JPH0367791A

JPH0367791A - 自転車用発電装置

Info

Publication number: JPH0367791A
Application number: JP1202915A
Authority: JP
Inventors: Kikuzo Takamiya; 高宮　喜久三; Ritsuo Nishimura; 律夫西村
Original assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1991-03-22
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPH0688544B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

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

（従来の技術）一般に自転車用発電装置としては、自転車車体と別体の
発電機を自転車車体に取り付ける外装式％式％この外装式発電機は、発電機のローラーをタイヤの側面
あるいは外周に押圧し、タイヤから発電機のローラーに
摩擦伝導することによって、発電機を駆動している。

ところが、この種の発電機は、その摩擦伝導の機械的な
伝導効率が悪く、またわずかな発電量でありながら、ペ
ダルの回転負荷をかなり重く感じていた。

そして、この発電機の効率は、発電機の車体への取り付
は精度、車輪の振れ等に大きく影響されていた。

又、摩擦伝導であるから、タイヤが水にぬれた時には、
摩擦係数が著しく低下してスリップを生じる結果、さら
に効率が悪くなったり、発電できなくなることもあった
。

その上に、タイヤのローラーとの接触面だけが部分的に
摩耗するという欠点もあった。

これらの欠点をなくす目的で、実開昭５８−１８８３８
５号公報、および実開昭５７−１２３８４号公報に開示
されている技術が考案されている。

（発明が解決しようとする課題〉コイルと永久磁石を用いた誘導発電機では、その起電力
は、〈コイル池数Ｘ磁束密度×回転周速度〉に比例して
発生する。

従来の外装式では、タイヤ（直径６６０ｍｍ）で、ロー
ラー（直径２０ｍｍ）を回転させることにより、回転子
を車輪回転の約３３倍に増速することによって、回転子
の周速度を高速にしている。

また、この種の発電機の極数は、通常８極であるから、
車輪が一回転した場合の極数は約２６４極（８極×３３
〉　となるから、はとんど脈動のない滑らかな回転が得
られている。

ところが、前記した従来技術のように発電機をハブ内蔵
式にした場合は、その回転子の回転が車輪の回転と同じ
になり、外装式の場合と比べて回転子の周速度が著しく
低下する。

すなわち、外装式発電機と同程度の起電力を得るために
は、上記の（コイル池数×磁束密度×回転周速度）の値
を外装発電機と同等にしておく必要がある。

このため、前記した実開昭５８−１８８３８５号のもの
では、回転子の外径を大きくしであるが、なお充分な周
速が得られないため、磁石を強くしたり、さらにコイル
の池数を多くすることによって、ようやく同程度の起電
力を得ている。

しかし、外径を大きくしであるとはいえ、円周上に並べ
られる磁石の数は、最大２４〜３６程度で、従来の約２
６４極と比べれば著しく極数が少ないため、回転に脈動
を生じるという問題点がある。

また、前記した実開昭５７〜１２３８４号のものでは、
ハブの回転を遊星歯車機構によって増速しているが、１
段の遊星歯車列では実用上５倍程度の増速が限度である
。したがってこの場合も、回転子の充分な周速度は得ら
れないので、その分団転子の外径を大きくしたり、磁石
を強くしたり、さらにコイルの池数を多くすることによ
って、外装式発電機と同程度の起電力を得なければなら
ない。

また、前記した従来装置のコイルは円筒形のものを円周
にならべているので最大で６個位が限度である。

すなわち、この場合における車輪一回転の極数は３０極
（６極×５）程度であるから、前例と同じように回転に
脈動を生じることが考えられる。

従って、上述した従来技術の二側はいずれも大径の回転
子を必要とし、小型にすることはできない。

また、車輪一回転の極数も充分ではないので、滑らかな
回転が得られないなどの問題点がある。

（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、磁石と第２太陽歯車と
を一体的に形成した回転子を回転自在に設け、この回転
子の外側の車軸に第１太陽歯車と一体的に形成した遊星
キリャヤを回転自在に設け、前記固定筒体の内周部に内
歯歯車を形成し、この内歯歯車と前記第１太陽歯車とに
それぞれ噛合する第１遊星歯車を前記ハブ体の側蓋体に
枢支して設けると共に、前記内歯歯車と前記第２太陽歯
車とにそれぞれ噛合する第２遊星歯車を前記遊星キリャ
ヤに枢支して自転車用発電装置を構成する。

