JPH09267U - 自転車用ハブ発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遊星伝導装置における歯車噛合機構を排除し
て、騒音の低減、耐久性の向上等を実現する。 【解決手段】 ハブ体内４で、一端を車軸２に固定した
固定筒体８の開放端側の内側で、太陽ローラー22b の周
りに、ハブ体側に連結した複数個の遊星ローラー26を配
設するとともに、内周面直径を、それぞれの遊星ローラ
ー26への外接円直径より予め小さく形成してなり、それ
らの遊星ローラー26を太陽ローラー22b に締付ける弾性
リング12を、固定筒体８に固着させて設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、自転車のハブに内蔵する発電装置に関し、とくには、歯車の噛合機 構を排除して、騒音の低減、耐久性の向上等を実現するとともに、構成部品の製 造、組立て等を簡単かつ容易ならしめるものである。

【０００２】

【従来の技術】

本出願人は、先に特願平１−202915号、特願平１−202916号および特願平１− 202917号を出願して、自転車用ハブの内部に２列〜３列の遊星歯車列を備え、ハ ブ体の回転を増速して回転子に伝達する遊星伝動装置を有するハブ内蔵式発電装 置を提案した。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上述した発電装置では、ハブ体の回転を約25倍にも増速して回転子に伝達して いる。この場合、例えば、車輪の径が26インチの自転車が時速20km/hで走行する と、回転子は約4000rpm の高速回転になる。

【０００４】 一般に、この種の遊星歯車装置に用いる歯車は小型のものであり、歯形精度は 良くない。 また、各歯車間には間隙が必要であり、そして各歯車間の位置関係は必ずしも 正確ではなく、歯車の芯がずれやすい状態にある。 したがって、このような遊星歯車装置を高速回転させると、歯車噛合部から騒 音を発生する。

【０００５】 また、自転車の走行中には、急発進したり急停車することがあるが、前記した 発電装置を取り付けた自転車が、発電走行中に急停車すると、その発電装置の回 転子が高速回転状態から停止状態へと急激に変化する。したがってこの場合、回 転子の慣性質量によって、遊星歯車装置には非常に大きな負荷が加わることにな る。

【０００６】 そして、この種の遊星歯車装置は小型、軽量であることが望ましいので、歯車 は小型のものが用いられているから、強度的にそれほど余裕はない。 つまり、通常の発電状態では、前記した小型の歯車でも十分有効に作動するが 、急停車時には時として、非常に大きな負荷が加わるため歯車が損壊するという おそれがあった。 本考案は、従来技術の有するこのような問題点をことごとく解決するものであ り、それの目的とするところは、騒音の低減および耐久性の向上等を十分に実現 し、しかも、構成部品の製造、組立て等を簡単かつ容易ならしめた自転用ハブ発 電装置を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この考案の自転車用ハブ発電装置は、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、磁石と太陽ローラーとを一体的に形成した回転子を前記車軸に回転自在に 設け、ハブ体の回転を増速して回転子に伝達する遊星伝動装置を有するハブ内蔵 式発電装置において、前記固定筒体の開放端側の内側で、前記太陽ローラの周り に、ハブ体側に直接的もしくは間接的に連結した複数個の遊星ローラーを配設す るとともに、内周面直径を、それぞれの遊星ローラーへの外接円直径より予め小 さく形成してなり、それらの遊星ローラーを太陽ローラーに締付ける弾性リング を固定筒体に固着させて設けたものである。

【０００８】 本考案装置は上述のように構成したので、遊星伝動装置において、太陽ローラ ーと遊星ローラー及び、遊星ローラーと弾性リングとの各接触部は、その弾性リ ングの締付力の作用下で、常に圧接状態にある。したがって、このような遊星伝 動装置を作動させると、各接触面に摩擦力が発生し、太陽ローラー、遊星ローラ ー、弾性リングは前記摩擦力によって、遊星ローラーの回転を、太陽ローラーに 、増速下で伝動することができる。 ここで本考案においては、ゴム等の弾性物製の弾性リングが、それの内周面に それぞれの遊星ローラーを内接させて配設することによって、各遊星ローラーと の接触部分で、固定筒体による拘束下で、半径方向外側へ窪む向きに弾性変形し 、主には、このときの変形量に応じた復元力で、遊星ローラーを太陽ローラーに 押圧して、それらの間に、発電に要するトルクの３〜４倍のトルクを発生できる 摩擦力を付与しているので、通常の発電状態では、従来の遊星歯車装置と全く同 様の増速伝動装置として作用することができる。

