JP3740556B2 - 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。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。一般に、発電機の固定子となる鉄芯では、磁束の流れる方向に電磁鋼板等の薄板材を配向させて積層することにより渦電流を抑制しているが、自転車用ハブダイナモとして用いるクローポール型発電機のように、コアヨークがハブ軸を挿通可能な筒状であり、ハブ軸と平行な磁束が生ずる場合には、単に一定形状の薄板材を積層することでは筒状のコアヨークを構成できないので、薄板材の形状や配置によって、筒状のコアヨークを円周方向又は半径方向に分割し、渦電流の発生を抑える構成が従来より考案されている。
【０００４】
例えば、図１５に示すように、クローポール型電動機において、円環状の鉄芯９０を軸中心に放射状に分割された複数枚の電磁鋼板９０ａから形成するものが考案されている（特許文献１参照）。該電磁鋼板９０ａは、その厚みが一方向へ減少したものであり、厚みの薄い側を鉄芯９０の内側にして円周方向に積層することにより、円環状に組み合わされている。このように、磁束が生じる鉄芯９０を電磁鋼板９０ａが円周方向に積層されたものとすることにより、各電磁鋼板９０ａの積層境界で渦電流の流路を絶って渦電流の発生を抑制している。
【０００５】
また、図１６(a)に示すように、クローポール型発電機において、２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨーク９１を、帯状の薄いシート９１ａを円筒状に巻回しながら積層して形成するものが考案されており（特許文献２参照）、また、図１６(b)に示すように、半径方向外側へ向かって径が順次大きくなるように半円筒状に形成された各薄板材９１ｂを積層、組み付けするものも考案されている（特許文献３参照）。このように、交番磁束が生じるコアヨーク９１を、薄板材９１ａ，９１ｂが半径方向に積層されたものとすることにより、薄板材９１ａ、９１ｂの積層境界や薄板材９１ｂの円周方向の継目で渦電流の流路を絶って渦電流の発生を抑制している。
【０００６】
また、図１７に示すように、クローポール型発電機において、２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨーク９２を、一定形状の４枚の薄板材９３ａが積層されてなる分割片９３を、半径方向に重ね合わせながら四角筒状に組み合わせて配置する構成が考案されている（特許文献４参照）。これにより、前述と同様に、薄板材９３ａの積層境界や分割片９３同士の継目で渦電流の流路を絶って渦電流の発生を抑制している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２３６２３８（図１，９）
【特許文献２】
特開平６−２６１５１１（図２）
【特許文献３】
特開２０００−３０２０７３（図５）
【特許文献４】
特許第２９９１７０５号公報（図５，１２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した各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。一方、製造コスト上は、クローポール型発電機の作製はできるだけ容易であることが望ましいので、可能な限り簡易な構成として小型化等されても容易に加工、組立てできるものがよい。
【０００９】
しかし、図１５に示した構成では、電磁鋼板９０ａの厚み変化を一定として、所望の径の鉄芯９０を作製することが難しく、特に、クローポール型発電機を小型化した際に、電磁鋼板９０ａ等の厚み寸法等に高い精度が要求され、加工に高度な技術が必要となるという問題がある。
【００１０】
また、図１６に示したように、薄板材９１ａを渦巻き状に巻回するためには、比較的軟らかい帯状部材等を用いなければ加工が難しく、また、円周方向の渦電流の流路を絶つことができない。一方、半円筒状に湾曲した薄板材９１ｂを半径方向に積層する場合では、半径方向外側へ配置するに従って薄板材９１ｂが湾曲する径を順次大きくする必要があるが、各薄板材９１ｂを、互いに密着して半径方向へ隙間なく積層できるような半円筒状に加工することも難しい。また、薄板材９１ａ，９１ｂの積層方向に隙間が生じると、磁束を通過させる断面積が少なくなり、飽和磁束量が減少するという問題がある。
【００１１】
また、図１７に示したように、薄板材９３ａが積層されてなる分割片９３を四角筒状に組み合わせてコアヨーク９２を構成した場合には、コアヨーク９２の周囲に巻回されるコイル９４の径は、四角筒状のコアヨーク９２の角部９２ａより大きくせざるを得ず、クローポール型発電機の小型化が難しくなるという問題がある。また、コアヨーク９２の角部９２ａと平面部９２ｂとでコイル９４までの距離が変わることは、発電機の特性上好ましくない。さらに、コアヨーク９２の断面積は、飽和磁束量を増やすために大きくすることが好ましい一方、クローポール型発電機の小型化という観点からはコアヨーク９２の径は小さくする必要があり、また、ハブ軸の外径等を考慮する必要もある。従って、前記コイル９４の中心には、薄板材９３ａが効率的に配置されることが望ましいが、図に示すように、一定形状の分割片９３を四角筒状に組み合わせてコアヨーク９２を構成した場合には、コイル９４の中心に薄板材９３ａが配置されていない空間が多いという問題がある。
【００１２】
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において、渦電流の発生を抑制するとともに、コイル内に効率的に配置されて発電効率の向上及び小型化が可能であり、且つ加工、組立てが容易なコアヨークを提供することを目的とする。
【００１３】
【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、円盤部と該円盤部周縁から周方向に所定間隔で軸方向へ延設された複数の爪状の極片とを夫々有し、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、前記コアヨークは、複数の薄板材が積層されたカマボコ形状の一対の第１分割片と、複数の薄板材が積層された角柱状の一対の第２分割片とを備え、該第１分割片の各薄板材と第２分割片の各薄板材とが互いに直交し、第１分割片同士及び第２分割片同士が軸中心に夫々対向し、且つ第２分割片が第１分割片で挟入されるようにして略円柱状に組み合わされてなるものである。前記第１分割片のカマボコ形状とは、角柱状の第２分割片と接するための平面と、コアヨークの外面となる略円周面とを有する柱状であり、該略円周面は、積層される各薄板材の端部で構成されており、必ずしも平滑な円周面でなくともよい。これにより、コイルの中心に薄板材を効率的に配置することができ、コイルの径に対してコアヨークの断面積を大きくすることができる。また、コアヨークを薄板材が積層されたものとすることにより、薄板材の境界で渦電流の流路を絶ち、コアヨーク内における渦電流の発生を抑制することができる。また、コアヨークを略円柱状とすることにより、コイルとの距離を略一定とすることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記第１分割片の各薄板材は、コアヨークの軸と直交する方向の長さが、軸から外側に配置されるに従って順次短くなるように形成されたものである。
【００１５】
また、本発明は、前記第１分割片及び第２分割片の各薄板材は、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。第１分割片及び第２分割片として積層される薄板材が予め一体となることにより、コアヨークの組付けが簡便となる。
【００１６】
また、前記各薄板材を、方向性電磁鋼板材や無方向性電磁鋼板材等の珪素鋼板材から作製されたものとすることにより、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、コア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。
【００１７】
【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、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。該ステータヨーク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一定間隔で円盤部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る。
【００２１】
