發(fā)電機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)電機,即使在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小的情況下也容易獲得高頻的交流電,進而適合于外徑尺寸的小型化。轉(zhuǎn)子（40）具有在周向上為交替地不同的磁極的多個磁鐵（48），定子（38）具有定子鐵芯（50）和電樞繞組（60），定子鐵芯（50）具有：第一定子凸極部，配置于一個第一槽部和與其在周向的一方相鄰的第一槽部之間；以及第二定子凸極部，配置于一個第一槽部和與其在周向的另一方相鄰的第一槽部之間。第一狀態(tài)與第二狀態(tài)交替地切換，第一狀態(tài)是與第一定子凸極部和第二定子凸極部的各自對置的磁鐵的磁極不同的狀態(tài)，第二狀態(tài)是與第一定子凸極部和第二定子凸極部的各自對置的磁鐵的磁極為與第一狀態(tài)相反的磁極的狀態(tài)。
【專利說明】
發(fā)電機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于自行車的輪轂發(fā)電機等的發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]自行車的輪轂發(fā)電機的轉(zhuǎn)子以與車輪相同程度的速度旋轉(zhuǎn)，因此，與輥式發(fā)電機相比轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速容易變慢，從而存在低速行進時的感應(yīng)電動勢不足的傾向。因此，在輪轂發(fā)電機中優(yōu)選使用精心設(shè)計成即使在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小的情況下也能夠獲得高頻的交流電的結(jié)構(gòu)。
[0003]作為該示例之一，在專利文獻I中提出了爪極式發(fā)電機。該發(fā)電機包括定子和配置在定子的外周側(cè)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子具有在周向上排列配置的多個磁鐵，各磁鐵的與定子對置的磁極為在周向上交替變化的磁極。定子包括配置在軸向兩側(cè)的一對定子鐵芯。各定子鐵芯設(shè)置成具有朝向彼此接近的一側(cè)延伸的多個爪部，各定子鐵芯的爪部的位置在周向上交替。各定子鐵芯的爪部配置在轉(zhuǎn)子的各磁鐵的徑向內(nèi)側(cè)，通過該磁鐵被磁化成產(chǎn)生在周向上交替變化的極性。在定子中，在從磁鐵經(jīng)由各定子鐵芯的爪部供磁通通過的位置配置有電樞繞組。
[0004]在該發(fā)電機中，通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，使磁鐵相對于各定子鐵芯的爪部的相對位置變化，伴隨于此，各爪部的極性切換，由此，在電樞繞組中交鏈的主磁通的方向反轉(zhuǎn)，在電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。此時獲得的交流電由于成為與磁鐵的極數(shù)成比例的大小的頻率，因此容易獲得與磁鐵的極數(shù)對應(yīng)的高頻交流電。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻1:日本特開2007-49839號公報。
[0006]近年來，為了實現(xiàn)自行車外觀設(shè)計性的提升，而要求輪轂外徑尺寸的小型化，伴隨于此而期望輪轂發(fā)電機的外徑尺寸的小型化。在爪極式發(fā)電機中構(gòu)成為，磁化成不同極性的各定子鐵芯的爪部在周向上交替地排列。由此，隨著輪轂發(fā)電機的外徑尺寸減小，相鄰的爪部間的距離變得過小。其結(jié)果為，磁通容易通過磁化成不同極性的爪部之間，不在電樞繞組中交鏈的漏磁通容易增大。因此，在爪極式發(fā)電機中存在如下問題:伴隨外徑尺寸的減小，漏磁通增大，從而難以獲得足夠的感應(yīng)電動勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是鑒于這樣的課題而完成的，其目的之一在于提供一種發(fā)電機，即使在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小的情況下也容易獲得高頻的交流電，進而適合于外徑尺寸的小型化。
