＧ型発電機ＰＧｃと、水車４ｃ−１〜４ｃ−４と、尾翼と、錘とを備える（図９では、浮き、尾翼及び錘を省略している）。浮き、尾翼及び錘は、第１実施形態に備えられるそれらと同じ構成を有する。図１０において、ＳＡは、状態Ａを示し、ＳＢは、状態Ｂを示し、ＳＣは、状態Ｃを示し、Ｒは、回転を示す。

第３実施形態のＡＧ型発電機ＰＧｃは、筐体３１ｃと、固定子ＳＴｃ−１、ＳＴｃ−２と、回転子ＲＴｃ−１、ＲＴｃ−２、ＲＴｃ−３、ＲＴｃ−４とを備えている。

第３実施形態の筐体３１ｃは、第２実施形態の筐体３１ｂと同様に、筐体本体部２３２と、筐体本体部２３２から突設された突設部（第１突設部２３３、第２突設部２３４）とを備えている。

筐体本体部２３２は、情報取得部及び調圧機構３２を備え、内部に電装品１８を収納している。情報取得部、調圧機構３２及び電装品１８は、第１実施形態に備えられるそれらと略同じ構成を有する。

第３実施形態は、突設部として、第２実施形態の突設部と同様に、筐体本体部２３２の幅方向の一方側に突設された第１突設部２３３と、幅方向の他方側に突設された第２突設部２３４とを備えている。ただし、第３実施形態において、第１突設部２３３と第２突設部２３４とは、筐体本体部２３２の上下の中央部から突設されている。

第３実施形態は、固定子として、第１突設部２３３の内部に配置された第１固定子ＳＴｃ−１と、第２突設部２３４の内部に配置された第２固定子ＳＴｃ−２とを備えている。

第１固定子ＳＴｃ−１は、第１突設部２３３の内部に収納された第１発電コイル部２０ｃ−１を備えている。ただし、第３実施形態の第１固定子ＳＴｃ−１は、第２実施形態で配設された第１固定子側ヨーク１１ｂ−１に対応するヨークを備えていない。

第１発電コイル部２０ｃ−１は、第２実施形態の第１発電コイル部２０ｂ−１と同様に、複数の複数のコイル鉄心２１ｃとコイル鉄心２１ｃに巻回されたコイル２２ｃとを備え、第３実施形態のコイル２２ｃは、図１１に示すように周方向で互いに隣接する２つのコイル鉄心２１ｃで、巻方向ａが互いに逆になるように巻回された結線にて直列接続されている。

第２固定子ＳＴｃ−２は、第２突設部２３４の内部に収納された第２発電コイル部２０ｃ−２を備えている。ただし、第３実施形態の第２固定子ＳＴｃ−２は、第２実施形態で配設された第２固定子側ヨーク１１ｂ−２に対応するヨークを備えていない。

第３実施形態は、回転子として、第２実施形態と同様に、第１回転子ＲＴｃ−１、ＲＴｃ−２と、第２回転子ＲＴｃ−３、ＲＴｃ−４とを備えている。

第３実施形態は、第１回転子として、第１発電コイル部２０ｃ−１を挟んで第１発電コイル部２０ｃ−１の一方側（上側）と他方側（下側）との両側に配置された一方側第１回転子ＲＴｃ−１及び他方側第１回転子ＲＴｃ−２を備えている。

一方側第１回転子ＲＴｃ−１は、第１発電コイル部２０ｃ−１と対向するように第１発電コイル部２０ｃ−１の一方側（上側）に配置された一方側第１磁石列５ｃ−１と、一方側第１磁石列５ｃ−１を保持した一方側第１回転子側ヨーク１５ｃ−１（磁石保持部材）とを備えている。

他方側第１回転子ＲＴｃ−２は、第１発電コイル部２０ｃ−１と対向するように第１発電コイル部２０ｃ−１の他方側（下側）に配置された他方側第１磁石列５ｃ−２と、他方側第１磁石列５ｃ−２を保持した他方側第１回転子側ヨーク１５ｃ−２（磁石保持部材）とを備えている。

第３実施形態は、第２回転子として、第２発電コイル部２０ｃ−２を挟んで第２発電コイル部２０ｃ−２の一方側と他方側との両側に配置された一方側第２回転子ＲＴｃ−３及び他方側第２回転子ＲＴｃ−４を備えている。

一方側第２回転子ＲＴｃ−３は、第２発電コイル部２０ｃ−２と対向するように第２発電コイル部２０ｃ−２の一方側に配置された一方側第２磁石列５ｃ−３と、一方側第２磁石列５ｃ−３を保持した一方側第２回転子側ヨーク１５ｃ−３（磁石保持部材）とを備えている。

