相反転クロスフロー型発電装置
【課題】従来に無い新規な相反転クロスフロー型発電装置を実現する。
【解決手段】水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置であって、
水流を受けて互いに反対方向に回転する第１種翼車１１、第２種翼車１２と、これらに一体化されて回転する第１回転軸２１、第２回転軸２２と、これら第１回転軸・第２回転軸の一方と一体的に回転する複数の磁石、及び、他方と一体的に回転する複数のコイルとを含む第１発電手段と、第２回転軸と一体的に回転する１以上の回転子７１と、装置空間に固定的に配設される１以上の固定子７３と、これら回転子・固定子に設けられた複数のコイル７１Ａ、７５Ａとを含む第２発電手段とを有し、第１、第２回転軸がベアリングレスに支持され、第１発電手段および第２発電手段により発電された電力の一部が、ベアリングレス支持のための電力とされる。
【解決手段】水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置であって、
水流を受けて互いに反対方向に回転する第１種翼車１１、第２種翼車１２と、これらに一体化されて回転する第１回転軸２１、第２回転軸２２と、これら第１回転軸・第２回転軸の一方と一体的に回転する複数の磁石、及び、他方と一体的に回転する複数のコイルとを含む第１発電手段と、第２回転軸と一体的に回転する１以上の回転子７１と、装置空間に固定的に配設される１以上の固定子７３と、これら回転子・固定子に設けられた複数のコイル７１Ａ、７５Ａとを含む第２発電手段とを有し、第１、第２回転軸がベアリングレスに支持され、第１発電手段および第２発電手段により発電された電力の一部が、ベアリングレス支持のための電力とされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、相反転クロスフロー型発電装置、より詳細には、発電手段と翼車を一体とした相反転クロスフロー型発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力や風力のエネルギーを電気エネルギーに変換する水力発電や風力発電は、地球資源を消費せず環境汚染を伴わない発電方式であり、地球環境の保全が重要視される昨今、その重要性が再認識されつつある。
特に、河川や落差のある水路に簡便に設置して水流を利用し、あるいは海中に設置して潮流を利用して比較的小規模の発電を行う簡易発電装置が、キャンプ等のレジャー用や、災害時のライフライン確保等の面から注目されつつある。
【０００３】
このような簡易発電装置は大別して、回転子（ロータ）の回転軸方向に水を流す「軸流型」のものと、回転子の回転軸を流れに交わる方向に設置する「クロスフロー型」とに分けられる。
【０００４】
軸流型の簡易発電装置は例えば特許文献１に開示されている。
【０００５】
クロスフロー型の簡易発電装置は例えば特許文献２に開示されている。
【０００６】
これら簡易発電装置による発電は、水流により翼車を回転させ、この翼車を回転子（ロータ）としてこれに固定的に設けた磁石と、固定子（ステータ）に設けたコイルとの相対変位により、コイルに電圧を誘起させることにより行われるが、コイルに誘起される起電力が「コイルを横切る磁束の時間的な変化率」に比例し、この変化率が磁石とコイルとの相対速度に比例する点に鑑み、コイルを固定したステータと回転子とを「互いに逆向き」に回転させて起電力の増大を図る「軸流型の発電機」が非特許文献１に報告されている。
【０００７】
また、固定子に対する回転子の回転にベアリングを用いない「ベアリングレス」の発電機が特許文献３等に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２４８５３２
【特許文献２】特開２００３−１２０４９９
【特許文献３】特開２００２−３１５２５８
【非特許文献１】日本機会学会流体工学部門講演会講演概要集６０８頁「相反転方式水力発電機の開発」（２００３．９．１１〜２０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、従来に無い新規な相反転クロスフロー型発電装置の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の相反転クロスフロー型発電装置は「水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置」であって、第１種翼車、第２種翼車、第１回転軸、第２回転軸、第１の導液手段、第２の導液手段、第１発電手段、第２発電手段、固定手段、第１ベアリングレス支持手段、第２ベアリングレス支持手段、軸受け手段、制御手段を有する（請求項１）。
【００１１】
「第１種翼車」は、水流を受けて第１の向きに回転する翼車である。
「第２種翼車」は、水流を受けて「第１の向きと逆の第２の向き」に回転する種翼である。これら第１種翼車及び第２種翼車は、それぞれが１以上の翼車として構成され得る。例えば、第１種、第２種翼車共に単一の翼車で構成することもできるが、共に複数（同数でも異数でもよい）の翼車で構成することもでき、一方を単一の翼車で構成し、他方を複数の翼車で構成することもできる。何れの場合においても、第１種翼車を構成する１以上の翼車は同一方向へ回転し、第２種翼車を構成する１以上の翼車は第１種翼車の回転方向とは逆方向に回転する。
【００１２】
「第１回転軸」は、第１及び第２種翼車に同軸で、第１種翼車に係合して回転される。
【００１３】
「第２回転軸」は、第２種翼車に係合して回転され、第１回転軸の内側に軸心方向に貫通されて設けられる。
【００１４】
「第１の導液手段」は、水流を第１種翼車に導液する手段である。
「第２の導液手段」は、水流を第２種翼車に導液する手段である。
「第１発電手段」は、第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する複数の磁石、及び、他方と一体的に回転する複数のコイルとを含む。
【００１５】
「第２発電手段」は、第２回転軸と一体的に回転する１以上の回転子と、この１以上の回転子と同軸的かつ１対１に組合せられ、装置空間に固定的に配設される１以上の固定子と、上記１以上の回転子に設けられた複数のコイルおよび上記１以上の固定子に設けられた複数のコイルとを含む。
勿論、第１発電手段における、磁石・コイルの相対的な位置関係は、磁石とコイルとの相対変位によりコイルに電圧を誘起できるように設定される。また、第２発電手段の固定子・回転子に設けられたコイル相互の相対的な位置関係は、これらコイル相互の相対変位により固定子側に設けられたコイルに電圧を誘起できるように設定される。
「固定手段」は、第２発電手段の１以上の固定子を装置空間に固定的に保持する手段である。
【００１６】
「第１ベアリングレス支持手段」は、第１回転軸と第２回転軸とを、回転時に非接触に保つ支持手段であり、ベアリングレス（ベアリングを用いない支持方式）である。
「第２ベアリングレス支持手段」は、１以上の回転子とこれに対応する固定子との間を回転時に非接触に保つ支持手段であり、ベアリングレスである。
「軸受け手段」は、第２回転軸の両端を非回転時に支持する。
「制御手段」は、第１および第２ベアリングレス支持手段を制御する手段である。
【００１７】
上記第１ベアリングレス支持手段は、第１発電手段の複数の磁石に電磁力を作用させるための「第１ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル」を有する。
上記第２ベアリングレス支持手段は、第２発電手段の「回転子側の複数のコイル」に電磁力を作用させるための「第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル」を固定子側に有する。
「制御手段」は、これら第１および第２ベアリングレス支持手段用の各磁気支持コイルへの通電量を調整して各電磁力を制御するものである。
【００１８】
そして、第１発電手段および第２発電手段により発電された電力の一部が、第１および第２ベアリングレス支持手段および制御手段用の電力とされる。
【００１９】
請求項１記載の相反転クロスフロー型発電装置の第１種翼車及び第２種翼車は共に「スタガード配置を持つ２以上の翼車」により構成されることが好ましい（請求項２）。
また、請求項１または２記載の相反転クロスフロー型発電装置における、第２回転軸の両端を非回転時に支持する軸受け手段は「ラビリンスシール機能を持つタッチダウンスリーブ」であることが好ましい（請求項３）。
【００２０】
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置は、第１種翼車および第２種翼車が水没するものであり、第１及び第２の導液手段が、流入する水流を第１種、第２種翼車に向けてそれぞれ加速するノズルであることができる（請求項４）。
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置はまた、第１種翼車および第２種翼車が空中に露呈し、第１及び第２の導液手段が、水流を第１種、第２種翼車に向けてそれぞれ上方から導液するものであることができる（請求項５）。
請求項１〜５の任意１に記載の相反転クロスフロー型発電装置において、制御手段による第１および第２ベアリングレス支持手段の制御は、第１および第２発電手段の発電用のコイルにおける誘起電圧：Ｖ、電流：Ｉ、巻線抵抗：Ｒをパラメータとし、これらの関数として、第１及び第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイルへの出力電流値を決定することができる（請求項６）。
【００２１】
上述の如く、「第１発電手段」は、複数の磁石と複数のコイルとを含み、磁石は「第１回転軸および第２回転軸の一方」と一体的に回転し、コイルは他方と一体的に回転する。例えば、磁石が第１回転軸と一体に回転するならば、コイルは第２回転軸と一体的に回転する。この場合であれば、磁石の回転は前記「第１の向き」に生じ、コイルの回転は前記「第２の向き」に生じる。
【００２２】
第１・第２回転軸と一体に回転させる複数の磁石・コイルの数は特に限定的でなく、適宜に選択できるが、実際上の観点から４〜５個以上が好ましい。第２発電手段の固定子・回転子に設けられる複数コイルの個数も、特に限定的でなく、適宜に選択できるが、実際上の観点から４〜５個以上が好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