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１０１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と嵌合するためのコア嵌合孔２３が穿設されている。なお、コア嵌合孔２３の形状は任意であり、図に示すような矩形に限定されず、円形やスリット状にすることも可能である。また、コア嵌合孔２３はコアヨーク１０３と嵌合可能であれば足りるものであり、必ずしも穿孔とする必要はなく、凹溝であってもよい。
【００２２】
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の周方向へ渦電流を流れ難くして、渦電流の発生を抑制する。また、スリット２４には拡幅部２４ａが形成されているが、これはコイル１０４の一端を引き出しておくためのものである。
【００２３】
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１０１の軸方向と平行になっている。なお、ステータヨーク１０２Ｌに設けるべき極片２１Ｌの数は任意に設定することができる。
【００２４】
このように構成された２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒが、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極の磁極と夫々対応するようになっている。
【００２５】
図５は、コアヨーク１０３、コイル１０４及びボビン１０５を示すものであるが、図に示すように、コアヨーク１０３は、各々１対の第１分割片３０及び第２分割片３１が組み合わされてなり、該第１分割片３０及び第２分割片３１は複数の薄板材が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。このように構成されたコアヨーク１０３がコイル１０４が巻回されるボビン１０５の中空軸５０に収容され、一方、該ボビン１０５の中空軸５０の外周にコイル１０４が巻回され、これにより、コアヨーク１０３の周囲にコイル１０４が配置されている。
【００２６】
前記ボビン１０５は、コイル１０４を巻回するための樹脂製のものであり、図６に示すように、中空軸５０の両端にドーナツ形状の円盤５１が同軸となるように配設されてなるものである。該中空軸５０は、図３に示すように、その外周に前記コイル１０４が巻回されるとともに中空内に前記コアヨーク１０３が配設されるようになっている。中空軸５０に巻回されたコイル１０４は、両円盤５１に挟まれるようにして巻崩れが防止される。また、円盤５１には、外周縁から半径方向へスリット５２が形成されており、ボビン１０５に巻回されたコイル１０４の内周側の一端を該スリット５２から引き出しておくことができるようになっている。
【００２７】
図７は、前記コアヨーク１０３の分解斜視図であるが、コアヨーク１０３は、図５及び図７に示すように、カマボコ形状の１対の第１分割片３０と、角柱状の１対の第２分割片３１とが、第１分割片３０同士、第２分割片３１同士が軸中心に夫々対向し、且つ第２分割片３１が第１分割片３０で挟入されるようにして略円柱状に組み合わされてなるものである。第１分割片３０及び第２分割片３１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３２，３３が夫々凸設されており、前記ボビン１０５の中空軸５０内に配置された際に、前記両円盤５１から嵌合凸部３２，３３が突出した状態となる。なお、嵌合凸部３２，３３の形状も任意であり、前記コア嵌合孔２３と嵌合可能であれば足りるものである。
【００２８】
このように構成されたコアヨーク１０３、コイル１０４、ボビン１０５が組み付けられ、図８に示すように、該コアヨーク１０３に前記ハブ軸１が挿通されるとともに、コアヨーク１０３の両端に前記ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを嵌合されて、コアヨーク１０３がステータヨーク１０２Ｌ，１０３Ｒを磁気的に連結するようになっている。これらが一体として、図１及び図８に示すように、ワッシャ５を介して取付ナット６により挟持されてハブ軸１に固定され、本クローポール型発電機１００の内側固定子となる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒとコアヨーク１０３との磁気的な連結は、嵌合凹凸ではなく、コアヨーク１０３の端面にステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの円盤部２０Ｌ，２０Ｒを接触させることにより磁気的に連結する等、他の公知の構成をとり得ることが可能であるが、前記コア嵌合２３及び嵌合凸部３２，３３の嵌合凹凸により嵌合されて磁気的に連結されるものとすることにより、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒとコアヨーク１０３との接触面積が増えて、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒからコアヨーク１０３への磁気抵抗が減少するので好ましい。
【００３０】
以下、前記コアヨーク１０３の第１分割片３０及び第２分割片３１の積層構造について詳述する。
前記第１分割片３０は、図７に示すように、所定形状の１３枚の薄板材３０ａ〜３０ｍが積層された積層体であり、これらが一体となってカマボコ形状の第１分割片３０を構成している。即ち、薄板材３０ａにより、コアヨーク１０３の内側を向いて前記第２分割片３１と接する平面が形成され、各薄板材３０ａ〜３０ｍの端部により、コアヨーク１０３の外面となる略円周面が階段状に形成されている。
【００３１】
図９は、前記カマボコ形状の平面を構成する最も面積の広い薄板材３０ａの平面図であるが、図に示すように、薄板材３０ａは、一方向の辺の長さが前記ボビン１０５の中空軸５０の軸方向の長さと略同一の矩形状のものである。他方向の辺の長さは、該中空軸５０の内径より若干短く、図５に示すように、コアヨーク１０３に挿通されるハブ軸１の外径を考慮して設定されている。該他方向の辺の略中心から凸部３２ａが夫々突設されており、該凸部３２ａが前記第１分割片３０の嵌合凸部３２に相当する。また、薄板材３０ａには嵌合孔３４ａが２箇所に形成されている。該嵌合孔３４ａは、薄板材３０ａが隣接する薄板材３０ｂ（不図示）の嵌合凹凸と嵌合するためのものである。
【００３２】
図１０は、前記カマボコ形状の円周面を構成する最も面積の狭い薄板材３０ｍの平面図であるが、図に示すように、薄板材３０ｍは、一方向の辺の長さが、前記薄板材３０ａと同様に、ボビン１０５の中空軸５０の軸方向の長さと略同一であり、他方向の辺の長さ、即ち軸と直交する方向の辺の長さが前記薄板材３０ａより短い矩形状のものである。他の各薄板材３０ａ〜３０ｌの矩形の辺の長さは、図中に点線で表したように、軸方向の長さが一定であり、軸と直交する方向の長さが、コアヨーク１０３として組み合わされた際に軸から外側に配置されるに従って順次短くなるように形成されている。これにより、積層状態の各薄板材３０ａ〜３０ｍの端部が階段状に露呈し、前記カマボコ形状の略円周面をなすようになっている。各薄板材３０ａ〜３０ｍの軸と直交する方向の長さを順次短くする割合は、第１分割片３０をコアヨーク１０３とした際に、該コアヨーク１０３の断面形状が略円形となるように考慮して設定されている。これにより、コアヨーク１０３の外面とコイル１０４との距離が略一定に保たれるようになる。
【００３３】
また、前記薄板材３０ｍには、他方向の辺の略中心から凸部３２ｍが夫々突設されている。該凸部３２ｍは、前記薄板材３０ａの凸部３２ａと同形状であり、他の各薄板材３０ｂ〜３０ｌにも同様に形成され、これらが積層状体で一体となって前記嵌合凸部３２を構成している。また、薄板材３０ｍには、前記嵌合孔３４ａと対応する位置に嵌合凹凸３４ｍが穿設されている。該嵌合凹凸３４ｍは、積層状態において隣接する薄板材３０ｌと嵌合するためのものであり、薄板材３０ｍに半抜きパンチを施すことにより、図１１(a)に示すように、薄板材３０ｍの厚み方向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３０ｂ〜３０ｌにも形成されている。各薄板材３０ａ〜３０ｍが、図１１(b)に示すように順次積挿された場合に、薄板材３０ａ以外の各薄板材３０ｂ〜３０ｍに形成された各嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍの凸部と凹部とが嵌合し、嵌合凹凸３４ｂの凸部が前記嵌合孔３４ａに嵌合して、１３枚の薄板材３０ａ〜３０ｍが一体となる。このように、薄板材３０ａについては、嵌合凹凸に代えて嵌合孔３４ａを穿設することにより、第１分割片３０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３０ａ〜３０ｍ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３０ａに嵌合孔３４ａを穿設したが、嵌合凹凸の凹凸方向を逆にして、薄板３０ａに嵌合凹凸を、薄板３０ｍに嵌合孔を形成するようにしてもよい。
