(57)【要約】【課題】コイルの巻き付け作業を順調に行い、電力の需要に応じて磁気ポールの数を容易に調整可能な発電ハブを提供する。【解決手段】ボビン２０のフランジ壁２１には、凹凸がなく滑らかに環状に形成されている外周面２１６を有する。２つの磁気ヨークディスク３０のそれぞれがボビン２０の対応する外側面２１２に接してハブ軸１０の装着部１１の軸方向の両側に設けられ、それぞれが互いにずれるように円周方向に等間隔に複数の凹部３３が形成されるように、円周方向に等間隔に突き出た複数のヨーク突起３２が設けられている。発電ハブ１００を製造するとき、磁気ヨークディスク３０のみその凹部３３の数を電力の需要に応じて選ぶことができるので、望ましい磁気ポールの数を満たすように凹部が必要数だけ形成された磁気ヨークディスク３０を選べばよく、ボビン２０の構造を変える必要がなくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着部を有するハブ軸と、
金属導磁材料からつくられ、前記ハブ軸を軸とする軸方向に延びる中空部付筒状胴部と、この筒状胴部の軸方向両端に設けられた一対のフランジ壁と、前記一対のフランジ壁の間における前記胴部の外周に巻かれたコイルとを有し、前記フランジ壁は前記コイル側に向かって軸方向の内側にある内側面と、前記内側面の反対側で軸方向の外側にある外側面と、前記内側面及び該外側面の間に介在する外周面を有するボビンと、
それぞれが前記ボビンの外側面に接して前記ハブ軸の装着部の軸方向の両側に設けられており、それぞれが互いにずれるように円周方向において等間隔に複数の凹部が形成されるように、円周方向に等間隔に突き出た複数のヨーク突起が設けられている２つの磁気ヨークディスクと、
それぞれがフランジ壁外周縁から軸心方向に延伸されて前記外側面を押し付けるように形成された内側アームと、前記内側アームと直角に一体連接されるように軸方向に延伸される外側アームとを有し、各前記内側アームが、前記磁気ヨークディスクの各対応する凹部に嵌入され、各前記外側アームが前記コイルの周りに並んでいる複数の磁気ヨーククローと、
前記ハブ軸に回転自在に装着されており、前記ボビンと前記磁気ヨークディスクと前記磁気ヨーククローを収容するケーシングと、
前記磁気ヨーククローに対向して前記ケーシングの内面に固定され、円周方向に平行して等間隔に並べられた複数の磁石からなっている磁石手段と
を備えていることを特徴とする発電ハブ。
【請求項２】
各前記フランジ壁の軸方向外側の外側面には、前記外側面より内側に窪んで前記中空部の開口を囲む環状溝が形成され、各前記フランジ壁は前記外側面と前記環状溝の溝面との段差違いで生じた環状の内縁面があり、
各前記磁気ヨークディスクは、前記環状溝に対応して嵌まり込むように前記ボビンの軸方向の両側において前記外側面に装着され、
各前記ヨーク突起は、軸方向の内面にある段差が前記環状溝に対応して嵌入されるように形成された厚肉部と、前記外側面に対応して接触するように形成された薄肉部とからなることを特徴とする請求項１に記載の発電ハブ。
【請求項３】
各前記磁気ヨーククローは、前記内側アームが対応する前記フランジ壁の環状溝の外側において前記外側面を押し付け、前記外側アームが前記フランジ壁の外周面に接触するように配置され、
各前記磁気ヨーククローは、爪が前記内側アームより軸方向の内側に向かって突き出ており、前記爪が各前記内側アームより前記凹部を経て前記内縁面及び前記環状溝の溝面に接触することを特徴とする請求項２に記載の発電ハブ。
【請求項４】
前記ボビンの胴部の外周に導磁リングが設けられ、
前記コイルは前記胴部の外周において前記導磁リングの外周に巻かれることを特徴とする請求項３に記載の発電ハブ。
【請求項５】
前記導磁リングは、複数のプレートを積層することにより構成され、
各前記プレートは、ケイ素鋼板で形成され、前記胴部の軸方向の幅と同じ幅を有し、それぞれの一端部が前記胴部の外周面と接触しそれぞれの他端部を外方に向かせるように重ね合わせて前記胴部の外周に並んでいることを特徴とする請求項４に記載の発電ハブ。
