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回答受付中の質問

電磁誘導で1kw発電させたい

コイルで巻いた筒の中で磁石を上下に動かす電磁誘導により1kw発電させる場合、
(1)コイルの巻き数はどのくらい必要でしょうか?
(2)磁石の磁力の強さや磁石の大きさ等はどのくらい必要でしょうか?
(3)磁石の動く速さはどのくらい必要でしょうか?例えば1分間に何往復など。
この方法で1kwを発電させることが目的なので
装置を複数個使ってもいいのですが、その場合は
どのくらいの規模の装置が何個くらい必要でしょうか?
ざっくりとした感覚を知りたいのでざっくりとした回答で構いませんのでよろしくお願いします。

投稿日時 - 2018-04-14 12:33:09

QNo.9488481

すぐに回答ほしいです

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回答(11)

ANo.11

回答(9)再出

エネルギー源を開示なさることが不都合であれば、これ以上の情報提供を無理
強いする気持ちはありませんが・・・・・・・
想定なさっているエネルギー源が、どのような特性なのか(発生エネルギーが
一定なのか変動するか、変動の周期、変動振幅など)を考慮なさって、エネル
ギー変換機構を選択することをお勧めしたいと思います。

既成概念にとらわれない発想も大切ですが、物理的な原理原則を打ち破ること
は不可能です。従来考えられている制約条件を、どのように打破することを
提案なさりたいかを、具体的にご呈示なされば、建設的な回答が得られると
思います。

投稿日時 - 2018-04-18 21:36:17

お礼

ご指摘ありがとうございます。
技術の森には詳しい方がたくさんいらっしゃってとても勉強になります。
素晴らしいサイトですね。
自分も勉強して問題を解決したいと思います。また、その成果で困っている方にアドバイスできるようになりたいなとも思いました。

投稿日時 - 2018-04-18 23:18:52

ANo.10

回答(8)再出、 回答(9)さんに補足
ボイスコイルモータ
https://www.servo.jp/support/faq/faq022.html
http://www.technohands.co.jp/products/vcm-unit.html
http://www.hitachi-metals.co.jp/products/infr/ie/p03_21.html
これを流用すれば比較的簡単に発電機を作れる

基本的にモータと発電機は構造が同じ
普通のモータを軸側から回せば発電機になる
同様にボイスコイルモータを軸から動かすと発電する
残念ながら1kwクラスの大型は見つかりませんが

でも、ロックコンサートとかで使う大型スピーカは
物にも拠るけれど10kw以上の超大型も有ります
https://jp.yamaha.com/products/audio_visual/speaker_systems/index.html
https://www.soundhouse.co.jp/products/detail/item/207303/
https://www.toa.co.jp/products/prosound/speakers/
ただ、ストロークが短いのが難点ですが
これを使えばお手軽に実験できると思う
ただ、金額は半端無いですが

音響機器リース屋さんを回って、コーンの破れたスピーカを探せば、
もしかしたら無料で入手できるかも?
https://www.apex106.com/other/onkyo/
http://company-p.com/sub3.html

投稿日時 - 2018-04-17 21:00:17

お礼

たくさんの参考URLありがとうございます。
ボイスメールコイルモーターの原理を応用できそうに思います。
ただ、1kwが壁になりそうですね。
調べたいと思います。

投稿日時 - 2018-04-18 08:21:23

ANo.9

回答(7)再出です。
回答(8)さんのご指摘に触発されたので、もう少々書き込ませて頂きます。

回転運動の方が経済性に優れるとは、既存の電磁変換を応用した機器の例から
して明白なのに、往復運動に拘る理由は何でしょうか?特許出願に関わること
ならば、Q&Aサイトに頼ってはまずいことは、説明するまでもないと思います。
Q&Aサイトで質問なさるということは、秘匿する必要がないからではありませ
んか?

クランクシャフトの構造を使えば、往復運動を円運動に変換することが可能
なのは、蒸気機関や内燃機関の構造を参照すれば明白です。このような機構
利用できないご事情があるのでしょうか?






なお、直線運動に拘るのであれば、スピーカーのボイスコイルを駆動するよ
うな構造を使って、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する仕
組みがあります。構想設計してみましたので、ご興味があれば、数値を開示
することも可能ですが、電磁気応用機械の原理をご理解いただいているので
あれば、ヒントだけで十分とおもいますので、とりあえずこの程度にしてお
きます。

投稿日時 - 2018-04-16 22:30:05

お礼

ありがとうございます。エネルギー問題に興味があります。
私は素人ですが、素人だからこそ既成概念にとらわれない発想が出来る可能性もあります。
でも、あまりにも現実離れしている場合もあります。そこのとこを詳しい方々にご教授いただきたく投稿させていただきました。
クランク機構、アンプ機構面白そうですね。
勉強させていただきます。

投稿日時 - 2018-04-17 08:31:24

ANo.8

回答6です
>動力に関しては、今の時点では申し訳ありませんが伏せさせていただきたく思います。
そんな事言わずに教えてよ
憶測ですが、波力発電じゃあないかと
https://stonewashersjournal.com/2016/11/15/power2/
現在実用化もしくは実験中なのは
波の直線運動を回転運動に変換して発電機を回す
つまり、機械的損失が大きい
でも、波の直線運動をそのまま使って発電できれば変換効率は高いハズ?

