JP4203627B2 - 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及び特許文献２参照）。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】
【特許文献１】
特許第２９９１７０５号公報（第７頁、図３，４）
【特許文献２】
特開２００１−３２７１３９号公報（第４ページ、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のクローポール型発電機を、自転車の車輪のハブ軸に取り付けて自転車用ハブダイナモとして用いる場合には、前記２つのクローポール型のステータヨークはハブ軸に取付ナット等により固定されることとなるが、その際、互いの磁極片が接触することなく等間隔で隣接するように位置決めをする必要がある。しかし、クローポール型発電機の組立てに際して、前述したような位置決めを行って取付ナット等により固定する作業は面倒であり、その結果としてクローポール型発電機のコストが高くなるという問題があった。また、取付ナット等による固定が不十分な場合や、クローポール型発電機に加わった衝撃等の外力により、組付け時の位置がずれることもある。特に、クローポール型発電機を自転車用ハブダイナモとして用いる場合には、自転車の走行に伴う衝撃が加わるため、前記位置ズレが生じやすい。
【０００５】
一方、例えば、２つのステータヨークに挟入されるボビン等と各ステータヨークとを係合させることにより、組付け時の位置決めや、その後の位置ズレを防止することが可能であるが、２つのステータヨークの円周方向の位置関係は各ステータヨークの極片数により異なるので、予めステータヨークの位置関係を算出した上で、各々ステータヨークに係合部を予め算出された位置に正確に設ける必要がある。例えば、各ステータヨークの極片数が１４極であれば、各ステータヨークの極片が円周方向に２８極並ぶこととなるので、各々のステータヨークに係合部分を円周方向に約１２．８６°異なる位置に設ける。しかし、２つのステータヨークの形状が異なれば、例えば、ステータヨークを鋼帯等の材料から順送金型でプレス成形する場合に、金型が２種類必要となる。また、クローポール型発電機には、軽量小型化及び発電効率の向上が望まれているところ、前記各ステータヨークは極力小さく、且つ、その極片数は多い方が好ましい。しかし、小型で極片数の多いステータヨークとする程、２つのステータヨークの円周方向の位置の規制も精度が要求される。その結果、クローポール型発電機の加工コストや組立コストが高くなるという問題が生じる。
【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において、ステータヨークの円周方向の位置決めを簡便に行うことができ、また、クローポール型発電機の製造コストを軽減することができる手段を提供することを目的とする。
【０００７】
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、円盤部と該円盤部の円周方向に一定間隔で突設された複数の爪状の極片とを夫々有し、前記永久磁石の内側に配置された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２つのステータヨークは、各々の極片数Ｎ（Ｎは６以上の偶数）の２分の１が奇数である同形状のものであって、相対的に円盤部の円周方向に９０°異なる位置に位置決めされることにより、前記各極片が円周方向に交互に並列するように組み合わされたものであり、前記円盤部の中央近傍には、嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、前記コアヨークは、その両端に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、該コアヨーク及び各ステータヨークの嵌合凸部又は嵌合凹部が互い嵌合することにより、前記コアヨークの両端に、その円周方向の位置を規制するように各ステータヨークが夫々嵌合されたものである。これにより、各ステータヨークの極片数Ｎを多くしても、２つのステータヨークの円周方向の位置は９０°異なるように位置決めすれば、核極片が等間隔で並列するように組み付けることができ、ステータヨーク等の加工精度や組付け精度を向上させることがなく、ステータヨークの円周方向の位置決めを簡便に行うことができる。また、２つのステータヨークを同形状とすることにより、プレス成形の金型を従来より少なくすることができる。
【０００８】
また、本発明は、前記コアヨークの両端に嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、前記各ステータヨークの円盤部の中央近傍に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、該コアヨーク及び各ステータヨークの嵌合凸部又は嵌合凹部が互いに嵌合することにより、コアヨークの両端に、その円周方向の位置を規制するように各ステータヨークが夫々嵌合されたものである。これにより、コアヨークに２つのステータヨークを、円周方向の位置が互いに９０°異なるように嵌合させることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記コアヨークは両端形状が対称なものであり、該コアヨークの両端面及び前記各ステータヨークの円盤部に、各々少なくとも２以上の前記嵌合凹部又は嵌合凸部が、互いに円周方向に９０°異なる位置となるように配設されたものである。これにより、コアヨークの両端にステータヨークを嵌合させる際に、コアヨークの各端面におけるステータヨークの円周方向の位置が９０°異なる方向で選択でき、コアヨークとステータヨークとの嵌合及び両ステータヨークの位置合わせが容易となる。なお、本発明においてコアヨークの両端形状が対称とは、コアヨークの軸と直交する面を対称面として、その両端形状が対称なことをいう。
【００１０】
また、本発明は、環状に配置された永久磁石と、円盤部と該円盤部の円周方向に一定間隔で突設された複数の爪状の極片とを夫々有し、前記永久磁石の内側に配置された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、軸周りに前記コイルが巻回されるとともに中空部内に前記コアヨークが配設される中空軸の両端に、２枚の円盤が同軸となるように設けられてなるボビンを備え、該ボビンは、各円盤形状が対称なものであり、該ボビンの各円盤に嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、前記２つのステータヨークは、各々の極片数Ｎ（Ｎは６以上の偶数）の２分の１が奇数である同形状のものであって、前記円盤部に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、前記ボビンの各円盤及び前記各ステータヨークの円盤部に、各々少なくとも２以上の嵌合凹部又は嵌合凸部が、互いに円周方向に９０°異なる位置となるように配設され、前記ボビン及び前記各ステータヨークの各嵌合凸部及び嵌合凹部が夫々嵌合することにより、前記ボビンの各円盤に、相対的に前記円盤部の円周方向に９０°異なる位置に位置決めされるように前記各ステータヨークが夫々嵌合されるとともに、前記各極片が円周方向に交互に並列するように組み合わされたものである。これにより、ボビンに２つのステータヨークを、円周方向の位置が互いに９０°異なるように嵌合させることができる。また、ボビンに各ステータヨークを嵌合させる際に、ボビンの各円盤におけるステータヨークの円周方向の位置が９０°異なる方向で選択でき、ボビンとステータヨークとの嵌合及び両ステータヨークの位置合わせが容易となる。なお、本発明においてボビンの各円盤形状が対称とは、ボビンの軸と直交する面を対称面として、その両端形状が対称なことをいう。
【００１２】
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。
【００１３】
