JP5702123B2 - Power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石を配置したロータの回転により、ステータコイルに誘導電圧を生じさせる発電システムに関するものである。 The present invention relates to a power generation system that generates an induced voltage in a stator coil by the rotation of a rotor in which a permanent magnet is arranged.
従来より、磁石を多数配置したロータと、ステータコイルを有するステータと、を備え、ロータを回転させることによりステータコイルに誘導電圧を生じさせる発電機が知られている。
例えば、(特許文献1)には、「複数の永久磁石が円環列状に設けられた円板状のロータと、永久磁石の回転軌道面を両側から隙間をもって挟み込むように円環列状に配置されたコアレスコイルと、コアレスコイル間に配置され回転自在に形成された磁石車と、を備えた発電装置」が開示されている。
(特許文献2)には、「界磁極を形成するN磁極とS磁極とを交互に配設した磁極ロータと、ステータ鉄心にステータコイルを巻装したステータ極と、ステータ極のステータコイル毎又はロータの回転に伴い同位相の交流起電力が発生するステータコイル群毎に接続された整流回路と、を備えた発電機」が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a generator that includes a rotor having a large number of magnets and a stator having a stator coil and generates an induced voltage in the stator coil by rotating the rotor is known.
For example, (Patent Document 1) states that “a disk-shaped rotor in which a plurality of permanent magnets are provided in an annular array, and an annular array so that the rotation track surface of the permanent magnet is sandwiched from both sides with a gap. A power generation device including a coreless coil that is disposed and a magnet wheel that is disposed between the coreless coils and is formed to be rotatable is disclosed.
(Patent Document 2) states that “a magnetic pole rotor in which N magnetic poles and S magnetic poles forming field poles are alternately arranged, a stator pole in which a stator coil is wound around a stator iron core, A generator including a rectifier circuit connected to each stator coil group that generates an AC electromotive force having the same phase as the rotor rotates is disclosed.
(特許文献3)には、「ロータの外周に沿って配置された複数の永久磁石ユニットと、前記永久磁石ユニットの外側に配置された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイルと、を備えた発電機と、前記コイルより出力される交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、前記整流器により出力される直流電圧を入力して蓄電する蓄電池と、を備え、前記蓄電池により出力される電圧の一部を負荷に供給するとともに、前記蓄電池より出力される電圧の一部を前記ロータに回転駆動力を与えるモータへの入力電圧として供給する発電システム」が開示されている。また、明細書の段落〔0032〕、図2及び図3に、実施の形態として、永久磁石ユニットの上端面が描く円状の軌跡に沿って、軟鉄等の常磁性体からなるパイプ(56)が設けられることが記載されている。 (Patent Document 3) states that “a plurality of permanent magnet units arranged along the outer periphery of the rotor, a plurality of cores arranged outside the permanent magnet unit, a coil wound around the core, A generator comprising: a rectifier that converts an AC voltage output from the coil into a DC voltage; and a storage battery that receives and stores the DC voltage output from the rectifier, and is output by the storage battery. A power generation system that supplies a part of the voltage to the load and supplies a part of the voltage output from the storage battery as an input voltage to a motor that gives a rotational driving force to the rotor is disclosed. In addition, in the paragraph [0032], FIG. 2 and FIG. 3 of the specification, as an embodiment, a pipe (56) made of paramagnetic material such as soft iron along a circular locus drawn by the upper end surface of the permanent magnet unit. It is described that is provided.
(特許文献4)には、「ロータの外周に沿って配置された複数の永久磁石ユニットと、前記永久磁石ユニットの外側に配置された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイルと、を備えた発電機と、前記コイルより出力される交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、前記整流器の出力電圧に基づき電荷を蓄積するキャパシタと、前記キャパシタと蓄電池との間に接続されオン/オフを切り替え前記キャパシタに蓄積された電荷を前記蓄電池に放電するゲート回路と、を備え、前記蓄電池により出力される電圧の一部を負荷に供給するとともに、前記蓄電池より出力される電圧の一部を前記ロータに回転駆動力を与えるモータへの入力電圧として供給する発電システム」が開示されている。また、明細書の段落〔0033〕、図2及び図3に、実施の形態として、永久磁石ユニットの上端面が描く円状の軌跡に沿って、軟鉄等の常磁性体からなるパイプ(56)が設けられることが記載されている。また、明細書の段落〔0051〕及び図4に、コイル(54)と変圧器(3)や整流器(4)との間に第一のリレースイッチ(11)が直列に接続されていることが記載されており、明細書の段落〔0055〕に、第一のリレースイッチ(11)はゲート回路(15)とは逆相で同期してオン/オフを切り替えることが記載されている。 (Patent Document 4) states that “a plurality of permanent magnet units arranged along the outer periphery of the rotor, a plurality of cores arranged outside the permanent magnet unit, a coil wound around the core, A generator comprising: a rectifier that converts an AC voltage output from the coil into a DC voltage; a capacitor that stores electric charge based on the output voltage of the rectifier; and an ON / OFF connected between the capacitor and the storage battery. A gate circuit that switches off and discharges the electric charge accumulated in the capacitor to the storage battery, and supplies a part of the voltage output by the storage battery to a load and a part of the voltage output from the storage battery Is generated as an input voltage to a motor that gives a rotational driving force to the rotor. Further, in the paragraph [0033], FIG. 2 and FIG. 3 of the specification, as an embodiment, a pipe (56) made of paramagnetic material such as soft iron along a circular locus drawn by the upper end surface of the permanent magnet unit. It is described that is provided. Further, in the paragraph [0051] and FIG. 4 of the specification, the first relay switch (11) is connected in series between the coil (54) and the transformer (3) or the rectifier (4). In paragraph [0055] of the specification, it is described that the first relay switch (11) is switched on / off in synchronization with the reverse phase of the gate circuit (15).
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
(1)(特許文献1)に開示の技術では、回転自在に形成された磁石車をコアレスコイル間に設けるため、構造が複雑化し保守も煩雑化するという課題を有していた。
(2)(特許文献2)に開示の技術では、(特許文献2)の段落〔0083〕欄乃至段落〔0088〕欄、図23及び図24に、駆動モータの負荷電流が5.1A(AC)のときに、発電機の出力電圧が292.6V(DC)、出力電流が10.36A(DC)との実施例が記載されており、発電効率が高いことが示されている。しかしながら、本実施例では、発電機の磁極ロータに電磁石を使用しているため、励磁のための電力が必要となる。本実施例の場合は、段落〔0084〕欄に記載されているように、コイルへの印加電圧は約50V、電流は3Aのため、約150Wの電力が消費されている。この励磁のための消費電力により、発電機の発電効率が低下するという課題を有していた。また、磁極ロータに電磁石を使用する場合は、励磁のための電源回路が必要となり、さらに電源回路から磁極ロータに電流を導くためのスリップリングやブラシ等の電気的接点も必要となるため、構造が複雑化し保守も煩雑化するという課題を有していた。
(3)(特許文献3)及び(特許文献4)に開示された技術は、電磁石を使用することなく、磁極ロータに永久磁石を使用した同期発電機を利用した発電システムである。しかしながら、電磁石を単に永久磁石に置き換えた発電機は、磁極ロータを回転させる際に、磁極ロータを回転させる駆動モータの負荷電流が著しく大きくなることがわかった。以下、図面を参照してこの現象を説明する。
However, the above conventional techniques have the following problems.
(1) In the technique disclosed in (Patent Document 1), since the magnet wheel formed to be rotatable is provided between the coreless coils, there is a problem that the structure is complicated and maintenance is complicated.
(2) In the technique disclosed in (Patent Document 2), the load current of the drive motor is 5.1 A (AC) in paragraphs [0083] to [0088] of FIGS. ), An example in which the output voltage of the generator is 292.6 V (DC) and the output current is 10.36 A (DC) is described, which indicates that the power generation efficiency is high. However, in this embodiment, since an electromagnet is used for the magnetic pole rotor of the generator, electric power for excitation is required. In the case of the present embodiment, as described in the paragraph [0084], the applied voltage to the coil is about 50 V and the current is 3 A, so that about 150 W of power is consumed. There has been a problem that the power generation efficiency of the generator decreases due to the power consumption for this excitation. In addition, when an electromagnet is used for the magnetic pole rotor, a power supply circuit for excitation is required, and an electrical contact such as a slip ring and a brush for guiding current from the power supply circuit to the magnetic pole rotor is also required. However, it has a problem that it is complicated and maintenance is complicated.
(3) The technology disclosed in (Patent Document 3) and (Patent Document 4) is a power generation system using a synchronous generator using a permanent magnet for a magnetic pole rotor without using an electromagnet. However, it has been found that in a generator in which an electromagnet is simply replaced with a permanent magnet, the load current of the drive motor that rotates the magnetic pole rotor is significantly increased when the magnetic pole rotor is rotated. Hereinafter, this phenomenon will be described with reference to the drawings.
図10は、永久磁石を使用した従来の同期発電機の原理を説明する模式図である。
図中、100は図示しない磁極ロータに配置された永久磁石、101は永久磁石100の端面、102はコア、103は永久磁石100の端面101と対向するコア102の対向面、104はコア102に巻回されたステータコイル、105はコア102の隣に矢印で示すロータの回転方向に沿って配置されたコア、106は永久磁石100の端面101と対向するコア105の対向面、107はコア105に巻回されたステータコイルである。
以上のように構成された同期発電機において、永久磁石100が配置された図示しない磁極ロータを回転させると、永久磁石100の端面101(N磁極とする)から出てコア102、105に導かれた磁束が変化するので、永久磁石100が離れていくステータコイル104には矢印で示す方向の電流が生じ、ステータコイル104に生じた電流によりコア102の対向面103はS磁極となる。一方、永久磁石100が近づいてくるステータコイル107には矢印で示す方向の電流が生じ、ステータコイル107に生じた電流によりコア105の対向面106はN磁極となる。この結果、永久磁石100は、端面101がコア105の対向面106に近づく間はコア105から反発力を受けるが、対向面106を通過したとたんにステータコイル107を流れる電流の向きが変わるので、コア105の対向面106がS磁極となり、コア105から強い吸引力を受ける。これにより、磁極ロータの回転負荷トルクが大きくなり、磁極ロータを回転させる駆動モータの負荷電流が著しく大きくなるのである。この結果、磁極ロータを回転させるための消費電力が著しく増大し、発電機の発電効率が大幅に低下するという課題を有していた。
このように、磁極ロータを回転させるのに大電力を消費するため、特許文献3及び4に記載されているように、発電機の出力電圧を蓄電池に充電し、この電圧を負荷とロータの駆動モータの両方に供給した場合、発電量が著しく低下し、発電の効率性に欠けるという課題を有していた。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the principle of a conventional synchronous generator using a permanent magnet.
In the figure, 100 is a permanent magnet disposed on a magnetic pole rotor (not shown), 101 is an end face of the
In the synchronous generator configured as described above, when a magnetic pole rotor (not shown) on which the
Thus, in order to consume a large amount of power to rotate the magnetic pole rotor, as described in
(4)(特許文献3)及び(特許文献4)には、永久磁石ユニットの上端面が描く円状の軌跡に沿って、軟鉄等の常磁性体からなるパイプ(56)を設けることが記載されている。軟鉄は強磁性体であるため、特許文献3及び4の「軟鉄等の常磁性体からなるパイプ」という記載は、パイプが軟鉄で形成されているのか、常磁性体で形成されているのかが不明である。強磁性体の軟鉄でパイプが形成されているとすれば、第一永久磁石ユニットと第二永久磁石ユニットからの反対向きの磁束が透磁率の高いパイプを流れ、磁束が相殺されるため、コアに磁束が流れることがなく、ステータコイルに起電力が生じないので発電を行なうことができない。また、常磁性体でパイプが形成されているとすれば、常磁性体は永久磁石が形成する磁場によって特定の方向に弱く磁化され、第一永久磁石ユニットと第二永久磁石ユニットからの反対向きの磁束がパイプを流れ、コアに導入される磁束密度が小さくなり、ステータコイルに生じる起電力が小さいため、発電によって得られる電力はわずかである。以上のように、永久磁石ユニットの上端面に「軟鉄等の常磁性体からなるパイプ」が設けられていると、発電機によって得られる電力が少ないので、発電機によって得られる電力よりロータを駆動させる消費電力が大きいため、蓄電池の電圧が短期間でロータの駆動電圧以下に下回ってしまう。このように、発電機の出力電圧を蓄電池に充電し、この電圧を負荷とロータの駆動モータの両方に供給した場合、発電量が著しく低下し、発電の効率性に欠けるという課題を有していた。
(4) (Patent Document 3) and (Patent Document 4) describe that a pipe (56) made of a paramagnetic material such as soft iron is provided along a circular locus drawn by the upper end surface of the permanent magnet unit. Has been. Since soft iron is a ferromagnetic material, the descriptions of “pipes made of paramagnetic material such as soft iron” in
本発明は上記従来の課題を解決するもので、永久磁石がコアの対向面を通過する際にコアから受ける反発力や吸引力が少なく、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を向上させることができ、また永久磁石の励磁磁力とコアの磁界磁力によってロータの回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータの回転負荷トルクを減少させることができ、また、ステータコイル間の干渉を防ぎ、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができるため、発電出力を高めることができ、さらに、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れる発電システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and the repulsive force and attractive force received from the core when the permanent magnet passes through the facing surface of the core is small, and the rotor can be rotated with a slight driving force. The rotational load torque of the rotor can be reduced by balancing the attractive force and the repulsive force acting in the rotational direction of the rotor by the exciting magnetic force of the permanent magnet and the magnetic field magnetic force of the core. Interference between stator coils can be prevented, and power generated by adding power generated independently for each stator coil or each stator coil group can be obtained, so that the power generation output can be increased. The aim is to provide a power generation system with excellent flexibility that can be connected to different loads and storage batteries for each group, and can use and store each power. To.
上記従来の課題を解決するために本発明の発電システムは、以下の構成を有している。
請求項1に記載の発電システムは、回転軸に取り付けられたロータと、前記ロータの回転方向に沿って端面の磁極が交互に異なるように永久磁石が複数配置された第一界磁部と、前記永久磁石の端面に固着された第一磁束遮蔽部材と、前記第一磁束遮蔽部材と間隔をあけて配置され端部に前記第一磁束遮蔽部材とギャップを介して対向する第一対向面を有し各々が磁気的に絶縁された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイル毎又は前記ロータの回転に伴い同位相の交流起電力が発生するコイル群毎に変圧器又は整流器に接続されるステータコイルと、を備えた発電機と、前記ステータコイルと前記変圧器又は前記整流器との間に接続されるリレースイッチと、前記変圧器又は前記整流器の出力電圧を入力して蓄電する蓄電池と、前記変圧器又は前記整流器と前記蓄電池との間に直列に接続され前記変圧器又は前記整流器の出力電圧に基づき電荷を蓄積する第一のコンデンサと、前記第一のコンデンサと前記蓄電池との間に直列に接続される第一及び第二の切り替えスイッチと、前記第一及び第二の切り替えスイッチの間で前記蓄電池に対して並列に接続される第二のコンデンサと、前記第一の切り替えスイッチがオンの時は前記第二の切り替えスイッチをオフにして前記第一のコンデンサに蓄積された電力を前記第二のコンデンサに蓄積し、前記第一の切り替えスイッチがオフの時は前記第二の切り替えスイッチをオンにして前記第二のコンデンサに蓄積された電力を前記蓄電池に蓄えるように前記第一及び第二の切り替えスイッチのオンとオフを交互に切り替えるタイマと、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
(1)第一界磁部を構成する永久磁石の端面に固着された第一磁束遮蔽部材と、第一磁束遮蔽部材と間隔をあけて配置され端部に第一磁束遮蔽部材と対向する第一対向面を有し各々が磁気的に絶縁された複数のコアと、を備えているので、永久磁石の磁束が第一磁束遮蔽部材に導かれ、第一磁束遮蔽部材から出た磁束がコアに導かれる。ロータが回転してコアに導かれた磁束が変化すると、電磁誘導によりステータコイルに電流が流れて発電を行うことができる。一方、永久磁石の端面からコアに真っ直ぐに向かう磁束は、第一磁束遮蔽部材に遮蔽されて少なくなるので、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に第一磁束遮蔽部材がコアから受ける吸引力(回転を阻害する力)が少なくなる。これにより、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を向上させることができる。
(2)さらに、コアに巻回されたコイル毎又はロータの回転に伴い同位相の交流起電力が発生するコイル群毎に変圧器又は整流器に接続されたステータコイルを備えているので、永久磁石の励磁磁力とコアの磁界磁力によってロータの回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータの回転負荷トルクを減少させることができる。また、ステータコイル間の干渉を防ぐことができるため、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができ、発電出力を高めることができる。また、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れる。
(3)ステータコイルと変圧器又は整流器との間に接続されるリレースイッチと、変圧器又は整流器の出力電圧を入力して蓄電する蓄電池と、変圧器又は整流器と蓄電池との間に直列に接続され変圧器又は整流器の出力電圧に基づき電荷を蓄積する第一のコンデンサと、を備えているので、リレースイッチのオン/オフを切り替えることにより、ステータコイルに発生した交流出力を変圧器又は整流器に入力するか否かを切り替えることができ、第一のコンデンサへの選択的な電荷の蓄積が可能で、出力電圧の制御性に優れる。
(4)変圧器又は整流器と蓄電池との間に直列に接続され変圧器又は整流器の出力電圧に基づき電荷を蓄積する第一のコンデンサを備えているので、発電機で発電された電力の電圧を変圧器で変圧し又は整流器で整流し、その電荷を第一のコンデンサに蓄積することができ、後からまとめて変圧器又は整流器の出力よりも大電圧、大電流で出力することが可能で、発電出力を高めることができ、電力利用の効率性に優れる。
(5)第一のコンデンサと蓄電池との間に直列に接続される第一及び第二の切り替えスイッチと、第一及び第二の切り替えスイッチの間で蓄電池に対して並列に接続される第二のコンデンサと、第一の切り替えスイッチがオンの時は第二の切り替えスイッチをオフにし、第一の切り替えスイッチがオフの時は第二の切り替えスイッチをオンにするように第一及び第二の切り替えスイッチのオンとオフを交互に切り替えるタイマと、を備えているので、第一の切り替えスイッチをオンにし、第二の切り替えスイッチをオフにすることにより、第一のコンデンサと第二のコンデンサとの間を接続状態にし、第二のコンデンサと蓄電池との間を非接続状態にして、第一のコンデンサに蓄積された電力を蓄電池の影響を受けずに確実に第二のコンデンサに蓄積した上で、第一の切り替えスイッチをオフにし、第二の切り替えスイッチをオンにすることにより、第一のコンデンサと第二のコンデンサとの間を非接続状態にし、第二のコンデンサと蓄電池との間を接続状態にして、発電機や第一のコンデンサの影響を受けずに第二のコンデンサに蓄積された電力を大電流で放電して蓄電池に蓄えることができ、充電時や放電時に確実かつ効率的に電力の授受を行うことができ、充電及び放電の確実性、効率性に優れ、発電された電力の有効利用性に優れる。
(6)第一のコンデンサと蓄電池との間に直列に接続される第一及び第二の切り替えスイッチの間で蓄電池に対して並列に接続される第二のコンデンサを備えているので、発電機による発電が行われていない時や第一のコンデンサに電荷を蓄積している最中でも、第一の切り替えスイッチをオフにし、第二の切り替えスイッチをオンにすることにより、第二のコンデンサから蓄電池に蓄電することができ、電力供給の安定性、確実性に優れる。
In order to solve the above conventional problems, the power generation system of the present invention has the following configuration.
