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JP2015050892A - 発電システム - Google Patents

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JP2015050892A
JP2015050892A JP2013182914A JP2013182914A JP2015050892A JP 2015050892 A JP2015050892 A JP 2015050892A JP 2013182914 A JP2013182914 A JP 2013182914A JP 2013182914 A JP2013182914 A JP 2013182914A JP 2015050892 A JP2015050892 A JP 2015050892A
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武恒 中村
Taketsune Nakamura
武恒 中村
啓太 今井
Keita Imai
啓太 今井
伊久夫 ▲高▼畑
伊久夫 ▲高▼畑
Ikuo Takahata
嘉孝 木村
Yoshitaka Kimura
嘉孝 木村
大介 松下
Daisuke Matsushita
大介 松下
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DAINICHI CORP
MATSUBA CO Ltd
Kyoto University NUC
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DAINICHI CORP
MATSUBA CO Ltd
Kyoto University NUC
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Abstract

【課題】流体の流れを利用し、低回転動作で高い発電効率が得られる発電システムを提供する。【解決手段】発電システムが、それぞれに回転軸に固設されてなる上側支持部および下側支持部の端縁部との間に設けられた複数の翼と備え、流体中に配置されると流体の流れを駆動源として回転軸を中心に回転する回転部と、磁束を発生させる界磁部と磁束に鎖交する複数のコイルが設けられた電機子部とを備える発電部と、を有し、発電部においては、界磁部と電機子部の一方が回転子とされ他方が固定子とされてなり、発電部の回転子が回転部と一体に設けられてなり、回転部を流体の流れによって回転させることにより電機子部において誘導起電力を発生させるようにした。【選択図】図1

Description

本発明は、発電システムに関し、特に、流体−機械エネルギー変換部を低速で回転させて発電する発電システムに関する。
2011年の東日本大震災以降、マイクロ水力発電システムやマイクロ風力発電システムなど、分散電源へのニーズが大きく高まっている。特に、地産地消の電力消費の考え方が重要な概念として位置付けられ、安価でかつ高効率な発電システムの開発が望まれている。
そうした分散電源の一例として、マイクロ水力発電システムであって駆動源にダリウス型水車を利用したものがすでに公知である(例えば、非特許文献1参照)。
http://www.riam.kyushu-u.ac.jp/gikan/report/08/hydro_power.pdf
従来のマイクロ水力発電システムやマイクロ風力発電システムの流体−機械エネルギー変換部の回転数は、数十〜数百rpm程度である一方、従来の一般的な発電機の多くは、1000rpmを上回る回転数(回転速度)で運転することで高い効率が得られるように設計されている。そのような発電機を数百rpm以下の回転数で運転したとしても、十分な効率を得ることは難しい。
この点を鑑み、流体−機械エネルギー変換部と発電機との間に増速機(ギア)を設けるなどして発電機に与える回転数を増やすことにより、発電機の効率を高める態様がある。
しかしながら、そもそも水力発電や風力発電における流体エネルギー密度は原子力や火力発電に比較して非常に低いことから、ギアを介してしまうとその損失によって得られる電力がわずかになってしまうという問題がある。
