JP7075560B2

JP7075560B2 - 自転車用発電機

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Publication number: JP7075560B2
Application number: JP2016246209A
Authority: JP
Inventors: 充田内; 岳志藤原; 勝弘平田; 昇新口; 柊吾延原; 一也森田; 一晶高原
Original assignee: Shimano Inc; Osaka University NUC
Current assignee: Shimano Inc; Osaka University NUC
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2022-05-26
Anticipated expiration: 2036-12-20
Also published as: TW201824711A; DE102017220841A1; TWI712248B; JP2018102044A

Description

本発明は、自転車用発電機に関するものである。

前照灯などの電装品を駆動するための電力を生成する自転車用発電機が種々提案されている（特許文献１参照）。この自転車用発電機は、自転車の回転部の回転、例えば、車輪の回転を利用して電力を生成する。

特開２０１５－１３０７８２号公報

上述したような自転車用発電機において、第３部材が変形すると、第３部材が第２部材と相対回転する際に第２部材に干渉するおそれがある。

そこで、本発明の課題は、第３部材の変形を抑制することができる自転車用発電機を提供することにある。

本発明の第１側面に係る自転車用発電機は、自転車の回転部による回転に基づき発電するように構成されている。この自転車用発電機は、第１部材、第２部材、第３部材、及びコイル部材を備えている。第１部材は、中心軸線周りに回転可能である。第１部材は、第１磁極群を有する。第１磁極群は、周方向において交互に異極性となるように配置された複数の磁極を含む。第２部材は、第２磁極群を有する。第２磁極群は、周方向において交互に異極性となるように配置された複数の磁極を含む。第３部材は、周方向に互いに間隔をあけて配置される複数の磁性体を有する。第３部材は、径方向において第１部材と第２部材との間に配置される。コイル部材は、第１部材の回転によって誘導電流が流れるように構成される。回転部の回転によって、第２部材と第３部材とは、中心軸線周りに相対的に回転するように構成されている。各磁性体は、周方向に積層される複数の磁性体片を有する。

この構成によれば、第３部材の各磁性体は、複数の磁性体片を有している。そして、各磁性体片は、周方向に積層されている。このため、第３部材の径方向の変形強度が向上する。この結果、第３部材に遠心力が作用したような場合であっても、第３部材が径方向に変形することを抑制することができる。

好ましくは、各磁性体片は、径方向の寸法が周方向の寸法よりも大きい。この構成によれば、第３部材の径方向の変形に対する強度をより向上させることができる。

好ましくは、各磁性体は、各磁性体片間に配置される絶縁膜をさらに有する。この構成によれば、各磁性体における渦電流損失を低減することができる。

好ましくは、各磁性体は、径方向の寸法が周方向の寸法よりも大きい。この構成によれば、第３部材の径方向の変形に対する強度をより向上させることができる。

好ましくは、第２磁極群の磁極数は、第１磁極群の磁極数よりも多い。この構成によれば、第１部材が自転車の回転部よりも速く回転することができる。この結果、自転車用発電機は、効率的に電力を生成することができる。

好ましくは、各磁性体の軸長は、第１磁極群の軸長よりも長い。この構成によれば、漏れ電流を低減することができる。

好ましくは、各磁性体の軸長は、第２磁極群の軸長よりも長い。この構成によれば、漏れ電流を低減することができる。

好ましくは、当該自転車用発電機は、支持部材をさらに備える。この支持部材は、回転部によって中心軸線周りに回転可能であり、各磁性体片を支持する。この構成によれば、支持部材によって支持することで、第３部材の径方向の変形をより抑制することができる。

好ましくは、支持部材は、複数の挿入穴を有する。各磁性体片は、挿入穴に挿入される。この構成によれば、各磁性体片を挿入穴に挿入することによって、各磁性体片が周方向に積層された状態を維持することができる。

好ましくは、各磁性体は、各挿入穴に挿入される。この構成によれば、各磁性体を挿入穴に挿入することによって、各磁性体片が周方向に積層された状態を維持することができる。

好ましくは、支持部材は、第１支持部材及び第２支持部材を有する。第１及び第２支持部材は、軸方向に間隔をおいて配置され、各磁性体片の両端部を支持する。この構成によれば、第１及び第２支持部材によって第３部材の両端部を支持するため、第３部材の径方向の変形に対する強度を向上させることができる。

好ましくは、第１及び第２支持部材は、各挿入穴を有する。この構成によれば、第３部材の両端部を第１及び第２支持部材の各挿入穴に挿入して、第３部材を支持することができる。

