(57)【要約】【課題】  車輪の回転を変速する人力駆動車用発電装置において、速度が変動しても適正な電圧範囲で発電できるようにする。【解決手段】  自転車用発電装置１０は、ハブ軸２１と、ハブシェル２２と、遊星歯車機構２４と、発電機構３３と、変速制御ユニットとを備えている、ハブ軸は、自転車のフレームに装着可能な軸である。ハブシェルは、ハブ軸に相対回転自在に装着されるものである。変速機構は、ハブシェルの回転を複数の変速段に変速して出力する機構である。発電機構は、変速機構の出力側に連結された磁石９０と、ハブ軸に装着されたコイル９２とを有し、ハブシェルとハブ軸との相対回転により発電する機構である。変速制御ユニットは、変速機構の複数の変速段を自転車の速度に応じていずれかに切り換える。【選択図】      図２
2006347513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力駆動車に装着可能な人力駆動車用発電装置であって、
前記人力駆動車に装着可能なハブ軸と、
前記ハブ軸に相対回転自在に装着されるハブシェルと、
前記ハブシェルの回転を複数の変速段に変速して出力する変速機構と、
前記変速機構の出力側に連結された磁石と、前記ハブ軸に装着されたコイルとを有し、前記ハブシェルと前記ハブ軸との相対回転により発電する発電機構と、
前記変速機構の前記複数の変速段をいずれかに切り換える変速切換部と、
を備えた人力駆動車用発電装置。
【請求項２】
前記変速機構は、第１変速段と、前記第１変速段より出力回転数が低い第２変速段とに変速可能であり、
前記変速切換部は、前記ハブシェルの回転速度が所定速度を超えているとき前記第２変速段に切り換え、前記回転速度が前記所定速度以下のとき、前記第１変速段に切り換える、請求項１に記載の人力駆動車用発電装置。
【請求項３】
前記変速切換部は、速度センサからの出力により前記変速段を切り換える、請求項１又は２に記載の人力駆動車用発電装置。
【請求項４】
前記変速機構は遊星歯車機構である、請求項１から３のいずれか１項に記載の人力駆動車用発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置、特に、自転車等の人力駆動車用発電装置に装着可能な人力駆動車用発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車に装着された発電装置としてハブダイナモと呼ばれる車輪のハブに内蔵された発電装置が知られている。このようなハブダイナモにおいて、車輪の回転を変速可能なものが従来知られている（たとえば、特許文献１参照）。従来のハブダイナモは、ハブ軸と、ハブ軸に回転自在に装着されるハブシェルと、ハブシェルの回転を変速して出力する変速機構と、変速機構の出力側に連結された磁石及びハブ軸に装着されたコイルを有する発電機構とを備えている。このようなハブダイナモでは、ハブシェル（車輪）の回転を増速して磁石を回転させて発電を行っている。
【特許文献１】特公平６−８８５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のハブダイナモでは、車輪の回転を増速して磁石を回転させているので発電力は高くなるが、速度が速くなると、発電電圧が適正な範囲を超えて高くなりすぎてランプ切れなどを生じるおそれがある。このため、前記従来のハブダイナモを用いると、ランプを保護するためなどに保護範囲が広い保護回路を設ける必要が生じる。
【０００４】
本発明の課題は、車輪の回転を変速する人力駆動車用発電装置において、速度が変動しても適正な電圧範囲で発電できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明１に係る人力駆動車用発電装置は、人力駆動車に装着可能な装置であって、ハブ軸と、ハブシェルと、変速機構と、発電機構と、変速切換部とを備えている、ハブ軸は、人力駆動車に装着可能な軸である。ハブシェルは、ハブ軸に相対回転自在に装着されるものである。変速機構は、ハブシェルの回転を複数の変速段に変速して出力する機構である。発電機構は、変速機構の出力側に連結された磁石と、ハブ軸に装着されたコイルとを有し、ハブシェルとハブ軸との相対回転により発電する機構である。変速切換部は、変速機構の複数の変速段をいずれかに切り換えるものである。
