CN100457543C

CN100457543C - 自行车用变速控制装置

Info

Publication number: CN100457543C
Application number: CNB021244898A
Authority: CN
Inventors: 藤井和浩; 宇野公二
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: US20030001357A1; US6959939B2; DE60217228T2; JP3573723B2; EP1270397B1; CN1394787A; TW581738B; CZ20022274A3; DE60217228D1; EP1270397A3; JP2003011879A; EP1270397A2

Abstract

在自行车用变速控制组装置中，不必进行与电源有关的繁琐的作业就可实现自动变速。自行车用变速控制组件(12)为安装在装载了具有交流发电机(19)和多个变速级的内装变速轮毂(10)的自行车上，并将内装变速轮毂控制为多个变速级的任一个的装置，该装置具有蓄电元件(32)、变速控制部(25)和灯箱。蓄电元件(32)可蓄积来自交流发电机(19)的电力。变速控制部(25)通过蓄积到蓄电元件(32)中的电力而动作，同时，根据来自交流发电机(19)的交流信号，将变速轮毂控制为多个变速级的任一种。灯箱存储蓄电元件(32)和变速控制部(25)，并且可装到自行车车架或手柄上。

Description

自行车用变速控制装置

技术领域

本发明涉及一种变速控制装置，特别是，涉及一种安装到载置交流发电机和有多个变速级的变速装置的自行车上、控制变速装置以处于多个变速级的任一级上的自行车用变速控制装置。

背景技术

自行车的变速装置一般具有内藏在后轮轮毂中的内装变速装置，和具有安装到后轮轮毂或曲柄上的多级链轮以及可将链条挂绕到任一个链轮上的拨链器的外装变速装置。无论是哪一种变速装置，均具有多个变速级，以往，从装到自行车车架上的变速操作部通过变速缆线操作，以切换至多个变速级的任一级。

近来，开发了靠电动马达使变速缆线动作，以实现自动变速的自动变速组件。这样的自动变速组件例如在高速行走时成为增速比大的高速级，而低速行走时增速比变小，成为蹬骑轻快的低速级。为了实现这种动作，自动变速组件具有使变速缆线动作的电动马达，例如包含有变速控制电动马达的微机的控制部，检测出自行车车速的车速检测部，和收容这些部件且装到自行车车架上的盒体。作为电动马达或控制部的电力供给用的电源，使用干电池类一次电池或镍镉电池等二次电池(充电电池)，电池一旦消耗，就要更换或通过充电装置进行充电等。车速的检测通过位于盒体内的传感器对设置在自行车车轮上的磁铁加以检测而进行，每1转1个脉冲的车速信号向控制部输出。控制部根据输入的车速信号转换变速级。

在前述的以往结构中，是由电源向功耗较大的电动马达供给电力的，虽然因变速的频繁程度而异，但会使电池消耗剧增。电源一旦消耗，必须更换电池或进行充电作业，更换或充电非常麻烦。另外，由于没有电池时不能变速，因此还必须经常检查电池剩余量或准备备用电池，导致电源管理作业很繁琐。

另外，在前述的以往结构中，采用车轮每转1转就输出1个脉冲的传感器的输出来检测自行车的车速，并且用该检测出的速度进行变速控制。为此，检测出的车速与实际的车速最大误差在车轮1转程度，导致应答滞后，不能高精度地进行变速控制。

此外，车速检测用的传感器设置在盒体内，从而必须将变速控制装置设置于车轮附近，装置的安装位置受到限制。

发明内容

本发明的目的是，在自行车用变速控制装置中，不用进行与电源有关的繁琐的作业就可实现自动变速。

本发明另一目的是，在自行车用变速控制装置中，可精细地检测出车速，并实现实时的高精度的变速控制。

本发明的又一目的是，在自行车用变速控制装置中，装置的安装位置不受任何限制。

方案1的自行车用变速控制装置为，安装到装载有交流发电机和多个变速级的变速装置的自行车上，将所述变速装置控制于成所述多个变速级的任一个，该变速装置具有可蓄积来自所述交流发电机的电力的蓄电机构，通过蓄积到所述蓄电机构中的电力进行动作，并且根据来自所述交流发电机的交流信号将所述变速装置控制成所述多个变速级的任一个上的变速控制机构；其中，还包括一个存储所述蓄电机构、所述变速控制机构及照明用灯并且可装到所述自行车上的盒体。

