凸極式發電機及自行車的製作方法
2023-06-06 00:24:26 4
專利名稱：凸極式發電機及自行車的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種凸極式發電機及自行車，特別地涉及一種自行車用的凸極式發電機及裝有這種發電機的自行車。
JP特開平8-192784號文獻中記載了一個現有技術的凸極式發電機例子。在該文獻所記載的發電機10中，兩個鐵芯構件15按照它們各自外周上的磁極片15a、15b相互鄰接的方式組裝在一起。如該文獻的圖2所示，這兩個鐵芯構件15的中心部由深衝加工而成，組裝在一起的兩個鐵芯構件15的內周端彼此相接觸。因此有磁通量從位於環狀線圈14內部的鐵芯構件的內周部通過，該處產生的交替磁通使線圈14中有電流流過。
如上所述，在兩個鐵芯構件的內周部由深衝加工而成、兩鐵芯構件相互接觸且將兩鐵芯構件磁路連通的情況下，由於軸向交替磁通的存在而使鐵芯構件內部產生大量的渦流。因此使發出的電力中的很大一部分以鐵損的形式浪費掉了，而向外部輸出的電力減少了。
為了減少鐵損，人們考慮了用單獨構件將兩鐵芯構件的內周部連結到一起的結構形式。但是，即使形成了這樣的結構，在各鐵芯構件內部以及單獨構件內仍然有渦流產生，發電效率變得更低。特別地，對於象自行車車燈的電源、家用的風力發電機那樣的輸入旋轉為低速旋轉的發電機而言，如果發電效率低下，那麼就會產生發電機的尺寸較大、發電所需的旋轉力增大的不利情況。
本發明的目的在於抑制凸極式發電機發電時渦流的產生，從而提高其發電效率。
第1項發明的凸極式發電機包括筒體、兩個定子架、鐵芯塊和環狀線圈。筒體內包含永久磁鐵。兩個定子架分別包含圓盤和多個磁極片。磁極片從圓盤沿軸向延伸，並與筒體的永久磁鐵相對。此外，兩個定子架按照與筒體同軸，它們的磁極片彼此鄰接的方式設置。鐵芯塊將兩個定子架磁路連通，在軸向上有磁通通過。線圈安裝在鐵芯塊的周圍。而且，在定子架的圓盤上形成有多個從內周部向外部沿徑向延伸的槽。
在本發電機中，由於筒體的永久磁鐵和定子架的磁極片相對，筒體和定子架相對旋轉，使得在將兩個定子架磁路連通的鐵芯塊的軸向上產生交替磁通。由此在線圈中產生電流而發出電。具體地講，一個定子架充當N極而另一個定子架充當S極的狀態與一個定子架充當S極而另一個定子架充當N極的狀態交替切換，產生交替磁通。這樣發電時，除交替磁通外，還有渦流產生。
儘管這種渦流使發電效率降低，但在本發電機中，由於在其定子架的圓盤上形成有槽，因而可以抑制渦流的產生。即，儘管在定子架的圓盤中沿圓周方向上有渦流產生，但由於存在從內周部向外部徑向延伸的槽，使得圓盤內沿圓周方向渦流的流動變得困難。從而使渦流變小，發電效率得以提高。特別地，在這裡，由於從渦流流動較多的圓盤的內周部向外部形成有槽，槽減低渦流的效果非常明顯。此外，由於有多個槽使得圓盤中產生的渦流得到更加有效地減低。
第2項發明的凸極式發電機，就權利要求1所述的發電機而言有下述特點筒體是內側裝有永久磁鐵的外側轉子。此外，定子架鐵芯塊和線圈構成內側定子，並與筒體同軸地安裝在筒體的內部。定子架的磁極片從圓盤的外周端沿軸向延伸。鐵芯塊將兩個定子架的內周部磁路相連通。
在本發電機中，通過環繞內側定子的外側轉子的旋轉，在將兩個定子架的圓盤的內周部磁路連通的鐵芯塊的軸向上產生交替磁通，由此在線圈中產生電流而發出電。此時，磁通從定子架的磁極片穿過圓盤的外周部，從內周部流向鐵芯塊。由於鐵芯塊內產生交替磁通而使定子架的圓盤中產生渦流，而這些渦流卻由於存在槽得到抑制而大大減小。
第3項發明的凸極式發電機，就權利要求2所述的發電機而言有下述特點它是自行車上使用的發電機。內側定子固定在自行車車軸的樞軸上。外側轉子與自行車車輪的旋轉部分相連結。
在這裡，雖然第2項發明的發電機裝於自行車上，但是由於該發電機在定子架上設計有多個槽，使得渦流得到抑制，發電效率得以提高。由此，即使在希望發電機體積小或重量輕的場合，自行車的車輪只需旋轉很少的圈數，就能輸出所需的馬力。
第4項發明的凸極式發電機，就權利要求1～3中的任何一項所述的發電機而言有下述特點在定子架的圓盤上形成的多個槽中，至少有一個延伸到圓盤的外周端。
