(57)【要約】【課題】  コイルの巻き作業を迅速に行うことができ且つ電線を節約することができるため、製造コストを減少でき、又発電量が従来の発電機よりも高い集片式多極小型発電機を提供する。【解決手段】  磁石１４と、環状に配置され、前記磁石１４と所定の間隔をへだてて設置される複数の磁極片２０と、環状であって、外周面に前記磁極片２０が等間隔に差し込まれて設置され、前記磁極片２０に発生する磁力線が通過可能な鉄心３０と、各磁極片２０に差し込まれて設置される複数の片状コイル４０と、を備えることを特徴とする集片式多極小型発電機。【選択図】  図１
2006353008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石と、
環状に配置され、前記磁石と所定の間隔をへだてて設置される複数の磁極片と、
環状であって、外周面に前記磁極片が等間隔に差し込まれて設置され、前記磁極片に発生する磁力線が通過可能な鉄心と、
各磁極片に差し込まれて設置される複数の片状コイルと、
を備えることを特徴とする集片式多極小型発電機。
【請求項２】
筒形体を更に備え、前記磁石は前記筒形体の内側に設置され、前記磁極片は前記鉄心の外周面に差し込まれて設置され、外側周囲の前記磁石と相対することを特徴とする請求項１記載の集片式多極小型発電機。
【請求項３】
筒形体を更に備え、前記鉄心は前記筒形体の内側に設置され、前記磁極片は前記鉄心の内周面に差し込まれて設置され、内側周辺の前記磁石と相対することを特徴とする請求項１記載の集片式多極小型発電機。
【請求項４】
前記筒形体は内側に前記磁石を有する外側の回転子であり、前記磁極片、前記鉄心及び前記片状コイルは内側の固定子を形成し、前記固定子は前記筒形体とシャフトを共有し、前記筒形体の内部に設置されていることを特徴とする請求項２記載の集片式多極小型発電機。
【請求項５】
前記内側の固定子は車輪のハブ軸の上に固定され、前記外側の回転子は前記車輪の回転部分と連結されていることを特徴とする請求項４記載の集片式多極小型発電機。
【請求項６】
前記鉄心と前記磁極片と前記片状コイルとで構成される回転子が前記筒形体の内側に設置され、前記磁石は内側の固定子を形成して前記筒形体と同一軸で前記各磁極片の囲む空間の中に設置されていることを特徴とする請求項３記載の集片式多極小型発電機。
【請求項７】
前記鉄心は複数の環状鉄心片を密接に重ね合わせることにより構成されることを特徴とする請求項１記載の集片式多極小型発電機。
【請求項８】
前記磁極片は断面がＩ字型であることを特徴とする請求項１記載の集片式多極小型発電機。
【請求項９】
前記磁極片は断面がＴ字型であることを特徴とする請求項１記載の集片式多極小型発電機。
【請求項１０】
前記磁極片は前記鉄心に近い二つの側面に各々欠け口を有し、相対する固定リングがかかり合って所定の位置に定位されていることを特徴とする請求項１記載の集片式多極小型発電機。
【請求項１１】
前記片状コイルは両末端が結線ＰＣ板に連結され、前記結線ＰＣ板は前記各磁極片の一側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の集片式多極小型発電機。
【請求項１２】
前記片状コイルはフィルム回路板の上に設置されている導線に相等する印刷回路で形成されていることを特徴とする請求項１記載の集片式多極小型発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自転車のハブに取り付けられる集片式多極小型発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自転車のハブに取り付けられる小型発電機は大多数が瓜型磁鉄発電機であって、大体その内側に永久磁石の筒形体を持ち、その筒形体は自転車のハブを利用して、更に二個の固定子本体を設けて筒体と相対させ、固定子本体は円盤部とこの円盤部から軸方向に伸び出て永久磁石と相対する複数の瓜型磁鉄片とで構成されている。これらの磁鉄片は相互に隣接して設置される。筒形体の内部にハブ軸に固定された鉄心を持ち、二個の固定子枠の磁場と連通し、磁力線が通過できる。