【請求項６】
前記ボビンの一側に設けられ前記ハブ軸に嵌めた止め輪と、前記ボビンの他側に設けられ前記ハブ軸に嵌めたナットと、前記ハブ軸に嵌めた２つの絶縁板とを更に備え、
各前記絶縁板は、複数の板状の積層片を積層することにより構成されており、前記ボビンの軸方向の両側において、前記２つの絶縁板における一方が前記止め輪、他方が前記ナットによって、それぞれ前記ハブ軸に対して固定されるように構成することを特徴とする請求項１に記載の発電ハブ。
【請求項７】
各前記磁気ヨーククローは、複数の磁気シートを積層することにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の発電ハブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電ハブ、特に、例えば自転車の車輪などの回転体に設けられ、自転車などに装着される外部機器に電力を供給可能な発電ハブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ランプなどの外部機器の電源として、自転車の車輪におけるハブの内部に組み込んだ発電ハブが知られている（例えば特許文献１参照）。前記発電ハブは、軸方向に延びる筒状の胴部と、胴部の軸方向両端部に形成されたフランジ壁と、フランジ壁において軸方向外側の側面にほぼ放射状に延びる複数の溝とでボビンをなし、コイルが胴部の外周に巻かれ、ボビンの複数の溝のそれぞれに対応して複数の磁気ヨーククローが配置されてなるアームポール形発電機が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７００２２８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記発電ハブにおいて、各ヨーククローは複数の板状積層片から構成されたことにより、発電時に発生する渦電流を抑え、且つ磁気抵抗を大幅に低減でき、発電効率の向上を図ることができる。しかし、複数の溝はコイルの巻き付け領域の近くに形成されているため、コイルを巻くとき、溝に引っ掛かりやすく、製造の手間が掛かる。また、電力の需要に応じて、磁気ポールを増やしたいとき、溝をより多く形成しなければならないが、溝の数はボビンの設計段階で決まるため、溝をより多く形成したいときは、ボビンの仕様を変えなければならない。従って、製造のコストをアップさせる。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、コイルの巻き付け作業を順調に行うことができ、電力の需要に応じて磁気ポールの数を容易に調整することができる発電ハブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の発電ハブは、装着部を有するハブ軸と、金属導磁材料からつくられ、前記ハブ軸を軸とする軸方向に延びる中空部付筒状胴部と、この筒状胴部の軸方向両端に設けられた一対のフランジ壁と、前記一対のフランジ壁の間における前記胴部の外周に巻かれたコイルとを有し、前記フランジ壁は前記コイル側に向かって軸方向の内側にある内側面と、前記内側面の反対側で軸方向の外側にある外側面と、前記内側面及び該外側面の間に介在する外周面を有するボビンと、それぞれが前記ボビンの外側面に接して前記ハブ軸の装着部の軸方向の両側に設けられており、それぞれが互いにずれるように円周方向において等間隔に複数の凹部が形成されるように、円周方向に等間隔に突き出た複数のヨーク突起が設けられている２つの磁気ヨークディスクと、それぞれがフランジ壁外周縁から軸心方向に延伸されて前記外側面を押し付けるように形成された内側アームと、前記内側アームと直角に一体連接されるように軸方向に延伸される外側アームとを有し、各前記内側アームが、前記磁気ヨークディスクの各対応する凹部に嵌入され、各前記外側アームが前記コイルの周りに並んでいる複数の磁気ヨーククローと、前記ハブ軸に回転自在に装着されており、前記ボビンと前記磁気ヨークディスクと前記磁気ヨーククローを収容するケーシングと、前記磁気ヨーククローに対向して前記ケーシングの内面に固定され、円周方向に平行して等間隔に並べられた複数の磁石からなっている磁石手段とを備えていることを特徴とする発電ハブを提供する。