【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、本発明の第１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。また、本実施の形態では、本発明に係るクローポール型発電機が自転車用ハブダイナモとして用いられる場合を例に説明しているが、本発明の用途がこれに限定されるものではないことは当然である。
【００１４】
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Ｇが生じて、コイル１０４に誘導電流が流れ、発電できるようになっている。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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と嵌合するためのコア嵌合孔（嵌合凹部）２３が穿設されている。４つのコア嵌合孔２３は、すべて同形状であり、円盤部２０Ｌの軸から半径方向へ同一位置であって、円周方向へ相互に９０°異なる位置に配設されている。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。
【００１９】
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、各スリット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。
【００２０】
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。なお、ステータヨーク１０２Ｌに設けるべき極片２１Ｌの数は、該極片数Ｎの２分の１が奇数、即ち、２，６，１０，１４，１８，・・・のいずれかとなるように設定することができる。言い換えれば、奇数の自然数１，３，５，７，９，・・・を２倍した数をステータヨーク１０２Ｌに設けるべき極片数Ｎとして設定することができる。
【００２１】
また、ステータヨーク１０２Ｒについては、前記ステータヨーク１０２Ｌと同形状であり、詳細な説明は省略するが、前記極片２１Ｌと同様に、円盤部２０Ｒの外周縁に極片２１Ｒが１４極設けられており、前述したように、該極片数Ｎの２分の１が奇数であるように極片２１Ｒの数を適宜変更することができるが、ステータヨーク１０２Ｌの極片数Ｎとステータヨーク１０２Ｒの極片数Ｎとは同一である。
【００２２】
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。図５は、前述したように組み合わせた２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの円周方向の位置を説明するためのものであるが、前記２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒは、相対的に円盤部２１Ｌの円周方向に９０°異なる位置となるように組み合わされている。一般に、各ステータヨークの極片が円周方向に交互に並列するように組み合わせるためには、一のステータヨークの極片数Ｎの２倍で、これが組み合わされたステータヨークの全極片数であるが、３６０°を割った角度αだけ２つのステータヨークを円周方向に相対的にずらす必要がある。即ち、角度α＝３６０°／（極片数Ｎ×２）により、２つのステータヨークを円周方向に相対的にずらす角度αを求めて、各ステータヨークの円周方向の位置決めを行うが、クローポール型発電機１００の発電効率の向上のためには極片数Ｎを多くすることが好ましく、その一方で、クローポール型発電機１００の小型化のためにはステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの小型化も望まれており、角度αは小さくなる一方で、小型化されたステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒに該角度αとなるような位置決め手段を精度良く設けることが必要となる。そこで、本発明では、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒに設けるべき極片２１Ｌ，２１Ｒの各々の数を、極片数Ｎの２分の１が奇数となるように設定し、前記角度αに拘わらず、同形状のステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを、相対的に円周方向に９０°異なる位置となるように組み合わせることにより、各極片２１Ｌ，２１Ｒを円周方向に交互に並列させることを実現している。これにより、各ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの極片数Ｎを多くしても、２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの円周方向の位置を常に９０°異なるように位置決めすればよく、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの加工精度や組付け精度を向上させることなく、これらの円周方向の位置決めを簡便に行うことができる。また、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを同形状とすることにより、従来よりプレス成形の金型を少なくすることができる。
【００２３】
図６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対のコアヨーク片３０，３１が組み合わされてなり、コイル１０４が巻回されるボビン１０５の中空軸５０に収容されている。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。
【００２４】
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、カマボコ形状の１対のコアヨーク片３０と、角柱状の１対のコアヨーク片３１とが各々同種のコアヨーク片３０，３１が対向するようにして環状に組み合わされたものである。各コアヨーク片３０，３１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３０ａ，３１ａが夫々凸設されている。各嵌合凸部３０ａ，３１ａは、すべて同形状であり、図６(a)に示すように、コアヨーク片３０，３１が環状に組み合わされた場合に、コアヨーク１０３の軸から半径方向へ同一位置であって、円周方向へ相互に９０°異なる位置に配置され、且つ、図６(b)に示すように、コアヨーク１０３の軸と直交する平面を対称面として対称となる位置に配置される。なお、嵌合凸部３０ａ，３１ａ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。また、コアヨーク片３０，３１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、コアヨーク１０３を複数の分割片からなるものとせず、フェライト等の粉末焼結材を用いて筒状の一体のものとして作製してもよい。
【００２５】
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８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６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、一方、中空軸５０内に配設されたコアヨーク１０３は、両円盤５１から前記嵌合凸部３０ａ，３１ａが突出した状態で固定される。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。
【００２６】
図９に示すように、前記コアヨーク１０３、ボビン１０５、コイル１０４が組み付けられ、該コアヨーク１０３の両端にステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを嵌合させて、コアヨーク１０３、コイル１０４、ボビン１０５を内包するようにして、コアヨーク１０３によりステータヨーク１０２Ｌ，１０３Ｒを磁気的に連結できるようになっている。これらが一体として、図１に示すように、ハブ軸１にナット等により固定され、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。
