DE602006000659T2

DE602006000659T2 - Klauenpolgenerator und Fahrradnabengenerator

Info

Publication number: DE602006000659T2
Application number: DE602006000659T
Authority: DE
Inventors: Huminori Jurong Town Yoshida
Original assignee: Shimano Singapore Pte Ltd
Current assignee: Shimano Singapore Pte Ltd
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2026-01-27
Also published as: EP1689064B1; US20060175927A1; EP1689064A1; DE602006000659D1; CN100511919C; JP4164071B2; BRPI0600239A; US7199500B2; CN1815849A; JP2006217760A; TW200633343A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein einen elektrischen Klauenpolgenerator und eine elektrische Fahrradgeneratornabe, welche diesen verwendet.
Hintergrundinformation
Elektrische Fahrradgeneratornaben, die elektrische Klauenpolgeneratoren verwenden, sind in der Technik bekannt. Bei einigen herkömmlichen elektrischen Klauenpolgeneratoren ist ein Joch aus einer Mehrzahl von ersten und zweiten gestapelten Jochen konfiguriert, die durch Stapeln von plattenförmigen Teilen erzielt werden. Die aus gestapelten Jochen konfigurierten herkömmlichen elektrischen Klauenpolgeneratoren beinhalten solche, bei denen die plattenförmigen Teile zu einer C-Form ausgebildet sind und die einen Joch-Innenumfangsteil, einen Joch-Außenumfangsteil und einen diese beiden verbindenden Kernteil aufweisen (siehe beispielsweise offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2001-202017 ).
Bei diesem herkömmlichen elektrischen Generator sind die ersten und zweiten gestapelten Joche an einer Nabenachse montiert. Die ersten und zweiten gestapelten Joche sind fluchtend mit einer Umfangsrichtung in eine Mehrzahl von Jochbefestigungsnuten eingeführt, die in der Breite von ersten und zweiten gestapelten Jochen an jedem der Enden einer Spule ausgebildet sind. Die ersten und zweiten gestapelten Joche sind abwechselnd angeordnet, so dass distale Enden der Joch-Außenumfangsteile der gestapelten plattenförmigen Teile sich überlappen und in entgegengesetzte Richtungen weisen.
EP 1394030 A1 offenbart einen Fahrradnabendynamo mit zwei abwechselnd angeordneten Jochen, die jeweils Mehrzahlen von gestapelten Jocharmen aufweisen. Die Jocharme sind aus einer Mehrzahl von Stahlplatten ausgebildet, die schichtweise übereinander angeordnet sind und derart montiert sind, dass sie mit Nuten in Seitenwangen eines die Spule tragenden Spulenkörpers in Eingriff sind.
Die herkömmlichen elektrischen Klauenpolgeneratoren, die aus gestapelten Jochen konfiguriert sind, können auch plattenförmige Teile beinhalten, die ein Scheibenteil und ein Joch-Außenumfangsteil beinhalten, der sich in einem radialen Muster von einer Umfangskante des Scheibenteils erstreckt. Der Außenumfangsteil des Jochs ist zu einer Richtung hin gebogen, der das Scheibenteil kreuzt (siehe beispielsweise offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2004-229403 ).
Bei diesem herkömmlichen elektrischen Generator sind die ersten und zweiten gestapelten Joche so montiert, dass die Scheibenteile der gestapelten plattenförmigen Stücke mit einer Axialrichtung der Nabenachse an beiden Enden der Spule fluchten. Die ersten und zweiten gestapelten Joche sind abwechselnd angeordnet, so dass distale Enden der Joch-Außenumfangsteile in entgegengesetzte Richtungen weisen.
Bei jedem der elektrischen Generatoren sind die Joch-Außenumfangsteile so angeordnet, dass sie gestatten, dass ein kleiner Spalt in Bezug zu einem Permanentmagneten ausgebildet wird, der an seinem Platz an einem Nabengehäuse befestigt ist, um den Stromerzeugungswirkungsgrad zu vergrößern. Wenn das Joch aus diesen abwechselnd angeordneten ersten und zweiten gestapelten Jochen konfiguriert ist, werden durch Wirbelströme bedingte Leistungsverluste verringert und die Leistungseigenschaften verbessert.
Bei ersterem herkömmlichen elektrischen Generator ist es möglich, dass die plattenförmigen Stücke des gestapelten Jochs aus der Radialrichtung der Nabenachse in außer Fluchtung geraten. Bei letzterem herkömmlichem elektrischem Generator ist es möglich, dass, sogar wenn sich die Krümmungswinkel der Joch-Außenumfangsteile lediglich geringfügig unterscheiden, die Außenumfangsfläche des Jochs als Ergebnis dessen uneben werden kann.
Bei jedem dieser herkömmlichen elektrischen Generatoren können, da die Außenumfangsteile der gestapelten Joche so angeordnet sind, dass ein kleiner Spalt mit dem Magneten ermöglicht wird, die Außenumfangsteile der plattenförmigen Teile in Kontakt mit dem Magneten kommen, wenn eine Außenumfangsfläche des Jochs außer Fluchtung gerät und uneben wird. Daher wurde als Lösung zur Verhinderung dieser Probleme in Betracht gezogen, einen Abschnitt, der an der Nabenachse befestigt ist und der das Joch beinhaltet, mit einem Kunstharz mittels Einlegeformgießen oder einem anderen derartigen Verfahren zu härten. Jedoch nimmt, wenn eine derartige Lösung verwendet wird, das Gewicht des feststehenden Abschnittes proportional zum Harz zu, was eine Gewichtsvergrößerung des elektrischen Generators bewirkt.
In Anbetracht des zuvor Beschriebenen geht für Fachleute aus dieser Beschreibung klar hervor, dass ein Bedarf nach einem verbesserten elektrischen Klauenpolgenerator besteht, der gewährleistet, dass das Joch nicht mit dem Magneten in Kontakt kommt. Die Erfindung zielt auf diesen Mangel des Standes der Technik sowie weitere Mängel ab, wie für Fachleute aus dieser Beschreibung klar hervorgehen wird.
INHALT DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Gewichtsvergrößerung zu verhindern und zu gewährleisten, dass die Joch-Außenumfangsteile nicht in Kontakt mit dem Magneten kommen, und zwar bei einem elektrischen Klauenpolgenerator, der ein gestapeltes Joch aufweist, und einer elektrischen Generatornabe, welche diesen verwendet.
Der elektrische Klauenpolgenerator bezüglich eines ersten Aspektes der Erfindung ist ein elektrischer Generator, der einen am Umfang angeordneten Permanentmagneten, eine ringförmige Spule, ein Joch und ein Abdeckungselement beinhaltet. Die Spule ist so konfiguriert und angeordnet, dass sie zu einer Innenumfangsseite des Permanentmagneten weist, so dass sie relativ zum Permanentmagneten rotiert. Das Joch weist einen Startorjochabschnitt und einen Kernjochabschnitt auf. Der Startorjochabschnitt ist zwischen Spule und Permanentmagnet angeordnet. Der Kernjochabschnitt ist mit dem Startorjochabschnitt magnetisch verbunden. Der Kernjochabschnitt ist an einem Innenumfang der Spule angeordnet, derart, dass das Joch relativ zum Permanentmagneten drehbar ist. Das Abdeckungselement bedeckt zumindest einen Teil der Außenumfangsfläche des Jochs. Der Startorjochabschnitt beinhaltet eine Mehrzahl von ersten und zweiten Jochabschnitten, die jeweils auf entgegengesetzten Seiten der Spule in axialer Richtung angeordnet sind, wobei jeder der ersten und zweiten Jochabschnitte eine Mehrzahl von plattenförmigen Stücken in gestapelter Anordnung auf weist, wobei ein Abdeckungselement, das zumindest einen Teil einer Außenumfangsfläche des Jochs abdeckt, gegen die plattenförmigen Stücke gedrückt wird.
