TWI602990B - 水力發電裝置 - Google Patents

Description

水力發電裝置

本發明係關於一種水力發電裝置。

本申請案基於2012年8月8日在日本申請之日本專利申請案第2012-176500號而主張優先權，其內容以引用之方式併入本文中。

於使用垂直軸型水輪機(貫流水輪機)之發電裝置中，即使水位(水面)上下變化，仍必須將水輪機(葉片部)始終配置於水面下(淹沒)。若水輪機之一部分露出於水面上，則施加於水輪機之負荷不均一，從而存在水輪機中產生異常之危險。

因此，有人提出一種技術，其將發電機固定於漂浮於水面上之漂浮體，並於漂浮體之底面側(下方側)配置水輪機，藉此使垂直軸型水輪機始終配置於水面下(專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本實公平1-10446號公報

但，在先前之技術中，因以漂浮體支撐包含發電機之垂直軸型水力發電裝置之整體，故需要可獲得足夠之浮力之大型漂浮體。因此，存在使裝置大型化之問題。又，因垂直軸型水力發電裝置之整體 浮於水面上，故存在包含水輪機之裝置整體之姿勢不穩定，而易使發電不穩定之問題。再者，因裝置整體之姿勢不穩定，故存在維護性或可靠性較差之問題。

本發明之目的在於提出一種水力發電裝置，其不使裝置大型化而可確實地將水輪機配置於水面下。

本發明之水力發電裝置之第一實施態樣具備：配置於水面下之水輪機；藉由上述水輪機之旋轉進行發電之發電機；具有同軸配置於上述水輪機之旋轉中心之軸體，將上述軸體之旋轉傳達至上述發電機，並使上述軸體可於上述發電機之旋轉軸方向移動之運動導向部；及配合水位之變動使上述軸體於上下方向移動之水輪機位置調整部。

本發明之水力發電裝置之第二實施態樣係於第一實施態樣中，上述運動導向部具備：不可繞軸旋轉地對上述軸體嵌合、且將上述軸體可於上述軸向移動之筒體；及支撐上述筒體使其可於較水面更上方旋轉之軸承。

本發明之水力發電裝置之第三實施態樣係於第二實施態樣中，上述發電機具備：連結於上述筒體之磁石部；及包圍上述磁石部之外周側之線圈部。

本發明之水力發電裝置之第四實施態樣係於第一至第三實施態樣之任一者中，上述水輪機位置調整部係經由軸承對上述運動導向部連結之線性致動器。

本發明之水力發電裝置之第五實施態樣係於第一至第三實施態樣之任一者中，上述水輪機位置調整部具備：形成於上述運動導向部之齒條；與上述齒條卡合之小齒輪；及使上述小齒輪旋轉之旋轉致動器。

本發明之水力發電裝置之第六實施態樣係於第一至第三實施態 樣之任一者中，上述水輪機位置調整部係經由軸承對上述運動導向部連結之浮體。

本發明之水力發電裝置不使裝置大型化而可確實地將水輪機配置於水面下。

1‧‧‧垂直軸型水力發電裝置

10‧‧‧垂直軸型水輪機(水輪機)

11‧‧‧葉片

12‧‧‧機械臂

13‧‧‧旋轉軸

30‧‧‧運動導向部

31‧‧‧花鍵軸(軸體)

31A‧‧‧滾動體滾道槽

32‧‧‧花鍵螺母

32F‧‧‧凸緣

33‧‧‧花鍵螺母(筒體)

33F‧‧‧凸緣

34‧‧‧向心推力軸承

35‧‧‧向心推力軸承

35F‧‧‧凸緣

36‧‧‧徑向軸承

37‧‧‧隔圈

40‧‧‧旋轉式滾珠花鍵軸承

43‧‧‧外筒

44‧‧‧滾珠

45‧‧‧保持器

46‧‧‧扣環

47‧‧‧方向轉換路

48‧‧‧返回通路(無負荷滾動體滾道路)

