JP3740555B2 - クローポール型発電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クローポール型発電機、特には自転車用として用いられるクローポール型発電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のクローポール型発電機は、永久磁石を有する筒体と、互いの磁極片が円周方向に交互に並列するように配置された２つのクローポール型のステータヨークと、両ステータヨークを磁気的に結合するコアヨークと、該コアヨークの周囲に配置されるコイルとで構成されている（特許文献１参照）。該クローポール型発電機は、永久磁石を外側回転子とし、ステータヨーク、コアヨーク、及びコイルを内側固定子として、永久磁石の回転によりコアヨークに交番磁束を発生させ、これにより、コイルに電流が流れて発電するようになっている。
【０００３】
前記ステータヨーク及びコアヨークには、交番磁束が発生するに伴い渦電流が発生し、該渦電流は発電効率を低下させる要因となるため、クローポール型発電機においては渦電流の発生を抑制することが望まれている。このような渦電流は、交番磁束の通過量が多くなるコアヨークや、ステータヨークの中心付近で大きくなるため、コアヨーク外周に軸方向のスリットを設けたり（特許文献２参照）、ステータヨークの中心付近に半径方向のスリットを設けることにより（特許文献１参照）、渦電流の発生を抑える構成が考案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９９１７０５号公報（図１，３）
【特許文献２】
特開２００１−３２７１３９号公報（図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した構成により渦電流の発生が抑制され、クローポール型発電機の発電効率が向上されるが、クローポール型発電機は、更に小型化、軽量化が望まれており、それに伴い、更なる発電効率の向上も望まれている。特に、自転車の車輪のハブ軸に固定されて、照明ランプ等の電力として利用される所謂自転車用ハブダイナモにおいては、小型化、軽量化とともに、自転車の車輪の回転数程度の回転力で照明ランプ用等として十分な電力を安定して発生させることが必要である。従って、コアヨークやステータヨークの中心付近のみならず、その他の部分での渦電流の発生も抑制することが望ましい。
【０００６】
本発明は、これらに鑑みてなされたものであり、クローポール型発電機、特に自転車用として用いられるクローポール型発電機のステータヨークにおいて、渦電流の発生を抑制する手段を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るクローポール型発電機は、環状に配置された永久磁石と、複数の爪状の極片を夫々有し、該各極片が円周方向に交互に並列し且つ前記永久磁石と対向するように配置された２つのステータヨークと、前記２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨークと、前記コアヨークの周囲に配置されたコイルと、を具備してなるクローポール型発電機において、前記ステータヨークは、円盤部と、該円盤部周縁から周方向に所定間隔で、且つその軸方向の長さがステータヨークの外側に配置されるに従って順次短くなるように軸方向へ延設された複数の極片とを備えてなる複数の薄板材が、厚み方向に積層されたものであることを特徴とする。これにより、ステータヨークの円盤部の厚み方向へ渦電流が流れ難くなり、ステータヨークにおける渦電流の発生を抑制して、クローポール型発電機の発電効率を向上させる。また、各薄板材の極片を夫々永久磁石と対向させることができ、各薄板材に交番磁束が効率良く発生する。
【０００８】
また、前記各薄板材は、その厚み方向に設けられた嵌合凹凸又は嵌合孔により夫々嵌合されて一体とされたものとすることが、加工及び組立の便宜上好適である。また、前記各薄板材を珪素鋼板材から作製することにより、各薄板材は磁束が通り易く且つ電気抵抗が大きなものとなるので、ステータヨークに生ずる渦電流を一層抑制することができる。また、前記クローポール型発電機を、自転車の車輪のハブ軸に固定されて用いられる自転車用のものとすることにより、小型、軽量であり、且つ自転車の車輪の回転数程度の回転力で照明ランプ用等に十分な電力を安定して発生させるハブダイナモを実現することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るクローポール型発電機１００の全体構成を示す図であり、図に示すように、本クローポール型発電機１００は、環状に配置された永久磁石１０１と、該永久磁石１０１と対向するように配置された２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒと、該ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを磁気的に連結するコアヨーク１０３と、該コアヨーク１０３の周囲に配置されたコイル１０４とを具備してなるものである。このように構成されたクローポール型発電機１００が、公知且つ任意の自転車の車輪のハブ軸１に固定されて自転車用ハブダイナモを構成している。なお、図には詳細に示していないが、該ハブ軸１には雄ネジが形成されており、自転車の車輪用フォークＦにナット等により固定されるようになっている。
【００１０】
前記ハブ軸１には、ハブケーシング２がベアリング３を介して回転自在に取り付けられている。ハブケーシング２は、ドラムハブ２ａとスポークハブ２ｂとを備えてなり、該ドラムハブ２ａは、図１及び図２に示すように、中央付近が径大であって、両端へ向かってテーパ状に縮径された円筒体であり、ドラムハブ２ａの両端に、円盤状のスポークハブ２ｂが夫々設けられている。スポークハブ２ｂの周縁近傍には複数の孔２ｃが周方向に列設されており、該孔２ｃにスポークＳが挿通されて、スポークハブ２ｂと車輪のリム（不図示）とが該スポークＳにより連結されるようになっている。また、ハブケーシング２からは、ハブケーシング２内に収容されたクローポール型発電機１００の電力を取り出すための端子４が外方へ突設されている。
【００１１】
前記永久磁石１０１は、前記ハブケーシング２ａの中央の径大部分の内周面にバックアップリング１０を介して固定されている。バックアップリング１０は、図３に示すように、円環状の枠体であり、その内周面には永久磁石１０１を構成する４つの磁石鋼が連続環状に固定されている。円環状に配置された永久磁石１０１は、その周方向にＮ極とＳ極とが交互となって計２８極存在するように着磁されたものとなっている。このような永久磁石１０１と前記ハブケーシング２とが、本クローポール型発電機１００の外側回転子を構成しており、自転車の車輪がハブ軸１を軸として回転することにより、ハブケーシング２が回転するとともに、その内周面に円環状に配置された永久磁石１０１も回転する。
【００１２】
前記ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒは、図１に示すように、前記永久磁石１０１の内側に位置するように、ハブ軸１に外嵌されている。図４に示すように、ステータヨーク１０２Ｌとステータヨーク１０２Ｒとは同形状のものであるので、以下、ステータヨーク１０２Ｌを例に、これらの構成を説明する。図４(a)に示すように、ステータヨーク１０２Ｌは、円盤部２０Ｌと、該円盤部２０Ｌの周縁から周方向に所定間隔で円盤部２０Ｌの厚み方向へ延設された複数の極片２１Ｌとを具備してなるものであり、図には詳細に示していないが、複数の薄板材が厚み方向に積層されることにより構成されている。該積層構造については後に詳述する。
【００１３】
