DE102016201853A1

DE102016201853A1 - Generator

Info

Publication number: DE102016201853A1
Application number: DE102016201853.1A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Shima; Tadashi Fukami; Takeshi Fujiwara; Jimbu Takuro
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2016-02-08
Publication date: 2016-08-11
Also published as: JP2016146713A; CN105871091A; CN105871091B; JP6894661B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen Generator bereit, mit dem einfach eine Hochfrequenz-Wechselstromleistung erhalten werden kann, selbst wenn die Drehzahl des Läufers niedrig ist, und dessen Außendurchmesser geeignet verringert werden kann. Daher weist der Läufer 40 mehrere Magnete 48 auf, deren Magnetpole in Umfangsrichtung abwechselnd verschieden sind, der Ständer 38 weist ein Ständerblechpaket 50 und die Ankerspulen 60 auf, das Ständerblechpaket 50 weist einen ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A, der zwischen einer ersten Nut 52 und einer benachbarten ersten Nut 52 in einer Umfangsrichtung angeordnet ist, und einen zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B, der zwischen einer ersten Nut 52 und einer benachbarten ersten Nut 52 in der andren Umfangsrichtung angeordnet ist, auf. Ein erster Zustand, in dem die Magnetpole der Magnete 48, die sowohl dem ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A als auch dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B gegenüberliegen, verschieden sind, und ein zweiter Zustand, in dem die Magnetpole der Magnete 48, die sowohl dem ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A als auch dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B gegenüberliegen, die Umkehrung der Magnetpole des ersten Zustands sind, werden abwechselnd geschaltet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator, der für einen Nabendynamo usw. eines Fahrrads verwendet wird.
Bei einem Fahrrad-Nabendynamo dreht sich ein Läufer mit etwa derselben Geschwindigkeit wie das Rad, so dass die Drehzahl des Läufers im Vergleich zum Seitenläuferdynamo tendenziell niedriger wird und die induzierte elektromotorische Kraft während des Langsamfahrens tendenziell unzureichend wird. Daher ist ein vorteilhafterweise verwendeter Nabendynamo einer, mit dem eine Hochfrequenz-Wechselstromleistung erhalten werden kann, selbst wenn die Drehzahl des Läufers niedrig ist.
Beispielsweise schlägt die japanische Offenlegungsschrift JP 2007-49839 A einen Klauenpolgenerator vor. Dieser Generator weist einen Ständer und einen Läufer auf, der an der Außenumfangsseite des Ständers angeordnet ist. Der Läufer weist mehrere Magnete auf, die in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind; wobei die Magnete so ausgebildet sind, dass die Magnetpole, die dem Ständer gegenüberliegen, in Umfangsrichtung abwechselnd verschiedene Magnetpole sein werden. Der Ständer weist zwei Ständerblechpakete auf, die an beiden Achsseiten angeordnet sind. Jedes Ständerblechpaket weist mehrere Klauenabschnitte auf, die sich unter gegenseitiger Annäherung zu einer Seite hin erstrecken, und die Klauenabschnitte der separaten Ständerblechpakete sind so vorgesehen, dass sie abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Klauenabschnitte jedes Ständerblechpakets sind radial innerhalb jedes Magneten angeordnet und werden so angeregt, dass von dem Magneten Polaritäten erzeugt werden, die in Umfangsrichtung abwechselnd verschieden sind. Eine Ankerspule ist an dem Ständer an einer Stelle angeordnet, die der Magnetfluss mittels der Klauenabschnitte jedes Ständerblechpakets passiert.
Bei diesem Generator verändert sich die Relativlage des Magneten bezogen auf die Klauenabschnitte jedes Ständerblechpakets aufgrund der Drehung des Läufers, und durch die Polarität jedes Klauenabschnitts, die zusammen mit dem obigen umgeschaltet wird, wird die Richtung des Hauptmagnetflusses, der sich über die Ankerspule verkettet, umgekehrt, und es wird eine induzierte elektromotorische Kraft in der Ankerspule erzeugt. Da die zu diesem Zeitpunkt erhaltene Wechselstromleistung eine Frequenz in einer Größenordnung haben wird, die proportional zu der Anzahl der Pole der Magnete ist, wird leicht eine Hochfrequenz-Wechselstromleistung erhalten, die der Anzahl der Pole der Magnete entspricht.
In den vergangenen Jahren war zur Verbesserung des Designs von Fahrrädern eine Verringerung des Außendurchmessers der Nabe erforderlich, und so war eine Verringerung des Außendurchmessers des Nabendynamos erwünscht. Ein Klauenpolgenerator ist so ausgebildet, dass die Klauenabschnitte jedes Ständerblechpakets, die mit verschiedenen Polaritäten angeregt werden, in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Daher wird, da der Außendurchmesser des Nabendynamos kleiner wird, der Abstand zwischen benachbarten Klauenabschnitten zu klein. Im Ergebnis wird leicht ein Magnetfluss zwischen den Klauenabschnitten geleitet, die mit verschiedenen Polaritäten angeregt wurden, und der magnetische Streufluss, der sich nicht über die Ankerspule verkettet, wird leicht erhöht. Daher besteht bei einem Klauenpolgenerator das Problem, dass sich der magnetische Streufluss bei einer Verringerung des Außendurchmessers erhöht und nur schwer eine ausreichende induzierte elektromotorische Kraft erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf ein solches Problem, und ihre Aufgabe ist die Bereitstellung eines Generators, mit dem leicht die Hochfrequenz-Wechselstromleistung erhalten wird, selbst wenn die Drehzahl des Läufers niedrig ist, und dessen Außendurchmesser geeignet verringert werden kann.
Der Generator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen Ständer und einen Läufer auf, der an der Außenumfangsseite oder der Innenumfangsseite des Ständers angeordnet ist, wobei der Läufer mehrere Magnete aufweist, deren Magnetpole, die dem Ständer gegenüberliegen, in Umfangsrichtung abwechselnd verschiedene Magnetpole sind, der Ständer ein Ständerblechpaket, bei dem mehrere erste Nuten in Abständen in Umfangsrichtung gebildet sind, und Ankerspulen, die auf die mehreren ersten Nuten gewickelt sind, aufweist, das Ständerblechpaket einen ersten Schenkelpolständerabschnitt, der zwischen einer ersten Nut und einer benachbarten ersten Nut in einer Umfangsrichtung angeordnet ist, und einen zweiten Schenkelpolständerabschnitt, der zwischen der einen ersten Nut und einer benachbarten ersten Nut in der anderen Umfangsrichtung angeordnet ist, aufweist und die Positionen der Magnete, des ersten Schenkelpolständerabschnitts und des zweiten Schenkelpolständerabschnitts so festgelegt sind, dass abwechselnd ein erster Zustand, in dem die Magnetpole der Magnete, die sowohl dem ersten Schenkelpolständerabschnitt als auch dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt gegenüberliegen, verschieden sind, und ein zweiter Zustand, in dem die Magnetpole der Magnete, die sowohl dem ersten Schenkelpolständerabschnitt als auch dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt gegenüberliegen, die Umkehrung der Magnetpole des ersten Zustands sind, geschaltet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Generator erhalten werden, mit dem leicht die Hochfrequenz-Wechselstromleistung erhalten werden kann, selbst wenn die Drehzahl des Läufers niedrig ist, und dessen Außendurchmesser geeignet verringert werden kann.
