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JP2006014538A - ハブダイナモ及び自転車 - Google Patents

ハブダイナモ及び自転車 Download PDF

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JP2006014538A JP2004190663A JP2004190663A JP2006014538A JP 2006014538 A JP2006014538 A JP 2006014538A JP 2004190663 A JP2004190663 A JP 2004190663A JP 2004190663 A JP2004190663 A JP 2004190663A JP 2006014538 A JP2006014538 A JP 2006014538A
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Hitoshi Fukuda
斉 福田
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Abstract

【課題】 ステータコアの渦電流の発生を抑えて、発電効率の向上を図ることのできるハブダイナモ及びこれを搭載した自転車を提供する。
【解決手段】 自転車用ハブダイナモにおいて、ハブ軸11上のステータコア16,17の外周面には、中心の軸孔13から外周縁に抜ける溝孔15を開設し、ステータコア16、17を固定するためのハブ軸11上の位置決め部材30、31との間には絶縁シート82が介在している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ハブダイナモと該ハブダイナモを具えた自転車に関するものである。
自転車の発電用ハブダイナモとして、図２に示す如く、自転車の前輪又は後輪のハブ軸(11)に一対のステータコア(16)(17)を配備し、該ステータコア(16)(17)の内部に巻回コイル(22)を巻回したコイルボビン(20)を収容してステータを構成し、ハブ軸(11)に対して回転自由に支持されたハブ体(12)に、前記ステータに対向して永久磁石(14)を配してロータを構成したハブダイナモ(10)が実施されている(特許文献１)。
永久磁石(14)は、周方向にＮ極とＳ極とを交互に並べて構成され(図３参照)、ステータコア(16)(17)は、夫々の外周にＮ極又はＳ極の一方と対向する磁極片を、永久磁石(14)の極のピッチで突設している。従って、一方のステータコア(16)が永久磁石(14)のＮ極に対向しているとき、他方のステータコア(17)はＳ極に対向し、Ｎ極→ステータコア(16)→ハブ軸(11)との連結部→ステータコア(17)→Ｓ極の磁路を形成する。
巻回コイル(22)の電気的端部は、リード線(22b)等を介して、自転車のランプ(図示せず)に接続されている。
ハブダイナモ(10)の発電は、以下の要領で行なわれる。
車輪を回転させると、車輪と一体回転するハブ体(12)に取り付けられた永久磁石(14)が回転する。永久磁石(14)から出た磁束は、対向するステータコア(16)(17)の一方がＮ極、他方がＳ極となる状態と、一方がＳ極、他方がＮ極となる状態を交互に繰り返して磁路中に交番磁束を発生させる。この交番磁束により、巻回コイル(22)に電流が流れて発電が行なわれる。
ステータコア(16)(17)に生ずる交番磁束は、図２中、太矢印で示す様に、ステータコア(16)(17)を一周する。
ステータコア(16)(17)には、交番磁束の通過に伴って渦電流が発生する。この渦電流は発電効率を低下させるため、できるだけ渦電流の発生を抑える必要がある。
そこで、図１０乃至図１２に示す如く、ステータコア(16)(17)の側面円盤体(78)に、ハブ軸(11)が貫通する中心孔(13)から外周縁に抜ける溝孔(15)を開設して、円盤体(78)を１箇所で分断することにより渦電流の発生を抑制している。
特開２００１−３２７１３９号公報
しかし、図１３乃至図１５に示す如く、ステータコア(16)(17)は、ステータコア(16)(17)を挟んでハブ軸(11)上に配備したスリーブ(32)とナット(35)によって位置決め固定されており、導電体であるスリーブ(32)の六角頭部(33)の座面とナット(35)側のワッシャ(36)が、ステータコア(16)(17)の円盤体(78)に直接に接して溝孔(15)を跨ぐ。
このため、ステータコア(16)(17)の溝孔(15)は、スリーブ(32)やワッシャ(36)によって部分的に繋がった状態となり、渦電流の発生を押さえる効果が十分に発揮されていないことに出願人は気づいた。
本発明の目的は、ステータコアでの渦電流の発生を効果的に抑制して、発電効率の向上を図ることのできるハブダイナモ及びこれを搭載した自転車を提供することである。
