JP5753714B2 - 自転車用ダイナモ - Google Patents

Description

この発明は、自転車のハブ軸に装着されるダイナモであって、ハブ軸に固定されるコイルに対して車輪の回転に連動させて磁石を回転させることによって発電をする、自転車用ダイナモに関する発明である。

従来の一般的な自転車用のダイナモは、タイヤ側面にダイナモのローラを接触させて磁石を回転することによって発電するものが一般的である。また、特許文献１や特許文献２に開示されるように、自転車のハブ軸に磁石もしくはコイルのいずれか一方を固定し、ハブ（車輪）の回転によって磁石もしくはコイルのいずれか他方を回転させて発電を行なうものが、ハブダイナモとして知られている。

特開２００６−１４５３８号公報 特開平１０−１０８４２８号公報

ハブダイナモは、走行中は常時発電を行なっているものであり、例えばセンサーによって明るさを検知し、ヘッドライトを自動的に点滅させることができる特長がある。
特許文献１に開示されるハブダイナモは、ハブの内部構造としてダイナモを設けるものであるため、構造が複雑で特別に製造された「ダイナモ付きハブ」として提供される必要がある。したがって、汎用されている自転車に取り付けて使用することは出来ない。

特許文献２に開示されたハブダイナモは、固定部材であるハブ軸に全体として円板状に形成したコイルを固定し、ハブ（車輪）の回転によって円板状に形成した磁石を回転させ、コイルと磁石の相対的な回転によって発電を行なうものである。この先行技術では、コイルが装着される固定側ハウジング８と、磁石が装着される回転側ハウジング９をそれぞれ分離状態とし、固定側ハウジングをハブ軸（車軸３）に固定し、回転側ハウジングを接合部材92によってハブの円筒部1aに固定している。

特許文献２に記載されたハブダイナモでは、固定側ハウジング８と回転側ハウジング９を、ハブ軸とハブにそれぞれ固定しなければならず、取り付けに手数を要し、正確な位置関係で取り付けを行なう必要があった。さらに、発電機全体の幅がある程度大きくなるとともに、取り付け構造の関係から自転車のダイナモ取り付け部分を改造する必要があった。したがって、現在使用中の自転車に簡単に取り付けて使用することはできなかった。

上記、従来技術の欠点に鑑み、本発明はダイナモ全体の厚み、特にハブ軸への取り付け部分厚みを薄く形成するとともに全体を一体として取り扱い、ハブ軸への取り付け作業を容易に行なうことができる構造を実現するものである。さらに、例えば現在使用中である汎用の自転車に、車体の改造を必要とせずに取り付けることができる、ハブダイナモを実現することを目的とするものである。

上記目的を達成する、請求項１記載の発明は、ダイナモ全体をいずれも扁平な円環状である表面外装板１と、コイルユニット２と、裏面外装板３とで構成する。
コイルユニット２は円環状に巻回したコイル４を円環状である一対の磁極板５、６によって表裏両側から挟み込んで保持し、一対の磁極板５、６に表裏両側からコイル４の外周上に交互に突出する爪７、７を形成したものであって、表面外装板１と同心上に固定する。

円環状の裏面外装板３の内周には、ベアリング８を介して円形の固定部材９を装着し、この固定部材９と表面外装板１を同心で一体的に固定し、固定部材９と裏面外装板の間にベアリング８を介在させることによって、表面外装板１に対して裏面外装板３を回転自在とする。そして、一体的に固定した固定部材９と表面外装板１の中心位置には、自転車のハブ軸10を貫通させる取り付け孔を形成する。具体的には、ハトメ部材15によって表面外装板１と固定部材９を固定する構造では、ハトメ部材15の中心孔を自転車のハブ軸10を貫通させる取り付け孔とする。また、裏面外装板３の外周部分にコイルユニット２の外周面上に突出する外周側面3aを形成し、コイルユニット２外周面との間に回転可能な微小な隙間を保持して、前記外周側面3aの内面に磁石12を固定する。
裏面外装板３の裏面には、自転車の車輪の一部に係合して車輪の回転にともなって裏面外装板３を回転させる係合部材13を設ける。

