JP2004260921A

JP2004260921A - 自転車用ハブダイナモ

Info

Publication number: JP2004260921A
Application number: JP2003048720A
Authority: JP
Inventors: Uichi Akita; 卯市秋田
Original assignee: ICHINOMIYA DENKI KK; Ichinomiya Denki Co Ltd
Current assignee: ICHINOMIYA DENKI KK; Ichinomiya Denki Co Ltd
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】自転車用ハブダイナモにおける交番磁束の減衰を防止して、発電効率を向上することができる手段を提供する。
【解決手段】各極片２１Ｌ，２１Ｒが円周方向に交互に並列するように組み合わされた２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒと、該２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを磁気的に連結するコアヨーク１０３と、該コアヨーク１０３の周囲に配置されたコイル１０４とを備えた内側固定子が、非磁性材から作製されたハブ軸１０１に固定され、該内側固定子を内包する筒状のハブケーシング１０５と、該ハブケーシング１０５の内面側に、前記各極片２１Ｌ，２１Ｒと対向するように環状に配置された永久磁石１０６とを備えた外側回転子が、前記ハブ軸１０１に回転自在に設けられてなるものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自転車のハブ軸に固定され、自転車の走行による車輪の回転力で発電を行う自転車用ハブダイナモに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自転車用ハブダイナモは、永久磁石を有する筒体と、互いの磁極片が円周方向に交互に並列するように配置された２つのクローポール型のステータヨークと、両ステータヨークを磁気的に結合するコアヨークと、該コアヨークの周囲に配置されるコイルとで構成され、永久磁石を外側回転子とし、ステータヨーク、コアヨーク、及びコイルを自転車の車輪のハブ軸に固定して内側固定子として、車輪の回転によって永久磁石が回転してコアヨークに交番磁束を発生させ、これにより、コイルに電流が流れて発電するようになっている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９９１７０５号公報
【特許文献２】
特開２００１−３２７１３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の自転車用ハブダイナモでは、ステータヨーク、コアヨーク、及びコイルは、自転車の車輪のハブ軸に取付ナット等により固定されることとなるが、ハブ軸や取付ナットは鉄鋼等から作製されており、永久磁石からステータヨークを介してコアヨークに交番磁束が発生する際に、ステータヨークからの磁束がハブ軸や取付ナットへも向かうこととなる。また、自転車の車体やスポークも鉄鋼等から作製されていれば、該車体のフォークやスポークへも前記磁束が向かうこととなる。このように、磁束がコアヨークへ集まらずに分散することで、コアヨークに発生する交番磁束が減衰し、自転車用ハブダイナモの発電効率が悪くなるという問題がある。一方、自転車用ハブダイナモは、小型化、軽量化が望まれているところ、自転車走行による車輪の回転数程度で、自転車のランプ等に必要な電力を安定して発電するために、小型軽量化とともに発電効率の向上が望まれている。
【０００５】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、自転車用ハブダイナモにおける交番磁束の減衰を防止して、発電効率を向上することができる手段を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自転車用ハブダイナモは、円盤部と該円盤部の円周方向に一定間隔で突設された複数の爪状の極片とを夫々有し、該極片が円周方向に交互に並列するように組み合わされた２つのステータヨークと、前記２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨークと、前記コアヨークの周囲に配置されたコイルと、を備えた内側固定子が、非磁性材から作製されたハブ軸に固定され、該内側固定子を内包する筒状のハブケーシングと、該ハブケーシングの内面側に、前記２つのステータヨークの各極片と対向するように環状に配置された永久磁石と、を備えた外側回転子が、前記ハブ軸に回転自在に設けられてなるものである。前記ステータヨーク及びコアヨークは、ハブ軸に固定された状態では該ハブ軸と接触するが、例えば、ハブ軸をステンレス鋼から作製することにより、ステータヨーク及びコアヨークからハブ軸へ磁束が分散することがない。
【０００７】
