mabofarm: デュアルコア発電機の製作

今まで自作したエアギャップ発電機は、発電した電気の電圧がバッテリー電圧以上に達しなければ、充電される事はありませんでした

風も弱く風車の回転も上がらず、風車で発電した電圧が仮に８Ｖ程度だった場合、当然バッテリーへの充電はありません

１２．６Ｖ（バッテリー満充電電圧）以下の発電電圧ではいくら発電したところで、バッテリーに溜めて使う事は出来ないわけです

※蓄電池を６Ｖバッテリーや充電式電池など、充電電圧を下げて使用すれば問題なく充電されます

私の住むところは、残念ながら年間を通して風力発電に適した風が吹いている地域ではありません
また、強い風が吹く季節ではあっても、自然の風は本当に気まぐれ
吹いたり、やんだり、西風かと思えば西北西の風、やんだと思ったら一瞬だけ東風と、風車の方向がめまぐるしく変ります

『風車は廻れど発電せず』　なんて事もしばしば

左のグラフは風力発電１号機に使っている発電機の性能テスト結果です
１倍圧全波整流の場合、３００ｒｐｍ以上にならないとバッテリーには充電されません
そこで、倍電圧整流回路を通す事で、１００ｒｐｍから充電は可能となります

しかし、９００ｒｐｍのところを見るとわかるように
せっかく良い風が吹いて風車の回転が上がったとしても、倍電圧整流にした事で充電電流は半分になってしまいました

一番良い風が吹いている時に、充電効率が半分では勿体無い話です

今まで捨ててしまったこの電気を、何とかモノに出来ないか！と考え、たどり着いたのがこのデュアルコア発電機の製作でした

考え方としては、発電した電圧が仮に８Ｖであっても、２つの発電機を直列に繋ぐ事で　

　　８Ｖ＋８Ｖ＝１６Ｖ　

となり、１２Ｖバッテリーに充電出来る電圧まで上げる事が可能になります
つまり発電機自体を、蓄電池のように考えるわけですね

≪デュアルコア発電機仕様≫

●ステータ

ステータ板　４ｍｍシナベニヤ

φ０．４５mmホルマル線１３２回巻９極３相

同じものを２枚

●ローター

φ１１０ｍｍ×ｔ２ｍｍ鋼板　３枚
（２枚目は両面を使う）

φ１５×ｔ５ネオジム磁石を１２個×４組　　　

合計４８個

★　完成したデュアルコア発電機

　エアギャップは６ｍｍに設定
（ステータ２枚という事でギャップにゆとりを持たせました）

※エアギャップとは、向かい合ったローターの間隔の事を言います（なかには、磁石とコイルの隙間と解釈している人もいるようですが・・・）
このデュアルコア発電機のエアギャップは６ｍｍ、つまりネオジム磁石とネオジム磁石の間隔が６ｍｍという事です

