JP4168062B2 - 自転車用過電圧防止装置 - Google Patents

Description

自転車には、照明装置として前照灯や尾灯が装着されている。前照灯は、従来ダイナモからの電力で点灯するものが多い。ダイナモは、一般的に自転車の速度（車輪の回転）に比例してその発電電圧が大きくなるものであり、高速度になると照明装置が消灯時のダイナモ端子間の発電電圧が１００Ｖを越えるような場合がある。したがって、ダイナモの発電電圧によって照明装置を点灯させる場合、このような高電圧に耐え得るような仕様のものが必要になる。しかし、高電圧に耐え得るような部品等は汎用性が乏しく、しかもコストが高い。

そこで、汎用性のある電球を使用できるように、また超高電圧から電球を保護するために、電圧をクランプするための回路等の過電圧防止装置が必要になる。ダイナモの過電圧による前照灯の球切れ等の不具合を防止するために、電流モジュレータや電圧クランプ回路等を有する過電圧防止装置を設けることが従来知られている（非特許文献１参照）。このような従来の過電圧防止装置は、ハブダイナモに接続されたスイッチユニットに設けられている。従来の過電圧防止装置を有するスイッチユニットにより、前照灯に加えて尾灯やその他の電気機器を並列に接続してハブダイナモからの電力で動作させると、前照灯が球切れしても残された尾灯やその他の電気機器に供給される電圧が所定値以上に上昇せず、尾灯やその他の電気機器の破損や寿命の低下を防止できる。

従来の一般的な過電圧防止回路には、ダイナモに並列接続された２つのツェナーダイオードからなる双方向電圧クランプ回路が使用されている。双方向電圧クランプ回路は、ダイナモの正側のダイオードがツェナーダイオード本来の機能として電圧を所定電圧以下にクランプするように機能するとともに、負側のダイオードが整流用のダイオードとして機能する。
平成８年９月 発行 ＳＨＩＭＡＮＯ ＢＹＣＹＣＬＥ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ 販売店様用セールスマニュアル ７５ページ

前記従来の構成では、前照灯が球切れしたとき、尾灯や他の電気機器に印加される過電圧を防止できる。しかし、前照灯が球切れすると、前照灯をただちに交換しない場合、前照灯が点灯しない状態で走行しなければならず、走行中の自転車に対する他者からの認知度が下がるという問題がある。

本発明の課題は、前照灯が点灯不能になっても、自転車に対する他者からの認知度の低下を抑えることにある。

発明１に係る自転車用過電圧防止装置は、電圧クランプ回路と、スイッチ回路と、照明部とを備えている。電圧クランプ回路は、自転車の前照灯に電力を供給する自転車用ダイナモによって発電される電圧を第１電圧にクランプする回路である。スイッチ回路は、電圧クランプ回路に第１電圧以上の電圧が供給されるとオンする回路である。照明部は、電圧クランプ回路に並列に接続され、スイッチ回路がオンすると点灯するものである。電圧クランプ回路は、ダイナモからの交流を整流する整流回路と、整流回路の正側端子と負側端子とに直列接続された複数のダイオードと、を有し、スイッチ回路は、複数のダイオードの特定のノードに接続されている。

この過電圧防止装置では、前照灯が球切れしたり自転車が高速で走行したりしてダイナモから過電圧が生じようとしても、電圧クランプ回路が第１電圧に電圧をクランプして尾灯などの負荷に供給する。また、電圧クランプ回路によりダイナモの発電電圧がクランプされると、スイッチ回路がオンして照明部が点灯する。ここでは、前照灯が切れても、ダイナモからの電圧が上昇して電圧クランプ回路が動作すると、照明部が点灯するので、自転車の他者からの認知度の低下を抑えることができる。また、整流された電力を直列接続された複数のダイオードによりクランプしているので、ダイオードの数や順方向電圧の値等により任意にクランプ電圧を設定できる。さらに、スイッチ回路のスイッチ動作電圧に応じて適宜のノードを選択することができる。

発明２に係る自転車用過電圧防止装置は、発明１に記載の装置において、照明部は発光ダイオードである。この場合には、照明部として球切れしない発光ダイオードを用いているので、前照灯が球切れしても自転車の認知度の低下を確実に防止できる。

発明３に係る自転車用過電圧防止装置は、発明１又は２に記載の装置において、第１電圧は７から１２ボルトである。この場合には、クランプ電圧である第１電圧が低いので、前照灯や尾灯などの電気機器を高電圧に耐えうるような仕様にする必要がない。このため、電気機器に汎用品などの低コストのものを用いることができる。