50‧‧‧固定部

51‧‧‧支撐框架

52‧‧‧支撐板

52A‧‧‧通孔

53‧‧‧套管部

53H‧‧‧中心孔

54‧‧‧環構件

54F‧‧‧凸緣

55‧‧‧發電機

56‧‧‧磁力轉子(磁石部)

56M‧‧‧磁石

56S‧‧‧支撐構件

57‧‧‧線圈定子(線圈部)

57C‧‧‧線圈

60‧‧‧水輪機位置調整部

61‧‧‧連結板

62‧‧‧軸承

63‧‧‧電動缸體

63A‧‧‧桿

63B‧‧‧缸體部

64‧‧‧水位感測器

160‧‧‧水輪機位置調整部

161‧‧‧浮子(浮體)

162‧‧‧軸承

163‧‧‧電動缸體(線性致動器)

260‧‧‧水輪機位置調整部

261‧‧‧齒條

262‧‧‧小齒輪

263‧‧‧旋轉馬達(旋轉致動器)

264‧‧‧線性馬達

265‧‧‧水位感測器

A‧‧‧中心軸(旋轉中心)

C‧‧‧用水渠道

W‧‧‧水

Ws‧‧‧水面、水位

圖1係顯示本發明之實施形態之垂直軸型水力發電裝置之概略構成之圖。

圖2係顯示運動導向部及固定部之圖。

圖3A係顯示旋轉式滾珠花鍵軸承之詳細構成之圖，係顯示花鍵軸及花鍵螺母等之圖。

圖3B係顯示旋轉式滾珠花鍵軸承之詳細構成之圖，係顯示一對向心止推滾珠軸承等之圖。

圖4A係顯示水位上下變化時之垂直軸型水力發電裝置之動作之圖，且係顯示流動於用水渠道之水之水位較低之情形之圖。

圖4B係顯示水位上下變化時之垂直軸型水力發電裝置之動作之圖，且係顯示流動於用水渠道之水之水位較高之情形之圖。

圖5係顯示水輪機位置調整部之第一變化例之圖。

圖6係顯示水輪機位置調整部之第二變化例之圖。

圖1係顯示本發明之實施形態之垂直軸型水力發電裝置1之概略構成之圖。

圖2係顯示運動導向部30及固定部50之圖。

垂直軸型水力發電裝置1設置於例如農業、工業、自來水等所使用之用水渠道C中。

在垂直軸型水力發電裝置1中，垂直軸型水輪機10配置於較用水 渠道C之水面Ws更下方。垂直軸型水輪機10係以淹沒於用水渠道C中之方式配置。

垂直軸型水輪機10係以使旋轉軸13之中心軸(旋轉中心)A朝向鉛直方向之方式配置。在旋轉軸13中，於露出於水上之部位上，間接地連結發電機55。

發電機55將垂直軸型水輪機10之旋轉力(機械能)轉換為電能。發電機55使用流動於用水渠道C之水W之力進行發電。

垂直軸型水力發電裝置1具備垂直軸型水輪機10、運動導向部30、固定部50及水輪機位置調整部60。

運動導向部30將垂直軸型水輪機10之旋轉傳達至發電機55，並使垂直軸型水輪機10可於上下方向移動。

固定部50配置於用水渠道C之上方，支撐垂直軸型水輪機10及運動導向部30，且於發電機55中進行發電。

水輪機位置調整部60對應於水位(水面Ws)之變化，使運動導向部30作動。

垂直軸型水輪機10係所謂GYROMILL型風車。垂直軸型水輪機10形成為矩形板狀或帶板狀，具有複數個向鉛直方向延伸之葉片11。垂直軸型水輪機10具有沿中心軸A配置之旋轉軸13。

複數個葉片11係繞著中心軸A沿圓周方向均等地保持間隔而配設。各葉片11經由連接於兩端之一對機械臂，連結於旋轉軸13之外周面。複數個葉片11形成為當盛水W時產生提升力之形狀。藉由此提升力，垂直軸型水輪機10(旋轉軸13)繞著中心軸A旋轉。

