JP2001078410A - Magnet type multipolar generator, and portable wind- power generation unit - Google Patents

Magnet type multipolar generator, and portable wind- power generation unit

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JP2001078410A
JP2001078410A JP23703799A JP23703799A JP2001078410A JP 2001078410 A JP2001078410 A JP 2001078410A JP 23703799 A JP23703799 A JP 23703799A JP 23703799 A JP23703799 A JP 23703799A JP 2001078410 A JP2001078410 A JP 2001078410A
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JP
Japan
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magnetic
generator
magnetic material
power
wind
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JP23703799A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Abe
嘉隆 阿部
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Original Assignee
SENSAA KIKAKU KK
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an enough power, even in the case of a low wind-speed by winding respective two generating coils around each nonmagnetic frame, and by avoiding the reduction of the generating power of a magnet type multi generator which is caused by the attracting force generated when each magnet of its rotor and each salient pole of its stator are opposed to each other. SOLUTION: A rotor 2 is so formed as to be arranged radially on the outer periphery of a drum 13 made of a magnetic material eight neodymium permanent magnets 12 having a wedge-type section and as to fit a magnetic spacer made of a nonmagnetic material having a wedge-type section into the space between the respective adjacent magnets 12 to each other. A stator is so formed as to provide protrusively on the inner face of a cylindrical case 3 made of a soft-magnetic material each magnetic pole 4, where generating coils 4a, 4b are wound around a frame 14 made of a nonmagnetic material. Furthermore, the magnets 12 and the magnetic spacers 15 are opposed to the magnetic poles 4 with a small clearance between to generate a power by rotating a rotational shaft 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、小型発電機及び小
型発電機を組込んだ可搬式風力発電装置に関するもので
ある。より詳しく述べるならば、本発明は、国内外にお
いて電力の供給がない,屋外,山小屋,キャンピング地、
離島、辺境などにおいて簡単に設置、移動が可能である
可搬式風力発電装置、及びこの装置に使用するのに適し
た交流発電機に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small generator and a portable wind power generator incorporating the small generator. More specifically, the present invention has no power supply at home and abroad, outdoor, mountain huts, camping sites,
The present invention relates to a portable wind power generator that can be easily installed and moved on a remote island, a frontier, and the like, and an AC generator suitable for use in this device.

【0002】[0002]

【従来の技術】風のエネルギー(E)はE=0.5dAV
3 (但し、dは空気の密度(kg/m3 )、Aは受風面
積(m2)、Vは風速(m/sec)である)で表され
る。ところでベンツの法則によると風のエネルギーの1
/3が電力に変換されるが、これにさらにCp(バウア
ー係数、通常は0.4)を掛けたものが発電電力にな
る。これらの因子を表1に示す。
2. Description of the Related Art Wind energy (E) is E = 0.5dAV.
3 (where d is the density of air (kg / m 3 ), A is the wind receiving area (m 2 ), and V is the wind speed (m / sec)). By the way, according to Benz's law, one of the energy of wind
/ 3 is converted to electric power, which is multiplied by Cp (Bauer coefficient, usually 0.4) to generate electric power. Table 1 shows these factors.

【0003】[0003]

【表1】 [Table 1]

【0004】可搬式発電機における風車の直径は3m程
度が、又発電装置全体の重量は95kg程度が限度であ
る。また、発電に利用可能な風速は一般に4m/sec
以上であると言われている。表1より,直径1mの風車が
4m/secの風速で発生し、換算される電力は13w
となるが、この電力では例えば電灯を点灯するにも実用
としては不十分であるので、発電機の特性を低風速でも
十分な電力を得ることができるように改良する必要があ
る。
The diameter of a wind turbine in a portable power generator is about 3 m, and the weight of the whole power generator is about 95 kg. The wind speed available for power generation is generally 4 m / sec.
It is said that it is over. From Table 1, a windmill with a diameter of 1 m is generated at a wind speed of 4 m / sec, and the converted power is 13 watts.
However, this power is not enough for practical use, for example, to turn on an electric lamp. Therefore, it is necessary to improve the characteristics of the generator so that sufficient power can be obtained even at a low wind speed.

【0005】ところで、風力発電機の具体的改良は例え
ば実公平4−15990号公報で公知であって、風車に
よる回転する横軸に固着された横軸傘歯車と噛み合う垂
直軸傘歯車や遠心クラッチ装置を介して風車の回転を衛
星発電機に伝達している。衛星発電機は強風、中風及び
強風用にそれぞれのクラッチ装置に作動的に連結されて
いる。
Incidentally, a specific improvement of a wind power generator is known, for example, from Japanese Utility Model Publication No. 4-15990, and a vertical shaft bevel gear or a centrifugal clutch that meshes with a horizontal shaft bevel gear fixed to a horizontal shaft rotated by a wind turbine. The rotation of the windmill is transmitted to the satellite generator via the device. The satellite generator is operatively connected to respective clutch devices for strong, medium and strong winds.

