JP2004082847A - 自転車用ハブダイナモ - Google Patents

Abstract

【課題】自転車用ハブダイナモにおいて、電装品へ電力を効率よく供給できるようにするとともに電装品への配線を行いやすいようにする。
【解決手段】ハブダイナモ１は、ハブ軸５と、ハブ体６と、１対の軸受７，８と、発電機構９と、フリーホイール１０とを備えている。ハブ軸は、自転車のフレームに装着されるものである。ハブ体は、ハブ軸の軸方向に延び外周面に軸方向に間隔を隔てて１対のハブフランジ１２ａ，１２ｂが形成されハブ軸の外周に配置されるものである。１対の軸受は、ハブ体をハブ軸に対して回転自在に支持するためのものである。発電機構は、ハブ体とハブ軸との間に配置され、両者の相対回転により発電するものである。フリーホイールは、ハブ体の後方から見て右側の第１側面に設けられ、外周に多段ギア５３を回転不能に装着可能であり、ハブ体に対して自転車の進行方向の回転のみ伝達可能なものである。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハブダイナモ、特に、自転車の車輪中央部に設けられる自転車用ハブダイナモに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自転車の車輪の中央部に設けられるハブは、自転車のフォーク又は（フレーム）に着脱自在かつ回転不動に装着されるハブ軸と、ハブ軸に回転自在に装着されるハブ体と、ハブ体をハブ軸に対して回転自在に支持する軸受とを備えている。また、ハブ体は、車輪のスポークを係止可能な一対のハブフランジが両端外周部に形成されている。
【０００３】
このように構成された自転車用ハブにおいて、照明用などの用途のための電源としての発電機構をハブ体内部に組み込んだハブダイナモが知られている。このように、発電機構をハブ体内部に組み込むと、車輪のリムに接触するタイプの発電機構より、発電効率が向上して車輪の回転ロスが減少する。従来のハブダイナモは、照明用の用途が主であるため前輪のフロントハブに発電機構を装着している。このようにフロントハブに装着すると、通常自転車の前部に装着されるランプとの配線距離が短くなり、ランプに電源を供給しやすくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、フロントハブの内部に発電機構が組み込まれたハブダイナモは、フレームの前部に設けられるランプの電源としては最適である。しかし最近、ハブダイナモの電力を自転車に搭載されたランプ以外の他の電装品にも供給すること事が考えられている。このような場合、電装品の位置によってはフロントハブからの距離が長くなり、自転車のフレームに沿って配線される配線の長さが長くなるおそれがある。たとえば、変速装置用の電装品などのランプ以外の電装品はフレームの中央部分などに配置されることが多い。このため、ランプ以外の電装品に電力を供給する場合、フロントハブの発電機構から電力を供給すると配線の長さが長くなる。配線長さが長くなると配線抵抗が大きくなり、電圧降下が生じて電力を効率よく電装品に供給しにくい。
【０００５】
しかも自転車には、ハンドルからフレームの中央部にかけては、ブレーキや変速のためのケーブルなどが配索されている。このため、フロントハブからフレームを経由して電装品に配線すると配線がケーブルと錯綜して配線を行いにくいという問題がある。
本発明の課題は、自転車用ハブダイナモにおいて、電装品へ電力を効率よく供給できるようにするとともに電装品への配線を行いやすいようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明１に係る自転車用ハブダイナモは、自転車の車輪中央部に設けられるハブであって、ハブ軸と、ハブ体と、１対の軸受と、発電手段と、フリーホイールとを備えている。ハブ軸は、自転車のフレームに装着されるものである。ハブ体は、ハブ軸の軸方向に延び外周面に軸方向に間隔を隔てて１対のハブフランジが形成されハブ軸の外周に配置されるものである。１対の軸受は、ハブ体をハブ軸に対して回転自在に支持するためのものである。発電手段は、ハブ体とハブ軸との間に配置され、両者の相対回転により発電するものである。フリーホイールは、ハブ体の後方から見て右側の第１側面に設けられ、外周に多段ギアを回転不能に装着可能であり、ハブ体に対して自転車の進行方向の回転のみ伝達可能なものである。
【０００７】
このハブダイナモでは、フリーホイールに設けられた多段ギアのいずれかに動力が伝達されると、進行方向の回転のみハブ体に対して伝達され、ハブ体がハブ軸に対して回転する。この回転により発電手段が発電する。ここでは、多段ギアを装着可能なフリーホイールが装着されたハブダイナモが後輪に設けられているので、ランプ以外の後輪からの距離の方が前輪からよりも短い場所に配置されることが多い変速装置やその制御装置などの電装品に対して電力の供給を短い距離で行え、電力を効率良く供給できる。また、後輪のハブからはケーブルの配索本数が少ないので、配線を後輪のハブから電装品に行うことにより電装品の配線を行いやすくなる。
