JP3647965B2

JP3647965B2 - Bicycle automatic transmission operation device

Info

Publication number: JP3647965B2
Application number: JP05626596A
Authority: JP
Inventors: 義孝田村; 律夫西村; 信秋島田; 俊晴古川; 行佐藤
Original assignee: ブリヂストンサイクル株式会社
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2016-03-13
Also published as: JPH09240568A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、補助動力用モータを高効率の最適位置へ自動的にセットして変速操作を行う自転車の自動変速操作装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
速度検出センサーによって検出した走行速度に応じて変速操作を行う自動変速操作装置としては、例えば特公平３−１６３１６号公報に開示されている自転車用電動変速装置がある。
また、変速操作装置を乗り手が手動で操作する補助動力付き自転車も提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の自転車の電動変速装置には、次のような問題点がある。
（１）補助動力用モータの状態に関係なく変速操作するので、補助動力用モータの効率が低い走行となる。
（２）そのため、補助動力用モータがトルク不足や回転数不足を呈し、電池のロスが大きくなり、走行距離が伸びない。
本発明は、以上のような問題点を解決するために提案するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するため本発明においては、人力駆動の動力伝達装置と共に、電力駆動の補助動力装置及び変速装置を備えた自転車において、走行速度を検出する走行速度検出部と、ペダルを介して伝えた人力をトルクとして検出するトルク検出部と、後輪の変速機を操作する変速操作用モータを備えた変速操作駆動部と、前記走行速度検出部及びトルク検出部の出力並びに補助動力用モータの駆動電流を検出する電流センサーを有し補助動力用モータの効率が高い方へ変速機を操作して変速操作駆動部を制御するコントローラと、前記変速操作駆動部及びコントローラの電源となる電池とを具備して自転車の自動変速操作装置を構成する。
【０００５】
また本発明においては、前記した第１発明の自動変速操作装置において、自転車停止後の発進を、常にローの状態で行うようにして自転車の自動変速操作装置を構成する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の自動変速操作装置を電動自転車に装着した状態を示す全体側面図であり、図２はその自転車のハンガー部の伝動系の一部を断面で示す平面図であり、図３は図２のハウジング内の別の伝動系を一部断面で示す平面図であり、図４は図２のトルク検出部の分解斜視図である。
【０００７】
図中１（図１参照）は自転車の前輪、２は後輪、３は車体（フレーム）、４（図１〜３参照）はハンガー部に設けたハウジング、４ａ（図２参照）はハウジング４のサイドカバー、５はハウジング４の中心部に軸受６，７，８（図２参照）を介して回転自在に設けたクランク軸、９（図１参照）はクランクアーム、１０はペダルである。
【０００８】
また１１は軸受７を介してクランク軸５に回転自在に設けた前ギヤ（フロントスプロケット）、１２は後車軸１３に設けた後ギヤ（リヤスプロケット）、１４は前ギヤ１１と後ギヤ１２とにかけ渡したチェーンである。また１５は電動補助動力用のモータ、１６はその電源となるバッテリー、１７はバッテリー１６の電力を制御してモータ１５へ送給するコントローラである。
【０００９】
図２〜図４はクランクアーム９及びモータ１５より前ギヤ１１を駆動するための伝動系の一例を示すもので、５ａはクランク軸５に設けたスプライン軸部、１８はこのスプライン軸部５ａに嵌合した駆動円板、１９はこの駆動円板１８と、Ｕ字状のスプリングプレート２０Ａ，２０Ｂ（図４参照）を挟むようにクランク軸５に回転自在に設けた従動円板で、２１はこの従動円板１９に突設したスプリングプレート２０Ａ，２０Ｂの一端部の止めピンである。
【００１０】
また２２は、前記軸受６，７を介してハウジング４及びクランク軸５に対して回転自在に設けた出力歯車で、２３は、この出力歯車２２の内周と、従動円板１９のボス部との間に介挿した一方向クラッチである。また２４は駆動円板１８を外包すると共に、クランク軸５に対して軸方向に摺動自在に設けたスライドカップで、２４ａは駆動円板１８との摺動係合部であり、２４ｂは従動円板１９に設けたカム部１９ａと係合してスライドカップ２４を図２の左側へ押すためのカム部である。
