2連結・相逆回転機構を持った小水力用水車発電機の開発

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05969
• Research Institution: Kanazawa Technical College
• Principal Investigator: 直江 伸至 金沢工業高等専門学校, 電気電子工学科, 教授 (00249781)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 水力発電 / 発電機

Outline of Annual Research Achievements

本研究では水力エネルギーを効率よく回収するために考案した2連結逆回転水車発電機を開発することが目的である．小水力やマイクロ水力では大型水力とは異なり水量および落差が小さいために，水車や発電機本体に小水量および低落差を考慮した水力用発電装置の開発が必要である．本研究では互いに逆方向に回転する2連結水車を発電機の電機子および界磁と直接接続して回転させることで，出力の増加が期待できる新規な小水力（マイクロ水力）水車発電装置を開発することを目標としている．現在は２連結相逆回転水車実験装置により水車の振る舞いを可視的および特性的に調査した．２連結逆回転水車の出力は，軸に直結した５０Ｗの永久磁石発電機で流量を変化させたときの発電特性を確認した．また，電機子と界磁を相逆回転する発電機の開発では，既存の永久磁石発電機を改造することにより製作可能だと判断した．既存の永久磁石発電機の選定を行い，改造することで開発できると考えている．現在，利用する発電機の検討とともに，スリップリングとブラシの機構，水車と発電機を一体にしたときの構成・構造を検討している．発電機では絶縁の観点から防水対策も重要な要素となる．また，界磁巻線と永久磁石界磁を同時に持つ発電機についても有限要素法を用いて検討している．特性検討では巻線界磁のみと巻線界磁と永久磁石界磁を持つ発電機の損失，効率について計算した．以上の実験・考察および解析の結果を整理し，次年度に製作する試作装置の概念構想を構築した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定をしていた簡易な試作実験装置の設計・製作は，有限要素法による解析と２連結相逆回転水車実験装置を利用することで特性を検討した．水車実験装置では水車の上部より水量を供給する相逆回転水車形で，水車の特性を検討した．電機子と界磁を相逆回転する発電機の開発では，既存の永久磁石発電機の構造を変更することにした．また，電機子と界磁を相逆回転する発電機の磁気特性は，従前検討している有限要素モデルによって発電特性の検討も可能となった．

Strategy for Future Research Activity

平成27年度における実験および解析の結果を再整理・検討することで設計の段階へと進められる．電機子と界磁を相逆回転する発電機の開発では，既存の永久磁石発電機を改造方向性で開発することにした．さらに，スリップリングとブラシの機構の検討，水車発電機一体型のため構造検討，防水対策などを調査する．試作では製作の遅れや部品の納入や変更が考えられるので設計を早めに行う必要がある．

Causes of Carryover

予定していた簡易試作機を製作しなくてよくなったため，次年度使用額が生じた．

Expenditure Plan for Carryover Budget

実験時に使用する関連機材に利用する．