以上に説明したように、この発明によれば新規な「相反転クロスフロー型発電装置」を実現することができる。この「相反転クロスフロー型発電装置」はクロスフロー型であるので、翼車の翼形状が軸流型のものに比して単純な形状でよく、製造が容易である。
また、第１発電手段および第２発電手段により発電された電力の一部が、第１および第２ベアリングレス支持手段及び制御手段用の電力とされるので、第１及び第２ベアリング支持手段や制御手段を動作させるための専用の電源を必要としない。
【００２４】
また、回転時における軸支持がベアリングレスであるので、回転に対する機械的な抵抗が極めて小さく、従って効率のよい発電が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、実施の形態を説明する。
図１は「相反転クロスフロー型発電装置」の実施の１形態を説明するための図である。
【００２６】
この相反転クロスフロー型発電装置は全体を水流中に水没させた状態で発電を行う。
【００２７】
図１（ａ）は、相反転クロスフロー型発電装置を水流の流入側から見た概観図である。
【００２８】
図１（ａ）において、符号４１は第１のノズル、符号４２は第２のノズル、符号５０はケーシングを示している。
図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂ−ｂ断面図、図１（ｃ）は同じくｃ−ｃ断面図である。
【００２９】
この実施の形態では、図１（ａ）の左右方向サイズが５００ｍｍ、高さ方向サイズが３００ｍｍ、図１（ｂ）、（ｃ）の左右方向サイズが７００ｍｍ程度である。
【００３０】
図１（ａ）に示すように、相反転クロスフロー型発電装置を水流の流入側から見ると、ケーシング５０の中央部分５１に「第１及び第２の導液手段」であるノズル４１、４２が形成されている。ケーシング５０の中央部分５１には、図１（ｂ）、（ｃ）に示す如く、第１種翼車１１、第２種翼車１２等が搭載され、両側の側端部分５２Ａ、５２Ｂには、後述する回転子・固定子・軸受け手段等が搭載される。
水流は、図１（ａ）の図面に直交する方向において、図面の表側から裏側へ向かうように流れる。
【００３１】
図１（ｂ）において、符号１２は第２種翼車、符号２２は第２回転軸、符号２２Ａは翼支持部、符号５３はケーシング５０の排出口をそれぞれ示している。図１（ｃ）において、符号１１は第１種翼車、符号２２は第１回転軸、符号２１Ａは第１回転軸２１と一体の翼支持部をそれぞれ示している。これらの図に示されたように、第１、第２の導液手段であるノズル４１、４２はケーシング５０の一部としてその中央部５１に形成されている。
【００３２】
図１（ｃ）に示すように、水流ＷＩは図の左方から第１のノズル４１に流入する。
第１のノズル４１は流入口から第１種翼車１１側の噴出口４１Ａへ向かって流路断面積が小さくなっており、流入した水流ＷＩは、第１のノズル４１内を噴出口４１Ａへ向かって流れつつ「流れの断面積」が小さくなることにより加速される。加速されて流速を増大された水流は、噴出孔４１Ａから第１種翼車１１の翼１１１に向けて噴出し、第１種翼車１１を反時計回りに回転させたのち水流ＷＦとなり、排出口５３から排出されて水流ＷＯとなる。
【００３３】
図１（ｂ）に示すように、水流ＷＩは図の左方から第２のノズル４２に流入する。第２のノズル４２は流入口から第２種翼車１２側の噴出口４２Ａへ向かって流路断面積が狭くなっており、流入した水流ＷＩは、第２のノズル４２内を噴出口４２Ａへ向かって流れつつ「流れの断面積」が小さくなることにより加速される。加速されて流速を増大された水流は、噴出孔４２Ａから第２種翼車１２の翼１２１に向けて噴出し、第２種翼車１２を時計回りに回転させたのち水流ＷＦとなり、排出口５３から排出されて水流ＷＯとなる。
【００３４】
ケーシング５０内においては、第１種翼車１１と第２種翼車１２は、ケーシング５０の隔壁により分離され、各翼車を回転させる水流が互いに干渉しないようになっている。ケーシング５０に形成された排出口５３は、第１種翼車１１、第２主翼車１２を回転させた水流に対して共通に開口し、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように「排出側端部に向かって断面積が漸増するデフューザ形状」となっている。
【００３５】
図１（ｃ）に示すように第１種翼車１１は第１回転軸２１に一体化された翼支持部２１Ａに設けられており、（ｂ）に示すように第２種翼車１２は第２回転軸２２に一体の翼支持部２２Ａに設けられている。
なお、第１種・第２種翼車の翼１１１、１２１は、図示の簡単のために平板状に描いてあるが、実際には「水流を有効に受けることができる形状」に形成されていることは言うまでもない。
【００３６】
図２は、ケーシング５０の内部の様子を説明図的に示している。
第２回転軸２２は、長手方向両側部に回転子７１、７２を固装され、長手方向両端部を「軸受け手段」である軸受け６１、６２により軸支されている。後述の如く、軸受け６１、６２は、第２回転軸２２を「非回転時」に軸支する。
【００３７】
翼支持部２２Ａは「円板形の鍔状部」が第２回転軸２２に一体化され、鍔状部の外周部は、軸方向に段差を持つ２つの円筒状部分２２Ａ１、２２Ａ２をなし、大径の円筒状部分２２Ａ１（図１（ｂ）に符号２２Ａで示す部分）の外周面は翼１２１を固設され、小径の円筒状部分２２Ａ２の外周面には、複数のコイル２３Ａが「第２回転軸２２に対して軸対称」に固装され、さらに、これらコイル２３Ａと一体に複数のコイル２４Ａが「第２回転軸２２に対して軸対称」に固装されている。この実施の形態では、コイル２３Ａと２４Ａとは同数であるが、これらのコイルは必ずしも同数である必要は無く、例えば、コイル２３Ａの１つおきにコイル２４Ａを設けてもよい。
【００３８】
第１回転軸２１は中空で、第２回転軸２２により長手方向に貫通されている。第１回転軸２１は「円板状の鍔状部」を有し、鍔状部の外周部は円筒状の翼支持部２１Ａをなし、その外周面に翼１１１を固設されている。翼支持部２１Ａの内周面は、前記翼支持部２２Ａの、小径の円筒状部分２２Ａ２の外周面に対して間隔を隔して対向し、この部分には、複数の磁石２５Ａがコイル２３Ａ、２４Ａと対向するように軸対称に固装されている。
【００３９】
即ち、第１回転軸２１に一体的の翼支持部２１Ａとこれに固設された翼１１１とは第１種翼車（図１（ｃ）に符号１１で示す。）をなし、第２回転軸２２に一体化された翼支持部２２Ａとこれに固設された翼１２１とは第２種翼車（図１（ｂ）に符号１２で示す。）をなす。
【００４０】
複数の磁石２５Ａと複数のコイル２３Ａとは「第１発電手段に含まれる磁石・コイル」である。即ち、第１種翼車１１と第２種翼車１２とが互いに逆向きに回転すると、磁石２５Ａの磁界がコイル２３Ａを横切ることによりコイル２３Ａに誘導起電力を発生させる。
【００４１】
複数のコイル２４Ａは、第１発電手段の複数の磁石２５Ａに電磁力を作用させるための「第１ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル」である。
【００４２】
第２回転軸２２に固設された回転子７１はフランジ状で、その外周の円筒面外周には複数のコイル７１Ａが第２回転軸２２に軸対称に固設されている。また、回転子７１に同心的な円筒状に形成された固定子７３はケーシング５０の側端部分５２Ａに固定的に保持され、その内周部に複数のコイル７５Ａがコイル７１Ａと対向するように固設され、これらコイル７５Ａと一体に、複数のコイル７７Ａが第１回転軸２２に対して軸対称に固設されている。
【００４３】
同様に、第２回転軸２２に固設された回転子７２はフランジ状で、その外周の円筒面外周には複数のコイル７２Ａが第２回転軸に軸対称に固設されている。また、回転子７２に同心的な円筒状に形成された固定子７４はケーシング５０の側端部分５２Ｂに固定的に保持され、その内周部に複数のコイル７６Ａがコイル７２Ａと対向するように固設され、これらコイル７６Ａと一体に、複数のコイル７８Ａが第１回転軸２２に対して軸対称に固設されている。
【００４４】
上記回転子７１に固設された複数のコイル７１Ａ、回転子７２に固設された複数のコイル７２Ａは、第２回転軸２２に設けられた複数のコイル２３Ａに、整流手段やチョッパ等を介して接続されており、コイル２３Ａに発生する誘導電圧の一部を定電圧化して印加されることにより「界磁コイル」として所定の磁界を発生するようになっている。
【００４５】
これら回転子７１、７２に固装された複数のコイル７１Ａ、７２Ａ、固定子７３、７４に固装された複数のコイル７５Ａ、７６Ａは「第２発電手段に含まれるコイル」である。即ち、第２種翼車１２と一体化して第２回転軸２２が回転すると、これと一体に回転子７１、７２が回転し、これらと一体の複数のコイル７１Ａ、７２Ａの磁界（上記の「所定の磁界」）がコイル７５Ａ、７６Ａを横切ることにより、コイル７５Ａ、７６Ａに誘導起電力が発生する。
【００４６】
複数のコイル７７Ａ、７８Ａは、第２発電手段の複数のコイル７１Ａ、７２Ａに電磁力（磁気反発力や磁気吸引力、以下、単に「磁気力」という。）を作用させるための「第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル」である。
【００４７】
なお、第１回転軸２１、第２回転軸２２や翼支持部２２Ａ等は鉄等の磁性体であり、磁気回路の磁路を構成する。
【００４８】
図２において、符号Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂは、第１回転軸２１の位置を検出するポジションセンサを示す。また、符号Ｓ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２は、第２回転軸２２の両端の位置を検出するポジションセンサを示す。これらポジションセンサは何れも周知の「渦電流型センサ」である。
【００４９】
図３（ｂ）に示すように、ポジションセンサＳ１Ａ、Ｓ１Ｂは「第１回転軸２１が回転時に占めるべき回転中心（回転軸中心）Ｐ」に対して互いに直交する２方向に配置されて第１回転軸２１の位置を検出するようになっており、これらポジションセンサＳ１Ａ、Ｓ１Ｂにより、第１回転軸２１の回転中心の「回転時に占めるべき回転中心Ｐからのずれ量とその方向」が検出される。
【００５０】
