JP2005041428A - Hub dynamo - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自転車のフレームを構成するフォーク先端に取付けられるハブダイナモの技術分野に属するものである。 The present invention belongs to the technical field of a hub dynamo attached to the tip of a fork constituting a bicycle frame.
一般に、この種自転車のなかには、フレームを構成するフォークに取付けられる車軸に発電機を設けて、自転車の走行に伴う車輪の回転で発電させ、該発電された電力により前照灯等を点灯するように構成したものがある。このような発電機であるハブダイナモとしては、車軸側に設けられるステータを、コイル体と、該コイル体の両側部に配され、リング板状の外周縁部からロータ側に設けた永久磁石の磁束を受けてN、S極の何れかに磁化される磁極片が複数形成された鉄心(所謂クローポール型の鉄心)の一対を備えて構成したコイル部を用いて構成したものがあり、この構成のものは、磁極片の数であって永久磁石の数を多くする(多極化する)ことにより高電圧が得られる構成として知られている。
このものにおいて、多極化することはコンパクト化を損なうことに相当することから、コンパクト化を果し、しかも、自転車を増速駆動させることなく、さらなる高出力化を果すためには、ハブダイナモを車軸方向に長い構成、即ち、磁極片を車軸方向に長い構成とし、磁極片が受ける永久磁石からの磁束を高くすることが想定される。しかるに、磁極片を長くしすぎると磁極片の基端側部位において磁気飽和が生じてコイル体に対して有効な磁束を確保できなくなるという問題がある。そのうえ、磁極片を車軸方向に長くした分、異極同志の磁極片の対向面積が大きくなり、しかも、小径化した分、対向間隔が狭くなってしまい、電機子反作用が大きくなるという問題もある。
Generally, in this type of bicycle, a generator is provided on an axle attached to a fork constituting the frame so that the power is generated by the rotation of a wheel as the bicycle travels, and a headlight or the like is turned on by the generated power. There is something configured. As a hub dynamo which is such a generator, a stator provided on the axle side is provided with a coil body and permanent magnets provided on both sides of the coil body and provided on the rotor side from the outer peripheral edge of the ring plate shape. There is one that is configured using a coil portion that includes a pair of iron cores (so-called claw pole type iron cores) formed with a plurality of magnetic pole pieces that are magnetized to either the N or S poles by receiving magnetic flux. The configuration is known as a configuration in which a high voltage can be obtained by increasing the number of magnetic pole pieces and increasing the number of permanent magnets.
In this product, multipolarization is equivalent to impairing compactness. To achieve compactness and further increase the output without driving the bicycle at a higher speed, the hub dynamo is used as an axle. It is assumed that the configuration is long in the direction, that is, the configuration is such that the pole piece is long in the axle direction, and the magnetic flux from the permanent magnet received by the pole piece is increased. However, if the pole piece is made too long, there is a problem that magnetic saturation occurs at the base end side portion of the pole piece and an effective magnetic flux cannot be secured for the coil body. In addition, since the pole pieces are elongated in the direction of the axle, the opposing areas of the pole pieces of different polarities increase, and the distance between the opposing poles becomes narrow and the armature reaction increases as the diameter is reduced. .