前記円盤部２０Ｌは、前記永久磁石１０１の内方に納まる程度の大きさであり、その外径は、図１に示すように各ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒが永久磁石１０１の内側に配置された場合に、各極片２１Ｌに永久磁石１０１の磁力が作用する程度に離間されるように設定されている。円盤部２０Ｌの中央にはハブ軸１を挿通するための挿通孔２２が穿設されており、該挿通孔２２周りの４箇所にコアヨーク１０３を嵌合するためのコア嵌合孔２３が穿設されている。さらに、円盤部２０の外周縁の４箇所から半径方向にスリット２４が形成されている。該スリット２４は、交番磁束に伴い円盤部２０Ｌの周方向に流れる渦電流を抑制するためのものである。詳細には、前記コア嵌合孔２３に嵌合されるコアヨーク１０３の軸方向に交番磁束が発生すると、該交番磁束周り、即ち円盤部２０Ｌの周方向に渦電流が発生する。該渦電流の流路に前記スリット２４を設けることにより、円盤部２０Ｌの周方向へ渦電流が流れ難くして、渦電流の発生を抑制する。前記極片２１Ｌは、円盤部２０Ｌの外周縁に１４極設けられており、円盤部２０Ｌの厚み方向へ略直角に延設されることにより、その長手方向が円盤部２０Ｌの挿通孔２２に挿通されるハブ軸１の軸方向と平行になっている。
【００１４】
このように構成された２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒが、図４(b)に示すように、互いの極片２１Ｌ，２１Ｒが円周方向に交互に並列するように組み合わされ、これらが前記永久磁石１０１の内側に配置された場合に、各々１４極の極片２１Ｌ，２１Ｒが永久磁石１０１の２８極の磁極と夫々対向するようになっている。
【００１５】
次に、ステータヨーク１０２Ｌを例に、複数の薄板材が厚み方向に積層された積層構造について説明する。図５(a)は、前記ステータヨーク１０２Ｌの縦断面図であるが、図に示すように、ステータヨーク１０２Ｌは、所定形状の６枚の薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが積層された積層体であり、これらが一体となって前記円盤部２０Ｌ及び極片２１Ｌを構成している。
【００１６】
図６は、前記薄板材２５ａの展開図であるが、図に示すように、薄板材２５ａは、円盤部２５０ａと、該円盤部２５０ａの周縁から延設された複数の極片２５１ａとを具備してなるものであり、円盤部２５０ａが前記ステータヨーク１０２Ｌの円盤部２０Ｌに、極片２５１ａが極片２１Ｌに相当する。該円盤部２５０ａの中央にはハブ軸１を挿通するための挿通孔２５２が穿設されており、該挿通孔２５２周りの４箇所にコアヨーク１０３を嵌合するためのコア嵌合孔２５３が穿設されている。さらに、円盤部２５０ａの外周縁の４箇所から半径方向にスリット２５４が形成されている。これらも前記ステータヨーク１０２の挿通孔２２、コア嵌合孔２３、及びスリット２４に夫々相当するものである。なお、前記各極片２５１ａは、円盤部２５０ａと略直角となるように折り曲げられ、前記挿通孔２５２の軸方向へ突出するものとなる。また、円盤部２５０ａには嵌合孔２５５ａが適宜形成されている。該嵌合孔２５５ａは、薄板材２５ａが隣接する薄板材２５ｂ（不図示）の嵌合凹凸と嵌合するためのものである。
【００１７】
図７は、前記薄板材２５ｆの展開図であるが、該薄板材２５ｆも、前記薄板材２５ａと同様に、円盤部２５０ｆと、該円盤部２５０ｆの周縁から延設された複数の極片２５１ｆとを具備してなり、該円盤部２５０ｆには、ハブ軸１を挿通するための挿通孔２５２と、コアヨーク１０３を嵌合するためのコア嵌合孔２５３が穿設され、さらに、円盤部２５０ｆの外周縁の４箇所から半径方向にスリット２５４が形成されているが、前記極片２５１ｆの突出長さが、前記薄板材２５ａの極片２５１ａの突出長さより短い点で異なる。各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの各極片２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの突出長さは、図中に点線で表したように、ステータヨーク１０２の外側に積層されるに従って順次短くなるように形成されており、これにより、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが積層されてステータヨーク１０２Ｌを構成した際には、該ステータヨーク１０２Ｌの極片２１Ｌは、図５(b)に示すように、各極片２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの端部近傍が露呈した状態となる。これにより、各極片２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆを夫々永久磁石１０１と対向させて、永久磁石１０１の磁力を効率良く各極片２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆに作用させることができる。
【００１８】
また、前記円盤部２５０ｆには、前記嵌合孔２５５ａと対応する位置に嵌合凹凸２５５ｆが穿設されている。該嵌合凹凸２５５ｆは、積層状態において隣接する薄板材２５０ｅと嵌合するためのものであり、前記円盤部２５０ｆに半抜きパンチを施すことにより、図８(a)に示すように、円盤部２５０ｆに凹凸を一体として形成したものである。なお、図には示していないが、同様の嵌合凹凸が薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅに形成されている。各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが、図７(b)に示すように順次積挿された場合に、薄板材２５ａ以外の各薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆに形成された各嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆの凸部と凹部とが嵌合し、嵌合凹凸２５５ｂの凸部が前記嵌合孔２５５ａに嵌合して、６枚の薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが一体となる。このように、円盤部２５０ａについては、嵌合凹凸に代えて嵌合孔２５５ａを穿設することにより、ステータヨーク１０２Ｌの外面から嵌合凹凸の凸部を突出させることなく、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ同士を嵌合させて一体化することができる。なお、本実施の形態では、薄板材２５ａに嵌合孔２５５ａを穿設したが、嵌合凹凸の凹凸方向を逆にして、薄板２５ａに嵌合凹凸を、薄板２５ｆに嵌合孔を形成するようにしてもよい。
【００１９】
このように、ステータヨーク１０２Ｌを各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆを積層して構成することにより、ステータヨーク１０２Ｌの極片２１Ｌから円盤部２０Ｌの中央へ向かって、円盤部２０Ｌの半径方向に交番磁束が生じた場合に、該磁束方向周り、即ち円盤部２０Ｌの厚み方向に生ずる渦電流の流路を、薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの境界で分断することができる。
【００２０】
以下、本ステータヨーク１０２Ｌの作製方法について説明する。
図９は、前記ステータヨーク１０２Ｌを製造するための高速プレスの順送金型の工程配置図である。順送型内かしめ金型により珪素鋼板材から各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆを打ち抜いてステータヨーク１０２Ｌを得る方法である。珪素鋼板材を用いることにより、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが磁束が通り易く且つ電気抵抗が大きなものとなるので、ステータヨーク１０２Ｌに生ずる渦電流を効果的に抑制することができるので好ましいが、前記ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒは珪素鋼板材に限定されるものではなく、例えば純鉄材や、ＳＰＣＣ、ＳＰＣＤ、ＳＰＣＥ等の冷延鋼帯のように、交番磁束を生じさせる公知且つ任意の磁性材を用いることができる。以下、各工程を順次説明する。
【００２１】
