JPWO2005011092A1 - ハブダイナモ - Google Patents

Abstract

ハブダイナモを、小径コンパクト化を実現しながら、高い電圧の発電ができるようにする。一対の主鉄心１０のあいだに形成されるコイル室ＣＲを、三枚の副鉄心１１により軸方向に仕切って、一番、二番、三番、四番コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）を形成し、これらのコイル室（ＣＲ−１、２、３、４）に一本の巻線１３を巻方向が交互になる状態で順次巻装し、主、副鉄心１０、１１の外周に連結される磁束収集片１５を、一番、三番、五番の各鉄心（１０−１）、（１１−３）、（１０−５）に連結される第一磁束収集片１５と、二番、四番鉄心（１１−２）、（１１−４）に連結する第二磁極片１５とが交互に配設されるように構成する。

Description

本発明は、自転車のフレームを構成するフォークに取付けられるハブダイナモの技術分野に属するものである。

一般に、この種自転車のなかには、フレームを構成するフォークに取付けられる車軸に発電機を設けて、自転車の走行に伴う車輪の回転で発電させ、該発電された電力により前照灯等を点灯するように構成したものがある。
このような発電機であるハブダイナモにおいては、コンパクト化を果す一方で、増速駆動をすることなく高い電圧を確保できるように構成することが要求され、例えば、車輪側のロータ（ヨーク）内周に磁極が周回り方向交互になる状態で並設された永久磁石を設ける一方、車軸側のステータを、多極化するべく複数の磁束収集片（磁極片）を備えた所謂クローポール型の一対の鉄心と、これら鉄心に内嵌されるコイル（鉄心間に巻装される巻線）とにより構成したものがある（例えば、特許第２９９１７０５号公報参照。）。
ところが、この構成のものでは、低速走行でも充分な発電を確保しようとしたとき、多極化することが想定されるが、クローポール型のものにおいて多極化することは、磁気飽和、電機子反作用を避けるためには大径化せざるを得ず、小型（小径）化、かつ、軽量化の要求に反するという問題がある。
そこで、一対のクローポール型の鉄心に内嵌されるコイルを一つの発電単位体とし、該発電単位体の複数を車軸に並列状に設ける一方、ロータ側に設けられる永久磁石をこれら複数の発電単位体の全てに対向するよう軸方向に長くして、これら全ての発電機単位体に対してそれぞれ別個に磁化し、発電させるようにしたものが提唱されている（例えば、実用新案登録第２６０３３３９号公報参照。）。
一方、低速走行でも充分な発電を確保する手段として、永久磁石からの磁束を大きく確保することが考えられ、複数の磁束収集片を車軸方向に長い長尺状に形成し、これら磁束収集片を、コイルの両側に設けられるリング状板材で形成された一対の鉄心の外周に連結するように構成したものが提唱されている（例えば、特開平１１−３４９５４号公報参照。）。
しかるに、前記実用新案登録第２６０３３３９号公報のものでは、複数の発電機単位体を用意する分、クローポール型の鉄心を多く用いなければならず、部品点数が増加するうえ重量化してしまうという問題があるばかりでなく、各発電機単位体が同性能の発電をするためには、鉄心部材の折曲角度の管理や、磁極片の長さや板材の反り等の寸法管理が必須なうえ、組付け性についても高い精度が要求されるという問題があり、さらには、永久磁石と磁極片の対向間隔（ギャップ）にバラツキが発生したような場合では、各発電機単位体ごとの発電のバランスが大きく損なわれてしまうという問題がある。
これに対し、特開平１１−３４９５４号公報のものでは、前記実用新案登録第２６０３３３９号公報のものに比して小径化が可能であるうえ、磁極とヨーク内周の磁石とのあいだのギャップの精度が向上するという利点があるが、このものでは、磁束収集片が車軸両端の鉄心の外周に支持されるだけの構成であるので、支持部において磁束飽和が生じやすいうえ、支持強度が弱い等の問題があり、何れの場合についても改善が要求されており、ここに本発明が解決しようとする課題があった。

本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、ステータとロータとを備えた自転車用ハブダイナモであって、車軸側に固定されるステータは、リング状板材で構成され、ステータ両端部に配されてコイル室を形成する一対の主鉄心と、リング状板材で構成され、前記一対の主鉄心の対向間に配されてコイル室を仕切る少なくとも一枚の副鉄心と、前記仕切られたコイル室に巻装される巻線と、前記両主鉄心間に亘る長尺材で形成され、各鉄心外周に周回り方向並設状に配されて、車輪側のロータ内周に磁極が周回り方向交互になる状態で並設された長尺状の永久磁石に近接対向する磁束収集片とを備え、前記磁束収集片の一方の磁極に対向する第一磁束収集片と、他方の磁極に対向する第二磁束収集片とは、隣接する鉄心同志が互いに異極になるよう前記各鉄心に連結されているものである。