【０００９】 また、本考案装置の太陽ローラー、遊星ローラー、弾性リングは、外周面を固 定筒体によって拘束される弾性リングの、上述したような弾性復元力の作用下で 、常に密着状態にあるから、各ローラー間の位置関係は正確で芯ずれがない。 しかも、上述したように本考案装置のそれぞれのローラーは、凹凸のない周面 の摩擦掛合によって回転伝動されるので高速になっても、接触部から騒音が発生 することはない。又、そのローラーの圧接によって生ずる摩擦力を、あらかじめ 発電に要するトルクの３〜４倍のトルクを発生できる程度に設定しておくことで 、それ以上のトルクが加わった時にはローラーの接触面がスリップするため、装 置各部に無理な力が作用して損壊するおそれがなくなる。

【００１０】 しかもここでは、平板状の弾性リングの弾性復元力をもって、それに内接する 複数個の遊星ローラーに所要の締付力を及ぼすことで、各遊星ローラーと太陽ロ ーラーとの間に所定の摩擦力を発生させることができ、また、半径方向外側へ窪 み変形するその弾性リングを固定筒体に固着することで、弾性リングに、所要の 弾性復元力を確実に発生させることができるので、構成部品の製造、組立て等を 、極めて簡単に、かつ容易に行うことができる。

【００１１】

【考案の実施の形態】

以下図面について本考案の一の実施形態を説明する。 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。 本実施例においては、前輪のハブ体４を一端（図１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。

【００１２】 また中空円筒状の固定筒体８の一端（図１における右側端）を車軸２に嵌合す ると共に、キー９によって固定し、この固定筒体８の他端（図１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 部にゴム等の弾性物製の弾性リング10を一体的に固着して設ける。 12は、図１における弾性リング10の内周面の右側の隅部に設けたコーナーリン グであり、13は弾性リング10の内周面の中間部に設けたリング状のスペーサであ 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、15 は座金、16はばねである。

【００１３】 また図３に詳細に示すように、溝付リング17a の溝内に導線17b を巻き付けて コイル17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18a を配置すると共に、これら４本の磁極片18a をそれぞれ小径の円筒部18b に連結して第１電機子18を一体に形成し、この第１電機子18の円筒部18b を前記 コイル17の中心孔17c 内に挿通し、この中心孔17c より突出した円筒部18b を外 包する円筒部19b と、組み立て時に前記４本の磁極片18a の中間にそれぞれ位置 する４本の帯板状の磁極片19a とを連結して第２電機子19を一体に形成し、この 第２電機子19を前述したコイル17と第１電機子18との結合体に嵌合して図２に示 すように発電コイル体20を一体的に構成する。 なお21はコイル18から引き出したリード線である。

【００１４】 そして上述のように構成した発電コイル体20を図１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21を固定筒体８に設けた孔8bお よびキー溝2bを介して外部に取り出す。

【００１５】 また磁石22a と第２太陽ローラー22b とを結合して一体的に形成した回転子22 を、磁石22a が前記発電コイル体20の各磁極片18a 、19a と対応して位置するよ うに車軸２に対し回転自在に設ける。

【００１６】 また第１太陽ローラー23a と円板状の遊星キャリア23を一体的に形成し、この 遊星キャリア23を、前記回転子22とハブ体４の側蓋体５との間で、車軸上に、そ れに対して回転自在に設け、前記第１太陽ローラー23a の外周に配設された３個 の第１遊星ローラー24（図４参照）を前記ハブ体４の側蓋体５に軸25によりそれ ぞれ枢支して設ける。

