JP5981728B2 - 小型発電機 - Google Patents
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Description
本発明は、小型発電機に係り、例えば、自転車の車軸や、歯科医師用ハンドピースの回転軸などに取り付けられる永久磁石を用いた小型発電機に関するものである。
自転車の車軸や歯科医師用のハンドピースなどにおいて、小型発電機が使用されている。
例えば、自転車車輪のハブに内装した小型発電機があり、このような発電機は、軽量でコンパクト化を果たす一方で、増速駆動することなく高い電圧を確保することが要求され、下記特許文献が提案されている。
特許文献１では、車輪側のロータ内周にヨークと永久磁石を設け、車軸側のステータにクローポール型の鉄心（爪形の磁極片が折曲げられた鉄心）と、鉄心に内嵌されるコイルとにより構成した小型発電機が提案されている。
また、特許文献２では、車輪側のロータに車軸方向に磁化した複数の永久磁石を磁極が周回り方向に交互になるように配置して、車軸側のステータに永久磁石と同数の磁束収集片と磁束収集片に巻き回されたコイルが円環状部材に設けられて、円環状部材が永久磁石を挟持するように構成した小型発電機が提案されている。
例えば、自転車車輪のハブに内装した小型発電機があり、このような発電機は、軽量でコンパクト化を果たす一方で、増速駆動することなく高い電圧を確保することが要求され、下記特許文献が提案されている。
特許文献１では、車輪側のロータ内周にヨークと永久磁石を設け、車軸側のステータにクローポール型の鉄心（爪形の磁極片が折曲げられた鉄心）と、鉄心に内嵌されるコイルとにより構成した小型発電機が提案されている。
また、特許文献２では、車輪側のロータに車軸方向に磁化した複数の永久磁石を磁極が周回り方向に交互になるように配置して、車軸側のステータに永久磁石と同数の磁束収集片と磁束収集片に巻き回されたコイルが円環状部材に設けられて、円環状部材が永久磁石を挟持するように構成した小型発電機が提案されている。
特許文献１の小型発電機では、ステータ外周にヨークと永久磁石が回転する構造である。磁石を多極化しやすいため、低い回転数でも高い電圧を得やすいという利点がある。
しかし、ヨークと永久磁石がステータ外側に配置されるので発電機が大径化するため、十分な小型化、軽量化をすることができなかった。
また、クローポール鉄心の折曲角度の管理や反り等の寸法管理が必要な上、鉄心同士の寸法ばらつきによって永久磁石と鉄心のギャップを小さくすることが困難であり、ギャップが大きくなる分だけ永久磁石を大きくしなければならない。
しかし、ヨークと永久磁石がステータ外側に配置されるので発電機が大径化するため、十分な小型化、軽量化をすることができなかった。
また、クローポール鉄心の折曲角度の管理や反り等の寸法管理が必要な上、鉄心同士の寸法ばらつきによって永久磁石と鉄心のギャップを小さくすることが困難であり、ギャップが大きくなる分だけ永久磁石を大きくしなければならない。
一方、特許文献２の小型発電機では、ステータのコイルとロータの永久磁石が軸方向に配置されるため、特許文献１の場合と比較して小径化が可能であるうえ、磁極片と永久磁石のギャップを狭くすることが可能という利点がある。
しかし、多数のコイルを必要とするため、コストが増大すると共に、コイル数に応じた端末線処理が必要であるため作業性が悪かった。
しかし、多数のコイルを必要とするため、コストが増大すると共に、コイル数に応じた端末線処理が必要であるため作業性が悪かった。
また、両特許文献の小型発電機では、永久磁石の磁極とステータの磁極片が等しい数で同一のピッチで構成されているため、高い電圧を得ることができるが、コギングトルクが大きくてスムーズな回転が得られないという問題もあった。
このコギングトルクの解消については、自転車のハブに内装された小型発電機だけでなく、歯科医師用のハンドピースにおいて強く要望されている。
このコギングトルクの解消については、自転車のハブに内装された小型発電機だけでなく、歯科医師用のハンドピースにおいて強く要望されている。
さらに、両特許文献の小型発電機では、ライトの点灯が不要な時（消灯時）であっても、１つの磁極の鉄心から他方の磁極の鉄心までコイルに鎖交するように永久磁石の磁束が流れるため、コイルに電流を流さない状態であっても大きな鉄損が生じて車輪の回転を妨げてしまうという問題もある。
本発明は、高い電圧を確保しつつ、より小型化、軽量化した小型発電機を提供することを目的とする。
（１）請求項１に記載の発明では、複数ｐの永久磁石を備え回転体に固定されるロータと、前記回転体の軸心を中心として円筒状に巻回されたコイルと、前記ロータの永久磁石の磁極方向の両側に所定間隔を隔てて対向配置された第１磁極部と第２磁極部、及び、前記コイル内を通り前記第１磁極部と前記第２磁極部とを接続する接続部とを有する磁路形成部と、を備え、前記ロータは、前記複数の永久磁石が、各々の磁極の方向が周回り方向で交互になるように配設され、前記コイルは、前記ロータに対して軸方向に所定間隔をおいて固定配置され、前記磁路形成部の第１磁極部と第２磁極部は、前記ロータを挟んで対向配置されたｐ／２個の磁極歯が等間隔で周回り方向に配設され、前記第１磁極部と前記第２磁極部の何れか一方を、他方に対して、周回り方向に角度２πラジアン／ｐだけ回動させる磁極部回動手段と、備えたことを特徴とする小型発電機を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記請求項１に記載の小型発電機を発電機単体とし、当該発電機単体を、前記回転体の軸心方向に複数並列して配置したことを特徴とする小型発電機を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記発電機単体を２つ備え、両発電機単体は互いに接した状態で、前記軸方向における前記ロータから前記コイルの方向が、同一方向、又は逆方向を向いて配置され、一方ロータの永久磁石の磁極と、他方のロータの永久磁石の磁極とが逆方向に配設され、一方のコイルと他方のコイルは逆向きに巻回されている、ことを特徴とする請求項２に記載の小型発電機を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、一方の発電機単体により発生するコギングトルクと、他方の発電機単体により発生するコギングトルクとが１８０度位相がずれるように、一方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ａと、他方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ｂとの位置関係、又は、前記一方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｃと、前記他方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｄとの位置関係が、周回り方向に角度πラジアン／ｐだけずれて配置されている、ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の小型発電機を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、発電機単体を、回転体の軸心方向に複数並列して配置した小型発電機であって、前記発電機単体は、複数ｐの永久磁石を備え前記回転体に固定されるロータと、前記回転体の軸心を中心として円筒状に巻回されたコイルと、前記ロータの永久磁石の磁極方向の両側に所定間隔を隔てて対向配置された第１磁極部と第２磁極部、及び、前記コイル内を通り前記第１磁極部と前記第２磁極部とを接続する接続部とを有する磁路形成部と、を備え、前記ロータは、前記複数の永久磁石が、各々の磁極の方向が周回り方向で交互になるように配設され、前記コイルは、前記ロータに対して軸方向に所定間隔をおいて固定配置され、前記磁路形成部の第１磁極部と第２磁極部は、前記ロータを挟んで対向配置されたｐ／２個の磁極歯が等間隔で周回り方向に配設され、一方の発電機単体により発生するコギングトルクと、他方の発電機単体により発生するコギングトルクとが１８０度位相がずれるように、一方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ａと、他方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ｂとの位置関係、又は、前記一方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｃと、前記他方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｄとの位置関係が、周回り方向に角度πラジアン／ｐだけずれて配置されている、ことを特徴とする小型発電機を提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、前記発電機単体を２つ備え、両発電機単体は互いに接した状態で、前記軸方向における前記ロータから前記コイルの方向が、同一方向、又は逆方向を向いて配置され、一方ロータの永久磁石の磁極と、他方のロータの永久磁石の磁極とが逆方向に配設され、一方のコイルと他方のコイルは逆向きに巻回されている、ことを特徴とする請求項５に記載の小型発電機を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記請求項１に記載の小型発電機を発電機単体とし、当該発電機単体を、前記回転体の軸心方向に複数並列して配置したことを特徴とする小型発電機を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記発電機単体を２つ備え、両発電機単体は互いに接した状態で、前記軸方向における前記ロータから前記コイルの方向が、同一方向、又は逆方向を向いて配置され、一方ロータの永久磁石の磁極と、他方のロータの永久磁石の磁極とが逆方向に配設され、一方のコイルと他方のコイルは逆向きに巻回されている、ことを特徴とする請求項２に記載の小型発電機を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、一方の発電機単体により発生するコギングトルクと、他方の発電機単体により発生するコギングトルクとが１８０度位相がずれるように、一方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ａと、他方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ｂとの位置関係、又は、前記一方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｃと、前記他方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｄとの位置関係が