以下、本発明に係る実施形態を図面を参� ��して説明する。

 (第1実施形態)
 図1は本発明の第1実施形態に係る水力発電� �置10を示す斜視図である。図2は図1に示す水� ��発電装置10の流路内側部分の構成を示す分� �斜視図である。図3は図1に示す水力発電装置 10を示す縦断面図である。図4は図1に示す水� �発電装置10の横断面図である。

 図1に示すように、本実施形態に係る水力 発電装置10は、その上流側部分である上流側� ��管部分20と、下流側部分である下流側配管� �分30と、これらの中間に配置される発電機本 体部分40との3区画から構成されている。この 水力発電装置10は、水管(図3)に連結されて主� ��路Rを形成する円環状のステータ11と、ステ� ��タ11の内周側に配置された円環状のロータ12 とを備えている。

 図3に示すように、水力発電装置10は、水� ��90の中途に設置され、内径を水管90と同径に 設定されている。水力発電装置10は、水管90� �は、図示しないOリングなどを介してフラン� ��結合される。具体的には、上流側配管部分2 0の上流側端部に設けられた上流側フランジ25 1で上流側の水管90に結合され、下流側配管部 分30の下流側端部に設けられた下流側フラン� ��352で下流側の水管91に結合される。

 図2乃至4に示すように、上流側配管部分20 の内周面には、筒状のベーンベース21が固定� ��れ、ベーンベース21の内側には、周方向に� �配された複数のガイドベーン22が固定されて いる。ラジアル方向内方に延びるこれらのガ イドベーン22の中心位置には、筒状のボス23� �ガイドベーン22の内端部に固定されている。 ボス23は、ガイドベーン22の上流側で、水の� �抗を低減すべく弾頭形状に丸められている� �また、ボス23は、ガイドベーン22の下流側に� ��延び、その外周囲には、軸流型に湾曲する� ��数枚のプロペラブレード41が、所定の間隙� �介して周方向に等配されている。つまり、� �ロペラブレード41のラジアル方向の内端部は 、ボス23の外周面に接触しないようになって� ��る。ボス23は、プロペラブレード41のさらに 下流側にも延び、キャビテーションを低減す べく弾頭形状に丸められている。

 図1及び2に示すように、ガイドベーン22は 、プロペラブレード41の傾きに対して逆方向� ��傾いて湾曲する軸流型をなしており、水流� ��プロペラブレード41に適切な角度で当たる� �うに案内する構成となっている。プロペラ� �レード41は、発電機本体部分40の内部に位置� ��、その外周囲を円筒状をなしたブレードベ� ��ス41aの内周面に固定されている。ブレード� ��ース41aは、円筒状をなすランナ42に内嵌固� �されている。ランナ42は、永久磁石44がその� ��部に取り付けられた円環部42aと、円環部42a� ��径方向内端から回転軸線方向の両側に突出� ��た鍔部42bとを有している。なお、永久磁石4 4は、前記円環部42aの外周面に取り付けても� �い。そして、これらのランナ42、永久磁石44� ��びプロペラブレードなどによりロータ12が� �成されている。

 ランナ42の外周面は、発電機本体部分40の 2分割式の発電機ケーシング40Cと発電機カバ� �46により覆われている。発電機本体40は、そ� ��前後端面には、上流側配管部分20の下流側� �部に設けられた下流側フランジ252と、下流� �配管部分30の上流側端部に設けられた上流側 フランジ351とがそれぞれ結合されている。ラ ンナ42の円環部42aと上流側配管部分20の下流� �フランジ252との間の環状空間には、ほぼ矩� �断面を有する上流側水潤滑軸受61が配置され 、ランナショルダ42Bと下流側配管部分30の上� ��側フランジ351との間の環状空間には、ほぼ� ��形断面を有する下流側水潤滑軸受62が配置� �れている。

