JPH0710056A - 自転車用照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 照明灯点灯時の電圧降下を低減して照明灯の
照度を上げ、構成が簡単で低コストの自転車用照明装置
の提供する。 【構成】 周囲が明るいときは自動点灯消灯回路へリレ
ー接点Ｂを経て電力を供給し、暗くなってリレーコイル
Ｌに定格電流を流し、その接点Ａへ切り換えて電球22を
発電機21に接続して点灯する。接点Ａに切り換えられた
後は、リレーコイルＬへはダイオードD1, コンデンサー
C1及び電界効果トランジスタFET で構成される定電流回
路からリレーを保持するのに必要な低電流が供給され
る。したがって、電球に印加される電圧の降下は小さく
なり、照度は高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自転車の前輪の
ハブに組み込まれた自転車用発電機を電源とし、照明灯
の点灯および消灯を周囲の明るさを検知して自動的に行
うようにした自転車用自転車用照明装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】自転車用照明装置として、例えば前輪の
ハブに組み込まれた発電機を電源としたもの最近開発さ
れている。このような自転車用発電機で発電される電力
の定格は、交流6V,2〜3Wの小電力であるのが一般的であ
る。このような自転車用発電機から発電される電力の照
明灯への供給を周囲の明るさに応じて自動的に制御する
方法として、双方向制御整流素子であるトライアックや
トランジスタ等の半導体素子を使用して制御する方法が
ある。図１に、トライアックを使用した従来の自転車用
照明装置の回路図を示す。発電機５と並列に全波整流回
路７を接続し、その出力端子にコンデンサC1, C2, 抵抗
R7, ツェナダイオードZDおよびトランジスタTrより成る
定電圧回路を設け、これによって自動消灯点灯回路を付
勢するようにしている。この自動点灯消灯回路には、抵
抗R1,R2より成る基準電圧点と、抵抗R3および昼夜検出
用光センサCdS より成る比較点電圧点の電圧を比較する
コンパレータICと、このコンパレータの出力端子に抵抗
R4, R5を経てカソードが接続された発光ダイオード1 お
よび光感応トライアック3 より成るフォトカプラ1 とが
設けられている。この光感応トライアック3 と直列に抵
抗R6を設け、これらトライアックと抵抗との接続点を発
電機５と電球６とに直列に接続されたトライアック4 の
制御ゲートに接続されて、トライアック４のトリガー回
路となる。このような従来の自転車用照明装置では、昼
間は昼夜検出用光センサーCdS の抵抗値が低く、接続点
Ｃと接続点Ｄとの電圧を比較すると、接続点Ｄの電圧が
高いためコンパレータICの出力はハイレベルとなり、フ
ォトカプラ１の発光ダイオード２は順方向に電流が流れ
ない。したがって発光ダイオード２は発光せず、トライ
アック３は遮断状態であるため、トライアック４も遮断
状態となり、発電機５からの電流が電球６に流れず、電
球は消灯したままである。一方、周囲が暗くなると、昼
夜検出用光センサーCdS の抵抗値が高くなり、接続点Ｃ
の電位が高くなるためコンパレータICの出力はローレベ
ルとなり、フォトカプラ１の発光ダイオード２は順方向
に電流が流れる。したがって発光ダイオード２が発光
し、トライアック３が導通となるためにトリガーがかか
り、トライアック４は導通状態となり、発電機５からの
電流が流れて電球６は点灯する。

