自転車に乗っているとこの世が物理法則に支配されていることをイヤでも思い知ります。速く走るにはよりパワーが必要です。
ハブダイナモでの発電ももちろん物理法則に支配されているので、2倍の速さで走ったら（回したら）、2倍の発電するだろうと思うところなのですが。

自転車のダイナモの規格はJIS C9502:2014で定められていて、例えば6V3Wの定格出力は15km/hでの走行時にその出力が出るように定められています。（ロードバイクの700x23cのホイールサイズだと周長2,096mmで1秒にほぼ2回転）
また負荷は白熱電球（豆球）想定なので、スピードが出た時に発電量が単純に増えると豆球が焼き切れてしまいます。そこでJIS規格上、速度30km/hのとき、電圧が定格の133%までに収まるようにと規定があります。

ダイナモ出力特性の規定 JIS C9502:2014より

6V3Wということは、負荷電流はI₁₅=P₁₅/V₁₅なので0.5A、負荷抵抗はR=V₁₅/I₁₅で12Ωです。12Ωの固定負荷で30km/hで走行すればI₃₀=V₃₀/R=7.98/12=0.665Aに・・・とは、なりません。一体どういうことなのか。

ネットで検索してみると過去にハブダイナモの発電特性を測定されて公開されている方がおられます。非常に貴重なデータです。

• ハブダイナモの特性を測定する　RIGHT STUFF, Inc.
• ハブダイナモの特性を測定する（その2）　RIGHT STUFF, Inc.
• 時速１５ｋｍで２．４Ｗってホント？　mabofarm
• 自転車の発電機　haratkhr技報 

ハブダイナモ（少なくともシマノ製）はたとえ出力を短絡しても定格電流より（有意に）多く流れることはありません。この現象は電機子反作用によるものだと推測しています。ハブダイナモは永久磁石の磁界の中でコイルを動かして発電します。この時何もつながず無負荷であれば、速度に応じた電圧が発生するのですが、負荷をつなぐと電気を取り出したときに流れる電流で、永久磁石の磁界をハブダイナモ自身が弱めてしまい電圧が下がってしまうのです。

RIGHT STUFF, Inc.のページには速度と負荷についての考察があり、どうやら速度に応じて適切な負荷を選択すれば定格以上の電力を取り出せるようだということです。

ならば、詳細に調べるしかないということで、測定台と可変負荷を作成して実測してみました。こんな風に。

ハブダイナモの高効率充電回路、発電特性はいい感じで押さえることが出来た。
週末に自作の測定機材使って定格3W＠15km/hのハブダイナモから13.7W＠50km/hの電力を取り出すことに成功。
（測定機材は以前のもの） pic.twitter.com/04zjMJKcD4

— とどたん（todotantan） (@todotantan) June 14, 2021

ハブダイナモの特性測定のために作った可変負荷装置&モータ駆動用電源

可変負荷装置は電気機械の実験で使う電球がいっぱい付いてる奴のミニ版 pic.twitter.com/aPHoguOoSL

— とどたん（todotantan） (@todotantan) July 5, 2021

ここまでで分かっているのは、ハブダイナモの出力電流を定格の80%くらいに抑えた辺りが同じ速度で一番電力を取り出せるということ。
30km/hで約7.3W（メーターは30.1km/h表示だけど、ちょうど56.0Hzの時） pic.twitter.com/fAQd5RQdTj

— とどたん（todotantan） (@todotantan) July 11, 2021

同じ速度で無負荷、短絡、何種類かの負荷をかけて測定すると、RIGHT STUFF, Inc.にある想像のグラフに近い特性が取れました。

およそ定格電流の80%＝400mAになる負荷をつないだ時に、その速度での最大電力が取り出せるのです。測定データを整理してグラフを書いてみるとこのような感じになります。（生データには測定誤差があるので、ここまで綺麗な曲線ではないですが）

さて、ハブダイナモの特性はつかめました。速度に応じて負荷＝抵抗値を「自動的」かつ「連続的」に変化させればその走行速度での「最大電力」を取り出すことが可能になります。ただ、性能測定時には電圧・電流をみながら、スイッチをon/offして抵抗値を変化させていたのですが、そんなものは実用になりません。さてどうしたものか。

さらに、続く