Bei diesem elektrischen Klauenpolgenerator sind der Permanentmagnet und der Startorjochabschnitt einander zugewendet, und ein wechselnder magnetischer Fluss wird als Ergebnis von deren Relativdrehung erzeugt. Elektrischer Strom fließt in die Spule, und Elektrizität wird dadurch erzeugt. Speziell wird ein wechselnder magnetischer Fluss dadurch erzeugt, dass abwechselnd zwischen einem Zustand, bei dem der Joch-Außenumfangsteil des ersten gestapelten Jochs als N-Pol dient und der Joch-Außenumfangsteil des zweiten gestapelten Jochs als S-Pol dient, und einem Zustand umgeschaltet wird, bei dem der Joch-Außenumfangsteil des ersten gestapelten Jochs als S-Pol dient und der Joch-Außenumfangsteil des zweiten gestapelten Jochs als N-Pol dient. Während dieser Stromerzeugung werden, zusätzlich zum wechselnden magnetischen Fluss, auch Wirbelströme erzeugt, jedoch kann die Erzeugung von Wirbelströmen verringert werden, da das Joch durch Stapeln von plattenförmigen Stücken ausgebildet ist. Da zumindest ein Teil der Außenumfangsfläche des Klauenpoljochs mit geringen Wirbelströmen durch ein Abdeckungselement abgedeckt ist, besteht keine große Wahrscheinlichkeit, dass die plattenförmigen Stücke, welche die ersten und zweiten Jochabschnitte bilden, außer Fluchtung geraten, und es besteht bei ihnen auch keine Wahrscheinlichkeit, dass sie uneben werden. Daher ist es nicht wahrscheinlich, dass das Joch in Kontakt mit dem Permanentmagneten kommt, sogar wenn schmalere Spalte zwischen dem Permanentmagnet und den Joch-Außenumfangsteilen der ersten und zweiten Jochabschnitte ausgebildet sind, die durch Stapeln einer Mehrzahl von plattenförmigen Stücken erzielt werden. Außerdem ist, da das gesamte Joch nicht durch ein Kunstharz gehärtet wird und lediglich zumindest ein Teil der Außenumfangsfläche des Jochs abgedeckt ist, eine Gewichtsvergrößerung der innenliegenden Befestigungseinheit gering, sogar bei vorgesehenem Abdeckungselement, und die Gewichtsvergrößerung beim Elektrizitätserzeugungsmechanismus kann minimiert werden.
Der elektrische Klauenpolgenerator bezüglich eines zweiten Aspektes der Erfindung ist der elektrische Generator gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, bei dem die plattenförmigen Stücke in Umfangsrichtung zwischen der Spule und dem Permanentmagneten gestapelt sind, wobei die ersten und zweiten Jochteilstücke in Umfangsrichtung abwechselnd positioniert sind und das Abdeckungselement zumindest einen Teil der Außenumfangsteile der plattenförmigen Stücke abdeckt. In diesem Fall ist es, da die gestapelten Joche dadurch ausgebildet sind, dass die plattenförmigen Stücke in Umfangsrichtung gestapelt sind, und die Joch-Außenumfangsteile aufweisen, die als Startorjochabschnitt fungieren, nicht wahrscheinlich, dass eine magnetische Verzerrung auftritt, die normalerweise als Ergebnis eines Biegens der plattenförmigen Stücke auftritt. Auch ist es, da das Abdeckungselement zumindest einen Teil der Joch-Außenumfangsteile abdeckt, nicht wahrscheinlich, dass die plattenförmigen Stücke in radialer Richtung außer Fluchtung geraten.
Der elektrische Klauenpolgenerator bezüglich eines dritten Aspektes der Erfindung ist der elektrische Generator gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung, bei dem die plattenförmigen Stücke der ersten und zweiten Jochteilstücke integrale einstückige unitäre Elemente sind, die sowohl den Statorjochabschnitt als auch den Kernjochabschnitt bilden. In diesem Fall ist, da der Startorjochabschnitt und der Kernjochabschnitt integral ausgebildet sind, die Montage des elektrischen Generators problemlos, und die Magnetverluste sind gering, da das Joch in integraler Weise durch die Außenumfangsseite und die Innenumfangsseite der Spule ausgebildet ist.
Der elektrische Klauenpolgenerator bezüglich eines vierten Aspektes der Erfindung ist der elektrische Generator gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, bei dem jedes der plattenförmigen Stücke einen Außenumfangsteil, der den Statorjochabschnitt bildet, und einen Innenumfangsteil aufweist, der den Kernjochabschnitt bildet, wobei sich die Innenumfangsteile in Axialrichtung erstrecken. In diesem Fall sind, da die Joch-Innenumfangsteile in axialer Richtung weisend angeordnet sind, die Kernjochabschnitte des ersten gestapelten Jochs und des zweiten gestapelten Jochs durch die Joch-Innenumfangsteile direkt magnetisch verbunden, und es besteht keine Notwendigkeit, dass ein weiteres Magnetelement verwendet wird, um die gestapelten Joche zu verbinden. Außerdem kann ein ausreichend großer Querschnitt des Magnetweges, der ermöglicht, dass ein magnetischer Fluss zwischen den gestapelten Jochen hindurchgeht, gewährleistet werden, um eine magnetische Sättigung zu vermeiden.
Der elektrische Klauenpolgenerator bezüglich eines fünften Aspektes der Erfindung ist der elektrische Generator gemäß einem der ersten bis vierten Aspekte der Erfindung, weiter aufweisend: einen Spulenkörper, der erste und zweite Wangen und einen zylindrischen Kern aufweist, der sich in axialer Richtung zwischen den ersten und zweiten Wangen erstreckt, wobei die Spule um einen Außenumfang des zylindrischen Kerns gewunden ist. In diesem Fall können, da die Spule um einen Spulenkörper gewickelt ist, die gewickelten Leitungen der Spule problemlos ausgerichtet werden. Auch können die ersten und zweiten Jochteilstücke ohne Weiteres in Intervallen in Umfangsrichtung unter Verwendung des Spulenkörpers angeordnet werden.
Der elektrische Klauenpolgenerator bezüglich eines sechsten Aspektes der Erfindung ist der elektrische Generator gemäß einem der ersten bis fünften Aspekte der Erfindung, bei dem das Abdeckungselement einen Außenumfangsteil aufweist, der die Außenumfangsfläche des Jochs abdeckt, und ein Paar von seitlichen Teilen, welche die Seitenflächen des Jochs abdecken. In diesem Fall ist, da das Abdeckungselement nicht nur die Außenumfangsfläche des Jochs, sondern auch die Seitenflächen abdeckt, das Abdeckungselement zuverlässig an seinem Platz am Joch befestigt, und es ist nicht wahrscheinlich, dass sich das Abdeckungselement löst.
Der elektrische Klauenpolgenerator bezüglich eines siebten Aspektes der Erfindung ist der elektrische Generator gemäß einem der ersten bis sechsten Aspekte der Erfindung, bei dem das Abdeckungselement durch Wärmeschrumpfen eines aus einem warmschrumpfbaren Kunstharzes bestehenden zylindrischen Elementes ausgebildet ist. In diesem Fall kann, da das Abdeckungselement durch Komprimieren eines aus Kunstharz bestehenden zylindrischen Elementes ausgebildet ist, das Abdeckungselement einfach gemäß der Form des Jochs ausgebildet werden.
Der elektrische Klauenpolgenerator bezüglich eines achten Aspektes der Erfindung ist der elektrische Generator gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung, bei dem das Abdeckungselement ein warmschrumpfbares Kunstharz enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Vinylchloridharz, Fluoridharz, Silikonharz, Ethylen-Propylenharz und Polyethylenterephthalat-(PET)-Harz besteht.
