(57)【要約】【課題】  ハブダイナモの車軸側のステータを、コイル体とクローポール型の鉄心とを備えて構成するにあたり、出力を低下させることなく小径コンパクト化を図るとともに、軽量化が図れるように構成する。【解決手段】  コイル体９ａの両側部に互いに異極となる一対の主コイル用鉄心１２、１３が配された主コイル部９と、該主コイル部９の一方に隣接し、単極の第一副コイル用鉄心１７がコイル体１４ａの一方側に配された第一副コイル部１４と、主コイル部９の他方に隣接し、単極の第二副コイル用鉄心１９がコイル体１５ａの他方側に配された第二副コイル部１５とを車軸側に備えてハブダイナモ３のステータを構成する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータとロータとを備えたハブダイナモであって、車軸側のステータを、コイル体と、リング板状の外周縁部からロータ側に設けた永久磁石の磁束を受けてＮ、Ｓ極の何れかに磁化される磁極片が複数形成された鉄心とを備えて構成するにあたり、ステータは、互いに異極となる一対の鉄心がコイル体の両側部に配された主コイル部と、該主コイル部の一方に隣接し、単極の第一副鉄心がコイル体の一方側に配された第一副コイル部と、主コイル部の他方に隣接し、単極の第二副鉄心がコイル体の他方側に配された第二副コイル部とが設けられているハブダイナモ。
【請求項２】
請求項１において、第一副鉄心は、主コイル体の一方側主鉄心と同極となり、第二副鉄心は、主コイル体の他方側主鉄心と同極となるように構成されているハブダイナモ。
【請求項３】
請求項１または２において、第一、第二副鉄心の磁極片は、主鉄心の磁極片の略半分の長さに形成されているハブダイナモ。
【請求項４】
請求項１、２または３において、第一、第二副コイル体の巻線の巻線は、主コイル体の巻線の略半分に設定されているハブダイナモ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車のフレームを構成するフォーク先端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】
【０００２】
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としては、車軸側に設けられるステータを、コイル体と、該コイル体の両側部に配され、リング板状の外周縁部からロータ側に設けた永久磁石の磁束を受けてＮ、Ｓ極の何れかに磁化される磁極片が複数形成された鉄心（所謂クローポール型の鉄心）の一対を備えて構成したコイル部を用いて構成したものがあり、この構成のものは、磁極片の数であって永久磁石の数を多くする（多極化する）ことにより高電圧が得られる構成として知られている。
このものにおいて、多極化することはコンパクト化を損なうことに相当することから、コンパクト化を果し、しかも、自転車を増速駆動させることなく、さらなる高出力化を果すためには、ハブダイナモを車軸方向に長い構成、即ち、磁極片を車軸方向に長い構成とし、磁極片が受ける永久磁石からの磁束を高くすることが想定される。しかるに、磁極片を長くしすぎると磁極片の基端側部位において磁気飽和が生じてコイル体に対して有効な磁束を確保できなくなるという問題がある。そのうえ、磁極片を車軸方向に長くした分、異極同志の磁極片の対向面積が大きくなり、しかも、小径化した分、対向間隔が狭くなってしまい、電機子反作用が大きくなるという問題もある。
【０００３】
そこで、前述したような双極の鉄心を備えたコイル体を複数用意し、これらコイル体を長い車軸に対し並列状に設け、これら各コイル体にそれぞれ発電させるように構成したものが提唱されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【特許文献１】実用新案登録第２６０３３３９号公報