The power generation system according to claim 1, a rotor attached to a rotating shaft, a first field portion in which a plurality of permanent magnets are arranged so that magnetic poles of end faces are alternately changed along the rotation direction of the rotor, A first magnetic flux shielding member fixed to an end surface of the permanent magnet, and a first opposing surface disposed at a distance from the first magnetic flux shielding member and facing the first magnetic flux shielding member via a gap at the end. A plurality of cores, each of which is magnetically insulated, and connected to a transformer or a rectifier for each coil wound around the core or for each coil group that generates an AC electromotive force in the same phase as the rotor rotates. A stator coil, a relay switch connected between the stator coil and the transformer or the rectifier, and a storage battery that receives and stores an output voltage of the transformer or the rectifier And the transformer Alternatively, a first capacitor that is connected in series between the rectifier and the storage battery and stores electric charge based on an output voltage of the transformer or the rectifier, and connected in series between the first capacitor and the storage battery. The first and second changeover switches, the second capacitor connected in parallel to the storage battery between the first and second changeover switches, and when the first changeover switch is on. Turns off the second changeover switch and stores the power stored in the first capacitor in the second capacitor . When the first changeover switch is off, the second changeover switch is turned on. a timer to switch alternately the second the stored electric power to the capacitor so that stored in the storage battery of the first and second changeover switches on and off in the, And it has a configuration including.
With this configuration, the following effects can be obtained.
(1) The first magnetic flux shielding member fixed to the end face of the permanent magnet constituting the first field portion, and the first magnetic flux shielding member disposed at a distance from the first magnetic flux shielding member and facing the first magnetic flux shielding member at the end. A plurality of cores having one opposing surface and magnetically insulated from each other, the magnetic flux of the permanent magnet is guided to the first magnetic flux shielding member, and the magnetic flux emitted from the first magnetic flux shielding member is the core Led to. When the magnetic flux guided to the core changes due to the rotation of the rotor, electric current can flow through the stator coil by electromagnetic induction to generate power. On the other hand, since the magnetic flux directed straight from the end face of the permanent magnet to the core is reduced by being shielded by the first magnetic flux shielding member, the first magnetic flux shielding member is passed when the first magnetic flux shielding member passes through the first facing surface of the core. The suction force (force that inhibits rotation) received from the core is reduced. Thereby, the rotor can be rotated with a slight driving force, and the power generation efficiency can be improved.
(2) Furthermore, since each coil group wound around the core or each coil group that generates an AC electromotive force having the same phase as the rotor rotates, a stator coil connected to a transformer or rectifier is provided. The rotational load torque of the rotor can be reduced by balancing the attractive force and the repulsive force acting in the rotation direction of the rotor by the exciting magnetic force and the magnetic field magnetic force of the core. Further, since interference between the stator coils can be prevented, it is possible to obtain power obtained by adding power generated independently for each stator coil or each stator coil group, and to increase the power generation output. Moreover, it connects to the load and storage battery which differ for every stator coil or every stator coil group, and can utilize or store each electric power, and is excellent in flexibility.
(3) A relay switch connected between the stator coil and the transformer or rectifier, a storage battery that inputs and stores the output voltage of the transformer or rectifier, and a series connection between the transformer or rectifier and the storage battery And a first capacitor for storing electric charge based on the output voltage of the transformer or rectifier, and by switching on / off of the relay switch, the AC output generated in the stator coil is supplied to the transformer or rectifier. Whether to input or not can be switched, the charge can be selectively stored in the first capacitor, and the controllability of the output voltage is excellent.
(4) Since the first capacitor that is connected in series between the transformer or rectifier and the storage battery and accumulates electric charge based on the output voltage of the transformer or rectifier is provided, the voltage of the electric power generated by the generator is Transform with a transformer or rectify with a rectifier, the charge can be stored in the first capacitor, and can be output later with a larger voltage and larger current than the output of the transformer or rectifier, The power generation output can be increased, and the power use efficiency is excellent.
(5) The first and second changeover switches connected in series between the first capacitor and the storage battery, and the second connected in parallel to the storage battery between the first and second changeover switches. When the first changeover switch is on, the second changeover switch is turned off, and when the first changeover switch is off, the second changeover switch is turned on. And a timer for alternately switching on and off of the changeover switch, so that by turning on the first changeover switch and turning off the second changeover switch, the first capacitor and the second capacitor Between the second capacitor and the storage battery, and the power stored in the first capacitor is securely connected to the second capacitor without being affected by the storage battery. And then turning off the first changeover switch and turning on the second changeover switch, the first capacitor and the second capacitor are disconnected, and the second capacitor and Connected to the storage battery, the power stored in the second capacitor can be discharged with a large current and stored in the storage battery without being affected by the generator or the first capacitor. Sometimes, power can be exchanged reliably and efficiently, charging and discharging are highly reliable and efficient, and the generated power is effectively used.
(6) Since the second capacitor connected in parallel to the storage battery is provided between the first and second changeover switches connected in series between the first capacitor and the storage battery, the generator When power is not being generated by or while the first capacitor is accumulating electric charge, turning the first changeover switch off and turning on the second changeover switch enables the storage battery from the second capacitor It is possible to store the energy in the power supply and is excellent in the stability and certainty of the power supply.
ここで、ロータとしては、円柱状や多角柱状等の柱状、板状等に形成されたものを用いることができる。柱状に形成されたロータに対しては、ロータの外周面に永久磁石を配置することができる。板状に形成されたロータに対しては、ロータの平板面に永久磁石を配置することができる。
ロータは、駆動用モータ等の回転駆動装置に連結することができる。また、風車や水車に連結することもできる。回転駆動装置の駆動力や風力、水力により、ロータを回転させて発電させることができる。これにより、自動車,船舶,鉄道,航空機,建設機械等に搭載する発電機として用いることができる。また、工場,店舗,住宅等に電力を供給する自家発電用等の発電機として用いることもできる。
Here, as the rotor, one formed in a columnar shape such as a columnar shape or a polygonal column shape, a plate shape, or the like can be used. For the rotor formed in a columnar shape, a permanent magnet can be arranged on the outer peripheral surface of the rotor. For a rotor formed in a plate shape, a permanent magnet can be arranged on the flat plate surface of the rotor.
The rotor can be coupled to a rotary drive device such as a drive motor. It can also be connected to a windmill or water turbine. The rotor can be rotated to generate electric power by the driving force of the rotary drive device, wind power, or hydraulic power. Thereby, it can use as a generator mounted in a motor vehicle, a ship, a railway, an aircraft, a construction machine, etc. It can also be used as a generator for private power generation that supplies power to factories, stores, houses, and the like.
永久磁石としては、アルニコ磁石、フェライト磁石、Fe−Cr−Co磁石、サマリウム系,ネオジウム系等の希土類磁石等の中から、発電出力に応じて適宜選択して用いることができる。大きな出力を得る場合には、磁束密度も保磁力も大きな希土類磁石、特にネオジウム系の永久磁石を用いるのが好ましい。
永久磁石は、一つの部材で塊状等に形成されたものを用いることができる。また、板状の永久磁石を複数枚吸着させて重ねたものを用いることもできる。永久磁石の端面の形状は、特に限定する必要はなく、矩形状、円形状等の種々の形状を採用することができる。
端面の磁極が交互に異なるように複数の永久磁石をロータの外周面若しくは平板面に配置し、第一界磁部が構成される。
As the permanent magnet, an alnico magnet, a ferrite magnet, a Fe—Cr—Co magnet, a samarium-based magnet, a neodymium-based rare-earth magnet, or the like can be appropriately selected according to the power generation output. In order to obtain a large output, it is preferable to use a rare earth magnet having a large magnetic flux density and a large coercive force, particularly a neodymium permanent magnet.
As the permanent magnet, a single member formed in a lump shape or the like can be used. Moreover, what laminated | stacked several plate-shaped permanent magnets and can also be used can be used. The shape of the end face of the permanent magnet is not particularly limited, and various shapes such as a rectangular shape and a circular shape can be adopted.
A plurality of permanent magnets are arranged on the outer peripheral surface or flat plate surface of the rotor so that the magnetic poles on the end faces are alternately different, thereby forming the first field portion.
第一磁束遮蔽部材としては、鉄,ケイ素鉄,パーマロイ,フェライト,アルニコ合金(Fe−Al−Ni−Co合金)等の強磁性体で、塊状,板状等に形成されたものを用いることができる。硬磁性体,軟磁性体のいずれも用いることができ、着磁を施したものを用いることもできる。着磁を施した第一磁束遮蔽部材は、異方性、等方性のいずれも用いることができるが、異方性の第一磁束遮蔽部材を用いる場合は、配向方向がロータの回転方向に沿って向くように、第一磁束遮蔽部材を永久磁石に固着するのが望ましい。回転方向に沿って隣り合う第一磁束遮蔽部材間を結ぶ漏れ磁束を増加させ、ロータの回転負荷トルクを減少させられるからである。
第一磁束遮蔽部材は、厚いものを永久磁石の端面に一枚固着することができる。また、薄い第一磁束遮蔽部材を複数枚重ねて、永久磁石の端面に固着することもできる。
永久磁石の種類に応じて、第一磁束遮蔽部材の材質を適宜選択することができる。材質によって第一磁束遮蔽部材の透磁率が変わり、磁気飽和を起こす磁束密度が変わり漏洩磁束が生じるからである。特に、保磁力が永久磁石材料の保磁力よりも小さい第一磁束遮蔽部材の中で、できるだけ保磁力が大きなものが用いられる。例えば、永久磁石として希土類磁石を用いた場合は、フェライト,アルニコ合金等の強磁性体が好適に用いられる。さらに、強磁性体に着磁を施したフェライト磁石,アルニコ磁石等の着磁処理済強磁性体が好適に用いられる。第一磁束遮蔽部材から出る磁束密度を大きくでき、発電の出力を上げられるからである。
第一磁束遮蔽部材の大きさとしては、永久磁石の端面より小さくて、端面の一部を覆うようなものでもよいが、端面と同一の大きさかそれより大きくするのが好ましい。永久磁石の端面を完全に覆うことにより、端面から出る磁束のほとんど全てを第一磁束遮蔽部材の中に入れるためである。
第一磁束遮蔽部材の材質や形状、大きさ、厚さ、枚数等を適宜選択することにより、第一磁束遮蔽部材がコアから受ける反発力や吸引力、ステータコアに生じる電流量を設計することができる。
第一磁束遮蔽部材は、永久磁石の端面に密接して固着することができる。また、端面に密接させずに適当な間隔をあけて固着することもできる。固着する手段としては、ボルト等の締結部材や接着剤等を用いることができる。また、合成樹脂製等で形成されたケース内に永久磁石と第一磁束遮蔽部材を収容することもできる。
As the first magnetic flux shielding member, a ferromagnetic material such as iron, silicon iron, permalloy, ferrite, and alnico alloy (Fe—Al—Ni—Co alloy), which is formed in a lump shape, a plate shape, or the like is used. it can. Either a hard magnetic material or a soft magnetic material can be used, and a magnetized material can also be used. The magnetized first magnetic flux shielding member can be either anisotropic or isotropic. However, when the anisotropic first magnetic flux shielding member is used, the orientation direction is the rotational direction of the rotor. It is desirable to fix the first magnetic flux shielding member to the permanent magnet so as to face along. This is because the leakage magnetic flux connecting the adjacent first magnetic flux shielding members along the rotation direction can be increased and the rotational load torque of the rotor can be decreased.
One thick magnetic flux shielding member can be fixed to the end face of the permanent magnet. Further, a plurality of thin first magnetic flux shielding members can be stacked and fixed to the end face of the permanent magnet.
The material of the first magnetic flux shielding member can be appropriately selected according to the type of permanent magnet. This is because the magnetic permeability of the first magnetic flux shielding member changes depending on the material, the magnetic flux density causing magnetic saturation changes, and a leakage magnetic flux is generated. In particular, among the first magnetic flux shielding members whose coercive force is smaller than the coercive force of the permanent magnet material, the one having the largest possible coercive force is used. For example, when a rare earth magnet is used as the permanent magnet, a ferromagnetic material such as ferrite or alnico alloy is preferably used. Further, a magnetized ferromagnetic material such as a ferrite magnet or an alnico magnet that is magnetized on the ferromagnetic material is preferably used. This is because the density of magnetic flux emitted from the first magnetic flux shielding member can be increased and the output of power generation can be increased.
The size of the first magnetic flux shielding member may be smaller than the end surface of the permanent magnet and cover a part of the end surface, but is preferably the same size as the end surface or larger. This is because the end face of the permanent magnet is completely covered, so that almost all of the magnetic flux emitted from the end face enters the first magnetic flux shielding member.
By appropriately selecting the material, shape, size, thickness, number, etc. of the first magnetic flux shielding member, it is possible to design the repulsive force and attractive force that the first magnetic flux shielding member receives from the core and the amount of current generated in the stator core. it can.
The first magnetic flux shielding member can be fixed in close contact with the end face of the permanent magnet. Further, it can be fixed with an appropriate interval without being in close contact with the end face. As a means for fixing, a fastening member such as a bolt or an adhesive can be used. In addition, the permanent magnet and the first magnetic flux shielding member can be accommodated in a case made of synthetic resin or the like.
コアの第一対向面と対向する第一磁束遮蔽部材の表面の形状は、永久磁石の端面の回転軌道面の形状に応じて設計するのが好ましい。第一磁束遮蔽部材から出る磁束を均一化させるためである。具体的には、柱状に形成されたロータの外周面に永久磁石を配置した場合には、永久磁石の端面の回転軌道面は立体的な円環帯状面となるので、第一磁束遮蔽部材の表面は、中央部を突き出した湾曲状や山形状等に形成するのが好ましい。また、板状に形成されたロータの平板面に永久磁石を配置した場合には、永久磁石の端面の回転軌道面は平面的な円環状となるので、第一磁束遮蔽部材の表面は、平坦状に形成するのが好ましい。
コアは、アルミニウム,ステンレス鋼,真鍮等の非磁性材料製や合成樹脂製等で形成されたケーシングに取り付けられ、磁気的に絶縁される。
The shape of the surface of the first magnetic flux shielding member facing the first facing surface of the core is preferably designed according to the shape of the rotating raceway surface of the end surface of the permanent magnet. This is because the magnetic flux emitted from the first magnetic flux shielding member is made uniform. Specifically, when a permanent magnet is disposed on the outer peripheral surface of a rotor formed in a columnar shape, the rotational orbital surface of the end surface of the permanent magnet becomes a three-dimensional annular band surface, and therefore the first magnetic flux shielding member The surface is preferably formed in a curved shape or a mountain shape protruding from the central portion. In addition, when the permanent magnet is disposed on the flat plate surface of the rotor formed in a plate shape, the surface of the first magnetic flux shielding member is flat because the rotating raceway surface of the end surface of the permanent magnet is a flat annular shape. It is preferable to form in a shape.
The core is attached to a casing formed of a non-magnetic material such as aluminum, stainless steel, or brass, or a synthetic resin, and is magnetically insulated.
第一磁束遮蔽部材と、第一磁束遮蔽部材と対向する第一対向面と、の間隔(ギャップ)は、発電効率に影響を与える。該間隔(ギャップ)を小さくすることで、発電効率を向上させることができ、回転数が低い場合でも発電量を多くすることができる。このため、第一磁束遮蔽部材と第一対向面との間隔を調整する間隔調整手段を設けるのが望ましい。第一界磁部の外側にコアを配置して発電機を組み立てる際、第一磁束遮蔽部材と第一対向面との間隔を、間隔調整手段を用いて所定の範囲内に調整することで、発電効率を高められるからである。
間隔調整手段としては、電動式,油圧式,機械式等の駆動機構を有し、永久磁石やコアを上下方向や左右方向に移動自在にして、第一磁束遮蔽部材と第一対向面の間隔を調整するものが用いられる。
An interval (gap) between the first magnetic flux shielding member and the first facing surface facing the first magnetic flux shielding member affects power generation efficiency. By reducing the interval (gap), the power generation efficiency can be improved, and the power generation amount can be increased even when the rotational speed is low. For this reason, it is desirable to provide an interval adjusting means for adjusting the interval between the first magnetic flux shielding member and the first facing surface. When assembling the generator by arranging the core outside the first field part, by adjusting the interval between the first magnetic flux shielding member and the first facing surface within a predetermined range using the interval adjusting means, This is because the power generation efficiency can be increased.