 水潤滑軸受61,62は、ランナ42の外周面をラ ジアル支持する一方、特に、下流側水潤滑軸 受62は、ランナ42の円環部42aの下流側面を通� �てランナ42をスラスト支持するように構成さ れている。永久磁石44の径方向外方には、キ� ��ン44aを介して、ステータコア(積層鉄芯)45と 、これに巻かれた電機子コイル451とが配設さ れており、これらがステータ11を構成してい� ��。ステータコア45および電機子コイル451の� �周側は発電機カバー46により覆われ、ステー タコア(積層鉄芯)45が発電機カバー46を介して 発電機ケーシング40Cに固定されている。

 以上のような構成により、上流側の水管9 0から流れてくる水は、上流側配管部分20の内 部を流れてボス23により管内外周部へ案内さ� ��、ガイドベーン22によって方向が調整され� �、プロペラブレード41に当たる。これによっ て、プロペラブレード41が効率良く回転する� ��そして、プロペラブレード41の回転により� �ランナ42を一体回転させ、ランナ42に固定さ� ��た永久磁石44を、ステータコア45に対して回 転させる。これによって、ステータコア45に� ��じる誘導磁界の変化が電機子コイル451内に� ��圧を誘起し、発電するようになっている。

 次に、本実施の形態にかかる水力発電装� ��10の軸受構造について詳述する。図3に示す� ��うに、下流側配管部分30の外周面には、水� �給口301が形成されている。この水供給口301� �供給される水は、上流側フランジ351を貫通� �、その内部に配設された下流側水潤滑軸受62 の下流側端面に導かれている。

 図5は図1に示す水力発電装置10の水潤滑軸 受62を示し、左半分は上流側から見た平面図� ��右半分は下流側から見た平面図である。図3 及び5に示すように、下流側水潤滑軸受62の下 流側端面62aには、環状の凹部62cが形成されて おり、下流側端面62aに導かれた水を周方向に 分配するようになっている。凹部62cには、上 流側端面62bまで貫通する水吐出孔62dが周方向 に等間隔をあけて複数形成されており、この 水吐出孔62dを介してスラスト軸受面である上 流側端面62bに水を送るようになっている。こ れによって、上流側端面62bが水潤滑される。

 さらに、上流側端面62bには、水吐出孔62d� ��夫々含むようにラジアル方向に延びる溝部6 2eが周方向に等間隔をあけて形成されている� ��水吐出孔62dは、溝部62eの径方向外側寄りに� ��置されている。溝部62eの径方向外側の外端� ��62fは、径方向外側に向けて開放するように� ��潤滑軸受62の上端縁まで形成されている。� �部62eの径方向内側の内端部62gは、径方向内� �で閉鎖するように水潤滑軸受62の下端縁に至 る手前まで形成されている。また、水潤滑軸 受62の外周面62hにはOリングからなるラジアル 衝撃吸収部材65が設けられており、下流側端� ��62aにはOリングからなるスラスト衝撃吸収部 材66が設けられている。

 図6は図3に示す水力発電装置10の水潤滑軸 受62及びその近傍を拡大した断面図である。� ��6に示すように、水潤滑軸受62の溝部62eは、� ��の外端部62fがランナ42の円環部42aの外周領� �を通じ、主流路Rにおけるプロペラブレード4 1より上流の領域Aと連通した水潤滑軸受61に� �通している。また、水潤滑軸受62の溝部62eは 、その内端部62gが主流路Rにおけるプロペラ� �レード41より下流の領域Bと連通している。� �部62eの内端部62gが連通する主流路Rのプロペ� ��ブレード41より下流側の領域Bは、溝部62eの� ��端部62fが連通する上流位置の水潤滑軸受61� �りも圧力が低い。よって、溝部62eの水吐出� �62dから吐出された水は、内端部62gからラジ� �ル軸受面である下流側の鍔部62bの外周面に� �られやすくなる。しかし、溝部62eの内端部62 gは径方向内方に閉鎖され、かつ、溝部62eの� �端部62fが開放するように水潤滑軸受62の上端 縁まで形成されているので、水吐出孔62dから 吐出された水は外端部62fに向けても流れ易く なる。よって、上流位置の水潤滑軸受にも十 分に水を供給されることとなる。

