JP2004350402A

JP2004350402A - 自転車型発電装置および発電方法

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Publication number: JP2004350402A
Application number: JP2003144272A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Tadokoro; 一義田所
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】安価で、かつ容易に作製することができる自転車型発電装置およびその発電装置を用いる発電方法を提供すること。
【解決手段】自転車型発電装置２は、自転車型の動力部６０と、動力部６０で発生したエネルギを電力に変換する発電部７０とを含んで構成され、動力部６０が、少なくとも、ペダルを備えたチェーンホイール１５と、リア側の車輪１２と車輪１２が備えるリム１８と、チェーンホイール１５の回転を車輪１２に伝達するチェーン１６と、サドル１３およびハンドル１４とを備え、発電部７０が、少なくとも、ロータを回転させるプーリ３３ａ〜３３ｅを有する発電機３１ａ〜３１ｅを備え、さらに、リム１８の回転を発電機３１ａ〜３１ｅのプーリ３３ａ〜３３ｅに伝達する動力伝達手段（Ｖベルト３６ｃ）を含んで構成されている。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力によって発電を行うための自転車型発電装置およびその発電装置を用いた発電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電には、火力、水力、原子力などをエネルギ源とする大規模な発電方法があり、それらによって商業規模の発電が行われている。その他に、環境に優しい発電方法として、風力発電、太陽光発電などの技術開発や実用化も進められている。
【０００３】
一方、人力を利用するごく小規模な発電方法も提案されている。例えば、災害により緊急事態が発生した場所や山間などの電源のない場所で使用することができる小型で携帯可能な「足踏み式発電装置」が提案されている（特許文献１）。この発電装置は、フィットネス用のエアロバイクと呼ばれる装置に似た形態の発電装置であり、運転者がサドルに腰掛けてペダルを漕ぐと、クランクシャフトとギヤトレーンを介して連結された交流発電機が駆動し、発電される仕組みになっている。また、クランクシャフトとギヤトレーンと発電機が一体的に組み込まれており、携帯が容易なように、フレーム部が着脱可能に構成されている。
【０００４】
上記の発電装置に類似する形態をした「自転車型人力蓄電装置」も提案されている（特許文献２）。この装置の場合には、ペダルを漕ぐことによって発生するクランクシャフトの回転が増速機により増速され、増速機に連結された動力伝達用の回転軸により、増速機の回転が発電機に伝達されるよう構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２７５８０８号公報
【特許文献２】
登録実用新案第３０３３５９７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の発電装置は、いずれも運転者がペダルを漕ぐことによりクランクシャフトを回転させ、ギヤ装置を用いて発電機に回転を伝達させるようになっている。人力による発電の場合、クランクシャフトの回転数が少ない。一方、回転数が多いほど、発電機から発生する電力が多くなる。そのため、クランクシャフトの回転数を高くする必要があり、上記のように、ギアトレーンや増速機などのギヤ装置が用いられている。これらのギヤ装置や、装置のフレームや、装置を組み込むベースなどは、それぞれの装置に適合するものを製作しなければならないので、小型の装置といえども装置の製造には多くの費用を必要とする。一方、人力による発電は、発生電力が少ないので、発電装置の製造コストが高い場合には、コストパフォーマンスに欠けるという問題点がある。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、安価で、かつ容易に製作することができる自転車型発電装置およびその発電装置を用いた発電方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び効果】
上記の課題を解決するために、本発明に係る自転車型発電装置（１）は、自転車型の動力部と、動力部で発生したエネルギを電力に変換する発電部とを含んで構成され、前記動力部が、少なくとも、ペダルを備えたチェーンホイールと、リア側およびフロント側の車輪とこれらの車輪が備えるリムと、前記チェーンホイールの回転を前記リア側およびフロント側の車輪に伝達するリア側およびフロント側のチェーンと、サドルおよびハンドルとを備え、前記発電部が、リア側とフロント側に設けられ、各発電部が、少なくとも、ロータを回転させるプーリを有する発電機を備え、さらに、前記リア側のリムの回転をリア側の前記発電機のプーリに伝達する動力伝達手段と、前記フロント側のリムの回転をフロント側の前記発電機のプーリに伝達する動力伝達手段とを含んで構成されていることを特徴としている。