好ましくは、支持部材は、第１支持部材と第２支持部材とを連結する連結部材をさらに有する。この構成によれば、第３部材に作用するねじりトルクを低減することができる。

好ましくは、支持部材は、非磁性材料製または非導電性材料製である。この構成によれば、効率的に電力を生成することができる。

好ましくは、自転車用発電機は、第１軸受部材をさらに備えている。第１軸受部材は、第１部材と支持部材の間に配置され、第１部材を支持部材に対して回転可能に支持する。この構成によれば、第１部材をスムーズに回転させることができるため、効率的に電力を生成することができる。

好ましくは、当該自転車用発電機は、ハブ軸と、第２軸受部材と、をさらに備えている。第２軸受部材は、ハブ軸と支持部材との間に配置され、支持部材をハブ軸に対して回転可能に支持する。この構成によれば、支持部材をスムーズに回転させることができるため、効率的に電力を生成することができる。

好ましくは、第２軸受部材は、第１軸受部材の径方向内側に配置される。この構成によれば、軸方向において自転車用発電機を小型化することができる。

好ましくは、各磁性体は、径方向において第１磁極群と第２磁極群との間に配置される。この構成によれば、効率的に電力を生成することができる。

好ましくは、磁性体の数は、第１磁極群における磁極数をＮ_１とし、第２磁極群の磁極数をＮ_２としたとき、Ｎ_３＝Ｎ_２／２±Ｎ_１／２で表される整数Ｎ_３である。この構成によれば、第１部材は、第３部材よりも速い回転速度で回転することができるため、効率的に電力を生成することができる。

好ましくは、第２部材及び第３部材の一方は、回転部の回転によって中心軸線周りに回転可能である。そして、第２部材及び第３部材の他方は、中心軸線周りに回転不能である。この構成によれば、効率的に電力を生成することができる。

本発明の第２側面に係る自転車用発電機は、自転車の回転部による回転に基づき発電するように構成されている。この自転車用発電機は、第１部材、第２部材、第３部材、及びコイル部材を備えている。第１部材は、中心軸線周りに回転可能である。第１部材は、第１磁極群を有する。第１磁極群は、周方向において交互に異極性となるように配置された複数の磁極を含む。第２部材は、第２磁極群を有する。第２部材は、周方向において交互に異極性となるように配置された複数の磁極を含む。第３部材は、周方向に配列される複数の磁性体を有する。第３部材は、径方向において第１部材と第２部材との間に配置される。コイル部材は、第１部材の回転によって誘導電流が流れるように構成されている。回転部の回転によって、第２部材と第３部材とは、中心軸線周りに相対的に回転するように構成されている。各磁性体は、径方向の寸法が周方向の寸法よりも大きい。

この構成によれば、各磁性体は、径方向の寸法が周方向の寸法よりも大きい。このため、第３部材に遠心力が作用した場合であっても、第３部材の径方向における変形を抑制することができる。

好ましくは、各磁性体のうち少なくとも一つの磁性体は、径方向に積層される複数の磁性体片を含む。この構成によれば、第３部材の径方向の変形を抑制することができる。

本発明に係る自転車用発電機は、第３部材の変形を抑制することができる。

実施形態に係る自転車の側面図。実施形態に係る自転車用発電機の正面図。図２のＡ－Ａ線断面図。実施形態に係る第２部材の斜視図。実施形態に係るヨーク片の正面図。図４の分解図。実施形態に係る第１部材、第３部材、及び支持部材の断面斜視図。図２のＢ－Ｂ線断面図。実施形態に係る磁性体の斜視図。実施形態に係る第１部材の斜視図。変形例に係る自転車用発電機の概略図。変形例に係る自転車用発電機の断面図。変形例に係る支持部材の断面斜視図。変形例に係る磁性体の斜視図。

以下、本発明に係る自転車用発電機の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は自転車用発電機１０が装着された自転車１０１の側面図である。図１に示すように、自転車１０１は、フレーム１０２と、前輪１０３と、後輪１０４と、自転車用発電機１０と、を備えている。また、自転車１０１は、チェーン１０５と、ペダル１０６が装着されたクランク１０７と、をさらに備えている。なお、クランク１０７は、クランク軸１０７ａと、一対のクランクアーム１０７ｂとを含む。各クランクアーム１０７ｂは、クランク軸１０７ａの両端部に設けられる。

図２は自転車用発電機１０の正面図である。図２に示すように、自転車用発電機１０は、自転車１０１の一対のフロントフォーク１０８に装着され、自転車１０１の車輪としての前輪１０３（回転部の一例）による回転に基づき発電する発電機である。