、周回り方向に角度πラジアン／ｐだけずれて配置されている、ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の小型発電機を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、発電機単体を、回転体の軸心方向に複数並列して配置した小型発電機であって、前記発電機単体は、複数ｐの永久磁石を備え前記回転体に固定されるロータと、前記回転体の軸心を中心として円筒状に巻回されたコイルと、前記ロータの永久磁石の磁極方向の両側に所定間隔を隔てて対向配置された第１磁極部と第２磁極部、及び、前記コイル内を通り前記第１磁極部と前記第２磁極部とを接続する接続部とを有する磁路形成部と、を備え、前記ロータは、前記複数の永久磁石が、各々の磁極の方向が周回り方向で交互になるように配設され、前記コイルは、前記ロータに対して軸方向に所定間隔をおいて固定配置され、前記磁路形成部の第１磁極部と第２磁極部は、前記ロータを挟んで対向配置されたｐ／２個の磁極歯が等間隔で周回り方向に配設され、一方の発電機単体により発生するコギングトルクと、他方の発電機単体により発生するコギングトルクとが１８０度位相がずれるように、一方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ａと、他方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ｂとの位置関係、又は、前記一方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｃと、前記他方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｄとの位置関係が、周回り方向に角度πラジアン／ｐだけずれて配置されている、ことを特徴とする小型発電機を提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、前記発電機単体を２つ備え、両発電機単体は互いに接した状態で、前記軸方向における前記ロータから前記コイルの方向が、同一方向、又は逆方向を向いて配置され、一方ロータの永久磁石の磁極と、他方のロータの永久磁石の磁極とが逆方向に配設され、一方のコイルと他方のコイルは逆向きに巻回されている、ことを特徴とする請求項５に記載の小型発電機を提供する。
本発明によれば、回転体の軸心を中心として円筒状に巻回されたコイルは、複数ｐの永久磁石を備え回転体に固定されるロータに対して、軸方向に所定間隔をおいて固定配置されているので、高い電圧を確保しつつ、小型化、軽量化することができる。
以下、本発明の小型発電機における好適な実施の形態について、図１から図１１を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
複数ｐの永久磁石４１２を備え回転体（ハブ本体３１、回転軸６）に固定されるロータ４１と、回転体３１、６の軸心を中心として円筒状に巻回されたコイル４２２と、ロータ４１の永久磁石４１２の磁極方向の両側に所定間隔を隔てて対向配置された第１磁極部４３１と第２磁極部４３４、及び、コイル４２２内を通り第１磁極部４３１と第２磁極部４３４とを接続する接続部とを有する磁路形成部４３と、を備える。
そして、ロータ４１は、複数の永久磁石４１２が、各々の磁極の方向が周回り方向で交互になるように配設され、コイル４２２は、ロータ４１に対して軸方向に所定間隔をおいて固定配置されたコイルボビン４２１に巻回され、磁路形成部４３の第１磁極部４３１と第２磁極部４３４は、ロータ４１を挟んで対向配置されたｐ／２個の磁極歯４３３、４３６が等間隔で周回り方向に配設される。
（１）実施形態の概要
複数ｐの永久磁石４１２を備え回転体（ハブ本体３１、回転軸６）に固定されるロータ４１と、回転体３１、６の軸心を中心として円筒状に巻回されたコイル４２２と、ロータ４１の永久磁石４１２の磁極方向の両側に所定間隔を隔てて対向配置された第１磁極部４３１と第２磁極部４３４、及び、コイル４２２内を通り第１磁極部４３１と第２磁極部４３４とを接続する接続部とを有する磁路形成部４３と、を備える。
そして、ロータ４１は、複数の永久磁石４１２が、各々の磁極の方向が周回り方向で交互になるように配設され、コイル４２２は、ロータ４１に対して軸方向に所定間隔をおいて固定配置されたコイルボビン４２１に巻回され、磁路形成部４３の第１磁極部４３１と第２磁極部４３４は、ロータ４１を挟んで対向配置されたｐ／２個の磁極歯４３３、４３６が等間隔で周回り方向に配設される。
（２）実施形態の詳細
図１は第１実施形態における小型発電機を、自転車のハブに内装した場合の断面構成を表したものである。
図１に示すように、ハブ軸１に軸受２を介してハブ体３が回転自在に配設され、このハブ体３内に本実施形態における小型発電機４が配設されている。
ハブ軸１は、その両端にねじ１１、１１が形成されており、このねじ１１、１１にナット１２、１２を螺号することで、内側（ハブ軸１の軸方向の中央側）の座金１３、１３と、外側（端部側）の座金１４、１４の間に配設した本体リブ５、５が固定されるようになっている。
なお、以下では各部材の個数分の符号を記すことなく、符号を１つだけ記載することとするが、各部材の個数は図示の通りである。
図１は第１実施形態における小型発電機を、自転車のハブに内装した場合の断面構成を表したものである。
図１に示すように、ハブ軸１に軸受２を介してハブ体３が回転自在に配設され、このハブ体３内に本実施形態における小型発電機４が配設されている。
ハブ軸１は、その両端にねじ１１、１１が形成されており、このねじ１１、１１にナット１２、１２を螺号することで、内側（ハブ軸１の軸方向の中央側）の座金１３、１３と、外側（端部側）の座金１４、１４の間に配設した本体リブ５、５が固定されるようになっている。
なお、以下では各部材の個数分の符号を記すことなく、符号を１つだけ記載することとするが、各部材の個数は図示の通りである。
ハブ軸１の両側には、座金１３の更に内側に軸受２を介してハブ体３が回動自在に配設されている。
すなわち、軸受２の外輪２１がハブ体３に固定され、内輪２２がハブ軸１に固定されている。ハブ体３と外輪２１は、ボール２３を介し、ハブ軸１及びハブ軸１に固定された本体リブ５に対して回動する。
すなわち、軸受２の外輪２１がハブ体３に固定され、内輪２２がハブ軸１に固定されている。ハブ体３と外輪２１は、ボール２３を介し、ハブ軸１及びハブ軸１に固定された本体リブ５に対して回動する。
ハブ体３は、ハブ本体３１と本体側面部３２とから構成されている。
ハブ本体３１は、本体側面部３２と本体円筒部３３と、本体円筒部３３の両端に径の外側方向に張り出して形成されたハブ鍔３４とを備え、これら各部は一体形成されている。
ハブ鍔３４には、図示しない車輪のスポークを取り付ける複数のスポーク孔３５が形成されている。
本体側面３２は、円環形状をしており、本体円筒部３３の一方の端部に形成されている。本体側面部３２の、円環形状内側（本体円筒部３３と反対側の端部）には、一方の軸受２（図面では左側の軸受２）の外輪２１が固定されている。
ハブ本体３１は、本体側面部３２と本体円筒部３３と、本体円筒部３３の両端に径の外側方向に張り出して形成されたハブ鍔３４とを備え、これら各部は一体形成されている。
ハブ鍔３４には、図示しない車輪のスポークを取り付ける複数のスポーク孔３５が形成されている。
本体側面３２は、円環形状をしており、本体円筒部３３の一方の端部に形成されている。本体側面部３２の、円環形状内側（本体円筒部３３と反対側の端部）には、一方の軸受２（図面では左側の軸受２）の外輪２１が固定されている。
ハブ体３のハブキャップ３６は、ハブ本体３１の開放端側（本体円筒部３３の本体側面部３２と反対側）に固定される円環形状部を備えており、この円環形状部の内側には、軸受２の他方（図面では右側）の外輪２１が固定されている。
ハブキャップ３６の円環形状部の外周阿側には、ハブ本体３１の内径よりも外径が小さく形成され、ハブ本体３１内に収容されるロータ固定筒３７が一体形成されている。
ハブキャップ３６の円環形状部の外周阿側には、ハブ本体３１の内径よりも外径が小さく形成され、ハブ本体３１内に収容されるロータ固定筒３７が一体形成されている。
ハブ体３の内側には、本実施形態における小型発電機４が収容されている。
以下、第１実施形態における小型発電機４の構成について、図１の断面図に加えて、図２の分解斜視図を参照しながら説明する。
小型発電機４は、ロータ４１とコイルユニット４２（図２）、磁路形成部４３（図１）、及び点消灯切替部材４５（図２）を備えており、図１、２に示されるように、各部材はその中心がハブ軸１の軸心１５と一致するように、ハブ軸１の外周に対して固定又は回動可能に配設される。
なお、点消灯切替部材４５は、後述するように、消灯時における鉄損の発生を回避することで車輪の回転付加の増加を防止するための構成であるが、当該部材の重さ分だけ重量増となるため、配設しない構成の小型発電機４とすることも可能である。
以下、第１実施形態における小型発電機４の構成について、図１の断面図に加えて、図２の分解斜視図を参照しながら説明する。
小型発電機４は、ロータ４１とコイルユニット４２（図２）、磁路形成部４３（図１）、及び点消灯切替部材４５（図２）を備えており、図１、２に示されるように、各部材はその中心がハブ軸１の軸心１５と一致するように、ハブ軸１の外周に対して固定又は回動可能に配設される。
なお、点消灯切替部材４５は、後述するように、消灯時における鉄損の発生を回避することで車輪の回転付加の増加を防止するための構成であるが、当該部材の重さ分だけ重量増となるため、配設しない構成の小型発電機４とすることも可能である。
ロータ４１は、円環板状の環状部材４１１と永久磁石４１２から構成されている。
環状部材４１１は、ＳＵＳ３０３又はアルミニウムで形成され、その外周面において、ロータ固定筒３７の内側に固定されている。なお、ハブキャップ３６にロータ固定筒３７を設けず、環状部材４１１をハブ本体３１の内周面に固定する構造とすることも可能である。
環状部材４１１には、軸心１５を中心とする同心円上に、円形の貫通孔がｐ個（極数ｐに対応）等間隔に形成されている。
本実施形態では、極数１２であり、環状部材４１１の軸心１５と直交する一方の面における磁極が交互になるように永久磁石４１２が挿入されている。すなわち、一方の面側がＮ極で他方の面側がＳ極となる向きで挿入した永久磁石４１２の両側の永久磁石４１２は、一方の面側がＳ極で他方の面側がＮ極となる向きで挿入される。
このように、ロータ４１は、軸心１５と平行な方向（アキシャル方向）の磁極を有することになる。
環状部材４１１は、ＳＵＳ３０３又はアルミニウムで形成され、その外周面において、ロータ固定筒３７の内側に固定されている。なお、ハブキャップ３６にロータ固定筒３７を設けず、環状部材４１１をハブ本体３１の内周面に固定する構造とすることも可能である。
環状部材４１１には、軸心１５を中心とする同心円上に、円形の貫通孔がｐ個（極数ｐに対応）等間隔に形成されている。
