專利名稱：凸極式發(fā)電機(jī)以及自行車用發(fā)電輪轂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及凸極式發(fā)電機(jī)以及使用該凸極式發(fā)電機(jī)的自行車用發(fā)電輪轂。
背景技術(shù)：
在自行車的發(fā)電輪轂中，使用凸極式發(fā)電機(jī)的發(fā)電輪轂是周知的。在已有的凸極式發(fā)電機(jī)中有一種凸極式發(fā)電機(jī)是周知的，該凸極式發(fā)電機(jī)是用層疊板狀片的多組的第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛來構(gòu)成磁軛。眾所周知，在由層疊磁軛構(gòu)成的已有的凸極式發(fā)電機(jī)中包括以下發(fā)電機(jī)，即在一種發(fā)電機(jī)中，板狀片形成為C字狀，具有磁軛內(nèi)周部、磁軛外周部和連接它們的體部(例如，參考特許文獻(xiàn)1)；在另一種發(fā)電機(jī)中，板狀片具有圓板部和磁軛外周部，該磁軛外周部從圓板部的周緣形成為放射狀，并且在與圓板部交叉的方向上彎曲(例如，參考特許文獻(xiàn)2)。
在上述已有的發(fā)電機(jī)中，第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛安裝在輪轂軸上，且沿著圓周方向排列成行地插入到磁軛安裝槽中，該磁軛安裝槽在線圈的兩端處以層疊磁軛的寬度形成。安裝在磁軛安裝槽中的第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛交錯(cuò)地配置成層疊的板狀片的磁軛外周部的前端重疊且方向顛倒。
在上述已有的發(fā)電機(jī)中，對(duì)第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛進(jìn)行安裝，在線圈的兩端，層疊的板狀片的圓板部沿著輪轂軸的軸方向排列成行，第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛交錯(cuò)地配置成層疊的板狀片的磁軛外周部的前端方向顛倒。
為了提高發(fā)電效率，無論何種發(fā)電機(jī)在配置層疊磁軛的板狀片的磁軛外周部時(shí)，都要使磁軛外周部與固定在輪轂外殼上的永磁鐵之間留有微小的間隙。若通過交錯(cuò)配置的第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛構(gòu)成磁軛，則可降低渦電流產(chǎn)生的損失，從而改善輸出特性。
(特許文獻(xiàn)1)特開2001-202017號(hào)公報(bào)(圖2、圖3)(特許文獻(xiàn)2)特開2004-229403號(hào)公報(bào)(圖5)
在上述已有的發(fā)電機(jī)中，層疊磁軛的各板狀片有可能沿著輪轂軸的徑向產(chǎn)生偏離。而在后述的已有發(fā)電機(jī)中，若磁軛外周部的彎曲角度稍有不同，則磁軛的外周面有可能排列不齊。在上述已有發(fā)電機(jī)中，無論是何種發(fā)電機(jī)在對(duì)層疊磁軛的外周面進(jìn)行配置時(shí)，與磁鐵之間都要留有微小的間隙，由此磁軛的外周面偏離或是排列不齊時(shí)，突出的板狀片的外周部就有可能與磁鐵相接觸。為此，可考慮采用如下的方法以防止上述問題的發(fā)生，即通過插入成型等方法，用合成樹脂等固定在包含磁軛的輪轂軸上所固定的部分。但是，這樣做僅會(huì)使固定部的樹脂的重量變重，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)增重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于，在具有層疊磁軛的凸極式發(fā)電機(jī)以及使用該凸極式發(fā)電機(jī)的發(fā)電輪轂中，既可控制增重，還可不使磁軛外周部與磁鐵接觸。
技術(shù)方案1的凸極式發(fā)電機(jī)，包括配置在圓周上的永磁鐵；內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)，該內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)具有配置在永磁鐵的內(nèi)周側(cè)上的環(huán)狀線圈以及以包圍線圈的周圍的方式配置的磁軛，配置成可相對(duì)永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，其特征在于，磁軛具有定子磁軛，配置在線圈與永磁鐵之間；芯子磁軛，與定子磁軛磁性結(jié)合，配置在線圈內(nèi)周上，定子磁軛具有多組第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛，它們由層疊的多個(gè)板狀片構(gòu)成，隔著持線圈，配置在軸方向的相反一側(cè)，內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)還具有蓋部件，該蓋部件覆蓋兩層疊磁軛的外周面的至少一部分。
