自転車用発電ハブ、自転車用変速システム、自転車用ディレーラ及び自転車。
【課題】 自転車の製造コストを低く抑えることができ、かつ自転車の外観を損ねにくい自転車、自転車用変速システム及び自転車用ディレーラを提供する。
【解決手段】 自転車用変速システム８８は自転車用フレームの後部に装着されるシステムであって、電動リアディレーラ９７と、リアハブ１と、充電部８と、変速制御部８７とを備えている。電動リアディレーラは、フレームの後部に装着される電気駆動されるディレーラである。リアハブは、車輪の回転により発電する発電機構８を有しフレームの後部に装着されるハブである。充電部は、リアハブに設けられ、発電部で発生した電力を蓄えるものである。変速制御部は、電動リアディレーラに設けられ、充電部に蓄えられた電力により電動リアディレーラを変速制御するものである。
【解決手段】 自転車用変速システム８８は自転車用フレームの後部に装着されるシステムであって、電動リアディレーラ９７と、リアハブ１と、充電部８と、変速制御部８７とを備えている。電動リアディレーラは、フレームの後部に装着される電気駆動されるディレーラである。リアハブは、車輪の回転により発電する発電機構８を有しフレームの後部に装着されるハブである。充電部は、リアハブに設けられ、発電部で発生した電力を蓄えるものである。変速制御部は、電動リアディレーラに設けられ、充電部に蓄えられた電力により電動リアディレーラを変速制御するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車の車輪中央部に設けられる自転車用発電ハブ、自転車用フレームの後部に装着される自転車用変速システム、自転車用フレームに装着される電気駆動される自転車用ディレーラ、及び自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車には、ディレーラや内装変速ハブなどの変速装置が装着されているものがある。このような変速装置において電動駆動されるものが従来知られている。従来の電動駆動される変速装置を含む変速システムでは、例えば車速に応じて電動駆動される変速装置が自動変速制御が行われたり、変速操作部の操作により変速制御が行われたりする（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、自転車のハンドルに変速操作部を装着し、フレームに変速制御部を装着しさらに発電ハブを電源として使用している。前記従来の技術には、変速装置を電動駆動するモータユニットを設け、モータユニットと変速装置とを変速ケーブルで接続している変速システムと、電動変速装置と制御装置とを電気配線で接続している変速システムとが開示されている。
【０００４】
従来の変速システムでは、変速操作部と変速制御部とを配線で接続するとともに、変速制御部と電動変速装置又はモータユニットとを配線で接続している。また、車速に応じて自動変速する場合には、前記従来の変速システムでは、ハブ内に設けられたダイナモからの信号により車速信号を得ている。しかし、通常の電池などを電源とする場合、さらに速度センサと変速制御装置とを配線で接続する必要がある。
【特許文献１】特開２００３−０１１８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来の変速システムでは、変速操作部と変速制御装置と変速装置とをそれぞれ自転車のフレームに取り付けた後、さらにそれらへの電気配線作業や変速ケーブルの配線作業を行わなければならない。このため、通常の自転車の組立作業に加えて変速システムの装置の装着作業や配線作業を行わなければならず、自転車の製造工程が大幅に増加し、製造コストの大幅な増加を招来する。また、変速システムの装着により外観が大きく変化して自転車の見栄えが悪くなる。
【０００６】
一方、前記従来の変速システムでは、ハブ内に設けられたダイナモを電源として利用している。しかし、ダイナモの電力は車輪が回転しないと発生しないため、そのままでは電力供給が安定せず、変速制御装置などの自転車用電装品の電源として利用できない。
本発明の課題は、自転車の製造コストを低く抑えることができ、かつ自転車の外観を損ねにくい自転車、自転車用変速システム及び自転車用ディレーラを提供することにある。
【０００７】
本発明の別の課題は、発生した電力を走行状態に係わらず安定して利用できる自転車用発電ハブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明１に係る自転車用発電ハブは、自転車の車輪中央部に設けられるハブであって、ハブ軸と、ハブ軸の外周に配置されるハブ体と、軸受と、発電部と、充電部と、電力出力部とを備えている。軸受は、ハブ体をハブ軸に対して回転自在に支持するためのものである。発電部は、車輪の回転により発電するものである。充電部は、発電部により発電された電力を蓄えるものである。電力出力部は、充電部に蓄えられた電力を外部に出力可能なものである。
【０００９】
この自転車用発電ハブでは、車輪が回転すると発電部が電力を発生し、その発生した電力が充電部に蓄えられ、蓄えられた電力が外部に出力される。ここでは、ハブに充電部を設け、充電部に蓄えられた電力を出力するようにしたので、自転車が停止しても電力を電装品に出力することができる。このため、発生した電力を走行状態に係わらず安定して利用できる。
【００１０】
発明２に係る自転車用発電ハブは、発明１に記載のハブにおいて、発電部は車輪の回転により交流電力を発電し、充電部は、発電部で発電された交流を直流に変換する整流回路と、整流された直流電力を蓄える蓄電素子とを有する。この場合には、交流電力が直流に変換されて蓄電素子に蓄えられるので、直流電力が電力出力部から外部に出力される。このため、変速制御装置などの、通常は直流で動作する電気装置の電源として発電ハブをそのまま利用できるようになる。
【００１１】
発明３に係る自転車用発電ハブは、発明は２に記載のハブにおいて、充電部は、ハブ体に装着されハブ軸が貫通可能な座金形状の回路基板を有し、整流回路及び蓄電素子は、回路基板に搭載されている。このばあいには、ハブの内の円形の空間を利用して回路基板を配置できるので、充電部をコンパクトにハブ内に配置できる。
発明４に係る自転車用発電ハブは、発明２又は３に記載のハブにおいて、蓄電素子は、電気二重層コンデンサである。この場合には、比較的容量が大きく耐久性が高い電気二重層コンデンサを蓄電素子として使用することにより、使用電力量が大きいモータなどの駆動体を駆動できるようになるとともに、充放電を繰り返しても蓄電素子が劣化しにくい。
【００１２】
発明５に係る自転車用発電ハブは、発明１から４のいずれかに記載のハブにおいて、発電部で発電された電力から速度検出用の信号を生成する速度信号生成部をさらに備える。この場合には、速度に応じて周波数が変化する電力から速度検出用の信号を生成することにより、速度検出用のセンサを用いることなく、自転車の走行速度を検出できる。このため、速度センサを設けることなく、この信号を変速装置の自動変速制御やサスペンションの制御に利用したり、速度表示や距離表示に利用したりできる。
【００１３】
発明６に係る自転車用発電ハブは、発明５に記載のハブにおいて、蓄電素子に蓄えられた電力と速度信号生成部で生成された速度検出用の信号とを重畳する信号重畳部をさらに備え、電力出力部は、速度検出用の信号が重畳された電力を出力する。この場合には、１つの出力線で速度検出用の信号と電力とを出力できるので、配線本数を削減できるとともに配線時間も削減できる。
【００１４】
発明７に係る自転車用発電ハブは、発明１から６のいずれかに記載のハブにおいて、発電部は、ハブ体の内周面に設けられた永久磁石と、永久磁石の内周側に配置され、ハブ軸に固定された内側固定ユニットとを有する。この場合には、発電部のハブ内に収納できるので、発電部のハブ体の外に配置する構成に比べて発電ハブがコンパクトになる。
発明８に係る自転車用発電ハブは、発明７に記載のハブにおいて、内側固定ユニットは、永久磁石の内周側に配置されたリング状のコイルと、コイルの軸方向一方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第１積層ヨークと、コイルの軸方向他方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第２積層ヨークとを有し、コイルの周囲を囲むように配置されたヨークとを備え、複数の板状積層片のそれぞれは、軸方向一方側又は他方側から逆側に延び永久磁石とコイルとの間に配置されたヨーク外周部と、ヨーク外周部と磁気的に結合されコイル内周の軸方向一方側又は他方側に配置されたヨーク内周部とを有し、複数組の第１及び第２積層ヨークは、それぞれのヨーク内周部が軸方向に対向し、かつヨーク外周部は円周方向に交互に位置するように設けられている。
【００１５】
この場合には、永久磁石とヨーク外周部とが対向しており、これらが相対回転をすることによって、ヨーク内周部に交番磁束が発生する。これによりコイルに電流が流れて発電される。具体的には、第１積層ヨークのヨーク外周部がＮ極となり第２積層ヨークのヨーク外周部がＳ極となる状態と、第１積層ヨークのヨーク外周部がＳ極となり第２積層ヨークのヨーク外周部がＮ極となる状態とを交互に入れ換えて交番磁束を発生させている。この発電時に交番磁束に加えて渦電流を発生する。
【００１６】
この渦電流は発電効率を低下させるものであるが、発電部においては、ヨークを複数の板状積層片から構成しているので渦電流の発生を抑えることができる。すなわちこのような発電部においては、渦電流の発生をヨークの厚み（板厚）の二乗に反比例して減少することが知られているが、ヨークを板状積層片で構成することによって厚みが薄くなり、渦電流の発生を抑えることができる。また、ここでは、ヨークの円周部を軸方向に対向して配置されているので第１積層ヨークと第２積層ヨークとが、それぞれのヨーク内周部によって磁気的に直接接続されることとなり、両積層ヨークを接続する為の他の磁性体が不要になる。しかも、両積層ヨーク間を磁束が通過する磁路断面積を十分に加工して磁気飽和を避けることができる。したがって、磁気抵抗等のロスを大幅に低減でき、出力と効率が向上し、無負荷回転トルクを低減できる。
【００１７】
発明９に係る自転車用発電ハブは、発明１から８のいずれかに記載のハブにおいて、ハブ体に対して自転車の進行方向の回転のみ伝達可能なフリーホイールをさらに備える。この場合には、スプロケットを装着可能なフリーホイールが装着されているので、発電機能付きのリアハブを実現できる。このため、ランプ以外の後輪からの距離の方が前輪からよりも短い場所に配置されることが多い変速装置やその制御装置などの電装品に対して電力の供給を短い距離で行え、電力を効率良く供給できる。また、リアハブからはケーブルの配索本数が少ないので、配線をリアハブから電装品に行うことにより電装品の配線を行いやすくなる。
【００１８】
発明１０に係る自転車用変速システムは、自転車用フレームの後部に装着されるシステムであって、電動変速装置と、リアハブと、充電部と、変速制御部とを備えている。電動変速装置は、フレームの後部に装着される電気駆動される変速装置である。リアハブは、車輪の回転により発電する発電部を有しフレームの後部に装着されるハブである。充電部は、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに設けられ、発電部で発生した電力を蓄えるものである。変速制御部は、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに設けられ、充電部に蓄えられた電力により電動変速装置を変速制御するものである。
【００１９】
この変速システムでは、自転車が走行するとフレーム後部に装着されるリアハブ内の発電部で発電された電力が充電部に蓄えられ、その電力によりフレーム後部に装着される電動変速装置が変速制御部により変速制御される。ここでは、リアハブに発電部を設けるとともに、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに充電部及び変速制御部を設けたので、リアハブと電動変速装置とを自転車に装着し、それらを配線で接続するだけで変速システムを動作させることができる。ここでは、リアハブと電動変速装置以外の余分なものを自転車に装着することなく電源の交換を行う必要がない変速システムが動作するので、自転車の組立工数や配線工数を削減できるとともに、外観の変化も少なくなる。このため、この変速システムを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【００２０】
発明１１に係る自転車用変速システムは、発明１０に記載のシステムにおいて、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに設けられ、発電部で発電された電力から速度検出用の信号を生成する速度信号生成部をさらに備える。この場合には、速度に応じて周波数が変化する電力から速度検出用の信号を生成することにより、別に速度検出用のセンサを用いることなく、自転車の走行速度を検出できる。このため、速度センサを設けることなく、電動変速装置の自動変速制御を行える。
【００２１】
発明１２に係る自転車用変速システムは、発明１１に記載のシステムにおいて、速度信号生成部は、リアハブに設けられている。この場合には、速度信号がリアハブ内で生成されるので、速度信号により自動変速する自転車用変速システムを実現しやすくなる。
発明１３に係る自転車用変速システムは、発明１０から１２のいずれかに記載の装置において、電動変速装置は、フレームに装着されるベース部材と、ベース部材に対して移動する可動部材と、ベース部材と可動部材とを移動可能に連結するリンク機構と、可動部材に揺動自在に装着され、基端に装着されたガイドプーリと、先端に装着されたテンションプーリとを有するチェーンガイドと、リンク機構を駆動する電動駆動部とを有する電動リアディレーラである。この場合には、リアディレーラは、内装変速ハブに比べてリアハブ内の空間に余裕があるので、リアハブ内に充電部等のシステム構成の一部を設けやすくなる。
【００２２】
発明１４に係る自転車用変速システムは、発明１３に記載のシステムにおいて、ガイドプーリ及びテンションプーリのいずれかの回転を検出する回転センサをさらに備える。この場合には、２つのプーリは自転車のクランクの回転に連動して回転するので、回転センサによりクランクの回転を検出できる。このため、クランクを回してチェーンを移動させないと変速できないディレーラの変速制御を確実に行える。
【００２３】
発明１５に係る自転車用変速システムは、発明１０から１４のいずれかに記載のシステムにおいて、変速制御部は、電動変速装置に設けられている。この場合には、制御対象の装置に変速制御部を設けたので、配線を削減することができ、さらに製造コストを削減できる。
発明１６に係る自転車用変速システムは、発明１０から１５のいずれかに記載のシステムにおいて、充電部は、リアハブに設けられている。この場合には、電力を生成する発電部と充電部とを近接させることができるので電力ロスが少なくなり、電力を効率よく充電できる。
【００２４】
発明１７に係る自転車用変速システムは、発明１１から１６のいずれかに記載の装置において、変速制御部は、速度信号生成部で生成された速度検出用の信号により電動変速装置を自動変速制御する。この場合には、電源を交換することなく速度に応じてシフトアップやシフトダウンを行う自動変速制御を低コストで実現できる。
