专利名称：小型水力发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用通过水龙头的水流产生的水力的小型水力发电装置。
背景技术：
以前，已知有这样一种自动水栓装置，将手放到水龙头下，感应器会感应到，所述装置根据该感应原理使水龙头流出水来。近年来，有人提出了一个提案在上述自动水栓装置的流体通道上设置小型发电装置，储存小型发电装置产生的电力，以补充感应器等电路电力的消耗。(参照日本专利公开公报，实开平2-65775号)以下简单阐述一下上述小型发电装置的构造。在流水通路的流体通道上安装水轮，水轮受到流水水力冲击而旋转。水轮旋转轴上装有固定在一起的回转体。该回转体表面为磁化的转子磁铁，该转子磁铁利用非磁性材质壁隔离，与定子部的节齿状极齿对向而置。该定子部上设有与通过极齿的磁通定子线圈交链的通过定子部的磁通。并且，通过水轮在流水冲力下旋转，转子磁铁相对定子部作相对旋转。由于叶片多极磁化，所以流过定子部的磁通流有所变化。其结果，定子线圈在妨碍磁通流变化方向发生电动势，该电动势经整流后储存于蓄电池。
上述小型水力发电装置的结构是通过水轮接受流水水力，与水轮同时多极磁化的转子磁铁也旋转。在转子磁铁与对置于其外侧的极齿间发生止动扭矩。该止动扭矩阻止水轮旋转。因此，发生水轮无法顺利旋转，或流水水量减少时水轮会完全不动的问题。且，如果扩大转子磁铁与极齿间的间隙，则止动扭矩减小，可避免上述问题，但发电所必需的有效磁通也同时减少。因此，如果扩大间隙过大，则无法高效发电。基于此种理由，这种小型水力发电装置无法解决以往由于流水量少而无法高效发电的课题。
鉴于上述问题，本发明的第1目的是提供一种以少量流水也可高效发电，通过控制转子磁铁与极齿间的止动扭矩，同时减少发电有效磁通消耗的小型水力发电装置。
上述小型发电装置的结构系用壁将水轮围绕起来，且壁上有将水喷射到水轮叶片的喷射孔。该喷射孔通过适当集中从进路进入的水流量，使水轮高效旋转。提高水轮旋转效率对于提高发电装置的发电效率至关重要。为进一步提高水的喷射效率，必须更精密地计算喷射孔与水轮转子部分的位置精度、相对水轮的角度、孔径以及喷射孔所在壁的形状、壁外周侧流路的形状等，并精密加工。
考虑到水轮的旋转效率，喷射孔最好为3个或4个乃至更多。并且，喷射孔相对水轮的叶片成直角也有助于提高水轮的旋转效率。但是，如果喷射孔数在3个以上，喷射孔不对准中心轴向，要使其与叶片成直角，加工起非常复杂且代价巨大。也就是说，根据喷射孔的数目及方向(角度)，需在壁加工时增加成形用模具，或在冲模出时旋转冲压。
因此，以前，与水轮的旋转效率相比，人们更注重成本低廉的成形水轮。即为藉由二开模且单纯的双向冲模形成成形水轮，将喷射孔数设定为2个或1个，且各喷射孔相对水轮的角度也藉由单纯的双向冲模进行加工。也就是说，以前的小型发电装置，一般水轮周围壁上的喷射孔数为2个左右，且其相对水轮的角度也不精确。因此，水轮的旋转效率低，发电效率也低。
鉴于上述问题，本发明的第2个目的在于提供一种小型水力发电装置，上述小型水力发电装置未采用多个分型模及冲模等的复杂加工方法，而是采用了可有效向水轮喷水的喷射孔构造，提高水轮的旋转效率，也提高了发电效率。
本发明系这样一种小型水力发电装置，所述装置包括具有流体通道的主箱体，配设于流体通道上、随着规定流量的流体通过而旋转的水轮，同时还将连结于水轮与水轮同时旋转的回转体作为与定子部相向而置的转子部，通过转子部随着流体通过与定子部相对旋转而产生电力，其特征在于定子部有节齿状极齿，该极齿成周向等距分布于转子部的转子磁铁的外周面的对面，相邻极齿间在周向上的间隙为各极齿与转子磁铁径向间隙的1.5倍以下。
如上所述，由于通过将极齿间间隙设定在各极齿与转子磁铁间隙的1.5倍以下，比以前极大地缩小极齿间的间隙，减小了止动扭矩，即使少量流水，水轮与回转体也可顺利旋转，可有效发电。并且，利用上述结构，在不扩大各极齿与转子磁铁间径向间隙的情况下也可减小止动扭矩，所以不会减少旋转叶片的有效磁通，可大扭矩旋转叶片。
