发电机的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种发电机,即使在转子的转速小的情况下也容易获得高频的交流电,进而适合于外径尺寸的小型化。转子（40）具有在周向上为交替地不同的磁极的多个磁铁（48），定子（38）具有定子铁芯（50）和电枢绕组（60），定子铁芯（50）具有：第一定子凸极部，配置于一个第一槽部和与其在周向的一方相邻的第一槽部之间；以及第二定子凸极部，配置于一个第一槽部和与其在周向的另一方相邻的第一槽部之间。第一状态与第二状态交替地切换，第一状态是与第一定子凸极部和第二定子凸极部的各自对置的磁铁的磁极不同的状态，第二状态是与第一定子凸极部和第二定子凸极部的各自对置的磁铁的磁极为与第一状态相反的磁极的状态。
【专利说明】
发电机
技术领域
[0001]本发明涉及用于自行车的轮毂发电机等的发电机。
【背景技术】
[0002]自行车的轮毂发电机的转子以与车轮相同程度的速度旋转，因此，与辊式发电机相比转子的转速容易变慢，从而存在低速行进时的感应电动势不足的倾向。因此，在轮毂发电机中优选使用精心设计成即使在转子的转速小的情况下也能够获得高频的交流电的结构。
[0003]作为该示例之一，在专利文献I中提出了爪极式发电机。该发电机包括定子和配置在定子的外周侧的转子。转子具有在周向上排列配置的多个磁铁，各磁铁的与定子对置的磁极为在周向上交替变化的磁极。定子包括配置在轴向两侧的一对定子铁芯。各定子铁芯设置成具有朝向彼此接近的一侧延伸的多个爪部，各定子铁芯的爪部的位置在周向上交替。各定子铁芯的爪部配置在转子的各磁铁的径向内侧，通过该磁铁被磁化成产生在周向上交替变化的极性。在定子中，在从磁铁经由各定子铁芯的爪部供磁通通过的位置配置有电枢绕组。
[0004]在该发电机中，通过转子的旋转，使磁铁相对于各定子铁芯的爪部的相对位置变化，伴随于此，各爪部的极性切换，由此，在电枢绕组中交链的主磁通的方向反转，在电枢绕组中产生感应电动势。此时获得的交流电由于成为与磁铁的极数成比例的大小的频率，因此容易获得与磁铁的极数对应的高频交流电。
[0005]现有技术文献
专利文献1:日本特开2007-49839号公报。
[0006]近年来，为了实现自行车外观设计性的提升，而要求轮毂外径尺寸的小型化，伴随于此而期望轮毂发电机的外径尺寸的小型化。在爪极式发电机中构成为，磁化成不同极性的各定子铁芯的爪部在周向上交替地排列。由此，随着轮毂发电机的外径尺寸减小，相邻的爪部间的距离变得过小。其结果为，磁通容易通过磁化成不同极性的爪部之间，不在电枢绕组中交链的漏磁通容易增大。因此，在爪极式发电机中存在如下问题:伴随外径尺寸的减小，漏磁通增大，从而难以获得足够的感应电动势。
【发明内容】
[0007]本发明是鉴于这样的课题而完成的，其目的之一在于提供一种发电机，即使在转子的转速小的情况下也容易获得高频的交流电，进而适合于外径尺寸的小型化。
[0008]本发明的某个方式的发电机包括:定子；和转子，配置于定子的外周侧或者内周侧，转子具有多个磁铁，该多个磁铁的与定子对置的磁极为在周向上交替地不同的磁极，定子具有:在周向上隔开间隔地形成有多个第一槽部的定子铁芯;和卷绕于多个第一槽部之间的电枢绕组，定子铁芯具有:第一定子凸极部，配置于一个第一槽部和与其在周向的一方相邻的第一槽部之间；和第二定子凸极部，配置于一个第一槽部和与其在周向的另一方相邻的第一槽部之间，磁铁、第一定子凸极部以及第二定子凸极部的位置确定为，在转子旋转时第一状态与第二状态交替地切换，所述第一状态是与第一定子凸极部和第二定子凸极部的各自对置的磁铁的磁极不同的状态，所述第二状态是与第一定子凸极部和第二定子凸极部的各自对置的磁铁的磁极为与第一状态相反的磁极的状态。
[0009]发明效果
根据本发明，能够获得一种即使在转子的转速小的情况下也容易获得高频的交流电进而适合于外径尺寸的小型化的发电机。
