JP2558576Y2 - 自転車用ハブ発電装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】本考案は、自転車のハブに内
蔵する発電装置に関し、とくには、動力伝達部分での歯
車の噛合機構を排除して、騒音の低減、耐久性の向上等
を実現するとともに、構成部品の製造、組立て等を簡単
かつ容易ならしめるものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先に特願平１−202915号、
特願平１−202916号および特願平１−202917号を出願し
て、自転車用ハブの内部に２列〜３列の遊星歯車列を備
え、ハブ体の回転を増速して回転子に伝達する遊星歯車
装置を有するハブ内蔵式発電装置を提案した。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】上述した発電装置で
は、ハブ体の回転を約25倍にも増速して回転子に伝達し
ている。この場合、例えば、車輪の径が26インチの自転
車が時速20km／ｈで走行すると、回転子は約4000rpm の
高速回転になる。

【０００４】一般に、この種の遊星歯車装置に用いる歯
車は、小型のものであり、歯形精度は良くない。また、
各歯車間には間隙が必要であり、そして各歯車間の位置
関係は必ずしも正確ではなく、歯車の芯がずれやすい状
態にある。したがって、このような遊星歯車装置を高速
回転させると、歯車噛合部から騒音を発生する。

【０００５】また、自転車の走行中には、急発進したり
急停車することがあるが、前記した発電装置を取り付け
た自転車が、発電走行中に急停車すると、その発電装置
の回転子が高速回転状態から停止状態へと急激に変化す
る。したがってこの場合、回転子の慣性質量によって、
遊星歯車装置には非常に大きな負荷が加わることにな
る。

【０００６】そして、この種の遊星歯車装置は小型、軽
量であることが望ましいので、歯車は小型のものが用い
られているから、強度的にそれほど余裕はない。つま
り、通常の発電状態では、前記した小型の歯車でも十分
有効に作動するが、急停止時には時として、非常に大き
な負荷が加わるため歯車が損壊するというおそれがあっ
た。

【０００７】本考案は、従来技術の有するこのような問
題点を解決することを課題として検討した結果なされた
ものであり、それの目的とするところは、騒音の低減お
よび、耐久性の向上等を実現し、併せて、構成部品の製
造、組立て等を簡単かつ容易ならしめた自転車用ハブ発
電装置を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案の自転車用ハズ発
電装置は、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
と太陽ローラーとを一体的に形成してなる回転子を前記
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式発電装置に
おいて、前記固定筒体の開放端側の内側で、前記太陽ロ
ーラーの周りに、ハブ体側に、直接的もしくは間接的に
連結した複数個の遊星ローラーを配設するとともに、内
周面直径を、それぞれ遊星ローラー26への外接円直径よ
り予め小さく形成してなり、それぞれの遊星ローラーを
太陽ローラーに締め付ける弾性リングを設け、この弾性
リングに形成した外歯を、固定筒体に設けた内歯に遊嵌
状態で噛合させたものである。

【０００９】本考案装置は上述のように構成したので、
その遊星伝動装置において、太陽ローラーと遊星ローラ
ー及び、遊星ローラーと弾性リングとの各接触部は常に
圧接状態にある。したがって、このような遊星伝動装置
を作動させると、各接触面に摩擦力が発生し、太陽ロー
ラー、遊星ローラー、弾性リングはそれぞれに前記摩擦
力によって伝動することができる。本考案においては、
この弾性リングのたわみ量によって生ずる圧接力に基づ
く摩擦力をあらかじめ発電に要するトルクの３〜４倍に
設定してあるため、通常の発電状態では、従来の遊星歯
車装置と全く同様の増速伝動装置として作用することが
できる。

【００１０】また、本考案装置の太陽ローラー、遊星ロ
ーラー、弾性リングは常に密着状態にあるから、各ロー
ラー間の位置関係は正確で芯ずれがない。しかも、上述
したように本考案装置の各ローラーは凸凹のない周面の
回転伝動であるので高速になっても、接触部から騒音が
発生することはない。