【０００９】
上記の自転車型発電装置（１）によれば、上記の動力部には自転車、発電部の発電機には自動車の発電機を利用して装置を構成することができる。しかも、これらの自転車や発電機には、廃棄される自転車やスクラップ化される自動車の発電機を使用することもできる。そのため、安いコストで、かつ簡単に自転車型発電装置を製作することができる。したがって、緊急の事態が発生した場所や一般の家庭、その他の電力を必要とする場所等で、手軽に利用することができる。また、自転車型発電装置の運転者に対して、発生した電力に応じて報酬を支払う方法で発電することも可能であるので、失業者が多い社会情勢下においては雇用創出効果があり、運転者の生活を支える一助ともなり得る。さらに、ダイエットを兼ねて自転車型発電装置を運転する人には、運動に応じて報酬を支払うようにすることもできるので、運動をする人には一石二鳥である。
【００１０】
また、本発明に係る自転車型発電装置（２）は、自転車型の動力部と、動力部で発生したエネルギを電力に変換する発電部とを含んで構成され、前記動力部が、少なくとも、ペダルを備えたチェーンホイールと、リア側の車輪と該車輪が備えるリムと、前記チェーンホイールの回転を前記車輪に伝達するチェーンと、サドルおよびハンドルとを備え、前記発電部が、少なくとも、ロータを回転させるプーリを有する発電機を備え、さらに、前記リムの回転を前記発電機のプーリに伝達する動力伝達手段を含んで構成されていることを特徴としている。
上記の自転車型発電装置（２）によれば、上記の自転車型発電装置（１）によって得られる効果に加えて、発電部がリア側に集中しているので、装置をコンパクト化することができる。
【００１１】
また、本発明に係る自転車型発電装置（３）は、上記の自転車型発電装置（１）または（２）において、前記発電部が２基以上の発電機を含み、前記動力伝達手段がＶベルトにより構成されていることを特徴としている。
上記の自転車型発電装置（３）によれば、動力伝達手段にＶベルトが用いられているので、装置構成が簡素化され、かつ動力を確実に効率よく伝達することができる。すなわち、安い費用で装置を作製することができ、かつ効率よく発電を行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係る自転車型発電装置（４）は、上記の自転車型発電装置（２）において、前記発電部が、３基以上の奇数個の発電機を含み、前記リムに対して遠い側に縦方向に配置された個数が１個多い発電機群と、前記リムに近い側に縦方向に配置された発電機群とによって構成され、２つの前記発電機群の間で交互するように、各前記発電機群の各前記プーリに対して、動力伝達手段である両面Ｖベルトが装着されていることを特徴としている。
【００１３】
上記の自転車型発電装置（４）によれば、上記の自転車型発電装置（２）および（３）で得られる効果に加えて、１本のＶベルトで多数の発電機に動力を伝達することができるので、装置のコンパクト化、効率的な発電を行うことができる。また、運転者がリア側を向いて運転できるように装置を構成することもできるので、運転者が発電部の状態を観察しながら運転することが可能である。その場合には、運転者が単調な作業の中で退屈さを感じることを、ある程度緩和する効果を期待することができる。さらに、フロント側の不要部が取り除かれているので、よりコンパクトな装置とすることができる。
【００１４】
また、本発明に係る自転車型発電装置（５）は、上記の自転車型発電装置（２）において、前記発電部が、３基以上の奇数個の発電機を含み、前記リムに対して遠い側に縦方向に配置された個数が１個多い発電機群と、前記リムに近い側に縦方向に配置された発電機群とによって構成され、前記リムと前記リムに近い側に縦方向に配置された発電機群のうちの１台の発電機の前記プーリとの間に、動力伝達手段であるＶベルトが装着され、前記１台の発電機のプーリと、前記リムに対して遠い側に縦方向に配置された発電機群のうち、前記１台の発電機に近接する２台の発電機のプーリとの間にＶベルトが装着され、前記２台の発電機のそれぞれと前記１台の発電機を除くその他の２台の発電機との間に、それぞれＶベルトが装着されていることを特徴としている。
【００１５】
上記の自転車型発電装置（５）によれば、上記の自転車型発電装置（２）および（３）で得られる効果に加えて、発電部内で発電機に装着されているＶベルトの着脱が容易であるので、稼働させる発電機の台数を好みに応じて選択することができる。したがって、運転者の体力、疲労度などに応じて運転者の負荷を変えることができるので、汎用性の高い、使いやすい装置が得られる。
【００１６】
また、本発明に係る自転車型発電装置（６）は、上記の自転車型発電装置（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記ハンドルまたはその近傍に、少なくとも運転時間、発生電力量の表示部を含む表示盤を備えていることを特徴としている。上記の自転車型発電装置（６）によれば、表示盤には、運転者がどの程度の電力を発生させたか、どの程度のカロリーを消費したかがリアルタイムで表示されるので、運転者は、表示盤によって、労働の成果やダイエットの効果を運転しながら知ることができる。そのため、運転者の励みになる情報を提供するのに特に効果的である。
