JP6166674B2 - Axial gap generator - Google Patents
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Description
本発明は、コイルを備える固定子と、磁石を備え、前記固定子から回転軸方向に間隔を空けて対向配置される回転子とを備えるアキシャルギャップ型発電機に関する。 The present invention relates to an axial gap generator including a stator including a coil, and a rotor including a magnet and opposed to the stator at an interval in a rotation axis direction.
近年、海底資源開発、漁業、自然災害および領土防衛等の目的で、例えば水温、水質、津波および船舶の侵入等を監視するための各種用途に適した海洋ブイ(センサ)のニーズが増加しつつある。従来、このような海洋ブイは、電池を備え、前記電池は、所定期間(例えば1年半)ごとに交換されていた。しかしながら、上記目的の活発化に応じて海洋に設置される海洋ブイの個数が増大すれば、前記電池交換等の保守作業は、非現実的になる。そのため、非常に低速(≦0.5m/s)であるが安定的に流れる潮流でも発電可能な自家発電機を備え、無保守の海洋ブイが望まれる。十年以上の無保守を実現するため、このような海洋ブイでは、機械機構を最小限に留め、電装系の密閉封入が必須となるが、一般の発電機で具現化することは、容易ではない。例えば、従前の発電機として、自動車のオルタネータ等に使用される、いわゆるランデル型の回転電機が特許文献1に開示されている。
In recent years, there has been an increasing need for marine buoys (sensors) suitable for various uses to monitor, for example, water temperature, water quality, tsunami and ship invasion, for the purposes of submarine resource development, fishing, natural disasters and territorial defense. is there. Conventionally, such a marine buoy includes a battery, and the battery is replaced every predetermined period (for example, one and a half years). However, if the number of ocean buoys installed in the ocean increases in response to the activation of the above purpose, maintenance work such as battery replacement becomes unrealistic. Therefore, there is a demand for an unmaintained ocean buoy equipped with a private generator capable of generating power even at a very low speed (≦ 0.5 m / s) but stably flowing. In order to achieve maintenance-free for more than 10 years, in such an ocean buoy, it is essential to keep the mechanical mechanism to a minimum and hermetically enclose the electrical system, but it is not easy to realize it with a general generator. Absent. For example,
この特許文献1に開示された回転電機は、ボス部、該ボス部と同軸に配設され、該ボス部の軸方向両端部から径方向外方に延在する第1および第2ヨーク部、および該第1および第2ヨーク部のそれぞれの外径部から交互に軸方向に延設され、噛み合って周方向に配列された複数の爪状磁極部を有するポールコアと、上記ボス部、上記第1および第2ヨーク部、および上記複数の爪状磁極部に囲まれた空間内に収納された界磁コイルと、を有する回転子と、上記回転子を囲繞するようにケースに保持された固定子と、を備えた回転電機において、嵌合方向を軸方向とする嵌合部が、上記第1および第2ヨーク部の外径部に形成され、上記嵌合部に嵌合される被嵌合部が、上記爪状磁極部に形成され、上記爪状磁極部が、上記被嵌合部を上記嵌合部に嵌合させて上記第1および第2ヨーク部に保持されている。
The rotating electrical machine disclosed in
このような構造の回転電機(発電機)を海洋ブイに適用する場合、海中に置いた潮流旋回翼の回転運動を、例えば大気環境のような管理された環境の筐体内に設置された発電機へ伝達するために、シール機構を必要とするが、十年以上に亘る長期間の耐久性を実現することは、困難である。たとえ、磁気継手等によって非接触で前記潮流旋回翼の回転を筐体内へ伝達できたとしても、前記非常に低速(≦0.5m/s)な潮流では、前記潮流旋回翼の回転は、低速となるため、発電機で必要な電力を生成するために、例えば増速ギヤを介する必要が生じ、その機械摩擦および耐久性の課題が別に生じ得る。 When a rotating electric machine (generator) having such a structure is applied to an ocean buoy, a generator installed in a casing of a controlled environment such as the atmospheric environment is used to rotate the tidal swirl placed in the sea. However, it is difficult to achieve long-term durability over a decade. Even if the rotation of the tidal swirl can be transmitted into the housing in a non-contact manner by a magnetic coupling or the like, the tidal swirl rotates at a low speed at the very low tidal current (≦ 0.5 m / s). Therefore, in order to generate electric power necessary for the generator, for example, it is necessary to use a speed increasing gear, and mechanical friction and durability problems may arise separately.
一方、低速回転でも効率良く発電するために、磁力の強い永久磁石を複数持つ回転子を備えた、多極のラジアル型PMモータを発電機として用いることが考えられる。しかしながら、このような発電機では、ラジアル型であるため、筐体の一部としての隔壁を、固定子と回転子との間に配置することは、幾何学的に困難である。また、固定子の磁極と磁石極との間の吸引力に伴うコギングトルクは、前記非常に低速な潮流によって低速で回転する潮流旋回翼を静止摩擦で容易に静止させてしまう。 On the other hand, in order to generate electric power efficiently even at a low speed, it is conceivable to use a multi-pole radial PM motor having a rotor having a plurality of permanent magnets having a strong magnetic force as a generator. However, since such a generator is a radial type, it is geometrically difficult to dispose the partition wall as a part of the housing between the stator and the rotor. Also, the cogging torque accompanying the attractive force between the magnetic poles of the stator and the magnet poles makes the tidal swirl rotating at a low speed by the very low tidal current easily stand still by static friction.
そこで、固定子と回転子とを回転軸方向で対向させたアキシャルギャップ型発電機(例えば特許文献2参照)、あるいは、アキシャルギャップ型ブラシレスモータ(例えば特許文献3参照)を発電機として用いることが考えられる。 Therefore, an axial gap generator (for example, see Patent Document 2) in which a stator and a rotor are opposed in the rotation axis direction, or an axial gap type brushless motor (for example, see Patent Document 3) is used as a generator. Conceivable.
この特許文献2に開示されたアキシャルギャップ型発電機は、磁石を有するロータと、コイルを有するステータとを備えたアキシャルギャップ型発電機であって、前記磁石と前記コイルの間には、エアーギャップが設けられ、前記ロータは、前記ロータの回転に応じて、前記エアーギャップが変化するものである。また、前記特許文献3に開示されたアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、コイルを備える固定子と、永久磁石を備え、前記固定子から軸方向に間隔を空けて配置される回転子とを備え、前記コイルは、帯状の線材であって、前記帯状の線材の幅方向が前記回転子の永久磁石によって形成される磁束の方向と略一致するように、渦巻き状に巻回されて成るものである。このような発電機では、アキシャルギャップ型であるため、固定子と回転子との間に、所定厚みの隔壁を容易に挟み込むことができ、耐久性に劣る電装部材である固定子を筐体内部に隔離することが可能となる。
The axial gap generator disclosed in
しかしながら、上述の発電機では、複数のコイルにおける巻き始めおよび巻き終りの各リードの取り出しおよびそれらの直列接続は、回転子側から取り出すことはできず、固定子のヨークに巧妙に組み込む必要があるという課題が生じる。 However, in the above-described generator, the extraction of the respective leads at the start and end of winding in a plurality of coils and the series connection thereof cannot be extracted from the rotor side, and must be skillfully incorporated in the yoke of the stator. The problem arises.
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、複数のコイルにおける巻き始めおよび巻き終りの各リードの取り出しおよびそれらの直列接続を必要としないアキシャルギャップ型発電機を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide an axial gap generator that does not need to take out each lead at the start and end of winding in a plurality of coils and connect them in series. Is to provide.
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるアキシャルギャップ型発電機は、コイルを備える固定子と、磁石を備え、前記固定子から回転軸方向に間隔を空けて配置される回転子とを備え、前記コイルは、内周側から巻初めて外周側で巻き終わるようにコイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の導体部材と、前記コイル状に巻回された前記帯状の導体部材における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の複数のサブコイルを備え、前記複数のサブコイルは、回転軸の位置を中心に周方向に配置され、互いに隣接するサブコイル同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結され、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられていることを特徴とする。 As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, an axial gap generator according to one aspect of the present invention includes a stator including a coil, a rotor including a magnet, and a rotor disposed at a distance from the stator in a rotation axis direction. Are wound in a coil shape so as to finish winding on the outer peripheral side for the first time from the inner peripheral side, and have a long strip-shaped conductor member whose width in the coil axial direction is longer than the thickness in the coil radial direction, A plurality of sub-coils having a single pancake structure including an insulating member disposed between the turns of the wound strip-shaped conductor member, and the plurality of sub-coils are arranged in the circumferential direction around the position of the rotation axis The sub-coils adjacent to each other are connected in series with one winding end being the other winding start, and the coil portion at the one winding end position and the coil portion at the other winding start position. Doo is characterized by being overlapped with the coil axis direction.
このようなアキシャルギャップ型発電機では、シングルパンケーキ構造の複数のサブコイルにおける互いに隣接するサブコイル同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結され、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられている。このため、このようなアキシャルギャップ型発電機は、複数のサブコイルを直列接続するために、巻き始めおよび巻き終りの各リードの取り出しを必要とせず、それらの直列接続も必要としない。 In such an axial gap generator, adjacent subcoils of a plurality of subcoils having a single pancake structure are connected in series with one winding end being the other winding start, and the one winding end position is The coil portion and the coil portion at the other winding start position are overlapped in the coil axis direction. For this reason, in order to connect a plurality of subcoils in series, such an axial gap generator does not need to take out the leads at the start and end of winding, and does not need to connect them in series.
また、他の一態様では、上述のアキシャルギャップ型発電機において、前記導体部材は、超伝導材料によって形成された線材であることを特徴とする。 In another aspect, in the above-described axial gap generator, the conductor member is a wire formed of a superconductive material.
この構成によれば、超伝導材料によって形成された線材を巻回したサブコイルのコイルを備えるアキシャルギャップ型発電機が提供される。そして、この構成によれば、前記互いに隣接するサブコイル同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結されるので、このようなアキシャルギャップ型発電機は、コイルを1本の帯状の長尺な導体部材で形成可能である。そして、この構成によれば、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられているので、このようなアキシャルギャップ型発電機は、長手方向のひねりをほぼ無くすことができる。したがって、このようなアキシャルギャップ型発電機は、超伝導特性を保つことができる。特に、このようなアキシャルギャップ型発電機は、超伝導特性を保持したまま接続する工法が未確立である酸化物系超伝導材料によって前記線材を形成する場合に、好適である。 According to this structure, an axial gap type generator provided with the coil of the subcoil which wound the wire formed of the superconducting material is provided. According to this configuration, the sub-coils adjacent to each other are connected in series with one winding end being the other winding start, and thus such an axial gap generator has one coil. It can be formed of a strip-like long conductor member. And according to this configuration, since the coil portion at the one winding end position and the coil portion at the other winding start position are overlapped in the coil axis direction, such an axial gap generator is Longitudinal twist can be almost eliminated. Therefore, such an axial gap type generator can maintain superconducting characteristics. In particular, such an axial gap generator is suitable when the wire is formed of an oxide-based superconducting material for which connection is not established while maintaining superconducting characteristics.
また、他の一態様では、上述のアキシャルギャップ型発電機において、前記固定子は、前記回転子に臨む面とは反対面上に設けられ、磁性体から形成された固定子側ヨークをさらに備えることを特徴とする。 In another aspect, in the above-described axial gap generator, the stator further includes a stator-side yoke that is provided on a surface opposite to a surface facing the rotor and is formed of a magnetic material. It is characterized by that.
