JP6251919B2 - Hub dynamo - Google Patents
Hub dynamo Download PDFInfo
- Publication number
- JP6251919B2 JP6251919B2 JP2013186703A JP2013186703A JP6251919B2 JP 6251919 B2 JP6251919 B2 JP 6251919B2 JP 2013186703 A JP2013186703 A JP 2013186703A JP 2013186703 A JP2013186703 A JP 2013186703A JP 6251919 B2 JP6251919 B2 JP 6251919B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stator
- stator unit
- hub dynamo
- teeth
- coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
この発明は、ハブダイナモに関するものである。 The present invention relates to a hub dynamo.
自転車の前照灯や尾灯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。
従来のハブダイナモは、単相交流発電機として構成されたものが主流であった。単相交流発電機は、図19に示すような電圧波形を出力する。
2. Description of the Related Art Generators that generate electricity by rotating wheels are widely used to supply power to bicycle headlights and taillights. Such generators have various structures, but a so-called hub dynamo that is attached to a wheel shaft is known.
The conventional hub dynamo is mainly configured as a single-phase AC generator. The single-phase AC generator outputs a voltage waveform as shown in FIG.
ところで、最近では自転車用ランプとして、省電力化のために発光ダイオード(LED)を使用したランプ(以下、LEDランプという)が用いられるようになってきた。従って、単相交流発電機の出力をランプに供給する場合は、図19に示す電圧波形を全波整流した後の図20に示すような波形の出力を供給することになる。 Recently, as a bicycle lamp, a lamp using a light emitting diode (LED) (hereinafter referred to as an LED lamp) has been used for power saving. Therefore, when supplying the output of the single-phase AC generator to the lamp, the output of the waveform shown in FIG. 20 after full-wave rectification of the voltage waveform shown in FIG. 19 is supplied.
しかし、LEDランプは発光応答性がきわめて良いため、低速走行時に、ちらついてしまうことが分かった。ちらつきの原因は、図20に示すように、整流後の電圧波形において、0ボルトまで出力電圧が落ちる点が存在するためである。LEDランプではなく、フィラメント式の電球を使用している場合は、電球の発光応答性が悪いために、図20に示すような電圧波形をランプに供給しても、ちらつきが起きることはなかったが、LEDランプを使用する場合はちらつきの改善が必要であることが分かった。 However, it has been found that the LED lamp flickers when traveling at a low speed because the light emission response is very good. The cause of the flicker is because, as shown in FIG. 20, there is a point where the output voltage drops to 0 volts in the voltage waveform after rectification. When a filament-type light bulb is used instead of an LED lamp, flicker does not occur even if a voltage waveform as shown in FIG. 20 is supplied to the lamp because the light emission response of the light bulb is poor. However, when using an LED lamp, it turned out that the improvement of a flicker is required.
このため、LEDランプを使用する場合のちらつきを防止するために、3相交流発電機を使用する例が示されている(例えば、特許文献1参照)。この例では、3相交流を整流し合成することで、途切れることのない電圧及び電流をLEDランプに供給して、ちらつきのない照明光を発光できるようにしている。 For this reason, in order to prevent flickering when using an LED lamp, an example using a three-phase AC generator is shown (for example, refer to Patent Document 1). In this example, by rectifying and synthesizing three-phase alternating current, an uninterrupted voltage and current are supplied to the LED lamp so that illumination light without flickering can be emitted.
しかしながら、上述の従来技術のように3相交流発電機を用いる場合は、装備が過剰になり、コスト高になる上、コンパクト化が難しくなることがあった。 However, when a three-phase AC generator is used as in the above-described prior art, the equipment is excessive, the cost is high, and compactness is sometimes difficult.
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、LEDランプに電力を供給した場合の発光時のちらつきを抑制することができると共に、簡素な構成で、コストダウン及びコンパクト化が可能なハブダイナモを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can suppress flickering at the time of light emission when power is supplied to the LED lamp, and can be reduced in cost and made compact with a simple configuration. The object is to provide a hub dynamo capable of.
上記の課題を解決するために、本発明に係るハブダイナモは、車輪と共に回転し、円周方向にN極とS極の磁極が交互に配列されたフェライトを主成分とする永久磁石を備えたロータと、前記車輪を回転自在に支持する車輪軸に回転不能に固定され、前記ロータの内周側に配置されたステータと、を有し、前記ステータは、前記車輪軸の周りに環状に巻かれたコイルと、該コイルを包囲すると共に、外周部に前記永久磁石と対向し且つ前記磁極の数に対応した極数のティースを有したステータコアと、をそれぞれ備えるクローポール型の第1のステータユニット及び第2のステータユニットを前記車輪軸の軸方向に組み合わせることで構成されており、前記コイルの端部は前記車輪軸に沿って設けられた溝を介して前記ステータから前記ロータの外部へ引き出されており、前記ロータの回転により、前記ステータのコイルから出力される交番電流を全波整流して発光ダイオードに供給するように構成され、前記ステータに、位相のずれた交番電流を出力する多相のコイルが設けられており、前記第1のステータユニットと前記第2のステータユニットは、該各ステータユニットの前記ティースの位置を所定角度だけ円周方向に相互にずらして組み合わせられており、それにより、前記第1のステータユニットのコイルと前記第2のステータユニットのコイルとが相互に位相のずれた交番電流を出力することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a hub dynamo according to the present invention includes a permanent magnet mainly composed of ferrite that rotates with a wheel and in which N-pole and S-pole magnetic poles are alternately arranged in a circumferential direction. A rotor and a stator fixed to a wheel shaft rotatably supporting the wheel and disposed on an inner peripheral side of the rotor, and the stator is annularly wound around the wheel shaft. And a stator core that surrounds the coil and has a number of teeth facing the permanent magnet and having the number of poles corresponding to the number of magnetic poles on the outer periphery. A unit and a second stator unit are combined in the axial direction of the wheel shaft, and an end portion of the coil is separated from the stator through a groove provided along the wheel shaft. Is led to the outside by the rotation of the rotor, an alternating current output from the coils of the stator are configured to provide full-wave rectification to the light emitting diode, said stator, phase-shifted alternating currents The first stator unit and the second stator unit are combined by shifting the positions of the teeth of each stator unit in the circumferential direction by a predetermined angle. Thereby, the coil of the first stator unit and the coil of the second stator unit output alternating currents whose phases are shifted from each other .
この構成においては、多相のコイルのうち、例えば2相のコイルの出力する電圧をA相電圧とB相電圧とした場合、A相電圧とB相電圧が同時に0Vになることはない。従って、2相の出力の全波整流後の合成出力に0Vに落ちる点がなくなり、この出力をLEDランプに供給することで、発光時のちらつきを抑制することができる。また、2相であるため、ちらつきを防止する上での必要最小限の装備で済み、コストダウンとコンパクト化に貢献することができる。
また、ロータの永久磁石とステータコアのティースとが対向しており、ロータが回転することによってステータコアに交番磁束が発生し、これによりステータのコイルに電流が流れて発電が行われる。具体的には、円周方向に配列されたティースが交互にN極またはS極になり、ステータコアに交番磁束が発生して、コイルから交番電流が出力される。
さらに、第1のステータユニットのコイルから出力される交番電流と第2のステータユニットのコイルから出力される交番電流の位相がずれており、同時に交番電圧が0Vに落ちる点がない。従って、2相のコイルの出力の全波整流後の合成出力をLEDランプに供給することで、LEDランプの発光時のちらつきを抑制することができる。
In this configuration, for example, when the voltages output from the two-phase coils of the multiphase coils are the A-phase voltage and the B-phase voltage, the A-phase voltage and the B-phase voltage do not become 0 V at the same time. Accordingly, there is no point where the combined output of the two-phase output after full-wave rectification falls to 0 V, and by supplying this output to the LED lamp, flickering during light emission can be suppressed. In addition, since it has two phases, it can be equipped with the minimum necessary equipment to prevent flickering, and can contribute to cost reduction and compactness.
In addition, the permanent magnet of the rotor and the teeth of the stator core are opposed to each other, and an alternating magnetic flux is generated in the stator core as the rotor rotates, thereby causing a current to flow through the coil of the stator to generate power. Specifically, the teeth arranged in the circumferential direction alternately become N poles or S poles, an alternating magnetic flux is generated in the stator core, and an alternating current is output from the coil.
