JP4827380B2

JP4827380B2 - Wind power generation system

Info

Publication number: JP4827380B2
Application number: JP2004020578A
Authority: JP
Inventors: 久和内山; 士朗金原
Original assignee: 金原士朗
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2024-01-28
Also published as: JP2006219981A

Description

本発明は風力発電システムに関する。さらに詳しくは、リニアモータの原理を発電機にして採用した風力発電システムに関する。 The present invention relates to a wind power generation system. And more particularly relates to a wind power generation system, which was adopted by the generator of the principles of the linear motor.

特公平３−１００３７号公報Japanese Patent Publication No.3-10037

特許文献１には、羽根車の軸をリングギヤに連結し、そのリングギヤと内接する複数個の遊星ギヤを介して羽根車の軸心と同心状に配置される太陽ギヤを回転させ、その太陽ギヤの軸を発電機に連結した風力発電装置が開示されている。これらのリングギヤ、遊星ギヤ、太陽ギヤは遊星歯車減速機を構成しており、リングギヤに連結される羽根車の回転は、その減速機で増速されて発電機に伝えられる。それにより風力が弱く、羽根車の回転数が少ない場合でも、効率よく発電機を作動させることができる。 In Patent Document 1, a shaft of an impeller is connected to a ring gear, and a sun gear arranged concentrically with the shaft center of the impeller is rotated through a plurality of planetary gears inscribed with the ring gear. The wind power generator which connected the axis | shaft of this to the generator is disclosed. These ring gear, planetary gear, and sun gear constitute a planetary gear speed reducer, and the rotation of the impeller coupled to the ring gear is increased by the speed reducer and transmitted to the generator. Thereby, even when wind power is weak and the rotation speed of the impeller is small, the generator can be operated efficiently.

風力発電装置が利用する風は、自然現象であり、弱風の状態から強風の状態まで、かなり変動が大きい。そのため、風力発電装置にはその変動に対して機敏に対応できることが求められる。従来の風力発電機では、そのような広範囲の風力の変動に対応するため、広範囲の回転数に対応できる性能の発電機が採用されているが、微風から強風まで広く対応できる発電機は実用化されていない。前述の特公平３−１００３７号公報の風力発電装置は遊星歯車減速機の出力側であるリングギヤに入力し、太陽ギヤ側から出力させることで効率的な増速作用を得ることを意図しているが、微風の状態ではトルクが足らず、一旦止まってしまう。そのため、静止摩擦抵抗を超える強い風が吹き始めるまで、発電することができない。また、周辺部の縦羽根から中心軸まで支持棒などでトルクを伝達する必要があるので、羽根車の重量が重くなる。そのため微風での回転が一層困難である。 The wind used by the wind turbine generator is a natural phenomenon and varies considerably from a weak wind to a strong wind. For this reason, the wind power generator is required to be able to respond quickly to the fluctuation. In conventional wind power generators, in order to cope with such a wide range of wind power fluctuations, power generators with performance that can handle a wide range of rotation speeds are adopted, but generators that can handle a wide range of light winds and strong winds are put into practical use. It has not been. The wind power generator disclosed in the above Japanese Patent Publication No. 3-10037 is intended to obtain an efficient speed increasing action by inputting to a ring gear on the output side of the planetary gear reducer and outputting from the sun gear side. However, the torque is not enough in a light wind and it stops. For this reason, power cannot be generated until a strong wind exceeding the static frictional resistance starts to blow. Moreover, since it is necessary to transmit a torque with a support rod etc. from the vertical blade | wing of a peripheral part to a center axis | shaft, the weight of an impeller becomes heavy. Therefore, it is more difficult to rotate with a light wind.

本発明は、従来の装置では止まってしまうような微風に対しても羽根車の回転が停止せず、効率よく発電することができる風力発電システムを提供することを技術課題としている。 An object of the present invention is to provide a wind power generation system that can efficiently generate power without stopping the rotation of an impeller even with a breeze that stops in a conventional device .

本発明の風力発電システムは、フレームと、そのフレームによって回転自在に支持される羽根車と、その羽根車またはフレームのうち、いずれか一方に羽根車の回転中心から等距離で配列される複数個の界磁用磁石と、他方に環状に配列されるコイル群とからなり、前記フレームが、上下に延びる複数本の脚と、それらの脚を円周方向等間隔に連結し、放射状に延びる複数本のスポークおよびそれらのスポークの外側の端部近辺同士をつなぐリングからなる連結部材とを備えており、前記羽根車が、上下方向に延びるシャフトと、そのシャフトに固定されている上下一対のボスと、各ボスから放射状に延びる複数本の横羽根と、上下の横羽根の先端に固定される縦羽根とを備えており、前記リングにコイル群が設けられ、前記縦羽根の下端近辺に前記界磁用磁石が設けられており、前記界磁用磁石とコイル群とが近接して相対的に運動することにより、リニアモータと逆の作用でコイル群が電力を発生するように構成しており、前記界磁用磁石または前記コイル群の位置をずらすことにより発電量のコントロールができることを特徴としている。界磁用磁石は永久磁石でもよく、電磁石でもよい。
A wind power generation system according to the present invention includes a frame, an impeller rotatably supported by the frame, and a plurality of the impellers or the frame arranged at an equal distance from the rotation center of the impeller. A plurality of legs extending vertically, and a plurality of legs extending radially by connecting the legs at equal intervals in the circumferential direction. And a connecting member comprising a ring connecting the vicinity of the outer ends of the spokes, and the impeller includes a shaft extending in the vertical direction and a pair of upper and lower bosses fixed to the shaft. And a plurality of horizontal blades extending radially from each boss, and vertical blades fixed to the tips of the upper and lower horizontal blades, wherein the ring is provided with a coil group, and near the lower ends of the vertical blades. The field magnet is provided on, by said field magnet and the coil groups are moved relative close, configured so that the coil group to generate electric power by the action of the linear motor opposite The power generation amount can be controlled by shifting the position of the field magnet or the coil group. The field magnet may be a permanent magnet or an electromagnet.

このような風力発電システムにおいては、前記コイル群が前記界磁用磁石の周方向に間隔をあけて配列されており、前記コイル群または界磁用磁石を半径方向にずらすことにより、発電量のコントロールができるものが好ましい。 In such a wind power generation system, the coil groups are arranged at intervals in the circumferential direction of the field magnets, and by shifting the coil groups or field magnets in the radial direction, the amount of power generation can be reduced. What can be controlled is preferable .

さらに前記コイル群が前記界磁用磁石の側面に隙間を介して配列されており、前記コイル群または界磁用磁石を上下方向にずらすことにより、発電量のコントロールができるものが好ましい。
また、コイル群が前記界磁用磁石の内周側および外周側から挟むように一対で設けられていてもよい。 Further, the and the coil groups are arranged through a gap to the side of the field magnet, by shifting the coils or field magnets in the vertical direction, has preferably has shall be power generation amount control .
A pair of coils may be provided so as to be sandwiched from the inner peripheral side and the outer peripheral side of the field magnet.

また、前記羽根車が前記縦羽根の上端同士および下端同士を連結する補強リングをさらに備えており、前記下端同士を連結する補強リングに前記界磁用磁石が設けられたものが好ましい。
The front Symbol impeller further comprises a reinforcing ring linking the upper ends and lower ends of the longitudinal wings, which the field magnet to the reinforcing ring for connecting the lower ends are provided are preferable.

さらに前記羽根車の下端とフレームとの間に、羽根車の回転を許しながら羽根車の重量の少なくとも一部を支持する円環状の支持手段が介在されている風力発電システムが好ましい。 Furthermore between the lower end and the frame of the impeller, wind power systems that annular support means for supporting at least a portion of the weight of the impeller while permitting rotation of the impeller is interposed are preferred.

そのような支持手段は、フレームと羽根車のうち、いずれか一方に設けられる転動体群と、他方に設けられ、転動体群と接触する走行路とから構成することができる。前記支持手段が、フレームに設けられる第１の磁石群と、それらの磁石群と互いに反発するように羽根車に設けられる第２の磁石群とから構成することもできる。 Such support means, of the frame and the impeller, and the rolling elements group provided on either one, provided on the other, Ru can be composed of roadway and in contact with the rolling element groups. The supporting means may be configured by a first magnet group provided on the frame and a second magnet group provided on the impeller so as to repel each other .

また、風力が一時的に弱くなったとき、前記コイル群の一部ないし全部に電流を流し、界磁用磁石とコイル群にリニアモータの作用を生じさせ、それにより風車に回転トルクを与えるように構成しているものが好ましい。 Further, when the wind power is temporarily weakened, a current is passed through some or all of the coil groups, causing the field magnet and the coil groups to act as a linear motor, thereby giving a rotational torque to the windmill. what is not preferable that make up to.

本発明の風力発電システムでは、羽根車が回転すると、フレームと羽根車にそれぞれ環状に配列した界磁用磁石とコイルとで、いわばリニアモータと逆の作用で発電する。そしてそのような界磁用磁石やコイルは、羽根車の周囲ないし途中の円周に沿って多数配列することができ、相対的な速度はかなり速くなる。さらに風を受ける羽根車の外周部で発電するので、中心部に大きい力を伝達する必要がなく、羽根車を軽量にすることができる。そのため微風でも羽根車が回転しやすく、また、羽根車の回転速度が遅い場合でも、コイル群から充分な発電量を得ることができる。
また、界磁用磁石または前記コイル群の位置をずらすことにより発電量のコントロールができるように構成されているため、必要な電力に応じて、あるいは、風力に応じて界磁用磁石およびコイル群の間隔あるいは相対面積を調節することができる。
さらに、フレームないし羽根車が周囲の温度変化で膨張・収縮したときでも、前記フレームと羽根車に設けられる複数個の界磁用磁石とコイル群との隙間（間隔）を所定の範囲に維持させることができ、発電量をコントロールすることができる。そのため、界磁用磁石と各コイルの隙間を小さくすることにより、発電効率を向上させ、回転数が低くても発電量を稼ぐことができる。
そして、前記フレームが、上下に延びる複数本の脚と、それらの脚を円周方向等間隔に連結し、放射状に延びる複数本のスポークおよびそれらのスポークの外側の端部近辺同士をつなぐリングからなる連結部材とを備えており、前記羽根車が、上下方向に延びるシャフトと、そのシャフトに固定されている上下一対のボスと、各ボスから放射状に延びる複数本の横羽根と、上下の横羽根の先端に固定される縦羽根とを備えており、前記リングにコイル群が設けられ、前記縦羽根の下端近辺に前記界磁用磁石が設けられているため、電気配線を必要とするコイル群を静止しているフレームのリングに設けているので、構造が簡単である。
In wind power system of the present invention, when the impeller is rotated, in the field magnet and coils respectively arranged in a circle frame and the impeller, as it were generated by the action of the linear motor opposite. A large number of such field magnets and coils can be arranged along the circumference of the impeller or in the middle of the impeller, and the relative speed is considerably increased. Furthermore, since electric power is generated at the outer peripheral portion of the impeller that receives wind, it is not necessary to transmit a large force to the central portion, and the impeller can be reduced in weight. Therefore, the impeller is easy to rotate even with a slight wind, and even when the rotational speed of the impeller is slow, a sufficient amount of power generation can be obtained from the coil group.
In addition, since the power generation amount can be controlled by shifting the position of the field magnet or the coil group, the field magnet and the coil group according to the required power or according to the wind force. The spacing or relative area of the can be adjusted.
Further, even when the frame or the impeller expands / contracts due to a change in ambient temperature, the gaps (intervals) between the plurality of field magnets provided on the frame and the impeller and the coil group are maintained within a predetermined range. And the amount of power generation can be controlled. Therefore, by reducing the gap between the field magnet and each coil, the power generation efficiency can be improved and the amount of power generation can be earned even when the rotational speed is low.
Then, the frame includes a plurality of legs extending vertically, a ring connecting the legs at equal intervals in the circumferential direction, and connecting a plurality of spokes extending radially and the outer ends of the spokes. The impeller includes a shaft extending in the vertical direction, a pair of upper and lower bosses fixed to the shaft, a plurality of horizontal blades extending radially from each boss, and upper and lower horizontal blades. A vertical blade fixed to the tip of the blade, a coil group is provided in the ring, and the field magnet is provided in the vicinity of the lower end of the vertical blade. Since the group is provided on the ring of the stationary frame, the structure is simple.

本発明の風力発電システムであって、前記コイル群が前記界磁用磁石の周方向に間隔をあけて配列されており、前記コイル群または界磁用磁石を半径方向にずらすことにより、発電量のコントロールができる場合、あるいは、前記コイル群が前記界磁用磁石の周方向に間隔をあけて配列されており、前記コイル群または界磁用磁石を上下方向にずらすことにより、発電量のコントロールができる場合、羽根車の中心軸に対して回転する界磁用磁石に対して効率よく発電量を調節することができる。 In the wind power generation system of the present invention, the coil groups are arranged at intervals in the circumferential direction of the field magnets, and the amount of power generation is obtained by shifting the coil groups or field magnets in the radial direction. Or the coil group is arranged at intervals in the circumferential direction of the field magnet, and the amount of power generation can be controlled by shifting the coil group or the field magnet vertically. If it is possible, the power generation amount can be adjusted efficiently with respect to the field magnet rotating with respect to the central axis of the impeller.
前記コイル群を前記界磁用磁石の内周側および外周側から挟むように一対で設ける場合、発電量を一層大きくすることができる。 When the coil group is provided as a pair so as to be sandwiched from the inner peripheral side and the outer peripheral side of the field magnet, the power generation amount can be further increased.

前記羽根車が前記縦羽根の上端同士および下端同士を連結する補強リングをさらに備えており、前記下端同士を連結する補強リングに前記界磁用磁石が設けられている場合、全体の強度が高い。 When the impeller further includes a reinforcing ring that connects upper ends and lower ends of the vertical blades, and the field magnet is provided on the reinforcing ring that connects the lower ends, the overall strength is high. .

前記羽根車の下端とフレームとの間に、羽根車の回転を許しながら羽根車の重量の少なくとも一部を支持する円環状の支持手段が介在されている場合は、羽根車の軸と軸受けの抵抗が少なくなる。そのため、微風でも回転しやすく、止まりにくい。 Between the lower end and the frame of the impeller, if the annular support means is interposed to support at least part of the weight of the impeller while permitting rotation of the impeller, the impeller shaft and the bearing Less resistance. For this reason, it is easy to rotate even in a light breeze and is difficult to stop.

前記支持手段が、フレームと羽根車のうち、いずれか一方に設けられる転動体群と、他方に設けられ、転動体群と接触する走行路とからなる場合は、個々の転動体が羽根車の重量を分担し、しかもころがり摩擦となるので、支持部材における回転抵抗が少なくなる。 Said support means, of the frame and the impeller, and the rolling elements group provided on either one, provided on the other, and if made of the travel path in contact with the rolling element groups, each of the rolling elements impeller And the rolling friction is reduced, so that the rotational resistance of the support member is reduced.

前記支持手段が、フレームに設けられる第１の磁石群と、それらの磁石群と互いに反発するように羽根車に設けられる第２の磁石群とからなる場合は、無接触で支持することができるので、支持部材における抵抗が一層少なくなる。その場合であって、前記第１磁石群がフレームに対して実質的に連続する環状に配列されており、前記羽根車が放射状に配列される複数枚の羽根を有し、前記第２の磁石群がそれらの羽根を支持するように、放射状に配列されている場合は、重量が集中する羽根の部分で第２の磁石群がフレームの第１の磁石群から磁力の反発を受ける。そのため、羽根車が安定して効率よく支持される。 Said support means comprises a first magnet group provided on the frame, if made of a second magnet group provided on the impeller so as to repel each other with their magnet group be supported without contact As a result, the resistance in the support member is further reduced. In this case , the first magnet group is arranged in an annular shape substantially continuous with the frame, the impeller has a plurality of blades arranged radially, and the second magnet When the groups are arranged radially to support the blades, the second magnet group receives a magnetic repulsion from the first magnet group of the frame at the portion of the blade where the weight is concentrated. Therefore, the impeller is stably and efficiently supported.

風力が一時的に弱くなったとき、前記コイル群の一部ないし全部に電流を流し、界磁用磁石とコイル群にリニアモータの作用を生じさせ、それにより風車に回転トルクを与えるように構成している風力発電システムは、風が一時的に弱くなっても羽根車を止めずに回転を維持させることができる。そのため、静止摩擦抵抗に抗して回転を開始させる必要がなく、微風であっても効率よく発電をすることができる。 When the wind power is temporarily weakened, a current is passed through part or all of the coil group, causing the field magnet and the coil group to act as a linear motor, thereby providing rotational torque to the windmill. wind power system you are can wind to maintain the rotating without stopping the impeller be temporarily weakened. Therefore, it is not necessary to start rotation against the static frictional resistance, and power can be generated efficiently even with a light wind.

次に図面を参照しながら本発明の風力発電システムの実施の形態を説明する。 Next, embodiments of the wind power generation system of the present invention will be described with reference to the drawings .

始めに図２を参照して風力発電システムの全体を説明する。図２に示す風力発電システム１０は、フレーム１１と、そのフレーム内に上下２段で設けられる羽根車１２とを備えており、羽根車１２は、フレーム１１に対して鉛直方向の軸心回りに回転自在に設けられている。そして羽根車１２の下端部とフレーム１１のリング１８との間で、リニアモータの作用と逆の作用で発電する発電部（いわばリニアジェネレータ）１４を備えている。 First, the entire wind power generation system will be described with reference to FIG. A wind power generation system 10 shown in FIG. 2 includes a frame 11 and an impeller 12 provided in two upper and lower stages in the frame. The impeller 12 is arranged around an axis in the vertical direction with respect to the frame 11. It is provided rotatably. And between the lower end part of the impeller 12 and the ring 18 of the flame | frame 11, the electric power generation part (so-called linear generator) 14 which generate | occur | produces electric power by the effect | action contrary to the effect | action of a linear motor is provided.

前記フレーム１１は図３および図４に示すように、上下方向に延びる３本の脚１５と、それらの脚を円周方向等間隔に連結する連結部材１６とを備えている。連結部材１６は脚１５の上端と、下端からある程度上側の位置と、それらの中間の３段で設けられている。各連結部材１６の間のスペースＳ１、Ｓ２には、前記羽根車１２が収容される。連結部材１６は、放射状に延びる３本のスポーク１７と、それらのスポーク１７の外側の端部近辺同士をつなぐ前述のリング１８とを備えている。さらに各連結部材１６のスポーク１７の中心部には、羽根車１２を回転自在に支持するための軸受け１９、２０が上下一対で設けられている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the frame 11 includes three legs 15 extending in the vertical direction, and connecting members 16 that connect the legs at equal intervals in the circumferential direction. The connecting member 16 is provided at the upper end of the leg 15, a position somewhat above the lower end, and three steps in between. The impeller 12 is accommodated in the spaces S <b> 1 and S <b> 2 between the connecting members 16. The connecting member 16 includes three spokes 17 that extend radially and the ring 18 that connects the vicinity of the outer ends of the spokes 17. Further, a pair of upper and lower bearings 19 and 20 for rotatably supporting the impeller 12 are provided at the center of the spoke 17 of each connecting member 16.

前記羽根車１２は、図５および図６に示すように、上下方向に延びるシャフト２２と、そのシャフトに固定されている上下一対のボス２３、２４と、各ボスから放射状に延びる５本の横羽根２５と、上下の横羽根２５の先端に固定される縦羽根２６とから構成されている。すなわちこの実施形態では、５枚の縦羽根２６と、その倍の１０枚の横羽根２５を備えている。さらに各縦羽根２６の上端同士および下端同士は、それらの内周に取り付けられる補強リング２１、２１によって互いに連結されており、それにより羽根車１２全体の強度を向上させている。ただし補強リング２１は設けなくてもよい。横羽根２５は、この実施形態ではシャフト２２が上から見たときの反時計方向に回転したときに上向きに浮力が働くような断面形状を有する翼型を呈している。なお、回転方向に関して前端が上向きになるように傾いていてもよく、特定の翼型と特定の傾きとを組み合わせてもよい。さらに傾きを調節できるようにしてもよい。また縦羽根２６の枚数は、３枚程度でもよく、１０枚以上であってもよい。なお、想像線のように、羽根車１２の上下のシャフト２２同士を連結して上下を貫通する１本のシャフトとすることもできる。 As shown in FIGS. 5 and 6, the impeller 12 includes a shaft 22 extending in the vertical direction, a pair of upper and lower bosses 23 and 24 fixed to the shaft, and five horizontal beams extending radially from the bosses. It is comprised from the blade | wing 25 and the vertical blade | wing 26 fixed to the front-end | tip of the up-and-down horizontal blade | wing 25. As shown in FIG. That is, in this embodiment, five vertical blades 26 and double the horizontal blades 25 are provided. Further, the upper ends and the lower ends of the vertical blades 26 are connected to each other by reinforcing rings 21 and 21 attached to the inner periphery thereof, thereby improving the strength of the impeller 12 as a whole. However, the reinforcing ring 21 may not be provided. In this embodiment, the horizontal blade 25 has an airfoil shape having a cross-sectional shape in which buoyancy works upward when the shaft 22 rotates counterclockwise when viewed from above. In addition, you may incline so that a front end may become upward regarding a rotation direction, and you may combine a specific airfoil and a specific inclination. Further, the inclination may be adjusted. Further, the number of the vertical blades 26 may be about 3, or 10 or more. In addition, like an imaginary line, the upper and lower shafts 22 of the impeller 12 can be connected to each other to form a single shaft that penetrates the upper and lower sides.

前記縦羽根２６は横方向からの風を受けるときに、５枚の縦羽根２６に生ずる力の合力が上から見たときに反時計方向のモーメントを生ずるような翼型を呈している。縦羽根２６も、鉛直方向の軸心回りに傾いていてもよく、翼型と傾きを組み合わせてもよい。さらに傾きを調節するようにしてもよい。 When the vertical blades 26 receive wind from the lateral direction, the vertical blades 26 have an airfoil shape in which the resultant force of the five vertical blades 26 generates a counterclockwise moment when viewed from above. The vertical blades 26 may also be tilted around the vertical axis, and the airfoil and tilt may be combined. Further, the inclination may be adjusted.

図３に示すように、各羽根車１２のシャフト２２の上端および下端はそれぞれ上側の軸受け１９および下側の軸受け２０によって回転自在に支持されている。図２のように取り付けられた状態では、羽根車１２の重量は基本的に、下側の軸受け２０によって支持される。ただし後述するように、車輪や磁気浮上などで支持することもできる。また、回転するに従って、横羽根２５が生ずる揚力によっても支持される。 As shown in FIG. 3, the upper end and the lower end of the shaft 22 of each impeller 12 are rotatably supported by an upper bearing 19 and a lower bearing 20, respectively. In the mounted state as shown in FIG. 2, the weight of the impeller 12 is basically supported by the lower bearing 20. However, as will be described later, it can be supported by wheels or magnetic levitation. Moreover, it is supported also by the lift which the horizontal blade | wing 25 produces as it rotates.

図７の実施形態では、各縦羽根２６の下端に車輪２７が回転自在に取り付けられている。そしてフレーム１１のリング１８の内側の部分が環状の走行路２８となっている。そのため、縦羽根２６や横羽根２５の重量の全部または一部が車輪２７を介してフレーム１１で支えられる。そのため、軸受け１９、２０の負担が少ない。また、横羽根２５の撓みが少なくなるので、発電部１４の作用が安定する。さらに撓みが少ないため、羽根車１２全体を発泡樹脂や繊維強化プラスチックなどの軽量の材料で構成する場合でも、回転が安定する。 In the embodiment of FIG. 7, a wheel 27 is rotatably attached to the lower end of each vertical blade 26. An inner portion of the ring 18 of the frame 11 is an annular traveling path 28. Therefore, all or part of the weights of the vertical blades 26 and the horizontal blades 25 are supported by the frame 11 via the wheels 27. Therefore, the load on the bearings 19 and 20 is small. Moreover, since the bending of the horizontal blade 25 is reduced, the operation of the power generation unit 14 is stabilized. Furthermore, since there is little bending, rotation is stabilized even when the whole impeller 12 is comprised with lightweight materials, such as a foamed resin and a fiber reinforced plastic.

前記発電部１４は、羽根車１２の縦羽根２６の下端近辺に設けられた永久磁石３１からなる界磁用磁石と、フレームのリング１８に設けられたコイル群３２と、図１に示される制御部３３と、蓄電部３４とから構成されている。コイル群３２は、図７に示すように環状のカバー３８によって覆われている。なお、界磁用磁石としては、永久磁石のほか、電磁石を用いることもできる。しかし永久磁石の方が、配線が不要なため、設置工事およびメンテナンスが容易である。ただし大規模な風力発電システムの場合は、電磁石の方が取り扱いやすい利点がある。以下の実施の形態でも同様に永久磁石あるいは電磁石のいずれも界磁用磁石として採用することができる。 The power generation unit 14 includes a field magnet made of a permanent magnet 31 provided near the lower end of the vertical blade 26 of the impeller 12, a coil group 32 provided on the ring 18 of the frame, and the control shown in FIG. The unit 33 and the power storage unit 34 are included. The coil group 32 is covered with an annular cover 38 as shown in FIG. In addition, as a field magnet, an electromagnet can be used in addition to a permanent magnet. However, since permanent magnets do not require wiring, installation work and maintenance are easier. However, in the case of a large-scale wind power generation system, the electromagnet has the advantage of being easier to handle. Similarly in the following embodiments, either a permanent magnet or an electromagnet can be employed as a field magnet.