【００１７】
また、本発明に係る発電方法は、上記の自転車型発電装置（１）〜（６）のいずれかを１台または複数台配置して人力により発電を行い、発生した電力に対して、電圧調整、蓄電、およびＡＣ／ＤＣ変換またはＤＣ／ＡＣ変換のうちの少なくとも１つの操作を行うことにより、利用可能な電力を発生させることを特徴としている。
【００１８】
上記の発電方法によれば、交流と直流の電流を選択して利用することが可能である。また、複数台の自転車型発電装置を同時に運転した場合には、ほぼ台数に応じた電力が得られるので、台数に応じた電力を安定的に得ることができる。また、十分な電力が発生した場合には蓄電しておくことにより、必要時に電力を利用できるシステムとすることができるので、自転車型発電装置の実用性をより高めることができる。
【００１９】
なお、本明細書でいう「自転車型」とは、主として、運転者がサドルに腰掛けて、脚でペダルを漕ぐことによってチェーンホイールを回転させ、その回転をチェーンによって車輪に伝達し、車輪を回転させる構造を意味する。また、運転者の向き、すなわちサドルに対するハンドルの向きは、前輪側と後輪（駆動輪）側のいずれでもよい。なお、前輪がなく駆動輪である後輪１つのみの装置の場合にも、便宜的に「後輪」と呼ぶものとする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照し、本発明の実施の形態に係る自転車型発電装置およびその発電方法を具体的に説明する。
図１は、実施の形態（１）に係る自転車型発電装置を示す側面図である。実施の形態（１）に係る自転車型発電装置１は、自転車型の動力部１０と、リア側の発電部３０と、フロント側の発電部４０とを含んで構成されており、リア側の発電部３０とフロント側の発電部４０のそれぞれに、２基の発電機が設けられている例である。
【００２１】
動力部１０は、一般的な自転車本体の一部に改造が加えられた形態のものである。動力部１０は、全体的には、フレーム１１、後輪１２、前輪２２、サドル１３、ハンドル１４、チェーンリング１５ａとクランクシャフト１５ｂとクランク１５ｃとペダル１５ｄで構成されるチェーンホイール１５、リア側のチェーン１６、ハブ１７、スプロケット（フリーホイール）１７ａ、リム１８およびスタンド１９、フロント側のチェーン２６、ハブ２７、スプロケット（フリーホイール）２７ａ、リム２８およびスタンド２９などの構成要素を含んで構成されている。
【００２２】
上記の各構成要素は、フレーム１１に対して、直接的または間接的に装着されている。この中で、後輪１２のハブ１７の回転軸とリム１８、前輪２２のハブ２７の回転軸とリム２８とは、スポーク１７ｂ、２７ｂを介して連結されている。また、スプロケット１７ａ、２７ａは、チェーン１６、２６に噛み合い、後輪１２、前輪２２を一方向のみに回転させる機構（逆方向の回転はフリー）を有している。なお、通常の自転車では、リム１８、２８にタイヤが装着されているが、実施の形態に係る自転車型発電装置１ではタイヤは取り外されている。
【００２３】
上記の動力部１０には、通常の自転車の前輪に代えて、上記のように後輪１２と同様に駆動可能な前輪２２が取り付けられている。この前輪２２には、一般的な自転車の後輪を転用することができる。すなわち、通常の後輪をそのままフロントフォーク２４に固定すればよい。なお、上記のように、スプロケット１７ａ、２７ａは一方の回転方向に対しては、回転がフリーな構造となっている。この場合、前輪２２を回転させることの可否が問題となる。しかし、図１から明らかなように、通常の後輪をフロント側に取り付けた場合でも、フロント側のチェーン２６の回転方向が、リア側のチェーン１６の回転方向とは逆であるので、同一のチェーンホイール１５により、後輪１２と前輪２２を同時に回転させることが可能である。むろん同時に回転をフリーにすることもできる。
【００２４】
後輪１２と前輪２２の両者を回転させるためには、チェーンホイール１５のチェーンリング１５ａは、２枚必要である。一方、一般に利用されている自転車には、１８段、２１段等の変速機付のものが多く、それらの自転車のチェーンホイールは通常３枚のチェーンリングで構成されている。したがって、自転車型発電装置１のチェーンホイール１５は、上記のような多段変速機付の自転車のチェーンホイールを利用することによって容易に構成することができる。
【００２５】
図１に示したリア側とフロント側のスタンド１９、２９は、動力部全体を地盤などの基盤に固定するためのものである。これらのスタンド１９、２９は、リア側はハブ１７、フロント側はハブ２７に固定するのがよい。また、基盤には、スタンド１９、２９をボルト等で固定することが望ましい。
【００２６】
リア側の発電部３０は、交流型または直流型の発電機３１ａ、３１ｂと、発電機３１ａ、３１ｂを固定する架台３２とを含んで構成されている。ここで、発電機３１ａ、３１ｂは、そのロータを回転させるためのプーリ３３ａ、３３ｂの回転面と、後輪１２の回転面とがほぼ一致する方向に固定されている。なお、発電機を複数台で構成する場合には、図１に示したように、縦方向（上下方向）に配置することが好ましい。
