自行車專輯

代步與休閒產業雙月刊 No.43

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自 行 車 用 車 燈 與 發 電 機 整 合 設 計 自行車研發中心與安薪公司、宏齊科技及巨正光電在評估現有產品缺點及自行車的騎乘趨勢後，開始

積極投入大量的開發能量並成立研發聯盟，不單著重在研發及技術改良，且投入成立燈光實驗室為產品

驗證做把關，更著重於專利市場的佈局與技術需求的媒合，讓智慧財產商品落實於台灣並且行銷於全球。

本研發聯盟本著“創新、健康、安心”的理念，不斷的創新與改良，達到使用便利化、操作簡單化，同

時謀求健康安全，兼具環保無污染為創作思考，以提升社會大眾的生活品質為最終目標。

文文文文 / 研發部研發部研發部研發部 陳信宏陳信宏陳信宏陳信宏 賴永琛賴永琛賴永琛賴永琛

這幾年，大家對於全球暖化的議題愈

來愈重視了，節能減碳似乎也成流行的名

詞，在暖化效應下，全球都在設法減少二

氧化碳的排放，去年油價高漲造成全球自

行車市場火熱，加上各國政府大力的宣導

節能減碳政策，讓騎乘自行車的人口倍增

也帶動相關產業的發展，而將輪子轉動的

能量”轉換”儲存在電池中，將電力運用

在前燈照明和後燈警示減少電池使用量，

除 了 節 能 省 碳 外 還 能 達 到 綠 色 環 保 的 效

果。

圖 1、市售 LED 自行車前後燈組

自行車研發中心與安薪公司、宏齊科

技及巨正光電在評估現有產品缺點及自行

車的騎乘趨勢後，開始積極投入大量的開

發能量，成立研發聯盟並以創新的研發精

神開發出微型化的自行車發電機，以裝配

通用性、微型化和低負載的設計，使產品

更具有特色及親合力，讓使用者在安裝時

更 加 便 利 ， 騎 乘 自 行 車 時 也 不 會 有 所 負

擔，該產品也在 2008 台灣安全產品精安獎

創意設計競賽，榮獲金牌獎。

一一一一、、、、車燈產品設計說明車燈產品設計說明車燈產品設計說明車燈產品設計說明

(a) 特色:運用 LED 和鋰電池構成可充式車燈

(b) 應用範圍：自行車前燈和尾燈

(c) 內容說明：

1.產品架構說明

表 1、產品架構

產品架構說明

本次開發之發電機

● 通用性、微型化和低負載

本次開發之車燈

● 將發電機搭配使用

● 無須安裝電池

● 可重複使用

市售車燈和後燈

● 無法蓄電

● 需更換電池

● 使 用 3號 或 4號

電池

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2.車燈內部元件介紹

a.LED 含光罩

b.電源開關

c.鋰電池

d.穩壓電容

e.控制晶片

f.充點線路(外接插孔)