【特許文献２】特開平０８−１９２７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１、２のものでは、鉄心を構成する磁極片の車軸方向長さを短くできることから、磁気飽和、電機子反作用の問題を低減することができるが、これらのものでは、コイル体の数が増加することに伴い、それぞれのコイル体に対して配設される一対の鉄心を設けなければならず、軽量化が損なわれるという問題があるうえ、異極の磁極片同志が近接対向していることから電機子反作用が生じ、コギング負荷の発生と電力ロスを低減できないという問題が依然として残されており、ここに本発明が解決しようとする課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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ハブダイナモであって、車軸側のステータを、コイル体と、リング板状の外周縁部からロータ側に設けた永久磁石の磁束を受けてＮ、Ｓ極の何れかに磁化される磁極片が複数形成された鉄心とを備えて構成するにあたり、ステータは、互いに異極となる一対の鉄心がコイル体の両側部に配された主コイル部と、該主コイル部の一方に隣接し、単極の第一副鉄心がコイル体の一方側に配された第一副コイル部と、主コイル部の他方に隣接し、単極の第二副鉄心がコイル体の他方側に配された第二副コイル部とが設けられているものである。
そして、このようにすることにより、主コイル部の両側に配されるコイル部については単極の鉄心でよく、コンパクト化だけでなく、軽量化をも果すことができ、しかも、電機子反作用を低減することができる。
請求項２の発明は、請求項１において、第一副鉄心は、主コイル体の一方側主鉄心と同極となり、第二副鉄心は、主コイル体の他方側主鉄心と同極とな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り、高出力のハブダイナモとすることができる。
請求項３の発明は、請求項１または２において、第一、第二副鉄心の磁極片は、主鉄心の磁極片の略半分の長さに形成されているものとすることができ、このようにすることにより、小径化だけでなくコンパクト化をも図ることができる。
請求項４の発明は、請求項１、２または３の発明において、第一、第二副コイル体の巻線の巻線は、主コイル体の巻線の略半分に設定されているものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明とすることにより、高性能なハブダイナモとすることができる。
請求項２の発明とすることにより、高出力の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、小径化およびコンパクト化をともに果すことができる。
請求項４の発明とすることにより、従来型のものと同性能に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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って、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の先端部に支持されており、該左右フロントフォーク２のあいだに位置する車軸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。
【０００８】
５は、ハブダイナモ３のロータ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５ａと、該本体部５ａの軸方向両端部に形成の筒開口を覆蓋する状態で一体的に配される左右一対のエンドブラケット５ｂとを備えて構成されている。前記各エンドブラケット５ｂ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ペーサ１ａの外周に対し、軸受５ｃを介してそれぞれ支持されるように構成されており、これによって、ケーシング５は、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５ａは、軸方向両端部に位置して外径側に突出する鍔部５ｄがそれぞれ形成されており、これら鍔部５ｄには、周回り方向に複数の連結孔５ｅが開設され、これら連結孔５ｅ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５ｂ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。
【０００９】