【００２７】
以下、ステータヨーク１０２Ｌ、１０２Ｒの組付け方法について説明する。説明の便宜上、円周方向の位置を鉛直方向上側を０°として時計周り９０°、１８０°、２７０°とし、図５に示すように、前記コアヨーク１０３の嵌合凸部３０ａが０°及び１８０°の方向に、嵌合凸部３１ａが９０°及び２７０°の方向に位置しているとする。まず、ステータヨーク１０２Ｌ、１０２Ｒのいずれか一方、ここではステータヨーク１０２Ｌをコアヨーク１０３の一端側の嵌合凸部３０ａ，３１ａに任意の位置で嵌合させる。具体的には、ステータヨーク１０２Ｌの複数の極片２１Ｌのうち任意の極片２１Ｌ１を円周方向の位置基準とすれば、該極片２１Ｌ１が４方向のいずれの方向であってもよい。ここでは仮に、極片２１Ｌ１が０°の方向となるようにステータヨーク１０２Ｌをコアヨーク１０３の一端側の嵌合凸部３０ａ，３１ａに嵌合させる。他方のステータヨーク１０２Ｒは、コアヨーク１０３の他端側の嵌合凸部３０ａ，３１ａに嵌合させるが、ステータヨークの各極片２１Ｒが前記ステータヨーク１０２Ｌの各極片２１Ｌと円周方向に交互に並列するようにするために、ステータヨーク１０２Ｒを前記ステータヨーク１０２Ｌと円周方向に９０°異なる位置として嵌合させる。即ち、前記ステータヨーク１０２Ｌの円周方向の位置基準である極片２１Ｌ１と対応するステータヨーク１０２Ｒの極片２１Ｒを極片２１Ｒ１とすれば、該極片２１Ｒ１が９０°の方向、又は２７０°の方向となるようにコアヨーク１０３の嵌合凸部３０ａ，３１ａにステータヨーク１０２Ｒを嵌合すればよい。
【００２８】
このように、コアヨーク１０３に初めに嵌合するステータヨーク１０２Ｌの円周方向の位置は４方向の自由度があり、その後に嵌合するステータヨーク１０２Ｒの円周方向の位置は２方向の自由度があるので、嵌合作業が容易となる。また、ステータヨーク１０２Ｌ、１０２Ｒを同形状に、コアヨーク１０３の嵌合凸部３０ａ，３１ａを左右両端で同形状にすることができ、２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの形状を区別することなく、また、コアヨーク１０３の両端を区別することなく嵌合作業を行うことができ、作業性が向上する。
【００２９】
なお、本実施の形態では、コアヨーク１０３の両端に嵌合凸部３０ａ，３１ａを各々４箇所に、各ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒにコア嵌合孔２３を各々４箇所に設けたが、例えば、一対のコアヨーク片３０，３１の各々一方の両端にのみ嵌合凸部３０ａ，３１ａを設ける等、コアヨーク１０３の両端各々において、嵌合凸部を円周方向の位置が９０°異なるように２箇所にのみ設けることとしてもよい。また、本実施の形態では、コアヨーク１０３に嵌合凸部３０ａ，３１ａを、各ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒにコア嵌合孔２３を設けたが、嵌合凸部と嵌合孔（嵌合凹部）とを逆に設けることとしてもよい。
【００３０】
以下、本発明の第２の実施の形態に係るクローポール型発電機について説明する。第２の実施の形態に係るクローポール型発電機は、前記コアヨーク１０３に設けられた嵌合凸部３０ａ，３１ａに代えて、ボビン１０６に嵌合凸部６３を形成し、各ステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒには、前記コア嵌合孔２３に代えて、該嵌合凸部６３と嵌合する嵌合スリット７３を形成したものである。その他の構成は前記クローポール型発電機１００と同様であり、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３１】
前記ステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒも互いに同形状のものであるので、以下、ステータヨーク１０７Ｌを例に、これらの構成を説明する。図１０に示すように、ステータヨーク１０７Ｌは、円盤部７０Ｌと、該円盤部７０Ｌの周縁から周方向に一定間隔で円盤部７０Ｌの厚み方向へ延設された複数の極片７１Ｌとを具備してなるものである。該円盤部７０Ｌ及び極片７１Ｌは、前記ステータヨーク１０２Ｌの円盤部２０Ｌ及び極片２１Ｌと同様であり、該極片７１Ｌは、円盤部７０Ｌ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ている。該極片７１Ｌも、該極片数Ｎの２分の１が奇数となるように任意に設定することができる。また、円盤部７０Ｌの中央にはハブ軸１を挿通するための挿通孔７２が穿設されており、該挿通孔７２から半径方向外側ヘ十字状に嵌合スリット（嵌合凹部）７３が形成されている。４つの嵌合スリット７３は、すべて同形状であり、円周方向へ相互に９０°異なる位置に配設されている。該嵌合スリット７３は、後述するボビン１０６の嵌合凸部６３と嵌合するためのものであるが、円盤部７０Ｌ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作用も発揮する。また、円盤部７０の外周縁の４箇所から半径方向にスリット７４が形成されているが、該スリット７４は、前記ステータヨーク１０２Ｌのスリット２４と同様のものであり、詳細な説明は省略する。
【００３２】
図１１は、ボビン１０６及びコアヨーク１０８を示すものであるが、図に示すように、前記ボビン１０６は、中空軸６０の両端にドーナツ形状の円盤６１が同軸となるように配設されてなり、該中空軸６０に、前記コイル１０４が巻回されるとともに中空内にコアヨーク１０８が配設されるようになっている。円盤６１の一方には、外周縁から半径方向へスリット６２が形成されており、ボビン１０６に巻回されたコイル１０４の内周側の一端を該スリット６２から引き出しておくことができるようになっている。また、両円盤６１には、その軸方向へ突出する嵌合凸部６３が夫々形成されている。該嵌合凸部６３は、図１１(a)に示すように、ボビン１０６の軸から半径方向へ同一位置であって、円周方向へ相互に９０°異なる位置に配置されており、且つ、両円盤６１において円周方向が同位置となるように、即ち、図１１(b)に示すように、中空軸６０と直交する平面を対称面として対称となる位置に配置されている。
【００３３】
前記コアヨーク１０８は筒状のものであり、中空部分に前記ハブ軸１を層通可能なものである。該コアヨーク１０８は公知且つ任意の構成が可能であり、例えばフェライト等の粉末焼結材を用いて作製することができる。このようなコアヨーク１０８が前記ボビン１０６の中空軸６０に収容され、その両端面で前記ステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒの各円盤部７０Ｌ，７０Ｒと夫々接触して、ステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒを磁気的に連結することができるようになっている。
【００３４】
以下、ステータヨーク１０７Ｌ、１０７Ｒの組付け方法について説明する。説明の便宜上、円周方向の位置を鉛直方向上側を０°として時計周り９０°、１８０°、２７０°とし、図１２に示すように、前記ボビン１０６の嵌合凸部６３が０°、９０°、１８０°及び２７０°の方向に位置しているとする。まず、ステータヨーク１０７Ｌ、１０７Ｒのいずれか一方、ここではステータヨーク１０７Ｌをボビン１０６の一端面の嵌合凸部６３に任意の位置で嵌合させる。具体的には、ステータヨーク１０７Ｌの複数の極片７１Ｌのうち任意の極片７１Ｌ１を円周方向の位置基準とすれば、該極片７１Ｌ１が４方向のいずれの方向であってもよい。ここでは仮に、極片７１Ｌ１が０°の方向となるようにステータヨーク１０７Ｌをボビン１０６の一端面の嵌合凸部６３に嵌合させる。他方のステータヨーク１０７Ｒは、ボビン１０６の他端面の嵌合凸部６３に嵌合させる。具体的には、前記ステータヨーク１０７Ｌの円周方向の位置基準である極片７１Ｌ１と対応するステータヨーク１０７Ｒの極片７１Ｒを極片７１Ｒ１とすれば、該極片７１Ｒ１が９０°の方向、又は２７０°の方向となるようにボビン１０６の嵌合凸部６３にステータヨーク１０７Ｒを嵌合する。これによりステータヨーク１０７Ｌとステータヨーク１０７Ｒが、相対的に円周方向の位置が９０°異なるように組み合わされる。
