JP2013121834A - 発電機及び変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自転車用電気部品を動作させるための電気エネルギを発生させる、発電機又は自転車用変速装置を提供する。
【解決手段】発電機は、ベース部材８２と、回転受け部材と、ダイナモと、を備えている。ベース部材８２はハブ軸５０の近傍にだけ装着される。回転受け部材は、ベース部材８２に回転可能に装着され、自転車の回転部５６によって回転する。ダイナモは、ベース部材８２上に支持されるとともに回転受け部材に連結され、回転受け部材の回転に応じて電気エネルギを発生させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、発電機及び変速装置、特に、電力を発生させるダイナモを有する発電機及び／又は変速装置に関する。

最近、自転車は種々の電気部品を備えており、電気制御による変速システムを備えたものも提供されている。これらの電気制御による変速システムは、自転車の走行状態に基づいて自動的に動作可能であり、又は乗り手によって要望通りに手動で動作可能である。

このような電気制御による変速システムは、動作のために電気を必要とし、電源としてバッテリを備えるものもある。また、特許文献１に示すように、自転車の電気部品用の電源として、ハブ発電機を備えるものもある。いずれにしても、種々の電気部品を備える自転車には電源が必要となる。

実用新案登録第３１６４６２１号

本発明の課題は、自転車用電気部品を動作させるための電気エネルギを発生させる、発電機又は自転車用変速装置を提供することにある。

本発明に係る発電機は、ベース部材と、回転受け部材と、ダイナモと、を備えている。ベース部材はハブ軸の近傍にだけ装着される。回転受け部材は、ベース部材に回転可能に装着され、自転車の回転部によって回転する。ダイナモは、ベース部材上に支持されるとともに回転受け部材に連結され、回転受け部材の回転に応じて電気エネルギを発生させる。

また、本発明に係るハブ変速機の変速装置は、ベース部材と、変速ユニットと、回転受け部材と、ダイナモと、を備えている。ベース部材は、ハブ装着部を有する。変速ユニットは、ベース部材上に支持されて、電気モータと、自転車用ハブ変速機の一部に係合するように配置された出力部材とを含む。回転受け部材は、ベース部材上に回転可能に装着され、自転車の回転部によって回転するように構成される。ダイナモは、ベース部材上に支持されるとともに回転受け部材に連結され、回転受け部材に応じて電気エネルギを発生させ、変速ユニットに電気エネルギを供給する。

以上のような本発明では、発電機が自転車用ハブ自体または自転車用ハブ変速機自体に単独で支持され、自転車フレームから独立して取り付けることができるので、発電機の取り付けが容易になり、またたとえば車輪の取り付け、取り外しなども容易になる。またハブ変速機の変速装置が、発電機を備えるので変速に必要な電力を確保するために、電池交換する手間を抑制することができる。

本発明の一実施形態による発電機を備えた自転車のリア部の部分側面図。 図１に示された自転車のハンドル領域の斜視図。 自転車用部品制御装置の全体構成を示す概略ブロック図。 発電機の分解斜視図。 図４とは逆側から見た発電機の分解斜視図。 発電機を外側から見た斜視図。 外側から見た、ベース部材のハブ装着部が取り除かれた発電機の斜視図。 外側から見た、ベース部材の外側カバーが取り除かれた発電機の斜視図。 内側から見た発電機の斜視図。 内側から見た、ベース部材の内側カバーが取り除かれた発電機の斜視図。 外側から見た、第２実施形態による発電機の斜視図。 内側から見た、リアドライブスプロケットとの係合を示す図１１の発電機の斜視図。 内側から見た、リアドライブスプロケットが取り除かれた、図１１及び図１２の発電機の斜視図。 内側から見た、ベース部材の内側カバーが取り除かれた、図１１〜図１３の発電機の斜視図。 内側から見た、第３実施形態による発電機の斜視図。

［第１実施形態］
図１に、本発明の第１実施形態による内装変速ハブ１２及び発電機１４を備えた自転車１０の一部を示している。発電機１４は、変速機を備えた自転車用リアハブに取り付けられ、自転車１０の電気部品に電力を発生する。この第１実施形態では、発電機１４が内装変速ハブ１２を変速する部品を含む場合、発電機１４はハブ変速機の変速装置も構成する。

この第１実施形態では、内装変速ハブ１２は電動式であり、発電機１４（ハブ変速機の変速装置）は内装変速ハブ１２を変速する。内装変速ハブ１２は、１対のナット１７によって自転車１０のフレーム１６のリア部に装着され、自転車１０のリア車輪１８の一部を形成する。また、内装変速ハブ１２はドライブトレイン２０の一部も形成する。ドライブトレイン２０は、内装変速ハブ１２に加えて、フロントクランクセット２２及びチェーン２４をさらに含む。チェーン２４は、フロントクランクセット２２のチェーンリング２６と内装変速ハブ１２のリアドライブスプロケット（以下、単に「スプロケット」と記す）２８との間に設けられている。スプロケット２８は内装変速ハブ１２の駆動部材の一例である。