【0006】発電機の一型式として、機関等の回転軸に
取付けられた永久磁石回転子と、機関等のケースに取付
けられた電機子により構成される発電機も公知であっ
て、この型式の発電機は小型高出力化のために放射状に
突出した多数の突極部を備えている(実公平6−289
46号公報)。この突極部は鋼板を積層して形成され、
その外面に合成樹脂等で一体に成形した絶縁ボビンに巻
回された電極子コイルが設けられている。
As one type of generator, a generator composed of a permanent magnet rotor mounted on a rotating shaft of an engine or the like and an armature mounted on a case of the engine or the like is also known. The generator is provided with a large number of salient poles projecting radially in order to reduce the size and increase the output (Japanese Utility Model Publication No. 6-289).
No. 46). This salient pole part is formed by laminating steel plates,
An electrode coil wound around an insulating bobbin integrally formed of a synthetic resin or the like is provided on the outer surface thereof.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前掲実公平4−159
90号公報の風力発電機は弱風から強風までもカバーし
ようとして複雑なクラッチ機構を採用しているために、
風力エネルギーの電力への変換効率が低下し、また軽風
で人間の生活に必要なレベルの発電を行う可搬式風力発
電装置に使用することは困難であると考えられる。さら
に、前掲実公平6−28946号公報で公知の発電機に
あっては、回転子の永久磁石のN(S)極が突極に面した
ときその鉄板がS(N)極に磁化されるために、回転子と突
極の間に吸引力が発生することとなり、この結果低回転
数運転中の発電機の発電力が低下する。
[Problems to be Solved by the Invention]
Because the wind power generator of No. 90 employs a complicated clutch mechanism to cover from weak wind to strong wind,
It is considered that the conversion efficiency of wind energy into electric power is reduced, and that it is difficult to use the portable wind power generator for generating light at a level required for human life by light wind. Further, in the generator disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 6-28946, when the N (S) pole of the permanent magnet of the rotor faces the salient pole, the iron plate is magnetized to the S (N) pole. Therefore, an attractive force is generated between the rotor and the salient poles, and as a result, the power generated by the generator during the low-speed operation is reduced.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
の問題点を解決するべく、中心側に設けられた非磁性体
からなり永久磁石からなる複数個の磁極を回転させる回
転軸に連結され回転子と、軟磁性体からなる円筒形ケー
ス内側に突設した複数の発電コイルとを含んでなる磁石
式多極発電機において、前記各発電コイルを非磁性体に
巻回したことを特徴とする磁石式多極発電機、並びにこ
の発電機と、その回転軸に連結された風車と、後述の交
流安定化回路及び/又は直流変換回路とを含んでなる可
搬式風力発電装置を提供する。以下、本発明を詳しく説
明する。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the present invention connects a plurality of magnetic poles made of a non-magnetic material and made of permanent magnets provided on the center side to a rotating shaft for rotating the magnetic poles. Wherein each of the power generating coils is wound around a non-magnetic material in a magnetic multipolar generator including a rotor and a plurality of power generating coils protruding inside a cylindrical case made of a soft magnetic material. And a portable wind turbine generator including the generator, a wind turbine connected to the rotating shaft thereof, and an AC stabilizing circuit and / or a DC converting circuit described below. . Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0009】図1は本発明の発電機の原理説明図であ
り、図中、1は風車などの動力源に連結された回転軸で
あり、2a、2bは互いに90°の角度をなして回転軸1に枢
着され、全体が永久磁石からなる回転子である。3は軟
磁性材からなる円筒形ケースであり、その内側面には90
°間隔で4個の、すなわち回転子の倍数のコイル4a、4
b、4c、4dを突極として突設している。但し、発電コイ
ルの巻線は4aについてのみ図示し、他の発電コイルでは
図示を省略している。図示されている回転子2aの磁極S
が発電コイル4b、4dと対向し、回転子2bの磁極Nが発電
コイル4a、4bと対向している状態では4個の磁気回路が
形成されている。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a generator according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a rotating shaft connected to a power source such as a windmill, and 2a and 2b rotate at an angle of 90 ° to each other. A rotor that is pivotally mounted on the shaft 1 and is entirely made of a permanent magnet. 3 is a cylindrical case made of soft magnetic material,
4 at intervals, ie multiple coils 4a, 4 of rotor
b, 4c, and 4d are provided as salient poles. However, the winding of the power generation coil is illustrated only for 4a, and is not illustrated for the other power generation coils. Magnetic pole S of rotor 2a shown
Are opposed to the generating coils 4b, 4d, and four magnetic circuits are formed in a state where the magnetic pole N of the rotor 2b faces the generating coils 4a, 4b.

【0010】1個の磁極(4a,図2)で発生する電圧
はdφ/dt(但しφはコイルを貫通する全磁束量であ
る)に比例する。図中は回転子2bが発電コイル4aの
磁気回路に入り始め、は回転子2bが発電コイル4aの
磁気回路から脱出完了し、は回転子2bと発電コイル4
aが正面で対向している状態をそれぞれ示している。従
来の多極磁石発電機のように発電コイル4aを軟磁性材か
らなる突極材6(図3)に巻回した構造であると、回転
子2bのN極と対向する突極材6にS極が発生することにな
り、この結果これらの間に働く磁気吸引力により回転子
2bの回転が拘束され、回転子のトルクが低下する。こ
れに対応してコイルを通過する磁束量の変化dφ/d
t、これに比例する発生電圧(e)が小さくなる。この
難点は、動力源の出力が小さくかつトルクも小さい条
件、例えば微風のために風車の出力が小さい条件で、目
立つことから、本発明においては、図4に示すように、
発電コイル4を樹脂などの非磁性材9に巻回した構造と
する。
The voltage generated at one magnetic pole (4a, FIG. 2) is proportional to dφ / dt (where φ is the total amount of magnetic flux passing through the coil). In the figure, the rotor 2b starts to enter the magnetic circuit of the power generation coil 4a, the rotor 2b completes escape from the magnetic circuit of the power generation coil 4a, and the rotor 2b and the power generation coil 4a.
"a" indicates a state facing the front. With a structure in which the generating coil 4a is wound around a salient pole material 6 (FIG. 3) made of a soft magnetic material as in a conventional multipole magnet generator, the salient pole material 6 facing the N pole of the rotor 2b is An S-pole is generated, and as a result, the rotor is
The rotation of 2b is restricted, and the torque of the rotor decreases. Correspondingly, the change in the amount of magnetic flux passing through the coil dφ / d
t, the generated voltage (e) proportional thereto becomes smaller. This difficulty is conspicuous under conditions where the output of the power source is small and the torque is small, for example, under the condition that the output of the windmill is small due to the breeze, so in the present invention, as shown in FIG.
The power generation coil 4 is wound around a non-magnetic material 9 such as a resin.