更に鉄心の周囲にはコイル枠に電線を巻き付けた片状コイルが定位されて、ハブの外殻と内部の永久磁石の間に外側の回転子を構成し、二個の固定子本体と鉄心とコイル枠と、コイルとハブ軸は内側の固定子を構成している。外側の回転子のハブ外殻が自転車の前車輪或いは後車輪のスポークによって回転された時は、永久磁石の磁力線が内側の固定子本体の各瓜型磁極片から鉄心を越えて、別の固定子の磁極片の上に到達し、鉄心に方向が異なる磁力線が交差する。それで片状コイルに電流が発生するので、この電力を自転車の電子装置に供給する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、この従来の瓜型磁極発電機の片状コイルは機械設備で自動的に巻き付けられず、人工でコイル枠に巻き付けなければならないので、作業速度がおそくなる。従ってコストが高くつく。同時に片状コイルはその巻き数が多く、材料費が高くなる。その外自転車に設置される電子装置に必要な電力を充分に供給するためには、従来の発電機が発生する電力では不充分である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の集片式多極小型発電機は上記の従来の発電機の欠点を改善する手段として、磁石を設置し、又この磁石と相対し環状に配置された複数の磁極片を鉄心の外周面に等間隔に差し込んで設置する。それにより鉄心は各磁極片の磁場と連通し磁力線を通過させることができる。更に各磁極片の上に片状コイルを組み付け、磁石が鉄心と磁極片と相対して回転すれば、コイルに電流が発生して発電する。コイルは機械で製作してから磁極片に組み付けられるので人工で巻く必要がなく、作業が迅速にできる。又片状コイルを磁極片に組み付けるので所要の電線量を相当に節約でき、そのコストを減少できる。又その発電量も従来の発電機よりも高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の第一実施例による自転車の前車輪或いは後車輪のハブに取り付けられる集片式多極小型発電機には、図１に示す様に、ハブ外殻１０と、このハブ外殻１０を貫通するハブ軸７０と、ハブ外殻の両端とハブ軸７０の間に設置される二個のベアリング１３とが設置され、自転車の前車輪フォーク或いは後車輪フォーク２はハブ軸７０の二端に固定される。この発電機はハブ外殻がスポーク１によって回転される時、電気を発生し、自転車の前灯と尾灯等の電子装置が必要とする電力を供給する。
【０００６】
次に図２から図４に示す様に、本発明の第一実施例によるハブ式発電機は外側の回転子と内側の固定子を持つ。回転子は自転車のハブ外殻１０に相当する。固定子は複数の磁鉄片２０と鉄心３０と、複数の片状コイル４０と、固定リング５０と、結線ＰＣ板６０とハブ軸７０とで構成される。
ハブ外殻１０は第一本体１１と第二本体１２を持ち、第一本体１１は内部空間１１１を持ち、第二本体１２は第一本体の内部空間１１１の開き口にねじ付けることで組み付けられ、且つ第一本体と第二本体１２には各々ベアリング１３が設置されその中心孔がハブ軸７０によって貫通されるように設置されている。これによりハブ外殻１０はハブ軸７０を中心にして自由に回転できる。更に第一本体１１の左右両側の外周囲に凸出縁１１２を持ち、前車輪或いは後車輪のスポーク１と相互に連結することで、ハブ外殻１０がスポーク１と一緒に回転する。なお第一本体１１の内部空間１１１には軸線方向にある間隔を置いて筒形磁石１４が設置され、この磁石１４は四個の磁鉄から形成される永久磁石であって、Ｎ極とＳ極が交互に配置されて磁場を形成し、皆で２８個の磁極を持つ。
【０００７】
磁極片２０はハブ外殻１０の軸心線を中心に鉄心３０の外周面に上に向かって等間隔に設置され、各磁極片２０は丁度ハブ外殻１０の内部に設置される磁石１４の各磁極と相対する。本実施例の磁極片２０の断面はＴ字型であって、且つ断面がＬ字型の二つの片体２１を相互に重ね合わせることにより形成されている。更に各磁極片２０は左右両側に各々欠け口２２を持っている。
【０００８】
