(57)【要約】【課題】  この自転車用発電機は，磁力制御用巻線を付勢して発電電圧を予め決められた所定の電圧以下に調整してランプ等の破損を防止する。【解決手段】  ステータ２は，支軸３上に配置された透磁性部材４及び透磁性部材４の中空部９に巻き上げられた巻線５から成り，ロータ１は，透磁性部材４の外周で支軸３に回転自在に配置されたハウジング６及びそれに固定された永久磁石部材７から成る。巻線５は，同一方向にそれぞれ巻き上げられた発電巻線１０とその内側に位置する磁力制御用巻線１１から構成され，発電巻線１０と磁力制御用巻線１１をスイッチ１２を介して負荷にそれぞれ接続する。この自転車用発電機は，回転数の上昇で電圧が所定以上になったことに応答してスイッチ１２をＯＮし，予め決められた所定の電圧を発電する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム等の支持体に支持された支軸に固定されたステータ，及び前記ステータの外側に回転可能に配置されて複数の永久磁石片を有する永久磁石部材から構成されたロータから成る自転車用発電機において，
前記ステータは，前記支軸上に固定された中空部を備えた透磁性部材，及び前記透磁性部材の前記中空部に巻き上げられた巻線から構成され，
前記ロータは，前記透磁性部材の外周に隔置して配置され且つ前記支軸に回転自在に配置された継鉄を構成するハウジング，前記ハウジングの内周面に周方向に交互に磁極を変えて前記ハウジングに固定された前記永久磁石片を有する前記永久磁石部材，及び前記永久磁石部材と前記透磁性部材との間で前記永久磁石部材の内周面に取り付けられた透磁性の良い磁気誘導部材から構成され，
前記巻線は，外側に位置する一方向に巻き上げされた発電巻線，及び前記発電巻線とは同方向に巻き上げられ且つ所定の電気抵抗体を直列に接続した内側に位置する磁力制御用巻線から構成され，
前記発電巻線の両端と前記磁力制御用巻線の両端は，スイッチを介してそれぞれ接続されていることを特徴とする自転車用発電機。
【請求項２】
前記透磁性部材は，周方向に複数配置されたコ字状板部材の外周に前記巻線を巻き上げて前記コ字状部材の両端部を前記永久磁石片に沿ってそれぞれ延びるように折り曲げて透磁磁極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の自転車用発電機。
【請求項３】
前記コ字状板部材は，軟鋼又は珪素鋼板製の板材を積層した積層板部材をコ字状に折り曲げて作製されていることを特徴とする請求項２に記載の自転車用発電機。
【請求項４】
前記磁力制御用巻線は前記発電巻線より巻数が少なく，抵抗体の抵抗値と前記磁力制御用巻線の抵抗値との和は前記発電巻線の抵抗値より小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自転車用発電機。
【請求項５】
前記永久磁石片の幅を前記透磁性部材の前記端部で形成された前記透磁磁極の幅より大きくし，前記永久磁石片間に隙間を形成し，前記磁気誘導部材が前記永久磁石片の内側に前記透磁磁極の前記幅に相当する幅で配置されており，隣接する前記磁気誘導部材を非磁性材で円筒状に連結したことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の自転車用発電機。
【請求項６】
前記トランジスタースイッチは，前記発電巻線による発電電圧が予め決められた所定以上に応答してＯＮされ，前記磁力制御用巻線が通電されて前記発電巻線の磁束が抑制され，前記発電電圧が予め決められた所定電圧以下に抑制されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自転車用発電機。
【請求項７】
前記支軸を支持する前記支持体はフロントフォーク，シートステー又はチェーンステーであり，前記ハウジングはスポークが取り付けられたドライブホイールを構成するハブであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の自転車用発電機。