Die elektrische Generatornabe bezüglich eines neunten Aspektes der Erfindung ist eine elektrische Generatornabe, die in der Mitte eines Vorderrades vorgesehen ist, das am Rahmen eines Fahrrades montiert ist, wobei diese eine Nabenachse, ein Nabengehäuse, Lager und einen elektrischen Klauenpolgenerator beinhaltet. Die Nabenachse ist eine am Rahmen montierte Achse. Das Nabengehäuse weist zylindrische Form auf und ist auf der Außenumfangsseite der Nabenachse angeordnet. Die Lager sind angeordnet, um das Nabengehäuse bezüglich der Nabenachse drehbar zu lagern. Der elektrische Klauenpolgenerator ist der Generator gemäß einem der ersten bis achten Aspekte, wobei er den Permanentmagneten, der zwischen den Lagern am Umfang an der Innenumfangsfläche des Nabengehäuses angeordnet ist, und die innenliegende Befestigungseinheit aufweist, die an der Innenumfangsseite des Permanentmagneten angeordnet ist und die an ihrem Platz an der Nabenachse befestigt ist.
Mit dieser elektrischen Generatornabe wird, da der Permanentmagnet und die Joch-Außenumfangsteile einander zugewendet sind, wenn das Vorderrad rotiert und der Permanentmagnet und die innenliegende Befestigungseinheit relativ zueinander rotieren, ein wechselnder magnetischer Fluss im Kernjochabschnitt erzeugt. Speziell wird ein wechselnder magnetischer Fluss dadurch erzeugt, dass abwechselnd zwischen einem Zustand, bei dem der Joch-Außenumfangsteil des ersten gestapelten Jochs als N-Pol dient und der Joch-Außenumfangsteil des zweiten gestapelten Jochs als S-Pol dient, und einem Zustand umgeschaltet wird, bei dem der Joch-Außenumfangsteil des ersten gestapelten Jochs als 5-Pol dient und der Joch-Außenumfangsteil des zweiten gestapelten Jochs als N-Pol dient. Während dieser Stromerzeugung werden, zusätzlich zum wechselnden magnetischen Fluss, auch Wirbelströme erzeugt, jedoch kann die Erzeugung von Wirbelströmen verringert werden, da das Joch durch Stapeln von plattenförmigen Stücken ausgebildet ist. Da zumindest ein Teil der Außenumfangsfläche des Klauenpoljochs mit geringen Wirbelströmen durch ein Abdeckungselement abgedeckt ist, besteht keine große Wahrscheinlichkeit, dass die plattenförmigen Stücke, welche die ersten und zweiten Jochabschnitte bilden, außer Fluchtung geraten. Daher ist es nicht wahrscheinlich, dass das Joch in Kontakt mit dem Permanentmagneten kommt, sogar wenn schmalere Spalte zwischen dem Permanentmagnet und den Joch-Außenumfangsteilen der ersten und zweiten Jochabschnitte ausgebildet sind, die durch Stapeln einer Mehrzahl von plattenförmigen Stücken erzielt werden. Außerdem ist, da das gesamte Joch nicht durch ein Kunstharz gehärtet wird und lediglich zumindest ein Teil der Außenumfangsfläche des Jochs abgedeckt ist, eine Gewichtsvergrößerung der innenliegenden Befestigungseinheit gering, sogar bei vorgesehenem Abdeckungselement, und die Gewichtsvergrößerung beim Elektrizitätserzeugungsmechanismus kann minimiert werden.
Gemäß der Erfindung besteht, da das Abdeckungselement zumindest einen Teil der Außenumfangsfläche des Klauenpoljochs mit geringen Wirbelströmen abdeckt, keine große Wahrscheinlichkeit, dass die plattenförmigen Stücke, welche die ersten und zweiten Jochabschnitte bilden, außer Fluchtung geraten, und es besteht bei ihnen auch keine Wahrscheinlichkeit, dass sie uneben werden. Daher ist es nicht wahrscheinlich, dass das Joch in Kontakt mit dem Permanentmagneten kommt, sogar wenn schmalere Spalte zwischen dem Permanentmagnet und den Joch-Außenumfangsteilen der ersten und zweiten Jochabschnitte ausgebildet sind, die durch Stapeln einer Mehrzahl von plattenförmigen Stücken erzielt werden.
Außerdem ist, da das gesamte Joch nicht durch ein Kunstharz gehärtet wird und lediglich zumindest ein Teil der Außenumfangsfläche des Jochs abgedeckt ist, eine Gewichtsvergrößerung der innenliegenden Befestigungseinheit gering, sogar bei vorgesehenem Abdeckungselement, und die Gewichtsvergrößerung beim Elektrizitätserzeugungsmechanismus kann minimiert werden.
Diese und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung gehen für Fachleute aus der folgenden detaillierten Beschreibung klar hervor, die in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offenbart.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend sei Bezug genommen auf die anliegenden Zeichnungen, die einen Teil dieser ursprünglichen Offenbarung bilden; in diesen sind:
1 eine Seitenansicht eines Fahrrades, das mit einem elektrischen Klauenpolgenerator gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgerüstet ist;
2 eine partielle Querschnittansicht des elektrischen Klauenpolgenerators des in 1 dargestellten Fahrrades gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Seitenansicht vom axialen Ende des elektrischen Klauenpolgenerators des in 1 dargestellten Fahrrades gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine perspektivische Ansicht einer innenliegenden Befestigungseinheit, die den in 2 und 3 dargestellten elektrischen Klauenpolgenerator beinhaltet, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
5A eine Längsschnittansicht eines Spulenkörpers des in 2 und 3 dargestellten elektrischen Klauenpolgenerators gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
5B eine vergrößerte Seitenansicht vom axialen Ende der Spule des in 2 und 3 dargestellten elektrischen Klauenpolgenerators gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
6A eine vergrößerte partielle Querschnittansicht von 5A gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
6B eine vergrößerte partielle Seitenansicht vom axialen Ende in 5B gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
7 eine vergrößerte partielle perspektivische Ansicht des Spulenkörpers und eines Jochs des in 2 bis 4 dargestellten elektrischen Klauenpolgenerators gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
8 eine Seitenansicht vom axialen Ende der in 5A dargestellten Spule mit dem in 7 dargestellten Joch, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
9 eine Seitenansicht eines Paares von plattenförmigen Stücken des in 7 und 8 dargestellten Jochs, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
10 eine Seitenansicht einer Mehrzahl der in 9 dargestellten plattenförmigen Stücke gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
11 eine partielle Querschnittansicht eines elektrischen Klauenpolgenerators des Fahrrades gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
12 eine Seitenansicht vom axialen Ende eines plattenförmigen Stücks eines in 11 dargestellten Jochs gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
13 eine vergrößerte partielle Querschnittansicht des in 11 und 12 dargestellten Jochs.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausgewählte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Für Fachleute geht aus dieser Beschreibung klar hervor, dass die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung lediglich zu Darstellungszwecken dient und nicht dem Zweck einer Einschränkung der Erfindung.
Zu Anfang Bezug nehmend auf 1, ist ein Fahrrad gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Fahrrad 1 beinhaltet einen Rahmen 2, eine Lenkstange 4, eine Antriebseinheit 5, ein Vorderrad 6 und ein Hinterrad 7. Der Rahmen 2 beinhaltet eine Vordergabel 2a. Die Antriebseinheit 5 beinhaltet eine Kette, Pedale und dergleichen. Die Vorder- und Hinterräder 6 und 7 sind Fahrrad-Laufräder, die eine Mehrzahl von Speichen 99 aufweisen. Das Vorderrad weist eine elektrische Generatornabe 10 auf, die in dieses eingebaut ist. Durch die elektrische Generatornabe 10 erzeugter elektrischer Strom wird über eine Stromversorgungsleitung 13 einem Scheinwerfer 14 mit einem optischen Sensor zugeführt.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 2 und 3, ist die elektrische Generatornabe 10 an einem distalen Ende der Vordergabel 2a gemeinsam mit dem Vorderrad 6 des Fahrrades 1 montiert. Die elektrische Generatornabe 10 beinhaltet eine Nabenachse 15, ein Nabengehäuse 18, einen Elektrizitätserzeugungsmechanismus oder einen elektrischen Klauenpolgenerator 20 und ein Anschlussstück 22. Die Stromversorgungsleitung 13 ist mit dem Anschlussstück 22 verbunden. Die Nabenachse 15 ist an beiden Enden der Vordergabel 2a befestigt. Das Nabengehäuse 18 ist an einer Außenumfangs seite der Nabenachse 15 angeordnet. Das Nabengehäuse 18 ist an der Nabenachse 15 durch erste und zweite Lager 16 und 17 drehbar gelagert. Der Elektrizitätserzeugungsmechanismus 20 ist zwischen der Nabenachse 15 und dem Nabengehäuse 18 angeordnet. Das Anschlussstück 22 führt elektrischen Strom, der durch den Elektrizitätserzeugungsmechanismus 20 erzeugt wird, beispielsweise dem Vorderlicht (Scheinwerfer) 14 oder einer anderen derartigen externen elektrischen Vorrichtung zu.
