JP2008141893A - 人力駆動車用発電機構のコイル組立体及び人力駆動車用発電ハブ - Google Patents

Abstract

【課題】コイル組立体の軽量化を図りつつコイル組立体を断線しにくくする。
【解決手段】発電ハブ１０の発電機構２０のコイル組立体４４は、コイル部５１と、接続部５２と、を備えている。コイル部は、湾曲部５１ａを有するアルミニウム線材製のものである。接続部は、コイル部の両端の少なくとも一方に電気的に接続されコイル部より屈曲性が高い導電金属線材製のものである。
【選択図】図６

Description

本発明は、コイル組立体、特に、自転車や三輪車の等の人力駆動車に装着可能な発電機構に用着可能な人力駆動車用発電機構のコイル組立体及び発電ハブに関する。

自転車（人力駆動車の一例）には、前照灯の電源として発電装置が設けられている。発電装置は、自転車の車輪の回転に応じて発電するものであり、車輪のリム等に接触するブロックダイナモと、車輪のハブに設けられた発電ハブとが従来知られている。いずれの発電装置とも、車輪の回転に応じて回転する磁石と、磁石の内周側に配置されたコイル組立体とを有する発電機構を有している。コイル組立体は、ボビンと、高比重の銅線をたとえばボビンに巻き付けて形成されたコイル部と、コイル部と一体形成されコイル部の両端からボビン外部に延びる接続部とを有している。コイル部の一端側の接続部は、コイル組立体でのボビンへの線材の巻付方向と接続部における線材の取り出し方向とが交差するため、ボビンからボビンの外周面に沿って屈曲している。さらに、接続部は、ハブ軸の外周面に形成された配線装着溝でさらに屈曲してハブ軸で沿うように配線装着溝に配置されている。この接続部の先端は、屈曲した後ハブ軸の軸端部に装着されたコネクタ（接続端子の一例）に接続されている。コイル部の他端側の接続部は、ハブ軸に電気的に接続され、接地されている。
特開２００１−２０２０１７号公報（図２，図３）

自転車や三輪車等の人力駆動車は、人力により駆動されるので、それに搭載される発電機構は、ライダの負担を減らすために軽量化を図ることが重要である。前記従来の構成では、コイル組立体のコイルが高比重の銅線を用いているので、コイル組立体の重量が重くなる。このため、発電装置の軽量化を図りにくい。そこで、コイルに用いる素材として軽量のアルミニウムを使用することが考えられる。しかし、アルミニウムは、銅に比べてヤング率が低いので、弾性限界内での歪み量が少ない。このため、コイル部と接続部との間及び配線装着溝への装着部分に屈曲部を設けると屈曲部で破断して断線するおそれがある。

本発明の課題は、コイル組立体の軽量化を図りつつコイル組立体を断線しにくくすることにある。

発明１に係る人力駆動車用発電機構のコイル組立体は、コイル部と、接続部と、を備えている。コイル部は、湾曲部を有するアルミニウム線材製のものである。接続部は、コイル部の両端の少なくとも一方に電気的に接続されコイル部より屈曲性が高い導電金属線材製のものである。

このコイル組立体では、湾曲部を有するアルミニウム線材製のコイル部に接続され電力を前照灯等の外部の機器に供給するために設けられ、屈曲部が設けられる接続部がコイル部より屈曲性が高い導電金属線材製であるので、接続部に、たとえば９０度程度折れ曲がる屈曲部を設けても接続部は断線しにくくなる。また、それ以外の部分を軽量なアルミニウム線材製にすることにより軽量化を図ることができる。ここでは、コイル部をアルミニウム線材製にし、コイル部より屈曲部が多い接続部をコイル部より屈曲性が高い導電金属線材製にしたので、コイル組立体の軽量化を図りつつコイル組立体が断線しにくくなる。

発明２に係る人力駆動車用発電機機構のコイル組立体は、発明１に記載の組立体において、接続部は、コイル部に接続され、途中で折れ曲がる屈曲部と、屈曲部から直線状に延びる直線部と、を有し、少なくとも屈曲部は銅線材製である。この場合には、少なくとも屈曲部を屈曲性が高い銅線材製であるので、コイル組立体が断線しにくくなるとともに、その屈曲部だけを銅線材製にすれば、コイル組立体をさらに軽量化できる。

発明３に係る人力駆動車用発電機機構のコイル組立体は、発明１又は２に記載の組立体において、コイル部が外周面に巻き付けられる筒状の胴部と、胴部の両端に配置された第１及び第２フランジと、を有するボビンをさらに備え、接続部は、第１及び第２フランジの少なくとも一方から外側に延びている。この場合には、ボビンにコイル部が巻き付けられているので、コイル部の形状が安定するとともに、第１及び第２フランジの外側の屈曲しやすい部分が接続部であるので、接続部での断線が生じにくくなる。

