JP3175706U - Coreless generator and micro hydro power generation system using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】高い発電効率を得ることができるコアレス発電機及びそれを用いたマイクロ水力発電システムを提供する。
【解決手段】発電機10は、ハウジング11の中に、ロータ12と、ステータコイル13とを備える。ステータコイル13は、ステータディスク13Aの円周方向に複数のコアレス型の渦巻きコイル13Bが取り付けられている。渦巻きコイル13Bは、回転軸14の径方向に伸長して巻回された楕円形状に近い形状を有しており、渦巻き面が永久磁石12Bの磁極に対向するように配設されている。発電システムは水車を備え、水車の機械的エネルギーを発電機10によって、電気的エネルギーに変換する。
【選択図】図1A coreless generator capable of obtaining high power generation efficiency and a micro hydroelectric power generation system using the same are provided.
A generator includes a rotor and a stator coil in a housing. A plurality of coreless spiral coils 13B are attached to the stator coil 13 in the circumferential direction of the stator disk 13A. The spiral coil 13B has a shape close to an elliptical shape that is wound by extending in the radial direction of the rotary shaft 14, and is disposed so that the spiral surface faces the magnetic pole of the permanent magnet 12B. The power generation system includes a water turbine, and mechanical energy of the water turbine is converted into electrical energy by the generator 10.
[Selection] Figure 1
Description
本考案は、小エネルギーを利用して発電することができるコアレス発電機及びそれを用いたマイクロ水力発電システムに関する。 The present invention relates to a coreless generator capable of generating power using small energy and a micro hydroelectric power generation system using the same.
微風や小水力を利用した発電は、安定した発電が難しく、また、発電量が小さいので、実用的ではなかった。しかし、東京電力福島第一原子力発電所の事故により、今後はどんなに少ない電力でも必要になると思われる。そのため、小エネルギーで効率良く発電可能で、安価な発電機の開発が望まれている。 Power generation using light winds or small hydropower is not practical because stable power generation is difficult and power generation is small. However, due to the accident at TEPCO's Fukushima Daiichi NPS, it seems that even less power will be needed in the future. Therefore, development of an inexpensive generator that can efficiently generate power with small energy is desired.
駆動トルクが弱くても発電できる発電機としては、例えば、空芯コイルを用いたコアレス発電機がある(例えば、特許文献1参照)。コアレス発電機は、コギングトルクがないので駆動トルクが弱くても発電することができ、微風や小水力を利用した発電に適している。しかし、出力が小さいので実用化するには発電効率を向上させる必要があった。 An example of a generator that can generate power even when the driving torque is weak is a coreless generator that uses an air-core coil (see, for example, Patent Document 1). Since the coreless generator has no cogging torque, it can generate power even when the driving torque is weak, and is suitable for power generation using light winds or small hydropower. However, since the output is small, it was necessary to improve the power generation efficiency for practical use.
本考案は、このような問題に基づきなされたものであり、高い発電効率を得ることができるコアレス発電機及びそれを用いたマイクロ水力発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such a problem, and an object thereof is to provide a coreless generator capable of obtaining high power generation efficiency and a micro hydroelectric power generation system using the same.
本考案のコアレス発電機は、回転軸に固定したロータディスクに対して、円周方向に異極が交互に現れるように複数個の永久磁石を設けたロータと、ハウジングに固定したステータディスクに対して、永久磁石の磁極に渦巻き面が対向するようにコアレス型の複数の渦巻きコイルを円周方向に設けたステータコイルとを備え、渦巻きコイルは、回転軸を中心とする径方向に伸長して巻回されており、渦巻きコイルの内周における径方向の回転軸側端部は、永久磁石の回転軌道よりも回転軸の側に位置し、渦巻きコイルの内周における径方向の反対側端部は、永久磁石の回転軌道よりも外周側に位置し、渦巻きコイルの巻き始めと巻き終わりは、永久磁石の回転軌道の外周側に位置するものである。 The coreless generator according to the present invention has a rotor disk fixed to a rotating shaft, a rotor provided with a plurality of permanent magnets so that different polarities appear alternately in the circumferential direction, and a stator disk fixed to a housing. And a stator coil provided with a plurality of coreless spiral coils in the circumferential direction so that the spiral surface faces the magnetic pole of the permanent magnet, and the spiral coil extends in the radial direction around the rotation axis. The end of the spiral coil that is wound is positioned on the side of the rotating shaft with respect to the rotating track of the permanent magnet, and the end of the spiral coil opposite to the end in the radial direction Is located on the outer peripheral side of the rotating track of the permanent magnet, and the start and end of winding of the spiral coil are positioned on the outer peripheral side of the rotating track of the permanent magnet.
