JPH028955B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は歯車式変速装置を備えた自転車に取り
付けられる自転車電動変速装置に関し、特にその
変速段数と自転車の走行速度及び／又はクランク
ギヤ回転速度との関係を予め変速段毎に設定され
た設定範囲と比較して前記関係がこの設定範囲内
に納まるように電動変速機構のギヤアツプあるい
はギヤダウンの変速操作を自動的に行ない、以つ
て運転者が変速操作に煩わされることなく適正な
変速段数を保つことにより自転車走行を安全に行
ない、さらに運転者がクランクギヤを過回転する
ことなく、また運転者に過大な負荷を与えること
のないようにして疲労度を少なくするようにした
ものに関する。

即ち、此種自転車用電動変速装置として例えば
出願人が特願昭51−30196号（特開昭52−112932
号）として提案したようなものがあるがこのもの
は自転車のハンドルに取り付けた手元スイツチを
操作することにより電動変速機構を作動させるよ
うになつていたから運転者が自転車車速等を考え
て変速段数を決定しなければならなかつた。この
自転車車速と変速段数との関係を知るために従来
から例えば速度計の表示面に変速段数を同時に表
示したものがあるが、このような従来例によれば
運転者が速度表示と、対応する変速段数とを確認
してギヤアツプ、ギヤダウンの判断を行ない、そ
れから電動変速機構を操作しなければならず、そ
の間運転が疎かになり、交通安全上大変問題のあ
るものであつた。

本発明はこのような点に鑑み成したもので、自
転車の走行速度及び／又はクランクギヤ回転速度
に伴なつて予め設定された変速段数に入るように
電動変速機構を自動的に操作し、以つてギヤアツ
プ、ギヤダウンを自動化して運転者が運転に専念
できるようにしたもので、以下、図面に示す実施
例に従つて説明する。１は自転車で、後車輪２に
装設した５段のチエンジギヤ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，
３Ｄ，３Ｅ及びワイヤー４を引つ張つたり緩めた
りすることにより移動可能なガイド装置５からな
る歯車式変速装置６を有しており、ペタル７を足
踏駆動することにより回転するクランクギヤ８か
ら前記ガイド装置５で段階的に移動されるチエー
ン９を介して前記チエンジギヤ３Ａ，３Ｂ，３
Ｃ，３Ｄ，３Ｅの何れかに駆動力を伝達し、変速
段数を１段から５段に切り替える周知の構成をし
ている。本発明の自転車用電動変速装置は自転車
１の前車輪１０の前ホーク１１に装備された車輪
速度センサー１２と、クランクギヤ８近傍の車体
パイプに装備されたクランクギヤ回転センサー１
３と、ハンドルの中央部分に取り付けられた制御
ボツクス１４と、荷台ステーに取り付けられた電
動変速機構１５と、から構成されている。

次に各部分について説明すると、先ず前記車輪
速度センサー１２はホール素子を内蔵し、前車輪
１０のスポークに取り付けられた磁石１２ａが該
センサー１２を通過するときに車輪回転パルスを
出力する。また前記クランクギヤ回転センサー１
３も同様にホール素子を内蔵し、クランクギヤ８
裏面に取り付けられた磁石１３ａが該センサー１
３を通過する時にクランクギヤ回転パルスを出力
する。