鉄心３０は中心孔３１１を持つ複数の鉄板片３１を緊密に重ね合わせることにより形成され、その外周囲に複数の切り溝３１２が等間隔で設けてあり、各磁極片２０がこの中にはめ付けられて安定する。これにより各磁極片２０は鉄心３０を経由して磁力線を通過させる。
次に片状コイル４０は図６に示す様に、本実施例では機械によりフィルム回路板４１の上にコイル電線の役割をする印刷回路４２を直接形成することで製作され、各磁極片２０の上にはめ付けられる。当然、片状コイル４０は予め機械を利用してまき付けることにより製作できる。
【０００９】
固定リング５０は中心孔５１と、その外周部から内側に向けて伸びる環状凸縁５２とを持ち、この環状凸縁５２は各磁鉄片２０の欠け口２２にはまって、各磁鉄片２０を同時に定位させるものである。
結線ＰＣ板６０は円板状であって、磁鉄片２０の一側に配置され、中央に孔６１を持ち、その円周部は各コイル４０の二線末端が連結されて固定され、発生する電力を送出する。
【００１０】
次にハブ軸７０はハブ外殻１０の第一本体１１と第二本体１２の中心部を通過し、更に鉄心３０の中心孔３１１と、固定リング５０の中心孔５１と、結線ＰＣ板６０の中央孔６１とを貫通する。ハブ軸７０は更にその一側の適当な個所に階段状の環状凸出部７１を形成し、相対する固定リング５０の外側壁とかかり合って安定させる。又ハブ軸７０の別端はナット７２とねじ合って、別の固定リング５０を固定する。これにより固定子の磁極片２０と鉄心３０と片状コイル４０と固定リング５０と、結線ＰＣ板６０とを一緒にハブ軸７０の上に固定し定位する。
【００１１】
本実施例の集片式多極小型発電機を自転車のハブに取り付けて使用する時は、使用者がペダルを踏んで前車輪或いは後車輪のスポーク１が回転すると、回転子のハブ外殻１０の中の内部筒形磁石１４が固定子の周囲を自由に旋回して、筒形磁石１４と鉄心３０の各磁極片２０との間に不断に磁力が発生し、鉄心３０を経由して二相対の磁極片２０が鉄心３０に沿って直径方向に交互に磁力線を発生する。これにより、磁鉄片２０の上の片状コイル４０に電流が発生して、発電することになる。この発生した電力は結線ＰＣ板に伝達されてから自転車の上にある電子装置に供給される。
【００１２】
次に図５ａと図５ｂは磁極片２０の変形例を示す。この変形例ではその断面はＴ字型であって、片体２３を折り曲げることで形成される。その両末端は一緒に上方に位置してもよいし下方に位置してもよい。更に図５ｃと図５ｄは磁極片２０の他の変形例を示す。この変形例ではその断面はＩ字型であって、二個の片体２４をくっつけ合わせることで形成してもよいし、又は一個の片体２４で形成してもよい。
【００１３】
更に図７と図８と図９は本発明の第二実施例の集片式多極小型発電機を示す。この第二実施例では鉄心３０をハブ外殻の第一本体１１の内側に設置し、磁極片２０を鉄心３０の内周縁に設けられている複数の切り溝３１２の中にはめ付け、両側にある固定リング５０の環状凸出縁５２が各磁極片２０の両側にある欠け口２２の中にはまって定位される。更にＣ字型ロック座金１１３を第一本体１１の左右の内側壁にはめ付けておき、固定リング５０を固定させる。更に筒形磁石１４はハブ軸７０にはまり合って、鉄心３０の内周面にはめ付けてある各磁極片２０と相対し、鉄心３０と磁極片２０と片状コイル４０は外側の回転子を形成し、筒形磁石１４とハブ軸７０は内側の固定子を形成する。外側の回転子が内側の固定子の周囲で回転した時は、各磁極片２０が筒形磁石１４の発生する磁力線を受けて、交互する磁力線を発生し、コイル４０に電流が発生して電力となる。
【００１４】
又図１０は本発明の第三実施例を示す。その構造はほぼ第一実施例と同じであるが、ただ材料として永久磁石を使用せずに、電気が通じたとき磁力を発生する電磁鉄を使用する。筒形電磁鉄１４を電気をオン（ＯＮ）の状態にした時は、外側の回転子が内側の固定子に対して回転し、回転子の各磁極片２０が筒形電磁鉄４１の発生する磁力線を受けて、磁力線を発生するので、各磁極片２０の上にある片状コイル４０に電流が発生して電力となる。又電磁鉄１４を電気がオフ（ＯＦＦ）の状態にした時は、電磁鉄１４と片状コイル４０との間に磁力線が発生しないので、回転子が回転しても固定子の磁力線の作用を受けず、使用者が自転車のペダルを踏んで回転させても、発電機が磁力線による阻止力を発生しないので、使用者はペダルを踏み付ける力を比較的に節約することができる。