此外，本发明的其他方面的特征在于，在上述小型水力发电装置中，定子部由相位偏移的2层定子部构成。因此，止可进一步减小动扭矩，水轮及回转体可更加顺利地旋转。
本发明的其他方面的特征在于，在上述小型水力发电装置中，2层定子部相邻的定子铁心间磁性绝缘。因此，各相的定子部相互消除止动扭矩，同时止动扭矩接近正弦波形，并进一步减小。所以，水轮及回转体可更加顺利旋转。
本发明的其他方面的特征在于，在上述小型水力发电装置中，设有分别覆盖2层定子部的2个定子箱，这2个定子箱磁性相接。因此，绝缘的各定子铁心间的止动扭矩的相互消除进一步加强，可进一步减小止动扭矩。
本发明的其他方面的特征在于，所述装置包括具有流体通道的主箱体，配设于流体通道上、随着规定流量的流体通过而旋转的水轮，同时还将连结于水轮与水轮同时旋转的回转体作为与定子部相向而置的转子部，通过转子部随着流体通过与定子部相对旋转而产生电力，其特征在于主箱体上有支承水轮旋转支承轴一端的支承部，流体通道上有集中流量将流体喷射到水轮叶片的喷射孔，部分注水部安装在主箱体上。
根据上述发明，将流体喷至水轮叶片且环绕水轮四周的注水部安装在主箱体上，主箱体上设有支承水轮旋转轴一端的支承部。这样，环绕水轮四周的注水部及注水部上的喷射孔与水轮旋转轴周端与注水壁内壁的距离(间隙)。其结果，可使喷射孔喷射出的流体更有效地冲击水轮，使水轮高效旋转。
0018此外，本发明的其他方面的特征在于，所述小型水力发电装置的结构包括设有流体通道的主箱体，设置于流体通道中、且随规定流量流体通过而旋转的水轮，将连接于水轮与水轮同时旋转的回转体作为与定子部对置的转子部，使所述转子部随流体通过，叶片与定子部相对旋转，由此产生电力。其特征在于，有集中流量将流体喷到水轮叶片的喷射孔的注水部，其结构是，喷射孔朝轴向开放，利用其它部件将该开放部分关闭。
根据上述发明，开放注水部喷射孔的轴向一侧，从另一侧按入该开放部分，由此，可利用单纯的双向分型模制造这样的结构所述结构的注水部喷射孔可作成3个或4个以上，且可使喷射孔与水轮叶片成直角，提高水轮的旋转效率。因此，便可利用廉价的成本制造，且拥有可有效将流体喷至水轮叶片的注水部的小型水发电装置。并且，注水部也可与主箱体成为一体，也可用其他材料制造并嵌入主箱体。
又，本发明的其他方面系在上述各小型水力发电装置中，注水部由与主箱体一体形成的多个壁及覆盖该壁前端侧的盖所构成，同时，喷射孔在盖侧开放，并用盖覆盖。这样，便可利用廉价的成本制得具有提高水轮旋转效率的注水部的小型水力发电装置，该注水部有3个或4个以上喷射孔，且喷射孔相对水轮转子部成直角。
又，本发明的其他方面系在上述各小型水力发电装置中，喷射孔成周向等距设置，且在注水部的外周侧部分形成有可将经由流体通道进路侧流至各喷射孔的流体流量作适当分配的坡度。这样，各喷射孔喷到水轮叶片的水便均等且适量，可进一步提高水轮的旋转效率。
又，本发明的其他方面系在上述各小型水力发电装置中，通过将杯状箱体嵌入主箱体而形成内部空间，并将回转体放在内部空间内，同时隔开该内部空间与定子部。主箱体容纳杯状箱体的嵌合部设有凹部，杯状箱体与主箱体嵌合的嵌入部设有与凹部内壁对向而置的对置壁，在按压杯状箱体使其嵌入主箱体时，在相对嵌入方向垂直的方向上，设有夹于对置壁与凹部内壁间的环形弹性密封材料，在主箱体及杯状箱体上分别设有支承回转体支承轴两端的支承部。
根据上述发明，在将主箱体与杯状箱体作一体化安装后，弹性密封材料不会在嵌入方向被挤压，而是在与嵌入方向垂直的方向上受到来自两箱体的挤压力。这样，便不会因弹性密封材料的弹性斥力而引起松动以及嵌入方向错位等故障。因此，可更精确定位设在两箱体上的轴支承部。
发明的实施形态参照附图，对本发明的小型水力发电装置的实施形态进行说明。
如