本発明の発電ハブにおいて、各前記フランジ壁の軸方向外側の外側面には、前記外側面より内側に窪んで前記中空部の開口を囲む環状溝が形成され、各前記フランジ壁は前記外側面と前記環状溝の溝面との段差の違いにより生じた環状の内縁面があり、各前記磁気ヨークディスクは、前記環状溝に対応して嵌まり込むように前記ボビンの軸方向の両側において前記外側面に装着され、各前記ヨーク突起は、軸方向の内面にある段差が前記環状溝に対応して嵌入されるように形成された厚肉部と、前記外側面に対応して接触するように形成された薄肉部とからなることが好ましい。
本発明の発電ハブにおいて、各前記磁気ヨーククローは、前記内側アームが対応する前記フランジ壁の環状溝の外側において前記外側面を押し付け、前記外側アームが前記フランジ壁の外周面に接触するように配置され、各前記磁気ヨーククローは、爪が前記内側アームより軸方向の内側に向かって突き出ており、前記爪が各前記内側アームより前記凹部を経て前記内縁面及び前記環状溝の溝面に接触することが好ましい。
本発明の発電ハブにおいて、前記ボビンの胴部の外周に導磁リングが設けられ、前記コイルは前記胴部の外周において前記導磁リングの外周に巻かれることが好ましい。
本発明の発電ハブにおいて、前記導磁リングは、複数のプレートを積層することにより構成され、各前記プレートは、ケイ素鋼板で形成され、前記胴部の軸方向の幅と同じ幅を有し、それぞれの一端部が前記胴部の外周面と接触しそれぞれの他端部を外方に向かせるように重ね合わせて前記胴部の外周に並んでいることが好ましい。
また、本発明の発電ハブにおいて、前記ボビンの一側に設けられ前記ハブ軸に嵌めた止め輪と、前記ボビンの他側に設けられ前記ハブ軸に嵌めたナットと、前記ハブ軸に嵌めた２つの絶縁板とを更に備え、各前記絶縁板は、複数の板状の積層片を積層することにより構成されており、前記ボビンの軸方向の両側において、前記２つの絶縁板における一方が前記止め輪、他方が前記ナットによって、それぞれ前記ハブ軸に対して固定されるように構成してもよい。
また、本発明の発電ハブにおいて、各前記磁気ヨーククローは、複数の磁気シートを積層することにより構成されてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の発電ハブによれば、フランジ壁は、凸凹のない外周面を有するので、従来のようにコイルが溝に引掛かるなどの支障がなく、コイルの巻き付け作業をスムーズに行うことができる。さらに、ボビンは、プラスチックではなく金属導磁材料でつくられるので、構造的強度が高い。また、発電ハブを製造するとき、磁気ヨークディスクのみその凹部の数を電力の需要に応じて選ぶことができるので、望ましい磁気ポールの数を満たすように凹部が必要数だけ形成された磁気ヨークディスクを選べばよく、ボビンの構造を変える必要がなくなる。従って、発電ハブの構成自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態である発電ハブの分解斜視図である。
【図２】図１の発電ハブの組立断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態である発電ハブにおける磁気ヨーククローを示す斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態である発電ハブの組立断面図である。
【図５】図４のＶ―Ｖ線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、同一構成及び機能を有する構成要素については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態である発電ハブ１００の分解斜視図、図２は図１の発電ハブ１００の組立断面図である。図示の如く、本発明の実施形態による発電ハブ１００は、例えば自転車のフレームの車輪のような回転手段に装着されるものであり、ハブ軸１０と、ボビン２０、２つの磁気ヨークディスク３０、３０と、複数の磁気ヨーククロー４０と、ケーシング５０と、磁石手段６０と、２つの絶縁板７０とを含む。
