JP2670204B2 - 自転車用ハブ発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自転車用ハブに内蔵す
る発電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先に特願平１−306433号
（特開平３−167083号）（図12参照）を出願して、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自転車用ハブ発電装置を提案し
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来技
術では、ハブ体４の回転を増速して回転子22に伝達する
ための遊星ローラー伝動装置の、各遊星ローラー24, 26
の外周面が平らに形成されており、遊星ローラー24, 26
と、太陽ローラー23a, 22bや弾性リング10, 11との接触
面積が大きくなることから、それら両者の接触部分の面
圧が小さくなって、接触面間からの潤滑油の排除が困難
となり、これがため、自転車の高速走行時にハイドロプ
レーニング現象を起こしてそれらの間にスリップを生
じ、発電効率上のロスが大きくなるという問題点があっ
た。本発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解
決することを課題として検討した結果なされたものであ
り、それの目的とするところは、従来技術に比して発電
効率を有利に向上させることができる自転車用ハブ発電
機を提供するにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の自転車用ハブ発
電機は、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ローラー
伝動装置を有するハブ内蔵式発電装置において、前記遊
星ローラーの外周面の中央部に溝を設けたものである。

【０００５】

【作用】このハブ発電機では、ハブ体の回転を増速して
回転子に伝達する遊星ローラー伝動装置を有するハブ内
蔵式発電装置において、前記遊星ローラーの外周面に溝
を設けたから、遊星ローラーの回転時における接触部の
排油性をその溝によって高めて、高速回転時におけるハ
イドロプレーニング現象の発生を有利に抑制することが
できる。しかも、本発明によれば、遊星ローラーと太陽
ローラーや弾性リングとの接触面積が減少して、その分
接触面圧が大きくなるので、上記排油性の向上と相俟っ
て、摩擦伝動部のスリップを有効に防止することがで
き、それに伴って発生電圧が安定して、明るさのむら
や、ちらつきを防止することができる。

【０００６】

【実施例】以下、図１〜図11について本発明の一実施例
を説明する。図中前記符号と同一の符号は同等のものを
示す。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
れのナット３により固定した車軸である。本実施例にお
いては、車軸２は、図13に示す従来の車軸のように段部
2aやキー溝2bを設けず、図２に詳細に示すように、左右
両側にねじ部2c, 2dを設ける。

【０００７】また中空円筒状の固定筒体８の一端（図１
における左側端）に、中空円筒状のナット32（図３参
照）の鍔部32a を埋設すると共に、その円筒部32b を外
方へ突設し、この固定筒体８の他端（図１における右側
端）を開放し、その開放端側の径を拡張して大径部8aを
形成すると共に、その内周の複数個所（本実施例では12
個所、図６，７参照) に凸部8cを円周等分位置に配設す
る。

【０００８】ナット32は、図３に示すように、一端に六
角形状の鍔部32a を有すると共に、円筒部32b の他端に
四角形状の角筒部32c を有し、中心部に車軸２のねじ部
2cと螺合するねじ孔32d があり、鍔部32a から円筒部32
b の全長にわたって導線引き出し用の通路となる溝32e
を設け、この溝32e と近接している固定筒体８の端部に
ねじ孔32d と平行に孔8d（図９参照）を設ける。

【０００９】そして固定筒体８と一体のナット32を車軸
２のねじ部2cに螺合すると共に、車軸２のねじ部2dにも
鍔付き中空円筒状のナット33を螺合し、ナット32の外周
にシールドボールベアリング34を嵌合すると共に、ナッ
ト33の外周にシールドボールベアリング35を嵌装する。

【００１０】そして、前輪のハブ体４を一端（図１にお
ける右側端）を開放した中空円筒状に形成し、その開放
端側は径を拡張して大径部4aを形成し、その開放端に側
蓋体５を圧入したものをシールドボールベアリング34,
35を介して車軸２に回転自在に設ける。

【００１１】また図４，５に詳細に示すように、電気絶
縁性のある合成樹脂製の溝付きリング17a の一側（図４
における左側）の鍔の外面に突起17d を突設すると共
に、その180 °離れた個所にも突起17e を突設し、突起
17d と突起17e との間の鍔部に導線引き出し用の切り込
み溝17f を設け、この溝付きリング17a の溝内に導線17
b 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18a 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19
a 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
に嵌合して図５に示すように発電コイル体20を一体的に
構成する。なお21a は図４に示すようにコイル17から引
き出した導線で、この導線21a は突起17d の中央に設け
た切り込み溝を介して外方へ引き出した後、図５に示す
ように突起17d の円筒部に巻き付け、後から突起17d の
円筒部に嵌合する導電性を有するコイルばね36と電気的
に接続するようにする。