発明４に係る自転車用過電圧防止装置は、発明１から３のいずれかに記載の装置において、スイッチ回路は、特定のノードに接続されたベースと、照明素子に接続されたコレクタと、整流回路の負側端子に接続されたエミッタと、を有するトランジスタを有する。この場合には、トランジスタにより簡単な構成でスイッチ回路を構成できる。

本発明によれば、前照灯が切れても、ダイナモからの電圧が上昇して電圧クランプ回路が動作すると、照明部が点灯するので、自転車の他者からの認知度の低下を抑えることができる。また、整流された電力を直列接続された複数のダイオードによりクランプしているので、ダイオードの数や順方向電圧の値等により任意にクランプ電圧を設定できる。さらに、スイッチ回路のスイッチ動作電圧に応じて適宜のノードを選択することができる。

図１において、本発明の一実施形態を採用して自転車用照明システム１０は、自転車のたとえばハブ軸に設けられたハブダイナモ４０と、前照灯４１と、尾灯４２と、この照明システム１０における過電圧を防止する過電圧防止回路（本発明の過電圧防止装置の一例）による４３とを有している。ハブダイナモ４０は、自転車の前照灯４１及び尾灯４２に電力を供給するものである。前照灯４１は、たとえば、自転車のフロントフォークに設けられたランプスティに固定可能なランプケース４１ａを有している。ランプケース４１ａ内には、前照灯となる、たとえば、２．４Ｗ程度の電球４１ｂと、照度センサ等を用いて周囲の照度に応じて電球４１ｂをオンオフするオンオフ回路４１ｃとが設けられている。

尾灯４２は、たとえば、自転車の後部に固定可能な尾灯ケース４２ａを有している。尾灯ケース４２ａ内には、尾灯となる、たとえば０．６Ｗ程度の電球４２ｂが設けられている。電球４２ｂもオンオフ回路４１ｃによりオンオフする。

過電圧防止回路４３は、前照灯４１と尾灯４２との間に配置されていればよいが、好ましくはランプケース４１ａ内に配置されている。過電圧防止回路４３は、図２に示すように、ハブダイナモ４０によって発電される電圧を第１電圧Ｖ１（たとえば、７〜１２ボルト）にクランプする電圧クランプ回路５０と、電圧クランプ回路５０に第１電圧Ｖ１以上の電圧が供給されるとオンし第１電圧Ｖ１未満でオフするスイッチ回路５１と、電圧クランプ回路５０に並列に接続され、スイッチ回路５１がオンすると点灯する補助ランプ（照明部の一例）５２と、を備えている。

電圧クランプ回路５０は、図３に示すように、ハブダイナモ４０からの交流出力を全波整流する整流回路５５と、整流回路５５に並列接続されたダイオード回路５６と、を有している。整流回路５５は、ブリッジ接続された４つのダイオードＤ１〜Ｄ４を有している。ダイオード回路５６は、整流回路５５に並列接続された複数（たとえば１２個）のダイオードＤｃ１〜Ｄｃ１２を有している。ダイオードＤｃ１〜Ｄｃ１２は直列接続されており、ダイオードＤｃ１のアノードが整流回路５５の正側端子（ダイオードＤｒ１とダイオードＤｒ２とのノード）に接続され、ダイオードＤｃ１２のカソードが整流回路５５の負側端子（ダイオードＤｒ３とダイオードＤｒ４とのノード）に接続されている。

このような構成の電圧クランプ回路５０では、整流回路５５内の各ダイオードＤｒ１〜Ｄｒ４の順方向電圧をＶｒｄとし、ダイオード回路５６内の各ダイオードＤｃ１〜Ｄｃ１２の順方向電圧をＶｃｄとすると、クランプ電圧、すなわち第１電圧Ｖ１は、下記のように表せる。

Ｖ１＝２×Ｖｒｄ＋１２×Ｖｃｄ
ここで、各ダイオードＤｒ１〜Ｄｒ４，Ｄｃ１〜Ｄｃ１２順方向電圧が、たとえば、０．６ボルトとすると、第１電圧Ｖ１、すなわち、クランプ電圧は、８．４ボルトとなる。

スイッチ回路５１は、たとえば、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＴ１と、トランジスタＴ１がオンするための電圧（ベース−エミッタ電圧）を調整するための抵抗Ｒ１，Ｒ２と、を有している。トランジスタＴ１のコレクタは補助ランプ５２に接続され、エミッタは、整流回路５５の負側端子に接続されている。抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ１４とダイオードＤ１５とのノードと、トランジスタＴ１のベースとに接続されており、抵抗Ｒ２は、トランジスタＴ１のベースと整流回路５５の負側端子とに接続されている。スイッチ回路５１のトランジスタＴ１は、ダイオードＤ１５，Ｄ１６間の電圧が、たとえば１．２ボルト以上になるとオンし、補助ランプ５２が点灯する。すなわち、各ダイオードＤｃ１〜Ｄｃ１２の順方向電圧が０．６ボルトの場合、第１電圧Ｖ１、すなわち、ハブダイナモ４０から８．４ボルト以上の電圧が過電圧防止回路４３に印加されると、スイッチ回路５１はオンする。