Further, the alternating current output from the coil of the first stator unit and the alternating current output from the coil of the second stator unit are out of phase, and there is no point at which the alternating voltage drops to 0V at the same time. Therefore, flickering at the time of light emission of the LED lamp can be suppressed by supplying the combined output after full-wave rectification of the output of the two-phase coil to the LED lamp.
本発明に係るハブダイナモは、前記ステータは、前記車輪軸の周りに環状に巻かれたコイルと、該コイルを包囲すると共に、外周部に前記永久磁石と対向し且つ前記磁極の数に対応した極数のティースを有したステータコアと、をそれぞれ備えるクローポール型の複数のステータユニットを前記車輪軸の軸方向に組み合わせることで構成されていることを特徴とする。 In the hub dynamo according to the present invention, the stator surrounds the coil around the wheel shaft, and surrounds the coil, and is opposed to the permanent magnet on the outer peripheral portion and corresponds to the number of the magnetic poles. A plurality of claw pole type stator units each including a stator core having a number of pole teeth are combined in the axial direction of the wheel shaft.
本発明に係るハブダイナモは、前記第1及び第2の各ステータユニットにおけるティースの極数及び前記永久磁石の円周方向に配列された磁極の極数をP、ティースのピッチ角をθ、前記第1のステータユニットのティースと前記第2のステータユニットのティースの円周方向のずれ角度をαとしたとき、極数P及びピッチ角θは、α=θ/2=(360°/P)/2を満たすように設定されていることを特徴とする。 In the hub dynamo according to the present invention, the number of teeth of each of the first and second stator units and the number of poles of the magnetic poles arranged in the circumferential direction of the permanent magnet are P, the pitch angle of the teeth is θ, When the circumferential shift angle between the teeth of the first stator unit and the teeth of the second stator unit is α, the number of poles P and the pitch angle θ are α = θ / 2 = (360 ° / P). It is set to satisfy / 2.
この構成においては、第1のステータユニットのティースと第2のステータユニットのティースの円周方向のずれ角度αを上記のように設定したことにより、2相のコイルの出力の位相ずれを電気角で90°にすることができる。従って、90°位相のずれた電圧波形の全波整流後の合成出力の最小値と最大値の開きを小さくすることができ、全波整流後の合成出力をLEDランプに供給することで、LEDランプの発光時のちらつきを効果的に抑制することができる。例えば、従来の単相発電と同じ速度でロータが回転する場合には、LEDランプちらつきを半分以下にすることができる。また、従来の単相発電と同程度のちらつきを許容する場合には、ステータの極数及び永久磁石の磁極の極数を半減することができ、コスト低減に貢献することができる。 In this configuration, since the circumferential shift angle α between the teeth of the first stator unit and the teeth of the second stator unit is set as described above, the phase shift of the output of the two-phase coil is reduced to the electrical angle. Can be set to 90 °. Therefore, it is possible to reduce the difference between the minimum value and the maximum value of the combined output after full-wave rectification of the voltage waveform whose phase is shifted by 90 °, and supply the combined output after full-wave rectification to the LED lamp. The flicker at the time of light emission of the lamp can be effectively suppressed. For example, when the rotor rotates at the same speed as conventional single-phase power generation, the LED lamp flicker can be reduced to half or less. In addition, in the case of allowing the same degree of flicker as in conventional single-phase power generation, the number of poles of the stator and the number of poles of the permanent magnet can be halved, which can contribute to cost reduction.
本発明に係るハブダイナモは、前記永久磁石は、各磁石領域をそれぞれ別々に構成する複数の磁石部品からなることを特徴とする。 The hub dynamo according to the present invention is characterized in that the permanent magnet is composed of a plurality of magnet parts that constitute each magnet region separately.
この構成においては、各磁石領域の磁石部品を別々に製作して組み合わせることにより永久磁石を構成することができるので、各磁石部品の着磁を容易に行うことができる。 In this configuration, since the permanent magnet can be configured by separately manufacturing and combining the magnet parts in each magnet region, each magnet part can be easily magnetized.
本発明に係るハブダイナモは、前記永久磁石は1つの磁石部品からなり、各磁石領域を、前記磁石部品上において円周方向及び軸方向に着磁することで形成したことを特徴とする。 In the hub dynamo according to the present invention, the permanent magnet is composed of one magnet component, and each magnet region is formed by magnetizing in the circumferential direction and the axial direction on the magnet component.
この構成においては、同一の磁石部分上に各磁石領域の磁極を着磁するので、部品の取り扱いの容易化を図ることができる。 In this configuration, since the magnetic poles of the respective magnet regions are magnetized on the same magnet portion, it is possible to facilitate the handling of the parts.
本発明に係るハブダイナモは、前記永久磁石は、該永久磁石の円周方向に配列された磁極が、前記ロータの軸線方向に対して斜めに形成されていることを特徴とする。 The hub dynamo according to the present invention is characterized in that the permanent magnet has magnetic poles arranged in a circumferential direction of the permanent magnet formed obliquely with respect to the axial direction of the rotor.
この構成においては、各磁石領域における磁極の位置を円周方向に相互にずらすことが容易にできるようになる。 In this configuration, the positions of the magnetic poles in each magnet region can be easily shifted from each other in the circumferential direction.
本発明に係るハブダイナモは、前記第1のステータユニットと前記第2のステータユニットとの間に、それぞれのステータユニット間での磁束の漏れを防止する磁束漏れ防止部が設けられていることを特徴とする。 The hub dynamo according to the present invention is provided with a magnetic flux leakage prevention portion for preventing magnetic flux leakage between the respective stator units between the first stator unit and the second stator unit. Features.
この構成においては、各ステータユニットの間に設けられた磁束漏れ防止部によって、各ステータユニットの相互間での磁束の漏れを防止することができる。
例えば、複数のステータユニットのうち、第1のステータユニットのN極のティースに生じる磁束が、隣の第2のステータユニットのS極のティースに流れてしまうことを防止できる。また、第2のステータユニットのN極のティースに生じる磁束が、隣の第1のステータユニットのS極のティースに流れてしまうことを防止できる。そのため、第1のステータユニットのティースで生じた磁束は、第2のステータユニットに流れることなく、第1のステータユニットのコイルのみを通ることになり、また、第2のステータユニットのティースで生じた磁束は、第1のステータユニットに流れることなく、第2のステータユニットのコイルにみを通ることになる。その結果、位相の異なる第1のステータユニット及び第2のステータユニットの磁路の相互間での漏れ磁束が無くなることにより、ハブダイナモの特性が向上する。
In this configuration, leakage of magnetic flux between the stator units can be prevented by the magnetic flux leakage prevention portion provided between the stator units.
For example, magnetic flux generated in the N pole teeth of the first stator unit among the plurality of stator units can be prevented from flowing into the S pole teeth of the adjacent second stator unit. Further, it is possible to prevent the magnetic flux generated in the N pole teeth of the second stator unit from flowing into the S pole teeth of the adjacent first stator unit. Therefore, the magnetic flux generated in the teeth of the first stator unit does not flow through the second stator unit, but only passes through the coil of the first stator unit, and is also generated in the teeth of the second stator unit. The magnetic flux that passes through the coil of the second stator unit does not flow through the first stator unit. As a result, the leakage magnetic flux between the magnetic paths of the first stator unit and the second stator unit having different phases is eliminated, thereby improving the characteristics of the hub dynamo.
本発明に係るハブダイナモは、前記磁束漏れ防止部として、各ステータユニットの間に、それぞれの前記ステータユニットを離間させる空間が確保されていることを特徴とする。 The hub dynamo according to the present invention is characterized in that a space for separating the stator units is secured between the stator units as the magnetic flux leakage prevention portion.
この構成においては、各ステータユニットの間に確保された空間によって、各ステータユニットの相互間での磁束の漏れを防止することができる。そのため、各ステータユニットの間に空間を確保するだけの簡単な構成の採用により、ハブダイナモの特性の向上が図れる。 In this configuration, leakage of magnetic flux between the stator units can be prevented by the space secured between the stator units. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the hub dynamo by adopting a simple configuration that secures a space between the stator units.
本発明に係るハブダイナモは、各ステータユニットの間に、前記空間を確保するためのスペーサが配置されていることを特徴とする。 The hub dynamo according to the present invention is characterized in that a spacer for securing the space is disposed between the stator units.
