JP2003102154A - 発電機、車両用ホイル、車両用ホイルカバー、二輪車用ホイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転体に取り付けられ、回転体に設けられた
電気機器に電気を供する発電機であって、発電効率がよ
く、前記回転体の回転速度の上昇よって発電効率が低下
することがなく、単純な機構で故障しにくい発電機を提
供する。また、その発電機を用いて、発光体などの電気
機器を使用することが可能な車両用ホイル、車両用ホイ
ルカバーを提供する。また、二輪車の車輪等に設けられ
た電気機器に電気を供することが可能な発電機を提供す
る。また、その発電機を用いて、発光体などの電気機器
を使用することが可能な二輪車用ホイルを提供する。 【解決手段】 車輪等の回転体２に、該回転体２の回転
軸に対して同軸かつ相対回転可能に設けられた磁石８
と、該磁石８に取り付けられ、前記回転軸から偏心した
位置に重心のある錘部材１４と、前記回転体２に、前記
磁石８の磁束に交叉する位置に固定可能なコイル１０と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車輪等の回転体に
取り付けられた電気機器に電気を供する発電機、及び、
それを備えた車両用ホイル、車両用ホイルカバー、二輪
車用ホイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、車輪等の回転体に装着され、回
転体に取り付けられた電気機器に供する電気を発電する
発電機としては、特開２０００−２７８９２３号、特開
２０００−２１４０３７号が挙げられる。特開２０００
−２７８９２３号は、重心が偏心して回転軸に取り付け
られた回転錘を備え、その回転錘が前記回転軸を中心に
回転することで、前記回転軸に取り付けられた歯車と中
間車とを介して永久磁石を備えたロータを回転させて発
電を行うものである。回転錘は、回転錘の回転軸が、タ
イヤの回転軸に直交するように取り付けられるもの（第
一の実施形態）と、タイヤの回転軸に平行となるように
取り付けられるもの（第二の実施形態）が記載されてい
る。

【０００３】また、特開２０００−２１４０３７号は、
特開２０００−２７８９２３号と構成をほぼ同じくする
が、重心が偏心していない回転錘を用いる点に特徴があ
る。また、回転錘の回転軸はタイヤの回転軸と平行にな
るよう取り付けられる。

【０００４】また、二輪車などに用いられる、車輪の中
心部に取り付けられる発電機として、軸部材と、その軸
部材の周囲を回転可能に設けられたハブとを備えるもの
がある。これは、前記ハブに固定された磁石と、その磁
石の磁束に交叉する位置に配置され、前記軸部材に固定
されたコイルとを備え、車輪が回転されることで発電を
行うものである。

【０００５】また、発光体を付けることで、デザイン性
及び安全性を高めた車両用ホイルの例として、特開平６
−２１９１０２号が挙げられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開２
０００−２７８９２３号に記載された発電機において
は、発電効率の測定結果の記載から明らかなように、タ
イヤの回転速度によって発電効率に大きな変動がある。
前記第一の実施形態においては、車両を時速３０〜５０
ｋｍ程度で走行させたときの発電効率は良いが、時速が
１０ｋｍ程度または８０ｋｍ程度のときは発電効率が極
端に低下する。また、前記第二の実施形態においては、
時速１０ｋｍ程度では発電効率が良いが、時速３０ｋｍ
程度以上になると発電効率は極端に低下し、速度が上が
るほど発電効率が悪化している。

【０００７】前記第一の実施形態においては、回転錘の
回転軸が、タイヤの回転軸に直交するように発電機が取
り付けられるため、回転錘は、タイヤの回転や振動によ
って、または、タイヤの回転周期に共振することによっ
て回転するものと考えられる。従って、タイヤの回転周
期や振動周期が回転錘の固有振動特性と一致したときに
は高い回転数を示すが、そうでない場合には、あまり回
転しないといった現象が発生する。そのため、前記の様
に、特定の速度においてのみ発電効率が良く、それ以外
では発電効率が悪いといった現象が発生していると考え
られる。

