JP4111966B2

JP4111966B2 - 自転車用ダイナモ及び該自転車用ダイナモを搭載した自転車用照明装置

Info

Publication number: JP4111966B2
Application number: JP2005232429A
Authority: JP
Inventors: 斉福田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: CN1913296A; DE102006037055B4; CN100555813C; DE102006037055A1; JP2007049839A

Description

本発明は、自転車のダイナモにおいて、ダイナモの出力電圧を抑制する電圧抑制素子を装着した構造のものに関する。またかかるダイナモを用いた自転車用照明装置に関する。

自転車のダイナモは、自転車の車輪の回転に連動して回転する永久磁石を含むロータと、永久磁石の磁極と対向する極片を具えるステータコア及び永久磁石の磁力線が前記極片を介して通過する位置に配置されたコイルを含むステータとを有するもので、車輪の回転で発電し、電力が得られる構造になっている。自転車の速度が速くなると車輪の回転数も多くなるので出力電圧は高くなる。ダイナモの電力は、前照灯の電球に供給されるが、電球には断線する電圧があるので、ダイナモの電圧は電球の断線電圧以下に抑えなければならない。

そのため、バリスタ等の電圧抑制素子を用いて、自転車の速度が速くなってもダイナモの出力電圧を前照灯の電球の断線電圧以下に抑制することが知られている。（特許文献１）
特開平１−２８３０３９号公報

バリスタ等の電圧抑制素子は、発熱するため冷却する必要がある。特許文献１に記載のものでは、ダイナモ本体を支持するアルミダイカスト等の熱導伝体で形成されたダイナモ支持体に電圧抑制素子を取り付けて、電圧抑制素子の発熱をダイナモ支持体へ放熱させて冷却するようになっている。ここでダイナモ本体とは、ロータ、ステータ、コイル等を含むものである。

特許文献１では、ダイナモ本体から離れたダイナモ支持体に電圧抑制素子を取り付けているので、配線処理が面倒であり、組み立て性が悪い。

本発明の目的は、自転車が高速になってもダイナモの出力電圧を抑えることができると共に、電圧抑制素子の発熱を冷却するために、配線処理が面倒になることなく、組み立て性の優れたダイナモを提供することである。

また、前照灯と共に尾灯をダイナモの出力により点灯するようにしたもので、前照灯の電球が寿命等で断線した場合でも、尾灯は保護できる自転車用照明装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の自転車用ダイナモは、
自転車のハブ体の内側に配置され、車輪の回転に連動して回転する永久磁石を含むロータと、ハブ軸に配置され、永久磁石の磁極と対向する極片を具えるステータコア及び永久磁石の磁力線が前記極片を介して通過する位置に配置されたコイルを含むステータとを有するものにおいて、
ステータコアは、左右一対あってその中に前記コイルが収容されると共に、各ステータコアは円盤体と円盤体の外周に内向きに等間隔に屈曲された前記極片からなり、
ステータコアの円盤体の外側面に、ダイナモの出力電圧を抑制する電圧抑制素子を、コイルの一端を車体アースするためのアースリード板を介して装着し、該アースリード板には、電圧抑制素子を抱くように保持するホルダーを一体形成してなり、電圧抑制素子からの発熱をステータコアへ放熱して、電圧抑制素子の温度上昇を抑えるようにしたものである。

また電圧抑制素子と直列に抵抗を接続して電圧抑制回路を形成し、前記アースリード板には、電圧抑制回路を抱くように保持するホルダーを一体形成して、電圧抑制回路をアースリード板に装着することもできる。

電圧抑制素子としては、上記の特許文献１のようにバリスタの他に、ツェナーダイオードを例示できる。

上記課題を解決するために、本発明の自転車用照明装置は、上記の自転車用ダイナモの電力を、自転車の前照灯と尾灯に供給するようにしたものである。

本発明の自転車用ダイナモによれば、ステータコアに電圧抑制素子を装着し、電圧抑制素子からの発熱をステータコアへ放熱して温度上昇を抑えるようにしており、コイルに近い位置に電圧抑制素子は取り付けられるため、配線処理が容易になり、また、ステータ、ロータを含むダイナモ本体にあらかじめ電圧抑制素子を組み込んで立てユニット化することができ、組み立て性を向上できる。