在該凸極式發(fā)電機(jī)中，永磁鐵和定子磁軛相對(duì)置，通過它們的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而在芯子磁軛中產(chǎn)生交變磁通量。由此，在線圈中流過電流來發(fā)電。具體來說，一種狀態(tài)是第1層疊磁軛的磁軛外周部為N極，第2層疊磁軛的磁軛外周部為S極；另一種狀態(tài)是第1層疊磁軛的磁軛外周部為S極，第2層疊磁軛的磁軛外周部為N極，交錯(cuò)轉(zhuǎn)換上述兩種狀態(tài)，于是產(chǎn)生交變磁通量。在發(fā)電時(shí)，除產(chǎn)生交變磁通量之外，還產(chǎn)生渦電流，但是，由于通過層疊板狀片來形成磁軛，所以可防止渦電流的產(chǎn)生。在此處，蓋部件對(duì)較少產(chǎn)生渦電流的凸極式的磁軛的至少外周面的一部分進(jìn)行覆蓋，由此構(gòu)成第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛的板狀片既不易偏離，也不易排列不齊。為此，即使縮小使多個(gè)板狀片層疊的第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛的磁軛外周部與永磁鐵之間的間隙，磁軛也不易與永磁鐵接觸。并且僅覆蓋至少磁軛的外周面的一部分，而不是以合成樹脂固定整體，所以，即使設(shè)置蓋部件，也僅使固定機(jī)構(gòu)稍微增重，從而能盡可能地控制發(fā)電機(jī)構(gòu)的增重。
技術(shù)方案2所述的凸極式發(fā)電機(jī)是在技術(shù)方案1所述的凸極式發(fā)電機(jī)中，多個(gè)板狀片具有磁軛外周部，該磁軛外周部層疊在圓周方向上，作為配置在線圈與永磁鐵之間的定子磁軛發(fā)揮功能，多組上述第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛按如下方式進(jìn)行設(shè)置，即磁軛外周部交錯(cuò)地位于圓周方向上，上述蓋部件至少覆蓋磁軛外周部的一部分。此時(shí)，層疊磁軛是沿著圓周方向?qū)盈B板狀片而形成，而且具有作為定子磁軛發(fā)揮功能的磁軛外周部，由此使因彎曲板狀片而易于產(chǎn)生的磁性應(yīng)變變得不易產(chǎn)生。此外，蓋部件覆蓋磁軛外周部的至少一部分，所以板狀片不易沿在徑向上偏離。
技術(shù)方案3所述的凸極式發(fā)電機(jī)是在技術(shù)方案1或2所述的凸極式發(fā)電機(jī)中，芯子磁軛與第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛一體形成，層疊的多個(gè)板狀片具有磁軛內(nèi)周部，該磁軛內(nèi)周部與磁軛外周部的內(nèi)周面相對(duì)配置，作為芯子磁軛。此時(shí)，由于定子磁軛和芯子磁軛是一體形成，所以易于組裝發(fā)電機(jī)，同時(shí)磁軛在線圈的外周側(cè)和內(nèi)周側(cè)是一體形成，所以可降低磁損失。
技術(shù)方案4所述的凸極式發(fā)電機(jī)是技術(shù)方案3所述的凸極式發(fā)電機(jī)中，第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛的板狀片的各個(gè)上述磁軛內(nèi)周部與軸方向相對(duì)置。此時(shí)，磁軛內(nèi)周部與軸方向相對(duì)配置，由此第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛的芯子磁軛部分可通過各自的磁軛內(nèi)周面以磁性方式直接連接，所以不需要連接兩層疊磁軛用的其它磁性體。而且，可充分確保磁通量通過兩層疊磁軛間的磁路的截面積，從而避免磁飽和。
技術(shù)方案5所述的凸極式發(fā)電機(jī)是在技術(shù)方案1至4中任一所述的凸極式發(fā)電機(jī)中，還包括繞線管，該繞線管具有沿著軸方向延伸的筒狀部和設(shè)置在筒狀部的軸方向兩端上的一對(duì)凸緣部，線圈卷繞在筒狀部的外周上。此時(shí)，由于線圈纏繞在繞線管上，所以容易調(diào)整線圈的卷線。此外，由于利用繞線管，所以容易沿著周方向留有間隔地配置第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛。
技術(shù)方案6所述的凸極式發(fā)電機(jī)是在技術(shù)方案1至5中任一所述的凸極式發(fā)電機(jī)中，蓋部件具有覆蓋磁軛的外周面的外周部；覆蓋磁軛的兩側(cè)面的一對(duì)側(cè)面部。此時(shí)，蓋部件不僅覆蓋磁軛的外周面，而且還覆蓋側(cè)面，由此可確實(shí)將蓋部件固定在磁軛上，以使蓋部件不易脫落。
