JP2008220159A

JP2008220159A - 簡易発電装置

Info

Publication number: JP2008220159A
Application number: JP2008023958A
Authority: JP
Inventors: Shigekazu Hashimoto; 繁和橋本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2008-09-18

Abstract

【課題】必要な時間継続してペダルを踏み続けて発電することができるようにした簡易発電装置を提供する。
【解決手段】人間がペダルを踏み込むことにより発電できるようにした簡易発電装置において、人間によって踏み込まれるペダル(14)と、ペダルの回転によって駆動されて交流電圧を発電して該交流電圧を整流して出力するオルタネータ(30)と、オルタネータのロータコイル(30R) に印加される電圧を調整することによってペダルの踏込み抵抗の大きさを調整し得るコントローラ(40)と、オルタネータの出力電圧が印加されて充電を行う蓄電池(41)と、を備える。蓄電池又はオルタネータの出力電圧を交流電圧に変換して外部負荷に出力するＤＣ／ＡＣ変換器(43)をさらに備えるのがよい。
【選択図】図３

Description

この発明は簡易発電装置に関し、特に過大な負担を感じることなく必要な時間ペダル踏み続けることができるとともに、必要な電力を発電できるようにした装置に関する。

災害発生時など停電が発生して商用電源が全く使用できない場合、あるいは山間や原野など電源設備がない場所においては電気機器を使用することができない。

これに対し、サドルに腰をかけてハンドルを両手で握り、ペタルを踏み込むことによって発電機を駆動し、発電するようにした自転車型発電装置が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。

自転車型発電装置において、商用電源レベルの電力、例えば１００Ｗの電力を発電しようとすると、発電機を所定の回転数、例えば１８００〜２０００ｒｐｍで回転させる必要があるが、ペダルの踏み込みによって得られるペダルの回転数には限度があり、ペダルの回転を増速して発電機に伝える必要がある。

そこで、特許文献１記載の装置ではプーリとベルトによってペダルの回転を増速する方式が採用され、又特許文献２、３記載の装置では増速ギア群によってペダルの回転を増速する方式が採用されている。

特開２００４−３５０４０２号公報特開平１１−２７５８０８号公報実用新案登録第３０３３５９７号公報

しかし、特許文献１〜３記載の自転車型発電装置では理論的には商用電源レベルの電力が得られる回転数まで増速して発電機を駆動できるものの、１人の人間では極めて大きな踏込み力を必要とし、１０数分もペダルを踏み続けると、疲労困憊し、もはやペダルを踏むことができず、到底実用化できるものではなかった。

本発明はかかる状況において、必要な時間継続してペダルを踏み続けて発電することができるようにした簡易発電装置を提供することを課題とする。

そこで、本発明に係る簡易発電装置は、人間がペダルを踏み込むことにより発電できるようにした簡易発電装置において、人間によって踏み込まれるペダルと、該ペダルの回転によって駆動されて交流電圧を発生し該交流電圧を整流して出力するオルタネータと、該オルタネータのロータコイルに印加される電圧を調整することによって上記ペダルの踏込み抵抗の大きさを調整し得るコントローラと、上記オルタネータの出力電圧が印加されて充電を行う蓄電池と、を備えたことを特徴とする。

本発明の特徴の１つはオルタネータのロータコイルに与える電圧をコントローラによって調整し、ペダルの踏込み抵抗の大きさを自由に変化させることができるようにした点にある。

これにより、ペダルの踏込み抵抗の大きさをペダルを踏む人の筋力や持続能力に応じた大きさに調整することができ、ペダルを踏む人が疲労困憊することなく、必要な時間だけ踏み続けることができ、必要な電力を発電することができる。

例えば、ペダルを踏む人の筋力が強い場合にはロータコイルに与える電圧を高くして踏込み抵抗を大きくすることによってステータコイルに十分に高い電圧を発生させることができる一方、筋力が弱い場合には踏込み抵抗を小さくすることによって疲労困憊することなく、長時間にわたって必要な電圧を発電させることができる。また、ペダルを踏み込んでいる最中に、コントローラを操作してペタルの踏込み抵抗の大きさを疲労の度合いに応じて変化させることもできる。

オルタネータの出力は交流電圧を整流した電圧であるのでそのまま蓄電池に充電することができるが、電気機器などの外部負荷に出力するときには使いやすい交流に変換するのがよい。すなわち、蓄電池の出力電圧又はオルタネータの出力電圧を交流電圧に変換して外部負荷に出力するＤＣ／ＡＣ変換器をさらに備えるのがよい。

本発明に係る簡易発電装置はそのペダルを、自転車型のトレーニングマシンにおけるペダルとし、トレーニングマシンに適用することができる。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図３は本発明に係る簡易発電装置の好ましい実施形態を示し、これは自転車型トレーニングマシンに適用した例である。図において、トレーニングマシンの車体フレーム１０は前後の支持脚１１によって床面Ｆ上に立設され、車体フレーム１０の前端にはハンドル１２が取付けられている。

また、車体フレーム１０の中間には２つのサドル１３が相互に適切な間隔をあけて設けられ、サドル１３の下側にはペダル１４がクランク状の回転軸１５に取付けられ、回転軸１５は車体フレーム１０にベアリングなどの軸受によって回転自在に支持されている。

回転軸１５には大径のホイールギア１６が固定され、前後のホイールギア１６の間はチェーン１７によって連結され、後側の回転軸１５にはホイールギア１６と同径のホイールギア（図示せず）が同軸に取付けられ、又車体フレーム１０の後端には小径のホイールギア２１が回転自在に支持され、小径のホイールギア２１と大径のホイールギアとの間はチェーン２６によって連結され、小径のホイールギア２１の回転軸には中径のホイールギア２２が同軸に取付けられている。

