JPH0675978U - 自転車用発電機内装ハブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発電可能な電圧の割りには軽く駆動でき、し
かも、コンパクトでシンプルな自転車用発電機内装ハブ
を提供する。 【構成】 ハブ体２の内側に、ハブ軸芯方向に並列する
３個の発電機単位体Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３で成る発電機を備
えてある。発電機単位体Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３それぞれの発
電コイル７を直列に接続することにより、発電機全体と
しては、発電機単位体Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が各別に発電す
る電力より高電圧の合成電力を発電電力として出力す
る。発電機単位体Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３それぞれの発電コイ
ル７をハブ軸芯６と同芯状に配置し、ハブ体２の内部に
備える発電機配置用スペースの小スペース化を可能にし
てある。発電機単位体Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３それぞれの磁石
体８を発電コイル７の外周側に配置し、発電コイル７の
巻き数量を多量化することを可能にしてある。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、発電コイルと磁石とを備える発電機を、ハブ体の内側に備えるとと もに、ハブ体の回動力によって駆動されるように構成してある自転車用発電機内 装ハブに関する。

【０００２】

【従来の技術】

上記発電機内装ハブとして、従来、例えば特開平３−２５８６７３号公報に示 されるように、ハブ体の回動力を遊星式増速機構により増速して回動式磁石に伝 達し、発電機がハブ体の回転速度より高速で回動するように構成することより、 コイルや磁石を小型に形成したり、安価な磁石を採用しても、比較的高い電圧で 発電することが可能なものがあった。 また、例えば特開昭５７−７１２５７号公報に示されるように、発電コイルや 磁石の外径を大きく形成し、磁極片を多量の磁束が通過するように大きく形成す るとともに多数備えて、磁石が備える磁力を無駄が少ないように有効に利用でき るように構成することにより、発電機がハブ体の回転速度で回動しても、比較的 高い電圧で発電することが可能なものがあった。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

前者の場合、増速機構自体が作動抵抗を備えることから、この抵抗のために走 行時での駆動負荷が増大し、ペダル操作に要する労力の割りには走行スピードが 出ないとか、照明が充分な明るさになりにくい不利があった。 後者の場合、コイルや磁石が大きいために発電機が大型になり、この結果、ハ ブ体の外径がハブ体全体にわたって大きくなるか、あるいは、ハブ体の発電機が 位置しない部分での外径が小さくなっても、発電機が位置している部分での外径 が大きくなって取扱がしにくいとか、外観面で不利なハブになっていた。 本考案の目的は、駆動力ロスを少なくしながら比較的高い電圧で発電するとか 、故障のために発電不能になることを少なくすることが可能で、しかも、コンパ クトでシンプルに、かつ、安価に得られる自転車用発電機内装ハブを提供するこ とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案による自転車用発電機内装ハブにあっては、目的達成のために、 コイル軸芯がハブ軸芯と同芯状に位置する発電コイルと、磁石体とを有する発 電機単位体の複数個を、ハブ体の内側にハブ軸芯方向に並列して備え、 前記発電機単位体それぞれの前記磁石体を前記発電コイルの外周側に配置して あることを特徴とする。