また、高回転の発電機をユーザの近くに設置するのは、安全性の点で問題があり、さらには、水力発電用や風力発電用の発電機は通常、野外に設置されることから、防水が施されているとしても、ベアリングの寿命も含めて故障のリスクが高くなる。
なお、非特許文献1には、ダリウス型水車に自転車用の発電機を接続した構成が開示されているが、係る構成は、発電システムが発電可能なものであることを実証してはいるものの、必ずしも高い発電効率での発電が実現されているわけではない。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、流体の流れを利用して発電する発電システムであって、低回転動作で高い発電効率が得られる発電システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、第1の発明は、流体の流れを利用して発電する発電システムであって、流体中に配置され、流体の流れを駆動源として回転軸を中心に回転する回転部と、磁束を発生させる界磁部と前記磁束に鎖交する複数のコイルが設けられた電機子部とを備える発電部と、を有し、前記発電部においては、前記界磁部と前記電機子部の一方が回転子とされ他方が固定子とされてなり、前記発電部の前記回転子が前記回転部と一体に設けられてなり、前記回転部を前記流体の流れによって回転させることにより前記電機子部において誘導起電力を発生させる、ことを特徴とする。
第2の発明は、第1の発明の発電システムであって、前記回転部が、それぞれに前記回転軸に固設されてなり、ともに円板状をなしている上側支持部および下側支持部と、前記上側支持部の端縁部と前記下側支持部の端縁部との間に設けられた複数の翼と、を備え、前記複数の翼が前記流体から揚力または抗力の少なくとも一方を得ることによって前記回転部を回転させる、ことを特徴とする。
第3の発明は、第1または第2の発明の発電システムであって、前記界磁部が前記回転子であり、前記電機子部が前記固定子である、ことを特徴とする。
第4の発明は、第3の発明の発電システムであって、前記界磁部が、中心位置において前記回転軸と直交するように前記回転部と一体に設けられた円板状の永久磁石である、ことを特徴とする。
第5の発明は、第4の発明の発電システムであって、前記界磁部が、前記回転部の一部をなしている、ことを特徴とする。
第6の発明は、第3の発明の発電システムであって、前記界磁部が、複数の永久磁石を前記回転部の側部または上面部において周方向に沿ってN極とS極とが交互に配列するように列設することによって設けられてなる、ことを特徴とする。
第7の発明は、第1または第2の発明の発電システムであって前記界磁部が前記固定子であり、前記電機子部が前記回転子である、ことを特徴とする。
第8の発明は、第3ないし第7の発明のいずれかの発電システムであって、前記界磁部において発生する磁束の向きおよび前記複数のコイルのそれぞれの中心軸方向が前記回転軸の延在方向と一致する、ことを特徴とする。
第9の発明は、第3ないし第7の発明のいずれかの発電システムであって、前記複数のコイルのそれぞれは、中心軸方向が前記回転軸の延在方向と直交するように、前記界磁部の外周位置に列設されてなる、ことを特徴とする。
第10の発明は、第1ないし第9の発明のいずれかの発電システムであって、前記発電部においては、効率および出力が最大となる前記回転子の回転数が50rpm〜1000rpmである、ことを特徴とする。
第1ないし第10の発明によれば、河川における水流や、大気の流れ(自然風)などの流体の流れを回転部の駆動源としつつも、高効率かつ高出力な発電が可能な発電システムを実現することができる。
発電システム1の構成を概念的に示す図である。 発電部1Bがアキシャルギャップ型をなしている発電システム1の構成図である。 発電部1Bがラジアルギャップ型をなしている発電システム1の構成図である。 翼7が回転部1Aの回転効率をより高めるのに適した形状を有する場合における、翼7の長手方向に垂直な発電システム1の断面図である。 筐体20を備えた発電システム1を水力発電に使用する場合の設置例を示す図である。 発電システム1の回転部1Aと同様の構成を有するダリウス型水車ついての回転数Nと出力Pとの関係の変化を示すグラフである。 界磁部9に所定の回転を与えた場合の発電部1Bにおける回転数と最大効率との関係を示すグラフである。 界磁部9に所定の回転を与えた場合の発電部1Bにおける回転数と出力との関係を示すグラフである。
