JP2013233844A - ハブダイナモ - Google Patents

Abstract

【課題】組み付け性を向上した上で、スリーブ部材を高精度に位置決めできるハブダイナモを提供する。
【解決手段】車輪軸１１に取り付けられ、導線２８が巻回されたステータ１３と、車輪軸１１にベアリング２１を介して回転可能に支持され、車輪とともに回転するロータ１２と、を備えたハブダイナモ１０において、車輪軸１１に螺着され、ステータ１３の軸方向への移動を規制するステータ固定用ナット３７と、車輪軸１１とベアリング２１との間に介在するスリーブ部材５１と、を備え、スリーブ部材５１は、車輪軸１１に螺着されるとともに、スリーブ部材５１のうち軸方向に沿うステータ固定用ナット３７側の端部には、外径側に向けて突出するフランジ部５１ｂが一体形成され、フランジ部５１ｂとステータ固定用ナット３７とが軸方向で当接していることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハブダイナモに関するものである。

自転車の前照灯や尾灯等の照明装置等に電力を供給するため、車輪の回転によって発電する発電機が広く普及している。このような発電機には様々な構造のものが存在するが、車輪軸に取り付けられる、いわゆるハブダイナモが知られている。

ハブダイナモは、車輪軸側に固定されるステータと、内周面に磁石が固定されるとともに、ステータを外側から囲繞するように車輪側に連結される筒状のロータと、を備えている。ステータは、車輪軸に外嵌された後、車輪軸の軸方向両側からステータ固定用ナット（ハブナット）が螺着されることで、軸方向の位置決めが行われている。ロータには、軸受が組み付けられており、車輪軸のスリーブに回転可能に支持されている。

ここで、例えば特許文献１には、上述したステータ固定用ナットと、軸受が外嵌されるスリーブと、が一体形成された構成が記載されている。
この構成によれば、ステータが固定された車輪軸にロータを組み付ける際に、ステータ固定用ナットの一部に形成されたスリーブが、ロータの軸受の内側に挿入されるので、車輪軸の中心、軸受の内径の中心、及びロータの中心の芯出しが容易になるとされている。

特開２００３−１１８６９号公報

しかしながら、上述した特許文献１の構成にあっては、スリーブがステータ固定用ナットに一体形成されているため、ステータの配設位置によってスリーブの配設位置が決定される。このため、ステータを構成する部品（軸受間）に軸方向で寸法誤差等があると、スリーブの位置とロータ側の軸受との間に位置ずれが生じ、これらスリーブと軸受との嵌合代にばらつきが生じる虞がある。この場合には、軸受の内輪に偏荷重が加わって、軸受の耐久性を損なうばかりではなく、ステータとロータとの中心の芯出し精度が低下して、ロータ側の内周面とステータの外周面との間のギャップが確保できなくなるという問題がある。

また、上述した寸法誤差が例えばマイナス誤差であった場合には、スリーブとステータとの間にワッシャ等の誤差吸収部材を設けることが考えられる。
しかしながら、上述した特許文献１の構成では、車輪軸からスリーブを取り外すと、ステータ固定用ナットによるステータの位置決めまで解除されてしまうため、組み付け性が悪いという問題がある。

そこで、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、組み付け性を向上した上で、スリーブ部材を高精度に位置決めできるハブダイナモを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、車輪軸に取り付けられ、導線が巻回されたステータと、前記車輪軸に軸受を介して回転可能に支持され、車輪とともに回転するロータと、を備えたハブダイナモにおいて、前記車輪軸に螺着され、前記ステータの軸方向への移動を規制するステータ固定用ナットと、前記車輪軸と前記軸受との間に介在するスリーブ部材と、を備え、前記スリーブ部材は、前記車輪軸に螺着されるとともに、前記スリーブ部材のうち軸方向に沿う前記ステータ固定用ナット側の端部には、外径側に向けて突出するフランジ部が一体形成され、前記フランジ部と前記ステータ固定用ナットとが軸方向で当接していることを特徴とする。

この構成によれば、ステータ固定用ナットによりステータの軸方向への移動を規制した状態で、スリーブ部材を螺着できるため、ステータ自体の軸方向の位置決めを維持した上で、スリーブ部材の位置決めを行なうことができる。これにより、例えば、寸法誤差等により仮にスリーブ部材が所望の位置からずれた場合等において、スリーブ部材を一旦取り外す必要が生じた際に、上述した特許文献１の構成のようにステータの位置決めが解除されることがない。そのため、組み付け性を向上させた上で、スリーブ部材を高精度に位置決めできる。
その結果、スリーブ部材に対する軸受の所望の嵌合代を確保することができるので、軸受に作用する偏荷重を抑制して、軸受の耐久性を向上できる。さらに、ロータとステータとの芯出し精度を向上できるので、ロータの内周面と、ステータの外周面と、の間に形成されるギャップを高精度に確保できる。
しかも、本発明の構成によれば、スリーブ部材のフランジ部をステータ固定用ナットに軸方向で当接させることで、スリーブ部材の軸方向の位置決めを簡単に行うことができる。

