JPH0688546B2

JPH0688546B2 - 自転車用発電装置

Info

Publication number: JPH0688546B2
Application number: JP1202917A
Authority: JP
Inventors: 喜久三高宮; 律夫西村
Original assignee: ブリヂストンサイクル株式会社
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPH0367793A

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×回転週速度）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、中間に
中空円筒を設けた車軸を自転車のフレームに固定し、こ
の車軸に対して車輪のハブ体を回転自在に嵌合し、前記
車軸の中空円筒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、この回転子の軸に第１太陽歯車と一体
的に形成した遊星キリャヤを回転自在に設け、前記ハブ
体の内周部に第１内歯歯車を形成し、この第１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
を前記車軸に枢支して設け、前記車軸の中空円筒の内部
に第２内歯歯車を設け、この第２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
リャ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、まずハブ体の
第１内歯歯車と、車軸に枢支した第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、さらに中空円筒内に形成された第
２内歯歯車と、遊星キャリヤに枢支されている第２遊星
歯車と、回転子の第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、遊星キャリヤの回転数はさらに増
速されて回転子に伝えられる。

つまり、２段の増速によって、外装式と同等の回転子の
周速度を得ることができる。

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。

この車軸２は、中間に中空円筒2aを設け、この中空円筒
2aの第１図における左側端部の外周にねじ2bを形成し、
このねじ2bと螺合すると共に、中心にボス部を突設した
左側蓋体2cを前記ねじ2bを介して中空円筒2aと螺合し、
この左側蓋体2cのボス部にねじ杆2dの基部をねじ込む。

また中空円筒2aの第１図における右側端部の内周にねじ
2eを形成し、このねじ2eと螺合すると共に、中心にボス
部を突設した右側蓋体2fを前記ねじ2eを介して中空円筒
2aと螺合し、この右側蓋体2fのボス部にねじ杆2gの基部
をねじ込む。

すなわち車軸２は、中空円筒2a、左右の側蓋体2c,2f、
およびねじ杆2d,2gを結合して形成されている。

そしてこのように形成された車軸２は、第１図に示すよ
うに、左右のねじ杆2d,2gをそれぞれ前ホーク１の下端
部の溝に係合してナット３等によって固定する。

また４は自転車の前輪のハブ体で、このハブ体４は一端
（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を形成すると共に、その
内側には第１内歯歯車4bを形成してある。なお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。

また第３図に詳細に示すように、溝付きリング8aの溝内
に導線8bを巻き付けてコイル８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9aを配
置すると共に、これら４本の磁極片9aをそれぞれ小計の
円筒部9bに連結して第１電機子９を一体に形成し、この
第１電機子９の円筒部9bを、前記コイル８の中心孔8c内
に挿通し、この中心孔8cより突出した円筒部9bを外包す
る円筒部10aと、組み立て時に前記４本の磁極片9aの中
間にそれぞれ位置する４本の帯板状の磁極片10bとを連
結して第２電機子10を一体に形成し、この第２電機子10
を前述したコイル８と第１電機子９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11を一体的に構成
する。なお12はコイル８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11を第１図に
示すように、前記車軸２の中空円筒2a内の図における右
側端に挿入して固定し、そのリード線12を車軸２の右側
蓋体2fに設けた孔2hおよび溝2iを介して外部に取り出
す。

また磁石13aと第２太陽歯車13bとを軸13cを介して回転
子13を一体的に形成し、この回転子13を、磁石13aが前
記発電コイル体11の各磁極片9a,10bと対応するように車
軸２の中空円筒2a内に回転自在に設ける。

すなわち回転子13の軸13cの第１図における左側の軸端
部13dを、車軸２の左蓋体2cに設けた軸受けメタル14に
よって回転自在に支承すると共に、軸13cの右側の軸端
部13eを、車軸２の右側蓋体2fに設けた軸受けメタル15
によって回転自在に支承する。

そして回転子13と一体の第２太陽歯車13bと対向する車
軸２の内周部に、リング状の第２内歯歯車16を車軸２に
固定して設ける。

また第１太陽歯車17aと円板状の遊星キャリヤ17を一体
的に形成し、この遊星キャリヤ17を前記回転子13と一体
の第２太陽歯車13bと左側蓋体2cとの間の13cに回転自在
に設け、前記第１内歯歯車4bと前記第１太陽歯車17aと
にそれぞれ噛合する３個の第１遊星歯車18（第４図参
照）を前記車軸２の左側蓋体2c内に軸19を介してそれぞ
れ回転自在に設けると共に、前記第２内歯歯車16と前記
第２太陽歯車13bとにそれぞれ噛合する３個の第２遊星
歯車20（第５図参照）を前記遊星キャリヤ17に軸21によ
りそれぞれ枢支して自転車用発電装置を構成する。

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、第４図の矢印Ａの方向に回転する。この
場合車軸２は固定されているため、軸19を介して第１遊
星歯車18が矢印Ｂの方向に自転する。この第１遊星歯車
18の矢印Ｂ方向の自転によって、この第１遊星歯車18と
噛合する第１太陽歯車17a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、第１内歯歯車4bの歯数が75Tであり、第
１太陽歯車17aの歯数が15Tであるから、遊星キャリヤ17
の回転は、75÷15＝５であるため、ハブ体４の回転の５
倍の増速となる。

また第１太陽歯車17aと一体の遊星キャリヤ17が矢印Ｃ
の方向に回転すれば、第５図に示すように軸21も矢印Ｃ
の方向に回転する。この場合第２内歯歯車16は固定され
ているため、第２遊星歯車20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13bは矢印Ｅの方向に増速されて回
転する。

本実施例では、第２内歯歯車16の歯数が44Tであり、第
２太陽歯車13bの歯数が10Tで、（44＋10）÷10＝5.4で
あるから、第２太陽歯車13bの回転は遊星キャリヤ17の
5.4倍の増速となる。

すなわち、本実施例の装置によれば、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、27倍（５×5.
4）の増速比が得られる。

（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13を２段の遊星歯車列で増速したので、回転子13は
例えば本実施例のように、車輪の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13aを強くしたり、発
電コイル８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。

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１段目の遊星歯車列の作用説明図、第５図は２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 2a……中空円筒、2c……左側蓋体 2d……ねじ杆、2f……右側蓋体 2g……ねじ杆、４……ハブ体 4b……第１内歯歯車、５……側蓋体８……コイル、９……第１電機子 10……第２電機子、11……発電コイル体 13……回転子、13a……磁石 13b……第２太陽歯車、16……第２内歯歯車 17……遊星キャリヤ、17a……第１太陽歯車 18……第１遊星歯車、20……第２遊星歯車

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中間に中空円筒を設けた車軸を自転車のフ
レームに固定し、この車軸に対して車輪のハブ体を回転
自在に嵌合し、前記車軸の中空円筒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、前記ハブ体の内周部に第１内歯歯車を形成
し、この第１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枢支して設け、前記
車軸の中空円筒の内部に第２内歯歯車を設け、この第２
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。