CN100367638C - 爪极式发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种爪极式发电机。该爪极式发电机(100)包括一永久磁铁(101)、两个定子轭(102L和102R)、一铁芯轭(103)以及一线圈(104)。铁芯轭(103)具有一对通过叠置多个薄板材(30a-30m)构成的半圆柱形第一分割片(30)，以及一对通过叠置多个薄板材(31a-31m)构成的长方柱形第二分割片(31)。第一分割片(30)的每个薄板材与第二分割片(31)的每个薄板材被设置为相互垂直。第一分割片(30)被设置为绕轴线相互相对，且第二分割片(31)被设置为绕轴线相互相对。第一分割片(30)和第二分割片(31)组合为一基本圆筒形，使得第二分割片(31)以夹入方式插入第一分割片(30)之间。

Description

爪极式发电机

技术领域

本发明涉及一种爪极式发电机，尤其涉及一种自行车用爪极式发电机。

背景技术

一种传统爪极式发电机包括一具有一永久磁铁的圆筒体、两个分别具有沿周向交替且平行设置的极片的爪极式定子轭、一磁性连接该定子轭的铁芯轭(core yoke)以及一围绕该铁芯轭设置的线圈。该爪极式发电机包括作为一外转子的永久磁铁，作为一内定子的定子轭、铁芯轭以及线圈。该永久磁铁的转动导致铁芯轭内产生交变磁通量，于是一电流流过该线圈以发电。

由于在定子轭和铁芯轭内产生交变磁通量的同时会产生涡电流，该涡电流降低了发电效率，因此需要抑制爪极式发电机内产生涡电流。通常，在铁芯作为发电机的定子时，沿着磁通量流动的方向对齐并叠置薄板材例如磁性钢板 ，从而抑制该涡电流。但是，一用作自行车的轮毂发电机的爪极式发电机具有一可被毂轴插入的圆筒状铁芯轭。当产生平行于该毂轴的磁通量时，不能仅通过叠置具有恒定形状的薄板材来构成该圆筒状铁芯轭。因此，按常规设想这样一种构造，其中，利用薄板材的形状和布置沿周向或径向分割该圆筒状铁芯轭，并抑制涡电流的产生。

例如图16所示，设想这样一种爪极式发电机，其由通过绕轴线呈放射状地分割一圆环形铁芯90获得的多个磁性钢板90a形成(参见日本专利公开No.7-236238)。磁性钢板90a的厚度朝一个方向减小，且通过沿周向叠置磁性钢板90a使其厚度薄的一侧设在铁芯90的内侧来将磁性钢板90a组成一环形。因此，产生磁通量的铁芯90是通过沿周向叠置磁性钢板90a构成的。于是，利用磁性钢板90a的叠置界面切断涡电流的流路，并抑制该涡电流的产生。

如图17(a)所示，设想这样一种爪极式发电机，其中，通过叠置同时呈圆筒状地卷绕一薄带板91a形成一磁性连接两个定子轭的铁芯轭91(参见日本专利公开No.6-261511)。如图17(b)所示，设想这样一种爪极式发电机，其是通过叠置并组合形成为半圆筒形的薄板材91b使直径沿着径向朝向外侧相继增大获得的(参见日本专利公开No.2000-302073)。因此，产生交变磁通量的铁芯轭91是通过沿轴向叠置薄板材91a和91b构成的。于是，涡电流的流路在薄板材91a和91b的叠置界面内以及沿薄板材91b周向的接缝处被切断，并抑制该涡电流的产生。

如图18所示，设想这样一种爪极式发电机，其中，一磁性连接两个定子轭的铁芯轭92组合排列为一四方筒形，同时一通过叠置四个具有恒定形状的薄板材93a构成的分割片/分割块93沿轴向搭叠(参见日本公开已决专利申请No.2991705)。结果，涡电流的流路在薄板材93a的叠置界面内以及分割片93之间的接缝处被切断，并抑制该涡电流的产生。

利用这种构造来抑制涡电流的产生，并提高爪极式发电机的发电效率。但是，需要使该爪极式发电机进一步小型化、减轻该爪极式发电机的重量，并进一步提高其发电效率。尤其是有必要使一固定在该自行车车轮的一毂轴上且用作一灯等的电源的所谓自行车用轮毂发电机小型化并减轻其重量，以及有必要以一与该自行车车轮的转数相当的回转力为该灯等稳定地产生足够电能。另一方面，由于相对于爪极式发电机的制造成本而言优选尽可能容易地制造该爪极式发电机，因此优选的是，即使该爪极式发电机被小型化为一尽可能简单的构造，也能容易地制造和组装该爪极式发电机。