また第２発明として、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、磁石と第３太陽歯車とを一体的に形成した回転子
を回転自在に設け、この回転子の外側の車軸に第２太陽
歯車と一体的に形成した第２遊星キャリヤを回転自在に
設けると共に、さらにその外側に第１太陽歯車と一体的
に形成した第１遊星キャリヤを回転自在に設け、前記固
定筒体の内周部に内歯歯車を形成し、この内歯歯車と前
記第１太腸歯車とにそれぞれ噛合する第１遊星歯車を前
記ハブ体の側蓋体に枢支して設けると共に、前記内歯歯
車と前記第２太陽歯車とにそれぞれ噛合する第２遊星歯
車を前記第１遊星キャリヤに枢支して設け、さらに前記
内歯歯車と前記第３太陽歯車にそれぞれ噛合する第３遊
星歯車を前記第２遊星キャリヤに枢支して自転車用発電
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、その第１発明
は、まず、固定筒体に形成した内歯歯車と、ハブ体の側
蓋体に枢支した第１遊星歯車と遊星キャリヤと一体の第
１太陽歯車で構成される第１段目の遊星歯車列によって
、ハブ体の回転数が増速されて遊星キャリヤに伝えられ
、さらに固定筒体に形成した内歯歯車と、遊星キャリヤ
に枢支した第２遊星歯車と、回転子と一体に形成した第
２太陽歯車で構成される第２段目の遊星歯車列によって
、前記遊星キャリヤの回転数は増速されて回転子に伝え
られる。

つまり、第１発明は２段の遊星歯車列による増速によっ
て、外装式と同等の回転子の周速度を得ることができる
。

また第２発明は、第１発明の装置にさらに第３段目の増
速用の遊星歯車列を付加したものであるから、ハブ体の
外径を第１発明のものより小さくしても、外装式と同等
の回転子の周速度を得ることができる。

従って、本発明によれば、磁石を強くしたり、発電コイ
ルの池数を増すことなく、また、回転子の外径を大きく
することなく、外装式と同等の起電力を発生することが
できる。

また、車輪一回転の極数も外装式と路間等となるから、
はとんど脈動のない滑らかな回転が得られる。

（実施例〉以下、図面について本発明の詳細な説明する。

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ツト
３により固定した車軸である。

第１図〜第５図はこの第１発明の実施例を示すもので、
本実施例においては、前輪の）＼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を形成しである。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。

また中空円筒状の筒体の一端（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、その内周部に内歯歯車８ｂを形成し、さ
らに筒体の他端（第１図における右側端）を車軸２と嵌
合するようにして固定筒体８を一体に形成して、この固
定、筒体８を前記ハブ体４の内部にわずかな間隙を有す
るように遊嵌すると共に、キー９を介して車軸２に固定
する。

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、ｌＯは座金、１１はばねである
。

また第３図に詳細に示すように、溝付きリング１２ａの
溝内に導線１２ｂを巻き付けてコイル１２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１３ａを配置すると共に、これら４本の磁極片１３
ａをそれぞれ小径の円筒部１３ｂに連結して第１電機子
１３を一体に形成し、この第１電機子１３の円筒部１３
ｂを、前記コイル１２の中心孔１２Ｃ内に挿通し、この
中心孔１２Ｃより突出した円筒部１３ｂを外包する円筒
部１４ａと、組み立て時に前記４本の磁極片１３ａの中
間にそれぞれ位置する４本の帯板状の磁極片１４ｂとを
連結して第２電機子１４を一体に形成し、この第２電機
子１４を前述したコイル１２と第１電機子１３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１５を
一体的に構成する。なお１６はコイル１２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１５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１６ヲ固定筒体８に設けた孔８Ｃお
よび溝２ｂを介して外部に取り出す。

