JPH06344965A - 自転車用ハブ発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自転車用ハブ発電装置の伝動効率および耐久
性を向上させると共に、コストの低下をはかること。 【構成】 ハブ内蔵発電装置において、車軸２に固定し
た固定筒体７の内周に左右に二分割したリング２０，２
１を設け、この一方のリング２０を固定筒体７に固定す
ると共に、他方のリング２１を固定筒体７に対して回転
自在に設ける。これら左右のリング２０，２１の接合側
の内周面20a ，21ａを凹陥させ、この内周面20a ，21ａ
に接合すると共に、回転子１６と一体的に形成した太陽
ローラー１５と接合する遊星ローラー２５をハブ体４と
一体的なキャリア５に枢支する。リング２１の背面とカ
ム面が対向するカムリング２３を固定筒体７に固定して
設け、このカムリング２３とリング２１との間に鋼球２
４を介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先に特開平３−１６７０８
３号および特開平５−５０９６１号を出願した。これら
はいずれも、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発電装置に関するものである。

【０００３】そして前者の特開平３−１６７０８３号の
ものは、前記車軸に回転自在に設けた前記磁石と一体の
太陽ローラーと、この太陽ローラーに外接するように配
設した複数の遊星ローラーと、この遊星ローラーを枢支
する遊星キャリアと、前記固定筒体の内周に刻設した内
歯に外周に刻設した外歯を遊嵌して噛合保持すると共
に、前記各遊星ローラーに内接する弾性リングから構成
されており、該弾性リングの内径を各遊星ローラーの内
接円径よりやや小さく設定することによって、前記各遊
星ローラーが前記弾性リング及び太陽ローラーとそれぞ
れ圧接するようにした遊星ローラー装置を少なくとも一
組備えたことを特徴とする自転車用ハブ発電装置であ
る。

【０００４】また後者の特開平５−５０９６１号のもの
は、車軸に回転自在に設けた磁石と一体の太陽ローラー
と、この太陽ローラーに外接するように配設した複数の
遊星ローラーと、この遊星ローラーを枢支する遊星キャ
リアと、ハブ体の内部に設けた固定筒体の内周の複数個
所に凸部を配設すると共に、この凸部に内側より係合す
る複数個の合成樹脂製の舌片状突起部をばね鋼製のリン
グの外周部に接線状に分布して設けた弾性リングから構
成されており、該弾性リングの内径を各遊星ローラーの
内接円径よりやや小さく設定することによって、前記各
遊星ローラーが前記弾性リング及び太陽ローラーとそれ
ぞれ圧接するようにした遊星ローラー装置を少なくとも
一組備えたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の発電装置は、次のような問題点がある。すなわ
ち、両者共に弾性リングが薄い鋼製のリングであるの
で、太陽ローラーや遊星ローラーの形状や寸法のバラツ
キの影響をあまり気にする必要がないという長所がある
反面、薄い厚さの鋼製リングであるため、加工工程でリ
ングの表面に疵が付けば製品として使用出来ないから、
リング製造の歩留りが低下してコストアップの原因にな
る。

【０００６】また、遊星ローラーが薄肉の弾性リングの
内周面に沿って移動する時に、弾性リングがほぼ三角形
のむすび形状に変形し、しかもその変形が移動する。こ
の変形部の移動によって繰り返し応力が変動するので耐
久的に悪影響を受ける。後者の装置は、その耐久的な悪
影響を弾性リングの外周部に設けた樹脂製の舌片状突起
で吸収しているが、このようにすると、部品点数が増え
てコストアップの原因になるという問題点があった。

【０００７】

【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発電装置において、前
記固定筒体の内周に左右に二分割したリングを設け、こ
の一方のリングを固定筒体に固定すると共に、他方のリ
ングを固定筒体に対して回転自在に設け、これら左右の
リングの接合側の内周面を凹陥させ、この左右のリング
の接合側の内周面に接合すると共に、前記回転子と一体
的に形成した太陽ローラーと接合する遊星ローラーを前
記ハブ体と一体的なキャリアに枢支し、前記他方のリン
グの背面とカム面が対向するカムリングを前記固定筒体
に固定して設け、このカムリングと前記他方のリングと
の間に鋼球を介在させて自転車用ハブ発電装置を構成す
る。