【００３４】
このように、第１分割片３０を各薄板材３０ａ〜３０ｍを積層して構成することにより、コアヨーク１０３の軸方向に交番磁束が生じた場合に、該磁束方向周り、即ち第１分割片３０の厚み方向に生ずる渦電流の流路を、薄板材３０ａ〜３０ｍの各境界で分断することができる。
【００３５】
他方、前記第２分割片３１は、一定形状の１３枚の薄板材３１ａ〜３１ｍが積層された積層体であり、これらが一体となって角柱状の第２分割片３１を構成しているが、第１分割片３０と異なり、各薄板材３１ａ〜３１ｍの形状は同一である。従って、薄板材３１ａを例に、各薄板材３１ａ〜３１ｍを説明する。
【００３６】
図１２は、角柱状の第２分割片３１の薄板材３１ａの平面図であるが、図に示すように、薄板材３１ａは、一方向の辺の長さが前記ボビン１０５の中空軸５０の軸方向の長さと略同一の矩形状のものである。他方向の辺の長さは、コアヨーク１０３に挿通されるハブ軸１の外径と略同一或いはやや大きなものである。該他方向の辺の略中心から凸部３３ａが夫々突設されており、該凸部３３ａが前記第２分割片３１の嵌合凸部３３に相当する。また、薄板材３１ａには嵌合孔３５ａが２箇所に形成されている。該嵌合孔３５ａは、薄板材３１ａが隣接する薄板材３１ｂ（不図示）の嵌合凹凸と嵌合するためのものである。
【００３７】
また、図には示していないが、他の薄板材３１ｂ〜３１ｍも、前記薄板材３１ａと同様の矩形状であり、他方向の辺の略中心から凸設された各凸部３３ａ〜３３ｍが積層状体で一体となって前記嵌合凸部３２を構成している。また、各薄板材３１ｂ〜３１ｍには、前記嵌合孔３５ａと対応する位置に嵌合凹凸３５ｂ〜３５ｍが穿設されており、前記第１分割片３０と同様に、各薄板材３１ａ〜３１ｍが順次積挿された場合に、嵌合孔３５ａ及び各嵌合凹凸３５ｂ〜３５ｍが夫々嵌合して、１３枚の薄板材３１ａ〜３１ｍが一体となる。
【００３８】
このように、第２分割片３１を各薄板材３１ａ〜３１ｍを積層して構成することにより、コアヨーク１０３の軸方向に交番磁束が生じた場合に、該磁束方向周り、即ち第２分割片３１の厚み方向に生ずる渦電流の流路を、薄板材３１ａ〜３１ｍの各境界で分断することができる。また、前記第１分割片３０の各薄板材３０ａ〜３０ｍ、及び前記第２分割片３１の各薄板材３１ａ〜３１ｍを、嵌合孔３４ａ，３５ａ及び嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍ，３５ｂ〜３５ｍで夫々一体とすることにより、第１分割片３０及び第２分割片３１の取り扱いが容易となり、ボビン１０５へ組付け作業の効率が向上する。
【００３９】
前記一対の第１分割片３０及び一対の第２分割片３１が、図５に示すように、第１分割片３０の各薄板材３０ａ〜３０ｍと第２分割片３１の各薄板材３１ａ〜３１ｍとが互いに直交し、第１分割片３０同士及び第２分割片３１同士が軸中心に夫々対向し、且つ第２分割片３１が第１分割片３０で挟入されるようにして略円柱状に組み合わされる。第１分割片３０をカマボコ形状とする一方、軸と直交する方向の長さがハブ軸１の外径と略同一或いはやや大きい第２分割片３１を第１分割片３０に挟入させることにより、一対の第１分割片３０間にハブ軸１を挿通させる空間を生じさせ、且つコイル１０４の中心となるボビン１０５の中空軸５０内に、複数の薄板材を効率的に配置することができる。その結果、コアヨーク１０３の軸と直交する方向の断面積、即ち交番磁束が通過する断面積を大きくすることができ、コアヨーク１０３の飽和磁束密度を向上させることができる。また、コアヨーク１０３を略円柱状とすることができ、図５に示すように、コアヨーク１０３とコイル１０４との距離を略一定にすることができ、また、コイル１０４の径を小さくすることができコイル１０４の内部インピーダンスを下げることができる。
【００４０】
以下、前記第１分割片３０及び第２分割片３１の作製方法について説明するが、本作製方法は一例であり、本発明に係る第１分割片及び第２分割片は以下の方法で方法されたものに限定されないことは当然である。
図１３は、前記第１分割片３０及び第２分割片３１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８００から各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍを打ち抜いて第１分割片３０及び第２分割片３１を得る方法である。各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍを珪素鋼板材８００から作製することにより、各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍ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、コアヨーク１０３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、各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍは珪素鋼板材から作製されるもの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。
【００４１】
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、薄板材３０ａ以外の各薄板材３０ｂ〜３０ｍの軸と直交する方向の幅を決めるカット穴８１ｂ〜８１ｍと、薄板材３０ａの嵌合孔３４ａ及び薄板材３１ａの嵌合孔３５ａとを打ち抜く（Ｓ１〜Ｓ１３）。詳細には、順送方向の上流から薄板材３０ａの嵌合孔３４ａ及び薄板材３１ａの嵌合孔３５ａ（Ｓ１３）、薄板材３０ｍ〜３０ｂの幅を決めるカット穴８１ｍ〜８１ｂ（Ｓ１２〜Ｓ１）が打ち抜かれる。
【００４２】
前記各カット穴８１ｂ〜８１ｍと前記嵌合孔３４ａ，３５ａとを形成するためのカットパンチは、各々１個の第１分割片３０及び第２分割片３１として積層される１３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、１２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、軸と直交する方向の幅が異なる各薄板材３０ａ〜３０ｍ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。
【００４３】
つぎに、薄板材３０ａ，３１ａ以外の各薄板材３０ｂ〜３０ｍ，３１ｂ〜３１ｍに、前記嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍ，３５ｂ〜３５ｍを夫々形成するための半抜きパンチを行う（Ｓ１４）。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３４ｂ〜３４ｍ，３５ｂ〜３５ｍ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３４ａ，３５ａを形成するためのカットパンチと同一であり、薄板材３０ａ，３１ａには既に嵌合孔３４ａ，３５ａ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。
【００４４】
つぎに、第２分割片３１の外形部８２を打ち抜いて排圧を与える（Ｓ１５）。これにより、珪素鋼板材８００から各薄板材３１ａ〜３１ｍ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３５ａと嵌合凹凸３５ｂ〜３５ｍが嵌合して、各薄板材３１ａ〜３１ｍが型内で積層され、一体化した第２分割片３１となる。一方、第２分割片３１の外形部８２の打ち抜きより１ステップ遅れて、第１分割片３０の外径部８３を打ち抜いて排圧を与える（Ｓ１６）。これにより、珪素鋼板材８００から各薄板材３０ａ〜３０ｍ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３４ａと嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍが図１１(b)に示すように嵌合して、各薄板材３０ａ〜３０ｍが型内で積層され、一体化した第１分割片３０となる。前記外形部８３は、薄板材３０ａの外形であるが、薄板材３０ａ以外の各薄板材３０ｂ〜３０ｍについては、既にカット穴８１ｂ〜８１ｍが夫々打ち抜かれているので、これに従って軸と直交する方向の幅が順次短かくなるように形成される。このようにして、夫々一体化された第１分割片３０及び第２分割片３１を製造することができる。また、本作製方法によれば、第１分割片３０及び第２分割片３１を１台の金型で珪素鋼板８００から同時に作製することができるので、材料の歩留まりが向上し、第１分割片３０及び第２分割片３１の製造数量の管理が容易になるという利点がある。