垂直軸型水輪機10對水流之方向無依賴性。對於來自任何方向之水W，垂直軸型水輪機10皆可繞著中心軸A旋轉。

運動導向部30與垂直軸型水輪機10一同旋轉，並可將垂直軸型水輪機10於中心軸A方向移動。運動導向部30將垂直軸型水輪機10之 旋轉傳達至發電機55，並將垂直軸型水輪機10可對應於水位(水面Ws)之變化而於上下方向移動。

運動導向部30具備花鍵軸31、花鍵螺母32、33及軸承36。

花鍵軸(軸體)31與旋轉軸13形成為一體。花鍵螺母(筒體)32、33配置於花鍵軸31。軸承36嵌合於花鍵螺母33。

軸承34、35、36支撐花鍵螺母32、33，使其可相對於固定部50旋轉。運動導向部30具備共用一個花鍵軸31之兩個旋轉式滾珠花鍵軸承40。

圖3A係顯示旋轉式滾珠花鍵軸承40之詳細構成之圖，且係顯示花鍵軸31及花鍵螺母32等之圖。

圖3B係顯示旋轉式滾珠花鍵軸承40之詳細構成之圖，且係顯示一對向心止推滾珠軸承34、35等之圖。

如圖3A所示般，於花鍵軸31之外周面上，形成有複數個沿其延伸方向延伸之滾動體滾道槽31A。複數個滾動體滾道槽31A至少形成於與花鍵螺母32對應之位置。複數個滾動體滾道槽31A係互相於圓周方向空開間隔而配置。

於滾動體滾道槽31A中，將花鍵螺母32之複數個滾珠44可滾動地配置。為確保對於滾珠44之機械強度而對滾動體滾道槽31A實施淬火。

花鍵螺母32具備外筒43、複數個滾珠44及保持器45。外筒43游嵌於花鍵軸31。複數個滾珠44係可滾動運動地介存於花鍵軸31與外筒43之間。保持器45組入於外筒43，將配置於滾珠循環路之複數個滾珠44進行排列。

於外筒43之內周面上，對向於花鍵軸31之滾動體滾道槽31A，形成有於其延伸方向延伸之複數條負荷滾動體滾道槽。於外筒43之軸線方向之兩端，分別設置有用以將保持器45裝配於外筒43上之扣環46。

滾珠循環路係由負荷滾動體滾道路、一對方向轉換路47及返回通路(無負荷滾動體滾道路)48構成。滾珠循環路形成為扁平之環狀或迴路狀。

負荷滾動體滾道路係由花鍵軸31之滾動體滾道槽31A與外筒43之負荷滾動體滾道槽構成。一對方向轉換路47形成於保持器45。返回通路48形成於保持器45與外筒43之間。

隨著花鍵軸31相對於花鍵螺母32之相對直線運動，滾珠44於負荷滾動體滾道路中進行滾動運動。

滾珠44滾動至負荷滾動體滾道槽之一端時，由保持器45自滾動體滾道槽31A撈起。滾珠44經由U字狀之方向轉換路47後，改變方向進入與負荷滾動體滾道槽平行地延伸之返回通路48。

滾珠44通過返回通路48時，經由相反側之方向轉換路47後，再次返回滾動體滾道槽31A。

因返回通路48形成於保持器45與外筒43之間，故於返回通路48中滾珠44不與滾動體滾道槽31A接觸。

花鍵螺母32與花鍵軸31可進行相對直線移動。

另一方面，因於花鍵螺母32之負荷滾動體滾道槽與花鍵軸31之滾動體滾道槽31A之間介存有複數個滾珠44，故花鍵螺母32限制花鍵軸31繞其軸線旋轉。

對花鍵螺母32與花鍵軸31，限制互相之繞軸之相對旋轉。

如圖3B所示般，於外筒43之外周面之兩端側，設置軸承34、35。藉此，可使花鍵軸31及花鍵螺母32成為一體而繞軸旋轉。

花鍵螺母32與花鍵軸31於被限制互相之繞軸之相對旋轉之狀態下，成為一體而繞軸旋轉。當花鍵軸31繞軸旋轉時，花鍵螺母32(33)亦成為一體而繞軸旋轉。

如圖1及圖2所示般，運動導向部30之軸承34、35、36係相對於 固定部50被固定。軸承34、35、36支撐共用1個花鍵軸31之2個旋轉式滾珠花鍵軸承40，使其可相對於固定部50旋轉。