帯状の珪素鋼板材８００に、予め、位置決めの基準となるパイロット穴８０を適宜穿った後、前記スリット２５４を打ち抜き（Ｓ１）、さらに、前記挿通孔２５２及びコアコア嵌合孔２５３を打ち抜く（Ｓ２）。これら挿通孔２５２、コアコア嵌合孔２５３、及びスリット２５４は各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆに共通のものである。
【００２２】
つぎに、薄板材２５ａ以外の各薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの各極片２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの先端を決める極片用カット穴８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆと、薄板材２５ａの嵌合孔２５５ａとを打ち抜く（Ｓ３〜Ｓ８）。詳細には、順送方向の上流から薄板材２５ａの嵌合孔２５５ａ（Ｓ８）、薄板材２５ｂの極片２５１ｂの先端を決める極片用カット穴８１ｂ（Ｓ７）、薄板材２５ｃの極片２５１ｃの先端を決める極片用カット穴８１ｃ（Ｓ６）、薄板材２５ｄの極片２５１ｄの先端を決める極片用カット穴８１ｄ（Ｓ５）、薄板材２５ｅの極片２５１ｅの先端を決める極片用カット穴８１ｅ（Ｓ４）、薄板材２５ｆの極片２５１ｆの先端を決める極片用カット穴８１ｆ（Ｓ３）が打ち抜かれる。各極片用カット穴８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆは、各薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの各極片２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの突出長さが順次短くなるようにするためのものであり、各々が１４極の極片に対応するように放射状に配置されており、各極片２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの突出長さが順次短くなるに従い、各極片用カット穴８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆの半径方向の長さが順次長くなっている。
【００２３】
前記各極片用カット穴８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆと薄板材２５ａの嵌合孔２５５ａとを形成するためのカットパンチは、１個のステータヨーク１０２Ｌとして積層される６枚の薄板材に対して同時になされるものであり、該カットパンチが１回行われた後は、５回分だけカットパンチが休止されるようにカウンタ等でコントロールされている。これにより、その後の工程で、各極片２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの長さが異なる各薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆを順送方向の上流側から連続的に打ち抜き、金型内で嵌合させることができるようになる。
【００２４】
つぎに、薄板材２５ａ以外の各薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆに、嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆを夫々形成するための半抜きパンチを行う（Ｓ９）。該半抜きパンチは、珪素鋼板材８００の板厚の６０％前後となるようにパンチが出されるものであり、これにより、珪素鋼板材８００の上面側に凹、下面側に凸の嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆが夫々形成される。なお、半抜きパンチの位置は、前述した嵌合孔２５５ａを形成するためのカットパンチと同一であり、薄板材２５ａには既に嵌合孔２５５ａが形成されているので、前記半抜きパンチが出されても嵌合凹凸は形成されない。
【００２５】
つぎに、外形部８２を打ち抜いて排圧を与える（Ｓ１０）。これにより、珪素鋼板材８００から各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが抜き出されるとともに、排圧により既に打ち抜かれた薄板材と圧接し、形合孔２５５ａと嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆが図８(b)に示すように嵌合して、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが型内で積層され、一体化したステータヨーク１０２Ｌとなる。前記外形部８２は、薄板材２５ａの外形であるが、薄板材２５ａ以外の各２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆについては、既に極片用カット穴８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆが夫々形成されているので、これに従って順次長さが短かくなるように極片２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆが形成される。なお、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆを圧接させるための排圧は、周知の排圧リング等により付与することができる。また、図には示していないが、外形部８２が打ち抜かれた後の珪素鋼板材８００は、適当な長さ毎にスクラップカットされる。
【００２６】
図１０は、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが打ち抜かれて積層された状態を示す平面図である。このように一体化された各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの各極片２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆを夫々略９０°曲折して、図５に示すようなステータヨーク１０２Ｌを得る。
【００２７】
なお、本実施の形態で各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆは珪素鋼板材８００から下方へ打ち抜かれて順次積層されるものとしたが、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆを打ち抜いた後、珪素鋼板材８００の上側へ排出して積層することも勿論可能である。また、前記嵌合孔２５５ａ及び嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆは所望の位置及び個数で設けることが可能であるが、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆに作用する嵌着力が均一となるように、複数の嵌合凹凸を円周方向に略均等となるように所定間隔で配置することが好ましい。また、レーザ溶接等、薄板材同士を積層するための他の固着手段を併用することも可能である。
【００２８】
図１１は、コアヨーク１０３及びコイル１０４を示すものであるが、図に示すように、コアヨーク１０３は、４個のコアヨーク片３０が、ハブ軸１を挿通可能な環状に組み合わされてなり、コイル１０４が巻回されるボビン４０の中空部４０ａに収容されている。各コアヨーク片３０の両端面には、前記ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒのコア嵌合孔２３に嵌入される嵌合凸部３１が夫々凸設されており、コアヨーク１０３の両端にステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを嵌合して、該ステータヨーク１０２Ｌ，１０３Ｒを磁気的に連結できるようになっている。このようなコアヨーク片３０は公知且つ任意の構成が可能であり、例えば珪素鋼板や電磁鉄材等から作製することができ、また、フェライト等の粉末焼結材を用いて一体のものとして作製してもよい。