発明４に係る人力駆動車用発電機機構のコイル組立体は、発明１から３のいずれかに記載の組立体において、接続部は、コイル部に溶接接合されている。この場合には、ろう付けや溶接等の溶接接合により接続部とコイル部とが強固に接合される。

発明５に係る人力駆動車用発電機機構のコイル組立体は、発明１から４のいずれかに記載の組立体において、接続部は、湾曲部に接続され湾曲部と連続して湾曲する曲線部を有する。この場合には、コイル部が湾曲部だけで構成され、屈曲部は全て接続部に構成されるので、コイル部での断線が生じにくくなる。

発明６に係る人力駆動車用発電機機構のコイル組立体は、コイル部と、接続部と、屈曲部と、を備えている。接続部は、コイル部の両端の少なくとも一方に電気的に接続されたものである。屈曲部は、コイル部及び接続部に設けられたものである。コイル部では、屈曲部は銅線材製及びアルミニウム線材製のいずれかであり、屈曲部を除く部分はアルミニウム線材製である。接続部のうち少なくとも屈曲部は銅線材製である。

このコイル組立体では、コイル部は、屈曲部を除いてアルミニウム線材製であるので、コイル部の軽量化を図ることができる。また、コイル部に設けられた屈曲部は、銅線材製又はアルミニウム線材製であるが、接続部に設けられる屈曲部は、銅線材製であるので、接続部での断線を防止できる。また、コイル部に設けられた屈曲部を銅線材製とすれば、さらに断線を防止できる。また、コイル部に設けられた屈曲部をアルミニウム線材製としても、コイル部は、線材が移動しにくいので断線しにくい。ここでは、屈曲部を除くコイル部をアルミニウム線材製にするとともに、接続部のうち少なくとも屈曲部は屈曲性が高い銅線材製であるので、コイル組立体の軽量化を図りつつコイル組立体が断線しにくくなる。

発明７に係る発電ハブは、人力駆動車に装着可能なハブであって、ハブ軸と、ハブシェルと、発電機構と、を備えている。ハブ軸は、人力駆動車に装着可能な軸である。ハブシェルは、ハブ軸に相対回転自在に装着されるものである。発電機構は、ハブシェルに連結された磁石、及び磁石の内周側に配置された発明１から６のいずれかに記載のコイル組立体を含みハブ軸に装着された内側固定ユニット、を有し、ハブシェルとハブ軸との相対回転により発電する機構である。

この発電ハブでは、内側固定ユニットのコイル組立体の軽量化を図りつつコイル組立体が断線しにくくなる。

発明８に係る発電ハブは、発明７に記載のハブにおいて、発電機構は、内側固定ユニットがコイル組立体の周囲を囲みかつコイル組立体を挟んで対向して配置される複数組の第１及び第２積層ヨークを含むヨークをさらに有するクローポール型の発電機構である。この場合には、発電機構を積層クローポール構造にすることにより、渦電流の発生を抑えて出力特性を改善できる。

発明９に係る発電ハブは、発明８に記載のハブにおいて、内側固定ユニットは、両積層ヨークの外周面の少なくとも一部を覆うカバー部材をさらに有する、この場合には、渦電流の発生が少ないクローポール形のヨークの少なくとも外周面の一部をカバー部材が覆っているので、第１及び第２積層ヨークを構成する板状片がずれにくくなるとともに、不揃いになりにくくなる。このため、複数の板状片を積層させた第１及び第２積層ヨークのヨーク外周部と永久磁石の隙間を狭くしてもヨークが永久磁石に接触しにくくなる。

発明１０に係る発電ハブは、発明７から９のいずれかに記載のハブにおいて、接続部は、コイル部の両端に接続された第１及び第２接続部を有し、第１接続部は、前記ハブ軸に電気的に接続される接地端子に接続され、第２接続部は、ハブシェルの外側で前記ハブ軸に装着された外部端子に接続されている。この場合に、第１及び第２接続部をコイル部の両端に接続することによりハブ外部に電力を供給するために屈曲部を設けても断線しにくくなる。

本発明によれば、コイル部をアルミニウム線材製にし、コイル部より屈曲する部分が多い接続部をコイル部より屈曲性が高い導電金属線材製にしたので、コイル組立体の軽量化を図りつつコイル組立体が断線しにくくなる。

本発明の別の発明によれば、屈曲部を除くコイル部をアルミニウム線材製にするとともに、接続部のうち少なくとも屈曲部は屈曲性が高い銅線材製であるので、コイル組立体の軽量化を図りつつコイル組立体が断線しにくくなる。

図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車（人力駆動車の一例）１０１は、フロントフォーク１０２ａを有するフレーム１０２と、ハンドル１０４と、チェーンやペダル等から成る駆動部１０５と、スポーク９９を有する前輪（車輪）１０６と、後輪１０７とを備えている。この自転車１０１の前輪１０６に発電ハブ１０が組み込まれ、光センサ付きの前照灯１４に発電した電力が電源線１３を介して供給されている。

