JP3175706U

JP3175706U - コアレス発電機及びそれを用いたマイクロ水力発電システム

Info

Publication number: JP3175706U
Application number: JP2012001263U
Authority: JP
Inventors: 勝也佐藤; 憲夫佐藤; 佐藤　　亨
Original assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2022-03-06

Abstract

【課題】高い発電効率を得ることができるコアレス発電機及びそれを用いたマイクロ水力発電システムを提供する。
【解決手段】発電機１０は、ハウジング１１の中に、ロータ１２と、ステータコイル１３とを備える。ステータコイル１３は、ステータディスク１３Ａの円周方向に複数のコアレス型の渦巻きコイル１３Ｂが取り付けられている。渦巻きコイル１３Ｂは、回転軸１４の径方向に伸長して巻回された楕円形状に近い形状を有しており、渦巻き面が永久磁石１２Ｂの磁極に対向するように配設されている。発電システムは水車を備え、水車の機械的エネルギーを発電機１０によって、電気的エネルギーに変換する。
【選択図】図１

Description

本考案は、小エネルギーを利用して発電することができるコアレス発電機及びそれを用いたマイクロ水力発電システムに関する。

微風や小水力を利用した発電は、安定した発電が難しく、また、発電量が小さいので、実用的ではなかった。しかし、東京電力福島第一原子力発電所の事故により、今後はどんなに少ない電力でも必要になると思われる。そのため、小エネルギーで効率良く発電可能で、安価な発電機の開発が望まれている。

駆動トルクが弱くても発電できる発電機としては、例えば、空芯コイルを用いたコアレス発電機がある（例えば、特許文献１参照）。コアレス発電機は、コギングトルクがないので駆動トルクが弱くても発電することができ、微風や小水力を利用した発電に適している。しかし、出力が小さいので実用化するには発電効率を向上させる必要があった。

特開２００５−１６０１９７号公報

本考案は、このような問題に基づきなされたものであり、高い発電効率を得ることができるコアレス発電機及びそれを用いたマイクロ水力発電システムを提供することを目的とする。

本考案のコアレス発電機は、回転軸に固定したロータディスクに対して、円周方向に異極が交互に現れるように複数個の永久磁石を設けたロータと、ハウジングに固定したステータディスクに対して、永久磁石の磁極に渦巻き面が対向するようにコアレス型の複数の渦巻きコイルを円周方向に設けたステータコイルとを備え、渦巻きコイルは、回転軸を中心とする径方向に伸長して巻回されており、渦巻きコイルの内周における径方向の回転軸側端部は、永久磁石の回転軌道よりも回転軸の側に位置し、渦巻きコイルの内周における径方向の反対側端部は、永久磁石の回転軌道よりも外周側に位置し、渦巻きコイルの巻き始めと巻き終わりは、永久磁石の回転軌道の外周側に位置するものである。

本考案のマイクロ水力発電システムは、水車と、この水車の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する請求項１記載のコアレス発電機と、このコアレス発電機により発生させた交流電力を整流する整流器と、この整流器により整流した直流電力を蓄える蓄電池と、この蓄電池から出力された直流電力を交流１００Ｖの交流電力に変換するインバーターとを備えたものである。

本考案のコアレス発電機によれば、渦巻きコイルが、回転軸を中心とする径方向に伸長して巻回され、渦巻きコイルの内周における径方向の回転軸側端部が、永久磁石の回転軌道よりも回転軸の側に位置し、渦巻きコイルの内周における径方向の反対側端部が、永久磁石の回転軌道よりも外周側に位置するようにしたので、永久磁石と渦巻きコイルとの間隔を渦巻きコイルの太さ分だけ少なくすることができ、発電効率を向上させることができる。また、永久磁石の回転軌道と渦巻きコイルとの交差角度が直角に近くなるので、発電効率をより向上させることができる。更に、渦巻きコイルの巻き始めと巻き終わりが永久磁石の回転軌道の外周側に位置するようにしたので、渦巻きコイルの端末処理を容易とすることができる。よって、簡単な構造で、発電効率を向上させることができ、駆動トルクが小さくても発電することができる。

本考案のマイクロ水力発電システムによれば、本考案のコアレス発電機を用いるようにしたので、駆動トルクが小さくても発電することができると共に、コアレス発電機により発生させた交流電力を整流し、蓄電して、インバーターにより一般家庭等で使用する交流１００Ｖに変換するようにしたので、発電電圧が小さくても一般家庭等で利用できる電圧に変換することができると共に、周波数・電圧共に安定した出力を得ることができる。

