JP2702563B2

JP2702563B2 - 自転車用ハブ発電装置

Info

Publication number: JP2702563B2
Application number: JP1275998A
Authority: JP
Inventors: 喜久三高宮; 律夫西村
Original assignee: ブリヂストンサイクル株式会社
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1989-10-25
Publication date: 1998-01-21
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: JPH03139479A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、自転車のハブに内蔵する発電装置に関し、
とくには、歯車の噛合機構を排除して、騒音の低減、耐
久性の向上等を実現するとともに、構成部品の製造、組
立て等を簡単かつ容易ならしめる自転車用ハブ発電装置
を提供するものである。

（従来の技術）本出願人は、先に特願平１−202915、特願平１−2029
16、および特願平１−202917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インチの自転車が時速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、歯車の芯もずれ
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、
発電走行中に急停車すると、その発電装置の回転子が高
速回転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。

一般に、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、歯車も小型のものが用いられている
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、急停車時等には、時として、
非常に大きな負荷が加わるため歯車が損壊するというお
それがあった。

発明は、従来技術の有す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としてなされたもので
あり、この発明の目的は、騒音の低減および耐久性の向
上等を十分に実現し、併せて、構成部品の製造、組立て
等を簡単かつ容易ならしめた自転車用ハブ発電装置を提
供するにある。

（課題を解決するための手段）本発明の自転車用ハブ発電装置は、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、磁石と太陽ローラーとを一体的に
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
の内側で、前記太陽ローラーの周りに、ハブ体側に、直
接的もしくは間接的に連結した複数個の遊星ローラーを
配設するとともに、内周面直径を、それぞれの遊星ロー
ラーへの外接円直径より予め小さく形成してなり、それ
ぞれの遊星ローラーを太陽ローラーに締付ける、平板状
の弾性リングを設け、その弾性リングに外接して、それ
の半径方向の変形を許容するとともに、それを保持する
弾性体製の保持リングを、弾性リングおよび固定筒体の
それぞれに固着したものである。

（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との各接触部は、その弾性リン
グの締付力の作用下で、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
触部に発生する摩擦力によって、遊星ローラーの回転
を、太陽ローラーに増速下で伝動することができる。

ここで、本発明では、弾性リングは、それの締付力、
すなわち、そこに作用する周方向引張力に基づいて、そ
れと遊星ローラーとの接触部分で、半径方向外方へ突出
する向きに弾性変形されるとともに、それ以外の部分に
ては半径方向内方に窪む向きに弾性変形され、そのとき
の内外方向のたわみ量に応じた力で遊星ローラーを太陽
ローラーに押圧して、それらの間に、発電に要するトル
クの３〜４倍のトルクを発生できる摩擦力を付与してい
るので、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、弾性リングの、上述したようなたわみ状態
の下で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倍のトルクを発生
できる程度に設定しておけば、それ以上のトルクが加わ
れば、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。

しかもここでは、平板状の弾性リングをもって、それ
に内接する複数個の遊星ローラーに所要の締付力を及ぼ
すことで、各遊星ローラーと太陽ローラーとの間に所定
の摩擦力を発生させることができ、また、半径方向に変
形するその弾性リングを、それの外周に固着した保持リ
ングによって位置決め保持することで、弾性リングの不
測の脱落等を確実に阻止することができるので、構成部
品の製造、組立て等を、極めて簡単に、かつ容易に行う
ことができる。

（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
すると共に、その内周部にゴム等の弾性物製の保持リン
グ10を固着して設け、この保持リング10の内周部に、ば
ね鋼等を素材とする平板状の、第１弾性リング11及び第
２弾性リング12のそれぞれをリング状のスペーサー13を
挟んで固着する。14は第２弾性リング12の、第１図にお
ける右側の隅部に設けたコーナーリングである。

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３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を配置するとともに、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２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17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
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,19bと対応して位置するように車軸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ヤ23
を一体的に形成し、この遊星キャリヤ23を、前記回転子
22とハブ体４の側蓋体５との間で、車軸上に、それに対
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４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５図参照）を前記遊星キャリヤ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11の内周面の直径は、
所定位置に配設したそれぞれの第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11をそれらの第１遊星ローラー24の外
側に圧入して、各第１遊星ローラー24を第１太陽ローラ
ー23aにも圧接状態にする。

同様に前記した第２弾性リング12の内周面の直径は、
所定位置に配設したそれぞれの第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12をそれらの第２遊星ローラー26の外
側に圧入して、各第２遊星ローラー26を第２太陽ローラ
ー22bにも圧接状態にして、自転車用ハブ発電装置を構
成する。

