CN1715125A - 自行车用发电轮毂、自行车用变速系统、自行车用拨链器及自行车 - Google Patents

Abstract

本发明提供可降低自行车的制造成本、且不易损害自行车外观的自行车、自行车用变速系统及自行车用拨链器。自行车用变速系统(88)是安装在自行车用车架的后部上的系统，备有电动后拨链器(97)、后轮毂(1)、充电部(9)、变速控制部(87)。电动后拨链器是安装在车架的后部上的被电气驱动的拨链器。后轮毂是具有通过车轮的旋转而发电的发电机构(8)且安装在车架的后部上的轮毂。充电部设置在后轮毂上并蓄积由发电部产生的电力。变速控制部设置在电动后拨链器上并利用蓄积在充电部中的电力来对电动后拨链器进行变速控制。

Description

自行车用发电轮毂、自行车用变速系统、自行车用拨链器及自行车

技术领域

本发明涉及设置在自行车的车轮中央部上的自行车用发电轮毂、安装在自行车用车架的后部上的自行车用变速系统、安装在自行车用车架上的电气驱动的自行车用拨链器、以及自行车。

背景技术

在有的自行车上安装有拨链器和内置变速轮毂等变速装置。在这样的变速装置中，以往已公知有由电动驱动的装置。在现有的包含由电动驱动的变速装置的变速系统中，例如对应车速而被电动驱动的变速装置进行自动变速控制，或利用变速操作部的操作进行变速控制(例如参照特许文献1)。

具体地，在自行车的车把上安装变速操作部，在车架上安装变速控制部并且将发电轮毂作为电源使用。在前述现有技术中，公开了设置有电动驱动变速装置的马达组件、且利用变速缆线连接马达组件与变速装置的变速系统，和利用电气配线连接电动变速装置与控制装置的变速系统。

在现有的变速系统中，利用配线连接变速操作部与变速控制部，并且利用配线连接变速控制部与电动变速装置或马达组件。又，在对应车速自动变速的情况下，在前述现有的变速系统中，通过来自设置于轮毂内的发电机的信号获得车速信号。但是，在用通常的电池等作为电源时，还需要利用配线连接速度传感器与变速控制装置。

特许文献1：特开2003-011879号公报。

在前述现有的变速系统中，必须将变速操作部、变速控制装置和变速装置分别安装在自行车的车架上之后再对这些部分进行电气配线作业或变速缆线的配线作业。因此，除通常的自行车的组装作业外还必须进行变速系统的装置的安装作业和配线作业，导致自行车的制造工时大幅增加，制造成本大幅增加。并且由于变速系统的安装而使外观变化较大，影响自行车的美观。

另一方面，在前述现有的变速系统中，利用轮毂内设置的发电机作为电源。但是，发电机的电力在车轮不旋转时就不会产生，所以这样电力供给不稳定，不能用作变速控制装置等自行车用电气安装件的电源。

发明内容

本发明的课题在于提供可降低自行车的制造成本且不易损害自行车的外观的自行车、自行车用变速系统及自行车用拨链器。

本发明的另一课题在于提供可与行进状态无关地稳定利用所产生的电力的自行车用发电轮毂。

技术方案1的自行车用发电轮毂，是设置在自行车的车轮中央部上的轮毂，备有轮毂轴、配置在轮毂轴外周的轮毂体、轴承、发电部、充电部、电力输出部。轴承是用于支承轮毂体使其相对于轮毂轴旋转自如的部件。发电部是通过车轮的旋转而发电的部件。充电部是蓄积由发电部产生的电力的部件。电力输出部是可将蓄积在充电部中的电力向外部输出的部件。

根据该自行车用发电轮毂，当车轮旋转时发电部产生电力，其产生的电力蓄积在充电部中，蓄积的电力向外部输出。在此，设为在轮毂上设置充电部，而输出充电部中蓄积的电力，所以即使自行车停止也可向电气安装件输出电力。因此，可与行进状态无关地稳定利用所产生的电力。

技术方案2的自行车用发电轮毂，是在技术方案1所述的轮毂中：发电部通过车轮的旋转而产生交流电力，充电部具有将由发电部产生的交流转换成直流的整流电路、和蓄积整流后的直流电力的蓄电元件。这种情况下，交流电力转换为直流后蓄积在蓄电元件中，所以从电力输出部向外部输出直流电力。因此，可直接将发电轮毂作为变速控制装置等通常在直流下动作的电气装置的电源。

技术方案3的自行车用发电轮毂，是在技术方案2所述的轮毂中：充电部具有安装在轮毂体上并可被轮毂轴贯通的垫圈形状的电路基板，整流电路及蓄电元件搭载在电路基板上。这种情况下，可利用轮毂内的圆形的空间配置电路基板，所以可将充电部紧凑地配置在轮毂内。

技术方案4的自行车用发电轮毂，是在技术方案2或3所述的轮毂中：蓄电元件是双电层电容器。这种情况下，通过使用容量比较大且耐久性高的双电层电容器作为蓄电元件，从而可驱动使用电量大的马达等驱动体，并且即使反复充放电蓄电元件也不易劣化。

技术方案5的自行车用发电轮毂，是在技术方案1～4任何一项所述的轮毂中：还备有根据由发电部产生的电力而生成速度检测用的信号的速度信号生成部。这种情况下，通过根据频率对应速度变化的电力生成速度检测用的信号，从而不使用速度检测用的传感器即可检测自行车的行进速度。因此，可不设置速度传感器，而将该信号用于变速装置的自动变速控制和悬架的控制，或用于速度显示和距离显示。

技术方案6的自行车用发电轮毂，是在技术方案5所述的轮毂中：还备有将蓄积在蓄电元件中的电力与由速度信号生成部生成的速度检测用的信号叠加起来的信号叠加部，电力输出部输出叠加了速度检测用的信号的电力。这种情况下，可利用1根输出线输出速度检测用信号和电力，所以可削减配线根数并且也可减少配线时间。

技术方案7的自行车用发电轮毂，是在技术方案1～6任何一项所述的轮毂中，发电部具有：设置在轮毂体的内周面上的永久磁铁、配置在永久磁铁的内周侧且固定在轮毂轴上的内侧固定组件。这种情况下，可收纳在发电部的轮毂内，所以与配置在发电部的轮毂体外的结构相比发电轮毂变得紧凑。