そして、このようにすることにより、小型、軽量化を実現でき、しかも、高電圧の発電がなされるうえ、磁束収集片に連結される主、副鉄心を設けたことにより、簡単な構成でありながら磁路を短くすることができる。
請求項２の発明は、ステータとロータとを備えた自転車用ハブダイナモであって、車軸側に固定されるステータは、リング状板材で構成され、ステータ両端部に配されてコイル室を形成する一対の主鉄心と、リング状板材で構成され、前記一対の主鉄心の対向間に配されてコイル室を仕切る少なくとも一枚の副鉄心と、前記仕切られたコイル室に巻装される巻線と、前記両主鉄心間に亘る長尺材で形成され、各鉄心外周に周回り方向並設状に配されて、車輪側のロータ内周に磁極が周回り方向交互になる状態で並設された長尺状の永久磁石に近接対向する磁束収集片とを備え、前記磁束収集片の一方の磁極に対向する第一磁束収集片と、他方の磁極に対向する第二磁束収集片とは、隣接する鉄心同志を互いに異極に磁化するよう前記各鉄心に連結され、前記副鉄心により仕切られた隣接コイル室同志の磁路を該副鉄心で形成するように構成されているものである。
そして、このようにすることにより、各コイル室にバランスよく磁束を発生させることができる。
請求項３の発明は、請求項１または２において、第一磁束収集片は、車軸一端側の主鉄心と、該主鉄心を基準とする一つおきの鉄心に連結され、第二磁束収集片は、前記第一磁束収集片に連結されない鉄心と連結するように構成されているものであり、このようにすることによって、各磁束収集片と鉄心との連結箇所が複数にすることができる。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかにおいて、各コイル室に巻装される巻線は、隣接するもの同志の巻装方向が逆方向に構成されているものである。
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかにおいて、各コイル室に巻装される巻線は、軸方向端部側のものから連続して順次巻装されているものであり、このようにすることにより、各コイル室の巻線を接続するための回路を別途用意する必要をなくすことができる。
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかにおいて、磁束収集片は、各鉄心の外周に形成された突片にカシメ固定されているものであり、このようにすることにより、磁束収集片、主、副鉄心をプレス加工で形成することができる。
請求項７の発明は、請求項６において、各鉄心の外周は、周回り方向に隣接する凸部のあいだに凹部が形成されたものとし、軸方向に隣接する各鉄心は、凸部と凹部とが軸方向に対向する状態で配設されているものであり、このようにすることにより、大径化することなく磁束収集片と主、副鉄心との連結を行うことができる。
請求項８の発明は、請求項７において、各鉄心には巻線を外部に引き出す引出し溝が径方向に長く形成されるものとし、該引出し溝は、凹部形成位置に形成されているものであり、このようにすることにより、磁束収集片と巻線との干渉がない部位を有効利用しての配線が可能となる。
請求項９の発明は、請求項１乃至８の何れかにおいて、磁束収集片は長尺状の板材とし、該板材の板幅方向が鉄心および補助鉄心に対し周回り方向を向いている磁極片は、第一鉄心に対し板幅方向が第一鉄心の周回り方向を向いて接続されているものであり、このようにすることにより、ハブダイナモの小径化を促進することができる。
請求項１０の発明は、請求項９において、磁束収集片は、鉄心との連結部側ほど断面積が大きくなるように形成されているものであり、このようにすることにより、マグネットからの磁束を効率よく収集できて、安定した電力を供給することができる。
請求項１１の発明は、請求項９または１０において、磁束収集片は、鉄心との連結部側ほど板幅が広くなるように形成されているものであり、このようにすることにより、簡単な構成でより性能のよいハブダイナモを提供できる。
請求項１２の発明は、請求項１乃至１１の何れかにおいて、副鉄心は、複数枚の薄板材を積層して構成されているものであり、このようにすることにより、副鉄心を一枚の板材で構成した場合に比して渦電流損を低減させることができ、しかも、磁束収集片とのカシメを均一化することができる。
請求項１３の発明は、請求項１乃至１２の何れかにおいて、主鉄心は、複数枚の薄板材を積層して構成されているものであり、このようにすることにより、主鉄心を一枚の板材で構成した場合に比して渦電流損を低減させることができ、しかも、磁束収集片とのカシメを均一化することができる。
請求項１の発明とすることにより、発電に係る損失を少なくできるとともに発電効率を向上させることができる。
請求項２の発明とすることにより、発電能力の優れたハブダイナモとすることができる。