前記コイル群３２は、図１に示すように、３個一組で順に並んだ第１コイル列３５、第２コイル列３６および第３コイル列３７から構成されている。そしてそれぞれのコイル列３５、３６、３７の各コイルの端部は、電力を取り出すための第１送電線４１、第２送電線４２および第３送電線４３に並列で接続されている。ただし直列で接続することもできる。また、各送電線４１、４２、４３は２本としているが、アース線を共通にすることもできる。各送電線４１、４２、４３は、制御部３３に導かれ、外部送電線４５によって外部に送電できるようにしている。また、制御部３３に送電線４６によって接続されている蓄電部３４は、発電された電力の一部を蓄えておく部位であり、後述するように、発電部１４をモータとして利用するときに電力を供給する。なお、コイル群３２のコイルの個数は、縦羽根２６の枚数で割り切れる数とするのが好ましい。この実施形態では、３つのグループに分けているので、３×５＝１５の倍数、たとえば１５個、３０個あるいは４５個程度である。ただし６０個以上でもよい。 As shown in FIG. 1, the coil group 32 includes a first coil array 35, a second coil array 36, and a third coil array 37 that are sequentially arranged in a set of three. And the edge part of each coil of each coil row | line | column 35, 36, 37 is connected in parallel with the 1st power transmission line 41, the 2nd power transmission line 42, and the 3rd power transmission line 43 for taking out electric power. However, they can be connected in series. Moreover, although each power transmission line 41, 42, 43 is two, a grounding wire can also be made common. Each of the power transmission lines 41, 42, 43 is guided to the control unit 33 so that power can be transmitted to the outside by the external power transmission line 45. In addition, the power storage unit 34 connected to the control unit 33 by the power transmission line 46 is a part for storing a part of the generated power, and as will be described later, the power is stored when the power generation unit 14 is used as a motor. Supply. The number of coils in the coil group 32 is preferably a number that is divisible by the number of vertical blades 26. In this embodiment, since it is divided into three groups, it is a multiple of 3 × 5 = 15, for example, about 15, 30, or 45. However, it may be 60 or more.

コイル群３２の各コイルは、ほぼ等間隔で配置されている。そしてそれぞれの縦羽根２６の下端外面に設けられる永久磁石３１とコイルとの間は、充分接近させて配置しており、永久磁石とコイルとの間隔Ｓ３は、たとえば１〜５ｍｍ程度である。コイル群３２のそれぞれのコイルには、鉄心を入れてもよく、また、入れなくてもよい。 The coils of the coil group 32 are arranged at almost equal intervals. And the permanent magnet 31 provided on the outer surface of the lower end of each vertical blade 26 and the coil are arranged sufficiently close to each other, and the interval S3 between the permanent magnet and the coil is, for example, about 1 to 5 mm. Each coil of the coil group 32 may or may not contain an iron core.

上記のように、構成される風力発電システム１０においては、風が吹くと、羽根車１２が上から見たときの反時計方向（図１の矢印Ｐ１）に回転する。そして永久磁石の磁力線がコイル群３２のコイルを順に横切っていくので、リニアモータと逆の作用により、コイルに起電力が生じ、両端から電力を取り出すことができる。なお、この実施形態では、３組のコイル列３５、３６、３７で順番に発電するので、３相交流の形で発電される。得られた電力は、送電線４１、４２、４３によって制御部３３まで送られる。制御部３３では、電力の脈動を平坦にしたり、あるいはきれいなサインカーブを組み合わせた３相交流の状態で外部に送電する。そのとき、一部の電力は蓄電部３４に蓄える。 As described above, in the wind power generation system 10 configured as described above, when the wind blows, the impeller 12 rotates counterclockwise when viewed from above (arrow P1 in FIG. 1). And since the magnetic field line of a permanent magnet crosses the coil of the coil group 32 in order, an electromotive force arises in a coil by the reverse effect | action with a linear motor, and it can take out electric power from both ends. In this embodiment, since power is generated in turn by the three sets of coil arrays 35, 36 and 37, power is generated in the form of a three-phase alternating current. The obtained electric power is sent to the control unit 33 through the power transmission lines 41, 42 and 43. In the control unit 33, power is transmitted to the outside in a three-phase AC state in which the pulsation of power is flattened or a clean sine curve is combined. At that time, a part of the electric power is stored in the power storage unit 34.

上記の風力発電システム１０では、永久磁石３１が羽根車１２の外周近辺に設けられるので、羽根車の慣性が大きくなり、そのため回転の開始時の必要トルクは大きいが、一旦回転すると、止まりにくく、風力が変化しても回転数が変化しにくい。そのため、安定した発電を行うことができる。さらに風を受けて回転力を発生する縦羽根と、発電の反作用で負荷となる発電部３２とが、いずれも縦羽根２６の外周円の接線方向となる。そのため横羽根２５でトルクを伝達する必要がなく、強度も低くてよい。したがって発泡樹脂成形品や、繊維強化プラスチックなどの軽量の材料で羽根車１２を構成することができる。そのため回転の抵抗も少なく、発電効率が高い。 In the wind power generation system 10 described above, since the permanent magnet 31 is provided in the vicinity of the outer periphery of the impeller 12, the inertia of the impeller is increased, so that the necessary torque at the start of rotation is large, but once rotated, it is difficult to stop, The number of revolutions is unlikely to change even when the wind force changes. Therefore, stable power generation can be performed. Further, the vertical blades that generate rotational force by receiving wind and the power generation unit 32 that becomes a load due to the reaction of power generation are both tangential to the outer circumferential circle of the vertical blades 26. Therefore, it is not necessary to transmit torque with the horizontal blades 25, and the strength may be low. Therefore, the impeller 12 can be made of a lightweight material such as a foamed resin molded product or fiber reinforced plastic. Therefore, there is little rotation resistance and power generation efficiency is high.

また、風力が低下して羽根車の回転数が低下したときは、制御部３３で蓄電部３４と接続する送電線４６の結線状態を切り換え、蓄電部３４からコイル群３２に電力を供給するように構成するのが好ましい。それにより発電部１４はリニアモータとして作用し、羽根車１２を同じ方向に回転させることができる。そのため、羽根車１２が停止せず、遅くても回転を継続する。なお、その間は発電できないので、送電をやめるか、あるいは蓄電部３４から送電する。そして再び風が強く吹き始めると、制御部３３と蓄電部３４の送電線４６を元に戻し、発電させるようにする。その場合、羽根が停止していないので、停止状態から回転を始める場合のような静止摩擦力に抗して回転させる必要がない。したがって全体としては電力を無駄にせず、効率のよい発電を行うことができる。なお、上記のモータ作用と発電作用の切り替えは、たとえば回転数を検出センサを設け、所定の回転数の基準値より回転数が減じたか、あるいは増加したかによって自動的に切り換えるようにしてもよい。 When the wind power decreases and the rotation speed of the impeller decreases, the control unit 33 switches the connection state of the power transmission line 46 connected to the power storage unit 34 so that power is supplied from the power storage unit 34 to the coil group 32. It is preferable to configure. Thereby, the electric power generation part 14 acts as a linear motor, and can rotate the impeller 12 in the same direction. Therefore, the impeller 12 does not stop and continues to rotate even if it is late. Since power cannot be generated during that time, power transmission is stopped or power is transmitted from the power storage unit 34. When the wind starts to blow again, the control unit 33 and the power transmission line 46 of the power storage unit 34 are restored to generate power. In that case, since the blades are not stopped, there is no need to rotate against the static frictional force as in the case of starting rotation from the stopped state. Therefore, as a whole, power can be efficiently generated without wasting power. The motor operation and the power generation operation may be switched, for example, by providing a detection sensor for the rotation speed and automatically switching depending on whether the rotation speed is decreased or increased from a predetermined rotation speed reference value. .

図１の場合は、すべてのコイルが第１送電線４１、第２送電線４２、第３送電線のいずれかに常時連結されているが、コイルと各送電線との間に遮断機の接点を介在させると共に、それらのコイル群をたとえば４つのグループに分け、いずれかのグループから電力を取り出すか、遮断機の入り切りで選択できるようにしてもよい。その場合は、風羽根車１２の回転の負荷を変化させることができるので、微風状態では少ないコイルで発電させ、風力が回復すると、発電させるコイルの数を増やすように制御することができる。それによって風力の広い範囲に渡って効率のよい発電を行うことができる。なお、稼働させるコイルの増減は、各組１個ずつ増減するほか、２個ずつ、あるいは３個ずつなどとすることもできる。なおシャフト２２に関して対称位置にある２〜３台のコイルを一緒に遮断する方が、羽根車１２の回転抵抗についてバランスがとれる。また、一部のコイルで発電させると共に、他のコイルでモータとして駆動させることもできる。 In the case of FIG. 1, all the coils are always connected to one of the first power transmission line 41, the second power transmission line 42, and the third power transmission line, but the contact point of the circuit breaker is between the coil and each power transmission line. In addition, the coil group may be divided into, for example, four groups, and power may be taken out from any of the groups, or may be selected by turning on and off the circuit breaker. In that case, since the rotation load of the wind impeller 12 can be changed, it is possible to control to increase the number of coils to be generated when power is generated by a small number of coils in a light wind state and the wind power is restored. Thereby, efficient power generation can be performed over a wide range of wind power. In addition, the number of coils to be operated can be increased or decreased by one for each group, or by two or three. It should be noted that it is possible to balance the rotational resistance of the impeller 12 by blocking together two to three coils at symmetrical positions with respect to the shaft 22. Moreover, it is possible to generate electric power with some coils and drive it as a motor with other coils.

また図７の実施形態では、縦羽根２６の下端に車輪２７が取り付けられ、フレーム１１の側に走行路２８を設けているが、逆にフレーム１１のリング１８に複数個の車輪２７を上向きにして設け、羽根車１２にそれらの車輪２７と当接するリング状の走行路２８を設けることもできる。さらにフレーム１１または羽根車１２に、橇または橇状のスライダを設け、橇やスライダを走行路に対して摺動させることもできる。 Further, in the embodiment of FIG. 7, the wheels 27 are attached to the lower ends of the vertical blades 26 and the traveling path 28 is provided on the frame 11 side, but conversely, the plurality of wheels 27 are directed upward on the ring 18 of the frame 11. It is also possible to provide the impeller 12 with a ring-shaped traveling path 28 that comes into contact with the wheels 27. Further, the frame 11 or the impeller 12 can be provided with a hook or a hook-shaped slider, and the hook or the slider can be slid with respect to the traveling path.

図８に示す実施形態では、縦羽根２６の下端およびフレーム１１のリング１８に対し、上下方向で互いに対向するように磁石４７とコイル４８を設け、互いに磁力で反発するように構成している。それにより磁気浮上により羽根車の重量の全部あるいは一部を負担させることができる。このものは接触せずに重量の支持ができるので、高速回転でも抵抗が少ない。なお、コイル４８に代えて永久磁石を設けてもよい。さらに前記磁気浮上の構成は、磁石の吸着力を利用して、羽根車１２の上端側とフレーム１１との間で行わせることもできる。さらに羽根車の下端側で反発させる方式に加えて、縦羽根２６の上端とその上側のフレームのリング１８との間に互いに反発する磁石を設けることもできる。その場合は羽根車１２が上下に反発されて重量と釣り合う高さで回転する。そのため回転時の安定性が高い。前記コイル４８についても、鉄心を入れてもよく、入れなくてもよい。上記の磁気浮上の構成は、羽根車の周囲近辺だけでなく、後述するように横羽根２５の途中とフレームのスポークの途中の間に設けることもできる。 In the embodiment shown in FIG. 8, a magnet 47 and a coil 48 are provided so as to face each other in the vertical direction with respect to the lower end of the vertical blade 26 and the ring 18 of the frame 11, and are configured to repel each other by magnetic force. Thereby, all or part of the weight of the impeller can be borne by magnetic levitation. Since this can support the weight without contact, there is little resistance even at high speed rotation. A permanent magnet may be provided in place of the coil 48. Furthermore, the magnetic levitation configuration can be performed between the upper end side of the impeller 12 and the frame 11 by using the attractive force of the magnet. Further, in addition to the method of repelling at the lower end side of the impeller, magnets that repel each other can be provided between the upper end of the vertical blades 26 and the ring 18 of the upper frame. In that case, the impeller 12 is repelled up and down and rotates at a height that matches the weight. Therefore, the stability during rotation is high. The coil 48 may or may not include an iron core. The magnetic levitation configuration described above can be provided not only in the vicinity of the periphery of the impeller, but also between the middle of the horizontal blade 25 and the spoke of the frame, as will be described later.

前記実施形態ではコイル群３２をフレーム１１の側に固定しているが、図９ａに示すように、羽根車１２の側に設けてもよい。また、図９ｂに示すように、コイル群３２を半径方向に隙間をあけて一対で設け、その隙間に永久磁石３１などの界磁用磁石を通すようにしてもよい。逆に図９ｃに示すように、永久磁石３１などの界磁用磁石を隙間をあけて設け、その隙間にコイル群３２を通すようにしてもよい。 In the embodiment, the coil group 32 is fixed on the frame 11 side, but may be provided on the impeller 12 side as shown in FIG. 9a. Further, as shown in FIG. 9b, a pair of coil groups 32 may be provided with a gap in the radial direction, and a field magnet such as the permanent magnet 31 may be passed through the gap. On the contrary, as shown in FIG. 9c, a field magnet such as the permanent magnet 31 may be provided with a gap, and the coil group 32 may be passed through the gap.

さらに前記実施形態では、縦羽根２６の外側面とリング１８の間に発電部１４を設けているが、図１０ａに示すように、縦羽根２６の下端とリング１８の上面との間に、上下方向で向かい合うように設けることもできる。その場合は車輪２７を横羽根２５の途中に設け、走行路２８はスポーク１７の途中に設ければよい。なお、車輪２７と走行路２８に代えて、磁気浮上のための磁石を両者に設けることもできる。また、図１０ｂに示すように、横羽根２５の途中に支持リング５２を設け、フレーム１８のスポーク１７の上面の途中に、前記支持リング５２と対向する支持リング５３を設け、両方の支持リング５２、５３の間に永久磁石３１などの界磁用磁石とコイル部３２とからなる発電部５４を設置することもできる。なおこの構成は、図７などの羽根車の外周に設ける発電部３２に加えて第２発電部として設けることもできる。 Further, in the above embodiment, the power generation unit 14 is provided between the outer surface of the vertical blade 26 and the ring 18, but as shown in FIG. 10 a, the upper and lower portions are arranged between the lower end of the vertical blade 26 and the upper surface of the ring 18. It can also be provided so as to face each other. In that case, the wheel 27 may be provided in the middle of the horizontal blade 25 and the traveling path 28 may be provided in the middle of the spoke 17. In addition, it can replace with the wheel 27 and the running path 28, and can also provide the magnet for magnetic levitation in both. Further, as shown in FIG. 10 b, a support ring 52 is provided in the middle of the horizontal blade 25, and a support ring 53 facing the support ring 52 is provided in the middle of the upper surface of the spoke 17 of the frame 18. , 53 may be provided with a power generation unit 54 including a field magnet such as the permanent magnet 31 and the coil unit 32. In addition, this structure can also be provided as a 2nd electric power generation part in addition to the electric power generation part 32 provided in the outer periphery of an impeller of FIG.

前述のように、コイル群３２と永久磁石３１などの界磁用磁石とは１〜５ｍｍ程度の隙間であり、両者は高速で相対的に移動する。そのため、羽根車１２が太陽熱などで熱膨張すると、隙間がなくなって干渉するおそれがある。逆に熱収縮で隙間が拡がり、発電効率が低下する場合がある。フレーム１１と羽根車１２の材料が同じであれば、両者の熱膨張係数が同じであるが、フレーム１１に強度が高い鋼材を用い、羽根車に軽量の合成樹脂を用いる場合は、とくに熱膨張係数の差による隙間の増大および減少が大きくなる。図１１は、そのような場合に用いられる間隔調整装置の実施の形態を示している。 As described above, the coil group 32 and the field magnets such as the permanent magnet 31 have a gap of about 1 to 5 mm, and both move relatively at a high speed. Therefore, when the impeller 12 is thermally expanded by solar heat or the like, there is a possibility that the gap disappears and interferes. On the contrary, the heat shrinkage may widen the gap, and the power generation efficiency may decrease. If the material of the frame 11 and the impeller 12 is the same, the coefficient of thermal expansion of both is the same. However, when a high strength steel material is used for the frame 11 and a lightweight synthetic resin is used for the impeller, thermal expansion is particularly important. The increase and decrease of the gap due to the difference in the coefficient becomes large. FIG. 11 shows an embodiment of an interval adjusting device used in such a case.

図１１に示す間隔調整装置５６では、コイル群３２をコイルケース５７に収容し、そのコイルケースをリング１８に対して半径方向に移動自在に設け、コイルケース５７をリングに対して半径方向に駆動する電動式または油圧式の駆動機構５８を設け、さらに横羽根２５の伸縮量を検出するセンサ５９を設け、横羽根２５の伸縮量に合わせて駆動機構５８を制御する制御装置６０を設けている。駆動機構５８はボールネジとモータで回転するナットとを組み合わせたもの、あるいはリニアモータを用いたものなどが用いられる。なお固定したナットとモータで回転するボールネジとを組み合わせてもよい。 In the spacing adjusting device 56 shown in FIG. 11, the coil group 32 is accommodated in a coil case 57, the coil case is provided so as to be movable in the radial direction with respect to the ring 18, and the coil case 57 is driven in the radial direction with respect to the ring. An electric or hydraulic drive mechanism 58 is provided, a sensor 59 for detecting the expansion / contraction amount of the horizontal blade 25 is provided, and a control device 60 for controlling the drive mechanism 58 according to the expansion / contraction amount of the horizontal blade 25 is provided. . As the drive mechanism 58, a combination of a ball screw and a nut rotated by a motor or a linear motor is used. A fixed nut and a ball screw rotated by a motor may be combined.

伸縮量のセンサ５９としては、たとえば横羽根２５およびフレーム１１のスポーク１７にそれぞれ設けた歪みゲージなどが用いられる。その場合は各センサの検出値の差を演算させ、それに基づいて補償すべき値が定められる。また、たとえば横羽根２５に発光ダイオードを設け、フレームのスポーク１７に光センサを半径方向に多数配列させたものを設けることにより、構成することができる。その場合は、相対的な長さ変化、すなわち熱膨張量の差を直接検出することができる。前記間隔調整装置５６は、通常は羽根車１２を停止させた状態で作動させる。ただし運転中に自動的に作動させるように構成することも可能である。 As the expansion / contraction amount sensor 59, for example, strain gauges provided on the horizontal blades 25 and the spokes 17 of the frame 11 are used. In that case, the difference of the detection value of each sensor is calculated, and the value which should be compensated is determined based on it. Further, for example, it can be configured by providing a light emitting diode on the horizontal blade 25 and providing a plurality of optical sensors arranged in the radial direction on the spoke 17 of the frame. In that case, a relative length change, that is, a difference in thermal expansion amount can be directly detected. The interval adjusting device 56 is normally operated with the impeller 12 stopped. However, it can also be configured to automatically operate during operation.

このような間隔調整装置５６を設けた風力発電システムは、太陽熱や気候によって羽根車が熱膨張あるいは熱収縮をしても、コイル群３２と永久磁石３１などの界磁用磁石の隙間がほとんど変化しない。そのため、両者の隙間を小さくすることができ、効率的な発電を行うことができる。しかも四季の気候あるいは一日の気温が大きく変化する地域にも設置することが可能である。また、フレームと羽根車の材質が異なってもよいので、羽根車に軽量の発砲樹脂や繊維強化プラスチックを用いることができる。 In the wind power generation system provided with such an interval adjusting device 56, even if the impeller thermally expands or contracts due to solar heat or climate, the gap between the coil group 32 and the field magnet such as the permanent magnet 31 is almost changed. do not do. Therefore, the gap between the two can be reduced, and efficient power generation can be performed. Moreover, it can be installed in areas where the climate of the four seasons or the daily temperature changes greatly. Further, since the material of the frame and the impeller may be different, lightweight foaming resin or fiber reinforced plastic can be used for the impeller.

上記の風力発電システム１０は、従来の風力発電用の風車と同様に、たとえば海岸線に沿って設置したり、山や台地などの小高い地形を利用して、風を多く受けることができるような位置に設置する。ただしビルの屋上など、都会に設けることもできる。そして風が吹くと、縦羽根２６が風を受けて羽根車１２が図５の反時計方向に回転する。そのとき、横羽根２５が断面翼型の場合、あるいは前述の磁気浮上タイプの場合は、上向きの揚力ないし反発力を生ずるので、羽根車１２の重量を支えている下側の軸受け２０の負担が少ない。それにより回転抵抗が少なく、少ない風であっても、羽根車１２が効率よく回転する。羽根車１２が回転すると、稼働しているコイルが発電し、その電気は図１の送電線３６、３７によって消費地に送られ、あるいは蓄電部３４に保存される。送電する地域が遠方の場合は、交流発電機を用い、変圧器で変圧してから送電する。ただし直流発電機を用い、インバータなどで一旦交流に変換してから変圧し、送電するようにしてもよい。 The wind power generation system 10 is located at a position where it can receive a lot of wind, for example, along a coastline or using a small high landform such as a mountain or a plateau, like a conventional wind turbine for wind power generation. Install in. However, it can be installed in the city, such as on the roof of a building. When the wind blows, the vertical blades 26 receive the wind and the impeller 12 rotates counterclockwise in FIG. At that time, in the case where the horizontal blade 25 is a cross-section airfoil type or the above-described magnetic levitation type, an upward lifting force or a repulsive force is generated, so that the load on the lower bearing 20 supporting the weight of the impeller 12 is increased. Few. Thereby, even if there is little rotation resistance and there are few winds, the impeller 12 rotates efficiently. When the impeller 12 rotates, the operating coil generates power, and the electricity is sent to the consumption area by the power transmission lines 36 and 37 in FIG. 1 or stored in the power storage unit 34. If the area to transmit power is far away, use an alternator and transform with a transformer before transmitting. However, a direct current generator may be used, which may be converted into alternating current by an inverter or the like, then transformed and transmitted.

前記実施の形態では、シャフト２２の上端および下端を軸受け１９、２０で回転自在に支持しているが、逆に軸受け１９、２０側に軸を設け、それらの軸で上下のボス２３、２４を回転自在に支持するようにしてもよい。また前記実施形態では、羽根車１２の縦羽根２６とボス２３、２４とを横羽根２５で連結しているが、単なる棒材などの支持部材を採用することもできる。その場合は横羽根による揚力は生じない。 In the above-described embodiment, the upper end and the lower end of the shaft 22 are rotatably supported by the bearings 19 and 20. You may make it support rotatably. Moreover, in the said embodiment, although the vertical blade | wing 26 and the boss | hubs 23 and 24 of the impeller 12 are connected with the horizontal blade | wing 25, support members, such as a mere bar material, can also be employ | adopted. In that case, lift by horizontal blades does not occur.

図１２および図１３に示す風力発電システム６２では、フレーム１１のリング１８の内面に筒状の支持リング６３を取り付け、その支持リング６３の上に、同心状に２列のコイル群３２を対向するように、かつ、隙間をあけて配列している。そしてその隙間に羽根車１２に取り付けられる一群の永久磁石６４が界磁用磁石として配置されている。界磁用磁石として電磁石を採用することもできる。とくに大型のシステムでは、電磁石の方が好ましい場合がある。前記コイル群３２はたとえばブラケット６５によって支持リング６３に取り付けている。なお、それらのブラケット６５は調整ネジ６６によって羽根車の半径方向（図１３では左右方向）の位置を調節できるようにしている。 In the wind power generation system 62 shown in FIGS. 12 and 13, a cylindrical support ring 63 is attached to the inner surface of the ring 18 of the frame 11, and two rows of coil groups 32 are concentrically opposed to the support ring 63. And arranged with a gap. A group of permanent magnets 64 attached to the impeller 12 is arranged as a field magnet in the gap. An electromagnet may be employed as the field magnet. Especially in large systems, electromagnets may be preferred. The coil group 32 is attached to the support ring 63 by a bracket 65, for example. The brackets 65 can be adjusted by adjusting screws 66 in the radial direction of the impeller (left and right in FIG. 13).

他方、縦羽根２６の下端から外向きに羽根保持アーム６７が設けられ、その羽根保持アーム６７に取り付けた補強リング６８の外周面および内周面にそれぞれ前記磁石６４、６４が固定されている。補強リング６８は湾曲させた角パイプによってリング状に構成しており（図１４ｂ参照）、断面コ字状のカバー７０の下面にネジ７０ａなどで固定されている。そのカバー７０は、前述のコイル群３２を取り付けたブラケット６５の外側を覆っており、それにより雨水がコイル群３２に侵入しないようにしている。さらに支持リング６３の外側のリング１８の上面とカバー７０の間、およびカバー７０の下端とブラケット６５との間にも、雨水の侵入を防ぐためのラビリンス７２、７２が設けられている。 On the other hand, a blade holding arm 67 is provided outward from the lower end of the vertical blade 26, and the magnets 64, 64 are fixed to the outer peripheral surface and inner peripheral surface of the reinforcing ring 68 attached to the blade holding arm 67, respectively. The reinforcing ring 68 is formed in a ring shape by a curved square pipe (see FIG. 14b), and is fixed to the lower surface of the cover 70 having a U-shaped cross section with a screw 70a or the like. The cover 70 covers the outside of the bracket 65 to which the coil group 32 is attached, so that rainwater does not enter the coil group 32. Further, labyrinths 72 and 72 are provided between the upper surface of the ring 18 outside the support ring 63 and the cover 70 and between the lower end of the cover 70 and the bracket 65 to prevent rainwater from entering.

補強リング６８の上面には、カバー７０の天面を挟んで羽根保持部材７３が取り付けられている。そしてその羽根保持部材７３に前記羽根保持アーム６７がその長手方向に摺動自在に嵌合されている。それにより補強リング６８や横羽根（図１２の符号２５）の熱膨張・熱収縮を自由にさせる構造にしている。横羽根に代えて、支持ステーを用いることもできる。羽根保持アーム６７や羽根保持部材７３には繊維強化樹脂（ＦＲＰ）などが用いられる。この羽根支持部材７３による羽根保持アーム６７の摺動自在の保持構造、あるいは前述の調整ネジ６６は、いずれも簡易な間隔調整装置を構成している。 A blade holding member 73 is attached to the upper surface of the reinforcing ring 68 with the top surface of the cover 70 interposed therebetween. The blade holding arm 67 is fitted to the blade holding member 73 so as to be slidable in the longitudinal direction. Accordingly, the structure is such that the thermal expansion and thermal contraction of the reinforcing ring 68 and the horizontal blade (reference numeral 25 in FIG. 12) can be freely made. A support stay can be used instead of the horizontal blade. For the blade holding arm 67 and the blade holding member 73, fiber reinforced resin (FRP) or the like is used. The slidable holding structure of the blade holding arm 67 by the blade support member 73 or the adjusting screw 66 described above constitutes a simple interval adjusting device.

