(57)【要約】      （修正有）【課題】発電効率を向上させ、自転車への取り付けが容易な自転車直流発電装置を提供する。【解決手段】一端にローラが自転車の車輪の回転と共に回転可能に設けられ、他端に開口が形成された中空筒体と、前記筒体内に取り付けられた円盤と、前記円盤の外周縁から前記筒体の他端側に突き出たフランジと、前記フランジの内周面に環状に配置して取り付けられた複数磁石と、回転可能に前記筒体の内部を貫通し、前記筒体の外部に延伸してなるシャフトとを有するロータリーディスクと、前記筒体の内部に固定され、前記シャフトの外周面に前記複数の磁石との間に所定の間隔を開いて環設されている複数のコイルを有するステータユニットと、前記ステータユニットに電気的に接続された整流回路板と、前記筒体の開口を覆うように設けられ、その外面に、前記整流回路板に電気的に接続されるソケットコンタクトを少なくとも１つ設けているキャップと、をそなえている。【選択図】図２
0003148591.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
一端にローラが自転車の車輪の回転と共に回転可能に設けられ、他端に開口が形成された中空筒体と、
前記筒体内に取り付けられた円盤と、前記円盤の外周縁から前記筒体の他端側に突き出たフランジと、前記フランジの内周面に環状に配置して取り付けられた複数の磁石と、前記筒体に対して回転可能に前記筒体の内部を貫通し、前記円盤とは一体に前記一端側に突出て前記筒体の外部に延伸してなるシャフトとを有するロータリーディスクと、
前記筒体の内部に固定され、前記シャフトの外周面に前記磁石との間に所定の間隔を開いて環設されている複数のコイルを有するステータユニットと、
前記筒体の内部に設けられ、前記ステータユニットに電気的に接続された整流回路板と、
前記筒体の開口を覆うように設けられ、その外面に、前記整流回路板に電気的に接続されるソケットコンタクトを少なくとも１つ設けているキャップと
をそなえていることを特徴とする自転車用直流発電装置。
【請求項２】
前記筒体は、円柱状に形成され、前記一端は一部が突出て前記シャフトが貫通するスリーブ部を形成し、
前記シャフトは、前記スリーブ部を貫通して前記筒体の外部に延伸する延伸端部を有し、
前記ローラが前記延伸端部に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の自転車用直流発電装置。
【請求項３】
前記キャップは、外周縁に前記筒体の他端開口を閉塞する第２のフランジが前記筒体の内部に突出て形成され、
前記ステータユニットは、前記第２のフランジに囲まれるように前記筒体内に設けられたベースを有し、
前記ベースの前記キャップ側の面に前記整流回路板を取り付けていることを特徴とする請求項２に記載の自転車用直流発電装置。
【請求項４】
前記整流回路板は、前記コイルと電気的に接続され、直流電圧を出力するための三相全波整流回路と、前記三相全波整流回路に電気的に接続された出力コンデンサを有し、
前記三相全波整流回路は、直流電圧を出力する二つの出力端を有し、
前記出力コンデンサは複数あり、前記二つの出力端の間に並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の自転車用直流発電装置。
【請求項５】
前記三相全波整流回路は、６個のダイオードを各２個を直列接続してそれらを三つの並列回路に構成し、
前記並列回路における２つのダイオードを直列接続したノードを入力端とし、
前記ソケットコンタクトは、前記三相全波整流回路の出力端に電気的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の自転車用直流発電装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、自転車の直流発電装置に関し、特に、発電素子としてブラシレス直流モータを用いて電力を生成し、電源変換用の回路を介して生成された電力を直流電気に変換した後、自転車の照明用電力の供給を行う自転車用直流発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自転車のヘッドランプやテールランプなどの照明装置を点灯させる電力を供給する発電装置は、車輪のハブ軸に取り付けられ、ハブ軸の回転によって発電するハブダイナモと、車輪の側面に対してローラが接触することにより回転して発電するローラタイプの発電装置と大別される。ハブダイナモの一例として図９に示すものが知られている。この自転車用ハブダイナモ８は、自転車の車輪９０のハブ軸９０１に配備されたものであり、中空軸孔８２付きのケーシング８１と、ケーシング８１に覆われハブ軸９０１に取り付けられハブ軸９０１の回転と共に回転するロータリーディスク８３と、ロータリーディスク８３の内周面に環状に設けられた磁石８４と、ケーシング８１内に取り付けられたブラケット状ステータ８５と、ステータ８５内に保持されるように設けられたコイル８６とを有する。
