JP2003507003A - 改良された小型発電機及びそれを具備する発光ホイール並びにその製造方法 - Google Patents

改良された小型発電機及びそれを具備する発光ホイール並びにその製造方法

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テルテック コーポレイション リミテッド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】改良された発電機及びそれを具備した発光ホイール並びにその製造方法を提供する。 【解決手段】発電機を小型軽量化し電気子コイルと永久磁石の磁束方向とを直交させて電磁気誘導を効率化するために、電気子アームと電気子コイルの組立体構造を改良し、磁性はフェライト系より９〜１０倍強いが衝撃に非常に弱いランタン族の希土類系永久磁石を厚さ１.２mmの薄いリング状で使用できるように、その永久磁石の衝撃損傷を防止するために緩衝器上に永久磁石を配置した永久磁石組立体の構造に改良した。また、発電機と発光素子とのリード線接続を容易にし、電気子コイル組立体と一体に射出されるホイールハブ成形時にリード線が傷つくことを防止するために、電気子コイル組立体に中空のリード線保護用案内突出部を具備して、既存の発電機より顕著に小型軽量化され耐久性がありホイールの製作効率、即ち量産性を高め、ホイールを交替しやすくする。また、改良された発電機はローラースケートのホイールに設けられるように超小型化され、ホイールの回転力により誘導された電流によって色別に発光素子が共に発光されることによって、使用者及び他人に興味を誘発させ、使用者の位置確認が容易で、暗い環境で発生し得る事故の危険を減らす。また、発光ホイールの製造方法は、別の金属回路板をホイールハブに取り付ける前または後に発光素子を自動化ロボットによって金属回路板に取り付け、ホイールハブに簡単に嵌め込んで製造するので、発光素子の溶接にかかる多くの人員を減らしホイールの組立工程を単純化し、発電機と発光素子との結線を容易にして不良率を低め量産性を高める。また、高価のランタン族の希土類磁石を使用する場合、緩衝装置を通じて永久磁石を固定することによって磁石を薄くすることができ、経済性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 ［技術分野］ 本発明は、改良された発電機及びそれを具備した発光ホイール及びその発光ホ
イールの製造方法に係り、より詳細には、既存の発電機より電磁気誘導が効率的
で、発電機の構造が単純化されてホイールに内蔵されてもホイールにおいて非常
に重要なホイール構造の機構的な安定性及び運動性を低下させず、発光ホイール
の製造効率、即ち量産性を高め、使用者がホイールを交替しやすく、既存アクス
ルに対してその直径に関係なく互換性を有する、改良された発電機及びそれを具
備した発光ホイール並びにその製造方法に関する。 ［背景技術］ 発光メカニズムを具備したローラースケートホイールに関連する様々なタイプ
の従来技術が提案されている。
【０００２】 その中で、米国特許４,２９８,９１０号のように、発電機を内蔵したローラー
スケートホイールでは、永久磁石が内部静止体に固定され、電磁気誘導コイルを
具備した外部回転体がベアリングを通じて回転したとき、外部回転体内の電磁気
誘導コイルに永久磁石との電磁誘導により電流が誘導されて外部回転体内に設け
られた発光素子を発光させる。
【０００３】 しかし、このようなローラースケートホイールの構造は、電磁誘導機構がコン
パクトでないだけでなく、電気子アーム(armature arm)のない構造であるため、
永久磁石の磁場の方向が電磁誘導コイルの方向に電磁気的に結合しておらず電磁
誘導が円滑に発生しない。また、回転する電気子コイルがハブの外部に取付けら
れているために、全体的にホイールの構造が弱められ、ホイールの走行時に受け
る衝撃によって永久磁石が損傷を受け易い。
【０００４】 また、発光素子をホイール内部に取り付けるプロセスと電気子コイルと発光素
子とを結線するプロセスが手作業で行われるので、ホイールの量産が困難である
。
【０００５】 一方、他の先行技術として米国特許５,５８０,０９３号の場合のようにインラ
インローラースケートのホイールに発光メカニズムを装着した例がある。しかし
、これも電磁誘導機構がコンパクトでなく、電気子アームがあるものの、永久磁
石の方向と電気子コイルの方向が垂直構造ではなく平行構造であるので、電気子
アームが長くなり電磁誘導が弱くなる。また、走行中の衝撃から永久磁石の損傷
を保護する装置がないので、磁力は強いが衝撃に弱い化学周期率表上のランタン
族のネオジムまたはサマリウムのような希土類系永久磁石は使用時に破損し易い
ために使用できず、相対的に耐衝撃性の強いフェライト系永久磁石が使用される
。したがって、発電機の効率が落ちることはもちろん、発電機のサイズと重要が
大きくなる。更に、電気子コイルと発光素子との結線が容易でなくて量産性に問
題が多い。
【０００６】 また、さらに他の先行技術として米国特許５,８１０,４５０号では、永久磁石
の周囲を回転する電気子コイルの構造を採用しているが、前述した先行技術のよ
うに走行中の衝撃からの永久磁石の損傷保護装置がなく、磁力は強いものの衝撃
に弱い化学周期率表上のランタン族のネオジムまたはサマリウムのような希土類
系永久磁石は使用時に破損し易い。したがって、相対的に耐衝撃性の強いフェラ
イト系永久磁石が使用され、そのために、発電機の効率が落ち、発電機のサイズ
及び重量が大きくなり、発光輝度が低くなり、また、ホイール自体の機構的な安
定性及び運動性が低くなる。さらに、電気子コイルと発光素子との結線が容易で
はなく、量産性にも問題がある。また、ホイールの内部を支えるホイールハブを