【０００８】
発明２に係る自転車用ハブダイナモは、発明１に記載のハブにおいて、ハブ体の第１側面と逆側の第２側面に設けられ、ハブ体を制動する制動装置を装着するための制動装置装着部を更に備える。この場合には、リムではなくハブを直接制動するディスクブレーキやローラブレーキ等のハブブレーキをハブ体に装着できるので、比較的高性能な自転車に対しての電装化が容易になる。
【０００９】
発明３に係る自転車用ハブダイナモは、発明２に記載のハブにおいて、制動装置装着部には、制動装置としてのディスクブレーキ装置のブレーキディスクが装着される。この場合には、高性能なディスクブレーキ装置をハブダイナモに装着できる。
発明４に係る自転車用ハブダイナモは、発明２に記載のハブにおいて、制動装置装着部には、制動装置としてのローラブレーキ装置のブレーキドラムが装着される。この場合には、高性能なローラブレーキ装置をハブダイナモに装着できる。
【００１０】
発明５に係る自転車用ハブダイナモは、発明１から４のいずれかに記載のハブにおいて、ハブ体は、発電機構を組み付け可能な開口を第１側面側に有する筒状のケース本体と、開口を覆うようにケース本体に着脱自在に装着された蓋部材とを有し、フリーホイールは蓋部材に装着される、この場合には、フリーホイールを蓋部材とともにケース本体に対して着脱できるので、発電手段のメンテナンスが容易になる。
【００１１】
発明６に係る自転車用ハブダイナモは、発明５に記載のハブにおいて、前記ケース本体は、開口にハブ軸と同芯に右ねじで形成された第１雌ねじ部を有し、蓋部材は、第１雌ねじ部に螺合する第１雄ねじ部を有し、ケース本体にねじ込み固定される、この場合には、フリーホイールを介して蓋部材に走行時にトルクが作用しても、締まり方向が走行方向と同じである右ねじで蓋部材がケース本体に装着されているので、ねじが緩みにくくなる。
【００１２】
発明７に係る自転車用ハブダイナモは、発明２から４のいずれかに記載のハブにおいて、ハブ体は、発電機構を組み付け可能な開口を第１側面と逆側の第２側面側に有する筒状のケース本体と、開口を覆うようにケース本体に着脱自在に装着された蓋部材とを有し、制動装置装着部は蓋部材に設けられる。この場合には、蓋部材がフリーホイールと逆側に配置されるので発電機構を蓋部材側に寄せて配置することができる。このため、フリーホイール側のケース本体を小径にすることができ、軽量化を図ることができる。
【００１３】
発明８に係る自転車用ハブダイナモは、発明７に記載のハブにおいて、ケース本体は、開口にハブ軸と同芯に右ねじで形成された第２雌ねじ部を有し、蓋部材は、第２雌ねじ部に螺合する第２雄ねじ部を有する。この場合には、制動装置着脱部が蓋部材とともにケース本体に対して着脱自在であるので、制動装置装着部を外すことにより発電手段のメンテナンスを行える。また、右ねじで蓋部材がケース本体に連結されているので、制動時にケース本体が回転する方向がねじ方向と同じになり、ねじが緩みにくくなる。
【００１４】
発明９に係る自転車用ハブダイナモは、発明７または８に記載のハブにおいて、ケース本体は、第１側面側に形成され発電手段が収納される第１筒部と、第１筒部から縮径して形成された第２筒部とを有する。この場合には、発電手段が収納される以外の部分を細く形成しているので、外観が向上すると共に軽量化を図ることができる。
【００１５】
発明１０に係る自転車用ハブダイナモは、発明１から９のいずれかに記載のハブにおいて、発電手段は、ハブ体の内周面に設けられた永久磁石と、永久磁石の内周側に配置されハブ軸に固定された内側固定ユニットとを有している。この場合には、ハブ軸に固定された内側固定ユニットに電力を取り出すための配線を接続できるので、電力取り出し配線が容易である。
【００１６】
発明１１に係る自転車用ハブダイナモは、発明１０に記載のハブにおいて、内側固定ユニットは、永久磁石の内周側に配置されたリング状のコイルと、コイルの軸方向一方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第１積層ヨークと、コイルの軸方向他方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第２積層ヨークとを有し、コイルの周囲を囲むように配置されたヨークとを備え、複数の板状積層片のそれぞれは、軸方向一方側又は他方向側から逆側に延び永久磁石とコイルとの間に配置されたヨーク外周部と、ヨーク外周部と電気的に結合されコイル内周の軸方向一方側又は他方側に配置されたヨーク内周部とを有し、複数組の第１及び第２積層ヨークは、それぞれのヨーク内周部が軸方向に対抗し、かつヨーク外周部は円周方向に交互位置するように設けられている。
【００１７】
この場合には、永久磁石とヨーク外周部とが対抗しており、これらが相対回転をすることによって、ヨーク内周部に交番磁束が発生する。これによりコイルに電流が流れて発電される。具体的には、第１積層ヨークのヨーク外周部がＮ極となり第２積層ヨークのヨーク外周部がＳ極となる状態と、第１積層ヨークのヨーク外周部がＳ極となり第２積層ヨークのヨーク外周部がＮ極となる状態とを交互に入れ換えて交番磁束を発生させている。この発電時に交番磁束に加えて渦電流を発生する。
