(57)【要約】本発明は、フレームと、車軸を介してフレームに回転可能に配置される１つ以上の車輪と、車輪を伝達手段を介して伝達される人力のみによって駆動するかまたはその人力を一部として含む駆動力によって駆動する駆動手段とを備えている自転車であって、電源および／または駆動手段の補助推進装置が設けられた部分が外部からは可能な限り見えないようにして自転車内または自転車上に配置されている自転車に関する。
2005502531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
車軸を介して前記フレームに回転可能に配置される１つ以上の車輪と、
前記車輪を伝達手段を介して伝達される人力のみによって駆動するかまたはその人力を一部として含む駆動力によって駆動する駆動手段と
を備えている自転車であって、
電源および／または前記駆動手段の補助推進装置が設けられた部分が外部からは可能な限り見えないようにして前記自転車内または前記自転車上に配置されている
ことを特徴とする自転車。
【請求項２】
前記電源はバッテリであり、前記バッテリが前記フレームのメインチューブ内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の自転車。
【請求項３】
前記バッテリを充電する第１制御手段は前記フレーム内に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の自転車。
【請求項４】
前記第１制御手段は、前記バッテリと前記メインチューブを閉鎖する閉鎖手段と共に前記フレーム内に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の自転車。
【請求項５】
前記第１制御手段は前記バッテリの放電も制御するようになっていることを特徴とする請求項２、３または４のいずれかに記載の自転車。
【請求項６】
前記バッテリを充電する外部の第１充電装置をさらに備え、前記第１充電装置は前記バッテリおよび／または前記第１制御手段に連結可能となっていることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の自転車。
【請求項７】
運転者によって容易に携帯できる寸法と重量を有する第２充電装置をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の自転車。
【請求項８】
前記補助推進装置は電動ハブモータであることを特徴とする先行する請求項の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項９】
前記電動ハブモータは２つ以上の歯車を有する変速装置を備え、前記変速装置は１つ以上の遊星システムを備えていることを特徴とする請求項８に記載の自転車。
【請求項１０】
前記電動ハブモータが配置される前記車軸内には溝が設けられ、前記電動ハブモータから前記フレームの内部に配線を導くために、前記溝は少なくとも前記電動ハブモータから前記フレームに延在していることを特徴とする先行する請求項の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項１１】
前記バッテリの電圧よりも低電圧、例えば、照明用の６ボルトの電圧を電子部品に供給するパルス幅変調手段をさらに備えていることを特徴とする先行する請求項の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項１２】
運転者の人力による駆動力を測定する測定手段と、前記測定された運転者の人力に基づいて前記補助推進装置の電力を制御する第２制御手段をさらに備えていることを特徴とする先行する請求項の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項１３】
データバスが設けられ、前記データバスは前記測定手段、第１制御手段、第２制御手段、データ入力手段、および／またはデータ出力手段に接続されていることを特徴とする先行する請求項１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項１４】
保守を円滑に行うために前記データバスを外部コンピュータおよび／または外部点検端子に接続するコネクタをさらに備えていることを特徴とする請求項１３に記載の自転車。
【請求項１５】
前記自転車の前記駆動手段および他の機能部を作動または停止させる離脱可能および／または無線操作可能な操作端子をさらに備えていることを特徴とする先行する請求項の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項１６】
前記バッテリは２つ以上の部分からなり、前記部分の各々は例えば６または１２ボルトの電圧用であり、前記部分は互いに並列かつ直列に配置され、並列で充電される一方、前記補助推進装置には直列で電力が供給されていることを特徴とする先行する請求項の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項１７】
前記モータから発電機に切り換えるための切換手段をさらに備えていることを特徴とする請求項８ないし１６の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項１８】
車軸の溝内を通る配線貫通接続具をさらに備えていることを特徴とする先行する請求項の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項１９】
車軸が組み込まれた状態で、前記溝は前記車軸の底面に位置し、前記配線貫通具内を通る配線は前記ハブと前記フレームとの間において前記車軸の外に導かれていることを特徴とする請求項１８に記載の自転車。
【請求項２０】
前記パルス幅変調手段は、約２４ボルトの電圧を約６ボルトの電圧に変換するようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の自転車。
【請求項２１】
前記バッテリは同一の電圧の２つ以上の部分からなっていることを特徴とする先行する請求項の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項２２】
請求項１ないし２１のいずれかに記載の自転車の前記データバスとの間でデータを授受するために前記データバスに結合されるソフトウエアを有しているコンピュータ。
【請求項２３】
請求項１ないし２１のいずれかに記載の前記自転車の前記制御手段および／または前記測定手段のソフトウエアを更新／修正するためのソフトウエアをさらに備えていることを特徴とする請求項２２に記載のコンピュータ。
【請求項２４】
補助モータを有する自転車を推進する方法であって、
運転者の踏力を測定する段階と、
運転者の踏力の所定の比率の推進力をモータから供給するように前記モータを制御する段階と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
運転者の物理的条件および／または天候条件のような外部因子に基づいて、前記モータから供給される電力を制御する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
請求項１ないし２１の１つ以上のいずれかに記載の装置に適用される請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
チューブを２つに折畳むためのチューブ旋回装置において、
第１チューブ部内に配置された２つの第１フック手段であって、前記第１フック手段と共同作用する第２チューブ部内に配置された２つの第２フック手段内に係留されるような第１フック手段と、
スプリング手段と前記第１フック手段および前記第２フック手段を共に押圧する離脱可能な固定手段と
を備え、
閉鎖時において、前記フック手段および前記離脱可能な固定手段は前記チューブ内に外部からは見えないように配置されている
ことを特徴とするチューブ旋回装置。
【請求項２８】
前記固定手段を操作する操作手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２７に記載のチューブ旋回装置。
【請求項２９】
前記チューブ旋回装置を回転させるためのヒンジピンからなる少なくとも１つのヒンジをさらに備えていることを特徴とする請求項２７または２８に記載のチューブ旋回装置。
【請求項３０】
前記第１フック手段と第２フック手段を互いに離れるように付勢するスプリング手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２７、２８、または２９のいずれかに記載のチューブ旋回装置。