【００１１】
また２５はスライドカップ２４と前記軸受８との間のクランク軸５に嵌合したコイルばねであり、２６は接触子２６ａがスライドカップ２４の壁面と係合するようにハウジング４に固定して設けたポテンションメータであり、このポテンションメータ２６の出力信号を前記コントローラ１７へ導入してモータ１５を制御するようになっている。
【００１２】
また１５ａはモータ１５の出力軸で、２７はこの軸１５ａに固着した歯車、２８（図３参照）は歯車２７と噛合する歯車、２９は軸、３０は歯車２８と噛合する歯車で、一方向クラッチ３１を介して軸３２に設けてある。３３は軸３２の軸受である。３４は軸３２と一体に形成した歯車、３５は歯車３４と噛合する歯車で、軸３６に固着してある。３７は軸３６の両端部に設けた軸受、３８は前記出力歯車２２と噛合するように軸３６に固着して設けた歯車である。
【００１３】
つぎに上述のように構成した補助動力付き自転車の作用を説明する。クランクアーム９のペダル１０を踏んでクランク軸５が回転すると、スプライン軸部５ａとスプライン嵌合している駆動円板１８に回転が伝えられ、さらにこの駆動円板１８からスプリングプレート２０Ａ，２０Ｂ、ピン２１、従動円板１９、一方向クラッチ２３、出力歯車２２を介して前ギヤ１１に回転が伝えられる。前ギヤ１１が回転すればチェーン１４を介して後ギヤ１２が回転するから、それと共に後輪２が回転して自転車が走行する。なおこの場合、出力歯車２２が回転すれば、これと噛合する歯車３８，３５，３４も回転するが、歯車３４の回転は一方向クラッチ３１の作用によって歯車３０には伝わらないようになっている。
【００１４】
また自転車の走行中にクランク軸５にかかるトルクが増大すると、駆動円板１８と従動円板１９との間のＵ字状のスプリングプレート２０Ａ，２０Ｂが撓んで、カム部１９ａと２４ｂとが摺動する結果、スライドカップ２４が図２の左方へ移動してポテンションメータ２６の接触子２６ａを押すことによって、ポテンションメータ２６が信号を出力してコントローラ１７を介してモータ１５を駆動する。モータ１５が回転すれば、歯車２７，２８，３０、一方向クラッチ３１、軸３２、歯車３４，３５、軸３６、歯車３８，２２を介して前ギヤ１１がモータ１５によって補助駆動される。
【００１５】
本実施例は、上述した電動自転車に自動変速操作装置を装着したもので、走行速度を検出するための走行速度検出部Ａとしては、図１に示すように、後輪２のスポーク２ａの一つに磁石３９を固定すると共に、自転車のフレーム３のチェーンステー３ａに、磁石３９の回転を検知する検出部としてのリードスイッチ４０を設ける。このようにすれば、自転車が走行して後輪２が回転すると、スポーク２ａに固定した磁石３９が後輪２と共に回転し、その回転をリードスイッチ４０が検知するから、それによって自転車の走行速度を検出することができる。
【００１６】
また他の走行速度検出手段としては、図２に示すように、前記した出力歯車２２の歯先に対抗するクランク軸回転センサー４１をハウジング４に固定して設ける。このようにすれば、クランク軸５が回転すると共に、出力歯車２２が回転すると、その歯先部の凹凸をクランク軸回転センサー４１が走行速度と比例するパルス数としてカウントすることができる。
【００１７】
また自転車のペダル１０とクランクアーム９を介して伝えられる人力によるトルクのトルク検出部Ｂは、前記したスライドカップ２４とポテンションメータ２６等によって構成することができる。すなわちペダル１０を介して伝えられる人力によるトルクが小さければ、ポテンションメータ２６による出力信号が小さく、人力によるトルクが大きければ、ポテンションメータ２６による出力信号も大きくなる。
【００１８】
また図１及び図５に示すＣは、後輪２のハブ内装変速機Ｄを操作する変速操作用モータ４２を備えた変速操作駆動部で、４３はそのケース、４４（図５参照）はモータ４２の軸に固着したピニオンギヤ、４５はピニオンギヤ４４と噛合する第２ギヤ、４６は第２ギヤ４５の軸に固着した小径の第３ギヤ、４７は第３ギヤ４６と噛合する大径の第４ギヤ、４８はその軸、４９は軸４８に固着したリールプーリー、５０はこのプーリー４９に巻き付けた変速操作ワイヤー、５１は軸４８に固着したホイールで、多数の突起をその外周に分布してある。５２はそのホイール５１の外周に設けた近接スイッチである。
【００１９】
また図６は、後輪２のハブ２ｂ内に設けたハブ内装変速機Ｄと、その変速操作装置を示すもので、５３は後車軸１３内に摺動自在に設けたシフトロッド、５４はシフトロッド５３を操作するためのカム、５５はその軸、５６は軸５５に固着したリールで、５０はこのリール５６に巻き付けた変速操作ワイヤーである。
【００２０】
