专利名称：自行车用发电机及搭载有该自行车用发电机的自行车用照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在自行车的发电机中安装有抑制发电机的输出电压的电压抑制元件这一构造的装置。还涉及使用了这样的发电机的自行车用照明装置。
背景技术：
自行车的发电机具有转子，其包括与自行车的车轮的旋转连动而旋转的永久磁铁；和定子，其包括具备与永久磁铁的磁极对置的极片的定子铁心及配置在永久磁铁的磁力线经由所述极片而经过的位置的线圈，且该自行车的发电机为由车轮的旋转发电，获得电力的构造。若自行车的速度变快则车轮的转速增大，所以输出电压变高。发电机的电力供给于前照灯的灯泡，但灯泡存在断线的电压，所以发电机的电压必须抑制在灯泡的断线电压以下。
为此，已知的是，使用变阻器等电压抑制元件，即使自行车的速度变快，也将发电机的输出电压抑制在前照灯的灯泡的断线电压以下(专利文献1)。
专利文献1特开平1-283039号公报变阻器等电压抑制元件因为发热所以需要冷却。在专利文献1记载的结构中，在支承发电机主体的由铝压铸件等热导体形成的发电机支承体安装电压抑制元件，将电压抑制元件的发热向发电机支承体散热而进行冷却。在此，发电机主体是指包括转子、定子、线圈等的结构。
在专利文献1中，在从发电机主体分离的发电机支承体安装有电压抑制元件，所以布线处理繁琐，组装性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即使自行车达到高速也能够抑制发电机的输出电压，并且布线处理不因冷却电压抑制元件的发热而变得繁琐，组装性优异的发电机。
另外，提供一种通过发电机的输出使尾灯和前照灯一同点灯，即使在前照灯的灯泡因寿命等断线时，也能够保护尾灯的自行车用照明装置。
为了解决所述问题，本发明的自行车用发电机具有转子，其包括与自行车的车轮的旋转连动而旋转的永久磁铁；和定子，其包括具备与永久磁铁的磁极对置的极片的定子铁心及配置在永久磁铁的磁力线经由所述极片而经过的位置的线圈，其中，在定子铁心上安装有抑制发电机的输出电压的电压抑制元件，将来自电压抑制元件的发热向定子铁心散热，抑制电压抑制元件的温度上升。
作为自行车用发电机，如上述的专利文献1所述，除了由与自行车的车轮接触而旋转的滚筒使转子旋转这一构造的装置之外，还可例示在自行车的轮毂体的内侧配置有永久磁铁，轮毂轴上配置有所述定子铁心和线圈的所谓轮毂发电机。
另外，电压抑制元件向定子铁心上的安装可经由用于使所述线圈的一端进行车体接地的接地导线板进行。该情况下，在接地导线板上一体形成用于保持电压抑制元件的保持架，由该保持架保持电压抑制元件。
另外，也可与电压抑制元件串联地连接电阻而形成电压抑制电路，并将该电路安装到接地导线板上。
作为电压抑制元件，除了如上述的专利文献1所述的变阻器之外，还可例示齐纳二极管。
为了解决上述问题，本发明的自行车用照明装置，将上述的自行车用发电机的电力供给于自行车的前照灯和尾灯。
(发明效果)根据本发明的自行车用发电机，因为在定子铁心上安装电压抑制元件，将来自电压抑制元件的发热向定子铁心散热，抑制温度上升，并在接近于线圈的位置安装电压抑制元件，所以布线处理变得容易，另外，预先将电压抑制电路组装到包括定子、转子的发电机主体上，由此能够组件化，从而能够提高组装性。
另外，电压抑制元件向定子铁心上的安装经由用于使线圈的一端进行车体接地的接地导线板进行，由此可将所谓接地导线板的已有的部件有效地活用于电压抑制元件的安装。并且，若在接地导线板上一体形成用于保持电压抑制元件的保持架，则能够以不增加部件数目的方式安装电压抑制元件。
另外，若与电压抑制元件串联地连接电阻而形成电压抑制电路，并将该电路安装到接地导线板上，则电阻也能够耗电，正因如此能够减少由电压抑制元件消耗的电力，从而抑制电压抑制元件的发热。
另外，根据本发明的自行车用照明装置，即使前照灯的灯泡因寿命等断线，发电机的负载只剩尾灯，也能够由电压抑制元件抑制电压的上升，从而保护尾灯。
