JPH08301175A - 無接点式信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型でメンテナンス不要の無接点式信号伝送
装置とする。 【構成】 補助動力付き自転車において、固定側ケース
６１に受信装置４１およびＬＥＤ発光素子４６が収納さ
れ、図示しないスイッチによりフレームに固定されたバ
ッテリから給電される。ペダルクランク軸３３に設けた
回転側ケース７１には、太陽電池５１、送信装置５４、
処理回路５３が収納され、処理回路はメインスプロケッ
ト３５に貼付された踏力センサ５２の出力から踏力を検
出する。太陽電池５１がＬＥＤ発光素子４６の光を受け
て発電し、その電力で送信装置５４が処理回路の踏力信
号を無線送信する。固定側では受信装置４１で受信した
踏力信号に応じて、図示しないコントローラが補助動力
モータを制御し、サブスプロケット３６を介して自転車
を補助駆動する。回転側にバッテリ設置不要で、スリッ
プリングもないから、メンテナンス不要かつ小型に構成
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、相対変位する部材間に
わたって制御装置の信号授受を無接点で行なう信号伝送
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】相対的に回転あるいは往復変位する移動
体とこれを支持する固定部材にそれぞれ電気・電子装置
を配置し、これら移動体側電気・電子装置と固定側電気
・電子装置の間で信号授受を行なう信号伝送装置とし
て、従来、ブラシ構造や水銀等金属流体室構造を用いた
接触型スリップリング、あるいは磁歪式の非接触型スリ
ップリングを用いたものがある。さらには、例えばテレ
メータなどのように無線機を用いたものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スリップリン
グを用いたものは、接触型、非接触型を問わず、信号精
度を確保するためにその接触部に高価な材質、また高い
回転精度を得るための厳しい加工精度が要求され、しか
も運用中のメンテナンスを欠かせないという問題を有し
ている。さらに、移動体側電気・電子装置の電源を移動
体自体に搭載する場合は、その設置部位の制約があると
ともに、電源バッテリもできるだけ小型にすることが要
求され、その結果電源バッテリの寿命も短くなり、交換
・充電のメンテナンスが必要になるという問題がある。

【０００４】そこでこの対策として、固定側から移動体
側電気・電子装置へ給電する場合、接触型スリップリン
グ式のものでは、この給電もスリップリングを用いて行
なわれるが、限られたスペースの中で貴重なチャンネル
のうちの所定数を信号授受以外のために占有してしまう
ことになる。そして結果として、信号授受媒体であるス
リップリングまわりの構造部分が大型となり、重量もか
さむことになる。 一方、テレメータなどでも、無線機
のための電源を必要とし、移動体自体に搭載すれば前述
と同様に設置部位の制約と交換・充電のメンテナンス問
題が生じる。したがって本発明は、上記従来の問題点に
鑑み、運用中のメンテナンスが不要で、加工精度を要せ
ず安価に製造でき、しかも移動体側にバッテリ等を設置
しないで小型に構成できる無接点式信号伝送装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため請求項１記載の
本発明は、図１に示すように、相対的に変位する固定体
側１と移動体側２間の無接点式信号伝送装置であって、
固定体側１には、電源１１と、それぞれ該電源１１から
電力供給を受ける光源群１２、固定側電気・電子装置１
４および固定側無線機１３が備えられ、移動体側２に
は、光照射により発電する発電素子２１と、それぞれ該
発電素子２１から電力供給を受ける移動側電気・電子装
置２２および移動側無線機２３が備えられ、光源群１２
と発電素子２１は、前記の変位方向に沿って互いに対向
するように配置されて、固定側無線機１３および移動側
無線機２３を介して、固定側電気・電子装置１４と移動
側電気・電子装置２２の間の信号授受が行なわれるもの
とした。

【０００６】上記の光源群は複数のＬＥＤ発光素子と
し、発電素子は太陽電池とすることができる。また、太
陽電池には、電圧レギュレータを付設するのが好まし
い。また、移動体側は固定体側に対して回転変位するも
のであるとき、上記の光源群は回転軸を中心とするリン
グ状とするのが望ましい。

