CN1194879C - 自行车用轮毂发电机及自行车 - Google Patents

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Abstract

一种自行车用轮毂发电机以及装有该装置的自行车，能够减小定子磁心的磁阻，同时控制涡电流的发生，提高发电效率。将永久磁铁14配置在轮毂12的内侧、在轮毂轴10的圆周上设置着与永久磁铁14的磁极相向的多个极靴的2个定子磁心16、17，和卷绕于配置在该定子磁心16、17之间的线圈骨架20上的线圈22的自行车用轮毂发电机上，定子磁心16、17通过筒状的磁心18磁力结合在轮毂轴一侧，在该磁心18的外圆周面上，在与轮毂轴10平行的方向上开设有一个或者多个槽24。

Description

自行车用轮毂发电机及自行车
技术领域
本发明涉及自行车发电用的轮毂发电机的磁心的改良。
背景技术
作为自行车发电用的轮毂发电机，在特开平7-291166号公报(B62J6/12)上公开了一种轮毂发电机93，如图7所示的那样，在自行车的前轮或者后轮的轮毂轴10上，配备一对定子磁心90、91，在该定子磁心90、91的内部收容卷绕着发电线圈22的线圈骨架20而构成定子，在自由旋转地被支承在轮毂轴10上的轮毂12上，与上述定子相向配置永久磁铁14而构成转子。永久磁铁14，将N极和S极在圆周方向上交替排列而构成(参照图2)，定子磁心90、91，在各自的外圆周面上将与N极或者S极之一相向的极靴按照永久磁铁14的磁极的间距突出设置。因此，在一边的定子磁心90与永久磁铁14的N极相向时，另一边的定子磁心91与S极相向，形成N极→定子磁心90→与轮毂轴10的连接部分→定子磁心91→S极的磁路。
发电线圈22的电端部，通过引线72等连接在自行车的灯(未图示)上。
轮毂发电机93的发电，按照下面的要领进行。
也就是说，车轮旋转，则安装在与车轮一起整体旋转的轮毂12上的永久磁铁14就旋转。由永久磁铁14发出的磁通，相向的定子磁心90、91的一边为N极、另一边为S极的状态，和一边为S极、另一边为N极的状态交替重复而在磁路中产生交变磁通。通过在发电线圈22的内侧产生的该交变磁通，电流在发电线圈22中流动，进行发电。
产生在定子磁心90、91中的交变磁通，如图7中箭头所示的那样，绕定子磁心90、91一周。
由于定子磁心90、91在中心部分、即与轮毂轴10的固定侧互相连接，所以有在定子磁心90、91的连接部分磁阻较大的问题。因而，在上述公报中，为了减小定子磁心90、91之间的磁阻，在定子磁心90、91的连接部分，如图7所示的那样配置筒状的辅助磁心94，以力图减小定子磁心90、91的连接部分处的磁阻。
在定子磁心90、91中，随着交变磁通的通过而产生涡电流。由于涡电流降低发电效率，所以必须尽可能控制涡电流的发生，但是在上述构造的轮毂发电机93中，由于在定子磁心90、91的连接部分处，交变磁通的通过量较多，故产生的涡电流也就大，因而不能充分提高发电效率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够减小定子磁心的磁阻，同时控制涡电流的发生，提高发电效率的自行车用轮毂发电机及装有该装置的自行车。
为了解决上述课题，本发明之1中所述的轮毂发电机30，在轮毂12的内侧配置有永久磁铁14、在轮毂轴10的圆周上设置着与永久磁铁14的磁极相向的多个极靴的2个定子磁心16、17，和卷绕于配置在该定子磁心16、17之间的线圈骨架20上的线圈22，定子磁心16、17通过筒状的磁心18磁力结合在轮毂轴一侧，在该磁心18的外圆周面上，在与轮毂轴10平行的方向上开设有一个或者多个槽24。
另外，本发明之2所述的自行车用轮毂发电机30，将开设在磁心18上的槽中的1个槽26，一直到达磁心18的内表面，在磁心18的一部分上，在圆周方向上断开。
本发明之3所述的自行车用轮毂发电机30，磁心18由粉末烧结材料或者纯铁类电磁软铁材料制造。
并且，本发明之4所述的自行车用轮毂发电机30，在线圈骨架20上突出设置着朝向内侧的筋(28)，通过将该筋(28)嵌合在形成于磁心18的外圆周面上的槽24以及/或者槽26中，磁心18被定位在线圈骨架20上。
本发明之5所述的自行车用轮毂发电机30，在轮毂12的内侧配置有永久磁铁14、在轮毂轴10的圆周上设置着与永久磁铁14的磁极相向的多个极靴的2个定子磁心16、17，和卷绕于配置在该定子磁心16、17之间的线圈骨架20上的线圈22的自行车用轮毂发电机上，定子磁心16、17通过粉末烧结材料制造的筒状的磁心18磁力结合在轮毂轴一侧。
本发明之6所述的自行车用轮毂发电机30，在配置有永久磁铁14配置在轮毂12的内侧、在轮毂轴10的圆周上设置着与永久磁铁14的磁极相向的多个极靴的2个定子磁心16、17，和卷绕于配置在该定子磁心16、17之间的线圈骨架20上的线圈22的自行车用轮毂发电机上，定子磁心16、17通过纯铁类电磁软铁材料制造的筒状的磁心18磁力结合在轮毂轴一侧。
