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エアーギャップ方式でのコイルと磁石の最適な組み合わせは？
- エアーギャップ方式の発電機を製作する際に、コイルと磁石の組み合わせについてわからないことがあります。
- エアーギャップ方式の発電機では、８コイルの直流または６コイルの三相交流に、８極（両面磁石１６個）または１２極（両面磁石２４個）が最適です。
- 風力発電においても、９コイルの三相交流に１２極（両面磁石２４個）が効果的です。
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最適な極数はさまざまな要素が絡んでくるかと思います。 ざっと考え付く範囲では、 運転回転数：回転数が高いと構造的にロータの外径を小さくする必要があり、下記のギャップとの関係もあって少ない極数の方に最適な場所が移動するかと思います。 ギャップとの兼ね合い：ギャップが極の間隔より広くなるようだと、磁束がギャップを通過せず隣の極に入るようになります。すると、発電電圧は低下すると思います。 出力電圧の周波数：望ましい出力周波数範囲と発電機の運転速度が決まると、おのずから極数は決まります。 コイルの形状：質問で書かれているURLにあるように円形のコイルを並べる場合、極数が多いとコイル断面積が急速に小さくなり、電圧的には不利になるように思います。 で、十分ギャップが小さく、回転子の径が十分確保できて、扇形の形状のコイルと磁極を使う（コイルの磁極を横切る部分の長さが一定）なら、同じ回転数ではコイル1個、1ターンあたりの電圧は極数に無関係に同じになります。結果コイルの巻き数が同じなら、多極の方がコイルの直列数が多くなる分だけ出力電圧があがるかと思います。 ただし、極数が少ないほうがコイル形状を大きくでき、その分巻き数を上げれるので、上記の効果は相殺されて、「出力電圧はそれほどは変わらない」という設計も可能かと思います。 ただし、コイルや磁極が円形の場合には、極数を上げると、コイルや磁極の径が小さくなって、磁束を横切る導体長が短くなるので、多極は不利になるかと思います。 このあたりを考えながら、最適な極数を探る必要があるかと思います。
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- foobar
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極数と周波数、回転数 たとえば、1000rpm(50/3回転毎秒）で出力周波数50Hzとすると、N極３、S極３の6極機になるかと思います。
補足
こんにちは。ご回答ありがとうございます。 計算方法などがあるのでしょうか？ 図書館の本でモーターに関するものを目を通しているのですが よくわかりません。 よろしくお願い致します。
- foobar
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若干コメント 6コイル8極の発電機は磁石とコイルの配置が良くないように感じます。 三相の発電機で、このようにコイルを配置した場合、 UVWと3個のコイルの並びで、Uの上にN極が来たとき、次のS極はVWの間に来るのが基本かと思います。 が、今の配置だとこのようになっていない様に思います。 （製作者の意図とは違う動きをしているような気がします。） また、今のコイル配置を見ると、単相発電機でもコイル間隔がそれなりにあいているようです。この配置だと、たぶん出力電圧波形がきれいな正弦波になりやすい反面、発電電圧が低めになるように思います。（短節巻きのような状況かと思います。） 電圧を優先するなら、もう少しコイルを大きく作る（理想的には隣の巻き線と重なるくらいに、かな）ほうが良いように思います。 コイル列の外側、内側には利用可能な空間があるようですので、ここをうまく利用すれば、よりよい導体形状にできそうに思います。
お礼
１２磁極（ＮＳ交互で片面） １２コイルでは あまり良くないでしょうか？
補足
ご回答ありがとうございます。 理解するのがやっとです。 ＞UVWと3個のコイルの並びで、Uの上にN極が来たとき、次のS極はVWの間に来るのが基本かと思います。 ＞理想的には隣の巻き線と重なるくらいに の部分が非常にヒントになりました。 ありがとうございます。
補足
お礼が遅くなり済みません。ご回答ありがとうございます。 内容が自分にはレベルが高いので理解するのに時間がかかりました。 望ましい出力周波数範囲はいくら高くても構いません。 発電機の運転速度は 1000ｒｐｍ です。 ＞＞おのずから極数は決まります。 どのような極数にすればよいのでしょうか？