技术方案8的自行车用发电轮毂，是在技术方案7所述的轮毂中，内侧固定组件备有：环状的线圈，配置在永久磁铁的内周侧；磁轭，具有设置在线圈的轴向一侧的分别由多片板状叠层片构成的多组第1叠层磁轭、和设置在线圈的轴向另一侧的分别由多片板状叠层片构成的多组第2叠层磁轭，且以围绕线圈的周围的方式配置；多片板状叠层片的每一片具有从轴向一侧或另一侧向相反侧延伸且配置在永久磁铁与线圈之间的磁轭外周部、和与磁轭外周部磁性地结合且配置在线圈内周的轴向一侧或另一侧的磁轭内周部；多组第1及第2叠层磁轭设置成，各自的磁轭内周部沿轴向对置，且磁轭外周部交替地位于圆周方向上。

这种情况下，永久磁铁与磁轭外周部对置，通过使它们相对地旋转，从而在磁轭内周部产生交变磁通。这样在线圈内流过电流而发电。具体地，交替变换成第1叠层磁轭的磁轭外周部成为N极而第2叠层磁轭的磁轭外周部成为S极的状态、与第1叠层磁轭的磁轭外周部成为S极而第2叠层磁轭的磁轭外周部成为N极的状态而产生交变磁通。在该发电时除交变磁通外还产生涡电流。

该涡电流会使发电效率降低，但在发电部中，由多片板状叠层片构成磁轭，所以可抑制涡电流的发生。即在这样的发电部中，众所周知涡电流的产生与磁轭的厚度(板厚)的平方成反比地减少，通过由板状叠层片构成磁轭而使厚度变薄，可抑制涡电流的发生。又，在此，使磁轭的圆周部沿轴向对置地配置，所以第1叠层磁轭和第2叠层磁轭利用各自的磁轭内周部而直接磁连接，从而不需要用于连接两叠层磁轭的其他的磁性体。并且可充分地加工成磁通通过两叠层磁轭间的磁路截面积而可避免磁饱和。因此，可大幅降低磁阻等损失，提高输出和效率，可降低无负荷转矩。

技术方案9的自行车用发电轮毂，是在技术方案1～8任何一项所述的轮毂中：还备有仅能够对轮毂体传递自行车的前进方向的旋转的飞轮。这种情况下，安装有可安装链轮的飞轮，所以可实现带发电功能的后轮毂。因此，能够以很短的距离对灯以外的大多配置在离后轮的距离比离前轮短的地方的变速装置或其控制装置等电气安装件提供电力，可高效地提供电力。又，从后轮毂配置缆线的根数减少，所以容易通过从后轮毂向电气安装件配线而进行电气安装件的配线。

技术方案10的自行车用变速系统，是安装在自行车用车架的后部上的系统，备有：电动变速装置、后轮毂、充电部、变速控制部。电动变速装置是安装在车架的后部上的被电气驱动的变速装置。后轮毂是具有通过车轮的旋转而发电的发电部并安装在车架的后部上的轮毂。充电部设置在后轮毂及电动变速装置的某一个上并蓄积由发电部产生的电力。变速控制部设置在后轮毂及电动变速装置的某一个上并利用蓄积在充电部中的电力来对电动变速装置进行变速控制。

在该变速系统中，当自行车行进时安装在车架后部上的后轮毂内的发电部产生的电力蓄积到充电部，利用该电力来通过变速控制部变速控制安装在车架后部的电动变速装置。在此，在后轮毂上设置发电部并且在后轮毂及电动变速装置的某一个上设置充电部及变速控制部，所以只要将后轮毂及电动变速装置安装在自行车上，并利用配线连接它们即可使变速系统动作。在此，是不在自行车上安装后轮毂及电动变速装置以外的多余的部件且不必进行电源的更换的变速系统动作，所以可减少自行车的组装工时和配线工时，并且外观的变化小。因此，即使将该变速系统安装在自行车上，也可降低自行车的制造成本，且不损害自行车的外观。

技术方案11的自行车用变速系统，是在技术方案10所述的系统中：还备有设置在后轮毂及电动变速装置的某一个上并根据由发电部产生的电力而生成速度检测用的信号的速度信号生成部。这种情况下，通过根据频率对应速度变化的电力而生成速度检测用信号，从而不另外使用速度检测用传感器即可检测自行车的行进速度。因此，不设置速度传感器，即可进行电动变速装置的自动变速控制。

技术方案12的自行车用变速系统，是在技术方案11所述的变速系统中：速度信号生成部设置在后轮毂上。这种情况下，速度信号在后轮毂内生成，所以容易实现利用速度信号进行自动变速的自行车用变速系统。

技术方案13的自行车用变速系统，是在技术方案10～12任何一项所述的装置中：电动变速装置是具有以下部分的电动后拨链器，即、安装在车架上的基体部件、相对于基体部件移动的可动部件、可移动地连结基体部件与可动部件的连杆机构、摆动自如地安装在可动部件上并具有安装在基端上的导向轮和安装在前端上的张紧轮的链条导向件、驱动连杆机构的电动驱动部。这种情况下，后拨链器，因为与内置变速轮毂相比后轮毂内的空间有富余，所以容易在后轮毂内设置充电部等系统结构的一部分。

技术方案14的自行车用变速系统，是在技术方案13所述的系统中：还备有检测导向轮及张紧轮的某一个的旋转的旋转传感器。这种情况下，2个轮与自行车的曲柄的旋转联动地旋转，所以，可利用旋转传感器检测曲柄的旋转。因此，可以可靠地对如果不旋转曲柄而使链条移动则不能变速的拨链器进行变速控制。

技术方案15的自行车用变速系统，是在技术方案10～14任何一项所述的系统中：变速控制部设置在电动变速装置上。这种情况下，在控制对象的装置上设置变速控制部，所以可减少配线，进而可降低制造成本。

技术方案16的自行车用变速系统，是在技术方案10～15任何一项所述的系统中：充电部设置在后轮毂上。这种情况下，可使生成电力的发电部与充电部接近，所以可减少电力损失、有效地充电。

技术方案17的自行车用变速系统，是在技术方案11～16任何一项所述的装置中：变速控制部利用由速度信号生成部生成的速度检测用的信号对电动变速装置进行自动变速控制。这种情况下，可低成本地实现不更换电源而对应速度进行换高档或换低档的自动变速控制。