The distance adjusting means has a drive mechanism such as an electric type, a hydraulic type, a mechanical type, and the permanent magnet and the core are movable in the vertical direction and the horizontal direction so that the distance between the first magnetic flux shielding member and the first facing surface The one that adjusts is used.
永久磁石の他端面には、ロータ側磁束遮蔽部材を固着するのが好ましい。ロータ側磁束遮蔽部材を有することで、漏洩磁束を抑え第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材の端部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができるからである。
ロータ側磁束遮蔽部材としては、前述の第一磁束遮蔽部材と同様に、鉄,ケイ素鉄,パーマロイ,フェライト,アルニコ合金等の強磁性体で、板状等に形成されたものを用いることができる。ロータの外面に固着することができるが、ロータの外面の一部を、鉄,ケイ素鉄,パーマロイ等の強磁性体で形成してもよい。
第二界磁部が配置されている場合は、一枚のロータ側磁束遮蔽部材の両端側に、第一界磁部の永久磁石の他端面と第二界磁部の永久磁石の他端面とを固着することができる。これにより、さらに永久磁石の減磁を抑制することができる。
A rotor side magnetic flux shielding member is preferably fixed to the other end surface of the permanent magnet. By having the rotor side magnetic flux shielding member, the leakage magnetic flux can be suppressed and the magnetic flux density at the end of the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member can be increased. It is because it can raise.
As the rotor-side magnetic flux shielding member, a ferromagnetic material such as iron, silicon iron, permalloy, ferrite, and alnico alloy that is formed in a plate shape or the like can be used as in the first magnetic flux shielding member described above. . Although it can be fixed to the outer surface of the rotor, a part of the outer surface of the rotor may be formed of a ferromagnetic material such as iron, silicon iron, and permalloy.
When the second field part is disposed, the other end face of the permanent magnet of the first field part and the other end face of the permanent magnet of the second field part are formed on both end sides of one rotor-side magnetic flux shielding member. Can be fixed. Thereby, demagnetization of the permanent magnet can be further suppressed.
変圧器としては、従来公知の変成器や変流器等を用いることができ、ステータコイルを変圧器に接続することにより、所望の電圧に降圧させることができる。ステータコイル毎やステータコイル群毎に生じた交流電圧は、他のステータコイルやステータコイル群に生じた交流電圧に干渉されることなく、所望の交流電圧に変圧され負荷回路等に供給されるため、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができる。
整流器としては、従来公知のサイリスタやダイオード等を用いることができ、ステータコイルに整流器を接続することにより、交流を直流に変換することができる。整流器とインバータを組み合わせた電力変換装置を用いることもできる。ステータコイル毎やステータコイル群毎に生じた交流電流は、他のステータコイルやステータコイル群に生じた交流電流に干渉されることなく、所望の直流電流に変換され負荷回路や蓄電池等に供給されるため、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができる。
尚、変圧器と整流器は組み合わせて使用することもできる。
リレースイッチは、ステータコイルと変圧器又は整流器との間に接続されるが、変圧器と整流器の両方を備えている場合は、ステータコイルと変圧器との間、及びステータコイルと整流器との間にそれぞれ1つずつ接続してもよい。リレースイッチは、タイマから所定時間毎に供給される信号に従って、所定時間毎にオン/オフを切り替えることができる。
A conventionally known transformer, current transformer, or the like can be used as the transformer, and the voltage can be lowered to a desired voltage by connecting the stator coil to the transformer. AC voltage generated for each stator coil or each stator coil group is transformed into a desired AC voltage and supplied to a load circuit or the like without being interfered with AC voltage generated in other stator coils or stator coil groups. The power obtained by adding the power generated independently for each stator coil or each stator coil group can be obtained.
As the rectifier, a conventionally known thyristor, diode, or the like can be used, and alternating current can be converted into direct current by connecting the rectifier to the stator coil. A power conversion device combining a rectifier and an inverter can also be used. The alternating current generated for each stator coil or each stator coil group is converted into a desired direct current without being interfered with the alternating current generated in other stator coils or stator coil groups, and is supplied to a load circuit or a storage battery. Therefore, it is possible to obtain electric power obtained by adding electric power generated independently for each stator coil or each stator coil group.
A transformer and a rectifier can be used in combination.
The relay switch is connected between the stator coil and the transformer or rectifier. When both the transformer and the rectifier are provided, the relay switch is connected between the stator coil and the transformer, and between the stator coil and the rectifier. One may be connected to each. The relay switch can be switched on / off every predetermined time according to a signal supplied from the timer every predetermined time.
第一及び第二のコンデンサとしては大量の電荷を蓄積できるアルミ電解コンデンサ等が好適に用いられる。
第一及び第二の2つの切り替えスイッチは、それぞれ第一のコンデンサと第二のコンデンサとの間、及び第二のコンデンサと蓄電池との間における電気接続の有無を独立して切り替えることができればよい。第一及び第二の切り替えスイッチは第一のコンデンサと蓄電池との間に直列に接続され、2つの切り替えスイッチの間で蓄電池に対して並列に第二のコンデンサが接続される。タイマは所定時間毎に2つの切り替えスイッチのオンとオフを切り替えるが、2つの切り替えスイッチのオンとオフの切り替えは、逆相で同期して行う。すなわち、第一のコンデンサと第二のコンデンサとの間に接続された第一の切り替えスイッチがオンの時に第二のコンデンサと蓄電池との間に接続された第二の切り替えスイッチはオフとなり、第一のコンデンサと第二のコンデンサとの間に接続された第一の切り替えスイッチがオフの時に第二のコンデンサと蓄電池との間に接続された第二の切り替えスイッチはオンとなる。これにより、第一の切り替えスイッチがオンで第二の切り替えスイッチがオフの期間中に、第一のコンデンサに蓄積された電力を第二のコンデンサに蓄積することができる。このとき、第二の切り替えスイッチがオフとなっているため、第二のコンデンサから放電されて蓄電池へ充電が行われることはない。その後、第一の切り替えスイッチがオフに切り替わり、第二の切り替えスイッチがオンに切り替わると、第二のコンデンサに蓄積された電荷が一気に放電されて、大電圧、大電流が出力されて蓄電池に充電される。このとき、第一の切り替えスイッチがオフとなっているため、第二のコンデンサの放電中に、第一のコンデンサから第二のコンデンサへ充電が行われることはない。
As the first and second capacitors, aluminum electrolytic capacitors or the like that can store a large amount of charges are preferably used.
The first and second two change-over switches only need to be able to independently switch the presence or absence of electrical connection between the first capacitor and the second capacitor and between the second capacitor and the storage battery, respectively. . The first and second changeover switches are connected in series between the first capacitor and the storage battery, and the second capacitor is connected in parallel to the storage battery between the two changeover switches. The timer switches the two changeover switches on and off at predetermined time intervals, but the two changeover switches are turned on and off in synchronization with each other in reverse phase. That is, when the first changeover switch connected between the first capacitor and the second capacitor is on, the second changeover switch connected between the second capacitor and the storage battery is turned off. When the first changeover switch connected between the first capacitor and the second capacitor is off, the second changeover switch connected between the second capacitor and the storage battery is turned on. As a result, the power stored in the first capacitor can be stored in the second capacitor while the first switch is on and the second switch is off. At this time, since the second changeover switch is OFF, the second capacitor is not discharged and the storage battery is not charged. After that, when the first changeover switch is turned off and the second changeover switch is turned on, the charge accumulated in the second capacitor is discharged at once, and a large voltage and large current are output to charge the storage battery. Is done. At this time, since the first changeover switch is turned off, charging from the first capacitor to the second capacitor is not performed during discharging of the second capacitor.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発電システムであって、前記ステータコイルに前記変圧器が接続され、前記リレースイッチとして前記ステータコイルと前記変圧器との間に並列に接続され前記ステータコイルを短絡する第一のリレースイッチを備えた構成を有している。
この構成により、請求項1で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)ステータコイルに変圧器が接続され、リレースイッチとしてステータコイルと変圧器との間に並列に接続されステータコイルを短絡する第一のリレースイッチを備えているので、第一のリレースイッチがオフのときは、ステータコイルに発生した交流出力を変圧器に入力できる。第一のリレースイッチがオンのときは、ステータコイルが短絡されるので、ステータコイルに発生した交流出力は変圧器に入力されず、ステータコイルに短絡電流が遅れ位相で流れる。これにより、ステータコイル内を通過する磁力線が減少し、隣り合う第一磁束遮蔽部材間を結ぶ漏れ磁束が増加するので、第一磁束遮蔽部材がコアから受ける吸引力(回転を阻害する力)が少なくなり、ロータの回転負荷トルクを減少させることができる。この結果、第一のリレースイッチがオンのときの充電に寄与していない期間は、小さな駆動力でロータを回転させることができるため、ロータを回転駆動させる消費電力を抑えて発電効率を向上させることができる。
The invention according to
With this configuration, in addition to the operation obtained in the first aspect, the following operation can be obtained.
(1) Since the transformer is connected to the stator coil and the first relay switch is connected as a relay switch in parallel between the stator coil and the transformer to short-circuit the stator coil, the first relay switch When it is off, the AC output generated in the stator coil can be input to the transformer. When the first relay switch is on, the stator coil is short-circuited, so the AC output generated in the stator coil is not input to the transformer, and a short-circuit current flows through the stator coil in a delayed phase. As a result, the lines of magnetic force passing through the stator coil are reduced, and the leakage magnetic flux connecting the adjacent first magnetic flux shielding members is increased. Therefore, the attractive force (force that inhibits rotation) received by the first magnetic flux shielding member from the core is increased. As a result, the rotational load torque of the rotor can be reduced. As a result, since the rotor can be rotated with a small driving force during a period that does not contribute to charging when the first relay switch is on, power consumption for rotating the rotor is suppressed and power generation efficiency is improved. be able to.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発電システムであって、前記整流器が前記変圧器と前記第一のコンデンサとの間に直列に接続され、前記リレースイッチとして前記第一のリレースイッチに加え、前記変圧器と前記整流器との間に直列に接続された第二のリレースイッチを備えた構成を有している。
この構成により、請求項2で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)整流器が変圧器と第一のコンデンサとの間に直列に接続され、リレースイッチとして第一のリレースイッチに加え、変圧器と整流器との間に直列に接続された第二のリレースイッチを備えるので、第一のリレースイッチをオフにし、第二のリレースイッチをオンにすることにより、発電機が発電した交流電圧が変圧器に入力されて降圧され、整流器を介して直流に変換されて、第一のコンデンサに蓄積される。このとき、第一の切り替えスイッチをオフにし、それに同期して第二の切り替えスイッチをオンにすれば、充電中の第一のコンデンサが放電することはなく、発電機が発電した電力を無駄なく確実かつ効率的に第一のコンデンサに蓄積して、電力が無駄に消費されることを防止でき、発電及び充電の効率性に優れる。
The invention according to
With this configuration, in addition to the operation obtained in the second aspect, the following operation can be obtained.
(1) A second relay switch in which a rectifier is connected in series between the transformer and the first capacitor, and is connected in series between the transformer and the rectifier in addition to the first relay switch as a relay switch. Therefore, when the first relay switch is turned off and the second relay switch is turned on, the AC voltage generated by the generator is input to the transformer and stepped down and converted to DC via the rectifier. And accumulated in the first capacitor. At this time, if the first changeover switch is turned off and the second changeover switch is turned on in synchronization therewith, the first capacitor being charged is not discharged, and the power generated by the generator is not wasted. Accumulated in the first capacitor reliably and efficiently, it can be prevented that power is wasted, and the efficiency of power generation and charging is excellent.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発電システムであって、前記第一のコンデンサと前記第一の切り替えスイッチとの間に直列に接続されるゲート回路を有し、
前記タイマが、前記第一及び第二のリレースイッチと前記ゲート回路に接続され、前記第一のリレースイッチがオフで前記第二のリレースイッチがオンのときに前記ゲート回路をオフにし、前記第一のリレースイッチがオンで前記第二のリレースイッチがオフのときに前記ゲート回路をオンにするように同期させる構成を有している。
この構成により、請求項3で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)第一のコンデンサと第一の切り替えスイッチとの間に直列に接続されるゲート回路を有し、タイマが、第一及び第二のリレースイッチとゲート回路に接続され、第一のリレースイッチがオフで第二のリレースイッチがオンのときにゲート回路をオフにするように同期させるので、整流器から出力される電荷を第一のコンデンサに蓄積する際に、第一及び第二の切り替えスイッチのオン、オフに関わらず、第一のコンデンサから放電することがなく、発電機から出力される電力を無駄なく確実に第一のコンデンサに蓄積することができると共に、必要に応じて、第一の切り替えスイッチをオフにし、第二の切り替えスイッチをオンにすることにより、第二のコンデンサに蓄積された電荷を放電して蓄電池に充電することができ、充放電制御の自在性、充放電動作の安定性、確実性に優れる。
(2)第一のコンデンサと第一の切り替えスイッチとの間に直列に接続されるゲート回路を有し、タイマが、第一及び第二のリレースイッチとゲート回路に接続され、第一のリレースイッチがオンで第二のリレースイッチがオフのときにゲート回路をオンにするように同期させるので、第一のコンデンサからの放電中に、発電機により発電された電圧に基づいて第一のコンデンサに充電が行われることがなく、無駄な発電が行われず、電力が無駄に消費されることを防ぎ、発熱量を低減することができ、発電の効率性に優れる。
Invention of
The timer is connected to the first and second relay switches and the gate circuit, and turns off the gate circuit when the first relay switch is off and the second relay switch is on, The gate circuit is synchronized to be turned on when one relay switch is on and the second relay switch is off.
With this configuration, in addition to the operation obtained in the third aspect, the following operation can be obtained.
(1) It has a gate circuit connected in series between the first capacitor and the first changeover switch, the timer is connected to the first and second relay switches and the gate circuit, and the first relay Since the gate circuit is synchronized to be turned off when the switch is off and the second relay switch is on, the first and second switching are performed when the charge output from the rectifier is stored in the first capacitor. Regardless of whether the switch is on or off, the first capacitor does not discharge, and the power output from the generator can be reliably accumulated in the first capacitor without waste. By turning off one changeover switch and turning on the second changeover switch, the charge stored in the second capacitor can be discharged and charged to the storage battery. Flexibility of the stability of charging and discharging operations, excellent reliability.
(2) having a gate circuit connected in series between the first capacitor and the first changeover switch, the timer being connected to the first and second relay switches and the gate circuit, the first relay Since the gate circuit is synchronized to turn on when the switch is on and the second relay switch is off, the first capacitor is based on the voltage generated by the generator during the discharge from the first capacitor. In other words, the battery is not charged, wasteful power generation is not performed, power is prevented from being consumed wastefully, the amount of generated heat can be reduced, and power generation efficiency is excellent.
ここで、第一及び第二のリレースイッチとゲート回路のオン、オフの切り替えのタイミングと、第一及び第二の切り替えスイッチのオン、オフの切り替えのタイミングをタイマで同期させて制御することにより、発電のオン、オフと各部における充電及び放電のオン、オフのタイミングを正確に同期させて、無駄のない効率的な発電と充放電制御を行うことができ、電力利用の効率性、動作の安定性に優れる。 Here, the timing of switching on / off of the first and second relay switches and the gate circuit and the timing of switching on / off of the first and second switching switches are controlled by synchronizing with a timer. In addition, the power on / off and the charging / discharging on / off timing of each part can be accurately synchronized to perform efficient power generation and charge / discharge control without waste. Excellent stability.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発電システムであって、前記ゲート回路がオンのときに前記第一の切り替えスイッチをオンにし、前記第二の切り替えスイッチをオフにする構成を有している。
この構成により、請求項4で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)ゲート回路がオンのときに第一の切り替えスイッチをオンにし、第二の切り替えスイッチをオフにすることにより、予め第一のコンデンサに蓄積された電荷を漏れなく効率的に第二のコンデンサに蓄積して蓄電池への充電に備えることができ、充放電制御の確実性、充放電の効率性、安定性に優れる。
The invention according to
With this configuration, in addition to the operation obtained in the fourth aspect, the following operation can be obtained.
(1) By turning on the first changeover switch and turning off the second changeover switch when the gate circuit is on, the charge stored in the first capacitor in advance can be efficiently and without leaking. It can be stored in a capacitor to prepare for charging of a storage battery, and is excellent in reliability of charge / discharge control, charge / discharge efficiency, and stability.
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5の内いずれか1に記載の発電システムであって、前記発電機の前記第一磁束遮蔽部材と前記コアの前記第一対向面とのギャップが、前記ロータの回転方向に沿って前記永久磁石の中心線に対して非対称となるように形成された構成を有している。
この構成により、請求項1乃至5の内いずれか1で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)ギャップがロータの回転方向に沿って永久磁石の中心線に対して非対称となるように形成されると、磁束密度は、ギャップの小さな側で大きく、ギャップの大きな側に向かって次第に小さくなるので、磁束が非対称に分散した状態となる。このため、ロータが回転する際に、第一界磁部がコアから受ける反発力や吸引力(回転を阻害する力)が少なくなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を向上させることができる。
(2)ロータの回転方向における第一磁束遮蔽部材の両端部(第一磁束遮蔽部材の回転方向の両端部)の磁束密度は、第一磁束遮蔽部材の両端部を除く領域よりも大きく、両端部を除く領域の磁束密度は、ギャップの小さな側から大きな側に向かって次第に小さくなる傾向を示すので、ロータの回転時に、第一磁束遮蔽部材からコアに真っ直ぐに向かう磁束を少なくして、第一界磁部がコアから受ける反発力や吸引力(回転を阻害する力)を効果的に低減させることができ、発電の効率性に優れる。
A sixth aspect of the present invention is the power generation system according to any one of the first to fifth aspects, wherein the gap between the first magnetic flux shielding member of the generator and the first facing surface of the core. However, it has the structure formed so that it might become asymmetrical with respect to the centerline of the said permanent magnet along the rotation direction of the said rotor.