図３（ａ）に示すように、ポジションセンサＳ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２は「第２回転軸２２の両端部が回転時に占めるべき回転中心（回転軸中心）Ｑ」に対して互いに直交する２方向に配置されて第２回転軸２２の両端部の位置を検出するようになっており、これらポジションセンサＳ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２により、第２回転軸２２両端の回転中心の「回転時に占めるべき回転中心Ｑからのずれ量とその方向」が検出される。
【００５１】
図２に戻って「制御１」は第１回転軸２１の回転中心位置を制御する制御部で、「制御２」は第２回転軸２２の回転中心位置を制御する制御部である。なお、制御１は、翼支持部２２Ａに一体的に設けられるが、制御２は、ケーシング５０内の適宜の位置においてケーシング５０に固定して設けられる。
ポジションセンサＳ１Ａ、Ｓ１Ｂの検出出力は制御１に入力し、制御１は、この入力情報に応じて、コイル２４Ａに対して制御用の電流を通じ、これらコイル２４Ａによる誘導磁界が磁石２５Ａに作用する電磁力（磁気力）により、第１回転軸２１の回転中心位置を「回転時に占めるべき位置（図３に示す回転中心Ｐ）」に制御する。
【００５２】
ポジションセンサＳ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２の検出出力は制御２に入力し、制御２は、この入力情報に応じて固定子７１、７２のコイル７７Ａ、７８Ａに対して制御用の電流を通じ、これらコイル７７Ａ、７８Ａによる誘導磁界とコイル７１Ａ、７２Ａによる前記「所定の磁界」との磁気相互作用により、第２回転軸２２の両端の回転中心位置を「回転時に占めるべき位置（図３に示す回転中心Ｑ）」に制御する。
【００５３】
制御１、制御２の演算部はＣＰＵやＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）により構成され、上記磁石２５Ａやコイル７１Ａ、７２Ａに作用させる電磁力を実現するべく、第１および第２発電手段における発電用のコイル２３Ａ、７５Ａ、７６Ａにおける誘起電圧：Ｖ、電流：Ｉ、巻線抵抗：Ｒをパラメータとし、これらの関数として、第１および第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル２４Ａ、７７Ａ、７８Ａへの出力電流値を決定する。
【００５４】
このようにして、制御２により「第２回転軸２２の両端の回転中心位置」が回転時に適正な位置（図３（ａ）の位置Ｑ）に制御され、制御１により「第１回転軸２１の回転中心位置」が回転時に適正な位置（図３（ｂ）の位置Ｐ）に制御される。このように制御された状態では第１回転軸２１、第２回転軸２２とも磁気力により浮遊状態で軸支され「ベアリングレス支持状態」となる。
【００５５】
即ち、複数の磁石２５Ａと複数のコイル２４Ａは「第１回転軸と第２回転軸とを、回転時に非接触に保つ第１ベアリングレス支持手段」を構成し、複数のコイル７１Ａ、７２Ａとこれらに対応する複数のコイル７７Ａ、７８Ａは「１以上の回転子７１、７２とこれに対応する固定子７３、７４との間を回転時に非接触に保つ第２ベアリングレス支持手段」を構成する。
【００５６】
そして、上記ポジションセンサＳ１Ａ、Ｓ１ＢやＳ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２と制御１及び制御２とは「第１および第２ベアリング支持手段を制御する制御手段」を構成する。
【００５７】
図４は、上に説明した実施の形態における「発電の電気的なシステム図」である。
第１発電手段４０１は前述の如く、複数の磁石２５Ａと複数のコイル２３Ａとを含んで構成され、第２発電手段４０２は、複数のコイル７１Ａ、７２Ａと複数のコイル７５Ａ、７６Ａとを含んで構成される。
【００５８】
破線で囲んだ部分は制御手段４０３を示す。制御手段４０３には、第１ポジションセンサ４０３１、第２ポジションセンサ４０３２、制御１、制御２が含まれる。第１ポジションセンサ４０３１は前記ポジションセンサＳ１Ａ、Ｓ１Ｂにより構成され、第２ポジションセンサ４０３２は前記ポジションセンサＳ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２により構成される。
【００５９】
第１発電手段４０１で発電された電力は制御手段４０３の「第１ポジションセンサ４０３１と制御１で構成される部分」に給電される。また、第１発電手段４０１で発電された電力の一部は、整流手段やチョッパを介し、前述の如く、第２発電手段４０２における界磁コイルであるコイル７１Ａ、７２Ａに給電されて「所定の磁界」を発生させる。
【００６０】
第２発電手段４０２で発電された電力は制御手段４０３の「第２ポジションセンサ４０３２と制御２で構成される部分」に給電される。制御１、２は給電される電力（電圧）を整流する「整流手段」を有し、整流された電圧を平滑化する平滑化手段を有する。
【００６１】
平滑化された電圧の一部は、第１、第２ポジションセンサ４０３１、４０３２に駆動用電圧として印加される。第１ポジションセンサ４０３１の出力は制御１に入力し、制御１に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル化され、制御１に内蔵されたＣＰＵやＤＳＰ等の演算部に入力する。同演算部は入力情報に基づき、第１ベアリングレス支持手段４０４への出力情報を決定し、この出力情報に従ってコイル２４Ａへ制御電流を通じ、第１回転軸２１の回転中心位置を適正な位置に制御する。
【００６２】
同様に、第２ポジションセンサ４０３２の出力は制御２に入力し、制御２に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル化され、制御２に内蔵されたＣＰＵやＤＳＰ等の演算部に入力する。同演算部は入力情報に基づき、第２ベアリングレス支持手段４０５への出力情報を決定し、この出力情報に従ってコイル７７Ａ、７８Ａへ制御電流を通じ、第２回転軸２２の回転中心位置を適正な位置に制御する。
第２発電手段４０２で発電された電力は蓄電器４０７と負荷４０８に供給される。
上記磁石２５Ａ、コイル７１Ａ、７２Ａ、コイル２３Ａ、２４Ａ、７５Ａ、７６Ａ、７７Ａ、７８Ａの数は特に限定的でなく適宜に選択できるが、例えば１０個〜３２個程度である。
【００６３】
上に、図１乃至図４に即して実施の形態を説明した相反転クロスフロー型発電装置は、水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置であって、水流を受けて第１の向きに回転する第１種翼車１１と、水流を受けて第１の向きと逆の第２の向きに回転する第２種翼車１２と、第１および第２種翼車に同軸で、第１種翼車１１に係合して回転される第１回転軸２１と、第２種翼車１２に係合して回転され、第１回転軸２１の内側に軸心方向に貫通された第２回転軸２２と、水流を第１種翼車に導液する第１の導液手段４１と、水流を第２種翼車に導液する第２の導液手段４２と、第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する複数の磁石２５Ａ、及び、他方と一体的に回転する複数のコイル２３Ａとを含む第１発電手段４０１と、第２回転軸２２と一体的に回転する１以上の回転子７１、７２と、この１以上の回転子と同軸的かつ１対１に組合せられ、装置空間に固定的に配設される１以上の固定子７３、７４と、１以上の回転子に設けられた複数のコイル７１Ａ、７２Ａおよび、１以上の固定子に設けられた複数のコイル７５Ａ、７６Ａとを含む第２発電手段４０２と、この第２発電手段の１以上の固定子を装置空間に固定的に保持する固定手段５０と、第１回転軸２１と第２回転軸２２とを、回転時に非接触に保つ第１ベアリングレス支持手段４０４および、１以上の回転子７１、７２とこれに対応する固定子７３、７４との間を回転時に非接触に保つ第２ベアリングレス支持手段４０５と、第２回転軸２２の両端を非回転時に支持する軸受け手段６１、６２と、第１および第２ベアリング支持手段を制御する制御手段４０３とを有し、第１ベアリングレス支持手段４０４は、第１発電手段の複数の磁石２５Ａに電磁力を作用させるための第１ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル２４Ａを有し、第２ベアリングレス支持手段４０５は、第２発電手段の回転子７１、７２側の複数のコイル７１Ａ、７２Ａに電磁力を作用させるための、第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル７７Ａ、７８Ａを固定子７３、７４側に有し、制御手段４０３は、第１および第２ベアリングレス支持手段用の各磁気支持コイル２４Ａ、７７Ａ、７８Ａへの通電量を調整して各電磁力を制御するものであり、第１発電手段４０１および第２発電手段４０２により発電された電力の一部を第１および第２ベアリングレス支持手段および制御手段用の電力とするものである（請求項１）。
【００６４】
また、上に実施の形態を説明した相反転クロスフロー型発電装置は、第１種翼車１１および第２種翼車１２が水没するものであり、第１及び第２の導液手段が、流入する水流を第１種、第２種翼車に向けてそれぞれ加速するノズル４１、４２である（請求項４）。そして、制御手段４０３による「第１および第２ベアリングレス支持手段４０４、４０５の制御」は、第１および第２発電手段の発電用のコイル２３Ａ、７５Ａ、７６Ａにおける誘起電圧：Ｖ、電流：Ｉ、巻線抵抗：Ｒをパラメータとし、これらの関数として、第１および第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル２４Ａ、７７Ａ、７８Ａへの出力電流値を決定する（請求項６）。
【００６５】
図５は上に説明した実施の形態において、第２回転軸２２の両端部を「非回転時に支持する軸受け手段」である軸受け６１、６２の好ましい構成例を説明するための図である。
【００６６】
この軸受け手段は「ラビリンスシール機能を持つタッチダウンスリーブ」である（請求項３）。即ち、図５において、符号５０３は軸受け６１、６２の「受け部」を示す。受け部５０３には、断面楔形状の溝が複数個、軸方向に配列するように形成されている。
【００６７】
一方、符号５０１は「受け部５０３に係合する係合部」を示している。係合部５０３は第２回転軸２２の端部に固設され、その周面部には受け部５０３の溝に係合しあう「断面楔状の溝部」が形成されている。
【００６８】
