JP6286170B2 - ハブダイナモ - Google Patents
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Description
ステータユニットは、車輪軸の外周側に外嵌されコイル室を形成する一対の主鉄心と、一対の主鉄心の間に配置されてコイル室を仕切る複数の副鉄心と、コイル室に巻回されるコイル(巻線)と、により構成されている。コイルの端末部は、シャフトに沿って引き出され、前照灯や尾灯等の照明装置等に電気的に接続されている。
一方、ロータは、車輪軸およびステータの周囲を覆うように筒状に形成され、内周面に永久磁石が設けられている。
また、胴体部に巻回されるコイルの占積率を低下させることなく、各ステータユニットに巻回されているコイルの端末部を全て同一方向に引き出すことができる。
また、簡素な構造で配線部を設けることができる。また、コイルの配索経路を最短経路とすることができる。また、車輪軸に対してボビンが回ってしまうことを防止できると共に、ボビンの位置決めを容易に行うことができる。また、胴体部に巻回されたコイルを、連通部に容易に引き回すことができる。
また、第2のコイルを、第1のステータユニットとは反対側に引き出すことができる。そして、第1のステータユニットとは反対側に引き出された第2のコイルとリード線とを接続することも可能になり、第2のコイルの引き回しを簡略化でき、ハブダイナモの組立作業性をさらに向上させることができる。
また、胴体部に巻回されるコイルの占積率を低下させることなく、各ステータユニットに巻回されているコイルの端末部を全て同一方向に引き出すことができる。
また、簡素な構造で配線部を設けることができる。また、コイルの配索経路を最短経路とすることができる。また、車輪軸に対してボビンが回ってしまうことを防止できると共に、ボビンの位置決めを容易に行うことができる。また、胴体部に巻回されたコイルを、連通部に容易に引き回すことができる。
次に、この発明の第1実施形態を図1〜図9に基づいて説明する。
図1は、ハブダイナモ10の取付概要図である。なお、以下の説明では、本発明に係るハブダイナモ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やLEDランプを採用することができる。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。
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。
図2は、ハブダイナモ10の側面図、図3は、ハブダイナモ10の断面図である。
図2、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および第2のエンドプレート80と、からなる。
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。
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。
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。
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。
図4は、ステータ13の斜視図である。
図3、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。
図5、図6に示すように、ステータコア91は、磁性を有する板材を断面略C字状に湾曲させて円筒状にしたものである。これにより、ステータコア91には、軸方向に沿うスリット部91aが形成されている。
また、胴体部92aの内周面には、ステータコア91のスリット部91aに対応する箇所に、連通部96が軸方向に沿って一体成形されている。連通部96は、スリット部91aに嵌り込み可能なように四角筒状に形成されており、その内側にコイル93を2本分挿通することができるようになっている。
なお、第2のステータユニット20Bのボビン92には、連通部96が形成されていない。
ここで、ランドルユニット94は、ボビン92の軸方向一方P側(図3参照)から取り付けられる第1のランドル94aと、ボビン92の軸方向他方Q側(図3参照)から取り付けられる第2のランドル94bと、により構成されている。なお、2つのランドル94a,94bは、それぞれ同一形状であるので、以下の説明では、第1のランドル94aについてのみ説明し、第2のランドル94bについては、必要に応じて説明する。
A=P/2・・・(1)
を満たすように設定されている。本第1実施形態では、磁極数Pは20極に設定されているので、ティース部102の数Aは、
A=P/2=20/2=10個
に設定されている。