【請求項３１】
前記スプリング手段は、前記固定手段が緩んだときに前記ヒンジピン、前記スプリング手段、および前記フック手段を外側に付勢する螺旋スプリングであり、前記固定手段が締め付けられたときに、前記フック手段と前記スプリングを共に押圧するようになっていることを特徴とする請求項２７ないし３０のいずれかに記載のチューブ旋回装置。
【請求項３２】
自転車のフレームを支持する支持車輪をさらに備えていることを特徴とする請求項２７ないし３１のいずれかに記載のチューブ旋回装置。
【請求項３３】
請求項２７ないし３２の１つ以上のいずれかに記載のチューブ旋回装置を備えていることを特徴とする請求項１ないし２１のいずれかに記載の自転車。
【請求項３４】
少なくとも２つの車輪と、請求項２７ないし３２の１つ以上のいずれかに記載のチューブ旋回装置を有するフレームを備えていることを特徴とする折畳み可能な自転車。
【請求項３５】
折畳み状態の前記自転車を支持するための支持車輪をさらに備え、前記支持車輪は前記フレームに配置されていることを特徴とする請求項３４に記載の折畳み自転車。
【請求項３６】
請求項２２または２３に記載のコンピュータを用いて請求項１ないし２１のいずれかに記載の自転車の保守を行なう方法であって、前記自転車から前記コンピュータにデータを送信し、前記データを解析し、その解析に基づいて保守を行なう段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
前記保守はバッテリの交換であることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記保守は前記自転車内の記憶手段に記憶されたデータの修正であることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
フレームに固定された第１部分と、
自転車の前から後に向かう方向に位置をずらして前記第１部分に取付け可能である第２部分と
を備えていることを特徴とする車軸取付け手段。
【請求項４０】
前記第１部分は前記第２部分を受けるための少なくとも１つの平坦な側面を有し、前記第２部分は前記第１部分を受けるための少なくとも１つの平坦な側面を有していることを特徴とする請求項３９に記載の車軸取付け手段。
【請求項４１】
請求項３９または４０に記載の車軸取付け手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし２１の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項４２】
サドルに取り付けられる構成部分を機械的または電気的に駆動するようになっていることを特徴とする駆動手段。
【請求項４３】
前記サドルを固定する固定手段と、前記サドルの固定を解除するための操作手段と、前記サドルを上方に付勢するスプリングを備えていることを特徴とする請求項４２に記載の駆動手段。
【請求項４４】
前記駆動手段を駆動させる電気モータと、前記電気モータを切り替える操作手段をさらに備えていることを特徴とする請求項４２に記載の駆動手段。
【請求項４５】
請求項４２、４３、または４４のいずれかに記載の駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし２１の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【請求項４６】
前記バッテリはプラスチックの薄体によって密封された多数の要素から構成されていることを特徴とする先行する請求項の１つ以上のいずれかに記載の自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助推進装置付き自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
補助モータ付き自転車に関する多くの具体例が知られている。補助モータが電動モータである具体例も知られている。国際公開番号ＷＯ０１／３０６４３Ａ１は、自転車の補助推進力を制御するために運転者の踏力に関する情報を利用する電動補助自転車を開示している。しかし、このような自転車は、バッテリが自転車の外観を損なうという欠点がある。
【発明の開示】
【０００３】
この欠点および他の欠点を解消するために、本発明は、フレームと、車軸を介してフレームに回転可能に配置される１つ以上の車輪と、車輪を伝達手段を介して伝達される人力のみによって駆動するかまたはその人力を一部として含む駆動力によって駆動する駆動手段とを備える自転車であって、電源および／または駆動手段の補助推進装置が設けられた部分が外部からは可能な限り見えないようにして自転車内または自転車上に配置されている自転車を提供するものである。
【０００４】
この構成は、とりわけ、第３者から補助モータ付き自転車であると即座に見分けられないことを特に望むユーザにとって魅力的である。
【０００５】
好ましい一実施態様によれば、上記自転車は、運転者による駆動力を測定する測定手段を備えているとよい。すなわち、定められた法的規制に準じるために、自転車は運転者の人力による駆動をまったく伴わずに自転車を推進させるような補助推進装置を有することができない点が重要である。この目的のために、上記測定手段によって人力による駆動力に関連する信号を生成させ、その信号に基づいて所定量の補助推進力が人力による駆動力に加えられるように構成されている。
【０００６】
さらに好ましい一実施態様によれば、自転車は、少なくとも１つ電気エネルギーを貯蔵するバッテリを備え、このバッテリは好ましくは自転車のフレーム内に配置されているとよい。このようなフレーム内へのバッテリの配置は、バッテリを外部の影響から良好に保護し、損傷を防止することができるという利点がある。すなわち、バッテリの欠損／破裂または短絡が生じることになり、運転者に危険をもたらすことがない。運転者がバッテリを直接手で扱うことができないので、バッテリを損傷させることがないという他の利点もある。また、バッテリを内蔵するフレームの外観がバッテリを有しない自転車のフレームの外観と変わらないという利点を有している。さらに他の利点は、バッテリが盗難される可能性が少ないという点にある。
【０００７】
さらに他の実施態様によれば、バッテリは、例えばプラスチックなどからなる薄いスリーブ状外皮によって密封された多数のバッテリ要素（セル）を備えている。多数のセルをフレームチューブ内に別々に配置するのは困難であるが、例えば、それらのセルを予め整然と配列させた状態でプラスチック外皮によって覆うことによって、多数のセルをセル列としてフレームチューブ内に簡単かつ安定して配置させることができる。また、薄いプラスチック外皮の他の利点として、その外皮は殆ど空間を占めることがなく、外皮に覆われたセル列を限られた寸法のフレームチューブ内に配置させることができる。
【０００８】
さらに好ましい一実施態様によれば、バッテリの充電および放電を制御する制御手段は、フレーム内に配置されているとよい。この構成によって、バッテリの保守を極めて良好に行なうことができるという利点が得られる。バッテリは、過充電、過度に急速な充電または放電、あるいは高温に対して脆弱である。従って、これらの多くのパラメータを追跡し、得られたデータの重要な部分を記憶することによって、制御手段はバッテリの寿命を大幅に改善することができる。このような制御手段をバッテリと共に配置することによって、バッテリは常に正確なデータに基づく制御手段によって適切に管理されることになる。例えば、バッテリに関するデータが制御手段によって記録されていない場合、放電サイクルを実行することができない。その結果、ユーザはメーカによる保証を確実かつ良好に達成することができる。
【０００９】
さらに他の実施態様によれば、制御手段は、バッテリおよびメインチューブを閉鎖する閉鎖手段と共にフレーム内に配置されているとよい。また、自転車に主電源と接続可能な変圧器のような電力供給手段が搭載されている場合、その寸法および重量は自転車に悪影響を与えるものである。したがって、バッテリに充電エネルギーを供給する変圧器手段は、バッテリの充電と放電を制御するための制御手段から取り外し可能に設けられているとよい。この構成のもたらす利点は、必要に応じて、比較的緩慢な充電機能を有する軽い変圧器または比較的急速な充電機能を有する重い変圧器のいずれかを選択することができるという点にある。バッテリの充電または放電を制御する上記の制御手段は、用いられる変圧器の型式に応じて充電を制御することができる。なお、軽量の充電器は、屋外での充電が必要な場合に備えて、比較的容易に持ち運びできるという利点がある。