【請求項８】
フレーム等の支持体に支持された支軸に固定されたステータ，及び前記ステータの外側に回転可能に配置されて複数の永久磁石片を有する永久磁石部材から構成されたロータから成る自転車用発電機において，
前記ステータは，前記支軸上に固定された中空部を備えた透磁性部材，及び前記透磁性部材の前記中空部に巻き上げられた巻線から構成され，
前記ロータは，前記透磁性部材の外周に隔置して配置され且つ前記支軸に回転自在に配置された継鉄を構成するハウジング，前記ハウジングの内周面に周方向に交互に磁極を変えて前記ハウジングに固定された前記永久磁石片を有する前記永久磁石部材，及び前記永久磁石部材と前記透磁性部材との間で前記永久磁石部材の内周面に取り付けられた透磁性の良い磁気誘導部材から構成され，
前記巻線は，その端部からの第１引出し線に第１スイッチを介して負荷に接続し，巻数の中間点からの第２引出し線に第２スイッチと電気抵抗体を介して負荷に接続し，
予め決められた所定の電圧以上に応答して前記第１スイッチをＯＦＦし且つ前記第２スイッチをＯＮし，所定の電圧以下に応答して前記第１スイッチをＯＮし且つ前記第２スイッチをＯＦＦして予め決められた所定の電圧を発電させることを特徴とする自転車用発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，例えば，自転車用ランプを点灯するための自転車用発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，自転車用発電機は，発電機のロータ外周では，コ字状に成形した幅の狭い板を，Ｎ極とＳ極を構成する透磁磁極として構成し，内側ではＮ極とＳ極が接触し，この組み合わせが円筒状に配置され，その内側の円筒外周に巻線を巻き，外側の永久磁石を回転させることにより磁束を内側円筒部に集中して流すことにより交流電流を創生している。
【０００３】
また，自転車用電源装置として，自転車用発電機から出力された交流電流を直流電流に変換して十分な電圧で安定して電気機器に供給できるようにしたものが知られている。上記自転車用電源装置は，自転車に装着される交流発電装置から出力される交流電流を直流電流に変換するものであって，第１入力端子と，第２入力端子と，全波倍電圧整流回路と，第１出力端子と，第２出力端子とを備えている。第１入力端子は，交流発電装置の他端に接続されている。全波倍電圧整流回路は，両入力端子に接続され，入力された電圧の２倍の電圧の直流電圧を蓄え，出力可能である。両出力端子は，全波倍電圧整流回路に蓄えられた電圧を出力する。（例えば，特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２４５４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，上記のように，永久磁石を備えたロータを用いて交流電流を創生する発電機のタイプでは，回転数が大きくなると，それに伴って電圧が上昇し，回転数が小さいと電圧が低いものであるので，自転車の速度が４ｋｍ／ｈｒから７０ｋｍ／ｈｒに変化すると，発電電圧が大幅に変動することになる。従って，自転車の発電機によって発電される電力により点灯するランプが発電電圧に追従できずに破損することになる。
即ち，発電機の発電電圧Ｅ０は，次の式で表わされる
Ｅ０＝４．４４・φ・ｆ・Ｗｓ
ここで，Ｅ０：無負荷発電電圧，φ：磁力の強さ，ｆ：周波数，Ｗｓ：巻線の巻き数
周波数ｆは，回転数の関数であるので，自転車の速度が４ｋｍ／ｈｒから７０ｋｍ／ｈｒに変化すると，周波数ｆは１７倍になり，電圧が１７倍になる。
【０００５】
