JP5430844B2 - 自転車用照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源に発光ダイオードを用いた前照灯により自転車の前方を照らす自転車用照明装置に関する。

従来、自転車の走行中に車輪の回転により発電するダイナモと、発光ダイオードを光源とし、ダイナモの発電電力により発光される前照灯を備えた自転車用照明装置が特許文献１で知られている。
特開２００４−２８４５６３号公報

ダイナモで発電される電気は交流であり、整流回路で直流に変換してから定電圧回路で電圧の変動を平滑にして発光ダイオードに供給し、発光ダイオードを点灯させている。ダイナモの発電電圧は、自転車の速度が低速になると低くなると共に周波数も低下する。例えば、ダイナモとして自転車のハブに内蔵されたハブダイナモの場合、車輪が１回転するとハブダイナモも１回転するが、極数を２８極、車輪のサイズが２６インチの場合、ハブダイナモの発電周波数は、自転車の走行速度が時速１５ｋｍで２８ヘルツ、時速５ｋｍでは9.8ヘルツと非常に低くなる。従って低速のときは、定電圧回路で平滑化させても電圧は不安定になり、発光ダイオードの光にチラツキが発生するという問題があった。

本発明の目的は、自転車の速度が低速になっても、発光ダイオードをチラツキなく安定して発光させることのできる自転車用照明装置を提供することである。

本発明の自転車用照明装置は、自転車の車輪の回転により発電されるダイナモと、
ダイナモより発電される交流電圧を直流に変換する全波倍電圧整流回路と、
全波倍電圧整流回路を介して供給されるダイナモの発電電気により充電される電気二重層コンデンサと、
自転車の走行速度を検知する速度検知回路と、
周囲の明るさを検知する照度検知回路と、
前照灯の光源となり、ダイナモ及び/又は電気二重層コンデンサから電力供給を受けて点灯する発光ダイオードと、
速度検知回路と照度検知回路からの検知出力が入力されて、発光ダイオードへの電力供給を制御する点灯制御回路とを具え、
点灯制御回路は、照度検知回路が所定照度以上の明るさを検知したときは、自転車の速度にかかわらず発光ダイオードへの電力供給を遮断し、暗くなり且つ速度検知回路が所定速度以上の速度を検知したときは、発光ダイオードへ連続的に電力供給して点灯せしめ、暗くなり且つ所定速度以下の速度を検知したときは、発光ダイオードへ断続的に通電して点滅せしめ、暗くなり自転車が走行から停車したときは、電気二重層コンデンサで蓄えられていた電気で所定時間発光ダイオードへ断続的に通電して点滅させるようにし、周囲が前記所定照度以上の明るさのときに自転車を走行させてから停止させ、そのまま周囲が暗くなった場合、発光ダイオードへの電力供給を遮断するようにしたものである。

また、周囲が暗いときで自転車の速度が所定速度以下の時及び走行から停車する時の発光ダイオードの点滅は、1500ヘルツ以上の周波数での点滅とするのが好ましい。

本発明の自転車用照明装置によれば、自転車の速度が低速になってダイナモの発電電圧が低下しても、整流回路として全波倍電圧整流回路を用いているので、発光ダイオードへはダイナモの発電電圧のほぼ２倍の電圧を印加することができ、発光ダイオードの発光量の低下を抑えることができる。自転車の速度がさらに低下して、発電電圧、発電周波数が共に低下しても、一般のコンデンサに比べて充電容量の大きい電気二重層コンデンサからの放電により発光ダイオードへ電気を補充しているので、発光ダイオードの電圧低下及び不安定化を抑えることができて、引き続きチラツキがなく良好に発光させることができる。

自転車の速度がさらに低下して例えば歩くような速度になると、発光ダイオードへ断続的に通電するので、連続通電に比べ消費電力が少なくてすみ、長時間低速で走行しても、電気二重層コンデンサから電力を補充して点滅させることができる。ここで断続的に通電する時の周波数を、例えば1500ヘルツの高い周波数にすると、発光ダイオードは点滅するが、点滅が目視では確認できない程度になり、連続的に点灯しているように見えるので好都合である。