但是，在图16所示构造中，难以使磁性钢板90a的厚度变化恒定，以及难以制造具有一要求的直径的铁芯90。更具体地说，当使爪极式发电机小型化时，就存在一要求例如磁性钢板90a的厚度尺寸等具有高精度以及要求一先进的制造技术的问题。

如图17所示，必须采用一较软的带状部件及其类似物以螺旋卷绕薄板材91a，且周向的涡电流流路不能被切断。另一方面，当沿径向叠置弯曲成一半圆筒形的薄板材91b时，随着沿径向朝向外侧排列薄板材91b，薄板材91b的弯曲直径必须相继增大。但是，难以通过利用手工粘着而无任何间隙地径向叠置薄板材91b而将薄板材91b加工成一半圆筒形。一个问题在于当沿薄板材91a和91b的叠置方向出现间隙时，用于使磁通量通过的横截面积就减小，且饱合磁通量减少。

如图18所示，当通过将由薄板材93a叠置成的分割片93组合为一四方筒形而构成铁芯轭92时，绕铁芯轭92卷绕的线圈94的直径大于具有一四方筒形的铁芯轭92的角部92a的直径。因此，一个问题在于难以使该爪极式发电机小型化。铁芯轭92的一角部92a和一平面部92b距离线圈94的距离发生变化不是发电机的一优选特征。另外，铁芯轭92的直径应减小，应鉴于爪极式发电机的小型化来考虑毂轴的外径等，同时优选扩大铁芯轭92的横截面积以增大饱合磁通量。因此优选的是，薄板材93a有效地设置在线圈94的中心处。但当如图所示通过将具有恒定形状的分割片93组合为一四方筒形来构成铁芯轭92时，一问题在于在线圈94的中央处存在许多未设置薄板材93a的空间。

发明内容

本发明是考虑到前述内容得到的。本发明的目的是提供一种用于抑制涡电流的产生、能提高发电效率、能通过在一线圈内有效地排列来实现小型化、以及易于制造且易于在爪极式发电机内更具体地说是在一自行车用爪极式发电机内组装的铁芯轭。

本发明的爪极式发电机包括：一设置为环形的永久磁铁；具有盘状部和多个从该盘状部的周缘起以沿周向的预定间隔沿轴向延伸的爪状极片的两个定子轭，该极片沿周向交替且平行地排列并被设置为与该永久磁铁相对；一磁性连接该两个定子轭的铁芯轭；以及一围绕该铁芯轭设置的线圈，其中，该铁芯轭具有一对通过叠置多个薄板材构成的半圆柱形第一分割片，以及一对通过叠置多个薄板材构成的长方柱形第二分割片；第一分割片的每个薄板材与第二分割片的每个薄板材被设置为相互垂直，第一分割片被设置为绕轴线相互相对，第二分割片被设置为绕轴线相互相对；以及第一分割片和第二分割片组合为一基本圆筒形，使得第二分割片以夹入方式插入第一分割片之间。该第一分割片的半圆柱形是一具有一用于与长方柱形第二分割片相接触的平面和一作为铁芯轭的外表面的基本周向面的柱形。该基本周向面由被叠置的薄板材的端部构成，且不总是限于一平滑周向面。依照本发明，可将薄板材有效地设置在线圈的中心处，并增大该铁芯轭在垂直于磁通量的方向上的横截面积。于是，可提高该定子轭的饱合磁通量。另外，可提高发电效率，并使该爪极式发电机小型化。

由于铁芯轭是通过叠置薄板材构成的，涡电流的流路被薄板材的界面切断。因此，能够抑制铁芯轭内产生涡电流，并提高发电效率。通过使铁芯轭形成为一基本圆筒形可保持该铁芯轭与该线圈之间的距离基本恒定，并改进爪极式发电机的特性。可以减小该线圈的直径。由此，降低阻抗并可小型化。于是，可获得一种重量轻、尺寸小且具有高电动势的稳定爪极式发电机。

在本发明的爪极式发电机中，该第一分割片的薄板材在垂直于铁芯轭的轴线的方向上的长度随着将薄板材设置在该轴线的外侧而相继缩短。依照本发明可利用一简单结构来构成该半圆柱形第一分割片，且易于处理该第一分割片。因此，降低了该爪极式发电机的组装成本。

在该爪极式发电机中，利用沿厚度方向形成的嵌合凹凸部或一嵌合孔分别将该第一分割片和该第二分割片的薄板材嵌合为一体状态。通过预先将叠置的薄板材结合为第一分割片和第二分割片，易于处理和组装铁芯轭。因此，降低了该爪极式发电机的组装成本。