【００３５】
本実施の形態においても、ボビン１０６に初めに嵌合するステータヨーク１０６Ｌの円周方向の位置は４方向の自由度があり、その後に嵌合するステータヨーク１０６Ｒの円周方向の位置は２方向の自由度があるので、嵌合作業が容易となる。また、ステータヨーク１０７Ｌ、１０７Ｒを同形状に、ボビン１０６の嵌合凸部６３を左右両端で同形状にすることができ、２つのステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒの形状を区別することなく、また、ボビン１０６の両端を区別することなく嵌合作業を行うことができ、作業性が向上する。また、ステータヨーク１０７Ｌ、１０７Ｒを同形状にすることにより、プレス成形の金型を少なくすることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態でも、ボビン１０６の両端各々において、嵌合凸部６３を円周方向の位置が９０°異なるように２箇所にのみ設けることとしてもよく、また、ボビン１０６と各ステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒに設ける嵌合凸部と嵌合凹部とを逆に設けることも可能である。
【００３７】
【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、２つのステータヨークを、各々の極片数Ｎの２分の１が奇数である同形状のものであって、相対的に円盤部の円周方向に９０°異なる位置に位置決めされることにより、前記各極片が円周方向に交互に並列するように組み合わされたものとしたので、各ステータヨークの極片数Ｎを多くしても、２つのステータヨークの円周方向の位置は９０°異なるように位置決めすれば、各極片が等間隔で並列するように組み付けることができる。これにより、ステータヨーク等の加工精度や組付け精度を向上させることなく、ステータヨークの円周方向の位置決めを簡便に行うことができる。また、２つのステータヨークを同形状とすることにより、プレス成形の金型を従来より少なくすることができる。その結果、クローポール型発電機の製造コストを軽減することが可能となる。
【００３８】
また、本発明によれば、前記コアヨークの両端に嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、前記各ステータヨークの円盤部の中央近傍に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、該コアヨーク及び各ステータヨークの嵌合凸部又は嵌合凹部が互いに嵌合することにより、コアヨークの両端に、その円周方向の位置を規制するように各ステータヨークが夫々嵌合されたものとしたので、２つのステータヨークの円周方向の位置決めを容易に行うことができる。
【００３９】
また、本発明によれば、前記コアヨークは、その両端形状が対称なものであり、該コアヨークの両端面及び前記各ステータヨークの円盤部に、各々少なくとも２以上の前記嵌合凹部又は嵌合凸部が、互いに円周方向に９０°異なる位置となるように配設されたので、コアヨークの両端にステータヨークを嵌合させる際に、コアヨークの各端面におけるステータヨークの円周方向の位置の自由度が増して、コアヨークとステータヨークとの嵌合及び両ステータヨークの位置合わせが容易となる。
【００４０】
また、本発明によれば、前記クローポール型発電機は、軸周りに前記コイルが巻回されるとともに中空部内に前記コアヨークが配設される中空軸の両端に、２枚の円盤が同軸となるように設けられてなるボビンを備えたものであり、該ボビンの各円盤に嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、前記各ステータヨークの円盤部に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、前記ボビン及び各ステータヨークの各嵌合凸部及び嵌合凹部が夫々嵌合することにより、前記ボビンの各円盤に、その円周方向の位置を規制するように前記各ステータヨークが夫々嵌合されたものとしたので、２つのステータヨークの円周方向の位置決めを容易に行うことができる。
【００４１】
また、本発明によれば、前記ボビンは、各円盤形状が対称なものであり、該ボビンの各円盤及び前記各ステータヨークの円盤部に、各々少なくとも２以上の前記嵌合凹部又は嵌合凸部が、互いに円周方向に９０°異なる位置となるように配設されたものとしたので、ボビンに各ステータヨークを嵌合させる際に、ボビンの各円盤におけるステータヨークの円周方向の位置の自由度が増して、ボビンとステータヨークとの嵌合及び両ステータヨークの位置合わせが容易となる。
【００４２】
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の構成を示す側面図である。
【図４】 (a)は、ステータヨーク１０２Ｌの正面図であり、(b)は、側面図である。
【図５】ステータヨーク１０２Ｌとステータヨーク１０２Ｒが組み合わされた状態を示す正面図である。
【図６】 (a)は、コアヨーク１０３、コイル１０４、及びボビン１０５の正面図であり、(b)は、これらの部分断面を示した側面図である。
【図７】コアヨーク１０３の分解斜視図である。
【図８】ボビン１０５の斜視図である。
【図９】コアヨーク１０３、コイル１０４、及びボビン１０５とステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの組付けを説明するための側面図である。
【図１０】ステータヨーク１０７Ｌの正面図である。
【図１１】 (a)は、コイル１０４、ボビン１０６、及びコアヨーク１０８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】ステータヨーク１０７Ｌとステータヨーク１０７Ｒが組み合わされた状態を示す正面図である。
【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，１０７Ｌ，１０７Ｒ ステータヨーク
１０３，１０８ コアヨーク
１０４ コイル
１０５，１０６ ボビン
２０Ｌ，２０Ｒ，７０Ｌ，７０Ｒ 円盤部
２１Ｌ，２１Ｒ，７１Ｌ，７１Ｒ 極片
２３ コア嵌合孔（嵌合凹部）
３０ａ，３１ａ 嵌合凸部
６１ 円盤
６３ 嵌合凸部
７３ 嵌合スリット（嵌合凹部）
【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及び特許文献２参照）。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】
【特許文献１】
特許第２９９１７０５号公報（第７頁、図３，４）
【特許文献２】
特開２００１−３２７１３９号公報（第４ページ、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のクローポール型発電機を、自転車の車輪のハブ軸に取り付けて自転車用ハブダイナモとして用いる場合には、前記２つのクローポール型のステータヨークはハブ軸に取付ナット等により固定されることとなるが、その際、互いの磁極片が接触することなく等間隔で隣接するように位置決めをする必要がある。しかし、クローポール型発電機の組立てに際して、前述したような位置決めを行って取付ナット等により固定する作業は面倒であり、その結果としてクローポール型発電機のコストが高くなるという問題があった。また、取付ナット等による固定が不十分な場合や、クローポール型発電機に加わった衝撃等の外力により、組付け時の位置がずれることもある。特に、クローポール型発電機を自転車用ハブダイナモとして用いる場合には、自転車の走行に伴う衝撃が加わるため、前記位置ズレが生じやすい。
【０００５】