一体で射出成形できず、半ホイールハブの２つを接着剤により組み立てるため、
組立コストが非常に高くなり、ホイール全体の堅固性が落ちる。 ［発明の開示］ 前述した従来の問題点を解決するため、本発明の１つの目的は、電磁誘導が効
率的になされ、耐久性及び量産性に富み、超小型の構造を有する改良された小型
発電機を提供することにある。
【０００７】 本発明の他の目的は、電磁誘導が円滑になされ、耐久性及び量産性に富み、超
小型の構造を有する改良された小型発電機を具備する発光ホイールを提供するこ
とにある。
【０００８】 本発明の他の目的は、発電機を構成する永久磁石組立体と電気子コイル組立体
の構造を改良して機構的な耐久性、安定性及び運動性及び商業的な経済性及び生
産性が改良された小型発電機を具備した発光ホイールを提供することにある。
【０００９】 本発明の他の目的は、発光素子取り付け回路ボードを発光素子及び効率的な発
光のために必要な他の回路素子の取り付けを容易化するために使用し、電気子コ
イルとの結線を容易にして量産性を高めた、改良された小型発電機を具備する発
光ホイールを提供することである。
【００１０】 本発明の他の目的は、電磁気誘導を容易にする構造を有する電気子コイル組立
体と一体化したホイールハブを射出成形する時に、損傷なくリード線を発光素子
取り付け回路ボードまで延ばすことができ、生成された電流を別の発光素子取り
付け回路ボードを用いる発光素子に伝達する工程を単純化して量産性を高めた発
光ホイールの製造方法を提供することである。
【００１１】 したがって、第１の目的を達成するために、ホイールの回転に従って電気を発
生する改良された発電機が提供される。この発電機は、静止しているホイールア
クスル上に取り付けられたベアリングスペーサを固定して取り囲む緩衝器を取り
囲むリング状永久磁石組立体を備える。前記リング状永久磁石組立体では、永久
磁石が固定され、その磁極は円周方向に交互に配置されている。また、この発電
機は、前記永久磁石組立体上に交互に配置された磁極によって交互に磁化される
電気子アームにより電気子コイルに電磁誘導を生じるように前記永久磁石組立体
を非接触状態で同心状に取り囲んで回転するリング状電気子コイル組立体を備え
る。前記リング状電気子コイル組立体では、外部と接続できるようにリード線が
突出し外部に接続されるように案内される。また、この発電機は、前記電気子コ
イル組立体の両側に取り付けられてホイールアクスルとベアリングスペーサによ
って支持されるベアリングを備える。前記ベアリングは、前記電気子コイル組立
体の回転時に回転しない静止ベアリング部と、前記電気子コイル組立体の回転時
に回転する回転ベアリング部とを含む。また、この発電機は、前記永久磁石組立
体がホイールアクスル上のベアリングスペーサの周りに固定して挿着され、ハブ
射出時に共にモールディング固定された前記電気子コイル組立体が前記ベアリン
グにより支持されて回転体をなすハブ組立体を備える。
【００１２】 第２及び第３の目的を達成するため、ホイールの回転時に発光素子を動作させ
るための電磁気誘導メカニズムを有する発光ホイールが提供される。この発光ホ
イールは、発電機組立体を備える。前記発電機組立体は、ベアリングスぺーサ上
に固定された緩衝器によって固定されたリング状永久磁石組立体を有する。前記
リング状永久磁石組立体では、放射方向に磁極が交互に配置されている。また、
前記発電機組立体は、前記永久磁石組立体上に交互に配置された磁極によって交
互に磁化される電気子アームにより電気子コイルに電磁気誘導を生じさせるよう
に、前記ベアリングスぺーサに固定された前記永久磁石組立体を非接触状態で包
んで回転するリング状電気子コイル組立体を有する。前記リング状電気子コイル
組立体では、外部に接続されるリード線が突出し外部に接続されるように案内さ
れる。また、前記発電機組立体は、緩衝器と、ベアリングの内輪に支持されるベ
アリングスぺーサとに結合されたベアリングを有する。前記ベアリングの内輪は
、前記永久磁石組立体を前記電気子コイル組立体の回転時に回転させない静止ベ
アリング部である。また、前記発光ホイールは、発光素子取り付け回路ボードを
備える。前記発光素子取り付け回路ボードは、その上に発光素子が一つ以上取り
付けられ、同時に必要に応じて発光素子を効率的に発光させるための回路が取り
付けられ、前記ホイールハブと一体的に組み立てられた前記電気子コイル組立体
からのリード線コイルが接続される。また、前記発光ホイールは、ホイールハブ
組立体を備える。前記ホイールハブ組立体は、内部フレーム部を有し、前記内部
フレーム部は、複数個のフレームを有し、前記ベアリングの外輪により支持され
る。前記内部フレームには、前記発電機組立体が挿着される。また、前記ホイー
ルハブ組立体は、前記内部フレーム部から延びており、また、前記発光素子取り
付け回路ボードに沿って、実質的に透明な材質のホイール内に配置される外部フ
レーム部を有する。
【００１３】 本発明において、望ましくは、前記永久磁石及び前記緩衝器は、前記ベアリン
グの内輪に支持され、多様な直径のホイールアクスルに対する互換性確保のため
に多様な直径のホイールアクスルが円滑に挿入され得る内径を有し、部分的に前
記ベアリングにアクスルが貫通する内輪ホール(ベアリング内径部)の一部に挿入
される段を有するベアリングスぺーサに固定され、前記永久磁石にかかる衝撃を
吸収するために、その円周の周りに突出した複数の緩衝翼を有する緩衝器、及び
、前記緩衝器上に固定され放射方向に磁極が交互に配置されたリング状の永久磁
石を含む。
【００１４】 本発明において、望ましくは、前記リング状電気子コイル組立体は、内部に電
気子コイルが巻かれている電気子コイルスプールと、電気子アームがカバー面に