【００１０】
補助推進装置は、好ましくは後輪の駆動の少なくとも一部を補助させるために、後輪の車軸のハブ内に配置される電気ハブモータを備えているとよい。モータを後輪のハブ内に配置することによって、補助推進装置を外部から比較的見えなくすることができるという利点が得られる。モータをハブ内に配置することによって得られる他の利点は、後輪上のモータの動力を直接的に後輪に伝達できるので、伝達の損失が殆どない点にある。
【００１１】
電気ハブモータは、好ましくは２つ以上の歯車を有する変速装置を備えているとよい。また、変速装置は、好ましくは１つ以上の遊星システムを備えているとよい。このような変速装置を設けることによって、例えば、低速走行または険しい坂道上の走行において、大きな踏力および／または補助推進力またはトルクを必要としないという利点が得られる。変速装置は、好ましくは１つ以上の遊星システムとして具体化されているとよい。変速装置は、モータによる駆動力およびチェーンを介してハブに伝達される人力を変化させることができる。さらに、ハブとチェーンとの間にも変速機を配置することによって、複数のスプロケットを用いて所定の変速比を得ることもできる。
【００１２】
また、本発明による自転車は、好ましくはモータを発電機（ダイナモ）に切り換えるための切換手段をさらに備えているとよい。この構成によって、バッテリが不具合になるかまたは完全に空になった場合に、自転車の照明をモータのこのような発電作用によって継続することができる。他の利点は、この目的のために専用の発電機を設ける必要がないという点にある。この発電機能は主として照明用である。このような照明用発電機としてのモータの機能を得るために、極めて小さい回路を設ければ十分である。このような照明用の発電作用の利点は、その発電作用がモータを作動させずに発電機の機能を用いて走行している運転者にごくわずかな負荷を負わせるだけで得られるという点にある。このような負荷の大きさは、従来の自転車の発電機の負荷に匹敵するものである。さらに、この実施態様によれば、タイヤとの摩擦抵抗によって発電させる従来の自転車の発電機における摩擦抵抗でタイヤが磨耗するという欠点を解消することができる。
【００１３】
さらに好ましい実施態様によれば、車軸はモータ用の配線を通す配線貫通接続具が配置される溝を有しているとよい。組立状態において、この溝は好ましくは車軸の底面に位置しているとよい。このような溝を車軸に設けることによって、電力用の配線を外部から見えないように配置することができるという利点が得られる。しかも、この配線は、自転車が倒れた場合または破損した場合であっても十分に保護されることになる。このような構成は極めて堅牢である。
【００１４】
一実施態様によれば、本発明の自転車は、照明などに用いられる電気部品に電力を供給するパルス幅変調手段をさらに備えているとよい。この構成によれば、バッテリが必要に応じて基準の電圧と異なる電圧をこのような副次的電気システムによって生成することができるという著しい利点が得られる。具体的には、自転車の照明に６ボルト電球を用いることが可能となる。例えば、３ワットの光出力を得るために、６ボルト電球は所定の太さのフィラメントを有している。３ワットの光出力に対して、この所定の太さを有するフィラメントは比較的強靭である。しかし、このワット数の電球に例えば２４ボルトの電流が供給される場合、フィラメントの太さは余りにも細すぎるので、自転車の照明灯のフィラメントとして損傷し易くなる。このようなフィラメントは、自転車の走行中の衝撃によっても極めて寿命が短くなる。この実施態様におけるパルス幅変調手段は、例えば、１２−２４ボルトの電圧からごくわずかなエネルギー損失を伴うだけで、例えば、６ボルトの電圧を生成することができるという利点がある。さらに他の利点は、パルス幅変調することによって、標準の電球、すなわち、一般的に市販されている電球を用いることができるという点がある。
【００１５】
本発明の自転車は、好ましくは２つ以上の測定手段、記憶手段、制御手段、データ入力手段、および／またはデータ出力手段間のデータ伝達のためのデータバスを備えているとよい。このデータバスは著しい利点を有している。すなわち、データバスを介して、全ての構成部品を互いに直接連通させることができる。このような構成部品としては、測定手段、第１および第２制御手段、データ入力手段またはデータ出力手段、および記憶手段などが挙げられる。具体的には、複数の制御データや他のデータを１本の信号線を介して異なる構成部品に伝達することができる。後述する操作端子は、例えば、自転車のハンドルバーに配置されるが、この操作端子もシステムの操作を行うためにデータバスに接続させることができる。この実施態様によれば、電気システムを新しい構成部品を含むように拡張するのも非常に簡単に行なうことができる。また、自転車の保守を行なう場合、電気システムの全ての構成部品に対し、プラグコネクタを介してアクセスすることができる。さらに、必要に応じて、データバスシステムの全体あるいはその一部を無線伝送することもできる。
【００１６】
さらに、本発明の自転車は、データの読取りおよび入力のための少なくとも１つの操作端子を備えているとよい。この操作端子は、好ましくはハンドルバー上の小ケースからなり、この小ケースは、自転車が使用されないときには容易に取り外すことができる連結手段を備えているとよい。このユニットをデータバスに接続させることによって、自転車の全てのデータシステムからの情報を原理的に読み取ることができる。このような操作端子の利点は、取り外しが容易であり、この取り外しによって電子システムを機能させないようにするか、または例えばブレーキ位置に設定することも可能であるという点にある。また、操作端子は、窃盗を防止するために自転車を使用不可能にする特殊なコードを設けることもできる。さらに、操作端子は、自転車の存続期間中に最新のユニットまたは改善されたユニットと取り替えることができる。必要に応じて、データバスとの接続を無線通信によって行なうことができる。データバスとの無線通信によって、操作端子を自転車の運転者の手首に装着することができる。この場合、例えば、操作端子を手首に装着した運転者が自転車から無線通信ユニットの範囲外まで遠く離れると、自転車を使用不能にすることができるという利点がある。操作端子は、心拍数メータに連結させるかまたは心拍数メータの機能と一体化させることができる。この場合、自転車の補助推進装置を運転者の心拍数と関連させることができる。例えば、運転者の最大許容心拍数を１５０に調整し、心拍数がこの値を超えるおそれがある場合は、補助動力を増すように構成することもできる。
【００１７】
データバスによって、自転車の全体を例えばハンドルバーに取り付けた操作端子から制御することができるというさらに他の利点が得られる。
【００１８】
さらに他の好適な実施態様によれば、バッテリが６または１２ボルト用の２つ以上の部分を備えた自転車が提供されることになる。これらの部分は互いに平行かつ直列に接続され、充電は並列に行なわれ、補助推進器への電力供給は直列接続によって行なわれるように構成されている。この構成によれば、異なるバッテリ構成であっても１つの標準電圧の充電器を用いて充電することができるという利点が得られる。また、異なるバッテリ構成によって、異なる形式のモータを駆動することができる。
【００１９】
本発明の自転車は、好ましくはさらにチューブを２つに折畳むためのチューブ旋回装置を備えているとよい。チューブ旋回装置は、第１チューブ部内に配置された２つの第１フック手段であって、第１フック手段と共同作用する第２チューブ部内に配置された２つの第２フック手段内に係留されるような第１フック手段と、スプリング手段と第１フック手段および第２フック手段を共に押圧する離脱可能な固定手段とを備え、閉鎖時においてフック手段と離脱可能な固定手段は、外部からは見えないようにチューブ内に配置されている。
【００２０】
チューブ旋回装置は、好ましくはチューブ旋回装置を回転させるヒンジピンを有する少なくとも１つのヒンジを備えているとよい。さらに好ましくは、チューブ旋回装置は第１および第２フック手段を互いに離れるように付勢するスプリング手段を備えているとよい。このようなチューブ旋回装置の利点は、自転車の折畳みを極めて簡単に行なうことができるという点にある。このチューブ旋回装置を用いることによって前後の車輪を非常に正確に互いに折畳むことが可能となるので、非常に大きな車輪を有する自転車を極めてコンパクトに折畳むことができる。
【００２１】