図３は図２のＡ－Ａ線断面図である。図３に示すように、自転車用発電機１０は、第１部材１、第２部材２、第３部材３、及びコイル部材４を備えている。これらの部材は、径方向内側から、コイル部材４、第２部材２、第３部材３、第１部材１の順で配置されている。また、自転車用発電機１０は、ハブ軸５、及び支持部材６をさらに備える。ハブ軸５の中心軸線５１が、本発明の中心軸線に相当する。なお、以下の説明において、径方向とは、中心軸線５１を中心とした円の径方向を意味する。また、周方向とは、中心軸線５１を中心とした円の円周方向を意味する。また、軸方向とは、中心軸線５１が延びる方向を意味する。

図２に示すように、ハブ軸５は、一対のフロントフォーク１０８間に亘って延びている。ハブ軸５は中空状となっている（図３参照）。ハブ軸５は、クイックレリーズ機構（図示省略）によってフロントフォーク１０８に固定される。ハブ軸５の第１端部（図２の左側端部）には、コネクタ１１１が取り付けられている。コネクタ１１１は、コイル部材４からの電力を前照灯１１０等の電装品に供給するための部材である。

図３に示すように、第２部材２は、ハブ軸５に対して回転不能に取り付けられている。すなわち、第２部材２は、中心軸線５１周りに回転不能である。第２部材２は、複数の磁極を含む第２磁極群を有する。以下、第２部材２の詳細を説明する。

図４は、ハブ軸５に取り付けられた第２部材２を示す斜視図である。図４に示すように、第２部材２は、ヨーク部２２と、複数の磁石２３と、を有する。ヨーク部２２は、中心軸線５１に沿った方向に延びる複数の爪部２２１を含む。各爪部２２１は、周方向に間隔をおいて配置されている。

各磁石２３は、各爪部２２１の間に配置される。各磁石２３は、中心軸線５１に沿った方向に延びている。各磁石２３は、一方の磁極が径方向外側に配置され、他方の磁極が径方向内側に配置される。なお、各磁石２３において、磁極の向きは同じとなっている。

例えば、各磁石２３は、Ｎ極が径方向外側を向くように配置され、Ｓ極が径方向内側を向くように配置される。この場合、各爪部２２１の径方向の外側面がＳ極となるように各爪部２２１は磁化される。なお、各磁石２３は、Ｓ極が径方向外側を向くように配置され、Ｎ極が径方向内側を向くように配置されてもよい。この場合、各爪部２２１の径方向の外側面がＮ極となるように各爪部２２１は磁化される。このように、第２部材２における第２磁極群は、複数の爪部２２１及び複数の磁石２３によって構成される。そして、第２磁極群の各磁極は、周方向において交互に異極性となるように配置されている。第２磁極群は、コイル部材４よりも径方向外側に配置される。

詳細には、ヨーク部２２は、複数のヨーク片２２０を有する。図５はハブ軸５に取り付けられた１つのヨーク片２２０の正面図である。図５に示すように、ヨーク片２２０は、爪部２２１と、ベース部２２２と、連結部２２３とを有する。例えば、ヨーク片２２０は、電磁鋼などによって形成することができる。

ベース部２２２は、中心軸線５１に沿って延びており、ハブ軸５と接触している。爪部２２１は、中心軸線５１に沿って延びており、ベース部２２２と径方向に間隔をあけて配置されている。各ベース部２２２は、周方向において隣接する各ベース部２２２と接触している。爪部２２１は、ベース部２２２とほぼ同じ長さであり、詳細にはベース部２２２よりも短い。連結部２２３は、径方向に延び、爪部２２１とベース部２２２とを軸方向の端部（図５の左端部）で連結する。このように構成された複数のヨーク片２２０が中心軸線５１周りに放射状に配置されている。

図６は図４の分解図である。なお、図６において、磁石２３は図示されていない。上述した第２部材２について、図６を参照しつつさらに詳細に説明する。図６に示すように、ヨーク部２２は、第１ヨーク部２２ａと、第２ヨーク部２２ｂとから構成されている。

第１ヨーク部２２ａは、上述した複数のヨーク片２２０に相当する第１ヨーク片２２０ａを有する。各第１ヨーク片２２０ａは、第１爪部２２１ａ、第１ベース部２２２ａ、及び第１連結部２２３ａを有する。第１爪部２２１ａは上述した爪部２２１に相当し、第１ベース部２２２ａは上述したベース部２２２に相当し、第１連結部２２３ａは上述した連結部２２３に相当する。各第１爪部２２１ａは、中心軸線５１に沿った第１方向（図６の右方向）に延びている。また、各第１ベース部２２２ａも中心軸線５１に沿った第１方向に延びている。