图1所示，在本实施形态的小型水力发电装置包括，拥有流体通道进路12及出路13的主箱体1，设于主箱体1内且为流体通道一部分的注水部2，配置于注水部2内侧随着规定流量流体通过而旋转的水轮3，连结于水轮3且与水轮3同时旋转的回转体4，配置于回转体4外周侧并嵌入主箱体1，且与主箱体1联动、具有内部空间的不锈钢制杯状箱体5，以及配置于该杯状箱体5外侧的定子部6。
主箱体1由主体部11、凸出于主体部11外侧的筒状进路12及出路13。主体部11则由环绕在水轮3外侧的注水部2、用于嵌入并固定回转体4的支承轴7一端的轴承孔11b构成。
又，轴7的另一端穿过盖15的孔15c(参照图10)，其前端嵌入杯状箱体5内的轴承孔5f。由此，使轴7固定在两箱体1，5上且与其联动。在本实施形态的小型水力发电装置中，如上所述，不会受弹性密封材料O形环8的弹性斥力的影响，两箱体1及5可在轴向及径向定位。因此，如果各部件规格精度高，组装精度也高。由此，水轮3及回转体4的旋转位置精度也高。
环状壁部2系用于缩小从进路12进入的水的流路，增强水势，将其喷至水轮3的转子部31，并将碰撞到叶片31后的水引向出路13。注入部2由与主箱体1一体的多个壁(图示略)以及覆盖该壁前端的盖15构成。通过用盖15覆盖多个壁的前端，而在外围壁形成集中流量将流体喷至水轮3转子部31的多个喷射孔22。
具体如图8所示，注水部2缩小从进路12进入的水的流路，增强水势将其喷至水轮3的转子部31，并将碰撞到叶片31后的水引至出路13。该注水部2由与主箱体一体的5个注水壁20a、20b、20c、20d、20e，以及配置于该注水壁前端并盖住孔的盖15构成。
通过用盖15盖住主箱体1的5个注水壁20a、20b、20c、20d、20e的前端，在其外围壁集中流量将流体喷到水轮3叶片部分31的喷射孔22由多个(本实施形态为4个)喷射孔22a、22b、22c、22d构成。注水部2一侧的5个注水壁20a、20b、20c、20d、20e与主箱体1一体。另一侧的盖15相对主箱体1定位(后面加以叙述)。
因此，如后面叙述的那样，形成于主箱体1上、作为支承水轮3的旋转的轴7一端的支承部的轴承孔11b，和由二者形成的喷射孔22a、22b、22c、22d间的的位置精度，以及环绕水轮3的内壁相对水轮3的位置精度均很高。关于注水部2的具体构造后面加以叙述。
主箱体1上设有用于嵌入的结构的凹部，所述凹部系用于嵌入紧密固定于杯状箱体5及其外侧的定子部6轴向一端。该凹部底面为搭置设于主箱体1和杯状箱体5之间的环形盖15的平面部15a的部位。该底面的中心部位为连通主箱体1侧的流体通道与杯状箱体5的内部空间的孔。通过该孔，杯状箱体5的内部空间与流体通道的进路12及出路3连通。
杯状箱体5由非磁性的不锈钢材料制成，由通过拉深加工成为最外周部的凸缘部5b、连结于凸缘部5b内侧而形成的外侧圆筒部5a、配置于该外侧圆筒部5a内侧、隔绝进水内部空间与定子部6的隔壁5c、连接对置壁5a与隔壁部5c的连结面部5d以及底部5e。
如此构成的杯状箱体5夹住盖15的平面部15a嵌入上述主箱体1的凹部内。外侧圆筒部5a的外侧配置有O形环8。O形环8在径向受到该外侧圆筒部5a的挤压，被夹在外侧圆筒部5a与凹部的内壁间。底部5e形成有插入水轮3及回转体4支承轴7另一端的轴承孔5f。该杯状箱体5用于隔离通过主箱体1的水与定子部6，同时防止水流到主箱体1外。
连结形成于箱体上的进路12、出口13等的主体部11配置于由水龙头及阀门等构成的水栓装置(图示省略)的部分流体通道内，从流体源进入进路12的流体通过配置于主体部11的注水部2，从出路13流出。流体通过时对水轮产生旋转力。
如上所述，将杯状箱5嵌入主箱体1，并在其外侧安装定子部6后，盖上树脂制箱体9，使其覆盖杯状箱5及定子部6。树脂箱体9上设有用于覆盖从定子部6径向凸出外侧的端子部6a的罩盖部9b。该罩盖部9b上设有将其一端连接于端子部6a的导线6b的另一端引出至外部的引出部9c。该引出部9c填充有密封外部与定子部6的密封剂(图示略)，防止水通过引出部9c从外部进入定子部6。并且，该树脂箱9用螺钉固定于主箱体1上。这一结构可防止杯状箱5及定子部6从主箱体1脱落以及他们在固定状态下的偏移。