本実施形態では、極数１２であり、環状部材４１１の軸心１５と直交する一方の面における磁極が交互になるように永久磁石４１２が挿入されている。すなわち、一方の面側がＮ極で他方の面側がＳ極となる向きで挿入した永久磁石４１２の両側の永久磁石４１２は、一方の面側がＳ極で他方の面側がＮ極となる向きで挿入される。
このように、ロータ４１は、軸心１５と平行な方向（アキシャル方向）の磁極を有することになる。
本実施形態で使用される永久磁石４１２は、各種の永久磁石を使用することができる。例えば、Ｎｄ（ネオジウム）・Ｆｅ（鉄）・Ｂ（ボロン）を主成分とするネオジム磁石、フェライト磁石（異方性、等方性）、サマリウムコバルト磁石などが使用される。
コイルユニット４２は、磁路形成部４３と共に小型発電機４のステータを構成する。
コイルユニット４２は、円筒部とその両端の円環板からなるコイルボビン４２１を備え、このコイルボビン４２１の円筒部にコイル４２２が巻回されている。
コイルユニット４２は、ロータ４１の内側ではなく、図１に示されるように、軸方向（軸心１５の方向）に並べて配置しているので、小型発電機４の外径を小さくし小型化すると共に、小型発電機４を収容するハブ体３の径を小さくすることができる。
コイルユニット４２に巻回されたコイル４２２は、後述する磁路形成部４３に形成された貫通孔（図示しない）及び、ハブ軸１に形成した凹部を通り、リード線４２３として本体リブ５に配設される自転車用ライトに接続されている。
コイルユニット４２は、円筒部とその両端の円環板からなるコイルボビン４２１を備え、このコイルボビン４２１の円筒部にコイル４２２が巻回されている。
コイルユニット４２は、ロータ４１の内側ではなく、図１に示されるように、軸方向（軸心１５の方向）に並べて配置しているので、小型発電機４の外径を小さくし小型化すると共に、小型発電機４を収容するハブ体３の径を小さくすることができる。
コイルユニット４２に巻回されたコイル４２２は、後述する磁路形成部４３に形成された貫通孔（図示しない）及び、ハブ軸１に形成した凹部を通り、リード線４２３として本体リブ５に配設される自転車用ライトに接続されている。
磁路形成部４３は、第１磁極部４３１、第２磁極部４３４、第１円筒部４３７、第２円筒部４３８、連結部４３９により、永久磁石４１２の磁束がコイル４２２を鎖交するための磁路を形成する。
磁路形成部４３は、ハブ軸１に挿通された筒状押え部材４４により、一方の側の軸受２（図１では左側）から所定間隔が保持されていることで、第１磁極部４３１とロータ４１間のギャップが形成されるようになっている。
一方、第２磁極部４３４は、後述する円筒部４５２の所定位置に固定することで、ロータ４１間のギャップが形成されるようになっている。
磁路形成部４３は、ハブ軸１に挿通された筒状押え部材４４により、一方の側の軸受２（図１では左側）から所定間隔が保持されていることで、第１磁極部４３１とロータ４１間のギャップが形成されるようになっている。
一方、第２磁極部４３４は、後述する円筒部４５２の所定位置に固定することで、ロータ４１間のギャップが形成されるようになっている。
磁路形成部４３は、ロータ４１の軸方向の両側において所定ギャップを設けて挟むように第１磁極部４３１と第２磁極部４３４が対向配置されている。
そして、第１磁極部４３１の外周端部と第１円筒部４３７の一端が接続され、第１円筒部４３７の他端が円環板状をした連結部４３９の外側周端と接続され、連結部４３９の軸心側周端が第２円筒部４３８の一端と接続され、第２円筒部４３８の他端が第２磁極部４３４と接続されている。
以上の磁路形成部４３は、第２円筒部４３８の他端と第２磁極部４３４との接続を除き、他の接続箇所は互いに固定されることにより、又は一体形成されることにより接続されている。そして、後述するように非発電時において第２磁極部４３４が回動する構成とするために、第２円筒部４３８の他端面と第２磁極部４３４の第２円環部４３５とは、摺動可能に接触配置されている。第２円筒部４３８の他端面は第２磁極部４３４との接触面積を確保するために、反対側よりも外径が大きく形成されている。
なお、磁路形成部４３は、コイル４２２の外周側に配置される第１円筒部４３７、内周側に配置される第２円筒部４３８、及び側面に配置される連結部４３９により、第１磁極部４３１と第２磁極部４３４とを接続する接続部を構成する。
そして、第１磁極部４３１の外周端部と第１円筒部４３７の一端が接続され、第１円筒部４３７の他端が円環板状をした連結部４３９の外側周端と接続され、連結部４３９の軸心側周端が第２円筒部４３８の一端と接続され、第２円筒部４３８の他端が第２磁極部４３４と接続されている。
以上の磁路形成部４３は、第２円筒部４３８の他端と第２磁極部４３４との接続を除き、他の接続箇所は互いに固定されることにより、又は一体形成されることにより接続されている。そして、後述するように非発電時において第２磁極部４３４が回動する構成とするために、第２円筒部４３８の他端面と第２磁極部４３４の第２円環部４３５とは、摺動可能に接触配置されている。第２円筒部４３８の他端面は第２磁極部４３４との接触面積を確保するために、反対側よりも外径が大きく形成されている。
なお、磁路形成部４３は、コイル４２２の外周側に配置される第１円筒部４３７、内周側に配置される第２円筒部４３８、及び側面に配置される連結部４３９により、第１磁極部４３１と第２磁極部４３４とを接続する接続部を構成する。
第２円筒部４３８の内側にはハブ軸１が挿通され、第２円筒部４３８がハブ軸１に固定される。また第２円筒部４３８は、コイルボビン４２１の円筒部内に挿通され、コイルボビン４２１が第２円筒部４３８に固定されている。
コイルユニット４２の外周側には、所定間隔を隔てて第１円筒部４３７が配置される。 そして、第１円筒部４３７と第２円筒部４３８とが連結部４３９で連結されることで、コイルユニット４２を収容するドーナツ型のコイル室が形成されている。
コイルボビン４２１は、軸方向両端に形成された円環板の一方が連結部４３９と接し、他方が第１磁極部４３１と接することで挟み込まれている。
コイルユニット４２の外周側には、所定間隔を隔てて第１円筒部４３７が配置される。 そして、第１円筒部４３７と第２円筒部４３８とが連結部４３９で連結されることで、コイルユニット４２を収容するドーナツ型のコイル室が形成されている。
コイルボビン４２１は、軸方向両端に形成された円環板の一方が連結部４３９と接し、他方が第１磁極部４３１と接することで挟み込まれている。
第１磁極部４３１は、図２に示されるように、ロータ４１の外径よりも僅かに小さい外径の環状部材４３２と、この環状部材４３２から径方向内側（中心方向）に向けて等間隔で突出したｍ個の第１磁極歯４３３とを備えている。ｍの値は極数ｐに対して、ｍ＝ｐ／２である。
環状部材４３２の軸心方向に突出した第１磁極歯４３３の各先端は、軸心１５を中心としロータ４１の内径と略同一半径の第１仮想円まで突出している。第１磁極歯４３３の先端は半円形状に形成されているが、方形であっても良く、上記第１仮想円に沿った形状であってもよい。
環状部材４３２の軸心方向に突出した第１磁極歯４３３の各先端は、軸心１５を中心としロータ４１の内径と略同一半径の第１仮想円まで突出している。第１磁極歯４３３の先端は半円形状に形成されているが、方形であっても良く、上記第１仮想円に沿った形状であってもよい。
一方、第２磁極部４３４は、外径が上記第１仮想円と略同一の第２円環部４３５と、この第２円環部４３５から径方向外側に向けて等間隔で突出したｍ個の第２磁極歯４３６とを備えている。
第２磁極歯４３６の先端部は、軸心１５を中心とし、ロータ４１の外径よりも僅かに小さい半径の第２仮想円まで突出している。
第２円環部４３５の内径は、後述する点消灯切替部材４５を設ける場合には円筒部４５２に固定される大きさに、設けない場合にはハブ軸１に固定する大きさに形成される。
第２磁極歯４３６の先端部は、軸心１５を中心とし、ロータ４１の外径よりも僅かに小さい半径の第２仮想円まで突出している。
第２円環部４３５の内径は、後述する点消灯切替部材４５を設ける場合には円筒部４５２に固定される大きさに、設けない場合にはハブ軸１に固定する大きさに形成される。
各第１磁極歯４３３は、ロータ４１を介して、各第２磁極歯４３６の何れか１つと対向するように、第１磁極部４３１と第２磁極部４３４の周方向の取り付け角が調整配置される。
すなわち、各第１磁極歯４３３の中心を通り軸心１５と平行なｍ本の第１仮想線（図示しない）と、各第２磁極歯４３６の中心を通り軸心１５と平行なｍ本の第２仮想線（図示しない）とが一致する。
なお、以上の第１磁極歯４３３と第２磁極歯４３６の周方向の位置関係は、点消灯切替部材４５を取り付けない場合の位置関係、及び、点消灯切替部材４５を取り付ける場合には後述するように発電する場合の位置関係である。
すなわち、各第１磁極歯４３３の中心を通り軸心１５と平行なｍ本の第１仮想線（図示しない）と、各第２磁極歯４３６の中心を通り軸心１５と平行なｍ本の第２仮想線（図示しない）とが一致する。
なお、以上の第１磁極歯４３３と第２磁極歯４３６の周方向の位置関係は、点消灯切替部材４５を取り付けない場合の位置関係、及び、点消灯切替部材４５を取り付ける場合には後述するように発電する場合の位置関係である。
図２に示すように、点消灯切替部材４５は、磁極部回動手段として機能し、円盤部４５１、円筒部４５２、ハンドル部４５３を備えている。
円盤部４５１の中心には円形孔が形成され、この円形孔部分で円筒部４５２の一端側に固定又は一体形成されている。円盤部４５１と円筒部４５２内には、ハブ軸１が摺動自在に挿通されている。
円筒部４５２の他端側（円盤部４５１と反対側の端部）には、第２磁極部４３４が固定されている。
ハンドル部４５３は、円筒部４５２に固定又は一体形成されている。この４５３をハブ軸１を中心とした周方向に移動させることで、円盤部４５１と円筒部４５２を介して、円筒部４５２に固定されている第２磁極部４３４が周方向に回動するようになっている。
点消灯切替部材４５は、発電状態と非発電状態を切り替えるための部材であり、軸心１５を回転軸として、ハンドル部４５３の操作により、角度２π／ｐ（ｐは極数）の範囲で動くようになっている。ここでπの単位はラジアンである（以下同じ）。
円盤部４５１の中心には円形孔が形成され、この円形孔部分で円筒部４５２の一端側に固定又は一体形成されている。円盤部４５１と円筒部４５２内には、ハブ軸１が摺動自在に挿通されている。
円筒部４５２の他端側（円盤部４５１と反対側の端部）には、第２磁極部４３４が固定されている。
ハンドル部４５３は、円筒部４５２に固定又は一体形成されている。この４５３をハブ軸１を中心とした周方向に移動させることで、円盤部４５１と円筒部４５２を介して、円筒部４５２に固定されている第２磁極部４３４が周方向に回動するようになっている。
点消灯切替部材４５は、発電状態と非発電状態を切り替えるための部材であり、軸心１５を回転軸として、ハンドル部４５３の操作により、角度２π／ｐ（ｐは極数）の範囲で動くようになっている。ここでπの単位はラジアンである（以下同じ）。