 水潤滑軸受61,62は、ステンレス製であり� �図3に示すように、その軸受面691,692はセラミ ック製となっている。これにより、水潤滑軸 受61,62に供給される水に異物が混入していて� ��、軸受面691,692で粉砕し、水と一緒に流して しまうことができるため、メンテナンスフリ ーとすることが可能である。また、水潤滑軸 受61,62全体をセラミックから形成することも� ��能であり、また、セラミック・ブロックな� ��を水潤滑軸受61,62に固定することも可能で� �る。

 なお、軸受面691,692に異物を噛み込んだと きには、ランナ42およびプロペラブレード41� �傾けるような力が働くことがあるが、これ� �回避するために、水潤滑軸受61,62の非軸受面 である下流側端面62a及び外周面62hには、それ ぞれ、衝撃吸収部材65,66が配設されている。� ��実施形態においては、衝撃吸収部材65,66は� �Oリングとして示してあるが、異物を噛み込� ��だときの水潤滑軸受61,62の倒れを弾性的に� �収することができるものであれば、たとえ� �スプリングのような他の部材であってもよ� �。

 次に、水力発電装置10の冷却系について� �述する。図3に示すように、水力発電装置10� �冷却系は、上述した水潤滑軸受61,62の水供給 系としても作用するように構成されている。 冷却系は、ガイドベーン21よりも上流側の上� ��側配管部分20の位置に形成された取水口302� �ら水を取り出す。この取水口302には、フィ� �タ303が設けられており、取り出す水に含ま� �得る異物を或る程度取り除く作用をなす。

 フィルタ303は、取水口302を形成する平面� ��に隙間をあけて並設された複数のルーバー� ��303aからなる。個々のルーバー板303aは、主� �路Rの下流側に向けて徐々に主流路Rの中心側 に近づくように傾斜している。これにより、 主流路Rを流れてルーバー板303aに到達した異� ��は、取水口302に入らずに主流域Rに戻るよう に案内される構成となっている。なお、フィ ルタ303には、メッシュフィルタ等を用いても よい。また、取水口302には、導水パイプ305の 導水流路306よりも流路断面積が大きいバッフ ァ空間304が設けられている。フィルタ303を通 じて取水口302に取り込まれた水は、導水流路 306を形成する導水パイプ305を通じて、前述し た水供給口301に供給される。

 このように、取水口302と水供給口302とは� ��軸方向に離隔しており、これらの間の静圧� ��作用により、ポンプなどの圧送手段を要せ� ��、下流側水潤滑軸受62のスラスト対抗力の� �生に十分な水圧を供給できるようになって� �る。このような作用は、上流側水循環軸受61 への直接的な水供給によっても実施すること が可能であるが、下流側水潤滑軸受62の方が� ��水口302からの距離を大きく取れるので、発� ��できる水圧も大きくすることができる。

 図7は図1に示す水力発電装置306の導水パ� �プ305の組付状態を説明する斜視図である。� �8は図7に示す導水パイプ305の斜視図である。 導水パイプ305は、水力発電装置10の冷却系と� ��ても作用するように構成されている。図7及 び8に示すように、導水パイプ305は、途中で2� ��に分岐され、発電機カバー46の周囲に交互� �巻き付けられている。即ち、導水パイプ305� �、発電機カバー46の外周に巻き回された巻回 部305aを有しており、その巻回部305aが冷却流� ��306aを形成している。図1及び3に示すように� ��発電機カバー46の径方向内側には電機子コ� �ル451が配置されており、これによって、発� �機カバー46を通じて電機子コイル451が発電時 に発生する熱を効率的に除去することができ るようになっている。

 2本に分岐した導水パイプ305は、さらに、 水供給口301に至る前に2つに分岐されている� �この導水パイプ305は、下流側配管部分30の周 方向に等配された4箇所の水供給口301に接続� �れ、下流側水潤滑軸受62に対して周方向に均 等な水圧を供給する。以上のように、導水パ イプ305により形成された導水流路306は、その 中間位置に電機子コイル451を冷却する冷却流 路306aを有しており、取水口302から流入した� �が冷却流路306aを流れた後に水潤滑軸受62に� �列的に供給されるようになっている。よっ� �、取水口303から導水パイプ305に流入した水� �、その全量が一旦は電機子コイル451の冷却� �用いられ、その冷却後の水の全量が水潤滑� �受61,62の潤滑に用いられる。なお、前述した 実施形態では、冷却流路306aを導水パイプ305� �巻回部305aにより形成しているが、発電機カ� ��ー46を覆うジャケットにより冷却流路を形� �してもよい。