【００４５】
なお、各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍを夫々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８３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。また、第２分割片３１の外形部８２の打ち抜きと第１分割片の外形部８３の打ち抜きをずらしているのは、金型の強度等を考慮して正確な打ち抜きを行うためであり、外形部８２，８３のいずれを先に打ち抜いてもよいことは勿論である。また、珪素鋼板材８００の幅が十分に広く金型の強度が十分にある場合には同時に打ち抜くこともできる。
【００４６】
さらに、本実施の形態で各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍ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３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍ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３４ａ，３５ａ及び嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍ，３５ｂ〜３５ｍ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３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍに作用する磁束密度が最も低い箇所と、各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍの強度等を考慮して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。
【００４７】
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。
【００４８】
図１４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、コアヨーク１０３に注目すると、交番磁束Ｇの方向は軸方向であり、渦電流Ｉは該交番磁束Ｇの周りで発生するが、コアヨーク１０３は、前述したような積層体からなる第１分割片３０及び第２分割片３１を組み合わせたものであるので、前記渦電流Ｉは各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍ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、ステータコア１０３に発生する渦電流Ｉを抑制する。
【００４９】
また、ステータコア１０３を、前述したように、一対の第１分割片３１及び一対の第２分割片を組み合わせてボビン１０５の中空軸５０内に配置したことにより、中空軸５０内に各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍを軸方向に効率良く配設することができる。これにより、ステータコア１０３の軸と直交する方向、即ち交番磁束Ｇと直交する方向の断面積をコイル１０４の中心の空間に対して大きくすることができ、ステータコア１０３の飽和磁束量を向上できる。
【００５０】
さらに、一対の第１分割片３１及び一対の第２分割片を略円柱状に組み合わせることにより、ステータコア１０３の外面からコイル１０４までの距離が一定になり、コイル１０４に対する交番磁束Ｇの作用を均等なものとすることができる。また、コイル１０４の径を小さくしてコイル１０４の内部インピーダンスを下げることや、内側固定子の小型化が実現できる。
【００５１】
【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、コアヨークは、複数の薄板材が積層されたカマボコ形状の一対の第１分割片と、複数の薄板材が積層された角柱状の一対の第２分割片とを備え、該第１分割片の各薄板材と第２分割片の各薄板材とが互いに直交し、第１分割片同士及び第２分割片同士が軸中心に夫々対向し、且つ第２分割片が第１分割片で挟入されるようにして略円柱状に組み合わされてなるものとしたので、コイルの中心に薄板材を効率的に配置することができ、交番磁束と直交する方向のコアヨークの断面積を大きくすることができる。これにより、ステータコアの飽和磁束量が向上し、発電効率の向上、クローポール型発電機の小型化に寄与することができる。また、コアヨークを薄板材が積層されたものとすることにより、薄板材の境界で渦電流の流路を絶ち、コアヨーク内における渦電流の発生を抑制することができ、発電効率が向上する。また、コアヨークを略円柱状とすることにより、コイルとの距離を略一定とすることができ、クローポール型発電機の特性を向上させることができる。また、コイルの径を小さくすることが可能となって、インピーダンスの低下や小型化を図ることができる。これにより、軽量且つ小型であり、起電力が大きく安定したクローポール型発電機を実現することが可能である。
【００５２】
また、本発明によれば、前記第１分割片の各薄板材は、コアヨークの軸と直交する方向の長さが、軸から外側に配置されるに従って順次短くなるように形成されたものとしたので、カマボコ形状の第１分割片を簡易な構成とすることができ、その加工が容易となる。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。
【００５３】
また、本発明によれば、前記第１分割片及び第２分割片の各薄板材は、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したでの、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。
【００５４】
また、前記各薄板材を、珪素鋼板材から作製されたものとすることにより、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、コア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、ステータヨーク１０２Ｌを示す正面図であり、(b)は、ステータヨーク１０２Ｌの側面図である。
【図５】 (a)は、コアヨーク１０３、コイル１０４、及びボビン１０５の構成を示す正面図であり、(b)は、部分断面を有する側面図である。
【図６】ボビン１０５の構成を示す斜視図である。
【図７】ステータコア１０３の分解斜視図である。
【図８】内側固定子の組付けを説明する正面図である。
【図９】薄板材３０ａの構成を示す平面図である。
【図１０】薄板材３０ｍの構成を示す平面図である。
【図１１】 (a)は、嵌合凹凸３４ｍを示す部分断面であり、(b)は、嵌合状態の嵌合孔３４ａ及び嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍを示しす部分断面図である。
【図１２】薄板材３１ａの構成を示す平面図である。
【図１３】第１分割片３０及び第２分割片３１の作製方法を説明するための工程配置図である。
【図１４】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。
【図１５】従来のクローポール型電動機の鉄芯９０を示す平面図である。
【図１６】従来のクローポール型発電機のステータコア９１を示す平面図である。
【図１７】従来のクローポール型発電機のステータコア９２を示す平面図である。
【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
３０ 第１分割片
３１ 第２分割片
３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍ 薄板材
３４ｂ〜３４ｍ，３５ｂ〜３５ｍ 嵌合凹凸
３４ａ，３５ａ 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。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。一般に、発電機の固定子となる鉄芯では、磁束の流れる方向に電磁鋼板等の薄板材を配向させて積層することにより渦電流を抑制しているが、自転車用ハブダイナモとして用いるクローポール型発電機のように、コアヨークがハブ軸を挿通可能な筒状であり、ハブ軸と平行な磁束が生ずる場合には、単に一定形状の薄板材を積層することでは筒状のコアヨークを構成できないので、薄板材の形状や配置によって、筒状のコアヨークを円周方向又は半径方向に分割し、渦電流の発生を抑える構成が従来より考案されている。