【０００６】
この発電装置では、車輪が回転するとハブシェルが回転し、その回転が変速機構を介して発電機構の磁石を回転させる。この結果、発電機構が発電する。このとき磁石の回転速度は、変速切換部により切り換えられた変速段の出力回転数となる。変速切換部は、人力駆動車の速度に応じて速度を切り換えるため、低速の時より高速の時の出力回転数が低くなるように変速段を切り換えることにより、高速走行しても出力回転数が低くなり、発電電圧の過度の上昇を抑えることができる。ここでは、ハブシェルの回転を変速して出力する変速機構を変速切換部により速度に応じて切り換えるように構成したので、低速の時より高速の時の出力回転数が低くなるように変速段を切り換えることにより、速度が変動しても適正な電圧範囲で発電できるようになる。
【０００７】
発明２に係る人力駆動車用発電装置は、発明１に記載の装置において、変速機構は、第１変速段と、第１変速段より出力回転数が低い第２変速段とに変速可能であり、変速切換部は、ハブシェルの回転速度が所定速度を超えているとき第２変速段に切り換え、回転速度が前記所定速度以下のとき、第１変速段に切り換える。この場合には、所定速度より高速の時には変速機構の出力回転数が低くなり発電電圧の上昇を抑えることができる。
【０００８】
発明３に係る人力駆動車用発電装置は、発明１又は２に記載の装置において、変速切換部は、速度センサからの出力により変速段を切り換える。この場合には、速度センサにより速度に応じて簡単に変速段を切り換えできる。
【０００９】
発明４に係る人力駆動車用発電装置は、発明１から３のいずれかに記載の装置において、変速機構は遊星歯車機構である。この場合には、１つの変速機構で複数の変速段に簡単に切り換えできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ハブシェルの回転を変速して出力する変速機構を変速切換部により速度に応じて切り換えるように構成したので、低速の時より高速の時の出力回転数が低くなるように変速段を切り換えることにより、速度が変動しても適正な電圧範囲で発電できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は軽快車であり、ダブルループ形のフレーム体２とフロントフォーク３とを有するフレーム１と、ハンドル部４と、駆動部５と、２段変速可能なハブダイナモ８が装着された前輪６と、内装変速ハブ９が装着された後輪７と、内装変速ハブ９を手元で操作するための変速操作部２０と、ハブダイナモ８の変速段を車速に応じて切り換える変速制御ユニット１２とを備えている。このハブダイナモ８と変速制御ユニット１２とにより自転車用発電装置（人力駆動車用発電装置の一例）１０が構成される。
【００１２】
フレーム１のフレーム体２は、パイプを溶接して製作されたものである。フレーム体２には、サドル１３や駆動部５を含む各部が取り付けられている。フロントフォーク３は、フレーム体２の前部に斜めに傾いた軸回りに揺動自在に装着されている。
【００１３】
ハンドル部４は、フロントフォーク３の上部に固定されたハンドルステム１４と、ハンドルステム１４に固定されたハンドルバー１５とを有している。ハンドルバー１５の両端にはブレーキレバー１６とグリップ１７とが装着されている。右側のブレーキレバー１６には変速操作部２０が一体で形成されている。
【００１４】
駆動部５は、フレーム体２の下部（ハンガー部）に設けられたギアクランク３７と、ギアクランク３７に掛け渡されたチェーン３８と、内装変速ハブ９とを有している。内装変速ハブ９は、低速段（１速）、中速段（２速）、高速段（３速）の３つの変速段を有する３段変速の内装変速ハブである。
