CN100533928C - 轮毂发电机及自行车 - Google Patents

Abstract

一种轮毂发电机及自行车，在轮毂体的内侧配置有永久磁铁，在轮毂轴上具有：在周围设置有与永久磁铁的磁极相对面的多个极片的两个定子铁心、以及配置于该定子铁心之间的卷绕线圈，由夹持定子铁心并设置在轮毂轴上的定位部件将两个定子铁心定位并固定于轮毂轴上；在定子铁心上，从贯通轮毂轴的孔向外周缘开设有沟孔，一个定位部件是与轮毂轴相螺纹结合的套管，在该套管的定子一侧形成有六角头部，另一个定位部件是与轮毂轴相螺纹结合的螺母，在与一个定位部件相接触的一侧的定子铁心突出设置有与六角头部的对边抵接而防止套管转动的止转突起，在两定子铁心与定位部件之间，设置有绝缘物，以防止定位部件一侧的导体跨越定子铁心的沟孔与定子铁心相接触。

Description

轮毂发电机及自行车

技术领域

本发明是涉及轮毂发电机及具有该轮毂发电机的自行车。

背景技术

作为自行车发电用的轮毂发电机，如图2所示，有轮毂发电机10，该轮毂发电机10，是在自行车的前轮或后轮的轮毂轴11上配置一对定子铁心16、17，在该定子铁心16、17的内部容纳卷绕线圈22的线轴20而构成定子，在对于轮毂轴11可自由旋转地被支撑的轮毂体12上，与所述定子相对向地配置永久磁铁14而构成转子(专利文献1)。

永久磁铁14是在周方向交替排列N极与S极而构成(参照图3)，定子铁心16、17，根据永久磁铁14的极的间距分别在外周上设置有与N极或S极相对面的磁铁片。所以，当一侧的定子铁心16与永久磁铁14的N极相对面时，另一侧的定子铁心17与S极相对面，形成N极→定子铁心16→与轮毂轴11的连接部→定子铁心17→S极的磁路。

卷绕线圈22的电气的端部，通过导线22b等与自行车的灯(未图示)相连接。

轮毂发电机10的发电是根据以下要领而进行的。

当车轮旋转时，与车轮一体旋转的轮毂体12上安装的永久磁铁14旋转。从永久磁铁14发出的磁力线在磁路中交替产生磁场，交替重复相对面的定子铁心16、17中的一个为N极、另一个为S极与一个为S极、另一个为N极的状态。由该交变磁场产生电流，使电流通过卷绕线圈22，从而发电。

定子铁心16、17中所产生的交变磁场，如图2的粗箭头所示，绕定子铁心16、17一周。

在定子铁心16、17中，伴随交变磁场的进行而产生涡流。该涡流会使发电效率下降，所以应该尽量抑制涡流的产生。

因此，如图10至图12所示，在定子铁心16、17的侧面圆盘体78上，设置从轮毂轴11贯通的中心孔13向外周边缘延伸的沟孔15，通过在一处将圆盘体78断开而防止涡流的发生。

专利文献1：特开2001-327139号公报。

然而，如图13至图15所示，定子铁心16、17是由夹持定子铁心16、17、配置于轮毂轴11的套管32与螺母35来定位并固定的，作为导电体的套管32的六角头部33的接合面和螺母35一侧的垫圈36与定子铁心16、17的圆盘体78直接相接并跨过沟孔15。

因此，本发明的申请人注意到了定子铁心16、17的沟孔15由套管32及垫圈36而呈现部分相连接的状态，不能充分发挥抑制涡流的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效地抑制因定子而产生的涡流并能够提高发电效率的轮毂发电机及具有该轮毂发电机的自行车。