技術(shù)方案7所述的凸極式發(fā)電機(jī)是在技術(shù)方案1至6中任一所述的凸極式發(fā)電機(jī)中，蓋部件是通過熱量使具有熱收縮性的合成樹脂制的筒狀部件收縮而形成的。此時(shí)，由于通過熱量使合成樹脂制的筒狀部件收縮來形成蓋部件，所以可簡(jiǎn)單地形成沿著磁軛的形狀的蓋部件。
技術(shù)方案8所述的凸極式發(fā)電機(jī)是在技術(shù)方案7所述的凸極式發(fā)電機(jī)中，蓋部件為具有熱收縮性的合成樹脂制品，該合成樹脂是由聚氯乙烯樹脂、氟化乙烯樹脂、硅酮樹脂、乙烯·丙烯樹脂和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂構(gòu)成的樹脂組中選擇出的一種。
技術(shù)方案9所述的發(fā)電輪轂是一種自行車用發(fā)電輪轂，該自行車用發(fā)電輪轂設(shè)置在安裝于自行車的車架上的車輪中央部上，包括輪轂軸、輪轂外殼、軸承和凸極式發(fā)電機(jī)。輪轂軸是安裝在車架上的軸。輪轂外殼是配置在輪轂軸的外周側(cè)上的筒狀外殼。軸承用于相對(duì)輪轂軸自如轉(zhuǎn)動(dòng)地支持輪轂外殼。凸極式發(fā)電機(jī)是技術(shù)方案1至8中任一所述的凸極式發(fā)電機(jī)，該凸極式發(fā)電機(jī)具有永磁鐵和內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)，永磁鐵配置在軸承間，以圓周狀設(shè)置在輪轂外殼的內(nèi)周央上，內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)配置在永磁鐵的內(nèi)周側(cè)，固定于輪轂軸上。
在該發(fā)電輪轂中，永磁鐵和內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)隨著車輪轉(zhuǎn)動(dòng)而相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則永磁鐵和磁軛外周部相互面對(duì)，從而在芯子磁軛中產(chǎn)生交變磁通量。具體來說，一種狀態(tài)是第1層疊磁軛的磁軛外周部是N極，第2層疊磁軛的磁軛外周部是S極；另一種狀態(tài)是第1層疊磁軛的磁軛外周部是S極，第2層疊磁軛的磁軛外周部是N極，交錯(cuò)轉(zhuǎn)換上述兩種狀態(tài)，從而使交變磁通量產(chǎn)生。在發(fā)電時(shí)，除了產(chǎn)生交變磁通量，還產(chǎn)生渦電流，但是通過層疊板狀片來形成磁軛，所以可防止渦電流的產(chǎn)生。在此處，蓋部件覆蓋較少產(chǎn)生渦電流的凸極式的磁軛的至少外周面的一部分，所以構(gòu)成第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛的板狀片不易偏離。為此，即使縮小使多個(gè)板狀片層疊的第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛的磁軛外周部與永磁鐵之間的間隙，磁軛也不易與永磁鐵相接觸。而且，僅至少覆蓋磁軛的外周面的一部分，而不是以合成樹脂固定整體，所以，即使設(shè)置蓋部件，也僅使固定機(jī)構(gòu)稍微增重，從而能盡可能地控制發(fā)電機(jī)構(gòu)的增重。
根據(jù)本發(fā)明可知，由于蓋部件覆蓋較少產(chǎn)生渦電流的凸極式的磁軛的至少外周面的一部分，所以構(gòu)成第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛的板狀片不易偏離，而且不易出現(xiàn)排列不齊。為此，即使縮小使多個(gè)板狀片層疊的第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛的磁軛外周部與永磁鐵之間的間隙，磁軛也不易與永磁鐵相接觸。而且，僅覆蓋至少磁軛的外周面的一部分，而不是以合成樹脂固定整體，所以，即使設(shè)置蓋部件，也僅使固定機(jī)構(gòu)稍微增重，從而能盡可能地控制發(fā)電機(jī)構(gòu)的增重。


圖1是采用本發(fā)明的一實(shí)施方式的自行車的側(cè)視圖。
圖2是作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)電輪轂的半截面圖。
圖3是上述發(fā)電輪轂的側(cè)視圖。
圖4是內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)的斜視圖。
圖5A是繞線管的截面?zhèn)纫晥D。
圖5B是繞線管的主視圖。
圖6A是圖5A的局部放大圖。
圖6B是圖5B的局部放大圖。
圖7是繞線管以及磁軛的局部斜視圖。
圖8是繞線管以及磁軛的主視圖。
圖9是板狀片的側(cè)視圖。
圖10是板狀片的主視圖。
圖11是其它實(shí)施方式的相當(dāng)于圖2的圖。
圖12是板狀片的主視圖。