Nunmehr werden nachstehend spezielle Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Teilseitenansicht ist, die ein Fahrrad zeigt, das mit dem Fahrrad-Generator gemäß der ersten Ausführungsform ausgestattet ist;
2 eine Vorderansicht ist, die die Ausgestaltung der Fahrradnabe und ihrer Umgebung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 eine Querschnittsansicht des Fahrrad-Generators gemäß der ersten Ausführungsform ist;
4 eine Querschnittsansicht ist, die eine Ankerspule des Fahrrad-Generators gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
5 eine Ansicht ist, die die Lagebeziehung der Magnete und des Schenkelpolständerabschnitts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
6 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der Phasenwinkel des Generators gemäß der ersten Ausführungsform null ist;
7 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der Phasenwinkel des Generators gemäß der ersten Ausführungsform π/2 ist;
8 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der Phasenwinkel des Generators gemäß der ersten Ausführungsform π ist;
9 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der Phasenwinkel des Generators gemäß der ersten Ausführungsform 3π/2 ist;
10 eine Querschnittsansicht des Generators gemäß der zweiten Ausführungsform ist;
11 eine Querschnittsansicht ist, die eine Ankerspule des Fahrrad-Generators gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
12 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der Phasenwinkel des Generators gemäß der zweiten Ausführungsform null ist;
13 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der Phasenwinkel des Generators gemäß der zweiten Ausführungsform π/2 ist;
14 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der Phasenwinkel des Generators gemäß der zweiten Ausführungsform π ist; und
15 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der Phasenwinkel des Generators gemäß der zweiten Ausführungsform 3π/2 ist.
In der Beschreibung jeder der folgenden Ausführungsformen sind denselben Aufbauelementen dieselben Bezugszeichen gegeben worden, und überschneidende Beschreibungen wurden weggelassen. Ferner wurde zur Vereinfachung der Beschreibung, wenn geeignet, in jeder Zeichnung ein Teil der Aufbauelemente weggelassen.
1 ist eine Teilseitenansicht, die ein Fahrrad 12 zeigt, das mit dem Fahrrad-Generator 10 (nachstehend einfach als der Generator 10 bezeichnet) gemäß der ersten Ausführungsform ausgestattet ist. Das Fahrrad 12 weist eine Vorderradgabel 18, die drehbar am Lenkkopf 16 des Hauptrahmens 14 gelagert ist, und eine Nabenwelle 20, die an der Vorderradgabel 18 befestigt ist, auf. Das Vorderrad 22 als ein Rad ist drehbar an der Nabenwelle 20 gelagert. Ein Scheinwerfer 24 ist auf der Seite des Vorderrades 22 montiert, und diesem wird die von dem Generator 10 erhaltene Energie zugeführt.
Das Vorderrad 22 weist ferner eine röhrenförmige Nabe 26, die über ein Achslager (nicht gezeigt) drehbar an der Nabenwelle 20 gelagert ist, mehrere Speichen 28, die am Außenumfangsteil der Nabe 26 befestigt sind, und eine Felge 30, die am Außenumfangsteil jeder Speiche 28 befestigt ist, auf. Ein Reifen 32 ist an der Felge 30 befestigt.
2 ist eine Vorderansicht, die die Ausgestaltung der Nabe 26 des Fahrrads 12 und ihre Umgebung zeigt. Andere Ausgestaltungen der Nabe 26 sind durch die Strichzweipunktlinie aufgezeigt. Ein Generator 10, der als ein Nabendynamo agiert, ist in der Nabe 26 untergebracht. Eine Schraube 34 ist an beiden Enden der Nabenwelle 20 in axialer Richtung ausgebildet. Die Nabenwelle 20 wird an der Vorderradgabel 18 zusammen mit der Nabe 26 durch Anziehen einer Mutter 36, die auf die jeweiligen Schrauben 34 geschraubt ist, fixiert.
3 ist eine Querschnittsansicht des Generators 10. Diese Zeichnung ist eine Querschnittsansicht, die senkrecht zur axialen Richtung des Drehzentrums eines nachstehend beschriebenen Läufers 40 und ein Schnitt an der Linie A-A von 2 ist. Die Nabe 26 wurde in der vorliegenden Zeichnung weggelassen. Überdies werden in der folgenden Beschreibung die Ausdrücke „axiale Richtung”, „Umfangsrichtung” und „radiale Richtung” zur Beschreibung der Lagebeziehungen der Aufbauelemente des Ständers 38 und des Läufers 40, wie nachstehend beschrieben, verwendet. Von den obigen ist unter „axiale Richtung” die axiale Richtung des Drehzentrums des Läufers 40 zu verstehen, und unter „Umfangsrichtung” und „radiale Richtung” sind die Umfangsrichtung bzw. die radiale Richtung bezogen auf das Drehzentrum des Läufers 40 zu verstehen.
Der Generator 10 weist einen Ständer 38, der an der Nabenwelle 20 fixiert ist, und einen Läufer 40, der drehbar an der Nabenwelle 20 gelagert ist, auf. Der Generator 10 ist ein Außenläufer-Generator, bei dem der Läufer 40 an der Außenumfangsseite des Ständers 38 angeordnet ist. Ferner ist der Generator 10 ein Synchrongenerator. Der Läufer 40 ist drehbar integral mit der Nabe 26 vorgesehen, die ein Teil des Vorderrades 22 ist. Beim Drehen des Vorderrades 22 dreht sich der Läufer 40 mit.
Insgesamt ist der Läufer 40 ringförmig ausgebildet. Der Läufer 40 weist ein Läuferblechpaket 46 auf, das einen ringförmigen Grundkörper 42 und mehrere Magnete 48 aufweist, die in der Umfangsrichtung des Läufers 40 nebeneinander angeordnet sind. Die Magnete 48 sind mit der Innenumfangsfläche des ringförmigen Grundkörpers 42 auf der Seite, die dem Ständer 38 gegenüberliegt, durch Haften oder dergleichen verbunden. Das Läuferblechpaket 46 ist mit mehreren Schenkelpolabschnitten an der Innenumfangsseite des ringförmigen Grundkörpers 42 versehen.
Der Magnet 48 ist ein Dauermagnet. Der Magnet 48 wird im Magnetfeld der nachstehend beschriebenen Ankerspule 60 eingesetzt. Die radiale Richtung des Magneten 48 ist die Magnetisierungsrichtung. In der betreffenden Zeichnung wird die Richtung vom S-Pol zum N-Pol in dem Magneten 48 mit dem Pfeil C gezeigt. Die Magnete 48 sind in Plattenform vorgesehen, die entlang der Umfangsrichtung verläuft. Mehrere Magnete 48 sind vorgesehen, so dass die Magnetpole, die dem Ständer 38 in radialer Richtung gegenüberliegen, in Umfangsrichtung abwechselnd verschiedene Magnetpole sein werden. Jeder Magnet 48 ist mit einer solchen Größe ausgebildet, dass die Umfangslänge w1 des Innenumfangsteils, das dem Ständer 38 in radialer Richtung gegenüberliegt, eine entsprechende Größe aufweisen wird. Hier umfasst „entsprechend” exakt denselben Fall und den im Wesentlichen selben Fall. Die Auslegung von „entsprechend” wird nachstehend dieselbe sein.