第２ヨーク部２２ｂは、上述した複数のヨーク片２２０に相当する第２ヨーク片２２０ｂを有する。各第２ヨーク片２２０ｂは、第２爪部２２１ｂ、第２ベース部２２２ｂ、及び第２連結部２２３ｂを有する。第２爪部２２１ｂは上述した爪部２２１に相当し、第２ベース部２２２ｂは上述したベース部２２２に相当し、第２連結部２２３ｂは上述した連結部２２３に相当する。なお、第２ヨーク片２２０ｂは、上述した第１ヨーク片２２０ａとは軸方向の向きが反対となっている。すなわち、各第２爪部２２１ｂは、中心軸線５１に沿った第１方向と反対方向の第２方向（図６の左方向）に延びている。また、各第２ベース部２２２ｂも中心軸線５１に沿った第２方向に延びている。そして、第２連結部２２３ｂは、径方向に延び、第２爪部２２１ｂと第２ベース部２２２ｂとを軸方向の端部（図６の右端部）で連結する。

第１ヨーク部２２ａと第２ヨーク部２２ｂとは、各第１爪部２２１ａと各第２爪部２２１ｂとが周方向において交互となるように、配置されている。各磁石２３は、各第１爪部２２１ａと、各第２爪部２２１ｂとの間に周方向において配置されている。第２磁極群は、複数の第１爪部２２１ａ、複数の第２爪部２２１ｂ、及び複数の磁石２３によって構成される。また、第２磁極群における磁極数Ｎ_２は、後述する第１磁極群の磁極数Ｎ_１よりも多い。すなわち、複数の第１爪部２２１ａ、複数の第２爪部２２１ｂ、及び複数の磁石２３を合計した数Ｎ_２は、後述する第１磁極群の磁極数Ｎ_１よりも多い。

図６に示すように、コイル部材４は、中心軸線５１周りに巻かれている。詳細には、コイル部材４は、ヨーク部２２の各爪部２２１とベース部２２２との間を延びるような状態で、中心軸線５１周りに巻かれている。すなわち、第２部材２において、各爪部２２１及び各磁石２３がコイル部材４の径方向外側に配置されているが、各ベース部２２２は、コイル部材４の径方向内側に配置されている。つまり、コイル部材４は各ベース部２２２の周囲に巻かれている。コイル部材４は、第１部材１の回転によって誘導電流が流れるように構成されている。コイル部材４は全体として円筒形状となっている。

図７は、第１部材１、第３部材３、及び支持部材６の詳細を示す断面斜視図である。図７に示すように、第３部材３は、複数の磁性体３１を有している。各磁性体３１は、互いに周方向に間隔をあけて配置されている。第３部材３は、径方向において第１部材１と第２部材２との間に配置されている。詳細には、各磁性体３１は、径方向において、第１磁極群と第２磁極群との間に配置されている。また、各磁性体３１は、第２磁極群よりも径方向外側に配置される。第３部材３は、前輪１０３の回転によって、中心軸線５１周りに回転可能である。

図８及び図９に示すように、各磁性体３１は、径方向の寸法が周方向の寸法よりも大きい。すなわち、軸方向と直交する断面において、各磁性体３１の径方向の寸法は、各磁性体３１の周方向の寸法よりも大きい。

図９に示すように、各磁性体３１は、複数の磁性体片３１１を有する。各磁性体３１を構成する複数の磁性体片３１１は、周方向に積層される。例えば、本実施形態では、３枚の磁性体片３１１が周方向に積層されることによって磁性体３１を構成している。各磁性体片３１１は、板状に形成されている。例えば、各磁性体片３１１は、電磁鋼板によって形成することができる。この各磁性体片３１１は、径方向の寸法が周方向の寸法よりも大きい。すなわち、軸方向と直交する断面において、各磁性体片３１１は、径方向の寸法が周方向の寸法よりも大きい。具体的には、各磁性体片３１１の各主面が周方向を向くように配置されている。なお、各磁性体片３１１は、互いに接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。各磁性体片３１１が互いに接着されていない場合、後述する支持部材６に支持されることによって、複数の磁性体片３１１で１つの磁性体３１を構成した状態を維持している。

図３に示すように、各磁性体３１は、軸方向に延びている。各磁性体片３１１も同様に軸方向に延びている。各磁性体３１の軸長（軸方向の長さ）は、第１磁極群の軸長よりも長い。また、各磁性体３１の軸長は、第２磁極群の軸長よりも長い。

図７に示すように、支持部材６は、各磁性体３１を支持する部材である。詳細には、複数の各磁性体片３１１を支持している。支持部材６は、自転車１０１の前輪１０３の回転によって中心軸線５１周りに回転可能である。支持部材６は、非磁性材料製又は非導電性材料製である。例えば、支持部材６は、ステンレスなどによって形成することができるが、自転車１０１の前輪１０３に支持させた状態で十分な強度を有するものであれば樹脂製やセラミックス製であってもよい。支持部材６は、第１支持部材６ａと第２支持部材６ｂとから構成されている。第１支持部材６ａと第２支持部材６ｂとは、軸方向において互いに間隔をおいて配置されている。各磁性体３１の両端部は、第１支持部材６ａと第２支持部材６ｂとによって支持されている。