【０００８】

【作用】本発明においては、左右のリングの接合側の内
周面の凹陥部に遊星ローラーが接合すると共に、この左
右のリングはカムリングと鋼球を介して、リングに加わ
るトルクに応じて遊星ローラーとの圧接力を増減するか
ら、この調圧機構によって過大な圧接力による伝動ロス
を小さくすると共に、装置の耐久性を向上させることが
できる。また前記リングの凹陥部の傾斜角を適切にする
ことによって、このリングと遊星ローラーとの接合部に
楔作用によって、リングに対するわずかな押圧力で大き
な圧接力を与えることができる。したがって本発明によ
れば、リングと遊星ローラーとの伝動効率を高めること
ができる。

【０００９】本発明装置は、左右に二分割した厚肉のリ
ングを使用するため、従来の薄肉の弾性リングに見られ
た半径方向の変形がなくなるので、装置としての耐久性
が向上する。また変形によるエネルギーロスが削減され
るので伝動効率が向上すると共に、振動や騒音も少なく
なる。

【００１０】また本発明によれば、従来の弾性リングに
付随する弾性リングの外周に設けた多数の舌片状突起部
を有するリング等が不要になるから、構成部品点数およ
び加工工数が少なくなってコストの低下が図れる。

【００１１】

【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。

【００１２】本実施例においては、前輪のハブ体４を一
端（図１における右側端）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。

【００１３】また中空円筒状の固定筒体７の一端（図１
における左側端）を車軸２とスリーブ８を介して嵌合固
定し、この固定筒体７の他端（図１における右側端）を
開放し、その開放端側の径を拡張して大径部７a を形成
する。

【００１４】また内部にコイル９を有する電機子１０を
前記固定筒体７内に挿入して固着する。１１はこの電機
子１０と接続すると共に、前記スリーブ８に設けた溝を
介して外部に導いたリード線で、１２はスリーブ８と固
定筒体７との間に設けたコイルスプリングである。

【００１５】また車軸２に軸受用ブッシュ１３を介して
軸筒１４を回転自在に設け、この軸筒１４の図１におけ
る右側端部に太陽ローラー１５を形成すると共に、軸筒
１４の外周に永久磁石製の回転子１６を固着する。

【００１６】また薄肉円筒の外側端に内方へ向って突出
する突縁19ａ（図２参照）を有するリングホルダー１９
を固定筒体７の大径部７a 内に挿入して固定筒体７に固
定する。図６の19ｂはリングホルダー１９の外周の４箇
所に設けた半円状の凹欠部であり、７b はこの凹欠部19
ｂと嵌合する固定筒体７の突部である。

【００１７】リングホルダー１９内には、左右に二分割
した第１リング２０と第２リング２１を設け、これら左
右のリング２０，２１の接合側の内周面20ａ，21ａ（図
７参照）をそれぞれ接合側に向って外方へ傾斜するよう
にして凹陥させる。

【００１８】そして第１リング２０は図１，２に示すよ
うに、リングホルダー１９の突縁19ａの外側より打ち込
んだピン２２によりリングホルダー１９を介して固定筒
体７に固定し、他方の第２リング２１はリングホルダー
１９に対して回転自在に設ける。すなわち固定筒体７に
対して回転自在にする。

【００１９】また図５に詳細に示すように、リングの片
面をカム面23a に形成すると共に、外周にねじ部23b を
形成したカムリング２３を、第２リング２１の背面とカ
ム面23a が対向するように、ねじ部23b を介してリング
ホルダー19内に固定して設ける。