また、請求項２に記載した発明は、前記ステータは、前記車輪軸の軸方向両端部に配置された一対の主鉄心と、前記一対の主鉄心の間に間隔をあけて配置されるとともに、前記一対の主鉄心間を複数のコイル室に仕切る副鉄心と、を備え、前記コイル室には、前記導線が巻回されていることを特徴とする。
ところで、軸方向に複数のコイル室を有する構成では、ステータが軸方向に長くなる傾向があり、これに伴いロータとステータとの間のギャップも軸方向に長くなる。そのため、ロータとステータとの間で高い芯出し精度が要求される。
このような場合であっても、本発明の構成によれば、上述したようにスリーブ部材に対する軸受の所望の嵌合代を確保することができるので、上述した作用効果が顕著に奏功されることになる。

本発明に係るハブダイナモによれば、組み付け性を向上した上で、スリーブ部材を高精度に位置決めできる。

実施形態におけるハブダイナモの取付概要図である。 ハブダイナモの側面図である。 ハブダイナモの断面図である。 ハブダイナモの分解斜視図である。 図３のＡ部拡大断面図である。 ハブダイナモのうち車輪軸側ユニットの側面図である。

以下、本実施形態のハブダイナモについて、図面を参照して説明する。図１は、ハブダイナモの取付概要図である。なお、以下の説明では、本発明のハブダイナモ１０を自転車１の車輪軸１１に取り付け、自転車１の前照灯４に電力を供給する場合について説明する。
図１に示すように、自転車１の前輪５は、フレームの一部を構成するフロントフォーク３により車輪軸１１を介して回転可能に軸支されている。車輪軸１１は、両側がフロントフォーク３にナット（不図示）等により締結固定されている。

車輪軸１１の軸方向中央の大部分には、ハブダイナモ１０が車輪軸１１と同軸上に取り付けられている。ハブダイナモ１０は、前輪５の側方に配置された前照灯４に電力を供給している。ハブダイナモ１０は、前輪５のスポーク２に接続されて前輪５とともにステータ１３の周囲を回転するロータ１２と、車輪軸１１に取り付けられるステータ１３（図３参照）と、を備えている。以下、車輪軸１１の中心軸Ｏの軸方向を単に軸方向といい、軸方向に直交する方向を径方向といい、中心軸Ｏ回りに沿った方向を周方向という。なお、車輪軸１１のうち、少なくともステータ１３が取り付けられた部分よりも軸方向外側に位置する部分には、雄ねじ部が形成されている。

図２はハブダイナモの側面図であり、図３はハブダイナモの断面図である。また、図４はハブダイナモの分解斜視図である。
図２〜図４に示すように、ロータ１２は、軸方向一方側（図３における左側）に向けて開口する開口部１４ａを有する有底筒状のロータ本体部１４と、ロータ本体部１４の開口部１４ａを閉塞するエンドブラケット１５と、を有している。これらロータ本体部１４、及びエンドブラケット１５は、例えばアルミダイキャスト等によりそれぞれ形成されている。

ロータ本体部１４の底部１４ｂ、及びエンドブラケット１５には、同軸上に貫通孔１６，１７が形成されており、これら各貫通孔１６，１７内にベアリング（軸受）２１，２２がそれぞれ嵌合されている。そして、ロータ１２は、ベアリング２１，２２を介して車輪軸１１に回転可能に支持されている。

ロータ本体部１４の筒部１４ｃのうち、軸方向両端部には、径方向外側に向かって張り出す一対のフランジ部１４ｄが形成されている。フランジ部１４ｄには、軸方向に貫通する支持孔１４ｅが、周方向に沿って等間隔に複数形成されている。支持孔１４ｅには、前輪５のリム５ａから内径側に延在する複数のスポーク２（図１参照）の内側端部が取り付けられている。したがって、ロータ１２は、前輪５の回転とともに車輪軸１１を中心に回転する。すなわち、ロータ１２は、前輪５を回転可能に支持するハブとして機能している。

図３，図４に示すように、ロータ本体部１４（筒部１４ｃ）の内側には、ヨーク１８（図３参照）が設けられている。ヨーク１８は、鉄等の磁性材料からなる円筒状に形成された部材であり、例えばプレス等で成形される。ヨーク１８の軸方向の長さは、ロータ本体部１４における一対のフランジ部１４ｄの軸方向の離間距離と同等となるように設定されている。そして、ヨーク１８は、ステータ１３の外周面全体を覆うように形成されている。
また、ヨーク１８の外径は、ロータ本体部１４（筒部１４ｃ）の内径と同等か若干大径になるように設定されており、ヨーク１８は、筒部１４ｃの内周面に圧入等により固定されている。

ヨーク１８の内側には、例えばフェライト等により形成された４個のマグネット１９が配置されている。マグネット１９は、極弧角が約９０°の円弧状に形成されている。なお、４個のマグネット１９は、それぞれ同等の形状に形成されている。軸方向に沿うマグネット１９の長さは、ヨーク１８の長さ以下に設定されている。また、マグネット１９の外周面の曲率半径は、ヨーク１８の内周面の半径と同等に設定されている。