第１支持部材６ａは、第１円筒部６１ａと第１フランジ部６２ａとを有している。第１円筒部６１ａは、円筒状に形成されている。第１円筒部６１ａの第１端面（図７の右側端面）には、複数の第１挿入穴６１１ａ（挿入穴の一例）が形成されている。各第１挿入穴６１１ａは、貫通していないが、貫通していてもよい。各第１挿入穴６１１ａは、周方向において互いに間隔をあけて形成されている。各第１挿入穴６１１ａに、各磁性体３１の第１端部（図７の左側端部）が挿入されている。詳細には、各磁性体３１の第１端部は、各第１挿入穴６１１ａに嵌合している。このように各磁性体３１が第１挿入穴６１１ａに挿入されることで、複数の磁性体片３１１が周方向に積層された状態が維持される。

第１フランジ部６２ａは、第１円筒部６１ａの第２端部（図７の左側端部）から径方向外側に延びている。第１フランジ部６２ａは、第１円筒部６１ａと一体的に形成されている。第１フランジ部６２ａは、複数の第１スポーク穴６２１ａを有している。各第１スポーク穴６２１ａは、周方向において間隔をあけて形成されている。各第１スポーク穴６２１ａには、前輪１０３の各スポーク１０９が接続される。

第２支持部材６ｂは、第２円筒部６１ｂと第２フランジ部６２ｂとを有している。第２円筒部６１ｂは、円筒状に形成されており、第１端面（図７の左側端面）に複数の第２挿入穴６１１ｂ（挿入穴の一例）が形成されている。この第２挿入穴６１１ｂは貫通穴として形成されているが、貫通していなくてもよい。各第２挿入穴６１１ｂは、周方向において互いに間隔をあけて形成されている。この各第２挿入穴６１１ｂに、各磁性体３１の第２端部（図７の右側端部）が挿入されている。詳細には、各磁性体３１の第２端部は、各第２挿入穴６１１ｂに嵌合している。各磁性体３１は、周方向に互いに間隔を空けた状態で第１支持部材６ａ及び第２支持部材６ｂに支持されている。これにより各磁性体３１の間に第３部材３を径方向に貫通する矩形の開口が形成される。

第２フランジ部６２ｂは、円板状に形成されており、中央部に開口部６２２が形成されている。この第２フランジ部６２ｂの開口部６２２に、第２円筒部６１ｂが嵌合している。これにより第２フランジ部６２ｂと第２円筒部６１ｂは一体的に形成される。第２フランジ部６２ｂは、複数の第２スポーク穴６２１ｂを有している。各第２スポーク穴６２１ｂは、周方向において間隔をあけて形成されている。各第２スポーク穴６２１ｂには、前輪１０３の各スポーク１０９が接続される。

図３に示すように、支持部材６は、一対の第２軸受部材７ｂを介してハブ軸５に取り付けられている。詳細には、第１支持部材６ａは、一方の第２軸受部材７ｂを介してハブ軸５に取り付けられている。第１支持部材６ａと第２軸受部材７ｂとの間には、蓋部材８が配置されている。また、ハブ軸５と第２軸受部材７ｂとの間には、位置決め部材９が配置されている。第２支持部材６ｂは、他方の第２軸受部材７ｂを介してハブ軸５に取り付けられている。第２軸受部材７ｂによって、支持部材６に嵌合された第３部材３は、ハブ軸５および第２部材２に対して相対回転が可能となる。

蓋部材８は、第１支持部材６ａ内に嵌合しており、第１支持部材６ａと一体的に回転する。位置決め部材９は、第２部材２が軸方向に移動することを防止するための部材である。詳細には、位置決め部材９は、ハブ軸５に固定されており、端面が第２部材２の第１端面（図３の左側端面）に接触している。なお、第２部材２の第２端面（図３の右側端面）は、ハブ軸５の肩部５２と接触している。この肩部５２は、第２部材２の軸方向の移動を規制する。

図７に示すように、第１部材１は、第３部材３よりも径方向外側に配置される。第１部材１は、一対の第１軸受部材７ａを介して、支持部材６に支持されている。詳細には、第１部材１は、一方の第１軸受部材７ａを介して第１支持部材６ａに支持されるとともに、他方の第１軸受部材７ａを介して第２支持部材６ｂに支持されている。この第１軸受部材７ａによって、第１部材１は、支持部材６に対して回転可能に支持される。すなわち、第１部材１は、第３部材３に対し中心軸線５１周りに回転可能である。第１部材１が、前輪１０３の動力が伝わる第３部材３の外周部で支持部材６に支持されることで、第１部材１が第３部材３の剛性を補強することができる。

