JPH1052017A

JPH1052017A - 自転車用発電装置

Info

Publication number: JPH1052017A
Application number: JP21548896A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Okura; 健一大蔵; Hiroshi Takemoto; 寛竹元
Original assignee: Pioneer Electronic Corp; Pioneer Precision Machinery Corp
Current assignee: Pioneer Corp; Pioneer Precision Machinery Corp
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】使用者の負荷が小さくすることができる自転
車用発電装置を提供することを目的とする。【解決手段】自転車の車輪の回転によって駆動される
ロータと、自転車の固定部に取り付けられるステータと
を備え、ロータとステータとの間に生じる電磁力によっ
て発電するようにした自転車用発電装置であって、ロー
タは、相異なる磁極を対面するように配置して磁気ギャ
ップを形成する少なくとも一対の磁石を有し、ステータ
は、磁気ギャップを横切るように配置された少なくとも
１つの空心コイルを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【発明の属する技術分野】この発明は自転車用発電装置
に関する。

【０００３】

【０００２】

【０００４】

【従来の技術】従来、最も一般的な自転車用発電装置と
しては図６（ａ）に示すようなブロックダイナモ８１が
使用されている。図６（ａ）において、２１は自転車の
車輪に取り付けられたタイヤ（断面）面、２２は車輪に
固定されたハブ（車軸）、２３はスポーク、８３は自転
車の所定箇所に取り付けられるランプを示す。このブロ
ックダイナモ８１は、タイヤ２１の近傍の自転車フレー
ム（図示せず）に取り付けられ、一端に備えられた回転
子８４がタイヤ２１に図示しないバネで付勢され得るよ
うに配置されている。

【０００５】

【０００３】ブロックダイナモ８１は、回転子８４に直
結された磁石（図示せず）と、磁石の周囲に囲設された
発電コイル（図示せず）を有し、タイヤ２１との摩擦で
回転子８４を回転させ、回転子８４に直結された磁石が
回転することにより、前記発電用コイルとの電磁作用に
よって電気出力を得る。回転子８４は直径約２ｃｍ前後
の金属製円筒型で、円周にローレットが施され、例え
ば、２６インチの自転車であれば、タイヤ２１の直径が
約６６ｃｍであるから、回転子８４に直結した磁石は、
タイヤの回転数の約３３倍の高速回転を生ずる。

【０００６】

【０００４】上記ブロックダイナモ８１は、ユニット化
されており、車体のフレームに外部から取り付けること
で容易に使用することができるため、ブロックダイナモ
自身の設計の自由度が大きく、広く一般に使用されてい
る。

【０００７】

【０００５】また、近年図６（ｂ）に示すタイプの自転
車用発電装置が知られている。この装置はハブダイナモ
と呼ばれ、ダイナモを車軸２２ａに同心状に配したもの
で、車輪のスポーク２３に結合され、且つ車軸２２ａに
対して回転自在に支持されたリング状の磁石Ｍｇ（ロー
タＲ）と、磁石Ｍｇの内側に同心的に配され且つ車軸２
２ａに固定されたコイルＣ（ステータＳ）とから構成さ
れる。このハブダイナモは、前記ブロックダイナモが車
輪の回転数に比して、ダイナモの回転子８４の回転数を
約３３倍にまで増大させることにより、所定の電力を得
ているのに対し、磁石Ｍｇの径を大きくとることにより
発電効率を上げて所定の電力を得るものであって、ダイ
ナモの回転子の回転数が車輪の回転数に比して低く抑え
られることにより、駆動力（使用者の負荷）を小さく設
定できる利点がある。

【０００８】

【０００６】

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれのダイナモであっても、磁気効率を上げるためにコ
イルを鉄心に巻き回したタイプを採用したものであるた
め、鉄心と磁石との間の吸引力が作用して、磁石（ロー
タ）の回転駆動力（使用者の負荷）はこの分大きくなっ
ているのが現状である。

【００１０】

【０００７】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、駆動力負荷（使用者の負荷）を軽減した自転車用発
電装置の提供を目的としている。