【００２９】
前記ボビン４０は、コイル１０４を巻回するための樹脂製のものであり、外周面にコイルを巻回するための溝４１が形成されている。また、ボビン４０の上部には、外周縁から半径方向へスリット４２が形成されており、ボビン４０に巻回されたコイルの内周側の一端を該スリット４２から引き出しておくことができるようになっている。このようなボビン４０の中空部４０ａに前記コアヨーク１０３が配設され、一方、ボビン４０の溝４１にコイル１０４が巻回されることにより、コアヨーク１０３の周囲にコイル１０４が配置される。
【００３０】
このように構成されたコアヨーク１０３、コイル１０４、及びボビン４０が、図１に示すように、ハブ軸１に外嵌され、更にコアヨーク１０３両端の各嵌合凸部３１にステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを夫々嵌合し、これらを一体としてナット等によりハブ軸１に固定して、本クローポール型発電機１００の内側固定子が構成されている。
【００３１】
以下、本クローポール型発電機１００の動作について説明する。
本クローポール型発電機１００が装備された自転車を走行させると、自転車の車輪がハブ軸１を軸として回転し、ハブケーシング２が回転するとともに、その内周面に円環状に配置された永久磁石１０１が回転する。該永久磁石１０１の２８極は、その内側に配置されたステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの各極片２１Ｌ，２１Ｒと対応しており、永久磁石１０１の回転により該ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒ及びコアヨーク１０３に交番磁束が生じて、コイル１０４に誘導電流が流れる。
【００３２】
図１２は、前記交番磁束を示す模式図であるが、ステータヨーク１０２Ｌの極片２１Ｌから円盤部２０Ｌ、コアヨーク１０３、ステータヨーク１０２Ｒの円盤部２１Ｒ、極片２１Ｒへと交番磁束Ｇが生じた場合に、該交番磁束Ｇの磁束方向周りに渦電流が発生する。ここで、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの各円盤部２０Ｌ，２ＯＲに注目すると、磁束方向は各円盤部２０Ｌ，２ＯＲの半径方向であり、渦電流Ｉは各円盤部２０Ｌ，２０Ｒの厚み方向で発生するが、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒは前述したような積層体であり、各円盤部２０Ｌ，２０Ｒは、６枚の薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが厚み方向に積層されたものであるので、前記渦電流Ｉは各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの境界により流路が分断されて、流れ難くなる。これにより、各円盤部２０Ｌ，２０Ｒの厚み方向に発生する渦電流Ｉを抑制する。これにより、クローポール型発電機１００の発電効率が向上される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るクローポール型発電機によれば、環状に配置された永久磁石と、複数の爪状の極片を夫々有し、該各極片が円周方向に交互に並列し且つ前記永久磁石と対向するように配置された２つのステータヨークと、前記２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨークと、前記コアヨークの周囲に配置されたコイルと、を具備してなるクローポール型発電機において、前記ステータヨークは、円盤部と、該円盤部周縁から周方向に所定間隔で、且つその軸方向の長さがステータヨークの外側に配置されるに従って順次短くなるように軸方向へ延設された複数の極片とを備えてなる複数の薄板材が、厚み方向に積層されたものとしたので、ステータヨークの円盤部の厚み方向へ渦電流が流れ難くなり、ステータヨークにおける渦電流の発生を抑制して、クローポール型発電機の発電効率を向上させることができる。これにより、軽量且つ小型であり、起電力の大きなクローポール型発電機を実現することが可能である。また、各薄板材の極片を夫々永久磁石と対向させることができ、各薄板材に交番磁束が効率良く発生する。これにより、クローポール型発電機の発電効率を向上させることができる。
【００３４】
また、本発明によれば、前記各薄板材を、その厚み方向に設けられた嵌合凹凸又は嵌合孔により夫々嵌合されて一体とされたものとしたので、加工及び組立作業が容易となる。これにより、クローポール型発電機の組立コストを軽減することが可能となる。
【００３５】
また、前記各薄板材を珪素鋼板材から作製したので、各薄板材を、磁束が通り易く且つ電気抵抗が大きなものすることができ、ステータヨークに生ずる渦電流を一層抑制することができる。また、前記クローポール型発電機を、自転車の車輪のハブ軸に固定されて用いられる自転車用のものとすることにより、小型、軽量であり、且つ自転車の車輪の回転数程度の回転力で照明ランプ用等に十分な電力を安定して発生させるハブダイナモを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 自転車の車輪のハブ軸１に固定されたクローポール型発電機１００の全体構成を示す正面図である。
【図２】 クローポール型発電機１００の側面図である。
【図３】 永久磁石１０１の構成を示す正面図である。
【図４】 (a)は、組み合わされた状態のステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを示す正面図であり、(b)は、これらの側面図である。
【図５】 (a)は、ステータヨーク１０２Ｌの縦断面を示す断面図であり、(b)は、(a)の部分拡大図である。
【図６】 薄板材２５ａの構成を示す平面図である。
【図７】 薄板材２５ｆの構成を示す平面図である。
【図８】 (a)は、嵌合凹凸２５５ｆを示す部分断面であり、(b)は、嵌合状態の嵌合孔２５５ａ及び嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆを示しす部分断面図である。
【図９】 ステータヨーク１０２の作製方法を説明するための工程配置図である。
【図１０】 (a)は、積層状態の薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの構成を示す平面図であり、(b)は、これらの縦断面を示した断面図である。
【図１１】 (a)は、コアヨーク１０３、コイル１０４、ボビン４０の構成を示す正面図であり、(b)は、これらの部分断面を示した側面図である。
【図１２】 本クローポール型発電機１００に生じた交番磁束Ｇ及び渦電流Ｉを示す模式図である。
【符号の説明】
１ ハブ軸
１００ クローポール型発電機
１０１ 永久磁石
１０２Ｌ，１０２Ｒ ステータヨーク
１０３ コアヨーク
１０４ コイル
２０Ｌ，２０Ｒ 円盤部
２１Ｌ，２１Ｒ 極片
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ 薄板材
２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆ極片
２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆ 嵌合凹凸
２５５ａ 嵌合孔
８００ 珪素鋼板材
【発明の属する技術分野】
本発明は、クローポール型発電機、特には自転車用として用いられるクローポール型発電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のクローポール型発電機は、永久磁石を有する筒体と、互いの磁極片が円周方向に交互に並列するように配置された２つのクローポール型のステータヨークと、両ステータヨークを磁気的に結合するコアヨークと、該コアヨークの周囲に配置されるコイルとで構成されている（特許文献１参照）。該クローポール型発電機は、永久磁石を外側回転子とし、ステータヨーク、コアヨーク、及びコイルを内側固定子として、永久磁石の回転によりコアヨークに交番磁束を発生させ、これにより、コイルに電流が流れて発電するようになっている。
