JPH06261511A - 自転車用ハブ発電機 - Google Patents

自転車用ハブ発電機

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JPH06261511A
JPH06261511A JP5238179A JP23817993A JPH06261511A JP H06261511 A JPH06261511 A JP H06261511A JP 5238179 A JP5238179 A JP 5238179A JP 23817993 A JP23817993 A JP 23817993A JP H06261511 A JPH06261511 A JP H06261511A
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JP
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coil
hub
coil core
permanent magnet
hub generator
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JP5238179A
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Wilfried Schmidt
シュミット ビルフリート
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H02K21/227—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos having an annular armature coil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J6/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices on cycles; Mounting or supporting thereof; Circuits therefor
    • B62J6/06—Arrangement of lighting dynamos or drives therefor
    • B62J6/12—Dynamos arranged in the wheel hub
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/12—Transversal flux machines

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  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い効率と低い重量とを有する自転車用ハブ
発電機を提供する。 【構成】 本発明のハブ発電機は、効率の低下なしに重
量を減少させるため、（ａ）コイルを車輪軸受の間でシ
ャフトの周りに密接して配設すること、（ｂ）コイル芯
にシャフトを補強する構造を施すこと、及び／又は
（ｃ）磁石ロータの還流リングをハブスリーブの荷重担
持部材として形成することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はハブ発電機、特に自転車
用のハブ発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常の自転車用発電機はタイヤ又はリム
において摩擦ローラによって駆動される。しかしこの駆
動手段は高い出力損失と信頼性の欠如（雨や雪の時のス
リップ）に対し責任を負わされている。車輪ハブと一体
化された発電機はこれらの欠点をなくするものである
（ハブと発電機とからなる完全なユニットは以下″ハブ
発電機″と称する）。しかし、車輪の速度が小さいため
に、上記の摩擦ローラ発電機よりも著しく大きいしたが
ってまた重い、強力に増速伝動する変速機又は発電機を
使用しなければならない。
【０００３】機械的な変速機は製造上高価でありまた効
率を減少させる。さらに、うるさい走行時の騒音と摩耗
を生じるおそれがある。
【０００４】ドイツ特許公開第２７２７８２７号から変
速機なしのハブ発電機が公知であり、このハブ発電機は
ハブスリーブと２つの車輪軸受とシャフトとによって区
画される空間の外側に配設されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は高い効率と低
い重量とを有するハブ発電機を意図するという問題に基
づくものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、ハブの軸線と同軸に巻かれたコイルを具
備する、特に自転車のためのハブ発電機であって、前記
コイルがコイル芯体と永久磁石ロータと永久磁石ロータ
からコイル芯体への磁束を偏向させる極部材とを有する
ハブ発電機において、前記コイルがハブの２つの軸方向
に離間した軸受の間で前記ハブの軸線の周りに密接して
配設され、また磁石ロータ装置の内径がコイルの外径よ
りも実質的に大きいことを特徴とするハブ発電機を提供
する。
【０００７】本発明はまた、ハブ軸線と同軸に巻かれた
コイルを具備し、前記コイルがコイル芯と永久磁石ロー
タと永久磁石ロータからコイル芯への磁界を偏向させる
極部材とを有している、特に自転車のためのハブ発電機
において、前記コイル芯が軸線の一部として又は軸線を
強化する部材として形成されていることを特徴とするハ
ブ発電機を提供する。
【０００８】本発明はさらに、ハブスリーブと共に動か
される永久磁石ロータを具備する、特に自転車のための
ハブ発電機において、前記ハブスリーブが、内部に配設
された磁石装置のための還流リングとして作用する磁化
可能な材料の機械的に荷重を担持する部材を有している
ことを特徴とするハブ発電機を提供する。
【０００９】本発明の請求項１，５及び９以外の請求項
に記載された発明は有利な構造とさらに本発明の発展と
を含んでいる。
【００１０】
【発明の効果】ワイヤの長さしたがってコイルの重量は
小さなコイルの直径によって減少され（大きな直径を有
するコイルに比べて）、この減少されたワイヤの長さの
ため、この抵抗が減少でき又はワイヤの直径の減少によ
りさらに重量を減少することができる。磁束の案内と機
械的シャフトの剛性とにコイル芯を２重に利用すること
により、重量の減少が、上記２つの作用のそれぞれを行
うための別体の構成要素に比べて達成される。最後に、
さらにハブスリーブの機械的に荷重を担持する部分を永
久磁石装置の還流リングとして利用することにより、上
記の２つの作用が達成される。重量の減少は従来の技術
から公知のハブ発電機に関し効率を減少することなく得
られる。本発明の装置は独立して用いられるだけでな
く、また所望の目的を達成するため好適に組合せて用い
ることができる。
【００１１】
【実施例】以下に本発明は図面を参照し実例を示すこと
により詳細に説明される。図１は本発明のハブ発電機の
半分を切断して示す縦断面であり、図２は上記ハブの中
心面上で半分を切断して示す横断面図である。
【００１２】ハブスリーブはスポーク孔１８，１８′を
有する２つのスポークフランジ１，１′と管状中央部材
２とを含み、管状部材２はスポークを内部に取付けた状
態でスポークフランジの間に堅固な連結部を形成する。
両極性の極を有する永久磁石ロータの半径方向に磁化さ
れた単一の磁石３が交互の極性をもって管部材２の内周
面に配設される。管状部材２は磁化できる材料、好まし
くは柔軟な磁性鋼からなり、それにより各単一の磁石３
が磁石の吸引力によって管状部材の壁に付着しまた管状
部材が永久磁石ロータのための磁気還流リングを形成す
る。好ましくは、各単一磁石は角石のような形状とされ
る。各磁石は磁石保持器４により滑るのが阻止される。
この磁石保持器は好ましくは各磁石３のための凹所を有
しかつ管状部材２に環状に曲げられた状態で押し込まれ
た、薄い矩形のプラスチック板からなっている。各磁石
は製造時に上記凹所に簡単に挿入される。さらに、各磁
石は管状部材の内壁に接着させることもできる。
【００１３】ステータは実質的に、コイル本体５の周り
に巻かれたコイル６と、コイル芯７と、永久磁石ロータ
からコイル芯への磁束を偏向させる２つの極部材８，
８′とからなっている。この略図の装置の本質的な特徴
は、コイル６が小さな外径を有しまた永久磁石ロータの
内径が、アルミニウムが電気導体として用いられたとき
少なくとも５０％、銅が用いられたとき少なくとも５０
％そして好ましくは１００％だけ、実質的に大きいとい
う事実にあることがわかる。コイルと永久磁石ロータと
の間に得られた自由空間には極部材８，８′が架け渡さ
れる。このようにして、大きなロータの直径の利点、す
なわち誘導された電圧の値だけでなく周波数にとっても
欠くことのできない多数の極を配設することができる利
点と、小さな直径の利点とが相互に組合わされる。
【００１４】コイル６はシャフト９にできるだけ密接し
てまたできるだけ軸受１１，１１′の間のシャフト部分
にわたって巻かれる。好ましくはコイルの幅は実質コイ
ルの半径よりも大きい。
【００１５】極部分８，８′は外側に延びる爪を有する
２つのシート円盤からなりこの円盤はそれぞれ２回曲げ