本发明的轮毂发电机10，在轮毂体12的内侧配置有永久磁铁14，在轮毂轴11上具有：在周围设置有与永久磁铁14的磁极相对面的多个极片74、75的两个定子铁心16、17、以及配置于该定子铁心16、17之间的卷绕线圈22，由夹持定子铁心16、17并设置在轮毂轴11上的定位部件30、31将两个定子铁心16、17定位并固定于轮毂轴11上；在定子铁心16、17上，从贯通轮毂轴11的孔13向外周缘开设有沟孔15，一个定位部件30是与轮毂轴11相螺纹结合的套管32，在该套管32的定子一侧形成有六角头部33，另一个定位部件31是与轮毂轴11相螺纹结合的螺母35，在与一个定位部件30相接触的一侧的定子铁心16突出设置有与六角头部33的对边抵接而防止套管32转动的止转突起79，在两定子铁心16、17的外面一侧与相对面的定位部件30、31之间，设置有绝缘物80，以防止定位部件一侧的导体跨越定子铁心16、17的沟孔15与定子铁心16、17相接触。

本发明的自行车，在前轮或后轮上装载有所述轮毂发电机10，该轮毂发电机10与前照灯46及/或尾灯构成电连接。

(发明效果)

定子铁心16、17由沟孔15在各自周方向形成电气阻断，而且，用于将定子铁心16、17固定于轮毂轴11的定位部件30、31一侧的导体，没有跨过沟孔15而直接与定子铁心16、17相接触，所以不会损害由沟孔15产生的对于定子铁心16、17的电气隔断效果。因此，能够使轮毂发电机10的发电效率提高。所以能够使轮毂发电机10小型化和轻量化，进而能够减小发电所需要的转矩。

本发明的自行车，由于装载有所述高发电效率的轮毂发电机10，发电所需要的转矩小，并能够使轮毂发电机10小型化，所以能够使自行车轻量化，也能够减小为了发电而作用在自行车脚踏板上的力。

附图说明

图1是装载有轮毂发电机的自行车的前轮部分的放大图。

图2是由一半轮毂轴的轴芯的截面表示轮毂发电机的图。

图3是与轮毂发电机的轴芯相垂直的截面图。

图4是定子的左视图。

图5是定子的右视图。

图6是定子的右视图。

图7是将定子安装于轮毂轴的状态的主视图。

图8是同上的左视图。

图9是同上的右视图。

图10是历来的定子的主视图。

图11是同上的右视图。

图12是同上的左视图。

图13是历来的例中将定子安装于轮毂轴上的状态的主视图。

图14是同上的右视图。

图15是同上的左视图。

图中：10—轮毂发电机，11—轮毂轴，12—轮毂体，16—定子铁心，17—定子铁心，22—线圈，30—定位部件，31—定位部件，32—套管，35—螺母，80—绝缘物。

具体实施方式

图1表示了在自行车40的前轮部分装载有本发明的轮毂发电机10的状态。

自行车40的可自由旋转地支撑前轮42的轮毂轴11，被安装在前叉44上，轮毂发电机10向配置于前轮42的横侧的前照灯46及配置于后轮侧的尾灯(未图示)等供给电力。前叉44支撑于本体框架48上，在前叉44的上端，安装有车把50及前车筐52。

如图2所示，轮毂轴11的两侧，用螺母固定在前叉44、44上，在轮毂轴11上，通过轴承54、54可自由旋转地装配有筒状的轮毂体12。在轮毂体12上，安装有多个辐条56，在该辐条56的外周，如图1所示，通过车圈58安装有轮胎60。

轮毂轴11上配置有定子，如图2所示，定子是由厚壁筒状的芯18、卷绕线圈22及一对定子铁心16、17所构成。

如图3所示，芯18具有沿轴向的全长开设有从外周面向内的多个狭长细缝24、26的结构。为了减小芯18的磁阻，希望芯18的径向厚度为7～9mm，还有，希望能够由铁氧体等粉末烧结材料或纯铁系的电磁软铁材料所形成。通过增大芯18的厚度，能够增大芯18的截面积，从而达到降低芯18的磁阻的目的。

希望芯18上开设的狭长细缝24的深度为6～7mm，希望一狭长细缝26开设到达筒的内面，在周方向上实行电绝缘。这是由于在芯18中通过交变磁通而在芯18中若产生涡流时，能够由上述狭长细缝24、26将芯18周方向上的电流切断，从而抑制在芯18周方向上产生涡流，具有防止因涡流引起发电效率低下的效果。