【附图说明】
[0010]图1是表示搭载第一实施方式的自行车用发电机的自行车的局部侧视图。
[0011]图2是表示第一实施方式的自行车的轮毂和周围的构成的正视图。
[0012]图3是表示第一实施方式的自行车用发电机的剖视图。
[0013]图4是表示第一实施方式的自行车用发电机的电枢绕组的剖视图。
[0014]图5是表示第一实施方式的磁铁和定子凸极部的位置关系的图。
[0015]图6是表示第一实施方式的发电机的电角为零的状态的图。
[0016]图7是表示第一实施方式的发电机的电角为jt/2的状态的图。
[0017]图8是表示第一实施方式的发电机的电角为Ji的状态的图。
[0018]图9是表示第一实施方式的发电机的电角为3V2的状态的图。
[0019]图10是第二实施方式的发电机的剖视图。
[0020]图11是表示第二实施方式的发电机的电枢绕组的剖视图。
[0021]图12是表示第二实施方式的发电机的电角为零的状态的图。
[0022]图13是表示第二实施方式的发电机的电角为jt/2的状态的图。
[0023]图14是表示第二实施方式的发电机的电角为Ji的状态的图。
[0024]图15是表示第二实施方式的发电机的电角为3V2的状态的图。
[0025]附图标记说明 10…发电机
12…自行车 22…前轮(旋转部)
26…轮毂 38…定子 40…转子 48…磁铁 50…定子铁芯 52…第一槽部 60…电枢绕组 62A…第一定子凸极部 62B…第二定子凸极部。
【具体实施方式】
[0026]以下，在各实施方式的说明中，对相同的构成要素标注相同的标记，并省略重复的说明。并且，在各附图中，为了便于说明，适当省略构成要素的一部分。
[0027][第一实施方式]
图1是表示搭载第一实施方式的自行车用发电机10(以下简称为发电机10)的自行车12的局部侧视图。自行车12具有能够旋转地支承于主车架14的前管16的前叉18、和安装于前叉18的轮毂轴20。在轮毂轴20上旋转自如地支承有作为车轮的前轮22。在前轮22的旁侧设置有车头灯24，通过发电机10而获得的电力被供给到车头灯24。
[0028]前轮22还具有经由轴承(未图示)旋转自如地支承于轮毂轴20的筒状的轮毂26、安装于轮毂26的外周部的多根辐条28、以及安装于各辐条28的外周部的轮缘30。在轮缘30上安装有轮胎32。
[0029]图2是表示自行车12的轮毂26和周围的构成的正视图。轮毂26以外的构成由双点划线表示。在轮毂26内收纳有成为轮毂发电机的发电机10。在轮毂轴20的轴向的两端部形成有外螺纹34。轮毂轴20通过与各外螺纹34旋合的螺母36的紧固而与轮毂26—起固定于前叉18。
[0030]图3是发电机10的剖视图。本图是与后述的转子40的旋转中心的轴线方向正交的剖视图，也是沿图2的A-A线的截面。另外，在本图中省略轮毂26。并且，在以下的说明中，在对后述的定子38和转子40的各构成要素的位置关系进行说明时，有时使用“轴向”、“周向”、“径向”的术语。其中的“轴向”表示转子40的旋转中心的轴线方向，“周向”、“径向”分别关于转子40的旋转中心表示周向、径向。
[0031]发电机10包括相对于轮毂轴20固定的定子38、以及相对于轮毂轴20支承为旋转自如的转子40。发电机10是在定子38的外周侧配置有转子40的外转子式发电机。并且，发电机10是同步发电机。转子40设置成能够与作为前轮22的一部分的轮毂26—体地旋转。转子40能够与前轮22的旋转联动地旋转。
[0032]转子40整体形成为环状。转子40具有包括环状基部42的转子铁芯46、以及在转子40的周向上排列地配置的多个磁铁48。磁铁48通过粘接等与处于与定子38对置的一侧的环状基部42的内周面接合。在转子铁芯46上，在环状基部42的内周侧没有设置有多个凸极部。