在這裡，由於定子架的圓盤上形成的多個槽中至少有一個延伸到圓盤的外周端，可以將圓盤內產生的渦流的流動大部分隔斷。由此，抑制了渦流的產生，提高了發電效率。
第5項發明5的凸極式發電機，就權利要求1～4中的任何一項所述的發電機而言有下述特點定子架是用純鐵系電磁鋼板製成的。
在這裡，由於採用了比矽系加工性能優良的純鐵系電磁鋼板製作定子架，容易形成圓盤和磁極片之間的彎曲部，降低了發電機的製造費用。如果象這樣採用純鐵系電磁鋼板來製作定子架，儘管純鐵系電磁鋼板比矽系電磁鋼板的電阻小，由渦流造成的鐵損變大，但由於在圓盤上設計了多個槽，從而仍能抑制渦流，確保額定的發電效率。
第6項發明的凸極式發電機包括筒體、兩個定子架、鐵芯塊、環狀線圈和隔離板。筒體內包含永久磁鐵。兩個定子架分別包含圓盤和多個磁極片。磁極片從圓盤沿軸向延伸，並與筒體的永久磁鐵相對。此外，兩個定子架按照與筒體同軸，它們的磁極片彼此鄰接的方式裝置。鐵芯塊與兩個定子架磁路連通，在軸向上有磁通通過。線圈安裝在鐵芯的周圍。隔離板安裝在定子架和鐵芯之間。
在本發電機中，由於筒體的永久磁鐵和定子架的磁極片相對，筒體和定子架相對旋轉，使得在將兩個定子架磁路連通的鐵芯塊的軸向上產生交替磁通。由此在線圈中產生電流而發出電。具體地講，一個定子架充當N極而另一個定子架充當S極的狀態與一個定子架充當S極而另一個定子架充當N極的狀態交替切換，產生交替磁通。這樣發電時，除交替磁通外還有渦流產生。
儘管這種渦流使發電效率降低，但在本發電機中，由於在定子架和鐵芯之間裝有隔離板，因而可以抑制渦流的產生。即，儘管在定子架和鐵芯中有渦流產生，但由於其間插有隔離板，使得產生的渦流變小從而使發電效率得以提高。此外，隔離板在定子架和鐵芯之間使磁通得以通過。
第7項發明的凸極式發電機，就權利要求6所述的發電機而言有下述特點筒體是內側裝有永久磁鐵的外側轉子。定子架、鐵芯塊、線圈和隔離板構成內側定子，並與筒體同軸地安裝在筒體的內部。定子架的磁極片從圓盤的外周端，沿軸向延伸。鐵芯塊將兩個定子架的圓盤的內周部磁路連通。
在本發電機中，通過環繞內側定子的外側轉子的旋轉，在將兩個定子架的圓盤內周部磁路連通的鐵芯塊上產生軸向的交替磁通，從而在線圈中產生電流，發出電來。此時，磁通從定子架的磁極片，穿過圓盤的外周部，從圓盤的內周部流向鐵芯塊。鐵芯塊中產生交替磁通，使得定子架和鐵芯塊中產生渦流，這些渦流由於隔離板的存在受到抑制而變小。
第8項發明的凸極式發電機，就權利要求7所述的發電機而言有下述特點它是自行車用的發電機。內側定子固定在自行車車輪的樞軸上。外側轉子與自行車車輪的旋轉部分相連結。
在這裡，雖然第7項發明的發電機裝到自行車上，但是，該發電機通過隔離板來抑制渦流，使發電效率得以提高。由此，即使在希望發電機體積小或重量輕的情況下，自行車的車輪只需旋轉很少的圈數，就能輸出所需的馬力。
第9項發明的凸極式發電機，就權利要求6～8中的任何一項所述的發電機而言有下述特點隔離板用矽系電磁鋼板製成，且其上有槽。
在這裡，由於使用了電阻大的矽系電磁鋼板來製作隔離板，使定子架和鐵芯塊之間的部分內產生的渦流變得更小。
此外，由於隔離板上有槽，可使隔離板自身產生的渦流得到抑制，可使定子架和鐵芯塊之間的部分內產生的渦流減低。也就是說，即使隔離板中沿圓周方向有渦流流動，由於槽的存在，仍使得隔離板內的渦流沿圓周方向的流動變得困難。從而減小了渦流，提高了發電效率。
第10項發明的凸極式發電機，就權利要求9所述的發電機而言有下述特點隔離板為圓盤狀，其具有從內周部延伸到外周端的槽。
由於隔離板上存在，從內周部延伸到外周部的槽使隔離板內沿圓周方向流動的渦流大部分都被阻斷。由此抑制了渦流，提高了發電效率。
第11項發明的凸極式發電機包括筒體、兩個定子架、鐵芯塊和環狀線圈。筒體內包含永久磁鐵。兩個定子架分別包含圓盤和多個磁極片。磁極片從圓盤沿軸向延伸，並與筒體的永久磁鐵相對。此外，兩個定子架按照與筒體同軸，它們的磁極片彼此鄰接的方式設置。鐵芯塊將兩個定子架的磁路連通，在軸向上有磁通通過。鐵芯塊由多個分割片構成。這些分割片分別布置在圓周方向的不同位置上。線圈安裝在鐵芯的周圍。
