Bicycle lighting device |
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申请号 | JP2004009192 | 申请日 | 2004-01-16 | 公开(公告)号 | JP3845092B2 | 公开(公告)日 | 2006-11-15 |
申请人 | 株式会社シマノ; | 发明人 | 公二 宇野; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | 所定の内部抵抗成分を有する自転車用ダイナモによって点灯する自転車用点灯装置であって、 少なくとも1つの発光ダイオードを有する発光ダイオードユニットと、 前記発光ダイオードユニットを構成する各発光ダイオードに流れる電流を制限するための保護手段と、 を備え、 特定のダイナモを用いた場合に、想定する自転車速度域において、前記発光ダイオードユニットの明るさが必要値以上となり、前記発光ダイオードユニットに流れる電流の最高値が許容範囲内に収まるように、 前記発光ダイオードユニットにおける直列接続される発光ダイオードの個数及び並列接続される発光ダイオードの個数が設定されており、 前記保護手段は、前記 特定のダイナモの内部抵抗成分に対して、前記発光ダイオードユニットに流れる電流の最高値が許容範囲内に収まるように発光ダイオードの直列数及び並列数が決定された発光ダイオードユニットの定電圧特 性によって構成されている、 自転車用点灯装置。 前記発光ダイオードユニットは複数の発光ダイオードを直列接続して構成されている、請求項1に記載の自転車用点灯装置。 前記発光ダイオードユニットは複数の発光ダイオードを並列接続して構成されている、請求項1又は2に記載の自転車用点灯装置。 前記ダイナモと発光ダイオードユニットとの間には、電気素子又は回路によって構成される発光ダイオード保護用の回路が設けられていない、請求項1から3のいずれかに記載の自転車用点灯装置。 前記ダイナモと発光ダイオードユニットとの間に設けられた整流回路をさらに備えた、請求項1から4のいずれかに記載の自転車用点灯装置。 前記発光ダイオードユニットは自転車の前照灯として用いられる、請求項1から5のいずれかに記載の自転車用点灯装置。 前記発光ダイオードユニットと並列に接続され、少なくとも1つの発光ダイオードを有し、前記発光ダイオードユニットの順方向電圧よりも低い順方向電圧を有する補助発光ダイオードユニットをさらに備えた、 請求項1から6のいずれかに記載の自転車用点灯装置。 |
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说明书全文 | 本発明は、自転車用点灯装置、特に、自転車用ダイナモによって点灯する自転車用点灯装置に関する。 自転車用の点灯装置、特に前照灯としては、従来、特開2003−291870号公報に示されたような装置が提案されている。 この装置は、前照灯内に発光ダイオード(LED)及び電球が内蔵されており、LEDは太陽電池で充電される2次電池を電源として点灯又は点滅するように構成されている。 また、自転車の前照灯を点灯するために、ダイナモを利用した自転車も既に提案されている(例えば、特開2003−230300号公報)。 このようなダイナモの出力を利用して自転車の前照灯を点灯させたり、あるいは他の電気部品を駆動する場合は、自転車が高速度になると発電電圧も高電圧になるので、そのための保護回路が設けられている。 前述の前者の公報に記載された装置では、LEDを駆動する場合は電池を用いている。 これは、ダイナモの出力を利用して駆動する場合は、前述のように、自転車の速度によってダイナモ出力が変化し、LEDが点灯しなかったり、あるいは過大な電流が流れることによってLEDが破壊されてしまうからである。 したがって、ダイナモの出力によってLEDを駆動する場合は、抵抗素子やツェナーダイオードからなる保護回路によって、LED回路に印加される電圧を制限したり、LEDに流れる電流を制限する必要がある。 このような構成の保護回路を用いた場合、高速度域においても対応可能にするために、すなわち発熱等を避けるために、抵抗素子の抵抗値を大きくする必要がある。 しかし、抵抗素子の抵抗値を大きくすると、この抵抗素子での低速度域における損失が大きくなり、低速度域においてLEDを駆動(点灯)することができなくなる。 そこで、入力される電圧値によって抵抗値が異なるように、トランジスタを用いた電圧リニアレギュレート方式、電流制限方式による回路を用いて、LEDを保護することが考えられる。 しかし、このような回路を用いた場合、回路での電圧降下(回路損失)が大きくなり、前記同様に低速度域においてLEDを駆動することができなくなってしまう。 