また磁石１７ａと第２太陽歯車１７ｂとを結合して一体
的に形成した回転子１７を、磁石１７ａが前記発電コイ
ル体１５の各磁極片１３ａ、　１４ｂと対応するように
車軸２に対して回転自在に設ける。

また第１太陽歯車１８ａと円板状の遊星キャリヤ１８を
一体的に形成し、この遊星キャリヤ１８を前記回転子１
７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、前記内歯歯車８ｂと前記第１太陽歯車１８ａ
とにそれぞれ噛合する３個の第１遊星歯車１９　（第４
図参照）を前記ハブ体４の側蓋体５に軸２０によりそれ
ぞれ枢支して設けると共に、前記内歯歯車８ｂと前記第
２太陽歯車１７ｂとにそれぞれ噛合する３個の第２遊星
歯車２１（第５図参照）を前記遊星キャリヤ１８に軸２
２によりそれぞれ枢支して自転車用発電装置を構成する
。

第６図〜第９図は第２発明の実施例を示すもので、図中
前記符号と同一の符号は同等のものを示している。第１
発明との相違点のみを説明すると次の通りである。

すなわち回転子１７は磁石１７ａと第３太陽歯車１７ｃ
とを結合して形成し、第１太陽歯車１８ａは第１遊星キ
ャリヤ１８と一体的に形成し、第２遊星歯車２１は軸２
２により第１遊星キャリヤ１８に枢支し、新たに、第２
遊星歯車２１と噛合する第２太陽歯車２３ａを第２遊星
キャリヤ２３と一体的に形成し、内歯歯車８ｂと前記第
３太陽歯車１７ｃにそれぞれ噛合する３個の第３遊星歯
車２４（第９図参照〉を軸２５により第２遊星キャリヤ
２３にそれぞれ枢支して設ける。

つまりこの第２発明は、第１発明の増速用の２段の遊星
歯車列に、さらにもう１段の遊星歯車列を付加して３段
の遊星歯車列としたものである。

つぎに上述したように構成した本発明装置の作用をまず
第１発明の実施例について説明する。

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２０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
ているため、軸２０を介して第１遊星歯車１９が第４図
の矢印Ａの方向に公転すると、それに伴って各第１遊星
歯車１９は矢印Ｂの方向に自転する。この第１遊星歯車
１９の矢印六方向の公転と、矢印Ｂ方向の自転によって
、この第１遊星歯車１９と噛合する第１太陽歯車１８ａ
は第４図の矢ＥＩＩＣの方向に増速されて回転する。

本実施例では、固定筒体８の内歯歯車８ｂの歯数が７２
　Ｔであり、第１太陽歯車１８ａの歯数が１８Ｔである
から、第１太陽歯車１８ａと一体の遊星キャリヤ１８の
回転は、（７２＋　１８）　÷１８＝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太陽歯車１８ａと一体の遊星キャリヤ１８が矢
印Ｃの方向に回転すれば、第５図に示すように軸２２も
矢印Ｃの方向に回転子するため、第２遊星歯車２１は矢
印Ｃの方向に公転すると共に、矢印りの方向に自転する
。したがってこれと噛合する第２太陽歯車１７ｂ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の内歯歯車８ｂの歯数が？２
　Ｔであり、第２太陽歯車１７ｂの歯数が１８Ｔである
から、第２太陽歯車１７ｂと一体の回転子１７の回転は
、（７２＋　１８）　÷１８＝５であるから、遊星キャ
リヤ１８の５倍の増速回転になる。

すなわち、第１段目の遊星歯車列と第２段目の遊星歯車
列によって、２５倍（５Ｘ５）の増速回転が得られる。

つぎに第６図〜第９図について第２発明の詳細な説明す
る。

この第２発明は、第１発明の遊星歯車列をさらに１段増
加して３段としたものであるから、第１発明の増速率と
同程度の増速率を得るには、ハブ体４の外径を小さくす
ることができる。