他方側第２回転子ＲＴｃ−４は、第２発電コイル部２０ｃ−２と対向するように第２発電コイル部２０ｃ−２の他方側に配置された他方側第２磁石列５ｃ−４と、他方側第２磁石列５ｃ−４を保持した他方側第２回転子側ヨーク１５ｃ−４（磁石保持部材）とを備えている。

第３実施形態は、水車として、第１突設部２３３側に配置された一方側第１水車４ｃ−１及び他方側第１水車４ｃ−２と、第２突設部２３４側に配置された一方側第２水車４ｃ−３及び他方側第２水車４ｃ−４とを備える。このように、第３実施形態は、４つの水車を備える。

一方側第１水車４ｃ−１は、一方側第１回転子側ヨーク１５ｃ−１と固定的に連結された第１回転軸４１ｃ−１を備え、第１発電コイル部２０ｃ−１の一方側に配置されている。他方側第１水車４ｃ−２は、他方側第１回転子側ヨーク１５ｃ−２と固定的に連結された第２回転軸４１ｃ−２を備え、第１発電コイル部２０ｃ−１の他方側に配置されている。

第３実施形態において、第１回転軸４１ｃ−１と第２回転軸４１ｃ−２とは、一本の第１水車用回転軸２４１から構成されている。詳しくは、第１水車用回転軸２４１は、第１突設部２３３を一方側から他方側（上側から下側）に回転可能に挿通されている。第１突設部２３３の一方側に突設された第１水車用回転軸２４１の一方側部が、第１回転軸４１ｃ−１となる。第１突設部２３３の他方側に突設された第１水車用回転軸２４１の他方側部が、第２回転軸４１ｃ−２となる。

一方側第２水車４ｃ−３は、一方側第２回転子側ヨーク１５ｃ−３と固定的に連結された第３回転軸４１ｃ−３を備え、第２発電コイル部２０ｃ−２の一方側に配置されている。他方側第２水車４ｃ−４は、他方側第２回転子側ヨーク１５ｃ−４と固定的に連結された第４回転軸４１ｃ−４を備え、第２発電コイル部２０ｃ−２の他方側に配置されている。

第３実施形態において、第３回転軸４１ｃ−３と第４回転軸４１ｃ−４とは、一本の第２水車用回転軸２４２から構成されている。詳しくは、第２水車用回転軸２４２は、第２突設部２３４を一方側から他方側（上側から下側）に回転可能に挿通されている。第２突設部２３４の一方側に突設された第２水車用回転軸２４２の一方側部が、第３回転軸４１ｃ−３となる。第２突設部２３４の他方側に突設された第２水車用回転軸２４２の他方側部が、第４回転軸４１ｃ−４となる。第３実施形態におけるその他の構成は、第２実施形態と同じ構成を有する。

このように構成された第３実施形態の海中ブイＳｃにおいて、一つの発電コイル部である第１発電コイル部２０ｃ−１が、２つの磁石列５ｃ−１、５ｃ−２で作る２倍の強磁界で挟まれ、かつ、一つの発電コイル部である第２発電コイル部２０ｃ−２が、２つの磁石列５ｃ−３、５ｃ−４で作る２倍の強磁界で挟まれている。磁石列５ｃ−１〜５ｃ−４は、それぞれ、水車４ｃ−１〜４ｃ−４で駆動される。これにより、空間利用効率が高い、発電システムを実現できる。又、発電コイル部２０ｃ−１、２０ｃ−２の固定側ヨークは省略できるので、発電システム全体が軽量化される。

例えば磁石列５ｃが第１発電コイル部２０ｃ−１及び第２発電コイル部２０ｃ−２の一方側又は他方側にだけ配置された場合、発電コイル部の鉄心コアと磁石の吸引力で生じるスラスト力が、水車の回転軸および軸受機構の耐荷重に大きな制約を与える。しかし、第３実施形態において、第１発電コイル部２０ｃ−１及び第２発電コイル部２０ｃ−２それぞれの両側に、磁石列５ｃが配置されている。このため、第１発電コイル部２０ｃ−１及び第２発電コイル部２０ｃ−２それぞれの一方側及び他方側の磁石が発電コイル部を介して生じる吸引力を、１本の第１水車用回転軸２４１の軸強度、及び、１本の第２水車用回転軸２４２の軸強度によって、容易に吸収することができる。従って、水車の回転軸を、簡素かつ軽量にすることができる。又、一般に、高強度材質は、耐食性が劣り、耐食性の高い材料は、強度が低いか、脆い。両者は、トレードオフの関係にある。回転軸は、海水中で、数年以上にわたり稼働可能な耐食性を必要とする。第３実施形態では、簡素かつ軽量な回転軸にできるので、回転軸の材料選定の範囲を広げることができる。