【０００４】
例えば、図１５に示すように、クローポール型電動機において、円環状の鉄芯９０を軸中心に放射状に分割された複数枚の電磁鋼板９０ａから形成するものが考案されている（特許文献１参照）。該電磁鋼板９０ａは、その厚みが一方向へ減少したものであり、厚みの薄い側を鉄芯９０の内側にして円周方向に積層することにより、円環状に組み合わされている。このように、磁束が生じる鉄芯９０を電磁鋼板９０ａが円周方向に積層されたものとすることにより、各電磁鋼板９０ａの積層境界で渦電流の流路を絶って渦電流の発生を抑制している。
【０００５】
また、図１６(a)に示すように、クローポール型発電機において、２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨーク９１を、帯状の薄いシート９１ａを円筒状に巻回しながら積層して形成するものが考案されており（特許文献２参照）、また、図１６(b)に示すように、半径方向外側へ向かって径が順次大きくなるように半円筒状に形成された各薄板材９１ｂを積層、組み付けするものも考案されている（特許文献３参照）。このように、交番磁束が生じるコアヨーク９１を、薄板材９１ａ，９１ｂが半径方向に積層されたものとすることにより、薄板材９１ａ、９１ｂの積層境界や薄板材９１ｂの円周方向の継目で渦電流の流路を絶って渦電流の発生を抑制している。
【０００６】
また、図１７に示すように、クローポール型発電機において、２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨーク９２を、一定形状の４枚の薄板材９３ａが積層されてなる分割片９３を、半径方向に重ね合わせながら四角筒状に組み合わせて配置する構成が考案されている（特許文献４参照）。これにより、前述と同様に、薄板材９３ａの積層境界や分割片９３同士の継目で渦電流の流路を絶って渦電流の発生を抑制している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２３６２３８（図１，９）
【特許文献２】
特開平６−２６１５１１（図２）
【特許文献３】
特開２０００−３０２０７３（図５）
【特許文献４】
特許第２９９１７０５号公報（図５，１２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した各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。一方、製造コスト上は、クローポール型発電機の作製はできるだけ容易であることが望ましいので、可能な限り簡易な構成として小型化等されても容易に加工、組立てできるものがよい。
【０００９】
しかし、図１５に示した構成では、電磁鋼板９０ａの厚み変化を一定として、所望の径の鉄芯９０を作製することが難しく、特に、クローポール型発電機を小型化した際に、電磁鋼板９０ａ等の厚み寸法等に高い精度が要求され、加工に高度な技術が必要となるという問題がある。
【００１０】
また、図１６に示したように、薄板材９１ａを渦巻き状に巻回するためには、比較的軟らかい帯状部材等を用いなければ加工が難しく、また、円周方向の渦電流の流路を絶つことができない。一方、半円筒状に湾曲した薄板材９１ｂを半径方向に積層する場合では、半径方向外側へ配置するに従って薄板材９１ｂが湾曲する径を順次大きくする必要があるが、各薄板材９１ｂを、互いに密着して半径方向へ隙間なく積層できるような半円筒状に加工することも難しい。また、薄板材９１ａ，９１ｂの積層方向に隙間が生じると、磁束を通過させる断面積が少なくなり、飽和磁束量が減少するという問題がある。
【００１１】
また、図１７に示したように、薄板材９３ａが積層されてなる分割片９３を四角筒状に組み合わせてコアヨーク９２を構成した場合には、コアヨーク９２の周囲に巻回されるコイル９４の径は、四角筒状のコアヨーク９２の角部９２ａより大きくせざるを得ず、クローポール型発電機の小型化が難しくなるという問題がある。また、コアヨーク９２の角部９２ａと平面部９２ｂとでコイル９４までの距離が変わることは、発電機の特性上好ましくない。さらに、コアヨーク９２の断面積は、飽和磁束量を増やすために大きくすることが好ましい一方、クローポール型発電機の小型化という観点からはコアヨーク９２の径は小さくする必要があり、また、ハブ軸の外径等を考慮する必要もある。従って、前記コイル９４の中心には、薄板材９３ａが効率的に配置されることが望ましいが、図に示すように、一定形状の分割片９３を四角筒状に組み合わせてコアヨーク９２を構成した場合には、コイル９４の中心に薄板材９３ａが配置されていない空間が多いという問題がある。
【００１２】
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において、渦電流の発生を抑制するとともに、コイル内に効率的に配置されて発電効率の向上及び小型化が可能であり、且つ加工、組立てが容易なコアヨークを提供することを目的とする。
【００１３】
【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、円盤部と該円盤部周縁から周方向に所定間隔で軸方向へ延設された複数の爪状の極片とを夫々有し、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、前記コアヨークは、複数の薄板材が積層されたカマボコ形状の一対の第１分割片と、複数の薄板材が積層された角柱状の一対の第２分割片とを備え、該第１分割片の各薄板材と第２分割片の各薄板材とが互いに直交し、第１分割片同士及び第２分割片同士が軸中心に夫々対向し、且つ第２分割片が第１分割片で挟入されるようにして略円柱状に組み合わされてなるものである。前記第１分割片のカマボコ形状とは、角柱状の第２分割片と接するための平面と、コアヨークの外面となる略円周面とを有する柱状であり、該略円周面は、積層される各薄板材の端部で構成されており、必ずしも平滑な円周面でなくともよい。これにより、コイルの中心に薄板材を効率的に配置することができ、コイルの径に対してコアヨークの断面積を大きくすることができる。また、コアヨークを薄板材が積層されたものとすることにより、薄板材の境界で渦電流の流路を絶ち、コアヨーク内における渦電流の発生を抑制することができる。また、コアヨークを略円柱状とすることにより、コイルとの距離を略一定とすることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記第１分割片の各薄板材は、コアヨークの軸と直交する方向の長さが、軸から外側に配置されるに従って順次短くなるように形成されたものである。
【００１５】
また、本発明は、前記第１分割片及び第２分割片の各薄板材は、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。第１分割片及び第２分割片として積層される薄板材が予め一体となることにより、コアヨークの組付けが簡便となる。
【００１６】
また、前記各薄板材を、方向性電磁鋼板材や無方向性電磁鋼板材等の珪素鋼板材から作製されたものとすることにより、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、コア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。
【００１７】
【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、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。該ステータヨーク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一定間隔で円盤部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る。
【００２１】
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１０１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と嵌合するためのコア嵌合孔２３が穿設されている。なお、コア嵌合孔２３の形状は任意であり、図に示すような矩形に限定されず、円形やスリット状にすることも可能である。また、コア嵌合孔２３はコアヨーク１０３と嵌合可能であれば足りるものであり、必ずしも穿孔とする必要はなく、凹溝であってもよい。
【００２２】
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の周方向へ渦電流を流れ難くして、渦電流の発生を抑制する。また、スリット２４には拡幅部２４ａが形成されているが、これはコイル１０４の一端を引き出しておくためのものである。