対して直角に一定間隔で突出して配置されている第１ハーフカバーと、前記第１
ハーフカバーの電気子アームと互い違いにそのカバー面に対して直角に突出する
ように配置され、前記第１ハーフカバーの上段で結合されて前記電気子コイルス
プールを取り囲む構造を有する第２ハーフカバーを含み、回転時に永久磁石の交
互に配置された磁極から前記第１ハーフカバーの電気子アームに誘導される極性
と前記第２ハーフカバーの電気子アームに誘導される極性とが交互に変化して電
気子コイルに電流が誘導される。
【００１５】 本発明において、望ましくは、前記電気子コイル組立体の前記電気子コイルス
プールは、第１ハーフカバーの上段に形成された穴を通して電気子コイルリード
線を外部に案内するための溝を有する突出ガイド管を含み、また、電気子コイル
とハブが一体的に射出成形され、これにより、電気子コイルとハブが射出成形さ
れる時に電気子コイルリード線が損傷することを防止し、また、前記電気子コイ
ルリード線を前記発光素子に接続することを容易にする。
【００１６】 本発明において、望ましくは、前記発光素子取り付け回路ボードは、薄いリン
グ状、半円形、４分円形またはそれ以下の導体板で構成され、また、円周に沿っ
て所定間隔ごとに複数の発光素子及び必要な電気素子が取り付けられ、一つの発
光素子に前記電気子コイルリード線の前記電気子リード線コイルを接続すること
により全ての発光素子が接続される。
【００１７】 本発明において、望ましくは、前記発光素子は、前記導体板の表面上に実装さ
れるバルブLEDチップ或いは発光ダイオードであり、発光ダイオードがバルブ状
の場合は、前記発光ホイールは、透明なバルブ保護キャップをさらに含む。
【００１８】 前記本発明の発光ホイールは、ローラースケート、インラインスケート、スケ
ートボードまたはバウンドスケートに適した直径と長さの棒状構造の締結ボルト
によりローラースケートのフレームに締結される柔軟な構造を有し、そのため、
スケートの様々なメーカーによって製造される様々な長さ及び直径を有するアク
スルにもよく合う。
【００１９】 第４の目的を達成するために、ホイールの回転によって発電する発光メカニズ
ムを具備する発光ホイールの製造方法が提供される。この製造方法は、永久磁石
への衝撃を防止する緩衝翼を有する緩衝器を永久磁石で取り囲んで永久磁石組立
体を形成する段階と、電気子コイルが取り付けられたスプールを取り囲む両カバ
ーから電気子アームが互い違いに突出しており、また、電気子コイルを外部に案
内する突出案内管を有する電気子コイル組立体を形成する段階と、ホイールハブ
が射出成形される時に挿入射出して電気子コイル組立体がモールディングされた
ハブを射出成形する段階と、その上の前記ホイールハブの外部フレームの部分に
発光素子が取り付けられる導体板を取り付ける段階と、前記電気子コイル組立体
からのリード線コイルを前記発光素子中の一つに結線する段階と、前記ホイール
ハブの外部フレームに固着されるウレタン鋳型を形成する段階と、透明な液状ポ
リウレタン樹脂をそこに注入することにより前記ホイールハブの前記外部フレー
ム上にウレタンタイヤが射出製造され固着される鋳型に前記ホイールハブを挿入
してホイールを形成する段階と、前記ポリウレタン樹脂が固化されたときに前記
鋳型を分離する段階と、前記ホイールハブの一方の側面を通して突出した前記ベ
アリングスペーサにベアリング及びブッシングを嵌め込んでホイールを組み立て
る段階と、前記ホイールに前記永久磁石組立体と共に突出した前記ベアリングス
ペーサにベアリング及びブッシングを嵌め込んでホイールハブの他の側面を通し
て組み立てる段階とを含む。 ［発明を実施するための最良の態様］ 以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例についてより詳細に説
明する。ここで、便宜上同じ機能を有する構成要素は同じ参照番号及び類似した
参照番号を付して説明する。
【００２０】 図１に示したように、本発明の好適な実施例のローラースケートにおいて、ロ
ーラースケート靴２の下部にホイール取り付けフレーム４が設けられている。図
１には、本発明のホイール１００が取り付けられたホイール取り付けフレーム４
の一つの側面が示されているが、実際には両側にフレームが設けられており、フ
レーム間にホイール１００が挿着される。ホイール取り付けフレーム４には、ロ
ーラースケートホイール１００がホイールアクスル１２を通じて回転自在に設け
られている。本発明はこのようなホイールが回転する時に発光素子１８が発光す
ることを特徴とする。ホイールタイヤ３０は、ポリウレタンのような透明な熱硬
化性材質で形成され、ローラースケートのホイールの側部はもちろん後方からも
その発光を見ることができる。これらの発光素子は薄い導体板で形成された発光
素子取り付け回路ボード１５に取り付けられており、ポリウレタン材質のタイヤ
内部にあるホイールハブ２０の外部フレームに取り付けられている。ホイールハ
ブの内部フレームは、図面に示したように、ハブを強い構造とするために、一般
的なホイールの形状内に開口が放射状に形成されている。
【００２１】 図１には詳細に示されなかったが、本発明に係る発光ホイールとホイールアク
スルの組立体１０として、組立体の内部で永久磁石と電気子コイルとの間で電磁
誘導を生じる構造であればいずれの構造も採用され得る。本実施例では、電磁誘
導を円滑にするために、電気子アーム及び電気子コイルの組立体及び永久磁石組
立体の構造が改良されている。また、図１にはインラインローラースケートを示
しているが、本発明はインライン構造のローラースケートのみならず、２ライン
、或いは４ホイール構造のローラースケート及びバウンドスケートにも適用され