さらに前記電動変速機構１５は正逆回転モータ
１６と減速ギヤ１７とギヤ位置センサー１８を有
する巻き取りドラム１９と電池電源２０とで構成
され、制御ボツクス１４内の電子回路からのギヤ
アツプ、ギヤダウン、ブレーキの各信号で前記モ
ータ１６を正逆転して所定位置で停止することに
より巻き取りドラム１９にワイヤー４を巻き込み
あるいは巻き戻して該ワイヤー４を段階的に引つ
張つたり緩めたりし、このワイヤー４により前記
歯車式変速装置６のガイド装置５を移動し、以つ
てチエーン９を前記チエンジギヤ３Ａ，…，３Ｅ
の何れかに掛け替えるようになつており、さらに
前記ギヤ位置センサー１８が、前記チエンジギヤ
３Ａ，…，３Ｅの何れにチエーン９が掛かつてい
るか、即ち変速段数が何れであるかを検出し、制
御ボツクス１４内の電子回路に伝えるようになつ
ている。前記ギヤ位置センサー１８は第５図に示
すように制御ボツクス１４内の減速ギヤ箱体に固
定された固定板２１とこの固定板２１に取り付け
られた第１、第２、第３、第４接片２２Ｘ，２２
Ｙ，２２Ｚ，２２Ｗと巻き取りドラム１９に同軸
に軸支されたプリント基板製回動板２３とよりな
つている。そしてこの回動板２３の表面全体は銅
箔板製導電面２４となつていると共に、前記第
１、第２、第３接片２２Ｘ，２２Ｙ，２２Ｚの摺
動部分には前記ガイド装置５が前記第１段のチエ
ンジギヤ３Ａから第５段のチエンジギヤ３Ｅに対
向した位置、即ち変速段数が１段目の位置から５
段目の位置で停止したときに対応する3bitのバイ
ナリーコードが得られるようにエツチングにより
絶縁部分２５，２５，…が設けられており、さら
に第４接片２２Ｗは常時該導電面２４に摺接する
ことにより該導電面２４が第４接片２２Ｗから給
電されており、この結果第１、第２、第３接片２
２Ｘ，２２Ｙ，２２Ｚが該導電面２４に摺接すれ
ばハイレベル状態（Ｈ状態）の信号を、絶縁部分
２５，２５，…に摺接すればローレベル状態（Ｌ
状態）の信号を、夫々得るようになつているもの
で、従つてこの第１、第２、第３接片２２Ｘ，２
２Ｙ，２２Ｚからは変速段数の１段目における停
止位置＜Ａ位置＞では−（Ｈ、Ｌ、Ｌ−）、変速段
数の２段目における停止位置＜Ｂ位置＞では−
（Ｌ、Ｈ、Ｌ−）、変速段数の３段目における停止
位置＜Ｃ位置＞では−（Ｈ、Ｈ、Ｌ−）、変速段数
の４段目における停止位置＜Ｄ位置＞では−（Ｌ、
Ｌ、Ｈ−）、変速段数の５段目における停止位置
＜Ｅ位置＞では−（Ｈ、Ｌ、Ｈ−）の検出信号が
得られるようになつている。

次に前記制御ボツクス１４において、１４ａは
その表示操作面であるが、この表示操作面１４ａ
において、２６は走行速度あるいはクランクギヤ
回転速度あるいは変速段数表示用の４桁の８セグ
メント数字表示器、２７，２８，２９，３０はこ
の数字表示器２６に表示している内容が走行速度
か走行距離か走行時間かクランクギヤ回転速度か
を示す速度表示ランプ、距離表示ランプ、時間表
示ランプ、クランクギヤ速度表示ランプで、さら
に３１，３２，３３は後述するギヤアツプ表示ラ
ンプ、ギヤ適正表示ランプ、ギヤダウン表示ラン
プである。さらにこの表示操作面１４ａにおい
て、３４はスタート・ストツプキースイツチ、３
５は速度キースイツチ、３６は距離キースイツ
チ、３７は時間キースイツチ、３８は時間リセツ
トキースイツチ、３９はクランクギヤ回転速度キ
ースイツチで、さらに４０は運転者が子供である
か大人であるかを入力する運転者スイツチ、４１
は運転者が男性であるか女性であるかを入力する
性別スイツチ、４は運転状況が上り坂か平地か下
り坂かを入力する地形スイツチで、さらに４３
ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅは歯車式変
速装置６のガイド装置５を５段のチエンジギヤ３
Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅの何れに対向させる
か即ち変速段数を何れの段数にするかを指令する
第１、第２、第３、第４、第５ギヤ指令キースイ
ツチ、４４は変速段数を前記８セグメント数字表
示器２６に表示するギヤリコールキースイツチ、
４５は電源スイツチである。前記制御ボツクス１
４には演算用のマイクロコンピユータ装置４６を
含む電子回路が内蔵されており、さらにこのマイ
クロコンピユータ装置４６の記憶部には該制御ボ
ツクス１４後面の設定スイツチ４７，４７，…に
より前記５段のチエンジギヤの夫々、即ち変速段
数に対応する走行速度範囲（後述）やクランクギ
ヤ回転速度範囲（後述）が予め入力されて記憶さ
れているもので、さらに第１０図に示される処理
手順も記憶されている。而して運転者が運転者自
身の情報を運転者スイツチ４０、性別スイツチ４
１で入力し、運転状況の情報を地形スイツチ４２
で入力すると共に、走行速度を知りたい場合は速
度キースイツチ３５を押圧する。すると前記車輪
速度センサー１２からの車輪回転パルスを電子回
路で計数演算処理して前記数字表示器２６に走行
速度をデジタル表示すると共に速度表示ランプ２
７を点灯し、さらに第１０図イで示す処理手順に
従つて現在設定されている変速段数に予め設定さ
れた走行速度範囲と、現在の走行速度の測定値と
を比較して現在の走行速度が設定走行速度範囲の
最高速度より大のときにはギヤアツプ表示ランプ
３１を点灯すると共に走行速度が設定走行速度範
囲に入る変速段数になるまでギヤアツプ信号を出
力し、一方、現在の走行速度が設定走行速度範囲
の最低速度より小のときにはギヤダウン表示ラン
プ３３を点灯すると共に走行速度が設定走行速度
範囲に入る変速段数になるまでギヤダウン信号を
出力し、これに対応して前記電動変速機構１５の
モータ１６が正回転してギヤアツプを行ないある
いは逆回転してギヤダウンを行ない、前記ギヤ位
置センサー１８から前記設定走行速度範囲に対す
る変速段数に対応するバイナリーコードが出力し
たときにブレーキ信号出力でモータ１６を停止
し、歯車式変速装置６を走行速度に対応した変速
段数で保持するようになつているもので、さらに
現在の走行速度が設定走行速度範囲内にあるとき
にはギヤ適正表示ランプ３２を点灯するものであ
る。

