JP2015177582A - Hydraulic power generation device - Google Patents

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芦部 昇
Noboru Ashibe
芦部  昇
伸一 吉川
Shinichi Yoshikawa
伸一 吉川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydraulic power generation device capable of preventing reduction of power generation efficiency even in the case where the quantity of water flowing in a channel is a little.SOLUTION: In a hydraulic power generation device, 12 magnetic poles are magnetized on an outer peripheral surface of a rotor magnet 5 which is rotated together with an impeller disposed within the channel, and 9 salient poles 8b are formed in a stator core 8 which is disposed so as to surround an outer peripheral side of the rotor magnet 5. In the hydraulic power generation device, an opening angle θ2 of salient pole distal end portions 8d forming distal end portions of the salient poles 8b is made 1.3 times as large as or larger than a magnetizing angle θ1 of one magnetic pole in the rotor magnet 5.

Description

本発明は、水の流れを利用して発電を行う小型の水力発電装置に関する。   The present invention relates to a small-sized hydroelectric power generation apparatus that generates power using a flow of water.

従来、洗面台等に設置された自動水栓装置に取り付けられる小型の水力発電装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の水力発電装置は、水路が形成されるケース体と、ケース体の中に配置される羽根車と、羽根車に固定されるロータマグネットとを備えている。また、この水力発電装置は、ロータマグネットの外周側を囲むようにケース体の外側に配置されるステータ部を備えている。ステータ部は、コイルと、コイルが巻回されるステータコアとを備えている。この水力発電装置では、水路の中で水が流れると、羽根車と一緒にロータマグネットが回転する。ロータマグネットが回転すると、コイルに起電力が生じてコイルに交流電流が流れる。また、コイルに流れる交流電流は、三相全波整流回路によって直流電流に変換されて電池に充電される。   DESCRIPTION OF RELATED ART Conventionally, the small hydraulic power unit attached to the automatic faucet apparatus installed in the washstand etc. is known (for example, refer patent document 1). The hydroelectric power generator described in Patent Literature 1 includes a case body in which a water channel is formed, an impeller disposed in the case body, and a rotor magnet fixed to the impeller. In addition, the hydroelectric generator includes a stator portion that is disposed outside the case body so as to surround the outer peripheral side of the rotor magnet. The stator portion includes a coil and a stator core around which the coil is wound. In this hydroelectric power generator, when water flows in the water channel, the rotor magnet rotates together with the impeller. When the rotor magnet rotates, an electromotive force is generated in the coil, and an alternating current flows through the coil. Moreover, the alternating current flowing through the coil is converted into a direct current by a three-phase full-wave rectifier circuit, and the battery is charged.

特開2002−44922号公報JP 2002-44922 A

近年、自動水栓装置の蛇口から排出される水の量を必要最小限にして節水を行うため、自動水栓装置の蛇口から排出される水の量が少なくなっている。すなわち、自動水栓装置に取り付けられる水力発電装置の水路を流れる水の量が少なくなっている。一方で、水力発電装置の水路を流れる水の量が少なくなると、水路の中に配置される羽根車が回転しにくくなり、その結果、水力発電装置での発電効率が低下する。   In recent years, the amount of water discharged from the faucet of the automatic faucet device has been reduced to the minimum necessary, so that the amount of water discharged from the faucet of the automatic faucet device has decreased. That is, the amount of water flowing through the water channel of the hydroelectric generator attached to the automatic faucet device is reduced. On the other hand, when the amount of water flowing through the water channel of the hydroelectric generator decreases, the impeller disposed in the water channel becomes difficult to rotate, and as a result, the power generation efficiency of the hydroelectric generator decreases.

そこで、本発明の課題は、水路を流れる水の量が少なくても、発電効率の低下を抑制することが可能な水力発電装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a hydroelectric power generation device that can suppress a decrease in power generation efficiency even when the amount of water flowing through a water channel is small.

上記の課題を解決するため、本願発明者は、種々の検討を行った。特に、本願発明者は、ロータマグネットとステータコアとの関係に着目して、種々の検討を行った。その結果、ロータマグネットとステータコアとが所定の関係を満足していると、水路を流れる水の量が少なくても、発電効率の低下を抑制することが可能になることを知見するに至った。   In order to solve the above problems, the present inventor has made various studies. In particular, the inventors of the present application have made various studies focusing on the relationship between the rotor magnet and the stator core. As a result, it has been found that when the rotor magnet and the stator core satisfy a predetermined relationship, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency even if the amount of water flowing through the water channel is small.