图1是搭载有本发明的发电机(轮毂发电机)的自行车的前轮部分的放大图；图2是从轮毂轴的轴芯以剖面表示了同轮毂发电机的一半的图；图3是同轮毂发电机的、在图2中从右侧观察而得到的侧视图；图4是与同轮毂发电机的轴芯正交的剖面图；图5是同轮毂发电机的定子的左(图2中的左侧)侧视图；图6是在同轮毂发电机的轮毂轴上安装有定子的状态的主视图；图7是同轮毂发电机的、在图6中从右侧观察而得到的侧视图；图8是同轮毂发电机的接地导线板和电压抑制电路的分解立体图；图9是本发明的自行车用照明装置的电路图；图10是同照明装置的等效电路图；图11是同照明装置的输出电压特性图；图12是同照明装置的前照灯灯泡断丝的状态的电路图；图13是图12的状态的等效电路；图14是以往的自行车用照明装置的输出电压特性图。
图中，10-轮毂发电机；14-永久磁铁；74-极片；75-极片；16-定子铁心；17-定子铁心；22-线圈；66-齐纳二极管(电压抑制元件)；12-轮毂体；11-轮毂轴；38-接地导线板；67-保持架；69-保持架；61-电阻；62-电压抑制电路；46-前照灯；90-尾灯。
具体实施例方式
以轮毂发电机10为例对本发明的自行车用发电机进行说明。图1表示将轮毂发电机10搭载于自行车40的前轮部分的状态。
在自行车40中，旋转自如地支承前轮42的轮毂轴11安装在前叉44上，轮毂发电机10向配备在前轮42的横侧的前照灯46或配备在后轮侧的尾灯90(参照图9)等供电。前叉44由主体架48支承，在前叉44的上端安装有手柄50或前筐52。
轮毂轴11的外周螺设有阳螺纹，如图2所示，轮毂轴11的两侧由螺母45、45紧固固定于前叉44、44上，在轮毂轴11上经由轴承54、54旋转自如地配备有柱状的轮毂体12。在轮毂体12上安装有多个辐条56，如图1所示，在该辐条56的外周经由轮圈58安装有轮胎60。
在轮毂轴11上配备有定子。如图2所示，定子由厚壁筒状的铁心18和缠绕线圈22及一对定子铁心16、17构成。
如图4所示，铁心18通过横亘轴向的全长从外周面向内开设有多个狭缝24、26而构成。为了减小铁心18的磁阻，铁心18优选由铁素体等的粉末烧结材或纯铁系电磁软铁材形成。在铁心18上开设的一个狭缝26，优选开设为到达筒内面，在圆周方向上电绝缘。这是由于，对于因经过铁心18的交变磁通而在铁心18中产生涡流这一情况而言，通过上述狭缝24、26，能够遮断电流向铁心18的圆周方向的流动，抑制在铁心18的圆周方向上产生涡流，由此具有防止因涡流而导致的发电效率的降低的效果。
在铁心18外周嵌有缠绕了线圈22的线卷骨架20。如图7、图8所示，缠绕线圈22的一端经由导线22b、导线22d引导至输出端子22c，从输出端子22c与前照灯46和尾灯90的一端连接，该缠绕线圈22的另一端22a如后所述，经由接地导线板38与轮毂轴11连接，且经由前叉44与前照灯46和尾灯90的另一端电连接。
线卷骨架20由合成树脂形成，如图2所示，朝向外周开口的截面呈コ字状的环状体。如图4所示，在线卷骨架20的内周面突设有一个或多个肋28，各肋28与铁心18的狭缝24及/或狭缝26嵌合，从而对铁心18进行止转及定位。
在铁心18的左右两侧配备有定子铁心16、17。如图5、图6、图7所示，定子铁心16、17在圆盘体78的外周，沿圆周方向等间隔地突设有向内弯曲的磁极片74、75。一方的定子铁心16的极片74形成为嵌入对置的对方定子铁心17的极片75、75之间。定子铁心16、17可由普通构造用轧制钢材构成。
如图5及图7所示，在定子铁心16、17的圆盘体78上，开设有从轮毂轴11贯通的中心孔13退出到外周缘的槽孔15。与缠绕线圈22的一端连接的导线22b经过一方的定子铁心16的槽孔15引出到外侧(参照图7)。
上述定子夹着在定子铁心16、17之间收容有铁心18及缠绕线圈22的线卷骨架20，由与轮毂轴11上的轮毂轴螺合的螺母30、31定位固定在轮毂轴11上。在一方的(在图2中右侧的)螺母30上一体地形成有与所述一方的轴承54滑动接触的轴套32。在另一方的螺母31上也一体地形成有与另一方的轴承54滑动接触的轴套33。在螺母31和定子铁心17之间夹装有垫圈36，在螺母30和定子铁心16之间夹装有所述接地导线板38。
在定子铁心16的圆盘体78和接地导线板38之间，及定子铁心17的圆盘体78和垫圈36之间，分别夹装有绝缘片(未图示)。这是由于由设置在圆盘体78上的槽孔15抑制在定子铁心16、17的圆盘体78产生涡流，此时不存在接地导线板38或垫圈36使槽孔15短路，从而阻碍涡流的抑制这一情况。