すなわち本実施例では、内歯歯車８ｂの歯数が４８Ｔで
あり、各太陽歯車１８ａ、　２３ａ、　１７ｃの歯数が
それぞれ２４Ｔで、（（４８＋２４）　÷２４）Ｘ３Ｘ
３＝２７であるから、回転子１７の回転はハブ体４０２
７倍の増速回転になる。

（発明の効果）本発明は以上のように、自転車のハブ体４内に設けた回
転子１７を２段または３段の遊星歯車列で増速したので
、回転子１７は例えば本実施例のように、車輪の２５倍
または２７倍で回転し、外装式と路間等の回転周速度を
得ることができる。

すなわち、本発明によれば、磁石１７ａを強くしたり、
発電コイル１２の池数を増すことなく、外装式と同等の
起電力を発生することができる。

従って、従来のハブ内蔵式の発電機のような特別仕様の
部品を必要とせず、外装式と同等の大きさの磁石と発電
コイルを用いることができるので、ハブ体４の外径を非
常に小径にすることができる。

さらに、歯車伝導であるから、外装式のように摩擦面の
水ぬれや、車輪に対する取り付は精度等の影響を受ける
ことなく、安定して高い効率を維持することができる。

従って、本発明によれば、従来と同等の発電性能を有し
ながらしかも効率が良くて、外観の良い小型のハブ内蔵
式発電装置を提供することができるというすぐれた効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第１実施例の断面図、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図は第１実施例の１段目の遊星歯車列の作用説明図
、第５図は第１実施例の２段目の遊星歯車列の作用説明図
、第６図は本発明装置の第２実施例の断面図、第７図は第
２実施例の１段目の遊星歯車列の作用説明図、第８図は第２実施例の２段目の遊星歯車列の作用説明図
、第９図は第２実施例の３段目の遊星歯車列の作用説明図
である。ｌ・・・前ホーク　　　　　　２・・・車軸４・・・ハ
ブ体　　　　　　　５・・・側蓋体８・・・固定筒体　
　　　　　８ｂ・・・内歯歯車１２・・・コイル　　　
　　　　１３・・・第１電機子１４・・・第２電機子１７・・・回転子１７ｂ・・・第２太陽歯車１８ａ・・・第１太陽歯車２１・・・第２遊星歯車２３ａ・・・第２太陽歯車１５・・・発電コイル体１７ａ・・・磁石１８・・・遊星キャリヤ１９・・・第１遊星歯車２３・・・第２遊星キャリヤ２４・・・第３遊星歯車第６図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】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、磁石と第２
太陽歯車とを一体的に形成した回転子を回転自在に設け
、この回転子の外側の車軸に第１太陽歯車と一体的に形
成した遊星キャリヤを回転自在に設け、前記固定筒体の
内周部に内歯歯車を形成し、この内歯歯車と前記第１太
陽歯車とにそれぞれ噛合する第１遊星歯車を前記ハブ体
の側蓋体に枢支して設けると共に、前記内歯歯車と前記
第２太陽歯車とにそれぞれ噛合する第２遊星歯車を前記
遊星キャリヤに枢支してなる自転車用発電装置。２、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、磁石と第３
太陽歯車とを一体的に形成した回転子を回転自在に設け
、この回転子の外側の車軸に第２太陽歯車と一体的に形
成した第２遊星キャリヤを回転自在に設けると共に、さ
らにその外側に第１太陽歯車と一体的に形成した第１遊
星キャリヤを回転自在に設け、前記固定筒体の内周部に
内歯歯車を形成し、この内歯歯車と前記第１太陽歯車と
にそれぞれ噛合する第１遊星歯車を前記ハブ体の側蓋体
に枢支して設けると共に、前記内歯歯車と前記第２太陽
歯車とにそれぞれ噛合する第２遊星歯車を前記第１遊星
キャリヤに枢支して設け、さらに前記内歯歯車と前記第
３太陽歯車にそれぞれ噛合する第３遊星歯車を前記第２
遊星キャリヤに枢支してなる自転車用発電装置。