図1は本発明の実施の形態に係る発電システム1の構成を概念的に示す図である。発電システム1は、概略、基台2の上に設けられた回転部1Aを、河川における水流や、大気の流れ(自然風)などといった流体の流れを駆動源として回転させ、係る回転部1Aの回転力によって発電部1Bにおいて三相交流発電を行うものである。
図2は、発電部1Bがアキシャルギャップ型をなしている発電システム1の構成図であり、図3は、発電部1Bがラジアルギャップ型をなしている発電システム1の構成図である。なお、図2および図3には、水平面において互いに直交する方向をX軸方向およびY軸方向とし、回転軸4(後述)の延在方向でもある鉛直方向をZ軸方向とする右手系のXYZ座標を付している。より詳細にいえば、図2(a)に示すのは、アキシャルギャップ型の発電システム1の正面図であり、図2(b)に示すのは、同じ発電システム1のX軸に垂直な側面図である。また、図3に示すのは、ラジアルギャップ型の発電システム1のX軸に垂直な側面図である。なお、ラジアルギャップ型の発電システム1の正面図は、図2(a)と同様となる。
回転部1Aは、上下端部をベアリング3において軸支された(ただし、図1においては上端側のみ図示)回転軸4と、それぞれに回転軸4に固設されてなり、ともに円板状をなしている上側支持部5および下側支持部6と、上側支持部5の端縁部とその直下の下側支持部6の端縁部との間に設けられた複数の翼7とを主として備える。回転部1Aは、いわゆるダリウス型などの垂直軸型の水車あるいは風車の構成を有するものである。
より詳細にいえば、上側支持部5および下側支持部6とは、回転軸4の上下端部の間の相異なる位置において、互いに平行に、かつ、それぞれの中心位置が回転軸4に対する固設位置となるように、設けられてなる。
また、翼7は、上側支持部5および下側支持部6の端縁部の周方向において等間隔に、該周方向に沿う形状にて、かつ、それぞれの上下端部を上側支持部5と下側支持部6に固定する態様にて設けられてなる。
翼7においては、流体の流れを受けると揚力または抗力の少なくとも一方が発生する。係る揚力等が発生すると、回転部1A全体に回転軸4周りのトルクが生じ、その大きさが所定のしきい値を上回るようになると、回転軸4をベアリング3によって軸支されてなる回転部1Aが、トルクの作用する方向へと回転する。図1においては、回転部1Aが矢印ARに示すように反時計回りに回転する場合を例示している。
翼7の形状および配置数は、回転部1Aの回転が、できるだけ効率的に生じるように、換言すれば、流体の流れが弱くても回転部1Aが回転しやすいように定められるのが好ましい。それゆえ、図1においては回転部1Aに3つの翼7が備わる場合を、図2および図3においては回転部1Aに5つの翼7が備わる場合を、それぞれ例示しているが、翼7の配置数はこれらに限られるものではない。
また、図1においては、図示の簡単のため、翼7を(厚みが一様な)平面視長方形状のものとしているが、翼7の形状(断面形状)はこれに限られるものではない。図4は、翼7が回転部1Aの回転効率をより高めるのに適した形状を有する場合における、翼7の長手方向に垂直な発電システム1の断面図である。図4に示す翼7は、回転部1Aが回転する際の翼7の周回軌道(水平面内における上側支持部5および下側支持部6の端縁部と略一致する)となる円Rの接線Tを軸として線対称をなし、その進行方向先端部側は所定の曲率半径の曲面となっている一方で後端部側は鋭角をなしており、かつ、接線Tを基準として先端部側が後端部側よりも膨らんだ形状を有してなる。なお、図4の例示においては、図面視左側の上流側から水流Fを受けることに伴い、回転部1Aが矢印ARにて示す反時計回りに回転する場合を想定しているので、翼7も円R上を反時計回りに周回することとなる。
回転部1Aのうち、上側支持部5や下側支持部6や翼7などは、例えばプラスチック、アルミニウム、ステンレス等、耐食性や対候性に優れる金属および産業用樹脂などで作成するのが好適である。回転軸4やベアリング3は、金属製(鉄鋼製)であるのが好適である。
発電部1Bは、界磁部9と電機子部10とを主として備える。本実施の形態に係る発電システム1においては、界磁部9が、回転部1Aの上側支持部5と一体のものとして設けられてなる。より一般的にいえば、界磁部9が、回転部1Aと一体に回転する回転子(ロータ)として設けられてなる。