本発明の水力発電装置は、かかる新たな知見に基づくものであり、水路が形成されるケース体と、水路の中に配置される羽根車と、羽根車に固定され羽根車と一緒に回転するロータマグネットと、コイルとコイルが巻回されるステータコアとを有しロータマグネットの外周側を囲むようにケース体の外側に配置されるステータ部とを備え、ステータコアには、ロータマグネットの径方向における内側に向かって突出するとともにその先端面がロータマグネットの外周面に対向する9個の突極が、ロータマグネットの回転中心に対して等角度ピッチで形成され、突極は、コイルが巻回されるコイル巻回部と、コイル巻回部よりも突極の先端側に配置されるとともに先端面が形成される突極先端部とを備え、ロータマグネットの周方向における突極先端部の幅は、周方向におけるコイル巻回部の幅よりも広くなっており、ロータマグネットの外周面には、周方向においてN極とS極とが交互に着磁されるとともに12極の磁極が着磁され、軸方向から見たときに、周方向における突極先端部の一端とロータマグネットの回転中心とを結んだ線と、周方向における突極先端部の他端とロータマグネットの回転中心とを結んだ線とがなす角度を突極先端部の開き角とし、軸方向から見たときに、周方向における1つの磁極の一端とロータマグネットの回転中心とを結んだ線と、周方向における1つの磁極の他端とロータマグネットの回転中心とを結んだ線とがなす角度を着磁角とすると、突極先端部の開き角は、着磁角の1.3倍以上となっていることを特徴とする。   The hydroelectric power generation device of the present invention is based on such new knowledge, and includes a case body in which a water channel is formed, an impeller disposed in the water channel, and an impeller that is fixed to the impeller and rotates together with the impeller. A rotor magnet, a stator having a coil and a stator core around which the coil is wound, and a stator portion disposed outside the case body so as to surround the outer periphery of the rotor magnet. Nine salient poles that protrude toward the inside and whose front end faces the outer peripheral surface of the rotor magnet are formed at an equiangular pitch with respect to the rotation center of the rotor magnet, and the salient pole is wound with a coil. A coil winding portion, and a salient pole tip portion that is disposed on the tip end side of the salient pole with respect to the coil winding portion and that has a tip end surface, and is provided in the circumferential direction of the rotor magnet. The width of the tip portion is wider than the width of the coil winding portion in the circumferential direction, and the N pole and the S pole are alternately magnetized in the circumferential direction on the outer circumferential surface of the rotor magnet and 12 poles When the magnetic pole is magnetized and viewed from the axial direction, a line connecting one end of the salient pole tip in the circumferential direction and the rotation center of the rotor magnet, and the other end of the salient pole tip in the circumferential direction and the rotor magnet The angle formed by the line connecting the rotation center is the opening angle of the salient pole tip, and when viewed from the axial direction, a line connecting one end of one magnetic pole in the circumferential direction and the rotation center of the rotor magnet; When the angle formed by the line connecting the other end of one magnetic pole in the circumferential direction and the rotation center of the rotor magnet is defined as the magnetization angle, the opening angle of the salient pole tip is 1.3 times or more of the magnetization angle. It is characterized by becoming.

本発明の水力発電装置では、ステータコアに9個の突極が形成され、ロータマグネットの外周面に12極の磁極が着磁されるとともに、突極先端部の開き角が着磁角の1.3倍以上となっている。そのため、本発明では、水路を流れる水の量が少なくても、水力発電装置の発電効率の低下を抑制することが可能になる。   In the hydroelectric generator of the present invention, nine salient poles are formed on the stator core, 12 poles are magnetized on the outer peripheral surface of the rotor magnet, and the opening angle of the salient pole tip is 1. More than three times. Therefore, in this invention, even if there is little quantity of the water which flows through a water channel, it becomes possible to suppress the fall of the power generation efficiency of a hydroelectric generator.

本発明において、たとえば、突極先端部の開き角は、33.3°であり、着磁角は、25°であり、周方向において隣り合う突極先端部間の周方向の隙間は、1mmである。   In the present invention, for example, the opening angle of the salient pole tip is 33.3 °, the magnetization angle is 25 °, and the circumferential gap between the salient pole tips adjacent in the circumferential direction is 1 mm. It is.

本発明において、軸方向におけるステータコアの長さは、軸方向におけるロータマグネットの長さの0.8〜0.9倍となっていることが好ましい。このように構成すると、コイル巻回部の断面積を比較的大きくすることが可能になる。したがって、コイル巻回部での磁気飽和を防止することが可能になり、その結果、水力発電装置の発電効率の低下を効果的に抑制することが可能になる。   In the present invention, the length of the stator core in the axial direction is preferably 0.8 to 0.9 times the length of the rotor magnet in the axial direction. If comprised in this way, it will become possible to make comparatively large the cross-sectional area of a coil winding part. Therefore, it is possible to prevent magnetic saturation at the coil winding portion, and as a result, it is possible to effectively suppress a decrease in power generation efficiency of the hydroelectric power generation apparatus.

以上のように、本発明の水力発電装置では、水路を流れる水の量が少なくても、発電効率の低下を抑制することが可能になる。   As described above, in the hydraulic power generation apparatus of the present invention, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency even if the amount of water flowing through the water channel is small.