られそれにより爪の端部が狭い空気の隙間によって分離
された永久磁石に対面する極の表面を形成するようにな
っている。この２つの部材は２つの屈曲部の間の部分８
１では一方が他方の上には配置されておらずまたこれら
２つの部材が重ね合わされる個所では堅く連結、すなわ
ち接着されている。その中央の円盤状部分は半径方向に
溝が設けられ（図２）これによりうず電流の形成が妨げ
られるようにする。この極の表面は前方に向ってテーパ
ーがつけられ、また対称に延びておらず軸線の方向に対
して傾斜するようになっている（図１の下半分）。これ
により、駆動に必要なモーメントはさらに均一になる。
【００１６】コイル芯とコイルは特許請求の範囲の請求
項１にしたがってシャフト９の周りに密接して配設さ
れ、それにより大きな動力学的に平衡された自由空間が
コイルと極部材との間に残され、この空間は図示の実施
例では極部分の２つの屈曲部のためほぼ台形の断面を有
している。
【００１７】コイル芯と２つの極部材は２つの締結ねじ
１０，１０′によりシャフトに固定されそしてこれによ
りコイル芯と極部材との補強に役立つようにしている。
さらに、好ましくは深い溝のボール軸受として形成され
るハブ軸受１１，１１′と、スペーサ１２，１２′とカ
ウンターナット１３，１３′とがシャフトに固定され
る。シャフトの補強はコイル本体７をシャフトに固定す
ることにより行われそれによりシャフト自体が細くまた
軽い材料（アルミニウム合金）で作ることができるよう
になる。
【００１８】ハブ内部から外側に向う電流の通路は、好
ましくはシャフトの長手方向の穴の中に配された絶縁接
触ピン１４により実現される。この接触ピンは締めつけ
ナット１０を通って半径方向に延出する絶縁接触ねじ１
５によりコイル６の一端に接続される。コイルの他端は
地面に接続されている。同軸のプラグがシャフトの端部
に差し込みにより連結され照明手段に接続されるように
する。光が必要でない場合は、電流がスイッチにより中
断される。
【００１９】摩擦損失が伝動なしにハブ発電機に生じる
ことがなくまたオーム抵抗がコイルの電気抵抗の最小の
ため小さいので、再磁化損失（ヒステリシス損失とうず
電流損失）がスイッチをオンした光の効率とスイッチを
オフした光（無負荷時）の損失とに対し実質的に対応で
きるものとなる。これらの損失は、時宜にかなって磁束
を変化させることにより作用される構成要素に、すなわ
ちコイル芯と極部材とに生じる。うず電流を制限するた
め、電気機械においてはこのような構成要素は、通常絶
縁された電気シートの層に構成される。
【００２０】非粒子配向シートが極部材として用いられ
る。爪の曲げ強度を増大させしたがってまた磁気吸引力
による変形を妨げるため、層を相互に連結すること、す
なわち接着結合すること（特許請求の範囲の請求項３）
が適当である。さらに曲げ強度は、最大の曲げモーメン
トの部分において全ての層が接触していない場合（請求
項４）に増大される。しかし強化の目的のため爪はまた
円周方向に連結することができ又は１つもしくは複数の
適当な構成要素により半径方向に保持することができ
る。それと同時に、極部材は相互に捩れるのが防止さ
れ、また角度上の正確な取付けが簡単となる。
【００２１】好ましくは、コイル芯は薄い粒子配向され
たシートの数枚のシートに巻かれそれにより好適な磁力
線方向が軸線方向に延びるようにしている（請求項７と
８）。これにより、簡単な方法で、ほぼ中空円筒形状を
有し軸線方向を横切って薄く間に挟まれさらに軸方向に
高い磁束密度が得られ芯とコイルの直径を小さくするこ
とのできる１つの構成要素が得られる。シートストリッ
プの始端と終端との間の短絡をなくするため、コイル芯
の前側表面又は隣接構成要素（極部材）は絶縁層を設け
なければならず又は電気絶縁要素によって分離しなけれ
ばならない。
【００２２】再磁化損失を減少させるこれらの手段にも
かかわらず、電気回路を中断することのみで光が消失さ
れたならば無負荷の間においても一定の動力消費が依然
として存在する。ある場合、特に高速度の場合には、こ
の動力消費は、巻線の短絡によって減少することができ
るが、その理由は巻線を通って流れる短絡電流が磁束の
一部をコイル芯と極部材から変位させそれにより再磁化
損失が減少するようになるからである。これに代えコイ
ルに起きるオーム損失は請求項１のハブ発電機の小さな
内部抵抗のため小さくなる。
【００２３】広範囲に再磁化損失を減少させる請求項１
又は請求項５の発電機のスイッチを切る他の可能な手段
は、磁石ロータを軸線方向の２つの部分に製造しそして
この２つの部分を１つの極に関し相互に回転しそれによ
り磁束が一方の磁極から極部材の極表面を通って隣接の