このように形成された４個のマグネット１９を、ヨーク１８の内周面に沿って円筒状に配置することで、ステータ１３の外周面全体を覆っている。マグネット１９は、ヨーク１８の内周面に、例えば接着剤等により貼付されている。

そして、円筒状に配置された４個のマグネット１９には、Ｎ極及びＳ極の磁極が周方向に沿って交互に着磁されている。具体的には、４個のマグネット１９の内周側に、Ｎ極及びＳ極がそれぞれ１４極ずつ、合計２８極の磁極が交互に着磁されている。換言すれば、１個のマグネット１９には、Ｎ極及びＳ極が交互になるように、７極の磁極が交互に着磁されている。

（ステータ）
ステータ１３は、円環状の鉄心２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの外周縁に軸方向に沿って延びるティース２５ａ，２５ｂが接続された、いわゆるクローポール型に構成されている。具体的に、ステータ１３は、軸方向両端に配置される一対の主鉄心２３ａ，２３ｂ（第１主鉄心２３ａ、及び第２主鉄心２３ｂ）と、一対の主鉄心２３ａ，２３ｂの間に配置された複数（本実施形態では２個）の副鉄心２４ａ，２４ｂ（第１副鉄心２４ａ、及び第２副鉄心２４ｂ）と、を有している。また、ステータ１３は、各鉄心２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ間に配置されるとともに、コイルボビン２０に巻回されたコイル２７（第１コイル２７ａ、第２コイル２７ｂ、 及び第３コイル２７ｃ）と、主鉄心２３ａ，２３ｂ及び副鉄心２４ａ，２４ｂの外径側において、周方向に配置される複数（本実施形態では２８個）のティース２５ａ，２５ｂ（第１ティース２５ａ、及び第２ティース２５ｂ）と、を有している。

主鉄心２３ａ，２３ｂは、電磁鋼板等の磁性材料からなる円環状の磁性板を複数枚（本実施形態では５枚程度）積層することにより形成される。各磁性板は、プレス等により成型され、例えばダボカシメにより連結して積層される。なお、接着剤により各磁性板を貼り合わせて積層し、主鉄心２３ａ，２３ｂを形成してもよい。

主鉄心２３ａ，２３ｂの中央には、車輪軸１１が挿通する挿通孔２６が形成されている。挿通孔２６の直径は、車輪軸１１の直径と同等か、若干小径になるように設定される。そして、主鉄心２３ａ，２３ｂは、例えば圧入することにより車輪軸１１に固定されている。

主鉄心２３ａ，２３ｂの外周縁には、外径側に向かって放射状に突出したティース接続部３１ａ，３１ｂ（第１主鉄心２３ａのティース接続部３１ａ、及び第２主鉄心２３ｂのティース接続部３１ｂ）が、周方向に沿って等間隔に複数（本実施形態では１４個）形成されている。
ティース接続部３１ａ，３１ｂは、径方向外側に向かって開口を有するＵ字形状に形成されている。ティース接続部３１ａ，３１ｂの開口の幅は、ティース２５ａ，２５ｂの幅よりも若干広く形成されている。そして、ティース接続部３１ａ，３１ｂの開口からティース２５ａ，２５ｂを挿入した後、ティース２５ａ，２５ｂにティース接続部３１ａ，３１ｂをカシメることにより、ティース２５ａ，２５ｂがティース接続部３１ａ，３１ｂに嵌着される。

副鉄心２４ａ，２４ｂは、主鉄心２３ａ，２３ｂと同一の磁性板を積層してなり、外周縁には放射状に突出したティース接続部３２ａ，３２ｂ（第１副鉄心２４ａのティース接続部３２ａ、及び第２副鉄心２４ｂのティース接続部３２ｂ）が形成されている。副鉄心２４ａ，２４ｂは、主鉄心２３ａ，２３ｂよりも多い枚数（本実施形態では１０枚程度）の磁性板を積層することにより形成される。副鉄心２４ａ，２４ｂは、軸方向からみて主鉄心２３ａ，２３ｂと同一形状をなしており、厚さのみが主鉄心２３ａ，２３ｂと異なっているため、詳細な説明は省略する。

このように構成された主鉄心２３ａ，２３ｂ及び副鉄心２４ａ，２４ｂは、車輪軸１１に挿通孔２６を圧入することにより車輪軸１１に固定される。主鉄心２３ａ，２３ｂ及び副鉄心２４ａ，２４ｂは、軸方向一方側から他方側に向かって、第１主鉄心２３ａ、第１副鉄心２４ａ、第２副鉄心２４ｂ、及び第２主鉄心２３ｂの順に等間隔に配置されている。

また、軸方向で隣り合う各鉄心２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ同士は、それぞれ周方向の位相が交互にずれた状態で車輪軸１１に固定される。具体的に、各鉄心２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂは、ティース接続部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂのピッチ角度の半分だけ位相がずれた状態で車輪軸１１に固定される。なお、本実施形態では、各ティース接続部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂはそれぞれ１４個ずつ形成されている。したがって、各鉄心２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂは、ティース接続部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂのピッチ角（３６０／１４）度の半分、すなわち（３６０／２８）度だけ周方向に位相がずれた状態で車輪軸１１に固定される。

