JPH05199719A - 電気機械、特に車輪ハブダイナモ - Google Patents
電気機械、特に車輪ハブダイナモInfo
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- JPH05199719A JPH05199719A JP4220273A JP22027392A JPH05199719A JP H05199719 A JPH05199719 A JP H05199719A JP 4220273 A JP4220273 A JP 4220273A JP 22027392 A JP22027392 A JP 22027392A JP H05199719 A JPH05199719 A JP H05199719A
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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- B62J6/06—Arrangement of lighting dynamos or drives therefor
- B62J6/12—Dynamos arranged in the wheel hub
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 電気機械は車軸１に回転可能に支承されたハ
ブ本体３を備えている。このハブ本体内において、磁石
ロータ７が車軸１上に回転可能に軸承され、かつ伝動装
置１２を介してハブ本体によって駆動される。磁石ロー
タは積層板として形成されている。この積層板の凹部に
は、軸方向に配向されかつ星状に配置された多数の永久
磁石棒８が装着されている。固定のコイル構造体５，６
は磁石ロータ７の上方にスリーブ状に配置されている。 【効果】 上記構成により、構造的コストが少なくて済
むと同時に、構造的容積が小さい。更に、電流発生の全
体効率が0.5 以上である。
ブ本体３を備えている。このハブ本体内において、磁石
ロータ７が車軸１上に回転可能に軸承され、かつ伝動装
置１２を介してハブ本体によって駆動される。磁石ロー
タは積層板として形成されている。この積層板の凹部に
は、軸方向に配向されかつ星状に配置された多数の永久
磁石棒８が装着されている。固定のコイル構造体５，６
は磁石ロータ７の上方にスリーブ状に配置されている。 【効果】 上記構成により、構造的コストが少なくて済
むと同時に、構造的容積が小さい。更に、電流発生の全
体効率が0.5 以上である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、中央の永久磁石構造体
と、この永久磁石構造体を同軸に取り囲むコイル構造体
とを備え、この永久磁石構造体とコイル構造体が相対的
に回転可能である電気機械に関する。
と、この永久磁石構造体を同軸に取り囲むコイル構造体
とを備え、この永久磁石構造体とコイル構造体が相対的
に回転可能である電気機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の電気機械は公知のごとくモータ
としておよびジェネレータとして使用可能である。本発
明はこの両構造形態に関する。次にダイナモに基づいて
説明するが、これは有利は使用例であり、これに制限さ
れるものではない。
としておよびジェネレータとして使用可能である。本発
明はこの両構造形態に関する。次にダイナモに基づいて
説明するが、これは有利は使用例であり、これに制限さ
れるものではない。
【０００３】自転車照明装置の給電のために、いろいろ
な種類のダイナモが知られている。この場合、駆動はほ
とんどがタイヤに接触する摩擦車等を介して行われる。
このようなダイナモは通常は効率が悪いので、発生した
電気エネルギーは駆動抵抗と比べて小さい。
な種類のダイナモが知られている。この場合、駆動はほ
とんどがタイヤに接触する摩擦車等を介して行われる。
このようなダイナモは通常は効率が悪いので、発生した
電気エネルギーは駆動抵抗と比べて小さい。
【０００４】更に、車輪ハブダイナモが知られている。
このダイナモは車輪ハブに収納され、この車輪ハブを介
して駆動される。この場合、供される構造的容積が非常
に狭いので、この構造は従来は比較的に高価で、効率が
悪かった。
このダイナモは車輪ハブに収納され、この車輪ハブを介
して駆動される。この場合、供される構造的容積が非常
に狭いので、この構造は従来は比較的に高価で、効率が