また、電圧抑制素子のステータコアへの装着は、コイルの一端を車体アースするためのアースリード板を介して行うことにより、アースリード板という既存の部品を電圧抑制素子の取り付けに有効に活用することができる。そしてアースリード板に、電圧抑制素子を抱くように保持するためのホルダーを一体形成すれば、部品点数を増やすことなく、電圧抑制素子を取り付けることができる。

また電圧抑制素子と直列に抵抗を接続して電圧抑制回路を形成し、この回路をアースリード板に装着すれば、抵抗でも電力を消費できてその分電圧抑制素子で消費される電力を少なくして電圧抑制素子の発熱を抑えることができる。

また本発明の自転車用照明装置によれば、前照灯の電球が寿命等で断線して、ダイナモの負荷が尾灯だけになったとしても、電圧抑制素子により電圧の上昇が抑えられ、尾灯を保護することができる。

本発明の自転車用ダイナモを、ハブダイナモ(10)を例に説明する。図１は、ハブダイナモ(10)を自転車(40)の前輪部分に搭載した状態を示している。

自転車(40)は、前輪(42)を回転自在に支持するハブ軸(11)が、フロントフォーク(44)に取り付けられており、ハブダイナモ(10)は、前輪(42)の横側に配備された前照灯(46)や後輪側に配備された尾灯(90)(図９参照)などに電力を供給する。フロントフォーク(44)は、本体フレーム(48)に支持されており、フロントフォーク(44)の上端には、ハンドル(50)や前かご(52)が取り付けられている。

ハブ軸(11)の外周は雄ネジが螺設され、図２に示す様に、ハブ軸(11)は、両側がフロントフォーク(44)(44)にナット(45)(45)で締め付け固定されており、ハブ軸(11)には、ベアリング(54)(54)を介して筒状のハブ体(12)が回転自在に配備されている。ハブ体(12)には、スポーク(56)が複数取り付けられており、該スポーク(56)の外周には、図１に示す様に、リム(58)を介してタイヤ(60)が取り付けられている。

ハブ軸(11)にはステータが配備される。ステータは、図２に示す様に、厚肉筒状のコア(18)と、巻回コイル(22)及び一対のステータコア(16)(17)から構成される。

コア(18)は、図４に示す様に、軸方向の全長に亘って外周面から内向きにスリット(24)(26)を複数開設して構成される。コア(18)の磁気抵抗を小さくするために、コア(18)は、フェライト等の粉末焼結材や、純鉄系電磁軟鉄材から形成することが望ましい。コア(18)に開設されるスリットの１つのスリット(26)は、筒内面まで到達するよう開設して、周方向に電気的に絶縁することが望ましい。これはコア(18)を通る交番磁束によって、コア(18)に渦電流が発生しようとするのを、上記スリット(24)(26)によって、コア(18)の周方向への電流の流れを遮断して、コア(18)の周方向に渦電流が生じることを抑制でき、渦電流による発電効率の低下を防止する効果があるためである。

コア(18)の外周には、コイル(22)を巻回したコイルボビン(20)が嵌められている。図７、図８に示すように、巻回コイル(22)の一端はリード線(22b)、リード線(22d)を介して出力端子(22c)に導かれ、出力端子(22c)から前照灯(46)と尾灯(90)の一端に接続され、該コイル(22)の他端(22a)は、後記の如く、アースリード板(38)を介してハブ軸(11)に接続され、フロントフォーク(44)を介して前照灯(46)と尾灯(90)の他端に電気的に接続されている。

コイルボビン(20)は合成樹脂にて形成され、図２に示す様に、外周に向かって開口した断面がコ字状の環状体を呈している。コイルボビン(20)の内周面には、図４に示す様に、リブ(28)が１又は複数突設されており、各リブ(28)は、コア(18)のスリット(24)及び／又はスリット(26)と嵌合し、コア(18)が回り止め及び位置決めされている。

コア(18)の左右両側には、ステータコア(16)(17)が配備されている。ステータコア(16)(17)は、図５、図６、図７に示す様に、円盤体(78)の外周に、内向きに屈曲した磁極片(74)(75)を周方向に等間隔に突設したものである。一方のステータコア(16)の極片(74)は、対向する相手ステータコア(17)の極片(75)(75)間に嵌まり込む様に形成されている。ステータコア(16)(17)は、一般構造用圧延鋼材から構成することができる。