図２に示すように、自転車１０はハンドル３２に装着されたコンピュータユニット３０をさらに含む。コンピュータユニット３０は、自転車の速度、走行距離、ペダル動作の速度、ペダル動作のリズムなどの種々のパラメータを測定し、計算し、表示する自転車用コンピュータである。コンピュータユニット３０は、制御回路を備えたマイクロコンピュータを含み、制御回路は、１つ以上のＣＰＵ、蓄電ユニット、計算ユニット等を有する。マイクロコンピュータは、入力デバイス３４及び他の入力デバイス（図示せず）から出力された入力信号に従って、所定のパラメータを出力するソフトウェアを含む。

図２に示すように、コンピュータユニット３０は入力デバイス３４に接続され、入力デバイス３４は内装変速ハブ１２を遠隔操作する。入力デバイス３４は、ハンドル３２に装着されることが好ましいが、他の場所に装着することもできる。入力デバイス３４は、複数のスイッチの形をした手動で動作する入力部材の一例である。入力デバイス３４は、発電機１４に選択的に入力信号を出力して、内装変速ハブ１２の変速を行う。コンピュータユニット３０は内装変速ハブ１２の動作には必要でない。なお、ここでの「信号」は、電気信号に限定されず、他のタイプの信号を含むものである。

図２に示すように、コンピュータユニット３０は、発電機１４に接続可能なワイヤーハーネス３６と、入力デバイス３４に接続される配線３８と、を備える。このため、入力デバイス３４から出力される入力信号は、コンピュータユニット３０によって内装変速ハブ１２へと中継することができる。しかし、入力デバイス３４から発電機１４に直接に信号を送信するようにしてもよい。入力デバイス３４は、配線又は無線通信を通して発電機１４に接続することができる。入力デバイス３４が無線通信経由で発電機１４に接続される場合は、ワイヤーハーネス３６及び配線３８は不要となる。

図３に示すように、入力デバイス３４は、発電機１４及びコンピュータユニット３０と無線で通信することができる。この実施形態では、コンピュータユニット３０は発電機１４と無線で通信しない。なお、入力デバイス３４が発電機１４と直接に無線で通信する場合、入力デバイス３４は、スイッチ４０及びスイッチ信号（例えば、アップシフト信号及びダウンシフト信号）を無線で出力する送信部４２を備え、内装変速ハブ１２の変速段を変化させることが好ましい。図２に示すように、入力デバイス３４は、３つのスイッチ４０（アップシフトスイッチ４０ａ、モードスイッチ４０ｂ及びダウンシフトスイッチ４０ｃ）を備える。モードスイッチ４０ｂは、手動シフトモードと自動シフトモードとを切り替えるためのスイッチである。

入力デバイス３４は、スイッチ４０及び送信部４２用にバッテリ４４も含むことが好ましい。バッテリ４４は、差し換え可能な又は再充電可能な、例えばニッケル水素バッテリ又はリチウムイオンバッテリとすることができる。

図４及び図５に示すように、内装変速ハブ１２は、基本的には、ハブ軸５０、ハブシェル５２及びハブ変速機５４を含む自転車用ハブを構成する。ナット１７は、ハブ軸５０の両端に螺合し、フレームに内装変速ハブ１２を固定する。ハブシェル５２はハブ変速機５４を備えたハブ軸５０の周りを回転し、ハブ変速機５４はハブシェル５２とハブ軸５０との間に動作可能に配置される。ハブ軸５０は内装変速ハブ１２のハブシェル５２の車軸又は回転軸である。ハブ変速機５４は、遊星ギア変速機又は無段変速機などの任意のタイプの構成とすることができ、その詳細の説明は省略する。ハブ変速機５４はギア比を変えるための制御部５４ａを有する。本実施形態では、制御部５４ａはハブ軸５０に回転自在に装着される。ハブ変速機５４は、制御部５４ａを回転させることによって、種々のギア比に変速される。ハブ変速機５４の選択されたギア比は、ハブ軸５０に対する制御部５４ａの回転位置に依存する。

スプロケット２８はハブ軸５０上に回転可能に装着される。スプロケット２８は、ハブ変速機５４を経由してハブシェル５２に動作可能に接続される。すなわち、スプロケット２８は、チェーン２４からハブシェル５２の内側のハブ変速機５４へ駆動力を加えて、チェーン２４からハブシェル５２へ周知の複数の動力伝達経路を通して駆動力を伝達する。ハブ変速機は周知の構造であるので、その詳細な説明は省略する。従来のハブブレーキ（図示せず）を内装変速ハブ１２に対して用いることができる。また、一般的には、ハブ変速機５４はワンウェイクラッチ（図示せず）を備え、惰力で走行中にハブシェル５２が前方へ回転し続ける間、スプロケット２８の回転を停止させることができる。