悪かった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような背景に基づ
いて、本発明の課題は、効率が良好であると共にコンパ
クトな構造であり、製作コストが安価で、特に車輪ハブ
ダイナモに組み込むのに適した、冒頭に述べた種類の電
気機械を提供することである。
いて、本発明の課題は、効率が良好であると共にコンパ
クトな構造であり、製作コストが安価で、特に車輪ハブ
ダイナモに組み込むのに適した、冒頭に述べた種類の電
気機械を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明に従
い、永久磁石構造体が、軸方向に配向されかつ星状に配
置された多数の永久磁石棒を備えていることによって解
決される。
い、永久磁石構造体が、軸方向に配向されかつ星状に配
置された多数の永久磁石棒を備えていることによって解
決される。
【０００７】軸方向に配向された永久磁石棒を星状に配
置することにより、磁石容積と構造容積が狭くて済むと
共に、均一な磁場が発生する。この磁場は作動時の磁気
損失を小さくする。コイル構造体は滑り接点を不要にす
るので、電圧損失が発生しない。
置することにより、磁石容積と構造容積が狭くて済むと
共に、均一な磁場が発生する。この磁場は作動時の磁気
損失を小さくする。コイル構造体は滑り接点を不要にす
るので、電圧損失が発生しない。
【０００８】
【実施例】本発明による構造体の他の特性および利点
は、実施例としての車輪ハブダイナモの次の説明から明
らかになる。
は、実施例としての車輪ハブダイナモの次の説明から明
らかになる。
【０００９】本実施例の車輪ハブダイナモは、車軸１に
装着されている。この車軸は公知の方法で自転車のフォ
ーク２，２′に固定されている。車輪スポークを固定し
たハブ本体３は軸受４によって車軸１に回転可能に軸承
されている。ハブ本体３内ににおいて、固定のスプール
構造体５が車軸上に設けられ、ハブ本体によって外部に
対して保護されている。スプール構造体はスリーブ状に
巻かれ、かつ丈夫な金属製の保磁リング６に挿入されて
いる。その間には絶縁フィルムが設けられている。この
絶縁フィルムは保磁リング６を介してのコイル５の短絡
を防止する。保磁リングは軸方向に並べたＦｅ−リング
からなる積層板として構成されている。積層板のＦｅ−
リングは絶縁中間層、特に電気保護用ラッカーコーティ
ングによって互いに分離され、かつスタンピングによっ
て保磁リング６にまとめられている。
装着されている。この車軸は公知の方法で自転車のフォ
ーク２，２′に固定されている。車輪スポークを固定し
たハブ本体３は軸受４によって車軸１に回転可能に軸承
されている。ハブ本体３内ににおいて、固定のスプール
構造体５が車軸上に設けられ、ハブ本体によって外部に
対して保護されている。スプール構造体はスリーブ状に
巻かれ、かつ丈夫な金属製の保磁リング６に挿入されて
いる。その間には絶縁フィルムが設けられている。この
絶縁フィルムは保磁リング６を介してのコイル５の短絡
を防止する。保磁リングは軸方向に並べたＦｅ−リング
からなる積層板として構成されている。積層板のＦｅ−
リングは絶縁中間層、特に電気保護用ラッカーコーティ
ングによって互いに分離され、かつスタンピングによっ
て保磁リング６にまとめられている。
【００１０】保磁リングを積層板として構成すること
は、渦電流損失を大幅に低減し、機械の効率を高めるた
めに寄与する。隣の極から出発する磁束線はこの保磁リ
ングを通って外側へ延びる。形の安定した保磁リングは
その磁気的な機能のほかに、コイル６の正確なセンタリ
ング作用を有し、更にコイルからの熱の放出を良好にす
る。それによって、コイル６と、コイル内に設けられた
磁石ロータ７との間の空隙は、誤差が小さいと共に、最
小に保つことができる。コイル６の停止配置は接続導線
１７との直接的な電気的接続を可能にする。この接続導
線は車輪ハブ１から外方へ案内されている。
は、渦電流損失を大幅に低減し、機械の効率を高めるた
めに寄与する。隣の極から出発する磁束線はこの保磁リ
ングを通って外側へ延びる。形の安定した保磁リングは
その磁気的な機能のほかに、コイル６の正確なセンタリ
ング作用を有し、更にコイルからの熱の放出を良好にす
る。それによって、コイル６と、コイル内に設けられた
磁石ロータ７との間の空隙は、誤差が小さいと共に、最
小に保つことができる。コイル６の停止配置は接続導線
１７との直接的な電気的接続を可能にする。この接続導
線は車輪ハブ１から外方へ案内されている。
【００１１】磁石ロータ７の構造は特に図１と図２の比
較によって明らかである。この磁石ロータは複数の、本