第４実施形態の海中ブイＳｄについて、図１２、図１３を用いて説明する。第４実施形態の海中ブイＳｄのＡＧ型発電機は、筐体と、固定子ＳＴｄ−１〜ＳＴｄ−２、と、回転子ＲＴｄ−１〜ＲＴｄ−４とを備えている。筐体は、第３実施形態の筐体と同じ構成を有する。図１２において、ＳＡは、状態Ａを示し、ＳＢは、状態Ｂを示し、ＳＣは、状態Ｃを示し、Ｒは、回転を示す。

第４実施形態は、回転子として、第３実施形態の回転子と同様に、一方側第１回転子ＲＴｄ−１、他方側第１回転子ＲＴｄ−２と、一方側第２回転子ＲＴｄ−３及び他方側第２回転子ＲＴｄ−４を備えている。

第４実施形態の一方側第１回転子ＲＴｄ−１は、一方側第１固定子ＳＴｄ−１のコイル鉄心２１ｄの２倍の個数（４ｎ個：ｎは３以上の整数）の磁石１４ｄからなる一方側第１磁石列５ｄ−１と、一方側第１磁石列５ｄ−１を保持した一方側第１回転子側ヨークとを備えている。

一方側第１磁石列５ｄ−１において、所定の第２ピッチ円１９ｄの円周上に、周方向で隣接する２つの磁石１４ｄの磁石分極が互いに逆方向となるように、複数の磁石１４ｄが周方向に等間隔に配置されている。尚、第４実施形態において、第２ピッチ円１９ｄは、第１実施形態の第１ピッチ円１９ａと同じ半径の円であるが、異なる半径の円であってもよい。

他方側第１磁石列５ｄ−２は、第１固定子ＳＴｄ−１に対して一方側第１磁石列５ｄ−１と上下対称に配置されている。詳しくは、他方側第１磁石列５ｄ−２は、一方側第１磁石列５ｄ−１と同様に、第２ピッチ円１９ｄの円周上に、周方向で隣接する２つの磁石１４ｄの磁石分極が互いに逆方向となるように、複数の磁石１４ｄが配置されている。

一方側第２磁石列５ｄ−３は、一方側第１磁石列５ｄ−１と同様に配置されている。他方側第２磁石列５ｄ−４は、第２固定子ＳＴｄ−２に対して一方側第２磁石列５ｄ−３と上下対称に配置されている。

第４実施形態は、固定子として、第３実施形態の固定子と同様に、第１発電コイル部２０ｄ−１を有する第１固定子ＳＴｄ−１と、第２発電コイル部２０ｄ−２を有する第２固定子ＳＴｄ−２とを備えている。

第４実施形態の第１発電コイル部２０ｄ−１は、一方側第１回転子ＲＴｄ−１の磁石１４ｄの半分の個数（２ｎ個）のコイル鉄心２１ｄとコイル鉄心２１ｄに巻回されたコイル２２ｄとを備えている。

コイル鉄心２１ｄは、上記第２ピッチ円１９ｄの円周上に、周方向に等間隔に配置されている。従って、第４実施形態の第１発電コイル部２０ｄ−１は、周方向で隣接するコイル鉄心２１ｄ同士間に、一方側第１磁石列５ｄの磁石１４ｄと周方向の幅が略同じ間隙３４４が形成されており、磁石１４ｄは、周方向で１つおきに、コイル鉄心２１ｄに対応する位置になるように配置されている。尚、図１３では、便宜上、上記間隙３４４がほとんど表されていないが、実際は周方向で隣接するコイル鉄心２１ｄ同士間に上記間隙３４４が形成されている。

コイル２２ｄは、図１３に示すように周方向で互いに隣接する２つのコイル鉄心２１ｄで巻方向ａが同じになるように巻回されている。

第２発電コイル部２０ｄ−２は、第１発電コイル部２０ｄ−１と同じ構成を有する。第４実施形態におけるその他の構成は、第３実施形態と同じ構成を有する。

このように構成された第４実施形態の海中ブイＳｄにおいて、磁石１４ｄの個数がコイル鉄心２１ｄの個数の２倍となる。これにより、第３実施形態のようにコイル鉄心２１ｃと磁石１４ｃの個数が同数のアキシャルギャップ型発電構造と比べて、磁石１４ｄの回転によって生じる交流磁界の周波数が２倍になる。１つのコイル鉄心２１ｄにコイル２２ｄが巻回された１つのコイル部の起電力は、差交磁束の時間微分で得られる。よって、第４実施形態の発生電圧は第３実施形態の発生電圧の２倍となる。さらに、第４実施形態によれば、固定子（固定子ＳＴｄ−１、ＳＴｄ−２）と回転子（回転子ＲＴｄ−１〜ＲＴｄ−４）との位置関係が、図１２の状態Ａ、状態Ｃで示す場合、同方向の差交磁束が生じる。第１発電コイル部２０ｄ−１において、コイル２２ｄは同じ方向に巻回されており、かつ、コイル２２ｄは直列ディジーチェーン接続されている。これらによって、コイル２２ｄで生じる起電力を足し合わせることができる。第２発電コイル部２０ｄ−２についても同様である。