在本發電機中，由於筒體的永久磁鐵和定子架的磁極片相對，筒體和定子架相對旋轉，從而在將兩個定子架的磁路連通的鐵芯塊的軸向上產生交替磁通。由此在線圈中產生電流，發出電。具體地講，一個定子架充當N極而另一個定子架充當S極與一個定子架充當S極而另一個定子架充當N極的兩個狀態交替切換，產生交替磁通。這樣發電時，除交替磁通外還有渦流產生。
儘管這種渦流使發電效率降低，但在本發電機中，由於鐵芯塊是由多個分割片構成，因而可以抑制渦流的產生。即，儘管在鐵芯塊中有渦流產生，但是由於分割片位於圓周方向上的不同位置上，使渦流沿圓周方向難以流動。因此，減小了渦流，提高了發電效率。
第12項發明的凸極式發電機，就權利要求11所述的發電機而言有下述特點筒體是內側裝有永久磁鐵的外側轉子。定子架、鐵芯塊和線圈構成內側定子，並與筒體同軸地安裝在筒體的內部。定子架的磁極片從圓盤的外周端，沿軸向延伸。鐵芯塊將兩個定子架的圓盤的內周部磁路連通。
在本發電機中，通過環繞內側定子的外側轉子的旋轉，在將兩個定子架的圓盤內周部磁路連通的鐵芯塊上產生軸向的交替磁通，從而在線圈中產生電流，發出電來。此時，磁通從定子架的磁極片，穿過圓盤的外周部，從圓盤的內周部流向鐵芯塊。鐵芯塊中產生交替磁通，使得定子架和鐵芯塊中產生渦流，但是由於鐵芯塊是由多個分割片構成的，使得這些渦流受到抑制而變小。
第13項發明13的凸極式發電機，就權利要求12所述的發電機而言有下述特點它是自行車用的發電機。內側定子固定在自行車車輪的樞軸上。外側轉子與自行車車輪的旋轉部分相連結。
在這裡，將第12項發明的發電機裝到自行車上，該發電機的鐵芯塊由多個分割片構成，使發電效率得以提高。由此，即使在希望發電機體積小或重量輕的情況下，自行車的車輪只需旋轉很少的圈數，就能輸出所需的馬力。
第14項發明的凸極式發電機，就權利要求11～13中的任何一項所述的發電機而言有下述特點構成鐵芯塊的分割片用矽系電磁鋼板製成。
在這裡，構成鐵芯塊的各個分割片均由矽系電磁鋼板製成。矽系電磁鋼板除了可以讓磁通通過以外，還有因為含矽而電阻大的特點。這樣可以抑制由於交替磁通而在鐵芯塊內產生的渦流，使發電效率提高。
第15項發明的凸極式發電機，就權利要求11～14中的任何一項所述的發電機而言有下述特點構成鐵芯塊的多個分割片為軸向平行疊置而成的板狀構件。
在這裡，鐵芯塊由易加工的板狀構件疊置形成。從而，在用特別難加工的矽系電磁鋼板製作分割片的場合，可以降低加工費等製造費用。
第16項發明的凸極式發電機，就權利要求15所述的發電機而言有下述特點鐵芯塊由多個分割片組裝而成。這些分割片的組合體分別由多個分割片疊置在一起形成一體。
在這裡，由預先將板狀構件的分割片疊置在一起形成一體的分割片組合體構成鐵芯塊。從而在最終組裝發電機時，不僅使組裝變得容易，而且可以實現可靠地組裝。
第17項發明的凸極式發電機，就權利要求16所述的發電機而言有下述特點在分割片上形成凹部及凸部、或與凸部相配合的孔。因此，分割片組合體通過分割片的凸部嵌入凹部，或通過分割片的凸部嵌入孔中而實現一體化。
在這裡，由於在分割片上形成凹部、凸部、孔，利用它們將分割片組合體組裝到一起，使得分割片之間不容易發生錯位。
第18項發明的凸極式發電機，就權利要求16或17所述的發電機而言有下述特點它還包括一個線圈架。線圈架是用來纏繞線圈的構件。該線圈架的內周部上有切槽，這些切槽和分割片組合體相配合。
在本發電機中，繞有線圈的線圈架的內側與由分割片組合體構成的鐵芯塊相配合，鐵芯塊中產生交替磁通，使得線圈中產生電流，發出電。在這裡，線圈架的內周部上形成的切槽分別與各個分割片組合體相配合以形成鐵芯塊。
第19項發明的凸極式發電機，就權利要求11～14中的任何一項所述的發電機而言有下述特點構成鐵芯塊的多個分割片為放射狀延伸的板狀構件或塊狀構件。
在這裡，由於放射狀延伸的板狀構件或塊狀構件組合在一起而構成鐵芯決，分割片間的分界線阻斷了沿圓周方向流動的渦流，使鐵芯塊中流動的渦流得到抑制。
第20項發明的凸極式發電機，就權利要求11～14中的任何一項所述的發電機而言有下述特點構成鐵芯塊的多個分割片為沿軸向延伸的杆狀構件。
在這裡，沿發電機軸向延伸的杆狀構件被捆在一起而構成鐵芯塊。因而，使磁通在軸向上很容易通過，而沿鐵芯塊圓周方向上渦流的流動變得困難。