[0033]磁铁48是永久磁铁。磁铁48用于后述的电枢绕组60的磁场。磁铁48的径向为磁化方向。在本图中，在磁铁48内从S极朝向N极的方向用箭头C来表示。磁铁48设置成沿着周向延伸的板状。磁铁48设置有多个，并且设置成与定子38在径向对置的磁极为在周向上交替地不同的磁极。各磁铁48构成为与定子38在径向对置的内周部的周长wl为相等的大小。这里的所谓“相等”包括完全相同的情况和大致相同的情况。“相等”的解释以下也是同样的。
[0034]磁铁48配置于以与预定角度λ(以下也称为磁极间距)相等的角度在周向上错开的位置。在本示例中磁铁48合计设置有20个，与定子38对置的磁极也合计设置20个。也就是说，它们设置有偶数个。并且，磁极间距λ为18° (=360°/20)。该磁极间距λ相当于发电机10的电角I当转子40旋转磁极间距λΧ 2时，如后面说明的那样，通过电枢绕组60而产生一周期的交流电。
[0035]定子38整体形成为环状。定子38具有在周向上隔开间隔地形成有多个第一槽部52的定子铁芯50。转子铁芯46和定子铁芯50通过在转子40的轴向上层叠多个金属板而构成。该金属板以电磁钢板等软磁性体作为材料。
[0036]各第一槽部52配置于在周向上错开了相等角度的位置。在本示例中，第一槽部52合计设置4个。第一槽部52形成为从与转子40对置的一侧即径向外侧向相反侧的径向内侧凹陷。
[0037]定子38除了第一槽部52之外，还具有与各第一槽部52各自的底侧相邻的弧状的磁路连接部54、以及相对于第一槽部52在周向两侧相邻的磁路部56A、56B。磁路连接部54沿周向连接各磁路部56A、56B。磁路部56A、56B具有与在周向上每隔一个地配置的第一槽部52的周向的一方(图中顺时针方向)相邻的第一磁路部56A、以及与周向的另一方(图中逆时针方向)相邻的第二磁路部56B。第一磁路部56A与第二磁路部56B在周向上交替地配置，在本示例中，第一磁路部56A设置两个，第二磁路部56B设置两个。
[0038]在磁路部56A、56B中设置有朝向与转子40对置的一侧即径向外侧突出的多个定子凸极部62A、62B。各定子凸极部62A、62B相对于磁铁48隔开预定间隙地配置。构成为各定子凸极部62A、62B的与转子40在径向对置的末端部的周长w2比磁铁48的内周部周长wl小。
[0039]定子凸极部62A、62B具有设置于第一磁路部56A的两个第一定子凸极部62A和设置于第二磁路部56B的两个第二定子凸极部62B。第一定子凸极部62A和第二定子凸极部62B配置于与在周向上每隔一个地配置的第一槽部52(例如图中上侧的第一槽部52和下侧的第一槽部52)对应的位置。详细来说，第一定子凸极部62A配置于在周向上每隔一个地配置的一个第一槽部52(例如图中上侧的第一槽部52)与在周向的一方(顺时针方向)相邻的第一槽部52(例如图中右侧的第一槽部52)之间的周向范围内。第二定子凸极部62B配置于一个第一槽部52和与其在周向的另一方(逆时针方向)相邻的第一槽部52(例如图中左侧的第一槽部52)之间的周向范围内。在本示例中，两个第一定子凸极部62A与两个第二定子凸极部62B在周向上交替地设置，分别各合计设置4个。
[0040]在设置于一个第一磁路部56A的多个第一定子凸极部62A之间和设置于一个第二磁路部56B的多个第二定子凸极部62B之间形成第二槽部64。第二槽部64形成为从与转子40对置的一侧即径向外侧朝向相反侧的径向内侧凹陷。第二槽部64的径向尺寸比第一槽部52的径向尺寸小。其结果为，各磁路部56A、56B在与第二槽部64的底侧相邻的部分处的径向尺寸比磁路连接部54大。由此，像后面说明的那样，在将电枢绕组60卷绕在各磁路部56A、56B的各自的基础上，容易确保各磁路部56A、56B的强度。
[0041 ]并且，各磁路部56A、56B形成为周向的宽度随着朝向与转子40对置的一侧即径向外侧而增大。由此，在将电枢绕组60卷绕在各磁路部56A、56B的各自的基础上，电枢绕组60不易从各磁路部56A、56B向径向外侧脱离。