【０００３】また照明灯の電球への電力の供給を自動的
に制御する方法として、リレーを使用して制御する方法
がある。図２はリレーを使用した従来の自転車用照明装
置の回路図を示すものである。この従来例では、発電機
11の出力をダイオードD2によって整流してコンデンサC
を充電し、このコンデンサを自動点灯消灯回路の電源と
して使用するようにしている。コンパレータICの出力端
子にリレーRyのリレーコイルL を接続し、その常開リレ
ー接点を発電機と電球12との間に接続している。昼間は
明るいため昼夜検出用光センサーCdS の抵抗値が低く、
接続点Ｃと接続点Ｄとの電圧を比較すると、接続点Ｃの
電圧が高いためコンパレータICの出力はハイレベルとな
り、リレーRyは駆動されずリレーの切換えアームは接点
Ｂに接続されたままである。夜間走行時には暗いため、
昼夜検出用光センサーCdS の抵抗値が高くなり、接続点
Ｃと接続点Ｄとの電圧を比較すると、接続点Ｄの電圧が
高くなるためコンパレータICの出力はローレベルとな
り、リレーコイルＬに電流が流れ、リレーの切換えアー
ムは接点Ａに切り換わり、発電機11に電球12が接続さ
れ、電球は点灯することになる。なお、リレーコイルＬ
と並列に接続されたダイオードD3はリレーコイルに発生
する逆起電力を流すためのものである。さらに、この従
来例では、電球が切れたときにリレーコイルＬを保護す
るために、接続点ＣおよびＤの電圧を比較してなおかつ
自動点消灯回路の電源の電圧がツェナダイオードZD1 の
ツェナ電圧を越えたときに、リレーコイルと並列に電力
を吸収するように作用するリレーコイル保護回路を設け
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の自転車
用照明装置において、照明灯の電球への電力の供給を制
御する素子として双方向制御整流素子であるトライアッ
クやトランジスタなどの半導体素子を使用する場合に
は、制御用の電力が小さくてよい反面トライアックや整
流用ダイオードにおける電圧降下が発生するため、電球
に印加される電圧がそれだけ低下することになり、その
結果として電球の明るさが暗くなる欠点がある。図３
は、従来トライアックを使用した場合の電圧降下の例を
示す電圧波形図である。曲線ａは発電機の出力電圧であ
り、曲線ｂは電球に印加される電圧である。図に示すよ
うに、約1Vに相当する電圧降下ｃが発生する。図４は、
ダイオードで全波整流して電球を点灯した場合の電圧波
形図である。曲線ｄは発電機の出力電圧であり、曲線ｅ
は電球に印加される電圧である。この場合にも電球の点
灯時には図に示すように、約１V の電圧降下ｆが発生す
る。したがって図１に示した従来例の場合、実際に電球
にかかる電圧は5V程度となり、直接電球を点灯した場合
すなわち6Vに比べて光量が減少し、夜間走行時に照明灯
が暗くなるという問題がある。一方、リレーを使用する
場合、半導体素子を使用した場合のような素子による電
圧降下は発生しない。しかしながら、リレーコイルの駆
動電力が小型のものでも150mW 程度は必要となり、上述
したような自転車用発電機のような小容量の発電機では
電圧降下の原因となっていた。このような電圧降下を防
ぐ対策としては、リレー接点切り換え時にのみコイルを
駆動すればよいラッチングリレーを使用することが考え
られるが、この場合には制御回路が複雑となるため、コ
スト高となるという問題がある。