【００１８】
この渦電流は発電効率を低下させるものであるが、発電手段においては、ヨークを複数の板状積層片から構成しているので渦電流の発生を抑えることができる。すなわちこのような発電手段においては、渦電流の発生をヨークの厚み（板厚）の二乗に反比例して減少することが知られているが、ヨークを板状積層片で構成することによって厚みが薄くなり、渦電流の発生を抑えることができる。また、ここでは、ヨークの円周部を軸方向に対抗して配置されているので第１積層ヨークと第２積層ヨークとが、それぞれのヨーク内周部によって磁気的に直接接続されることとなり、両積層ヨークを接続する為の他の磁性体が不要になる。しかも、両積層ヨーク間を磁束が通過する磁路断面積を十分に加工して磁気飽和を避けることができる。したがって、磁気抵抗等のロスを大幅に低減でき、出力と効率が向上し、無負荷回転トルクを低減できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１において、本発明の第１実施形態を採用した自転車１０１は、前部のサスペンションフォーク９８及び後部のスイングアーム１００を含む前後サスペンションを有するフレーム１０２と、サスペンションフォーク９８に固定されたハンドル１０４と、チェーンやペダルやディレーラ等からなる駆動部１０５と、サスペンションフォーク９８及びスイングアーム１００に装着され、スポーク９９を有する前輪及び後輪１０６，１０７と、両ディレーラ及び前後のサスペンションを制御する２つの制御装置１０８，１０９を備えている。後輪１０７にはハブダイナモ１が設けられている。制御装置１０８は、フレーム１０２の中央下部のハンガー部の付近に設けられている。制御装置１０９は表示部を有しており、ハンドル１０４に装着されている。ハブダイナモ１からの電力は、制御装置１０８，１０９及び制御装置１０８，１０９を介してディレーラやサスペンションにも供給される。
【００２０】
図２において、本発明の第１実施形態によるハブダイナモ１は、自転車の後輪１０７に設けられるリアハブであり、ハブ軸５の両端部がフレーム１０２の後部のスイングアーム１００に、カムレバー５１、ナット５２及び両端にレバー及びナット５１，５２が螺合する連結軸５３を有する公知のクイックレリーズ機構５０により固定され、両ハブフランジ１２ａ，１２ｂにスポーク９９が係止されている。
【００２１】
図２に示すハブダイナモ１は、自転車の後輪１０７とともにスイングアーム１００の後端に装着されるものである。このハブダイナモ１は、スイングアーム１００の後端部に両端が固定されたハブ軸５と、ハブ軸５の外周側に配置されたハブ体６と、ハブ体６をハブ軸５に対して回転自在に支持するための１対の軸受７，８と、ハブ体６とハブ軸５との間に配置され両者の相対回転により発電する発電機構９と、ハブ体６の図２右側面設けられたフリーホイール１０と、ハブ体６の図２左側面に設けられたブレーキ装着部１１とを備えている。
【００２２】
ハブ軸５は、たとえばクロムモリブデン鋼製の筒状部材であり、その両端がクイックレリーズ機構５０によってスイングアーム１００の後端部に容易にできるように着脱できるように固定されている。ハブ軸５は、内部をクイックレリーズ機構５０の連結軸５３が貫通しており、外周面の３箇所に左端から順に雄ねじ部５ａ〜５ｃが形成されている。雄ねじ部５ａは軸受７の玉押し（後述）を装着すると共に発電機構９の内側固定ユニット（後述）を固定するためのものである。雄ねじ部５ｂは、内側固定ユニットを固定するためのものである。雄ねじ部５ｃは、軸受８の玉押し（後述）を装着するためのものである。ハブ軸５の左端部には、発電された電力を取り出すための取出端子３６が回転不能に装着されている。また、ハブ軸５の外周面には電力取り出し用の接続コード３５を通すためのコード通過溝５ｄが発電機構９装着部分から図２左端にかけて形成されている。コード通過溝５ｄを挟んでハブ軸５の雄ねじ部５ａが形成された外周面には、互いに平行な面取り部５ｅ（図１０）が形成されている。
【００２３】
ハブ体６は、たとえば軽量なアルミニウム合金製の部材であり、開口１２ｆを図２右側面側に有する筒状ケース本体１２と、ケース本体１２の開口１２ｆを覆うようにケース本体１２に着脱自在に装着された蓋部材１３とを有している。ケース本体１２の外周面には軸方向に間隔を隔てて配置された１対のハブフランジ１２ａ，１２ｂが形成されている。ケース本体１２の開口１２ｆは、発電機構９を組み付け可能な大きさを有しており、そこには、蓋部材１３を装着するための雌ねじ部１２ｇが形成されている。
【００２４】
蓋部材１３は、ケース本体１２の雌ねじ部１２ｇに螺合する雄ねじ部１３ｄを外周に有する外筒部１３ａと、外筒部１３ａの内周側に間隔を隔てて配置された内筒部１３ｂと、両筒部１３ａ，１３ｂを連結する連結部１３ｃとが一体形成された部材である。内筒部１３ｂの内周面には、フリーホイール１０を連結するための連結ボルト４４が螺合している。