第21項發明的自行車包括車架、車輪和凸極式發電機。車架上有車輪用的輪叉。車輪以可旋轉的方式支承於車輪用的輪叉上。凸極式發電機為權利要求1～20中的任何一項所述的發電機，通過車輪用的輪叉和車輪之間的相對旋轉而發電。
在這裡，由於裝備了上述發電效率高的凸極式發電機，不僅能實現發電機的輕巧化，還能降低發電所必需的轉矩，同時還能減輕自行車重量，減小車輪旋轉所需的腳蹬力等動力。
圖1是本發明第1實施例的樞軸發電機的單側縱剖面圖；圖2是沿圖1中II-II箭頭方向看去的視圖；圖3是鐵芯塊31的平面圖；圖4是沿圖3中IV-IV箭頭方向看去的剖面圖；圖5是線圈架和筒狀鐵芯塊的平面圖；圖6是沿圖5中VI-VI箭頭方向看去的剖面圖；圖7是分割片組合體的平面圖；圖8是沿圖7中VIII-VIII箭頭方向看去的剖面圖；圖9是隔離板的平面圖；圖10是定子架、筒狀鐵芯塊和隔離板的組裝分解圖；圖11是永久磁鐵和凸起部的橫截面分布圖；圖12是第2實施例的線圈架和筒狀鐵芯塊的平面圖13是第3實施例的線圈架和筒狀鐵芯塊的平面圖；圖14是第4實施例的線圈架和筒狀鐵芯塊的平面圖；圖15是裝有本發明一個實施例的樞軸發電機的自行車的側視圖。
第1實施例本發明的一個實施例的樞軸式發電機(凸極式發電機)如圖1和圖2所示。該樞軸式發電機1可以裝在圖15所示的自行車101上。該自行車101包括具有前輪用輪叉98的車架(主體)102、車把104、由車鏈、腳蹬等構成的驅動部分105、裝有輻條99的前輪(車輪)106和後輪107。若在上述自行車101上安裝圖1所示的樞軸式發電機1，便可向前照燈、尾燈等提供所發出的電。
圖1是樞軸式發電機1的單側縱剖面圖，圖2是沿圖1中II-II箭頭方向得到的視圖。圖1所示的樞軸式發電機1是裝配在自行車101的前輪106的樞軸上的發電機，樞軸20的兩端固定在前輪用輪叉98的左右兩側，外側轉子組合體的兩個凸緣11a、11b固定在輻條99上。此外圖1所示的軸O-O是自行車的前輪106的旋轉軸，外側轉子組合體以軸O-O為旋轉中心與前輪106一起旋轉。
圖1所示的樞軸式發電機1包括由構件11、12、13構成的外側轉子組合體，由構件20、31、32、41、50、61、62等構成的內側定子組合體。
如圖1所示，內側定子組合體(內側定子)包括樞軸20、兩個定子架31、32、繞有線圈40的線圈架41、筒狀鐵芯塊50和兩個隔離板61、62(參照圖8)。樞軸20、定子架31、32、線圈架41、筒狀鐵芯塊50及隔離板61、62組裝成一體而構成內側定子。該內側定子通過樞軸20固定在前輪用的輪叉98上。構成該內側定子組合體的各構件將在下文詳述。
外側轉子組合體(外側轉子)由第一主體11、第二主體12和機罩13構成。第一主體11和機罩13裝在第二主體12上，三個構件11、12、13如圖1所示，形成一體。這個形成一體的外側轉子組合體通過軸承21、22固定在樞軸20上，並可繞該軸自由地旋轉。此外，第一主體11外周部上形成的凸緣11a和第二主體12外周部上形成的凸緣12a上固定有前輪106的多根輻條99。另外，機罩13上固定有由圓周方向等間隔分布的4個磁鐵構成的永久磁鐵14，如圖1所示。在該永久磁鐵14中，N極和S極等間隔地交替分布而形成磁場，共計28個極中的每個分別與後述的定子架31、32的凸起部(磁極片)31b、32b相對(參照圖11)。
樞軸20通過其兩端的安裝螺母2、鎖緊螺母3固定在前輪用的輪叉98上，因此該樞軸20固定有後述的定子架31、32、筒狀鐵芯塊50和隔離板61、62。
圖3為定子架31/32的平面圖，圖4為其剖面圖。如圖所示，定子架31/32由圓盤31a/32a、凸起部31b/32b構成。
凸起部31b/32b在圓周方向上等間隔地形成有14個，每個均從圓盤31a/32a的外周端沿軸O-O方向延伸。如圖11所示，兩個相鄰凸起部31b/(注/表示「或」)32b間的間隙沿圓周方向的尺寸設定得比每個凸起部31b/32b圓周方向的尺寸大一些，組裝兩個定子架31/32時，凸起部31b和凸起部32b拉開相等的間隙，在圓周方向上等間隙排列。此外，如圖11所示，在每個凸起部31b、32b的徑向外側安裝有與其相對的永久磁鐵14。