【００１１】
ハブ軸１０は、軸心Ｘを中心として軸方向に延びており、回転手段に取り付けられる装着部１１を有する。
ボビン２０は、ハブ軸１０の装着部１１に装着される、軸方向に延び中空部２１０を有する筒状胴部２２と、胴部２２の軸方向両端部に形成された１対のフランジ壁２１、２１とを有する。フランジ壁２１、２１の軸方向内側の内側面２１５、２１５の間における胴部２２の外周にコイル２４が巻かれている。
ボビン２０は磁気コアとして用いられるよう、一例として金属導磁材料を用いて作られ、金属体からなるので、構造を強化することができ、従来のプラスチック製ボビンが変形する問題を解消することができる。
【００１２】
フランジ壁２１、２１の軸方向外側の外側面２１２、２１２には、外側面２１２より窪んで中空部２１０の開口を囲む環状溝２１４が形成されている。各フランジ壁２１には外側面２１２と環状溝２１４の溝面２１１との段差違いで生じた環状の内縁面２１３と、外側面２１２及び内側面２１５の間において外側面２１２から内側面２１５に続く外周面２１６とがある。なお、この例において、外周面２１６は凹凸がなく滑らかに環状に形成されている。
【００１３】
２つの磁気ヨークディスク３０、３０は、ボビン２０の軸方向の両側において外側面２１２、２１２に装着されており、環状溝２１４に嵌まり込む穴部付きヨーク本体３１と、ヨーク本体３１の円周方向において等間隔に複数の凹部３３、３３、・・・が形成されるように、ヨーク本体３１の外縁から円周方向において等間隔に突き出た複数のヨーク突起３２、３２、・・・とからなっている。ヨーク突起３２は、環状溝２１４に対応する厚肉部３２１と、外側面２１２に対応する薄肉部３２２とからなり、厚肉部３２１と薄肉部３２２とによりヨーク突起３２の軸方向の内側面に段差３２０が形成されるように構成されている。
【００１４】
この例において、２つの磁気ヨークディスク３０、３０は、それぞれの凹部３３、３３、・・・がずれるように装着されている。即ち、軸方向視において、一方の磁気ヨークディスク３０における隣接する２つの凹部３３、３３の間に他方の磁気ヨークディスク３０の凹部３３が位置するようにボビン２０に装着されている。
【００１５】
複数の磁気ヨーククロー４０のそれぞれは、略Ｌ字形に構成されており、フランジ壁外周縁２１７から軸心方向に延伸され、各フランジ壁２１の環状溝２１４の外側において外側面２１２を押し付けるように配置された内側アーム４１と、内側アーム４１と直角に一体連接されるように各フランジ壁２１の外周面２１６に当接して軸方向に延伸されている外側アーム４２とを有する。各内側アーム４１は、磁気ヨークディスク３０の各対応する凹部３３に嵌入され、各外側アーム４２はコイル２４の周りに並んでいる。各内側アーム４１は、凹部３３に挿入した端部より爪４３が軸方向の内側に向かって突き出ており、該爪４３は、両側のヨーク突起３２、３２の厚肉部３２１、３２１の間に介在すると共に、外側面２１２と環状溝２１４の溝面２１１との段差違いで生じた環状の内縁面２１３に接する。
【００１６】
ケーシング５０は、軸受け（図示せず）によりハブ軸１０に対して回転自在に支持されており、ボビン２０と磁気ヨークディスク３０と磁気ヨーククロー４０を収容するようにハブ軸１０の軸方向に延びる筒状のケース本体５１と、ケース本体５１の軸方向両端部に設けられた１対のハブフランジ５２とを有する。ケース本体５１の図２における軸方向の右側部は左側部に比べて内周側が窪み、外周側が膨出部となって膨らんでいる。
【００１７】
磁石手段６０はケーシング５０の内面に固定されており、ケーシング５０の円周方向において磁気ヨーククロー４０に対応して等間隔に設けられた複数の磁石６１、６１、・・・からなる。
【００１８】