圖 2、內部元件

3.產品設計流程介紹

a.規格和內部元件確認

b.手繪外型設計討論

根據客戶需求和市場現況進行外型設計

並進行討論和修改。

圖 3、手繪設計稿

c.3D 外型建構

考慮產品實際大小和內部元件的配置，

將產品外殼繪製出來。

圖 4、車燈 3d 模型-1

圖 5、車燈 3d 模型-2

d.內部結構設計

圖 6、車燈內部結構-1

e.內部元件佈置規劃

圖 7、車燈內部元件佈置

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f.實品打樣和組裝測試

圖 8、車燈實品打樣

圖 9、安裝於車手把示意圖

二二二二、、、、發電機產品設計說明發電機產品設計說明發電機產品設計說明發電機產品設計說明

(a) 特色 :運 用強 力磁 鐵 和感 應線 圈構 成

發電裝置

(b) 應用範圍：自行車車燈用電及充電

(c) 內容說明：

1.開發目標

在產品設計開發中導入設計流程，從

構想展開、手繪設計圖、3D 模型建立、模

型打樣測試、完備的制度程序、讓產品再

設計開發時更容易掌握時程和細節上的修

正，讓設計品質有所提升，整合設計資源，

加 速 新 產 品 的 開 發 效 率 和 開 發 成 本 的 降

低。並發展出相關周邊產品，如前燈、尾

燈及其他相關夜間警示照明。

2.現有裝置

目前市場現有的發電機比較大，且導

輪主要是跟輪胎接觸轉動發電，此方式踩

踏時阻力大，比較費力，依照功能規格的

不同，有些發電機會和車燈結合在一起，

(圖 10,11)為日本街車發電機的使用現況。

圖 10、現有發電機使用現況一

圖 11、現有發電機使用現況二

3.產品簡介

本產品利用強力磁鐵和感應線圈，所

開發的自行車通用發電機，整組發電機是

以塑膠射出組裝而成，利用２種規格（直

徑３０ｍｍ／４０ｍｍ）的固定座，讓發

電機可安裝至城市車及登山車的前叉上，

因為固定座可在前叉上移動調整，所以發

電機更適用於任何輪徑的車型，導輪轉動

部分則以Ｏ－ＲＩＮＧ和輪框接觸，比起

舊型發電機導輪跟輪胎接觸的踩踏效率更

好，相對於使用者的騎乘舒適性也比舊型

發電機好很多。透過扭簧來達到調整與輪

框接觸及非接觸的動作，除了簡化機構設

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計的繁瑣，也讓整體發電機的體積減少了

許多，安裝至自行車後的整體視覺感也不

會顯的突物。

圖 12、產品各部元件示意圖

4.創新重點

(a)通用設計

考量自行車在市場上規格種類多，所

以設計時需考慮到裝配通用性 ,目前發電

機安裝位置主要是在前叉，自行車前叉依

照 功 能 的 不 同 有 避 震 前 叉 和 剛 性 前 叉 2

種，依規格尺寸去分類歸納，避震前叉的

直徑主要在 30~40mm 之間，剛性前差的直

徑主要是在 20~30 之間，為了讓發電機裝

配上更靈活，在固定座上設計 2 種規格尺

寸 ， 分 別 為 直 徑 ３ ０ ｍ ｍ 和 直 徑 ４ ０ ｍ

ｍ，加上橡膠條的運用，讓各種規格尺寸

的前叉都能適用，由於自行車的輪徑有許

多 種 規 格 ， 目 前 市 場 的 主 流 規 格 大 致 為

12、16、20、24、26 吋，設計開發時做過

多次的計算及分析模擬，目前發電機可以

安裝在多數的自行車上。

表 2、固定座規格

(b) 微型化

目前自行車市場採少量多樣的行銷策

略 ， 所 以 自 行 車 的 外 型 都 有 個 人 化 的 風

格，此類型發電機產品在自行車市場中，

算是附屬的配件品，若在外型上太過於突

出，可能會影響自行車的整體視覺感，所

以產品創新重點中，微型化設計是一各很

重要的指標，發電機內部的元件在微型化

的精神下，重新尋找新的材料並進行排列

組合，讓發電機本體的體積得以微型化，

且利用扭簧元件做為調整機構的核心，使

得調整機構裝置更加簡化，也讓調整機構

體積可以縮小下來。

固定座規格表(城市車/登山車)

圖 13、市售發電機

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圖 14、安薪發電機 裝配實物樣品

(c)低負載

傳統自行車發電機體積比較大，重量

也比較重對於重視輕量化的自行車無疑是

一 種 的 負 擔 ， 導 輪 則 是 依 靠 輪 胎 摩 擦 轉

動，摩擦阻力較大，除了增加踩踏的負載

外，輪胎的損耗也想對提高，本發電機考

量目前自行車的騎乘趨勢，將導輪和輪框

摩擦轉動降低騎乘負載，導輪上的 O-RING

為可自行更換的消耗品。

5.使用說明(避震車型安裝說明)

a.將固定環套於左前叉管，並稍微鎖固。

(發電機本體會在後方)

b.將固定環調整至適當位置。

(O-RING 要和輪框同高)

c.將發電機導輪旋轉到和輪框相切線 90 度

位置。

d.將簧片下推-使本體和輪框貼齊

(利用扭簧的彈力)

e.若 O-RING 有貼齊輪框就可將固定環鎖

緊，反之則在繼續調整套環在前叉管的

高度。

圖15、避震車安裝示意圖

圖16、發電機 未裝配實物樣品

三三三三、、、、車燈和發電機分析及測試說明車燈和發電機分析及測試說明車燈和發電機分析及測試說明車燈和發電機分析及測試說明

1.反射面光學模擬

本案以在 7m 之屏幕處之照度為分析標

的分析結果如圖 19-21（圖中橢圓形為長軸

直徑 2m、短軸直徑 1.5m）。

圖 17 反射面側視圖

圖 18 反射面前視圖

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圖 19 照度模擬圖

表 3 照度分析表

圖 20 在 x 軸上之照度分佈（x=-2m－2m）

圖 21 在 y 軸上之照度分佈（y=-2m－2m）

圖 22 配光機示意圖

圖 23 測試情形

2.發電機磁通密度及發電量模擬及測試

圖 24 發電機內部結構

圖 25 磁石磁通方向

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圖 26 磁石磁通密度

圖 27 磁石磁通密度與方向

圖 28 轉速-開路電壓模擬關係圖(速比為 1:40)

圖 29 10 歐姆負載條件下，不同線徑下之

發電功率量測值

四四四四、、、、結論結論結論結論

a.創造技術效益

目前台灣碳排放量在全世界的國家中

排名第 13 名，全年的總排放量大約為 2.7

億噸，試想台灣一天有 1000 萬的民眾騎自

行車 1 小時進行通勤，並使用發電機進行

儲電，1 小時的騎乘時間大約可供 1w 的 LED

車燈 1 小時的電量來算，1000 萬人騎 1 小

時就會產生 1 萬度的電量，1 度電的碳排放

量為 0.75 公斤，這樣一天就會減少碳排放

量 7.5 頓，一年就會為台灣減少 2737 噸的

碳排放量，若這 1000 萬人中原本有 200 萬

的開車族和 600 萬的機車族，每天來回通

勤 10 公里，汽車和機車 1 公里分別產生 0.2

和 0.06 公斤的碳，換算成 1 年的碳排放量

大約 270 多萬噸，已達台灣的整體碳排放

量的百分之一，相當於在台灣蓋了 9 萬座

的大安森林公園。

b.競爭優勢

騎乘自行車除了節能簡碳外，也可以

將 輪 子 轉 動 的 能 量 ” 轉 換 ” 儲 存 在 電 池

中，近幾年電池儲電技術大幅的提升，讓

許多廠商開始投入自行車發電儲電的新產

品開發，本案在評估現有產品缺點及自行

車的騎乘趨勢後，開始積極投入大量的開

發能量，並以創新的研發精神設計出微型

化的自行車發電機，以裝配通用性、微型

化和低負載的設計，使產品更具有特色及

親合力，讓使用者在安裝時更加便利，騎

乘自行車時也不會有所負擔，在此也期望

自 行 車 發 電 機 及 車 燈 相 關 產 品 能 不 斷 提

升，維持台灣自行車相關產業的競爭優勢。

功率

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5 10 15 20 25 30

車速km/hr

功率

W 0.1mm

0.17mm

0.25mm

0.37mm

0.5mm