【０００７】請求項５に記載の発明は、とくに補助動力
モータを備える補助動力付き自転車上に構成したもの
で、固定体側がフレーム側であり、移動体側が自転車の
ペダルクランク側であり、電源をフレームに固定された
バッテリとし、固定側電気・電子装置が踏力に応じて前
記補助動力モータを制御するコントローラであり、移動
側電気・電子装置が自転車のスプロケットに設置された
踏力センサの出力を処理して踏力を検出する処理回路で
あり、フレーム側のペダルクランク軸受け部とペダルク
ランク側には、それぞれ開口部を対向させて固定側ケー
スと回転側ケースが設けられ、固定側ケースに固定側無
線機と光源群としてのＬＥＤ発光素子が収納されるとと
もに、回転側ケースに移動側無線機、発電素子としての
太陽電池および処理回路が収納され、上記ＬＥＤ発光素
子がペダルクランク軸を中心とするリング状に配置され
ているものとした。

【０００８】

【作用】請求項１のものでは、まず固定体側１において
は、光源群１２が電源１１から電力を供給されて発光す
る。あわせて、固定側無線機１３と固定側電気・電子装
置１４も作動状態となる。移動体側２では、光源群１２
による光照射により発電素子２１が発電し、移動側電気
・電子装置２２および移動側無線機２３に電力が供給さ
れてこれらも作動状態となる。これにより、固定側電気
・電子装置１４と移動側電気・電子装置２２の間の信号
授受が固定側無線機１３および移動側無線機２３を介し
て行なわれる。光源群１２と発電素子２１は、固定体側
１と移動体側２の相対的な変位方向に沿って互いに対向
するように配置されているから、変位の間も発電素子２
１は安定して発電を行なう。

【０００９】請求項５のものでは、自転車のフレーム側
の固定側ケースに納められたＬＥＤ発光素子がバッテリ
からの給電を受けて発光する。ペダルクランク側では回
転側ケースに納められた太陽電池がＬＥＤ発光素子の照
射を受けて発電し、移動側無線機と処理回路が作動状態
となる。処理回路は踏力センサの出力から踏力を検出
し、この踏力信号が移動側無線機、固定側無線機を経て
コントローラに伝送される。コントローラは、この踏力
信号に基づいて補助動力モータを制御し、自転車走行の
際の踏力を軽減する。ペダルクランク軸受け部に設けた
固定側ケースにＬＥＤ発光素子と固定側無線機が収納さ
れ、ペダルクランク側に設けた回転側ケースに太陽電
池、処理回路および移動側無線機が収納され、全体がコ
ンパクトに形成される。

【００１０】

【実施例】つぎに、本発明を電動補助動力付き自転車の
踏力検出装置に適用した実施例について説明する。図２
は、実施例の全体レイアウトを示す。自転車３０のメイ
ンフレーム３１の上部フレーム３１ａに、固定側電気・
電子装置としてのコントローラ４２が設置されるととも
に、荷台下に電源としてのバッテリ４０が設置され、コ
ントローラ４２はその近傍のサドル下に配置されたスイ
ッチ４３を介してバッテリ４０に接続されている。

【００１１】ペダルクランク軸３３にはメインスプロケ
ット３５と同軸にサブスプロケット３６が設けられ、メ
インフレームの縦フレーム３１ｂに固定された補助動力
モータ４５とサブスプロケット３６が補助動力用チェー
ン３７で連結されている。なお、メインスプロケット３
５は後輪スプロケット３８と主チェーン３９により連結
され、通常はペダル３３ｂに加えられる踏力により後輪
３２を回転駆動する。補助動力モータ４５はバッテリ４
０を駆動電源として、コントローラ４２により駆動され
る。

【００１２】図３に示すように、ペダルクランク側のメ
インスプロケット３５には、踏力センサ５２とそのセン
サ出力を処理した踏力信号を無線により固定側へ送る送
信装置５４を備える回転側ユニット７０が設けられ、こ
れに対向して配置され、回転側送信装置５４からの信号
を受信する受信装置４１を備える固定側ユニット６０
が、フレーム側のペダルクランク軸受け部３４に固定さ
れている。

【００１３】図４は、固定側ユニット６０を示し、
（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。中心部に取付
穴を有する円盤状の底壁６２とその周縁に形成されたフ
ランジ状の側壁６３とからなるケース６１内に、ペダル
クランク軸３３を中心とするリング状の光源盤６４が底
壁６２との間に間隙を設けて配置されている。光源盤６
４には、ケース６１の開口方向に向けて、かつその周方
向に沿って略等間隔に、光源群としての複数のＬＥＤ発
光素子４６が設けられている。また、光源盤６４とケー
スの底壁６２の間隙には、側壁６３にそった半円形状の
外観とされた受信装置４１が設置されている。