接地导线板38由导电性金属板构成，如图7、图8所示，在沿轮毂轴向弯折的接地端子37上，连接有成为线圈22的接地侧的另一端22a。螺母30与该接地导线板38抵接，从螺母30经由轮毂轴11、金属前叉44而车体接地。
在接地端子37上，连接由成为电压抑制元件的交流用齐纳二极管66和电阻61的串联电路构成的电压抑制电路62的一端63。齐纳二极管66和电阻61经由连接接头64连接。在电压抑制电路62的另一端，在电阻61的连接接头64相反侧，经由导线22b连接线圈22的输出侧。电压抑制电路62的另一端还经由连接接头65、导线22d向输出端子22c连接。在与接地导线板38抵接的螺母30上形成有槽39，所述槽39成为用于将导线22d向输出端子22c引导的通路。
在接地导线板38上立设有保持齐纳二极管66的保持架67。保持架67如图8所示向内侧弯曲，其中包进并保持齐纳二极管66。齐纳二极管66由合成树脂模制，与接地导线板38绝缘。
所述电阻61和两连接接头64、65穿通于绝缘管68内。该绝缘管68的外侧与齐纳二极管66同样地由立设于接地导线板38上的两个保持架69、69包进并保持。图8的两条保持架69、69表示弯曲之前的状态，实际上与保持架67同样地弯曲而保持绝缘管68。再有，图8透视地表示绝缘管68的内部。
在与接地导线板38抵接的定子铁心16的圆盘体78上，形成有与六角螺母30的外周抵接的四个圆柱状突部80。在接地导线板38上形成有用于避让这些突部80的长孔81、圆孔82和切口83。
对在轮毂轴11上组装定子的方法进行说明。首先将螺母30设置在轮毂轴11的规定位置。为了便于向位于输出端子22c的上方的前照灯46供电，输出端子22c朝向上方向。因此，螺母30的成为用于将导线22d向输出端子22c引导的通路的所述槽39的位置也自然成为一定的确定的方向，所以螺母30以达到确定的规定位置的方式安装在轮毂轴11上。
然后，使内部设置有铁心18或缠绕线圈22的一对定子铁心16、17(使保持有电压抑制电路62的接地导线板38与定子铁心16抵接)，从与螺母30相反的一侧如图6的箭头F所示经过轮毂轴11，使形成在定子铁心16上的四个圆柱状突部80如图7所示碰撞到六角螺母30的外周。
之后，经由垫圈36紧固螺母31，将所述定子铁心16、17固定在规定的位置。该紧固螺母31时，所述定子铁心16、17因圆柱状突部80碰撞到六角螺母30的外周而被止转。
在轮毂体12的内侧如图2或图4所示，经由偏转线圈85安装有构成转子的永久磁铁14。永久磁铁14以与定子铁心16、17的各极片74、75对置的方式交替地磁化N极和S极。
于是，若使自行车40行使，使车轮(前轮42)旋转，则转子相对于轮毂发电机10的定子旋转。其结果是，永久磁铁14在定子铁心16、17的极片74、75的外侧旋转移动。
一方的定子铁心16的极片74与永久磁铁14的N极对置时，另一方的定子铁心17的极片75与永久磁铁14的S极对置，产生经过一方的定子铁心16的极片74→圆盘体78→铁心18→对置的另一方的定子铁心17的圆盘体78→极片75的磁通。进而若前轮42旋转，一方的定子铁心16的极片74与S极对置，另一方的定子铁心17的极片75与N极对置，则与上述相反，产生经过定子铁心17的极片75→圆盘体78→铁心18→对置的定子铁心16的圆盘体78→极片74的磁通。
伴随着前轮42的旋转，与定子铁心16、17的极片74、75对置的永久磁铁14的极产生变化，由此上述磁通交替地产生，成为交变磁通。通过经过定子铁心16、17和铁心18的交变磁通，在缠绕线圈22中产生电流，进行发电。
发电的电力供给于前照灯46和尾灯90。图9表示电路。作为轮毂发电机10，使用6[V]、3[W]的轮毂发电机，作为前照灯46，使用具有6[V]、2.4[W]的灯泡的前照灯，作为尾灯，使用具有6[V]、0.6[W]的灯泡的尾灯。另外，与轮毂发电机10并联地连接有由交流用齐纳二极管66和电阻61的串列电路构成的电压抑制电路62。图10表示图9的等效电路。
若自行车的速度变快则发电电压也变高，但通过调整轮毂发电机10的线圈22的匝数，如图11的曲线A，即使速度上升也能够抑制发电电压，保护前照灯46或尾灯90的灯泡不断丝。