また図７は、図１に示した前記磁石３９とリードスイッチ４０とによる前記走行速度検出部Ａと、図２のポテンションメータ２６をトルクセンサーとするトルク検出部Ｂの出力をマイコン５７によって処理して、図１及び図５に示した変速用モータ４２による変速操作駆動部Ｃを制御するコントローラ１７の制御系統図である。
【００２１】
図中１６は電池、ＳＷは電池１６とコントローラ１７との間の回路に介挿したスイッチ、２６はマイコン５７に入力するトルクセンサー（図２参照）、４１は同じくマイコン５７に入力するクランク軸回転センサー（図２参照）、５８は電池１６とマイコン５７とを接続する回路中に設けたスイッチング回路で、ＦＥＴはそのスイッチング回路５８内の電界効果トランジスタ、Ｆ／Ｆはフリップフロップ回路である。また５９はスイッチング回路５８とマイコン５７との間に設けた電流センサーでＡ₁はアンプである。
【００２２】
また補助動力用モータ１５は、電池１６とマイコン５７とを接続する回路に設けたダイオードＤ₁に対して、リレーＲ_yを介して並列に接続されている。また変速用モータ４２はモータドライバ６０を介してマイコン５７と接続されている。また６１は変速用モータ４２と接続した変速操作駆動部Ｃ（図５参照）と、ハブ内装変速機Ｄ（図６参照）とよりなる減速機で、５２は変速操作駆動部Ｃの近接スイッチ（図５参照）で、その出力はマイコン５７に入力するようにしている。また５３は図６に示すハブ内装変速機Ｄのシフトロッド（シフター）である。また６２はマイコン５７に接続した表示用ＬＥＤである。
【００２３】
本発明においては図１〜図７に示すように、走行速度を検出する走行速度検出部Ａと、ペダル１０を介して伝えた人力をトルクとして検出するトルク検出部Ｂと、後輪２の変速機Ｄを操作する変速操作用モータ４２を備えた変速操作駆動部Ｃと、前記走行速度検出部Ａ及びトルク検出部Ｂの出力並びに補助動力用モータ１５の駆動電流を検出する電流センサー５９を有し補助動力用モータ１５の効率が高い方へ変速機Ｄを操作して変速操作駆動部Ｃを制御するコントローラ１７と、前記変速操作駆動部Ｃ及びコントローラ１７の電源となる電池１６とによって自転車の自動変速操作装置を構成する。
【００２４】
また本発明においては、前記した第１発明の自動変速操作装置において、自転車停止後の発進を、常にローの状態で行うようにしてもよい。
【００２５】
本発明装置は上述のように構成したから、人力によるトルクはクランク軸５に設けたスプリングプレート２０Ａ，２０Ｂの撓みによって変位するスライドカップ２４の移動を検出するポテンションメータ２６によって得られ、自転車の速度は前記したリードスイッチ４０またはクランク軸回転センサー４１によって得られ、これらのトルク値と速度に応じて変速操作駆動部Ｃのモータ４２を駆動する。このモータ４２の回転は歯車４４，４５，４６，４７からなる減速装置を介してリールプーリー４９に伝えられる。
【００２６】
リールプーリー４９の回転によって変速操作ワイヤー５０が図６の矢印Ａ，Ｂのように移動し、それによってカム５４が矢印Ｃ，Ｄのように回動することにより、シフトロッド５３を矢印Ｅ，Ｆのように作動させることによって、ハブ内装変速機Ｄの変速制御をする。
【００２７】
図８は、横座標に時間（ｔ）をとり、縦座標に発進時におけるペダリングによる発生トルク（Ｔ）をとって示したトルクの波形曲線Ｍを示すものである。この特性曲線から判るように、自転車の発進時には大きなトルクが必要であるから、本発明においては、自転車の停止後の発進は、常にローの状態で行うようにする。
【００２８】
また図８の波形曲線Ｍの各波形間の谷部Ｍ₁はトルクＴが小さいから、本発明においては、自転車の変速を、乗り手の駆動トルクＴが極小値Ｍ₁近くになった時に行うようにする。
【００２９】
また図９は、補助動力用モータの特性の一例を示すモータ特性図であり、横座標にトルク（ｋｇｆ−ｃｍ）をとり、縦座標に電流（Ａ）と、回転数（ｒ．ｐ．ｍ）と、効率（％）をとって示したものである。図中直線Ａは電流を示し、直線Ｂは回転数を示し、曲線Ｃは効率を表すものである。この場合垂直線Ｄが最適ラインであるから、ゾーンＺ_b及びゾーンＺ_c内に入るようにモータのトルク（電流）を自動調整すれば、モータの効率がベスト域内に入る。
【００３０】
また図１０は、本発明の動作を示すフローチャートであり、図１１は図１０のシフトダウン処理部の詳細図であり、図１２は図１０のシフトアップ処理部の詳細図である。
【００３１】
また図１３は、本発明における各変速位置での補助動力駆動トルクと、走行速度との関係を示す性能線図であり、横座標に速度（ｋｍ−ｈ）をとり、縦座標にトルク（ｋｇｆ−ｍ）をとって示したものである。図中直線Ｌはローギヤ時であり、直線Ｍはミッドギヤ時であり、直線Ｔはトップギヤ時の特性を示すものである。なお図中の斜線部分は補助動力範囲を示している。
【００３２】