一方、例えば、２つのステータヨークに挟入されるボビン等と各ステータヨークとを係合させることにより、組付け時の位置決めや、その後の位置ズレを防止することが可能であるが、２つのステータヨークの円周方向の位置関係は各ステータヨークの極片数により異なるので、予めステータヨークの位置関係を算出した上で、各々ステータヨークに係合部を予め算出された位置に正確に設ける必要がある。例えば、各ステータヨークの極片数が１４極であれば、各ステータヨークの極片が円周方向に２８極並ぶこととなるので、各々のステータヨークに係合部分を円周方向に約１２．８６°異なる位置に設ける。しかし、２つのステータヨークの形状が異なれば、例えば、ステータヨークを鋼帯等の材料から順送金型でプレス成形する場合に、金型が２種類必要となる。また、クローポール型発電機には、軽量小型化及び発電効率の向上が望まれているところ、前記各ステータヨークは極力小さく、且つ、その極片数は多い方が好ましい。しかし、小型で極片数の多いステータヨークとする程、２つのステータヨークの円周方向の位置の規制も精度が要求される。その結果、クローポール型発電機の加工コストや組立コストが高くなるという問題が生じる。
【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において、ステータヨークの円周方向の位置決めを簡便に行うことができ、また、クローポール型発電機の製造コストを軽減することができる手段を提供することを目的とする。
【０００７】
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、円盤部と該円盤部の円周方向に一定間隔で突設された複数の爪状の極片とを夫々有し、前記永久磁石の内側に配置された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２つのステータヨークは、各々の極片数Ｎ（Ｎは６以上の偶数）の２分の１が奇数である同形状のものであって、相対的に円盤部の円周方向に９０°異なる位置に位置決めされることにより、前記各極片が円周方向に交互に並列するように組み合わされたものであり、前記円盤部の中央近傍には、嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、前記コアヨークは、その両端に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、該コアヨーク及び各ステータヨークの嵌合凸部又は嵌合凹部が互い嵌合することにより、前記コアヨークの両端に、その円周方向の位置を規制するように各ステータヨークが夫々嵌合されたものである。これにより、各ステータヨークの極片数Ｎを多くしても、２つのステータヨークの円周方向の位置は９０°異なるように位置決めすれば、核極片が等間隔で並列するように組み付けることができ、ステータヨーク等の加工精度や組付け精度を向上させることがなく、ステータヨークの円周方向の位置決めを簡便に行うことができる。また、２つのステータヨークを同形状とすることにより、プレス成形の金型を従来より少なくすることができる。
【０００８】
また、本発明は、前記コアヨークの両端に嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、前記各ステータヨークの円盤部の中央近傍に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、該コアヨーク及び各ステータヨークの嵌合凸部又は嵌合凹部が互いに嵌合することにより、コアヨークの両端に、その円周方向の位置を規制するように各ステータヨークが夫々嵌合されたものである。これにより、コアヨークに２つのステータヨークを、円周方向の位置が互いに９０°異なるように嵌合させることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記コアヨークは両端形状が対称なものであり、該コアヨークの両端面及び前記各ステータヨークの円盤部に、各々少なくとも２以上の前記嵌合凹部又は嵌合凸部が、互いに円周方向に９０°異なる位置となるように配設されたものである。これにより、コアヨークの両端にステータヨークを嵌合させる際に、コアヨークの各端面におけるステータヨークの円周方向の位置が９０°異なる方向で選択でき、コアヨークとステータヨークとの嵌合及び両ステータヨークの位置合わせが容易となる。なお、本発明においてコアヨークの両端形状が対称とは、コアヨークの軸と直交する面を対称面として、その両端形状が対称なことをいう。
【００１０】
また、本発明は、環状に配置された永久磁石と、円盤部と該円盤部の円周方向に一定間隔で突設された複数の爪状の極片とを夫々有し、前記永久磁石の内側に配置された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、軸周りに前記コイルが巻回されるとともに中空部内に前記コアヨークが配設される中空軸の両端に、２枚の円盤が同軸となるように設けられてなるボビンを備え、該ボビンは、各円盤形状が対称なものであり、該ボビンの各円盤に嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、前記２つのステータヨークは、各々の極片数Ｎ（Ｎは６以上の偶数）の２分の１が奇数である同形状のものであって、前記円盤部に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、前記ボビンの各円盤及び前記各ステータヨークの円盤部に、各々少なくとも２以上の嵌合凹部又は嵌合凸部が、互いに円周方向に９０°異なる位置となるように配設され、前記ボビン及び前記各ステータヨークの各嵌合凸部及び嵌合凹部が夫々嵌合することにより、前記ボビンの各円盤に、相対的に前記円盤部の円周方向に９０°異なる位置に位置決めされるように前記各ステータヨークが夫々嵌合されるとともに、前記各極片が円周方向に交互に並列するように組み合わされたものである。これにより、ボビンに２つのステータヨークを、円周方向の位置が互いに９０°異なるように嵌合させることができる。また、ボビンに各ステータヨークを嵌合させる際に、ボビンの各円盤におけるステータヨークの円周方向の位置が９０°異なる方向で選択でき、ボビンとステータヨークとの嵌合及び両ステータヨークの位置合わせが容易となる。なお、本発明においてボビンの各円盤形状が対称とは、ボビンの軸と直交する面を対称面として、その両端形状が対称なことをいう。
【００１２】
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。
【００１３】
【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、本発明の第１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。また、本実施の形態では、本発明に係るクローポール型発電機が自転車用ハブダイナモとして用いられる場合を例に説明しているが、本発明の用途がこれに限定されるものではないことは当然である。
【００１４】
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Ｇが生じて、コイル１０４に誘導電流が流れ、発電できるようになっている。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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と嵌合するためのコア嵌合孔（嵌合凹部）２３が穿設されている。４つのコア嵌合孔２３は、すべて同形状であり、円盤部２０Ｌの軸から半径方向へ同一位置であって、円周方向へ相互に９０°異なる位置に配設されている。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。
【００１９】
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、各スリット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。
【００２０】