Die Magnete 48 sind an Stellen angeordnet, die jeweils in Umfangsrichtung um einen einem vorgegebenen Winkel λ entsprechenden Winkel (nachstehend auch als die Magnetpolteilung bezeichnet) verschoben sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind insgesamt 20 der Magnete 48 vorgesehen, und außerdem sind insgesamt 20 der Magnetpole, die dem Ständer 38 gegenüberliegen, vorgesehen.
Mit anderen Worten, ist eine gerade Anzahl dieser vorgesehen. Ferner wird die Magnetpolteilung λ 18° (= 360°/20) betragen. Diese Magnetpolteilung λ entspricht dem Phasenwinkel π des Generators 10; wird der Läufer 40 um die Magnetpolteilung λ × 2 gedreht, wird von der Ankerspule 60 eine Wechselstromleistung erzeugt, die einen Zyklus ausmacht, wie nachstehend beschrieben.
Insgesamt ist der Ständer 38 ringförmig ausgebildet. Der Ständer 38 weist ein Ständerblechpaket 50 auf, an dem mehrere erste Nuten 52 in Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet sind. Das Läuferblechpaket 46 und das Ständerblechpaket 50 werden durch Schichten mehrerer Metallplatten in der axialen Richtung des Läufers 40 gebildet. Das Material der Metallplatten wird aus einem weichmagnetischen Körper wie einem elektromagnetischen Stahlblech sein.
Die ersten Nuten 52 sind an Stellen angeordnet, die in Umfangsrichtung um die entsprechenden Winkel verschoben sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind insgesamt vier erste Nuten 52 vorgesehen. Die erste Nut 52 ist so ausgebildet, dass sie gegenüber der radial äußeren Seite ausgehend von der Seite, die dem Läufer 40 gegenüberliegt, radial nach innen ausgespart ist.
Neben der ersten Nut 52 weist der Ständer 38 einen bogenförmigen Kraftlinienweg-Verbindungsabschnitt 54, der sich neben der Unterseite einer jeden der ersten Nuten 52 befindet, und die Kraftlinienwegabschnitte 56A und 56B, die sich neben der ersten Nut 52 an den umfänglich gegenüberliegenden Seiten befinden, auf. Der Kraftlinienweg-Verbindungsabschnitt 54 verbindet die Kraftlinienwegabschnitte 56A und 56B in Umfangsrichtung. Die Kraftlinienwegabschnitte 56A und 56B weisen einen ersten Kraftlinienwegabschnitt 56A, der sich neben einer der anderen ersten Nuten 52 in einer Umfangsrichtung (in der Zeichnung im Uhrzeigersinn) befindet, und einen zweiten Kraftlinienwegabschnitt 56B, der sich neben der anderen Umfangsrichtung (in der Zeichnung gegen den Uhrzeigersinn) befindet, auf. Der erste Kraftlinienwegabschnitt 56A und der zweite Kraftlinienwegabschnitt 56B sind in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet, und in der vorliegenden Ausführungsform sind zwei erste Kraftlinienwegabschnitte 56A und zwei zweite Kraftlinienwegabschnitte 56B vorgesehen.
Mehrere Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B, die zur radial äußeren Seite, welche die dem Läufer 40 gegenüberliegende Seite ist, abstehen, sind an den Kraftlinienwegabschnitten 56A und 56B vorgesehen. Die Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B sind mit einem vorgegebenen Spalt dazwischen in Bezug auf die Magnete 48 angeordnet. Die Umfangslänge w2 des distalen Endabschnitts jedes Schenkelpolständerabschnitts 62A und 62B, der dem Läufer 40 in radialer Richtung gegenüberliegt, ist so ausgebildet, dass sie kleiner als die Umfangslänge w1 des Innenumfangsteils des Magneten 48 ist.
Die Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B weisen die zwei ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A, die an dem ersten Kraftlinienwegabschnitt 56A vorgesehen sind, und die zwei zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B, die an dem zweiten Kraftlinienwegabschnitt 56B vorgesehen sind, auf. Der erste Schenkelpolständerabschnitt 62A und der zweite Schenkelpolständerabschnitt 62B sind an Stellen angeordnet, die jeder zweiten der ersten Nut 52 entsprechen, die in Umfangsrichtung angeordnet ist (beispielsweise der ersten Nut 52 auf der oberen Seite und der ersten Nut 52 auf der unteren Seite der Zeichnung). Speziell ist der erste Schenkelpolständerabschnitt 62A in einem Umfangsrichtungsbereich zwischen einer von jeder zweiten der ersten Nut 52 (beispielsweise der ersten Nut 52 auf der oberen Seite der Zeichnung), angeordnet in Umfangsrichtung, und einer ersten Nut 52 (beispielsweise der ersten Nut 52 auf der rechten Seite der Zeichnung), die dazu in einer Umfangsrichtung (dem Uhrzeigersinn) benachbart ist, angeordnet. Der zweite Schenkelpolständerabschnitt 62B ist in einem Umfangsrichtungsbereich zwischen der einen ersten Nut 52 und einer ersten Nut 52 (beispielsweise der ersten Nut 52 auf der linken Seite der Zeichnung), die dazu in der anderen Umfangsrichtung (gegen den Uhrzeigersinn) benachbart ist, angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform sind die zwei ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A und die zwei zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B in Umfangsrichtung abwechselnd vorgesehen, und insgesamt sind jeweils vier vorgesehen.
Eine zweite Nut 64 ist zwischen mehreren ersten Schenkelpolständerabschnitten 62A, die an einem ersten Kraftlinienwegabschnitt 56A vorgesehen sind, und zwischen mehreren zweiten Schenkelpolständerabschnitten 62B, die an einem zweiten Kraftlinienwegabschnitt 56B vorgesehen sind, vorgesehen. Die zweite Nut 64 ist so ausgebildet, dass sie gegenüber der radial äußeren Seite ausgehend von der Seite, die dem Läufer 40 gegenüberliegt, radial nach innen ausgespart ist. Die radiale Dimension der zweiten Nut 64 ist kleiner als die radiale Dimension der ersten Nut 52. Im Ergebnis werden die radialen Dimensionen der Kraftlinienwegabschnitte 56A und 56B in den Abschnitten, die der Unterseite der zweiten Nut 64 benachbart sind, größer als der Kraftlinienweg-Verbindungsabschnitt 54. Folglich wird, wie nachstehend beschrieben, das Sicherstellen der Stärke der Kraftlinienwegabschnitte 56A und 56B beim Wickeln der Ankerspule 60 um jeden der Kraftlinienwegabschnitte 56A und 56B einfacher.