圖13是圖12的局部放大圖。
附圖標(biāo)記說明10發(fā)電輪轂15輪轂軸16、17軸承18輪轂外殼20發(fā)電機(jī)構(gòu)(凸極式發(fā)電機(jī)的一例)
41永磁鐵42內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)44線圈46磁軛47定子磁軛48芯子磁軛49蓋部件49a外周部49b側(cè)面部55繞線管57、58凸緣60、61、160、161第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛62、162板狀片62a、162a磁軛外周部62b磁軛內(nèi)周部102a前叉106前輪具體實(shí)施方式
在圖1中，采用本發(fā)明的一實(shí)施方式的自行車101包括具有前叉102a的車架102；手把104；由鏈條和踏板等組成的驅(qū)動(dòng)部105；具有輻條99的前輪(車輪)；后輪107。在該自行車101的前輪106上組裝有發(fā)電輪轂10，將發(fā)出的電力經(jīng)電源線13供給到帶有傳感器的前照燈14。
圖2以及圖3所示的發(fā)電輪轂10與自行車的前輪106一起安裝在前叉102a的前端。該發(fā)電輪轂10包括輪轂軸15，兩端部固定在前叉102a上；輪轂外殼18，配置在輪轂軸15的外周側(cè)，通過一對(duì)軸承16、17自如轉(zhuǎn)動(dòng)地支持于輪轂軸15上；發(fā)電機(jī)構(gòu)(凸極式發(fā)電機(jī)的一例)20，配置在輪轂軸15與輪轂外殼18之間；連接器22，用來把在發(fā)電機(jī)構(gòu)20中產(chǎn)生的電力供給到外部的如前照燈14等電設(shè)備。電源線13與連接器22相連接。
在輪轂軸15的外周面上形成有外螺紋部，該外螺紋部是形成在兩端上的第1外螺紋部15a、15b；和形成在第1外螺紋部15a、15b之間的直徑大于第1外螺紋部15a、15b的第2外螺紋部15c。此外，在輪轂軸15的外周面上，從發(fā)電機(jī)構(gòu)20的安裝部分到第1外螺紋部15b的端部形成有配線插通槽15d，該配線插通槽15d用來連接發(fā)電機(jī)構(gòu)20和連接器22。輪轂軸15通過與第1外螺紋部15a、15b螺紋結(jié)合的固定螺母24、25而被固定在前叉102a上，輪轂軸15相對(duì)于前叉102a不能轉(zhuǎn)動(dòng)。
輪轂外殼18具有殼主體31和覆蓋殼主體的一端(圖2右端)的蓋部件32。殼主體31是沿輪轂軸15的軸方向延伸而成的筒狀部件，在軸方向的一端側(cè)(圖2右端)具有膨出部31a，與另一端部相比，該膨出部31a向外周側(cè)膨脹。在殼主體31的兩端部外周面上形成有一對(duì)輪轂凸緣33a、33b。在輪轂凸緣33a、33b上分別形成有安裝輻條99的內(nèi)側(cè)端部用的多個(gè)安裝孔34a、34b，這些安裝孔沿著圓周方向以相等間隔相差二分之一的相位。蓋部件32具有與殼主體31的膨出部31a的內(nèi)周面螺紋結(jié)合的螺紋筒部32a和自如轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在輪轂軸15上的圓板狀的轉(zhuǎn)動(dòng)支持部32b。通過螺紋筒部32a使蓋部件32與殼主體31螺紋結(jié)合，從而固定住蓋部件32。
具有殼主體31以及蓋部件32的輪轂外殼18通過分別與輪轂軸15的第1外螺紋部15a、15b旋合、作為軸承16、17的內(nèi)輪的球推壓部16a、17a固定在輪轂軸15上。鎖定螺母35、36對(duì)上述球推壓部16a、17a進(jìn)行定位并鎖定。右側(cè)的鎖定螺母36不僅鎖定球推壓部17a，而且還將連接器22固定在輪轂軸15上。
發(fā)電機(jī)構(gòu)20是凸極式的發(fā)電機(jī)構(gòu)，包括固定在輪轂18的蓋部件32的螺紋筒部32a的內(nèi)周面上的永磁鐵41；內(nèi)側(cè)固定裝置42，與永磁鐵41的內(nèi)周部相對(duì)配置，固定在輪轂軸15上，以可相對(duì)于永磁鐵41轉(zhuǎn)動(dòng)的方式進(jìn)行配置。永磁鐵41固定在輪轂殼體18的殼主體31的膨出部31a的內(nèi)面上，由沿著圓周方向按相等間隔分割的多個(gè)(例如4個(gè))磁鐵體構(gòu)成。在該永磁鐵41上按相等間隔磁化有相互交錯(cuò)的N極和S極，它們分別與后述的磁軛46的外周部相對(duì)置。
內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)42具有環(huán)狀的線圈44；磁軛46，以包圍線圈44的周圍的方式進(jìn)行設(shè)置；蓋部件49，覆蓋磁軛46的至少外周面的一部分。線圈44以及磁軛46以由與第2外螺紋部15c相螺紋結(jié)合的一對(duì)安裝螺母38a、38b夾持的方式固定在輪轂軸15上，且相對(duì)于輪轂軸15不能轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在軸方向上，被定位成收容在膨出部31a內(nèi)的位置關(guān)系。