本発明の課題は、ダイナモと点灯装置としてのLEDとの間での回路損失を抑えつつ、効率よくLEDを点灯することができるようにすることにある。 請求項1に係る自転車用点灯装置は、 所定の内部抵抗成分を有する自転車用ダイナモによって点灯する装置であって、発光ダイオードユニットと保護手段とを有している。 発光ダイオードユニットは少なくとも1つの発光ダイオードを有している。 保護手段は、発光ダイオードユニットを構成する各発光ダイオードに流れる電流を制限する。 そして、 特定のダイナモを用いた場合に、想定する自転車速度域において、発光ダイオードユニットの明るさが必要値以上となり、発光ダイオードユニットに流れる電流の最高値が許容範囲内に収まるように、 発光ダイオードユニットにおける直列接続される発光ダイオードの個数及び並列接続される発光ダイオードの個数が設定されており、保護手段は、 特定のダイナモの内部抵抗成分に対して、発光ダイオードユニットに流れる電流の最高値が許容範囲内に収まるように発光ダイオードの直列数及び並列数が決定された発光ダイオードユニットの定電圧特性によって構成されている。 ここで、自転車に装着されるダイナモは、内部抵抗成分を有しており、この内部抵抗成分と、ダイナモの負荷としての発光ダイオードユニットの定電圧特性とをバランスさせることによって、ダイナモの出力を効率よく発光ダイオードに与えることができるとともに、ダイナモの内部抵抗と発光ダイオードユニットの定電圧特性とから構成される保護手段を構成することができる。 このため、この装置では、従来装置においてダイナモと点灯装置との間に設けられていた素子や回路による保護回路は不要となる。 したがって、回路損失が抑えられ、ダイナモの出力を効率よく発光ダイオードユニットに供給でき、より低速度域からの発光ダイオードの駆動が可能となる。 請求項2に係る自転車用点灯装置は、請求項1の装置において、発光ダイオードユニットは複数の発光ダイオードを直列接続して構成されている。 この場合は、発光ダイオードユニットの順方向電圧を高くすることができ、発光ダイオードに加えられるエネルギをより大きくすることができる。 請求項3に係る自転車用点灯装置は、請求項1又は2の装置において、発光ダイオードユニットは複数の発光ダイオードを並列接続して構成されている。 この場合は、発光ダイオードユニットを構成する各発光ダイオードに流れる電流を抑えることができる。 請求項4に係る自転車用点灯装置は、請求項1から3のいずれかの装置において、ダイナモと発光ダイオードユニットとの間には、電気素子又は回路によって構成される発光ダイオード保護用の回路が設けられていない。 ここでは、回路損失を抑えることができ、低速度域から発光ダイオードを駆動することができる。 請求項5に係る自転車用点灯装置は、請求項1から4のいずれかの装置において、ダイナモと発光ダイオードユニットとの間に設けられた整流回路をさらに備えている。 請求項6に係る自転車用点灯装置は、請求項1から5のいずれかの装置において、発光ダイオードユニットは自転車の前照灯として用いられる。 請求項7に係る自転車用点灯装置は、請求項1から6のいずれかの装置において、発光ダイオードユニットと並列に接続され、少なくとも1つの発光ダイオードを有し、発光ダイオードユニットの順方向電圧よりも低い順方向電圧を有する補助発光ダイオードユニットをさらに備えている。 前述のように、複数の発光ダイオードを直列に接続して発光ダイオードユニットを構成すると、順方向電圧は高くなり、より明るくすることができる。 しかし、この場合は、逆に、発光ダイオードが駆動されない不点灯電圧領域が増え、低速度域では発光ダイオードが点灯しないことになる。 そこでこの請求項7に係る装置では、発光ダイオードユニットの順方向電圧よりも低い順方向電圧を有する補助発光ダイオードユニットを発光ダイオードユニットに並列に接続している。 これにより、より低速度域においても発光ダイオードを駆動することができ、不点灯電圧領域を少なくすることができる。 以上のような本発明では、特別な保護回路なしで発光ダイオードを保護でき、しかも低速度域において効率よく点灯させることができる。 [第1実施形態] ここで、従来の一般的な保護回路を本発明の点灯装置に適用した場合の構成を図2に示す。 この図に示すように、LEDはダイナモに対してブリッジ整流回路を介して接続されるが、LEDの保護回路として、一般的には、電流制限用の抵抗素子R1と、電圧制限用の抵抗素子R2及びツェナーダイオードD5とが設けられる。 前述のように、このような従来の保護回路を用いた場合、高速度域で抵抗素子R2が発熱するのを抑えるために、抵抗素子R2は容量の大きな素子を準備する必要がある。 