2個花鍵螺母32、33係於較水面Ws更上方，於鉛直方向排列而配置。相對於2個花鍵螺母32、33插通花鍵軸31之上端側。

軸承34、35係一對向心止推滾珠軸承。軸承36係徑向軸承。一對向心止推滾珠軸承34、35配設於固定部50之下方側，徑向軸承36配設於固定部50之上方側。

於2個花鍵螺母32、33之間配置發電機55。發電機55連結於花鍵螺母32、33。

一對向心止推滾珠軸承34、35不具有內圈。於花鍵螺母32之外筒之外周面，直接形成向心止推滾珠軸承34、35之滾珠所滾動之行走槽。

於花鍵螺母32之外筒之兩端各設置凸緣32F。軸承34、35之滾珠所滾動之行走槽形成於各凸緣32F之附近。

於一對向心止推滾珠軸承34、35之外圈彼此之間，設置圓筒形之隔圈37。

徑向軸承36嵌合於花鍵螺母33之外筒。於花鍵螺母33之外筒之一端(下端)設置凸緣33F。徑向軸承36之內圈抵接於此凸緣33F。

固定部50具備支撐框架51及發電機55。支撐框架51架設於用水渠道C之兩岸之間。支撐框架51對垂直軸型水輪機10與運動導向部30予以支撐。

於支撐框架51之內部設置發電機55。

支撐框架51具備支撐板52、圓筒形之套管部53及環構件54。

支撐板52架設於用水渠道C之兩岸之間。圓筒形之套管部53配置於支撐板52之上表面。環構件54配置於套管部53之上端面。

於支撐板52上，沿垂直方向形成圓形之通孔52A。於通孔52A 中，經由軸承34、35配置花鍵螺母32。通孔52A與花鍵螺母32大致具有相同之長度，且於此通孔52A之內周面上嵌合配置軸承34、35之外圈。於通孔52A之下方側配置軸承34，於上方側配置軸承35。

於軸承35之外圈形成凸緣35F。此凸緣35F抵接於支撐板52之上表面，且藉由螺栓固定於支撐板52。

套管部53同軸配置於支撐板52之通孔52A之中心軸。

套管部53之中心孔53H之內徑較軸承35之外圈之凸緣35F之直徑稍大。因此，於中心孔53H之下方側收納軸承35之外圈之凸緣35F。

於中心孔53H之上方側，經由軸承36配置有花鍵螺母33。於中心孔53H之內周面嵌合配置軸承36之外圈。

於套管部53之上端面配置環構件54。環構件54之一部分嵌合於套管部53之中心孔53H，且抵接於軸承36之外圈。環構件54之凸緣54F抵接於套管部53之上端面，且藉由螺栓固定於套管部53。

發電機55將藉由花鍵軸31之旋轉所獲得之旋轉力(機械能)轉換成電能而進行發電。

發電機55具備磁力轉子56及線圈定子57。磁力轉子56配置於2個花鍵螺母32、33之間。線圈定子57配置於固定部50之套管部53之內部。

磁力轉子(磁石部)56夾持於2個花鍵螺母32、33之端面彼此之間。

磁力轉子56不限於夾持於2個花鍵螺母32、33之間之情形。例如，磁力轉子56亦可係相對於凸緣32F、33F使用螺栓等之緊固機構予以結合之情形。

磁力轉子56係自花鍵軸31間隔略微之空隙而配置。因此，磁力轉子56與2個花鍵螺母32、33成為一體而繞著中心軸A旋轉。

另一方面，即使花鍵軸31於上下方向移動，磁力轉子56仍不移 動，而與2個花鍵螺母32、33成為一體保持於固定部50。

磁力轉子56具備複數個磁石56M等。複數個磁石56M係於繞著中心軸A之圓周方向均等地保持間隔而配設。各磁石56M由支撐構件56S以露出於外周側之方式予以保持。支撐構件56S夾持於2個花鍵螺母32、33之端面彼此之間。