本発明の実施の形態にかかる水力発電装置の断面図である。It is sectional drawing of the hydraulic power unit concerning embodiment of this invention. 図1に示すロータマグネットおよびステータコアの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a rotor magnet and a stator core shown in FIG. 1. 図2に示すロータマグネットの磁化状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetization state of the rotor magnet shown in FIG. 図1に示すコイルが接続される三相全波整流回路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a three-phase full-wave rectifier circuit to which the coil shown in FIG. 1 is connected. 図1に示す水力発電装置の効果を説明するためのグラフおよび表である。It is the graph and table | surface for demonstrating the effect of the hydroelectric generator shown in FIG.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(水力発電装置の構成)
図1は、本発明の実施の形態にかかる水力発電装置1の断面図である。図2は、図1に示すロータマグネット5およびステータコア8の平面図である。図3は、図2に示すロータマグネット5の磁化状態を説明するための図である。図4は、図1に示すコイル7が接続される三相全波整流回路18の回路図である。
(Configuration of hydroelectric generator)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a hydroelectric generator 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the rotor magnet 5 and the stator core 8 shown in FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the magnetization state of the rotor magnet 5 shown in FIG. FIG. 4 is a circuit diagram of the three-phase full-wave rectifier circuit 18 to which the coil 7 shown in FIG. 1 is connected.

本形態の水力発電装置1は、洗面台等に設置される自動水栓装置に取り付けられて使用されるものであり、自動水栓装置の水路の途中に配置されている。自動水栓装置は、センサ、電磁弁および充電器等を備えており、センサによって、たとえば、使用者の手が検知されると、電磁弁が一定時間、オンの状態となり、自動水栓装置の蛇口から一定時間、水が流出する。このときには、水力発電装置1に形成される後述の水路2の中で水が流れて、水力発電装置1によって発電が行われる。また、水力発電装置1で発電された電力は、充電器に充電され、充電器に充電された電力は、センサおよび電磁弁に供給される。   The hydroelectric generator 1 of this embodiment is used by being attached to an automatic faucet device installed on a washstand or the like, and is disposed in the middle of the water channel of the automatic faucet device. The automatic faucet device includes a sensor, a solenoid valve, a charger, and the like. For example, when the user's hand is detected by the sensor, the solenoid valve is turned on for a certain period of time. Water flows out of the faucet for a certain period of time. At this time, water flows in a later-described water channel 2 formed in the hydroelectric generator 1, and electric power is generated by the hydroelectric generator 1. Moreover, the electric power generated by the hydroelectric generator 1 is charged in the charger, and the electric power charged in the charger is supplied to the sensor and the solenoid valve.

水力発電装置1は、内部に水路2が形成されるケース体3と、水路2の中に配置される羽根車4とを備えている。また、水力発電装置1は、ブラシレスモータと同様の構造を有しており、羽根車4に固定され羽根車4と一緒に回転するロータマグネット5と、ロータマグネット5の外周側を囲むようにケース体3の外側に配置されるステータ部6とを備えている。ロータマグネット5は、円筒状に形成されている。ステータ部6は、コイル7と、コイル7が巻回されるステータコア8とを備えており、全体として略円筒状に形成されている。ロータマグネット5とステータ部6とは、その軸中心が一致するように配置されている。   The hydroelectric generator 1 includes a case body 3 in which a water channel 2 is formed, and an impeller 4 disposed in the water channel 2. The hydroelectric generator 1 has a structure similar to that of a brushless motor, and a rotor magnet 5 that is fixed to the impeller 4 and rotates together with the impeller 4, and a case that surrounds the outer peripheral side of the rotor magnet 5. And a stator portion 6 disposed outside the body 3. The rotor magnet 5 is formed in a cylindrical shape. The stator portion 6 includes a coil 7 and a stator core 8 around which the coil 7 is wound, and is formed in a substantially cylindrical shape as a whole. The rotor magnet 5 and the stator portion 6 are arranged so that their axial centers coincide.

ケース体3には、固定軸10が固定されている。羽根車4は、2個の軸受11を介して固定軸10に回転可能に支持されている。軸受11は、ロータマグネット5とステータ部6との間の磁気バランスをとりやすくなるように非磁性材料で形成されている。具体的には、軸受11は樹脂で形成されている。ケース体3の外側に配置されるステータ部6は、カバー12によって覆われている。以下の説明では、ロータマグネット5の径方向(すなわち、ステータ部6の径方向)を「径方向」、ロータマグネット5の円周方向(すなわち、ステータ部6の円周方向)を「周方向」、ロータマグネット5の軸方向(すなわち、ステータ部6の軸方向)を「軸方向」とする。   A fixed shaft 10 is fixed to the case body 3. The impeller 4 is rotatably supported on the fixed shaft 10 via two bearings 11. The bearing 11 is made of a non-magnetic material so that a magnetic balance between the rotor magnet 5 and the stator portion 6 can be easily obtained. Specifically, the bearing 11 is made of resin. The stator portion 6 disposed outside the case body 3 is covered with a cover 12. In the following description, the radial direction of the rotor magnet 5 (that is, the radial direction of the stator portion 6) is “radial direction”, and the circumferential direction of the rotor magnet 5 (that is, the circumferential direction of the stator portion 6) is “circumferential direction”. The axial direction of the rotor magnet 5 (that is, the axial direction of the stator portion 6) is defined as “axial direction”.

