JP2004042850A

JP2004042850A - 自転車用照明装置駆動装置

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Publication number: JP2004042850A
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Inventors: Koji Uno; 宇野　公二
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-12
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Abstract

【課題】自転車用バックライト駆動回路において、電源電圧の変動にかかわらずバックライトの光量の変動を抑えるようにする。
【解決手段】バックライト駆動回路２４ｃは、電圧が変動する電源からの電力により、自転車に搭載される液晶表示装置のバックライト２４ｂを駆動する回路であって、電流供給回路５０と、電流制限回路５１とを備えている。電流供給回路５０は、電源からの直流電流をバックライト２４ｂに供給する回路である。電流制限回路５１は、変動する電圧の最小値以上の電圧が確保されているとき、バックライト２４ｂに供給する電流を略一定値に制限する回路である。
【選択図】　　　図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置駆動装置、特に、直流の電圧が変動する電源からの電力により自転車に搭載される液晶表示装置に設けられた照明装置を駆動する自転車用照明装置駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、自転車の変速装置をモータなどのアクチュエータにより動作させ、そのアクチュエータを制御して速度に応じて変速装置を自動変速するものが開発されている。この種の自動変速される自転車には、速度や変速位置などを表示するため、いわゆるサイクルコンピュータと呼ばれる液晶表示装置が搭載されているものがある。液晶表示装置は夜間などの周囲が暗い状況では視認しにくいため、バックライトを搭載しているものがある。自転車用の液晶表示装置のバックライトは、たとえば液晶の背面側に配置された反射板と反射板に向けて光を照射する発光ダイオード（ＬＥＤ）とを有している。従来、これらの液晶表示装置やアクチュエータや変速制御装置は、たとえば二次電池などの共通の直流電源からの電力により動作している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の構成では、バックライトが搭載された液晶表示装置の電源と、アクチュエータや変速制御装置などの他の負荷の電源とが共用されている。このため、比較的電力を多く使用するアクチュエータが動作すると、電源電圧が一時的に下降することがある。このように電源電圧が変動すると、バックライトのＬＥＤを流れる電流が変動し、ＬＥＤの光量が変動することがある。ＬＥＤの光量か変動すると、液晶画面がちらついて視認性が悪化する。電源電圧の下降による光量の変動は、バックライトだけではなく、ＬＥＤを使用した照明装置やフィラメントを有する電球を使用した照明装置全般にいえる問題である。
【０００４】
本発明の課題は、自転車用照明装置駆動装置において、電源電圧の変動にかかわらず照明装置の光量の変動を抑えるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明１に係る自転車用照明装置駆動装置は、電圧が変動する電源からの電力により、自転車に搭載される照明装置を駆動する装置であって、電流供給手段と、電流制限手段とを備えている。電流供給手段は、電源からの直流電流を照明装置に供給する手段である。電流制限手段は、変動する電圧の最小値以上の電圧が確保されているとき、照明装置に供給する電流を能動抵抗回路を用いて制限する手段である。
【０００６】
この照明装置駆動装置では、変動する電圧の最小値以上の電圧が確保されているとき、能動抵抗回路を用いた電流制限回路により照明装置に供給される電流が一定値に制限される。このため、電圧が変動しても電流が変動しにくくなり、照明装置の光量の変動を抑えることができる。
発明２に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１に記載の装置において、照明装置は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用している。この場合には、電源電圧が変動しても発光ダイオードの光量の変動を抑えることができる。
【０００７】
発明３に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１に記載の装置において、照明装置は、光源としてフィラメントを有する電球を使用している。この場合には、電源電圧が変動しても電球の光量の変動を抑えることができる。
発明４に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１から３のいずれかに記載の装置において、照明装置は、自転車に搭載される液晶表示装置のバックライトである。この場合には、電源電圧が変動してもバックライトの光量が変動しにくくなり、液晶表示装置がちらつきにくくなる。
【０００８】
発明５に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１から４のいずれかに記載の装置において、照明装置は、自転車に搭載される前照灯である。この場合には、電源電圧が変動しても前照灯の光量が変動しにくくなる。
発明６に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１から５のいずれかに記載の装置において、照明装置は、自転車に搭載される尾灯である。この場合には、電源電圧が変動しても尾灯の光量が変動しにくくなる。
【０００９】