第５実施形態の海中ブイＳｅについて、図１４、図１５を用いて説明する。第５実施形態の海中ブイＳｅのＡＧ型発電機は、筐体と、固定子ＳＴｅ−１、ＳＴｅ−２と、回転子ＲＴｅ−１〜ＲＴｅ−４とを備えている。筐体は、第３実施形態の筐体と同じ構成を有する。図１４において、ＳＡは、状態Ａを示し、ＳＢは、状態Ｂを示し、ＳＣは、状態Ｃを示し、Ｒは、回転を示す。

第５実施形態は、回転子として、第３実施形態の回転子と同様に、一方側第１回転子ＲＴｅ−１、他方側第１回転子ＲＴｅ−２、一方側第２回転子ＲＴｅ−３及び他方側第２回転子ＲＴｅ−４を備えている。

第５実施形態の一方側第１回転子ＲＴｅ−１は、２ｎ個（ｎは３以上の整数）の磁石１４ｅからなる一方側第１磁石列５ｅ―１と、一方側第１磁石列５ｅ―１を保持した一方側第１回転子側ヨークとを備えている。

一方側第１磁石列５ｅ−１において、所定の第３ピッチ円１９ｅ（図１５に図示）の円周上に、周方向で隣接する２つの磁石１４ｅの磁石分極が互いに逆方向となるように、磁石１４ｅが周方向に等間隔に配置されている。尚、第５実施形態において、第３ピッチ円１９ｅは、第１実施形態の第１ピッチ円１９ａと同じ半径の円であるが、異なる半径の円であってもよい。

第５実施形態は、固定子として、第３実施形態の固定子と同様に、第１発電コイル部２０ｅ−１を有する第１固定子ＳＴｅ−１と、第２発電コイル部２０ｅ−２を有する第２固定子ＳＴｅ−２とを備えている。

第５実施形態の第１発電コイル部２０ｅ−１は、コイル鉄心２１ｅと、コイル鉄心２１ｅに巻回されたコイル２２ｅとを備えている。

コイル鉄心２１ｅは、上記第３ピッチ円１９ｅの円周上に、周方向に等間隔に配置されている。又、各コイル鉄心２１ｅは、当該コイル鉄心２１ｅにおける周方向の中央に、コイル鉄心２１ｅの厚さ方向に貫通する空隙部２２４を備えている。厚さ方向とは、一方側第１磁石列５ｅ−１側から他方側第１磁石列５ｅ−２側への方向である。空隙部２２４は、一方側第１磁石列５ｅ−１の磁石１４ｅの周方向の幅と略同じ幅を有する。従って、第５実施形態では、１つのコイル鉄心２１ｅは、空隙部２２４の周方向の両側にそれぞれ、空隙部２２４を挟んでサブコイル鉄心１２１ｅを有する形状になっている。そして、第５実施形態では、２ｎ個の磁石１４ｅに対して１つおきに対応するように、ｎ個（ｎは偶数）の同形のサブコイル鉄心１２１ｅが、前記第３ピッチ円１９ｅの円周上に略均等配置されている。又、ｎ個のサブコイル鉄心１２１ｅのうち、周方向で連続したｍ個（ｍはｎの約数、かつｎ＝２×ｍ）を１つのコイル鉄心セットとする。このセットにおいて、各コイル２２ｅが、周方向で隣接するコイル鉄心２１ｅに巻回方向ａが同じになるように巻回された結線になっている。

