水流发电机的制作方法

本发明涉及水流发电机。

本申请基于2015年2月17日在日本提出的日本特愿2015-028496号要求优先权，在此援引其内容。

背景技术：

如专利文献1所公开的那样，利用海洋或河川等的海流或水流进行发电的水流发电机具有叶轮和发电机。叶轮具有朝向外周侧延伸的多枚叶片(翼片)。发电机的旋转轴的端部与叶轮连结，通过使旋转轴与利用海流或水流而旋转的叶轮一同旋转，从而使发电机进行发电。

这样的水中发电机为了在维护时等使叶轮的旋转停止而具有制动机构。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2012-525535号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

上述水流发电机的制动装置大多使用液压或电力进行驱动。因此，制动装置通常配置在作为空气环境的发电机室中而并非配置在水中。

叶轮总是产生与海流相应的转矩。因此，例如当在叶轮和发电机室之间的传递系统中产生了传递不良等不良情况时，估计不再能够利用制动装置使叶轮的旋转停止。

在水流发电机设置在水压高的深海中的情况下，若设置通常的制动装置，则会导致水密结构等复杂化而使得成本增加。因此，在上述水中发电机中，为了防备紧急时等的情形，希望区别于制动机构而另行以低成本设置用于使叶轮的旋转强制性地停止的装置。

本发明的目的在于提供一种能够以低成本使叶轮的旋转可靠地停止的水流发电机。

用于解决课题的方案

根据本发明的第一方案，水流发电机具有基体和叶轮，所述叶轮相对于所述基体能够相对旋转地设置，利用多枚叶片捕捉水流而旋转。水流发电机还具有发电机，所述发电机设置在所述基体的内部，将从所述叶轮传递的旋转能量转换为电能并输出。水流发电机还具有叶轮旋转停止机构，所述叶轮旋转停止机构设置于所述基体，具有能够从所述叶轮的旋转轨迹的外侧进入所述旋转轨迹的内侧的旋转停止部件。

通过如上所述构成，可以使叶轮旋转停止机构的旋转停止部件进入叶轮的旋转轨迹的内侧。因此，可以使旋转停止部件干涉叶轮的叶片。由此，可以使叶轮的旋转停止。

根据本发明的第二方案，水流发电机的第一方案中的所述旋转停止部件也可以是在其长度方向上能够滑动的杆。

通过如上所述构成，可以使杆进入叶轮的旋转轨迹的内侧以使杆干涉叶轮的叶片。因此，可以使叶轮的旋转停止。

根据本发明的第三方案，水流发电机的第二方案中的所述杆也可以至少在与所述旋转轨迹交叉的部位具有朝向所述叶轮的旋转方向的相反方向的、截面为锐角的锐角部。

通过如上所述构成，在配置于叶轮的旋转轨迹的杆的锐角部与叶片碰撞时，也可以使其侵入叶轮的叶片或将叶片切断。其结果是，能够更可靠地使叶轮的旋转停止。

根据本发明的第四方案，水流发电机在第一方案中，所述旋转停止部件也可以是能够朝向所述旋转轨迹的内侧展开的索状体。

通过如上所述构成，朝向旋转轨迹的内侧展开的索状体缠在叶轮上，可以使叶轮的旋转停止。

发明的效果

根据上述水流发电机，能够以低成本使叶轮的旋转可靠地停止。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式中的水流发电机的立体图。

图2是表示上述水流发电机的实施方式中的叶轮和机舱的连结部分的结构的剖视图。

图3是表示在上述水流发电机的第一实施方式中的叶轮停止机构中使杆突出的状态的立体图。

图4是表示在上述水流发电机的第二实施方式中的叶轮停止机构中使杆突出的状态的立体图。

图5是表示上述水流发电机的第三实施方式中的叶轮停止机构的立体图。

图6是表示在上述水流发电机的第三实施方式中的叶轮停止机构中将索状体展开的状态的立体图。

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是表示本实施方式中的水流发电机的立体图。图2是表示上述水流发电机的实施方式中的叶轮和机舱的连结部分的结构的剖视图。图3是表示在上述水流发电机的第一实施方式中的叶轮停止机构中使杆突出的状态的立体图。