このようなアキシャルギャップ型発電機では、固定子側ヨークを備えるので、回転子の磁石面から出た磁束線は、サブコイルを貫通し、比較的低い磁気抵抗で前記固定子側ヨークを介して、前記貫通したサブコイルに隣接するサブコイルを貫通し、隣の反対極性をもつ磁石面へ導かれる。したがって、このようなアキシャルギャップ型発電機は、磁気回路を、このような閉ループにできる。この結果、このようなアキシャルギャップ型発電機は、コイル近傍の磁束線をコイル軸に平行化でき、磁気回路全体の磁気抵抗を下げ、磁界強度を強めることができ、結果的に、このようなアキシャルギャップ型発電機は、発電能力を向上できる。そして、コイル近傍の磁束線をコイル軸に平行化できるので、このようなアキシャルギャップ型発電機は、帯状の導体部材を側面から貫く磁束線を抑制でき、その磁束線によって生じる渦電流を抑え、渦電流に起因する制動トルクを抑制できる。したがって、このようなアキシャルギャップ型発電機は、前記固定子側ヨークを備えない場合に較べて、より大きな電力を発電できる。 In such an axial gap type generator, since the stator side yoke is provided, the magnetic flux lines coming out from the magnet surface of the rotor penetrate the subcoil, and through the stator side yoke with a relatively low magnetic resistance, It passes through the subcoil adjacent to the penetrating subcoil and is guided to the adjacent magnet surface having the opposite polarity. Therefore, such an axial gap generator can make the magnetic circuit in such a closed loop. As a result, such an axial gap generator can make the magnetic flux lines near the coil parallel to the coil axis, lower the magnetic resistance of the entire magnetic circuit, and increase the magnetic field strength. As a result, An axial gap generator can improve power generation capacity. And since the magnetic flux lines near the coil can be made parallel to the coil axis, such an axial gap generator can suppress the magnetic flux lines penetrating from the side of the strip-shaped conductor member, and suppress the eddy current generated by the magnetic flux lines. The braking torque resulting from the eddy current can be suppressed. Therefore, such an axial gap generator can generate a larger amount of electric power compared to a case where the stator side yoke is not provided.
また、他の一態様では、上述のアキシャルギャップ型発電機において、前記固定子側ヨークは、絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末を圧縮成形することによって形成された部材であることを特徴とする。そして、好ましくは、前記軟磁性粉末は、鉄基軟磁性粉末であり、より好ましくは、前記軟磁性粉末は、純鉄粉である。 In another aspect, in the above-mentioned axial gap generator, the stator side yoke is a member formed by compression molding soft magnetic powder having an insulating film. Preferably, the soft magnetic powder is iron-based soft magnetic powder, and more preferably, the soft magnetic powder is pure iron powder.
固定子側ヨークを貫く磁束線は、回転子側ヨークと異なり、回転子の回転による磁石の移動によって磁界の方向および強度が正弦波状に変化する。このため、導電性を持つ磁性体で固定子側ヨークを形成すると、その内部に渦電流が生じ、前記渦電流に起因する制動トルクを回転子に与えてしまう。しかしながら、上記アキシャルギャップ型発電機では、記固定子側ヨークは、絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末の圧縮成形部材であるので、上記アキシャルギャップ型発電機は、固定子側ヨーク内を貫く磁束線に伴う渦電流が流れるための電流経路を阻害でき、渦電流を抑制できる。 Unlike the rotor-side yoke, the magnetic flux lines that penetrate the stator-side yoke change the direction and strength of the magnetic field in a sinusoidal shape due to the movement of the magnet due to the rotation of the rotor. For this reason, when the stator side yoke is formed of a magnetic material having conductivity, an eddy current is generated in the stator, and braking torque resulting from the eddy current is applied to the rotor. However, in the axial gap generator, the stator side yoke is a compression-molded member made of soft magnetic powder having an insulating film, so the axial gap type generator has a magnetic flux line penetrating the stator side yoke. The current path through which the accompanying eddy current flows can be inhibited, and the eddy current can be suppressed.
また、他の一態様では、上述のアキシャルギャップ型発電機において、前記固定子側ヨークは、コイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の電磁軟鉄または純鉄と、前記コイル状に巻回された前記帯状の電磁軟鉄または純鉄における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の部材であることを特徴とする。 Moreover, in another aspect, in the above-described axial gap generator, the stator side yoke is wound in a coil shape and has a long strip shape in which the width in the coil axial direction is longer than the thickness in the coil radial direction. Characterized in that it is a member of a single pancake structure comprising: electromagnetic soft iron or pure iron, and an insulating member disposed between the turns of the strip-shaped electromagnetic soft iron or pure iron wound in the coil shape. .
このようなアキシャルギャップ型発電機では、固定子側ヨークは、絶縁部材を介して巻回された帯状の電磁軟鉄または純鉄のシングルパンケーキ構造の部材であるので、上記アキシャルギャップ型発電機は、ターンごとに配設される前記絶縁部材によって、固定子側ヨーク内を貫く磁束線に伴う渦電流が流れるための電流経路を阻害でき、渦電流を抑制できる。 In such an axial gap generator, the stator side yoke is a band-shaped electromagnetic soft iron or pure iron single pancake structure member wound through an insulating member. Therefore, the axial gap generator By means of the insulating member provided for each turn, the current path through which the eddy current accompanying the magnetic flux lines passing through the stator side yoke flows can be inhibited, and the eddy current can be suppressed.
また、他の一態様では、上述のアキシャルギャップ型発電機において、前記帯状の電磁軟鉄または純鉄は、発電周波数に対応したスキンデプス以下の厚さであることを特徴とする。 In another aspect, in the above-described axial gap generator, the band-shaped electromagnetic soft iron or pure iron has a thickness equal to or less than a skin depth corresponding to a power generation frequency.
このようなアキシャルギャップ型発電機では、前記帯状の電磁軟鉄または純鉄がスキンデプス以下の厚さであるので、上記アキシャルギャップ型発電機は、前記帯状の電磁軟鉄または純鉄で生じる渦電流をさらに効果的に抑制できる。 In such an axial gap generator, the strip-shaped electromagnetic soft iron or pure iron has a thickness less than or equal to the skin depth. Therefore, the axial gap generator generates an eddy current generated in the strip-shaped electromagnetic soft iron or pure iron. Furthermore, it can suppress effectively.
また、他の一態様では、これら上述のアキシャルギャップ型発電機において、前記回転子は、前記固定子に臨む面とは反対面上に、磁性体から形成された回転子側ヨークをさらに備えることを特徴とする。 In another aspect, in the above-described axial gap generator, the rotor further includes a rotor-side yoke formed of a magnetic material on a surface opposite to a surface facing the stator. It is characterized by.
このようなアキシャルギャップ型発電機では、回転子側ヨークを備えるので、回転子における磁石の背面(固定子に臨む面とは反対面)から出た磁束線は、比較的低い磁気抵抗で前記回転子側ヨークを介して、隣の反対極性をもつ磁石の背面へ導かれる。したがって、このようなアキシャルギャップ型発電機は、磁気回路を、このような閉ループにできる。この結果、このようなアキシャルギャップ型発電機は、コイル近傍の磁束線をコイル軸に平行化でき、磁気回路全体の磁気抵抗を下げ、磁界強度を強めることができ、したがって、結果的に発電能力を向上できる。そして、コイル近傍の磁束線をコイル軸に平行化できるので、このようなアキシャルギャップ型発電機は、帯状の導体部材を側面から貫く磁束線を抑制でき、その磁束線によって生じる渦電流を抑え、渦電流に起因する制動トルクを抑制できる。したがって、このようなアキシャルギャップ型発電機は、前記固定子側ヨークを備えない場合に較べて、より大きな電力を発電できる。 In such an axial gap generator, since the rotor side yoke is provided, the magnetic flux lines coming out from the back surface of the magnet in the rotor (the surface opposite to the surface facing the stator) are rotated with a relatively low magnetic resistance. It is led to the back of the magnet having the opposite polarity next to it through the child side yoke. Therefore, such an axial gap generator can make the magnetic circuit in such a closed loop. As a result, such an axial gap generator can make the magnetic flux lines near the coil parallel to the coil axis, lower the magnetic resistance of the entire magnetic circuit, and increase the magnetic field strength. Can be improved. And since the magnetic flux lines near the coil can be made parallel to the coil axis, such an axial gap generator can suppress the magnetic flux lines penetrating from the side of the strip-shaped conductor member, and suppress the eddy current generated by the magnetic flux lines. The braking torque resulting from the eddy current can be suppressed. Therefore, such an axial gap generator can generate a larger amount of electric power compared to a case where the stator side yoke is not provided.
また、他の一態様では、これら上述のアキシャルギャップ型発電機において、密閉可能な筐体をさらに備え、前記固定子は、前記筐体内に配置され、前記回転子は、前記筐体外に配置され、前記固定子と前記回転子との間に介在する前記筐体の部分は、非磁性かつ絶縁性を持つ材料、または、発電周波数に対応したスキンデプスが前記筐体の部分の厚さより10倍以上大きい抵抗値を持つ材料で形成されていることを特徴とする。 In another aspect, the above-described axial gap generator further includes a casing that can be hermetically sealed, the stator is disposed in the casing, and the rotor is disposed outside the casing. The portion of the casing interposed between the stator and the rotor is made of a non-magnetic and insulating material, or the skin depth corresponding to the power generation frequency is 10 times the thickness of the portion of the casing. It is characterized by being formed of a material having a large resistance value.
このようなアキシャルギャップ型発電機では、密閉可能な筐体内に固定子が配置されるので、上記アキシャルギャップ型発電機は、固定子のコイル等の電装部品を筐体内に密閉でき、比較的長期間に亘って絶縁性を安定的に維持できる。そして、上記アキシャルギャップ型発電機では、前記固定子と前記回転子との間に介在する前記筐体の部分(隔壁)が非磁性かつ絶縁性を持つ材料で形成されているので、上記アキシャルギャップ型発電機は、回転子の磁石から出た磁束線を低減することなくそのまま固定子のコイルに導くことができ、発電能力の低下を防止できる。または、上記アキシャルギャップ型発電機では、前記固定子と前記回転子との間に介在する前記筐体の部分(隔壁)が前記抵抗値を持つ高抵抗な材料で形成されているので、上記アキシャルギャップ型発電機は、回転子の回転に伴って磁束線が周方向に走引されても(固定位置では強度が変化しても)、前記筐体の部分内に渦電流を生じさせない。この結果、上記アキシャルギャップ型発電機では、渦電流に起因する磁場の減衰が生じないので、その発電能力の低下が抑えられる。 In such an axial gap generator, since the stator is arranged in a sealable casing, the axial gap generator can seal the electrical components such as the stator coil in the casing, and is relatively long. Insulation can be stably maintained over a period of time. In the axial gap generator, the casing portion (partition wall) interposed between the stator and the rotor is formed of a nonmagnetic and insulating material. The type generator can be directly guided to the stator coil without reducing the magnetic flux lines emitted from the rotor magnet, and can prevent a decrease in power generation capacity. Alternatively, in the axial gap generator, the casing portion (partition wall) interposed between the stator and the rotor is formed of a high-resistance material having the resistance value. The gap generator does not generate an eddy current in the housing portion even if the magnetic flux lines are pulled in the circumferential direction as the rotor rotates (even if the strength changes at the fixed position). As a result, in the axial gap generator, the magnetic field is not attenuated due to the eddy current, so that a decrease in the power generation capacity can be suppressed.
また、他の一態様では、これら上述のアキシャルギャップ型発電機において、前記非磁性かつ絶縁性を持つ材料は、さらに断熱性を持つことを特徴とする。前記非磁性かつ絶縁性を持つ材料は、好ましくは、ガラス、セラミックおよびガラス繊維強化樹脂のうちのいずれかである。 In another aspect, in the above-described axial gap generator, the non-magnetic and insulating material further has a heat insulating property. The non-magnetic and insulating material is preferably any one of glass, ceramic and glass fiber reinforced resin.
このようなアキシャルギャップ型発電機は、前記筐体の部分が断熱性を持つ材料であるので、外界からの熱の侵入を抑制できる。特に、前記帯状の導体部材が超伝導材料である場合に、上記アキシャルギャップ型発電機は、好適である。 In such an axial gap generator, since the casing portion is made of a heat insulating material, it is possible to suppress the intrusion of heat from the outside. In particular, the axial gap generator is suitable when the strip-shaped conductor member is a superconductive material.
また、他の一態様では、これら上述のアキシャルギャップ型発電機において、前記磁石は、永久磁石であり、前記磁石における回転方向の幅および厚さをそれぞれWPMおよびTPMとし、前記コイルの厚さをTCとし、前記磁石と前記コイルとの対向面間の距離をgとする場合に、WPM/(TPM+TC+g)≧1.5の扁平条件を満たすことを特徴とする。 In another aspect, in the above-described axial gap generator, the magnet is a permanent magnet, and the width and thickness in the rotation direction of the magnet are W PM and T PM , respectively. was a T C, the distance between the facing surfaces of the said magnet coil when the g, and W PM / (T PM + T C + g) wherein flat satisfy conditions of ≧ 1.5 is.
このようなアキシャルギャップ型発電機は、前記扁平条件を満たすので、後述で解析するように、固定子と回転子との間に前記筐体の部分(隔壁)が介在しても、好適に、発電能力の低下が抑えられる。 Since such an axial gap type generator satisfies the above flat condition, even if a portion (partition wall) of the casing is interposed between the stator and the rotor, as will be analyzed later, preferably, Reduction in power generation capacity can be suppressed.