[0042]另外，设置第一槽部52是为了在周向上隔开第一定子凸极部62A与第二定子凸极部62B。并且，设置第二槽部64是为了在周向上隔开多个第一定子凸极部62A的每个以及多个第二定子凸极部62B的每个。
[0043 ]图4是表示发电机1的电枢绕组60的剖视图。在本图中对转子40的轴向的一方(纸面近前侧)的电枢绕组60的卷绕方向B—并进行表示。定子38还具有卷绕在多个第一槽部52之间的电枢绕组60。电枢绕组60卷绕在设置于在周向上相邻的第一槽部52之间的第一磁路部56A和第二磁路部56B中的某一个上。此时，电枢绕组60以在周向上跨越多个第一定子凸极部62A或者多个第二定子凸极部62B的方式卷绕。电枢绕组60以从周向两侧以及轴向两侧包围这样的多个第一定子凸极部62A或者多个第二定子凸极部62B的方式卷绕。
[0044]利用这样为了隔开第一定子凸极部62A和第二定子凸极部62B而设置的第一槽部52的空间，在该空间中收纳电枢绕组60，因此，以电枢绕组60的量抑制了径向的厚度尺寸。
[0045]电枢绕组60以集中绕组方式卷绕于在周向上相邻的第一槽部52之间，但是也可以以经由其他的第一槽部52的方式通过分布绕组的方式卷绕。在周向上相邻的电枢绕组60以彼此反向的卷绕方向B卷绕，但是也可以向相同的方向卷绕。
[0046]如后面说明的那样，在电枢绕组60中，在转子40旋转时产生同相的交流电。各电枢绕组60并联地电连接，其输出端与未图示的整流电路连接，对整流电路输出单相的交流电。整流短路在对交流电进行整流和平滑等并转换为直流电之后，将其供给至作为外部电气设备的车头灯24(参照图1)。另外，各电枢绕组60也可以串联地电连接。
[0047]图5是表示磁铁48和定子凸极部62A、62B的位置关系的图。在本图中，为了对多个磁铁48和定子凸极部62A、62B中的一部分进行区分，而在各自的标记末尾标注(a)等字母来表示。以下的附图中也存在同样地表示的情况。
[0048]设置于一个第一磁路部56A的多个第一定子凸极部62A基于与各磁铁48的磁极间距λ的关系配置于以与λΧ2相等的角度在周向上错开的位置。设置于一个第二磁路部56B的多个第二定子凸极部62Β也配置于以与λΧ2相等的角度在周向上错开的位置。并且，在第一定子凸极部62Α的附近在周向上相邻的其他第二定子凸极部62Β配置于以与λΧ3相等的角度在周向上错开的位置。
[0049]由此，在η为I以上的自然数时，第一定子凸极部62Α配置在相对于其他的第一定子凸极部62Α以与λΧ2η相等的角度在周向上错开的位置。例如，第一定子凸极部62A(a)相对于在其顺时针方向相邻的其他第一定子凸极部62A(b)以λΧ2在周向上错开，相对于在其逆时针方向相邻的其他第一定子凸极部62六(^以人\8(=人\3+人\2+人\3)在周向上错开。第二定子凸极部62Β也同样地相对于其他的第二定子凸极部62Β配置于以与λΧ2η相等的角度在周向上错开的位置。
[0050]并且，第二定子凸极部62Β相对于第一定子凸极部62Α配置在以与λΧ(2η+1)相等的角度在周向上错开的位置。例如，第二定子凸极部62B(h)相对于在其顺时针方向相邻的第一定子凸极部62A(a)以λΧ3错开，相对于在其逆时针方向相邻的第一定子凸极部62A(f)错开\\5(=人\2+人父3)。
[0051 ]使用图6至图9对以上的发电机1的动作进行说明。各图表示转子40向方向P每次旋转电角V2时的状态。并且，在图6和图8中主要表示流经转子铁芯46等的磁通中的主磁通的流动，漏磁通的流动省略。并且，在图7和图9中表示漏磁通的流动。以下处于图6的位置关系时的电角为零，在图7至图9中电角为V2、3t、3jt/2。并且，为了方便，对一个磁铁48(a)标注V’标记来表示。
[0052]如图6所示，在电角为零时，各定子凸极部62A、62B处于与其附近的磁铁48在径向对置且与磁铁48遍及周向的整个宽度重合的位置。此时，与第一定子凸极部62A对置的磁铁48的磁极为N极，与第二定子凸极部62B对置的磁铁48的磁极为S极。也就是说，第一定子凸极部62A和第二定子凸极部62B所对置的磁铁48的磁极为不同的磁极。