発明１８に係る自転車用ディレーラは、自転車用フレームに装着される電気駆動されるディレーラであって、ベース部材と、可動部材と、リンク機構と、チェーンガイドと、電動駆動部と、変速制御部とを備えている。ベース部材は、フレームに装着される部材である。可動部材は、ベース部材に対して移動する部材である。リンク機構は、ベース部材と可動部材とを移動可能に連結する機構である。チェーンガイドは、可動部材に揺動自在に装着されるものである。電動駆動部は、リンク機構を駆動するものである。変速制御部は、電動駆動部を変速制御するものである。
【００２５】
このディレーラでは、電動駆動部に加えて変速制御部が設けられているので、別に変速制御部や電動駆動部を設け必要がなくなり、電源や速度信号の信号線を接続するだけでディレーラを制御することができる。このため、自転車の外観が通常のディレーラを装着したものと変わりがないものになる。また、変速制御部や変速駆動部を装着する作業及びその配線作業が不要になり、自転車の製造工程を簡素化できる。このため、自転車の製造コストを低く抑えることができる。したがって、このディレーラを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【００２６】
発明１９に係る自転車用ディレーラは、発明１８に記載のディレーラにおいて、チェーンガイドは、可動部材に揺動自在に装着されたプレート部材と、プレート部材の基端に回転自在に装着されたガイドプーリと、プレート部材の先端に回転自在に装着されたテンションプーリとを有し、ディレーラは、ガイドプーリ及びテンションプーリのいずれかの回転を検出する回転センサをさらに備える。この場合には、２つのプーリは自転車のクランクの回転に連動して回転するので、回転センサによりクランクの回転を検出できる。このため、クランクの回転を検出したときに変速制御を行うことにより、クランクを回してチェーンを移動させないと変速できないディレーラの変速制御を確実に行える。
【００２７】
発明２０に係る自転車用は、フレームと、前輪と、後輪と、電動変速装置と、充電部と、変速制御部とを有する。フレームは、ハンドル部及びフロントフォークを有している。前輪は、フロントフォークに回転自在に装着されている。後輪は、リアハブ及びリアハブに設けられた発電部を有し、フレーム後部に回転自在に設けられている。電動ディレーラは、フレーム後部に設けられている。充電部は、フリアハブ及び電動変速装置のいずれかに設けられ、発電部で発生した電力を蓄えるものである。変速制御部は、リアハブ及び電動リアディレーラのいずれかに設けられ、充電部に蓄えられた電力により電動変速装置を変速制御する。
【００２８】
この自転車では、自転車が走行するとフレーム後部に装着されるリアハブ内の発電部で発電された電力が充電部に蓄えられ、その電力によりフレーム後部に装着される電動変速装置が変速制御部により変速制御される。ここでは、リアハブに発電部を設けるとともに、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに充電部及び変速制御部を設けたので、リアハブと電動変速装置とを自転車に装着し、それらを配線で接続するだけで変速システムを動作させることができる。この結果、変速のためにリアハブと電動変速装置以外の余分なものを自転車に装着することなく電源の交換を行う必要がない変速制御システムが動作するので、自転車の組立工数や配線工数を削減できるとともに、外観の変化も少なくなる。このため、変速制御システムを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る自転車用発電ハブによれば、ハブに充電部を設けて充電部に蓄えられた電力を出力するようにしたので、自転車が停止しても電力を電装品に出力することができる。このため、発生した電力を走行状態に係わらず安定して利用できる。
本発明の別の発明に係る自転車用変速システムによれば、リアハブと電動変速装置以外の余分なものを自転車に装着することなく電源の交換を行う必要がない変速システムが動作するので、自転車の組立工数や配線工数を削減できるとともに、外観の変化も少なくなる。このため、この変速システムを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【００３０】
本発明のさらに別の発明に係る自転車用ディレーラによれば、電動駆動部に加えて変速制御部が設けられているので、別に変速制御部や電動駆動部を設ける必要がなくなり、電源や速度信号の信号線を接続するだけでディレーラを制御することができる。このため、自転車の外観が通常のディレーラを装着したものと変わりがないものになる。また、変速制御部や変速駆動部を装着する作業及びその配線作業が不要になり、自転車の製造工程を簡素化できる。このため、自転車の製造コストを低く抑えることができる。したがって、このディレーラを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【００３１】
本発明のさらにまた別の発明に係る自転車によれば、リアハブに発電部を設けるとともに、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに充電部及び変速制御部を設けたので、リアハブと電動変速装置とを自転車に装着し、それらを配線で接続するだけで変速システムを動作させることができる。この結果、変速のためにリアハブと電動変速装置以外の余分なものを自転車に装着することなく電源の交換を行う必要がない変速制御システムが動作するので、自転車の組立工数や配線工数を削減できるとともに、外観の変化も少なくなる。このため、変速制御システムを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車１０１は、サスペンションフォーク９８を有するダイヤモンド形のフレーム１０２と、サスペンションフォーク９８に固定されたハンドル１０４と、チェーン９５やペダルＰＤが装着されたギアクランク９６や電動リアディレーラ（電動変速装置の一例）９７等からなる駆動部１０５と、サスペンションフォーク９８及びフレーム後部に装着され、スポーク９９を有する前輪及び後輪１０６，１０７とを備えている。後輪１０７にはハブダイナモ（発電ハブの一例）１が設けられている。
【００３３】
〔ハブダイナモの構成〕
図２において、本発明の一実施形態によるリアハブ１は、自転車の後輪１０７に設けられるリアハブであり、自転車の後輪１０７とともにフレーム１０２のチェーンステイ１０２ａの後端に装着されるものである。このリアハブ１は、チェーンステイ１０２ａの後端部に両端が固定されたハブ軸５と、ハブ軸５の外周側に配置されたハブ体６と、ハブ体６をハブ軸５に対して回転自在に支持するための１対の軸受７ａ，７ｂと、ハブ体６とハブ軸５との間に配置され両者の相対回転により発電する発電機構８と、発電機構８により発電された電力を蓄える充電部９と、ハブ体６の図２右側面設けられたフリーホイール１０と、充電部９に蓄えられた電力を外部に出力可能な電力出力端子（電力出力部の一例）１１とを備えている。
【００３４】
ハブ軸５は、たとえばクロムモリブデン鋼製の筒状部材であり、その両端がクイックレリーズ機構５０によってフレーム１０２後端部に容易にできるように着脱できるように固定されている。クイックレリーズ機構５０は、カムレバー５１と、ナット５２と、両端にレバー及びナット５１，５２が螺合する連結軸５３とを有する公知のものである。ハブ軸５には、内部をクイックレリーズ機構５０の連結軸５３が貫通しており、外周面の３箇所に左端から順に雄ねじ部５ａ〜５ｃが形成されている。雄ねじ部５ａは軸受７ａの玉押し（後述）を装着すると共に発電機構８の内側固定ユニット（後述）を固定するためのものである。雄ねじ部５ｂは、内側固定ユニットを固定するためのものである。雄ねじ部５ｃは、軸受７ｂの玉押し（後述）を装着するためのものである。ハブ軸５の右端部には、電力出力端子１１が回転不能に装着されている。また、ハブ軸５の外周面には電力出力用の接続コード３５ａ，３５ｂを通すためのコード通過溝５ｄが発電機構８装着部分から図２右端にかけて形成されている。コード通過溝５ｄを挟んでハブ軸５の雄ねじ部５ａが形成された外周面には、互いに平行な面取り部５ｅ（図９）が形成されている。ここで、接続コード３５ａは、発電機構８と充電部９とを接続するための配線であり、接続コード３５ｂは、充電部９と電力出力端子１１とを接続するための配線である。
【００３５】
ハブ体６は、たとえば軽量なアルミニウム合金製の部材であり、開口１２ｄを図２右側面側に有する筒状ケース本体１２と、ケース本体１２の開口１２ｄを覆うようにケース本体１２に着脱自在に装着された蓋部材１３とを有している。ケース本体１２の外周面には軸方向に間隔を隔てて配置された１対のハブフランジ１２ａ，１２ｂが形成されている。このハブフランジ１２ａ，１２ｂにスポーク９９が連結されている。ケース本体１２の開口１２ｄは、発電機構８を組み付け可能な大きさを有しており、そこには、蓋部材１３を装着するための雌ねじ部１２ｅが形成されている。ケース本体１２の左端部には、ディスクブレーキ５５のディスクロータ５５ａを装着可能なブレーキ装着部１２ｃが設けられている。
【００３６】
蓋部材１３は、ケース本体１２の雌ねじ部１２ｅに螺合する雄ねじ部１３ｄを外周に有する外筒部１３ａと、外筒部１３ａの内周側に間隔を隔てて配置された内筒部１３ｂと、両筒部１３ａ，１３ｂを連結する連結部１３ｃとが一体形成された部材である。内筒部１３ｂの内周面には、フリーホイール１０を連結するための連結ボルト４４が螺合している。
【００３７】
軸受７ａは、ケース本体１２とハブ軸５との間に装着されている。軸受７ａは、ケース本体１２の左端内周面に設けられた玉受け１４ａと、ハブ軸５の雄ねじ部５ａに螺合する玉押し１４ｂと、玉押し１４ｂと玉受け１４ａとの間に両者にそれぞれ接触して転動するボール１４ｃとを有している。軸受７ｂは、フリーホイール１０とハブ軸５との間に配置されている。軸受７ｂは、フリーホイール１０に設けられた玉受け１５ａと、ハブ軸５の雄ねじ部５ｃに螺合する玉押し１５ｂと、玉押し１５ｂと玉受け１５ａとの間に両者にそれぞれ接触して転動するボール１５ｃとを有している。ボール１４ｃ，１５ｃの周囲にはグリースが充填されている。
【００３８】
発電機構８は、ケース本体１２に固定された永久磁石１６と、ハブ軸５に固定された内側固定ユニット１７とを有している。
永久磁石１６は、図２に示すように、ケース本体１２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４個の磁石体から構成されている。この永久磁石１６には、等間隔で交互にＮ極とＳ極とが着磁されており、それぞれが後述するヨーク外周部と対抗している。
【００３９】
内側固定ユニット１７は、リング状のコイル２０と、コイル２０の周囲を囲むように設けられたヨーク２１とを有している。そして、これらのコイル２０及びヨーク２１は、ハブ軸５の外周に形成された雄ねじ部５ａ，５ｂに螺合する１対のナット２２ａ，２２ｂにより挟まれるようにしてハブ軸５に固定され、かつ軸方向において永久磁石１６に対向するような位置関係に位置決めされている。
【００４０】
コイル２０は、図３に示すようなボビン２５に巻かれている。ボビン２５は、図３及び図３の拡大部分図である図４に示すように（図３、図４ともに、ヨークは取り外して示している）、外周にコイル２０が巻かれた筒状の胴部２６と、胴部２６の軸方向両端部に形成された第１フランジ２７及び第２フランジ２８とを有している。第１及び第２フランジ２７，２８において、軸方向外側の側面には、ほぼ放射状に延びる複数の溝２７ａ，２８ａが形成されている。これらの溝２７ａ，２８ａは、外周側では、軸方向視で互いにずれるように、すなわち、第１フランジ２７の隣接する２つの溝２７ａの間に第２フランジ２８の溝２８ａが位置するように、また半径方向のほぼ中間部においては両溝２７ａ，２８ａが軸方向視で部分的に重なるように、さらに、内周側では、両溝２７ａ，２８ａの軸方向視でほぼ全部が重なるように形成されている。そして、各溝２７ａ，２８ａの外周側一部は、切り欠かれて切欠部２７ｂ，２８ｂとなっている。また、各フランジ２７，２８の外周面において、溝２７ａ，２８ａが形成されていない部分には、図４及び図４の斜視部分図である図５に示すように、軸方向の内側から外側に所定長さの複数の凹部２７ｃ，２８ｃが形成されている。なお、図５では、説明の便宜のために、一部のヨークを取り外して示している。
【００４１】
図６にボビン２５に装着されたヨーク２１を示し、図７及び図８にヨーク２１のみを取り出して示す。このヨーク２１は、図５及び図６に示すように、ボビン２５の第１フランジ２７の溝２７ａに嵌め込むようにして装着された複数組の第１積層ヨーク３０と、同様にボビン２５の第２フランジ２８の溝２８ａに嵌め込むようにして装着された複数組の第２積層ヨーク３１とを有している。
【００４２】
各積層ヨーク３０，３１は、図７及び図８に示すような複数の板状積層片３２を積層することにより構成されている。各積層片３２は、表面に酸化被膜が形成されている珪素鋼板（より詳しくは無方向性珪素鋼板）で形成されている。各積層片３２の基本的な形状は同じであり、コア外周部３２ａと、コア内周部３２ｂと、連結部３２ｃとを有している。コア外周部３２ａは、連結部３２ｃの一方の端部からハブ軸５の軸方向（図７におけるＯ−Ｏ方向）に沿って延びるように設けられ、先端側にいくにしたがって細くなるような形状である。また、コア内周部３２ｂは、連結部３２ｃの他方の端部から同様に軸方向に沿って延びて設けられている。そして、これらの積層片３２は、図８に示すように、軸方向視で、ヨーク外周部３２ａとヨーク内周部３２ｂとが異なる放射線上に位置するように形成されている。
【００４３】
また、各積層片３２の厚みは０．２５〜１mmのものが使用され、０．５mmのものがコスト的にも性能的にも利用価値が高い。各積層片３２は長さが異なっている。すなわち、各積層ヨーク３０，３１は、８枚の積層片３２を積層することによって構成されているが、各積層ヨーク３０，３１において、図８に示すように、最も外側の１対の積層片３２１，３２８は内周側の長さが最も短く、その内側の１対の積層片３２２，３２７はその次に短く、さらにその内側の１対の積層片３２３，３２６はその次に短く、最も内側の１対の積層片３２４，３２５は最も長く形成されている。このような長さに設定することによって、円周方向において隣接する積層ヨークの内周部が互いに接触しないように、かつ磁路の断面積が最も広くとれるような効率の良い構成とすることができる。
【００４４】
さらに、図５から明らかなように、各積層ヨーク３０，３１を構成する積層片３２のうち、円周方向の両外側に位置する積層片３２１，３２８は、コア外周部３２ａの長さが他の積層片と比較してほぼ１／２程度に短く形成されている。これは、円周方向において隣接する積層片３２１，３２８同士が近接するのを防止し、両者の間で磁束が漏れるのを抑えるためである。また、各積層ヨーク３０，３１は、両フランジ２７，２８よりハブ軸方向外方に突出している。
【００４５】
