專利名稱：自行車用輪轂發(fā)電機及自行車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自行車發(fā)電用的輪轂發(fā)電機的磁心的改良。
作為自行車發(fā)電用的輪轂發(fā)電機，在特開平7-291166號公報(B62J6/12)上公開了一種輪轂發(fā)電機93，如圖7所示的那樣，在自行車的前輪或者后輪的輪轂軸10上，配備一對定子磁心90、91，在該定子磁心90、91的內部收容卷繞著發(fā)電線圈22的線圈骨架20而構成定子，在自由旋轉地被支承在輪轂軸10上的輪轂12上，與上述定子相向配置永久磁鐵14而構成轉子。永久磁鐵14，將N極和S極在圓周方向上交替排列而構成(參照圖2)，定子磁心90、91，在各自的外圓周面上將與N極或者S極之一相向的極靴按照永久磁鐵14的磁極的間距突出設置。因此，在一邊的定子磁心90與永久磁鐵14的N極相向時，另一邊的定子磁心91與S極相向，形成N極→定子磁心90→與輪轂軸10的連接部分→定子磁心91→S極的磁路。
發(fā)電線圈22的電端部，通過引線72等連接在自行車的燈(未圖示)上。輪轂發(fā)電機93的發(fā)電，按照下面的要領進行。
也就是說，車輪旋轉，則安裝在與車輪一起整體旋轉的輪轂12上的永久磁鐵14就旋轉。由永久磁鐵14發(fā)出的磁通，相向的定子磁心90、91的一邊為N極、另一邊為S極的狀態(tài)，和一邊為S極、另一邊為N極的狀態(tài)交替重復而在磁路中產生交變磁通。通過在發(fā)電線圈22的內側產生的該交變磁通，電流在發(fā)電線圈22中流動，進行發(fā)電。
產生在定子磁心90、91中的交變磁通，如圖7中箭頭所示的那樣，繞定子磁心90、91一周。
由于定子磁心90、91在中心部分、即與輪轂軸10的固定側互相連接，所以有在定子磁心90、91的連接部分磁阻較大的問題。因而，在上述公報中，為了減小定子磁心90、91之間的磁阻，在定子磁心90、91的連接部分，如圖7所示的那樣配置筒狀的輔助磁心94，以力圖減小定子磁心90、91的連接部分處的磁阻。
在定子磁心90、91中，隨著交變磁通的通過而產生渦電流。由于渦電流降低發(fā)電效率，所以必須盡可能控制渦電流的發(fā)生，但是在上述構造的輪轂發(fā)電機93中，由于在定子磁心90、91的連接部分處，交變磁通的通過量較多，故產生的渦電流也就大，因而不能充分提高發(fā)電效率。
本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠減小定子磁心的磁阻，同時控制渦電流的發(fā)生，提高發(fā)電效率的自行車用輪轂發(fā)電機及裝有該裝置的自行車。
為了解決上述課題，本發(fā)明之1中所述的輪轂發(fā)電機30，在輪轂12的內側配置有永久磁鐵14、在輪轂軸10的圓周上設置著與永久磁鐵14的磁極相向的多個極靴的2個定子磁心16、17，和卷繞于配置在該定子磁心16、17之間的線圈骨架20上的線圈22，定子磁心16、17通過筒狀的磁心18磁力結合在輪轂軸一側，在該磁心18的外圓周面上，在與輪轂軸10平行的方向上開設有一個或者多個槽24。
另外，本發(fā)明之2所述的自行車用輪轂發(fā)電機30，將開設在磁心18上的槽中的1個槽26，一直到達磁心18的內表面，在磁心18的一部分上，在圓周方向上斷開。