したがって、軸方向一方側から見て、第１主鉄心２３ａの各ティース接続部３１ａの間に、第１副鉄心２４ａの各ティース接続部３２ａが配置される。また、第１副鉄心２４ａの各ティース接続部３２ａの間に、第２副鉄心２４ｂの各ティース接続部３２ｂが配置される。さらに、第２副鉄心２４ｂの各ティース接続部３２ｂの間に、第２主鉄心２３ｂの各ティース接続部３１ｂが配置される。

第１主鉄心２３ａと第１副鉄心２４ａ、第１副鉄心２４ａと第２副鉄心２４ｂ、及び第２副鉄心２４ｂと第２主鉄心２３ｂとの間は、それぞれ軸方向に間隔をあけて仕切られたコイル室Ｃ１〜Ｃ３を構成している。
車輪軸１１のうち、軸方向に沿う各コイル室Ｃ１〜Ｃ３に位置する部分には、磁性材料からなる筒体３３が外嵌されている。筒体３３は、軸方向両端部が各コイル室Ｃ１〜Ｃ３を仕切る主鉄心２３ａ，２３ｂ及び副鉄心２４ａ，２４ｂの内周部分に軸方向で当接した状態で、主鉄心２３ａ，２３ｂ及び副鉄心２４ａ，２４ｂにより挟持されている。そして、各筒体３３には、それぞれ上述したコイルボビン２０が外嵌されている。

コイルボビン２０は、径方向外側に向けて開口する断面がＵ字形状の環状体であり、樹脂等の絶縁材料により形成される。コイルボビン２０には導線２８が巻回されており、第１コイル２７ａ、第２コイル２７ｂ、及び第３コイル２７ｃが形成されている。第１コイル２７ａ、第２コイル２７ｂ、及び第３コイル２７ｃは、導線２８をコイルボビン２０の周方向に巻回することにより形成される。具体的に、第１主鉄心２３ａと第１副鉄心２４ａとの間（第１コイル室Ｃ１）には第１コイル２７ａが、第１副鉄心２４ａと第２副鉄心２４ｂとの間（第２コイル室Ｃ２）には第２コイル２７ｂが、第２副鉄心２４ｂと第２主鉄心２３ｂとの間（第３コイル室Ｃ３）には第３コイル２７ｃがそれぞれ形成されている。

詳細は後述するが、第１主鉄心２３ａと第１副鉄心２４ａとで形成される磁路の磁束の方向、及び第２副鉄心２４ｂと第２主鉄心２３ｂとで形成される磁路の磁束の方向と、第１副鉄心２４ａと第２副鉄心２４ｂとで形成される磁路の磁束の方向と、は、逆方向になっている。したがって、第１コイル室Ｃ１の第１コイル２７ａ、及び第３コイル室Ｃ３の第３コイル２７ｃと、第２コイル室Ｃ２の第２コイル２７ｂと、は導線２８の巻回方向が逆方向になっている。なお、第１コイル２７ａ〜第３コイル２７ｃは、一本の導線２８を用いて各コイル室Ｃ１〜Ｃ３のコイルボビン２０に順次巻回することで構成されており、各コイル２７ａ〜２７ｃを一つのコイルとして導線２８から電力を取り出すことができるようになっている。

ティース２５ａ，２５ｂは、マグネット１９の極数に対応して配置された磁性材料からなる軸方向に延びる板状部材であり、プレス等により成型される。軸方向におけるティース２５ａ，２５ｂの長さは、軸方向におけるステータ１３の長さと同等となるように設定される。また、ティース２５ａ，２５ｂの板厚は、要求される磁気抵抗に応じて適宜設定される。
ティース２５ａ，２５ｂは、ティース接続部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂにそれぞれカシメ等により接続される。具体的に、第１ティース２５ａは、第１主鉄心２３ａのティース接続部３１ａ、及び第２副鉄心２４ｂのティース接続部３２ｂに接続される。また、第２ティース２５ｂは、第１副鉄心２４ａのティース接続部３２ａ、及び第２主鉄心２３ｂのティース接続部３１ｂに接続される。

（規制部）
図３に示すように、車輪軸１１のうち、ステータ１３の軸方向両側に位置する部分には、ステータ１３の軸方向の移動を規制する規制部が設けられている。本実施形態の規制部は、車輪軸１１のうち、ステータ１３の一方側に設けられたスペシャルナット３０と、他方側に設けられたステータ固定用ナット３７と、を備え、ステータ１３を軸方向に挟持している。

まず、ステータ固定用ナット３７は、内周面に雌ネジ部が形成された角筒状の部材であり、ステータ１３に対して軸方向他方側から車輪軸１１の雄ねじ部に螺着されている。ステータ固定用ナット３７は、軸方向一方側に位置する端面が上述した第２主鉄心２３ｂの内周部分に軸方向で当接している。なお、ステータ固定用ナット３７は、市販の汎用ナット等を用いることが可能である。