技术方案18的自行车用拨链器，是安装在自行车用车架上的被电气驱动的拨链器，备有：基体部件、可动部件、连杆机构、链条导向件、电动驱动部和变速控制部。基体部件是安装在车架上的部件。可动部件是相对于基体部件移动的部件。连杆机构是可移动地连结基体部件与可动部件的机构。链条导向件是摆动自如地安装在可动部件上的部件。电动驱动部驱动连杆机构。变速控制部对电动驱动部进行变速控制。

在该拨链器中，除电动驱动部外还设置有变速控制部，所以不必另外设置变速控制部和电动驱动部，只要连接电源和速度信号的信号线就可控制拨链器。因此，自行车的外观与安装通常的拨链器的相比没有变化。又，不需要安装变速控制部和变速驱动部的作业及其配线作业，可简化自行车的制造工时。所以，可抑制自行车的制造成本。因此即使将该拨链器安装在自行车上，也可抑制自行车的制造成本，并且不易损害自行车的外观。

技术方案19的自行车用拨链器，是在技术方案18所述的拨链器中：链条导向件具有：摆动自如地安装在可动部件上的板部件、旋转自如地安装在板部件的基端上的导向轮、旋转自如地安装在板部件的前端上的张紧轮，拨链器还备有检测导向轮及张紧轮的某一个的旋转的旋转传感器。这种情况下，2个轮与自行车的曲柄的旋转联动地旋转，所以，可利用旋转传感器检测曲柄的旋转。因此，通过在检测到曲柄的旋转时进行变速控制，可以可靠地对如果不旋转曲柄而使链条移动则不能变速的拨链器进行变速控制。

技术方案20的自行车，具有车架、前轮、后轮、电动变速装置、充电部、变速控制部。车架具有车把部及前叉。前轮旋转自如地安装在前叉上。后轮，具有后轮毂及设置在后轮毂上的发电部，且旋转自如地安装在车架后部上。电动拨链器设置在车架后部上。充电部设置在后轮毂及电动变速装置的某一个上，蓄积由发电部产生的电力。变速控制部，设置在后轮毂及电动后拨链器的某一个上，且利用充电部蓄积的电力对电动变速装置进行变速控制。

在该自行车中，自行车行进时安装在车架后部的后轮毂内的发电部产生的电力蓄积在充电部，利用该电力，安装在车架后部的电动变速装置由变速控制部进行变速控制。在此，在后轮毂中设置发电部并且在后轮毂及电动变速装置的某一个上设置充电部及变速控制部，所以只要将后轮毂及电动变速装置安装在自行车上，并利用配线连接它们就可使变速系统动作。其结果，为了变速，不在自行车上安装后轮毂和电动变速装置以外的多余的部件且不需更换电源的变速控制系统动作，所以可减少自行车的组装工时和配线工时，并且外观的变化也少。因此，即使将变速控制系统安装在自行车上，也可抑制自行车的制造成本，并且不易损害自行车的外观。

如果采用本发明的自行车用发电轮毂，则在轮毂中设置充电部且输出充电部蓄积的电力，所以即使自行车停止也可向电气安装件输出电力。因此，可与行进状态无关地稳定利用所产生的电力。

如果采用本发明的另一发明的自行车用变速系统，则为了变速，不在自行车上安装后轮毂和电动变速装置以外的多余的部件且不需更换电源的变速控制系统动作，所以可减少自行车的组装工时和配线工时，并且外观的变化也少。因此，即使将变速控制系统安装在自行车上，也可抑制自行车的制造成本，并且不易损害自行车的外观。

如果采用本发明的又一发明的自行车用拨链器，则除电动驱动部外还设置有变速控制部，所以不必另外设置变速控制部和电动驱动部，只要连接电源和速度信号的信号线就可控制拨链器。因此，自行车的外观与安装通常的拨链器的相比没有变化。又，不需要安装变速控制部和变速驱动部的作业及其配线作业，可简化自行车的制造工时。所以，可抑制自行车的制造成本。因此即使将该拨链器安装在自行车上，也可抑制自行车的制造成本，并且不易损害自行车的外观。

如果采用本发明的又一发明的自行车，则在后轮毂上设置发电部并且在后轮毂及电动变速装置的某一个上设置充电部及变速控制部，所以只要将后轮毂及电动变速装置安装在自行车上，并利用配线连接它们就可使变速系统动作。其结果，为了变速，不在自行车上安装后轮毂和电动变速装置以外的多余的部件且不需更换电源的变速控制系统动作，所以可减少自行车的组装工时和配线工时，并且外观的变化也少。因此，即使将变速控制系统安装在自行车上，也可抑制自行车的制造成本，并且不易损害自行车的外观。

附图说明

图1是采用了本发明的一实施方式的自行车的侧视图。

图2是本发明的一实施方式的后轮毂的半剖视图。

图3是绕线架的截面侧视图及主视图。

图4是图3的局部放大图。

图5是绕线架及磁轭的局部立体图。

图6是绕线架及磁轭的主视图。

图7是叠层片的侧视图。

图8是叠层片的主视图。

图9是表示内侧固定组件的止转构造的剖视图。

图10是充电部的主视图。

图11是变速系统的系统结构图。

图12是电动后拨链器的侧视图。

图13是其主视图。

图14是表示变速控制动作的主链的处理内容的流程图。

图15是表示其换高档处理的内容的流程图。

图16是表示其换低档处理的内容的流程图。

具体实施方式

在图1中，采用了本发明的一实施方式的自行车101备有以下部分：具有避震前叉98的菱形的车架102；固定在避震前叉98上的车把104；由安装有链条95和脚蹬PD的齿轮曲柄96和电动后拨链器(电动变速装置的一例)97等构成的驱动部105；安装在避震前叉98及车架后部上、且具有辐条99的前轮及后轮106、107。在后轮107上设置有轮毂发电机(发电轮毂的一例)1。

[轮毂发电机的结构]

在图2中，本发明的一实施方式的后轮毂1，是设置在自行车的后轮107上的后轮毂，与自行车的后轮107一起安装在车架102的链拉条102a的后端。该后轮毂1具有两端固定在链拉条102a后端部的轮毂轴5、配置在轮毂轴5外周侧的轮毂体6、用于支承轮毂体6使其相对于轮毂轴5旋转自如的一对轴承7a、7b、配置在轮毂体6与轮毂轴5之间而利用两者的相对旋转发电的发电机构8、蓄积由发电机构8产生的电力的充电部9、设置在轮毂体6的图2右侧面的飞轮10、可将充电部9蓄积的电力向外部输出的电力输出端子(电力输出部的一例)11。