図１に示すように、円筒部４５２と共にハブ軸１に挿通した円盤部４５１の両側には、円盤部４５１の回動を滑らかにするために、軸受２の外輪２２との間に内座金４５４が配設され、本体リブ５を固定するための座金１３との間に外座金４５５が配設されている。
以上のように構成された小型発電機４を使用し、発電を行う際の磁化状態について図３を使用して説明する。
自転車の走行により車輪が回転すると、スポーク孔３５に取り付けたスポークを介してハブ本体３１が回転し、ハブ本体３１に取り付けたロータ４１も回転する。
この際、ステータを構成するコイルユニット４２と磁路形成部４３は、ハブ軸１に対して直接又は間接に固定されており、ハブ軸１は自転車の本体リブ５に固定されているので、コイルユニット４２と磁路形成部４３はハブ軸１と共に回転しない。
自転車の走行により車輪が回転すると、スポーク孔３５に取り付けたスポークを介してハブ本体３１が回転し、ハブ本体３１に取り付けたロータ４１も回転する。
この際、ステータを構成するコイルユニット４２と磁路形成部４３は、ハブ軸１に対して直接又は間接に固定されており、ハブ軸１は自転車の本体リブ５に固定されているので、コイルユニット４２と磁路形成部４３はハブ軸１と共に回転しない。
そして、図２に示すように、第１磁極歯４３３と第２磁極歯４３６は、永久磁石４１２による極数ｐに対してｍ＝ｐ／２個等間隔に形成されている。
そのため、図３（ａ)に示すように、或る瞬間において、全ての第１磁極歯４３３が永久磁石４１２のＮ極と対向し、全ての第２磁極部４３４がＳ極と対向した状態となる。すなわち、全ｐ個の永久磁石４１２のうちの１つ置きの永久磁石４１２、すなわち、磁極方向が同じである永久磁石４１２ｐ／２個が、第１磁極歯４３３及び第２磁極歯４３６と対向する。
この場合、図３（ａ）に矢印で示したように、永久磁石４１２の磁束は、Ｎ極→第１磁極部４３１→第１円筒部４３７→連結部４３９→第２円筒部４３８→第２磁極部４３４→Ｓ極の方向に流れ、第２円筒部４３８部分でコイル４２２に鎖交する。
そのため、図３（ａ)に示すように、或る瞬間において、全ての第１磁極歯４３３が永久磁石４１２のＮ極と対向し、全ての第２磁極部４３４がＳ極と対向した状態となる。すなわち、全ｐ個の永久磁石４１２のうちの１つ置きの永久磁石４１２、すなわち、磁極方向が同じである永久磁石４１２ｐ／２個が、第１磁極歯４３３及び第２磁極歯４３６と対向する。
この場合、図３（ａ）に矢印で示したように、永久磁石４１２の磁束は、Ｎ極→第１磁極部４３１→第１円筒部４３７→連結部４３９→第２円筒部４３８→第２磁極部４３４→Ｓ極の方向に流れ、第２円筒部４３８部分でコイル４２２に鎖交する。
一方、図３（ａ）の状態から、ロータ４１が角度２π／ｐだけ回転すると、図３（ｂ）の状態に変化し、図３（ａ）の状態で各第１磁極歯４３３の間に存在していた、磁極が逆向きの永久磁石４１２のそれぞれが、第１磁極部４３１と第２磁極部４３４と対向することになる。
この状態では、図３（ｂ）に矢印で示したように、永久磁石４１２の磁束は、Ｎ極→第２磁極部４３４→第２円筒部４３８→連結部４３９→第１円筒部４３７→第１磁極部４３１→Ｓ極の方向に流れ、第２円筒部４３８部分でコイル４２２に鎖交する。
この状態では、図３（ｂ）に矢印で示したように、永久磁石４１２の磁束は、Ｎ極→第２磁極部４３４→第２円筒部４３８→連結部４３９→第１円筒部４３７→第１磁極部４３１→Ｓ極の方向に流れ、第２円筒部４３８部分でコイル４２２に鎖交する。
以上のように、自転車の走行に伴い、車輪及びロータ４１、永久磁石４１２が回転すると、図３（ａ）の状態と図３（ｂ）の状態を、両者の中間状態を経ながら繰り返すことで発電が行われる。
次に、小型発電機４による発電を行わない場合について説明する。
発電が不要である場合、点消灯切替部材４５の位置を発電位置から非発電位置まで移動することで、円筒部４５２に固定されている第２磁極部４３４を回転させる。この第２磁極部４３４の回転角は、２π／ｐ（＝π／ｍ）である。
このため、点消灯切替部材４５が発電位置にある場合に、各第１磁極歯４３３の中心を通る第１仮想線と、各第２磁極歯４３６の中心を通る第２仮想線とが一致していたのに対し、点消灯切替部材４５を非発電位置に移動させると、第２仮想線は２本の第１仮想線の中央に移動する。
すなわち、発電時において第１磁極歯４３３と第２磁極歯４３６がロータ４１を介して互いに対向配置されていたのに対し、非発電時には、各第２磁極部４３４は、第１磁極歯４３３の間に位置する。
このため、第１磁極歯４３３が永久磁石４１２のＮ極と対向している場合、第２磁極歯４３６は、第１磁極歯４３３が対向していない永久磁石４のＮ極と対向することになり、ロータ４１の回転によっても磁路形成部４３に磁束が流れず、車輪の回転負荷が増加することが回避される。
発電が不要である場合、点消灯切替部材４５の位置を発電位置から非発電位置まで移動することで、円筒部４５２に固定されている第２磁極部４３４を回転させる。この第２磁極部４３４の回転角は、２π／ｐ（＝π／ｍ）である。
このため、点消灯切替部材４５が発電位置にある場合に、各第１磁極歯４３３の中心を通る第１仮想線と、各第２磁極歯４３６の中心を通る第２仮想線とが一致していたのに対し、点消灯切替部材４５を非発電位置に移動させると、第２仮想線は２本の第１仮想線の中央に移動する。
すなわち、発電時において第１磁極歯４３３と第２磁極歯４３６がロータ４１を介して互いに対向配置されていたのに対し、非発電時には、各第２磁極部４３４は、第１磁極歯４３３の間に位置する。
このため、第１磁極歯４３３が永久磁石４１２のＮ極と対向している場合、第２磁極歯４３６は、第１磁極歯４３３が対向していない永久磁石４のＮ極と対向することになり、ロータ４１の回転によっても磁路形成部４３に磁束が流れず、車輪の回転負荷が増加することが回避される。
次に小型発電機４の第２実施形態から第４実施形態について図４から図６を使用して説明する。
この第２〜第４実施形態では、第１実施形態で説明した１つの小型発電機４を発電機単体とし、２つの小型発電機４をハブ体３内に配置したものである。
発電機単体１（以下小型発電機４という）を複数配置し各々のコイル４２２を直列に接続することで高い電圧を得ることができる。
なお、以下の説明では小型発電機４を２つ配置する場合について説明するが、収容可能であれば３つ以上の小型発電機４を配置するようにしてもよい。
以下に説明する第２〜第４実施形態では、小型発電機４を配置するハブ軸１、軸受２、ハブ体３、本体リブ５等については第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
この第２〜第４実施形態では、第１実施形態で説明した１つの小型発電機４を発電機単体とし、２つの小型発電機４をハブ体３内に配置したものである。
発電機単体１（以下小型発電機４という）を複数配置し各々のコイル４２２を直列に接続することで高い電圧を得ることができる。
なお、以下の説明では小型発電機４を２つ配置する場合について説明するが、収容可能であれば３つ以上の小型発電機４を配置するようにしてもよい。
以下に説明する第２〜第４実施形態では、小型発電機４を配置するハブ軸１、軸受２、ハブ体３、本体リブ５等については第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
図４は、第２実施形態における小型発電機４の断面構成を表したものである。
第１実施形態における小型発電機４は、ハブ体３内に１つ配置したのに対し、第２実施形態では軸方向に２つの小型発電機４ａと小型発電機４ｂを同じ向きで配置したものである。
なお、第１実施形態の小型発電機４では、リード線４２３を連結部４３９に形成した貫通孔を通すようになっているが、この第２実施形態ではリード線４２３ａは第２円筒部４３８ａの貫通孔を、リード線４２３ｂは第２円筒部４３８ｂの貫通孔をそれぞれ通り、更に、ハブ軸１に設けた軸方向の凹部内を通って、本体リブ５まで導かれている。
但し、第１実施形態、第２実施形態、後述する第３、第４実施形態においても、リード線４２３を通す貫通孔は連結部４３９、第２円筒部４３８の何れでも良く、また、第１円筒部４３７に形成するようにしてもよい。
第１実施形態における小型発電機４は、ハブ体３内に１つ配置したのに対し、第２実施形態では軸方向に２つの小型発電機４ａと小型発電機４ｂを同じ向きで配置したものである。
なお、第１実施形態の小型発電機４では、リード線４２３を連結部４３９に形成した貫通孔を通すようになっているが、この第２実施形態ではリード線４２３ａは第２円筒部４３８ａの貫通孔を、リード線４２３ｂは第２円筒部４３８ｂの貫通孔をそれぞれ通り、更に、ハブ軸１に設けた軸方向の凹部内を通って、本体リブ５まで導かれている。
但し、第１実施形態、第２実施形態、後述する第３、第４実施形態においても、リード線４２３を通す貫通孔は連結部４３９、第２円筒部４３８の何れでも良く、また、第１円筒部４３７に形成するようにしてもよい。
第２実施形態（及び第３、第４実施形態も同じ）では、各永久磁石４１２ａの中心を通り軸心１５と平行な仮想線と、永久磁石４１２ｂの中心を通り軸心１５と平行な仮想線とが一致するように配置されている。
そして、同一の仮想線上に並んだ永久磁石４１２ａと永久磁石４１２ｂの磁極の向きは、第２実施形態と第３実施形態の場合同逆方向で、第４実施形態の場合同一方向となるように配置される。
また、磁極の向きが同一方向である場合には２つのコイル４２２の巻き方向が同一で、磁極の向きが逆方向である場合には２つのコイル４２２の巻き方向がそれぞれ逆方向になる。
そして、同一の仮想線上に並んだ永久磁石４１２ａと永久磁石４１２ｂの磁極の向きは、第２実施形態と第３実施形態の場合同逆方向で、第４実施形態の場合同一方向となるように配置される。
また、磁極の向きが同一方向である場合には２つのコイル４２２の巻き方向が同一で、磁極の向きが逆方向である場合には２つのコイル４２２の巻き方向がそれぞれ逆方向になる。
図５は、第３実施形態における小型発電機４の断面構成を表したものである。
第２実施形態では２つの小型発電機４ａ、４ｂを同じ向きに配置したが、この第３実施形態では、２つの小型発電機４ｃ、４ｄを逆向きに配置したものである。
すなわち、コイル４２２ｃとコイル４２２ｄが内側に、ロータ４１ｃとロータ４１ｄが外側にくるように配置されている。
図５に示されるように、第１円筒部４３７ｃと第２円筒部４３８ｃ、及び、第１円筒部４３７ｄと第２円筒部４３８ｄを、共通する連結部４３９ｃｄで連結している。
なお、図５においては、第１円筒部４３７ｃ、第１円筒部４３７ｄ及び連結部４３９が一体形成されているが、２つ又は３つの別体に形成した各々を固定するようにしてもよい。
第２実施形態では２つの小型発電機４ａ、４ｂを同じ向きに配置したが、この第３実施形態では、２つの小型発電機４ｃ、４ｄを逆向きに配置したものである。
すなわち、コイル４２２ｃとコイル４２２ｄが内側に、ロータ４１ｃとロータ４１ｄが外側にくるように配置されている。