スペシャルナット３０は、内周面に雌ネジ部が形成された円筒状の部材であり、ステータ１３に対して軸方向一方側から車輪軸１１の雄ねじ部に螺着されている。具体的に、スペシャルナット３０は、軸方向一方側に形成されたスリーブ部３０ａと、軸方向他方側に形成されてスリーブ部３０ａに対して外径が拡大されたフランジ部３０ｂと、を備えている。

スリーブ部３０ａの外周面は、上述したエンドブラケット１５側のベアリング２２の内周面に内嵌されている。具体的に、スリーブ部３０ａは、外径がベアリング２２の内径と同等か、若干大径に設定されており、ベアリング２２内に圧入等により固定されている。この場合、スリーブ部３０ａの軸方向一方側の端面は、ベアリング２２よりも軸方向外側に向けて突出している。

フランジ部３０ｂは、外径がベアリング２２の内径よりも大径に形成され、軸方向一方側に位置する端面がベアリング２２の内輪に軸方向で当接している。これにより、ベアリング２２は、外輪側が車輪軸１１周りに回転自在となるように装着される。
一方、フランジ部３０ｂにおける軸方向他方側に位置する端面は、上述した第１主鉄心２３ａの内周部分に軸方向で当接している。

なお、スペシャルナット３０の外周面には、コイル２７ａ〜２７ｃを構成する導線２８の両端部を、ハブダイナモ１０の外部に引き出すためのスリット３０ｃ（図４参照）が形成されている。

ここで、図３，図４に示すように、上述したエンドブラケット１５は、ロータ本体部１４の開口部１４ａの内径と同等か若干大径となるように設定されている。そして、エンドブラケット１５は、ロータ本体部１４の開口部１４ａの内周面に、エンドブラケット１５の外周面を圧入等することにより固定される。
また、エンドブラケット１５の貫通孔１７内に嵌合されたベアリング２２の外径は、貫通孔１７の内径と同等か若干大きくなるように設定されている。そして、ベアリング２２の外周面を、エンドブラケット１５における貫通孔１７の内周面に圧入することにより、ベアリング２２がエンドブラケット１５に固定される。

エンドブラケット１５に対して軸方向一方側には、コネクタ部４０が配設されている。
コネクタ部４０は、樹脂材料等からなる円環状の部材であり、軸方向一方側に配置されるカバー部４１と、他方側に配置されるベース部４２と、を軸方向に重ね合わせることで形成される。コネクタ部４０には、外径側に突出した導線引出部４３が形成されている。導線２８の両端部は、上述したスペシャルナット３０の溝部３０ｃ内を経由して導線引出部４３に導かれ、導線引出部４３を通ってハブダイナモ１０の外部に引き出されている。

コネクタ部４０の内側には、金属性のカラー４４を介して上述したスペシャルナット３０のスリーブ部３０ａが挿通される。そして、コネクタ部４０は、金属性のカラー４４及びワッシャ４５を介して、ナット４６等により車輪軸１１の軸方向一方側に固定される。

車輪軸１１におけるステータ固定用ナット３７よりも軸方向他方側には、スリーブ部材５１が設けられている。このスリーブ部材５１は、内周面に雌ねじ部が形成された筒状の部材であり、軸方向他方側から車輪軸１１の雄ねじ部に螺着されている。具体的に、スリーブ部材５１は、軸方向他方側に形成されたスリーブ本体５１ａと、軸方向一方側に形成されてスリーブ本体５１ａに対して外径が拡大されたフランジ部５１ｂと、を備えている。

まずフランジ部５１ｂは、多角筒状に形成されており、軸方向一方側の端面が上述したステータ固定用ナット３７における軸方向他方側の端面に当接している。すなわち、フランジ部５１ｂは、ステータ固定用ナット３７と協働してダブルナット構造をなしている。なお、図示の例では、フランジ部５１ｂがステータ固定用ナット３７に直接的に当接しているが、ステータ１３（スペシャルナット３０とスリーブ部材５１との間）に軸方向で寸法誤差（マイナス誤差）があった場合等には、フランジ部５１ｂとステータ固定用ナット３７との間にワッシャ等の誤差吸収部材を介在させ、フランジ部５１ｂとステータ固定用ナット３７とを間接的に当接させても構わない。すなわち、スリーブ部材５１は、ステータ固定用ナット３７に当接した状態で、軸方向の位置を調整できるように構成されていてもよい。
一方、フランジ部５１ｂにおける軸方向他方側の端面は、ロータ本体部１４側のベアリング２１の内輪に軸方向で当接している。