得る。更に、本発明は、発光効果を得る必要があるスケートボードの底部に設け
られる回転ホイールタイプの構造にも適用できる。
【００２２】 以下、本発明の実施例に係る改良された発電機とそれを具備したローラースケ
ートのホイールの構成及び機能について添付した図面を参照してより詳細に説明
する。
【００２３】 図２Ａと図２Ｂは、本発明に係るローラースケートホイールの解体された状態
を示す図である。ここでは、説明の便宜上ホイールハブ２０が組立てられ、ポリ
ウレタンホイールタイヤに対してホイールの両側が解体された状態が示されてい
る。図３Ａと図３Ｂは、各々図２Ａと図２Ｂのローラースケートホイールが組み
立てられた状態の側断面図である。図４Ａと図４Ｂは、図２Ａと図２Ｂのローラ
ースケートホイールが組み立てられた状態の正断面図である。
【００２４】 図２Ａ乃至図４Ｂに示したように、ベアリングスぺーサ１３４の周りには、永
久磁石組立体（１２８、１３０）及びベアリング１２６が嵌め込まれ、ホイール
アクスル１２２の周りには各アクスルの直径に合うブッシング１２４が嵌め込ま
れている。永久磁石組立体は、永久磁石１２８と永久磁石が取り囲む緩衝器１３
０を具備し、この緩衝器には、永久磁石に及ぶ衝撃を吸収するために、表面に緩
衝翼１３２が形成されている。電気子コイル組立体１４０には、電気子コイル１
４４を有する電気子コイルスプール１４２が形成されている。また、電気子コイ
ル組立体１４０には、磁化交番性に優れた金属で形成されたカバーが前記スプー
ルを取り囲むように形成されている。前記カバーは、各々のカバー面から電気子
アーム１４３が直角に突設されており、各カバーの電気子アームは交互に配置さ
れている。これにより、各電気子アームには、前記永久磁石から、電磁誘導作用
によりスプール内の電気子コイルに電流が誘導される。この電気子コイル組立体
１４０は、ホイールハブの射出時にホイールハブと共にモールディング固定され
る。
【００２５】 また、電気子コイル組立体１４０には、電気子コイル１４４のリード線が外部
に案内されるようにする突出リード線案内部１４５が形成されており、ハブ射出
時のリード線の破損を防止し、発光素子１８への結線を容易にする。突出リード
線案内部１４５の先端の方には、周りが凹んでいる部分１４６があって、結線に
先立って、必要に応じて、リード線をこの凹んでいる部分に巻付けることができ
る。
【００２６】 また、電気子コイル組立体１４０の両側には、ベアリング１２６が嵌め込まれ
る。このベアリング１２６は、ホイールの回転時に電気子コイル組立体１４０だ
けが回転し永久磁石組立体は回転しないように、ベアリングスぺーサ１３４及び
ホイールアクスル１２２とホイールハブの本体を支持することができる。ベアリ
ングには、ブッシング１２４が嵌め込まれており、ベアリングの固定部がホイー
ルアクスルを固定する他、ベアリングスペーサ１３４を固定するようになってい
る。ブッシングの内径は、ローラースケート(またはインラインスケート及びス
ケートボード)の様々なホイールアクスルの直径及び長さに応じて多様に構成さ
れ得る。本発明では、アクスルまたはホイールの直径に関係なくアクスルをボル
ティングすれば、永久磁石組立体が自動固定されるようにベアリングスぺーサの
側面がベアリングの内輪に正確に密着する。また、ベアリングスぺーサの長さが
永久磁石組立体の長さよりやや長くいので、永久磁石組立体がベアリングに接触
しない。本発明に係る発光ホイールに既存の一般製品のホイールアクスルとの互
換性を持たせるためには、ベアリングスぺーサの内径が充分な大きさであればよ
い。前記ベアリングスぺーサは、前記ベアリングにアクスルが通る内側ホール（
即ち、ベアリング内径部の一部）に部分的に挿入される段差を両側に有する。ま
た、緩衝器は、突出部を有し、緩衝器に取り囲まれて固定されるベアリングスぺ
ーサの溝に嵌め込まれる。
【００２７】 ホイールアクスル１２２は、中空構造を有する円筒形状であり、その内面には
ねじが形成されて、両端あるいは一端にボルト１２０がねじ連結されている。こ
れにより、ベアリングスぺーサ１３４がベアリング１２６の内輪に密着すること
により固定され、緩衝器１３０及び永久磁石組立体（１２８、１３０）が固定さ
れると同時にホイールアクスルがホイール取り付けフレーム４（図１参照）に固
定される。したがって、ローラースケートのホイールが回転する時に、ホイール
ハブ２０を含む電気子コイル組立体１４０だけが回転し、永久磁石組立体は固定
されている。また、図面にはホイールハブ２０の外部に露出されて示されている
が、発光素子取り付け回路ボード１５は、ホイールハブ２０の外部フレームに取
り付けられてホイール(輪)３０内にはめ込まれる。発光素子取り付け回路ボード
１５は、図２Ａに示したような４分円の薄い導体板の構造、図２Ｂに示したよう
なリング状の薄い導体板の構造を有する。発光素子取り付け回路ボード１５は、
半円形、４分円形又はそれ以下の構造を有する場合もある。また、発光素子取り
付け回路ボード１５は、図２Ａに示したように電気子コイル組立体１４０の背面
に設けられる場合もあり、図２Ｂに示したように電気子コイル組立体１４０の前
面に設けられる場合もある。図２Ａ及び図４Ａのように、発光素子取り付け回路
ボード１５が電気子コイル組立体１４０の背面に設けられる場合には、バルブタ
イプのLEDの端子は、ホイールハブ２０を貫通して発光素子取り付け回路ボード
１５に接続され、これにより光がLEDから円滑に放射される。図２Ｂのように、
発光素子取り付け回路ボード１５が前面に設けられる場合には、発光素子取り付
け回路ボード１５上には、導体板の円周に沿って、発光に必要な回路素子及び発
光素子、即ち本実施例(図４Ｂ)では発光ダイオードチップ１８が一定間隔で表面