如圖3所示，圓盤31a/32a上還形成有用於穿樞軸20的圓孔31c/32c和槽31d/32d、31e/32e。圓孔31c/32c開設於圓盤31a/32a的中央。槽31d/32d從圓孔31c/32c向徑向外側延伸到達圓盤31a/32a的外周端與圓孔31c/32c之間距離的中點處。槽31e/32e從圓孔31c/32c向徑向外側延伸到達圓盤31a/32a的外周端。這7個槽31d/32d和一個槽31e/32e在圓周方向上等間隔分布。
此外，定子塊31/32用加工性能良好的純鐵系電磁鋼板(電磁軟鐵)製成。
圖5是繞有線圈40並裝有筒狀鐵芯塊50的線圈架41的正面圖，圖6是其剖面圖。線圈架41是樹脂製成的環狀構件，其外周部上形成有可以保持線圈40的卷繞狀態的溝槽41a，其內周部上形成有與筒狀鐵芯塊50相配合的具有垂直錯位的切槽41b。卷繞在溝槽41a上的線圈40的兩端從圖5所示的孔以及位於圖5側向的一個未示出的孔中引出。
如圖5及6所示，筒狀鐵芯塊50是由12個分割片組合體51構成的，與線圈架41的切槽41b相配合，安裝在線圈架41的內側。
各個分割片組合體51均為長方形的薄板，由4片分割片疊置而成，如圖7和8所示。一個分割片組合體51由3片分割片52和一片分割片53構成。分割片52上形成有4個凹部52a和凸部52b，分割片53上形成有4個圓孔53a。因而，由凹部52a、凸部52b，圓孔53a和凸部52b相配合組裝成分割片組合體51(參照圖8)。各個分割片52、53均用1mm以下的薄矽鋼片製成。
這些分割片組合體51如圖5所示，嵌入線圈架41的切槽41b中，由這12個分割片組合體51構成筒狀鐵芯塊50，鐵芯塊50內部有一個正方形斷面空間，樞軸20插入該空間的中央。該筒狀鐵芯塊50由平行於軸O-O方向的分割片52、53疊置而成。如圖6所示，筒狀鐵芯塊50在軸O-O方向上的長度比線圈架41在軸O-O方向上的長度要長，筒狀鐵芯塊50的兩端面從線圈架41兩端面上稍微伸出一些。
隔離板61/62由具有與分割片相同厚度的矽鋼片製成，呈圖9所示的圓形板狀。該隔離板61/62上有供樞軸20穿過的圓孔61b/62b和槽61c/62c、61d/62d。圓孔61b/62b開設於隔離板的中央，基本上與定子架31/32的圓孔31c/32c直徑相同。槽61c/62c從圓孔61b/62b處沿徑向向外延伸至外周端的附近。槽61d/62d從圓孔61b/62b處沿徑向向外延伸一直到達外周端。這7個槽61c/62c和一個槽61d/62d在圓周方向上等間隔排列。
如圖10所示，該隔離板61/62安裝在定子架31/32與線圈架41及筒狀鐵芯塊50之間，並由它們夾持固定。因而，在圖1所示的組裝狀態下，隔離板61/62與定子架31/32的圓盤31a/32a和筒狀鐵芯塊50相接觸，將上述兩者隔離開來使其不能直接接觸。但是，為了使矽鋼片可以穿過磁通，在組裝時兩個定子架31、32的相應內周部之間通過隔離板61、62和筒狀鐵芯塊50實現磁路連通。而且，槽61c/62c、61d/62d的寬度設定得比定子架31/32的槽31d/32d、31e/32e的寬度小，從而確保將定子架31/32和筒狀鐵芯塊50隔離開來。再者，如圖6和圖10所示，由於筒狀鐵芯塊50的兩端面從線圈架41的兩端面處稍微伸出一些，使得隔離板61、62和線圈架41之間僅存在一點間隙。
下面，對樞軸式發電機的發電過程進行說明。
隨著自行車101的行走，輻條99相對於前輪用輪叉98發生旋轉，固定在輻條99上的外側轉子組合體就相對於前輪用輪叉98上固定的內側定子組合體產生旋轉，可通過軸承21、22相對於內側組合體自由轉動的外側組合體發生轉動。於是，位於定子架31、31的凸起部31b、32b外側的永久磁鐵就發生旋轉(參照圖11)。
由此，在凸起部31b和凸起部32b中，一個接收永久磁鐵14發出的N極磁通，另一個就接收S極磁通，反之一個接收永久磁鐵14發出的S極磁通，另一個就接收N極磁通。即通過永久磁鐵14在凸起部31b、32b的外側旋轉，定子架31為N極定子架32為S極的第一狀態和定子架31為S極定子塊32為N極的第二狀態循環往復，在使兩個定子架31、32磁路連通的筒狀鐵芯塊50上產生沿軸O-O方向的交替磁通。由線圈40內側產生的交替磁通使得線圈40中產生電流，從而發出電。
