JP3168949U - 簡易発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自転車を走らせながら軽くペダルを踏み続けて発電できるようにした簡易発電装置を提供する。【解決手段】自転車のタイヤ１３の回転を取り出す駆動ローラ２１と、駆動ローラの押接・離脱を操作する操作レバーと、駆動ローラの回転によって駆動され、励磁されたロータコイルの回転によってステータコイルに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２０と、オルタネータの出力電圧が印加されて充電を行う一方、その放電によって直流電圧を外部負荷に出力する蓄電池と、蓄電池の出力電圧を交流電圧に変換して出力するインバータと、ロータコイルを励磁し、蓄電池の過放電を検知して蓄電池と外部負荷及びオルタネータとの間の接続を遮断し、オルタネータのロータコイルへの印加電圧を調整し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と、を備える。【選択図】図２

Description

この考案は簡易発電装置に関し、特に自転車を走らせながら軽くペダルを踏み続けて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。

本件考案者は、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の回転によってオルタネータを駆動し、オルタネータで交流電圧を発生し整流して出力し、オルタネータの出力電圧を蓄電池に印加して充電する一方、オルタネータのロータコイルに印加される電圧をコントローラによって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、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開発し出願するに至った（特許文献４）。

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 特開２００８−２２０１５９号公報

しかるに、特許文献４記載の簡易発電装置ではコントローラによってペダルの踏込み抵抗の大きさを調整できるものの、自転車を走行させながら発電できるように構成すると、平坦な道路であっても１０分もペダルを踏み続けると、疲労を感じるのが現状である。

本考案はかかる状況において、自転車を走行させながら軽くペダルを踏み続けて電力を発電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、本考案に係る簡易発電装置は、ペダルを踏み込むことにより自転車を走行させながら発電を行うことができるようにした簡易発電装置において、自転車のタイヤに押接・離脱可能に設けられ、上記タイヤの回転を取り出す駆動ローラと、上記駆動ローラの押接・離脱を操作する操作レバーと、上記駆動ローラの回転が伝達ベルトによって伝達されて駆動され、励磁されたロータコイルの回転によってステータコイルに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、上記オルタネータの出力電圧が印加されて充電を行う一方、その放電によって直流電圧を外部負荷に出力する蓄電池と、該蓄電池の出力電圧を交流電圧に変換して外部負荷に出力するインバータと、始動スイッチの操作によって上記ロータコイルに蓄電池の直流電圧を印加してロータコイルを励磁し、上記蓄電池の過放電を検知して上記蓄電池と外部負荷及びオルタネータとの間の接続を遮断する一方、調整用つまみの操作によって上記オルタネータのロータコイルへの印加電圧を調整し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、を備えたことを特徴とする。

本考案の特徴の１つは自転車のタイヤに押接・離脱される駆動ローラを設け、駆動ローラとオルタネータとをベルトで連結し、操作レバーの操作によって駆動ローラをタイヤに押圧させ離脱させるようにした点にある。

これにより、自転車を走らせながら発電しているときに、疲労を感じると、操作レバーによって駆動ローラをタイヤから離脱させると、オルタネータによる抵抗がなくなり、ペタルの踏込みの抵抗が大幅に少なくなるので、楽に自転車を走らせることができる。

また、疲労感がなくなったときには操作レバーを操作して駆動ローラをタイヤに押接させれば、発電を再開させることができる。

本考案の他の特徴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、必要な時間だけペダルを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。

本考案では蓄電池の電圧をオルタネータのロータコイルに与えてオルタネータの発電を始動させるようにしているが、蓄電池が過放電になって放電電圧が著しく低下すると、オルタネータを作動できなくなる。

本考案の更に他の特徴は蓄電池が過放電になったときにこれを検知して、コントローラによって蓄電池の放電を停止させるようにした点にある。これにより、蓄電池が過放電になることはなく、オルタネータの動作を保証できる。

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インバータを備えるのがよい。

本考案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を示す概略斜視図である。 上記実施形態におけるオルタネータ及び駆動ローラの取付け構造例を示す斜視図である。 上記実施形態におけるオルタネータ及び駆動ローラの連結状態を示す斜視図である。 上記実施形態におけるコントローラの操作盤を示す図である。 上記実施形態における回路構成の１例を示す図である。

