JPH06127458A

JPH06127458A - 自転車用電動無段変速装置

Info

Publication number: JPH06127458A
Application number: JP27436592A
Authority: JP
Inventors: Ritsuo Nishimura; 律夫西村
Original assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Priority date: 1992-10-13
Filing date: 1992-10-13
Publication date: 1994-05-10

Abstract

(57)【要約】【目的】チェーン掛け替え時のセット不良やチェーン
外れをなくすと共に、自転車の走行をスムーズにできる
自転車用電動無段変速装置を提供すること。【構成】無段変速機を有する自転車において、走行停
止の検出手段を備えると共に、この停止検出時に、自動
的に所定の変速比へモーターを駆動して変速するように
する。また前記した自転車において、自転車の発進後
に、所定の時間もしくはペダリング回数によって、所定
の変速比から増速動作をするようにする。さらに前記し
た自転車において、人力による駆動力の検出手段を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自転車に取り付けた無
段変速装置の変速比を、自動的にモーターによって制御
するようにした自転車用電動無段変速装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の、この種の自転車用電動変速装置
としては、例えば、特公平３−１６３１６号公報や特公
平３−１６３１７号公報に開示されているように、多段
フリーホイールのチェーン掛け替えをする所謂外装変速
装置を、モーターにてガイド装置を移動する電動シフト
機構によって変速するものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来装置には次のような問題点があった。（１）あるギヤから他のギヤにチェーンを掛け替える時
に、チェーンが外れるおそれがあった。（２）正規の変速ポジションにならずに、所謂変速動作
不良による異音の発生や、指定ギヤへのセット不良のお
それがあった。（３）また、変速比が段階的に変化するので、ペダリン
グ時にショックが感じられたり、ぎくしゃくする所謂違
和感があった。

【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、無段変速機を有する自転車にお
いて、走行停止の検出手段を備えると共に、この停止検
出時に、自動的に所定の変速比へモーターを駆動して変
速するようにして自転車用電動無段変速装置を構成す
る。

【０００５】また前記した自転車において、自転車の発
進後に、所定の時間もしくはペダリング回数によって、
所定の変速比から増速動作をするようにしてもよいし、
また前記した自転車に、人力による駆動力の検出手段を
備えてもよい。

【０００６】

【作用】上述のように本発明においては、多段フリーホ
イールのチェーン掛け替えを不要とする無段変速装置を
有する自転車の、その無段変速装置の変速比を、自動的
にモーターによって制御するものであるから、チェーン
掛け替えのセット不良やチェーン外れもなく、また自転
車発進時には、軽い駆動力でスムーズに発進できるとと
もに、変速比の選択間違いによる自転車のふらつきを防
止し、また発進後には、滑らかに変速比が増加するの
で、ショックやぎくしゃくすることのない、快適なペダ
リングが得られる。

【０００７】

【実施例】以下、図面について本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の電動無段変速装置を装着した自転
車を示す側面図である。図中１は自転車フレーム、２は
その下パイプ、３は前輪、４は後輪、５はハンドルバ
ー、６はペダル、７はクランク、８はクランク軸、９は
そのクランク軸８に装置した無段変速装置、１０はチェ
ーン、１１はバスケット、１２はランプ、１３は車軸に
装置したハブ発電機、１４はバスケット１１の背面部に
取り付けたバッテリー等の二次電池、１５はハンドルバ
ー５に取り付けた本発明装置の表示器、１６は無段変速
装置９の操作ワイヤ、１７は下パイプ２に取り付けた本
発明装置の電動ボックスである。

【０００８】図２は、自転車のハンドルバー５に取り付
けた本発明装置の表示器１５を示す平面図である。１８
はＵＰスイッチ、１９はＤＯＷＮスイッチ、２０（図１
１では５３）は変速比インジケーター、２１はＡＵＴＯ
・ＭＡＮＵＡＬ選択スイッチ、２２は設定器、２３は電
子ブザーである。

【０００９】図３（ａ）は、自転車フレーム１の下パイ
プ２に取り付けた電動ボックス１７を示す断面図であ
り、同図（ｂ）はその変速範囲の検出部を示す断面図で
ある。図中２４は無段変速装置９の変速操作ワイヤ１６
の端部を係止したウォームホイールであり、２５はその
ウォームホイール２４に噛合したウォーム、２６はその
ウォーム２５に直結したロータリーエンコーダー２７付
き変速用モーターであり、２６ａは変速用モーター２６
の取り付け部、２８はその取り付け部２６ａに貼り付け
た歪ゲージであり、１７ａは電動ボックス１７内の基
板、３０（図３（ｂ）参照）はウォームホイール２４の
側面に貼り付けた反射テープであり、その反射テープ３
０に対応する位置に発光素子３１と受光素子３２が配設
されている。