【0011】図2を参照して単極部分に着目して発生電
圧を説明したが、図1に示す2極発電機では二つの発生電
圧が重畳した波型となる。より極数が多い発電機でも同
様である。
Although the generated voltage has been described with reference to FIG. 2 focusing on the unipolar portion, the two-pole generator shown in FIG. 1 has a waveform in which two generated voltages are superimposed. The same is true for generators with more poles.

【0012】上記した磁石式多極発電機の回転軸1と風
車を連結し、さらにコイル4の巻線5と整流器8を導通さ
せることにより、直流を取出し、電灯、その他の電気機
器などの負荷に電流を流すことができる(図5)。必要
により整流器8と負荷の間に充電制御器9を介在させ、発
電機の出力が一定値より低いときはバッテリー10から放
電させ、発電機の出力が一定値以上のときはバッテリー
10に充電してもよい。
By connecting the rotating shaft 1 of the above-mentioned magnet type multi-pole generator to the wind turbine, and further conducting the winding 5 of the coil 4 and the rectifier 8, a direct current is taken out, and the load of an electric lamp, other electric equipment or the like is taken out. A current can be passed through (Fig. 5). If necessary, a charge controller 9 is interposed between the rectifier 8 and the load, and when the output of the generator is lower than a certain value, the battery 10 is discharged.
May charge 10

【0013】さらに、本発明の好ましい可搬式風力発電
装置によると、図6に示すように、風車10の羽根10aを螺
着している中心軸2aを発電機20の中心軸1と一体の軸体
にすることにより、風車10と発電機20を直結している。
なお、図面では軸を一体にしているが、継ぎ手などで直
結してもよい。このような直結構造のために、これらの
中間に設けられるクラッチ機構などによる動力損失がな
くなり、また機構が簡単であるので搬送が容易となる。
図中10bは羽根10aの中心に位置して中心軸2aと噛み合う
孔部であり、11はブラケット、12はナットである。
Further, according to the preferred portable wind turbine generator of the present invention, as shown in FIG. 6, the center shaft 2a screwing the blade 10a of the wind turbine 10 is integrated with the center shaft 1 of the generator 20. By making it a body, the windmill 10 and the generator 20 are directly connected.
In the drawings, the shafts are integrated, but they may be directly connected by a joint or the like. Due to such a direct connection structure, power loss due to a clutch mechanism or the like provided therebetween is eliminated, and transport is facilitated because the mechanism is simple.
In the figure, reference numeral 10b denotes a hole located at the center of the blade 10a and engaged with the central shaft 2a, 11 denotes a bracket, and 12 denotes a nut.

【0014】風力発電機で得られる交流電力は風速によ
り、設置場所の風力条件を勘案して、100V、50/
60Hzとなるように設計するが、周波数や電圧がかな
り変動することは避けられない。よって、交流で作動す
る電気機器に電力を供給する場合は交流安定化回路を付
設することにより、例えば約94〜107V、2〜3k
VAの安定した電力を供給することが好ましい。このよ
うな交流安定化回路には交流無停電電源装置などの公知
のものを利用することができる。さらに、風速が4m/
sec以下に低下する微風もしくは無風状態を検知して
交流安定化回路に直流を供給するバッテリーを付設する
ことができる。バッテリー付設により風力発電装置全体
の重量は増えるが、複雑なクラッチ機構を設け、あるい
は風速毎に風車を設けるなどの方策に比べると、可搬性
は優れている。上記した微風もしくは無風状態の検出は
発電電力が85V以下に低下したことを検知して行うこ
とができる。
The AC power obtained by the wind power generator is 100 V, 50 /
Although the frequency is designed to be 60 Hz, it is inevitable that the frequency and the voltage fluctuate considerably. Therefore, when power is supplied to an electric device that operates on AC, by providing an AC stabilization circuit, for example, about 94 to 107 V, 2-3 k
It is preferable to supply a stable power of VA. A known circuit such as an AC uninterruptible power supply can be used as such an AC stabilizing circuit. Furthermore, the wind speed is 4m /
A battery that supplies a direct current to the AC stabilizing circuit by detecting a slight wind or a no-wind condition that is reduced to less than sec can be additionally provided. The addition of a battery increases the weight of the entire wind power generator, but is more portable than measures such as providing a complicated clutch mechanism or providing a windmill for each wind speed. The detection of the above-mentioned light wind or no wind state can be performed by detecting that the generated power has dropped to 85 V or less.