線圈44卷繞在圖5中所示的繞線管55上。如圖5A、圖5B以及作為圖5A、圖5B的局部放大圖的圖6A、圖6B(圖5和圖6同時(shí)取下磁軛來表示)所示，繞線管55具有筒狀體部56，在外周上卷有線圈44；第1凸緣57以及第2凸緣58，它們形成在體部56的軸方向兩端部上。在第1凸緣57以及第2凸緣58中，在軸方向外側(cè)的側(cè)面上形成有大體呈放射狀延伸的多個(gè)槽57a、58a。這些槽57a、58a是按如下方式形成的，即在外周側(cè)上沿著軸向觀察時(shí)相互偏離，即第2凸緣58位于與第1凸緣57相鄰接的2個(gè)槽57a之間，或在半徑方向的大體中間部，兩槽57a、58a沿著軸向觀察時(shí)部分重合，進(jìn)而在內(nèi)周側(cè)上，沿著兩槽57a、58a的軸向觀察時(shí)大體全部重合。各槽57a、57b的外周側(cè)一部分被切除而成為切口部57b、58b。此外，在凸緣57、58的外周面處，在沒有形成槽57a、58b的部分上，如圖6A、圖6B以及作為圖6A、圖6B的局部立體圖的圖7中所述，形成有從軸方向的內(nèi)側(cè)向著外側(cè)的規(guī)定長(zhǎng)度的多個(gè)凹部57c、58c。另外，在圖7中，為了便于說明而取下一部分的磁軛來表示。
線圈44的一端(圖2右端)經(jīng)通過配線插通槽15d的內(nèi)部配線30，與連接器22電連接，線圈44的另一端(圖2左端)，經(jīng)安裝螺母38a與輪轂軸15電連接。
如圖2所示，磁軛46包括定子磁軛47，配置在永磁鐵41與線圈44之間；芯子磁軛48，與定子磁軛47磁性結(jié)合，配置在線圈44的內(nèi)周面和輪轂軸15之間。另外，在本實(shí)施方式中，定子磁軛47和芯子磁軛48是一體形成的。
圖8表示安裝在繞線管55上的磁軛46，圖9以及圖10僅表示取下磁軛46時(shí)的情況。如圖7以及圖8所示，該磁軛46具有多組第1層疊磁軛60，安裝成與繞線管55的第1凸緣57的槽57a相嵌合；多組第2層疊磁軛61，同樣安裝成與繞線管55的第2凸緣58的槽58a相嵌合。多組的兩層疊磁軛60、61隔著線圈44而配置在軸方向的相反側(cè)。
各層疊磁軛60、61是通過層疊圖9以及圖10中所示的多個(gè)板狀片62來構(gòu)成的。各板狀片62是用在表面上形成有氧化膜的硅鋼板(更詳細(xì)來說是無方向性硅鋼板)來形成的。各板狀片62的基本形狀相同，都具有作為定子磁軛47來發(fā)揮功能的磁軛外周部62a；作為芯子磁軛48來發(fā)揮功能的磁軛內(nèi)周部62b；連結(jié)它們的連結(jié)部62c。磁軛外周部62a設(shè)置成從連結(jié)部62c的一方的端部沿著輪轂軸5的軸方向(圖9中的O-O方向)延伸，磁軛外周部62a的形狀是隨著不斷向前端側(cè)移動(dòng)而越來越細(xì)。此外，磁軛內(nèi)周部62b是從連結(jié)部62c的另一方的端部同樣沿著軸方向延伸地設(shè)置。如圖10所示，這些板狀片62形成為沿著軸向觀察時(shí)磁軛外周部62a和磁軛內(nèi)周部62b位于不同的放射線上。
此外，各板狀片62的使用厚度為0.25～1mm，0.5mm的板狀片在經(jīng)濟(jì)上和性能上都具有較高的利用價(jià)值。各板狀片62的長(zhǎng)度各異。即，各層疊磁軛60、61是通過沿著圓周方向?qū)盈B8張板狀片62來構(gòu)成的，但是在各層疊磁軛60、61中，如圖10所示，最外側(cè)的一對(duì)板狀片621、628的內(nèi)周側(cè)的長(zhǎng)度最短，它的內(nèi)側(cè)的一對(duì)板狀片622、627稍長(zhǎng)一些，它的內(nèi)周側(cè)的一對(duì)板狀片623、626又稍長(zhǎng)一些，最內(nèi)側(cè)的一對(duì)板狀片624、625最長(zhǎng)。通過設(shè)定為該長(zhǎng)度，可成為如下高效率的結(jié)構(gòu)在圓周方向上不使相鄰接的層疊磁軛的內(nèi)周部相互接觸，且可得到最寬的磁路的截面積。
從圖7明確可知，在構(gòu)成各層疊磁軛60、61的板狀片62中，位于圓周方向的兩外側(cè)上的板狀片621、628是這樣形成的，即芯子外周部62a的長(zhǎng)度與其它的板狀片相比，大體短到長(zhǎng)度的1/2左右。這樣做是為了防止在圓周方向上相鄰接的板狀片621、628彼此相互靠接，從而可防止在兩者之間發(fā)生漏磁。
另外，上述各板狀片62可通用在第1層疊磁軛60以及第2層疊磁軛61。
層疊該各板狀片62，并與形成在繞線管55的各凸緣57、58上的槽57a、58a相嵌合。此外，各板狀片62的磁軛外周部62a的前端嵌入形成在與繞線管55相對(duì)的一側(cè)的凸緣57、58上的凹部57c、58c中而得到保持。
