JPH05238447A - 自転車用前照灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発電時にタイヤに加わる発電機の負荷を減少
し、乗り手への身体的疲労を軽減することができる自転
車用前照灯装置を提供する。 【構成】界磁電流制御回路は通常走行時、端子電圧検出
回路１３が検出したバッテリ２の端子電圧値が８ボルト
以上の場合、ダイナモ１の界磁電流を小さく制御する。
従って、タイヤに加わるダイナモ１の負荷もそれに伴っ
て小さくなる。日中の走行時には、この小さな負荷の状
態で発電が行われてバッテリ２が徐々に充電される。そ
して、夜間の走行時には、バッテリ２の充電によりライ
トＬがが点灯される。また、界磁電流制御回路４はライ
トＬの点灯時に端子電圧検出回路１３が検出したバッテ
リ２の端子電圧値が６ボルト未満の場合、ダイナモ１の
界磁電流を大きくするように制御する。従って、ダイナ
モ１からは大きな発生電力が得られ、この発生電力によ
ってライトＬは所定の照度を保持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タイヤが回転すること
によって発電する発電機を備えた自転車用前照灯装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自転車に設けられた前照灯（ライ
ト）は、タイヤの回転を利用して発電機（ダイナモ）を
回転させた際にダイナモから発生する発生電力を直接利
用して点灯されるようになっている。従って、自転車が
停止している際にはタイヤが回転しなため、ダイナモは
発電せず、ライトは点灯しない。また、自転車の低速走
行時には十分な照度を確保できなかった。

【０００３】前記の問題点を解消するため、充電可能な
バッテリを設けるとともに、発電機の出力電圧を検知
し、出力電圧が基準レベルを超過する場合には、超過電
圧の電力をバッテリへ充電するようにしたものが提案さ
れている（実開平１−１０８８８７）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記充電可能なバッテ
リを有する装置の場合には、自転車の停止中あるいは低
速走行時にも一定の照度で前照灯を点灯することができ
る。

【０００５】しかしながら、上記ダイナモはライトを点
灯させながら自転車を走行させる場合には常時発電状態
にある。即ち、ダイナモ内のフィールドコイル（図示せ
ず）には常時大きな界磁電流が流れるため、ステーショ
ンコイル（図示せず）を回転する際のトルクが大きくな
る。即ち、自転車のペダルを回転させる際のトルクがダ
イナモの負荷の分だけ大幅に大きくなる。その結果、乗
り手には身体的疲労が増加される。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は発電時にタイヤに加わる
発電機の負荷を減少し、乗り手への身体的疲労を軽減す
ることができる自転車用前照灯装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、タイヤが回転することによって発電す
るとともに、界磁制御が可能な発電機と、直流電源によ
り点灯する前照灯と、前記発電機からの発生電圧により
充電され、その充電された電源を前記前照灯へ供給する
バッテリと、前記バッテリの端子電圧値を検出する電圧
検出手段と、前記電圧検出手段により検出された前記バ
ッテリの端子電圧値が所定の設定端子電圧値未満の場
合、前記発電機の界磁電流を上げて発生電圧を上げる界
磁電流制御手段とを設けたことをその要旨とする。

【０００８】

【作用】本発明の装置では、原則としてタイヤが回転す
る時に常に発電が行われる。界磁電流制御手段は通常走
行時、電圧検出手段によって検出されたバッテリの端子
電圧値が設定端子電圧値以上の場合、発電機の界磁電流
を小さく制御する。従って、タイヤに加わる発電機の負
荷もそれに伴って小さくなる。日中の走行時には、この
小さな負荷の状態で発電が行われてバッテリが徐々に充
電される。そして、夜間の走行時には、バッテリの充電
により前照灯が点灯される。

【０００９】また、前照灯の点灯時に電圧検出手段によ
って検出されたバッテリの端子電圧値が設定端子電圧値
未満の場合、界磁電流制御手段は発電機の界磁電流を大
きくするように制御する。従って、発電機からは大きな
発生電力が得られ、この発生電力によって前照灯は所定
の照度を保持できる。

【００１０】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明を具体化した第１実施例を
図１〜図３に基づいて説明する。

【００１１】図２は自転車に搭載された前照灯装置の駆
動系及び電気的構成を示し、自励式の分巻発電機（ダイ
ナモ）１は公知の方法により自転車の車軸（図示せず）
に連結され、車軸の回転に伴って発電するようになって
いる。