補助ランプ５２は、たとえば、電球４１ｂの近くに配置され他者から自転車を認知しやすくするためのポジションランプとして機能する。補助ランプ５２は、供給される電圧を調整するためのバイアス抵抗Ｒ３と、バイアス抵抗Ｒ３にアノードが接続された、たとえば、０．５Ｗ以上の出力を有するパワー発光ダイオードＬＥＤ１と、を有している。

このように構成された過電圧防止回路４３では、ハブダイナモ４０の発電電圧が第１電圧Ｖ１未満場合、照度が所定以下になると、オンオフ回路４１ｃがオンし、前照灯４１及び尾灯４２が点灯する。しかし、過電圧防止回路４３には電流が流れずに補助ランプ５２は点灯しない。

照度が所定以下の状態で高速走行したり前照灯４１の電球４１ｂが球切れしたりしてハブダイナモの発電電圧が第１電圧Ｖ１以上になると、過電圧防止回路４３に電流が流れ、発電電圧が第１電圧Ｖ１にクランプされる。また、過電圧防止回路４３に電流が流れるとスイッチ回路５１がオンして補助ランプ５２がオンする。これにより、前照灯４１や尾灯４２に過大な電圧が印可されずそれらが球切れしにくくなるとともに、仮にワット数が高い前照灯４１が球切れして過電圧が尾灯４２に流れようとしても、過電圧防止回路４３によりハブダイナモ４０の電圧がクランプされるので、尾灯４２が保護される。また、過電圧防止回路４３に電流が流れると、スイッチ回路５１がオンして補助ランプ５２が点灯するので、前照灯４１が球切れしても自転車の他者からの認知度の低下を抑えることができる。

＜他の実施形態＞
（ａ）前記実施形態では、照明素子としての補助ランプ５２に発光ダイオードを用いたが、照明素子は発光ダイオードに限定されず、通常の電球を使用してもよい。

（ｂ）前記実施形態では、電圧クランプ回路５０として直列接続された複数のダイオードを用いたが、ツェナーダイオード等の素子を用いてクランプするようにしてもよい。

（ｃ）前記実施形態では、補助ランプ５２をポジションランプとしてフロントフォークのランプスティに設けられたランプケース４１ａ内に配置したが、補助ランプ５２の配置位置及びランプケースの配置位置は前記実施形態に限定されない。たとえば、補助ランプ５２を球切れ警告のための警告灯と兼用して自転車のハンドルバーに装着してもよく。ランプケースを自転車のハンドルバーや前輪上方に配置してもよい

本発明の一実施形態が採用された自転車用照明システムの構成を示すブロック図。 本発明一実施形態による自転車用過電圧防止回路の構成を示すブロック図。 その回路図。

符号の説明

４１ 前照灯
４３ 過電圧防止回路（過電圧防止装置の一例）
５０ 電圧クランプ回路
５１ スイッチ回路
５２ 補助ランプ（照明部の一例）
５５ 整流回路
５６ ダイオード回路
Ｄ１〜Ｄ１２ ダイオード
Ｔ１ トランジスタ

Claims (4)

1. 自転車用過電圧防止装置であって、
   前記自転車の前照灯に電力を供給する自転車用ダイナモによって発電される電圧を第１電圧にクランプする電圧クランプ回路と、
   前記電圧クランプ回路に前記第１電圧以上の電圧が供給されるとオンするスイッチ回路と、
   前記電圧クランプ回路に並列に接続され、前記スイッチ回路がオンすると点灯する照明部と、を備え、
   前記電圧クランプ回路は、
   前記ダイナモからの交流を整流する整流回路と、
   前記整流回路の正側端子と負側端子とに直列接続された複数のダイオードと、を有し、
   前記スイッチ回路は、前記複数のダイオードの特定のノードに接続されている、
   自転車用過電圧防止装置。
2. 前記照明部は、発光ダイオードである、請求項１に記載の自転車用過電圧防止装置。
3. 前記第１電圧は７から１２ボルトである、請求項１又は２に記載の自転車用過電圧防止装置。
4. 前記スイッチ回路は、
   前記特定のノードに接続されたベースと、
   前記照明素子に接続されたコレクタと、
   前記整流回路の負側端子に接続されたエミッタと、を有するトランジスタを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の自転車用過電圧防止装置。

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