通過該磁軛46，如圖2所示，作為第1層疊磁軛60以及第2層疊磁軛61的芯子磁軛48的磁軛內(nèi)周部62b位于線圈44磁軛的內(nèi)周側(cè)，作為定子磁軛47的磁軛外周部62a位于線圈44和永磁鐵41之間。此外，如圖8以及圖2明確可知，第1層疊磁軛60和第2層疊磁軛61的磁軛內(nèi)周部62b是相互直接連接的。由此，不必使用由其它的磁性材料構(gòu)成的部件來連接第1層疊磁軛60和第2層疊磁軛61，從而可將阻抗控制得非常小。
如圖2以及4所示，蓋部件49以形成為對(duì)磁軛46的外周面以及兩側(cè)面進(jìn)行覆蓋。蓋部件49具有覆蓋磁軛的外周面的外周部49a；覆蓋磁軛的兩側(cè)面的一對(duì)側(cè)面部49b。蓋部件49是通過熱量使具有熱收縮性的合成樹脂制的筒狀部件收縮來形成的。蓋部件49為具有熱收縮性的合成樹脂制品，例如是透明的合成樹脂制品，該合成樹脂是由聚氯乙烯樹脂、氟化乙烯樹脂、硅酮樹脂、乙烯·丙烯樹脂和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂構(gòu)成的樹脂組中選擇出的一種。蓋部件49在收縮時(shí)會(huì)向著內(nèi)周側(cè)推壓板狀片62，從而易于對(duì)磁軛外周面進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)施方式中，蓋部件49是厚度為0.05mm左右的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂制品。蓋部件49的厚度是0.03mm～0.5mm左右，優(yōu)選為0.04mm～0.2mm左右。若蓋部件49的厚度不足0.03mm，則蓋部件容易破損，而且在收縮時(shí)，蓋部件49較難使板狀片62調(diào)整。此外，若厚度超過0.5mm時(shí)，則有必要加大與永磁鐵41之間的間隙，從而導(dǎo)致發(fā)電效率降低。在此處，由于蓋部件49覆蓋著較少產(chǎn)生渦電流的凸極式的磁軛46的至少外周面，所以構(gòu)成第1層疊磁軛60以及第2層疊磁軛61的板狀片62不易偏離。為此，即使縮小使多個(gè)板狀片62層疊的第1層疊磁軛60以及第2層疊磁軛61的磁軛外周部62a與永磁鐵41之間的間隙，磁軛46也不易與永磁鐵41相接觸。而且由于不是用合成樹脂固定整體，而是僅覆蓋至少磁軛46的外周面的一部分，所以，即使設(shè)置蓋部件49，也僅使固定機(jī)構(gòu)42重量稍微增加一些，從而能盡可能地控制發(fā)電機(jī)構(gòu)20增加重量。
下面，對(duì)于發(fā)電輪轂10的發(fā)電進(jìn)行說明。
前輪隨著自行車的行走而相對(duì)于輪轂軸15轉(zhuǎn)動(dòng)，即輪轂外殼18相對(duì)于輪轂軸15轉(zhuǎn)動(dòng)，則永磁鐵41相對(duì)于固定于輪轂軸15上的內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)42轉(zhuǎn)動(dòng)。由此，永磁鐵41在線圈44以及磁軛46的磁軛外周部62a的外周側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)。
在此處，第1層疊磁軛60的磁軛外周部62a和第2層疊磁軛61的磁軛外周部62a，該兩者中的一方從永磁鐵41得到供給的N極的磁通量時(shí)，則另一方會(huì)得到供給的S極的磁通量，而該兩者中的一方從永磁鐵41得到供給的S極的磁通量，則另一方會(huì)得到供給的N極的磁通量。即永磁鐵41在第1層疊磁軛60以及第2層疊磁軛61的磁軛外周部62a的外周側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，于是重復(fù)形成第1層疊磁軛60為N極、第2層疊磁軛61為S極的第1狀態(tài)，以及第1層疊磁軛60為S極、第2層疊磁軛61為N極的第2狀態(tài)，從而在磁性連結(jié)兩者60、61的兩層疊磁軛60、61的磁軛內(nèi)軸部62b(芯子磁軛48)中產(chǎn)生交變磁通量。通過在該線圈44的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的交變磁通量使線圈44產(chǎn)生電流以發(fā)電。
本實(shí)施方式中的發(fā)電輪轂10，是通過層疊板狀的板狀片62來構(gòu)成磁軛46的，所以與已有的利用金屬板沖壓成型構(gòu)成的情況相比，可控制渦電流的產(chǎn)生。
此外，如本實(shí)施方式所示，在凸極式結(jié)構(gòu)中，僅簡(jiǎn)單地將磁軛46轉(zhuǎn)換成層疊結(jié)構(gòu)，從而需要其它的磁性材料來連接彼此相對(duì)的磁軛，為此磁阻力會(huì)增加，因而導(dǎo)致效率降低。但是在本實(shí)施方式中，對(duì)磁軛的形狀進(jìn)行研究，從而可使相對(duì)的第1層疊磁軛60以及第2層疊磁軛61的內(nèi)周側(cè)部分相互直接連接，由此不用連接第1層疊磁軛60以及第2層疊磁軛61用的其它部件，而且可確保必要充分的截面積，以通過磁通量。因此可將磁阻力降低得非常小，可提高效率。