【0015】[0015]

【作用】本発明と同様に小型交流発電機に属する自転車
用発電機は、通常の走行速度(15km/h)で約400
0rpmで永久磁石(通常はフェライト)を回転させる
界磁回転型であり、これに対して本発明の風力発電機は
低速回転型でありかつ回転トルクが低いが発電力は大で
ある。同じく、自動車用発電機(オルタネータ)の所要
回転数は1000rpm程度以上であり、ローターコイ
ルを使用する他励式であるのに対し、本発明の風力発電
機は所要回転数が500rpm前後であり、かつ回転ト
ルクもはるかに低く、さらに自励式である。本発明の風
力発電装置は低風速からの発電が可能であり、で冒頭に
列挙した場所に容易に設置しかつ移動も可能である。加
えて、交流安定化回路(請求項5,6)を設けることに
より安定した良品質な電力を供給することができる。さ
らに、直流変換回路(請求項4,6)を設けることによ
り直流機器使用も可能になる。なお、本明細書において
は、主として風力発電機への応用例を説明しているが、
上記した自転車用及び自動車用の何れにも該当しない発
電に本発電機を応用することができる。以下、実施例に
より本発明をさらに詳しく説明する。
As in the case of the present invention, the bicycle generator belonging to the small AC generator has a running speed of about 400 at a normal running speed (15 km / h).
It is a field rotating type that rotates a permanent magnet (usually a ferrite) at 0 rpm, whereas the wind power generator of the present invention is a low-speed rotating type and has a low rotating torque but large power generation. Similarly, the required number of revolutions of the automotive generator (alternator) is about 1000 rpm or more and is a separately excited type using a rotor coil, whereas the required number of revolutions of the wind power generator of the present invention is about 500 rpm, and The rotation torque is much lower and it is self-excited. The wind power generator of the present invention can generate power from a low wind speed, and can be easily installed and moved in the places listed at the beginning. In addition, by providing the AC stabilizing circuit (claims 5 and 6), stable and high-quality power can be supplied. Further, by providing a DC conversion circuit (claims 4 and 6), DC equipment can be used. In addition, in this specification, although the example of application to a wind power generator is mainly described,
The generator can be applied to power generation that does not correspond to any of the above-described bicycles and automobiles. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0016】[0016]

【実施例】まず、本発明に係る発電機の基本的要素を、
図6を参照して説明する。.図6に示す直結構造におい
て、羽根10aの枚数=2、羽根10aの直径=1.8m、
羽根10aの回転数=340rpm(風速4m/sec)
の条件において、約40wの発電力を得るための好ましい
実施例によると、図7((a)図は正面断面図、(b)
図は下部側面・上部断面図である)において、8個の楔
形断面ネオジム(Nd)磁石12を放射状にけい素鋼、
Fe−Co合金などの磁性体ドラム13の周囲に均等に
かつ放射状に配列・固着しかつ、各磁石の間の間隙には
楔形断面の非磁性体からなる磁気スぺ−サ−15を嵌合
している。なお、磁気スペーサー15とドラム13はア
ルミニウムなどの非磁性体とすると、これらを一体化で
きるので機械加工が容易になる。磁気スペーサー15は
省略して空隙としてもよい。この場合非磁性物質である
空気が磁気スペーサー15の働きをする。磁性体ドラム
13の中心には図示されないキー溝を設けて、非磁性体
の回転軸1とドラム13を固着している。磁石12及び
磁気スペーサー15は発電機のほぼ全長にわたって設け
られている。磁極4は樹脂などの非磁性体枠14の周囲
にコイルを(b)図で水平方向に20巻き巻回したコイル
4a,4bより構成している。したがって、これらコイ
ルの外径と磁石12の長さはほぼ等しくなっており、ネ
オジム磁石12及び磁気スペ−サ−15はコイル4に対
して僅かな間隙をもって対向しており、回転軸1の回転
により電力が発生する。16はシールリングであって、
回転軸1を液密にかつ摺動可能に密封している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the basic elements of the generator according to the present invention will be described.
This will be described with reference to FIG. In the direct connection structure shown in FIG. 6, the number of blades 10a = 2, the diameter of blades 10a = 1.8 m,
Rotation speed of blade 10a = 340 rpm (wind speed 4 m / sec)
According to a preferred embodiment for obtaining a power generation of about 40 watts under the condition (1), FIG. 7 (a) is a front sectional view, and FIG.
The figure is a lower side / upper sectional view), in which eight wedge-shaped neodymium (Nd) magnets 12 are radially made of silicon steel,
A magnetic spacer 15 made of a non-magnetic material having a wedge-shaped cross section is fitted and fixed uniformly and radially around the magnetic material drum 13 such as an Fe-Co alloy, and in a gap between the magnets. are doing. If the magnetic spacer 15 and the drum 13 are made of a non-magnetic material such as aluminum, they can be integrated so that machining becomes easy. The magnetic spacer 15 may be omitted to form a gap. In this case, air which is a non-magnetic substance acts as the magnetic spacer 15. A non-illustrated key groove is provided at the center of the magnetic drum 13 to fix the non-magnetic rotating shaft 1 to the drum 13. The magnet 12 and the magnetic spacer 15 are provided over substantially the entire length of the generator. The magnetic pole 4 is composed of coils 4a and 4b in which a coil is wound 20 times in the horizontal direction in FIG. Therefore, the outer diameters of these coils and the length of the magnet 12 are substantially equal, and the neodymium magnet 12 and the magnetic spacer 15 are opposed to the coil 4 with a small gap. Generates power. 16 is a seal ring,
The rotating shaft 1 is sealed in a liquid-tight and slidable manner.