発明７に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１から６のいずれかに記載の装置において、電流供給手段及び電流制限手段は、電源と照明装置との間に着列に接続されたＰ又はＮチャンネル接合型電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタのゲートとソースとの間で所定の電圧降下を生じさせるための抵抗とを有する。この場合には、接合形電界効果トランジスタは、ゲート−ソース間の電位差が零のとき最大電流が流れ、ゲート−ソース間の電位差に応じて電流を所定値に設定できることを利用している。ここでは、ゲートとソースとの間に配置された抵抗によりゲート−ソース間に所定の電位差を生じさせてドレイン−ソース間に流れる電流を制限しているので、照明装置に流れる電流の変動を抑えることができる。
【００１０】
発明８に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１から６のいずれかに記載の装置において、電流供給手段は、電源と照明装置との間に配置された第１バイポーラトランジスタと、第１バイポーラトランジスタのベースと電源とに接続され第１バイポーラトランジスタをオンして電流を供給するための第１抵抗とを有している。電流制限手段は、電源と照明装置との間で第１バイポーラトランジスタと並列に接続されかつ第１抵抗にコレクタが接続された第２バイポーラトランジスタと、第２バイポーラトランジスタのベースとバイポーラトランジスタのエミッタとに接続され第２バイポーラトランジスタをオンして電流を制限するための第２抵抗とを有する。
【００１１】
この場合には、バイポーラトランジスタはベース−エミッタ間の電位差が、０．６ボルト程度になると、バイポーラトランジスタがオンするという特性を利用している。すなわち、第１バイポーラトランジスタのベースと電源とに接続された第１抵抗により電源電圧が降下して第１バイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧が０．６ボルト程度になると、第１バイポーラトランジスタがオンして電流が流れる。そして、第２バイポーラトランジスタのベースとエミッタとに接続された第２抵抗で電圧が降下して第２バイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧が０．６ボルト程度になると、こんどは、第２バイポーラトランジスタがオンして第１バイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧が下がって第１バイポーラトランジスタがオフする。すると、第２バイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧が下がって第２バイポーラトランジスタがオフする。このような２つのトランジスタのオンオフ動作が繰り返されて第１バイポーラトランジスタに流れる電流が電源電圧の変動にかかわらず一定に制限される。ここでは、バイポーラトランジスタを使用して比較的安価に定電流制御を行えるとともに、電界効果トランジスタを使用する場合に比べて電流制限値のばらつきが少なくなるとともに、電流制限値を大きくすることができる。
【００１２】
発明９に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明８に記載の装置において、照明装置の光量を複数段階に切り換える光量切換手段をさらに備える。この場合には、照明装置光量を切り換えできるので、たとえば夜間の電力消費を抑えるために、夜間の光量を制限し、何らかの操作を行ったときだけ光量を多くするなどにより電力消費を抑えることができる。
【００１３】
発明１０に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明９に記載の装置において、光量切換手段は、第１光量と第１光量より光量が多い第２光量との２段階に照明装置の光量を切り換える。この場合には二段階の光量変化で電力の消費を抑えることができる。
発明１１に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１０に記載の装置において、光量切換手段は、電源と第１バイポーラトランジスタのエミッタとの間に直列に配置された第３及び第４抵抗と、電源と第３及び第４抵抗の中間ノードに接続された第３バイポーラトランジスタとを有する。この場合には、安価なバイポーラトランジスタを使用して二段階に光量を切り換えできる。
【００１４】
発明１２に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１０に記載の装置において、光量切換手段は、電源と第１バイポーラトランジスタのエミッタとの間に並列に配置された第３及び第４抵抗と、第４抵抗に直列に接続された第３バイポーラトランジスタとを有する。この場合には、安価なバイポーラトランジスタを使用して二段階に光量を切り換えできる。
【００１５】
発明１３に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明８から１２のいずれかに記載の装置において、照明装置をオンオフするオンオフ制御手段をさらに備える。この場合には、照明装置をオンオフ制御できるので、昼間などのあまり照明装置を必要としないときに照明装置をオフすることができ、電力の消費をさらに抑えることができる。
【００１６】
発明１４に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１３に記載の装置において、オンオフ制御手段は、第１抵抗と前記電源との間に配置された第４バイポーラトランジスタを有する。この場合には、安価なバイポーラトランジスタによって照明装置をオンオフできる。
発明１５に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１から１４のいずれかに記載の装置において、電源は、自転車の回転部に取り付けられたダイナモより供給された交流電源を整流して得られた直流電源である。この場合には、ダイナモから得られた交流を直流に整流して得られた直流電源の電圧変動に対して照明装置の光量の変動を抑えることができる。
【００１７】
発明１６に係る自転車用照明装置駆動装置は、発明１５に記載の装置において、交流電源は、自転車の回転部としての自転車のハブに取り付けられたハブダイナモである。この場合には、リムやタイヤに接触させて発電する場合に比べて動力損失が少なくなり、発電しても乗り手の負担がそれほど増大しない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