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。なお、ステータヨーク１０２Ｌに設けるべき極片２１Ｌの数は、該極片数Ｎの２分の１が奇数、即ち、２，６，１０，１４，１８，・・・のいずれかとなるように設定することができる。言い換えれば、奇数の自然数１，３，５，７，９，・・・を２倍した数をステータヨーク１０２Ｌに設けるべき極片数Ｎとして設定することができる。
【００２１】
また、ステータヨーク１０２Ｒについては、前記ステータヨーク１０２Ｌと同形状であり、詳細な説明は省略するが、前記極片２１Ｌと同様に、円盤部２０Ｒの外周縁に極片２１Ｒが１４極設けられており、前述したように、該極片数Ｎの２分の１が奇数であるように極片２１Ｒの数を適宜変更することができるが、ステータヨーク１０２Ｌの極片数Ｎとステータヨーク１０２Ｒの極片数Ｎとは同一である。
【００２２】
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。図５は、前述したように組み合わせた２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの円周方向の位置を説明するためのものであるが、前記２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒは、相対的に円盤部２１Ｌの円周方向に９０°異なる位置となるように組み合わされている。一般に、各ステータヨークの極片が円周方向に交互に並列するように組み合わせるためには、一のステータヨークの極片数Ｎの２倍で、これが組み合わされたステータヨークの全極片数であるが、３６０°を割った角度αだけ２つのステータヨークを円周方向に相対的にずらす必要がある。即ち、角度α＝３６０°／（極片数Ｎ×２）により、２つのステータヨークを円周方向に相対的にずらす角度αを求めて、各ステータヨークの円周方向の位置決めを行うが、クローポール型発電機１００の発電効率の向上のためには極片数Ｎを多くすることが好ましく、その一方で、クローポール型発電機１００の小型化のためにはステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの小型化も望まれており、角度αは小さくなる一方で、小型化されたステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒに該角度αとなるような位置決め手段を精度良く設けることが必要となる。そこで、本発明では、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒに設けるべき極片２１Ｌ，２１Ｒの各々の数を、極片数Ｎの２分の１が奇数となるように設定し、前記角度αに拘わらず、同形状のステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを、相対的に円周方向に９０°異なる位置となるように組み合わせることにより、各極片２１Ｌ，２１Ｒを円周方向に交互に並列させることを実現している。これにより、各ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの極片数Ｎを多くしても、２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの円周方向の位置を常に９０°異なるように位置決めすればよく、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの加工精度や組付け精度を向上させることなく、これらの円周方向の位置決めを簡便に行うことができる。また、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを同形状とすることにより、従来よりプレス成形の金型を少なくすることができる。
【００２３】
図６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対のコアヨーク片３０，３１が組み合わされてなり、コイル１０４が巻回されるボビン１０５の中空軸５０に収容されている。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。
【００２４】
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、カマボコ形状の１対のコアヨーク片３０と、角柱状の１対のコアヨーク片３１とが各々同種のコアヨーク片３０，３１が対向するようにして環状に組み合わされたものである。各コアヨーク片３０，３１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３０ａ，３１ａが夫々凸設されている。各嵌合凸部３０ａ，３１ａは、すべて同形状であり、図６(a)に示すように、コアヨーク片３０，３１が環状に組み合わされた場合に、コアヨーク１０３の軸から半径方向へ同一位置であって、円周方向へ相互に９０°異なる位置に配置され、且つ、図６(b)に示すように、コアヨーク１０３の軸と直交する平面を対称面として対称となる位置に配置される。なお、嵌合凸部３０ａ，３１ａ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。また、コアヨーク片３０，３１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、コアヨーク１０３を複数の分割片からなるものとせず、フェライト等の粉末焼結材を用いて筒状の一体のものとして作製してもよい。
【００２５】
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８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６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、一方、中空軸５０内に配設されたコアヨーク１０３は、両円盤５１から前記嵌合凸部３０ａ，３１ａが突出した状態で固定される。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。
【００２６】
図９に示すように、前記コアヨーク１０３、ボビン１０５、コイル１０４が組み付けられ、該コアヨーク１０３の両端にステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを嵌合させて、コアヨーク１０３、コイル１０４、ボビン１０５を内包するようにして、コアヨーク１０３によりステータヨーク１０２Ｌ，１０３Ｒを磁気的に連結できるようになっている。これらが一体として、図１に示すように、ハブ軸１にナット等により固定され、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。
【００２７】
以下、ステータヨーク１０２Ｌ、１０２Ｒの組付け方法について説明する。説明の便宜上、円周方向の位置を鉛直方向上側を０°として時計周り９０°、１８０°、２７０°とし、図５に示すように、前記コアヨーク１０３の嵌合凸部３０ａが０°及び１８０°の方向に、嵌合凸部３１ａが９０°及び２７０°の方向に位置しているとする。まず、ステータヨーク１０２Ｌ、１０２Ｒのいずれか一方、ここではステータヨーク１０２Ｌをコアヨーク１０３の一端側の嵌合凸部３０ａ，３１ａに任意の位置で嵌合させる。具体的には、ステータヨーク１０２Ｌの複数の極片２１Ｌのうち任意の極片２１Ｌ１を円周方向の位置基準とすれば、該極片２１Ｌ１が４方向のいずれの方向であってもよい。ここでは仮に、極片２１Ｌ１が０°の方向となるようにステータヨーク１０２Ｌをコアヨーク１０３の一端側の嵌合凸部３０ａ，３１ａに嵌合させる。他方のステータヨーク１０２Ｒは、コアヨーク１０３の他端側の嵌合凸部３０ａ，３１ａに嵌合させるが、ステータヨークの各極片２１Ｒが前記ステータヨーク１０２Ｌの各極片２１Ｌと円周方向に交互に並列するようにするために、ステータヨーク１０２Ｒを前記ステータヨーク１０２Ｌと円周方向に９０°異なる位置として嵌合させる。即ち、前記ステータヨーク１０２Ｌの円周方向の位置基準である極片２１Ｌ１と対応するステータヨーク１０２Ｒの極片２１Ｒを極片２１Ｒ１とすれば、該極片２１Ｒ１が９０°の方向、又は２７０°の方向となるようにコアヨーク１０３の嵌合凸部３０ａ，３１ａにステータヨーク１０２Ｒを嵌合すればよい。