【００１１】

【０００８】

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、自転車の車輪の回転によ
って駆動されるロータと、自転車の固定部に取り付けら
れるステータとを備え、ロータとステータとの間に生じ
る電磁力によって発電するようにした自転車用発電装置
であって、ロータは、相異なる磁極を対面するように配
置して磁気ギャップを形成する少なくとも一対の磁石を
有し、ステータは、磁気ギャップを横切るように配置さ
れた少なくとも１つの空心コイルを有することを特徴と
するものである。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の自転車用発電装置であって、車輪とロータとの間に
は、ロータの回転数を下げるための増速手段が設けられ
ていることを特徴とするものである。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の自転車用発電装置であって、増速手段は、車輪に同軸
的に固定されるとともにロータの回転子に係合し、ロー
タの外径より大きく且つ車輪の外径より小なるリング状
のガイド部材で構成されていることを特徴とするもので
ある。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の自転車用発電装置であって、ガイド部材は、車輪のス
ポークに対して着脱可能に取り付けられていることを特
徴とするものである。

【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の自転車用発電装置であって、ガイド部材は、互いに係
脱自在な複数のガイド片から構成されていることを特徴
とするものである。

【００１７】さらに上記目的を達成するため、請求項６
に記載の発明は、自転車の車輪の回転によって駆動され
るロータと、自転車の固定部に取り付けられるステータ
とを備え、ロータとステータとの間に生じる電磁力によ
って発電するようにした自転車用発電装置であって、ロ
ータは、円周方向に多極着磁され、隣接する異極近傍に
磁気ギャップを形成するリング状の磁石を有し、ステー
タは、磁気ギャップを横切るように磁石に対面して配置
された少なくとも２つの空心コイルを有することを特徴
とするものである。

【００１８】

【０００９】

【００１９】

【作用】上記本発明では、車輪の回転により、磁石が回
転し、自転車の固定部分に取り付けられた空心コイル
が、この磁石間に設定された高磁束密度の磁気ギャップ
間を横切ることにより、この空心コイルに電流が流れて
発電され、コイルに接続されたランプ等が点灯する。

【００２０】この際、磁気ギャップは回転する一対の磁
極間に存在し、コイルはヨーク等を持たないため、磁石
間の吸引力はコイルには作用しない。

【００２１】

【００１０】

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は自転車用発電装置本
体の構造を示す断面図である。図１において、１は空心
コイル、２はコイルホルダ、３及び４はケース、５は磁
石、６はヨーク、７は回転軸、８は回転子、９はガイド
部材、１０は取り付け金具、１１はベアリングである。

【００２３】

【００１１】ケース３は円筒形のケースであり、ケース
４がケース３の蓋に相当する。ケース３及びケース４の
中心部には一対のベアリング１１によってケース３、４
に支持される回転軸７が嵌合し、回転軸７の一端にはリ
ング状のガイド部材９と係合する回転子８が固定されて
いる。ケース３及び４は取り付け金具１０で自転車の固
定部であるフレームに固定される。

【００２４】

【００１２】ケース３の円筒状内壁には、コイルホルダ
２が固定されており、このコイルホルダ２には、その円
周方向に沿って４個、等間隔に空心コイル１が支持され
ている。磁石５は、前記回転軸７に固定された一対のヨ
ーク６の外縁部に固定され、前記空心コイル１を挟んで
その異なる磁極が対面するように、片側に各々４個ずつ
等間隔に配置されている。よって前記空心コイル１がス
テータＳを構成し、前記磁石５とヨーク６とでロータＲ
を構成する。

【００２５】

【００１３】回転子８は、ダイナモ外に設けられたガイ
ド部材９（後述する）に係合し、ガイド部材９が回転駆
動されることにより回転し、回転を磁石５（ロータ）に
伝達する。ガイド部材９と回転子８との係合構造は、例
えば、ガイド部材９の回転を回転子８に効率よく伝達す
るため、歯車の構造にしたり、又ガイド部材９は樹脂製
の部材で回転子８は周囲がゴム等の摩擦係数が大きい材
料からなるローラー等を用いたりすることができる。ま
た、両方の係合関係をさらに確実にするため、回転子８
をガイド部材９に圧接するためのスプリング機構を持た
しても良い。

【００２６】

【００１４】次に、図２（ａ）及び図２（ｂ）に図１の
装置本体２５を自転車に装着した状態を示す。図におい
て、装置本体２５は取り付け金具１０により、自転車の
固定部であるフレーム２４に取り付けられている。一
方、ガイド部材９は車軸と同心的に固定されたハブ２２
を中心とするように自転車のスポーク２３に取り付け金
具９１、９２で固定されている。