本发明之7所述的自行车40，在前轮或者后轮上装有上述发明之1至6的任意一项所述的轮毂发电机30，将该轮毂发电机30与前灯46和/或尾灯进行电连接。
本发明之1所述的自行车用轮毂发电机30，由于在磁心18的外圆周面上开设着槽24、26，所以磁心18通过槽24、26而在圆周方向上电绝缘。因此，能够利用槽24、26隔断在磁心18的圆周方向上流动的涡电流，能够实现发电效率的提高。所以，能够实现轮毂发电机30的小型化以及轻量化，并且能够减小发电所需的扭矩。
本发明之2所述的自行车用轮毂发电机30，通过利用1个贯通槽26将筒状的磁心18断开，能够完全实现磁心18的圆周方向的电绝缘。所以，能够大幅度减小在磁心18的圆周方向上流动的涡电流的产生，实现发电效率的进一步提高。
另外，本发明之3所述的自行车用轮毂发电机30，通过将磁心18用磁阻小的粉末烧结材料或者纯铁类电磁软铁材料制造，能够控制交变磁通的衰减，所以能够提高发电效率。
本发明之4所述的自行车用轮毂发电机30，由于不是将磁心18直接固定在轮毂轴10或者线圈骨架20上，而是使突出设置在线圈骨架20的内表面上的筋(28)和槽24以及/或者槽26相嵌合，将磁心18定位，所以即使由于自行车的震动而使磁心18受到冲击，与将磁心18直接固定在轮毂轴10上的情况相比，冲击力通过筋(28)被吸收，很难将力施加到磁心18上，从而防止磁心18的破损。特别是在利用粉末烧结材料制造磁心18的情况下，虽然粉末烧结材料硬而脆，但是通过控制磁心18上产生的应力，能够有效地防止破损。
还有，本发明之5或6所述的自行车用轮毂发电机30，由于利用磁阻小的粉末烧结材料或者纯铁类电磁软铁材料制造磁心18，所以能够提高发电效率，同时能够将轮毂发电机30小型化。
本发明之7所述的自行车，作为发电机装有上述发电效率优良的轮毂发电机30，发电所需的扭矩小，而且能够实现轮毂发电机30的小型化，所以能够实现自行车的轻量化和减小发电所需的自行车的脚踏力。
附图说明
下面对附图及其符号进行简单说明。
图1为含有本发明的轮毂发电机的轮毂轴的剖视图。
图2为沿着图1的线II-II的剖视图。
图3(a)为定子磁心的侧视图，(b)为定子磁心的主视图。
图4(a)为磁心的侧视图，(b)为磁心的主视图。
图5为装有本发明的轮毂发电机的自行车的前轮部分的放大图。
图6为实施例中使用的切槽1～切槽6的磁心的侧视图。
图7为含有以前的轮毂发电机的轮毂轴的剖视图。
在上述附图中，10—轮毂轴，12—轮毂，14—永久磁铁，16—定子磁心，17—定子磁心，18—磁心，20—线圈骨架，22—线圈，24—槽，26—槽，30-轮毂发电机。
具体实施方式
图1为含有本发明的轮毂发电机30的轮毂轴方向的剖视图，图2为沿着图1的线II-II的剖视图，图3(a)为定子磁心16、17的侧视图，图3(b)为定子磁心的主视图，图4(a)为磁心18的侧视图，图4(b)为磁心18的主视图，图5表示装有轮毂发电机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，装在自行车40的前轮部分或者后轮部分。下面就将轮毂发电机30装在前轮一侧的例进行说明。
自行车40如图5所示的那样，自由旋转地支承前轮42的轮毂轴10安装在前叉(44)上，向配备在前轮42侧面的前灯46或者配备在后轮一侧的尾灯(未图示)等供应电力。前叉(44)被支承在本体车架(48)上，在前叉(44)的上端，安装着车把(50)和前车筐52。
如图1所示，轮毂轴10两侧固定在前叉44、44上，筒状的轮毂12通过轴承5454自由旋转地配备在轮毂轴10上。在轮毂12上，安装着多个辐条56，在该辐条56的外圆周上，如图5所示的那样，通过轮胎钢圈58安装着轮胎60。
在轮毂轴10上，配备着定子。定子如图1所示，由筒状的磁心18，线圈骨架20、发电线圈22以及一对定子磁心16、17构成。
磁心18如图4(a)、(b)所示，从外圆周面向着内侧开设着多个槽24、26而构成。为了减小磁心18的磁阻，最好磁心18的径向的厚度为7～9mm，而且最好由铁氧体等粉末烧结材料、或纯铁类电磁软铁材料形成。通过将磁心18较厚地形成，能够增大磁心18的截面积，能够实现磁阻的减小。
开设在磁心18上的槽24，最好深度为6～7mm，最好1个槽26一直开设到筒的内表面，在圆周方向上电绝缘。
在磁心18的外圆周上，嵌有卷绕着发电线圈22的线圈骨架20。发电线圈22的电端部，一边通过引线72与前灯46连接，另一边直接与轮毂轴10等连接，通过前叉(44)电连接在前灯46上。线圈骨架20能够用树脂材料制造，如图1所示，能够例举出朝向外圆周开口的截面为コ字形的环状体。在线圈骨架20的内圆周面上，如图2所示，突出设置着1个或者多个筋(28)，各筋(28)与磁心18的槽24和/或槽26嵌合，磁心18被止转以及定位。