【００１２】図１に示すように、前記ダイナモ１は車軸
の回転に伴って回転し、起電力（交流電圧）を発生する
アーマチュアコイル１ａ、そのアーマチュアコイル１ａ
と一体回転し、同アーマチュアコイル１ａが発生する交
流電圧を直流電圧に整流するコンミテータ及びブラシ
（いずれも図示せず）からなる整流回路、さらにポール
（図示せず）に巻き付けられ、電流が流れると前記ポー
ルの磁化を強めるフィールドコイル１ｂ等から形成され
ている。

【００１３】前記ダイナモ１から出力される直流電圧は
アルカリ電池（この実施例ではニッケル−カドミウム電
池）よりなるバッテリ２に充電され、そのバッテリ２の
端子電圧はスイッチ３を介してライトＬに供給されるよ
うになっている。前記ダイナモ１とバッテリ２との間に
は、バッテリ２からダイナモ１への電流の逆流を防止す
るために、カットアウトリレーＣが接続されている。な
お、前記バッテリ２の定格端子電圧値は６ボルトであ
り、また、満充電時の端子電圧値は８ボルトとなってい
る。

【００１４】また、前記ダイナモ１には電圧検出手段及
び界磁電流制御手段としての界磁電流制御回路４が接続
されている。同界磁電流制御回路４はドレイン端子が前
記ダイナモ１に接続されたＭＯＳトランジスタ５、後述
する差動増幅器６及び基準電圧回路７とから構成されて
いる。

【００１５】前記基準電圧回路７は分圧抵抗８，９から
なる分圧回路と分圧抵抗８と並列接続されたＭＯＳトラ
ンジスタ１０とで構成され、その接続点Ｎ2 が前記差動
増幅器６の非反転入力端子に接続されている。なお、本
実施例では前記分圧抵抗８，９の分圧比は１：４に設定
され、分圧抵抗８，９の分圧電位（出力電圧値ＶK ）が
差動増幅器６の非反転入力端子に印加されることにな
る。

【００１６】一方、差動増幅器６の反転入力端子には、
前記バッテリ２と並列に接続された検出抵抗１１が接続
されている。従って、このバッテリ２と並列に接続され
た検出抵抗１１を介して、そのときのバッテリ２の端子
電圧値に対応する出力電圧値Ｖｓが差動増幅器６の反転
入力端子に印加されることになる。なお、出力電圧値Ｖ
ｓは常に出力電圧値ＶK より小さな値となるように設定
されている。

【００１７】前記差動増幅器６は前記バッテリ２の出力
電圧値ＶS と基準電圧回路７からの出力電圧値ＶK とを
比較し、その差に比例した電圧ＶO を前記ＭＯＳトラン
ジスタ５のゲートに印加する。そして、前記ＭＯＳトラ
ンジスタ５は電磁制御トランジスタであって、ゲート端
子に入力される前記電圧ＶO の値が大きいほど界磁電流
を大きく流すようになっている。

【００１８】従って、出力電圧値ＶS が低いほど出力電
圧値ＶK との差が大きくなり、トランジスタ５のゲート
に印加する電圧ＶO は高くなるため、前記フィールドコ
イル１ｂに流れる界磁電流は大きくなる。反対に出力電
圧値ＶS が高いほど出力電圧値ＶK との差が小さくな
り、トランジスタ５のゲートに印加する電圧ＶO は低く
なるため、フィールドコイル１ｂに流れる界磁電流は小
さくなる。

【００１９】前記基準電圧回路７のＭＯＳトランジスタ
１０はスイッチング用のトランジスタであって、そのゲ
ート端子にはトランジスタ制御装置１２が接続されてい
る。このトランジスタ制御装置１２と前記バッテリ２と
の間には、バッテリ２の端子電圧値ＶL を検出する電圧
検出手段としての端子電圧検出回路１３が接続されてい
る。この端子電圧検出回路１３は、そのときどきのバッ
テリ２の端子電圧値ＶL を検出してトランジスタ制御装
置１２へ出力するようになっている。

【００２０】また、前記端子電圧検出回路１３と前記フ
ィールドコイル１ｂへの供給電源との間には、トランジ
スタスイッチ（図示せず）が接続され、端子電圧検出回
路１３はバッテリ２の端子電圧値ＶL が満充電（８ボル
ト）以上の時に、トランジスタスイッチをオフするよう
になっている。