【００１０】図４は、自転車の前輪３の車軸に取り付け
たハブ発電機１３の一例（特願平３−２８７９４７号）
を示す断面図である。すなわちこのハブ発電機１３は前
輪３が回転すると、その回転を増速して発電機の回転子
を回転させることによって発電するようになっている。

【００１１】図５〜図９は、自転車クランク軸８に装置
した無段変速装置９の一例（特開平１−１７８０９４
号）を示すもので、図５は横断平面図である。図中３３
は外側偏心カムであり、３４は中間体、３５と３８は摩
擦片、３６は入力側回転部材、３７と３９はＶ溝、４０
は出力側回転部材である。すなわち、この無段変速装置
９は、前記した操作ワイヤ１６を操作することによって
外側偏心カム３３を回転させて、外側偏心カム３３のク
ランク軸８に対する偏心量を変える。図５および図６は
偏心量が０の状態であり、図７〜図９は最大偏心時の状
態を示している。

【００１２】ペダル６およびクランクアーム７を介して
入力側回転部材３６を図６の矢印Ａ方向に回転させる
と、摩擦片３５を介して中間体３４が同方向に回転し、
その回転がさらに摩擦片３８を介して出力側回転部材４
０に伝わり、一体に形成したスプロケットと噛合するチ
ェーン１０により後輪４が駆動される。

【００１３】しかして図５および図６の場合、外側偏心
カム３３の偏心量が０であるから、クランク軸８の回転
は１：１で出力側回転部材４０に伝えられる。しかしな
がら図７〜図９の最大偏心状態では、図７に示すよう
に、入力側回転部材３６が角度θ₁回転すれば、中間体
３４が角度θ₂回転する。すなわちθ₂／θ₁がこの場
合の増速率である。

【００１４】また中間体３４が図８の角度θ₃回転すれ
ば、摩擦片３８を介して出力側回転部材４０が角度θ₄
だけ回転する。すなわちθ₄／θ₃がこの場合の増速率
であり、全体の増速率は、θ₂／θ₁×θ₄／θ₃とな
る。

【００１５】図９は、その無段変速装置９において、ペ
ダル駆動時の反力を示す説明図である。Ｆ₁は人力によ
って一次側の摩擦片３５にかかる力、Ｆ₂は人力によっ
て二次側の摩擦片３８にかかる力、ＴはＦ₁とＦ₂によ
って、外側偏心カム３３にかかるトルクである。

【００１６】図１０は、本発明装置の概念図である。図
中２９はマイコン、４１は表示コントローラー、４２は
モータードライバー、４３は走行停止検出センサー、４
４は人力検出センサー、４５は変速範囲検出センサー、
４６は変速指令スイッチ、４７はモーター回転検出セン
サーである。

【００１７】図１１は、その電子回路の概念図である。
図中４８は整流回路、４９は走行停止検出回路、５０は
増幅回路、５１は比較回路、５２はインジケーター用Ｌ
ＥＤ、５３はインジケーター用ＬＣＤである。

【００１８】図１２は、ＡＵＴＯ・ＭＡＮＵＡＬ選択ス
イッチ２１がＡＵＴＯ時において、自転車走行後の停止
時の動作説明用のフローチャートであり、図１３は、自
転車走行中の動作説明用のフローチャートであり、図１
４（ａ）は、自転車の走行停止状態を検出する状態図で
あり、（ｂ）は、ＡＵＴＯ状態での変速比の一例を示す
状態図である。

【００１９】次に、上述した図面について本実施例の作
用を説明する。図５〜図９に示すように、自転車のクラ
ンク軸８に装置した無段変速装置９を作動させるには、
変速用モーター２６を駆動し、その回転を電動ボックス
１７（図３参照）内に設けたウォームホイール２４とウ
ォーム２５によって減速し、そのウォームホイール２４
の回転によって変速用操作ワイヤ１６を操作して無段変
速装置９の外側偏心カム３３を回動し、そのカム３３の
中心軸に対する偏心量を変化させることによって、変速
比を無段階に変化させることができる。

【００２０】またこの場合、人力の検出は、変速用モー
ター２６の取り付け部２６ａに貼り付けた歪ゲージ２８
によって、ペダル駆動力に対応して外側偏心カム３３に
かかるトルクＴを変速用操作ワイヤ１６を介して、ウォ
ームホイール２４へ伝えられた力で検出することができ
る。

【００２１】また自転車の走行停止の検出は、図１４に
示すように、車軸に取り付けたハブ発電機１３の出力を
整流し、その出力の突出部によって検出することができ
る。

【００２２】また変速範囲の検出は、ウォームホイール
２４の側面へ変速範囲に対応した角度で貼り付けた反射
テープ３０（図３（ｂ）参照）と、その反射テープ３０
に対応する位置に設けた発光素子３１と受光素子３２に
よって検出することができる。