【００１４】そしてケース６１の底壁６２にはコネクタ
６６、６７が設けられ、それぞれ、ＬＥＤ発光素子４６
への給電線および受信装置４１の出力信号線をケース外
部に接続するようになっている。ペダルクランク軸受け
部３４の端部にはねじ部が形成され、ケース６１は取付
穴部においてその底壁６２をナット６９により軸受け部
の端部との間に挟まれて、ペダルクランク軸受け部３４
と同軸に固定される。この際、とくに図示しないが回り
止めを施され、回転不能に固定される。

【００１５】図５は、メインスプロケット３５に取り付
けられた回転側ユニット７０を示し、（ａ）は正面図、
（ｂ）はケースの側壁を破断して示す側面図である。す
なわち、メインスプロケット３５のペダルクランクのア
ーム３３ａ（図２、図３参照）と反対側に、円盤状の底
壁７２とその周縁に形成されたフランジ状の側壁７３と
からなるケース７１がペダルクランク軸３３と同軸に固
定されている。ケース７１の径方向外側には、リング状
のサブスプロケット３６がメインスプロケット３５と所
定間隙をおいて配置され、同じくリング状のブラケット
３６ａによりメインスプロケット３５に結合されてい
る。そして、メインスプロケット３５には踏力センサ５
２としての歪みセンサが貼付して設けられている。

【００１６】ケース７１内には、ペダルクランク軸３３
を挟んで対向する位置に感光の発電素子としての太陽電
池５１がケース７１の開口方向に向けて設置されてい
る。そしてこれら太陽電池５１間のスペースに、電圧制
御、安定化のためのダイオードおよびコンデンサを含む
電圧レギュレータ５５と送信装置５４、ならびに踏力セ
ンサ５２の出力を処理する処理回路５３が配置されてい
る。踏力センサ５２と処理回路５３とで踏力検出装置が
構成される。

【００１７】ケース７１の側壁７３の外径は固定側ユニ
ットのケース６１の側壁６３の内径よりわずかに小径と
され、先の図２に示されるように、固定側ユニット６０
と回転側ユニット７０とが対向して組み付けられたとき
両側壁６３、７３が軸方向に所定量重なって外部からの
塵埃や泥などの侵入を阻止するようになっている。な
お、使用環境によっては、両側壁６３、７３の間にさら
に図示しないシールリング等が設けられる。

【００１８】図６は、本実施例における制御回路を示
す。まず固定側において、バッテリ４０がスイッチ４３
を介してコントローラ４２に接続されるとともに、固定
側ユニット６０の受信装置４１およびＬＥＤ発光素子４
６にも接続されている。そして、受信装置４１は上記コ
ントローラ４２に接続され、コントローラにはさらに補
助動力モータ４５が接続している。回転側においては、
回転側ユニット７０内で、メインスプロケット３５に貼
付された踏力センサ５２（歪みセンサ）が処理回路５３
に接続されている。そして、この処理回路５３と送信装
置５４が電圧レギュレータ５５を介して太陽電池５１と
接続されている。

【００１９】自転車走行に際して、あるいは走行中に、
スイッチ４３がオンされると、コントローラ４２と受信
装置４１が作動状態となるとともに、ＬＥＤ発光素子４
６が給電されて発光する。ＬＥＤ発光素子４６が発光す
ると、これに対向する回転ユニット７０の太陽電池５１
が発電作用を行なう。そして、その発電電圧が電圧レギ
ュレータ５５により調圧された電力を受けて、処理回路
５３と送信装置５４が作動状態となる。処理回路５３の
出力は送信装置５４に入力される。

【００２０】ここで、ペダル３３ｂに加えられる踏力に
よりメインスプロケット３５に回転トルクが発生する
と、メインスプロケット３５に歪みが生じるので、処理
回路５３では歪みセンサである踏力センサ５２の出力か
らこれを検出し、踏力の大きさに応じた踏力信号を出力
する。この踏力信号は作動中の送信装置５４により無線
発信され、固定側では受信装置４１で受信した踏力信号
がコントローラ４２に送られる。コントローラ４２で
は、この検出された踏力が所定値以上であるとき補助動
力モータ４５を駆動する。そして、踏力の大きさに応じ
てその補助動力モータ４５の駆動力を制御する。