【００２７】
発電機３１ａ、３１ｂのプーリ３３ａ、３３ｂとリム１８との間は、動力伝達手段であるＶベルト３６ａ、３６ｂによって連結されており、リム１８の回転運動がプーリ３３ａ、３３ｂに伝達されるように構成されている。
【００２８】
図２は、リア側のリム１８と２基の発電機３１ａ、３１ｂのプーリ３３ａ、３３ｂとの間に、Ｖベルト３６ａ、３６ｂが掛けられた状態を示す模式的斜視図である。リム１８の外周面には、Ｖベルト用の２本の溝１８ａ、１８ｂが設けられており、溝１８ａと発電機３１ａのプーリ３３ａとがＶベルト３６ａによって、溝１８ｂと発電機３１ｂのプーリ３３ｂとがＶベルト３６ｂによって連結されている。
【００２９】
図３は、リム１８の外周部の構造を示す断面図である。リム１８の外周面側には、溝１８ａと１８ｂが形成された溝付き部材１８ｃが装着されている。この溝付き部材１８ｃは、硬質のゴムなどで構成されており、リム１８の外周面との間で滑りが生じないように、接着剤またはリムの外周面に設けられたアンカーピンなどによって固定されている。
【００３０】
図１に示したフロント側の発電部４０は、交流型または直流型の発電機３１ｈ、３１ｉと、発電機３１ｈ、３１ｉを固定する架台３２とを含んで構成されている。また、リム２８と発電機３１ｈ、３１ｉとの間は、Ｖベルト３６ｅ、３６ｆによって連結されている。フロント側の発電部４０とリア側の発電部３０とは、フロント側とリア側との相違があることを除くと、構成、機能等は同じであるので、フロント側の発電部４０に関する詳細な説明を省略する。
【００３１】
上記のように構成された自転車型発電装置１の場合には、チェーンリング１５ａのギア数の方が、リア側またはフロント側のスプロケット１７ａ、２７ａのギア数より多く設定されている。そのギア比に応じて、後輪１２または前輪２２の回転数が増加する。さらに、リム１８とリム２８の径（正確には、リム１８に取り付けられた溝付き部材１８ｃの溝底部の径、またはリム２８に取り付けられた溝付き部材の溝底部の径）と発電機３１ａ、３１ｂのプーリ３３ａ、３３ｂの径（溝底部の径）との比に応じて、プーリ３３ａ、３３ｂの回転数が多くなる。このように、発電機３１ａ、３１ｂのプーリ３３ａ、３３ｂの回転数は、チェーンリング１５ａの回転数に対して、２段階で増加された回転数となっているので、発電機３１ａ、３１ｂに効率よく発電を起こさせることができる。
【００３２】
例えば、チェーンリング１５ａのギア数とスプロケット１７ａ、２７ａのギア数比は３３：１４程度、リム１８、２８の径とプーリ３３ａ、３３ｂの径の比は１２０：１１程度であるので、発電機３１ａ、３１ｂの回転数は、チェーンリング１５ａの回転数の２６倍程度に増加する。また、クランクの回転数は、上記のギア比の場合、約２５回転／分であるので、発電機３１ａ、３１ｂのロータの回転数は約６５０回転／分となる。したがって、十分に発電を行うことができる。
【００３３】
図４は、発生した電力を電気機器等の電源として利用するためのシステムの一例を示すブロック図であり、（ａ）は発電機がオルタネータ（交流発電機）の場合、（ｂ）は発電機がダイナモ（直流発電機）の場合である。図４（ａ）、図４（ｂ）に示したブロック図は、いずれも発生した電力を直接利用する場合といったん蓄電する場合の両者を想定したシステムとなっている。
【００３４】
図４（ａ）に示した発電部３０における発電機３１ａ、３１ｂがオルタネータの場合には、発生電力を計測する交流型の電力量計５２ａ、電力量の表示盤５３、ＡＣ／ＤＣ変換器５４、蓄電装置５５、ＤＣ／ＡＣ変換器５６、電圧調整器５７を含んで構成されている。このシステムにおいて、発生した電力をそのまま利用する場合には、電圧調整器５７を介して出力し、蓄電する場合には、ＡＣ／ＤＣ変換器５４により直流に変換して蓄電する。蓄電された電力を利用する際には、直流電流を利用する場合には必要に応じて電圧調整器５７により電圧調整して出力し、交流電流を利用する場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器５６により交流に変換した後、必要に応じて電圧調整器５７により電圧調整して出力する。
【００３５】
一方、図４（ｂ）に示した発電部３０における発電機３１ａ、３１ｂがダイナモの場合には、発生電力を計測する直流型の電力量計５２ｂ、電力量の表示盤５３、蓄電装置５５、ＤＣ／ＡＣ変換器５６および電圧調整器５７を含んで構成されている。このシステムにおいて、発生した電力をそのまま利用する場合には、電圧調整器５７を介して出力し、蓄電する場合には、直接蓄電装置５５に蓄電する。蓄電された電力を利用する際には、必要に応じて電圧調整器５７により電圧調整して出力し、交流電流を利用する場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器５６により交流に変換した後、必要に応じて電圧調整器５７により電圧調整して出力する。
なお、図４には、自転車型発電装置１により発生させた電力を利用するためのシステムの一例を示したが、電力の利用に当たっては、その利用形態に適合したシステムを適宜構成することが望ましい。
