WO2005011092A1 - 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

明 細 書 ハブダイナモ 技術分野

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。 背景技術

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 （鉄心間に卷装される卷線） とにより構成したものがある （例 えば、 特許第 2 9 9 1 7 0 5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、 一対のクロ一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 2 6 0 3 3 3 9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 1 1一 3 4 9 5 4号公報参照。 ） 。

しかるに、 前記実用新案登録第 2 6 0 3 3 3 9号公報のものでは、 複数の発電 機単位体を用意する分、 クロ一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 （ギヤッ 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 1 1一 3 4 9 5 4号公報のものでは、 前記実用新案登録第 2 6 0 3 3 3 9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ヤ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ょうとする課 題があった。 発明の開示

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 車用ハプダイナモであって、 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、 ステ一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卷装される卷線と、 前記両主 鉄心間に！: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つ 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卷装される卷線と、 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、 各コイル室に卷装され る巻線は、 隣接するもの同志の卷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、 各コイル室に卷装され る卷線は、 軸方向端部側のものから連続して順次卷装されているものであり、 こ のようにすることにより、 各コイル室の卷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、 各鉄心には卷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、 磁束収集片と卷線との干渉が 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 [^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 1 0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 1 1の発明は、 請求項 9または 1 0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 1 2の発明は、 請求項 1乃至 1 1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、 磁束収集片との力シメを均一化することができる。 請求項 1 3の発明は、 請求項 1乃至 1 2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、 磁束収集片との力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、 卷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、 磁束収集片と卷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 1 0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 1 1の発明とすることにより、 簡 な構成でより性能のよいハプダイナ モを提供できる。

請求項 1 2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 1 3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。 図面の簡単な説明 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、 ステ一タコイル構成 部材の分解斜視図である。

第 3図は、 ハプ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。 発明を実施するための最良の形態

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 つて、 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 5 aと、 該本体部 5 a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ェンドプラケット 5 bとを備えて構成されている。 前記エンドブラケット 5 b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ぺーサ 1 aの外周に設けられ た軸受 5 c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 5 aは、 軸方向両端部に位置して外径側 に突出する鍔部 5 dがそれぞれ形成されており、 これら鍔部 5 dには、 周回り方 向に複数の連結孔 5 eが開設され、 これら連結孔 5 e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 5 b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 5 aの內周面には、 筒状のヨーク 8がー体的に配さ 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 8 a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、 これによつて、 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 8 a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 5 aおよびエンドブラケット 5 b ) が車軸 1に対して回転し、 これによつて、 本体部 5 a内周面の永久磁石 8 a 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がー体 的に外嵌されており、 その両端部には抜け止め部材 9 aが設けられ、 パイプ材 9 の軸方向の位置決めおょぴ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 1 0が外嵌され、 これら主鉄心 1 0間にコイル室 C Rが構成されている。 さらに、 コイル室 C Rは、 主鉄心 1 0間に配される少なくとも一枚の副鉄心 1 1により仕切られており、 こ れによって、 複数のコイル室 C R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 1 0の軸方向対向間 には三枚の副鉄心 1 1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、 これによつて、 左側から一番、 二番、 三番、 四番の各コイル室 （C R— 1 ) 、 ( C R - 2 ) 、 (C R - 3 ) 、 ( C R - 4 ) がそれぞれ形成されている。 尚、 1 2は、 隣接する主、 副鉄心 1 0、 1 1間の内径側縁部同志を連結する筒 体であって、 該筒体 1 2は、 磁性材で形成され、 各コイル室 （C R _ 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 1 2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 9 aを組込み、 一端側に位置する一番鉄心となる主鉄心 （1 0- 1) を抜け止め部材 9 a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の外周に卷線 13を卷装す 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 14 aと、 該筒部 14 aの両端部から外径側に延出するフランジ部 14 b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 （1 1一 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 14 b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 （1 1— 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 （11一 4) 、 四番コイル室 （C R— 4) 用の筒体 1 2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 9 a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、 一本の卷線 1 3を続けて卷装することによりコイル Cが構成されているが、 卷線 13は、 一番 コイル室 （CR— 1) のコイルボビン 14に対しては所定の卷方向で卷装されて おり、 続いて卷装される二番コイル室 （CR— 2) のコイルボビン 14に対して は前記卷方向とは反対の卷方向で卷装され、 さらに、 続けて卷装される三番コィ 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 ィルボビン 14における卷方向と同じ卷方向で卷装され、 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における卷方向と同じ卷方向で卷装されている。 これによつて、 卷錄 13は、 各コイルボビン 14に対して卷方向が交互に逆方向となる関係で卷装さ れている。 ところで、 前記組込み状態において、 主、 副鉄心 10、 1 1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 10 a、 1 1 3と、 該突部1 0 &、 1 1 a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 10 a、 1 1 a同 志のあいだの十四箇所に凹部 1 0 b、 1 1 bと力 角度 （360/28) ° のピ ツチで交互に形成されている。 さらに、 前記突部 1 0 a、 1 1 aの外径側端縁部 には、 周回り方向に対向する一対の突片 1 0 c、 1 1 c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 （1 1 -3) , 軸方向他端側に位置する五番主鉄心 （10— 5) の各突片 1 0 c、 1 1 c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 （1 1— 2) と四番副鉄心 （1 1— 4 ) の各突片 1 1 cの周回り方向 位置は、 前記一番主鉄心 （1 0— 1) 、 三番副鉄心 （1 1一 3) 、 五番主鉄心 (1 0-5) の凹部 10 b、 l i bに対向する位置、 即ち、 二番副鉄心 （ 1 1 _ 2 ) 、 四番副鉄心 （1 1一 4 ) の突片 1 1 c力 一番主鉄心 （10— 1) 、 三番 副鉄心 （1 1一 3) 、 五番主鉄心 （1 0— 5) の各突片 1 1 cに対し、 角度 （3 60 28 ) ° ( 1ピツチ角度） 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、 10 d、 1 1 dは各コイルボビン 14に卷装された卷線 13を隣接するコ ィルボビン 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 8 c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 1 5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 1 5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 8 a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 1 5 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 10 c、 1 1 c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 1 1 c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 （1 0— 1) 、 （1 1—