【０００８】また、第二の実施形態においては、回転錘
の回転軸はタイヤの回転軸に平行となるように取り付け
られるため、重心が偏心した回転錘は重力と慣性とによ
って、タイヤの回転に反して回転しないか、または回転
数が少なくなる。そのため、タイヤに固定され、タイヤ
に伴って回転する発電機本体と回転錘との回転数の差に
よって、発電機本体に対して相対的に回転錘が回転され
たこととなり、発電が行われる。この方式では、速度が
低い場合は、発電が効率よく行われる。ところが、速度
が一定以上に速くなると、発電機はタイヤの中心軸から
外れて取り付けられているため、回転錘が遠心力によっ
てタイヤの外周側に位置してタイヤと共に回転され、タ
イヤと回転錘との回転数差がほとんど生じなくなり、発
電がほとんど行われなくなるものと考えられる。

【０００９】また、特開２０００−２１４０３７号の発
電装置においては、その詳細な説明の記載からも明らか
なように、タイヤの加速時または減速時においてのみ発
電が行われ、定速運転時には発電が行われない。

【００１０】上記の様に、特開２０００−２７８９２３
号及び特開２０００−２１４０３７号に記載された発電
機においては、走行速度や加減速度によって発電効率が
変動してしまい、電気機器に一定した電力を供給するこ
とができず、また発電効率も悪く、そのために発光体等
の大きな電力を消費するものをタイヤ等の回転体に搭載
して使用することは困難であるといった課題がある。ま
た、中間車を有するなど機構が複雑であるため、故障し
やすいといった課題がある。

【００１１】また、二輪車等の車輪の中心部に取り付け
られる前記発電機においては、回転しない軸部材にコイ
ルが固定されているため、車輪に取り付けられた発光体
などの電子機器に電力を供給することが困難であるとい
った課題がある。

【００１２】本発明は上記課題を解決すべくなされ、そ
の目的とするところは、回転体に取り付けられ、回転体
に設けられた電気機器に電気を供する発電機であって、
発電効率がよく、前記回転体の回転速度の上昇よって発
電効率が低下することがなく、単純な機構で故障しにく
い発電機を提供することにある。また、その発電機を用
いて、発光体などの電気機器を使用することが可能な車
両用ホイル、車両用ホイルカバーを提供することにあ
る。また、二輪車の車輪等に設けられた電気機器に電気
を供することが可能な発電機を提供することにある。ま
た、その発電機を用いて、発光体などの電気機器を使用
することが可能な二輪車用ホイルを提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第一の発電
機は、上記課題を解決するために、以下の構成を備え
る。すなわち、車輪等の回転体に、該回転体の回転軸に
対して同軸かつ相対回転可能に設けられた磁石と、前記
磁石の磁束に交叉する位置に、前記回転体に固定可能な
コイルと、前記磁石に取り付けられ、前記回転軸から偏
心した位置に重心のある錘部材とを備える。また、前記
磁石がリング型磁石である。これによれば、回転体の回
転速度の上昇によって発電効率が低下することがなく、
発電効率がよく、単純な機構で故障しにくい発電機を得
ることができる。

【００１４】本発明に係る車両用ホイルおよび車両用ホ
イルカバーは、以下の構成を備える。すなわち、請求項
１または２記載の発電機の前記コイルが固定されてい
る。また、前記コイルに接続され、発電された電気によ
って発光される発光体を備える。これによれば、電気機
器を搭載することが可能であり、また、発光体を備える
ことによって、デザイン性、安全性を高めた車両用ホイ
ルおよび車両用ホイルカバーを得ることができる。

【００１５】また、本発明に係る第二の発電機は、以下
の構成を備える。すなわち、軸部材と、該軸部材の周囲
を回転可能に設けられたハブとを備え、車輪の中心部に
取り付けられる発電機において、前記軸部材に固定され
た磁石と、該磁石の磁束に交叉する位置に配置され、前
記ハブに固定されたコイルとを備える。これによれば、
二輪車等の車輪に設けられた電気機器に電気を供するこ
とが可能な発電機を得ることができる。