轮毂轴5，是例如铬钼钢制的筒状部件，其两端利用快速装拆机构50而可容易拆装地固定在车架102后端部上。快速装拆机构50是具有凸轮杆51、螺母52、在两端螺合杆及螺母51、52的连结轴53的众所周知的机构。快速装拆机构50的连结轴53贯通轮毂轴5的内部，并在外周面的3处从左端起依次形成有外螺纹部5a～5c。外螺纹部5a用于安装轴承7a的推球器(后述)并固定发电机构8的内侧固定组件(后述)。外螺纹部5b用于固定内侧固定组件。外螺纹部5c用于安装轴承7b的推球器(后述)。在轮毂轴5的右端部上不能旋转地安装有电力输出端子11。又，在轮毂轴5的外周面上从发电机构8的安装部分到图2右端形成有用于穿过电力输出用连接软线35a、35b的软线穿过槽5d。在轮毂轴5的形成有外螺纹部5a的外周面上，隔着软线穿过槽5d形成有相互平行的倒角部5e(图9)。在此，连接软线35a是用于连接发电机构8与充电部9的配线，连接软线35b是用于连接充电部9与电力输出端子11的配线。

轮毂体6，是例如轻质的铝合金制的部件，具有：在图2右侧面侧具有开口12d的筒状壳体主体12、以覆盖壳体主体12的开口12d的方式拆装自如地安装在壳体主体12上的盖部件13。在壳体主体12的外周面形成有在轴向上隔有间隔地配置的1对轮毂凸缘12a、12b。在该轮毂凸缘12a、12b上连结着辐条99。壳体主体12的开口12d具有可组装发电机构8的大小，且在此处形成有用于安装盖部件13的内螺纹部12e。在壳体主体12的左端部上设置有制动器安装部12c，所述制动器安装部12c可安装盘式制动器55的盘式转子55a。

盖部件13，一体地形成有：在外周上具有螺合在壳体主体12的内螺纹部12e上的外螺纹部13d的外筒部13a、隔有间隔地配置在外筒部13a的内周侧的内筒部13b、连结两筒部13a、13b的连结部13c。在内筒部13b的内周面上，螺合有用于连结飞轮10的连结螺栓44。

轴承7a安装在壳体主体12与轮毂轴5之间。轴承7a具有设置在壳体主体12的左端内周面上的接球器14a、螺合在轮毂轴5的外螺纹部5a上的推球器14b、在推球器14b与接球器14a之间分别与两者接触地滚动的滚珠14c。轴承7b配置在飞轮10与轮毂轴5之间。轴承7b具有设置在飞轮10上的接球器15a、螺合在轮毂轴5的外螺纹部5c上的推球器15b、在推球器15b与接球器15a之间分别与两者接触地滚动的滚珠15c。在滚珠14c、15c的周围填充有润滑脂。

发电机构8具有固定在壳体主体12上的永久磁铁16、固定在轮毂轴5上的内侧固定组件17。

永久磁铁16，如图2所示，固定在壳体主体12的内表面上，由在圆周方向上等间隔地分割开的4块磁铁体构成。在该永久磁铁16上，等间隔地交替磁化成N极和S极，分别与后述的磁轭外周部对置。

内侧固定组件17具有环状线圈20、围绕线圈20周围地设置的磁轭21。而且，线圈20及磁轭21被螺合在轮毂轴5外周上形成的外螺纹部5a、5b上的1对螺母22a、22b夹着固定在轮毂轴5上，且在轴向上定位成与永久磁铁16对置的位置关系。

线圈20卷绕在图3所示的绕线架25上。绕线架25如图3及作为图3的局部放大图的图4所示那样(图3、图4都表示磁轭取下的情况)，具有在外周卷绕有线圈20的筒状的躯干部26、形成在躯干部26的轴向两端部上的第1凸缘27及第2凸缘28。在第1及第2凸缘27、28上，在轴向外侧的侧面上形成有多条大致放射状地延伸的槽27a、28a。这些槽27a、28a形成为：在外周侧，从轴向观察时相互错开，即第2凸缘28的槽28a位于第1凸缘27的相邻的2个槽27a之间，且在径向的大致中间部，从轴向观察时两槽27a、28a局部重叠，进而，在内周侧，从轴向观察时两槽27a、28a大致全部重叠。而且，各槽27a、28a的外周侧的一部分被切除而形成切口部27b、28b。又，在各凸缘27、28的外周面上，在没有形成槽27a、28a的部分上，如图4及作为图4的局部立体图的图5所示，从轴向内侧向外侧形成有规定长度的多个凹部27c、28c。另外，在图5中，为了方便说明，去掉一部分磁轭。

图6所示为安装在绕线架25上的磁轭21，图7及图8仅取出磁轭21表示。该磁轭21如图5及图6所示，具有以嵌入在绕线架25的第1凸缘27的槽27a内的方式安装的多组第1叠层磁轭30、同样地以嵌入在绕线架25的第2凸缘28的槽28a内的方式安装的多组第2叠层磁轭31。

各叠层磁轭30、31，通过层叠多片图7及图8所示那样的板状叠层片32而构成。各叠层片32由在表面上形成有氧化覆膜的硅钢板(更详细地说是无方向性钢板)形成。各叠层片32的基本形状相同，具有磁芯外周部32a、磁芯内周部32b、连结部32c。磁芯外周部32a从连结部32c的一侧的端部沿轮毂轴5的轴向(图7中的O-O方向)延伸设置，是越靠前端越细的形状。又，磁芯内周部32b从连结部32c的另一侧的端部同样沿轴向延伸设置。而且，这些叠层片32，如图8所示形成为，从轴向观察时，磁轭外周部32a与磁轭内周部32b位于不同的放射线上。

又，各叠层片32使用的是厚度为0.25～1mm的片，0.5mm的叠层片无论从成本上还是从性能上来说利用价值都较高。各叠层片32的长度不同。即，各叠层磁轭30、31通过层叠8片叠层片32而构成，但在各叠层磁轭30、31中，如图8所示形成为，最外侧的1对叠层片321、328的内周侧的长度最短，其内侧的1对叠层片322、327次短，其更内侧的1对叠层片323、326第三短，最内侧的1对叠层片324、325最长。通过设定成这样的长度，可作成为下述效果良好的结构：在圆周方向上邻接的叠层磁轭的内周部相互不接触，且可使磁路的截面积最宽。