 (第2実施形態)
 図9は本発明の第2実施形態に係る水力発電� �置10Bを示す縦断面図である。図7に示すよう� ��、本実施形態にかかる水力発電装置10Bは、� ��ロペラブレード41Bにボスの下流側半部48が� �定され、プロペラブレード41Bとボス下流側� �部48とは一体回転するように構成されている 。つまり、ボスは、上流側半部23Bと下流側半 部48とで分離された構造になっており、上流� ��半部23Bは、第1実施形態におけるボス23と同� ��にガイドベーン22に固定されている。上流� �半部23Bと下流側半部48との分離位置は、本実 施形態においては、ガイドベーン22の下流側� ��部とされている。本実施形態にかかる水力� ��電装置10Bの構成であっても、上記第1実施形 態にかかる水力発電装置10とほぼ同様の作用� ��なすことが可能であり、同様の部分には同� ��の参照符号を付してその説明は省略する。

 (第3実施形態)
 図10は本発明の第1実施形態に係る水力発電� ��置101の縦断面図である。図10に示すように� �水力発電装置101は、水流方向に直列的に連� �された2つの発電ユニット102,103を備え、同径 である上流水管90と下流水管91の間に介設さ� �るものである。

 まず、第1発電ユニット102について説明す る。図10に示すように、第1発電ユニット102は 、上流水管90に連結される円環状のステータ1 04と、このステータ104の内周側に配置されて� ��周より径方向内側に突出するプロペラブレ� ��ド128を有する円環状のロータ119と、ロータ1 19の中心軸線上に固設される固定ボス130と、� ��テータ104と固定ボス130との間に固設されて� ��ロペラブレード128に水流を導くガイドベー� ��131とを備えている。

 ステータ104は、上流水管90に連結する第1� ��ーシング105を備えている。第1ケーシング105 は、上流水管90と同径の円管部105aと、円管部 105aの上流端より径方向外側に突出したフラ� �ジ部105bと、円管部105aの下流端より径方向外 側に突出したフランジ部105cと、円管部105aの� ��部に開口する取水口105dとを有している。

 取水口105dは、フィルタ133を有しており、 導水パイプ134と接続されている。第1ケーシ� �グ105の下流側のフランジ部105cの外周部には� ��第2ケーシング106が固定されている。第2ケ� �シング106は、第1ケーシング105のフランジ部1 05cにOリング108を介してボルト107で締結され� �フランジ部6aと、このフランジ部106aの内周� �より下流方向に突出する円筒部106bとを有し� ��いる。

 第2ケーシング106のフランジ部106aの外周� �には、第3ケーシング109が固定されている。� ��3ケーシング109は、第2ケーシング106のフラ� �ジ部106aにボルト110で締結されるフランジ部1 09aと、このフランジ部109aの内周端より下流� �向に突出する円筒部109bと、この円筒部109bの 下流端より径方向外側に突出するフランジ部 109cとを有している。

 第3ケーシング109のフランジ部109cには、� �4ケーシング111が固定されている。第4ケーシ ング111は、第3ケーシング109のフランジ部109c� ��ボルト112で締結されるフランジ部111aと、こ のフランジ部111aの内周端より上流方向に突� �する円筒部111bとを有している。

 第2~第4ケーシング106,109,111により形成さ� �る環状空間には、円環状のコア113に巻き付� �られた状態で電機子コイル114が配置されて� �る。コア113の内周側には鍔付きの円環形状� �ある薄肉のキャン115が取り付けられている� �このキャン115は、絶縁性及び耐水性を有す� �渦電流損の小さい材料からなり、第2ケーシ� ��グ106の円筒部106bと第4ケーシング111の円筒� �111bの対向端によりOリング116,117を介して挟� �されている。