この構成においては、各ステータユニットの間にスペーサが配置されることで前記空間が確保されているので、一定の空間の確保が容易にできるようになる。 In this configuration, since the space is secured by arranging spacers between the stator units, it is possible to easily secure a certain space.
本発明に係るハブダイナモは、各ステータユニットの互いに対向する端面間に、前記磁束漏れ防止部として、非磁性材料よりなるスペーサが配置されていることを特徴とする。 The hub dynamo according to the present invention is characterized in that a spacer made of a nonmagnetic material is disposed as the magnetic flux leakage prevention portion between the end faces of each stator unit facing each other.
この構成においては、各ステータユニットの互いに対向する端面間に配置された非磁性材料よりなるスペーサの作用で、各ステータユニットの相互間での磁束の漏れを防止することができる。 In this configuration, leakage of magnetic flux between the stator units can be prevented by the action of the spacer made of a nonmagnetic material disposed between the end faces of the stator units facing each other.
本発明に係るハブダイナモは、各ステータユニットの互いに対向する端面のうち少なくとも一方の端面に、前記スペーサが取り付けられていることを特徴とする。 The hub dynamo according to the present invention is characterized in that the spacer is attached to at least one of end faces of each stator unit facing each other.
この構成においては、前記スペーサを配置する手間を簡略化することができる。 In this configuration, the trouble of arranging the spacer can be simplified.
本発明に係るハブダイナモによれば、LEDランプに電力を供給した場合の発光時のちらつきを抑制することができる。また、2相交流を出力するため、ちらつきを防止する上での必要最小限の装備で済み、コストダウンとコンパクト化が図れる。 According to the hub dynamo according to the present invention, flicker during light emission when power is supplied to the LED lamp can be suppressed. In addition, since two-phase alternating current is output, the minimum necessary equipment for preventing flickering is required, and cost reduction and compactness can be achieved.
以下、本発明の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。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の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。この前照灯4には、ランプとして、フィラメント式の電球ではなく、LEDランプが使用されている。また、LEDランプの駆動回路には、ハブダイナモ10の出力を整流し合成する回路が組み込まれているものとする。
Hereinafter, a hub dynamo according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is an installation schematic diagram of the hub dynamo of the first embodiment. In the following description, a case where the
(ハブダイナモの取付態様)
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)等により回転不能に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と同軸に取り付けられている。このハブダイナモ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。
(Hub dynamo mounting mode)
As shown in FIG. 1, the front wheel 5 of the
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と共に車輪軸11の周囲を回転するロータ12と、ロータ12の内周側に位置する状態で車輪軸11に回転不能に取り付けられたステータ13と、を備えている。
The
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周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。
Hereinafter, the axial direction of the central axis O of the
(ロータ)
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。
図2及び図3に示すように、ロータ12は、ハブシェル100を主体に構成されている。ハブシェル100は、円筒状の胴部61と、胴部61の軸方向両端開口を塞ぐ第1のエンドプレート70及び第2のエンドプレート80と、からなる。
(Rotor)
FIG. 2 is a side view of the hub dynamo, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the hub dynamo.
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図3に示すように、胴部61の軸方向一方P側(図3における左側)の開口は、製作時には開放されており、その開口を塞ぐように、胴部61と別体に製作された第2のエンドプレート80が、所定の組立工程後に胴部61の軸方向一方P側の端部に圧入固定されている。
胴部61の軸方向他方Q側(図3における右側)の開口は、胴部61と一体に形成された第1のエンドプレート70により製作時から閉塞されている。円筒状の胴部61と、胴部61の軸方向他方Q側の開口を塞ぐ第1のエンドプレート70とは、一体部品のハブシェル本体60として製作されている。ハブシェル本体60と、それと別体の第2のエンドプレート80は、それぞれに一定厚の磁性金属板(主に鉄板)をプレス成形することで製作されている。
As shown in FIG. 3, the opening on one axial side P side (the left side in FIG. 3) of the
The opening on the other axial side Q side (the right side in FIG. 3) of the
ハブシェル本体60の胴部61の軸方向両端部外周には、径方向外側に向かって張り出す左右一対のフランジ部62が形成されている。各フランジ部62は、プレス成形の際に素材である金属板をU字形に折り返し、軸方向内側のフランジ板62aと軸方向外側のフランジ板62bとを互いに密着状態で重ね合わせることで形成されている。各フランジ部62には、軸方向に貫通する支持孔63が周方向に等間隔で複数形成されている。
支持孔63には、図1に示すように、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の内側端部が係合されている。なお、左右のフランジ部62の支持孔63は、半ピッチ分だけ位相がずれて配置されている。
A pair of left and
As shown in FIG. 1, the support holes 63 are engaged with inner ends of a plurality of
胴部61の軸方向他方Q側の開口を閉塞する第1のエンドプレート70は、軸方向外側(Q側)に円錐形に膨らんだ環状の側壁71と、この側壁71の内周縁で軸方向内側(P側)に折れ曲がった円筒状のベアリング嵌合壁73と、このベアリング嵌合壁73の軸方向内側(P側)端で径方向内側に折れ曲がったベアリング押え壁74と、前記側壁71の外周縁から径方向外側に向けて連設されたフランジ部75と、を有している。
このフランジ部75が、胴部61の軸方向他方Q側のフランジ部62の外側のフランジ板62bと一体に連続していることで、胴部61と第1のエンドプレート70とが一体化されている。これにより、一体部品としてのハブシェル本体60が構成される。
The
Since the
また、胴部61の軸方向一方P側の開口を閉塞する第2のエンドプレート80は、環状の側壁81と、この側壁81の内周縁で軸方向内側(Q側)に折れ曲がった円筒状のベアリング嵌合壁83と、このベアリング嵌合壁83の軸方向内側(Q側)端で径方向内方に折れ曲がったベアリング押え壁84と、前記側壁81の外周縁で軸方向内側(Q側)に折れ曲がった円筒状の圧入嵌合壁85と、を有している。
第2のエンドプレート80は、この円筒状の圧入嵌合壁85を、ハブシェル本体60の胴部61の軸方向一方P側の開口の内周に圧入嵌合させることで、胴部61に固定されている。
The
The
第1のエンドプレート70及び第2のエンドプレート80のベアリング嵌合壁73、83の径方向内側は、同軸上に位置する貫通孔72、82として開口しており、これら貫通孔72、82を画成するベアリング嵌合壁73、83の内周に、ベアリング(軸受)21、22がそれぞれ嵌合されている。そして、ハブシェル100を主体として構成されるロータ12は、ベアリング91、22を介して車輪軸11に回転可能に支持されることで、前輪5の回転と共に車輪軸11を中心に回転するようになっている。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。
The radially inner sides of the
ハブシェル本体60の胴部61の内周には、例えばフェライト等により形成された永久磁石19が配置されている。永久磁石19の外周面の曲率半径は、胴部61の内周面の半径と同等に設定されており、永久磁石19は、ヨークを介さずに磁性材料製の胴部61の内周に直接密着した状態で配置され、例えば接着剤等により貼付されている。永久磁石19を、胴部61の内周面に沿って円筒状に配置することで、永久磁石19はステータ13の外周面全体を覆っている。なお、永久磁石19は、周方向に複数に分割された状態で胴部61の内周に組み込まれている。
A
この円筒状に配置された永久磁石19の内周面には、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、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N極及びS極が並ぶように着磁されている。この場合、N極及びS極の磁極は、軸方向の一端から他端まで、周方向にずれることなく、軸方向に平行に形成されている。
N-pole and S-pole magnetic poles are alternately magnetized along the circumferential direction on the inner circumferential surface of the
(ステータ)
図4はハブダイナモを構成するステータの斜視図である。
図4に示すように、ステータ13は、クローポール型の第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとを車輪軸11の軸方向に組み合わせることで構成されており、第1のステータユニット20AはA相の交番電流・電圧を出力し、第2のステータユニット20BはB相の交番電流・電圧を出力するようになっている。
(Stator)
FIG. 4 is a perspective view of a stator constituting the hub dynamo.