さらにまた、図７から明らかなように、各積層片３２は、コア外周部３２ａと連結部３２ｃとを接続する部分の外側（図７におけるＰ部分）が、円弧形状ではなく、鋭角状に形成されている。したがって、この部分においても永久磁石１６との距離が近くなり、従来の板金プレスによって形成されたヨークに比較して磁束量が増えることになる。
なお、以上のような各積層片３２は、第１積層ヨーク３０及び第２積層ヨーク３１に共通で用いることができる。
【００４６】
このような積層片３２は積層されて、ボビン２５の各フランジ２７，２８に形成された溝２７ａ，２８ａに嵌め込まれている。また、各積層片３２のヨーク外周部３２ａの先端部は、ボビン２５の対向する側のフランジ２７，２８に形成された凹部２７ｃ，２８ｃに嵌め込まれて保持されている。
このようなヨーク２１によって、図２に示すように、コイル２０の内周側に第１及び第２積層ヨーク３０，３１のヨーク内周部３２ｂが位置し、コイル２０と永久磁石１６との間にヨーク外周部３２ａが位置することになる。また、図５及び図２から明らかなように、第１積層ヨーク３０と第２積層ヨーク３１のヨーク内周部３２ｂは、互いに直接的に接続されることになる。したがって、第１積層ヨーク３０と第２積層ヨーク３１とを接続するための他の磁性材料からなる部材が不要となり、抵抗を非常に小さく抑えることができる。
【００４７】
なお、図２に示すように、コイル２０及びヨーク２１を固定するためのナット２２ａ，２２ｂのヨーク２１側には、ワッシャ２３ａ，２３ｂが装着されている。このうち、ワッシャ２３ｂは、図９に示すように、ハブ軸５の面取り部５ｅに係合する互いに平行な面を有する略長円形の係止孔２３ｃを有しており、ハブ軸５に回転不能に係止される。また、ワッシャ２３ｂには、第１積層ヨーク３０の突出部分に係止される突起部２３ｄが第１フランジ２７に向けてプレス加工により突出して形成されている。さらに、ワッシャ２３ｂには、コイル２０から導出される接続コード３５ａを通すためのスリット２３ｅが、係止孔２３ｃのコード通過溝５ｄに対向する位置から径方向外方に切り欠いて形成されている。
【００４８】
これによりワッシャ２３ｂは、内側固定ユニット１７をハブ軸５に対して回り止めできるので、コイル２０から取り出された接続コード３５ａをコード通過溝５ｄに確実に案内できる。この接続コード３５ａは、充電部９に接続されている。
充電部９は、図２に示すように、発電機構８とともにハブ軸５に固定されている。具体的には、充電部９は、図２及び図１０に示すように、ワッシャ状の回路基板６０を有しており、回路基板６０がワッシャ２３ｂとナット２２ｂとの間に絶縁ワッシャ５６を介してハブ軸５に回転不能に装着されている。
【００４９】
回路基板６０には、図１０及び図１１に示すように、たとえば３つの電気二重層コンデンサ６１ａからなる蓄電素子６１と、たとえば半波整流回路を含む充電制御回路６２とが搭載されている。また、回路基板６０には、たとえば、ツェナーダイオードを用いた波形成形回路（速度信号生成部の一例）６３と、蓄電素子６１及び波形成形回路６３に接続された速度重畳回路６４とが搭載されている。
【００５０】
充電制御回路６２は、発電機構８で発電された交流電力を整流して直流に変換し、蓄電素子６１に充電するための回路である。波形成形回路６３は、発電機構８で発電された電力から発電周波数に応じたパルス信号を生成するものである。このパルス信号のパルス幅は、マイクロコンピュータをリセットしない程度の短いものである。このパルス信号の周期と車輪径とにより速度や走行距離を検出できる。速度重畳回路６４は、波形成形回路６３から出力されたパルス信号で蓄電素子６１からの出力をオンオフし、直流の電力に速度信号を重畳するものである。これにより、電力を外部に出力する接続コード３５ｂを介して速度信号を外部に出力できる。回路基板６０には、発電機構８に接続された接続コード３５ａ及び電力出力端子１１に接続される接続コード３５ｂを接続するための雄コネクタ６６が装着されている。各接続コード３５ａ，３５ｂには、雄コネクタ６６に電気的に着脱自在に接続される雌コネクタ６７が設けられている。
【００５１】
フリーホイール１０は、図２に示すように、ハブ体６の蓋部材１３の内周側側面に回転不能に連結されたベース部４１と、ベース部４１に回転自在に装着されたギア取付部４２と、ベース部４１とギア取付部４２との間に配置されたワンウェイクラッチ４３とを有している。
前述したようにベース部４１は、内筒部１３ｂの内周面にねじ込まれた筒状の連結ボルト４４により内筒部１３ｂと連結されている。連結ボルト４４は頭部でベース部４１を係止している。また、内筒部１３ｂとベース部４１とは連結ボルト４４の外周側で両者の間に配置された連結部材４５により回転不能に連結されている。連結部材４５の外周面にはセレーションが形成されており、連結部材４５は内筒部１３ｂに形成されたセレーションに圧入されている。この圧入された連結部材４５のセレーションがベース部４１の一端内周面に形成されたセレーションに噛み合っている。これにより、内筒部１３ｂとベース部４１とが回転不能に強固に連結されている。
【００５２】
ベース部４１は筒状の部材であり、そこには、軸受７ｂの玉受け１５ａがねじ込まれている。玉受け１５ａはギア取付部４２を支持するための軸受の玉押しと兼用されている。
また、ベース部４１には、ワンウェイクラッチ４３を構成する爪部材４３ａが起伏自在に装着されている。ワンウェイクラッチ４３はギア取付部４２に装着された多段ギア５４（すなわちペダル）の進行方向の回転のみベース部４１に伝達するとともに、後輪１０７の進行方向の回転を多段ギア５４に伝達しないようにするためのクラッチである。爪部材４３ａはバネ部材４３ｂにより起きる方向に付勢されている。爪部材４３ａは、ギア取付部４２が進行方向に回転すると、ギア取付部４２の内周面に形成されたラチェット歯４３ｃに噛み合ってギア取付部４２からベース部４１に回転を伝達する。ギア取付部４２は筒状の部材であり、外周に多段ギア５４が着脱自在かつ回転不能に装着される。
【００５３】
電力出力端子１１は、ハブ軸５に回転不能に装着されている。この実施形態では、コード配線溝５ｄを通って配線された接続コード３５ｂをリアディレーラ９７に電気的に使用するために使用される。電力出力端子１１からは、速度信号が重畳された直流電力が出力される。
次に、リアハブ１の動作について説明する。
【００５４】
自転車のペダルＰＤをこぐとギアクランク９６の回転がチェーン９５を介して多段ギア５４に伝達され、ギア取付部４２が回転する。この回転がワンウェイクラッチ４３を介してベース部４１に伝達されハブ体６が回転し、後輪１０７が進行方向に回転する。走行中にペダルをこぐのを止めるとワンウェイクラッチ４３がオフして後輪１０７が回転してもその回転がギア取付部４２に伝達されず、ギアクランク９６は回転しない。しかし、ハブ軸５とハブ体６とが相対回転する。
【００５５】
ハブ軸５に対して後輪１０７すなわちハブ体６が回転すると、ハブ軸５に固定されている内側固定ユニット１７に対して永久磁石１６が回転する。これにより、コイル２０及びヨーク２１のヨーク外周部３２ａの外周側を永久磁石１６が回転することになる。
ここで、第１積層ヨーク３０のヨーク外周部３２ａと、第２積層ヨーク３１の外周部３２ａとは、一方が永久磁石１６からＮ極の磁束供給を受けるときには他方がＳ極の磁束供給を受け、一方が永久磁石１６からＳ極の磁束供給を受けるときには他方がＮ極の磁束供給を受ける。すなわち、第１及び第２積層ヨーク３０，３１のヨーク外周部３２ａの外周側を永久磁石１６が回転することにより、第１積層ヨーク３０がＮ極で第２積層ヨーク３１がＳ極である第１状態、及び第１積層ヨーク３０がＳ極で第２積層ヨーク３１がＮ極である第２状態が繰り返されて、両者３０，３１を磁気的に連結している両積層ヨーク３０，３１のヨーク内周部３２ｂに交番磁束が発生する。このコイル２０の内側に発生する交番磁束によって、コイル２０に電流が発生し、発電がされる。
【００５６】
この実施形態によるリアハブ１では、ヨーク２１を板状の積層片３２を積層して構成しているので、従来の板金プレス成形によって構成した場合に比較して、渦電流の発生を抑えることができる。
また、本実施形態のように、クローポール構造では、ヨーク部分を単純に積層構造に置き換えただけでは、対向するヨーク同士を接続するために他の磁性材料を必要とし、そのために磁気抵抗が増加して効率が低下する。しかし、本実施形態では、ヨークの形状を工夫し、対向する第１及び第２積層ヨークの内周側部分を互いに直接的に接続可能としたので、第１及び第２積層ヨークを接続するための他の部材が不要となり、しかも磁束が通過するのに必要充分な断面積を確保することができる。したがって、磁気抵抗を非常に小さくでき、効率を向上することができる。
【００５７】
発電された電力は、充電部９に出力され、充電部９の充電制御回路６２で整流されて直流電力に変換され蓄電素子６１に蓄えられる。また、波形成形回路６３で自転車の速度に応じた周期のパルス信号が生成され、そのパルス信号により蓄電素子６１からの直流電力がオンオフされ、速度信号が重畳した直流電力が接続コード３５ａを経由して電力出力端子１１から出力される。ここでは、リアハブ１は後輪１０７に設けられているので、ランプ以外の後輪からの距離が短い電装品に対して電力の供給を短い距離で行え、電力を効率良く供給できる。また、後輪１０７のリアハブ１からはケーブルの配索本数が少ないので、配線を後輪１０７のリアハブ１から電装品に行うことにより電装品の配線を行いやすくなる。また、リアハブ１に充電部９を設けてそこに蓄えられた電力を出力するようにしたので、自転車１０１が停止しても電力を電動リアディレーラ９７などの電装品に出力することができる。このため、発生した電力を走行状態に係わらず安定して利用できる。
【００５８】
〔電動ディレーラの構成〕
電動リアディレーラ９７は、リアハブ１に装着された複数のスプロケットを有する多段ギア５４のいずれかのスプロケットにチェーンを案内して変速するものである。電動リアディレーラ９７は、図１２及び図１３に示すように、チェーンステイ１０２ａの後端に設けられたディレーラ取付部１０２ｂ（図１）に装着されるベース部材７０と、ベース部材７０に対して移動する可動部材７１と、ベース部材７０と可動部材７１とを移動可能に連結するリンク機構７２と、可動部材７１に揺動自在に装着されるチェーンガイド７３と、リンク機構７２を制御する駆動ユニット７４とを備えている。
【００５９】
ベース部材７０は、六角穴付きボルト８０によりディレーラ取付部１０２ｂに固定される。ベース部材７０は、ディレーラ取付部１０２ｂに装着されるボス部８１ａ及びアーム部８１ｂを有する主フレーム８１と、主フレーム８１にボルトにより装着される副フレーム８２とを有している。この主フレーム８１と副フレーム８２とに挟まれて駆動ユニット７４が配置されている。主フレーム８１には、リアハブ１の電力出力端子１１とを配線により接続するための配線接続部８５が設けられている。この配線接続部８５と電力出力端子１１とを配線により接続することにより電動リアディレーラ９７に電力及び速度信号が与えられ、電動リアディレーラ９７が動作する。
【００６０】
可動部材７１は、リンク機構７２に連結されており、駆動ユニット７４によりリンク機構７２が駆動されると、チェーンステイ１０２ａと接離する方向に移動する。可動部材７１には、チェーンガイド７３が揺動自在かつチェーン９５に張力を付与する方向（図１２時計回りに）に付勢された状態で装着されている。
リンク機構７２は、一端が駆動ユニット７４に連結され、他端が可動部材７１に連結された１対のリンク８３，８４を有している。リンク８３，８４は互いに平行に配置されており、駆動ユニット７４に連結された一端が回動すると、他端に設けられた可動部材７１がチェーンステイ１０２ａと接離する方向に平行移動する。
【００６１】
チェーンガイド７３は、可動部材７１に揺動自在に装着された第１プレート部材９０と、第１プレート部材９０の外側に間隔を隔てて配置された第２プレート部材９１と、第１及び第２プレート部材９０，９１の基端に回転自在に装着されたガイドプーリ９２と、第１及び第２プレート部材９０，９１の他端に回転自在に装着されたテンションプーリ９３とを有している。両プレート部材９０，９１は、各プーリ９２，９３を取り付けるボルトにより固定されている。第１プレート部材９０のガイドプーリ９２と対向する位置には、たとえば、リードスイッチからなるプーリセンサ９４が装着されている。また、ガイドプーリ９２のプーリセンサ９４に対向する位置には、検出子としての磁石９４ａが埋め込まれている。これにより、ガイドプーリ９２が回転しているか否かを検出している。このガイドプーリ９２の回転は、チェーン９５の移動に連動するため、ギアクランク９６の回転を検出できる。ディレーラ９７は、ギアクランク９６が回転していないときに変速すると不具合が生じるため、このプーリセンサ９４の出力により変速制御を行える状態か否かの判断をする。
【００６２】
駆動ユニット７４は、主フレーム８１及び副フレーム８２により挟持され以下の各部を収納するケース部材７５と、リンク機構７２をモータ７６により駆動するモータユニット７７と、モータ７６を駆動するモータ駆動回路７８と、モータユニット７７により駆動されるチェーンガイド７３の変速位置を検出するための変速位置センサ７９と、位置補正メモリ８６とを有している。また、駆動ユニット７４は、プーリセンサ９４、リアハブ１から得られる速度信号、及び変速位置センサ７９の出力によりモータ駆動回路７８を介してモータ７６を制御する変速制御部８７を有している。
【００６３】
モータユニット７７は、リンク機構７２のリンク８３に連結されており、モータ７６の回転を減速してリンク８３を揺動させる。変速位置センサ７９は減速されたモータユニットの回転位置を検出する。このため、変速位置センサ７９の検出された回転位置とチェーンガイド７３の変速位置とは比例した関係にならない。このため、位置補正メモリ８６が必要になる。位置補正メモリ８６には、チェーンガイド７３の変速位置と、変速位置センサ７９が検出した回転位置との関係がたとえばテーブル形式で記憶されている。
【００６４】
変速制御部８７は、たとえば、ＣＰＵ，Ｉ／Ｏインターフェイス、ＲＡＭ，ＲＯＭとを含むマイクロコンピュータで構成され、前述したように、主に速度信号により電動リアディレーラ９７を自動変速制御する。この、電動リアディレーラ９７と、リアハブ１と、充電部９と、変速制御部８７とで変速システム８８が構成される。
このような変速システム８８では、リアハブ１に発電機構８及び充電部９を設けるとともに、電動リアディレーラ９７に変速制御部８７を設けたので、リアハブ１と電動リアディレーラ９７とを自転車１０１に装着し、それらを配線で接続するだけで変速システム８８を動作させることができる。ここでは、リアハブ１と電動リアディレーラ９７以外の余分なものを自転車１０に装着することなく電源の交換を行う必要がない変速システム８８が動作するので、自転車の組立工数や配線工数を削減できるとともに、外観の変化も少なくなる。このため、この変速システム８８を自転車１０１に装着しても、自転車１０１の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車１０１の外観を損ねにくい。
【００６５】
次に、変速制御部８７の変速制御動作について、図１４及び図１５に示す制御フローチャートに基づいて説明する。