【００２１】前記トランジスタ制御装置１２にはブレー
キング判断装置１４が接続されている。図３に示すよう
に、前記ブレーキング判断装置１４には近接スイッチ
（図示せず）を介してブレーキレバー１５が連結されて
いる。本実施例ではブレーキレバー１５が２秒以上握ら
れ、近接スイッチが２秒間オンした場合、ブレーキング
判断装置１４は自転車に制動が加えられたと判断し、前
記トランジスタ制御装置１２へオン信号を出力するよう
になっている。

【００２２】トランジスタ制御装置１２は前記スイッチ
３がオン状態（夜間走行時）でかつ、前記端子電圧検出
回路１３により検出されたバッテリ２の端子電圧値ＶL
が、定格端子電圧値未満の場合と、ブレーキング判断装
置１４からオン信号を入力した場合には、前記トランジ
スタ１０に電圧を印加して同トランジスタ１０をオンさ
せるようになっている。

【００２３】次に上記のように構成された前照灯装置の
作用を説明する。まず、ライトＬを使用しない日中の走
行時の作用について説明する。この場合はスイッチ３を
オフの状態とする。ブレーキをかけない通常走行の状態
では、トランジスタ１０がオフに保持されている。そし
て、このとき、分圧比の設定により界磁電流制御回路４
は、バッテリ２の出力電圧値ＶS を検出しながらトラン
ジスタ５のゲート端子には、トランジスタ１０がオンの
ときの５分の１の電圧ＶOを印加する。従って、トラン
ジスタ５からフィールドコイル１ｂには、その電圧ＶO
に相当する界磁電流が流れ、アーマチュアコイル１ａか
らはトランジスタ１０がオンのときの５分の１の交流電
圧が発生する。そして、その交流電圧が整流されてバッ
テリ２へ供給される。

【００２４】このとき、前記フィールドコイル１ｂに流
れる界磁電流の大きさは、トランジスタ１０がオンのと
きの５分の１であるため、乗り手に身体的負荷がほとん
ど加わらない状態でバッテリが充電される。

【００２５】一方、自転車に制動を加えるために２秒以
上ブレーキレバー１５を握った場合、ブレーキング判断
装置１４からトランジスタ制御装置１２へオン信号が出
力され、トランジスタ制御装置１２は分圧抵抗８に並列
接続されたトランジスタ１０のゲート端子に電圧を印加
して同トランジスタ１０をオンさせる。

【００２６】トランジスタ１０がオンされることによっ
て、基準電圧回路７から差動増幅器６の非反転入力端子
に出力される分圧電位は通常走行時よりも大きく（５
倍）なる。即ち、差動増幅器６にて比較される出力電圧
値ＶK と出力電圧値ＶS とに基づく電位差は通常走行時
の５倍となる。従って、トランジスタ５のゲートに印加
される電圧ＶO が大きくなって、フィールドコイル１ｂ
に大きな界磁電流が流れる。フィールドコイル１ｂに大
きな界磁電流が流れることによって、アーマチュアコイ
ル１ａからは大きな交流電圧が発生される。そして、そ
の交流電圧は直流電圧に整流され、バッテリ２に充電さ
れる。

【００２７】また、通常走行に復帰するためにブレーキ
レバー１５が離されると、トランジスタ制御装置１２は
オン状態だったトランジスタ１０をオフにする。トラン
ジスタ１０がオフされたことによって差動増幅器６の非
反転入力端子には再度通常走行時と同じ分圧電位、即ち
トランジスタ１０がオンのときの５分の１の出力電圧値
ＶK が印加されて、前記通常走行時と同様にバッテリ２
が充電される。

【００２８】そして、走行距離が増加してバッテリ２の
端子電圧値が満充電時における端子電圧値の８ボルトを
超えた場合、端子電圧検出回路１３はフィールドコイル
１ｂと供給電源との間に設けられたトランジスタスイッ
チをオフさせ、フィールドコイル１ｂへの界磁電流の供
給を遮断する。従って、バッテリ２の端子電圧は８ボル
ト以上で充電されず、過充電とはならない。

【００２９】続いて、ライトＬを点灯させながらの夜間
走行時の作用について説明する。まず、スイッチ３をオ
ンさせてライトＬを点灯させる。このとき、ライトＬは
前記日中の走行中に充電されたバッテリ２から供給され
る端子電圧により点灯されるので、自転車を走行させな
くてもライトＬは必要な照度で点灯する。

