JPH0688544B2 - 自転車用発電装置 - Google Patents

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らながら、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
け精度、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58−188385号公
報、および実開昭57−12384号公報に開示されている技
術が考案がされている。

（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、（コイル捲数×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、ほ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（コイル捲数×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てあるが、なお充分な周束が得ら
れないため、磁石を強くしたり、さらにコイルの捲数を
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、外径を大きくしてあるとはいえ、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264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、その分回転子の外径を大きくしたり、磁石を強く
したり、さらにコイルの捲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例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
ルの捲数を増すことなく、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１回転の極数も外装式と略同等となるから、
ほ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実施例を説明する。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ット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を形成してある。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、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13
aを配置すると共に、これら４本の磁極片13a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13b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
りリード線である。

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17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22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22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、さらにもう一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
Ａ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図の矢印
Ｃ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72T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＋1
8）÷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Ｄ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72T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（５×５）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発明の作用を説明す
る。

この第２発明は。第２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｝×３×３＝27であるから、回転子17
の回転はハブ体４の27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、外装式と略同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の捲数を増すことなく、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略同等となるから、
ほ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け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、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、15……発電コイル体 17……回転子、17a……磁石 17b……第２太陽歯車、18……遊星キャリヤ 18a……第１太陽歯車、19……第１遊星歯車 21……第２遊星歯車、23……第２遊星キャリヤ 23a……第２太陽歯車、24……第３遊星歯車

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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。