ライダーが自転車１０１を走行させ、発電機構８から発電された電力により蓄電素子６１が電力を十分に蓄えると、自転車１の変速制御が可能となる。これにより、まず、図１４のステップＳ１にて変速制御部８７の初期設定を行う。この初期設定では、変数ＯＰを「１」に初期化する。ＯＰは、変速段の値であり、図示しないメモリには、変速段ＯＰごとのシフトアップしきい値Ｕ（ＯＰ）及びシフトダウンしきい値Ｄ（ＯＰ）が車速の値で記憶されている。
【００６６】
ステップＳ２では、リアハブ１からの速度信号をもとに算出した車速Ｖを取り込む。ステップＳ３では、設定された変速段ＯＰを取り込む。これは、変速位置センサ７９の出力を元に位置補正メモリ８６からのデータを読み出して取り込む。ステップＳ４では、取り込んだ車速Ｖが変速段毎のシフトアップしきい値Ｕ（ＯＰ）を上回っているか否かを判断する。ステップＳ５では、取り込んだ車速Ｖが変速段毎のシフトダウンしきい値Ｄ（ＯＰ）を下回っているか否かを判断する。取り込んだ車速Ｖが変速段毎のシフトアップしきい値Ｕ（ＯＰ）を上回っていると判断すると、ステップＳ４からステップＳ６に移行し、プーリセンサ９４からの出力によりギアクランク９６が回転している、つまりライダーがペダルＰＤを踏んでいるか否かを判断する。ギアクランク９６が回転していると判断すると、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、図１５に示すシフトアップ処理を実行する。ギアクランク９６が回転していないと判断すると、シフトアップ処理を行わずにステップＳ５に移行する。
【００６７】
取り込んだ車速Ｖが変速段毎のシフトダウンしきい値Ｄ（ＯＰ）を下回っていると判断すると、ステップＳ５からステップＳ８に移行し、ステップＳ６と同様に、プーリセンサ９４の出力により、ギアクランク９６が回転しているか否かを判断する。ギアクランク９６が回転していると判断すると、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、図１６に示すシフトダウン処理を実行する。ギアクランク９６が回転していないと判断すると、シフトアップ処理を行わずにステップＳ２に戻る。
【００６８】
ステップＳ７のシフトアップ処理では、図１５のステップＳ１１で現在の変速段ＯＰを１段分インクリメントして目標変速段を設定する。ステップＳ１２では、モータ７６が正転動作中であるか否かを判断する。これにより、電動リアディレーラ９７がシフトアップ方向に変速動作中であるか否かを判断する。モータ７６が正転動作していない場合、つまりシフトアップ変速動作中でない場合にはステップＳ１３に移行し、モータ７６を正転動作させるとともに変速位置センサ７９の位置データＳＨの取込を開始する。モータ９７がすでに正転動作している場合にはこの処理をスキップする。
【００６９】
ステップＳ１４では、位置データＳＨが設定された目標変速段に達したか否か、つまり変速動作を終了してもよいか否かを判断する。変速動作を終了してもよいと判断するとステップＳ１５に移行し、変速モータをオフするとともに変速位置センサの位置データの取込を終了する。
ここでは、変速動作中であっても最初にステップＳ１１で目標変速段を新たに設定して以前に設定された目標変速段を更新している。
【００７０】
ステップＳ９のシフトダウン処理では、図１６のステップＳ２１で現在の変速段ＯＰを１段分デクリメントして目標変速段を設定する。ステップＳ２２では、モータ７６が逆転動作中であるか否かを判断する。これにより、電動リアディレーラ９７がシフトダウン方向に変速動作中であるか否かを判断する。モータ７６が逆転動作していない場合、つまりシフトダウン変速動作中でない場合にはステップＳ２３に移行し、モータ７６を逆転動作させるとともに変速位置センサ７９の位置データＳＨの取込を開始する。モータ７６がすでに逆転動作している場合にはこの処理をスキップする。
【００７１】
ステップＳ２４では、位置データＳＨが設定された目標変速段に達したか否か、つまり変速動作を終了してもよいか否かを判断する。変速動作を終了してもよいと判断するとステップＳ２５に移行し、モータ７６をオフするとともに変速位置センサ７９の位置データＳＨの取込を終了する。
ここでもシフトアップ処理と同様に、変速動作中であっても最初にステップＳ２１で目標変速段を新たに設定して以前に設定された目標変速段を更新している。
【００７２】
このような自動変速制御を行う場合、従来は、リアハブから出力された電力を自転車に装着された充電回路により整流して直流に変換し、車速センサから取り込んだ車速に応じて同じく自転車に装着された変速制御部によりディレーラ等の変速装置を制御している。
しかし、本実施形態では、リアハブ１内に充電部９を設けリアハブ１内で交流を直流に変換して出力しているので、充電回路が不要になる。また、変速制御部８７がリアディレーラ９７に装着されているので、変速制御部を別に設ける必要がない。このため、配線としては、リアハブ１の電力出力端子１１と電動リアディレーラ９７の配線接続部８５とを用意すればよい。しかも、リアハブ１内で速度信号を電力に重畳して出力するので、配線として２芯の線を用意するだけでよい。このため、自転車組み立て時の配線作業が飛躍的に簡素化される。また、自転車１０１にリアハブ１と電動リアディレーラ９７とを装着するだけでよいので、部品の装着作業も簡素化され、自転車の組み立てコストが飛躍的に低減する。
【００７３】
〔他の実施形態〕
（ａ）前記実施形態では、電動変速装置として電動リアディレーラを例示したが、充電機能を有する電動内装変速ハブを用いてもよい。すなわち、内装変速ハブの内部に前記実施形態と同様な発電機構を装着するとともに、ハブ軸にモータユニットとモータ駆動回路と変速制御部とをたとえばケース等に収納して装着すればよい。このような内装変速ハブの場合、ハブを自転車に装着するだけで自動変速制御を行うことができる。
【００７４】
（ｂ）前記実施形態では、充電部９をリアハブ１内に設け、変速制御部８７を電動リアディレーラ９７に設けたが、両方ともリアハブ１に設けてもよく、また電動リアディレーラに設けてもよい。ただし、その他の電装品の電源として発電機構８の出力を利用したり、速度信号を利用したりする場合、前記実施形態のように配置するのが好ましい。
（ｃ）前記実施形態では、発電機構８をリアハブ１内に配置したが、リアハブの外部に配置してもよい。この場合、充電部等もハブの外部に配置してもよい。
【００７５】
（ｄ）前記実施形態では、自動変速処理だけを行うようにしたが、ハンドル部に変速操作部を設け、変速操作部と電動リアディレーラ９７とを電気的に接続して手動変速を行えるようにしてもよい。この場合でも、変速操作部の装着と、変速操作部と電動リアディレーラとの間の配線だけを行えばよいので、従来に比べて装置の装着作業や配線作業が簡素化する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態を採用した自転車の側面図。
【図２】本発明の一実施形態によるリアハブの半截断面図。
【図３】ボビンの断面側面図及び正面図。
【図４】図４の拡大部分図。
【図５】ボビン及びヨークの斜視部分図。
【図６】ボビン及びヨークの正面図。
【図７】積層片の側面図。
【図８】積層片の正面図。
【図９】内側固定ユニットの回り止め構造を示す断面図。
【図１０】充電部の正面図。
【図１１】変速システムのシステム構成図。
【図１２】電動リアディレーラの側面図。
【図１３】その正面図。
【図１４】変速制御動作のメインルーチンの処理内容を示すフローチャート。
【図１５】そのシフトアップ処理の内容を示すフローチャート。
【図１６】そのシフトダウン処理の内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７７】
１ リアハブ
５ ハブ軸
６ ハブ体
７ 軸受
８ 発電機構
９ 充電部
１０ フリーホイール
１１ 電力出力端子
１６ 永久磁石
１７ 内側固定ユニット
２０ コイル
２１ ヨーク
２５ ボビン
２７，２８ フランジ
３０，３１ 第１及び第２積層ヨーク
３２ 積層片
３２ａ ヨーク外周部
３２ｂ ヨーク内周部
６０ 回路基板
６１ 蓄電素子
６１ａ 電気二重層コンデンサ
６２ 充電制御回路（整流回路の一例）
６３ 波形成形回路（速度信号生成部の一例）
６４ 速度重畳部（信号重畳部の一例）
７０ ベース部材
７１ 可動部材
７２ リンク機構
７３ チェーンガイド
７４ 駆動ユニット
７８ モータ駆動回路
８７ 変速制御部
９０，９１ 第１及び第２プレート部材
９２ ガイドプーリ
９３ テンションプーリ
９４ プーリセンサ
９７ 電動リアディレーラ（電動変速装置の一例）
９８ サスペンションフォーク
１０１ 自転車
１０２ フレーム
１０６ 前輪
１０７ 後輪
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車の車輪中央部に設けられる自転車用発電ハブ、自転車用フレームの後部に装着される自転車用変速システム、自転車用フレームに装着される電気駆動される自転車用ディレーラ、及び自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車には、ディレーラや内装変速ハブなどの変速装置が装着されているものがある。このような変速装置において電動駆動されるものが従来知られている。従来の電動駆動される変速装置を含む変速システムでは、例えば車速に応じて電動駆動される変速装置が自動変速制御が行われたり、変速操作部の操作により変速制御が行われたりする（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、自転車のハンドルに変速操作部を装着し、フレームに変速制御部を装着しさらに発電ハブを電源として使用している。前記従来の技術には、変速装置を電動駆動するモータユニットを設け、モータユニットと変速装置とを変速ケーブルで接続している変速システムと、電動変速装置と制御装置とを電気配線で接続している変速システムとが開示されている。
【０００４】
従来の変速システムでは、変速操作部と変速制御部とを配線で接続するとともに、変速制御部と電動変速装置又はモータユニットとを配線で接続している。また、車速に応じて自動変速する場合には、前記従来の変速システムでは、ハブ内に設けられたダイナモからの信号により車速信号を得ている。しかし、通常の電池などを電源とする場合、さらに速度センサと変速制御装置とを配線で接続する必要がある。
【特許文献１】特開２００３−０１１８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来の変速システムでは、変速操作部と変速制御装置と変速装置とをそれぞれ自転車のフレームに取り付けた後、さらにそれらへの電気配線作業や変速ケーブルの配線作業を行わなければならない。このため、通常の自転車の組立作業に加えて変速システムの装置の装着作業や配線作業を行わなければならず、自転車の製造工程が大幅に増加し、製造コストの大幅な増加を招来する。また、変速システムの装着により外観が大きく変化して自転車の見栄えが悪くなる。
【０００６】
一方、前記従来の変速システムでは、ハブ内に設けられたダイナモを電源として利用している。しかし、ダイナモの電力は車輪が回転しないと発生しないため、そのままでは電力供給が安定せず、変速制御装置などの自転車用電装品の電源として利用できない。
本発明の課題は、自転車の製造コストを低く抑えることができ、かつ自転車の外観を損ねにくい自転車、自転車用変速システム及び自転車用ディレーラを提供することにある。
【０００７】
本発明の別の課題は、発生した電力を走行状態に係わらず安定して利用できる自転車用発電ハブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明１に係る自転車用発電ハブは、自転車の車輪中央部に設けられるハブであって、ハブ軸と、ハブ軸の外周に配置されるハブ体と、軸受と、発電部と、充電部と、電力出力部とを備えている。軸受は、ハブ体をハブ軸に対して回転自在に支持するためのものである。発電部は、車輪の回転により発電するものである。充電部は、発電部により発電された電力を蓄えるものである。電力出力部は、充電部に蓄えられた電力を外部に出力可能なものである。
【０００９】
この自転車用発電ハブでは、車輪が回転すると発電部が電力を発生し、その発生した電力が充電部に蓄えられ、蓄えられた電力が外部に出力される。ここでは、ハブに充電部を設け、充電部に蓄えられた電力を出力するようにしたので、自転車が停止しても電力を電装品に出力することができる。このため、発生した電力を走行状態に係わらず安定して利用できる。
【００１０】
発明２に係る自転車用発電ハブは、発明１に記載のハブにおいて、発電部は車輪の回転により交流電力を発電し、充電部は、発電部で発電された交流を直流に変換する整流回路と、整流された直流電力を蓄える蓄電素子とを有する。この場合には、交流電力が直流に変換されて蓄電素子に蓄えられるので、直流電力が電力出力部から外部に出力される。このため、変速制御装置などの、通常は直流で動作する電気装置の電源として発電ハブをそのまま利用できるようになる。
【００１１】
発明３に係る自転車用発電ハブは、発明は２に記載のハブにおいて、充電部は、ハブ体に装着されハブ軸が貫通可能な座金形状の回路基板を有し、整流回路及び蓄電素子は、回路基板に搭載されている。このばあいには、ハブの内の円形の空間を利用して回路基板を配置できるので、充電部をコンパクトにハブ内に配置できる。
発明４に係る自転車用発電ハブは、発明２又は３に記載のハブにおいて、蓄電素子は、電気二重層コンデンサである。この場合には、比較的容量が大きく耐久性が高い電気二重層コンデンサを蓄電素子として使用することにより、使用電力量が大きいモータなどの駆動体を駆動できるようになるとともに、充放電を繰り返しても蓄電素子が劣化しにくい。
【００１２】
発明５に係る自転車用発電ハブは、発明１から４のいずれかに記載のハブにおいて、発電部で発電された電力から速度検出用の信号を生成する速度信号生成部をさらに備える。この場合には、速度に応じて周波数が変化する電力から速度検出用の信号を生成することにより、速度検出用のセンサを用いることなく、自転車の走行速度を検出できる。このため、速度センサを設けることなく、この信号を変速装置の自動変速制御やサスペンションの制御に利用したり、速度表示や距離表示に利用したりできる。
【００１３】
発明６に係る自転車用発電ハブは、発明５に記載のハブにおいて、蓄電素子に蓄えられた電力と速度信号生成部で生成された速度検出用の信号とを重畳する信号重畳部をさらに備え、電力出力部は、速度検出用の信号が重畳された電力を出力する。この場合には、１つの出力線で速度検出用の信号と電力とを出力できるので、配線本数を削減できるとともに配線時間も削減できる。
【００１４】
発明７に係る自転車用発電ハブは、発明１から６のいずれかに記載のハブにおいて、発電部は、ハブ体の内周面に設けられた永久磁石と、永久磁石の内周側に配置され、ハブ軸に固定された内側固定ユニットとを有する。この場合には、発電部のハブ内に収納できるので、発電部のハブ体の外に配置する構成に比べて発電ハブがコンパクトになる。