図２及び図３に示す発電ハブ１０は、自転車の前輪１０６とともに、フロントフォーク１０２ａの先端に装着されるものである。この発電ハブ１０は、自転車１０１のフロントフォーク１０２ａに両端部が装着可能なハブ軸１５と、ハブ軸１５の外周側に配置され１対の軸受１６，１７によってハブ軸１５に相対回転自在に装着されるハブシェル１８と、ハブ軸１５とハブシェル１８との間に配置された発電機構２０と、発電機構２０で発生した電力を外部のたとえば前照灯１４などの電気機器に供給するためのコネクタ（外部端子の一例）２２とを備えている。コネクタ２２には、電源線１３が接続されている。ハブシェル１８は、前輪１０６が２６インチの車輪の場合、時速３０ｋｍで略２４０ｒｐｍの回転数で回転する。したがって、発電ハブ１０は、自動車用の発電機等の通常の発電機よりも一桁低い回転数で回転する。

ハブ軸１５の外周面には、両端に形成された第１雄ねじ部１５ａ，１５ｂと、第１雄ねじ部１５ａ，１５ｂの間に形成され第１雄ねじ部１５ａ，１５ｂより大径の第２雄ねじ部１５ｃが形成されている。また、発電機構２０の装着部分から第１雄ねじ部１５ｂの端部にかけて、ハブ軸１５の外周面には、発電機構２０とコネクタ２２とを接続する後述する接続部５２を通すための配線挿通溝１５ｅが形成されている。ハブ軸１５は、第１雄ねじ部１５ａ，１５ｂに螺合する固定ナット２４，２５によりフロントフォーク１０２ａに回転不能に固定される。ハブ軸１５は、第１雄ねじ部１５ａ，１５ｂの間に第２雄ねじ部１５ｃ，１５ｄを有するとともに中央部に発電機構２０を装着する大径の機構装着部１５ｆを有している。

ハブシェル１８は、ケース本体３１と、ケース本体の一端（図２右端）を覆う蓋部材３２とを有している。ケース本体３１は、ハブ軸１５の軸方向に延びて形成された筒状の部材であり、軸方向の一端側（図２右側）に、蓋部材３２がねじ込み固定されている。ケース本体３１の他端側（図２左側）には、左壁部３１ａが形成され、左壁部３１ａが軸受１６を介してハブ軸１５に回転自在に装着されている。ケース本体３１の両端部外周面には、１対のハブフランジ３３ａ，３３ｂが形成されている。ハブフランジ３３ａ，３３ｂには、それぞれスポーク９９の内側端部を装着するための複数の装着孔３４ａ，３４ｂが円周方向に等間隔で位相を半分ずらして形成されている。蓋部材３２は、ケース本体３１の内周面に螺合するねじ筒部３２ａと、ハブ軸１５に軸受１７を介して回転自在に装着される円板状の右壁部３２ｂとを有している。蓋部材３２は、ねじ筒部３２ａによりケース本体３１にねじ込み固定されている。

ケース本体３１及び蓋部材３２を有するハブシェル１８は、ハブ軸１５の第１雄ねじ部１５ａ，１５ｂにそれぞれ螺合する軸受１６，１７の内輪である玉押し１６ａ，１７ａによりハブ軸１５に装着されている。これらの玉押し１６ａ，１７ａは、ロックナット３５，３６により位置決めされロックされている。右側のロックナット３６は、玉押し１７ａをロックするとともにコネクタ２２をハブ軸１５に固定している。

発電機構２０は、クローポール形の発電機構であり、ハブシェル１８のケース本体３１の内周面に固定された永久磁石４１と、永久磁石４１の内周部に対向して配置された内側固定ユニット４２とを有している。永久磁石４１は、ハブシェル１８のケース本体３１の内面に固定されており、円周方向に等間隔に分割された複数（たとえば４個）の磁石体からなる。この永久磁石４１には、等間隔で交互にＮ極とＳ極とが着磁されており、それぞれが後述するヨーク４６の外周部と対向している。

内側固定ユニット４２は、筒状のコイル組立体４４と、コイル組立体４４の周囲を囲むように設けられたヨーク４６と、ヨーク４６の少なくとも外周面の一部を覆うカバー部材４９とを有している。内側固定ユニット４２は、第２雄ねじ部１５ｃ，１５ｄにそれぞれ螺合する１対の装着ナット３８ａ，３８ｂにより挟まれるようにしてハブ軸１５に回転不能に固定されている。装着ナット３８ａと内側固定ユニット４２との間には、接地端子としての第１ワッシャ３９ａが配置され、装着ナット３８ｂとコイル組立体４４及びヨーク４６との間には、第２ワッシャ３９ｂが配置されている。第１ワッシャ３９ａには、図４に示すように、後述するコイル組立体４４の一端側をハブ軸１５に電気的に接続して接地するための接続アーム３９ｃが径方向に沿って形成されている。第２ワッシャ３９ｂには、図３に示すように、後述するコイル組立体４４の他端側を配線挿通溝１５ｅに導くためのガイド溝３９ｄが形成されている。