由于薄板材由一硅钢板材例如一定向电磁钢板和一无定向电磁钢板制成，磁通量易于穿过该薄板材，且该薄板材具有较高的电阻。因此，可进一步抑制铁芯轭内产生涡电流。

该爪极式发电机固定在一自行车车轮的一毂轴上且用于该自行车。由此，可获得一种小且轻、并且以与自行车车轮转数相当的回转力为一灯或及类似物稳定地生成足够电能的轮毂发电机。

附图说明

图1是示出一固定在自行车车轮的一毂轴1上的爪极式发电机100的总体构造的正视图；

图2是一爪极式发电机100的侧视图；

图3是示出一永久磁铁101的构造的正视图；

图4(a)是一定子轭102L的正视图，而图4(b)是一定子轭102L的侧视图；

图5(a)是示出一铁芯轭103、一线圈104以及一绕线管105的正视图，而图5(b)是其局部剖视侧视图；

图6是说明一绕线管105的构造的透视图；

图7是一铁芯轭103的分解透视图；

图8是说明一内定子的组装的正视图；

图9是示出一薄板材30a的构造的平面图；

图10是示出一薄板材30m的构造的平面图；

图11(a)是示出嵌合凹凸部34m的局部剖视图，而图11(b)是示出一嵌合孔34a与嵌合凹凸部34b-34m的嵌合状态的局部剖视图；

图12是示出一薄板材31a的构造的平面图；

图13是说明一用于制造一第一分割片30和一第二分割片31的方法的工序布置图；

图14是说明另一种用于制造一第一分割片30和一第二分割片31的方法的工序布置图；

图15是示出在一爪极式发电机100内产生的一交变磁通量G和一涡电流I的示意图；

图16是示出一传统爪极式发电机的一铁芯90的平面图；

图17是示出一传统爪极式发电机的一定子铁芯91的平面图；以及

图18是示出一传统爪极式发电机的一定子铁芯92的平面图。

具体实施方式

以下，将参照附图说明本发明的实施例。

图1示出依照本发明实施例的一爪极式发电机100的总体构造。如图1所示，爪极式发电机100具有一设置为环形的永久磁铁101、两个设置为与永久磁铁101相对的定子轭102L和102R、一磁性连接定子轭102L和102R的铁芯轭103以及一围绕铁芯轭103设置的线圈104。如此构成的爪极式发电机100被固定在任何已知自行车车轮的一毂轴1上，且该爪极式发电机100构成了一自行车用轮毂发电机。此外，毂轴1上形成有一阳螺纹/外螺纹，利用一螺母或其类似物将毂轴1固定在一自行车车轮用轮叉F上。

一毂盖2经由一轴承3可转动地连接到毂轴1上。毂盖2具有一鼓形毂2a和一辐条毂2b。如图1和2所示，鼓形毂2a是一中央附近直径较大且直径朝向两端渐缩呈锥形的圆筒体。盘形辐条毂2b分别设在鼓形毂2a的两端。多个孔2c沿周向排列在辐条毂2b的周缘附近。辐条S插入孔2c内，辐条毂2b经由该辐条S与一车轮的轮辋(未示出)连接。一用于输出容纳在毂盖2内的爪极式发电机100的电力的端子4自毂盖2起向外伸出。

永久磁铁101经由一支承环10固定在毂盖2中央的大直径部分的内周面上。如图3所示，支承环10是一圆环形框体，四个构成永久磁铁101的磁性钢板连续且呈环状地固定在支承环10的内周面上。呈环状设置的永久磁铁101被磁化为N极和S极沿周向交替设置，这样总共存在28个磁极。上述永久磁铁101和毂盖2构成了爪极式发电机100的一外转子。自行车的车轮绕毂轴1的轴线转动。由此转动毂盖2，设在毂盖2的内周面上呈环状的永久磁铁101也转动。

如图1所示，定子轭102L和102R从外部固定在毂轴1上并设在永久磁铁101的内侧。定子轭102L具有与定子轭102R相同的形状，因此随后将以定子轭102L的构造为例进行说明。如图4所示，定子轭102L具有一盘状部20L和多个从盘状部20L的周缘起以沿周向的固定间隔沿盘状部20L的厚度方向延伸的极片21L。