【００２８】
このように、コアヨーク１０３に初めに嵌合するステータヨーク１０２Ｌの円周方向の位置は４方向の自由度があり、その後に嵌合するステータヨーク１０２Ｒの円周方向の位置は２方向の自由度があるので、嵌合作業が容易となる。また、ステータヨーク１０２Ｌ、１０２Ｒを同形状に、コアヨーク１０３の嵌合凸部３０ａ，３１ａを左右両端で同形状にすることができ、２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの形状を区別することなく、また、コアヨーク１０３の両端を区別することなく嵌合作業を行うことができ、作業性が向上する。
【００２９】
なお、本実施の形態では、コアヨーク１０３の両端に嵌合凸部３０ａ，３１ａを各々４箇所に、各ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒにコア嵌合孔２３を各々４箇所に設けたが、例えば、一対のコアヨーク片３０，３１の各々一方の両端にのみ嵌合凸部３０ａ，３１ａを設ける等、コアヨーク１０３の両端各々において、嵌合凸部を円周方向の位置が９０°異なるように２箇所にのみ設けることとしてもよい。また、本実施の形態では、コアヨーク１０３に嵌合凸部３０ａ，３１ａを、各ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒにコア嵌合孔２３を設けたが、嵌合凸部と嵌合孔（嵌合凹部）とを逆に設けることとしてもよい。
【００３０】
以下、本発明の第２の実施の形態に係るクローポール型発電機について説明する。第２の実施の形態に係るクローポール型発電機は、前記コアヨーク１０３に設けられた嵌合凸部３０ａ，３１ａに代えて、ボビン１０６に嵌合凸部６３を形成し、各ステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒには、前記コア嵌合孔２３に代えて、該嵌合凸部６３と嵌合する嵌合スリット７３を形成したものである。その他の構成は前記クローポール型発電機１００と同様であり、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３１】
前記ステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒも互いに同形状のものであるので、以下、ステータヨーク１０７Ｌを例に、これらの構成を説明する。図１０に示すように、ステータヨーク１０７Ｌは、円盤部７０Ｌと、該円盤部７０Ｌの周縁から周方向に一定間隔で円盤部７０Ｌの厚み方向へ延設された複数の極片７１Ｌとを具備してなるものである。該円盤部７０Ｌ及び極片７１Ｌは、前記ステータヨーク１０２Ｌの円盤部２０Ｌ及び極片２１Ｌと同様であり、該極片７１Ｌは、円盤部７０Ｌ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ている。該極片７１Ｌも、該極片数Ｎの２分の１が奇数となるように任意に設定することができる。また、円盤部７０Ｌの中央にはハブ軸１を挿通するための挿通孔７２が穿設されており、該挿通孔７２から半径方向外側ヘ十字状に嵌合スリット（嵌合凹部）７３が形成されている。４つの嵌合スリット７３は、すべて同形状であり、円周方向へ相互に９０°異なる位置に配設されている。該嵌合スリット７３は、後述するボビン１０６の嵌合凸部６３と嵌合するためのものであるが、円盤部７０Ｌ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作用も発揮する。また、円盤部７０の外周縁の４箇所から半径方向にスリット７４が形成されているが、該スリット７４は、前記ステータヨーク１０２Ｌのスリット２４と同様のものであり、詳細な説明は省略する。
【００３２】
図１１は、ボビン１０６及びコアヨーク１０８を示すものであるが、図に示すように、前記ボビン１０６は、中空軸６０の両端にドーナツ形状の円盤６１が同軸となるように配設されてなり、該中空軸６０に、前記コイル１０４が巻回されるとともに中空内にコアヨーク１０８が配設されるようになっている。円盤６１の一方には、外周縁から半径方向へスリット６２が形成されており、ボビン１０６に巻回されたコイル１０４の内周側の一端を該スリット６２から引き出しておくことができるようになっている。また、両円盤６１には、その軸方向へ突出する嵌合凸部６３が夫々形成されている。該嵌合凸部６３は、図１１(a)に示すように、ボビン１０６の軸から半径方向へ同一位置であって、円周方向へ相互に９０°異なる位置に配置されており、且つ、両円盤６１において円周方向が同位置となるように、即ち、図１１(b)に示すように、中空軸６０と直交する平面を対称面として対称となる位置に配置されている。
【００３３】
前記コアヨーク１０８は筒状のものであり、中空部分に前記ハブ軸１を層通可能なものである。該コアヨーク１０８は公知且つ任意の構成が可能であり、例えばフェライト等の粉末焼結材を用いて作製することができる。このようなコアヨーク１０８が前記ボビン１０６の中空軸６０に収容され、その両端面で前記ステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒの各円盤部７０Ｌ，７０Ｒと夫々接触して、ステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒを磁気的に連結することができるようになっている。
【００３４】
以下、ステータヨーク１０７Ｌ、１０７Ｒの組付け方法について説明する。説明の便宜上、円周方向の位置を鉛直方向上側を０°として時計周り９０°、１８０°、２７０°とし、図１２に示すように、前記ボビン１０６の嵌合凸部６３が０°、９０°、１８０°及び２７０°の方向に位置しているとする。まず、ステータヨーク１０７Ｌ、１０７Ｒのいずれか一方、ここではステータヨーク１０７Ｌをボビン１０６の一端面の嵌合凸部６３に任意の位置で嵌合させる。具体的には、ステータヨーク１０７Ｌの複数の極片７１Ｌのうち任意の極片７１Ｌ１を円周方向の位置基準とすれば、該極片７１Ｌ１が４方向のいずれの方向であってもよい。ここでは仮に、極片７１Ｌ１が０°の方向となるようにステータヨーク１０７Ｌをボビン１０６の一端面の嵌合凸部６３に嵌合させる。他方のステータヨーク１０７Ｒは、ボビン１０６の他端面の嵌合凸部６３に嵌合させる。具体的には、前記ステータヨーク１０７Ｌの円周方向の位置基準である極片７１Ｌ１と対応するステータヨーク１０７Ｒの極片７１Ｒを極片７１Ｒ１とすれば、該極片７１Ｒ１が９０°の方向、又は２７０°の方向となるようにボビン１０６の嵌合凸部６３にステータヨーク１０７Ｒを嵌合する。これによりステータヨーク１０７Ｌとステータヨーク１０７Ｒが、相対的に円周方向の位置が９０°異なるように組み合わされる。
【００３５】
本実施の形態においても、ボビン１０６に初めに嵌合するステータヨーク１０６Ｌの円周方向の位置は４方向の自由度があり、その後に嵌合するステータヨーク１０６Ｒの円周方向の位置は２方向の自由度があるので、嵌合作業が容易となる。また、ステータヨーク１０７Ｌ、１０７Ｒを同形状に、ボビン１０６の嵌合凸部６３を左右両端で同形状にすることができ、２つのステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒの形状を区別することなく、また、ボビン１０６の両端を区別することなく嵌合作業を行うことができ、作業性が向上する。また、ステータヨーク１０７Ｌ、１０７Ｒを同形状にすることにより、プレス成形の金型を少なくすることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態でも、ボビン１０６の両端各々において、嵌合凸部６３を円周方向の位置が９０°異なるように２箇所にのみ設けることとしてもよく、また、ボビン１０６と各ステータヨーク１０７Ｌ，１０７Ｒに設ける嵌合凸部と嵌合凹部とを逆に設けることも可能である。