また、本発明は、前記内側固定子が、非磁性材からなる絶磁板を介在させて、固定具により前記ハブ軸に固定されたものである。取付ナット等の固定具により前記内側固定子をハブ軸に固定する場合に、ステンレス鋼、真鍮、アルミニウム、銅、プラスチック等からなる絶磁板を内側固定子と固定具との間に介在させることにより、固定具が磁性材であっても、内側固定子を構成するステータヨーク及びコアヨークから固定具へ磁束が分散することがない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る自転車用ハブダイナモ１００の全体構成を示す図であり、図に示すように、本自転車用ハブダイナモ１００は、２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒと、該２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを磁気的に連結するコアヨーク１０３と、該コアヨーク１０３の周囲に配置されたコイル１０４とがハブ軸１０１に固定されて内側固定子が構成され、該内側固定子を内包するハブケーシング１０５と、該ハブケーシング１０５の内面側に環状に配置された永久磁石１０６とが外側回転子として、前記ハブ軸１０１に回転自在に設けられてなるものである。
【０００９】
本自転車用ハブダイナモ１００が装備される自転車は、一般用として使用されている公知且つ任意の形態のものであり、前記ハブ軸１０１は、自転車の前輪又は後輪の軸として、自転車フレームのフォークＦに固定されるものである。本自転車用ハブダイナモ１００が装備された自転車を走行させると、自転車の車輪がハブ軸１０１を軸として回転し、ハブケーシング１０５が回転するとともに、その内周面に配置された永久磁石１０６が回転する。該永久磁石１０６の回転により該ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒ及びコアヨーク１０３に交番磁束Ｇが生じて、コイル１０４に誘導電流が流れ、発電できるようになっている。
以下、内側固定子及び外側回転子の各構成について詳細に説明する。
【００１０】
前記ハブ軸１０１は、ステンレス鋼から作製された棒状の部材であり、その外周面には雄ネジが形成されている。該ハブ軸１０１に、前述したように、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒと、コアヨーク１０３と、コイル１０４とが固定されて内側固定子を構成している。なお、ハブ軸１０１は、非磁性材から作製されたものであればよいが、剛性や加工の容易、コスト等を考慮するとステンレス鋼が好適である。
【００１１】
前記ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒは、図１に示すように、前記永久磁石１０６の内側に位置するように、ハブ軸１０１に外嵌されている。該ステータヨーク１０２Ｌとステータヨーク１０２Ｒとは同形状のものであるので、以下、ステータヨーク１０２Ｌを例に、これらの構成を説明する。図２に示すように、ステータヨーク１０２Ｌは、円盤部２０Ｌと、該円盤部２０Ｌの周縁から周方向に一定間隔で円盤部２０Ｌの厚み方向へ延設された複数の極片２１Ｌとを具備してなるものである。
【００１２】
前記円盤部２０Ｌは、前記永久磁石１０６の内方に納まる程度の大きさであり、その外径は、図１に示すように、各ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒが永久磁石１０６の内側に配置された場合に、各極片２１Ｌに永久磁石１０６の磁力が作用する程度に離間されるように設定されている。円盤部２０Ｌの中央にはハブ軸１０１を挿通するための挿通孔２２が穿設されており、該挿通孔２２周りの４箇所にコアヨーク１０３と嵌合するためのコア嵌合孔２３が穿設されている。なお、コア嵌合孔２３の形状は任意であり、図に示すような矩形に限定されず、円形やスリット状にすることも可能である。また、コア嵌合孔２３はコアヨーク１０３と嵌合可能であれば足りるものであり、必ずしも穿孔とする必要はなく、凹溝であってもよい。
【００１３】
さらに、円盤部２０の外周縁の４箇所から半径方向にスリット２４が形成されている。該スリット２４は、交番磁束に伴い円盤部２０Ｌの周方向に流れる渦電流を抑制するためのものである。詳細には、前記コア嵌合孔２３に嵌合されるコアヨーク１０３の軸方向に交番磁束が発生すると、該交番磁束周り、即ち円盤部２０Ｌの周方向に渦電流が発生する。該渦電流の流路に前記スリット２４を設けることにより、円盤部２０Ｌの周方向へ渦電流を流れ難くして、渦電流の発生を抑制する。また、各スリット２４には拡幅部２４ａが形成されているが、これはコイル１０４の一端を引き出しておくためのものである。
【００１４】
前記極片２１Ｌは、円盤部２０Ｌの外周縁に１４極設けられており、円盤部２０Ｌの厚み方向へ略直角に延設されることにより、その長手方向が円盤部２０Ｌの挿通孔２２に挿通されるハブ軸１０１の軸方向と平行になっている。なお、ステータヨーク１０２Ｌに設けるべき極片２１Ｌの数は任意に設定することができる。
【００１５】
このように構成された２つのステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒが、互いの極片２１Ｌ，２１Ｒが円周方向に交互に並列するように組み合わされ、これらが前記永久磁石１０６の内側に配置された場合に、各々１４極の極片２１Ｌ，２１Ｒが永久磁石１０６の２８極の磁極と夫々対応するようになっている。
【００１６】
図３は、コアヨーク１０３、コイル１０４及びボビン１０７を示すものであるが、図に示すように、コアヨーク１０３は、各々１対のコアヨーク片３０，３１が組み合わされてなり、コイル１０４が巻回されるボビン１０７の中空軸７０に収容されている。一方、該ボビン１０７の中空軸７０の外周にコイル１０４が巻回され、これにより、コアヨーク１０３の周囲にコイル１０４が配置されている。