さらに、前記ケーシング５は、本体部５ａの内周面に筒状のヨーク８が一体的に配されており、該ヨーク８の内周面に、軸方向に長く形成されたＮ極、Ｓ極の永久磁石８ａの複数対が周回り方向に並設される状態で固着されている。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８ａがヨーク８内周に設けられており、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５ａおよびエンドブラケット５ｂ）が車軸１に対して回転し、これによって、本体部５ａ内周面の永久磁石８ａが車軸１に対して回転するように設定されている。
【００１０】
一方、ケーシング５により内装されるステータを構成する車軸１には、中央部に位置して主コイル部９が設けられている。前記主コイル部９を構成する主コイル体９ａは、コイルボビン９ｂに巻線１０を巻装することで構成されており、主コイル体９ａは、車軸１にパイプ材１１ａを介して外嵌されている磁性部材で筒状に形成された主コイル用コア１１に一体的に外嵌されるように設定されている。前記主コイル体９ａの左右両側部（車軸１の軸方向両側部）には、磁路を形成するための左右一対（Ｎ、Ｓ極用）の主コイル用鉄心（本発明の主鉄心）１２、１３が設けられるが、これら各主コイル用鉄心１２、１３は互いに左右対称形状をしており、主コイル体９ａの側部に沿うリング板状のリング状部１２ａ、１３ａと、該リング状部１２ａ、１３ａ外周縁部から主コイル体９ａ側に折曲、延出される磁極片１２ｂ、１３ｂとを備えて構成されている。そして、これら主コイル用鉄心１２、１３は、リング状部１２ａ、１３ａが主コイル用コア１１の軸方向両端面に突当てられるようにして設けられている。
ここで、本実施の形態の各主コイル用鉄心１２、１３は、それぞれ磁極片１２ｂ、１３ｂが周回り方向に十四個形成されたものとなっており、これら磁極片１２ｂ、１３ｂが互いに周回り方向に位置ズレする位置関係で配設されている。これによって、主コイル体９ａの外周に配設される都合二十八個の磁極片１２ｂ、１３ｂとは、等間隔を存し、かつ、交互に配設される位置関係（齟齬状）で近接対向状に配設されている。
【００１１】
前記主コイル部９の左側（本発明の一方側）には第一副コイル部１４が設けられ、そして、右側（本発明の他方側）には第二副コイル部１５がそれぞれ設けられており、これによって、ハブダイナモ３のステータが構成されている。
前記第一副コイル部１４を構成する第一副コイル体１４ａは、コイルボビン１４ｂに巻線１０を巻装することで構成されるが、このものにおいて、第一副コイルボビン１４ｂの車軸方向長さは、主コイル部９の主コイルボビン９ｂの車軸方向長さの略半分に設定されているとともに、第一副コイルボビン１４ｂへの巻線１０の巻数は、主コイルボビン９ｂへの巻線１０の巻数の略半分に設定されている。尚、第一副コイル体１４ａは、車軸１にパイプ材１６ａを介して外嵌されている磁性部材で形成された筒状の第一副コイル用コア１６に一体的に外嵌されている。そして、第一副コイル体１４ａの左側（一方側）には第一副コイル用鉄心（本発明の第一副鉄心）１７が設けられているが、該第一副コイル用鉄心１７は、前記主コイル部９に配設されている左側の主コイル用鉄心１２と同様の構成でり、第一副コイル用コア１６の左側端面に突当てられるリング状部１７ａと、その外周縁部から右側に向けて折曲、延出する十四個の磁極片１７ｂとを備えて構成されている。ここで、本実施の形態の第一副コイル用鉄心１７の磁極片１７ｂは、左右長さが、主コイル用鉄心１２の磁極片１２ｂの左右長さの略半分に設定されている。また、第一副コイル用鉄心１７は、各磁極片１７ｂが主コイル部９の左側に位置する主コイル用鉄心１２の磁極片１２ｂと同期する（周回り方向同位置となる）状態で車軸１に設けられ、同極となるように設定されている。
【００１２】
