자전거 조명 시스템 및 발전기{BICYCLE LIGHTING SYSTEM AND GENERATOR}

종래의 시판 가능한 자전거 조명 시스템은 전력 및 전압에 대하여 법에서 정한 기준에 따라야 한다. 상기 기준은 15km/h 및 그 이상의 속도에서 등(lamps)에 가해지는 발전기 출력 전압에 대하여 7V의 최대 전압을 명시한다. 법적 규제에 따라, 발전기의 출력 전압의 최소값은 5km/h에서의 3V와, 15km/h 및 그 이상의 속도에서의 5.8V 사이에 미달되어서는 안된다. 상기 법적 규제에 기초하여, 현재의 시스템은 5km/h 내지 6km/h의 주행 속도에서 단지 1.4W의 전력을 발생하는 것을 허용한다. 상기 현재의 종래 발전 시스템의 전력을 증가시키고자 하는 경우에는, 15km/h 또는 그 이상의 속도에서 법적으로 명시된 7W의 최대 전압을 충족 또는 준수하는 것이 물리적으로 불가능할 것이다. 오직 부하 조정에 의해서만, 법적으로규정된 최대 전압의 초과를 방지하는 것이 가능할 것이다. 이것의 결과로서, 전력 손실은 매우 증가하고 효율은 상당히 감소할 것이다.

따라서, 종래의 자전거 조명 시스템은 시동등 불빛(starting light) 및 정지등 불빛(standstill light) 각각을 발생시키기 위해 축전지를 충전할 목적으로 낮은 속도의 범위에서 추가적으로 부하를 가할 수 없다. 종래의 시스템의 효율은 15km/h의 주행 속도 이하의 속도에서 매우 낮기 때문에, 종래의 발전 시스템은 단지 약 15km/h의 주행 속도로부터 시작하여, 축전지를 충전시키기 위하여 이용될 수 있는 충분한 전력을 발생할 것이다. 측면 발전기는 약 17% 내지 24%의 효율을, 롤러 발전기는 최대로 30% 내지 35%의 효율을, 허브(hub) 발전기는 약 40%의 효율을 갖는 것이 일반적으로 알려져 있다. 주행 속도가 15km/h를 초과하는 경우에, 상기 효율은 축전지를 충전하는 동안 전력 소모에 의해 감소된다. 상기 사실의 결과로서, 자전거 탑승자는 발전기의 작동을 위하여 추가적인 육체적인 에너지를 소모하여야 한다.

FR-A-2,464,175에는 종래 기술인 "자전거용 안전 조명 장치"가 공지된다. 상기 조명 장치는 정지등 불빛을 발생시키기 위하여 충전이 불가능한 배터리로부터 지원을 받는 종래의 3W/6V 발전기를 기초로 한다. 공급 전력은 상이한 속도에서 배터리를 갖는 발전기 또는 발전기 단독으로부터 발생된다는 점에서, 2개의 상태, 즉 '작동' 및 '정지' 사이가 구별된다. 수동으로 점멸되는 전기 장치는 필수적으로 임계값 제어 회로(threshold-value control circuits) 및 지연 전환 회로(relay change-over circuits)를 포함한다. 이극성(bipolar) 수동 스위치가 '작동' 상태에있는 경우에, 상기 안전 조명 장치는 활성화되고, 이것에 의해 상기 발전기는 작동되기 위해 접속된다. 또 다른 위치 '정지'에서, 상기 발전기는 등(lamp)에 직접적으로 접속되며, 그러나 그 다음에 상기 안전 조명은 회로로부터 제외되고(정지 조명 없음), 이것은 그것에 의해 종래의 3W/6V 발전 시스템에 의해 제공되는 조명에 상응한다.

정지 내지 9.6km/h의 주행 속도 사이에서 상기 임계값 제어 회로는 그것의 비활성화된 정지 위치에서 지연 전환 회로(delay turn-over circuit)를 보유한다. 1.5V 배터리의 접속 터미널 뿐만 아니라 발전기의 접속 터미널은 이제 자전거 등(lamps)과 접속된다. 상기 등은 정의 반파(positive half-waves)가 배터리의 정압 레벨을 초과하는 경우에, 한편으로는 배터리에 의해, 다른 한편으로는 배터리 전압에 대해 동일 극성인 발전기의 정의 반파에 의해 전압이 가해진다. 자전거가 정지된 경우에, 상기 등은 수동 스위치가 '정지' 위치로 되돌아을 때까지, 또는 상기 자전거가 미리 정해진 임계값을 초과하도록 가속될 때까지 배터리 전력에 의해 전압이 가해진다.

9.6km/h를 초과하는 경우에, 상기 임계값 제어 회로는 지연 전환 회로에 전압을 가한다. 상기 등으로의 배터리 터미널의 접속은 따라서 분리되고, 상기 등은 이제 발전기에 의해 전압이 더 가해진다. 6.3km/h미만으로 감속되자마자, 상기 임계값 제어 회로는 최초의 위치로 재빨리 되돌아가며, 상기 지연 전환 회로를 정지 상태로 되게 한다. 6.3km/h 내지 9.6km/h의 전환 범위에서 일반적인 히스테리시스는 상기 임계값 제어 회로가 요동되지 않도록 방지한다.

이러한 자전거용 안전 조명 장치의 시간 또는 기간에서의 장점 또는 진보는 정지등 불빛의 발생에서, 그리고 출발 단계동안 배터리로부터의 추가적인 전력 공급에서 나타난다. 그러나 상기 공지된 자전거 조명 시스템은 모든 면에서 매우 비용이 많이 든다. 종래의 3W/6V 발전기는 제외하면, 상기 조명 시스템은 자전거 상에 단독으로 장착되는 케이스 또는 박스 내에 수용된다. 상기 배터리는 6.3km/h 내지 9.6km/h 사이에서 뿐만 아니라, 정지 내지 9.6km/h의 주행 속도 사이에서도 동작 중에 있으며, 따라서 비교적 빨리 수명이 다하게 된다. 어떠한 배터리 단락 회로 제한(battery short-circuit limitation)도 제공되지 않는다. 배터리 제어는 키-버튼/단속기에 의해 수동적으로 실행된다. 각각의 광휘 다이오드(radiance diode)의 공차 및 행동특성은 정확도의 측정의 결과로서 나타난다. 발전기 및 자전거 등(lamp)은 직렬로 접속된 1.5V 배터리를 함께 구비하는 전자 장치를 포함하는 케이스 또는 박스에 독립적으로 접속된다.

주 변압기로부터 충전 가능한 배터리의 사용은 실제적으로 어떠한 장점도 가져오지 않을 것이다. 배터리들을 연속적으로 조립하거나 또는 해체하는 것은 제외하고, 충전에는 몇시간이 소요될 것이다. 결과적으로, 종래의 3W/6V 발전 시스템의 출력이 간단히 너무 낮기 때문에, 발전기에 의한 충전에 있어서 어떠한 설비도 전혀 없다는 것이 강조될 것이다. 또한, 이러한 발전기의 효율은 임계값 제어 회로, 지연 전환 회로, 코일 및 이와 유사한 것의 적용에 의해 추가적으로 감소된다.

