コイルとマグネット

　　

エアギャップ発電機の

コイルとマグネットの関係を

考えて見ましょう

画像は、御覧のようにまだ仮組み状態のステーターです

後で、赤いマグネットガイドの穴にネオジム磁石が固定されます

mabofarmの風力発電２・３・４号機では、φ１５ネオジム磁石に対してコイル内径（長手）はすべて１８ｍｍです

手巻きのコイルにはバラツキがあります

ステーターに固定する時も、慎重にやらないとこの上下１．５ｍｍのゆとりも、なくなってしまいます

●　効率的なコイルの形は？

mabofarmで使用しているのコイルの形は、上の画像にもあるようにすべて逆三角形です

それはなぜか？

カッコいいから？！　

でも、それだけじゃないんです

下の画像を見てください

コイルの内径（長手方向）は、φ１５ネオジム磁石に合わせてすべて１８ｍｍ

コイル幅９ｍｍ、コイルの間隔も２ｍｍで統一しています

一目瞭然、左端の丸く巻いたコイルが一番大きくなっている事がわかりますね

逆三角形と長円に巻いたコイルは全く同じ大きさになっています

コイルの形が違うことで、発電機の大きさも変わってしまうんです

◇次に、逆三角形と長円はどう違うのか？

形は違っても幅の９ｍｍは変りませんから、巻き数は同じ

コイルの周長は、長円と比べて逆三角形の方が長くなってますね

コイル（銅線）は、長くなればなるほど抵抗となります

同じ巻き数なら起電力は同じなので、抵抗の少ない長円の方がより効率的となります

画像の長円形のコイルは内径・長手１８ｍｍに対し、短手方向は５ｍｍです

この短手５ｍｍも０ｍｍに出来れば、もっともっと効率の良いコイルとなります

◇では何故、mabofarmのコイルは逆三角形なのか？

それは,、コイルを巻く時の冶具にあります
コイル真ん中の空白区間（内径）の面積が大きければ安定したコイル巻き冶具を作る事が出来るからです

●　コイルの太さ（径）は？

◇風車の回転数が同じ場合

コイルの銅線は太ければ太いほど、発電電圧は低くなります
コイルの銅線が細ければ細いほど、発電電圧が高くなります

電圧の高い方が、より早くバッテリーへの充電を開始します

◇では、細い銅線を使った方が効率は良い？

mabofarmで使用している銅線（ホルマル線）径は、φ０．４５とφ０．６０の２種類

ザックリ言うと（ホント大雑把？いい加減？）

φ０．４５に流せる電流は４．５Ａ
φ０．６０に流せる電流は６．０Ａ　　くらいに考えてください

たくさんの水（電流）を流したくても、ホースが細い（銅線が細い）と水圧を（電圧）かけても多くの量は流れません
それどころか、水圧を掛け続けると蛇口からホースが外れたり、古くなったホースは破裂してしまいます（銅線は焼けてしまう）

ですから、たくさんの水（電流）を流したければ太いホース（銅線）を選択する事になります

※風力発電２号機は、ベンチテストで強制的に回転を上げて（１５００ｒｐｍ）、最高出力を記録しました
φ０．６ホルマル線の許容電流は、約６．０Ａですから３相交流とはいえ（３倍としても）、許容値を　オーバーしています
（なので、連続回転はちょっと不可ですね）

◇コイルの巻き数は？

コイルの巻き数が多ければ多いほど発電電圧は高くなります
ただし、一番上の画像を見ていただければわかるように、スペースが限られている場合、
同じ仕上がり寸法にコイルを巻くと、当然太い銅線を使えば巻き数も少なく、細い線に比べて電圧も低くなるわけです


◇用途にあった線径の選択

以上の事から、
大容量の大きな発電機を作りたい場合、コイルをたくさん巻くことはもちろん、使う銅線も太くする事
発電機を小さく、しかも低速回転からでもバッテリーへ充電を開始するためには、細い銅線をたくさん巻く方が有効な選択と言えるでしょう

発電機を作る前に、どういう用途で活用するかよく検討して、コイル銅線の選定をしなければなりません

●　マグネットの選定と取り付け方

◇何故ネオジム磁石？

発電機のローター部には、ネオジム磁石を使用しています
マグネットの材質には、他にフェライト磁石・コバルト磁石・アルニコ磁石などがあります

この中でもネオジム磁石は、世界最強の磁石と言われています

発電機は、磁力が大きいほど起電力が大きくなりますから、選定はネオジム磁石になるわけです

磁石は、面積が大きければ大きいほど、厚みが厚ければ厚いほど、磁力は強くなります
ただし、大きければ大きいほど、厚ければ厚いほど、値段も高くなります

mabofarmで現在使用しているネオジム磁石は、φ１５×ｔ５　の規格
理由は簡単、値段が安いから（笑）です
それから、コイルのところでも説明しましたが、磁石の大きさはコイル内径より小さくなくてはいけません
大きな磁石を使えば当然コイル内径（巻き始め）も大きくなり、コイルの仕上り径も大きくなる
その結果、発電機自体も大きくなるわけです

予算の気にならない方は、いろいろ試してみてください

◇ネオジム磁石の取り付け

マグネットジャパンでネオジム磁石を購入すると、こんな感じで送られてきます（梱包を外すと）

磁石と磁石の間にある白いものはプラスチック樹脂です

磁石の落下時もそうですが、磁石同士がぶつかると割れてしまう事もあります

取り扱いには十分気をつけてくださいね







※磁石を扱うときには、腕時計・携帯などは体から離して作業してください
磁力が強力なため壊れてしまう恐れがあります

ローターに取り付ける前、ネオジム磁石の極性を確認しておきます

ネオジム磁石の裏表はありませんから、Ｎ極とＳ極の区別が付きません

ローター取り付け時には、極性の違う磁石を交互に付ければ良いだけなので、くっつくか、反発するかで分けておくだけで良いと思います

ローターに、極性を交互にネオジム磁石を固定します

この時、エポキシ樹脂系接着剤で磁石を固定します











※ネオジム磁石の磁力がとても強力な為、接着剤を使わない方もいます
しかしmabofarmでは、安全の為、必ず接着剤で固定します

◇ローターの取り扱い

ネオジム磁石を取り付けたローター２枚は、とても危険です
作業中、ローターとローターが強烈に引き合い指を挟んでしまう事も起きます

組み立てるまでは、あえてローターの磁石同士を向き合わせ、厚めに折った新聞紙を間に挟んでくっつけておいてください