本発明装置は上述のように構成したから、発進時は速度が低く、トルクが大きいため、変速ポジションはローギヤになっている。また走行中は、発進後速度の上昇に伴い、必要トルクが低下し、補助動力用モータ１５の電流は低下する。このため、補助動力用モータ１５の効率が所定の値より低下する。そこで、マイコン５７でモータドライバ６０を駆動することによって変速用モータ４２を駆動し、図６のワイヤ５０を減速機Ｃ（図５参照）を介してシフトアップ動作を行う。この時、ワイヤ５０の操作量は変速操作駆動部Ｃのホイール５１の回転量で設定し、この値は近接スイッチ５２から出力されるパルス数をカウントし、規定値になるまでモータドライブ６０で変速用モータ４２を駆動することによって走行に適したギヤポジションとする。
【００３３】
また、走行中、坂道等にさしかかって負荷の大きい状態になると、トルク検出手段の値にしたがって補助動力用モータ１５の電流値が大きくなる。このため、このモータ１５の効率が悪化するから、モータ１５の効率が向上する方向であるシフトダウン動作が行われる。すなわち、マイコン５７によって、前記とは逆向きに変速用モータ４２を回転させるようにモータドライバ６０が信号を出し、変速用モータ４２を駆動する。この時の変速用ワイヤ５０の操作量は、前記同様に近接スイッチ５２から出されたパルス数をカウントして、マイコン５７よりモータドライブ６０に停止コントロール信号を出すことで設定される。
【００３４】
走行停止時は、速度の低下と共に、補助動力用モータ１５の電流値が低下する。このため、シフトダウンを行い、速度に応じたギヤポジションとなる。完全に停止した状態ではローギヤとなっている。変速動作は前記と同様に行われる。
【００３５】
【発明の効果】
上述のように構成したから、本発明装置によれば次のような効果が得られる。
（１）モータ効率の高いところで走行できるので、電池の消耗量が少なくなり、走行距離が伸びる。
（２）適正なギヤ比で走行できるので、モータのトルク不足や回転数不足を解消できると共に、モータや電池の小型化が図れる。
（３）ローギヤで発進できるので、走行発進が滑らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動変速操作装置を電動自転車に装着した状態を示す全体側面図である。
【図２】本発明装置を装着した電動自転車のハンガー部の伝動系の一部を断面で示す平面図である。
【図３】図２のハウジング内の別の伝動系を一部断面で示す平面図である。
【図４】図２のトルク検出部の分解斜視図である。
【図５】本発明装置の変速操作駆動部の内部を示す断面図である。
【図６】本発明装置の変速操作端部と後輪ハブの内装変速機との関係を示す一部断面図である。
【図７】本発明装置の制御系統図である。
【図８】自転車の発進時における人力による発生トルクと時間との関係を示す駆動トルク波形図である。
【図９】補助動力用モータの特性の一例を示すモータ特性線図である。
【図１０】本発明の動作を示すフローチャートである。
【図１１】図１０のシフトダウン処理部の詳細図である。
【図１２】図１０のシフトアップ処理部の詳細図である。
【図１３】本発明の各変速位置における、人力駆動トルクと走行速度との関係を示す性能線図である。
【符号の説明】
１前輪
２後輪
３車体（フレーム）
４ハウジング
４ａサイドカバー
５クランク軸
６，７，８軸受
９クランクアーム
１０ペダル
１１前ギヤ（フロントスプロケット）
１２後ギヤ（リヤスプロケット）
１３後車軸
１４チェーン
１５モータ
１６バッテリー（電池）
１７コントローラ
１８駆動円板
１９従動円板
１９ａカム部
２０Ａ，２０Ｂスプリングプレート
２１止めピン
２２出力歯車
２３一方向クラッチ
２４スライドカップ
２４ａ摺動係合部
２４ｂカム部
２５コイルばね
２６ポテンションメータ
２６ａ接触子
２７，２８歯車
２９軸
３０歯車
３１一方向クラッチ
３２軸
３３軸受
３４，３５歯車
３６軸
３７軸受
３８歯車
Ａ走行速度検出部
３９磁石
４０リードスイッチ
４１回転センサー
Ｂトルク検出部
Ｃ変速操作駆動部
Ｄハブ内装変速機
４２変速操作用モータ
４３ケース
４４ピニオンギヤ
４５第２ギヤ
４６第３ギヤ
４７第４ギヤ
４８軸
４９リールプーリー
５０変速操作ワイヤー
５１ホイール
５２近接スイッチ
５３シフトロッド
５４カム
５５軸
５６リール
５７マイコン
ＳＷスイッチ
５８スイッチング回路
ＦＥＴ電界効果トランジスタ
Ｆ／Ｆフリップフロップ回路
５９電流センサー
Ａ₁ アンプ
Ｄ₁ ダイオード
Ｒ_y リレー
６０モータドライバ
６１減速機
６２表示用ＬＥＤ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic shift operation device for a bicycle that performs a shift operation by automatically setting an auxiliary power motor to a highly efficient optimum position.