請求項３の発明とすることにより、磁気飽和の低減を図ることができる。
請求項４の発明とすることにより、巻線の面倒な配線回路を形成する必要がなくなる。
請求項５の発明とすることにより、構造の簡略化、コンパクト化を果足すことができる。
請求項６の発明とすることにより、コスト低下に寄与できる。
請求項７の発明とすることにより、大径化することなく磁束収集片と主、副鉄心との連結ができる。
請求項８の発明とすることにより、磁束収集片と巻線との干渉がない部位を有効利用することができる。
請求項９の発明とすることにより、ハブダイナモの小径化を実現できる。
請求項１０の発明とすることにより、マグネットからの磁束を効率よく収集できて、安定した電力を供給することができる。
請求項１１の発明とすることにより、簡単な構成でより性能のよいハブダイナモを提供できる。
請求項１２の発明とすることにより、ハブダイナモの発電効率を低下させることがない。
請求項１３の発明とすることにより、ハブダイナモの発電効率を低下させることがない。

第１図は、自転車の前輪の一部側面図である。
第２図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ第一鉄心の側面図、ステータコイル構成部材の分解斜視図である。
第３図は、ハブダイナモの正面断面図である。
第４図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれステータコアを展開した正面図であって、第一磁化状態を説明する一部正面図、第二磁化状態を説明する一部正面図である。
第５図は、ハブダイナモにおける磁路を説明する断面図である。
第６図は、第二の実施の形態におけるハブダイナモの正面断面図である。
第７図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ第三の実施の形態における磁束収集片の正面図、底面図である。
第８図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ第三の実施の形態におけるステータの正面図、側面図、側面図である。
第９図は、第三の実施の形態におけるハブダイナモの正面図である。

次に、本発明の第一の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図面において、１は自転車の前輪（前車輪）Ｈの回転中心を構成する車軸であって、該車軸１の左右両端部は、車体を構成する左右一対のフロントフォーク２に支持されており、該左右フロントフォーク２のあいだの車軸１に、本発明が実施されたハブダイナモ３が配されている。
尚、４はハブダイナモ３からの電力を受けて点灯するよう接続された前照灯である。
５は、ハブダイナモ３を構成するケーシング（ハブ）であって、該ケーシング５は、車軸１を外嵌する筒状の本体部５ａと、該本体部５ａの軸方向両端部に形成された筒開口を覆蓋する状態で一体的に配される左右一対のエンドブラケット５ｂとを備えて構成されている。前記エンドブラケット５ｂは、リング状の板材を用いて構成され、車軸１に一体的に外嵌されたスペーサ１ａの外周に設けられた軸受５ｃを介して設けられることにより、車軸１に対して相対回転自在となるように構成されている。さらに、本体部５ａは、軸方向両端部に位置して外径側に突出する鍔部５ｄがそれぞれ形成されており、これら鍔部５ｄには、周回り方向に複数の連結孔５ｅが開設され、これら連結孔５ｅに、前輪Ｈを構成するスポーク６の内径側端部が一体的に連結されている。尚、７は、左右一対のエンドブラケット５ｂの軸方向外側となる両端部に設けられた抜け止め用部材である。
そして、ケーシング本体部５ａの内周面には、筒状のヨーク８が一体的に配されており、該ヨーク８内周面には、軸方向に長く形成されたＮ極、Ｓ極の永久磁石８ａの複数対が周回り方向に並設される状態で固着されており、これによって、ハブダイナモ３のロータが構成されている。
ここで、本実施の形態では、十四対、即ち、都合二十八個の永久磁石８ａが磁極が交互になる状態で設けられており、自転車の走行に伴い前輪Ｈが回転することにより、前輪Ｈとともにケーシング５（本体部５ａおよびエンドブラケット５ｂ）が車軸１に対して回転し、これによって、本体部５ａ内周面の永久磁石８ａが車軸１に対して回転するように設定されている。
一方、ケーシング５により内装される部位の車軸１にステータが設けられているが、車軸１の該部位には、車軸１の補強をするための筒状のパイプ材９が一体的に外嵌されており、その両端部には抜け止め部材９ａが設けられ、パイプ材９の軸方向の位置決めおよび抜け止めがなされた状態となっている。そして、パイプ材９の両端部外周に、磁性材で構成されたリング状の主鉄心１０が外嵌され、これら主鉄心１０間にコイル室ＣＲが構成されている。さらに、コイル室ＣＲは、主鉄心１０間に配される少なくとも一枚の副鉄心１１により仕切られており、これによって、複数のコイル室ＣＲが形成されるように設定されている。