【０００３】
前記ステータヨーク及びコアヨークには、交番磁束が発生するに伴い渦電流が発生し、該渦電流は発電効率を低下させる要因となるため、クローポール型発電機においては渦電流の発生を抑制することが望まれている。このような渦電流は、交番磁束の通過量が多くなるコアヨークや、ステータヨークの中心付近で大きくなるため、コアヨーク外周に軸方向のスリットを設けたり（特許文献２参照）、ステータヨークの中心付近に半径方向のスリットを設けることにより（特許文献１参照）、渦電流の発生を抑える構成が考案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９９１７０５号公報（図１，３）
【特許文献２】
特開２００１−３２７１３９号公報（図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した構成により渦電流の発生が抑制され、クローポール型発電機の発電効率が向上されるが、クローポール型発電機は、更に小型化、軽量化が望まれており、それに伴い、更なる発電効率の向上も望まれている。特に、自転車の車輪のハブ軸に固定されて、照明ランプ等の電力として利用される所謂自転車用ハブダイナモにおいては、小型化、軽量化とともに、自転車の車輪の回転数程度の回転力で照明ランプ用等として十分な電力を安定して発生させることが必要である。従って、コアヨークやステータヨークの中心付近のみならず、その他の部分での渦電流の発生も抑制することが望ましい。
【０００６】
本発明は、これらに鑑みてなされたものであり、クローポール型発電機、特に自転車用として用いられるクローポール型発電機のステータヨークにおいて、渦電流の発生を抑制する手段を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るクローポール型発電機は、環状に配置された永久磁石と、複数の爪状の極片を夫々有し、該各極片が円周方向に交互に並列し且つ前記永久磁石と対向するように配置された２つのステータヨークと、前記２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨークと、前記コアヨークの周囲に配置されたコイルと、を具備してなるクローポール型発電機において、前記ステータヨークは、円盤部と、該円盤部周縁から周方向に所定間隔で、且つその軸方向の長さがステータヨークの外側に配置されるに従って順次短くなるように軸方向へ延設された複数の極片とを備えてなる複数の薄板材が、厚み方向に積層されたものであることを特徴とする。これにより、ステータヨークの円盤部の厚み方向へ渦電流が流れ難くなり、ステータヨークにおける渦電流の発生を抑制して、クローポール型発電機の発電効率を向上させる。また、各薄板材の極片を夫々永久磁石と対向させることができ、各薄板材に交番磁束が効率良く発生する。
【０００８】
また、前記各薄板材は、その厚み方向に設けられた嵌合凹凸又は嵌合孔により夫々嵌合されて一体とされたものとすることが、加工及び組立の便宜上好適である。また、前記各薄板材を珪素鋼板材から作製することにより、各薄板材は磁束が通り易く且つ電気抵抗が大きなものとなるので、ステータヨークに生ずる渦電流を一層抑制することができる。また、前記クローポール型発電機を、自転車の車輪のハブ軸に固定されて用いられる自転車用のものとすることにより、小型、軽量であり、且つ自転車の車輪の回転数程度の回転力で照明ランプ用等に十分な電力を安定して発生させるハブダイナモを実現することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るクローポール型発電機１００の全体構成を示す図であり、図に示すように、本クローポール型発電機１００は、環状に配置された永久磁石１０１と、該永久磁石１０１と対向するように配置された２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒと、該ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを磁気的に連結するコアヨーク１０３と、該コアヨーク１０３の周囲に配置されたコイル１０４とを具備してなるものである。このように構成されたクローポール型発電機１００が、公知且つ任意の自転車の車輪のハブ軸１に固定されて自転車用ハブダイナモを構成している。なお、図には詳細に示していないが、該ハブ軸１には雄ネジが形成されており、自転車の車輪用フォークＦにナット等により固定されるようになっている。
【００１０】
前記ハブ軸１には、ハブケーシング２がベアリング３を介して回転自在に取り付けられている。ハブケーシング２は、ドラムハブ２ａとスポークハブ２ｂとを備えてなり、該ドラムハブ２ａは、図１及び図２に示すように、中央付近が径大であって、両端へ向かってテーパ状に縮径された円筒体であり、ドラムハブ２ａの両端に、円盤状のスポークハブ２ｂが夫々設けられている。スポークハブ２ｂの周縁近傍には複数の孔２ｃが周方向に列設されており、該孔２ｃにスポークＳが挿通されて、スポークハブ２ｂと車輪のリム（不図示）とが該スポークＳにより連結されるようになっている。また、ハブケーシング２からは、ハブケーシング２内に収容されたクローポール型発電機１００の電力を取り出すための端子４が外方へ突設されている。
【００１１】
前記永久磁石１０１は、前記ハブケーシング２ａの中央の径大部分の内周面にバックアップリング１０を介して固定されている。バックアップリング１０は、図３に示すように、円環状の枠体であり、その内周面には永久磁石１０１を構成する４つの磁石鋼が連続環状に固定されている。円環状に配置された永久磁石１０１は、その周方向にＮ極とＳ極とが交互となって計２８極存在するように着磁されたものとなっている。このような永久磁石１０１と前記ハブケーシング２とが、本クローポール型発電機１００の外側回転子を構成しており、自転車の車輪がハブ軸１を軸として回転することにより、ハブケーシング２が回転するとともに、その内周面に円環状に配置された永久磁石１０１も回転する。
【００１２】
前記ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒは、図１に示すように、前記永久磁石１０１の内側に位置するように、ハブ軸１に外嵌されている。図４に示すように、ステータヨーク１０２Ｌとステータヨーク１０２Ｒとは同形状のものであるので、以下、ステータヨーク１０２Ｌを例に、これらの構成を説明する。図４(a)に示すように、ステータヨーク１０２Ｌは、円盤部２０Ｌと、該円盤部２０Ｌの周縁から周方向に所定間隔で円盤部２０Ｌの厚み方向へ延設された複数の極片２１Ｌとを具備してなるものであり、図には詳細に示していないが、複数の薄板材が厚み方向に積層されることにより構成されている。該積層構造については後に詳述する。
【００１３】
前記円盤部２０Ｌは、前記永久磁石１０１の内方に納まる程度の大きさであり、その外径は、図１に示すように各ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒが永久磁石１０１の内側に配置された場合に、各極片２１Ｌに永久磁石１０１の磁力が作用する程度に離間されるように設定されている。円盤部２０Ｌの中央にはハブ軸１を挿通するための挿通孔２２が穿設されており、該挿通孔２２周りの４箇所にコアヨーク１０３を嵌合するためのコア嵌合孔２３が穿設されている。さらに、円盤部２０の外周縁の４箇所から半径方向にスリット２４が形成されている。該スリット２４は、交番磁束に伴い円盤部２０Ｌの周方向に流れる渦電流を抑制するためのものである。詳細には、前記コア嵌合孔２３に嵌合されるコアヨーク１０３の軸方向に交番磁束が発生すると、該交番磁束周り、即ち円盤部２０Ｌの周方向に渦電流が発生する。該渦電流の流路に前記スリット２４を設けることにより、円盤部２０Ｌの周方向へ渦電流が流れ難くして、渦電流の発生を抑制する。前記極片２１Ｌは、円盤部２０Ｌの外周縁に１４極設けられており、円盤部２０Ｌの厚み方向へ略直角に延設されることにより、その長手方向が円盤部２０Ｌの挿通孔２２に挿通されるハブ軸１の軸方向と平行になっている。