【０００３】
自転車を走行させると、自転車の車輪９０がハブ軸９０１の周りに回転し、ロータリーディスク８３が回転すると共に、その内周面に配置された磁石８４がコイル８６に対して回転する。磁石８４の回転によりステータ８５及びコイル８６に磁場起電力が生じて、コイル８６に誘導電流が流れ、発電するようになっている。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記自転車用ハブダイナモ８のように、自転車フレームの片方のフォーク９０２の内側においてハブ軸９０１の片側に寄せて配置されるため、十分な長さがあるハブ軸９０１にしか取り付けられることができず、汎用性に欠ける。
【０００５】
また、低速走行時に回転数が低く所要の電力が得られないので、明るさが足りなくなったり、点滅状態、点灯しないなどの場合があり、安定した輝度を得ることができないのが現状である。
【０００６】
また、コイルの両端に生じる自転車の速度に応じた電圧を有する交流電力が低いので、それが照明装置に供給されるのに、Ｎ倍圧に整流して直流電力に変換しなければならず、設置コストの高騰を招き、構造も複雑になる恐れがある。
【０００７】
本考案は、前記問題に鑑みてなされたものであり、発電効率を向上させ、発電機能・電力変換機能を整合することができ、自転車への取り付けが容易な自転車直流発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく、本考案は、一端にローラが自転車の車輪の回転と共に回転可能に設けられ、他端に開口が形成された中空筒体と、前記筒体内に取り付けられた円盤と、前記円盤の外周縁から前記筒体の他端側に突き出たフランジと、前記フランジの内周面に環状に配置して取り付けられた複数磁石と、前記筒体に対して回転可能に前記筒体の内部を貫通し、前記円盤とは一体に前記一端側に突出て前記筒体の外部に延伸してなるシャフトとを有するロータリーディスクと、前記筒体の内部に固定され、前記シャフトの外周面に前記複数の磁石との間に所定の間隔を開いて環設されている複数のコイルを有するステータユニットと、前記筒体の内部に設けられ、前記ステータユニットに電気的に接続された整流回路板と、前記筒体の開口を覆うように設けられ、その外面に、前記整流回路板に電気的に接続されるソケットコンタクトを少なくとも１つ設けているキャップと、をそなえていることを特徴とする自転車用直流発電装置を提供する。
【０００９】
前記自転車用直流発電装置においては、前記筒体は、円柱状に形成され、前記一端は一部が突出て前記シャフトが貫通するスリーブ部を形成し、前記シャフトは前記スリーブ部を貫通して前記筒体の外部に延伸する延伸端部を有し、前記ローラが前記延伸端部に取り付けられることが好ましい。
【００１０】
前記自転車用直流発電装置においては、前記キャップは、外周縁に前記筒体の他端開口を閉塞するフランジが前記筒体の内部に突出て形成され、
前記ステータユニットは、前記フランジに囲まれるように前記筒体内に設けられたベースを有し、前記ベースの前記キャップ側の面に前記整流回路板を取り付けることが好ましい。
【００１１】
前記自転車用直流発電装置においては、前記整流回路板は、前記コイルと電気的に接続され、直流電圧を出力するための三相全波整流回路と、前記三相全波整流回路に電気的に接続された出力コンデンサを有し、前記三相全波整流回路は、直流電圧を出力する二つの出力端を有し、前記出力コンデンサは複数あり、前記二つの出力端の間に並列に接続されることが好ましい。
【００１２】
前記自転車用直流発電装置においては、前記三相全波整流回路は６個のダイオードを各２個を直列接続してそれらを三つの並列回路に構成し、前記並列回路における２つのダイオードを直列接続したノードを入力端とし、前記ソケットコンタクトは、前記三相全波整流回路の出力端に電気的に接続されることが好ましい。
【考案の効果】
【００１３】
本考案の自転車用直流発電装置によれば、発電するための素子及び電力変換用の素子を筒体内に設け、発電効率を高くすることができると共に、構造的にコンパクトになり、またローラを回転させればよいのでハブダイナモよりも自転車への取り付けの自由度が高い。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本考案の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
【００１５】