[0002]
[Prior art]
As an automatic shift operation device that performs a shift operation according to the traveling speed detected by the speed detection sensor, for example, there is an electric bicycle transmission disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-16316.
A bicycle with auxiliary power in which a rider manually operates a speed change operation device has also been proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional bicycle electric transmission as described above has the following problems.
(1) Since the speed change operation is performed irrespective of the state of the auxiliary power motor, the efficiency of the auxiliary power motor is low.
(2) For this reason, the auxiliary power motor exhibits a shortage of torque or a shortage of rotation speed, resulting in a large battery loss and a long travel distance.
The present invention is proposed in order to solve the above problems.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, in the present invention, in a bicycle provided with a power transmission auxiliary power device and a transmission device together with a human-powered power transmission device, a traveling speed detection unit that detects a traveling speed, and a pedal are provided. A torque detection unit that detects the transmitted human power as torque, a shift operation drive unit that includes a shift operation motor that operates the transmission of the rear wheel, outputs of the travel speed detection unit and the torque detection unit, and auxiliary power A controller having a current sensor for detecting the drive current of the motor and operating the transmission to operate the transmission toward the higher efficiency of the auxiliary power motor, and a battery serving as a power source for the shift operation drive unit and the controller The bicycle automatic transmission operation device is configured.
[0005]
According to the present invention, in the automatic shift operation device according to the first aspect of the present invention, the bicycle automatic shift operation device is configured such that the start after the bicycle is stopped is always performed in a low state.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is an overall side view showing a state in which the automatic transmission operating device of the present invention is mounted on an electric bicycle, and FIG. 2 is a plan view showing a part of a transmission system of a hanger part of the bicycle in section. FIG. 4 is a plan view showing another transmission system in the housing of FIG. 2 in a partial cross section, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the torque detector of FIG.
[0007]
In the figure, 1 (see FIG. 1) is a front wheel of a bicycle, 2 is a rear wheel, 3 is a vehicle body (frame), 4 (see FIGS. 1 to 3) is a housing provided on a hanger portion, 4a (see FIG. 2) is a housing 4 The side cover 5 is a crankshaft rotatably provided at the center of the housing 4 via bearings 6, 7, 8 (see FIG. 2), 9 (see FIG. 1) is a crank arm, and 10 is a pedal.
[0008]
Further, 11 is a front gear (front sprocket) provided rotatably on the crankshaft 5 via a bearing 7, 12 is a rear gear (rear sprocket) provided on the rear axle 13, and 14 is applied to the front gear 11 and the rear gear 12. It is a chain that was handed over. Reference numeral 15 is a motor for electric auxiliary power, 16 is a battery as a power source, and 17 is a controller for controlling the electric power of the battery 16 and supplying it to the motor 15.
[0009]
2 to 4 show an example of a transmission system for driving the front gear 11 from the crank arm 9 and the motor 15. 5a is a spline shaft portion provided on the crankshaft 5, and 18 is a spline shaft portion 5a. The fitted drive disk 19 is a driven disk provided rotatably on the crankshaft 5 so as to sandwich the drive disk 18 and U-shaped spring plates 20A and 20B (see FIG. 4). This is a retaining pin at one end of the spring plates 20A and 20B protruding from the driven disk 19.
[0010]
Reference numeral 22 denotes an output gear rotatably provided to the housing 4 and the crankshaft 5 via the bearings 6 and 7, and 23 denotes an inner periphery of the output gear 22 and a boss portion of the driven disk 19. Is a one-way clutch inserted between the two. Reference numeral 24 denotes a slide cup that encloses the drive disc 18 and is slidable in the axial direction with respect to the crankshaft 5. Reference numeral 24a denotes a sliding engagement portion with the drive disc 18, and 24b is a follower. It is a cam part for engaging with the cam part 19a provided on the disc 19 and pushing the slide cup 24 to the left side in FIG.
[0011]
A coil spring 25 is fitted to the crankshaft 5 between the slide cup 24 and the bearing 8, and 26 is fixed to the housing 4 so that the contact 26a is engaged with the wall surface of the slide cup 24. The potentiometer is configured to control the motor 15 by introducing the output signal of the potentiometer 26 to the controller 17.
[0012]
15a is an output shaft of the motor 15, 27 is a gear fixed to the shaft 15a, 28 (see FIG. 3) is a gear meshing with the gear 27, 29 is a shaft, 30 is a gear meshing with the gear 28, one direction The shaft 32 is provided via the clutch 31. Reference numeral 33 denotes a bearing of the shaft 32. Reference numeral 34 denotes a gear formed integrally with the shaft 32, and 35 denotes a gear meshing with the gear 34, which is fixed to the shaft 36. 37 is a bearing provided at both ends of the shaft 36, and 38 is a gear fixedly provided on the shaft 36 so as to mesh with the output gear 22.