【００１４】
このように構成された２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒが、図４(b)に示すように、互いの極片２１Ｌ，２１Ｒが円周方向に交互に並列するように組み合わされ、これらが前記永久磁石１０１の内側に配置された場合に、各々１４極の極片２１Ｌ，２１Ｒが永久磁石１０１の２８極の磁極と夫々対向するようになっている。
【００１５】
次に、ステータヨーク１０２Ｌを例に、複数の薄板材が厚み方向に積層された積層構造について説明する。図５(a)は、前記ステータヨーク１０２Ｌの縦断面図であるが、図に示すように、ステータヨーク１０２Ｌは、所定形状の６枚の薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが積層された積層体であり、これらが一体となって前記円盤部２０Ｌ及び極片２１Ｌを構成している。
【００１６】
図６は、前記薄板材２５ａの展開図であるが、図に示すように、薄板材２５ａは、円盤部２５０ａと、該円盤部２５０ａの周縁から延設された複数の極片２５１ａとを具備してなるものであり、円盤部２５０ａが前記ステータヨーク１０２Ｌの円盤部２０Ｌに、極片２５１ａが極片２１Ｌに相当する。該円盤部２５０ａの中央にはハブ軸１を挿通するための挿通孔２５２が穿設されており、該挿通孔２５２周りの４箇所にコアヨーク１０３を嵌合するためのコア嵌合孔２５３が穿設されている。さらに、円盤部２５０ａの外周縁の４箇所から半径方向にスリット２５４が形成されている。これらも前記ステータヨーク１０２の挿通孔２２、コア嵌合孔２３、及びスリット２４に夫々相当するものである。なお、前記各極片２５１ａは、円盤部２５０ａと略直角となるように折り曲げられ、前記挿通孔２５２の軸方向へ突出するものとなる。また、円盤部２５０ａには嵌合孔２５５ａが適宜形成されている。該嵌合孔２５５ａは、薄板材２５ａが隣接する薄板材２５ｂ（不図示）の嵌合凹凸と嵌合するためのものである。
【００１７】
図７は、前記薄板材２５ｆの展開図であるが、該薄板材２５ｆも、前記薄板材２５ａと同様に、円盤部２５０ｆと、該円盤部２５０ｆの周縁から延設された複数の極片２５１ｆとを具備してなり、該円盤部２５０ｆには、ハブ軸１を挿通するための挿通孔２５２と、コアヨーク１０３を嵌合するためのコア嵌合孔２５３が穿設され、さらに、円盤部２５０ｆの外周縁の４箇所から半径方向にスリット２５４が形成されているが、前記極片２５１ｆの突出長さが、前記薄板材２５ａの極片２５１ａの突出長さより短い点で異なる。各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの各極片２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの突出長さは、図中に点線で表したように、ステータヨーク１０２の外側に積層されるに従って順次短くなるように形成されており、これにより、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが積層されてステータヨーク１０２Ｌを構成した際には、該ステータヨーク１０２Ｌの極片２１Ｌは、図５(b)に示すように、各極片２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの端部近傍が露呈した状態となる。これにより、各極片２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆを夫々永久磁石１０１と対向させて、永久磁石１０１の磁力を効率良く各極片２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆに作用させることができる。
【００１８】
また、前記円盤部２５０ｆには、前記嵌合孔２５５ａと対応する位置に嵌合凹凸２５５ｆが穿設されている。該嵌合凹凸２５５ｆは、積層状態において隣接する薄板材２５０ｅと嵌合するためのものであり、前記円盤部２５０ｆに半抜きパンチを施すことにより、図８(a)に示すように、円盤部２５０ｆに凹凸を一体として形成したものである。なお、図には示していないが、同様の嵌合凹凸が薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅに形成されている。各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが、図７(b)に示すように順次積挿された場合に、薄板材２５ａ以外の各薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆに形成された各嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆの凸部と凹部とが嵌合し、嵌合凹凸２５５ｂの凸部が前記嵌合孔２５５ａに嵌合して、６枚の薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが一体となる。このように、円盤部２５０ａについては、嵌合凹凸に代えて嵌合孔２５５ａを穿設することにより、ステータヨーク１０２Ｌの外面から嵌合凹凸の凸部を突出させることなく、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ同士を嵌合させて一体化することができる。なお、本実施の形態では、薄板材２５ａに嵌合孔２５５ａを穿設したが、嵌合凹凸の凹凸方向を逆にして、薄板２５ａに嵌合凹凸を、薄板２５ｆに嵌合孔を形成するようにしてもよい。
【００１９】
このように、ステータヨーク１０２Ｌを各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆを積層して構成することにより、ステータヨーク１０２Ｌの極片２１Ｌから円盤部２０Ｌの中央へ向かって、円盤部２０Ｌの半径方向に交番磁束が生じた場合に、該磁束方向周り、即ち円盤部２０Ｌの厚み方向に生ずる渦電流の流路を、薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの境界で分断することができる。
【００２０】
以下、本ステータヨーク１０２Ｌの作製方法について説明する。
図９は、前記ステータヨーク１０２Ｌを製造するための高速プレスの順送金型の工程配置図である。順送型内かしめ金型により珪素鋼板材から各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆを打ち抜いてステータヨーク１０２Ｌを得る方法である。珪素鋼板材を用いることにより、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが磁束が通り易く且つ電気抵抗が大きなものとなるので、ステータヨーク１０２Ｌに生ずる渦電流を効果的に抑制することができるので好ましいが、前記ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒは珪素鋼板材に限定されるものではなく、例えば純鉄材や、ＳＰＣＣ、ＳＰＣＤ、ＳＰＣＥ等の冷延鋼帯のように、交番磁束を生じさせる公知且つ任意の磁性材を用いることができる。以下、各工程を順次説明する。
【００２１】
帯状の珪素鋼板材８００に、予め、位置決めの基準となるパイロット穴８０を適宜穿った後、前記スリット２５４を打ち抜き（Ｓ１）、さらに、前記挿通孔２５２及びコアコア嵌合孔２５３を打ち抜く（Ｓ２）。これら挿通孔２５２、コアコア嵌合孔２５３、及びスリット２５４は各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆに共通のものである。
【００２２】