また、他の一態様では、これら上述のアキシャルギャップ型発電機において、前記複数のサブコイルそれぞれの各芯部内に配置されたコアをさらに備えることを特徴とする。 According to another aspect, the above-described axial gap generator further includes a core disposed in each core of each of the plurality of subcoils.
このようなアキシャルギャップ型発電機は、各サブコイルの各芯部内にコアを備えるので、回転子の磁石から出た磁束線をより多くコイルの芯部内へ導くことができ、その発電能力を向上できる。 Such an axial gap generator has a core in each core part of each subcoil, so that more magnetic flux lines emitted from the rotor magnet can be guided into the core part of the coil, and its power generation capacity can be improved. .
本発明にかかるアキシャルギャップ型発電機は、複数のコイルにおける巻き始めおよび巻き終りの各リードの取り出しおよびそれらの直列接続を必要としない。 The axial gap generator according to the present invention does not need to take out each lead at the start and end of winding in a plurality of coils and connect them in series.
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。 Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted suitably. Further, in this specification, when referring generically, it is indicated by a reference symbol without a suffix, and when referring to an individual configuration, it is indicated by a reference symbol with a suffix.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態における海洋ブイの構成を示す斜視図である。図2は、第1実施形態の海洋ブイにおける第1態様のアキシャルギャップ型発電機にかかる部分を示す一部断面図である。図3は、第1実施形態の海洋ブイにおける第1態様のアキシャルギャップ型発電機の構成を示す図である。図3(A)は、断面図を示し、図3(B)は、コイルの上面図である。図3(B)の一点鎖線は、図3(A)の断面線を示す。図4は、図3に示すアキシャルギャップ型発電機におけるコイルを説明するための図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the ocean buoy in the first embodiment. FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a portion related to the axial gap generator of the first mode in the ocean buoy of the first embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an axial gap generator according to a first aspect of the ocean buoy according to the first embodiment. FIG. 3A shows a cross-sectional view, and FIG. 3B is a top view of the coil. A dashed line in FIG. 3B indicates a cross-sectional line in FIG. FIG. 4 is a view for explaining a coil in the axial gap generator shown in FIG. 3.
本実施形態におけるアキシャルギャップ型発電機は、コイルを備える固定子と、磁石を備え前記固定子から回転軸方向に間隔を空けて配置される回転子とを備え、前記コイルは、内周側から巻初めて外周側で巻き終わるようにコイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の導体部材と、前記コイル状に巻回された前記帯状の導体部材における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の複数のサブコイルを備え、前記複数のサブコイルは、回転軸を中心に周方向に配置され、互いに隣接するサブコイル同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結され、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられている。このようなアキシャルギャップ型発電機は、固定子に対し回転子を回転軸回りに回転させることによって発電でき、様々な用途に適用可能であるが、本実施形態では、海底資源開発、漁業、自然災害および領土防衛等の目的で、例えば水温、水質、津波および船舶の侵入等を監視するための各種用途に適した海洋ブイ(センサ)に適用されたアキシャルギャップ型発電機について、以下に説明する。 The axial gap generator in the present embodiment includes a stator including a coil, and a rotor including a magnet and spaced from the stator in the rotation axis direction, and the coil extends from the inner peripheral side. The strip-shaped conductor member wound in a coil shape so as to finish winding on the outer peripheral side for the first time, and having a long strip-shaped conductor member whose width in the coil axial direction is longer than the thickness in the coil radial direction, and the strip shape wound in the coil shape A plurality of sub-coils having a single pancake structure including an insulating member disposed between the turns of the conductor member, the plurality of sub-coils being arranged in the circumferential direction around the rotation axis, and the sub-coils adjacent to each other being One winding end is connected in series with the other winding start, and the coil portion at the one winding end position and the coil portion at the other winding start position overlap in the coil axis direction. It is. Such an axial gap generator can generate electric power by rotating the rotor around the rotation axis with respect to the stator, and can be applied to various applications. In this embodiment, in the submarine resource development, fishery, natural An axial gap generator applied to marine buoys (sensors) suitable for various uses to monitor water temperature, water quality, tsunami, ship invasion, etc., for disaster and territorial defense, etc. will be described below. .
図1において、第1実施形態における海洋ブイSaは、浮きFLと、アキシャルギャップ型発電機(以下、「AG型発電機」と略記する。)PGaと、旋回翼WWと、尾翼CAと、錘WEとを備える。 In FIG. 1, the ocean buoy Sa in the first embodiment includes a floating FL, an axial gap generator (hereinafter abbreviated as “AG generator”) PGa, a swirl vane WW, a tail CA, and a weight. WE.
浮きFLは、浮力を生成する装置であり、例えば、金属材料で形成され、密閉された中空の円柱体である。浮きFLは、例えば金属材料で形成された第1ワイヤーWI1によってAG型発電機PGaと連結されている。 The floating FL is a device that generates buoyancy, and is, for example, a hollow cylindrical body formed of a metal material and hermetically sealed. The floating FL is connected to the AG type generator PGa by a first wire WI1 formed of, for example, a metal material.
AG型発電機PGaは、コイル12aを備える固定子STaと、磁石14aを備え、固定子STaから回転軸方向に間隔を空けて配置される回転子RTaとを備えるアキシャルギャップ型の発電機である。本実施形態の海洋ブイSaには、第1態様のAG型発電機PGaが用いられ、この第1態様のAG型発電機PGaについては、後に、詳述する。
The AG type generator PGa is an axial gap type generator including a stator STa including a
旋回翼WWは、流体の流れを受けて、回転軸41に回転運動を生じさせる装置である。回転軸41は、AG型発電機PGaの回転子RTaに連結され、旋回翼WWで生じた回転運動は、回転軸41を介してAG型発電機PGaに伝達され、回転子RTaを回転させる。この旋回翼WWは、本実施形態では、海洋ブイSaに搭載されることから、海洋ブイSaの使用中には海中に沈められて用いられる。このような旋回翼WWは、本実施形態では、例えば、図2に示すように、2個の第1および第2旋回翼WW−1、WW2を備えられている。これら第1および第2旋回翼WW−1、WW−2は、断面矩形形状の筒形状の第1支持体MB1の内部に、各回転軸41の軸方向を揃えて並設されている。
The swirl vane WW is a device that receives a fluid flow and causes the
これら第1および第2旋回翼WW−1、WW−2は、それぞれ、前記回転軸41と、翼部材42と、スポーク43と、固定部材44とを備えて構成されるが、互いに同形であるので、両者を区別することなく、以下に説明する。
Each of the first and second swirl vanes WW-1 and WW-2 includes the
回転軸41は、一方向に長尺な円柱形状の部材であり、上述したように、その一方端は、AG型発電機PGaの回転子RTaに連結されて固定されている。
The rotating
翼部材42は、海水の流れ(潮流)を受けるための部材であり、例えば、平板形状の部材である。翼部材42は、任意の枚数でよいが、図2に示す例では、4枚の第1ないし第4翼部材42−1〜42−4を備える。 The wing member 42 is a member for receiving a flow of seawater (tidal current), and is, for example, a flat plate-shaped member. The wing member 42 may be an arbitrary number, but in the example shown in FIG. 2, the first to fourth wing members 42-1 to 42-4 are provided.
固定部材44は、スポーク43を介して翼部材42を回転軸41に連結して固定するための部材であり、例えば、図2に示す例では、網状の円板である。固定部材44は、本実施形態では、例えば、図2に示すように、スポーク43を介して翼部材42を両端部で支持するために、2個、1対の第1および第2固定部材44−1、44−2を備えている。これら1対の第1および第2固定部材44−1、44−2それぞれには、中央位置に回転軸41を挿通するための貫通開口がそれぞれ形成されている。そして、第1固定部材44−1は、前記貫通開口に回転軸41が挿通されて固定され、第2固定部材44−2は、前記貫通開口に回転軸41が挿通され、第1固定部材44−1から回転軸方向に翼部材42における両端部間の長さに応じた間隔を空けて、固定されている。
The fixing member 44 is a member for connecting and fixing the wing member 42 to the
スポーク43は、翼部材42と固定部材44とを互いに連結するための部材であり、例えば、線材である。スポーク43は、本実施形態では、例えば、図2に示すように、1枚の翼部材42を両端で、4個、2対のスポーク43で連結するために、4枚の第1ないし第4翼部材42−1〜42−4に応じて、16個、8対の第11ないし第42スポーク43−11〜43−42を備える。 The spoke 43 is a member for connecting the wing member 42 and the fixing member 44 to each other, and is, for example, a wire. In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 2, the spoke 43 is composed of four first to fourth pieces to connect one wing member 42 with four pieces and two pairs of spokes 43 at both ends. In accordance with the wing members 42-1 to 42-4, sixteen, eight pairs of eleventh to forty-second spokes 43-11 to 43-42 are provided.
1対のスポーク43は、一方端が連結されて略V字状に固定された2本の線材を備えて構成される。第11および第12スポーク43−11、43−12それぞれは、前記略V字状の各連結部分で、第1翼部材42の軸方向両端部における前記軸方向に直交する各一方端部に、それぞれ角度調節可能に連結されて固定され、前記略V字状の各先端部分で、第1および第2固定部材44−1、44−2それぞれに連結されて固定されている。第21および第22スポーク43−21、43−22それぞれ、第31および第32スポーク43−31、43−32それぞれ、および、第41および第42スポーク43−41、43−42それぞれも、第11および第12スポーク43−11、43−12それぞれと同様に、第2ないし第4翼部材42−2〜42−4と第1および第2固定部材44−1、44−2とに連結されて固定されている。これら第1ないし第4翼部材42−1〜44−4は、このような16個、8対の第11ないし第42スポーク43−11〜43−42によって、周方向に等間隔(図2に示す例では360/4=90度間隔)で配設されている。また、これら第1ないし第4翼部材42−1〜44−4は、第11ないし第42スポーク43−11〜43−42における略V字状の各連結部分で角度調節可能に連結されているので、回転軸41に対する角度を調節できる。この回転軸41に対する前記角度は、回転軸41、および、角度調節の際に翼部材42の回転の軸となる回転軸で形成される平面と、平板形状の翼部材42の平面と、のなす角度である。これによって本実施形態の旋回翼WWは、潮流の流速(例えば年平均速度等)に応じて適宜な角度に設定できる。
The pair of spokes 43 includes two wires connected at one end and fixed in a substantially V shape. Each of the eleventh and twelfth spokes 43-11, 43-12 is the substantially V-shaped connecting portion, and at each one end portion orthogonal to the axial direction at both axial end portions of the first wing member 42, Each of the first and second fixing members 44-1 and 44-2 is connected and fixed at each of the substantially V-shaped tip portions. Each of the 21st and 22nd spokes 43-21 and 43-22, each of the 31st and 32nd spokes 43-31 and 43-32, and each of the 41st and 42nd spokes 43-41 and 43-42, respectively. Similarly to the 12th spokes 43-11 and 43-12, the second to fourth wing members 42-2 to 42-4 and the first and second fixing members 44-1 and 44-2 are connected to each other. It is fixed. These first to fourth wing members 42-1 to 44-4 are equally spaced in the circumferential direction (see FIG. 2) by the sixteen, eight pairs of eleventh to forty-second spokes 43-11 to 43-42. In the example shown, they are arranged at intervals of 360/4 = 90 degrees. The first to fourth wing members 42-1 to 44-4 are connected so as to be adjustable in angle at the substantially V-shaped connecting portions of the eleventh to forty-second spokes 43-11 to 43-42. Therefore, the angle with respect to the
尾翼CAは、潮流の流れる方向に応じた方向に第1および第2旋回翼WW−1、WW−2を向けるための部材である。尾翼CAは、例えば、図2に示すように、平板形状の部材であり、この尾翼CAの一方端部は、一方向に長尺な角柱形状の第2支持部材MB2における他方端に寄った位置で、前記第2支持部材MB2に連結されて固定されている。そして、前記第2支持部材MB2の一方端は、互いに並設された第1および第2旋回翼WW−1、WW−2における並設方向の略中央位置で第1支持部材MB1の底面に連結されて固定されている。 The tail CA is a member for directing the first and second swirl wings WW-1 and WW-2 in a direction corresponding to the flow direction of the tidal current. For example, as shown in FIG. 2, the tail blade CA is a flat plate-like member, and one end portion of the tail blade CA is close to the other end of the second support member MB2 having a prismatic shape that is long in one direction. Thus, the second support member MB2 is connected and fixed. One end of the second support member MB2 is connected to the bottom surface of the first support member MB1 at a substantially central position in the juxtaposition direction of the first and second swirl blades WW-1 and WW-2 arranged side by side. Has been fixed.