在该变速控制装置中，盒体装到自行车的车架或手柄等上，在将交流发电机的电力供给蓄电机构时，蓄积该电力并通过该蓄积的电力使变速控制机构动作。用变速控制机构，根据来自交流发电机的交流信号，切换变速装置的变速级。由此，例如高速行走时，成为增速比较大的高速级，在低速行走时，成为增速比变小、蹬骑轻快的低速级。

在此，设置蓄电机构将来自交流发电机的电力蓄积，并且通过该电力使变速控制机构动作，从而无需电池的更换或充电作业。另外不必进行电池剩余量的管理或携带预备电池的作业，不用进行与电源有关的繁琐的作业就可实现自动变速。

而且，根据交流发电机输出的交流信号进行变速控制。交流发电机一般具有多个磁极，从而由交流发电机输出由与该磁极数和车速有关的频率构成的交流信号。为此，与通常自行车使用的例如由检测出车轮上带有的磁铁的速度传感器而获得的速度信号相比，可由交流信号在每1转中获得较多的脉冲信号。因此，可在1转间精细地检测出车速，可实现实时高精度的变速控制。另外，根据来自交流发电机的交流信号控制，从而不必如以往那样在车轮附近设置装置，装置的安装位置不受限制。

在上所述的装置中还具有内藏于盒体内的照明用灯。此时，由于灯内藏于盒体内，反言之，灯箱内可存储变速控制机构和蓄电机构。为此，由于通常灯装到车架的前部，装置可配置于不影响行走的位置上。另外，由于也无需对灯的配线，可更好地获得防水绝缘的构造。

方案2的自行车用变速控制装置为，在方案1所述的装置中，变速控制机构由交流信号生成相应于自行车的车速的速度信号，并根据所生成的速度信号控制变速装置。此时，通过由交流信号生成的速度信号，可高精度地变速控制变速装置。

方案3的自行车用变速控制装置为，在方案2所述的装置中，还具有根据生成的速度信号，显示自行车的车速的显示机构。此时，由于显示车速，可在确认速度的同时行走。

方案4的自行车用变速控制装置为，在方案3所述的装置中，变速装置具有进行变速动作的电动马达，变速控制机构控制电动马达。此时，变速控制机构控制变速装置中的电动马达，从而变速装置和变速控制装置可只用信号缆线和动力缆线连接。为此，无需变速缆线的配置作业。

方案5的自行车用变速控制装置为，在方案3所述的装置中，还具有内藏于盒体内、使变速装置变速动作的电动马达和通过电动马达进行动作并经变速缆线与变速装置连接的缆线动作机构，变速控制机构控制电动马达。此时，由于电动马达设置于盒体内，可自动地变速控制以往类型的靠手动变速的变速装置。另外，由于与变速装置之间不必设置电线，可容易实现防水绝缘的构造。

方案6的自行车用变速控制装置为，在方案1所述的装置中，灯可通过由交流发电机供给的电力点亮。此时，由于不是靠蓄积在蓄电机构中的电力而是靠来自交流发电机的电力直接点亮灯，蓄电机构很难受到灯的点亮、熄灭的影响。

方案7的自行车用变速控制装置为，在方案6所述的装置中，还具有控制灯的灯控制机构。此时，根据昼夜的不同可自动地开关灯，同时可对其光量进行调整。另外，根据需要，也可将电力回到蓄电机构一侧。

方案8的自行车用变速控制装置为，在方案7所述的装置中，还具有检测出照明度的照明度检测机构，灯控制机构根据照明度检测结果控制灯点亮或熄灭。此时，通过照明度，灯可点亮、熄灭，可根据昼夜的不同，自动地开关灯。