【００１６】また、本発明に係る二輪車用ホイルは、以
下の構成を備える。すなわち、請求項７記載の発電機を
備える。また、請求項７記載の発電機と、該発電機の前
記コイルに接続され、発電された電気によって発光され
る発光体とを備える。これによれば、電気機器を搭載す
ることが可能であり、また、発光体を備えることによっ
て、デザイン性、安全性を高めた二輪車用ホイルを得る
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る発電機、車両
用ホイル、車両用ホイルカバー、二輪車用ホイルの好適
な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図
１は、本発明に係る第一の発電機の一例である発電機が
取り付けられた車両用ホイルを用いた車両用タイヤを示
す説明図である。２が本発明に係る車両用ホイルであ
る。２ａはスポークである。９４は車両用ホイル２に取
り付けられたゴムタイヤである。９２は車両のハブボル
トであり、車両用ホイル２は、ハブボルト９２にナット
９０にて取り付けられる。４は発光体としてのＬＥＤで
あり、ホイルの表面に放射状に複数並べて取り付けられ
る。ＬＥＤ４は発電機のコイル１０（図１には図示しな
い）に接続されている。６は、磁石８（図１には図示し
ない）に取り付けられた錘部材である。

【００１８】図２は、図１で示したタイヤを、鉛直中心
線で切断した断面図である。９８は車軸であり、９６は
車軸９８の先端に取り付けられたホイル取り付け部分で
ある。ハブボルト９２は、ホイル取り付け部分９６の外
面から垂直に突出して設けられており、車両用ホイル２
はその取り付け穴がハブボルト９２に通されて、ナット
９０にて取り付けられる。

【００１９】車両用ホイル２には、スポーク２ａの裏面
側に、環状の空間２ｄが形成されている。８はリング型
磁石であり、リングの周方向に複数の磁極を有する。磁
石８は、環状の空間２ｄの内周に沿って配置される。リ
ング型磁石８は、内周側にベアリング１２が設けられる
ことで、車軸９８及び車両用ホイル２の回転軸に対して
同軸かつ相対回転可能に設けられる。１４は錘部材であ
り、リング型磁石８の外周面の一部に固定されること
で、車軸９８及びリング型磁石９８の回転軸から重心が
偏心して設けられる。１０は、リング状磁石８の磁束に
交叉する位置に、リング状磁石８に沿って配置され、車
両用ホイル２に固定された環状コイルである。

【００２０】１６は、発電された電気を整流する整流器
や、出力電圧が一定以上にならないように制御するリミ
ッター回路などを含む電気回路が内蔵された箱であり、
環状コイル１０で発生した電気が入力される。この電気
回路には電気出力用の導線が設けられ、導線はホイルの
外面に放射状に配設されたＬＥＤ４に電気を供給すべ
く、環状の空間２ｄに沿って環状に配線される。環状に
配線された前記導線は、ＬＥＤ４が配設された箇所で分
岐され、車両用ホイル２の内部からＬＥＤ４に繋がる導
線１８に接続される。

【００２１】以上の様に構成され、車両に取り付けられ
た車両用ホイル２は、車軸９８の回転に伴って回転す
る。また、それに伴って、車両用ホイル２に固定された
環状コイル１０も回転する。一方、リング型磁石８は、
車両用ホイル２の回転軸に対して相対回転可能に設けら
れ、なおかつ回転軸に対して重心が偏心して設けられた
錘部材１４が取り付けられているため、錘部材１４の慣
性力及び錘部材１４にかかる重力によって、車両用ホイ
ル２が回転しても回転しない。従って、回転しないリン
グ型磁石８の磁束に交叉した状態で、環状コイル１０が
回転されるため、環状コイル１０には電流が発生する。

【００２２】環状コイル１０に発生された電気は、コイ
ルから導き出された導線を通じて箱１６内の電気回路に
入力され、電気回路内の前記整流器で直流に整流されて
出力され、前記環状に配線された導線および導線１８に
よって、車両用ホイル２に放射状に配置された各ＬＥＤ
４に供給される。この際、環状コイル１０から電気回路
１６に供給された電気の電圧が高すぎる場合には、前記
リミッター回路が働き、その他の電気回路やＬＥＤ４が
壊れるのを防ぐ。