As shown in FIG. 4, the
図3に示すように、各ステータユニット20A、20Bは、車輪軸11の周りにボビン(図示略)を介して環状に巻かれたコイル24と、コイル24を包囲すると共に外周部に永久磁石19と対向し且つ磁極の数に対応した極数のティース22(22−1、22−2)を有したステータコア26と、をそれぞれ備えている。
As shown in FIG. 3, each of the
ステータコア26は、環状のコイル24の内周に配置された中心部ヨーク25と、環状のコイル24の軸方向の一方側(Q側)及び他方側(P側)に互いに対向して配置されて内周部が中心部ヨーク25の一端及び他端に磁気的に結合された一対の円板状の側部ヨーク21(21−1、21−2)と、ステータコア26の外周部に配されてロータ12の永久磁石19の内周側に空隙を介して対向し、各側部ヨーク21−1、21−2の外周部に磁気的に結合されて円周方向に交互に配置されたティース22(22−1、22−2)と、からなる。
The
ティース22(22−1、22−2)は、円板状の側部ヨーク21(21−1、21−2)にそれぞれ一体に形成されている。そして、軸方向の一方側(Q側)の側部ヨーク21−1に一体に形成されたティース22−1と、軸方向の他方側(P側)の側部ヨーク21−2に一体に形成されたティース22−2とが、円周方向に微小間隔を開けて交互に配列されている。なお、各側部ヨーク21−1、21−2は、それぞれ14個のティース22−1、22−2を有し、全ティース22(22−1、22−2)の極数が永久磁石19の磁極数に対応している。
The teeth 22 (22-1 and 22-2) are respectively formed integrally with the disk-shaped side yoke 21 (21-1 and 21-2). Then, the tooth 22-1 formed integrally with the side yoke 21-1 on one side (Q side) in the axial direction and the side yoke 21-2 on the other side (P side) in the axial direction are formed integrally. The teeth 22-2 thus formed are alternately arranged with a minute interval in the circumferential direction. In addition, each side yoke 21-1, 21-2 has 14 teeth 22-1, 22-2, respectively, and the number of poles of all the teeth 22 (22-1 and 22-2) is the
ティース22(22−1、22−2)を一体に有した軸方向他方Q側及び軸方向一方P側の側部ヨーク21(21−1、21−2)は同形状のものである。そして、軸方向他方Q側の側部ヨーク21−1は、ティース22−1を軸方向一方P側に向け、軸方向一方P側の側部ヨーク21−2は、ティース22−2を軸方向他方Q側に向けて、両者は車輪軸11上で互いに組み合わせられている。円板状の側部ヨーク21(21−1、21−2)の中央には、車輪軸11の外周に嵌合する中心孔23が形成されており、この中心孔23によりステータ13は車輪軸11に固定されている。
The side yoke 21 (21-1, 21-2) on the other Q side in the axial direction and the one P side in the axial direction integrally having the teeth 22 (22-1 and 22-2) has the same shape. The side yoke 21-1 on the other Q side in the axial direction has the teeth 22-1 facing the one side P in the axial direction, and the side yoke 21-2 on the one side P in the axial direction has the teeth 22-2 in the axial direction On the other hand, they are combined with each other on the
(第1のステータユニットと第2のステータユニット組み合わせ)
図4に示すように、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bは、各ステータユニット20A、20Bのティース22の位置を所定角度αだけ円周方向に相互にずらして組み合わせられており、これにより、各ステータユニット20A、20Bの各コイル24から、位相のずれたA相とB相の2相の交番電流・電圧が出力されるようになっている。
(Combination of first stator unit and second stator unit)
As shown in FIG. 4, the
本実施形態では、図5に示すように、第1及び第2の各ステータユニット20A(A相)、20B(B相)におけるティース22(22−1、22−2)の極数及び永久磁石19の磁極の極数をP、ティース22(22−1、22−2)のピッチ角をθ、第1のステータユニット20Aのティース22(22−1、22−2)と第2のステータユニット20Bのティース(22−1、22−2)の円周方向のずれ角度をαとしたとき、角度αは、
α=θ/2=(360°/P)/2・・・(1)
を満たすように設定されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 5, the number of poles of the teeth 22 (22-1 and 22-2) and the permanent magnets in the first and
α = θ / 2 = (360 ° / P) / 2 (1)
It is set to satisfy.
角度αが式(1)を満たすことにより、第1のステータユニット20Aのコイル24と、第2のステータユニット20Bのコイル24とが、ロータ12の回転に応じて、相互に電気角で90°位相のずれた交番電流・電圧を出力する。
When the angle α satisfies the expression (1), the
なお、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとを、ずれ角αだけ周方向に位相ずれした関係に組み合わせるために、図示しない周方向位置決め手段が設けられている。また、図3に示すように互いに隣接する、第1のステータユニット20Aの軸方向一方P側の側部ヨーク21−2と第2のステータユニット20Bの軸方向他方Q側の側部ヨーク21−1とは、背中合わせに配置されている。
In addition, in order to combine the
(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の軸方向一方P側に設けられたスペシャルナット30と、軸方向他方Q側に設けられたステータ固定部材37と、を備えている。ステータ13は、車輪軸11の外周に固定されたこれらスペシャルナット30とステータ固定部材37とで、軸方向の定位置に挟持固定されている。
(Regulation Department)
As shown in FIG. 3, a restricting portion that restricts the movement of the
スペシャルナット30は、軸方向一方P側に形成されたスリーブ部30aと、軸方向一方P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。そして、内周に形成されている雌ネジ部を車輪軸11の雄ねじ部に螺着することで、車輪軸11の外周に固定されている。
The
スリーブ部30aの外周面は、第2のエンドプレート80のベアリング嵌合壁83に外輪を嵌合させたベアリング92の内輪の内周に、圧入等により固定されている。フランジ部30bは外径がベアリング92の内径よりも大径に形成され、軸方向一方P側に位置する端面がベアリング92の内輪に軸方向で当接している。これにより、ベアリング92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ている。
一方、フランジ部30bにおける軸方向一方P側に位置する端面は、ステータ13の内周部に軸方向で当接している。なお、図4に示すように、スペシャルナット30の外周面には、コイル24を構成する導線の端部をハブダイナモ10の外部に引き出すための溝30cが形成されている。
The outer peripheral surface of the
On the other hand, the end face located on the one side P side in the axial direction of the
図3に示すように、第2のエンドプレート80の外側にはコネクタ40が配設され、このコネクタ40にコイル24の導線(図示略)が導入されている。この導線の端部は、スペシャルナット30の溝30c(図4参照)内を経由してコネクタ40の導線引出部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40の内周部には、スペシャルナット30のスリーブ部30aが挿通され、コネクタ40はワッシャ45を介して、ナット46により車輪軸11に固定されている。
As shown in FIG. 3, a
車輪軸11におけるステータ固定部材37よりも軸方向他方Q側には、スリーブ部材50が設けられている。このスリーブ部材50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Q側から車輪軸11の雄ねじ部に煉着されている。具体的に、スリーブ部材50は、軸方向一方P側に形成されたスリーブ本体50aと、軸方向他方Q側に形成されてスリーブ本体50aに対して外径が拡大されたフランジ部50bとを備えている。
A
このフランジ部50bは、多角筒状に形成されており、軸方向一方P側の端面が、第1のエンドプレート70側のベアリング91の内輪に軸方向で当接している。スリーブ本体50aは、円筒状に形成されており、第1のエンドプレート70側のベアリング91の内輪の内周に内嵌されている。具体的に、スリーブ本体50aは、外径がベアリング91の内径と同等か若干大径に設定されており、ベアリング91の内輪の内周に圧入等により固定されている。
The
第1のエンドプレート70の外側には、ベアリング91及びスリーブ部材50を覆うようにカバー54が装着されている。カバー54は、椀形状に形成された部材であり、外部からロータ12の内部に水や塵浜等が浸入するのを防止している。カバー54の内周部には、スリーブ部材50を緩み止めするために車輪軸11に螺着されたナット52が配置されている。
A
(発電の仕組み)
このように構成されたハブダイナモの発電は、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と共に車輪軸11周りに回転し、永久磁石19がステータ13周りを回転する。
(Power generation mechanism)
The power generation of the hub dynamo configured in this way is performed as follows.