【００１５】
ハブダイナモ８は、変速制御ユニット（変速切換部の一例）１２に設けられたモータを含む変速動作部１０３（図３）により２つ変速段に切り換えられる。ハブダイナモ８は、図２に示すように、減速及び直結の動力伝達経路を含む２段構成のハブである。このハブダイナモ８は、図１に示すように、自転車のフロントフォーク３の先端に装着される。ハブダイナモ８は、フロントフォーク３の先端に固定可能なハブ軸２１と、ハブ軸２１に相対回転自在に装着されるハブシェル２２と、ハブシェル２２の内周側に配置され、ハブ軸２１回りに回転可能な従動体２３と、ハブシェル２２の回転を２つの動力伝達経路（変速段）のいずれかで従動体２３に伝達するための変速機構としての遊星歯車機構２４と、遊星歯車機構２４から従動体２３に進行方向の回転のみ伝達する第１ワンウェイクラッチ２５と、ハブシェル２２と従動体２３とを連結・遮断する第２ワンウェイクラッチ２６と、第２ワンウェイクラッチ２６を切り換えるクラッチ制御機構２７とを有している。また、ハブダイナモ８は、従動体２３とハブ軸２１との間に配置されそれらの相対回転により発電する発電機構３３を有している。
【００１６】
ハブ軸２１の両端は、フロントフォーク３に固定される。ハブ軸２１の中央部よりやや図２右側には大径部２１ａが形成され、大径部２１ａの右側に遊星歯車機構２４の太陽ギア５０が形成されている。また、ハブ軸２１の大径部２１ａには、クラッチ制御機構２７を収納する直径上を貫通する長円形の長孔溝２１ｂが形成されている。さらに、ハブ軸２１には、長孔溝２１ｂに向けて右側軸端からプッシュロッド収納穴２１ｃが軸芯に沿って形成されている。
【００１７】
ハブシェル２２は、２分割された略円筒状の部材である。ハブシェル２２は、両端部が第３及び第４軸受３０，３１により回転自在に支持されている。ハブシェル２２は、外周面には、１対のハブフランジ２２ａ，２２ｂが形成されている。また、中央部に第５軸受３２が配置され、その右側に第２ワンウェイクラッチ２６を構成する第２ラチェット歯６５が形成されている。ハブシェル２２の左端には、前ブレーキを装着するためのねじ部２２ｃが形成されている。
【００１８】
従動体２３は、略筒状の部材であり、従動体２３とハブ軸２１との間に発電機構３３が配置されている。従動体２３は、ハブ軸２１に第１及び第２軸受２８，２９により回転自在に支持されている。
【００１９】
遊星歯車機構２４は、図３に示すように、ハブ軸２１に形成された太陽ギア５０と、ハブシェル２２の内周面に形成された内歯ギア５１と、ハブ軸２１の大径部２１ｄに回転自在に装着されたキャリア５２と、キャリア５２に回転自在に支持された、たとえば４つの遊星ギア５３とを備えている。キャリア５２は内部にハブ軸２１が貫通する筒状部５２ａと筒状部５２ａの右端から径方向に延びる鍔部５２ｂとを有する鍔付フランジ状の部材である。また、筒状部５２ａの外周面には、第１ワンウェイクラッチ２５が装着されるワンウェイクラッチ装着部５２ｃが凹んで形成されている。キャリア５２には遊星ギア５３を回転自在に支持するための４本のギア軸５４が固定されている。キャリア５２は、ハブ軸２１の大径部２１ｄに筒状部５２ａが支持されるとともに、第４軸受３１に鍔部５２ｂの内周面が支持されている。このようにキャリア５２を両端支持することによりキャリア５２が傾きにくくなる。遊星ギア５３は、内歯ギア５１と太陽ギア５０とに噛み合っている。なお、キャリア５２は、ハブ軸２１に装着された止め輪８２により軸方向の移動が規制されている。
【００２０】
遊星歯車機構２４では、内歯ギア５１からの入力をキャリア５２で出力するとハブシェル２２の回転を従動体に減速して出力できる。この場合の減速比ＧRは以下の式で表せる。
【００２１】
ＧR ＝１／（１＋（Ｚｓ／Ｚｒ））
