JP2013233844A - ハブダイナモ - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
以上により、車輪軸側ユニット100の組み付けが完了する。
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。
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。
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、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。
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。
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。
Claims (2)
- 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。 - 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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