本發(fā)明之3所述的自行車用輪轂發(fā)電機30，磁心18由粉末燒結材料或者純鐵類電磁軟鐵材料制造。
并且，本發(fā)明之4所述的自行車用輪轂發(fā)電機30，在線圈骨架20上突出設置著朝向內側的筋(28)，通過將該筋(28)嵌合在形成于磁心18的外圓周面上的槽24以及/或者槽26中，磁心18被定位在線圈骨架20上。
本發(fā)明之5所述的自行車用輪轂發(fā)電機30，在輪轂12的內側配置有永久磁鐵14、在輪轂軸10的圓周上設置著與永久磁鐵14的磁極相向的多個極靴的2個定子磁心16、17，和卷繞于配置在該定子磁心16、17之間的線圈骨架20上的線圈22的自行車用輪轂發(fā)電機上，定子磁心16、17通過粉末燒結材料制造的筒狀的磁心18磁力結合在輪轂軸一側。
本發(fā)明之6所述的自行車用輪轂發(fā)電機30，在配置有永久磁鐵14配置在輪轂12的內側、在輪轂軸10的圓周上設置著與永久磁鐵14的磁極相向的多個極靴的2個定子磁心16、17，和卷繞于配置在該定子磁心16、17之間的線圈骨架20上的線圈22的自行車用輪轂發(fā)電機上，定子磁心16、17通過純鐵類電磁軟鐵材料制造的筒狀的磁心18磁力結合在輪轂軸一側。
本發(fā)明之7所述的自行車40，在前輪或者后輪上裝有上述發(fā)明之1至6的任意一項所述的輪轂發(fā)電機30，將該輪轂發(fā)電機30與前燈46和/或尾燈進行電連接。
本發(fā)明之1所述的自行車用輪轂發(fā)電機30，由于在磁心18的外圓周面上開設著槽24、26，所以磁心18通過槽24、26而在圓周方向上電絕緣。因此，能夠利用槽24、26隔斷在磁心18的圓周方向上流動的渦電流，能夠實現發(fā)電效率的提高。所以，能夠實現輪轂發(fā)電機30的小型化以及輕量化，并且能夠減小發(fā)電所需的扭矩。
本發(fā)明之2所述的自行車用輪轂發(fā)電機30，通過利用1個貫通槽26將筒狀的磁心18斷開，能夠完全實現磁心18的圓周方向的電絕緣。所以，能夠大幅度減小在磁心18的圓周方向上流動的渦電流的產生，實現發(fā)電效率的進一步提高。
另外，本發(fā)明之3所述的自行車用輪轂發(fā)電機30，通過將磁心18用磁阻小的粉末燒結材料或者純鐵類電磁軟鐵材料制造，能夠控制交變磁通的衰減，所以能夠提高發(fā)電效率。
本發(fā)明之4所述的自行車用輪轂發(fā)電機30，由于不是將磁心18直接固定在輪轂軸10或者線圈骨架20上，而是使突出設置在線圈骨架20的內表面上的筋(28)和槽24以及/或者槽26相嵌合，將磁心18定位，所以即使由于自行車的震動而使磁心18受到沖擊，與將磁心18直接固定在輪轂軸10上的情況相比，沖擊力通過筋(28)被吸收，很難將力施加到磁心18上，從而防止磁心18的破損。特別是在利用粉末燒結材料制造磁心18的情況下，雖然粉末燒結材料硬而脆，但是通過控制磁心18上產生的應力，能夠有效地防止破損。
還有，本發(fā)明之5或6所述的自行車用輪轂發(fā)電機30，由于利用磁阻小的粉末燒結材料或者純鐵類電磁軟鐵材料制造磁心18，所以能夠提高發(fā)電效率，同時能夠將輪轂發(fā)電機30小型化。
本發(fā)明之7所述的自行車，作為發(fā)電機裝有上述發(fā)電效率優(yōu)良的輪轂發(fā)電機30，發(fā)電所需的扭矩小，而且能夠實現輪轂發(fā)電機30的小型化，所以能夠實現自行車的輕量化和減小發(fā)電所需的自行車的腳踏力。