そこで、前述したような双極の鉄心を備えたコイル体を複数用意し、これらコイル体を長い車軸に対し並列状に設け、これら各コイル体にそれぞれ発電させるように構成したものが提唱されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
前記特許文献1、2のものでは、鉄心を構成する磁極片の車軸方向長さを短くできることから、磁気飽和、電機子反作用の問題を低減することができるが、これらのものでは、コイル体の数が増加することに伴い、それぞれのコイル体に対して配設される一対の鉄心を設けなければならず、軽量化が損なわれるという問題があるうえ、異極の磁極片同志が近接対向していることから電機子反作用が生じ、コギング負荷の発生と電力ロスを低減できないという問題が依然として残されており、ここに本発明が解決しようとする課題がある。
In
本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項1の発明は、ステータとロータとを備えたハブダイナモであって、車軸側のステータを、コイル体と、リング板状の外周縁部からロータ側に設けた永久磁石の磁束を受けてN、S極の何れかに磁化される磁極片が複数形成された鉄心とを備えて構成するにあたり、ステータは、互いに異極となる一対の鉄心がコイル体の両側部に配された主コイル部と、該主コイル部の一方に隣接し、単極の第一副鉄心がコイル体の一方側に配された第一副コイル部と、主コイル部の他方に隣接し、単極の第二副鉄心がコイル体の他方側に配された第二副コイル部とが設けられているものである。
そして、このようにすることにより、主コイル部の両側に配されるコイル部については単極の鉄心でよく、コンパクト化だけでなく、軽量化をも果すことができ、しかも、電機子反作用を低減することができる。
請求項2の発明は、請求項1において、第一副鉄心は、主コイル体の一方側主鉄心と同極となり、第二副鉄心は、主コイル体の他方側主鉄心と同極となるように構成されているものであり、このようにすることにより、高出力のハブダイナモとすることができる。
請求項3の発明は、請求項1または2において、第一、第二副鉄心の磁極片は、主鉄心の磁極片の略半分の長さに形成されているものとすることができ、このようにすることにより、小径化だけでなくコンパクト化をも図ることができる。
請求項4の発明は、請求項1、2または3の発明において、第一、第二副コイル体の巻線の巻線は、主コイル体の巻線の略半分に設定されているものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances and has been created for the purpose of solving these problems. The invention of
And by doing in this way, about the coil part distribute | arranged on both sides of the main coil part, a monopolar iron core may be sufficient, and it can achieve not only compactness but weight reduction, and also armature reaction Can be reduced.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first sub iron core has the same polarity as the one side main iron core of the main coil body, and the second sub iron core has the same polarity as the other side main iron core of the main coil body. In this way, a high-power hub dynamo can be obtained.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the magnetic pole pieces of the first and second secondary iron cores can be formed to be approximately half the length of the magnetic pole pieces of the main iron core. By doing so, not only the diameter can be reduced but also the size can be reduced.
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the invention, the windings of the first and second auxiliary coil bodies are set to substantially half the windings of the main coil body. is there.
請求項1の発明とすることにより、高性能なハブダイナモとすることができる。
請求項2の発明とすることにより、高出力のハブダイナモとすることができる。
請求項3の発明とすることにより、小径化およびコンパクト化をともに果すことができる。
請求項4の発明とすることにより、従来型のものと同性能に構成することができる。
By setting it as invention of
By setting it as invention of
By setting it as invention of
According to the invention of claim 4, it can be configured to have the same performance as the conventional type.
次に、本発明の第一の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図面において、1は自転車の前輪(前車輪)Hの回転中心を構成する車軸であって、該車軸1の左右両端部は、車体を構成する左右一対のフロントフォーク2の先端部に支持されており、該左右フロントフォーク2のあいだに位置する車軸1に、本発明が実施されたハブダイナモ3が配されている。
尚、4はハブダイナモ3からの電力を受けて点灯するよう接続された前照灯である。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawings,
Reference numeral 4 denotes a headlamp connected to receive power from the
5は、ハブダイナモ3のロータを構成するケーシング(ハブ)であって、該ケーシング5は、車軸1を外嵌する筒状の本体部5aと、該本体部5aの軸方向両端部に形成の筒開口を覆蓋する状態で一体的に配される左右一対のエンドブラケット5bとを備えて構成されている。前記各エンドブラケット5bは、リング状の板材を用いて構成され、車軸1に一体的に外嵌されたスペーサ1aの外周に対し、軸受5cを介してそれぞれ支持されるように構成されており、これによって、ケーシング5は、車軸1に対して相対回転自在となるように構成されている。さらに、本体部5aは、軸方向両端部に位置して外径側に突出する鍔部5dがそれぞれ形成されており、これら鍔部5dには、周回り方向に複数の連結孔5eが開設され、これら連結孔5eに、前輪Hを構成するスポーク6の内径側端部が一体的に連結されている。尚、7は、左右一対のエンドブラケット5bの軸方向外側となる両端部に設けられた抜け止め用部材である。
さらに、前記ケーシング5は、本体部5aの内周面に筒状のヨーク8が一体的に配されており、該ヨーク8の内周面に、軸方向に長く形成されたN極、S極の永久磁石8aの複数対が周回り方向に並設される状態で固着されている。ここで、本実施の形態では、十四対、即ち、都合二十八個の永久磁石8aがヨーク8内周に設けられており、自転車の走行に伴い前輪Hが回転することにより、前輪Hとともにケーシング5(本体部5aおよびエンドブラケット5b)が車軸1に対して回転し、これによって、本体部5a内周面の永久磁石8aが車軸1に対して回転するように設定されている。
Further, in the
一方、ケーシング5により内装されるステータを構成する車軸1には、中央部に位置して主コイル部9が設けられている。前記主コイル部9を構成する主コイル体9aは、コイルボビン9bに巻線10を巻装することで構成されており、主コイル体9aは、車軸1にパイプ材11aを介して外嵌されている磁性部材で筒状に形成された主コイル用コア11に一体的に外嵌されるように設定されている。前記主コイル体9aの左右両側部(車軸1の軸方向両側部)には、磁路を形成するための左右一対(N、S極用)の主コイル用鉄心(本発明の主鉄心)12、13が設けられるが、これら各主コイル用鉄心12、13は互いに左右対称形状をしており、主コイル体9aの側部に沿うリング板状のリング状部12a、13aと、該リング状部12a、13a外周縁部から主コイル体9a側に折曲、延出される磁極片12b、13bとを備えて構成されている。そして、これら主コイル用鉄心12、13は、リング状部12a、13aが主コイル用コア11の軸方向両端面に突当てられるようにして設けられている。
ここで、本実施の形態の各主コイル用鉄心12、13は、それぞれ磁極片12b、13bが周回り方向に十四個形成されたものとなっており、これら磁極片12b、13bが互いに周回り方向に位置ズレする位置関係で配設されている。これによって、主コイル体9aの外周に配設される都合二十八個の磁極片12b、13bとは、等間隔を存し、かつ、交互に配設される位置関係(齟齬状)で近接対向状に配設されている。
On the other hand, the
Here, each of the
前記主コイル部9の左側(本発明の一方側)には第一副コイル部14が設けられ、そして、右側(本発明の他方側)には第二副コイル部15がそれぞれ設けられており、これによって、ハブダイナモ3のステータが構成されている。
前記第一副コイル部14を構成する第一副コイル体14aは、コイルボビン14bに巻線10を巻装することで構成されるが、このものにおいて、第一副コイルボビン14bの車軸方向長さは、主コイル部9の主コイルボビン9bの車軸方向長さの略半分に設定されているとともに、第一副コイルボビン14bへの巻線10の巻数は、主コイルボビン9bへの巻線10の巻数の略半分に設定されている。尚、第一副コイル体14aは、車軸1にパイプ材16aを介して外嵌されている磁性部材で形成された筒状の第一副コイル用コア16に一体的に外嵌されている。そして、第一副コイル体14aの左側(一方側)には第一副コイル用鉄心(本発明の第一副鉄心)17が設けられているが、該第一副コイル用鉄心17は、前記主コイル部9に配設されている左側の主コイル用鉄心12と同様の構成でり、第一副コイル用コア16の左側端面に突当てられるリング状部17aと、その外周縁部から右側に向けて折曲、延出する十四個の磁極片17bとを備えて構成されている。ここで、本実施の形態の第一副コイル用鉄心17の磁極片17bは、左右長さが、主コイル用鉄心12の磁極片12bの左右長さの略半分に設定されている。また、第一副コイル用鉄心17は、各磁極片17bが主コイル部9の左側に位置する主コイル用鉄心12の磁極片12bと同期する(周回り方向同位置となる)状態で車軸1に設けられ、同極となるように設定されている。
A
The
これに対し、第二副コイル部15を構成する第二副コイル体14aは、コイルボビン15bに巻線10を巻装することで構成されるが、このものは、第一副コイル部十四と同様に構成され、第二副コイルボビン15bの車軸方向長さは、主コイル部9の主コイルボビン9bの車軸方向長さの略半分に設定されているとともに、第二副コイルボビン15bへの巻線10の巻数は、前記主コイル部9における主コイルボビン9bへの巻線10の巻数の略半分に設定されている。前記第二副コイル体15aは、車軸1にパイプ材18aを介して外嵌されている磁性部材で形成された筒状の第二副コイル用コア18に一体的に外嵌されるように設定されている。そして、第二副コイル体15aの左側(一方側)には第二副コイル用鉄心(第二副鉄心)19が設けられているが、該第二副コイル用鉄心19は、前記主コイル部9に配設されている右側の主コイル用鉄心13と同様の構成であり、第二副コイル用コア18の左側端面に突当てられるリング状部19aと、その外周縁部から右側に向けて折曲、延出する十四個の磁極片19bとを備えて構成されている。さらに、本実施の形態の第二副コイル用鉄心19の磁極片19bは、左右長さが、主コイル用鉄心13の磁極片13bの左右長さの略半分に設定されている。ここで、第二副コイル用鉄心19は、各磁極片19bが主コイル部9の右側に位置する主コイル用鉄心13の磁極片13bと同期する(周回り方向同位置となる)状態で車軸1に設けられ、同極となるように設定されている。
On the other hand, the second
そして、このように構成されたステータにおいて、ケーシング5を回転させて、ヨーク8内周に設けた十四対の永久磁石8aを、主コイル部9、第一、第二副コイル部14、15に対してそれぞれ回転させることに伴い、主コイル部9、第一、第二副コイル部14、15のコイル体9a、14a、15aに、それぞれ電力が発生(発電)することが確認された。
そこで、このものにおける発電の機構について図3、4(A)を用いて説明する。
And in the stator comprised in this way, the
Therefore, a power generation mechanism in this apparatus will be described with reference to FIGS.
つまり、ケーシング5側の永久磁石8aに対し、主コイル用、第一、第二副コイル用の各鉄心12、13、17、19の各磁極片12b、13b、17b、19bは、主コイル用左側鉄心12と第一副コイル用鉄心17との磁極片12b、17bがN極に対向した場合、主コイル用右側鉄心13と第二副コイル用鉄心19との磁極片13b、19bがそれぞれS極に対向している。そして、各磁極片12b、13b、17b、19bは、前輪Hの回転に基づいてケーシング5とともにヨーク8が1ピッチ角度(360/28℃)回転するごとに、N極、S極に交互に磁化されている。
これによって、図3に示すように、主コイル用左側鉄心12と第一副コイル用鉄心17との磁極片12b、17bがそれぞれS極に対向し、主コイル用右側鉄心13と第二副コイル用鉄心19との磁極片13b、19bがそれぞれN極に対向する第一磁化状態の場合、主コイル部9についてはN極に磁化された主コイル用右側鉄心磁極片13bから主コイル用コア11を経由し、S極に磁化された主コイル用左側鉄心磁極片12bに至る時計回り方向の主磁路が形成され、主コイル体9aに正の方向の磁束が通過する。
これとともに、N極に磁化された第二副コイル用鉄心磁極片19bから第二副コイル用コア18を経由して主コイル用コア11を経て、S極に磁化されている主コイル用左側鉄心磁極片12bに至る時計回り方向の第二副磁路が形成され、これによって、第二副コイル体15aにも正の方向の磁束が通過するものと想定される。
さらにこのとき、N極に磁化されている主コイル用右側鉄心磁極片13bから主コイル用コア11を経由して第一副コイル用コア16を経て、S極に磁化されている第二副コイル用鉄心磁極片17bに至る時計回り方向の第一副磁路も形成され、これによって、第一副コイル体14aにも正の方向の磁束が通過するものと想定される。
That is, with respect to the
Accordingly, as shown in FIG. 3, the
At the same time, the left core for the main coil magnetized to the S pole from the
Furthermore, at this time, the second subcoil magnetized to the S pole from the right coil
これに対し、主コイル用左側鉄心12と第一副コイル用鉄心17との磁極片12b、17bがN極に対向し、主コイル用右側鉄心13と第二副コイル用鉄心19との磁極片13b、19bがS極に対向する第二磁化状態の場合では、前記とは逆に反時計回り方向の主磁路が形成されるとともに、第一副磁路、第二副磁路がそれぞれ形成されるものと想定され(図4(A)参照)、これによって、各コイル体9aに負の方向の磁束が通過することに伴い、第一、第二副コイル体14a、15aにもそれぞれ負の方向の磁束が通過し、このように、第一磁化状態と第二磁化状態とが交互に繰り返されることにより、主コイル体9aだけでなく、第一、第二副コイル体14a、15aにも発電がなされるものと考察され、実際にこれら各コイル体9a、14a、15aに発生した電力を取出して観測した結果、高い電圧の電力が得られることが確認された。
On the other hand, the
尚、図4(B)に示されるハブダイナモ20は、ステータとして、前記実施の形態の主コイル部9と同様の構成のコイル部21を二つ用意し、これら二つのコイル部21を、各コイル部21の一対の鉄心22同志のうち、隣接する鉄心22同志が同極となる状態で車軸に対して並列状に設け、前記実施の形態と同様のヨーク8内に収容して構成した従来型構造のものである。この場合の各コイル部21の巻線の巻数を1とし、各永久磁石8aから各鉄心22が受ける磁束量を1としたとき、本実施の形態のものにおいて、主コイル部9における巻線10の巻数は1、第一、第二副コイル14、15の巻線10の巻数は0.5となる。そして、このものでは、前述したように、第一、第二副コイル14、15の単極の第一、第二副コイル用鉄心17、19が、それぞれ主コイル部9の左右の主コイル用鉄心12、13と同期して設けられているため、第一、第二副コイル部14、15部位における磁束量はあわせて0.5となる一方で、主コイル部9部位における磁束量は1.5となるものと想定され、これによって、本実施の形態のものは、従来型構造のものと同様の出力性能を有すると予測され、実測値からも同様の出力であることが確認された。
The
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、ハブダイナモ3は、主コイル部9、第一、第二副コイル部14、15を車軸1に対して並列状に設けることにより、小径化が図れコンパクト化を実現できるものであるが、このものでは、さらに、主コイル部9に隣接する第一、第二副コイル部14、15の磁路を形成するための鉄心として、それぞれ単極の第一、第二副コイル用鉄心17、19が用いられ、これら第一、第二副コイル用鉄心17、19を主コイル部9の左右の主コイル用鉄心12、13に対してそれぞれ同期する状態で設けられる構成となっている。これによって、主コイル部9においては主コイル用鉄心磁極片12b、13b同志が近接対向するため電機子反作用が生じるが、第一、第二副コイル部14、15においては、単極の第一、第二副コイル用鉄心17、19が存するだけの構成であるので電機子反作用が生じることがなく、もって、ハブダイナモ3全体としての電機子反作用を小さくなし得て、コギング負荷を防止できるとともに電力ロスが低減し、効率良く電力の確保ができる高性能なハブダイナモ3を提供することができる。
しかも、このものでは、第一、第二副コイル部14、15は主コイル部9の半分の車軸方向長さに形成されており、しかも、第一、第二副コイル用鉄心17、19がそれぞれ単極であることから、磁極片17b、19bの車軸方向長さが主コイル用鉄心12、13の半分となって軽量化が果されることになり、もって、高出力のハブダイナモ3とすることができながら、軽量、コンパクト化を実現することができる。
In the embodiment of the present invention configured as described, the
In addition, in this case, the first and second
尚、本発明は前記実施の形態に限定されないことは勿論であって、主コイル部に対して左右に設けられる副コイル部の鉄心である第一、第二副鉄心としては、第一副鉄心を主コイル部の他方側の鉄心と同期させ、第二副鉄心を主コイル部の一方側の鉄心と同期させる構成としてもよく、この場合でも、電機子反作用が少ない状体で各コイル部に発電させることが可能となる。 Of course, the present invention is not limited to the above embodiment, and the first and second sub-cores, which are the iron cores of the sub-coil portions provided on the left and right of the main coil portion, are the first sub-cores. May be configured to synchronize with the iron core on the other side of the main coil portion, and the second sub iron core may be synchronized with the iron core on one side of the main coil portion. It is possible to generate electricity.
1 車軸
2 フロントフォーク
3 ハブダイナモ
5 ケーシング
8a 永久磁石
9 主コイル部
9a 主コイル体
10 巻線
12 主コイル用鉄心
12b 磁極片
14 第一副コイル部
15 第二副コイル部
17 第一副コイル用鉄心
19 第二副コイル用鉄心
DESCRIPTION OF
Claims (4)
Priority Applications (1)
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JP2003280058A JP2005041428A (en) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | Hub dynamo |
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Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110114959A (en) * | 2016-12-21 | 2019-08-09 | 株式会社美姿把 | Hub generator |
CN114977554A (en) * | 2022-06-09 | 2022-08-30 | 湖州太平微特电机有限公司 | External rotor motor and manufacturing method |
-
2003
- 2003-07-25 JP JP2003280058A patent/JP2005041428A/en active Pending
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