本考案のマイクロ水力発電システムは、水車と、この水車の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する請求項1記載のコアレス発電機と、このコアレス発電機により発生させた交流電力を整流する整流器と、この整流器により整流した直流電力を蓄える蓄電池と、この蓄電池から出力された直流電力を交流100Vの交流電力に変換するインバーターとを備えたものである。 A micro hydroelectric power generation system according to the present invention includes a water turbine, a coreless generator according to claim 1 that converts mechanical energy of the water turbine into electrical energy, and a rectifier that rectifies AC power generated by the coreless generator; And a storage battery that stores DC power rectified by the rectifier, and an inverter that converts the DC power output from the storage battery into AC power of AC 100V.
本考案のコアレス発電機によれば、渦巻きコイルが、回転軸を中心とする径方向に伸長して巻回され、渦巻きコイルの内周における径方向の回転軸側端部が、永久磁石の回転軌道よりも回転軸の側に位置し、渦巻きコイルの内周における径方向の反対側端部が、永久磁石の回転軌道よりも外周側に位置するようにしたので、永久磁石と渦巻きコイルとの間隔を渦巻きコイルの太さ分だけ少なくすることができ、発電効率を向上させることができる。また、永久磁石の回転軌道と渦巻きコイルとの交差角度が直角に近くなるので、発電効率をより向上させることができる。更に、渦巻きコイルの巻き始めと巻き終わりが永久磁石の回転軌道の外周側に位置するようにしたので、渦巻きコイルの端末処理を容易とすることができる。よって、簡単な構造で、発電効率を向上させることができ、駆動トルクが小さくても発電することができる。 According to the coreless generator of the present invention, the spiral coil is wound by extending in the radial direction around the rotation axis, and the radial rotation shaft side end portion on the inner periphery of the spiral coil is rotated by the permanent magnet. Since the end opposite to the radial direction in the inner circumference of the spiral coil is located closer to the outer circumference than the rotary orbit of the permanent magnet, it is located closer to the rotation axis than the orbit. The interval can be reduced by the thickness of the spiral coil, and the power generation efficiency can be improved. Moreover, since the crossing angle between the rotating track of the permanent magnet and the spiral coil is close to a right angle, the power generation efficiency can be further improved. Furthermore, since the winding start and winding end of the spiral coil are positioned on the outer peripheral side of the rotating track of the permanent magnet, the end processing of the spiral coil can be facilitated. Therefore, the power generation efficiency can be improved with a simple structure, and power can be generated even when the driving torque is small.
本考案のマイクロ水力発電システムによれば、本考案のコアレス発電機を用いるようにしたので、駆動トルクが小さくても発電することができると共に、コアレス発電機により発生させた交流電力を整流し、蓄電して、インバーターにより一般家庭等で使用する交流100Vに変換するようにしたので、発電電圧が小さくても一般家庭等で利用できる電圧に変換することができると共に、周波数・電圧共に安定した出力を得ることができる。 According to the micro hydroelectric power generation system of the present invention, since the coreless generator of the present invention is used, power can be generated even when the driving torque is small, and the AC power generated by the coreless generator is rectified, Since it is stored and converted to AC 100V for use in ordinary households by an inverter, it can be converted to a voltage that can be used in ordinary households even if the generated voltage is small, and both frequency and voltage are stable. Can be obtained.