如图1所示，本实施方式的水流发电机10具有发电单元11和结构体12。

设置有左右一对发电单元。

结构体12将左右的发电单元11连结。

水流发电机10利用使端部卡止于结构体12的卡留索13卡留于海底或水中结构物等而设置于海水中。

各发电单元11具有叶轮20和机舱30。

叶轮20具有轮毂21和叶片22。

如图1、图2所示，轮毂21配置在叶轮20的中央部。轮毂21形成为外径朝向前端21a(参照图1)逐渐缩小的所谓炮弹形。轮毂21在前端21a的相反侧具有端面21b。端面21b与叶轮20的旋转中心轴c(以下简称为轴线c)正交。轮毂21在其端面21b的外周部一体地设置有筒状部21c。筒状部21c形成为在轴线c的延伸方向(以下简称为轴线c方向)朝向前端21a的相反侧延伸的圆筒状。在轮毂21的端面21b一体地设置有轴23。该轴23在轴线c方向朝向前端21a的相反侧突出。

叶片22在轮毂21的外周部在周向上隔着间隔地设置有多枚。

在本实施方式中，设置有两枚叶片22。这两枚叶片22分别配置在旋转对称的位置。各叶片22的基端部22a一体地固定于轮毂21的筒状部21c。各叶片22从轮毂21朝向前端部22b向放射方向外侧延伸。

机舱30具有外壳31、发电机32以及主轴33。

外壳31形成为沿轴线c方向延伸的圆筒状。该外壳31在其第一端部31a设置有叶轮支承部34。叶轮支承部34旋转自如地支承叶轮20。在叶轮支承部34的外周面，在轴线c方向上隔着间隔地设置有一对外部轴承35。叶轮20经由这些外部轴承35旋转自如地支承于叶轮支承部34。各外部轴承35例如由树脂形成，作为将周围的海水作为润滑剂而旋转自如地支承叶轮20的所谓滑动轴承发挥功能。

在外壳31内设置有间隔壁36。该间隔壁36具有与轴线c正交并且在轴线c方向朝向第一端部31a的相反侧(以下简称为第二端部侧)的平面。在外壳31内，在轴线c方向上在相比间隔壁36靠第二端部侧形成有密闭的发电机室37。该发电机室37内处于空气环境。在发电机室37收容有发电机32。

发电机32具有输入轴32a。输入轴32a沿着轴线c向靠近间隔壁36的一侧突出。该发电机32具有与输入轴32a一体地设置的转子(未图示)和与转子相向的定子(未图示)。发电机32通过使转子与输入轴32a一同相对于定子相对旋转而发电。由该发电机32发出的电力经由输电线(未图示)被供给到外部。在该发电机32的输入轴32a上经由增速器(未图示)、制动器40等连结有主轴33。

制动器40可以使叶轮20的转速降低以及停止。制动器40借助水流发电机10具有的控制器(未图示)的控制，例如在超过规定的转速等产生了异常的情况下或在进行定期维护时，对主轴33施加制动力。

主轴33穿过形成于间隔壁36的轴孔36h延伸到叶轮支承部34内。在这些主轴33和轴孔36h之间设置有环状的密封部件38。

密封部件38防止从主轴33周围向发电机室37内浸水。

在主轴33和设置于叶轮20的轮毂21的轴23之间设置有联轴器接头50。经由该联轴器接头50，主轴33和轴23以能够进行轴向、径向、倾斜方向的相对位移的状态连接。

如图1所示，各发电单元11具有叶轮旋转停止机构60a。

叶轮旋转停止机构60a设置于机舱(基体)30或结构体(基体)12(在图1的例子中为机舱30)。叶轮旋转停止机构60a具有壳体61和杆(旋转停止部件)62。

壳体61呈筒状地固定在机舱30的外周面。

杆62设置在壳体61内。杆62借助使用了弹簧力、液压、气压等的驱动机构(未图示)朝向叶轮20侧能够滑动位移。

如图3所示，杆62在从壳体61突出的状态下配置在叶轮20的叶片22的旋转轨迹r内、即与旋转轨迹r的旋转面交叉的位置。即，通过使杆62进入旋转轨迹r的内侧，从而使杆62干涉叶片22。借助该杆62的干涉，叶轮20的回旋被阻碍。

叶轮旋转停止机构60a的动作由水流发电机10所具有的控制器(未图示)控制。例如，在机舱30内预先设置有对主轴33的转速和轴23的转速进行计测的传感器(未图示)。在由传感器检测到的主轴33和轴23的转速之差超过了预先确定的基准值的情况下，控制器判定为联轴器接头50产生了故障等并使叶轮旋转停止机构60a动作。由此，杆62突出。借助该杆62的突出，杆62干涉叶片22而使得叶轮20停止回旋。在此，对基于预先确定的转速的基准值使叶轮旋转停止机构60a动作的情况进行了说明。但是，只要适当设定在哪样的条件下使叶轮旋转停止机构60a停止即可。