【００２３】
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１０１の軸方向と平行になっている。なお、ステータヨーク１０２Ｌに設けるべき極片２１Ｌの数は任意に設定することができる。
【００２４】
このように構成された２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒが、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極の磁極と夫々対応するようになっている。
【００２５】
図５は、コアヨーク１０３、コイル１０４及びボビン１０５を示すものであるが、図に示すように、コアヨーク１０３は、各々１対の第１分割片３０及び第２分割片３１が組み合わされてなり、該第１分割片３０及び第２分割片３１は複数の薄板材が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。このように構成されたコアヨーク１０３がコイル１０４が巻回されるボビン１０５の中空軸５０に収容され、一方、該ボビン１０５の中空軸５０の外周にコイル１０４が巻回され、これにより、コアヨーク１０３の周囲にコイル１０４が配置されている。
【００２６】
前記ボビン１０５は、コイル１０４を巻回するための樹脂製のものであり、図６に示すように、中空軸５０の両端にドーナツ形状の円盤５１が同軸となるように配設されてなるものである。該中空軸５０は、図３に示すように、その外周に前記コイル１０４が巻回されるとともに中空内に前記コアヨーク１０３が配設されるようになっている。中空軸５０に巻回されたコイル１０４は、両円盤５１に挟まれるようにして巻崩れが防止される。また、円盤５１には、外周縁から半径方向へスリット５２が形成されており、ボビン１０５に巻回されたコイル１０４の内周側の一端を該スリット５２から引き出しておくことができるようになっている。
【００２７】
図７は、前記コアヨーク１０３の分解斜視図であるが、コアヨーク１０３は、図５及び図７に示すように、カマボコ形状の１対の第１分割片３０と、角柱状の１対の第２分割片３１とが、第１分割片３０同士、第２分割片３１同士が軸中心に夫々対向し、且つ第２分割片３１が第１分割片３０で挟入されるようにして略円柱状に組み合わされてなるものである。第１分割片３０及び第２分割片３１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３２，３３が夫々凸設されており、前記ボビン１０５の中空軸５０内に配置された際に、前記両円盤５１から嵌合凸部３２，３３が突出した状態となる。なお、嵌合凸部３２，３３の形状も任意であり、前記コア嵌合孔２３と嵌合可能であれば足りるものである。
【００２８】
このように構成されたコアヨーク１０３、コイル１０４、ボビン１０５が組み付けられ、図８に示すように、該コアヨーク１０３に前記ハブ軸１が挿通されるとともに、コアヨーク１０３の両端に前記ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを嵌合されて、コアヨーク１０３がステータヨーク１０２Ｌ，１０３Ｒを磁気的に連結するようになっている。これらが一体として、図１及び図８に示すように、ワッシャ５を介して取付ナット６により挟持されてハブ軸１に固定され、本クローポール型発電機１００の内側固定子となる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒとコアヨーク１０３との磁気的な連結は、嵌合凹凸ではなく、コアヨーク１０３の端面にステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの円盤部２０Ｌ，２０Ｒを接触させることにより磁気的に連結する等、他の公知の構成をとり得ることが可能であるが、前記コア嵌合２３及び嵌合凸部３２，３３の嵌合凹凸により嵌合されて磁気的に連結されるものとすることにより、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒとコアヨーク１０３との接触面積が増えて、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒからコアヨーク１０３への磁気抵抗が減少するので好ましい。
【００３０】
以下、前記コアヨーク１０３の第１分割片３０及び第２分割片３１の積層構造について詳述する。
前記第１分割片３０は、図７に示すように、所定形状の１３枚の薄板材３０ａ〜３０ｍが積層された積層体であり、これらが一体となってカマボコ形状の第１分割片３０を構成している。即ち、薄板材３０ａにより、コアヨーク１０３の内側を向いて前記第２分割片３１と接する平面が形成され、各薄板材３０ａ〜３０ｍの端部により、コアヨーク１０３の外面となる略円周面が階段状に形成されている。
【００３１】
図９は、前記カマボコ形状の平面を構成する最も面積の広い薄板材３０ａの平面図であるが、図に示すように、薄板材３０ａは、一方向の辺の長さが前記ボビン１０５の中空軸５０の軸方向の長さと略同一の矩形状のものである。他方向の辺の長さは、該中空軸５０の内径より若干短く、図５に示すように、コアヨーク１０３に挿通されるハブ軸１の外径を考慮して設定されている。該他方向の辺の略中心から凸部３２ａが夫々突設されており、該凸部３２ａが前記第１分割片３０の嵌合凸部３２に相当する。また、薄板材３０ａには嵌合孔３４ａが２箇所に形成されている。該嵌合孔３４ａは、薄板材３０ａが隣接する薄板材３０ｂ（不図示）の嵌合凹凸と嵌合するためのものである。
【００３２】
図１０は、前記カマボコ形状の円周面を構成する最も面積の狭い薄板材３０ｍの平面図であるが、図に示すように、薄板材３０ｍは、一方向の辺の長さが、前記薄板材３０ａと同様に、ボビン１０５の中空軸５０の軸方向の長さと略同一であり、他方向の辺の長さ、即ち軸と直交する方向の辺の長さが前記薄板材３０ａより短い矩形状のものである。他の各薄板材３０ａ〜３０ｌの矩形の辺の長さは、図中に点線で表したように、軸方向の長さが一定であり、軸と直交する方向の長さが、コアヨーク１０３として組み合わされた際に軸から外側に配置されるに従って順次短くなるように形成されている。これにより、積層状態の各薄板材３０ａ〜３０ｍの端部が階段状に露呈し、前記カマボコ形状の略円周面をなすようになっている。各薄板材３０ａ〜３０ｍの軸と直交する方向の長さを順次短くする割合は、第１分割片３０をコアヨーク１０３とした際に、該コアヨーク１０３の断面形状が略円形となるように考慮して設定されている。これにより、コアヨーク１０３の外面とコイル１０４との距離が略一定に保たれるようになる。
【００３３】
また、前記薄板材３０ｍには、他方向の辺の略中心から凸部３２ｍが夫々突設されている。該凸部３２ｍは、前記薄板材３０ａの凸部３２ａと同形状であり、他の各薄板材３０ｂ〜３０ｌにも同様に形成され、これらが積層状体で一体となって前記嵌合凸部３２を構成している。また、薄板材３０ｍには、前記嵌合孔３４ａと対応する位置に嵌合凹凸３４ｍが穿設されている。該嵌合凹凸３４ｍは、積層状態において隣接する薄板材３０ｌと嵌合するためのものであり、薄板材３０ｍに半抜きパンチを施すことにより、図１１(a)に示すように、薄板材３０ｍの厚み方向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３０ｂ〜３０ｌにも形成されている。各薄板材３０ａ〜３０ｍが、図１１(b)に示すように順次積挿された場合に、薄板材３０ａ以外の各薄板材３０ｂ〜３０ｍに形成された各嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍの凸部と凹部とが嵌合し、嵌合凹凸３４ｂの凸部が前記嵌合孔３４ａに嵌合して、１３枚の薄板材３０ａ〜３０ｍが一体となる。このように、薄板材３０ａについては、嵌合凹凸に代えて嵌合孔３４ａを穿設することにより、第１分割片３０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３０ａ〜３０ｍ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３０ａに嵌合孔３４ａを穿設したが、嵌合凹凸の凹凸方向を逆にして、薄板３０ａに嵌合凹凸を、薄板３０ｍに嵌合孔を形成するようにしてもよい。
【００３４】
このように、第１分割片３０を各薄板材３０ａ〜３０ｍを積層して構成することにより、コアヨーク１０３の軸方向に交番磁束が生じた場合に、該磁束方向周り、即ち第１分割片３０の厚み方向に生ずる渦電流の流路を、薄板材３０ａ〜３０ｍの各境界で分断することができる。
【００３５】
他方、前記第２分割片３１は、一定形状の１３枚の薄板材３１ａ〜３１ｍが積層された積層体であり、これらが一体となって角柱状の第２分割片３１を構成しているが、第１分割片３０と異なり、各薄板材３１ａ〜３１ｍの形状は同一である。従って、薄板材３１ａを例に、各薄板材３１ａ〜３１ｍを説明する。