【００１７】 また前記第２太陽ローラー22b の外周に３個の第２遊星ローラー26（図５参照 ）を前記遊星キャリア23に軸27によりそれぞれ枢支して設ける。 そして前記した弾性リング10の内周面の直径を、それぞれの第１遊星ローラー 24が内接する円の直径よりやや小さく形成し、この小さい内径の弾性リング10を それらの第１遊星ローラー24の外側に圧入して、弾性リング10の、半径方向外側 への窪み変形に基づく弾性復元力によって、各第１遊星ローラー24を第１太陽ロ ーラー23a に圧接状態にする。 同様に、この小さい内径の弾性リング10を各第２遊星ローラー26の外側にも圧 入して、各第２遊星ローラー26を第２太陽ローラー22b にも圧接状態にする。

【００１８】 つぎに上述のように構成した本考案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が側蓋体５ および軸25と共に図４の矢印Ａの方向に回転する。 この場合、固定筒体８は固定されており、弾性リング10はその固定筒体８に固 着されていることから、軸25を介して第１遊星ローラー24が矢印Ａの方向に公転 すると、弾性リング10の締付力に基づく、第１遊星ローラー24と第１太陽ローラ ー23a との相互間の摩擦力によって、各第１遊星ローラー24は矢印Ｂの方向に自 転する。

【００１９】 ところで、図に示すところからは明らかではないが、第１遊星ローラー24のこ のような公転および自転に当り、それぞれの第１遊星ローラー24を第１太陽ロー ラー23a に締付ける弾性リング10は、それの内周長の、前述したような選択に基 づき、それぞれの第１遊星ローラー24との接触部分では、固定筒体８のバックア ップの下で、それの内周面が半径方向外側へ窪む向きに弾性変形されることにな り、このようなそれぞれの弾性変形部分は、第１遊星ローラー24の公転につれて 、弾性リング10の周方向へ連続的に遷移する。 ここで、弾性リング10のこのような弾性変形は、それを固着した固定筒体８の 拘束作用の下で、弾性リングそれ自体によって、円滑にかつ十分に吸収されるの で、第１遊星ローラー24の公転および自転のそれぞれは、少ないエネルギー損失 の下で常に円滑に行われることになる。

【００２０】 第１遊星ローラー24の、矢印Ａ方向へのこのような公転と、矢印Ｂ方向への自 転によって、第１遊星ローラー24と接触して転動する第１太陽ローラー23a は図 ４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の弾性リング10の内径が64mmであり、第１太陽ロー ラー23a の外径が16mmであるから、第１太陽ローラー23a と一体の遊星キャリア 23の回転は、 (64+16)÷16＝５であるから、ハブ体４の回転の５倍に増速される 。

【００２１】 また第１太陽ローラー23a と一体の遊星キャリア23が矢印Ｃの方向に回転すれ ば、図５に示すように、軸27も矢印Ｃの方向に回転するため、第２遊星ローラー 26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。 なお、第２遊星ローラー26のこのような公自転に際する、弾性リング10の作用 は、上述したところと同様である。 したがってここでは、それぞれの第２遊星ローラー26と接触して転動する第２ 太陽ローラー22b は矢印Ｅの方向に増速されて回転する。

【００２２】 本実施例では、固定筒体８の弾性リング10の直径が64mmであり、第２太陽ロー ラー22b の外径が16mmであるから、第２太陽ローラー22b と一体の回転子22の回 転は、 (64+16)÷16＝５であるから、遊星キャリア23の５倍の増速回転になる。 すなわち、第１段目の遊星ローラー列と第２段目の遊星ローラー列によって（ ５×５＝）25倍の増速回転が得られる。

【００２３】 なお、本実施例では、２列の遊星ローラー列について述べたが、１列あるいは 、３例の場合でも本考案を適用することができる。

【００２４】

【考案の効果】

本考案装置は上述のように構成したので、遊星ローラー装置において、太陽ロ ーラーと遊星ローラー及び、遊星ローラーと弾性リングとの各接触部は常に圧接 状態にある。したがって、このような遊星ローラー装置を作動させると、各接触 部に摩擦力が発生し、太陽ローラー、遊星ローラー、弾性リングはそれぞれに前 記摩擦力によって伝動することができる。本考案においては、この弾性リング内 周面の、半径方向外側への窪み変形量によって生ずる圧接力に基づく摩擦力を、 発電に要するトルクの３〜４倍のトルクを発生できる程度に予め設定してあるた め、通常の発電状態では、従来の遊星歯車装置と全く同様の増速伝動装置として 作用することができる。 すなわち、本実施例では、25倍の増速比が得られ、従来と同様の発電作用をす ることができる。

