JP2583330B2 - 自転車用ハブ発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自転車用ハブ内蔵する発電装置に関するも
のである。

（従来の技術） 本出願人は、先に特願平１−202915号、特願平１−20
2916号、および特願平１−202917号を出願して、自転車
用ハブの内部に２列〜３列の遊星歯車列を備え、ハブ体
の回転を増速して回転子に伝達する遊星伝動装置を有す
るハブ内蔵式発電装置を提案した。

（発明が解決しようとする課題） 上述した発電装置では、ハブ体の回転を約25倍にも増
速して回転子に伝達している。この場合、例えば、車輪
の径が26インチの自動車が時速20Km/hで走行すると、回
転子は約4000rpmの高速回転になる。

一般に、この種の遊星歯車装置に用いる歯車は小型の
ものであり、歯形精度は良くない。

また、各歯車間には間隙が必要であり、そして各歯車
間の位置関係は必ずしも正確ではなく、歯車の芯がずれ
やすい状態にある。

したがって、このような遊星歯車装置を高速回転させ
ると、歯車噛合部から騒音を発生する。

また、自転車走行中には、急発進したり急停車するこ
とがあるが、前記した発電装置を取り付けた自転車が、
発電走行中に急停止すると、その発電装置の回転子が高
速回路状態から停止状態へと急激に変化する。したがっ
てこの場合、回転子の慣性質量によって、遊星歯車装置
には非常に大きな負荷が加わることになる。

そして、この種の遊星歯車装置は小型、軽量であるこ
とが望ましいので、歯車は小型のものが用いられるか
ら、強度的にそれほど余裕はない。

つまり、通常の発電状態では、前記した小型の歯車で
も充分有効に作動するが、急停止時には時として、非常
に大きな負荷が加わるため歯車が破壊するというおそれ
があった。

（課題を解決するための手段） 上述の問題点を解決するため本発明においては、自転
車のフレームに固定した車軸に対して車輪のハブ体を回
転自在に嵌合し、このハブ体の内部に中空円筒状の固定
筒体を前記車軸に固定して設け、この固定筒体内に発電
コイル体を固定して設けると共に、磁石と一体的に形成
した回転子を前記車軸に回転自在に設け、ハブ体の回転
を増速して回転子に伝達する遊星伝動装置を有するハブ
内蔵式発電装置において、前記固定筒体の開放端側に大
径部を形成し、リングの側面に側歯を設けた歯付リング
を前記大径部の内周に間隔をおいて固着し、前記側歯と
噛合する側歯を有する第１弾性リングと第２弾性リング
とを前記歯付リング間に遊嵌状態で設け、遊星キャリヤ
と一体の第１太陽ローラーを前記車軸に回転自在に設
け、この第１太陽ローラーに外接すると共に、前記第１
弾性リングに弾性的に内接する複数個の第１遊星ローラ
ーをハブ体の側蓋体に軸により枢支して設け、前記磁石
と一体の第２太陽ローラーに外接すると共に、前記第２
弾性リングに弾性的に内接する複数個の第２遊星ローラ
ーを前記遊星キャリヤに軸により枢支して設け、前記第
１弾性リング及び第２弾性リングの内径を前記各遊星ロ
ーラーの内接円径よりやや小さく設定することによっ
て、前記各遊星ローラーが前記弾性リング及び太陽ロー
ラーとそれぞれ圧接するようにして自転車用ハブ発電装
置を構成する。

（作 用） 本発明装置は上述のように構成したので、遊星ローラ
ー装置において、太陽ローラーと遊星ローラー及び遊星
ローラーと弾性リングの各接触部は常に圧接状態にあ
る。したがって、このような遊星ローラー装置を作動さ
せると、各接触面に摩擦力が発生し、太陽ローラー、遊
星ローラー、弾性リングはそれぞれに前記摩擦力によっ
て伝動することができる。本発明においては、この弾性
リングのたわみ量によって生ずる圧接力に基づく摩擦力
をあらかじめ発電に要するトルクの３〜４倍に設定して
あるため、通常の発電状態では、従来の遊星歯車装置と
全く同様の増速伝動装置として作用することができる。