しかし、抵抗素子R2の抵抗値を大きくすると、この部分でのロスが大きくなり、低速度域でLEDを点灯させることができなくなる。 そこでこの実施形態の点灯装置1は、ダイナモ2の内部抵抗成分とLED4の特性によって機能する保護回路を有している。 すなわち、ダイナモ2は、抵抗成分及びコイル成分からなる内部抵抗R0を有しており、LED4は定電圧特性を有している。 そこで、ダイナモ2の内部抵抗R0を図2の抵抗素子R2の代わりとして用い、LED4の定電圧特性を図2のツェナーダイオードD5の代わりとして用いることにより、従来の保護回路を全く設けることなく、LED4の保護回路を構成することができる。 ここで、ダイナモ2の内部抵抗と負荷とのバランスを適切にすることにより、ダイナモ2の出力を効率よくLED4に与えることができるとともに、前述のような保護回路を構成することが可能であるが、通常は、負荷としては、図1に示すような1個のLED4ではなく、複数のLEDを直列あるいは並列に接続して、ユニットを構成する必要がある。 図3に示す点灯装置1'は、LEDに加わるエネルギをより大きくするために、負荷としてのLEDユニットの順方向電圧を大きくしたものである。 ここでは、LEDユニットは、2つのLED5a,5bを直列に接続して構成されている。 また、各LEDに流れる電流をより抑えるために、複数のLEDを並列に接続してLEDユニットを構成しても良い。 以下に、ダイナモ2と負荷としてのLEDユニットとの選択の具体的な一例を挙げる。 これらの図からも明らかなように、ある特定のダイナモに対して、負荷としてのLEDユニットの構成を変更すれば、回路損失、LED損失が変わることがわかる。 そこで、図6を参照して、例えば、「明るさ」を優先するのであれば、「その2」の構成を選択すればよい。 ただし、この場合は、低速度域ではLEDを駆動することはできない。 一方、「より低い速度域から点灯すること」を優先するのであれば、「その1」の構成を選択すればよい。 但し、この場合は、先の例とは逆に、明るさ犠牲になる。 一般的には、LEDの明るさの絶対値が重要な(必要とする)速度域で必要値以上か否か、LED点灯の最低速度域、明るさの絶対値の最高値を考慮して、LEDの直列数(順方向電圧)を決定し、最大許容電流値を考慮して、LEDの並列数を決定する。 次に動作について説明する。 次に極性が逆転し、交流電圧の負の半周期では、ダイナモ2の第2端子から出力された電流は、ダイオードD2を通過した後にLED4に供給される。 このとき、前記同様に、LED4の順方向電圧以上の電圧が生じる速度域において、LED4が駆動され、発光する。 LED4を通過した電流はダイオードD3を通過してダイナモ2の第1端子に帰る。 以上の動作を繰り返すことにより、LED4は全周期において、LED4の順方向電圧以上の電圧が生じる速度域において発光することになる。 ここで、高速度域になった場合も、前述のように、想定する速度域において、LEDに流れる電流の最高値、平均値等が各LEDの許容範囲内に収まるように、ダイナモとLEDとが決定されているので、LEDの損傷を避けることができる。 [第2実施形態] 以上の問題を解消するための第2実施形態を図7に示す。 この第2実施形態は、2つの直列接続されたLED10a,10bからなるLEDユニット10を有し、さらにこのLEDユニット10に対して並列に補助LEDユニット11が接続されている。 この補助LEDユニット11は、LED11aと抵抗素子11bとを直列に接続してなるものである。 なお、他の構成は前記第1実施形態の構成と同様である。 ここで、補助LEDユニット11の順方向電圧はLEDユニット10の順方向電圧よりも低くなっている。 したがって、LEDユニット10が駆動される(点灯される)速度域よりも低速度域において、この補助LEDユニット11を駆動し、点灯させることができる。 また、補助LEDユニット11は、LEDユニット10の定電圧特性によってLEDユニット10に印加される電圧を越える電圧が印加されないので、補助ユニット11を保護するための特別な素子や回路が不要となる。 さらに、補助LEDユニット11を構成する抵抗素子11bの抵抗値を調整したり、あるいは抵抗素子11bとLED11aの列を複数列にすること等によって、高速度域においてLEDユニット10に加わる過大なエネルギを抑えることも可能である。 [第3実施形態] [第4実施形態] この場合は、ダイナモ2の各半周期に、それぞれ1対のLED15a,15bが駆動されることになり、前記各実施形態に比較してちらつきが生じるものの、より簡単な回路構成で前照灯装置を実現することができる。 1,1' 点灯装置2 ダイナモ3 全波整流回路4,5a,5b,10,15a,15b LED(LEDユニット) |