【００２３】また変速用モーター２６の回転は、その変
速用モーター２６の端部に設けたロータリーエンコーダ
ー２７の出力によって検出することができる。

【００２４】次に本実施例の動作を説明する。走行中に
おいて、図２に示した表示器15の変速指令用のＵＰスイ
ッチ１８またはＤＯＷＮスイッチ１９が押されると、発
光素子３１（図３参照）より赤外線が発光され、ウォー
ムホイール２４の側面に貼り付けた反射テープ３０によ
ってその赤外線が反射され、受光素子３２によって受光
される。

【００２５】受光を感知できれば変速範囲であるため
に、マイコン２９よりモータードライバー４２へ正転ま
たは逆転の信号が行き、変速用モーター２６が正転また
は逆転し、ウォーム２５とウォームホイール２４で減速
されて、外側偏心カム３３を回動する。

【００２６】またＵＰスイッチ１８が押されると、外側
偏心カム３３の偏心量が増加して、変速比は増加し、Ｄ
ＯＷＮスイッチ１９が押されると、外側偏心カム３３の
偏心量が減少して、変速比は減少する。

【００２７】変速用モーター２６の回転量は、その変速
用モーター２６の端部に設けたロータリーエンコーダー
２７の出力パルスを、マイコン２９によってカウントし
て検出する。

【００２８】つぎに走行後の停止動作（ＡＵＴＯ・ＭＡ
ＮＵＡＬ選択スイッチ２１がＡＵＴＯ時）について説明
する。走行後の停止時には、二次電池１４に充電をして
いるハブ発電機１３の出力が無くなるから、これを走行
停止検出部４３，４９（図１０，１１参照）で検出し、
マイコン２９へ入力する。

【００２９】停止が検出されるとマイコン２９は、現在
の変速比が所定の変速比かチェックをする。因に本実施
例では、外側偏心カム３３の偏心量が０、すなわち変速
比が１：１の状態に設定してある。変速比が１：１でな
ければ、マイコン２９よりモータードライバー４２へ逆
転出力が出され、変速用モーター２６は変速比が１：１
になるまで逆転する。

【００３０】つぎに、停止後からの走行再開（ＡＵＴＯ
・ＭＡＮＵＡＬ選択スイッチ２１がＡＵＴＯ時）につい
て説明する。自転車の走行が再開されると、ハブ発電機
１３からの電圧が出力され、走行停止検出部４３，４９
で走行が検出され、マイコン２９よりモータードライバ
ー４２へ正転信号が出され、その結果、外側偏心カム３
３の偏心量が増加し、変速比が増加する。

【００３１】因に本実施例では、図１４（ｂ）に示すよ
うに、発進後15秒程度で変速比が１：１〜1.5 ：１（Ｌ
ＯＷ〜ＨＩの約７０％）まで増加するように設定してあ
る。この時、外側偏心カム３３には中間体３４を介し
て、人力に対応したトルクＴ（図９参照）が摩擦片３
５，３８より伝えられる。

【００３２】このため、外側偏心カム３３を回動させて
いるワイヤリール１６ａ（図５参照）、操作ワイヤ１
６、ウォームホイール２４、ウォーム２５から変速用モ
ーター２６へと、人力に対応した力が伝えられる。従っ
て、変速用モーター２６の取り付け部２６ａに貼り付け
た歪ゲージ２８の出力を増幅回路５０によって増幅し、
人力に対応した力が検出できる。

【００３３】この検出した力と、予め設定器２２（図
２，１１参照）に設定してある設定値とを、比較回路５
１によって比較し、設定値を超えている場合には、坂道
等の高負荷状態であるために、マイコン２９からモータ
ードライバー４２へ正転信号は出ずに、変速比は変化し
ない。なお変速比を所定の変速比まで増加させるには、
本実施例では時間で規制しているが、これはペダリング
回数で規制するようにしてもよい。

【００３４】表示器１５のＵＰスイッチ１８またはＤＯ
ＷＮスイッチ１９が押されると、変速用モーター２６が
回転し、ＵＰ動作表示インジケーターまたはＤＯＷＮ動
作表示インジケーターＬＥＤ５２（図１１参照）が点灯
し、一方、変速比インジケーター用のＬＣＤ５３（図２
では２０）の表示も変速比に応じて変化する。

【００３５】変速範囲外となるようにＵＰスイッチ１８
またはＤＯＷＮスイッチ１９が押された場合は、すなわ
ち、既に変速比がＬＯＷ（１：１）になっているのに、
ＤＯＷＮスイッチ１９が押された場合、または、変速比
がＨＩ（1.7 ：１）になっているのに、ＵＰスイッチ１
８が押された場合は、電子ブザー２３の音によって報知
される。