[0008]本發(fā)明的某個方式的發(fā)電機包括:定子；和轉(zhuǎn)子，配置于定子的外周側(cè)或者內(nèi)周側(cè)，轉(zhuǎn)子具有多個磁鐵，該多個磁鐵的與定子對置的磁極為在周向上交替地不同的磁極，定子具有:在周向上隔開間隔地形成有多個第一槽部的定子鐵芯;和卷繞于多個第一槽部之間的電樞繞組，定子鐵芯具有:第一定子凸極部，配置于一個第一槽部和與其在周向的一方相鄰的第一槽部之間；和第二定子凸極部，配置于一個第一槽部和與其在周向的另一方相鄰的第一槽部之間，磁鐵、第一定子凸極部以及第二定子凸極部的位置確定為，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時第一狀態(tài)與第二狀態(tài)交替地切換，所述第一狀態(tài)是與第一定子凸極部和第二定子凸極部的各自對置的磁鐵的磁極不同的狀態(tài)，所述第二狀態(tài)是與第一定子凸極部和第二定子凸極部的各自對置的磁鐵的磁極為與第一狀態(tài)相反的磁極的狀態(tài)。
[0009]發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得一種即使在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小的情況下也容易獲得高頻的交流電進而適合于外徑尺寸的小型化的發(fā)電機。
【附圖說明】
[0010]圖1是表示搭載第一實施方式的自行車用發(fā)電機的自行車的局部側(cè)視圖。
[0011]圖2是表示第一實施方式的自行車的輪轂和周圍的構(gòu)成的正視圖。
[0012]圖3是表示第一實施方式的自行車用發(fā)電機的剖視圖。
[0013]圖4是表示第一實施方式的自行車用發(fā)電機的電樞繞組的剖視圖。
[0014]圖5是表示第一實施方式的磁鐵和定子凸極部的位置關(guān)系的圖。
[0015]圖6是表示第一實施方式的發(fā)電機的電角為零的狀態(tài)的圖。
[0016]圖7是表示第一實施方式的發(fā)電機的電角為jt/2的狀態(tài)的圖。
[0017]圖8是表示第一實施方式的發(fā)電機的電角為Ji的狀態(tài)的圖。
[0018]圖9是表示第一實施方式的發(fā)電機的電角為3V2的狀態(tài)的圖。
[0019]圖10是第二實施方式的發(fā)電機的剖視圖。
[0020]圖11是表示第二實施方式的發(fā)電機的電樞繞組的剖視圖。
[0021]圖12是表示第二實施方式的發(fā)電機的電角為零的狀態(tài)的圖。
[0022]圖13是表示第二實施方式的發(fā)電機的電角為jt/2的狀態(tài)的圖。
[0023]圖14是表示第二實施方式的發(fā)電機的電角為Ji的狀態(tài)的圖。
[0024]圖15是表示第二實施方式的發(fā)電機的電角為3V2的狀態(tài)的圖。
[0025]附圖標(biāo)記說明 10…發(fā)電機
12…自行車 22…前輪(旋轉(zhuǎn)部)
26…輪轂 38…定子 40…轉(zhuǎn)子 48…磁鐵 50…定子鐵芯 52…第一槽部 60…電樞繞組 62A…第一定子凸極部 62B…第二定子凸極部。
【具體實施方式】
[0026]以下，在各實施方式的說明中，對相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的標(biāo)記，并省略重復(fù)的說明。并且，在各附圖中，為了便于說明，適當(dāng)省略構(gòu)成要素的一部分。
[0027][第一實施方式]
圖1是表示搭載第一實施方式的自行車用發(fā)電機10(以下簡稱為發(fā)電機10)的自行車12的局部側(cè)視圖。自行車12具有能夠旋轉(zhuǎn)地支承于主車架14的前管16的前叉18、和安裝于前叉18的輪轂軸20。在輪轂軸20上旋轉(zhuǎn)自如地支承有作為車輪的前輪22。在前輪22的旁側(cè)設(shè)置有車頭燈24，通過發(fā)電機10而獲得的電力被供給到車頭燈24。
[0028]前輪22還具有經(jīng)由軸承(未圖示)旋轉(zhuǎn)自如地支承于輪轂軸20的筒狀的輪轂26、安裝于輪轂26的外周部的多根輻條28、以及安裝于各輻條28的外周部的輪緣30。在輪緣30上安裝有輪胎32。
[0029]圖2是表示自行車12的輪轂26和周圍的構(gòu)成的正視圖。輪轂26以外的構(gòu)成由雙點劃線表示。在輪轂26內(nèi)收納有成為輪轂發(fā)電機的發(fā)電機10。在輪轂軸20的軸向的兩端部形成有外螺紋34。輪轂軸20通過與各外螺紋34旋合的螺母36的緊固而與輪轂26—起固定于前叉18。
[0030]圖3是發(fā)電機10的剖視圖。本圖是與后述的轉(zhuǎn)子40的旋轉(zhuǎn)中心的軸線方向正交的剖視圖，也是沿圖2的A-A線的截面。另外，在本圖中省略輪轂26。并且，在以下的說明中，在對后述的定子38和轉(zhuǎn)子40的各構(gòu)成要素的位置關(guān)系進行說明時，有時使用“軸向”、“周向”、“徑向”的術(shù)語。其中的“軸向”表示轉(zhuǎn)子40的旋轉(zhuǎn)中心的軸線方向，“周向”、“徑向”分別關(guān)于轉(zhuǎn)子40的旋轉(zhuǎn)中心表示周向、徑向。