Die Nabenachse 15 weist erste, zweite und dritte Außengewindeteilstücke 15a, 15b und 15c und eine Drahteinführnut 15d auf. Die ersten und zweiten Außengewindeteilstücke 15a und 15b sind an jedem Ende der Nabenachse 15 ausgebildet. Das dritte Außengewindeteilstück 15c ist größer als die ersten und zweiten Außengewindeteilstücke 15a und 15b. Das dritte Außengewindeteilstück 15c ist zwischen den ersten und zweiten Außengewindeteilstücken 15a und 15b ausgebildet. Die ersten, zweiten und dritten Außengewindeteilstücke 15a, 15b und 15c sind an einer Außenumfangsfläche der Nabenachse 15 ausgebildet. Die Drahteinführnut 15d ist ausgebildet, um einen innenliegenden Draht 30 durch die Außenumfangsfläche der Nabenachse 15 hindurchzuführen. Der innenliegende Draht 30 verbindet den Elektrizitätserzeugungsmechanismus 20 mit dem Anschlussstück 22. Die Drahteinführnut 15d ist aus einem Abschnitt der Nabenachse 15 ausgebildet, bei dem der Elektrizitätserzeugungsmechanismus 20 an einem Ende des zweiten Außengewindeteilstücks 15b montiert ist. Die Nabenachse 15 ist an der Vordergabel 2a durch erste und zweite Befestigungsmuttern 24 und 25 nichtdrehbar befestigt, die auf die ersten und zweiten Außengewindeteilstücke 15a bzw. 15b aufgeschraubt sind.
Das Nabengehäuse 18 weist einen Gehäusehauptkörper 31 und ein Deckelelement 32 auf. Der Gehäusehauptkörper 31 ist ein zylindrisches Element, das sich in axialer Richtung der Nabenachse 15 erstreckt. Der Gehäusehauptkörper 31 weist einen sich erweiternden Teil 31a auf, der sich an einem zweiten Ende (der rechten Seite in 2) in Axialrichtung weiter nach außen zu einer Außenumfangsseite des Gehäusehauptkörpers 31 als ein erstes Ende des Gehäusehauptkörpers 31 erstreckt. Erste und zweite Nabenflansche 33a und 33b sind an der Außenumfangsseite des Gehäusehauptkörpers 31 an den ersten bzw. zweiten Enden des Gehäusehauptkörpers 31 ausgebildet. Der erste Flansch 33a weist ein erstes Befestigungsloch 34a und der zweite Flansch 33b ein zweites Befestigungsloch 34b auf. Die ersten und zweiten Befestigungslöcher 34a und 34b dienen dazu, innere Enden der Speichen 99 zu befestigen. Die ersten und zweiten Befestigungslöcher 34a und 34b sind in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet, wobei die Phasen der ersten und zweiten Befestigungslöcher 34a und 34b halb außer Fluchtung sind.
Das Deckelelement 32 verdeckt das zweite Ende (das rechte Ende in 2) des Gehäusehauptkörpers 31. Das Deckelelement 32 weist einen zylindrischen Schraubteil 32a und eine scheibenförmige Drehlagereinheit 32b auf. Der zylindrische Schraubteil 32a ist in eine Innenumfangsfläche des sich erweiternden Teils 31a eingeschraubt. Die scheibenförmige Drehträgereinheit 32b ist an der Nabenachse 15 drehbar montiert. Das Deckelelement 32 ist am Gehäusehauptkörper 31 mittels des zylindrischen Schraubteils 32a eingeschraubt und an seinem Platz befestigt.
Das Nabengehäuse 18 ist an seinem Platz an der Nabenachse 15 durch erste und zweite Konusse 16a und 17a befestigt. Die ersten und zweiten Konusse 16a und 17a sind innere Laufringe der ersten und zweiten Lager 16 und 17, die auf die ersten und zweiten Außengewindeteilstücke 15a bzw. 15b aufgeschraubt sind. Die ersten und zweiten Konusse 16a und 17a werden positioniert und durch erste und zweite Verriegelungsmuttern 35 und 36 an ihrem Platz verriegelt. Die zweite Verriegelungsmutter 36 verriegelt den zweiten Konus 17a an seinem Platz. Die zweite Verriegelungsmutter 36 befestigt das Anschlussstück 22 an dessen Platz an der Nabenachse 15.
Der Elektrizitätserzeugungsmechanismus 20 ist ein Elektrizitätserzeugungsmechanismus vom Klauenpoltyp, der einen Permanentmagneten 41 und eine innenliegende Befestigungseinheit 42 aufweist. Der Permanentmagnet 41 ist an einer Innenumfangsfläche des zylindrischen Schraubteils 22a befestigt. Die innenliegende Befestigungseinheit 42 ist an der Nabenachse 15 befestigt. Die innenliegende Befestigungseinheit 42 ist einem Innenumfang des Permanentmagneten 41 zugewendet angeordnet. Die innenliegende Befestigungseinheit 42 ist bezüglich des Permanentmagneten 41 drehbar. Der Permanentmagnet 41 ist an einer Innenseite des sich erweiternden Teils 31a des Gehäusehauptkörpers 31 befestigt. Der Permanentmagnet 41 besteht aus einer Mehrzahl (beispielsweise vier) Magnetelementen, die durch regelmäßige Abstände in Umfangsrichtung getrennt sind. N-Pole und S-Pole der magnetischen Elemente sind im Permanentmagneten 41 abwechselnd in regelmäßigen Abständen magnetisiert.
Die innenliegende Befestigungseinheit 42 weist eine ringförmige Spule 44, ein Joch 46 und ein Abdeckungselement 49 auf. Das Joch 46 ist so vorgesehen, dass es einen Außenumfang der Spule 44 umgibt. Die Magnetelemente des Permanentmagneten 41 sind so angeordnet, dass sie einem Außenumfang des Jochs 46 zugewendet sind. Das Abdeckungselement 49 bedeckt zumindest einen Teil einer Außenumfangsfläche des Jochs 46. Die Spule 44 und das Joch 46 sind an der Nabenachse 15 nicht-drehbar befestigt. Die Spule 44 und das Joch 46 sind mittels ersten und zweiten Befestigungsmuttern 38a und 38b sandwichartig angeordnet, die auf das dritte Außengewindeteilstück 15c aufgeschraubt sind. Die ersten und zweiten Befestigungsmuttern 38a und 38b sind in axialer Richtung in einer solchen Positionsbeziehung positioniert, dass sie durch das sich erweiternde Teil 31a aufgenommen werden.