并且，从图5可看出，构成各叠层磁轭30、31的叠层片32中，位于圆周方向的两外侧的叠层片321、328形成为，磁芯外周部32a的长度与其他的叠层片相比大致短1/2左右。这是为了防止在圆周方向上邻接的叠层片321、328彼此接近，抑制在两者之间磁通泄露的情况。又，各叠层磁轭30、31比两凸缘27、28更向轮毂轴向外侧突出。

又，从图7可知，各叠层片32的连接磁芯外周部32a与连结部32c的部分的外侧(图7中的P部分)不是圆弧形状，而是形成为尖角形状。因此，在该部分，与永久磁铁16的距离也变近，与现有的板金冲压形成的磁轭相比磁通量增加。

另外，以上那样的各叠层片32可通用于第1叠层磁轭30及第2叠层磁轭31。

这样的各叠层片32层叠并嵌入在绕线架25的各凸缘27、28上形成的槽27a、28a内。又，各叠层片32的磁轭外周部32a的前端部嵌入在绕线架25的对置侧的凸缘27、28上形成的凹部27c、28c上而得到保持。

利用这样的磁轭21，如图2所示，第1及第2叠层磁轭30、31的磁轭内周部32b位于线圈20的内周侧，磁轭外周部32a位于线圈20与永久磁铁16之间。又，从图5及图2可知，第1叠层磁轭30和第2叠层磁轭31的磁轭内周部32b相互直接接触。因此，不需要用于连接第1叠层磁轭30与第2叠层磁轭31的其他由磁性材料构成的部件，可将阻抗抑制到很小。

另外，如图2所示，在用于固定线圈20及磁轭21的螺母22a、22b的磁轭21侧安装有垫圈23a、23b。其中，垫圈23b，如图9所示，具有大致长圆形的卡止孔23c，不能旋转地卡止在轮毂轴5上，所述卡止孔23c具有卡合在轮毂轴5的倒角部5e上的相互平行的面。又，在垫圈23b上，利用压制加工朝向第1凸缘27突出地形成有卡止在第1叠层磁轭30的突出部分上的突起部23d。并且，在垫圈23b上，从与卡止孔23c的软线穿过槽5d对置的位置向径向外侧切口而形成用于穿过从线圈20导出的连接软线35a的狭缝23e。

这样垫圈23b可使内侧固定组件17不能相对于轮毂轴5旋转，所以可将从该线圈20取出的连接软线35a可靠地导向软线穿过槽5d。该连接软线35a连接在充电部9上。

充电部9，如图2所示，与发电机构8一起固定在轮毂轴5上。具体地，充电部9如图2及图10所示，具有垫圈状的电路基板60，电路基板60在垫圈23b与螺母22b之间经由绝缘垫圈56而不能旋转地安装在轮毂轴5上。

在电路基板60上，如图10及图11所示，搭载着例如3个由双电层电容器61a构成的蓄电元件61、和包含例如半波整流电路的充电控制电路62。又，在电路基板60上，搭载着例如使用了齐纳二极管的波形成形电路(速度信号生成部的一例)63、连结在蓄电元件61及波形成形电路63上的速度叠加电路64。

充电控制电路62，是用于将发电机构8所产生的交流电力整流而转换成直流、对蓄电元件61充电的电路。波形成形电路63是根据由发电机构8产生的电力生成与发电频率对应的脉冲信号的电路。该脉冲信号的脉冲宽度短到不会复位微型计算机的程度。可根据该脉冲信号的周期和车轮直径检测速度或行进距离。速度叠加电路64，是利用波形成形电路63输出的脉冲信号通断蓄电元件61的输出、在直流电力上叠加速度信号的电路。这样，可以经由将电力向外部输出的连接软线35b而向外部输出速度信号。在电路基板60上，安装有用于连接被连接在发电机构8上的连接软线35b及连接在电力输出端子11上的连接软线35b的阳连接器66。在各连接软线35a、35b上，设置有电气地拆装自如地连接在阳连接器66上的阴连接器67。

飞轮10，如图2所示，具有不能旋转地连结在轮毂体6的盖部件13的内周侧侧面上的基体部41、旋转自如地安装在基体部41上的齿轮安装部42、配置在基体部41与齿轮安装部42之间的单向离合器43。

如前述那样，基体部41通过拧入到内筒部13b的内周面上的筒状的连结螺栓44而与内筒部13b连结。连结螺栓44用头部卡止基体部41。又，内筒部13b与基体部41在连结螺栓44的外周侧通过配置在两者间的连结部件45而不能旋转地连结。在连结部件45的外周面上形成有细齿，连结部件45被压入到内筒部13b上形成的细齿上。该压入的连结部件45的细齿啮合在基体部41的一端内周面上形成的细齿上。这样内筒部13b与基体部41不能旋转地牢固连结在一起。

基体部41是筒状部件，在其上拧入有轴承7b的接球器15a。接球器15a兼用作支承齿轮安装部42的轴承的推球器。

又，在基体部41上，起伏自如地安装有构成单向离合器43的爪部件43a。单向离合器43是用于只将安装在齿轮安装部42上的多级齿轮54(即脚蹬)的前进方向的旋转传递给基体部41，并且不将后轮107的前进方向的旋转传递给多级齿轮54的离合器。爪部件43a被弹簧部件43b向立起的方向施力。爪部件43a，当齿轮安装部42向前进方向旋转时，啮合在齿轮安装部42的内周面上形成的棘齿43c上而从齿轮安装部42向基体部41传递旋转。齿轮安装部42是筒状的部件，并在外周上拆装自如且不能旋转地安装多级齿轮54。

电力输出端子11不能旋转地安装在轮毂轴5上。在本实施方式中，用于将穿过软线配线槽5d配线的连接软线35b电气地用在电动后拨链器97上。从电力输出端子11输出叠加有速度信号的直流电力。