錘WEは、第1および第2旋回翼WW−1、WW−2を沈めるための部材であり、例えば、所定の重さを持つ円柱体である。錘WEの一方端は、例えば金属材料で形成された第2ワイヤーWI2によって第1支持部材MB1と連結され、その他方端は、例えば金属材料で形成された第3ワイヤーWI3によって例えばアンカー等の図略の固定具と連結されている。 The weight WE is a member for sinking the first and second swirl wings WW-1 and WW-2, and is, for example, a cylindrical body having a predetermined weight. One end of the weight WE is connected to the first support member MB1 by a second wire WI2 formed of, for example, a metal material, and the other end thereof is, for example, an anchor or the like by a third wire WI3 formed of, for example, a metal material. It is connected to an approximate fixture.
このような海洋ブイSaの各部材FL、WI1、MB1、WW、MB2、CA、WI2、WE、WI3は、耐腐食性の高い材料、例えば、ステンレス鋼、強化プラスチックおよび炭素繊維等で形成されることが好ましい。 Each member FL, WI1, MB1, WW, MB2, CA, WI2, WE, WI3 of such a marine buoy Sa is formed of a material having high corrosion resistance, such as stainless steel, reinforced plastic, and carbon fiber. It is preferable.
上述のAG型発電機PGaについて、以下に、より具体的に説明する。第1実施形態における海洋ブイSaに用いられる発電機は、第1態様のAG型発電機PGaであり、2個の第1および第2旋回翼WW−1、WW−2に対応して2個の第1および第2AG型発電機PGa−1、PGa−2を備えている。第1旋回翼WW−1の回転軸41は、第1AG型発電機PGa−1の回転子RTaに連結されて固定され、第2旋回翼WW−2の回転軸41は、第2AG型発電機PGa−2の回転子RTaに連結されて固定される。これら第1および第2AG型発電機PGa−1、PGa−2は、それぞれ、筐体31aと、固定子STaと、回転子RTaとを備えて構成されるが、互いに略同様であるので、一部の相違点を除き、両者を区別することなく、以下に説明する。
The AG generator PGa described above will be described in more detail below. The generator used for the ocean buoy Sa in the first embodiment is the AG generator PGa of the first aspect, and two generators corresponding to the two first and second swirl vanes WW-1 and WW-2. First and second AG type generators PGa-1 and PGa-2. The rotating
筐体31aは、密閉可能な例えば略直方体形状の中空の箱体であり、固定子STaを内蔵している。筐体31aは、第1および第2AG型発電機PGa−1、PGa−2ごとに設けられても良いが、本実施形態では、第1および第2AG型発電機PGa−1、PGa−2に共通に設けられている。
The
筐体31aは、図2に示す例では、情報取得部21aをその一部が外に臨むようにさらに内蔵し、そして、電装品22aもさらに内蔵している。情報取得部21aは、所定の情報を取得する装置であり、例えば、海中の様子を撮影するカメラ、例えば塩分濃度等の水質を検出する水質センサおよび水温を検出する水温センサ等である。情報取得部21aは、その駆動に電力を必要とする場合には、電装品22aを介してまたは直接的にAG型発電機PGaから給電される。電装品22aは、AG型発電機PGaから給電され、情報取得部21aを制御し、情報取得部21aで取得された情報を記憶するとともに所定の間隔で前記情報を外部へ送信するための装置である。電装品22aは、AG型発電機PGaから給電された交流電力を、必要に応じて、情報取得部21aに適した電力へ変換する。例えば、電装品22aは、交流電力を直流電力へ変換したり、電圧値を所定値に変換したりする。
In the example shown in FIG. 2, the
筐体31aの内部には、例えば、オイル等の非圧縮性液体33aが一杯に充填されており、筐体31aの適所に、筐体31aの内外の圧力差を無くすための例えば容積調整蛇腹等の調圧機構32が配設されている。
The inside of the
そして、筐体31aは、その内部に配置された固定子STaが、旋回翼WWの回転軸41に連結されて筐体31a外に配置された回転子RTaと対向するように、第1支持部材MB1に連結されて固定されている。この前記固定子STaと前記回転子RTaとの間に介在する筐体31aの部分(隔壁)13aは、非磁性かつ絶縁性を持つ第1材料、または、発電周波数に対応したスキンデプスが筐体31aの部分の厚さより10倍以上大きい抵抗値を持つ第2材料で形成されている。このような隔壁13aの第1材料として、例えば、セラミック、ガラス、ガラス繊維および強化プラスチック等が望ましい。固定子STaのコイル12aは、後述するように複数のサブコイル12aを備えているが、前記発電周波数は、回転子RTaの回転速度に、サブコイル12aの個数を乗じることによって求められた値である((発電周波数)=(回転子RTaの回転速度)×(サブコイル12aの個数)。スキンデプス(表皮厚み)δは、隔壁13aの材料物性に依存して一般に、δ=(ρ/πfμ)1/2で定義され(ただし、f;発電周波数、μ;隔壁13aの透磁率、ρ;隔壁13aの電気伝導率)、周波数が十分に小さく、隔壁13aを十分に薄くしても強度が確保できるならば、隔壁13aの第2材料として、例えば、ステンレスやチタン等の金属を採用できる。
The
固定子STaは、非回転部分であり、周方向に配置された複数のサブコイル121aを備えるコイル12aを備える。
The stator STa is a non-rotating part and includes a
より具体的には、固定子STaは、例えば、図2および図3に示すように、固定子側ヨーク11aと、コイル12aと、コア16とを備える。
More specifically, the stator STa includes, for example, a
固定子側ヨーク11aは、コイル12aを支持する、磁性体から形成された円板形状の部材である。したがって、固定子側ヨーク11aは、固定子STaにおいて、回転子RTaに臨む面とは反対面上に設けられている。
The
このような固定子側ヨーク11aは、例えば、絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末を圧縮成形することによって形成される部材であってよい。このような固定子側ヨーク11aは、磁気的に等方性を有する。例えば、透磁率が等方性である。前記軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末(Fe−Al合金、Fe−Si合金、センダスト、パーマロイ等)およびアモルファス粉末等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。また、一般に、透磁率が同一である場合に飽和磁束密度が大きいので、軟磁性粉末は、例えば上記純鉄粉、鉄基合金粉末およびアモルファス粉末等の金属系材料であることが特に好ましい。このような絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末を圧縮成形した固定子側ヨーク11aは、例えば、いわゆる圧粉コアを製造する場合の圧粉形成等の公知の常套手段によって形成することができる。
Such a
なお、このような圧粉コアから成る固定子側ヨーク11aは、その粉末の粒度や粒度分布、および、成形体密度等により磁気特性を制御でき、例えば、成形体の密度を高くすることで透磁率を高く、粉末の粒度を小さくすることで渦電流損を抑制することが可能である。このため、固定子側ヨーク11aに求められる電磁気特性を実現するために、圧粉体に用いる粉末の粒度や成形体の密度等が調節される。
The
また例えば、このような固定子側ヨーク11aは、コイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の電磁軟鉄または純鉄と、前記コイル状に巻回された前記帯状の電磁軟鉄または純鉄における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の部材であってよい。このような固定子側ヨーク11aは、例えば、片面または両面に絶縁性樹脂等の絶縁被覆を持ち、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の電磁軟鉄または純鉄を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。また例えば、このような固定子側ヨーク11aは、1層の電磁軟鉄層または純鉄層に1層の絶縁層を積層した長尺な帯状の部材を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。また例えば、このような固定子側ヨーク11aは、前記長尺な帯状の電磁軟鉄または純鉄を、長尺な帯状の絶縁部材(例えば樹脂材料製のテープ等)を挟み込みながら、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。前記樹脂材料製のテープは、例えばPEN(ポリエチレンナフタレート)等のテープである。
Further, for example, the
コイル12aは、内周側から巻初めて外周側で巻き終わるようにコイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の導体部材と、前記コイル状に巻回された前記帯状の導体部材における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の複数のサブコイル121aを備える。前記帯状の導体部材は、後述するように超伝導材料であってよいが、ここでは、例えば純銅等の比較的低抵抗な金属材料である。このようなシングルパンケーキ構造のサブコイル121aは、図4に示すように、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の導体部材を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように、かつ、内周側から巻初めて外周側で巻き終わるように、絶縁部材によって絶縁しつつコイルボビン16に巻回すことによって形成される。コイルボビン16は、比較的低い高さの円柱部材である。より具体的には、このようなサブコイル121aは、例えば、片面または両面に絶縁性樹脂等の絶縁被覆を持ち、前記長尺な帯状の導体部材を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。また例えば、このようなサブコイル121aは、1層の導体層に1層の絶縁層を積層した長尺な帯状の部材を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。また例えば、このようなサブコイル121aは、前記長尺な帯状の導体部材を、長尺な帯状の絶縁部材(例えば樹脂材料製のテープ等)を挟み込みながら、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。前記樹脂材料製のテープは、例えばPEN(ポリエチレンナフタレート)等のテープである。
The
そして、この複数のサブコイル121aは、図3および図4に示すように、回転軸41の位置(回転軸を固定子側ヨーク11aに投影した場合における回転軸の投影位置)を中心に周方向に配置され、周方向で互いに隣接するサブコイル121a同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結され、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられている。図3および図4に示す例では、コイル12aは、6個のサブコイル121a−1〜121a−6を備え、これらは、回転軸41の位置を中心に周方向に同心円状に均等に配置されている。このように前記互いに隣接するサブコイル121a同士が一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結されるので、このようなコイル12aは、1本の帯状の長尺な導体部材で形成可能である。そして、このようなコイル12aでは、前記互いに隣接するサブコイル121a同士において、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられているので、このようなコイル12aは、長手方向のひねりをほぼ無くすことができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the plurality of subcoils 121a are arranged in the circumferential direction around the position of the rotation shaft 41 (projection position of the rotation shaft when the rotation shaft is projected onto the
また、コイル12aに誘電起電力が生じて電流が流れた場合に、複数のサブコイル121aが上述のように構成され、後述するように同位相で回転子RTaの永久磁石14aも配置されているので、周方向に互いに隣接するサブコイル121a同士は、前記コイル軸方向に重ねられ、一方のサブコイル121a中央の磁場が増加すれば、他方のそれが減少するために、両サブコイル121aは、逆回転の起電力が生じて逆方向に電流が流れる。しかし、一方のサブコイル121aにおける前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と他方のサブコイル121aにおける前記他方の巻始めの位置のコイル部分とが直列に接続されているために、結局、同じ方向に電流が流れる配置となる。このため、周方向で互いに隣接するサブコイル121a同士におけるコイル軸方向に重ねられたこの各コイル部分において、前記誘導起電力が直列に加算されることによって、効率よく発電できることになる。
Further, when a current flows due to the generation of dielectric electromotive force in the
そして、本実施形態では、上述のように形成されたコイル12aにおける複数のサブコイル121aそれぞれは、各コイルボビン16をその各芯部内に配置された状態で、固定子側ヨーク11aの一方主面上に配設される。このようなコイルボビン16は、磁性体で形成されれば、コアとして機能する。本実施形態では、コイルボビン16は、6個のサブコイル121a−1〜121a−6に応じて、6個のコイルボビン16−1〜16−6を備える。このようなコアとして機能するコイルボビン16は、固定子側ヨーク11aと同様に、例えば、絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末を圧縮成形することによって形成される部材であってよい。なお、このような圧粉コアから成るコイルボビン16は、その粉末の粒度や粒度分布、および、成形体密度等により磁気特性を制御でき、コイルボビン16に求められる電磁気特性を実現するために、圧粉体に用いる粉末の粒度や成形体の密度等が調節される。発電能力を少しでも稼ぐために、コア16を透磁率の高い磁性体とすることは望ましいが、本実施形態は、必ずしもこれを要求するものではない。コア16が磁性体の場合、コア16と回転子RTaの永久磁石14aとが、その位置関係に依存して引き合うことから、多少なりともコギング・トルクが生じることになる。コギング・トルクを完全に無くすためには、ボビンを兼ねたコア部16を、非磁性または比較的透磁率の低い磁性体で構成することも設計の選択肢の1つである。
In the present embodiment, each of the plurality of subcoils 121a in the
回転子RTaは、回転部分であり、周方向に配置された、前記コイル12aにおける複数のサブコイル121a(図2および図3に示す例では、6個のサブコイル121a−1〜121a−6)とは異なる個数(極数)の磁石14aを備える。
The rotor RTa is a rotating part and is a plurality of subcoils 121a (six subcoils 121a-1 to 121a-6 in the example shown in FIGS. 2 and 3) arranged in the circumferential direction in the
より具体的には、回転子RTaは、例えば、図2および図3に示すように、複数の磁石14aと、回転子側ヨーク15aとを備える。
More specifically, the rotor RTa includes, for example, a plurality of
回転子側ヨーク15aは、複数の磁石14aを支持する、磁性体から形成された円板形状の部材である。したがって、回転子側ヨーク15aは、回転子RTaにおいて、固定子STaに臨む面とは反対面上に設けられている。そして、回転子側ヨーク15aの中央位置には、旋回翼WWの回転軸41を挿通するための貫通開口が形成されている。旋回翼WWの回転軸41は、前記貫通開口に挿通されて固定される。これによって回転子RTaは、旋回翼WWの回転軸41と連結されて固定される。
The rotor-
複数の磁石14aは、磁界を生じさせ、コイル12aと相互作用することによってコイル12aに誘導起電力を生じさせるための磁石であり、例えば永久磁石である。複数の磁石14aは、回転子側ヨーク15aの一方主面上に、周方向に等間隔で固定されている。複数の磁石14aのそれぞれは、軸方向(厚さ方向)に着磁されており、互いに隣接する磁石14a同士では、各磁極が相互に逆方向となるように配置されている。このような複数の磁石14aは、旋回翼WWの回転軸41の回転に伴って回転子側ヨーク15aが回転すると、回転軸41回りに回転する。
The plurality of