【００２７】

【００１５】図３（ａ）、（ｂ）はガイド部材９の詳細
を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部側面
図である。ガイド部材９は、リング状部材を２分したガ
イド片９ａ、９ｂからなり、その両端に形成した突起９
ｃ、及び孔部９ｄで互いに嵌合して１つのリング状部材
を構成され、２つの片に分解可能となっている。図示は
しないが、ガイド片９ａ、９ｂの一端は回転可能に接合
し、他端のみを分離可能とすることもできる。

【００２８】

【００１６】このガイド片９ａ、９ｂには図に示すよ
う、円周方向に沿って所定の間隔にて取り付け孔９ｅが
形成されている。この取り付け孔９ｅは、図３（ｂ）に
示すように取り付け金具のビス９２が挿入されるための
もので、スポーク２３を取り付け金具の折曲片９１とガ
イド部材９とで挟み、ビス９２を締め付けることによ
り、ガイド部材９をスポーク２３（車輪）上に固定する
のである。

【００２９】

【００１７】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、装置本体の
空心コイル１及び磁石５の配置及び発電波形を示す図で
ある。４個の空心コイル１は、先に述べたように回転軸
７を中心とした円周上に互いに略９０゜の位置関係でケ
ースに固定配置されている。

【００３０】８個の磁石５は、空心コイル１を２個の磁
石対で挟むようにヨークに固着されており、回転軸７と
共に回転する。

【００３１】

【００１８】図４では、丁度磁石５が空心コイル１と重
なった位置にある場合を示しており、磁石５の回転軸７
に対する半径方向の長さが略有効鎖交長Ｌとなってい
る。

【００３２】従って有効鎖交長Ｌにおける磁石対の間の
磁束密度をＢ（ガウス）とし、また、回転時の磁石５の
平均線速度をｖ、１個の空心コイル１の巻き数をＮとす
ると、発電電圧Ｅは、Ｅ＝８・Ｂ・ｖ・Ｌ・Ｎとなり、
図（ｂ）に示す出力波形で言えば、最大値と最小値の差
が発電電圧である。

【００３３】

【００１９】次に本実施例の動作を説明する。

【００３４】自転車の車輪が回転すると、ガイド部材９
が車輪と共に回転し、その回転は回転子８に伝達され回
転子８の回転軸７を経て、磁石を装着されたヨーク６が
回転する。この際、ガイド部材９の直径は装着する自転
車にもよるが、少なくとも回転子８の直径より大きくし
て、増速されて磁石（ロータ）に伝達されることが望ま
しい。

【００３５】

【００２０】磁石５と空心コイル１とによる発電の原理
は、周知のところである。本実施例にあっては、互いに
対向する極が異極となるように磁石が装着されているの
で、磁束は空心コイル１を通過するように形成され、ヨ
ーク６を経由してループ状に形成される。従って、例で
は４個の固定空心コイル１と４対の回転磁石５で空心コ
イル１に交差する磁束が変化することにより空心コイル
１に起電力が発生する。４個の空心コイル１は互いに直
列に接続され外部に接続されたランプ等に電力を供給す
る。この際、空心コイル１は、磁石５による吸引力を受
けないから、磁石５の回転負荷は極めて小である。

【００３６】

【００２１】図５は、上記実施例における磁石５と空心
コイルとの関係の変形例である。図５においては、周方
向に多極磁化した１枚のリング状磁石５を利用し、分割
された磁石の数を周方向に沿って８個用意し、これに対
向して扇型の空心コイル１を等間隔に４個配したもので
ある。

【００３７】この例にあっては、磁束は隣接する分割磁
極間に生じ、この磁束を空心コイル１の２側辺部分が、
磁石５の回転により相対的に横切るようにしたものであ
る。

【００３８】磁束密度は先の実施例に比較し、低下する
が構成は簡単となり、装置の小型軽量化に好適である。

【００３９】

【００２２】なお、上記実施例において、ベアリング１
１として単なるボールベアリングを示しているが、自転
車のスピード減速時に、磁石（ロータ）のフライホイー
ル効果を利用するために、ラッチ機構を備えたベアリン
グ１１とすることもできる。

【００４０】これによって、自転車に急ブレーキをかけ
た場合など、磁石は慣性で回転し続け、発電電力が急激
に低下するを避け、照明効果をしばらく維持することも
可能となる。