図５乃び図７に示す如く、ステータコア(16)(17)の円盤体(78)には、ハブ軸(11)が貫通する中心孔(13)から外周縁に抜ける溝孔(15)が開設されている。巻回コイル(22)の一端と接続されたリード線(22b)が、一方のステータコア(16)の溝孔(15)を通って外側に引き出されている。（図７参照）
上記ステータは、ステータコア(16)(17)間にコア(18)及び巻回コイル(22)を収容したコイルボビン(20)を挟み、ハブ軸(11)上のハブ軸と螺合するナット(30)(31)によってハブ軸(11)上に位置決め固定されている。一方の（図２において右側の）ナット(30)には、前記一方のベアリング（54）と摺接するスリーブ(32)が一体に形成されている。他方のナット(31)にも、他方のベアリング（54）と摺接するスリーブ(33)が一体に形成されている。ナット(31)とステータコア(17)間には、ワッシャー(36)が介在され、ナット(30)とステータコア(16)間には、前記アースリード板(38)が介在されている。

ステータコア(16)の円盤体(78)とアースリード板(38)の間、及びステータコア(17)の円盤体(78)とワッシャー(36)の間には、夫々絶縁シート（図示せず）が介在されている。これは、円盤体(78)に設けた溝孔(15)により、ステータコア(16)(17)の円盤体(78)に渦電流が発生するのを抑制しようとしているが、このとき、アースリード板(38)やワッシャー(36)が溝孔(15)を短絡して、渦電流の抑制を阻害することのないようにするためである。

アースリード板(38)は、導電性金属板よりなり、図７、図８に示すように、ハブ軸方向に折曲されたアース端子(37)に、コイル(22)のアース側となる他端(22a)が接続される。このアースリード板(38)に、ナット(30)が当接し、ナット(30)からハブ軸(11)、金属フロントフォーク(44)を介して車体アースされる。

アース端子(37)には、電圧抑制素子となる交流用ツェナーダイオード(66)と抵抗(61)の直列回路から構成される電圧抑制回路(62)の一端(63)が接続される。ツェナーダイオード(66)と抵抗(61)は、接続金具(64)を介して接続される。電圧抑制回路(62)の他端で抵抗(61)の反接続金具(64)側には、コイル(22)の出力側がリード線(22b)を介して接続される。電圧抑制回路(62)の他端は、さらに接続金具(65)、リード線(22d)を介して出力端子(22c)へ接続される。アースリード板(38)に当接するナット(30)には、リード線(22d)を出力端子(22c)へ導くための通路となる溝(39)が形成されている。

アースリード板(38)にはツェナーダイオード(66)を保持するホルダー(67)が立設されている。ホルダー(67)は、図８の如く内側へ湾曲され、この中に、ツェナーダイオード(66)を抱くようにして保持する。ツェナーダイオード(66)は合成樹脂でモールドされ、アースリード板(38)とは絶縁されている。

前記抵抗(61)と両接続金具(64)(65)は絶縁チューブ(68)内に通される。この絶縁チューブ(68)の外側は、アースリード板(38)に立設された２本のホルダー(69)(69)にて、ツェナーダイオード(66)と同様に抱かれるようにして保持される。図８の２本のホルダー(69)(69)は、湾曲する前の状態を示し、実際には、ホルダー(67)と同様に湾曲されて絶縁チューブ(68)を保持する。なお、図８では、絶縁チューブ(68)の内部を透視して表している。

アースリード板(38)と当接するステータコア(16)の円盤体(78)には、六角ナット(30)の外周と当接する４個の円柱状突部(80)が形成されている。アースリード板(38)には、これらの突部(80)を逃がすための長孔(81)と丸穴(82)と切欠(83)が形成されている。

ハブ軸(11)にステータを組み立てる方法を説明する。はじめにナット(30)をハブ軸(11)の所定位置にセットする。出力端子(22c)の上方に位置する前照灯(46)へ給電するのに都合がよいように、出力端子(22c)は上方向に向いている。そのため、ナット(30)のリード線(22d)を出力端子(22c)へ導くための通路となる前記溝(39)の位置も自ずと一定の決まった方向になるので、ナット(30)は、決まった所定位置となるようハブ軸(11)に取り付けられる。