【００２３】次に、第一の発電機の別の実施の形態と、
それが取り付けられた車両用ホイルカバーの実施の形態
を説明する。図３の３０は、本発明に係る車両用ホイル
カバーである。車両用ホイルカバー３０は、車両のホイ
ル取り付け部分９６のハブボルト９２に、ナット９０に
て固定された車両用ホイル８８の外側に、取り付け爪３
０ａにて取り付けられる。

【００２４】３２は発電機であり、円筒状の筐体３４を
有し、円筒状の筐体３４の中心軸線が、車軸９８の軸線
と一致するよう、車両用ホイルカバー３０の内壁の中央
部に取り付けられる。筐体３４の内部には、円筒の内周
に沿って、環状コイル３６が取り付けられる。３８は、
円筒状に形成された磁石であり、その周に沿って複数の
磁極を有し、磁束が環状コイル３４に交叉するよう配置
されている。磁石３８は、その中心軸に固定された軸４
０の両端が筐体３４に回転自在に軸支される。即ち、車
軸９８と同軸に軸支され、相対回転可能に設けられる。
４２は、軸４０をスムーズに回転させるためのベアリン
グである。軸４０には、筐体の外側に、直角に折れ曲が
って延びる延出腕４４が形成され、その延出腕４４の先
端には錘部材４６が取り付けられる。これによって、錘
部材４６は、車軸９８及び軸４０から重心が偏心して取
り付けられる。

【００２５】４８は、筐体３４の脇に配置された、環状
コイル３６の導線に接続された電気回路を内蔵する箱で
あり、その電気回路の内容は、前記の車両用ホイル２の
箱１６内の電気回路とほぼ同等のものであり、内部に整
流器及びリミッター等の回路を持つ。また、この電気回
路の電気出力用の端子は、導線を通じて車両用ホイルカ
バー３０の表面に設けられたＬＥＤ５０に接続された導
線５２に接続される。

【００２６】以上の様に構成された車両用ホイルカバー
３０は、車両用ホイル８８に伴って回転する。車両用ホ
イルカバー３０が回転すると、それに伴って、発電機３
２が回転し、筐体３４に固定された環状コイル３６も回
転する。一方、磁石３８は、錘部材４６の慣性力及び重
力により回転しない。従って、回転しない磁石３８の磁
束に交叉した状態で環状コイル３６が回転されることに
なり、環状コイル３６に電流が発生し、ＬＥＤ５０が点
灯される。

【００２７】この様に、上記錘部材１４、４６は、回転
体（車両用ホイル２、車両用ホイルカバー３０）の回転
軸と同軸かつ相対回転可能に設けられた磁石８、３８に
取り付けられているため、回転体の回転が高速化して
も、回転体の遠心力によって回転体の外周側に移動する
ことがない。また、錘部材１４、４６には、回転体とベ
アリング１２、４２との間の摩擦力による回転力が働く
が、ベアリング１２の性能と錘部材１４、４６の重量を
調整することで、回転しないよう調整することが可能で
ある。従って、回転体の回転数が上がるほど発電量も増
加する、発電効率のよい発電機を得ることができる。ま
た、単純な機構であるため、低コストで生産可能で、故
障が少ないといった利点を有する。

【００２８】次に、車輪に取り付けられる第二の発電機
と二輪車用ホイルの実施の形態を説明する。図４の６０
は、本発明に係る二輪車用ホイルである。６０ａはリム
であり、６０ｂはスポークである。６２は、ハブと軸部
材とを備えた発電機であり、ハブ６４に設けられたスポ
ーク取り付け穴６４ｃにスポーク６０ｂを通すことで、
二輪車用ホイル６０の中央部に固定されている。６８
は、回転軸となる軸部材である。７４はナットであり、
二輪車用ホイルを自転車等の二輪車に取り付ける際に使
用される。７０は、発光体としてのＬＥＤであり、スポ
ーク６０ｂに取り付けられ、導線によって発電機６２の
コイルに接続され、発電機６２で発電された電気によっ
て発光する。