ここで、本実施の形態では、第３図に示すように、主鉄心１０の軸方向対向間には三枚の副鉄心１１が設けられ、車軸１（パイプ材９）の外周部位を仕切っており、これによって、左側から一番、二番、三番、四番の各コイル室（ＣＲ−１）、（ＣＲ−２）、（ＣＲ−３）、（ＣＲ−４）がそれぞれ形成されている。
尚、１２は、隣接する主、副鉄心１０、１１間の内径側縁部同志を連結する筒体であって、該筒体１２は、磁性材で形成され、各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）の内周側における軸方向の磁路を構成するものであるが、パイプ材９と筒体１２とは必ずしも設ける必要はなく、車軸１に兼用させることも可能である。
つぎに、前記ステータの組込み手順について説明する。
前記車軸１に対し、軸方向一端側（第２図（Ｂ）における図面に向かって左側）に抜け止め部材９ａを組込み、一端側に位置する一番鉄心となる主鉄心（１０−１）を抜け止め部材９ａに突き当て状に組込む。そして、筒体１２を一番主鉄心（１０−１）に突当て状に組込み、前記筒体１２の外周に巻線１３を巻装するためのコイルボビン１４を外嵌し、一番コイル室（ＣＲ−１）を構成するように設定されている。前記コイルボビン１４は、筒体１２に外嵌する筒部１４ａと、該筒部１４ａの両端部から外径側に延出するフランジ部１４ｂとを備えて構成されている。
つぎに、二番鉄心として主鉄心１０間に配設される副鉄心（１１−２）が組込まれるが、該二番副鉄心（１１−２）は、一番コイル室（ＣＲ−１）のコイルボビンフランジ部１４ｂに突当てるようにして組込まれており、その後、前記のような組込み手順で、二番コイル室（ＣＲ−２）用の筒体１２とコイルボビン１４、三番鉄心としての副鉄心（１１−３）、三番コイル室（ＣＲ−３）用の筒体１２とコイルボビン１４、四番鉄心としての副鉄心（１１−４）、四番コイル室（ＣＲ−４）用の筒体１２とコイルボビン１４、そして、五番鉄心としての主鉄心（１０−５）の順で組込まれ、最後に軸方向他端側の抜け止め部材９ａが組込まれるように設定されている。
そして、このように組込まれた四つのコイルボビン１４に対し、一本の巻線１３を続けて巻装することによりコイルＣが構成されているが、巻線１３は、一番コイル室（ＣＲ−１）のコイルボビン１４に対しては所定の巻方向で巻装されており、続いて巻装される二番コイル室（ＣＲ−２）のコイルボビン１４に対しては前記巻方向とは反対の巻方向で巻装され、さらに、続けて巻装される三番コイル室（ＣＲ−３）のコイルボビン１４に対しては一番コイル室（ＣＲ−１）のコイルボビン１４における巻方向と同じ巻方向で巻装され、続いて、四番コイル室（ＣＲ−４）のコイルボビン１４に対しては二番コイル室（ＣＲ−２）のコイルボビン１４における巻方向と同じ巻方向で巻装されている。これによって、巻線１３は、各コイルボビン１４に対して巻方向が交互に逆方向となる関係で巻装されている。
ところで、前記組込み状態において、主、副鉄心１０、１１は、外径がコイルボビン１４の外径よりも大きく寸法設定されているとともに、外周縁部には、周回り方向に等間隔を存して十四箇所に凸部１０ａ、１１ａと、該突部１０ａ、１１ａを形成することにより、これら周回り方向に隣接する突部１０ａ、１１ａ同志のあいだの十四箇所に凹部１０ｂ、１１ｂとが、角度（３６０／２８）°のピッチで交互に形成されている。さらに、前記突部１０ａ、１１ａの外径側端縁部には、周回り方向に対向する一対の突片１０ｃ、１１ｃがそれぞれ形成されている。そして、軸方向一端側に位置する一番主鉄心（１０−１）、三番副鉄心（１１−３）、軸方向他端側に位置する五番主鉄心（１０−５）の各突片１０ｃ、１１ｃの周回り方向位置が同位置となる（同期する）ように位置合せされており、二番副鉄心（１１−２）と四番副鉄心（１１−４）の各突片１１ｃの周回り方向位置は、前記一番主鉄心（１０−１）、三番副鉄心（１１−３）、五番主鉄心（１０−５）の凹部１０ｂ、１１ｂに対向する位置、即ち、二番副鉄心（１１−２）、四番副鉄心（１１−４）の突片１１ｃが、一番主鉄心（１０−１）、三番副鉄心（１１−３）、五番主鉄心（１０−５）の各突片１１ｃに対し、角度（３６０／２８）°（１ピッチ角度）だけ周回り方向に位置ズレした位置関係で組込まれている。
尚、１０ｄ、１１ｄは各コイルボビン１４に巻装された巻線１３を隣接するコイルボビン１４側に誘導するための引出し溝である。