[0031]發(fā)電機10包括相對于輪轂軸20固定的定子38、以及相對于輪轂軸20支承為旋轉(zhuǎn)自如的轉(zhuǎn)子40。發(fā)電機10是在定子38的外周側(cè)配置有轉(zhuǎn)子40的外轉(zhuǎn)子式發(fā)電機。并且，發(fā)電機10是同步發(fā)電機。轉(zhuǎn)子40設(shè)置成能夠與作為前輪22的一部分的輪轂26—體地旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子40能夠與前輪22的旋轉(zhuǎn)聯(lián)動地旋轉(zhuǎn)。
[0032]轉(zhuǎn)子40整體形成為環(huán)狀。轉(zhuǎn)子40具有包括環(huán)狀基部42的轉(zhuǎn)子鐵芯46、以及在轉(zhuǎn)子40的周向上排列地配置的多個磁鐵48。磁鐵48通過粘接等與處于與定子38對置的一側(cè)的環(huán)狀基部42的內(nèi)周面接合。在轉(zhuǎn)子鐵芯46上，在環(huán)狀基部42的內(nèi)周側(cè)沒有設(shè)置有多個凸極部。
[0033]磁鐵48是永久磁鐵。磁鐵48用于后述的電樞繞組60的磁場。磁鐵48的徑向為磁化方向。在本圖中，在磁鐵48內(nèi)從S極朝向N極的方向用箭頭C來表示。磁鐵48設(shè)置成沿著周向延伸的板狀。磁鐵48設(shè)置有多個，并且設(shè)置成與定子38在徑向?qū)χ玫拇艠O為在周向上交替地不同的磁極。各磁鐵48構(gòu)成為與定子38在徑向?qū)χ玫膬?nèi)周部的周長wl為相等的大小。這里的所謂“相等”包括完全相同的情況和大致相同的情況?！跋嗟取钡慕忉屢韵乱彩峭瑯拥?。
[0034]磁鐵48配置于以與預(yù)定角度λ(以下也稱為磁極間距)相等的角度在周向上錯開的位置。在本示例中磁鐵48合計設(shè)置有20個，與定子38對置的磁極也合計設(shè)置20個。也就是說，它們設(shè)置有偶數(shù)個。并且，磁極間距λ為18° (=360°/20)。該磁極間距λ相當(dāng)于發(fā)電機10的電角I當(dāng)轉(zhuǎn)子40旋轉(zhuǎn)磁極間距λΧ 2時，如后面說明的那樣，通過電樞繞組60而產(chǎn)生一周期的交流電。
[0035]定子38整體形成為環(huán)狀。定子38具有在周向上隔開間隔地形成有多個第一槽部52的定子鐵芯50。轉(zhuǎn)子鐵芯46和定子鐵芯50通過在轉(zhuǎn)子40的軸向上層疊多個金屬板而構(gòu)成。該金屬板以電磁鋼板等軟磁性體作為材料。
[0036]各第一槽部52配置于在周向上錯開了相等角度的位置。在本示例中，第一槽部52合計設(shè)置4個。第一槽部52形成為從與轉(zhuǎn)子40對置的一側(cè)即徑向外側(cè)向相反側(cè)的徑向內(nèi)側(cè)凹陷。
[0037]定子38除了第一槽部52之外，還具有與各第一槽部52各自的底側(cè)相鄰的弧狀的磁路連接部54、以及相對于第一槽部52在周向兩側(cè)相鄰的磁路部56A、56B。磁路連接部54沿周向連接各磁路部56A、56B。磁路部56A、56B具有與在周向上每隔一個地配置的第一槽部52的周向的一方(圖中順時針方向)相鄰的第一磁路部56A、以及與周向的另一方(圖中逆時針方向)相鄰的第二磁路部56B。第一磁路部56A與第二磁路部56B在周向上交替地配置，在本示例中，第一磁路部56A設(shè)置兩個，第二磁路部56B設(shè)置兩個。
[0038]在磁路部56A、56B中設(shè)置有朝向與轉(zhuǎn)子40對置的一側(cè)即徑向外側(cè)突出的多個定子凸極部62A、62B。各定子凸極部62A、62B相對于磁鐵48隔開預(yù)定間隙地配置。構(gòu)成為各定子凸極部62A、62B的與轉(zhuǎn)子40在徑向?qū)χ玫哪┒瞬康闹荛Lw2比磁鐵48的內(nèi)周部周長wl小。
[0039]定子凸極部62A、62B具有設(shè)置于第一磁路部56A的兩個第一定子凸極部62A和設(shè)置于第二磁路部56B的兩個第二定子凸極部62B。第一定子凸極部62A和第二定子凸極部62B配置于與在周向上每隔一個地配置的第一槽部52(例如圖中上側(cè)的第一槽部52和下側(cè)的第一槽部52)對應(yīng)的位置。詳細(xì)來說，第一定子凸極部62A配置于在周向上每隔一個地配置的一個第一槽部52(例如圖中上側(cè)的第一槽部52)與在周向的一方(順時針方向)相鄰的第一槽部52(例如圖中右側(cè)的第一槽部52)之間的周向范圍內(nèi)。第二定子凸極部62B配置于一個第一槽部52和與其在周向的另一方(逆時針方向)相鄰的第一槽部52(例如圖中左側(cè)的第一槽部52)之間的周向范圍內(nèi)。在本示例中，兩個第一定子凸極部62A與兩個第二定子凸極部62B在周向上交替地設(shè)置，分別各合計設(shè)置4個。