図１０は第１部材１の斜視図である。図１０に示すように、第１部材１は、ケース部１１と、第１磁極群とを有している。ケース部１１は、円筒状に形成されている。第１磁極群は、ケース部１１の内周面に取り付けられている。第１磁極群は、全体として円筒形状となっている。第１磁極群は、各磁性体３１よりも径方向外側に配置される。第１磁極群は、複数の磁極１２から構成されている。各磁極１２は、周方向において交互に異極性となるように配置されている。詳細には、第１磁極群は、１つ又は複数の磁石から構成されている。各磁石の各磁極１２は周方向に交互に異極性となるように配置されている。各磁極１２は、軸方向に延びている。なお、第１磁極群の磁極数は、ヨーク部２２が有する複数の爪部２２１の数と同じである。すなわち、磁極１２の数は、第１爪部２２１ａの数と第２爪部２２１ｂの数とを合計した数と同じである。

図８に示すように、第３部材３が有する磁性体３１の数は、Ｎ_３＝Ｎ_２／２±Ｎ_１／２で表される整数Ｎ_３である。なお、Ｎ_１は、第１磁極群における磁極数、すなわち磁極１２の数を表す。また、Ｎ_２は、第２磁極群における磁極数、すなわち、第１爪部２２１ａの数と第２爪部２２１ｂの数と磁石２３の数とを合計した数を表す。すなわち、図８に示す例の場合、第１磁極群は、磁極数Ｎ_１が２８であり、１４の磁極対からなる。また、第２磁極群の磁極数Ｎ_２は５６である。したがって、Ｎ_３は４２に設定される。なお、Ｎ_３／（Ｎ_１／２）が１よりも大きくなるように、Ｎ_１およびＮ_２は設定されている。

以上のように構成された自転車用発電機１０は、前輪１０３が回転することによって、前輪１０３の各スポーク１０９に接続された第１及び第２支持部材６ａ、６ｂが回転する。そして、第１及び第２支持部材６ａ、６ｂに支持される第３部材３が回転する。すなわち、前輪１０３が回転することによって、第３部材３が回転する。第３部材３の回転速度は、前輪１０３の回転速度と同じである。

ここで、上記Ｎ_３／（Ｎ_１／２）で表される値は、第３部材３の回転速度に対する第１部材１の回転速度の増速比を表している。Ｎ_３／（Ｎ_１／２）の値が１よりも大きくなるようにＮ_１およびＮ_２の値を設定することで、第１部材１の回転速度を第３部材３の回転速度よりも大きくすることができる。すなわち、回転部である前輪１０３の回転速度よりも第１部材１の回転を増速させることができる。たとえば、Ｎ_１を２８、Ｎ_２を５６、Ｎ_３を４２としたとき、増速比Ｎ_３／（Ｎ_１／２）の値は３となる。すなわち、第３部材３の回転速度に対し、第１部材１の回転速度を３倍にすることができる。

第３部材３が回転することによって、第１部材１が回転する。上述のように、第１部材１の回転速度は、第３部材３の回転速度よりも大きくなる。そして、第１部材１が回転することによって、コイル部材４に誘導電流が流れて電力が生成される。このように、実施形態に係る自転車用発電機１０は、前輪１０３よりも第１部材１の方が回転速度が大きいため、効率的に電力を生成することができる。したがって、実施形態によれば、従来の自転車用発電機に比較してより小型な自転車用発電機が実現可能となる。

さらに、実施形態に係る自転車用発電機１０は、各爪部２２１の間に磁石２３を配置することで、爪部２２１を磁化し、磁石２３および爪部２２１で第２磁極群を構成することができる。つまり、従来の自転車用発電機が備えるヨークとしての爪部２２１の間の空間を磁石２３を配置するための空間として利用し、かつ爪部２２１を磁化して第２磁極群の磁極の一部として利用するので、第２部材２の重量と体積の増大を軽減することができる。したがって、より小型かつ軽量な自転車用発電機の実現が可能となる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

変形例１
上記実施形態では、自転車用発電機１０は前輪１０３のハブとして前輪１０３に装着されているが特にこれに限定されない。例えば、自転車用発電機１０は後輪１０４のハブとして後輪１０４に装着されてもよい。

変形例２
図１１は変形例２に係る自転車用発電機１０を示す概略図である。図１１に示すように、自転車用発電機１０は、クランク軸１０７ａ（回転部の一例）の周りに装着されてもよい。詳細には、クランク軸１０７ａは、自転車１０１のフレーム１０２の一部であるボトムブラケットハンガー１０２ａに第３軸受部材７ｃを介して支持されている。