 ロータ119は、外周面に凹部119bを有する円 環部119aと、円環部119aの内周端より回転軸線� ��向(水流方向)の両側に突出する鍔部119c,119d� �、円環部119aの内周面に形成されたネジ穴119e とを有している。円環部119a及び鍔部119c,119d� �内径は、上流水管90の内径と略同一となって いる。円環部119aの凹部119bには磁束の通路と� ��るヨーク120が埋設されている。このヨーク1 20には、複数の永久磁石121がコア113に対向す� ��ように周方向に等間隔をあけた状態で極性� ��互い違いとなるように埋設されている。

 ロータ119とステータ104との間には一対の� ��潤滑軸受122,123が介設され、ロータ119が回転 自在に支持されている。水潤滑軸受122,123は� �ロータ119の円環部119aの両側面及び鍔部119c,11 9dの円周面に対面配置されており、ロータ119� ��働くスラスト方向及びラジアル方向の荷重� ��支えている。下流側の水潤滑軸受123には、� ��の下流側端面からロータ119の円環部119aの下 流側の側面に向けて連通する水吐出孔123aが� �けられており、後述する導水パイプ134から� �かれた水が水吐出孔123aを通して、水潤滑軸� ��122,123の摺動面に供給される。また、水吐出 孔123aの流路軸線方向は、プロペラブレード12 8が配置された主流路Rの水流方向と同方向と� ��っており、貫通孔123aは、ロータ119の円環部 119aの側面に向けて段階的に縮径している。� �た、下流側の水潤滑軸受123は、フランジ部11 1aの第2発電ユニット103との連結面111cより上� �側に窪んだ位置に配置され、連結面111cの内� ��側に円環状の嵌合凹部148が形成されている� ��

 水潤滑軸受122の外周面には第2ケーシング 106との間にOリング124が介設され、水潤滑軸� �122の上流側面には第1ケーシング15との間にO� ��ング125が介設されている。かつ、水潤滑軸� ��123の外周面には第4ケーシング111との間にO� �ング126が介設され、水潤滑軸受123の下流側� �面には第1ケーシング105との間にOリング127が 介設されている。このようにOリング124~127を� ��置することで、ラジアル方向及びスラスト� ��向の負荷を弾性的に吸収して水流による衝� ��力を緩和することが可能となる。

 ロータ119の内周面にはプロペラブレード1 28が取り付けられている。プロペラブレード1 28は、ロータ119に内嵌固定される円筒部128aと 、円筒部128aの内周面から周方向に等間隔を� �けて径方向内側に突出する複数のブレード� �128bとを有している。即ち、ブレード部128bの 内側先端は自由端となっている。

 円筒部128aには、ロータ119のネジ穴119eに� �応するネジ穴128cが形成されており、ネジ穴1 19e,128cにネジ29を締結することでプロペラブ� �ード128がロータ119に固定される。また、ブ� �ード部128bの内側先端を結ぶ径は、後述する� ��定ボス130の外径より若干大きくなっている� ��よって、プロペラブレード128は、固定ボス1 30の外周面に対して若干の空隙をあけた状態� ��沿うように回転する構成となっている。

 固定ボス130は、流線型の円筒体であって� ��ータ119の中心軸線上に固設されている。固� ��ボス130は、プロペラブレード128の内側先端� ��結ぶ径より外径が小さい円筒部130aと、円筒 部130aの上流端を閉鎖する半球面状の先端壁� �130bと、円筒部130aの下流端を閉鎖する平面状 の後端壁部130cとを備えている。

 円筒部130aの上流側の外周面には凹部130d� �形成されており、この凹部130dにネジ穴130eが 設けられている。固定ボス130の円筒部130aの� �径は、第1ケーシング105の内径(主流路Rの内� �)の35%~75%の大きさとしている。