[0053]由此，在各第一定子凸极部62A中流过从在径向外侧对置的磁铁48朝向径向内侧的磁通，在各第二定子凸极部62B中流过朝向在径向外侧对置的磁铁48的磁通。其结果为形成穿过隔着一个第一槽部52的周向两侧的第一定子凸极部62A和第二定子凸极部62B的闭环的磁路Mp。例如磁铁48(b)形成如下的磁路Mp:经由第一定子凸极部62A(a)—磁路连接部54(a)—第二定子凸极部62B(h)到达磁铁48(s)，进而经由转子铁芯46返回到最初的磁铁48(b)。
[0054]该磁路Mp形成为在各电枢绕组60内在径向交链。此时，在周向上相邻的第一槽部52之间设置有多个第一定子凸极部62A或者多个第二定子凸极部62B中的某一方。因此，能够在沿周向跨越该多个定子凸极部62A、62B的电枢绕组60内使从各磁铁48产生的磁通为相同的方向并交链。
[0055]如图7所示，在电角为V2时，各定子凸极部62A、62B处于与其附近的在周向上相邻的两个磁铁48在径向对置且与各磁铁48遍及周向的一半宽度重合的位置。这两个磁铁48的磁极为N极、S极。
[0056]其结果为形成如下闭环的磁路Mp:从在周向上相邻的一个磁铁48朝向另一个磁铁48，经由与它们对置的各定子凸极部62A、62B和转子铁芯46后折返。该磁路Mp形成为不交链各电枢绕组60。
[0057]如图8所示，在电角为时，各定子凸极部62A处于与其附近的磁铁48在径向对置且与该磁铁48遍及周向的整个宽度重合的位置。此时，与第一定子凸极部62A对置的磁铁48的磁极为S极，与第二定子凸极部62B对置的磁铁48的磁极为N极。也就是说，第一定子凸极部62A和第二定子凸极部62B所对置的磁铁48的磁极为与电角为零时相反的磁极。
[0058]由此，在各第二定子凸极部62B中流过从在径向外侧对置的磁铁48朝向径向内侧的磁通，在各第一定子凸极部6 2 A中流过朝向在径向外侧对置的磁铁4 8的磁通。其结果为形成穿过隔着一个第一槽部52的周向两侧的第一定子凸极部62A和第二定子凸极部62B的闭环的磁路Mp ο例如，磁铁48 (r )形成如下的磁路Mp:经由第二定子凸极部62B (h )—磁路连接部54(a)—第一定子凸极部62A(a)到达磁铁48(a)，进而经由转子铁芯46返回到最初的磁铁48(r)0
[0059 ]该磁路Mp形成为在各电枢绕组60内在径向交链。此时，磁路Mp与电角为零时(参照图6)相比，在电枢绕组60中交链的方向为反方向。
[0060]如图9所示，在电角为3V2时，各定子凸极部62A处于与其附近的在周向上相邻的两个磁铁48在径向对置且与各磁铁48遍及周向的一半宽度重合的位置。这两个磁铁48的磁极为N极、S极。
[0061]将以上那样的电角为零的状态设为第一状态，并将电角为π的状态设为第二状态。在该情况下，在第一状态和第二状态中的任一状态时，与第一定子凸极部62A对置的磁铁48的磁极和与第二定子凸极部62B对置的磁铁48的磁极都为不同的磁极。并且，这些磁极在第二状态下为与第一状态相反的磁极。
[0062]如图6所示，在一个电枢绕组60(例如电枢绕组60(b))内，在第一状态时，形成朝向径向一方(内侧)交链的磁路Mp。并且，如图8所示，在一个电枢绕组60内，在第二状态时，形成朝向径向另一方(外侧)交链的磁路Mp。在与一个电枢绕组60在周向上相邻的其他的电枢绕组60(例如电枢绕组60(a))内，如图6所示，在第一状态时，形成朝向径向另一方(外侧)交链的磁路Mp。并且，如图8所示，在其他的电枢绕组60内，在第二状态时，形成朝向径向一方(内侧)交链的磁路Mp。也就是说，当在第一状态与第二状态之间进行切换时，以在各电枢绕组60内交链的磁通在径向的方向反转的方式切换，从而在各电枢绕组60产生交流的感应电动势。此时，在各电枢绕组60内形成的磁路Mp的变化方式相同，各电枢绕组60中产生同相的交流电。这样，在发电机10中，多个磁铁48、多个定子凸极部62A、62B的位置确定为第一状态与第二状态交替地切换。