そして、このように組込まれたコイルＣの外周に、ヨーク８内周面の永久磁石８ｃからの磁極を受けて磁束を収集するための複数の磁束収集片１５が周回り方向に並設する状態で設けられるが、前記磁束収集片１５は、長尺状の磁性材からなる板材で形成されており、前記永久磁石８ａと同数の二十八本のものが配設されている。そして、各磁束収集片１５の板長さは、一番主鉄心（１０−１）から五番主鉄心（１０−５）に亘る長さに設定され、一番〜四番の各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）に対向するように設定されている。また、各磁束収集片１５の板幅は、板厚よりも長く寸法設定され、かつ、各主、副鉄心突片１０ｃ、１１ｃの周回り方向の対向間隙と略同寸法となるように形成されており、これら突片１１ｃにそれぞれカシメ固定されるように設定されている。
このとき、前述したように、一、三、五番の各鉄心（１０−１）、（１１−３）、（１０−５）の各突片１０ｃ、１１ｃと、二、四番の各鉄心（１１−２）、（１１−４）の突片１１ｃとは、それぞれ周回り方向の位置が同位置になっており、かつ、これら突片１０ｃ、１１ｃ同志は、１ピッチ角度づつ位置ズレする状態になって配設されていることから、例えば、周回り方向任意の箇所の磁束収集片１５を一番磁束収集片（１５−１）（本発明の第一磁束収集片に相当する）として、一番鉄心（１０−１）を基準とする一つおきの鉄心、つまり、一、三、五番の各鉄心（１０−１）、（１１−３）、（１０−５）の突片１０ｃ、１１ｃにカシメ固定したとき、該一番磁束収集片（１５−１）に隣接する二番磁束収集片（１５−２）（本発明の第二磁束収集片に相当する）は、前記一、三、五番の各鉄心（１０−１）、（１１−３）、（１０−５）以外の鉄心、つまり、二、四番の各鉄心（１１−２）、（１１−４）の突片１１ｃにカシメ固定されるように設定されている。これによって、一番〜二十八番の各磁束収集片（１５−１）〜（１５−２８）は、一、三、五番の各鉄心（１１−１）、（１１−３）、（１１−５）にカシメ固定されて連結（接続）され、一方の磁極の永久磁石８ａに近接対向して磁化される第一磁束収集片１５と、二番、四番の各鉄心（１１−２）、（１１−４）に連結（接続）され、他方の磁極の永久磁石８ａに近接対向して磁化される第二磁束収集片１５とが周回り方向交互に配設されることになり、かつ、これらに連結される鉄心１０、１１は、隣接する鉄心１０、１１同志が互いに異極に磁化されるように設定されている。
このように構成されたステータにおいて、各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）のそれぞれに対し、磁束収集片１５、主、副鉄心１０、１１、筒体１２とにより囲繞され、磁束収集片１５により収集された磁束は、主、副鉄心１０、１１により構成される径方向の磁路、筒体１２により構成される内径部における軸方向の磁路、そして、前記主、副鉄心１０、１１に隣接する主、副鉄心１０、１１により構成される径方向の磁路を経由して磁束収集片１５に至るように設定されている。これによって、副鉄心１１により仕切られた隣接するコイル室（ＣＲ−１、２、３、４）同志の磁路は、これらのあいだの前記副鉄心１１により形成されることになって、副鉄心１１は、隣接するコイル室（ＣＲ−１、２、３、４）両者の磁路を共有するように構成されている。
このように構成されたハブダイナモ３において、ケーシング５が回転することによりヨーク８内周に設けられた十四対の永久磁石８ａは、磁束収集片１５と、主、副鉄心１０、１１と、筒体１２とによりそれぞれ囲繞された一番〜四番の各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）に巻装された巻線１３で構成されたコイルＣに対してそれぞれ回転を行い、これに伴い、各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）の巻線１３に電力が発生（発電）し、もって、コイルＣの発電がなされるように設定されており、該発電の機構について、第４図に示すステータの展開図と図５に示すステータの断面図とを用いて説明する。
前輪Ｈの回転に基づいてケーシング５とともにヨーク８が回転する場合に、長板状の各磁束収集片１５は、１ピッチ角度ごとの回転に伴い、永久磁石８ａに対向してＮ極、Ｓ極に交互に磁化されるように設定されている。
そして、第４図（Ａ）に示すように、一番磁束収集片（１５−１）がＮ極の永久磁石８ａに対向し、かつ、一、三、五番の各鉄心（１０−１）、（１１−３）、（１０−５）に接続する場合では、二番磁束収集片（１５−２）はＳ極の永久磁石８ａに対向し、かつ、二、四番の各鉄心（１１−２）、（１１−４）に接続するように設定されている。このとき、一、三、五番の各鉄心（１０−１）、（１１−３）、（１０−５）はＮ極に磁化され、二、四番の各鉄心（１１−２）、（１１−４）はＳ極に磁化される第一磁化状態となり、この状態では、第４図（Ａ）または第５図に示すように、一番または三番コイル室（ＣＲ−１、３）の周囲には、Ｎ極に磁化された一番磁束収集片（１５−１）に接続する一番または三番の各鉄心（１０−１）、（１１−３）から、筒体１２を経由して、二番または四番の各鉄心（１１−２）、（１１−４）に至る反時計回り方向の磁路（第５図参照）がそれぞれ形成され、これによって、一番または三番コイル室（ＣＲ−１、３）には負の方向の磁束が通過するように設定されている。