3 ) 、 (1 0-5) の各突片 10 c、 1 1 cと、 二、 四番の各鉄心 （1 1— 2) 、 (1 1 -4) の突片 1 1 c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 10 c、 1 1 c同志は、 1ピッチ角度づっ位置ズレする状 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 1 5を一番磁束収集片 （1 5— 1) (本発明の第一磁束収集片に相当する） と して、 一番鉄心 （1 0— 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) 、 （1 1—3) 、 (10- 5) の突片 1 0 c、 1 1 cに カシメ固定したとき、 該一番磁束収集片 （1 5_ 1) に隣接する二番磁束収集片

(1 5-2) (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) 、 （1 1— 3) 、 （10— 5) 以外の鉄心、 つまり、 二、 四番 の各鉄心 （1 1— 2) 、 (1 1 -4) の突片 1 1 cにカシメ固定されるように設 定されている。 これによつて、 一番〜二十八番の各磁束収集片 （1 5— 1) 〜

(1 5— 28) は、 一、 三、 五番の各鉄心 （1 1— 1) 、 （1 1— 3) 、 （1 1 一 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 8 aに近接 対向して磁化される第一磁束収集片 1 5と、 二番、 四番の各鉄心 （1 1一 2) 、

(1 1 -4) に連結 （接続） され、 他方の磁極の永久磁石 8 aに近接対向して磁 化される第二磁束収集片 1 5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 1 0、 1 1は、 隣接する鉄心 10、 1 1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 1 5、 主、 副鉄心 1 0、 1 1、 筒体 1 2とに より囲繞され、 磁束収集片 1 5により収集された磁束は、 主、 副鉄心 1 0、 1 1 により構成される径方向の磁路、 筒体 1 2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 1 0、 1 1に隣接する主、 副鉄心 1 0、 1 1 により構成される径方向の磁路を経由して磁束収集片 1 5に至るように設定され ている。 これによつて、 副鉄心 1 1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 1 1により形成さ れることになつて、 副鉄心 1 1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 8 aは、 磁束収集片 15と、 主、 副鉄心 10、 1 1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) に卷装された卷線 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) の卷線 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一シング 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 1 5は、 1ピッチ角度ごとの回転に伴い、 永久磁石 8 a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 （1 5— 1) が N極の永 久磁石 8 aに対向し、 かつ、 一、 三、 五番の各鉄心 （10— 1) 、 （1 1— 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 8 aに対向し、 かつ、 二、 四番の各鉄心 （11一 2) 、 ( 1 1-4) 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) 、 （1 1— 3) 、 (10- 5) は N極に磁化され、 二、 四番の各鉄心 （1 1— 2) 、 (1 1 -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) 、 （1 1一 3) から、 筒体 12を経由して、 二番また は四番の各鉄心 （1 1—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、 これによつて、 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 （1 5_ 1) に接続する三番または五番の各鉄心 （1 1一 3) 、 (10-5) から、 筒体 1 2を経由して、 二番または四番の各鉄心 （1 1— 2) 、 (1 1 -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 8 aに対向し、 かつ、 一、 三、 五番の各鉄心 （10— 1) 、 （1 1 _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 8 aに対向し、 かつ、 二、 四番の各鉄心 （1 1— 2) 、 (1 1-4) に接続する。 このとき、 一、 三、 五番 の各鉄心 （10— 1) 、 （1 1— 3) 、 （10— 5) は S極に磁化され、 二、 四 番の各鉄心 （11 _2) 、 (1 1 -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) 、 (1 1 -4) から、 筒体 12を経由して、 一 番または三番の各鉄心 （10— 1) 、 （1 1 _3) に至る時計回り方向の磁路が それぞれ形成され、 これによつて、 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 （11一 2) 、 (1 1 -4) から、 筒体 12を経由して、 三番または五番の各鉄心 （1 1 —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) の卷線 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) の卷線 13は、 一本の卷 線 13が順次卷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 つて、 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 るコィノレ Cは、 卷線 13を副鉄心 11により仕切られた一番〜四番の各コイル室 ( C R— 1、 2、 3、 4 ) にそれぞれ卷装されたものとなっているとともに、 磁 束収集片 1 5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 1 0、 1 1で支持する構成としたので、 各コイル室 （C R— 1、 2、 3、 4 ) に卷装される卷線 1 3で構成されるコイル Cは、 各コイル室 （C R _ 1、 2、 3、 4 ) 毎に発電されることになるうえ、 主鉄心 1 0間に配されて長尺状となってい る磁束収集片 1 5の中間部に副鉄心 1 1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 1 5はステータの全長に亘る （主鉄心 1 0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 1 5間のギ ャップをステ一夕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 1 0、 1 1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 1 5の寸法誤差、 磁束収集片 1 5の反り、 あるいは、 各鉄心 1 0、 1 1の寸法誤差等があって、 永久磁石 8 aと磁束収集片 1 5とのあいだのギャップが、 磁束収集片 1 5と各鉄心 1 0、 1 1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 1 5がステータ全長に 1る長い状態で永久磁石 8 aに対向して長手方向に磁束がパ 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 1 5が、 同極と なる各鉄心 1 0、 1 1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 （C R— 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 （C R— 1、 2、 3、 4 ) にバランスよく磁束が発生し、 も つて、 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 1 5は、 対応する主、 副の各鉄心 1 0、 1 1に連結支持される構成であり、 磁束収集片 1 5と主、 副鉄 心 1 0、 1 1との連結部として、 第一磁束収集片 1 5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) , (1 1— 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 （1 1— 2) 、 （1 1— 3) 、