[0063]对以上的发电机10的作用效果进行说明。
[0064]一般来说，发电机的频率f (Hz)在转子的转速N(r/min)与发电机的极数P之间满足下述的数学式(I)的关系。这里的所谓发电机的极数P在本实施方式中为磁铁48的数量(20个)。
[0065]N=120Xf/P---(l)
本发明人使用图3所示的结构进行了分析。在该分析中，将转子40的转速N设为120(r/min)，求出由各电枢绕组60发出的电力的频率f (Hz )，确认了能否获得与磁铁48的数量对应的频率f的电力。其结果为，求出频率f为20(Hz)，通过数学式(I)确认了磁铁48的数量为发电机的极数。
[0066]因此，在本实施方式的发电机10中，磁铁48的数量越多，感应电动势的频率越大，即使在转子40的转速小的情况下，也容易获得高频的交流电。另外，感应电动势的电压与在电枢绕组60中交链的磁通和频率的积成比例，因此，能够获得高频的交流电相应地成为能够获得高电压的交流电。
[0067]并且，第一定子凸极部62A与第二定子凸极部62B设置于隔着第一槽部52的位置，从而容易将它们之间的间隔分离。由此，即使第一定子凸极部62A与第二定子凸极部62B通过磁铁48被励磁为不同的极性，也容易抑制第一定子凸极部62A与第二定子凸极部62B之间的漏磁通的产生。因此，在抑制第一定子凸极部62A与第二定子凸极部62B之间的漏磁通产生的同时，容易使发电机10的转子40和定子38的外径尺寸小型化。另外，这样的抑制第一定子凸极部62A与第二定子凸极部62B之间的漏磁通产生就是抑制在电枢绕组60中交链的磁通减少而容易利用发电机10获得足够的输出电压。
[0068]利用这样为了隔开第一定子凸极部62A和第二定子凸极部62B而设置的第一槽部52的空间，在该空间中收纳电枢绕组60，因此，以电枢绕组60的量抑制径向的厚度尺寸。
[0069]并且，例如在日本特开2012-182961号公报中记载的将电枢绕组卷绕在定子的多个凸极部的每个上的三相交流发电机中，伴随着转子的磁极数量的增加，电枢绕组的数量增大，相应地导致高成本和组装性的降低。对于该点，在本实施方式中，能够获得高频的交流电，而且不增加电枢绕组60的数量而只增加磁铁48的数量即可，因此，相应地能够削减部件数量，能够降低成本同时获得良好的组装性。
[0070]并且，在以往的爪极式发电机中，从转子的磁铁流到各定子铁芯的爪部的磁通在爪部内沿轴向改变了方向之后朝向爪部的根部流动。该爪部的与磁路方向(轴向)正交的磁路截面积根据爪部的径向厚度和周长来确定。这里，在不改变发电机的轴长而使外径尺寸小型化的情况下，定子铁芯的爪部的轴长不变而在周向上变细，与磁铁对置的间隙面变细，而且径向的厚度减小，其结果为，爪部根部的磁路截面积减小。由此，关于定子铁芯的爪部在间隙面承受的磁通容易集中于磁路截面积小的爪部的根部，容易在根部产生磁饱和。其结果为，在电枢绕组交链的磁通难以流动，难以利用发电机获得足够的输出电压。
[0071]对于该点，在本实施方式的发电机10中，在定子铁芯50的定子凸极部62A、62B中，磁通并非朝向轴向而朝向径向流动。该定子凸极部62A、62B的与磁路方向(径向)正交的磁路截面积根据定子凸极部62A、62B的轴长和周长来确定，即使在发电机10的外径尺寸小型化的情况下也不易变化。因此，即使在发电机10的外径尺寸小型化的情况下，也能够通过增长定子铁芯50的轴长来确保定子凸极部62A、62B的磁路截面积。由此，即使在发电机10的外径尺寸小型化的情况下，也能够抑制定子凸极部62A、62B的磁饱和的发生，抑制在电枢绕组60中交链的磁通的减少，从而容易利用发电机10获得足够的输出电压。
