CN102126530A

CN102126530A - 自行车用轮毂发电机

Info

Publication number: CN102126530A
Application number: CN2010105754399A
Authority: CN
Inventors: 福田齐
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-07-20

Abstract

本发明的目的在于提供一种无需在定子铁心、筒状铁心上设置狭缝就能抑制涡流损耗从而提高发电效率的自行车用轮毂发电机。该自行车用轮毂发电机(30)中，在轮毂体(12)的内侧配置有永久磁铁(14)，在轮毂轴(10)上具有在周部上设置有与永久磁铁的极片对置的多个极片(74、75)的两个定子铁心(16、17)、卷绕于配置在该定子铁心之间的线圈骨架(20)上的线圈(22)，其中，两个定子铁心在轮毂轴侧通过筒状铁心部(84a、84b)(一起构成筒状铁心(84))磁结合，定子铁心及/或筒状铁心由压粉磁心形成。筒状铁心部可以与定子铁心一体形成，也可以为不同体。

Description

自行车用轮毂发电机

技术领域

本发明涉及一种作为自行车的发电机的自行车用轮毂发电机。

背景技术

以往，自行车用的轮毂发电机如专利文献1所示，构成为：在自行车的轮毂体的内侧配置有永久磁铁，在周部上设置有与永久磁铁的极片对置的多个极片的两个定子铁心相面对地配置在轮毂轴上，在配置在该定子铁心之间的线圈骨架上卷绕有线圈。详细叙述的话，两个定子铁心在轮毂轴侧通过筒状铁心磁结合，在两个定子铁心之间的筒状铁心的外侧配置有卷绕在线圈骨架上的线圈。

两个定子铁心由通常结构用轧制钢材构成，为了抑制涡流损耗而从轮毂轴通过的中心的孔朝向外周方向形成有狭缝。并且，将两个定子铁心之间磁结合的筒状铁心由铁氧体系粉末烧结材料或纯铁系电磁软铁材料构成，同样为了抑制涡流损耗，在筒状铁心的外周面形成有朝向中心侧的多个狭缝。

专利文献1：日本特开2001-327139号公报

现有的轮毂发电机中，为了抑制涡流损耗而提高发电效率，在定子铁心或筒状铁心上形成有狭缝，因此产生难以使定子铁心或筒状铁心的外形尺寸精度稳定的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题而提出，其目的在于提供一种在定子铁心或筒状铁心上即使不设置狭缝也能够抑制涡流损耗而提高发电效率的自行车用轮毂发电机。另外，本发明的目的在于提供一种降低轮毂发电机旋转时的齿槽转矩(磁转矩)从而能够顺利且轻便地旋转的自行车用轮毂发电机。

本发明所涉及的自行车用轮毂发电机中，在轮毂体的内侧配置有永久磁铁，在周部上设置有与永久磁铁的极片对置的多个极片的两个定子铁心相面对地配置在轮毂轴上，并且在该定子铁心之间配置有卷绕在线圈骨架上的线圈，其中，所述两个定子铁心在轮毂轴侧通过筒状铁心磁结合，所述定子铁心及/或筒状铁心由压粉磁心(圧粉磁心)形成。

在此，所述筒状铁心可以从所述定子铁心一体地形成。这种情况下，优选所述两个定子铁心上分别一体成形有所述筒状铁心的各一半。

发明效果

根据本发明，两个定子铁心及/或筒状铁心由压粉磁心形成。压粉磁心是利用无机绝缘被膜包覆铁粉末等磁性粉末的表面并且为了磁性粉末不散开而利用粘结剂(绝缘树脂)结合的材料，将其加压成形而形成定子铁心或筒状铁心。由于铁粉末等磁性粉末与树脂混合，因此磁性粒子间电绝缘，能够抑制磁通在定子铁心、筒状铁心中流动时的涡流的产生。由此，能够抑制涡流损耗的产生而提高发电效率，另外，无需在定子铁心、筒状铁心上形成用于抑制涡流的狭缝，能够使定子铁心、筒状铁心的外形尺寸精度稳定化。

并且，为了能够提高发电效率，为了得到相同输出，能够抑制在轮毂体的内侧配置的永久磁铁的磁力，能够降低磁转矩，从而减小使轮毂发电机旋转所需要的旋转力，能够得到顺利且轻便的旋转(车轮的旋转)。