【００３６】
図５は、実施の形態（２）に係る自転車型発電装置２を示す側面図である。自転車型発電装置２は、フロント側には発電装置がなく、リア側に発電装置が集中的に配置されている例であり、動力部６０とリア側の発電部７０とを含んで構成されている。なお、前述の実施の形態（１）に係る自転車型発電装置１の場合と共通する構成要素には同じ符号を付し、その構成要素に関する重複する説明は省略する。
【００３７】
動力部６０には、フロント側の発電機がないので、フロント側は、通常の自転車の前輪部に対して、スタンド２９が追加された構造となっている。チェーンホイール１５は、チェーンリング１５ａを１枚備えていればよいが、２または３枚程度とし、予備のチェーンリングとして使用可能な構成としておいてもよい。また、リム１８の外周面には、動力伝達手段であるＶベルト３６ｃ用の溝が１つ設けられている。この溝の形態は、図３に示したものとほぼ同様であるので、具体的な説明を省略する。ただし、図３には、２本の溝１８ａと１８ｂが示されているが、自転車型発電装置２の場合には、溝は１本だけでよい。動力部６０におけるその他の構成は、自転車型発電装置１と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００３８】
発電部７０は、プーリ３３ａ〜３３ｅを備えた５基の発電機３１ａ〜３１ｅで構成されている。５基のうち３基の発電機３１ａ、３１ｃ、３１ｅ（以下、Ａ群の発電機と記す）が、後輪１２に対して架台７２の遠い側に配置され、２基の発電機３１ｂ、３１ｄ（以下、Ｂ群の発電機と記す）が、後輪１２に対して架台７２の近い側に配置されている。なお、それぞれの発電機３１ａ〜３１ｅのプーリ３３ａ〜３３ｅの回転面と、後輪１２すなわちリム１８の回転面とは、ほぼ同じ面に位置するように固定されている。
【００３９】
上記のＡ群の発電機３１ａ、３１ｃ、３１ｅの３基と、Ｂ各群の発電機３１ｂ、３１ｄの２基は、群単位にほぼ上下方向に位置するように配置されている。そして、リム１８と発電機３１ａ〜３１ｅのプーリ３３ａ〜３３ｅとは、１本の両面Ｖベルト３６ｃによって連結されている。ここで、両面Ｖベルト３６ｃは、Ａ群とＢ群の間に交互に装着されている。すなわち、発電機３１ａ〜３１ｅの各プーリを、プーリ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅの順に巡るように取り付けられている。
【００４０】
上記のように、Ｖベルト３６ｃは、両面ともＶ型をしたタイプのものであるので、Ａ群の発電機３１ａ、３１ｃ、３１ｅとＢ群の発電機３１ｂ、３１ｄとの間に交互に装着されている場合でも、すべての発電機３１ａ〜３１ｅのプーリ３３ａ〜３３ｅを回転させることができる。
【００４１】
図５に示した発電部７０の場合には、Ａ群の発電機３１ａ、３１ｃ、３１ｅとＢ群の発電機３１ｂ、３１ｄが回転軸方向で同じ方向、すなわちプーリ３３ａ〜３３ｅの外側面が同じ向きになるように配置された例を示した。この場合には、Ａ群とＢ群とでは発電機の回転方向が逆になる。Ａ群とＢ群の発電機の回転方向をすべて同一にする必要がある場合には、Ａ群の発電機３１ａ、３１ｃ、３１ｅとＢ群の発電機３１ｂ、３１ｄとが対面するように配置すればよい。
【００４２】
図６は、実施の形態（３）に係る自転車型発電装置３を示す側面図である。図６に示した自転車型発電装置３は、前述の自転車型発電装置２に対して、運転者が発電部７０Ａ側を向くようにし、発電機３１ａ〜３１ｇの基数を７基に増やしたタイプとなっている。
【００４３】
自転車型発電装置３の場合には、動力部６０Ａのフロント側のフレーム１１Ａが縦方向で切断され、そこにスタンド２９ａ部を兼ねた支柱６６が接合されている。さらに、支柱６６の上端部にサドル１３が取り付けられている。また、ハンドル６７は、サドル１３が取り付けられていたシートピラー１３ａ（図１参照）部に取り付けられている。ハンドル６７の形状は、サドル１３の位置との関係から、ステム６７ａを長くしたものとし、運転者が操作しやすい形状に設定されている。
【００４４】
発電部７０Ａには、発電機として、７基の発電機３１ａ〜３１ｇが装備されている。また、動力部６０Ａは、上記の自転車型発電装置２に示されていた前輪２２（図５参照）が取り除かれて、フロント側がコンパクト化された態様となっている。その他の構成は、自転車型発電装置２とほぼ同様である。
【００４５】
発電部７０Ａは、７台の発電機３１ａ〜３１ｇを含み、Ａ群の４台の発電機３１ａ、３１ｃ、３１ｅおよび３１ｇと、Ｂ群の３台の発電機３１ｂ、３１ｄおよび３１ｆとに分けられている。これらの発電機３１ａ〜３１ｇとリム１８との間は、１本の両面Ｖベルト３６ｃによって連結されている。
【００４６】
図５、図６から明らかなように、１本の両面Ｖベルトですべての発電機３１ａ〜３１ｅまたは３１ａ〜３１ｇを駆動する場合には、発電機３１ａ〜３１ｅまたは３１ａ〜３１ｇの総数は奇数とし、リム１８に対して遠い側にあるＡ群の発電機の基数をＢ群より１台多くする。そのように配置することによって、リム１８と１本の両面Ｖベルト３６ｃだけで、すべての発電機３１ａ〜３１ｅまたは３１ａ〜３１ｇを駆動させることができる。