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４図の矢
印Ａの方向に回転する。

この場合、固定筒体８は固定されており、保持リング
10は、その固定筒体８および第１弾性リング11のそれぞ
れに固着されていることから、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、第２弾性リング
11の締付力に基づく、第１遊星ローラー24と、第１弾性
リング11と、第１太陽ローラー23aとの相互間の摩擦力
によって、各第１遊星ローラー24は矢印Ｂの方向に自転
する。

ところで、図に示すところからは明らかではないが、
第１遊星ローラー24のこのような公転および自転に当
り、それぞれの第１遊星ローラー24を第１太陽ローラー
23aに締付ける第１弾性リング11は、それの周長の、前
述したような選択に基づき、それぞれの第１遊星ローラ
ー24との接触部分では、半径方向外方へ突出する向きに
弾性変形され、それ以外の部分にては、半径方向内方へ
窪む向きに弾性変形されることになり、このようなそれ
ぞれの弾性変形部分は、第１遊星ローラー24の公転につ
れて、弾性リング11の周方向へ連続的に遷移する。

ここで、第１弾性リング11のこのような弾性変形は、
それの外周に固着した、弾性物製の保持リング10の変形
によって十分に許容され、吸収されるので、第１遊星ロ
ーラー24の公転および自転のそれぞれは、少ないエネル
ギー損失の下で常に円滑に行われることになる。

第１遊星ローラー24の、矢印Ａ方向へのこのような公
転と、矢印Ｂ方向への自転によって、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４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11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ヤ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ヤ23が
矢印Ｃの方向に回転すれば、第５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。

なお、第２遊星ローラー26のこのような公自転に際す
る、第２弾性リング12および保持リング10のそれぞれの
作用は、前述したところと同様である。

したがってここでは、それぞれの第２遊星ローラー26
と接触して転動する第２太陽ローラー22b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12の内径
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、遊星キャリヤ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、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。

（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と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、半径方向の内外側のたわみ量によって生ず
る圧接力に基づく摩擦力を、発電に要するトルクの３〜
４倍のトルクを発生できる程度に予め設定してあるた
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
来の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転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れば、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
はなくなる。

つまり、本発明によれば、自転車の急発進、急停車に
よっても増速装置に課題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。

加えてここでは、弾性リングの内周面直径を所定の値
とするだけで、太陽ローラーと遊星ローラーとの間その
他の所期した通りの摩擦力を、簡単かつ確実に発生させ
ることができ、また、弾性体製の保持リングによって、
弾性リングの半径方向内外側への、円滑にして容易なた
わみ変形を十分に許容することで、それぞれのローラー
の公転および自転を、少ないエネルギー損失の下で、小
さい駆動力にて軽快に行わせることができる。

しかも、この装置では、それぞれの遊星ローラーへの
外接円直径よりやや小さい所定の内周面直径を有する弾
性リングを予め製造し、この弾性リングを遊星ローラー
の外側に圧入することで、構成各部に所期した通りの摩
擦力を生じさせることができ、また、その弾性リングお
よび固定筒体のそれぞれに、弾性体製の保持リングを固
着することで、弾性リングのたわみ変形を許容するとと
もに、それを保持することができるので、構成部品の製
造および組立てのそれぞれを、極めて簡単にかつ容易に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の断面図、第２図は発電コイル体の斜視図、第３図は発電コイル体の分解斜視図、第４図は１段目の遊星ローラー列の作用説明図、第５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……保持リング 11……第１弾性リング、12……第２弾性リング 13……スペーサー、14……コーナーリング 17……コイル、18……第１電機子 19……第２電機子、20……発電コイル体 22……回転子、22a……磁石 22b……第２太陽ローラー、23……遊星キャリヤ 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

(57)【特許請求の範囲】

【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と太陽ローラー22bとを一体的に形
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
開放端側の内側で、前記太陽ローラー22bの周りに、ハ
ブ体側に連結した複数個の遊星ローラー26を配設すると
ともに、内周面直径を、それぞれの遊星ローラー26への
外接円直径より予め小さく形成してなり、それぞれの遊
星ローラー26を太陽ローラー22bに締付ける、平板状の
弾性リング12を設け、その弾性リング12に外接して、そ
れの半径方向の変形を許容する弾性体製の保持リング
を、弾性リング12および固定筒体８のそれぞれに固着し
てなる自転車用ハブ発電装置。