第２発電コイル部２０ｅ−２は、第１発電コイル部２０ｅ―１と同じ構成を有する。第５実施形態におけるその他の構成は、第３実施形態と同じ構成を有する。

このように構成された第５実施形態の海中ブイＳｅにおいて、磁石１４ｅの個数は、サブコイル鉄心１２１ｅの個数のｍ倍である。これにより、第３実施形態のようにコイル鉄心２１ｃと磁石１４ｃの個数が同数のアキシャルギャップ型発電構造と比べて、磁石１４ｅの回転によって生じる交流磁界の周波数がｍ倍になる。１つのコイル鉄心２１ｅにコイル２２ｅが巻回された１つのコイル部の起電力は、差交磁束の時間微分で得られる。よって、第５実施形態の発生電圧は、第３実施形態の発生電圧のｍ倍となる。さらに第５実施形態によれば、固定子（固定子ＳＴｅ−１、ＳＴｅ−２）と回転子（回転子ＲＴｅ−１〜ＲＴｅ−４）との位置関係が、図１４の状態Ａ、状態Ｃで示す場合、同方向の差交磁束が生じる。第１発電コイル部２０ｅ−１において、コイル２２ｅは同じ方向に巻回されており、かつ、コイル２２ｅは直列ディジーチェーン接続されている。こられによって、コイル２２ｅで生じる起電力を足し合わせることができる。第２発電コイル部２０ｅ−２についても同様である。

ｍが大きくなるほど、高い電圧が得られる。しかし、発電コイル部の断面積は小さくなるので、コイルの占積率が下がる。これにより、コイル抵抗、即ちジュール損が増大するので、電流が流れにくくなり、得られる電力は増えない。このようなトレードオフが存在する。

第３実施形態、第４実施形態及び第５実施形態の発電コイル部に生じる起電力の挙動を図１６に示す。Ｖは、合成起電力を示す。Ｖ３は、第３実施形態の発電コイル部に生じる起電力を示す。Ｖ４は、第４実施形態の発電コイル部に生じる起電力を示す。Ｖ５は、第５実施形態の発電コイル部に生じる起電力を示す。第３実施形態の発電コイル部２０ｃに対して、第４実施形態の発電コイル部２０ｄは２倍の周波数となり、第５実施形態の発電コイル部２０ｅは４倍の周波数になる。ひとつのコイル部の起電力は、差交磁束の時間微分で得られるので、発生電圧は、２倍、４倍と増える。ただし、その分、磁石磁界（磁束線）の利用効率（コイル起電力への寄与割合）が減り、また占積率が減る。従って、電装機器の必要電圧に応じて適した形態の発電コイル部を採用すればよい。

第６実施形態の海中ブイＳｆについて、図１７、図１８を用いて説明する。第６実施形態の海中ブイＳｆのＡＧ型発電機は、筐体と、固定子ＳＴｆ−１、ＳＴｆ−２と、回転子ＲＴｆ−１〜ＲＴｆ−４とを備えている。筐体は、第３実施形態の筐体と同じ構成を有する。図１７及び図１８において、ＳＡは、状態Ａを示し、ＳＢは、状態Ｂを示し、ＳＣは、状態Ｃを示し、ＳＤは、状態Ｄを示す。

第６実施形態は、回転子として、第３実施形態の回転子と同様に、一方側第１回転子ＲＴｆ−１、他方側第１回転子ＲＴｆ−２、一方側第２回転子ＲＴｆ−３及び他方側第２回転子ＲＴｆ−４を備えている。

第６実施形態の一方側第１回転子ＲＴｆ−１は、複数の磁石１４ｆからなる一方側第１磁石列５ｆ−１と、一方側第１磁石列５ｆ−１を保持した一方側第１回転子側ヨークとを備えている。

一方側第１磁石列５ｆ−１において、所定の第４ピッチ円１９ｆの円周上に、周方向で隣接する２つの磁石１４ｆの磁石分極が互いに逆方向となるように、複数の磁石１４ｆが周方向に等間隔に配置されている。尚、第６実施形態において、第４ピッチ円１９ｆは、第１実施形態の第１ピッチ円１９ａと同じ半径の円であるが、異なる半径の円であってもよい。

他方側第１回転子ＲＴｆ−２、一方側第２回転子ＲＴｆ−３及び他方側第２回転子ＲＴｆ−４は、一方側第１回転子ＲＴｆ−１と略同じ構成を有する。

第６実施形態は、固定子として、第３実施形態の固定子と同様に、第１発電コイル部２０ｆ−１を有する第１固定子ＳＴｆ−１と、第２発電コイル部２０ｆ−２を有する第２固定子ＳＴｆ−２とを備えている。

第６実施形態の第１発電コイル部２０ｆ−１は、一方側第１回転子ＲＴｆ−１の磁石１４ｆの２倍の個数のコイル鉄心２１ｆと、コイル鉄心２１ｆに巻回されたコイル２２ｆとを備えている。

各コイル鉄心２１ｆの周方向の幅は、一方側第１回転子ＲＴｆ−１の磁石１４ｆの周方向の幅の略１／２である。各コイル鉄心２１ｆは、厚さ方向の一方側に第１コイル巻回部２１１を備え、厚さ方向の他方側に第２コイル巻回部２１２を備えている。