図５に示されるように、第１円筒部４３７ｃと第２円筒部４３８ｃ、及び、第１円筒部４３７ｄと第２円筒部４３８ｄを、共通する連結部４３９ｃｄで連結している。
なお、図５においては、第１円筒部４３７ｃ、第１円筒部４３７ｄ及び連結部４３９が一体形成されているが、２つ又は３つの別体に形成した各々を固定するようにしてもよい。
また、図５に示した第３実施形態では、２つの小型発電機４ｃ、４ｄを逆向きに配置する場合に、コイル４２２ｃとコイル４２２ｄが内側で、ロータ４１ｃとロータ４１ｄが外側となるように配置した場合について説明したが、その逆の配置とすることも可能である。
すなわち、ロータ４１ｃとロータ４１ｄが内側で、コイル４２２ｃとコイル４２２ｄが外側となるように配置する。
この場合、磁路形成部４３ｃと磁路形成部４３ｄとが互いに接触状態となるので、この両者を一体に形成するようにしてもよい。
すなわち、ロータ４１ｃとロータ４１ｄが内側で、コイル４２２ｃとコイル４２２ｄが外側となるように配置する。
この場合、磁路形成部４３ｃと磁路形成部４３ｄとが互いに接触状態となるので、この両者を一体に形成するようにしてもよい。
図６は、第４実施形態における小型発電機４の断面構成を表したものである。
この第４実施形態では、第３実施形態と同様に、コイル４２２ｃとコイル４２２ｄが内側に、ロータ４１ｃとロータ４１ｄが外側にくるように配置されている。
一方、第３実施形態ではロータ４１ｃとロータ４１ｄにおける磁極の向きが同一方向であるのに対して、第４実施形態ではロータ４１ｃとロータ４１ｄにおける磁極の向きが逆向きに形成されている。このため、第４実施形態では、第１円筒部４３７ｃと第２円筒部４３８ｃとを連結し、第１円筒部４３７ｄと第２円筒部４３８ｄとを連結する連結部が不要であるため存在しない。
そして磁束の流れは、永久磁石４１２ｃのＮ極→第２磁極部４３４ｃ→第２円筒部４３８ｃ→第２円筒部４３８ｄ→第２磁極部４３４ｄ→永久磁石４１２ｄのＳ極の流れと、永久磁石４１２ｄのＮ極→第１磁極部４３１ｄ→第１円筒部４３７ｃｄ→第１磁極部４３１ｃ→永久磁石４１２ｃのＳ極の流れ、及びこの逆の流れが形成される。
なお、図６に示した例では、小型発電機４ｃの第１円筒部と、小型発電機４ｄの第１円筒部を一体形成により共通化して第１円筒部４３７ｃｄと表示しているが、それぞれ別体として形成してもよい。
この第４実施形態では、第３実施形態と同様に、コイル４２２ｃとコイル４２２ｄが内側に、ロータ４１ｃとロータ４１ｄが外側にくるように配置されている。
一方、第３実施形態ではロータ４１ｃとロータ４１ｄにおける磁極の向きが同一方向であるのに対して、第４実施形態ではロータ４１ｃとロータ４１ｄにおける磁極の向きが逆向きに形成されている。このため、第４実施形態では、第１円筒部４３７ｃと第２円筒部４３８ｃとを連結し、第１円筒部４３７ｄと第２円筒部４３８ｄとを連結する連結部が不要であるため存在しない。
そして磁束の流れは、永久磁石４１２ｃのＮ極→第２磁極部４３４ｃ→第２円筒部４３８ｃ→第２円筒部４３８ｄ→第２磁極部４３４ｄ→永久磁石４１２ｄのＳ極の流れと、永久磁石４１２ｄのＮ極→第１磁極部４３１ｄ→第１円筒部４３７ｃｄ→第１磁極部４３１ｃ→永久磁石４１２ｃのＳ極の流れ、及びこの逆の流れが形成される。
なお、図６に示した例では、小型発電機４ｃの第１円筒部と、小型発電機４ｄの第１円筒部を一体形成により共通化して第１円筒部４３７ｃｄと表示しているが、それぞれ別体として形成してもよい。
この第４実施形態によれば、連結部４３９が不要になるため、部材点数が減ることで小型発電機４をより軽量化することができる。
なお、説明した図６では、コイルユニット４２ｃとコイルユニット４２ｄとが離れて配置されているが、両者を接触させた状態で並べて配置するようにしてもよい。
更に、コイルボビン４２１ｃとコイルボビン４２１ｄを共通化した１つのコイルボビン４２１を採用するようにしてもよい。この場合、共通化したコイルボビン４２１は、円筒部を長く（例えば２倍の長さ）することで、コイル４２２ｃとコイル４２２ｄの両者分のコイルを巻回できるようにする。これにより、１つの共通化したコイルボビン４２１の両側に２つのロータ４１ｃ、４１ｄが配置される構成となる。
なお、説明した図６では、コイルユニット４２ｃとコイルユニット４２ｄとが離れて配置されているが、両者を接触させた状態で並べて配置するようにしてもよい。
更に、コイルボビン４２１ｃとコイルボビン４２１ｄを共通化した１つのコイルボビン４２１を採用するようにしてもよい。この場合、共通化したコイルボビン４２１は、円筒部を長く（例えば２倍の長さ）することで、コイル４２２ｃとコイル４２２ｄの両者分のコイルを巻回できるようにする。これにより、１つの共通化したコイルボビン４２１の両側に２つのロータ４１ｃ、４１ｄが配置される構成となる。
次に第５実施形態について説明する。
この第５実施形態では、２つの小型発電機４が配置された第２〜第４実施形態を対象とし、コギングトルクの解消を目的にしたものである。
図７は、２つの小型発電機におけるロータ４１と磁極部４３１、４３４の分解斜視図である。図７では、ロータ４１ａ、第１磁極部４３１ａ、第２磁極部４３４ａを第１発電ユニット４Ａとしている。また、ロータ４１ｂ、第１磁極部４３１ｂ、第２磁極部４３４ｂを第２発電ユニット４Ｂとしている。
第５実施形態では、第１の実施形態で説明したのと同様に、小型発電機４ａ、ｂの各第１磁極歯４３３ａ、ｂと各第２磁極歯４３６ａ、ｂはロータ４１ａ、ｂを介して対向するように配置されている。また、軸心１５と平行な仮想線が第１磁極歯４３３ａの中心と第２磁極歯４３６ａの中心を通るように（第１仮想線と第２仮想線が一致するように）配置されている。また、軸心１５と平行な仮想線が第１磁極歯４３３ｂの中心と第２磁極歯４３６ｂの中心を通るように（第１仮想線と第２仮想線が一致するように）配置されている。
この第５実施形態では、２つの小型発電機４が配置された第２〜第４実施形態を対象とし、コギングトルクの解消を目的にしたものである。
図７は、２つの小型発電機におけるロータ４１と磁極部４３１、４３４の分解斜視図である。図７では、ロータ４１ａ、第１磁極部４３１ａ、第２磁極部４３４ａを第１発電ユニット４Ａとしている。また、ロータ４１ｂ、第１磁極部４３１ｂ、第２磁極部４３４ｂを第２発電ユニット４Ｂとしている。
第５実施形態では、第１の実施形態で説明したのと同様に、小型発電機４ａ、ｂの各第１磁極歯４３３ａ、ｂと各第２磁極歯４３６ａ、ｂはロータ４１ａ、ｂを介して対向するように配置されている。また、軸心１５と平行な仮想線が第１磁極歯４３３ａの中心と第２磁極歯４３６ａの中心を通るように（第１仮想線と第２仮想線が一致するように）配置されている。また、軸心１５と平行な仮想線が第１磁極歯４３３ｂの中心と第２磁極歯４３６ｂの中心を通るように（第１仮想線と第２仮想線が一致するように）配置されている。
そして、第５実施形態では、小型発電機４ａの第１磁極歯４３３ａの中心（図７では、黒丸を付している、以下同じ）と第２磁極歯４３６ａの中心を通る仮想線Ａと、小型発電機４ｂの第１磁極歯４３３ｂの中心と第２磁極歯４３６ｂの中心を通る仮想線Ｂとが、周方向に角度θずらして配置されている。
角度θは、１／２磁極ピッチ、すなわち、π／ｐ（＝（１／２）×（２π／ｐ））である。
角度θは、１／２磁極ピッチ、すなわち、π／ｐ（＝（１／２）×（２π／ｐ））である。
なお、第２実施形態で説明したように、各永久磁石４１２ａの中心を通り軸心１５と平行な仮想線（永久磁石の磁極方向の仮想線）Ｃと、永久磁石４１２ｂの中心を通り軸心１５と平行な仮想線（永久磁石の磁極方向の仮想線）Ｄとが一致するように配置されている。
そして、同一の仮想線Ｃ上に並んだ永久磁石４１２ａと永久磁石４１２ｂの磁極の向きは、第５実施形態で対象とする第２〜第４実施形態、変形例の構成で採用する向きと同じ向きである。例えば、図７では、第２実施形態の構成を採用しているので、磁極の向きは逆向きである。
そして、同一の仮想線Ｃ上に並んだ永久磁石４１２ａと永久磁石４１２ｂの磁極の向きは、第５実施形態で対象とする第２〜第４実施形態、変形例の構成で採用する向きと同じ向きである。例えば、図７では、第２実施形態の構成を採用しているので、磁極の向きは逆向きである。
図８は、第１発電ユニット４Ａと第２発電ユニット４Ｂにより発生するコギングトルクを表したものである。この図８において、永久磁石４１２の磁極の向きについては第２実施形態を対象に表示している。
第５実施形態では、第１発電ユニット４Ａの仮想線Ａと、第２発電ユニット４Ｂの仮想線Ｂとが、１／２磁極ピッチの角度θずらして取り付けられているので、それぞれのコギングトルクの位相が１８０度ずれることで、両コギングトルクが相殺されることになる。
このように、コギングトルクの相殺により振動を解消することができ、特に、２つの小型発電機４を歯科医師用のハンドピースに配置する場合に有効である。
第５実施形態では、第１発電ユニット４Ａの仮想線Ａと、第２発電ユニット４Ｂの仮想線Ｂとが、１／２磁極ピッチの角度θずらして取り付けられているので、それぞれのコギングトルクの位相が１８０度ずれることで、両コギングトルクが相殺されることになる。
このように、コギングトルクの相殺により振動を解消することができ、特に、２つの小型発電機４を歯科医師用のハンドピースに配置する場合に有効である。
次に第６実施形態について説明する。
第１〜第５実施形態では、回転体を構成するハブ体３の内周面にロータ４１の外周面を固定配置する場合について説明したが、この実施形態では回転軸（回転体）の外周側にロータ４１を固定配置する構成としたものである。
図９は第６実施形態における小型発電機４ｅの断面構成図である。
この図９に示されるように、回転体を構成する回転軸６の両端に２つの軸受２ｅの内輪２２ｅが固定され、両軸受２ｅの外輪２１ｅに側壁部材６２、６３が固定されている。
本実施形態の小型発電機４ｅでは、ロータ４１ｅが回転軸６に固定され、側壁部材６２、６３を含むステータ部は回転軸６に軸受２ｅで軸支されている。
第１〜第５実施形態では、回転体を構成するハブ体３の内周面にロータ４１の外周面を固定配置する場合について説明したが、この実施形態では回転軸（回転体）の外周側にロータ４１を固定配置する構成としたものである。
図９は第６実施形態における小型発電機４ｅの断面構成図である。
この図９に示されるように、回転体を構成する回転軸６の両端に２つの軸受２ｅの内輪２２ｅが固定され、両軸受２ｅの外輪２１ｅに側壁部材６２、６３が固定されている。
本実施形態の小型発電機４ｅでは、ロータ４１ｅが回転軸６に固定され、側壁部材６２、６３を含むステータ部は回転軸６に軸受２ｅで軸支されている。
本実施形態における小型発電機４ｅも、第１〜第５実施形態と同様に、ロータ４１ｅの一方の側面（コイルユニット４２ｅ）側に第１磁極部４３１ｅが、他方の側面側に第２磁極部４３４ｅが、それぞれ所定ギャップで対向配置されている。
一方、本実施形態のロータ４１ｅと第１〜第５実施形態のロータ４１とでは、円環形状の外周面と内周面における、固定状態と開放状態とが逆になっている。