本考案の自転車用直流発電装置１は、図１に示されているように、車輪９０の側面に対してローラ１２が接触することにより回転して発電し、ヘッドランプ９１及び/又はテールランプ９２を点灯するローラタイプの発電装置である。
【００１６】
図２は、本考案の自転車用直流発電装置１の分解斜視図、図３は、本考案の自転車用直流発電装置１の組立断面図である。本自転車用直流発電装置１は、車輪９０側に設けられている中空状筒体１０を有し、筒体１０の一端１０ａにローラ１２が自転車の車輪９０に接触して車輪９０の回転と共に回転可能に設けられ、他端１０ｂに開口１０ｃが形成され、中空状収納部を有するようにキャップ５０によって筒体１０の開口１０ｃを覆っている。この例においては、ロータリーディスク２０とステータユニット３０と整流回路板４０とを筒体１０内に取り付けている。
【００１７】
ロータリーディスク２０は、筒体１０の収納部に取り付けられた円盤２４と、円盤２４の外周縁から筒体１０の他端１０ｂ側に突出たフランジ２１と、フランジ２１の内周面に環状に配置して取り付けられた磁石２２と、円盤２４とは一体に円盤２４から筒体１０の一端１０ａ側に突出て筒体１０の内部を貫通し、筒体１０の外部に延伸してなるシャフト２３とを有する。この例においては、筒体１０は、円柱状に形成され、一端１０ａは一部が突出てシャフト２３が貫通するスリーブ部１１を筒体１０の直径より径小に形成し、シャフト２３は、ベアリング２５を介して円盤２４に取り付けられており、スリーブ部１１を通して筒体１０の外部に延伸しねじ溝が形成されている延伸端部２３ａを有し、ローラ１２はナット１３とリング１４とにより延伸端部２３ａに装着している。これにより、ローラ１２は車輪９０の回転と共に回転するとき、ロータリーディスク２０も回転することができる。
【００１８】
ステータユニット３０は、筒体１０の内部に固定され、符号で明示しない接続部材によってロータリーディスク２０と連結されており、シャフト２３の外周面に複数のコイル３２が磁石２２との間に所定のギャップを開いて環設されている。ステータユニット３０は、この例では、第２のフランジ５３に囲まれるように筒体１０内に設けられたベース３１を有する。この例では、ベース３１のキャップ５０側の面に整流回路板４０を取り付けている。
【００１９】
ここで、ロータとする磁石２２及びステータとするコイル３２を所定のギャップをおいて設けているので、ブラスレスモータとして用いることができ、全体負荷の抵抗を軽減することができ、ペタルを漕ぐ力を大きく出さなくて済む。
【００２０】
整流回路板４０は、筒体１０の内部に設けられ、コイル３２に電気的に接続されている。整流回路板４０には、この例では、複数の電子素子が設けられ、電力変換の回路に構成され、図５に示されているように、直流電圧を出力するための三相全波整流回路４１と、三相全波整流回路４１に電気的に接続された出力コンデンサ４２を有し、電力の変換、整流、出力などが機能される。三相全波整流回路４１は、直流電圧を出力する二つの出力端を有し、出力コンデンサ４２は複数あり、二つの出力端の間に並列に接続されている。
【００２１】
三相全波整流回路４１は、この例では、図５に示されているように、６個のダイオードＤ１〜Ｄ６を各２個を直列接続してそれらを三つの並列回路に構成し、並列回路における２つのダイオードを直列接続したノードを入力端４１１とする。
【００２２】
前記複数のコイル３２としては、交流電圧を供給する発電コイルであって、この例では、図４に示されているように、所定位相角がある三相発電を行うようにある一定の角間隔で設置されている。ステータユニット３０は、３本の導線３３が引き出されており、複数のコイル３２及び三相全波整流回路４１の出力端４１１に電気的に接続されている。
【００２３】
キャップ５０は、この例においては、筒体１０の開口１０ｃを覆うように設けられ、筒体１０の開口１０ｃを覆う面部にソケットコンタクト５１を整流回路板４０に電気的に接続されるように設けている。キャップ５０は、外周縁５２に筒体１０の他端開口１０ｃを閉塞する第２のフランジ５３が筒体１０の内部に突出て形成されている。ソケットコンタクト５１は、図例において１つだけ設けられているが設計に応じて数を一つ以上設けてもよい。図示の如く、該ソケットコンタクト５１は、導線４３、４３、・・・により三相全波整流回路４１の出力端に電気的に接続されている。なお、ソケットコンタクト５１としては、異なるタイプの負荷に接続するソケットコンタクト、例えばユニバーサル直列バスソケット、ＵＳＢポート、プラグタイプのコンタクターなど、適宜な規格をそなえて電力を供給するソケットコンタクトであればよい。この例では、ソケットコンタクト５１としては、２つを並列接続のユニバーサルバス・マザーベースからなるコンタクターを用いる。
【００２４】