또한, '전기 기계, 특히 훨-허브 발전기"가 EP-A-0,528,347에 공지된다. 상기 전기 기계는 중앙 영구자석 장치와, 이를 동축적으로(coaxially) 둘러싸는 코일장치를 포함하며, 양 장치는 서로에 대해 상대적으로 회전 가능하다. 훨-허브 발전기의 회전하는 내부 회로는 반경 방향으로 배열되는 영구 자석을 갖는 철심으로 구성된다.이것은 1948년으로 거슬러 올라가는 공지된 지이멘스 원리(Siemens principle)에 상응한다. 정지 또는 고정된 외부 회로는 상기 코일에 고정 연결된다. 자기장은 따라서 외부 회로에 대해, 그리고 코일에 대해 회전하는데, 이것은 높은 자기적 손실(히스테리시스 손실)을 일으킨다. 상기 외부 회로는 접합되고 절연된 개개의 박판 스탬핑 링들로 구성되는데, 이것은 연속적으로 함께 배열된다.

극들(자석들) 및 상기 코일 사이에는 단지 1개의 공기 갭(air gap)이 존재한다. 상기 코일 및 외부 회로 사이에는 어떠한 공기 갭도 존재하지 않는다. 자기장이 회전하며 이동되기 때문에 상기 외부 회로는 어떠한 극편(pole-shoe) 요소도 갖지 않는다. 상기 방법으로, 상술한 히스테리시스 손실이 결과적으로 나타난다. 상기 휠-허브 발전기의 코일은 구부러져서 감겨지는 밴드(band)이다.

상기 훨-허브 발전기의 경우에, 종래의 유전체(inductor) 또는 전자 전압-제한기 장치가 존재한다. 이러한 전자 소자는 어떠한 방식으로도 기재되지 않는다. 상기 전기 기계의 구성 목적은 아마도 자전거 훨-허브 내로 끼워맞춰지고 약간 더 높은 효율을 가져오는 표준화된 발전기를 제공하는 것이다. 0.5 보다 큰 전력 발생에 대한 공표된 총 효율은 상기 종래 기술에 의해 좀처럼 달성되지 않는다. 도한, 상기 발전기는 기어 변속기가 구비되는데, 이것은 한편으로는 필수적이지만, 다른 한편으로는 효율을 감소시킨다. 또한, 훨-허브 발전기는 불행히도 동적 응답에 대해서 뿐만 아니라, 내부 저항에 대해서도 규정되지 않는다. 효율은 최대 40%에 달하는 것으로 추정된다.

상기 기술 분야의 당업자들은 이렇게 낮은 효율에 대해서 계속하여 단점을 발견해 왔으며, 종래의 발전기 및 자전거 조명 시스템이 현대의 노하우(know-how)의 상태에 부응하지 못한다는 점을 인식해 왔다.

본 발명은 주행중인 자전거에 의해 구동 가능하며 상기 자전거 상에 설치되는 발전 시스템과, 각각의 경우에 상기 발전 시스템으로부터 전력을 공급받는 적어도 1개의 전조등 및 적어도 1개의 후미등과, 빛을 발생시키고 축전지를 충전시키기 위하여 상기 발전 시스템에 의해 발생된 전력을 조정된 직류 전압으로 변환하는 전자 회로 소자를 포함하는 자전거 조명 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 일반적인 사용, 특히 자전거 발전기로서의 사용을 위한 발전기에 관한 것이다.

도 la 및 도 1b는 발전기의 바람직한 실시예의 횡단면도;

도 2a 및 도 2b는 내부 자기 회로 배열 및 고정 코일 배열의 횡단면 사시도 및 고정 코일 배열의 확대도;

도 3는 본 발명에 따른 자전거 조명 시스템용 전자 회로 소자의 바람직한 실시예의 블럭 다이어그램;

도 4a 내지 도 4e는 자전거 조명 시스템의 작용을 설명하기 위한 1개의 전압+속도/시간 다이어그램 및 4개의 전압/시간 다이어그램;

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따라 성취되는 출력 전압의 진행을 설명하기 위한 전압/속도 다이어그램으로서, 도 5a는 축전지가 정지된 경우의 작동도이며 도5c는 축전지가 동작되는 경우의 작동도;

도 6은 주문형 집적 반도체를 이용한 스위칭 회로(customized, integrated, solid-state swiching circuit)에 의해 실현되는 자전거 조명 시스템의 전자 회로 소자의 완성 실시예의 도면;

도 7은 측면 발전기로서 구성되는 발전 시스템의 제 1실시예의 종단면도;

도 8은 롤러 발전기로서 구성되는 발전 시스템의 제 2실시예의 종단면도;

따라서, 본 발명의 목적은 현대 기술의 상태에 적합하며 최근의 요구 사항에 부합되고 또한 경제적으로 바람직한 해결 방안이 될 수 있는, -발전기와 공동하여- 자전거 조명 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 -그것의 구성, 전력 효율 및 생산 비용에 대하여- 본 발명에 따른 자전거 조명 시스템으로부터 요구되는 필요 조건들을 충족하는 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.

상술한 목적을 충족하기 위하여, 본 발명은 만족스러운 자전거 조명 시스템이 상당히 증가된 효율을 갖는 발전기에 의해서만 실현될 수 있다는 결론을 기초로 한다.

본 발명에 따른 자전거 조명 장치는 발전 시스템이 약 5km/h 내지 7km/h의 최소 주행속도에서부터 축전지를 충전시키기 위해, 그리고 동시에 전조등 및 후미등에 전력을 공급하는 데 적절한 전력을 발생시키도록 구성되고 배열되는 발전기를 포함한다는 점, 전자 회로 소자는 작동의 셋업(set-up) 및 셋다운(set-down) 전환 모드를 갖는 컨버터를 포함한다는 점, 및 상기 전자 회로 소자는 주행 속도가 최소 주행 속도 이하에서 유지되는 한, 축전지에 의해 추가적으로 전력을 공급받는다는점에서 특징지워진다.

바람직한 실시예에서, 상기 컨버터는 전압-변환 및 에너지-제한 장치와, 정류된 발전기 출력 전압을 검출하는 임계값 장치(threshold-value device)를 포함하며, 이것에 의해 -상기 임계값 장치가 발전기의 특정된 최소 전압이 초과되는 것을 검출하는 경우에- 축전지로부터 공급되는 전압은 발전기의 정류된 출력 전압에 추가하여 전자 스위치기어(switchgear)에 의해 전압-변환 및 에너지-제한 장치로 공급된다. 상기 전압-변환 및 에너지-제한 장치의 출력 전압은 축전지가 작동되는 동안에는 제 1 일정 출력-전압 범위 내이고, 발전기가 작동되는 동안에는 제 1 일정 출력-전압 범위보다 상부에 놓여지는 제 2 일정 출력-전압 범위 내이다. 축전지 충전 장치는 이에 대해 제 1 일정 출력-전압 범위 및 제 2 일정 출력-전압 범위 사이인 출력 충전 전압보다 더 높은 전압에서 활성화된다.

상기 전자 회로 소자의 제 1 일정 출력-전압 범위는 4V 내지 6V의 범위, 바람직하게는 4.5V 내지 6V의 설정 범위 내에 놓여진다. 작동의 상기 모드 동안에, 컨버터의 입력-전압 범위는 0.8V의 최소 임계값 전압(threshold-value voltage) 내지 4.8V의 최대 전환(swich-over) 전압 사이에 놓여진다.

