JPH0367793A - 自転車用発電装置 - Google Patents

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×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でいるが、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、中間に
中空円筒を設けた車軸を自転車のフレームに固定し、こ
の車軸に対して車輪の）＼ブ体を回転自在に嵌合し、前
記車軸の中空円筒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、前記ハ
ブ体の内周部に第１内歯歯車を形成し、この第１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
車を前記車軸に枢支して設け、前記車軸の中空円筒の内
部に第２内歯歯車を設け、この第２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。

（作　用） 本発明装置は上述のように構成したので、まずハブ体の
第１内歯歯車と、車軸に枢支した第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、さらに中空円筒内に形成された第
２内歯歯車と、遊星キャリヤに枢支されている第２遊星
歯車と、回転子の第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、遊星キャリヤの回転数はさらに増
速されて回転子に伝えられる。

つまり、２段の増速によって、外装式と同等の回転子の
周速度を得ることができる。

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。

この車軸２は、中間に中空円筒２ａを設け、この中空円
筒２ａの第１図における左側端部の外周にねじ２ｂを形
成し、このねじ２ｂと螺合すると共に、中心にボス部を
突設した左側蓋体２Ｃを前記ねじ２ｂを介して中空円筒
２ａと螺合し、この左側蓋体２Ｃのボス部にねじ杆２ｄ
の基部をねじ込む。

また中空円筒２ａの第１図における右側端部の内周にね
じ２ｅを形成し、このねじ２ｅと螺合すると共に、中心
にボス部を突設した右側蓋体２ｆを前記ねじ２ｅを介し
て中空円筒２ａと螺合し、この右側蓋体２ｆのボス部に
ねじ杆２ｇの基部をねじ込む。

すなわち車軸２は、中空円筒２ａ、左右の側蓋体２Ｃ２
２ｆ％およびねじ杆２ｄ、　２ｇを結合して形成されて
いる。

そしてこのように形成された車軸２は、第１図に示すよ
うに、左右のねじ杆２ｄ、　２ｇをそれぞれ前ホーク１
の下端部の溝に係合してナツト３等によって固定する。

また４は自転車の前輪のハブ体で、このハブ体４は一端
（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を形成すると共に、そ
の内側には第１内歯歯車４ｂを形威しである。なお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
。

また第３図に詳細に示すように、溝付きリング８ａの溝
内に導線８ｂを巻き付けてコイル８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９
ａを配置すると共に、これら４本の磁極片９ａをそれぞ
れ小径の円筒部９ｂに連結して第１電機子９を一体に形
成し、この第１電機子９の円筒部９ｂを、前記コイル８
の中心孔８Ｃ内に挿通し、この中心孔８Ｃより突出した
円筒部９ｂを外包する円筒部１０ａと、組み立て時に前
記４本の磁極片９ａの中間にそれぞれ位置する４本の帯
板状の磁極片ｌＯｂとを連結して第２電機子１０を一体
に形威し、この第２電機子１０を前述したコイル８と第
１電機子９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１１を一体的に構成する。なお１２はコイ
ル８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１１を第１図
に示すように、前記車軸２の中空円筒２ａ内の図におけ
る右側端に挿入して固定し、そのリード線１２を車軸２
の右側蓋体２ｆに設けた孔２ｈおよび溝２１を介して外
部に取り出す。

また磁石１３ａと第２太陽歯車１３ｂとを軸１３Ｃを介
して回転子１３を一体的に形成し、この回転子１３を、
磁石１３ａが前記発電コイル体１１の各磁極片９ａ。

１０ｂと対応するように車軸２の中空円筒２ａ内に回転
自在に設ける。

すなわち回転子１３の軸１３ｃの第１図における左側の
軸端部１３ｄを、車軸２の左蓋体２Ｃに設けた軸受はメ
タル１４によって回転自在に支承すると共に、軸１３Ｃ
の右側の軸端部１３ｅを、車軸２の右側蓋体２ｆに設け
た軸受はメタル１５によって回転自在に支承する。

そして回転子１３と一体の第２太陽歯車１３ｂと対向す
る車軸２の内周部に、リング状の第２内歯歯車１６を車
軸２に固定して設ける。

また第１太陽歯車１７ａと円板状の遊星キャリヤ１７を
一体的に形成し、この遊星キャリヤ１７を前記回転子１
３と一体の第２太陽歯車１３ｂと左側蓋体２Ｃとの間の
１３ｃに回転自在に設け、前記第１内歯歯車４ｂと前記
第１太陽歯車１７ａとにそれぞれ噛合する３個の第１遊
星歯車１８（第４図参照）を前記車軸２の左側蓋体２Ｃ
内に軸１９を介してそれぞれ回転自在に設けると共に、
前記第２内歯歯車１６と前記第２太陽歯車１３ｂとにそ
れぞれ噛合する３個の第２遊星歯車２０（第５図参照）
を前記遊星キャリヤ１７に軸２１によりそれぞれ枢支し
て自転車用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、第４図の矢印Ａの方向に回転する。この
場合車軸２は固定されているため、軸１９を介して第１
遊星歯車１８が矢印Ｂの方向に自転する。この第１遊星
歯車１８の矢印Ｂ方向の自転によって、この第１遊星歯
車１８と噛合する第１太陽歯車１７ａ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、第１内歯歯車４ｂの歯数が７５Ｔであり
、第１太陽歯車１７ａの歯数が１５Ｔであるから、遊星
キャリヤ１７の回転は、７５÷１５＝５であるため、ハ
ブ体４の回転の５倍の増速となる。

また第１太陽歯車１７ａと一体の遊星キャリヤ１７が矢
印Ｃの方向に回転すれば、第５図に示すように軸２１も
矢印Ｃの方向に回転する。この場合第２内歯歯車１６は
固定されているため、第２遊星歯車２０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１３ｂは矢印Ｅの方向に
増速されて回転する。

本実施例では、第２内歯歯車１６の歯数が４４Ｔであり
、第２太陽歯車１３ｂの歯数がＬＯＴで、（４４＋１０
〉　÷１０＝５．４であるから、第２太陽歯車１３ｂの
回転は遊星キャリヤ１７の５．４倍の増速となる。

すなわち、本実施例の装置によれば、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、２７倍（５Ｘ５
．４）の増速比が得られる。

（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１３を２段の遊星歯車列で増速したので、回転子１
３は例えば本実施例のように、車輪の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１３ａを強くしたり、
発電コイル８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。

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。

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１段目の遊星歯車列の作用説明図、第５図は２
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２ａ・・・
中空円筒　　　　　　２Ｃ・・・左側蓋体２ｄ・・・ね
じ杆　　　　　　　２ｆ・・・右側蓋体２ｇ・・・ねじ
杆　　　　　　　４・・・ハブ体４ｂ・・・第１内歯歯
車　　　　５・・・側蓋体８・・・コイル　　　　　　
　９・・・第１電機子１０・・・第２電機子　　　　　
１１・・・発電コイル体１３・・・回転子　　　　　　
　１３ａ・・・磁石１３ｂ・・・第２太陽歯車　　　■
６・・・第２内歯歯車１７・・・遊星キャリヤ　　　　
１７ａ・・・第１太陽歯車１８・・−・第１遊星歯車　
　　　２０・・・第２遊星歯車第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、中間に中空円筒を設けた車軸を自転車のフレームに
   固定し、この車軸に対して車輪のハブ体を回転自在に嵌
   合し、前記車軸の中空円筒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
   、前記ハブ体の内周部に第１内歯歯車を形成し、この第
   １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枢支して設け、前記車軸の中空
   円筒の内部に第２内歯歯車を設け、この第２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。