つぎに、薄板材２５ａ以外の各薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの各極片２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの先端を決める極片用カット穴８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆと、薄板材２５ａの嵌合孔２５５ａとを打ち抜く（Ｓ３〜Ｓ８）。詳細には、順送方向の上流から薄板材２５ａの嵌合孔２５５ａ（Ｓ８）、薄板材２５ｂの極片２５１ｂの先端を決める極片用カット穴８１ｂ（Ｓ７）、薄板材２５ｃの極片２５１ｃの先端を決める極片用カット穴８１ｃ（Ｓ６）、薄板材２５ｄの極片２５１ｄの先端を決める極片用カット穴８１ｄ（Ｓ５）、薄板材２５ｅの極片２５１ｅの先端を決める極片用カット穴８１ｅ（Ｓ４）、薄板材２５ｆの極片２５１ｆの先端を決める極片用カット穴８１ｆ（Ｓ３）が打ち抜かれる。各極片用カット穴８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆは、各薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの各極片２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの突出長さが順次短くなるようにするためのものであり、各々が１４極の極片に対応するように放射状に配置されており、各極片２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの突出長さが順次短くなるに従い、各極片用カット穴８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆの半径方向の長さが順次長くなっている。
【００２３】
前記各極片用カット穴８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆと薄板材２５ａの嵌合孔２５５ａとを形成するためのカットパンチは、１個のステータヨーク１０２Ｌとして積層される６枚の薄板材に対して同時になされるものであり、該カットパンチが１回行われた後は、５回分だけカットパンチが休止されるようにカウンタ等でコントロールされている。これにより、その後の工程で、各極片２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆの長さが異なる各薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆを順送方向の上流側から連続的に打ち抜き、金型内で嵌合させることができるようになる。
【００２４】
つぎに、薄板材２５ａ以外の各薄板材２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆに、嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆを夫々形成するための半抜きパンチを行う（Ｓ９）。該半抜きパンチは、珪素鋼板材８００の板厚の６０％前後となるようにパンチが出されるものであり、これにより、珪素鋼板材８００の上面側に凹、下面側に凸の嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆが夫々形成される。なお、半抜きパンチの位置は、前述した嵌合孔２５５ａを形成するためのカットパンチと同一であり、薄板材２５ａには既に嵌合孔２５５ａが形成されているので、前記半抜きパンチが出されても嵌合凹凸は形成されない。
【００２５】
つぎに、外形部８２を打ち抜いて排圧を与える（Ｓ１０）。これにより、珪素鋼板材８００から各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが抜き出されるとともに、排圧により既に打ち抜かれた薄板材と圧接し、形合孔２５５ａと嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆが図８(b)に示すように嵌合して、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが型内で積層され、一体化したステータヨーク１０２Ｌとなる。前記外形部８２は、薄板材２５ａの外形であるが、薄板材２５ａ以外の各２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆについては、既に極片用カット穴８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆが夫々形成されているので、これに従って順次長さが短かくなるように極片２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆが形成される。なお、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆを圧接させるための排圧は、周知の排圧リング等により付与することができる。また、図には示していないが、外形部８２が打ち抜かれた後の珪素鋼板材８００は、適当な長さ毎にスクラップカットされる。
【００２６】
図１０は、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが打ち抜かれて積層された状態を示す平面図である。このように一体化された各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの各極片２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆを夫々略９０°曲折して、図５に示すようなステータヨーク１０２Ｌを得る。
【００２７】
なお、本実施の形態で各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆは珪素鋼板材８００から下方へ打ち抜かれて順次積層されるものとしたが、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆを打ち抜いた後、珪素鋼板材８００の上側へ排出して積層することも勿論可能である。また、前記嵌合孔２５５ａ及び嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆは所望の位置及び個数で設けることが可能であるが、各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆに作用する嵌着力が均一となるように、複数の嵌合凹凸を円周方向に略均等となるように所定間隔で配置することが好ましい。また、レーザ溶接等、薄板材同士を積層するための他の固着手段を併用することも可能である。
【００２８】
図１１は、コアヨーク１０３及びコイル１０４を示すものであるが、図に示すように、コアヨーク１０３は、４個のコアヨーク片３０が、ハブ軸１を挿通可能な環状に組み合わされてなり、コイル１０４が巻回されるボビン４０の中空部４０ａに収容されている。各コアヨーク片３０の両端面には、前記ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒのコア嵌合孔２３に嵌入される嵌合凸部３１が夫々凸設されており、コアヨーク１０３の両端にステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを嵌合して、該ステータヨーク１０２Ｌ，１０３Ｒを磁気的に連結できるようになっている。このようなコアヨーク片３０は公知且つ任意の構成が可能であり、例えば珪素鋼板や電磁鉄材等から作製することができ、また、フェライト等の粉末焼結材を用いて一体のものとして作製してもよい。
【００２９】
前記ボビン４０は、コイル１０４を巻回するための樹脂製のものであり、外周面にコイルを巻回するための溝４１が形成されている。また、ボビン４０の上部には、外周縁から半径方向へスリット４２が形成されており、ボビン４０に巻回されたコイルの内周側の一端を該スリット４２から引き出しておくことができるようになっている。このようなボビン４０の中空部４０ａに前記コアヨーク１０３が配設され、一方、ボビン４０の溝４１にコイル１０４が巻回されることにより、コアヨーク１０３の周囲にコイル１０４が配置される。
【００３０】