発明８に係る自転車用発電ハブは、発明７に記載のハブにおいて、内側固定ユニットは、永久磁石の内周側に配置されたリング状のコイルと、コイルの軸方向一方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第１積層ヨークと、コイルの軸方向他方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第２積層ヨークとを有し、コイルの周囲を囲むように配置されたヨークとを備え、複数の板状積層片のそれぞれは、軸方向一方側又は他方側から逆側に延び永久磁石とコイルとの間に配置されたヨーク外周部と、ヨーク外周部と磁気的に結合されコイル内周の軸方向一方側又は他方側に配置されたヨーク内周部とを有し、複数組の第１及び第２積層ヨークは、それぞれのヨーク内周部が軸方向に対向し、かつヨーク外周部は円周方向に交互に位置するように設けられている。
【００１５】
この場合には、永久磁石とヨーク外周部とが対向しており、これらが相対回転をすることによって、ヨーク内周部に交番磁束が発生する。これによりコイルに電流が流れて発電される。具体的には、第１積層ヨークのヨーク外周部がＮ極となり第２積層ヨークのヨーク外周部がＳ極となる状態と、第１積層ヨークのヨーク外周部がＳ極となり第２積層ヨークのヨーク外周部がＮ極となる状態とを交互に入れ換えて交番磁束を発生させている。この発電時に交番磁束に加えて渦電流を発生する。
【００１６】
この渦電流は発電効率を低下させるものであるが、発電部においては、ヨークを複数の板状積層片から構成しているので渦電流の発生を抑えることができる。すなわちこのような発電部においては、渦電流の発生をヨークの厚み（板厚）の二乗に反比例して減少することが知られているが、ヨークを板状積層片で構成することによって厚みが薄くなり、渦電流の発生を抑えることができる。また、ここでは、ヨークの円周部を軸方向に対向して配置されているので第１積層ヨークと第２積層ヨークとが、それぞれのヨーク内周部によって磁気的に直接接続されることとなり、両積層ヨークを接続する為の他の磁性体が不要になる。しかも、両積層ヨーク間を磁束が通過する磁路断面積を十分に加工して磁気飽和を避けることができる。したがって、磁気抵抗等のロスを大幅に低減でき、出力と効率が向上し、無負荷回転トルクを低減できる。
【００１７】
発明９に係る自転車用発電ハブは、発明１から８のいずれかに記載のハブにおいて、ハブ体に対して自転車の進行方向の回転のみ伝達可能なフリーホイールをさらに備える。この場合には、スプロケットを装着可能なフリーホイールが装着されているので、発電機能付きのリアハブを実現できる。このため、ランプ以外の後輪からの距離の方が前輪からよりも短い場所に配置されることが多い変速装置やその制御装置などの電装品に対して電力の供給を短い距離で行え、電力を効率良く供給できる。また、リアハブからはケーブルの配索本数が少ないので、配線をリアハブから電装品に行うことにより電装品の配線を行いやすくなる。
【００１８】
発明１０に係る自転車用変速システムは、自転車用フレームの後部に装着されるシステムであって、電動変速装置と、リアハブと、充電部と、変速制御部とを備えている。電動変速装置は、フレームの後部に装着される電気駆動される変速装置である。リアハブは、車輪の回転により発電する発電部を有しフレームの後部に装着されるハブである。充電部は、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに設けられ、発電部で発生した電力を蓄えるものである。変速制御部は、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに設けられ、充電部に蓄えられた電力により電動変速装置を変速制御するものである。
【００１９】
この変速システムでは、自転車が走行するとフレーム後部に装着されるリアハブ内の発電部で発電された電力が充電部に蓄えられ、その電力によりフレーム後部に装着される電動変速装置が変速制御部により変速制御される。ここでは、リアハブに発電部を設けるとともに、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに充電部及び変速制御部を設けたので、リアハブと電動変速装置とを自転車に装着し、それらを配線で接続するだけで変速システムを動作させることができる。ここでは、リアハブと電動変速装置以外の余分なものを自転車に装着することなく電源の交換を行う必要がない変速システムが動作するので、自転車の組立工数や配線工数を削減できるとともに、外観の変化も少なくなる。このため、この変速システムを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【００２０】
発明１１に係る自転車用変速システムは、発明１０に記載のシステムにおいて、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに設けられ、発電部で発電された電力から速度検出用の信号を生成する速度信号生成部をさらに備える。この場合には、速度に応じて周波数が変化する電力から速度検出用の信号を生成することにより、別に速度検出用のセンサを用いることなく、自転車の走行速度を検出できる。このため、速度センサを設けることなく、電動変速装置の自動変速制御を行える。
【００２１】
発明１２に係る自転車用変速システムは、発明１１に記載のシステムにおいて、速度信号生成部は、リアハブに設けられている。この場合には、速度信号がリアハブ内で生成されるので、速度信号により自動変速する自転車用変速システムを実現しやすくなる。
発明１３に係る自転車用変速システムは、発明１０から１２のいずれかに記載の装置において、電動変速装置は、フレームに装着されるベース部材と、ベース部材に対して移動する可動部材と、ベース部材と可動部材とを移動可能に連結するリンク機構と、可動部材に揺動自在に装着され、基端に装着されたガイドプーリと、先端に装着されたテンションプーリとを有するチェーンガイドと、リンク機構を駆動する電動駆動部とを有する電動リアディレーラである。この場合には、リアディレーラは、内装変速ハブに比べてリアハブ内の空間に余裕があるので、リアハブ内に充電部等のシステム構成の一部を設けやすくなる。
【００２２】
発明１４に係る自転車用変速システムは、発明１３に記載のシステムにおいて、ガイドプーリ及びテンションプーリのいずれかの回転を検出する回転センサをさらに備える。この場合には、２つのプーリは自転車のクランクの回転に連動して回転するので、回転センサによりクランクの回転を検出できる。このため、クランクを回してチェーンを移動させないと変速できないディレーラの変速制御を確実に行える。
【００２３】
発明１５に係る自転車用変速システムは、発明１０から１４のいずれかに記載のシステムにおいて、変速制御部は、電動変速装置に設けられている。この場合には、制御対象の装置に変速制御部を設けたので、配線を削減することができ、さらに製造コストを削減できる。
発明１６に係る自転車用変速システムは、発明１０から１５のいずれかに記載のシステムにおいて、充電部は、リアハブに設けられている。この場合には、電力を生成する発電部と充電部とを近接させることができるので電力ロスが少なくなり、電力を効率よく充電できる。
【００２４】
発明１７に係る自転車用変速システムは、発明１１から１６のいずれかに記載の装置において、変速制御部は、速度信号生成部で生成された速度検出用の信号により電動変速装置を自動変速制御する。この場合には、電源を交換することなく速度に応じてシフトアップやシフトダウンを行う自動変速制御を低コストで実現できる。
発明１８に係る自転車用ディレーラは、自転車用フレームに装着される電気駆動されるディレーラであって、ベース部材と、可動部材と、リンク機構と、チェーンガイドと、電動駆動部と、変速制御部とを備えている。ベース部材は、フレームに装着される部材である。可動部材は、ベース部材に対して移動する部材である。リンク機構は、ベース部材と可動部材とを移動可能に連結する機構である。チェーンガイドは、可動部材に揺動自在に装着されるものである。電動駆動部は、リンク機構を駆動するものである。変速制御部は、電動駆動部を変速制御するものである。
【００２５】
このディレーラでは、電動駆動部に加えて変速制御部が設けられているので、別に変速制御部や電動駆動部を設け必要がなくなり、電源や速度信号の信号線を接続するだけでディレーラを制御することができる。このため、自転車の外観が通常のディレーラを装着したものと変わりがないものになる。また、変速制御部や変速駆動部を装着する作業及びその配線作業が不要になり、自転車の製造工程を簡素化できる。このため、自転車の製造コストを低く抑えることができる。したがって、このディレーラを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【００２６】
発明１９に係る自転車用ディレーラは、発明１８に記載のディレーラにおいて、チェーンガイドは、可動部材に揺動自在に装着されたプレート部材と、プレート部材の基端に回転自在に装着されたガイドプーリと、プレート部材の先端に回転自在に装着されたテンションプーリとを有し、ディレーラは、ガイドプーリ及びテンションプーリのいずれかの回転を検出する回転センサをさらに備える。この場合には、２つのプーリは自転車のクランクの回転に連動して回転するので、回転センサによりクランクの回転を検出できる。このため、クランクの回転を検出したときに変速制御を行うことにより、クランクを回してチェーンを移動させないと変速できないディレーラの変速制御を確実に行える。
【００２７】
発明２０に係る自転車用は、フレームと、前輪と、後輪と、電動変速装置と、充電部と、変速制御部とを有する。フレームは、ハンドル部及びフロントフォークを有している。前輪は、フロントフォークに回転自在に装着されている。後輪は、リアハブ及びリアハブに設けられた発電部を有し、フレーム後部に回転自在に設けられている。電動ディレーラは、フレーム後部に設けられている。充電部は、フリアハブ及び電動変速装置のいずれかに設けられ、発電部で発生した電力を蓄えるものである。変速制御部は、リアハブ及び電動リアディレーラのいずれかに設けられ、充電部に蓄えられた電力により電動変速装置を変速制御する。
【００２８】
この自転車では、自転車が走行するとフレーム後部に装着されるリアハブ内の発電部で発電された電力が充電部に蓄えられ、その電力によりフレーム後部に装着される電動変速装置が変速制御部により変速制御される。ここでは、リアハブに発電部を設けるとともに、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに充電部及び変速制御部を設けたので、リアハブと電動変速装置とを自転車に装着し、それらを配線で接続するだけで変速システムを動作させることができる。この結果、変速のためにリアハブと電動変速装置以外の余分なものを自転車に装着することなく電源の交換を行う必要がない変速制御システムが動作するので、自転車の組立工数や配線工数を削減できるとともに、外観の変化も少なくなる。このため、変速制御システムを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る自転車用発電ハブによれば、ハブに充電部を設けて充電部に蓄えられた電力を出力するようにしたので、自転車が停止しても電力を電装品に出力することができる。このため、発生した電力を走行状態に係わらず安定して利用できる。
本発明の別の発明に係る自転車用変速システムによれば、リアハブと電動変速装置以外の余分なものを自転車に装着することなく電源の交換を行う必要がない変速システムが動作するので、自転車の組立工数や配線工数を削減できるとともに、外観の変化も少なくなる。このため、この変速システムを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【００３０】
本発明のさらに別の発明に係る自転車用ディレーラによれば、電動駆動部に加えて変速制御部が設けられているので、別に変速制御部や電動駆動部を設ける必要がなくなり、電源や速度信号の信号線を接続するだけでディレーラを制御することができる。このため、自転車の外観が通常のディレーラを装着したものと変わりがないものになる。また、変速制御部や変速駆動部を装着する作業及びその配線作業が不要になり、自転車の製造工程を簡素化できる。このため、自転車の製造コストを低く抑えることができる。したがって、このディレーラを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【００３１】
本発明のさらにまた別の発明に係る自転車によれば、リアハブに発電部を設けるとともに、リアハブ及び電動変速装置のいずれかに充電部及び変速制御部を設けたので、リアハブと電動変速装置とを自転車に装着し、それらを配線で接続するだけで変速システムを動作させることができる。この結果、変速のためにリアハブと電動変速装置以外の余分なものを自転車に装着することなく電源の交換を行う必要がない変速制御システムが動作するので、自転車の組立工数や配線工数を削減できるとともに、外観の変化も少なくなる。このため、変速制御システムを自転車に装着しても、自転車の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車の外観を損ねにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車１０１は、サスペンションフォーク９８を有するダイヤモンド形のフレーム１０２と、サスペンションフォーク９８に固定されたハンドル１０４と、チェーン９５やペダルＰＤが装着されたギアクランク９６や電動リアディレーラ（電動変速装置の一例）９７等からなる駆動部１０５と、サスペンションフォーク９８及びフレーム後部に装着され、スポーク９９を有する前輪及び後輪１０６，１０７とを備えている。後輪１０７にはハブダイナモ（発電ハブの一例）１が設けられている。
【００３３】
〔ハブダイナモの構成〕
図２において、本発明の一実施形態によるリアハブ１は、自転車の後輪１０７に設けられるリアハブであり、自転車の後輪１０７とともにフレーム１０２のチェーンステイ１０２ａの後端に装着されるものである。このリアハブ１は、チェーンステイ１０２ａの後端部に両端が固定されたハブ軸５と、ハブ軸５の外周側に配置されたハブ体６と、ハブ体６をハブ軸５に対して回転自在に支持するための１対の軸受７ａ，７ｂと、ハブ体６とハブ軸５との間に配置され両者の相対回転により発電する発電機構８と、発電機構８により発電された電力を蓄える充電部９と、ハブ体６の図２右側面設けられたフリーホイール１０と、充電部９に蓄えられた電力を外部に出力可能な電力出力端子（電力出力部の一例）１１とを備えている。
【００３４】
ハブ軸５は、たとえばクロムモリブデン鋼製の筒状部材であり、その両端がクイックレリーズ機構５０によってフレーム１０２後端部に容易にできるように着脱できるように固定されている。クイックレリーズ機構５０は、カムレバー５１と、ナット５２と、両端にレバー及びナット５１，５２が螺合する連結軸５３とを有する公知のものである。ハブ軸５には、内部をクイックレリーズ機構５０の連結軸５３が貫通しており、外周面の３箇所に左端から順に雄ねじ部５ａ〜５ｃが形成されている。雄ねじ部５ａは軸受７ａの玉押し（後述）を装着すると共に発電機構８の内側固定ユニット（後述）を固定するためのものである。雄ねじ部５ｂは、内側固定ユニットを固定するためのものである。雄ねじ部５ｃは、軸受７ｂの玉押し（後述）を装着するためのものである。ハブ軸５の右端部には、電力出力端子１１が回転不能に装着されている。また、ハブ軸５の外周面には電力出力用の接続コード３５ａ，３５ｂを通すためのコード通過溝５ｄが発電機構８装着部分から図２右端にかけて形成されている。コード通過溝５ｄを挟んでハブ軸５の雄ねじ部５ａが形成された外周面には、互いに平行な面取り部５ｅ（図９）が形成されている。ここで、接続コード３５ａは、発電機構８と充電部９とを接続するための配線であり、接続コード３５ｂは、充電部９と電力出力端子１１とを接続するための配線である。