【００２９】図５は発電機６２の拡大説明図である。６
４はハブであり、円筒状の部材６４ａと、その両端に形
成された円盤状の部材６４ｂとからなる。６８は軸部材
であり、ハブ６４はこの軸部材６８に対して回転自在に
設けられている。二輪車用ホイル６０を二輪車本体に取
り付ける際には、回転軸６８の細径部分６８ｂを、二輪
車のフォーク先端の切り込み部に嵌め込み、ナット７４
を回転軸６８にねじ込んで、ナット７４と回転軸の太径
部分６８ａとでフォークを挟み込む。以上の構成によ
り、発電機６２は、二輪車の車輪のハブと回転軸として
機能する。

【００３０】６６は、ハブ６４の外周の一部に取り付け
られた、内部に電気回路が組み込まれた箱である。箱６
６の内部には、前記箱１６、４８と同様、整流器やリミ
ッターなどが組み込まれる。７１は、発電された電気が
出力される、プラス極とマイナス極の導線である。導線
７１は、図４のＬＥＤ７０に接続され、発電がなされた
際にＬＥＤ７０を発光させる。

【００３１】図６は、発電機６２を、その円筒状の部材
６４ｂの軸線と平行な面で切断した断面説明図である。
この実施形態においては、発電機本体６２の内部は、磁
束遮蔽板６４ｄによって、二つに分断されている。図６
中、磁束遮蔽板６４ｄを挟んで右側に配置されるのが、
従来のハブ一体型の発電機の構造を持ち、左側が、本発
明に係る発電機の構造となっている。

【００３２】まず、左側の、本発明に係る発電機の構造
について説明する。７８は、軸部材６８の外周に固定さ
れた、周方向に複数の磁極を有する磁石である。７６
は、円筒状の部材６４ｂの内周に沿って固定され、磁石
７８の磁束に交叉する位置に配置された環状コイルであ
る。環状コイルの端子は７６ａは、箱６６の内部に組み
込まれた前記電気回路に接続されている。なお、軸部材
６８は、その接点をベアリング８０で支持され、スムー
ズに回転するように設けられている。

【００３３】以上の様に構成された発電機６２は、軸部
材６８が二輪車のフォークに固定され、ハブ６４がスポ
ークによって車輪に固定されることで、二輪車を走行さ
せた際には、軸部材６８の周囲をハブ６４が回転するこ
とになる。従って、回転軸６８に固定された磁石７８の
磁束が及ぶ周辺を環状コイル７６が回転することとな
り、環状コイル７６に電流が生じる。発電された電気は
箱６６内の整流回路で整流されて導線７１に出力され、
ＬＥＤ７０を発光させる。

【００３４】一方、図６中、磁束遮蔽板６４ｄを挟んで
右側に位置する発電構造について簡潔に説明する。この
発電構造においては、軸部材６８側にコイル８４が取り
付けられ、ハブ６４側に磁石８２が設けられる。発電さ
れた電気は導線８６と７２にて出力される。導線８６
は、導電体で構成された軸部材６８に接続される。軸部
材６８は、二輪車のフォークに接続されるため、二輪車
側では、フォークと導線７２を用いて、二輪車本体に固
定された電気機器、例えば前照灯に接続して使用するこ
とができる。なお、車輪上の電気機器に電気を供する目
的のみに使用する場合には、磁束遮蔽板６４ｄを挟んで
右側に位置する発電構造は採用しなくてもよい。