另外，由于压粉磁心中各磁性粉末没有直接结合，因此具有与铁氧体系粉末烧结材料或电磁钢板相比磁通通过平缓的特征。要使轮毂发电机小型轻量化，需要使用例如钕磁铁这样的磁力高的磁铁作为配置在轮毂体的内侧的永磁铁，但即使使用磁力高的永久磁铁，磁通在压粉磁心内也平缓地流动，因而能够降低轮毂发电机旋转时的齿槽转矩(磁转矩)，能够顺利且轻便地旋转。

另外，由于压粉磁心能够形成为三维的各种形状，因此能够将筒状铁心从所述定子铁心一体地形成，能够将部件个数削减为两个部件。在该情况下，若在两个定子铁心上分别一体形成筒状铁心的各一半，则能够实现部件的通用化。

附图说明

图1是本发明的轮毂发电机的包括轮毂轴方向的单侧(上部)的剖视图。

图2是该轮毂发电机的定子的分解主视剖视图。

图3是该轮毂发电机的定子铁心的侧视图。

图4是该轮毂发电机的定子的主要部分放大立体图。

图5是搭载有该轮毂发电机的自行车的前轮部分的放大侧视图。

图6是另一的实施例的定子的分解主视剖视图。

图7是该定子铁心的侧视图。

图8是又一实施例的轮毂发电机的包括轮毂轴方向的单侧(上部)的剖视图。

图9是该轮毂发电机的基于图8的A-A线剖视图。

图10是该轮毂发电机的定子的分解主视剖视图。

图11是该轮毂发电机的定子铁心的侧视图。

图12是轮毂发电机的定子铁心材料的特性图。

符号说明：

12轮毂体

14永久磁铁

10轮毂轴

74、75极片

16、17定子铁心

20线圈骨架

22线圈

84筒状铁心

84a、84b筒状铁心部

具体实施方式

图1是本发明的轮毂发电机30的包括轮毂轴方向的单侧(上部)的剖视图，图2是定子19的分解主视剖视图，图3是定子铁心16、17的侧视图，图4是定子19的主要部分放大立体图，图5表示搭载有轮毂发电机30的自行车40的前轮部分的放大图。

本发明的轮毂发电机30搭载于自行车40的前轮部分或后轮部分。以下，对在前轮侧搭载轮毂发电机30的示例进行说明。

如图5所示，自行车40中，将前轮42支承为旋转自如的轮毂轴10安装于前叉44上，轮毂发电机30向配置于前轮42的横向侧的前照灯46或配置于后轮侧的尾灯(未图示)等供给电力。前叉44支承于主体框架48，在前叉44的上端安装有车把50。52表示前筐。

如图1所示，轮毂轴10的两侧固定于前叉44、44，轮毂体12经由轴承54、54而旋转自如地配置在轮毂轴10上。

详述即，轮毂体12由轮毂壳体12a和盖12b构成，轮毂壳体12a的一端经由一方的轴承54及固定于轮毂轴10的轴承套筒11a而支承于轮毂轴10，轮毂壳体12a的另一端开放，盖12b压入轮毂壳体12a的另一端开放部而闭塞开放部，且盖12b经由另一方的轴承54及固定于轮毂轴10上的轴承套筒11b支承于轮毂轴10。

在轮毂轴10的比轴承套筒11a突出的部分，隔着螺母15而使一方的前叉44的前端通过，然后使垫片18及轮毂螺母21通过，并通过紧固轮毂螺母21而将轮毂轴10的一端侧固定于一方的前叉44。轴承套筒11a及螺母15由盖罩23覆盖。

在轮毂轴10的另一端侧的比轴承套筒11b突出的部分，隔着套筒13、输出端子部24、垫片25和螺母26而使另一方的前叉44的前端通过，然后使垫片27及轮毂螺母28通过，并通过紧固轮毂螺母28而将轮毂轴10的另一端侧固定于另一方的前叉44。输出端子部24、垫片25和螺母26由端子盖罩29覆盖。