本発明によるさらに好ましい実施態様によれば、同じ電圧の２つ以上の部分からなるバッテリが提供されることになる。このようなバッテリは、複数の部分を同じ電圧、例えば、１２ボルトでその電圧用の単一の変圧器によって充電することができる。このような充電器は、例えば１２ボルト、２４ボルト、３６ボルト、または４８ボルトのバッテリを有する自転車に適している。このようなバッテリ構成の利点は、異なる電圧のバッテリを用いる異なる型式の自転車に殆ど同じ充電器を用いて充電を行なうことができるという利点がある。
【００２２】
本発明によるさらに他の実施態様によれば、本発明による自転車のデータバスにデータを送信し、および／または自転車のデータバスからデータを受信するために自転車のデータバスに連結されるコンピュータが設けられているとよい。このようなコンピュータは、自転車の電気システムの個別の構成部品の全てとアクセス可能であり、それらの構成部品からデータを得ることができる。また、このような構成部品をコンピュータによって再プログラム化することも可能である。
【００２３】
本発明のさらに他の実施態様によれば、補助モータを有する自転車を推進する方法であって、運転者の踏力を測定する段階と、運転者の踏力の所定の比率の推進力をモータから供給すべくモータを制御する段階とを含む方法が提供されることになる。
【００２４】
好ましくは、この方法は運転者の物理的条件および／または天候条件のような外部因子に基づいてモータから供給される電力を制御する段階をさらに含むとよい。この方法の利点は、前述したように、運転者の心拍数が所定値よりも大きくなるのを防ぎ、または自転車が上り坂に達したときや向かい風に面した場合にさらに大きい補助推進力を供給することができるという点にある。
【００２５】
さらに他の好ましい実施態様によれば、本発明の自転車は、フレームに固定された第１部分と、自転車の前から後に向かう方向に位置をずらして第１部分に取り付け可能な第２部分とを有する車軸取付け手段を備えているとよい。
【００２６】
好ましくは、第１部分は第２部分を受けるための少なくとも１つの平坦な側面を有し、第２部分は第１部分を受けるための少なくとも１つの平坦な側面を有しているとよい。このような車軸取付け手段の利点は、チェーンを伸張するのに別体のチェーンテンションナーを設ける必要がないことにある。第２部分の底面の長穴を後輪の車軸が通る長穴として用いることによって、極めて簡単に後輪の組立および分解を行なうことができる。この車軸取付け手段は特に後輪が比較的重量がある場合、例えば、モータを後輪ハブに内蔵している場合に利点がある。
【００２７】
本発明による自転車は、好ましくは運転中にサドルの高さを調整する装置を備えているとよい。このような装置は、停止中はサドルを低位置にし、走行中は理想の乗車位置に調整できるという利点がある。このサドルの調整は電動でも手動でも行なうことが可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明のさらに他の目的、特徴、および詳細を添付の図面に基づいてさらに具体的に説明する。
【００２９】
本発明による一実施例（図１）は、フレーム２を備える自転車１に関するものである。フレーム２は、メインフレームとしてのダウンチューブ３、シートチューブ８、チェーンステイ１９、シートステイ１８、フォークポスト１３、およびクランクシャフトチューブ１６からなっている。
【００３０】
フレームのメインチューブ３内には、例えば、２０個の１．２Ｖセルからなるバッテリ４が配置されている。メインチューブ３は、バッテリを外部環境から保護するハウジングとして機能している。２つのセル列の包装は、薄いスリーブ状の外皮（図示せず）によって密閉されている。このような外皮によって、バッテリをチューブから絶縁し、かつバッテリを構成する多数のセルをチューブ内に極めて単純に配置することが可能となる。このようにバッテリを配置することによって、バッテリを収納するためのハウジングを新たに設ける必要がないという利点が得られる。また、バッテリを外界からの影響に対して十分に保護することができるという利点も得られる。
【００３１】
メインチューブ３の上部または側部には、充電器接続部１１が配置されている。バッテリを充電する電源はこの充電器接続部１１に接続されている。メインチューブ３の底面には、閉鎖カバー１５が配置されている。この閉鎖カバー１５の内側には、例えば、バッテリ制御手段が配置されている。このバッテリ制御手段については、後で図２に基づいてさらに詳細に説明する。
【００３２】
バッテリを充電するために、または電力を自転車の他の電気的構成要素に供給するために、プラグ１２を介して電力をコネクタユニット（充電器接続部）１１に供給する変圧器２６が設けられている。
【００３３】
シートチューブ８には、サドル９の高さを調整するサドル調整手段５０が設けられている。このサドル調整手段については後で図５に基づいてさらに詳細に説明する。
【００３４】
自転車はさらにリアハブ５を備えている。このリアハブ５内には、例えば、電動モータが配置されている。このハブについては後で図３に基づいてさらに詳細に説明する。
【００３５】
自転車は、さらにペダル２８とクランク２９を備えている。運転者によってこれらのペダルとクランクに付加された力は、伝達手段６を介してリアハブ５に伝達されるようになっている。
【００３６】
データケーブル２４を外部コンピュータ２７に接続するためのコネクタ１４は、チェーンステイに取り付けられている。外部コンピュータ２７を用いて、自転車の種々の構成要素からデータを読み取ることができる。この目的のために、データバスが自転車内に設けられている。バッテリの状態、例えば、自転車の運転に使用されたバッテリの状態を外部コンピュータ２７によって確認することができる。このようなバッテリの状態として、例えば、すでに行なわれた充電および放電の回数やバッテリの温度が所定の温度を超えた回数または所定の温度に達しなかった回数などに関するデータが挙げられる。
【００３７】
ハンドルバー７上には、操作端子１７が離脱可能に配置されている。この操作端子はついては後で図４に基づいてさらに詳細に説明する。
【００３８】
この自転車の電気的構成要素を相互に接続する電気配線系（図示せず）が配置されている。この配線系を介して、電力がバッテリから全ての電気的構成要素に供給され、この電力の供給は後述する電力管理ユニット（ＰＭＵ）によって制御されるようになっている。電気的構成要素間のデータ伝達を行うためのデータバスケーブルがさらに設けられている。さらに具体的に述べると、データ伝達は、全ての電子的構成要素が接続されているいわゆる、データバス構造によって行なわれ、データバスケーブルはそのデータバス構造の一部である。
【００３９】
フレームのメインチューブ３の底側は閉鎖カバー１５によって閉鎖されているが、この閉鎖カバー１５の一部はバッテリのプラスチックハウジング２２と一体化している。この閉鎖カバーは種々の機能を有している。第１の機能はメインチューブ３の底側を閉鎖する点にあり、さらに他の機能はエネルギー管理ユニット、すなわち、電力管理ユニット（ＰＭＵ）２３を保持する点にある。このＰＭＵは、バッテリの充電および放電を管理するものである。
【００４０】
このようなバッテリの収容は多くの利点をもたらしている。例えば、バッテリはメインチューブ内において良好に保護され、損傷することがない。従って、バッテリの故障、破裂、または短絡によって運転者に危険をもたらすことがない。また、バッテリは運転者の手が届かないチューブ内に堅固に配置されているので、運転者がバッテリに手を触れて危険な操作をする可能性が極めて少なくなる。すなわち、バッテリをチューブ内に配置することによって、安全性を極めて向上させることができる。また、バッテリが外部から見えないという利点もある。さらに、下側のメインチューブ内にバッテリを配置することによって、バッテリの重心が下側に位置し、その結果、自転車の重心を下げることができる。ところで、この実施例において、バッテリはメインチューブ内においてＰＭＵに連結されている。これはバッテリのデータおよびバッテリに対して測定されたデータがＰＭＵに記憶されることを意味している。バッテリを取り替えるとき、ＰＭＵの充電用の電子機器も取り替える必要がある。この場合、新しいバッテリと共に用いるＰＭＵを再設定または再プログラム化することもできる。バッテリをメインチューブ内に配置することによって得られる他の利点は、バッテリが盗難され難い点にある。さらに、バッテリが充電または放電によって加熱されたとき、フレームが冷却体として作用するという利点もある。なお、本発明によれば、バッテリはメインチューブのみならず、例えば、シートチューブ内に配置させることもできる。好ましくは、バッテリはそのバッテリを構成する個別の多数のセルを一緒に保持する薄いプラスチックのスリーブ状外皮によってさらに密閉されているとよい。