ここでは内歯ギア５１の歯数Ｚｒと太陽ギア５０の歯数Ｚｓとだけで変速比ＧRが決定される。ここで太陽ギア５０の歯数Ｚs をたとえば１８Ｔとして内歯ギア５１の歯数Ｚrをたとえば４６Ｔとすると、
ＧＲ＝１／（１＋（１５／４６）＝０．７５３となる。
【００２２】
第１ワンウェイクラッチ２５は、たとえば爪式のものであり、図３に示すように、従動体２３の内周面に形成された第１ラチェット歯６０と、遊星歯車機構２４のキャリア５２に連結姿勢と遮断姿勢とに起立・伏臥自在に装着されかつ錬鉄姿勢側に付勢された第１クラッチ爪６１とを備えている。第１ラチェット歯６０は、従動体２３の右側端部の内周面に鋸歯状に形成されている。第１クラッチ爪６１は、連結姿勢のとき起立して先端が第１ラチェット歯６０に噛み合う。これにより、キャリア５２の進行方向の回転が従動体２３に伝達される。この第１ワンウェイクラッチ２５では、第１クラッチ爪６１は、常に連結姿勢に起立しており、キャリア５２が進行方向に回転するとその回転を従動体２３に伝達する。ただし、従動体２３がキャリア５２より高速で進行方向に回転する場合には回転は伝達しない。また、キャリア５２が逆方向に回転すると回転を伝達しない。
【００２３】
第２ワンウェイクラッチ２６は、ハブシェル２２の内周面に形成された第２ラチェット歯６５と、第２ラチェット歯６５に噛合可能なたとえば２つの第２クラッチ爪６６とを有している。第２クラッチ爪６６は、従動体２３の右側に収納されており、第２ラチェット歯６５に噛み合う連結姿勢と第２ラチェット歯６５から離脱する遮断姿勢とに揺動自在に装着されている。この第２ワンウェイクラッチ２６では、第２クラッチ爪６６が連結姿勢にあるとき、ハブシェル２２が進行方向に回転したときのみ、その回転が従動体２３に伝達される。
【００２４】
クラッチ制御機構２７は、第２クラッチ爪６６を連結姿勢と遮断姿勢とに切り換えるためのクラッチカム７５と、クラッチカム７５をハブ軸方向に往復移動させるための移動機構７６とを備えている。
【００２５】
クラッチカム７５は鍔付き円筒状の部材であり、ハブ軸２１の大径部２１ａに図２ハブ軸芯Ｘより上に示す連結位置と、ハブ軸芯Ｘより下に示す遮断位置との間で軸方向移動自在に装着されている。クラッチカム７５には、長孔溝２１ｂに案内される丸棒状のキー部材８０の両端が係止されている。キー部材８０は、長孔溝２１ｂに案内されてハブ軸方向に移動自在にある。クラッチカム７５ａ第２クラッチ爪６６に接触すると、第２クラッチ爪６６が離反姿勢に揺動する。
【００２６】
移動機構７６は、図２に示すように、ハブ軸２１のプッシュロッド収納穴２１ｃに装着されるプッシュロッド７９と、プッシュロッド７９の先端に接触してクラッチカム７５を遮断位置に移動させるための前述したキー部材８０と、第２軸受２９とクラッチカム７５との間に圧縮状態で配置された戻しばね８１とを有している。プッシュロッド７９は、ハブ軸２１の右端に装着され変速制御ユニット１２に変速ケーブル４１により連結された公知のベルクランク１１（図１）により押圧されてハブ軸方向に往復移動する。プッシュロッド７９は、ベルクランク１１により押圧されると図３左方に前進し、キー部材８０を押圧してクラッチカム７５を遮断位置側に移動させる。また、ベルクランク１１が後退すると、戻しばね８１によりクラッチカム７５が連結位置側に付勢されて移動し、キー部材８０を介してプッシュロッド７９も図３右方に後退する。戻しばね８１は、一端（右端）がクラッチカム７５に係止され、他端（左端）が第２軸受に係止されている。
【００２７】
発電機構３３は、遊星歯車機構２４の出力側に連結された従動体２３の内周面に装着された磁石９０と、ハブ軸２１に固定された内側固定ユニット９１とを備えている。磁石９０は、従動体２３の内面に固定されており、円周方向に等間隔に分割されたたとえは４個の永久磁石から構成されている。この磁石９０には、等間隔で交互にＮ極とＳ極とが着磁されている。
【００２８】