また、本発明装置の太陽ローラー、遊星ローラー、弾
性リングは常に密着状態にあるから、各ローラー間の位
置関係は正確で芯ずれがない。

しかも、上述したように本発明装置の各ローラーは凹
凸のない周面の回転伝動であるので高速になっても、接
触部から騒音が発生することはない。

又、そのローラーの圧接によって生ずる摩擦力を、あ
らかじめ発電に要するトルクの３〜４倍に設定しておけ
ば、それ以上のトルクが加わった時にはローラーの接触
面がスリップするため、装置各部に無理な力が作用して
損壊するおそれがなくなる。

（実施例） 以下図面について本発明の一実施例を説明する。

図中１は自転車のフレームの一部である前ホーク、２
は左右の前ホーク１の端部間にかけ渡してそれぞれナッ
ト３により固定した車軸である。

本実施例においては、前輪のハブ体４を一端（第１図
における左側端）を開放した中空円筒状に形成し、その
開放端に側蓋体５を螺着したものを玉軸受け６を介して
車軸２に回転自在に設ける。

なおハブ体４の開放端側は径を拡張して大径部4aを形
成してある。７はこのハブ体４にそれぞれ取り付けた車
輪スポークである。

また中空円筒状の固定筒体８の一端（第１図における
右側端）を車軸２と嵌合すると共に、キー９によって固
定し、この固定筒体８の他端（第１図における左側端）
を開放し、その開放端側の径を拡張して大径部8aを形成
する。

大径部8aの内周の右側隅部に、片面に側歯10a（第２
図参照）を刻設した歯付リング10を側歯10aが左を向く
ように固着し、中央部に両側に側歯11aを刻設した歯付
リング11を固着し、左端部に片面に側歯12aを刻設した
歯付リング12を側歯12aが右を向くように固着する。

歯付リング11と歯付リング12の間に第１弾性リング13
を遊嵌状態で設け、側歯11aと側歯13aとを嵌合させると
共に、側歯12aと側歯13aを噛合させ、同様に歯付リング
10と歯付リング11の間に第２弾性リング14を遊嵌状態で
設け、側歯10aと側歯14aとを噛合させると共に、側歯11
aと側歯14aを噛合させる。従って第１弾性リング13と第
２弾性リング14は遊嵌状態であっても、固定筒体８に対
して回転ずれを生じることはない。

なお2aは車軸２に設けた段部、2bはキー溝を兼ねるリ
ード線の取り出し溝、15は座金、16はばねである。

また第５図に詳細に示すように、溝付リング17aの溝
内に導線17bを巻き付けてコイル17を形成し、ついで円
筒の外周を４分割した位置にそれぞれ帯板状の磁極片18
aを配置すると共に、これら４本の磁極片18aをそれぞれ
小径の円筒部18bに連結して第１電機子18を一体に形成
し、この第１電機子18の円筒部18bを前記コイル17の中
心孔17c内に挿通し、この中心孔17cより突出した円筒部
18bを外包する円筒部19bと、組み立て時に前記４本の磁
極片18aの中間にそれぞれ位置する４本の帯板状の磁極
片19aとを連結して第２電機子19を一体に形成し、この
第２電機子19を前述したコイル17と第１電機子18との結
合体に嵌合して第４図に示すように発電コイル体20を一
体的に構成する。

なお21はコイル18から引き出したリード線である。

そして上述のように構成した発電コイル体20を第１図
に示すように、固定筒体８と車軸２との間に挿入して固
定し、そのリード線21を固定筒体８に設けた孔8bおよび
キー溝2bを介して外部に取り出す。