【００２５】
ケース本体１２の図２左端面にはブレーキ装着部１１が設けられている。ケース本体１２の左端内周面には、ハブ軸５との隙間をカバーするためのたとえば合成樹脂製のカバー部材１９ａが着脱可能に装着されている。
１対のハブフランジ１２ａ，１２ｂには、周方向に間隔を隔ててたとえば１６個のスポーク係止孔１２ｄ，１２ｅがそれぞれ等間隔で形成されている。スポーク係止孔１２ｄとスポーク係止孔１２ｅとは、ピッチが半ピッチ分ずれて形成されている。
【００２６】
軸受７は、ケース本体１２とハブ軸５との間に装着されている。軸受７は、ケース本体１２の左端内周面に設けられた玉受け１４ａと、ハブ軸５の雄ねじ部５ａに螺合する玉押し１４ｂと、玉押し１４ｂと玉受け１４ａとの間に両者にそれぞれ接触して転動するボール１４ｃとを有している。軸受８は、フリーホイール１０とハブ軸５との間に配置されている。軸受８は、フリーホイール１０に設けられた玉受け１５ａと、ハブ軸５の雄ねじ部５ｃに螺合する玉押し１５ｂと、玉押し１５ｂと玉受け１５ａとの間に両者にそれぞれ接触して転動するボール１５ｂとを有している。ボール１４ｃ，１５ｃの周囲にはグリースが充填されている。
【００２７】
発電機構９は、ケース本体１２に固定された永久磁石１６と、ハブ軸５に固定された内側固定ユニット１７とを有している。
永久磁石１６は、ケース本体１２の内面に固定されており、円周方向に等間隔に分割された４個の磁石体から構成されている。この永久磁石１６には、等間隔で交互にＮ極とＳ極とが着磁されており、それぞれが後述するヨーク外周部と対抗している。
【００２８】
内側固定ユニット１７は、リング状のコイル２０と、コイル２０の周囲を囲むように設けられたヨーク２１とを有している。そして、これらのコイル２０及びヨーク２１は、ハブ軸５の外周に形成された雄ねじ部５ａ，５ｂに螺合する１対のナット２２ａ，２２ｂにより挟まれるようにしてハブ軸５に固定され、かつ軸方向において永久磁石１６に対向するような位置関係に位置決めされている。
【００２９】
コイル２０は、図４に示すようなボビン２５に巻かれている。ボビン２５は、図４及び図４の拡大部分図である図５に示すように（図４、図５ともに、ヨークは取り外して示している）、外周にコイル２０が巻かれた筒状の胴部２６と、胴部２６の軸方向両端部に形成された第１フランジ２７及び第２フランジ２８とを有している。第１及び第２フランジ２７，２８において、軸方向外側の側面には、ほぼ放射状に延びる複数の溝２７ａ，２８ａが形成されている。これらの溝２７ａ，２８ａは、外周側では、軸方向視で互いにずれるように、すなわち、第１フランジ２７の隣接する２つの溝２７ａの間に第２フランジ２８の溝２８ａが位置するように、また半径方向のほぼ中間部においては両溝２７ａ，２８ａが軸方向視で部分的に重なるように、さらに、内周側では、両溝２７ａ，２８ａの軸方向視でほぼ全部が重なるように形成されている。そして、各溝２７ａ，２８ａの外周側一部は、切り欠かれて切欠部２７ｂ，２８ｂとなっている。また、各フランジ２７，２８の外周面において、溝２７ａ，２８ａが形成されていない部分には、図５及び図５の斜視部分図である図６に示すように、軸方向の内側から外側に所定長さの複数の凹部２７ｃ，２８ｃが形成されている。なお、図６では、説明の便宜のために、一部のヨークを取り外して示している。
【００３０】
図７にボビン２５に装着されたヨーク２１を示し、図８及び図９にヨーク２１のみを取り出して示す。このヨーク２１は、図６及び図７に示すように、ボビン２５の第１フランジ２７の溝２７ａに嵌め込むようにして装着された複数組の第１積層ヨーク３０と、同様にボビン２５の第２フランジ２８の溝２８ａに嵌め込むようにして装着された複数組の第２積層ヨーク３１とを有している。
【００３１】
各積層ヨーク３０，３１は、図８及び図９に示すような複数の板状積層片３２を積層することにより構成されている。各積層片３２は、表面に酸化被膜が形成されている珪素鋼板（より詳しくは無方向性珪素鋼板）で形成されている。各積層片３２の基本的な形状は同じであり、コア外周部３２ａと、コア内周部３２ｂと、連結部３２ｃとを有している。コア外周部３２ａは、連結部３２ｃの一方の端部からハブ軸５の軸方向（図８におけるＯ−Ｏ方向）に沿って延びるように設けられ、先端側にいくにしたがって細くなるような形状である。また、コア内周部３２ｂは、連結部３２ｃの他方の端部から同様に軸方向に沿って延びて設けられている。そして、これらの積層片３２は、図９に示すように、軸方向視で、ヨーク外周部３２ａとヨーク内周部３２ｂとが異なる放射線上に位置するように形成されている。
【００３２】
また、各積層片３２の厚みは０．２５〜１ｍｍのものが使用され、０．５ｍｍのものがコスト的にも性能的にも利用価値が高い。各積層片３２は長さが異なっている。すなわち、各積層ヨーク３０，３１は、８枚の積層片３２を積層することによって構成されているが、各積層ヨーク３０，３１において、図９に示すように、最も外側の１対の積層片３２１，３２８は内周側の長さが最も短く、その内側の１対の積層片３２２，３２７はその次に短く、さらにその内側の１対の積層片３２３，３２６はその次に短く、最も内側の１対の積層片３２４，３２５は最も長く形成されている。このような長さに設定することによって、円周方向において隣接する積層ヨークの内周部が互いに接触しないように、かつ磁路の断面積が最も広くとれるような効率の良い構成とすることができる。
