昔の自転車に比べて今のは発電機をまわすペダルの力がいらないのはなぜ

Question

昔の自転車は発電機をタイヤに押し付けていました。
発電しているときは、タイヤを漕ぐのに力が要りました。
当然、発電に力を取られるので、ペダルが重くなるのは
しかたがないと思っていました。

ところが今の自転車は、タイヤの軸のなかに発電機が入っていて、
電気をつけているときでも、ペダルは軽いそうです。
発電にエネルギーをとられるのは同じなのに、どうして軽いので
しょうか？

昔の自転車が発電機により、タイヤが横方向に押し付けられるため
（スラスト力）重くなるののだとしたら、タイヤと軸の横方向の
接してる部分がすりへると思うのですが、どうなのでしょうね。

noname#108140 · Accepted Answer

発電機の効率の違いについてはもう回答があるので
「タイヤと軸の横方向の接してる部分がすりへると思うのですが」
の方ですけど
実際かなりすり減っています。タイヤも横から押し付けられて凹んでいるでしょう
それと音もかなり大きな音が出ていた。
結局摩耗しながらの発熱と騒音（振動）とタイヤを常に変形させる力でもエネルギーを捨てているのでは。

質問者の方はご承知のようですが、電力を消費していない時はハブダイナモでも押し付け式でも負荷はほとんど無くなっています。
押し付け式ダイナモの配線をOFFにすれば無負荷時の抵抗を確かめることができますが、この方法では負荷がかかっている時のローラーとタイヤの間でのスリップ損失がわかりません。

noname#108140 · Answer

以前（70～90年代）は12極の外付けダイナモなどが作られていましたけど、自転車の単価が低くなるにつれて付属品とみなされる物は極力安価にということになっているという面はあるかもしれないですね。
一万円で自転車が買えるのに3000円のダイナモ？と思われるのでは。

↓サンデンのところ
http://www14.plala.or.jp/numatacycle/sub17.html
http://www5a.biglobe.ne.jp/~s-hiraga/mikiri.htm

使ったことがありますが、極数のせいかどうかは別としてたしかに低速から使えて効率は良かったと思います。
スムーズさで現行ハブダイナモの方がまさるという感想ですが。

タイヤドライブなどの場合雨の日は回転が上がらずにスリップ、スリップでは摩擦抵抗にしかならないわけですから、ここで食われてる力はやはり大きいと思いますね。

tadys · Answer

消費するエネルギーが同じなのに発電するのに必要なエネルギーに差が有るのは
電気に変わるエネルギー以外のエネルギーが消費されているからでしょう。

それはおそらく磁石がポールピースから離れる時のエネルギーが無駄になっているからでしょう。
このエネルギーは磁石がポールピースに近づく時に回収されるはずですがそこが上手くいっていないのでしょう。
モーターが回転する時にトルクが細かく変動することを「コギング」と呼びますが
同様な問題があってエネルギーをロスしていると思われます。
「コギング」はポールピースの数を増やしたりその形状を工夫することで低減できますが
リムダイナモではそこのところをあまり考えていないのでしょう。

ハブダイナモとリムダイナモを分解した人がいます。
http://www2.hamajima.co.jp/~elegance/se-net/tools/yattemiyou/p09/dynamo.htm

ハブダイナモはポールピースが８極で減速器が組み込んで有ります。
リムダイナモはポールピースが４極で減速器は有りません。

k210mm · Answer

昔の自転車は確かに発電機をタイヤに押付けていたので
多少横のタイヤが減りましたよ。
押付けの強さや取り付け角度によっても減り方に大きな差が出ます
ダイナモの接触角度がきつくタイヤとの接地面が小さい場合など
大きくタイヤが磨耗した気がしますね。

最近のハブダイナモでの発電で漕ぐ力が軽く済むというのは
ダイナモの構造もあるのですが設置されている場所の関係が大きいのです。
同じ抵抗でも回転する円の外周に有るのか円心に有るかで回すのに
必要なエネルギーが変わるんです。
簡単に体験できるので暇な時に試して欲しいのですが
ハブダイナモの自転車を（昔のタイプならライトを点けない状態で）引っくり返して
車輪の軸付近のスポークにひとさし指一本で力を加えて回してみてください。
その後外周のタイヤ側を人差し指で同じ力をかけてみてください
タイヤ側を指で回した方が軽い力で回るのが体感できると思います。
テコの原理と同じようなものですよ。

noname#131426 · Answer

軽いヤツというのは、昔のに比べて、発電する方式が違います。

昔のヤツが、ローラー発電機、最近の軽いヤツはハブ発電機と言います。

http://www.geocities.jp/jitensha_tanken/hub.dynamo.html#hub

char2nd · Answer

ハブダイナモですね。
　リムダイナモよりも大きなコイルが使えるので、その分発電効率が高く、結果として抵抗が少ないのだそうです。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%80%E3%82%A4%E3%83%8A%E3%83%A2#.E3.83.8F.E3.83.96.E3.83.80.E3.82.A4.E3.83.8A.E3.83.A2
http://www.geocities.jp/jitensha_tanken/hub.dynamo.html#hub

昔の自転車に比べて今のは発電機をまわすペダルの力がいらないのはなぜ

発電機の効率の違いについてはもう回答があるので

以前（70～90年代）は12極の外付けダイナモなどが作られていましたけど、自転車の単価が低くなるにつれて付属品とみなされる物は極力安価にということになっているという面はあるかもしれないですね。

消費するエネルギーが同じなのに発電するのに必要なエネルギーに差が有るのは

昔の自転車は確かに発電機をタイヤに押付けていたので

軽いヤツというのは、昔のに比べて、発電する方式が違います。

ハブダイナモですね。

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　ハブダイナモですね。