これに対し、第二副コイル部１５を構成する第二副コイル体１４ａは、コイルボビン１５ｂに巻線１０を巻装することで構成されるが、このものは、第一副コイル部十四と同様に構成され、第二副コイルボビン１５ｂの車軸方向長さは、主コイル部９の主コイルボビン９ｂの車軸方向長さの略半分に設定されているとともに、第二副コイルボビン１５ｂへの巻線１０の巻数は、前記主コイル部９における主コイルボビン９ｂへの巻線１０の巻数の略半分に設定されている。前記第二副コイル体１５ａは、車軸１にパイプ材１８ａを介して外嵌されている磁性部材で形成された筒状の第二副コイル用コア１８に一体的に外嵌されるように設定されている。そして、第二副コイル体１５ａの左側（一方側）には第二副コイル用鉄心（第二副鉄心）１９が設けられているが、該第二副コイル用鉄心１９は、前記主コイル部９に配設されている右側の主コイル用鉄心１３と同様の構成であり、第二副コイル用コア１８の左側端面に突当てられるリング状部１９ａと、その外周縁部から右側に向けて折曲、延出する十四個の磁極片１９ｂとを備えて構成されている。さらに、本実施の形態の第二副コイル用鉄心１９の磁極片１９ｂは、左右長さが、主コイル用鉄心１３の磁極片１３ｂの左右長さの略半分に設定されている。ここで、第二副コイル用鉄心１９は、各磁極片１９ｂが主コイル部９の右側に位置する主コイル用鉄心１３の磁極片１３ｂと同期する（周回り方向同位置となる）状態で車軸１に設けられ、同極となるように設定されている。
【００１３】
そして、このように構成されたステータにおいて、ケーシング５を回転させて、ヨーク８内周に設けた十四対の永久磁石８ａを、主コイル部９、第一、第二副コイル部１４、１５に対してそれぞれ回転させることに伴い、主コイル部９、第一、第二副コイル部１４、１５のコイル体９ａ、１４ａ、１５ａに、それぞれ電力が発生（発電）することが確認された。
そこで、このものにおける発電の機構について図３、４（Ａ）を用いて説明する。
【００１４】
つまり、ケーシング５側の永久磁石８ａに対し、主コイル用、第一、第二副コイル用の各鉄心１２、１３、１７、１９の各磁極片１２ｂ、１３ｂ、１７ｂ、１９ｂは、主コイル用左側鉄心１２と第一副コイル用鉄心１７との磁極片１２ｂ、１７ｂがＮ極に対向した場合、主コイル用右側鉄心１３と第二副コイル用鉄心１９との磁極片１３ｂ、１９ｂがそれぞれＳ極に対向している。そして、各磁極片１２ｂ、１３ｂ、１７ｂ、１９ｂは、前輪Ｈの回転に基づいてケーシング５とともにヨーク８が１ピッチ角度（３６０／２８℃）回転するごとに、Ｎ極、Ｓ極に交互に磁化されている。
これによって、図３に示すように、主コイル用左側鉄心１２と第一副コイル用鉄心１７との磁極片１２ｂ、１７ｂがそれぞれＳ極に対向し、主コイル用右側鉄心１３と第二副コイル用鉄心１９との磁極片１３ｂ、１９ｂがそれぞれＮ極に対向する第一磁化状態の場合、主コイル部９についてはＮ極に磁化された主コイル用右側鉄心磁極片１３ｂから主コイル用コア１１を経由し、Ｓ極に磁化された主コイル用左側鉄心磁極片１２ｂに至る時計回り方向の主磁路が形成され、主コイル体９ａに正の方向の磁束が通過する。
これとともに、Ｎ極に磁化された第二副コイル用鉄心磁極片１９ｂから第二副コイル用コア１８を経由して主コイル用コア１１を経て、Ｓ極に磁化されている主コイル用左側鉄心磁極片１２ｂに至る時計回り方向の第二副磁路が形成され、これによって、第二副コイル体１５ａにも正の方向の磁束が通過するものと想定される。
さらにこのとき、Ｎ極に磁化されている主コイル用右側鉄心磁極片１３ｂから主コイル用コア１１を経由して第一副コイル用コア１６を経て、Ｓ極に磁化されている第二副コイル用鉄心磁極片１７ｂに至る時計回り方向の第一副磁路も形成され、これによって、第一副コイル体１４ａにも正の方向の磁束が通過するものと想定される。
【００１５】
これに対し、主コイル用左側鉄心１２と第一副コイル用鉄心１７との磁極片１２ｂ、１７ｂがＮ極に対向し、主コイル用右側鉄心１３と第二副コイル用鉄心１９との磁極片１３ｂ、１９ｂがＳ極に対向する第二磁化状態の場合では、前記とは逆に反時計回り方向の主磁路が形成されるとともに、第一副磁路、第二副磁路がそれぞれ形成されるものと想定され（図４（Ａ）参照）、これによって、各コイル体９ａに負の方向の磁束が通過することに伴い、第一、第二副コイル体１４ａ、１５ａにもそれぞれ負の方向の磁束が通過し、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、主コイル体９ａだけでなく、第一、第二副コイル体１４ａ、１５ａにも発電がなされるものと考察され、実際にこれら各コイル体９ａ、１４ａ、１５ａに発生した電力を取出して観測した結果、高い電圧の電力が得られることが確認された。
【００１６】