一方、二番または四番コイル室（ＣＲ−２、４）の周囲には、Ｎ極に磁化された一番磁束収集片（１５−１）に接続する三番または五番の各鉄心（１１−３）、（１０−５）から、筒体１２を経由して、二番または四番の各鉄心（１１−２）、（１１−４）に至る時計回り方向の磁路（第５図参照）がそれぞれ形成され、これによって、二番または四番コイル室（ＣＲ−２、４）に正の方向の磁束が通過するように設定されている。
これに対し、前記状態から１ピッチ角度回転した状態では、第４図（Ｂ）に示すように、一番磁束収集片（１５−１）がＳ極の永久磁石８ａに対向し、かつ、一、三、五番の各鉄心（１０−１）、（１１−３）、（１０−５）に接続する場合では、二番磁束収集片（１５−２）はＮ極の永久磁石８ａに対向し、かつ、二、四番の各鉄心（１１−２）、（１１−４）に接続する。このとき、一、三、五番の各鉄心（１０−１）、（１１−３）、（１０−５）はＳ極に磁化され、二、四番の各鉄心（１１−２）、（１１−４）はＮ極に磁化される第二磁化状態となり、この状態では、第４図（Ｂ）に示すように、一番または三番コイル室（ＣＲ−１、３）の周囲には、Ｎ極に磁化された二番磁束収集片（１５−２）に接続する二番または四番の各鉄心（１１−２）、（１１−４）から、筒体１２を経由して、一番または三番の各鉄心（１０−１）、（１１−３）に至る時計回り方向の磁路がそれぞれ形成され、これによって、一番または三番コイル室（ＣＲ−１、３）に正の方向の磁束が通過するように設定されている。
一方、二番または四番の各コイル室（ＣＲ−２、４）の周囲には、Ｎ極に磁化された二番磁束収集片（１５−１）に接続する二番または四番の各鉄心（１１−２）、（１１−４）から、筒体１２を経由して、三番または五番の各鉄心（１１−３）、（１０−５）に至る反時計回り方向の磁路がそれぞれ形成され、これによって、二番または四番コイル室（ＣＲ−２、４）に負の方向の磁束が通過するように設定されている。
このように、第一磁化状態と第二磁化状態とが交互に繰り返されることにより、一番〜四番の各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）の巻線１３に発電が成されるが、この場合に、各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）の巻線１３は、一本の巻線１３が順次巻き方向が交互になる状態で連続したものとなっており、これによって、コイルＣに発電される電力が、高い電圧を有した状態で取出されるように構成されている。
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、ハブダイナモ３を構成するコイルＣは、巻線１３を副鉄心１１により仕切られた一番〜四番の各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）にそれぞれ巻装されたものとなっているとともに、磁束収集片１５は、クローポール型ではなく、長板材で構成されたものを主、副鉄心１０、１１で支持する構成としたので、各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）に巻装される巻線１３で構成されるコイルＣは、各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）毎に発電されることになるうえ、主鉄心１０間に配されて長尺状となっている磁束収集片１５の中間部に副鉄心１１を連結して磁路が短くなるようにしたので、損失が少なく、発電効率を向上させることができる。
しかも、磁束収集片１５はステータの全長に亘る（主鉄心１０の対向間に亘る）長さで周回り方向に並列して配設されているので、各磁束収集片１５間のギャップをステータ長方向何れの箇所においても均一に確保することができ、さらには、各鉄心１０、１１に連結支持されて充分な支持強度が得られることから、ステータの外径を大きくすることなく多極化を図ることができて軽量コンパクト化を実現することができる。この結果、発電効率を変えることなく軽量小型化が可能となり、意匠性に優れるだけでなく、自転車の走行時に軽快な操作で発電させることができる。