【0017】図6に示す直結構造では、強風下で運転さ
れる発電機が破壊するおそれがあるために、本発明のさ
らに好ましい可搬式風力発電装置によると、図8に示す
ように風車10の方向を水平方向から強風時には上向き垂
直方向に偏向可能にする。すなわち、風上型風力発電機
20のケースを収納する外殻体21の下部にバランスウ
ェイト22を懸吊・固定し、バランスウェイト22を支
柱23に枢転可能に装着する。風速が例えば約15m/
sec未満の風速では、風車10及び発電機20の重量
とバランスウェイト22の重量が、バランスして風車の
羽根10aを風に対して垂直に保ち、一方風速が約15
m/secを超える強風条件では風車10、発電機20
及びバランスウェイト22が支柱23の支持軸24の周
囲で枢転して風車10の羽根10aを風に対して水平に
保ち、羽根10aの回転数が急減するために発電機の破
壊が防止できる。25は発電機20からの電流を導く導
線であり、26は風の整流板である。なお、携帯に際し
ては、風車10を2枚の羽根に分解し、さらに装置のそ
の他の部分をバランスウェイト22、支柱23、整風板
26の各部に分解してトラックなどで搬送し、また組み
立てに際しては、これらを蝶ねじなどで固定する。な
お、支柱23は地中への埋め込みにするか、あるいはア
ルミアングル材を組立てた三脚やぐらを基礎とすること
により、強風下での安全を確保する。
In the direct connection structure shown in FIG. 6, the generator operated under strong wind may be broken. Therefore, according to a more preferred portable wind power generator of the present invention, as shown in FIG. The direction can be deflected from the horizontal direction to the vertical direction in strong winds. That is, the balance weight 22 is suspended and fixed below the outer shell 21 that houses the case of the windward wind power generator 20, and the balance weight 22 is pivotally mounted on the support 23. Wind speed is about 15m /
At a wind speed of less than 10 sec, the weight of the wind turbine 10 and the generator 20 and the weight of the balance weight 22 balance to keep the wind turbine blades 10a perpendicular to the wind, while the wind speed is about 15
Under strong wind conditions exceeding m / sec, the wind turbine 10 and the generator 20
In addition, the balance weight 22 pivots around the support shaft 24 of the column 23 to keep the blades 10a of the wind turbine 10 horizontal to the wind, and the number of revolutions of the blades 10a is sharply reduced, so that the generator can be prevented from being destroyed. Reference numeral 25 denotes a lead for guiding the current from the generator 20, and reference numeral 26 denotes a wind baffle. In carrying, the windmill 10 is disassembled into two blades, and the other parts of the device are disassembled into the balance weight 22, the struts 23, and the air conditioner 26 and transported by truck or the like. These are fixed with thumb screws. The pillars 23 are buried in the ground or are based on a tripod or a gora assembled with an aluminum angle material to ensure safety under strong winds.

【0018】次に、交流及び直流の安定化回路、微風・
無風状態におけるバッテリーからの給電回路を備えた本
発明の実施例を図9及び10を参照して説明する。図9
は、設置場所の平均的風速で約100V,50/60Hz
の出力特性をもつ風力発電機と枠70に坦持された3個
バッテリー50,51、52を併用して約101V(増
減=6V)、2〜3kVAの安定した良品質の交流を供
給し、また6〜12V,10Aの直流も供給する発電装
置を示す。なお、図8と同じ部品は図9でも同じ符号を付
して図示している。図10は回路のブロック図を示す。
風力発電機からの入力端子30に入力される電流は、4
7.5〜52.5Hzもしくは57〜63Hzの範囲の電流を通過
させるノイズフィルタ31を通過し、中風状態で導通
(ON)されるノンフューズズブレーカー1(NFB
1)を経て整流器32にて交直変換される。変換後の電
力が、2〜3kVAの範囲内である場合は、電流をイン
バーター33にて50/60Hzの交流に変換し、49.75〜50.2
5Hzもしくは59.7〜60.3Hzの範囲の電流を通過させ
るノイズフィルタ35を経て、NFB2投入により電灯
などの電気機器に供給される。
Next, an AC and DC stabilization circuit,
An embodiment of the present invention including a power supply circuit from a battery in a windless state will be described with reference to FIGS. FIG.
Is about 100V, 50 / 60Hz at the average wind speed of the installation location
A stable high-quality AC of about 101 V (increase / decrease = 6 V) and 2-3 kVA is supplied by using a wind power generator having an output characteristic of 3 and the three batteries 50, 51, 52 carried on the frame 70. In addition, a power generator that also supplies a direct current of 6 to 12 V and 10 A is shown. Note that the same components as those in FIG. 8 are indicated by the same reference numerals in FIG. FIG. 10 shows a block diagram of the circuit.
The current input to the input terminal 30 from the wind generator is 4
A non-fuse breaker 1 (NFB) that passes through a noise filter 31 that allows a current in the range of 7.5 to 52.5 Hz or 57 to 63 Hz to pass through and conducts (ON) in the middle wind condition
After 1), the rectifier 32 performs AC / DC conversion. If the converted power is within the range of 2-3 kVA, the current is converted to 50/60 Hz AC by the inverter 33, and the power is converted to 49.75-50.2.
After passing through a noise filter 35 that passes a current in the range of 5 Hz or 59.7 to 60.3 Hz, it is supplied to an electric device such as an electric light by turning on NFB2.