コイル組立体４４は、図３から図６に示すように、ボビン５０（図６）と、ボビン５０に巻回されるコイル部５１と、コイル部５１の両端に各別に接続された第１及び第２接続部５３，５４を有する接続部５２と、を有している。

ボビン５０は、図５及び図６に示すように（図５、図６ともに、ヨークは取り外して示している）、外周にコイル部５１が巻かれた筒状の胴部５０ａと、胴部５０ａの軸方向両端部に形成された第１及び第２フランジ５０ｂ，５０ｃとを有している。第１及び第２フランジ５０ｂ，５０ｃにおいて、軸方向外側の側面には、ほぼ放射状に延びる複数の溝５０ｄ，５０ｅが形成されている。これらの溝５０ｄ，５０ｅは、外周側では、軸方向視で互いにずれるように、すなわち、第１フランジ５０ｂの隣接する２つの溝５０ｄの間に第２フランジ５０ｃの溝５０ｅが位置するように、また半径方向のほぼ中間部においては両溝５０ｄ，５０ｅが軸方向視で部分的に重なるように、さらに、内周側では、両溝５０ｄ，５０ｅの軸方向視でほぼ全部が重なるように形成されている。そして、各溝５０ｄ，５０ｅの外周側一部は、切り欠かれて切欠部５０ｈ，５０ｉとなっている。また、各フランジ５０ｂ，５０ｃの外周面において、溝５０ｄ，５０ｅが形成されていない部分には、図５，図６及びその斜視部分図である図８に示すように、軸方向の内側から外側に所定長さの複数の凹部５０ｆ，５０ｇが形成されている。なお、図８では、説明の便宜のために、一部のヨークを取り外して示している。

コイル部５１は、表面がワニス等の絶縁体により被覆されたアルミニウム線材製のものであり、図６及び図７に示すように、ボビン５０の胴部５０ａにスパイラル状に巻き付けられた湾曲部５１ａを有している。湾曲部５１ａは、コイル部５１の要部を構成するものである。湾曲部５１ａのアルミニウム線材の断面は矩形又は円形であり、円形の場合、その線径は、０．６５ｍｍ程度が好ましい。コイル部５１の体積は１３０２０ｍｍ³であり、発電量がほぼ同等の従来の銅線材製のコイルの体積は１２０５０ｍｍ³であるので、体積がわずかに大きくなっている。また、重量は３５ｇであり、従来の銅線材製のものが１０４ｇであるため、重量が飛躍的に軽くなっている。

また、アルミニウムのヤング率が７０．３ＧＰ（ギガパスカル）であるのに対して銅のヤング率は、１３０ＧＰであり、銅線材の方がアルミニウム線材に比べて弾性範囲で大きく歪むため、銅線材の方がアルミニウム線材より屈曲させても破断しにくい、つまり屈曲性が高いことがわかる。また、銅の電気抵抗率が１．６８×１０^-8Ωｍであり、アルミニウムの電気抵抗率が２．６５×１０^-8Ωｍであるので、銅線材の方が電気抵抗が小さい。

接続部５２は、コイル部５１より屈曲性が高い導電金属線材製である。この実施形態では、接続部５２は表面がワニス等の絶縁体により被覆された銅線材製である。接続部５２の第１接続部５３は、接合部５５ａでコイル部５１の湾曲部５１ａに接合されている。接合方法としては、ろう付けや半田付けやスポット・プロジェクションを含む抵抗溶接等の溶接接合方法を用いることができる。また、カシメ固定等の固相接合を用いてもよい。

第１接続部５３は、図２，図３，図６及び図７に示すように、湾曲部５１ａに接合され湾曲部５１ａと連続して湾曲する曲線部５３ａと、途中で折れ曲がる、たとえば、５箇所の屈曲部５３ｂ〜５３ｆと、屈曲部５３ｄと屈曲部５３ｅとの間に配置された直線部５３ｇとを有している。第１接続部５３は、曲線部５３ａから略９０度折れ曲がって第１フランジ５０ｂを貫通し、さらに略９０度折れ曲がって第２ワッシャのガイド溝３９ｄに沿って延びている。そして、配線挿通溝１５ｅに突き当たってさらに略９０度折れ曲がり配線挿通溝１５ｅを通ってハブ軸１５の端部に延びている。延びた先端は折れ曲がってコネクタ２２に接続されている。屈曲部５３ｂは、ボビン５０の第１フランジ５０ｂを貫通するために形成され、屈曲部５３ｃは、第１フランジ５０ｂを貫通した後に第１フランジ５０ｂの外側面に沿うようにするために屈曲部５３ｄが形成されている。屈曲部５３ｄは、第２ワッシャ３９ｂのガイド溝３９ｄに沿った後にハブ軸１５の配線挿通溝１５ｅに沿わせるために形成され、直線部５３ｇは、配線挿通溝１５ｅに沿わせるために形成されている。２つの屈曲部５２ｅ，５２ｆは、コネクタ２２に接続するために形成されている。このため、第１接続部５３には高い屈曲性が要求される。そこで、屈曲性が高い銅線材を用いている。