より詳細には、発電システム1は、図1に例示するように、円板状の上側支持部5の側部または上面部の少なくとも一方において、界磁部9をなすN極9nとS極9sとを、周方向に沿って繰り返し交互に配置させた構成を有する。界磁部9は、例えば、N極9nとS極9sとを周方向に沿って交互に備える一の円板状の永久磁石によって構成されてもよいし、複数の微小な永久磁石を、上側支持部5の側部または上面部に周方向に沿ってN極9nとS極9sとが交互に配列するように列設することによって構成されていてもよい。前者の場合は、円板状の永久磁石自体が上側支持部5を構成してもよい。すなわち、界磁部9が回転部1Aの一部をなしていてもよい。図1は、係る態様を例示している。
一方、電機子部10は、回転子としての界磁部9に対する固定子(ステータ)として、回転部1Aの上側支持部5と同軸状に設けられてなり、その中央部分は、回転部1Aの回転軸4の一方のベアリング3となっている。なお、他方のベアリング3は、基台2に設けられてなる。
また、具体的な構成態様は様々であるために図1においては図示を省略するが、図2および図3に例示するように、電機子部10においては、周方向に沿って等間隔に、複数の鉄心ティース10Aが列設されてなるとともに、それぞれの鉄心ティース10Aには、三相(u相、v相、w相)各々についてのコイル10Bが券装されてなる。コイル10Bは銅線やアルミニウム線などの導電材料からなる。また、電機子部10からは、各相に対応する引出線11(11u、11v、11w)が引き出されてなる。
鉄心ティース10Aおよびコイル10Bは、コイル10Bが磁束に鎖交するように、より具体的には、界磁部9の磁極(S極9sとN極9n)における磁束の向きとコイルの中心軸方向とが一致するように、界磁部9と対向配置されてなる。例えば、図2に示すアキシャルギャップ型の発電システム1の場合であれば、磁束の向きがZ軸方向と一致するため、コイル10BはZ軸方向に延在させた鉄心ティース10Aに券装されてなる。すなわち、コイル10Bの中心軸方向もZ軸方向と一致してなる。
一方、図3に示すラジアルギャップ型の発電システム1の場合であれば、界磁部9が円板状をなしていることで磁束の向きがXY面内において回転軸4を中心に界磁部9の径方向(回転軸4に直交する方向)へと向いていることから、コイル10Bは界磁部9と同じXY面内において界磁部9の外周位置に径方向に延在する態様にて列設させた鉄心ティース10Aに券装されてなる。すなわち、コイル10Bの中心軸方向も界磁部9の径方向と一致してなる。
ただし、図2および図3に示す発電システム1の構成は例示に過ぎず、例えば、発電システム1は、界磁部9として円板状の永久磁石を用いつつもアキシャルギャップ型の構成を有していてもよいし、複数の永久磁石にて界磁部9を構成しつつもラジアルギャップ型の構成を有していてもよい。
なお、電機子部10のうち、少なくとも鉄心ティース10Aとコイル10Bには、防水処理が施されてなる。例えば、樹脂コーティングによる防水処理が施されてなる。
また、図2および図3に例示する場合においてはいずれも、発電システム1は筐体20に収容されている。筐体20は、その下部が基台2を兼ねるとともに、その上部において電機子部10を(例えば鉄心ティース10Aなどを)上方および側方から支持してなる。また、図2(b)および図3に示すように、筐体20の一方側部(図2および図3においてはX軸に垂直な側部の一方)にはコの字型の凹部20Bが設けられており、かつ、図2(a)に示すように、該凹部20Bの底部部分の中央付近には、矩形状の開口部20Aが設けられてなる。これにより、凹部20Bのところに位置する翼7が、開口部20Aから筐体20の外側へと突出する態様となっている。
図5は、係る筐体20を備えた発電システム1を水力発電に使用する場合の設置例を示す図である。なお、図5においては、図3に例示したラジアルギャップ型の発電システム1を設置する場合を例示しているが、他の発電システム1を設置する場合も同様である。