【０００５】

【作用】

ハブ体の内部に発電機を備えるに、発電コイルがハブ軸芯と同芯状に位置する と、平行などの別軸芯で位置するに比し、発電コイルの外径が同じであっても、 ハブ体内空間の直径を小にしながら発電機装備ができる。 ハブ体の小径化ができるように発電機の小型化を図りながら、発電機をハブ体 内に配置するに当たり、発電機全体が一つの発電機単位体でなる場合には、磁石 のハブ軸芯方向での長さをできるだけ長くして、磁石が極力強い磁力を備えるよ うにしても、磁石が備える磁力の強さの割りには高い電圧の発電ができない。す なわち、発電コイルのハブ軸芯方向での長さが長くなることから、発電コイルに 備える磁極片のハブ軸芯方向での長さを大にして、磁極片が磁石から多量の磁束 を受けるようにできる。ところが、磁極片が受ける磁束の全てまたはそれに近い 量がコイル側に通過するようにするには、磁極片が鉄芯部材に連結する箇所のコ イル周方向での長さを長くする必要があってコイルの外径が大になる。しかしな がら、発電機の小型化のためにはコイル外径を大きくできないことから、磁極片 の前記連結箇所のコイル周方向での長さを充分には長くできず、磁極片が磁石か ら多量の磁束を受けても、コイル側に通過する磁束の量が少なくなる。 これに対し、発電機全体がハブ軸芯方向に並ぶ複数の発電機単位体でなると、 発電機全体としては、複数の発電コイルを備えることになる。発電機全体として 備える磁石が、発電機単位体が各別に備える複数の磁石でなる場合と、複数の発 電機単位体に共用の同一の磁石でなる場合のいずれにおいても、発電機全体とし ては同じ強さの磁力を備えるものとして考える。すると、それぞれの発電コイル に備える磁極片のハブ軸芯方向での長さが短くなるが、そのハブ軸芯方向での長 さを、発電機の小型化の面から決まる磁極片の鉄芯部材連結箇所のコイル周方向 での長さに釣り合う長さ、または、それに近い長さにできる。この結果、各磁極 片は発電機全体として備えている磁束量のうちの一部しか受けないことになって も、磁極片それぞれが受ける磁束の全量またはそれに近い量がコイル側に通過す るようにできる。すなわち、発電機全体としては、発電機全体として備える磁束 の全量またはそれに近い量が発電コイルを通過し、発電機全体としての磁力を無 駄がないとか、無駄が少ないように有効に利用して発電できる。 その上、磁石が発電コイルの外周側に位置すると、磁石の外周側に発電コイル が位置するに比し、発電機の外径が同一であると考えると、発電コイルの外径と 内径との差が大きくなって発電コイルの巻き数を多くできる。また、発電コイル の磁極片を発電コイルの外周側に備えることになるために、磁極片のコイル周方 向での長さを比較的長くしたり、磁極片のコイル周方向に並ぶ数量を比較的多く し、この面からも、発電コイルを通過する磁束量を多くできる。 したがって、本考案構成の場合、発電機単位体それぞれの発電コイルを電気的 に直列に接続すると、発電機全体としては、発電機単位体それぞれが磁力を有効 に利用して発電する電力を合成して出力することになる。これにより、発電機単 位体がハブ体の回転速度と同じ回転速度で回動するようにしても、発電機全体と しては、その大きさの割りには高い電圧で発電することになる。 また、発電機単位体それぞれの発電コイルを電気的に並列に接続すると、例え ば一部の発電機単位体の発電コイルに断線が発生してその発電機単位体が発電し なくなっても、他の発電機単位体が発電作動し、発電機全体としては発電を継続 して行うことになる。

【０００６】

【考案の効果】

発電機を増速駆動することなく比較的高い電圧で発電できることにより、ペダ ル操作力を走行駆動や発電機駆動に無駄なく有効に利用して明るく照明しながら 、走行速度を落とすことなく比較的楽に走行することを可能にできた。 また、発電機単位体が各別に出力するようにできることにより、発電機の一部 に故障が生じても、照明が不能にはならなくて走行可能なように構成できる有利 なものにできた。 その上、磁石が備える磁力をロスが少ないように有効に利用して比較的高い電 圧で発電できることにより、比較的安価な磁石を採用して経済面で有利に得られ るようにできた。しかも、発電機全体を比較的小型に形成できることにより、ハ ブ体を小型でシンプルに形成して組み立てや運搬などが取扱面からしやすいよう にでき、さらには、体裁がよくて違和感のない商品価値が高い状態に組み付ける ことを可能にできた。