【００２５】 また、本考案装置の太陽ローラー、遊星ローラー、弾性リングは常に密着状態 にあるから、各ローラー間の位置関係は正確で芯ずれすることがない。 しかも、上述したように本考案装置の各ローラーは凹凸のない周面の回転伝動 であるので高速になっても、接触部から騒音が発生することはなく、自転車の高 速走行時の発電においても、静粛な回転が得られる。 又、そのローラーの圧接によって生ずる摩擦力を、あらかじめ発電に要するト ルクの３〜４倍に設定しておくことで、それ以上のトルクが加わった時にはロー ラーの接触面がスリップするため、装置各部に無理な力が作用することがなくな る。 つまり、本考案によれば、自転車の急発進、急停止によっても増速装置に過大 な負荷が加わることはなく、したがって、部品が損傷するようなこともなくなる 。

【００２６】 加えてここでは、弾性リングの内周面直径を所定の値とするだけで、太陽ロー ラーと遊星ローラーとの間その他に所期した通りの摩擦力を、簡単かつ確実に発 生させることができ、また、弾性リング内周面の半径方向外側への窪み変形を、 弾性リングに固有の弾性の下で、それ自体にて円滑に、かつ十分に吸収すること で、それぞれのローラーの公転および自転を、少ないエネルギー損失の下で、小 さい駆動力にて軽快に行わせることができる。

【００２７】 しかも、この装置では、それぞれの遊星ローラーへの外接円直径よりやや小さ い所定の内周面直径を有する弾性リングを予め製造し、この弾性リングを遊星ロ ーラーの外側に圧入することで、構成各部に所期した通りの摩擦力を生じさせる ことができ、また、その弾性リングを固定筒体に固着することで、弾性リングに 所要の弾性復元力を確実に発生させることができるので、構成部品の製造および 組立てのそれぞれを、極めて簡単かつ容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案装置の断面図である。

【図２】発電コイル体の斜視図である。

【図３】発電コイル体の分解斜視図である。

【図４】１段目の遊星ローラー列の作用説明図である。

【図５】２段目の遊星ローラー列の作用説明図である。

【符号の説明】

１ 前ホーク ２ 車軸 ４ ハブ体 ５ 側蓋体 ８ 固定筒体 10 弾性リング 12 コーナーリング 13 スペーサー 17 コイル 18 第１電機子 19 第２電機子 20 発電コイル体 21 リード線 22 回転子 22a 磁石 22b 第２太陽ローラー 23 遊星キャリア 23a 第１太陽ローラー 24 第１遊星ローラー 26 第２遊星ローラー

【手続補正書】

【提出日】平成８年１１月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 自転車のフレームに固定した車軸２に対
   して車輪のハブ体４を回転自在に嵌合し、このハブ体４
   の内部に中空円筒状の固定筒体８を前記車軸２に固定し
   て設け、この固定筒体８内に発電コイル体20を固定して
   設けると共に、磁石22a と太陽ローラー22b とを一体的
   に形成してなる回転子22を前記車軸２に回転自在に設
   け、ハブ体４の回転を増速して回転子22に伝達する遊星
   伝動装置を有するハブ内蔵式発電装置において、 前記固定筒体８の開放端側の内側で、前記太陽ローラー
   22b の周りに、ハブ体側に連結した複数個の遊星ローラ
   ー26を配設するとともに、内周面直径を、それぞれの遊
   星ローラー26への外接円直径より予め小さく形成してな
   り、それらの遊星ローラー26を太陽ローラー22b に締付
   ける弾性リング12を、固定筒体８に固着させて設けてな
   る自転車用ハブ発電装置。