係合部５０１に係合させるために、受け部５０３は、回転軸を含む平面により上下に２分割され、分割状態で係合部５０１を「下側の受け部」に係合させ、この状態でさらに係合部５０１と「上側の受け部」とを係合させ、上下の受け部を相互に固定して、軸受け６２とする。第２回転軸２２の他端部側の軸受け６１による支持も同様である。
【００６９】
このような軸受けでは、受け部５０３と係合部５０１との係合部が「ラビリンスシール機能」を有する。即ち、第２回転軸２２が回転すると、受け部５０３と係合部５０１との間にある水が高速流を形成し、この部分の圧力が下がるため周囲から水が流入して、受け部５０３と係合部５０１との間の部分が高圧領域を形成し、第２回転軸２２は「流体軸受け」の効果により受け部５０１と係合部５０１とが非接触で回転し、また受け部５０３と係合部５０１との間の空間は高圧状態であるので周囲からの水の流入が防止される。
【００７０】
なお、係合部５０１と受け部５０３とはアルミニウムや銅のような非磁性体として、係合部と受け部とが磁気的に吸着しないようにするとともに、両者の係合する部分は離型性を良くするためにテフロン（登録商標）でコーティングするのがよい。
【００７１】
第１種翼車、第２種翼車における翼の数が多くなるに従い、水流が個々の翼に作用する時間が短くなり翼車の回転が滑らかになる。しかし、翼数が多すぎると、翼に作用する水流が、隣接する翼に遮られて翼車を回転させる効率が低下する。このような問題を解決するために、第１種翼車、第２種翼車を共に「スタガード配置を持つ２以上の翼車」により構成するのがよい（請求項２）。
【００７２】
図６は、第１種翼車を「スタガード配置を持つ２つの翼車」により構成した例を示している。
第１回転軸２１に一体化された第１種翼車は、その回転方向（図６の図面に直交する方向）に２つの翼車部分の分割され、これら２つの翼車部分が一体化されている。図において、実線で示す翼６１０は「一方の翼車部分に固装された翼」であり、破線で示す翼６２０は「他方の翼車部分（一方の翼車部分と同軸で、図面に直交する方向へずれて形成されている。）に固装された翼」である。
【００７３】
翼６１０と６２０とは、その回転方向において互いに位相がずれている。このため、第１種翼車としての翼数は「翼６１０、６２０の総数」で、翼数が多いので第１種翼車としての回転が滑らかに行われる一方、翼６１０における相互の間隔、翼６２０における相互の間隔が大きく、互いに位相がずれているため個々の翼が水流の作用を有効に受けることができ、回転効率が高い。
【００７４】
上に説明した実施の形態では、第１種翼車１１、第２種翼車１２共に水没状態で回転する。このため、ケーシング５０内を満たす水は、第１種翼車・第２種翼車の回転に対する抵抗となる。この抵抗に抗して第１種翼車・第２種翼車を回転させるために、流入する水流をノズル４１、４２により加速して各翼１１１、１２１に噴射しているのである。
【００７５】
上記の翼車回転に対する水の抵抗を低減させる方法としては、翼を翼支持部に対して可動とし、翼の位置により水流に対する翼の姿勢を変えることが行われており「翼の姿勢を変えるための種々の方法」が知られている。ここでは１例を図７に則して説明する。
【００７６】
図７（ａ）において、符号２２Ａ１は「第２種翼車の翼支持部」を示し、符号１２１Ａは１枚の翼を示している。翼支持部２２Ａ１の外周面の翼固定部に図の如き切り欠き２２Ａ１０が形成され、翼１２１Ａはその基部Ｍにおいて、翼支持部２２Ａ１に対して揺動自在に設けられ、実線の態位と破線の態位との間の態位を自由に取ることができるようになっている。
【００７７】
このようにすると、図７（ｂ）に示すように、水流を受ける位置では「翼１２１Ａが立って水流の作用を有効に受ける」が、水流の作用を受けない部分では、翼１２１Ａが「翼支持部２２Ａ１の周面に沿って寝る」ように態位を変化させるので、翼車の回転に対する水の抵抗を有効に軽減させることができる。第１種翼車における水の抵抗も、同様にして軽減させることができる。
【００７８】
図８は、請求項５記載の相反転クロスフロー型発電装置の実施の１形態を、特徴部分のみ説明図的に示している。この実施の形態の発電装置は「落差のある水路」に用いられ、第１種翼車８５、第２種翼車８７はケーシング８３内に設けられ空中に露呈している。ケーシング８３の下部は開放され、上部にはタンク８０が設けられている。
【００７９】
タンク８０の底部には、第１の導液手段８１と第２の導液手段８２が形成されている。タンク８０は上方からの流水を受けるように配置され、流水を貯留させる。貯留された水は第１の導液手段８１、第２の導液手段８２により下方へ導液される。
【００８０】
導液手段８１からの落水Ｗ１は上部から第１種翼車８５上に落ちて第１種翼車８５（第１回転軸２１に一体化されている。）を反時計回りに回転させる。導液手段８２からの落水Ｗ１は上部から第２種翼車８６上に落ちて第１種翼車８６（第２回転軸２２に一体化されている。）を時計回りに回転させる。
【００８１】
翼車の支持や発電の仕組みは、前述の実施の形態の場合と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】相反転クロスフロー型発電装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】図１の実施形態における発電手段の部分を説明するための図である。
【図３】第１、第２回転軸の回転中心の位置を検出するポジションセンサを説明するための図である。
【図４】図１の実施の形態の発電システムを説明するための図である。
【図５】軸受け手段を説明するための図である。
【図６】請求項２記載の発明の特徴部分を説明するための図である。
【図７】図１の実施の形態の１変形例を特徴部分のみ示す図である。
【図８】請求項５記載の発明の実施の１形態を特徴部分のみ略示する図である。
【符号の説明】
【００８３】
１１ 第１種翼車
１２ 第２種翼車
２１ 第１回転軸
２２ 第２回転軸
２３Ａ 発電用のコイル
２４Ａ 磁気支持コイル
２５Ａ 磁石
４１ 第１のノズル
４２ 第２のノズル
５０ ケーシング
７１ 回転子
７２ 回転子
７１Ａ 界磁コイル
７２Ａ 界磁コイル
７３ 固定子
７４ 固定子
７５Ａ 発電用のコイル
７６Ａ 発電用のコイル
７７Ａ 磁気支持コイル
７８Ａ 磁気支持コイル
【技術分野】
【０００１】
この発明は、相反転クロスフロー型発電装置、より詳細には、発電手段と翼車を一体とした相反転クロスフロー型発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力や風力のエネルギーを電気エネルギーに変換する水力発電や風力発電は、地球資源を消費せず環境汚染を伴わない発電方式であり、地球環境の保全が重要視される昨今、その重要性が再認識されつつある。
特に、河川や落差のある水路に簡便に設置して水流を利用し、あるいは海中に設置して潮流を利用して比較的小規模の発電を行う簡易発電装置が、キャンプ等のレジャー用や、災害時のライフライン確保等の面から注目されつつある。
【０００３】
このような簡易発電装置は大別して、回転子（ロータ）の回転軸方向に水を流す「軸流型」のものと、回転子の回転軸を流れに交わる方向に設置する「クロスフロー型」とに分けられる。
【０００４】
軸流型の簡易発電装置は例えば特許文献１に開示されている。
【０００５】
クロスフロー型の簡易発電装置は例えば特許文献２に開示されている。
【０００６】
これら簡易発電装置による発電は、水流により翼車を回転させ、この翼車を回転子（ロータ）としてこれに固定的に設けた磁石と、固定子（ステータ）に設けたコイルとの相対変位により、コイルに電圧を誘起させることにより行われるが、コイルに誘起される起電力が「コイルを横切る磁束の時間的な変化率」に比例し、この変化率が磁石とコイルとの相対速度に比例する点に鑑み、コイルを固定したステータと回転子とを「互いに逆向き」に回転させて起電力の増大を図る「軸流型の発電機」が非特許文献１に報告されている。
【０００７】
また、固定子に対する回転子の回転にベアリングを用いない「ベアリングレス」の発電機が特許文献３等に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２４８５３２
【特許文献２】特開２００３−１２０４９９
【特許文献３】特開２００２−３１５２５８
【非特許文献１】日本機会学会流体工学部門講演会講演概要集６０８頁「相反転方式水力発電機の開発」（２００３．９．１１〜２０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、従来に無い新規な相反転クロスフロー型発電装置の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の相反転クロスフロー型発電装置は「水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置」であって、第１種翼車、第２種翼車、第１回転軸、第２回転軸、第１の導液手段、第２の導液手段、第１発電手段、第２発電手段、固定手段、第１ベアリングレス支持手段、第２ベアリングレス支持手段、軸受け手段、制御手段を有する（請求項１）。
【００１１】
「第１種翼車」は、水流を受けて第１の向きに回転する翼車である。
「第２種翼車」は、水流を受けて「第１の向きと逆の第２の向き」に回転する種翼である。これら第１種翼車及び第２種翼車は、それぞれが１以上の翼車として構成され得る。例えば、第１種、第２種翼車共に単一の翼車で構成することもできるが、共に複数（同数でも異数でもよい）の翼車で構成することもでき、一方を単一の翼車で構成し、他方を複数の翼車で構成することもできる。何れの場合においても、第１種翼車を構成する１以上の翼車は同一方向へ回転し、第２種翼車を構成する１以上の翼車は第１種翼車の回転方向とは逆方向に回転する。
【００１２】
「第１回転軸」は、第１及び第２種翼車に同軸で、第１種翼車に係合して回転される。
【００１３】
「第２回転軸」は、第２種翼車に係合して回転され、第１回転軸の内側に軸心方向に貫通されて設けられる。
【００１４】
「第１の導液手段」は、水流を第１種翼車に導液する手段である。
「第２の導液手段」は、水流を第２種翼車に導液する手段である。
「第１発電手段」は、第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する複数の磁石、及び、他方と一体的に回転する複数のコイルとを含む。