前記支持リング６３の上には、２列のコイル群３２のほぼ中心を通るように、環状のガイド７４が羽根車と同心状に配置され、ネジなどで支持リング６３に固定されている。そしてこのガイド７４に複数個のスライダ７５が摺動自在に設けられ、そのスライダ７５に前記補強リング６８の下面が固定されている。この実施形態では、ガイド７４およびスライダ７５として、いわゆるリニアスライドボールベアリングのガイドとスライダが採用されている。ただしガイド７４は横方向に湾曲され、複数本の湾曲したガイド片を組み合わせて環状の軌道を形成するようにしている。 On the support ring 63, an annular guide 74 is disposed concentrically with the impeller so as to pass through substantially the center of the two rows of coil groups 32, and is fixed to the support ring 63 with screws or the like. A plurality of sliders 75 are slidably provided on the guide 74, and the lower surface of the reinforcing ring 68 is fixed to the slider 75. In this embodiment, a guide and a slider of a so-called linear slide ball bearing are used as the guide 74 and the slider 75. However, the guide 74 is curved in the lateral direction, and a plurality of curved guide pieces are combined to form an annular track.

リニアスライドボールベアリングは、ボールスプラインなどと同様の構成を有する。すなわちスライダ側には、複数の無端状のボール軌条が設けられており、そのボール軌条に保持されるボール群は「行き行程」でスライダの表面に現れ、「帰り行程」でスライダ内に隠れるようにしている。そして表面に出ているボール群は、ガイド７４の係合溝７４ａなどと噛み合って、スライダ７５がガイド７４から抜けないように保持し、かつ、スライダ７５がガイド７４に沿って少ない摩擦抵抗でスムーズに転動するように案内する。このようなリニアスライドベアリングとしては、たとえばＴＨＫ社製のＬＭガイドなどを用いることができる。 The linear slide ball bearing has a configuration similar to that of a ball spline or the like. That is, a plurality of endless ball rails are provided on the slider side, and a group of balls held by the ball rails appears on the surface of the slider in the “outbound stroke” and hides in the slider in the “return stroke”. I have to. The ball group on the surface meshes with the engaging groove 74a of the guide 74 and the like so that the slider 75 is held so as not to come off from the guide 74, and the slider 75 is smooth along the guide 74 with a small frictional resistance. Guide you to roll. As such a linear slide bearing, for example, an LM guide manufactured by THK or the like can be used.

前記スライダ７５の個数はとくに限定されないが、羽根車１２の重量を支持する羽根保持部材７３の近辺では密に配置し、他の部位では疎に配置するのが好ましい。ただし等ピッチで設けてもよい。このようなガイド構造７７を採用することにより、羽根車１２はフレーム１１に対して自軸回りに回転自在に支持される。したがって図１４ａおよび図１４ｂに示すように、羽根車１２の中心部にシャフト（図３の符号２２参照）や軸受けを設ける必要はない。また、縦羽根２６が受けた風による回転トルクは、横羽根を経由せずに羽根保持アーム６７、羽根保持部材７３および補強リング６８を経由して、コイル群３２と永久磁石６４の相対運動に伝えられ、その部位で発電時に生ずる抵抗やリニアガイドによる摩擦抵抗などに抗して羽根車１２を回転させることができる。それにより、リニアモータと逆の原理で発電させることができる。 The number of the sliders 75 is not particularly limited, but it is preferable that the sliders 75 be arranged densely in the vicinity of the blade holding member 73 that supports the weight of the impeller 12 and sparsely arranged in other portions. However, they may be provided at an equal pitch. By adopting such a guide structure 77, the impeller 12 is supported so as to be rotatable about its own axis with respect to the frame 11. Therefore, as shown in FIGS. 14 a and 14 b, it is not necessary to provide a shaft (see reference numeral 22 in FIG. 3) or a bearing at the center of the impeller 12. Further, the rotational torque caused by the wind received by the vertical blades 26 is caused by the relative movement of the coil group 32 and the permanent magnet 64 via the blade holding arm 67, the blade holding member 73 and the reinforcing ring 68 without passing through the horizontal blade. Accordingly, the impeller 12 can be rotated against resistance generated during power generation at that portion or frictional resistance due to the linear guide. Thereby, it is possible to generate power on the principle opposite to that of the linear motor.

前記実施形態では横羽根やシャフトを備えていないが、図１４ａおよび図１４ｂに想像線で示すように、横羽根２５を設け、それらの中心に設けたボス２４やシャフト２２で羽根車１２を支持することもできる。このような横羽根２５を設ける場合は、図１４ｂに想像線で示すように、横羽根２５の途中に補強リング６８および支持リングを設け、それらの補強リング６８に取り付けたスライダと支持リングに設けたガイドとで羽根車１２を回転自在に支持することもできる。その場合も永久磁石を補強リング６８に取り付け、支持リングにコイル群を取り付けることにより、リニアモータと逆の原理で発電させることができる。 In the above embodiment, the horizontal blade and the shaft are not provided, but as shown in phantom lines in FIGS. 14a and 14b, the horizontal blade 25 is provided and the impeller 12 is supported by the boss 24 and the shaft 22 provided in the center thereof. You can also When such a horizontal blade 25 is provided, as shown by an imaginary line in FIG. 14 b, a reinforcing ring 68 and a support ring are provided in the middle of the horizontal blade 25, and provided on a slider and a support ring attached to the reinforcing ring 68. The impeller 12 can also be rotatably supported by the guide. Even in that case, by attaching a permanent magnet to the reinforcing ring 68 and attaching a coil group to the support ring, it is possible to generate electric power on the principle opposite to that of the linear motor.

また、図１５ａ、図１５ｂに示すように、縦羽根２６の縦方向の中間位置に補強リング６８を取り付け、前フレーム１１の対応する部位に支持リング６３を設けることもできる。図１５ａのシステムでは、補強リング６８にスライダを横向きに取り付け、支持リング６３の内面側にスライダを案内するガイド７４を取り付けている。また、支持リング６３の内面側にコイルを設け、補強リング６８の上下の面に永久磁石を取り付けている。他方、図１５ｂのシステムでは、支持リング６３の上方に補強リング６８を配置し、図１３の場合と同様に、スライダ、ガイド、コイル、永久磁石を配置している。このようなシステムでは、縦長の羽根車であっても安定して保持することができる。 Further, as shown in FIGS. 15 a and 15 b, a reinforcing ring 68 can be attached to a longitudinal intermediate position of the vertical blade 26 and a support ring 63 can be provided at a corresponding portion of the front frame 11. In the system of FIG. 15 a, a slider is attached to the reinforcing ring 68 sideways, and a guide 74 for guiding the slider is attached to the inner surface side of the support ring 63. Further, a coil is provided on the inner surface side of the support ring 63, and permanent magnets are attached to the upper and lower surfaces of the reinforcing ring 68. On the other hand, in the system of FIG. 15b, a reinforcing ring 68 is disposed above the support ring 63, and a slider, a guide, a coil, and a permanent magnet are disposed as in the case of FIG. In such a system, even a vertically long impeller can be stably held.

前記実施形態では、羽根車は鉛直方向に延びる回転中心まわりに回転させているが、図１６ａ、図１６ｂに示すように、回転中心Ｃｔが水平方向に延びるように羽根車１２を保持することもできる。このものはリング１８、脚１５およびスポーク１７などからなるフレーム１１の構成が異なるだけで、羽根車１２およびその支持構造は図３などの風力発電システムと実質的に同じである。このような横向きタイプの風車は、羽根車を回転させる風の向きが制限されるので、風の方向が一定の土地に設置するのが好ましい。また、軸方向に複数個設けることが容易であるので、大規模な発電設備に適する。 In the above-described embodiment, the impeller is rotated around the rotation center extending in the vertical direction. However, as shown in FIGS. 16a and 16b, the impeller 12 may be held so that the rotation center Ct extends in the horizontal direction. it can. This structure differs from the wind power generation system of FIG. 3 in that the impeller 12 and its support structure are substantially the same except for the structure of the frame 11 comprising the ring 18, the leg 15 and the spokes 17 and the like. Such a horizontal wind turbine is preferably installed on land where the wind direction is constant because the direction of the wind that rotates the impeller is limited. Moreover, since it is easy to provide a plurality in the axial direction, it is suitable for large-scale power generation facilities.

図１７は横向きタイプの風車を備え、フレーム１１に設けたリング１８と羽根車１２に設けた補強リング６３の間にスライドガイドを介在させ、中心のシャフトや横羽根を省略した場合を示している。このようなシステムでは、図１３の場合と同様のガイドおよびスライダからなるガイド構造７７を採用するのが好ましい。 FIG. 17 shows a case where a horizontal wind turbine is provided, a slide guide is interposed between the ring 18 provided on the frame 11 and the reinforcing ring 63 provided on the impeller 12, and the central shaft and the horizontal blade are omitted. . In such a system, it is preferable to employ a guide structure 77 composed of a guide and a slider similar to the case of FIG.

図１８の横向きタイプの風力発電システムは、複数枚のプロペラ状の羽根７８を放射状に設けた羽根車１２を採用している。このものも羽根車１２に設けた補強リング６８と、フレーム１１に設けた支持リング６３との間に前述のようなガイド構造を介在させることにより、羽根車１２をフレーム１１によって回転自在に支持することができる。なお、想像線で示すように、羽根車１２の中心に設けたボス２３をシャフト２２で回転自在に支持することもできる。また羽根車１２の中心に設けたシャフトをフレーム１１に設けた軸受けで回転自在に支持することもできる。それらの場合も、補強リング６８と支持リング６３の間に介在させるコイル群と、それに対向する永久磁石などの界磁用磁石との組み合わせで、リニアモータと逆の原理で発電させることができる。 The horizontally oriented wind power generation system of FIG. 18 employs an impeller 12 in which a plurality of propeller blades 78 are provided radially. In this case, the impeller 12 is rotatably supported by the frame 11 by interposing the above-described guide structure between the reinforcing ring 68 provided on the impeller 12 and the support ring 63 provided on the frame 11. be able to. As indicated by the imaginary line, the boss 23 provided at the center of the impeller 12 can be rotatably supported by the shaft 22. A shaft provided at the center of the impeller 12 can be rotatably supported by a bearing provided on the frame 11. In these cases as well, power can be generated on the principle opposite to that of a linear motor by combining a coil group interposed between the reinforcing ring 68 and the support ring 63 and a field magnet such as a permanent magnet facing the coil group.

図１９は磁気浮上方式によるガイド構造８０の実施形態を示している。このガイド構造８０では、磁石４７とくに永久磁石を、電磁石（コイル４８）の外側に設けたガイド突起８１で水平方向に案内をしており、上下方向については、永久磁石と電磁石による磁気浮上構造としている。他の部分については、前述の発電システムと実質的に同様である。このものは回転の抵抗が少ないので、発電効率が高い。なお、回転する上側の磁石を電磁石とし、下側の固定側を永久磁石とすることもできる。さらに上下とも永久磁石としてもよく、上下とも電磁石とすることもできる。 FIG. 19 shows an embodiment of a guide structure 80 by a magnetic levitation method. In this guide structure 80, the magnet 47, in particular the permanent magnet, is guided in the horizontal direction by the guide projection 81 provided outside the electromagnet (coil 48), and the magnetic levitation structure is constituted by the permanent magnet and the electromagnet in the vertical direction. Yes. About another part, it is substantially the same as that of the above-mentioned electric power generation system. Since this has a low rotational resistance, the power generation efficiency is high. The rotating upper magnet may be an electromagnet, and the lower fixed side may be a permanent magnet. Furthermore, the upper and lower sides may be permanent magnets, and the upper and lower sides may be electromagnets.

図２０ａのガイド構造８３は、円環状のガイド８４と、その両側面および上面を囲むように配置され、それらに沿って転動するローラ８５を備えたスライダ８６とから構成されている。スライダ８６の個数は前述のリニアスライドボールベアリングにおけるスライダと同じ程度でよい。このようなガイド構造８３を、羽根車１２に取り付けた補強リング６８と、フレーム１１に取り付けた支持リング６３の間に介在させることにより、羽根車１２をフレーム１１に対して回転自在に支持することができる。 The guide structure 83 shown in FIG. 20a includes an annular guide 84 and a slider 86 that is disposed so as to surround both side surfaces and an upper surface thereof and includes a roller 85 that rolls along these. The number of sliders 86 may be the same as the sliders in the linear slide ball bearing described above. By interposing such a guide structure 83 between the reinforcing ring 68 attached to the impeller 12 and the support ring 63 attached to the frame 11, the impeller 12 can be rotatably supported with respect to the frame 11. Can do.

図２０ｂのガイド構造では、補強リング６８の側にリニアスライドボールベアリング用の環状のガイド７４を取り付け、支持リング６３の側にそのガイド７４に案内されるスライダ７５を取り付けている。他の構成は図１３の場合と同様である。このものは羽根車１２にガイド７４を設けているので、羽根車１２の重量が重くなるが、その強度および剛性が高くなる利点がある。なお、上記のリニアスライドボールベアリング用の環状のガイド７４と、その環状ガイドと摺動（実際は転動）するスライダ７５との組み合わせは、リニアモータと反対の原理で発電する発電機を備えた発電システムに限らず、他の発電機を用いた発電システムでも適用することができ、同じ作用効果を奏する。たとえば、羽根車の周縁部あるいは途中に環状の歯列を設け、その歯列と噛み合うギヤを入力軸に取り付けた通常の発電機を、フレーム１１（とくにリング１８）に、複数台環状に配置することもできる。また、羽根車の中心部に回転するシャフト２２を設けた発電システムでは、そのシャフト２２に通常の発電機の入力軸を連結するようにしてもよい。 20b, an annular guide 74 for linear slide ball bearing is attached to the reinforcing ring 68 side, and a slider 75 guided to the guide 74 is attached to the support ring 63 side. Other configurations are the same as those in FIG. Since the impeller 12 is provided with the guide 74, the weight of the impeller 12 is increased, but there is an advantage that the strength and rigidity thereof are increased. The combination of the annular guide 74 for the linear slide ball bearing described above and the slider 75 that slides (actually rolls) with the annular guide is a power generation device that includes a generator that generates power on the principle opposite to that of the linear motor. The present invention can be applied not only to a system but also to a power generation system using other generators, and has the same effect. For example, an ordinary generator in which an annular tooth row is provided at the peripheral edge or in the middle of the impeller and a gear meshing with the tooth row is attached to the input shaft is arranged in a ring shape on the frame 11 (particularly the ring 18). You can also. In the power generation system provided with the rotating shaft 22 at the center of the impeller, an input shaft of a normal generator may be connected to the shaft 22.

図２１の風力発電システム８８では、支持リング６３の上部に取りつけた永久磁石８９と、羽根保持アーム６７の下面に取りつけた永久磁石９０とを向かい合わせて構成した磁気浮上構造Ｊ１を設けている。それにより、永久磁石８９、９０同士の磁気反発力で羽根車の重量を支持することができる。すなわちこの実施形態では、プレート状の支持リング６３の半径方向内側（図２１の右側）から複数列の支持ロッド９１を立ち上げ、その上端に内側リングプレート９２を固定し、その内側リングプレート９２の上面に多数の永久磁石８９を環状に配列している。そして羽根保持アーム６７の下面に、数個の永久磁石９０を取りつけている。なおこの実施形態では図２２に示すように、矩形状の内側プレート９２ａを複数枚環状に配置して内側リングプレート９２を構成しており、１枚の内側プレート９２ａには、たとえば複数個３個の矩形状の永久磁石８９を所定の隙間をあけて配列し、それらの隙間に磁石で吸着する鉄片９３を介在させている。 In the wind power generation system 88 of FIG. 21, a magnetic levitation structure J <b> 1 configured by facing a permanent magnet 89 attached to the upper portion of the support ring 63 and a permanent magnet 90 attached to the lower surface of the blade holding arm 67 is provided. Thereby, the weight of the impeller can be supported by the magnetic repulsive force between the permanent magnets 89 and 90. That is, in this embodiment, a plurality of rows of support rods 91 are raised from the inside in the radial direction of the plate-like support ring 63 (right side in FIG. 21), and the inner ring plate 92 is fixed to the upper end thereof. A large number of permanent magnets 89 are annularly arranged on the upper surface. Several permanent magnets 90 are attached to the lower surface of the blade holding arm 67. In this embodiment, as shown in FIG. 22, a plurality of rectangular inner plates 92a are annularly arranged to form an inner ring plate 92. One inner plate 92a includes, for example, a plurality of three pieces. The rectangular permanent magnets 89 are arranged with a predetermined gap, and an iron piece 93 that is attracted by the magnet is interposed in the gap.

それらの永久磁石８９と鉄片９３は、枠体９４で固定支持されている。永久磁石８９の磁極の向きは、同じ向きである。すなわち上側をＮ極に揃えるか、あるいはＳ極に揃える。このように鉄片９３を介在させるのは、永久磁石９０同士を直接隣接させると、強い反発力（たとえば図４２の場合で１０Ｎ程度）が働くので、取りつける作業が大変であるからである。そして上記のように鉄片９３を介在させると、それぞれの永久磁石８９が鉄片９３と磁着するので、鉄片９３を介して磁石群が一体に磁着され、取り付けが容易になる。なお、羽根保持アーム６７の下面に配列した永久磁石９０についても、同様に隙間をあけてその隙間に鉄片を介在させ、枠体９５で囲むようにして羽根保持アーム６７に取りつけている。 The permanent magnet 89 and the iron piece 93 are fixedly supported by a frame body 94. The directions of the magnetic poles of the permanent magnet 89 are the same. That is, the upper side is aligned with the N pole or aligned with the S pole. The reason why the iron piece 93 is interposed in this manner is that if the permanent magnets 90 are directly adjacent to each other, a strong repulsive force (for example, about 10 N in the case of FIG. 42) works, so that the mounting work is difficult. When the iron piece 93 is interposed as described above, each permanent magnet 89 is magnetically attached to the iron piece 93, so that the magnet group is magnetically attached integrally via the iron piece 93, and attachment is facilitated. The permanent magnets 90 arranged on the lower surface of the blade holding arm 67 are also attached to the blade holding arm 67 so as to surround the frame 95 with an iron piece interposed in the gap in the same manner.

なお、前記支持リング６３は、図２２に示すように、所定の幅の矩形状のプレート６３ａで構成し、環状に配列して構成している。また、支持ロッド９１は、内側１列と外側１列の全体の２列で内側リングプレート９２を支持している。また、この風力発電システム８８では、支持リング６３の外側にも２列の支持ロッド９１ａを立ち上げて、その上端に外側リングプレート９６を固定している。そして外側の支持ロッド９１ａの内側の列および内側の支持ロッド９１の外側の列には、それぞれ高さ方向の中間部に固定子を構成するコイル群３２、３２を取りつけている。そして両者の間に永久磁石６４を設けた回転子を配置し、その回転子を羽根車に固定している。 As shown in FIG. 22, the support ring 63 is composed of a rectangular plate 63a having a predetermined width, and is arranged in an annular shape. Further, the support rod 91 supports the inner ring plate 92 in two rows, that is, one inner row and one outer row. In this wind power generation system 88, two rows of support rods 91a are also raised outside the support ring 63, and the outer ring plate 96 is fixed to the upper end thereof. In the inner row of the outer support rod 91a and the outer row of the inner support rod 91, coil groups 32 and 32 constituting a stator are respectively attached to the intermediate portion in the height direction. And the rotor which provided the permanent magnet 64 is arrange | positioned between both, and the rotor is being fixed to the impeller.

前記永久磁石６４は、図２３に示すように矩形状を呈し、中間の補強リング６８の内面および外面の両側に、それぞれ隙間をあけて配列固定している。それらの隙間にも、鉄片を介在させるのが好ましい。永久磁石６４は、内側をＮ極にしたもの６４ａと、Ｓ極にしたもの６４ｂを交互に配列している。外側の永久磁石６４についても同様であり、通常は内側の永久磁石の極と、それと対応する外側の永久磁石の極は同極にしている。補強リング６８の中間部には上下に貫通する孔６８ａが形成されており、図２１に示すように、その孔６８ａに吊りロッド９７が通されている。 The permanent magnets 64 have a rectangular shape as shown in FIG. 23, and are arranged and fixed on both sides of the inner and outer surfaces of the intermediate reinforcing ring 68 with gaps therebetween. It is preferable to interpose iron pieces in the gaps. Permanent magnets 64 are alternately arranged with 64a having an N pole on the inside and 64b having an S pole. The same applies to the outer permanent magnet 64. Normally, the poles of the inner permanent magnet and the corresponding poles of the outer permanent magnet are the same. A hole 68a penetrating vertically is formed in the middle portion of the reinforcing ring 68, and a suspension rod 97 is passed through the hole 68a as shown in FIG.

その吊りロッド９７は、上から上端スペーサ９８、上ガイド円板９９、上側スペーサ１００、補強リング（コア）６８、下側スペーサ１０１および下側ガイド円板１０２を貫通し、全体を締め付けて固定している。上端スペーサ９８、上側スペーサ１００、下側スペーサ１０１はそれぞれステンレス鋼などの非磁性の金属などで構成することができる。また、内側リングプレート９２の外縁部および外側リングプレート９６の内縁部には、上ガイド円板９９の上面と隙間をあけて対向するガイドローラ１０３、１０３が回転自在に支持されている。さらに下側の支持リング６３には、下ガイド円板１０２の下面と隙間をあけて対向するガイドローラ１０４、１０４がそれぞれ回転自在に支持されている。それらのガイドローラ１０３、１０４の回転中心は、水平に配置され、羽根車の半径方向を向いている。それらのガイドローラ１０３、１０４と上下のガイド円板９９、１０２とは、磁気浮上構造Ｊ１の不調などで回転子が上下方向に移動しても、回転子と固定子とが接触しないように最低限の隙間を維持する安全機構である。 The suspension rod 97 penetrates the upper end spacer 98, the upper guide disk 99, the upper spacer 100, the reinforcing ring (core) 68, the lower spacer 101, and the lower guide disk 102 from above, and is tightened and fixed. ing. The upper end spacer 98, the upper spacer 100, and the lower spacer 101 can each be made of a nonmagnetic metal such as stainless steel. In addition, guide rollers 103 and 103 facing the upper surface of the upper guide disk 99 with a gap are rotatably supported at the outer edge portion of the inner ring plate 92 and the inner edge portion of the outer ring plate 96. Further, the lower support ring 63 rotatably supports guide rollers 104 and 104 facing the lower surface of the lower guide disk 102 with a gap. The rotation centers of the guide rollers 103 and 104 are arranged horizontally and face the radial direction of the impeller. The guide rollers 103 and 104 and the upper and lower guide disks 99 and 102 are the lowest so that the rotor does not come into contact with the stator even if the rotor moves in the vertical direction due to malfunction of the magnetic levitation structure J1. It is a safety mechanism that maintains a limited gap.

前記コイル群３２は、図２４に示すように、多数のケイ素鋼板などの金属板を重ねて形成したコア３２ａの外周に、電線３２ｂを巻き付けたものであり、支持ロッド９１、９１ａを通すため、上下方向に孔１０８が形成されている。そして図２１に示すように、支持ロッド９１、９１ａの上下方向の中間部に固定され、支持されている。なお、コイル群３２を支持する支持ロッド９１、９１ａの上部には上ガイド円板９９の内周面または外周面と隙間をあけて対向するガイドローラ１０５、１０５が回転自在に設けられている。そしてコイル群３２を支持する支持ロッド９１、９１ａの下部には、下ガイド円板１０２の内周面または外周面と隙間をあけて対向するガイドローラ１０６、１０６が回転自在に設けられている。それらのガイドローラ１０５、１０６と上下のガイド円板９９、１０２は、回転子が半径方向外側あるいは内側に移動しても、固定子と回転子の隙間を適切に維持するための安全機構である。なお、図２３および図２４では、回転子および固定子をそれぞれ直線状の部材で構成している。そして風力発電システムでは、これらの直線状の部材をいくらか角度をつけて多角形状に配列し、環状の回転子および固定子を構成する。このように多数の部材を連結して環状部材を構成することにより、取り扱いが容易になる。なお、それぞれの固定子および回転子の部品をいくらか湾曲させ、連結したときに円環状になるように構成することもできる。また、回転子および固定子は、回転するときに互いに、あるいは他の周囲のものと干渉しないように、ガラス繊維強化合成樹脂で固めて所定の寸法に仕上げるのが好ましい。 As shown in FIG. 24, the coil group 32 is formed by winding an electric wire 32b around the outer periphery of a core 32a formed by stacking a number of metal plates such as silicon steel plates, and through the support rods 91 and 91a. A hole 108 is formed in the vertical direction. And as shown in FIG. 21, it fixes to the intermediate part of the up-down direction of the support rods 91 and 91a, and is supported. Note that guide rollers 105 and 105 that face the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the upper guide disk 99 with a gap therebetween are rotatably provided above the support rods 91 and 91a that support the coil group 32. Under the support rods 91 and 91a that support the coil group 32, guide rollers 106 and 106 that face the inner peripheral surface or outer peripheral surface of the lower guide disc 102 with a gap are rotatably provided. The guide rollers 105 and 106 and the upper and lower guide disks 99 and 102 are safety mechanisms for appropriately maintaining the gap between the stator and the rotor even if the rotor moves radially outward or inward. . In FIG. 23 and FIG. 24, the rotor and the stator are each composed of a linear member. In the wind power generation system, these linear members are arranged in a polygonal shape with some angle to form an annular rotor and a stator. By connecting a large number of members in this manner to form an annular member, handling becomes easy. It should be noted that each of the stator and rotor components can be configured to be somewhat circular and to form an annular shape when connected. The rotor and the stator are preferably solidified with glass fiber reinforced synthetic resin and finished to a predetermined size so that they do not interfere with each other or with other surroundings when rotating.