また、側板部101の径方向中央には、車輪軸11を挿通可能な挿通孔101bが形成されている。さらに、側板部101には、挿通孔101bの周囲に、複数(本第1実施形態では、5個)のスリット103が周方向に等間隔で形成されている。
第2スリット部103bの形成位置は、側板部101のU字溝101aの径方向内側に設定されている。
すなわち、第1のランドル94aのティース部102(102−1)と、第2のランドル94bのティース部102(102−2)の総個数(以下、ティース部102の総個数という)をSAとしたとき、第1スリット部103aの周方向の中心P1と、ティース部102の周方向の中心P2とのずれ角度△Dは、
△D=360/(SA×2)・・・(2)
を満たすように設定されている。
△D=360/(SA×2)=360/(20×2)=9度
に設定される。
すなわち、第1スリット部103aの周方向の中心P1は、周方向に隣接する2つのティース部102の間の中心P3と、ティース部102の周方向の中心P2との間の中心ということになる。
なお、各ランドル94a,94bは、それぞれボビン92の各外フランジ部92b,92cに形成されている位置決め凸部98a,98bに嵌り込むことにより、位置が決定すると共に、周方向のずれが防止される。
すなわち、図6に示すように、軸方向一方P側の外フランジ部92bに形成されているスリット部97aおよび位置決め凸部98aの位置と、軸方向他方Q側の外フランジ部92cに形成されているスリット部97bおよび位置決め凸部98bの位置とのずれ角度△θは、18度に設定されている。
一方、ボビン92に形成されている各スリット部97a,97bの形成位置は、それぞれ対応するランドル94a,94bのU字溝101aに対応している。このため、第2スリット部103bは、ボビン92に形成されているスリット部97a,97bと軸方向で重なり合う。これにより、第2スリット部103bと、各スリット部97a,97bとが、連通した状態になる。
さらに、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のティース部102の位置を所定角度だけ周方向に相互にずらして、つまり、位相をずらして組み合わせられている。これにより、各ステータユニット20A、20Bの各コイル93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。
ここで、図3〜図5、図7に基づいて、第1のステータユニット20Aに巻回されているコイル93および第2のステータユニット20Bに巻回されているコイル93の引出し方法について説明する。
まず、第1のステータユニット20Aに巻回されているコイル93(93a)の引出し方法について説明する。
このコイル93(93a)は、始端側をボビン92の軸方向一方P側の外フランジ部92bに形成されているスリット部97aを介して軸方向一方P側に引き出し、この状態でボビン92の収納凹部95に巻回する。そして、コイル93(93a)の終端も、スリット部97aを介して軸方向一方P側に引き出す。さらに、スリット部97aから引き出されたコイル93(93a)の端末部は、スリット部97aと連通している第1のランドル94aの第2スリット部103bを介し、軸方向一方P側に引き出す。
このコイル93(93b)も、始端側をボビン92の軸方向一方P側の外フランジ部92bに形成されているスリット部97aを介して軸方向一方P側に引き出し、この状態でボビン92の収納凹部95に巻回する。そして、コイル93(93b)の終端も、スリット部97aを介して軸方向一方P側に引き出す。さらに、スリット部97aから引き出されたコイル93(93b)の端末部は、スリット部97aと連通している第1のランドル94aの第2スリット部103bを介し、軸方向一方P側に引き出す。
これにより、第1のステータユニット20Aにおけるコイル93(93a)の端末部と、第2のステータユニット20Bにおけるコイル93(93b)の端末部とが、まとめてステータ13の軸方向一方P側に引き出される。
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の軸方向の移動および周方向の回転を規制する規制部105が設けられている。規制部105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を構成する第1のステータユニット20Aおよび第2のステータユニット20Bは、スペシャルナット30およびステータ固定部材37と、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との間に設けられたスペーサ104とにより、軸方向の定位置に挟持固定されている。そして、挟持されることにより生じる摩擦抵抗により、第1のステータユニット20Aおよび第2のステータユニット20Bの周方向の回転も規制される。