【００３６】
図１２は、角柱状の第２分割片３１の薄板材３１ａの平面図であるが、図に示すように、薄板材３１ａは、一方向の辺の長さが前記ボビン１０５の中空軸５０の軸方向の長さと略同一の矩形状のものである。他方向の辺の長さは、コアヨーク１０３に挿通されるハブ軸１の外径と略同一或いはやや大きなものである。該他方向の辺の略中心から凸部３３ａが夫々突設されており、該凸部３３ａが前記第２分割片３１の嵌合凸部３３に相当する。また、薄板材３１ａには嵌合孔３５ａが２箇所に形成されている。該嵌合孔３５ａは、薄板材３１ａが隣接する薄板材３１ｂ（不図示）の嵌合凹凸と嵌合するためのものである。
【００３７】
また、図には示していないが、他の薄板材３１ｂ〜３１ｍも、前記薄板材３１ａと同様の矩形状であり、他方向の辺の略中心から凸設された各凸部３３ａ〜３３ｍが積層状体で一体となって前記嵌合凸部３２を構成している。また、各薄板材３１ｂ〜３１ｍには、前記嵌合孔３５ａと対応する位置に嵌合凹凸３５ｂ〜３５ｍが穿設されており、前記第１分割片３０と同様に、各薄板材３１ａ〜３１ｍが順次積挿された場合に、嵌合孔３５ａ及び各嵌合凹凸３５ｂ〜３５ｍが夫々嵌合して、１３枚の薄板材３１ａ〜３１ｍが一体となる。
【００３８】
このように、第２分割片３１を各薄板材３１ａ〜３１ｍを積層して構成することにより、コアヨーク１０３の軸方向に交番磁束が生じた場合に、該磁束方向周り、即ち第２分割片３１の厚み方向に生ずる渦電流の流路を、薄板材３１ａ〜３１ｍの各境界で分断することができる。また、前記第１分割片３０の各薄板材３０ａ〜３０ｍ、及び前記第２分割片３１の各薄板材３１ａ〜３１ｍを、嵌合孔３４ａ，３５ａ及び嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍ，３５ｂ〜３５ｍで夫々一体とすることにより、第１分割片３０及び第２分割片３１の取り扱いが容易となり、ボビン１０５へ組付け作業の効率が向上する。
【００３９】
前記一対の第１分割片３０及び一対の第２分割片３１が、図５に示すように、第１分割片３０の各薄板材３０ａ〜３０ｍと第２分割片３１の各薄板材３１ａ〜３１ｍとが互いに直交し、第１分割片３０同士及び第２分割片３１同士が軸中心に夫々対向し、且つ第２分割片３１が第１分割片３０で挟入されるようにして略円柱状に組み合わされる。第１分割片３０をカマボコ形状とする一方、軸と直交する方向の長さがハブ軸１の外径と略同一或いはやや大きい第２分割片３１を第１分割片３０に挟入させることにより、一対の第１分割片３０間にハブ軸１を挿通させる空間を生じさせ、且つコイル１０４の中心となるボビン１０５の中空軸５０内に、複数の薄板材を効率的に配置することができる。その結果、コアヨーク１０３の軸と直交する方向の断面積、即ち交番磁束が通過する断面積を大きくすることができ、コアヨーク１０３の飽和磁束密度を向上させることができる。また、コアヨーク１０３を略円柱状とすることができ、図５に示すように、コアヨーク１０３とコイル１０４との距離を略一定にすることができ、また、コイル１０４の径を小さくすることができコイル１０４の内部インピーダンスを下げることができる。
【００４０】
以下、前記第１分割片３０及び第２分割片３１の作製方法について説明するが、本作製方法は一例であり、本発明に係る第１分割片及び第２分割片は以下の方法で方法されたものに限定されないことは当然である。
図１３は、前記第１分割片３０及び第２分割片３１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８００から各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍを打ち抜いて第１分割片３０及び第２分割片３１を得る方法である。各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍを珪素鋼板材８００から作製することにより、各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍ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、コアヨーク１０３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、各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍは珪素鋼板材から作製されるもの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。
【００４１】
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、薄板材３０ａ以外の各薄板材３０ｂ〜３０ｍの軸と直交する方向の幅を決めるカット穴８１ｂ〜８１ｍと、薄板材３０ａの嵌合孔３４ａ及び薄板材３１ａの嵌合孔３５ａとを打ち抜く（Ｓ１〜Ｓ１３）。詳細には、順送方向の上流から薄板材３０ａの嵌合孔３４ａ及び薄板材３１ａの嵌合孔３５ａ（Ｓ１３）、薄板材３０ｍ〜３０ｂの幅を決めるカット穴８１ｍ〜８１ｂ（Ｓ１２〜Ｓ１）が打ち抜かれる。
【００４２】
前記各カット穴８１ｂ〜８１ｍと前記嵌合孔３４ａ，３５ａとを形成するためのカットパンチは、各々１個の第１分割片３０及び第２分割片３１として積層される１３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、１２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、軸と直交する方向の幅が異なる各薄板材３０ａ〜３０ｍ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。
【００４３】
つぎに、薄板材３０ａ，３１ａ以外の各薄板材３０ｂ〜３０ｍ，３１ｂ〜３１ｍに、前記嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍ，３５ｂ〜３５ｍを夫々形成するための半抜きパンチを行う（Ｓ１４）。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３４ｂ〜３４ｍ，３５ｂ〜３５ｍ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３４ａ，３５ａを形成するためのカットパンチと同一であり、薄板材３０ａ，３１ａには既に嵌合孔３４ａ，３５ａ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。
【００４４】
つぎに、第２分割片３１の外形部８２を打ち抜いて排圧を与える（Ｓ１５）。これにより、珪素鋼板材８００から各薄板材３１ａ〜３１ｍ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３５ａと嵌合凹凸３５ｂ〜３５ｍが嵌合して、各薄板材３１ａ〜３１ｍが型内で積層され、一体化した第２分割片３１となる。一方、第２分割片３１の外形部８２の打ち抜きより１ステップ遅れて、第１分割片３０の外径部８３を打ち抜いて排圧を与える（Ｓ１６）。これにより、珪素鋼板材８００から各薄板材３０ａ〜３０ｍ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３４ａと嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍが図１１(b)に示すように嵌合して、各薄板材３０ａ〜３０ｍが型内で積層され、一体化した第１分割片３０となる。前記外形部８３は、薄板材３０ａの外形であるが、薄板材３０ａ以外の各薄板材３０ｂ〜３０ｍについては、既にカット穴８１ｂ〜８１ｍが夫々打ち抜かれているので、これに従って軸と直交する方向の幅が順次短かくなるように形成される。このようにして、夫々一体化された第１分割片３０及び第２分割片３１を製造することができる。また、本作製方法によれば、第１分割片３０及び第２分割片３１を１台の金型で珪素鋼板８００から同時に作製することができるので、材料の歩留まりが向上し、第１分割片３０及び第２分割片３１の製造数量の管理が容易になるという利点がある。
【００４５】
なお、各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍを夫々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８３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。また、第２分割片３１の外形部８２の打ち抜きと第１分割片の外形部８３の打ち抜きをずらしているのは、金型の強度等を考慮して正確な打ち抜きを行うためであり、外形部８２，８３のいずれを先に打ち抜いてもよいことは勿論である。また、珪素鋼板材８００の幅が十分に広く金型の強度が十分にある場合には同時に打ち抜くこともできる。