【００４７】
自転車型発電装置３では、運転者が通常の自転車の後輪１２側を向いて運転するので、ペダル１５ｄを漕ぐ回転方向も通常の自転車とは逆向きになる。したがって、そのままではスプロケット１７ａのフリー回転方向に漕ぐことになるので、後輪１２を回転させることができない。後輪１２を回転させるためには、スプロケット１７ａ部を裏返しに取り付けるか、通常の自転車とはフリー回転方向が逆向きのスプロケットを利用するといった対策を講じるようにする。
【００４８】
この自転車型発電装置３の場合には、運転者が発電部７０Ａの状態を観察しながら運転することが可能である。したがって、運転者が、単調な作業の中で退屈さを感じるのを緩和する効果を期待することができる。また、フロント側の不要部が取り除かれているので、よりコンパクトな装置とすることができる。
【００４９】
図７は、実施の形態（４）に係る自転車型発電装置４を示す側面図である。自転車型発電装置４は、図５に示した自転車型発電装置２に類似しており、図７に示した例では発電機が７台であること、ベルトのかけ方が異なる点が図５と相違している。図７に示したように、発電部７０Ｂは、７台の発電機３１ａ〜３１ｇを含み、Ａ群の４台の発電機３１ａ、３１ｃ、３１ｅおよび３１ｇと、Ｂ群の３台の発電機３１ｂ、３１ｄおよび３１ｆとに分けられている。発電部７０Ｂとリム１８との間は、１本のＶベルト３６ｄによって、リム１８と発電機３１ｄの１台だけが連結されている。
【００５０】
発電部７０Ｂの各発電機３１ａ〜３１ｇの間は、図７に示したように、Ｖベルト３７ａ、３７ｂ、３７ｃによって連結されている。すなわち、発電機３１ａ〜３１ｇの手前側（図７における紙面の前面側）のプーリ３３ａ〜３３ｇのうち、３つのプーリ３３ａ、３３ｂ、３３ｃがＶベルト３７ｂで連結され、３つのプーリ３３ｅ、３３ｆ、３３ｇがＶベルト３７ｃで連結されている。
【００５１】
図８は、図７に示した発電部７０Ｂの発電機３１ａ〜３１ｇの後側（図７における紙面の後面側）におけるベルトの装着を説明するための図であり、（ａ）は後側から見た側面図、（ｂ）は図７における左方向の位置から見た発電機３１ａの側面図である。図８（ｂ）に示したように、発電機３１ａには、回転軸の両側にプーリが装備されており、一方側が符号３３ａ、他方側が符号３３１ａで示されている。その他の発電機３１ｂ〜３１ｇにも、図８（ａ）に示したように、プーリ３３１ｂ〜３３１ｇが装備されている。
【００５２】
上記の発電機３１ａ〜３１ｇのプーリ３３１ａ〜３３１ｇのうち、３台の発電機３１ｃ、３１ｄ、３１ｅのプーリ３３１ｃ、３３１ｄ、３３１ｅが、Ｖベルト３７ａによって連結されている。なお、発電機３１ａ、３１ｂ、３１ｆ、３１ｇについては、プーリ３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｆ、３３１ｇは必ずしも必要ではない。
【００５３】
図７および図８に示したように、リム１８と発電機３１ｄとの間がＶベルト３６ｄで連結され、発電機３１ａ〜３１ｇの間がＶベルト３７ａ〜３７ｃによって連結されているので、リム１８の回転によって発電機３１ａ〜３１ｇのすべてを回転させることができるように構成されている。
【００５４】
ここで、図７から明らかなように、Ｖベルト３７ｂと３７ｃには着脱に対する障害物がないので、着脱が容易である。Ｖベルト３７ｂを外せば、発電機３１ａ、３１ｂの作動を停止させ、Ｖベルト３７ｃを外せば、発電機３１ｆ、３１ｇの作動を停止させることができる。すなわち、運転者が、７台の発電機３１ａ〜３１ｇのうち、稼働させる発電機を３台、５台、７台のいずれかの台数に選択することができる。
【００５５】
なお、図７、図８には、発電部７０Ｂが７台の発電機３１ａ〜３１ｇで構成されている場合を示したが、発電機をそれ以上の台数としてもよい。その場合には、追加された発電機が駆動されるように、回転が伝達されている発電機との間にＶベルトを装着し、回転が伝達されるようにすればよい。
【００５６】
図９は、自転車型発電装置１〜４に装備される表示盤の一例を示す図であり、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）は表示画面を示す平面図である。この表示盤８０は、動力部１０、６０、６０Ａのハンドル１４、６７またはその近傍などの運転者によく見える位置に取り付けられる。
【００５７】
表示盤８０は、ケース８１の一面に設けられた画面８２と記録媒体用開口部８３を含んで構成されている。画面８２には、運転時間表示部８２ａ、発生電力表示部８２ｂ、発生電力量表示部８２ｃ、発生電力積算量表示部８２ｄ、カロリー消費量表示部８２ｅなどが設けられており、さらに、運転時間表示部８２ａ、発生電力量表示部８２ｃ、カロリー消費量表示部８２ｅに対してはリセットボタン８２ｆ、８２ｇ、８２ｈが設けられている。
【００５８】
また、記録媒体用開口部８３は、特定の運転者の発電実績がプリントされた記録紙を排出したり、フローピーディスク、コンパクトディスクなどの記録媒体にデータを保存する際に用いられるものである。データの出力や記録に関しては、表示盤８０の用途や機能に応じて、必要な構成を選択することが好ましい。
【００５９】