【0019】制御回路36は半導体メモリ及びIC論理
回路(CPU)を用いた制御回路であり、整流器32と
接続してその出力が85V以下であることを検知して後
述のバッテリーからの給電を行い、かつインバーター3
3で変換後の出力が2〜3kVAの電流を電灯、ラジオ
などの電気機器に供給される。また、制御回路36は電
子スィッチ34a,34bの導通(ON)に追従して表
示パネル38に種々の状態を表示し、さらにファン3
9,40を作動させて各要素32、33、34、35、
36、37などを冷却する。なお、バッテリー41,4
2,43は、12V,5A,15Wが定格の鉛蓄電池
(1個の寸法が125mm,125mm,440mm)
を使用することができ、風速の大小に拘らず、発電機が
発電している限り、充電器37を経て充電される。85
V以下の微風もしくは無風状態となると、これを制御回
路36が検知し、過放電スィッチ44及び昇圧回路45
を経てバッテリー41,42,43からインバーター3
3に放電させる。過放電スィッチ44はバッテリーの再
充電が不可能になるような放電を防止し、また昇圧回路
45は100Vまで電圧を増大させる。
The control circuit 36 is a control circuit using a semiconductor memory and an IC logic circuit (CPU). The control circuit 36 is connected to the rectifier 32, detects that its output is 85 V or less, and supplies power from a battery described later. , And inverter 3
In step 3, a converted output current of 2-3 kVA is supplied to electric devices such as electric lights and radios. The control circuit 36 displays various states on the display panel 38 following the conduction (ON) of the electronic switches 34a and 34b.
9 and 40 are actuated so that each element 32, 33, 34, 35,
36, 37, etc. are cooled. The batteries 41, 4
2, 43 are lead-acid batteries rated at 12V, 5A, 15W (one dimension is 125mm, 125mm, 440mm)
Can be used, and the battery is charged through the charger 37 as long as the generator is generating power regardless of the wind speed. 85
When a low wind or no wind occurs, the control circuit 36 detects this, and the over-discharge switch 44 and the boost circuit 45
From the batteries 41, 42, 43 through the inverter 3
Discharge to 3. The overdischarge switch 44 prevents the discharge from rendering the battery unable to be recharged, and the boost circuit 45 increases the voltage to 100V.

【0020】上述の交流を出力する操作では、ノンフュ
ーズズブレーカーNFB3は遮断されているが、12V
の直流により、直流電気機器などを使用したい場合はN
FB3を投入させて直流安定化電源を通じて直流電気機
器に給電される。すなわち、まず入力フィルタ回路50
にて平滑化され、次に、入力整流回路51にて交直変換
され、突入電流制御回路52にて直流電気機器投入時の
突入防止され続いて、入力平滑回路53にて直流に混じ
った交流成分を平滑化し、出力電圧が12Vを大幅に越
えることを過電流検出回路が検知すると、ドライブ回路
56を活性化し、次にパワースィッチ回路57が自動投
入されるパワースィッチ回路57が活性化されると、変
換機58を経て出力整流平滑回路59にて平滑化された
直流が出力される。なお、この出力が12Vを超えるこ
とを過電圧検出回路61で検出して、制御回路60を活
性化して12Vに制御する。なお、62は出力直流中の
交流成分を通過させ入力フィルタ62に戻すコンデンサ
である。
In the operation for outputting the AC, the non-fuse breaker NFB3 is cut off,
If you want to use DC electrical equipment, etc.
FB3 is turned on to supply power to DC electric equipment through a stabilized DC power supply. That is, first, the input filter circuit 50
, And then subjected to AC / DC conversion by an input rectifier circuit 51, inrush current control circuit 52 prevents inrush when DC electric equipment is turned on, and then AC component mixed with DC by input smoothing circuit 53. When the overcurrent detection circuit detects that the output voltage greatly exceeds 12 V, the drive circuit 56 is activated, and then the power switch circuit 57 in which the power switch circuit 57 is automatically turned on is activated. , A direct current smoothed by an output rectifying and smoothing circuit 59 through a converter 58 is output. The overvoltage detection circuit 61 detects that this output exceeds 12 V, and activates the control circuit 60 to control the output to 12 V. Reference numeral 62 denotes a capacitor that passes an AC component of the output DC and returns the AC component to the input filter 62.

【0021】[0021]

【発明の効果】上述した本発明に係る風力発電機による
と、4〜15m/secの風速条件で人間の生活に必要
な電灯,ヒーター、ラジオ、などに必要な電力、例えば
1〜3kvVAを発電することができ、またバッテリー
を併用することにより微風もしくは無風条件でも100
V、2〜3KVAの電力を取り出すことを可能にする。
According to the above-described wind power generator according to the present invention, electric power required for electric lights, heaters, radios, etc. necessary for human life, for example, 1 to 3 kVVA, is generated under wind conditions of 4 to 15 m / sec. It can be used in combination with a battery, even in light or no wind conditions.
V, 2-3 KVA of power.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の発電機の原理説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a generator according to the present invention.

【図2】 本発明の発電機の単極近傍における回転子の
動作ならびにコイルを貫通する磁束量(Φ)、磁束の変
化(dΦ/dt)及び発生電圧を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the operation of a rotor near a single pole of a generator of the present invention, the amount of magnetic flux (Φ) penetrating a coil, a change in magnetic flux (dΦ / dt), and a generated voltage.