さらに図２１の風力発電システム８８では、吊りロッド９７の下端あるいは下ガイド円板１０２の下面の間に、互いに反発する磁石群１０７、１０８を配置して、羽根車の重量、とくに回転子の重量を支持させる補助磁気浮上構造Ｊ２を設けている。すなわち前述の上部に設けた磁気浮上構造Ｊ１は、片車側の永久磁石を羽根保持アーム６７ごとに設けているので、複数枚の縦羽根の重量をそれらの直下で支持することができるが、縦羽根の間の回転子の重量は充分に支持できない。そのため、補助磁気浮上構造Ｊ２により、その間の回転子の重量を支持させるようにしている。 Further, in the wind power generation system 88 of FIG. 21, magnet groups 107 and 108 that repel each other are arranged between the lower end of the suspension rod 97 or the lower surface of the lower guide disc 102, and the weight of the impeller, particularly the weight of the rotor. Is provided with an auxiliary magnetic levitation structure J2. That is, since the magnetic levitation structure J1 provided at the upper part is provided with a permanent magnet on one side for each blade holding arm 67, the weight of a plurality of vertical blades can be supported directly below them. The weight of the rotor between the vertical blades cannot be fully supported. Therefore, the auxiliary magnetic levitation structure J2 supports the weight of the rotor therebetween.

つぎに図２５を参照して、固定子のコイル群３２の配列および結線状態を説明する。外側および内側の固定子のコイル群３２は、３相交流の電流を得るために、それぞれ３組のコイル群１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂによって構成している。そして内側の第１コイル群１１１ａと外側の第１コイル群１１１ｂとは、長手方向に１ブロック分だけずらせて配置され、しかも、内側の第１コイル群１１１ａの端部と外側の第１コイル群１１１ｂの端部とは接続線１１１ｃで連結されている。第２コイル群および第３コイル群についても同様である。各コイル群のブロックの巻き数は同一にしている。 Next, the arrangement and connection state of the stator coil group 32 will be described with reference to FIG. The outer and inner stator coil groups 32 are each constituted by three sets of coil groups 111a, 112a, 113a, 111b, 112b, and 113b in order to obtain a three-phase alternating current. The inner first coil group 111a and the outer first coil group 111b are shifted by one block in the longitudinal direction, and the end of the inner first coil group 111a and the outer first coil group are arranged. The end of 111b is connected by a connecting line 111c. The same applies to the second coil group and the third coil group. The number of windings in each coil group is the same.

上記のように構成される固定子のコイル群３２の間に回転子の永久磁石６４が一方向に走行すると、走行する永久磁石６４の磁界は固定子のコイル群に対してほぼサイン曲線となる磁界変化を付与し、それに基づいてそれぞれのコイル群３２に交流が生ずる。したがって各コイル群３２から交流の電気を取り出すことができる。そしてこの実施形態では、第１コイル群、第２コイル群、第３コイル群から３相交流を取り出すことができる。 When the rotor permanent magnet 64 travels in one direction between the stator coil groups 32 configured as described above, the magnetic field of the traveling permanent magnet 64 becomes substantially a sine curve with respect to the stator coil group. An alternating current is generated in each coil group 32 based on the magnetic field change. Therefore, AC electricity can be extracted from each coil group 32. In this embodiment, three-phase alternating current can be extracted from the first coil group, the second coil group, and the third coil group.

また、上記のようにして各コイル群３２に電流が流れると、固定子のコイル群３２に磁界が生じ、その磁界と固定子の永久磁石６４の間に吸引力および反発力が生ずる。しかし内側と外側の対応するコイル群同士が接続線１１１ｃ、１１２ｃ、１１３ｃでそれぞれ接続されているので、内側に引っ張られる力と外側に押される力がバランスする。すなわち内側の第１コイル群１１１ａの電流が減少すると、外側の第１コイル群１１１ｂの電流も同等に減少するため、内側に引っ張られる力と外側に押される力がバランスし、同様に第２コイル群１１２ａ、１１２ｂ同士および第３コイル群１１３ａ、１１３ｂ同士の力もバランスする。そのため、回転子は固定子に対してほぼ一定の間隔を維持しながら走行することになる。したがって回転数が変化しても、全体としてスムーズな回転が得られる。 When a current flows through each coil group 32 as described above, a magnetic field is generated in the stator coil group 32, and an attractive force and a repulsive force are generated between the magnetic field and the permanent magnet 64 of the stator. However, since the corresponding coil groups on the inner side and the outer side are connected to each other by connection lines 111c, 112c, and 113c, the force pulled inward and the force pushed outward are balanced. That is, when the current of the inner first coil group 111a decreases, the current of the outer first coil group 111b also decreases equally, so that the force pulled inward and the force pushed outward are balanced, and similarly the second coil The forces of the groups 112a and 112b and the third coil groups 113a and 113b are also balanced. Therefore, the rotor travels while maintaining a substantially constant interval with respect to the stator. Therefore, even if the number of rotations changes, a smooth rotation as a whole can be obtained.

図２６ａに示す磁気浮上構造Ｊ３は、回転する羽根車側、たとえば羽根保持アームに取りつけられる永久磁石９０が下向きに開口する断面略コ字状を呈している。固定されたフレーム側、たとえば支持リングに取りつけられる永久磁石８９は縦向きの板状である。このような断面コ字状の永久磁石９０は、水平に配置される中央の板状の磁石９０ａと、縦向きに配置される内側および外側の板状の磁石９０ｂ、９０ｃの３枚の磁石をたとえばＮ極を内側にするように組み合わせることにより得ることができる。その場合は相手側の縦向きの永久磁石８９の上端側を同じＮ極にする。コ字状の永久磁石９０の内面側をＳ極にする場合は、縦向きの永久磁石の上端側もＳ極にする。そして基準状態では、固定側の永久磁石８９の先端は、回転側の永久磁石９０の先端同士を結ぶ線Ｌにほぼ一致させておく。なお、固定側の永久磁石９０をほぼ連続する環状に配置し、回転側の永久磁石８９を羽根保持アームの部分のみに設ける点については、前述の図２１の磁気浮上構造Ｊ１の場合と同様である。ただし固定側を部分的に設け、回転側をほぼ連続する環状に配置してもよい。 The magnetic levitation structure J3 shown in FIG. 26a has a substantially U-shaped cross section in which a permanent magnet 90 attached to a rotating impeller side, for example, a blade holding arm, opens downward. The permanent magnet 89 attached to the fixed frame side, for example, the support ring, has a vertically-oriented plate shape. Such a U-shaped permanent magnet 90 has three magnets: a central plate-like magnet 90a arranged horizontally and inner and outer plate-like magnets 90b, 90c arranged vertically. For example, it can be obtained by combining them so that the north pole is on the inside. In that case, the upper end side of the opposite-side permanent magnet 89 is set to the same N pole. When the inner surface side of the U-shaped permanent magnet 90 is the S pole, the upper end side of the vertical permanent magnet is also the S pole. In the reference state, the tip of the fixed-side permanent magnet 89 is made to substantially coincide with the line L connecting the tips of the rotary-side permanent magnet 90. As in the case of the magnetic levitation structure J1 in FIG. 21 described above, the permanent magnet 90 on the fixed side is arranged in a substantially continuous annular shape, and the permanent magnet 89 on the rotation side is provided only on the blade holding arm portion. is there. However, the fixed side may be partially provided, and the rotating side may be arranged in a substantially continuous ring shape.

このように構成される磁気浮上構造Ｊ３は、回転側の中央の磁石９０ａのＮ極と固定側の永久磁石８９の上端のＮ極とが反発するので、羽根車の重量を支えることができる。また、回転側に中央に向かう力が加わっても、内側の磁石９０ｂと縦向きの永久磁石８９とが反発するので、上記の力に対応する力が生ずる。逆に外側に向かう力が加わっても、外側の磁石９０ｃと縦向きの永久磁石８９との間で元に戻そうとする力が働く。そのため、この磁気浮上構造Ｊ３は、常に基準位置を維持させる機能を備えている。また、回転側の永久磁石９０の幅は、図２２からもわかるように、羽根保持アームの幅と同じでよいため、磁石の節約になる。また、いずれも板状の磁石を用いるので、市販の磁石から容易に構成することができる。 The magnetic levitation structure J3 configured in this way can support the weight of the impeller because the N pole of the central magnet 90a on the rotation side and the N pole on the upper end of the permanent magnet 89 on the fixed side repel each other. Further, even if a force toward the center is applied to the rotation side, the inner magnet 90b and the longitudinal permanent magnet 89 repel each other, so that a force corresponding to the above force is generated. On the other hand, even if a force toward the outside is applied, a force for returning to the original works between the outside magnet 90 c and the longitudinal permanent magnet 89. Therefore, this magnetic levitation structure J3 has a function of always maintaining the reference position. Moreover, since the width | variety of the permanent magnet 90 of a rotation side may be the same as the width | variety of a blade | wing holding arm so that FIG. 22 may show, it is a magnet saving. Moreover, since all use a plate-shaped magnet, it can be comprised easily from a commercially available magnet.

図２６ｂに示す磁気浮上構造Ｊ４は、図２６ａの場合とは逆に、回転側に縦向きの永久磁石９０を設け、固定側に断面コ字状の永久磁石８９を設けている。この磁気浮上構造Ｊ４も図２６ａに示す磁気浮上構造Ｊ３と同様に、羽根車の磁気浮上作用と、中心維持作用の両方の機能を備えており、実質的に同じ作用効果を奏する。 The magnetic levitation structure J4 shown in FIG. 26b is provided with a vertical permanent magnet 90 on the rotation side and a U-shaped permanent magnet 89 on the fixed side, contrary to the case of FIG. 26a. Similarly to the magnetic levitation structure J3 shown in FIG. 26a, this magnetic levitation structure J4 has both functions of the magnetic levitation function and the center maintaining function of the impeller, and has substantially the same operational effects.

図２６ｃに示す磁気浮上構造Ｊ５は、固定側の永久磁石８９として、内向きに開くコ字状断面を備えた外側の磁石８９ｃと、外向き開くコ字状断面を備えた内側の磁石８９ｂとからなる。そして回転側の永久磁石９０は、固定側の永久磁石の間に水平に配置される板状のものが用いられる。回転側の永久磁石９０はたとえばステンレススチールなどの非磁性体材料からなる支持部材１１９で羽根車側、たとえば羽根保持アームなどに取りつけられる。なお、外側のコ字状の磁石９０ｃの内面側をＮ極にする場合は、内側のコ字状の磁石９０ｂの内面側を反対のＳ極とし、回転側の永久磁石９０は外側の端部をＮ極に、内側の端部をＳ極にする。それにより、強力な上向きの磁気浮上作用と中心維持作用とを発揮することができる。 The magnetic levitation structure J5 shown in FIG. 26c includes an outer magnet 89c having a U-shaped cross section that opens inward and an inner magnet 89b having a U-shaped cross section that opens outward as permanent magnets 89 on the fixed side. Consists of. As the rotation-side permanent magnet 90, a plate-like one arranged horizontally between the fixed-side permanent magnets is used. The permanent magnet 90 on the rotating side is attached to the impeller side, for example, a blade holding arm, etc. by a support member 119 made of a nonmagnetic material such as stainless steel. When the inner side of the outer U-shaped magnet 90c is the N pole, the inner side of the inner U-shaped magnet 90b is the opposite S pole, and the rotating permanent magnet 90 is the outer end. Is the N pole and the inner end is the S pole. Thereby, a strong upward magnetic levitation action and a center maintaining action can be exhibited.

図２７ａの磁気浮上構造Ｊ６は図２６ｃの磁気浮上構造Ｊ５とは逆に、回転型の永久磁石９０として、外側および内側に配置されるそれぞれ断面コ字状の磁石９０ｃ、９０ｂを採用し、固定側の永久磁石８９として水平方向に配置される板状の磁石を採用している。なお、この実施形態では、回転側の外側の磁石９０ｃと内側の磁石９０ｂの上部同士をステンレススチールなどの非磁性体材料からなる部材で連結している。それにより取り扱いが容易になる。 In contrast to the magnetic levitation structure J5 in FIG. 26c, the magnetic levitation structure J6 in FIG. 27a employs magnets 90c and 90b having U-shaped cross sections arranged on the outside and inside as rotating permanent magnets 90, respectively. As the permanent magnet 89 on the side, a plate-like magnet arranged in the horizontal direction is adopted. In this embodiment, the upper part of the outer magnet 90c on the rotation side and the upper part of the inner magnet 90b are connected by a member made of a non-magnetic material such as stainless steel. Thereby, handling becomes easy.

図２７ｂに示す磁気浮上構造Ｊ７は、固定側の磁石１２０として、図２６ｂの場合とほぼ同様の上向きに開く断面コ字状の磁石１２１と、その間に介在される電磁石１２２とを組み合わせたものを採用している。このものは電磁石１２２のコイルに流す電流を制御することにより、電磁石１２２の磁力を調整することができる。それにより必要に応じて磁気浮上力を調整することができる。 In the magnetic levitation structure J7 shown in FIG. 27b, a fixed-side magnet 120 is a combination of a magnet 121 having a U-shaped cross-section that opens upward in the same manner as in FIG. 26b, and an electromagnet 122 interposed therebetween. Adopted. This can adjust the magnetic force of the electromagnet 122 by controlling the current flowing through the coil of the electromagnet 122. Thereby, the magnetic levitation force can be adjusted as necessary.

つぎに図２８〜３６を参照して、本発明の電気・力変換装置の第１の態様の実施形態を説明する。図２８は風力発電システムの先の実施形態における図２１に示すような両側に磁極を持つ回転子を持つ発電機のブロック構成図（断面図）を示しており、両側に永久磁石１２６を持つ回転子１２７と、この回転子１２７を軸支する軸受け部１２８と、この軸受け部１２８を支持する台１２９と、回転子１２７を回転駆動する羽根車１２などから構成される原動機部１３０と、回転子１２７の永久磁石１２６と対峙している固定子１３１とで構成されている。なお、上記軸受け部１２８の代わりに上述した永久磁石などによる磁気浮上構造としても良い。電気・力変換装置は紙面に対して直角方向に延びている。風力発電装置に用いる場合は円環状に配置されるが、直線状あるいは緩やかな曲線状に延びていてもよい。以下の説明では、円環状に配置される場合を説明する。 Next, with reference to FIGS. 28 to 36, an embodiment of the first aspect of the electricity / force converter of the present invention will be described. FIG. 28 shows a block diagram (cross-sectional view) of a generator having a rotor with magnetic poles on both sides as shown in FIG. 21 in the previous embodiment of the wind power generation system, and rotation with permanent magnets 126 on both sides. A rotor 127, a bearing 128 that supports the rotor 127, a stand 129 that supports the bearing 128, an impeller 12 that rotationally drives the rotor 127, and the like, and a rotor. The permanent magnet 126 includes a stator 131 facing the 127 permanent magnet 126. Instead of the bearing portion 128, a magnetic levitation structure using the above-described permanent magnet may be used. The electric / force conversion device extends in a direction perpendicular to the paper surface. When used in a wind power generator, it is arranged in an annular shape, but it may extend in a straight line or a gentle curve. In the following description, a case where they are arranged in an annular shape will be described.

回転子１２７の両側に２つの固定子１３１を持つ発電機の回転子１２７は、ドーナツ状の回転子で円周状に分布配置されている。このような発電機においては、固定子１３１の寸法低減のために回転子１２７の内外径の差が小さいことと、回転子１２７の軸受け荷重の軽減のために回転子１２７の重量が軽いことが求められる。 The generator rotor 127 having two stators 131 on both sides of the rotor 127 is a donut-shaped rotor and is distributed in a circumferential manner. In such a generator, the difference in the inner and outer diameters of the rotor 127 is small for reducing the size of the stator 131, and the weight of the rotor 127 is light for reducing the bearing load of the rotor 127. Desired.

図２９は片側に固定子１３１を持つ発電機の回転子ヨーク部１３２の構造を示している。なお、図２８と同様の機能を有する要素には同一の番号を付している。回転子１２７の固定子１３１と対向している面にはＮ極とＳ極と交互に永久磁石１２６を配置しており、また、矢印は磁束を示している。この片側に固定子１３１を持つ発電機の回転子１２７は、Ｎ極の磁極とＳ極の磁極の間に磁束が通り易くするため、鉄でできた磁気回路が必要である。この回転子１２７の磁気回路の幅は、磁極幅（永久磁石１２６の幅）の半分の大きさである。 FIG. 29 shows the structure of the rotor yoke 132 of the generator having the stator 131 on one side. Note that elements having the same functions as those in FIG. Permanent magnets 126 are alternately arranged on the surface of the rotor 127 facing the stator 131, and N and S poles, and arrows indicate magnetic fluxes. The generator rotor 127 having the stator 131 on one side requires a magnetic circuit made of iron so that the magnetic flux easily passes between the N-pole magnetic pole and the S-pole magnetic pole. The width of the magnetic circuit of the rotor 127 is half the magnetic pole width (the width of the permanent magnet 126).

他方、固定子１３１が回転子１２７の両側にある発電機で、両側に磁極（永久磁石１２６）を持つ回転子１２７を構成した場合には、図３０に示すように、半径方向に対して大きな幅の回転子ヨーク部１３２が必要となる。したがって、回転子１２７の内外径の差が大きく、二重に回転子ヨーク部１３２が必要となり、回転子１２７の重量が重くなる。 On the other hand, when the stator 131 is a generator on both sides of the rotor 127 and a rotor 127 having magnetic poles (permanent magnets 126) on both sides is formed, as shown in FIG. A rotor yoke portion 132 having a width is required. Therefore, the difference between the inner and outer diameters of the rotor 127 is large, and the rotor yoke portion 132 is doubled, and the weight of the rotor 127 is increased.

この回転子１２７の両側に磁極を持つ構成で、磁極に永久磁石１２６を使用した時に、軸の偏芯（回転子１２７が軸芯からずれて固定子１３１側に寄ること）が生じた場合には、固定子１３１と回転子１２７の空隙が狭くなるために、寄った側の永久磁石１２６は、回転子１２７に独自のヨーク部を持つので、残りの回転子１２７側の永久磁石１２６とは無関係に、独自の磁気抵抗だけに左右されて、消費アンペアターンが減少し、永久磁石１２６の発生磁束量が増加する。また、残り側も独自のヨーク部を持つので、永久磁石１２６の発生磁束量は減少する。これを図３１に示す。これにより図３１の上側の回転子１２７の半径方向に作用する磁気吸引力が大きくなり、上側の固定子１３１側に回転子１２７が更に移動する。この力を式にて説明する。 When the permanent magnet 126 is used as the magnetic pole in the configuration having the magnetic poles on both sides of the rotor 127, when the shaft is eccentric (the rotor 127 is displaced from the shaft core and approaches the stator 131 side). Since the gap between the stator 131 and the rotor 127 is narrowed, the approaching permanent magnet 126 has its own yoke portion on the rotor 127, so that the remaining permanent magnet 126 on the rotor 127 side is different from the permanent magnet 126 on the rotor 127 side. Regardless, depending on the unique magnetic resistance alone, the consumed ampere turn decreases and the amount of magnetic flux generated by the permanent magnet 126 increases. Further, since the remaining side also has its own yoke portion, the amount of magnetic flux generated by the permanent magnet 126 is reduced. This is shown in FIG. As a result, the magnetic attractive force acting in the radial direction of the upper rotor 127 in FIG. 31 is increased, and the rotor 127 is further moved to the upper stator 131 side. This force will be explained by an equation.

図３２は永久磁石１３４を使用した回転機のモデルの磁気回路を示し、略コ字型の珪素鋼板からなる磁性体１３５の対向する先端の一方に永久磁石１３４を配置し、この永久磁石１３４と磁性体１３５の他方の先端との間に空隙を設けている。一般に永久磁石１３４の発生する空隙の磁束密度Ｂは、図３２の位置関係の時に、
Ｂ＝Ｂｒ・（ｔ／μ）／（ｔ／μ＋Ａ）・・・（１）
（但し、Ｂｒ：永久磁石１３４の残留磁束密度、ｔ：永久磁石１３４の厚み、μ：永久磁石１３４の透磁率、Ａ：空隙の長さ）
と、示される。 FIG. 32 shows a magnetic circuit of a model of a rotating machine using a permanent magnet 134. A permanent magnet 134 is arranged at one of opposing ends of a magnetic body 135 made of a substantially U-shaped silicon steel plate. A gap is provided between the other end of the magnetic body 135. Generally, the magnetic flux density B of the air gap generated by the permanent magnet 134 is as shown in FIG.
B = Br · (t / μ) / (t / μ + A) (1)
(However, Br: residual magnetic flux density of permanent magnet 134, t: thickness of permanent magnet 134, μ: permeability of permanent magnet 134, A: length of gap)
It is shown.

両側にヨーク部を持つ回転子構造では、外側磁石の磁気吸引力Ｐ１及び内側磁石の磁気吸引力Ｐ２は、
仮に、磁石（永久磁石１３４）の厚さｔを、１０．５ｍｍ、空隙Ａを１０ｍｍ、ｋを磁極面積とした時、
Ｐ１＝ｋ・（（Ｂｒ・（ｔ／μ）／（ｔ／μ＋Ａ））２
＝ｋ・（Ｂｒ）２／４・・・・（２）
Ｐ２＝ｋ・（（Ｂｒ・（ｔ／μ）／（ｔ／μ＋Ａ））２
＝ｋ・（Ｂｒ）２／４・・・・（３）
である。したがって、同じ空隙の時の磁気吸引力は同じとなり、回転子１２７は移動しない。 In the rotor structure having yoke portions on both sides, the magnetic attractive force P1 of the outer magnet and the magnetic attractive force P2 of the inner magnet are:
If the thickness t of the magnet (permanent magnet 134) is 10.5 mm, the gap A is 10 mm, and k is the magnetic pole area,
P1 = k · ((Br · (t / μ) / (t / μ + A)) 2
= K · (Br) 2/4 ··· (2)
P2 = k · ((Br · (t / μ) / (t / μ + A)) 2
= K · (Br) 2/4 ··· (3)
It is. Therefore, the magnetic attraction force at the same gap is the same, and the rotor 127 does not move.

ところが仮に回転子１２７が５ｍｍ中心からずれて回転子１２７側に寄った時、回転子１２７の（図３１で上側の空隙が狭くなった時の）Ｐ１、Ｐ２は、以下のようになる。
Ｐ１＝ｋ・（（Ｂｒ・（ｔ／μ）／（ｔ／μ＋Ａ））２
＝ｋ・（Ｂｒ）２＊４／９・・・・（４）
Ｐ２＝ｋ・（（Ｂｒ・（ｔ／μ）／（ｔ／μ＋Ａ））２
＝ｋ・（Ｂｒ）２＊４／２５・・・・（３）
これにより磁気吸引力に差が生じ、回転子１２７を更に偏芯させるように力が作用する。 However, if the rotor 127 deviates from the center of 5 mm and approaches the rotor 127 side, P1 and P2 of the rotor 127 (when the upper gap in FIG. 31 becomes narrow) are as follows.
P1 = k · ((Br · (t / μ) / (t / μ + A)) 2
= K · (Br) 2 * 4/9 (4)
P2 = k · ((Br · (t / μ) / (t / μ + A)) 2
= K · (Br) 2 * 4/25 (3)
As a result, a difference occurs in the magnetic attractive force, and the force acts to further eccentric the rotor 127.

更に、回転子１２７の両側に磁極（永久磁石１２６）を持つ場合の磁気吸引力は、回転子１２７の片側のみに磁極（永久磁石１２６）を持つ発電機に比して、回転軸に対して１８０°の位置にも回転子１２７の両側に磁極（永久磁石１２６）が存在するので、２倍の磁気吸引力が作用することになる。 Further, the magnetic attraction force when the magnetic pole (permanent magnet 126) is provided on both sides of the rotor 127 is smaller than the generator having the magnetic pole (permanent magnet 126) on only one side of the rotor 127 with respect to the rotating shaft. Since there are magnetic poles (permanent magnets 126) on both sides of the rotor 127 even at a position of 180 °, a double magnetic attractive force acts.

したがって、回転子１２７の両側に永久磁石１２６の磁極を持つ発電機を片側に磁極を持つ構造の考えのままで製作すると回転子１２７の重量が重く、また軸偏芯時の磁気吸引力が大きいという問題がある。 Therefore, if a generator having the magnetic poles of the permanent magnet 126 on both sides of the rotor 127 is manufactured with the idea of the structure having the magnetic poles on one side, the rotor 127 is heavy and the magnetic attractive force when the shaft is eccentric is large. There is a problem.

この構造の考えの問題点は、回転子１２７の重量が重く、また軸偏芯時の磁気吸引力が大きいということである。すなわち、回転子１２７の構成にあることになる。その回転子１２７の構成で、二重に必要とする回転子ヨーク部１３２にあることになる。回転子ヨーク部１３２の幅の低減、回転子ヨーク部１３２の共有化が考えられる。 The problem with the idea of this structure is that the rotor 127 is heavy and the magnetic attractive force when the shaft is eccentric is large. That is, the rotor 127 is configured. With the configuration of the rotor 127, the rotor yoke portion 132 that is required twice is provided. It is conceivable to reduce the width of the rotor yoke part 132 and to share the rotor yoke part 132.

