Bicycle lighting system

本発明は、照明システム、特に、自転車用ダイナモによって発電される電力を利用する自転車用照明システムに関する。

自転車には、照明装置として前照灯や尾灯等の電気機器が装着されている。 前照灯は、従来ダイナモからの電力で点灯するものが多い。 ダイナモは、一般的に自転車の速度（車輪の回転）に比例してその出力電圧が大きくなるものであり、高速度になると照明装置が消灯しているときのダイナモ端子間の出力電圧が１００Ｖを越えるような場合がある。 したがって、ダイナモの出力電圧によって照明装置を点灯させる場合、このような高電圧に耐え得るような仕様の電気機器が必要になる。 しかし、高電圧に耐え得るような部品等は汎用性が乏しく、しかもコストが高い。

また、最近では、電動変速システム等の電気機器が自転車に装着されることがあり、電気機器の電源としてダイナモからの電力を利用するものも知られている。 このような電気機器でも、ダイナモの電力を利用する場合、高電圧に耐えるものが必要になる。

さらに、各電気機器を動作させる際、例えば電動変速システムの場合、変速の瞬間に電力を多く消費するため、その瞬間のダイナモの発電量では不十分になり、電動変速システムの動作が不安定となる場合もある。 そのため、電気機器の動作を安定させるために予めダイナモの電力を蓄える電気機器としての蓄電素子を設けているものもある。

また、各電気機器を自転車が停車中も使用できるようにするために、ダイナモの電力を蓄える電気機器としての蓄電素子を設けているものもある（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００３−１１８７９号公報

前記従来の構成では、汎用性のある電気機器を使用できるようにするために、ダイナモの出力電圧を一定範囲にクランプする保護回路及び電圧を一定値に調整するための電圧調整回路等の電圧制御のための装置が電気機器毎に必要になる。 特に、蓄電素子を用いる場合、蓄電素子を保護するために蓄電素子に印加される電圧を一定値に制御する必要がある。

本発明の課題は、前照灯を含む複数の電気機器を使用する自転車用照明システムにおいて、電圧制御のための装置を簡素化できるようにすることにある。

発明１に係る自転車用照明システムは、照明回路と、動作部と、を備えている。 照明回路は、自転車用ダイナモによって発電される電力を直流に整流する整流回路と、整流回路に接続され整流回路の出力により常時点灯する少なくとも一つの第１発光ダイオードを有する主発光回路と、を有している。 動作部は、自転車用ダイナモに対して照明回路と並列接続されダイナモからの電力により動作するものである。 動作部は、自転車の電動変速装置を制御する電動変速制御システムであり、電動変速システムは、整流された電力を蓄える蓄電素子を有する。

この照明システムでは、自転車が走行してダイナモが発電すると、その電力が整流回路で整流されて照明回路の、たとえば前照灯として機能する照明回路の第１発光ダイオードに供給される。 第１発光ダイオードは順方向電圧まで電圧が上昇しないとオンしないので順方向電圧まで発電電力が上昇すると、第１発光ダイオードはオンして点灯する。 第１発光ダイオードがオンすると、高速走行時などに出力電圧が、整流回路の電流が流れる数のダイオードの順方向電圧と第１発光ダイオードの順方向電圧とで定まるクランプ電圧以上に上昇しようとしても余剰の電流は第１発光ダイオードを介して流れ、出力電圧がクランプ電圧にクランプされてクランプ電圧を超えて上昇しない。 ここでは、照明用の第１発光ダイオードを用いてシステム全体の電圧をクランプしているので、動作部毎に電圧制御回路を設ける必要がなくなる。 このため、自転車用照明システムにおいて、電圧制御のための装置を簡素化できるようになる。 また、電動変速システムを設け、そこにコンデンサなどの蓄電素子を設けても、ダイナモの出力電圧がクランプ電圧以内に維持されるので、電圧制御回路を変速制御システムに設ける必要がなくなる。 さらに、蓄電素子に印加される電圧を簡素な構成で一定範囲に維持できる。