在磁心18的左右两侧，配置着定子磁心16、17。定子磁心16、17如图3(a)、(b)所示，在圆盘80的外圆周上，突出设置着很多朝向内侧弯曲的极靴74、75。极靴74和与之相对的定子17的极靴75以等间隔的间隙而形成。定子磁心16、17，能够由一般结构用轧制钢材构成。
最好在定子磁心16、17的圆盘80上，从中心朝向外圆周方向开切口76，控制定子磁心16、17上的涡电流的产生。在该切口76处，能够穿过从发电线圈22伸出的引线72。
上述定子在定子磁心16、17之间夹持磁心18以及收容有发电线圈22的线圈骨架20，穿过轮毂轴10之后，利用螺栓81固定，能够安装在轮毂轴10上。
在轮毂12上，配置着转子。转子由与上述定子磁心16、17的极靴74、75的数量对应的数量的永久磁铁14在圆周方向上排列构成，该永久磁铁14其内面一侧交替成为N极、S极而配置着。
上述构造的轮毂发电机30，使自行车40行进，前车轮42旋转，则转子相对于定子旋转。其结果永久磁铁14在定子磁心16、17的极靴74、75的外侧移动。
一边的定子磁心16的极靴74与永久磁铁14的N极相向时，另一边的定子磁心17的极靴75与永久磁铁14的S极相向，如图1中箭头所示，产生通过一边的定子磁心16的极靴74→圆盘80→磁心18→相向的另一边的定子磁心17的圆盘80→极靴75的磁通。
前轮42进一步旋转，一边的定子磁心16的极靴74与S极相向，另一边的定子磁心17的极靴75与N极相向，则与上述相反，产生通过一边的定子磁心17的极靴75→圆盘80→磁心18→相向的定子磁心16的圆盘80→极靴74的磁通。
通过随着前轮42的旋转，而与定子磁心16、17的极靴74、75相向的永久磁铁14的磁极发生变化，上述磁通交替产生，成为交变磁通。
通过穿过定子磁心16、17和磁心18的交变磁通，在发电线圈22中产生电流，进行发电。
此时，虽然由于穿过磁心18的交变磁通，而在磁心18中产生涡电流，但是在本发明中，因为通过开设在磁心18的圆周面上的槽24、26，隔断了在磁心18的圆周方向的电流的流动，所以涡电流不在磁心18的圆周方向上流动。因此，能够控制涡电流的产生，能够防止由于涡电流而导致的发电效率的降低。
实施例
制造改变开设的槽24、26的数量以及材料的磁心18，分别组装在轮毂发电机30上，比较了发电电压。
磁心的形状为在外径26mm、内径9mm、长度21mm的圆筒状的物体上，如图6所示开设槽24、26。开设在磁心18上的槽24、26的数量，如图6所示，为0个(切槽1)、1个(切槽2)、2个(切槽3)、4个(切槽4)、8个(切槽5)、12个(切槽6)。
磁心18的材料如表1所示，切槽1～6用碳含量低的一般低碳钢(一般结构用轧制钢材SS400(SS41))制造，对这些切槽实施退火热处理。并且，切槽1为对比例。
另外，关于切槽1和切槽2，并且用纯铁类电磁钢材(电磁软铁SUYB0～SUYB3)以及铁氧体类粉末冶金磁性材料(氧化铁类软磁性材料)制造磁心。
测定条件如下。
·车轮转速：120rpm(按26英寸的车轮相当于15km/h)
·定子磁心：T2.3 SPCC、退火、带切口76(参照图3)
·发电线圈：Φ0.65mm×325匝
结果在表1中表示。并且，发电电压用以铁氧体类粉末冶金磁性材料的切槽1为100时的相对值表示。
                                                表1
  切槽No.     1     2     3     4     5     6
  槽数量     0     1     2     4     8     12
发电电压(％)   一般低碳钢     93     94     95     96     97     94
  纯铁类电磁钢材     96     97     -     -     -     -
  铁氧体类粉末冶金磁性材料     100     100     -     -     -     -
参照表1可以看到，用一般低碳钢制造的磁心通过开设槽，发电电压得到提高。但是开设了12个槽的切槽6反而比开设了8个槽的切槽5还要差。这是由于槽的开设数量过多，磁阻就会增大的原因所致。因此，开设槽的数量以1个以上12个以下为宜，最好为2个以上8个以下。
特别是，槽的数量为4个、8个的切槽4、5，具有与纯铁类电磁钢材几乎同等的性能。通过这样调节槽的数量，能够将加工性能优良、廉价的一般低碳钢用于高性能的磁心。
由此可看出，用纯铁类电磁钢材以及铁氧体类粉末冶金磁性材料制造的切槽1和切槽2都发挥了较高的发电效率。这是通过使用磁阻小、导电性低的材料，能够一面产生交变磁通，一面控制涡电流的产生的结果。
上述实施例的说明，为用于说明本发明的内容，不应理解为在权利要求中限定所述的发明，或者缩小该范围。而且，本发明的各部分构造不局限于上述实施例，可以在本发明所述的技术范围内进行各种变形。