この回転子ヨーク部１３２の幅の低減は、重量低減にはなるが、回転子ヨーク部１３２の磁気抵抗を増加させて、永久磁石１２６の能力を低減させることになり、磁気吸引力が大きいという問題解決にはならない。また、回転子ヨーク部１３２の共有化は、回転子１２７の外側の磁極と内側の磁極の位置を、磁極の極ピッチの半分ずらすことが考えられ、重量低減には効果があるが、共有化では、外側と内側の磁極が独自に動き、磁気吸引力が大きいことの解決にはならない。 Although the reduction in the width of the rotor yoke portion 132 reduces the weight, the magnetic resistance of the rotor yoke portion 132 is increased to reduce the ability of the permanent magnet 126, and the magnetic attraction force is large. It does not solve the problem. In addition, sharing of the rotor yoke portion 132 can be considered by shifting the positions of the outer magnetic pole and the inner magnetic pole of the rotor 127 by half of the pole pitch of the magnetic pole. Then, the magnetic poles on the outside and inside move independently, and it is not a solution for the large magnetic attractive force.

したがって、回転子１２７の両側の磁極が、偏芯が生じてもそれぞれの独自の磁気回路で磁石が動作しないように、回転子１２７の外側と内側の両者の磁気回路を一本化できれば、回転子ヨーク部１３２が同じになり、重量も低減でき、磁気吸引力が低減できることになる。よって、課題は、回転子１２７の外側と内側の永久磁石１２６の磁気回路を一本化することである。 Therefore, if magnetic poles on both sides of the rotor 127 are eccentric, if the magnetic circuits on both the outer side and the inner side of the rotor 127 can be integrated so that the magnets do not operate in their own magnetic circuit, The child yoke part 132 becomes the same, the weight can be reduced, and the magnetic attractive force can be reduced. Therefore, the problem is to unify the magnetic circuit of the permanent magnet 126 outside and inside the rotor 127.

そこで、回転子１２７の両側の磁極、Ｎ極とＳ極の永久磁石を対に構成すれば、磁気回路の一本化を図ることができる。この構成を図３３に示す。図３３において、Ｎ極とＳ極の磁石１３６、１３６を対にした部材である磁石部１３７を等間隔で該磁石部１３７のＮ極とＳ極が交互に反対側に位置するように周方向に配置して回転子１２７を形成し、この回転子１２７の両側に固定子１３１を配置している。このような構成にすることで、同じ磁力線が回転子１２７の両側の磁石部１３７及び両側の固定子１３１を通ることになり、両側の空隙の磁束密度も同じになり、磁気吸引力も同じになる。 Therefore, if the magnetic poles on both sides of the rotor 127 and the N-pole and S-pole permanent magnets are configured in pairs, a single magnetic circuit can be achieved. This configuration is shown in FIG. In FIG. 33, the magnet part 137 which is a member in which N pole and S pole magnets 136 and 136 are paired is arranged in the circumferential direction so that the N pole and S pole of the magnet part 137 are alternately positioned on opposite sides at equal intervals. The rotor 127 is formed by arranging the stator 131 on both sides of the rotor 127. By adopting such a configuration, the same magnetic field lines pass through the magnet portions 137 on both sides of the rotor 127 and the stators 131 on both sides, so that the magnetic flux densities in the air gaps on both sides are the same and the magnetic attractive force is also the same. .

この状態をモデル化した状態を図３４に示す。このモデルでの両側の磁極の磁束密度は、以下のようになる。２つの磁石（磁石部１３７）は、同じ磁気回路上にあるので、磁石厚さと空隙は合算されて、
Ｂ＝Ｂｒ・（２ｔ／μ）／（２ｔ／μ＋Ａ＋Ｂ）・・・・（６）
（但し、Ｂｒ：磁石の残留密度、ｔ：磁石の厚み、μ：磁石の透磁率、ＡとＢ：空隙の長さ）
と示される。 A state in which this state is modeled is shown in FIG. The magnetic flux density of the magnetic poles on both sides in this model is as follows. Since the two magnets (magnet part 137) are on the same magnetic circuit, the magnet thickness and the gap are added together,
B = Br · (2t / μ) / (2t / μ + A + B) (6)
(However, Br: residual density of magnet, t: thickness of magnet, μ: magnetic permeability of magnet, A and B: length of gap)
It is indicated.

今、仮に、Ａ磁石とＢ磁石の厚みｔを１０．５ｍｍ、μを１．０５、空隙ＡとＢを１０ｍｍとした時、回転子１２７の両側の磁石に作用する磁気吸引力Ｐ１、Ｐ２は、
Ｐ１＝ｋ・（（Ｂｒ・（２ｔ／μ）／（２ｔ／μ＋Ａ＋Ｂ））２
＝ｋ・（Ｂｒ）２／４・・・・（７）
Ｐ２＝ｋ・（（Ｂｒ・（２ｔ／μ）／（２ｔ／μ＋Ａ＋Ｂ））２
＝ｋ・（Ｂｒ）２／４・・・・（８）
で示される。 Now, assuming that the thickness t of the A magnet and the B magnet is 10.5 mm, μ is 1.05, and the gaps A and B are 10 mm, the magnetic attractive forces P1 and P2 acting on the magnets on both sides of the rotor 127 are ,
P1 = k · ((Br · (2t / μ) / (2t / μ + A + B)) 2
= K · (Br) 2/4 ··· (7)
P2 = k · ((Br · (2t / μ) / (2t / μ + A + B)) 2
= K · (Br) 2/4 ··· (8)
Indicated by

更に、仮に、回転子１２７の回転軸が５ｍｍ偏芯した場合（磁石Ａと磁石Ｂが空隙Ａ側に５ｍｍ移動したとする）の磁気吸引力Ｐ１、Ｐ２は、空隙の（Ａ−５）＋（Ｂ＋５）が当初のＡ＋Ｂのままであるので、同じ磁気吸引力となる。 Further, if the rotation axis of the rotor 127 is eccentric by 5 mm (assuming that the magnet A and the magnet B have moved 5 mm toward the gap A), the magnetic attractive forces P1 and P2 are (A-5) + of the gap. Since (B + 5) remains the original A + B, the same magnetic attractive force is obtained.

したがって、両側の磁石の磁気吸引力は回転子１２７の両側でバランスするので、回転子１２７全体が受ける力はゼロになり、偏芯があっても、回転子１２７を更に径方向に移動させる力は生じないことが計算上示される。 Therefore, since the magnetic attraction force of the magnets on both sides is balanced on both sides of the rotor 127, the force received by the entire rotor 127 becomes zero, and even if there is an eccentricity, the force that further moves the rotor 127 in the radial direction. Calculations show that no occurs.

また、図３３に示すように、回転子１２７の周方向で、隣り合った磁極を非磁性金属体１３８で結合することで、隣の磁極に磁束が漏れることも無くすことができる。 Further, as shown in FIG. 33, by connecting adjacent magnetic poles with a non-magnetic metal body 138 in the circumferential direction of the rotor 127, magnetic flux can be prevented from leaking to the adjacent magnetic poles.

かかる構成とすることで、回転子１２７の両側の磁石１３６、１３６をＮ極とＳ極と対にし、磁気回路を１つにした構成とすることで、回転子１２７の周方向で隣り合った磁極を非磁性金属体１３８で結合でき、そのため、従来構造の鉄の磁気回路を必要とせずに、回転子１２７の軸が偏芯が生じても、回転子１２７全体では磁気吸引力が計算上は発生しないという作用効果を生ずる。また、前述の構造の回転機で必要としていた周方向で隣り合った磁極間の回転子ヨーク部を必要としないという作用効果を生む。 By adopting such a configuration, the magnets 136 and 136 on both sides of the rotor 127 are paired with the N pole and the S pole, and the magnetic circuit is integrated so that the rotor 127 is adjacent in the circumferential direction. The magnetic poles can be coupled by the non-magnetic metal body 138. Therefore, the magnetic attraction force is calculated in the entire rotor 127 even if the axis of the rotor 127 is decentered without the need for a conventional iron magnetic circuit. This produces an effect that does not occur. In addition, there is an effect that the rotor yoke portion between the magnetic poles adjacent in the circumferential direction, which is necessary for the rotating machine having the above-described structure, is not required.

図３５に具体的な実施形態を示す。図示するように、回転子１２７の両側にそれぞれ固定子１３１があり、回転子１２７はＮ極とＳ極の磁石１３６、１３６を全周に設けた非磁性金属体１３８の上に設置したものである。回転子１２７の周方向上に隣り合った磁石１３６、１３６（磁石部１３７）同士の間は、非磁性金属体１３８で結合されている。この時に、回転子１２７の両側の磁石１３６、１３６間を非磁性金属体１３８に代えて磁性金属で接続すれば、両側の磁石１３６、１３６間の磁気抵抗が減少する。この回転子１２７の両側の磁石１３６、１３６間の磁性金属は、回転子１２７の両側の磁石１３６、１３６と同じ磁気回路上にあるので、図３１の構造の周方向上に存在する鉄の磁気回路とは、その作用が異なるので、本発明の原理には触れない。 FIG. 35 shows a specific embodiment. As shown in the figure, there are stators 131 on both sides of the rotor 127, and the rotor 127 is installed on a non-magnetic metal body 138 provided with N-pole and S-pole magnets 136, 136 on the entire circumference. is there. The magnets 136 and 136 (magnet portions 137) adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 127 are coupled by a nonmagnetic metal body 138. At this time, if the magnets 136 and 136 on both sides of the rotor 127 are connected with magnetic metal instead of the nonmagnetic metal body 138, the magnetic resistance between the magnets 136 and 136 on both sides is reduced. Since the magnetic metal between the magnets 136 and 136 on both sides of the rotor 127 is on the same magnetic circuit as the magnets 136 and 136 on both sides of the rotor 127, the magnetism of iron existing in the circumferential direction of the structure of FIG. Since the operation is different from that of a circuit, the principle of the present invention is not touched.

理論的には、上記（６）式と（７）式で示したように、回転子１２７の両側の磁石１３６、１３６で生じる磁気吸引力は同じである。しかし、実際は、一般に磁束は磁束密度を低減させるために空間に広がる性質を持ち、固定子１３１が周方向に存在するために、上記（６）式と（７）式の磁極面積の定数ｋが、回転子１２７が近接した側と離れた側では異なる。近接した側ではｋが大きくなり、離れた側では小さくなる。このために、近接した側の磁気吸引力が、離れた側より大きくなる。この二次的な現象は、本発明の原理には直接触れないが、この二次的な現象も含めた磁気吸引力の有限要素法による磁界解析による磁気吸引力の計算結果を図３６に示す。この計算は、図３２の構造と図３５の両側の磁石寸法と空隙を同じとし、図３２の周方向の隣り合った磁極間の鉄の回転子ヨーク部を磁石の幅の半分で行なったものである。この結果にも示すように、図３５に示す構造の磁気吸引力は、従来構造の場合よりも小さいものである。 Theoretically, the magnetic attractive force generated by the magnets 136 and 136 on both sides of the rotor 127 is the same as shown in the above formulas (6) and (7). However, in practice, the magnetic flux generally has the property of spreading in space in order to reduce the magnetic flux density, and the stator 131 exists in the circumferential direction, so that the constant k of the magnetic pole area in the above equations (6) and (7) is The rotor 127 is different on the side close to and the side away from the rotor 127. K increases on the close side and decreases on the distant side. For this reason, the magnetic attractive force on the close side becomes larger than that on the remote side. Although this secondary phenomenon does not directly touch the principle of the present invention, the calculation result of the magnetic attraction force by the magnetic field analysis by the finite element method of the magnetic attraction force including this secondary phenomenon is shown in FIG. . In this calculation, the structure of FIG. 32 and the magnet size and the gap on both sides of FIG. 35 are the same, and the iron rotor yoke portion between adjacent magnetic poles in the circumferential direction of FIG. 32 is performed at half the width of the magnet. It is. As shown in this result, the magnetic attractive force of the structure shown in FIG. 35 is smaller than that of the conventional structure.

このように本実施形態では、回転子１２７の両側の磁極を対にして構成すると、同じ磁気回路上で両側の磁石１３６、１３６が動作することになり、回転子１２７の偏芯が生じても、両側の磁石１３６、１３６の磁気吸引力がバランスして回転子１２７全体では力がゼロになり、更に回転子１２７を移動させる力の発生することは計算上無くなる。また、同じ磁気回路上に磁石１３６、１３６を取り付けるので、従来構造の考えでは必要とした隣り合った磁極間の回転子ヨーク部を必要とせずに、回転子１２７の重量低減と回転子１２７の径方向の幅を低減できるという効果を奏する。 As described above, in this embodiment, when the magnetic poles on both sides of the rotor 127 are configured as a pair, the magnets 136 and 136 on both sides operate on the same magnetic circuit, and even if the rotor 127 is eccentric. The magnetic attraction forces of the magnets 136 and 136 on both sides are balanced so that the force of the entire rotor 127 becomes zero, and the generation of a force for moving the rotor 127 is eliminated in calculation. Further, since the magnets 136 and 136 are mounted on the same magnetic circuit, the weight of the rotor 127 can be reduced and the rotor 127 can be reduced without the need for the rotor yoke portion between adjacent magnetic poles, which is necessary in the conventional structure. There is an effect that the radial width can be reduced.

つぎに図３７〜図４４を参照して本発明の永久磁石の配列構造の実施形態を説明する。以下の実施形態では、本発明の永久磁石の配列構造を磁気浮上装置に適用する場合を説明する。しかしこの永久磁石の配列構造は、これに限らず、複数個の永久磁石を同じ極を同じ向きになるように並べる場合の種々の構成にに適用することができる。図３７は両側に固定子をもつ回転子の磁気浮上の構造を示すものであり、先の実施形態と同様の原動機部１５３にて回転駆動される回転子１５１の両側には固定子１５２を持ち、この回転子１５１は磁気浮上構造Ｊ１０にて浮上する構造となっている。この磁気浮上構造Ｊ１０は、回転子１５１側の永久磁石１５４と、台１５６側に固定されている固定側の永久磁石１５５とで構成されており、永久磁石１５４と永久磁石１５５の対向面は互いに反発するＮ極同士、あるいはＳ極同士となっている。 Next, an embodiment of the arrangement structure of the permanent magnets of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following embodiments, the case where the arrangement structure of permanent magnets of the present invention is applied to a magnetic levitation apparatus will be described. However, the arrangement structure of the permanent magnets is not limited to this, and can be applied to various configurations in which a plurality of permanent magnets are arranged so that the same poles are in the same direction. FIG. 37 shows a magnetic levitation structure of a rotor having a stator on both sides, and a stator 152 is provided on both sides of a rotor 151 that is driven to rotate by a motor unit 153 similar to the previous embodiment. The rotor 151 is levitated by the magnetic levitation structure J10. This magnetic levitation structure J10 is composed of a permanent magnet 154 on the rotor 151 side and a permanent magnet 155 on the fixed side fixed on the stand 156 side. The opposing surfaces of the permanent magnet 154 and the permanent magnet 155 are mutually opposite. The repulsive N poles or the S poles.

図３７に示すように、両側に固定子１５２をもつ発電機の回転子１５１は、水平に置かれ、周方向に分布配置されている。このような構造の発電機の回転子１５１は上述したように水平に設置できるがために、永久磁石１５４、１５５により磁気浮上させることができる。しかし、永久磁石１５４、１５５の取り扱いの際には、近接する磁性金属に接着しても、取り外すことができるようにしている。あるいは、所定の位置にアルミ材などの非磁性体を介して永久磁石１５４、１５５を取り付けた後は、このアルミ材などを取り外す必要がある。永久磁石１５４、１５５の取り付けのためには、アルミ材などが必要であり、取り付けのために有効利用できないスペースが必要となっている。 As shown in FIG. 37, the generator rotor 151 having the stators 152 on both sides is horizontally placed and distributed in the circumferential direction. Since the generator rotor 151 having such a structure can be installed horizontally as described above, it can be magnetically levitated by the permanent magnets 154 and 155. However, when the permanent magnets 154 and 155 are handled, the permanent magnets 154 and 155 can be removed even if they are bonded to the adjacent magnetic metal. Alternatively, after the permanent magnets 154 and 155 are attached to a predetermined position via a non-magnetic material such as an aluminum material, the aluminum material or the like needs to be removed. In order to attach the permanent magnets 154 and 155, an aluminum material or the like is necessary, and a space that cannot be effectively used for the attachment is necessary.

また、永久磁石１５４、１５５の反発力により磁気浮上させている状態で回転子１５１が移動している場合には、固定側と回転側に隙間なく多量の磁石（永久磁石１５４、１５５）を取り付ける必要がある。高性能磁石は、最大寸法に制限があり、多くの個数が必要となる。図３８に示すように、磁気浮上のためには同じ極の磁石（永久磁石１５４、１５５）をそれぞれ横に配置する必要がある。図３８では、移動側の永久磁石１５４の空隙側をＮ極とし、固定側の永久磁石１５５の空隙側をＳ極として反発力を得ている。 In addition, when the rotor 151 is moving in a state of being magnetically levitated by the repulsive force of the permanent magnets 154 and 155, a large amount of magnets (permanent magnets 154 and 155) are attached between the fixed side and the rotating side without any gap. There is a need. High performance magnets are limited in maximum dimensions and require a large number. As shown in FIG. 38, magnets having the same polarity (permanent magnets 154 and 155) need to be arranged horizontally for magnetic levitation. In FIG. 38, the repulsive force is obtained with the gap side of the moving permanent magnet 154 as the N pole and the gap side of the fixed permanent magnet 155 as the S pole.

しかし、図３９に示すように、同じ方向の磁極面を持つ磁石の側面を近接させると、反発力が生じ、並設して取り付けることは容易ではなく、多くの人力を必要として固定している。すなわち、図３９は高性能の磁石Ａと磁石Ｂを近接させた時の両磁石Ａ、Ｂの流体の磁束分布の状態を示し、磁石Ａと磁石Ｂを近接させても、端部では、同じＮ極から発生した磁束（図中の端部の漏れ磁束）が近接するために（磁束が鎖交しないので）反発力を生じる。したがって、両磁石Ａ、Ｂを近接して保持することは困難である。 However, as shown in FIG. 39, when the side surfaces of the magnets having the magnetic pole surfaces in the same direction are brought close to each other, a repulsive force is generated, and it is not easy to install them side by side, and they are fixed by requiring a lot of human power. . That is, FIG. 39 shows the state of the magnetic flux distribution of the fluids of both magnets A and B when the high-performance magnet A and magnet B are brought close to each other. A repulsive force is generated because the magnetic flux generated from the N pole (leakage magnetic flux at the end in the figure) is close (because the magnetic flux is not linked). Therefore, it is difficult to hold both magnets A and B close to each other.

また、図４０は空気中に置かれた高性能磁石Ａ、Ｂの反発力（磁石Ａを固定とした場合）の説明図を示し、両磁石Ａ、Ｂの厚さを５ｍｍ、長さを２０ｍｍ、幅を１０ｍｍとして、磁石Ａの端面に磁石Ｂを吸着させた場合に、磁石Ｂに作用する反発力は、約３０Ｎであり、人の手で長時間保持し続けることは非常に困難である。 FIG. 40 shows an explanatory diagram of the repulsive force of the high-performance magnets A and B placed in the air (when the magnet A is fixed). The thickness of both magnets A and B is 5 mm and the length is 20 mm. When the width is 10 mm and the magnet B is attracted to the end surface of the magnet A, the repulsive force acting on the magnet B is about 30 N, and it is very difficult to keep it with a human hand for a long time. .

なお、全体機器を分解点検するために、設置した磁石がこの反発力のために飛ぶことがないように、磁石固定用の非磁性材を取り外す作業にも時間を要することになる。更に、この取り付け・分解作業を、設備を用いて効率良く工場で行なうのではなく、現場で実施するとなれば、更に時間を要することになる。このように、高性能磁石を機器（風力発電システムなどに）に組み込むには、取り付け作業に時間を要する。 In order to disassemble and check the entire equipment, it takes time to remove the non-magnetic material for fixing the magnet so that the installed magnet does not fly due to the repulsive force. Furthermore, if this mounting / disassembling work is not carried out efficiently at the factory using equipment, it will take more time if it is carried out on site. As described above, it takes time to install the high-performance magnet in a device (such as a wind power generation system).

このようにして高性能磁石の組み込む際の作業性の悪化は、その磁石が高性能であるが故に、磁束が空気中に漏れて、近接した磁性体との間に吸引力が発生することである。計画した方向に向いている磁束が磁性体との間に吸引力が発生すること、あるいは浮上のための磁石間での反発力は、高性能磁石を使用する目的でもあるので、この磁束が生む吸引力の対策は機能上必要なことであり、問題ではない。しかし、所定方向以外の磁石の側面を通る磁束は、漏れ磁束であり、この漏れ磁束が近接した磁性体との不要な吸引力を生むこと、あるいは、同じ方向を向いた磁石との間に不要な反発力を生じることを防止することができれば、作業性を向上させることができる。 The deterioration of workability when incorporating a high-performance magnet in this way is due to the fact that the magnet has high performance, so that magnetic flux leaks into the air and an attractive force is generated between adjacent magnetic materials. is there. The magnetic flux that is directed in the planned direction generates an attractive force with the magnetic material, or the repulsive force between the magnets for levitation is also the purpose of using a high-performance magnet. The measure of the suction force is necessary for the function and is not a problem. However, the magnetic flux that passes through the side of the magnet in a direction other than the predetermined direction is a leakage magnetic flux, and this leakage magnetic flux generates unnecessary attractive force with the adjacent magnetic material, or is unnecessary between the magnets facing the same direction. If it is possible to prevent generation of a repulsive force, workability can be improved.

永久磁石を鉄のような磁性体に取り付けると、この磁性体の外側にある磁性体の吸引力が低減することは周知の事実である。この周知の事実により、例えば、１ｃｍ立法の磁石を単純に数ｃｍの厚い鉄で側面を囲むと、不用意な吸引力は発生しないが、作業場内での運搬する重量が増し、逆に作業性が悪くなる。また、図４１に示すように、磁石を磁性体１５８で囲ったものに、別の高性能磁石を配置すると大きな吸引力が発生し、これらを分離するためには、大きな力を必要とする。 It is a well-known fact that when a permanent magnet is attached to a magnetic material such as iron, the attractive force of the magnetic material outside the magnetic material is reduced. Due to this well-known fact, for example, if a side of a 1 cm legitimate magnet is simply surrounded by a few centimeters of thick iron, inadvertent suction will not occur, but the weight carried in the workplace will increase and conversely workability Becomes worse. As shown in FIG. 41, when another high-performance magnet is disposed in a magnet surrounded by a magnetic body 158, a large attractive force is generated, and a large force is required to separate them.

すなわち、図４１は磁石Ａの側面に磁性体１５８を取り付けた時の端部の磁束分布を示す図であり、磁石Ａの側面に磁性体１５８を取り付けた場合には、磁石Ｂの端部の磁束がその磁性体１５８に浸入し、吸引力が生じる。また、図４２は、空気中に置かれた高性能磁石Ａと磁石Ｂとの間に磁性体１５８をサンドイッチした時の吸引力を示している。この図４２において、両磁石Ａ、Ｂ共に、厚さを５ｍｍ、長さを２０ｍｍ、幅を１０ｍｍとし、磁性体１５８の厚さを５ｍｍ、長さを１ｍｍ、幅を１０ｍｍとした場合、磁石Ｂが磁性体１５８側から受ける吸引力は、約３０Ｎであり、磁石Ｂを磁性体１５８から分離しようとすると大きな力を必要とする。そのため、両磁石Ａ、Ｂの分離は困難である。 That is, FIG. 41 is a diagram showing the magnetic flux distribution at the end when the magnetic body 158 is attached to the side surface of the magnet A. When the magnetic body 158 is attached to the side surface of the magnet A, FIG. The magnetic flux enters the magnetic body 158, and an attractive force is generated. FIG. 42 shows the attractive force when the magnetic body 158 is sandwiched between the high-performance magnet A and the magnet B placed in the air. In FIG. 42, when both the magnets A and B have a thickness of 5 mm, a length of 20 mm, a width of 10 mm, a thickness of the magnetic body 158 of 5 mm, a length of 1 mm, and a width of 10 mm, the magnet B The attractive force received from the magnetic body 158 side is about 30 N, and a large force is required to separate the magnet B from the magnetic body 158. Therefore, it is difficult to separate both magnets A and B.

更に、反発形の磁気浮上では、磁石側面に取り付けた磁性体が、磁石表面より突き出ると、この部分の表面に相手方の磁石の磁束が集中して、浮上用の反発力の低下を招く。 Furthermore, in the repulsive magnetic levitation, when the magnetic body attached to the side surface of the magnet protrudes from the magnet surface, the magnetic flux of the counterpart magnet concentrates on the surface of this portion, and the repulsive force for levitation is reduced.

したがって、同じ極面同士の高性能磁石を近接した時に、反発力と吸引力が小さくなるような磁石側面に取り付けた磁性体あるいは磁石側面を囲む磁性体の構成が磁石に密に並んでいるような薄い磁性体の厚みを求めることが課題となる。 Therefore, when a high-performance magnet of the same pole face is brought close to each other, the structure of the magnetic body attached to the side surface of the magnet or the magnetic body surrounding the side surface of the magnet so as to reduce the repulsive force and the attractive force seems to be closely aligned with the magnet. Finding the thickness of a thin magnetic material is a problem.

同じ極面間で、高性能永久磁石を近接させると、反発し、また高性能磁石に磁性体を取り付けると吸引して離れない。この反発と吸引の両者の状態を、磁性体を用いて発生させることができれば、同じ極面の高性能磁石を密接に並べても反発と吸引が生じないことになる。このために、図４３に示すように磁石の側面の磁性体１６０の外側を一部磁束が漏れるように、磁性体１６０の高さを磁石の厚みより短くするようにしたものである。 If a high-performance permanent magnet is brought close to the same pole surface, it will repel, and if a magnetic material is attached to the high-performance magnet, it will not attract and separate. If both states of repulsion and attraction can be generated using a magnetic material, repulsion and attraction will not occur even if high performance magnets of the same pole face are closely arranged. Therefore, as shown in FIG. 43, the height of the magnetic body 160 is made shorter than the thickness of the magnet so that the magnetic flux partially leaks outside the magnetic body 160 on the side surface of the magnet.