次にクランクギヤ８の回転速度を知りたい場合
にはクランクギヤ回転速度キースイツチ３９を押
圧する。すると前記クランクギヤ回転センサー１
３からのクランクギヤ回転パルスを電子回路で計
数演算処理して前記数字表示器２６にクランクギ
ヤ回転速度をデジタル表示すると共にクランクギ
ヤ速度表示ランプ３０を点灯し、さらに第１０図
ロで示す処理手順に従つて現在設定されている変
速段数に予め設定されたクランクギヤ回転速度範
囲と、現在のクランクギヤ回転速度の測定値とを
比較して現在のクランクギヤ回転速度が設定クラ
ンクギヤ回転速度範囲の最大クランクギヤ回転速
度より大のときにはギヤアツプ表示ランプ３１を
点灯すると共にクランクギヤ回転速度が設定クラ
ンクギヤ回転速度範囲に入る変速段数になるまで
ギヤアツプ信号を出力し、一方現在のクランクギ
ヤ回転速度が設定クランクギヤ回転速度範囲の最
小クランクギヤ回転速度より小のときにはギヤダ
ウン表示ランプ３３を点灯すると共にクランクギ
ヤ回転速度が設定クランクギヤ回転速度範囲に入
る変速段数になるまでギヤダウン信号を出力し、
これに対応して前記電動変速機構１５のモータ１
６を正逆回転せしめてクランクギヤ回転速度が略
一定範囲内に収まるように歯車式変速装置６を移
動するもので、さらに現在のクランクギヤ回転速
度が設定クランクギヤ回転速度範囲内にあるとき
には適正ギヤ表示ランプ３２を点灯してクランク
ギヤ回転速度を変速段数との対応が適正であるこ
とを表示するようになつている。

さらに前記時間キースイツチ３７を押圧すれば
前記数字表示器２６には使用時間が表示されるが
この時も走行速度が設定走行速度範囲内に収まる
ように変速段数が自動的に切り替わるものであ
る。

また、運転者が変速段数を手動で切替えたいと
きには第１〜第５ギヤ指令キースイツチ４３ａ〜
４３ｅの何れかを押圧すれば、その押圧された変
速段数に優先的に切り替わるものである。

次に前記した夫々の変速段数に対応する設定速
度範囲の設定方法について述べる。これは自転車
を運転者や運転状況に対応して最も疲労すること
なく且つ最も効率よく運転するために走行速度に
対して変速段数を定めたもので、Ｘを変速段数、
V1を最高速度、V2を最低速度としてV1＝aX
＜Ｘ＝１、２、３、４＞ V2＝ａ（Ｘ−１）−ｂ
＜Ｘ＝２、３、４、５ただし（V2＜０のとき
はV2＝０）＞ で規定してマイクロコンピユータ装置４６の記憶
部に記憶させているもので、この定数ａ、ｂを前
記設定スイツチ４７，４７，…で入力することに
より各変速段数に対応する走行速度範囲が決定さ
れるようになつており、例えばａ＝10、ｂ＝５と
したときには走行速度と変速速度との関係は第９
図イに示すようになる。第１０図イに示す処理手
順図において、補正用定数Ｃは運転者や運転状況
によつて走行速度範囲を調整するために設定用ス
イツチ４７，４７，…から入力するもので、該補
正用定数Ｃによつて前記ａの値が運転者や運転状
況の設定条件により変化し、より適切な条件設定
ができるものである。