Bezug nehmend auf 5A, 5B, 6A und 6B, ist die Spule 44 um einen Spulenkörper 55 gewickelt. Der Spulenkörper 55 weist einen zylindrischen Kern 56, eine erste Wange 57 und eine zweite Wange 58 auf. Die ersten und zweiten Wangen 57 und 58 sind an axialen Enden des Kerns 56 ausgebildet. Die Spule 44 ist um einen Außenumfang des zylindrischen Kerns 56 gewickelt. Die erste Wange 57 weist eine Mehrzahl von ersten Nuten 57a auf, die sich im Wesentlichen in einem radialen Muster in einer außenliegenden Axialseite der ersten Wange 57 erstrecken. Die zweite Wange 58 weist eine Mehrzahl von zweiten Nuten 58a auf, die sich im Wesentlichen in radialem Muster in einer Außenseite der zweiten Wange 58 erstrecken. Die ersten und zweiten Nuten 57a und 58a sind, in axialer Richtung gesehen, abwechselnd nicht-fluchtend ausgerichtet. Das heißt, die zweiten Nuten 58a der zweiten Wange 58 sind zwischen zwei benachbarten ersten Nuten 57a der ersten Wange 57 positioniert. Die ersten und zweiten Nuten 57a und 58a überlappen teilweise in der Nähe einer Mitte des im Wesentlichen radialen Musters, und zwar von der axialen Richtung gesehen. Außerdem überlappen die ersten und zweiten Nuten 57a und 58a fast vollständig an einer Innenumfangsseite des im Wesentlichen radialen Musters, gesehen von der Axialrichtung her. Ein Abschnitt der Außenumfangsseiten der ersten und zweiten Nuten 57a und 58a ist ausgeschnitten, um eine Mehrzahl von ersten und zweiten Kerben 57b und 58b zu bilden. Auch sind, Bezug nehmend auf 7, eine Mehrzahl von ersten und zweiten Konkavitäten 57c und 58c, und zwar mit einer spezifischen Länge von der Innenseite zur Außenseite, in axialer Richtung in den ersten und zweiten Wangen 57 und 58 ausgebildet, und zwar dort, wo die ersten und zweiten Nuten 57a und 58a nicht ausgebildet sind.
Ein Ende der Spule 44 (ein rechtes Ende in 2) ist mit dem Anschlussstück 22 mittels des innenliegenden Drahtes 30 verbunden, und ein anderes Ende der Spule 44 (ein linkes Ende in 2) ist mit der Nabenachse 15 mittels der ersten Befestigungsmutter 38a oder dergleichen elektrisch verbunden.
Das Joch 46 weist den Startorjochabschnitt 47 und einen Kernjochabschnitt 48 auf. Der Startorjochabschnitt 47 ist zwischen dem Permanentmagneten 41 und der Spule 44 angeordnet. Der Kernjochabschnitt 48 ist mit dem Startorjochabschnitt 47 magnetisch verbunden. Der Kernjochabschnitt 48 ist zwischen einem Innenumfang der Spule 44 und der Nabenachse 15 angeordnet, wie in 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind der Startorjochabschnitt 47 und der Kernjochabschnitt 48 integral ausgebildet.
7 und 8 zeigen das Joch 46, das an der Spule 55 montiert ist. Das Joch 46 weist eine Mehrzahl von ersten Jochteilstücken 60 und eine Mehrzahl von zweiten Jochteilstücken 61 auf. Die ersten Jochteilstücke 60 sind so montiert, dass sie mit den ersten Nuten 57a der ersten Wange 57 verzahnt sind. Die zweiten Jochteilstücke 61 sind in ähnlicher Weise so montiert, dass sie mit den zweiten Nuten 58a der zweiten Wange 58 verzahnt sind. Die ersten und zweiten Jochteilstücke 60 und 61 sind an entgegengesetzten Seiten in axialer Richtung bezüglich der dazwischen angeordneten Spule 44 angeordnet. Die Spule 44 erstreckt sich in axialer Richtung zwischen den ersten und zweiten Wangen 57 und 58.
Die ersten und zweiten Jochteilstücke 60 und 61 sind dadurch konfiguriert, dass eine Mehrzahl von plattenförmigen Stücken 62 in gestapelter Anordnung gestapelt sind, wie in 9 und 10 dargestellt. Die plattenförmigen Stücke 62 sind aus einer Siliziumstahlplatte ausgebildet. Insbesondere ist eine ebene Siliziumstahlplatte, wobei sich ein Oxidfilm auf einer Fläche der Siliziumstahlplatte befindet, zu plattenförmigen Stücken 62 ausgebildet. Jedes der plattenförmigen Stücke 62 weist die gleiche Grundform auf. Jedes der plattenförmigen Stücke 62 weist den Joch-Außenumfangsteil 62a, einen Joch-Innenumfangsteil 62b und einen Verbindungsteil 62c auf. Der Verbindungsteil 62c verbindet den Joch-Außenumfangsteil 62a und den Joch-Innenumfangsteil 62b miteinander. Für Fachleute geht aus dieser Beschreibung klar hervor, dass die Kern-Außenumfangsteile 62a, die Kern-Innenumfangsteile 62b und die Verbindungsteile 62c separat ausgebildet sein können. Als Ergebnis einer Verwendung derartiger separater plattenförmiger Stücke 62 ist es möglich, die Ausbeute zu verbessern, wenn die plattenförmigen Stücke 62 aus einer Siliziumstahlplatte gefertigt werden.
Der Joch-Außenumfangsteil 62a fungiert als Startorjochabschnitt 47. Der Joch-Innenumfangsteil 62b fungiert als Kernjochabschnitt 48. Der Joch-Außenumfangsteil 62a erstreckt sich von einem Ende des Verbindungsteils 62 entlang der Axialrichtung der Nabenachse 5 (der Richtung O-O in 9). Der Joch-Außenumfangsteil 62a verjüngt sich zu einem distalen Ende des Joch-Außenumfangsteils 62a.
In ähnlicher Weise erstreckt sich der Joch-Innenumfangsteil 62b von einem anderen Ende des Verbindungsteils 62c entlang der axialen Richtung. Wie in 10 dargestellt, sind die plattenförmigen Stücke 62 so ausgebildet, dass die Joch-Außenumfangsteile 62a und die Joch-Innenumfangsteile 62b an unterschiedlichen Radiallinien positioniert sind, und zwar in axialer Richtung betrachtet.
Die plattenförmigen Stücke 62 weisen eine Dicke von ca. 0,25 bis 1 mm auf. Vorzugsweise haben die plattenförmigen Stücke 62 eine Dicke von ca. 0,5 mm. Bezug nehmend auf 10, haben die plattenförmigen Stücke 62 unterschiedliche Längen. Speziell sind die ersten und zweiten Jochteilstücke 60 und 61 dadurch konfiguriert, das acht plattenförmige Stücke 62 in Umfangsrichtung gestapelt sind. Die ersten und zweiten Jochteilstücke 60 und 61 sind an Innenumfangsseiten so ausgebildet, dass ein am weitesten außen befindliches Paar von plattenförmigen Stücken 621 und 628 eine kürzeste Länge aufweisen. Das Paar von plattenförmigen Stücken 622 und 627 an Innenseiten der plattenförmigen Stücke 621 und 628 ist das nächstlängere. Das Paar von plattenförmigen Stücken 623 und 626 an Innenseiten der plattenförmigen Stücke 622 und 627 ist das nächstlängere. Ein am weitesten innen befindliches Paar von plattenförmigen Stücken 624 und 625 ist das längste. Als Ergebnis dessen, dass die plattenförmige Stücke 62 auf derartige Längen festgelegt sind, wird eine effiziente Konfiguration erzielt, bei der Innenumfangsteile von benachbarten ersten und zweiten gestapelten Jochen 60 und 61 in Umfangsrichtung nicht in Kontakt miteinander kommen. Somit wird die größtmögliche Querschnittfläche eines Magnetweges erzielt.
Außerdem sind, wie in 7 dargestellt, die plattenförmigen Stücke 621 und 628, die an jeder Außenseite in Umfangsrichtung positio niert sind, mit Längen ausgebildet, die ca. um die Hälfte geringer als die der anderen plattenförmigen Stücke 62 sind. Der Zweck davon liegt darin, zu verhindern, dass benachbarte plattenförmige Stücke 621 und 628 einander in Umfangsrichtung nahe kommen, und zu verhindern, dass ein magnetischer Fluss zwischen den benachbarten plattenförmigen Stücken 621 und 628 auftritt.