そして、図４４に示すように、この一部を切り欠いた磁性体１６０を高性能磁石ＡとＢの間に側面でサンドイッチする。高性能磁石Ａ、Ｂの漏れ磁束が、この磁性体１６０の高さを欠いた部分から漏れた磁束が互いに反発し、反発力を発生していて、磁性体１６０の部分では、磁性体１６０に互いに高性能磁石Ａ，Ｂが吸引している状態になる。したがって、磁界解析によりその磁石Ａ、Ｂに応じて反発力と吸引力がバランスするように磁性体１６０の高さと厚みを適切に設定することができるので、課題を解決することができる。 Then, as shown in FIG. 44, the magnetic material 160 with a part cut away is sandwiched between the high-performance magnets A and B on the side surface. The leakage flux of the high-performance magnets A and B repels each other from the portion lacking the height of the magnetic body 160 and generates a repulsive force. The high-performance magnets A and B are attracted to each other. Therefore, the height and thickness of the magnetic body 160 can be appropriately set so that the repulsive force and the attractive force are balanced according to the magnets A and B by magnetic field analysis, so that the problem can be solved.

このように、高性能磁石Ａ，Ｂの厚さよりも短い磁性体１６０を磁石Ａ、Ｂの側面に取り付けるという工夫により、隣り合った磁石Ａ、Ｂの反発力と吸引力をバランスさせる作用が生じる。また、磁性体１６０の長さは、磁石Ａ、Ｂの長さより小さく、磁石が密に並んでいる状態でもある。更に、磁性体１６０は磁石Ａ、Ｂの面より内側に引っ込んでおり、浮上側の磁石１５４と固定側の磁石１５５よりの磁束がこの部分に集中することはないという作用をもち、磁気浮上に悪影響を及ぼすことはない。 Thus, the device of attaching the magnetic body 160 shorter than the thickness of the high-performance magnets A and B to the side surfaces of the magnets A and B has an effect of balancing the repulsive force and the attractive force of the adjacent magnets A and B. . Further, the length of the magnetic body 160 is smaller than the lengths of the magnets A and B, and the magnets are also closely arranged. Further, the magnetic body 160 is retracted inward from the surfaces of the magnets A and B, so that the magnetic flux from the floating side magnet 154 and the fixed side magnet 155 does not concentrate on this portion, so that the magnetic levitation There is no adverse effect.

図４４は具体的実施形態を示し、図示するように、磁石Ａ、Ｂの厚みより、短い磁性体１６０を磁石Ａ、Ｂの側面に取り付けたものである。また、この時の磁性体１６０の長さは約１ｍｍで、磁石Ａ、Ｂの長さ２０ｍｍより短い。したがって、多数の磁石が密に並んでいる状態に近い。この磁石の配列で、磁界解析を行なった計算結果を図４４に示す。 FIG. 44 shows a specific embodiment, and as shown, a magnetic body 160 shorter than the thickness of the magnets A and B is attached to the side surfaces of the magnets A and B. At this time, the length of the magnetic body 160 is about 1 mm, which is shorter than the length of the magnets A and B of 20 mm. Therefore, it is close to a state where a large number of magnets are closely arranged. FIG. 44 shows a calculation result obtained by performing a magnetic field analysis with this magnet arrangement.

磁石Ａ、Ｂの厚み５ｍｍより、１．２ｍｍ短い磁性体１６０（厚さ３．８ｍｍ、長さ１ｍｍ、幅１０ｍｍ）を磁石Ａの側面に取り付けた時の磁石Ｂに作用する力は、吸引力で、約１Ｎである。この力は、図４４に示す同じ大きさの磁石Ａと磁石Ｂを磁性体１６０無しで接した場合の反発力（図４０）約３０Ｎより小さい。また、磁石の厚さと同じ高さの磁性体を介在させた時の吸引力（図４２）約１０Ｎより小さい。したがって、この実施形態に示すように、磁石の厚さより短い磁性体１６０を介在させることで、磁石の設置が容易となり、特別に反発力対策として磁石を固定する構造物を必要としないものである。 The force acting on the magnet B when the magnetic body 160 (thickness 3.8 mm, length 1 mm, width 10 mm) shorter than the thickness 5 mm of the magnets A and B is attached to the side surface of the magnet A is an attractive force. And about 1N. This force is smaller than about 30 N repulsive force (FIG. 40) when the magnet A and the magnet B of the same size shown in FIG. Further, the attractive force (FIG. 42) when a magnetic body having the same height as the magnet is interposed is smaller than about 10N. Therefore, as shown in this embodiment, by interposing a magnetic body 160 shorter than the thickness of the magnet, it is easy to install the magnet, and a structure for fixing the magnet is not particularly required as a countermeasure against repulsive force. .

このように本実施形態では、高性能磁石Ａ、Ｂ（永久磁石１５４、１５５）の厚さよりも短い磁性体１６０を該磁石Ａ、Ｂの側面に取り付けて、隣り合った磁石Ａ、Ｂの反発力と吸引力を低減させたので、磁石Ａ、Ｂ（永久磁石１５４、１５５）の取り付け作業が容易になり、現地にての組み立ての作業時間を短縮することができる。また、磁石Ａ、Ｂ間の吸引力が低減したので、発電機の分解点検作業が容易となる。更に、磁石Ａ、Ｂ間の反発力対策として、磁石Ａ、Ｂを固定する構造物を必要としないという種々の効果を奏するものである。 Thus, in this embodiment, the magnetic body 160 shorter than the thickness of the high-performance magnets A and B (permanent magnets 154 and 155) is attached to the side surfaces of the magnets A and B, and the repulsion between the adjacent magnets A and B is achieved. Since the force and the attractive force are reduced, the attachment work of the magnets A and B (permanent magnets 154 and 155) is facilitated, and the assembly work time at the site can be shortened. In addition, since the attractive force between the magnets A and B is reduced, the generator can be easily disassembled and inspected. Furthermore, as a countermeasure against the repulsive force between the magnets A and B, there are various effects that a structure for fixing the magnets A and B is not required.

なお、図４４に示すような構成の磁性体１６０を、図３８に示す移動側の多数の永久磁石１５４の間に磁性体１６０を介在させているものである。また、同様に固定側の多数の永久磁石１５５の間にも磁性体１６０を介在させている。 Note that the magnetic body 160 configured as shown in FIG. 44 has the magnetic body 160 interposed between the many permanent magnets 154 on the moving side shown in FIG. Similarly, a magnetic body 160 is interposed between a number of permanent magnets 155 on the fixed side.

つぎに図４５〜５１を参照して本発明の電気・力変換装置の第３の態様の実施形態を説明する。図４５は、風力発電システムの先の実施形態における図２１に示すような両側に磁極を持つ回転子を持つ発電機のブロック構成図を示しており、両側に永久磁石１６３を持つ回転子１６４と、この回転子１６４を軸支する軸受け部１６５と、この軸受け部１６５を支持する台１６６と、回転子１６４を回転駆動する羽根車１２などから構成される原動機部１６７と、回転子１６４の永久磁石１６３と対峙している固定子１７０とで構成されている。なお、上記軸受け部１６５の代わりに上述した永久磁石などによる磁気浮上構造としても良い。 Next, an embodiment of the third aspect of the electric / force conversion device of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 45 shows a block diagram of a generator having a rotor with magnetic poles on both sides as shown in FIG. 21 in the previous embodiment of the wind power generation system, and a rotor 164 having permanent magnets 163 on both sides; , A bearing portion 165 that supports the rotor 164, a base 166 that supports the bearing portion 165, an impeller 12 that rotationally drives the rotor 164, and the like, and a permanent portion of the rotor 164. The stator 170 is opposed to the magnet 163. In addition, it is good also as a magnetic levitation structure by the permanent magnet mentioned above instead of the said bearing part 165. FIG.

回転子１６４の両側に固定子１７０を持つ発電機では、外側と内側の固定子コイルを幾何学的にコイルを配置しても、図４６に示すように回転子１６４の内側と外側の磁束分布が相違するが、外側の固定子１７０ａと内側の固定子１７０ｂでのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の発生電圧の波形とピーク値および位相に差が生じる可能性がある。 In the generator having the stator 170 on both sides of the rotor 164, even if the outer and inner stator coils are geometrically arranged, the magnetic flux distribution on the inner and outer sides of the rotor 164 as shown in FIG. However, there is a possibility that a difference occurs in the waveform, peak value, and phase of the U-phase, V-phase, and W-phase generated voltages in the outer stator 170a and the inner stator 170b.

図４６は、回転子１６４の磁石１６３の外側固定子１７０ａと内側固定子１７０ｂの距離を示すものであり、磁石１６３の磁束分布が外側固定子１７０ａと内側固定子１７０ｂでは異なることを説明するために距離の差で示した図である。図４６において、磁石１６３を直方体とした時に、磁石１６３と外側固定子１７０ａ及び内側固定子１７０ｂとの距離は部位毎に以下のようにする。
ａ：磁石１６３の一方の端と外側固定子１７０ａの距離
ｂ：磁石１６３の中央部と外側固定子１７０ａの距離
ｃ：磁石１６３の他方の端と外側固定子１７０ａの距離
ｄ：磁石１６３の一方の端と内側固定子１７０ｂの距離
ｅ：磁石１６３の中央部と内側固定子１７０ｂの距離
ｆ：磁石１６３の他方の端と内側固定子１７０ｂの距離 FIG. 46 shows the distance between the outer stator 170a and the inner stator 170b of the magnet 163 of the rotor 164, and illustrates that the magnetic flux distribution of the magnet 163 differs between the outer stator 170a and the inner stator 170b. It is the figure shown by the difference of distance. In FIG. 46, when the magnet 163 is a rectangular parallelepiped, the distances between the magnet 163 and the outer stator 170a and the inner stator 170b are as follows for each part.
a: Distance between one end of the magnet 163 and the outer stator 170a b: Distance between the center of the magnet 163 and the outer stator 170a c: Distance between the other end of the magnet 163 and the outer stator 170a d: One of the magnets 163 E: distance between the center of the magnet 163 and the inner stator 170b f: distance between the other end of the magnet 163 and the inner stator 170b

この時に、磁石１６３と外側固定子１７０ａの内径との距離について、以下のようになる。
ｂ＞ａ、ｂ＞ｃ、ａ＝ｃ
であり、内側固定子１７０ｂの外径については、以下のようになる。
ｄ＞ｅ、ｆ＞ｅ、ｄ＝ｆ
また、ｂ＝ｅとすると、ａ＜ｂ＜ｄとなる。
これは、磁石１６３の部位毎に磁路長が異なり、外側固定子１７０ａと内側固定子１７０ｂで磁束分布が異なることになる。この磁束分布の推定を図４７に示す。 At this time, the distance between the magnet 163 and the inner diameter of the outer stator 170a is as follows.
b> a, b> c, a = c
The outer diameter of the inner stator 170b is as follows.
d> e, f> e, d = f
If b = e, a <b <d.
This is because the magnetic path length is different for each part of the magnet 163, and the magnetic flux distribution is different between the outer stator 170a and the inner stator 170b. The estimation of the magnetic flux distribution is shown in FIG.

図４７（ａ）は外側固定子１７０ａの磁束密度分布を示し、図４７（ｂ）は内側固定子１７０ｂの磁束密度分布を示している。図４６に示したように、外側固定子１７０ａと内側固定子１７０ｂとの間の空隙で、磁石１６３の部位により磁路長が異なるので、両固定子１７０ａ、１７０ｂでは磁束密度分布が図４７に示すように異なる。 47A shows the magnetic flux density distribution of the outer stator 170a, and FIG. 47B shows the magnetic flux density distribution of the inner stator 170b. As shown in FIG. 46, the magnetic path length is different depending on the part of the magnet 163 in the gap between the outer stator 170a and the inner stator 170b. Therefore, the magnetic flux density distribution in both the stators 170a and 170b is shown in FIG. Different as shown.

図４７に示すように、外側固定子１７０ａの磁束密度分布は台形状で、内側固定子１７０ｂの磁束密度分布は三角状であることが推定される。したがって、外側固定子１７０ａと内側固定子１７０ｂのコイルに誘起される電圧のピーク値と波形が異なることが予想され、外側固定子１７０ａと内側固定子１７０ｂの電圧のピーク値と波形が異なることは、両固定子１７０ａ、１７０ｂの誘起電圧の基本波成分の位相も異なる可能性がある。 As shown in FIG. 47, it is estimated that the magnetic flux density distribution of the outer stator 170a is trapezoidal and the magnetic flux density distribution of the inner stator 170b is triangular. Therefore, it is expected that the peak value and waveform of the voltage induced in the coils of the outer stator 170a and the inner stator 170b are different, and the peak value and waveform of the voltage of the outer stator 170a and the inner stator 170b are different. The phases of the fundamental wave components of the induced voltages of both stators 170a and 170b may also be different.

また、回転子１６４の両側に固定子１７０を持つ発電機で、外側と内側のコイルを横切る磁束密度Ｂが同じ場合には、外側固定子１７０ａの発生電圧をｅ１、内側固定子１７０ｂの発生電圧をｅ２とした時、以下の式で示される。
ｅ１＝Ｂ・ｌ・ｖ１
ｅ２＝Ｂ・ｌ・ｖ２
但し、ｌはコイルの長さ、ｖ１、ｖ２は、外側と内側のコイルを横切る磁束の速度とする。
この時に、ｖ１＝ｖ２・ｒｌ／ｒ２である。但し、ｒ１は外側固定子１７０ａの内径、ｒ２は内側固定子１７０ｂの外径である。 Further, in the generator having the stator 170 on both sides of the rotor 164, when the magnetic flux density B across the outer and inner coils is the same, the generated voltage of the outer stator 170a is e1, and the generated voltage of the inner stator 170b is Is represented by the following equation.
e1 = B · l · v1
e2 = B · l · v2
Where l is the length of the coil, and v1 and v2 are the velocity of the magnetic flux across the outer and inner coils.
At this time, v1 = v2 · rl / r2. However, r1 is an inner diameter of the outer stator 170a, and r2 is an outer diameter of the inner stator 170b.

このように、回転子１６４の両側に固定子１７０を持つ発電機では、コイルを横切る磁束の速度が、外側と内側で異なるので、発生電圧が異なる。また、上記では、外側と内側の固定子コイル部での磁束密度も同じとしたが、前述のようにこれも同じではない。これを単純に結線すると外側と内側のコイルの間に循環電流が流れる可能性があり、不要な損失あるいは、更なる温度上昇を生じる可能性があった。 Thus, in the generator having the stator 170 on both sides of the rotor 164, the speed of the magnetic flux across the coil is different between the outside and the inside, so that the generated voltage is different. In the above description, the magnetic flux densities in the outer and inner stator coil portions are also the same. However, as described above, this is not the same. If this is simply connected, a circulating current may flow between the outer and inner coils, which may cause unnecessary loss or further increase in temperature.

ここで若干補足すると、従来の一般の発電機は、回転子の外径側に固定子を配置しているので、固定子コイルと回転子の磁極を周方向に幾何学的に周期的に配置すれば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の発生電圧は、片側の同じ周方向にあるので、位相差は生じにくい。 As a supplementary explanation here, the conventional general generator has a stator arranged on the outer diameter side of the rotor, so the stator coil and the magnetic poles of the rotor are arranged geometrically and periodically in the circumferential direction. In this case, the generated voltages of the U phase, the V phase, and the W phase are in the same circumferential direction on one side, so that a phase difference hardly occurs.

更に、一般に永久磁石を使用している発電機では、偏芯により回転子の磁極が近接した側では、空隙の寸法が狭くなるので、磁石の消費アンペアターンが少なくなり、起磁力のバランスが崩れて、近接する側に、近接する前の状態の起磁力より、近接した方が固定子表面の磁束密度は大きくなり、磁束密度の高い領域は広がる。また、離れた側の磁束密度は低くなり、その面積も狭くなる。このために、回転子の作用する磁気吸引力には、差分が生じて、磁極に近接した側に更に偏芯することが生じていた。これに対して、回転子の左右に磁極を持ち回転子の両側に固定子を持つこの発電機では磁極構造に関して対策を行ない、これを低減する工夫を行なっているが、図４６及び図４７で示したように、磁束密度分布に関して本質的に均等でないので、偏芯側に更に近接する可能性はある。 Furthermore, in general generators using permanent magnets, on the side where the magnetic poles of the rotor are close due to eccentricity, the size of the air gap becomes narrow, so the ampere turn of the magnet is reduced and the balance of the magnetomotive force is lost. Thus, the magnetic flux density on the surface of the stator becomes larger and the region where the magnetic flux density is higher spreads closer to the adjacent side than the magnetomotive force in the state before approaching. Further, the magnetic flux density on the far side becomes low and the area thereof becomes narrow. For this reason, a difference is generated in the magnetic attractive force acting by the rotor, and the magnetic attraction force is further eccentric to the side close to the magnetic pole. On the other hand, in this generator having magnetic poles on the left and right sides of the rotor and having stators on both sides of the rotor, measures are taken for the magnetic pole structure, and measures are taken to reduce this. As shown, there is a possibility of being closer to the eccentric side since it is not essentially uniform with respect to the magnetic flux density distribution.

回転子１６４の両側に固定子１７０を持つ発電機の問題をまとめると、以下のようになる。
（１）外側と内側の固定子１７０の発生電圧の大きさ及び波形、位相に差が生じる。したがって、それぞれの固定子コイルを結線すると両固定子１７０ａ、１７０ｂ間で循環電流が流れることになり、常時損失が発生する。
（２）回転子１６４の偏芯時には、偏芯した側に更に偏芯する可能性があるので、更に、両側の固定子１７０ａ、１７０ｂの発生電圧に差を生じる可能性がある。 The following summarizes the problem of the generator having the stator 170 on both sides of the rotor 164.
(1) A difference occurs in the magnitude, waveform, and phase of the voltage generated by the outer and inner stators 170. Therefore, when the respective stator coils are connected, a circulating current flows between both the stators 170a and 170b, and a loss is always generated.
(2) At the time of eccentricity of the rotor 164, there is a possibility of further eccentricity to the eccentric side, which may further cause a difference in the generated voltages of the stators 170a and 170b on both sides.

この原因は磁石１６３の形状にあるので、この磁束密度分布の解明を行ない、これに適切な磁石形状を決めることも出来るが、解明に要する時間と費用と適切な磁石形状を製作するための金型等の費用を考慮すると、経済的ではない。また、回転子１６４の偏芯時の発生電圧の問題については、正常状態の磁石形状では、対応できないと予想されるので、磁石側だけで解決できる問題ではない。 The cause of this is the shape of the magnet 163. Therefore, the magnetic flux density distribution can be clarified and an appropriate magnet shape can be determined. However, the time and cost required for the clarification and the gold for producing the appropriate magnet shape can be determined. Considering the cost of the mold, it is not economical. In addition, the problem of the voltage generated when the rotor 164 is eccentric is not a problem that can be solved only by the magnet side, because it is expected that the magnet shape in the normal state cannot cope.

したがって、解決しようとする課題は、固定子コイル側で、磁束密度分布の差に起因した発生電圧の差と磁気吸引力の低減を図る必要がある。この固定子コイル側で、解決策を見いだすことが課題となる。 Therefore, the problem to be solved is to reduce the difference in generated voltage and the magnetic attractive force due to the difference in magnetic flux density distribution on the stator coil side. Finding a solution on the stator coil side is a challenge.

課題を解決するための手段として、問題は、両側の固定子の磁束密度分布が異なることにより発生しているので、この分布の違いを考慮して、固定子コイルを巻き、電圧を発生するようにすればよい。この発電機は、固定子コイルを両側にもつので、この同相の固定子コイルを交差させると、固定子コイルの発生電圧は、偏芯のない正常状態では同じになる。この時に、回転子１６４の偏芯があっても、正常状態と同じような発生電圧であれば、更に、偏芯していく度合いを低減できることになる。このような交差を固定子コイルで行なえばよい。 As a means for solving the problem, the problem is caused by the difference in the magnetic flux density distribution of the stators on both sides. Therefore, the stator coil is wound to generate a voltage in consideration of the difference in the distribution. You can do it. Since this generator has a stator coil on both sides, when this in-phase stator coil is crossed, the generated voltage of the stator coil becomes the same in a normal state without eccentricity. At this time, even if the rotor 164 is eccentric, if the generated voltage is the same as in the normal state, the degree of eccentricity can be further reduced. Such an intersection may be performed by a stator coil.

永久磁石の場合には、磁石の磁束密度は磁石の磁気回路の消費アンペアターンと固定子の電機子反作用で決まる。このうち磁気回路の消費アンペアターンは図４６で示したように固定子１７０ａ、１７０ｂと磁石１６３の間の空隙の大きさで大部分決まる。回転子１６４の偏芯が生じた場合の両固定子１７０ａ、１７０ｂでの磁束密度を磁石１６３と固定子１７０ａ、１７０ｂの間の空隙の寸法で図４８にて検討する。 In the case of a permanent magnet, the magnetic flux density of the magnet is determined by the consumed ampere turn of the magnetic circuit of the magnet and the armature reaction of the stator. Of these, the consumed ampere turn of the magnetic circuit is largely determined by the size of the gap between the stators 170a and 170b and the magnet 163, as shown in FIG. The magnetic flux density in both the stators 170a and 170b when the eccentricity of the rotor 164 occurs will be examined with reference to FIG. 48 based on the size of the gap between the magnet 163 and the stators 170a and 170b.

図４８は回転子１６４の偏芯時の磁束密度の大きさとコイルの配列についての回転子１６４側の磁石１６３の外側固定子１７０ａと内側固定子１７０ｂの距離（空隙）の検討用の図であり、該図では磁石１６３を直方体とした時に、磁石１６３と固定子１７０ａ、１７０ｂとの距離を部位に次のようにする。ここでは便宜上、磁石１６３の番号を磁石１、磁石２、磁石３として説明し、ａ１、ａ２、ａ３の１、２、３の添字は、これら磁石１〜３の番号に対応させている。 FIG. 48 is a diagram for studying the distance (gap) between the outer stator 170a and the inner stator 170b of the magnet 163 on the rotor 164 with respect to the magnitude of the magnetic flux density when the rotor 164 is eccentric and the arrangement of the coils. In this figure, when the magnet 163 is a rectangular parallelepiped, the distance between the magnet 163 and the stators 170a and 170b is set as follows. Here, for convenience, the numbers of the magnets 163 will be described as magnets 1, 2, and 3, and the subscripts 1, 2, and 3 of a1, a2, and a3 correspond to the numbers of these magnets 1 to 3, respectively.

ａ：磁石の一方の端と外側固定子１７０ａの距離
ｂ：磁石の中央部と外側固定子１７０ａの距離
ｃ：磁石の他方の端と外側固定子１７０ａの距離
ｄ：磁石の一方の端と内側固定子１７０ｂの距離
ｅ：磁石の中央部と内側固定子１７０ｂの距離
ｆ：磁石の他方の端と内側固定子１７０ｂの距離 a: Distance between one end of the magnet and the outer stator 170a b: Distance between the center of the magnet and the outer stator 170a c: Distance between the other end of the magnet and the outer stator 170a d: One end and the inner side of the magnet Distance of the stator 170b e: Distance between the center of the magnet and the inner stator 170b f: Distance between the other end of the magnet and the inner stator 170b

回転子１６４の偏芯時の磁石１６３と固定子１７０ａ、１７０ｂの距離の大きさの順は、次のようになる。
ａ１＜ｂ１＜ｃ２＜ａ２＜ｂ２＜ｅ２＜ｄ２＜ｆ２＜ｅ１＜ｄ１
また、
ａ１＝ｃ１、ｄ１＝ｆ１、ｆ２＝ｄ３、ｅ２＝ｅ３、ｄ２＝ｆ３
したがって、偏芯時の固定子１７０ａ、１７０ｂの磁石１６３の各部位の磁束密度の順は、上記の逆となる。
ａ１＞ｂ１＞ｃ２＞ａ２＞ｂ２＞ｅ２＞ｄ２＞ｆ２＞ｅ１＞ｄ１ The order of the distance between the magnet 163 and the stators 170a and 170b when the rotor 164 is eccentric is as follows.
a1 <b1 <c2 <a2 <b2 <e2 <d2 <f2 <e1 <d1
Also,
a1 = c1, d1 = f1, f2 = d3, e2 = e3, d2 = f3
Therefore, the order of the magnetic flux density of each part of the magnets 163 of the stators 170a and 170b at the time of eccentricity is opposite to the above.
a1>b1>c2>a2>b2>e2>d2>f2>e1> d1

図４９は固定子コイル１７２の配列を示す図であり、固定子コイル１７２は、ｕ−ｚ−ｖ−ｘ−ｗ−ｙの相順で配置される。外側固定子１７０ａの固定子コイル１７２をこの順で配列した時に、回転子１６４に図４９に示すように磁極（磁石１６３（磁石２、磁石１、磁石３）を取り付けた場合には、内側固定子１７０ｂの固定子コイル１７２の配列は、ｕ−ｚ−ｖ−ｘ−ｗ−ｙの相順と、ｘ−ｗ−ｙ−ｕ−ｚ−ｖの相順がある。この固定子コイル１７２の並びの時の磁石１６３の位置と空隙部の位置ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを図４９に示す。 FIG. 49 is a diagram showing the arrangement of the stator coils 172, and the stator coils 172 are arranged in the phase order of uzvxxy. When the stator coils 172 of the outer stator 170a are arranged in this order, when the magnetic poles (magnet 163 (magnet 2, magnet 1, magnet 3)) are attached to the rotor 164 as shown in FIG. The arrangement of the stator coils 172 of the child 170b includes a phase order of uzvxxwy and a phase order of xwyuzv. FIG. 49 shows the positions of the magnets 163 and the positions a, b, c, d, e, and f of the gaps when arranged.