本発明のハブダイナモ(10)は、ハブ体(12)の内側に永久磁石(14)が配置され、ハブ軸(11)には、永久磁石(14)の磁極と対向する複数の極片(74)(75)を周上に設けた２つのステータコア(16)(17)と、該ステータコア(16)(17)間に配された巻回コイル(22)とを具え、ステータコア(16)(17)を挟んでハブ軸(11)上に設けた位置決め部材(30)(31)によって２つのステータコア(16)をハブ軸(11)上に位置決め固定しているハブダイナモにおいて、
ステータコア(16)(17)にはハブ軸(11)が貫通する孔(13)から外周縁に向かう溝孔(15)が開設され、両ステータコア(16)(17)の外側面と対向する位置決め部材(30)(31)との間に絶縁物(80)が介在して前記ステータコア(16)(17)の溝孔(15)を位置決め固定部材側の導電体がステータコア(16)(17)に接して跨ぐことを防止している。
本発明の自転車は、上記ハブダイナモ(10)を前輪又は後輪に搭載し、該ハブダイナモ(10)を前照灯(46)及び／又は尾灯と電気的に接続している。
ステータコア(16)(17)は、溝孔(15)によって夫々周方向に電気的に遮断される。しかも、ステータコア(16)(17)をハブ軸(11)上に固定するための位置決め部材(30)(31)側の導電体は、直接にステータコア(16)(17)に接して溝孔(15)を跨いでいないため、溝孔(15)によるステータコア(16)(17)の電気遮断の効果は損なわれない。このため、ハブダイナモ(10)の発電効率の向上を達成できる。従って、ハブダイナモ(10)の小型化及び軽量化を達成でき、さらに、発電に要するトルクを小さくすることができる。
本発明の自転車は、上記発電効率にすぐれるハブダイナモ(10)を発電機として搭載しており、発電に必要なトルクが小さく、又、ハブダイナモ(10)の小型化が可能であることから、自転車の軽量化と発電に必要な自転車の踏み込み力を小さくできる。
図１は、本発明のハブダイナモ(10)を、自転車(40)の前輪部分に搭載した状態を示している。
自転車(40)は、前輪(42)を回転自在に支持するハブ軸(11)が、フロントフォーク(44)に取り付けられており、ハブダイナモ(10)は、前輪(42)の横側に配備された前照灯(46)や後輪側に配備された尾灯(図示せず)などに電力を供給する。フロントフォーク(44)は、本体フレーム(48)に支持されており、フロントフォーク(44)の上端には、ハンドル(50)や前かご(52)が取り付けられている。
図２に示す様に、ハブ軸(11)は、両側がフロントフォーク(44)(44)にナット締め固定されており、ハブ軸(11)には、ベアリング(54)(54)を介して筒状のハブ体(12)が回転自在に配備されている。ハブ体(12)には、スポーク(56)が複数取り付けられており、該スポーク(56)の外周には、図１に示す様に、リム(58)を介してタイヤ(60)が取り付けられている。
ハブ軸(11)にはステータが配備される。ステータは、図２に示す様に、厚肉筒状のコア(18)と、巻回コイル(22)及び一対のステータコア(16)(17)から構成される。
コア(18)は、図３に示す様に、軸方向の全長に亘って外周面から内向きにスリット(24)(26)を複数開設して構成される。コア(18)の磁気抵抗を小さくするために、コア(18)の径方向の厚さは、７〜９mmとすることが望ましく、又、フェライト等の粉末焼結材や、純鉄系電磁軟鉄材から形成することが望ましい。コア(18)を厚く形成することによって、コア(18)の断面積を大きくでき、磁気抵抗の低減を達成できる。
コア(18)に開設されるスリット(24)は、深さが６〜７mmが望ましく、１つのスリット(26)は、筒内面まで到達するよう開設して、周方向に電気的に絶縁することが望ましい。これはコア(18)を通る交番磁束によって、コア(18)に渦電流が発生しようとするのを、上記スリット(24)(26)によって、コア(18)の周方向への電流の流れを遮断して、コア(18)の周方向に渦電流が生じることを抑制でき、渦電流による発電効率の低下を防止する効果があるためである。
コア(18)の外周には、コイル(22)を巻回したコイルボビン(20)が嵌められている。巻回コイル(22)の一端はリード線(22b)を介して前照灯(46)に接続され、該コイル(22)の他端(22a)は、後記の如く、アースリード板(38)を介してハブ軸(11)に接続され、フロントフォーク(44)を介して前照灯(46)に電気的に接続されている。
コイルボビン(20)は合成樹脂にて形成され、図２に示す様に、外周に向かって開口した断面がコ字状の環状体を呈している。コイルボビン(20)の内周面には、図３に示す様に、リブ(28)が１又は複数突設されており、各リブ(28)は、コア(18)のスリット(24)及び／又はスリット(26)と嵌合し、コア(18)が回り止め及び位置決めされている。