【０００５】本発明は、上述した従来の自転車用照明装
置の問題点を解決し、照明点灯時の電圧降下を低減し、
照明の照度の低下を防ぐことができ、しかも構成が簡単
で安価に実施することがことができる自転車用照明装置
を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の自転車用照明装
置は、車輪の回転により発電する発電機と、この発電機
の発電電力により点灯する照明灯と、前記発電機と前記
照明灯との接続を行うスイッチ手段と、周囲の明るさに
応じて前記スイッチ手段を切り換える自動点灯消灯回路
と、前記照明灯が点灯された後、前記照明灯を前記発電
機に接続するように前記スイッチ手段を維持するのに必
要な低電力を前記自動点灯消灯回路に供給する制御回路
とを具えることを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明の自転車用照明装置では、周囲が明るい
ときにはスイッチ手段は発電機と照明灯電球が接続され
ていない状態のままであり、周囲が暗くなると自動点消
灯回路の制御によりスイッチ手段の接続が切り換わり、
発電機と照明灯電球とがスイッチ手段を介して接続さ
れ、照明灯の電球は明るく点灯する。一方、スイッチ手
段が切り換わって照明灯電球が点灯した後は、発電機と
照明灯電球とが接続された状態とするようにスイッチ手
段を動作状態に維持するために必要な低電力を自動点灯
消灯回路に供給するように制御回路が動作するので、照
明灯電球に印加される電圧の降下を低減することがで
き、したがって照明灯の照度を上げることができる。ま
た、ラッチングリレーを使用していないので制御回路は
簡単となり、コストを低減することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の自転車用照明装置の実施例を
図面を参照して詳細に説明する。図５に、本発明の自転
車用照明装置の一実施例の回路図を示す。本例では、自
転車の前輪に組み込まれ、前輪の回転により発電する発
電機21から供給される電流を整流用ダイオードD1を経て
コンデンサC1に供給してこれを充電するとともにダイオ
ードD2を経てコンデンサC2を充電するようにする。コン
デンサC1は電界効果トランジスタFET を有する定電流回
路の電源であり、コンデンサC2は抵抗R1,R2, R3, R4、
昼夜検出用光センサCdS 、コンパレータICを有する自動
点灯消灯回路の電源を構成するものである。この自動点
灯消灯回路においては、抵抗R2と抵抗R3との接続点Ｄに
現れる基準電圧をコンパレータICの負入力端子に印加
し、光センサCdS と抵抗R1との接続点Ｃに現れる電圧を
コンパレータの正入力端子に印加する。本例では抵抗R
2,R3 はともに220kΩであるため基準電圧は発電機21の
出力電圧の1/2 となる。抵抗R4は後述するように点灯消
灯作動にヒステリシスを与えるための抵抗であり、夜間
の照明灯点灯後に車のライト等の影響で頻繁に消灯点灯
を繰り返すのを防止するためのものである。抵抗値は本
例では抵抗R2,R3 と同様に220kΩであり、コンパレータ
ICの出力端子と正入力端子との間に接続されている。本
例ではスイッチ手段はリレーRyを以て構成する。そのリ
レーコイルＬと並列に接続された保護用ダイオードD3
は、リレーコイルに流れる電流が変化するときに生じる
逆起電力を消滅させるものである。

【０００９】本例の動作を説明する。自転車走行中の前
輪の回転により発電する発電機21から供給される電流が
整流用ダイオードD1およびD2により半波整流されてコン
デンサC1およびC2に供給され、これらのコンデンサがそ
れぞれ充電される。昼間は明るいため昼夜検出用光セン
サーCdS の抵抗値は低く、接続点Ｃと接続点Ｄとの電圧
を比較すると接続点Ｃの方の電圧が高いため、コンパレ
ータICの出力側はハイレベルとなり、リレーRyのリレー
コイルＬには電流は流れず、リレーアームは接点Ｂに接
続された状態のままであり、したがって照明灯の電球22
は点灯しない。夜間走行中には暗いため昼夜検出用光セ
ンサーCdS の抵抗値が高くなるので、接続点Ｄの方の電
圧が高くなり、コンパレータICの出力側はローレベルと
なるためリレーコイルＬに電流が流れ、アームは接点Ａ
に切り換えられ、電球22が点灯する。このときリレーコ
イルＬへの電力はダイオードD1，コンデンサーC1及び接
合型の電界効果トランジスタFET で構成される定電流回
路からのみ供給されており、この定電流回路部ではデプ
レッション型の電界効果トランジスタFET のゲート・ソ
ース間を短絡させているのでドレイン電流は一定とな
る。このようにしてリレーRyには定電流回路から切換え
アームの接点Ａへの接続を維持するに足りる低い電流が
供給されることになり、電球22に印加される電圧の降下
は低減されることになる。リレーRy作動時はコンパレー
タICの出力側はローレベルとなるため接続点Ｃは抵抗R4
を経て接地されることになり、接続点Ｃの電位はほぼ昼
夜検出用光センサーCdS の抵抗値と、R1とR4とを並列し
た抵抗値との比になり、リレーRyが動作する以前の状態
よりも低くなる。したがって、自動車のヘッドライトの
光が光センサCdS に入射しても接続点の電位は低いまま
となり、リレーコイルＬには電流が流れ続けることにな
る。しかし、照明灯が不要なほど十分に明るくなれば、
接続点Ｃの電位は接続点Ｄの基準電位よりも高くなり、
コンパレータICの出力側はハイレベルとなり、リレーコ
イルＬには電流が流れず、リレーRyのアームは接点Ｂ側
に切り替わり、照明灯の電球22は消灯することになる。
このようにリレーコイルＬに電流が流れた後に接続点Ｃ
に抵抗R4を接続して接続点Ｃの電位を低下させることに
よって自動点灯消灯回路にヒステリシスを与えることが
でき、照明灯の点灯中に電球が頻繁に点滅する煩わしさ
を回避することができる。