With this configuration, in addition to the action obtained in any one of claims 1 to 5, the following action is obtained.
(1) When the gap is formed so as to be asymmetric with respect to the center line of the permanent magnet along the rotation direction of the rotor, the magnetic flux density is large on the small gap side and gradually decreases toward the large gap side. Therefore, the magnetic flux is asymmetrically dispersed. For this reason, when the rotor rotates, the repulsive force and attractive force (force that impedes rotation) received by the first field part from the core is reduced, and the rotor can be rotated with a slight driving force. Can be improved.
(2) The magnetic flux density at both ends of the first magnetic flux shielding member in the rotational direction of the rotor (both ends in the rotational direction of the first magnetic flux shielding member) is larger than the region excluding both ends of the first magnetic flux shielding member. The magnetic flux density in the region excluding the portion tends to gradually decrease from the small gap side toward the large side. The repulsive force and attractive force (force that impedes rotation) received by the first magnetic field portion from the core can be effectively reduced, and the power generation efficiency is excellent.
ここで、ギャップをロータの回転方向に沿って永久磁石の中心線に対して非対称となるように形成するのは、第一磁束遮蔽部材のコアとの対向面を凸起状や凹陥状に形成し、凸起部や凹陥部(凸起状の頂部や凹陥状の底部)を永久磁石の中心線に対して回転方向遅れ側若しくは回転方向進み側にずらすことにより実現できる。これにより、第一磁束遮蔽部材の磁束密度が永久磁石の中心線に対して非対称となり、ロータの回転方向に沿って徐々(連続的)に増減し、わずかな駆動力で滑らかな回転を行って、効率的な発電を行う。
なかでも、第一磁束遮蔽部材のコアとの対向面を凸起状に形成し、凸起部を永久磁石の中心線に対して回転方向進み側にずらしたものが好適に用いられる。これにより、第一磁束遮蔽部材の磁束密度が回転方向進み側から回転方向遅れ側に向かって次第に小さくなり、さらに第一のリレースイッチがオンのときにステータコイルに遅れ位相で流れる短絡電流により、ステータコイル内を通過する磁力線が著しく減少し、隣り合う第一磁束遮蔽部材間を結ぶ漏れ磁束が著しく増加するので、第一のリレースイッチがオンのときのロータの駆動力が小さくなるだけでなく、ロータの回転をアシストして、ロータの回転数を第一のリレースイッチがオフのときよりも増加させることができる。この結果、第一のリレースイッチをオフに切り換えたときに、ロータの回転の慣性力によって、発電の出力を上げることができる。
Here, the gap is formed so as to be asymmetric with respect to the center line of the permanent magnet along the rotation direction of the rotor. The surface facing the core of the first magnetic flux shielding member is formed in a protruding shape or a recessed shape. And it can implement | achieve by shifting a convex part and a concave part (protrusive top part or concave bottom part) to the rotation direction lag side or the rotation direction advance side with respect to the centerline of a permanent magnet. As a result, the magnetic flux density of the first magnetic flux shielding member becomes asymmetric with respect to the center line of the permanent magnet, and gradually (continuously) increases / decreases along the rotation direction of the rotor, and smooth rotation is performed with a slight driving force. , Make efficient power generation.
Among these, the surface of the first magnetic flux shielding member that faces the core is formed in a projecting shape, and the projecting portion is shifted in the rotational direction advance side with respect to the center line of the permanent magnet. Thereby, the magnetic flux density of the first magnetic flux shielding member gradually decreases from the rotation direction advance side to the rotation direction delay side, and further, due to a short circuit current that flows in a delayed phase to the stator coil when the first relay switch is on, The magnetic field lines passing through the stator coil are remarkably reduced, and the leakage magnetic flux connecting the adjacent first magnetic flux shielding members is remarkably increased, so that not only the driving force of the rotor is reduced when the first relay switch is on. The rotation of the rotor can be assisted to increase the rotational speed of the rotor more than when the first relay switch is off. As a result, when the first relay switch is turned off, the output of power generation can be increased by the inertial force of the rotation of the rotor.
なお、第一磁束遮蔽部材やコアの第一対向面の面積を、ギャップと同様に非対称にすることもできる。磁束の分布を変えて、コアから受ける反発力や吸引力(回転を阻害する力)を調整するためである。 In addition, the area of the 1st magnetic flux shielding member and the 1st opposing surface of a core can also be made asymmetric like a gap. This is to adjust the repulsive force and attractive force (force that inhibits rotation) received from the core by changing the distribution of magnetic flux.
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6の内いずれか1に記載の発電システムであって、前記発電機の前記第一磁束遮蔽部材の外周部が、前記永久磁石の端面の外周部の外側に張り出した構成を有している。
この構成により、請求項1乃至6の内いずれか1で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)第一磁束遮蔽部材の外周部が永久磁石の端面の外周部の外側に張り出しているので、磁束は第一磁束遮蔽部材の外周部に集中し、永久磁石の端面から第一磁束遮蔽部材を通過してコアに向かう磁束が少なくなるため、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に、第一磁束遮蔽部材がコアから吸引力(回転を阻害する力)を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。
A seventh aspect of the present invention is the power generation system according to any one of the first to sixth aspects, wherein an outer peripheral portion of the first magnetic flux shielding member of the generator is an outer periphery of an end surface of the permanent magnet. It has the structure which protruded on the outer side of the part.
With this configuration, in addition to the action obtained in any one of claims 1 to 6, the following action is obtained.
(1) Since the outer peripheral part of the first magnetic flux shielding member protrudes outside the outer peripheral part of the end face of the permanent magnet, the magnetic flux is concentrated on the outer peripheral part of the first magnetic flux shielding member, and the first magnetic flux shielding from the end face of the permanent magnet. Since the magnetic flux passing through the member toward the core is reduced, when the first magnetic flux shielding member passes through the first facing surface of the core, the first magnetic flux shielding member generates an attractive force (a force that inhibits rotation) from the core. The receiving time is shortened, the rotor can be rotated with a slight driving force, and the power generation efficiency can be greatly improved.
ここで、第一磁束遮蔽部材の外周部が永久磁石の端面の外周部の外側に張り出す方向としては、永久磁石の回転方向(回転軌道面)に沿わせるのが好ましい。第一磁束遮蔽部材がコアから反発力や吸引力を受けるのは、永久磁石の回転方向に沿う方向だからである。
第一磁束遮蔽部材の外周部の張り出し長さとしては、隣り合う第一磁束遮蔽部材と接触しないような範囲で適宜設定されるが、回転方向の前方と後方の各々において、永久磁石の回転方向における端面の長さの1/3〜1倍が好適に用いられる。張り出し長さが1/3倍より短くなるか1倍より長くなると、いずれもステータコイルに生じる起電力が小さくなる傾向がみられるからである。
なお、第一磁束遮蔽部材の外周部の張り出し長さは、永久磁石の回転方向の前方と後方の各々において、同一長さでも異なっていてもよい。
Here, the direction in which the outer peripheral portion of the first magnetic flux shielding member protrudes outside the outer peripheral portion of the end surface of the permanent magnet is preferably along the rotational direction (rotating track surface) of the permanent magnet. The first magnetic flux shielding member receives a repulsive force or attractive force from the core because it is in a direction along the rotational direction of the permanent magnet.
The overhanging length of the outer peripheral portion of the first magnetic flux shielding member is appropriately set in a range that does not contact the adjacent first magnetic flux shielding member, but the rotation direction of the permanent magnet in each of the front and rear of the rotation direction 1/3 to 1 times the length of the end face is preferably used. This is because, when the overhang length is shorter than 1/3 times or longer than 1 time, the electromotive force generated in the stator coil tends to decrease.
In addition, the overhang | projection length of the outer peripheral part of a 1st magnetic flux shielding member may be the same length, or may differ in each of the front and back of the rotation direction of a permanent magnet.
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7の内いずれか1に記載の発電システムであって、前記発電機の前記ロータの回転方向に沿って端面の磁極が交互に異なり、かつ、前記ロータの回転方向と略直交する位置に配置された永久磁石同士の端面の磁極が異なるように前記第一界磁部と並設された第二界磁部と、前記第二界磁部の端面に固着された第二磁束遮蔽部材と、前記コアの前記第一対向面の他端に形成され前記第二磁束遮蔽部材と対向する第二対向面と、を備え、前記ロータの回転方向と略直交する位置に配置された前記第一界磁部の永久磁石の端面の中心と前記第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、前記第一対向面の中心と前記第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、の間にずれ角αが形成されている構成を有している。
この構成により、請求項1乃至7の内いずれか1で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)第一界磁部の永久磁石の端面の中心と第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、第一対向面の中心と第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、の間にずれ角αが形成されているので、ロータの回転により、第一界磁部がコアから吸引力(又は反発力)を受けているときに、第二界磁部がコアから反発力(又は吸引力)を受けることになり、ロータのいかなる位相においてもロータの回転を阻害するコアの磁界磁力を軽減させることができ、ロータの回転負荷トルクを軽減させることができる。
Invention of
With this configuration, in addition to the action obtained in any one of claims 1 to 7, the following action is obtained.
(1) A field-side center line connecting the center of the end face of the permanent magnet of the first field part and the center of the end face of the permanent magnet of the second field part, and the center of the first opposing face and the second opposing face Since the shift angle α is formed between the core and the center line connecting the center, when the first field part receives an attractive force (or repulsive force) from the core due to the rotation of the rotor, The second field part receives a repulsive force (or attractive force) from the core, and the magnetic field magnetic force of the core that inhibits the rotation of the rotor at any phase of the rotor can be reduced, and the rotational load torque of the rotor can be reduced. It can be reduced.
ここで、第二界磁部における永久磁石、第二磁束遮蔽部材としては、前述の第一界磁部における永久磁石、第二磁束遮蔽部材と同様のものなので、説明を省略する。また、第二磁束遮蔽部材とコアの第二対向面とのギャップについても、前述の第一磁束遮蔽部材とコアの第一対向面とのギャップと同様なので、説明を省略する。 Here, since the permanent magnet and the second magnetic flux shielding member in the second field part are the same as the permanent magnet and the second magnetic flux shielding member in the first field part, description thereof is omitted. Further, the gap between the second magnetic flux shielding member and the second opposing surface of the core is also the same as the gap between the first magnetic flux shielding member and the first opposing surface of the core, and the description thereof is omitted.
ずれ角αは、ロータの回転方向と略直交する位置に配置された第一界磁部の永久磁石の端面の中心と第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、第一対向面の中心と第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、を求め、ロータの中心軸と界磁側中心線との間に投影面を置き、ロータの中心軸を視点として、界磁側中心線とコア側中心線上の任意の点と視点とを直線(投影線)で結んだ場合に、投影面上に形成された投影図における界磁側中心線とコア側中心線とのなす角である。
ずれ角αとしては、1〜20°好ましくは3〜10°が好適に用いられる。ずれ角αが3°より小さくなるにつれ、コアの磁界磁力により第一界磁部と第二界磁部が受ける吸引力や反発力によりコッキング(ロータの回転動作がギクシャクする現象)が生じ易くなるとともに、回転負荷トルクの軽減効果が低下する傾向がみられ、10°より大きくなるにつれステータコイルに生じる電流に位相差が生じ出力電流が低下する傾向がみられる。特に、1°より小さくなるか20°より大きくなると、これらの傾向が著しくなるため、いずれも好ましくない。
The shift angle α is a field side center connecting the center of the end face of the permanent magnet of the first field portion and the center of the end face of the permanent magnet of the second field portion, which is arranged at a position substantially orthogonal to the rotational direction of the rotor. A core-side center line connecting the center of the first opposing surface and the center of the second opposing surface, and placing the projection plane between the central axis of the rotor and the field-side center line, When the field side center line and the arbitrary point on the core side center line are connected by a straight line (projection line) with the axis as the viewpoint, the field side center line in the projection view formed on the projection plane This is the angle between the core side center line.
As the shift angle α, 1 to 20 °, preferably 3 to 10 ° is suitably used. As the shift angle α becomes smaller than 3 °, cocking (a phenomenon in which the rotating operation of the rotor becomes jerky) is likely to occur due to the attractive force and repulsive force received by the first field portion and the second field portion due to the magnetic field magnetic force of the core. At the same time, there is a tendency for the effect of reducing the rotational load torque to decrease, and as the angle exceeds 10 °, a phase difference occurs in the current generated in the stator coil, and the output current tends to decrease. In particular, when the angle is smaller than 1 ° or larger than 20 °, these tendencies become remarkable, so that neither is preferable.
請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8の内いずれか1に記載の発電システムであって、前記発電機の前記第一磁束遮蔽部材の底面が、前記永久磁石の端面に密接した構成を有している。
この構成により、請求項1乃至8の内いずれか1で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)第一磁束遮蔽部材の底面が、永久磁石の端面に密接していることにより、永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第一磁束遮蔽部材の端部の磁束密度が高められ、コアに導かれる磁束密度も高めることができ、発電出力を増大させることができる。
The invention according to claim 9 is the power generation system according to any one of claims 1 to 8, wherein a bottom surface of the first magnetic flux shielding member of the generator is in close contact with an end surface of the permanent magnet. It has a configuration.
With this configuration, in addition to the action obtained in any one of claims 1 to 8, the following action is obtained.
(1) Since the bottom surface of the first magnetic flux shielding member is in close contact with the end surface of the permanent magnet, almost all the magnetic flux emitted from the end surface of the permanent magnet is guided to the first magnetic flux shielding member, and leakage magnetic flux is hardly generated. Therefore, the magnetic flux density at the end of the first magnetic flux shielding member can be increased, the magnetic flux density guided to the core can be increased, and the power generation output can be increased.
ここで、第二磁束遮蔽部材の底面も、第一磁束遮蔽部材の底面と同様に、永久磁石の端面に密接させるのが好ましい。 Here, as with the bottom surface of the first magnetic flux shielding member, the bottom surface of the second magnetic flux shielding member is preferably brought into close contact with the end surface of the permanent magnet.
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発電システムであって、前記発電機の前記第一磁束遮蔽部材の底面に凹部が形成され、前記永久磁石の端面が前記凹部に収装された構成を有している。
この構成により、請求項9で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)第一磁束遮蔽部材の底面に凹部が形成され、永久磁石の端面が凹部に収装されていることにより、永久磁石の先端及び先端周縁を第一磁束遮蔽部材で覆うことができ、永久磁石の端面や周縁部から出る磁束を漏れなく確実に第一磁束遮蔽部材に導くことができるので、漏洩磁束が生じることがなく、第一磁束遮蔽部材の外周部の磁束密度が高められ、コアに導かれる磁束密度を効率的に高めることができ、発電出力を大幅に増大させることができる。
A tenth aspect of the present invention is the power generation system according to the ninth aspect, wherein a recess is formed on a bottom surface of the first magnetic flux shielding member of the generator, and an end surface of the permanent magnet is accommodated in the recess. It has the structure which was made.
With this configuration, in addition to the operation obtained in the ninth aspect, the following operation can be obtained.
(1) Since the concave portion is formed on the bottom surface of the first magnetic flux shielding member and the end surface of the permanent magnet is accommodated in the concave portion, the tip and the peripheral edge of the permanent magnet can be covered with the first magnetic flux shielding member, Since the magnetic flux emitted from the end face and peripheral edge of the permanent magnet can be reliably guided to the first magnetic flux shielding member without leakage, no leakage magnetic flux is generated, and the magnetic flux density of the outer peripheral portion of the first magnetic flux shielding member is increased, The magnetic flux density guided to the core can be increased efficiently, and the power generation output can be greatly increased.
ここで、第一磁束遮蔽部材の底面に凹部が形成され、永久磁石の端面が凹部に収装されることにより、請求項3で説明したように、第一磁束遮蔽部材の外周部が永久磁石の端面の外周部の外側に張り出すので、磁束は第一磁束遮蔽部材の外周部に集中し、永久磁石の端面から第一磁束遮蔽部材を通過してコアに向かう磁束が少なくなり、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に、第一磁束遮蔽部材がコアから吸引力(回転を阻害する力)を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。尚、第二磁束遮蔽部材の底面も、第一磁束遮蔽部材の底面と同様に、凹部を形成し永久磁石の端面を凹部に収装するのが好ましい。
Here, the concave portion is formed on the bottom surface of the first magnetic flux shielding member, and the end surface of the permanent magnet is accommodated in the concave portion, so that the outer peripheral portion of the first magnetic flux shielding member is the permanent magnet as described in
以上のように、本発明の発電システムによれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項1に記載の発明によれば、
(1)第一の切り替えスイッチをオンにし、第二の切り替えスイッチをオフにすることにより、第一のコンデンサと第二のコンデンサとの間を接続状態にし、第二のコンデンサと蓄電池との間を非接続状態にして、第一のコンデンサに蓄積された電力を蓄電池の影響を受けずに確実に第二のコンデンサに蓄積した上で、第一の切り替えスイッチをオフにし、第二の切り替えスイッチをオンにすることにより、第一のコンデンサと第二のコンデンサとの間を非接続状態にし、第二のコンデンサと蓄電池との間を接続状態にして、発電機や第一のコンデンサの影響を受けずに第二のコンデンサに蓄積された電力を大電流で放電して蓄電池に蓄えることができ、充電時や放電時に確実かつ効率的に電力の授受を行うことができ、充電及び放電の確実性、効率性に優れ、発電された電力の有効利用性に優れる発電システムを提供できる。
(2)発電機による発電が行われていない時や第一のコンデンサに電荷を蓄積している最中でも、第一の切り替えスイッチをオフにし、第二の切り替えスイッチをオンにすることにより、第二のコンデンサから蓄電池に蓄電することができ、電力供給の安定性、確実性に優れる発電システムを提供できる。
As described above, according to the power generation system of the present invention, the following advantageous effects can be obtained.