【００３３】
さらに、図６から明らかなように、各積層ヨーク３０，３１を構成する積層片３２のうち、円周方向の両外側に位置する積層片３２１，３２８は、コア外周部３２ａの長さが他の積層片と比較してほぼ１／２程度に短く形成されている。これは、円周方向において隣接する積層片３２１，３２８同士が近接するのを防止し、両者の間で磁束が漏れるのを抑えるためである。また、各積層ヨーク３０，３１は、両フランジ２７，２８よりハブ軸方向外方に突出している。
【００３４】
さらにまた、図８から明らかなように、各積層片３２は、コア外周部３２ａと連結部３２ｃとを接続する部分の外側（図８におけるＰ部分）が、円弧形状ではなく、鋭角状に形成されている。したがって、この部分においても永久磁石１６との距離が近くなり、従来の板金プレスによって形成されたヨークに比較して磁束量が増えることになる。
【００３５】
なお、以上のような各積層片３２は、第１積層ヨーク３０及び第２積層ヨーク３１に共通で用いることができる。
このような積層片３２は積層されて、ボビン２５の各フランジ２７，２８に形成された溝２７ａ，２８ａに嵌め込まれている。また、各積層片３２のヨーク外周部３２ａの先端部は、ボビン２５の対向する側のフランジ２７，２８に形成された凹部２７ｃ，２８ｃに嵌め込まれて保持されている。
【００３６】
このようなヨーク２１によって、図１に示すように、コイル２０の内周側に第１及び第２積層ヨーク３０，３１のヨーク内周部３２ｂが位置し、コイル２０と永久磁石１６との間にヨーク外周部３２ａが位置することになる。また、図６及び図１から明らかなように、第１積層ヨーク３０と第２積層ヨーク３１のヨーク内周部３２ｂは、互いに直接的に接続されることになる。したがって、第１積層ヨーク３０と第２積層ヨーク３１とを接続するための他の磁性材料からなる部材が不要となり、抵抗を非常に小さく抑えることができる。
【００３７】
なお、図１に示すように、コイル２０及びヨーク２１を固定するためのナット２２ａ，２２ｂのヨーク２１側には、ワッシャ２３ａ，２３ｂが装着されている。このうち、ワッシャ２３ａは、図１０に示すように、ハブ軸５の面取り部５ｅに係合する互いに平行な面を有する略長円形の係止孔２３ｃを有しており、ハブ軸５に回転不能に係止される。また、ワッシャ２３ａには、第１積層ヨーク３０の突出部分に係止される突起部２３ｄが第１フランジ２７に向けてプレス加工により突出して形成されている。さらに、ワッシャ２３ａには、コイル２０から導出される接続コード３５を通すためのスリット２３ｅが、係止孔２３ｃのコード通過溝５ｄに対向する位置から径方向外方に切り欠いて形成されている。
【００３８】
これによりワッシャ２３ａは、内側固定ユニット１７をハブ軸５に対して回り止めできるので、コイル２０から取り出された接続コード３５をコード通過溝５ｄに確実に案内できる。この接続コード３５は、軸受７の内周を通過してハブ体６外部に引き出され、ハブ軸５に設けられた取出端子３６に連結されている。
フリーホイール１０は、図２に示すように、ハブ体６の蓋部材１３の内周側側面に回転不能に連結されたベース部４１と、ベース部４１に回転自在に装着されたギア取付部４２と、ベース部４１とギア取付部４２との間に配置されたワンウェイクラッチ４３とを有している。
【００３９】
前述したようにベース部４１は、内筒部１３ｂの内周面にねじ込まれた筒状の連結ボルト４４により内筒部１３ｂと連結されている。連結ボルト４４は頭部でベース部４１を係止している。また、内筒部１３ｂとベース部４１とは連結ボルト４４の外周側で両者の間に配置された連結部材４５により回転不能に連結されている。連結部材４５の外周面にはセレーションが形成されており、連結部材４５は内筒部１３ｂに形成されたセレーションに圧入されている。この圧入された連結部材４５のセレーションがベース部４１の一端内周面に形成されたセレーションに噛み合っている。これにより、内筒部１３ｂとベース部４１とが回転不能に強固に連結されている。
【００４０】
ベース部４１は筒状の部材であり、そこには、軸受８の玉受け１５ａがねじ込まれている。玉受け１５ａはギア取付部４２を支持するための軸受の玉押しと兼用されている。
また、ベース部４１には、ワンウェイクラッチ４３を構成する爪部材４３ａが起伏自在に装着されている。ワンウェイクラッチ４３はギア取付部４２に装着された多段ギア５５（すなわちペダル）の進行方向の回転のみベース部４１に伝達するとともに、後輪１０７の進行方向の回転を多段ギア５５に伝達しないようにするためのクラッチである。爪部材４３ａはバネ部材４３ｂにより起きる方向に付勢されている。爪部材４３ａは、ギア取付部４２が進行方向に回転すると、ギア取付部４２の内周面に形成されたラチェット歯４３ｃに噛み合ってギア取付部４２からベース部４１に回転を伝達する。