下面说明后轮毂1的动作。

当蹬踏自行车的脚蹬PD时，齿轮曲柄96的旋转通过链条95传递给多级齿轮54，齿轮安装部42旋转。该旋转经由单向离合器43传递给基体部41，轮毂体6旋转，后轮107向前进方向旋转。行进中当停止蹬踏脚蹬时，单向离合器43断开而即使后轮107旋转其旋转也不会传递给齿轮安装部42，齿轮曲柄96不旋转。但是，轮毂轴5与轮毂体6相对旋转。

当后轮107即轮毂体6相对于轮毂轴5旋转时，永久磁铁16相对于固定在轮毂轴5上的内侧固定组件17旋转。这样，永久磁铁16在线圈20及磁轭21的磁轭外周部32a的外周侧旋转。

在此，第1叠层磁轭30的磁轭外周部32a和第2叠层磁轭31的磁轭外周部32a，在一方从永久磁铁16接受N极的磁通供给时另一方接受S极的磁通供给，在一方从永久磁铁16接受S极的磁通供给时另一方接受N极的磁通供给。即，通过使永久磁铁16在第1及第2叠层磁轭30、31的磁轭外周部32a的外周侧旋转，反复出现第1叠层磁轭30为N极而第2叠层磁轭31为S极的第1状态及第1叠层磁轭30为S极而第2叠层磁轭31为N极的第2状态，在磁连结两者30、31的两叠层磁轭30、31的磁轭内周部32b上产生交变磁通。利用在该线圈20的内侧产生的交变磁通在线圈20上产生电流而发电。

在本实施方式的后轮毂1中，通过层叠板状的叠层片32而构成磁轭21，所以与以往的通过板金冲压成形而构成的情况相比，可抑制涡电流的发生。

又，如本实施方式那样，在凸极式构造中，如果只简单地将磁轭部分置换为层叠构造，就需要另外的磁性材料来将对置的磁轭彼此连接起来，因此磁阻增大而效率下降。但是，在本实施方式中，着力于磁轭的形状，使对置的第1及第2叠层磁轭的内周侧部分可相互直接连接，所以不需要另外的部件连接第1及第2叠层磁轭，并且可确保磁通通过所需的足够的截面积。因此，可将磁阻减少到非常小，可提高效率。

发电所得的电力被输出到充电部9，由充电部9的充电控制电路62整流而变换成直流电力并蓄积在蓄电元件61内。又，由波形成形电路63生成周期与自行车的速度对应的脉冲信号，利用该脉冲信号通断来自蓄电元件61的直流电力，叠加了速度信号的直流电力经由连接软线35a从电力输出端子11输出。在此，后轮毂1设置在后轮107上，所以能够以短距离对灯以外的、离后轮的距离短的电气安装件供给电力，从而可高效供给电力。又，从后轮107的后轮毂1出来的缆线的配索根数少，所以通过从后轮107的后轮毂1向电气安装件配线而可容易地进行电气安装件的配线。又，设为在后轮毂1上设置充电部9而输出蓄积在其中的电力，所以即使自行车101停止也可将电力输出到电动后拨链器97等电气安装件上。因此，可与行进状态无关地稳定利用电力。

[电动拨链器的结构]

电动后拨链器97是将链条引导至安装在后轮毂1上的、具有多个链轮的多级齿轮54的某一个链轮上而进行变速的部件。电动后拨链器97，如图12及图13所示，备：有安装在设于链拉条102a的后端的拨链器安装部102b(图1)上的基体部件70、相对于基体部件70移动的可动部件71、可移动地连结基体部件70与可动部件71的连杆机构72、摆动自如地安装在可动部件71上的链条导向件73、控制连杆机构72的驱动组件74。

基体部件70，通过带六角孔的安装螺栓80固定在拨链器安装部102b上。基体部件70具有主架81和通过螺栓安装在主架81上的副架82，所述主架81具有安装在拨链器安装部102b上的凸出部81a及臂部81b。被该主架81与副架82夹持地配置着驱动组件74。在主架81上，设置有用于通过配线与后轮毂1的电力输出端子11连接的配线连接部85。通过利用配线连接该配线连接部85与电力输出端子11而赋予电动后拨链器97电力及速度信号，电动后拨链器97动作。

可动部件71，连结在连杆机构72上，当利用驱动组件74驱动连杆机构72时，向接近·离开链拉条102a的方向移动。在可动部件71上，以摆动自如且被向对赋予链条95张力的方向(图12中顺时针方向)施力了的状态安装着链条导向件73。

连杆机构72具有一端连结在驱动组件74上而另一端连结在可动部件71上的1对连杆83、84。连杆83、84相互平行地配置，当连结在驱动组件74上的一端转动时，设置在另一端上的可动部件71向接近·离开链拉条102a的方向平行移动。

链条导向件73具有：摆动自如地安装在可动部件71上的第1板部件90、隔有间隔地配置在第1板部件90的外侧的第2板部件91、旋转自如地安装在第1及第2板部件90、91的基端上的导向轮92、旋转自如地安装在第1及第2板部件90、91的另一端上的张紧轮93。两板部件90、91通过安装各轮92、93的螺栓固定在一起。在第1板部件90的与导向轮92对置的位置上，安装着由例如簧片开关构成的轮传感器94。又，在导向轮92的与轮传感器94对置的位置上，埋入作为检测件的磁铁94a。由此来检测导向轮92是否正在旋转。该导向轮92的旋转与链条95的移动联动，所以可检测到齿轮曲柄96的旋转。如果拨链器97在齿轮曲柄96不旋转时变速则会产生不良情况，所以利用该轮传感器94的输出判断是否处于可进行变速控制的状态。

驱动组件74，具有：被主架81及副架82夹持着收纳以下各部的外壳部件75、利用马达76驱动连杆机构72的马达组件77、驱动马达76的马达驱动电路78、用于检测被马达组件77驱动的链条导向件73的变速位置的变速位置传感器79、位置修正存储器86。又，驱动组件74具有变速控制部87，所述变速控制部87利用从轮传感器94、后轮毂1获得的速度信号及变速位置传感器79的输出而经由马达驱动电路78控制马达76。

马达组件77，连结在连杆机构72的连杆83上，使马达76的旋转减速而使连杆83摆动。变速位置传感器79检测减速后的马达组件的旋转位置。因此，变速位置传感器79检测到的旋转位置与链条导向件73的变速位置不成比例关系。因此，需要位置修正存储器86。在位置修正存储器86中，以例如表格形式储存链条导向件73的变速位置与变速位置传感器79检测到的旋转位置的关系。