第６実施形態は、２種類のコイル鉄心２１ｆ（断面形状がＺ（Ｓ）形状を有するコイル鉄心２１ｆ、逆Ｚ（Ｓ）形状を有するコイル鉄心２１ｆ）を備える。Ｚ形状のコイル鉄心２１ｆと逆Ｚ形状のコイル鉄心２１ｆとが交互に周方向に並べられるように配置されている。これにより、無駄空間を最小にでき、しかも、コイル占有率が高くなって銅損が抑制できる。尚、コイル鉄心２１ｆは、これら２種類に限定されず、適宜変更できる。

第６実施形態は、コイルとして、図１７に示すように、第１コイル巻回部２１１に巻回された複数の第１コイル２２ｆ−１及び複数の第３コイル２２ｆ−３と、第２コイル巻回部２１２に巻回された複数の第２コイル２２ｆ−２及び複数の第４コイル２２ｆ−４とを備えている。

第１コイル２２ｆ−１は、周方向に順に連続して並んだ任意の５つの第１コイル鉄心２１ｆ−１〜第５コイル鉄心２１ｆ−５において、第１コイル鉄心２１ｆ−１と第１コイル鉄心２１ｆ−１に隣接する第２コイル鉄心２１ｆ−２とのそれぞれの第１コイル巻回部２１１に巻回されたコイルである。第２コイル２２ｆ−２は、第２コイル鉄心２１ｆ−２と第２コイル鉄心に隣接する第３コイル鉄心２１ｆ−３とのそれぞれの第２コイル巻回部２１２に、第１コイル２２ｆ−１と半ピッチ（半位相）ずれるようにして巻回されたコイルである。第３コイル２２ｆ−３は、第３コイル鉄心２１ｆ−３と第３コイル鉄心２１ｆ−３に隣接する第４コイル鉄心２１ｆ−４とのとのそれぞれの第１コイル巻回部２１１に、第２コイル２２ｆ−２と半ピッチ（半位相）ずれるように巻回され且つ第１コイル２２ｆ−１と周方向で隣接するように配置されたコイルである。第４コイル２２ｆ−４は、第４コイル鉄心２１ｆ−４と第４コイル鉄心２１ｆ−４に隣接する第５コイル鉄心２１ｆ−５とのそれぞれの第２コイル巻回部２１２に、第３コイル２２ｆ−１と半ピッチ（半位相）ずれるように巻回され且つ第２コイル２２ｆ−２と周方向で隣接するように配置されたコイルである。

第１コイル２２ｆ−１と第２コイル２２ｆ−２とは、巻回方向ａが同じである。第１コイル２２ｆ−１及び第２コイル２２ｆ−２の巻回方向ａは、第３コイル２２ｆ−３及び第４コイル２２ｆ−４の巻回方向ａと逆である。

第１コイル２２ｆ−１と第３コイル２２ｆ−３とが全周にわたって直列に結線されて第１系列が形成されている。第２コイル２２ｆ−２と第４コイル２２ｆ−４とが全周にわたって直列に結線されて第２系列が形成されている。第１系列と第２系列とが直列に結線されている。第６実施形態におけるその他の構成は、第３実施形態と同じ構成を有する。

このように構成された第６実施形態の海中ブイＳｆにおいて、上記第１系列（例えば、第１コイル２２ｆ−１及び第３コイル２２ｆ−３のコイル列がディジーチェーン接続された系列）と、上記第２系列（例えば、第２コイル２２ｆ−２及び第４コイル２２ｆ−４のコイル列がディジーチェーン接続された系列）とは、図２０に示すように、それぞれ半位相ずれた台形状の差交磁束が生じる。これらが足し合わされると、三角波形の差交磁束が合成される。これを時間微分すると矩形波様の起電力となり、これを整流すると直流様の電圧（電流）が得られる。Ｖは、合成起電力を示す。φ１は、第１コイル及び第３コイルの貫通磁束を示す。φ２は、第２コイル及び第４コイルの貫通磁束を示す。φ_Ｔは、上下直列系の貫通磁束を示す。第６実施形態の発電コイル部で生成される電圧は、第３実施形態から第５実施形態の発電コイル部で生成される正弦波様の電圧と比べ、実効電力（デュ−ティ）が１００％に近い発電と言える。第６実施形態は、電圧よりもトータル電力を重視する場合に適した発電構造を備える。