ロータマグネット5の外周面には、周方向においてN極とS極とが交互に着磁されている。また、ロータマグネット5の外周面には、12極の磁極が着磁されている。図2に示すように、軸方向から見たときに、周方向における1つの磁極の一端とロータマグネット5の回転中心C(すなわち、ロータマグネット5およびステータ部6の軸中心)とを結んだ線と、周方向におけるこの磁極の他端と回転中心Cとを結んだ線とがなす角度を着磁角θ1とすると、着磁角θ1は、25°となっている。また、本形態では、ロータマグネット5の外径D1は、15.5mmとなっている。   On the outer peripheral surface of the rotor magnet 5, N poles and S poles are alternately magnetized in the circumferential direction. Further, 12 magnetic poles are magnetized on the outer peripheral surface of the rotor magnet 5. As shown in FIG. 2, when viewed from the axial direction, a line connecting one end of one magnetic pole in the circumferential direction and the rotation center C of the rotor magnet 5 (that is, the axial center of the rotor magnet 5 and the stator portion 6). If the angle formed by the line connecting the other end of the magnetic pole and the rotation center C in the circumferential direction is the magnetization angle θ1, the magnetization angle θ1 is 25 °. In this embodiment, the outer diameter D1 of the rotor magnet 5 is 15.5 mm.

また、本形態のロータマグネット5は、極異方性のマグネットであり、ロータマグネット5の磁化状態は、図3(A)に示すようになっている。なお、ロータマグネット5は、ラジアル異方性のマグネットであっても良い。この場合には、ロータマグネット5の磁化状態は、図3(B)に示すようになる。また、この場合には、ロータマグネット5の内周側に磁性材料からなるリング14が配置される。   Further, the rotor magnet 5 of this embodiment is a polar anisotropic magnet, and the magnetized state of the rotor magnet 5 is as shown in FIG. The rotor magnet 5 may be a radially anisotropic magnet. In this case, the magnetized state of the rotor magnet 5 is as shown in FIG. In this case, a ring 14 made of a magnetic material is disposed on the inner peripheral side of the rotor magnet 5.

ステータコア8は、複数の薄い磁性板が積層されて形成された積層コアである。図1に示すように、本形態では、軸方向におけるステータコア8の長さL1は、軸方向におけるロータマグネット5の長さL2の0.8〜0.9倍となっている。また、本形態では、軸方向におけるロータマグネット5の磁気中心と軸方向におけるステータコア8の磁気中心とが軸方向において一致するように、ロータマグネット5およびステータコア8が配置されている。   The stator core 8 is a laminated core formed by laminating a plurality of thin magnetic plates. As shown in FIG. 1, in this embodiment, the length L1 of the stator core 8 in the axial direction is 0.8 to 0.9 times the length L2 of the rotor magnet 5 in the axial direction. In this embodiment, the rotor magnet 5 and the stator core 8 are arranged so that the magnetic center of the rotor magnet 5 in the axial direction and the magnetic center of the stator core 8 in the axial direction coincide with each other in the axial direction.

ステータコア8は、図2に示すように、円環状に形成されるコア基部8aと、コア基部8aから径方向の内側に向かって突出する9個の突極8bとを備えている。9個の突極8bは、ロータマグネット5の回転中心C(すなわち、ステータ部6の軸中心)に対して等角度ピッチで形成されている。   As shown in FIG. 2, the stator core 8 includes a core base portion 8 a formed in an annular shape, and nine salient poles 8 b protruding from the core base portion 8 a toward the inside in the radial direction. The nine salient poles 8b are formed at an equiangular pitch with respect to the rotation center C of the rotor magnet 5 (that is, the axial center of the stator portion 6).

突極8bは、コイル7が巻回されるコイル巻回部8cと、コイル巻回部8cよりも突極8bの先端側(すなわち、径方向の内側)に配置される突極先端部8dとを備えている。本形態の突極8bは、コイル巻回部8cと突極先端部8dとから構成されており、コイル巻回部8cの径方向内側端に突極先端部8dが繋がっている。コイル巻回部8cは、周方向の厚さが薄い略直方体状に形成されている。コイル7は、絶縁性材料からなるカバー16を介して9個のコイル巻回部8cのそれぞれに巻回されている。   The salient pole 8b includes a coil winding portion 8c around which the coil 7 is wound, and a salient pole tip portion 8d disposed closer to the tip side of the salient pole 8b than the coil winding portion 8c (ie, radially inside). It has. The salient pole 8b of this embodiment is composed of a coil winding portion 8c and a salient pole tip portion 8d, and the salient pole tip portion 8d is connected to the radially inner end of the coil winding portion 8c. The coil winding portion 8c is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape with a small circumferential thickness. The coil 7 is wound around each of the nine coil winding portions 8c via a cover 16 made of an insulating material.