実装されているが、バルブタイプのLEDを実装する場合もある。発光素子の数は
、必要に応じて適当な数に設計され得るが、通常１〜８個程度の発光素子が取り
付けられる。図１では４個の発光素子、その他の図面では６個の発光素子が示さ
れている。
【００２８】 図５Ａ乃至図７Ｂには、本発明に適用される電気子コイル組立体１４０の構成
部品が示されている。図５Ａ及び図５Ｂは、各々電気子コイルのスプール構造を
示す正面図及び側面図である。図６Ａ及び図６Ｂは、各々電気子アームの一部を
示す正面図及び側面図である。図７Ａ及び図７Ｂは、各々電気子アームの他部を
示す正面図及び側面図である。
【００２９】 図５Ａと図５Ｂに示したように、電気子コイル組立体内の、電気子コイル１４
４が巻かれているスプール１４２はスプール状になっていて、スプール１４４か
ら突出して電気子コイルのリード線を外部に案内する突出リード線案内部１４５
がスプール１４２に設けられている。突出リード線案内部１４５は、突出部本体
、蓋部、及び結合部１４７を有する。また、突出リード線案内部１４５には、結
線するのに必要なリード線長さを確保するため、リード線を巻くことができる凹
部１４６を形成することが望ましい。突出リード線案内部１４５は、リード線を
安全に外部に案内するためのチューブでる。こうすることによって、電気子組立
体が挿入された状態でハブが射出成形される時に、非常に細い電気子コイル１４
４が切れたり傷つくことを防止でき、また発光素子との結線を容易にすることが
できる。また、発光機能を有するローラースケートホイールの量産を少数の人員
で行うことが可能になる。
【００３０】 図６Ａ乃至図７Ｂには、電気子コイル組立体を構成する電気子アームを示して
いる。図面に示したように、本発明に適用される電気子アームは、スプール１４
２をその両側で取り囲んで覆う２つのカバー１４８を含む。各カバー１４８は、
カバー面１４９に対して直角に突設された電気子アーム１４３を具備する。電気
子アーム１４３は、一定間隔で離隔して、他の蓋部に形成された電気子アームと
交互になるように形成されている。その理由は、電気子コイル組立体が回転する
時、永久磁石の磁極に対応するアームが連結されたカバーがN極とS極を交互に繰
り返すように電磁気誘導されてスプール１４２内のコイル１４４に交流電流が誘
導されるようにするためである。各電気子アーム１４３は、永久磁石１２８の円
周に沿って交互に配置された磁極(図８Ａ)に対向配置されており、これにより、
電気子アームに連結されたカバーが回転する時、永久磁石からの磁束により瞬間
的にある極性に磁化される。ここで、電気子コイル組立体の回転に伴ってカバー
の磁化極性は周期的に変わる。両カバーは相異なる極性を帯び、それらの極性は
コイルの巻線方向に磁束が直交するように周期的に交番するので、電気子コイル
には電磁気誘導による電流が誘導される。このような電気子コイル組立体の構造
において、電気子コイルの巻線方向と永久磁石の配列方向が同じでないとしても
、電気子コイル組立体と永久磁石との間にはコイルの巻線方向に直交する磁束が
形成できて、電磁気誘導による電流が円滑に発生する。
【００３１】 図８Ａ及び図８Ｂは、本発明に適用される永久磁石組立体を示しており、これ
は衝撃に強い構造を有する。図面に示したように、永久磁石組立体は、弾力性が
良好な材質よりなる緩衝翼１３２をその円周に沿って有する緩衝器１３０と、磁
極が該円周に沿って極性が交互に入れ代わるように並べられて、緩衝器１３０の
周りに嵌め込まれた構造を有する永久磁石１２８を含む。緩衝器１３０には、永
久磁石１２８が緩衝器１３０から離脱することを防止する離脱防止段１３３(図
８Ｂ参照)が形成されている。図面に示したように、緩衝翼１３２と永久磁石１
２８との間には緩衝空間１３１が設けられており、外部衝撃の緩衝機能を得てい
る。したがって、緩衝翼１３２により永久磁石１２８に加わる衝撃が吸収されて
永久磁石の損傷を防止できるので、フェライト系永久磁石はもちろん、磁力は強
いが衝撃に弱い化学周期率表上のランタン族の希土類系永久磁石も用いることが
できる。その結果、発電機のサイズは従来の発電機に比べて１/２乃至１/３倍に
縮小し、その出力は３乃至５倍に向上する。また、高価なランタン族の希土類系
永久磁石を用いる場合において、磁石を薄くすることができるので、磁石コスト
のコストを低下させて経済性を高められる。本実施例では５個の緩衝翼を示した
が、緩衝翼の数は適切に設計され得る。
【００３２】 本発明は、発電メカニズムを採用したローラースケートホイールの発光効率、
発光位相調整及び製造効率を高めるために、図９Ａと図９Ｂに示したように、発
光素子取り付け回路ボードを採用している。発光位相調整は、例えばホイールの
回転時に発光素子から放射される光線が互い重ならないようにするためのもので
ある。
【００３３】 図９Ｂに示したように、発光素子取り付け回路ボード１５は、円形の薄い導体
板であり、その円周上に一定の間隔及び角度で離隔して、発光素子、即ち本実施
例では発光ダイオード(LED)チップ１８及び電気素子が表面実装されているが、
バルブタイプの発光体を実装する場合もある。しかし、図９Ａに示したように、
発光素子取り付け回路ボード１５の外部への露出を最小化するために、４分円形
の薄い導体取り付け板をハブ、即ちユーザの足の内側に設ける場合もある。バル
ブタイプの発光ダイオードを使用する場合には、透明なLEDバルブ保護キャップ(
図３Ａの１９)が使用される。通常、透明保護キャップは、ウレタン成形作業時
にLEDバルブの損傷を保護する。更に、ウレタン樹脂とLEDバルブの屈折率をほぼ
同一にする。即ち、LED発光体の輝度を極大化するために、LED前面部に形成され