【００１５】
「第２発電手段」は、第２回転軸と一体的に回転する１以上の回転子と、この１以上の回転子と同軸的かつ１対１に組合せられ、装置空間に固定的に配設される１以上の固定子と、上記１以上の回転子に設けられた複数のコイルおよび上記１以上の固定子に設けられた複数のコイルとを含む。
勿論、第１発電手段における、磁石・コイルの相対的な位置関係は、磁石とコイルとの相対変位によりコイルに電圧を誘起できるように設定される。また、第２発電手段の固定子・回転子に設けられたコイル相互の相対的な位置関係は、これらコイル相互の相対変位により固定子側に設けられたコイルに電圧を誘起できるように設定される。
「固定手段」は、第２発電手段の１以上の固定子を装置空間に固定的に保持する手段である。
【００１６】
「第１ベアリングレス支持手段」は、第１回転軸と第２回転軸とを、回転時に非接触に保つ支持手段であり、ベアリングレス（ベアリングを用いない支持方式）である。
「第２ベアリングレス支持手段」は、１以上の回転子とこれに対応する固定子との間を回転時に非接触に保つ支持手段であり、ベアリングレスである。
「軸受け手段」は、第２回転軸の両端を非回転時に支持する。
「制御手段」は、第１および第２ベアリングレス支持手段を制御する手段である。
【００１７】
上記第１ベアリングレス支持手段は、第１発電手段の複数の磁石に電磁力を作用させるための「第１ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル」を有する。
上記第２ベアリングレス支持手段は、第２発電手段の「回転子側の複数のコイル」に電磁力を作用させるための「第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル」を固定子側に有する。
「制御手段」は、これら第１および第２ベアリングレス支持手段用の各磁気支持コイルへの通電量を調整して各電磁力を制御するものである。
【００１８】
そして、第１発電手段および第２発電手段により発電された電力の一部が、第１および第２ベアリングレス支持手段および制御手段用の電力とされる。
【００１９】
請求項１記載の相反転クロスフロー型発電装置の第１種翼車及び第２種翼車は共に「スタガード配置を持つ２以上の翼車」により構成されることが好ましい（請求項２）。
また、請求項１または２記載の相反転クロスフロー型発電装置における、第２回転軸の両端を非回転時に支持する軸受け手段は「ラビリンスシール機能を持つタッチダウンスリーブ」であることが好ましい（請求項３）。
【００２０】
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置は、第１種翼車および第２種翼車が水没するものであり、第１及び第２の導液手段が、流入する水流を第１種、第２種翼車に向けてそれぞれ加速するノズルであることができる（請求項４）。
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置はまた、第１種翼車および第２種翼車が空中に露呈し、第１及び第２の導液手段が、水流を第１種、第２種翼車に向けてそれぞれ上方から導液するものであることができる（請求項５）。
請求項１〜５の任意１に記載の相反転クロスフロー型発電装置において、制御手段による第１および第２ベアリングレス支持手段の制御は、第１および第２発電手段の発電用のコイルにおける誘起電圧：Ｖ、電流：Ｉ、巻線抵抗：Ｒをパラメータとし、これらの関数として、第１及び第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイルへの出力電流値を決定することができる（請求項６）。
【００２１】
上述の如く、「第１発電手段」は、複数の磁石と複数のコイルとを含み、磁石は「第１回転軸および第２回転軸の一方」と一体的に回転し、コイルは他方と一体的に回転する。例えば、磁石が第１回転軸と一体に回転するならば、コイルは第２回転軸と一体的に回転する。この場合であれば、磁石の回転は前記「第１の向き」に生じ、コイルの回転は前記「第２の向き」に生じる。
【００２２】
第１・第２回転軸と一体に回転させる複数の磁石・コイルの数は特に限定的でなく、適宜に選択できるが、実際上の観点から４〜５個以上が好ましい。第２発電手段の固定子・回転子に設けられる複数コイルの個数も、特に限定的でなく、適宜に選択できるが、実際上の観点から４〜５個以上が好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
以上に説明したように、この発明によれば新規な「相反転クロスフロー型発電装置」を実現することができる。この「相反転クロスフロー型発電装置」はクロスフロー型であるので、翼車の翼形状が軸流型のものに比して単純な形状でよく、製造が容易である。
また、第１発電手段および第２発電手段により発電された電力の一部が、第１および第２ベアリングレス支持手段及び制御手段用の電力とされるので、第１及び第２ベアリング支持手段や制御手段を動作させるための専用の電源を必要としない。
【００２４】
また、回転時における軸支持がベアリングレスであるので、回転に対する機械的な抵抗が極めて小さく、従って効率のよい発電が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、実施の形態を説明する。
図１は「相反転クロスフロー型発電装置」の実施の１形態を説明するための図である。
【００２６】
この相反転クロスフロー型発電装置は全体を水流中に水没させた状態で発電を行う。
【００２７】
図１（ａ）は、相反転クロスフロー型発電装置を水流の流入側から見た概観図である。
【００２８】
図１（ａ）において、符号４１は第１のノズル、符号４２は第２のノズル、符号５０はケーシングを示している。
図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂ−ｂ断面図、図１（ｃ）は同じくｃ−ｃ断面図である。
【００２９】
この実施の形態では、図１（ａ）の左右方向サイズが５００ｍｍ、高さ方向サイズが３００ｍｍ、図１（ｂ）、（ｃ）の左右方向サイズが７００ｍｍ程度である。
【００３０】
図１（ａ）に示すように、相反転クロスフロー型発電装置を水流の流入側から見ると、ケーシング５０の中央部分５１に「第１及び第２の導液手段」であるノズル４１、４２が形成されている。ケーシング５０の中央部分５１には、図１（ｂ）、（ｃ）に示す如く、第１種翼車１１、第２種翼車１２等が搭載され、両側の側端部分５２Ａ、５２Ｂには、後述する回転子・固定子・軸受け手段等が搭載される。
水流は、図１（ａ）の図面に直交する方向において、図面の表側から裏側へ向かうように流れる。
【００３１】
図１（ｂ）において、符号１２は第２種翼車、符号２２は第２回転軸、符号２２Ａは翼支持部、符号５３はケーシング５０の排出口をそれぞれ示している。図１（ｃ）において、符号１１は第１種翼車、符号２２は第１回転軸、符号２１Ａは第１回転軸２１と一体の翼支持部をそれぞれ示している。これらの図に示されたように、第１、第２の導液手段であるノズル４１、４２はケーシング５０の一部としてその中央部５１に形成されている。
【００３２】
図１（ｃ）に示すように、水流ＷＩは図の左方から第１のノズル４１に流入する。
第１のノズル４１は流入口から第１種翼車１１側の噴出口４１Ａへ向かって流路断面積が小さくなっており、流入した水流ＷＩは、第１のノズル４１内を噴出口４１Ａへ向かって流れつつ「流れの断面積」が小さくなることにより加速される。加速されて流速を増大された水流は、噴出孔４１Ａから第１種翼車１１の翼１１１に向けて噴出し、第１種翼車１１を反時計回りに回転させたのち水流ＷＦとなり、排出口５３から排出されて水流ＷＯとなる。
【００３３】
図１（ｂ）に示すように、水流ＷＩは図の左方から第２のノズル４２に流入する。第２のノズル４２は流入口から第２種翼車１２側の噴出口４２Ａへ向かって流路断面積が狭くなっており、流入した水流ＷＩは、第２のノズル４２内を噴出口４２Ａへ向かって流れつつ「流れの断面積」が小さくなることにより加速される。加速されて流速を増大された水流は、噴出孔４２Ａから第２種翼車１２の翼１２１に向けて噴出し、第２種翼車１２を時計回りに回転させたのち水流ＷＦとなり、排出口５３から排出されて水流ＷＯとなる。
【００３４】
ケーシング５０内においては、第１種翼車１１と第２種翼車１２は、ケーシング５０の隔壁により分離され、各翼車を回転させる水流が互いに干渉しないようになっている。ケーシング５０に形成された排出口５３は、第１種翼車１１、第２主翼車１２を回転させた水流に対して共通に開口し、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように「排出側端部に向かって断面積が漸増するデフューザ形状」となっている。
【００３５】
図１（ｃ）に示すように第１種翼車１１は第１回転軸２１に一体化された翼支持部２１Ａに設けられており、（ｂ）に示すように第２種翼車１２は第２回転軸２２に一体の翼支持部２２Ａに設けられている。
なお、第１種・第２種翼車の翼１１１、１２１は、図示の簡単のために平板状に描いてあるが、実際には「水流を有効に受けることができる形状」に形成されていることは言うまでもない。
【００３６】
図２は、ケーシング５０の内部の様子を説明図的に示している。
第２回転軸２２は、長手方向両側部に回転子７１、７２を固装され、長手方向両端部を「軸受け手段」である軸受け６１、６２により軸支されている。後述の如く、軸受け６１、６２は、第２回転軸２２を「非回転時」に軸支する。
【００３７】
翼支持部２２Ａは「円板形の鍔状部」が第２回転軸２２に一体化され、鍔状部の外周部は、軸方向に段差を持つ２つの円筒状部分２２Ａ１、２２Ａ２をなし、大径の円筒状部分２２Ａ１（図１（ｂ）に符号２２Ａで示す部分）の外周面は翼１２１を固設され、小径の円筒状部分２２Ａ２の外周面には、複数のコイル２３Ａが「第２回転軸２２に対して軸対称」に固装され、さらに、これらコイル２３Ａと一体に複数のコイル２４Ａが「第２回転軸２２に対して軸対称」に固装されている。この実施の形態では、コイル２３Ａと２４Ａとは同数であるが、これらのコイルは必ずしも同数である必要は無く、例えば、コイル２３Ａの１つおきにコイル２４Ａを設けてもよい。
【００３８】