突極先端部8dは、軸方向から見たときの形状が略円弧状となるように形成されている。具体的には、突極先端部8dは、軸方向から見たときに、コイル巻回部8cよりも周方向の両側へ広がる略円弧状に形成されている。周方向における突極先端部8dの幅は、周方向におけるコイル巻回部8cの幅よりも広くなっている。突極先端部8dに形成される突極8bの先端面(径方向の内端面)8eは、凹曲面状に形成されている。具体的には、先端面8eは、軸方向から見たときの形状がロータマグネット5の回転中心Cを中心とする円弧状をなす凹曲面状に形成されている。この先端面8eは、ロータマグネット5の外周面に対向している。具体的には、先端面8eは、ケース体3を構成する略円筒状の隔壁部3aを介してロータマグネット5の外周面に対向している。すなわち、先端面8eは、先端面8eとロータマグネット5の外周面との間に隔壁部3aを挟んだ状態でロータマグネット5の外周面に対向している。   The salient pole tip 8d is formed such that its shape when viewed from the axial direction is substantially arcuate. Specifically, the salient pole tip 8d is formed in a substantially arc shape that extends to both sides in the circumferential direction from the coil winding 8c when viewed from the axial direction. The salient pole tip portion 8d in the circumferential direction is wider than the coil winding portion 8c in the circumferential direction. A tip surface (radial inner end surface) 8e of the salient pole 8b formed at the salient pole tip 8d is formed in a concave curved surface shape. Specifically, the distal end surface 8 e is formed in a concave curved surface having an arc shape centered on the rotation center C of the rotor magnet 5 when viewed from the axial direction. The tip surface 8 e faces the outer peripheral surface of the rotor magnet 5. Specifically, the front end surface 8 e faces the outer peripheral surface of the rotor magnet 5 via a substantially cylindrical partition wall portion 3 a constituting the case body 3. That is, the front end surface 8 e faces the outer peripheral surface of the rotor magnet 5 with the partition wall 3 a sandwiched between the front end surface 8 e and the outer peripheral surface of the rotor magnet 5.

軸方向から見たときに、周方向における突極先端部8dの一端とロータマグネット5の回転中心Cとを結んだ線と、周方向におけるこの突極先端部8dの他端と回転中心Cとを結んだ線とがなす角度を突極先端部8dの開き角θ2とすると、開き角θ2は、着磁角θ1の1.3倍以上となっている。本形態の開き角θ2は、33.3°であり、開き角θ2は、着磁角θ1の1.332倍となっている。また、本形態では、軸方向から見たときに9個の先端面8eを通過する仮想円の直径D2は、17mmとなっており、周方向において隣り合う突極先端部8d間の周方向の隙間Gは、1mmとなっている。   When viewed from the axial direction, a line connecting one end of the salient pole tip 8d in the circumferential direction and the rotation center C of the rotor magnet 5, and the other end of the salient pole tip 8d in the circumferential direction and the rotation center C Is the opening angle θ2 of the salient pole tip 8d, the opening angle θ2 is 1.3 times or more of the magnetization angle θ1. The opening angle θ2 in this embodiment is 33.3 °, and the opening angle θ2 is 1.332 times the magnetization angle θ1. In this embodiment, the diameter D2 of the virtual circle passing through the nine tip surfaces 8e when viewed from the axial direction is 17 mm, and the circumferential direction between the salient pole tip portions 8d adjacent in the circumferential direction is 17 mm. The gap G is 1 mm.

水力発電装置1では、水路2の中で水が流れて、羽根車4と一緒にロータマグネット5が回転すると、コイル7に起電力が生じてコイル7に交流電流が流れる。本形態の水力発電装置1は、三相式の発電装置であり、コイル7は、図4に示すように、3本の導線17によって構成されている。3本の導線17の一端は互いに接続されている。すなわち、3本の導線17は、Y結線で接続されている。また、3本の導線17の他端は、6個のダイオードと1個の平滑用コンデンサとを有する三相全波整流回路18に接続されている。そのため、本形態で、コイル7に流れる交流電流が直流電流に変換されて、自動水栓装置の充電器に充電される。   In the hydroelectric generator 1, when water flows in the water channel 2 and the rotor magnet 5 rotates together with the impeller 4, an electromotive force is generated in the coil 7 and an alternating current flows in the coil 7. The hydroelectric generator 1 of this embodiment is a three-phase power generator, and the coil 7 is composed of three conducting wires 17 as shown in FIG. One ends of the three conducting wires 17 are connected to each other. That is, the three conducting wires 17 are connected by Y connection. The other ends of the three conducting wires 17 are connected to a three-phase full-wave rectifier circuit 18 having six diodes and one smoothing capacitor. Therefore, with this form, the alternating current which flows into the coil 7 is converted into a direct current, and is charged by the charger of an automatic faucet device.