因此，根据上述第一实施方式的水流发电机，可以使叶轮旋转停止机构60a的杆62进入叶轮20的旋转轨迹r内。因此，可以使杆62干涉叶轮20的叶片22而使叶轮20的旋转停止。由此，在紧急时等也可以使叶轮20可靠地停止。

(第二实施方式)

接着，说明本发明的水流发电机的第二实施方式。在以下说明的第二实施方式中，与第一实施方式相比仅叶轮旋转停止机构60b的结构不同，因此，对与第一实施方式相同的部分标注相同的附图标记进行说明，并且，省略重复说明。

图4是表示在上述水流发电机的第二实施方式中的叶轮停止机构中使杆突出的状态的立体图。

如图4所示，本实施方式中的水流发电机10的各发电单元11具有叶轮旋转停止机构60b。该叶轮旋转停止机构60b设置于机舱30或结构体12(在图4的例子中为机舱30)。叶轮旋转停止机构60b具有壳体61和杆(旋转停止部件)63。

壳体61形成为筒状。壳体61固定在机舱30的外周面。

杆63设置在壳体61内。杆63借助使用了弹簧力、液压、气压等的驱动机构(未图示)朝向叶轮20侧能够滑动位移。杆63在从壳体61突出的状态下配置在叶轮20的叶片22的旋转轨迹r的旋转面内、即与旋转轨迹r交叉的位置。由此，杆63干涉叶片22而阻碍叶轮20的回旋。

在该杆63上，在与回旋的叶片22的侧面相向的位置形成有锐角部63s。该锐角部63s形成为其截面形成为锐角的楔形、刀具状等。锐角部63s的杆63至少其锐角部63s由硬度比叶片22高的材料形成。例如，在叶片22为纤维增强塑料制的情况，锐角部63s可以为金属制。

叶轮旋转停止机构60b的动作由设置于水流发电机10的控制器(未图示)控制。该控制器在满足规定的条件时使杆63朝向叶轮20侧滑动位移而使其突出。若杆63突出，则杆63干涉回旋中的叶轮20的叶片22。由于在杆63上形成有锐角部63s，因此，锐角部63s侵入叶片22的侧部或叶片22被切断。在锐角部63s侵入叶片22的情况下，锐角部63s被卡止于叶片22而使得叶轮20停止。在叶片22被切断的情况下，叶片22不再能够受到海流的作用而旋转，因此，叶轮20停止。

因此，根据上述第二实施方式的水流发电机，可以使叶轮旋转停止机构60b的杆63进入叶轮20的旋转轨迹r内。因此，杆63可以与叶轮20的叶片22干涉而使叶轮20的旋转停止。

并且，通过使杆63进入叶轮20的旋转轨迹r内，可以使杆63的锐角部63s侵入叶片22的侧部或利用锐角部63s切断叶片22。其结果是，可以更可靠地使叶轮20的旋转停止。

(第一、第二实施方式的变形例)

在此，在上述第一、第二实施方式中，将叶轮旋转停止机构60a、60b设置在机舱30的外周面。但是，并不限于该结构。叶轮旋转停止机构60a、60b也可以设置在结构体12的外周面。叶轮旋转停止机构60a、60b也可以收容在结构体12的内部并使杆62、63从结构体12突出到外部。

(第三实施方式)

接着，说明本发明的水流发电机的第三实施方式。在该第三实施方式中，与第一、第二实施方式相比仅叶轮旋转停止机构60c的结构不同，因此，对与第一、第二实施方式相同的部分标注相同的附图标记进行说明，并且，省略重复说明。

图5是表示水流发电机的第三实施方式中的叶轮停止机构的立体图。图6是表示将索状体展开的状态的立体图。

如图5、图6所示，本实施方式中的水流发电机10的各发电单元11具有叶轮旋转停止机构60c。

叶轮旋转停止机构60c设置于机舱30或结构体12(在图5的例子中为结构体12)。叶轮旋转停止机构60b具有壳体65和索状体(旋转停止部件)66。

壳体65为中空的盖状，能够开闭地设置在机舱30的外周面。该壳体65由设置于水流发电机10的控制器(未图示)控制，在满足规定的条件的情况下打开。该壳体65相对于叶轮20配置在海流的上游侧。