【００４１】
本実施例において、バッテリは２つのセル列として構成され、各セル列は６０００〜９５００ｍＡＨ、好ましくは、８０００ｍＡＨの容量を有する１０個のセルからなっている。この実施例において用いられるセルは、Ｄ（単１）ＮｉＭＨセルである。これらのセルは定電流充電され、最大充電電流の条件はセルの銘柄、型式、および温度によって特定されている。ＰＭＵに含まれる１つの構成要素として、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）が設けられている。バッテリの最大寿命を達成するために、ＢＭＳはバッテリの放電プロセスおよび充電プロセスを管理し、その放電および充電のデータをハンドルバーに設けられた操作端子のバッテリインジケータ部に表示し、放電／充電サイクル数や供給された全電力などの評価用データを収集している。バッテリの電圧および温度が高くなり過ぎた場合、ＢＭＳは充電プロセスを終了させている。このようなデータは、１０個のセルからなるセル列ごとに測定されている。この目的のために、１０個のセルからなるセル列が対になって、バッテリを構成している。
【００４２】
充電プロセス中に、バッテリの各セル列の電圧、電流および温度が測定されるようになっている。ＰＭＵプロセッサは、例えば、ｄＶ／ｄｔ、ｄＴ／ｄｔ、最小／最大セル温度、ＢＭＳデータ、および／またはタイマーからのデータなどの基準値に基づいて、充電電流の供給を停止すべきかどうかを判断している。この実施例において、充電プロセスは、ＰＭＵプロセッサによって任意に停止することができるように構成されている。充電器として、ＮｉＭＨバッテリを充電する場合に、一般的である定電流充電用の外部電源が用いられている。
【００４３】
バッテリの充電以外に、ＰＭＵは以下の機能を有している。すなわち、ＰＭＵは、（１）１０個のセルからなるセル列ごとのバッテリの電圧を監視する機能、（２）セル列ごとに測定されるバッテリの温度を監視する機能、（３）クーロン測定によってバッテリの充電状態を判断する機能、（４）可変パルス幅変調（ＰＷＭ）によって標準的な自転車用ランプに６ボルトの電圧を供給して自転車の照明を行う機能、および（５）ハンドルバーの操作端子にバッテリ容量（百分率）などのデータを表示させる機能を有している。
【００４４】
ＰＭＵを構成する電子機器は、自転車に内蔵されているバッテリに連結され、そのバッテリに適した充電プロセス用の特定の構成部品を備えている。従って、バッテリを交換した場合、充電プロセスも変化することになる。危険な状況を防ぐために、ＰＭＵの電子機器をバッテリと共に取り替えるとよいが、必要に応じて、ＰＭＵの電子機器を新しい電池に対応させて修正することもできる。ＰＭＵ内には、バッテリに関連するデータを記憶するＥＥＰＲＯＭが配置されている。このＥＥＰＲＯＭ内に記憶されるデータの例として、例えば、（１）充電サイクル数、（２）Ａｈ（アンペア時）の合計、（３）たとえば、最初に使用されてからの１日当たりの供給時間、（４）例えば、ｋｍ／日で表される平均使用時間、（５）ｋｍで表される全走行距離、（６）平均速度、（７）平均踏力トルク、（８）ｋｍ／充電回数の平均値、（９）最大放電／充電電流、および、（１０）再充電までの平均放電が挙げられる。
【００４５】
このようなデータは、どの変数がバッテリの寿命に影響を与えるかを判断する場合または保証の権利に関して自転車の運転者が注意深くバッテリを扱っていたかどうかを判断する場合などに有益である。
【００４６】
操作端子のバッテリインジケータ部によって、自転車の運転者はバッテリの充電状態を視覚的に観察することができる。このような表示用のデータは、ＰＭＵのプロセッサ内に収集、処理および記憶され、次いで、ハンドルバーの操作端子に後述するデータバスを介して伝達される。表示されるデータは、（１）バッテリの入力／出力電流の連続的測定（いわゆる、クーロン測定）、（２）バッテリの内部的自己放電の補正、（３）「満充電レベル」のバッテリの電圧特性（ｄＶ／ｄｔ）の測定値とバッテリの特性に関する推測に基づいて補正された電圧特性との比較、および（４）「空充電レベル」のバッテリの電圧特性の測定値とバッテリの特性に関する推測と再計算された容量に基づいて補正された電圧特性との比較などである。なお、バッテリの特性に関する推測として、例えば、バッテリの老化に関する情報、充電回数の記録、電池温度の測定などが挙げられる。
【００４７】
バッテリは常に完全に空の状態まで放電されない。すなわち、完全な空の状態に至る放電は、ＢＭＳによって阻止する必要がある。例えば、ＰＭＵは、バッテリの残留充電量が１０％になったときモータへの電流の供給を遮断している。また、各充電サイクルにおいて、ＰＭＵは充電量が１００％になるまでバッテリを充電しない。このような充放電によって、バッテリの寿命を著しく向上させることができる。
【００４８】
正確なＢＭＳを用いることによってのみ、上記のバッテリの寿命を考慮した充放電を行なうことができる。この観点から、ＰＭＵは、ＢＭＳが不正確な表示を行なった場合でもバッテリを保護する監視機構を備えているとよい。例えば、残留容量が１５％のときにバッテリの放電を停止させると設定した場合、ＢＭＳが実際にはバッテリが殆ど空であるにも拘らず１５％以上の残留充電量を表示し、一方、例えば、０．９ボルト／セル未満のセル電圧が監視機構によって表示されたとき、ＰＭＵはＢＭＳの表示が不正確で監視機構のデータが正しいと判断し、放電を停止するようになっている。
【００４９】
３つの機能が実質的にハブ５（図３）内に組み込まれている。この３つの機能は、モータの駆動機能と、遊星システムの変速機能と、モータ管理ユニット（ＭＭＵ）として具体化される制御ユニット５５である。さらに、自転車の運転者による踏力トルクを測定するトルク測定手段５２が設けられている。このトルク測定手段は、車軸５１の底面または側面に水平方向に延在して配置された小形の歪ゲージによって具体化されている。車軸は踏力トルクによってわずかに変形し、その変形に対応して、歪ゲージ５２がわずかに変形するようになっている。この歪ゲージの変形による信号は信号増幅器５３に供給されている。信号増幅器５３は、モータ管理ユニット用ハウジング５６の内側に配置されたモータ管理ユニット５５のプリント配線基板５４上に配置されている。
【００５０】
ハブ５内には、２４ボルト用ブラシレス３相モータが配置されている。このモータはマグネット６５とコイル６６から形成されている。コイル６６は、車軸５１に固定されたデータバス５７に取り付けられている。マグネット６５はロータ６４内に配置されている。ロータ６４の片側はチェーンスプロケット５８に接続され、ロータ６４の他側は遊星システムのサテライトホイール６３に接続されている。
【００５１】
ロータ６４に接続されたサテライトホイール６３は、遊星システムのアウターリングを構成している。遊星システムのインナーリングは、太陽ホイール６１によって構成されている。これらのサテライトホイール６３および太陽ホイール６１間には、軸受５９によってハブ壁６０に取り付けられた６個の遊星ホイール６２が配置されている。
【００５２】
遊星システムをオン／オフ操作することによって、２つの駆動状態を設定することができる。遊星システムをオン／オフ操作するために、遮断ボール７１が用いられている。２つの位置に設定可能な滑動可能バス７２が設けられている。この滑動可能バス７２が１つの位置に配置されると、遮断ボール７１は太陽ホイールの溝から離脱し、滑動可能バス７２が他の位置に配置されると、遮断ボール７１は太陽ホイールの溝内に付勢されることになる。滑動可能バス７２は、ソレノイド７４の付勢力によって２つの溝のいずれかに移動し、スプリング・ボール７３によってその溝に係留されることになる。
【００５３】
ホイールの自由走行を可能とするために、ハブは、公知のヘアピンスプリング７９付きフリーホイールラチェットを備えている。データバス７５は、太陽ホイールをハブの壁６０と接続させるものである。
【００５４】