[0040]在設(shè)置于一個第一磁路部56A的多個第一定子凸極部62A之間和設(shè)置于一個第二磁路部56B的多個第二定子凸極部62B之間形成第二槽部64。第二槽部64形成為從與轉(zhuǎn)子40對置的一側(cè)即徑向外側(cè)朝向相反側(cè)的徑向內(nèi)側(cè)凹陷。第二槽部64的徑向尺寸比第一槽部52的徑向尺寸小。其結(jié)果為，各磁路部56A、56B在與第二槽部64的底側(cè)相鄰的部分處的徑向尺寸比磁路連接部54大。由此，像后面說明的那樣，在將電樞繞組60卷繞在各磁路部56A、56B的各自的基礎(chǔ)上，容易確保各磁路部56A、56B的強度。
[0041 ]并且，各磁路部56A、56B形成為周向的寬度隨著朝向與轉(zhuǎn)子40對置的一側(cè)即徑向外側(cè)而增大。由此，在將電樞繞組60卷繞在各磁路部56A、56B的各自的基礎(chǔ)上，電樞繞組60不易從各磁路部56A、56B向徑向外側(cè)脫離。
[0042]另外，設(shè)置第一槽部52是為了在周向上隔開第一定子凸極部62A與第二定子凸極部62B。并且，設(shè)置第二槽部64是為了在周向上隔開多個第一定子凸極部62A的每個以及多個第二定子凸極部62B的每個。
[0043 ]圖4是表示發(fā)電機1的電樞繞組60的剖視圖。在本圖中對轉(zhuǎn)子40的軸向的一方(紙面近前側(cè))的電樞繞組60的卷繞方向B—并進行表示。定子38還具有卷繞在多個第一槽部52之間的電樞繞組60。電樞繞組60卷繞在設(shè)置于在周向上相鄰的第一槽部52之間的第一磁路部56A和第二磁路部56B中的某一個上。此時，電樞繞組60以在周向上跨越多個第一定子凸極部62A或者多個第二定子凸極部62B的方式卷繞。電樞繞組60以從周向兩側(cè)以及軸向兩側(cè)包圍這樣的多個第一定子凸極部62A或者多個第二定子凸極部62B的方式卷繞。
[0044]利用這樣為了隔開第一定子凸極部62A和第二定子凸極部62B而設(shè)置的第一槽部52的空間，在該空間中收納電樞繞組60，因此，以電樞繞組60的量抑制了徑向的厚度尺寸。
[0045]電樞繞組60以集中繞組方式卷繞于在周向上相鄰的第一槽部52之間，但是也可以以經(jīng)由其他的第一槽部52的方式通過分布繞組的方式卷繞。在周向上相鄰的電樞繞組60以彼此反向的卷繞方向B卷繞，但是也可以向相同的方向卷繞。
[0046]如后面說明的那樣，在電樞繞組60中，在轉(zhuǎn)子40旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生同相的交流電。各電樞繞組60并聯(lián)地電連接，其輸出端與未圖示的整流電路連接，對整流電路輸出單相的交流電。整流短路在對交流電進行整流和平滑等并轉(zhuǎn)換為直流電之后，將其供給至作為外部電氣設(shè)備的車頭燈24(參照圖1)。另外，各電樞繞組60也可以串聯(lián)地電連接。
[0047]圖5是表示磁鐵48和定子凸極部62A、62B的位置關(guān)系的圖。在本圖中，為了對多個磁鐵48和定子凸極部62A、62B中的一部分進行區(qū)分，而在各自的標(biāo)記末尾標(biāo)注(a)等字母來表示。以下的附圖中也存在同樣地表示的情況。
[0048]設(shè)置于一個第一磁路部56A的多個第一定子凸極部62A基于與各磁鐵48的磁極間距λ的關(guān)系配置于以與λΧ2相等的角度在周向上錯開的位置。設(shè)置于一個第二磁路部56B的多個第二定子凸極部62Β也配置于以與λΧ2相等的角度在周向上錯開的位置。并且，在第一定子凸極部62Α的附近在周向上相鄰的其他第二定子凸極部62Β配置于以與λΧ3相等的角度在周向上錯開的位置。
[0049]由此，在η為I以上的自然數(shù)時，第一定子凸極部62Α配置在相對于其他的第一定子凸極部62Α以與λΧ2η相等的角度在周向上錯開的位置。例如，第一定子凸極部62A(a)相對于在其順時針方向相鄰的其他第一定子凸極部62A(b)以λΧ2在周向上錯開，相對于在其逆時針方向相鄰的其他第一定子凸極部62六(^以人\8(=人\3+人\2+人\3)在周向上錯開。第二定子凸極部62Β也同樣地相對于其他的第二定子凸極部62Β配置于以與λΧ2η相等的角度在周向上錯開的位置。
[0050]并且，第二定子凸極部62Β相對于第一定子凸極部62Α配置在以與λΧ(2η+1)相等的角度在周向上錯開的位置。例如，第二定子凸極部62B(h)相對于在其順時針方向相鄰的第一定子凸極部62A(a)以λΧ3錯開，相對于在其逆時針方向相鄰的第一定子凸極部62A(f)錯開\\5(=人\2+人父3)。
[0051 ]使用圖6至圖9對以上的發(fā)電機1的動作進行說明。各圖表示轉(zhuǎn)子40向方向P每次旋轉(zhuǎn)電角V2時的狀態(tài)。并且，在圖6和圖8中主要表示流經(jīng)轉(zhuǎn)子鐵芯46等的磁通中的主磁通的流動，漏磁通的流動省略。并且，在圖7和圖9中表示漏磁通的流動。以下處于圖6的位置關(guān)系時的電角為零，在圖7至圖9中電角為V2、3t、3jt/2。并且，為了方便，對一個磁鐵48(a)標(biāo)注V’標(biāo)記來表示。