配置于上述注水用注入部2内侧的水轮3随着规定流量流体通过而旋转。如图2所示，水轮3由穿过轴7的旋转中心部33以及其内周端部连接于旋转中心部33的叶片构件31构成。图2显示了水轮3及回转体4，(A)为正面图，(B)为从箭头B方面所见的(A)的平面图，(C)为从箭头C所见的(A)的底面图。
叶片构件31中间部分弯曲，以使其更易于接受自各喷射孔22a～22d喷射出的水的压力。因此，进入进路12经各喷射孔22a～22d增压后的流体可更准确地喷射到叶片构件31，水轮在其水力作用下以轴7为旋转中心旋转。撞到叶片31后的水在上述空间内循环后，流到出路13侧。
旋转中心部33的结构由与轴7滑动旋转的圆筒状小筒部33a，比小筒部33a直径大的大筒部33b，在轴向二端部分分别连结两个筒部33a、33b的多个骨架部33c。两个筒部33a、33b之间成为在轴向贯通的中空，即，成为以水轮3一侧的各骨架部33c间的间隙为入口，以回转体4一侧的各骨架部33c间的间隙为出口的贯通中空部33d。该贯通中空部33d将喷到水轮3的水从上述入口引到出口，使在水轮3以及连接于水轮3的回转体4所在空间内循环，顺利地旋转水轮3及回转体4。回转体4与水轮3为一体形成，与水轮3安在同一轴上。因此，如果水轮3在水力作用下旋转，回转体4也与水轮3一起以轴7为中心旋转。
如上所述，连结于水轮3且与之同时旋转的回转体4成为与定子部6相对安装的转子部，其表面嵌入圆筒状转子磁铁Mg。该转子磁铁Mg的外周面多极磁化。并且其外周面通过杯状箱5的隔壁部5c，与定子部6对向而置。这样，回转体4如果与水轮3同时旋转，则与定子部6相对旋转。
定子部6由轴向重叠且相位偏移配置的2个层6c、6d构成。如此，由于定子部6由2层构成，所以各层6c、6d便可相互消除止动扭矩，可从整体上减少转子磁铁Mg与定子部6间产生的止动扭矩。各层6c、6d则分别具有外定子铁心(重叠状态下配置于外侧)61、内定子铁心(重叠状态下配置于内侧)62、缠绕在线圈骨架上的线圈63。
在本实施形态中，在各层6c、6d相邻配置的内定子铁心62、62之间作磁绝缘。又，各层6c、6d的各外定子铁心61、61皆由大致的杯形构成，外侧端部间处于相互磁性连接状态。这样的结构可更产生更多的、可用于消除发生于各层6c、6d间发生的互动扭矩的力，起到减小止动扭矩的效果。线圈63的始卷部分及终卷部分从形成于外定子铁心61、61的连接部位上的窗孔(图未示)被引出至外定子铁心61、61的外侧，分别连接于端子部6a。
外定子铁心61上设有对藉由拉深加工形成的杯状部件中心部件切起而形成的多个极齿61a。这些极齿61a略成梯形，同时相对转子磁铁Mg外层成周向等距分布，成节齿状。内定子铁心62也一样拥有多个极齿62a，这些极齿62a相对转子磁铁Mg外层成周向等距分布，成节齿状。如果重叠配置两定子铁心61、62，设置于各定子铁心的各极齿61a、62a成锯齿状，作交错周向配置。
这样构成的定子部6嵌入杯状箱5的隔壁部5c的外侧部分。由此，在定子部6的各极齿61a、62a与回转体4的励磁部间通过磁通。如上所述，如果回转体4与水轮3同时旋转，该磁通流将发生变化，在防止发生变化的方向，线圈63产生感应电压。该感应电压可从端子部6a取出。以此种形式取出的感应电压经电路变换为直流，通过规定电路(图示略)整流后用于对电池的充电。