モータを作動させるには、エネルギーおよびデータをＰＭＵからモータに供給する必要がある。この目的のために、電力供給用の２本の配線とデータバス構造体のデータ供給部をなす１本の配線が設けられている。これら３本の配線は、例えば、約８．２ｍｍ径の丸ケーブル内に内蔵されて、ハブの内側に導かれている。３本の配線を良好な信頼性と耐久性を保って導くために、これらの配線の通路として機能する溝７６が車軸の底（取付け状態における底）に形成されている。なお、３本の配線は、実際には約８．２ｍｍの丸ケーブル内に内蔵された状態で溝内に配置されていないが、図３においては、丸ケーブルを省略して、これらの配線が溝内において互いに隣接して配置されている状態が示されている。これらの配線は、ハブとフレーム（リアフォーク）との間において車軸から外に導かれている。配線が車軸の端部から外に延長する既存の実施例と比較して、上記の溝を介する配線の配置は、配線の破断または損傷が容易に生じないという利点がある。実際、車軸の端部から外に延長する配線は、人力によってまたは倒れた自転車の車軸の端部などによって比較的損傷しやすい。
【００５５】
車軸内における配線の占める空間を十分に大きくするために、車軸は比較的大きな直径、例えば、１５ｍｍであるとよい。この車軸をハブに取り付けるための軸受の内側をケーブルが挿通するが、この軸受も約１５ｍｍの内径を有しているとよい。なお、車軸と軸受の寸法は１５ｍｍよりもいくらか大きくてもまたは小さくてもよい。このようなモータに配線を挿通する構成は、例えば、配線が外からは見えないという利点、自転車が倒れた場合や損壊した場合も配線が良好に保護されるという利点、および／または配線の配置が確実なので、永続性があり、自転車の寿命を高めるという利点がある。
【００５６】
モータの作動については、後で図１０に基づいてさらに詳細に説明する。
【００５７】
図４は、表示画面９０と２つの制御ボタン８５および８６を有する操作端子１７を示している。表示画面には、例えば、走行速度または走行距離を表す３桁の数字が表示されるようになっている。この表示される場所は、具体的には、英数字部９７である。また、パワーモード９１，９２，９３とオフ位置９８のいずれか１つが選択可能である。バッテリ残留充電量バー９６はバッテリの残留充電量を示している。照明表示部９５を用いて、照明を切り替えることができる。また、照明表示部９５は照明がオン状態にあるかどうかを表示するものである。バッテリ充電／放電表示部９４は、バッテリが充電中かまたは放電中かを表示するものである。
【００５８】
種々の試験によって、上記の実施例による自転車は、電気的（補助）駆動装置を有する従来の自転車よりも格段にすぐれた性能を発揮できることが判明している。電力管理システムが上述したようなものではなくかつ踏力の測定およびモータの作動が従来の手段を用いてなされるような自転車と比較して、上述のバッテリの充電構成を有する自転車は操作の自由度を著しく大きくすることが可能であることも判明している。
【００５９】
本発明による自転車の他の利点は、補助推進装置を用いないときに、補助モータを有しない従来の自転車と比較してさほど大きい踏力を必要としないという点にある。この利点は、万一バッテリが十分に充電されていない場合に特に効果的である。
【００６０】
さらに他の好ましい実施例（図５）において、自転車はシートステイ１８によって支持されるシートチューブ８を備えている。サドルポスト１０１がシートチューブ８内に配置されている。このサドルポスト１０１は、歯付きホイール１０２を介してモータ１０３によって駆動可能となっている。ボタン１０４，１０５を用いて、サドルを手動によって上下に移動することができる。しかし、この実施例の目的はサドルを電気的に上下方向に移動させることにある。そのために設けられる電気的調整ユニットは好ましくはデータバス接続部を備え、主制御装置によってサドルを自転車の変数に基づいて自動的に調整することができるように構成されている。例えば、運転者にとって、サドルの取付けおよび取外し時においてはサドルの位置が低く、加速時にはサドルの位置が高い方が好ましい。
【００６１】
この装置は、速度に対応させてサドルを上下に調整することができる。また、運転者による踏力に基づいてサドルの高さを制御することができる。この図に示されている電気的サドル調整駆動装置は歯付きホイールを用いている。また、水平調整ネジを用いて水平リング１０６を駆動させることによって、自転車の高さを調整することもできる。さらに、サドルを上方に恒久的に押し上げるスプリングと手動によって操作されるスプリングの付勢力に抑止するかまたは抑止しない機構によって、サドルの高さを手動で調整することもできる。
【００６２】
さらに他の好ましい実施例（図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ）において、フレームチューブを折畳み可能とするヒンジが設けられる。フレームチューブ１１０は、その長手方向と直交する方向または直交する方向から所定の角度だけ傾斜した方向に沿って２つの部分に分割されている。連結板１１８，１２０は、これらの２つのチューブ部分にそれぞれ連結されている。これらの板は、それぞれフック１１３，１１５を有している。２つのチューブ部分が手動によって直線状に並ぶ状態に配置されたとき、フック１１３，１１５はそれぞれフック嵌入縁１１４，１１６に重なるようになっている。ヒンジ１１７が圧縮スプリング１１９を有するヒンジピンを包囲するように設けられている。圧縮スプリング１１９は２つのチューブ部分を互いに離れるように移動させるものである。図６Ａに示すように、折畳むときは、２つのチューブ部分を対向する方向に互いに離間させ、フック手段をフック嵌入縁から離脱させている。また、ヒンジ部はピン１１２を用いて回転することができる固定ボルト１１１をさらに備えている。摘み部をピン１１２に設けてもよい。例えば、バイオネット機構（溝とバネによる嵌合機構）を用いて差し込まれた摘み部を用いて、ボルト１１１を作動させることができる。
【００６３】
この実施例のヒンジは、支持車輪１０８を有する車輪支持体１０９をさらに備えている。この支持車輪の利点は、このヒンジを有する自転車が折畳まれた後支持車輪によって支持させることができるという点にある。従って、折畳まれた自転車を容易に移送することができ、また安定した姿勢で駐輪させることができるという効果が得られる。
【００６４】
ヒンジを閉鎖した後、ボルト１１１を締め付けることによってスプリングは圧縮され、フック手段が対応するフック嵌入縁に押し込まれる。２つのチューブ部分の分割面の傾斜角が比較的小さい場合、例えば、３８°の場合、フレームチューブの断面は比較的大きくなり、その結果、２つのフック手段を比較的大きく離間させて配置することができる。この場合、２つのフック間の距離が大きいので、フックの嵌入深さは比較的浅くてもよく、ヒンジを閉鎖するのにそれほど大きな力を必要としないという利点を有している。
【００６５】
上記ヒンジ機構は、チューブが大径を有している場合に特に有用である。したがって、図６のチューブは非常に適している。このような大径チューブは、ヒンジポイントの部品を配置するための大きい内部空間を設けることができ、さらに２つのチューブ部分の分割面の傾斜角がどのように小さい場合にも大きな内部空間を設けることができるという利点がある。このヒンジは、さらに締付けピン１１２のみが外部に露出してヒンジポイントは外部から見えないという外観上の利点がある。この全体が内部に収納されているヒンジポイントの他の利点は、例えば、衣服を引っ掛けたり、運転者を傷つけるようなどのような鋭利な箇所も外部に露出していない点にある。閉鎖位置において、このヒンジはその回転ポイントには力が付加されずにフレームを折畳んだ状態に保持するので、閉鎖されたフレームには遊びがない。また、図において下側に位置するフック手段は、その全体が分割されたチューブに付加される張力の領域内に配置されているので、下側フック手段を有するチューブ部分の有効な断面因子（ヒンジとして作用する部分の断面／全断面積）はチューブ自身の有効な断面因子よりも少なくとも低い。なお、この実施例は、ヒンジピンを設けていないので、分割可能な自転車、すなわち、分割可能なフレームに用いることができる。
【００６６】
図７は折畳みフレーム１７１を備える折畳み自転車１７０を示している。折畳みフレームは、図６のヒンジと同様のヒンジ１８１を中心として折畳み可能である。フレーム１７１は、シートチューブ１８６、メインチューブとしてのダウンチューブ１７２、シートステイ１７３、チェーンステイ１７４およびフォークポスト１７５を備えている。フレームは、ダウンチューブ１７２がヒンジ１８１を中心に旋回させることによって折畳み可能となっている。ヒンジ１８３を中心として旋回可能な操舵シャフトが設けられている。また、自転車は、前輪１７９、後輪１８０およびサドル１７８を備えている。固定ブラケット１０９は、シートチューブ１８６の底側のクランクシャフト１７６の近傍に設けられ、支持車輪１０８は固定ブラケットに取り付けられている。この支持車輪１０８は、折畳まれた自転車の第３の支持ポイントとして作用し、前輪１７９および後輪１８０は第１および第２支持ポイントとして作用している。自転車は、踏力をクランクシャフトから後輪１８０に伝達するためのチェーン１８５をさらに備えている。ヒンジ装置１８１を作動させるために、固定ピン１１２にはどのような種類の摘み（ハンドル）が設けられていてもよい。