【０００７】

【実施例】

図１に示すように、一対のハブ鍔１，１を備えるハブ体本体２ａと、このハブ 体本体２ａの一端側に取り付けたハブキャップ２ｂとで成るハブ体２を、ボール ３、玉押し４を介してハブ軸５に回動可能に取り付けてある。ハブ体２の内部に 設ける発電機配置用スペースが極力小スペースで済むように、前記ハブ軸５の軸 芯６と同芯状に、かつ、ハブ軸芯６の方向に並列するように配置した三つの発電 コイル７・・、この発電コイル７の外周側に配置した筒状磁石体８などを有する 発電機を、前記ハブ体２の内側に備え、もって、自転車用発電機内装ハブを構成 してある。

【０００８】 前記発電機は、三つの前記発電コイル７・・を各別に備える三つの発電コイル 体のうちの最もハブ体一端側に位置する発電コイル体と、前記筒状磁石体８とで 成る第１発電機単位体Ｄ１、三つの前記発電コイル体のうちの中央に位置する発 電コイル体と、前記筒状磁石体８とで成る第２発電機単位体Ｄ２、三つの前記発 電コイル体のうちの最もハブ体他端側に位置する発電コイル体と、前記筒状磁石 体８とで成る第３発電機単位体Ｄ３のそれぞれで成る。そして、車体走行に伴っ てハブ体２が回動すると、発電機単位体Ｄ１〜Ｄ３がハブ体回動力のために発電 作動することによって発電するように構成し、発電コイル体からハブ軸５の凹入 溝部５ａと、一方の前記玉押し４の内側とを通ってハブ体２の外側に延びるリー ド線９により、発電電力を前照灯（図示せず）に供給するように構成してある。 すなわち、三つの発電コイル体を複数本の連結ピン１０によって締め付け連結 し、ハブ軸５の前記凹入溝部５ａの端部に入り込むことによってハブ軸５に係合 している回転止め具１１が、第３発電機単位体Ｄ３の発電コイル体を構成してい る鉄芯部材１２にも係合して、この発電コイル体のハブ軸５に対する回転止めを 行うように構成することにより、全ての発電コイル体をハブ軸５に対して回転し ないように固定してある。そして、発電機内装ハブを使用する際には、ハブ軸５ を自転車用車体Ｆに対して締め付け固定して回動しないようにすることから、全 ての発電コイル体は自転車用車体Ｆに対して回動しないように固定することにな る。 筒状磁石体８は、図８に示す円弧状磁石片８ａの４個で成り、この磁石片８ａ を、図１に示すように、ハブ体本体２ａの内側にハブ軸芯６と同芯状に位置する 純鉄製の筒型バックヨーク１３の内側にハブ体周方向に環状に並置し、ハブ体２ の一端側に位置する磁石固定リング１４と、前記ハブキャップ２ｂとで前記バッ クヨーク１３と共にハブ体本体２ａに固定することによって形成してある。そし て、ハブ体２が回動すると、筒状磁石体８は、前記磁石固定リング１４とハブキ ャップ２ｂとによる固定作用のためにハブ体２と一体に回動する。つまり、ハブ 体２が回動すると、筒状磁石体８がハブ体回動力のためにハブ体２の回転速度と 同じ回転速度で全ての発電コイル体に対して回動する。 前記発電機単位体Ｄ１〜Ｄ３それぞれの発電コイル体は、前記発電コイル７と 、図２および図３に示す如きポリプロピレン樹脂製のコイル用ボビン１５と、図 ３および図５に示す如き純鉄製の前記鉄芯部材１２の２個とで成り、これらを図 ６に示す如く組み合わせるとともに前記連結ピン１０によって締め付け固定する ことによって形成してある。