变速控制部87，由例如包含CPU、I/O接口、RAM、ROM的微型计算机构成，如前述那样，主要利用速度信号来自动变速控制电动后拨链器97。利用该电动后拨链器97、后轮毂1、充电部9、变速控制部87构成变速系统88。

在这样的变速系统88中，在后轮毂1上设置有发电机构8及充电部9，并且在电动后拨链器97上设置有变速控制部87，所以只要将后轮毂1和电动后拨链器97安装在自行车101上并利用配线连接它们就可使变速系统88动作。在此，是不在自行车101上安装后轮毂1和电动后拨链器97以外的多余的部件且不必进行电源的更换的变速系统88动作，所以可削减自行车的组装工时和配线工时，并且外观的变化也小。因此，即使将该变速系统88安装在自行车101上，也可将自行车101的制造成本抑制得较低，并且不易损害自行车101的外观。

下面根据图14及图15所示的控制流程说明变速控制部87的变速控制动作。

当骑车者使自行车101行进，蓄电元件61利用发电机构8产生的电力而充分蓄积电力后，便可进行自行车1的变速控制。这样，首先，在图14的步骤S1中进行变速控制部87的初始设定。利用该初始设定，将变量OP初始化为“1”。OP是变速档的值，各变速档OP的换高档阈值U(OP)及换低档阈值D(OP)是车速的值并存储在图未示的存储器内。

在步骤S2中，取入根据来自后轮毂1的速度信号算出的车速V。在步骤S3中，取入设定好了的变速档OP。即，根据变速位置传感器79的输出，读取来自位置修正存储器86的数据并将其取入。在步骤S4中，判断取入的车速V是否超过了对应变速档的换高档阈值U(OP)。在步骤S5中，判断取入的车速V是否超过了对应变速档的换低档阈值D(OP)。当判断取入的车速V超过了对应变速档的换高档阈值U(OP)时，则从步骤S4转移到步骤S6，根据来自轮传感器94的输出判断齿轮曲柄96是否正在旋转，即骑车者是否正在蹬踏脚蹬。当判断齿轮曲柄96正在旋转时转移到步骤S7。在步骤S7中，实施图15所示的换高档处理。当判断齿轮曲柄96没有旋转时，不进行换高档处理而转移到步骤S5。

当判断取入的车速V低于对应变速档的换低档阈值D(OP)时，则从步骤S5转移到步骤S8，与步骤S6一样，利用轮传感器94的输出判断齿轮曲柄96是否正在旋转。当判断齿轮曲柄96正在旋转时转移到步骤S9。在步骤S9中，实施图16所示的换低档处理。当判断齿轮曲柄96没有旋转时，不进行换低档处理而返回步骤S2。

在步骤S7的换高档处理中，在图15的步骤S11中使目前的变速档OP增加1档来设定目标变速档。在步骤S12中，判断马达76是否在正转动作中。这样，判断电动后拨链器97是否在向换高档方向变速动作中。在马达76不是正转动作中时，即不是在换高档变速动作中时转移到步骤S13，使马达76正转动作并且开始取入变速位置传感器79的位置数据SH。当马达76正在进行正转动作时跳过该处理。

在步骤S14中，判断位置数据SH是否达到了设定的目标变速档，即判断是否可结束变速动作。当判断可结束变速动作时转移到步骤S15，关闭变速马达并且结束变速位置传感器的位置数据的取入。

在此，即使在变速动作中，也在最初在步骤S11中新设定变速目标档而更新以前设定的变速目标档。

在步骤S9的换低档处理中，在图16的步骤S21中使目前的变速档OP降低1档来设定目标变速档。在步骤S22中，判断马达76是否在反转动作中。由此，判断电动后拨链器97是否在向换低档方向变速动作中。在马达76没有进行反转动作时，即不是在换低档变速动作中时转移到步骤S23，使马达76反转动作并且开始取入变速位置传感器79的位置数据SH。在马达76正在反转动作的情况下则跳过该处理。

在步骤S24中，判断位置数据SH是否达到了设定的目标变速档，即是否可结束变速动作。当判断可结束变速动作时转移到步骤S25，关闭马达76并且结束变速位置传感器79的位置数据SH的取入。

在此也与换高档处理一样，即使在变速动作中，也在最初在步骤S21新设定变速目标档而更新以前设定的变速目标档。

在进行这样的自动变速控制时，以往，从后轮毂输出的电力由安装在自行车上的充电电路整流而变成直流，并对应从车速传感器取入的车速，利用同样安装在自行车上的变速控制部控制拨链器等变速装置。

但是，在本实施方式中，在后轮毂1内设置充电部9而在后轮毂1内将交流变成直流并输出，所以不需要充电电路。又，变速控制部87安装在电动后拨链器97上，所以不必另设变速控制部。因此，作为配线，准备后轮毂1的电力输出端子11和电动后拨链器97的配线连接部85即可。并且，在后轮毂1内将速度信号叠加在电力上输出，所以作为配线只要准备2芯的线即可。因此，可显著简化自行车组装时的配线作业。又，只要在自行车101上安装后轮毂1和电动后拨链器97即可，所以部件的安装作业也简化，自行车的组装成本显著下降。

[其他实施方式]

(a)在前述实施方式中，作为电动变速装置例举了电动后拨链器，但也可使用具有充电功能的电动内置变速轮毂。即，在内置变速轮毂的内部安装与前述实施方式同样的发电机构，并且将马达组件、马达驱动电路和变速控制部收纳在例如外壳等内并安装在轮毂轴上即可。在这样的内置变速轮毂的情况下，只要将轮毂安装到自行车上就可进行自动变速控制。

(b)在前述实施方式中，将充电部9设置在后轮毂1内，将变速控制部87设置在电动后拨链器97上，但也可两者都设置在后轮毂1上，还可都设置在电动后拨链器上。只是在将发电机构8的输出用作其他电气安装件的电源、或利用速度信号的情况下，优选地如前述实施方式那样配置。

(c)在前述实施方式中，将发电机构8配置在后轮毂1内，但也可配置在后轮毂的外部。这种情况下，充电部等也可配置在轮毂的外部。

(d)在前述实施方式中，只进行自动变速处理，但也可在车把部上设置变速操作部，并电连接变速操作部与电动后拨链器97而进行手动变速。在这种情况下，也是只要进行变速操作部的安装、变速操作部与电动后拨链器之间的配线即可，所以与以往相比，装置的安装作业和配线作业简化。