上記の表示盤８０には、運転者がどの程度の電力を発生させたか、どの程度のカロリーを消費したかがリアルタイムで表示される。したがって、運転者は、表示盤８０によって、労働の成果やダイエットの効果を運転しながら知ることができるので、運転者の励みになる情報を提供するのに特に効果的である。
【００６０】
上記の自転車型発電装置１〜４では、発電機が複数基設けられている場合を示したが、発電機は複数基に限定されるものではなく１基（自転車型発電装置１の場合はリア側、フロント側に各１基）でもよい。発電機の基数は、適用される発電機の発電性能、発電機を回転させるための負荷等を考慮して設定することが望ましい。
【００６１】
また、発電機には、価格、性能などの点から、自動車用のオルタネータ（交流発電機）、ダイナモ（直流発電機）などの発電機の廃品が適しており、そのどちらも利用することができる。両者のうち、オルタネータは、発電効率に優れているので特に好適である。ただし、電力の利用形態が直流電流の場合には、ダイナモを利用する方が有利な場合があるので、経済性等を考慮して発電機の型式を選ぶことが望ましい。
【００６２】
最近は、変速機付の自転車が普及している。３段変速のシティサイクルのほか、１８段、２１段などの変速機付のマウンテンバイク型などの自転車も数多く利用されている。それらの自転車に取り付けられている変速機をそのまま利用することも効果的である。すなわち、フロントディレイラ、リアディレイラなどを利用し、ハンドルに取り付けられたコントロールレバーにより、車輪の回転を変速できるように設定する。運転者は、体力、疲労度等に応じて、変速機により、ペダルを漕ぐ負荷を選択することができるので、より使いやすい自転車型発電装置を得ることができる。
【００６３】
また、リム１８からプーリ３３ａ〜３３ｉへの動力伝達手段として、各プーリ３３ａ〜３３ｉを１本のＶベルトで駆動する方法を示したが、各プーリ３３ａ〜３３ｉを例えば２本等の複数本のＶベルトで動力を伝達するようにしてもよい。また、帯状のベルトでもよく、ギア等のＶベルト以外の動力伝達手段を利用してもよい。
【００６４】
また、図１、図５、図６および図７に示した自転車型発電装置１〜４に装備されるスタンド１９、２９は、Ｖベルト３６ａ、３６ｂ、３６ｄ〜３６ｆ、両面Ｖベルト３６ｃ、チェーン１６、２６、リム１８、２８などのメンテナンスが容易なように、ハブ１７、２７から簡単に離脱させられる構造とすることが望ましい。そのためには、ハブ１７、２７を支持しているスタンド１９、２９のフレーム部の下端部に蝶番を設け、フレーム部がハブ１７、２７に対して外側に開き、外側に倒すことができる構造とするのがよい。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態に係る自転車型発電装置１〜４およびさらに別の実施の形態に係る自転車型発電装置を説明した。一方、本発明に係る発電方法は、これらの自転車型発電装置のいずれかを１台または複数台配置して人力により発電を行い、発生した電力に対して、電圧調整、蓄電、およびＡＣ／ＤＣ変換またはＤＣ／ＡＣ変換のうちの少なくとも１つの操作を行うことにより、利用可能な電力を発生させる。
【００６６】
前述のように、上記の発電方法によれば、交流と直流のどちらの電流も利用することが可能である。また、複数台の自転車型発電装置を同時に運転した場合には、ほぼ台数に応じた電力が得られるので、電力を安定的に供給することができる。また、十分な電力が発生した場合には蓄電しておくことにより、電力を必要時に利用できるようにすることができるので、自転車型発電装置の実用性をより高めることができる。
【００６７】
さらに、本発明に係る自転車型発電装置および発電方法を利用することにより、次のような様々な優れた効果が得られる。
家庭で本発明に係る自転車型発電装置を利用する場合には、発生させた電力を自家使用することにより、電気代等のエネルギ費を節約することができる。また、この発電装置の運転は、膝、踵等に過度の衝撃をかけることのない適度な強さの運動であるので、健康の維持、向上を図ることができるとともに、肥満気味の人にはダイエットの効果もある。
【００６８】
スポーツクラブ等の施設におけるフィットネス機器として本発明に係る自転車型発電装置を利用する場合には、施設に設けられている機器等の装置類への電力の供給源となる。そのため、施設における買電の使用量が節約される。その節約された電力費は、施設の利用者に還元することができるので、利用者の施設利用代を安くするという利用者へのサービス向上を図ることができる。その結果、利用者が増加し、引いては多くの人の健康の維持、向上に結びつくという効果を期待することができる。
【００６９】
また、公共団体等で本発明に係る自転車型発電装置を利用する場合には、働きたくても仕事がない状態にある人に仕事を提供することができるという有力な雇用創出対策になり得る。
【００７０】
上記のような本発明に係る自転車型発電装置の利用による発電は、大気汚染などの環境汚染を起こす恐れが全くない。したがって、環境対策上有効な発電手段となり得る。特に、本発明に係る発電装置は安い費用で、かつ簡単に作製することができるので、発電装置を普及させることが容易であり、その普及によって上記のような様々な効果を期待することができるという産業上優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態（１）に係る自転車型発電装置を示す側面図である。