상기 전자 회로 소자의 제 2 일정 출력-전압 범위는 6.2V 내지 7V 사이의 범위 내에 존재하는 것이 바람직하며, 그러나 6.4V보다 높은 것이 유리하다. 상기 작동 모드 동안에, 컨버터의 입력-전압 범위는 약 5V 내지 약 80km/h에서의 최대 80V에 이르기까지의 범위 내에 놓여진다.

본 발명에 따른 전자 회로 소자의 상기 설정의 장점에 의해서, 법에 의해 규정된 표준은 각각의 주행 속도에서 이상적으로 충족된다. 전자 회로 소자 및 충전 가능한 축전지와의 고효율 발전기의 조합은 결합된 축전지-충전, 정지등 및 주행등 시스템을 가능하게 한다. 상기 전자 회로 소자는 발전기에 의해 직접적으로 작동될 뿐만 아니라 축전지에 의해 작동된다.

상기 전압-변환 및 에너지-제한 장치는 전자 회로 소자의 출력을 4W 내지 6W 사이에서 일정하게, 바람직하게는 4.5W 내지 5W 사이에서 일정하게 제한한다. 상기 방법으로, 축전지의 단락 회로의 안전성, 및 발전 시스템 뿐만 아니라 발전기의 단락 회로의 안전성이 또한 보장된다.

또 따른 바람직한 실시예에서, 상기 전자 회로 소자는 다음을 더 포함한다; (a) 전압-변환 및 에너지-제한 장치로 공급되는, 정류되고 평활해진 발전기 출력 전압을 발생하기 위한 정류기 회로; (b) 1차 정류되고 주행 속도에 비례하는 발전기의 출력 전압을 제 1 분압으로 변환하고 상기 제 1 분압을 제 1 임계값 스위치로 공급하는 제 1 전압-분배기 회로망(network); (c) 정류되고 주행 속도에 비례하는 발전기의 출력 전압을 제 2 분압으로 변환하고 상기 제 2 분압을 제 2 임계값 스위치로 공급하며, 여기서 발전기에 의해 전달된 출력 전압이 제 1 임계값 스위치에 의해 검출된 제 1 임계값 전압을 초과하는 경우에, 상기 제 1 임계값 스위치는 전자 스위치기어에 의해 전압-변환 및 에너지-제한 장치로 축전지 전압을 인가하고, 제 2 임계값 스위치가 제 2 임계값 전압이 각각 도달되지 못하거나 또는 초과된 것을 감지하는 경우에는 언제나, 제 2 임계값 스위치는 제 1 일정 출력-전압 범위로 부터 제 2 일정 출력-전압 범위까지, 및 그 역, 즉 제 2 일정 출력-전압 범위로부터 제 1 일정 출력-전압 범위까지, 전압-변환 및 에너지-제한 장치의 출력 전압을 변환하기 위하여 전압-변환 및 에너지-제한 장치로 신호를 보내는 제 2 전� ��-분배기 회로망; (d) 제 1 임계값 스위치의 출력과, 그리고 전자 스위치기어와 접속되며, -발전기로부터 나오는 정류된 출력 전압이 제 1 임계값 전압에 미달될 경우에- 전압-변환 및 에너지-제한 장치의 입력으로부터 축전지에 의해 제공되는 전압을 차단하기 위하여 미리 정해진 시간 주기, 예를 들어 4분의, 끝에서 전자 스위치기어를 개방시키는 지연 회로; (e) 전압-변환 및 에너지-제한 장치의 출력측과 접속되며, 또한 축전지가 작동되는 동안에 축전지를 충전시키기 위하여 활성 상태를 유지하는 축전지 충전 컨버터.

상기 제 1 임계값 스위치는 전자 스위치기어에 의해 약 0.8V의 임계값 전압에서 축전지 전압을 연결시킨다(switch on).

상기 축전지 충전 컨버터는 축전지의 충전 상태에 의존하는 고전력 변환으로 비례적으로 증가하면서 6.1V에서 최대 7V에 이르는 출력 전압에서 작동된다.

발전 시스템의 기대되는 특징들을 보장하기 위하여, 고효율 및 매우 낮은 코일 내부 저항을 포함하며 이미 약 5km/h 내지 7km/h의 주행 속도에서 낮은 출력 전압에서 적어도 4.5W의 출력을 발생시키는 발전기가 제공되며, 이것에 의해 전자 회로 소자는 상기 발전기의 출력을 6.2V 내지 7W의 출력 전압으로 변환한다.

고효율을 얻기 위하여, 상기 발전기는 내부 회로 및 외부 회로를 포함하는데, 상기 양 회로는 고정된 공심 코일(air-core coil)에 대하여 동일 방향으로 동기적으로(synchronously) 회전하기 위해 설치된다. 상기 내부 회로 및 외부 회로는각각의 경우에 동일한 극 피치(Pole Pitch) 내에 n개의 극을 포함한다.

상기 내부 회로 및 외부 회로가 고정된 공심 코일 둘레로 동일한 회전 방향으로 동기적으로 회전 가능하다는 사실로 인하여, -매우 낮은, 바람직하게는 1.5오옴 보다 낮은 공심 코일의 내부 저항 뿐만 아니라 향상된 강력 자석에 관련하여- 비교적 작은 철-및-자석 부피에 대하여 높은 자기장 세기가 낮은 히스테리시스 손실(hysteresis losses)과 함께 얻어진다. 실제적으로 효과적인 상기 자기 회로는 2개의 부분 회로로 구성된다.

상기 내부 회로는 n개의 내부 극편(pole shoes)을 포함하는데, 상기 각각의 내부 극편에는 등극 형상(homopolar contiguration)으로 측면에 배열되는 2개의 자극(magnctic pole)이 존재한다. 이러한 방식으로, 2개의 자성 표면(magnetic surface)은 각각의 극편 표면 상에서 돌출된다. 상기 2개의 자성 표면은 극편 표면 보다는 훨씬 더 큰 것이 바람직하므로, 자속 밀도는 이에 상응하게 극편 표면 상으로 증가한다.

또한, 상기 배열은 내부 회로의 극편들이 비교적 작은 질량을 가지며 이것에 의해 무게 감소가 가능해진다는 점에서 유리하다. 상기 자속은 2개의 부분 내의 외부 회로에 걸쳐 할당되며, 마주 향하여 위치되는 외부 극편들로 향해진다.

상기 외부 회로는 마찬가지로 n개의 내부 극편들에 대하여 마주 향하여 배열되고 n개의 내부 극편들로 코 형상으로(nose-shapedly) 돌출되는 n개의 외부 극편들을 포함한다. 상기 외부 극편들은 한쌍의 내부 극편 및 외부 극편들 사이에 형성되는 공기 갭이 자속에 대하여 최단 경로가 되도록 구성된다. 이러한 방식으로, 누출 자속은 유리하게도 감소된다.

동극 자석의 상호 간섭을 감소시키기 위하여, 각각의 내부 극편은 반경 방향으로 연장되는 공기 갭을 형성하는 슬롯(slot)에 의해 중앙에서 2개의 동일 부분으로 양분된다. 상기 배열은 더 큰 자석 높이의 장점 뿐만 아니라 더 적은 극편 부피의 부가적인 장점을 갖는데, 이것은 최소의 자석 부피와 2배의 자성 표면와 함께, 각 극당 2개의 반(1/2) 자석 길이가 가능해짐을 의미한다.