此外，通過蓋部件49來至少覆蓋磁軛外周面，所以構(gòu)成第1層疊磁軛60以及第2層疊磁軛61的板狀片62不易偏離。為此，即使縮小使多個(gè)板狀片62層疊的第1層疊磁軛60以及第2層疊磁軛61的磁軛外周部62a與永磁鐵41之間的間隙，磁軛46也不易與永磁鐵41相接觸。并且僅覆蓋至少磁軛46的外周面的一部分，而不是用合成樹脂固定整體，所以，即使設(shè)置蓋部件49，也僅使固定機(jī)構(gòu)42重量稍微增加一些，從而能盡可能地控制發(fā)電機(jī)構(gòu)20增加重量。
(其它實(shí)施方式)(a)在上述實(shí)施方式中使用了板狀片62，該板狀片62是通過一體的芯子外周部62a、芯子內(nèi)周部62b以及連結(jié)部62c來形成的，然而板狀片62的形狀等并不限于上述實(shí)施方式，例如可以使芯子外周部、芯子內(nèi)周部以及連結(jié)部各自分割地形成。通過采用該分割板狀片，可提高從硅鋼板制作板狀片時(shí)的成品率。
(b)在上述實(shí)施方式中，公開了沿著圓周方向?qū)盈B板狀片62的磁軛46，然而，如圖11所示，沿著輪轂軸方向?qū)盈B板狀片162的磁軛146也適用本發(fā)明。另外，在圖11中，與上述實(shí)施方式相同的形狀的部件采用同一附圖標(biāo)記，形狀不同的對(duì)應(yīng)部件所使用的附圖標(biāo)記要加上100。
如圖11所示，構(gòu)成內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)142的磁軛146具有定子磁軛147，配置在永磁鐵41與線圈44之間；芯子磁軛148，與定子磁軛147相磁性結(jié)合，配置在線圈44的內(nèi)周面和輪轂軸15之間。另外在此處，定子磁軛147和芯子磁軛148是分體的。
第1層疊磁軛160以及第2層疊磁軛161是通過沿著軸方向?qū)盈B圖12所示的多個(gè)板狀片162來構(gòu)成。各板狀片162的基本形狀相同，都具有圓板部162c，在繞線管55的兩端部安裝在輪轂軸15上；磁軛外周部162a，沿著輪轂軸15彎曲從圓板部162c的外周部沿著直徑方向延伸的部分。該磁軛外周部162a作為定子磁軛147發(fā)揮功能。
第1層疊磁軛160以及第2層疊磁軛161與上述實(shí)施方式同樣，磁軛外周部162a交錯(cuò)配置，并且磁軛外周部162a配置成覆蓋線圈44。磁軛外周部162a的長(zhǎng)度是這樣的最接近線圈44的板狀片162最長(zhǎng)，并由該處起，如圖12中的雙點(diǎn)劃線所示那樣逐漸變短。而彎曲位置如圖13明確可知，在最小直徑一側(cè)，將最接近線圈44的位置的板狀片162彎曲，然后在直徑較大一側(cè)逐漸地彎曲。磁軛外周部162a是如下這樣形成的，即從圓板部162c的外周部彎曲成鈍角，以從圓板部162c的外周部起，從輪轂軸15的軸方向稍微沿著直徑方向延伸，該磁軛外周部162a的形狀是，寬度隨著不斷向前端部移動(dòng)而變得越來越細(xì)。如圖13所示，這些板狀片162形成為連接磁軛外周部162a的前端的線成為直線，沿著軸方向排列配置。安裝蓋部件149，使其覆蓋該磁軛外周部162a。
在上述結(jié)構(gòu)的磁軛146中，若變動(dòng)彎曲角度，則有時(shí)各板狀片162的磁軛外周部162a會(huì)排列不齊。但是蓋上蓋部件149，這樣即使彎曲角度多少變動(dòng)一些，也可進(jìn)行修正以排列一致。為此，即使縮小使多個(gè)板狀片162層疊的第1層疊磁軛160以及第2層疊磁軛161的磁軛外周部162a與永磁鐵41之間的間隙，磁軛146也不易與永磁鐵41相接觸。并且僅覆蓋至少磁軛146的外周面的一部分，而不是以合成樹脂固定整體，所以，即使設(shè)置蓋部件149，也僅使固定機(jī)構(gòu)142稍微增重，從而能盡可能地控制發(fā)電機(jī)構(gòu)20的增重。
權(quán)利要求
1.一種凸極式發(fā)電機(jī)，包括配置在圓周上的永磁鐵；內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)，該內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)具有配置在上述永磁鐵的內(nèi)周側(cè)上的環(huán)狀線圈以及以包圍上述線圈的周圍的方式配置的磁軛，配置成可相對(duì)上述永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，其特征在于，上述磁軛具有定子磁軛，配置在上述線圈與上述永磁鐵之間；芯子磁軛，與上述定子磁軛磁性結(jié)合，配置在上述線圈內(nèi)周上，上述定子磁軛具有多組第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛，它們由層疊的多個(gè)板狀片構(gòu)成，隔著上述線圈，配置在軸方向的相反一側(cè)，上述內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)還具有蓋部件，該蓋部件覆蓋上述兩層疊磁軛的外周面的至少一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的凸極式發(fā)電機(jī)，其特征在于，上述多個(gè)板狀片具有磁軛外周部，該磁軛外周部層疊在圓周方向上，作為配置在上述線圈與上述永磁鐵之間的上述定子磁軛發(fā)揮功能，多組上述第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛按如下方式進(jìn)行設(shè)置，即上述磁軛外周部交錯(cuò)地位于圓周方向上，上述蓋部件至少覆蓋上述磁軛外周部的一部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的凸極式發(fā)電機(jī)，其特征在于，上述芯子磁軛與上述第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛一體形成，上述層疊的多個(gè)板狀片具有磁軛內(nèi)周部，該磁軛內(nèi)周部與上述磁軛外周部的內(nèi)周面相對(duì)配置，作為上述芯子磁軛。
4.如權(quán)利要求3所述的凸極式發(fā)電機(jī)，其特征在于，上述第1層疊磁軛以及第2層疊磁軛的上述板狀片的各個(gè)上述磁軛內(nèi)周部與軸方向相對(duì)置。
5.如權(quán)利要求1至4中任一所述的凸極式發(fā)電機(jī)，其特征在于，還包括繞線管，該繞線管具有沿著軸方向延伸的筒狀部和設(shè)置在上述筒狀部的軸方向兩端上的一對(duì)凸緣部，上述線圈卷繞在上述筒狀部的外周上。
6.如權(quán)利要求1至5中任一所述的凸極式發(fā)電機(jī)，其特征在于，上述蓋部件具有覆蓋上述磁軛的外周面的外周部；覆蓋上述磁軛的兩側(cè)面的一對(duì)側(cè)面部。
7.如權(quán)利要求1至6中任一所述的凸極式發(fā)電機(jī)，其特征在于，上述蓋部件是通過熱量使具有熱收縮性的合成樹脂制的筒狀部件收縮而形成的。
8.如權(quán)利要求7所述的凸極式發(fā)電機(jī)，其特征在于，上述蓋部件為具有熱收縮性的合成樹脂制品，該合成樹脂是由聚氯乙烯樹脂、氟化乙烯樹脂、硅酮樹脂、乙烯·丙烯樹脂和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂構(gòu)成的樹脂組中選擇出的一種。
9.一種自行車用發(fā)電輪轂，設(shè)置在安裝于自行車的車架上的車輪中央部上，該自行車用發(fā)電輪轂包括安裝在上述車架上的輪轂軸；配置在上述輪轂軸的外周側(cè)上的筒狀輪轂外殼；相對(duì)上述輪轂軸，可自如轉(zhuǎn)動(dòng)地支持上述輪轂外殼用的軸承；權(quán)利要求1至8中任一所述的凸極式發(fā)電機(jī)，該凸極式發(fā)電機(jī)具有上述永磁鐵和上述內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)，上述永磁鐵配置在上述軸承間，以圓周狀設(shè)置在上述輪轂外殼的內(nèi)周央上，上述內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)配置在上述永磁鐵的內(nèi)周側(cè)，固定于上述輪轂軸上。
全文摘要
在具有層疊磁軛的凸極式發(fā)電機(jī)以及使用該凸極式發(fā)電機(jī)的發(fā)電輪轂中，既可控制增重，還可不使磁軛外周部與磁鐵接觸。凸極式發(fā)電機(jī)(20)包括配置在圓周上的永磁鐵；內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)(42)其具有配置在永磁鐵的內(nèi)周側(cè)上的環(huán)狀線圈及以包圍線圈的周圍的方式配置的磁軛(46)，可相對(duì)永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)地配置，磁軛(46)具有定子磁軛，配置在線圈與永磁鐵之間；芯子磁軛，與定子磁軛磁性結(jié)合，配置在線圈內(nèi)周上，定子磁軛包括多組第1層疊磁軛(60)以及第2層疊磁軛(61)，它們由層疊的多個(gè)板狀片(62)構(gòu)成，隔著線圈配置在軸方向的相反一側(cè)上，內(nèi)側(cè)固定機(jī)構(gòu)(42)還具有蓋部件(49)，該蓋部件(49)覆蓋兩層疊磁軛(60、61)的外周面的至少一部分。
文檔編號(hào)H02K1/14GK1815849SQ20061000479
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者吉田文紀(jì) 申請(qǐng)人:島野(新加坡)私人有限公司