また磁石22aと第２太陽ローラー22bとを結合して一体
的に形成した回転子22を、磁石22aが前記発電コイル体2
0の各磁極片18a,19aと対応するように車軸２に対し回転
自在に設ける。

また第１太陽ローラー23aと円板状の遊星キャリア23
を一体的に形成し、この遊星キャリア23を前記回転子22
とハブ体４の側蓋体５との間の車軸２に対して回転自在
に設け、前記第１太陽ローラー23aの外周に配設された
３個の第１遊星ローラー24（第６図参照）を前記ハブ体
４の側蓋体５に軸25によりそれぞれ枢支して設ける。

また前記第２太陽ローラー22bの外周に３個の第２遊
星ローラー26（第７図参照）を前記遊星キャリア23に軸
27によりそれぞれ枢支して設ける。

そして前記した第１弾性リング13の内周面の直径は、
各第１遊星ローラー24が内接する円の直径よりやや小さ
く形成し、この小さい内径の第１弾性リング13を各第１
遊星ローラー24の外側に圧入して、この第１遊星ローラ
ー24を第１太陽ローラー23aに圧接状態にする。

同様に前記した第２弾性リング14の内周面の直径は、
各第２遊星ローラー26が内接する円の直径よりやや小さ
く形成し、この小さい内径の第２弾性リング14を各第２
遊星ローラー26の外側に圧入して、この第２遊星ローラ
ー26を第２太陽ローラー22bにも圧接状態にする。

第１弾性リング13及び第２弾性リング14はばね鋼等を
素材としており、圧入の際変形するが、前述した大径部
8aの内周と、弾性リング13及び14の外周の隙間によっ
て、たわみを吸収することができる。

つぎに上述のように構成した本発明装置の作用を説明
する。

この自転車が走行すると、車輪と一体的に構成されて
いるハブ体４が側蓋体５および軸25と共に第６図の矢印
Ａの方向に回転する。

この場合固定筒体８は固定されているために、軸25を
介して第１遊星ローラー24が矢印Ａの方向に公転する
と、それに伴って各第１遊星ローラー24は矢印Ｂの方向
に自転する。

この第１遊星ローラー24の矢印Ａ方向の公転と矢印Ｂ
方向の自転によって、この第１遊星ローラー24と接触し
て転動する第１太陽ローラー23aは第６図の矢印Ｃの方
向に増速されて回転する。

本実施例では、固定筒体８の第１弾性リング13の内径
が64mmであり、第１太陽ローラー23aの外径が16mmであ
るから、第１太陽ローラー23aと一体の遊星キャリア23
の回転は、（64＋16）÷16＝５であるから、ハブ体４の
回転の５倍に増速される。

また第１太陽ローラー23aと一体の遊星キャリア23が
矢印Ｃの方向に回転すれば、第７図に示すように軸27も
矢印Ｃの方向に回転するため、第２遊星ローラー26は矢
印Ｃの方向に公転すると共に、矢印Ｄの方向に自転す
る。

したがって、これと接触して転動する第２太陽ローラ
ー22aは矢印Ｅの方向に増速されて回転する。

本実施例では、固定筒体８の第２弾性リング14の直径
が64mmであり、第２太陽ローラー22aの外径が16mmであ
るから、第２太陽ローラー22aと一体の回転子23の回転
は、（64＋16）÷16＝５であるから、遊星キャリア23の
５倍の増速回転になる。

すなわち、第１段目の遊星ローラー列と第２段目の遊
星ローラー列によって、（５×５）＝25倍の増速回転が
得られる。

（発明の効果） 本発明装置は上述のように構成したので、遊星ローラ
ー装置において、太陽ローラーと遊星ローラー及び遊星
ローラーと弾性リングの各接触部は常に圧接状態にあ
る。したがって、このような遊星ローラー装置を作動さ
せると、各接触部に摩擦力が発生し、太陽ローラー、遊
星ローラー、弾性リングはそれぞれ前記摩擦力によって
伝動することができる。本発明においては、この弾性リ
ングのたわみ量によって生ずる圧接力に基づく摩擦力を
あらかじめ発電に要するトルクの３〜４倍に設定してあ
るため、通常の発電状態では、従来の遊星歯車装置と全
く同様の増速伝動装置として作用することができる。