[0052]如圖6所示，在電角為零時，各定子凸極部62A、62B處于與其附近的磁鐵48在徑向?qū)χ们遗c磁鐵48遍及周向的整個寬度重合的位置。此時，與第一定子凸極部62A對置的磁鐵48的磁極為N極，與第二定子凸極部62B對置的磁鐵48的磁極為S極。也就是說，第一定子凸極部62A和第二定子凸極部62B所對置的磁鐵48的磁極為不同的磁極。
[0053]由此，在各第一定子凸極部62A中流過從在徑向外側(cè)對置的磁鐵48朝向徑向內(nèi)側(cè)的磁通，在各第二定子凸極部62B中流過朝向在徑向外側(cè)對置的磁鐵48的磁通。其結(jié)果為形成穿過隔著一個第一槽部52的周向兩側(cè)的第一定子凸極部62A和第二定子凸極部62B的閉環(huán)的磁路Mp。例如磁鐵48(b)形成如下的磁路Mp:經(jīng)由第一定子凸極部62A(a)—磁路連接部54(a)—第二定子凸極部62B(h)到達(dá)磁鐵48(s)，進而經(jīng)由轉(zhuǎn)子鐵芯46返回到最初的磁鐵48(b)。
[0054]該磁路Mp形成為在各電樞繞組60內(nèi)在徑向交鏈。此時，在周向上相鄰的第一槽部52之間設(shè)置有多個第一定子凸極部62A或者多個第二定子凸極部62B中的某一方。因此，能夠在沿周向跨越該多個定子凸極部62A、62B的電樞繞組60內(nèi)使從各磁鐵48產(chǎn)生的磁通為相同的方向并交鏈。
[0055]如圖7所示，在電角為V2時，各定子凸極部62A、62B處于與其附近的在周向上相鄰的兩個磁鐵48在徑向?qū)χ们遗c各磁鐵48遍及周向的一半寬度重合的位置。這兩個磁鐵48的磁極為N極、S極。
[0056]其結(jié)果為形成如下閉環(huán)的磁路Mp:從在周向上相鄰的一個磁鐵48朝向另一個磁鐵48，經(jīng)由與它們對置的各定子凸極部62A、62B和轉(zhuǎn)子鐵芯46后折返。該磁路Mp形成為不交鏈各電樞繞組60。
[0057]如圖8所示，在電角為時，各定子凸極部62A處于與其附近的磁鐵48在徑向?qū)χ们遗c該磁鐵48遍及周向的整個寬度重合的位置。此時，與第一定子凸極部62A對置的磁鐵48的磁極為S極，與第二定子凸極部62B對置的磁鐵48的磁極為N極。也就是說，第一定子凸極部62A和第二定子凸極部62B所對置的磁鐵48的磁極為與電角為零時相反的磁極。
[0058]由此，在各第二定子凸極部62B中流過從在徑向外側(cè)對置的磁鐵48朝向徑向內(nèi)側(cè)的磁通，在各第一定子凸極部6 2 A中流過朝向在徑向外側(cè)對置的磁鐵4 8的磁通。其結(jié)果為形成穿過隔著一個第一槽部52的周向兩側(cè)的第一定子凸極部62A和第二定子凸極部62B的閉環(huán)的磁路Mp ο例如，磁鐵48 (r )形成如下的磁路Mp:經(jīng)由第二定子凸極部62B (h )—磁路連接部54(a)—第一定子凸極部62A(a)到達(dá)磁鐵48(a)，進而經(jīng)由轉(zhuǎn)子鐵芯46返回到最初的磁鐵48(r)0
[0059 ]該磁路Mp形成為在各電樞繞組60內(nèi)在徑向交鏈。此時，磁路Mp與電角為零時(參照圖6)相比，在電樞繞組60中交鏈的方向為反方向。
[0060]如圖9所示，在電角為3V2時，各定子凸極部62A處于與其附近的在周向上相鄰的兩個磁鐵48在徑向?qū)χ们遗c各磁鐵48遍及周向的一半寬度重合的位置。這兩個磁鐵48的磁極為N極、S極。
[0061]將以上那樣的電角為零的狀態(tài)設(shè)為第一狀態(tài)，并將電角為π的狀態(tài)設(shè)為第二狀態(tài)。在該情況下，在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)中的任一狀態(tài)時，與第一定子凸極部62A對置的磁鐵48的磁極和與第二定子凸極部62B對置的磁鐵48的磁極都為不同的磁極。并且，這些磁極在第二狀態(tài)下為與第一狀態(tài)相反的磁極。
[0062]如圖6所示，在一個電樞繞組60(例如電樞繞組60(b))內(nèi)，在第一狀態(tài)時，形成朝向徑向一方(內(nèi)側(cè))交鏈的磁路Mp。并且，如圖8所示，在一個電樞繞組60內(nèi)，在第二狀態(tài)時，形成朝向徑向另一方(外側(cè))交鏈的磁路Mp。在與一個電樞繞組60在周向上相鄰的其他的電樞繞組60(例如電樞繞組60(a))內(nèi)，如圖6所示，在第一狀態(tài)時，形成朝向徑向另一方(外側(cè))交鏈的磁路Mp。并且，如圖8所示，在其他的電樞繞組60內(nèi)，在第二狀態(tài)時，形成朝向徑向一方(內(nèi)側(cè))交鏈的磁路Mp。也就是說，當(dāng)在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間進行切換時，以在各電樞繞組60內(nèi)交鏈的磁通在徑向的方向反轉(zhuǎn)的方式切換，從而在各電樞繞組60產(chǎn)生交流的感應(yīng)電動勢。此時，在各電樞繞組60內(nèi)形成的磁路Mp的變化方式相同，各電樞繞組60中產(chǎn)生同相的交流電。這樣，在發(fā)電機10中，多個磁鐵48、多個定子凸極部62A、62B的位置確定為第一狀態(tài)與第二狀態(tài)交替地切換。