前記、裏面外装板３の裏面に設ける係合部材13は、自転車の車輪のスポーク16とスポーク16の間に挿入させて車輪に係合するものであって、止めネジ17によって裏面外装板３に固定するゴム製の突起物とする。この、ゴム製の突起物である係合部材13は、その平面形状を長円もしくは楕円形とし、回動可能であって特定の回動位置で固定する。

本発明を実施する上において、固定部材と表面外装板を同心で一体的に固定する具体的構造として、表面外装板１を薄板で構成するとともに、固定部材９を薄板で鍔9a付きのキャップ状とし、鍔9aでベアリング８の外側端面を支持させ、表面外装板１と固定部材９のキャップ状底面9bとの間に補強板14を介して重ね合わせ、ハトメ部材15によって一体的に固定することができる。

本発明に係るダイナモは、コイルユニット２が装着される表面外装板１と、磁石12が装着される裏面外装板３を、固定部材９を用いて同心上に固定して一体化し、固定部材９と裏面外装板３の間にベアリング８を介在させることによって一体化した表面外装板１と固定部材９を自転車のハブ軸に固定し正確な位置関係にある表面外装板１換言すればコイルユニット２と、裏面外装板３換言すれば磁石12を相対的に円滑に回転させることができる。このとき、固定するのは固定部材９によって一体化された表面外装板１と裏面外装板３、すなわち一つの部材をハブ軸10に固定するだけであるため、取り付け作業を極めて簡単に行うことができるものである。

また、ハブ軸10に固定するのは、表面外装板１と裏面外装板３の固定部材９の固定部分だけであるため、ハブ軸10への取り付け部分の厚みを薄く形成することができる。そして、自転車のハブや車輪に何らの取り付け構造を付加する必用がないため、汎用の自転車、換言すれば使用中の自転車にも簡単に取り付けることができる効果がある。取り付けに際して、係合部材13を車輪のスポーク16に係合させることによって、自転車の車輪が回転しているときは常に発電状態となる。

図示実施形態のように、表面外装板１を薄板で構成するとともに、固定部材９を薄板で鍔9a付きのキャップ状とし、鍔9aでベアリング８の外側端面を支持させ、表面外装板１と固定部材９のキャップ状底面9bとの間に補強板14を介して重ね合わせ、ハトメ部材15によって一体的に固定するものでは、取り付けのために必要なハブ軸10の軸方向寸法が少なくなる。すなわち、ダイナモの取り付けによってハブ軸の軸方向寸法が不足するようなことがなく、表面外装板１と固定部材９の底面9aの間に補強板14を介在させることによって、取り付けに必要な軸方向寸法が少ないものでありながら、強度的に優れたものとすることができる実益がある。

請求項１記載の本発明によれば、自転車の車輪の一部と係合させる係合部材13をゴム製の突起物として裏面外装板に固定するため、衝撃や振動を吸収して安定した回転状態を実現することができるとともに、係合部材13の平面形状を長円もしくは楕円形で回動可能としているため、スポークとスポークの間にガタ付きのない密接状態で装着することができる。すなわち、自転車用の車輪のスポークとスポークの間隔は車輪の大きさや型式によって一定していない。これに対し本発明では、楕円や長円といった円形以外の係合部材13を回動させて特定位置、すなわち係合部材の両端をスポークに当接させた状態で固定することによって、車輪の回転によって磁石を装着した裏面外装板３を安定的に回転させることができる。

図１は、本発明に係る自転車用ダイナモを、自転車に取り付けた使用状態を示す縦断面図、 図２は、本発明に係る自転車用ダイナモのみの縦断面図、 図３は、図２に示す自転車用ダイナモを分解して示す縦断面図、 図４は、スポークとの係合部材のみの側面図、 図５は、自転車に取り付けた状態を示す側面図。

以下、本発明に係る自転車用ダイナモの実施形態を、添付の図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る自転車用ダイナモの使用状態を示す縦断面図、図２は、自転車用ダイナモのみの縦断面図側面図、図３は、図２に示す自転車用ダイナモを分解して示す縦断面図である。

図３から理解されるように、本発明に係る自転車用ダイナモは、全体をいずれも扁平な円環状である表面外装板１と、コイルユニット２と、裏面外装板３とで構成する。表面外装板１及び裏面外装板３は、いずれも例えば厚み0.5mm程度の薄いステンレス板で成型する。
表面外装板１は円形の皿状とし、正面板1aの中心部分に一段低く形成した底面1bの中心位置に取り付け孔11を穿設し、正面板1aの外周部分に外周側面1cを形成している。