発明２に係る自転車用照明システムは、発明１に記載のシステムにおいて、動作部は、自転車の後部に装着される、第１発光ダイオードよりで順方向電圧が低い第３発光ダイオードを有する尾灯である。 この場合には、抵抗等を用いて第３発光ダイオードに流れる電圧を予め降下させることにより、第１発光ダイオードによるクランプ電圧で、たとえば、前照灯より光量が小さい尾灯に用いることができる第３発光ダイオードをオンさせることができる。

本発明によれば、照明用の第１発光ダイオードを用いてシステム全体の電圧をクランプしているので、動作部毎に電圧制御回路を設ける必要がなくなる。 このため、自転車用照明システムにおいて、電圧制御のための装置を簡素化できるようになる。 また、電動変速システムを設け、そこにコンデンサなどの蓄電素子を設けても、ダイナモの出力電圧がクランプ電圧以内に維持されるので、電圧制御回路を変速制御システムに設ける必要がなくなる。 さらに、蓄電素子に印加される電圧を簡素な構成で一定範囲に維持できる。

図１において、本発明の一実施形態を採用して自転車用照明システム１０は、自転車のたとえばハブ軸に設けられたハブダイナモ４０と、前照灯としての機能を有する照明回路４１と、ハブダイナモ４０に対して照明回路４１と並列接続される動作部としての電動変速システム４２と、動作部としての尾灯４３と、を有している。 ハブダイナモ４０は、自転車の走行に応じて交流を出力するものであり、自転車の照明回路４１、電動変速システム４２及び尾灯４３に電力を供給する。

照明回路４１は、たとえば、自転車のフロントフォークに設けられたランプスティに固定可能なランプケース４１ａを有している。 ランプケース４１ａ内には、図１及び図２に示すように、ハブダイナモ４０からの交流出力を全波整流する整流回路５０と、整流回路５０の出力により常時点灯する少なくとも一つ第１発光ダイオードＬＥＤ１を用いた前照灯となる主発光回路５１と、が収納されている。 また、ランプケース４１ａ内には、動作部であるポジションランプ（補助発光回路の一例）５２が収納されている。

整流回路５０は、ブリッジ接続された４つのダイオードＤ１〜Ｄ４を有しており、正側端子と負側端子とを有している。

主発光回路５１は、整流回路５０の正側端子に接続された電圧及び電流調整用の抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１にアノードが接続された第１発光ダイオードＬＥＤ１と、を有している。 第１発光ダイオードＬＥＤ１のカソードは、整流回路５０の正側端子に接続されている。 第１発光ダイオードＬＥＤ１は、たとえば、３Ｗ程度の出力を有する白色光を照射可能なパワーＬＥＤであり、その順方向電圧は、たとえば３．５ボルトである。 このよう第１発光ダイオードＬＥＤ１と整流回路５０とにより、照明システム１０においてハブダイナモ４０の出力電圧をクランプ電圧Ｖｃにクランプできる。 このときのクランプ電圧Ｖｃは、各ダイオードＤ１〜Ｄ４の順方向電圧をＶｄとし、第１発光ダイオードＬＥＤ１の順方向電圧をＶｅｄとすると、下記のように表せる。

Ｖｃ＝２×Ｖｄ＋Ｖｅｄ
ここで、各ダイオードＤ１〜Ｄ４の順方向電圧が、たとえば、０．６ボルトとすると、クランプ電圧Ｖｃは、４．７ボルトとなる。

したがって、この照明システム１０では、ハブダイナモ４０の出力電圧は常に４．７ボルト以内になり、クランプ電圧Ｖｃを超えて上昇することがない。

ポジションランプ５２は、主発光回路５１と並列接続されている。 ポジションランプ５２は、整流回路５０の正側端子に接続された電圧及び電流調整用の抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２にアノードが接続された第２発光ダイオードＬＥＤ２とを有している。 第２発光ダイオードＬＥＤ２のカソードは、整流回路５０の正側端子に接続されている。 第２発光ダイオードＬＥＤ２の順方向電圧は、第１発光ダイオードＬＥＤ１の順方向電圧（たとえば３．５ボルト）より低く、たとえば２ボルト程度である。 第２発光ダイオードＬＥＤ２は、たとえば、０．０１〜１．０Ｗ程度の出力を有する白色光を照射可能なパワーＬＥＤである。 なお、抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１より大きい抵抗値であり、順方向電圧を２ボルト程度に揃えて第２半導体ダイオードＬＥＤ２によりクランプ電圧が低下しないようにしている。