[0072]并且，在周向上相邻的第一槽部52之间设置多个第一定子凸极部62A或者多个第二定子凸极部62B，在以沿周向跨越定子凸极部62A、62B的方式卷绕的电枢绕组60内，能够通过该多个定子凸极部62A、62B使从各个磁铁48产生的磁通为相同的方向并交链。由此，与在电枢绕组60内使从单个磁铁48产生的磁通交链相比，能够增大电枢绕组60内的磁通的变化量，相应地容易获得高电压的交流电。
[0073]并且，各第一定子凸极部62A相对于其他第一定子凸极部62A以与λΧ2η相等的角度错开，各第二定子凸极部62Β相对于第一定子凸极部62Α以与λΧ(2η+1)相等的角度错开。由此，使各定子凸极部62Α、62Β相对于磁铁48的相对位置对齐，使通过从各磁铁48产生的磁通形成的磁路Mp的变化的方式一致，能够利用各电枢绕组60容易地获得同相的交流电。
[0074]并且，由于能够层叠多个金属板来构成定子铁芯50和转子铁芯46，因此能够大幅地抑制主磁通所通过的部分处的涡电流造成的铁损。
[0075][第二实施方式]
图10是表示第二实施方式的发电机10的剖视图，图11是表示发电机10的电枢绕组60的剖视图。转子40的磁铁48在图3的示例中合计设置了20个，而在本示例中合计设置22个。磁极间距λ约为16.36° (=360°/22)。第一定子凸极部62Α和第二定子凸极部62Β在图3的示例中在第一磁路部56Α和第二磁路部56Β各设置有两个，但是在本示例中各设置有5个。这样，磁铁48和定子凸极部62Α、62Β的数量没有特别限定。
[0076]使用图12至图15来说明以上的发电机1的动作。各图表示转子40向方向P每次旋转电角V2时的状态。在图12和图14中主要表示流经转子铁芯46等的磁通中的主磁通的流动，漏磁通的流动省略。并且，在图13和图15中表示漏磁通的流动。以下处于图12的位置关系时的电角为零，在图13至图15中电角为3t/2、3t、3V2。
[0077]如图12所示，在电角为零时，各定子凸极部62A、62B处于与其附近的磁铁48在径向对置且与该磁铁48遍及周向的整个宽度重合的位置。由此，与第一实施方式同样地形成穿过隔着一个第一槽部52的周向两侧的第一定子凸极部62A和第二定子凸极部62B的闭环的磁路Mp。
[0078]如图13所示，在电角为Ji/2时，各定子凸极部62A、62B处于与其附近的在周向上相邻的两个磁铁48在径向对置且与各磁铁48遍及周向的一半宽度重合的位置。由此，与第一实施方式同样地形成如下闭环的磁路Mp:从在周向上相邻的一个磁铁48朝向另一个磁铁48，经由与它们对置的各定子凸极部62A、62B和转子铁芯46而折返。
[0079]如图14所示，在电角为时，各定子凸极部62A、62B处于与其附近的磁铁48在径向对置且与该磁铁48遍及周向的整个宽度重合的位置。由此，与第一实施方式同样地形成穿过隔着一个第一槽部52的周向两侧的第一定子凸极部62A和第二定子凸极部62B的闭环的磁路Mp。
[0080]如图15所示，在电角为3jt/2时，各定子凸极部62A、62B处于与其附近的在周向上相邻的两个磁铁48在径向对置且与各磁铁48遍及周向的一半宽度重合的位置。由此形成与电角为V2时相同的磁路Mp。
[0081 ] 如图12所示，在一个电枢绕组60(例如电枢绕组60(b))内，在第一状态时，形成朝向径向一方(内侧)交链的磁路Mp。并且，如图14所示，在一个电枢绕组60内，在第二状态时，形成朝向径向另一方(外侧)交链的磁路Mp。并且，在与一个电枢绕组60在周向上相邻的其他的电枢绕组60(例如电枢绕组60(a))内，如图12所示，在第一状态时，形成朝向径向另一方(外侧)交链的磁路Mp。并且，如图14所示，在其他的电枢绕组60内，在第二状态时，形成朝向径向一方(内侧)交链的磁路Mp。与第一实施方式同样，当在第一状态与第二状态之间切换时，以在各电枢绕组60内交链的磁通在径向的方向反转的方式切换，从而在各电枢绕组60产生交流的感应电动势。此时，在各电枢绕组60内形成的磁路Mp的变化的方式相同，在各电枢绕组60内产生同相的交流电。