発電機１４はナット５５によってハブ軸５０上に固定される。ナット５５は、ハブ軸５０上において、横方向に発電機１４を分離可能に固定するロック部材の一例であって、他のタイプのロック部材を用いることができる。例えば、Ｃ字形の保持クリップをハブ軸５０のねじ溝内に設置して、ハブ軸５０上において横方向に発電機１４を分離可能に固定するようにしてもよい。

発電機１４は、内装変速ハブ１２からの回転により電気エネルギを発生させる。内装変速ハブ１２からの回転入力は種々の構成が考えられる。この第１実施形態では、図４に示すように、内装変速ハブ１２はハブ変速機５４の一部である回転部５６を含む。回転部５６はハブ軸５０上に回転可能に装着される。回転部５６の構成及び配置は、ハブ変速機５４の特定の構造に依存することになるが、内装変速ハブ１２のハブシェル５２に対して回転可能な、かつスプロケット２８の回転に応じて回転する部分であることが好ましい。

回転部５６は、スプロケット２８に直接的又は間接的に連結することができ、スプロケット２８及び回転部５６は同期して回転する。この実施形態の場合には、回転部５６は、スプロケット２８のタブ２８ａを受ける複数の（例えば３つの）ノッチ５６ａを有し、したがってこれらが共に回転する。ノッチ５６ａは、さらに発電機１４によって係合されて、以下で説明するように電気エネルギを発生させる。

また、ハブ変速機５４は、スプロケット２８とハブシェル５２との間の変速機経路内のハブシェル５２の内側に設けられたワンウェイクラッチ（図示せず）を備える。このワンウェイクラッチは、スプロケット２８及び回転部５６がハブシェル５２に対して回転するのを可能にする。したがって、回転部５６が駆動部材を構成するのに対して、ハブシェル５２は被駆動部材を構成する。スプロケット２８は駆動部材の一部を構成してもよい。

図３を参照して、発電機１４についてさらに詳細に説明する。内装変速ハブ１２は、発電機１４によって動作する内装ハブユニットの一例である。発電機１４は、回転受け部材６０、ダイナモ６２、蓄電ユニット６４及び電力制限回路６６を含む。発電機１４がハブ変速機の変速装置として構成される場合には、さらに、モータ制御部７０、電気モータ７２、ポテンショメータ７４及びギア減速ユニット７６を含む変速ユニット６８が設けられる。発電機１４は、モータ制御部７０に電気的に結合された変速通信ユニット８０をさらに含み、モータ制御部７０に制御信号を入力する。

図６〜図１０に示すように、発電機１４は、回転受け部材６０、ダイナモ６２、蓄電ユニット６４、電力制限回路６６、変速ユニット６８及び変速通信ユニット８０を支持しかつ収容するベース部材８２を含む。変速ユニット６８は、モータ制御部７０、電気モータ７２、ポテンショメータ７４及びギア減速ユニット７６を含む。ベース部材８２は、外側カバー８４、内側カバー８６及び装着プレート８８を含む。外側カバー８４及び内側カバー８６は、装着プレート８８に固定して接続され、回転受け部材６０、ダイナモ６２、蓄電ユニット６４、電力制限回路６６、変速ユニット６８及び変速通信ユニット８０用にハウジングを形成する。ベース部材８２は、外側カバー８４に固定されたハブ装着部９０をさらに含む。ハブ装着部９０は、ハブ軸５０に固定してかつ回転不能に取り付けられるように構成される。例えば、第１実施形態では、ハブ装着部９０は、ハブ軸５０に回転不能に固定された非回転部５０ａ（図４を参照）の突起部対に係合する複数のノッチ９０ａを有する。

ベース部材８２はハブ軸５０の近傍にだけ装着されるように構成される。ベース部材８２は、ハブ装着部９０のノッチ９０ａがハブ軸５０の非回転部５０ａの突起部に係合するように、ナット５５によってハブ軸５０に回転不能に固定される。この第１実施形態では、非回転部５０ａはハブ軸５０とは別個の部品であるものの、非回転部５０ａはハブ軸５０の一部とすることもできる。いずれにしても、ハブ装着部９０は、ハブ軸５０に沿って横方向から見ると、ハブシェル５２の外径の内側に完全に位置する。ベース部材８２は、ハブ軸５０上に単独で支持され、自転車１０のフレームによっては支持されない。また、ベース部材８２は、ハブ軸５０上での回転を防止するために、自転車１０のフレームに直接には取り付けられない。このため、内装変速ハブ１２及び発電機１４は、一体化ユニットとして自転車１０のフレームから分離することができる。