According to the invention of claim 1,
(1) By turning on the first changeover switch and turning off the second changeover switch, a connection state is established between the first capacitor and the second capacitor, and between the second capacitor and the storage battery. In the non-connected state, the power stored in the first capacitor is securely stored in the second capacitor without being affected by the storage battery, the first switch is turned off, and the second switch is By turning on, the first capacitor and the second capacitor are disconnected, the second capacitor and the storage battery are connected, and the effects of the generator and the first capacitor are reduced. The power stored in the second capacitor without being received can be discharged with a large current and stored in the storage battery, and the power can be exchanged reliably and efficiently during charging and discharging. Excellent efficiency, can provide a power generation system which is excellent in the effective utilization of generated electric power.
(2) By turning off the first changeover switch and turning on the second changeover switch when the generator is not generating power or while the electric charge is being accumulated in the first capacitor, A power generation system that can store power in the storage battery from the second capacitor and is excellent in stability and certainty of power supply can be provided.
請求項2に記載の発明によれば、請求項1の効果に加え、
(1)第一のリレースイッチがオンのときはステータコイルが短絡され、ステータコイルに発生した交流出力は変圧器又は整流器に入力されず、ステータコイルに短絡電流が遅れ位相で流れるため、ステータコイル内を通過する磁力線が減少し、隣り合う第一磁束遮蔽部材間を結ぶ漏れ磁束が増加するので、第一磁束遮蔽部材がコアから受ける吸引力(回転を阻害する力)が少なくなり、ロータの回転負荷トルクを減少させることができ、第一のリレースイッチがオンのときの充電に寄与していない期間は、充電時よりも小さな駆動力でロータを回転させることができるため、ロータを回転駆動させる消費電力を抑えて発電効率を向上させることができる発電システムを提供できる。
According to invention of
(1) When the first relay switch is ON, the stator coil is short-circuited, and the AC output generated in the stator coil is not input to the transformer or rectifier, and the short-circuit current flows in the stator coil in a delayed phase. The lines of magnetic force passing through the inside decrease and the leakage magnetic flux connecting the adjacent first magnetic flux shielding members increases, so that the attractive force (force that inhibits rotation) received by the first magnetic flux shielding member from the core decreases, The rotational load torque can be reduced, and the rotor can be driven to rotate because the rotor can be rotated with a smaller driving force than during charging during periods when the first relay switch does not contribute to charging. It is possible to provide a power generation system that can reduce power consumption and improve power generation efficiency.
請求項3に記載の発明によれば、請求項2の効果に加え、
(1)第一のリレースイッチをオフにし、第二のリレースイッチをオンにして、発電機から第一のコンデンサに電荷を蓄積するときに、第一の切り替えスイッチをオフにし、それに同期して第二の切り替えスイッチをオンにすることにより、充電中の第一のコンデンサが放電することがなく、発電機が発電した電力を無駄なく確実かつ効率的に第一のコンデンサに蓄積して、電力が無駄に消費されることを防止でき、発電及び充電の効率性に優れる発電システムを提供できる。
According to invention of
(1) When the first relay switch is turned off, the second relay switch is turned on, and the electric charge is accumulated in the first capacitor from the generator, the first changeover switch is turned off, and in synchronization therewith. By turning on the second selector switch, the first capacitor being charged is not discharged, and the power generated by the generator is reliably and efficiently stored in the first capacitor without waste. Can be prevented from being wasted, and a power generation system having excellent power generation and charging efficiency can be provided.
請求項4に記載の発明によれば、請求項3の効果に加え、
(1)発電機により発電された電力を第一のコンデンサに蓄積する際には、第一及び第二の切り替えスイッチのオン、オフに関わらず、第一のコンデンサから放電することがなく、発電機から出力される電力を無駄なく確実に第一のコンデンサに蓄積することができ、必要に応じて、第一の切り替えスイッチをオフにし、第二の切り替えスイッチをオンにすることにより、第二のコンデンサに蓄積された電荷を放電して蓄電池に充電することができ、充放電制御の自在性、充放電動作の安定性、確実性に優れるだけでなく、第一のコンデンサから放電する際には、発電機により発電された電力に基づいて第一のコンデンサに充電されることがないため、無駄な発電が行われず、電力が無駄に消費されることを防ぎ、発熱量を低減することができ、極めて効率のよい発電、充電を行うことが可能で、発電効率性、電力の有効利用性に優れる発電システムを提供できる。
According to invention of
(1) When the power generated by the generator is stored in the first capacitor, the first capacitor does not discharge regardless of whether the first and second changeover switches are on or off. The power output from the machine can be reliably accumulated in the first capacitor without waste, and if necessary, the first changeover switch is turned off and the second changeover switch is turned on, so that the second The charge stored in the capacitor can be discharged to charge the storage battery, which not only provides excellent charge / discharge control stability, stability of charge / discharge operation, and reliability, but also when discharging from the first capacitor. Since the first capacitor is not charged based on the power generated by the generator, useless power generation is not performed, power is not consumed wastefully, and the amount of generated heat can be reduced. so It can provide an extremely efficient power generation can be charged, power generation efficiency, the power generation system which is excellent in the effective utilization of the power.
請求項5に記載の発明によれば、請求項4の効果に加え、
(1)予め第一のコンデンサに蓄積された電荷を漏れなく効率的に第二のコンデンサに蓄積して蓄電池への充電に備えることができ、充放電制御の確実性、充放電の効率性、安定性に優れる発電システムを提供できる。
According to invention of
(1) The charge accumulated in the first capacitor in advance can be efficiently accumulated in the second capacitor without leakage to prepare for charging the storage battery, the reliability of charge / discharge control, the efficiency of charge / discharge, A power generation system with excellent stability can be provided.
請求項6に記載の発明によれば、請求項1乃至5の内いずれか1の効果に加え、
(1)ロータの回転方向における第一磁束遮蔽部材の両端部の磁束密度が、両端部を除く領域よりも大きく、両端部を除く領域では、磁束密度がギャップの小さな端部側から他方の端部に向かって次第に小さくなる傾向を示し、磁束が分散した状態となるため、第一界磁部がコアから受ける反発力や吸引力(回転を阻害する力)が少なくなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を向上させることができる発電システムを提供できる。
According to invention of Claim 6, in addition to the effect of any one of Claims 1 to 5,
(1) The magnetic flux density at both ends of the first magnetic flux shielding member in the rotation direction of the rotor is larger than the region excluding both ends, and in the region excluding both ends, the magnetic flux density is from the end side where the gap is small to the other end. Since the magnetic flux is in a dispersed state toward the part, the repulsive force and attractive force (force that impedes rotation) received by the first field part from the core is reduced, and with a slight driving force It is possible to provide a power generation system that can rotate the rotor and improve the power generation efficiency.
請求項7に記載の発明によれば、請求項1乃至6の内いずれか1の効果に加え、
(1)第一磁束遮蔽部材の外周部が、永久磁石の端面の外周部の外側に張り出しているので、磁束は第一磁束遮蔽部材の外周部に集中し、永久磁石の端面から第一磁束遮蔽部材を通過してコアに向かう磁束が少なくなるため、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に、第一磁束遮蔽部材がコアから反発力や吸引力を受ける時間が短くなるので、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を大幅に向上させることができる発電システムを提供できる。
According to the invention described in claim 7, in addition to the effect of any one of claims 1 to 6,
(1) Since the outer peripheral part of the first magnetic flux shielding member protrudes outside the outer peripheral part of the end face of the permanent magnet, the magnetic flux is concentrated on the outer peripheral part of the first magnetic flux shielding member, and the first magnetic flux from the end face of the permanent magnet. Since the magnetic flux that passes through the shielding member and travels toward the core is reduced, when the first magnetic flux shielding member passes the first facing surface of the core, the time for the first magnetic flux shielding member to receive a repulsive force or an attractive force from the core. Since the length is shortened, it is possible to provide a power generation system capable of rotating the rotor with a slight driving force and greatly improving the power generation efficiency.
請求項8に記載の発明によれば、請求項1乃至7の内いずれか1の効果に加え、
(1)第一界磁部の永久磁石の端面の中心と第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、第一対向面の中心と第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、の間にずれ角αが形成されているので、ロータの回転により、第一界磁部がコアから吸引力(又は反発力)を受けているときに、第二界磁部がコアから反発力(又は吸引力)を受けることになり、ロータのいかなる位相においてもロータの回転を阻害するコアの磁界磁力を軽減させることができ、ロータの回転負荷トルクを軽減させることができる発電システムを提供できる。
According to the invention described in
(1) A field-side center line connecting the center of the end face of the permanent magnet of the first field portion and the center of the end face of the permanent magnet of the second field portion, and the center of the first facing surface and the second facing surface Since the shift angle α is formed between the core and the center line connecting the center, when the first field part receives an attractive force (or repulsive force) from the core due to the rotation of the rotor, The second field part receives a repulsive force (or attractive force) from the core, and the magnetic field magnetic force of the core that inhibits the rotation of the rotor at any phase of the rotor can be reduced, and the rotational load torque of the rotor can be reduced. A power generation system that can be reduced can be provided.
請求項9に記載の発明によれば、請求項1乃至8の内いずれか1の効果に加え、
(1)永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難く、第一磁束遮蔽部材の端部の磁束密度と共に、コアに導かれる磁束密度を高めることができ、発電出力を増大させることができる発電システムを提供できる。
According to invention of Claim 9, in addition to the effect of any one of Claims 1 to 8,
(1) Almost all the magnetic flux emitted from the end face of the permanent magnet is guided to the first magnetic flux shielding member, and it is difficult for leakage magnetic flux to be generated. The magnetic flux density guided to the core together with the magnetic flux density at the end of the first magnetic flux shielding member. A power generation system that can increase the power generation output can be provided.
請求項10に記載の発明によれば、請求項9の効果に加え、
(1)永久磁石の端面及び周縁部から出た磁束が漏れなく確実に第一磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じることがなく、第一磁束遮蔽部材の外周部の磁束密度と共に、コアに導かれる磁束密度を効率的に高めることができ、高出力で発電の効率性に優れる発電システムを提供できる。
According to the invention described in
(1) The magnetic flux emitted from the end face and the peripheral portion of the permanent magnet is reliably guided to the first magnetic flux shielding member without leakage, and no leakage magnetic flux is generated, along with the magnetic flux density at the outer peripheral portion of the first magnetic flux shielding member. Therefore, it is possible to efficiently increase the magnetic flux density led to the power generation, and to provide a power generation system that has high output and excellent power generation efficiency.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は実施の形態1の発電システムの構成図であり、図2は実施の形態1の発電システムにおける発電機の側面図であり、図3は図2のA−A線断面図であり、図4は実施の形態1の発電システムにおける発電機の正面図であり、図5は実施の形態1の発電システムにおける発電機の原理を示す要部模式図である。
図1において、1は本発明の実施の形態1における発電システム、2は後述する発電機、3は非磁性の合成樹脂製やステンレス鋼等で円柱状に形成された発電機2のロータ、4はロータ3の外側に配設された複数のステータコイル、5はステータコイル4毎に接続された変圧器、6はステータコイル4と変圧器5との間に並列に接続された第一のリレースイッチ、7はダイオード等で構成された整流器、8は整流器7より出力される脈流を直流とする平滑コンデンサ、9は整流器7の出力電圧に基づき電荷を蓄積する第一のコンデンサ、10はサイリスタ等で構成され第一のコンデンサ9に接続されたゲート回路、11a,11bは第一のコンデンサ9及びゲート回路10と直列に接続された第一及び第二の切り替えスイッチ、12は第一及び第二の切り替えスイッチ11a,11bの間でゲート回路10に並列に接続された第二のコンデンサ、13はゲート回路10に直列に接続された蓄電池(バッテリ)、14は変圧器5と整流器7との間に直列に接続された第二のリレースイッチ、15は第一のリレースイッチ6,第二のリレースイッチ14,ゲート回路10,第一及び第二の切り替えスイッチ11a,11bに接続されたタイマ、16は蓄電池13を放電させ図示しない負荷回路に電力を供給するスイッチである。
本実施の形態においては、第一のコンデンサ9,ゲート回路10,第一及び第二の切り替えスイッチ11a,11b,第二のコンデンサ12が充電制御回路を構成している。
そして、第一のリレースイッチ6,第二のリレースイッチ14,ゲート回路10,第一及び第二の切り替えスイッチ11a,11bは、タイマ15から所定時間毎に供給される信号に従って所定時間毎に同期してオン/オフを切り替えるように設定されている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
1 is a configuration diagram of the power generation system of the first embodiment, FIG. 2 is a side view of the generator in the power generation system of the first embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 4 is a front view of the generator in the power generation system of the first embodiment, and FIG. 5 is a schematic diagram of a main part showing the principle of the generator in the power generation system of the first embodiment.
In FIG. 1, 1 is a power generation system according to Embodiment 1 of the present invention, 2 is a power generator, which will be described later, 3 is a rotor of a
In the present embodiment, the first capacitor 9, the
The first relay switch 6, the
図2において、17は発電機2のロータ3の回転軸、18は鉄,ケイ素鉄,パーマロイ等の強磁性体で板状に形成されロータ3の外周に固着されたロータ側磁束遮蔽部材、19は板状永久磁石を複数枚重ねて吸着させ一端面がロータ側磁束遮蔽部材18の一端部側に固着された永久磁石、20は永久磁石19の端面、21は鉄,ケイ素鉄,パーマロイ,フェライト,アルニコ合金(Fe−Al−Ni−Co合金)等の強磁性体で非対称の切り妻状に形成され永久磁石19の端面20に固着された第一磁束遮蔽部材、22はロータ3の回転方向に沿って永久磁石19の端面20の磁極が交互に異なるように(N極とS極が交互になるように)複数配置された第一界磁部である。
ここで、本実施の形態においては、第一磁束遮蔽部材21の外周部は、永久磁石19の端面20の外周部よりも外側に張り出して形成されている。また、第一磁束遮蔽部材21の底面は、永久磁石19の端面20に密接して固着されている。また、第一磁束遮蔽部材21は、表面が凸起状に形成され頂部が永久磁石19の中心線(一点鎖線で示す)に対してロータ3の回転方向進み側にずれている。
23はアルミニウム,ステンレス鋼,真鍮等の非磁性材料製や合成樹脂製等で形成されたケーシング、24は鉄,ケイ素鉄,パーマロイ等の強磁性体で形成されケーシング23の内側に図示しないボルト等の締結部材で磁気的に絶縁された状態で第一磁束遮蔽部材21の外側に配置されステータコイル4が巻回されたコア、25は第一磁束遮蔽部材21とギャップを介して対向するコア24の端部に形成された第一対向面である。
本実施の形態においては、第一磁束遮蔽部材21の凸起状の頂部が、永久磁石19の中心線に対してロータ3の回転方向進み側にずれていることから、第一磁束遮蔽部材21と第一対向面25とのギャップが、ロータ3の回転方向に沿って永久磁石19の中心線に対して非対称となっている。
In FIG. 2,
Here, in the present embodiment, the outer peripheral portion of the first magnetic
In the present embodiment, the protruding top portion of the first magnetic
図3、図4において、26は板状永久磁石を複数枚重ねて吸着させ一端面がロータ側磁束遮蔽部材18の他端部側に固着された永久磁石、27は永久磁石26の端面、28は鉄,ケイ素鉄,パーマロイ,フェライト,アルニコ合金等の強磁性体で図2の第一磁束遮蔽部材21と同様に非対称の切り妻状に形成され永久磁石26の端面27に固着された第二磁束遮蔽部材、29はロータ3の回転方向に沿って永久磁石26の端面27の磁極が交互に異なるように(N極とS極が交互になるように)複数配置され、ロータ3の回転方向と略直交する位置に配置されて同一のロータ側磁束遮蔽部材18に固着された永久磁石19の端面20と永久磁石26の端面27の磁極が異なるように第一界磁部22と並設された第二界磁部である。
ここで、本実施の形態においては、第二磁束遮蔽部材28の底面は、永久磁石26の端面27を完全に覆い、端面27に密接して固着されている。また、第二磁束遮蔽部材28の外周部は、永久磁石26の端面27の外周部よりも外側に対称状に張り出して形成されている。また、第二磁束遮蔽部材28は、図2の第一磁束遮蔽部材21と同様に、表面が凸起状に形成され頂部が永久磁石26の中心線に対してロータ3の回転方向進み側にずれている。
3 and 4,
Here, in the present embodiment, the bottom surface of the second magnetic
30はコア24の他端部に形成され第二磁束遮蔽部材28と対向する第二対向面、31はコア24の第二対向面30の近くに巻回されステータコイル4と接続されたステータコイル、32は永久磁石19の端面20の外側に張り出した第一磁束遮蔽部材21に形成された孔部に挿通され第一磁束遮蔽部材21とロータ側磁束遮蔽部材18とを連結する非磁性のボルト等の締結部材、33は永久磁石26の端面27の外側に張り出した第二磁束遮蔽部材28に形成された孔部に挿通され第二磁束遮蔽部材28とロータ側磁束遮蔽部材18とを連結する非磁性のボルト等の締結部材、Xはロータ3の回転方向と略直交する位置に配置された第一界磁部22の永久磁石19の端面20の中心と第二界磁部29の永久磁石26の端面27の中心とを結ぶ界磁側中心線、Yはコア24に形成された第一対向面25の中心と第二対向面30の中心とを結ぶコア側中心線、αは界磁側中心線Xとコア側中心線Yとのずれ角である。
本実施の形態においては、界磁側中心線Xはロータ3の回転方向と直交し、コア側中心線Yが界磁側中心線Xに対してずれ角α=1〜20°の範囲で斜交するようにコア24が配置されている。
In the present embodiment, the field side center line X is orthogonal to the rotational direction of the
以上のように構成された本発明の実施の形態1における発電システムの発電機について、以下その動作を、図面を参照しながら説明する。
図5において、4aはステータコイル、24aはステータコイル4aが巻回されたコア、25aは永久磁石19に固着された第一磁束遮蔽部材21と対向するコア24aの第一対向面、4bはステータコイル4aの隣に矢印で示す永久磁石19の回転方向に沿って配設されたステータコイル、24bはステータコイル4bが巻回されたコア、25bは第一磁束遮蔽部材21と対向するコア24bの第一対向面である。なお、以下、第一磁束遮蔽部材21について説明するが、第二磁束遮蔽部材28は第一磁束遮蔽部材21と同様に形成される。
以上のように構成された発電機2において、第一磁束遮蔽部材21の外周部は永久磁石19の端面20の外周部の外側に張り出して形成されているので、永久磁石19の磁束のほとんどは図5に示すように第一磁束遮蔽部材21に流れ、磁束密度は第一磁束遮蔽部材21の回転方向進み側と遅れ側の両側端部で大きくなっている。また、凸起状の第一磁束遮蔽部材21の頂部が永久磁石19の中心線(一点鎖線で示す)に対して回転方向進み側にずれているので、磁束密度は回転方向進み側から遅れ側に亘って次第に小さくなっている。この状態のもとで、永久磁石19を図示しないモータ等により回転させて磁束を変化させると、電磁誘導によりステータコイル4a,4bに電流が流れて発電を行うことができる。一方、永久磁石19の端面からコア24a,24bに真っ直ぐに向かう磁束は、第一磁束遮蔽部材21に遮蔽され第一磁束遮蔽部材21の回転方向進み側と遅れ側の両側端部に集中し少なくなるので、第一磁束遮蔽部材21がコア24aの第一対向面25aやコア24bの第一対向面25bを通過する際に、第一磁束遮蔽部材21がコア24a,24bから受ける吸引力(回転を阻害する力)が少なくなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を向上させることができる。
The operation of the generator of the power generation system according to Embodiment 1 of the present invention configured as described above will be described below with reference to the drawings.