【００２０】図５の（ｃ）はカムリング２３の外周面を
展開して示したもので、図中Ａは、０°，120 ゜，240
゜，360 ゜（０゜）の各位相に形成した段部、Ｂは段部
Ａの谷からカムリング２３の底面23c と平行に形成され
た平面、Ｃは段部Ａの谷から頂面まで斜めに形成された
斜面、Ｄは斜面Ｃの頂点と段部Ａの頂面との間に形成さ
れた平面である。

【００２１】図３および図４は、第１リング２０、第２
リング２１とカムリング２３との部分斜視図であり、前
記段部Ａと、平面Ｂと、斜面Ｃによって形成された凹部
と、第２リング２１との間には鋼球２４を介挿する。

【００２２】また第１リング２０と、第２リング２１の
接合側の内周面20a ，21a と接合すると共に、前記太陽
ローラー１５と接合する３個の遊星ローラー25（図６参
照）を前記ハブ体４と一体的に結合した側蓋体５に軸２
６を介して回転自在に設ける。

【００２３】なお図１中の２７は、前記ナット３との間
に前ホーク１を挟むように車軸２に設けたロックナッ
ト、２８は側蓋体５の玉軸受け６と車軸２との間に設け
た鍔付ナットである。

【００２４】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が側蓋体５および軸２６と
共に図６の矢印Ｅの方向に回転する。この場合固定筒体
７は固定されているために、軸２６を介して遊星ローラ
ー２５が矢印Ｅの方向に公転すると、それに伴って各遊
星ローラー２５は矢印Ｆの方向に自転する。

【００２５】この遊星ローラー２５の矢印Ｅ方向の公転
と矢印Ｆの方向の自転によって、この遊星ローラー２５
と接触して転動する太陽ローラー１５は図６の矢印Ｇの
方向に増速されて回転する。太陽ローラー１５が回転す
れば、これと一体的に接合されている回転子１６が電機
子１０内で高速回転するため、発電された電流がリード
線１１によって外部に取り出される。

【００２６】上述のように本発明装置の伝動は、第１、
第２リング２０，２１と遊星ローラー２５との接合によ
ってなされるが、リング２０はピン２２、リングホルダ
ー１９を介して固定筒体７と結合されているため回転し
ない。したがって遊星ローラー２５がハブ体４の回転に
よって側蓋体５および軸２６を介して図３の矢印Ｈの方
向に回転すると、第２リング２１はリングホルダー１９
に対して回転自在であるから、図３の矢印Ｔの方向へ移
動しようとするから、この第２リング２１とカムリング
２３との間に介挿されている鋼球２４が斜面Ｃに沿って
矢印Ｔの方向へ移動して、その結果第２リング２１に矢
印Ｐ_o の力が作用する。

【００２７】図７に示すように、第２リング２１に矢印
Ｐ_o の力が作用すると、第１リング２０にも反作用で矢
印Ｐ_o の力が作用するから、その結果、傾斜角θによる
楔作用によってＰo よりはるかに大きな力Ｐ₁ によって
各リング２０，２１と遊星ローラー２５とが圧接し、そ
のＰ₁ ＋Ｐ₁ の合力がＰ₂ として遊星ローラー２５と太
陽ローラー１５との接合部に作用する。

【００２８】すなわち本発明によれば、リング２０，２
１に加わるトルクに応じて遊星ローラー２５とリング２
０，２１および太陽ローラー１５との間の圧接力を増減
するから、装置の耐久性を向上させると共に、カムリン
グ２３の作用によって、リング２１に対するわずかな押
圧力によって大きな圧接力を与えることができるから、
遊星ローラー２５とリング２０，２１および太陽ローラ
ー１５との伝動効率を高めることができる。