【００４６】
さらに、本実施の形態で各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍ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３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍ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３４ａ，３５ａ及び嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍ，３５ｂ〜３５ｍ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３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍに作用する磁束密度が最も低い箇所と、各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍの強度等を考慮して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。
【００４７】
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。
【００４８】
図１４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、コアヨーク１０３に注目すると、交番磁束Ｇの方向は軸方向であり、渦電流Ｉは該交番磁束Ｇの周りで発生するが、コアヨーク１０３は、前述したような積層体からなる第１分割片３０及び第２分割片３１を組み合わせたものであるので、前記渦電流Ｉは各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍ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、ステータコア１０３に発生する渦電流Ｉを抑制する。
【００４９】
また、ステータコア１０３を、前述したように、一対の第１分割片３１及び一対の第２分割片を組み合わせてボビン１０５の中空軸５０内に配置したことにより、中空軸５０内に各薄板材３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍを軸方向に効率良く配設することができる。これにより、ステータコア１０３の軸と直交する方向、即ち交番磁束Ｇと直交する方向の断面積をコイル１０４の中心の空間に対して大きくすることができ、ステータコア１０３の飽和磁束量を向上できる。
【００５０】
さらに、一対の第１分割片３１及び一対の第２分割片を略円柱状に組み合わせることにより、ステータコア１０３の外面からコイル１０４までの距離が一定になり、コイル１０４に対する交番磁束Ｇの作用を均等なものとすることができる。また、コイル１０４の径を小さくしてコイル１０４の内部インピーダンスを下げることや、内側固定子の小型化が実現できる。
【００５１】
【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、コアヨークは、複数の薄板材が積層されたカマボコ形状の一対の第１分割片と、複数の薄板材が積層された角柱状の一対の第２分割片とを備え、該第１分割片の各薄板材と第２分割片の各薄板材とが互いに直交し、第１分割片同士及び第２分割片同士が軸中心に夫々対向し、且つ第２分割片が第１分割片で挟入されるようにして略円柱状に組み合わされてなるものとしたので、コイルの中心に薄板材を効率的に配置することができ、交番磁束と直交する方向のコアヨークの断面積を大きくすることができる。これにより、ステータコアの飽和磁束量が向上し、発電効率の向上、クローポール型発電機の小型化に寄与することができる。また、コアヨークを薄板材が積層されたものとすることにより、薄板材の境界で渦電流の流路を絶ち、コアヨーク内における渦電流の発生を抑制することができ、発電効率が向上する。また、コアヨークを略円柱状とすることにより、コイルとの距離を略一定とすることができ、クローポール型発電機の特性を向上させることができる。また、コイルの径を小さくすることが可能となって、インピーダンスの低下や小型化を図ることができる。これにより、軽量且つ小型であり、起電力が大きく安定したクローポール型発電機を実現することが可能である。
【００５２】
また、本発明によれば、前記第１分割片の各薄板材は、コアヨークの軸と直交する方向の長さが、軸から外側に配置されるに従って順次短くなるように形成されたものとしたので、カマボコ形状の第１分割片を簡易な構成とすることができ、その加工が容易となる。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。
【００５３】
また、本発明によれば、前記第１分割片及び第２分割片の各薄板材は、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したでの、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。
【００５４】
また、前記各薄板材を、珪素鋼板材から作製されたものとすることにより、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、コア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、ステータヨーク１０２Ｌを示す正面図であり、(b)は、ステータヨーク１０２Ｌの側面図である。
【図５】 (a)は、コアヨーク１０３、コイル１０４、及びボビン１０５の構成を示す正面図であり、(b)は、部分断面を有する側面図である。
【図６】ボビン１０５の構成を示す斜視図である。
【図７】ステータコア１０３の分解斜視図である。
【図８】内側固定子の組付けを説明する正面図である。
【図９】薄板材３０ａの構成を示す平面図である。
【図１０】薄板材３０ｍの構成を示す平面図である。
【図１１】 (a)は、嵌合凹凸３４ｍを示す部分断面であり、(b)は、嵌合状態の嵌合孔３４ａ及び嵌合凹凸３４ｂ〜３４ｍを示しす部分断面図である。
【図１２】薄板材３１ａの構成を示す平面図である。
【図１３】第１分割片３０及び第２分割片３１の作製方法を説明するための工程配置図である。
【図１４】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。
【図１５】従来のクローポール型電動機の鉄芯９０を示す平面図である。
【図１６】従来のクローポール型発電機のステータコア９１を示す平面図である。
【図１７】従来のクローポール型発電機のステータコア９２を示す平面図である。
【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
３０ 第１分割片
３１ 第２分割片
３０ａ〜３０ｍ，３１ａ〜３１ｍ 薄板材
３４ｂ〜３４ｍ，３５ｂ〜３５ｍ 嵌合凹凸
３４ａ，３５ａ 嵌合孔
８００ 珪素鋼板材
Claims (5)
- 環状に配置された永久磁石と、円盤部と該円盤部周縁から周方向に所定間隔で軸方向へ延設された複数の爪状の極片とを夫々有し、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、
前記コアヨークは、複数の薄板材が積層されたカマボコ形状の一対の第１分割片と、複数の薄板材が積層された角柱状の一対の第２分割片とを備え、該第１分割片の各薄板材と第２分割片の各薄板材とが互いに直交し、第１分割片同士及び第２分割片同士が軸中心に夫々対向し、且つ第２分割片が第１分割片で挟入されるようにして略円柱状に組み合わされてなるものであることを特徴とするクローポール型発電機。 - 前記第１分割片の各薄板材は、コアヨークの軸と直交する方向の長さが、軸から外側に配置されるに従って順次短くなるように形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のクローポール型発電機。
- 前記第１分割片及び第２分割片の各薄板材は、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又は２に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乃至３のいずれか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４のいずれかに記載のクローポール型発電機。
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