In FIG. 5, 4a is a stator coil, 24a is a core around which the
In the
図1を参照して、発電システム1において、発電機2が発電した交流電圧は、第一のリレースイッチ6がオフ、第二のリレースイッチ14がオン、ゲート回路10がオフのときに、変圧器5に入力され変圧器5で降圧されて整流器7を介して直流に変換され、充電制御回路を構成する第一のコンデンサ9に電荷が蓄積される。また、第二のリレースイッチ14がオフ、ゲート回路10がオンに切り替わると、第一のコンデンサ9に蓄積された電荷が放電可能な状態となる。そして、第一の切り替えスイッチ11aをオンにし、それに同期して第二の切り替えスイッチ11bをオフにすると、第一のコンデンサ9に蓄積された電荷を放電して第二のコンデンサ12に充電することができる。このとき、第二の切り替えスイッチ11bがオフとなっているため、第二のコンデンサ12から放電されて蓄電池13へ充電が行われることがなく、確実に第二のコンデンサ12に充電し、電力が無駄に消費されることを防止できる。
そして、第一のコンデンサ9が放電中のときは、第一のリレースイッチ6をオンに切り替えることにより、ステータコイル4が短絡され、ステータコイル4に遅れ位相で短絡電流が流れ、ステータコイル4内を通過する磁力線が減少し、隣り合う第一磁束遮蔽部材21間を結ぶ漏れ磁束が増加するので、ロータ3の駆動力が小さくなり消費電力が小さくなり、さらにロータ3の回転がアシストされる。この間にステータコイル4に発生した起電力は変圧器5には入力されないが、この間のロータ3の消費電力を最小にすることができる。
Referring to FIG. 1, in the power generation system 1, the AC voltage generated by the
When the first capacitor 9 is being discharged, the first relay switch 6 is switched on to short-circuit the
尚、ゲート回路10のオン/オフに関わらず、第一の切り替えスイッチ11aをオフにし、それに同期して第二の切り替えスイッチ11bをオンにすると、第二のコンデンサ12に蓄積された電荷が一気に放電されて、大電圧、大電流が出力され、蓄電池13に充電される。よって、第一のリレースイッチ6がオフ、第二のリレースイッチ14がオン、ゲート回路10がオフとなって発電機2で発電を行い、第一のコンデンサ9に充電を行っている最中でも、第二のコンデンサ12から蓄電池13に充電を行うことができ、負荷への電力供給が途切れることを防止して連続運転を行うことができ、電力供給の安定性に優れる。また、第二のコンデンサ12から蓄電池13に放電されている間は、第一の切り替えスイッチ11aがオフになっているので、第一のコンデンサ9から第二のコンデンサ12へ充電されることはなく、第二のコンデンサ12に蓄積されていた電力を確実に蓄電池13に充電することができる。そして、第二のコンデンサ12から蓄電池13へ充電が完了した後、第一の切り替えスイッチ11aをオンにし、それに同期して第二の切り替えスイッチ11bをオフにすることにより、前述したように、第一のコンデンサ9に蓄積された電荷を放電して第二のコンデンサ12に蓄積することができる。
Regardless of whether the
再び、第一のリレースイッチ6をオフ、第二のリレースイッチ14をオン、ゲート回路10をオフに切り換えると、発電機2が発電した交流電圧が変圧器5で降圧され、整流器7を介して直流に変換され、充電制御回路を構成する第一のコンデンサ9に電荷が蓄積される。
このように本発明の実施の形態1における発電システム1では、第一のリレースイッチ6,第二のリレースイッチ14,ゲート回路10,第一及び第二の切り替えスイッチ11a,11bの切り替えをステータコイル4毎に行い、各々のステータコイル4に生じた電力を各々に接続された蓄電池13に充電させることができる。
When the first relay switch 6 is turned off, the
As described above, in the power generation system 1 according to Embodiment 1 of the present invention, the switching of the first relay switch 6, the
以上のように、本発明の実施の形態1における発電システムは構成されているので、以下のような作用が得られる。
(1)第一界磁部22を構成する永久磁石19の端面20に固着された第一磁束遮蔽部材21と、第一磁束遮蔽部材21と間隔をあけて配置され端部に第一磁束遮蔽部材21とギャップを介して対向する第一対向面25を有し各々が磁気的に絶縁された複数のコア24と、を備えているので、永久磁石19の磁束が第一磁束遮蔽部材21に導かれ、第一磁束遮蔽部材21から出た磁束がコア24に導かれる。ロータ3が回転してコア24に導かれた磁束が変化すると、電磁誘導によりステータコイル4に電流が流れて発電を行うことができる。一方、永久磁石19の端面からコア24に真っ直ぐに向かう磁束は、第一磁束遮蔽部材21に遮蔽されて少なくなるので、第一磁束遮蔽部材21がコア24の第一対向面25を通過する際に第一磁束遮蔽部材21がコア24から受ける吸引力(回転を阻害する力)が少なくなる。これにより、わずかな駆動力でロータ3を回転させることができ、発電効率を向上させることができる。
(2)さらに、コア24に巻回されたコイル毎に変圧器5及び整流器7に接続されたステータコイル4を備えているので、永久磁石19の励磁磁力とコア24の磁界磁力によってロータ3の回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータ3の回転負荷トルクを減少させることができる。また、ステータコイル4間の干渉を防ぐことができるため、ステータコイル4毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができ、発電出力を高めることができる。また、ステータコイル4毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れる。
(3)ステータコイル4から整流器7までの間に接続された第一のリレースイッチ6及び第2のリレースイッチ14と、整流器7の出力電圧を入力して蓄電する蓄電池13と、整流器7と蓄電池13との間に直列に接続され整流器7の出力電圧に基づき電荷を蓄積する第一のコンデンサ9と、を備えているので、第一のリレースイッチ6及び第2のリレースイッチ14のオン/オフを切り替えることにより、ステータコイル4に発生した交流出力を変圧器5に入力するか否かを切り替えることができ、第一のコンデンサ9への選択的な電荷の蓄積が可能で、出力電圧の制御性に優れる。
(4)整流器7と蓄電池13との間に直列に接続され整流器7の出力電圧に基づき電荷を蓄積する第一のコンデンサ9を備えているので、発電機2で発電された電力の電圧を変圧器5で変圧し、整流器7で整流して、その電荷を第一のコンデンサ9に蓄積することができ、後からまとめて整流器7の出力よりも大電圧、大電流で出力することが可能で、発電出力を高めることができ、電力利用の効率性に優れる。
(5)第一のコンデンサ9と蓄電池13との間に直列に接続される第一及び第二の切り替えスイッチ11a,11bと、第一及び第二の切り替えスイッチ11a,11bの間で蓄電池13に対して並列に接続される第二のコンデンサ12と、第一の切り替えスイッチ11aがオンの時は第二の切り替えスイッチ11bをオフにし、第一の切り替えスイッチ11aがオフの時は第二の切り替えスイッチ11bをオンにするように第一及び第二の切り替えスイッチ11a,11bのオンとオフを交互に切り替えるタイマ15と、を備えているので、第一の切り替えスイッチ11aをオンにし、第二の切り替えスイッチ11bをオフにすることにより、第一のコンデンサ9と第二のコンデンサ12との間を接続状態にし、第二のコンデンサ12と蓄電池13との間を非接続状態にして、第一のコンデンサ9に蓄積された電力を蓄電池13の影響を受けずに確実に第二のコンデンサ12に蓄積した上で、第一の切り替えスイッチ11aをオフにし、第二の切り替えスイッチ11bをオンにすることにより、第一のコンデンサ9と第二のコンデンサ12との間を非接続状態にし、第二のコンデンサ12と蓄電池13との間を接続状態にして、発電機2や第一のコンデンサ9の影響を受けずに第二のコンデンサ12に蓄積された電力を大電流で放電して蓄電池13に蓄えることができ、充電時や放電時に確実かつ効率的に電力の授受を行うことができ、充電及び放電の確実性、効率性に優れ、発電された電力の有効利用性に優れる。
(6)第一のコンデンサ9と蓄電池13との間に直列に接続される第一及び第二の切り替えスイッチ11a,11bの間で蓄電池13に対して並列に接続される第二のコンデンサ12を備えているので、発電機2による発電が行われていない時や第一のコンデンサ9に電荷を蓄積している最中でも、第一の切り替えスイッチ11aをオフにし、第二の切り替えスイッチ11bをオンにすることにより、第二のコンデンサ12から蓄電池13に蓄電することができ、電力供給の安定性、確実性に優れる。
(7)ステータコイル4に変圧器5が接続され、リレースイッチとしてステータコイル4と変圧器5との間に並列に接続されステータコイル4を短絡する第一のリレースイッチ6を備えているので、第一のリレースイッチ6がオフのときは、ステータコイル4に発生した交流出力を変圧器5に入力できる。第一のリレースイッチ6がオンのときは、ステータコイル4が短絡されるので、ステータコイル4に発生した交流出力は変圧器5に入力されず、ステータコイル4に短絡電流が遅れ位相で流れる。これにより、ステータコイル4内を通過する磁力線が減少し、回転方向に隣り合う第一磁束遮蔽部材21間を結ぶ漏れ磁束が増加するので、第一磁束遮蔽部材21がコア24から受ける吸引力(回転を阻害する力)が少なくなり、ロータ3の回転負荷トルクを減少させることができる。この結果、第一のリレースイッチ6がオンのときの充電に寄与していない期間は、小さな駆動力でロータ3を回転させることができるため、ロータ3を回転駆動させる消費電力を抑えて発電効率を向上させることができる。
(8)整流器7が変圧器5と第一のコンデンサ9との間に直列に接続され、リレースイッチとして第一のリレースイッチ6に加え、変圧器5と整流器7との間に直列に接続された第二のリレースイッチ14を備えるので、第一のリレースイッチ6をオフにし、第二のリレースイッチ14をオンにすることにより、発電機2が発電した交流電圧が変圧器5に入力されて降圧され、整流器7を介して直流に変換されて、第一のコンデンサ9に蓄積される。このとき、第一の切り替えスイッチ11aをオフにし、それに同期して第二の切り替えスイッチ11bをオンにすれば、充電中の第一のコンデンサ9が放電することはなく、発電機2が発電した電力を無駄なく確実かつ効率的に第一のコンデンサ9に蓄積して、電力が無駄に消費されることを防止でき、発電及び充電の効率性に優れる。
(9)第一のコンデンサ9と第一の切り替えスイッチ11aとの間に直列に接続されるゲート回路10を有し、タイマ15が、第一及び第二のリレースイッチ6,14とゲート回路10に接続され、第一のリレースイッチ6がオフで第二のリレースイッチ14がオンのときにゲート回路10をオフにするように同期させるので、整流器7から出力される電荷を第一のコンデンサ9に蓄積する際に、第一及び第二の切り替えスイッチ11a,11bのオン、オフに関わらず、第一のコンデンサ9から放電することがなく、発電機2から出力される電力を無駄なく確実に第一のコンデンサ9に蓄積することができると共に、必要に応じて、第一の切り替えスイッチ1aをオフにし、第二の切り替えスイッチ11bをオンにすることにより、第二のコンデンサ12に蓄積された電荷を放電して蓄電池13に充電することができ、充放電制御の自在性、充放電動作の安定性、確実性に優れる。
(10)第一のコンデンサ9と第一の切り替えスイッチ11aとの間に直列に接続されるゲート回路10を有し、タイマ15が、第一及び第二のリレースイッチ6,14とゲート回路10に接続され、第一のリレースイッチ6がオンで第二のリレースイッチ14がオフのときにゲート回路10をオンにするように同期させるので、第一のコンデンサ9からの放電中に、発電機2により発電された電圧に基づいて第一のコンデンサ9に充電が行われることがなく、無駄な発電が行われず、電力が無駄に消費されることを防ぎ、発熱量を低減することができ、発電の効率性に優れる。
(11)ゲート回路10がオンのときに第一の切り替えスイッチ11aをオンにし、第二の切り替えスイッチ11bをオフにすることにより、予め第一のコンデンサ9に蓄積された電荷を漏れなく効率的に第二のコンデンサ12に蓄積して蓄電池13への充電に備えることができ、充放電制御の確実性、充放電の効率性、安定性に優れる。
(12)第一磁束遮蔽部材21の外周部が、永久磁石19の端面20の外周部の外側に張り出しているので、磁束を遮蔽する第一磁束遮蔽部材21の面積が大きいため、第一磁束遮蔽部材21がコア24の第一対向面25を通過する際に、第一磁束遮蔽部材21がコア24から吸引力(回転を阻害する力)を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータ3を回転させることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。
(13)第一磁束遮蔽部材21とコア24の第一対向面25とのギャップが、ロータ3の回転方向に沿って永久磁石19の中心線に対して非対称となるように形成されているので、ロータ3の回転方向における磁束密度は、第一磁束遮蔽部材21の回転方向進み側と遅れ側の両端部で大きく、両端部を除く領域では、ギャップの小さな頂部からギャップの大きな端部に向かって次第に小さくなる傾向を示し、磁束が非対称に分散した状態となる。このため、ロータ3の回転時に、第一磁束遮蔽部材21からコア24に真っ直ぐに向かう磁束が少なくなり、第一界磁部21がコア24から受ける反発力や吸引力(回転を阻害する力)を低減して、わずかな駆動力でロータ3を回転させることができ、発電効率を向上させることができる。
(14)第一磁束遮蔽部材21のコア24との対向面を凸起状に形成し、凸起部を永久磁石の中心線に対して回転方向進み側にずらしているので、第一磁束遮蔽部材21の磁束密度が回転方向進み側から回転方向遅れ側に向かって次第に小さくなり、さらに第一のリレースイッチ6がオンのときにステータコイル4に遅れ位相で流れる短絡電流により、ステータコイル4内を通過する磁力線が著しく減少し、回転方向に隣り合う第一磁束遮蔽部材21間を結ぶ漏れ磁束が著しく増加するので、第一のリレースイッチ6がオンのときのロータ3の駆動力が小さくなるだけでなく、ロータ3の回転をアシストして、ロータ3の回転数を第一のリレースイッチ6がオフのときよりも増加させることができる。この結果、第一のリレースイッチ6をオフに切り換えたときに、ロータ3の回転の慣性力によって、発電の出力を上げることができる。
(15)第一界磁部22の永久磁石19の端面20の中心と第二界磁部29の永久磁石26の端面27の中心とを結ぶ界磁側中心線Xと、第一対向面25の中心と第二対向面30の中心とを結ぶコア側中心線Yと、の間にずれ角αが形成されているので、ロータ3の回転により、第一界磁部22がコア24から吸引力(又は反発力)を受けているときに、第二界磁部29がコア24から反発力(又は吸引力)を受けることになり、ロータ3のいかなる位相においてもロータ3の回転を阻害するコア24の磁界磁力を軽減させることができ、ロータ3の回転負荷トルクを軽減させることができる。さらに、ずれ角α=1〜20°のため、コア24の磁界磁力により第一界磁部22と第二界磁部29が受ける吸引力や反発力によりコッキング(ロータの回転動作がギクシャクする現象)が生じ難く、さらにステータコイル4に生じる電流に位相差が生じ難く出力電流の低下がみられない。
(16)第二磁束遮蔽部材28の外周部が、永久磁石26の端面27の外周部の外側に張り出しているので、磁束を遮蔽する第二磁束遮蔽部材28の面積が大きいため、第二磁束遮蔽部材28がコア24の第二対向面30を通過する際に、第二磁束遮蔽部材28がコア24から吸引力(回転を阻害する力)を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータ3を回転させることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。
(17)第一磁束遮蔽部材21と第二磁束遮蔽部材28の底面が、永久磁石19,26の端面20,27に密接しているので、永久磁石19,26の端面20,27から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材21や第二磁束遮蔽部材28に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第一磁束遮蔽部材21や第二磁束遮蔽部材28の端部の磁束密度を高められるので、コア24に導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。
(18)ロータ側磁束遮蔽部材18を有しているので、漏洩磁束を抑え第一磁束遮蔽部材21や第二磁束遮蔽部材28の端部の磁束密度を高められるので、コア24に導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。
(19)変圧器5の一次側に第一のリレースイッチ6が接続され、二次側に第二のリレースイッチ14が接続されており、第二のリレースイッチ14のオン/オフが充電制御回路(ゲート回路10)と逆相で同期しているので、ゲート回路10がオンに切り替わると、第一のコンデンサ9に蓄積された電荷を放電可能な状態となるため、蓄電効率に優れる。
As described above, since the power generation system according to Embodiment 1 of the present invention is configured, the following operation is obtained.