【００１１】又、そのローラーの圧接によって生ずる摩
擦力を、発電に要するトルクの３〜４倍に予め設定して
おけば、それ以上のトルクが加わった時にローラーの接
触面がスリップするため、装置各部に無理な力が作用し
て損壊するおそれがなくなる。

【００１２】

【考案の実施の形態】以下図面について本考案の一の実
施形態を説明する。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。

【００１３】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。

【００１４】また中空円筒状の固定筒体８の一端（図１
における右側端）を車軸２に嵌合すると共に、キー９に
よってそこに固定し、この固定筒体８の他端（図１にお
ける左側端）を開放し、その開放端側の径を拡張して大
径部8aを形成すると共に、その内周に内歯8bを刻設す
る。

【００１５】また固定筒体８の大径部8aの内歯8bとそれ
ぞれわずかな間隙をおいて噛合する（すなわち内歯8bよ
りピッチ径がわずかに小さい) 外歯10a, 11aを有する第
１弾性リング10及び第２弾性リング11を大径部8a内に遊
嵌状態で噛合させて設け、これらの第１弾性リング10及
び第２弾性リング11の間にリング状のスペーサー12を設
ける。また13は第２弾性リング11の図１における右側の
隅部に設けたコーナーリングであり、14は第１弾性リン
グ10の外側に設けた止め輪である。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、
15は座金、16はばねである。

【００１６】また図３に詳細に示すように、溝付リング
17a の溝内に導線17b を巻き付けてコイル17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18a を配置すると共に、これら４本の磁極片18a
をそれぞれ小径の円筒部18bに連結して第１電機子18を
一体に形成し、この第１電機子18の円筒部18b を前記コ
イル17の中心孔17c 内に挿通し、この中心孔17c より突
出した円筒部18b を外包する円筒部19b と、組み立て時
に前記４本の磁極片18a の中間にそれぞれ位置する４本
の帯板状の磁極片19a とを連結して第２電機子19を一体
に形成し、この第２電機子19を前述したコイル17と第１
電機子18との結合体に嵌合して図２に示すように発電コ
イル体20を一体的に構成する。なお21はコイル18から引
き出したリード線である。

【００１７】そして上述のように構成した発電コイル体
20を図１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21を固定筒体８に設けた孔
8c及び溝2bを介して外部に取り出す。

【００１８】また磁石22a と第２太陽ローラー22b とを
結合して一体的に形成した回転子22を、磁石22a が前記
発電コイル体20の各磁極片18a 、19a と対応して位置す
るように車軸２に対し回転自在に設ける。

【００１９】また第１太陽ローラー23a と円板状の遊星
キャリア23を一体的に形成し、この遊星キャリア23を、
前記回転子22とハブ体４の側蓋体５との間で車軸上に、
それに対して回転自在に設け、前記第１太陽ローラー23
a の外周に配設された３個の第１遊星ローラー24（図４
参照）を前記ハブ体４の側蓋体５に軸25によりそれぞれ
枢支して設ける。また前記第２太陽ローラー22b の外周
に３個の第２遊星ローラー26（図５参照）を前記遊星キ
ャリア23に軸27によりそれぞれ枢支して設ける。

【００２０】そして前記した第１弾性リング10の内周面
の直径は、所定位置に配設したそれぞれの第１遊星ロー
ラー24が内接する円の直径よりやや小さく予め形成し、
この小さい内径の第１弾性リング10をそれらの第１遊星
ローラー24の外側に圧入して、この第１遊星ローラー24
を第１太陽ローラー23a に圧接状態にする。同様に前記
した第２弾性リング11の内周面の直径は、それぞれの第
２遊星ローラー26が内接する円の直径よりやや小さく予
め形成し、この小さい内径の第２弾性リング11をそれら
の第２遊星ローラー26の外側に圧入して、各第２遊星ロ
ーラー26を第２太陽ローラー22b に圧接状態にする。