【図２】リア側のリムと２基の発電機のプーリとの間に、Ｖベルトが掛けられた状態を示す模式的斜視図である。
【図３】リムの外周部の構造を示す断面図である。
【図４】発生した電力を電気機器の電源として利用するためのシステムの一例を示すブロック図であり、（ａ）は発電機がオルタネータ（交流発電機）の場合、（ｂ）は発電機がダイナモ（直流発電機）の場合である。
【図５】本発明の実施の形態（２）に係る自転車型発電装置を示す側面図である。
【図６】本発明の実施の形態（３）に係る自転車型発電装置を示す側面図である。
【図７】本発明の実施の形態（４）に係る自転車型発電装置を示す側面図である。
【図８】図７に示した発電部の発電機の後側（図７における紙面の後面側）におけるベルトの連結を説明するための図であり、（ａ）は後側から見た側面図、（ｂ）は図７における左方向の位置から見た発電機の側面図である。
【図９】自転車型発電装置に装備される表示盤の一例を示す図であり、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）は表示画面を示す平面図である。
【符号の説明】
１、２、３、４自転車型発電装置
１０、６０、６０Ａ動力部
１１、１１Ａフレーム
１２後輪
１３サドル
１４、６７ハンドル
１５チェーンホイール
１６、２６チェーン
１７、２７ハブ
１８、２８リム
１９、２９スタンド
２２前輪
３０、４０、７０、７０Ａ発電部
３１ａ〜３１ｉ発電機
３２架台
３３ａ〜３３ｉ、３３１ａ〜３３１ｇプーリ
３６ａ、３６ｂ、３６ｄ〜３６ｆ、３７ａ〜３７ｃＶベルト
３６ｃ両面Ｖベルト
８０表示盤

Claims

自転車型の動力部と、動力部で発生したエネルギを電力に変換する発電部とを含んで構成された自転車型発電装置であって、
前記動力部が、少なくとも、ペダルを備えたチェーンホイールと、リア側およびフロント側の車輪とこれらの車輪が備えるリムと、前記チェーンホイールの回転を前記リア側およびフロント側の車輪に伝達するリア側およびフロント側のチェーンと、サドルおよびハンドルとを備え、
前記発電部が、リア側とフロント側に設けられ、各発電部が、少なくとも、ロータを回転させるプーリを有する発電機を備え、
さらに、前記リア側のリムの回転をリア側の前記発電機のプーリに伝達する動力伝達手段と、前記フロント側のリムの回転をフロント側の前記発電機のプーリに伝達する動力伝達手段とを含んで構成されていることを特徴とする自転車型発電装置。
自転車型の動力部と、動力部で発生したエネルギを電力に変換する発電部とを含んで構成された自転車型発電装置であって、
前記動力部が、少なくとも、ペダルを備えたチェーンホイールと、リア側の車輪と該車輪が備えるリムと、前記チェーンホイールの回転を前記車輪に伝達するチェーンと、サドルおよびハンドルとを備え、
前記発電部が、少なくとも、ロータを回転させるプーリを有する発電機を備え、
さらに、前記リムの回転を前記発電機のプーリに伝達する動力伝達手段を含んで構成されていることを特徴とする自転車型発電装置。
前記発電部が２基以上の発電機を含み、前記動力伝達手段がＶベルトにより構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の自転車型発電装置。
前記発電部が、３基以上の奇数個の発電機を含み、前記リムに対して遠い側に縦方向に配置された個数が１個多い発電機群と、前記リムに近い側に縦方向に配置された発電機群とによって構成され、２つの前記発電機群の間で交互に、これら発電機群の各前記プーリに対して、動力伝達手段である両面Ｖベルトが装着されていることを特徴とする請求項２に記載の自転車型発電装置。
前記発電部が、３基以上の奇数個の発電機を含み、前記リムに対して遠い側に縦方向に配置された個数が１個多い発電機群と、前記リムに近い側に縦方向に配置された発電機群とによって構成され、前記リムと前記リムに近い側に縦方向に配置された発電機群のうちの１台の発電機の前記プーリとの間に、動力伝達手段であるＶベルトが装着され、前記１台の発電機のプーリと、前記リムに対して遠い側に縦方向に配置された発電機群のうち、前記１台の発電機に近接する２台の発電機のプーリとの間にＶベルトが装着され、前記２台の発電機のそれぞれと前記１台の発電機を除くその他の２台の発電機との間に、それぞれＶベルトが装着されていることを特徴とする請求項２に記載の自転車型発電装置。
前記ハンドルまたはその近傍に、少なくとも運転時間、発生電力量の表示部を含む表示盤を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の自転車型発電装置。
請求項１〜６のいずれかの項に記載の自転車型発電装置を１基または複数基配置して人力により発電を行い、発生した電力に対して、電圧調整、蓄電、およびＡＣ／ＤＣ変換またはＤＣ／ＡＣ変換のうちの少なくとも１つの操作を行うことにより、利用可能な電力を発生させることを特徴とする発電方法。