発電機は、エアギャップが少なければ少ないほど、大きな電気を生み出す事が出来ます

また、コイルの巻き数も多ければ多いほど、大きな電気を生み出す事が出来ます

しかし、コイルを沢山巻けばステータの厚みは厚くなり、結果エアギャップは広くなってしまいます

巻いたコイルをステータ板に固定する時も、“でこぼこ”しないように固定しなければいけません

この辺がとても難しいところですね！

私は、エアギャップの調整用にアルミのワッシャーを自作しました
アルミワッシャーの板厚は

０．５／１．０／１．５／２．０／３．０ｍｍの各サイズ

適当な大きさにカット（端きれ）したアルミ平板の中心に、φ１２ｍｍドリルで穴をあけ、数枚まとめて外形を旋盤で削れば終了です

両面を厚めの板で挟み込むことで、０．２～０．３ｍｍのアルミ板でも加工できます

≪　整流回路　≫

今回のデュアルコア発電機には、２倍圧全波整流回路をデュアルで使います

また、発電機性能テストや風車設置稼動後でも、発電機のテストが出来るよう手動の切り替えスイッチを付けました

電解コンデンサーは

５０Ｖ／１０００μＦ

整流用ダイオードは

６００Ｖ／３Ａのシリコンダイオードです

右側のスナップスイッチは、２つの発電機を並列接続と直列接続の切り替えを行います

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　回路図はこれ　⇒

単純なスイッチの切り替えですが、同時に２個のスナップスイッチを切り替える事で、並列と直列の切り替えが出来ます

≪　発電機性能テスト　≫

デュアルコア発電機の性能テスト結果です

実際に使う時と同じように、１２Ｖバッテリーと接続した時の充電電流を表しています

このテスト結果から解る事は

【プラス要素】

１．Gen-1とGen-2のバラツキは殆ど無く、バランスは良好！

２．並列接続・直列接続の回路切り替えは成功！

３．１５００ｒｐｍまで異音も無く、問題なく充電が可能

４．直列接続では７０ｒｐｍから、並列では１２０ｒｐｍから充電を開始

【マイナス要素】

１．風力発電１号機の１２０％アップのはずが、発電機単体では思惑通りに上がらない

２．並列・直列接続の切り替え回転数（２００ｒｐｍ）が低すぎる

【いったい、なぜ？】

発電機単体のパワー不足は、何が原因なのでしょう？

　　＜風力発電１号機との違いは＞

・　コイルの巻き数　　１２０回　　⇒　　１３２回

・　エアギャップ　　　　６．５ｍｍ　⇒　６ｍｍへ

・　ネオジム磁石 φ１７．５×ｔ５　⇒　φ１５×ｔ５へ

φ１５×ｔ５　　　３２０ｍｔ（磁束密度）　３．３５５ｋｇｆ（吸着力）
φ１７．５×ｔ５　２９０ｍｔ（磁束密度）　４．３０３ｋｇｆ（吸着力）

専門家のお話では、磁束密度の高い方がより大きい電気を作る事が出来るそうです
この事から、今回も迷わずφ１５×ｔ５を選択しました

そういえば、以前この辺りの事を調べていた時に、磁束密度より吸着力の強いほうがより大きい電気を生み出すような記事があって、考え悩んでいました

でも、それだけではないのかも知れません　

いづれにしても、まだまだ勉強が足りないようです

【デュアルコア発電機の接続方法について】

風車の回転数か電圧を拾って、自動切換えをする予定でしたが、残念ながら自動切り替えにするほどのメリットは感じられません

しかし、直列接続であれば７０ｒｐｍからバッテリーに電気が流れ込みます
風のあまり吹かない季節には手動で切り替え、少しでも回収出来そうです

≪　風力発電４号機－完成イメージ　≫

今回のデュアルコア発電機はダウンウインド型です

あの飛行艇を開発した、グローバルエナジー社のダウンウインド型が理想形です・・・

★ポイントは！

①　翼面積を大きく、逆テーパ翼　⇒　高トルク・最適な回転数・風きり音をなくす

②　ブレード先端を内側に曲げる（ウイングレット）⇒　翼端失速を回避・軸トルクを高める

③　５枚翼（少しだけ多翼・奇数枚数）⇒　３枚翼より起動性が良く、共振しにくい

④　ダウンウインド　⇒　ブレードが支柱の後ろ側になる為、風向に対応しやすく安全

などなど、良い事尽くめ

≪　発電機カバー　≫

＜mabofarm＞お得意の『アルミ片手鍋』と、１８ｃｍ深型ステンレスボールです

垂直軸も、いままでどうりのＢＯＸ型としました

アルミ鍋は、取っ手部分を切断し、ヨー軸ＢＯＸの大きさにサンダーで大まかに削り落とし、後は手仕上げ

少しずつ『やすり』で削りながら仕上げました

今回の風力発電４号機は、ダウンウインド型なので、ノーズコーンにも気を使います

１００均の深型ステンレスボールを底面が球体になるよう、プラハンで叩いて形を整えました

これで、風の抵抗も少なくなるでしょう

まだマスキングテープで仮固定していますが、良い感じに仕上がりそうです

≪　エアギャップ５．５ｍｍ　≫

前回の発電機性能テストに少し不満が残り、エアギャップを６．０ｍｍから５．５ｍｍに≪再調整≫をしてみました