[0063]對以上的發(fā)電機10的作用效果進行說明。
[0064]一般來說，發(fā)電機的頻率f (Hz)在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速N(r/min)與發(fā)電機的極數(shù)P之間滿足下述的數(shù)學(xué)式(I)的關(guān)系。這里的所謂發(fā)電機的極數(shù)P在本實施方式中為磁鐵48的數(shù)量(20個)。
[0065]N=120Xf/P---(l)
本發(fā)明人使用圖3所示的結(jié)構(gòu)進行了分析。在該分析中，將轉(zhuǎn)子40的轉(zhuǎn)速N設(shè)為120(r/min)，求出由各電樞繞組60發(fā)出的電力的頻率f (Hz )，確認(rèn)了能否獲得與磁鐵48的數(shù)量對應(yīng)的頻率f的電力。其結(jié)果為，求出頻率f為20(Hz)，通過數(shù)學(xué)式(I)確認(rèn)了磁鐵48的數(shù)量為發(fā)電機的極數(shù)。
[0066]因此，在本實施方式的發(fā)電機10中，磁鐵48的數(shù)量越多，感應(yīng)電動勢的頻率越大，即使在轉(zhuǎn)子40的轉(zhuǎn)速小的情況下，也容易獲得高頻的交流電。另外，感應(yīng)電動勢的電壓與在電樞繞組60中交鏈的磁通和頻率的積成比例，因此，能夠獲得高頻的交流電相應(yīng)地成為能夠獲得高電壓的交流電。
[0067]并且，第一定子凸極部62A與第二定子凸極部62B設(shè)置于隔著第一槽部52的位置，從而容易將它們之間的間隔分離。由此，即使第一定子凸極部62A與第二定子凸極部62B通過磁鐵48被勵磁為不同的極性，也容易抑制第一定子凸極部62A與第二定子凸極部62B之間的漏磁通的產(chǎn)生。因此，在抑制第一定子凸極部62A與第二定子凸極部62B之間的漏磁通產(chǎn)生的同時，容易使發(fā)電機10的轉(zhuǎn)子40和定子38的外徑尺寸小型化。另外，這樣的抑制第一定子凸極部62A與第二定子凸極部62B之間的漏磁通產(chǎn)生就是抑制在電樞繞組60中交鏈的磁通減少而容易利用發(fā)電機10獲得足夠的輸出電壓。
[0068]利用這樣為了隔開第一定子凸極部62A和第二定子凸極部62B而設(shè)置的第一槽部52的空間，在該空間中收納電樞繞組60，因此，以電樞繞組60的量抑制徑向的厚度尺寸。
[0069]并且，例如在日本特開2012-182961號公報中記載的將電樞繞組卷繞在定子的多個凸極部的每個上的三相交流發(fā)電機中，伴隨著轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)量的增加，電樞繞組的數(shù)量增大，相應(yīng)地導(dǎo)致高成本和組裝性的降低。對于該點，在本實施方式中，能夠獲得高頻的交流電，而且不增加電樞繞組60的數(shù)量而只增加磁鐵48的數(shù)量即可，因此，相應(yīng)地能夠削減部件數(shù)量，能夠降低成本同時獲得良好的組裝性。
[0070]并且，在以往的爪極式發(fā)電機中，從轉(zhuǎn)子的磁鐵流到各定子鐵芯的爪部的磁通在爪部內(nèi)沿軸向改變了方向之后朝向爪部的根部流動。該爪部的與磁路方向(軸向)正交的磁路截面積根據(jù)爪部的徑向厚度和周長來確定。這里，在不改變發(fā)電機的軸長而使外徑尺寸小型化的情況下，定子鐵芯的爪部的軸長不變而在周向上變細(xì)，與磁鐵對置的間隙面變細(xì)，而且徑向的厚度減小，其結(jié)果為，爪部根部的磁路截面積減小。由此，關(guān)于定子鐵芯的爪部在間隙面承受的磁通容易集中于磁路截面積小的爪部的根部，容易在根部產(chǎn)生磁飽和。其結(jié)果為，在電樞繞組交鏈的磁通難以流動，難以利用發(fā)電機獲得足夠的輸出電壓。
[0071]對于該點，在本實施方式的發(fā)電機10中，在定子鐵芯50的定子凸極部62A、62B中，磁通并非朝向軸向而朝向徑向流動。該定子凸極部62A、62B的與磁路方向(徑向)正交的磁路截面積根據(jù)定子凸極部62A、62B的軸長和周長來確定，即使在發(fā)電機10的外徑尺寸小型化的情況下也不易變化。因此，即使在發(fā)電機10的外徑尺寸小型化的情況下，也能夠通過增長定子鐵芯50的軸長來確保定子凸極部62A、62B的磁路截面積。由此，即使在發(fā)電機10的外徑尺寸小型化的情況下，也能夠抑制定子凸極部62A、62B的磁飽和的發(fā)生，抑制在電樞繞組60中交鏈的磁通的減少，從而容易利用發(fā)電機10獲得足夠的輸出電壓。
[0072]并且，在周向上相鄰的第一槽部52之間設(shè)置多個第一定子凸極部62A或者多個第二定子凸極部62B，在以沿周向跨越定子凸極部62A、62B的方式卷繞的電樞繞組60內(nèi)，能夠通過該多個定子凸極部62A、62B使從各個磁鐵48產(chǎn)生的磁通為相同的方向并交鏈。由此，與在電樞繞組60內(nèi)使從單個磁鐵48產(chǎn)生的磁通交鏈相比，能夠增大電樞繞組60內(nèi)的磁通的變化量，相應(yīng)地容易獲得高電壓的交流電。