(1) The first magnetic
(2) Furthermore, since the
(3) The first relay switch 6 and the
(4) Since the first capacitor 9 that is connected in series between the rectifier 7 and the
(5) The first and second changeover switches 11a and 11b connected in series between the first capacitor 9 and the
(6) A
(7) Since the
(8) The rectifier 7 is connected in series between the
(9) The
(10) The
(11) By turning on the first change-over
(12) Since the outer peripheral portion of the first magnetic
(13) Since the gap between the first magnetic
(14) The surface of the first magnetic
(15) The field side center line X connecting the center of the
(16) Since the outer peripheral portion of the second magnetic
(17) Since the bottom surfaces of the first magnetic
(18) Since the rotor side magnetic
(19) The first relay switch 6 is connected to the primary side of the
ここで、本実施の形態においては、ステータコイル4毎に変圧器5が接続され、変圧器5と直列に整流器7が接続された場合について説明したが、変圧器5又は整流器7のいずれか一方が接続される場合もある。変圧器5を接続することで所定値に変圧することができる。また、整流器7を接続することで直流に変換できる。
また、ロータ3の周囲に配置するステータコイル4の数を増やして、ロータ3の回転に伴い同位相の交流起電力が発生するコイル群毎に変圧器5又は整流器7に接続する場合もある。
また、本実施の形態においては、界磁側中心線Xがロータ3の回転方向と直交し、コア側中心線Yが界磁側中心線Xに対してずれ角α=1〜20°の範囲で斜交するようにコア24が斜めに配置された場合について説明したが、これに限定するものではなく、界磁側中心線Xをつくる永久磁石19,26を斜めに配置する場合もある。また、永久磁石19,26とコア24の両方を斜めに配置する場合もある。これらの場合も同様の作用が得られる。
また、ステータコイル4毎に取り出された電力が全て蓄電池13に充電される場合について説明したが、一部を蓄電池13に接続して残りを負荷に接続する場合もある。また、蓄電池13に充電された電圧の一部を用いて、ロータ3を回転させる図示しない駆動モータを駆動させることも可能である。ロータ3を回転駆動させる消費電力が小さいからである。
また、4つのゲート回路10が、タイマ15からの信号に基づき全て同期してオン/オフする場合について説明したが、例えば、非同期で順番にオン/オフが切り替わるようにする場合もある。
また、発電機2は、ステータコイル4の内側でロータ3が回転する内転型の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステータコイルの外側でロータが回転するアウタロータ型即ち外転型とする場合もある。この場合も同様の作用が得られる。
また、ギャップを非対称とするために、第一磁束遮蔽部材21のコア24との対向面を凸起状(切り妻状)に形成し、凸起部(頂部)を永久磁石の中心線に対して回転方向進み側にずらした場合について説明したが、これに限るものではなく、凸起部(頂部)を回転方向遅れ側にずらす場合や、凸起状ではなく凹陥状に形成する場合もある。また、コア24の第一対向面25や第二対向面30を凸起状や凹陥状等に形成して、ギャップを非対称とする場合もある。
Here, in the present embodiment, the case where the
In some cases, the number of
Further, in the present embodiment, the field side center line X is orthogonal to the rotation direction of the
Moreover, although the case where all the electric power taken out for each
Further, although the case where the four
Further, the
Further, in order to make the gap asymmetric, the surface of the first magnetic
次に、実施の形態1における変形例の発電機について説明する。図6は実施の形態1の発電システムにおける変形例の発電機の原理を示す模式図である。なお、実施の形態1で説明したものと同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
変形例の発電機が、実施の形態1の発電機と異なる点は、第一磁束遮蔽部材21aの外周部が、永久磁石19の端面20の外周部と同一の大きさで形成されている点である。
Next, the generator of the modification in Embodiment 1 is demonstrated. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the principle of a generator according to a modification of the power generation system of the first embodiment. In addition, the thing similar to what was demonstrated in Embodiment 1 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description.
The generator of the modified example is different from the generator of the first embodiment in that the outer peripheral portion of the first magnetic
図6において、21aは鉄,ケイ素鉄,パーマロイ,フェライト,アルニコ合金等の強磁性体で形成され外周部が永久磁石19の端面20の外周部と同一の大きさの第一磁束遮蔽部材である。
以上のように構成された発電機において、第一磁束遮蔽部材21aの外周部は永久磁石19の端面20の外周部と同一の大きさで形成されているので、永久磁石19の磁束は、第一磁束遮蔽部材21aに遮蔽されて永久磁石19の側方(回転方向進み側と遅れ側の両端部)に導かれるものと、コア24a,24b側に漏洩するものとに分かれる。ロータ3を図示しないモータ等により回転させてコア24a,24bに導かれた磁束が変化すると、電磁誘導によりステータコイル4a,4bに電流が流れて発電を行うことができる。一方、永久磁石19の端面からコア24a,24bに真っ直ぐに向かう磁束は、第一磁束遮蔽部材21aに遮蔽されて少なくなるので、第一磁束遮蔽部材21aがコア24aの第一対向面25aやコア24bの第一対向面25bを通過する際に、第一磁束遮蔽部材21aがコア24a,24bから受ける吸引力(回転を阻害する力)が少なくなり、わずかな駆動力でロータ3を回転させることができ発電効率を向上させることができる。
ここでは、第一磁束遮蔽部材21aについて説明したが、第二磁束遮蔽部材についても同様のものを用いることができ、同様の作用を得ることができる。
In FIG. 6,
In the generator configured as described above, the outer peripheral portion of the first magnetic
Although the first magnetic
(実施の形態2)
図7は本発明の実施の形態2の発電システムにおける発電機の要部断面図であり、図8は実施の形態2の発電システムにおける発電機の永久磁石に固着される第一磁束遮蔽部材の斜視図である。なお、実施の形態1で説明したものと同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
図7及び図8中、41は本発明の実施の形態2の発電システムにおける発電機、42は鉄,ケイ素鉄,パーマロイ,フェライト,アルニコ合金等の強磁性体で非対称の切り妻状に形成され永久磁石19の端面20に固着された第一磁束遮蔽部材、43は第一磁束遮蔽部材42の底面に窪み状に形成され永久磁石19の端面20が密接して収装された凹部、44は外周部が永久磁石19の端面20の外周部の外側に張り出してロータ3の回転方向進み側に下り勾配が形成された第一磁束遮蔽部材42の傾斜面、45は外周部が永久磁石19の端面20の外周部の外側に張り出してロータ3の回転方向遅れ側に下り勾配が形成された第一磁束遮蔽部材42の傾斜面、46は傾斜面44,45によって凸起状に形成された第一磁束遮蔽部材42の頂部(凸起部)であり、本実施の形態においては、頂部46が永久磁石19の中心軸に対して回転方向進み側にずれている。これにより、第一磁束遮蔽部材42とコアの第一対向面とのギャップが、ロータ3の回転方向に沿って永久磁石19の中心線に対して非対称とされている。47は傾斜面46に形成され第一磁束遮蔽部材42とロータ側磁束遮蔽部材4とを連結する非磁性のボルト等の締結部材が挿通される孔部である。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of the generator in the power generation system according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram of the first magnetic flux shielding member fixed to the permanent magnet of the generator in the power generation system according to the second embodiment. It is a perspective view. In addition, the thing similar to what was demonstrated in Embodiment 1 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description.
7 and 8,
以上のように、本発明の実施の形態2の発電システムにおける発電機は構成されているので、実施の形態1に記載した作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)第一磁束遮蔽部材42に凹部43が形成され、永久磁石19の端面20が凹部43に収装されているので、永久磁石19の端面20からの磁束のほぼ全てを第一磁束遮蔽部材42に導くことができ、第一磁束遮蔽部材42の磁束密度を上げて発電出力を高めることができる。
(2)第一磁束遮蔽部材42に傾斜面44が形成されているので、磁束を永久磁石19の斜め側方に導くとともに傾斜面44の磁束密度を高め、コア24bに導かれる磁束密度を上げて発電出力を高めることができる。
(3)頂部46が永久磁石19の中心軸に対して回転方向進み側にずれることにより、第一磁束遮蔽部材42とコアの第一対向面とのギャップが、ロータ3の回転方向に沿って永久磁石19の中心線に対して非対称となるので、ロータ3の回転時にギャップが周方向に変化すると共に、最大ギャップ位置が中心とずれることになり、第一磁束遮蔽部材42がコアから受ける吸引力(回転を阻害する力)が分散して少なくなり、わずかな駆動力でロータ3をスムーズに回転させることができ、発電効率を向上させることができる。
As described above, since the power generator in the power generation system according to the second embodiment of the present invention is configured, in addition to the functions described in the first embodiment, the following functions are obtained.
(1) Since the
(2) Since the
(3) When the
ここで、本実施の形態においては第一磁束遮蔽部材42について説明したが、第二磁束遮蔽部材についても同様のものを用いることができ、同様の作用を得ることができる。
Here, although the first magnetic
(実施の形態3)
図9は本発明の実施の形態3の発電システムにおける発電機の要部断面図である。
図9において、51は本発明の実施の形態3の発電システムにおける発電機、52は回転軸、53は非磁性の合成樹脂製やステンレス鋼等で円板状に形成され回転軸52の直交方向に取り付けられたロータ、54は非磁性の合成樹脂製やステンレス鋼等で円板状に形成されロータ53と平行して回転軸52の直交方向に取り付けられたロータ、55は一端面がロータ53のロータ54側の平面に固着された永久磁石、56は鉄,ケイ素鉄,パーマロイ,フェライト,アルニコ合金等の強磁性体で板状に形成され永久磁石55の端面に固着された第一磁束遮蔽部材、57はロータ53の回転方向に沿って永久磁石55の端面の磁極が交互に異なるように(N極とS極が交互になるように)複数配置された第一界磁部である。
ここで、本実施の形態においては、第一磁束遮蔽部材56の外周部は、永久磁石55の端面の外周部の外側に張り出して形成されている。また、第一磁束遮蔽部材56の底面は、永久磁石55の端面に密接して固着されている。
58は一端面がロータ54のロータ53側の平面に固着された永久磁石、59は鉄,ケイ素鉄,パーマロイ等の強磁性体で板状に形成され永久磁石58の端面に固着された第二磁束遮蔽部材、60はロータ54の回転方向に沿って永久磁石58の端面の磁極が交互に異なるように(N極とS極が交互になるように)複数配置され、ロータ53,54の回転方向と略直交する対向位置に配置された永久磁石55の端面と永久磁石58の端面の磁極が異なるように第一界磁部57と並設された第二界磁部である。
ここで、本実施の形態においては、第二磁束遮蔽部材59の底面は、永久磁石58の端面を完全に覆い、端面に密接して固着されている。また、第二磁束遮蔽部材59の外周部は、永久磁石58の端面の外周部の外側に張り出して形成されている。
61は鉄,ケイ素鉄,パーマロイ等の強磁性体で形成され磁気的に絶縁された状態で第一磁束遮蔽部材56及び第二磁束遮蔽部材59と間隔をあけて図示しないケーシングに配置されたコア、62はコア61の端部に形成され第一磁束遮蔽部材56と対向する第一対向面、63はコア61の他端部に形成され第二磁束遮蔽部材59と対向する第二対向面、64はコア61に巻回されたステータコイルである。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of the generator in the power generation system according to
In FIG. 9, 51 is a generator in the power generation system according to
Here, in the present embodiment, the outer peripheral portion of the first magnetic
58 is a permanent magnet whose one end surface is fixed to a plane on the
Here, in the present embodiment, the bottom surface of the second magnetic
A
以上のように、本発明の実施の形態3における発電システムの発電機は構成されているので、実施の形態1に記載した作用と同様の作用が得られる。
As described above, since the generator of the power generation system according to
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
実施の形態1で説明した発電システムを用いて発電出力を調べる実験を行った。
実施例1の発電システムでは、直径150mm、長さ300mmの円柱状のロータを有する発電機を用いた。ロータの外周面の6箇所にケイ素鉄製で幅30mm、長さ300mmの板状のロータ側磁束遮蔽部材を等間隔に対称状に配置した。永久磁石は、短手方向の長さ50mm、長手方向の長さ60mm、厚さ10mmの板状のネオジウム系希土類磁石(板状永久磁石1枚当たりの吸着力30kgf(294N)。表面磁束密度400mT。住友特殊金属製)を3枚重ねたものを用いた。ロータ側磁束遮蔽部材の両側に、永久磁石(板状永久磁石を3枚重ねたもの)を端面の磁極が交互に異なり、永久磁石の短手方向がロータの回転方向と一致するように配置して、第一界磁部と第二界磁部を形成した。第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材は、鉄製で非対称の切り妻状に形成されており、ロータの回転方向の長さ70mm、ロータの回転方向と直交する方向の長さ80mm、最大厚さ(永久磁石との固着面から頂部までの高さ)10mmとし、外周部を永久磁石の端部の外周部の外側に対称状に張り出させて永久磁石に固着させた。第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の頂部は、永久磁石の中心線からロータの回転方向進み側に10mmずれている。ロータの回転方向に隣り合う第一磁束遮蔽部材同士の間隔は約5mmであった。同様に、第二磁束遮蔽部材も約5mmの間隔であった。
第一対向面及び第二対向面を有する略コ字状に形成したコアを、ロータの周囲の5箇所に対称状に配置した。コアの第一対向面及び第二対向面の近傍に、線径1.8mmの銅線を各々600回巻いてステータコイルを形成した。コアの第一対向面と第一磁束遮蔽部材の間隔(ギャップ)の最短距離(第一磁束遮蔽部材の頂部と第一対向面との最短距離)、コアの第二対向面と第二磁束遮蔽部材の間隔(ギャップ)の最短距離(第二磁束遮蔽部材の頂部と第二対向面との最短距離)は、各々10mmとした。第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の頂部が、永久磁石の中心線からロータの回転方向進み側にずれていることから、ギャップが永久磁石の中心軸に対して非対称となっている。
以上のように構成することで、実施例1の発電システムを得た。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. The present invention is not limited to these examples.
Example 1
An experiment was conducted to examine the power generation output using the power generation system described in the first embodiment.
In the power generation system of Example 1, a generator having a cylindrical rotor having a diameter of 150 mm and a length of 300 mm was used. Plate-shaped rotor side magnetic flux shielding members made of silicon iron and having a width of 30 mm and a length of 300 mm were arranged symmetrically at equal intervals at six locations on the outer peripheral surface of the rotor. The permanent magnet is a plate-like neodymium-based rare earth magnet having a length in the short direction of 50 mm, a length in the longitudinal direction of 60 mm, and a thickness of 10 mm (adsorption force of 30 kgf (294 N) per plate-like permanent magnet). Surface magnetic flux density of 400 mT. (Made of Sumitomo Special Metal) was used. On both sides of the rotor-side magnetic flux shielding member, permanent magnets (three plate-shaped permanent magnets) are arranged so that the magnetic poles on the end faces are alternately different, and the short direction of the permanent magnets coincides with the rotational direction of the rotor. Thus, a first field part and a second field part were formed. The first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member are made of iron and have an asymmetrical gable shape. The length of the rotor in the rotational direction is 70 mm, the length perpendicular to the rotational direction of the rotor is 80 mm, and the maximum thickness is The height (the height from the fixing surface to the top of the permanent magnet) was 10 mm, and the outer peripheral portion was symmetrically projected outside the outer peripheral portion of the end portion of the permanent magnet to be fixed to the permanent magnet. The tops of the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member are displaced from the center line of the permanent magnet by 10 mm toward the rotational direction advance side of the rotor. The space | interval of the 1st magnetic flux shielding members adjacent to the rotation direction of a rotor was about 5 mm. Similarly, the second magnetic flux shielding member was also about 5 mm apart.
Cores formed in a substantially U shape having a first facing surface and a second facing surface were arranged symmetrically at five locations around the rotor. A stator coil was formed by winding a copper wire with a wire diameter of 1.8 mm 600 times in the vicinity of the first facing surface and the second facing surface of the core. Shortest distance (gap) between the first opposed surface of the core and the first magnetic flux shielding member (shortest distance between the top of the first magnetic flux shielding member and the first opposed surface), the second opposed surface of the core and the second magnetic flux shield The shortest distance between the members (gap) (the shortest distance between the top of the second magnetic flux shielding member and the second facing surface) was 10 mm. Since the tops of the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member are displaced from the center line of the permanent magnet toward the rotational direction advance side of the rotor, the gap is asymmetric with respect to the central axis of the permanent magnet.
By configuring as described above, the power generation system of Example 1 was obtained.