【００３７】
【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、２つのステータヨークを、各々の極片数Ｎの２分の１が奇数である同形状のものであって、相対的に円盤部の円周方向に９０°異なる位置に位置決めされることにより、前記各極片が円周方向に交互に並列するように組み合わされたものとしたので、各ステータヨークの極片数Ｎを多くしても、２つのステータヨークの円周方向の位置は９０°異なるように位置決めすれば、各極片が等間隔で並列するように組み付けることができる。これにより、ステータヨーク等の加工精度や組付け精度を向上させることなく、ステータヨークの円周方向の位置決めを簡便に行うことができる。また、２つのステータヨークを同形状とすることにより、プレス成形の金型を従来より少なくすることができる。その結果、クローポール型発電機の製造コストを軽減することが可能となる。
【００３８】
また、本発明によれば、前記コアヨークの両端に嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、前記各ステータヨークの円盤部の中央近傍に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、該コアヨーク及び各ステータヨークの嵌合凸部又は嵌合凹部が互いに嵌合することにより、コアヨークの両端に、その円周方向の位置を規制するように各ステータヨークが夫々嵌合されたものとしたので、２つのステータヨークの円周方向の位置決めを容易に行うことができる。
【００３９】
また、本発明によれば、前記コアヨークは、その両端形状が対称なものであり、該コアヨークの両端面及び前記各ステータヨークの円盤部に、各々少なくとも２以上の前記嵌合凹部又は嵌合凸部が、互いに円周方向に９０°異なる位置となるように配設されたので、コアヨークの両端にステータヨークを嵌合させる際に、コアヨークの各端面におけるステータヨークの円周方向の位置の自由度が増して、コアヨークとステータヨークとの嵌合及び両ステータヨークの位置合わせが容易となる。
【００４０】
また、本発明によれば、前記クローポール型発電機は、軸周りに前記コイルが巻回されるとともに中空部内に前記コアヨークが配設される中空軸の両端に、２枚の円盤が同軸となるように設けられてなるボビンを備えたものであり、該ボビンの各円盤に嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、前記各ステータヨークの円盤部に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、前記ボビン及び各ステータヨークの各嵌合凸部及び嵌合凹部が夫々嵌合することにより、前記ボビンの各円盤に、その円周方向の位置を規制するように前記各ステータヨークが夫々嵌合されたものとしたので、２つのステータヨークの円周方向の位置決めを容易に行うことができる。
【００４１】
また、本発明によれば、前記ボビンは、各円盤形状が対称なものであり、該ボビンの各円盤及び前記各ステータヨークの円盤部に、各々少なくとも２以上の前記嵌合凹部又は嵌合凸部が、互いに円周方向に９０°異なる位置となるように配設されたものとしたので、ボビンに各ステータヨークを嵌合させる際に、ボビンの各円盤におけるステータヨークの円周方向の位置の自由度が増して、ボビンとステータヨークとの嵌合及び両ステータヨークの位置合わせが容易となる。
【００４２】
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の構成を示す側面図である。
【図４】 (a)は、ステータヨーク１０２Ｌの正面図であり、(b)は、側面図である。
【図５】ステータヨーク１０２Ｌとステータヨーク１０２Ｒが組み合わされた状態を示す正面図である。
【図６】 (a)は、コアヨーク１０３、コイル１０４、及びボビン１０５の正面図であり、(b)は、これらの部分断面を示した側面図である。
【図７】コアヨーク１０３の分解斜視図である。
【図８】ボビン１０５の斜視図である。
【図９】コアヨーク１０３、コイル１０４、及びボビン１０５とステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの組付けを説明するための側面図である。
【図１０】ステータヨーク１０７Ｌの正面図である。
【図１１】 (a)は、コイル１０４、ボビン１０６、及びコアヨーク１０８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】ステータヨーク１０７Ｌとステータヨーク１０７Ｒが組み合わされた状態を示す正面図である。
【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，１０７Ｌ，１０７Ｒ ステータヨーク
１０３，１０８ コアヨーク
１０４ コイル
１０５，１０６ ボビン
２０Ｌ，２０Ｒ，７０Ｌ，７０Ｒ 円盤部
２１Ｌ，２１Ｒ，７１Ｌ，７１Ｒ 極片
２３ コア嵌合孔（嵌合凹部）
３０ａ，３１ａ 嵌合凸部
６１ 円盤
６３ 嵌合凸部
７３ 嵌合スリット（嵌合凹部）
Claims (4)
- 環状に配置された永久磁石と、円盤部と該円盤部の円周方向に一定間隔で突設された複数の爪状の極片とを夫々有し、前記永久磁石の内側に配置された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２つのステータヨークは、各々の極片数Ｎ（Ｎは６以上の偶数）の２分の１が奇数である同形状のものであって、相対的に円盤部の円周方向に９０°異なる位置に位置決めされることにより、前記各極片が円周方向に交互に並列するように組み合わされたものであり、前記円盤部の中央近傍には、嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、
前記コアヨークは、その両端に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、
該コアヨーク及び各ステータヨークの嵌合凸部又は嵌合凹部が互い嵌合することにより、前記コアヨークの両端に、その円周方向の位置を規制するように各ステータヨークが夫々嵌合されたことを特徴とするクローポール型発電機。 - 前記コアヨークは、その両端形状が対称なものであり、該コアヨークの両端面及び前記各ステータヨークの円盤部に、各々少なくとも２以上の前記嵌合凹部又は嵌合凸部が、互いに円周方向に９０°異なる位置となるように配設されたことを特徴とする請求項１記載のクローポール型発電機。
- 環状に配置された永久磁石と、円盤部と該円盤部の円周方向に一定間隔で突設された複数の爪状の極片とを夫々有し、前記永久磁石の内側に配置された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、
軸周りに前記コイルが巻回されるとともに中空部内に前記コアヨークが配設される中空軸の両端に、２枚の円盤が同軸となるように設けられてなるボビンを備え、
該ボビンは、各円盤形状が対称なものであり、該ボビンの各円盤に嵌合凸部又は嵌合凹部が設けられ、
前記２つのステータヨークは、各々の極片数Ｎ（Ｎは６以上の偶数）の２分の１が奇数である同形状のものであって、前記円盤部に嵌合凹部又は嵌合凸部が設けられ、
前記ボビンの各円盤及び前記各ステータヨークの円盤部に、各々少なくとも２以上の嵌合凹部又は嵌合凸部が、互いに円周方向に９０°異なる位置となるように配設され、
前記ボビン及び前記各ステータヨークの各嵌合凸部及び嵌合凹部が夫々嵌合することにより、前記ボビンの各円盤に、相対的に前記円盤部の円周方向に９０°異なる位置に位置決めされるように前記各ステータヨークが夫々嵌合されるとともに、前記各極片が円周方向に交互に並列するように組み合わ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ことを特徴とする請求項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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