Die plattenförmigen Stücke 62 werden gemeinsam für die ersten und zweiten Jochteilstücke 61 verwendet. Die plattenförmigen Stücke 62 sind gestapelt angeordnet und mit den ersten und zweiten Nuten 57a und 58a verzahnt. Die distalen Enden der Joch-Außenumfangsteile 62a sind mit den ersten und zweiten Konkavitäten 57c und 58c verzahnt und werden durch diese gehalten.
Als Ergebnis der Position des Jochs 46 sind die Joch-Innenumfangsteile 62b an der Innenumfangsseite der Spule 44 positioniert, und die Joch-Außenumfangsteile 62a sind zwischen der Spule 44 und dem Permanentmagneten 41 positioniert. Auch sind die Joch-Innenumfangsteile 62b der ersten und zweiten Jochteilstücke 61 direkt miteinander verbunden. Demzufolge besteht keine Notwendigkeit, dass weitere Elemente, die aus einem magnetischen Material bestehen, verwendet werden, um die ersten und zweiten Jochteilstücke 61 zu verbinden. Somit wird der Widerstand minimiert.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 2 und 4 ist das Abdeckungselement 49 so ausgebildet, dass es die Außenumfangsfläche und beide Seiten des Jochs 46 abdeckt, wie in 2 und 4 dargestellt. Das Abdeckungselement 49 weist einen Außenumfangsteil 49a und ein Paar von seitlichen Teilen 49b auf. Das Paar von seitlichen Teilen 49b verdeckt beide Seiten des Jochs 46. Der Außenumfangsteil 49b verdeckt die Außenumfangsfläche des Jochs. Das Abdeckungs element 49 ist unter Verwendung von Wärme ausgebildet, um ein aus einem warmschrumpfbaren Kunstharz bestehendes zylindrisches Element zu komprimieren. Das Abdeckungselement 49 besteht beispielsweise aus einem warmschrumpfbaren transparenten Kunstharz, das beispielsweise aus der Gruppe gewählt ist, die aus Vinylchloridharz, Fluoridharz, Silikonharz, Ethylen-Propylenharz und Polyethylenterephthalat-(PET)-Harz besteht. Das Abdeckungselement 49 fluchtet ohne Weiteres mit der Außenumfangsfläche des Jochs 46, und zwar dadurch, dass die plattenförmigen Stücke 62 während des Schrumpfens gegen eine Innenumfangsseite gedrückt werden.
Bei dieser Ausführungsform besteht das Abdeckungselement 49 aus einem Polyethylenterephthalat-(PET)-Harz mit einer Dicke von beispielsweise ca. 0,05 mm. Die Dicke des Abdeckungselementes 49 kann beispielsweise ca. 0,03 mm bis 0,5 mm betragen. Vorzugsweise beträgt die Dicke des Abdeckungselementes 49 ca. 0,04 mm bis 0,2 mm. Falls die Dicke des Abdeckungselementes 49 weniger als ca. 0,03 mm beträgt, kann leicht ein Reißen und Beschädigen des Abdeckungselementes 49 auftreten. Es ist schwierig, die plattenförmigen Stücke 62 während des Schrumpfens des Abdeckungselementes 49 zum Fluchten zu bringen. Auch muss, wenn die Dicke ca. 0,5 mm übersteigt, ein Spalt mit dem Permanentmagneten 41 ausgebildet sein. Falls die Dicke ca. 0,5 mm übersteigt, wird der Stromerzeugungswirkungsgrad verringert. Da das Abdeckungselement 49 zumindest die Außenumfangsfläche des Jochs 46 abdeckt, bei der kaum Wirbelströme auftreten, ist es wahrscheinlich, dass die plattenförmigen Stücke 62 fluchtend ausgerichtet sind. Daher ist es, sogar wenn man den Spalt zwischen dem Permanentmagneten 41 und den Joch-Außenumfangsteilen 62a verkleinert, nicht wahrscheinlich, dass das Joch 46 in Kontakt mit dem Permanentmagne ten 41 kommt. Außerdem ist, da das Joch 46 nicht vollständig durch ein Kunstharz gehärtet wird und lediglich zumindest ein Teil der Außenumfangsfläche des Jochs 46 abgedeckt ist, die Gewichtsvergrößerung der innenliegenden Befestigungseinheit 42 gering, sogar bei vorgesehenem Abdeckungselement 49. Somit wird die Gewichtsvergrößerung des Elektrizitätserzeugungsmechanismus 20 minimiert.
Als Nächstes wird die Elektrizitätserzeugung mittels der elektrischen Generatornabe 10 beschrieben.
Wenn das Vorderrad 6 oder das Nabengehäuse 18 bezüglich der Nabenachse 15 rotiert, rotiert der Permanentmagnet 41 bezüglich der inneren Befestigungseinheit 42, die an ihrem Platz an der Nabenachse 15 befestigt ist. Der Permanentmagnet 41 wird dadurch um die Spule 44 und die Außenumfangsseiten der Joch-Außenumfangsteile 62a rotiert.
Die Joch-Außenumfangsteile 62a der ersten Jochteilstücke 60 und die Joch-Außenumfangsteile 62a der zweiten Jochteilstücke 61 sind so ausgelegt, dass eines von diesen eine magnetische Flusszufuhr des S-Pols vom Permanentmagneten 41 erhält, wenn das andere eine magnetische Flusszufuhr vom N-Pol empfängt. Demgemäß empfängt das eine der ersten und zweiten Jochteilstücke 60 und 61 die magnetische Flusszufuhr vom N-Pol des Permanentmagneten 41, wenn der andere von den ersten und zweiten Jochteilstücken 60 und 61 die magnetische Flusszufuhr vom S-Pol empfängt. Speziell werden, als Ergebnis dessen, dass der Permanentmagnet 41 um die Außenumfangsseiten der Joch-Außenumfangsteile 62a der ersten und zweiten Jochteilstücke 60 und 61 rotiert, ein erster Zustand und ein zweiter Zustand erzeugt. Im ersten Zustand dienen die ersten Jochteilstücke 60 als N-Pol und die zweiten Jochteilstücke 61 die nen als S-Pol. Im zweiten Zustand dienen die ersten Jochteilstücke 60 als S-Pol und die zweiten Jochteilstücke 61 dienen als N-Pol. Ein wechselnder magnetischer Fluss, der die ersten und zweiten Jochteilstücke 60 und 61 magnetisch verbindet, wird in den Joch-Innenumfangsteilen 62b (Kernjochabschnitt 48) der ersten und zweiten Jochteilstücke 60 und 61 erzeugt. Als Ergebnis dessen, dass der wechselnde magnetische Fluss auf der Innenseite der Spule 44 erzeugt wird, wird ein elektrischer Strom in der Spule 44 induziert, und Elektrizität wird erzeugt.
Bei der elektrischen Generatornabe 10 dieser Ausführungsform ist das Joch 46 dadurch konfiguriert, dass die plattenförmigen Stücke 62 gestapelt angeordnet sind. Eine Erzeugung von Wirbelströmen wird dadurch stärker verringert, als wenn das Joch durch herkömmliche Metallplatten-Pressformen konfiguriert ist.
Die Form des Jochs 46 ist modifiziert, und die Innenumfangsabschnitte der gegenüberliegenden ersten und zweiten Jochteilstücke 60 und 61 sind direkt miteinander verbunden. Daher wird kein weiteres Element benötigt, um die ersten und zweiten Jochteilstücke 60 und 61 zu verbinden. Eine ausreichende Querschnittfläche, die für das Hindurchleiten des magnetischen Flusses benötigt wird, wird gewährleistet. Als Ergebnis wird der magnetische Widerstand minimiert, und der Wirkungsgrad wird verbessert.