コア(18)の左右両側には、ステータコア(16)(17)が配備されている。ステータコア(16)(17)は、図３、図４、図５に示す様に、円盤体(78)の外周に、内向きに屈曲した磁極片(74)(75)を周方向に等間隔に突設したものである。一方のステータコア(16)の極片(74)は、対向する相手ステータコア(17)の極片(75)(75)間に嵌まり込む様に形成されている。ステータコア(16)(17)は、一般構造用圧延鋼材から構成することができる。
図４乃至図６に示す如く、ステータコア(16)(17)の円盤体(78)には、ハブ軸(11)が貫通する中心孔(13)から外周縁に抜ける溝孔(15)が開設されている。
巻回コイル(22)から伸びるリード線(22b)が一方のステータコア(16)の溝孔(15)を通って外側に引き出されている。
上記ステータは、ステータコア(16)(17)間にコア(18)及び巻回コイル(22)を収容したコイルボビン(20)を挟み、ハブ軸(11)上の位置決め部材(30)(31)によってハブ軸(11)上に位置決め固定されている。
実施例では一方の位置決め部材(30)は、ハブ軸(11)に設けた当り部材(32a)であり、他方の位置決め部材(31)はナット(35)、詳しくはナット(35)、ワッシャ(36)及びスプリングワッシャ(37)のセットである。
当り部材(32a)は、ステータのハブ軸(11)上の端部の位置を決めるストッパとなるもので、実施例では、ハブ軸(11)にスリーブ(32)を螺合してを当り部材(32a)となしている。スリーブ(32)のステータ側は六角頭部(33)が形成されている。
スリーブ(32)には前記巻回コイル(22)のリード線(22b)を嵌めてハブダイナモ(10)の外側に引き出すための溝部(34)が開設されている。
図７、図９に示す如く、スリーブ(32)と該スリーブに対向するステータコア(16)との間にアースリード板(38)が介装され、該アースリード板(38)に前記コイル(22)の一端(22a)が接続される。
図６、図９に示す如く、上記スリーブ(32)側のステータコア(16)の円盤体(78)には、スリーブ(32)の六角頭部(33)の対辺の間隔を存して回り止め突起(79)が突設されている。
本発明の特徴は、ステータコア(16)(17)の外側面と対向する位置決め部材(30)(31)との間に絶縁物(80)を介在させて、前記ステータコア(16)(17)の溝孔(15)を位置決め固定部材側(30)(31)側の導電体がステータコア(16)(17)に接して跨ぐことを防していることである。
実施例の絶縁物(80)は絶縁シート(82)である。
図６、図９に示すスリーブ(32)側の絶縁シート(82)は、該スリーブ(32)の六角頭部(33)の対辺長さを幅長さとする略長方形を呈し、中央にハブ軸(11)が貫通する孔(83)を開設している。
図４に示すナット(35)側の絶縁シート(82)は、ワッシャ(36)の直径より大径の円形を呈し、中央にハブ軸(11)が貫通する孔(83)が開設されている。
アースリード板(38)(導電体)とステータコア(16)との間に、ハブ軸(11)に嵌めた絶縁シート(82)を介在させる。
他方のステータコア(17)とワッシャ(36)(導電体)との間に、ハブ軸(11)に嵌めた絶縁シート(82)を介在させ、ナット(35)を締め付けてスプリングワッシャ(37)及びワッシャ(36)を介してステータコア(17)をスリーブ(32)側に押圧し、コア(18)とコイルボビン(20)を挟んだ状態のステータコア(16)(17)を、スリーブ(32)とナット(35)によってハブ軸(11)上に位置決め固定する。
然して、自転車(40)を走行させて、車輪(前輪(42))を回転させると、ハブダイナモ(10)のステータに対して、ロータが回転する。その結果、ステータコア(16)(17)の極片(74)(75)の外側を永久磁石(14)が回転移動する。
一方のステータコア(16)の極片(74)が 、永久磁石(14)のＮ極と対向したときには、他方のステータコア(17)の極片(75)は、永久磁石(14)のＳ極と対向し、図２中、太矢印で示す様に、一方のステータコア(16)の極片(74)→円盤体(78)→コア(18)→対向する他方のステータコア(17)の円盤体(78)→極片(75)を通る磁束が発生する。
さらに前輪(42)が回転して、一方のステータコア(16)の極片(74)がＳ極と対向し、他方のステータコア(17)の極片(75)がＮ極と対向すると、上記とは逆に、ステータコア(17)の極片(75)→円盤体(78)→コア(18)→対向するステータコア(16)の円盤体(78)→極片(74)を通る磁束が発生する。
前輪(42)の回転に伴って、ステータコア(16)(17)の極片(74)(75)と対向する永久磁石(14)の極が変化することにより、上記磁束が交互に発生し、交番磁束となる。
ステータコア(16)(17)とコア(18)を通る交番磁束によって、巻回コイル(22)に電流が発生し、発電が行なわれる。
