JP2016178741A - ダイナモ - Google Patents

Abstract

【課題】円環状であって自転車のハブ軸に装着するダイナモにおいて、正確な回転状況を維持する。
【解決手段】ハブ軸に固定するコイルユニット２を装着した円環状の表面外装板１に対し、磁石20を固定した円環状の裏面外装板３を回転させて発電を行うものであり、裏面外装板３に自転車の車輪に係合する係合部材12や側面に当接させるクッション材11を設ける。表面外装板１と裏面外装板３は内周部においてベアリング８を装着している。裏面外装板３の内周部に固定した筒状部材13の内鍔14を、ベアリング８の裏面外周端部に係合させることによって、裏面外装板３に軸方向の力が作用することがあっても、裏面外装板３の軸方向移動を防止し、円滑に回転し良好な発電状態を維持する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、主として自転車のハブ軸に装着されるダイナモであって、ハブ軸に固定されるコイルに対して車輪の回転に連動させて磁石を回転させることによって発電をする、ダイナモに関する発明である。

従来の一般的な自転車用のダイナモは、タイヤ側面にダイナモのローラを接触させて磁石を回転することによって発電するものが一般的である。また、車体(ハブ軸)にコイルを固定し、ハブ（車輪）の回転によって磁石を回転させて発電を行なうものが、ハブダイナモとして知られている。一般的なハブダイナモは、ハブに内蔵するものであるが、特許文献１に記載された発明は、磁石を回転させる手段として車輪の側面、具体的には車輪のスポークに係合部材を係合させて回転させる構造であって、既存の自転車に対して後付で装着することができるものである。

特開２０１２−２０００７２号公報

ハブダイナモは、走行中は常時発電を行なっているものであり、例えばセンサーによって明るさを検知し、ヘッドライトを自動的に点灯させることができる特長がある。
特許文献１に記載されたダイナモは、ダイナモ全体を表面外装板と、コイルユニットと、裏面外装板とで構成している。コイルを円環状に巻回したコイルユニットは、表面外装板と同心上に固定しハブ軸に固定するとともに、表面外装板に対して回転する裏面外装板に磁石を固定し、裏面外装板の回転によって発電を行うようにしている。

裏面外装板を回転させるに際し、特許文献１の実施形態では裏面外装板の係合部材を車輪のスポークの間に挿入して係合させている。一カ所の係合位置で裏面外装板を回動させる場合は捻じれ方向の力が作用する。回転力を均等な力として作用させるには、裏面外装板の表面中心部に、例えば係止部材もしくはクッション材として円形のゴムを貼着し、車輪の中心位置においてスポークに押圧させる構造とすることができる。この場合、円形の係止部材には、全体に外方(表面方向)への力が作用する。

裏面外装板と、表面外装板の回転部分、すなわちベアリング部分に捻じれ方向の力や面方向(ハブ軸の軸方向)の力が作用すると、表面外装板と裏面外装板の間に位置ズレを生じ、正常に発電されない可能性や回転に支障を生じる可能性があることが判明した。
上記、従来技術の欠点に鑑み、本発明は裏面外装板に捻じれ方向や軸方向の力が作用しても表面外装板と裏面外装板の間に位置ズレを生じず、常に正常な発電を行うことができる構造を工夫したものである。

上記目的を達成する、請求項１記載の発明は、いずれも扁平な円環状である表面外装板１と、コイルユニット２と、裏面外装板３とで構成し、表面外装板１とコイルユニット２を同心で固定する。円環状の裏面外装板３の内周部に、ベアリング８を介して固定部材９を装着し、該固定部材９と表面外装板１を固定することによって表面外装板１に対して裏面外装板３を回転自在とする。

前記表面外装板１に装着した固定部材９の中心位置に自転車のハブ軸10を貫通させて表面外装板１をハブ軸10に固定する。裏面外装板３の裏面に車輪の一部と係合し車輪の回転にともなって裏面外装板３を回転させる係合部材12を設け、裏面外装板３を回転させることによって発電を行う。
上記ダイナモにおいて、裏面外装板３の内周部に装着される前記ベアリング８の、裏面外周端部に裏面外装板３の一部を係合させることによって、裏面外装板３とベアリング８の軸方向移動を防止するものである。

請求項２記載の発明は、ベアリング８の裏面外周端部に係合させる、裏面外装板３の一部は、裏面外装板の内周部分の全周もしくは一部を裏面方向に延長し、この延長部分16を折曲してベアリング８の裏面外周端部に係合させることである。