【００４１】
ギア取付部４２は筒状の部材であり、外周に多段ギア５５が着脱自在かつ回転不能に装着される。ギア取付部４２の右端内周面には、ハブ軸５との隙間をカバーするためのたとえば合成樹脂製のカバー部材１９ｂが着脱可能に装着されている。
ブレーキ装着部１１は、たとえば、ディスクブレーキ装置５５のブレーキディスク５５ａを芯出しして装着するためのリング状の突起部１１ａと、突起部１１ａの径方向外方にハブ軸５と垂直に配置されるように形成された装着面１１ｂと、装着面１１ｂに回転方向に間隔を隔てて形成されボルト５６によりブレーキディスク５５ａを装着するための６つのねじ孔１１ｃにより構成されている。
【００４２】
次に、ハブダイナモ１の動作について説明する。
自転車のペダルをこぐとギアクランクの回転がチェーンを介して多段ギア５５に伝達され、ギア取付部４２が回転する。この回転がワンウェイクラッチ４３を介してベース部４１に伝達されハブ体６が回転し、後輪１０７が進行方向に回転する。走行中にペダルをこぐのを止めるとワンウェイクラッチ４３がオフして後輪１０７が回転してもその回転がギア取付部４２に伝達されず、ギアクランクは回転しない。しかし、ハブ軸５とハブ体６とが相対回転する。
【００４３】
ハブ軸５に対して後輪１０７すなわちハブ体６が回転すると、ハブ軸５に固定されている内側固定ユニット１７に対して永久磁石１６が回転する。これにより、コイル２０及びヨーク２１のヨーク外周部３２ａの外周側を永久磁石１６が回転することになる。
ここで、第１積層ヨーク３０のヨーク外周部３２ａと、第２積層ヨーク３１の外周部３２ａとは、一方が永久磁石１６からＮ極の磁束供給を受けるときには他方がＳ極の磁束供給を受け、一方が永久磁石１６からＳ極の磁束供給を受けるときには他方がＮ極の磁束供給を受ける。すなわち、第１及び第２積層ヨーク３０，３１のヨーク外周部３２ａの外周側を永久磁石１６が回転することにより、第１積層ヨーク３０がＮ極で第２積層ヨーク３１がＳ極である第１状態、及び第１積層ヨーク３０がＳ極で第２積層ヨーク３１がＮ極である第２状態が繰り返されて、両者３０，３１を磁気的に連結している両積層ヨーク３０，３１のヨーク内周部３２ｂに交番磁束が発生する。このコイル２０の内側に発生する交番磁束によって、コイル２０に電流が発生し、発電がされる。
【００４４】
この実施形態によるハブダイナモ１では、ヨーク２１を板状の積層片３２を積層して構成しているので、従来の板金プレス成形によって構成した場合に比較して、渦電流の発生を抑えることができる。
また、本実施形態のように、クローポール構造では、ヨーク部分を単純に積層構造に置き換えただけでは、対向するヨーク同士を接続するために他の磁性材料を必要とし、そのために磁気抵抗が増加して効率が低下する。しかし、本実施形態では、ヨークの形状を工夫し、対向する第１及び第２積層ヨークの内周側部分を互いに直接的に接続可能としたので、第１及び第２積層ヨークを接続するための他の部材が不要となり、しかも磁束が通過するのに必要充分な断面積を確保することができる。したがって、磁気抵抗を非常に小さくでき、効率を向上することができる。
【００４５】
発電された電力は、取出端子３６を介してたとえば、制御装置１０８，１０９や前後のディレーラやサスペンションなどの電装品に供給される。ここでは、ハブダイナモ１は後輪１０７に設けられているので、ランプ以外の後輪からの距離が短い電装品に対して電力の供給を短い距離で行え、電力を効率良く供給できる。また、後輪１０７のハブからはケーブルの配索本数が少ないので、配線を後輪のハブから電装品に行うことにより電装品の配線を行いやすくなる。
【００４６】
〔第２実施形態〕
前記第１実施形態では、クイックレリーズ機構５０を有するハブダイナモを例示したが、図１１に示すように、通常のナット１５０，１５１によりフレーム２０２の後部２０２ａに取り付けられるハブダイナモにも本発明を適用できる。また、この第２実施形態では、ブレーキ装着部２１１は、蓋部材２１３がねじ込み固定されたケース本体２１２と別体でありケース本体２１２に圧入固定されていると共に、ローラブレーキ１５５のブレーキドラム１５５ａが芯出しして装着されるようになっている。
【００４７】
図１１において、ハブダイナモ２０１のハブ軸２０５は、外周に雄ねじ部２０５ａ〜２０５ｄが形成された棒状の部材である。ハブ軸２０５には、発電機構９の内側固定ユニット１７が固定されている。雄ねじ部２０５ａは、図１０右側のナット１５０、ロックナット２１５ｄ及び玉押し２１５ｂを螺合させるためのものである。雄ねじ部２０５ｂ，２０５ｃは、発電機構９の内側固定ユニット１７を保持するナット２２２ａ，２２２ｂを螺合させるためのものである。雄ねじ部２０５ｄは、ナット１５０及び、ロックナット２１４ｄ及び玉押し２１４ｂを螺合させるためのものである。また、ハブ軸２０５には、電力取り出し用の接続コード２３５が挿通するコード挿通孔２０５ｅが内側固定ユニット１７装着部分から図２左端にかけて形成されている。
【００４８】