(1 1—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 ることになつて、 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、 卷線 13は、 一本のものが引 出し溝 10 d、 1 1 d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の卷線 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、 1 1との接続が主、 副鉄心 10、 11に形成された突片 10 c、 11 c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、 1 1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、 1 1のそれぞれに、 突部 10 a、 1 1 aと凹部 10 b、 1 1 bとが交互に形成され、 凸部 10 a、 1 1 aにおいて磁束 収集片 15を連結し、 囬部 10 b、 1 1 bにおいて前記連結される磁束収集片 1 5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、 1 1には、 卷線 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 10 d、 1 1 dが形成されているが、 該引出し溝 10 d、 1 1 dは、 主、 副鉄心凹部 10 b、 11 b対向 #1位に形成されているた め、 磁束収集片 1 5と卷線 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、 1 1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 卷装される卷線を、 一本の卷線とし、 卷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 1 4対、 磁極片の数を 2 8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 C Rが外径側部位に変位するよう、 コイルボビン 1 6の内径部位にスぺーサ部 1 6 a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 1 7は、 ヨーク 1 8の内周面に十四対の永久磁石 1 8 aが設けられ、 主鉄心 1 9の対向間に、 二つの副鉄心 2 0が設けられて第一〜第 三のコイル室 （C R _ 1 ) 、 （C R— 2 ) 、 （C R—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 1 9、 2 0は、 それぞれ複数の板材 1 9 a、 2 0 a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 1 9、 2 0の外周に連結される二十八本の磁束収集片 2 1 は、 前記実施の形態と同様に、 隣接する鉄心 1 9、 2 0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 2 1は、 主、 副鉄心 1 9、 2 0との各連結部側の板幅が広くなるよう傾斜状部 2 1 aを備え、 各鉄心 1 9、 2 0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 2 1 bに形成され、 これによつて、 主、 副鉄心 1 9、 2 0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 2 1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 1 9、 2 0からの磁束量を無駄なく、 か つ、 効率よく磁束収集片 2 1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。 産業上の利用可能性

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

請 求 の 範 囲

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 ィ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卷装される卷線と、 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 互いに異極に磁ィヒするよう前記各鉄心に連結されているハブダイナモ。

ステータとロータとを備えた自転車用ハプダイナモであって、 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 ィ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卷装される巻線と、 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。

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。

請求項 1乃至 3の何れかにおいて、 各コイル室に卷装される卷線は、 隣接す るもの同志の卷装方向が逆方向に構成されているハブダイナモ。 請求項 1乃至 4の何れかにおいて、 各コイル室に卷装される卷線は、 軸方向 端部側のものから連続して順次卷装されているハブダイナモ。

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。

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。

請求項 7において、 各鉄心には卷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。

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。

. 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。

. 請求項 9または 1 0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。

. 請求項 1乃至 1 1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。

. 請求項 1乃至 1 2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。