在芯18的外周，嵌合有卷绕着线圈22的线轴20。卷绕线圈22的一端通过导线22b连接于前照灯46，卷绕该线圈22的另一端22a，如后面所述，通过接地线板38连接于轮毂轴11，通过前叉44与前照灯46构成电气连接。

线轴20由合成树脂构成，如图2所示，呈现向外周开口、截面为“C”字形的环状体。在线轴20的内周面上，如图3所示，突起设置有一个或多个肋状物28，各肋状物28与芯18的狭长细缝24及/或狭长细缝26相嵌合，对芯18起到旋转停止与定位的作用。

在芯18的左右两侧，装配有定子铁心16、17。如图3、图4、图5所示，定子铁心16、17，是在圆盘体78的外周沿周方向等间隔地突出设置有向内弯曲的磁极片74、75的部件。一侧的定子铁心16的极片74嵌入在对面的对方定子铁心17的极片75、75之间而形成。定子铁心16、17可以由一般结构的轧制钢所构成。

如图4至图6所示，在定子铁心16、17的圆盘体78上，开设有从轮毂轴11贯通的中心孔13向外周边延伸的沟孔15。

从卷绕线圈22延伸的导线22b，通过一侧的定子铁心16的沟孔15而向外侧引出。

上述定子夹持在定子铁心16、17之间的芯18及容纳卷绕线圈22的线轴20上，由轮毂轴11上的定位部件30、31而决定在轮毂轴11上的位置并由此而固定。

实施例中一侧的定位部件30是设置在轮毂轴11上的靠接部件32a，另一侧的定位部件31是螺母35，详细地讲是螺母35、垫圈36与弹簧垫圈37的组合。

靠接部件32a，是作为决定定子的轮毂轴11上的端部位置的限位器的部件，在实施例中，是将套管32螺纹接合于轮毂轴11的靠接部件32a。套管32的定子一侧被形成为六角头部33。

在套管32上开设有为了嵌入所述卷绕线圈22的导线22b而从轮毂发电机10的外侧引出的槽部34。

如图7、图9所示，在套管32与该套管对面的定子铁心16之间安装有接地线板38，该接地线板38连接所述卷绕线圈22的一端22a。

如图6、图9所示，在所述套管32的定子铁心16的圆盘体78上，存在套管32的六角头部33的对边的间隔并突起设置有止转突起79。

本发明的特征在于，在与定子铁心16、17的外侧面相对面的定位部件30、31之间，存在有绝缘物80，能够防止跨越所述定子铁心16、17的沟孔15而使定位部件30、31一侧的导体与定子铁心16、17相接触。实施例中的绝缘物80是绝缘片82。

图6、图9所示的套管32一侧的绝缘片82，是以该套管32的六角头部33的对边长度为宽的大体长方形，中央开设轮毂轴11贯通的孔83。

图4所示的螺母35一侧的绝缘片82，呈现比垫圈36的直径大的圆形，中央开设有轮毂轴11贯通的孔83。

在接地线板38(导体)与定子铁心16之间，存在有嵌入在轮毂轴11上的绝缘片82。

在另一侧的定子铁心17与垫圈36(导体)之间，存在有嵌入在轮毂轴11上的绝缘片82，拧紧螺母35，通过弹簧垫圈37及垫圈36将定子铁心17向套管32一侧推压，将夹持芯18与线轴20状态下的定子铁心16、17，由套管32与螺母35定位并固定在轮毂轴11上。

这样，在自行车40行驶、车轮(前轮42)旋转时，转子相对于轮毂发电机10定子旋转。其结果是，永久磁铁14对于定子铁心16、17的极片74、75的外侧旋转移动。

当一侧的定子铁心16的极片74与永久磁铁14的N极相对面时，另一侧的定子铁心17的极片75与永久磁铁14的S极相对面，如图2的粗箭头所示，产生通过一侧的定子铁心16的极片74→圆盘体78→芯18→相对面的另一侧的定子铁心17的圆盘体78→极片75的磁通。

进一步旋转前轮42，当一侧的定子铁心16的极片74与S极相对面、另一侧的定子铁心17的极片75与N极相对面时，与上述相反，产生通过一侧的定子铁心17的极片75→圆盘体78→芯18→相对面的定子铁心16的圆盘体78→极片74的磁通。