恐らく、出来ない理由は直線駆動する発電機が無いからだと思う
理論的に不可能だからでなく、
開発コストが掛かると言うだけの話じゃあないかな?

投稿日時 - 2018-04-16 21:48:48

お礼

ありがとうございます。波力発電をふくむエネルギー問題に興味があります。
私は素人ですが、素人だからこそ既成概念にとらわれない発想が出来る可能性もあります。
でも、あまりにも現実離れしている場合もあります。そこのとこを詳しい方々にご教授いただきたく投稿させていただきました。

投稿日時 - 2018-04-17 08:28:36

ANo.7

再出です

実現したいことは、次の(1)(2)(3)のいずれでしょうか?
 (1) 電磁誘導+回転運動による1kW発電
 (2) 電磁誘導+往復運動による1kW発電
 (3) (1)(2)のいずれでもない 
    →具体的に記載してください(          )

もう一つ質問させてください。
発電機に機械的なエネルギーを供給する原動機には何を使うことを
想定しているのでしょうか? 
  人力/内燃機関/モーター

投稿日時 - 2018-04-15 09:01:35

補足

 ご質問ありがとうございます。
(2) 電磁誘導+往復運動による1kW発電
を考えています。
動力に関しては、今の時点では申し訳ありませんが伏せさせていただきたく思います。

投稿日時 - 2018-04-15 12:37:53

ANo.6

恐らく実現可能であろう手段を考えてみました

そのまんま素直に2.5kVAの発電機を流用する
https://www.monotaro.com/g/00026760/
効率がこれの半分だとすれば、これくらいの十分であろう

これをバラして発電機を取り出して
回転運動するロータを直線運動に改造する

ベアリングを↓に交換すれば可能かな?
https://jp.misumi-ec.com/vona2/mech/M0100000000/M0106000000/

バーチカルツインエンジンの片側シリンダをバラして
http://www.triumphmotorcycles.jp/
ピストンに先の直線運動に改造した発電機を取り付ける
片肺運転でも1200ccもあれば出力は十分であろう

元々ガソリンエンジンの吸排気工程のポンプ作用は損失以外の何物でもない
発電機に生じるポンプ作用など無視できるほど小さいであろう


あくまで効率とか予算とか無視しての話
まさかトライアンフを本当にバラしてなんて恐れ多い事は、、、、
ただ単にバーチカルツイン構造のエンジンの例として
分かりやすい構造なので

投稿日時 - 2018-04-14 18:54:42

お礼

分かりやすい参考例をありがとうございました。
参考URLもありがとうございました。
とても参考になりました。

投稿日時 - 2018-04-15 12:20:48

ANo.5

(3)再出です。
装置を複数個使う場合、その場合は どのくらいの規模の装置が何個くらい必要でしょうか?

発電式LEDライトを1000個使って、1000人の人が一斉にシャカシャカやれば、1kWの発電
できそうです。NHK番組の大科学実験みたいなイメージでしょうか?


このような原理の発電機では、コイルには磁石が通過する瞬間だけ正負にパルス状の電圧
が発生します。商用交流である50Hzや60Hzや、電池で得られる直流とは異なります。
利用するには、コイルで発生した電圧を整流してコンデンサに蓄え、その上で、交流
50Hz 100Vなど利用しやすい電気に変換する必要があります。
磁石の強さやコイルの巻数などを決めるためには、電磁気学の知識が必要であり、
利用できる電気への変換にはパワーエレクトロニクスの知識が必要です。
1kW発電機の設計は、知的ゲームとしてはとても面白いと思います。

取り急ぎ電気的なことだけ書いてみましたが、難しいのは他の回答者さんもご指摘ですが、
機械的な設計と思います。空気抵抗の問題然り、往復運動に伴う振動を抑制する方法など
考慮が必要と思われることが沢山ありますね。

投稿日時 - 2018-04-14 15:23:50

お礼

ありがとうございます。なるほど、LEDサイズを1000個使えば実現可能そうですね。頑張ります。

投稿日時 - 2018-04-15 08:27:16

ANo.4

上下動で発電って、フリーピストンのスターリングエンジンでも使うのでしょうか?まず、回転運動ではいけない理由があるとしても、必要な電圧も不明で周波数も不明でと不明な点が多すぎます。往復運動をそのまま使って発電するというのは効率的に考えてもかなりロスが大きくなり不利だと思うのですが、往復運動をそのまま使うとなれば、コイル内で磁石を動かすにしろ逆にしろ、磁気的な面を考えると筒状の部品の中を往復させることになるでしょう。内部を真空にでもできるならともかく、大気中でやればポンプと同じで周囲の空気を動かすのにかなりのエネルギーを使われてしまいます。