【００３５】
ハブ体６は、たとえば軽量なアルミニウム合金製の部材であり、開口１２ｄを図２右側面側に有する筒状ケース本体１２と、ケース本体１２の開口１２ｄを覆うようにケース本体１２に着脱自在に装着された蓋部材１３とを有している。ケース本体１２の外周面には軸方向に間隔を隔てて配置された１対のハブフランジ１２ａ，１２ｂが形成されている。このハブフランジ１２ａ，１２ｂにスポーク９９が連結されている。ケース本体１２の開口１２ｄは、発電機構８を組み付け可能な大きさを有しており、そこには、蓋部材１３を装着するための雌ねじ部１２ｅが形成されている。ケース本体１２の左端部には、ディスクブレーキ５５のディスクロータ５５ａを装着可能なブレーキ装着部１２ｃが設けられている。
【００３６】
蓋部材１３は、ケース本体１２の雌ねじ部１２ｅに螺合する雄ねじ部１３ｄを外周に有する外筒部１３ａと、外筒部１３ａの内周側に間隔を隔てて配置された内筒部１３ｂと、両筒部１３ａ，１３ｂを連結する連結部１３ｃとが一体形成された部材である。内筒部１３ｂの内周面には、フリーホイール１０を連結するための連結ボルト４４が螺合している。
【００３７】
軸受７ａは、ケース本体１２とハブ軸５との間に装着されている。軸受７ａは、ケース本体１２の左端内周面に設けられた玉受け１４ａと、ハブ軸５の雄ねじ部５ａに螺合する玉押し１４ｂと、玉押し１４ｂと玉受け１４ａとの間に両者にそれぞれ接触して転動するボール１４ｃとを有している。軸受７ｂは、フリーホイール１０とハブ軸５との間に配置されている。軸受７ｂは、フリーホイール１０に設けられた玉受け１５ａと、ハブ軸５の雄ねじ部５ｃに螺合する玉押し１５ｂと、玉押し１５ｂと玉受け１５ａとの間に両者にそれぞれ接触して転動するボール１５ｃとを有している。ボール１４ｃ，１５ｃの周囲にはグリースが充填されている。
【００３８】
発電機構８は、ケース本体１２に固定された永久磁石１６と、ハブ軸５に固定された内側固定ユニット１７とを有している。
永久磁石１６は、図２に示すように、ケース本体１２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４個の磁石体から構成されている。この永久磁石１６には、等間隔で交互にＮ極とＳ極とが着磁されており、それぞれが後述するヨーク外周部と対抗している。
【００３９】
内側固定ユニット１７は、リング状のコイル２０と、コイル２０の周囲を囲むように設けられたヨーク２１とを有している。そして、これらのコイル２０及びヨーク２１は、ハブ軸５の外周に形成された雄ねじ部５ａ，５ｂに螺合する１対のナット２２ａ，２２ｂにより挟まれるようにしてハブ軸５に固定され、かつ軸方向において永久磁石１６に対向するような位置関係に位置決めされている。
【００４０】
コイル２０は、図３に示すようなボビン２５に巻かれている。ボビン２５は、図３及び図３の拡大部分図である図４に示すように（図３、図４ともに、ヨークは取り外して示している）、外周にコイル２０が巻かれた筒状の胴部２６と、胴部２６の軸方向両端部に形成された第１フランジ２７及び第２フランジ２８とを有している。第１及び第２フランジ２７，２８において、軸方向外側の側面には、ほぼ放射状に延びる複数の溝２７ａ，２８ａが形成されている。これらの溝２７ａ，２８ａは、外周側では、軸方向視で互いにずれるように、すなわち、第１フランジ２７の隣接する２つの溝２７ａの間に第２フランジ２８の溝２８ａが位置するように、また半径方向のほぼ中間部においては両溝２７ａ，２８ａが軸方向視で部分的に重なるように、さらに、内周側では、両溝２７ａ，２８ａの軸方向視でほぼ全部が重なるように形成されている。そして、各溝２７ａ，２８ａの外周側一部は、切り欠かれて切欠部２７ｂ，２８ｂとなっている。また、各フランジ２７，２８の外周面において、溝２７ａ，２８ａが形成されていない部分には、図４及び図４の斜視部分図である図５に示すように、軸方向の内側から外側に所定長さの複数の凹部２７ｃ，２８ｃが形成されている。なお、図５では、説明の便宜のために、一部のヨークを取り外して示している。
【００４１】
図６にボビン２５に装着されたヨーク２１を示し、図７及び図８にヨーク２１のみを取り出して示す。このヨーク２１は、図５及び図６に示すように、ボビン２５の第１フランジ２７の溝２７ａに嵌め込むようにして装着された複数組の第１積層ヨーク３０と、同様にボビン２５の第２フランジ２８の溝２８ａに嵌め込むようにして装着された複数組の第２積層ヨーク３１とを有している。
【００４２】
各積層ヨーク３０，３１は、図７及び図８に示すような複数の板状積層片３２を積層することにより構成されている。各積層片３２は、表面に酸化被膜が形成されている珪素鋼板（より詳しくは無方向性珪素鋼板）で形成されている。各積層片３２の基本的な形状は同じであり、コア外周部３２ａと、コア内周部３２ｂと、連結部３２ｃとを有している。コア外周部３２ａは、連結部３２ｃの一方の端部からハブ軸５の軸方向（図７におけるＯ−Ｏ方向）に沿って延びるように設けられ、先端側にいくにしたがって細くなるような形状である。また、コア内周部３２ｂは、連結部３２ｃの他方の端部から同様に軸方向に沿って延びて設けられている。そして、これらの積層片３２は、図８に示すように、軸方向視で、ヨーク外周部３２ａとヨーク内周部３２ｂとが異なる放射線上に位置するように形成されている。
【００４３】
また、各積層片３２の厚みは０．２５〜１mmのものが使用され、０．５mmのものがコスト的にも性能的にも利用価値が高い。各積層片３２は長さが異なっている。すなわち、各積層ヨーク３０，３１は、８枚の積層片３２を積層することによって構成されているが、各積層ヨーク３０，３１において、図８に示すように、最も外側の１対の積層片３２１，３２８は内周側の長さが最も短く、その内側の１対の積層片３２２，３２７はその次に短く、さらにその内側の１対の積層片３２３，３２６はその次に短く、最も内側の１対の積層片３２４，３２５は最も長く形成されている。このような長さに設定することによって、円周方向において隣接する積層ヨークの内周部が互いに接触しないように、かつ磁路の断面積が最も広くとれるような効率の良い構成とすることができる。
【００４４】
さらに、図５から明らかなように、各積層ヨーク３０，３１を構成する積層片３２のうち、円周方向の両外側に位置する積層片３２１，３２８は、コア外周部３２ａの長さが他の積層片と比較してほぼ１／２程度に短く形成されている。これは、円周方向において隣接する積層片３２１，３２８同士が近接するのを防止し、両者の間で磁束が漏れるのを抑えるためである。また、各積層ヨーク３０，３１は、両フランジ２７，２８よりハブ軸方向外方に突出している。
【００４５】
さらにまた、図７から明らかなように、各積層片３２は、コア外周部３２ａと連結部３２ｃとを接続する部分の外側（図７におけるＰ部分）が、円弧形状ではなく、鋭角状に形成されている。したがって、この部分においても永久磁石１６との距離が近くなり、従来の板金プレスによって形成されたヨークに比較して磁束量が増えることになる。
なお、以上のような各積層片３２は、第１積層ヨーク３０及び第２積層ヨーク３１に共通で用いることができる。
【００４６】
このような積層片３２は積層されて、ボビン２５の各フランジ２７，２８に形成された溝２７ａ，２８ａに嵌め込まれている。また、各積層片３２のヨーク外周部３２ａの先端部は、ボビン２５の対向する側のフランジ２７，２８に形成された凹部２７ｃ，２８ｃに嵌め込まれて保持されている。
このようなヨーク２１によって、図２に示すように、コイル２０の内周側に第１及び第２積層ヨーク３０，３１のヨーク内周部３２ｂが位置し、コイル２０と永久磁石１６との間にヨーク外周部３２ａが位置することになる。また、図５及び図２から明らかなように、第１積層ヨーク３０と第２積層ヨーク３１のヨーク内周部３２ｂは、互いに直接的に接続されることになる。したがって、第１積層ヨーク３０と第２積層ヨーク３１とを接続するための他の磁性材料からなる部材が不要となり、抵抗を非常に小さく抑えることができる。
【００４７】
なお、図２に示すように、コイル２０及びヨーク２１を固定するためのナット２２ａ，２２ｂのヨーク２１側には、ワッシャ２３ａ，２３ｂが装着されている。このうち、ワッシャ２３ｂは、図９に示すように、ハブ軸５の面取り部５ｅに係合する互いに平行な面を有する略長円形の係止孔２３ｃを有しており、ハブ軸５に回転不能に係止される。また、ワッシャ２３ｂには、第１積層ヨーク３０の突出部分に係止される突起部２３ｄが第１フランジ２７に向けてプレス加工により突出して形成されている。さらに、ワッシャ２３ｂには、コイル２０から導出される接続コード３５ａを通すためのスリット２３ｅが、係止孔２３ｃのコード通過溝５ｄに対向する位置から径方向外方に切り欠いて形成されている。
【００４８】
これによりワッシャ２３ｂは、内側固定ユニット１７をハブ軸５に対して回り止めできるので、コイル２０から取り出された接続コード３５ａをコード通過溝５ｄに確実に案内できる。この接続コード３５ａは、充電部９に接続されている。
充電部９は、図２に示すように、発電機構８とともにハブ軸５に固定されている。具体的には、充電部９は、図２及び図１０に示すように、ワッシャ状の回路基板６０を有しており、回路基板６０がワッシャ２３ｂとナット２２ｂとの間に絶縁ワッシャ５６を介してハブ軸５に回転不能に装着されている。
【００４９】
回路基板６０には、図１０及び図１１に示すように、たとえば３つの電気二重層コンデンサ６１ａからなる蓄電素子６１と、たとえば半波整流回路を含む充電制御回路６２とが搭載されている。また、回路基板６０には、たとえば、ツェナーダイオードを用いた波形成形回路（速度信号生成部の一例）６３と、蓄電素子６１及び波形成形回路６３に接続された速度重畳回路６４とが搭載されている。
【００５０】
充電制御回路６２は、発電機構８で発電された交流電力を整流して直流に変換し、蓄電素子６１に充電するための回路である。波形成形回路６３は、発電機構８で発電された電力から発電周波数に応じたパルス信号を生成するものである。このパルス信号のパルス幅は、マイクロコンピュータをリセットしない程度の短いものである。このパルス信号の周期と車輪径とにより速度や走行距離を検出できる。速度重畳回路６４は、波形成形回路６３から出力されたパルス信号で蓄電素子６１からの出力をオンオフし、直流の電力に速度信号を重畳するものである。これにより、電力を外部に出力する接続コード３５ｂを介して速度信号を外部に出力できる。回路基板６０には、発電機構８に接続された接続コード３５ａ及び電力出力端子１１に接続される接続コード３５ｂを接続するための雄コネクタ６６が装着されている。各接続コード３５ａ，３５ｂには、雄コネクタ６６に電気的に着脱自在に接続される雌コネクタ６７が設けられている。
【００５１】
フリーホイール１０は、図２に示すように、ハブ体６の蓋部材１３の内周側側面に回転不能に連結されたベース部４１と、ベース部４１に回転自在に装着されたギア取付部４２と、ベース部４１とギア取付部４２との間に配置されたワンウェイクラッチ４３とを有している。
前述したようにベース部４１は、内筒部１３ｂの内周面にねじ込まれた筒状の連結ボルト４４により内筒部１３ｂと連結されている。連結ボルト４４は頭部でベース部４１を係止している。また、内筒部１３ｂとベース部４１とは連結ボルト４４の外周側で両者の間に配置された連結部材４５により回転不能に連結されている。連結部材４５の外周面にはセレーションが形成されており、連結部材４５は内筒部１３ｂに形成されたセレーションに圧入されている。この圧入された連結部材４５のセレーションがベース部４１の一端内周面に形成されたセレーションに噛み合っている。これにより、内筒部１３ｂとベース部４１とが回転不能に強固に連結されている。
【００５２】
ベース部４１は筒状の部材であり、そこには、軸受７ｂの玉受け１５ａがねじ込まれている。玉受け１５ａはギア取付部４２を支持するための軸受の玉押しと兼用されている。
また、ベース部４１には、ワンウェイクラッチ４３を構成する爪部材４３ａが起伏自在に装着されている。ワンウェイクラッチ４３はギア取付部４２に装着された多段ギア５４（すなわちペダル）の進行方向の回転のみベース部４１に伝達するとともに、後輪１０７の進行方向の回転を多段ギア５４に伝達しないようにするためのクラッチである。爪部材４３ａはバネ部材４３ｂにより起きる方向に付勢されている。爪部材４３ａは、ギア取付部４２が進行方向に回転すると、ギア取付部４２の内周面に形成されたラチェット歯４３ｃに噛み合ってギア取付部４２からベース部４１に回転を伝達する。ギア取付部４２は筒状の部材であり、外周に多段ギア５４が着脱自在かつ回転不能に装着される。
【００５３】
電力出力端子１１は、ハブ軸５に回転不能に装着されている。この実施形態では、コード配線溝５ｄを通って配線された接続コード３５ｂをリアディレーラ９７に電気的に使用するために使用される。電力出力端子１１からは、速度信号が重畳された直流電力が出力される。
次に、リアハブ１の動作について説明する。
【００５４】
自転車のペダルＰＤをこぐとギアクランク９６の回転がチェーン９５を介して多段ギア５４に伝達され、ギア取付部４２が回転する。この回転がワンウェイクラッチ４３を介してベース部４１に伝達されハブ体６が回転し、後輪１０７が進行方向に回転する。走行中にペダルをこぐのを止めるとワンウェイクラッチ４３がオフして後輪１０７が回転してもその回転がギア取付部４２に伝達されず、ギアクランク９６は回転しない。しかし、ハブ軸５とハブ体６とが相対回転する。
【００５５】
ハブ軸５に対して後輪１０７すなわちハブ体６が回転すると、ハブ軸５に固定されている内側固定ユニット１７に対して永久磁石１６が回転する。これにより、コイル２０及びヨーク２１のヨーク外周部３２ａの外周側を永久磁石１６が回転することになる。
ここで、第１積層ヨーク３０のヨーク外周部３２ａと、第２積層ヨーク３１の外周部３２ａとは、一方が永久磁石１６からＮ極の磁束供給を受けるときには他方がＳ極の磁束供給を受け、一方が永久磁石１６からＳ極の磁束供給を受けるときには他方がＮ極の磁束供給を受ける。すなわち、第１及び第２積層ヨーク３０，３１のヨーク外周部３２ａの外周側を永久磁石１６が回転することにより、第１積層ヨーク３０がＮ極で第２積層ヨーク３１がＳ極である第１状態、及び第１積層ヨーク３０がＳ極で第２積層ヨーク３１がＮ極である第２状態が繰り返されて、両者３０，３１を磁気的に連結している両積層ヨーク３０，３１のヨーク内周部３２ｂに交番磁束が発生する。このコイル２０の内側に発生する交番磁束によって、コイル２０に電流が発生し、発電がされる。
【００５６】
この実施形態によるリアハブ１では、ヨーク２１を板状の積層片３２を積層して構成しているので、従来の板金プレス成形によって構成した場合に比較して、渦電流の発生を抑えることができる。