第２接続部５４は、図４及び図６に示すように、コイル部５１の内周側に形成された湾曲部５１ａに接合部５５ｂにより接合された曲線部５４ａと、第２フランジ５０ｂを貫通するための屈曲部５４ｂとを有している。第２フランジ５０ｂを貫通した先端部分で溶接接合により第１ワッシャ３９ａに電気的に接続されており、装着ナット３８ａ等を介してハブ軸１５と電気的に接続されている。

ヨーク４６は、図２に示すように、永久磁石４１とコイル組立体４４との間に配置されたステータヨーク４７と、ステータヨーク４７と磁気的に結合され、コイル組立体４４の内周部とハブ軸１５との間に配置されるコアヨーク４８とを有している。なお、この実施形態では、ステータヨーク４７とコアヨーク４８とは一体形成されている。

図９にボビン５０に装着されたヨーク４６を示し、図１０及び図１１にヨーク４６のみを取り出して示す。このヨーク４６は、図８及び図９に示すように、ボビン５０の第２フランジ５０ｃの溝５０ｅに嵌め込むようにして装着された複数組の第１積層ヨーク６０と、同様にボビン５０の第１フランジ５０ｂの溝５０ｄに嵌め込むようにして装着された複数組の第２積層ヨーク６１とを有している。複数組の両積層ヨーク６０，６１は、コイル組立体４４を挟んで軸方向反対側に配置されている。

各積層ヨーク６０，６１は、図１０及び図１１に示すような複数の板状片６２を積層することにより構成されている。各板状片６２は、表面に酸化被膜が形成されている珪素鋼板（より詳しくは無方向性珪素鋼板）で形成されている。各板状片６２の基本的な形状は同じであり、ステータヨーク４７として機能するヨーク外周部６２ａと、コアヨーク４８として機能するヨーク内周部６２ｂと、それらを連結する連結部６２ｃとを有している。ヨーク外周部６２ａは、連結部６２ｃの一方の端部からハブ軸５の軸方向（図１０におけるＯ−Ｏ方向）に沿って延びるように設けられ、先端側にいくにしたがって細くなるような形状である。また、ヨーク内周部６２ｂは、連結部６２ｃの他方の端部から同様に軸方向に沿って延びて設けられている。そして、これらの板状片６２は、図１１に示すように、軸方向視で、ヨーク外周部６２ａとヨーク内周部６２ｂとが異なる放射線上に位置するように形成されている。

また、各板状片６２の厚みは０．２５〜１mmのものが使用され、０．５mmのものがコスト的にも性能的にも利用価値が高い。各板状片６２は長さが異なっている。すなわち、各積層ヨーク６０，６１は、８枚の板状片６２を円周方向に積層することによって構成されているが、各積層ヨーク６０，６１において、図１１に示すように、最も外側の１対の板状片６２１，６２８は内周側の長さが最も短く、その内側の１対の板状片６２２，６２７はその次に短く、さらにその内側の１対の板状片６２３，６２６はその次に短く、最も内側の１対の板状片６２４，６２５は最も長く形成されている。このような長さに設定することによって、円周方向において隣接する積層ヨークの内周部が互いに接触しないように、かつ磁路の断面積が最も広くとれるような効率の良い構成とすることができる。

さらに、図８から明らかなように、各積層ヨーク６０，６１を構成する板状片６２のうち、円周方向の両外側に位置する板状片６２１，６２８は、コア外周部６２ａの長さが他の板状片と比較してほぼ１／２程度に短く形成されている。これは、円周方向において隣接する板状片６２１，６２８同士が近接するのを防止し、両者の間で磁束が漏れるのを抑えるためである。

なお、以上のような各板状片６２は、第１積層ヨーク６０及び第２積層ヨーク６１に共通で用いることができる。

このような板状片６２は積層されて、ボビン５０の各フランジ５０ｂ，５０ｃに形成された溝５０ｄ，５０ｅに嵌め込まれている。また、各板状片６２のヨーク外周部６２ａの先端部は、ボビン５０の対向する側のフランジ５０ｂ，５０ｃに形成された凹部５０ｆ，５８ｇに嵌め込まれて保持されている。