図５０は、磁石１６３の位置と磁束密度の大きさを示す図であり、仮に、ａ１を１０、ｂ１を９として、磁石１６３の部位毎に大きさを図５０に示す。この時に正常状態に近い空隙距離となっているのは、ｄ２とｆ３であるので、正常状態では磁束密度も４と仮定できる。図５０に示すように、相により誘起電圧が異なることが判る。回転子１６４の偏芯が生じた場合も考慮すると単純に両側の固定子コイル１７２を交差できないことになる。 FIG. 50 is a diagram showing the position of the magnet 163 and the magnitude of the magnetic flux density. Assuming that a1 is 10 and b1 is 9, the magnitude of each part of the magnet 163 is shown in FIG. At this time, the gap distances close to the normal state are d2 and f3, so that the magnetic flux density can be assumed to be 4 in the normal state. As shown in FIG. 50, it can be seen that the induced voltage differs depending on the phase. Considering the case where the rotor 164 is eccentric, the stator coils 172 on both sides cannot simply be crossed.

図４９及び図５０のモデル図により外側の固定子コイル１７２ａと内側の固定子コイル１７２ｂを交差した場合の発生電圧（合計した磁束密度）の評価を固定子コイル１７２との相順との関係で図５１に示す。なお、固定子コイル１７２の交差は同相間で行なっている。上記のことから、固定子コイル１７２の交差を行なう場合、偏芯があった場合の発生電圧は、外側の固定子コイル１７２ａの相順と内側の固定子コイル１７２ｂの相順に関係することになる。この時に、正常状態が８であるので、各相の発生電圧が８に近い状態をもつ相順、すなわち、ｘ−ｗ−ｙ−ｕ−ｚ−ｖの場合が全体として大きな発生電圧がなく、固定子コイル１７２に流れる電流も小さくなる。固定子コイル１７２のｕ−ｚ−ｖ−ｘ−ｗ−ｙの配列時には発生電圧は大きく、固定子コイル１７２の流れる電流も大きい。 49 and 50, the evaluation of the generated voltage (total magnetic flux density) when the outer stator coil 172a and the inner stator coil 172b are crossed is related to the phase sequence with the stator coil 172. As shown in FIG. The stator coils 172 are crossed between the same phases. From the above, when the stator coils 172 are crossed, the voltage generated when there is an eccentricity is related to the phase order of the outer stator coil 172a and the phase order of the inner stator coil 172b. . At this time, since the normal state is 8, there is no large generated voltage as a whole in the phase order in which the generated voltage of each phase is close to 8, that is, xw-y-u-z-v. The current flowing through the stator coil 172 is also reduced. When the stator coil 172 is arranged in uzvxxwy, the generated voltage is large and the current flowing through the stator coil 172 is also large.

図５２は、外側の固定子コイル１７２ａの配列をｕ−ｚ−ｖ−ｘ−ｗ−ｙとし、内側の固定子コイル１７２ｂの配列をｘ−ｗ−ｙ−ｕ−ｚ−ｖとして、これらのコイルの配列を対向させ、各同相間でコイルを交差させたものである。図５３は外側固定子１７０ａと内側固定子１７０ｂへの固定子コイル１７２の具体的な結線方法を示す図であり、この図では相順を外側と内側で、１８０°変えている。 FIG. 52 shows the arrangement of the outer stator coil 172a as uzvxwyy and the arrangement of the inner stator coil 172b as xwyuzv. The coils are arranged opposite to each other, and the coils are crossed between the same phases. FIG. 53 is a diagram showing a specific method of connecting the stator coil 172 to the outer stator 170a and the inner stator 170b. In this figure, the phase sequence is changed by 180 ° between the outer side and the inner side.

このように、両固定子１７０ａ、１７０ｂの磁束分布の差異に伴う誘起電圧の差異を、回転子１６４の磁極対の両側の固定子コイル１７２を交差させることで、両側の固定子コイル１７２に常時流れる循環電流の発生を防ぎ、両側の固定子１７０ａ、１７０ｂの発生電圧を同じにして、負荷電流の流れるを均等にでき、負荷時の磁束分布を両側の固定子１７０ａ、１７０ｂとも同じにすることで、磁気吸引力を低減させることができる。特に、外側の固定子コイル１７２ａの配列をｕ−ｚ−ｖ−ｘ−ｗ−ｙとし、内側の固定子コイル１７２ｂの配列をｘ−ｗ−ｙ−ｕ−ｚ−ｖとして、これらのコイルの配列を対向させ、各同相間で固定子コイル１７２を交差させることで、発生電圧が均等になり、両側の固定子コイル１７２間での循環電流の発生を抑えることができる。 In this way, the difference in the induced voltage due to the difference in the magnetic flux distribution between the two stators 170a and 170b is caused to cross the stator coils 172 on both sides of the magnetic pole pair of the rotor 164, so that the stator coils 172 on both sides are always in contact. The generation of flowing circulating current is prevented, the generated voltages of the stators 170a and 170b on both sides are made the same, the flow of load current can be made uniform, and the magnetic flux distribution during loading is made the same for both stators 170a and 170b. Thus, the magnetic attractive force can be reduced. In particular, the outer stator coil 172a is arranged as uzvxxwy and the inner stator coil 172b is arranged as xwyuzzv. By causing the arrays to face each other and crossing the stator coils 172 between the respective in-phases, the generated voltages are equalized, and the generation of circulating current between the stator coils 172 on both sides can be suppressed.

前述の電気・力変換装置の実施形態では、いずれも風力発電装置に適用できるように、円環状に配列された回転子とその両側の円環状の固定子の対について説明したが、左右一対の固定子が直線状ないし蛇行する曲線状に配列し、その間を所定長さの移動子を走行させるようにすることもできる。それによりリニアジェネレータとなる。また、前述の実施形態では、風力発電用の発電機に用いる場合を説明したが、他の動力を利用した発電機として利用することができる。逆に固定子のコイルに交流を流すことにより、モータとして利用することもできる。モータとして利用する場合は、回転型の交流モータとして動力源に用いることができる。また、リニアモータとして用いる場合は、各種の搬送機、乗り物、ジェットコースタなどの遊戯具など、種々の動力源として用いることができる。 In the above-described embodiments of the electric / force conversion device, the pair of rotors arranged in an annular shape and the annular stators on both sides thereof have been described so that both can be applied to the wind power generation device. The stators may be arranged in a straight line or a meandering curve, and a movable element of a predetermined length may be run between them. Thereby, it becomes a linear generator. Moreover, although the case where it uses for the generator for wind power generation was demonstrated in the above-mentioned embodiment, it can utilize as a generator using other motive power. Conversely, it can be used as a motor by passing alternating current through the coils of the stator. When used as a motor, it can be used as a power source as a rotary AC motor. Moreover, when using as a linear motor, it can be used as various power sources, such as various conveyance machines, vehicles, and playground equipment, such as a roller coaster.

図５４は、図１４ａ、図１４ｂの羽根車１２とほぼ同様の中心部に軸も軸受けも設けない羽根車１７３を示している。放射状に設ける横羽根も有しない。また、図１４ａ、図１４ｂの羽根車１２では、縦羽根２６が支持リングの内周に設けられているが、図５４の羽根車１７３では、複数枚の縦羽根２６の上端および下端を支持リング５２、５３で連結し、全体として籠型に構成している。この籠型の羽根車１７３は、上端および下端の支持リング５２、５３をフレームのリング１８で走行自在に支持することができる。支持リング５２、５３とそれを支持するリング１８には、それぞれ図１２などに示される発電機が設けられる。なお、上または下の片方だけに発電機を設けてもよい。すなわち支持リング５２、５３とリング１８のうち、一方に界磁用磁石が設けられ、他方にコイル群が設けられる。 FIG. 54 shows an impeller 173 that is provided with neither a shaft nor a bearing in the central part substantially the same as the impeller 12 of FIGS. 14a and 14b. There is no horizontal blade provided radially. 14a and 14b, the vertical blades 26 are provided on the inner periphery of the support ring. However, in the impeller 173 of FIG. 54, the upper and lower ends of the plurality of vertical blades 26 are supported by the support ring. They are connected by 52 and 53, and are configured in a bowl shape as a whole. The saddle-shaped impeller 173 can support the upper and lower support rings 52 and 53 with the ring 18 of the frame so as to run freely. The support rings 52 and 53 and the ring 18 that supports the support rings 52 and 53 are each provided with a generator shown in FIG. Note that a generator may be provided only on one of the upper and lower sides. That is, one of the support rings 52 and 53 and the ring 18 is provided with a field magnet, and the other is provided with a coil group.

図５５に示す羽根車１７４は、図５４の羽根車１７３とほぼ同様で、縦羽根２６の上端近辺および下端近辺が支持リング５２、５３を貫通して全体として籠型を呈している。このものも横羽根や中心部の軸を有しない。そしてフレームのリング１８は、縦羽根２６の上端および下端とそれぞれ対向するように設けられている。 An impeller 174 shown in FIG. 55 is substantially the same as the impeller 173 of FIG. 54, and the vertical blade 26 has a saddle shape as a whole with the vicinity of the upper end and the vicinity of the lower end passing through the support rings 52 and 53. This also does not have a horizontal blade or a central axis. The ring 18 of the frame is provided so as to face the upper end and the lower end of the vertical blade 26, respectively.

前記実施形態では、回転子（移動子）の両側に固定子を配置し、フレームやそのフレームに固定したリングなどに固定しているが、図５６ａに示す発電部１８０のように、コイル群（固定子）３２を半径方向（幅方向）にずらせるように位置調節自在に構成してもよい。このような構成は、たとえば図２１のコイル群３２を支持している支持ロッド９１、９１ａの位置を半径方向外側または内側に移動可能に、かつ、移動した位置に固定できるように構成することにより、実現できる。このものは、外側のコイル群３２を外側に移動させ、内側のコイル群３２を内側に移動させて、固定子と回転子の隙間が広がるように調節すると、発電量が少なくなる。逆に狭くなるように調節すると、発電量が増加する。なお、円環状に配列した固定子の場合は、多数の固定子を隙間をあけて配列しておく。半径方向内側に移動させる場合はそれらの隙間が詰まっていくが、通常の調節範囲では問題がない。なお、図５６の場合は円環状に配列しているが、通常のリニアモータのように直線状に配列することもできる。 In the above embodiment, the stators are arranged on both sides of the rotor (moving element) and fixed to the frame, a ring fixed to the frame, or the like. However, like the power generation unit 180 shown in FIG. The position of the stator 32 may be adjustable so as to shift in the radial direction (width direction). For example, such a configuration is configured such that the positions of the support rods 91 and 91a supporting the coil group 32 of FIG. 21 can be moved radially outward or inward and can be fixed at the moved positions. ,realizable. In this case, when the outer coil group 32 is moved outward and the inner coil group 32 is moved inward to adjust the gap between the stator and the rotor to be widened, the amount of power generation is reduced. Conversely, if the adjustment is made to be narrow, the amount of power generation increases. In the case of a stator arranged in an annular shape, a large number of stators are arranged with a gap. When moving inward in the radial direction, the gap between them is clogged, but there is no problem in the normal adjustment range. In the case of FIG. 56, they are arranged in an annular shape, but they can be arranged in a straight line like a normal linear motor.

また、図５６ｂに示す発電部のように、コイル群（固定子）３２を上下方向に位置調節自在に構成してもよい。その場合も、固定子と回転子の上下方向の位置をずらせると発電量を少なくすることができ、上下方向の位置を合わせると、発電量が増加する。なお、図５６ａの半径方向（幅方向）の位置調節と図５６ｂの上下方向の位置調節を組み合わせてもよい。このような位置調節機構は、組立時に調節するか、メンテナンスのときに調節できればよいが、モータなどの駆動源によって遠隔操作で調節できるように構成してもよい。その場合は、たとえば必要な電力に応じて、あるいはそのときの風力に応じて自動的に調節するように構成することもできる。 Further, as in the power generation unit shown in FIG. 56b, the coil group (stator) 32 may be configured to be adjustable in the vertical direction. Even in this case, the amount of power generation can be reduced by shifting the positions of the stator and the rotor in the vertical direction, and the power generation amount increases if the positions in the vertical direction are matched. Note that the radial position (width direction) position adjustment in FIG. 56a and the vertical position adjustment in FIG. 56b may be combined. Such a position adjustment mechanism may be adjusted at the time of assembly or at the time of maintenance, but may be configured to be adjusted by a remote operation by a driving source such as a motor. In that case, for example, it can be configured to automatically adjust according to the required power or according to the wind force at that time.

図５６ｃに示す発電部１８１は、中心部の支持枠１８２の外側と内側にそれぞれ永久磁石（界磁用磁石）３１を半径方向に位置調節可能に取りつけた回転子を備えている。このような調節機構は、たとえば支持枠１８２に設けた楔部材１８３と、永久磁石３１に設けた楔部材１８４とを摺動自在に、かつ、位置調節した位置で固定できるように構成することにより実現できる。ただしネジなど、他の位置調節機構を用いることもできる。このように回転子の永久磁石３１の幅（厚さ）を調節できるように構成する場合は、コイル群（固定子）３２と回転子の永久磁石３１のギャップを拡げると発電量が低下し、狭くすると発電量が増加する。したがって風量の増減あるいは必要な発電量の増減に応じて発電量を調節することができる。 The power generation unit 181 shown in FIG. 56c includes a rotor on which permanent magnets (field magnets) 31 are mounted so as to be adjustable in the radial direction on the outside and inside of the support frame 182 at the center. Such an adjusting mechanism is configured such that, for example, the wedge member 183 provided on the support frame 182 and the wedge member 184 provided on the permanent magnet 31 can be slidably fixed at a position adjusted. realizable. However, other position adjusting mechanisms such as screws may be used. When the width (thickness) of the permanent magnet 31 of the rotor can be adjusted in this way, the amount of power generation decreases when the gap between the coil group (stator) 32 and the permanent magnet 31 of the rotor is widened. If it is narrowed, power generation increases. Therefore, the power generation amount can be adjusted according to the increase or decrease of the air volume or the required increase or decrease of the power generation amount.

図２３などに示す回転子では、積層した珪素鋼板５７などからなるコアの内面および外面にそれぞれ永久磁石を取りつけて、ガラス繊維強化樹脂で一体に固めた構成としているが、図５７ａに示すように、一枚の永久磁石３１で外側の永久磁石と内側の永久磁石を兼用させてもよい。この回転子では、それぞれ板状の上ガイド円板９９と下ガイド円板１０２の間に保持枠１８６を取りつけて、その保持枠で永久磁石３１を保持している。保持枠１８６の上下には、それぞれ吊りロッド９７ａを溶接などで固定し、それらの吊りロッド９７ａを上ガイド円板９９および下ガイド円板１０２にナット９７ｂで取りつけている。回転子１８５は、図５７ｃに示すように、平角状の永久磁石３１を多角形状に配列し、それらをガラス繊維や炭素繊維などの補強繊維で補強した繊維強化合成樹脂３１ａで円環状に固めたものである。そして隣接する永久磁石３１の間の繊維強化合成樹脂３１ａの部位に半径方向の貫通孔を形成し、図５７ｂに示すようにボルト１８７およびナット１８８で支持枠１８６に固定している。なお、永久磁石３１の配列は、図５７ｃに示すように、Ｎ極とＳ極とが交互に外向きになるように配列している。 In the rotor shown in FIG. 23 and the like, permanent magnets are respectively attached to the inner surface and the outer surface of the core made of the laminated silicon steel plates 57 and the like, and are integrally solidified with glass fiber reinforced resin, but as shown in FIG. 57a. The single permanent magnet 31 may be used both as the outer permanent magnet and the inner permanent magnet. In this rotor, a holding frame 186 is attached between the plate-like upper guide disk 99 and the lower guide disk 102, and the permanent magnet 31 is held by the holding frame. The suspension rods 97a are fixed to the upper and lower sides of the holding frame 186 by welding or the like, and these suspension rods 97a are attached to the upper guide disk 99 and the lower guide disk 102 with nuts 97b. As shown in FIG. 57c, the rotor 185 is formed by arranging flat-shaped permanent magnets 31 in a polygonal shape and fixing them in a ring shape with a fiber reinforced synthetic resin 31a reinforced with reinforcing fibers such as glass fibers and carbon fibers. Is. A radial through hole is formed in a portion of the fiber reinforced synthetic resin 31a between the adjacent permanent magnets 31, and is fixed to the support frame 186 with bolts 187 and nuts 188 as shown in FIG. 57b. As shown in FIG. 57c, the permanent magnets 31 are arranged so that the north and south poles are alternately directed outward.

図５７ａに示す薄型の回転子１８５は、外側の永久磁石と内側の永久磁石を１枚の永久磁石で兼用するので、発電能力をそれほど低下させることなく、大幅に軽量化およびコストの軽減を図ることができる。 The thin rotor 185 shown in FIG. 57a combines the outer permanent magnet and the inner permanent magnet with a single permanent magnet, and thus achieves a significant reduction in weight and cost without significantly reducing the power generation capacity. be able to.

なお、図５７ｂに示すように、ボルト１８７およびナット１８８の出っ張りを少なくするため、支持枠１８６に凹部を形成し、その部分にボルト１８７の頭部やナット１８８が入るようにするのが好ましい。また、前記吊りロッド９７ａ、９７ａは上下に分かれているが、繊維強化合成樹脂３１ａを上下に貫通させた１本の吊りロッドなどで保持することもできる。 As shown in FIG. 57b, in order to reduce the protrusion of the bolt 187 and the nut 188, it is preferable that a recess is formed in the support frame 186 so that the head of the bolt 187 and the nut 188 are inserted in that portion. Further, although the suspension rods 97a and 97a are divided into upper and lower portions, the suspension rods 97a and 97a can be held by one suspension rod or the like that vertically penetrates the fiber reinforced synthetic resin 31a.

図５７ａなどでは、保持枠１８６で永久磁石３１の全周を保持しているが、たとえば図５８ａに示すように、永久磁石３１の上端と下端のみをコ字状の保持枠１８６ａ、１８６ｂで保持するようにしてもよい。また、それらの保持枠は、コ字状の外枠１９０で保持させることもできる。また、図５８ｂに示すように、永久磁石３１の上端と下端を角パイプ状の上スペーサ１００および下スペーサ１０１を介して上ガイド円板９９および下ガイド円板１０２で挟むことにより、永久磁石３１を保持させることもできる。 In FIG. 57a and the like, the entire circumference of the permanent magnet 31 is held by the holding frame 186. For example, as shown in FIG. 58a, only the upper and lower ends of the permanent magnet 31 are held by the U-shaped holding frames 186a and 186b. You may make it do. These holding frames can be held by a U-shaped outer frame 190. 58b, the upper and lower ends of the permanent magnet 31 are sandwiched between the upper guide disk 99 and the lower guide disk 102 via the upper spacer 100 and the lower spacer 101 in the shape of a square pipe. Can also be held.

図５９ａに示す回転子（ないし移動子）は、図５７ａに示す回転子１８５とほぼ同様の中心部に対し、表裏交互に追加の永久磁石３１を貼り付けたものである。このように追加の永久磁石３１を設けることにより、重量は増加するが、磁力を増加させることができ、発電量の増加をはかることができる。 The rotor (or moving element) shown in FIG. 59a is obtained by attaching additional permanent magnets 31 alternately on the front and back sides to the central part that is substantially the same as the rotor 185 shown in FIG. 57a. By providing the additional permanent magnet 31 in this way, the weight increases, but the magnetic force can be increased and the amount of power generation can be increased.

図５９ｂは図５８ａの回転子と同様の中心部に対し、両面に永久磁石３１を貼り付けて３列にしたものである。永久磁石３１の表面の磁極はＳ極とＮ極が交互に表面に現れるように、かつ、表面側と裏面側とで磁極が逆になるように配置する。このものも簡易な構成で磁力を増大させることができ、発電量を増大させることができる。 FIG. 59b shows three rows in which the permanent magnets 31 are attached to both sides of the same central portion as the rotor of FIG. 58a. The magnetic poles on the surface of the permanent magnet 31 are arranged so that the S poles and the N poles appear alternately on the surface, and the magnetic poles are reversed on the front side and the back side. This can also increase the magnetic force with a simple configuration and increase the amount of power generation.

図５９ｃに示す回転子（ないし移動子）は、図５６ｃの回転子とほぼ同様で、支持枠１８２の表面および裏面にそれぞれ永久磁石３１を取りつけている。それぞれの側の永久磁石３１はＮ極とＳ極が交互に外側に現れるように配列しており、表面側と裏面側とでは、互いに逆の磁極となるように配列している。この回転子（ないし移動子）ものも軽量化と発電量の増大とを達成することができる。図５９ａ、図５９ｂおよび図５９ｃのいずれの回転子も、永久磁石３１の隙間および表面に繊維強化合成樹脂を充填して一体化するのが好ましい。 The rotor (or moving element) shown in FIG. 59c is substantially the same as the rotor shown in FIG. 56c, and has permanent magnets 31 attached to the front and back surfaces of the support frame 182, respectively. The permanent magnets 31 on each side are arranged so that N poles and S poles alternately appear on the outside, and are arranged so that the front and back sides have opposite magnetic poles. This rotor (or moving element) can also achieve weight reduction and increase in power generation. 59a, 59b, and 59c are preferably integrated by filling the gap and the surface of permanent magnet 31 with fiber-reinforced synthetic resin.

前記の風力発電装置の実施形態では、羽根車と回転子（ないし移動子）とを機械的にしっかりと結合しているが、可撓性を有する索条ないし「ひも」で連結することもできる。その場合は、引っ張り方向の駆動力を索条を介して回転子に伝達することができる。また、羽根を支持する横羽根などの伸び縮みにも柔軟に対応することができる。さらに羽根車と回転子とをリンクで連結することもできる。それぞれリンクの一端は羽根車に回動自在に連結し、他端は回転子（ないし移動子）に回動自在に連結する。羽根車と回転子とをひもやリンクで柔軟に連結する場合は、羽根車に横羽根などのスポーク状の支持部材と軸受けないし軸とを設けて、あるいは他のガイド機構ないし支持機構を設けて、羽根車の中心を安定させる。 In the embodiment of the wind power generator described above, the impeller and the rotor (or the moving element) are mechanically firmly connected, but can be connected by a flexible rope or “string”. . In that case, the driving force in the pulling direction can be transmitted to the rotor via the rope. In addition, it is possible to flexibly cope with expansion and contraction of horizontal blades that support the blades. Further, the impeller and the rotor can be connected by a link. One end of each link is rotatably connected to an impeller, and the other end is rotatably connected to a rotor (or a mover). When the impeller and the rotor are flexibly connected by a string or a link, the impeller is provided with a spoke-like support member such as a horizontal blade and a bearing or shaft, or another guide mechanism or support mechanism is provided. Stabilize the center of the impeller.

図６０に示す電気・力変換装置１９０は、図５７の回転子１８５の上下方向に構造材を延長して円筒状の回転板１９１とすると共に、その回転板の上端近辺および下端近辺にローラガイド１９２を設けている。さらに回転板１９１の上部および下部に、発電用の永久磁石３１とは別個に、移動側反発磁石１９３、１９４を配置している。そして上側の移動側反発磁石１９３の内側および外側に、上側の固定側反発磁石１９５、１９５を配置し、下側の移動側反発磁石１９４の内側および外側に、下側の固定側反発磁石１９６、１９６を配置している。それぞれの反発磁石は通常は永久磁石で構成するが、電磁石でもよい。固定側反発磁石１９５、１９６はそれぞれボルト１９７およびナット１９８などのネジ構造で回転板１９１との間隔を調整できるように支持されている。 The electric / force conversion device 190 shown in FIG. 60 extends the structural material in the vertical direction of the rotor 185 of FIG. 57 to form a cylindrical rotating plate 191, and roller guides near the upper end and the lower end of the rotating plate. 192 is provided. Furthermore, the moving-side repulsive magnets 193 and 194 are disposed on the upper and lower portions of the rotating plate 191 separately from the power generation permanent magnet 31. Then, upper fixed-side repulsive magnets 195 and 195 are disposed inside and outside the upper moving-side repulsive magnet 193, and lower fixed-side repulsive magnets 196 are disposed inside and outside the lower-side moving repulsive magnet 194, respectively. 196 is arranged. Each repulsion magnet is normally composed of a permanent magnet, but may be an electromagnet. The fixed-side repulsive magnets 195 and 196 are supported by screw structures such as bolts 197 and nuts 198 so that the distance from the rotating plate 191 can be adjusted.

上記のように構成される電気・力変換装置１９０は、ローラガイド１９２で回転中心がほぼ確保されるが、実際にはローラガイド１９２と回転板１９１の表面との間にいくらかの隙間を設ける必要がある。そしてこの状態で回転すると左右に振れようとする。その場合、移動側反発磁石１９３、１９４がそれらの両側に配置されている固定側反発磁石１９５、１９６により挟まれているので、一方に移動したときは逆方向の反発力が強くなり、元の左右の力が均衡する位置に戻ろうとする。したがって安定した回転運動が行われる。なお回転板１９１はリング状であるので、内側または外側の反発磁石の組を省略することができる。直線状の移動子を用いる場合も、片側をガイドローラなどで案内すれば、その側の反発磁石の組を省略することができる。図６０の電気・力変換装置１９０では、筒状の回転板１９１の下端にも移動側反発磁石２０２が設けられ、その下方にその移動側反発磁石と反発する固定側反発磁石２０１が配置されている。そのため回転板１９１の重量が支持され、安定して回転する。 In the electric / force conversion device 190 configured as described above, the rotation center is almost secured by the roller guide 192, but in practice, it is necessary to provide some clearance between the roller guide 192 and the surface of the rotating plate 191. There is. And when it rotates in this state, it tries to swing left and right. In that case, since the moving-side repulsive magnets 193 and 194 are sandwiched between the fixed-side repulsive magnets 195 and 196 arranged on both sides thereof, the repulsive force in the reverse direction becomes stronger when moved to one side. Trying to return to a position where the left and right forces are balanced. Therefore, stable rotational movement is performed. Since the rotating plate 191 has a ring shape, a set of inner or outer repulsive magnets can be omitted. Even when a linear moving element is used, if one side is guided by a guide roller or the like, the set of repulsive magnets on that side can be omitted. 60, a moving-side repulsive magnet 202 is also provided at the lower end of a cylindrical rotating plate 191, and a fixed-side repulsive magnet 201 that repels the moving-side repulsive magnet is disposed below the moving-side repulsive magnet 201. Yes. Therefore, the weight of the rotating plate 191 is supported and rotates stably.