図5においては詳細な図示を省略するが、発電システム1は、基台2を直接に水路の底部Tに載置するか、あるいはワイヤー等で懸架するなどして外部より何らかの手法にて支持することにより、あるいはさらに両者を併用する態様にて、水流F内に設置される。係る場合においては、図5に示すように、筐体20を備えた発電システム1は、開口部20Aおよび凹部20Bが備わる側部(発電システム1の正面側)を流体の上流側に向ける態様にて設置される。これは開口部20Aを通じて筐体20の内側へと流体を流入させることで、凹部20B以外のところに位置する翼7についても、より回転しやすくするためである。なお、発電システム1の設置場所は、図5に示すような傾斜した水路に限られるものではなく、上方から下方に向けて水が流れる垂直な水管内に設置されて使用される態様であってもよい。
発電システム1が図5に例示するような態様にて流体中に配置されると、翼7が流体の流れ(図5中に矢印にて例示)を受けることで回転部1Aにトルクが生じ、その結果、基台2と電機子部10に備わるベアリング3によって回転軸4が軸支されてなる回転部1A全体が、矢印ARに示すように回転する。
回転部1Aの上側支持部5には、発電部1Bの界磁部9が一体に設けられているので、回転部1Aが回転することで、電機子部10に設けられたコイルを通過する界磁部9からの磁束が時間変化する。これにより、各コイルに誘導起電力が生じる。すなわち、発電システム1が駆動される。これが、発電システム1における発電の概略的なメカニズムである。
ただし、一般に、河川における水流や、大気の流れ(自然風)を駆動源として水車や風車の回転部を回転させることで得られる回転数は、せいぜい、数十〜数百rpm程度である。しかも、必ずしも回転数が大きいほど高い出力が得られるわけでもないことも、実験的に確認されている。
例えば、図6は、発電システム1の回転部1Aと同様の構成を有するダリウス型水車(上側支持部5に界磁部9は設けられていない)に評価用の発電機として風力発電用の低速・小型発電機(流体の回転による発電に最適化されたものではない)を接続し、該ダリウス式水車を実験用ダクト(深さ280mm、幅300mm)に浸漬して、該ダクトにおける水流の流量Q(単位:l(リットル)/s)を変化させたときの、回転数N(単位:rpm)と出力P(単位:W)との関係の変化を示すグラフである。図6に示す結果は、少なくとも、100rpm〜200rpmの範囲に出力の最大値(ピーク)があることを示している。なお、前記はダクト内における試験データであるが、大気に開放されている開水路においても同様の傾向を示す。
ただし、発電システム1が河川等で実使用される場合においては、流路における流体の流速は、環境によって大きく変わることが本質的であり、発電システム1は、係る環境条件に適したものとして設計すべきである。この点を踏まえると、流体の流れによる発電を想定している発電システム1は、発電部1Bにおいて50rpm〜1000rpmという回転数の範囲内で高効率・高出力が得られるのが好ましい。そして、そのためには、回転部1Aの最大効率時回転数と発電部1Bの最大効率時回転数を一致させるのが好ましいといえる。
この点を鑑み、本実施の形態に係る発電システム1においては、回転部1Aの上側支持部5と発電部1Bの界磁部9とを一体に設け、かつ、発電部1Bの電機子部10に、回転部1Aの回転軸4の軸受けであるベアリング3の一方を設けることによって、回転部1Aの回転がそのまま、発電部1Bにおける界磁部9の回転とされてなる。すなわち、発電システム1は、回転部1Aにおける回転数と発電部1Bの界磁部9の回転数とが自ら等しくなるように構成されてなる。係る場合においては、回転部1Aと発電部1Bの間に増速ギアなどの機械的なエネルギー伝達要素が介在しないので、当該要素を原因とした損失が全く生じることはない。
また、一般論として、発電機の出力は、以下の式で与えられる。
(出力)=(回転子体積)×(電機子巻線の有効アンペアターン(=電流×巻数):電気装荷)×(ギャップ磁束密度:磁気装荷)×(回転数)
回転数が低い場合、磁束を高くするだけの励磁電流が得られなくなるので、全体として出力が低下する。
一方、磁束の減少分を永久磁石の数を増やして補うには、多極にする必要があるが、あまり極数を多くすると、毎極辺りの磁束量が小さくなり、かつ、磁束が通るための磁路を確保するために鉄心ティースが太くなり、発電機の体格が大きくなる、などの問題が生じる。