That is, when the front wheel 5 rotates, the
回転する永久磁石19の磁束により、軸方向他方Q側の側部ヨーク21−1に設けられた第1のティース22−1がN極、軸方向一方P側の側部ヨーク21−2に設けられた第2のティース22−2がS極となる状態と、第1のティ−ス22−1がS極、第2のティース22−2がN極となる状態と、が交互に繰り返される。これにより、A相の第1のステータユニット20Aのステータコア26とB相の第2のステータユニット20Bのステータコア26に交番磁束が発生し、この交番磁束により、第1及び第2のステータユニット20A、20Bの各コイル24に電流が流れて発電が行われる。
Due to the magnetic flux of the rotating
この際、第1のステータユニット20Aのコイル24から出力される交番電流・電圧と、第2のステータユニット20Bのコイル24から出力される交番電流・電圧とは、位相がずれており、同時に交番電圧が0Vに落ちる点がない。
At this time, the alternating current / voltage output from the
特に、第1のステータユニット20Aのティース22(22−1、22−2)と第2のステータユニット20Bのティース22(22−1、22−2)の円周方向のずれ角度αがティース22のピッチ角θの1/2に設定されていることにより、図6に示すように、A相とB相の2相のコイル24の電圧波形の位相ずれがちょうど電気角で90°になる。
In particular, the circumferential shift angle α of the teeth 22 (22-1 and 22-2) of the
(効果)
したがって、上述の実施形態によれば、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとから、それぞれ電気角で90°位相のずれた波形の交番電流・電圧が出力され、これら交番電流・電圧を全波整流すると、図7に示すような電圧波形とすることができる。このため、全波整流後の合成出力の最小値と最大値の開きを小さくすることができ、全波整流後の合成出力をLEDに供給することで、LEDの発光時のちらつきを効果的に抑制することができる。
例えば、従来の単相発電と同じ速度でロータ12が回転する場合には、LEDのちらつきを半分以下にすることができる。また、従来の単相発電と同程度のちらつきを許容する場合には、ステータ13の極数(ティースの数)を半減することができ、コスト低減に貢献することができる。
(effect)
Therefore, according to the above-described embodiment, the alternating current / voltage having a waveform that is 90 degrees out of phase in electrical angle is output from each of the
For example, when the
また、本実施形態のハブダイナモ10は、3相ではなく2相の交流発電を行うものであるため、ちらつきを防止する上での必要最小限の装備で済み、コストダウンとコンパクト化に貢献することができる。
Moreover, since the
(ステータコアの側部ヨークの作用・効果)
ここで、図8、図9に基づいて、側部ヨーク21の作用効果について説明する。
図8はハブダイナモのステータコアの側部ヨークの構成を示す正面図、図9は同側部ヨークの別案を示す正面図である。
(Operation and effect of side yoke of stator core)
Here, based on FIG. 8, FIG. 9, the effect of the
FIG. 8 is a front view showing the configuration of the side yoke of the stator core of the hub dynamo, and FIG. 9 is a front view showing another plan of the side yoke.
図8に示す側部ヨーク21には、渦電流損が減少するために、中心孔23から径方向外方に放射状に複数のスリット27が形成されている。また、スリット27のうちの1つが、コイルの導線引き出し用スリットとして外周まで連通している。
In the
このように、中心孔23からスリット27を形成すると、ステータの径方向の位置を決める機能が弱まり、車輪軸11とステータ13の同軸度が低下する可能性がある。
Thus, when the
(側部ヨークの変形例)
それを改善するものとして、図9に示す側部ヨーク121では、中心孔23からではなく、外周からスリット29を径方向内方に向けて形成している。これにより、車輪軸11とステータ13の同軸度を向上させることができ、精度の向上により、外周のエアギャップ(ステータ13の外周と永久磁石19との間の空隙)を減少させることができて、それにより特性の向上もしくはコストダウンが可能となる。
また、任意のスリット29でコイル引き出し部を兼ねることができ、それにより、組付時の方向性(周方向の方向性)を無くすことができて、組付工数の削減・誤組付防止を図ることが可能になる。
(Modification of side yoke)
In order to improve this, in the
In addition, the
ところで、上記第1実施形態においては、第1のステータユニット20Aのステータコア26と第2のステータユニット20Bのステータコア26とが近接配置されており、しかも、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとが位相をずらして配置されているので、一方のステータユニット20A(または20B)のN極に磁化したティース22から他方のステータユニット20B(または20A)のS極に磁化したティース22に磁束漏れが起こる懸念があることが分かった。
Incidentally, in the first embodiment, the
そこで、以下においては、そのような磁束漏れの懸念を解消できるようにした実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態と同一構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。 Therefore, in the following, an embodiment in which such a fear of magnetic flux leakage can be solved will be described. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(第2実施形態)
図10は、本発明の第2実施形態のハブダイナモの断面図である。
この第2実施形態のハブダイナモでは、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとの間にスペーサ211、212が設けられることにより、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとの間に、両ステータを軸方向に離間させる所定寸法の空間210が確保されている。そして、この空間210が、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bの相互間での磁束漏れを防止する磁束漏れ防止部として機能するようになっている。なお、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとを隔てる空間210の幅は、永久磁石19とステータ13の外周面(ティース22の外周面)との間のギャップ(空隙部)よりも大きく設定されている。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view of the hub dynamo according to the second embodiment of the present invention.
In the hub dynamo of the second embodiment,
スペーサ211、212は、樹脂やアルミ等の非磁性材料で構成されたもので、一方のスペーサ211はリング状に形成され、もう一方のスペーサ212はピン状に形成されている。これらリング状及びピン状のスペーサ211、212は、例えば、図11に示すように、第1のステータユニット20Aの側部ヨーク21−2の外側面(この外側面は、第2のステータユニット20Bの側部ヨーク21−1の外側面に対向する面である)の中心部と、中心部から半径方向に離れた位置とにそれぞれ接着や圧入などの方法によって取り付けられている。ここで、ピン状のスペーサ212は、同一円周上に周方向に間隔をおいて複数設けられている。
The
このように、スペーサ211、212を第1のステータユニット20Aに予め取り付けておくことにより、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとを組み合わせてステータ13を組み立てた際に、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとの間に、磁束漏れ防止部として機能する所定幅の空間210を確保することができる。
Thus, by attaching the
なお、リング状のスペーサ211やピン状のスペーサ212は、第1のステータユニット20に取り付けるのではなく、第2のステータユニット20Bに取り付けておいてもよい。あるいは、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bの両方に分けて取り付けておいてもよい。
The ring-shaped
この第2実施形態のハブダイナモは、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとの間に敢えて空間210を確保しているので、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bの相互間での磁束の漏れを防止することができる。例えば、第1のステータユニット20AのN極のティース22に生じる磁束が、隣の第2のステータユニット20BのS極のティース22に流れてしまうことを防止できる。また、第2のステータユニット20BのN極のティース22に生じる磁束が、隣の第1のステータユニット20AのS極のティース22に流れてしまうことを防止できる。
In the hub dynamo of the second embodiment, since the
そのため、第1のステータユニット20Aのティース22で生じた磁束は、第2のステータユニット20Bに流れることなく、第1のステータユニット20Aのコイル24のみを通ることになり、また、第2のステータユニット20Bのティース22で生じた磁束は、第1のステータユニット20Aに流れることなく、第2のステータユニット20Bのコイル24にみを通ることになる。その結果、位相の異なる第1のステータユニット20A及び第2のステータユニット20Bの磁路の相互間での漏れ磁束が無くなることにより、ハブダイナモの特性が向上する。
Therefore, the magnetic flux generated in the
また、この第2実施形態のハブダイナモにおいては、磁束漏れ防止部として、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとの間に、スペーサ211、212によって空間210を確保するだけであるから、簡単な構成で一定幅の空間210の確保が容易にできる。特に、第1のステータユニット20Aまたは第2のステータユニット20Bの互いに対向する端面のうち少なくとも一方の端面にスペーサ211、212を取り付けているので、スペーサ211、212を、第1のステータユニット20A及び第2のステータユニット20Bと別に組み付ける手間が必要なく、組み付けの簡略化を図ることができる。
In the hub dynamo of the second embodiment, only the
(第3実施形態)
図12は、本発明の第3実施形態のハブダイナモの断面図である。
この第3実施形態のハブダイナモでは、第2実施形態のハブダイナモにおいて使用したピン状のスペーサ212を省略し、リング状のスペーサ211のみで、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとの間に空間210を確保している。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a cross-sectional view of a hub dynamo according to a third embodiment of the present invention.