【００３０】日中の走行時におけるバッテリ２の充電が
不十分でバッテリ２の端子電圧値ＶL が設定端子電圧値
（例えば６ボルト）未満の場合、トランジスタ１０がオ
ンされ、基準電圧回路７から差動増幅器６の非反転入力
端子に出力される分圧電位が上昇する。従って、トラン
ジスタ５のゲート端子に印加する電圧ＶO も高くなり、
フィールドコイル１ｂに流れる界磁電流はトランジスタ
１０がオフのときよりも増大される。従って、ライトＬ
に必要な電力が供給される。

【００３１】上記のようにライトＬを使用しない日中の
走行時においては、ペダルを回転させる際のトルクは小
さく、乗り手はペダルの重さの変化をほとんど感じな
い。従って、乗り手にはほとんど身体的疲労が増加され
ない。また、ライトＬを点灯させる夜間走行時において
は、日中の走行時に充電されたバッテリ２の端子電圧値
ＶL によりライトＬを点灯させることができるため、フ
ィールドコイル１ｂヘ大きい界磁電流を流す必要がなく
なる。その結果、アーマチュアコイル１ａが回転する際
に車軸に加わる負荷が小さくなって、ペダルを回転させ
る際のトルクも小さくなり乗り手の身体的疲労を軽減す
ることが可能となる。

【００３２】また、ライトＬの点灯は直接ダイナモ１か
らの発生電力で点灯するのではなく、バッテリ２を介し
て行われるため、ライトＬの照度の安定化を図ることが
できる。

【００３３】さらに、本実施例では日中の走行時におい
て、ブレーキレバー１５が握られた際に強制的にダイナ
モ１に大きな界磁電流が流れ、バッテリ２の充電が効率
良く行われる。さらに、ダイナモ１に大きな界磁電流を
流して車軸に大きな負荷を与えることにより、自転車が
より早く停止又は減速することができるとともに、ブレ
ーキ寿命が延びる。

【００３４】（第２実施例）次に本発明を具体化した第
２実施例を図４及び図５に基づいて説明する。なお、本
実施例では上記第１実施例と相違する部分についてのみ
詳述する。

【００３５】図４に示すように、界磁電流制御回路４に
は下り坂センサ２１が接続されている。この下り坂セン
サ２１は図５（ａ），（ｂ）に示す円盤状に形成された
回転板２２と、発光ダイオードからなる発光素子２３及
び発光素子２３が発した光を受光する受光素子２４とか
ら構成されている。前記回転板２２には軸２５及びウェ
イト部２６が一体形成され、軸２５を中心として車体
（図示せず）に回動可能に支持されている。従って、回
転板２２は常時ウェイト部２６が下方となる。なお、回
転板２２の回動量は図示しないストッパで規制されてい
る。

【００３６】前記発光素子２３及び受光素子２４は前記
回転板２２を挟んでそれぞれ車体に取り付けられてい
る。そして、回転板２２のウェイト部２６の上方におい
て、前記軸２５の中心から発光素子２３及び受光素子２
４までの間の距離と等距離の位置には、穴２７が透設さ
れている。

【００３７】前記発光素子２３は前記ダイナモ１に直接
接続され、ダイナモ１の発生電圧により発光するように
なっている。従って、自転車の停止時には発光素子２３
は発光しない。一方、前記受光素子２４は下り坂判断装
置２８に接続されている。

【００３８】この下り坂判断装置２８は前記ブレーキン
グ判断装置１４と同様にトランジスタ制御装置１２に接
続され、受光素子２４が発光素子２３からの光を受光し
た場合、自転車が下り坂を走行してると判断し、前記ト
ランジスタ制御装置１２にオン信号を出力するようにな
っている。

【００３９】次に上記のように構成された前照灯装置の
作用を説明する。通常走行（平坦路面又は上り坂路面走
行）から下り坂路面を走行する場合は、自転車の車体は
その下り坂の勾配に伴って傾くが、回転板２２はウェイ
ト部２６が常に鉛直方向へ向かう位置に保持される。従
って、回転板２２は車体、即ち前記発光素子２３及び受
光素子２４に対して相対回動する。そして、回転板２２
が回動して前記穴２７が発光素子２３及び受光素子２４
と対向する状態となり、発光素子２３が発した光を受光
素子２４が受光すると、下り坂判断装置２８はトランジ
スタ制御装置１２へオン信号を出力する。そして、トラ
ンジスタ１０へ電圧が印加されて同トランジスタ１０は
オンされる。