内側固定ユニット９１は、リング状のコイル９２と、コイル９２の周囲を囲むように設けられたヨーク９３とを有している。そして、これらのコイル９２及びヨーク９３は、ハブ軸２１の外周に形固定されたナット９４及び第１軸受２８により挟まれるようにしてハブ軸２１に固定され、かつ軸方向において磁石９０に対向するような位置関係に位置決めされている。
【００２９】
また、ハブ軸２１の外周面には、一端がコイル９２に接続された電力出力用の接続コード９５を通すためのコード通過溝２１ｅが発電機構３３装着部分から図２右端にかけて形成されている。第４軸受３１の右側には、接続コード９５の他端が接続された出力コネクタ９６がハブ軸２１に装着されている。出力コネクタ９６には、変速制御ユニット１２との接続のための電気配線４０が接続されている。
【００３０】
変速制御ユニット１２は、図１に示すように、フロントフォーク３に装着され内部にランプ１０６（図３）が搭載されたランプケース９８の内部に設けられている。変速制御ユニット１２は、ハブダイナモ８と電気配線４０により電気的に接続されるとともに、変速ケーブル４１によりハブダイナモ８と機械的に接続されている。変速ケーブル４１はベルクランク１１に接続され、ハブダイナモ８の変速段を高低２段に切り換える。
【００３１】
変速制御ユニット１２は、図３に示すように、ハブダイナモ８からの交流を直流に整流する整流回路１００と、整流された直流電力を蓄える蓄電素子１０１と、蓄電素子１０１からの電力で動作する切換制御部１０２とを有している。切換制御部１０２には、ランプケース９８内に配置された速度センサ１０４と、動作位置センサ１０５とが接続されているとともに、変速動作部１０３が接続されている。速度センサ１０４は、たとえば、前輪６に装着された磁石等の検出子１０７により前輪６の回転を検出する、たとえばリードスイッチにより構成されている。変速動作部１０３は、モータ及びモータにより変速ケーブル４１を巻き取って位置決めするケーブル位置決めユニットを含んでいる。動作位置センサ１０５は、変速動作部１０３のケーブル巻取位置が低速位置と高速位置との２つのいずれかにあるかを検出するものである。切換制御部１０２は、たとえば、マイクロコンピュータを含んでおり、速度センサ１０４により検出された車速に応じて変速動作部１０３を制御してハブダイナモ８を変速する。たとえば、車速が２０ｋｍ／ｈを超えると、ケーブル巻取位置を低速位置に制御し、変速ケーブル４１を介してハブダイナモ８を低速側の変速段に切り換える。
【００３２】
〔変速動作〕
このような構成のハブダイナモ８は、
ハブシェル２２−内歯ギア５１−遊星歯車機構２４−キャリア５２−第１ワンウェイクラッチ２５−従動体２３で構成される第２変速段としての減速動力伝達経路と、
ハブシェル２２−第２ワンウェイクラッチ２６−従動体２３で構成される第１変速段としての直結動力伝達経路とを有している。
【００３３】
この２つの伝達経路の切換はクラッチ制御機構２７により行われる。変速制御ユニット１２によりクラッチカム７５を遮断位置に移動させると、第２クラッチ爪６６が図２のハブ軸芯Ｘの下方に示すように離反姿勢に揺動し、キャリア５２の回転が第１ワンウェイクラッチ２５を介して従動体２３に伝達される。このため、減速動力伝達経路によりハブシェル２２の回転が従動体２３に減速して伝達される。一方、クラッチカム７５が連結位置に戻ると、第２クラッチ爪６６が連結姿勢に戻り、直結動力伝達経路により、ハブシェル２２の回転が第２ワンウェイクラッチ２６を介してそのまま従動体２３に伝達される。
【００３４】
これにより、速度が高くなり、減速動力伝達経路（第２変速段）に切り換えられると従動体２３の速度がハブシェル２２の速度より遅くなり、発電電圧の上昇が抑制される。また、速度が低くなり、直結動力伝達経路（第１変速段）に切り換えられると、ハブシェル２２の速度と同じ速度になり、発電電力の下降が抑えられる。
【００３５】
ここでは、ハブシェル２２の回転を変速して出力する変速機構を変速切換部により速度に応じて切り換えるように構成したので、低速の時より高速の時の出力回転数が低くなるように変速段を切り換えることにより、速度が変動しても適正な電圧範囲で発電できるようになる。