請求項３記載の発明は、ベアリング８の裏面外周端部に係合させる裏面外装板３の一部を、裏面外装板３とは別体に形成した筒状部材13とし、この筒状部材13の先端部を裏面外装板３の内周部分に固定し、筒状部材に形成した内鍔14をベアリング８の裏面外周端部に係合させることである。

請求項３記載の発明を実施する上において、筒状部材13の裏面外装板３への固定手段として、裏面外装板３の内周部に周溝15を形成し、筒状部材13の先端部分を前記周溝15に嵌入し、周溝の奥端において裏面外装板と筒状部材の先端部を溶接することができる。また、筒状部材13の先端部分を前記周溝に嵌入し周溝の奥端において裏面外装板と筒状部材13先端を接着剤によって接着することもできる。

請求項１記載の発明によれば、裏面外装板３に形成した係合部材12、あるいはクッション材11に車輪の力が作用し、裏面外装板３にねじり方向の力や表面外装板の軸方向の力が作用することがあっても、裏面外装板３が表面外装板に対して相対的に移動することがない。すなわち、裏面外装板３は表面外装板１に対して円滑に回転し、コイルユニット２と磁石の位置関係が変化することなく、常に正常な発電を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、裏面外装板３の一部をベアリング８の裏面外周端部に係合させる構造を、裏面外装板の内周部分の全周もしくは一部を裏面方向に延長し、この延長部分16を折曲してベアリング８の裏面外周端部に係合させることによって、別部材を準備することなく裏面外装板３自体によって構成するため構造を簡略化することができる。

請求項３記載の発明によれば、ベアリング８の裏面外周端部に係合させる裏面外装板３の一部を、裏面外装板３の内周部分に固定する筒状部材13とし、請求項２記載の発明のように裏面外装板３自体に細かな加工を施すことなく、裏面外装板３とは異なる適宜材質の筒状部材13を用い、筒状部材13に形成した内鍔14をベアリング８の裏面外周端部に係合させることで、容易に実施することができる。

請求項３記載の発明を実施する上において、筒状部材13の先端部分を周溝15に嵌入し、周溝の奥端において裏面外装板と筒状部材の先端部を溶接することによって、裏面外装板３と筒状部材13を強固に固定することができる。また、裏面外装板と筒状部材13先端を接着剤によって接着することによって、容易に製造することができる。

図１は、一部を拡大して示す、本発明に係るダイナモの縦断面図、 図２は、本発明に係るダイナモを、自転車に取り付けた使用状態を示す縦断面図、 図３は、図１に示すダイナモを分解して示す縦断面図、 図４は、別の実施形態を示す裏面外装板の中心部分であって、固定部材を分離させて示す拡大縦断面図。

以下、本発明に係るダイナモの好ましい実施形態を、添付の図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るダイナモの一部を拡大して示す縦断面図、図２は自転車に取り付けた使用状態を示す縦断面図、図３は図１に示すダイナモを分解して示す縦断面図である。

図２から理解されるように、本発明に係るダイナモは主として自転車、あるいはスポーツジムで使用されるエアロバイクなどに使用されるものである。本発明に係るダイナモは、全体をいずれも扁平な円環状である表面外装板１と、コイルユニット２と、裏面外装板３とで構成する。表面外装板１及び裏面外装板３は、いずれも例えば厚み0.5mm程度の薄いステンレス板で成型することができる。
表面外装板１は円形の皿状とし、正面板1aの中心部分に一段低く形成した底面1bの中心位置に取り付け孔17を穿設し、正面板1aの外周部分に外周側面1cを形成している。

コイルユニット２は円環状に巻回したコイル４を円環状である一対の磁極板５、６によって表裏両側から挟み込んで保持し、一対の磁極板５、６に表裏両側からコイル４の外周上に交互に突出する爪７、７を形成し、表面外装板１と同心上に固定して一体としている。 表面外装板１とコイルユニット２は、円形上に配置した複数のリベット18、18を貫通させることによって、表面外装板１と磁極板５、６の三部材をしっかりと固定している。コイルユニット２に設けられた端子19は、表面外装板１を絶縁状態で貫通して外部に突出している。

外周側面3aを形成した円環状の裏面外装板３の裏面板3bの中心部分、すなわち、環状の裏面外装板３の内周部には筒状部3cを形成し、この筒状部3cにベアリング８を取り付けている。
ベアリング８の内周部分には、端面板9aに筒状部9bを裏面側に突出させた固定部材９を配置し、固定部材９によって裏面外装板３と表面外装板１を同心で配置している。固定部材９の端面板9aの表面側に突出段部9cを形成し、突出段部9cを表面外装板の取付け孔17に嵌合させることによって、表面外装板１と裏面外装板を正確に同心位置に配置し、かつベアリング８によって円滑に回転する。すなわち、表面外装板１と裏面外装板３の取り付け構造は、固定部材９の筒状部9bをベアリング８の内周部に嵌合させ、鍔状の端面板9aでベアリング８の外側端面を支持させている。表面外装板１と固定部材９は、ネジ18’ 、18’によって固定されている。