(実施例2)
実施例1と同様の第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材(厚さ15mm)の裏面に、永久磁石の端面を収装できる深さ5mmの凹部を形成し、凹部を永久磁石の端面に固着した。その他は実施例1と同様にして、実施例2の発電システムを得た。
(Example 2)
A recessed portion having a depth of 5 mm capable of accommodating the end face of the permanent magnet is formed on the back surface of the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member (
(実施例3)
第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材を、ロータの回転方向の長さ50mm、ロータの回転方向と直交する方向の長さ60mm、最大厚さ(永久磁石との固着面から頂部までの高さ)10mmとし、外周部の大きさを永久磁石の端部の外周部の大きさと同一にした。その他は実施例1と同様にして、実施例3の発電システムを得た。
(Example 3)
The first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member have a length of 50 mm in the rotational direction of the rotor, a length of 60 mm in the direction orthogonal to the rotational direction of the rotor, and a maximum thickness (the height from the fixing surface to the top of the permanent magnet). The outer peripheral portion was made the same size as the outer peripheral portion at the end of the permanent magnet. Otherwise, the power generation system of Example 3 was obtained in the same manner as Example 1.
(実施例4)
第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材を、鉄製でロータの回転方向の長さ70mm、ロータの回転方向と直交する方向の長さ80mm、最大厚さ10mmとし、外周部を永久磁石の端部の外周部の外側に対称状に張り出させ、表面をロータの回転方向に沿って対称状の湾曲状に形成した。第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の表面が対称状に形成されていることから、ギャップは永久磁石の中心軸に対して対称である。その他は実施例1と同様にして、実施例4の発電システムを得た。
Example 4
The first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member are made of iron and have a length of 70 mm in the rotation direction of the rotor, a length of 80 mm in a direction orthogonal to the rotation direction of the rotor, and a maximum thickness of 10 mm. The outer surface of each part was symmetrically projected outside, and the surface was formed into a symmetrical curved shape along the rotation direction of the rotor. Since the surfaces of the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member are formed symmetrically, the gap is symmetric with respect to the central axis of the permanent magnet. Otherwise, the power generation system of Example 4 was obtained in the same manner as Example 1.
(比較例1)
永久磁石の端面に固着した第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材を除去し、ロータの第一対向面及び第二対向面と永久磁石の端面とを10mmの間隔(ギャップ)をあけて対向させた以外は実施例1と同様にして、比較例1の発電システムを得た。
(Comparative Example 1)
The first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member fixed to the end surface of the permanent magnet are removed, and the first opposed surface and the second opposed surface of the rotor are opposed to the end surface of the permanent magnet with a gap (gap) of 10 mm. A power generation system of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above.
(回転負荷トルクの測定)
ロータを回転させる駆動モータをロータに連結しない状態で、ロータの回転負荷トルクを測定した。その結果、実施例1、実施例2及び実施例4の発電システムにおける発電機の回転負荷トルクは、比較例1の発電システムにおける発電機の回転負荷トルクの1/15であった。また、実施例3の発電システムにおける発電機の回転負荷トルクは、比較例1の発電システムにおける発電機の回転負荷トルクの7/15であった。
以上のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材を設けることで、ロータの回転負荷トルクが低下することが確認された。特に、実施例1、実施例2及び実施例4の発電システムのように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の外周部を永久磁石の端部の外周部の外側に張り出させることにより、回転負荷トルクが著しく低下することが確認された。
(Measurement of rotational load torque)
The rotational load torque of the rotor was measured in a state where the drive motor for rotating the rotor was not connected to the rotor. As a result, the rotational load torque of the generator in the power generation systems of Example 1, Example 2, and Example 4 was 1/15 of the rotational load torque of the generator in the power generation system of Comparative Example 1. Further, the rotational load torque of the generator in the power generation system of Example 3 was 7/15 of the rotational load torque of the generator in the power generation system of Comparative Example 1.
As described above, it was confirmed that the rotational load torque of the rotor is reduced by providing the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member. In particular, the outer peripheral portions of the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member are projected outside the outer peripheral portion of the end portion of the permanent magnet as in the power generation systems of the first embodiment, the second embodiment, and the fourth embodiment. Thus, it was confirmed that the rotational load torque was significantly reduced.
(駆動モータの負荷電流の測定)
ロータと駆動モータを連結して、駆動モータの負荷電流を測定した。駆動モータとしては定格電圧が24Vの直流モータ(出力400W、2400rpm)を用い、ロータを回転させた。
比較例1の発電システムにおいては、ステータコイルを短絡させる第一のリレースイッチがオフのとき、発電機に連結した駆動モータの始動時における負荷電流は50Aであり、定常時における負荷電流は20Aであった。駆動モータを稼動させた定常状態で第一のリレースイッチをオンにしてステータコイルを短絡すると、負荷電流は15A(第一のリレースイッチオフ時の3/4)に低下した。
これに対し、実施例1の発電システムの第一のリレースイッチがオフのとき、ロータに連結した駆動モータの始動時における負荷電流は15Aであり、定常時における負荷電流は10Aであった。駆動モータを稼動させた定常状態で第一のリレースイッチをオンにすると、負荷電流は5A(第一のリレースイッチオフ時の1/2)に低下した。
また、実施例2の発電システムの第一のリレースイッチがオフのとき、ロータに連結した駆動モータの始動時における負荷電流は17Aであり、定常時における負荷電流は11Aであった。駆動モータを稼動させた定常状態で第一のリレースイッチをオンにすると、負荷電流は6A(第一のリレースイッチオフ時の約1/2)に低下した。
また、実施例3の発電システムの第一のリレースイッチがオフのとき、ロータに連結した駆動モータの始動時における負荷電流は25Aであり、定常時における負荷電流は13Aであった。駆動モータを稼動させた定常状態で第一のリレースイッチをオンにすると、負荷電流は7A(第一のリレースイッチオフ時の約1/2)に低下した。
また、実施例4の発電システムの第一のリレースイッチがオフのとき、ロータに連結した駆動モータの始動時における負荷電流は16Aであり、定常時における負荷電流は10Aであった。駆動モータを稼動させた定常状態で第一のリレースイッチをオンにすると、負荷電流は7A(第一のリレースイッチオフ時の約3/4)に低下した。
また、実施例1〜3では、駆動モータを稼動させた定常状態で第一のリレースイッチをオンにすることで、ロータの回転数が、第一のリレースイッチがオフの場合よりも約7%高速化された。
以上のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材を設けることで、始動時における駆動モータの負荷電流が低下することが確認された。特に、実施例1、実施例2及び実施例4の発電機のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の外周部を永久磁石の端部の外周部の外側に張り出させることにより、始動時における負荷電流が著しく低下することが確認された。
また、実施例1〜4のように、駆動モータを稼動させた定常状態で第一のリレースイッチをオンにしてステータコイルを短絡することで、駆動モータの負荷電流が低下することが確認された。さらに、実施例1〜3のように、ギャップを非対称にすることで、負荷電流の低下率を大きくすることができるとともに、ロータの回転数を高速化できることが確認された。
(Measurement of drive motor load current)
The rotor and the drive motor were connected, and the load current of the drive motor was measured. A DC motor (output 400 W, 2400 rpm) with a rated voltage of 24 V was used as the drive motor, and the rotor was rotated.
In the power generation system of Comparative Example 1, when the first relay switch that short-circuits the stator coil is off, the load current at the start of the drive motor connected to the generator is 50A, and the load current at the steady state is 20A. there were. When the first relay switch was turned on and the stator coil was short-circuited in a steady state where the drive motor was operated, the load current was reduced to 15 A (3/4 when the first relay switch was turned off).
On the other hand, when the first relay switch of the power generation system of Example 1 was off, the load current at the start of the drive motor connected to the rotor was 15A, and the load current at the steady state was 10A. When the first relay switch was turned on in a steady state in which the drive motor was operated, the load current was reduced to 5 A (1/2 when the first relay switch was turned off).
When the first relay switch of the power generation system of Example 2 was off, the load current at the start of the drive motor connected to the rotor was 17A, and the load current at the steady state was 11A. When the first relay switch was turned on in a steady state where the drive motor was operated, the load current was reduced to 6 A (about 1/2 of the time when the first relay switch was turned off).
When the first relay switch of the power generation system of Example 3 was off, the load current at the start of the drive motor connected to the rotor was 25A, and the load current at the steady state was 13A. When the first relay switch was turned on in a steady state where the drive motor was operated, the load current was reduced to 7 A (about ½ when the first relay switch was turned off).
When the first relay switch of the power generation system of Example 4 was off, the load current at the start of the drive motor connected to the rotor was 16A, and the load current at the steady state was 10A. When the first relay switch was turned on in a steady state where the drive motor was operated, the load current decreased to 7 A (about 3/4 when the first relay switch was turned off).
In the first to third embodiments, by turning on the first relay switch in a steady state where the drive motor is operated, the rotational speed of the rotor is about 7% as compared with the case where the first relay switch is off. Speeded up.
As described above, it was confirmed that by providing the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member, the load current of the drive motor at the time of starting decreases. In particular, the outer peripheral portions of the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member are projected outside the outer peripheral portion of the end portion of the permanent magnet as in the generators of the first embodiment, the second embodiment, and the fourth embodiment. As a result, it was confirmed that the load current at the time of starting was remarkably reduced.
In addition, as in Examples 1 to 4, it was confirmed that the load current of the drive motor is reduced by turning on the first relay switch and short-circuiting the stator coil in a steady state in which the drive motor is operated. . Furthermore, as in Examples 1 to 3, it was confirmed that the rate of decrease in load current can be increased and the rotational speed of the rotor can be increased by making the gap asymmetric.
(発電出力の測定)
ロータと駆動モータを連結して、ロータを800rpmの回転数で回転させ、第一のリレースイッチがオフのときに各ステータコイルに生じた交流起電力を整流器によって整流し、合算した出力電圧(直流)及び出力電流(直流)を測定した。
比較例1の発電機の出力電圧は270V、出力電流は9Aであり、実施例1、実施例3及び実施例4の発電機の出力電圧・出力電流もほぼ同じであった。
これに対し、実施例2の発電機の出力電圧は300V、出力電流は12Aであった。
第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材を設けることで駆動モータの負荷電流が低下するため、駆動モータの消費電力を減らすことができ、その結果、駆動モータの消費電力を差し引いた出力電力が向上することが確認された。特に、実施例1及び実施例2の発電機のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の外周部を永久磁石の端部の外周部の外側に張り出させることにより、効果が大きくなることが確認された。さらに、実施例2の発電機のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の底部に凹部を形成し、凹部に永久磁石の端面を収装することで、出力が大きくなるため、出力電力をさらに高められることが確認された。
さらに、第一のリレースイッチのオン/オフを交互に切り替えることでステータコイルに生じた起電力を第一のコンデンサに充電し、第一のリレースイッチがオンのときの充電に寄与していない期間は、小さな駆動力でロータを回転させることができるため、ロータを回転駆動させる消費電力を抑えて発電効率を向上できることが確認された。
(Measurement of power generation output)
The rotor and the drive motor are connected, the rotor is rotated at a rotation speed of 800 rpm, and the AC electromotive force generated in each stator coil when the first relay switch is OFF is rectified by a rectifier, and the combined output voltage (DC ) And output current (DC).
The output voltage of the generator of Comparative Example 1 was 270 V, the output current was 9 A, and the output voltages and output currents of the generators of Examples 1, 3 and 4 were substantially the same.
In contrast, the output voltage of the generator of Example 2 was 300 V, and the output current was 12 A.
By providing the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member, the load current of the drive motor is reduced, so that the power consumption of the drive motor can be reduced. As a result, the output power obtained by subtracting the power consumption of the drive motor is reduced. It was confirmed to improve. In particular, as in the generators of Example 1 and Example 2, the effect is achieved by projecting the outer peripheral portions of the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member to the outside of the outer peripheral portion of the end portion of the permanent magnet. It was confirmed that it would grow. Furthermore, like the generator of Example 2, by forming a recess at the bottom of the first magnetic flux shielding member and the second magnetic flux shielding member, and by housing the end face of the permanent magnet in the concave portion, the output is increased, It was confirmed that the output power could be further increased.
Furthermore, the electromotive force generated in the stator coil by alternately switching on / off the first relay switch is charged to the first capacitor, and the period during which the first relay switch does not contribute to charging when the first relay switch is on Since the rotor can be rotated with a small driving force, it has been confirmed that the power generation efficiency can be improved by suppressing the power consumption for rotating the rotor.
本発明は、永久磁石を配置したロータの回転によりステータコイルに誘導電圧を生じさせる発電システムに関し、永久磁石がコアの対向面を通過する際にコアから受ける反発力や吸引力が少なく、わずかな駆動力でロータを回転させて発電効率を向上させることができ、また永久磁石の励磁磁力とコアの磁界磁力によってロータの回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータの回転負荷トルクを減少させることができ、また、ステータコイル間の干渉を防ぎ、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができるため、発電出力を高めることができ、さらに、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れた発電システムを提供できる。 The present invention relates to a power generation system that generates an induced voltage in a stator coil by rotation of a rotor in which a permanent magnet is disposed, and the repulsive force and attractive force that the permanent magnet receives from the core when passing through the facing surface of the core are small and slight. The rotor can be rotated by the driving force to improve the power generation efficiency, and the rotational force of the rotor can be balanced by balancing the attractive force and repulsive force acting in the rotor rotation direction by the exciting magnetic force of the permanent magnet and the magnetic field magnetic force of the core. The torque can be reduced, interference between the stator coils can be prevented, and the power obtained by adding the power generated independently for each stator coil or each stator coil group can be obtained. In addition, each stator coil or group of stator coils can be connected to a different load or storage battery to use or store each power. Possible to provide a power generating system having excellent flexibility can.
1 発電システム
2 発電機
3 ロータ
4,4a,4b ステータコイル
5 変圧器
6 第一のリレースイッチ
7 整流器
8 平滑コンデンサ
9 第一のコンデンサ
10 ゲート回路
11a 第一の切り替えスイッチ
11b 第二の切り替えスイッチ
12 第二のコンデンサ
13 蓄電池
14 第二のリレースイッチ
15 タイマ
16 スイッチ
17 回転軸
18 ロータ側磁束遮蔽部材
19 永久磁石
20 端面
21,21a 第一磁束遮蔽部材
22 第一界磁部
23 ケーシング
24,24a,24b コア
25,25a,25b 第一対向面
26 永久磁石
27 端面
28 第二磁束遮蔽部材
29 第二界磁部
30 第二対向面
31 ステータコイル
32,33 締結部材
41 発電機
42 第一磁束遮蔽部材
43 凹部
44,45 傾斜面
46 頂部
47 孔部
51 発電機
52 回転軸
53,54 ロータ
55 永久磁石
56 第一磁束遮蔽部材
57 第一界磁部
58 永久磁石
59 第二磁束遮蔽部材
60 第二界磁部
61 コア
62 第一対向面
63 第二対向面
64 ステータコイル
100 永久磁石
101 端面
102,105 コア
103,106 対向面
104,107 ステータコイル
X 界磁側中心線
Y コア側中心線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
前記ステータコイルと前記変圧器又は前記整流器との間に接続されるリレースイッチと、
前記変圧器又は前記整流器の出力電圧を入力して蓄電する蓄電池と、
前記変圧器又は前記整流器と前記蓄電池との間に直列に接続され前記変圧器又は前記整流器の出力電圧に基づき電荷を蓄積する第一のコンデンサと、
前記第一のコンデンサと前記蓄電池との間に直列に接続される第一及び第二の切り替えスイッチと、
前記第一及び第二の切り替えスイッチの間で前記蓄電池に対して並列に接続される第二のコンデンサと、
前記第一の切り替えスイッチがオンの時は前記第二の切り替えスイッチをオフにして前記第一のコンデンサに蓄積された電力を前記第二のコンデンサに蓄積し、前記第一の切り替えスイッチがオフの時は前記第二の切り替えスイッチをオンにして前記第二のコンデンサに蓄積された電力を前記蓄電池に蓄えるように前記第一及び第二の切り替えスイッチのオンとオフを交互に切り替えるタイマと、
を備えていることを特徴とする発電システム。 A rotor attached to the rotating shaft, a first field portion in which a plurality of permanent magnets are arranged so that the magnetic poles of the end face are alternately different along the rotation direction of the rotor, and a first fixed to the end face of the permanent magnet One magnetic flux shielding member and the first magnetic flux shielding member are spaced apart from each other and have a first opposing surface facing the first magnetic flux shielding member through a gap at each end, and each is magnetically insulated. Power generation comprising: a plurality of cores; and a stator coil connected to a transformer or a rectifier for each coil wound around the core or for each coil group that generates an AC electromotive force having the same phase as the rotor rotates. Machine,
A relay switch connected between the stator coil and the transformer or the rectifier;
A storage battery for storing the input voltage of the output voltage of the transformer or the rectifier; and
A first capacitor connected in series between the transformer or the rectifier and the storage battery to store electric charge based on an output voltage of the transformer or the rectifier;
First and second changeover switches connected in series between the first capacitor and the storage battery;
A second capacitor connected in parallel to the storage battery between the first and second changeover switches;
When the first changeover switch is on, the second changeover switch is turned off to store the electric power stored in the first capacitor in the second capacitor, and the first changeover switch is turned off. time a timer to switch alternately the second changeover switch is turned on in the first and second changeover switches so that stores electric power accumulated in the second capacitor to said battery on and off ,
A power generation system comprising:
前記タイマが、前記第一及び第二のリレースイッチと前記ゲート回路に接続され、前記第一のリレースイッチがオフで前記第二のリレースイッチがオンのときに前記ゲート回路をオフにし、前記第一のリレースイッチがオンで前記第二のリレースイッチがオフのときに前記ゲート回路をオンにするように同期させることを特徴とする請求項3に記載の発電システム。 A gate circuit connected in series between the first capacitor and the first changeover switch;
The timer is connected to the first and second relay switches and the gate circuit, and turns off the gate circuit when the first relay switch is off and the second relay switch is on, The power generation system according to claim 3, wherein the gate circuit is synchronized to be turned on when one relay switch is on and the second relay switch is off.
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