盘状部20L具有达到使盘状部20L容纳在永久磁铁101内侧的程度的尺寸。如图1所示，设定盘状部20L的外径，以使其达到远离当定子轭102L和102R设在永久磁铁101内侧时永久磁铁101的磁力作用于极片21L的程度。在盘状部20L的中央处打孔形成一用于插入毂轴1的插入孔22，以及在围绕插入孔22的四点处打孔形成用于嵌合铁芯轭103的铁芯嵌合孔23。铁芯嵌合孔23的形状是任意的，并不限于如图所示的基本矩形。铁芯嵌合孔23的形状可以是基本圆形或基本狭缝形。最低限度是使铁芯嵌合孔23与铁芯轭103嵌合。不一定要在铁芯嵌合孔23处打孔，也可在铁芯嵌合孔23所处的位置上形成凹槽。

另外，从盘状部20L外周缘的四点起沿径向形成狭缝24。狭缝24抑制一依照交变磁通量沿盘状部20L周向流动的涡电流。详细地说，当沿着嵌合在铁芯嵌合孔23内的铁芯轭103的轴向生成交变磁通量时，就产生围绕该交变磁通量即沿盘状部20L周向的涡电流。在涡电流的流路上形成狭缝24就使得该涡电流难以沿盘状部20L的周向流动，从而抑制该涡电流的产生。另外，在狭缝24内形成一加宽部/扩幅部24a，线圈104的一端自狭缝24中抽出。

14个磁极的极片21L形成在盘状部20L的外周缘上。极片21L沿着盖状部20L的厚度方向基本以直角延伸，并且其纵向平行于被插入盘状部20L的插入孔22内的毂轴1的轴向。可任意设定应形成在定子轭102L内的极片21L的数量。

如此构成的定子轭102L和102R相互结合，使极片21L和21R沿周向交替且平行地排列。当将定子轭102L和102R设在永久磁铁101的内侧时，14个磁极的极片21L和21R分别与永久磁铁101的28个磁极相对。

图5示出一铁芯轭103、一线圈104以及一绕线管105。如图5所示，铁芯轭103是通过组合一对第一分割片30和一对第二分割片31构成的，并且第一分割片30和第二分割片31是通过叠置多个薄板材构成的。以下将详细说明该叠置构造。如此构成的铁芯轭103容纳在绕线管105的中空轴50内，线圈104缠绕在该绕线管105上。另一方面，线圈104围绕绕线管105的中空轴50的外周卷绕。于是，线圈104被设置为环绕铁芯轭103。

由一树脂制成的绕线管105缠绕以线圈104。如图6所示，圆环形盘51同轴线设置在中空轴50的两端上。如图5所示，线圈104缠绕在中空轴50的外周上，铁芯轭103设在空心内。夹住线圈104的两个盘51防止该绕中空轴50缠绕的线圈104缠绕混乱。在盘51内从外周缘起沿径向形成一狭缝52，围绕该绕线管105缠绕的线圈104的内周侧的一端可从狭缝52中抽出。

图7是铁芯轭103的一分解透视图。如图5和7所示，铁芯轭103是通过组合一对半圆柱形的第一分割片30以及一对基本长方柱形的第二分割片31构成的，将第一分割片30设置成绕轴线相互面对以及将第二分割片31设置成绕轴线相互面对，使第二分割片31以夹入方式插入第一分割片30之间并组合为一基本圆筒形。嵌合到定子轭102L和102R的铁芯嵌合孔23内的嵌合凸部32和33分别形成在第一分割片30和第二分割片31的两端面上。当第一分割片30和第二分割片31设在绕线管105的中空轴50内时，嵌合凸部32和33从盘51凸出。嵌合凸部32和33的形状是任意的，并且足以使嵌合凸部32和33嵌合到铁芯嵌合孔23内。

组装如此构成的铁芯轭103、线圈104和绕线管105。如图8所示，将毂轴1插入铁芯轭103内，以及将定子轭102L和102R嵌合到铁芯轭103的两端上。定子轭102L经由铁芯轭103与定子轭102R磁性连接。如图1和图8所示，利用一要安装到毂轴1上的安装螺母6且经由一垫圈5固定铁芯轭103、线圈104、绕线管105及定子轭102L和102R，使它们组合成一体，构成爪极式发电机100的内定子。

定子轭102L和102R与铁芯轭103之间的磁性连接不仅可通过嵌合凹凸部获得，而且可通过使定子轭102L和102R的盘状部20L和20R与铁芯轭103的端面接触的其它已知构造获得。但优选的是，利用铁芯嵌合孔23及嵌合凸部32和33的凹凸部增大定子轭102L和102R与铁芯轭103之间的接触区域以磁性连接定子轭102L和102R与铁芯轭103，并减小定子轭102L和102R与铁芯轭103之间的磁阻。