자속은 각각의 경우에 극편에 걸쳐 각각 반(l/2)으로 외부 회로로 미끄러지기 때문에, 내부 극편에서의 공기 갭은 2개의 동극 자성 표면들의 상호 간섭을 감소시킨다. 각각의 극편에서의 2개의 자속은 최적으로 짧은 자기 회로의 경로를 갖는데, 이것의 결과로 최적의 자속을 가져온다. 또 다른 장점은 매우 높은 자속 밀도를 갖는 소형 발전기가 제조될 수 있다는 사실로 보여지는데, 이러한 발전기는 동시에 가벼우면서도 작은 자석 부피 및 고효율 구조를 갖는다. 본 발명에 따른 자전거 조명 시스템의 제안된 발전기에 의하여 달성 가능한 효율은 적어도 90%이다.

실시예에 의하여, 3W의 조명 전력 및 1W의 축전지 충전 에너지에 대한 본 발명에 따른 전체 자전거 조명 시스템의 결과적인 실제 효율은 -3W에 대하여- 방전된 축전지의 경우에는 약 60%이며, 충전된 축전지의 경우에는 80%이다.

또한, 공심 코일이 매우 낮은, 즉 150μH보다 낮은 인덕턴스(inductance)를 포함하는 것이 유리하다.

이러한 방식에서는, 무시 가능한 역 인덕턴스가 생성되는데, 이것에 의해 극감도(pole sensitivity)는 거의 또는 전혀 인식될 수 없는 한편, 동시에 유도 손실은 극도로 낮다.

상기 공심 코일은 직렬로 극에 정확하게 연결되는 2개의 동일한 코일 부분들로 극 영역(pole field)마다 분할되는 것이 바람직하다.

비록 본 발명이 특히 자전거 조명 시스템에 관한 것이라 하더라도, 본 발명은 또한 다른 발전기의 응용 분야를 위한 발전기에도 인용될 수 있다는 점은 상술한 바와 같이 자명하다.

내부 회로 및 외부 회로를 포함하며, 이들 양 회로는 고정 스테이터 둘레로 동일 방향으로 동기적으로 회전되도록 설치되고 각각의 경우에 동일 극 피치내에 n개의 극을 포함하는 본 발명에 따른 발전기는 상기 스테이터가 내부 회로 및 외부 회로 사이에 배열되는 고정 공심 코일이라는 점, 상기 내부 회로가 n개의 내부 극편들을 포함하며, 상기 자석은 각각의 경우에 동극 형상으로 각각의 n개의 내부 극편들의 양 측면에 마주 대하여 지지된다는 점, 및 상기 외부 회로는 n개의 내부 극편들과 마주보며 n개의 내부 극편들로 코 형상으로 돌출되는 n개의 외부 극편들을 포함하며, 따라서 1쌍의 내부 및 외부 극편들 사이에서 각각의 경우에 형성되는 공기 갬이 자속에 대해 최단 경로가 된다는 점에서 특징지워진다. 상기 자석은 영구 자석인 것이 바람직하다.

각각의 내부 극편은 내부 극편에 마주 대하여 지지되는 2개의 자석의 상호 간섭을 감소시키기 위하여 반경 방향으로 연장되는 공기 갭을 형성하는 슬롯을 그것의 중앙 부분에 포함한다. 각각의 경우에 내부 극편에 마주 대하여 지지되는 2개의 측면 자석의 인접면의 합은 각각의 내부 극편의 원주면보다 더 크다. 상기 공심코일은 극 영역당 2개의 동일 코일 부분으로 양분되는데, 이것은 직렬로 극에 정확하게 연결된다.

상기 내부 자기 회로의 지지부는 비철인 반면에, 상기 내부 회로의 극편들은 연철로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 외부 회로는 전체적으로 연철로 이루어진다.

자석 배열의, 그리고 자기 회로 구조의 발명적인 특성은 유리하게도 전기 모터에 대해서 적용될 수 있다.

첨부 도면을 참조하는 이하의 발명의 상세한 설명이 고려되는 경우에, 본 발명에 따른 발전기 뿐만 아니라 본 발명에 따른 자전거 조명 시스템의 또 다른 특징및 장점이 명백해질 것이다.

본 발명에 따라 사용되며 도 1a 및 도 1b에 도시되는 발전기(1)의 바람직한 실시예는 내측으로부터 외측으로 동심적으로 배열되는 회전하는 내부 회로(21), 고정 공심 코일(23; 23.1 내지 23.6), 및 상기 내부 회로(21)와 함께 동기적으로 회전하는 외부 회로(22)를 포함한다, 도 1b에 도시되는 실시예에서, 상기 내부 회로(21) 및 외부 회로(22)는 동일한 극 피치 내에 서로 마주보며 각각 위치되는 6개의 극편(af, 및 gm)을 포함하는데, 따라서 이에 따른 극 피치각은 60°이다. 상기 내부 회로(21)의 6개의 극은 6개의 극편(af)의 형태로 구성되는 한편, 상기 외부 회로(22)의 극들도 마찬가지로 6개의 극편(gm)의 형태로 구성되는데, 이들은 내부 회로(21)의 극편들(af)에 대하여 서로 마주보며 위치되고 내부 회로의 극편들(af)을 향하여 코 형상으로 돌출되며, 따라서 가능한 최소의 공기 갭(30')이 형성된다. 상기 내부 회로(21)의 극편들(af)은 연철로 만들어지는 한편, 내부 자기 회로의 지지체(41)는 그 자체가 비철이다. 상기 외부 회로(22)는 전체적으로 연철로 이루어진다. 극의 수, 즉 6개는 물론 바람직한 실시예를 나타낸다.

상기 내부 회로(21)의 극편들(af)사이에는, 각각의 경우에 각각의 극편의 양측에 기대어 동극으로 놓여지도록 6개의 영구 자석들(24-29)이 배열된다. 그 결과, -도 1a의 자석들(24 및 29)에서 참조 번호 a1 및 a2(자석 폭)로 표시되는- 2개의 자석 표면은 극편(f)의 극편 표면(b1) 상으로 돌출된다. 도 1의 종이 표면 평면에 대하여 수직으로 연장되는 영구 자석(24-29)의 자석 길이(M1; 도 2a) 및 전체 배열은 각각의 경우에서 각각의 자석 표면들(al 및 a2)의 합(al+a2)이 각각의 극편 표면(bl)보다는 훨씬 크도록 결정된다. 이러한 방식으로, 자속 밀도는 주변의 극편 표면(bl) 상으로 상응하게 증가한다. 상기 배열은 내부 회로(21)의 극편들(af)이 비교적 작은 질량을 가지며, 그 결과 중량 감소가 가능하게 된다는 점에서 또한 유리하다.

그러나 상기 발전기(1)의 전체 회전부는 주로 회전하는 외부 회로(22)로 인해, 비교적 높은 관성 모멘트를 가지며, 그 결과 휠 미끄러짐 작용이 대체로 향상된다.

