JP2016084133A - シフタ、および、特に自転車の電動シフト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】扱いやすく改善された電動シフト装置を実現すること。【解決手段】シフタ（５）は、永久磁石（１３）を有するシャフト（１２）を備えており、シフタ（５）に配置された電気エネルギー生成装置（６）は、少なくとも１つのコイル（１５，１６）を含む第１のコイルシステム（１４）を備えたＵ字形の第１のフェライトコア（１１）を有し、前記シャフト（１２）は、前記永久磁石（１３）と前記第１のフェライトコア（１１）とが閉回路を成すように、当該シャフトの軸方向に変位可能であることを特徴とするシフタ。【選択図】図２

Description

本発明は、たとえばシフト動作のための電気エネルギーを生成するエネルギー生成装置を備えたシフタと、特に、自転車の電動シフト装置とに関する。

最近では、電気的駆動装置を用いて２つの変速段間においてシフト動作を行う、自転車用の電動シフトシステムが、ますます提供されてきている。これにより、高速かつ効果的なシフトを実現することができる。この電動シフトシステムは、シフトを行うための電気的駆動装置のために電気エネルギーを供給する電池を備えている。電動シフト機構は比較的小型に構成されているので、エネルギーを供給する電池はしばしば、他の位置に配置されることが多い。また、シフト動作を電動で実行できるようにするためには、電池の充電レベルが十分であることを常時保証しなければならない。さらに、電池は、規定された温度領域内でしか使用することができず、電池の交換はしばしば、骨が折れる作業であることが多い。

よって、扱いやすく改善された電動シフト装置を実現するのが望まれている。

本発明の第１の実施例の自転車の概略図である。 前記第１の実施例の、エネルギー生成装置を備えたシフタの概略図である。 第２の実施例の、エネルギー生成装置を備えたシフタの概略図である。

請求項１に記載の構成を備えた本発明のシフタは、当該シフタに配置されたエネルギー生成装置を含む。前記エネルギー生成装置は、シフタの操作中に電気エネルギーを生成する。この電気エネルギーの生成では、運転者によってシフタに加わった力が電気エネルギーに変換される。さらに、前記シフタは、永久磁石を有するシャフトも備えている。エネルギー生成装置は、少なくとも１つのコイルを含む第１のコイルシステムを備えた、実質的にＵ字形である第１のフェライトコアを含む。前記シャフトは、永久磁石と第１のフェライトコアとが閉磁路を成すように、当該シャフトの軸方向に変位可能である。永久磁石によって前記回路が閉じられると直ちに、前記少なくとも１つのコイルを介して電圧を取り出すことができ、この電圧は、電動式の前記シフト動作に用いられる。

従属請求項に本発明の有利な実施形態を記載する。

前記シフタはさらに好適には、当該シフタを初期位置に戻す復帰部材を、特にばねを備える。これに代えて択一的に、前記シャフトの軸方向にシフタを第１の位置と第２の位置との間で双方向シフトすることも可能である。

本発明の他の１つの有利な実施形態では、前記シフタはさらに、実質的にＵ字形である第２のフェライトコアも有し、この第２のフェライトコアには、少なくとも１つの別のコイルを含む第２のコイルシステムが設けられている。

前記第２のコイルシステムは有利には、前記シャフトにおいて、前記第１のコイルシステムに対向するように配置されている。

特に好適なのは、前記第２のコイルシステムが第１のコイルシステムから軸方向に間隔を置いてずらされていることである。このような構成によってたとえば、両コイルシステムのうち一方をシフトアップ用に構成し、かつ他方をシフトダウン用に構成することにより、自転車のシフト機構のシフトアップおよびシフトダウンを行うための構成を簡単に実現することができる。前記第１のコイルシステムは特に好適には、シフト機構のシフトアップのための電気エネルギーを生成するように構成されており、前記第２のコイルシステムは特に好適には、シフト機構のシフトダウンのための電気エネルギーを生成するように構成されている。これらの各磁路は好適には、永久磁石によって交互に閉じられる。

さらに好適なのは、前記シフタが、シフト終端位置に配置された機械的抵抗部を有することである。このような構成により、シフト動作についての機械的フィードバックが実現され、これによって運転者は、シフタがシフト動作を実施するのに十分に操作されたことを確信することができる。自転車の電動シフト装置の場合には、上述の構成によってとりわけ、前記機械的フィードバックにより、電気エネルギーを十分に生成するのに十分な距離を移動したことを保証することができる。

本発明はさらに、本発明のシフタを備えた、自転車の電動シフト装置にも関する。このような電動シフト装置の利点は、シフト機構へ電気エネルギーを供給するための電池が不要になり、シフト動作を電池レスで、エネルギー自給式で行うことができることである。このような利点を奏するために、本発明では、少なくとも２つの変速段と、変速段切替のための電気的駆動装置とを備えた少なくとも１つのシフト機構を有する、電池レスの電動シフト装置を提供する。さらに、前記変速段間にてシフトを行うように前記シフト機構を操作するために、本発明のシフタも設けられている。また、前記シフタの操作時に生成された電気エネルギーを前記変速段切替のために前記電気的駆動装置へ伝送するための伝送装置も設けられている。本発明ではこれにより、電動シフト機構ないしはその電気的駆動装置のための追加的な電池を設ける必要が無くなり、電池交換を行う必要も、また電池の配置を配置スペースに合わせて最適化する等の必要も無い、エネルギー自給式のシステムを実現することができる。

シフト動作の更なる自動化を実現するためには、前記電動シフト装置はさらに、制御ユニットと、運転者のペダル周波数を検出するためのペダル周波数センサと、運転者によりかけられたトルクを検出するための運転者トルクセンサとを備える。その際には前記制御ユニットは、前記シフタが運転者によって操作されたときに、前記ペダル周波数と、前記運転者によりかけられたトルクとに依存して、シフト機構をシフトアップするかまたはシフトダウンするかを判断するように構成されている。ここで、ペダル周波数が高く、かつトルクが小さい場合には、シフト要望時にアップ方向にシフトする。ペダル周波数が低く、かつトルクが大きい場合には、シフト要望時にダウン方向にシフトする。ここで特に好適なのは、ペダル周波数センサと運転者トルクセンサとが既に備えつけられている、電動および／または筋力により駆動可能な自転車において、本発明の電気的駆動装置を使用することである。このことにより、既に存在する自転車のシステムデータを、シフト要望の処理のために用いることが可能である。

前記シフタの操作時に生成されたエネルギーを伝送するための伝送装置は、有利にはケーブル等である。

さらに好適なのは、前記シフト機構を自転車の後輪に取り付けることである。さらに有利なのは、双方ともに本発明の電気エネルギー生成装置によって電気エネルギーが供給される、電動式の２つのシフト機構を設け、１つは後輪に設け、もう１つはペダルクランクに設けることである。

本発明はさらに、本発明のシフタおよび／または本発明の電動シフト装置を備えた自転車、とりわけ電動自転車にも関する。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

以下では図１および２を参照して、本発明のシフタ５と本発明の電動シフト装置２とを備えた自転車について、詳細に説明する。

自転車１は、当該自転車１の後輪９に電動シフト装置２を備えている。この電動シフト装置２は、それぞれ異なる変速比を成す複数のピニオンを有するシフト機構３と、当該シフト機構を操作するための電気的駆動装置４とを含む。

自転車１のハンドルに、前記シフト機構３のシフトを行うためのシフタ５が設けられている。これは、変速段切替を行おうとするときに運転者によって操作されるものである。シフタ５にはさらに、電気エネルギー生成装置６も設けられている。このエネルギー生成装置６については、図２にその詳細が示されている。シフタ５の操作時に生成された電気エネルギーを電気的駆動装置４へ伝送するための伝送装置として、ケーブル７が設けられている。

図２から分かるように、エネルギー生成装置６は、実質的にＵ字形のフェライトコア１１と、シャフト１２とを含む。シャフト１２には永久磁石１３が設けられている。さらに、第１のコイル１５と第２のコイル１６とを含むコイルシステム１４が、フェライトコア１１を囲うように配置されている。シャフト１２は、当該シャフトの軸方向Ｘ‐Ｘに変位可能であるように設けられている。この変位方向は、双方向矢印Ｂによって示されている。

シャフト１２の一端には戻しばね１７が設けられており、これはシャフト１２を、図２に示した初期状態に戻すものである。

さらに、エネルギー生成装置６は、突起８０と凹部８１とを包含する機械的抵抗部１８も備えている。シフタ５が操作されると、この突起８０によって機械的フィードバックを実現することができる。これについては、図２において矢印Ｆにより示されている。これによって自転車の運転者は、シフト動作が完了したことを示す触覚的フィードバックを得て、当該シフト動作のための電気エネルギーが生成されたことを確信することができる。

運転者が、図２において矢印Ｆによって示されているようにシフタを操作すると、シャフト１２は復帰部材１７に向かう方向に移動する。このようにして、永久磁石１３はＵ字形のフェライトコア１１とともに磁路を閉じる。このように磁路が閉じることにより、両コイル１５，１６において電圧を取り出すことができる。この電圧はその後、シフト機構３の電気的駆動装置４を操作するために用いることができる。このようにして、シフト機構の操作に必要な電気エネルギーがシフタ５の操作によって得られる、電池レスの電動シフト装置２を実現することができる。このことにより、電動シフト装置のための電池を削減することができ、電池の充電や交換が不要となる。さらに、電池の容量が限られていることに起因して、電動シフト装置の使用頻度が限られてしまうことも無くなる。また、電動シフト装置を、電池の使用可能領域に依存することなく、幅広い温度範囲で使用することもできる。その上、電池を自転車に取り付けなくても良くなるので、自転車の構成に関する自由度が大きくなる。

本実施例ではさらに、制御ユニット１０と、ペダル周波数センサと、運転者によってかけられたトルクを検出するためのトルクセンサとを設けることも可能である。ペダル周波数センサおよびトルクセンサは、図中には示されていない。その際には前記制御ユニット１０は、運転者が変速段切替のためにシフタ５を操作した場合、運転者のペダル周波数と、運転者によりかけられたトルクとに依存して、シフト機構３をシフトアップすべきかまたはシフトダウンすべきかを判断するように構成することができる。このような構成により、運転者が適正な変速段に入れられるようにシフト動作を更に支援することが可能となる。

図３に、本発明の第２の実施例の電動シフト装置を示しており、この実施例の電動シフト装置の大部分は、第１の実施例の電動シフト装置に相当する。図３には、相違点を有するエネルギー生成装置６のみを示している。

図３から分かるように、電気エネルギー生成装置６は２つの電気エネルギー生成装置を含む。エネルギー生成装置６は第１のフェライトコア１１と第２のコイルシステム２４とを備えており、第１のフェライトコア１１には、第１のコイル１５および第２のコイル１６を含む第１のコイルシステム１４が設けられており、第２のコイルシステム２４は、第２のフェライトコア２１と第３のコイル２５と第４のコイル２６とを有する。本実施例では、１つの共用のシャフト１２と、１つの共用の永久磁石１３とが設けられている。シフタが第１の方向に操作されたときの触覚的フィードバックを実現するために第１の機械的抵抗部１８が使用され、逆方向である第２の方向に当該シフタが操作されたときの触覚的フィードバックを実現するために第２の機械的抵抗部２８が使用される。これについては、図３でも双方向矢印Ｂによって示している。さらに、第２の復帰部材２７が設けられている。図３においても、エネルギー生成装置６の初期状態を示している。

シフタ５が操作されると、シャフト１２が当該シャフトの軸方向Ｘ‐Ｘの方向において一方向に移動し、これによって永久磁石１３が、第１のフェライトコア１１における磁路を閉じるか、または第２のフェライトコア２１における磁路を閉じる。これは、シャフトの移動方向に依存する。ここで、第１のフェライトコア１１における第１の磁路が閉じると、シフト機構３のシフトアップが行われ、第２のフェライトコア２１における第２の磁路が閉じると、当該シフト機構３のシフトダウンが行われるようにすることができる。このようにして運転者は、シフタ５を所定方向に動かすことにより、所望通りにシフトアップやシフトダウンを行わせることができる。本実施例ではシフタ５は、２方向から操作可能な双方向シフタ（ダブルシフタ）として構成されている。

本実施例では、各操作方向に対してそれぞれ機械的抵抗部１８ないしは２８が設けられている。

前記制御ユニット１０はもちろん、上述の第２の実施例でも用いることができ、検出されたペダル周波数ないしは運転者トルクから、シフト機構３においてシフトアップやシフトダウンを行わせることも可能であることに留意すべきである。

また、上記２つの実施例は双方とも、制御ユニットとペダル周波数センサと運転者トルクセンサとが既に設けられている電動自転車において使用するのが好適であることにも留意すべきである。これにより、上記構成要素において得られるデータを、上記電動シフト装置にも用いることができる。

１ 自転車
２ 電動シフト装置
３ シフト機構
４ 電気的駆動装置
５ シフタ
６ エネルギー生成装置
７ 伝送装置（ケーブル）
１１ フェライトコア
１２ シャフト
１３ 永久磁石
１４ コイルシステム
１５ 第１のコイル
１６ 第２のコイル
１７ 復帰部材（戻しばね）
１８ 機械的抵抗部
２１ 第２のフェライトコア
２４ 第２のコイルシステム
２５ 第３のコイル
２６ 第４のコイル
２７ 第２の復帰部材

Claims (10)

1. 電気エネルギー生成装置（６）を備えたシフタであって、
   前記電気エネルギー生成装置（６）は、前記シフタ（５）の操作時に電気エネルギーを生成するために、前記シフタ（５）に配置されており、
   前記シフタ（５）は、永久磁石（１３）を有するシャフト（１２）を備えており、
   前記電気エネルギー生成装置（６）は、少なくとも１つのコイル（１５，１６）を含む第１のコイルシステム（１４）を備えたＵ字形の第１のフェライトコア（１１）を有し、
   前記シャフト（１２）は、前記永久磁石（１３）と前記第１のフェライトコア（１１）とが閉回路を成すように、当該シャフトの軸方向に変位可能である
   ことを特徴とするシフタ。
2. 前記シフタは、当該シフタ（５）を初期位置に戻す復帰部材（１７，２７）を有する、
   請求項１記載のシフタ。
3. 第２のフェライトコア（２１）と少なくとも１つの別のコイル（２５，２６）とを含む第２のコイルシステム（２４）を備える、
   請求項１または２記載のシフタ。
4. 前記第２のコイルシステム（２４）は前記シャフト（１２）において、前記第１のコイルシステム（１４）に対向するように配置されている、
   請求項３記載のシフタ。
5. 前記第２のコイルシステム（２４）は、前記第１のコイルシステム（１４）から前記シャフト（１２）の軸方向に間隔（Ａ）を置いてずらされている、
   請求項３または４記載のシフタ。
6. 前記第１のコイルシステム（１４）は、シフト機構（３）のシフトアップのための電気エネルギーを生成し、
   前記第２のコイルシステム（２４）は、前記シフト機構のシフトダウンのための電気エネルギーを生成する、
   請求項３から５までのいずれか１項記載のシフタ。
7. 前記シフタ（５）は、シフト動作の機械的な触覚的フィードバックを生成するためにシフト終端位置に設けられた機械的抵抗部（１８，２８）を備えている、
   請求項１から６までのいずれか１項記載のシフタ。
8. 自転車の電動シフト装置において、
   ・少なくとも２つの変速段と、当該変速段の自動切替を行うための電気的駆動装置（４）とを備えたシフト機構（３）と、
   ・前記シフト機構（３）を操作するための、請求項１から７までのいずれか１項記載のシフタ（５）と、
   ・前記シフタ（５）の操作時に生成された電気エネルギーを、前記変速段の切替のために前記電気的駆動装置（４）へ伝送する伝送装置（７）と
   を有することを特徴とする電動シフト装置。
9. 前記装置はさらに、
   制御ユニット（１０）と、
   運転者のペダル周波数を検出するためのペダル周波数センサと、
   前記運転者によってかけられたトルクを検出するためのトルクセンサと
   を有し、
   前記制御ユニット（１０）は、前記シフタ（５）が前記運転者によって操作されたとき、前記ペダル周波数と前記運転者のトルクとに依存して、前記シフト機構（３）をシフトアップするかまたはシフトダウンするかを判断するように構成されている、
   請求項８記載の装置。
10. 請求項８または９記載の電動シフト装置を備えた自転車、とりわけ電動自転車。

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