[0082]对于以上的发电机10中，本发明人也使用图10所示的结构进行了分析。在该分析中，将转子40的转速N设为120(r/min)，求出由各电枢绕组60发出的电力的频率f (Hz)，确认了能否获得与磁铁48的数量(22个)对应的频率f的电力。其结果为，求出频率f为22(Hz)，通过数学式(I)确认了磁铁48的数量为发电机的极数。
[0083]因此，利用本实施方式的发电机10，也与第一实施方式同样，磁铁48的数量越多，感应电动势的频率越大，即使在转子40的转速小的情况下，也容易获得高频的交流电。在其他的方面也获得与第一实施方式同样的作用效果。
[0084]以上根据实施方式对本发明进行了说明，但是实施方式只不过是表示本发明的原理和应用。并且，在实施方式中，在不脱离权利要求所规定的本发明的思想的范围内，可以进行大量的变形例和配置的变更。
[0085]发电机10以自行车用发电机为例进行了说明，但是其用途不限于此。并且，发电机10在为自行车用发电机10的情况下，转子40能够与自行车12的旋转部的旋转联动地旋转即可。这里的旋转部以作为车轮的前轮22为例进行了说明，但是除了轮毂壳、曲柄之外，也可以是后拨链器(链条张紧器)的带轮等。并且，发电机10也可以并非轮毂发电机而构成为辊式发电机等。虽然发电机10以外转子式发电机为例进行了例示，但是也可以是在定子38的内周侧配置有转子40的内转子式发电机。
【主权项】
1.一种发电机，其特征在于， 包括: 定子;和 转子，配置于上述定子的外周侧或者内周侧， 上述转子具有多个磁铁，该多个磁铁的与上述定子对置的磁极为在周向上交替地不同的磁极， 上述定子具有:在周向上隔开间隔地形成有多个第一槽部的定子铁芯；和卷绕于上述多个第一槽部之间的电枢绕组， 上述定子铁芯具有:第一定子凸极部，配置于一个上述第一槽部和与其在周向的一方相邻的第一槽部之间；和第二定子凸极部，配置于上述一个第一槽部和与其在周向的另一方相邻的第一槽部之间， 上述磁铁、上述第一定子凸极部以及上述第二定子凸极部的位置确定为，在上述转子旋转时第一状态与第二状态交替地切换，所述第一状态是与上述第一定子凸极部和上述第二定子凸极部的各自对置的磁铁的磁极不同的状态，所述第二状态是与上述第一定子凸极部和上述第二定子凸极部的各自对置的磁铁的磁极为与第一状态相反的磁极的状态。2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于， 在上述一个第一槽部和与其在周向的一方相邻的第一槽部之间至少配置两个上述第一定子凸极部， 在上述一个第一槽部和与其在周向的另一方相邻的第一槽部之间至少配置两个上述第二定子凸极部。3.根据权利要求1或2所述的发电机，其特征在于， 上述多个磁铁配置在以与预定角度λ相等的角度在周向上错开的位置， 上述第一定子凸极部配置在相对于其他的第一定子凸极部以与λΧ2η(η是I以上的自然数)相等的角度在周向上错开的位置， 上述第二定子凸极部配置在相对于上述第一定子凸极部以与λΧ(2η+1)相等的角度在周向上错开的位置。4.根据权利要求1至3中任一项所述的发电机，其特征在于， 上述定子铁芯通过在上述转子的旋转中心的轴线方向上层叠多个金属板而构成。5.根据权利要求1至4中任一项所述的发电机，其特征在于， 本发电机是上述转子能够与自行车的旋转部的旋转联动地旋转的自行车用发电机。6.根据权利要求5所述的发电机，其特征在于， 本发电机是自行车的轮毂发电机。
【文档编号】H02K1/16GK105871091SQ201610010634
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月8日
【发明人】岛和男, 深见正, 藤原岳志, 神部拓郎
【申请人】株式会社岛野, 学校法人金泽工业大学