たLEDレンズの効果の損失を防止するよう両屈折率を維持する。また、動作電圧
はLEDの色別に変わるので、小型発電機の弱い交流出力では、別の回路を追加し
なくては、色が異なる発光ダイオードを一緒に使用することはできない。しかし
、この発光素子取り付け回路ボードは、ホイールの走行中回転時においてLEDか
ら放射される光線が互い重ならず、希望の位置で分離して放射されるように位相
を調整することが容易である。また、異なる色のLEDを一緒に使用することがで
きるように発光を制御する制御回路を含む。これに対する説明は当業者に明らか
であるのでその説明は省略する。
【００３４】 本発明では、発光素子を別に取り付けることもないし、電気子コイルのリード
線を手作業で発光素子に結線することもない。発光素子取り付け回路ボードがプ
レス製造されるとき、発光素子は自動工程によってその上に実装される。発光素
子取り付け回路ボードは、導体板として機能するため、製造工程が簡単化され、
リード線を一つの発光素子に結線するだけでよい。このような発光素子取る付け
回路ボードは、発光素子の結線自動化を可能にし組立を容易にしてローラースケ
ート用発光ホイールの量産性及び経済性を高める。
【００３５】 本発明の実施例に係るローラースケートホイールの製造工程は、前述した構造
の改良された発電機とその発電機を採用したローラースケートホイールを量産す
る方法に関する。従来の自家発光メカニズムを具備したローラースケートホイー
ルを製造する方法は、前述したように、発電機が複雑で、そのサイズが非常に大
きくて重く、発電効率が低い。発光素子の実装及び電気子コイルと発光素子との
間の結線工程が著しく複雑で、作業性が落ちる問題点のため量産が実現できなか
った。
【００３６】 本発明に係るローラースケート用の発光ホイールの製造方法によれば、ホイー
ルアクスル組立体に含まれている部品、即ち独特の構造のベアリングスぺーサ、
永久磁石組立体、電気子コイル組立体、ベアリング、ブッシングが個別に製造さ
れ、その他のホイールハブ組立体と発光素子取り付け回路ボードが個別に製造さ
れる。このように準備された各部品でローラースケートホイールが製造されるた
め、製造プロセスが容易かつ単純になる。以下、この製造プロセスの各段階を詳
細に説明する。
【００３７】 まず、個別に製造された永久磁石と緩衝器が準備される。永久磁石の衝撃を防
止する緩衝翼を有する緩衝器の周りに永久磁石を嵌め込むことだけで永久磁石組
立体が形成される。
【００３８】 また、上記の段階でのように、個別に製造された電気子コイルスプールと電気
子アームが準備される。電気子コイルが取り付けられたスプールの両側を取り囲
むカバーから互い違いに電気子アームが突出した、電気子コイルリード線を外部
に案内するための突出リード線案内管を有する電気子コイル組立体を形成する。
【００３９】 次に、ハブに挿着された電気子コイル組立体が共に射出成形され、電気子コイ
ル組立体が一体成形されたハブが製造される。ホイールハブの外部フレーム上に
、発光素子が取り付けられた薄い導体板が置かれる。電気子コイル組立体からの
リード線コイルが発光素子の一つに結線される。ホイールハブの外部フレームに
固着されるウレタンタイヤのための鋳型が形成される。前記ホイールハブが前記
鋳型に挿入され、透明な液状ポリウレタン樹脂が注入されこれが硬化してホイー
ルが形成される。ポリウレタン樹脂が硬化すると、前記鋳型がホイールから分離
される。電気子コイル組立体がモールディングされたホイールハブの一つの側面
を通して、ベアリングスぺーサ、永久磁石組立体、ベアリング及びブッシングが
順に嵌め込まれる。
【００４０】 電気子コイル組立体がモールディングされたハブの他の側面を通してベアリン
グ及びブッシングが順に嵌め込まれると、希望のローラースケートの発光ホイー
ルを得ることができる。ここで、ホイールアクスルは、通常、ローラースケート
製造会社の仕様に合せて供給されるので、ホイールは、ホイールアクスルがない
状態で供給され得る。しかし、ホイールをホイールアクスルと共に供給する場合
には、前記アクスルの両端にボルトを締結してホイールを完成する。アクスルが
抜けないようにアクスルの一方の端にボルトヘッド部を形成する場合には、アク
スルの一方の端の内部にだけ、ねじを形成して、そこにボルトを締結して固定す
る。
【００４１】 前述したように、本発明に係る改良された小型発電機、それを具備したローラ
ースケートホイール並びにその製造方法は、既存の技術では耐衝撃性が弱くて使
用できなかった強い磁力を有する化学周期率表上のランタン族の希土類系の永久
磁石を使用可能なように、永久磁石組立体と電気子コイル組立体の構造を改善し
て、電磁気誘導を効率的に作用させて、コンパクトな構造を可能にする。また、
永久磁石組立体の構造を改善することにより、耐衝撃性が向上し、これにより製
品の高信頼性が確保される。したがって、インラインスケートホイールのように
狭い内部構造を有するホイール内に発電機を内蔵してもホイールの製作において
非常に重要な機構的な安定性及び運動性を低下させることなく、電気子コイル組
立体と発光素子取り付け回路ボードの改良された構造により効率的な発光と量産
が可能になる。また、独特なベアリングスぺーサの支持によりローラースケート
の仕様に応じた様々な直径及び長さを有するいかなるアクスルも使用でき、実際
に消費者にはホイールアクスルを提供しなくても、ローラースケートに付いてい
たり、ローラースケートについて提供されるホイールアクスルを利用することが
できる。 ［産業上の利用可能性］ 本発明は、インラインローラスケート、２ライン、又は４ホイールのローラス
ケートに適用され得る。更に、本発明は、発光効果を必要とするスケートボード