Claims (20)

1、一种自行车用发电轮毂，设置在自行车的车轮中央部上，备有：

轮毂轴、

配置在前述轮毂轴外周的轮毂体、

用于支承前述轮毂体使其相对于前述轮毂轴旋转自如的轴承、

通过前述车轮的旋转而发电的发电部、

蓄积由前述发电部产生的电力的充电部、

可将蓄积在前述充电部中的电力向外部输出的电力输出部。

2、如权利要求1所述的自行车用发电轮毂，其特征在于：

前述发电部通过前述车轮的旋转而产生交流电力，

前述充电部具有将由前述发电部产生的交流转换成直流的整流电路、和蓄积前述整流后的直流电力的蓄电元件。

3、如权利要求1所述的自行车用发电轮毂，其特征在于：

前述充电部具有安装在前述轮毂体上并可被前述轮毂轴贯通的垫圈形状的电路基板，

前述整流电路及蓄电元件搭载在前述电路基板上。

4、如权利要求2或3所述的自行车用发电轮毂，其特征在于：前述蓄电元件是双电层电容器。

5、如权利要求1至4任何一项所述的自行车用发电轮毂，其特征在于：还备有根据由前述发电部产生的电力而生成速度检测用的信号的速度信号生成部。

6、如权利要求5所述的自行车用发电轮毂，其特征在于：

还备有将蓄积在前述蓄电元件中的电力与由前述速度信号生成部生成的前述速度检测用的信号叠加起来的信号叠加部，

前述电力输出部输出叠加了前述速度检测用的信号的电力。

7、如权利要求1至6任何一项所述的自行车用发电轮毂，其特征在于，

前述发电部具有：

设置在前述轮毂体的内周面上的永久磁铁、

配置在前述永久磁铁的内周侧且固定在前述轮毂轴上的内侧固定组件。

8、如权利要求7所述的自行车用发电轮毂，其特征在于，

前述内侧固定组件备有：

环状的线圈，配置在前述永久磁铁的内周侧；

磁轭，具有设置在前述线圈的轴向一侧的分别由多片板状叠层片构成的多组第1叠层磁轭、和设置在前述线圈的轴向另一侧的分别由多片板状叠层片构成的多组第2叠层磁轭，且以围绕前述线圈的周围的方式配置；

前述多片板状叠层片的每一片具有从轴向一侧或另一侧向相反侧延伸且配置在前述永久磁铁与线圈之间的磁轭外周部、和与前述磁轭外周部磁性地结合且配置在前述线圈内周的轴向一侧或另一侧的磁轭内周部；

多组前述第1及第2叠层磁轭设置成，各自的前述磁轭内周部沿轴向对置，且前述磁轭外周部交替地位于圆周方向上。

9、如权利要求1至8任何一项所述的自行车用发电轮毂，其特征在于：还备有仅能够对前述轮毂体传递前述自行车的前进方向的旋转的飞轮。

10、一种自行车用变速系统，安装在自行车用车架的后部上，备有：

安装在前述车架的后部上的被电气驱动的电动变速装置、

具有通过车轮的旋转而发电的发电部并安装在前述车架的后部上的后轮毂、

设置在前述后轮毂及前述电动变速装置的某一个上并蓄积由前述发电部产生的电力的充电部、

设置在前述后轮毂及前述电动变速装置的某一个上并利用蓄积在前述充电部中的电力来对前述电动拨链器进行变速控制的变速控制部。

11、如权利要求10所述的自行车用变速系统，其特征在于：还备有设置在前述后轮毂及前述电动变速装置的某一个上并根据由前述发电部产生的电力而生成速度检测用的信号的速度信号生成部。

12、如权利要求11所述的自行车用变速系统，其特征在于：前述速度信号生成部设置在前述后轮毂上。

13、如权利要求10至12任何一项所述的自行车用变速系统，其特征在于：

前述电动变速装置是具有以下部分的电动后拨链器，即、具有：

安装在前述车架上的基体部件、

相对于前述基体部件移动的可动部件、

可移动地连结前述基体部件与前述可动部件的连杆机构、

摆动自如地安装在前述可动部件上，并具有安装在基端上的导向轮和安装在前端上的张紧轮的链条导向件、

驱动前述连杆机构的电动驱动部。

14、如权利要求13所述的自行车用变速系统，其特征在于：还备有检测前述导向轮及张紧轮的某一个的旋转的旋转传感器。

15、如权利要求10至14任何一项所述的自行车用变速系统，其特征在于：前述变速控制部设置在前述电动变速装置上。

16、如权利要求10至15任何一项所述的自行车用变速系统，其特征在于：前述充电部设置在前述后轮毂上。

17、如权利要求10至16任何一项所述的自行车用变速系统，其特征在于：前述变速控制部利用由前述速度信号生成部生成的速度检测用的信号对前述电动变速装置进行自动变速控制。

18、一种自行车用拨链器，是安装在自行车用车架上的被电气驱动的自行车用拨链器，备有：

安装在前述车架上的基体部件、

相对于前述基体部件移动的可动部件、

可移动地连结前述基体部件与前述可动部件的连杆机构、

摆动自如地安装在前述可动部件上的链条导向件、

驱动前述连杆机构的电动驱动部、

对前述电动驱动部进行变速控制的变速控制部。

19、如权利要求18所述的自行车用拨链器，其特征在于，

前述链条导向件具有：

摆动自如地安装在前述可动部件上的板部件、

旋转自如地安装在前述板部件的基端上的导向轮、

旋转自如地安装在前述板部件的前端上的张紧轮；

还备有检测前述导向轮及张紧轮的某一个的旋转的旋转传感器。

20、一种自行车，备有：

具有车把部及前叉的车架、

旋转自如地安装在前述前叉上的前轮、

具有后轮毂及设置在前述后轮毂上的发电部，并旋转自如地安装在前述车架后部上的后轮、

设置在前述车架后部上的电动变速装置、

设置在前述后轮毂及前述电动变速装置的某一个上并蓄积由前述发电部产生的电力的充电部、

设置在前述后轮毂及前述电动后拨链器的某一个上并利用蓄积在前述充电部中的电力来对前述电动变速装置进行变速控制的变速控制部。

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