Außerdem ist es, da zumindest die Außenumfangsfläche des Jochs 46 durch das Abdeckungselement 49 abgedeckt ist, nicht wahrscheinlich, dass die plattenförmigen Stücke 62 außer Fluchtung geraten. Daher ist es nicht wahrscheinlich, dass das Joch 46 in Kontakt mit dem Permanentmagneten 41 kommt, sogar wenn man den Spalt zwischen dem Permanentmagneten 41 und den Joch-Außenumfangsteilen 62a verkleinert.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Nachfolgend Bezug nehmend auf 11, wird nun eine Generatornabe gemäß einer zweiten Ausführungsform erläutert. In Anbetracht der Ähnlichkeit zwischen den ersten und zweiten Ausführungsformen werden die Teile der zweiten Ausführungsform, die zu Teilen der ersten Ausführungsform identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen wie die Teile der ersten Ausführungsform bezeichnet. Außerdem können Beschreibungen der Teile der zweiten Ausführungsform, die zu Teilen der ersten Ausführungsform identisch sind, der Kürze halber weggelassen werden.
Bei der vorhergehenden Ausführungsform wurde ein Joch 46 offenbart, das durch Stapeln der plattenförmigen Stücke 62 in Umfangsrichtung erzielt wurde, jedoch kann die Erfindung auch auf ein Joch 146 angewendet werden, bei dem eine Mehrzahl von plattenförmigen Stücken 162 in axialer Richtung der Nabe 10 gestapelt angeordnet ist, wie in 11 dargestellt.
Das Joch 146 weist einen Startorjochabschnitt 147 und einen Kernjochabschnitt 148 auf. Der Startorjochabschnitt 147 ist zwischen dem Permanentmagneten 41 und der Spule 44 angeordnet. Der Kernjochabschnitt 148 ist mit dem Startorjochabschnitt 147 magnetisch verbunden. Der Kernjochabschnitt 148 ist zwischen dem Innenumfang der Spule 44 und der Nabenachse 15 angeordnet. Der Startorjochabschnitt 147 ist vom Kernjochabschnitt 148 separat.
Das Joch 146 weist eine Mehrzahl von ersten Jochteilstücken 160 und eine Mehrzahl von zweiten Jochteilstücken 161 auf. Die ersten und zweiten Jochteilstücke 160 und 161 sind dadurch konfiguriert, dass eine Mehrzahl von plattenförmigen Stücken 162 gestapelt angeordnet sind, wie in 12 dargestellt, und zwar in axialer Richtung der Nabe 10. Jedes der plattenförmigen Stücke 162 weist im Wesentlichen die gleiche Basisgestalt auf. Jedes der plattenförmigen Stücke 162 weist eine Mehrzahl von Joch-Außenumfangsteilen 162a und einen Scheibenteil 162b auf. Der Scheibenteil 162b ist an der Nabenachse 15 an beiden Enden des Spulenkörpers 55 montiert. Jedes der Joch-Außenumfangsteile 162a weist einen Abschnitt auf, der sich in radialer Richtung von einem Außenumfang des Scheibenteils 162b erstreckt. Die Joch-Außenumfangsteile 162a sind entlang der Nabenachse 15 gekrümmt. Die Joch-Außenumfangsteile 162a fungieren als Startorjochabschnitt 147.
Bei den ersten und zweiten Jochteilstücken 160 und 161 sind die Joch-Außenumfangsteile 162a abwechselnd angeordnet, ähnlich wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen. Die Joch-Außenumfangsteile 162a sind auch so angeordnet, dass sie die Spule 44 umgeben. Die Länge der Joch-Außenumfangsteile 162a ist an den plattenförmigen Stücken 162 ganz nahe bei der Spule 44 am größten und nimmt von diesem Punkt aus allmählich ab, wie durch die doppelt gestrichelte Linie in 12 dargestellt. Jedoch sind gekrümmte Positionen so gestaltet, dass die plattenförmigen Stücke 162 ganz nahe bei der Spule 44 den kleinsten Krümmungsradius aufweisen. Der Krümmungsradius nimmt von diesem Punkt aus allmählich zu, wie aus 13 klar hervorgeht. Die Loch-Außenumfangsteile 162a sind so konfiguriert, dass sie sich unter einem stumpfen Winkel vom Scheibenteil 162b krümmen, so dass sie sich vom Außenumfangsteil des Scheibenteils 162b etwas in radialer Richtung von der axialen Richtung der Nabenachse 15 weg erstrecken. Die Breite des Joch-Außenumfangsteils 162a nimmt zu einem distalen Ende hin ab. Die plattenförmigen Stücke 162 sind so ausgebildet, dass die Linien, welche die distalen Enden der Joch-Außenumfangsteile 162a verbinden, geradlinig sind. Die plattenförmigen Stücke 162a sind in axialer Richtung fluchtend angeordnet, wie in 13 dargestellt. Ein Abdeckungselement 149 ist so angebracht, dass es die Joch-Außenumfangsteile 162a abdeckt.
Wenn ein Krümmungswinkel schwankt, werden die Joch-Außenumfangsteile 162a der plattenförmigen Stücke 162 uneben. Jedoch kann, sogar wenn der Krümmungswinkel variiert, dies noch unter Verwendung des Abdeckungselementes 149 korrigiert und angepasst werden. Daher ist es nicht wahrscheinlich, dass das Joch 146 in Kontakt mit dem Permanentmagneten 41 kommt, sogar wenn man einen Spalt zwischen dem Permanentmagneten 41 und den Joch-Außenumfangsteilen 162a verringert. Außerdem erfolgt, da das Joch 146 nicht vollständig durch ein Kunstharz gehärtet ist und lediglich zumindest die Außenumfangsfläche des Jochs 146 abgedeckt ist, lediglich eine geringfügige Gewichtszunahme der innenliegenden Befestigungseinheit 142, sogar mit dem Abdeckungselement 149. Somit wird eine Gewichtsvergrößerung des Elektrizitätserzeugungsmechanismus 20 minimiert.
Zum Verständnis des Schutzumfangs der Erfindung sollen der Begriff "aufweisen" und davon abgeleitete Begriffe, wie hier verwendet, nicht einschränkende Begriffe sein, die das Vorhandensein von angeführten Merkmalen, Elementen, Komponenten, Gruppen, Ganzzahlen und/oder Schritten spezifizieren, jedoch das Vorhandensein von weiteren nicht angeführten Merkmalen, Elementen, Komponenten, Gruppen, Ganzzahlen und/oder Stufen nicht ausschließen. Das zuvor Gesagte gilt auch für Wörter ähnlicher Bedeutung, wie beispielsweise die Begriffe "einschließen", "haben" und davon abgeleitete Begriffe. Auch die Begriffe "Teil", "Glied", "Abschnitt" oder "Element" können bei Verwendung im Singular die doppelte Bedeutung eines einzigen Teils oder einer Mehrzahl von Teilen haben. Wie hier zur Beschreibung der Erfindung verwendet, beziehen sich die folgenden Richtungsangaben "vorne, hinten, oben, unten, vertikal, horizontal, unterhalb und in Querrichtung" sowie jegliche andere ähnliche Richtungsangaben auf die Richtungen eines Fahrrades, das mit der Erfindung ausgerüstet ist. Demgemäß sind diese Begriffe, wie hier zur Beschreibung der Erfindung verwendet, als bezogen auf ein mit der Erfindung ausgerüstetes Fahrrad in normaler Fahrtposition zu interpretieren. Und schließlich bedeuten die einen Grad bezeichnenden Begriffe wie beispielsweise "im Wesentlichen", "etwa" und "näherungsweise" wie hier verwendet ein sinnvolles Ausmaß an Abweichung des modifizierten Begriffes, derart, dass das Endergebnis nicht wesentlich verändert wird. Beispielsweise können diese Begriffe so verstanden werden, dass sie eine Abweichung von mindestens ± 5% des modifizierten Begriffes beinhalten, wenn diese Abweichung der Bedeutung des Wortes, das sie modifizieren, nicht widerspricht.