また、本実施形態のように、クローポール構造では、ヨーク部分を単純に積層構造に置き換えただけでは、対向するヨーク同士を接続するために他の磁性材料を必要とし、そのために磁気抵抗が増加して効率が低下する。しかし、本実施形態では、ヨークの形状を工夫し、対向する第１及び第２積層ヨークの内周側部分を互いに直接的に接続可能としたので、第１及び第２積層ヨークを接続するための他の部材が不要となり、しかも磁束が通過するのに必要充分な断面積を確保することができる。したがって、磁気抵抗を非常に小さくでき、効率を向上することができる。
【００５７】
発電された電力は、充電部９に出力され、充電部９の充電制御回路６２で整流されて直流電力に変換され蓄電素子６１に蓄えられる。また、波形成形回路６３で自転車の速度に応じた周期のパルス信号が生成され、そのパルス信号により蓄電素子６１からの直流電力がオンオフされ、速度信号が重畳した直流電力が接続コード３５ａを経由して電力出力端子１１から出力される。ここでは、リアハブ１は後輪１０７に設けられているので、ランプ以外の後輪からの距離が短い電装品に対して電力の供給を短い距離で行え、電力を効率良く供給できる。また、後輪１０７のリアハブ１からはケーブルの配索本数が少ないので、配線を後輪１０７のリアハブ１から電装品に行うことにより電装品の配線を行いやすくなる。また、リアハブ１に充電部９を設けてそこに蓄えられた電力を出力するようにしたので、自転車１０１が停止しても電力を電動リアディレーラ９７などの電装品に出力することができる。このため、発生した電力を走行状態に係わらず安定して利用できる。
【００５８】
〔電動ディレーラの構成〕
電動リアディレーラ９７は、リアハブ１に装着された複数のスプロケットを有する多段ギア５４のいずれかのスプロケットにチェーンを案内して変速するものである。電動リアディレーラ９７は、図１２及び図１３に示すように、チェーンステイ１０２ａの後端に設けられたディレーラ取付部１０２ｂ（図１）に装着されるベース部材７０と、ベース部材７０に対して移動する可動部材７１と、ベース部材７０と可動部材７１とを移動可能に連結するリンク機構７２と、可動部材７１に揺動自在に装着されるチェーンガイド７３と、リンク機構７２を制御する駆動ユニット７４とを備えている。
【００５９】
ベース部材７０は、六角穴付きボルト８０によりディレーラ取付部１０２ｂに固定される。ベース部材７０は、ディレーラ取付部１０２ｂに装着されるボス部８１ａ及びアーム部８１ｂを有する主フレーム８１と、主フレーム８１にボルトにより装着される副フレーム８２とを有している。この主フレーム８１と副フレーム８２とに挟まれて駆動ユニット７４が配置されている。主フレーム８１には、リアハブ１の電力出力端子１１とを配線により接続するための配線接続部８５が設けられている。この配線接続部８５と電力出力端子１１とを配線により接続することにより電動リアディレーラ９７に電力及び速度信号が与えられ、電動リアディレーラ９７が動作する。
【００６０】
可動部材７１は、リンク機構７２に連結されており、駆動ユニット７４によりリンク機構７２が駆動されると、チェーンステイ１０２ａと接離する方向に移動する。可動部材７１には、チェーンガイド７３が揺動自在かつチェーン９５に張力を付与する方向（図１２時計回りに）に付勢された状態で装着されている。
リンク機構７２は、一端が駆動ユニット７４に連結され、他端が可動部材７１に連結された１対のリンク８３，８４を有している。リンク８３，８４は互いに平行に配置されており、駆動ユニット７４に連結された一端が回動すると、他端に設けられた可動部材７１がチェーンステイ１０２ａと接離する方向に平行移動する。
【００６１】
チェーンガイド７３は、可動部材７１に揺動自在に装着された第１プレート部材９０と、第１プレート部材９０の外側に間隔を隔てて配置された第２プレート部材９１と、第１及び第２プレート部材９０，９１の基端に回転自在に装着されたガイドプーリ９２と、第１及び第２プレート部材９０，９１の他端に回転自在に装着されたテンションプーリ９３とを有している。両プレート部材９０，９１は、各プーリ９２，９３を取り付けるボルトにより固定されている。第１プレート部材９０のガイドプーリ９２と対向する位置には、たとえば、リードスイッチからなるプーリセンサ９４が装着されている。また、ガイドプーリ９２のプーリセンサ９４に対向する位置には、検出子としての磁石９４ａが埋め込まれている。これにより、ガイドプーリ９２が回転しているか否かを検出している。このガイドプーリ９２の回転は、チェーン９５の移動に連動するため、ギアクランク９６の回転を検出できる。ディレーラ９７は、ギアクランク９６が回転していないときに変速すると不具合が生じるため、このプーリセンサ９４の出力により変速制御を行える状態か否かの判断をする。
【００６２】
駆動ユニット７４は、主フレーム８１及び副フレーム８２により挟持され以下の各部を収納するケース部材７５と、リンク機構７２をモータ７６により駆動するモータユニット７７と、モータ７６を駆動するモータ駆動回路７８と、モータユニット７７により駆動されるチェーンガイド７３の変速位置を検出するための変速位置センサ７９と、位置補正メモリ８６とを有している。また、駆動ユニット７４は、プーリセンサ９４、リアハブ１から得られる速度信号、及び変速位置センサ７９の出力によりモータ駆動回路７８を介してモータ７６を制御する変速制御部８７を有している。
【００６３】
モータユニット７７は、リンク機構７２のリンク８３に連結されており、モータ７６の回転を減速してリンク８３を揺動させる。変速位置センサ７９は減速されたモータユニットの回転位置を検出する。このため、変速位置センサ７９の検出された回転位置とチェーンガイド７３の変速位置とは比例した関係にならない。このため、位置補正メモリ８６が必要になる。位置補正メモリ８６には、チェーンガイド７３の変速位置と、変速位置センサ７９が検出した回転位置との関係がたとえばテーブル形式で記憶されている。
【００６４】
変速制御部８７は、たとえば、ＣＰＵ，Ｉ／Ｏインターフェイス、ＲＡＭ，ＲＯＭとを含むマイクロコンピュータで構成され、前述したように、主に速度信号により電動リアディレーラ９７を自動変速制御する。この、電動リアディレーラ９７と、リアハブ１と、充電部９と、変速制御部８７とで変速システム８８が構成される。
このような変速システム８８では、リアハブ１に発電機構８及び充電部９を設けるとともに、電動リアディレーラ９７に変速制御部８７を設けたので、リアハブ１と電動リアディレーラ９７とを自転車１０１に装着し、それらを配線で接続するだけで変速システム８８を動作させることができる。ここでは、リアハブ１と電動リアディレーラ９７以外の余分なものを自転車１０に装着することなく電源の交換を行う必要がない変速システム８８が動作するので、自転車の組立工数や配線工数を削減できるとともに、外観の変化も少なくなる。このため、この変速システム８８を自転車１０１に装着しても、自転車１０１の製造コストを低く抑えることができるとともに、自転車１０１の外観を損ねにくい。
【００６５】
次に、変速制御部８７の変速制御動作について、図１４及び図１５に示す制御フローチャートに基づいて説明する。
ライダーが自転車１０１を走行させ、発電機構８から発電された電力により蓄電素子６１が電力を十分に蓄えると、自転車１の変速制御が可能となる。これにより、まず、図１４のステップＳ１にて変速制御部８７の初期設定を行う。この初期設定では、変数ＯＰを「１」に初期化する。ＯＰは、変速段の値であり、図示しないメモリには、変速段ＯＰごとのシフトアップしきい値Ｕ（ＯＰ）及びシフトダウンしきい値Ｄ（ＯＰ）が車速の値で記憶されている。
【００６６】
ステップＳ２では、リアハブ１からの速度信号をもとに算出した車速Ｖを取り込む。ステップＳ３では、設定された変速段ＯＰを取り込む。これは、変速位置センサ７９の出力を元に位置補正メモリ８６からのデータを読み出して取り込む。ステップＳ４では、取り込んだ車速Ｖが変速段毎のシフトアップしきい値Ｕ（ＯＰ）を上回っているか否かを判断する。ステップＳ５では、取り込んだ車速Ｖが変速段毎のシフトダウンしきい値Ｄ（ＯＰ）を下回っているか否かを判断する。取り込んだ車速Ｖが変速段毎のシフトアップしきい値Ｕ（ＯＰ）を上回っていると判断すると、ステップＳ４からステップＳ６に移行し、プーリセンサ９４からの出力によりギアクランク９６が回転している、つまりライダーがペダルＰＤを踏んでいるか否かを判断する。ギアクランク９６が回転していると判断すると、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、図１５に示すシフトアップ処理を実行する。ギアクランク９６が回転していないと判断すると、シフトアップ処理を行わずにステップＳ５に移行する。
【００６７】
取り込んだ車速Ｖが変速段毎のシフトダウンしきい値Ｄ（ＯＰ）を下回っていると判断すると、ステップＳ５からステップＳ８に移行し、ステップＳ６と同様に、プーリセンサ９４の出力により、ギアクランク９６が回転しているか否かを判断する。ギアクランク９６が回転していると判断すると、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、図１６に示すシフトダウン処理を実行する。ギアクランク９６が回転していないと判断すると、シフトアップ処理を行わずにステップＳ２に戻る。
【００６８】
ステップＳ７のシフトアップ処理では、図１５のステップＳ１１で現在の変速段ＯＰを１段分インクリメントして目標変速段を設定する。ステップＳ１２では、モータ７６が正転動作中であるか否かを判断する。これにより、電動リアディレーラ９７がシフトアップ方向に変速動作中であるか否かを判断する。モータ７６が正転動作していない場合、つまりシフトアップ変速動作中でない場合にはステップＳ１３に移行し、モータ７６を正転動作させるとともに変速位置センサ７９の位置データＳＨの取込を開始する。モータ９７がすでに正転動作している場合にはこの処理をスキップする。
【００６９】
ステップＳ１４では、位置データＳＨが設定された目標変速段に達したか否か、つまり変速動作を終了してもよいか否かを判断する。変速動作を終了してもよいと判断するとステップＳ１５に移行し、変速モータをオフするとともに変速位置センサの位置データの取込を終了する。
ここでは、変速動作中であっても最初にステップＳ１１で目標変速段を新たに設定して以前に設定された目標変速段を更新している。
【００７０】
ステップＳ９のシフトダウン処理では、図１６のステップＳ２１で現在の変速段ＯＰを１段分デクリメントして目標変速段を設定する。ステップＳ２２では、モータ７６が逆転動作中であるか否かを判断する。これにより、電動リアディレーラ９７がシフトダウン方向に変速動作中であるか否かを判断する。モータ７６が逆転動作していない場合、つまりシフトダウン変速動作中でない場合にはステップＳ２３に移行し、モータ７６を逆転動作させるとともに変速位置センサ７９の位置データＳＨの取込を開始する。モータ７６がすでに逆転動作している場合にはこの処理をスキップする。
【００７１】
ステップＳ２４では、位置データＳＨが設定された目標変速段に達したか否か、つまり変速動作を終了してもよいか否かを判断する。変速動作を終了してもよいと判断するとステップＳ２５に移行し、モータ７６をオフするとともに変速位置センサ７９の位置データＳＨの取込を終了する。
ここでもシフトアップ処理と同様に、変速動作中であっても最初にステップＳ２１で目標変速段を新たに設定して以前に設定された目標変速段を更新している。
【００７２】
このような自動変速制御を行う場合、従来は、リアハブから出力された電力を自転車に装着された充電回路により整流して直流に変換し、車速センサから取り込んだ車速に応じて同じく自転車に装着された変速制御部によりディレーラ等の変速装置を制御している。
しかし、本実施形態では、リアハブ１内に充電部９を設けリアハブ１内で交流を直流に変換して出力しているので、充電回路が不要になる。また、変速制御部８７がリアディレーラ９７に装着されているので、変速制御部を別に設ける必要がない。このため、配線としては、リアハブ１の電力出力端子１１と電動リアディレーラ９７の配線接続部８５とを用意すればよい。しかも、リアハブ１内で速度信号を電力に重畳して出力するので、配線として２芯の線を用意するだけでよい。このため、自転車組み立て時の配線作業が飛躍的に簡素化される。また、自転車１０１にリアハブ１と電動リアディレーラ９７とを装着するだけでよいので、部品の装着作業も簡素化され、自転車の組み立てコストが飛躍的に低減する。
【００７３】
〔他の実施形態〕
（ａ）前記実施形態では、電動変速装置として電動リアディレーラを例示したが、充電機能を有する電動内装変速ハブを用いてもよい。すなわち、内装変速ハブの内部に前記実施形態と同様な発電機構を装着するとともに、ハブ軸にモータユニットとモータ駆動回路と変速制御部とをたとえばケース等に収納して装着すればよい。このような内装変速ハブの場合、ハブを自転車に装着するだけで自動変速制御を行うことができる。
【００７４】
（ｂ）前記実施形態では、充電部９をリアハブ１内に設け、変速制御部８７を電動リアディレーラ９７に設けたが、両方ともリアハブ１に設けてもよく、また電動リアディレーラに設けてもよい。ただし、その他の電装品の電源として発電機構８の出力を利用したり、速度信号を利用したりする場合、前記実施形態のように配置するのが好ましい。
（ｃ）前記実施形態では、発電機構８をリアハブ１内に配置したが、リアハブの外部に配置してもよい。この場合、充電部等もハブの外部に配置してもよい。
【００７５】
（ｄ）前記実施形態では、自動変速処理だけを行うようにしたが、ハンドル部に変速操作部を設け、変速操作部と電動リアディレーラ９７とを電気的に接続して手動変速を行えるようにしてもよい。この場合でも、変速操作部の装着と、変速操作部と電動リアディレーラとの間の配線だけを行えばよいので、従来に比べて装置の装着作業や配線作業が簡素化する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態を採用した自転車の側面図。
【図２】本発明の一実施形態によるリアハブの半截断面図。
【図３】ボビンの断面側面図及び正面図。
【図４】図４の拡大部分図。
【図５】ボビン及びヨークの斜視部分図。
【図６】ボビン及びヨークの正面図。
【図７】積層片の側面図。
【図８】積層片の正面図。
【図９】内側固定ユニットの回り止め構造を示す断面図。
【図１０】充電部の正面図。
【図１１】変速システムのシステム構成図。
【図１２】電動リアディレーラの側面図。
【図１３】その正面図。
【図１４】変速制御動作のメインルーチンの処理内容を示すフローチャート。
【図１５】そのシフトアップ処理の内容を示すフローチャート。
【図１６】そのシフトダウン処理の内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７７】
１ リアハブ
５ ハブ軸
６ ハブ体
７ 軸受
８ 発電機構
９ 充電部
１０ フリーホイール
１１ 電力出力端子
１６ 永久磁石
１７ 内側固定ユニット
２０ コイル
２１ ヨーク
２５ ボビン
２７，２８ フランジ
３０，３１ 第１及び第２積層ヨーク
３２ 積層片
３２ａ ヨーク外周部
３２ｂ ヨーク内周部
６０ 回路基板
６１ 蓄電素子
６１ａ 電気二重層コンデンサ
６２ 充電制御回路（整流回路の一例）
６３ 波形成形回路（速度信号生成部の一例）
６４ 速度重畳部（信号重畳部の一例）
７０ ベース部材
７１ 可動部材
７２ リンク機構
７３ チェーンガイド
７４ 駆動ユニット
７８ モータ駆動回路
８７ 変速制御部