このような第1態様のAG型発電機PGaを搭載した海洋ブイSaは、第2ワイヤーWI2、錘WEおよび第3ワイヤーWI3によって、所定の経度および緯度の位置に略固定され、浮きFLの浮力と錘WEの重さとのバランスによって、第1および第2旋回翼WW−1、WW−2が所定の深さに位置するように、海洋に配置される。海洋に配置された海洋ブイSaでは、尾翼CAが潮流の流れる方向に沿うように向くことによって、第1支持部材MB1における一方端の開口から潮流が流れ込み、この流れ込んだ潮流が第1および第2旋回翼WW−1、WW−2の各翼部材42を押し、第1支持部材MB1における他方端の開口から潮流が流れ出す。この第1および第2旋回翼WW−1、WW−2の各翼部材42が上記流れ込んだ潮流で押されることによって、第1および第2旋回翼WW−1、WW−2の各回転軸41が回転し、そして、各回転軸41の各回転運動が第1および第2AG型発電機PGa−1、PGa−2における各回転子RTaにそれぞれ伝達される。第1および第2AG型発電機PGa−1、PGa−2それぞれでは、各回転子RTaの回転によって、各磁石14aが各固定子RTaの各コイル12aに対し相対的にそれぞれ運動することで、各固定子RTaの各コイル12aに誘導起電力が生じ、第1および第2AG型発電機PGa−1、PGa−2それぞれは、発電する。
The ocean buoy Sa equipped with the AG generator PGa of the first aspect is substantially fixed at a predetermined longitude and latitude position by the second wire WI2, the weight WE, and the third wire WI3, and the buoyancy of the floating FL And the weight of the weight WE are arranged in the ocean so that the first and second swirl wings WW-1 and WW-2 are located at a predetermined depth. In the ocean buoy Sa arranged in the ocean, the tail wing CA is directed along the flow direction of the tidal current, whereby the tidal current flows from the opening at one end of the first support member MB1. Each wing member 42 of swirl wing WW-1 and WW-2 is pushed, and a tidal current flows out from the opening of the other end in the 1st support member MB1. When the blade members 42 of the first and second swirling blades WW-1 and WW-2 are pushed by the flowing current, the
そして、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaでは、シングルパンケーキ構造の複数のサブコイル121aにおける互いに隣接するサブコイル121a同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結され、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられている。このため、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、複数のサブコイル121aを直列接続するために、巻き始めおよび巻き終りの各リードの取り出しを必要とせず、それらの直列接続も必要としない。 And in such a marine buoy Sa and AG type generator PGa, the mutually adjacent subcoils 121a in the plurality of subcoils 121a of the single pancake structure are connected in series with one winding end being the other winding start. The coil portion at the one winding end position and the coil portion at the other winding start position are overlapped in the coil axis direction. For this reason, the ocean buoy Sa and the AG type generator PGa do not need to take out the respective leads at the start and end of winding in order to connect the plurality of subcoils 121a in series, and also need to connect them in series. do not do.
また、上述の海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、固定子側ヨーク11aを備えるので、回転子RTaの磁石14a面から出た磁束線は、サブコイル121aを貫通し、比較的低い磁気抵抗で前記固定子側ヨークを11a介して、前記貫通したサブコイル121aに隣接するサブコイル121aを貫通し、隣の反対極性をもつ磁石14a面へ導かれる。したがって、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、磁気回路を、このような閉ループにできる。この結果、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、コイル12a近傍の磁束線をコイル軸に平行化でき、磁気回路全体の磁気抵抗を下げ、磁界強度を強めることができ、したがって、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、結果的に発電能力を向上できる。そして、コイル12a近傍の磁束線をコイル軸に平行化できるので、このようなこのような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、帯状の導体部材を側面から貫く磁束線を抑制でき、その磁束線によって生じる渦電流を抑え、渦電流に起因する制動トルクを抑制できる。したがって、このようなこのような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、前記固定子側ヨーク11aを備えない場合に較べて、より大きな電力を発電できる。
Further, since the ocean buoy Sa and the AG type generator PGa described above include the
また、固定子側ヨーク11aを貫く磁束線は、回転子側ヨーク15aと異なり、回転子RTaの回転による磁石14aの移動によって磁界の方向および強度が正弦波状に変化する。このため、導電性を持つ磁性体で固定子側ヨーク11aを形成すると、その内部に渦電流が生じ、前記渦電流に起因する制動トルクを回転子に与えてしまう。しかしながら、上述の海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaにおいて、固定子側ヨーク11aが絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末を圧縮成形することによって形成された部材である場合では、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、固定子側ヨーク11a内を貫く磁束線に伴う渦電流が流れるための電流経路を阻害でき、渦電流を抑制できる。
In addition, unlike the
一方、上述の海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaにおいて、固定子側ヨーク11aが絶縁部材を介して巻回された帯状の電磁軟鉄または純鉄のシングルパンケーキ構造の部材である場合では、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、ターンごとに配設される前記絶縁部材によって固定子側ヨーク11a内を貫く磁束線に伴う渦電流が流れるための電流経路を阻害でき、渦電流を抑制できる。
On the other hand, in the above-described marine buoy Sa and AG generator PGa, when the
なお、固定子側ヨーク11aが絶縁部材を介して巻回された帯状の電磁軟鉄または純鉄のシングルパンケーキ構造の部材である場合において、好ましくは、前記帯状の電磁軟鉄または純鉄は、発電周波数に対応したスキンデプス以下の厚さである。このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、前記帯状の電磁軟鉄または純鉄で生じる渦電流をさらに効果的に抑制できる。
In the case where the
また、上述の海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、回転子側ヨーク15aを備えるので、回転子RTaにおける磁石14aの背面(固定子STaに臨む面とは反対面)から出た磁束線は、比較的低い磁気抵抗で前記回転子側ヨーク15aを介して、隣の反対極性をもつ磁石14aの背面へ導かれる。したがって、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、磁気回路を、このような閉ループにできる。この結果、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、コイル12a近傍の磁束線をコイル軸に平行化でき、磁気回路全体の磁気抵抗を下げ、磁界強度を強めることができ、したがって、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、結果的に発電能力を向上できる。そして、コイル12a近傍の磁束線をコイル軸に平行化できるので、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、帯状の導体部材を側面から貫く磁束線を抑制でき、その磁束線によって生じる渦電流を抑え、渦電流に起因する制動トルクを抑制できる。したがって、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、前記固定子側ヨークを備えない場合に較べて、より大きな電力を発電できる。
Further, since the ocean buoy Sa and the AG type generator PGa described above include the rotor-
また、上述の海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaにおいて、好ましくは、コイル12aを形成する前記帯状の導体部材は、発電周波数に対応したスキンデプス以下の厚さである。一般に、コイルに流れる電流は、スキンデプスまでの範囲でしか流れず、導体断面全体に一様に電流が流れない。したがって、前記帯状の導体部材の厚みをスキンデプス以下に設定することで、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、帯状の導体部材を軸方向から貫く磁束線によって生じる渦電流を抑え、渦電流に起因する制動トルクを抑制できる。
In the marine buoy Sa and the AG generator PGa described above, preferably, the strip-shaped conductor member forming the
また、上述の海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaでは、密閉可能な筐体31a内に固定子STaが配置されるので、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、固定子STaのコイル12a等の電装部品を筐体31a内に密閉でき、比較的長期間に亘って絶縁性を安定的に維持できる。
Further, in the above-described marine buoy Sa and AG type generator PGa, the stator STa is disposed in the hermetically
そして、上述の海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaにおいて、固定子STaと回転子RTaとの間に介在する前記筐体31aの隔壁13aが非磁性かつ絶縁性を持つ材料で形成されている場合では、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、回転子RTaの磁石14aから出た磁束線を低減することなくそのまま固定子STaのコイル12aに導くことができ、発電能力の低下を防止できる。
In the ocean buoy Sa and the AG generator PGa described above, the
一方、上述の海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaにおいて、固定子STaと回転子RTaとの間に介在する前記筐体31aの隔壁13aが前記抵抗値を持つ高抵抗な材料で形成されている場合では、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、回転子RTaの回転に伴って磁束線が周方向に走引されても(固定位置では強度が変化しても)、前記筐体31aの隔壁13a内に渦電流を生じさせない。この結果、このような海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaでは、渦電流に起因する磁場の減衰が生じないので、その発電能力の低下が抑えられる。
On the other hand, in the marine buoy Sa and the AG type generator PGa described above, the
図5は、図3に示すアキシャルギャップ型発電機における諸元を説明するための図である。図6は、図3に示すアキシャルギャップ型発電機における永久磁石の磁気特性を示す図である。図7は、各種永久磁石の磁気特性を示す図である。図6および図7において、各横軸は、磁化力であり、各縦軸は、磁束密度である。 FIG. 5 is a diagram for explaining the specifications of the axial gap generator shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing the magnetic characteristics of the permanent magnet in the axial gap generator shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing magnetic characteristics of various permanent magnets. 6 and 7, each horizontal axis is a magnetizing force, and each vertical axis is a magnetic flux density.
なお、上述の海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaにおいて、磁石14aは、永久磁石であり、図5に示すように、前記磁石14aにおける回転方向の幅および厚さをそれぞれWPMおよびTPMとし、前記コイルの厚さをTCとし、前記磁石と前記コイルとの対向面間の距離をgとする場合に、WPM/(TPM+TC+g)≧1.5の扁平条件を満たすことが好ましい。この扁平条件を満たすことによって、海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、以下に解析するように、固定子STaと回転子RTaとの間に隔壁13aが介在しても、好適に、発電能力の低下が抑えられる。
In the ocean buoy Sa and the AG type generator PGa described above, the
まず、永久磁石14aが形成する磁界について説明する。WPM/(TPM+TC+g)≧1.5の扁平条件下の等価磁気回路モデルでは、パーミアンスB/Hは、次式(1−1)となり、永久磁石14aの磁気特性をB=f(H)≒Br(1−H/He)と線形近似すると、次式(1−2)となる。なお、TYは、固定子側ヨーク11aの厚さであり、sは、周方向で互いに隣接する磁石14a間における周方向の距離(磁石14a間における周方向のギャップ長)である。ここで、固定子側ヨーク11aおよび回転子側ヨーク15aの各透磁率が十分大きく、μ≫μ0であるならば、式(1−2)の分母における第3項は、無視することができ、式(1−2)は、次式(1−3)となる。ここで、(μ0×He)/Brは、永久磁石14の材質に固有な値である((μ0×He)/Br≒1)。また、μ0は、真空中の透磁率であり、Heは、永久磁石の保持力であり、Brは、残留磁束密度である。
First, the magnetic field formed by the
なお、パーミアンスは、図6に示すように、原点と動作点における磁束密度Bおよび磁場強度Hとを結ぶパーミアンス直線における傾きであり、図7には、前記動作点における磁束密度Bおよび磁場強度Hとを決定するために用いられる、各種永久磁石の磁気特性が示されている。より具体的には、図7には、アルニコ磁石、Nd−Fe−B磁石、SmCo5磁石およびフェライト磁石の各磁気特性が示されている。 As shown in FIG. 6, the permeance is an inclination on a permeance line connecting the magnetic flux density B and the magnetic field strength H at the origin and the operating point. FIG. 7 shows the magnetic flux density B and the magnetic field strength H at the operating point. The magnetic properties of various permanent magnets used to determine are shown. More specifically, FIG. 7 shows magnetic characteristics of an alnico magnet, an Nd—Fe—B magnet, an SmCo 5 magnet, and a ferrite magnet.