フリーホイール１０及び永久磁石１６が装着されたハブ体２０６は、概ね第１実施形態と同様な形状であるが、ブレーキ装置部２１１の取付構造が構成されている点が第１実施形態と異なる。すなわち、ケース本体２１２の図１０左端面には、内周面にブレーキ装着部２１１を回り止めするためのセレーションが形成された取付凹部２１２ｈが形成されていると共に、内周面にブレーキ装着部２１１が圧入される圧入孔２１２ｉが形成されている。
【００４９】
ブレーキ装着部２１１は、大小２段の外周面２１１ａ，２１１ｂを有する段付き筒状部材である。ブレーキ装着部２１１は、軸受２０７の玉受け２１４ａと兼用されており、軸受２０７として機能するために、ケース本体２１２に小径外周面２１１ｂがガタ付きなく圧入固定されている。また、取付凹部２１２ｈに噛み合うセレーション２１１ｃが大径外周面２１１ａに形成されるとともに、ブレーキドラム１５５ａが回転不能に係止されるセレーション２１２ｄが左端に形成されている。
【００５０】
接続コード２３５は、ハブ軸２０５の左端側外部から傾向法に屈曲して取り出されている。ハブ軸２０５の左端に装着されるナット１５０には、左端側に突出する末広がりの係止筒部１５０ａが形成されている。この係止筒部１５０ａに接続コード２３５の屈曲部分を保護するための合成樹脂製保護カバー２４０が３６０度回動可能に装着されている。このような保護カバー２４０により接続コード２３５を保護することにより、転倒時などに接続コード２３５が断線しにくくなる。また、保護カバー２４０が回動自在であるので、自転車のフレームに装着したときに、接続コードの取出方向が限定されず、どのようなフレームにも対応できる。
【００５１】
〔第３実施形態〕
前記２つの実施形態では、フリーホイール１０装着側でハブ体６，２０６が開口しているが、図１２に示すように、ブレーキ装着部３１１側でハブ体３０６を開口させてもよい。
図１２において、ハブダイナモ３０１のハブ軸３０５は、ハブ軸５と概ね同様な形状である。ハブ軸３０５には、発電機構９の内側固定ユニット１７が固定されている。
【００５２】
ハブ体３０６は、ケース本体３１２と、ケース本体３１２の図１１左端面にねじ込み固定された蓋部材３１３とを有している。ケース本体３１２は、ハブフランジ３１２ｃを有する大小２段の外周面を有する左ハブシェル３１２ａと、ハブフランジ３１２ｄを有する右ハブシェル３１２ｂとを有している。左ハブシェル３１２ａの左端面には、発電機構９を組み付け多能な開口３１２ｇが形成されており、開口３１２ｇには、蓋部材３１３をねじ込み固定するための右ねじの雌ねじ部３１２ｈが形成されている。また、左ハブシェル３１２ａの左端側内周面には発電機構９の永久磁石１６が固定されている。左ハブシェル３１２ａの永久磁石１６装着部分より右側は軽量化を図るために縮径されている。この縮径された部分の右端に右ハブシェル３１２ｂが圧入かつ回り止めされている。右ハブシェル３１２ｂの右端面には、フリーホイール１０を装着するためのセレーションが内周面に形成された凹部３１２ｅが形成されている。また、内周面には、連結ボルト４４がねじ込まれる雌ねじ部３１２ｆが形成されている。このフリーホイール１０の取付構造は前記実施形態と概ね同一である。
【００５３】
蓋部材３１３は、概ね筒状の部材であり、左端面にブレーキ装着部３１１が設けられている。また、外周面に雌ねじ部３１２ｈに螺合する右ねじの雄ねじ部３１３ａが形成されている。ブレーキ装着部３１１は、概ねブレーキ装着部１１と同様な構成であり、ディスクブレーキのブレーキディスクが芯出しして装着可能な構造である。蓋部材３１３には、軸受３０７の玉受け３１４ａが装着されている。
【００５４】
フリーホイール１０は、連結ボルト４４により右ハブシェル３１２ｂに連結されている。この取付構造は前記実施形態と同様である。
このような実施形態では、ハブ体３０６の右側に開口３１２ｇを設けてそこにブレーキ装着部３１１が設けられた蓋部材３１３を装着している。この蓋部材を右ねじでハブ体３０６にねじ込み固定したので、制動時にもねじが締まる方向にハブ体３０６が回転しようとするのでねじが緩みにくくなる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、多段ギアを装着可能なフリーホイールが装着されたハブダイナモが後輪に設けられているので、ランプ以外の後輪からの距離の方が前輪からよりも短い場所に配置されることが多い変速装置やその制御装置などの電装品に対して電力の供給を短い距離で行え、電力を効率良く供給できる。また、後輪のハブからはケーブルの配索本数が少ないので、配線を後輪のハブから電装品に行うことにより電装品の配線を行いやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を採用した自転車の側面図。
【図２】本発明の第１実施形態であるハブダイナモの半截断面図。
【図３】前記ハブダイナモの側面図。
【図４】ボビンの断面側面図及び正面図。
【図５】図４の拡大部分図。
【図６】ボビン及びヨークの斜視部分図。
【図７】ボビン及びヨークの正面図。