実施例では８個の棒磁石８からなっている。この棒磁石
は２００ＫＪ／ｍ3 のオーダーの大きな磁気密度を有す
る材料からなっている。棒磁石は軸方向に配向され、中
心軸線に関して星状にかつＮ極とＳ極を外方へ向けて交
互に配置されている。その際、棒磁石８は鉄からなる支
持部材９に固定されている。この支持部材を介して、隣
の棒磁石８のＮ極とＳ極の間の内側の磁気円が閉じてい
る。特に、磁石は支持部材９の軸方向の溝内に接着され
ている。
較によって明らかである。この磁石ロータは複数の、本
実施例では８個の棒磁石８からなっている。この棒磁石
は２００ＫＪ／ｍ3 のオーダーの大きな磁気密度を有す
る材料からなっている。棒磁石は軸方向に配向され、中
心軸線に関して星状にかつＮ極とＳ極を外方へ向けて交
互に配置されている。その際、棒磁石８は鉄からなる支
持部材９に固定されている。この支持部材を介して、隣
の棒磁石８のＮ極とＳ極の間の内側の磁気円が閉じてい
る。特に、磁石は支持部材９の軸方向の溝内に接着され
ている。
【００１２】軸方向に配向された棒磁石８の星状配置に
より、永久磁石棒が半径方向に磁化されるので、その内
側または外側の端部が交互にＮ極とＳ極を形成する。磁
石の数、すなわち極数は、特に６〜１０である。この磁
石配置により、コイルの範囲の磁界が均一になり、磁気
損失が少なくなる。図２から判るように、磁石容積が小
さくなる。これはコストを低減させる。電流の供給によ
ってあるいは電流の供給なしに極感知が発生せず、空転
時に非常に小さな回転抵抗が発生する。
より、永久磁石棒が半径方向に磁化されるので、その内
側または外側の端部が交互にＮ極とＳ極を形成する。磁
石の数、すなわち極数は、特に６〜１０である。この磁
石配置により、コイルの範囲の磁界が均一になり、磁気
損失が少なくなる。図２から判るように、磁石容積が小
さくなる。これはコストを低減させる。電流の供給によ
ってあるいは電流の供給なしに極感知が発生せず、空転
時に非常に小さな回転抵抗が発生する。
【００１３】図３には、展開された磁石構造体７と共に
コイル構造体５の展開状態を示している。このコイル構
造体と磁石構造体は上下に配置され、図２に従って展開
されている。コイル構造体５は図５に示すように、フィ
ルム２０の上側の面に導体１ 1 〜１5 を備えた印刷され
た条導体２１を有し、フィルムの下側の面に導体１1 ′
〜１5 ′を備えた印刷された条導体２１′を有する。条
導体は蛇行形に配置され、それによってそれぞれ、永久
磁石棒８から出発してほぼ半径方向に垂直に交叉する磁
束線を有する。フィルムの前側または後側に配置された
条導体が互いにずれているので、その中で発生した電圧
Ｕ1 ，Ｕ2 は図４から判るように９０°だけ位相がずれ
ている。整流作用の後で、重畳によって、比較的に小さ
な波形の直流電圧が発生する。
コイル構造体５の展開状態を示している。このコイル構
造体と磁石構造体は上下に配置され、図２に従って展開
されている。コイル構造体５は図５に示すように、フィ
ルム２０の上側の面に導体１ 1 〜１5 を備えた印刷され
た条導体２１を有し、フィルムの下側の面に導体１1 ′
〜１5 ′を備えた印刷された条導体２１′を有する。条
導体は蛇行形に配置され、それによってそれぞれ、永久
磁石棒８から出発してほぼ半径方向に垂直に交叉する磁
束線を有する。フィルムの前側または後側に配置された
条導体が互いにずれているので、その中で発生した電圧
Ｕ1 ，Ｕ2 は図４から判るように９０°だけ位相がずれ
ている。整流作用の後で、重畳によって、比較的に小さ
な波形の直流電圧が発生する。
【００１４】条導体はその端部において互いに連結さ
れ、それによって導体１1 〜１5 または導体１1 ′〜１
5 ′は直列となっている。条導体当たりの導体の数を
ｎ、極数をＺ、そしてフィルム２０の巻数をＷとする
と、各々の条導体２１または２１′のためのｎ・Ｚ・Ｗ
の有効な巻数が生じる。例えばｎ＝５、Ｚ＝８そしてＷ
＝１０であると、巻数は４００である。容易に判るよう
に、巻数は上記の値の変更によって容易に変えることが
できる。
れ、それによって導体１1 〜１5 または導体１1 ′〜１
5 ′は直列となっている。条導体当たりの導体の数を
ｎ、極数をＺ、そしてフィルム２０の巻数をＷとする
と、各々の条導体２１または２１′のためのｎ・Ｚ・Ｗ
の有効な巻数が生じる。例えばｎ＝５、Ｚ＝８そしてＷ
＝１０であると、巻数は４００である。容易に判るよう
に、巻数は上記の値の変更によって容易に変えることが
できる。
【００１５】冒頭において既に述べたように、巻かれた
フィルム２０は金属の保磁リング６に設けられている。