【００１５】
本発明の実施例は次の効果を持つ。
１．片状コイル４０は機械でもってフィルム回路板４１の上に印刷回路４２を形成することにより作られるので、人工作業で電線を巻く必要がなく、組み合わせが迅速で作業時間とコストを相当節約できる。
２．片状コイル４０は各磁極片２０の上に設置され、必要な電線量がとても少なく、その材料コストを有効に節約できる。
【００１６】
３．発電機は実際の使用とテストの結果、その発電効率が高いので、発電量が多い。
４．発電機の外側の回転子と内側の固定子は相互に適当に置き換えても発電できるので、色々な組み合わせを選択できる。
５．筒形磁石１４は永久磁石或いは電磁鉄を使用できるので、電磁鉄を使用した場合には適当に電源を切断しておけば、電磁鉄１４と片状コイル４０の間に磁力作用が発生しない。たとえ外側の回転子が回転されても、内側の固定子の磁力作用を受けないので、使用者が自転車に乗ってペダルを踏んでも、発電機に磁力的な阻止力が発生せず、ペダルを踏み付ける力を比較的節約できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施例による集片式多極小型発電機を示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施例による集片式多極小型発電機を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の第一実施例による集片式多極小型発電機を示す斜視図である。
【図４】本発明の第一実施例による集片式多極小型発電機を示す側面図である。
【図５ａ】本発明の第一実施例による磁極片の変形例を示す断面図である。
【図５ｂ】本発明の第一実施例による磁極片の変形例を示す断面図である。
【図５ｃ】本発明の第一実施例による磁極片の変形例を示す断面図である。
【図５ｄ】本発明の第一実施例による磁極片の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の第一実施例による片状コイルを示す斜視図である。
【図７】本発明の第二実施例による集片式多極小型発電機を示す断面図である。
【図８】本発明の第二実施例による集片式多極小型発電機を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の第二実施例による集片式多極小型発電機を示す側面図である。
【図１０】本発明の第三実施例による集片式多極小型発電機を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０  ハブ外殻、１１  第一本体、１２  第二本体、１３  ベアリング、１４  磁石、２０  磁極片、２１  片体、２２  欠け口、３０  鉄心、３１  鉄板片、４０  片状コイル、４１  フィルム回路板、４２  印刷回路、５０  固定リング、５１  中心孔、５２  環状凸出縁、６０  結線ＰＣ板、６１  中央孔、７０  ハブ軸、７１  環状凸出部、７２  ナット、１１１  内部空間、１１２  凸出縁、３１１  中心孔、３１２  切り溝
【図１】
2006353008.tif 000003
【図２】
2006353008.tif 000004
【図３】
2006353008.tif 000005
【図４】
2006353008.tif 000006
【図５ａ】
2006353008.tif 000007
【図５ｂ】
2006353008.tif 000008
【図５ｃ】
2006353008.tif 000009
【図５ｄ】
2006353008.tif 000010
【図６】
2006353008.tif 000011
【図７】
2006353008.tif 000012
【図８】
2006353008.tif 000013
【図９】
2006353008.tif 000014
【図１０】
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