裏面外装板３の外周側面3aは、表面外装板１の外周側面1cの内側に入り込んで回転可能とするとともに、コイルユニット２の外周面との間に回転可能な微小な隙間を保持して、外周側面3aの内周面に小さくてなるべく強力な多数の磁石20、20を、Ｎ極とＳ極が交互に配列されるように固定している。多数の磁石を配置するには、多数の磁石20、20を固定したリング板を裏面外装板３の外周側面3aの内面に固定することによって能率的に加工することができる。

裏面外装板３の裏面板3bには、自転車の車輪の一部に係合して車輪の回転にともなって裏面外装板３を回転させるための係合部材12を設けている。係合部材12はゴム製とし、雌ネジ筒であるゴムフック軸21を裏面板3bに突出させておき、ゴムフック軸21に、貫通孔を穿設したゴム製の係合部材12を挿入し、止めネジ22によって締め付け固定する。 ゴムフック軸21は、裏面外装板３にネジで固定する他、溶着などによって固定しておくこともできる。

係止部材12の材質は、特に限定されるものではないが、係合部材12の平面形状は、長円もしくは楕円としておくのが好ましい。その理由は、車輪のスポーク23、23の間に隙間なくしっかりと挿入することによって、車輪の回転を裏面外装板３に確実に伝えることができるからである。さらに、車輪のスポーク23とスポーク23の間隔は一定していないが、係合部材12を長円形や楕円形で回動可能とし、特定の回動位置で止めネジ22を用いて固定することにより、スポーク23とスポーク23の間隔が異なるものに対してもしっかりと装着することができる。

裏面外装板３の裏面には、前記係合部材12とは別にクッション材11を配置している。クッション材11は、ゴムなどのクッション性、吸振性に優れた材質で一定の厚みの円環状に形成し、裏面外装板の中心部に貼着している。したがって、図２から理解されるようにクッション材11は、車輪の中心部において、スポーク23に側面から当接させている。
裏面外装板３は、係合部材12によって車輪のスポークと係合している。したがって、なんらかの外力が作用すると、ダイナモが振動する可能性がある。このような振動に対してクッション材11の存在によってダイナモに伝わる振動を吸収しガタツキを防止する。特に、円環状であるためバランスよく効果的に振動を吸収する効果がある。円環状のクッション材11は、車輪のスポークに側面から密接するものであるため、振動を吸収する作用だけでなく、裏面外装板３を回転させる係合部材として機能させることも出来る。

裏面外装板３に貼着したクッション材11や車輪のスポーク23に係合させる係合部材12に外力が作用すると、裏面外装板３を外方、すなわち表面外装板１の方向に押し出す力が作用する。この外方への力によって裏面外装板３がベアリング８と軸方向に位置ずれを生じる可能性がある。表面外装板１やコイルユニット２と裏面外装板３との間の位置ズレを生じると、コイルと磁石の間に位置ズレを生じることや、円滑な回転に支障を生じる可能性がある。

このような位置ズレを防止するため、裏面外装板３の一部をベアリング８の裏面外周端部に係合させることによって、裏面外装板３とベアリング８の相対的な移動、すなわち位置ズレを完全に防止する。
図４に示す実施形態は、裏面外装板３の内周部分に、一旦表面方向へ折曲し、周溝15を形成して表面から裏面方向に折曲して筒状部3cを形成する。筒状部3cの長さはベアリング８の厚みと等しく形成し、筒状部3cの全周もしくは一部を裏面方向に延長し、この延長部分16を折曲してベアリング８の裏面外周端部に係合させる。

図４の実施形態における延長部分16が全周の場合は、内鍔状となってベアリング８の裏面外周端部の全周に係合する。この構造は、プレス加工やへら絞り加工によって製造することができ、ベアリング全体をしっかりと係止する。
一方、延長部分16が全周に連続するものではなく、例えば等間隔の断続的な延長部分を形成するものでは、通常の折曲加工によって実現することができる。したがって、製造が比較的容易である。

ベアリング８の裏面外周端部に係合させる裏面外装板３の一部は、裏面外装板３とは別に成型した筒状部材とすることができる。すなわち、図３に示すように裏面外装板３の筒状部3cとほぼ等しい長さであって、内鍔14を備えた筒状部材13を裏面外装板３の内周部に固定し、筒状部材13の内鍔14でベアリング８の裏面外周端部に係合させる。