【００１２】また21b(図４参照）は、コイル17の導線の
他端を切り込み溝17f から引き出したもので、この導線
21b は図５に示すように、発電コイル体20を組み立てた
際に、溝付きリング17a の外側面と、第２電機子19との
間に介在して、この発電コイル体20を車軸20に嵌装した
ときに、第２電機子19および車軸２を介して自転車の車
体にアースされるようにする。なお37（図１，９参照）
は、発電コイル体20を車軸２に嵌装する際に、第２電機
子19とナット32との間に介挿する導電用のコイルばねで
ある。

【００１３】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20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（図６参照）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22
b の外周に３個の第２遊星ローラー26（図７参照）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。そして各遊星ローラー24, 26の外周面の中央部に
は、適当な深さの溝24a, 26aを鉢巻き状に設ける。

【００１４】また図６，７に示すように、固定筒体８の
大径部8aの内周に設けた凸部8cに内側より係合する複数
個（本実施例では12個) の合成樹脂製の舌片状突起部30
a,31a を同じく合成樹脂製のリング30b, 31bの外周部に
それぞれ接線状に分布して設け、これら２個のリング30
b, 31bをそれぞればね鋼製のリング30c, 31cの外周部に
嵌着して、第１弾性リング30と、第２弾性リング31とを
構成する。

【００１５】そして前記した第１弾性リング30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
30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31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31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 に圧接状態にする。

【００１６】また図９〜11に示すように、細帯状の導体
38を電気絶縁性を有する合成樹脂等の電気絶縁物39で被
覆し、この被覆した導体38を前記ナット32に設けた溝32
e に嵌め込んで、その内側端部38a を上方へ折り曲げる
と共に、電気絶縁物39を切除して前記したコイルばね36
と接触させる。

【００１７】また被覆した導体38の外側端部38b は上方
へ立ち上げると共に、被覆39の端部39a をソケット状に
形成し、二点鎖線で示す他の導線40をこのソケット状の
端部39a に差し込むことにより、電気的に接続できるよ
うにする。なお41は座金42と一体に形成した導体ホルダ
ーで、41a はその把持部である。また43は座金42の内側
に添着した座金で、ナット32の角筒部32c と嵌合するも
のであり、44は座金42およびナット33の外側に螺合した
ロックナットである。なおナット32の溝32e と被覆した
導体38の被覆39との間にはシール剤（図示せず）を充填
してシール性能を高めるようにする。

【００１８】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
に図６の矢印Ｅ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Ｅの方向に公転すると、それに伴って固定筒
体８と嵌合している第１弾性リング30と圧接している各
第１遊星ローラー24は矢印Ｆの方向に自転する。この第
１遊星ローラー24の矢印Ｅ方向の公転と矢印Ｆ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 は図６の矢印Ｇ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30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。

【００１９】また第１太陽ローラー23a と一体の遊星キ
ャリア23が図７に示すように矢印Ｈの方向に回転すれ
ば、軸27も矢印Ｈの方向に回転するため、停止している
第２弾性リング31と圧接している第２遊星ローラー26は
矢印Ｈの方向に公転すると共に矢印Ｉ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22b は矢印Ｊ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31の直径が64mmで
あり、第２太陽ローラー22b の外径が16mmであるから、
第２太陽ローラー22b と一体の回転子22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、25倍（５×５）の
増速回転が得られる。なお、本実施例では、２列の遊星
ローラー列について述べたが、遊星ローラー列が１列あ
るいは、３列の場合でも本発明を適用することができ
る。

【００２０】上述の伝動系において、本発明の実施例で
は、前記固定筒体８の内周の複数個所に凸部８ｃを配設
すると共に、この凸部８ｃに内側より係合する複数個の
合成樹脂製の舌片状突起部30ａ，31ａをばね鋼製のリン
グ30ｃ，31ｃの外周部に接線状に分布して設けて弾性リ
ング30，31を構成したから、固定筒体８と各弾性リング
30，31との伝動は、柔軟な合成樹脂製の舌片状突起部30
ａ，31ａを介して行われることになる。そしてこの舌片
状突起部30ａ，31ａは、半径方向に対する変形および移
動に対しては柔軟で、周方向に対する剛性は高い。した
がってこの装置によれば、固定筒体８と弾性リング30，
31との組み付け寸法精度を高くする必要がないので製造
が容易になる。またこの装置は作動中ガタがなく、騒音
を発生することもなくなる。またこの装置の固定筒体８
と弾性リング30，31との係合は、舌片状突起部30ａ，31
ａを介して行われるから従来装置の固定筒体と弾性リン
グとの接合部に発生したすべりは、舌片状突起部30ａ，
31ａのたわみによって吸収し、また弾性リング30，31の
変形も舌片状突起部30ａ，31ａによって十分吸収するこ
とができるから、これによって伝動効率を向上させるこ
とができる。