(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態では、ロータマグネット5の外周面に12極の磁極が着磁され、ステータコア8に9個の突極8bが形成されるとともに、開き角θ2が着磁角θ1の1.3倍以上となっている。そのため、本形態では、水力発電装置1の発電効率を高めることが可能になる。以下、この本形態の効果をシミュレーション結果に基づいて説明する。
(Main effects of this form)
As described above, in this embodiment, 12 magnetic poles are magnetized on the outer peripheral surface of the rotor magnet 5, nine salient poles 8b are formed on the stator core 8, and the opening angle θ2 is equal to the magnetization angle θ1. It is 1.3 times or more. Therefore, in this embodiment, it is possible to increase the power generation efficiency of the hydroelectric generator 1. Hereinafter, the effect of this embodiment will be described based on simulation results.

図1に示す水力発電装置1において、開き角θ2が変わったときに水力発電装置1に発生する磁束量および水力発電装置1のディテントトルクがどのように変化するのかを確かめるためのシミュレーションを行った。具体的には、開き角θ2が変わることで突極先端部8d間の隙間Gが変わったときに水力発電装置1に発生する磁束量および水力発電装置1のディテントトルクがどのように変化するのかを確かめるためのシミュレーションを行った。シミュレーションでは、着磁角θ1を25°とし、ロータマグネット5の外径D1を15.5mmとし、先端面8eを通過する仮想円の直径D2を17mmとした。また、このシミュレーションにおける開き角θ2と隙間Gとの関係は、図5(B)の表のようになる。なお、このシミュレーションにおける磁束量とは、「1回巻きの閉回路(コイル)内の回路に鎖交する磁束が1秒間で均一に変動したときに、電磁誘導により1Vの起電力が誘起される磁束量」のことであり、実際の水力発電装置1では、フラックスメータによって測定される値である。   In the hydroelectric generator 1 shown in FIG. 1, a simulation was performed to confirm how the amount of magnetic flux generated in the hydroelectric generator 1 and the detent torque of the hydroelectric generator 1 change when the opening angle θ2 changes. . Specifically, how the amount of magnetic flux generated in the hydroelectric generator 1 and the detent torque of the hydroelectric generator 1 change when the gap G between the salient pole tip portions 8d changes as the opening angle θ2 changes. A simulation was conducted to confirm the above. In the simulation, the magnetization angle θ1 was 25 °, the outer diameter D1 of the rotor magnet 5 was 15.5 mm, and the diameter D2 of the virtual circle passing through the tip surface 8e was 17 mm. Further, the relationship between the opening angle θ2 and the gap G in this simulation is as shown in the table of FIG. The amount of magnetic flux in this simulation is: “When a magnetic flux linked to a circuit in a one-turn closed circuit (coil) fluctuates uniformly in one second, an electromotive force of 1 V is induced by electromagnetic induction. The amount of magnetic flux is a value measured by a flux meter in the actual hydroelectric generator 1.

シミュレーションでは、図5(A)に示すように、隙間Gが大きくなるにしたがって(すなわち、開き角θ2が小さくなるにしたがって)、水力発電装置1のディテントトルクが大きくなった。また、シミュレーションでは、隙間Gが0.2mm〜1.1mmの間にあるときには、水力発電装置1に発生する磁束量の低下は見られないが、隙間Gが1.1mmを超えると、水力発電装置1に発生する磁束量が次第に低下した。すなわち、開き角θ2が32.6°以上であるときには、水力発電装置1に発生する磁束量の低下は見られないが、開き角θ2が32.6°よりも小さくなると、水力発電装置1に発生する磁束量が次第に低下した。すなわち、このシミュレーションでは、開き角θ2が着磁角θ1の1.3倍以上となっていれば、水力発電装置1に発生する磁束量が低下しないことが確認できた。   In the simulation, as shown in FIG. 5A, the detent torque of the hydroelectric generator 1 increased as the gap G increased (that is, as the opening angle θ2 decreased). Moreover, in the simulation, when the gap G is between 0.2 mm and 1.1 mm, no decrease in the amount of magnetic flux generated in the hydroelectric generator 1 is observed, but when the gap G exceeds 1.1 mm, the hydroelectric power generation is not performed. The amount of magnetic flux generated in the device 1 gradually decreased. That is, when the opening angle θ2 is 32.6 ° or more, no decrease in the amount of magnetic flux generated in the hydroelectric generator 1 is observed, but when the opening angle θ2 is smaller than 32.6 °, the hydroelectric generator 1 The amount of generated magnetic flux gradually decreased. That is, in this simulation, it was confirmed that the amount of magnetic flux generated in the hydroelectric generator 1 does not decrease if the opening angle θ2 is 1.3 times or more than the magnetization angle θ1.