基本的には、回転受け部材６０は、内装変速ハブ１２の回転部５６によって回転する。ダイナモ６２は、回転受け部材６０に動作可能に接続されて、以下で説明するように回転受け部材６０が内装変速ハブ１２によって回転するのに応じて電気エネルギを発生させる。蓄電ユニット６４は、ダイナモ６２に電気的に接続され、ダイナモ６２によって発生した電気エネルギを蓄積する。蓄電ユニット６４は、キャパシタ及びバッテリのうちの少なくとも１つを含み、ダイナモ６２によって発生した電気エネルギを蓄積する。さらに、本実施形態では、ダイナモ６２によって生成される交流を直流に変換する電力制限回路６６が設けられる。電力制限回路６６は、ダイナモ６２によって生成される交流（ＡＣ）を直流（ＤＣ）に変換するために、ダイナモ６２からの電流を整流する整流デバイス６６を含む。

図１０に示すように、回転受け部材６０は、ベース部材８２上に回転可能に装着され、自転車用ハブ１２の回転部５６によって回転する。ダイナモ６２は、ベース部材８２上に支持され、回転受け部材６０に動作可能に連結される。回転受け部材６０は、自転車用ハブ１２のハブシェル５２に対して回転可能に配置された回転部５６に動作可能に連結される。

ダイナモ６２は、回転受け部材６０が自転車用ハブ１２の回転部５６によって動作可能に回転するのに応じて、電気エネルギを発生させる。ダイナモ６２は、蓄電ユニット６４に電気的に接続され、ダイナモ６２によって発生した電気エネルギを蓄電ユニット６４に供給する。ダイナモ６２は、蓄電ユニット６４を経由して変速ユニット６８の電動式部品（例えば、モータ制御部７０、電気モータ７２及びポテンショメータ７４）にも、直接的に又は間接的に電気エネルギを供給する。

図８に示すように、ダイナモ６２は、基本的には固定子６２ａ及び回転子６２ｂを含む。回転子６２ｂは、一定の磁場を生み出すための複数の極を有する永久磁石、及び永久磁石をカバーするヨークを有する。固定子６２ａは、複数のコイルを有し、コイルが回転子６２ｂ上の永久磁石の磁場の中を通過しながら電流を発生させる。このように、回転子６２ｂ及び固定子６２は、電磁石の原理を用いて、回転受け部材６０の回転による機械エネルギを電気エネルギ（交流）に変換する発電機を形成する。本実施形態では、固定子６２ａは固定されたスプール状部材であり、回転子６２ｂは内部に固定子６２ａが配置された回転リングである。

図１０に示すように、回転受け部材６０は第１ギア６０ａ及び第２ギア６０ｂを含む。第２ギア６０ｂは、回転部５６のノッチ５６ａに係合する３つのタブ６１を有する。第２ギア６０ｂは、チェーン２４がスプロケット２８を回転させると回転する回転受け部材６有する。第２ギア６０ｂはベース部材８２に回転可能に支持される。第１ギア６０ａの歯と第２ギア６０ｂの歯とは互いに噛み合う。第１ギア６０ａは車軸６２ｃによって回転可能に支持される。回転子６２ｂは、第１ギア６０ａに固定されて、回転子６２ｂ及び第１ギア６０ａが一体で回転するように構成される。第１ギア６０ａは、回転子６２ｂのヨーク（図示せず）に結合された結合部材に結合される。固定子６２ａは回転不能に装着され、回転子６２ｂが固定子６２ａの外側を回転して、回転受け部材６０が自転車用チェーン２４によって回転するのに応じて電気エネルギを発生させる。もちろん、回転子と固定子とは、示された配置とは逆に、回転子が固定子の内側にあるスプールの状態で、固定子が固定されたリングであってもよい。言い換えれば、回転子は固定子の内側で回転することができる。

蓄電ユニット６４は、ダイナモ６２に電気的に接続され、ダイナモ６２によって発生する電気エネルギを蓄積する。発電機１４が、ワイヤーハーネス３６によってコンピュータユニット３０に接続され、配線３８によって入力デバイス３４に接続されると（図２）、蓄電ユニット６４は、コンピュータユニット３０及び入力デバイス３４に電力を供給することができる。図８に示すように、蓄電ユニット６４（例えば、１つ以上のバッテリ、蓄電池又はキャパシタ）は、例えば、ニッケル水素バッテリ又はリチウムイオンバッテリである。蓄電ユニット６４は、発電機１４及び他の自転車用電気部品のための電源として機能する、電気エネルギ蓄電デバイス又は蓄電エレメントを構成する。

図３に示すように、モータ制御部７０、電気モータ７２、ポテンショメータ７４は、蓄電ユニット６４に電気的に接続されており、蓄電ユニット６４から電気エネルギを受ける。電気モータ７２は、モータ制御部７０に電気的に接続され、モータ制御部７０からの信号に応じて動作する。変速ユニット６８のギア減速ユニット７６は、電気モータ７２の出力シャフト７２ａに結合された入力部材又はギア７６ａ、及び内装変速ハブ１２のハブ変速機５４の制御部５４ａに係合するように配置された出力部材又はギア７６ｂを含む。電気モータ７２及びギア減速ユニット７６は、ハブ変速機５４を作動させるための、発電機１４の電気モータユニット９１を構成する。電気モータユニット９１は、ベース部材８２から離れた別個の部品とすることもできる。この実施形態では、電気モータユニット９１はベース部材８２上に直接に支持されている。