線圈定子(線圈部)57配置於套管部53之內部。線圈定子57係以於磁力轉子56之外周側間隔略微之空隙，且包圍磁力轉子56之方式所配置。

線圈定子57具備複數個線圈57C等。複數個線圈57C係繞著中心軸A沿圓周方向均等地保持間隔所配設。各線圈57C係以露出於套管部53之中心孔53H之內周側之方式配置。自中心軸A至各線圈57C之表面之距離係以與中心孔53H之半徑大致相同之方式進行設定。

若垂直軸型水輪機10承受水W而使花鍵軸31繞著中心軸A旋轉，則連結於花鍵軸31之2個花鍵螺母32、33繞著中心軸A旋轉。磁力轉子56亦與2個花鍵螺母32、33成為一體，而繞著中心軸A旋轉。

藉由使磁力轉子56相對於線圈定子57繞著中心軸A旋轉，在磁力轉子56與線圈定子57之間產生電磁感應，從而發電產生電力。

水輪機位置調整部60於花鍵軸31之上端具備連結板61、一對電動缸體63、水位感測器64及驅動控制部(未圖示)等。

連結板61經由軸承62水平地配置。一對電動缸體63配置於連結板61與固定部50之間。水位感測器64檢測用水渠道C之水面Ws之位置(水位)。驅動控制部基於來自水位感測器64之檢測結果驅動控制一對電動缸體63。

於花鍵軸31之上端，嵌合軸承62，進而經由軸承62連結板形之連結板61。因此，即使花鍵軸31旋轉，連結板61亦不會旋轉。

於連結板61之兩端，連結有一對電動缸體63之桿63A。

一對電動缸體(線性致動器)63係各自沿垂直方向相對於花鍵軸31之中心軸A對稱配置。

一對電動缸體63之缸體部63B固定於固定部50之環構件54之上表面。一對電動缸體63附有制動器，且可保持自缸體部63B突出之桿63A之位置(突出長度)。

水位感測器64係使用雷射光檢測水面Ws距地面之位置之光學式感測器。亦可取代光學式感測器，使用配置於用水渠道C之底面，且根據水W之水壓計測水面Ws之位置之壓力感測器。

藉由使驅動控制部(未圖示)基於來自水位感測器64之檢測結果驅動控制一對電動缸體63，可使花鍵軸31之位置配合水位上下移動。如此般之控制之採樣頻率可為例如以數分鐘為週期。

圖4A係顯示水位(水面Ws)上下變化時之垂直軸型水力發電裝置1之動作之圖，係顯示流動於用水渠道C之水W之水位較低之情形之圖。

圖4B係顯示水位(水面Ws)上下變化時之垂直軸型水力發電裝置1之動作之圖，係顯示流動於用水渠道C之水W之水位較高之情形之圖。

在垂直軸型水力發電裝置1中，垂直軸型水輪機10位於較水面Ws更下方。垂直軸型水輪機10完全淹沒。

因此，花鍵軸31亦下端側淹沒。另一方面，因藉由水輪機位置調整部60使連結於垂直軸型水輪機10之花鍵軸31上下移動，故花鍵軸31之上端側始終位於較水面Ws更上方(參照圖1)。

垂直軸型水輪機10承受流動於用水渠道C之水W而繞著中心軸A旋轉。連結於垂直軸型水輪機10之花鍵軸31亦繞著中心軸A旋轉。

藉此，配置於花鍵軸31之2個花鍵螺母32、33繞著中心軸A旋轉。進而，夾持於該2個花鍵螺母32、33之磁力轉子56亦繞著中心軸 A旋轉。

垂直軸型水輪機10、旋轉式滾珠花鍵軸承40及磁力轉子56成為一體而繞著中心軸A旋轉。如此般，垂直軸型水輪機10之旋轉傳達至連結於旋轉式滾珠花鍵軸承40之發電機55(磁力轉子56)。

如圖4A所示般，在流動於用水渠道C之水W之水位變低之情形時，在垂直軸型水力發電裝置1中，藉由水輪機位置調整部60運動導向部30作動，而使垂直軸型水輪機10配合水位向下方移動。當水W之水位變低時，垂直軸型水輪機10、花鍵軸31、連結板61及電動缸體63之桿63A成為一體而向下方移動。