【００４０】その結果、差動増幅器６にて比較される出
力電圧値ＶK と出力電圧値ＶS とに基づく電位差は通常
走行時よりもはるかに大きくなり、フィールドコイル１
ｂに大きな界磁電流が流れ、アーマチュアコイル１ａに
高い交流電圧が発生してバッテリ２の充電が行われる。

【００４１】このとき、車軸に加わるダイナモ１の負荷
は通常走行時よりも大きくなるが、下り坂走行のために
ペダルを回転させなくても自転車は走行するので、乗り
手の身体的疲労は増加されない。

【００４２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で例えば次の
ように構成することもできる。 （１）上記第１及び第２実施例において、バッテリ２の
充電状態を示すレベルメータやバッテリ２の過放電を警
告する警告ランプ等を設けてもよい。

【００４３】（２）上記第２実施例においては、下り坂
走行を下り坂センサ２１である発光素子２３からの光を
受光素子２４が受光するか否かで下り坂判断装置２８に
よりそれを判断したが、前記下り坂センサ２１を図６に
示すように、略中央で屈曲されたガラス管３０の一端側
に電極３１を形成し、そのガラス管３０の中に水銀３２
を封入したもので形成してもよい。この下り坂センサに
よれば通常走行時には水銀３２がガラス管３０の水平部
３０ａに保持され、下り坂走行時には水銀３２はガラス
管３０の電極３１側に移動する。そして、水銀３２を介
して電極３１が通電状態となり、下り坂判断装置２８は
下り坂走行中であると判断し、トランジスタ制御装置１
２へオン信号を出力する。

【００４４】（３）上記第１及び第２実施例において
は、発電機として自励式の分巻発電機であるダイナモ１
で具体化したが、これを他種の自励式の発電機や他励式
の発電機で具体化してもよい。

【００４５】（４）上記第２実施例においては、下り坂
の検出は下り坂センサ２１により自動検出してトランジ
スタ１０をオンさせるようにしたが、これを乗り手が任
意にスイッチ操作等を行ってトランジスタ１０をオンさ
せるように構成してもよい。

【００４６】（５）上記第１及び第２実施例において
は、発電機としてのダイナモ１は車軸に取付けるタイプ
だったが、タイヤの側面と接するタイプのダイナモ１で
具体化してもよい。

【００４７】（６）上記第１及び第２実施例において
は、基準電圧回路７を構成するスイッチ用トランジスタ
はＭＯＳトランジスタ１０、また、発電機としてのダイ
ナモ１に接続したトランジスタもＭＯＳトランジスタ５
で構成したが、これらのトランジスタ５，１０をＭＯＳ
トランジスタに代えて静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）
やバイポーラトランジスタ等で構成してもよい。

【００４８】（７）上記第１及び第２実施例において
は、バッテリ２はニッケル−カドミウム電池で具体化し
たが、これをニッケル−水素電池や鉛蓄電池等で具体化
してもよい。

【００４９】（８）上記第１及び第２実施例での設定端
子電圧値を適宜変更してもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
発電時にタイヤに加わる発電機の負荷を減少し、乗り手
の身体的疲労を軽減するとともに、前照灯の照度の安定
化を図ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した第１実施例の自転車用前照
灯装置の電気的構成を示す電気回路図である。

【図２】自転車用前照灯装置の駆動系及び電気的構成を
示すブロック図である。

【図３】ブレーキレバーとブレーキ判断装置の構成を示
す概略図である。

【図４】第２実施例の駆動系及び電気的構成を示すブロ
ック図である。

【図５】（ａ）は下り坂センサの正面図であり、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】別例の下り坂センサの正面図である。

【符号の説明】

１…発電機としてのダイナモ、２…バッテリ、４…界磁
電流制御手段としての界磁電流制御回路、１２…トラン
ジスタ制御装置、１３…電圧検出手段としての端子電圧
検出回路、Ｌ…前照灯としてのライト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タイヤが回転することによって発電する
   とともに、界磁制御が可能な発電機と、 直流電源により点灯する前照灯と、 前記発電機からの発生電圧により充電され、その充電さ
   れた電源を前記前照灯へ供給するバッテリと、 前記バッテリの端子電圧値を検出する電圧検出手段と、 前記電圧検出手段により検出された前記バッテリの端子
   電圧値が所定の設定端子電圧値未満の場合、前記発電機
   の界磁電流を上げて発生電圧を上げる界磁電流制御手段
   とを設けた自転車用前照灯装置。