【００１７】
図４は、前記コアヨーク１０３の分解斜視図であるが、コアヨーク１０３は、カマボコ形状の１対のコアヨーク片３０と、角柱状の１対のコアヨーク片３１とが各々同種のコアヨーク片３０，３１が対向するようにして環状に組み合わされたものである。各コアヨーク片３０，３１の両端面には、前記ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒのコア嵌合孔２３に嵌入される嵌合凸部３０ａ，３１ａが夫々凸設されている。なお、嵌合凸部３０ａ，３１ａの形状も任意であり、前記コア嵌合孔２３と嵌合可能であれば足りるものである。また、コアヨーク片３０，３１は公知且つ任意の構成が可能であり、例えば珪素鋼板や電磁鉄材等から作製することができ、また、コアヨーク１０３を複数の分割片からなるものとせず、フェライト等の粉末焼結材を用いて筒状の一体のものとして作製してもよい。
【００１８】
前記ボビン１０７は、コイル１０４を巻回するための樹脂製のものであり、図５に示すように、中空軸７０の両端にドーナツ形状の円盤７１が同軸となるように配設されてなるものである。該中空軸７０は、図３に示すように、その外周に前記コイル１０４が巻回されるとともに中空内に前記コアヨーク１０３が配設されるようになっている。中空軸７０に巻回されたコイル１０４は、両円盤７１に挟まれるようにして巻崩れが防止され、一方、中空軸７０内に配設されたコアヨーク１０３は、両円盤７１から前記嵌合凸部３０ａ，３１ａが突出した状態で固定される。また、円盤７１には、外周縁から半径方向へスリット７２が形成されており、ボビン１０７に巻回されたコイル１０４の内周側の一端を該スリット７２から引き出しておくことができるようになっている。
【００１９】
このように構成されたコアヨーク１０３、コイル１０４、ボビン１０７が組み付けられ、図６に示すように、該コアヨーク１０３に前記ハブ軸１０１が挿通されるとともに、コアヨーク１０３の両端に前記ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒを嵌合されて、コアヨーク１０３がステータヨーク１０２Ｌ，１０３Ｒを磁気的に連結するようになっている。これらが一体として、図１に示すように、本自転車用ハブダイナモ１００の内側固定子となる。この際、ハブ軸１０１とステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒ及びコアヨーク１０３とが接触するが、該ハブ軸１０１はステンレス鋼で作製されているので、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒ及びコアヨーク１０３に発生した交番磁束Ｇがハブ軸１０１へ向かうことがなく、磁束の分散による交番磁束Ｇの減衰を抑制できる。
【００２０】
また、図１及び図６に示すように、内側固定子を構成するステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒ等は、取付ナット（固定具）１０８により挟持されてハブ軸１０１に固定されるが、各ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒと取付ナット１０８との間には絶磁板１０９が介在される。該絶磁板１０９は、図７に示すように、円盤の中央にハブ軸１０１を挿通するための挿通孔９０が穿設されたものであり、ステンレス鋼、真鍮、アルミニウム、銅、プラスチック等の非磁性材から作製されたものである。前記取付ナット１０８は、一般に鉄鋼等の磁性材から作製されているため、取付ナット１０８とステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒ等が磁気的に接触した状態では、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒ及びコアヨーク１０３に発生した交番磁束Ｇが取付ナット１０８へも分散して、交番磁束Ｇが減衰することとなる。前記絶磁板１０９を各ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒと取付ナット１０８との間に介在させることにより、交番磁束Ｇが取付ナット１０８へ向かうことを防止して、交番磁束Ｇの減衰を抑制することができる。また、図１に示すように、ハブ軸１０１の周囲に、コアヨーク１０３、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒ、絶磁板１０９、取付ナット１０８、及びベアリング５４等の各部材が各々連続して接触し、左右からナットにより締めつけられているので、ハブ軸１０１の強度が増し、自転車の車輪からの衝撃等に対する自転車用ハブダイナモ１００の耐性が向上する。
【００２１】
なお、本実施の形態では、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒとコアヨーク１０３とはコア嵌合２３及び嵌合凸部３０ａ，３１ａの嵌合凹凸により嵌合されて磁気的に連結されるものとしたが、該嵌合凹凸は必ずしも必要ではなく、コアヨーク１０３の端面にステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの円盤部２０Ｌ，２０Ｒを接触させることにより磁気的に連結する等、他の公知の構成をとり得ることが可能である。
【００２２】
つぎに、外側回転子を構成するハブケーシング１０５及び永久磁石１０６について説明する。