상기 자속은 외부 회로(22)의 코 형상으로 돌출되는 각각의 극편들(gm)을 가로질러 2개의 자기 회로 경로들(Mk1 및 Mk2; 도 1b)로 양분된다. 또한 상기 외부 회로(22)의 극편들(gm)의 코 형상이며 코일 주위에 적합한 형태에 의하여, 한쌍의 극편(즉, f 및 m) 사이에 지시되는 바와 같이, 자속을 위한 최단 경로로서, 공기 갭(30')이 결과적으로 얻어진다. 따라서 누설 자속이 감소된다.

상기 내부 회로(21)의 각각의 내부 극편들(af)의 양 측에 기대어 놓여지는 동극 자석들의 상호 작용을 감소시키기 위하여, 각각의 내부 극편들(af)은 반경방향의 공기 갭(31'-36')에 의해 중앙에서 갈라진다. 상기 배열의 장점은 큰 자석 높이를 동시에 갖는 적은 극편 부피, 즉 최소의 자석 부피 및 2중의 자석 표면을 동시에 갖는 극당 2개의 자석 폭이다.

상기 극편들(a 내지 f)에서의 반경 방향의 공기 갭들(31'-36')은, 자속이 외부 회로들에서 극편에 걸쳐 반(l/2)으로 각각 흐르기 때문에 2개의 동극 자석면의 표면들의 상호작용을 방지한다. 하나의 극편에서의 2개의 반(l/2) 자속들은 최적으로 짧은 자기 회로 경로(Mkl 및 Mk2)를 갖는다. 이 결과로 최적의 자속을 형성한다. 또 다른 장점은 상기 방법에서 극도로 높은 자속 밀도, 가벼운 무게, 적은 자석 부피, 균질의 자기 부하 및 매우 높은 효율성을 갖는 작은 발전기가 실현될 수 있다는 점이다.

도 2a는 횡단면 사시도에서 바람직한 발전기의 코일 배열 뿐만 아니라 내부 자기 회로를 도시한다. 도 2b에는 극편들(b, a, f, e)과 함께 극 영역(N3, S2 및 N1)을 형성하는, 일련의 권선 코일(23.2, 23,1, 23.6 및 23.5)의 부분의 확대된 배열로 도시한다. 상기 코일 부분들(23.2, 23.1, 23.6 및 23.5)의 코일 결합, 및 I 및 II로 표시된 2개의 권선 방향들이 개략적으로 표시된다.

1개의 코일은 일반적으로 2개의 이성극(heteropolar)을 거쳐 안내되기 때문에, 3개의 코일이 특히 도시되지 않은 6개의 극 배열을 위하여 필요하다. 상기 방법에서, 도 1a 및 도 1b, 도 2a 및 도 2b에 도시되는 공심 코일(23)은 정확하게 직렬로 연결되는 2개의 동일한 코일 부분들(23.1 내지 23.6)로 극 영역마다 양분된다(도 2a 및 도 2b). 따라서 더 작은 전체 높이가 얻어지는데, 즉 6개의 극들의 경우에는 60°의 각 피치(angular pitch)에서 배열되는 6개의 코일 부분이 제공된다.

고정 공심 코일을 제조하기 위하여, 자체 접합되는 에나멜 처리된 구리 와이어로 이루어진 권선은 자체 내장되도록 감겨지고 코일 배열의 기준원 상으로 구부러진다. 상기 코일은 적절한 플라스틱 사출 성형 다이 내에 삽입된다. 상기 코일의 상호 결합은 미리 결합되고, 연결 핀 플러그(pin plug; 도 7의 39)에 장착된다. 상기 플라스틱 사출 성형 다이는 동시에 기부(base parts) 하우징부(도 7에서 37)을 포함한다, 차후에, 상기 유닛 전체는 도선없는 플러그-인(plug-in) 요소를 형성하기 위하여 플라스틱 재료로 사출 성형된다. 상기 형태의 구성은 전자적 부품이 발전기의 하우징 기부에서 직접적으로 프러그 접속될 수도 있게 한다. 따라서 또 다른 권선은 불필요하다. 고정된 공심 코일의 와이어는 미리 가공되며, 후처리 또는 재처리를 필요로 하지 않는다.

상술한 방법은 매우 낮은 인틱턴스 즉, 바람직하게는 150μH 보다 더 낮은 인덕턴스를 포함하는 공심 코일을 가능하게 한다. 상기 방법에서 역 인틱틴스는 거의 발생되지 않으며, 이것에 의해서 극 감도는 거의 또는 조금도 인지될 수 없다. 코일 저항값는 1.6오옴 보다는 낮은 것이 바람직하며, 결과적으로 실제적으로 완성된 발전기의 구성의 경우에는 자기 부하가 0.6T보다 더 크다. 발전기의 실시된 구성에서 코일의 평균 지름은 31mm였으며, 자석 길이는 30mm, 자석의 외부 직경은 약 44mm였다. 약 20mm의 감소된 코일 길이(40; 도 2b 및 도 7)가 획득되도록 애써지는데, 이로써 또한 발전기의 본질적인 발명의 전력 특성을 향상시키는 것이 가능해질 것이다.

이하, 발전기 전체 및 특히 전자 회로 소자(5)의 바람직한 실시예의 구성 및 작동 모드가 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명될 것이다.

도 3은 본 발명에 따라 구성되는 자전거 조명 시스템의 바람직한 실시예의 블럭 다이어그램을 도시한다. 발전기(1)에 의해 발생되는 전기적 교류 전압은 정류기 회로(11)에 의해 정류되고 커패시터(C1)에 의해 평활해진다. 회로 노드(circuit node; 18)에서는 이후에 기술될 정류된 발전기 전압(U _eDYN )과 축전지 전압(U _BATT )의 합이 형성된다. 회로 노드(18)에서 발생되는 결합된 전압(U _eDYN 및 U _BATT )은 상기 전압/전력을 각각 6V 내지 6.4V로 변환시키는 전압-변환 및 에너지-제한 장치(10)의 입력측에 인가된다. 상기 전압-변환 및 에너지-제한 장치(10)는 발전기(1)의 내부 저항에 대하여 그 자신을 최적화시키는 특징적인 특성을 갖는다. 낮은 입력 전압(낮은 주헹 속도)의 경우에, 상기 전압-변환 및 에너지-제한 장치(10)는 결과적으로 발생되는 전압(전력)을 상승시킨다. 높은 주행 속도 및 이에 따른 발전기의 높은 출력 전압 및 출력 전력의 경우에, 상기 전압-변환 및 에너지-제한 장치(10)는 회로 노드(18)에서 이용 가능한 전압(Ua)을 출력측에서 바람직하게는 6.4V로 강하시키며, 상기 전압을 약 ±10mV의 편차 범위로 대체로 일정하게 유지시킨다. 쇼트키다이오드(Schottky diodes) 및 파워 FET(전계 효과 트랜지스터)와 같이, 최근 기술을 대표하는 전자 소자의 적용에 의해서, 85%보다 나은 전압-변환 및 에너지-제한 장치(10)의 효율이 달성될 수 있다. 낮은 전압의 경우에, 상기 효율은 약 85%이며,회로 노드(18)에서 높은 입력 전압, 예를 들어 약 9V인 경우에, 전압-변환 및 에너지-제한 장치(10)의 효율은 90%를 넘는다.