【００２１】一方、スイッチ４３がオフされると、固定
側ではコントローラ４２と受信装置４１が非作動状態と
なり、また、固定側ユニット６０のＬＥＤ発光素子４６
も給電が遮断されて発光しない。 したがって、回転側
ユニット７０においては、太陽電池５１が作動しないた
め処理回路５３も送信装置５４も非作動状態となる。こ
れにより、補助動力なしの一般の自転車と同じく、踏力
のみによる走行となる。

【００２２】本実施例は以上のように構成され、補助動
力モータ４５を備えた電動補助動力付き自転車におい
て、メインスプロケット３５に設けた踏力センサ５２に
より踏力を検出し、その踏力の大きさに応じてコントロ
ーラ４２により補助動力モータの駆動力を制御するもの
としたから、降坂路や平坦路での軽負荷走行時には補助
動力モータ４５を作動させず、登坂路や高速走行時のよ
うに大きな踏力を要するときには自動的に補助動力モー
タ４５を作動させ、適当な大きさの補助駆動力が供給さ
れ、常に軽い負荷で快適に走行することができる。

【００２３】そしてとくに踏力の検出については、ペダ
ルクランク軸３３に設けた回転側ユニット７０に太陽電
池５１を設け、これに固定側ユニット６０のＬＥＤ発光
素子４６から光を照射することにより太陽電池を作動さ
せて回転側ユニットの処理回路、送信装置に電源を供給
して、踏力センサで検知した踏力信号を固定側へ伝送す
るようにしたから、回転側ユニット７０その他の回転側
に重量とスペースのかさむバッテリを設置しないで済
み、また、踏力信号の無線授受は互いに対向した固定側
および回転側ユニット６０、７０内の狭い領域内でなさ
れるので、送信機および受信機は小型のもので済み、信
号伝送のための装置が全体としてコンパクトに形成され
るという効果を有する。

【００２４】また、信号伝送が無線で行なわれ、スリッ
プリングを有しないから、バッテリの交換・充電のメン
テナンスとともにその接触部のメンテナンスも不要で、
回転精度を要求されず、したがって加工精度も低くてよ
く、安価に製造することができる。そして固定側ユニッ
トにはＬＥＤ発光素子が周方向に沿って複数設けられて
いるから、回転側ユニットの太陽電池の設置位置にかか
わらず車輪の回転にしたがって太陽電池はいずれかのＬ
ＥＤ発光素子の光を受けることができ、安定した発電作
用を維持することができる。

【００２５】なお、光源としては上記のＬＥＤ発光素子
４６に限らず、一般の電球でもよく、また、光源群とし
ては複数の点発光素子のかわりに面発光素子を使用する
など、適宜に選択することができる。なおまた、ＬＥＤ
発光素子など光源をリング状に全周に配置するかわり
に、太陽電池をリング状に設けることにより、光源の数
を減じても同様に安定した発電作用が得られる。

【００２６】実施例は電動補助動力付き自転車に適用し
たもので、信号伝送を行なう移動体が相対的に回転する
場合の例を示したが、これに限定されず、例えば光源あ
るいは太陽電池を直線状に配置することによって、相互
に直線運動する移動体の間にも容易に適用することがで
きる。さらに、実施例では、踏力検出のため無線機とし
て回転側ユニットに送信機を設け、固定側ユニットに受
信機を設けて、無線信号が回転側ユニットから固定側ユ
ニットへの一方向となっている例を示したが、制御シス
テムの特性に応じて逆にすることができ、さらには、双
方の無線機に送受信機能を持たせて、双方向の信号授受
を行なわせることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のとおり、本発明は、相対的に変位
する固定体側と移動体側間の信号伝送装置において、固
定体側に光源群を、移動体側に発電素子を対向させて設
け、固定体側で光源群に電力供給して発光させることに
より発電素子に発電させ、これにより移動側無線機を作
動させて固定側無線機との間に信号授受を行なうように
構成したので、移動体側に重量とスペースのかさむバッ
テリ等の電源を設置しないで済み、信号伝送のための装
置が全体としてコンパクトに形成されるという効果を有
する。

【００２８】また、信号伝送が無線で行なわれ、スリッ
プリングを有しないから、移動体側のバッテリの交換・
充電のメンテナンスはもちろん、スリップリングの接触
部のメンテナンスも不要で、回転精度を要求されず、し
たがって加工精度も低くてよく、安価に製造することが
できる。