以下将详细说明铁芯轭103的第一分割片30和第二分割片31的叠置构造。

如图7所示，第一分割片30是一通过叠置十三片具有预定形状的薄板材30a-30m构成的叠层体，半圆柱形第一分割片30是通过结合该薄板材30a-30m构成的。也就是说，利用薄板材30a形成一面向铁芯轭103内侧且与第二分割片31接触的平面，利用薄板材30a-30m的端部阶梯式地形成一作为铁芯轭103外表面的基本周向面。

图9是构成半圆柱形第一分割片30的平面且具有最宽区域的薄板材30a的平面图，薄板材30a呈一矩形且其沿一个方向的边长基本等于绕线管105的中空轴50的轴向长度。薄板材30a沿另一个方向的边长略小于中空轴50的内径，且该沿另一个方向的边长是考虑到被插入铁芯轭103内的毂轴1的外径设定的，如图5所示。凸部32a分别从该沿另一个方向的边长的基本中央起凸出，且凸部32a与第一分割片30的嵌合凸部32相当。嵌合孔34a形成在薄板材30a内的两点处。嵌合孔34a同相邻于薄板材30a的薄板材30b(未示出)的嵌合凹凸部嵌合。

图10是构成半圆柱形的周向面且具有最窄区域的薄板材30m的平面图，同薄板材30a一样，薄板材30m呈一矩形且其沿一个方向的边长基本等于绕线管105的中空轴50的轴向长度。薄板材30m沿另一个方向的边长即沿垂直于轴线的方向的边长略小于薄板材30a沿该方向的边长。如图中虚线所示，其它矩形薄板材30b-30l的边长在轴向上具有恒定长度，并且在垂直于轴线的方向上随着在将薄板材组合为铁芯轭103时将该薄板材设在轴线的外侧而相继缩短。由此，叠置后的薄板材30a-30m的端部呈阶梯式地排列，形成基本半圆柱形周向面。设定用于相继缩短薄板材30a-30m在垂直于轴线的方向上的长度的比率，使得当第一分割片30构成铁芯轭103时铁芯轭103的截面形状基本为圆形。于是，铁芯轭103的外表面与线圈104之间的距离维持基本恒定。

凸部32m分别从沿薄板30m的另一个方向的边长的基本中央起凸出。凸部32m具有与薄板材30a的凸部32a相同的形状，类似地，凸部形成在其它薄板材30b-30l上。嵌合凸部32是通过结合这些凸部而构成的。在薄板材30m内对应于嵌合孔34a的位置处打孔形成嵌合凹凸部34m。嵌合凹凸部34m在叠置状态下与相邻薄板材30l嵌合。如图11(a)所示，通过在薄板材30m上施加一半模切冲压(half blanking punch)，沿着该薄板材30m的厚度方向一体形成凹凸部。尽管图中未示出，但类似的嵌合凹凸部形成在薄板材30b-30l上。如图11(b)所示，当薄板材30a-30m相继叠加时，形成在除薄板材30a以外的薄板材30b-30m上的嵌合凹凸部34b-34m的凸部与其凹部嵌合，且嵌合凹凸部34b的凸部与嵌合孔34a嵌合。由此，十三片薄板材30a-30m嵌合为一体。于是，通过打出嵌合孔34a来代替嵌合凹凸部而嵌合凹凸部的凸部不凸出第一分割片30的外表面，可使薄板材30a-30m相互嵌合并结合为一体。尽管在该实施例中嵌合孔34a打孔形成在薄板材30a内，但通过反转嵌合凹凸部的凹凸方向，该嵌合凹凸部可形成在薄板材30a内，而该嵌合孔形成在薄板材30m内。

由此，当通过叠置薄板材30a-30m以构成第一分割片30而沿铁芯轭103轴向产生交变磁通量时，可利用薄板材30a-30m之间的各个界面切断围绕磁通量方向即沿第一分割片30厚度方向生成的涡电流的流路。

另一方面，第二分割片31是一通过叠置十三片具有给定形状的薄板材31a-31m构成的叠层体，并且长方柱形第二分割片31是通过结合该薄板材构成的。但是，薄板材31a-31m具有不同于第一分割片30的相同形状。因此，将利用薄板材31a说明薄板材31a-31m。

图12是长方柱形第二分割片31的薄板材31a的平面图，薄板材31a呈一矩形且其沿一个方向的边长基本等于绕线管105的中空轴50的轴向长度。薄板材31a沿另一个方向的边长基本等于或略大于被插入铁芯轭103内的毂轴1的外径。凸部33a分别从该沿另一个方向的边长的基本中央起凸出，且该凸部33a与第二分割片31的嵌合凸部33相当。嵌合孔35a形成在薄板材31a内的两点处。嵌合孔35a同相邻于薄板材31a的薄板材31b(未示出)的嵌合凹凸部嵌合。