このとき、ステータコア(16)(17)には、上記交番磁束の通過に伴って渦電流が発生しようとする。しかし、ステータコア(16)(17)には、中心の孔(13)から外周に抜ける溝孔(15)が開設されて、ステータコア(16)(17)は１箇所で周方向に分断されており、然も、ステータをその両側から締め付けてハブ軸(11)上に固定するための位置決め部材(30)(31)側のアースリード板(38)及びワッシャ(36)は、絶縁シート(82)に阻まれてステータコア(16)(17)に接して前記溝孔(15)を跨ぐことは阻止されているため、ステータコア(16)(17)の円盤体(78)(78)の周方向に渦電流が発生することを効果的に抑制でき、発電効率を向上させることができる。
実施例の場合、絶縁シート(82)の存在しないものに比べて、電圧が５.７Ｖが５.８５Ｖと２.６％程度も発電効率を上げることができた。
従って、ハブダイナモ(10)の小型化及び軽量化を達成でき、更に、発電に要するトルクを小さくすることができる。
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、アースリード板(38)をナット(35)側に設けることができる。
又、アースリード板(38)を省略して、巻回コイルの一端(22a)を、スリーブ(32)又はナット(35)に直接に半田付け等で繋ぐことができ、或いは巻回コイルの一端(22a)をスリーブ(32)側又はナット(35)側に配備されてハブ軸(11)に接触している導電体に繋ぐこともできる。
又、ステータコア(16)(17)と位置決め部材(30)(31)との間に介在させる絶縁物(80)は絶縁シート(82)に限ることはない。例えば、スリーブ(32)の六角頭部(33)の座面、ワッシャ(36)のステータコア(17)側の座面に夫々樹脂コーティング等による絶縁層を形成することもできる。
又、ステータコア(16)(17)の円盤体(78)の溝孔(15)は、中央の孔(13)から外周縁に抜けて設けられているが、このように貫通する必要はなく、孔(13)から外側へ向かって延びておれば渦電流の発生を抑制する効果がある。
ハブダイナモを搭載した自転車の前輪部分の拡大図である。 ハブダイナモをハブ軸の軸芯から半分を断面で表わした図である。 ハブダイナモの軸芯と直交する断面図である。 ステータの左側面図である。 ステータの右面図である。 ステータの右側面図である。 ハブ軸にステータを取り付けた状態の正面図である。 同上の左側面図である。 同上の右側面図である。 従来のステータの正面図である。 同上の右側面図である。 同上の左側面図である。 従来例のハブ軸にステータを取り付けた状態の正面図である。 同上の右側面図である。 同上の左側面図である。
符号の説明
10 ハブダイナモ
11 ハブ軸
12 ハブ体
16 ステータコア
17 ステータコア
22 コイル
30 位置決め部材
31 位置決め部材
32 スリーブ
36 ナット
80 絶縁物

Claims (7)

  1. ハブ体(12)の内側に永久磁石(14)が配置され、ハブ軸(11)には、永久磁石(14)の磁極と対向する複数の極片(74)(75)を周上に設けた２つのステータコア(16)(17)と、該ステータコア(16)(17)間に配備された巻回コイル(22)とを具え、ステータコア(16)(17)を挟んでハブ軸(11)上に設けた位置決め部材(30)(31)によって２つのステータコア(16)(17)をハブ軸(11)上に位置決め固定しているハブダイナモにおいて、
    ステータコア(16)(17)にはハブ軸(11)が貫通する孔(13)から外周縁に向かう溝孔(15)が開設され、両ステータコア(16)(17)と位置決め部材(30)(31)との間に絶縁物(80)が介在して前記ステータコア(16)(17)の溝孔(15)を位置決め固定部材側の導電体がステータコア(16)(17)に接して跨ぐことを防止しているハブダイナモ。
  2. 一方の位置決め部材(30)はハブ軸(11)に設けられた当り部材(32a)であり、他方の位置決め部材(31)はハブ軸(11)に螺合されたナット(35)である請求項１に記載のハブダイナモ。
  3. 当り部材(32a)はハブ軸(11)に螺合されたスリーブ(32)である請求項１又は２に記載のハブダイナモ。
  4. 何れか一方の位置決め部材側にアースリード板(38)が配備され、巻回コイル(22)の一端(22a)が該アースリード板(38)に電気的に繋がれ、巻回コイル(22)の他端はリード線(22b)によってハブ体(12)から外側に引き出されている請求項１乃至３の何れかに記載のハブダイナモ。
  5. 絶縁物(80)は、ハブ軸(11)に嵌まり位置決め部材(30)(31)に接して配備された絶縁シート(82)(82)である請求項１乃至４の何れかに記載のハブダイナモ。
  6. 絶縁物(80)は、ステータコア(16)(17)に接する部材にコーティング等によって施された絶縁層である請求項１乃至４の何れかに記載のハブダイナモ。
  7. 前輪又は後輪に上記請求項１乃至請求項６の何れかに記載のハブダイナモ(10)を搭載し、該ハブダイナモ(10)を前照灯(46)及び／又は尾灯と電気的に接続した自転車。
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