本考案の一実施の形態に係るコアレス発電機の構成を表す断面図である。図１に示したコアレス発電機の永久磁石と渦巻きコイルとの位置関係を示す図である。本考案の一実施の形態に係るマイクロ水力発電システムの構成を表す図である。

以下、本考案の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本考案の一実施の形態に係るコアレス発電機１０の断面構成を表すものである。このコアレス発電機１０は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するものであり、例えば、ハウジング１１の中に、ロータ１２と、ステータコイル１３とを備えている。ハウジング１１には、例えば、回転軸１４が回転可能に支持されており、回転軸１４は外部動力により回転可能とされている。

ロータ１２は、例えば、回転軸１４に対して軸方向に間隔を開けて固定された一対の円盤状のロータディスク１２Ａを有している。一対のロータディスク１２Ａには、例えば、それぞれネオジム磁石等よりなる複数の永久磁石１２Ｂが対向する位置に嵌合固定されている。各永久磁石１２Ｂは、例えば、各ロータディスク１２Ａにおいて、円周方向、すなわち回転軸１４の軸心を中心とする同一円軌跡上に、等間隔にそれぞれ配置されている。対向する一対の永久磁石１２Ｂの対向面における磁性は、Ｎ極とＳ極又はＳ極とＮ極というように異なっている。また、同一のロータディスク１２Ａにおける同一円軌跡上の位相の異なる複数の複数の永久磁石１２Ｂの極性は、１個又は複数個毎にそれぞれ反転されている。

ステータコイル１３は、例えば、ハウジング１１に固定されて一対のロータディスク１２Ａの間に位置するように配設されたステータディスク１３Ａを有している。ステータディスク１３Ａには、例えば、円周方向、すなわち回転軸１４の軸心を中心とする同一円軌跡上に、複数のコアレス型の渦巻きコイル１３Ｂが取り付けられている。各渦巻きコイル１３Ｂは、例えば、平角コイルにより構成されており、永久磁石１２Ｂの磁極に渦巻き面が対向するように配設されている。

図２は、永久磁石１２Ｂ及び渦巻きコイル１３Ｂの位置関係を表す図である。各渦巻きコイル１３Ｂは、例えば、回転軸１４の軸心を中心とする径方向に伸長して巻回された楕円形状に近い形状を有している。渦巻きコイル１３Ｂの内周における径方向の回転軸側端部１３Ｃは、例えば、永久磁石１２Ｂの回転軌道１２Ｃよりも回転軸１４の側に位置している。渦巻きコイル１３Ｂの内周における径方向の反対側端部１３Ｄは、永久磁石１２Ｂの回転軌道１２Ｃよりも外周側に位置している。渦巻きコイル１３Ｂの巻き始め１３Ｅと巻き終わり１３Ｆは、永久磁石１２Ｂの回転軌道１２Ｃの外周側に位置している。なお、図２では、永久磁石１２Ｂの回転軌道１２Ｃを梨地で示している。

このように本実施の形態に係るコアレス発電機１０によれば、渦巻きコイル１３Ｂが、回転軸１４を中心とする径方向に伸長して巻回され、渦巻きコイル１３Ｂの内周における径方向の回転軸側端部１３Ｃが、永久磁石１２Ｂの回転軌道１２Ｃよりも回転軸１４の側に位置し、渦巻きコイル１３Ｂの内周における径方向の反対側端部１３Ｄが、永久磁石１２Ｂの回転軌道１２Ｃよりも外周側に位置するようにしたので、永久磁石１２Ｂと渦巻きコイル１３Ｂとの間隔を渦巻きコイル１３Ｂの太さ分だけ少なくすることができ、発電効率を向上させることができる。また、永久磁石１２Ｂの回転軌道１２Ｃと渦巻きコイル１３Ｂとの交差角度が直角に近くなるので、発電効率をより向上させることができる。更に、渦巻きコイル１３Ｂの巻き始め１３Ｅと巻き終わり１３Ｆが永久磁石１２Ｂの回転軌道１２Ｃの外周側に位置するようにしたので、渦巻きコイル１３Ｂの端末処理を容易とすることができる。加えて、渦巻きコイル１３Ｂの巻数を増やせば、ロータ１２が低回転でも、有効に発電することができる。よって、簡単な構造で、発電効率を向上させることができ、例えば、ロータ１２の回転数が５５０ｒｐｍ程度の低回転でも発電することができる。