以下、本考案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５は本考案に係る簡易発電装置の好ましい実施形態を示す。図１ないし図４において、自転車の車体フレーム１０にはサドル１１が取付けられ、サドル１１の下側にはペダル１２がクランク状の回転軸に取付けられ、回転軸は車体フレーム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、回転軸はギヤとチェーンによって後輪タイヤ１３の回転軸に連結され、ペダル１２を踏み込むことによって後輪タイヤ１３を回転させることができるようになっている。

自転車の荷台１４にはオルタネータ２０が搭載され、又荷台１４には取付けブラケット２１Ａが固定され、取付けブラケット２１Ａにはコ字状の軸受２１Ｂが揺動可能に取付けられ、軸受２１Ｂには駆動ローラ２１が回転軸回りに回転自在に支持されている。

また、軸受２１Ｂはコイルばね２２によって駆動ローラ２１の離脱位置に向けて付勢され、軸受２１Ｂにはチューブ内蔵タイプの操作ワイヤー２３Ａの一端が連結され、操作ワイヤー２３Ａの他端は自転車のハンドルまで延びてハンドル近傍の操作レバー２３に連結され、操作レバー２３の操作によって駆動ローラ２１をタイヤに押接させてその状態を保持し、操作レバー２３を逆操作することによって駆動ローラ２１のタイヤ１３への押接を離脱させることができるようになっている。

駆動ローラ２１の回転軸及びオルタネータ２０の回転軸にはギアが取付けられ、ギアの間にはタイミングベルトが掛け渡されて駆動ローラ２１の回転がオルタネータ２０に伝達されてオルタネータ２０のロータコイル２６が回転駆動されるようになっている。

図５は本例の簡易発電装置の回路構成の例を示す。図において、オルタネータ２０のステータコイル２５の交流出力は整流回路２７によって整流されて外部への出力端子５０、蓄電池４０及びインバータ４１に出力されている。

オルタネータ２０の直流電圧はコントローラ３０に与えられている。コントローラ３０は発電スイッチ３１、バッテリースイッチ３２、スタートスイッチ３４、リレー接点３３及びリレーコイル３３Ａを含んで構成され、可変抵抗３６によってオルターネータ２０のコイルへの印加電圧を調整できるように構成されている。

また、インバータ４１はオルタネータ２０の直流電圧及び蓄電池４０の直流電圧を交流電圧に変換して端子５１に出力するようになっている。

コントローラ３０、蓄電池４０及びインバータ４１は自転車の荷物かご１６に搭載され、コントローラ３０の操作盤には図４に示されるように電力量計３８のディスプレイ、発電スイッチ３１、バッテリースイッチ３２及びスタートスイッチ３４、ＬＥＤ灯３９がレイアウトされている。

発電を行う場合、発電スイッチ３１及びバッテリースイッチ３２をＯＮさせ、スタートスイッチ３４を押してＯＮさせる。スタートスイッチ３４がＯＮされると、蓄電池４０、スタートスイッチ３４、リレーコイル３３Ａ、トランジスタ３５の経路で電流が流れてリレー接点３３が閉成される。

すると、蓄電池４０の電圧がリレー接点３３及び発電スイッチ３１の経路でオルタネータ２０のレギュレータ２９のＩＧ端子に印加され、レギュレータ２９はトランジスタ２８をＯＮする。

同時に、蓄電池４０の電圧がリレー接点３３、可変抵抗３６、ロータコイル２６及びトランジスタ２８の経路で、ロータコイル２６に印加され、ロータコイル２６が励磁される。

そこで、自転車のペダル１２を踏み込んで走らせながら、操作レバー２３を操作して駆動ローラ２１をタイヤ１３に押し付けると、タイヤ１３の回転が駆動ローラ２１及びタイミングベルトを経てオルタネータ２０のロータタイル２６に伝えられてロータコイル２６が回転し、ステータコイル２５に交流電圧が誘起され、誘起された交流電圧は整流回路２７で整流されて蓄電池４０に与えられ、オルタネータ２０の出力電圧が蓄電池４０の充電電圧よりも高くなると、蓄電池４０が充電される。