[0013]
Next, the operation of the auxiliary power-equipped bicycle configured as described above will be described. When the crankshaft 5 is rotated by stepping on the pedal 10 of the crank arm 9, the rotation is transmitted to the drive disc 18 that is spline-fitted with the spline shaft portion 5a, and the spring plates 20A, 20B, The rotation is transmitted to the front gear 11 through the pin 21, the driven disk 19, the one-way clutch 23, and the output gear 22. If the front gear 11 is rotated, the rear gear 12 is rotated via the chain 14, so that the rear wheel 2 is rotated with the rotation of the rear wheel 2 and the bicycle is driven. In this case, if the output gear 22 rotates, the gears 38, 35, 34 that mesh with the output gear 22 also rotate. However, the rotation of the gear 34 is not transmitted to the gear 30 by the action of the one-way clutch 31. .
[0014]
Further, when the torque applied to the crankshaft 5 increases while the bicycle is running, the U-shaped spring plates 20A and 20B between the driving disc 18 and the driven disc 19 are bent, and the cam portions 19a and 24b slide. As a result, the slide cup 24 moves to the left in FIG. 2 and pushes the contact 26 a of the potentiometer 26, so that the potentiometer 26 outputs a signal and drives the motor 15 via the controller 17. . When the motor 15 rotates, the front gear 11 is auxiliary driven by the motor 15 via the gears 27, 28, 30, the one-way clutch 31, the shaft 32, the gears 34, 35, the shaft 36, and the gears 38, 22.
[0015]
In this embodiment, the above-described electric bicycle is equipped with an automatic speed change operation device. As shown in FIG. 1, the traveling speed detector A for detecting the traveling speed is one of the spokes 2a of the rear wheel 2. In addition to fixing the magnet 39 to one, a chain switch 3a of the bicycle frame 3 is provided with a reed switch 40 as a detection unit for detecting the rotation of the magnet 39. In this way, when the bicycle travels and the rear wheel 2 rotates, the magnet 39 fixed to the spoke 2a rotates with the rear wheel 2, and the rotation is detected by the reed switch 40, thereby the bicycle traveling speed. Can be detected.
[0016]
As another traveling speed detection means, as shown in FIG. 2, a crankshaft rotation sensor 41 that opposes the tooth tip of the output gear 22 is fixed to the housing 4. In this way, when the crankshaft 5 rotates and the output gear 22 rotates, the unevenness of the tooth tip can be counted by the crankshaft rotation sensor 41 as the number of pulses proportional to the traveling speed.
[0017]
Further, the torque detection part B of the manual torque transmitted through the pedal 10 and the crank arm 9 of the bicycle can be constituted by the above-described slide cup 24, potentiometer 26 and the like. That is, if the torque due to human power transmitted through the pedal 10 is small, the output signal from the potentiometer 26 is small. If the torque due to human power is large, the output signal from the potentiometer 26 also increases.
[0018]
Further, C shown in FIGS. 1 and 5 is a speed change drive unit including a speed change motor 42 for operating the hub internal transmission D of the rear wheel 2, 43 is a case thereof, and 44 (see FIG. 5) is a motor. 42 is a pinion gear fixed to the shaft of 42, 45 is a second gear meshing with the pinion gear 44, 46 is a small third gear fixed to the shaft of the second gear 45, and 47 is a large fourth gear meshing with the third gear 46. A gear, 48 is a shaft thereof, 49 is a reel pulley fixed to the shaft 48, 50 is a speed change operation wire wound around the pulley 49, 51 is a wheel fixed to the shaft 48, and a large number of protrusions are distributed on the outer periphery thereof. . 52 is a proximity switch provided on the outer periphery of the wheel 51.
[0019]
FIG. 6 shows a hub-internal transmission D provided in the hub 2b of the rear wheel 2 and its shift operating device. 53 is a shift rod provided slidably in the rear axle 13, 54 is a shift. A cam for operating the rod 53, 55 is a shaft thereof, 56 is a reel fixed to the shaft 55, and 50 is a speed change operation wire wound around the reel 56.
[0020]
FIG. 7 shows a microcomputer 57 that processes the output of the traveling speed detector A using the magnet 39 and the reed switch 40 shown in FIG. 1 and the torque detector B using the potentiometer 26 shown in FIG. FIG. 6 is a control system diagram of the controller 17 that controls the shift operation drive unit C by the shift motor 42 shown in FIGS. 1 and 5.
[0021]
In the figure, 16 is a battery, SW is a switch inserted in a circuit between the battery 16 and the controller 17, 26 is a torque sensor (see FIG. 2) to be input to the microcomputer 57, and 41 is a crankshaft rotation which is also input to the microcomputer 57. A sensor (see FIG. 2), 58 is a switching circuit provided in a circuit connecting the battery 16 and the microcomputer 57, FET is a field effect transistor in the switching circuit 58, and F / F is a flip-flop circuit. The 59 is A ₁ is an amplifier with a current sensor provided between the switching circuit 58 and the microcomputer 57.