コイルユニット２は円環状に巻回したコイル４を円環状である一対の磁極板５、６によって表裏両側から挟み込んで保持し、一対の磁極板５、６に表裏両側からコイル４の外周上に交互に突出する爪７、７を形成し、表面外装板１と同心上に固定して一体としている。表面外装板１とコイルユニット２は、円形上に配置した複数のリベット19、19を貫通させることによって、表面外装板１と磁極板５、６の三部材をしっかりと固定している。コイルユニット２に設けられた端子20は、表面外装板１を絶縁状態で貫通して外部に突出している。

外周側面3aを形成した円環状の裏面外装板３の裏面板3b中心部分には、筒状部3cを形成し、この筒状部3cにベアリング８を取り付けている。ベアリング８の内周部分には、薄板でキャップ状に成型した鍔9a付きの固定部材９を配置し、固定部材９によって裏面外装板３と表面外装板１を同心で一体的に固定している。この構成とすることによって、表面外装板１に対して裏面外装板３は自由に回転する。

表面外装板１と裏面外装板３の取り付け構造は、固定部材９の鍔9aでベアリング８の外側端面を支持させ、固定部材９の底面9bとの間に補強板14を介して重ね合わせ、ハトメ部材15によって一体的に固定している。このとき、固定部材９の底面9bに表面外装板１の取り付け孔11と同じ直径の取り付け孔21を穿設しておき、ハトメ部材15を取り付け孔11及び21に密嵌させることによって両者を同心に位置させている。補強板14にも取り付け孔22を穿設している。このように、ハトメ部材15によって一体化されたダイナモは、ハトメ部材の中心孔がハブ軸を貫通させる取り付け孔となる。
ハトメ部材15を使用しない固定方法も実施可能である。この場合は、中心位置にハブ軸が貫通する取り付け孔を穿設しておく。

裏面外装板３の外周側面3aは、表面外装板１の外周側面1cの内側に入り込んで回転可能とするとともに、コイルユニット２の外周面との間に回転可能な微小な隙間を保持して、外周側面3aの内周面に小さくてなるべく強力な多数の磁石12、12を、Ｎ極とＳ極が交互に配列されるように固定している。多数の磁石を配置するには、多数の磁石12、12を固定したリング板23を裏面外装板３の外周側面3a内面に固定している。

裏面外装板３の裏面板3bには、自転車の車輪の一部に係合して車輪の回転にともなって裏面外装板３を回転させるための係合部材13を設けている。係合部材13は、ゴム製とし雌ネジ筒であるゴムフック軸24を裏面板3bに突出させておき、ゴムフック軸24に、貫通孔を穿設したゴム製の係合部材13を挿入し、止めネジ17によって締め付け固定する。ゴムフック軸24は、裏面外装板にネジで固定する他、溶着などによって固定しておくこともできる。

係止部材13の材質は、特に限定されるものではないが、係合部材13の平面形状は、図４や図５に示すように長円もしくは楕円としておくのが好ましい。係合部材13は、車輪のスポーク16、16の間に隙間なくしっかりと挿入することによって、車輪の回転を裏面外装板３に確実に伝えることができる。ところが、車輪のスポークとスポークの間隔は一定していない。そこで、係合部材13を長円形や楕円形で回動可能とし、特定の回動位置で止めネジ17を用いて固定することにより、スポークとスポークの間隔が異なるものに対してもしっかりと装着することができる。すなわち、図４（ａ）に示すようにスポークの間隔がＷと広い場合は、係合部材13の長径をスポーク間方向に向けて固定し、図４（ｂ）に示すようにスポークの間隔がW’と狭い場合は係合部材13の短径をスポーク間方向に向けて固定する。スポークとスポークの間隔が、前記ＷとW’の中間であるW”の場合は、図４（ａ）に示すように係合部材13を斜めに傾けて固定することによって対応することができる。