因水輪機位置調整部60檢測出水面Ws之變化(水位之降低)，並配合此變化來控制電動缸體63，故使垂直軸型水輪機10及花鍵軸31配合水位之下降朝向用水渠道C之下方移動。

另一方面，即使水W之水位變低，花鍵螺母32、33及發電機55仍維持其位置姿勢不變。因花鍵軸31相對於花鍵螺母32、33移動，故花鍵螺母32、33及發電機55之位置姿勢不變化。

因此，即使流動於用水渠道C之水W之水位變低，在垂直軸型水力發電裝置1中，因垂直軸型水輪機10不會露出於水面Ws上，故垂直軸型水輪機10均等地盛水W而旋轉。因此，垂直軸型水輪機10不會受損傷等，而可持續維持有效之發電。

如圖4B所示般，在流動於用水渠道C之水W之水位變高之情形時，在垂直軸型水力發電裝置1中，藉由水輪機位置調整部60運動導向部30作動，而使垂直軸型水輪機10配合水位向上方移動。當水W之水位變高時，垂直軸型水輪機10、花鍵軸31、連結板61及電動缸體63之桿63A成為一體而向上方移動。

因水輪機位置調整部60檢測出水面Ws之變化(水位之上升)，並配合此變化來控制電動缸體63，故使垂直軸型水輪機10及花鍵軸31配 合水位之上升而朝向用水渠道C之上方移動。

如上述般，即使水W之水位變高，花鍵螺母32、33及發電機55仍維持其位置姿勢不變。因花鍵軸31相對於花鍵螺母32、33移動，故花鍵螺母32、33及發電機55之位置姿勢不變化。

因此，即使流動於用水渠道C之水W之水位變高，在垂直軸型水力發電裝置1中，因垂直軸型水輪機10距水面Ws之位置(淹沒深度)為一定，故垂直軸型水輪機10仍可均等地盛水W而持續維持有效之發電。

如以上說明般，垂直軸型水力發電裝置1係即使流動於用水渠道C之水W之水位上下變化，因藉由水輪機位置調整部60而使運動導向部30作動，故仍可使垂直軸型水輪機10始終被淹沒。因此，可確實迴避垂直軸型水輪機10露出於水面Ws上，受不均一之水力而損傷之事態。且，因藉由使垂直軸型水輪機10始終被淹沒，垂直軸型水輪機10均等地盛水W而旋轉，故可持續維持有效之發電。

垂直軸型水力發電裝置1因運動導向部30具有旋轉式滾珠花鍵軸承40，故可使垂直軸型水輪機10配合水面Ws之變動而圓滑地上下移動。

可將垂直軸型水輪機10之旋轉確實地傳達至發電機55，從而可持續維持有效之發電。

因將發電機55之磁力轉子56連結於運動導向部30(旋轉式滾珠花鍵軸承40)之花鍵螺母32、33，故可將垂直軸型水輪機10之旋轉確實地傳達至發電機55。

因將發電機55之磁力轉子56以一對花鍵螺母32、33夾持，故可將磁力轉子56確實地連結於花鍵螺母32、33。

因水輪機位置調整部60相對於運動導向部30(花鍵軸31)連結電動缸體63，故可使垂直軸型水輪機10配合水位之變動主動且確實地被淹 沒。因水輪機位置調整部60配置於固定部50，故維護性較優異。