の底に取り付けられる回転ホイールタイプの構造にも適用され得る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＺ，Ｌ Ｃ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人 Ｃ−103， Ｂｕｎｄａｎｇ Ｔｅｃｈｎ ｏｐａｒｋ， 145 Ｙａｔａｂ−ｄｏｎ ｇ， Ｂｕｎｄａｎｇ−ｇｕ， Ｓｅｏｎ ｇｎａｍ， Ｋｙｕｎｇｋｉ−ｄｏ， 463−070 Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏ ｒｅａ (71)出願人 ヒュン クワング イク ＨＹＵＮ Ｋｗａｎｇ Ｉｋ 大韓民国 137−070 ソウル， セオチョ −グ， セオチョ−ドング， 1608−２， セオゲオン アート ヴィラ 303 303 Ｓｅｏｇｅｏｎ Ａｒｔ Ｖｉｌｌ ａ， 1608−２， Ｓｅｏｃｈｏ−ｄｏｎ ｇ， Ｓｅｏｃｈｏ−ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ 137−070 Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋ ｏｒｅａ (72)発明者 ヒュン クワング イク 大韓民国 137−070 ソウル， セオチョ −グ， セオチョ−ドング， 1608−２， セオゲオン アート ヴィラ 303 Ｆターム(参考） 5H605 BB04 CC02 CC03 CC06 DD09 EC01 EC08 EC20 GG02 5H615 AA01 BB02 PP01 PP02 PP07 PP15 PP28 QQ26 SS11 SS16 5H621 GA02 GA07 GB08 GB14 JK02 JK04 JK14 5H622 AA03 CA01 CA05 DD01 DD02 PP04 PP11 PP17 QA06 【要約の続き】 発光されることによって、使用者及び他人に興味を誘発 させ、使用者の位置確認が容易で、暗い環境で発生し得 る事故の危険を減らす。また、発光ホイールの製造方法 は、別の金属回路板をホイールハブに取り付ける前また は後に発光素子を自動化ロボットによって金属回路板に 取り付け、ホイールハブに簡単に嵌め込んで製造するの で、発光素子の溶接にかかる多くの人員を減らしホイー ルの組立工程を単純化し、発電機と発光素子との結線を 容易にして不良率を低め量産性を高める。また、高価の ランタン族の希土類磁石を使用する場合、緩衝装置を通 じて永久磁石を固定することによって磁石を薄くするこ とができ、経済性を高めることができる。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ホイールの回転に従って電気を発生するための発電機におい
    て、 ホイールアクスルと、 各々、前記ホイールアクスルに固設されたリング状の内側部分と前記ホイール
    アクスルの周囲で回転可能なリング状の外側部分とを有し、ベアリングスペーサ
    により離隔され前記ホイールの両側に装着された２個のベアリングと、 前記ホイールアクスルを取り囲むように固設され、その円周に沿って逆極性の
    磁極領域が交互に配置されたリング状永久磁石と、前記ホイールアクスルと前記
    永久磁石との間に設けられて前記永久磁石を衝撃から保護する緩衝手段とを含む
    リング状永久磁石組立体と、 前記ベアリングの外側部分と共に回転して、前記永久磁石組立体に対する回転
    運動により電気を発生させるリング状電機子コイル組立体と、 前記電機子コイル組立体を取り囲んで固定支持するハブ組立体とを具備するホ
    イール発電機。
  2. 【請求項２】 前記リング状永久磁石組立体の緩衝手段は、前記永久磁石に
    かかる衝撃をより効果的に吸収するために該緩衝手段の円周上に突出して配置さ
    れた複数の緩衝翼をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のホイール発電
    機。
  3. 【請求項３】 前記リング状電機子コイル組立体は、前記電機子コイル組立
    体から延びる２本のリード線を外部に案内するための突出ガイド管を備えており
    、前記リード線が損傷を受けることを防止することを特徴とする請求項１または
    請求項２に記載のホイール発電機。
  4. 【請求項４】 前記リング状永久磁石は、フェライト系または稀土類系永久
    磁石であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のホイ
    ール発電機。
  5. 【請求項５】 ホイールの回転中に電気を発生して発光する発光ホイールに
    おいて、 ホイールアクスルと、 各々、前記ホイールアクスルに固設されたリング状の内側部分と前記ホイール
    アクスルの周囲で回転可能なリング状の外側部分とを有し、ベアリングスペーサ
    により離隔され前記ホイールの両側に装着された２個のベアリングと、 前記ホイールアクスルを取り囲むように固設され、その円周に沿って逆極性の
    磁極領域が交互に配置されたリング状永久磁石を含む永久磁石組立体と、 前記ベアリングの外側部分と共に回転して、前記永久磁石組立体に対する回転
    運動により電気を発生するリング状電機子コイル組立体と、 前記電機子コイル組立体を取り囲んで固定支持するハブ組立体と、 前記電機子コイル組立体で発生した電気を受けて発光する一つ以上の発光素子
    と、 前記ハブ組立体に取り付けられる発光素子取り付け回路ボードであって、前記
    電機子コイル組立体から延びるリード線に前記一つ以上の発光素子が接続される
    ように、その上に前記一つ以上の発光素子が取り付けられる発光素子取り付け回