【００３６】
＜第２実施形態＞
前記第１実施形態では、変速機構として減速伝達経路と直径伝達経路との２つの変速段を有する遊星歯車機構２４を例に説明したが、第２実施形態では、図４に示すように、変速機構として８つの変速段を有する遊星歯車機構１２４を有している。なおこの第２実施形態では、変速動作部２０３は、変速制御ユニット１１２ではなくハブダイナモ１０８に設けられている。このため、ハブダイナモ１０８と変速制御ユニット１１２との間には、変速ケーブルは存在せず、両者は電力供給用の電気配線４０と制御用の制御配線（図示せず）のみで接続されている。
【００３７】
図３において、ハブダイナモ１０８は、減速４段、直結１段、増速３段の８段変構成のハブである。ハブダイナモ１０８は、フロントフォーク３の先端に固定可能なハブ軸１２１と、ハブ軸１２１に相対回転自在に装着されるハブシェル１２２と、ハブシェル１２２の内周側に配置され、ハブ軸１２１回りに回転可能な従動体１２３と、ハブシェル１２２の回転を８つの動力伝達経路（変速段）のいずれかで従動体１２３に伝達するための変速機構としての遊星歯車機構１２４と、８つの動力伝達経路を切換動作するためのクラッチ制御機構１２７とを有している。
【００３８】
ハブ軸１２１は、図３において、中央部よりやや右側に大径部１２１ａを有し、その周囲に遊星歯車機構１２４が配置されている。ハブシェル１２２は、３分割された略円筒状の部材である。ハブシェル１２２は、両端部が第３及び第４軸受１３０，１３１により回転自在に支持されている。ハブシェル１２２は、外周面には、１対のハブフランジ１２２ａ，１２２ｂが形成されている。また、ハブシェル１２２の左端には、前ブレーキを装着するためのセレーション部１２２ｃが形成されている。
【００３９】
従動体１２３は、略筒状の部材であり、ハブシェル１２２の両端部に配置された第１及び第２軸受１２８，１２９によりハブシェル１２２に回転自在に支持されている。従動体１２３とハブ軸１２１との間には発電機構１３３が配置されている。
【００４０】
遊星歯車機構１２４は、第１太陽ギア１６０と、第２太陽ギア１６４と、第３太陽ギア１６８と、第４太陽ギア１７２とを備えている。第１太陽ギア１６０は、ハブ軸１２１に回転不能に支持されており、側部にクラッチカム部１７６を備えている。第２太陽ギア１６４は、第１太陽ギア１６０に隣接してハブ軸１２１回りに回転自在に支持されており、第２太陽ギア爪２０７と係合するようその内周面に形成された複数の第２太陽ギアラチェット歯２０６を備えている。第３太陽ギア１６８は、第２太陽ギア１６４に隣接してハブ軸１２１回りに回転自在に支持されており、第３太陽ギア爪２２６と係合するようその内周面上に形成された複数の第３太陽ギアラチェット歯２２４を備えている。第４太陽ギア１７２は、第４太陽ギア爪２５０と係合するようにその内周面上に形成された複数の第４太陽ギアラチェット歯２４８を備えている。各ギア爪２０７，２２６，２５０は、起伏自在にハブ軸１２１に装着されかつ起立姿勢側に付勢されている。これらの各ギア爪２０７，２２６，２５０は、爪制御スリーブ２８８により制御される。
【００４１】
また、遊星歯車機構１２４は、第１遊星ギアキャリア５５０と、第１リングギア５５１と、第２遊星ギアキャリア５５２と、第２リングギア５５３とを備えており、そのすべてがハブ軸１２１回りに回転自在に装着されている。遊星ギアキャリア５５０は、その右側に配置されたクラッチリング５６２と一体回転可能に係合するとともに、その左側に配置された第２遊星ギアキャリアと一体回転可能に係合する。また、遊星ギアキャリア５５０は、遊星ギア５７６を回転自在に支持している。各遊星ギア５７６は、第１太陽ギア１６０の複数の第１太陽ギア歯１７８と係合する小径ギア部５８０と、第１リングギア５５１と係合する大径ギア部５８４とを有している。