ここで、図4に示すように、スペシャルナット30の外周面には、第1のランドル94aに形成されているスリット103に対応する位置に、ステータ13の軸方向一方P側に引き出されたコイル93の端末部を、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。
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。
この際、第1のステータユニット20Aのコイル93(93a)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93(93b)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。
上述の第1実施形態では、第1のステータユニット20Aのボビン92に連通部96を設け、この連通部96を介し、第2のステータユニット20Bに巻回されているコイル93を第1のステータユニット20Aの軸方向一方P側に引き出している。このため、例えば、ハブダイナモ10の外周部にコイル93を引き回す必要がない。よって、ハブダイナモ10のデザイン性や機能を損なうことなく、2つのステータユニット20A,20Bに巻回されているコイル93の端末部を、軸方向一方P側からまとめて引き出すことができる。
さらに、スリット部91aに連通部96が嵌り込むことにより、車輪軸11に対してボビン92が回ってしまうことも防止できると共に、ボビン92の位置決めを容易に行うことができる。
また、ランドルユニット94を構成する各ランドル94a,94bの側板部101に、スリット103を形成することにより、各側板部101からスムーズにコイル93を引き出すことができる。このため、局所的にコイル93が折れ曲がったりすることを防止でき、コイルをスムーズに配索することができる。
また、スリット103を形成することにより、ハブダイナモ10で発電が行われる際、各ランドル94a,94bの側板部101に渦電流が生じてしまうことを抑制できる。
なお、この場合であっても、軸方向一方P側の外フランジ部92bに形成されている位置決め凸部98aと、軸方向他方Q側の外フランジ部92cに形成されている位置決め凸部98bの位置は、対応するランドル94a,94bの位相に応じて設定する必要がある。
(ハブダイナモ)
次に、この発明の第2実施形態を図10、図11に基づいて説明する。なお、前述の第1実施形態と同一態様については、同一符号を付して説明を省略する。
図10は、この第2実施形態におけるハブダイナモ210の断面図である。
同図に示すように、前述の第1実施形態と第2実施形態との相違点は、第1実施形態における第1のステータユニット20Aのボビン92には、連通部96が形成されているが、第2実施形態における第1のステータユニット220Aのボビン292には、連通部96が形成されていない点にある。そして、第1のステータユニット20Aのステータコア91のスリット部91a、および第2のステータユニット20Bのステータコア91のスリット部91aには、これら2つのスリット部91aに挿通するリード線ユニット206が配索されている。
図11は、リード線ユニット206の側面図である。
同図に示すように、リード線ユニット206は、2つのリード線207と、これらリード線207を被覆するように樹脂モールド成形された樹脂モールド部208と、により構成されている。
樹脂モールド部208の断面積は、各ステータユニット20A,20Bにおけるステータコア91のスリット部91aに配索可能な大きさに設定されている。また、樹脂モールド部208の長さは、各ステータユニット20A,20Bを車輪軸11に取り付けた状態で、その両端が各ステータユニット20A,20Bから僅かに突出する長さに設定されている。
2つのリード線207の端末部は、それぞれ樹脂モールド部208の両端から突出した状態になっている。
一方、リード線ユニット206の2つのリード線207の他端は、第1のステータユニット20Aに巻回されているコイル93(93a)と共に、軸方向一方P側(図10における左側)に引き出されている。
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とを同一構造とすることができ、部品点数を削減できると共に、部品管理を容易にすることができる。
例えば、上述の実施形態では、ステータ13を構成する第1のステータユニット20Aおよび第2のステータユニット20Bは、スペシャルナット30およびステータ固定部材37と、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との間に設けられたスペーサ104とにより、軸方向の定位置に挟持固定されている場合について説明した。そして、挟持されることにより生じる摩擦抵抗により、第1のステータユニット20Aおよび第2のステータユニット20Bの周方向の回転も規制され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、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、周方向の位相が所定角度ずれた関係で組み合わるように、別途、周方向位置決め手段を設けてもよい。