【００２９】また車輪を逆転させると、図４に示すよう
に遊星ローラー２５が矢印Ｉの方向に回転して、第２リ
ング２１が矢印Ｊの方向にわずかに逆転する。その結果
鋼球２４がカムリング２３の最深部に移動し、リング２
０，２１間の寸法Ｓ₂ が図３のリング２０，２１間の寸
法Ｓ₁ より広くなり、カムリング２３からの圧接力が非
常に小さくなる。このため、太陽ローラー１５が回転せ
ず、それと共に磁石と一体の回転子１６も回転しないの
で発電しないから、車輪の回転トルクは非常に小さくな
る。このことによって、従来問題となっていた車輪の組
み立て（スポークの組み付け、車輪振れ調整等）時の高
回転トルクによる作業性の悪さが改善されるので、本発
明によれば、発電機の付いていない車輪と同等の組み立
て作業性を確保することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明においては、左右のリング２０，
２１の接合側の内周面の凹陥部20a ，21a に遊星ローラ
ー２５が接合すると共に、この左右のリング２０，２１
はカムリング２３と鋼球２４を介して、リング２１に加
わるトルクに応じて遊星ローラー２５との圧接力を増減
するから、この調圧機構によって過大な圧接力による伝
動ロスを小さくすると共に、装置の耐久性を向上させる
ことができる。また前記リング２０，２１の凹陥部20a
，21a の傾斜角θを適切にすることによって、このリ
ング２０，２１と遊星ローラー25との接合部に楔作用に
よって、リング２１に対するわずかな押圧力で大きな圧
接力を与えることができる。したがって本発明によれ
ば、リング２０，２１と遊星ローラー２５との伝動効率
を高めることができるという効果が得られる。

【００３１】本発明装置は、左右に二分割した厚肉のリ
ング２０，２１を使用するため、従来の薄肉の弾性リン
グに見られた半径方向の変形がなくなるので、装置とし
ての耐久性が向上する。また変形によるエネルギーロス
が削減されるので伝動効率が向上すると共に、振動や騒
音も少なくなる。

【００３２】また本発明によれば、従来の弾性リングに
付随する弾性リングの外周に設けた多数の舌片状突起部
を有するリング等が不要になるから、構成部品点数およ
び加工工数が少なくなってコストの低下が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の全体構造を示す断面図である。

【図２】図１の部分詳細図である。

【図３】遊星ローラーと接合するリングとカムリング部
の説明用の斜視図である。

【図４】図３と同様の作動説明用の斜視図である。

【図５】（ａ）は、カムリングの正面図であり、（ｂ）
は、（ａ）のＹ−Ｙ断面図であり、（ｃ）は、カムリン
グの外周面の展開図である。

【図６】図１の固定筒体内部のＸ−Ｘ断面図である。

【図７】遊星ローラーと接合するリングおよび太陽ロー
ラーの作用説明図である。

【符号の説明】

１ 前ホーク ２ 車軸 ３ ナット ４ ハブ体 ５ 側蓋体（キャリア） ６ 玉軸受け ７ 固定筒体 ８ スリーブ ９ コイル 10 電機子 11 リード線 12 コイルスプリング 13 軸受用ブッシュ 14 軸筒 15 太陽ローラー 16 回転子 17 固定リング 18 ばね受リング 19 リングホルダー 20 第１リング (リング) 21 第２リング (リング) 22 ピン 23 カムリング 24 鋼球 25 遊星ローラー 26 軸 27 ロックナット 28 鍔付きナット

Claims (1)

【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発電装置において、前記固定筒
   体の内周に左右に二分割したリングを設け、この一方の
   リングを固定筒体に固定すると共に、他方のリングを固
   定筒体に対して回転自在に設け、これら左右のリングの
   接合側の内周面を凹陥させ、この左右のリングの接合側
   の内周面に接合すると共に、前記回転子と一体的に形成
   した太陽ローラーと接合する遊星ローラーを前記ハブ体
   と一体的なキャリアに枢支し、前記他方のリングの背面
   とカム面が対向するカムリングを前記固定筒体に固定し
   て設け、このカムリングと前記他方のリングとの間に鋼
   球を介在させたことを特徴とする自転車用ハブ発電装
   置。