【図3】 従来の発電機について図2と同様の特性を示
す図及びグラフである。
FIG. 3 is a diagram and a graph showing characteristics similar to those of FIG. 2 for a conventional generator.

【図4】 非磁性体の周りにコイルを巻回した本発明の
磁極を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a magnetic pole of the present invention in which a coil is wound around a non-magnetic material.

【図5】 本発明の可搬式風力発電装置の回路図であ
る。
FIG. 5 is a circuit diagram of the portable wind turbine generator of the present invention.

【図6】 本発明の好ましい実施態様に係る風車―発電
機直結構造の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view of a wind turbine-generator direct connection structure according to a preferred embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施態様に係る発電機の正面断面図
(a)及び上部側面断面図−下部側面図である。
FIG. 7 is a front sectional view (a) and an upper side sectional view-a lower side view of the generator according to the embodiment of the present invention.

【図8】 バランスウェイトを付設した風力発電機の側
面図である。
FIG. 8 is a side view of a wind power generator provided with a balance weight.

【図9】 バッテリーを併用した可搬式風力発電装置の
斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view of a portable wind turbine using a battery.

【図10】 図9の可搬式風力発電装置の電気回路のブ
ロック図である。
10 is a block diagram of an electric circuit of the portable wind turbine generator of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−回転軸 2−回転子 3−円筒形ケース 4−発電コイル 6−突極材 8−整流器 9−充電制御器 10−風車 12−Nd磁石 14−非磁性体枠 15−磁気スペーサー 20−発電機 30−入力端子 31−ノイズフィルタ 32−整流器 33−インバーター 34−電子スィッチ 35−ノイズフィルタ 36−制御回路 37−充電器 38−表示パネル 39,40−ファン 41,42,43−バッテリー 45−昇圧回路 50−入力フィルタ回路 51−入力制流回路 52−突入電流制御回路 53−入力平滑回路 55―制御回路 56−ドライブ回路 57−パワースィッチ回路 62−コンデンサー 1-Rotating shaft 2-Rotor 3-Cylindrical case 4-Power generation coil 6- Salient pole material 8-Rectifier 9-Charge controller 10-Windmill 12-Nd magnet 14-Non-magnetic frame 15-Magnetic spacer 20-Power generation Machine 30-input terminal 31-noise filter 32-rectifier 33-inverter 34-electronic switch 35-noise filter 36-control circuit 37-charger 38-display panel 39,40-fan 41,42,43-battery 45-boost Circuit 50-Input filter circuit 51-Input current limiting circuit 52-Inrush current control circuit 53-Input smoothing circuit 55-Control circuit 56-Drive circuit 57-Power switch circuit 62-Capacitor