スリーブ本体５１ａは、円筒状に形成されており、上述したロータ本体部１４側のベアリング２１の内周面に内嵌されている。具体的に、スリーブ本体５１ａは、外径がベアリング２１の内径と同等か、若干大径に設定されており、ベアリング２１内に圧入等により固定されている。この場合、図５に示すように、軸方向において、スリーブ本体５１ａにおける軸方向他方側の端面は、ベアリング２１のうち内輪及び外輪間に保持されたボール２１ａの中心と、ベアリング２１における軸方向他方側の端面と、の間の領域Ｄ内に位置している。したがって、スリーブ本体５１ａにおける軸方向他方側の端面は、ベアリング２１における軸方向他方側の端面より内側に位置している（外側には突出していない）。なお、図５は図３のＡ部拡大断面図である。

また、図３、図４に示すように、ロータ本体部１４の底部１４ｂの外側には、カバー５４が装着されている。カバー５４は、椀形状に形成されたアルミ等からなる部材であり、アルミダイキャスト等により形成される。カバー５４の直径は、ベアリング２１の直径よりも大径に設定されている。カバー５４は、ベアリング２１及びスリーブ部材５１を軸方向他方側から覆っており、ロータ本体部１４の底部１４ｂ側からロータ１２の内部に水や塵埃等の浸入を防止している。

カバー５４の内側には、ベアリング固定用ナット５５及びカバー固定用ナット５６が車輪軸１１に螺着されている。ベアリング固定用ナット５５は、軸方向一方側の端面がベアリング２１の内輪における軸方向他方側の端面に当接しており、上述したスリーブ部材５１のフランジ部５１ｂとの間でベアリング２１を挟持している。この場合、スリーブ部材５１のスリーブ本体５１ａと、ベアリング固定用ナット５５と、の間には、軸方向に隙間が設定されている。
カバー固定用ナット５６は、カバー５４の貫通孔５４ａ内に配置されており、カバー固定用ナット５６を螺着することによりカバー５４が車輪軸１１に装着されるようになっている。

このように構成されたハブダイナモ１０の発電は、以下の要領で行われる。
すなわち、前輪５が回転すると、スポーク２により前輪５に接続されたロータ１２が前輪５とともに車輪軸１１周りに回転し、マグネット１９がステータ１３周りを回転する。マグネット１９の磁束により、第１ティース２５ａがＮ極、第２ティース２５ｂがＳ極となる状態と、第１ティース２５ａがＳ極、第２ティース２５ｂがＮ極となる状態と、が交互に繰り返される。これにより、第１コイル室Ｃ１、第２コイル室Ｃ２、及び第３コイル室Ｃ３の各磁路に交番磁束が発生する。この交番磁束により、各コイル２７ａ，２７ｂ，２７ｃに電流が流れて発電が行われる。

このとき、例えば、第１ティース２５ａがマグネット１９のＮ極と対向すると、第１ティース２５ａに接続される第１主鉄心２３ａ及び第２副鉄心２４ｂがＮ極となる。また、第２ティース２５ｂがマグネット１９のＳ極と対向すると、第２ティース２５ｂに接続される第２主鉄心２３ｂ及び第１副鉄心２４ａがＳ極となる。

すなわち、第１コイル２７ａ及び第３コイル２７ｃは、軸方向一方側の鉄心（例えば、第１主鉄心２３ａ、及び第２副鉄心２４ｂ）がＮ極になり、他方側の鉄心（例えば、第１副鉄心２４ａ及び第２主鉄心２３ｂ）がＳ極になる。このため、第１コイル２７ａ及び第３コイル２７ｃを鎖交する磁束の方向は同一となる。
これに対して、第２コイル２７ｂは、軸方向一方側の鉄心（第１副鉄心２４ａ）がＳ極になり、軸方向他方側の鉄心（第２副鉄心２４ｂ）がＮ極になる。このため、第２コイル２７ｂを鎖交する磁束の方向は、第１コイル２７ａ及び第３コイル２７ｃを鎖交する磁束の方向と反対になる。

したがって、第１コイル２７ａ、第２コイル２７ｂ及び第３コイル２７ｃにより発電される電流の方向を同一にするため、第１コイル２７ａおよび第３コイル２７ｃと、第２コイル２７ｂとは、上述したように導線２８の巻回方向を逆方向に形成している。

次に、上述したハブダイナモ１０の組み立て方法について説明する。図６は、車輪軸側ユニットの側面図である。
本実施形態のハブダイナモ１０は、車輪軸側ユニット１００（図６参照）とロータ側ユニットとをそれぞれ組み付けた後、ロータ側ユニットに対して車輪軸側ユニット１００を組み込むことで構成されている。
車輪軸側ユニット１００を組み付けるには、まず車輪軸１１に対し、第１主鉄心２３ａ、筒体３３、コイルボビン２０、第１副鉄心２４ａ、筒体３３、コイルボビン２０、第２副鉄心２４ｂ、筒体３３、コイルボビン２０、及び第２主鉄心２３ｂの順に圧入等することで、これらを車輪軸１１の軸方向中央部に固定する。