전자 회로 소자(5)의 전반적인 동작은 아래에 기재되는 지연 회로(17) 및 축전지 감시 회로(19) 뿐만 아니라 제 1 임계값 스위치(13) 및 제 2 임계값 스위치(15)의 작용이 고려되는 경우에 보다 잘 이해가 될 것이다.

제 1 임계값 스위치(13)

발전기(1)의 출력 전압은 2개의 다이오드(D3 및 D4)로 구성되는 정류기 회로에 의해서 정류되고 커패시터(C4)에 의해서 평활해진다. 상기 전압(Vx)는 주행 속도에 비례한다. 이것은 2개의 저항(R1 및 R2)으로 구성되는 제 1 전압 분배기(12)에 의해서 분배되며 제 1 임계값 스위치(13)의 입력부로 공급된다(전압 UT1). 상기 제 1 임계값 스위치는 Vx = 0.8V 보다 더 높은 출력 전압에서 게이트 회로(T1)를 활성화시킨다. 이것은 게이트 회로(T1)에 의해, 축전지(4)의 전압이 전자 스위치기어(S1/16) 및 보호 다이오드(D1)에 의해 가산 회로 노드(18)로 공급되는 것을 의미한다. 제 1 임계값 스위치(13)의 또 다른 출력은 지연회로(17)를 0(정지 상태)으로 설정한다.

제 1 임계값 스위치(13)의 입력 전압이 Vx=0.8V 보다 낮은 경우에는, 지연 회로(17)가 가동된다. 상기 지연 회로는 오실레이터(oscillator) 및 카운팅 체인(counting chains)을 포함한다. 축전지 전압은 지연 회로(17)의 출력이 게이트 회로(T1)에 의해 전자 스위치기어(16)를 열 때까지, 게이트 회로(T1), 전자 스위치 기어(16) 및 보호 다이오드(D1)에 의해 가산 회로 노드(18)에서 이용 가능하게 유지된다. 그 다음에 축전지 전압이 차단된다. 상기 게이트 회로(T1)는 따라서 제 1 임계값 스위치(13)에 의해 활성화되고 지연 회로(17)의 가동 시작과 함께 작동된다. 축전지(4)가 완전하게 방전되거나 또는 결함이 있거나 또는 존재하지 않는 경우에는 회로절점(18)에서의 활성화는 축전지 감시 회로(19)에 의해 방지될 것이다.

제 2 임계값 스위치(15)

커패시터(4)에서 결과적으로 발생하는 발전기(1)의 속도 비례적인 전압은 2개의 저항(R3 및 R4)으로 이루어지는 제 2 전압 분배기(14)에 의해 제 2 임계값 스위치(15)로 공급된다(전압 UT2). 상기 제 2 임계값 스위치는 발전기의 출력 전압이 Vx = 4. 5V 보다 더 낮은 경우에, 에너지-변환 및 에너지-제한 장치(10)의 출력 신호에 의해 활성화되고, 이것에 의해서 조절 가능한 4.5V 내지 6V(Ua1)의 에너지-변환 및 에너지-제한 장치(10)의 출력 전압이 도달된다. 발전기(1)의 출력 전압이 4.8V 보다 더 높은 경우에, 상기 에너지-변환 및 에너지-제한 장치(10)는 이것이 제 2 임계값 스위치의 출력부에서 6.4V(Ua2)를 발생하도록 하는, 제 2 임계값 스위치(15)의 출력 신호에 의해서 설정된다. 이것은 제 3 도에 도시되는 전자 회로 소자(5)의 바람직한 실시예의 작동 모드에 의하여, 제 2 임계값 스위치의 전압(Vx)이 4.5V 보다 더 낮은 경우에는 입력 전압(UT2)와 함께, 정지등 불빛을 발생시키기 위하여 축전지로부터 전압이 조달되며, 제 2 임계값 스위치의 전압(Vx)가 4.8V 보다 더 높은 경우에는 제 2 임계값 스위치(15)의 입력 전압(UT2)과 함께, 발전기(1)로 부터 출력 전압(주행 전압)이 조달되는 것을 의미한다. 축전지 작동으로부터 발전기 작동으로의 전환은 순조롭게 일어난다.

에너지-변환 및 에너지-제한 장치(10)의 출력부에서는, 출력 전압(Ua)이 6.1V를 초과하자마자, 그리고 축전지(4)의 충전 상태에 의존하여 비례적으로 증가함에 의해 6.4V에 이르기까지 승압되자마자, 축전지(4)로 공급하는 충전 컨버터(20)와 연결된다. 이것에 의하여 축전지가 정지등 불빛을 발생하는 동안에 어떠한 충전이 일어나지 않는 것이 보장된다. 또한, 발전기(1)의 에너지가 불충분한 경우에 전압이 6V 이하로 떨어지지 않는 것이 보장된다.

에너지-변환 및 에너지-제한 장치(10)의 출력부에 연결되는 저항 전압 분배기(R5, R6)는 출력 전압(Ua)의 제어(feedback)를 위하여 제어 신호(UT3)를 전달한다. 상기 제어 전압은 제 2 임계값 스위치(15)에 의해 영향을 받는다.

도 3에 개략적으로 도시되는 전자 회로 소자(5)의 작용을 차후에, 특히 제 4a 도 내지 제 4e 도, 및 제 5a 도 내지 제 5c 도와 연계하여 더욱 상세히 논의될 것이다.

도 4a 내지 도 4e는, 제 1 전압 분배기(12) 및 제 2 전압 분배기(14)에 의해 각각 발생되고 제 1 임계값 스위치(13) 및 제 2 임계값 스위치(15)로 각각 공급되는 전압들(Ug(대체로 Vx), UT1 및 UT2)의 시간적인 종속성이 그래프로 개략적으로 도시되며. 이것에 의하여 상기 전압들의 대체로 직선이며 속도에 비례하는 의존성은 그들이 시간 t1(t1')의 순간에서 0으로부터 상승 시작하여 시간 t3(t3')의 순간에 이르기까지, 0으로부터 30km/h까지의 속도에서의 가정된 증가와 일치하며, 이어서 시간 t3(t3')으로부터 시간 t5(t5')의 순간까지 대체로 직선으로 다시 하강하도록 가정된다. 전압(UT1)이 Vx = 0.8V에 도달하는 시간 t1(t1')의 순간에, 제 1 임계값 스위치(13)는 활성화되고, 상기 전압이 다시 Vx= 0.8V에 미달하는 시간 t5(t5')의 순간에, 제 1 임계값 스위치(13)는 비활성화된다(시동 및 주행동작). 시간 t1(t1') 내지 시간 t5(t5')의 순간들 사이에서 지연 회로(17)는 비활성적으로 유지된다. 시간 t5(t5')의 순간에 상기 지연 회로(17)는 예를 들어, 시간 t8의 순간에서 종료되는 4분의 지연을 측정하는 것을 시작하며(도 4c), 게이트 회로(T1)에 의해 전자 스위치기어(16)을 열고, 이것에 의하여 축전지 전압을 차단한다. 발전기 전압이 지연 시간 t5-t1'의 끝보다 먼저 상승하면(도 4a), 상기 지연 회로는 제 1 임계값 스위치(13)에 의해서 비활성화되고, 상기 작용들은 시간 t1(t1')의 순간에서와 같이 다시 시작된다.