〔構成〕
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は軽快車であり、ダブルループ形のフレーム体２とフロントフォーク３とを有するフレーム１と、ハンドル部４と、駆動部５と、ブレーキ付きのダイナモハブ８が装着された前輪６と、内装変速ハブ１０が装着された後輪７と、内装変速ハブ１０を手元で操作するための変速操作部２０と、変速操作部２０の操作に応じて内装変速ハブ１０を変速制御する変速制御ユニット１２とを備えている。
【００１９】
フレーム１のフレーム体２は、パイプを溶接して製作されたものである。フレーム体２には、サドル１１や駆動部５を含む各部が取り付けられている。フロントフォーク３は、フレーム体２の前部に斜めに傾いた軸回りに揺動自在に装着されている。フレーム体２の後部には尾灯１８ｂが装着されている。
ハンドル部４は、フロントフォーク３の上部に固定されたハンドルステム１４と、ハンドルステム１４に固定されたハンドルバー１５とを有している。ハンドルバー１５の両端にはブレーキレバー１６とグリップ１７とが装着されている。右側のブレーキレバー１６には変速操作部２０が一体で形成されている。
【００２０】
駆動部５は、フレーム体２の下部（ハンガー部）に設けられたギアクランク３７と、ギアクランク３７に掛け渡されたチェーン３８と、内装変速ハブ１０とを有している。内装変速ハブ１０は、低速段（１速）、中速段（２速）、高速段（３速）の３つの変速段を有する３段変速の内装変速ハブであり、変速制御ユニット１２に設けられたモータユニット２９（図６）により３つの変速位置を取り得る。
【００２１】
フロントフォーク３の先端に固定された前輪６のダイナモハブ８は、ローラ形の前ブレーキを装着可能なハブであり、内部に前輪６の回転により発電する交流発電機１９（図６）を有している。
変速制御ユニット１２は、図２に示すように、ダイナモハブ８内の交流発電機１９に電気配線４０を介して電気的に接続されている。また、変速制御ユニット１２は、変速操作部２０にも電気配線４１を介して電気的に接続されている。さらに変速制御ユニット１２は、変速ケーブル４２を介して内装変速ハブ１０に機械的に連結されている。変速制御ユニット１２は、図３及び図４に示すように、フロントフォーク３の途中のランプスティ３ａに装着されたランプケース１３と、ランプケース１３に収納されたモータユニット２９及び回路ユニット３０とを有している。
【００２２】
モータユニット２９は、図３及び図４に示すように、変速モータ４５と、変速モータ４５により３つの変速位置に移動するケーブル動作部４６と、ケーブル動作部４６の変速位置を検出する動作位置センサ４７（図６）とを有している。このケーブル動作部４６に変速ケーブル４２の一端が連結されている。
回路ユニット３０は、図６に示すように、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，Ｉ／Ｏインターフェースからなるマイクロコンピュータを含む変速制御部２５を備えている。なお、図中太線はたとえば１Ａ程度の電流線を、実線は５ｍＡ程度の電流線をそれぞれ示し、破線は信号線を示している。
【００２３】
変速制御部２５は、変速操作部２０の操作に応じて内装変速ハブ１０を速度に応じて自動変速制御するとともに、変速操作部２０に設けられた液晶表示装置２４の表示制御を行う。この表示制御では、周囲の状況が所定の明るさ（照度）以下になると異なる制御を行う。また、ランプケース１３に一体で装着されたランプ１８ａを周囲の状況が所定の明るさ（照度）以下になると点灯し、所定の明るさを超えると消灯するランプ制御を行う。変速制御部２５には、変速時に使用する変速しきい値を記憶するしきい値メモリ２５ａが設けられている。変速制御部２５には、変速操作部２０に設けられた操作ダイヤル２３及び操作ボタン２１，２２を含む操作スイッチ２６と、液晶表示装置２４と、ランプ１８ａや内装変速ハブ１０や液晶表示装置２４を制御するための光センサ３６と、交流発電機１９からの出力により速度信号を生成するためのダイナモ波形成形回路３４とが接続されている。また、変速制御部２５には、充電制御回路３３と蓄電素子３２とオートライト回路３５とが省電力回路３１を介して接続されている。さらに、モータドライバ２８とモータユニット２９の動作位置センサ４７と他の入出力部とが接続されている。
【００２４】
変速操作部２０は、図５に示すように、下部に左右に並べて配置された２つの操作ボタン２１，２２と、操作ボタン２１，２２の上方に配置された操作ダイヤル２３と、操作ダイヤル２３の左方に配置された液晶表示装置２４とを有している。
操作ボタン２１，２２は、三角形状の押しボタンである。左側の操作ボタン２１は低速段から中速段、中速段から高速段への手動変速を行うためのボタンであり、右側の操作ボタン２２は高速段から中速段、中速段から低速段への手動変速を行うためのボタンである。操作ダイヤル２３は、自動変速１（Ａ１）モードから自動変速３（Ａ３）モードまでの３つの自動変速モードと手動（Ｍ）モードとを切り換えるためのダイヤルであり、　パーキング（Ｐ）モードを含めて５つの停止位置Ｐ，Ｍ，Ａ１〜Ａ３を有している。ここで自動変速１モードから自動変速３モードまでの３つの自動変速モードは、交流発電機１９からからの車速信号により内装変速ハブ１０を自動変速するモードであり、手動変速モードは、操作ボタン２１，２２の操作により内装変速ハブ１０を変速するモードである。パーキングモードは内装変速ハブ１０をロックするモードである。
【００２５】
なお、３つの自動変速１〜３モードでは、アップシフト（低速側から高速側への変速）及びダウンシフト（高速側から低速側への変速）とにおいて、変速タイミング、具体的には変速時の速度を変えて自動変速する。このときの変速しきい値は、変速制御部２５内のしきい値メモリ２５ａに変速モード毎にテーブルとして記憶されている。変速しきい値の一例を図７に示す。ここでは、Ａ１モードからＡ３モードにいくに従いアップ及びダウンシフトの変速タイミングが徐々に早くなる。すなわち、Ａ１モードでは、最も高速で変速しＡ３モードでは最も低速で変速する。通常はＡ２モードで変速させるのが好ましい。また、各変速段間のしきい値の幅（差）はＡ１モードからＡ３モードにいくに従い小さくなっている。上り坂ではその斜度に応じてモードを選べばよい。