在本实施形态中，如图3及图4所示，相邻接的极齿61a、62a间的周向间隙G2设定为0.6mm。另一方面，在各极齿61a、62a与夹住杯状箱5的隔壁部5c、配置于其内侧的转子磁铁Mg的外周面之间所形成的径向磁间隙G1设定为0.7mm。也就是说，周向间隙G2的设定要略小于径向磁间隙G1，这与以往小型水力发电装置中的各极齿间的间隙相比，非常小。(以前，一般各极齿间的周向间隙设定在1.5mm以上。)因此，止动扭矩变小，以少量的流水便可顺利旋转水轮。也就是说，如图5所示，如果各极齿间的间隙G2过宽，将使在转子磁铁Mg与定子间产生的止动扭矩增大。具体来说，如将间隙G1设定为0.7mm时，G2约在1.1mm以上，则止动扭矩便会骤然增大。因此，从减小止动扭矩的观点出发，各极齿间的间隙G2至少要在约1.1mm以下，最好在间隙G1尺寸的1.5倍以下左右。
如果缩小间隙G2，则极齿面积变大，从定子磁铁到达各极齿61a、62a的有效磁通则变大，可有效旋转水轮3产生电力。也就是说，如图6所示，如果各极齿间的间隙G2过大，具体来说，在将间隙G1设定为0.7mm，间隙G2在1.6mm以上，有效磁通则骤减。因此，从有效磁通的观点出发，各极齿间的间隙G2最好至少设定在1.6mm以上。为减小止动扭矩及确保有效磁通，周向间隙G2必须在磁间隙G1的1.5倍以下左右，本发明中采用了这一数值。
在本实施形态中，缩小了极齿间的间隙G2，同时通过上述各种结构，减小了止动扭矩。下面，通过图7，说明一下具有至少缩小各极齿间间隙G2的结构的本发明的小型水力发电装置与以往未在此方面研究、改进的发电装置的不同。
在图7的(1)～(6)中所示的各种图形显示了以下所示的各种型号的小型水力发电装置的电角度(位相差)与止动扭矩间的关系。(1)为以往的各极齿间间隙大(1.5mm以上)且定子部如上述实施形态所述，非2层而是由1层构成的小型水力发电装置。(2)为各极齿间间隙大(1.5mm以上)且定子部为2层的小型水力发电装置。(3)～(6)为本发明的实施例，各极齿间间隙小(0.6mm左右)。(3)为如上所述、定子部非2层而是由1层构成的小型水力发电装置。(4)为定子部为2层的小型水力发电装置。(5)为在(4)的结构的基础上，2层定子部的各内定子铁心间磁性绝缘的小型水力发电装置。(6)为在(5)的基础上，2层的各外定子铁心的外侧部分接触并磁性连接的小型水力发电装置。
如图7所示，(1)尽管为正弦波形结构，但其波形大，止动扭矩非常大，为此，无法以少量的流水旋转水轮，即使旋转也无法顺利运转。(2)由于定子部为2层，因此与1层定子部相比，波形本身小，止动扭矩小，但波形不是正弦波形，所以也无法顺利旋转。与(3)～(6)相比，止动扭矩仍很大。
(3)的结构与2层定子部的结构相比，是止动扭矩大的1层型结构，但通过缩小各极齿间的间隙，大幅减小了止动扭矩。并且由于接近正弦波形，所以水轮3可以顺利旋转。(4)的定子部结构为2层，所以与(3)相比，其止动扭矩进一步减小，水轮也可顺利旋转。(5)、(6)与(3)、(4)相比，止动扭矩减小得更多。
上述实施形态是本发明最好的实施形态，但本发明并不仅限于此。在不脱离本发明宗旨的范围内仍可有各种不同的实施形态。例如在上述实施形态的小型水力发电装置中，两个内定子铁心62、62间磁性绝缘，且两个外定子铁心外侧磁性连接，这样便实现了进一步减小止动扭矩，但也可不采用这两种构造。
又，在上述实施形态中，由于缩小了各极齿61a、62a间的间隙，所以有可能由于组装的误差而导致两极齿61a、62a接触。为避免这一情况，可在各极齿61a、62a间装衬垫。此外，在上述实施形态中，作为发电部的定子部6为2层式步进电动机式，但发电部也可为1层式。
在上述实施形态中，如图4所示，各极齿61a、62a略成梯形，这样可进一步减小止动扭矩，同时也可确保有效磁通，但各极齿61a、62a也可不成梯形，也可为矩形或三角形。此时，与上述实施形态中各极齿略成梯形的构造相比，在减小止动扭矩及确保有效磁通方面效果不好，但如果将各极齿圆周方向间隙缩小，效果会比以前的小型水力发电装置好一些。
其次，再用图8及图9对注水部2详加说明。图8为在拆下定子部、杯状箱及盖状态下，从箭头方面所见图1的平面图。图9为图8箭头IV所示2点划线处的截面图。