下面對附圖及其符號進行簡單說明。


圖1為含有本發(fā)明的輪轂發(fā)電機的輪轂軸的剖視圖。
圖2為沿著圖1的線Ⅱ-Ⅱ的剖視圖。
圖3(a)為定子磁心的側視圖，(b)為定子磁心的主視圖。
圖4(a)為磁心的側視圖，(b)為磁心的主視圖。
圖5為裝有本發(fā)明的輪轂發(fā)電機的自行車的前輪部分的放大圖。
圖6為實施例中使用的切槽1～切槽6的磁心的側視圖。
圖7為含有以前的輪轂發(fā)電機的輪轂軸的剖視圖。
在上述附圖中，10-輪轂軸，12-輪轂，14-永久磁鐵，16-定子磁心，17-定子磁心，18-磁心，20-線圈骨架，22-線圈，24-槽，26-槽，30-輪轂發(fā)電機。
發(fā)明的實施方式圖1為含有本發(fā)明的輪轂發(fā)電機30的輪轂軸方向的剖視圖，圖2為沿著圖1的線Ⅱ-Ⅱ的剖視圖，圖3(a)為定子磁心16、17的側視圖，圖3(b)為定子磁心的主視圖，圖4(a)為磁心18的側視圖，圖4(b)為磁心18的主視圖，圖5表示裝有輪轂發(fā)電機30的自行車40的前輪部分的放大圖。
本發(fā)明的輪轂發(fā)電機30，裝在自行車40的前輪部分或者后輪部分。下面就將輪轂發(fā)電機30裝在前輪一側的例進行說明。
自行車40如圖5所示的那樣，自由旋轉地支承前輪42的輪轂軸10安裝在前叉(44)上，向配備在前輪42側面的前燈46或者配備在后輪一側的尾燈(未圖示)等供應電力。前叉(44)被支承在本體車架(48)上，在前叉(44)的上端，安裝著車把(50)和前車筐52。
如圖1所示，輪轂軸10兩側固定在前叉44、44上，筒狀的輪轂12通過軸承5454自由旋轉地配備在輪轂軸10上。在輪轂12上，安裝著多個輻條56，在該輻條56的外圓周上，如圖5所示的那樣，通過輪胎鋼圈58安裝著輪胎60。
在輪轂軸10上，配備著定子。定子如圖1所示，由筒狀的磁心18，線圈骨架20、發(fā)電線圈22以及一對定子磁心16、17構成。
磁心18如圖4(a)、(b)所示，從外圓周面向著內側開設著多個槽24、26而構成。為了減小磁心18的磁阻，最好磁心18的徑向的厚度為7～9mm，而且最好由鐵氧體等粉末燒結材料、或純鐵類電磁軟鐵材料形成。通過將磁心18較厚地形成，能夠增大磁心18的截面積，能夠實現磁阻的減小。
開設在磁心18上的槽24，最好深度為6～7mm，最好1個槽26一直開設到筒的內表面，在圓周方向上電絕緣。
在磁心18的外圓周上，嵌有卷繞著發(fā)電線圈22的線圈骨架20。發(fā)電線圈22的電端部，一邊通過引線72與前燈46連接，另一邊直接與輪轂軸10等連接，通過前叉(44)電連接在前燈46上。線圈骨架20能夠用樹脂材料制造，如圖1所示，能夠例舉出朝向外圓周開口的截面為字形的環(huán)狀體。在線圈骨架20的內圓周面上，如圖2所示，突出設置著1個或者多個筋(28)，各筋(28)與磁心18的槽24和/或槽26嵌合，磁心18被止轉以及定位。
在磁心18的左右兩側，配置著定子磁心16、17。定子磁心16、17如圖3(a)、(b)所示，在圓盤80的外圓周上，突出設置著很多朝向內側彎曲的極靴74、75。極靴74和與之相對的定子17的極靴75以等間隔的間隙而形成。定子磁心16、17，能夠由一般結構用軋制鋼材構成。
最好在定子磁心16、17的圓盤80上，從中心朝向外圓周方向開切口76，控制定子磁心16、17上的渦電流的產生。在該切口76處，能夠穿過從發(fā)電線圈22伸出的引線72。