この発明の目的は，上記の問題を解決するため，発電電力の電圧が上昇した場合に，磁石の磁力を小さくする弱め磁界を発生させ，高速での電圧上昇を磁力を低減することにより適正な電圧に抑制するため，主巻線である発電巻線に対して磁界を発生させる弱め磁束用巻線即ち磁力制御用コイルを組み込み，自転車の変動速度に追従して常に安定した所定の電圧を確保してランプの破損を防止する自転車用発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は，フレーム等の支持体に支持された支軸に固定されたステータ，及び前記ステータの外側に回転可能に配置されて複数の永久磁石片を有する永久磁石部材から構成されたロータから成る自転車用発電機において，
前記ステータは，前記支軸上に固定された中空部を備えた透磁性部材，及び前記透磁性部材の前記中空部に巻き上げられた巻線から構成され，前記ロータは，前記透磁性部材の外周に隔置して配置され且つ前記支軸に回転自在に配置された継鉄を構成するハウジング，前記ハウジングの内周面に周方向に交互に磁極を変えて前記ハウジングに固定された前記永久磁石片を有する前記永久磁石部材，及び前記永久磁石部材と前記透磁性部材との間で前記永久磁石部材の内周面に取り付けられた透磁性の良い磁気誘導部材から構成され，前記巻線は，外側に位置する一方向に巻き上げされた発電巻線，及び前記発電巻線とは同方向に巻き上げられ且つ所定の電気抵抗体を直列に接続した内側に位置する磁力制御用巻線から構成され，前記発電巻線の両端と前記磁力制御用巻線の両端は，スイッチを介してそれぞれ接続されていることを特徴とする自転車用発電機に関する。
【０００７】
また，前記透磁性部材は，周方向に複数配置されたコ字状板部材の外周に前記巻線を巻き上げて前記コ字状部材の両端部を前記永久磁石片に沿ってそれぞれ延びるように折り曲げて透磁磁極が形成されている。また，前記コ字状板部材は，軟鋼又は珪素鋼板製の板材を積層した積層板部材をコ字状に折り曲げて作製されている。
【０００８】
また，前記磁力制御用巻線は前記発電巻線より巻数が少なく，抵抗体の抵抗値と前記磁力制御用巻線の抵抗値との和は前記発電巻線の抵抗値より小さく設定されている。
【０００９】
この自転車用発電機は，前記永久磁石片の幅を前記透磁性部材の前記端部で形成された前記透磁磁極の幅より大きくし，前記永久磁石片間に隙間を形成し，前記磁気誘導部材が前記永久磁石片の内側に前記透磁磁極の前記幅に相当する幅で配置されており，隣接する前記磁気誘導部材を非磁性材で円筒状に連結したものである。
【００１０】
また，この自転車用発電機は，前記スイッチが前記発電巻線による発電電圧が予め決められた所定以上に応答してＯＮされ，前記磁力制御用巻線が通電されて前記発電巻線の磁束が抑制され，前記発電電圧が予め決められた所定電圧以下に抑制されるものである。
【００１１】
また，前記支軸を支持する前記支持体はフロントフォーク，シートステー又はチェーンステーであり，前記ハウジングはスポークが取り付けられたドライブホイールを構成するハブである。
【００１２】
また，この発明は，フレーム等の支持体に支持された支軸に固定されたステータ，及び前記ステータの外側に回転可能に配置されて複数の永久磁石片を有する永久磁石部材から構成されたロータから成る自転車用発電機において，
前記ステータは，前記支軸上に固定された中空部を備えた透磁性部材，及び前記透磁性部材の前記中空部に巻き上げられた巻線から構成され，前記ロータは，前記透磁性部材の外周に隔置して配置され且つ前記支軸に回転自在に配置された継鉄を構成するハウジング，前記ハウジングの内周面に周方向に交互に磁極を変えて前記ハウジングに固定された前記永久磁石片を有する前記永久磁石部材，及び前記永久磁石部材と前記透磁性部材との間で前記永久磁石部材の内周面に取り付けられた透磁性の良い磁気誘導部材から構成され，前記巻線は，その端部からの第１引出し線に第１スイッチを介して負荷に接続し，巻数の中間点からの第２引出し線に第２スイッチと電気抵抗体を介して負荷に接続し，予め決められた所定の電圧以上に応答して前記第１スイッチをＯＦＦし且つ前記第２スイッチをＯＮし，所定の電圧以下に応答して前記第１スイッチをＯＮし且つ前記第２スイッチをＯＦＦして予め決められた所定の電圧を発電させることを特徴とする自転車用発電機に関する。