尚、図４（Ｂ）に示されるハブダイナモ２０は、ステータとして、前記実施の形態の主コイル部９と同様の構成のコイル部２１を二つ用意し、これら二つのコイル部２１を、各コイル部２１の一対の鉄心２２同志のうち、隣接する鉄心２２同志が同極となる状態で車軸に対して並列状に設け、前記実施の形態と同様のヨーク８内に収容して構成した従来型構造のものである。この場合の各コイル部２１の巻線の巻数を１とし、各永久磁石８ａから各鉄心２２が受ける磁束量を１としたとき、本実施の形態のものにおいて、主コイル部９における巻線１０の巻数は１、第一、第二副コイル１４、１５の巻線１０の巻数は０．５となる。そして、このものでは、前述したように、第一、第二副コイル１４、１５の単極の第一、第二副コイル用鉄心１７、１９が、それぞれ主コイル部９の左右の主コイル用鉄心１２、１３と同期して設けられているため、第一、第二副コイル部１４、１５部位における磁束量はあわせて０．５となる一方で、主コイル部９部位における磁束量は１．５となるものと想定され、これによって、本実施の形態のものは、従来型構造のものと同様の出力性能を有すると予測され、実測値からも同様の出力であることが確認された。
【００１７】
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は、主コイル部９、第一、第二副コイル部１４、１５を車軸１に対して並列状に設けることにより、小径化が図れコンパクト化を実現できるものであるが、このものでは、さらに、主コイル部９に隣接する第一、第二副コイル部１４、１５の磁路を形成するための鉄心として、それぞれ単極の第一、第二副コイル用鉄心１７、１９が用いられ、これら第一、第二副コイル用鉄心１７、１９を主コイル部９の左右の主コイル用鉄心１２、１３に対してそれぞれ同期する状態で設けられる構成となっている。これによって、主コイル部９においては主コイル用鉄心磁極片１２ｂ、１３ｂ同志が近接対向するため電機子反作用が生じるが、第一、第二副コイル部１４、１５においては、単極の第一、第二副コイル用鉄心１７、１９が存するだけの構成であるので電機子反作用が生じることがなく、もって、ハブダイナモ３全体としての電機子反作用を小さくなし得て、コギング負荷を防止できるとともに電力ロスが低減し、効率良く電力の確保ができる高性能なハブダイナモ３を提供することができる。
しかも、このものでは、第一、第二副コイル部１４、１５は主コイル部９の半分の車軸方向長さに形成されており、しかも、第一、第二副コイル用鉄心１７、１９がそれぞれ単極であることから、磁極片１７ｂ、１９ｂの車軸方向長さが主コイル用鉄心１２、１３の半分となって軽量化が果されることになり、もって、高出力のハブダイナモ３とすることができながら、軽量、コンパクト化を実現することができる。
【００１８】
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、主コイル部に対して左右に設けられる副コイル部の鉄心である第一、第二副鉄心としては、第一副鉄心を主コイル部の他方側の鉄心と同期させ、第二副鉄心を主コイル部の一方側の鉄心と同期させる構成としてもよく、この場合でも、電機子反作用が少ない状体で各コイル部に発電させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】自転車の前輪の一部側面図である。
【図２】ハブダイナモの正面断面図である。
【図３】ハブダイナモにおける磁路を説明する断面図である。
【図４】図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本実施の形態におけるハブダイナモの磁路を説明する断面図、従来例におけるハブダイナモの磁路を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    車軸
２    フロントフォーク
３    ハブダイナモ
５    ケーシング
８ａ    永久磁石
９    主コイル部
９ａ    主コイル体
１０    巻線
１２    主コイル用鉄心
１２ｂ    磁極片
１４    第一副コイル部
１５    第二副コイル部
１７    第一副コイル用鉄心
１９    第二副コイル用鉄心
【図１】
2005041428.tif 000003
【図２】
2005041428.tif 000004
【図３】
2005041428.tif 000005
【図４】
2005041428.tif 000006