【００１０】本例では、電界効果トランジスタFET とし
て2SK363を使用しているのでソース・ゲートバイアス電
圧が零のときに約10mAの定電流が自動点灯消灯回路およ
びリレーコイルＬに流れることになる。リレーコイルＬ
として定格が5V,150mWのものを使用しており、回路電圧
が5Vの場合、図２に示した従来の照明装置においてリレ
ーコイルＬに流れる電流は30mAとなるので、回路全体を
流れる電流は約40mAとなる。すなわち、本実施例では回
路全体を流れる電流を従来の約1/4 に低減することがで
き、それだけ電球22に印加される電圧は高くなる。ま
た、リレーRyの開放電圧は通常、定格電圧の5 〜10% 程
度であるが、本例では点灯後はリレーコイルにほぼ10mA
の電流が流れるので( 自動点灯消灯回路を流れる電流は
リレーコイルを流れる電流に比べて遙に小さい）、リレ
ーの切換えアームは接点Ａに接続した状態を確実に維持
することができる。このように本発明においては、リレ
ーコイルＬが起動された後はリレーコイルＬに流れる電
流を低減させているので発電機21の出力電圧の低下が少
なく、したがって電球22に印加される電圧の降下は低減
され、照度が上がることになる。また、リレーコイルＬ
を起動する際には従来と同様の大きな電流が流れるた
め、リレーの切換えアームは確実に切り換わり、点灯不
良が起こる恐れはない。

【００１１】また、自転車の走行中に電球22が切れると
負荷が小さくなるので発電機21の出力電圧が急激に上昇
することになる。図６に自転車用発電機の出力電圧の特
性を示す。例えば時速30Kmの高速走行時に電球が切れた
場合には発電機の出力電圧は約7.7Vから約19V へと約2.
5 倍上昇することになり、リレーコイルＬを焼損する恐
れがある。本例ではこのようなリレーコイルの損傷を有
効に防止することができる。すなわち、本例では、接続
点Ｅと接地点Ｇとの間の電圧は、この間は定電流となっ
ているため電流消費量の一番多いリレーコイルＬによっ
てほぼ決まり、約1.6Vとなる。したがって電球が切れて
発電機の端子電圧が急上昇してもＥＧ間の電圧は一定と
なり、電流が制限されるため電圧上昇によるリレーコイ
ルの焼損の恐れがない。図２に示した従来の照明装置で
はリレーコイルを保護するための回路部分を別個に設け
る必要があるが、本実施例では自動点灯消灯を行うため
の回路がその作用をするのでリレーコイルの保護回路を
別個に設ける必要がなく、構成を簡単とすることがで
き、コストを低くすることができる。

【００１２】図７は、自転車用照明灯における電圧変化
と光量（光束）変化との関係を示すものであり、電球か
ら照射される光束は印加電圧の約3.4 乗に比例すること
になる。6V3Wの電球を点灯した場合、本発明の自転車用
照明装置の電球にかかる電圧はリレーコイルを使用した
従来の自転車用照明装置に比べて約0.25V 高くなるので
光量が大幅に上昇し、照射される光の色調が赤っぽい色
から白色に近づき明るくなる。さらにトライアック等を
使用した従来の自転車用照明装置のように約1Vの電圧降
下がある場合に比べると本発明の自転車用照明装置は、
さらに光量が上昇することになる。また、従来のリレー
を用いた照明装置においては、整流後の回路電圧の脈動
によるリレーのうなりやチャタリングが問題となってい
たが、上述した本発明の照明装置の実施例では照明電球
の点灯後はリレーには定電流を流しているのでリレーの
うなりやチャタリングが解消されるという効果もある。