제 2 임계값 스위치(15; 도 3)는 제 2 전압 분배기(14; 도 3 참조)에 의해, 즉 전압(Vx)이 4.8V를 초과하는 경우(도 4d)에 전압(UT2)에 의해, 시간 t2의 순간에 활성화된다. 전압(Vx)이 시간 t4의 순간에서 4.5V에 미달하는 경우(도 4d)에, 제 2 임계값 스위치(15)는 제 2 전압 분배기(14)에 의해서 즉, 전압(UT2)에 의해서 비활성화된다. 상기 제 2 임계값 스위치(15)의 활성화 기간 동안에, 전압-변환 및 에너지-제한 장치(10)는 출력 전압(Ua2)을 바람직한 6.4V로 변환시킨다. 이것은 주행속도가 약 5km/h 내지 7km/h를 초과하자마자 일어난다(도 4a 및 도 4e). 제 2 임계값 스위치의 비활성 영역(주행속도 3km/h 미만)에서, 상기 전압-변환 및 에너지-제한 장치(10)는 출력 전압(Ua1)을 4.5V 내지 6V로, 바람직하게는 고정적으로 설정된, 예를 들어 5.5V로 변환시킨다(도 4e).

도 4a 내지 도 4e에 도시되는 작용/시간 다이어그램은 도 5a 내지 도 5c의전압/속도 다이어그램에서 결합되어 도시된다. Ua = 4.5V로부터 Ua = 6.4V로의 전환은 약 5km/h 내지 7km/h의 주행 속도에서 일어난다.

도 4a 내지 도 4e에 도시되는 작용/시간 다이어그램은 -제 4도의 전압+속도/시간 다이어그램에 의존하여- 제 1 임계값 스위치(13)의 작용(도 4b), 지연 회로(17)의 작용(도 4c),제 2 임계값 스위치(15)의 작용(도 4d), 및 출력전압 Ua(Ua1, Ua2)의 함수(도 4e)를 각각 나타낸다.

지연 회로(17)는 임계값 전압이 Vx = 약 0.8V에 미달하는 경우에, 다시 말해, 자전거가 정지하게 되는 때에 활성화된다. 상기 지연 회로(17)는 예를 들어, 4분의 기간 동안에 게이트 회로(T1) 및 전자 스위치기어(S1)에 의해 축전지(4)의 전압을 회로 노드(18)로, 그리고 따라서 전압-변환 및 에너지-제한 장치(10)로 공급한다. 상기 전압-변환 및 에너지-제한 장치는 출력 전압을 발생한다(정지등 불빛).시간 간격의 끝에서 전자 스위치기어(S1)는 열려지고, 따라서 전체 시스템은 차단된다. 제 1 임계값 스위치(13)가 제어 신호(Vx)를 초과하는 경우에 있어서, 지연 간격(delay interval) 동안에 전압(Vx)이 0.8V와 동일할 경우, 상기 지연 회로(17)는 0으로 복귀되고, " 제 1 임계값 스위치(13)" 하에서 상술한 바와 같이, 정상적인 주행 프로그램을 시작한다.

요약하면, 이것은 자전거가 정지하게 되는 경우에, 정지등 불빛은 적어도 4분동안 발산되며, 출발시에 상기 조명 시스템은 중단없이 주행 프로그램으로 전환된다.

축전지 충전 감시 회로(19; 도 3)는 축전지의 충전 상태 및 작동 능력에 대해여 축전지(4)를 감시한다. 축전지(4)가 방전되었거나 또는 그 기능을 상실한 경우에, 상기 축전지 충전 감시 회로(19)는 회로 노드(18)로의 축전지의 접속을 방지할 것이며, 따라서 상기 시스템은 이것에 의해 구동되고 발전기(Ug; 정지등이 없는 경우) 및 전압-변환 및 에너지-제한 장치(10)에 의해 직접적으로 도 5a에 따라 작동된다. 이것에 의해 축전지가 완전 방전되지 않도록 보호되는 것이 보장된다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명에 따른 자전거 조명 시스템에 의해 획득되는 출력 전압(Ua)의 진행을 도시하는데, 이러한 진행은 빗금쳐진 법적의 표준화된 범위 사이에서 연장되는 곡선(k1)의 형태로 나타난다. 출력의 진행은 도 5b의 Ua1및 Ua2에 의해 표시된다. 반면에, 도 5a에서 곡선(K2)은 종래의 자전거 조명 시스템의 출력 전압의 진행을 나타낸다. 정지등의 범위는 참조 부호 STL에 의해 표시되고, 0으로부터 약 5km/h까지의 속도 범위에 걸쳐서 연장된다.

상술한 자전거 조명 시스템, 및 발전기(1)를 구비하는 발전 시스템은 따라서 특히 다음의 장점들을 갖는다:

- 발전기(1)는 약 5km/h 내지 7km/h의 주행 속도에서 4.5W 보다 더 높은 출력 전력을 발생하는 매우 높은 효율성을 나타낸다;

- 전자 회로 소자(5)의 셋업 및 셋다운 작동 모드에 의하여, 상기 발전기 전력은 -약 5km/h를 초과하는 속도에서- 6.4V로 변환되고 일정하게 유지된다;

- 상기 에너지는 한편으로는 축전지(4)의 충전을 위하여, 그리고 다른 한편으로는 빛을 발생시키기 위하여 직접적으로 이용 가능하다.

- 전자 회로 소자(5)는 1.5V로부터 시작하여 80V에 이르는 입력 전압으로 2V에서 이미 작동되고, 여기서 80V는 약 80km/h의 주행 속도에 상응한다;

- 주행등 및 정지등에 할당되는 에너지의 비는 1:1 내지 2:1의 비 내에서 획득되며, 이것은 속도에 관계없이 주행등을 위한 2개의 유닛 및 정지등을 위한 1개의 유닛을 의미한다. 상기 할당비는 축전지의 충전 용량에 의해 현재 여전히 제한된다. 상기 비는 증대된 충전 용량의 경우에 대체로 반전될 수 있으며, 예를 들어 0.5:1의 비로 될 수도 있다. 그러나, 이러한 축전지는 현재 여전히 이용될 수 없거나 또는 다른 결함을 갖는다;

- 상기 자전거 조명 시스템은 불빛 발생 및 축전지 충전을 위한, 일정하고 적절한 에너지가 영구적으로 이용 가능하기 때문에, 법적인 발전기 전력 곡선을 훨씬 더 충족시킨다;

- 약 5km/h 이하의 속도에서의 4.5V 내지 6V의 출력 전압, 및 6.4V의 주행 전압을 제공하기 위한, 전자 회로 소자(5)의 전압-변환 및 에너지-제한 장치(10)의 출력 전압의 효과적인 할당에 의하여, 정지 및 어떠한 주행 속도에 대해서도 법적 표준 출력 3W가 이상적으로 충족된다;

- 축전지 충전 균형이 신뢰성이 있게 보증된다;

- 전체 자전거 조명 시스템의 뛰어난 효율성에 의하여, 훨씬 낮은 주행 저항이 획득된다. 다시 말해, 이동 및 발전기 시스템을 작동시키기 위해 요구되는 자전거 승차자의 페달링(pedaling) 에너지는 증가된 발전 전력에도 불구하고 대체로 감소된다;

- 발전기(1) 내의 공심 코일(23)의 적용은 자기 리플(magnetic ripple) 형성을 없앤다;

- 발전기(1)는 매우 낮은 유도 손실을 가지고, 어떠한 슬라이딩 접촉도 필요로 하지 않으며, 따라서 더 신뢰성이 있다. 그리고

- 결과적으로, 전체의 자기 회로(외부 회로(21) 및 내부 회로(22))의 회전 운동은 발전기(1)의 자기 손실을 없앤다.