上述定子在定子磁心16、17之間夾持磁心18以及收容有發(fā)電線圈22的線圈骨架20，穿過輪轂軸10之后，利用螺栓81固定，能夠安裝在輪轂軸10上。
在輪轂12上，配置著轉子。轉子由與上述定子磁心16、17的極靴74、75的數量對應的數量的永久磁鐵14在圓周方向上排列構成，該永久磁鐵14其內面一側交替成為N極、S極而配置著。
上述構造的輪轂發(fā)電機30，使自行車40行進，前車輪42旋轉，則轉子相對于定子旋轉。其結果永久磁鐵14在定子磁心16、17的極靴74、75的外側移動。
一邊的定子磁心16的極靴74與永久磁鐵14的N極相向時，另一邊的定子磁心17的極靴75與永久磁鐵14的S極相向，如圖1中箭頭所示，產生通過一邊的定子磁心16的極靴74→圓盤80→磁心18→相向的另一邊的定子磁心17的圓盤80→極靴75的磁通。
前輪42進一步旋轉，一邊的定子磁心16的極靴74與S極相向，另一邊的定子磁心17的極靴75與N極相向，則與上述相反，產生通過一邊的定子磁心17的極靴75→圓盤80→磁心18→相向的定子磁心16的圓盤80→極靴74的磁通。
通過隨著前輪42的旋轉，而與定子磁心16、17的極靴74、75相向的永久磁鐵14的磁極發(fā)生變化，上述磁通交替產生，成為交變磁通。
通過穿過定子磁心16、17和磁心18的交變磁通，在發(fā)電線圈22中產生電流，進行發(fā)電。
此時，雖然由于穿過磁心18的交變磁通，而在磁心18中產生渦電流，但是在本發(fā)明中，因為通過開設在磁心18的圓周面上的槽24、26，隔斷了在磁心18的圓周方向的電流的流動，所以渦電流不在磁心18的圓周方向上流動。因此，能夠控制渦電流的產生，能夠防止由于渦電流而導致的發(fā)電效率的降低。
實施例制造改變開設的槽24、26的數量以及材料的磁心18，分別組裝在輪轂發(fā)電機30上，比較了發(fā)電電壓。
磁心的形狀為在外徑26mm、內徑9mm、長度21mm的圓筒狀的物體上，如圖6所示開設槽24、26。開設在磁心18上的槽24、26的數量，如圖6所示，為0個(切槽1)、1個(切槽2)、2個(切槽3)、4個(切槽4)、8個(切槽5)、12個(切槽6)。
磁心18的材料如表1所示，切槽1～6用碳含量低的一般低碳鋼(一般結構用軋制鋼材SS400(SS41))制造，對這些切槽實施退火熱處理。并且，切槽1為對比例。
另外，關于切槽1和切槽2，并且用純鐵類電磁鋼材(電磁軟鐵SUYB0～SUYB3)以及鐵氧體類粉末冶金磁性材料(氧化鐵類軟磁性材料)制造磁心。
測定條件如下。
·車輪轉速120rpm(按26英寸的車輪相當于15km/h)·定子磁心T2.3 SPCC、退火、帶切口76(參照圖3)·發(fā)電線圈φ0.65mm×325匝結果在表1中表示。并且，發(fā)電電壓用以鐵氧體類粉末冶金磁性材料的切槽1為100時的相對值表示。表1
參照表1可以看到，用一般低碳鋼制造的磁心通過開設槽，發(fā)電電壓得到提高。但是開設了12個槽的切槽6反而比開設了8個槽的切槽5還要差。這是由于槽的開設數量過多，磁阻就會增大的原因所致。因此，開設槽的數量以1個以上12個以下為宜，最好為2個以上8個以下。
特別是，槽的數量為4個、8個的切槽4、5，具有與純鐵類電磁鋼材幾乎同等的性能。通過這樣調節(jié)槽的數量，能夠將加工性能優(yōu)良、廉價的一般低碳鋼用于高性能的磁心。