それゆえ、本実施の形態に係る発電システム1の発電部1Bにおいては、1000rpmを下回る回転数でも効率を維持するために一般的に多用される多極型発電機に比して、界磁部9に使用する永久磁石の量を相対的に低減する一方、コイル10Bの巻数(つまり電気装荷)を相対的に多くすることで、低速での特性の改善を図っている。概略的に言えば、本実施の形態に係る発電システム1は、一般的な発電機に比して、(磁気装荷)に対する(電気装荷)の比率をより高くしたものであるといえる。
図7は、界磁部9に所定の回転を与えた場合の発電部1Bにおける回転数(Rotation Speed、単位:rpm)と最大効率(Efficiency、単位:%)との関係を示すグラフである。また、図8は、同じ場合の発電部1Bにおける回転数(Rotation Speed、単位:rpm)と出力(Output Power、単位:W)との関係を示すグラフである。いずれも、鉄心ティース10Aの構成材料として、ケイ素鋼板を用いた場合と、ケイ素鋼板よりも材質が劣り鉄損が生じやすいとされているSPCC(冷間圧延鋼板)を用いた場合の2通りについての評価結果を示している。なお、いずれの場合も負荷は150Ωとした。また、発電部1Bとしては、ラジアル型の構成を有するものを用いた。
図7のグラフからは、50〜200rpmという低速回転の範囲においては、回転数が大きいほど最大効率が大きくなるが、増加率は徐々に小さくなり、150rpmを超えたあたりで飽和し始める傾向があることがわかる。特に、鉄心ティース10Aにケイ素鋼板を用いた場合には、50rpmであっても約85%という最大効率が得られ、200rpmでは最大効率が約91%にまで到達している。一方、鉄心ティース10AにSPCCを用いた場合、ケイ素鋼板を用いた場合よりは値が劣るとはいえ、50rpmであっても81%という最大効率が実現され、200rpmの場合には90%弱という、ケイ素鋼板に比して遜色のない値が得られている。
一方、図8のグラフからは、50〜200rpmという低速回転の範囲においては、回転数が大きいほど出力が大きくなり、しかも、その増加率も徐々に大きくなる傾向があることがわかる。出力値は、100rpmでは約250W、150rpmでは500W強、200rpmにおいて約1000Wである。また、ケイ素鋼板の場合とSPCCの場合とで、出力にほとんど差がないこともわかる。
図7および図8に示す結果は、少なくとも100rpm〜200rpm程度の低速回転において高効率かつ高出力を得ることが出来る発電部1Bが実現されてなることを意味している。係る回転数の範囲は、図6に例示した、実験用ダクトでの実験にて回転部1Aにおいて出力が最大となる回転数の範囲と同じである。このことは、水流や自然風の流れを回転部1Aの駆動源としつつも、高効率かつ高出力の発電が可能となることを意味している。なお、上述のように、実使用の局面では、水流や自然風の流れを受けた回転部1Aは、50rpm〜1000rpmの範囲の回転数にて回転することが想定されるので、発電部1Bの各部の具体的構成要件を適宜に調整することによって、係る回転数の範囲で十分に大きな最大効率を得るようにすればよく、実際にそれは可能である。
また、鉄心ティース10Aの材質による差異が小さいということは、本実施の形態に係る発電システム1の構成が、鉄心ティース10Aにおける鉄損を生じさせにくいものであることを意味している。これにより、発電システム1においては、ケイ素鋼板に比して安価なSPCCを用いる場合であっても、高効率かつ高出力な発電を実現することが可能となる。
以上、説明したように、本実施の形態によれば、50rpm〜1000rpmという比較的低い回転数のもとで出力の最大値(ピーク)を有する回転部と、当該回転数の範囲において高効率かつ高出力での発電が可能な発電部とを、後者に備わる界磁部が回転部と一体のものとなるように構成することで、河川における水流や、大気の流れ(自然風)などの流体の流れを回転部の駆動源としつつも、高効率かつ高出力な発電が可能な発電システムを実現することができる。
<変形例>
上述の実施の形態において図1ないし図3において例示した発電システム1は、流体の流れ方向に対して回転軸4の延在方向が垂直となる立軸型の構成を有しているが、発電システム1は、流体の流れと回転軸4の延在方向とが一致する横軸型の構成を有するものであってもよい。係る場合においては、翼7の形状および配置を初めとする各部の構成が適宜、横軸型において高効率化と高出力化とを好適に実現できるものとされればよい。