また、車体フレーム１０の後側支持脚１１には取付けベース３１が固定され、取付けベース３１には取付けブラケット３２が固定されている。取付けブラケット３２には軸受けプレート３３、３５が一体的に形成され、軸受けプレート３５には回転軸２９が軸受によって回転自在に支持され、回転軸２９には小径のホイールギア２３及び中径の平歯車２４が取付けられ、小径のホイールギア２３と中径のホイールギア２２とはチェーン２７によって連結されている。

さらに、取付けベース３１には整流回路３０Ｃを搭載したオルタネータ３０がボルトなどによって固定され、オルタネータ３０の回転軸３０Ａは軸受けプレート３３に軸受によって回転自在に支持され、回転軸３０Ａには小径の平歯車２５が固定され、小径の平歯車２５は中径の平歯車２４と噛合されている。

以上のように、ホイールギア２１、２２、２３、平歯車２４、２５及びチェーン２６、２７によって増速ギア群２０が構成されておりホイールギア１６の回転が増速されてオルタネータ３０の回転軸３０Ａに伝えられるようになっている。

オルタネータ３０は３本のステータコイル３０Ｓ、１本のロータコイル３０Ｒ、整流回路３０Ｃ及びレギュレータ３０Ｅによって構成され、ロータコイル３０Ｒに電圧が印加されて電流が流れ、ペダル１４の踏込みによってロータコイル３０Ｒが回転し、ステータコイル３０Ｓには交流電圧が発生し、交流電圧が整流回路３０Ｃによって整流されるとともに、レギュレータ３０Ｅによって電圧をほぼ一定に制御され、このオルタネータ３０の出力電圧は蓄電池４１に印加されるようになっている。

また、オルタネータ３０ではコントローラ４０によってロータコイル３０Ｒの印加電圧が増減され、これによってペダル１４の踏込み抵抗の大きさを調整できるようになっている。

蓄電池４３又はオルタネータ３０の出力はスイッチ４２をＯＮすることによってＤＣ／ＡＣ変換器４３に出力され、交流電圧に変換されて電気機器などの外部負荷４４に出力されるようになっている。

発電を行う場合、スイッチ４２をＯＮにし、オルタネータ３０のロータコイル３０Ｒを励磁する。その状態で２人がトレーニングマシンのサドル１３に腰を掛け、両足をペダル１４に載せ、ペダル１４を踏み込む。すると、ペダル１４の回転が増速ギア群２０で増速されてオルタネータ３０に伝えられ、オルタネータ３０では交流電圧が発電され、整流され、一定電圧に制御されて出力される。出力された電圧は蓄電池４１に与えられて充電される。

また、オルタネータ３０の出力電圧は不安定であるが、蓄電池４１の出力電圧によって補完されてほぼ一定に制御されてＤＣ／ＡＣ変換器４３に出力され、所定の周波数の交流電圧に変換され，この交流電圧を出力端子から電気機器などの外部負荷４４に与えることができる。

ペダル１４を踏む人の筋力が弱い場合、コントローラ４０を用いてオルタネータ３０のロータコイル３０Ｒへの印加電圧を低下させると、オルタネータ３０の発電電圧は低くなるが、ペダル１４の踏込み抵抗が小さくなるので、ペダル１４を軽く踏み続けることができる。

逆に、コントローラ４０を用いてオルタネータ３０のロータコイル３０Ｒへの印加電圧を高くすると、ペダル１４の踏込み抵抗が大きくなるので、ペダル１４を踏み込むのに大きな力を必要とするが、オルタネータ３０の発電電圧は大きくなる。

また、ペダル１４を踏み込んでいる最中に、コントローラ４０を操作してペダル１４の踏込み抵抗を疲労の度合いに応じて変化させるようにしてもよい。

発電が済むと、スイッチ４２をＯＦＦにしておく。

なお、大小の平歯車２４、２５に代え、ホイールギアとチェーンを用いる場合にはオルタネータ３０の回転の円滑さを確保すべく、オルタネータ３０の回転軸にフライホイールを取り付けるのがよい。

本発明に係る簡易発電装置の好ましい実施形態を備えた自転車型トレーニングマシンを示す概略側面構成図である。上記実施形態における発電機及び増速ギア群の例を示す斜視図である。上記実施形態における回路構成の１例を示す図である。

符号の説明

１４ペダル
３０オルタネータ
３０Ｓステータコイル
３０Ｒロータコイル
４０コントローラ
４１蓄電池
４３Ｄ／Ａ変換器
４４外部負荷

Claims

人間がペダルを踏み込むことにより発電できるようにした簡易発電装置において、
人間によって踏み込まれるペダルと、
該ペダルの回転によって駆動されて交流電圧を発生し該交流電圧を整流して出力するオルタネータと、
該オルタネータのロータコイルに印加される電圧を調整することによって上記ペダルの踏込み抵抗の大きさを調整し得るコントローラと、
上記オルタネータの出力電圧が印加されて充電を行う蓄電池と、
を備えたことを特徴とする簡易発電装置。
上記蓄電池の出力電圧又は上記オルタネータの出力電圧を交流電圧に変換して外部負荷に出力するＤＣ／ＡＣ変換器をさらに備えた請求項１記載の簡易発電装置。
上記ペダルが、自転車型のトレーニングマシンにおけるペダルである請求項１記載の簡易発電装置。