筒状部材13を固定する方法は、筒どうしを密嵌合させるなど任意であるが図示実施形態においては、筒状部材13を裏面外装板内周部分に固定する構造として、図１に示すように裏面外装板３の中心部分に周溝15を形成し、その内周部分にベアリング８を保持させる筒状部3cを形成するとともに、筒状部に筒状部材13を被せるように装着し、Ａで示すように周溝15の奥端においてに筒状部材13の先端部分と裏面外装板３の裏面板3bを溶接、具体的にはスポット溶接24し、一体的に固定する方法を開示している。この方法によれば筒状部材13を強固に固定することができる。

内鍔14を備えた筒状部材13の裏面外装板３への固定手段として、図１においてＢと表示した構造は、筒状部材13の先端部分を周溝15に嵌入し周溝の奥端において、裏面外装板３と筒状部材13の先端部分を接着剤25によって接着するものである。この構造では、製造が容易であり接着剤25の選択によって十分な強度を実現することができる。

本発明に係る自転車用ダイナモの取り付け状態を、図２に基づいて説明する。自転車の車輪のハブ軸10には、ハブ26が回転自在に装着され、ロックナット27、27によって定位置に固定されている。この状態で、裏面外装板３をハブ方向に向けてハブ軸10の一方の端部から挿入し、係合部材12を車輪のスポーク23に係合させるとともに、クッション材11をスポーク23の側面に当接させる。その状態で、フォーク28の先端部分や荷物かごのステー29の先端部分をハブ軸10に挿入し、ワッシャ部材30を挟んでナット31で全体を締め付け固定する。

上記、組立状態において自転車の車輪が回転すると、スポーク23に係合している裏面外装板３が回転するとともに、表面外装板１は固定されている。したがって、裏面外装板３に固定されている磁石20と表面外装板１に固定されているコイル４の相対的な回転によって発電が行なわれ、表面外装板１から器外に突出している端子19に結線することによって、ライトを点灯する。
係合部材12に作用する力、クッション材11に作用する力によって、裏面外装板３に作用するハブ軸の軸方向の力は、ベアリング８の裏面外周端部に作用し、ベアリング８の表面外装板方向への移動は固定部材９によって支受される。したがって、表面外装板１と裏面外装板３は位置ズレを生じることなく、裏面外装板は正確な位置において安定した回転を行うことになる。

１…表面外装板、 1a…正面板、 1b…底面、 1c…外周側面、 ２…コイルユニット、 ３…裏面外装板、 3a…外周側面、 3b…裏面板、 3c…筒状部、 ４…コイル、 ５、６…磁極板、 ７…爪、 ８…ベアリング、 ９…固定部材、 9a…端面板、 9b…筒状部、 9c…突出段部、10…ハブ軸、 11…クッション材、12…係合部材、 13…筒状部材、 14…内鍔、 15…周溝、 16…延長部分、 17…取付け孔、 18…リベット、 18’…ネジ、 19…端子、 20…磁石、 21…ゴムフック軸、 22…止めネジ、 23…スポーク、 24…スポット溶接、 25…接着剤、 26…ハブ、 27…ロックナット、 28…フォーク、 29…ステー、 30…ワッシャ、 31…ナット。

Claims (3)

1. いずれも扁平な円環状である表面外装板と、コイルユニットと、裏面外装板とで構成し、表面外装板とコイルユニットを同心で固定し、
   円環状の裏面外装板の内周部に、ベアリングを介して固定部材を装着し、該固定部材と表面外装板を固定することによって表面外装板に対して裏面外装板を回転自在とし、前記表面外装板に装着した固定部材の中心位置に自転車のハブ軸を貫通させて表面外装板をハブ軸に固定し、
   裏面外装板の裏面に車輪の一部と係合し車輪の回転にともなって裏面外装板を回転させる係合部材を設け、裏面外装板を回転させることによって発電を行うダイナモにおいて、
   前記裏面外装板の内周部に装着される前記ベアリングの、裏面外周端部に裏面外装板の一部を係合させることによって、裏面外装板とベアリングの軸方向移動を防止したことを特徴とするダイナモ。
2. ベアリングの裏面外周端部に係合させる、裏面外装板の一部は、裏面外装板の内周部分の全周もしくは一部を裏面方向に延長し、該延長部分を折曲してベアリングの裏面外周端部に係合させることを特徴とする請求項１記載のダイナモ。
3. ベアリングの裏面外周端部に係合させる裏面外装板の一部は、裏面外装板の内周部分に固定する筒状部材とし、該筒状部材に形成した内鍔をベアリングの裏面外周端部に係合させることを特徴とする請求項１記載のダイナモ。

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