【００２１】上述のように自転車の走行に伴って、第２
太陽ローラー22b が増速されて高速回転すると、この第
２太陽ローラー22b と一体の磁石22a も高速回転する。
すなわち回転子22が発電コイル体20の磁極片18a, 19a内
で回転するから、コイル17に誘起電圧が発生し、発生し
た電流は導線21a 、コイルばね36、導体38を介して導線
40に流れ、コイル17の他方の導線21b は、第２電機子1
9、第１電機子18、車軸２を介してアースされるか、あ
るいは第２電機子19、コイルばね37、ナット32、車軸２
を介してアースされている。したがってこの装置によれ
ば、導線40と車体との間に接続した負荷に電気を供給す
ることができる。

【００２２】しかもここでは、上述のような発電に当っ
て、回転子22を増速回転させる場合に、それぞれの遊星
ローラー24, 26が、それらの外周面に設けた溝24a, 26a
の作用下で、太陽ローラー23a, 22bおよび弾性リング3
0, 31のそれぞれに、小さな接触面積で、従って、大き
な接触面圧で接触するので、各遊星ローラー24, 26の、
太陽ローラー23a, 22bおよび弾性リング30, 31に対する
摩擦力を高めてスリップを有効に防止することができ、
併せて、溝それ自体が、遊星ローラー24, 26の接触面の
排油性を大きく向上させて、ハイドロプレーニング現象
の発生を防止することができるので、発電効率を高める
とともに、発生電圧を安定させて、明るさのむら、ちら
つき等の発生を十分に防止することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明においては、ハブ体４の回転を増
速して回転子22に伝達する遊星ローラー伝動装置を有す
るハブ内蔵式発電装置において、前記遊星ローラー24,
26の外周面の中央部に溝24a, 26aを設けたから、遊星ロ
ーラー24, 26の回転時における接触部の排油性を高める
と共に、高速回転時におけるハイドロプレーニング現象
を防止することができる。また本発明によれば、遊星ロ
ーラー24, 26と太陽ローラー23a, 22bや弾性リング30,
31との接触面積が減少するから、その分面圧が大きくな
って摩擦伝動部のスリップを防止することができ、それ
に伴って発生電圧が安定して、明るさのむらや、ちらつ
きを防止することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の断面図である。

【図２】（ａ）は、図１の車軸の側面図であり、 （ｂ）は、その端面図である。

【図３】（ａ）は、固定筒体に埋設するナットの正面図
であり、 （ｂ）は、その側断面図であり、 （ｃ）は、その背面図である。

【図４】発電コイル体の分解斜視図である。

【図５】発電コイル体の斜視図である。

【図６】図１のＡ−Ａ線による第１遊星ローラー列の作
用説明用断面図である。

【図７】図１のＢ−Ｂ線による第２遊星ローラー列の作
用説明用断面図である。

【図８】図１の部分詳細図である。

【図９】図１の部分詳細図である。

【図１０】図９のＣ矢視図である。

【図１１】図９のＤ−Ｄ線による断面図である。

【図１２】従来装置の断面図である。

【図１３】（ａ）は、図12の車軸の側面図であり、 （ｂ）は、その端面図である。

【図１４】従来の自転車用車軸部を一部断面で示す側面
図である。

【符号の説明】

１ 前ホーク ２ 車軸 ３ ナット ４ ハブ体 ５ 側蓋体 ６ 玉軸受け ７ スポーク ８ 固定筒体 ９ キー 10 第１弾性リング 11 第２弾性リング 12 スペーサー 13 コーナーリング 14 止め輪 15 座金 16 ばね 17 コイル 18 第１電機子 19 第２電機子 20 発電コイル体 22 回転子 21 リード線 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 25 軸 26 第２遊星ローラー 27 軸 28 防水キャップ 30 第１弾性リング 30ａ 舌片状突起部 30ｂ リング 30ｃ ばね鋼製のリング 31 第２弾性リング 31ａ 舌片状突起部 31ｂ リング 31ｃ ばね鋼製のリング 32, 33 ナット 34, 35 シールドボールベアリング（シールドベアリン
グ） 36, 37 コイルばね 38 導体 39 電気絶縁物（被覆） 40 導線 41 導体ホルダー 42, 43 座金 44 ロックナット

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ロ
   ーラー伝動装置を有するハブ内蔵式発電装置において、
   前記遊星ローラーの外周面の中央部に溝を設けたことを
   特徴とする自転車用ハブ発電装置。