在轮毂壳体12a上安装有多个辐条56，如图5所示，在该辐条56的前端经由轮圈58安装轮胎60。

在轮毂轴10上配置有定子19。定子19由左右一对定子铁心16、17、线圈骨架20和线圈22构成。

分别如图2、图3所示，在定子铁心16、17的圆盘体80、81的外周突出设置有多个向内弯曲的极片74、75。极片74、75以沿周向存在等间隔的间隙的方式配置，以使对置的另一方的定子铁心17的极片75位于定子铁心16的极片74之间。在圆盘体80、81的中心部形成有轮毂轴10通过的中心孔82、83。在圆盘体80、81的中心孔82、83的外侧，从圆盘体80、81一体地向内突出设置筒状铁心部84a、84b，筒状铁心部84a、84b的前端抵接而将定子铁心16、17磁结合。各筒状铁心部84a、84b仅向内侧突出设置相同的长度，将各筒状铁心部84a、84b对合而构成一个筒状铁心84，分别从定子铁心17、17突出设置筒状铁心84的各一半。

在上述的定子铁心16、17之间的筒状铁心部84a、84b的外周配置有收容发电线圈22的线圈骨架20。如此，在将配置有线圈22的定子19通过轮毂轴10至定子铁心17与轴承套筒11b抵接后，经由垫片51、弹簧垫片52而进行螺母紧固，由此能够将定子19安装到轮毂轴10上。

线圈22的电端部的一方经由引线72与输出端子部24连接，从输出端子部24与前照灯46连接，线圈22的电端部的另一方直接与轮毂轴10等连接，并经由前叉44与前照灯46电连接。在轴承套筒11b上形成有用于将引线72向输出端子24引导的槽。

在轮毂体12中配置有转子57。转子57通过在轮毂壳体12a的内周面经由磁轭56沿周向排列与所述定子铁心16、17的极片74、75的个数对应个数的永久磁铁14而构成。该永久磁铁14以内面侧交替成为N极、S极的方式配置。

对于上述结构的轮毂发电机30，在使自行车40行驶而使车轮(前轮42)旋转时，转子57相对于定子19旋转。其结果是，永磁铁14在定子铁心16、17的极片74、75的外侧移动。

在一方的定子铁心16的极片74与永久磁铁14的N极对置时，另一方的定子铁心17的极片75与永磁铁14的S极对置，产生通过一方的定子铁心16的极片74→圆盘体80→筒状铁心部84a→对置的另一方的定子铁心17的筒状铁心部84b→圆盘体81→极片75的磁通。

并且，前轮42旋转，而一方的定子铁心16的极片74与S极对置、另一方的定子铁心17的极片75与N极对置时，与上述相反，产生通过定子铁心17的极片75→圆盘体81→筒状铁心部84b→对置的定子铁心16的筒状铁心部84a→圆盘体80→极片74的磁通。

伴随前轮42的旋转，与定子铁心16、17的极片74、75对置的永久磁铁14的磁极发生变化，由此上述磁通交替产生，形成交变磁通。在通过定子铁心16、17和筒状铁心部84a、84b的交变磁通的作用下，在线圈22中产生电流，进行发电。

但是，交变磁通引起在定子铁心16、17中产生涡流，产生涡流损耗。为了提高发电效率，需要减小该涡流损耗。因此，在本发明中，着眼于定子铁心16、17的原材料，使用压粉磁心作为定子铁心16、17的原材料。作为压粉磁心可以示例出例如海格纳士(Hoganaes)公司的“SOMALOY500”、“SOMALOY700”和日本粉末冶金株式会社的“EU-65”、“EU-67”。

压粉磁心是利用无机绝缘被膜包覆铁粉末等磁性粉末的表面并且为了磁性粉末不散开而利用粘结剂(绝缘树脂)结合的材料，将其加压成形而形成定子铁心16、17。由于铁粉末等磁性粉末与树脂混合，因此磁性粒子间电绝缘，能够抑制磁通在定子铁心16、17的圆盘体80、81、筒状铁心部84a、84b中流动时的涡流的产生。

由此，能够抑制涡流损耗的产生而提高发电效率。另外，无需如背景技术中所述的那样在定子铁心16、17的圆盘体80、81和筒状铁心部84a、84b上形成用于抑制涡流的狭缝，能够使定子铁心16、17的外形尺寸精度稳定化。

另外，为了提高发电效率，也可以考虑加强永久磁铁的磁力，但若使用磁力强的磁铁则磁转矩变大，用于使轮毂发电机旋转所需要的旋转力变大，产生车轮的旋转变得沉重的问题，而定子铁心16、17中使用压粉磁心，抑制了涡流损耗，因此能够将用于得到相同输出所需要的永久磁铁的磁力抑制得低，能够减小磁转矩，从而减小用于使轮毂发电机旋转所需要的旋转力，能够使车轮顺利且轻便地旋转。