In the hub dynamo of the third embodiment, the pin-shaped
このように、スペーサは、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとの間に空間210を確保するだけのものであるから、組み付け安定性が図れる限り省略してもよい。例えば、この第3実施形態では、ピン状のスペーサ212を省略した場合を示したが、替わりに、ピン状のスペーサ211を残して、リング状のスペーサ211を省略してもよい。また、スペーサの形状は任意に変更することができる。また、スペーサの材質は、磁束漏れに影響をあまり及ぼさない限り、必ずしも非磁性体でなくてもよい。また、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとの間に空間210を確保した状態で、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとを、車輪軸11上に圧入や接着などの方法で確実に固定できる場合は、スペーサ自体を省力することも可能である。
As described above, the spacer is only for securing the
また、空間210の替わりに、磁束漏れ防止部として非磁性体製のスペーサを介在させることもできる。
Further, instead of the
(第4実施形態)
図13は、本発明の第4実施形態のハブダイナモの断面図である。
この第4実施形態のハブダイナモでは、第1のステータユニット
20Aと第2のステータユニット20Bとの対向する端面間に、空間210を確保する替わりに、磁束漏れ防止部として、非磁性材料よりなるスペーサ220を配置している。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view of a hub dynamo according to a fourth embodiment of the present invention.
In the hub dynamo according to the fourth embodiment, instead of securing the
この第4実施形態のハブダイナモにおいては、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bの互いに対向する端面間に配置した非磁性材料よりなるスペーサ220の作用により、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bの相互間での磁束の漏れを防止することができる。
In the hub dynamo of the fourth embodiment, the
以上の第1〜第4実施形態においては、ステータ13を構成する第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとが、ティース22の位置を所定角度だけ円周方向に相互にずらして組み合わせられており、それにより、第1のステータユニット20Aのコイル24と第2のステータユニット20Bのコイル24とが相互に位相のずれた交番電流を出力する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ロータ側の各ステータユニット20A、20Bに対応する位置の永久磁石の磁極の位置を円周方向に所定角度βだけ相互にずらしても、同様の効果を得ることができる。以下においてはその場合の実施形態を説明する。
In the first to fourth embodiments described above, the
(第5実施形態)
図14は、第5実施形態におけるハブダイナモを構成するステータの側面図、図15は、ロータの構成図で、(a)は側断面図、(b)は軸方向から見た正面図、図16はA相のステータコアのティースに対応したA相用の第1の磁石領域の磁極の位置とB相のステータコアのティースに対応したB相用の第2の磁石領域の磁極の位置との位相のずれを説明するための図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 14 is a side view of a stator constituting the hub dynamo in the fifth embodiment, FIG. 15 is a configuration diagram of the rotor, (a) is a side sectional view, and (b) is a front view as seen from the axial direction, FIG. 16 is a phase between the position of the magnetic pole in the first magnet region for the A phase corresponding to the teeth of the A phase stator core and the position of the magnetic pole in the second magnet region for the B phase corresponding to the teeth of the B phase stator core. It is a figure for demonstrating the shift | offset | difference of.
図14に示すように、第5実施形態のハブダイナモで使用するステータ313は、第1〜第4実施形態のハブダイナモで使用したステータ13と違って、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとが、各ステータユニット20A、20Bのティース22の円周方向の位置を互いに一致させて組み合わせられたものである。
As shown in FIG. 14, the
ステータとして、図14に示すステータ313を使用するその替わりに、図15及び図16に示すように、ロータ312に設けられた永久磁石319が、第1のステータユニット20A及び第2のステータユニット20Bにそれぞれ対応するよう軸方向に分けられたA相用の第1の磁石領域319AとB相用の第2の磁石領域319Bとを有し、これら第1と第2の2つの磁石領域319A、319Bの磁極(N極とS極)の位置が、所定角度βだけ円周方向に相互にずらして設定されている。これにより、円周方向にティース22の位置が揃えられた第1、第2のステータユニット20A、20Bの各コイル24から、位相のずれたA相とB相の2相の交番電流・電圧が出力されるようになる。
Instead of using the
本実施形態では、図16に示すように、第1の磁石領域319A(A相)及び第2の磁石領域319B(B相)における磁極の極数をP、磁極のピッチ角をθ、第1の磁石領域319A(A相)の磁極の位置と第2の磁石領域319B(B相)の磁極の位置の円周方向のずれ角度をβとしたとき、角度βは、
β=θ/2=(360°/P)/2・・・(2)
を満たすように設定されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 16, the number of poles of the magnetic poles in the
β = θ / 2 = (360 ° / P) / 2 (2)
It is set to satisfy.
角度βが式(2)を満たすことにより、第1のステータユニット20Aのコイル24と、第2のステータユニット20Bのコイル24とが、ロータ312の回転に応じて、相互に電気角で90°位相のずれた交番電流・電圧を出力する。
When the angle β satisfies the expression (2), the
(発電の仕組み)
このように構成されたハブダイナモの発電は、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と共に車輪軸11周りに回転し、永久磁石319がステータ13周りを回転する。
(Power generation mechanism)
The power generation of the hub dynamo configured in this way is performed as follows.
That is, when the front wheel 5 rotates, the
回転する永久磁石319の磁束により、軸方向他方Q側の側部ヨーク21−1に設けられた第1のティース22−1がN極、軸方向一方P側の側部ヨーク21−2に設けられた第2のティース22−2がS極となる状態と、第1のティ−ス22−1がS極、第2のティース22−2がN極となる状態と、が交互に繰り返される。これにより、A相の第1のステータユニット20Aのステータコア26とB相の第2のステータユニット20Bのステータコア26に交番磁束が発生し、この交番磁束により、第1及び第2のステータユニット20A、20Bの各コイル24に電流が流れて発電が行われる。
A first tooth 22-1 provided on the side yoke 21-1 on the other axial Q side is provided on the side yoke 21-2 on the N pole and one axial P side by the magnetic flux of the rotating
この際、第1のステータユニット20Aのコイル24から出力される交番電流・電圧と、第2のステータユニット20Bのコイル24から出力される交番電流・電圧とは、位相がずれており、同時に交番電圧が0Vに落ちる点がない。
At this time, the alternating current / voltage output from the
特に、永久磁石319の第1の磁石領域319A(A相)における磁極の位置と第2の磁石領域319B(B相)における磁極の位置の円周方向のずれ角度βが磁極のピッチ角θの1/2に設定されていることにより、図6に示すように、A相とB相の2相のコイル24の電圧波形の位相ずれがちょうど電気角で90°になる。
In particular, the circumferential shift angle β between the position of the magnetic pole in the
(効果)
したがって、この第5実施形態によれば、前述した第1〜第4実施形態と同じ効果を奏することができる。また、この第5実施形態では、ロータ312側の永久磁石319の磁極の位置をずらすことにより、ステータ313側の第1のステータユニット20Aのティース22の位置と第2のステータユニット20Aのティース22の位置を円周方向に揃えることができるので、ステータ313の組み立ての容易化が図れる。
(effect)
Therefore, according to this 5th Embodiment, there can exist the same effect as the 1st-4th embodiment mentioned above. In the fifth embodiment, the position of the
(永久磁石の磁極のずらし方の例)
ところで、ロータ312の内周の永久磁石319に、第1のステータユニット20Aに対応した第1の磁石領域319Aと、第2のステータユニット20Bに対応した第2の磁石領域319Bとを形成し、それら第1の磁石領域319Aの磁極の位置と第2の磁石領域319Bの磁極の位置とを、所定角度βだけ円周方向に相互にずらして設定する構成例としては、次のようなものがある。
(Example of how to shift the magnetic pole of a permanent magnet)
By the way, a
まず、第1の構成例は、図16の第5実施形態のハブダイナモにおける永久磁石として示すように、永久磁石319を、第1の磁石領域319Aを構成する第1の磁石部品319−1と、第1の磁石部品319−1と別体とされ第2の磁石領域319Bを構成する第2の磁石部品319−2とで組み合わせて構成するものである。この例では、各磁石領域319A、319Bの磁極(N極、S極)は、ロータの軸線方向に平行に延在している。
First, as shown in FIG. 16 as a permanent magnet in the hub dynamo of the fifth embodiment, the first configuration example includes a
この構成例においては、第1の磁石部品319−1と第2の磁石部品319−2を別々に製作して組み合わせることにより永久磁石319を構成することができるので、各磁石部品319−1、319−2の着磁を容易に行うことができる。
In this configuration example, since the
次に第2の構成例は、図示しないが、第1の磁石領域319Aと第2の磁石領域319Aとを同一磁石部品上に形成し、第1の磁石領域319Aの磁極と第2の磁石領域319Bの磁極とを、同一磁石部品上において円周方向及び軸方向に着磁することで、永久磁石319を構成するものである。
Next, in the second configuration example, although not shown, the
この構成においては、同一の磁石部分上に第1の磁石領域319Aの磁極と第2の磁石領域319Bの磁極とを着磁するので、部品の取り扱いの容易化が図れる。
In this configuration, since the magnetic poles of the
(第6実施形態)
次に第3の構成例は、図17及び図18の第6実施形態のハブダイナモ用のロータ412として示すように、永久磁石419の円周方向に配列される磁極をロータ412の軸線方向に対して斜めに形成する(スキューさせる)ことにより、第1の磁石領域419Aにおける磁極の位置と第2の磁石領域419Bにおける磁極の位置とを、所定角度βだけ円周方向に相互にずらしたものである。この場合、第1の磁石領域419Aにおける磁極の中心の位置と、第2の磁石領域419Bにおける磁極の中心の位置とが、所定角度βだけ円周方向にずれている。
(Sixth embodiment)
Next, in the third configuration example, as shown as the
この構成においては、第1の磁石領域419Aにおける磁極の位置と第2の磁石領域419Bにおける磁極の位置とを円周方向に相互にずらすことが容易にできるようになる。
In this configuration, the position of the magnetic pole in the
なお、第5実施形態及び第6実施形態に、第2〜第4実施形態の特徴部分の内容(磁束漏れ防止機能を果たす構成)を盛り込んでも勿論よい。 Of course, the fifth embodiment and the sixth embodiment may include the contents of the characteristic portions of the second to fourth embodiments (configurations that serve to prevent magnetic flux leakage).