【発明の効果】
【００１３】
この自転車用発電機は，上記のように構成されているので，自転車の速度が速くなってハウジング即ちドライブホイールの回転数が所定の回転数以上即ち所定の電圧以上になると，その回転数の上昇に応じて上昇する電圧に応答し，トランジスタースイッチ等のスイッチをＯＮし，又はスイッチのＯＮ・ＯＦＦを切り換えて，磁力制御用巻線に弱めの磁束を発生させ，磁力制御用巻線の磁束が発電巻線の磁束を抑制し，発電電圧を抑制して予め決められた所定の発電電圧に調整し，それによって自転車のランプの破損を防止するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下，図面を参照して，この発明による自転車用発電機の実施例を説明する。この発明による自転車用発電機は，支持体（図示せず）に支持された支軸３に固定されたステータ２，及びステータ２の外側に回転可能に配置されて複数の永久磁石片８を円周状に配置した永久磁石部材７から成るロータ１から構成されている。ステータ２は，支軸３上に配置された中空部９を備えた透磁性部材４，及び透磁性部材４の中空部９に巻き上げられた巻線５から構成されている。ロータ１は，透磁性部材４の外周に配置され且つ支軸３に軸受２２を介して回転自在に配置された継鉄から成るハウジング６，及びハウジング６と透磁性部材４との間に周方向に交互に磁極を変えてハウジング６に固定された永久磁石片８を有する永久磁石部材７，及び永久磁石部材７とステータ２の透磁性部材４との間で永久磁石部材８の内周面に取り付けられた透磁性の良い磁気誘導部材２０から構成されている。永久磁石片８は，円弧又は矩形の板材であり，円筒状のハウジング６の内側に貼り付けや埋め込みによって固定されている。また，この実施例では，支軸３は，フロントフォーク，シートステー，又はチェーンステー（図示せず）に支持されている。ハウジング６は，多数のスポーク（図示せず）が取り付けられたドライブホイール（図示せず）を構成するハブを構成している。
【００１５】
この自転車用発電機では，特に，巻線５は，外側に位置する一方向に巻き上げられた主巻線である発電巻線１０，及び発電巻線１０とは同方向に巻き上げられ且つ巻数が主巻線より少ない巻線が内側に位置する弱め磁束用巻線を構成する磁力制御用巻線１１から構成されており，更に，図４に示すように，巻線５は，発電巻線１０の両端と磁力制御用巻線１１の両端をトランジスター２５から成るスイッチ１２を介して負荷にそれぞれ接続され，磁力制御用巻線１１から電気抵抗体１３が接続されており，発電巻線１０で発電される電圧が所定以上になることに応答してスイッチ１２をＯＮし，発電される電圧が予め決められた所定の範囲内に制御されるように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
また，ステータ２における透磁性部材４は，図３に示すようにして作製できる。まず，図３の（Ｃ）に示すように，軟鋼又は珪素鋼板製の積層する板材２４を準備し，図３の（Ｂ）に示すように，板材２４をコ字状に折り曲げてコ字状板部材１４を形成する。次いで，コ字状板部材１４，特に，中央部の連繋部１７が円形状になるように周方向に複数配置して中心部に小円筒部１９を形成する。そこで，コ字状板部材１４で形成された小円筒部１９の外周に，まず，巻線５の磁力制御用巻線１１を巻き上げ，次いで，磁力制御用巻線１１の外周に発電巻線１０を巻き上げる。次いで，巻線５を省略している図３の（Ａ）に示すように，コ字状部材１４の両端部を，永久磁石片８に沿ってそれぞれ延びるように折り曲げて一対の透磁磁極１５，１６を形成する。