【００２１】第１弾性リング10及び第２弾性リング11は
ばね鋼等を素材としており、それらの圧入の際、それぞ
れの遊星ローラーとの接触部分にては半径方向外方へ突
出する向きに、その他の部分にては半径方向内方に窪む
向きにそれぞれ変形するが、前述した大径部8aの内歯8b
と、外歯10a 及び11a の間に存在する隙間によって、そ
のたわみ変形を吸収することができる。

【００２２】つぎに上述のように構成した本考案装置の
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25と共
に図４の矢印Ａの方向に回転する。この場合、固定筒体
８は固定されており、第１弾性リング10は、その固定筒
体８の内歯8bに、外歯10a によって噛合していることか
ら、軸25を介して第１遊星ローラー24が矢印Ａの方向に
公転すると、第１弾性リング10の締付力、いいかえれ
ば、それの上記圧入によってそこに発生する周方向引張
力による、第1 遊星ローラー24と、第１太陽ローラー23
a と、第１弾性リング10との相互間の摩擦力に基づき、
各第１遊星ローラー24は矢印Ｂの方向に自転する。

【００２３】この第１遊星ローラー24の矢印Ａ方向への
公転と矢印Ｂ方向への自転によって、この第１遊星ロー
ラー24と接触して転動する第１太陽ローラー23a は図４
の矢印Ｃの方向に増速されて回転する。本実施例では、
固定筒体８の第１弾性リング10の内径が64mmであり、第
１太陽ローラー23a の外径が16mmであるから、第１太陽
ローラー23a と一体の遊星キャリア23の回転は、（64＋
16) ÷16＝５であるから、ハブ体４の回転の５倍に増速
される。ところで、第１遊星ローラ24のこのような公自
転に当り、弾性リング10は、第１遊星ローラー24と接触
して半径方向外方へ突出する部分にて、第２弾性リング
11の内歯8bに噛合してその回転を拘束される。なお、こ
の場合、弾性リング10の、半径方向外方への突出変形
は、それの外歯10a と、固定筒体８の内歯8bとの間の間
隙をもって十分に許容され、吸収されるので、第１遊星
ローラー24の公転おび自転のそれぞれは、少ないエネル
ギー損失の下で常に円滑に行われることになる。

【００２４】また第１太陽ローラー23a と一体の遊星キ
ャリア23が矢印Ｃの方向に回転すれば、図５に示すよう
に軸27も矢印Ｃの方向に回転するため、第２遊星ローラ
ー26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。なお、第２遊星ローラー26のこのような公自転
に際する第２弾性リング11の作用は、前述した第１弾性
リング10のそれと同様である。したがってここでは、そ
れぞれの第２遊星ローラー26と接触して転動する第２太
陽ローラー22b は矢印Ｅの方向に増速されて回転する。
本実施例では、固定筒体８の第２弾性リング11の直径が
64mmであり、第２太陽ローラー22b の外径が16mmである
から、第２太陽ローラー22b と一体の回転子22の回転
は、（64＋16) ÷16＝５であるから、遊星キャリア23の
５倍の増速回転になる。すなわち、第１段目の遊星ロー
ラー列と第２段目の遊星ローラー列によって、25倍（５
×５）の増速回転が得られる。

【００２５】なお、本実施例では、２列の遊星ローラー
列について述べたが、遊星ローラー列が１列あるいは、
３列の場合でも本考案を適用すことができる。

【００２６】

【考案の効果】本考案装置は上述のように構成したの
で、遊星ローラー装置において、太陽ローラーと遊星ロ
ーラー、及び遊星ローラーと弾性リングとの各接触部は
常に圧接状態にある。したがって、このような遊星ロー
ラー装置を作動させると、各接触部に摩擦力が発生し、
太陽ローラー、遊星ローラー、弾性リングはそれぞれに
前記摩擦力によって伝動することができる。本考案にお
いては、この弾性リングの、半径方向の内外側のたわみ
量によって生ずる圧接力に基づく摩擦力を、発電に要す
るトルクの３〜４倍のトルクを発生できる程度に予め設
定してあるため、通常の発電状態では、従来の遊星歯車
装置と全く同様の増速伝動装置として作用することがで
きる。すなわち、本実施例では、25倍の増速比が得ら
れ、従来と同等の発電作用をすることができる。