Claims (5)

1.一种自行车用轮毂发电机，在轮毂(12)的内侧配置有永久磁铁(14)、在轮毂轴(10)的圆周上设置着与永久磁铁(14)的磁极相向的多个极靴的2个定子磁心(16)(17)，和卷绕于配置在该定子磁心(16)(17)之间的线圈骨架(20)上的线圈(22)，其特征在于，定子磁心(16)(17)通过筒状的磁心(18)磁力结合在轮毂轴一侧，在该磁心(18)的外圆周面上，在与轮毂轴(10)平行的方向上开设有多个槽(24)。
2.根据权利要求1所述的自行车用轮毂发电机，将开设在磁心(18)上的槽中的1个槽(26)，一直到达磁心(18)的内表面，在磁心(18)的一部分上，在圆周方向上断开。
3.根据权利要求1或2所述的自行车用轮毂发电机，磁心(18)由粉末烧结材料或者纯铁类电磁软铁材料制造。
4.根据权利要求1或2所述的自行车用轮毂发电机，在线圈骨架(20)上突出设置着朝向内侧的筋(28)，通过将该筋(28)嵌合在形成于磁心(18)的外圆周面上的槽(24)(26)中，磁心(18)被定位在线圈骨架(20)上。
5.一种自行车，在前轮或者后轮上装有所述权利要求1或2所述的轮毂发电机(30)，将该轮毂发电机(30)与前灯(46)和/或尾灯进行电连接。
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Assignee: Suzhou Sanyang Electromechanical Co., Ltd.

Assignor: Panasonic bicycle Technologies Ltd

Contract record no.: 2013990000022

Denomination of invention: Dynamo arranged in the wheel hub of bicycle and the bicycle

Granted publication date: 20050330

License type: Common License

Record date: 20130116

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