JPH0688545B2 - 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
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、なお充分な周速が得ら
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第２
遊星キリャヤを回転自在に設け、前記ハブ体の内周部に
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遊星歯車を前記車軸に固定した
第１遊星キャリヤ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２遊星キリャ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３遊星キャリヤを回転自在に
設けると共に、その外側に第１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、さらにその外
側に第１遊星キャリヤを車軸に固定して設け、前記ハブ
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遊星歯車を前記第
１遊星キャリヤ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２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３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、ハブ体に形成した内歯歯車と、第１遊星キャ
リヤの第１遊星歯車と、第２遊星キャリヤの第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第２遊星キャリヤに伝えられ、さ
らにハブ体の内歯歯車と、第２遊星キャリヤに枢支した
第２遊星歯車と、回転子と一体の第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、第２遊星キャリヤ
の回転がさらに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。

（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、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の小径部4b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
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と円板状の第２遊星キャリヤ18を
一体的に形成し、この第２遊星キャリヤ18を前記回転子
17の側蓋体５側の車軸２に対して回転自在に設け、さら
にその外側に第１遊星キャリヤ19を車軸２に固定して設
け、前記ハブ体４の大径部4aの内周部に内歯歯車4cを形
成し、この内歯歯車4c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20（第４図参照）を軸
21によりそれぞれ第１遊星キャリヤ19に枢支して設ける
と共に、前記内歯歯車4c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22（第５図参照）を
前記第２遊星キャリヤ18に軸23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２太陽歯車24aは第３遊星キャリヤ24と
一体的に形成し、第２遊星歯車22は軸23により第２遊星
キャリヤ18に枢支して内歯歯車4cと第２太陽歯車24aに
噛合させ、新たに、内歯歯車4c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25（第９図参
照）を軸26により第３遊星キャリヤ24にそれぞれ枢支し
て設ける。なおこの実施例ではハブ体４に大径部を設け
る必要がないから、全長にわたって等径でよい。

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が第４図の矢印Ａの方向に回転する。この場
合第１遊星キャリヤ19は固定されているため、軸21を介
して第１遊星歯車20が公転しない。この状態でハブ体４
が矢印Ａの方向に回転すると、それに伴って各第１遊星
歯車20は矢印Ｂの方向に増速されて自転する。この第１
遊星歯車20の矢印Ｂ方向の自転によって、この第１遊星
歯車20と噛合する第１太陽歯車18aが第４図の矢印Ｃの
方向にさらに増速されて回転する。

本実施例では、ハブ体４の内歯歯車4c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と一体の第２遊星キャリヤ18の回転は、72÷18
＝４であるから、ハブ回転の４倍の回転数で逆回転す
る。

また第１太陽歯車18aと一体の第２遊星キャリヤ18が第
５図の矢印Ｃの方向に回転すれば、第５図に示すように
軸23も矢印Ｃの方向に回転子するため、第２遊星歯車22
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。

いま、車輪すなわち、ハブ体４の内歯歯車4cが正方向へ
１回転するとすると、第２遊星キャリヤ18は逆方向に４
回転するから、ハブ体４の内歯歯車4cと第２遊星キャリ
ヤ18の相対回転差は５回転である。

本実施例では、ハブ体４の内歯歯車4cの歯数が72Tであ
り、第２太陽歯車17bの歯数が18Tであるからこの場合の
増速比は、（72＋18）÷18＝５であるため、第２太陽歯
車17bは第２遊星キャリヤ18に対して５倍の回転をす
る。

すなわち、ハブ体４の回転に対して回転子17の回転は５
×５＝25であるから、25倍の回転で逆転することにな
る。

実際には、車輪全体が正方向に１回転しているため、第
２太陽歯車17bと一体の回転子17は、25−１＝24である
から、24倍の回転数で逆転することになる。

すなわち、この装置は、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、24倍の増速比が得られる。

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１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。

本実施例では、内歯歯車4cが48Tであり、各太陽歯車18
a,24a,17cがそれぞれ24Tであるから、１段目の遊星歯車
列によって、第１太陽歯車18aは、48÷24＝２であるた
め、２倍に増速される。

また２段目の遊星歯車列によって、第２太陽歯車24a
は、｛（48＋24）÷24｝×３−１＝８であるから、８倍
に増速される。

さらに３段目の遊星歯車列によって、第３太陽歯車17c
は、｛（48＋24）÷24｝×９−１＝26であるから、26倍
の増速回転が得られる。

（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27倍または
26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、4c……内歯歯車 ５……側蓋体、８……固定筒体 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、17c……第３太陽歯車 18……第２遊星キャリヤ、18a……第１太陽歯車 19……第１遊星キャリヤ、20……第１遊星歯車 22……第２遊星歯車、24……第３遊星キャリヤ 25……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
   体的に形成した第２遊星キャリヤを回転自在に設け、前
   記ハブ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
   前記車軸に固定した第１遊星キャリヤに枢支して設ける
   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２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３遊星キャリヤを回転自在に設けると
   共に、その外側に第１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、さらにその外側に第１
   遊星キャリヤを車軸に固定して設け、前記ハブ体の内周
   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遊星歯車を前記第１遊星キ
   ャリヤ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
   ２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３遊星キャリヤに枢支してなる自転車用発電装置。