亦可取代電動缸體63，使用其他之線性致動器。例如，可使用多階段式或無階段式之氣壓缸。例如，可使用將旋轉馬達與滾珠螺桿加以組合之直線運動機構。

如此般，因可使用多種多樣之線性致動器，故可配合垂直軸型水輪機10之重量等構築適當之水輪機位置調整部160。

接著，針對水輪機位置調整部之第一變化例進行說明。

圖5係顯示水輪機位置調整部之第一變化例(水輪機位置調整部160)之圖。

水輪機位置調整部160係由配置於花鍵軸31之外周側之圓環形之浮子161及配置於花鍵軸131與浮子161之內周面之間之軸承162構成。

軸承162之內圈係於較垂直軸型水輪機10略為上方，相對於花鍵軸31而固定。對於軸承162，可使用例如防水型之軸承。

浮子(浮體)161包含例如泡沫聚苯乙烯等之合成樹脂素材，係浮於水面Ws之低密度構件。浮子161藉由其浮力使花鍵軸31之上端側露出於較水面Ws更上方。

浮子161之形狀、浮力等可在不使花鍵軸31之上端側被淹沒之範圍內進行適當變更。因此，浮子161不限於以泡沫聚苯乙烯形成之情形，亦可為如泳圈般之袋體。亦可為由金屬材料所形成之箱形狀之構件。

如此般，因浮子161藉由其浮力使花鍵軸31之上端側露出於較水面Ws更上方，故即使水位(水面Ws)上下變化，連結於花鍵軸31之下端側之垂直軸型水輪機10仍為始終被淹沒之狀態。

因浮子161係相對於花鍵軸31經由軸承162可繞中心軸A旋轉地連接，故即使花鍵軸31繞著中心軸A旋轉，浮子161亦不旋轉。因此，不會因浮子161之存在，而阻礙垂直軸型水輪機10之旋轉。因此，發 電機55可受到來自不受損耗而良好地旋轉之垂直軸型水輪機10之旋轉力(機械能)，而進行發電。藉此，垂直軸型水力發電裝置1可進行效率良好之發電。

因水輪機位置調整部160相對於運動導向部30(花鍵軸31)經由軸承162而連結有浮子161，故可配合水位之變動使垂直軸型水輪機10確實地被淹沒。

因將圓環形之浮子161經由軸承162而連結於花鍵軸31(垂直軸型水輪機10)，故不阻礙垂直軸型水輪機10之旋轉，而可進行效率良好之發電。

發電機55因不根據水位上下移動故維護性較優異。與發電機55連接之電纜類亦因不上下移動，故而可靠性提高。

接著，針對水輪機位置調整部之第二變化例進行說明。

圖6係顯示水輪機位置調整部之第二變化例(水輪機位置調整部260)之圖。

水輪機位置調整部260具備齒條261、一對小齒輪262、一對旋轉馬達263、一對線性馬達264、水位感測器265及驅動控制部(未圖示)等。

齒條261形成於花鍵軸31之上端外周面。一對小齒輪262嚙合於齒條261。一對旋轉馬達263使一對小齒輪262旋轉。一對線性馬達264使一對旋轉馬達263相對於齒條261(花鍵軸31)密著或分離。水位感測器265檢測用水渠道C之水面Ws之位置(水位)。驅動控制部基於來自水位感測器265之檢測結果，驅動控制旋轉馬達263及線性馬達264。

齒條261形成於花鍵軸31之上端外周面之整面(整周)。齒條261自花鍵軸31之大致上端朝向下方，形成為對應於花鍵軸31之上下移動距離之長度(範圍)。

一對小齒輪262其各自之旋轉軸朝向水平方向，且相對於花鍵軸 31之中心軸A對稱配置。

一對旋轉馬達(旋轉致動器)263朝向水平方向而配置於固定部50之環構件54之上表面。

一對線性馬達264配置於一對旋轉馬達263與環構件54之間。一對線性馬達264用於使連結於各自之旋轉馬達263之小齒輪262相對於齒條261密著或分離。

使連結於旋轉馬達263之小齒輪262自齒條261分離時，設置防止花鍵軸31落下之未圖示之防落下部。

水位感測器265與水位感測器164相同，係自地上使用雷射光檢測水面Ws之位置之光學式感測器。亦可取代光學式感測器，使用配置於用水渠道C之底面、且根據水W之水壓而計測水面Ws之位置之壓力感測器。

水位有變化之情形時，驅動控制部(未圖示)基於來自水位感測器265之檢測結果，驅動一對線性馬達264，而使連結於旋轉馬達263之小齒輪262密著於形成於花鍵軸31之齒條261。藉由驅動控制部驅動控制旋轉馬達263，可使花鍵軸31之位置配合水位上下移動。

