JPH0367792A

JPH0367792A - 自転車用発電装置

Info

Publication number: JPH0367792A
Application number: JP1202916A
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: JPH0688545B2

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が多く用いられ
ている。

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×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、上記のくコイル池数×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第２
遊星キリヤヤを回転自在に設け、前記ハブ体の内周部に
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遊星歯車を前記車軸に固定した
第１遊星キャリヤ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２遊星キリヤ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３遊星キャリヤを回転自在に
設けると共に、その外側に第１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、さらにその外
側に第１遊星キャリヤを車軸に固定して設け、前記ハブ
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遊星歯車を前記第
１遊星キャリヤ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２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３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、ハブ体に形成した内歯歯車と、第１遊星キャ
リヤの第１遊星歯車と、第２遊星キャリヤの第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第２遊星キャリヤに伝えられ、さ
らにハブ体の内歯歯車と、第２遊星キャリヤに枢支した
第２遊星歯車と、回転子と一体の第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、第２遊星キャリヤ
の回転がさらに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、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の小径部４ｂ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、１０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を固定筒体８に設けた孔８ａ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と円板状の第２遊星キャリヤ１
８を一体的に形成し、この第２遊星キャリヤ１８を前記
回転子１７の側蓋体５側の車軸２に対して回転自在に設
け、さらにその外側に第１遊星キャリヤ１９を車軸２に
固定して設け、前記ハブ体４の大径部４ａの内周部に内
歯歯車４Ｃを形成し、この内歯歯車４Ｃ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２
０（第４図参照）を軸２１によりそれぞれ第１遊星キャ
リヤ１９に枢支して設けると共に、前記内歯歯車４Ｃ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２２（第５図参照）を前記第２遊星キャリヤ
１８に軸２３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大腸歯車１７ｃ
とを結合して形成し、第２太陽歯車２４ａは第３遊星キ
ャリヤ２４と一体的に形成し、第２遊星歯車２２は軸２
３により第２遊星キャリヤ１８に枢支して内歯歯車４Ｃ
と第２太陽歯車２４ａに噛合させ、新たに、内歯歯車４
Ｃ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２５（第９図参照）を軸２６により第３遊
星キャリヤ２４にそれぞれ枢支して設ける。なおこの実
施例ではハブ体４に大径部を設ける必要がないから、全
長にわたって等径でよい。

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が第４図の矢印Ａの方向に回転する。この場
合第１遊星キャリヤ１９は固定されているため、軸２１
を介して第１遊星歯車２０は公転しない。この状態でハ
ブ体４が矢Ｅｒ１Ａの方向に回転すると、それに伴って
各第１遊星歯車２０は矢印Ｂの方向に増速されて自転す
る。この第１遊星歯車２０の矢印Ｂ方向の自転によって
、この第１遊星歯車２０と噛合する第１太陽歯車１８ａ
が第４図の矢印Ｃの方向にさらに増速されて回転する。

本実施例では、ハブ体４の内歯歯車４ｃの歯数が？２　
Ｔであり、第１太陽歯車ｔｇａの歯数が１８Ｔであるか
ら、第１太陽歯車１８ａと一体の第２遊星キャリヤ１８
の回転は、７２÷１８＝４であるから、ハブ回転の４倍
の回転数で逆回転する。

また第１太陽歯車１８ａと一体の第２遊星キャリヤ１８
が第５図の矢印Ｃの方向に回転すれば、第５図に示すよ
うに軸２３も矢印Ｃの方向に回転子するため、第２遊星
歯車２２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。

いま、車輪すなわち、ハブ体４の内歯歯車４Ｃが正方向
へ１回転するとすると、第２遊星キャリヤ１８は逆方向
に４回転するから、ハブ体４の内歯歯車４Ｃと第２遊星
キャリヤ１８の相対回転差は５回転である。

本実施例では、ハブ体４の内歯歯車４Ｃの歯数が？２Ｔ
であり、第２太陽歯車１７ｂの歯数が１８Ｔであるから
この場合の増速比は、（７２＋　１８）÷１８＝５であ
るため、第２太陽歯車１７ｂは第２遊星キャリヤ１８に
対して５倍の回転をする。

すなわち、ハブ体４の回転に対して回転子１７の回転は
５　Ｘ　５　＝２５であるから、２５倍の回転で逆転す
ることになる。

実際には、車輪全体が正方向に１回転しているため、第
２太陽歯車１７ｂと一体の回転子１７は、２５−１＝２
４であるから、２４倍の回転数で逆転することになる。

すなわち、この装置は、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、２４倍の増速比が得られる。

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。

本実施例では、内歯歯車４ｃが４８Ｔであり、各太陽歯
車１８ａ、　２４ａ、　１７ｃがそれぞれ２４Ｔである
から、１段目の遊星歯車列によって、第１太陽歯車１８
ａは、４８÷２４＝２であるため、２倍に増速される。

また２段目の遊星歯車列によって、第２太陽歯車２４ａ
は、（＜４８　＋２４）　　＋２４）　ｘ　３−１　＝
　８であるから、８倍に増速される。

さらに３段目の遊星歯車列によって、第３太陽歯車１７
ｃは、（（４８＋２４）　　＋２４）Ｘ９−１＝２６で
あるから、２６倍の増速回転が得られる。

（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２７倍
または２６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。１・・・前ホーク　　　　　　２・・・車軸４・・・ハ
ブ体　　　　　　　４ｃ・・・内歯歯車５・・・側蓋体
　　　　　　　８・・・固定筒体１２・・・コイル１４・・・第２電機子１７・・・回転子１７ｂ・・・第２太陽歯車１８・・・第２遊星キャリヤ１９・・・第１遊星キャリヤ２２・・・第２遊星歯車２５・・・第３遊星歯車１３・・・第１電機子１５・・・発電コイル体１７ａ・・・磁石１７Ｃ・・・第３太陽歯車１８ａ・・・第１太陽歯車２０・・・第１遊星歯車２４・・・第３遊星キャリャ第３図ｆＱ（Ｍｌ遊星キャリヤ）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
成した第２遊星キャリヤを回転自在に設け、前記ハブ体
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遊星歯車を前記車軸
に固定した第１遊星キャリヤ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２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３遊星キャリヤを回転自在に設けると共に、そ
の外側に第１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、さらにその外側に第１遊星キャ
リヤを車軸に固定して設け、前記ハブ体の内周部に内歯
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遊星歯車を前記第１遊星キャリヤに
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２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３遊
星キャリヤに枢支してなる自転車用発電装置。