【００２６】
液晶表示装置２４は、速度や変速段などを表示可能な液晶表示部２４ａと、液晶表示部を正面するバックライト２４ｂと、バックライト２４ｂを駆動するバックライト駆動回路２４ｃとを有している。液晶表示部２４ａには、現在の走行速度が表示されるとともに、操作された変速段が表示される。バックライト２４ｂは、たとえば７色の色で照明可能なＬＥＤを用いたものである。バックライト２４ｂは、周囲が所定の明るさ（たとえば１５ルクス）以下になると第１光量Ｌ１でオンするととも、所定の明るさ（たとえば２０ルクス）以上になるとオフする。また、バックライト２４ｂは、操作ボタン２１，２２が操作されるとたとえば３０秒間程度点灯する。操作のときには、所定の明るさ以下のときは第１光量Ｌ１より光量が多い第２光量Ｌ２で点灯し、所定の明るさ以上のときは第１光量Ｌ１で点灯する。これにより操作時の視認性を維持して電力消費を抑えることができる。
【００２７】
バックライト駆動回路２４ｃは、直流電源としての蓄電素子３２から省電力回路３１及び変速制御部２５を介して供給された５ボルトの直流電力により動作する。なお、電源から供給される直流電圧は、５ボルトに対してモータ４５等の負荷のオンオフや充放電時等に上下０．５ボルト程度変動することがある。バックライト駆動回路２４ｃは、図８に示すように、変速制御部２５を介して供給された直流電流をバックライト２４ｂに供給する電流供給回路５０と、変動する電圧の最小値以上の電圧（たとえば４．５ボルト）が確保されているとき、バックライト２４ｂに供給する電流を能動抵抗回路を用いて一定値に制限する電流制限回路５１と、バックライト２４ｂの光量を二段階に切り換える光量切換回路５２と、バックライト２４ｂをオンオフするオンオフ制御回路５３とを有している。
【００２８】
電流供給回路５０は、電源とバックライト２４ｂとの間に配置された第１バイポーラトランジスタＱ１と、第１バイポーラトランジスタＱ１のベースと電源とに接続され第１バイポーラトランジスタＱ１をオンして電流を供給するための第１抵抗Ｒ１とを有している。電流制限回路５１は、電源とバックライトとの間で第１バイポーラトランジスタＱ１と並列に接続されかつ第１抵抗Ｒ１にコレクタが接続された第２バイポーラトランジスタＱ２と、第２バイポーラトランジスタＱ２のベースとエミッタとに接続され第２バイポーラトランジスタＱ２をオンして電流を供給するための２つの第２抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂとを有している。第２抵抗Ｒ２ｂと、第２バイポーラトランジスタＱ２のベースとの間には第７手以降Ｒ７が配置されている。第７抵抗Ｒ７は、第２抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂのいすれかが異常を起こした場合などに第２バイポーラトランジスタＱ２のベースから流れ出るベース電流が増えすぎて第２バイポーラトランジスタＱ２が破損するのを防止するために挿入されている。光量切換回路５２は、電源と第１バイポーラトランジスタＱ１のエミッタとの間に直列に配置された第３及び第４抵抗としての２つの第２抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂと、電源と２つの第２抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの中間ノードに接続された第３バイポーラトランジスタＱ３とを有している。オンオフ制御回路５３は、第１抵抗Ｒ１と電源の負極側との間に配置された第４バイポーラトランジスタＱ４と、第１抵抗Ｒ１と電源の正極側との間に配置された第５抵抗Ｒ５とを有している。なお、第５抵抗Ｒ５は、第４バイポーラトランジスタＱ４がオフしたときに第１バイポーラトランジスタＱ１を完全にオフするために設けられている。
【００２９】
このような構成のバックライト駆動回路２４ｃでは、バイポーラトランジスタはベース−エミッタ間の電位差が、０．６ボルト程度になると、バイポーラトランジスタがオンするという特性を利用している。すなわち、第１バイポーラトランジスタＱ１のベースと電源とに接続された第１抵抗Ｒ１により電源電圧が降下して第１バイポーラトランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧が０．６ボルト程度になると、第１バイポーラトランジスタＱ１がオンして電流が流れる。そして、第２バイポーラトランジスタＱ２のベースとエミッタとに接続された第２抵抗Ｒ２ａ及び／又はＲ２ｂで電圧が降下して第２バイポーラトランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧が０．６ボルト程度になると、こんどは、第２バイポーラトランジスタＱ２がオンして第１バイポーラトランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧が下がって第１バイポーラトランジスタＱ１がオフする。すると、第２バイポーラトランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧が下がって第２バイポーラトランジスタＱ２がオフする。このような２つのトランジスタＱ１，Ｑ２のオンオフ動作が繰り返されて第１バイポーラトランジスタＱ１に流れる電流が電源電圧の変動にかかわらず一定に制限される。
【００３０】
また、第４バイポーラトランジスタＱ４のオンオフによりバックライト２４ｂを点灯・消灯（オンオフ）できる。さらに、点灯時に第３バイポーラトランジスタＱ３のオンオフによりバックライト２４ｂの光量を２段階に切り換えできる。すなわち、第３バイポーラトランジスタＱ３をオンすると、第２抵抗Ｒ２ｂの抵抗値だけが作用してバックライト２４ｂが第２光量Ｌ２で点灯し、オフすると２つの第２抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの和の抵抗値（Ｒ２ａ＋Ｒ２ｂ）が作用して第２光量Ｌ２より少ない光量Ｌ１でぼんやりと点灯する。
【００３１】