[0073]并且，各第一定子凸極部62A相對于其他第一定子凸極部62A以與λΧ2η相等的角度錯開，各第二定子凸極部62Β相對于第一定子凸極部62Α以與λΧ(2η+1)相等的角度錯開。由此，使各定子凸極部62Α、62Β相對于磁鐵48的相對位置對齊，使通過從各磁鐵48產(chǎn)生的磁通形成的磁路Mp的變化的方式一致，能夠利用各電樞繞組60容易地獲得同相的交流電。
[0074]并且，由于能夠?qū)盈B多個金屬板來構(gòu)成定子鐵芯50和轉(zhuǎn)子鐵芯46，因此能夠大幅地抑制主磁通所通過的部分處的渦電流造成的鐵損。
[0075][第二實施方式]
圖10是表示第二實施方式的發(fā)電機10的剖視圖，圖11是表示發(fā)電機10的電樞繞組60的剖視圖。轉(zhuǎn)子40的磁鐵48在圖3的示例中合計設(shè)置了20個，而在本示例中合計設(shè)置22個。磁極間距λ約為16.36° (=360°/22)。第一定子凸極部62Α和第二定子凸極部62Β在圖3的示例中在第一磁路部56Α和第二磁路部56Β各設(shè)置有兩個，但是在本示例中各設(shè)置有5個。這樣，磁鐵48和定子凸極部62Α、62Β的數(shù)量沒有特別限定。
[0076]使用圖12至圖15來說明以上的發(fā)電機1的動作。各圖表示轉(zhuǎn)子40向方向P每次旋轉(zhuǎn)電角V2時的狀態(tài)。在圖12和圖14中主要表示流經(jīng)轉(zhuǎn)子鐵芯46等的磁通中的主磁通的流動，漏磁通的流動省略。并且，在圖13和圖15中表示漏磁通的流動。以下處于圖12的位置關(guān)系時的電角為零，在圖13至圖15中電角為3t/2、3t、3V2。
[0077]如圖12所示，在電角為零時，各定子凸極部62A、62B處于與其附近的磁鐵48在徑向?qū)χ们遗c該磁鐵48遍及周向的整個寬度重合的位置。由此，與第一實施方式同樣地形成穿過隔著一個第一槽部52的周向兩側(cè)的第一定子凸極部62A和第二定子凸極部62B的閉環(huán)的磁路Mp。
[0078]如圖13所示，在電角為Ji/2時，各定子凸極部62A、62B處于與其附近的在周向上相鄰的兩個磁鐵48在徑向?qū)χ们遗c各磁鐵48遍及周向的一半寬度重合的位置。由此，與第一實施方式同樣地形成如下閉環(huán)的磁路Mp:從在周向上相鄰的一個磁鐵48朝向另一個磁鐵48，經(jīng)由與它們對置的各定子凸極部62A、62B和轉(zhuǎn)子鐵芯46而折返。
[0079]如圖14所示，在電角為時，各定子凸極部62A、62B處于與其附近的磁鐵48在徑向?qū)χ们遗c該磁鐵48遍及周向的整個寬度重合的位置。由此，與第一實施方式同樣地形成穿過隔著一個第一槽部52的周向兩側(cè)的第一定子凸極部62A和第二定子凸極部62B的閉環(huán)的磁路Mp。
[0080]如圖15所示，在電角為3jt/2時，各定子凸極部62A、62B處于與其附近的在周向上相鄰的兩個磁鐵48在徑向?qū)χ们遗c各磁鐵48遍及周向的一半寬度重合的位置。由此形成與電角為V2時相同的磁路Mp。
[0081 ] 如圖12所示，在一個電樞繞組60(例如電樞繞組60(b))內(nèi)，在第一狀態(tài)時，形成朝向徑向一方(內(nèi)側(cè))交鏈的磁路Mp。并且，如圖14所示，在一個電樞繞組60內(nèi)，在第二狀態(tài)時，形成朝向徑向另一方(外側(cè))交鏈的磁路Mp。并且，在與一個電樞繞組60在周向上相鄰的其他的電樞繞組60(例如電樞繞組60(a))內(nèi)，如圖12所示，在第一狀態(tài)時，形成朝向徑向另一方(外側(cè))交鏈的磁路Mp。并且，如圖14所示，在其他的電樞繞組60內(nèi)，在第二狀態(tài)時，形成朝向徑向一方(內(nèi)側(cè))交鏈的磁路Mp。與第一實施方式同樣，當(dāng)在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間切換時，以在各電樞繞組60內(nèi)交鏈的磁通在徑向的方向反轉(zhuǎn)的方式切換，從而在各電樞繞組60產(chǎn)生交流的感應(yīng)電動勢。此時，在各電樞繞組60內(nèi)形成的磁路Mp的變化的方式相同，在各電樞繞組60內(nèi)產(chǎn)生同相的交流電。
[0082]對于以上的發(fā)電機10中，本發(fā)明人也使用圖10所示的結(jié)構(gòu)進行了分析。在該分析中，將轉(zhuǎn)子40的轉(zhuǎn)速N設(shè)為120(r/min)，求出由各電樞繞組60發(fā)出的電力的頻率f (Hz)，確認(rèn)了能否獲得與磁鐵48的數(shù)量(22個)對應(yīng)的頻率f的電力。其結(jié)果為，求出頻率f為22(Hz)，通過數(shù)學(xué)式(I)確認(rèn)了磁鐵48的數(shù)量為發(fā)電機的極數(shù)。