また、上述の実施の形態においては、発電システム1を、三相交流発電を行うものとして説明しているが、これに代わり、単相による発電を行うものであってもよいし、3n相(n: 自然数)による発電を行うものであってもよい。係る場合においては、それぞれの場合に高効率化と高出力化とが実現されるように、電機子部10が構成されればよい。
また、上述の実施の形態においては、界磁部9を永久磁石にて形成する態様となっているが、これに代わり、直流電磁石にて界磁部9を構成する態様であってもよい。
また、上述の実施の形態においては、電機子部10は固定子とされ、界磁部9が回転部1Aと一体的に回転する回転子とされていたが、これに代わり、界磁部9を固定子とし、電機子部10を回転部1Aと一体的に回転する回転子とする構成であってもよい。
1 発電システム
2 基台
3 ベアリング
4 回転軸
5 上側支持部
6 下側支持部
7 翼
8 回転軸
9 界磁部
10 電機子部
10A 鉄心ティース
10B コイル
1A 回転部
1B 発電部
20 筐体
20A 開口部
20B 凹部
F 水流
T 底面

Claims (10)

  1. 流体の流れを利用して発電する発電システムであって、
    流体中に配置され、流体の流れを駆動源として回転軸を中心に回転する回転部と、
    磁束を発生させる界磁部と前記磁束に鎖交する複数のコイルが設けられた電機子部とを備える発電部と、
    を有し、
    前記発電部においては、前記界磁部と前記電機子部の一方が回転子とされ他方が固定子とされてなり、
    前記発電部の前記回転子が前記回転部と一体に設けられてなり、
    前記回転部を前記流体の流れによって回転させることにより前記電機子部において誘導起電力を発生させる、
    ことを特徴とする発電システム。
  2. 請求項1に記載の発電システムであって、
    前記回転部が、
    それぞれに前記回転軸に固設されてなり、ともに円板状をなしている上側支持部および下側支持部と、
    前記上側支持部の端縁部と前記下側支持部の端縁部との間に設けられた複数の翼と、を備え、
    前記複数の翼が前記流体から揚力または抗力の少なくとも一方を得ることによって前記回転部を回転させる、
    ことを特徴とする発電システム。
  3. 請求項1または請求項2に記載の発電システムであって、
    前記界磁部が前記回転子であり、前記電機子部が前記固定子である、
    ことを特徴とする発電システム。
  4. 請求項3に記載の発電システムであって、
    前記界磁部が、中心位置において前記回転軸と直交するように前記回転部と一体に設けられた円板状の永久磁石である、
    ことを特徴とする発電システム。
  5. 請求項4に記載の発電システムであって、
    前記界磁部が、前記回転部の一部をなしている、
    ことを特徴とする発電システム。
  6. 請求項3に記載の発電システムであって、
    前記界磁部が、複数の永久磁石を前記回転部の側部または上面部において周方向に沿ってN極とS極とが交互に配列するように列設することによって設けられてなる、
    ことを特徴とする発電システム。
  7. 請求項1または請求項2に記載の発電システムであって、
    前記界磁部が前記固定子であり、前記電機子部が前記回転子である、
    ことを特徴とする発電システム。
  8. 請求項3ないし請求項7のいずれか1項に記載の発電システムであって、
    前記界磁部において発生する磁束の向きおよび前記複数のコイルのそれぞれの中心軸方向が前記回転軸の延在方向と一致する、
    ことを特徴とする発電システム。
  9. 請求項3ないし請求項7のいずれか1項に記載の発電システムであって、
    前記複数のコイルのそれぞれは、中心軸方向が前記回転軸の延在方向と直交するように、前記界磁部の外周位置に列設されてなる、
    ことを特徴とする発電システム。
  10. 請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の発電システムであって、
    前記発電部においては、効率および出力が最大となる前記回転子の回転数が50rpm〜1000rpmである、
    ことを特徴とする発電システム。
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