一対の前記鉄芯部材１２，１２のいずれにも、前記 発電コイル７の外周囲にコイル周方向に分散して位置する１６個の磁極片１２ａ ・・または１２ｂ・・を備えるとともに、一方の鉄芯部材１２が備える磁極片１ ２ａと、他方の鉄芯部材１２が備える磁極片１２ｂとが図７に示す如く適当な磁 極片間隔を隔てて噛み合うように、一対の鉄芯部材１２，１２を組み合わせるこ とにより、発電コイル７の外周囲に、コイル周方向に分散する３２個の磁極片１ ２ａ，１２ｂを備えてある。 ４個の前記磁石片８ａそれぞれの内面側に、図９に示す如くＮ極とＳ極とが交 互に並ぶ８極の磁極を備えることにより、筒状磁石体８の内周面側に、磁石体周 方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶ３２極の磁極を備えてある。筒状磁石体８の回 動が１ピッチ角進む毎に、筒状磁石体８の１６極のＮ極と、発電コイル７の一方 の鉄芯部材１２が備える１６個の磁極片１２ａとが各別に対向し、筒状磁石体８ の１６極のＳ極と、発電コイル７の他方の鉄芯部材１２が備える１６個の磁極片 １２ｂとが各別に対向する第１対向状態と、この第１対向状態とは逆に、筒状磁 石体８の１６極のＮ極と、発電コイル７の他方の鉄芯部材１２が備える１６個の 磁極片１２ｂとが各別に対向し、筒状磁石体８の１６極のＳ極と、発電コイル７ の一方の鉄芯部材１２が備える１６個の磁極片１２ａとが各別に対向する第２対 向状態とに磁石側磁極とコイル側磁極片の対向状態が変化するように、磁極の配 列設定をしてあることにより、ハブ体２が回動して筒状磁石体８が回動するに伴 って、第１発電機単位体Ｄ１〜第３発電機単位体Ｄ３が各別に発電する。 すなわち、筒状磁石体８が回動して磁石側磁極とコイル側磁極片とが前記第１ 対向状態になると、筒状磁石体８からの磁束が一方の磁極片１２ａに受入れられ る。そして、両鉄芯部材１２，１２の図４の如きボス部１２ｃが発電コイル７の 内側で接触していることにより、磁束が他方の磁極片１２ｂの方に両鉄芯部材１ ２を通過する。つまり、筒状磁石体８からの磁束が発電コイル７を正方向に通過 する。磁石側磁極とコイル側磁極片とが前記第２対向状態になると、筒状磁石体 ８からの磁束が他方の磁極片１２ｂに受入れられて一方の磁極片１２ａの方に両 鉄芯部材１２を通過することにより、磁石体８からの磁束が発電コイル７を逆方 向に通過する。そして、筒状磁石体８が回動するに伴い、磁石側磁極とコイル側 磁極片が前記第１対向状態と前記第２対向状態とに交互に切り換わって磁束が発 電コイル７を通過する方向が正方向と逆方向とに切り換わることにより、第１発 電機単位体Ｄ１〜第３発電機単位体Ｄ３それぞれの発電コイル７に電力が発生す る。 第１発電機単位体Ｄ１〜第３発電機単位体Ｄ３それぞれの発電コイル７を電気 的に直列に接続し、発電機全体としては、第１発電機単位体Ｄ１〜第３発電機単 位体Ｄ３が各別に発電する電力よりも高い電圧の電力を前記リード線９から送り 出すようにしてある。すなわち、第１発電機単位体Ｄ１〜第３発電機単位体Ｄ３ が各別に発電する電力を合成し、第１発電機単位体Ｄ１〜第３発電機単位体Ｄ３ それぞれが発電する電圧よりも高い電圧を備える合成電力を発電電力として送り 出すのである。