すなわち、第１〜第５実施形態のロータ４１は、外周面が回転体を構成するハブ本体３１の内周面に固定され、内周面とハブ軸１（非回転）との間には隙間が存在（開放状態）する構成となっている。これに対し、本実施形態のロータ４１ｅは、外周面が開放状態であり、内周面が回転体を構成する回転軸６に固定されている。
一方、本実施形態のロータ４１ｅと第１〜第５実施形態のロータ４１とでは、円環形状の外周面と内周面における、固定状態と開放状態とが逆になっている。
すなわち、第１〜第５実施形態のロータ４１は、外周面が回転体を構成するハブ本体３１の内周面に固定され、内周面とハブ軸１（非回転）との間には隙間が存在（開放状態）する構成となっている。これに対し、本実施形態のロータ４１ｅは、外周面が開放状態であり、内周面が回転体を構成する回転軸６に固定されている。
このため、第２磁極部４３４ｅは、ロータ４１ｅの外周側を超える長さまで延びた第１円筒部４３７ｅと、その外周側で固定され、内周側が開放状態となっている。なお、第２磁極部４３４ｅのロータ４１ｅとの対向面と反対側の面は側壁部材６３にも固定されている。
一方、第１磁極部４３１ｅは、ロータ４１ｅの手前まで延びた第２円筒部４３８とその内周側で固定され、外周側が開放状態となっている。
第２円筒部４３８ｅは、その内側に回転軸６が非接触状態で挿通されている。
そして、第２磁極部４３４ｅと第１磁極部４３１ｅは、側壁部材６２に固定された連結部４３９ｅに固定されることで連結されている。
以上の構成により、第１磁極部４３１ｅ、第２円筒部４３８ｅ、連結部４３９ｅ、第１円筒部４３７ｅ、第２磁極部４３４ｅの順、又はその逆順に磁路が形成される。
一方、第１磁極部４３１ｅは、ロータ４１ｅの手前まで延びた第２円筒部４３８とその内周側で固定され、外周側が開放状態となっている。
第２円筒部４３８ｅは、その内側に回転軸６が非接触状態で挿通されている。
そして、第２磁極部４３４ｅと第１磁極部４３１ｅは、側壁部材６２に固定された連結部４３９ｅに固定されることで連結されている。
以上の構成により、第１磁極部４３１ｅ、第２円筒部４３８ｅ、連結部４３９ｅ、第１円筒部４３７ｅ、第２磁極部４３４ｅの順、又はその逆順に磁路が形成される。
次に、第６実施形態における小型発電機４ｅの使用例について説明する。
図１０は、小型発電機４ｅを歯科医師用ハンドピース７に取り付けた状態を示す断面図である。
歯科医師用ハンドピース７は、エアーを駆動力として治療用工具を回転させることで、歯科治療を行う歯科医療用具である。
図１０に示されるように、歯科医師用ハンドピース７は、把持部７１とヘッド部７２を備え、ヘッド部７２には治療内容に応じた各種治療用工具７３が着脱可能になっている。
把持部７１内には、回転軸６を含む小型発電機４ｅが取り付けられている。小型発電機４ｅは、把持部７１の内筒７４の内周面に第１円筒部４３７ｅが固定されている。
回転軸６の一端側は、図示しないエアタービンに接続され、エアタービンから回転力が得られるようになっている。回転軸６の回転は、他端側に形成した斜交かさ歯車７５を介して、先端軸７６に伝達され、更に、ヘッド部７２内のかさ歯車（図示しない）を介して治療用工具７３に伝達される。
図１０は、小型発電機４ｅを歯科医師用ハンドピース７に取り付けた状態を示す断面図である。
歯科医師用ハンドピース７は、エアーを駆動力として治療用工具を回転させることで、歯科治療を行う歯科医療用具である。
図１０に示されるように、歯科医師用ハンドピース７は、把持部７１とヘッド部７２を備え、ヘッド部７２には治療内容に応じた各種治療用工具７３が着脱可能になっている。
把持部７１内には、回転軸６を含む小型発電機４ｅが取り付けられている。小型発電機４ｅは、把持部７１の内筒７４の内周面に第１円筒部４３７ｅが固定されている。
回転軸６の一端側は、図示しないエアタービンに接続され、エアタービンから回転力が得られるようになっている。回転軸６の回転は、他端側に形成した斜交かさ歯車７５を介して、先端軸７６に伝達され、更に、ヘッド部７２内のかさ歯車（図示しない）を介して治療用工具７３に伝達される。
把持部７１の先端には、治療用工具７３の先端周辺を照明するためのＬＥＤ等の照明具７７が取り付けられている。この照明具７７には、小型発電機４ｅから引き出されたリード線４２３ｅが接続されている。
以上のように構成された歯科医師用ハンドピース７では、医師が治療を行う際に、エアタービンからの回転力が回転軸６、先端軸７６を介して治療用工具７３が高速回転する。
この際、回転軸６に固定された小型発電機４ｅのロータ４１も回転することで発電し、その電力がリード線４２３ｅから照明具７７に供給されることで、治療工具７３による治療箇所周辺が照明される。
この際、回転軸６に固定された小型発電機４ｅのロータ４１も回転することで発電し、その電力がリード線４２３ｅから照明具７７に供給されることで、治療工具７３による治療箇所周辺が照明される。
以上説明した第６実施形態では、小型発電機４ｅを１つ設けた場合について説明したが、第２〜第４実施形態と同様に複数設けるようにしてもよい。
この場合、各小型発電機４ｅの向きや、永久磁石４１２の磁極の向きを含め、各部材の位置関係については第２〜第４実施形態と同様に配置する。
そして、第２〜第４実施形態と同様に配置した小型発電機４ｅ、４ｅを対象として、第５実施形態で説明したように、第１発電ユニット４Ａと第２発電ユニット４Ｂにおける磁極部、又はロータ４１を１／２磁石ピッチの角度θ（＝π／ｐ）だけずらして取り付けることで、コギングトルクの発生を解消するようにしてもよい。歯科医師用ハンドピース７においてコギングトルクを解消することで、治療者、被治療者に対する大きな効果を得ることができる。
この場合、各小型発電機４ｅの向きや、永久磁石４１２の磁極の向きを含め、各部材の位置関係については第２〜第４実施形態と同様に配置する。
そして、第２〜第４実施形態と同様に配置した小型発電機４ｅ、４ｅを対象として、第５実施形態で説明したように、第１発電ユニット４Ａと第２発電ユニット４Ｂにおける磁極部、又はロータ４１を１／２磁石ピッチの角度θ（＝π／ｐ）だけずらして取り付けることで、コギングトルクの発生を解消するようにしてもよい。歯科医師用ハンドピース７においてコギングトルクを解消することで、治療者、被治療者に対する大きな効果を得ることができる。
次に第７実施形態について説明する。
図１１は、第１実施形態と同様に、第６実施形態の小型発電機４ｆを自転車のハブに内装した場合の断面構成を表したものである。
第１〜第６実施形態においては、ロータ４１における永久磁石４１２を、その磁極の向きが回転体（ハブ体３、回転軸６）の回転軸と平行な方向となる方向に配設している。
これに対して、第７実施形態の小型発電機４ｆでは、ロータ４１ｆにおける永久磁石４１２ｆを、その磁極の向きが回転体（ハブ体３、回転軸６）の回転軸と直交する方向（径方向）となる方向に配設したものである。
図１１は、第１実施形態と同様に、第６実施形態の小型発電機４ｆを自転車のハブに内装した場合の断面構成を表したものである。
第１〜第６実施形態においては、ロータ４１における永久磁石４１２を、その磁極の向きが回転体（ハブ体３、回転軸６）の回転軸と平行な方向となる方向に配設している。
これに対して、第７実施形態の小型発電機４ｆでは、ロータ４１ｆにおける永久磁石４１２ｆを、その磁極の向きが回転体（ハブ体３、回転軸６）の回転軸と直交する方向（径方向）となる方向に配設したものである。
第７実施形態のロータ４１は、第１実施形態における環状部材４１１と永久磁石４１２に相当する環状部材４１１ｆと永久磁石４１２ｆに加え、環状部材４１１ｆと同じ内径の円環板４１３を備えている。
円環板４１３は、その外周面でロータ固定筒３７に固定され、軸方向コイルユニット４２側の側面に環状部材４１１ｆが固定されている。
そして、環状部材４１１ｆには、軸心と直交する平面上において、径方向の貫通孔がｐ個環状部材４１１ｆに等間隔に形成され、この貫通孔のそれぞれに磁極が交互になるように永久磁石４１２ｆが固定配置される。永久磁石４１２ｆの両端面は、ロータ４１の外周面、内周面に合わせて曲面に加工されている。
なお、使用する永久磁石としては、第１実施形態で説明した何れでもよい。
円環板４１３は、その外周面でロータ固定筒３７に固定され、軸方向コイルユニット４２側の側面に環状部材４１１ｆが固定されている。
そして、環状部材４１１ｆには、軸心と直交する平面上において、径方向の貫通孔がｐ個環状部材４１１ｆに等間隔に形成され、この貫通孔のそれぞれに磁極が交互になるように永久磁石４１２ｆが固定配置される。永久磁石４１２ｆの両端面は、ロータ４１の外周面、内周面に合わせて曲面に加工されている。
なお、使用する永久磁石としては、第１実施形態で説明した何れでもよい。
このように磁極の向きが径方向となるように永久磁石４１２ｆを配設した場合においても、第１磁極部４３１ｆと第２磁極部４３４ｆは、ロータ４１ｆを挟み且つ永久磁石４１２ｆと対向して配置される。
すなわち、図１１に示すように、第１磁極部４３１ｆは、第１実施形態において説明した第１円環部４３２と第１磁極歯４３３に相当する第１筒状部４３２ｆと第１磁極歯４３３ｆを備えている。
第１実施形態の第１円環部４３２と第１磁極歯４３３では、図２に示されるように、第１円環部４３２の内周面に径方向内側（中心方向）に向けて、ｍ個の第１磁極歯４３３が等間隔に突出形成されている。
これに対して、第７実施形態の第１磁極部４３１ｆでは、第１円環部４３２ｆの軸方向の一端側が第１円環部４３７ｆに固定され、他端側から軸心と平行な方向で、第１円環部４３７ｆと反対側の方向に、ｍ個の第１磁極歯４３３ｆが等間隔に突出形成されている。
そして、ｍ個の第１磁極歯４３３ｆの径方向内側の面はロータ４１の外周面と所定ギャップで対向配置されるように湾曲した形状に形成されている。すなわち、第１磁極歯４３３ｆのロータ４１と対向する側の内周面は、ロータ４１の外周の外径よりもγ１だけ大きな径の仮想円筒と一致するように形成されている。
第１実施形態の第１円環部４３２と第１磁極歯４３３では、図２に示されるように、第１円環部４３２の内周面に径方向内側（中心方向）に向けて、ｍ個の第１磁極歯４３３が等間隔に突出形成されている。
これに対して、第７実施形態の第１磁極部４３１ｆでは、第１円環部４３２ｆの軸方向の一端側が第１円環部４３７ｆに固定され、他端側から軸心と平行な方向で、第１円環部４３７ｆと反対側の方向に、ｍ個の第１磁極歯４３３ｆが等間隔に突出形成されている。
そして、ｍ個の第１磁極歯４３３ｆの径方向内側の面はロータ４１の外周面と所定ギャップで対向配置されるように湾曲した形状に形成されている。すなわち、第１磁極歯４３３ｆのロータ４１と対向する側の内周面は、ロータ４１の外周の外径よりもγ１だけ大きな径の仮想円筒と一致するように形成されている。
一方、第２磁極部４３４ｆは、第１実施形態における第２円環部４３５と第２磁極歯４３６に相当する第２円環部４３５ｆと第２磁極歯４３６ｆを備えている。