このようなヨーク４６によって、図２に示すように、コイル組立体４４の内周側に第１及び第２積層ヨーク６０，６１のコアヨーク４８としてのヨーク内周部６２ｂが位置し、コイル組立体４４と永久磁石４１との間にステータヨーク４７としてのヨーク外周部６２ａが位置することになる。また、図９及び図２から明らかなように、第１積層ヨーク６０と第２積層ヨーク６１のヨーク内周部６２ｂは、互いに直接的に接続されることになる。したがって、第１積層ヨーク６０と第２積層ヨーク６１とを接続するための他の磁性材料からなる部材が不要となり、抵抗を非常に小さく抑えることができる。

カバー部材４９は、図３及び図４に示すように、ヨーク４６の外周面及び両側面を覆うように形成されている。カバー部材４９は、ヨークの外周面を覆う外周部４９ａと、ヨーク４６の両側面を覆う１対の側面部４９ｂとを有している。カバー部材４９は、熱収縮性を有する合成樹脂製の筒状部材を熱により収縮させて形成されている。カバー部材４９は、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂，エチレン・プロピレン樹脂，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂からなる群から選択されたひとつの熱収縮性を有する、たとえば透明な合成樹脂製である。カバー部材４９は、収縮時に板状片６２を内周側に押圧してヨーク外周面を整列しやすくする。この実施形態では、カバー部材４９は、厚みが０．０５ｍｍ程度の厚みのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製である。カバー部材４９の厚みは、０．０３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度、好ましくは、０．０４ｍｍ〜０．２ｍｍ程度がよい。カバー部材４９の厚みが０．０３ｍｍ未満であるとカバー部材４９が破れて破損しやすくなるとともに、カバー部材４９により板状片６２を収縮時に整列させにくくなる。また、厚みが０．５ｍｍを超えると、永久磁石４１との隙間を大きくあける必要が生じ発電効率が低下する。ここでは、渦電流の発生が少ないクローポール形のヨーク４６の少なくとも外周面をカバー部材４９が覆っているので、第１及び第２積層ヨーク６０，６１を構成する板状片６２がずれにくくなる。このため、複数の板状片６２を積層させた第１及び第２積層ヨーク６０，６１のヨーク外周部６２ａと永久磁石４１の隙間を狭くしてもヨーク４６が永久磁石４１に接触しにくくなる。しかも、全体を合成樹脂で固めるのではなく、少なくともヨーク４６の外周面の一部を覆うだけであるので、カバー部材４９を設けても内側固定ユニット４２の重量増は僅かであり、発電機構２０の重量増を可及的に抑えることができる。

次に、発電ハブ１０による発電について説明する。

自転車の走行にしたがって、ハブ軸１５に対して前輪すなわちハブシェル１８が回転すると、ハブ軸１５に固定されている内側固定ユニット４２に対して永久磁石４１が回転する。これにより、コイル組立体４４及びヨーク４６のヨーク外周部６２ａの外周側を永久磁石４１が回転することになる。

ここで、第１積層ヨーク６０のヨーク外周部６２ａと、第２積層ヨーク６１の外周部６２ａとは、一方が永久磁石４１からＮ極の磁束供給を受けるときには他方がＳ極の磁束供給を受け、一方が永久磁石４１からＳ極の磁束供給を受けるときには他方がＮ極の磁束供給を受ける。すなわち、第１及び第２積層ヨーク６０，６１のヨーク外周部６２ａの外周側を永久磁石４１が回転することにより、第１積層ヨーク６０がＮ極で第２積層ヨーク６１がＳ極である第１状態、及び第１積層ヨーク６０がＳ極で第２積層ヨーク６１がＮ極である第２状態が繰り返されて、両者６０，６１を磁気的に連結している両積層ヨーク６０，６１のヨーク内周部６２ｂ（コアヨーク４８）に交番磁束が発生する。このコイル組立体４４の内側に発生する交番磁束によって、コイル組立体４４に電流が発生し、発電がされる。

この実施形態による発電ハブ１０では、発電機構のコイル組立体４４に比重が銅より軽いアルミニウム線材を使用しているので、コイル組立体４４の重量が軽くなり、発電ハブ１０の軽量化を図れるようになる。また、電力を前照灯等の外部の機器に供給するために設けられた、屈曲部が生じやすい接続部５２に、アルミニウム線材より屈曲性が高く折り曲げても破断しにくい導電金属線材（たとえば銅線材）を用いたので、屈曲部を設けてもコイル組立体４４が断線しにくくなる。

特に、コイル部５１の湾曲部５１ａに連続する曲線部を接続部に設けて、全ての屈曲部を屈曲性が高い接続部５２で構成し、コイル部５１が湾曲部だけで構成されるので、コイル部５１の断線をより防止できる。