そのうえ、このものでは、磁束収集片１５の寸法誤差、磁束収集片１５の反り、あるいは、各鉄心１０、１１の寸法誤差等があって、永久磁石８ａと磁束収集片１５とのあいだのギャップが、磁束収集片１５と各鉄心１０、１１との連結部の位置によって異なったり、連結が不充分になったりしたとしても、磁束収集片１５がステータ全長に亘る長い状態で永久磁石８ａに対向して長手方向に磁束がバランスされている。しかも、該長い複数の第一、第二磁束収集片１５が、同極となる各鉄心１０、１１の外周回りにおいてそれぞれ連結される構成であるので、各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）の磁路が隣接するもの同志で兼用化されることから各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）にバランスよく磁束が発生し、もって、発電効率を落すことなく機能することができ、性能の高いハブダイナモとすることができる。
さらに、本発明が実施されたものにおいては、磁束収集片１５は、対応する主、副の各鉄心１０、１１に連結支持される構成であり、磁束収集片１５と主、副鉄心１０、１１との連結部として、第一磁束収集片１５では三箇所、第二磁束収集片１５では二箇所で連結がなされているので、磁気飽和を低減させることができるうえ、磁束収集片１５の支持も確りとしたものとすることができる。
しかもこの場合に、各コイル室（ＣＲ−１、２、３、４）のあいだには、二番、三番、四番の各鉄心（１１−２）、（１１−３）、（１１−４）が位置することになるが、これらの二番、三番、四番の各鉄心（１１−２）、（１１−３）、（１１−４）は、隣接する両コイル室ＣＲに対するそれぞれの磁路として機能することになって、部材の兼用化が果されて部品点数の削減、構造の簡略化、さらには、コスト低下を図ることができる。そのうえ、巻線１３は、一本のものが引出し溝１０ｄ、１１ｄを介して隣接するコイル室ＣＲに引出されるようになっているため、各コイル室ＣＲの巻線１３を別途配線する必要がなくなって、構造の簡略化、さらなるコンパクト化を図ることができる。
しかも、このものでは、磁束収集片１５と主、副鉄心１０、１１との接続が主、副鉄心１０、１１に形成された突片１０ｃ、１１ｃにカシメ固定することでなされる構成としたので、磁束収集片１５と主、副鉄心１０、１１とをそれぞれプレス加工により形成することができて、さらなるコスト低下を期待できる。
また、このものでは、主、副鉄心１０、１１のそれぞれに、突部１０ａ、１１ａと凹部１０ｂ、１１ｂとが交互に形成され、凸部１０ａ、１１ａにおいて磁束収集片１５を連結し、凹部１０ｂ、１１ｂにおいて前記連結される磁束収集片１５を避ける構成としたので、大径化するようなことがない。
また、主、副鉄心１０、１１には、巻線１３を隣接するコイル室ＣＲあるいは外部に引き出すための引出し溝１０ｄ、１１ｄが形成されているが、該引出し溝１０ｄ、１１ｄは、主、副鉄心凹部１０ｂ、１１ｂ対向部位に形成されているため、磁束収集片１５と巻線１３との干渉がない部位を有効利用しての配線ができ、磁束収集片１５の組込み時における作業性を向上させることができる。
そのうえ、このものにおいて、磁束収集片１５は、主、副鉄心１０、１１に対し板幅方向が主、副鉄心１０、１１の周回り方向を向く状態でカシメ固定されているので、さらなる小径化を図ることができ、もって、さらなるコンパクト化に寄与できる。
尚、本発明は前記実施の形態に限定されないことは勿論であって、前記実施の形態のように車軸側に設けられるコイル室の数を４つではなく、２室、３室、５室、６室等、適数室が形成される構成としてもよく、この場合も、各コイル室に巻装される巻線を、一本の巻線とし、巻方向を交互に変えるようにしてコイルを構成することにより、第一の実施の形態と同様に高電圧の電力を発生させることができる。さらに、永久磁石についても１４対、磁極片の数を２８とすることに限らず、要求される電圧等の諸条件に基づいて、適宜コイル数、磁極数を選択することが可能である。
つぎに、図６を用いて第二の実施の形態を説明する。このものは、コイル室ＣＲが外径側部位に変位するよう、コイルボビン１６の内径部位にスペーサ部１６ａが形成されたものになっている。
さらに、副鉄心としては、前記実施の形態のように一枚状の板材で形成するのではなく、複数枚の薄板材を積層することで構成してもよく、このようにした場合では、一枚状の板材のものに比して渦電流損を低減させることができ、発電効率の低下を防止することができる。そのうえ、副鉄心に磁束収集片をカシメ固定する場合に、各固定部における固定力を均一化することができて、信頼性の高いハブダイナモとすることができる。尚、主鉄心についても、副鉄心と同様に薄板材の複数枚を積層した構成とすることができ、この場合も、同様の効果を得ることができる。