 固定ボス130はガイドベーン131を介して第1 ケーシング105に固定されている。ガイドベー ン131は、第1ケーシング105の円管部105aに内嵌� ��定される外円筒部131aと、固定ボス130の凹部 130dに外嵌される内円筒部131cと、外円筒部131a と内円筒部131cとを連結するように周方向に� �間隔をあけて配置される複数のベーン部131b� ��を有している。

 ベーン部131bは、プロペラブレード128のブ レード部128bの傾きと反対方向に傾いている� �外円筒部131aにはネジ穴131dが形成されており 、ネジ132によりガイドベーン131が第1ケーシ� �グ105に固定される。また、内円筒部131cには� ��定ボス130のネジ穴130eに対応するネジ穴131e� �形成されており、ネジ(図示せず)によりガイ ドベーン131が固定ボス130に固定される。

 次に、第2発電ユニット103について説明す る。図10に示すように、第2発電ユニット103は 、第1発電ユニット102のステータ104に固定さ� �るステータ139と、このステータ139の内周側� �配置されて内周より径方向内側に突出する� �ロペラブレード128を有する円環状のロータ11 9と、ロータ119の中心軸線上に固設される固� �ボス147と、ステータ139と固定ボス147との間� �固設されてプロペラブレード128に水流を導� �ガイドベーン131とを備えている。

 なお、第2発電ユニット103のうち、第2~第4 ケーシング106,109,111、コア113、電機子コイル1 14、ロータ119、ヨーク120、永久磁石121、プロ� ��ラブレード128、水潤滑軸受122,123、ガイドベ ーン131などについては上述した第1発電ユニ� �ト2と共通するため、以下の説明では同一符� ��を付して説明を簡略化している。

 ステータ139は、第1発電ユニット102の第4� �ーシング111に固定される第1ケーシング140を� ��えている。第1ケーシング140は、第4ケーシ� �グ111にボルト141で締結されるフランジ部140a� ��、フランジ部140aの内周端より下流方向に突 出する円筒部140bと、円筒部140bの下流端より� ��方向外側に突出するフランジ部140cと、円筒 部140bよりも大径であって対向する各フラン� �部140a,140cを連結する円筒形状のスラストカ� �ー部140dとを有している。フランジ部140aの連 結面140gには、第1発電ユニット102の嵌合凹部1 48に内嵌される円環状の嵌合凸部140hが形成さ れている。

 第1発電ユニット102と第2発電ユニット103� �、水管90,91の外径より大径でそれぞれ径方向 外側に突出しているため、スラストカラー部 140dによってスラスト方向の強度が保持され� �いる。スラストカラー部140dの所要箇所には� ��導水パイプ134の分岐した他端のジョイント1 42が接続される導水口140eが形成されている。 よって、フランジ部140a,140c、円筒部140b及び� �ラストカラー部140dにより囲繞される円環状� ��給水空間143に導水パイプ134より水が供給さ� ��る構成となっている。また、フランジ部140a には給水空間143を水潤滑軸受123の水吐出孔123 aに連通させる連通孔140fが形成されている。

 第1ケーシング140の下流側のフランジ部140 cの外周部には、第2ケーシング106がOリング108 を介してボルト107で固定されている。第2ケ� �シング106のフランジ部106aの外周部には、第3 ケーシング109がボルト110で固定されている。 第3ケーシング109のフランジ部109cには、第4ケ ーシング111がボルト112で固定されている。

 第4ケーシング111のフランジ部111aには、� �5ケーシング144が固定されている。第5ケーシ ング144は、第4ケーシング111のフランジ部111a� ��ボルト145で締結されるフランジ部144aと、こ のフランジ部144aの内周端より下流方向に突� �する円筒部144bと、この円筒部144bの下流端よ り径方向外側に突出して下流水管91に連結さ� ��るフランジ部144cとを有している。フランジ 部144aには、導水パイプ134の他端のジョイン� �146が接続されて水潤滑軸受123の水吐出孔123a� ��連通する導水口144dが形成されている。