２つの絶縁板７０、７０のそれぞれは、複数の板状の積層片７１、７１、・・・を積層することにより構成されており、ハブ軸１０が貫通し、ボビン２０の軸方向の両側における図２の右側の絶縁板７０が止め輪１２、左側の絶縁板７０がナット１３によって、それぞれハブ軸１０に対して固定されている。このように構成されることによって、構造上の安定性を向上させることができると共に、磁束がハブ軸１０の両端から漏れることを抑えることができる。
【００１９】
フランジ壁２１は、凸凹のない外周面２１６を有するので、従来のようにコイルが溝に引掛かるなどの支障がなく、コイル２４の巻き付け作業をスムーズに行うことができる。さらに、ボビン２０は、プラスチックではなく金属導磁材料でつくられるので、構造的強度が高い。また、発電ハブ１００を製造するとき、凹部３３の数を電力の需要に応じて設けることができる。
【００２０】
以上によって、望ましい磁気ポールの数を満たすように凹部３３、３３、・・・が必要数だけ形成された磁気ヨークディスク３０を選べればよく、ボビン２０の構造を変える必要がなくなる。従って、発電ハブ１００の構成自由度を高めることができる。
【００２１】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の他の実施形態である発電ハブ１００における磁気ヨーククロー４０を示す斜視図である。本実施形態において前記第１の実施形態と異なる点は、各磁気ヨーククロー４０は、複数の磁気シート４０１、４０１、・・・を積層することにより構成されていることにある。上記実施形態による効果が得られると共に、従来技術で示した先行公報に示された、渦電流の発生を抑えることができる効果もある。
【００２２】
（第３の実施形態）
図４は本発明の第３の実施形態である発電ハブの組立断面図、図５は図４のＶ―Ｖ線に
おける断面図である。本実施形態において前記実施形態と異なる点は、ボビン２０の胴部２２の外周に更に導磁リング２５が設けられ、コイル２４は胴部２２の外周において導磁リング２５の外周に巻かれたことにある。
【００２３】
導磁リング２５は、複数の導磁プレート２５１を積層することにより構成され、各導磁プレート２５１は、胴部２２の軸方向の幅と同じ幅を有し、胴部２２の円周長さより短い長さを有する例えば短冊状のケイ素鋼板で形成され、それぞれの一端部が胴部２２の外周面と接触しそれぞれの他端部を外方に向かせるように重ね合わせて胴部２２の外周に並んでいる。
【００２４】
上記の構成により、本発明の発電ハブは、複数の導磁プレート２５１を積層した導磁リングを設けていることにより、上記実施形態による効果が得られる他、導磁効果が向上することができ、発電効率をより一層アップすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明による発電ハブは、よい発電効率を有し強固な構造を備える発電ハブに有用である。
【符号の説明】
【００２６】
１００    発電ハブ
１０      ハブ軸
１１      装着部
１２      止め輪
１３    ナット
２０    ボビン
２１    フランジ壁
２１０  中空部
２１１  溝面
２１２  外側面
２１３  内縁面
２１４  環状溝
２１５  内側面
２１６  外周面
２１７  フランジ壁外周縁
２２    胴部
２４    コイル
２５    導磁リング
２５１  導磁プレート
３０    磁気ヨークディスク
３１    ヨーク本体
３２    ヨーク突起
３２０  段差
３２１  厚肉部
３２２  薄肉部
３３    凹部
４０    磁気ヨーククロー
４０１  磁気シート
４１    内側アーム
４２    外側アーム
４３    爪
５０    ケーシング
５１    ケース本体
５２    ハブフランジ
６０    磁石手段
６１    磁石
７０    絶縁板
７１    積層片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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