【００３５】以上の様に構成された車両用ホイル、車両
用ホイルカバー、二輪車用ホイルは、発光体を持つこと
によって個性的なデザインが可能となる。ＬＥＤは、様
々な色のものが選択可能であり、また、ＬＥＤの配置を
工夫することで、多様なデザイン性を得ることができ
る。また、夜間、歩行者が自動車の車輪の位置を目視で
き、あるいは二輪車の目視が容易となるため、安全性が
高まる。また、発光体としては、ＬＥＤに限らず、エレ
クトロルミネッセンス等を用いることもできる。また、
本発明に係る発電機は、大きな発電量を持つため、発光
体に限らず、様々な電気機器を回転体上に設けることが
可能となる。なお、車輪が停止しているときにも発光体
等の電気機器を使用する必要がある場合には、前記電気
回路に、蓄電器を搭載することにより、実現可能であ
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明に係る発電機によれば、車両用ホ
イルやホイルカバー、二輪車用ホイル等といった回転体
上に設けられた電気機器に電気を提供することができ、
前記回転体の回転速度の上昇よって発電効率が低下する
ことがなく、発電効率がよく、単純な機構で故障しにく
いといった効果がある。また、本発明に係る車両用ホイ
ル、車両用ホイルカバー、二輪車用ホイルによれば、電
気機器を設けることができ、また、特に発光体を設けた
場合には、デザイン性及び安全性に優れているといった
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る車両用ホイルを用いた車両用タイ
ヤを示す図である。

【図２】本発明に係る車両用ホイルを用いた車両用タイ
ヤの説明断面図である。

【図３】本発明に係る発電機および車両用ホイルカバー
を示す説明断面図である。

【図４】本発明に係る二輪車用ホイルを示す図である。

【図５】本発明に係る、車輪に取り付けられる発電機を
示す図である。

【図６】本発明に係る、車輪に取り付けられる発電機の
説明断面図である。

【符号の説明】

２ 車両用ホイル ４ ＬＥＤ ６ 錘部材 ８ リング型磁石 １０ 環状コイル １２ ベアリング １４ 錘部材 １６、４８、６６ 電子回路が内蔵された箱 １８、５２、７１ 導線 ３０ 車両用ホイルカバー ３２ 発電機 ３４ 発電機の筐体 ３６ 環状コイル ３８ 磁石 ４０ 軸 ４２ ベアリング ４４ 延出腕 ４６ 錘部材 ５０ ＬＥＤ ６０ 二輪車用ホイル ６０ａ リム ６０ｂ スポーク ６２ 発電機 ６４ ハブ ６８ 軸部材 ７０ ＬＥＤ ７２ 導線 ７４ ナット ７６ 環状コイル ７６ａ 導線 ７８ 磁石 ８０ ベアリング ９８ 車軸

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪等の回転体に、該回転体の回転軸に
   対して同軸かつ相対回転可能に設けられた磁石と、 該磁石に取り付けられ、前記回転軸から偏心した位置に
   重心のある錘部材と、 前記回転体に、前記磁石の磁束に交叉する位置に固定可
   能なコイルとを備えることを特徴とする発電機。
2. 【請求項２】 前記磁石がリング型磁石であることを特
   徴とする請求項１記載の発電機。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の発電機の前記コ
   イルが固定されていることを特徴とする車両用ホイル。
4. 【請求項４】 前記コイルに接続され、発電された電気
   によって発光される発光体を備えることを特徴とする請
   求項３記載の車両用ホイル。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載の発電機の前記コ
   イルが固定されていることを特徴とする車両用ホイルカ
   バー。
6. 【請求項６】 前記コイルに接続され、発電された電気
   によって発光される発光体を備えることを特徴とする請
   求項５記載の車両用ホイルカバー。
7. 【請求項７】 軸部材と、該軸部材の周囲を回転可能に
   設けられたハブとを備え、車輪の中心部に取り付けられ
   る発電機において、 前記軸部材に固定された磁石と、 該磁石の磁束に交叉する位置に、前記ハブに固定された
   コイルとを備えることを特徴とする発電機。
8. 【請求項８】 請求項７記載の発電機を備えることを特
   徴とする二輪車用ホイル。
9. 【請求項９】 請求項７記載の発電機と、 該発電機の前記コイルに接続され、発電された電気によ
   って発光される発光体とを備えることを特徴とする二輪
   車用ホイル。