第１回転軸２１は中空で、第２回転軸２２により長手方向に貫通されている。第１回転軸２１は「円板状の鍔状部」を有し、鍔状部の外周部は円筒状の翼支持部２１Ａをなし、その外周面に翼１１１を固設されている。翼支持部２１Ａの内周面は、前記翼支持部２２Ａの、小径の円筒状部分２２Ａ２の外周面に対して間隔を隔して対向し、この部分には、複数の磁石２５Ａがコイル２３Ａ、２４Ａと対向するように軸対称に固装されている。
【００３９】
即ち、第１回転軸２１に一体的の翼支持部２１Ａとこれに固設された翼１１１とは第１種翼車（図１（ｃ）に符号１１で示す。）をなし、第２回転軸２２に一体化された翼支持部２２Ａとこれに固設された翼１２１とは第２種翼車（図１（ｂ）に符号１２で示す。）をなす。
【００４０】
複数の磁石２５Ａと複数のコイル２３Ａとは「第１発電手段に含まれる磁石・コイル」である。即ち、第１種翼車１１と第２種翼車１２とが互いに逆向きに回転すると、磁石２５Ａの磁界がコイル２３Ａを横切ることによりコイル２３Ａに誘導起電力を発生させる。
【００４１】
複数のコイル２４Ａは、第１発電手段の複数の磁石２５Ａに電磁力を作用させるための「第１ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル」である。
【００４２】
第２回転軸２２に固設された回転子７１はフランジ状で、その外周の円筒面外周には複数のコイル７１Ａが第２回転軸２２に軸対称に固設されている。また、回転子７１に同心的な円筒状に形成された固定子７３はケーシング５０の側端部分５２Ａに固定的に保持され、その内周部に複数のコイル７５Ａがコイル７１Ａと対向するように固設され、これらコイル７５Ａと一体に、複数のコイル７７Ａが第１回転軸２２に対して軸対称に固設されている。
【００４３】
同様に、第２回転軸２２に固設された回転子７２はフランジ状で、その外周の円筒面外周には複数のコイル７２Ａが第２回転軸に軸対称に固設されている。また、回転子７２に同心的な円筒状に形成された固定子７４はケーシング５０の側端部分５２Ｂに固定的に保持され、その内周部に複数のコイル７６Ａがコイル７２Ａと対向するように固設され、これらコイル７６Ａと一体に、複数のコイル７８Ａが第１回転軸２２に対して軸対称に固設されている。
【００４４】
上記回転子７１に固設された複数のコイル７１Ａ、回転子７２に固設された複数のコイル７２Ａは、第２回転軸２２に設けられた複数のコイル２３Ａに、整流手段やチョッパ等を介して接続されており、コイル２３Ａに発生する誘導電圧の一部を定電圧化して印加されることにより「界磁コイル」として所定の磁界を発生するようになっている。
【００４５】
これら回転子７１、７２に固装された複数のコイル７１Ａ、７２Ａ、固定子７３、７４に固装された複数のコイル７５Ａ、７６Ａは「第２発電手段に含まれるコイル」である。即ち、第２種翼車１２と一体化して第２回転軸２２が回転すると、これと一体に回転子７１、７２が回転し、これらと一体の複数のコイル７１Ａ、７２Ａの磁界（上記の「所定の磁界」）がコイル７５Ａ、７６Ａを横切ることにより、コイル７５Ａ、７６Ａに誘導起電力が発生する。
【００４６】
複数のコイル７７Ａ、７８Ａは、第２発電手段の複数のコイル７１Ａ、７２Ａに電磁力（磁気反発力や磁気吸引力、以下、単に「磁気力」という。）を作用させるための「第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル」である。
【００４７】
なお、第１回転軸２１、第２回転軸２２や翼支持部２２Ａ等は鉄等の磁性体であり、磁気回路の磁路を構成する。
【００４８】
図２において、符号Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂは、第１回転軸２１の位置を検出するポジションセンサを示す。また、符号Ｓ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２は、第２回転軸２２の両端の位置を検出するポジションセンサを示す。これらポジションセンサは何れも周知の「渦電流型センサ」である。
【００４９】
図３（ｂ）に示すように、ポジションセンサＳ１Ａ、Ｓ１Ｂは「第１回転軸２１が回転時に占めるべき回転中心（回転軸中心）Ｐ」に対して互いに直交する２方向に配置されて第１回転軸２１の位置を検出するようになっており、これらポジションセンサＳ１Ａ、Ｓ１Ｂにより、第１回転軸２１の回転中心の「回転時に占めるべき回転中心Ｐからのずれ量とその方向」が検出される。
【００５０】
図３（ａ）に示すように、ポジションセンサＳ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２は「第２回転軸２２の両端部が回転時に占めるべき回転中心（回転軸中心）Ｑ」に対して互いに直交する２方向に配置されて第２回転軸２２の両端部の位置を検出するようになっており、これらポジションセンサＳ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２により、第２回転軸２２両端の回転中心の「回転時に占めるべき回転中心Ｑからのずれ量とその方向」が検出される。
【００５１】
図２に戻って「制御１」は第１回転軸２１の回転中心位置を制御する制御部で、「制御２」は第２回転軸２２の回転中心位置を制御する制御部である。なお、制御１は、翼支持部２２Ａに一体的に設けられるが、制御２は、ケーシング５０内の適宜の位置においてケーシング５０に固定して設けられる。
ポジションセンサＳ１Ａ、Ｓ１Ｂの検出出力は制御１に入力し、制御１は、この入力情報に応じて、コイル２４Ａに対して制御用の電流を通じ、これらコイル２４Ａによる誘導磁界が磁石２５Ａに作用する電磁力（磁気力）により、第１回転軸２１の回転中心位置を「回転時に占めるべき位置（図３に示す回転中心Ｐ）」に制御する。
【００５２】
ポジションセンサＳ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２の検出出力は制御２に入力し、制御２は、この入力情報に応じて固定子７１、７２のコイル７７Ａ、７８Ａに対して制御用の電流を通じ、これらコイル７７Ａ、７８Ａによる誘導磁界とコイル７１Ａ、７２Ａによる前記「所定の磁界」との磁気相互作用により、第２回転軸２２の両端の回転中心位置を「回転時に占めるべき位置（図３に示す回転中心Ｑ）」に制御する。
【００５３】
制御１、制御２の演算部はＣＰＵやＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）により構成され、上記磁石２５Ａやコイル７１Ａ、７２Ａに作用させる電磁力を実現するべく、第１および第２発電手段における発電用のコイル２３Ａ、７５Ａ、７６Ａにおける誘起電圧：Ｖ、電流：Ｉ、巻線抵抗：Ｒをパラメータとし、これらの関数として、第１および第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル２４Ａ、７７Ａ、７８Ａへの出力電流値を決定する。
【００５４】
このようにして、制御２により「第２回転軸２２の両端の回転中心位置」が回転時に適正な位置（図３（ａ）の位置Ｑ）に制御され、制御１により「第１回転軸２１の回転中心位置」が回転時に適正な位置（図３（ｂ）の位置Ｐ）に制御される。このように制御された状態では第１回転軸２１、第２回転軸２２とも磁気力により浮遊状態で軸支され「ベアリングレス支持状態」となる。
【００５５】
即ち、複数の磁石２５Ａと複数のコイル２４Ａは「第１回転軸と第２回転軸とを、回転時に非接触に保つ第１ベアリングレス支持手段」を構成し、複数のコイル７１Ａ、７２Ａとこれらに対応する複数のコイル７７Ａ、７８Ａは「１以上の回転子７１、７２とこれに対応する固定子７３、７４との間を回転時に非接触に保つ第２ベアリングレス支持手段」を構成する。
【００５６】
そして、上記ポジションセンサＳ１Ａ、Ｓ１ＢやＳ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２と制御１及び制御２とは「第１および第２ベアリング支持手段を制御する制御手段」を構成する。
【００５７】
図４は、上に説明した実施の形態における「発電の電気的なシステム図」である。
第１発電手段４０１は前述の如く、複数の磁石２５Ａと複数のコイル２３Ａとを含んで構成され、第２発電手段４０２は、複数のコイル７１Ａ、７２Ａと複数のコイル７５Ａ、７６Ａとを含んで構成される。
【００５８】
破線で囲んだ部分は制御手段４０３を示す。制御手段４０３には、第１ポジションセンサ４０３１、第２ポジションセンサ４０３２、制御１、制御２が含まれる。第１ポジションセンサ４０３１は前記ポジションセンサＳ１Ａ、Ｓ１Ｂにより構成され、第２ポジションセンサ４０３２は前記ポジションセンサＳ２Ａ１、Ｓ２Ｂ１、Ｓ２Ａ２、Ｓ２Ｂ２により構成される。
【００５９】
第１発電手段４０１で発電された電力は制御手段４０３の「第１ポジションセンサ４０３１と制御１で構成される部分」に給電される。また、第１発電手段４０１で発電された電力の一部は、整流手段やチョッパを介し、前述の如く、第２発電手段４０２における界磁コイルであるコイル７１Ａ、７２Ａに給電されて「所定の磁界」を発生させる。
【００６０】
第２発電手段４０２で発電された電力は制御手段４０３の「第２ポジションセンサ４０３２と制御２で構成される部分」に給電される。制御１、２は給電される電力（電圧）を整流する「整流手段」を有し、整流された電圧を平滑化する平滑化手段を有する。
【００６１】
平滑化された電圧の一部は、第１、第２ポジションセンサ４０３１、４０３２に駆動用電圧として印加される。第１ポジションセンサ４０３１の出力は制御１に入力し、制御１に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル化され、制御１に内蔵されたＣＰＵやＤＳＰ等の演算部に入力する。同演算部は入力情報に基づき、第１ベアリングレス支持手段４０４への出力情報を決定し、この出力情報に従ってコイル２４Ａへ制御電流を通じ、第１回転軸２１の回転中心位置を適正な位置に制御する。
【００６２】
同様に、第２ポジションセンサ４０３２の出力は制御２に入力し、制御２に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル化され、制御２に内蔵されたＣＰＵやＤＳＰ等の演算部に入力する。同演算部は入力情報に基づき、第２ベアリングレス支持手段４０５への出力情報を決定し、この出力情報に従ってコイル７７Ａ、７８Ａへ制御電流を通じ、第２回転軸２２の回転中心位置を適正な位置に制御する。
第２発電手段４０２で発電された電力は蓄電器４０７と負荷４０８に供給される。