上記第1〜第4実施形態では、ステータ側の第1のステータユニット20Aのティース22の位置と第2のステータユニット20Bのティース22の位置を円周方向に相互にずらすことで、第1のステータユニット20Aのコイル24と第2のステータユニット20Bのコイル24とが相互に位相のずれた交番電流を出力する場合について説明した。また、第5及び第6実施形態では、ステータ側の第1のステータユニット20Aのティース22と第2のステータユニット20Bのティース22の位置を円周方向に揃え、その代わりに、ロータ側の永久磁石319、419の2つの磁石領域319A、319B、419A、419Bにおける磁極の位置を円周方向にずらすことで、第1のステータユニット20Aのコイル24と第2のステータユニット20Bのコイル24とが相互に位相のずれた交番電流を出力する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、両方の構成を組み合わせることでも同様の効果を得ることが可能である。
In the first to fourth embodiments, the position of the
(第7実施形態)
図示しないが、第7実施形態のハブダイナモにおいては、第1のステータユニットと第2のステータユニットとが、各ステータユニットのティースの位置を所定角度α(ただし、α<θ/2)だけ円周方向に相互にずらして組み合わせられている。また、ロータに設けられた永久磁石が、第1のステータユニット及び第2のステータユニットにそれぞれ対応するよう軸方向に分けられた第1と第2の2つの磁石領域を有しており、これら第1と第2の2つの磁石領域の磁極の位置が所定角度β(ただし、β<θ/2)だけ円周方向に相互にずらして設定されている。そしてそれにより、第1のステータユニットのコイルと第2のステータユニットのコイルとが相互に位相のずれた交番電流を出力するようになっている。
(Seventh embodiment)
Although not shown, in the hub dynamo of the seventh embodiment, the first stator unit and the second stator unit are arranged such that the positions of the teeth of each stator unit are circular by a predetermined angle α (where α <θ / 2). They are combined with each other shifted in the circumferential direction. In addition, the permanent magnet provided on the rotor has first and second magnet areas divided in the axial direction so as to correspond to the first stator unit and the second stator unit, respectively. The positions of the magnetic poles of the first and second magnet regions are set so as to be shifted from each other in the circumferential direction by a predetermined angle β (where β <θ / 2). As a result, the first stator unit coil and the second stator unit coil output alternating currents whose phases are shifted from each other.
しかも、第1及び第2の各ステータユニットにおけるティースの極数及び永久磁石の円周方向の磁極の極数をP、ティースのピッチ角をθ、第1のステータユニットのティースと第2のステータユニットのティースの円周方向のずれ角度をα、永久磁石の第1の磁石領域の磁極の位置と前記第2の磁石領域の磁極の位置の円周方向のずれ角度をβとしたとき、極数P及びピッチ角θは、
α+β=θ/2=(360°/P)/2・・・(3)
を満たすように設定されている。
In addition, the number of teeth in each of the first and second stator units and the number of poles in the circumferential direction of the permanent magnet are P, the pitch angle of the teeth is θ, the teeth of the first stator unit and the second stator. When the deviation angle in the circumferential direction of the teeth of the unit is α, and the deviation angle in the circumferential direction between the magnetic pole position of the first magnet region and the magnetic pole position of the second magnet region of the permanent magnet is β, The number P and the pitch angle θ are
α + β = θ / 2 = (360 ° / P) / 2 (3)
It is set to satisfy.
角度α+βが式(3)を満たすことにより、第1のステータユニットのコイルと、第2のステータユニットのコイルとが、ロータの回転に応じて、相互に電気角で90°位相のずれた交番電流・電圧を出力する。 When the angle α + β satisfies the expression (3), the first stator unit coil and the second stator unit coil are alternately shifted in phase by 90 ° in electrical angle according to the rotation of the rotor. Outputs current and voltage.
この構成においては、第1のステータユニットのコイルから出力される交番電流と第2のステータユニットのコイルから出力される交番電流の位相がずれることになり、同時に交番電圧が0Vに落ちる点がなくなる。従って、2相のコイルの出力の全波整流後の合成出力をLEDランプに供給することで、LEDランプの発光時のちらつきを抑制することができる。 In this configuration, the alternating current output from the coil of the first stator unit and the alternating current output from the coil of the second stator unit are out of phase, and there is no point at which the alternating voltage drops to 0V at the same time. . Therefore, flickering at the time of light emission of the LED lamp can be suppressed by supplying the combined output after full-wave rectification of the output of the two-phase coil to the LED lamp.
特に、α+βが式(3)を満足することにより、図6に示すように、A相とB相の2相のコイルの電圧波形の位相ずれがちょうど電気角で90°になる。したがって、前述した第1〜第6実施形態と同じ効果を奏することができる。 In particular, when α + β satisfies Expression (3), as shown in FIG. 6, the phase shift of the voltage waveform of the two-phase coils of the A phase and the B phase becomes exactly 90 ° in electrical angle. Therefore, the same effects as those of the first to sixth embodiments described above can be obtained.
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、上記実施形態では、磁極の数が28極のハブダイナモ10を例に挙げたが、磁極数等は本実施形態に限られることはなく、変更が可能である。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態のハブダイナモ10の第1及び第2のステータユニット20A、20Bでは、側部ヨーク21とティース22が一体部品として形成されているが、別部品として製作して後で磁気的に結合するようにしてもよい。
Further, in the first and
さらに、上記第1〜第4実施形態では、第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bのティース22の位相ずれ角度αをティース22のピッチ角θの1/2に設定した場合を示したが、位相ずれ角αの設定はそれに限られない。
Further, in the first to fourth embodiments, the case where the phase shift angle α of the
また、上記第5及び第6実施形態では、第1の磁石領域319A、419Aの磁極の位置と第2の磁石領域319B、419Bの磁極の位置の円周方向のずれ角度βを磁極のピッチ角θの1/2に設定した場合を示したが、位相ずれ角βの設定はそれに限られない。
In the fifth and sixth embodiments, the circumferential shift angle β between the magnetic pole positions of the
さらに、上述の実施形態では、2相のコイルの出力の全波整流後の合成出力をLEDランプに供給することで、LEDランプの発光時のちらつきを抑制する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、2相以上の多相のコイルの出力の全波整流後の合成出力をLEDランプに供給するように構成してもよい。
この場合、3つ以上の複数のステータユニットを、それぞれ所定角度だけ円周方向に相互にずらしながら配置してもよい。また、ロータ12に、複数のステータユニットに対応するように、軸方向に分けられた複数の磁極領域を設け、各磁極領域に配置されている磁極を、所定角度だけ円周方向に相互にずらしてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, a case has been described in which flickering during light emission of the LED lamp is suppressed by supplying a combined output after full-wave rectification of the output of the two-phase coil to the LED lamp. However, the present invention is not limited to this, and a combined output after full-wave rectification of outputs of multi-phase coils of two or more phases may be supplied to the LED lamp.