伴随着前轮42的旋转，与定子铁心16、17的极片74、75相对面的永久磁铁14的磁极发生变化，由此，可交替产生上述磁力线，成为交变磁场。

由通过定子铁心16、17与芯18的交变磁力线，在卷绕线圈22中产生电流，从而进行发电。

此时，在定子铁心16、17中，伴随着上述交变磁场的通过，也会产生涡流。但是，在定子铁心16、17中，开设有从中心的孔13向外周延伸的沟孔15，定子铁心16、17在一处沿周方向被隔断，而且，用于将定子从其两侧紧固并固定于轮毂轴11上的定位部件30、31一侧的接地线板38及垫圈36，受阻于绝缘片82而使得与定子铁心16、17跨越所述沟孔15相接受到阻碍，所以具有抑制在定子铁心16、17的圆盘体78、78的周方向上产生涡流的效果，使发电效率得到提高。

在实施例的情况下，与不设置绝缘片82相比，发电效率能够从5.7V提高到5.85V，提高了约2.6％。

所以，能够达到轮毂发电机10的小型化与轻量化的目的，进而，能够减小发电所需要的转矩。

上述实施例，是为了说明本发明而阐述的，不应该理解为对技术方案范围中记述的发明的限制，或对范围的缩减。还有，本发明的各部分的结构也不限于上述实施例，在技术方案范围中记述的范围内能够进行各种变更。

例如，接地线板38也可以设置在螺母35一侧。

又，还可以省略接地线板38，将卷绕线圈的一端22a直接由焊锡焊接于套管32或螺母35上等，或者是将卷绕线圈的一端22a配置于套管32或螺母35一侧，连接于与轮毂轴11相连接的导体。

又，定子铁心16、17与定位部件30、31之间存在的绝缘物80也不限于绝缘片82。例如，在套管32的六角头部33的接触面、垫圈36的定子铁心17一侧的接触面上，可以利用各种树脂涂层等而形成绝缘层。

又，定子铁心16、17的圆盘体78的沟孔15，是从中央孔13向外周缘延伸而设置的，但没有必要一定按此形式贯通，只要是从孔13向外延伸，就能够取得抑制涡流的产生的效果。

Claims (4)

1.一种轮毂发电机，在轮毂体(12)的内侧配置有永久磁铁(14)，在轮毂轴(11)上具有：在周围设置有与永久磁铁(14)的磁极相对面的多个极片(74、75)的两个定子铁心(16、17)、以及配置于该定子铁心(16、17)之间的卷绕线圈(22)，由夹持定子铁心(16、17)并设置在轮毂轴(11)上的定位部件(30、31)将两个定子铁心(16、17)定位并固定于轮毂轴(11)上；其特征在于：

在定子铁心(16、17)上，从贯通轮毂轴(11)的孔(13)向外周缘开设有沟孔(15)，一个定位部件(30)是与轮毂轴(11)相螺纹结合的套管(32)，在该套管(32)的定子一侧形成有六角头部(33)，另一个定位部件(31)是与轮毂轴(11)相螺纹结合的螺母(35)，在与一个定位部件(30)相接触的一侧的定子铁心(16)突出设置有与六角头部(33)的对边抵接而防止套管(32)转动的止转突起(79)，在两定子铁心(16、17)与定位部件(30、31)之间，设置有绝缘物(80)，以防止定位部件一侧的导体跨越定子铁心(16、17)的沟孔(15)与定子铁心(16、17)相接触。

2.根据权利要求1所述的轮毂发电机，其特征在于：绝缘物(80)是嵌于轮毂轴(11)并与定位部件(30、31)相接触配置的绝缘薄片(81、82)。

3.根据权利要求1所述的轮毂发电机，其特征在于：绝缘物(80)是通过对与定子铁心(16、17)相接触的部件施加涂层而得到的绝缘层。

4.一种自行车，其特征在于：装载有权利要求1～3中任一项所述的轮毂发电机(10)，该轮毂发电机(10)与前照灯(46)及/或尾灯构成电连接。

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