発電能力がＰ（Ｗ）とし、水車の翼部材の面積がＡ（ｍ^２）（≒仮に２ｍ^２）とし、水の密度がρとし、流速がＶとする。変換効率Ｃｐ〜０．２が仮定する。電装品が使える平均電力は、Ｐ≦（Ｃｐ×ρ×Ａ×Ｖ^３）／２である。よって、海底で３Ｗの電力、水深１００ｍで２５Ｗの電力が得られることが予測される。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ、Ｓｅ、Ｓｆ 海中ブイ
ＰＧａ、ＰＧｂ、ＰＧｃ、ＰＧｄ、ＰＧｅ、ＰＧｆ 発電機
ＳＴａ、ＳＴｂ、ＳＴｃ、ＳＴｄ、ＳＴｅ、ＳＴｆ 固定子
ＲＴａ、ＲＴｂ、ＲＴｃ、ＲＴｄ、ＲＴｅ、ＲＴｆ 回転子
４ａ、４ｂ、４ｃ 水車
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ 磁石列
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ 磁石
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ 発電コイル部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ コイル鉄心
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ コイル
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 筐体

Claims (10)

1. 複数のコイル鉄心にコイルが巻回されてなる発電コイル部と、
   前記発電コイル部を収納した筐体と、
   前記発電コイル部と磁気結合できるように、前記筐体を構成する筐体壁の一部を挟んで前記発電コイル部と反対側に配置された複数の磁石からなる磁石列と、
   前記磁石列を保持した磁石保持部材と、
   水流により回転可能に形成された回転軸を有する水車とを備え、
   前記筐体壁の一部は、非磁性且つ絶縁性の材料、又は、高電気抵抗性の材料から形成され、
   前記磁石保持部材は、前記回転軸に固定的に連結されていることを特徴とする海中ブイ。
2. 前記海中ブイは、前記筐体の内部に充填された非圧縮性且つ絶縁性液体からなる充填物と、前記筐体の内部の圧力を調整する調圧機構とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の海中ブイ。
3. 前記筐体内における前記発電コイル部を挟んで前記筐体壁の一部と反対側に配置された円環状の固定子側ヨークを、更に備え、
   前記固定子側ヨークは、帯状の磁性体で巻かれた巻鉄心、または、円周方向と径方向との少なくとも一方向に沿って形成された複数のスリットを有する円板形状の鉄心からなり、
   前記磁石保持部材は、磁性体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の海中ブイ。
4. 前記水車は、前記回転軸の径方向外側に距離を隔てて前記回転軸と平行に配置された複数の保持軸と、前記保持軸回りに回転し得るように前記各保持軸に保持された複数の平板形状の翼部材と、前記各翼部材を当て止めする当て止め部とを備え、
   前記各当て止め部は、前記水流による前記翼部材の回転において、当て止めできるように、前記回転軸と前記各保持軸との間の位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の海中ブイ。
5. 前記筐体は、筐体本体部と、前記筐体本体部から突設された突設部とを備え、
   前記筐体本体部は、平面視で、前記筐体本体部の略中央部から水流に平行な長手方向の一端側及び他端側それぞれに行くに従って漸次幅狭になるように形成されており、
   前記突設部は、平面視で前記筐体本体部の前記略中央部から一体的に前記長手方向と直交する幅方向の一方向側に突設された第１突設部と、前記幅方向の他方向側に突設された第２突設部とを備え、
   前記発電コイル部は、前記第１突設部内に収納された第１発電コイル部と、前記第２突設部内に収納された第２発電コイル部とを備え、
   前記磁石列は、前記第１発電コイル部と磁気結合する第１磁石列と、前記第２発電コイル部と磁気結合する第２磁石列とを備え、
   前記磁石保持部材は、前記第１磁石列を保持した第１磁石保持部材と、前記第２磁石列を保持した第２磁石保持部材とを備え、
   前記水車は、前記第１磁石保持部材に連結された第１水車と、前記第２磁石保持部材に連結された第２水車とを備え、
   前記第１水車と第２水車とは、同じ流れ方向の水流を受けると互いに反対方向に回転するように形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の海中ブイ。
6. 前記第１磁石列は、前記第１発電コイル部を挟んで前記第１発電コイル部の両側に配置された一方側第１磁石列及び他方側第１磁石列を備え、