このように、ロータマグネット5の外周面に12極の磁極が着磁され、ステータコア8に9個の突極8bが形成された水力発電装置1において、開き角θ2が着磁角θ1の1.3倍以上となっていれば、水力発電装置1に発生する磁束量は低下しないため、本形態では、水力発電装置1の発電効率を高めることが可能になる。したがって、本形態では、水路2を流れる水の量が少なくても、水力発電装置1の発電効率の低下を抑制することが可能になる。なお、隙間Gが1mmよりも小さくなると、コイル7への巻線作業が困難になるため、本形態のように、開き角θ2は、33.3°であることが好ましい。ただし、コイル7の巻線作業ができるのであれば、開き角θ2は、33.3°より大きくなっていても良い。   Thus, in the hydroelectric generator 1 in which 12 magnetic poles are magnetized on the outer peripheral surface of the rotor magnet 5 and the nine salient poles 8b are formed on the stator core 8, the opening angle θ2 is 1. If it is 3 times or more, the amount of magnetic flux generated in the hydroelectric generator 1 does not decrease, so in this embodiment, the power generation efficiency of the hydroelectric generator 1 can be increased. Therefore, in this embodiment, even if the amount of water flowing through the water channel 2 is small, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency of the hydroelectric generator 1. If the gap G is smaller than 1 mm, the winding work to the coil 7 becomes difficult. Therefore, the opening angle θ2 is preferably 33.3 ° as in this embodiment. However, as long as the coil 7 can be wound, the opening angle θ2 may be larger than 33.3 °.

また、本形態では、軸方向におけるステータコア8の長さL1が、軸方向におけるロータマグネット5の長さL2の0.8〜0.9倍となっているため、コイル巻回部8cの断面積を比較的大きくすることが可能になる。したがって、本形態では、コイル巻回部8cでの磁気飽和を防止することが可能になり、その結果、水力発電装置1の発電効率の低下を効果的に抑制することが可能になる。   In this embodiment, since the length L1 of the stator core 8 in the axial direction is 0.8 to 0.9 times the length L2 of the rotor magnet 5 in the axial direction, the sectional area of the coil winding portion 8c. Can be made relatively large. Therefore, in this embodiment, it is possible to prevent magnetic saturation in the coil winding portion 8c, and as a result, it is possible to effectively suppress a decrease in power generation efficiency of the hydroelectric generator 1.

(他の実施の形態)
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。
(Other embodiments)
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

上述した形態では、軸方向におけるステータコア8の長さL1は、軸方向におけるロータマグネット5の長さL2の0.8〜0.9倍となっている。この他にもたとえば、ステータコアの長さL1は、ロータマグネットの長さL2の0.8倍の長さより短くても良いし、ロータマグネットの長さL2の0.9倍の長さより長くても良い。また、上述した形態では、水力発電装置1は、三相式の発電装置であるが、水力発電装置1は、単相式の発電装置であっても良い。この場合には、コイル7は、1本の導線によって構成され、この導線は、たとえば、単相全波整流回路に接続される。また、上述した形態では、ロータマグネット5は、羽根車4に直接固定されているが、ロータマグネット5は、所定の部材を介して羽根車4に固定されても良い。   In the embodiment described above, the length L1 of the stator core 8 in the axial direction is 0.8 to 0.9 times the length L2 of the rotor magnet 5 in the axial direction. In addition, for example, the length L1 of the stator core may be shorter than 0.8 times the length L2 of the rotor magnet, or may be longer than 0.9 times the length L2 of the rotor magnet. good. Moreover, in the form mentioned above, although the hydroelectric generator 1 is a three-phase type electric power generating apparatus, the hydroelectric generator 1 may be a single phase type electric power generating apparatus. In this case, the coil 7 is constituted by a single conducting wire, and this conducting wire is connected to, for example, a single-phase full-wave rectifier circuit. Moreover, in the form mentioned above, although the rotor magnet 5 is being fixed directly to the impeller 4, the rotor magnet 5 may be fixed to the impeller 4 via a predetermined member.

なお、上述した形態では、ロータマグネット5の外周面に12極の磁極が着磁されているが、ロータマグネット5の外周面に8極の磁極が着磁されても良い。この場合には、ステータコア8は、上述した形態と同様に、円環状に形成されるコア基部8aと、コア基部8aから径方向の内側に向かって突出する9個の突極8bとを備えている。また、この場合には、コイル巻回部8cに巻回されるコイル7の、各突極8bに対する巻回方向を変える必要があり、さらに、コイル7の引き出し線の処理も変える必要がある。   In the above-described embodiment, 12 poles of magnetic poles are magnetized on the outer peripheral surface of the rotor magnet 5, but eight poles of magnetic poles may be magnetized on the outer peripheral surface of the rotor magnet 5. In this case, the stator core 8 includes an annular core base portion 8a and nine salient poles 8b projecting radially inward from the core base portion 8a, as in the above-described embodiment. Yes. Further, in this case, it is necessary to change the winding direction of the coil 7 wound around the coil winding portion 8c with respect to each salient pole 8b, and it is also necessary to change the processing of the lead wire of the coil 7.