可是，若长时间使用，则前照灯46的灯泡因寿命等断丝。图12表示前照灯46的灯泡断丝，作为负载只剩尾灯90的情况。图13是其等效电路。该情况下，通过电压抑制电路62的动作，如图11的曲线B所示，即使速度上升也能够抑制发电电压，保护尾灯90的灯泡不断丝。
图14是无电压抑制电路62时的特性，曲线A表示前照灯46和尾灯90共同正常地照明时，通过调整轮毂发电机10的线圈22的匝数，即使速度上升也能够抑制发电电压的状态。可是，若前照灯46的灯泡断丝，则负载只剩尾灯90，如曲线B所示，表示随着速度的上升，输出电压逐渐上升，达到尾灯90的断线电压以上，尾灯90也断线的状态。
在本发明中，通过电压抑制电路62的特别是交流用齐纳二极管66的作用，抑制输出电压，保护尾灯90，但齐纳二极管66发热。若齐纳二极管66发热从而温度过高，则由于对电压抑制特性产生影响，所以需要冷却。
因此，在本发明中，将齐纳二极管66如上所述经由导电性的接地导线板38安装在定子铁心16上，所以齐纳二极管66的发热经过接地导线板38传导至定子铁心16，由此被冷却，抑制温度上升，从而被保护。
另外，电压抑制电路62不仅组合齐纳二极管66还组合电阻61而构成，所以电阻61也耗电，从而抑制由齐纳二极管66消耗的电力，稍微抑制齐纳二极管66的发热。
由齐纳二极管66或电阻61构成的电压抑制电路62，经由接地导线板38安装在接近于线圈22的定子铁心16上，所以布线处理变得容易。另外，在组装中，预先将电压抑制电路62组装到包括定子、转子的发电机主体上，由此能够组件化，从而能够提高组装性。
另外，为了将电压抑制电路62安装到定子铁心16上，使用了已有的接地导线板38，所以能够有效地活用已有的部件。并且，在接地导线板38上形成有保持电压抑制电路62的齐纳二极管66等的保持架67、69、69，所以不增加部件数目，能够简单地安装电压抑制电路62。
在以上的说明中，作为本发明的发电机，以轮毂发电机为例进行了说明，但也能够应用于通过滚筒与自行车的轮胎或轮圈接触而进行旋转，从而使永久磁铁旋转这一类型的发电机。
权利要求
1.一种自行车用发电机，其具有转子，其包括与自行车的车轮的旋转连动而旋转的永久磁铁；和定子，其包括具备与永久磁铁的磁极对置的极片的定子铁心及配置在永久磁铁的磁力线经由所述极片而经过的位置的线圈，该自行车用发电机的特征在于，在所述定子铁心上安装有抑制发电机的输出电压的电压抑制元件，将来自电压抑制元件的发热向定子铁心散热，抑制电压抑制元件的温度上升。
2.根据权利要求1所述的自行车用发电机，其特征在于，所述自行车用发电机在自行车的轮毂体的内侧配置有所述永久磁铁，在轮毂轴上配置有所述定子铁心和线圈。
3.根据权利要求1或2所述的自行车用发电机，其特征在于，在所述定子铁心上经由用于使所述线圈的一端进行车体接地的接地导线板安装有所述电压抑制元件。
4.根据权利要求3所述的自行车用发电机，其特征在于，在所述接地导线板上一体地形成有保持所述电压抑制元件的保持架。
5.根据权利要求3所述的自行车用发电机，其特征在于，与所述电压抑制元件串联地连接电阻而形成电压抑制电路，且该电路安装到接地导线板上。
6.根据权利要求1或2所述的自行车用发电机，其特征在于，作为所述电压抑制元件使用齐纳二极管。
7.一种自行车用照明装置，其特征在于，对自行车的前照灯和尾灯供给如权利要求1～6中的任意一项所述的自行车用发电机的电力。
全文摘要
提供一种即使自行车的速度变快也能够抑制发电机的输出电压，并且布线处理不因冷却电压抑制元件的发热而变得繁琐，组装性优异的发电机。在定子铁心(16)上经由接地导线板(38)安装由抑制发电机的输出电压的齐纳二极管(66)(电压抑制元件)和电阻(61)构成的电压抑制电路(62)。将来自齐纳二极管(66)的发热向定子铁心(16)散热，抑制齐纳二极管的温度上升。在接近于线圈的位置安装齐纳二极管，由此布线处理变得容易，预先将齐纳二极管组装到包括定子、转子的发电机主体上，由此能够组件化，从而能够提高组装性。
文档编号H02K1/27GK1913296SQ20061011074
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月8日 优先权日2005年8月10日
发明者福田齐 申请人:三洋电机株式会社