尽管图中未示出，其它薄板材31b-31m具有同薄板材31a相同的矩形。分别从该沿另一个方向的边长的基本中央起凸出的凸部33a-33m按照叠置方式相互结合以构成嵌合凸部32。嵌合凹凸部35b-35m打孔形成在薄板材31b-31m内对应于嵌合孔35a的位置处。按照与第一分割片30相同的方式，当薄板材31a-31m相继叠加时，嵌合孔35a与嵌合凹凸部35b-35m分别嵌合。由此，十三片薄板材31a-31m嵌合为一体。

由此，当通过叠置薄板材31a-31m以构成第二分割片31而沿铁芯轭103轴向产生交变磁通量时，可利用薄板材31a-31m之间的各个界面切断围绕磁通量方向即沿第二分割片31厚度方向生成的涡电流的流路。通过嵌合孔34a和35a以及嵌合凹凸部34b-34m和35b-35m分别使第一分割片30的薄板材30a-30m和第二分割片30的薄板材31a-31m结合成一体。从而易于处理第一分割片30和第二分割片31，提高绕线管105的组装操作效率。

如图5所示，第一分割片30的薄板材30a-30m和第二分割片31的薄板材31a-31m相互垂直设置。第一分割片30被设置成绕轴线相互面对，且第二分割片31也被设置成绕轴线相互面对。第一分割片30对和第二分割片31对组合为一基本圆筒形，使得第二分割片31以夹入方式插入第一分割片30之间。第一分割片30具有一半圆柱形，第二分割片31沿垂直于轴线的方向的长度基本等于或略大于以夹入方式插入第一分割片30内的毂轴1的外径。由此，产生将毂轴1插入第一分割片30对之间的空间，多个薄板材可有效地排列在作为线圈104中心的绕线管105的中空轴50内。结果，可扩大垂直于铁芯轭103的轴线的方向上的截面，即交变磁通量穿过的截面，并提高铁芯轭103的饱合磁通密度。铁芯轭103可形成一基本圆筒形，如图5所示，铁芯轭103与线圈104之间的距离可维持基本恒定。另外，可减小线圈104的直径，降低线圈104的内阻抗。

以下将说明一方法，但此方法只是一个例子，用于制造本发明第一分割片30和第二分割片31的方法并不限于以下方法。

图13是用于制造第一分割片30和第二分割片31的一高速压力机的一顺序金属冲模的工序布置图。利用一顺序冲模的一敛缝模(caulking die)从硅钢板材800中冲下薄板材30a-30m和31a-31m，获得第一分割片30和第二分割片31。由于通过采用具有定向的硅钢板材800制造薄板材30a-30m和31a-31m，磁通量易于穿过薄板材30a-30m和31a-31m且该薄板材30a-30m和31a-31m具有较大电阻，因此优选地能有效抑制铁芯轭103内产生涡电流。薄板材30a-30m和31a-31m并不限于由定向硅钢板材制造而成。可采用产生磁通量的任何已知且任意的磁性材料，例如，不具有定向的硅钢板材、纯铁以及诸如SPCC、SPCD及SPCE一类的冷轧带材。以下，将相继说明每个工序。

预先在一带状硅钢板材800内打出作为一定位标准的定位孔80。接着，冲切出确定沿垂直于除薄板材30a以外的薄板材30b-30m的轴线的方向的宽度的切割孔81b-81m、薄板材30a的嵌合孔34a以及薄板材31a的嵌合孔35a(S1-S13)。详细地说，自行进方向的上游侧起冲切出薄板材30a的嵌合孔34a、薄板材31a的嵌合孔35a(S13)及确定薄板材30m-30b的宽度的切割孔81m-81b(S12-S1)。

对叠置为一个第一切割块30和一个第二切割块31的十三片薄板材同时执行一用于形成切割孔81b-81m及嵌合孔34a和35a的切割冲压。在执行该切割冲压一次以后，利用一计数器或其类似物控制该切割冲压，使该切割冲压停止仅十二次。由此，在随后步骤中，自行进方向的上游侧起连续冲切出在垂直于轴线的方向上宽度不同的薄板材30a-30m，并可在一金属冲模内嵌合该薄板材30a-30m。