如上所述，在主箱体1的主体部11的内侧设置有注水部2。如图8所示，该注水部2由与主箱体1一体形成的5个注水壁20a、20b、20c、20d、20e、及安装在主箱体1及杯状箱5边缘部分的盖15构成(参照图1及图10)。这些注水壁20a、20b、20c、20d、20e分开围绕在水轮3的叶片31(图8中省略。参照图1)外围，并将各注水壁间的间隙作为将水喷向水轮3叶片部分31的4个喷射孔22a、22b、22c、22d。
另外，在各注水壁20a、20b、20c、20d、20e的前端形成为凹部20f，通过将形成于盖15上的凸部15f嵌入凹部20f内，使盖15与各注水壁20a、20b、20c、20d、20e成为一体。这样构成的注水壁20a、20b、20c、20d、20e的前端部分同样形成于连接上述阶梯部14b的同一平面上。
作为主箱体1的主体部11的内侧，5个注水壁20a、20b、20c、20d、20e径向外侧部分成为从进路12进入的水可流动的沟状循周向通道21。并且该周向通道21上形成有可将自流体通道进路12一侧流入至各喷射孔22a、22b、22c、22d的流体流量作适当分配的一定的坡度，以减少压力损耗(参照图1的箭头R1及图9中的箭头G)。图9显示了周向通道21入口侧(进路13侧注水壁的外面旁边(也包括部分非周向通道21部分))的坡度。
第1注水壁20a设置在进路12侧，从进路12笔直进入主体部11的水首先碰到第1注水壁20a的外层。碰撞后的水被第1注水壁20a分流，逆针方向流向周向通道21，在流向第2及第3注水壁20b、20c侧，同时逆时针移动，流向第4及第5注水壁20d、20e。
第1注水壁20a的逆针向回转侧与第2注水壁20b相邻。第1注水壁20a与第2注水壁20b的相邻接端部大致平行。其间隙部分成为将水自周向通道21喷射至配置于所述通道内周的水轮3的叶片部分31的第1喷射孔22a。又，该第一2喷射孔22a藉由嵌入上述盖15，盖15的平面部15a盖住第1及第2注水壁20a、20b之间而形成矩形喷射孔。
第2注水壁20b的逆时针回转侧邻接设置有第3注水壁20c。第2注水壁20b及第3注水壁20c相邻端部间大致平行，其间隙部分为第2喷射孔22b。第1注水壁20a顺时针回转侧与第4注水壁20d相邻。第1注水壁20a及第4注水壁20d相邻端部间大致平行，其间隙部分为第3喷射孔22c。第4注水壁20b的顺时针回转侧与第5注水壁20e相邻。第4注水壁20d及第5注水壁20e相邻端部间大致平行，其间隙部分为第4喷射孔22d。这样形成的4个喷射孔22的2个内壁(各注水壁相邻接对向而置的端面)并不是相对旋转中心位置o1成直线，而是保持一定角度，与水轮3的叶片部分31垂直对向而置。
第2注水壁20b在第1注水壁20a侧的外周侧端部，形成有延伸至周向通道21一侧的延伸部21a。该延伸部21a为撞到第1注水壁20a后逆时针移动的水碰撞的部分。碰撞到延伸部21a的部分水通过上述第1喷射孔22a，喷向水轮3一侧。
第4注水壁20d在第1注水壁20a侧的外周侧端部上，也形成有与延伸部21同样作用的延伸部21b。也就是说，该延伸部21b为撞到第1注水壁后顺时针移动的水碰撞的部分，碰撞到延伸部21a后的部分水通过第3喷射孔22c喷向水轮3一侧。
在上述实施形态结构中，由于喷射孔22a、22b、22c、22d轴向一侧(盖15一侧)开放，所以主箱体1成形时，因此在成型主箱体1时，主箱体1可由分割为轴向两侧(图1中上下方向)的分开模制成。并且，在主箱体1中形成各注水壁20a、20b、20c、20d、20e侧，形成有可有效均等地将水从4个喷射孔22a、22b、22c、22d喷射至水轮3上的周向通道21，可通过简单的分开模制成。因此，在本实施形态中，包括高效旋转水轮3的注水部2，可利用简单的分开模成形。
各喷射孔22a、22b、22c、22d轴向一侧开放，用其他部件盖住开放部分，仅由这一结构即可通过简单的双向分开模制成复杂形状的注水部2。