【００６７】
自転車の折畳みを行なうには、まず、ヒンジの固定ボルトを緩める。次いで、連結板１２０を互いに変位させ、フック手段１１３，１１５のヒンジ結合を解除させる。図６Ｂはヒンジ解除の中間位置を示している。なお、図６Ｃは完全に閉鎖した位置における連結板１１８，１２０の配置Ａを示している。ピン１１２を回動させることによってヒンジが完全に開くと、チューブを２つに折畳むことができる。その結果、前輪を後輪に対して折畳むことができる。図示するように、折畳まれた前輪および後輪の車軸１８７，１８８はごく隣接して位置している。次いで、自転車を図７に示す位置に傾斜させて、自転車を前輪と後輪および支持車輪１０８を支点として立て掛ける。
【００６８】
図７の実施例は特に大きな車輪を有しているにも拘らず比較的小さな矩形の枠体内に収納させることが望まれる自転車または電動推進自転車に非常に適している。例えば、２２インチ（５５．８８センチ）、２４インチ、または２６インチの直径、好ましくは、２４インチの直径を有する車輪の折畳みに適している。このような自転車を前述のように折畳むことによって、７３５ｍｍ×６１０ｍｍの矩形の枠体内に収納することが可能となる。このような大きな直径（例えば、２４インチ）を有する折畳み可能な自転車は、例えば、１６インチの車輪を有する折畳み可能な自転車と比較して、回転抵抗が小さく、走行性がきわめて良好であるという利点を有している。また、車輪が大きくなるほど、快適さをもたらす弾性も大きくなるという利点、および大きい車輪は小さい車輪よりも変速比が小さくてよいという利点も得られる。さらに、大きな車輪を有する折畳み可能な自転車は、その外観が市場において好まれる傾向にあるという他の利点も有している。
【００６９】
さらに好ましい実施例（図８）においては、チェーンテンショナーを用いずに後輪を簡単に取り付けことができる可動後輪パッド１２２が設けられている。シートステイとチェーンステイとの間には、水平連結部１２１が配置されている。この水平連結部１２１は、２つの穴を有している。分割されたパッド１２２は、２つのボルト１２４を用いて固定された連結部１２１に固着されている。分割されたパッドの固定穴１２６は長穴であり、これらパッドは変位可能に固定することが可能である。調整ボルト１２５を用いて、後輪パッド１２２は自転車の走行方向に前輪から後輪側に延長して配置されている。パッドの底には、開口１２３が設けられている。この開口は２つの互いに平行の垂直側面を有する逆Ｕ字状の形状を有している。開口１２３には、自転車の後輪軸５１が挿通されている。開口１２３は下側に開いているので、例えば、自転車を持ち上げることによって、車輪を簡単に取り外すことができる。この実施例による車輪取り付き機構は重量のある後輪を有する自転車、例えば、後輪ハブ内にモータを内蔵する重量のある後輪を有する自転車に特に有用である。
【００７０】
ブロック図（図９）は、例えば、図１の自転車に用いられる電気システムを示している。電気システムの中心に配置されているのは電力管理ユニット（ＰＭＵ）１２１である。この電力管理ユニットは、前述したバッテリ管理システムを備えている。ＰＭＵ１２１はバッテリ１２２に接続され、バッテリの充電および放電を行なっている。バッテリの２つのセル列を個別に充電または放電することができるようになっている。温度センサ１３３は、各バッテリ列内に配置されている。モータ管理ユニット１２３もＰＭＵに接続されている。フロントランプ１２７およびリアランプ１２８も配線を介してＰＭＵに接続されている。ハンドルバーに配置可能な操作端子１２６も同様にＰＭＵに接続されている。フレームのメインチューブの上部の接続ユニット１１内に差し込まれる電源コネクタ１２４もＰＭＵに接続されている。この電源コネクタ１２４を用いて、変圧器ユニット１２５がＰＭＵに接続される。バッテリを充電するのに、例えば、通常の主電源１３１からのエネルギーを用いることができる。外部コンピュータ１３０を自転車の電気システムに接続させることができる。この目的のために、例えば、コンピュータはシリアルインターフェイス（ＲＳ２３２）を有しているとよい。変換ユニット１２９は、自転車の単一配線データバスのデータをコンピュータのシリアルインターフェイス（ＲＳ２３２）に入力可能な信号に変換するために設けられている。この使用により、自転車のバッテリから変換ユニット１２９に電力を供給することができる。
【００７１】
コンピュータ１３０は、自転車内に設けられている、例えば、ＭＭＵ、ＰＭＵまたはＢＭＳにおける全てのメモリからデータを読み取ることができるようになっている。コンピュータは、これらのモジュールのプログラムコードを再プログラム化するのに用いられる。例えば、プログラムに設定された運転者の踏力に対する電動モータによる補助推進力の比率（％）は、変更することができる。コンピュータを用いることによって、さらに電気システムを任意に修正することができる。自転車のデータバスにおけるデータトラフィック（データ転送量）もコンピュータによって監視することができる。
【００７２】
図１０はＰＭＵ１２１の操作をさらに詳細に示している。ＰＭＵの中心に配置されているのは制御ユニット１４０である。制御ユニット１４０は、温度Ｔと電圧Ｖに関する測定値をバッテリ１４４から受信するようになっている。制御ユニット１４０は充電電流に関するデータを電流測定ユニット１４５から受信するようになっている。安全のために、ヒューズ３１がバッテリの主電流配線に配置されている。ヒューズは配線内に位置している。バッテリおよびヒューズ間は、入念に絶縁されている。ただし、ヒューズの種類によっては、それほど強靭な絶縁でなくてもよい。さらに、バッテリの充電を検出するモジュール１５４も設けられている。制御ユニット１４０によって作動されるリレー１５３は充電の開始および終了を行うのに用いられている。制御ユニット１４０はデータ１４１を操作端子に送信するものである。別のリレー１４６は制御ユニットから送られる信号１４７によって操作され、モータ管理ユニットを作動させている。測定された電圧１４８は表示され、制御ユニット１４０に送給されることになる。制御ユニット１４０は、さらに自転車の照明のためにパルス幅変調された６ボルトの電力１４９を供給するようになっている。この電力の供給の経路内には、保護のための安全装置１５５が設けられている。上記の各目的のために、ＰＭＵ１２１は、コネクタ１４２，１５０，１５１，１５２を備えている。
【００７３】
ＢＭＳはバッテリの充電および放電を制御するものである。以下、ＢＭＳによるバッテリ管理ステップについて具体的に説明する。
【００７４】
まず、バッテリの充電中にＢＭＳは、充電器が接続されているかどうかを検出する。次いで、充電を行い、（バッテリの具体的な仕様に基づいて予め定まっている）ｄＶ／ｄｔまたはｄＴ／ｄｔ値が得られた場合、バッテリの充電を終了させるためにＢＭＳはスイッチを切る。任意に設定したｄＶ／ｄｔ、ｄＴ／ｄｔ、および／またはバッテリの最大温度に達したときに、充電プロセスを終了させてもよい。充電後、ＢＭＳの充電メータを１００％に設定する。
【００７５】
自転車が使用されていない時、バッテリは自己放電またはバッテリに接続された電力消費ユニット、例えば、ＢＭＳ自身またはハンドルバー上の操作端子によって放電させることが可能となる。ＢＭＳは、予め定められた自己放電情報、バッテリの測定温度、および電力消費ユニットについての情報に基づいてバッテリの充電状態を予測する。バッテリの充電量が７０％未満に低下した場合、ＢＭＳは再充電するためにリレーを再び充電器側に切り替える。ＢＭＳはＡｈ（容量）計数器を用いて充電プロセスの経緯を保存する。充電量が最大バッテリ充電量の９５％に達したら、バッテリの充電を停止する。これは自転車の運転者が操作端子上に１００％充電と表示されているのを目視しても、バッテリは実際には１００％に充電されていないことを意味する。すなわち、バッテリの寿命を高めるために、バッテリは１００％に充電されることはない。
【００７６】