以下、本考案の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本考案の一実施の形態に係るコアレス発電機10の断面構成を表すものである。このコアレス発電機10は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するものであり、例えば、ハウジング11の中に、ロータ12と、ステータコイル13とを備えている。ハウジング11には、例えば、回転軸14が回転可能に支持されており、回転軸14は外部動力により回転可能とされている。
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a
ロータ12は、例えば、回転軸14に対して軸方向に間隔を開けて固定された一対の円盤状のロータディスク12Aを有している。一対のロータディスク12Aには、例えば、それぞれネオジム磁石等よりなる複数の永久磁石12Bが対向する位置に嵌合固定されている。各永久磁石12Bは、例えば、各ロータディスク12Aにおいて、円周方向、すなわち回転軸14の軸心を中心とする同一円軌跡上に、等間隔にそれぞれ配置されている。対向する一対の永久磁石12Bの対向面における磁性は、N極とS極又はS極とN極というように異なっている。また、同一のロータディスク12Aにおける同一円軌跡上の位相の異なる複数の複数の永久磁石12Bの極性は、1個又は複数個毎にそれぞれ反転されている。
The
ステータコイル13は、例えば、ハウジング11に固定されて一対のロータディスク12Aの間に位置するように配設されたステータディスク13Aを有している。ステータディスク13Aには、例えば、円周方向、すなわち回転軸14の軸心を中心とする同一円軌跡上に、複数のコアレス型の渦巻きコイル13Bが取り付けられている。各渦巻きコイル13Bは、例えば、平角コイルにより構成されており、永久磁石12Bの磁極に渦巻き面が対向するように配設されている。
The
図2は、永久磁石12B及び渦巻きコイル13Bの位置関係を表す図である。各渦巻きコイル13Bは、例えば、回転軸14の軸心を中心とする径方向に伸長して巻回された楕円形状に近い形状を有している。渦巻きコイル13Bの内周における径方向の回転軸側端部13Cは、例えば、永久磁石12Bの回転軌道12Cよりも回転軸14の側に位置している。渦巻きコイル13Bの内周における径方向の反対側端部13Dは、永久磁石12Bの回転軌道12Cよりも外周側に位置している。渦巻きコイル13Bの巻き始め13Eと巻き終わり13Fは、永久磁石12Bの回転軌道12Cの外周側に位置している。なお、図2では、永久磁石12Bの回転軌道12Cを梨地で示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating the positional relationship between the
このように本実施の形態に係るコアレス発電機10によれば、渦巻きコイル13Bが、回転軸14を中心とする径方向に伸長して巻回され、渦巻きコイル13Bの内周における径方向の回転軸側端部13Cが、永久磁石12Bの回転軌道12Cよりも回転軸14の側に位置し、渦巻きコイル13Bの内周における径方向の反対側端部13Dが、永久磁石12Bの回転軌道12Cよりも外周側に位置するようにしたので、永久磁石12Bと渦巻きコイル13Bとの間隔を渦巻きコイル13Bの太さ分だけ少なくすることができ、発電効率を向上させることができる。また、永久磁石12Bの回転軌道12Cと渦巻きコイル13Bとの交差角度が直角に近くなるので、発電効率をより向上させることができる。更に、渦巻きコイル13Bの巻き始め13Eと巻き終わり13Fが永久磁石12Bの回転軌道12Cの外周側に位置するようにしたので、渦巻きコイル13Bの端末処理を容易とすることができる。加えて、渦巻きコイル13Bの巻数を増やせば、ロータ12が低回転でも、有効に発電することができる。よって、簡単な構造で、発電効率を向上させることができ、例えば、ロータ12の回転数が550rpm程度の低回転でも発電することができる。
As described above, according to the
図3は、本考案の一実施の形態に係るマイクロ水力発電システム20の構成を表すものである。このマイクロ水力発電システム20は、本実施の形態に係るコアレス発電機10を用いたものであり、水車21と、水車21の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するコアレス発電機10と、コアレス発電機10により発生させた交流電力を整流する整流器22と、整流器22により整流した直流電力を蓄える蓄電池23と、蓄電池23から出力された直流電力を交流100Vの交流電力に変換するインバーター24とを備えている。
FIG. 3 shows a configuration of a micro hydroelectric
水車21は、例えば、構造が簡単で安価に据え付けが可能な上掛型水車が好ましく、農業用水、放水路、又は上下水道管等に配設される。水車21とコアレス発電機10との間には、増速機構25又はリンク機構を設けることが好ましい。コアレス発電機10は、例えば、3相交流出力をするように構成され、整流器22では例えば3相整流を行うように構成される。整流器22と蓄電池23の間には、蓄電池23の過充電を防止する過充電制御装置26を挿入することが好ましい。過充電制御装置26は、例えば、充電電圧と蓄電池電圧とを監視することにより充電を制御するようになっている。また、インバーター24には、蓄電池23の過放電を防止する過放電制御警報装置27を接続することが好ましい。過放電制御警報装置27は、例えば、インバーター24から蓄電池電圧の低下信号が入力されるとインバーター24を停止し、警報を発するようになっている。
The
このように本実施の形態のマイクロ水力発電システム20によれば、本実施の形態に係るコアレス発電機10を用いるようにしたので、駆動トルクが小さくても発電することができると共に、コアレス発電機10により発生させた交流電力を整流し、蓄電して、インバーター24により一般家庭等で使用する交流100Vに変換するようにしたので、発電電圧が小さくても一般家庭等で利用できる電圧に変換することができると共に、周波数・電圧共に安定した出力を得ることができる。
As described above, according to the micro hydroelectric
よって、簡単かつ安価に農業用水等の小水力エネルギーを有効利用することができる。また、近隣にある程度の落差と水量がある水路があればよいので、一般電力会社の配電線が近辺にない場所、例えば、僻地、山間部、登山等で利用する山小屋において、実用性のある電力を供給することができると共に、大災害時等の緊急用電源としても有効活用することができる。更に、特殊技術や大規模な設備が必要でなく、安価に製造及び設置が可能であるので、発展途上国等への援助に貢献することもできる。 Therefore, small hydraulic energy such as agricultural water can be effectively used easily and inexpensively. In addition, since there is a need for waterways with a certain amount of head and water volume in the vicinity, there is practical power in places where distribution lines of general power companies are not nearby, such as mountain huts used in remote areas, mountainous areas, mountain climbing, etc. Can be supplied, and can also be used effectively as an emergency power source in the event of a major disaster. In addition, special technology and large-scale equipment are not required, and it can be manufactured and installed at low cost. Therefore, it can contribute to assistance to developing countries.