[0022]
The auxiliary power motor 15 is connected in parallel to the diode D ₁ provided in the circuit connecting the battery 16 and the microcomputer 57 via the relay R _y . The speed change motor 42 is connected to a microcomputer 57 via a motor driver 60. Reference numeral 61 denotes a speed reducer including a speed change operation drive unit C (see FIG. 5) connected to the speed change motor 42 and a hub internal transmission D (see FIG. 6), and 52 denotes a proximity switch ( The output is input to the microcomputer 57 in FIG. Reference numeral 53 denotes a shift rod (shifter) of the hub internal transmission D shown in FIG. Reference numeral 62 denotes a display LED connected to the microcomputer 57.
[0023]
In the present invention, as shown in FIGS. 1 to 7, a traveling speed detector A that detects a traveling speed, a torque detector B that detects human power transmitted through the pedal 10 as torque, and a shift of the rear wheel 2. A shift operation drive unit C having a shift operation motor 42 for operating the machine D, and a current sensor 59 for detecting outputs of the travel speed detection unit A and the torque detection unit B and a drive current of the auxiliary power motor 15. The controller 17 that controls the transmission operation drive unit C by operating the transmission D to the higher efficiency of the auxiliary power motor 15 and the battery 16 that is the power source of the transmission operation drive unit C and the controller 17 An automatic transmission operating device is configured.
[0024]
Further, in the present invention, in the automatic speed change operation device of the first invention described above, the start after the bicycle is stopped may always be performed in a low state.
[0025]
Since the device according to the present invention is configured as described above, the torque generated by human power is obtained by the potentiometer 26 that detects the movement of the slide cup 24 that is displaced by the bending of the spring plates 20A and 20B provided on the crankshaft 5. The speed is obtained by the reed switch 40 or the crankshaft rotation sensor 41 described above, and the motor 42 of the speed change operation drive unit C is driven according to these torque values and speeds. The rotation of the motor 42 is transmitted to the reel pulley 49 through a reduction gear composed of gears 44, 45, 46, 47.
[0026]
The speed change operation wire 50 is moved as indicated by arrows A and B in FIG. 6 by the rotation of the reel pulley 49, whereby the cam 54 is rotated as indicated by arrows C and D, whereby the shift rod 53 is moved along the arrows E and F. By operating as described above, the shift control of the hub internal transmission D is performed.
[0027]
FIG. 8 shows a waveform curve M of torque with time (t) on the abscissa and torque (T) generated by pedaling at the start on the ordinate. As can be seen from this characteristic curve, since a large torque is required when starting the bicycle, in the present invention, starting after the bicycle is stopped is always performed in a low state.
[0028]
Further, since the trough M ₁ between the waveforms of the waveform curve M in FIG. 8 has a small torque T, in the present invention, the bicycle is shifted when the rider's driving torque T is close to the minimum value M _1. To.
[0029]
FIG. 9 is a motor characteristic diagram showing an example of the characteristic of the auxiliary power motor, where the abscissa represents torque (kgf-cm), the ordinate represents current (A), and the rotation speed (rpm). ) And efficiency (%). In the figure, the straight line A represents the current, the straight line B represents the rotational speed, and the curve C represents the efficiency. In this case, since the vertical line D is the optimum line, if the motor torque (current) is automatically adjusted so as to fall within the zones Z _b and Z _c , the motor efficiency falls within the best range.
[0030]
10 is a flowchart showing the operation of the present invention, FIG. 11 is a detailed diagram of the downshift processing unit in FIG. 10, and FIG. 12 is a detailed diagram of the upshift processing unit in FIG.
[0031]
FIG. 13 is a performance diagram showing the relationship between the auxiliary power driving torque at each speed change position and the traveling speed in the present invention. The abscissa indicates the speed (km-h) and the ordinate indicates the torque (kgf -M). In the figure, the straight line L is at the time of low gear, the straight line M is at the time of mid gear, and the straight line T shows the characteristic at the time of top gear. The hatched portion in the figure indicates the auxiliary power range.
[0032]
Since the device according to the present invention is configured as described above, since the speed is low and the torque is large when starting, the gear shift position is a low gear. Further, during traveling, the required torque decreases as the speed after starting increases, and the current of the auxiliary power motor 15 decreases. For this reason, the efficiency of the auxiliary power motor 15 falls below a predetermined value. Therefore, the motor 57 is driven by the microcomputer 57 to drive the speed changing motor 42, and the wire 50 in FIG. 6 is shifted up via the speed reducer C (see FIG. 5). At this time, the operation amount of the wire 50 is set by the rotation amount of the wheel 51 of the speed change operation driving unit C, and this value counts the number of pulses output from the proximity switch 52, and the motor drive 60 changes the speed until it reaches a specified value. By driving the motor 42, the gear position suitable for traveling is obtained.