 第2~第4ケーシング106,109,111により形成さ� �る環状空間には、円環状のコア113に巻き付� �られた電機子コイル114が配置され、コア114� �内周側にはキャン115が取り付けられている� �ロータ119の凹部119bにはヨーク120が埋設され� ��このヨーク120に複数の永久磁石21が埋設さ� �ている。ロータ119とステータ139との間には� �対の水潤滑軸受122,123が介設されている。ロ� ��タ119の内周面にはプロペラブレード128が設� ��られ、そのブレード部128bの内側先端を結ぶ 径は、後述する固定ボス147の外径より若干大 きくなっている。以上より、第2発電ユニッ� �103のロータ119は、第1発電ユニット102とは独� ��して回転することとなる。

 固定ボス147は、中空円筒体であってロー� ��19の中心軸線上に固設されている。固定ボ� �147は、第1発電ユニット102の固定ボス130と同� ��である円筒部147aと、円筒部147aの上流端を� �鎖する平面状の先端壁部147bと、円筒部147aの 下流端を閉鎖する略半球面状の後端壁部147c� �を備えている。円筒部147aの上流側の外周面� ��は凹部147dが形成されている。

 後端壁部147cは、第1発電ユニット102の固� �ボス130の先端壁部130aよりも傾斜角が小さく� ��下流側に向けて徐々に縮径している。先端� ��部147bは、第1発電ユニット102の固定ボス130� �後端壁部130cに直接的に面接触し、2つの固定 ボス130,147が水流方向に連続して配置されて� �る。なお、固定ボス130の後端壁部130cと固定� ��ス147の先端壁部147bとの間に弾性材(例えば� �ゴム板)を介在させてもよい。

 固定ボス147はガイドベーン131を介して第1 ケーシング140に固定されている。ガイドベー ン131の外円筒部131aは、第1ケーシング140の円� ��部140bにネジ132で内嵌固定されている。ガイ ドベーン131の内円筒部131cは、固定ボス147の� �部147dにネジ(図示せず)で外嵌固定されてい� �。

 また、導水パイプ134は、取水口105dからの 水を水潤滑軸受22,23に導く導水流路135を形成� ��ている。この導水パイプ134は、水力発電装� ��101の冷却系としても作用するように構成さ� ��ている。具体的には、取水口105dから導出さ れた導水パイプ134は、第1発電ユニット用パ� �プ134aと、第2発電ユニット用パイプ134bとに� �中で分岐されている。第1及び第2発電ユニッ ト用パイプ134a,134bは、それぞれ電機子コイル 114の径方向外側にある第3ケーシング109の周� �に巻き付けられている。即ち、パイプ134a,134 bは、ステータ104,139の外周に巻き回された巻� ��部134c,134dを有しており、その巻回部134c,134d� ��冷却流路135a,135bを形成している。そして、� ��れら巻回部134c,134dの下流側がそれぞれ水潤� ��軸受123に連通されている。以上のように、� ��水口303から導水パイプ134に流入した水は、� ��の全量が一旦は電機子コイル114の冷却に用� ��られ、その冷却後の水の全量が水潤滑軸受1 22,123の潤滑に用いられる。

 (水力発電システム)
 図11は第1実施形態に係る水力発電装置10を� �いた水力発電システム70を示すブロック図で ある。図12は第1実施形態に係る水力発電装置 10の起動時における限界摩擦係数を表したグ� ��フである。図13は図11に示す水力発電システ ム70の起動時のタイムチャートである。図14� �図11に示す水力発電システム70の起動時のフ� ��ーチャートである。なお、本システムに適� ��する水力発電装置としては、第1実施形態に 係るもの以外に、第2~4実施形態に係るものを 用いてもよいことは言うまでもない。

 図11に示すように、水力発電システム70は 、水管90に接続された水力発電装置10を有し� �その上流には水管90の水流を遮断/開放可能� �開閉弁76が設けられている。水力発電装置10� ��電機子コイル451には、電力制御器71が接続� �れている。電力制御器71は、コンバータ部72� ��インバータ部73を備えている。これにより� �水力発電装置10で発生した電力を所要の周波 数及び電圧を有する電力に変換して蓄電器74� ��供給する発電動作と、電源75からの電力を� �要の周波数及び電圧を有する電力に変換し� �電機子コイル451に供給する駆動動作とが選� �的に実行可能となっている。また、開閉弁76 には、それを開閉駆動するためのアクチュエ ータ77が接続されている。アクチュエータ77� �電力制御器71には制御装置78が接続されてい� ��。そして、起動スイッチ79が押されること� �より発生する起動指令信号をトリガーとし� �、アクチュエータ77と電力制御器71とに対し� ��一連の制御動作を行って水力発電装置10を� �滑に立ち上げるようになっている。