【００４２】
第１リングギア５５１は、ハブシェル１２２に装着された、円周方向に配置される起伏自在な複数のクラッチ爪５８７と係合するための第２内周ギア部５８６を備えている。クラッチ爪５８７は、起立姿勢側に付勢されており、これにより、ハブシェル１２２と第１リングギア５５１との間のワンウェイクラッチとして機能する。
【００４３】
第２遊星ギアキャリア５５２は、ハブ軸１２１に回転自在に指示され遊星ギア６０８を回転自在に支持する。また第２遊星ギアキャリア５５２は、クラッチ爪９０８を介して従動体１２３に連結されている。クラッチ爪９０８は、第２遊星ギアキャリア５５２の一方向の回転のみを従動体１２３に伝達する。各遊星ギア６０８は、第４太陽ギア１７２と係合する大径ギア部６１２と、第３太陽ギア１６８と係合する中径ギア部６１６と、第２太陽ギア１６４と係合する小径ギア部６２０とを備えている。第２リングギア５５３は、例えば１８個のローラを有するローラクラッチ６２８とカム面とで形成されるワンウェイクラッチを介して、従動体１２３に連結されている。
【００４４】
クラッチ制御機構１２７は、ハブシェル１２２と第１遊星ギアキャリア５５０とを一体回転可能に連結したり、連結解除したりする。また、爪制御スリーブ２８８を制御して各爪２０７，２２６，２５０を制御する。
【００４５】
このように構成された遊星歯車機構１２４の各変速段での種々の部品の連結を表１に示し、各変速段の動力伝達経路を表２に示す。
【００４６】
【表１】
2006347513.tif 000003
【００４７】
【表２】
2006347513.tif 000004
【００４８】
変速段４から変速段５にシフトする場合は、連結構造のタイミングは以下の手順に従うように設定される。
【００４９】
【表３】
2006347513.tif 000005
【００５０】
発電機構１３３は、遊星歯車機構１２４の出力側に連結された従動体２３の内周面に装着された磁石１９０と、ハブ軸１２１に固定された内側固定ユニット１９１とを備えている。磁石１９０は、従動体１２３の内面に固定されており、円周方向に等間隔に分割されたたとえは４個の永久磁石から構成されている。この磁石１９０には、等間隔で交互にＮ極とＳ極とが着磁されている。
【００５１】
内側固定ユニット１９１は、リング状のコイル１９２と、コイル１９２の周囲を囲むように設けられたヨーク１９３とを有している。そして、これらのコイル１９２及びヨーク１９３は、ハブ軸１２１の外周に形固定されたナット１９４とハブ軸１２１の段差とにより挟まれるようにしてハブ軸１２１に固定され、かつ軸方向において磁石１９０に対向するような位置関係に位置決めされている。
【００５２】
また、ハブ軸１２１の外周面には、一端がコイル１９２に接続された電力出力用の接続コード１９５を通すためのコード通過孔１９７が発電機構１３３装着部分から図３左端にかけて形成されている。第３軸受１３０の左側には、接続コード１９５の他端が接続された出力コネクタ１９６がハブ軸１２１に装着されている。出力コネクタ１９６には、変速制御ユニット１１２との接続のための電気配線１４０が接続されている。
【００５３】
ハブ軸１２１の右端部には、モータを含む変速動作部２０３が装着されている。変速動作部２０３は、クラッチ制御機構１２７を電動駆動するべく、８つの回動位置に位置決めされる。変速動作部２０３は、制御配線（図示せず）を介して変速制御ユニット１１２に接続されている。
【００５４】
変速制御ユニット１１２は、図１に示すように、フロントフォーク３に装着され内部にランプ１０６（図５）が搭載されたランプケース９８の内部に設けられている。変速制御ユニット１１２は、ハブダイナモ１０８と電気配線１４０及び制御配線により電気的に接続される。
【００５５】