自転車が停止すると、電気二重層コンデンサに蓄えられていた電気で、引き続き発光ダイオードを所定時間点滅させることができ、停車時の視認性及び安全性を高めることができる。

また周囲が所定照度以上の明るさで走行を停止させたとき、時間経過により周囲が暗くなっても発光ダイオードへの電力供給を遮断するようにしたので、昼間走行中に電気二重層コンデンサに充電された電気が夜間停止中に放電することもない。

電気二重層コンデンサから発光ダイオードへ放電が開始されるようになる速度は、全波倍電圧整流回路を用いることによって、低くすることができるので、低速時の発光ダイオードの点灯を一層安定化させることができる。

本発明の自転車用照明装置の実施形態を図に基づいて説明する。自転車用照明装置は、自転車１の前輪２のハブ軸に配備されたハブダイナモ３と、前輪２の側方である前ホーク４にブラケット５を介して取り付けられた前照灯６を具える。ハブダイナモ３は、前輪２の回転により発電するもので、その構造は、例えば特開２００１−３２７１３９号公報にも見られる周知のものであり、詳細な説明は省略する。なお、ダイナモ３としては、ハブダイナモに限定されるものではなく、車輪の側面に対して接離するローラを具え、接触することにより回転して発電するタイプ（ローラタイプ）のものでもよい。

前照灯６は、光源として、３個の発光ダイオード７、７、７が使用されている。本実施例としては、これらの発光ダイオードは白色光を発光する白色発光ダイオードであるが、前照灯の光源としては相応しくない赤色以外の光を発光するものであれば特に問わない。

図２は電気回路図であり、以下説明する。ハブダイナモ３の出力は交流であり、整流回路３０で直流に変換する。この整流回路３０は、全波倍電圧整流回路が採用されている。即ち全波倍電圧整流回路３０は、ダイナモ３の交流発電電圧の正の半周期と負の半周期とを交互に２個のダイオード３１、３２で直流に変換し、夫々電解コンデンサ３３、３４を充電する。出力として取り出す直流電圧は、２個のコンデンサ３３、３４の電圧の和となる。コンデンサ３３、３４の電圧は、ほぼ交流発電電圧の最大値となるのでるので、出力される直流電圧は、ダイナモ交流発電電圧のほぼ２倍となり高い電圧となる。

整流回路３０の出力電圧は、定電圧回路４０に送られる。整流回路３０の出力電圧は自転車の速度により変動し、速度が速くなると高くなりすぎるので、定電圧回路４０で一定電圧に抑制され、且つ電解コンデンサ４１で平滑される。

平滑された電圧は、速度検知回路５０へ送られ、さらに充放電回路６０へ送られる。
速度検知回路５０は、自転車の走行速度を検知するもので、抵抗５１、５２、コンデンサ５３より構成され、抵抗５２とコンデンサ５３の端子電圧を、速度に応じた検知出力電圧として取り出し、後述する点灯制御回路８０のＩＣ回路８１へ入力される。

充放電回路６０は、一般のコンデンサに比べて充電容量の大きい電気二重層コンデンサ６１と、逆流防止用ダイオード６２から構成される。ダイナモ３の発電電圧が高い場合には、逆流防止用ダイオード６２を介して電気二重層コンデンサ６１は充電され、自転車が低速になってダイナモ３の発電電圧が低くなると、電気二重層コンデンサ６１に蓄電されていた電気が、照度検知回路７０、点灯制御回路８０、発光ダイオード７へ向けて放電される。