接着，执行一半模切冲压(half die cut punch)，以使除薄板材30a和31a以外的薄板材30b-30m和31b-31m分别形成嵌合凹凸部34b-34m和35b-35m(S14)。在该半模切冲压中，执行一冲压以将冲孔设定为硅钢板材800的板厚度的大约60％。由此，嵌合凹凸部34b-34m和35b-35m被形成为凹进和凸起位置分别形成在硅钢板材800的上侧和其下侧上。半模切冲压的位置与上述用于形成嵌合孔34a和35a的切割冲压的位置相同。由于嵌合孔34a和35a已经形成在薄板材30a和31a上，即使执行半模切冲压，也不会在该薄板材30a和31a上形成嵌合凹凸部。

接着，冲切出第二分割片31的一外形部82以施加一排出压力(S15)。由此，自硅钢板材800中拉出薄板材31a-31m，且这些薄板材通过该排出压力与已经冲切出的薄板材压力接触。嵌合孔35a与嵌合凹凸部35b-35m嵌合，薄板材31a-31m叠置在冲模内。由此，形成该组合成一体的第二切割块31。另一方面，冲切出第一分割片30的外形部83以从冲切第二分割片31的外形部82起延迟一步施加一排出压力(S16)。由此，从硅钢板材800中拉出薄板材30a-30m，且这些薄板材通过该排出压力与已经冲切出的薄板材压力接触。如图11(b)所示，嵌合孔34a与嵌合凹凸部34b-34m嵌合，薄板材30a-30m叠置在冲模内。由此形成该组合成一体的第一切割块30。尽管外形部83是薄板材30a的外形，但已经在除薄板材30a以外的薄板材30b-30m内分别冲切出切割孔81b-81m，且薄板材30b-30m被形成为沿垂直于轴线的方向的宽度相继缩短。由此，可制造分别组合成一体的第一分割片30和第二分割片31。由于依照本方法可利用一个金属冲模由硅钢板材800同时制造第一分割片30和第二分割片31，优点是提高了材料利用率且易于管理第一分割片30和第二分割片31的制造数量。

可利用一已知的排出压力环或其类似物施加用于使薄板材30a-30m和31a-31m压力接触的排出压力。尽管图中未示出，但将冲切出外形部83的硅钢板材800废钢切割为适当长度。通过将第二切割块31的外形部82的冲切替换为第一切割块的外形部83的冲切，考虑金属冲模的强度等而准确冲切出外形部82和外形部83。当然，可首先冲切出外形部82和外形部83中的任一个。在硅钢板材800具有一足够宽度且金属冲模具有一足够强度时，可同时冲切出第一分割片30和第二分割片31。

从硅钢板材800向下冲切出本实施例的薄板材30a-30m和31a-31m，并相继叠置该薄板材30a-30m和31a-31m。但是，在冲切出薄板材30a-30m和31a-31m之后，也可将薄板材30a-30m和31a-31m排出到要叠置的硅钢板材800的上侧。尽管可在一要求的位置且以一要求的数量形成嵌合孔34a和35a以及嵌合凹凸部34b-34m和35b-35m，但优选的是，在考虑作用于薄板材30a-30m和31a-31m的磁通密度最小的位置以及薄板材30a-30m和31a-31m的强度等的同时，设置该嵌合孔34a和35a以及嵌合凹凸部34b-34m和35b-35m。可与其它用于相互叠置薄板材的嵌合方法例如激光焊接结合使用。

由于在本实施例中采用具有定向的硅钢板材800，以该硅钢板材800的带向为轴向进行冲切以将薄板材30a-30m和31a-31m的轴线设置为相同方向。但当采用无定向的硅钢板材时，可将薄板材30a-30m和31a-31m的轴线设置为不同方向。

例如图14所示，通过将薄板材30a-30m的轴向设定为硅钢板材801的宽度方向以及将薄板材31a-31m的轴向设定为硅钢板材801的带向，由无定向的硅钢板材801冲切出薄板材30a-30m和薄板材31a-31m。详细地说，预先在带状硅钢板材801内打出作为一定位标准的定位孔80。接着，冲切出确定沿垂直于除薄板材30a以外的薄板材30n-30z的轴线的方向的宽度的切割孔81n-81z、薄板材30a的嵌合孔34a以及薄板材31a的嵌合孔35a(S21-S33)。对叠置为一个第一切割块30和一个第二切割块31的十三片薄板材同时执行切割冲压。在执行该切割冲压一次以后，利用一计数器或其类似物控制该切割冲压，使该切割冲压停止仅十二次。通过将薄板材30a-30m的轴向设定为硅钢板材801及切割冲压的宽度方向，在硅钢板材801上相邻的薄板材30a-30m的切断冲压的刀片的一部分是共用的，可减少窄区域切割冲压。由此，优点是提高加工准确性，从而延长金属冲模的寿命。