また、図７〜図９に示す第三の実施の形態のようにすることも可能である。本実施の形態のハブダイナモ１７は、ヨーク１８の内周面に十四対の永久磁石１８ａが設けられ、主鉄心１９の対向間に、二つの副鉄心２０が設けられて第一〜第三のコイル室（ＣＲ−１）、（ＣＲ−２）、（ＣＲ−３）が設けられていること等、基本的な構成は、前記各実施の形態と同様に構成されている。そして、このものでは、主、副鉄心１９、２０は、それぞれ複数の板材１９ａ、２０ａを積層したものに構成され、発電効率が向上するように配慮されている。さらに、このものにおいて、各鉄心１９、２０の外周に連結される二十八本の磁束収集片２１は、前記実施の形態と同様に、隣接する鉄心１９、２０同志を互いに異極に磁化するように連結しているが、このとき、磁束収集片２１は、主、副鉄心１９、２０との各連結部側の板幅が広くなるよう傾斜状部２１ａを備え、各鉄心１９、２０との連結部となる箇所には、所定の板幅になるよう幅狭部２１ｂに形成され、これによって、主、副鉄心１９、２０にカシメ固定して連結したとき、該連結部近傍における磁束収集片２１の断面積が大きくなるように設定されている。そして、このようにすることにより、各鉄心１９、２０からの磁束量を無駄なく、かつ、効率よく磁束収集片２１に収集することができて、発電効率の一層の向上を図れるとともに、安定した電力を供給することができる。

以上のように、本発明にかかるハブダイナモは、自転車の照明を点灯する電源等として有用であり、特にハブダイナモのコンパクト化を果す一方で、発電に係る損失が少なく、もって発電効率が向上し、自転車の発電装置として用いるのに適している。

Claims (13)

1. ステータとロータとを備えた自転車用ハブダイナモであって、車軸側に固定されるステータは、リング状板材で構成され、ステータ両端部に配されてコイル室を形成する一対の主鉄心と、リング状板材で構成され、前記一対の主鉄心の対向間に配されてコイル室を仕切る少なくとも一枚の副鉄心と、前記仕切られたコイル室に巻装される巻線と、前記両主鉄心間に亘る長尺材で形成され、各鉄心外周に周回り方向並設状に配されて、車輪側のロータ内周に磁極が周回り方向交互になる状態で並設された長尺状の永久磁石に近接対向する磁束収集片とを備え、前記磁束収集片の一方の磁極に対向する第一磁束収集片と、他方の磁極に対向する第二磁束収集片とは、隣接する鉄心同志を互いに異極に磁化するよう前記各鉄心に連結されているハブダイナモ。
2. ステータとロータとを備えた自転車用ハブダイナモであって、車軸側に固定されるステータは、リング状板材で構成され、ステータ両端部に配されてコイル室を形成する一対の主鉄心と、リング状板材で構成され、前記一対の主鉄心の対向間に配されてコイル室を仕切る少なくとも一枚の副鉄心と、前記、仕切られたコイル室に巻装される巻線と、前記両主鉄心間に亘る長尺材で形成され、各鉄心外周に周回り方向並設状に配されて、車輪側のロータ内周に磁極が周回り方向交互になる状態で並設された長尺状の永久磁石に近接対向する磁束収集片とを備え、前記磁束収集片の一方の磁極に対向する第一磁束収集片と、他方の磁極に対向する第二磁束収集片とは、隣接する鉄心同志を互いに異極に磁化するよう前記各鉄心に連結され、前記副鉄心により仕切られた隣接コイル室同志の磁路を該副鉄心で形成するように構成されているハブダイナモ。
3. 請求項１または２において、第一磁束収集片は、車軸一端側の主鉄心と、該主鉄心を基準とする一つおきの鉄心に連結され、第二磁束収集片は、前記第一磁束収集片に連結されない鉄心と連結するように構成されているハブダイナモ。
4. 請求項１乃至３の何れかにおいて、各コイル室に巻装される巻線は、隣接するもの同志の巻装方向が逆方向に構成されているハブダイナモ。
5. 請求項１乃至４の何れかにおいて、各コイル室に巻装される巻線は、軸方向端部側のものから連続して順次巻装されているハブダイナモ。
6. 請求項１乃至５の何れかにおいて、磁束収集片は、各鉄心の外周に形成された突片にカシメ固定されているハブダイナモ。
7. 請求項６において、各鉄心の外周は、周回り方向に隣接する凸部のあいだに凹部が形成されたものとし、軸方向に隣接する各鉄心は、凸部と凹部とが軸方向に対向する状態で配設されているハブダイナモ。
8. 請求項７において、各鉄心には巻線を外部に引き出す引出し溝が径方向に長く形成されるものとし、該引出し溝は、凹部形成位置に形成されているハブダイナモ。
9. 請求項１乃至８の何れかにおいて、磁束収集片は長尺状の板材とし、該板材の板幅方向が鉄心および補助鉄心に対し周回り方向を向いているハブダイナモ。
10. 請求項９において、磁束収集片は、鉄心との連結部側ほど断面積が大きくなるように形成されているハブダイナモ。
11. 請求項９または１０において、磁束収集片は、鉄心との連結部側ほど板幅が広くなるように形成されているハブダイナモ。
12. 請求項１乃至１１の何れかにおいて、副鉄心は、複数枚の薄板材を積層して構成されているハブダイナモ。
13. 請求項１乃至１２の何れかにおいて、主鉄心は、複数枚の薄板材を積層して構成されているハブダイナモ。

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