照度検知回路７０は、周囲の明るさを検知するもので、周囲の明るさを検知する光センサとしては、フォトトランジスタ７１が採用され、明るさをフォトトランジスタ７１の電流変化に置換する。周囲が暗くなるとフォトトランジスタ７１には殆ど電流は流れず、ハイレベルの検知出力電圧が、後述する点灯制御回路８０のＩＣ回路８１へ入力される。周囲が明るくなるとフォトトランジスタ７１に電流が流れ、ローレベルの検知出力電圧が点灯制御回路８０のＩＣ回路８１へ入力される。

点灯制御回路８０は、並列に接続された３個の発光ダイオード７と直列に接続されて、発光ダイオード７への通電を制御するトランジスタ８２と、このトランジスタ８２をオン、オフさせるためのＩＣ回路８１より構成される。ＩＣ回路８１は、発光ダイオード７を点灯消灯するための点灯消灯制御回路と、発光ダイオード７を点滅するための点滅回路とを組み合わせて構成され、前記速度検知回路５０と照度検知回路７０からの検知出力が入力される。そして出力信号はトランジスタ８２のベースに送られる。

ＩＣ回路８１は、周囲の明るさが所定照度以上の明るいときは、自転車の速度に係わらず、トランジスタ８２をオフにする出力信号を送る。従って発光ダイオード７は点灯されない。周囲の明るさが暗くなると、トランジスタ８２をオンにする出力信号を送る。この信号は自転車の速度に応じた信号となる。即ち、自転車が普通に走っている状態ではトランジスタ８２を連続的にオンにする信号を送るが、速度が歩くような速度（例えば時速４ｋｍ）まで低下すると、トランジスタ８２を断続的にオンにする信号を送る。具体的には、1500ヘルツの高い周波数でオン、オフさせる信号を送る。この信号により、発光ダイオード７は高周波で断続的に点滅するので、目視では確認できず、連続的に点灯している様に見える。

またＩＣ回路８１は、自転車の停止には次のように反応する。即ち、明るいときに走行から停止してそのまま時間の経過により暗くなった場合は、トランジスタ８２をオフにする出力信号を送る。一方暗いときの走行から停止した場合は、トランジスタ８２を上記と同様に、1500ヘルツの周波数でオン、オフさせる信号を送る。

そこで昼間の明るいときに自転車を走行すると、ハブダイナモ３は発電して、逆流防止用ダイオード６２を介して電気二重層コンデンサ６１を充電する。しかし発光ダイオード７へは、ＩＣ回路８１の働きにより電流は流れず、点灯しない。明るいときの走行から停止して時間が経過し暗くなっても、トランジスタ８２はオフになっているので、発光ダイオード７は点灯せず、また、電気二重層コンデンサ６１は放電せず、蓄えられた電気は蓄積されたままである。

周囲が暗くなって自転車を走行させると、トランジスタ８２はオンし、発光ダイオード７へ電流が流れ点灯する。ダイオード７への電気の供給は、自転車の走行速度が速く（例えば時速８ｋｍ以上）ダイナモ３の発電電圧が高いうちは、ダイナモ３から電気の供給を受け、速度が低下して（例えば時速８ｋｍ以下）定電圧回路４０の出力電圧が電気二重層コンデンサ６１の端子電圧より低くなると、電気二重層コンデンサ６１は放電を開始して、電気二重層コンデンサ６１からも電気の供給を受ける。自転車の速度がこのように低下すると、発電電圧が低下し発電周波数も低下するが、一般のコンデンサに比べて充電容量の大きい電気二重層コンデンサ６１から発光ダイオード７へ電気が補充されるので、発光ダイオード７の電圧低下を抑えて充分な照度で発光させることができると共に、電圧の不安定化を抑えてチラツキを防止することができ、引き続き良好に発光させることができる。

自転車の速度がさらに低下して、歩くような速度（自転車を押して歩く場合等）である時速４ｋｍ以下になると、トランジスタ８２は1500ヘルツの高い周波数でオン、オフし、発光ダイオード７は高周波で断続的に点滅する。1500ヘルツの周波数の点滅は目視では確認できず、連続的に点灯している様に見える。発光ダイオード７が連続的に点灯する場合に比べて消費電力を少なく抑えることができ、（例えばデューティ比５０％にすれば消費電力は１/２にできる）、長時間低速走行しても発光ダイオード７を点滅（目には点灯と映る）させることができる。従って自転車を手で押して歩くような場合にも長時間足元を照らすことができる。