次に、コイル12aのコイル電流が形成する磁界について説明する。
Next, the magnetic field formed by the coil current of the
WPM/(TPM+TC+g)≧1.5の扁平条件下の等価磁気回路モデルでは、コイル12a近傍に生じる磁界は、次式(2−1)となる。上述と同様に、固定子側ヨーク11aおよび回転子側ヨーク15aの各透磁率が十分大きく、μ≫μ0であるならば、式(2−1)の分母における第2項は、無視することができ、式(2−1)は、次式(2−2)となる。
The W PM / (T PM + T C + g) ≧ 1.5 in equivalent magnetic circuit model of flat conditions, the magnetic field generated in the vicinity of the
次に、AG型発電機PGaの最大発電能力について推定する。ここで、コイル12aの材質を完全導体(抵抗ゼロ、すなわち、超電導体)の閉回路(短絡状態)であると仮定すると、レンツ則に従って、永久磁石によって生じる磁界BPMと、コイル12aに流れるコイル電流によって生じる磁界BCとが、互いに打ち消して相殺する。この場合におけるコイル電流値Imaxが最大発電能力を表す指標とされる。すなわち、前記磁界BPMが上述の式(1−3)で表され、前記磁界BCが上述の式(2−2)で表され、これら前記磁界BPMおよび前記磁界BCが互いに等しいとされる(BPM≡BC)。これによって次式(3)が導かれる。ここで幾何パラメータxをx≡TPM/(Tc+g)と定義すると、次式(4)となる。したがって、発電能力は、扁平条件WPM/(TPM+TC+g)≧1.5を満たすことにより、主には永久磁石14aの強さHeと、その厚みTPMの積に依存し、幾何構造には、鈍感となり、依存しないことになる。
Next, the maximum power generation capacity of the AG generator PGa is estimated. Here, assuming that the material of the
このように前記扁平条件を満たすことによって、海洋ブイSaおよびAG型発電機PGaは、幾何構造に依存しないことになり、固定子STaと回転子RTaとの間に隔壁13aが介在しても、好適に、発電能力の低下が抑えられる。すなわち、磁石14aから出た磁束は、前記扁平条件を満たすことによって、隣接する磁石14aに直ちに流れ込むことなく、より多くの磁束線でコイル12aと交差した後に、前記隣接する磁石14aに流れ込むことができ、発電能力の低下が抑えられる。したがって、非常に低速(≦0.5m/s)な潮流でも発電可能となる。
By satisfying the flat condition as described above, the ocean buoy Sa and the AG generator PGa are not dependent on the geometric structure, and even if the
次に、別の実施形態について説明する。 Next, another embodiment will be described.
(第2実施形態)
図8は、第2実施形態における海洋ブイの構成を示す一部断面図である。図9は、第2実施形態の海洋ブイにおける第2態様のアキシャルギャップ型発電機にかかる部分を示す一部断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the ocean buoy in the second embodiment. FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing a portion related to the axial gap generator of the second mode in the ocean buoy of the second embodiment.
第1実施形態における海洋ブイSaは、内部を非圧縮性液体33aで一杯に充填した筐体31aを備えたが、第2実施形態における海洋ブイSbは、大気圧33bで密封した筐体を用いるものである。
The ocean buoy Sa according to the first embodiment includes the
第2実施形態における海洋ブイSbは、第2態様のAG型発電機PGbと、旋回翼WWと、錘WEとを備える。これら第2実施形態の海洋ブイSbにおける旋回翼WWおよび錘WEは、それぞれ、第2実施形態の海洋ブイSbにおける旋回翼WWおよび錘WEと同様であるので、その説明を省略する。 The ocean buoy Sb in the second embodiment includes the AG generator PGb of the second aspect, the swirl wing WW, and the weight WE. The swirl wing WW and the weight WE in the ocean buoy Sb of the second embodiment are the same as the swirl wing WW and the weight WE in the ocean buoy Sb of the second embodiment, respectively, and thus description thereof is omitted.
第2態様のAG型発電機PGbは、筐体31bと、固定子STbと、回転子RTbとを備える。
AG type generator PGb of the 2nd mode is provided with
筐体31bは、大気圧33bで密閉可能な例えば中空の球体(球殻体)であり、固定子STbを内蔵している。第1実施形態の筐体31aは、1つの箱体内に固定子STa、情報取得部21aおよび電装品22aを内蔵したが、第2実施形態では、筐体31bは、3個の第1ないし第3筐体31b−1〜31b−3を備えて構成される。
The
これら第1ないし第3筐体31b−1〜31b−3は、互いに同形であり、それぞれ、上下2つの半球殻体31b−11、31b−12;31b−21、31b−22;31b−31、31b−32から成る。これら第1ないし第3筐体31b−1〜31b−3において、上下2つの半球殻体31b−11、31b−12;31b−21、31b−22;31b−31、31b−32それぞれは、シール部材を用いて各端面を互いに連結することで、防水状態で密閉された球殻体となる。これら第1ないし第3筐体31b−1〜31b−3は、旋回翼WWと合わせて、断面矩形形状の筒形状の第3支持体MB3の内部に、一方端から他方端へ旋回翼WW、第1筐体31b−1、第2筐体31b−2および第3筐体31b−3の順で並設されている。そして、第3支持体MB3は、第1実施形態の第1支持体MB1のように、第2ワイヤーWI2を介して錘WEと連結され、この錘WEは、第3ワイヤーWI3を介して例えばアンカー等の図略の固定具と連結されている。
The first to
そして、第1筐体31b−1は、第2態様のAG型発電機PGbにおける固定子STbと、第1電装品22b−1と、第1非接触電力伝送部23−1とを内蔵している。第2筐体31b−2は、情報取得部21bと、第2および第3非接触電力伝送部23−2、23−3とを内蔵している。第3筐体31b−3は、第2電装品22b−2と、第4非接触電力伝送部23−4とを内蔵している。
And the 1st housing | casing 31b-1 incorporates the stator STb in AG type generator PGb of the 2nd aspect, the 1st
これら第1ないし第4非接触電力伝送部23−1〜23−4は、非接触で、すなわち、配線を用いることなく、一方から他方へ電力を伝送するための装置であり、例えば、コイルを備えて構成される。このコイルを用いた第1ないし第4非接触電力伝送部23−1〜23−4では、第1筐体31b−1内に配設された第1非接触電力伝送部23−1は、交流電力が通電されると、第2非接触電力伝送部23−2が第1非接触電力伝送部23−1に対向するように第2筐体31b−2内に配設されることで、第2非接触電力伝送部23−2に誘導起電力を生る。これによって第1非接触電力伝送部23−1から第2非接触電力伝送部23−2へ電力が伝送される。同様に、第2筐体31b−2内に配設された第3非接触電力伝送部23−3は、交流電力が通電されると、第4非接触電力伝送部23−4が第3非接触電力伝送部23−3に対向するように第3筐体31b−3内に配設されることで、第4非接触電力伝送部23−4に誘導起電力を生る。これによって第3非接触電力伝送部23−3から第4非接触電力伝送部23−4へ電力が伝送される。
These first to fourth non-contact power transmission units 23-1 to 23-4 are devices for transmitting power from one to the other in a non-contact manner, that is, without using a wiring. It is prepared for. In the first to fourth non-contact power transmission units 23-1 to 23-4 using this coil, the first non-contact power transmission unit 23-1 disposed in the
第1電装品22b−1は、AG型発電機PGaから給電された電力を、第1非接触電力伝送部23−1および第2非接触電力伝送部23−2によって、第2筐体31b−2内の情報取得部21bへ伝送し、さらに、第3非接触電力伝送部23−3および第4非接触電力伝送部23−4によって、第3筐体31b−3内の第2電装品22b−2へ伝送するための装置である。情報取得部21bは、第1実施形態の情報取得部21aと同様に、所定の情報を取得する装置であり、その駆動に電力を必要とする場合には、第1非接触電力伝送部23−1および第2非接触電力伝送部23−2によって伝送された前記電力が用いられる。情報取得部21bは、その取得した情報を図略の伝送手段(通信手段)によって第3筐体31b−3内の第2電装品22b−2へ伝送する。なお、情報取得部21bは、第3非接触電力伝送部23−3および第4非接触電力伝送部23−4によって、前記取得した情報を第3筐体31b−3内の第2電装品22b−2へ伝送してもよい。第2電装品22b−2は、第1ないし第4非接触電力伝送部23−1〜23−4によって伝送された前記電力を用い、情報取得部21aで取得された情報を記憶するとともに所定の間隔で前記情報を外部へ送信するための装置である。
The first
固定子STbと、実施形態1の固定子STaと同様に、非回転部分であり、周方向に配置された複数のサブコイル121bを備えるコイル12bを備える。より具体的には、固定子STbは、例えば、図9に示すように、固定子側ヨーク11bと、コイル12bと、コア16とを備える。第2実施形態では、上述したように、第1筐体31b−1が球殻体である。このため、この第2実施形態における固定子側ヨーク11bは、その形状が前記球殻体の内面形状に沿うように形成されている。この点を除き、前記固定子側ヨーク11bは、第1実施形態における固定子側ヨーク11aと同様であるので、その説明を省略する。また、この第2実施形態におけるコイル12bも、複数のサブコイル121aから成る全体形状が、上述のように前記球殻体の内面形状に沿った固定子側ヨーク11bの形状に合わせた形状とされている。すなわち、コイル12bにおける各サブコイル121aは、固定子側ヨーク11bの曲面上にそれぞれ配置されている。この点を除き、前記コイル12bは、第1実施形態におけるコイル12aと同様であるので、その説明を省略する。また、第2実施形態におけるコア16は、第1実施形態におけるコア(コイルボビン)16と同様であるので、その説明を省略する。
Similarly to the stator STb and the stator STa of the first embodiment, the stator STb includes a
回転子RTbは、実施形態1の回転子RTaと同様に、回転部分であり、周方向に配置された、前記コイル12bにおける複数のサブコイル121aとは異なる個数(極数)の磁石14bを備える。より具体的には、回転子RTbは、図9に示すように、複数の磁石14bと、回転子側ヨーク15bとを備える。第2実施形態では、上述したように、第1筐体31b−1が球殻体である。このため、この第2実施形態における回転子側ヨーク15bは、その形状が前記球殻体の外面形状に沿うように形成されている。すなわち、回転子側ヨーク15bは、球殻体の一部の形状となっている。この点を除き、前記回転子側ヨーク15bは、第1実施形態における回転子側ヨーク15aと同様であるので、その説明を省略する。また、この第2実施形態における複数の磁石14bも、上述のように前記球殻体の外面形状に沿った回転子側ヨーク15bの形状に合わせた形状とされている。すなわち、各磁石14bは、回転子側ヨーク15bの曲面上にそれぞれ配置されている。この点を除き、前記複数の磁石14bは、第1実施形態における複数の磁石14aと同様であるので、その説明を省略する。
Similar to the rotor RTa of the first embodiment, the rotor RTb is a rotating portion and includes
これら固定子STbは、第1筐体31b−1内に配置されて第1筐体31b−1に内蔵され、回転子RTbは、この第1筐体31b−1内に配置された固定子STbと、第1筐体31b−1を介して対向するように、第1筐体31b−1外に配置される。
These stators STb are arranged in the
このような第2実施形態における海洋ブイSbおよび第2態様のAG型発電機PGbは、第1実施形態における海洋ブイSaおよび第1態様のAG型発電機PGaと同様の作用効果を奏する。 The ocean buoy Sb in the second embodiment and the AG type generator PGb of the second aspect have the same effects as the ocean buoy Sa and the AG type generator PGa of the first aspect in the first embodiment.