另外，压粉磁心是将磁性粉末和树脂等绝缘物混合而固化的材料，因此形状自由度高。因此，无需使用筒状铁心84与背景技术中所述的定子铁心不同体的构件，其中筒状铁心84将定子铁心16、17磁结合，如本发明的实施例这样，能够容易与定子铁心16、17一体地形成(筒状铁心部84a、84b)，能够削减部件个数。

这时，如实施例所示，若使筒状铁心部84a、84b各以一半的筒状铁心84的长度从各定子铁心16、17突出，则能够实现定子铁心16、17的部件的通用化，方便性良好。当然，突出设置的长度也可以不为各一半，可以仅从任一方的定子铁心16、17一体地突出。

在以上的实施例中，筒状铁心84一体地突出设置于定子铁心16、17，但也可以由压粉磁心与定子铁心16、17不同体地形成筒状铁心。图6示出这种情况下的定子19的分解主视剖视图，图7示出定子线圈的侧视图。通过与定子铁心16、17不同体的筒状铁心84将铁心16、17磁结合。在图6、图7中，对与图1至图4相同的部件标注相同的符号。在这种情况下，虽然部件个数增加，但形状变得简单，因此模具加工性及成形加工性提高。

另外，虽然在抑制涡流损耗的方面效果稍差，但可以使定子铁心16、17和筒状铁心84中的至少一方由压粉磁心形成。

图8至图11示出由压粉磁心形成筒状铁心84，且由电磁软铁板或通常轧制钢板形成定子铁心16、17的示例。图中，对与图1至图7相同的部件标注相同的符号。

由于定子铁心16、17由电磁软铁板或通常轧制钢板形成，因此，为了抑制涡流的产生，如图11所示，在定子铁心16、17的圆盘体80、81上，从其中心孔82、83朝向外周形成有狭缝86、87。在狭缝86、87的中途形成有供引线72通过的圆孔部90。

在筒状铁心84的外周，朝向轮毂轴10方向设置有一根槽88，在该槽88中嵌有向线圈骨架20的内侧突出设置的肋89来进行线圈骨架20的定位。

另外，为了轮毂发电机的小型化、轻量化，永久磁铁14使用磁力强的钕磁铁。永久磁铁14使用磁力强的磁铁时，磁转矩(齿槽转矩)变大，用于使轮毂发电机旋转所需要的旋转力变大，产生车轮的旋转变得沉重的问题，但由于压粉磁心的特性，可以使齿槽转矩不变大。

即，如图12所示的压粉磁心和其以外的材料的磁化曲线可知，由于压粉磁心中各磁性粉末没有直接结合，因此具有与铁氧体系粉末烧结材料或电磁钢板相比磁通通过平缓的特征。由此，即使使用如钕磁铁那样的磁力高的永久磁铁，磁通也在压粉磁心内平缓地流动，因而能够降低轮毂发电机旋转时的齿槽转矩(磁转矩)，能够顺利且轻便地旋转。另外，在图12中，曲线A表示电磁钢板的特性，曲线B表示通常轧制钢板的特性，曲线C表示压粉磁心的特性，曲线D表示软铁氧体的特性。

如此，永久磁铁使用磁力强的磁铁而使轮毂发电机能够小型化、轻量化，而通过筒状铁心84使用压粉磁心材料，能够降低齿槽转矩，能够使旋转顺利且轻便，且可抑制涡流损耗而有助于发电效率的提高。可以说，除筒状铁心84以外，由压粉磁心材料形成定子铁心16、17的情况也是同样的。

工业实用性

本发明作为能够提高发电效率的自行车用轮毂发电机是有用的。

Claims

1.一种自行车用轮毂发电机，其在轮毂体的内侧配置有永久磁铁，在周部上设置有与永久磁铁的极片对置的多个极片的两个定子铁心相面对地配置在轮毂轴上，并且在该定子铁心之间配置有卷绕在线圈骨架上的线圈，所述自行车用轮毂发电机的特征在于，

所述两个定子铁心在轮毂轴侧通过筒状铁心磁结合，所述定子铁心及/或筒状铁心由压粉磁心形成。

2.根据权利要求1所述的自行车用轮毂发电机，其特征在于，

所述筒状铁心从所述定子铁心一体地形成。

3.根据权利要求2所述的自行车用轮毂发电机，其特征在于，

所述两个定子铁心上分别一体成形有所述筒状铁心的各一半。