索状体66在壳体65内设置有多根。索状体66例如由金属丝或其他具有规定的断裂强度的缆绳、绳索等构成。索状体66在通常时被收容在壳体65内。如图6所示，索状体66在壳体65打开时借助海流的作用朝向叶轮20侧延伸地展开。索状体66在从壳体65延伸的状态下进入叶轮20的叶片22的旋转轨迹r的旋转面内并干涉叶片22。于是，随着叶轮20的回旋，索状体66逐渐缠在叶轮20上，从而阻碍叶轮20的回旋。

因此，根据上述第三实施方式的水流发电机，索状体66缠在叶轮20上，从而可以使叶轮20的旋转停止。

(第三实施方式的变形例)

在第三实施方式中，也可以在索状体66的前端部具有受到由海流带来的压力的引导伞(parachute)等。通过采用如上所述的结构，利用引导伞等受到海流的压力，由此，索状体66朝向叶轮20顺畅地展开。

也可以代替索状体66而使用网状的网等其他部件。

(其他变形例)

本发明并不限于上述实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内对上述实施方式进行各种变更。即，在实施方式中列举的具体形状、结构等仅仅是一例，可以进行适当变更。

在上述各实施方式以及各变形例中，对水流发电机10设置于深海中的情况进行了说明，但并不限于深海。

并且，在上述各实施方式以及各变形例中，对设置有两个发电单元11的情况进行了说明，但发电单元11的个数并不限于两个。

并且，叶轮20的叶片22的枚数只要是多枚即可，并不限于上述枚数。

除此之外，关于水流发电机10的各部分的结构等，也可以适当采用其他结构。

工业实用性

本发明可以应用于水流发电机。应用了本发明的水流发电机能够以低成本使叶轮的旋转可靠地停止。

附图标记说明

10水流发电机

11发电单元

12结构体(基体)

13卡留索

20叶轮

21轮毂

21a前端

21b端面

21c筒状部

22叶片

22a基端部

22b前端部

23轴

30机舱(基体)

31外壳

31a第一端部

32发电机

32a输入轴

33主轴

34叶轮支承部

35外部轴承

36间隔壁

36h轴孔

37发电机室

38密封部件

40制动器

50联轴器接头

60a、60b、60c叶轮旋转停止机构

61壳体

62、63杆(旋转停止部件)

63s锐角部

65壳体

66索状体(旋转停止部件)

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种水流发电机，其中，具有：

基体；

叶轮，所述叶轮相对于所述基体能够相对旋转地设置，利用多枚叶片捕捉水流而旋转；

发电机，所述发电机设置在所述基体的内部，将从所述叶轮传递的旋转能量转换为电能并输出；以及

叶轮旋转停止机构，所述叶轮旋转停止机构设置于所述基体，具有能够从所述叶轮的旋转轨迹的外侧进入所述旋转轨迹的内侧的旋转停止部件，

所述旋转停止部件是在其长度方向上能够滑动的杆。

2.如权利要求1所述的水流发电机，其中，

所述杆至少在与所述旋转轨迹交叉的部位具有朝向所述叶轮的旋转方向的相反方向的、截面为锐角的锐角部。

3.一种水流发电机，其中，具有：

基体；

叶轮，所述叶轮相对于所述基体能够相对旋转地设置，利用多枚叶片捕捉水流而旋转；

发电机，所述发电机设置在所述基体的内部，将从所述叶轮传递的旋转能量转换为电能并输出；以及

叶轮旋转停止机构，所述叶轮旋转停止机构设置于所述基体，具有能够从所述叶轮的旋转轨迹的外侧进入所述旋转轨迹的内侧的旋转停止部件，所述旋转停止部件是能够朝向所述旋转轨迹的内侧展开的索状体。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

基于条约第十九条(1)的说明

在权利要求1中增加了“所述旋转停止部件是在其长度方向上能够滑动的杆”的记载。

该记载基于删除的权利要求2。

并且，删除了权利要求2。

另外，权利要求3随着权利要求2的删除而修改了从属关系。

并且，在权利要求4中，增加了“具有：基体；叶轮，所述叶轮相对于所述基体能够相对旋转地设置，利用多枚叶片捕捉水流而旋转；发电机，所述发电机设置在所述基体的内部，将从所述叶轮传递的旋转能量转换为电能并输出；以及叶轮旋转停止机构，所述叶轮旋转停止机构设置于所述基体，具有能够从所述叶轮的旋转轨迹的外侧进入所述旋转轨迹的内侧的旋转停止部件”的记载。

该记载基于修改前的权利要求1。

因此，该修改并非是新事项的增加。