方案9的自行车用变速控制装置为，在方案1～8中一项所述的装置中，还具有变速操作部，该变速操作部具有可将变速装置的变速时间选择成多种的自动变速模式选择机构，变速控制机构在选择的变速时间内切换多个变速级。此时，由于可在体育运动行走时或上斜坡行走时用不同的时间变速，可实现与行走条件相配的自动变速。

方案10的自行车用变速控制装置为，在方案9所述的装置中，变速操作部具有靠手动可选择地操作多个变速级任一个的手动选择机构。此时，也可进行手动变速，从而可实现根据骑手的爱好进行变速操作。

方案11的自行车用变速控制装置为，在方案1所述的装置中，蓄电机构为大容量的电容器。此时，与二次电池相比，充放电次数增多，寿命延长，同时，可快速充放电，即使例如长时间放置无电也可立即恢复电力。

方案12的自行车用变速控制装置为，在方案1所述的装置中，蓄电机构为二次电池。此时，可使用一般市售的二次电池，白天充电的二次电池可通用于无线电装置或移动电话等其他机器。

附图说明

图1为采用本发明一实施例1的自行车的侧视图，

图2为示出内装变速轮毂、变速控制组件和发电机轮毂的连接关系的示意图，

图3为变速控制组件的侧剖视图，

图4为变速控制组件的俯视剖视图，

图5为变速操作部的透视图，

图6为示出变速控制组件构成的方框图，

图7为示出各自动变速模式的每一个的变速时间的图表，

图8为另一实施例的相当于图2的视图，

图9为其变速控制组件的俯视图，

图10为又一实施例的相当于图2的视图，

符号说明

1车架 8发电机轮毂 10内装变速轮毂

12变速控制组件 13灯箱 18灯

19交流发电机 20变速操作部 23操作盘

24液晶显示部 25变速控制部 29马达组件

32蓄电元件 33充电控制回路 34发电机波形成形回路

35自动点灯回路 36光传感器 42变速缆线

45电动马达 46缆线动作部

具体实施方式

图1中，采用本发明一实施例的自行车为轻便快速车，包括具有双环形的车架体2和前叉3的车架1，手柄部4，驱动部5，装有带制动器的发电机轮毂8的前轮6，装有内装变速轮毂10的后轮7，用手操作内装变速轮毂10的变速操作部20，响应变速操作部20的操作以变速控制内装变速轮毂10的变速控制组件12。

车架1的车架体2通过焊接管子而成。车架体2上装有鞍座11和驱动部5等各部件。前叉3在车架体2的前部以围绕着斜向倾斜轴可自由摇动的方式安装着。

手柄部4具有固定到前叉3上部的手柄支柱14，和固定到手柄支柱14上的手柄杆15。手柄杆15的两端装有制动杆16和抓手17。右侧的制动杆16与变速操作部20形成为一体。

驱动部5具有设置在车架体2下部(吊架部)上的传动装置曲柄37，跨绕在传动装置曲柄37上的链条38，和内装变速轮毂10。内装变速轮毂10为具有低速级(1速)、中速级(2速)、高速级(3速)这样3个变速级的3级变速的内装变速轮毂，通过设置在变速控制组件12上的电动马达组件29(图6)，可获取3个变速位置。

固定在前叉3前端上的前轮6的发电机轮毂8为可安装滚子形的前制动器的轮毂，内部具有通过前轮6的回转而发电的交流发电机19(图6)。

变速控制组件12如图2所示，通过电线40与发电机轮毂8内的交流发电机19电连接。另外，变速控制组件12通过电线41也与变速操作部20电连接。变速控制组件12还通过变速缆线42与内装变速轮毂10机械连接。变速控制组件12如图3和图4所示，具有装在前叉3中途的灯柱3a上的灯箱13和收纳于灯箱13内的电动马达组件29和回路组件30。