９０，９１ 第１及び第２プレート部材
９２ ガイドプーリ
９３ テンションプーリ
９４ プーリセンサ
９７ 電動リアディレーラ（電動変速装置の一例）
９８ サスペンションフォーク
１０１ 自転車
１０２ フレーム
１０６ 前輪
１０７ 後輪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車の車輪中央部に設けられる自転車用発電ハブであって、
ハブ軸と、
前記ハブ軸の外周に配置されるハブ体と、
前記ハブ体を前記ハブ軸に対して回転自在に支持するための軸受と、
前記車輪の回転により発電する発電部と、
前記発電部により発電された電力を蓄える充電部と、
前記充電部に蓄えられた電力を外部に出力可能な電力出力部と、
を備えた自転車用発電ハブ。
【請求項２】
前記発電部は前記車輪の回転により交流電力を発電し、
前記充電部は、
前記発電部で発電された交流を直流に変換する整流回路と、
前記整流された直流電力を蓄える蓄電素子とを有する、請求項１に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項３】
前記充電部は、前記ハブ体に装着され前記ハブ軸が貫通可能な座金形状の回路基板を有し、
前記整流回路及び蓄電素子は、前記回路基板に搭載されている、請求項１に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項４】
前記蓄電素子は、電気二重層コンデンサである、請求項２又は３に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項５】
前記発電部で発電された電力から速度検出用の信号を生成する速度信号生成部をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項６】
前記蓄電素子に蓄えられた電力と前記速度信号生成部で生成された前記速度検出用の信号とを重畳する信号重畳部をさらに備え、
前記電力出力部は、前記速度検出用の信号が重畳された電力を出力する、請求項５に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項７】
前記発電部は、
前記ハブ体の内周面に設けられた永久磁石と、
前記永久磁石の内周側に配置され、前記ハブ軸に固定された内側固定ユニットとを有する、請求項１から６のいずれかに記載の自転車用発電ハブ。
【請求項８】
前記内側固定ユニットは、
前記永久磁石の内周側に配置されたリング状のコイルと、
前記コイルの軸方向一方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第１積層ヨークと、前記コイルの軸方向他方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第２積層ヨークとを有し、前記コイルの周囲を囲むように配置されたヨークとを備え、
前記複数の板状積層片のそれぞれは、軸方向一方側又は他方側から逆側に延び前記永久磁石とコイルとの間に配置されたヨーク外周部と、前記ヨーク外周部と磁気的に結合され前記コイル内周の軸方向一方側又は他方側に配置されたヨーク内周部とを有し、
複数組の前記第１及び第２積層ヨークは、それぞれの前記ヨーク内周部が軸方向に対向し、かつ前記ヨーク外周部は円周方向に交互に位置するように設けられている、請求項７に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項９】
前記ハブ体に対して前記自転車の進行方向の回転のみ伝達可能なフリーホイールをさらに備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項１０】
自転車用フレームの後部に装着される自転車用変速システムであって、
前記フレームの後部に装着される電気駆動される電動変速装置と、
車輪の回転により発電する発電部を有し前記フレームの後部に装着されるリアハブと、
前記リアハブ及び前記電動変速装置のいずれかに設けられ、前記発電部で発生した電力を蓄える充電部と、
前記リアハブ及び前記電動変速装置のいずれかに設けられ、前記充電部に蓄えられた電力により前記電動ディレーラを変速制御する変速制御部と、
を備えた自転車用変速システム。
【請求項１１】
前記リアハブ及び前記電動変速装置のいずれかに設けられ、前記発電部で発電された電力から速度検出用の信号を生成する速度信号生成部をさらに備える、請求項１０に記載の自転車用変速システム。
【請求項１２】
前記速度信号生成部は、前記リアハブに設けられている、請求項１１に記載の自転車用変速システム。
【請求項１３】
前記電動変速装置は、
前記フレームに装着されるベース部材と、
前記ベース部材に対して移動する可動部材と、
前記ベース部材と前記可動部材とを移動可能に連結するリンク機構と、
前記可動部材に揺動自在に装着され、基端に装着されたガイドプーリと、先端に装着されたテンションプーリとを有するチェーンガイドと、
前記リンク機構を駆動する電動駆動部とを有する電動リアディレーラである、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の自転車用変速システム。
【請求項１４】
前記ガイドプーリ及びテンションプーリのいずれかの回転を検出する回転センサをさらに備える、請求項１３に記載の自転車用変速システム。
【請求項１５】
前記変速制御部は、前記電動変速装置に設けられている、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の自転車用変速システム。
【請求項１６】
前記充電部は、前記リアハブに設けられている、請求項１０から１５のいずれか１項に記載の自転車用変速システム。
テム。
【請求項１７】
前記変速制御部は、前記速度信号生成部で生成された速度検出用の信号により前記電動変速装置を自動変速制御する、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の自転車用変速システム。
【請求項１８】
自転車用フレームに装着される電気駆動される自転車用ディレーラであって、
前記フレームに装着されるベース部材と、
前記ベース部材に対して移動する可動部材と、
前記ベース部材と前記可動部材とを移動可能に連結するリンク機構と、
前記可動部材に揺動自在に装着されるチェーンガイドと、
前記リンク機構を駆動する電動駆動部と、
前記電動駆動部を変速制御する変速制御部と、
を備えた自転車用ディレーラ。
【請求項１９】
前記チェーンガイドは、
前記可動部材に揺動自在に装着されたプレート部材と、
前記プレート部材の基端に回転自在に装着されたガイドプーリと、
前記プレート部材の先端に回転自在に装着されたテンションプーリとを有し、
前記ガイドプーリ及びテンションプーリのいずれかの回転を検出する回転センサをさらに備える、請求項１８に記載の自転車用ディレーラ。
【請求項２０】
ハンドル部及びフロントフォークを有するフレームと、
前記フロントフォークに回転自在に装着された前輪と、
リアハブ及び前記リアハブに設けられた発電部を有し、前記フレーム後部に回転自在に設けられ後輪と、
前記フレーム後部に設けられた電動変速装置と、
前記リアハブ及び前記電動変速装置のいずれかに設けられ、前記発電部で発生した電力を蓄える充電部と、
前記リアハブ及び前記電動変速装置のいずれかに設けられ、前記充電部に蓄えられた電力により前記電動変速装置を変速制御する変速制御部と、
を備えた自転車。
【請求項１】
自転車の車輪中央部に設けられる自転車用発電ハブであって、
ハブ軸と、
前記ハブ軸の外周に配置されるハブ体と、
前記ハブ体を前記ハブ軸に対して回転自在に支持するための軸受と、
前記車輪の回転により発電する発電部と、
前記発電部により発電された電力を蓄える充電部と、
前記充電部に蓄えられた電力を外部に出力可能な電力出力部と、
を備えた自転車用発電ハブ。
【請求項２】
前記発電部は前記車輪の回転により交流電力を発電し、
前記充電部は、
前記発電部で発電された交流を直流に変換する整流回路と、
前記整流された直流電力を蓄える蓄電素子とを有する、請求項１に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項３】
前記充電部は、前記ハブ体に装着され前記ハブ軸が貫通可能な座金形状の回路基板を有し、
前記整流回路及び蓄電素子は、前記回路基板に搭載されている、請求項１に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項４】
前記蓄電素子は、電気二重層コンデンサである、請求項２又は３に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項５】
前記発電部で発電された電力から速度検出用の信号を生成する速度信号生成部をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項６】
前記蓄電素子に蓄えられた電力と前記速度信号生成部で生成された前記速度検出用の信号とを重畳する信号重畳部をさらに備え、
前記電力出力部は、前記速度検出用の信号が重畳された電力を出力する、請求項５に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項７】
前記発電部は、
前記ハブ体の内周面に設けられた永久磁石と、
前記永久磁石の内周側に配置され、前記ハブ軸に固定された内側固定ユニットとを有する、請求項１から６のいずれかに記載の自転車用発電ハブ。
【請求項８】
前記内側固定ユニットは、
前記永久磁石の内周側に配置されたリング状のコイルと、
前記コイルの軸方向一方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第１積層ヨークと、前記コイルの軸方向他方側に設けられたそれぞれが複数の板状積層片からなる複数組の第２積層ヨークとを有し、前記コイルの周囲を囲むように配置されたヨークとを備え、
前記複数の板状積層片のそれぞれは、軸方向一方側又は他方側から逆側に延び前記永久磁石とコイルとの間に配置されたヨーク外周部と、前記ヨーク外周部と磁気的に結合され前記コイル内周の軸方向一方側又は他方側に配置されたヨーク内周部とを有し、
複数組の前記第１及び第２積層ヨークは、それぞれの前記ヨーク内周部が軸方向に対向し、かつ前記ヨーク外周部は円周方向に交互に位置するように設けられている、請求項７に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項９】
前記ハブ体に対して前記自転車の進行方向の回転のみ伝達可能なフリーホイールをさらに備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の自転車用発電ハブ。
【請求項１０】
自転車用フレームの後部に装着される自転車用変速システムであって、
前記フレームの後部に装着される電気駆動される電動変速装置と、
車輪の回転により発電する発電部を有し前記フレームの後部に装着されるリアハブと、
前記リアハブ及び前記電動変速装置のいずれかに設けられ、前記発電部で発生した電力を蓄える充電部と、
前記リアハブ及び前記電動変速装置のいずれかに設けられ、前記充電部に蓄えられた電力により前記電動ディレーラを変速制御する変速制御部と、
を備えた自転車用変速システム。
【請求項１１】
前記リアハブ及び前記電動変速装置のいずれかに設けられ、前記発電部で発電された電力から速度検出用の信号を生成する速度信号生成部をさらに備える、請求項１０に記載の自転車用変速システム。
【請求項１２】
前記速度信号生成部は、前記リアハブに設けられている、請求項１１に記載の自転車用変速システム。
【請求項１３】
前記電動変速装置は、
前記フレームに装着されるベース部材と、
前記ベース部材に対して移動する可動部材と、
前記ベース部材と前記可動部材とを移動可能に連結するリンク機構と、
前記可動部材に揺動自在に装着され、基端に装着されたガイドプーリと、先端に装着されたテンションプーリとを有するチェーンガイドと、
前記リンク機構を駆動する電動駆動部とを有する電動リアディレーラである、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の自転車用変速システム。
【請求項１４】
前記ガイドプーリ及びテンションプーリのいずれかの回転を検出する回転センサをさらに備える、請求項１３に記載の自転車用変速システム。
【請求項１５】
前記変速制御部は、前記電動変速装置に設けられている、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の自転車用変速システム。
【請求項１６】
前記充電部は、前記リアハブに設けられている、請求項１０から１５のいずれか１項に記載の自転車用変速システム。
テム。
【請求項１７】
前記変速制御部は、前記速度信号生成部で生成された速度検出用の信号により前記電動変速装置を自動変速制御する、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の自転車用変速システム。
【請求項１８】
自転車用フレームに装着される電気駆動される自転車用ディレーラであって、
前記フレームに装着されるベース部材と、
前記ベース部材に対して移動する可動部材と、
前記ベース部材と前記可動部材とを移動可能に連結するリンク機構と、
前記可動部材に揺動自在に装着されるチェーンガイドと、
前記リンク機構を駆動する電動駆動部と、
前記電動駆動部を変速制御する変速制御部と、
を備えた自転車用ディレーラ。
【請求項１９】
前記チェーンガイドは、
前記可動部材に揺動自在に装着されたプレート部材と、
前記プレート部材の基端に回転自在に装着されたガイドプーリと、
前記プレート部材の先端に回転自在に装着されたテンションプーリとを有し、
前記ガイドプーリ及びテンションプーリのいずれかの回転を検出する回転センサをさらに備える、請求項１８に記載の自転車用ディレーラ。
【請求項２０】
ハンドル部及びフロントフォークを有するフレームと、
前記フロントフォークに回転自在に装着された前輪と、
リアハブ及び前記リアハブに設けられた発電部を有し、前記フレーム後部に回転自在に設けられ後輪と、
前記フレーム後部に設けられた電動変速装置と、
前記リアハブ及び前記電動変速装置のいずれかに設けられ、前記発電部で発生した電力を蓄える充電部と、
前記リアハブ及び前記電動変速装置のいずれかに設けられ、前記充電部に蓄えられた電力により前記電動変速装置を変速制御する変速制御部と、
を備えた自転車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−８０６２（Ｐ２００６−８０６２Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９１６８５（Ｐ２００４−１９１６８５）
【出願日】平成１６年６月２９日（２００４．６．２９）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２９日（２００４．６．２９）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【Ｆターム（参考）】
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