第１実施形態の第２円環部４３５と第２磁極歯４３６では、図２に示されるように、第２円環部４３５の外周面に径方向外側に向けて、ｍ個の第２磁極歯４３６が等間隔に突出形成されている。
これに対して、第７実施形態の第２磁極部４３４ｆでは、第２円環部４３５ｆの軸方向の一端側（第１円環部４３２ｆの一端側と同じで、コイルユニット４２が配設されている側）から、軸心と平行な方向で、第２円環部４３５の反対側の方向（第１磁極歯４３３ｆとは反対の方向）に、ｍ個の第２磁極歯４３６ｆが等間隔に突出形成されている。
そして、ｍ個の第２磁極歯４３６ｆの径方向外側の面はロータ４１の内周面と所定ギャップで対向配置されるように湾曲した形状に形成されている。すなわち、第２磁極歯４３６ｆのロータ４１と対向する側の内周面は、ロータ４１の内周の内径よりもγ２だけ小さな径の仮想円筒と一致するように形成されている。
第１実施形態の第２円環部４３５と第２磁極歯４３６では、図２に示されるように、第２円環部４３５の外周面に径方向外側に向けて、ｍ個の第２磁極歯４３６が等間隔に突出形成されている。
これに対して、第７実施形態の第２磁極部４３４ｆでは、第２円環部４３５ｆの軸方向の一端側（第１円環部４３２ｆの一端側と同じで、コイルユニット４２が配設されている側）から、軸心と平行な方向で、第２円環部４３５の反対側の方向（第１磁極歯４３３ｆとは反対の方向）に、ｍ個の第２磁極歯４３６ｆが等間隔に突出形成されている。
そして、ｍ個の第２磁極歯４３６ｆの径方向外側の面はロータ４１の内周面と所定ギャップで対向配置されるように湾曲した形状に形成されている。すなわち、第２磁極歯４３６ｆのロータ４１と対向する側の内周面は、ロータ４１の内周の内径よりもγ２だけ小さな径の仮想円筒と一致するように形成されている。
第１実施形態の第２円環部４３５と同様に、第２円環部４３５ｆは、その内周面が点消灯切替部材４５の円環部４５２に固定される。
そして、第２磁極歯４３６の内周側の面と第２円筒部４３８の外周面とが、また、第２円環部４３５ｆの側端面と第２円筒部４３８の軸方向の端面とが、それぞれ摺動可能に接触している。
そして、第２磁極歯４３６の内周側の面と第２円筒部４３８の外周面とが、また、第２円環部４３５ｆの側端面と第２円筒部４３８の軸方向の端面とが、それぞれ摺動可能に接触している。
以上の通り、第７実施形態では、第１磁極部４３１ｆ、第１円環部４３７、連結部４３９、第２円環部４３８、第２磁極歯４３６ｆにより磁路形成部４３が構成される。
第１実施形態の小型発電機４では軸方向に第１磁極部４３１と第２磁極部４３４の２部材が配置されるのに対し、この第７実施形態では軸方向にロータ４１の円環板４１３の１部材が配置されることで、軸方向の長さを短くすることができる。
すなわち、図７におけるコイルユニット４２と環状部材４１１との間を縮めることで、軸方向の長さを短くして小型発電機４の一層の小型化を図ることができる。
すなわち、図７におけるコイルユニット４２と環状部材４１１との間を縮めることで、軸方向の長さを短くして小型発電機４の一層の小型化を図ることができる。
本実施形態の小型発電機４とその変形例によれば以下の効果を得ることができる。
（１）コイルユニット４２とロータ４１を径方向に配置するのではなく、軸方向に配置する構成とした。
これにより、小型発電機４の外径を小さくすることができるため、小型化することができる。
また、ロータ４１の外径が小さくなることから、永久磁石の使用量を少なくすることができ、その分軽量化が図られる。
（２）第１〜第６実施形態およびその変形例では、磁極の向きが軸方向となる向きに永久磁石４１２を配置している。すなわち、環状部材４１１形成した貫通孔を軸方向に形成し、当該貫通孔に永久磁石４１２を配設しているので、径方向の貫通孔に永久磁石４１２を配置する場合に比べて、遠心力に耐えられるような強力な固定や、構造を必要としなため、製造が容易になる。
（３）第１磁極部４３１と第２磁極部４３４が永久磁石４１２の両極面と対向配置する構成であり、クローポールによらないため、永久磁石４１２とのギャップを狭くすることができるので、低速の回転数であっても高電圧の発電が可能となる。
（４）コイル４２２は、ロータ４１の回転軸心回りに巻回されているため、簡単な構造のコイルユニット４２とすることができ、小型発電機４も簡単な構成となる。
（５）２つの磁極部４３１、４３４から伸延する２つの円筒部４３７、４３８が１つの連結部４２３で接続されることで磁路形成部４３が構成されるのため、部品点数が削減できて簡易で安価に提供することができる。
（６）複数の発電機単体を軸方向に配置する実施形態とその変形例によれば、複数のコイルを直列接続することで高い電圧を得ることができる。
（７）複数の発電機単体を軸方向に配置する実施形態とその変形例によれば、一方の発電機単体により発生するコギングトルクと、他方の発電機単体により発生するコギングトルクとが１８０度位相がずれるように、各部材を配置したので、コギングトルクが相殺されるため、スムーズな回転を得ることができる。
（８）点消灯切替部材４５を軸心回りに移動させることで、発電時において永久磁石４１２を介して対向配置されていた第１磁極部４３１の第１磁極歯４３３と、第２磁極部４３４の第２磁極歯４３６とが、対向配置しない状態となる。すなわち、第１磁極歯４３３と第２磁極歯４３６は、永久磁石４１２の同局同士と対向する位置関係となるため、永久磁石４１２の磁束がコイル４２２を鎖交して磁路形成部４３を流れることがなくなる。その結果ため、鉄損を大きく低減することができて、発電不要時の負荷トルクを小さくすることができる。
（１）コイルユニット４２とロータ４１を径方向に配置するのではなく、軸方向に配置する構成とした。
これにより、小型発電機４の外径を小さくすることができるため、小型化することができる。
また、ロータ４１の外径が小さくなることから、永久磁石の使用量を少なくすることができ、その分軽量化が図られる。
（２）第１〜第６実施形態およびその変形例では、磁極の向きが軸方向となる向きに永久磁石４１２を配置している。すなわち、環状部材４１１形成した貫通孔を軸方向に形成し、当該貫通孔に永久磁石４１２を配設しているので、径方向の貫通孔に永久磁石４１２を配置する場合に比べて、遠心力に耐えられるような強力な固定や、構造を必要としなため、製造が容易になる。
（３）第１磁極部４３１と第２磁極部４３４が永久磁石４１２の両極面と対向配置する構成であり、クローポールによらないため、永久磁石４１２とのギャップを狭くすることができるので、低速の回転数であっても高電圧の発電が可能となる。
（４）コイル４２２は、ロータ４１の回転軸心回りに巻回されているため、簡単な構造のコイルユニット４２とすることができ、小型発電機４も簡単な構成となる。
（５）２つの磁極部４３１、４３４から伸延する２つの円筒部４３７、４３８が１つの連結部４２３で接続されることで磁路形成部４３が構成されるのため、部品点数が削減できて簡易で安価に提供することができる。
（６）複数の発電機単体を軸方向に配置する実施形態とその変形例によれば、複数のコイルを直列接続することで高い電圧を得ることができる。
（７）複数の発電機単体を軸方向に配置する実施形態とその変形例によれば、一方の発電機単体により発生するコギングトルクと、他方の発電機単体により発生するコギングトルクとが１８０度位相がずれるように、各部材を配置したので、コギングトルクが相殺されるため、スムーズな回転を得ることができる。
（８）点消灯切替部材４５を軸心回りに移動させることで、発電時において永久磁石４１２を介して対向配置されていた第１磁極部４３１の第１磁極歯４３３と、第２磁極部４３４の第２磁極歯４３６とが、対向配置しない状態となる。すなわち、第１磁極歯４３３と第２磁極歯４３６は、永久磁石４１２の同局同士と対向する位置関係となるため、永久磁石４１２の磁束がコイル４２２を鎖交して磁路形成部４３を流れることがなくなる。その結果ため、鉄損を大きく低減することができて、発電不要時の負荷トルクを小さくすることができる。
以上、本発明の小型発電機４における１実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。
例えば、図１、２で説明したロータ４１は、環状部材４１１に棒状の永久磁石４１２を軸方向に挿入することで構成する場合について説明したが、ロータ４１全体を永久磁石で構成するようにしてもよい。
すなわち、円環板状の磁性材を、軸心１５に対して垂直方向の面の一方が、周方向に極数ｐに分割して、異なる極に交互に平面着磁した永久磁石をロータ４１として、ロータ固定筒３７又は本体円筒部３３の内周面に固定するようにしてもよい。
例えば、図１、２で説明したロータ４１は、環状部材４１１に棒状の永久磁石４１２を軸方向に挿入することで構成する場合について説明したが、ロータ４１全体を永久磁石で構成するようにしてもよい。
すなわち、円環板状の磁性材を、軸心１５に対して垂直方向の面の一方が、周方向に極数ｐに分割して、異なる極に交互に平面着磁した永久磁石をロータ４１として、ロータ固定筒３７又は本体円筒部３３の内周面に固定するようにしてもよい。
また、説明した実施形態では、磁路形成部４３による磁路は、第１磁極部４３１と第１円筒部４３７が固定され、第１円筒部４３７と連結部４３９が一体形成され、連結部４３９と第２円筒部４３８が固定され、第２円筒部４３８と第２磁極部４３４とが摺動可能な状態で接触（磁気回路として接続されてた状態、以下同じ。）しているが、他の構成でも可能である。
例えば、互いに固定されている部材については一体形成としても良く、また一体形成されている部材を別体で形成し互いに固定するようにしてもよい。
例えば、互いに固定されている部材については一体形成としても良く、また一体形成されている部材を別体で形成し互いに固定するようにしてもよい。
また、本実施形態では、第１磁極部４３１をハブ軸１に対して固定状態とし、第２磁極部４３４を点消灯切替部材４５により回動可能な構成としているが、第２磁極部４３４側をハブ軸１に対して固定状態とし、第１磁極部４３１側を回動可能な構成としてもよい。
この場合、点消灯切替部材４５の円筒部４５２は、連結部４３９又は第２円筒部４３８に固定される。
そして、円筒部４５２が連結部４３９に固定される場合、点消灯切替部材４５の動きに応じて、連結部４３９、第１円筒部４３７を介して第１磁極部４３１が動くことになり、連結部４３９と第２円筒部４３８とが摺動可能な状態で接触し、第２円筒部４３８と第２磁極部４３４が固定される。連結部４３９と第１円筒部４３７は一体形成又は固定され、第１円筒部４３７と第１磁極部４３１は固定される。
一方、円筒部４５２が第２円筒部４３８に固定される場合、第２円筒部４３８と第２磁極部４３４は摺動可能な状態で接触し、可動部である第２円筒部４３８に対して第２磁極部４３４はハブ軸１に固定される。第２円筒部４３８に対して、連結部４３９、第１円筒部４３７は固定又は一体形成される。
この場合、点消灯切替部材４５の円筒部４５２は、連結部４３９又は第２円筒部４３８に固定される。