如图3和图4所示，电动马达组件29具有：变速马达45，通过变速马达45移动到3个变速位置上的缆线动作部46，检测出缆线动作部46的变速位置的动作位置传感器47(图6)。该缆线动作部46与变速缆线42的一端相连。

回路组件30如图6所示，具有变速控制部25，该变速控制部25包含由CPU，RAM，ROM，I/O接口构成的微机。另外，图中粗线示出例如1A左右的电流线，实线示出5mA左右的电流线，虚线示出信号线。

变速控制部25根据变速操作部20的操作，响应内装变速轮毂10的速度，进行自动变速控制，同时，对设置在变速操作部20上的液晶显示部24进行显示控制。另外，还进行灯光控制，在周围的状况比规定的明暗度要暗时，使与灯箱13安装成一体的灯18点亮，而在比规定的明暗度要亮时，熄灭灯18。变速控制部25与包含有设置在变速操作部20上的操作盘23和操作按钮21，22的操作开关26、液晶显示部24、作为控制灯18的照明度传感器的光传感器36、和根据交流发电机19的输出生成速度信号的发电机波形成形回路34相连接。另外，变速控制部25通过省电回路31而与充电控制回路33、蓄电元件32和自动灯光回路35连接。此外，电动马达驱动器28和电动马达组件29的动作位置传感器47与其他的输入输出部连接。

变速操作部20如图5所示，具有在下部以左右并排设置的2个操作按钮21，22，设置在操作按钮21，22上方的操作盘23，和设置在操作盘23的左方的液晶显示部24。

操作按钮21，22为三角形的按钮。左侧的操作按钮21为通过手动进行低速级到中速级、中速级到高速级变速的按钮，右侧的操作按钮22为通过手动进行高速级到中速级、中速级到低速级变速的按钮。操作盘23为可在模式1到模式7的7个自动变速模式以及手动模式之间切换的旋钮盘，具有8个停止位置M，A1～A7。在此，模式1到模式7的7个自动变速模式为根据来自交流发电机19的车速信号使内装变速轮毂10自动变速的模式，手动变速模式为根据操作按钮21，22的操作使内装变速轮毂10变速的模式。

在7个自动变速模式中，在提升变速(从低速侧向高速侧的变速)以及下降变速(从高速侧向低速侧变速)中，通过改变变速时间，具体说是通过改变变速时的速度来自动变速的。此时，变速阈值如图7所示。在此，随着从模式1到模式7，提升和下降变速的变速时间逐渐变快。即，在模式7中，是在最低速下变速，而在模式1中是在最高速下变速。通常，最好在模式4左右变速。在上升的斜坡时，可根据其斜度选择模式。

液晶显示部24中，显示目前的行走速度，同时，显示变速时操作的变速级。

省电回路31设置成在自行车停止时可抑制电力的消耗。省电回路31被供给由蓄电元件32蓄积的电力。省电回路31与变速控制部25、马达驱动器28、充电控制回路33和自动灯光回路35相连接，靠蓄电元件32蓄积的动作用的电力供给这些部件，同时，在自行车停止时，切断向这些部件的电力供给。省电回路31中输入来自交流发电机19的信号，根据该信号判断自行车是否停止。通过设有这样的省电回路31，可抑制蓄电元件32所蓄积电力的无谓的消耗。

蓄电元件32例如由大容量的电容器构成，蓄积由交流发电机19输出的、并且由充电控制回路33整流的直流电。由蓄电元件32蓄积的1mA的电流通过省电回路31向变速控制部25、马达驱动器28、充电控制回路33和自动灯光回路35供给。由蓄电元件32蓄积的1A的电流也直接供给马达驱动器28。另外，代替电容器可用镍·镉电池或锂离子电池或镍氢电池等二次电池构成蓄电元件32。

马达驱动器28用于定位和控制变速马达45。马达驱动器28通过省电回路31供给的1mA电流动作，定位控制由蓄电元件32供给的1A电流，并向变速马达45供给。

充电控制回路33例如由半波整流回路构成，由交流发电机19输出的交流电流整流成例如1A和5mA的直流电流。

发电机波形成形回路34根据从交流发电机19输出的交流电流，生成速度信号。即，例如以半周期程度提取正弦曲线的交流信号，将其通过施米特回路等适宜的波形成形回路，生成相应于速度的脉冲信号。