然る後、内部にコア(18)や巻回コイル(22)をセットした一対のステータコア(16)(17)（ステータコア(16)には、電圧抑制回路(62)を保持したアースリード板(38)を当接させている）を、ナット(30)とは反対側から図６の矢印Fの如くハブ軸(11)に通し、ステータコア(16)に形成した４個の円柱状突部(80)が六角ナット(30)の外周に図７の如く当るようにする。

その後、ナット(31)をワッシャー(36)を介して締め付けていき、前記ステータコア(16)(17)を所定の位置に固定する。この、ナット(31)を締め付けるとき、前記ステータコア(16)(17)は、円柱状突部(80)が六角ナット(30)の外周に当ることにより回り止めされる。

ハブ体(12)の内側には、図２や図４に示す如く、ヨーク(85)を介してロータを構成する永久磁石(14)が装着されている。永久磁石(14)は、ステータコア(16)(17)の各極片(74)(75)と対向するように、Ｎ極とＳ極が交互に着磁されている。

然して、自転車(40)を走行させて、車輪(前輪(42))を回転させると、ハブダイナモ(10)のステータに対して、ロータが回転する。その結果、ステータコア(16)(17)の極片(74)(75)の外側を永久磁石(14)が回転移動する。

一方のステータコア(16)の極片(74)が、永久磁石(14)のＮ極と対向したときには、他方のステータコア(17)の極片(75)は、永久磁石(14)のＳ極と対向し、一方のステータコア(16)の極片(74)→円盤体(78)→コア(18)→対向する他方のステータコア(17)の円盤体(78)→極片(75)を通る磁束が発生する。さらに前輪(42)が回転して、一方のステータコア(16)の極片(74)がＳ極と対向し、他方のステータコア(17)の極片(75)がＮ極と対向すると、上記とは逆に、ステータコア(17)の極片(75)→円盤体(78)→コア(18)→対向するステータコア(16)の円盤体(78)→極片(74)を通る磁束が発生する。

前輪(42)の回転に伴って、ステータコア(16)(17)の極片(74)(75)と対向する永久磁石(14)の極が変化することにより、上記磁束が交互に発生し、交番磁束となる。ステータコア(16)(17)とコア(18)を通る交番磁束によって、巻回コイル(22)に電流が発生し、発電が行なわれる。

発電された電力は、前照灯(46)と尾灯(90)に供給される。図９は電気回路を示す。ハブダイナモ(10)としては、６[Ｖ]、３[Ｗ]のものを、前照灯(46)としては、６[Ｖ]、2.4[Ｗ]の電球のものを、尾灯としては、６[Ｖ]、0.6[Ｗ]の電球のものを夫々使用している。またハブダイナモ(10)と並列に、交流用ツェナーダイオード(66)と抵抗(61)の直列回路から構成される電圧抑制回路(62)が接続されている。図１０は図９における等価回路を示す。

自転車の速度が速くなると発電電圧も高くなるが、ハブダイナモ(10)のコイル(22)の巻き数を調整することにより、図１１の曲線Ａの如く、速度が上昇しても発電電圧は抑えられ、前照灯(46)や尾灯(90)の電球が玉切れしないように保護している。

ところが、長時間使用していると、前照灯(46)の電球は、寿命等で玉切れしてしまう。図１２は、前照灯(46)の電球が玉切れして、負荷として尾灯(90)のみになった場合を示す。図１３はその等価回路である。この場合、電圧抑制回路(62)の働きにより、図１１の曲線Ｂの如く、速度が上昇しても発電電圧は抑えられ、尾灯(90)の電球が玉切れしないように保護している。

図１４は、電圧抑制回路(62)のない場合の特性で、曲線Ａは、前照灯(46)と尾灯(90)が共に正常に点灯している場合で、ハブダイナモ(10)のコイル(22)の巻き数を調整することにより、速度が上昇しても発電電圧は抑えられている様子を示す。ところが、前照灯(46)の電球が玉切れすると、負荷は尾灯(90)だけとなり、曲線Ｂの如く、速度の上昇に連れて出力電圧はどんどん上昇して、尾灯(90)の断線電圧以上になり、尾灯(90)までもが断線する様子を示している。