そして、上述の実施形態では、各ランドル94a,94bの側板部101には、挿通孔101bの周囲に、5個のスリット103が周方向に等間隔で形成されている場合について説明した。しかしながら、スリット103の個数は5個に限定されるものではない。
10 ハブダイナモ
11 車輪軸
12 ロータ
19 永久磁石(磁極)
20A 第1のステータユニット
20B 第2のステータユニット
61 胴部(筒部)
91 ステータコア(コア)
91a スリット部(配線部)
92 ボビン
92a 胴体部
93 コイル
93a コイル(第1のコイル)
93b コイル(第2のコイル)
94 ランドルユニット
94a 第1のランドル
94b 第2のランドル
96 連通部(配線部)
101 側板部(第1の側板部、第2の側板部)
102 ティース部
102−1 第1のティース部
102−2 第2のティース部
103 スリット
103a 第1スリット部(第1の通路部)
103b 第2スリット部(第2の通路部)
206 リード線ユニット
207 リード線
208 樹脂モールド部(被覆部部)
Claims (5)
- 車輪と共に回転し、内周面に磁極が形成されている筒部を有するロータと、
前記筒部の内側に配置され、第1のコイルを有する第1のステータユニット、および第2のコイルを有する第2のステータユニットの少なくとも2つのステータユニットと、
各コイルの径方向内側を貫通するように設けられ、かつ各ステータユニットが外嵌固定される車輪軸と、を備えたハブダイナモにおいて、
前記第1のステータユニットは、前記第2のコイルおよび前記第2のコイルに接続されたリード線の何れか一方が配索される配線部を有し、
前記第1のステータユニットは、
前記第1のコイルが巻回される筒状の胴体部を有するボビンと、
前記車輪軸と前記胴体部との間に配置される筒状のコアと、
前記コアと磁気的に接続されるように、かつ前記筒部と径方向で対向するように設けられたランドルユニットと、を有し、
前記コアに、前記車輪軸の軸方向に沿ってスリット部を形成すると共に、前記ボビンに、前記スリット部に嵌り前記胴体部の外表面と連通している連通部を形成し、前記連通部と前記スリット部とを協働して前記配線部として機能させて、前記配線部を、前記胴体部の内側に、前記第1のステータユニットを連通するようにしたことを特徴とするハブダイナモ。 - 前記ランドルユニットは、
前記コアの軸方向一端側から組み付けられる第1のランドルと、
前記コアの軸方向他端側から組み付けられる第2のランドルと、により構成され、
前記第1のランドルは、
前記コアの軸方向一端に接触する第1の側板部と、
前記第1の側板部の外周縁から前記コアの軸方向他端側に向かって延出し、前記筒部と径方向で対向する複数の第1のティース部と、を有し、
前記第2のランドルは、
前記コアの軸方向他端に接触する第2の側板部と、
前記第2の側板部の外周縁から前記コアの軸方向一端側に向かって延出し、前記筒部と径方向で対向する複数の第2のティース部と、を有し、
前記第1のランドルと、前記第2のランドルは、前記第1のティース部と前記第2のティース部とが周方向で交互に配置されるように設けられており、
前記第1の側板部に、前記第2のコイルを挿通可能な第1の通路部を形成すると共に、前記第2の側板部に、前記第2のコイルを挿通可能な第2の通路部を形成し、
かつ、これら第1の通路部と第2の通路部は、軸方向で重なり合うように配置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。 - 前記第1のティース部と前記第2のティース部の総個数をSAとしたとき、
前記第1の通路部は、その周方向の中心が、前記第1のティース部の周方向の中心から
360/(SA×2)度ずれた位置に配置されていると共に、
前記第2の通路部は、その周方向の中心が、前記第2のティース部の周方向の中心から
360/(SA×2)度ずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のハブダイナモ。 - 前記配線部に、リード線ユニットを配置し、
前記リード線ユニットは、前記リード線と、前記リード線を被覆する絶縁性を有する被覆部と、を有し、
前記リード線の一端が、前記第2のコイルに接続されていることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載のハブダイナモ。 - 前記第2のステータユニットは、前記配線部を有することを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のハブダイナモ。
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