電動変速システム４２は、図３に示すように、停止時及び電圧変動を抑えるための、たとえば電気二重層コンデンサ等の大容量コンデンサからなる蓄電素子６０と、蓄電素子６０からの電力により動作するモータドライバ６１と、モータドライバ６１を制御する変速制御部６２と、モータドライバ６１により動作する変速モータ６３と、を有している。 変速制御部６２は、たとえば、自転車のハンドルバーに設けられた変速スイッチからの変速信号によりモータドライバ６１にモータ駆動信号を出力する。 このような電動変速システムでは、従来は、装置の入力側に電圧を一定に維持するレギュレータなどの電圧制御回路を設けている。 しかし、本実施形態では、常時点灯する第１発光ダイオードＬＥＤ１や整流回路５０がハブダイナモ４０の出力電圧をクランプしてクランプ電圧以内に制御しているので、そのような電圧制御回路を電動変速システム４２に設ける必要がない。

図２及び図３に示すように、尾灯４３は、たとえば、自転車の後部に固定可能な尾灯ケース４３ａを有している。 または尾灯４３は、尾灯ケース４３ａ内に収納され整流回路５０の正側端子に接続された電圧及び電流調整用の抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ３にアノードが接続された、尾灯となる第３発光ダイオードＬＥＤ３とを有している。 第３発光ダイオードＬＥＤ３は、たとえば、０．０１〜１．０Ｗ程度の出力を有する赤色光を照射可能なパワーｌＥＤである。 この第３発光ダイオードＬＥＤ３の順方向電圧も２ボルト程度であり、第１発光ダイオードＬＥＤ１より低い順方向電圧である。

このように構成された照明システム１０では、整流回路５０から第２及び第３発光ダイオードＬＥＤ２，ＬＥＤ３の順方向電圧（たとえば、２ボルト）を超える電位の電流が流れると、ポジションランプ５２及び尾灯４３が点灯する。 しかし、照明回路４１の主発光回路５１の第１発光ダイオードＬＥＤ１には電流が流れずに第１発光ダイオードＬＥＤ１は点灯しない。 そして、整流回路５０から第１発光ダイオードＬＥＤ１の順方向電圧を超える電位の電流が流れると、照明回路４1の主発光回路５１の前照灯としての第１発光ダイオードＬＥＤ１が点灯する。 第１発光ダイオードＬＥＤ１に電流が流れると、主発光回路５１は、常時点灯する照明であるので、第１発光ダイオードｌＥＤ１がオンしている間は、照明回路４１に電流が流れ、クランプ電圧Ｖｃにハブダイナモ４０の出力電圧がクランプされる。 したがって、高速走行してハブダイナモの出力電圧がクランプ電圧Ｖｃを超えて上昇しなくなり、ポジションランプ５２や電動変速システム４２や尾灯４３に過大な電圧が印可されることがない。

ここでは、照明用の第１発光ダイオードＬＥＤ１を用いて照明システム１０全体の電圧をクランプしているので、動作部毎に電圧制御回路を設ける必要がなくなる。 このため、自転車用照明システム１０において、電圧制御のための装置を簡素化できるようになる。

＜他の実施形態＞
（ａ）前記実施形態では、動作部としてのポジションランプ５２や尾灯４３に発光ダイオードを用いたが、通常の電球を使用してもよい。

（ｂ）前記実施形態では、動作部としてポジションランプ５２、電動変速システム４２及び尾灯４３を例示したが、動作部としてはダイナモからの電力で動作可能な全ての電気機器を含んでいる。

本発明の一実施形態が採用された自転車用照明システムの構成を示すブロック図。

その照明回路の構成を示す回路図。

電動変速システムの構成を示すブロック図。

符号の説明

４０ ハブダイナモ（自転車用ダイナモの一例）
４１ 照明回路 ４２ 電動変速システム（動作部の一例）
４３ 尾灯（動作部の一例）
５０ 整流回路 ５１ 主発光回路 ５２ ポジションランプ（補助発光回路の一例）
ＬＥＤ１〜３ 第１〜第３発光ダイオード