変速制御ユニット１１２は、図５に示すように、ハブダイナモ１０８からの交流を直流に整流する整流回路２００と、整流された直流電力を蓄える蓄電素子２０１と、蓄電素子２０１からの電力で動作する切換制御部２０２とを有している。切換制御部２０２には、ランプケース９８内に配置された速度センサ２０４と、変速動作部２０３内に設けられた動作位置センサ２０５とが接続されているとともに、変速動作部２０３が接続されている。速度センサ２０４は、たとえば、前輪６に装着された磁石等の検出子１０７により前輪６の回転を検出する、たとえばリードスイッチにより構成されている。動作位置センサ２０４は、変速動作部２０３の回動位置を検出する。切換制御部２０２は、たとえば、マイクロコンピュータを含んでおり、速度センサ２０４により検出された車速に応じて変速動作部２０３を制御してハブダイナモ１０８を変速する。たとえば、車速を１０ｋｍ／ｈ〜３０ｋｍ／ｈの間で８段階に区分けし、車速の検出結果が区分けされた各段階のいずれにあるかを判断して変速段を切り換える。そして、車速が高くなるにつれて低速変速段側に切り換える。
【００５６】
このような第２実施形態では、第２実施形態に比べて車速に応じて従動体１２３の速度を細かく制御しているので、速度が変動してもより適正な電圧範囲で発電できるようになる。
【００５７】
＜他の実施形態＞
（ａ）前記両実施形態では、ハブダイナモ８，１０８を車速に応じて電気的に制御して変速段を切り換えている。しかし、本発明はこれに限定されず、速度に応じて機械的に変速段を切り換えるようにしてもよい。たとえば、第１実施形態において、所定の速度（たとえば２０ｋｍ／ｈ）以上で回転して遠心力が所定以上に強くなると基準位置から径方向外方の切換位置に移動して、第２ワンウェイクラッチ２６を離反位置にして減速動力伝達経路に切り換え、所定の速度以下になると基準位置に戻り第２ワンウェイクラッチ２６を連結姿勢にして直結動力伝達経路に切り換える重り部材をハブシェル内に装着し、重り部材により第２ワンウェイクラッチ２６を連結姿勢と離反姿勢とに切り換えるようにしてもよい。この場合には、電気的な制御が不要になるので、ハブダイナモだけで装置を構成できる。
【００５８】
（ｂ）前記両実施形態では、軽快車に装着されたハブダイナモを例に本発明を説明したが、ハブダイナモが装着される自転車は、全てタイプの自転車を含む人力駆動車に適用できる。
【００５９】
（ｃ）前記実施形態では、遊星歯車機構により変速機構を構成したが、変速機構は、遊星歯車機構に限定されず、種々の形態のギアやプーリ等を用いた変速機構を採用できる。
【００６０】
（ｄ）前記実施形態では、変速制御ユニット１２，１１２をランプケース９８に収納したが、変速制御ユニットをランプケースと別に単独で設けてもよい。また、変速制御ユニットと別に速度センサを設けてもよい。
【００６１】
（ｅ）前記実施形態では、速度センサにより速度を検出したが、ハブダイナモからの信号により速度を検出するようにしてもよい。この場合、動作位置センサからの変速段の情報を参照し、変速段に応じてハブダイナモからの信号を補正すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態が採用された自転車の側面図。
【図２】第１実施形態のハブダイナモの断面図。
【図３】その変速制御ユニットのブロック図。
【図４】第２実施形態の図２に相当する図。
【図５】第２実施形態の図３に相当する図。
【符号の説明】
【００６３】
８，１０８  ハブダイナモ
１０  自転車用発電装置
１２  変速制御ユニット（変速切換部の一例）
２１，１２１  ハブ軸
２２，１２２  ハブシェル
２３，１２３  従動体
２４，１２４  遊星歯車機構（変速機構の一例）
３３，１３３  発電機構
９０，１９０  磁石
９１，１９１  内側固定ユニット
９２，１９２  コイル
２６  第２ワンウェイクラッチ
１０５，２０５  速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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