次に、アキシャルギャップ型発電機の他の態様について説明する。 Next, another aspect of the axial gap generator will be described.
(アキシャルギャップ型発電機の他の態様)
図10は、第3態様のアキシャルギャップ型発電機の構成を示す断面図である。図11は、第4態様のアキシャルギャップ型発電機の構成を示す断面図である。図12は、第5態様のアキシャルギャップ型発電機の構成を示す断面図である。
(Other aspects of axial gap generator)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the axial gap generator of the third aspect. FIG. 11: is sectional drawing which shows the structure of the axial gap type generator of a 4th aspect. FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the axial gap generator of the fifth aspect.
第1および第2実施形態では、第1および第2態様のAG型発電機PGa、PGbについて説明したが、これら態様に限定されるものではなく、他の態様も取り得る。以下、第3ないし第5態様のAG型発電機PGc〜PGeについて説明する。 In the first and second embodiments, the AG generators PGa and PGb of the first and second modes have been described. However, the present invention is not limited to these modes, and other modes can be taken. Hereinafter, the AG type generators PGc to PGe of the third to fifth aspects will be described.
第3態様のAG型発電機PGcは、超伝導材料によって形成された線材を巻回したコイル12cを備えるものである。この第3態様のAG型発電機PGcは、例えば液体窒素等の冷却材が必要なことから、例えば、火力発電所の発電機、コジェネレーション発電の発電機および水力発電所の発電機等として用いられる。より具体的には、第3態様のAG型発電機PGcは、図10に示すように、筐体31cと、固定子STcと、回転子RTaとを備える。
The AG type generator PGc of the third aspect includes a
第3態様のAG型発電機PGcにおける回転子RTaは、第1態様のAG型発電機PGaにおける回転子RTaと同様であるので、その説明を省略する。この回転子RTaには、燃焼ガスや水流によってタービンスクリューの回転軸に回転運動を生じさせる所定の旋回機構WMの前記回転軸に連結され、前記旋回機構WMによって得られた回転運動が前記回転軸を介して伝達され、回転子RTaは、前記回転軸回りに回転する。 Since the rotor RTa in the AG generator PGc of the third aspect is the same as the rotor RTa in the AG generator PGa of the first aspect, description thereof is omitted. The rotor RTa is connected to the rotating shaft of a predetermined turning mechanism WM that generates a rotating motion on the rotating shaft of the turbine screw by combustion gas or water flow, and the rotating motion obtained by the turning mechanism WM is the rotating shaft. The rotor RTa rotates around the rotation axis.
固定子STcは、第1態様のAG型発電機PGaにおける固定子STaと同様に、非回転部分であり、周方向に配置された複数のサブコイル121cを備えるコイル12cを備える。より具体的には、固定子STcは、例えば、固定子側ヨーク11aと、コイル12cと、コア16とを備える。これら第3態様の固定子STcにおける固定子側ヨーク11aおよびコア16は、それぞれ、第1態様の固定子STaにおける固定子側ヨーク11aおよびコア16と同様であるので、その説明を省略する。第3態様の固定子STcにおけるコイル12cは、その導体部材が超伝導材料によって形成された線材である点を除き、第1態様の固定子STaにおけるコイル12aと同様であるので、その説明を省略する。
The stator STc is a non-rotating portion, like the stator STa in the AG generator PGa of the first aspect, and includes a
筐体31cは、第1態様のAG型発電機PGaにおける筐体31aと同様に、密閉可能な例えば略直方体形状の中空の箱体であり、固定子STaを内蔵しているが、第3態様では、上述のようにコイル12cが超伝導材料によって形成されているので、これに対応可能に構成されている。より具体的には、筐体31cは、断熱性を持つ断熱材で、あるいは、二重構造等の断熱構造で形成される。筐体31cの内部には、例えば、液体窒素等の、超伝導材料のコイル12cを冷却するための冷却材33cが一杯に充填されており、筐体31cの適所に、筐体31cの内外の圧力差を無くすための調圧機構32が配設され、そして、筐体31cの適所(図10に示す例では前記調圧機構32の配設場所)に、前記冷却材33cを冷却するための冷凍機34が配設されている。
The
そして、筐体31c外には、筐体31c内に配置された固定子STcと対向するように、回転子RTaが配置されている。この前記固定子STcと前記回転子RTaとの間に介在する筐体31cの部分(隔壁)13cは、非磁性かつ絶縁性を持つ第1材料、または、発電周波数に対応したスキンデプスが筐体31aの部分の厚さより10倍以上大きい抵抗値を持つ第2材料で形成されている。そして、第3態様では、これら第1および第2材料は、さらに、断熱性を持つ材料である。隔壁13cの第1材料は、セラミック、ガラス、ガラス繊維および強化プラスチック等である。隔壁13cの第2材料は、例えば、スキンデプス条件を満たす薄いステンレスやチタン等の金属材料も可能である。
A rotor RTa is disposed outside the
このような第3態様のAG型発電機PGcは、第1実施形態における第1態様のAG型発電機PGaと同様の作用効果を奏する。 Such an AG type generator PGc of the third aspect has the same effects as the AG type generator PGa of the first aspect in the first embodiment.
そして、第3態様のAG型発電機PGcでは、コイル12cにおける互いに隣接するサブコイル121c同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結されるので、第3態様のAG型発電機PGcは、コイル12cを1本の帯状の長尺な導体部材で形成可能である。そして、この構成によれば、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられているので、第3態様のAG型発電機PGcは、長手方向のひねりをほぼ無くすことができる。したがって、このような第3態様のAG型発電機PGcは、超伝導特性を保つことができる。特に、この第3態様のAG型発電機PGcは、超伝導特性を保持したまま接続する工法が未確立である酸化物系超伝導材料によってコイル12cの前記導体部材を形成する場合に、好適である。
In the AG type generator PGc of the third mode, the adjacent subcoils 121c in the
また、第3態様のAG型発電機PGcでは、筐体31cは、隔壁13cを含め、断熱性を持つ材料で形成されるので、外界からの熱の侵入を抑制できる。したがって、この観点からも、上述のようにコイル12cにおける前記導体部材が超伝導材料である場合に、第3態様のAG型発電機PGcは、好適である。
Moreover, in the AG type generator PGc of the third aspect, since the
第4態様のAG型発電機PGdは、インナーロータ型の発電機である。より具体的には、第4態様のAG型発電機PGdは、図11に示すように、筐体31dと、固定子STd(STd−1、STd−2)と、回転子RTdとを備える。
The AG type generator PGd of the fourth aspect is an inner rotor type generator. More specifically, the AG generator PGd of the fourth aspect includes a
固定子STdは、インナーロータ型であるので、回転子RTdの両側それぞれに配置できるように、2個の第1および第2固定子STd−1、STd−2を備える。第1および第2固定子STd−1、STd−2は、それぞれ、第3態様のAG型発電機PGcにおける固定子STcと同様に、非回転部分であり、周方向に配置された複数のサブコイル121cを備えるコイル12cを備える。より具体的には、第1固定子STd−1は、例えば、第1固定子側ヨーク11a−1と、第1コイル12c−1と、第1コア16−1とを備える。これら第4態様の第1固定子STdにおける第1固定子側ヨーク11aおよび第1コア16−1は、それぞれ、第1態様の固定子STaにおける固定子側ヨーク11aおよびコア16と同様であるので、その説明を省略する。第4態様の第1固定子STd−1における第1コイル12c−1は、その導体部材が超伝導材料によって形成された線材である点を除き、第1態様の固定子STaにおけるコイル12aと同様であるので、その説明を省略する。第2固定子STd−2は、例えば、第2固定子側ヨーク11a’−2と、第2コイル12c−1と、第2コア16−2とを備える。第4態様の第2固定子STdにおける第2固定子側ヨーク11a’−2は、インナーロータ型であるために、その中央位置に形成された、旋回機構WMの回転軸を挿通するための貫通開口をさらに備える点を除き、第1態様の固定子STaにおける固定子側ヨーク11aと同様であるので、その説明を省略する。コア16−2は、第1態様の固定子STaにおけるコア16と同様であるので、その説明を省略する。第4態様の第2固定子STdにおける第2コア16−2は、第1態様の固定子STaにおけるコア16と同様であるので、その説明を省略する。第4態様の第2固定子STd−2における第2コイル12c−2は、その導体部材が超伝導材料によって形成された線材である点を除き、第1態様の固定子STaにおけるコイル12aと同様であるので、その説明を省略する。
Since the stator STd is of an inner rotor type, the stator STd includes two first and second stators STd-1 and STd-2 so that they can be arranged on both sides of the rotor RTd. Each of the first and second stators STd-1 and STd-2 is a non-rotating portion, like the stator STc in the AG generator PGc of the third aspect, and has a plurality of subcoils arranged in the circumferential direction. The
回転子RTdは、第1態様の回転子RTaと同様に、回転部分であり、周方向に配置された、前記第1および第2コイル12c−1、12c−2における複数のサブコイル121cとは異なる個数(極数)の磁石14bを備える。より具体的には、第4態様の回転子RTdは、図11に示すように、複数の磁石14dと、回転子側ヨーク15dとを備える。この第4態様では、インナーロータ型であるので、回転子RTdの両面から磁束が出るように、複数の磁石14dは、それぞれ、その両面が外部に臨むように回転子側ヨーク15dに配設されている。すなわち、回転子側ヨーク15dは、磁性体から形成された円板形状の部材であり、中央位置から等距離で周方向に等間隔に、磁石14dの外形形状に応じた形状で形成された複数の貫通開口を備える。前記複数の貫通開口それぞれに前記複数の磁石14dそれぞれが嵌め込まれて例えば接着剤等によって固定されることで、回転子側ヨーク15dは、複数の磁石14dそれぞれの両面が外部に臨むように複数の磁石14aを支持する。そして、回転子側ヨーク15dの中央位置には、前記所定の旋回機構WMの回転軸を挿通するための貫通開口が形成されている。旋回機構WMの前記回転軸は、前記貫通開口に挿通されて固定される。これによって回転子RTdは、旋回機構WMの前記回転軸と連結されて固定され、旋回機構WMによって得られた回転運動が前記回転軸を介して伝達され、前記回転軸回りに回転する。
The rotor RTd is a rotating part like the rotor RTa of the first aspect, and is different from the plurality of subcoils 121c in the first and
筐体31dは、第1態様のAG型発電機PGaにおける筐体31aと同様に、密閉可能な例えば略直方体形状の中空の箱体であり、第1および第2固定子STd−1、STd−2を内蔵しているが、第4態様でも、上述のようにコイル12cが超伝導材料によって形成されているので、これに対応可能に構成されている。そして、第4態様では、インナーロータ型であるため、筐体31dは、第1固定子STd−1を内蔵するための第1室と、第2固定子STd−2を内蔵するための第2室と、これら第1室と第2室との間に回転子を配置するための第3室とに、区分けするために、板形状の2枚の第1および第2隔壁13c−1、13c−2とを備える。これら第1および第2隔壁13c−1、13c−2は、箱体の筐体31dにおける上面から底面に向けて所定の間隔を空けて順次に筐体31d内に配設されている。第1および第2隔壁13c−1、13c−2は、第3態様の隔壁13cと同様に、非磁性かつ絶縁性を持つ第1材料、または、発電周波数に対応したスキンデプスが筐体31aの部分の厚さより10倍以上大きい抵抗値を持つ第2材料で形成され、これら第1および第2材料は、さらに、断熱性を持つ材料である。第1室に臨む第1隔壁13c−1上には、第1固定子STd−1が配設され、第2室に臨む第2隔壁上には、第2固定子STd−2が配設される。そして、第3室には、第1および第2室それぞれ内に配置された第1および第2固定子STd−1、STd−21それぞれと対向するように、回転子RTdが配置されている。したがって、第1隔壁13c−1は、第1固定子STd−1と回転子RTdとの間に介在し、第2隔壁13c−2は、第2固定子STd−2と回転子RTdとの間に介在する。
The
また、箱体の筐体31dにおける底面および第2隔壁13c−2それぞれには、略中央位置に貫通開口がそれぞれ形成され、第3室には、箱体の筐体31dにおける底面と第2隔壁13c−2との間に、箱体の筐体31dにおける底面に形成された前記貫通開口および第2隔壁13c−2に形成された前記貫通開口それぞれに連通する円筒部材35が配設され、この円筒部材35内に、回転子RTdに連結される旋回機構WMの回転軸が挿通している。
Further, a through opening is formed at a substantially central position in each of the bottom surface of the
筐体31dにおける第1および第2室内には、前記冷却材33cが一杯に充填されており、筐体31dの適所に、前記調圧機構32が配設され、そして、筐体31cの適所(図11に示す例では前記調圧機構32の配設場所)に、前記冷却材33cを冷却するための冷凍機34が配設されている。そして、筐体31dには、第1室の冷却材33cと第2室の冷却材33cとを互いに流通させるための図略の複数の流通管が配設されている。
The first and second chambers of the
このような第4態様のAG型発電機PGdは、第1実施形態における第1態様のAG型発電機PGaと同様の作用効果を奏する。そして、第4態様のAG型発電機PGdは、回転子RTdの両側にそれぞれ配置される2個の第1および第2コイル12a−1、12a−2を備えるので、片側に配置される1個のコイル12の場合に較べて、旋回機構WMによって生成された回転運動をより効率よく電力に変換できる。
Such an AG type generator PGd of the fourth aspect has the same effects as the AG type generator PGa of the first aspect in the first embodiment. And since AG type generator PGd of a 4th aspect is provided with the two 1st and
第5態様のAG型発電機PGeは、アウターロータ型の発電機である。より具体的には、第5態様のAG型発電機PGeは、図12に示すように、筐体31eと、固定子STeと、回転子RTeとを備える。
The AG generator PGe of the fifth aspect is an outer rotor type generator. More specifically, the AG-type generator PGe of the fifth aspect includes a
固定子STeは、第3態様のAG型発電機PGcにおける固定子STcと同様に、非回転部分であり、周方向に配置された複数のサブコイル121cを備えるコイル12cを備える。より具体的には、固定子STeは、例えば、コイル12cと、コア16とを備える。この第5態様では、アウターロータ型であるため、固定子STeは、回転子RTeからの磁束をコイル12cの両面から受けるために、第1態様の固定子側ヨーク11aのような固定子側ヨークを備えていない。これら第5態様の固定子STeにおけるコア16は、第1態様の固定子STaにおけるコア16と同様であるので、その説明を省略する。第5態様の固定子STeにおけるコイル12cは、その導体部材が超伝導材料によって形成された線材である点を除き、第1態様の固定子STaにおけるコイル12aと同様であるので、その説明を省略する。