また、ヨーク４６を板状の板状片６２を積層して構成しているので、従来の板金プレス成形によって構成した場合に比較して、渦電流の発生を抑えることができる。

さらに、本実施形態のように、クローポール構造では、ヨーク４６を単純に積層構造に置き換えただけでは、対向するヨーク同士を接続するために他の磁性材料を必要とし、そのために磁気抵抗が増加して効率が低下する。しかし、本実施形態では、ヨークの形状を工夫し、対向する第１及び第２積層ヨーク６０，６１の内周側部分を互いに直接的に接続可能としたので、第１及び第２積層ヨーク６０，６１を接続するための他の部材が不要となり、しかも磁束が通過するのに必要充分な断面積を確保することができる。したがって、磁気抵抗を非常に小さくでき、効率を向上することができる。

さらにまた、カバー部材４９により少なくともヨーク外周面を覆うようにしたので、第１及び第２積層ヨーク６０，６１を構成する板状片６２がずれにくくなる。このため、複数の板状片６２を積層させた第１及び第２積層ヨーク６０，６１のヨーク外周部６２ａと永久磁石４１の隙間を狭くしてもヨーク４６が永久磁石４１に接触しにくくなる。しかも、全体を合成樹脂で固めるのではなく、少なくともヨーク４６の外周面を覆うだけであるので、カバー部材４９を設けても内側固定ユニット４２の重量増は僅かであり、発電機構２０の重量増を可及的に抑えることができる。

＜他の実施形態＞
（ａ）前記実施形態では、コイル部５１の湾曲部５１ａに連続する曲線部５３ａを第１接続部５３に設け、ボビン５０の内部に接続部５２を配置したが、接続部５２をボビン５０の外部に設けてもよい。この場合、コイル部の両端の少なくとも一方に接続部を接続すればよい。たとえば、図１２に示すように、コイル組立体１４４のコイル部１５１は、アルミニウム線材により一体形成されている。コイル部１５１には、前記実施形態の屈曲部５３ｂと同様な形状の屈曲部（図示せず）が両端の２箇所に形成されている。この屈曲部はアルミニウム線材製であるが、この両端部分だけ銅線材製にしてもよい。コイル部１５１は、ボビン５０に巻き付けられているので移動しにくく、屈曲部を形成しても接続部に比べて断線しにくい。コイル部１５１の両端１５１ｂには、接続部１５２の第１接続部１５３と第２接続部１５４とが接合されている。接合方法としては、前記実施形態と同様な接合方法を採用できる。接続部１５２は、アルミニウム線材より屈曲性が高く屈曲部１５３ｄ，１５３ｅ等を形成しても破断しにくい導電金属線材製（たとえば、銅線材製）のものである。なお、図１２に示す実施形態では、第１接続部１５３は、屈曲部１５３ｄ，１５３ｅが各別に形成された、図１２に右下がりのハッチングで示す第１及び第２部分１５３ａ，１５３ｂと、その間の右上がりのハッチングで示す直線部分で構成される第３部分１５３ｃとで構成されている。この第１及び第２部分１５３ａ，１５３ｂは、屈曲性が高い導電金属線材製（たとえば銅線材製）であり、第３部分１５３ｃは軽量なアルミニウム線材製である。もちろん、第２接続部１５３全体を屈曲性が高い導電金属線材製にしてもよい。

（ｂ）前記実施形態では、屈曲性が高い導電金属線材として銅線材を例示したが、屈曲性が高い導電金属製線材としては、アルミニウムよりヤング率が大きい導電金属線材であればどのような線材でもよい。たとえば、鉄や銀や亜鉛等を用いた線材であってもよい。また、ヤング率が高いアルミニウム合金でもよい。なお、アルミニウムや銅を含めてこの明細書で言う金属とは金属に加えてその合金も含んでいる。

（ｃ）前記実施形態では、クローポール構造の発電ハブに用いるコイル組立体を例示したが、本発明に係るコイル組立体はクローポール構造ではない発電ハブやブロックダイナモにも適用できる。

（ｄ）前記実施形態では、人力駆動車として自転車を例示したが、本発明は三輪車や四輪車や車いすなどの全ての人力駆動車に用いられるコイル組立体に適用できる。

（ｅ）前記実施形態では、接続部をコイル部の両端に接続したが、接続部はコイル部の両端の少なくとも一方（特に外部に電力を供給する側）に接続されていればよい。

（ｆ）前記実施形態では、コイル部と接続部との接合方法として、ろう付けや半田付けや抵抗溶接等の溶接接合方法やカシメ固定等の固相接合方法を開示したが、本発明の接合方法はこれに限定されず、コイル部と接続部とを電気的に接続できる接合方法であればどのような接合方法でもよい。