ロータリーディスク２０はローラ１２の回転と共に回転するとき、ロータリーディスク２０内に設けられた磁石２２が回転する。磁石２２の回転に応じて、コイル３２に誘導電流を発生し、交流電圧がかかる。かかる交流電圧は、整流回路板４０により直流電圧に変換し、出力コンデンサ４２を通じてフィルタリングしソケットコンタクト側に出力する。図６は整流・フィルタリング後出力する直流電圧の波形を示し、図中、縦軸が電圧、横軸が時間であり、破線を各コイルの出力電圧の波形を示し、実線は変換後の直流電圧を示す。
【００２５】
ソケットコンタクト５１が接続される負荷としては、自転車のヘッドランプ９１及び/又はテールランプ９２であり、図７に示されているようにそれぞれスイッチ９３、９４を介して点滅される。また、図８の回路に示されているように、携帯電話機などの小型電気装置の二次電池７０に電気的に接続され、充電をすることができる。
【００２６】
上記のように構成された自転車用直流発電装置は、自転車の車輪９０と接触するように自転車の車輪９０の側部に取り付けられる場合、車輪９０が回転すると、ローラ１２が車輪９０のタイヤと接触して回転し、ローラ１２を装着したシャフト２３が回転し、ロータリーディスク２０も回転して、ロータリーディスク２０内に設けられた磁石２２がステータユニット３０に対して回転する。磁石２２の回転に応じて、コイル３２に誘導電流を発生し、交流電圧がかかる。かかる交流電圧は、整流回路板４０により安定化した直流電圧に変換する。
【００２７】
本考案の自転車用直流発電装置は、自転車の車体フレームに取り付けられるときに用いられる連結部材としては、自転車の公知な組立部材を用いることができるので、その説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上説明したように、本考案に係る自転車用直流発電装置によれば、次のような効果を得ることができる。
【００２９】
１．  車輪９０と接触し、車輪９０の回転と共に回転するローラ１２及び磁石２２は、車輪９０の一回転においてローラ１２及び磁石２２の回転数を多く得ることができるので、発電効率が高い。
２．  ローラ１２を車輪９０と接触させるように車体フレームに取り付ければよいので、自転車への取付けの自由度が高い。
３．  所定のギャップをおいて設けているロータとする磁石２２及びステータとするコイル３２をブラスレスモータとして用いるので、負荷の抵抗を軽減することができ、ペタルを漕ぐ力を大きく出さなくて済み、走行による疲労を招くことなく自転車に乗る体力を節減することができる。
４．  磁石及びコイルからなる発電素子及び整流回路による電力変換素子を筒体１０内に配置しているので、発電構成がコンパクトになることができ、部品の装着作業も簡素化され、組立コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本考案の一実施形態を採用した自転車の側面図。
【図２】本考案の一実施形態の自転車用直流発電装置を示す分解斜視図である。
【図３】図２の組立側面部分断面図である。
【図４】図２の直流発電装置におけるステータユニットを示す上面図である。
【図５】整流回路の電気回路図である。
【図６】図５の回路による電圧波形の模式図である。
【図７】自転車用照明装置の電気回路図である。
【図８】整流回路を二次電池につなぐ電気回路図である。
【図９】従来の自転車用ハブダイナモの概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  自転車用直流発電装置
１０  筒体
１０ａ  一端
１０ｂ  他端
１０ｃ  開口
１１  スリーブ部
１２  ローラ
１３  ナット
１４  リング
２０  ロータリーディスク
２１  フランジ
２２  磁石
２３  シャフト
２３ａ  延伸端部
２４  円盤
２５  ベアリング
３０  ステータユニット
３１  ベース
３２  コイル
３３、４３  導線
４０  整流回路板
４１  三相全波整流回路
４１１  入力端
４２  出力コンデンサ
５０  キャップ
５１  ソケットコンタクト
５２  外周縁
５３  第２のフランジ
９０  車輪
９１  ヘッドランプ
９２  テールランプ
９３、９４  スイッチ
Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード
【図１】
0003148591.tif 000003
【図２】
0003148591.tif 000004
【図３】
0003148591.tif 000005
【図４】
0003148591.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003148591.tif 000009
【図８】
0003148591.tif 000010
【図９】
0003148591.tif 000011