このように構成されたコアヨーク１０３、コイル１０４、及びボビン４０が、図１に示すように、ハブ軸１に外嵌され、更にコアヨーク１０３両端の各嵌合凸部３１にステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを夫々嵌合し、これらを一体としてナット等によりハブ軸１に固定して、本クローポール型発電機１００の内側固定子が構成されている。
【００３１】
以下、本クローポール型発電機１００の動作について説明する。
本クローポール型発電機１００が装備された自転車を走行させると、自転車の車輪がハブ軸１を軸として回転し、ハブケーシング２が回転するとともに、その内周面に円環状に配置された永久磁石１０１が回転する。該永久磁石１０１の２８極は、その内側に配置されたステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの各極片２１Ｌ，２１Ｒと対応しており、永久磁石１０１の回転により該ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒ及びコアヨーク１０３に交番磁束が生じて、コイル１０４に誘導電流が流れる。
【００３２】
図１２は、前記交番磁束を示す模式図であるが、ステータヨーク１０２Ｌの極片２１Ｌから円盤部２０Ｌ、コアヨーク１０３、ステータヨーク１０２Ｒの円盤部２１Ｒ、極片２１Ｒへと交番磁束Ｇが生じた場合に、該交番磁束Ｇの磁束方向周りに渦電流が発生する。ここで、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの各円盤部２０Ｌ，２ＯＲに注目すると、磁束方向は各円盤部２０Ｌ，２ＯＲの半径方向であり、渦電流Ｉは各円盤部２０Ｌ，２０Ｒの厚み方向で発生するが、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒは前述したような積層体であり、各円盤部２０Ｌ，２０Ｒは、６枚の薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが厚み方向に積層されたものであるので、前記渦電流Ｉは各薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの境界により流路が分断されて、流れ難くなる。これにより、各円盤部２０Ｌ，２０Ｒの厚み方向に発生する渦電流Ｉを抑制する。これにより、クローポール型発電機１００の発電効率が向上される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るクローポール型発電機によれば、環状に配置された永久磁石と、複数の爪状の極片を夫々有し、該各極片が円周方向に交互に並列し且つ前記永久磁石と対向するように配置された２つのステータヨークと、前記２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨークと、前記コアヨークの周囲に配置されたコイルと、を具備してなるクローポール型発電機において、前記ステータヨークは、円盤部と、該円盤部周縁から周方向に所定間隔で、且つその軸方向の長さがステータヨークの外側に配置されるに従って順次短くなるように軸方向へ延設された複数の極片とを備えてなる複数の薄板材が、厚み方向に積層されたものとしたので、ステータヨークの円盤部の厚み方向へ渦電流が流れ難くなり、ステータヨークにおける渦電流の発生を抑制して、クローポール型発電機の発電効率を向上させることができる。これにより、軽量且つ小型であり、起電力の大きなクローポール型発電機を実現することが可能である。また、各薄板材の極片を夫々永久磁石と対向させることができ、各薄板材に交番磁束が効率良く発生する。これにより、クローポール型発電機の発電効率を向上させることができる。
【００３４】
また、本発明によれば、前記各薄板材を、その厚み方向に設けられた嵌合凹凸又は嵌合孔により夫々嵌合されて一体とされたものとしたので、加工及び組立作業が容易となる。これにより、クローポール型発電機の組立コストを軽減することが可能となる。
【００３５】
また、前記各薄板材を珪素鋼板材から作製したので、各薄板材を、磁束が通り易く且つ電気抵抗が大きなものすることができ、ステータヨークに生ずる渦電流を一層抑制することができる。また、前記クローポール型発電機を、自転車の車輪のハブ軸に固定されて用いられる自転車用のものとすることにより、小型、軽量であり、且つ自転車の車輪の回転数程度の回転力で照明ランプ用等に十分な電力を安定して発生させるハブダイナモを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 自転車の車輪のハブ軸１に固定されたクローポール型発電機１００の全体構成を示す正面図である。
【図２】 クローポール型発電機１００の側面図である。
【図３】 永久磁石１０１の構成を示す正面図である。
【図４】 (a)は、組み合わされた状態のステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを示す正面図であり、(b)は、これらの側面図である。
【図５】 (a)は、ステータヨーク１０２Ｌの縦断面を示す断面図であり、(b)は、(a)の部分拡大図である。
【図６】 薄板材２５ａの構成を示す平面図である。
【図７】 薄板材２５ｆの構成を示す平面図である。
【図８】 (a)は、嵌合凹凸２５５ｆを示す部分断面であり、(b)は、嵌合状態の嵌合孔２５５ａ及び嵌合凹凸２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆを示しす部分断面図である。
【図９】 ステータヨーク１０２の作製方法を説明するための工程配置図である。
【図１０】 (a)は、積層状態の薄板材２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの構成を示す平面図であり、(b)は、これらの縦断面を示した断面図である。
【図１１】 (a)は、コアヨーク１０３、コイル１０４、ボビン４０の構成を示す正面図であり、(b)は、これらの部分断面を示した側面図である。
【図１２】 本クローポール型発電機１００に生じた交番磁束Ｇ及び渦電流Ｉを示す模式図である。
【符号の説明】
１ ハブ軸
１００ クローポール型発電機
１０１ 永久磁石
１０２Ｌ，１０２Ｒ ステータヨーク
１０３ コアヨーク
１０４ コイル
２０Ｌ，２０Ｒ 円盤部
２１Ｌ，２１Ｒ 極片
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ 薄板材
２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ，２５１ｅ，２５１ｆ極片
２５５ｂ，２５５ｃ，２５５ｄ，２５５ｅ，２５５ｆ 嵌合凹凸
２５５ａ 嵌合孔
８００ 珪素鋼板材
Claims (4)
- 環状に配置された永久磁石と、複数の爪状の極片を夫々有し、該各極片が円周方向に交互に並列し且つ前記永久磁石と対向するように配置された２つのステータヨークと、前記２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨークと、前記コアヨークの周囲に配置されたコイルと、を具備してなるクローポール型発電機において、
前記ステータヨークは、円盤部と、該円盤部周縁から周方向に所定間隔で、且つその軸方向の長さがステータヨークの外側に配置されるに従って順次短くなるように軸方向へ延設された複数の極片とを備えてなる複数の薄板材が、厚み方向に積層されたものであることを特徴とするクローポール型発電機。 - 前記各薄板材は、その厚み方向に設けられた嵌合凹凸又は嵌合孔により夫々嵌合されて一体とされたものである請求項１記載のクローポール型発電機。
- 前記各薄板材は、珪素鋼板材から作製されたものである請求項１又は２に記載のクローポール型発電機。
- 前記クローポール型発電機は、自転車の車輪のハブ軸に固定されて用いられる自転車用のものである請求項１乃至３のいずれかに記載のクローポール型発電機。
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