図６０の電気・力変換装置１９０は、たとえば円筒状の回転板１９１の上端に羽根を取りつけて風力発電機として使用することができる（図１２、図２１参照）。また、逆に固定子に交流を流して回転磁場を形成することによりモータとして使用することもできる。さらに直進運動をするリニアモータカーなどに用いることもできる。回転機の場合は中心軸を設けてもよく、設けないコアレス回転機とすることもできる。 60 can be used as a wind power generator by attaching a blade to the upper end of a cylindrical rotating plate 191 (see FIGS. 12 and 21). On the other hand, it can be used as a motor by passing an alternating current through the stator to form a rotating magnetic field. Furthermore, it can also be used for a linear motor car that moves linearly. In the case of a rotating machine, a central axis may be provided, or a coreless rotating machine that is not provided may be provided.

図６０の電気・力変換装置１９０では円筒状の回転板１９１の内側および外側にコイルを内蔵する固定子２００および固定側反発磁石１９５、１９６を配置しているが、図６１に示す風力発電機のように、回転板１９１を中央を抜いた円板状（ディスク状）とし、その上下に固定子２００および固定側反発磁石１９５、１９６を配置することもできる。図６０の場合は半径方向のスペースを少なくすることができ、図６１の場合は上下方向のスペースを少なくすることができる。ディスクタイプの回転板１９１を用いる場合においても、内側および外側に移動側反発磁石２０２を設け、それらと対応する固定側反発磁石２０１を配置することができる。この場合も前述の場合と同様に、内側あるいは外側の反発磁石の組を省略することができる。なお、このようなディスクタイプの回転板を採用する構成は、図１２あるいは図２１などの風力発電機ないし電動機、回転機においても用いることができる。 In the electric / force conversion device 190 of FIG. 60, the stator 200 and the fixed-side repulsive magnets 195 and 196 are arranged inside and outside the cylindrical rotary plate 191. The wind power generator shown in FIG. As described above, the rotating plate 191 can be formed in a disc shape (disk shape) with the center removed, and the stator 200 and the fixed-side repulsive magnets 195 and 196 can be disposed above and below the rotating plate 191. In the case of FIG. 60, the space in the radial direction can be reduced, and in the case of FIG. 61, the space in the vertical direction can be reduced. Even when the disk-type rotating plate 191 is used, the moving-side repulsive magnet 202 can be provided on the inner side and the outer side, and the fixed-side repulsive magnet 201 corresponding thereto can be disposed. In this case as well, as in the case described above, the inner or outer repulsion magnet set can be omitted. The configuration employing such a disk-type rotating plate can also be used in a wind power generator, an electric motor, or a rotating machine as shown in FIG.

また図６２に示すように、回転板１９１に厚さ方向に分かれた一対の移動側反発磁石１９４、１９５を設け、それらの間に固定側反発磁石１９６を配置することができる。この場合も回転板１９１は中立位置側に戻るように付勢されるので、安定して移動ないし回転することができる。この構成は図６１のように円筒状の回転板１９１に採用することもでき、同様に回転を安定にする作用を奏する。 As shown in FIG. 62, a pair of moving repulsive magnets 194 and 195 divided in the thickness direction can be provided on the rotating plate 191 and a fixed repulsive magnet 196 can be disposed between them. Also in this case, the rotating plate 191 is biased so as to return to the neutral position side, so that it can move or rotate stably. This configuration can also be adopted in the cylindrical rotating plate 191 as shown in FIG. 61, and similarly has the effect of stabilizing the rotation.

前記実施形態では、固定子２００および回転板１９１をそれぞれ連続する円環状にしているが、固定子２０を実質的に連続するように配置する場合は、回転板（移動子）１９１は部分的に、たとえば羽根がある部位のみに設けてもよい。逆に回転板（移動子）１９１を連続的に設ける場合は、固定子２００を部分的に設けるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the stator 200 and the rotating plate 191 are each formed in a continuous annular shape. However, when the stator 20 is arranged so as to be substantially continuous, the rotating plate (moving element) 191 is partially formed. For example, you may provide only in the site | part with a blade | wing. Conversely, when the rotating plate (moving element) 191 is continuously provided, the stator 200 may be partially provided.

本発明の風力発電システムに用いることができるシステムの形態を概念的に示す平面図である。It is a top view which shows notionally the form of the system which can be used for the wind power generation system of this invention. 図１の風力発電システムの全体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole wind power generation system of FIG. その風力発電システムの立断面図である。It is an elevation sectional view of the wind power generation system. 図２の風力発電システムにおけるフレームを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the flame | frame in the wind power generation system of FIG. 図２の風力発電システムの平面図である。It is a top view of the wind power generation system of FIG. 図２の風力発電システムにおける羽根車を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the impeller in the wind power generation system of FIG. 図２のシステムの要部立面断面図である。FIG. 3 is an elevational sectional view of a main part of the system of FIG. 2. 本発明の風力発電システムに用いることができるシステムを示す要部立面断面図である。 It is principal part elevation sectional drawing which shows the system which can be used for the wind power generation system of this invention. 図９ａ、図９ｂおよび図９ｃはそれぞれ本発明の風力発電システムに用いることができるシステムを示す要部立面断面図である。FIG. 9a, FIG. 9b, and FIG. 9c are principal part elevational sectional views showing a system that can be used in the wind power generation system of the present invention. 図１０ａおよび図１０ｂはそれぞれ本発明の風力発電システムに用いることができるシステムを示す要部立面断面図である。FIGS. 10a and 10b are elevational sectional views showing main parts of a system that can be used in the wind power generation system of the present invention. 本発明の風力発電システムの実施形態を示す要部立面断面図である。It is a fragmentary elevational sectional view showing the implementation form of the wind power generation system of the present invention. 本発明の風力発電システムに用いることができるシステムを示す要部斜視図である。 It is a principal part perspective view which shows the system which can be used for the wind power generation system of this invention. そのシステムの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the system. 図１４ａおよび図１４ｂはそれぞれ図１２の風力発電システムに用いることができるシステムを示す縦断面図および平面図である。14a and 14b are a longitudinal sectional view and a plan view showing a system that can be used in the wind power generation system of FIG. 12, respectively. 図１５ａおよび図１５ｂはそれぞれ本発明の風力発電システムに用いることができるシステムを示す要部立面断面図である。FIG. 15a and FIG. 15b are each an elevational sectional view showing a main part of a system that can be used in the wind power generation system of the present invention. 図１６ａおよび図１６ｂはそれぞれ本発明の風力発電システムに用いることができるシステムを示す正面図および側面図である。FIGS. 16a and 16b are a front view and a side view, respectively, showing a system that can be used in the wind power generation system of the present invention. 本発明の風力発電システムに用いることができるシステムを示す斜視図である。 It is a perspective view which shows the system which can be used for the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムに用いることができるシステムを示す斜視図である。 It is a perspective view which shows the system which can be used for the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムに用いることができるシステムを示す要部立面断面図である。 It is principal part elevation sectional drawing which shows the system which can be used for the wind power generation system of this invention. 図２０ａおよび図２０ｂはそれぞれ本発明の風力発電システムに用いることができるシステムを示す要部立面断面図である。20a and 20b are elevational cross-sectional views of main parts showing a system that can be used in the wind power generation system of the present invention. 本発明の風力発電システムに用いることができるシステムを示す要部断面図である。 It is principal part sectional drawing which shows the system which can be used for the wind power generation system of this invention. 図２１のXXII-XXII線断面図である。It is the XXII-XXII sectional view taken on the line of FIG. 本発明の風力発電システムの回転子の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows embodiment of the rotor of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの固定子の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows embodiment of the stator of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの固定子の磁界用コイルの結線状態の実施形態を示す結線図である。It is a connection diagram which shows embodiment of the connection state of the coil for magnetic fields of the stator of the wind power generation system of this invention. 図２６ａ〜ｃはそれぞれ本発明の風力発電システムに関わる磁気浮上構造の他の実施形態を示す断面図である。26a to 26c are sectional views showing other embodiments of the magnetic levitation structure related to the wind power generation system of the present invention. 図２７ａ〜ｂはそれぞれ本発明の風力発電システムに関わる磁気浮上構造のさらに他の実施形態を示す断面図である。27a and 27b are cross-sectional views showing still other embodiments of the magnetic levitation structure related to the wind power generation system of the present invention. 本発明の風力発電システムの発電機の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the form of the generator of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの発電機の磁極と回転子ヨーク部の構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the magnetic pole and rotor yoke part of the generator of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの関わる両側に固定子を持つ発電機の他の実施形態を示す構造図である。It is a block diagram which shows other embodiment of the generator which has a stator on the both sides in connection with the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの回転子の両側の磁極を従来構造で構成した発電機で軸の偏芯が生じた場合を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the case where the eccentricity of a shaft arises with the generator which comprised the magnetic pole of the both sides of the rotor of the wind power generation system of this invention by the conventional structure. 本発明の風力発電システムの永久磁石を使用した回転機のモデルの磁気回路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the magnetic circuit of the model of the rotary machine using the permanent magnet of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの回転子の両側の磁石を対にして両側の固定子との間で磁気回路を１つに構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a structure with one magnetic circuit between the stator of both sides by making the magnet of the both sides of the rotor of the wind power generation system of this invention into a pair. 本発明の風力発電システムの磁石を対にした場合の磁気回路のモデル図である。It is a model figure of the magnetic circuit at the time of making the magnet of the wind power generation system of this invention a pair. 本発明の風力発電システムの発電機の具体的な構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of the generator of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムに用いられる有限要素法による磁気吸引力の計算結果を示すグラフである。It is a graph which shows the calculation result of the magnetic attraction force by the finite element method used for the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの永久磁石の配列構造を備えた磁気浮上装置の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the magnetic levitation apparatus provided with the arrangement structure of the permanent magnet of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの回転子を磁石反発力による浮上時の磁石の円周状の一部の配置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows arrangement | positioning of a part of circumferential shape of the magnet at the time of the rotor of the wind power generation system of this invention levitating by a magnet repulsive force. 本発明の風力発電システムの２つの高性能磁石を近接させた時の流体の磁束分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the magnetic flux distribution of the fluid when two high performance magnets of the wind power generation system of this invention are made to adjoin. 本発明の風力発電システムの空気中に置かれた高性能磁石の反発力を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the repulsive force of the high performance magnet put in the air of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの磁石の側面に磁性体を取り付けた時の端部の磁束分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows magnetic flux distribution of the edge part when a magnetic body is attached to the side surface of the magnet of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの空気中に置かれた２つの高性能磁石の間に磁性体をサンドイッチした時の吸引力を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows attraction force when a magnetic body is sandwiched between two high performance magnets placed in the air of the wind power generation system of the present invention. 本発明の風力発電システムの磁石の側面に磁性体を取り付けた時の端部の磁束分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows magnetic flux distribution of the edge part when a magnetic body is attached to the side surface of the magnet of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの空気中に置かれた２つの高性能磁石の間に磁性体をサンドイッチした時の吸引力を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows attraction force when a magnetic body is sandwiched between two high performance magnets placed in the air of the wind power generation system of the present invention. 本発明の風力発電システムの発電機の実施形態を示す断面構造図である。It is a section construction diagram showing an embodiment of a generator of a wind power generation system of the present invention. 本発明の風力発電システムの回転子の磁石の外側固定子と内側固定子の距離を検討するための説明図である。It is explanatory drawing for examining the distance of the outer stator and inner stator of the rotor magnet of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの外側固定子と内側固定子の磁束密度分布を示す図である。It is a figure which shows the magnetic flux density distribution of the outer side stator and inner side stator of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの回転子磁石の外側固定子と内側固定子の距離を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the distance of the outer stator and inner stator of the rotor magnet of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの固定子コイルの配列を示すモデル図である。It is a model figure which shows the arrangement | sequence of the stator coil of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの磁石の位置を磁束密度の大きさを示すモデル図である。It is a model figure which shows the magnitude | size of the magnetic flux density about the position of the magnet of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの外側と内側の固定子コイルを交差した場合の発生電圧の評価を固定子コイルの相順との関係で示す図である。It is a figure which shows evaluation of the generated voltage at the time of crossing the outer side and inner side stator coil of the wind power generation system of this invention by the relationship with the phase sequence of a stator coil. 本発明の風力発電システムの固定子コイルの交差を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the intersection of the stator coil of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの固定子コイルの具体的な結線方法を示す図である。It is a figure which shows the concrete connection method of the stator coil of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの羽根車の他の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows other embodiment of the impeller of the wind power generation system of this invention. 本発明の風力発電システムの羽根車のさらに他の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows other embodiment of the impeller of the wind power generation system of this invention. 図５６ａ、図５６ｂおよび図５６ｃはそれぞれ本発明の風力発電システムの発電部の他の実施形態を示す概略平面図、断面図および概略平面図である。56a, 56b, and 56c are a schematic plan view, a sectional view, and a schematic plan view, respectively, showing another embodiment of the power generation unit of the wind power generation system of the present invention. 図５７ａは本発明の風力発電システムの回転子の他の実施形態を示す要部斜視図、図５７ｂはその要部断面図、図５７ｃはその要部平面断面図である。FIG. 57a is a perspective view showing a main part of another embodiment of the rotor of the wind power generation system of the present invention, FIG. 57b is a cross-sectional view of the main part, and FIG. 57c is a cross-sectional plan view of the main part. 図５８ａおよび図５８ｂはそれぞれ本発明の風力発電システムの回転子のさらに他の実施形態を示す要部断面図である。58a and 58b are cross-sectional views showing the main parts of still another embodiment of the rotor of the wind power generation system of the present invention. 図５９ａ〜ｃはそれぞれ本発明の風力発電システムの回転子のさらに他の実施形態を示す概略平面図である。59a to 59c are schematic plan views showing still other embodiments of the rotor of the wind power generation system of the present invention. 本発明の風力発電システムの発電機のさらに他の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows other embodiment of the generator of the wind power generation system of this invention. 図６０の発電機を用いた風力発電システムの一実施形態を示す要部断面斜視図である。Is a fragmentary cross-sectional perspective view showing an embodiment of a wind power generation system using a power generator of FIG. 60. 本発明の風力発電システムの発電機のさらに他の実施形態を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows other embodiment of the generator of the wind power generation system of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０風力発電システム
１１フレーム
１２羽根車
１４発電部
１５脚
１６連結部材
１７スポーク
１８リング
１９、２０軸受け
２１補強リング
２２シャフト
２３、２４ボス
２５横羽根
２６縦羽根
２７車輪
２８走行路
３１永久磁石
３２コイル群
３３制御部
３４蓄電部
３５第１コイル列
３６第２コイル列
３７第３コイル列
３８カバー
４１第１送電線
４２第２送電線
４３第３送電線
４５外部送電線
４６送電線
４７磁石
４８コイル
５０隙間
５２、５３支持リング
５４発電部
５６間隔調整装置
５７コイルケース
５８駆動機構
５９センサ
６０制御装置
６２風力発電システム
６３支持リング
６４永久磁石
６５ブラケット
６６調整ネジ
６７羽根保持アーム
６８補強リング
６９羽根保持部材
７０カバー
７０ａネジ
７２ラビリンス
７３羽根保持部材
７４ガイド
７４ａ係合溝
７５スライダ
７７ガイド構造
Ｃｔ回転中心
７８羽根
８０ガイド構造
８３ガイド構造
８４ガイド
８５ローラ
８６スライダ
８８風力発電システム
８９、９０永久磁石
Ｊ１磁気浮上構造
９１、９１ａ支持ロッド
９２内側リングプレート
９３鉄片
９４枠体
９５枠体
６４ａ、６４ｂ永久磁石
６８ａ孔
９７吊りロッド
９８スペーサ
９９上ガイド円板
１００上側スペーサ
１０１下側スペーサ
１０２下ガイド円板
１０３、１０４、１０５、１０６ガイドローラ
３２ａコア
１０７、１０８磁石群
Ｊ２補助磁気浮上構造
１１１ａ、１１１ｂ第１コイル群
１１２ａ１１２ｂ第２コイル群
１１３ａ、１１３ｂ第３コイル群
１１１ｃ、１１２ｃ、１１３ｃ接続線
Ｊ３磁気浮上構造
９０ａ中央の磁石
９０ｂ内側の磁石
９０ｃ外側の磁石
Ｊ４磁気浮上構造
Ｊ５磁気浮上構造
Ｊ６磁気浮上構造
Ｊ７磁気浮上構造
１２０固定側の磁石
１２１断面コ字状の磁石
１２２電磁石
１２６永久磁石
１２７回転子
１２８軸受け部
１２９台
１３０原動機部
１３１固定子
１３２回転子ヨーク部
１３４永久磁石
１３５磁性体
１３６磁石
１３７磁石部
１３８非磁性金属体
１５１回転子
１５２固定子
１５４永久磁石
１５５永久磁石
１６０磁性体
１６３永久磁石
１６４固定子
１６５軸受け部
１６６台
１６７原動機部
１７０固定子
１７０ａ、１７０ｂ固定子
１７２固定子コイル
１７０ａ外側固定子
１７０ｂ内側固定子
１７３羽根車
１７４羽根車
１８０発電部
１８１発電部
１８２支持枠
１８３楔部材
１８４楔部材
１８５回転子
１８６、１８６ａ、１８６ｂ保持枠
９７ａ吊りロッド
３１ａ繊維強化合成樹脂
１８７ボルト
１８８ナット
１９０電気・力変換装置
１９１回転板
１９２ローラガイド
１９３、１９４移動側反発磁石
１９５、１９６固定側反発磁石
１９７ボルト
１９８ナット
２００回転子
２０１固定側反発磁石
２０２移動側反発磁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wind power generation system 11 Frame 12 Impeller 14 Power generation part 15 Leg 16 Connecting member 17 Spoke 18 Rings 19 and 20 Bearing 21 Reinforcement ring 22 Shaft 23 and 24 Boss 25 Horizontal blade 26 Vertical blade 27 Wheel 28 Travel path 31 Permanent magnet 32 Coil Group 33 Control unit 34 Power storage unit 35 First coil group 36 Second coil group 37 Third coil group 38 Cover 41 First power transmission line 42 Second power transmission line 43 Third power transmission line 45 External power transmission line 46 Power transmission line 47 Magnet 48 Coil 50 Gap 52, 53 Support ring 54 Power generation unit 56 Distance adjustment device 57 Coil case 58 Drive mechanism 59 Sensor 60 Control device 62 Wind power generation system 63 Support ring 64 Permanent magnet 65 Bracket 66 Adjustment screw 67 Blade holding arm 68 Reinforcing ring 69 Blade holding Member 70 Cover 70a Screw 72 Labyrinth 7 Blade holding member 74 Guide 74a Engaging groove 75 Slider 77 Guide structure Ct Rotation center 78 Blade 80 Guide structure 83 Guide structure 84 Guide 85 Roller 86 Slider 88 Wind power generation system 89, 90 Permanent magnet J1 Magnetic levitation structure 91, 91a Support rod 92 Inner ring plate 93 Iron piece 94 Frame body 95 Frame body 64a, 64b Permanent magnet 68a Hole 97 Suspension rod 98 Spacer 99 Upper guide disk 100 Upper spacer 101 Lower spacer 102 Lower guide disk 103, 104, 105, 106 Guide roller 32a Core 107, 108 Magnet group J2 Auxiliary magnetic levitation structure 111a, 111b First coil group 112a 112b Second coil group 113a, 113b Third coil group 111c, 112c, 113c Connection line J3 Magnetic levitation structure 90a Center magnet 90b Inner magnet 90c Outer magnet J4 Magnetic levitation structure J5 Magnetic levitation structure J6 Magnetic levitation structure J7 Magnetic levitation structure 120 Fixed-side magnet 121 U-shaped magnet 122 Electromagnet 126 Permanent magnet 127 Rotor 128 Bearing section 129 Base 130 Motor Part 131 Stator 132 Rotor yoke part 134 Permanent magnet 135 Magnetic body 136 Magnet 137 Magnet part 138 Nonmagnetic metal body 151 Rotor 152 Stator 154 Permanent magnet 155 Permanent magnet 160 Magnetic body 163 Permanent magnet 164 Stator 165 Bearing 166 Base 167 Motor unit 170 Stator 170a, 170b Stator 172 Stator coil 170a Outer stator 170b Inner stator 173 Impeller 174 Impeller 180 Power generation unit 181 Power generation unit 182 Support frame 183 Wedge member 184 Wedge member 185 Rotor 186, 186a, 18 b Holding frame 97a Suspension rod 31a Fiber reinforced synthetic resin 187 Bolt 188 Nut 190 Electric / force converter 191 Rotating plate 192 Roller guide 193, 194 Moving side repulsive magnet 195, 196 Fixed side repelling magnet 197 Bolt 198 Nut 200 Rotor 201 Fixed Side repulsive magnet 202 Moving side repulsive magnet

Claims

フレームと、
そのフレームによって回転自在に支持される羽根車と、
その羽根車またはフレームのうち、いずれか一方に羽根車の回転中心から等距離で配列される複数個の界磁用磁石と、
他方に環状に配列されるコイル群とからなり、
前記フレームが、上下に延びる複数本の脚と、それらの脚を円周方向等間隔に連結し、放射状に延びる複数本のスポークおよびそれらのスポークの外側の端部近辺同士をつなぐリングからなる連結部材とを備えており、
前記羽根車が、上下方向に延びるシャフトと、そのシャフトに固定されている上下一対のボスと、各ボスから放射状に延びる複数本の横羽根と、上下の横羽根の先端に固定される縦羽根とを備えており、
前記リングにコイル群が設けられ、前記縦羽根の下端近辺に前記界磁用磁石が設けられており、
前記界磁用磁石とコイル群とが近接して相対的に運動することにより、リニアモータと逆の作用でコイル群が電力を発生するように構成しており、
前記界磁用磁石または前記コイル群の位置をずらすことにより発電量のコントロールができる、風力発電システム。 Frame,
An impeller rotatably supported by the frame;
A plurality of field magnets arranged at an equal distance from the center of rotation of the impeller on either one of the impeller or the frame;
It consists of a coil group arranged in a ring on the other side,
The frame includes a plurality of legs extending vertically, a plurality of spokes extending at equal intervals in the circumferential direction, and a plurality of spokes extending radially and a ring connecting the vicinity of the outer ends of the spokes. With a member,
The impeller includes a shaft extending in the vertical direction, a pair of upper and lower bosses fixed to the shaft, a plurality of horizontal blades extending radially from each boss, and a vertical blade fixed to the tips of the upper and lower horizontal blades. And
A coil group is provided on the ring, and the field magnet is provided near the lower end of the vertical blade,
The field magnet and the coil group move in close proximity to each other, so that the coil group generates power by the reverse action of the linear motor.
A wind power generation system capable of controlling the amount of power generation by shifting the position of the field magnet or the coil group.

前記コイル群が前記界磁用磁石の周方向に間隔をあけて配列されており、
前記コイル群または界磁用磁石を半径方向にずらすことにより、発電量のコントロールができる、請求項１記載の風力発電システム。 The coil groups are arranged at intervals in the circumferential direction of the field magnet,
The wind power generation system according to claim 1, wherein the amount of power generation can be controlled by shifting the coil group or the field magnet in the radial direction.

前記コイル群が、前記界磁用磁石の周方向に間隔をあけて配列されており、
前記コイル群または界磁用磁石を上下方向にずらすことにより、発電量のコントロールができる、請求項１記載の風力発電システム。 The coil group is arranged at intervals in the circumferential direction of the field magnet,
The wind power generation system according to claim 1, wherein the amount of power generation can be controlled by shifting the coil group or the field magnet vertically.

前記コイル群が前記界磁用磁石の内周側および外周側から挟むように一対で設けられている、請求項２または３記載の風力発電システム。 4. The wind power generation system according to claim 2, wherein the coil group is provided in a pair so as to be sandwiched from an inner peripheral side and an outer peripheral side of the field magnet.

前記羽根車が前記縦羽根の上端同士および下端同士を連結する補強リングをさらに備えており、
前記下端同士を連結する補強リングに前記界磁用磁石が設けられた、
請求項１記載の風力発電システム。 The impeller further includes a reinforcing ring that connects upper ends and lower ends of the vertical blades,
The field magnet is provided on a reinforcing ring that connects the lower ends.
The wind power generation system according to claim 1 .

前記羽根車の下端とフレームとの間に、羽根車の回転を許しながら羽根車の重量の少なくとも一部を支持する円環状の支持手段が介在されている請求項１記載の風力発電システム。 The wind power generation system according to claim 1, wherein an annular support means for supporting at least a part of the weight of the impeller while allowing the impeller to rotate is interposed between the lower end of the impeller and the frame.

前記支持手段が、フレームと羽根車のうち、いずれか一方に設けられる転動体群と、他方に設けられ、転動体群と接触する走行路とからなる請求項６記載の風力発電システム。 The wind power generation system according to claim 6 , wherein the support means includes a rolling element group provided on one of the frame and the impeller, and a traveling path provided on the other and in contact with the rolling element group.

前記支持手段が、フレームに設けられる第１の磁石群と、それらの磁石群と互いに反発するように羽根車に設けられる第２の磁石群とからなる請求項６記載の風力発電システム。 The wind power generation system according to claim 6 , wherein the support means includes a first magnet group provided on the frame and a second magnet group provided on the impeller so as to repel each other.

風力が一時的に弱くなったとき、前記コイル群の一部ないし全部に電流を流し、界磁用磁石とコイル群にリニアモータの作用を生じさせ、それにより風車に回転トルクを与えるように構成している請求項１記載の風力発電システム。 When the wind power is temporarily weakened, a current is passed through part or all of the coil group, causing the field magnet and the coil group to act as a linear motor, thereby providing rotational torque to the windmill. The wind power generation system according to claim 1.