コ字状部材１４の両端部をそれぞれ折り曲げて形成された透磁磁極１５，１６は，永久磁石片８の表面磁束がＮ極側に相対する極とＳ極側に相対する極に対峙するように隣接して配置されている。即ち，透磁性部材４は，永久磁石片８に対峙して延びる透磁磁極１５，１６，両者からそれぞれ延びる脚部１８，及び両脚部１８を連繋する連繋部１７から形成されることになる。従って，連繋部１７は，円形状に複数配置され，その外周に巻線５を巻き上げられている。透磁性部材４は，周方向に複数配置されたコ字状板部材１４の連繋部１７が円形になって中空の中心軸である小円筒部１９を構成し，小円筒部１９が支軸３の外周に固着されることになる。
【００１７】
また，この自転車用発電機において磁力制御用巻線１１は，発電巻線１０より線径が小さく，抵抗値が発電巻線１０の１０〜３０倍の大きさになっている。巻線により抵抗値がまかなえない時は，抵抗体１３を接続する。トランジスター２５のスイッチ１２は，トランジスター２５のベース２６が発電巻線１０の両端電圧が予め決められた定格電圧より所定量大きくなった時に，作動するように設定されている。発電巻線１０の両端電圧が上記定格電圧より所定量大きくなった時に，トランジスター２５のベース２６に電流が流れると，トランジスター２５を通って弱め磁界電流が流れ，透磁性部材４の連繋部１７で形成された中心軸の小円筒部１９に永久磁石部材７によって発生している磁力と反対の磁力を発生させる。磁力制御用巻線１１で発生した弱め磁界電流は，巻線１０によって電力が消費される。
【００１８】
また，この自転車用発電機は，永久磁石片８の幅を透磁性部材４の端部で形成された透磁磁極１５，１６の幅より大きく形成され，また，透磁磁極１５，１６間の隙間２３を永久磁石片８間の隙間２１より１〜２ｍｍ大きく配置されている。永久磁石部材７における板状の永久磁石片８の内側には，永久磁石片８の内側に透磁磁極１５，１６の幅に相当する幅の透磁性の良い磁気誘導部材２０が配置されている。隣接する磁気誘導部材２０の間の隙間２７，隣接する永久磁石片８の間の隙間２１，及び隣接する透磁磁極１５，１６の間の隙間２３には，非磁性材がそれぞれ充填され，それによって隣接する磁気誘導部材２０，隣接する永久磁石片８，及び隣接する透磁磁極１５，１６がそれぞれ連結され，円筒状にそれぞれ形成されている。磁気誘導部材２０は，永久磁石部材７を構成する永久磁石片８の内側に沿って永久磁石片８の幅よりも小さく形成され，永久磁石の磁力を集め，ステータ２側の透磁性部材４の透磁磁極１５，１６に強力な磁力を送り込むように機能するため，永久磁石片８の内側に配設されている。永久磁石片８の内側に磁気誘導部材２０を設置することにより，永久磁石片８の隣接するＮ極とＳ極との間の距離を小さくすることができ，その分，永久磁石片８を幅方向に大きく形成することができる。
【００１９】
また，トランジスター２５のスイッチ１２即ちトランジスタースイッチ１２は，発電巻線１０による発電電圧が予め決められた所定以上に応答してＯＮされ，トランジスタースイッチ１２がＯＮすることによって，発電巻線１０により発電された電圧に対して，磁力制御用巻線１１に逆向きに流れる電流によってステータコア即ち連繋部１７に逆向きの磁力を発生させるので，磁束が抑制され，発電電圧が予め決められた所定電圧以下に抑制される。例えば，図５に示すように，自転車の速度が４ｋｍ／ｈｒの時には，この自転車用発電機で発電される電圧が予め決められた所定電圧以下であるので，トランジスタースイッチ１２はＯＮすることなく，ＯＦＦ状態であり，発電巻線１０のみが働いている。自転車の速度が１０ｋｍ／ｈｒ，１５ｋｍ／ｈｒ，２０ｋｍ／ｈｒ，２５ｋｍ／ｈｒの時には，この自転車用発電機で発電される電圧が予め決められた所定電圧以上になるので，トランジスタースイッチ１２がＯＮし，磁力制御用巻線１１が付勢され，点線で示すように，弱め磁界が働いて発電巻線１０で発生する磁界に作用し，予め決められた所定電圧以下に抑制される。即ち，磁力制御用巻線１１の巻数は発電巻線１０の巻数より少ないので，発電巻線１０の電圧が高く，弱め磁界側に入って行くことができる。