【図８】積層片の側面図。
【図９】積層片の正面図。
【図１０】内側固定ユニットの回り止め構造を示す断面図。
【図１１】本発明の第２実施形態の図２に相当する図。
【図１２】本発明の第３実施形態の図２に相当する図。
【符号の説明】
１，２０１，３０１　ハブダイナモ
５，２０５，３０５　ハブ軸
６，２０６，３０６　ハブ体
７，８，２０７　軸受
９　発電機構
１０　フリーホイール
１１，２１１，３１１　ブレーキ装着部
１２，２１２，３１２　ケース本体
１２ｆ，３１２ｇ　開口
１２ａ，１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄ　ハブフランジ
１３，３１３　蓋部材
１６　永久磁石
１７　内側固定ユニット
２０　　コイル
２１　　ヨーク
２５　　ボビン
２７，２８　　フランジ
２７ａ，２８ａ　溝
２７ｃ，２８ｃ　凹部
３０，３１　　第１及び第２積層ヨーク
３２　　積層片
３２ａ　ヨーク外周部
３２ｂ　ヨーク内周部
１００　スイングアーム

Claims (11)

1. 自転車の車輪中央部に設けられる自転車用ハブダイナモであって、
   自転車のフレームに装着されるハブ軸と、
   前記ハブ軸の軸方向に延び外周面に軸方向に間隔を隔てて１対のハブフランジが形成され前記ハブ軸の外周に配置されるハブ体と、
   前記ハブ体を前記ハブ軸に対して回転自在に支持するための１対の軸受と、
   前記ハブ体と前記ハブ軸との間に配置され、両者の相対回転により発電する発電手段と、
   後方から見て前記ハブ体の右側の第１側面に設けられ、外周に多段ギアを回転不能に装着可能であり、前記ハブ体に対して前記自転車の進行方向の回転のみ伝達可能なフリーホイールと、
   を備えた自転車用ハブダイナモ。
2. 前記ハブ体の前記第１側面と逆側の第２側面に設けられ、前記ハブ体を制動する制動装置を装着するための制動装置装着部をさらに備える、請求項１に記載の自転車用ハブダイナモ。
3. 前記制動装置装着部には、前記制動装置としてのディスクブレーキ装置のブレーキディスクが装着される、請求項２に記載の自転車用ハブダイナモ。
4. 前記制動装置装着部には、前記制動装置としてのローラブレーキ装置のブレーキドラムが装着される、請求項２に記載の自転車用ハブダイナモ。
5. 前記ハブ体は、前記発電機構を組み付け可能な開口を前記第１側面側に有する筒状のケース本体と、前記開口を覆うように前記ケース本体に着脱自在に装着された蓋部材とを有し、
   前記フリーホイールは前記蓋部材に装着される、請求項１から４のいずれかに記載の自転車用ハブダイナモ。
6. 前記ケース本体は、前記開口に前記ハブ軸と同芯に右ねじで形成された第１雌ねじ部を有し、
   前記蓋部材は、前記第１雌ねじ部に螺合する第１雄ねじ部を有し、前記ケース本体にねじ込み固定される、請求項５に記載の自転車用ハブダイナモ。
7. 前記ハブ体は、前記発電機構を組み付け可能な開口を前記第１側面と逆側の第２側面側に有する筒状のケース本体と、前記開口を覆うように前記ケース本体に着脱自在に装着された蓋部材とを有し、
   前記制動装置装着部は前記蓋部材に設けられる、請求項２から４のいずれかに記載の自転車用ハブダイナモ。
8. 前記ケース本体は、前記開口に前記ハブ軸と同芯に右ねじで形成された第２雌ねじ部を有し、
   前記蓋部材は、前記第２雌ねじ部に螺合する第２雄ねじ部を有する、請求項７に記載の自転車用ハブダイナモ。
9. 前記ケース本体は、前記第１側面側に形成され前記発電手段が収納された第１筒部と、前記第１筒部から縮径して形成された第２筒部とを有する、請求項７又は８に記載の自転車用ハブダイナモ。
10. 前記発電手段は、
    前記ハブ体の内周面に設けられた永久磁石と、
    前記永久磁石の内周側に配置され、前記ハブ軸に固定された内側固定ユニットとを有する、請求項１から９のいずれかに記載の自転車用ハブダイナモ。
11. 前記内側固定ユニットは、
    前記永久磁石の内周側に配置されたリング状のコイルと、
    前記コイルの軸方向一方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第１積層ヨークと、前記コイルの軸方向他方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第２積層ヨークとを有し、前記コイルの周囲を囲むように配置されたヨークとを備え、
    前記複数の板状積層片のそれぞれは、軸方向一方側又は他方側から逆側に延び前記永久磁石とコイルとの間に配置されたヨーク外周部と、前記ヨーク外周部と磁気的に結合され前記コイル内周の軸方向一方側又は他方側に配置されたヨーク内周部とを有し、
    複数組の前記第１及び第２積層ヨークは、それぞれの前記ヨーク内周部が軸方向に対向し、かつ前記ヨーク外周部は円周方向に交互に位置するように設けられている、請求項１０に記載の自転車用ハブダイナモ。

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