電気モータ７２は、例えば、ギア減速ユニット７６に連結された出力シャフト７２ａを備えた直流モータ又は３相ブラシレス直流モータである。電気モータ７２はダイナモ６２から直接的に又は間接的に電気エネルギを受ける。本実施形態では、電気モータ７２は、モータ制御部７０及び蓄電ユニット６４を経由して、ダイナモ６２から間接的に電気エネルギを受ける。電気モータ７２として交流モータが用いられる場合、電気モータ７２は、典型的には、蓄電ユニット６４から供給される直流電流を、電気モータ７２を動かす交流電流に変換するインバータを備えることになる。電気モータは周知の構造であるので、その詳細な説明は省略する。

ポテンショメータ７４は、ギア減速ユニット７６の移動部分に設けられている。ポテンショメータ７４は、ギア減速ユニット７６の移動部分の現在位置を示す信号を供給し、これにより電気モータ７２が動作して、スイッチ４０からのスイッチ信号に基づいて内装変速ハブ１２がアップシフト及びダウンシフトされる。ポテンショメータは周知の構造であるので、その詳細な説明は省略する。代替策としては、ポテンショメータ７４を用いる代わりに、磁石及びホール素子を用いてもよい。

図３に示すように、モータ制御部７０は、蓄電ユニット６４に電気的に接続され、蓄電ユニット６４内に蓄積された電気エネルギを受ける。電気モータ７２は、同様にモータ制御部７０に接続され、モータ制御部７０からの制御信号に応じて動作する。特に、モータ制御部７０は、蓄電ユニット６４内に蓄積された電気エネルギの電気モータ７２への供給を、ポテンショメータ７４からの信号に基づいて制御することによって、電気モータ７２を動作させる。モータ制御部７０は、マイクロコンピュータ及びモータドライバを含む。モータ制御部７０は、電気モータ７２を動作させながら、蓄電ユニット６４の電圧を検出する。

変速通信ユニット８０は、無線送信部４２からのシフト信号を受信する無線受信部８０ａを含む。変速通信ユニット８０は、変速位置についての情報を、入力デバイス３４を経由してコンピュータユニット３０へ送信することができ、コンピュータユニット３０が、ディスプレイ上に現在の変速位置についての情報を表示する。もちろん、変速通信ユニット８０は、１つ以上の配線を用いてスイッチ４０に電気的に接続することができる。例えば、発電機１４が、ワイヤーハーネス３６によってコンピュータユニット３０に接続され、配線３８によって入力デバイス３４に接続されると、変速通信ユニット８０は、変速位置についての情報を、ワイヤーハーネス３６を経由してコンピュータユニット３０へ送信することができる。

図８に示すように、ベース部材８２は、１対のプリント回路基板９２及び９４（模式的に示している）を有する。第１回路基板９２は、電力制限回路６６、モータ制御部７０及びポテンショメータ７４を含む。第２回路基板９４は、図３に示すように入力デバイス３４の送信部４２と無線通信を行う変速通信ユニット８０及び無線受信部８０ａを含む。このように、乗り手が、図３に示すように入力デバイス３４のスイッチ４０のうちの１つを動作させると、無線受信部８０ａは、送信部４２からのシフト信号を無線で受信する。なお、変速通信ユニット８０の受信部は、図２に示すように、入力デバイス３４の送信部４２へ有線で接続することができる。

発電機１４は、以下で説明するようにダイナモ６２を回転させるチェーン２４を用いて電力を発生させ、蓄電ユニット６４内に電力を蓄積する。また、変速通信ユニット８０は、スイッチ４０からスイッチ信号を受信してモータ制御部７０に制御信号を出力し、電気モータ７２の動作を制御する。言い換えれば、変速通信ユニット８０は、モータ制御部７０に接続され、モータ制御部７０へモータ動作信号を送信し、これによりモータ制御部７０が電気モータ７２を動作させて内装変速ハブ１２が変速される。このように、手動シフトモードの間、乗り手は、アップシフトスイッチ４０ａ及びダウンシフトスイッチ４０ｃを用いることによって、内装変速ハブ１２を容易にアップシフト及びダウンシフトすることができる。代替策としては、乗り手は、モードスイッチ４０ｂを用いて自動シフトモードを選択することができる。自動シフトモードでは、モータ制御部７０は、自転車の速度、自転車の加速、自転車の減速及び自転車の傾斜のうちの少なくとも１つに基づいて、電気モータ７２を自動的に制御する。自転車の速度、自転車の加速、自転車の減速及び自転車の傾斜は、コンピュータユニット３０及び／又は変速通信ユニット８０に、有線及び／又は無線で動作可能に接続された従来のセンサ（図示せず）を用いて得られる。