【００２９】また、補助動力付き自転車における相対変
位が回転であるフレーム側とペダルクランク側との間に
おいて、開口部を対向させた固定側ケースと回転側ケー
スを設け、固定側ケースに固定側無線機と光源群として
ＬＥＤ発光素子を収納し、回転側ケースに発電素子とし
て太陽電池や移動側無線機等を収納し、ＬＥＤ発光素子
をペダルクランク軸を中心とするリング状に配置するこ
とにより、ペダルクランク側で検出した踏力信号をバッ
テリやスリップリングなしでフレーム側へ送信でき、し
かも無線機も小出力で済むので、全体がとくに小型に形
成され、補助動力の制御に好適な踏力信号伝送装置が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】発明の実施例のレイアウトを示す図である。

【図３】信号授受部を示す断面図である。

【図４】固定側ユニットを示す図である。

【図５】回転側ユニットを示す図である。

【図６】制御回路を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 固定体側 ２ 移動体側 １１ 電源 １２ 光源群 １３ 固定側無線機 １４ 固定側電気・電子装置 ２１ 発電素子 ２２ 移動側電気・電子装置 ２３ 移動側無線機 ３０ 自転車 ３１ メインフレーム ３２ 後輪 ３３ ペダルクランク軸 ３３ａ アーム ３３ｂ ペダル ３４ ペダルクランク軸受け部 ３５ メインスプロケット ３６ サブスプロケット ３７ 補助動力用チェーン ３８ 後輪スプロケット ３９ 主チェーン ４０ バッテリ（電源） ４１ 受信装置（固定側無線機） ４２ コントローラ（固定側電気・電子装置） ４３ スイッチ ４５ 補助動力モータ ４６ ＬＥＤ発光素子（光源群） ５１ 太陽電池（発電素子） ５２ 踏力センサ ５３ 処理回路（移動側電気・電子装置） ５４ 送信装置（移動側無線機） ５５ 電圧レギュレータ ６０ 固定側ユニット ６１ ケース（固定側ケース） ６２ 底壁 ６３ 側壁 ６４ 光源盤 ６６、６７ コネクタ ６９ ナット ７０ 回転側ユニット ７１ ケース（回転側ケース） ７２ 底壁 ７３ 側壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/22

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的に変位する固定体側と移動体側間
   の無接点式信号伝送装置であって、 前記固定体側には、電源と、それぞれ該電源から電力供
   給を受ける光源群、固定側電気・電子装置および固定側
   無線機が備えられ、 前記移動体側には、光照射により発電する発電素子と、
   それぞれ該発電素子から電力供給を受ける移動側電気・
   電子装置および移動側無線機が備えられ、 前記光源群と発電素子は、前記変位方向に沿って互いに
   対向するように配置されて、 前記固定側無線機および移動側無線機を介して、前記固
   定側電気・電子装置と移動側電気・電子装置の間の信号
   授受が行なわれることを特徴とする無接点式信号伝送装
   置。
2. 【請求項２】 前記光源群が複数のＬＥＤ発光素子から
   なり、前記発電素子が太陽電池であることを特徴とする
   請求項１記載の無接点式信号伝送装置。
3. 【請求項３】 前記太陽電池には、電圧レギュレータが
   付設されていることを特徴とする請求項２記載の無接点
   式信号伝送装置。
4. 【請求項４】 前記移動体側は固定体側に対して回転変
   位するものであり、前記光源群が回転軸を中心とするリ
   ング状とされていることを特徴とする請求項１、２また
   は３記載の無接点式信号伝送装置。
5. 【請求項５】 前記固定体側が補助動力モータを備える
   補助動力付き自転車のフレーム側であり、前記移動体側
   が自転車のペダルクランク側であり、前記電源がフレー
   ムに固定されたバッテリであり、前記固定側電気・電子
   装置が踏力に応じて前記補助動力モータを制御するコン
   トローラであり、前記移動側電気・電子装置が自転車の
   スプロケットに設置された踏力センサの出力を処理して
   踏力を検出する処理回路であり、前記フレーム側のペダ
   ルクランク軸受け部と前記ペダルクランク側には、それ
   ぞれ開口部を対向させて固定側ケースと回転側ケースが
   設けられ、固定側ケースに前記固定側無線機とＬＥＤ発
   光素子が収納されるとともに、回転側ケースに前記移動
   側無線機、太陽電池および処理回路が収納され、前記Ｌ
   ＥＤ発光素子がペダルクランク軸を中心とするリング状
   に配置されていることを特徴とする請求項２記載の無接
   点式信号伝送装置。