反対の極性の磁極の中に入ることができるようにする特
徴構造にある。このスイッチを切る機構は、両極性の極
を有する環状磁石が個々の磁石要素に代えて用いられた
場合に特に利点を有している。
【００２４】発電機のスイッチを切る最も包括的な手段
はステータとロータとの間の相対運動を停止させること
にある。請求項１又は５のハブ発電機によれば、これ
は、磁石ロータをハブスリーブの中に回転自在に支持し
またこのロータを必要な場合のみにスリーブに連結する
ことにより最も簡単に実現できる。
【００２５】しかし、発電機が無負荷の間スイッチが切
られなかった場合は、請求項１，５又は９によるハブ発
電機は恒久的な光の供給のためバッテリーに充電し、自
転車コンピュータのためにパルスを提供し（速度と距離
の測定）、又は組合わされた装置においては両方の目的
を達成するために、好ましくは付加的に用いることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハブ発電機の半分を切断して示す縦断
面図である。
【図２】図１のハブを中心平面上で半分を切断して示す
横断面図である。
【符号の説明】
１，１′…スポークフランジ ２…中央部材 ３…磁石 ５…コイル本体 ６…コイル ７…コイル芯 ８，８′…極部材 ９…シャフト １１，１１′…ハブ軸受

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハブの軸線と同軸に巻かれたコイルを具
    備し、前記コイルがコイル芯と、永久磁石ロータと、永
    久磁石からコイル芯への磁束を偏向させる極部材とを有
    する、特に自転車のためのハブ発電機において、前記コ
    イルがハブの２つの軸方向に離間した軸受の間で前記ハ
    ブの軸線の周りに密接して配設され、また磁石ロータ装
    置の内径がコイルの外径よりも実質的に大きいことを特
    徴とするハブ発電機。
  2. 【請求項２】 コイルの軸方向の長さがその外側半径よ
    りも実質的に大きいことを特徴とする請求項１に記載の
    ハブ発電機。
  3. 【請求項３】 極部材が複数の固定して連結されたシー
    ト層で構成されていることを特徴とする請求項１又は２
    に記載のハブ発電機。
  4. 【請求項４】 シート層が極部材の一部において相互に
    離間されていることを特徴とする請求項３に記載のハブ
    発電機。
  5. 【請求項５】 ハブ軸線と同軸に巻かれたコイルを具備
    し、前記コイルがコイル芯と永久磁石ロータと永久磁石
    ロータからコイル芯への磁界を偏向させる極部材とを有
    している。特に自転車のためのハブ発電機において、前
    記コイル芯が軸線の一部として又は軸線を強化する部材
    として形成されていることを特徴とするハブ発電機。
  6. 【請求項６】 コルイ芯が中空円筒の形状を有する部材
    として軸線を取巻きかつ軸線に固定されていることを特
    徴とする請求項５に記載のハブ発電機。
  7. 【請求項７】 コイル芯が薄いシートから種々の層に巻
    かれ、これらの層が相互に対し電気的に絶縁されている
    ことを特徴とする請求項１から６のうちの１項に記載の
    ハブ発電機。
  8. 【請求項８】 シートが粒子配向の電気的シートによっ
    て形成されまた好適な磁力線の方向が軸方向に延びてい
    ることを特徴とする請求項７に記載のハブ発電機。
  9. 【請求項９】 ハブスリーブと共に動かされる永久磁石
    ロータを具備する、特に自転車のためのハブ発電機にお
    いて、前記ハブスリーブが、内部に配設された磁石装置
    のための還流リングとして作用する磁化可能な材料の機
    械的に荷重を担持する部材を有していることを特徴とす
    るハブ発電機。
JP5238179A 1992-09-25 1993-09-24 自転車用ハブ発電機 Pending JPH06261511A (ja)

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DE4232182A DE4232182A1 (de) 1992-09-25 1992-09-25 Nabenlichtmaschine, insbesondere für Fahrräder
DE4232182:4 1992-09-25

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AT (1) ATE131322T1 (ja)
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