【００２０】
また，この自転車用発電機は，トランジスタースイッチ１２がＯＮし，磁力制御用巻線１１が導通して弱め磁力が作用した時，永久磁石片８から発生する磁力線が透磁材の磁気誘導部材２０を通って円周方向に回るので，永久磁石片８の磁力を減少させることなく，上記の制御をすることができる。磁気誘導部材２０の間には，磁力抵抗の大きなプラスチックを配置することにより発電効率を大きくさせることができる。
【００２１】
次に，図６を参照して，この発明によるよる自転車用発電機の巻線の別の実施例を説明する。図６に示すように，巻線５は，その端部からの引出し線２８（第１引出し線）にスイッチ３０（第１スイッチ）を介して負荷３２に接続し，巻数の中間点３３からの引出し線２９（第２引出し線）にスイッチ３１（第２スイッチ）と電気抵抗体３４を介して負荷３２に接続し，両引出し線２８，２９を負荷２７に接続する。この自転車用発電機は，予め決められた所定の電圧以上に応答してスイッチ３０をＯＦＦし且つスイッチ３１をＯＮし，所定の電圧以下に応答してスイッチ３０をＯＮし且つスイッチ３１をＯＦＦできるように構成する。巻線５を上記のように構成することによって，発電巻線１０と磁力制御用巻線１１とで構成した上記実施例と同等の機能を果たすことができる。即ち，この自転車用発電機は，スイッチ３０をＯＮの場合には，巻線５が発電巻線１０として機能し，また，スイッチ３１をＯＮの場合には，巻線数が小さくなるので，電圧が降下し，更に，電圧調整用の負荷抵抗を介して負荷３２に電力が供給されるので，これらの構成が磁力制御用巻線１１が付勢された状態になって電圧を制御する機能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
この発明による自転車用発電機は，自転車用ランプ等に供給する電力を供給する発電機に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明による自転車用発電機の一実施例を示す概略説明図である。
【図２】この自転車用発電機の断面図である。
【図３】この自転車用発電機におけるステータを構成する透磁製部材であり，（Ａ）が透磁製部材の完成した形状を示し，（Ｂ）が透磁製部材の中間品のコ字状板部材を示し，（Ｃ）が透磁製部材の素材である板材を示す斜視図である。
【図４】この自転車用発電機における巻線結線状態の一実施例を示す回路図である。
【図５】この自転車用発電機における発電特性を示すグラフである。
【図６】この自転車用発電機における巻線結線状態の別の実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    ロータ
２    ステータ
３    支軸
４    透磁性部材
５    巻線
６    ハウジング
７    永久磁石部材
８    永久磁石片
９    中空部
１０  発電巻線
１１  磁力制御用巻線
１２  スイッチ
１３，３４  電気抵抗体
１４  コ字状部材
１５，１６  透磁磁極
２０  磁気誘導部材
２１，２３，２７  隙間
２４  板材
２５  トランジスター
２８  引出し線（第１引出し線）
２９  引出し線（第２引出し線）
３０  スイッチ（第１スイッチ）
３１  スイッチ（第２スイッチ）
３２  負荷
３３  中間点
【図１】
2007288875.tif 000003
【図２】
2007288875.tif 000004
【図３】
2007288875.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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