自动灯光回路35根据来自变速控制部25基于光传感器36的检测输出而输出的接通断开信号进行动作，将由交流发电机19输出的1A的电流向灯18供给或切断。由此，照明度在规定以下时，灯18自动点亮，而超过规定的照明度时，灯灭。

在如此构成的变速控制组件12中，在由变速操作部20选择的自动变速模式或手动变速模式下，变速控制内装变速轮毂10。具体为，例如选择的自动变速模式为模式4时，如图7所示，车速为12.7km/h，从1速提升变速到2速。在车速变为17.1km/h时，提升变速到3速。之后，车速下降到15.6km/h时，变速下降到2速，进而在车速下降到11.5km/h时，变速下降到1速。在此，为了防止变速时的振动，对于提升变速的时间和下降变速的时间，在下降一方较短。如此变速时，通过来自交流发电机19的交流信号，检测出车速，可使车速细化成车轮每1转下的车速，与以往相比，可实时地追随实际的车速的变化来变速。

另外，车轮回转时，省电回路31对其检测出，并将控制动作用电力向变速控制部25或充电控制回路33等供给。结果，变速控制部25开始动作，控制液晶显示部24或马达驱动器28或自动灯光回路35或充电控制回路33。并且，来自交流发电机19的电力向蓄电元件32充电。然后，由发电机波形成形回路34将车速信号给予变速控制部25。车轮一旦停止，省电回路31就检测出，切断控制用电力的供给。由此，停止时不会有无谓的电力消耗。因此，停止时，蓄电元件32不消耗。

在此，设置蓄电元件32，以蓄积来自交流发电机19的电力，通过该电力，使包含变速控制部25的各部件动作，从而无需电池的更换或充电作业。另外，不必进行电池剩余量的管理或预备电池的工作，不用进行与电源有关的繁琐的作业，就可实现自动变速。

并且，根据从交流发电机19输出的交流信号检测出车速，并且根据该检测出的车速进行变速控制。交流发电机一般具有多个磁极，因此，由交流发电机就可输出与该磁极数和车速有关的频率构成的交流信号。与通常自行车所用的、例如从检测出车轮上带有的磁铁的速度传感器获得的速度信号相比，在每一转中可从交流信号获得较多的脉冲信号。因此，可在1转间细微地检测出车速，可实时高精度地进行变速控制。另外，由于根据来自交流发电机19的交流信号的控制，而无需以往那样的将变速控制组件12接近于车轮附近配置的方式，变速控制组件12的安装位置不受任何限制。

另外，采用变速控制组件12，可有效地利用以往白天不使用的交流发电机19的电力。

其他实施例

(a)在前述实施例中，是将液晶显示部设置于变速操作部20上来显示变速级或车速的，但可不显示。

(b)在前述实施例中，是将灯箱13作为盒体来构成变速控制组件的，但可如图8和图9所示，将变速操作部120的箱体121作为盒体来构成变速控制组件112。此时，灯118和变速控制组件112可用电线43连接。

另外，箱体121装在手柄杆15的手柄支柱14安装部附近，显示部124和操作盘122设置成向外部露出。另外，内部收纳有回路组件和马达组件。在这样的实施例中，灯118可使用现有的灯。因此，对于现有的3级变速自行车可后装上自动变速用的组件。

(c)在前述实施例中，设有变速操作部，但可不设置变速操作部。即，例如，检测出作用于曲柄上的扭矩，根据车速和扭矩的关系，可自动地选择多个自动变速模式中的任一个。另外，自动变速模式可固定为1种类。

(d)在前述实施例中，是将变速用的马达组件设置在变速控制组件内的，但可如图10所示，将变速用的马达和动作位置传感器等的马达组件229配置于变速装置110侧。此时，变速控制组件212和变速装置110不用变速缆线而只靠电线48连接。