ハブケーシング１０５は、ドラムハブ５０とスポークハブ５１とを備えてなり、該ドラムハブ５０は、図１及び図８に示すように、中央付近が径大であって、両端へ向かってテーパ状に縮径された円筒体であり、ドラムハブ５０の両端に、円盤状のスポークハブ５１が夫々設けられている。スポークハブ５１の周縁近傍には複数の孔５２が周方向に列設されており、該孔５２にスポークＳが挿通されて、スポークハブ５１と車輪のリム（不図示）とが該スポークＳにより連結されるようになっている。また、ハブケーシング１０５からは、ハブケーシング１０５内に収容された自転車用ハブダイナモ１００の電力を取り出すための端子５３が外方へ突設されている。このように構成されたハブケーシング１０５が、前記ハブ軸１０１にベアリング５４を介して回転自在に取り付けられている。
【００２３】
前記永久磁石１０６は、前記ハブケーシング１０５の中央の径大部分の内周面にバックアップリング６０を介して固定されている。バックアップリング６０は、図９に示すように、円環状の枠体であり、その内周面には永久磁石１０６を構成する４つの磁石鋼が連続環状に固定されている。円環状に配置された永久磁石１０６は、その周方向にＮ極とＳ極とが交互となって計２８極存在するように着磁されたものとなっている。このような永久磁石１０６と前記ハブケーシング１０５とが、本自転車用ハブダイナモ１００の外側回転子を構成しており、自転車の車輪がハブ軸１０１を軸として回転することにより、ハブケーシング１０５が回転するとともに、その内周面に円環状に配置された永久磁石１０６も回転する。
【００２４】
なお、本実施の形態に係る自転車用ハブダイナモ１００の構成は一例であり、ステータヨーク１０２Ｌ，１０２Ｒの極片数やコアヨーク１０３の形状、ハブケーシング１０５の形状等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更できることは当然である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る自転車用ハブダイナモによれば、円盤部と該円盤部の円周方向に一定間隔で突設された複数の爪状の極片とを夫々有し、該極片が円周方向に交互に並列するように組み合わされた２つのステータヨークと、前記２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨークと、前記コアヨークの周囲に配置されたコイルと、を備えた内側固定子が、非磁性材から作製されたハブ軸に固定され、該内側固定子を内包する筒状のハブケーシングと、該ハブケーシングの内面側に、前記２つのステータヨークの各極片と対向するように環状に配置された永久磁石と、を備えた外側回転子が、前記ハブ軸に回転自在に設けられてなるものとしたので、前記ステータヨーク及びコアヨークからハブ軸へ磁束が分散することがなく、交番磁束の減衰を防止することができる。これにより、発電効率が向上され、小型、軽量であり、且つ自転車の車輪の回転数程度の回転力で照明ランプ用等に十分な電力を安定して発生させる自転車用ハブダイナモを実現することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、前記内側固定子が、非磁性材からなる絶磁板を介在させて、固定具により前記ハブ軸に固定されたものとしたので、前記ステータヨーク及びコアヨークから固定具へ磁束が分散することがなく、交番磁束の減衰を防止することができる。これにより自転車用ハブダイナモの発電効率を一層向上させることができる。また、ハブ軸の強度が増し、自転車用ハブダイナモの耐衝撃性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】自転車の車輪のハブ軸１０１に固定された自転車用ハブダイナモ１００の全体構成を示す正面図である。
【図２】（ａ）は、ステータヨーク１０２Ｌの正面図であり、（ｂ）は、側面図である。
【図３】（ａ）は、コアヨーク１０３、コイル１０４、及びボビン１０７の正面図であり、（ｂ）は、これらの部分断面を示した側面図である。
【図４】コアヨーク１０３の分解斜視図である。
【図５】ボビン１０７の斜視図である。
【図６】内側固定子の組付けを説明するための正面図である。
【図７】絶磁板１０９の斜視図である。
【図８】自転車用ハブダイナモ１００の側面図である。
【図９】永久磁石１０６の側面図である。
【符号の説明】
１００自転車用ハブダイナモ
１０１ハブ軸
１０２Ｌ，１０２Ｒステータヨーク
１０３コアヨーク
１０４コイル
１０５ハブケーシング
１０６永久磁石
１０８取付ナット（固定具）
１０９絶磁板
２０Ｌ，２０Ｒ円盤部
２１Ｌ，２１Ｒ極片

Claims

円盤部と該円盤部の円周方向に一定間隔で突設された複数の爪状の極片とを夫々有し、該極片が円周方向に交互に並列するように組み合わされた２つのステータヨークと、前記２つのステータヨークを磁気的に連結するコアヨークと、前記コアヨークの周囲に配置されたコイルと、を備えた内側固定子が、非磁性材から作製されたハブ軸に固定され、
該内側固定子を内包する筒状のハブケーシングと、該ハブケーシングの内面側に、前記２つのステータヨークの各極片と対向するように環状に配置された永久磁石と、を備えた外側回転子が、前記ハブ軸に回転自在に設けられてなることを特徴とする自転車用ハブダイナモ。
前記内側固定子は、非磁性材からなる絶磁板を介在させて、固定具により前記ハブ軸に固定されたものであることを特徴とする請求項１に記載の自転車用ハブダイナモ。