 一般に、水車式の水力発電装置では、水� ��起動時には水車を通過する水量を徐々に上� ��ていけば、やがて水車が回転を始めて発電� ��開始される。しかし、水力発電装置を大型� ��する場合は、軸受における静摩擦力が大き� ��なって起動ができない現象が生じることが� ��かった。図12は、水車の径Dをパラメータ(原 理実証用試験機の水車径を1とする。)として� ��相似設計した場合の大型水車について、水� ��ヘッドに対応する限界摩擦係数をプロット� ��たグラフである。ここで限界摩擦係数とは� ��現状設計の水車において起動ができなくな� ��ときの軸受の静止摩擦係数を意味する。す� ��わち、所定の水流ヘッドで水車が回転を始� ��る条件は、軸受部の摩擦係数がグラフが示� ��値より小さくなることである。なお、水流� ��ヘッドが大きくなると水量も増大するので� ��ヘッドと水量は対応関係にある。

 図12から、試験機(1.0D)の軸受摩擦係数は0. 4~0.5であるので、水車はヘッドが2m程度にな� �ば起動できるが、径を1.5倍以上にしたもの� �は水流が増加しても起動できないことが分� �る。そこで、本例では、水力発電装置10の起 動時に、まず発電機部分を電動機として利用 してプロペラブレード41を駆動し、水潤滑軸� ��61,62を静摩擦状態から動摩擦状態に変化さ� �ることにより摩擦係数を大幅に低下させて� �らプロペラブレード41に水を通して起動する ようにしている。

 図13は図11に示す水力発電システム70の起� ��時のタイムチャートである。図14は図11に示 す水力発電システム70の起動時のフローチャ� ��トである。図13及び16に示すように、起動前 には、制御装置78は、起動スイッチ79から発� �される起動指令信号を受けると、開閉弁77を 閉じるようにアクチュエータ77を制御すると� ��に、インバータ部73をコンバータとし且つ� �ンバータ部72をインバータとして逆方向の電 流が流れるように電力制御器71を制御する。� ��れにより、電源75から水力発電装置10の電機 子コイル451に給電がなされ、電動機としてプ ロペラブレード41を有するロータ12が回転駆� �させられる(ステップS1)。そうすると、ロー� ��12は、静摩擦力に抗して回転を始める。ロ� �タ12が一旦回転すると、ロータ12とステータ1 1の接触部分である水潤滑軸受61,62に水が侵入 するので軸受61,62が水を介して摺動する状態� ��なり、回転抵抗が大幅に低下する。

 ロータ12の回転数が回転数センサ等によ� �定格に達したことが検知されると(又は、電� ��計等により発電量が定格に達したことが検� ��されると)、制御装置78は開閉弁76のアクチ� �エータ77を駆動して水管90の流路を開き始め� ��プロペラブレード41に流れ込む水の量を徐� �に増加させる(ステップS2)。水量が増えるに� ��れて、水力発電装置10による発電量が増加� �、電力制御器71には蓄電器74に流れる成分が� ��大するので、駆動電力は相殺され、ある時� ��で逆転して発電電力が大きくなる。さらに� ��格出力に達した後は水量を調整して、定格� ��力を維持するようにする(ステップS3)。

 なお、ロータ12は一旦回転し始めれば低� �擦状態となり、水流によりロータ12を回転さ せ続けることができるので、電源75からの給� ��をロータ12が動き始めるまでで止めて、そ� �後は水流で駆動するようにしてもよい。ま� �、適当な回転数に達するまで電源75からの給 電を共用して、定格運転に達するまでの立ち 上がり時間を短縮するようにしてもよい。