Ferner sind die Kraftlinienwegabschnitte 56A und 56B so ausgebildet, dass die Umfangsrichtungsbreite in Richtung der radial äußeren Seite, welche die dem Läufer 40 gegenüberliegende Seite ist, größer wird. Daher löst sich die Ankerspule 60 ausgehend von den Kraftlinienwegabschnitten 56A und 56B beim Wickeln der Ankerspule 60 um jeden der Kraftlinienwegabschnitte 56A und 56B weniger wahrscheinlich radial nach außen.
Unterdessen ist die erste Nut 52 zum Trennen des ersten Schenkelpolständerabschnitts 62A und des zweiten Schenkelpolständerabschnitts 62B in Umfangsrichtung vorgesehen. Ferner ist die zweite Nut 64 zum Trennen eines jeden der mehreren ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A und eines jeden der mehreren zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B in Umfangsrichtung vorgesehen.
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ankerspule 60 des Generators 10 zeigt. Die Zeichnung zeigt ebenso die Wickelrichtung B der Ankerspule 60 in einer der axialen Richtungen des Läufers 40 (in der Nähe der Seite des Blechs). Der Ständer 38 weist ferner die Ankerspulen 60 auf, die zwischen mehreren ersten Nuten 52 gewickelt sind. Die Ankerspule 60 ist um den ersten Kraftlinienwegabschnitt 56A oder den zweiten Kraftlinienwegabschnitt 56B gewickelt, die zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten ersten Nuten 52 vorgesehen sind. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ankerspule 60 so gewickelt, dass sie die mehreren ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A oder die mehreren zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B in Umfangsrichtung überspreizt. Die Ankerspule 60 ist so gewickelt, dass sie die mehreren ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A oder die mehreren zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B von den umfänglich gegenüberliegenden Seiten und beiden axialen Seiten umgibt.
Auf diese Weise wird die Ankerspule 60 unter Nutzung des Raums der ersten Nut 52, die zum Trennen der ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A und der zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B vorgesehen ist, untergebracht; im Ergebnis kann die Dickendimension in radialer Richtung um einen der Ankerspule 60 entsprechenden Betrag verringert werden.
Die Ankerspule 60 ist mittels einer konzentrierten Wicklung zwischen den ersten Nuten 52, die in Umfangsrichtung nebeneinander liegen, gewickelt, kann aber auch mittels einer verteilten Wicklung gewickelt sein, so dass sie durch die anderen ersten Nuten 52 hindurchfährt. Die Ankerspulen 60, die in Umfangsrichtung nebeneinander liegen, sind in die entgegengesetzte Wickelrichtung B gewickelt, können aber auch in dieselbe Richtung gewickelt sein.
Wie nachstehend beschrieben, wird, wenn sich der Läufer 40 dreht, die Wechselstromleistung mit derselben Phase in der Ankerspule 60 erzeugt. Die Ankerspulen 60 sind elektrisch parallel geschaltet, und die Ausgangsklemmen sind an eine Gleichrichterschaltung, die nicht gezeigt ist, angeschlossen, und es wird eine Einphasen-Wechselstromleistung an die Gleichrichterschaltung ausgegeben. Die Gleichrichterschaltung wandelt die Wechselstromleistung durch Gleichrichten, Glätten usw. in Gleichstromleistung um und führt die Gleichstromleistung dem Scheinwerfer 24 (bezogen auf 1) als die externe elektrische Vorrichtung zu. Die Ankerspulen 60 können aber auch elektrisch in Reihe geschaltet sein.
5 ist eine Ansicht, die die Lagebeziehung der Magnete 48 und der Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B zeigt. In der vorliegenden Zeichnung ist zur Unterscheidung eines Teils der mehreren Magnete 48 und Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B ein Buchstabe aus dem Alphabet, wie (a), am Ende jedes Codes angegeben. Es gibt Fälle, in denen dasselbe in den nachstehenden Zeichnungen gilt.
Die mehreren ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A, die an einem ersten Kraftlinienwegabschnitt 56A vorgesehen sind, sind an den Stellen angeordnet, die jeweils in Umfangsrichtung um einen Winkel, der λ × 2 entspricht, bezogen auf die Magnetpolteilung λ der Magnete 48 verschoben sind. Die mehreren zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B, die an einem zweiten Kraftlinienwegabschnitt 56B vorgesehen sind, sind auch an Stellen angeordnet, die jeweils in Umfangsrichtung um einen Winkel, der λ × 2 entspricht, verschoben sind. Ferner sind die anderen zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B, die in Umfangsrichtung in der Nähe des ersten Schenkelpolständerabschnitts 62A nebeneinander liegen, an den Stellen angeordnet, die jeweils in Umfangsrichtung um einen Winkel, der λ × 3 entspricht, verschoben sind.
Wenn daher n eine natürliche Zahl größer als oder gleich 1 ist, sind die ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A an Stellen angeordnet, die jeweils in Umfangsrichtung um einen Winkel entsprechend λ × 2n bezogen auf die anderen ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A verschoben sind. Beispielsweise ist der erste Schenkelpolständerabschnitt 62A(a) in Umfangsrichtung bezogen auf einen anderen ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A(b), der sich im Uhrzeigersinn daneben befindet, um λ × 2 verschoben, und in Umfangsrichtung bezogen auf einen anderen ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A(f), der sich gegen den Uhrzeigersinn daneben befindet, um λ × 8 (= λ × 3 + λ × 2 + λ × 3) verschoben. Dem ähnlich, sind die zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B an den Stellen angeordnet, die jeweils in Umfangsrichtung um einen Winkel entsprechend λ × 2n bezogen auf die anderen zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B verschoben sind.
Ferner sind die zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B an Stellen angeordnet, die jeweils in Umfangsrichtung um einen Winkel entsprechend λ × (2n + 1) bezogen auf die ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A verschoben sind. Beispielsweise ist der zweite Schenkelpolständerabschnitt 62B(h) bezogen auf den ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A(a), der sich im Uhrzeigersinn daneben befindet, um λ × 3 verschoben und bezogen auf den ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A(f), der sich gegen den Uhrzeigersinn daneben befindet, um λ × 5 (= λ × 2 + λ × 3) verschoben.
Die Betriebsweise des obigen Generators 10 wird unter Verwendung der 6 bis 9 beschrieben. Jede Zeichnung zeigt einen Zustand, in dem der Läufer 40 in Richtung P um einen Phasenwinkel π/2 gedreht wird. Ferner ist in 6 und 8 von dem Magnetfluss, der in dem Läuferblechpaket 46 usw. fließt, hauptsächlich der Fluss des Hauptmagnetflusses gezeigt, und der Fluss des magnetischen Streuflusses wurde weggelassen. Überdies zeigen 7 und 9 den Fluss des magnetischen Streuflusses. Nachstehend ist der Phasenwinkel in der Lagebeziehung von 6 null, und die Phasenwinkel in 7 bis 9 sind π/2, π und 3π/2. Ferner ist zur Vereinfachung eine „O”-Markierung für einen Magneten 48(a) angegeben.