即，上述结构与一体成形的结构相比，具有独特的效果。所谓一体成形结构是指，为更精确地定位各喷射孔22a、22b、22c、22d及注水壁20a、20b、20c、20d、20e内壁及支承水轮3旋转的轴7的位置，将注水壁20a、20b、20c、20d、20e安装在为支承轴7一端的轴承孔11b的主箱体1上。而在本发明情况下，注水部2也可不装在主箱体1上。
第3注水壁20c与第5注水壁20e之间，在内周侧形成约60°的间隙28。该间隙28成为与第3注水壁20c及第5注水壁20e对向而置的平行端面间，配置于出路13与旋转中心位置o1之间。
如图10(A)及(B)所示，配置于各注水壁20a、20b、20c、20d、20e前端侧，载置于主箱体1阶梯部16的盖15由中心部有孔15c的环状平面部15a、立设于平面部15a一侧面的凸壁15b及凸部15f、以及立设于平面部15a另一侧面的凸肋15d构成。凸壁15b插入第3注水壁20c与第5注水壁20e之间的部分间隙28中。藉由间隙28与间隙28内凸壁15b所形成的矩形孔连通为各注水壁20a、20b、20c、20d、20e所包围的部位与出路13。又，如上所述，凸部15f嵌入各注水壁20a、20b、20c、20d、20e的凹部20f。凸肋15d与杯状箱5的连结面部5d抵接。
发明的效果根据本发明的小型水力发电装置，其特征在于，定子部相邻接极齿间的周向上的间隙设定为各极齿与转子磁铁间径向间隙的1.5倍以下。如此，使极齿间的间隙大大窄于以前的间隙，由此可减小止动扭矩，可以少量流水顺利旋转水轮3及回转体4，可高效发电。并且利用这一构造，可增大有效磁通，将水轮旋转高效发电，可以少量的流量高效发电。
根据本发明的小型水力发电装置，至少部分注水部与主箱体形成一体，并在主箱体上设有支承水轮旋转支承轴一端的支承部，所以注水部与支承水轮旋转的轴位置精度高，水轮旋转精度高。这样，可缩减水轮外周部与注水部内壁间的距离(间隙)。其结果，可有效地将从喷射孔喷出的流体冲向水轮，有效旋转水轮，提高发电效率，可以少量水发电。
根据本发明其他方面的小型水力发电装置，其结构是，注水部喷射孔轴向一侧开放，从另一侧按入开放部分。由此所形成的结构，可将注水部喷射孔设为3个或4个以上，且使其与水轮叶片成直角，提高水轮旋转效率。上述结构可以简单的双向分开模制成。因此，可以低成本制造具有复杂内部构造且旋转效率高的小型水力发电装置。
附图的简单说明图1为本发明的实施形态的小型水力发电装置的纵截面图。
图2所示为水轮及回转体结构图，其中，(A)为与图1同方向所见的正面图。(B)为从箭头B方向所见(A)的平面图。(C)为从箭头C方向所见(A)的底面图。
图3所示为图1中箭头III-III所示截面图。
图4所示为图1所示小型水力发电装置极齿部分的展开图。
图5所示为显示小型水力发电装置各极齿间周方向间隙与与止动扭矩关系的图，其中，(1)、(2)分别为1层定子部式、2层定子部式的图形。
图6所示为显示小型水力发电装置各极齿间周方向间隙与有效磁通关系的图。
图7所示为以前的小型水力发电装置与本发明实施形态的小型水力发电装置的电角与止动扭矩关系的比较图。图中，(1)为以往各极齿间间隙大且定子部1层的结构。(2)为各极齿间间隙大且定子部为2层。(3)为定子部为1层的本发明的小型水力发电装置的一个实施例。(4)为定子部为2层的本发明的实施例。(5)为在(4)的基础上，2层定子部的内定子铁心间磁性绝缘型。(6)为在(5)的基础上，2层定子部的名外定子铁心外侧部分接触且磁性连接型。
图8所示为卸下杯状箱、树脂箱及定子部状态下，从箭头1方向所见图1的平面图。
图9所示为图8中箭IV所示2点划线部的截面图。
图10所示为在显示构成部分流体通道的盖的图。其中，(A)为从箭头V方向所见图1的平面图，(B)为(A)的A-A’截面图。
权利要求