蓄電ユニット６４の電圧がモータ制御部７０によって判断される所定値よりも低い場合、モータ制御部７０は、電気モータ７２を動作させない。モータ制御部７０は、スリープモードを含むように構成されることが好ましく、変速通信ユニット８０の無線受信部８０ａがスイッチ４０からのスイッチ信号（アップシフト信号又はダウンシフト信号）を所定期間受信しないとき、モータ制御部７０はエネルギを節約するためにスリープモードに入る。モータ制御部７０が、ダイナモ６２によって出力される速度信号を所定期間検出しないときもスリープモードに入る。言い換えれば、ダイナモ６２の回転子６２ｂが所定期間動かない場合、モータ制御部７０はスリープモードに入る。スリープモード中は、モータ制御部７０は動作を終了して、ポテンショメータ７４のモニタ及び／又は変速通信ユニット８０との通信を停止させる。いったん変速通信ユニット８０の無線受信部８０ａが、スイッチ４０からスイッチ信号（アップシフト信号又はダウンシフト信号）を受信すると、スイッチ信号がモータ制御部７０へ入力され、モータ制御部７０は急速に立ち上がることができる。さらに、いったんダイナモ６２の回転子６２ｂが再び回転し始めると、ダイナモ６２からの速度信号がモータ制御部７０へ入力され、モータ制御部７０はチェーン２４が動くと急速に立ち上がることができる。

［第２実施形態］
図１１〜図１４には、第２実施形態による発電機１１４が示されている。発電機１１４は、動作的に発電機１４と同一であるが、部品の配置は、以下に説明するようにスプロケット１２８の接続部を発電機１１４に適応させるように変更されている。発電機１１４は、前述の内装変速ハブ１２とともに用いられる。この第２実施形態において、第１実施形態と同じ名前を有する部品は、第１実施形態の部品と同一の機能及び動作を有する。第１実施形態と第２実施形態との間におけるこれらの類似点を考慮して、第２実施形態ではその詳細な説明は省略する。

第１実施形態と同様に、発電機１１４は、回転受け部材１６０、ダイナモ１６２及び蓄電ユニット１６４を含む。発電機１１４が、図１４に示すようにハブ変速機の変速装置として構成される場合には、さらに、モータ制御部１７０、電気モータ１７２、ポテンショメータ１７４及びギア減速ユニット１７６が設けられる。モータ制御部１７０、電気モータ１７２、ポテンショメータ１７４及びギア減速ユニット１７６は、変速ユニットを構成する。発電機１１４は、モータ制御部１７０に電気的に接続されてモータ制御部１７０に制御信号を入力する、変速通信ユニット１８０をさらに含むことが好ましい。変速通信ユニット１８０は、無線送信部４２からシフト信号を受信する無線受信部１８０ａを含む。発電機１１４は、回転受け部材１６０を回転可能に支持するベース部材１８２を含む。ベース部材１８２は、ダイナモ１６２、蓄電ユニット１６４、電力制限回路１６６、モータ制御部１７０、電気モータ１７２、ポテンショメータ１７４、ギア減速ユニット１７６及び変速通信ユニット１８０を支持し収容する。回転受け部材１６０は合成樹脂で形成されることが好ましい。

図１４に示すように、ダイナモ１６２は、基本的には発電機を形成する固定子１６２ａ及び回転子１６２ｂを含む。回転子１６２ｂ及び固定子１６２ａは第１実施形態の固定子６２ａ及び回転子６２ｂと同様であり、詳細な説明は省略する。ここで、第２実施形態では、回転受け部材１６０は、スプロケット１２８に動作可能に連結されたギア又はスプロケットである。詳しくは、回転受け部材１６０の歯はスプロケット１２８と直接に噛み合う。固定子１６２ａは、その車軸１６２ｃが回転受け部材１６０に回転可能に結合され、回転子１６２ｂは回転受け部材１６０に固定されて、回転受け部材１６０がスプロケット１２８によって回転するのに応じて回転子１６２ｂ及び回転受け部材１６０が一体で回転する。このように、スプロケット１２８は、自転車用ハブ１２の回転部の一例である。もちろん、回転受け部材１６０とスプロケット１２８との間に、別のギア又はスプロケットを配置することができる。第１実施形態と同様に、回転部５６の３つのノッチ５６ａはスプロケット１２８のタブ１２８ａと係合し、したがってこれらは共に回転する。

［第３実施形態］
図１５には、第３実施形態による発電機２１４を示している。発電機２１４は、動作的に発電機１４と同一である。発電機１４と発電機２１４との差異は、回転受け部材６０の第１ギア６０ａ及び第２ギア６０ｂが、第１プーリ２６０ａ、第２プーリ２６０ｂ及び駆動ベルト２６０ｃで置き換えられて回転受け部材２６０を形成している点だけである。駆動ベルト２６０ｃは合成樹脂によって形成されることが好ましい。駆動ベルト２６０ｃが滑らかな係合面を有するように図示されているが、駆動ベルト２６０ｃは、第１プーリ２６０ａ及び第２プーリ２６０ｂの外周歯に係合する係合歯を有してもよい。代替策としては、第１プーリ２６０ａ及び第２プーリ２６０ｂは、必要に応じてこれらの外周歯を有しない場合がある。発電機２１４の他の部品は、第１実施形態の発電機１４と同一である。第１実施形態と第３実施形態との間におけるこれらの類似点を考慮して、第３実施形態における詳細な説明は省略する。また、第１実施形態と同一の第３実施形態の部品は、同一の参照番号が付されている。