【００３６】また走行後の停止時および走行再開時に、
ＡＵＴＯ・ＭＡＮＵＡＬ選択スイッチ２１がＡＵＴＯ側
になっていると、変速用モーター２６の回転時に、ＵＰ
動作表示インジケーターまたはＤＯＷＮ動作表示インジ
ケーター用ＬＥＤ５２が点灯し、変速比インジケーター
用ＬＣＤ５３の表示も変速比に応じて変化する。

【００３７】また走行再開時のＡＵＴＯ動作中にＵＰス
イッチ１８またはＤＯＷＮスイッチ１９が押されると、
自動的に走行中のＭＡＮＵＡＬ動作へ移行されて、自動
の変速比が所定の値（1.5 ：１）へ行く動作は中断され
る。

【００３８】

【発明の効果】以下、本発明装置の効果を箇条書き的に
説明する。 (1)自転車発進時には、常に指定された変速比になって
いるので、軽い駆動力でスムーズに発進することが出来
る。 (2)自転車発進後には、滑らかに変速比が増加するの
で、負荷が軽過ぎて踏み足がぎくしゃくしたりすること
も無く、また負荷が急に重くなって踏み足にショックが
来ることも無く、快適な踏み心地が得られる。 (3)搭乗者の所望する変速比が無段階で、しかも操作が
簡単で小さな操作力で得られる。 (4)無段変速装置であるから、チェーンの掛け替え方式
のようなシフトミスやチェーン外れが無い。 (5)また自転車特有の、発進時に変速比の選択間違いに
よる自転車のふらつきを防止して交通安全に寄与するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動無段変速装置を装着した自転車の
側面図である。

【図２】本発明で使用する表示器の平面図である。

【図３】（ａ）は、本発明で使用する電動ボックスの断
面図であり、（ｂ）は、その部分詳細図である。

【図４】自転車の前輪に取り付けたハブ発電機の断面図
である。

【図５】自転車のクランク軸に装着した無段変速装置の
一例を示す横断平面図である。

【図６】図５のＸ−Ｘ断面図である。

【図７】外側偏心カムの最大偏心時における一次変速伝
動の作用説明図である。

【図８】同じく二次変速伝動の作用説明図である。

【図９】無段変速装置におけるペダル駆動時の反力を示
す説明図である。

【図１０】本発明装置の概念図である。

【図１１】本発明装置における電子回路の概念図であ
る。

【図１２】本発明に係る自転車の走行後の停止時におけ
る動作説明用のフローチャートである。

【図１３】本発明に係る自転車の走行中における動作説
明用のフローチャートである。

【図１４】（ａ）は、自転車の走行停止状態を検出する
状態図であり、（ｂ）は、オート状態での変速比の一例
を示す状態図である。

【符号の説明】

１自転車フレーム２下パイプ３前輪４後輪５ハンドルバー６ペダル７クランク８クランク軸９無段変速装置１０チェーン１１バスケット１２ランプ１３ハブ発電機１４二次電池１５表示器１６操作ワイヤ１７電動ボックス１８ＵＰスイッチ１９ＤＯＷＮスイッチ２０変速比インジケーター２１ＡＵＴＯ・ＭＡＮＵＡＬ選択スイッチ２２設定器２３電子ブザー２４ウォームホイール２５ウォーム２６変速用モーター２７ロータリーエンコーダー２８歪ゲージ２９マイコン３０反射テープ３１発光素子３２受光素子３３外側偏心カム３４中間体３５摩擦片３６入力側回転部材３７Ｖ溝３８摩擦片３９Ｖ溝４０出力側回転部材４１表示コントローラー４２モータードライバー４３走行停止検出センサー４４人力検出センサー４５変速範囲検出センサー４６変速指令スイッチ４７モーター回転検出センサー４８整流回路４９走行停止検出回路５０増幅回路５１比較回路５２インジケーター用ＬＥＤ５３インジケーター用ＬＣＤ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無段変速機を有する自転車において、走
行停止の検出手段を備えると共に、この停止検出時に、
自動的に所定の変速比へモーターを駆動して変速するよ
うにしたことを特徴とする自転車用電動無段変速装置。
【請求項２】請求項１記載の自転車において、自転車
の発進後に、所定の時間もしくはペダリング回数によっ
て、所定の変速比から増速動作をするようにしたことを
特徴とする自転車用電動無段変速装置。
【請求項３】請求項１記載の自転車において、人力に
よる駆動力の検出手段を備えたことを特徴とする自転車
用電動無段変速装置。