Wie in 6 gezeigt, befinden sich, wenn der Phasenwinkel null ist, die Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B an den Stellen, die den Magneten 48 in ihrer Nähe in radialer Richtung gegenüberliegen und die Magnete 48 über die gesamte Breite in Umfangsrichtung überlagern. Zu diesem Zeitpunkt wird der Magnetpol des Magneten 48, der dem ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A gegenüberliegt, der N-Pol sein, und wird der Magnetpol des Magneten 48, der dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B gegenüberliegt, der S-Pol sein. Mit anderen Worten, die Magnetpole der Magnete 48, denen der erste Schenkelpolständerabschnitt 62A und der zweite Schenkelpolständerabschnitt 62B gegenüberliegen, werden verschieden sein.
Daher strömt der Magnetfluss, der von dem der radialen Außenseite gegenüberliegenden Magneten 48 auf die radiale Innenseite gerichtet ist, durch die ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A, und strömt der Magnetfluss, der auf den der radialen Außenseite gegenüberliegenden Magneten 48 gerichtet ist, durch die zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B. Im Ergebnis wird ein geschlossener Kraftlinienweg Mp gebildet, der durch den ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A und den zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B, die sich auf umfänglich gegenüberliegenden Seiten befinden, verläuft, wodurch eine der ersten Nuten 52 dazwischen angeordnet wird. Beispielsweise bildet der Magnet 48(b) einen Kraftlinienweg Mp, der den ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A(a) → den Kraftlinienweg-verbindungsabschnitt 54(a) → den zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B(h) zum Erreichen des Magneten 48(s) quert und ferner das Läuferblechpaket 46 für die Rückkehr zum ursprünglichen Magneten 48(b) quert.
Dieser Kraftlinienweg Mp ist so ausgebildet, dass er sich in jeder der Ankerspulen 60 in radialer Richtung verkettet. Zu diesem Zeitpunkt ist einer der mehreren ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A oder der mehreren zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B zwischen den ersten Nuten 52, die in Umfangsrichtung benachbart sind, vorgesehen. Daher kann der von den separaten Magneten 48 erzeugte Magnetfluss in derselben Ausrichtung in einer Ankerspule 60, die die mehreren Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B in Umfangsrichtung überspreizt, verkettet werden.
Wie in 7 gezeigt, befinden sich bei einem Phasenwinkel π/2 die Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B an Stellen, die zwei umfänglich benachbarten Magneten 48 in ihrer Nähe in radialer Richtung gegenüberliegen und die Magnete 48 über die Hälfte der Breite in Umfangsrichtung überlagern. Die Magnetpole dieser zwei Magnete 48 werden der N-Pol und der S-Pol sein.
Im Ergebnis wird ein geschlossener Kraftlinienweg Mp gebildet, der von einem Magneten 48 auf einen anderen Magneten 48 gerichtet ist, der in Umfangsrichtung benachbart ist und die Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B und das Läuferblechpaket 46, das diesen gegenüberliegt, quert und kehrtmacht. Dieser Kraftlinienweg Mp ist so ausgebildet, dass die Verkettung nicht über die Ankerspulen 60 erfolgt.
Wie in 8 gezeigt, befinden sich bei einem Phasenwinkel π die Schenkelpolständerabschnitte 62A an Stellen, die den Magneten 48 in ihrer Nähe in radialer Richtung gegenüberliegen und die Magnete 48 über die gesamte Breite in Umfangsrichtung überlagern. Zu diesem Zeitpunkt wird der Magnetpol des dem ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A gegenüberliegenden Magneten 48 der S-Pol sein und wird der Magnetpol des dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B gegenüberliegenden Magneten 48 der N-Pol sein. Mit anderen Worten, die Magnetpole der Magnete 48, die dem ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A und dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B gegenüberliegen, werden Magnetpole sein, die die Umkehrung dessen sind, wenn der Phasenwinkel null ist.
Daher strömt der Magnetfluss, der von dem der radial äußeren Seite gegenüberliegenden Magneten 48 auf die radial innere Seite gerichtet ist, durch die zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B und strömt der Magnetfluss, der auf den der radial äußeren Seite gegenüberliegenden Magneten 48 gerichtet ist, durch die ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A. Im Ergebnis wird ein geschlossener Kraftlinienweg Mp gebildet, der durch den ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A und den zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B, die sich auf umfänglich gegenüberliegenden Seiten befinden, verläuft, wodurch eine erste Nut 52 dazwischen angeordnet wird. Beispielsweise bildet der Magnet 48(r) einen Kraftlinienweg Mp, der den zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B(h) → den Kraftlinienweg, der den Abschnitt verbindet 54(a) → den ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A(a) zum Erreichen des Magneten 48(a) quert und ferner das Läuferblechpaket 46 für die Rückkehr zum ursprünglichen Magneten 48(r) quert.
Dieser Kraftlinienweg Mp ist so ausgebildet, dass er sich in jeder der Ankerspulen 60 in radialer Richtung verkettet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kraftlinienweg Mp so ausgebildet, dass die Verkettungsausrichtung in der Ankerspule 60 im Vergleich zu einem Phasenwinkel null die entgegengesetzte Richtung sein wird (bezogen auf 6).
Wie in 9 gezeigt, befinden sich bei einem Phasenwinkel 3π/2 die Schenkelpolständerabschnitte 62A an Stellen, die den beiden umfänglich benachbarten Magneten 48 in ihrer Nähe in radialer Richtung gegenüberliegen und die Magnete 48 über die Hälfte der Breite in Umfangsrichtung überlagern. Die Magnetpole dieser zwei Magnete 48 werden der N-Pol und der S-Pol sein.
Wie oben beschrieben, ist der Zustand, in dem der Phasenwinkel null ist, der erste Zustand, und ist der Zustand, in dem der Phasenwinkel π ist, der zweite Zustand. In diesem Fall werden der Magnetpol des Magneten 48, der dem ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A gegenüberliegt, und der Magnetpol des Magneten 48, der dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B gegenüberliegt, in sowohl dem ersten Zustand als auch dem zweiten Zustand verschiedene Pole sein. Ferner werden diese Magnetpole im zweiten Zustand die Umkehrung derer im ersten Zustand sein.
Wie in 6 gezeigt, wird in einer Ankerspule 60 (zum Beispiel Ankerspule 60(b)) im ersten Zustand ein Kraftlinienweg Mp gebildet, der sich in einer radialen Richtung (nach innen) verkettet. Ferner wird, wie in 8 gezeigt, in einer Ankerspule 60 im zweiten Zustand ein Kraftlinienweg Mp gebildet, der sich in der anderen radialen Richtung (nach außen) verkettet. Ferner wird in einer anderen Ankerspule 60 (beispielsweise der Ankerspule 60(a)), die der einen Ankerspule 60 in Umfangsrichtung benachbart ist, im ersten Zustand ein Kraftlinienweg Mp gebildet, der sich in der anderen radialen Richtung (nach außen) verkettet, wie in 6 gezeigt. Ferner wird, wie in 8 gezeigt, in der anderen Ankerspule 60 im zweiten Zustand ein Kraftlinienweg Mp gebildet, der sich in der einen radialen Richtung (nach innen) verkettet. Das heißt, beim Schalten zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand erfolgt das Schalten so, dass die Ausrichtung des Magnetflusses, der sich in der radialen Richtung in jeder Ankerspule 60 verkettet, umgekehrt wird, wodurch eine Wechselstrom-induzierte elektromotorische Kraft in jeder Ankerspule 60 erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Art und Weise der Änderung des Kraftlinienwegs Mp, der in jeder Ankerspule 60 gebildet wird, dieselbe sein, und die Wechselstromleistung derselben Phase wird in jeder Ankerspule 60 erzeugt. Auf diese Weise werden in dem Generator 10 die Stellen der mehreren Magnete 48 und der mehreren Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B so bestimmt, dass der erste Zustand und der zweite Zustand abwechselnd geschaltet werden.