次に前記した夫々の変速段数に対応するクラン
クギヤ回転速度範囲の設定方法について述べる。

これは自転車の運転者がクランクギヤを過回転
したりあるいは過負荷運転をすることのないよう
にするためにクランクギヤ回転速度に対して変速
段数を定めたもので、そのためにクランクギヤ回
転速度を各変速段数において一定になるようにし
たものである。即ちクランクギヤ回転速度はクラ
ンクギヤ８の単位時間あたりの回転の数（ｒ、
ｐ、ｍ）で表わすことができるがV3（ｒ、ｐ、
ｍ）を最高クランクギヤ回転速度、V4（ｒ、ｐ、
ｍ）を最低クランクギヤ回転速度として変速段数
の１段目はV3＝ｄ、V4＝０、２段目から４段目
まではV3＝ｄ、V4＝ｅ、５段目はV3＝∞、V4
＝ｅで規定したマイクロコンピユータ装置４６の
記憶部に記憶させているもので、この定数ｄ、ｅ
を前記設定スイツチ４７，４７，…で入力するこ
とにより各変速段数に対応するクランクギヤ回転
速度範囲が決定されるようになつており、例えば
ｄ＝60（ｒ、ｐ、ｍ）ｅ＝30（ｒ、ｐ、ｍ）とした
ときにはクランクギヤ回転速度と変速段数との関
係は第９図ロに示すようになる。さらに第１０図
ロに示す処理手順図において補正用定数ｆは運転
者や運転状況によつてクランクギヤ回転速度範囲
を調整するために設定用スイツチ４７，４７，…
から入力するものであり、また、クランクギヤを
回転させないで走行する所謂惰性運転の場合はク
ランクギヤ回転数は殆んど零となるので、この場
合を除くためにクランクギヤ回転速度の測定値が
０（ｒ、ｐ、ｍ）から５（ｒ、ｐ、ｍ）の場合には
クランクギヤ回転速度範囲との比較を行なわない
ようになつている。

尚、前記表示操作面１４ａにおいて、４８は電
子回路中に含まれる約2.2KHzと3.5KHzの発振器
により点鳴するブザーで、前記変速操作時におけ
るギヤアツプ時には高音を発し、ギヤダウン時に
は低音を発するようになつている。

以上の如く本発明に依れば、自転車の運転者
は、変速装置を何ら操作することなく簡単に、運
転者の脚力、或いは上り坂であるか下り坂である
か等の道路の状況等に応じて適正な変速段数を自
動的に保つことができる。従つて、クランクギヤ
を過回転したり、過大な負荷により疲労したりす
ることが全くなくなつて快適な自転車走行を行な
うことができる。さらに運転者は変速操作に煩わ
されることなく運転に専念できるので、運転が疎
かになることがなく、交通安全上非常に有益なも
のを得ることができる。

尚本発明のギヤアツプ表示ランプ、ギヤ適正表
示ランプ、ギヤダウン表示ランプの代わりに前記
数字表示器を利用し、第１１図に示すようにギヤ
アツプ、ギヤ適正、ギヤダウンの表示を行なつて
もよい。

【図面の簡単な説明】

図面は何れも本発明自転車用電動変速装置の実
施例に関し、第１図は自転車に取り付けた全体
図、第２図は歯車式変速装置の構成図、第３図は
クランクギヤ回転センサーの構成図、第４図は制
御ボツクスと電動変速機構等との関連図、第５図
はギヤ位置センサーの構成図でイは回動板の図、
ロは固定板の図、ハは全体関係図、第６図は制御
ボツクスの裏面図、第７図は電子回路の概念図、
第８図は第７図の要部図、第９図イは走行速度と
変速段数との関係を示す図、第９図ロはクランク
ギヤ回転速度と変速段数との関係を示す図、第１
０図イは走行速度表示選択時の処理手順図、第１
０図ロはクランクギヤ回転速度表示選択時の処理
手順図、第１１図は表示器の他の実施例の図で、
イはギヤアツプ表示状態図、ロはギヤ適正表示状
態図、ハはギヤダウン表示状態図である。 ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ……チエンジギ
ヤ、８……クランクギヤ、９……チエーン、１２
……車輪速度センサー、１３……クランクギヤ回
転センサー、１４……制御ボツクス、１５……電
動変速機構、１８……ギヤ位置センサー、３１…
…ギヤアツプ表示ランプ、３２……ギヤ適正表示
ランプ、３３……ギヤダウン表示ランプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 車輪に装設した複数段のチエンジギヤの何れ
   かにクランクギヤからの駆動力をチエーンを介し
   て選択的に切り替えて伝達する自転車に取り付け
   られると共に、このチエーンの切り替えを行なう
   電動変速機構を有し、さらに前記自転車の走行速
   度計測手段及び／又はクランクギヤ回転速度計測
   手段を有し、一方、前記複数段のチエンジギヤの
   夫々に対応し、運転者、道路状況等に応じて補正
   手段により補正し得る走行速度範囲及び／又はク
   ランクギヤ回転速度範囲を予め設定し、前記計測
   手段の計測出力と該設定範囲とを比較してこの計
   測出力が前記設定範囲内に収まるように前記電動
   変速機構を駆動して前記チエーンを切り替えてな
   る自転車電動変速装置。