JP2004260921A - 自転車用ハブダイナモ - Google Patents
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Abstract
【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
【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 (2)
- 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。
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