上記磁石２５Ａ、コイル７１Ａ、７２Ａ、コイル２３Ａ、２４Ａ、７５Ａ、７６Ａ、７７Ａ、７８Ａの数は特に限定的でなく適宜に選択できるが、例えば１０個〜３２個程度である。
【００６３】
上に、図１乃至図４に即して実施の形態を説明した相反転クロスフロー型発電装置は、水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置であって、水流を受けて第１の向きに回転する第１種翼車１１と、水流を受けて第１の向きと逆の第２の向きに回転する第２種翼車１２と、第１および第２種翼車に同軸で、第１種翼車１１に係合して回転される第１回転軸２１と、第２種翼車１２に係合して回転され、第１回転軸２１の内側に軸心方向に貫通された第２回転軸２２と、水流を第１種翼車に導液する第１の導液手段４１と、水流を第２種翼車に導液する第２の導液手段４２と、第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する複数の磁石２５Ａ、及び、他方と一体的に回転する複数のコイル２３Ａとを含む第１発電手段４０１と、第２回転軸２２と一体的に回転する１以上の回転子７１、７２と、この１以上の回転子と同軸的かつ１対１に組合せられ、装置空間に固定的に配設される１以上の固定子７３、７４と、１以上の回転子に設けられた複数のコイル７１Ａ、７２Ａおよび、１以上の固定子に設けられた複数のコイル７５Ａ、７６Ａとを含む第２発電手段４０２と、この第２発電手段の１以上の固定子を装置空間に固定的に保持する固定手段５０と、第１回転軸２１と第２回転軸２２とを、回転時に非接触に保つ第１ベアリングレス支持手段４０４および、１以上の回転子７１、７２とこれに対応する固定子７３、７４との間を回転時に非接触に保つ第２ベアリングレス支持手段４０５と、第２回転軸２２の両端を非回転時に支持する軸受け手段６１、６２と、第１および第２ベアリング支持手段を制御する制御手段４０３とを有し、第１ベアリングレス支持手段４０４は、第１発電手段の複数の磁石２５Ａに電磁力を作用させるための第１ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル２４Ａを有し、第２ベアリングレス支持手段４０５は、第２発電手段の回転子７１、７２側の複数のコイル７１Ａ、７２Ａに電磁力を作用させるための、第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル７７Ａ、７８Ａを固定子７３、７４側に有し、制御手段４０３は、第１および第２ベアリングレス支持手段用の各磁気支持コイル２４Ａ、７７Ａ、７８Ａへの通電量を調整して各電磁力を制御するものであり、第１発電手段４０１および第２発電手段４０２により発電された電力の一部を第１および第２ベアリングレス支持手段および制御手段用の電力とするものである（請求項１）。
【００６４】
また、上に実施の形態を説明した相反転クロスフロー型発電装置は、第１種翼車１１および第２種翼車１２が水没するものであり、第１及び第２の導液手段が、流入する水流を第１種、第２種翼車に向けてそれぞれ加速するノズル４１、４２である（請求項４）。そして、制御手段４０３による「第１および第２ベアリングレス支持手段４０４、４０５の制御」は、第１および第２発電手段の発電用のコイル２３Ａ、７５Ａ、７６Ａにおける誘起電圧：Ｖ、電流：Ｉ、巻線抵抗：Ｒをパラメータとし、これらの関数として、第１および第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイル２４Ａ、７７Ａ、７８Ａへの出力電流値を決定する（請求項６）。
【００６５】
図５は上に説明した実施の形態において、第２回転軸２２の両端部を「非回転時に支持する軸受け手段」である軸受け６１、６２の好ましい構成例を説明するための図である。
【００６６】
この軸受け手段は「ラビリンスシール機能を持つタッチダウンスリーブ」である（請求項３）。即ち、図５において、符号５０３は軸受け６１、６２の「受け部」を示す。受け部５０３には、断面楔形状の溝が複数個、軸方向に配列するように形成されている。
【００６７】
一方、符号５０１は「受け部５０３に係合する係合部」を示している。係合部５０３は第２回転軸２２の端部に固設され、その周面部には受け部５０３の溝に係合しあう「断面楔状の溝部」が形成されている。
【００６８】
係合部５０１に係合させるために、受け部５０３は、回転軸を含む平面により上下に２分割され、分割状態で係合部５０１を「下側の受け部」に係合させ、この状態でさらに係合部５０１と「上側の受け部」とを係合させ、上下の受け部を相互に固定して、軸受け６２とする。第２回転軸２２の他端部側の軸受け６１による支持も同様である。
【００６９】
このような軸受けでは、受け部５０３と係合部５０１との係合部が「ラビリンスシール機能」を有する。即ち、第２回転軸２２が回転すると、受け部５０３と係合部５０１との間にある水が高速流を形成し、この部分の圧力が下がるため周囲から水が流入して、受け部５０３と係合部５０１との間の部分が高圧領域を形成し、第２回転軸２２は「流体軸受け」の効果により受け部５０１と係合部５０１とが非接触で回転し、また受け部５０３と係合部５０１との間の空間は高圧状態であるので周囲からの水の流入が防止される。
【００７０】
なお、係合部５０１と受け部５０３とはアルミニウムや銅のような非磁性体として、係合部と受け部とが磁気的に吸着しないようにするとともに、両者の係合する部分は離型性を良くするためにテフロン（登録商標）でコーティングするのがよい。
【００７１】
第１種翼車、第２種翼車における翼の数が多くなるに従い、水流が個々の翼に作用する時間が短くなり翼車の回転が滑らかになる。しかし、翼数が多すぎると、翼に作用する水流が、隣接する翼に遮られて翼車を回転させる効率が低下する。このような問題を解決するために、第１種翼車、第２種翼車を共に「スタガード配置を持つ２以上の翼車」により構成するのがよい（請求項２）。
【００７２】
図６は、第１種翼車を「スタガード配置を持つ２つの翼車」により構成した例を示している。
第１回転軸２１に一体化された第１種翼車は、その回転方向（図６の図面に直交する方向）に２つの翼車部分の分割され、これら２つの翼車部分が一体化されている。図において、実線で示す翼６１０は「一方の翼車部分に固装された翼」であり、破線で示す翼６２０は「他方の翼車部分（一方の翼車部分と同軸で、図面に直交する方向へずれて形成されている。）に固装された翼」である。
【００７３】
翼６１０と６２０とは、その回転方向において互いに位相がずれている。このため、第１種翼車としての翼数は「翼６１０、６２０の総数」で、翼数が多いので第１種翼車としての回転が滑らかに行われる一方、翼６１０における相互の間隔、翼６２０における相互の間隔が大きく、互いに位相がずれているため個々の翼が水流の作用を有効に受けることができ、回転効率が高い。
【００７４】
上に説明した実施の形態では、第１種翼車１１、第２種翼車１２共に水没状態で回転する。このため、ケーシング５０内を満たす水は、第１種翼車・第２種翼車の回転に対する抵抗となる。この抵抗に抗して第１種翼車・第２種翼車を回転させるために、流入する水流をノズル４１、４２により加速して各翼１１１、１２１に噴射しているのである。
【００７５】
上記の翼車回転に対する水の抵抗を低減させる方法としては、翼を翼支持部に対して可動とし、翼の位置により水流に対する翼の姿勢を変えることが行われており「翼の姿勢を変えるための種々の方法」が知られている。ここでは１例を図７に則して説明する。
【００７６】
図７（ａ）において、符号２２Ａ１は「第２種翼車の翼支持部」を示し、符号１２１Ａは１枚の翼を示している。翼支持部２２Ａ１の外周面の翼固定部に図の如き切り欠き２２Ａ１０が形成され、翼１２１Ａはその基部Ｍにおいて、翼支持部２２Ａ１に対して揺動自在に設けられ、実線の態位と破線の態位との間の態位を自由に取ることができるようになっている。
【００７７】
このようにすると、図７（ｂ）に示すように、水流を受ける位置では「翼１２１Ａが立って水流の作用を有効に受ける」が、水流の作用を受けない部分では、翼１２１Ａが「翼支持部２２Ａ１の周面に沿って寝る」ように態位を変化させるので、翼車の回転に対する水の抵抗を有効に軽減させることができる。第１種翼車における水の抵抗も、同様にして軽減させることができる。
【００７８】
図８は、請求項５記載の相反転クロスフロー型発電装置の実施の１形態を、特徴部分のみ説明図的に示している。この実施の形態の発電装置は「落差のある水路」に用いられ、第１種翼車８５、第２種翼車８７はケーシング８３内に設けられ空中に露呈している。ケーシング８３の下部は開放され、上部にはタンク８０が設けられている。
【００７９】
タンク８０の底部には、第１の導液手段８１と第２の導液手段８２が形成されている。タンク８０は上方からの流水を受けるように配置され、流水を貯留させる。貯留された水は第１の導液手段８１、第２の導液手段８２により下方へ導液される。
【００８０】
導液手段８１からの落水Ｗ１は上部から第１種翼車８５上に落ちて第１種翼車８５（第１回転軸２１に一体化されている。）を反時計回りに回転させる。導液手段８２からの落水Ｗ１は上部から第２種翼車８６上に落ちて第１種翼車８６（第２回転軸２２に一体化されている。）を時計回りに回転させる。
【００８１】
翼車の支持や発電の仕組みは、前述の実施の形態の場合と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】相反転クロスフロー型発電装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】図１の実施形態における発電手段の部分を説明するための図である。
【図３】第１、第２回転軸の回転中心の位置を検出するポジションセンサを説明するための図である。
【図４】図１の実施の形態の発電システムを説明するための図である。
【図５】軸受け手段を説明するための図である。
【図６】請求項２記載の発明の特徴部分を説明するための図である。
【図７】図１の実施の形態の１変形例を特徴部分のみ示す図である。
【図８】請求項５記載の発明の実施の１形態を特徴部分のみ略示する図である。
【符号の説明】
【００８３】
１１ 第１種翼車
１２ 第２種翼車
２１ 第１回転軸
２２ 第２回転軸
２３Ａ 発電用のコイル
２４Ａ 磁気支持コイル
２５Ａ 磁石
４１ 第１のノズル
４２ 第２のノズル