まぁ、そうしたことを度外視しても、ただ1KWだけでは設計のしようがないでしょう。

投稿日時 - 2018-04-14 15:00:33

お礼

ありがとうございます。
漠然と質問で申し訳ありません。
どうしても1kw発電させたいので
真空管にしようと思います。

投稿日時 - 2018-04-15 08:23:56

ANo.3

参考URLに振るだけで発電できるLEDライトの例を示します。
ご呈示の発電コンセプト通りの製品と思います。

電気的なパワーがどの程度か明確な数値はありませんが、白色LEDを1個点灯すること、
30秒振れば20分点灯できるとのことから、この程度の規模で、振っている間は、
1W程度は発電可能と判断していいと思います。
寸法はφ38×L255なので、体積としては、0.3リットルです。

1W-0.3リットルを基準とすれば、1kWの発電をするためには、300リットル程度の
規模が必要となると計算できます。

まずは、このような製品を入手して、分析して、設計の基礎データを構築すれば
よさそうに思います。

参考URL:http://www.daisaku-shoji.co.jp/p_nightstar_jp.html

投稿日時 - 2018-04-14 14:44:13

お礼

ありがとうございます。
LEDの例とても参考になりました。
他の方もおっしゃるようにかなりの
体積が必要になりそうですね。
発電効率を上げるため、真空管内で運動させたいと思います。

投稿日時 - 2018-04-15 08:19:13

ANo.2

機械的エネルギーと電気エネルギーを効率よく変換させるように発達してきた
ものがモーターです。電気エネルギーを機械的エネルギーに変換するのが
モーター、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するのが発電機と呼び
ますが、原理は共通で、可逆的な使い方ができます。

参考URLに、汎用モーターの仕様例を示します。
出力1.5kWの外形寸法を参照すると、本体部の長さが約260mm、外径が
約185mm程度です。 体積として、7リットル程度。
出力750Wの外形寸法を参照すると、本体部の長さが約220mm、外径が
約162mm程度です。 体積として、4.5リットル程度。

1kW出力とすれば、5~6リットル程度の体積と考えられます。

前置きはこの程度として、
お問い合わせの発電機では、磁石が作る磁束を、コイルが受け止める効率が
とても悪いと想定されますので、最適な構造の発電機に比べて、10倍以上の
体積が必要と推測します。

極めて荒っぽい推測ですが、100リットル程度の体積の規模になると想定
なさったら如何でしょうか。

お問い合わせの発電機の構造では、実用性は乏しいと思います。
電磁誘導の原理を体験する設備として、科学博物館などで展示することでも
お考えなのでしょうか?

参考URL:https://www.monotaro.com/g/00007462/?t.q=%83%82%81%5B%83%5E%81%5B1.5kw

投稿日時 - 2018-04-14 14:25:39

お礼

ありがとうございます。
1kw発電するのに100リットルの容量が必要となると確かに現実的には厳しいです。発電効率を上げるため、真空管内で運動させようと思います。

投稿日時 - 2018-04-15 08:13:02

ANo.1

コイルの巻数は、出力電圧によって変わります、それ以外にも、磁石の磁束密度、ギャップ、磁石振動回数や速度など
例えば車のオルタネーターは12V100A=1.2KW程度まで発電可能ですが。
上限振動でとなると閉磁路でないので、大きさに対する効率が非常に悪く1分間に600万回(100KHz)でアルニコ磁性体を使ったとしても、車のオルタネーターより大きなものになると思いますがネオジュームにしても非常に高価な磁石です、また1歩分間に600万回は機械的には不可能な回数で、技術的にも上下する磁石の速度は音速を超えるので、音速を超えない1万回以下が無難、回転子の発電機なら、1回転に並べたコイルの数だけ周波数が上がるし、移動距離が短いので2万回転でも音速を超えない、50個コイルがあれば100万回になる。
また音速で磁石が筒の中を動いた場合、その風圧は大きくものすごいエレルギーロスになる、吐き出す力と吸い込む力の両方が発生するから、おそらくですが1KW発電するのに数十馬力から100馬力の力が必要です。
1馬力=約750W(!KW=1.34馬力)です、回転子の発電機の発電効率が約80%とすれば2馬力もあれば十分です

投稿日時 - 2018-04-14 14:10:34

お礼

ありがとうございます。
単純に100万回動いて0.2kwの発電可能と言う解釈でよろしいでしょうか?
空気抵抗もネックになりそうですね。
真空管で考えようと思います。

投稿日時 - 2018-04-15 08:04:01

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