図３は、本考案の一実施の形態に係るマイクロ水力発電システム２０の構成を表すものである。このマイクロ水力発電システム２０は、本実施の形態に係るコアレス発電機１０を用いたものであり、水車２１と、水車２１の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するコアレス発電機１０と、コアレス発電機１０により発生させた交流電力を整流する整流器２２と、整流器２２により整流した直流電力を蓄える蓄電池２３と、蓄電池２３から出力された直流電力を交流１００Ｖの交流電力に変換するインバーター２４とを備えている。

水車２１は、例えば、構造が簡単で安価に据え付けが可能な上掛型水車が好ましく、農業用水、放水路、又は上下水道管等に配設される。水車２１とコアレス発電機１０との間には、増速機構２５又はリンク機構を設けることが好ましい。コアレス発電機１０は、例えば、３相交流出力をするように構成され、整流器２２では例えば３相整流を行うように構成される。整流器２２と蓄電池２３の間には、蓄電池２３の過充電を防止する過充電制御装置２６を挿入することが好ましい。過充電制御装置２６は、例えば、充電電圧と蓄電池電圧とを監視することにより充電を制御するようになっている。また、インバーター２４には、蓄電池２３の過放電を防止する過放電制御警報装置２７を接続することが好ましい。過放電制御警報装置２７は、例えば、インバーター２４から蓄電池電圧の低下信号が入力されるとインバーター２４を停止し、警報を発するようになっている。

このように本実施の形態のマイクロ水力発電システム２０によれば、本実施の形態に係るコアレス発電機１０を用いるようにしたので、駆動トルクが小さくても発電することができると共に、コアレス発電機１０により発生させた交流電力を整流し、蓄電して、インバーター２４により一般家庭等で使用する交流１００Ｖに変換するようにしたので、発電電圧が小さくても一般家庭等で利用できる電圧に変換することができると共に、周波数・電圧共に安定した出力を得ることができる。

よって、簡単かつ安価に農業用水等の小水力エネルギーを有効利用することができる。また、近隣にある程度の落差と水量がある水路があればよいので、一般電力会社の配電線が近辺にない場所、例えば、僻地、山間部、登山等で利用する山小屋において、実用性のある電力を供給することができると共に、大災害時等の緊急用電源としても有効活用することができる。更に、特殊技術や大規模な設備が必要でなく、安価に製造及び設置が可能であるので、発展途上国等への援助に貢献することもできる。

以上、実施の形態及び実施例を挙げて本考案を説明したが、本考案は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、ハウジング１１の中に、一対のロータディスク１２Ａと、その間に配置された１つのステータディスク１３Ａとを備える場合について説明したが、同一の回転軸１４に３以上のロータディスク１２Ａを配設し、それらの間にステータディスク１３Ａをそれぞれ配設するようにしてもよい。

１０…コアレス発電機、１１…ハウジング、１２…ロータ、１２Ａ…ロータディスク、１２Ｂ…永久磁石、１２Ｃ…回転軌道、１３…ステータコイル、１３Ａ…ステータディスク、１３Ｂ…渦巻きコイル、１３Ｃ…回転軸側端部、１３Ｄ…反対側端部、１３Ｅ…巻き始め、１３Ｆ…巻き終わり、１４…回転軸、２０…マイクロ水力発電システム、２１…水車、２２…整流器、２３…蓄電池、２４…インバーター、２５…増速機構、２６…過充電制御装置、２７…過放電制御警報装置

Claims

回転軸に固定したロータディスクに対して、円周方向に異極が交互に現れるように複数個の永久磁石を設けたロータと、
ハウジングに固定したステータディスクに対して、前記永久磁石の磁極に渦巻き面が対向するようにコアレス型の複数の渦巻きコイルを円周方向に設けたステータコイルとを備え、
前記渦巻きコイルは、前記回転軸を中心とする径方向に伸長して巻回されており、
渦巻きコイルの内周における径方向の回転軸側端部は、前記永久磁石の回転軌道よりも回転軸の側に位置し、渦巻きコイルの内周における径方向の反対側端部は、前記永久磁石の回転軌道よりも外周側に位置し、
前記渦巻きコイルの巻き始めと巻き終わりは、前記永久磁石の回転軌道の外周側に位置する
ことを特徴とするコアレス発電機。
水車と、
この水車の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する請求項１記載のコアレス発電機と、
このコアレス発電機により発生させた交流電力を整流する整流器と、
この整流器により整流した直流電力を蓄える蓄電池と、
この蓄電池から出力された直流電力を交流１００Ｖの交流電力に変換するインバーターと
を備えたことを特徴とするマイクロ水力発電システム。