(1)在本樞軸發電機1中，在將兩個定子架31、32的線圈40內側磁路連通的筒狀鐵芯塊50內產生交替磁通而發出電的過程中，除了產生交替磁通外，還產生了渦流。
雖然這種渦流會使發電效率減低，但由於在本樞軸發電機中，定子架31/32的圓盤31a/32a上形成有槽31d/32d、31e/32e，使得渦流受到抑制。即雖然圓盤31a/32a上沿圓周方向上有渦流產生，但由於存在從圓孔61b/62b沿徑向向外延伸的槽31d/32d、31e/32e，將渦流的主通路隔斷，使得圓盤31a/32a內的渦流沿圓周方向上流動困難。從而渦流減少，發電效率提高。
特別是，在這裡，由於在渦流較大的圓盤31a/32a的內周部中心上開設有槽31d/32d、31e/32e，因此減低渦流的效果很好。此外，由於形成多個槽31d/32d，使減低渦流的效果更好。
再者，在自行車101的速度為相當於15Km/h的110rpm(轉/分)的情況下，對外側轉子組合體和內側定子組合體相對旋轉時而發電的輸出功率進行實驗比較，本樞軸發電機的發電輸出功率與沒有槽31d/32d、31e/32e的發電機相比提高約26％，與只有槽31e/32e而沒有槽31d/32d的發電機相比提高約6％。
(2)在本樞軸發電機1中，由於圓盤31a/32a上開設有槽31e/32e，使其沿圓周方向不能直接連通(參照圖3)，從而將圓盤31a、32a中產生的渦流的流動大部分地阻斷，從而進一步使發電效率提高。
(3)在本樞軸發電機1中，定子架31/32用比矽加工性能好的純鐵系電磁鋼板製成，因此容易形成圓盤31a/32a和凸起部31b/32b之間的彎曲部分，使得製造費用降低。另一方面，這種定子架31/32用純鐵系電磁鋼板製成，使電阻變小，由渦流導致的鐵損增大，但由於圓盤31a/32a上有槽31d/32d、31e/32e，使渦流得到抑制，確保了發電效率。
(4)在本樞軸發電機1中，定子架31/32與筒狀鐵芯塊50間裝有隔離板61/62，從而使發電時產生的渦流得到抑制，提高了發電效率。即，儘管交替磁通的產生，使得在定子架31/32和筒狀鐵芯塊50中產生渦流，但由於在其間插入了電阻大的矽系電磁鋼板製成的隔離板61/62，使定子架31/32和筒狀鐵芯塊50之間的部分中所產生的渦流變少。從而減小了渦流，提高了發電效率。
此外，由於在隔離板61/62上形成有槽61c/62c、61d/62d，使隔離板61/62內渦流的流動變得困難。從而進一步減小了渦流，提高了發電效率。
在自行車101的速度相當於15Km/h的120rpm(轉/分)的情況下，對外側轉子組合體和內側定子組合體相對旋轉時而發電的輸出功率進行實驗比較，本樞軸發電機的發電輸出功率與沒有隔離板61、62的發電機相比提高約6％。
(5)在本樞軸發電機1中，筒狀鐵芯塊50由多個分割片52、53構成，使得渦流得到抑制發電效率得以提高。即，儘管由於交替磁通的產生，在筒狀鐵芯塊50內產生渦流，但由於分割片52、53分布在圓周方向上不同的位置上，沿圓周方向流動的渦流進入到這些分割片52、53的分界線處而受到阻斷，從而減小了渦流。因此，使在筒狀鐵芯塊50中的渦流沿圓周方向的流動變得困難，使渦流變小，提高了發電效率。
由於構成筒狀50的各個分割片52、53用矽鋼片製成，從而使得筒狀鐵芯塊50的電阻增大，在筒狀鐵芯塊50中產生的渦流得到抑制。
此外，在自行車101的速度為相當於15Km/h的120rpm(轉/分)的情況下，對外側轉子組合體和內側定子組合體相對旋轉時而發電的輸出功率進行實驗比較，本樞軸發電機的發電輸出功率與其上的筒狀鐵芯塊50是一個用電磁軟鐵(純鐵系電磁鋼板)製成的無分割圓筒的發電機相比提高約33％。
(6)在本樞軸發電機1中，筒狀鐵芯塊50由4片薄板製成的分割片52、53預先疊置為一體的分割片組合體51構成。因此，在最終組裝樞軸發電機1時，不僅使組裝變得容易，而且可以實現可靠地組裝。
分割片52上形成有凹部52a和凸部52b、分割片53上有圓孔53a，由於分割片組合體51是利用它們組裝起來的，從而使得分割片52和53之間不易產生錯位。
第2實施例在上述第1實施例中，筒狀鐵芯塊50由多個分割片52、53組成的分割片組合體51沿平行於軸O-O方向疊置而成，但也可用圖12所示的筒狀鐵芯塊70代替筒狀鐵芯塊50來使用。