それによって、その同軸形状およびセンタリング作用が
保証される。
フィルム２０は金属の保磁リング６に設けられている。
それによって、その同軸形状およびセンタリング作用が
保証される。
【００１６】磁石ロータは車輪ハブダイナモの場合には
伝動装置１２を介して車輪またはハブ回転によって駆動
される。伝動装置としては、図１から判るように、特に
遊星歯車装置が使用される。この遊星歯車装置は磁石ロ
ータ７の側方に設けられている。遊星歯車装置１２はハ
ブ本体３を、車軸１の装着された連結部材１３に連結
し、特に１０以上の変速比を有する。車軸１上で回転す
る連結部材１３はばね１６によって磁石ロータ７に摩擦
連結され、外部から車軸を通って操作可能な投入機構１
４によって、ケーブル１５を介して切り離し可能であ
る。ケーブル１５は車輪ハブダイナモの投入または遮断
のばね操作を可能にする。遮断状態において、磁石ロー
タ７は駆動装置から切り離され、コイル構造体５と相対
的に動かない。
伝動装置１２を介して車輪またはハブ回転によって駆動
される。伝動装置としては、図１から判るように、特に
遊星歯車装置が使用される。この遊星歯車装置は磁石ロ
ータ７の側方に設けられている。遊星歯車装置１２はハ
ブ本体３を、車軸１の装着された連結部材１３に連結
し、特に１０以上の変速比を有する。車軸１上で回転す
る連結部材１３はばね１６によって磁石ロータ７に摩擦
連結され、外部から車軸を通って操作可能な投入機構１
４によって、ケーブル１５を介して切り離し可能であ
る。ケーブル１５は車輪ハブダイナモの投入または遮断
のばね操作を可能にする。遮断状態において、磁石ロー
タ７は駆動装置から切り離され、コイル構造体５と相対
的に動かない。
【００１７】図示の車輪ハブダイナモの場合、ハブ本体
３内において固定の軸１上に、電気的な切換え要素２２
が導体板２３上に設けられている。この切換え要素は、
出力電圧と出力電流を変えるかまたは制限し、自転車ダ
イナモの法律で定められた値を満足させる。チョークコ
イルによって、ダイナモのそれ自体ほとんど線形の速度
−電圧−特性曲線が高速時になだらかになる。ツェナー
ダイオードにより、許容最高電圧が７Ｖを超えないよう
にすることができる。その代わりに、適当な電子的な出
力電圧調節装置を設けてもよい。この出力電圧調節装置
の切換え要素は導体板２３に設けられている。上記のダ
イナモは効率が著しく改善されるとしても、慣用の自転
車用照明装置を備えた従来のダイナモの代わりに使用可
能である。
３内において固定の軸１上に、電気的な切換え要素２２
が導体板２３上に設けられている。この切換え要素は、
出力電圧と出力電流を変えるかまたは制限し、自転車ダ
イナモの法律で定められた値を満足させる。チョークコ
イルによって、ダイナモのそれ自体ほとんど線形の速度
−電圧−特性曲線が高速時になだらかになる。ツェナー
ダイオードにより、許容最高電圧が７Ｖを超えないよう
にすることができる。その代わりに、適当な電子的な出
力電圧調節装置を設けてもよい。この出力電圧調節装置
の切換え要素は導体板２３に設けられている。上記のダ
イナモは効率が著しく改善されるとしても、慣用の自転
車用照明装置を備えた従来のダイナモの代わりに使用可
能である。
【００１８】このように構成された機械は動作状態で、
約0.7 の機械的な効率と、約0.8 の電気的な効率を有す
る。これは全体効率では0.5 以上となる。５ｋｍ／ｈ
（歩く速さ）の自転車の走行速度のときに既に、２５Ｈ
ｚの３．０Ｖの電圧を発生する。これは低速時にも規定
どおりの照明を可能にする。従って、上記の電気機械は
特に自転車の照明のために適している。この電気機械は
自動駐車灯を含む自転車電子機器に給電するために役立
つ。
約0.7 の機械的な効率と、約0.8 の電気的な効率を有す
る。これは全体効率では0.5 以上となる。５ｋｍ／ｈ
（歩く速さ）の自転車の走行速度のときに既に、２５Ｈ
ｚの３．０Ｖの電圧を発生する。これは低速時にも規定
どおりの照明を可能にする。従って、上記の電気機械は
特に自転車の照明のために適している。この電気機械は
自動駐車灯を含む自転車電子機器に給電するために役立
つ。
【００１９】上記電気機械は同様な方法で、ダイナモあ
るいは電気的な駆動装置としての他の用途に使用可能で
ある。この場合、当然、制御と機械的な構造は本発明の
範囲内でそれぞれの用途に適合させることができる。
るいは電気的な駆動装置としての他の用途に使用可能で
ある。この場合、当然、制御と機械的な構造は本発明の