도 6은 주문형 집적 반도체를 이용한 스위칭 회로(50)에 의한, 전자 회로 소자(5)의 바람직한 실시예를 도시하는데, 이것의 핀(pins)에서는 전자 회로 소자(5)의 외부 스위칭 요소가 접속된다.

모든 전자 기능들이 복잡하고 비용이 많이 들며, 이것은 집적된 표준 스위칭 회로 포함하고, 많은 공간 뿐만 아니라 많은 수의 소자들을 필요로 하기 때문에, 원-칩 주문형 반도체(One-Chip ASIC; 특정 IC 적용)에서 모든 기능들(디지털 및 아날로그)을 잘 실시된다. 자전거 조명 시스템은 대량 생산되거나 또는 비포장 물품으로 생산되므로, 주문형 집적 반도체를 이용한 스위칭 회로(50)의 대량 생산도 또한 경제적으로 가치있음은 자명하다. -정류기 회로(11), 변압기(T), 캐퍼시터(C1, C2, C3 및 C4), 전력 출력 트랜지스터 및 또 다른 구성 소자들과 같이 - 집적될 수 없거나, 또는 잘 집적되지 않는 소자들은 도 6에 표시된 회로 배열에서 주문형 집적 반도체를 이용한 스위칭 회로(50)의 핀에 접속된다.

전자 회로 소자(5)의 전자적 기능을 위한, 주문형 집적 반도체를 이용한 스위칭 회로(50)를 제공에 의해, 전자 회로 소자는 매우 조밀하고 작게 실현될 수 있으며, 따라서 이것은 발전기 하우징과 함께 일체화되거나 또는 별도로 하우징에 장착될 수 있는 작은 하우징 내에 축전지(4)와 함께 수용될 수 있다.

도 7은 일체화된 축전지(4) 및 일체화된 변환장치(5)를 포함하는 측면 발전기로서 본 발명에 따라 제안되는 발전기(1)의 실시예의 종단면도를 도시한다. 상기 발전 시스팀은 공지된 방법으로 선회 암(34; swivel arm)에 장착되며, 고정 코일(23.1-23.6) 뿐만 아니라, 회전하는 내부 회로(21) 및 외부 회로(22)를 둘러싸는 상부 하우징부(30)를 포함하고, 축전지(4) 및 전자 회로 소자(5)를 둘러싸는 하부 하우징부(31)를 더 포함하는데, 이러한 하부 하우징부(31)는 상부 하우징부(30)와 고정 연결된다. 코일 부분들(23.1-23.6)은 기부 하우징부(37)와 일체로 연결된다. 전자 회로 소자(5)는 안내핀(39)에 의해 코일 부분들(23.1-23.6)과 접속된다. 자전거 등(2 및 3, 도 3)으로의 접속부(33)는 하부 하우징부(31)의 하부에 위치된다. 발전 시스템에는, 센서(32; 도 3의 S2)가 제공되는데, 이것은 측면 발전기가 선회 암(34)의 아이들(idle) 위치에서 작동할 준비가 되지 않았음을 감지하여 전자 장치(5)로 신호를 제공하며, 따라서 존재하는 정지등의 즉각적인 중지를 실시한다. 전체 자전거 조명 시스템을 비활성화시키는 데 작용되는 상기 센서(32)는 선회 암(34)의 하우징 내에 수용된다. 구동 훨(35)은 차례로 내부 회로(21)의 지지 코어(41)와 연결되는 발전기 축(38)과 고정 연결된다. 상기 발전기 축(38)은 상부 선회 베어링(36) 및 하부 선회 베어링(36") 내에 자유롭게 회전 가능하도록 설치된다.

비록 도 7에서 종단면도로 도시되는 발전 시스템이 측면 발전기로서 구성되었지만, 본 발명에 따라 구성된 발전기(1)의 상술한 특성들은 또한 롤러 발전기 또는 허브 발전기에 대해서도 적용될 수 있음은 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 자명할 것이다.

도 8은 참조 부호 1'로 편리하게 표시되며, 일체화된 축전지(4) 및 전자 회로 소자(5)를 구비하는 롤러 발전기로서 형성되는, 본 발명에 따라 구성되는 발전기의 실시예의 종단면도를 도시한다. 상기 발전 시스템은 발전기 축(38)이 자전거 프레임 평면에 대체로 수직하도록, 다시 말해 뒷바퀴 축에 평행하도록 뒷바퀴의 전방에 배열되는 활 형상의 선회 암(34) 상에 설치된다.

상기 선회 암(34)은 부분적으로 발전기(1')의 고정 공심 코일(23) 뿐만 아니라 회전 가능한 회로(21 및 22)를 둘러싸는 상부 하우징부(30)를 나타낸다. 하부 하우징부(31)는 상부 하우징부(30)에 고정 연결되며, 전자 회로 소자(5) 뿐만 아니라 축전지(4)를 둘러싼다. 고정 코일 부분(23.1-23.6)은 기부 하우징부(37)와 일체적으로 형성된다.

뒷바퀴의 타이어를 정면으로 맞물리게 하기 위한 롤러로서 구성되는 구동 마찰 훨(35)은 동축적으로 회전 가능한 발전기 축(38) 상에 고정 설치되는데, 이것은 차례로 선회 베어링(36 및 36") 내에 자유로이 회전 가능하게 설치된다. 이러한 방식으로, 상기 구동 마찰 훨(35)은 외부 회로(22) 및 내부 회로(21)을 수용한다. 상기 발전기 축(38)은 내부 자기 회로(21)의 비철 지지 코어(41)에 고정 연결된다.

물론, 도 6에서 도시되는 전자 회로 소자(5), 이것의 외부 소자들, 및 축전지(4) 역시 발전기로부터 떨어져서 유지될 수 있으며, 자전거 상에 별도로 배열될수도 있는 점에서 발전 시스템의 또 다른 실시예가 제공될 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 자전거 조명 시스템은 발전 시스템이 약 5km/h 내지 7km/h의 최소 주행속도에서부터 축전지를 충전시키기 위해, 그리고 동시에 전조등 및 후미등에 전력을 공급하는 데 적절한 전력을 발생시키도록 구성되고 배열되는 발전기를 포함하며, 전자 회로 소자가 작동의 셋업(set-up) 및 셋다운(set-down) 전환 모드를 갖는 컨버터를 포함하고, 및 상기 전자 회로 소자는 주행 속도가 최소 주행 속도 이하에서 유지되는 한, 축전지에 의해 추가적으로 전력을 공급받음에 따라, 현대 기술의 상태에 적합하며 최근의 요구 사항에 부합되고 또한 경제적으로 바람직한 탁월한 효과가 있다.