由此可看出，用純鐵類電磁鋼材以及鐵氧體類粉末冶金磁性材料制造的切槽1和切槽2都發(fā)揮了較高的發(fā)電效率。這是通過使用磁阻小、導電性低的材料，能夠一面產生交變磁通，一面控制渦電流的產生的結果。
上述實施例的說明，為用于說明本發(fā)明的內容，不應理解為在權利要求中限定所述的發(fā)明，或者縮小該范圍。而且，本發(fā)明的各部分構造不局限于上述實施例，可以在權利要求所述的技術范圍內進行各種變形。
權利要求
1．一種自行車用輪轂發(fā)電機，在輪轂(12)的內側配置有永久磁鐵(14)、在輪轂軸(10)的圓周上設置著與永久磁鐵(14)的磁極相向的多個極靴的2個定子磁心(16)(17)，和卷繞于配置在該定子磁心(16)(17)之間的線圈骨架(20)上的線圈(22)，其特征在于，定子磁心(16)(17)通過筒狀的磁心(18)磁力結合在輪轂軸一側，在該磁心(18)的外圓周面上，在與輪轂軸(10)平行的方向上開設有一個或者多個槽(24)。
2．根據權利要求1所述的自行車用輪轂發(fā)電機，將開設在磁心(18)上的槽中的1個槽(26)，一直到達磁心(18)的內表面，在磁心(18)的一部分上，在圓周方向上斷開。
3．根據權利要求1或2所述的自行車用輪轂發(fā)電機，磁心(18)由粉末燒結材料或者純鐵類電磁軟鐵材料制造。
4．根據權利要求1至3的任意一項所述的自行車用輪轂發(fā)電機，在線圈骨架(20)上突出設置著朝向內側的筋(28)，通過將該筋(28)嵌合在形成于磁心(18)的外圓周面上的槽(24)(26)中，磁心(18)被定位在線圈骨架(20)上。
5．一種自行車用輪轂發(fā)電機，在輪轂(12)的內側配置有永久磁鐵(14)、在輪轂軸(10)的圓周上設置著與永久磁鐵(14)的磁極相向的多個極靴的2個定子磁心(16)(17)，和卷繞于配置在該定子磁心(16)(17)之間的線圈骨架(20)上的線圈(22)，其特征在于，定子磁心(16)(17)通過粉末燒結材料制造的筒狀的磁心(18)磁力結合在輪轂軸一側。
6．一種自行車用輪轂發(fā)電機，在輪轂(12)的內側配置有永久磁鐵(14)、在輪轂軸(10)的圓周上設置著與永久磁鐵(14)的磁極相向的多個極靴的2個定子磁心(16)(17)，和卷繞于配置在該定子磁心(16)(17)之間的線圈骨架(20)上的線圈(22)，其特征在于，定子磁心(16)(17)通過純鐵類電磁軟鐵材料制造的筒狀的磁心(18)磁力結合在輪轂軸一側。
7．一種自行車，在前輪或者后輪上裝有所述權利要求1至6的任意一項所述的輪轂發(fā)電機(30)，將該輪轂發(fā)電機(30)與前燈(46)和/或尾燈進行電連接。
全文摘要
一種自行車用輪轂發(fā)電機以及裝有該裝置的自行車,能夠減小定子磁心的磁阻,同時控制渦電流的發(fā)生,提高發(fā)電效率。將永久磁鐵14配置在輪轂12的內側、在輪轂軸10的圓周上設置著與永久磁鐵14的磁極相向的多個極靴的2個定子磁心16、17,和卷繞于配置在該定子磁心16、17之間的線圈骨架20上的線圈22的自行車用輪轂發(fā)電機上,定子磁心16、17通過筒狀的磁心18磁力結合在輪轂軸一側,在該磁心18的外圓周面上,在與輪轂軸10平行的方向上開設有一個或者多個槽24。
文檔編號H02K21/22GK1323718SQ01118059
公開日2001年11月28日 申請日期2001年5月17日 優(yōu)先權日2000年5月17日
發(fā)明者福田齊 申請人:三洋電機株式會社