1.一种小型水力发电装置，所述小型水力发电装置具有流体通道的主箱体和设置于上述流体通道、伴随所定流量的流体通过而回转的水轮，同时，所述水力发电装置将连结于所述水轮且与水轮同步旋转的回转体作为与定子部对向而置的转子部，使所述转子部伴随上述流体的通过，相对定子部旋转，由此而发生电力；其特征在于所述定子部具有节齿状极齿，所述节齿状极齿等间隔地配置于圆周方向上，以与上述转子部转子磁铁的外周面对向，相邻极齿间在周向的间隙设定为各极齿与上述转子磁铁的径向间隙的1.5倍以下。
2.如权利要求1所述的小型水力发电装置，其特征在于，所述定子部由相位偏移的2层定子部构成。
3.如权利要求2所述的小型水力发电装置，其特征在于，上述2层定子部的相邻定子铁心之间作磁绝缘。
4.如权利要求3所述的小型水力发电装置，其特征在于，所述装置分别设有2个定子箱，以分别覆盖上述2层定子部，这2个定子箱作磁性连接。
5.如权利要求1所述的小型水力发电装置，其特征在于，上述极齿分别为大致的梯形。
6.一种小型水力发电装置，所述小型水力发电装置具有流体通道的主箱体和设置于上述流体通道、伴随所定流量的流体通过而回转的水轮，同时，所述水力发电装置将连结于所述水轮且与水轮同步旋转的回转体作为与定子部对向而置的转子部，使所述转子部伴随上述流体的通过，相对定子部旋转，由此而发生电力；其特征在于主箱体上设有支承水轮旋转支承轴一端的支承部，同时，所述流体通道上设有注水部，该注水部拥有集中流量将流体喷向水轮叶片部分的喷射孔，至少部分注水部与上述主箱体作一体设置。
7.一种小型水力发电装置，所述小型水力发电装置具有流体通道的主箱体和设置于上述流体通道、伴随所定流量的流体通过而回转的水轮，同时，所述水力发电装置将连结于所述水轮且与水轮同步旋转的回转体作为与定子部对向而置的转子部，使所述转子部伴随上述流体的通过，相对定子部旋转，由此而发生电力；其特征在于上述流体通道配有注水部，该注水部拥有集中流量将流体喷向水轮叶片的喷射孔，喷射孔向着回转体的自由旋转支承轴的轴向开放，通过其他部件关闭该开放部分。
8.如权利要求6或7所述的小型水力发电装置，其特征在于，上述注水部由与主箱体一体的多个壁以及覆盖该壁前端侧的盖构成，同时，上述喷射孔在上述盖侧开放，并覆盖所述的盖。
9.如权利要求6或7所述的小型水力发电装置，其特征在于，上述喷射孔大致均等多个分布于周向，且在注水部的外周侧部分，形成将自所述流体通道入口侧流入至各喷射孔的流体流量作适当分配的坡度。
10.如权利要求6或7所述的小型水力发电装置，其特征在于通过将杯状箱嵌入主箱体而形成内部空间，该内部空间配置有回转体，同时隔绝内部空间与定子部，在主箱体容纳杯状箱体的嵌合部设有凹部，所述杯状箱体嵌入所述主箱体的嵌合部设有与凹部内壁对向而置的对置壁，按压杯状箱体使其嵌入的同时，在垂直嵌入方向上，具有夹于上述对置壁与上述凹部内壁间的环形弹性密封材料，在上述主箱体及上述杯状箱体上设有分别支承回转体支承轴两端的支承部。
全文摘要
本发明提供一种小型水力发电装置,所述装置不必采用多个分型模及冲模等的复杂加工方法,而是采用了可有效向水轮喷水的喷射孔结构。所述小型水力发电装置具有流体通道的主箱体和设置于上述流体通道、伴随所定流量的流体通过而回转的水轮(3),同时,所述水力发电装置将连结于所述水轮(3)且与水轮同步旋转的回转体(4)作为与定子部(6)对向而置的转子部,使所述转子部伴随上述流体的通过,相对定子部旋转,由此而发生电力;其特征在于:主箱体(1)上设有支承水轮(3)旋转的支承轴(7)一端的支承部(11b),同时,所述流体通道上设有注水部(2),该注水部具有集中流量将流体喷向水轮(3)叶片部分(31)的喷射孔(22a),至少部分注水部与上述主箱体作一体设置。
文档编号H02K29/00GK1342837SQ0113267
公开日2002年4月3日 申请日期2001年9月5日 优先权日2000年9月6日
发明者弓田行宣, 鹤田稔史 申请人:株式会社三协精机制作所