暗いときの走行から自転車を停止させると、ダイナモ３の発電はなくなるが、電気二重層コンデンサ６１に蓄えられた電気により、所定時間例えば２分間、発光ダイオード７は1500ヘルツの高周波で断続的に点滅する（トランジスタ８２が1500ヘルツの周波数でオン、オフするため）。発光ダイオード７のこの点滅は、上記の如く目視では確認できず、連続的に点灯している様に見える。従って停車中でもしばらくの間は足元を照らすことができ、視認性、安全性を確保できる。

なお、発光ダイオード７の点滅周波数は、1500ヘルツ以上であってもかまわない。また1500ヘルツ以下でも目視で確認できないようであればよい。

このように本発明では、整流回路として全波倍電圧整流回路３０を用いて自転車の低速走行時にでも発光ダイオード７へ高い電圧が加わるようにしたこと、さらに、一般のコンデンサよりも充電量の大きい電気二重層コンデンサ６１に、ダイナモ３の発電電気を蓄えるようにして、低速走行時に、ダイナモの発電電圧低下や発電周波数の低下による不安定さを補うようにしたこと、さらに低速走行時には発光ダイオードを高周波で断続的に点滅させるようにしたことにより、低速走行時にも発光ダイオードを長時間チラツキなく良好に発光させることができるものである。

本発明の自転車用照明装置を取り付けた自転車の前輪付近の側面図である。 同自転車用照明装置の電気回路図である。

符号の説明

３ ダイナモ
３０ 全波倍電圧整流回路
６１ 電気二重層コンデンサ
５０ 速度検知回路
７０ 照度検知回路
６ 前照灯
７ 発光ダイオード
８０ 点灯制御回路

Claims (3)

1. 自転車の車輪の回転により発電されるダイナモと、
   ダイナモより発電される交流電圧を直流に変換する全波倍電圧整流回路と、
   全波倍電圧整流回路を介して供給されるダイナモの発電電気により充電される電気二重層コンデンサと、
   自転車の走行速度を検知する速度検知回路と、
   周囲の明るさを検知する照度検知回路と、
   前照灯の光源となり、ダイナモ及び/又は電気二重層コンデンサから電力供給を受けて点灯する発光ダイオードと、
   速度検知回路と照度検知回路からの検知出力が入力されて、発光ダイオードへの電力供給を制御する点灯制御回路とを具え、
   点灯制御回路は、照度検知回路が所定照度以上の明るさを検知したときは、自転車の速度にかかわらず発光ダイオードへの電力供給を遮断し、暗くなり且つ速度検知回路が所定速度以上の速度を検知したときは、発光ダイオードへ連続的に電力供給して点灯せしめ、暗くなり且つ所定速度以下の速度を検知したときは、発光ダイオードへ断続的に通電して点滅せしめ、暗くなり自転車が走行から停車したときは、電気二重層コンデンサで蓄えられていた電気で所定時間発光ダイオードへ断続的に通電して点滅させるようにし、周囲が前記所定照度以上の明るさのときに自転車を走行させてから停止させ、そのまま周囲が暗くなった場合、発光ダイオードへの電力供給を遮断するようにしたことを特徴とする自転車用照明装置。
2. 前記点灯制御回路は、周囲が暗いときで、前記所定速度以下で走行中の時及び走行から停車した時の発光ダイオードの点滅は、1500ヘルツ以上の周波数での点滅とした請求項１に記載の自転車用照明装置。
3. 前記発光ダイオードは、赤色以外の光を発光するダイオードとした請求項１又は請求項２に記載の自転車用照明装置。

Images