第２部材２は、クランク軸１０７ａよりも径方向外側に配置されている。第２部材２は、中心軸線１０７ｃ周りに回転可能である。なお、変形例２において、中心軸線１０７ｃとは、自転車１０１のクランク軸１０７ａの中心軸線である。第２部材２は、クランク軸１０７ａに取り付けられており、クランク軸１０７ａと一体的に回転する。

第３部材３は、第２部材２よりも径方向外側に配置されている。第３部材３は、中心軸線１０７ｃ周りに回転不能である。詳細には、第３部材３は、ボトムブラケットハンガー１０２ａに固定されている。なお、第３部材３は中心軸線１０７ｃ周りに回転不能に固定されていればよく、第３部材３の固定箇所および固定方法は特に限定されない。

第１部材１は、第３部材３よりも径方向外側に配置されている。第１部材１は、中心軸線１０７ｃ周りに回転可能である。詳細には、第１部材１は、第４軸受部材７ｄを介して、第３部材３に支持されている。以上のように、変形例２に係る自転車用発電機１０は、第２部材２が中心軸線１０７ｃ周りに回転可能であり、第３部材３が中心軸線１０７ｃ周りに回転不能である。なお、その他の構成については、上記実施形態と基本的に同じであるため、説明を省略する。

変形例３
上記実施形態では、第３部材３が中心軸線５１周りに回転可能であり、第２部材２が中心軸線５１周りに回転不能であるが、特にこれに限定されない。第２部材２と第３部材３とは、中心軸線５１周りに相対的に回転するように構成されていればよい。例えば、第２部材２が中心軸線５１周りに回転可能に構成され、第３部材３が中心軸線５１周りに回転不能に構成されていてもよい。

変形例４
図１２に示すように、支持部材６は、連結部材６３をさらに有していてもよい。連結部材６３は、第１支持部材６ａと第２支持部材６ｂとを連結している。連結部材６３は、第１支持部材６ａと第２支持部材６ｂとの間を軸方向に延びている。連結部材６３の一方の端部は、第１支持部材６ａに固定されている。また、連結部材６３の他方の端部は、第２支持部材６ｂに固定されている。

連結部材６３は、円筒状である。連結部材６３は、第１部材１の径方向外側に配置されている。連結部材６３は、第１部材１に対し間隔を設けて配置されている。

変形例５
上記実施形態では、支持部材６は、第１支持部材６ａと第２支持部材６ｂとから構成されているが、特にこれに限定されない。例えば、図１３に示すように、支持部材６は、１つの円筒部６１と、一対のフランジ部６２ａ、６２ｂとを有するような構成とすることができる。円筒部６１の内周面には複数の溝部６１１が形成されている。各溝部６１１は、互いに周方向に間隔をあけて配置されており、軸方向に延びている。また、各溝部６１１は、径方向に貫通している。この各溝部６１１内に、各磁性体３１が収容されている。

変形例６
上記実施形態では、ヨーク部２２は、第１ヨーク部２２ａと第２ヨーク部２２ｂとから構成されているが、特にこれに限定されない。例えば、ヨーク部２２は、第１ヨーク部２２ａ及び第２ヨーク部２２ｂのどちらか一方のみから構成されていてもよい。この場合、各磁石２３は、各第１爪部２２１ａの間、又は各第２爪部２２１ｂの間に配置される。

変形例７
図１４に示すように、各磁性体３１は、各磁性体片３１１の間において絶縁膜３１２を有していてもよい。例えば、各磁性体片３１１の各主面に絶縁膜３１２が形成されていてもよいし、各磁性体片３１１の全面に絶縁膜３１２が形成されていてもよい。

１第１部材
１２磁極
２第２部材
３第３部材
３１磁性体
３１１磁性体片
３１２絶縁膜
４コイル部材
５ハブ軸
５１中心軸線
６支持部材
６ａ第１支持部材
６ｂ第２支持部材
６１１ａ第１挿入穴
６１１ｂ第２挿入穴
６３連結部材
７ａ第１軸受部材
７ｂ第２軸受部材