The stator STe is a non-rotating portion, like the stator STc in the AG generator PGc of the third aspect, and includes a
回転子RTeは、アウターロータ型であるので、固定子STeの両側それぞれに配置できるように、2個の第1および第2回転子STe−1、STe−2を備える。第1および第2回転STe−1、STe−2は、それぞれ、第1態様のAG型発電機PGaにおける回転子STaと同様に、回転部分であり、周方向に配置された、固定子STeにおけるコイル12cの複数のサブコイル121cとは異なる個数(極数)の磁石14aを備える。より具体的には、第1回転子RTe−1は、例えば、複数の第1磁石14a−1と、第1回転子側ヨーク15a−1とを備える。これら第5態様の第1回転子RTe−1における複数の第1磁石14a−1および第1回転子側ヨーク15a−1は、それぞれ、第1態様の回転子RTaにおける複数の磁石14aおよび回転子側ヨーク15aと同様であるので、その説明を省略する。第2回転子RTe−2は、例えば、複数の第2磁石14a−2と、第2回転子側ヨーク15a−2とを備える。これら第5態様の第2回転子RTe−2における複数の第2磁石14a−2および第2回転子側ヨーク15a−2も、それぞれ、第1態様の回転子RTaにおける複数の磁石14aおよび回転子側ヨーク15aと同様であるので、その説明を省略する。そして、第1および第2回転子RTe−1、RTe−2は、固定子STeを介して、磁石14a−1、14a−2を配置した各面で互いに対向するように、前記所定の旋回機構WMの回転軸に連結されている。これによって第1および第2回転子RTe−1、RTe−2は、旋回機構WMによって得られた回転運動が前記回転軸を介して伝達され、前記回転軸回りに回転する。
Since the rotor RTe is of an outer rotor type, the rotor RTe includes two first and second rotors STe-1 and STe-2 so that they can be arranged on both sides of the stator STe. The first and second rotations STe-1 and STe-2 are rotating portions, respectively, in the stator STe arranged in the circumferential direction, like the rotor STa in the AG generator PGa of the first aspect. A number (number of poles) of
筐体31eは、第1態様のAG型発電機PGaにおける筐体31aと同様に、密閉可能な例えば比較的扁平な略直方体形状の中空の箱体であり、固定子STeを内蔵しているが、第5態様でも、上述のようにコイル12cが超伝導材料によって形成されているので、これに対応可能に構成されている。そして、第5態様では、アウターロータ型であるため、箱体の筐体31eの上面外側には、筐体31e内に配置された固定子STeと対向するように、第1回転子RTe−1が配置され、その底面外側には、筐体31e内に配置された固定子STeと対向するように、第2回転子RTe−2が配置されている。この第1回転子RTe−1と固定子STeとの間に介在する筐体31eの部分(リング板状の第1隔壁)13d−1と、第2回転子RTe−2と固定子STeとの間に介在する筐体31eの部分(リング板状の第2隔壁)13d−2とは、それぞれ、第3態様の隔壁13cと同様に、非磁性かつ絶縁性を持つ第1材料、または、発電周波数に対応したスキンデプスが筐体31aの部分の厚さより10倍以上大きい抵抗値を持つ第2材料で形成され、これら第1および第2材料は、さらに、断熱性を持つ材料である。
The
また、比較的扁平な箱体の筐体31eにおける上面および底面それぞれには、略中央位置に貫通開口がそれぞれ形成され、筐体31eにおける上面および底面との間に、その上面に形成された前記貫通開口およびその底面に形成された前記貫通開口それぞれに連通する円筒部材36が配設され、この円筒部材36内に、第2回転子RTe−2を挿通して第1回転子dに連結される旋回機構WMの回転軸が挿通している。
Further, a through opening is formed at a substantially central position on each of the upper surface and the bottom surface of the relatively
筐体31eの内部には、前記冷却材33cが一杯に充填されており、筐体31eの適所に、前記調圧機構32が配設され、そして、筐体31cの適所(図12に示す例では前記調圧機構32の配設場所)に、前記冷凍機34が配設されている。
The inside of the
このような第5態様のAG型発電機PGeは、第1実施形態における第1態様のAG型発電機PGaと同様の作用効果を奏する。そして、第5態様のAG型発電機PGeは、固定子STeの両側にそれぞれ配置される2個の第1および第2回転子RTe−1、RTe−2を備えるので、片側に配置される1個の回転子RTの場合に較べて、旋回機構WMによって生成された回転運動をより効率よく電力に変換できる。 Such an AG type generator PGe of the fifth aspect has the same effects as the AG type generator PGa of the first aspect in the first embodiment. And since AG type generator PGe of a 5th aspect is provided with two 1st and 2nd rotors RTe-1 and RTe-2 each arrange | positioned at the both sides of stator STe, 1 arrange | positioned at one side. Compared to the case of the single rotor RT, the rotational motion generated by the turning mechanism WM can be more efficiently converted into electric power.
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. To be construed as inclusive.
Sa、Sb 海洋ブイ
PGa、PGb、PGc、PGd、PGe アキシャルギャップ型発電機
STa、STb、STc、STd、STe 固定子(ステータ)
RTa、RTb、RTc、RTd、RTe 回転子(ロータ)
WW 旋回翼
WM 旋回機構
11a、11b 固定子側ヨーク
12a、12b、12c コイル
13a、13b、13c、13d 隔壁
14a、14b、14c 磁石
15a、15b、15d 回転子側ヨーク
16 コア
31a、31b、31c 筐体
Sa, Sb Marine buoys PGa, PGb, PGc, PGd, PGe Axial gap generators STa, STb, STc, STd, STe Stator
RTa, RTb, RTc, RTd, RTe Rotor (rotor)
WW Swivel blade
Claims (12)
磁石を備え、前記固定子から回転軸方向に間隔を空けて配置される回転子とを備え、
前記コイルは、内周側から巻初めて外周側で巻き終わるようにコイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の導体部材と、前記コイル状に巻回された前記帯状の導体部材における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の複数のサブコイルを備え、
前記複数のサブコイルは、回転軸の位置を中心に周方向に配置され、互いに隣接するサブコイル同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結され、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられていること
を特徴とするアキシャルギャップ型発電機。 A stator with a coil;
A magnet, and a rotor arranged at an interval from the stator in the direction of the rotation axis,
The coil is wound in a coil shape so that the coil is wound from the inner circumference side for the first time and finished on the outer circumference side, and a long strip-shaped conductor member whose width in the coil axial direction is longer than the thickness in the coil radial direction, and the coil A plurality of subcoils having a single pancake structure including an insulating member disposed between the turns in the strip-shaped conductor member wound in a shape;
The plurality of subcoils are arranged in the circumferential direction around the position of the rotation axis, and adjacent subcoils are connected in series, with one winding end being the other winding start, and the one winding end position being An axial gap generator, wherein the coil portion and the coil portion at the other winding start position are overlapped in the coil axis direction.
を特徴とする請求項1に記載のアキシャルギャップ型発電機。 The axial gap generator according to claim 1, wherein the conductor member is a wire formed of a superconducting material.
を特徴とする請求項1または請求項2に記載のアキシャルギャップ型発電機。 3. The axial gap according to claim 1, wherein the stator further includes a stator-side yoke that is provided on a surface opposite to a surface facing the rotor, and is formed of a magnetic material. Type generator.
を特徴とする請求項3に記載のアキシャルギャップ型発電機。 The axial gap generator according to claim 3, wherein the stator side yoke is a member formed by compression molding soft magnetic powder having an insulating film.
を特徴とする請求項3に記載のアキシャルギャップ型発電機。 The stator-side yoke is wound in a coil shape, the length of the strip-shaped electromagnetic soft iron or pure iron whose width in the coil axial direction is longer than the thickness in the coil radial direction, and the coil-shaped winding 4. The axial gap generator according to claim 3, wherein the axial gap generator is a single pancake structure member including an insulating member disposed between each turn in a band-shaped electromagnetic soft iron or pure iron.
を特徴とする請求項5に記載のアキシャルギャップ型発電機。 The axial gap generator according to claim 5, wherein the strip-shaped electromagnetic soft iron or pure iron has a thickness equal to or less than a skin depth corresponding to a power generation frequency.
を特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型発電機。 The said rotor is further equipped with the rotor side yoke formed from the magnetic body on the surface opposite to the surface which faces the said stator. The Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. Axial gap type generator.
を特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型発電機。 The axial gap generator according to any one of claims 1 to 7, wherein the strip-shaped conductor member has a thickness equal to or less than a skin depth corresponding to a power generation frequency.
前記固定子は、前記筐体内に配置され、
前記回転子は、前記筐体外に配置され、
前記固定子と前記回転子との間に介在する前記筐体の部分は、非磁性かつ絶縁性を持つ材料、または、発電周波数に対応したスキンデプスが前記筐体の部分の厚さより10倍以上大きい抵抗値を持つ材料で形成されていること
を特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型発電機。 Further equipped with a sealable housing,
The stator is disposed in the housing;
The rotor is disposed outside the housing;
The casing portion interposed between the stator and the rotor is made of a non-magnetic and insulating material, or the skin depth corresponding to the power generation frequency is 10 times or more than the thickness of the casing portion. The axial gap generator according to any one of claims 1 to 8, wherein the generator is made of a material having a large resistance value.
を特徴とする請求項9に記載のアキシャルギャップ型発電機。 The axial gap generator according to claim 9, wherein the non-magnetic and insulating material further has a heat insulating property.
前記磁石における回転方向の幅および厚さをそれぞれWPMおよびTPMとし、前記コイルの厚さをTCとし、前記磁石と前記コイルとの対向面間の距離をgとする場合に、WPM/(TPM+TC+g)≧1.5の扁平条件を満たすこと
を特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型発電機。 The magnet is a permanent magnet,
When the W PM and T PM width in the rotational direction and a thickness in the magnet, respectively, the thickness of the coil and T C, the distance between the facing surfaces of the said magnet coil and g, W PM / (T PM + T C + g) axial gap dynamo according to any one of claims 1 to 10, characterized in that ≧ 1.5 flat condition is satisfied.
を特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型発電機。 The axial gap generator according to any one of claims 1 to 11, further comprising a core disposed in each core portion of each of the plurality of subcoils.
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