次に、車輪軸１１の軸方向一方側からスペシャルナット３０を螺着するとともに、軸方向他方側からステータ固定用ナット３７を螺着し、車輪軸１１においてステータ１３を軸方向に位置決めする。その後、各コイルボビン２０に導線２８を巻回して、第１〜３コイル２７ａ〜２７ｃを形成する。
続いて、エンドブラケット１５に予め組み込まれたベアリング２２に、スペシャルナット３０のスリーブ部３０ａを内嵌して、車輪軸１１にエンドブラケット１５を外嵌する。そして、スペシャルナット３０の溝部３０ｃを経由して、導線２８の両端部をエンドブラケット１５の外部に引き出す。さらに、エンドブラケット１５の軸方向一方側からカラー４４を介してコネクタ部４０を配設した後、コネクタ部４０の軸方向一方側からワッシャ４５を介してナット４６を車輪軸１１に螺着する。

次に、車輪軸１１の軸方向他方側からスリーブ部材５１を螺着する。具体的には、フランジ部５１ｂを軸方向一方側に向けた状態で、フランジ部５１ｂの軸方向一方側の端面がステータ固定用ナット３７における軸方向他方側の端面に当接する位置まで、スリーブ部材５１を車輪軸１１に螺着する。このとき、スリーブ部材５１の締め付けトルクＴ１は、ステータ固定用ナット３７の締め付けトルクＴ２よりも小さくなるように設定する（Ｔ１＜Ｔ２）。これにより、スリーブ部材５１の締め付けトルクＴ１によるステータ１３の共回りを防止できる。その結果、ステータ１３のうち各鉄心２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの周方向における相対位置がずれるのを防止できるので、各鉄心２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂによる磁路形成に影響が及ぶのを抑制できる。
以上により、車輪軸側ユニット１００の組み付けが完了する。

ここで、仮にステータ１３（スペシャルナット３０とスリーブ部材５１との間）に軸方向で寸法誤差があった場合等には、スリーブ部材５１を車輪軸１１から一旦取り外し、スリーブ部材５１とステータ固定用ナット３７との間にワッシャ等の誤差吸収部材を介在させても構わない。

一方、図３、図４に示すように、ロータ側ユニットを組み付けるには、まずロータ本体部１４における筒部１４ｃの内周面にヨーク１８、マグネット１９を固定するとともに、底部１４ｂの貫通孔１６内にベアリング２２を嵌合する。

次に、図３、図６に示すように、ロータ本体部１４の開口部１４ａに車輪軸１１の軸方向他方側（スリーブ部材５１側）を対向させ、車輪軸側ユニット１００をロータ本体部１４内に進入させる。
そして、車輪軸側ユニット１００のスリーブ部材５１をロータ本体部１４側のベアリング２１内に嵌合させるとともに、エンドブラケット１５をロータ本体部１４の開口部１４ａ内に圧入する。このとき、スリーブ部材５１のフランジ部５１ｂが、ベアリング２１の内輪における軸方向他方側の端面に当接するまで、車輪軸側ユニット１００をロータ側ユニットに向けて進入させる。これにより、スリーブ部材５１のうち、スリーブ本体５１ａにおける軸方向他方側の端面は、上述した領域Ｄ内に配置されることになる。
その後、車輪軸１１の軸方向他方側からカバー５４、及びナット５５，５６を装着することで、車輪軸側ユニット１００がロータ側ユニットに組み込まれる。

このように、本実施形態では、スリーブ部材５１を、車輪軸１１に螺着するとともに、スリーブ部材５１のフランジ部５１ｂをステータ固定用ナット３７に軸方向で当接させる構成とした。
この構成によれば、ステータ固定用ナット３７によりステータ１３の軸方向への移動を規制した状態で、スリーブ部材５１を螺着できるため、ステータ１３自体の軸方向の位置決めを維持した上で、スリーブ部材５１の位置決めを行なうことができる。これにより、例えば、ステータ１３の寸法誤差等により仮にスリーブ部材５１が所望の位置からずれた場合等において、スリーブ部材５１を一旦取り外す必要が生じた際、上述した特許文献１の構成のようにステータ１３の位置決めが解除されることがない。そのため、組み付け性を向上させた上で、スリーブ部材５１を高精度に位置決めできる。
その結果、スリーブ部材５１に対するベアリング２１の所望の嵌合代を確保することができるので、ベアリング２１に作用する偏荷重を抑制して、ベアリング２１の耐久性を向上できる。さらに、ロータ１２とステータ１３との芯出し精度を向上できるので、ロータ１２の内周面と、ステータ１３の外周面と、の間に形成されるギャップを高精度に確保できる。

しかも、本実施形態では、スリーブ部材５１のフランジ部５１ｂをステータ固定用ナット３７に軸方向で当接させることで、スリーブ部材５１の軸方向の位置決めを簡単に行うことができる。
さらに、スリーブ部材５１に角筒形状のフランジ部５１ｂが形成されているため、このフランジ部５１ｂをチャックした状態で、スリーブ部材５１を車輪軸１１に簡単に螺着できる。これにより、組み付け性の更なる向上を図ることができる。