以上、実施の形態及び実施例を挙げて本考案を説明したが、本考案は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、ハウジング11の中に、一対のロータディスク12Aと、その間に配置された1つのステータディスク13Aとを備える場合について説明したが、同一の回転軸14に3以上のロータディスク12Aを配設し、それらの間にステータディスク13Aをそれぞれ配設するようにしてもよい。
The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the case where the
10…コアレス発電機、11…ハウジング、12…ロータ、12A…ロータディスク、12B…永久磁石、12C…回転軌道、13…ステータコイル、13A…ステータディスク、13B…渦巻きコイル、13C…回転軸側端部、13D…反対側端部、13E…巻き始め、13F…巻き終わり、14…回転軸、20…マイクロ水力発電システム、21…水車、22…整流器、23…蓄電池、24…インバーター、25…増速機構、26…過充電制御装置、27…過放電制御警報装置
DESCRIPTION OF
Claims (2)
ハウジングに固定したステータディスクに対して、前記永久磁石の磁極に渦巻き面が対向するようにコアレス型の複数の渦巻きコイルを円周方向に設けたステータコイルとを備え、
前記渦巻きコイルは、前記回転軸を中心とする径方向に伸長して巻回されており、
渦巻きコイルの内周における径方向の回転軸側端部は、前記永久磁石の回転軌道よりも回転軸の側に位置し、渦巻きコイルの内周における径方向の反対側端部は、前記永久磁石の回転軌道よりも外周側に位置し、
前記渦巻きコイルの巻き始めと巻き終わりは、前記永久磁石の回転軌道の外周側に位置する
ことを特徴とするコアレス発電機。 A rotor provided with a plurality of permanent magnets so that different polarities appear alternately in the circumferential direction with respect to the rotor disk fixed to the rotating shaft,
A stator coil provided with a plurality of coreless spiral coils in a circumferential direction so that a spiral surface faces a magnetic pole of the permanent magnet with respect to a stator disk fixed to a housing,
The spiral coil is wound to extend in a radial direction around the rotation axis,
The end portion on the rotating shaft side in the radial direction on the inner periphery of the spiral coil is positioned on the rotating shaft side with respect to the rotating track of the permanent magnet, and the opposite end portion in the radial direction on the inner periphery of the spiral coil is on the permanent magnet Located on the outer circumference side of
The coreless generator characterized in that the winding start and the winding end of the spiral coil are located on the outer peripheral side of the rotation track of the permanent magnet.
この水車の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する請求項1記載のコアレス発電機と、
このコアレス発電機により発生させた交流電力を整流する整流器と、
この整流器により整流した直流電力を蓄える蓄電池と、
この蓄電池から出力された直流電力を交流100Vの交流電力に変換するインバーターと
を備えたことを特徴とするマイクロ水力発電システム。 With a water wheel,
The coreless generator according to claim 1, which converts mechanical energy of the turbine into electrical energy;
A rectifier that rectifies AC power generated by the coreless generator;
A storage battery for storing DC power rectified by the rectifier;
A micro hydroelectric power generation system comprising: an inverter that converts DC power output from the storage battery into AC power of 100 V AC.
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