そして、円筒部４５２が連結部４３９に固定される場合、点消灯切替部材４５の動きに応じて、連結部４３９、第１円筒部４３７を介して第１磁極部４３１が動くことになり、連結部４３９と第２円筒部４３８とが摺動可能な状態で接触し、第２円筒部４３８と第２磁極部４３４が固定される。連結部４３９と第１円筒部４３７は一体形成又は固定され、第１円筒部４３７と第１磁極部４３１は固定される。
一方、円筒部４５２が第２円筒部４３８に固定される場合、第２円筒部４３８と第２磁極部４３４は摺動可能な状態で接触し、可動部である第２円筒部４３８に対して第２磁極部４３４はハブ軸１に固定される。第２円筒部４３８に対して、連結部４３９、第１円筒部４３７は固定又は一体形成される。
また、図４〜図６で説明した第２実施形態から第４実施形態及びこれらの変形例では、点消灯切替部材４５が配設されていない場合について説明したが、第１実施形態や上記変形で説明したように、２つの第１磁極部４３１、又は２つの第２磁極部４３４の一方をハブ軸１に対して固定状態とし、他方を点消灯切替部材４５により回動可能な構成としてもよい。
また、第６実施形態では、コギングトルクを解消するために、仮想線Ｃと仮想線Ｄが一致し、仮想線Ａと仮想線Ｂとを角度θだけ周回り方向にずらす場合について説明した（図７参照）。
これに対して仮想線Ａと仮想線Ｂとが一致するように第１磁極部４３１ａ、第２磁極部４３４ａ、第１磁極部４３１ｂ、第２磁極部４３４ｂを配置し、仮想線Ｃと仮想線Ｄとが周回り方向に角度θだけずれるように配置してもよい。
また、仮想線Ａと仮想線Ｂとを任意の角度αだけずらし、仮想線Ｃと仮想線Ｄを角度（α＋θ）だけずらしても良い。
更に、仮想線Ｃと仮想線Ｄとを任意の角度βだけずらし、仮想線Ａと仮想線Ｂを角度（β＋θ）だけずらしても良い。
これに対して仮想線Ａと仮想線Ｂとが一致するように第１磁極部４３１ａ、第２磁極部４３４ａ、第１磁極部４３１ｂ、第２磁極部４３４ｂを配置し、仮想線Ｃと仮想線Ｄとが周回り方向に角度θだけずれるように配置してもよい。
また、仮想線Ａと仮想線Ｂとを任意の角度αだけずらし、仮想線Ｃと仮想線Ｄを角度（α＋θ）だけずらしても良い。
更に、仮想線Ｃと仮想線Ｄとを任意の角度βだけずらし、仮想線Ａと仮想線Ｂを角度（β＋θ）だけずらしても良い。
また説明した第７実施形態では、第１磁極部４３１と第２磁極部４３４は、第１磁極歯４３３ｆと第２磁極歯４３６の突出方向が逆向きとなるように構成したが、第２磁極部４３４の向きを第１磁極部４３１と同じ向きに配置するようにしてもよい。
１ ハブ軸
１１ ねじ
１２ ナット
１３ 座金
１４ 座金
１５ 軸心
２ 軸受
２１ 外輪
２２ 内輪
２３ ボール
３ ハブ体
３１ ハブ本体
３２ 本体側面部
３３ 本体円筒部
３４ ハブ鍔
３５ スポーク孔
３６ ハブキャップ
３７ ロータ固定筒
４ 小型発電機
４１ ロータ
４１１ 環状部材
４１２ 永久磁石
４２ コイルユニット
４２１ コイルボビン
４２２ コイル
４２３ リード線
４３ 磁路形成部
４３１ 第１磁極部
４３２ 第１円環部
４３３ 第１磁極歯
４３４ 第２磁極部
４３５ 第２円環部
４３６ 第２磁極歯
４３７ 第１円筒部
４３８ 第２円筒部
４３９ 連結部
４４ 筒状押え部材
４５ 点消灯切替部材
４５１ 円盤部
４５２ 円筒部
４５３ ハンドル部
４５４ 内座金
４５５ 外座金
４６ 隔離筒
４Ａ 第１発電ユニット
４Ｂ 第２発電ユニット
５ 本体リブ
６ 回転軸
１１ ねじ
１２ ナット
１３ 座金
１４ 座金
１５ 軸心
２ 軸受
２１ 外輪
２２ 内輪
２３ ボール
３ ハブ体
３１ ハブ本体
３２ 本体側面部
３３ 本体円筒部
３４ ハブ鍔
３５ スポーク孔
３６ ハブキャップ
３７ ロータ固定筒
４ 小型発電機
４１ ロータ
４１１ 環状部材
４１２ 永久磁石
４２ コイルユニット
４２１ コイルボビン
４２２ コイル
４２３ リード線
４３ 磁路形成部
４３１ 第１磁極部
４３２ 第１円環部
４３３ 第１磁極歯
４３４ 第２磁極部
４３５ 第２円環部
４３６ 第２磁極歯
４３７ 第１円筒部
４３８ 第２円筒部
４３９ 連結部
４４ 筒状押え部材
４５ 点消灯切替部材
４５１ 円盤部
４５２ 円筒部
４５３ ハンドル部
４５４ 内座金
４５５ 外座金
４６ 隔離筒
４Ａ 第１発電ユニット
４Ｂ 第２発電ユニット
５ 本体リブ
６ 回転軸
Claims (6)
- 複数ｐの永久磁石を備え回転体に固定されるロータと、
前記回転体の軸心を中心として円筒状に巻回されたコイルと、
前記ロータの永久磁石の磁極方向の両側に所定間隔を隔てて対向配置された第１磁極部と第２磁極部、及び、前記コイル内を通り前記第１磁極部と前記第２磁極部とを接続する接続部とを有する磁路形成部と、
を備え、
前記ロータは、前記複数の永久磁石が、各々の磁極の方向が周回り方向で交互になるように配設され、
前記コイルは、前記ロータに対して軸方向に所定間隔をおいて固定配置され、
前記磁路形成部の第１磁極部と第２磁極部は、前記ロータを挟んで対向配置されたｐ／２個の磁極歯が等間隔で周回り方向に配設され、
前記第１磁極部と前記第２磁極部の何れか一方を、他方に対して、周回り方向に角度２πラジアン／ｐだけ回動させる磁極部回動手段と、
を備えたことを特徴とする小型発電機。 - 前記請求項１に記載の小型発電機を発電機単体とし、当該発電機単体を、前記回転体の軸心方向に複数並列して配置したことを特徴とする小型発電機。
- 前記発電機単体を２つ備え、両発電機単体は互いに接した状態で、前記軸方向における前記ロータから前記コイルの方向が、同一方向、又は逆方向を向いて配置され、
一方ロータの永久磁石の磁極と、他方のロータの永久磁石の磁極とが逆方向に配設され、
一方のコイルと他方のコイルは逆向きに巻回されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の小型発電機。 - 一方の発電機単体により発生するコギングトルクと、他方の発電機単体により発生するコギングトルクとが１８０度位相がずれるように、
一方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ａと、他方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ｂとの位置関係、
又は、
前記一方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｃと、前記他方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｄとの位置関係が、
周回り方向に角度πラジアン／ｐだけずれて配置されている、
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の小型発電機。 - 発電機単体を、回転体の軸心方向に複数並列して配置した小型発電機であって、
前記発電機単体は、
複数ｐの永久磁石を備え前記回転体に固定されるロータと、
前記回転体の軸心を中心として円筒状に巻回されたコイルと、
前記ロータの永久磁石の磁極方向の両側に所定間隔を隔てて対向配置された第１磁極部と第２磁極部、及び、前記コイル内を通り前記第１磁極部と前記第２磁極部とを接続する接続部とを有する磁路形成部と、
を備え、
前記ロータは、前記複数の永久磁石が、各々の磁極の方向が周回り方向で交互になるように配設され、
前記コイルは、前記ロータに対して軸方向に所定間隔をおいて固定配置され、
前記磁路形成部の第１磁極部と第２磁極部は、前記ロータを挟んで対向配置されたｐ／２個の磁極歯が等間隔で周回り方向に配設され、
一方の発電機単体により発生するコギングトルクと、他方の発電機単体により発生するコギングトルクとが１８０度位相がずれるように、
一方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ａと、他方の発電機単体における第１磁極部の中心と第２磁極部の磁極歯の中心を通り前記軸心と平行な仮想線Ｂとの位置関係、
又は、
前記一方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｃと、前記他方の発電機単体における永久磁石の磁極方向の仮想線Ｄとの位置関係が、
周回り方向に角度πラジアン／ｐだけずれて配置されている、
ことを特徴とする小型発電機。 - 前記発電機単体を２つ備え、両発電機単体は互いに接した状態で、前記軸方向における前記ロータから前記コイルの方向が、同一方向、又は逆方向を向いて配置され、
一方ロータの永久磁石の磁極と、他方のロータの永久磁石の磁極とが逆方向に配設され、
一方のコイルと他方のコイルは逆向きに巻回されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の小型発電機。
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012032873A JP5981728B2 (ja) | 2012-02-17 | 2012-02-17 | 小型発電機 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP2001346373A (ja) * | 2000-05-31 | 2001-12-14 | Canon Inc | モータ |
| AU2001255070A1 (en) * | 2000-08-28 | 2002-03-13 | Jin-Sub Kim | Generator of two-wheeled vehicle and lighting system thereby |
| JP2005328633A (ja) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Canon Inc | 駆動装置及び光量調節装置 |
| US8138699B2 (en) * | 2009-10-30 | 2012-03-20 | Silicon Valley Micro M Corp. | Power control system for vehicle disk motor |
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2012
- 2012-02-17 JP JP2012032873A patent/JP5981728B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2013
- 2013-02-18 AT ATA125/2013A patent/AT512632B1/de not_active IP Right Cessation
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| AT512632A2 (de) | 2013-09-15 |
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