[0083]因此，利用本實施方式的發(fā)電機10，也與第一實施方式同樣，磁鐵48的數(shù)量越多，感應(yīng)電動勢的頻率越大，即使在轉(zhuǎn)子40的轉(zhuǎn)速小的情況下，也容易獲得高頻的交流電。在其他的方面也獲得與第一實施方式同樣的作用效果。
[0084]以上根據(jù)實施方式對本發(fā)明進行了說明，但是實施方式只不過是表示本發(fā)明的原理和應(yīng)用。并且，在實施方式中，在不脫離權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)，可以進行大量的變形例和配置的變更。
[0085]發(fā)電機10以自行車用發(fā)電機為例進行了說明，但是其用途不限于此。并且，發(fā)電機10在為自行車用發(fā)電機10的情況下，轉(zhuǎn)子40能夠與自行車12的旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)聯(lián)動地旋轉(zhuǎn)即可。這里的旋轉(zhuǎn)部以作為車輪的前輪22為例進行了說明，但是除了輪轂殼、曲柄之外，也可以是后撥鏈器(鏈條張緊器)的帶輪等。并且，發(fā)電機10也可以并非輪轂發(fā)電機而構(gòu)成為輥式發(fā)電機等。雖然發(fā)電機10以外轉(zhuǎn)子式發(fā)電機為例進行了例示，但是也可以是在定子38的內(nèi)周側(cè)配置有轉(zhuǎn)子40的內(nèi)轉(zhuǎn)子式發(fā)電機。
【主權(quán)項】
1.一種發(fā)電機，其特征在于， 包括: 定子;和 轉(zhuǎn)子，配置于上述定子的外周側(cè)或者內(nèi)周側(cè)， 上述轉(zhuǎn)子具有多個磁鐵，該多個磁鐵的與上述定子對置的磁極為在周向上交替地不同的磁極， 上述定子具有:在周向上隔開間隔地形成有多個第一槽部的定子鐵芯；和卷繞于上述多個第一槽部之間的電樞繞組， 上述定子鐵芯具有:第一定子凸極部，配置于一個上述第一槽部和與其在周向的一方相鄰的第一槽部之間；和第二定子凸極部，配置于上述一個第一槽部和與其在周向的另一方相鄰的第一槽部之間， 上述磁鐵、上述第一定子凸極部以及上述第二定子凸極部的位置確定為，在上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時第一狀態(tài)與第二狀態(tài)交替地切換，所述第一狀態(tài)是與上述第一定子凸極部和上述第二定子凸極部的各自對置的磁鐵的磁極不同的狀態(tài)，所述第二狀態(tài)是與上述第一定子凸極部和上述第二定子凸極部的各自對置的磁鐵的磁極為與第一狀態(tài)相反的磁極的狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于， 在上述一個第一槽部和與其在周向的一方相鄰的第一槽部之間至少配置兩個上述第一定子凸極部， 在上述一個第一槽部和與其在周向的另一方相鄰的第一槽部之間至少配置兩個上述第二定子凸極部。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電機，其特征在于， 上述多個磁鐵配置在以與預(yù)定角度λ相等的角度在周向上錯開的位置， 上述第一定子凸極部配置在相對于其他的第一定子凸極部以與λΧ2η(η是I以上的自然數(shù))相等的角度在周向上錯開的位置， 上述第二定子凸極部配置在相對于上述第一定子凸極部以與λΧ(2η+1)相等的角度在周向上錯開的位置。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的發(fā)電機，其特征在于， 上述定子鐵芯通過在上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心的軸線方向上層疊多個金屬板而構(gòu)成。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的發(fā)電機，其特征在于， 本發(fā)電機是上述轉(zhuǎn)子能夠與自行車的旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)聯(lián)動地旋轉(zhuǎn)的自行車用發(fā)電機。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電機，其特征在于， 本發(fā)電機是自行車的輪轂發(fā)電機。
【文檔編號】H02K1/16GK105871091SQ201610010634
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月8日
【發(fā)明人】島和男, 深見正, 藤原岳志, 神部拓郎
【申請人】株式會社島野, 學(xué)校法人金澤工業(yè)大學(xué)