1 水力発電装置
2 水路
3 ケース体
4 羽根車
5 ロータマグネット
6 ステータ部
7 コイル
8 ステータコア
8b 突極
8c コイル巻回部
8d 突極先端部
8e 先端面
C ロータマグネットの回転中心
G 突極先端部間の周方向の隙間
L1 軸方向におけるステータコアの長さ
L2 軸方向におけるロータマグネットの長さ
θ1 着磁角
θ2 突極先端部の開き角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydroelectric power generation device 2 Water channel 3 Case body 4 Impeller 5 Rotor magnet 6 Stator part 7 Coil 8 Stator core 8b Salient pole 8c Coil winding part 8d Salient pole front-end | tip part 8e End face C Rotor magnet rotation center G Between salient pole front-end | tip parts L1 The length of the stator core in the axial direction L2 The length of the rotor magnet in the axial direction θ1 Magnetization angle θ2 The opening angle of the salient pole tip

Claims (3)

水路が形成されるケース体と、前記水路の中に配置される羽根車と、前記羽根車に固定され前記羽根車と一緒に回転するロータマグネットと、コイルと前記コイルが巻回されるステータコアとを有し前記ロータマグネットの外周側を囲むように前記ケース体の外側に配置されるステータ部とを備え、
前記ステータコアには、前記ロータマグネットの径方向における内側に向かって突出するとともにその先端面が前記ロータマグネットの外周面に対向する9個の突極が、前記ロータマグネットの回転中心に対して等角度ピッチで形成され、
前記突極は、前記コイルが巻回されるコイル巻回部と、前記コイル巻回部よりも前記突極の先端側に配置されるとともに前記先端面が形成される突極先端部とを備え、
前記ロータマグネットの周方向における前記突極先端部の幅は、前記周方向における前記コイル巻回部の幅よりも広くなっており、
前記ロータマグネットの外周面には、前記周方向においてN極とS極とが交互に着磁されるとともに12極の磁極が着磁され、
前記軸方向から見たときに、前記周方向における前記突極先端部の一端と前記ロータマグネットの回転中心とを結んだ線と、前記周方向における前記突極先端部の他端と前記ロータマグネットの回転中心とを結んだ線とがなす角度を突極先端部の開き角とし、
前記軸方向から見たときに、前記周方向における1つの前記磁極の一端と前記ロータマグネットの回転中心とを結んだ線と、前記周方向における1つの前記磁極の他端と前記ロータマグネットの回転中心とを結んだ線とがなす角度を着磁角とすると、
前記突極先端部の開き角は、前記着磁角の1.3倍以上となっていることを特徴とする水力発電装置。
A case body in which a water channel is formed, an impeller disposed in the water channel, a rotor magnet fixed to the impeller and rotating together with the impeller, a coil, and a stator core around which the coil is wound And a stator portion arranged outside the case body so as to surround the outer peripheral side of the rotor magnet,
The stator core has nine salient poles that protrude inward in the radial direction of the rotor magnet and whose tip faces the outer peripheral surface of the rotor magnet, and are equiangular with the rotation center of the rotor magnet. Formed with pitch,
The salient pole includes a coil winding portion around which the coil is wound, and a salient pole tip portion that is disposed closer to the tip end side of the salient pole than the coil winding portion and at which the tip surface is formed. ,
The width of the salient pole tip in the circumferential direction of the rotor magnet is wider than the width of the coil winding in the circumferential direction,
On the outer peripheral surface of the rotor magnet, N poles and S poles are alternately magnetized in the circumferential direction and 12 poles are magnetized.
When viewed from the axial direction, a line connecting one end of the salient pole tip in the circumferential direction and the rotation center of the rotor magnet, the other end of the salient pole tip in the circumferential direction, and the rotor magnet The angle formed by the line connecting the center of rotation is the opening angle of the salient pole tip,
When viewed from the axial direction, a line connecting one end of the magnetic pole in the circumferential direction and the rotation center of the rotor magnet, rotation of the other end of the magnetic pole in the circumferential direction and the rotation of the rotor magnet If the angle formed by the line connecting the center is the magnetization angle,
An opening angle of the salient pole tip is 1.3 times or more of the magnetization angle.
前記突極先端部の開き角は、33.3°であり、
前記着磁角は、25°であり、
前記周方向において隣り合う前記突極先端部間の前記周方向の隙間は、1mmであることを特徴とする請求項1記載の水力発電装置。
The opening angle of the salient pole tip is 33.3 °,
The magnetization angle is 25 °,
The hydroelectric generator according to claim 1, wherein a gap in the circumferential direction between the salient pole tip portions adjacent to each other in the circumferential direction is 1 mm.
前記軸方向における前記ステータコアの長さは、前記軸方向における前記ロータマグネットの長さの0.8〜0.9倍となっていることを特徴とする請求項1または2記載の水力発電装置。   The hydraulic power generator according to claim 1 or 2, wherein the length of the stator core in the axial direction is 0.8 to 0.9 times the length of the rotor magnet in the axial direction.
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