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公開番号2024073764
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-30
出願番号2022184647
出願日2022-11-18
発明の名称係留式水力発電機およびそれを用いた計測機
出願人株式会社ハイドロヴィーナス
代理人
主分類F03B 13/10 20060101AFI20240523BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】
一台の発電機を搭載した汎用性のある係留式水力発電機を実現すること。またそれを利用した計測機を実現すること。
【解決手段】
翼または振り子が固定された水密筐体2内に固定された発電機14と、前記発電機14の回転軸12に偏心するよう固定された重り15を備えることにより、筐体2をアウターローター、重り15をステーターとした状態を実現する。また、筐体2内にセンサおよび通信機能を組み込むことにより計測機とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
翼または振り子が固定された水密筐体内に固定された発電機と、前記発電機の回転軸に偏心するよう固定された重りを備えることを特徴とする係留式水力発電機。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
翼または振り子が固定された水密筐体内の回転軸に偏心するように重りを固定し、前記重りと前記筐体の一方にコイルを他方に磁石を固定し、これらの相対運動によって起電力を得ることを特徴とする係留式水力発電機。
【請求項３】
前記重りは前記筐体の回動運動によらず懸垂状態を維持する重量であることを特徴とする請求項１または２に記載の係留式水力発電機。
【請求項４】
前記重りの重量が筐体上部が水中に浮遊するように調整されることを特徴とする請求項３に記載の係留式水力発電機。
【請求項５】
請求項１または２に記載の係留式水力発電機にセンサを搭載し、前記センサは発電した電力によって駆動することを特徴とする計測機。
【請求項６】
前記水密構造内部に発電した電力によって駆動する無線通信手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の計測機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川や潮流あるいは海流のような流水のエネルギーを電力に変換する発電技術および発電電力を用いた計測機に関するものである。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
落差あるいは急勾配の水路の流水で水車を回転させることにより発電を行うことは広く行われている。落差の大きさと流量に応じて最適な水車が使用されている。例えば、落差が大きいとき、流量が大きくなるにつれてターゴインパルス水車、横軸フランシス水車、縦軸フランシス水車へと最適な水車は変わる。落差が小さい場合や水平水路においてはらせん水車のほか、風力発電の構造に類似したプロペラあるいはスクリュー型水車や、ダリウス水車を用いることができる。上記の水車の多くは抗力や揚力による回転力を利用して発電機を回すものである。
【０００３】
他に新規なものとして、水流中の構造体の周りに生じる渦や構造体表面からの流れの剥離現象によって構造体が揺動や回転する、いわゆる流体励起振動を発電に利用する技術が知られている。特許文献１および２がその例でありこの場合は水車というよりは振り子型構造が往復回動運動または回転する。
【０００４】
これら水車や振り子は様々な方法で設置される。管水路と発電機を一体的に結合する方法、開水路の水底に固定する方法、開水路側壁に固定する方法、開水路上の橋等から吊り下げる固定方法などがある。他にも水車を係留して流れや浮力を利用して水中にある程度の自由度を持って保持する方法がある。特許文献３に記載されるような水中の構造物に係留する方法、係留した船体やブイなどの浮体に固定する方法、特許文献４に例示される水底から係留して水中に凧のように浮遊させる方法などが知られている。
【０００５】
上記の様々な水車等と発電機への接続にも多様な方法が知られている。変速機を通して水車と発電機と直結する方法、ベルトやチェーン、あるいは油圧や水圧伝達パイプを介して離れた場所にある発電機を動かす方法などがある。以下、単に発電機と呼ぶときは回転などの運動エネルギーを電力に変換する装置を指し、水車等と発電機を機能的に結合したものを水力発電機と呼ぶ。
【０００６】
発電機にもコイルと磁場の相対運動から誘導機電力を得る方法、圧電素子で起電力を得る方法、特許文献５に例示される磁歪素子で起電力を得る方法など多様な方法が存在している。必要な電力と望ましい装置サイズやコストの観点から選択される。いずれの発電方法にも共通の要素として動かない部分と動く部分が必要であり、一般に前者はステーター、後者はローターと呼ばれている。以下、水車や振り子をまとめてローターと記載する。
【０００７】
前記水力発電機を必要とする用途としてセンシングおよび通信がある。河川や海域では電線・通信線がなく電池交換も困難な場合が多い。水流から発電する技術は環境発電（エネルギーハーベスティング）として知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許第５３０３６８６号公報
特許第６９６１８６５号公報
特許第５２４２１３５号公報
特開２０１６－１６９６９６号公報
特開２０２０－０７８２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
環境からエネルギーを取得することを望むとき、管水路ではなく、開水路や河川あるいは海などで動作可能な水力発電技術が必要になる。落差がない環境がほとんどであるため、プロペラあるいはスクリュー型水車やダリウス水車、らせん水車、そして振り子型水力発電などが利用可能である。
【００１０】
このとき水底にローターおよび発電機を固定する、いわゆる着底式発電機は水から大きな抗力を受ける。このため、堅牢な固定が必要になりサイズおよび重量の増加およびコスト高を招きやすい。着底式発電機は流れを堰き止める構造上の特性から漂流物で停止し易いため、除塵機が必要になり装置はさらに大型化する。橋などから発電機を支柱等で水中に懸垂する構造も同じ課題を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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