本発明では、電圧抑制回路（62）の特に交流用ツェナーダイオード(66)の作用により、出力電圧を抑制して、尾灯(90)を保護しているが、ツェナーダイオード(66)は発熱する。ツェナーダイオード(66)が発熱して温度が高くなりすぎると、電圧抑制特性に影響がでてくるので、冷却する必要がある。

そこで本発明では、ツェナーダイオード(66)を前述の如く導電性のアースリード板（38）を介して、ステータコア(16)に取り付けているので、ツェナーダイオード(66)の発熱は、アースリード板（38）を通してステータコア(16)に伝導されることにより冷却され、温度上昇が抑えられ保護される。

また電圧抑制回路(62)はツェナーダイオード(66)だけでなく抵抗(61)と組み合わせて構成されているので、抵抗(61)でも電力を消費して、ツェナーダイオード(66)で消費される電力を抑え、ツェナーダイオード(66)の発熱を少しでも抑えている。

ツェナーダイオード(66)や抵抗(61)からなる電圧抑制回路(62)は、コイル(22)に近いステータコア(16)にアースリード板（38）を介して取り付けられるので、配線処理が容易になる。また組み立てにおいては、ステータ、ロータを含むダイナモ本体にあらかじめ電圧抑制回路(62)を組み立てておき、ユニット化することができ、組み立て性を向上できる。

また電圧抑制回路(62)をステータコア(16)に取り付けるのに、既存のアースリード板(38)を用いているので、既存の部品を有効に活用することができる。そしてアースリード板(38)に、ツェナーダイオード(66)等の電圧抑制回路(62)を保持するたホルダー(67)(69)(69)を形成しているので、部品点数を増やすことなく、簡単に電圧抑制回路(62)を取り付けることができる。

本発明のダイナモ（ハブダイナモ）を搭載した自転車の前輪部分の拡大図である。同ハブダイナモをハブ軸の軸芯から半分を断面で表した図である。同ハブダイナモの、図２において右側から視た側面図である。同ハブダイナモの軸芯と直交する断面図である。同ハブダイナモのステータの左（図２における左側）側面図である。同ハブダイナモのハブ軸上にステータを取り付けた状態の正面図である。同ハブダイナモの図６において右側から視た側面図である。同ハブダイナモのアースリード板と電圧抑制回路の分解斜視図である。本発明の自転車用照明装置の電気回路図である。同照明装置の等価回路図である。同照明装置の出力電圧特性図である。同照明装置の前照灯が玉切れした状態の電気回路図である。図１２の状態の等価回路である。従来の自転車用照明装置の出力電圧特性図である。

符号の説明

１０ハブダイナモ
１４永久磁石
７４極片
７５極片
１６ステータコア
１７ステータコア
２２コイル
６６ツェナーダイオード（電圧抑制素子）
１２ハブ体
１１ハブ軸
３８アースリード板
６７ホルダー
６９ホルダー
６１抵抗
６２電圧抑制回路
４６前照灯
９０尾灯

Claims

自転車のハブ体の内側に配置され、車輪の回転に連動して回転する永久磁石を含むロータと、ハブ軸に配置され、永久磁石の磁極と対向する極片を具えるステータコア及び永久磁石の磁力線が前記極片を介して通過する位置に配置されたコイルを含むステータとを有する自転車用ダイナモにおいて、
前記ステータコアは、左右一対あってその中に前記コイルが収容されると共に、各ステータコアは円盤体と円盤体の外周に内向きに等間隔に屈曲された前記極片からなり、
前記ステータコアの円盤体の外側面に、ダイナモの出力電圧を抑制する電圧抑制素子を、前記コイルの一端を車体アースするためのアースリード板を介して装着し、該アースリード板には、前記電圧抑制素子を抱くように保持するホルダーを一体形成してなり、電圧抑制素子からの発熱をステータコアへ放熱して、電圧抑制素子の温度上昇を抑えるようにした自転車用ダイナモ。
前記電圧抑制素子と直列に抵抗を接続して電圧抑制回路を形成し、前記アースリード板には、電圧抑制回路を抱くように保持するホルダーを一体形成してなる請求項１に記載の自転車用ダイナモ。
請求項１又は請求項２いずれかに記載の自転車用ダイナモの電力を、自転車の前照灯と尾灯に供給するようにした自転車用照明装置