如圖12所示，筒狀鐵芯塊70由190個矽鋼薄片(分割片)72沿圓周方向上排列而成(圖12中，為了容易看清楚，減少了矽鋼片的數目)。這些矽鋼薄片安裝在線圈架42的內側，中間形成用來穿樞軸20的空間。
此外，在繞有線圈40的線圈架42的內周部形成有環繞圓周面42b的圓筒狀空間，以便與筒狀鐵芯塊70相配合。筒狀鐵芯塊70的外周面與該線圈架42的內周面42b相配合。線圈40繞在線圈架42外周部上的溝槽42a中。
在本實施例的樞軸發電機中，由於薄片72呈放射狀延伸，薄片72之間的分界線將筒狀鐵芯塊70內沿圓周方向流動的渦流阻斷。從而使筒狀鐵芯塊70中流動的渦流得到抑制，提高了發電效率。在提高發電效率方面，本實施例與第1實施例的樞軸發電機有同樣的效果。
第3實施例在第1實施方案中，筒狀鐵芯塊50由多個分割片52、53組成的分割片組合體51沿平行於軸O-O方向疊置而成，但也可用圖13所示的筒狀鐵芯塊80代替筒狀鐵芯塊50來使用。
如圖13所示，筒狀鐵芯塊80由16個電磁軟鐵塊82沿圓周方向上排列而成。這些電磁軟鐵塊安裝在線圈架42的內側，中間形成用來穿樞軸20的空間。
此外，在繞有線圈40的線圈架42的內周部形成有環繞圓周面42b的圓筒狀空間，以便與筒狀鐵芯塊80相配合。筒狀鐵芯塊80的外周面與該線圈架42的內周面42b相配合。線圈40繞在線圈架42外周部上的溝槽42a中。
在本實施例的樞軸發電機中，如圖13所示，塊82之間的分界線呈放射狀延伸，將筒狀鐵芯塊80內圓周方向流動的渦流阻斷。從而使筒狀鐵芯塊80內流動的渦流得到抑制，提高了發電效率。
此外，在自行車101的速度為相當15Km/h相當於120rpm(轉/分)的情況下，對外側轉子組合體和內側定子組合體相對旋轉時而發電的輸出功率進行實驗比較，本樞軸發電機的發電輸出功率與其上的筒狀鐵芯塊80是一個電磁軟鐵(純鐵系電磁鋼板)製成的無分割圓筒的發電機相比提高約29％。
第4實施例在上述第1實施例中，筒狀鐵芯塊50由多個分割片52、53組成的分割片組合體51沿平行於軸O-O的方向疊置而成，但也可用圖14所示的筒狀鐵芯塊90代替筒狀鐵芯塊50來使用。
如圖14所示，筒狀鐵芯塊90由大約100沿軸O-O延伸的電磁軟鐵圓杆92沿圓周方向上捆綁在一起形成。這些圓杆安裝在線圈架42的內側，中間形成有用來穿樞軸20的空間。
此外，在繞有線圈40的線圈架42的內周部形成了環繞圓周面42b的圓筒狀空間，以便與筒狀鐵芯塊90相配合。筒狀鐵芯塊90的外周面與該線圈架42的內周面42b相配合。線圈40繞在線圈架42外周部上的溝槽42a中。
在本實施例的樞軸發電機中，由於構成了筒狀鐵芯塊90，使得軸O-O方向的磁通很容易通過，同時使得圓周方向上渦流的流動變得困難。從而抑制了筒狀鐵芯塊90內渦流的流動，提高了發電效率。
此外，在自行車101的速度為相當於15Km/h相當於120rpm(轉/分)的情況下，對外側轉子組合體和內側定子組合體相對旋轉時發電的輸出功率進行實驗比較，本樞軸發電機的發電輸出功率與其上的筒狀鐵芯塊90是一個電磁軟鐵(純鐵系電磁鋼板)製成的無分割圓筒的發電機相比提高約18％。
本發明的發電機由於在鐵芯塊圓盤上形成有多個槽，能抑制渦流提高發電效率。
此外，在其他的本發明的發電機中，由於在定子架和鐵芯塊之間安裝有電阻較大的矽鋼片製成的隔離板，從而可抑制渦流，提高發電效率。
在其他的本發明的發電機中，鐵芯塊由位於圓周方向不同位置上的多個分割片構成，從而可抑制渦流，提高發電效率。
權利要求
1.一種凸極式發電機，其包括裝有永久磁鐵的筒體；兩個定子架，該定子架分別包含圓盤和從該圓盤沿軸向延伸並與上述永久磁鐵相對多個磁極片，這兩個定子架按照與筒體同軸，它們的磁極片彼此鄰接的方式設置；將上述兩個定子架磁路連通並在軸向上可使磁通通過的鐵芯塊；安裝在上述鐵芯周圍的環狀線圈，在定子架的圓盤上，形成有多個從內周部向外部沿徑向延伸的槽。
2.根據權利要求所述1的凸極式發電機，其特徵在於上述筒體是內側裝有上述永久磁鐵的外側轉子；定子架、鐵芯塊和線圈構成內側定子，並與筒體同軸地安裝在筒體的內部；上述磁極片從圓盤的外周端沿軸向延伸；鐵芯將兩個定子架的內周部磁路相連通。