随后，执行一半模切冲压，以类似地分别形成嵌合凹凸部34b-34m和35b-35m(S34)。冲切出第二分割片31的外形部82(S35)。在延迟一步后，冲切出第一切割块30的外形部83(S36)。

以下将说明爪极式发电机100的操作。

当使一具有爪极式发电机100的自行车行进时，该自行车的车轮绕毂轴1的轴线转动，且毂盖2转动。另外，呈环形设置在内周面上的永久磁铁101转动。永久磁铁101的28个磁极与设置在其内的定子轭102L和102R的极片21L和21R对应，且通过永久磁铁101的转动在定子轭102L和102R及铁芯轭103内生成交变磁通量，并且感应电流在线圈104内流动。

图15是示出交变磁通量的示意图。当产生从定子轭102L的极片21L起至盘状部20L、铁芯轭103、定子轭102R的盘状部20R及极片21R的交变磁通量G时，就生成围绕该交变磁通量G的磁通方向的涡电流。这里，在铁芯轭103内，磁通量G的方向是轴向，涡电流I围绕磁通量G生成。但是，铁芯轭103是通过将第一分割片30和第二分割片31组合为上述叠置体而构成的。因此，涡电流I的流路被薄板材30a-30m和31a-31m之间的每个界面所切断，涡电流I难以流动。因此，抑制了在铁芯轭103内产生涡电流I。

如上所述，一对第一分割片30与一对第二分割片相结合，且铁芯轭103设置在绕线管105的中空轴50内。于是，可在中空轴50内有效地沿轴向设置薄板材30a-30m和31a-31m。因此，可相对于线圈104中心处的空间增大在垂直于铁芯轭103的轴线的方向上即垂直于交变磁通量G的方向上的横截面积，并提高铁芯轭103的饱合磁通量。

另外，通过将第一分割片30块对和第二分割片对组合为一基本圆柱形，可固定铁芯轭103的外表面与线圈104之间的距离，且交变磁通量G均等地作用于线圈104。通过减小线圈104的直径，可降低线圈104的内阻抗，并实现内定子的小型化。

工业实用性

本发明的爪极式发电机抑制涡电流的产生、具有高发电效率且具有一高电动势。本发明的爪极式发电机尤其是用作一自行车用爪极式发电机，其重量轻且尺寸小。

附图标记

1                     毂轴

100                   爪极式发电机

101                   永久磁铁

102L、102R            定子轭

103                   铁芯轭

104                   线圈

20L、20R              盘状部

21L、21R              极片

30                    第一分割片

31                    第二分割片

30a～30m、31a～31m    薄板材

34b～34m、35b～35m    嵌合凹凸部

34a、35a              嵌合孔

800、801              硅钢板材

Claims (5)

1.一种爪极式发电机，它包括：

一设置为环形的永久磁铁；具有盘状部和多个从所述盘状部的周缘起以沿周向的预定间隔沿轴向延伸的爪状极片的两个定子轭，所述极片沿周向交替且平行地排列并被设置为与所述永久磁铁相对；一磁性连接所述两个定子轭的铁芯轭；以及一围绕所述铁芯轭设置的线圈，

其特征在于，所述铁芯轭具有一对通过叠置多个薄板材构成的半圆柱形第一分割片，以及一对通过叠置多个薄板材构成的长方柱形第二分割片，

所述第一分割片的每个薄板材与所述第二分割片的每个薄板材被设置为相互垂直，所述第一分割片被设置为绕轴线相互相对，所述第二分割片被设置为绕所述轴线相互相对，并且

所述第一分割片和所述第二分割片组合为一基本圆柱形，使得所述第二分割片以夹入方式插入所述第一分割片之间。

2.根据权利要求1所述的爪极式发电机，其特征在于，所述第一分割片的所述薄板材在垂直于所述铁芯轭的所述轴线的方向上的长度随着将所述薄板材设置在所述轴线的外侧而相继缩短。

3.根据权利要求2所述的爪极式发电机，其特征在于，利用沿厚度方向形成的嵌合凹凸部或一嵌合孔分别将所述第一分割片和所述第二分割片的所述薄板材嵌合为一体状态。

4.根据权利要求3所述的爪极式发电机，其特征在于，所述薄板材由一硅钢板材制成。

5.根据权利要求1至4所述的爪极式发电机，其特征在于，所述爪极式发电机固定在一自行车车轮的一毂轴上且用于所述自行车。

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