【００４１】

【００２３】

【００４２】

【発明の効果】本発明の自転車用発電装置によれば、固
定子であるコイルとロータである磁石との間に磁気吸引
力が発生しないため、駆動力を小さくでき、使用者のペ
ダル操作への負荷が軽減できる。

【００４３】また、ガイドリング等を外部から、スポー
クに固定するなどして取り付けることができるため、使
用者による取り付け作業が極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発電装置の構造を示す図である。

【図２】本発明の発電装置の装着状態を示す図である。

【図３】本発明の発電装置のガイド部材の詳細を示す図
である。

【図４】本発明の発電装置のコイルと磁石の配置及び発
電波形を示す図である。

【図５】本発明の発電装置のコイルと磁石の他の実施の
形態を示す図である。

【図６】従来の発電装置の概略図である。

【符号の説明】

１、５１・・・・・空心コイル２・・・・・コイルホルダ３、４・・・・・ケース５、５５・・・・・磁石６・・・・・ヨーク７・・・・・回転軸８・・・・・回転子９・・・・・ガイド部材９ａ、９ｂ・・・・・ガイド片９ｃ、９ｄ・・・・・接合部９ｅ・・・・・取り付け用孔１０・・・・・取り付け金具１１・・・・・ベアリング２１・・・・・タイヤ２２・・・・・ハブ２３・・・・・スポーク２４・・・・・フレーム２５・・・・・発電機本体２６・・・・・リム８１・・・・・ブロックダイナモ８２・・・・・ハブダイナモ８３・・・・・ランプケース及びランプ８４・・・・・回転子９１、９２・・・・・取り付け金具

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年４月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００６】

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、自転車の車輪の回転によ
って駆動されるロータと、自転車の固定部に取り付けら
れるステータとを備え、ロータとステータとの間に生じ
る電磁力によって発電するようにした自転車用発電装置
であって、ロータは、相異なる磁極を対面するように配
置して磁気ギャップを形成する少なくとも一対の磁石を
有し、ステータは、磁気ギャップを横切るように配置さ
れた少なくとも１つの空心コイルを有することを特徴と
するものである。請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の自転車用発電装置であって、車輪とロータとの間
には、ロータの回転数を下げるための増速手段が設けら
れていることを特徴とするものである。請求項３に記載
の発明は、請求項２に記載の自転車用発電装置であっ
て、増速手段は、車輪に同軸的に固定されるとともにロ
ータの回転子に係合し、ロータの外径より大きく且つ車
輪の外径より小なるリング状のガイド部材で構成されて
いることを特徴とするものである。請求項４に記載の発
明は、請求項３に記載の自転車用発電装置であって、ガ
イド部材は、車輪のスポークに対して着脱可能に取り付
けられていることを特徴とするものである。請求項５に
記載の発明は、請求項４に記載の自転車用発電装置であ
って、ガイド部材は、互いに係脱自在な複数のガイド片
から構成されていることを特徴とするものである。さら
に上記目的を達成するため、請求項６に記載の発明は、
自転車の車輪の回転によって駆動されるロータと、自転
車の固定部に取り付けられるステータとを備え、ロータ
とステータとの間に生じる電磁力によって発電するよう
にした自転車用発電装置であって、ロータは、円周方向
に多極着磁され、隣接する異極近傍に磁気ギャップを形
成するリング状の磁石を有し、ステータは、磁気ギャッ
プを横切るように磁石に対面して配置された少なくとも
２つの空心コイルを有することを特徴とするものであ
る。

【０００９】

【作用】上記本発明では、車輪の回転により、磁石が回
転し、自転車の固定部分に取り付けられた空心コイル
が、この磁石間に設定された高磁束密度の磁気ギャップ
間を横切ることにより、この空心コイルに電流が流れて
発電され、コイルに接続されたランプ等が点灯する。こ
の際、磁気ギャップは回転する一対の磁極間に存在し、
コイルはヨーク等を持たないため、磁石間の吸引力はコ
イルには作用しない。

【００１０】

【００１７】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、装置本体の
空心コイル１及び磁石５の配置及び発電波形を示す図で
ある。４個の空心コイル１は、先に述べたように回転軸
７を中心とした円周上に互いに略９０゜の位置関係でケ
ースに固定配置されている。８個の磁石５は、空心コイ
ル１を２個の磁石対で挟むようにヨークに固着されてお
り、回転軸７と共に回転する。