裏面外装板３の裏面には、前記係合部材13とは別に防振ゴム18を設けている。防振ゴム18は、図１、図５から理解されるように、車輪のスポーク16に側面から当接するように配置したものである。裏面外装板３は、係合部材13によって一箇所において車輪のハブと係合している。このとき、なんらかの外力が作用すると、ダイナモが振動する可能性がある。したがって、係合部材とは異なる位置、好ましくは係合部材の対向位置に防振ゴム18を配置してガタ付きを防止することによって、ダイナモ全体が振動するのを効果的に防止することができる。
防振ゴム18は、一本のスポークの側面に当接するものであってもよいが、複数のスポークの側面に当接させるのが効果的である。先に述べたように、スポークの間隔は車輪によって一定しない。図示実施形態においては、防振ゴム18を係合部材13の対向位置に配置している。また、防振ゴムの形状は、一定角度の扇面形状としている。

以上述べたように、本発明に係る自転車用ダイナモは、コイル４を備えた表面外装板１と、磁石12を備えた裏面外装板３が一体的に形成されるため、これをハブ軸10に装着するだけで取り付けが完了する。このとき、取り付けのために必要な、ハブ軸10の軸方向寸法は、表面外装板１と裏面外装板３の固定部分の寸法、具体的にはハトメ部材の軸方向寸法だけである。

本発明に係る自転車用ダイナモの取り付け状態を、図１に基づいて説明する。自転車の車輪のハブ軸10には、ハブ25が回転自在に装着され、ロックナット26、26によって定位置に固定されている。この状態で、本発明に係るダイナモは、裏面外装板３をハブ方向に向けてハブ軸10の一方の端部から挿入し、係合部材13を車輪のスポーク16に係合させるとともに、防振ゴム18をスポークの側面に当接させる。その状態で、フォーク27の先端部分や荷物かごのステー28の先端部分をハブ軸10に挿入し、ワッシャ部材30を挟んでロックナット29で全体を締め付け固定する。

上記、組立状態において自転車の車輪が回転すると、スポーク16に係合している裏面外装板３が回転するとともに、表面外装板１は固定されている。したがって、裏面外装板に固定されている磁石と表面外装板１に固定されているコイル４の相対的な回転によって発電が行なわれ、表面外装板から器外に突出している端子20に結線することによって、ライトを点灯することができる。
このように、ハブダイナモでは、自転車の車輪が回転しているときは常に発電状態にあるため、例えばセンサーによって暗くなったときに自動的に点灯させるようにするのが便利である。

１…表面外装板、 1a…正面板、 1b…底面、 1c…外周側面、 ２…コイルユニット、 ３…裏面外装板、 3a…外周側面、 3b…裏面板、 3c…筒状部、 ４…コイル、 ５、６…磁極板、 ７…爪、 ８…ベアリング、 ９…固定部材、 9a…鍔、 9b…底面、 10…ハブ軸、 11…取り付け孔、 12…磁石、 13…係合部材、 14…補強板、 15…ハトメ部材 16…スポーク、 17…止めネジ、 18…防振ゴム、 19…リベット、 20…端子、 21、22…取り付け孔、 23…リング板、 24…ゴムフック軸、 25…ハブ、 26、29…ロックナット、 27…フォーク、 28…ステー。

Claims (1)

1. いずれも扁平な円環状である表面外装板と、コイルユニットと、裏面外装板とで構成し、
   コイルユニットは円環状に巻回したコイルを円環状である一対の磁極板によって表裏両側から保持し、一対の磁極板に表裏両側からコイルの外周上に交互に突出する爪を形成して表面外装板と同心上に固定し、
   円環状の裏面外装板の内周には、ベアリングを介して円形の固定部材を装着し、該固定部材と表面外装板を同心で一体的に固定して表面外装板に対して裏面外装板を回転自在とするとともに、一体的に固定した固定部材と表面外装板の中心位置に自転車のハブ軸を貫通させる取り付け孔を設け、
   裏面外装板の外周部分にコイルユニットの外周面上に突出する外周側面を形成し、コイルユニット外周面との間に回転可能な隙間を保持して、前記外周側面の内面に磁石を固定し、
   裏面外装板の裏面に車輪の一部と係合し車輪の回転にともなって裏面外装板を回転させる係合部材を設けるとともに、
   前記、裏面外装板の裏面に設ける係合部材は、自転車の車輪のスポークとスポークの間に挿入させて車輪に係合するものであって、止めネジによって裏面外装板に固定するゴム製の突起物とし、該ゴム製の突起物である係合部材の平面形状を長円もしくは楕円形とし、回動可能であって特定の回動位置において固定することを特徴とする自転車用ダイナモ。
   

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