Claims

自転車の回転部による回転に基づき発電する自転車用発電機であって、
周方向において交互に異極性となるように配置された複数の磁極を含む第１磁極群を有し、中心軸線周りに回転可能である第１部材と、
前記周方向において交互に異極性となるように配置された複数の磁極を含む第２磁極群を有する第２部材と、
前記周方向に互いに間隔をあけて配置される複数の磁性体を有し、径方向において前記第１部材と前記第２部材との間に配置され、中心軸線周りに回転可能である第３部材と、
前記第１部材の回転によって誘導電流が流れるように構成されたコイル部材と、
を備え、
前記回転部の回転によって、前記第２部材と前記第３部材とは、前記中心軸線周りに相対的に回転するように構成され、
前記各磁性体は、前記周方向に積層される複数の磁性体片を有し、
前記各磁性体は、前記径方向の寸法が前記周方向の寸法よりも大きく、
前記各磁性体は、径方向において前記第１部材と前記第２部材との間に配置される、
自転車用発電機。
前記各磁性体片は、前記径方向の寸法が前記周方向の寸法よりも大きい、
請求項１に記載の自転車用発電機。
前記各磁性体は、前記各磁性体片間に配置される絶縁膜をさらに有する、
請求項１または２に記載の自転車用発電機。
前記第２磁極群の磁極数は、前記第１磁極群の磁極数よりも多い、
請求項１から３のいずれかに記載の自転車用発電機。
前記各磁性体の軸長は、前記第１磁極群の軸長よりも長い、
請求項１から４のいずれかに記載の自転車用発電機。
前記各磁性体の軸長は、前記第２磁極群の軸長よりも長い、
請求項１から５のいずれかに記載の自転車用発電機。
前記回転部によって前記中心軸線周りに回転可能であり、前記各磁性体片を支持する支持部材をさらに備える、
請求項１から６のいずれかに記載の自転車用発電機。
前記支持部材は、複数の挿入穴を有し、
前記各磁性体片は、前記挿入穴に挿入される、
請求項７に記載の自転車用発電機。
前記支持部材は、複数の挿入穴を有し、
前記各磁性体は、前記各挿入穴に挿入される、
請求項７に記載の自転車用発電機。
前記支持部材は、前記軸方向に間隔をおいて配置され且つ前記各磁性体片の両端部を支持する第１支持部材及び第２支持部材を有する、
請求項７から９のいずれかに記載の自転車用発電機。
前記支持部材は、前記軸方向に間隔をおいて配置され且つ前記各磁性体片の両端部を支持する第１支持部材及び第２支持部材を有し、
前記第１及び第２支持部材は、前記各挿入穴を有する、
請求項８又は９に記載の自転車用発電機。
前記支持部材は、前記第１支持部材と前記第２支持部材とを連結する連結部材をさらに有する、
請求項１０又は１１に記載の自転車用発電機。
前記支持部材は、非磁性材料製または非導電性材料製である、
請求項７から１２のいずれかに記載の自転車用発電機。
前記第１部材と前記支持部材の間に配置され、前記第１部材を前記支持部材に対して回転可能に支持する第１軸受部材をさらに備える、
請求項７から１３のいずれかに記載の自転車用発電機。
ハブ軸と、
前記ハブ軸と前記支持部材との間に配置され、前記支持部材を前記ハブ軸に対して回転可能に支持する第２軸受部材と、
をさらに備える、
請求項７から１４のいずれかに記載の自転車用発電機。
前記第２軸受部材は、前記第１軸受部材の径方向内側に配置される、
請求項１４に従属する請求項１５に記載の自転車用発電機。
前記各磁性体は、径方向において前記第１磁極群と前記第２磁極群との間に配置される、請求項１から１６のいずれかに記載の自転車用発電機。
前記磁性体の数は、前記第１磁極群における磁極数をＮ１とし、前記第２磁極群の磁極数をＮ２としたとき、
Ｎ３＝Ｎ２／２±Ｎ１／２
で表される整数Ｎ３である、
請求項１から１７のいずれかに記載の自転車用発電機。
前記第３部材は、前記回転部の回転によって前記中心軸線周りに回転可能であり、
前記第２部材は、前記中心軸線周りに回転不能である、
請求項１から１８のいずれかに記載の自転車用発電機。
自転車の回転部による回転に基づき発電する自転車用発電機であって、
周方向において交互に異極性となるように配置された複数の磁極を含む第１磁極群を有し、中心軸線周りに回転可能である第１部材と、
前記周方向において交互に異極性となるように配置された複数の磁極を含む第２磁極群を有する第２部材と、
前記周方向に配列される複数の磁性体を有し、径方向において前記第１部材と前記第２部材との間に配置され、中心軸線周りに回転可能である第３部材と、
前記第１部材の回転によって誘導電流が流れるように構成されたコイル部材と、
を備え、
前記回転部の回転によって、前記第２部材と前記第３部材とは、前記中心軸線周りに相対的に回転するように構成され、
前記各磁性体は、径方向の寸法が周方向の寸法よりも大きく、
前記各磁性体は、径方向において前記第１部材と前記第２部材との間に配置される、
自転車用発電機。
前記各磁性体のうち少なくとも一つの磁性体は、周方向に積層される複数の磁性体片を含む、
請求項２０に記載の自転車用発電機。