Nunmehr werden die Funktionsweise und Wirkungen des Generators 10 beschrieben.
Im Allgemeinen erfüllt die Frequenz f (Hz) eines Generators die Beziehung der folgenden Formel (1) zwischen der Drehzahl N (U/min) des Läufers und der Anzahl von Polen P des Generators. Hier wird die Anzahl der Pole P des Generators der Anzahl der Magnete 48 (20) in der vorliegenden Ausführungsform entsprechen. N = 120 × f/P (1)
Die betreffenden Erfinder haben eine Analyse unter Verwendung des in 3 gezeigten Aufbaus durchgeführt. Bei dieser Analyse wurde die Drehzahl N des Läufers 40 auf 120 (U/min) eingestellt, wodurch die Frequenz f (Hz) der Leistung, die von der Ankerspule 60 erzeugt wird, erhalten wurde, und es wurde überprüft, ob eine Frequenzleistung f, die der Anzahl der Magnete 48 entspricht, erhalten werden konnte oder nicht. Im Ergebnis wurde eine Frequenz f von 20 Hz erhalten, und durch die Formel (1) wurde die Anzahl der Magnete 48 als die Anzahl der Pole P des Generators bestätigt.
So wird sich bei dem Generator 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Frequenz der induzierten elektromotorischen Kraft erhöhen, wenn sich die Anzahl der Magnete 48 erhöht, und es wird leicht eine Hochfrequenz-Wechselstromleistung erhalten, selbst wenn die Drehzahl des Läufers 40 niedrig ist. Da jedoch die Spannung der induzierten elektromotorischen Kraft proportional zu dem Produkt der Frequenz und des Magnetflusses, der sich in der Ankerspule 60 verkettet, ist, bedeutet die Fähigkeit zum Erhalt der Hochfrequenz-Wechselstromleistung, dass eine entsprechende Hochspannungs-Wechselstromleistung erhalten werden kann.
Ferner sind der erste Schenkelpolständerabschnitt 62A und der zweite Schenkelpolständerabschnitt 62B an Stellen zwischen der ersten Nut 52 vorgesehen, so können die Abstände dazwischen noch leichter getrennten werden. Daher kann, selbst wenn diese zu unterschiedlichen Polaritäten von dem Magneten 48 angeregt werden, die Erzeugung des magnetischen Streuflusses zwischen dem ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A und dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B leichter unterdrückt werden. Aus diesem Grund wird die Unterdrückung der Erzeugung des magnetischen Streuflusses dazwischen bei gleichzeitiger Verringerung des Außendurchmessers des Läufers 40 und des Ständers 38 des Generators 10 leicht. Die Fähigkeit zur Unterdrückung der Erzeugung eines magnetischen Streuflusses zwischen dem ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A und dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B bedeutet jedoch, dass eine Verringerung des Magnetflusses, der sich in der Ankerspule 60 verkettet, unterdrückt werden kann und der Erhalt einer ausreichenden Spannungsausgabe aus dem Generator 10 leichter wird.
Auf diese Weise wird die Ankerspule 60 unter Nutzung des Raums der ersten Nut 52, die zum Trennen der ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A und der zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B vorgesehen ist, untergebracht; im Ergebnis kann die Dickendimension in radialer Richtung um einen der Ankerspule 60 entsprechenden Betrag verringert werden.
Überdies erhöht sich beispielsweise bei einem Dreiphasenwechselstrom-Generator, bei dem eine Ankerspule um jeden von mehreren Schenkelpolabschnitten eines Ständers gewickelt ist, wie dem in der japanischen Offenlegungsschrift 2012-182961 offenbarten, die Anzahl der Ankerspulen zusammen mit einer Erhöhung der Anzahl der Magnetpole des Läufers, was zu entsprechend hohen Kosten und einer Herabsetzung der Montageeigenschaften führt. Diesbezüglich muss in der vorliegenden Ausführungsform zum Erhalt der Hochfrequenz-Wechselstromleistung nur die Anzahl der Magnete 48 erhöht werden, und die Anzahl der Ankerspulen 60 muss nicht erhöht werden; daher kann die Teilezahl verringert werden, was wiederum die Kosten reduziert, und es können gute Montageeigenschaften erhalten werden.
Überdies ändert bei einem herkömmlichen Klauenpolgenerator der Magnetfluss, der vom Magneten des Läufers in die Klauenabschnitte jedes Ständerblechpakets fließt, in dem Klauenabschnitt die Richtung in die axiale Richtung und fließt in Richtung des Grundkörpers des Klauenabschnitts. Die Querschnittsfläche des Kraftlinienweges, der senkrecht zur Kraftlinienwegrichtung dieses Klauenabschnitts ist (axiale Richtung), wird gemäß der Dicke und dem Umfang des Klauenabschnitts in radialer Richtung bestimmt. Hier wird, wenn der Außendurchmesser verringert wird, ohne die axiale Länge des Generators zu verändern, der Klauenabschnitt des Ständerblechpakets in Umfangsrichtung dünner, ohne dass die axiale Länge verändert wird, so dass die Spaltfläche, die dem Magneten gegenüberliegt, dünn und die Dicke in radialer Richtung verringert wird; im Ergebnis wird die Querschnittsfläche des Kraftlinienweges am Grundabschnitt des Klauenabschnitts klein. Daher wird tendenziell der Magnetfluss, den der Klauenabschnitt des Ständerblechpakets an der Spaltfläche aufnimmt, am Grundabschnitt des Klauenabschnitts mit einer kleinen Querschnittsfläche des Kraftlinienweges konzentriert, und es wird am Grundabschnitt wahrscheinlich zu einer magnetischen Sättigung kommen. Im Ergebnis kann der Magnetfluss, der sich in der Ankerspule verkettet, nur schwer fließen, und auch der Erhalt einer ausreichenden Spannungsausgabe aus dem Generator wird schwierig.
Diesbezüglich fließt bei dem Generator 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Magnetfluss in den Schenkelpolständerabschnitten 62A und 62B des Ständerblechpakets 50 nicht in axialer Richtung, sondern in radialer Richtung. Die Querschnittsfläche des Kraftlinienweges, der senkrecht zur Kraftlinienwegrichtung dieser Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B (radiale Richtung) ist, wird gemäß der axialen Länge und dem Umfang der Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B bestimmt, die nicht so leicht verändert werden, selbst wenn der Außendurchmesser des Generators 10 verringert wird. Aus diesem Grund kann, selbst wenn der Außendurchmesser des Generators 10 verringert wird, die Querschnittsfläche des Kraftlinienweges der Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B sichergestellt werden, indem die axiale Länge des Ständerblechpakets 50 erhöht wird. Daher kann, selbst wenn der Außendurchmesser des Generators 10 verringert wird, das Auftreten einer magnetischen Sättigung der Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B unterdrückt werden, eine Reduktion des Magnetflusses, der sich in der Ankerspule 60 verkettet, unterdrückt werden, und der Erhalt einer ausreichenden Spannungsausgabe aus dem Generator 10 wird leichter.
Ferner ist einer der mehreren ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A oder der mehreren zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B zwischen den ersten Nuten 52, die in Umfangsrichtung benachbart sind, vorgesehen, und der Magnetfluss, der von den separaten Magneten 48 erzeugt wird, durch die mehreren Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B kann in derselben Ausrichtung innerhalb der Ankerspule 60, die obiges in Umfangsrichtung überspannt, verkettet werden. Daher kann das Ausmaß der Änderung des Magnetflusses in der Ankerspule 60 größer gemacht werden als beim Verketten des Magnetflusses, der von einem Magneten 48 über die Innenseite der Ankerspule 60 erzeugt wird, und es kann viel einfacher eine Hochspannungs-Wechselstromleistung erhalten werden.
Ferner ist jeder der ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A bezogen auf einen anderen ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A um einen Winkel entsprechend λ × 2n verschoben, und jeder der zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B ist bezogen auf den ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A um einen Winkel entsprechend λ × (2n + 1) verschoben. Daher können die Relativlagen der Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B bezogen auf die Magnete 48 ausgerichtet werden, die Art und Weise der Änderung des Kraftlinienwegs Mp, der von dem aus den Magneten 48 erzeugten Magnetfluss gebildet wird, kann angepasst werden und mit der Ankerspule 60 leichter eine Wechselstromleistung mit derselben Phase erhalten werden.
Ferner kann, da das Ständerblechpaket 50 und das Läuferblechpaket 46 durch Schichten mehrerer Metallplatten gebildet werden können, der Erregungsverlust aufgrund eines Wirbelstroms in dem Abschnitt, durch den der Hauptmagnetfluss verläuft, signifikant unterdrückt werden.
10 ist eine Querschnittsansicht, die den Generator 10 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, und 11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ankerspule 60 des Generators 10 zeigt. In dem Beispiel von 3 sind insgesamt 20 Magnete 48 des Läufers 40 vorgesehen, in der vorliegenden Ausführungsform sind jedoch insgesamt 22 vorgesehen. Die Magnetpolteilung λ wird 16,36° (= 360°/22) betragen. In dem Beispiel von 3 sind jeweils zwei der ersten Schenkelpolständerabschnitte 62A und der zweiten Schenkelpolständerabschnitte 62B am ersten Kraftlinienwegabschnitt 56A und am zweiten Kraftlinienwegabschnitt 56B vorgesehen, in der vorliegenden Ausführungsform sind jedoch jeweils fünf vorgesehen. Auf diese Weise ist die Anzahl der Magnete 48 und der Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B nicht besonders eingeschränkt.
Die Betriebsweise des obigen Generators 10 wird unter Verwendung der 12 bis 15 beschrieben. Jede Zeichnung zeigt einen Zustand, in dem der Läufer 40 in der Richtung P um einen Phasenwinkel π/2 gedreht ist. Ferner ist in 12 und 14 von dem Magnetfluss, der im Läuferblechpaket 46 usw. fließt, hauptsächlich der Fluss des Hauptmagnetflusses gezeigt, und der Fluss des magnetischen Streuflusses wurde weggelassen. Überdies zeigen 13 und 15 den Fluss des magnetischen Streuflusses. Nachstehend ist der Phasenwinkel in der Lagebeziehung von 12 null, und die Phasenwinkel in 13 bis 15 betragen π/2, π und 3π/2.
Wie in 12 gezeigt, befinden sich, wenn der Phasenwinkel null ist, die Schenkelpolständerabschnitte 62A, 62B an Stellen, die den Magneten 48 in ihrer Nähe in radialer Richtung gegenüberliegen und die Magnete 48 über die gesamte Breite in Umfangsrichtung überlagern. Daher wird ein geschlossener Kraftlinienweg Mp gebildet, der durch den ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A und den zweiten Schenkelpolständerabschnitt 62B, die sich an umfänglich gegenüberliegenden Seiten befinden, verläuft, wodurch eine erste Nut 52 auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform dazwischen angeordnet wird.
Wie in 13 gezeigt, befinden sich, wenn der Phasenwinkel π/2 ist, die Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B an Stellen, die zwei umfänglich benachbarten Magneten 48 in ihrer Nähe in radialer Richtung gegenüberliegen und die Magnete 48 über die Hälfte der Breite in Umfangsrichtung überlagern. Daher wird ein geschlossener Kraftlinienweg Mp gebildet, der von einem Magneten 48 auf einen anderen Magneten 48 gerichtet ist, der in Umfangsrichtung benachbart ist und die Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B und das Läuferblechpaket 46, das diesen gegenüberliegt, quert und dann kehrtmacht, so wie in der ersten Ausführungsform.
Wie in 14 gezeigt, befinden sich, wenn der Phasenwinkel π ist, die Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B an Stellen, die den Magneten 48 in ihrer Nähe in radialer Richtung gegenüberliegen und die Magnete 48 über die gesamte Breite in Umfangsrichtung überlagern. Daher wird ein geschlossener Kraftlinienweg Mp gebildet, der durch den ersten Schenkelpolständerabschnitt 62A und den zweite Schenkelpolständerabschnitt 62B, die sich an umfänglich gegenüberliegenden Seiten befinden, verläuft, wodurch eine erste Nut 52 auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform dazwischen angeordnet wird.
Wie in 15 gezeigt, befinden sich, wenn der Phasenwinkel 3π/2 ist, die Schenkelpolständerabschnitte 62A und 62B an Stellen, die den zwei umfänglich benachbarten Magneten 48 in ihrer Nähe in radialer Richtung gegenüberliegen und die Magnete 48 über die Hälfte der Breite in Umfangsrichtung überlagern. Im Ergebnis wird derselbe Kraftlinienweg Mp wie beim Phasenwinkel π/2 gebildet.
Wie in 12 gezeigt, wird in einer Ankerspule 60 (zum Beispiel Ankerspule 60(b)) im ersten Zustand ein Kraftlinienweg Mp gebildet, der sich in einer radialen Richtung (nach innen) verkettet. Ferner wird, wie in 14 gezeigt, in einer Ankerspule 60 im zweiten Zustand ein Kraftlinienweg Mp gebildet, der sich in der anderen radialen Richtung (nach außen) verkettet. Ferner wird in einer anderen Ankerspule 60 (zum Beispiel Ankerspule 60(a)), die der einen Ankerspule 60 in Umfangsrichtung benachbart ist, im ersten Zustand ein Kraftlinienweg Mp gebildet, der sich in der anderen radialen Richtung (nach außen) verkettet, wie in 12 gezeigt. Ferner wird, wie in 14 gezeigt, in der anderen Ankerspule 60 im zweiten Zustand ein Kraftlinienweg Mp gebildet, der sich in der einen radialen Richtung (nach innen) verkettet. Das heißt, so wie in der ersten Ausführungsform, erfolgt beim Schalten zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand das Schalten so, dass die Ausrichtung des Magnetflusses, der sich in der radialen Richtung in jeder Ankerspule 60 verkettet, umgekehrt wird, wodurch eine Wechselstrom-induzierte elektromotorische Kraft in jeder Ankerspule 60 erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Art und Weise der Änderung des Kraftlinienwegs Mp, der in jeder Ankerspule 60 gebildet wird, dieselbe sein, und die Wechselstromleistung derselben Phase wird in jeder Ankerspule 60 erzeugt.
Die betreffenden Erfinder führten auch eine Analyse unter Verwendung des in 10 gezeigten Aufbaus, dem oben beschriebenen Generator 10, durch. Bei dieser Analyse wurde die Drehzahl N des Läufers 40 auf 120 (U/min) eingestellt, wodurch die Frequenz f (Hz) der Leistung, die von der Ankerspule 60 erzeugt wird, erhalten wurde, und es wurde überprüft, ob eine Frequenz f, die der Anzahl (22) der Magnete 48 entspricht, erhalten werden konnte oder nicht. Im Ergebnis wurde eine Frequenz f von 22 (Hz) erhalten, und durch die Formel (1) wurde die Anzahl der Magnete 48 als die Anzahl der Pole des Generators bestätigt.
Daher wird auch bei dem Generator 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Frequenz der induzierten elektromotorischen Kraft bei einer Erhöhung der Anzahl der Magnete 48 steigen, und es kann einfacher eine Hochfrequenz-Wechselstromleistung erhalten werden, selbst wenn die Drehzahl des Läufers 40 niedrig ist, genau wie in der ersten Ausführungsform. Auch in anderer Hinsicht können dieselbe Funktionsweise und Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung wurde oben basierend auf den Ausführungsformen beschrieben, die Ausführungsformen veranschaulichen aber lediglich die Prinzipien und Anwendungen der vorliegenden Erfindung. Ferner können zahlreiche Modifikationen und Veränderungen der Anordnung an der Ausführungsform vorgenommen werden, ohne vom Sinn der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Ansprüchen festgelegt ist, abzuweichen.
Der Generator 10 wurde am Beispiel eines Fahrrad-Generators beschrieben, dessen Verwendung ist aber nicht darauf beschränkt. Soll ferner der Generator 10 ein Fahrrad-Generator 10 sein, muss sich der Läufer 40 lediglich in Verbindung mit der Drehung eines rotierenden Teils des Fahrrads 12 drehen. Das rotierende Teil wurde hier am Beispiel des Vorderrades 22 beschrieben, neben einer Nabenwelle und einer Kurbel kann das Teil aber auch eine Rolle oder dergleichen eines hinteren Umwerfers (Kettenspanners) sein. Ferner kann der Generator 10 nicht nur als ein Nabendynamo, sondern auch als ein Rollendynamo oder dergleichen ausgebildet sein. Als ein Beispiel für den Generator 10 wurde ein Außenläufer-Generator gezeigt, der Generator kann aber auch ein Innenläufer-Generator sein, bei dem der Läufer 40 an der Innenumfangsseite des Ständers 38 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

10: Generator
12: Fahrrad
22: Vorderrad (rotierender Abschnitt)
26: Nabe
38: Ständer
40: Läufer
48: Magnet
50: Ständerblechpaket
52: erste Nut
60: Ankerspule
62A: erster Schenkelpolständerabschnitt
62B: zweiter Schenkelpolständerabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-49839 A [0003]
JP 2012-182961 [0069]

Claims

Generator, der: einen Ständer und einen Läufer aufweist, der an einer Außenumfangsseite oder einer Innenumfangsseite des Ständers angeordnet ist, wobei der Läufer mehrere Magnete aufweist, deren Magnetpole, die dem Ständer gegenüberliegen, in Umfangsrichtung abwechselnd verschiedene Magnetpole sind, der Ständer ein Ständerblechpaket, bei dem mehrere erste Nuten in Abständen in Umfangsrichtung gebildet sind, und Ankerspulen, die auf die mehreren ersten Nuten gewickelt sind, aufweist, das Ständerblechpaket einen ersten Schenkelpolständerabschnitt, der zwischen einer ersten Nut und einer benachbarten ersten Nut in einer Umfangsrichtung angeordnet ist, und einen zweiten Schenkelpolständerabschnitt, der zwischen der einen ersten Nut und einer benachbarten ersten Nut in der anderen Umfangsrichtung angeordnet ist, aufweist und die Positionen der Magnete, des ersten Schenkelpolständerabschnitts und des zweiten Schenkelpolständerabschnitts so festgelegt sind, dass abwechselnd ein erster Zustand, in dem die Magnetpole der Magnete, die sowohl dem ersten Schenkelpolständerabschnitt als auch dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt gegenüberliegen, verschieden sind, und ein zweiter Zustand, in dem die Magnetpole der Magnete, die sowohl dem ersten Schenkelpolständerabschnitt als auch dem zweiten Schenkelpolständerabschnitt gegenüberliegen, die Umkehrung der Magnetpole des ersten Zustands sind, geschaltet werden.
Generator gemäß Anspruch 1, wobei wenigstens zwei der ersten Schenkelpolständerabschnitte zwischen der einen ersten Nut und der benachbarten ersten Nut in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, und wenigstens zwei der zweiten Schenkelpolständerabschnitte zwischen der einen ersten Nut und der benachbarten ersten Nut in der anderen Umfangsrichtung angeordnet sind.
Generator gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Magnete an Stellen angeordnet sind, die jeweils in Umfangsrichtung um einen Winkel entsprechend einem vorgegebenen Winkel λ verschoben sind, die ersten Schenkelpolständerabschnitte an Stellen angeordnet sind, die jeweils in Umfangsrichtung um einen Winkel entsprechend λ × 2n (n ist eine ganze Zahl von 1 oder größer) bezogen auf die anderen ersten Schenkelpolständerabschnitte verschoben sind, und die zweiten Schenkelpolständerabschnitte an Stellen angeordnet sind, die jeweils in Umfangsrichtung um einen Winkel entsprechend λ × (2n + 1) bezogen auf die ersten Schenkelpolständerabschnitte verschoben sind.
Generator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ständerblechpaket durch Schichten mehrerer Metallplatten in axialer Richtung eines Drehzentrums des Läufers gebildet ist.
Generator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Generator ein Fahrrad-Generator ist, bei dem der Läufer in Verbindung mit der Drehung eines rotierenden Teils eines Fahrrads drehbar ist.
Generator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Generator ein Fahrrad-Nabendynamo ist.