５０ ケーシング
７１ 回転子
７２ 回転子
７１Ａ 界磁コイル
７２Ａ 界磁コイル
７３ 固定子
７４ 固定子
７５Ａ 発電用のコイル
７６Ａ 発電用のコイル
７７Ａ 磁気支持コイル
７８Ａ 磁気支持コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置であって、
水流を受けて第１の向きに回転する第１種翼車と、
上記水流を受けて上記第１の向きと逆の第２の向きに回転する第２種翼車と、
上記第１および第２種翼車に同軸で、第１種翼車に係合して回転される第１回転軸と、
上記第２種翼車に係合して回転され、上記第１回転軸の内側に軸心方向に貫通された第２回転軸と、
水流を上記第１種翼車に導液する第１の導液手段と、
水流を上記第２種翼車に導液する第２の導液手段と、
上記第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する複数の磁石、及び、他方と一体的に回転する複数のコイルとを含む第１発電手段と、
上記第２回転軸と一体的に回転する１以上の回転子と、この１以上の回転子と同軸的かつ１対１に組合せられ、装置空間に固定的に配設される１以上の固定子と、上記１以上の回転子に設けられた複数のコイルおよび、上記１以上の固定子に設けられた複数のコイルとを含む第２発電手段と、
この第２発電手段の１以上の固定子を装置空間に固定的に保持する固定手段と、
上記第１回転軸と第２回転軸とを、回転時に非接触に保つ第１ベアリングレス支持手段および、上記１以上の回転子とこれに対応する固定子との間を回転時に非接触に保つ第２ベアリングレス支持手段と、
上記第２回転軸の両端を非回転時に支持する軸受け手段と、
上記第１および第２ベアリングレス支持手段を制御する制御手段とを有し、
上記第１ベアリングレス支持手段は、第１発電手段の複数の磁石に電磁力を作用させるための第１ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイルを有し、
上記第２ベアリングレス支持手段は、第２発電手段の回転子側の複数のコイルに電磁力を作用させるための第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイルを固定子側に有し、
上記制御手段は、上記第１および第２ベアリングレス支持手段用の各磁気支持コイルへの通電量を調整して上記各電磁力を制御するものであり、
上記第１発電手段および第２発電手段により発電された電力の一部を、上記第１および第２ベアリングレス支持手段および上記制御手段用の電力とすることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車および第２種翼車が共に、スタガード配置を持つ２以上の翼車により構成されることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第２回転軸の両端を非回転時に支持する軸受け手段が、ラビリンスシール機能を持つタッチダウンスリーブであることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項４】
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車および第２種翼車が水没するものであり、
第１及び第２の導液手段が、流入する水流を第１種、第２種翼車に向けてそれぞれ加速するノズルであることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項５】
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車および第２種翼車が空中に露呈し、
第１及び第２の導液手段が、水流を第１種、第２種翼車に向けてそれぞれ上方から導液するものであることを特徴とするクロスフロー型発電装置。
【請求項６】
請求項１〜５の任意１の１に３記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
制御手段による第１および第２ベアリングレス支持手段の制御は、第１および第２発電手段の発電用のコイルにおける誘起電圧：Ｖ、電流：Ｉ、巻線抵抗：Ｒをパラメータとし、これらの関数として、上記第１および第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイルへの出力電流値を決定することを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項１】
水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置であって、
水流を受けて第１の向きに回転する第１種翼車と、
上記水流を受けて上記第１の向きと逆の第２の向きに回転する第２種翼車と、
上記第１および第２種翼車に同軸で、第１種翼車に係合して回転される第１回転軸と、
上記第２種翼車に係合して回転され、上記第１回転軸の内側に軸心方向に貫通された第２回転軸と、
水流を上記第１種翼車に導液する第１の導液手段と、
水流を上記第２種翼車に導液する第２の導液手段と、
上記第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する複数の磁石、及び、他方と一体的に回転する複数のコイルとを含む第１発電手段と、
上記第２回転軸と一体的に回転する１以上の回転子と、この１以上の回転子と同軸的かつ１対１に組合せられ、装置空間に固定的に配設される１以上の固定子と、上記１以上の回転子に設けられた複数のコイルおよび、上記１以上の固定子に設けられた複数のコイルとを含む第２発電手段と、
この第２発電手段の１以上の固定子を装置空間に固定的に保持する固定手段と、
上記第１回転軸と第２回転軸とを、回転時に非接触に保つ第１ベアリングレス支持手段および、上記１以上の回転子とこれに対応する固定子との間を回転時に非接触に保つ第２ベアリングレス支持手段と、
上記第２回転軸の両端を非回転時に支持する軸受け手段と、
上記第１および第２ベアリングレス支持手段を制御する制御手段とを有し、
上記第１ベアリングレス支持手段は、第１発電手段の複数の磁石に電磁力を作用させるための第１ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイルを有し、
上記第２ベアリングレス支持手段は、第２発電手段の回転子側の複数のコイルに電磁力を作用させるための第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイルを固定子側に有し、
上記制御手段は、上記第１および第２ベアリングレス支持手段用の各磁気支持コイルへの通電量を調整して上記各電磁力を制御するものであり、
上記第１発電手段および第２発電手段により発電された電力の一部を、上記第１および第２ベアリングレス支持手段および上記制御手段用の電力とすることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車および第２種翼車が共に、スタガード配置を持つ２以上の翼車により構成されることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第２回転軸の両端を非回転時に支持する軸受け手段が、ラビリンスシール機能を持つタッチダウンスリーブであることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項４】
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車および第２種翼車が水没するものであり、
第１及び第２の導液手段が、流入する水流を第１種、第２種翼車に向けてそれぞれ加速するノズルであることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項５】
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車および第２種翼車が空中に露呈し、
第１及び第２の導液手段が、水流を第１種、第２種翼車に向けてそれぞれ上方から導液するものであることを特徴とするクロスフロー型発電装置。
【請求項６】
請求項１〜５の任意１の１に３記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
制御手段による第１および第２ベアリングレス支持手段の制御は、第１および第２発電手段の発電用のコイルにおける誘起電圧：Ｖ、電流：Ｉ、巻線抵抗：Ｒをパラメータとし、これらの関数として、上記第１および第２ベアリングレス支持手段用の磁気支持コイルへの出力電流値を決定することを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２９１９８６（Ｐ２００７−２９１９８６Ａ）
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２２１７５（Ｐ２００６−１２２１７５）
【出願日】平成１８年４月２６日（２００６．４．２６）
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【出願人】（５９２２１４４５０）株式会社イースタン (17)
【出願人】（５０５２２７０４３）野村ユニソン株式会社 (25)
【出願人】（０００１９０１９４）信濃電気株式会社 (5)
【出願人】（５９３１７４８７０）高島産業株式会社 (24)
【出願人】（５０６００３９８９）株式会社タクト (4)
【出願人】（３９１００３８０８）有限会社八剣技研 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２６日（２００６．４．２６）
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【出願人】（５９２２１４４５０）株式会社イースタン (17)
【出願人】（５０５２２７０４３）野村ユニソン株式会社 (25)
【出願人】（０００１９０１９４）信濃電気株式会社 (5)
【出願人】（５９３１７４８７０）高島産業株式会社 (24)
【出願人】（５０６００３９８９）株式会社タクト (4)
【出願人】（３９１００３８０８）有限会社八剣技研 (2)
【Ｆターム（参考）】
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