第１プーリ２６０ａはダイナモ６２に取り付けられる。第１プーリ２６０ａは、車軸６２ｃによって回転可能に支持され、回転子６２ｂに固定される。このように、第１プーリ２６０ａ及び回転子６２ｂは、一体として共に回転する。第１プーリ２６０ａは第２プーリ２６０ｂによって駆動ベルト２６０ｃを経由して回転する。回転受け部材２６０の第２プーリ２６０ｂは、前述の第２ギア６０ｂと同様に、自転車用ハブ１２の回転部５６に動作可能に連結される。

上述した自転車用ハブ発電機は、変速機のない一般のリアハブ用に用いてもよい。この場合、自転車用ハブ発電機は、回転受け部材６０、ダイナモ６２、蓄電ユニット６４及び電力制限回路６６を含むだけでもよい。

本発明の範囲を理解するに当たって、本明細書で使用される用語「含む」及びその派生語は、定められた特徴、エレメント、部品、グループ、完全体、及び／又はステップの存在を指定するものの、他の定められていない特徴、エレメント、部品、グループ、完全体及び／又はステップの存在を除外しない、オープンエンド（非限定）の用語であるように意図されている。用語「含む」、「有する」及びそれらの派生語などの類似の意味を有する文言にも、上述のことは当てはまる。さらに、単数形で使用されるときの用語「部分」「部材」又は「エレメント」は、単一の部分又は複数の部分の２重の意味を有することができる。

選択された実施の形態が発電機を説明するように選ばれているものの、添付の請求項に記載の本発明の範囲から逸脱せずに、本明細書において種々の変更及び修正形態を形成できる。例えば、種々の部品のサイズ、形状、配置又は向きは、必要又は要望に応じて変更することができる。直接に接続される又は互いに接触するように示される複数の部品は、介在する構造体をこれらの部品間に配置することができる。１つのエレメントの機能は、２つのエレメントによって実行することができ、逆もまた同様である。一実施の形態の構造及び機能は、別の実施の形態に採用することができる。特定の実施の形態に、すべて効果が同時に存在する必要はない。先行技術から見て独特のあらゆる特徴は、単独でも他の特徴と組み合わせても、当該の特徴によって具体化された構造的及び／又は機能的概念を含めて、本出願人によるさらなる発明の別個の説明とみなすべきである。それゆえに、本発明に従ってなされた実施の形態における上述の説明は、添付の請求項及びそれらの均等物に記載の本発明を説明するためにだけ提供され、本発明を限定するためではない。

１２ 内装変速ハブ
１４，１１４，２１４ 発電機
２４ チェーン
２８，１２８ スプロケット
３０ コンピュータユニット
５０ ハブ軸
５２ ハブシェル
５４ ハブ変速機
５６ 回転部
６０，１６０，２６０ 回転受け部材
６０ａ 第１ギア
６０ｂ 第２ギア
６２，１６２ ダイナモ
６４，１６４ 蓄電ユニット
６６，１６６ 電力制限回路（整流デバイス）
６８ 変速ユニット
７０，１７０ モータ制御部
７２，１７２ 電気モータ
８０，１８０ 変速通信ユニット
８２ ベース部材
９０ ハブ装着部
９１ 電気モータユニット
２６０ａ 第１プーリ
２６０ｂ 第２プーリ
２６０ｃ 駆動ベルト

Claims (31)