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 中心側に設けられた非磁性体からなる回
転軸に連結されかつ永久磁石からなる複数個の磁極を回
転させる回転子と、軟磁性体からなる円筒形ケースの内
側に突設した複数の発電コイルとを含んでなる多極磁石
式多極発電機において、前記各発電コイルを非磁性体に
巻回したことを特徴とする磁石式多極発電機。
1. A rotor connected to a rotation shaft made of a non-magnetic material provided at a center side and rotating a plurality of magnetic poles made of a permanent magnet, and a rotor protruding inside a cylindrical case made of a soft magnetic material. And a plurality of power generating coils, wherein each of the power generating coils is wound around a non-magnetic material.
【請求項2】 前記永久磁石をネオジム磁石としたこと
を特徴とする請求項1記載の磁石式多極発電機。
2. The magnetic multipolar generator according to claim 1, wherein said permanent magnet is a neodymium magnet.
【請求項3】 磁性体もしくは非磁性体からなる円筒の
外周に前記永久磁石を放射状に配列しかつ固定するとと
もに、隣接する各永久磁石の間隙を非磁性としたことを
特徴とする請求項1又は2記載の磁石式多極発電機。
3. The permanent magnet according to claim 1, wherein said permanent magnets are radially arranged and fixed on the outer periphery of a cylinder made of a magnetic material or a non-magnetic material, and a gap between adjacent permanent magnets is made non-magnetic. Or the magnetic multipolar generator according to 2.
【請求項4】 中心側に設けられた非磁性体からなる回
転軸に連結されかつ永久磁石からなる複数個の磁極を回
転させる回転子と、軟磁性体からなる円筒形ケースの内
側に突設した複数の発電コイルとを含んでなり、さらに
各発電コイルを非磁性体に巻回した磁石式多極発電機、
前記磁石式多極発電機の前記回転軸と連結された風車、
及び前記磁石式多極発電機からの交流出力を直流に変換
する直流変換回路を含んでなることを特徴とする可搬式
風力発電装置。
4. A rotor connected to a rotation shaft made of a non-magnetic material provided at a center side and rotating a plurality of magnetic poles made of a permanent magnet, and protruding inside a cylindrical case made of a soft magnetic material. A plurality of power generation coils, and a magnetic multi-pole generator in which each power generation coil is wound around a non-magnetic material,
A windmill connected to the rotating shaft of the magnetic multipolar generator,
And a DC conversion circuit for converting AC output from the magnet type multipolar generator into DC.
【請求項5】 中心側に設けられた非磁性体からなる回
転軸に連結されかつ永久磁石からなる複数個の磁極を回
転させる回転子と、軟磁性体からなる円筒形ケースの内
側に突設した複数の発電コイルとを含んでなり、さらに
各発電コイルを非磁性体に巻回した磁石式多極発電機、
前記磁石式多極発電機の前記回転軸と連結された風車、
及び前記磁石式多極発電機からの交流出力を安定化する
交流安定化回路を含んでなることを特徴とする可搬式風
力発電装置。
5. A rotor connected to a rotating shaft made of a non-magnetic material and provided on the center side for rotating a plurality of magnetic poles made of a permanent magnet, and protruding inside a cylindrical case made of a soft magnetic material. A plurality of power generation coils, and a magnetic multi-pole generator in which each power generation coil is wound around a non-magnetic material,
A windmill connected to the rotating shaft of the magnetic multipolar generator,
And a AC stabilizing circuit for stabilizing an AC output from the magnet type multipolar generator.
【請求項6】 中心側に設けられた非磁性体からなる回
転軸に連結されかつ永久磁石からなる複数個の磁極を回
転させる回転子と、軟磁性体からなる円筒形ケースの内
側に突設した複数の発電コイルとを含んでなり、さらに
各発電コイルを非磁性体に巻回した磁石式多極発電機、
前記磁石式多極発電機の前記回転軸と連結された風車、
前記磁石式多極発電機からの交流出力を直流に変換する
直流変換回路及び交流を安定化する交流安定化回路、並
びに前記直流変換回路及び前記交流安定化回路を切り替
えて発電装置の出力に導通するスイッチを含んでなるこ
とを特徴とする可搬式風力発電装置。
6. A rotor connected to a rotation shaft made of a non-magnetic material and provided on a center side for rotating a plurality of magnetic poles made of a permanent magnet, and protruding inside a cylindrical case made of a soft magnetic material. A plurality of power generation coils, and a magnetic multi-pole generator in which each power generation coil is wound around a non-magnetic material,
A windmill connected to the rotating shaft of the magnetic multipolar generator,
A DC conversion circuit that converts AC output from the magnet type multipolar generator into DC and an AC stabilization circuit that stabilizes AC, and switches between the DC conversion circuit and the AC stabilization circuit to conduct to the output of the power generator. A portable wind power generator, comprising:
【請求項7】 前記直流変換回路が安定化回路を含んで
なり、その出力が約6〜12Vである請求項4又は6記
載の可搬式風力発電装置。
7. The portable wind turbine generator according to claim 4, wherein the DC conversion circuit includes a stabilization circuit, and an output of the DC conversion circuit is about 6 to 12 V.
【請求項8】 前記磁石式多極発電機からの出力が第1
の所定値以下に低下した微風もしくは無風状態を検知し
て直流を供給するバッテリーを付設したことを特徴とす
る請求項4又は6記載の可搬式風力発電装置。
8. An output from said magnetic multipolar generator is a first
The portable wind turbine generator according to claim 4 or 6, further comprising a battery for detecting a light wind or a windless state that has dropped below a predetermined value and supplying a direct current.
【請求項9】 前記第1の所定値が約85Vであり、前
記交流安定化回路の出力が約115Vである請求項8記
載の可搬式風力発電装置。
9. The portable wind turbine generator according to claim 8, wherein the first predetermined value is about 85V, and an output of the AC stabilization circuit is about 115V.
【請求項10】 前記風車の回転軸と前記磁石式多極発
電機の回転軸を直結したことを特徴とする請求項4から
9までの何れか1項記載の可搬式風力発電装置。
10. The portable wind turbine generator according to claim 4, wherein a rotating shaft of the wind turbine is directly connected to a rotating shaft of the magnet type multipolar generator.
【請求項11】 前記磁石式多極発電機の前記円筒形ケ
ースを収納する外殻体の下部に固定されかつ支柱に枢転
可能に枢着したバランスウェイトを含んでなり、軽風条
件では風車の羽根が風に対して垂直に保たれ、かつ強風
条件では風車、発電機及びバランスウェイトが支柱の支
持軸の周囲で枢転して風車の羽根を風に対して水平に保
つ安全機構を付設したことを特徴とする請求項4から1
0までの何れか1項記載の可搬式風力発電装置。
11. A balance weight fixed to a lower portion of an outer shell body for accommodating the cylindrical case of the magnet type multipolar generator and pivotally attached to a support post, and in a light wind condition, the balance weight of the wind turbine is reduced. A safety mechanism is provided to keep the blades horizontal to the wind by keeping the blades vertical to the wind, and in strong wind conditions, the windmill, generator and balance weight pivot around the support shaft of the support column. 4. The method according to claim 4, wherein
The portable wind turbine generator according to any one of 0 to 0.
【請求項12】 8個のネオジム磁石を磁極としたこと
を特徴とする請求項4から11までの何れか1項記載の
可搬式風力発電装置。
12. The portable wind turbine generator according to claim 4, wherein eight neodymium magnets are used as magnetic poles.
【請求項13】 磁性体からなる円筒を前記回転子と
し、その外周に前記永久磁石を放射状に配列しかつ固定
するとともに、隣接する各磁石の間隙を非磁性としたこ
とを特徴とする請求項4から12までの何れか1項記載
の可搬式風力発電機。
13. The rotor according to claim 1, wherein said rotor is a cylinder made of a magnetic material, and said permanent magnets are radially arranged and fixed on an outer periphery thereof, and a gap between adjacent magnets is made non-magnetic. The portable wind power generator according to any one of items 4 to 12.
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