ところで、本実施形態のように軸方向に複数のコイル室Ｃ１〜Ｃ３を有する構成では、ステータ１３が軸方向に長くなる傾向があり、これに伴いロータ１２とステータ１３との間のギャップも軸方向に長くなる。そのため、ロータ１２とステータ１３との間で高い芯出し精度が要求される。
このような場合であっても、本実施形態によれば、上述したようにスリーブ部材５１に対するベアリング２１の所望の嵌合代を確保することができるので、上述した作用効果が顕著に奏功されることになる。

さらに、本実施形態では、スリーブ本体５１ａにおける軸方向他方側の端面が、上述した領域Ｄ内に配置されているため、ベアリング２１の嵌合代を確保した上で、スリーブ部材５１のフランジ部５１ｂとベアリング固定用ナット５５とによりベアリング２１を軸方向両側から確実に保持できる。そのため、ベアリング２１のがたつき等を抑えることができる。
さらに、ステータ１３に寸法誤差等があった場合でも、スリーブ部材５１とベアリング２１との間で吸収することができる。
また、例えばスリーブ本体がベアリング２１の端面より外側に突出している場合には、ベアリング固定用ナットを確実にベアリング２１の端面に当接させるために、スリーブ本体の突出部分を避けるような溝（凹部）等が形成された特殊なナットを用いる場合がある。この場合には、ベアリング固定用ナットの固定強度を確保するために、ベアリング固定用ナットの軸長を長くしたり、ベアリング固定用ナットをダブルナット構造にしたりする必要がある。
これに対して、本実施形態によれば、スリーブ本体５１ａにおける軸方向他方側の端面がベアリング２１の内側に配置されているため、ベアリング固定用ナット５５に上述した特殊なナットを用いたり、ベアリング固定用ナットの軸長を長くしたり、ベアリング固定用ナットをダブルナット構造にしたりする必要もない。したがって、低コスト化が可能になる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態では、ロータ１２のマグネット１９の個数が４個であり、ティース２５ａ，２５ｂの個数が２８個の２８極のハブダイナモ１０を例にして説明した。しかし、ロータ１２のマグネット１９の個数、及びステータ１３のティース２５ａ，２５ｂの個数は本実施形態に限られることはなく、変更が可能である。

本実施形態では、軸方向に沿って各鉄心２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂを配置し、各鉄心２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの間に、３個のコイル２７ａ，２７ｂ、２７ｃを形成していた。しかし、各鉄心の個数及びコイルの個数は本実施形態に限られることはなく、変更が可能である。

本実施形態のロータ１２は、ステータ１３の両側にベアリング２１，２２を設けて軸支することにより、車輪軸１１に回転自在に装着されている。しかし、軸受はベアリング２１，２２限られず、略円環状のカラーでもよい。ただし、摺動抵抗を軽減できる点で本実施形態に優位性がある。

本実施形態のステータ１３は、主鉄心２３ａ，２３ｂ及びティース２５ａ，２５ｂは、別部品として形成されている。しかし、主鉄心２３ａ，２３ｂ及びティース２５ａ，２５ｂを一体的に形成してもよい。ただし、第１主鉄心２３ａと第２主鉄心２３ｂとの間に副鉄心２４ａ，２４ｂを配置し、複数のコイルを形成することで発電量を増やせる点で、本実施形態に優位性がある。

また、上述した実施形態では、クローポール型のステータ１３について説明したが、これに限られない。
さらに、上述した実施形態では、本発明のハブダイナモ１０を自転車１の前照灯４に電力を供給する場合について説明したが、これに限らず、ロータ１２が車輪軸１１に対して回転する構成であれば、自転車１の尾灯等にも採用できる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０…ハブダイナモ ５…車輪 １１…車輪軸 １２…ロータ １３…ステータ ２１…ベアリング（軸受） ２３ａ…第１主鉄心 ２３ｂ…第２主鉄心 ２４ａ…第１副鉄心 ２４ｂ…第２副鉄心 ２８…導線 ３７…ステータ固定用ナット ５１…スリーブ部材 ５１ｂ…フランジ部 Ｃ１…第１コイル室 Ｃ２…第２コイル室 Ｃ３…第３コイル室

Claims (2)

1. 車輪軸に取り付けられ、導線が巻回されたステータと、
   前記車輪軸に軸受を介して回転可能に支持され、車輪とともに回転するロータと、を備えたハブダイナモにおいて、
   前記車輪軸に螺着され、前記ステータの軸方向への移動を規制するステータ固定用ナットと、
   前記車輪軸と前記軸受との間に介在するスリーブ部材と、を備え、
   前記スリーブ部材は、前記車輪軸に螺着されるとともに、前記スリーブ部材のうち軸方向に沿う前記ステータ固定用ナット側の端部には、外径側に向けて突出するフランジ部が一体形成され、
   前記フランジ部と前記ステータ固定用ナットとが軸方向で当接していることを特徴とするハブダイナモ。
2. 前記ステータは、前記車輪軸の軸方向両端部に配置された一対の主鉄心と、
   前記一対の主鉄心の間に間隔をあけて配置されるとともに、前記一対の主鉄心間を複数のコイル室に仕切る副鉄心と、を備え、
   前記コイル室には、前記導線が巻回されていることを特徴とする請求項１記載のハブダイナモ。

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