[0033]
In addition, when the vehicle approaches a slope or the like during traveling, the current value of the auxiliary power motor 15 increases according to the value of the torque detection means. For this reason, since the efficiency of the motor 15 is deteriorated, a shift-down operation that is a direction in which the efficiency of the motor 15 is improved is performed. That is, the microcomputer 57 outputs a signal to drive the speed change motor 42 by the microcomputer 57 so as to rotate the speed change motor 42 in the opposite direction. The amount of operation of the shifting wire 50 at this time is set by counting the number of pulses output from the proximity switch 52 and outputting a stop control signal from the microcomputer 57 to the motor drive 60 in the same manner as described above.
[0034]
When traveling is stopped, the current value of the auxiliary power motor 15 decreases as the speed decreases. For this reason, a downshift is performed and a gear position corresponding to the speed is obtained. When fully stopped, the gear is low. The speed change operation is performed in the same manner as described above.
[0035]
【The invention's effect】
Since it comprised as mentioned above, according to this invention apparatus, the following effects are acquired.
(1) Since the vehicle can travel where the motor efficiency is high, the battery consumption is reduced and the travel distance is extended.
(2) Since the vehicle can travel at an appropriate gear ratio, it is possible to solve the shortage of the motor torque and the shortage of the number of rotations, and the miniaturization of the motor and battery.
(3) Since the vehicle can start with the low gear, the vehicle starts smoothly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall side view showing a state where an automatic transmission operating device of the present invention is mounted on an electric bicycle.
FIG. 2 is a plan view showing a section of a part of a transmission system of a hanger part of an electric bicycle equipped with the device of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing, in partial cross section, another transmission system in the housing of FIG. 2;
4 is an exploded perspective view of the torque detection unit of FIG. 2;
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the inside of a speed change operation drive unit of the device of the present invention.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the relationship between the speed change operation end of the device of the present invention and the internal transmission of the rear wheel hub.
FIG. 7 is a control system diagram of the device of the present invention.
FIG. 8 is a drive torque waveform diagram showing the relationship between time and torque generated by human power when starting a bicycle.
FIG. 9 is a motor characteristic diagram showing an example of characteristics of an auxiliary power motor.
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the present invention.
11 is a detailed diagram of the downshift processing unit in FIG. 10;
12 is a detailed diagram of the upshift processing unit of FIG.
FIG. 13 is a performance diagram showing the relationship between the manual driving torque and the traveling speed at each shift position according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Front wheel 2 Rear wheel 3 Car body (frame)
4 Housing 4a Side cover 5 Crankshaft 6, 7, 8 Bearing 9 Crank arm 10 Pedal 11 Front gear (front sprocket)
12 Rear gear (rear sprocket)
13 Rear axle 14 Chain 15 Motor 16 Battery (battery)
17 Controller 18 Drive disk 19 Driven disk 19a Cam part 20A, 20B Spring plate 21 Stop pin 22 Output gear 23 One-way clutch 24 Slide cup 24a Slide engagement part 24b Cam part 25 Coil spring 26 Potentiometer 26a Contact 27, 28 Gear 29 Shaft 30 Gear 31 One-way clutch 32 Shaft 33 Bearing 34, 35 Gear 36 Shaft 37 Bearing 38 Gear A Travel speed detector 39 Magnet 40 Reed switch 41 Rotation sensor B Torque detector C Shifting operation drive D Hub Inner transmission 42 Motor 43 for shifting operation Case 44 Pinion gear 45 Second gear 46 Third gear 47 Fourth gear 48 Shaft 49 Reel pulley 50 Shifting operation wire 51 Wheel 52 Proximity switch 53 Shift rod 54 Cam 55 Shaft 56 Reel 57 Microcomputer SW Sui Chi 58 switching circuit FET field effect transistor F / F flip-flop circuit 59 current sensor A ₁ amplifier D ₁ diode R _y relay 60 motor driver 61 reduction gear 62 display LED

Claims

In a bicycle equipped with an electric power-driven auxiliary power device and a transmission device together with a human-powered power transmission device, a travel speed detection unit that detects the travel speed, and a torque detection unit that detects the human power transmitted through the pedal as torque A shift operation drive unit having a shift operation motor for operating the transmission of the rear wheel, and a current sensor for detecting the output of the travel speed detection unit and the torque detection unit and the drive current of the auxiliary power motor. An automatic bicycle shift comprising: a controller that controls a shift operation drive unit by operating a transmission to a higher efficiency of a power motor; and a battery that is a power source of the shift operation drive unit and the controller. Operating device.

2. The automatic shift operation device according to claim 1, wherein starting after the bicycle is stopped is always performed in a low state.