    路ボードとを備える発光ホイール。
  6. 【請求項６】 前記永久磁石組立体は、前記ホイールアクスルと永久磁石と
    の間に設けられて前記永久磁石を衝撃から保護する緩衝手段をさらに含むことを
    特徴とする請求項５に記載の発光ホイール。
  7. 【請求項７】 前記リング状永久磁石組立体内の前記バッファ手段は、前記
    永久磁石にかかる衝撃をより効果的に吸収するために該緩衝手段の円周上に突出
    して配置された複数の緩衝翼をさらに含むことを特徴とする請求項５または請求
    項６に記載の発光ホイール。
  8. 【請求項８】 前記リング状電機子コイル組立体は、 電機子コイルと、 前記電機子コイルが巻かれた電機子コイルスプールと、 前記電機子コイルスプールの半分を覆い、内側に突出するように円周上に所定
    間隔で配置された複数の第１電機子アームを含む第１ハーフカバーと、 前記第１ハーフカバーと結合して前記電機子コイルスプールを完全に覆い、前
    記第１ハーフカバーの前記電機子アームと互い違いに内側に突出するように円周
    上に所定間隔で配置された複数の第２電機子アームを含む第２ハーフカバーとを
    具備し、 ホイールの回転中に前記永久磁石の交互に配置された磁極領域により前記第１
    ハーフカバーの電機子アームに誘導される磁気モーメントと前記第２ハーフカバ
    ーの電機子アームに誘導される磁気モーメントとが逆極性で交互になり、交流電
    流が前記電機子コイルに発生することを特徴とする請求項５乃至請求項７のうち
    いずれか１項に記載の発光ホイール。
  9. 【請求項９】 前記リング状電機子コイル組立体は、前記電機子コイル組立
    体から延びる２本のリード線を外部に案内するための突出ガイド管を具備してお
    り、前記リード線が損傷を受けることを防止することを特徴とする請求項５乃至
    請求項８のうちいずれか一つに記載の発光ホイール。
  10. 【請求項１０】 前記発光素子取り付け回路ボードは、その全体的な形状が
    ほぼ３６０゜、１８０゜、１２０゜、９０゜、６０゜、４５゜、または３０゜の
    円弧であることを特徴とする請求項５乃至請求項９のうちいずれか１項に記載の
    発光ホイール。
  11. 【請求項１１】 前記発光素子取り付け回路ボードは、前記一つ以上の発光
    素子の取り付けの自動化が容易になるように、ホイールの回転中に前記一つ以上
    の発光素子から放射される光線が相互に重ならないように、互いに異なる色の発
    光素子を一緒に使用することが可能なように、及び、希望の位置で光線が放射さ
    れるように、構成されていることを特徴とする請求項５乃至請求項１０のうちい
    ずれか１項に記載の発光ホイール。
  12. 【請求項１２】 前記発光素子は、前記ハブの前側上に形成されたソケット
    溝に挿入して固定され、そのリード線が前記導体板に接続されるバルブタイプLE
    Dランプ、又は発光ダイオードであることを特徴とする請求項５乃至請求項１１
    のうちいずれか１項に記載の発光ホイール。
  13. 【請求項１３】 前記発光ダイオードがバルブタイプである場合、透明なバ
    ルブ保護キャップをさらに含むことを特徴とする請求項５乃至請求項１２のうち
    いずれか１項に記載の発光ホイール。
  14. 【請求項１４】 前記発光素子取り付け回路ボードは、薄い導体板で形成さ
    れ、前記一つ以上の発光素子と電子回路要素がその周辺に所定間隔で取り付けら
    れることを特徴とする請求項５乃至請求項１３のうちいずれか１項に記載の発光
    ホイール。
  15. 【請求項１５】 前記リング状永久磁石は、フェライト系または稀土類系永
    久磁石であることを特徴とする請求項５乃至請求項１４のうちいずれか１項に記
    載の発光ホイール。
  16. 【請求項１６】 前記発光ホイールは、ローラースケート、インラインスケ
    ート、スケートボード、バウンドスケート、キックボード、自転車、３輪自転車
    、スクーター、モーターサイクル及びホイール付きおもちゃに適用されることを
    特徴とする請求項５乃至請求項１５のうちいずれか１項に記載の発光ホイール。
  17. 【請求項１７】 ホイールの回転によって発電する、発光メカニズムを有す
    る発光ホイールの製造方法において、 リング状永久磁石の衝撃を防止する緩衝手段を有する永久磁石組立体を形成す
    る段階と、 各々から交互に突出した電機子アームを有する２個のハーフカバー内に納めら
    れた電機子コイルスプールに電気子コイルが巻かれており、２本のリード線が少
    なくとも一つの発光素子に結線されるように前記電気子コイルから外部に延びた
    電機子コイル組立体を形成する段階と、 前記電機子コイル組立体をホイールハブに挿入してホイールハブを射出成形す
    る段階と、 前記ホイールハブに、少なくとも一つの発光素子が取り付けられた薄い導体板
    を取り付ける段階と、 前記電機子コイル組立体からの前記２本のリード線を前記発光素子に結線する
    段階と、 鋳型に前記ホイールハブを挿入し、透明な液状ポリウレタン樹脂を注入して、
    前記ホイールハブに固定されるポリウレタンタイヤを形成する段階と、 前記ポリウレタン樹脂が固化されたときに前記鋳型を分離する段階と、 前記ホイールに前記永久磁石組立体を取り付ける段階と、 前記ホイールハブに一つ以上のベアリングを取り付けてホイールを形成する段
    階とを含む発光ホイールの製造方法。
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