【０００９】 上記実施構造にあっては、磁石体８を発電コイル７の外周側に配置している。 これにより、磁石体が発電コイルの内周側に配置するに比し、ハブ体内の発電機 配置用スペースが同じと考えると、発電コイル７の外径と内径との差を大にし、 コイルの巻き数を多くしてより高い発電電圧が得られる。また、磁極片１２ａ， １２ｂを発電コイル７の外周側に備えるようになることから、磁極片１２ａ，１ ２ｂのコイル周方向での長さや数量を大にして、磁石体８からの磁束が発電コイ ル７側に有利に通過するようにできる。

【００１０】 上記実施構造にあっては、磁石体８のハブ軸芯方向長さを第１発電機単位体Ｄ １から第３発電機単位体Ｄ３までに至る長さに形成してある。すなわち、同一の 磁石体８を第１発電機単位体Ｄ１〜第３発電機単位体Ｄ３それぞれのための磁石 体に共用することによって、構造の簡略化を図ってある。この他、第１発電機単 位体Ｄ１〜第３発電機単位体Ｄ３にそれ専用の磁石体を各別に備えて実施しても よい。

【００１１】 前記発電コイル１７の磁極片１２ａ，１２ｂを形成するに、図７に明示するよ うに、磁極片１２ａ，１２ｂの鉄芯部材１２に連結する基端側のコイル周方向で の長さＬ１を、先端側でのコイル周方向での長さＬ２より大に形成してある。す なわち、基端側の長さと先端側での長さとを同じにするに比し、コイル周方向に 並ぶ磁極片１２ａ，１２ｂを数多く設けることを可能し、しかも、磁極片１２ａ ，１２ｂが磁石体８から受ける磁束が発電コイル７側に通過するための磁極片基 端側での通路が、磁極片先端側の磁束受け面積の割りには大になって、磁極片１ ２ａ，１２ｂが受け入れる磁束の全量またはそれに近い量がコイル側を通過する ことを可能にしてある。

【００１２】 〔別実施例〕 上記実施構造に替え、図１０に示すように、第１発電機単位体Ｄ１〜第３発電 機単位体Ｄ３それぞれの発電コイル７を並列に接続して実施してもよい。 この場合、第１発電機単位体Ｄ１〜第３発電機単位体Ｄ３のいずれか一つまた は二つに断線が発生しても、断線していない他の発電機単位体による発電電力を 取り出し、照明を継続して行うことが可能になる。

【００１３】 尚、実用新案登録請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記 すが、該記入により本考案は添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】自転車用発電機内装ハブの断面図

【図２】コイル用ボビンの断面図

【図３】コイル用ボビンの側面図

【図４】鉄芯部材の断面図

【図５】鉄芯部材の側面図

【図６】発電コイル体の断面図

【図７】磁極片の平面図

【図８】筒状磁石体の断面図

【図９】磁極配列の説明図

【図１０】別実施発電機の電気回路図

【符号の説明】

２ ハブ体 ６ ハブ軸芯 ７ 発電コイル ８ 磁石体 １２ 鉄芯部材 １２ａ，１２ｂ 磁極片 Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 発電機単位体 Ｌ１ 基端側長さ Ｌ２ 先端側長さ

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイル軸芯がハブ軸芯（６）と同芯状に
   位置する発電コイル（７）と、磁石体（８）とを有する
   発電機単位体（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）の複数個を、ハブ体
   （２）の内側にハブ軸芯方向に並列して備え、 前記発電機単位体（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）それぞれの前記
   磁石体（８）を前記発電コイル（７）の外周側に配置し
   てある自転車用発電機内装ハブ。
2. 【請求項２】 前記磁石体（７）が、ハブ軸芯方向に並
   列する全ての前記発電機単位体（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）の
   うちの最もハブ体一端側に位置するもの（Ｄ１）から最
   もハブ体他端側に位置するもの（Ｄ３）までに至るハブ
   軸芯方向長さを備えて、全ての前記発電機単位体（Ｄ
   １，Ｄ２，Ｄ３）における磁石体を形成している請求項
   １記載の自転車用発電機内装ハブ。
3. 【請求項３】 前記発電コイル（７）の外周囲にコイル
   周方向に分散して位置する多数の磁極片（１２ａ），
   （１２ｂ）が備えられた鉄芯部材（１２）を前記発電コ
   イル（７）が備えている請求項２記載の自転車用発電機
   内装ハブ。
4. 【請求項４】 前記磁極片（１２ａ），（１２ｂ）の前
   記鉄芯部材（１２）に連結する基端側でのコイル周方向
   での長さ（Ｌ１）が先端側でのコイル周方向での長さ
   （Ｌ２）より大である請求項３記載の自転車用発電機内
   装ハブ。