(e)在前述实施例中，利用来自设置在发电效率高、行走阻力少的发电机轮毂8上的交流发电机的电力，但也可利用来自与车轮的轮缘或轮胎接触而发电的交流发电机的电力。

(f)在前述实施例中，是变速控制内装变速轮毂的，但控制对象的变速装置并不限于内装式，可为外装式。在外装式的情况下，并不限于后拨链器，可控制前拨链器。另外，马达组件可设有2个，可控制这两者。

根据本发明，由于是设有蓄电机构，蓄积来自交流发电机的电力，并且通过该电力使变速控制机构动作，因此，无需电池的更换或充电作业。并且，不必进行电池剩余量的管理或携带预备电池的工作，无需与电源有关的繁琐的作业，可实现自动变速。

并且，根据交流发电机输出的交流信号来变速控制。交流发电机一般具有多个磁极，因此，通过交流发电机输出由与该磁极数和车速有关的频率构成的交流信号。为此，与通常自行车所用的、例如从检测出车轮上带有的磁铁的速度传感器获得的速度信号相比，在每一转中可从交流信号获得较多的脉冲信号。因此，可在1转间细微地检测出车速，可实时高精度地进行变速控制。另外，由于是根据来自交流发电机的交流信号的控制，从而无需以往那样的将装置配置于车轮附近，装置的安装位置不受任何限制。

Claims

1.一种自行车用变速控制装置，安装到装载有交流发电机和多个变速级的变速装置的自行车上，将所述变速装置控制成所述多个变速级的任一个，该变速装置具有可蓄积来自所述交流发电机的电力的蓄电机构，通过蓄积到所述蓄电机构中的电力进行动作，并且根据来自所述交流发电机的交流信号将所述变速装置控制成所述多个变速级的任一个上的变速控制机构；

其特征在于，还包括一个存储所述蓄电机构、所述变速控制机构及照明用灯并且可装到所述自行车上的盒体。

2.按照权利要求1所述的自行车用变速控制装置，其特征在于，所述变速控制机构由所述交流信号生成相应于所述自行车的车速的速度信号，并根据所生成的速度信号控制所述变速装置。

3.按照权利要求2所述的自行车用变速控制装置，其特征在于，还具有根据所述生成的速度信号，显示所述自行车的车速的显示机构。

4.按照权利要求3所述的自行车用变速控制装置，其特征在于，所述变速装置具有进行变速动作的电动马达，所述变速控制机构控制所述电动马达。

5.按照权利要求3所述的自行车用变速控制装置，其特征在于，还具有内藏于所述盒体内、使所述变速装置变速动作的电动马达和通过所述电动马达进行动作并经变速缆线与所述变速装置连接的缆线动作机构，所述变速控制机构控制所述电动马达。

6.按照权利要求1所述的自行车用变速控制装置，其特征在于，所述灯可通过由所述交流发电机供给的电力点亮。

7.按照权利要求6所述的自行车用变速控制装置，其特征在于，还具有控制所述灯的灯控制机构。

8.按照权利要求7所述的自行车用变速控制装置，其特征在于，还具有检测出照明度的照明度检测机构，所述灯控制机构根据所述照明度检测结果控制所述灯点亮或熄灭。

9.按照权利要求1～8中任一项所述的自行车用变速控制装置，其特征在于，还具有变速操作部，该变速操作部具有可将所述变速装置的变速时间选择成多种的自动变速模式选择机构，所述变速控制机构在所述选择的变速时间内转换所述多个变速级。

10.按照权利要求9所述的自行车用变速控制装置，其特征在于，所述变速操作部具有靠手动可选择地操作所述多个变速级任一个的手动选择机构。

11.按照权利要求1所述的自行车用变速控制装置，其特征在于，所述蓄电机构为大容量的电容器。

12.按照权利要求1所述的自行车用变速控制装置，其特征在于，所述蓄电机构为二次电池。