すなわち、本実施例では、25倍の増速比が得られ、従
来と同等の発電作用をすることができる。

また、本発明装置の太陽ローラー、遊星ローラー、弾
性リングは常に密着状態にあるから、各ローラー間の位
置関係は正確で芯ずれすることがない。

しかも、上述したように本発明装置の各ローラーは凹
凸のない周面の回転伝動であるので高速になっても、接
触部から騒音が発生することなく、自転車の高速走行時
に発電しても、静粛な回転が得られる。

又、そのローラーの圧接によって生ずる摩擦力を、あ
らかじめ発電に要するトルクの３〜４倍に設定しておけ
ば、それ以上のトルクが加わった時にはローラーの接触
面がスリップするため、装置各部に無理な力が作用する
ことがなくなる。

つまり、本発明によれば、自転車の急発進、急停止に
よっても増速装置に過大な負荷が加わることはなく、し
たがって、部品が損傷するようなこともなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の断面図、 第２図は要部の拡大図、 第３図は第２図におけるIII−III断面図、 第４図は発電コイル体の斜視図、 第５図は発電コイル体の分解斜視図、 第６図は１段目の遊星ローラー列の作用説明図、 第７図は２段目の遊星ローラー列の作用説明図である。 １……前ホーク、２……車軸 ４……ハブ体、５……側蓋体 ８……固定筒体、10,11,12……歯付リング 13……第１弾性リング、14……第２弾性リング 17……コイル、18……第１電機子 19……第２電機子、20……発電コイル体 21……リード線、22……回転子 22a……磁石、22b……第２太陽ローラー 23……遊星キャリア、23a……第１太陽ローラー 24……第１遊星ローラー、26……第２遊星ローラー

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自転車のフレームに固定した車軸２に対し
   て車輪のハブ体４を回転自在に嵌合し、このハブ体４の
   内部に中空円筒状の固定筒体８を前記車軸２に固定して
   設け、この固定筒体８内に発電コイル体20を固定して設
   けると共に、磁石22aと一体的に形成した回転子22を前
   記車軸２に回転自在に設け、ハブ体４の回転を増速して
   回転子22に伝達する遊星伝動装置を有するハブ内蔵式発
   電装置において、前記固定筒体８の開放端側に大径部8a
   を形成し、リングの側面に側歯10a,11a,12aを設けた歯
   付リング10,11,12を前記大径部8aの内周に間隔をおいて
   固着し、前記側歯10a,11a,12aと噛合する側歯13a,14aを
   有する第１弾性リング13と第２弾性リング14とを前記歯
   付リング10,11,12間に遊嵌状態で設け、遊星キャリヤ23
   と一体の第１太陽ローラー23aを前記車軸２に回転自在
   に設け、この第１太陽ローラー23aに外接すると共に、
   前記第１弾性リング13に弾性的に内接する複数個の第１
   遊星ローラー24をハブ体４の側蓋体５に軸25により枢支
   して設け、前記磁石22aと一体の第２太陽ローラー22bに
   外接すると共に、前記第２弾性リング14に弾性的に内接
   する複数個の第２遊星ローラー26を前記遊星キャリヤ23
   に軸27により枢支して設け、前記第１弾性リング13及び
   第２弾性リング14の内径を前記各遊星ローラー24,26の
   内接円径よりやや小さく設定することによって、前記各
   遊星ローラー24,26が前記弾性リング13,14及び太陽ロー
   ラー23a,22bとそれぞれ圧接するようにしたことを特徴
   とする自転車用ハブ発電装置。