1. ハブ軸の近傍にだけ装着されるベース部材と、
   前記ベース部材に回転可能に装着され、自転車の回転部によって回転する回転受け部材と、
   前記ベース部材上に支持されるとともに前記回転受け部材に連結され、前記回転受け部材の回転に応じて電気エネルギを発生させるダイナモと、
   を備えた自転車用発電機。
2. 前記回転受け部材は前記ハブ軸上に回転可能に配置された前記回転部の駆動部材に連結され、前記駆動部材は前記回転受け部材の被駆動部材に対して回転可能に配置されている、請求項１に記載の自転車用発電機。
3. 前記ベース部材の装着された部分は、前記ハブ軸に沿って横方向から見ると、ハブシェルの外径の内側に完全に位置する、請求項１に記載の自転車用発電機。
4. 前記ベース部材は、前記ハブ軸上において横方向に、ロック部材によって分離可能に固定されている、請求項１に記載の自転車用発電機。
5. 前記ベース部材上に配置され、前記ダイナモに電気的に接続されて、前記ダイナモによって発生した電気エネルギを蓄積する蓄電ユニットをさらに備えた、請求項１に記載の自転車用発電機。
6. 前記蓄電ユニットは、キャパシタ及びバッテリのうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の自転車用発電機
7. 前記ベース部材上に支持され、かつ前記ダイナモからの電流を整流する整流デバイスをさらに備えた、請求項１に記載の自転車用発電機。
8. 前記ベース部材上に支持されかつ前記ダイナモに電気的に接続され、ハブの変速機を作動させる電気モータユニットをさらに備えた、請求項１に記載の自転車用発電機。
9. 前記ベース部材上に支持され、前記ダイナモに電気的に接続されたモータ制御部をさらに備えた、請求項１に記載の自転車用発電機。
10. 前記蓄電ユニットに電気的に接続されて、前記蓄電ユニットから電気エネルギを受けるモータ制御部をさらに備えた、請求項５に記載の自転車用発電機。
11. 前記ベース部材上に支持されるとともに前記モータ制御部に電気的に接続され、前記モータ制御部に制御信号を入力する変速通信ユニットをさらに備えた、請求項９に記載の自転車用発電機。
12. 前記変速通信ユニットはシフト信号を無線で受信する無線受信部を含む、請求項１１に記載の自転車用発電機。
13. 前記モータ制御部に電気的に接続されて、前記モータ制御部からの信号に応じて動作する電気モータをさらに備えた、請求項９に記載の自転車用発電機。
14. 前記ベース部材上に支持され、前記モータを含む変速ユニットと、
    前記電気モータに結合された入力部材と、
    前記ハブの内装変速機の一部に係合する出力部材と、
    をさらに備えた、請求項１３に記載の自転車用発電機。
15. 前記回転受け部材は、前記回転部に設けられたリアスプロケットであるギアを含む、請求項１に記載の自転車用発電機。
16. 前記回転受け部材は、
    前記ダイナモに取り付けられた第１プーリと、
    前記回転部に設けられた第２プーリと、
    前記第１プーリ及び前記第２プーリを互いに接続する駆動ベルトと、
    を含む、請求項１に記載の自転車用発電機。
17. ハブ装着部を有するベース部材と、
    前記ベース部材上に支持され、電気モータと、自転車用ハブ変速機の一部に係合するように配置された出力部材と、を含む変速ユニットと、
    前記ベース部材上に回転可能に装着され、自転車の回転部によって回転するように構成された回転受け部材と、
    前記ベース部材上に支持されるとともに前記回転受け部材に連結され、前記回転受け部材に応じて電気エネルギを発生させ、前記変速ユニットに電気エネルギを供給するダイナモと、
    を備えた自転車用ハブ変速機の変速装置。
18. 前記ベース部材のハブ装着部は、ハブ軸の近傍にだけ装着されるように構成される、請求項１７に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
19. 前記回転受け部材は、前記ハブ軸上に回転可能に配置され前記回転受け部材の被駆動部材に対して回転可能に配置された駆動部材に接続される、請求項１８に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
20. 前記ベース部材の前記装着された部分は、前記ハブ軸に沿って横方向から見ると、ハブシェルの外径の内側に完全に位置する、請求項１８に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
21. 前記ベース部材は、前記ハブ軸上において横方向に、ロック部材によって分離可能に固定される、請求項１８に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
22. 前記ベース部材上に配置され、前記ダイナモに電気的に接続されて前記ダイナモによって発生した電気エネルギを蓄積し、前記電気モータに電気的に接続されて電気エネルギを供給する蓄電ユニットをさらに備えた、請求項１７に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
23. 前記蓄電ユニットは、キャパシタ及びバッテリのうちの少なくとも１つを含む、請求項２２に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
24. 前記ベース部材上に支持され前記ダイナモからの電流を整流する整流デバイスをさらに備えた、請求項１７に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
25. 前記ベース部材上に支持され前記ダイナモに電気的に接続されるモータ制御部をさらに備えた、請求項１７に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
26. 前記ベース部材上に支持されるとともに前記モータ制御部に電気的に接続され、前記モータ制御部に制御信号を入力する変速通信ユニットをさらに含む、請求項２５に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
27. 前記変速通信ユニットは、シフト信号を無線で受信する無線受信部を含む、請求項２６に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
28. 前記回転受け部材は、前記自転車のハブシェルに対して回転可能である回転部に設けられている、請求項１７に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
29. 前記回転受け部材は、前記自転車のリアスプロケットである前記回転部に設けられたギアを含む、請求項１７に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
30. 前記回転受け部材は、
    前記ダイナモに取り付けられた第１プーリと、
    前記回転部に設けられた第２プーリと、
    前記第１プーリ及び前記第２プーリを互いに接続する駆動ベルトと、
    を含む、請求項１７に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。
31. 前記モータ制御部は、自転車の速度、自転車の加速、自転車の減速、及び自転車の傾斜のうちの少なくとも１つに基づいて、前記電気モータを自動的に制御する、請求項２５に記載の自転車用ハブ変速機の変速装置。

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