Es wurden hier zwar lediglich ausgewählte Ausführungsformen verwendet, um diese Erfindung zu erläutern, jedoch geht für Fachleute aus dieser Beschreibung klar hervor, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an diesen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der in den anliegenden Ansprüchen definiert ist. Außerdem dient die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung lediglich zu Darstellungszwecken und nicht dem Zweck einer Einschränkung der Erfindung.

Claims

Elektrischer Klauenpolgenerator (20), aufweisend: einen am Umfang angeordneten Permanentmagneten (41); eine ringförmige Spule (44), die so konfiguriert und angeordnet ist, dass sie einer Innenumfangsseite des Permanentmagneten (41) zugewandt ist, um sich relativ zum Permanentmagneten (41) zu drehen; ein Joch (46), das einen Statorjochabschnitt (47), der zwischen der Spule (44) und dem Permanentmagneten (41) angeordnet ist, und einen Kernjochabschnitt (48) aufweist, der mit dem Statorjochabschnitt (47) magnetisch verbunden ist und an einem Innenumfang der Spule (44) angeordnet ist, derart, dass das Joch (46) relativ zum Permanentmagneten (41) drehbar ist; und der Statorjochabschnitt (47) eine Mehrzahl von ersten und zweiten Jochteilstücken (60, 61) beinhaltet, die auf entgegengesetzten Seiten der Spule (44) jeweils in axialer Richtung angeordnet sind, wobei jedes der ersten und zweiten Jochteilstücke (60, 61) eine Mehrzahl von plattenförmigen Stücken (62) in übereinandergestapelter Anordnung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abdeckungselement (49), das zumindest einen Teil einer Außenumfangsfläche des Jochs (46) abdeckt, gegen die plattenförmigen Stücke (42) gedrückt wird.
Elektrischer Klauenpolgenerator (20) nach Anspruch 1, bei dem die plattenförmigen Stücke (62) in Umfangsrichtung zwischen der Spule (44) und dem Permanentmagneten (41) übereinandergestapelt sind, wobei die ersten und zweiten Jochteilstücke (60, 61) in Umfangsrichtung abwechselnd positioniert sind und das Abdeckungselement (49) zumindest einen Teil der Außenumfangsteile der plattenförmigen Stücke (62) abdeckt.
Elektrischer Klauenpolgenerator (20) nach Anspruch 1, bei dem die ersten und zweiten Jochteilstücke (60, 61) abwechselnd in Umfangsrichtung positioniert sind, und das Abdeckungselement (49) zumindest einen Teil der ersten und zweiten Jochteilstücke (60, 61) abdeckt.
Elektrischer Klauenpolgenerator (20) nach Anspruch 1, bei dem die plattenförmigen Stücke (62) der ersten und zweiten Jochteilstücke (60, 61) integrale einstückige unitäre Elemente sind, die sowohl den Statorjochabschnitt (47) als auch den Kernjochabschnitt (48) bilden.
Elektrischer Klauenpolgenerator (20) nach Anspruch 1, bei dem jedes der plattenförmigen Stücke (62) einen Außenumfangsteil, der den Statorjochabschnitt (47) bildet, und einen Innenumfangsteil aufweist, der den Kernjochabschnitt (48) bildet.
Elektrischer Klauenpolgenerator (20) nach Anspruch 5, bei dem die Innenumfangsteile sich in axialer Richtung erstrecken.
Elektrischer Klauenpolgenerator (20) nach Anspruch 1, weiter aufweisend: einen Spulenkörper (55), der erste und zweite Wangen (57, 58) und einen zylindrischen Kern (56) aufweist, der sich in axialer Richtung zwischen den ersten und zweiten Wangen (57, 58) erstreckt, wobei die Spule (44) um einen Außenumfang des zylindrischen Kerns (56) gewunden ist.
Elektrischer Klauenpolgenerator (20) nach Anspruch 1, bei dem das Abdeckungselement (49) einen Außenumfangsteil aufweist, der die Außenumfangsfläche des Jochs (46) abdeckt, und ein Paar von seitlichen Teilen, welche die Seitenflächen des Jochs (46) abdecken.
Elektrischer Klauenpolgenerator (20) nach Anspruch 1, bei dem das Abdeckungselement (49) durch Wärmeschrumpfen eines aus einem warmschrumpfbaren Kunstharzes bestehenden zylindrischen Elementes ausgebildet ist.
Elektrischer Klauenpolgenerator (20) nach Anspruch 9, bei dem das Abdeckungselement (49) ein warmschrumpfbares Kunstharz enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Vinylchloridharz, Fluoridharz, Silikonharz, Ethylen-Propylenharz und Polyethylenterephthalat-(PET)-Harz besteht.
Elektrische Fahrradgeneratornabe (10), aufweisend: eine Nabenachse (15); ein zylindrisches Nabengehäuse (18), das auf einer Außenumfangsseite der Nabenachse (15) angeordnet ist; eine Mehrzahl von Lagern (16, 17), die angeordnet sind, um das Nabengehäuse mit Bezug auf die Nabenachse (15) drehbar zu lagern; und einen elektrischen Klauenpolgenerator (20) nach Anspruch 1.
Elektrische Fahrradgeneratornabe (10) nach Anspruch 11, bei der die plattenförmigen Stücke (62) in Umfangsrichtung zwischen der Spule (44) und dem Permanentmagneten (41) übereinandergestapelt sind.
Elektrische Fahrradgeneratornabe (10) nach Anspruch 11, bei der die ersten und zweiten Jochteilstücke (60, 61) abwechselnd in Umfangsrichtung positioniert sind, und das Abdeckungselement (49) zumindest einen Teil der ersten und zweiten Jochteilstücke (60, 61) abdeckt.
Elektrische Fahrradgeneratornabe (10) nach Anspruch 11, bei der die plattenförmigen Stücke (62) der ersten und zweiten Jochteilstücke (60, 61) integrale einstückige unitäre Elemente sind, die den Kernjochabschnitt (48) bilden.
Elektrische Fahrradgeneratornabe (10) nach Anspruch 11, bei der jedes der plattenförmigen Stücke (62) einen Außenumfangsteil, der den Statorjochabschnitt (47) bildet, und einen Innenumfangsteil aufweist, der den Kernjochabschnitt (48) bildet.
Elektrische Fahrradgeneratornabe (10) nach Anspruch 15, bei der die Innenumfangsteile sich in axialer Richtung erstrecken.
Elektrische Fahrradgeneratornabe (10) nach Anspruch 11, weiter aufweisend: einen Spulenkörper (55), der erste und zweite Wangen (57, 58) und einen zylindrischen Kern (56) aufweist, der sich in axialer Richtung zwischen den ersten und zweiten Wangen (57, 58) erstreckt, wobei die Spule (44) um einen Außenumfang des zylindrischen Kerns (56) gewunden ist.
Elektrische Fahrradgeneratornabe (10) nach Anspruch 11, bei der das Abdeckungselement (49) einen Außenumfangsteil aufweist, der die Außenumfangsfläche des Jochs (46) abdeckt, und ein Paar von seitlichen Teilen, welche die Seitenflächen des Jochs (46) abdecken.
Elektrische Fahrradgeneratornabe (10) nach Anspruch 11, bei der das Abdeckungselement (49) durch Wärmeschrumpfen eines aus einem warmschrumpfbaren Kunstharzes bestehenden zylindrischen Elementes ausgebildet ist.
Elektrische Fahrradgeneratornabe (10) nach Anspruch 19, bei der das Abdeckungselement (49) ein warmschrumpfbares Kunstharz enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Vinylchloridharz, Fluoridharz, Silikonharz, Ethylen-Propylenharz und Polyethylenterephthalat-(PET)-Harz besteht.