【００２７】また、本考案装置の太陽ローラー、遊星ロ
ーラー、弾性リングは常に密着状態にあるから、各ロー
ラー間の位置関係は正確で芯ずれすることがない。しか
も、上述したように本考案装置の各ローラーは凸凹のな
い周面の回転伝動であるので高速になっても、接触部か
ら騒音が発生することはなく自転車の高速走行中の発電
によっても、静粛な回転が得られる。

【００２８】又、そのローラーの圧接によって生ずる摩
擦力を、予め発電に要するトルクの３〜４倍に設定して
おくことで、それ以上のトルクが加わった時ローラーの
接触面がスリップするため、装置各部に無理な力が作用
することがなくなる。つまり、本考案によれば、自転車
の急発進、急停止によっても増速装置に過大な負荷が加
わることはなく、したがって、部品が損傷するようなこ
ともなくなるという効果が得られる。

【００２９】加えてここでは、弾性リングの内周面直径
を予め所定の値とすることで、太陽ローラーと遊星ロー
ラーとの間その他に所期した通りの摩擦力を簡単かつ確
実に発生させることができ、また、弾性リングの外歯
と、固定筒体の内歯との間の間隙の存在をもって、弾性
リングの、半径方向内外側への、円滑にして容易なたわ
み変形を十分に許容することで、それぞれのローラーの
公転および自転を、少ないエネルギー損失の下で、小さ
い駆動力にて軽快に行わせることできる。

【００３０】しかも、この装置では、それぞれの遊星ロ
ーラーへの外接円直径よりやや小さい所定の内周面直径
を有する弾性リングを予め製造し、この弾性リングを遊
星ローラーの外側に圧入することで、構成各部に所期し
た通りの摩擦力を生じさせることができ、また、その弾
性リングの、歯形精度が低くて足りる外歯を、固定筒体
の同様の内歯に遊嵌状態で噛合させることによって、弾
性リングのたわみ変形を許容するとともに、それを保持
することができるので、構成部品の製造および組立ての
それぞれを、極めて簡単にかつ容易に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案装置の断面図である。

【図２】発電コイル体の斜視図である。

【図３】発電コイル体の分解斜視図である。

【図４】１段目の遊星ローラー列の作用説明図である。

【図５】２段目の遊星ローラー列の作用説明図である。

【符号の説明】

１ 前ホーク ２ 車軸 ４ ハブ体 ５ 側蓋体 ８ 固定筒体 10 第１弾性リング 11 第２弾性リング 12 スペーサー 13 コーナーリング 14 止め輪 15 座金 16 ばね 17 コイル 18 第１電機子 19 第２電機子 20 発電コイル体 21 リード線 22 回転子 22a 磁石 22b 第２太陽ローラー 23 遊星キャリア 23a 第１太陽ローラー 24 第１遊星ローラー 25 軸 26 第２遊星ローラー 27 軸

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 自転車のフレームに固定した車軸２に対
   して車輪のハブ体４を回転自在に嵌合し、このハブ体４
   の内部に中空円筒状の固定筒体８を前記車軸２に固定し
   て設け、この固定筒体８内に発電コイル体20を固定して
   設けると共に、磁石22a と太陽ローラー22b とを一体的
   に形成してなる回転子22を前記車軸２に回転自在に設
   け、ハブ体４の回転を増速して回転子22に伝達する遊星
   伝動装置を有するハブ内蔵式発電装置において、 前記固定筒体８の開放端側の内側で、前記太陽ローラー
   22b の周りに、ハブ体側に連結した複数個の遊星ローラ
   ー26を配設するとともに、内周面直径を、それぞれの遊
   星ローラー26への外接円直径より予め小さく形成してな
   り、それぞれの遊星ローラー26を太陽ローラー22b に締
   め付ける弾性リング12を設け、この弾性リング12に形成
   した外歯11a を、固定筒体８に設けた内歯8bに遊嵌状態
   で噛合させてなる自転車用ハブ発電装置。