In this case, three or more of the plurality of stator units may be arranged while being shifted from each other in the circumferential direction by a predetermined angle. The
また、上記実施形態では、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。例えば、少なくとも位相のずれた交番電流・電圧を出力する2相のコイルを備えていればよい。
さらに、上述した実施形態では、本発明のハブダイナモによって自転車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。
Moreover, although the claw
Furthermore, although embodiment mentioned above demonstrated the case where electric power was supplied to the
さらに、上述の実施形態では、ステータ13は、クローポール型の第1のステータユニット20Aと第2のステータユニット20Bとを車輪軸11の軸方向に組み合わせることで構成されている場合について説明した。しかしながら、ステータユニットを3つ以上設け、これら軸方向に組み合わせることにより、ステータを構成してもよい。
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。例えば、ハブダイナモ10の出力を増やし、ロータ12、312、412の高速回転域では、出力を熱に変える等して、前照灯4に過電圧が掛かることを防止する機能を採用してもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the
In addition, in the range which does not deviate from the meaning of this invention, it is possible to replace suitably the component in the embodiment mentioned above by the known component, and you may combine the modification mentioned above suitably. For example, a function of increasing the output of the
4 前照灯(発光ダイオード)
5 前輪
11 車輪軸
12 ロータ
13 ステータ
20A 第1のステータユニット
20B 第2のステータユニット
22,22−1,22−2 ティース
26 ステータコア
24 コイル
10 ハブダイナモ
19 永久磁石
30c 溝
210 空間
211,212 スペーサ
220 非磁性材料製のスペーサ
312,412 ロータ
313 ステータ
319,419 永久磁石
319A,419A 第1の磁石領域
319B,419B 第2の磁石領域
319−1 第1の磁石部品
319−2 第2の磁石部品
4 headlamps (light-emitting diodes)
5
Claims (10)
前記車輪を回転自在に支持する車輪軸に回転不能に固定され、前記ロータの内周側に配置されたステータと、を有し、
前記ステータは、前記車輪軸の周りに環状に巻かれたコイルと、該コイルを包囲すると共に、外周部に前記永久磁石と対向し且つ前記磁極の数に対応した極数のティースを有したステータコアと、をそれぞれ備えるクローポール型の第1のステータユニット及び第2のステータユニットを前記車輪軸の軸方向に組み合わせることで構成されており、
前記コイルの端部は前記車輪軸に沿って設けられた溝を介して前記ステータから前記ロータの外部へ引き出されており、
前記ロータの回転により、前記ステータのコイルから出力される交番電流を全波整流して発光ダイオードに供給するように構成され、
前記ステータに、位相のずれた交番電流を出力する多相のコイルが設けられており、
前記第1のステータユニットと前記第2のステータユニットは、該各ステータユニットの前記ティースの位置を所定角度だけ円周方向に相互にずらして組み合わせられており、
それにより、前記第1のステータユニットのコイルと前記第2のステータユニットのコイルとが相互に位相のずれた交番電流を出力することを特徴とするハブダイナモ。 A rotor having a permanent magnet mainly composed of ferrite that rotates with the wheel and in which N and S poles are alternately arranged in the circumferential direction;
A non-rotatable fixed to a wheel shaft that rotatably supports the wheel, and a stator disposed on the inner peripheral side of the rotor,
The stator includes a coil wound in an annular shape around the wheel shaft, a stator core that surrounds the coil, and has teeth on the outer peripheral portion facing the permanent magnet and having the number of poles corresponding to the number of magnetic poles. And a claw pole type first stator unit and a second stator unit each comprising a combination of them in the axial direction of the wheel shaft,
The end of the coil is drawn out of the rotor from the stator through a groove provided along the wheel axis,
By rotating the rotor, the alternating current output from the stator coil is full-wave rectified and supplied to the light emitting diode,
The stator is provided with a multi-phase coil that outputs an alternating current out of phase ,
The first stator unit and the second stator unit are combined by shifting the position of the teeth of each stator unit in the circumferential direction by a predetermined angle,
Thus , the hub dynamo is characterized in that the first stator unit coil and the second stator unit coil output alternating currents whose phases are shifted from each other .
α=θ/2=(360°/P)/2
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項1に記載のハブダイナモ。 The number of poles of the teeth in each of the first and second stator units and the number of poles of the magnetic poles arranged in the circumferential direction of the permanent magnet are P, the pitch angle of the teeth is θ, and the teeth of the first stator unit When the deviation angle in the circumferential direction of the teeth of the second stator unit is α, the number of poles P and the pitch angle θ are
α = θ / 2 = (360 ° / P) / 2
The hub dynamo according to claim 1 , wherein the hub dynamo is set so as to satisfy.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013186703A JP6251919B2 (en) | 2013-03-26 | 2013-09-09 | Hub dynamo |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013064270 | 2013-03-26 | ||
JP2013064270 | 2013-03-26 | ||
JP2013186703A JP6251919B2 (en) | 2013-03-26 | 2013-09-09 | Hub dynamo |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014209832A JP2014209832A (en) | 2014-11-06 |
JP6251919B2 true JP6251919B2 (en) | 2017-12-27 |
Family
ID=51903709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013186703A Expired - Fee Related JP6251919B2 (en) | 2013-03-26 | 2013-09-09 | Hub dynamo |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6251919B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6082380B2 (en) * | 2014-12-26 | 2017-02-15 | Thk株式会社 | Linear actuator |
JP6582432B2 (en) * | 2015-02-19 | 2019-10-02 | 株式会社デンソー | Multi-rundel motor |
JP6445350B2 (en) * | 2015-02-25 | 2018-12-26 | 株式会社シマノ | Bicycle generator |
EP3115616B1 (en) | 2015-07-06 | 2022-09-07 | Levitronix GmbH | Electromagnetic rotary drive |
JP6974036B2 (en) | 2017-05-29 | 2021-12-01 | シマノ(シンガポール)プライベートリミテッド | Bicycle power generator |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH681840A5 (en) * | 1991-08-20 | 1993-05-28 | Ver Drahtwerke Ag | |
JP3393344B2 (en) * | 1992-06-30 | 2003-04-07 | ソニー株式会社 | Stepping motor |
JPH06225509A (en) * | 1993-01-25 | 1994-08-12 | Seiko Epson Corp | Pm-type stepping motor |
JP3517555B2 (en) * | 1997-07-07 | 2004-04-12 | キヤノン株式会社 | motor |
JP2001161043A (en) * | 1999-11-30 | 2001-06-12 | Sanyo Denki Co Ltd | Stator and rotor of dynamoelectric machine for vacuum and method fop manufacturing thereof |
JP2007129887A (en) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Masashi Otsubo | Dynamo lighting set for bicycle |
JP4326553B2 (en) * | 2006-10-30 | 2009-09-09 | 株式会社シマノ | Bicycle generator |
JP2009284645A (en) * | 2008-05-22 | 2009-12-03 | Mitsubishi Electric Corp | Magnetogenerator |
-
2013
- 2013-09-09 JP JP2013186703A patent/JP6251919B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014209832A (en) | 2014-11-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6251919B2 (en) | Hub dynamo | |
WO2015045544A1 (en) | Hub dynamo | |
US20140132121A1 (en) | Transverse flux motor | |
JPS62189967A (en) | Stepping motor | |
US20080048531A1 (en) | Generator for a bicycle | |
JP5766245B2 (en) | Lighting control device for bicycle | |
JP6257274B2 (en) | Hub dynamo | |
CN106487175A (en) | Electric rotating machine | |
US9787153B2 (en) | Outer rotor type dynamo | |
JP2006014538A (en) | Hub-type dynamo and bicycle | |
JP6788957B2 (en) | Generator | |
JP5649612B2 (en) | Hub dynamo | |
JP5998323B2 (en) | Bicycle generator | |
CN111033985B (en) | Hub generator | |
JP2018201314A (en) | Power generation device for bicycle | |
JP6698080B2 (en) | Bicycle lighting device | |
JP5580064B2 (en) | Hub dynamo | |
JP6776114B2 (en) | Hub dynamo | |
JP2015033254A (en) | Stator core | |
JP2014189090A (en) | Hub dynamo | |
CN107763050B (en) | Nut, power generation hub using same and vehicle using power generation hub | |
JP6894661B2 (en) | Generator | |
JP2013116013A (en) | Power generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160621 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170317 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170328 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170525 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171031 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171108 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6251919 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |