JP2012178954A - 自転車用ハブダイナモ - Google Patents

Abstract

【課題】ハブダイナモの小型化という要請に応え得るハブダイナモの構造を提供する。
【解決手段】ハブダイナモ１０は、ハブ軸１１に固定されるステータユニット２０と、ダイナモケース１２に固定されるロータユニット４０を備える。ロータユニット４０は、ステータユニット２０と並列に配置されるとともに両面が異極の磁極面となった円板形のマグネット４１と、マグネット４１の片面ずつに密着するロータヨーク４２、４３を備える。ロータヨーク４２、４３にはステータユニット２０の外周を取り囲む磁極片４２ｂ、４３ｂが複数個ずつ形成される。磁極片４２ｂと磁極片４３ｂは交互に配置される。マグネット４１、ロータヨーク４２、及びロータヨーク４３の三者は連結具４４で連結される。
【選択図】図１

Description

本発明は自転車用ハブダイナモに関する。

日常使用する自転車には、前照灯などで消費する電力を供給するためのダイナモが装備されているものが多い。そのダイナモも、近年では車輪のハブに組み込まれるハブダイナモが一般的になっている。特許文献１〜４にハブダイナモの例を見ることができる。

図７から図１０に従来のハブダイナモの構造例を示す。図示のハブダイナモ１０は自転車の前輪に配置され、フロントフォーク１に前輪のハブとして取り付けられている。ハブダイナモ１０はハブ軸１１とダイナモケース１２を有する。ハブ軸１１は、両端の雄ねじ部１３に螺合するナット１４でフロントフォーク１を締め付けることにより、フロントフォーク１から脱落しないように、またフロントフォーク１に対し回転しないように固定される。

ダイナモケース１２は略円筒形の中空部品であって、一端が開口部となっている。この開口部に円盤状のリッド１５がはめ込まれ、固定されることにより、外界から隔離された内部空間１６が形成される。ダイナモケース１２は、開口部でない側の端とハブ軸１１との間に介在するボールベアリング１７と、リッド１５とハブ軸１１との間に介在するボールベアリング１８により、ハブ軸１１に回転自在に保持される。

ダイナモケース１２は、左右の端部近傍に外フランジ１９を有する。外フランジ１９には複数のスポーク取付穴１９ａが所定の角度間隔で形成されており、このスポーク取付穴１９ａにスポーク２の根元部が取り付けられる。

ダイナモケース１２の内部空間１６にはステータユニット２０とロータユニット３０が収納される。以下、図８から図１０を参照しつつステータユニット２０とロータユニット３０の構造を説明する。

ステータユニット２０は、円筒形の鉄芯２１と、鉄芯２１に嵌合する絶縁材料製のコイルボビン２２と、鉄芯２１を取り巻くコイル２３と、鉄芯２１の片面（円筒形である鉄芯２１の一方の端面）ずつに密着する一対のステータヨーク２４、２５を備える。図８に示す通り、鉄芯２１、ステータヨーク２４、及びステータヨーク２５はそれぞれ中心に貫通穴２１ａ、２４ａ、２５ａを有し、これらの貫通穴にハブ軸１１が通される。ステータユニット２０は、ダイナモケース１２の内部空間１６でハブ軸１１に螺合するナット２６（図７参照）により、ハブ軸１１の軸線方向にずれないように、またハブ軸１１に対し回転しないように固定される。

コイル２３の一端はハブ軸１１に電気的に接続される。すなわち、ハブ軸１１が固定される自転車全体がコイル２３に対しグラウンドとして機能する。コイル２３の他端には絶縁被覆で覆われたリード線２７が接続され、リード線２７はハブ軸１１の外面に形成された軸線方向溝１１ａ（図７参照）を通ってハブダイナモ１０の外に導出される。

ステータヨーク２４、２５は例えば軟鋼からなるカップ状の部材であって、外周部はコイル２３の外側に回り込むものであり、この外周部に所定の角度間隔で切り込みを入れることにより、複数個ずつの磁極片２４ｂ、２５ｂが形成されている。構成例における磁極片２４ａ、２５ａの数は、図９に示す通り、１４個ずつである。ステータヨーク２４の磁極片２４ｂはステータヨーク２５に向かって突き出し、ステータヨーク２５の磁極片２５ｂはステータヨーク２４に向かって突き出し、磁極片２４ｂと磁極片２５ｂは円周上において交互に配置される。

図９に示すように、ステータヨーク２４の１箇所には貫通穴２４ａにつながる半径方向スリット２４ｃが形成されている。半径方向スリット２４ｃには渦電流の発生を抑制する機能がある。この半径方向スリット２４ｃからリード線２７が導出される。なおステータヨーク２４とステータヨーク２５は同一形状であり、ステータヨーク２５にも図１０に示す通り半径方向スリット２５ｃが形成されている。

ロータユニット３０は、例えば軟鋼からなるリング状のロータヨーク３１と、ロータヨーク３１の内面に接着剤で固定されたリング状のマグネット３２を備える。マグネット３２はフェライトマグネットであって、図９に示す通り、複数の円弧状のマグネットセグメント３２ａに分割されている。構成例では、マグネットセグメント３２ａの数は４、すなわち１個のマグネットセグメント３２ａが約９０°の角度を占めるものとされている。

ロータヨーク３１はダイナモケース１２の内周面に密着する。ロータヨーク３１にはリッド１５に面する側の縁に突部３１ａ（図７参照）が形成されており、この突部３１ａがリッド１５に形成された係合凹部１５ａに係合することにより、ロータヨーク３１のダイナモケース１２に対する相対回転が阻止される。

マグネット３２の内周面、すなわちマグネットセグメント３２ａの内周面は、所定の角度間隔で異極（Ｓ極とＮ極）に着磁されている。この着磁面が、磁極片２４ｂ、２５ｂの外面に所定の間隙を隔てて対峙する。

前輪が回転すると、ハブ軸１１とダイナモケース１２の間に相対回転が生じ、マグネット３２が形成する磁束が磁極片２４ｂ、２５ｂを次々と横切って行く。磁束はステータヨーク２４、２５と鉄芯２１を通り、コイル２３の周囲を通過する。これによりコイル２３に交流電流が発生する。その電流をリード線２７経由で取り出し、前照灯の点灯などに利用する。

図７から図１０に示した構造例と同様、特許文献１〜４に記載のハブダイナモも、ステータユニットの外周を取り囲む形でリング状のマグネットが配置された構成である。

特許第３９６３６３４号公報（国際特許分類：Ｈ０２Ｋ２１／２２、Ｂ６２Ｊ６／１２、Ｈ０２Ｋ１／１２、Ｈ０２Ｋ１９／２２） 特開平９−１３２１８５号公報（国際特許分類：Ｂ６２Ｊ６／１２） 特開２０００−３０２０７３号公報（国際特許分類：Ｂ６２Ｊ６／１２、Ｈ０２Ｋ７／１８） 特開２００６−１４５３８号公報（国際特許分類：Ｈ０２Ｋ２１／２２、Ｂ６２Ｊ６／１２、Ｈ０２Ｋ１／１４、Ｈ０２Ｋ７／１８）

ハブダイナモにおいて、ステータユニットの外周をリング状のマグネットが取り囲む構成にすると、マグネットにはある程度の厚みが必要なので、ダイナモケースの外径が大きくなってしまう。ダイナモケースの外径が大きくなればハブダイナモの質量が増し、自転車の走行性能や取り回し易さに影響が出る。また材料を多く使用するので製造コストも高くつくものとなる。又、マグネットはステータユニットの外周に沿ってＳ極とＮ極を交互に着磁しなければならず、着磁装置が複雑となる。

本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、ハブダイナモの小型化という要請に応え得るハブダイナモの構造を提供することを目的とする。

本発明の好ましい実施形態によれば、ハブ軸及び当該ハブ軸に回転自在に保持されたダイナモケースを有する自転車用ハブダイナモは、前記ハブ軸に固定されるステータユニットと、前記ダイナモケースに固定されるロータユニットを備え、前記ロータユニットは、前記ステータユニットと並列に配置されるとともに両面が異極の磁極面となった円板形のマグネットと、前記マグネットの片面ずつに密着する一対のロータヨークを備え、前記一対のロータヨークには前記ステータユニットの外周を取り囲む磁極片が複数個ずつ形成され、前記磁極片は一方のロータヨークに属するものと他方のロータヨークに属するものが交互に配置される。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の自転車用ハブダイナモにおいて、前記ロータヨークの磁極片は前記ダイナモケースの内周面に密着する。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の自転車用ハブダイナモにおいて、前記マグネット及び前記一対のロータヨークの三者には前記ハブ軸を通す貫通穴がそれぞれ形成され、非磁性体製の連結具に形成した爪を一方のロータヨークの側から前記貫通穴に入り込ませ、当該爪の先端を他方のロータヨークの前記貫通穴の縁に係合させることにより、前記三者が連結される。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の自転車用ハブダイナモにおいて、前記マグネットはネオジム磁石である。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の自転車用ハブダイナモにおいて、前記ステータユニットは、前記ハブ軸が中心を貫通する鉄芯と、前記鉄芯を取り巻くコイルと、前記鉄芯の片面ずつに密着する一対のステータヨークを備え、前記一対のステータヨークのそれぞれに、前記コイルの外周を取り囲む磁極片が複数個ずつ向かい合わせに形成され、前記磁極片は一方のステータヨークに属するものと他方のステータヨークに属するものが交互に配置される。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の自転車用ハブダイナモにおいて、前記一対のステータヨークの磁極片は、前記ハブ軸の軸線方向に斜めに交差する縁部を有する。

本発明によると、ステータユニットと並列に円板形のマグネットを配置し、ステータユニットの外周には厚さがそれほど厚くなくて済むロータヨークの磁極片のみを配置するものであるから、ステータユニットの外周を取り囲むようにマグネットを配置する構成に比べ、ダイナモケースの外径を小さくすることができる。その結果、ハブダイナモの質量が減少し、自転車の走行性能や取り回し易さが向上する。使用材料も少なくて済むから製造コストを低減することができる。又マグネットは円板形でその両面をＳ極とＮ極に着磁するだけなので、着磁が簡単である。

本発明の実施形態に係るハブダイナモの断面図である。 本発明の実施形態に係るハブダイナモにおけるステータユニットとロータユニットの組み合わせの正面図である。 本発明の実施形態に係るハブダイナモにおけるステータユニットとロータユニットの組み合わせの断面図である。 本発明の実施形態に係るハブダイナモにおけるステータユニットとロータユニットの組み合わせを図２の矢印Ａ方向に見た側面図である。 本発明の実施形態に係るハブダイナモにおけるステータユニットとロータユニットの組み合わせを図２の矢印Ｂ方向に見た側面図である。 本発明の実施形態に係るハブダイナモにおけるステータユニットの正面図である。 従来のハブダイナモの断面図である。 従来のハブダイナモにおけるステータユニットとロータユニットの組み合わせの断面図である。 従来のハブダイナモにおけるステータユニットとロータユニットの組み合わせを図８の矢印Ｃ方向に見た側面図である。 従来のハブダイナモにおけるステータユニットとロータユニットの組み合わせを図８の矢印Ｄ方向に見た側面図である。

図１から図６までの図に基づきハブダイナモの実施形態を説明する。なお、図７から図１０までの図に示した従来構造と同一、ないしは機能的に共通する構成要素には、従来構造の説明で用いたのと同じ符号を付し、説明は省略する。

実施形態のハブダイナモ１０において、従来と大きく変わったのはロータユニットである。実施形態のハブダイナモ１０に用いられるロータユニット４０は、円板形のマグネット４１と、マグネット４１の片面ずつに密着する一対のロータヨーク４２、４３を備える。マグネット４１には磁束密度の高いネオジム磁石を用いる。図３に示す通り、マグネット４１とロータヨーク４２、４３の中心には、ハブ軸１１のナット２６が螺合された部分を通す貫通穴４１ａ、４２ａ、４３ａが形成されている。

ロータヨーク４２、４３は例えば軟鋼からなるカップ状の部材であり、カップの口縁がリッド１５の方を向くように配置される。ロータヨーク４２、４３の外周部はステータユニット２０の外周を取り囲み、この外周部に所定の角度間隔で切り込みを入れることにより、複数個ずつの磁極片４２ｂ、４３ｂが形成されている。磁極片４２ｂを形成する切り込みに磁極片４３ｂが入り込み、磁極片４３ｂを形成する切り込みに磁極片４２ｂが入り込むことにより、ロータヨーク４２、４３の外周部の直径が同一であるにもかかわらず、磁極片４２ｂ、４３ｂは同一円周上に配置されることになる。

図５に示す通り、磁極片４２ｂ、４３ｂの数は１４個ずつである。言うまでもないが、１４という数は単なる例示であり、発明を限定するものではない。磁極片４２ｂと磁極片４３ｂは同じ方向（リッド１５の方向）に突き出し、円周上において交互に配置される。

磁極片４２ｂ、４３ｂの外面（半径方向の外側に向いた面）はダイナモケース１２の内周面に密着し、ダイナモケース１２に接着剤で固定される。磁極片４２ｂ、４３ｂの内面（半径方向の内側に向いた面）はステータユニット２０の磁極片２４ｂ、２５ｂの外面に所定の間隙を隔てて対峙する。

マグネット４１は、両面が異極（Ｓ極とＮ極）になるように着磁されている。ロータヨーク４２が密着する面がＳ極、ロータヨーク４３が密着する面がＮ極に着磁されていたとすれば、磁極片４２ｂはＳ極、磁極片４３ｂはＮ極になる。

ロータヨーク４２、４３の磁極片４２ｂ、４３ｂは、図２に示す通り、縁部がハブ軸１１の軸線方向と平行になっている。これに対しステータヨーク２４、２５の磁極片２４ｂ、２５ｂは、図６に示す通り先細のテーパ状に形成され、縁部がハブ軸１１の軸線方向に斜めに交差する。このように構成することにより、磁極片２４ｂ、２５ｂを交番磁束が通過するときの磁束密度の変化が緩やかになり、コギングトルクが減少する。すなわちハブダイナモ１０の回転がスムーズに感じられることになり、使用感が向上する。

ロータユニット４０をダイナモケース１２に組み込むに際し、マグネット４１、ロータヨーク４２、及びロータヨーク４３の三者は連結具４４で連結される。連結具４４の材料は非磁性体とする。合成樹脂を用いるのがよい。連結具４４は円板形状であって、中心にはハブ軸１１を通す貫通穴４４ａを有し（図３参照）、貫通穴４４ａの口縁より爪４４ｂを突き出させている。爪４４ａは１２０°間隔で３個配置され、いずれもハブ軸１１の軸線と平行する形で延びている。

ロータヨーク４２、マグネット４１、及びロータヨーク４３をこの順序で重ねておき、ロータヨーク４２の側から連結具４４を重ねて、爪４４ｂを貫通穴４２ａ、４１ａ、４３ａに入り込ませる。爪４４ｂは貫通穴４３ａを通り抜けたところで貫通穴４３ａの縁に弾性係合する。これにより、マグネット４１、ロータヨーク４２、及びロータヨーク４３の三者はしっかりと連結され、緊密な密着状態を保つ。また磁極片４２ｂと磁極片４３ｂの間に所定の間隔を維持しつつ三者をダイナモケース１２に挿入する作業を雑作なく行うことができる。

前輪が回転すると、ハブ軸１１とダイナモケース１２の間に相対回転が生じ、マグネット４１と磁極片４２ｂ、４３ｂが形成する磁束が磁極片２４ｂ、２５ｂを次々と横切って行く。磁束はステータヨーク２４、２５と鉄芯２１を通り、コイル２３の周囲を通過する。これによりコイル２３に交流電流が発生する。その電流をリード線２７経由で取り出し、前照灯の点灯などに利用する。

上記の通り、ステータユニット２０と並列に円板形のマグネット４１を配置し、ステータユニット２０の外周には厚さがそれほど厚くなくて済むロータヨーク４２、４３の磁極片４２ｂ、４３ｂのみを配置するものであるから、ステータユニット２０の外周を取り囲むようにマグネットを配置する構成に比べ、ダイナモケース１２の外径を小さくすることができる。その結果、ハブダイナモ１０の質量が減少し、自転車の走行性能や取り回し易さが向上する。使用材料も少なくて済むから製造コストを低減することができる。

マグネット４１は円板形であり、その両面を異極に着磁するだけなので、製造が容易である。ネオジム磁石の場合、小間隔で異極に着磁することは難しく、従って従来構造でマグネットとして用いたフェライト磁石をネオジム磁石で代替することは難しかったが、円板の両面が異極でありさえすればよい本発明では、ネオジム磁石を容易に導入できる。着磁機の構造も簡単になり、着磁機のコストも安くつく。

なお、磁束密度の高いるネオジム磁石をマグネット４１に用いるのが望ましいが、十分な磁束密度が得られれば、ネオジム磁石以外の磁石を用いてもよい。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は自転車用ハブダイナモに広く利用可能である。

１ フロントフォーク
１０ ハブダイナモ
１１ ハブ軸
１２ ダイナモケース
２０ ステータユニット
２１ 鉄芯
２２ コイルボビン
２３ コイル
２４、２５ ステータヨーク
２４ｂ、２５ｂ 磁極片
４０ ロータユニット
４１ マグネット
４１ａ 貫通穴
４２、４３ ロータヨーク
４２ａ、４３ａ 貫通穴
４２ｂ、４３ｂ 磁極片
４４ 連結具
４４ｂ 爪

Claims (6)

1. ハブ軸及び当該ハブ軸に回転自在に保持されたダイナモケースを有する自転車用ハブダイナモであって、
   前記ハブ軸に固定されるステータユニットと、前記ダイナモケースに固定されるロータユニットを備え、
   前記ロータユニットは、前記ステータユニットと並列に配置されるとともに両面が異極の磁極面となった円板形のマグネットと、前記マグネットの片面ずつに密着する一対のロータヨークを備え、
   前記一対のロータヨークには前記ステータユニットの外周を取り囲む磁極片が複数個ずつ形成され、前記磁極片は一方のロータヨークに属するものと他方のロータヨークに属するものが交互に配置されることを特徴とする自転車用ハブダイナモ。
2. 前記ロータヨークの磁極片は前記ダイナモケースの内周面に密着す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。
3. 前記マグネット及び前記一対のロータヨークの三者には前記ハブ軸を通す貫通穴がそれぞれ形成され、非磁性体製の連結具に形成した爪を一方のロータヨークの側から前記貫通穴に入り込ませ、当該爪の先端を他方のロータヨークの前記貫通穴の縁に係合させることにより、前記三者が連結されることを特徴とする請求項１または２に記載の自転車用ハブダイナモ。
4. 前記マグネットはネオジム磁石であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の自転車用ハブダイナモ。
5. 前記ステータユニットは、前記ハブ軸が中心を貫通する鉄芯と、前記鉄芯を取り巻くコイルと、前記鉄芯の片面ずつに密着する一対のステータヨークを備え、
   前記一対のステータヨークのそれぞれに、前記コイルの外周を取り囲む磁極片が複数個ずつ向かい合わせに形成され、前記磁極片は一方のステータヨークに属するものと他方のステータヨークに属するものが交互に配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用ハブダイナモ。
6. 前記一対のステータヨークの磁極片は、前記ハブ軸の軸線方向に斜めに交差する縁部を有することを特徴とする請求項５に記載の自転車用ハブダイナモ。

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