範囲内でそれぞれの用途に適合させることができる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による電気
機械は、効率が良く、コンパクトな構造であり、製作コ
ストが安価で、特に車輪ハブダイナモに組み込むのに適
しているという利点がある。
機械は、効率が良く、コンパクトな構造であり、製作コ
ストが安価で、特に車輪ハブダイナモに組み込むのに適
しているという利点がある。
【図１】車軸に沿った車輪ハブダイナモの断面図であ
る。
る。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】コイル構造体と、８個の棒磁石を備えた磁石構
造体を概略的に示す展開図である。
造体を概略的に示す展開図である。
【図４】図３に対応する電圧時間グラフである。
【図５】コイル構造体の印刷された導体を有するフィル
ムの概略断面図である。
ムの概略断面図である。
１ 車軸 ３ ハブ本体 ５，６ コイル構造体 ７ 永久磁石構造体 ８ 永久磁石棒 ９ 支持部材 １２ 変速装置 １３，１４，１５ クラッチ
Claims (14)
- 【請求項１】 中央の永久磁石構造体（７）と、この永
久磁石構造体を同軸に取り囲むコイル構造体（５，６）
とを備え、この永久磁石構造体とコイル構造体が相対的
に回転可能である電気機械において、永久磁石構造体
（７）が、軸方向に配向されかつ星状に配置された多数
の永久磁石棒（８）を備えていることを特徴とする電気
機械。 - 【請求項２】 永久磁石棒が外側から中央の支持部材
（９）に固定され、この支持部材が永久磁石棒（８）の
ための取付け部としての、軸方向に延びる凹部を備えて
いることを特徴とする請求項１の電気機械。 - 【請求項３】 永久磁石棒（８）が半径方向に磁化さ
れ、その内側または外側の端部が交互にＮ極とＳ極を形
成していることを特徴とする請求項１または２の電気機
械。 - 【請求項４】 磁石ロータ（７）が６〜１０個の永久磁
石棒（８）を備えていることを特徴とする請求項１から
３までのいずれか一つの電気機械。 - 【請求項５】 コイル構造体（５，６）がスリーブ状の
コイル（５）を備え、このコイルが磁化可能な材料から
なり保磁リングとして作用する支持スリーブ（６）に挿
入されていることを特徴とする請求項１から４までのい
ずれか一つの電気機械。 - 【請求項６】 支持スリーブ（６）が積層板として形成
されていることを特徴とする請求項５の電気機械。 - 【請求項７】 支持スリーブ（６）の積層板が、その間
に絶縁層を有する板リングによって形成されていること
を特徴とする請求項６の電気機械。 - 【請求項８】 コイル（５）が絶縁層を介して支持スリ
ーブ（６）と熱伝導接触していることを特徴とする請求
項６または７の電気機械。 - 【請求項９】 コイルがスリーブに巻回可能な支持フィ
ルムに印刷された回路として形成され、条導体が磁石構
造体（７）に対応して蛇行形に延びていることを特徴と
する請求項５から８までのいずれか一つの電気機械。 - 【請求項１０】 請求項１から９までのいずれか一つの
電気機械を、車軸（１）に回転可能に軸承されたハブ本
体（３）内に含む車輪ハブダイナモにおいて、永久磁石
構造体が磁石ロータ（７）として、コイル構造体（５，
６）内で回転可能に車軸（１）に軸承されていることを
特徴とする車輪ハブダイナモ。 - 【請求項１１】 磁石ロータ（７）が変速歯車装置（１
２）を介してハブ本体（３）に駆動連結されていること
を特徴とする請求項１０の車輪ハブダイナモ。 - 【請求項１２】 外側から車軸を通って操作可能なクラ
ッチ（１３，１４，１５）が、磁石ロータ（７）とハブ
本体（３）の間の駆動連結部を連結または連結解除する
ために設けられていることを特徴とする請求項１１の車
輪ハブダイナモ。 - 【請求項１３】 コイル構造体（５，６）が車軸（１）
に相対回転しないように設けられ、接続導体（１７）が
車軸（１）を通って外方へ案内されることを特徴とする
請求項１０から１２までのいずれか一つの車輪ハブダイ
ナモ。 - 【請求項１４】 ハブ本体内に、出力電圧を制限するた
めの切換え要素、特に出力電圧調節装置またはチョーク
が設けられていることを特徴とする請求項１０から１３
までのいずれか一つの車輪ハブダイナモ。
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|---|---|---|---|
| CH2443/91-3 | 1991-08-20 | ||
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991102 |