ここでは、バイポーラトランジスタを使用して比較的安価に定電流制御を行えるとともに、電界効果トランジスタを使用する場合に比べて電流制限値のばらつきが少なくなるとともに、電流制限値を大きくすることができる。
省電力回路３１は、自転車が停止しているときの電力消費を抑えるために設けられたものである。省電力回路３１には、蓄電素子３２で蓄えられた電力が供給される。省電力回路３１は、変速制御部２５、モータドライバ２８、充電制御回路３３及びオートライト回路３５に接続され、それらに蓄電素子３２で蓄えられた動作用の電力を供給するとともに、自転車停止時にそれらへの電力の供給を遮断する。省電力回路３１には、交流発電機１９からの信号が入力されており、この信号により自転車が停止しているか否かを判断する。このような省電力回路３１を設けることにより蓄電素子３２に蓄えられた電力の無駄な消耗を抑えることができる。
【００３２】
蓄電素子３２は、たとえば大容量コンデンサからなり、交流発電機１９から出力され、充電制御回路３３で整流された直流電力を蓄える。蓄電素子３２で蓄えられた１ｍＡの電流は省電力回路３１を介して変速制御部２５、モータドライバ２８、充電制御回路３３及びオートライト回路３５に供給される。モータドライバ２８には蓄電素子３２で蓄えられた１Ａの電流も直接供給される。なお、蓄電素子３２をコンデンサに代えてニッケル・カドニウム電池やリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池で構成してもよい。
【００３３】
モータドライバ２８は、変速モータ４５を位置決め制御する。モータドライバ２８は、省電力回路３１から供給された１ｍＡの電流で動作し、蓄電素子３２から供給された１Ａの電流を位置決め用に制御して変速モータ４５に供給する。
充電制御回路３３はたとえば半波整流回路で構成され、交流発電機１９から出力された交流電流をたとえば１Ａと５ｍＡの直流電流に整流する。
【００３４】
ダイナモ波形成形回路３４は、交流発電機１９から出力された交流電流から速度信号を生成する。すなわちサインカーブの交流信号をたとえば半周期分抽出し、それをシュミット回路等の適宜の波形成形回路を通し、速度に応じたパルス信号を生成する。
オートライト回路３５は、光センサ３６からの検出出力より変速制御部２５から出力されるオンオフ信号により動作し、交流発電機１９から出力された１Ａの電流をランプ１８ａに供給・遮断する。これにより照度が所定以下になるとランプ１８ａが自動的に点灯し、所定の照度を超えると消灯する。
【００３５】
このように構成された変速制御ユニット１２では、変速操作部２０で選択された自動変速モード又は手動変速モードで内装変速ハブ１０が変速制御される。具体的には、たとえば自動変速モードのＡ２モードが選択されると、図７に示すように、車速が１２．７ｋｍ／ｈになると、１速から２速に上り変速される。さらに１７．１ｋｍ／ｈになると３速に上り変速される。一方、その後車速が１５．６ｋｍ／ｈに下がると２速に下り変速され、さらに１１．５ｋｍ／ｈを下がると１速に下り変速される。ここでは、変速時のチャタリングを防止するために上り変速のタイミングと下り変速のタイミングとを下り側を低くしている、このような変速時に、交流発電機１９からの交流信号により車速を検出しているので、車速を車輪１回転当たり細かく得ることができ、従来のものより実際の車速の変化にリアルタイムに追随して変速がなされる。
【００３６】
一方、車輪が回転すると、省電力回路３１がそのことを検出して変速制御部２５や充電制御回路３３等に制御動作用の電力を供給する。この結果、変速制御部２５が動作を開始し、液晶表示装置２４やモータドライバ２８やオートライト回路３５や充電制御回路３３が制御される。そして、交流発電機１９からの電力が蓄電素子３２に充電される。また、ダイナモ波形成形回路３４から車速信号が変速制御部２５に与えられる。車輪が停止すると省電力回路３１がそれを検出して制御用の電力の供給を遮断する。これにより、停止時に無駄な電力を消費しなくなる。このため、停止時に蓄電素子３２が消耗しにくくなる。
【００３７】
ここでは、蓄電素子３２を設けて交流発電機１９からの電力を蓄え、その電力により変速制御部２５を含む各部を動作させているので、電池の交換や充電作業が不要になる。また、電池残量の管理や予備の電池を持ち歩く必要がなくなり、電源に関わる煩わしい作業を行うことなく自動変速を行えるようになる。
しかも、交流発電機１９から出力された交流信号に基づき車速を検出し、その検出された車速により変速制御している。交流発電機は一般に複数の磁極を有しているので、交流発電機からはこの磁極数と車速とに関連する周波数からなる交流信号が出力される。このため、通常自転車で用いられるような、たとえば車輪に付けた磁石を検出する速度センサから得られる速度信号に比べて１回転当たり多くのパルス信号を交流信号から得ることができる。したがって車速を１回転の間に細かく検出することができ、リアルタイムで高精度の変速制御を行える。また、交流発電機１９からの交流信号に基づき制御しているので、従来のように車輪の近くに変速制御ユニット１２を配置する必要がなくなり、変速制御ユニット１２の装着位置が制限されない。
【００３８】
また、従来、昼間は使用していなかった交流発電機１９の電力を変速制御ユニット１２で有効に利用できるようになる。
さらに、光センサ３６からの検出出力によりバックライト２４ｂのオンオフ及び光量の制御を行っているので、電力の消費を抑えて周囲の状況に応じた好適な表示条件で表示制御できる。
【００３９】
つぎに、変速制御部２５の制御動作について図８〜図１２に示す制御フローチャートに基づいて説明する。
電源が投入されると、図９のステップＳ１で初期設定を行う。ここでは、速度算出用の周長データが、たとえば２６インチ径にセットされ、さらに各種のフラグがリセットされる。
【００４０】
ステップＳ２〜ステップＳ７では、ナイトフラグＮＦのオンオフ処理を行う。ナイトフラグＮＦは昼夜の別を識別するためのフラグであり、周囲の照度ＩＬが１５ルクス以下になるとオンし、オンしてから２０ルクス以上になるとオフする。具体的には、ステップＳ２で光センサ３６から照度ＩＬを取り込む。ステップＳ３では、すでにナイトフラグＮＦがオンしている（＝１）か否かを判断する。ナイトフラグＮＦがオンしていない場合は、ステップＳ４に移行し、照度ＩＬが１５ルクス以下か否かを判断する。１５ルクス以下の場合にはステップＳ５に移行してナイトフラグＮＦをオンする。１５ルクスを超える場合はこの処理をスキップしてステップＳ８に移行する。