3.根據權利要求2所述的自行車用的凸極式發電機，其特徵在於上述內側定子固定在車輪的樞軸上，上述外側轉子與車輪的旋轉部分相連。
4.根據權利要求1～3中的任何一項所述的凸極式發電機，其特徵在於上述定子架的圓盤上形成的槽中至少有一個到達圓盤的外周端。
5.根據權利要求1～4中的任何一項所述的凸極式發電機，其特徵在於上述定子架用純鐵系電磁鋼板製成。
6.一種凸極式發電機，其包括裝有永久磁鐵的筒體；兩個定子架，該定子架分別包含圓盤和從該圓盤沿軸向延伸並與上述永久磁鐵相對多個磁極片，這兩個定子架按照與筒體同軸，它們的磁極片彼此鄰接的方式設置；將上述兩個定子架磁路連通並在軸向上可使磁通通過的鐵芯塊；安裝在上述鐵芯周圍的環狀線圈；安裝在定子架和鐵芯塊之間的隔離板。
7.根據權利要求6所述的凸極式發電機，其特徵在於上述筒體是內側裝有上述永久磁鐵的外側轉子；定子架、鐵芯塊、線圈和隔離板構成內側定子，並與筒體同軸地安裝在筒體的內部；上述磁極片從圓盤的外周端沿軸向延伸；鐵芯將兩個定子架的內周部磁路相連通。
8.根據權利要求7所述的自行車用的凸極式發電機，其特徵在於上述內側定子固定在車輪的樞軸上，上述外側轉子與車輪的旋轉部分相連。
9.根據權利要求6～8中的任何一項所述的凸極式發電機，其特徵在於上述隔離板用矽鋼片製成，並開設有槽。
10.根據權利要求9所述的凸極式發電機，其特徵在於上述隔離板為圓盤狀，其上開設有從內周部延伸到外周部的槽。
11.一種凸極式發電機，其包括裝有永久磁鐵的筒體；兩個定子架，該定子架分別包含圓盤和從該圓盤沿軸向延伸並與上述永久磁鐵相對多個磁極片，這兩個定子架按照與筒體同軸，它們的磁極片彼此鄰接的方式設置；將上述兩個定子架磁路連通並在軸向上可使磁通通過的鐵芯塊；安裝在上述鐵芯周圍的環狀線圈，該鐵芯塊由位於圓周方向不同位置上的多個分割片構成。
12.根據權利要求11所述的凸極式發電機，其特徵在於上述筒體是內側裝有上述永久磁鐵的外側轉子；定子架、鐵芯塊和線圈構成內側定子，並與筒體同軸地安裝在筒體的內部；上述磁極片從圓盤的外周端沿軸向延伸；鐵芯將兩個定子架的內周部磁路相連通。
13.根據權利要求12所述的自行車用的凸極式發電機，其特徵在於上述內側定子固定在車輪的樞軸上，上述外側轉子與車輪的旋轉部分相連。
14.根據權利要求11～13中的任何一項所述的凸極式發電機，其特徵在於構成上述鐵芯塊的多個分割片用矽鋼片製成。
15.根據權利要求11～14中的任何一項所述的凸極式發電機，其特徵在於構成上述鐵芯塊的多個分割片為平行於軸向疊置而成的板狀構件。
16.根據權利要求15所述的凸極式發電機，其特徵在於上述鐵芯塊分別由多個分割片疊置為一體形成的多個分割片組合體構成。
17.根據權利要求16所述的凸極式發電機，其特徵在於上述分割片上形成有凹部和凸部，或與上述凸部配合的孔；分割片組合體通過上述分割片上的凸部嵌入凹部，或凸部嵌入孔內而形成一體。
18.根據權利要求16或17所述的凸極式發電機，其特徵在於其還包括用來繞上述線圈的線圈架，上述分割片組合體與線圈架內部形成的切槽相配合。
19.根據權利要求11～14中的任何一項所述的凸極式發電機，其特徵在於構成上述鐵芯塊的多個分割片為放射狀延伸的板狀構件。
20.根據權利要求11～14中的任何一項所述的凸極式發電機，其特徵在於構成上述鐵芯塊的多個分割片為沿軸向延伸的杆狀構件。
21.一種自行車，其包括具有支承車輪的輪叉的車架，支承在車輪用的輪叉上可以旋轉的車輪，權利要求1～20中的任何一項所述的凸極式發電機，該發電機通過車輪用的輪叉和車輪之間的相對旋轉而發電。
全文摘要
一種樞軸發電機,其包括外側轉子組合體、定子架將兩個定子架磁路連通的筒狀鐵芯塊和線圈,外側轉子組合體中裝有永久磁鐵,定子架包含圓盤和多個凸起部,在圓盤上有從圓孔沿徑向向外延伸的多個槽。凸起部從圓盤處沿軸向延伸與永久磁鐵相對。兩個定子架按照相應的凸起部相鄰接的方式設置。
文檔編號H02K1/14GK1245994SQ9910851
公開日2000年3月1日 申請日期1999年6月21日 優先權日1998年8月21日
發明者遠藤貴広, 長坂長彥 申請人:株式會社島野