蓄電池４０の充電中に、レギュレータ２９のＢ端子の電圧が設定高電圧になると、蓄電池４０が満充電となるので、レギュレータ２９はトランジスタ２８をＯＦＦとし、ロータコイル２６の励磁を停止させ、これによってオルタネータ２０の発電が停止されて蓄電池４０の充電が停止される。このとき、出力端子５０及びインバータ４１には蓄電池４０の直流電圧が与えられる。

蓄電池４０が放電され、レギュレータ２９のＢ端子の電圧が設定高電圧未満の電圧になると、レギュレータ２９はトランジスタ２８をＯＮさせ、オルタネータ２０の発電を再開させる。

他方、何らかの原因でオルタネータ２０の発電が行われず、蓄電池４０の放電が継続され、蓄電池４０が過放電になって設定低電圧以下になると、以後オルタネータ２０のロータコイル２６を励磁させることができず、オルタネータ２０を発電させることができなくなり、蓄電池４０を外して他の設備で充電する必要が生じる。

本例の装置では蓄電池４０が設定低電圧に達すると、ベース電圧が低下してトランジスタ３５がＯＦＦとなり、リレー接点３３が開成されるので、蓄電池４０の放電が停止され、蓄電池４０が過放電となるのが防止される。

出力端子５０に直流で動作する外部負荷が接続されると、オルタネータ２０の整流された電圧が出力端子５０を経て、外部負荷に与えられるか、蓄電池４０の放電電圧が出力端子５０に与えられる。

また、交流で動作される外部負荷が出力端子５１に接続されると、オルタネータ２０又は蓄電池４０の直流電圧がインバータ４１で交流に変換されて出力端子５１に出力されるので、交流で動作される外部負荷に交流電圧を印加することができる。

また、自転車を走らせるのに疲労を感じたときには、操作レバー２３を操作して駆動ローラ２１をタイヤ１３から離脱させると、ペダル１２の踏込み力が少なくて済む一方、出力端子５０、５１には蓄電池４０の直流電圧やインバータ４１の交流電圧を出力できる。

また、操作レバー２３を操作するのではなく、可変抵抗３６のつまみを回して抵抗値を大きくしてロータコイル２６の印加電圧を低くすると、ペダル１２の踏み込み抵抗を小さくできる。

１２ ペダル
１３ タイヤ
２０ オルタネータ
２１ 駆動ローラ
２３ 操作レバー
３０ コントローラ
４０ 蓄電池
４１ インバータ
５０ 出力端子
５１ 出力端子

Claims (1)

1. ペダルを踏み込むことにより自転車を走行させながら発電を行うことができるようにした簡易発電装置において、
   自転車のタイヤ（１３）に押接・離脱可能に設けられ、上記タイヤ（１３）の回転を取り出す駆動ローラ（２１）と、
   上記駆動ローラ（２１）の押接・離脱を操作する操作レバー（２３）と、
   上記駆動ローラ（２１）の回転が伝達ベルトによって伝達されて駆動され、励磁されたロータコイル（２６）の回転によってステータコイル（２５）に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（２０）と、
   上記オルタネータ（２０）の出力電圧が印加されて充電を行う一方、その放電によって直流電圧を外部負荷に出力する蓄電池（４０）と、
   該蓄電池（４０）の出力電圧を交流電圧に変換して外部負荷に出力するインバータ（４１）と、
   始動スイッチの操作によって上記ロータコイル（２６）に蓄電池（４０）の直流電圧を印加してロータコイル（２６）を励磁し、上記蓄電池（４０）の過放電を検知して上記蓄電池（４０）と外部負荷及びオルタネータ（２０）との間の接続を遮断する一方、調整用つまみの操作によって上記オルタネータ（２０）のロータコイル（２６）への印加電圧を調整し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（３０）と、
   を備えたことを特徴とする簡易発電装置。
   

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