另一方面，水位無變化之情形時，維持驅動控制部(未圖示)驅動一對線性馬達264，而使連結於旋轉馬達263之小齒輪262自花鍵軸31(齒條261)分離之狀態。如此般之控制之採樣頻率可為例如以數分鐘為週期。

水輪機位置調整部260因相對於運動導向部30(花鍵軸31)連結有齒條齒輪機構，故可使垂直軸型水輪機10配合水位之變動主動且確實地被淹沒。水輪機位置調整部260因配置於固定部50，故維護性優異。

作為水輪機位置調整部之另一變化例，可於花鍵軸31之上端緊固吊環螺栓，並於此吊環螺栓上連結起重機等，從而使花鍵軸31上下 移動。

上述之實施形態中所示之各構成構件之諸形狀或組合等為一例，可於不脫離本發明之主旨之範圍內基於設計要求等進行各種變更。

垂直軸型水輪機10不限於GYROMILL型。亦可為直線翼型、DARIUS型、桶形、槳型、橫流型、S型轉子型等。

旋轉式滾珠花鍵軸承40中，對於花鍵軸及花鍵螺母可進行變更。例如，可取代花鍵軸及花鍵螺母，使用滑鍵或鋸齒、滑花鍵。

旋轉式滾珠花鍵軸承40亦可為所謂端蓋形式之滾珠花鍵軸承。

雖已針對以一條軸構件形成旋轉軸13與花鍵軸31之情形進行說明，但並不限於此。亦可為以不同軸構件形成旋轉軸13與花鍵軸31，並將此等複數個軸構件進行焊接之情形。

與相對於花鍵螺母32直接組入向心止推滾珠軸承34、35相同，亦可相對於花鍵螺母33直接組入徑向軸承36。

軸承62不限於推力軸承，亦可為向心止推滾珠軸承。

1‧‧‧垂直軸型水力發電裝置

10‧‧‧垂直軸型水輪機

11‧‧‧葉片

12‧‧‧機械臂

13‧‧‧旋轉軸

31‧‧‧花鍵軸

40‧‧‧旋轉式滾珠花鍵軸承

50‧‧‧固定部

51‧‧‧支撐框架

52‧‧‧支撐板

53‧‧‧圓柱形套管部

54‧‧‧環構件

55‧‧‧發電機

60‧‧‧水輪機位置調整部

61‧‧‧連結板

62‧‧‧軸承

63‧‧‧電動缸體

63A‧‧‧桿

63B‧‧‧缸體部

64‧‧‧水位感測器

A‧‧‧中心軸

C‧‧‧用水渠道

W‧‧‧水

Ws‧‧‧水面、水位

Claims (4)

1. 一種水力發電裝置，其特徵在於包含：水輪機，其配置於水面下；發電機，其藉由上述水輪機之旋轉進行發電；軸體，其與上述水輪機之旋轉軸一體地形成，且配置於該旋轉軸之上方；筒體，其相對於上述軸體不可繞軸旋轉地嵌合，但可在上述軸體上進行相對直線運動，且包含：游嵌於上述軸體之外筒、夾於上述外筒與上述軸體之間的複數個滾珠、及組裝於上述外筒並使複數個滾珠整齊排列的保持器；徑向軸承，其配置於使上述筒體位於較水面更上方處之上述軸體，且支撐上述筒體而使之能夠旋轉；及水輪機位置調整部，其設置於上述軸體之上端，配合水位之變動使上述軸體於上下方向移動；且上述發電機包含：連結於上述筒體之磁石部；及包圍上述磁石部之外周側之線圈部
2. 如請求項1之水力發電裝置，其中上述水輪機位置調整部係經由軸承連結於上述軸體且浮於上述水面之線性致動器。
3. 如請求項1之水力發電裝置，其中上述水輪機位置調整部包含：形成於上述軸體之齒條；咬合於上述齒條之小齒輪；及使上述小齒輪旋轉之旋轉致動器。
4. 如請求項1之水力發電裝置，其中上述水輪機位置調整部係經由軸承連結於上述軸體且浮於上述水面之浮體。