   前記第２磁石列は、前記第２発電コイル部を挟んで前記第２発電コイル部の両側に配置された一方側第２磁石列及び他方側第２磁石列を備え、
   前記第１磁石保持部材は、前記一方側第１磁石列を保持した一方側第１磁石列保持部材と、前記他方側第１磁石列を保持した他方側第１磁石列保持部材とを備え、
   前記第２磁石保持部材は、前記一方側第２磁石列を保持した一方側第２磁石列保持部材と、前記他方側第２磁石列を保持した他方側第２磁石列保持部材とを備え、
   前記第１水車は、前記一方側第１磁石列と連結された第１回転軸を有する一方側第１水車と、前記他方側第１磁石列と連結された第２回転軸を有する他方側第１水車とを備え、
   前記第２水車は、一方側第２磁石列と連結された第３回転軸を有する一方側第２水車と、他方側第２磁石列と連結された第４回転軸を有する他方側第２水車とを備え、
   前記第１回転軸と前記第２回転軸とは、前記第１突設部を回転可能に挿通された１本の第１磁石列回転軸からなり、
   前記第３回転軸と前記第４回転軸とは、前記第２突設部を回転可能に挿通された１本の第２磁石列回転軸からなることを特徴とする請求項５に記載の海中ブイ。
7. 前記一方側第１磁石列と前記他方側第１磁石列と一方側第２磁石列と他方側第２磁石列とは、それぞれ、周方向で隣接する２つの前記磁石の磁石分極が互いに逆方向となるように、所定の第１ピッチ円の円周上に略均等配置された２ｎ（ｎは３以上の整数）個の磁石からなり、
   前記第１発電コイル部及び前記第２発電コイル部それぞれの前記コイル鉄心は、前記略第１ピッチ円の円周上に略均等配置された２ｎ個であり、
   前記各コイル鉄心は、磁性体コアからなり、
   前記コイルは、周方向で隣接する２つのコイル鉄心で巻回方向が逆になるように、前記各コイル鉄心に巻回された結線になっていることを特徴とする請求項６に記載の海中ブイ。
8. 前記第１発電コイル部と前記第２発電コイル部それぞれの前記コイル鉄心は、所定の第２ピッチ円の円周上に略均等配置された同形の２ｎ（ｎは３以上の整数）個からなり、
   前記コイルは、周方向で隣接する２つの前記コイル鉄心で巻回方向が同じになるように前記各コイル鉄心に巻回された結線になっており、
   前記一方側第１磁石列と前記他方側第１磁石列と一方側第２磁石列と他方側第２磁石列とは、それぞれ、周方向で隣接する２つの前記磁石の磁石分極が互いに逆方向となるように、前記略第２ピッチ円の円周上に略均等配置された同形の４ｎ個の磁石からなり、
   前記磁石は、周方向で１つおきに、前記コイル鉄心に対応する位置になるように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の海中ブイ。
9. 前記一方側第１磁石列と前記他方側第１磁石列と一方側第２磁石列と他方側第２磁石列とは、それぞれ、周方向で隣接する２つの前記磁石の磁石分極が互いに逆方向となるように、所定の第３ピッチ円の円周上に略均等配置された同形の２ｎ個の磁石からなり、
   前記２ｎ個の磁石に対して１つおきに対応するようにｎ個（ｎは偶数）の同形のサブコイル鉄心が前記第３ピッチ円の円周上に略均等配置され、
   前記ｎ個のサブコイル鉄心のうち、連続したｍ個（ｍはｎの約数、かつｎ＝２×ｍ）を１つのコイル鉄心セットとして各コイルが、周方向で隣接する前記コイル鉄心で巻回方向が同じになるように巻回された結線になっていることを特徴とする請求項６に記載の海中ブイ。
10. 前記一方側第１磁石列と前記他方側第１磁石列と一方側第２磁石列と他方側第２磁石列とは、それぞれ、周方向で隣接する２つの前記磁石の磁石分極が互いに逆方向となるように、所定の第４ピッチ円の円周上に略均等配置された２ｎ（ｎは３以上の整数）個の磁石からなり、
    前記第１発電コイル部及び前記第２発電コイル部それぞれの前記コイル鉄心は、前記略第４ピッチ円の円周上に４ｎ個、略均等配置され、
    前記コイルは、周方向に順に連続して並んだ任意の５つの第１〜第５コイル鉄心における前記第１コイル鉄心と前記第１コイル鉄心に隣接する第２コイル鉄心とに巻回された第１コイルと、前記第２コイル鉄心と前記第２コイル鉄心に隣接する第３コイル鉄心とに巻回された第２コイルと、前記第３コイル鉄心と前記第３コイル鉄心に隣接する第４コイル鉄心とに巻回されてなり且つ前記第１コイルと周方向で隣接するように配置された第３コイルと、前記第４コイル鉄心と前記第４コイル鉄心に隣接する第５コイル鉄心とに巻回されてなり且つ前記第２コイルと周方向で隣接するように配置されたた第４コイルとを備え、
    前記第１コイルと前記第２コイルとは、互いに巻回方向が互いに同じで、且つ、前記第３コイル及び前記第４コイルと巻回方向が逆になるように巻回された結線になっていて、全周にわたり、前記第１コイルから前記第４コイルが直列に結線されていることを特徴とする請求項６に記載の海中ブイ。

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