【００１３】図８は、本発明の自転車用照明装置の他の
実施例の回路図を示すものである。本例では、リレーRy
に第２の切換えアームとこれが接続される接点Ｈおよび
Ｆを設け、コンデンサC2への電力供給を整流用ダイオー
ドD2で行う代わりにこれらの接点の切り換えにより行う
ように構成したものである。すなわち、昼間には図８に
示すようにリレーRyの第１および第２のアームを接点
Ｂ，Ｆにそれぞれ接続し、夜間においてリレーコイルＬ
が付勢されると接点Ａ，Ｈにそれぞれ接続が切り換わ
り、リレーコイルには電界効果トランジスタFET から定
電流が供給されるように構成されている。その他の構成
は図５に示した第１の実施例と同様である。上述した実
施例ではリレーコイルへの電流の制御を、ダイオードD
1，コンデンサーC1及び接合型の電界効果トランジスタF
ET で構成された定電流回路で行ったが、定電圧回路で
制御してもよい。また、リレーの駆動や昼夜の判定を行
うコンパレータは他のIC、トランジスタ等に変更しても
よい。

【００１４】

【発明の効果】本発明の自転車用照明装置によれば、周
囲が明るいときにはスイッチ手段は発電機と照明灯が接
続されていない状態のままであり、周囲が暗くなると自
動点灯消灯回路によりスイッチ手段の接続が切り換わ
り、発電機と照明灯とが接続されて照明灯が点灯する。
接続が切り換わると、発電機と照明灯との接続状態を維
持するために必要な低電力を自動点灯消灯回路に供給す
るようにしたので照明灯電球に印加される電圧の降下を
低減することができ、したがって照明灯の照度を上げる
ことができるという効果を有する。また、リレーコイル
を駆動する際には所定の電流を供給するようにしている
ので、スイッチの接点の接続が確実に切り換わり、照明
灯の点灯不良が起こる恐れはない。また、自転車用の発
電機の出力電圧は電球が切れると急激に上昇するためリ
レーコイルを焼損する恐れがあり、このためリレーコイ
ルの保護回路を別個に設ける必要があったが、本発明に
よれば、電球が切れて発電機の端子電圧が急上昇しても
リレーコイルを流れる電流は一定となり、電流が制限さ
れるため電圧上昇によるリレーコイル焼損のおそれがな
い。したがってリレーコイル保護回路を別個に設ける必
要がなくなり、コストを下げることができる。さらに、
従来の照明装置では整流後の回路電圧の脈動によるリレ
ーのうなりやチャタリングが問題となっていたが、本発
明ではリレーコイルを流れる電流は定電流となるのでリ
レーのうなりやチャタリングが解消される。

【図面の簡単な説明】

【図１】トライアックを使用した従来の自転車用照明装
置の回路図を示す。

【図２】リレーを使用した従来の自転車用照明装置の回
路図を示す。

【図３】トライアックを使用した従来の装置での電圧降
下を示す電圧波形図である。

【図４】全波整流ダイオードを使用して電球を点灯した
従来の装置での電圧降下を示す電圧波形図である。

【図５】本発明の自転車用照明装置の一実施例の回路図
を示す。

【図６】自転車用発電機の電圧特性図を示す。

【図７】自転車用発電機における光量（光束）と印加電
圧との関係を表す特性図を示す。

【図８】本発明の自転車用照明装置の他の実施例の回路
図を示す。

【符号の説明】

21 発電機 22 照明灯電球 R1,R2,R3,R4 抵抗 C1,C2 コンデンサ D1,D2 整流用ダイオード D3 保護用ダイオード CdS 昼夜検出用光センサ IC コンパレータ FET 電界効果トランジスタ Ry リレー Ｌ リレーコイル Ａ，Ｂ，Ｆ，Ｈ リレー接点 Ｃ，Ｄ 接続点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車輪の回転により発電する発電機と、この
   発電機の発電電力により点灯する照明灯と、前記発電機
   と前記照明灯との間に接続された接点を有するスイッチ
   手段と、周囲の明るさに応じて前記スイッチ手段を切り
   換える自動点灯消灯回路と、前記照明灯が点灯された
   後、前記照明灯を前記発電機に接続するように前記スイ
   ッチ手段を維持するのに必要な低電力を前記自動点灯消
   灯回路に供給する制御回路とを具えることを特徴とする
   自転車用照明装置。