【００１８】図４では、丁度磁石５が空心コイル１と重
なった位置にある場合を示しており、磁石５の回転軸７
に対する半径方向の長さが略有効鎖交長Ｌとなってい
る。従って有効鎖交長Ｌにおける磁石対の間の磁束密度
をＢ（ガウス）とし、また、回転時の磁石５の平均線速
度をｖ、１個の空心コイル１の巻き数をＮとすると、発
電電圧Ｅは、Ｅ＝８・Ｂ・ｖ・Ｌ・Ｎとなり、図（ｂ）
に示す出力波形で言えば、最大値と最小値の差が発電電
圧である。

【００１９】次に本実施例の動作を説明する。自転車の
車輪が回転すると、ガイド部材９が車輪と共に回転し、
その回転は回転子８に伝達され回転子８の回転軸７を経
て、磁石を装着されたヨーク６が回転する。この際、ガ
イド部材９の直径は装着する自転車にもよるが、少なく
とも回転子８の直径より大きくして、増速されて磁石
（ロータ）に伝達されることが望ましい。

【００２１】図５は、上記実施例における磁石５と空心
コイルとの関係の変形例である。図５においては、周方
向に多極磁化した１枚のリング状磁石５を利用し、分割
された磁石の数を周方向に沿って８個用意し、これに対
向して扇型の空心コイル１を等間隔に４個配したもので
ある。この例にあっては、磁束は隣接する分割磁極間に
生じ、この磁束を空心コイル１の２側辺部分が、磁石５
の回転により相対的に横切るようにしたものである。磁
束密度は先の実施例に比較し、低下するが構成は簡単と
なり、装置の小型軽量化に好適である。

【００２２】なお、上記実施例において、ベアリング１
１として単なるボールベアリングを示しているが、自転
車のスピード減速時に、磁石（ロータ）のフライホイー
ル効果を利用するために、ラッチ機構を備えたベアリン
グ１１とすることもできる。これによって、自転車に急
ブレーキをかけた場合など、磁石は慣性で回転し続け、
発電電力が急激に低下するを避け、照明効果をしばらく
維持することも可能となる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の自転車用発電装置によれば、固
定子であるコイルとロータである磁石との間に磁気吸引
力が発生しないため、駆動力を小さくでき、使用者のペ
ダル操作への負荷が軽減できる。また、ガイドリング等
を外部から、スポークに固定するなどして取り付けるこ
とができるため、使用者による取り付け作業が極めて容
易である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自転車の車輪の回転によって駆動される
ロータと、自転車の固定部に取り付けられるステータとを備え、前記ロータとステータとの間に生じる電磁力によって発
電するようにした自転車用発電装置であって、前記ロータは、相異なる磁極を対面するように配置して
磁気ギャップを形成する少なくとも一対の磁石を有し、前記ステータは、前記磁気ギャップを横切るように配置
された少なくとも１つの空心コイルを有することを特徴
とする自転車用発電装置。
【請求項２】前記車輪と前記ロータとの間には、ロー
タの回転数を下げるための増速手段が設けられているこ
とを特徴とする請求項１記載の自転車用発電装置。
【請求項３】前記増速手段は、車輪に同軸的に固定さ
れるとともに前記ロータの回転子に係合し、前記ロータの外径より大きく且つ車輪の外径より小なる
リング状のガイド部材で構成されていることを特徴とす
る請求項２記載の自転車用発電装置。
【請求項４】前記ガイド部材は、車輪のスポークに対
して着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請
求項３記載の自転車用発電装置。
【請求項５】前記ガイド部材は、互いに係脱自在な複
数のガイド片から構成されていることを特徴とする請求
項４記載の自転車用発電装置。
【請求項６】自転車の車輪の回転によって駆動される
ロータと、自転車の固定部に取り付けられるステータとを備え、前記ロータとステータとの間に生じる電磁力によって発
電するようにした自転車用発電装置であって、前記ロータは、円周方向に多極着磁され、隣接する異極
近傍に磁気ギャップを形成するリング状の磁石を有し、前記ステータは、前記磁気ギャップを横切るように前記
磁石に対面して配置された少なくとも２つの空心コイル
を有することを特徴とする自転車用発電装置。