たとえば、フラッシュパッドによる溶融接合や、ＴＩＧ，ＭＩＧ，レーザ等による溶融接合や、電子ビーム，レーザ，プラズマによる溶融接合や、摩擦溶接や、ヒュージング（熱カシメ），メカニカルクリンチによる固相接合や、超音波接合や、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）や、たとえばＭＩＧ＋レーザのハイブリッド接合や、クラッドインサートや、突き合わせ（冷間圧接）や拡散結合等の各種接合方法を用いることができる。

本発明の一実施形態を採用した自転車の側面図。 本発明の一実施形態である発電ハブの半截断面図。 前記発電ハブの側面図。 内側固定ユニットの斜視図。 コイル組立体の側面図。 コイル組立体の半截断面図。 コイル部の拡大側面図。 ボビン及びヨークの斜視部分図。 ボビン及びヨークの正面図。 板状片の側面図。 板状片の正面図。 他の実施形態の図６に相当する拡大図。

符号の説明

１０ 発電ハブ
１５ ハブ軸
１８ ハブシェル
２０ 発電機構
２２ コネクタ（外部端子の一例）
３９ａ 第１ワッシャ（接地端子の一例）
４１ 永久磁石
４２ 内側固定ユニット
４４，１４４ コイル組立体
４６ ヨーク
４９ カバー部材
５０ ボビン
５０ａ 胴部
５０ｂ，５０ｃ 第１及び第２フランジ
５１，１５１ コイル部
５１ａ，１５１ａ 湾曲部
５２，１５２ 接続部
５３，１５３、５４，１５４ 第１及び第２接続部
５３ａ，５４ａ 曲線部
５３ｂ〜５３ｆ、１５３ｄ，１５３ｅ、５４ｂ 屈曲部
６０，６１ 第１及び第２積層ヨーク
６２ 板状片

Claims (10)

1. 湾曲部を有するアルミニウム線材製のコイル部と、
   前記コイル部の両端の少なくとも一方に電気的に接続され前記コイル部より屈曲性が高い導電金属線材製の接続部と、
   を備えた人力駆動車用発電機構のコイル組立体。
2. 前記接続部は、
   前記コイル部に接続され、途中で折れ曲がる屈曲部と、
   前記屈曲部から直線状に延びる直線部と、を有し、少なくとも前記屈曲部は銅線材製である、請求項１に記載の人力駆動車用発電機構のコイル組立体。
3. 前記コイル部が外周面に巻き付けられる筒状の胴部と、前記胴部の両端に配置された第１及び第２フランジ部と、を有するボビンをさらに備え、
   前記接続部は、前記第１及び第２フランジ部の少なくとも一方から外側に延びている、請求項１又は２に記載の人力駆動車用発電機構のコイル組立体。
4. 前記接続部は、前記コイル部に溶接接合されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の人力駆動車用発電機構のコイル組立体。
5. 前記接続部は、前記湾曲部に接続され前記湾曲部と連続して湾曲する曲線部をさらに有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の人力駆動車用発電機構のコイル組立体。
6. コイル部と、
   前記コイル部の両端の少なくとも一方に電気的に接続された接続部と、
   前記コイル部及び前記接続部に設けられた屈曲部と、を備え、
   前記コイル部では、屈曲部は銅線材製及びアルミニウム線材製のいずれかであり、前記屈曲部を除く部分はアルミニウム線材製であり、
   前記接続部のうち少なくとも屈曲部は銅線材製である、人力駆動車用発電機構のコイル組立体。
7. 人力駆動車に装着可能な発電ハブであって、
   前記人力駆動車に装着可能なハブ軸と、
   前記ハブ軸に相対回転自在に装着されるハブシェルと、
   前記ハブシェルに連結された磁石、及び前記磁石の内周側に配置された請求項１から６のいずれか１項に記載のコイル組立体を含み前記ハブ軸に装着された内側固定ユニットを有し、前記ハブシェルと前記ハブ軸との相対回転により発電する発電機構と、
   を備えた人力駆動車用発電ハブ。
8. 前記発電機構は、前記内側固定ユニットが前記コイル組立体の周囲を囲みかつ前記コイル組立体を挟んで対向して配置される複数組の第１及び第２積層ヨークを含むヨークをさらに有するクローポール型の発電機構である、請求項７に記載の人力駆動車用発電ハブ。
9. 前記内側固定ユニットは、前記両積層ヨークの外周面の少なくとも一部を覆うカバー部材をさらに有する、請求項８に記載の人力駆動車用発電ハブ。
10. 前記接続部は、前記コイル部の両端に接続された第１及び第２接続部を有し、
    前記第１接続部は、前記ハブ軸に電気的に接続される接地端子に接続され、
    前記第２接続部は、前記ハブシェルの外側で前記ハブ軸に装着された外部端子に接続されている、請求項７から９のいずれか１項に記載の人力駆動車用発電ハブ。

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