【００４１】
ナイトフラグＮＦがすでにオンしている場合には、ステップＳ３からステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、照度ＩＬが２０ルクス以上か否かを判断する。照度ＩＬが２０ルクス以上の場合にはステップＳ７に移行してナイトフラグＮＦをオフする。照度ＩＬが２０未満の場合にはステップＳ７をスキップしてステップＳ８に移行する。
【００４２】
ステップＳ８では、図１０に示す表示処理を行う。ステップＳ９では、操作ダイヤル２３がパーキング（Ｐ）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ１０では、操作ダイヤル２３が自動変速１（Ａ１）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ１１では、操作ダイヤル２３が自動変速２（Ａ２）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ１２では、操作ダイヤル２３が自動変速３（Ａ３）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ１３では、操作ダイヤル２３が手動変速（Ｍ）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ１４では、タイヤ径入力等の他の処理が選択されたか否かを判断する。
【００４３】
操作ダイヤル２３がＰ位置に回されパーキング（Ｐ）モードにセットされた場合には、ステップＳ９からステップＳ１５に移行する。ステップＳ１０では、パーキング（Ｐ）処理を実行する。操作ダイヤル２３がＡ１位置に回され自動変速１モードがセットされた場合には、ステップＳ１０からステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、図１１に示す自動変速１（Ａ１）処理を実行する。操作ダイヤル２３がＡ２位置に回され自動変速２モードがセットされた場合には、ステップＳ１１からステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７では、自動変速１（Ａ１）処理と同様な自動変速２（Ａ２）処理を実行する。操作ダイヤル２３がＡ３位置に回され自動変速３モードがセットされた場合には、ステップＳ１２からステップＳ１８に移行する。ステップＳ１８では、自動変速１（Ａ１）処理と同様な自動変速３（Ａ３）処理を実行する。操作ダイヤル２３がＭ位置に回され手動変速モードがセットされた場合には、ステップＳ１３からステップＳ１９に移行する。ステップＳ１９では、図１２に示す手動変速（Ｍ）処理を実行する。他の処理が選択された場合にはステップＳ１４からステップＳ２０に移行し、選択された処理を実行する。
【００４４】
ステップＳ８の表示処理では、図１０のステップＳ２１で、ナイトフラグＮＦがオン（＝１）しているかか否かを判断する。ナイトフラグＮＦがオンしている、つまり夜間のときには、ステップＳ２２に移行しバックライト２４ｂやランプ１８ａが点灯しているか否かを判断する。点灯していると判断するとステップＳ２３に移行し、種々の表示処理を行いメインルーチンに戻る。点灯していないと判断するとステップＳ２８，Ｓ２９に移行し、バックライト２４ｂを第１光量Ｌ１で点灯するとともにランプ１８ａを点灯し、ステップＳ２３に移行する。このように所定光量以下になり、ナイトフラグＮＦがオンしているときは、バックライト２４ｂがぼんやり点灯する。
【００４５】
ナイトフラグＮＦがオフしている、つまり昼間のときには、ステップＳ２１からステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５では、バックライト２４ｂやランプ１８ａが消灯しているか否かを判断する。消灯している場合はステップＳ２３に移行する。消灯していない場合には、ステップＳ２６，Ｓ２７に移行し、バックライト２４ｂ及びランプ１８ａを消灯し、ステップＳ２３に移行する。
【００４６】
ここでは、バックライト２４ｂやランプ１８ａを周囲の照度に応じてたとえば、オンオフするので、周囲の状況に合わせて各種の情報が視認しやすくなり、液晶表示部２４ａに好適な表示条件で各種の情報を表示できる。しかも、夜間であってもバックライト２４ｂの光量を絞っているので、電力の無駄な消費を抑えることができる。
【００４７】
ステップＳ１５のパーキング（Ｐ）処理では、内装変速ハブ１０をロック状態にしたり、内装変速ハブ１０のロック状態を解除するための暗証を登録する暗証登録処理やロック状態を解除するための暗証入力処理及び照合を行う暗証照合処理などの処理を操作ボタン２１，２２の操作に応じて実行したりする。
ステップＳ１６の自動変速１（Ａ１）処理では、車速Ｓに応じた変速段に動作位置ＶＰをセットする。そして、それから外れている場合には、１段ずつ近づく方向に変速する。ここでは、図１１のステップＳ３１で、動作位置センサ４７の動作位置ＶＰを取り込む。ステップＳ３２では、交流発電機１９からの速度信号により自転車の現在の車速Ｓを取り込む。ステップＳ３３では、取り込んだ現在の車速Ｓが図７に示したような動作位置センサ４７の動作位置ＶＰに応じた上りしきい値Ｕ（ＶＰ）を超えているか否かを判断する。ステップＳ３４では、取り込んだ現在の車速Ｓが動作位置センサ４７の動作位置ＶＰに応じた下りしきい値Ｄ（ＶＰ）より下がっているか否かを判断する。
【００４８】
現在の車速Ｓが図７に示した現在の変速段に応じた上りしきい値Ｕ（ＶＰ）を超えた場合にはステップＳ３３からステップＳ３５に移行する。たとえば、変速段が２速のとき（ＶＰ＝２）、車速Ｓが２２．６ｋｍ／ｈより速くなるとこの判断が「Ｙｅｓ」となる。ステップＳ３５では、変速段が３速か否かを判断する。３速のときはそれ以上シフトアップできないので、何も処理せずにステップＳ３４に移行する。３速未満のときには、ステップＳ３６に移行し、変速段を１段シフトアップするために動作位置ＶＰを１つ上げてステップＳ３４に移行する。これにより、変速モータ４５が動作して内装変速ハブ１０が１段シフトアップする。
【００４９】
現在の車速Ｓが、図７に示した現在の変速段に応じた下りしきい値Ｄ（ＶＰ）より下がっている場合にはステップＳ３４からステップＳ３７に移行する。たとえば、変速段が２速のとき（ＶＰ＝２）、車速Ｓが１５．２ｋｍ／ｈより遅くなるとこの判断が「Ｙｅｓ」となる。ステップＳ３７では、変速段が１速か否かを判断する。１速のときは何も処理せずにメインルーチンに移行する。２速以上のときには、ステップＳ３８に移行し、変速段を１段シフトダウンするために動作位置ＶＰを１つ下げてメインルーチンに戻る。これにより、変速モータ３５が動作して内装変速ハブ１０が１段シフトダウンする。
【００５０】
ステップＳ１７，Ｓ１８の自動変速２，３（Ａ２，Ａ３）処理は、自動変速１（Ａ１）処理としきい値が異なるだけで処理内容は同じであるので説明を省略する。
ステップＳ１９の手動変速（Ｍ）処理では、操作ボタン２１，２２の操作により１段ずつ変速する。図１２のステップＳ５１で、動作位置センサ４７の動作位置ＶＰを取り込む。ステップＳ５２では、操作ボタン２１が操作されたか否かを判断する。ステップＳ５３では、操作ボタン２２が操作されたか否かを判断する。操作ボタン２１が操作されるとステップＳ５２からステップＳ５４に移行する。ステップＳ５４では、ナイトフラグＮＦがオンしているか否か、つまり夜間か否かを判断する。昼間の場合にはステップＳ５５に移行し、バックライト（ＢＬ）２４ｂを第１光量（ぼんやりとした光量）Ｌ１で点灯する。夜間の場合はステップＳ５６に移行し、バックライト（ＢＬ）２４ｂを第２光量（明るい光量）Ｌ２で点灯する。点灯されたバックライト２４ｂはこの後たとえば３０秒間点灯する。具体的には、ステップＳ５５では、オンオフ用の第４バイポーラトランジスタＱ４を３０秒間オンし、ステップＳ５６では、オンオフ用の第４バイポーラトランジスタＱ４と切換用の第３バイポーラトランジスタＱ３とを３０秒間オンする。
【００５１】
ステップＳ５７では、現在の動作位置ＶＰにより３速か否かを判断する。現在の変速段が３速ではない場合にはステップＳ５８に移行し、動作位置ＶＰを１つだけ高速段側に移行して１段シフトアップする。現在の変速段が３速の場合にはこの処理をスキップする。
操作ボタン２２が操作されるとステップＳ５３からステップＳ６０に移行する。ステップＳ６０〜ステップＳ６２では、ステップＳ５４〜ステップＳ５６と同様なバックライト制御処理を行う。ステップＳ６３では、現在の動作位置ＶＰにより１速か否かを判断する。現在の変速段が１速ではない場合にはステップＳ６４に移行し、動作位置ＶＰを１つだけ低速段側に移行して１段シフトダウンする。現在の変速段が１速の場合にはこの処理をスキップする。
【００５２】
このように、本実施形態では、昼夜に応じてバックライト２４ｂのオンオフを制御するとともに、キー入力をするとバックライト２４ｂが点灯するので、周囲の状況に合わせて各種の情報を好適な表示条件で表示できるとともに、入力内容を確実に確認できる。
〔他の実施形態〕
（ａ）前記実施形態では、バックライト駆動回路２４ｃにおいて、第３及び第４抵抗としての第２抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂを直列に接続したが、図１３に示すように、バックライト駆動回路１２４ｃにおいて、第３及び第４抵抗としての第２抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂを並列に接続し、第２抵抗２ｂに第３バイポーラトランジスタＱ３を直列に接続してもよい。
【００５３】
（ｂ）図１４及び図１５に示すように、バックライト駆動回路２２４ｃを接合形のＮ又はＰチャンネル電界効果トランジスタＪ１を用いて構成してもよい。この場合、接合形電界効果トランジスタは、ゲート−ソース間の電位差が零のとき最大電流が流れ、ゲート−ソース間の電位差に応じて電流を所定値に設定できることを利用している。ここでは、ゲートとソースとの間に配置された抵抗Ｒ６によりゲート−ソース間に所定の電位差を生じさせてドレイン−ソース間に流れる電流を制限している。このため、電流供給回路及び電流制限回路を１つの素子で実現でき、バックライト２４ｂに流れる電流の変動を少ない部品点数で抑えることができる。
【００５４】
（ｃ）図１６及び図１７に示すように、バックライト駆動回路３２４ｃをＮＰＮ又はＰＮＰバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２を用いて構成し、オンオフや光量切換を行わないようにしてもよい。この場合の構成及び作用は、前記実施形態と同様なため説明を省略する。
（ｄ）前記実施形態では、照明装置の一例として液晶表示装置２４のバックライト２４ｂを例に説明したが、本発明の照明装置は、バックライトに限定されず、たとえば前照灯（ランプ１８ａ）や自転車の尾灯１８ｂも含む。
【００５５】
（ｅ）前記実施形態では、光源としてＬＥＤを例示したが、光源は、フィラメントを有する電球でもよい。電球を光源として使用した場合、図８を変形した図１８に示すように、駆動装置４２４ｃにおいて、オンオフ用の第４バイポーラトランジスタＱ４のゲートにたとえばＰＷＭ回路から６０ヘルツ程度の信号を印加するとよい。これにより、常時オンするより光源の光量は減少するが、図８や図１３に示した回路によって光量を調節するより、ＰＷＭ回路のオンオフ比（デューティ比）を可変とすることにより比較的エネルギー効率よく光量を調節できる。したがって、図１８に示す例では、図８と異なり光量を二段階に切り換える光量切換回路は設けていない。
【００５６】
（ｆ）前記実施形態では、交流電源としてハブダイナモを例示したが、通常の車輪のリムやタイヤに接触して回転するダイナモを交流電源としてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、変動する電圧の最小値以上の電圧が確保されているとき、能動抵抗回路を用いた電流制限回路により照明装置に供給される電流が一定値に制限される。このため、電圧が変動しても電流が変動しにくくなり、バックライトの光量の変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を採用した自転車の側面図。
【図２】内装変速ハブと変速制御ユニットとダイナモハブとの接続関係を示す模式図。
【図３】変速制御ユニットの側面断面図。
【図４】変速制御ユニットの平面断面図。
【図５】変速操作部の斜視図。
【図６】変速制御ユニットの構成を示すブロック図。
【図７】各自動変速モード毎の変速タイミングを示すテーブル。
【図８】バックライト駆動回路の一例を示す回路図。
【図９】変速制御部のメインルーチンの制御フローチャート。
【図１０】表示処理の制御フローチャート。
【図１１】自動変速１（Ａ１）処理の制御フローチャート。
【図１２】手動変速（Ｍ）処理の制御フローチャート。
【図１３】他の実施形態の図８に相当する回路図。
【図１４】他の実施形態の図８に相当する回路図。
【図１５】他の実施形態の図８に相当する回路図。
【図１６】他の実施形態の図８に相当する回路図。
【図１７】他の実施形態の図８に相当する回路図。
【図１８】他の実施形態の図８に相当する回路図。
【符号の説明】
１８ａ　ランプ
１８ｂ　尾灯
１９　交流発電機
２０　変速操作部
２４　液晶表示装置
２４ａ　液晶表示部
２４ｂ　バックライト
２４ｃ　バックライト駆動回路
２５　変速制御部
５０　電流供給回路
５１　電流制限回路
５２　光量切換回路
５３　オンオフ制御回路
Ｊ１　電界効果トランジスタ
Ｑ１〜Ｑ４　第１〜第４バイポーラトランジスタ
Ｒ１　第１抵抗
Ｒ２，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ　第２抵抗

Claims

電圧が変動する電源からの電力により、自転車に搭載される照明装置を駆動する自転車用照明装置駆動装置であって、
前記電源からの直流電流を前記照明装置に供給する電流供給手段と、
前記変動する電圧の最小値以上の電圧が確保されているとき、前記照明装置に供給する電流を能動抵抗回路を用いて制限する電流制限手段と、
を備えた自転車用照明装置駆動装置。
前記照明装置は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用している、請求項１に記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記照明装置は、光源としてフィラメントを有する電球を使用している、請求項１に記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記照明装置は、前記自転車に搭載される液晶表示装置のバックライトである、請求項１から３のいずれかに記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記照明装置は、前記自転車に搭載される前照灯である、請求項１から４のいずれかに記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記照明装置は、前記自転車に搭載される尾灯である、請求項１から５のいずれかに記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記電流供給手段及び電流制限手段は、前記電源と前記照明装置との間に直列に接続されたＰ又はＮチャンネル接合型電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタのゲートとソースとの間で所定の電圧降下を生じさせるための抵抗とを有する、請求項１から６のいずれかに記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記電流供給手段は、前記電源と前記照明装置との間に配置された第１バイポーラトランジスタと、前記第１バイポーラトランジスタのベースと前記電源とに接続され前記第１バイポーラトランジスタをオンして電流を供給するための第１抵抗とを有し、
前記電流制限手段は、前記電源と前記照明装置との間で前記第１バイポーラトランジスタと並列に接続されかつ前記第１抵抗にコレクタが接続された第２バイポーラトランジスタと、前記第２バイポーラトランジスタのベースとエミッタとに接続され前記第２バイポーラトランジスタをオンして電流を制限するための第２抵抗とを有する、請求項１から６のいずれかに記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記照明装置の光量を複数段階に切り換える光量切換手段をさらに備える、請求項８に記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記光量切換手段は、第１光量と前記第１光量より光量が多い第２光量との２段階に前記照明装置の光量を切り換える、請求項９に記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記光量切換手段は、前記電源と前記第１バイポーラトランジスタのエミッタとの間に直列に配置された第３及び第４抵抗と、前記電源と前記第３及び第４抵抗の中間ノードに接続された第３バイポーラトランジスタとを有する、請求項１０に記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記光量切換手段は、前記電源と前記第１バイポーラトランジスタのエミッタとの間に並列に配置された第３及び第４抵抗と、前記第３抵抗に直列に接続された第３バイポーラトランジスタとを有する、請求項１０に記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記照明装置をオンオフ制御するオンオフ制御手段をさらに備える、請求項８から１２のいずれかに記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記オンオフ制御手段は、前記第１抵抗と前記電源との間に配置された第４バイポーラトランジスタを有する、請求項１３に記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記電源は、前記自転車の回転部に取り付けられたダイナモより供給された交流電源を整流して得られた直流電源である、請求項１から１４のいずれかに記載の自転車用照明装置駆動装置。
前記交流電源は、前記自転車の回転部としての自転車のハブに取り付けられたハブダイナモである、請求項１５に記載の自転車用照明装置駆動装置。