自転車が使用されている時、ＢＭＳはバッテリの温度を測定する。この測定値に基づいて、ＢＭＳはそのときのバッテリの最大放電電流を計算し、その結果をＭＭＵに送信する。バッテリは自転車の走行中に放電する。また、Ａｈ計数器を用いて、ＢＭＳは常にバッテリ内の残留充電量を測定する。バッテリの残留充電量が最大充電量の１０％未満に低下すると、ＢＭＳは大電流の使用を制限することを指示する信号をＭＭＵに送信する。一方、５％未満に低下すると、ＢＭＳはモータをオフにすることを指示する信号をＭＭＵに送信すると共に、リレースイッチをオフにしてバッテリからモータへの電力の供給を物理的に遮断する。バッテリが充電されている時、ＢＭＳはその充電が正しいかどうかを検出する。バッテリの残留充電量が最大充電量の７０％未満であれば、バッテリを充電する。バッテリの充電はＡｈ計数器によって充電中に計測される。ＢＭＳは、バッテリの充電量が９５％よりも大きくなったときに充電を停止させる。
【００７７】
自転車の使用中に実際の充電量やバッテリ温度などが上記の制限値に達した場合、ＢＭＳはモータをオフにすることを指示する信号をＭＭＵに送信する。例えば、バッテリの残留充電量が実際は５％未満であるにも拘らず、ＢＭＳのメータがバッテリの残留充電量を５％よりも多いと測定した場合、バッテリの２つのセル列間の電圧差が大きくなりすぎた場合（すなわち、不均衡になった場合）、バッテリの温度が高すぎるかまたは低すぎる場合、またはバッテリが欠損した場合に、ＢＭＳはモータをオフにすることを指示する信号を送信する。充電メータが正しくないかまたはバッテリの２つのセル列間の電圧が不均衡であるとＢＭＳが判断した場合、ＢＭＳはバッテリを均等化処理する。また、バッテリの温度が大気温度によって高くなり過ぎたりまたは低くなり過ぎたりした場合、ＢＭＳはそのような状態が継続されている間、バッテリの使用を禁じる。さらに、バッテリが欠損していると判断した場合、ＢＭＳは操作端子上にエラーメッセージを表示させ、運転者にバッテリの欠損を知らせる。この場合、補助推進装置の作動は停止される。
【００７８】
セル間の電圧の適当な釣り合いを確保するため、または充電メータの再較正を行うためにバッテリを均等化処理する必要が生じる場合がある。この均等化処理を行なうには以下の３つの基準がある。すなわち、（１）バッテリが均等化処理をせずにすでに２０回充電されている場合、（２）ＢＭＳがシステムの正常な作動中に２つのセル列間に生じる電圧差が大きすぎると判断した場合、および（３）正常な運転中に最小電圧レベルに達した場合に、バッテリを均等化処理する必要がある。バッテリの均等化処理では、電圧または温度がｄＶ／ｄｔまたはｄＴ／ｄｔの所定値に達するまで行なう正常な充電サイクルの充電ほど十分に長い時間充電する必要はない。また、バッテリの温度が高すぎる（または低すぎる）場合は、十分な充電量に達する前に充電を停止させ、バッテリの温度が許容温度に達したときに再度充電を行なう。バッテリの温度が低すぎる場合は充電を行なわない。均等化サイクルの後、ＢＭＳの充電メータを１００％に設定する。充電状態を確定する基準としてバッテリの公称容量を用いる。しかし、所定の使用期間を過ぎると、実際の容量はバッテリの老化によって公称容量よりも低くなる。このように実際の容量が公称容量よりも低くなるので、バッテリが過放電を防止するようにＢＭＳを再較正する必要がある。このようなＢＭＳの再較正は以下のようにして行なわれる。すなわち、ＢＭＳは最小電圧に達した後の均等化サイクルの回数を記憶する。この記憶された均等化サイクルの回数に基づいて、均等化サイクルが（連続的に）３回行なわれた時、ＢＭＳは実際のバッテリ容量が減少したと判断し、予め定められた容量を５％低くする。このようにして、バッテリの実際の容量が最初の公称容量の７０％未満まで低下した場合、バッテリを交換する必要がある。このバッテリの交換は、操作端子の表示画面にエラーメッセージによって運転者に知らされる。
【００７９】
コネクタ１７０（図１１）は、コネクタ１５０（図１０）に接続されている。このコネクタ１７０は３本の配線、すなわち、＋２４Ｖ線、０Ｖアース線、およびデータバス用線からなっている。データバス線は通信モジュール１６１に接続され、通信モジュール１６１は制御ユニット１６０に接続されている。また、自転車の運転者の人力による駆動力を測定する測定手段１６２は、制御ユニット１６０に接続されている。通信手段１６１と測定手段１６２からのデータに基づいて、制御ユニットはモータに供給する電力の量を決定している。この目的のために、制御ユニット１６０はブラシレス３相モータ１６６の３つのホールセンサ（磁気近接センサ）からのデータを受信するようになっている。また、制御ユニット１６０に接続される電流測定手段１６７とブリッジ作動手段１６３が設けられている。ブリッジ作動手段１６３は所謂Ｈブリッジ（スイッチングパワーデバイス）１６４を作動するものである。Ｈブリッジ１６４は、６つのＭＯＳ−ＦＥＴトランジスタから構成されている。各ＦＥＴはＮチャンネル型ＦＥＴであり、最適な乗り心地が得られるように個別で作動されている。Ｈブリッジ１６４はブラシレス３相モータ１６６に接続されている。
【００８０】
本発明の自転車を修理工場または販売店に設置されたコンピュータと接続することによって、修理工場または販売店は本発明による自転車の保守を実施する方法に準じて自転車の保守を行なうことができる。この目的のために、担当者は多数のステップからなるソフトウエアプログラム（図１２）を利用することができる。ステップ１７６において、担当者が選択可能な３つのオプションがコンピュータプログラムの主画面１７６に表示される。オプション１の「自転車の出荷時および使用時のデータの用意」を選択すると、ステップ１７１に進み、「自転車をコンピュータに接続して下さい」というメッセージが画面に表示される。担当者が自転車をコンピュータに接続すると、ステップ１７２に進み、例えば、自転車の所有者の郵便番号および自宅の住所の入力が指示される。ステップ１７３において、「郵便番号と自宅の住所」、「販売日」、および「バッテリの全消費容量」のようなデータが画面に表示される。このデータは、ソフトウエアによって検証されるかまたは自転車に配置された電子機器からのデータの読込みによって確認される。「累積バッテリ使用量」のデータに関しては、コンピュータがデータバスを介してＰＭＵと通信し、ＰＭＵがデータをコンピュータに送信する。次のステップ１７４において、「所有者の姓名」を入力すると、ステップ１７５において、保証書が印刷され、必要に応じてファックス送信させることもできる。この後、ステップ１７６に進み、「手順は滞りなく完了しました」というメッセージが表示され、次いで、メインメニューに戻る。
【００８１】
メインメニュー１７０において、第２オプションである「ピット作業、故障、修理」を選択すると、ステップ１７７に進み、「自転車をコンピュータに接続して下さい」というメッセージが画面に表示される。ステップ１７８では、コンピュータがＰＭＵ、ＭＭＵ、および操作端子に関する自己テストを含む種々のテストを行なう。ステップ１７７では、故障が発見されたかどうかを判断するメッセージが表示され、次いで、自転車から送給される「所有者の郵便番号および自宅の住所」、「全走行距離（ｋｍ）」、および「累積バッテリ使用量」などの自転車のデータが表示される。ステップ１８０において、メニューオプションとして、「操作端子の交換」、「操作端子の追加」、または「バッテリの交換」などが表示される。操作端子は特定の安全コード、具体的には、そのコードがないと自転車の電子機器を作動させることができないような安全コードを有しているので、正しい操作端子の正しいデータを自転車に記憶させることが重要である。従って、複数の操作端子を自転車に取り付ける必要がある場合、付加的なデータを自転車内にプログラム化させる必要がある。ここで、「操作端子の交換」のメニューオプションを選択すると、ステップ１８１に進み、既存の操作端子が現在自転車に取り付けられていることおよびその操作端子はその認可が破棄されるべきであることが表示される。次いで、ステップ１８０に戻って、「操作端子の追加」のメニューオプションを選択すると、ステップ１８６に進み、第２制御表示が自転車のデータバスと接続され、その操作端子が追加可能であることが表示される。次いで、ステップ１８０に戻って、「バッテリの交換」のメニューオプションを選択すると、ステップ１８８に進み、既存のバッテリのデータがコンピュータに取り込まれる。ここで、例えば、経過識別子として「待機」のメッセージが表示される。次いで、ステップ１８９に進み、コンピュータの画面にバッテリの交換を行なうことができるというメッセージが表示される。この後、「継続」をクリックすると、新しいバッテリあるいは交換されたバッテリのデータに対して、バッテリ管理システムが再プログラム化される。
【００８２】
メインメニュー１７０において、第３のオプションである「自転車推進装置のソフトウエアおよび設定」を選択すると、ステップ１８２に進み、「自転車をコンピュータに接続して下さい」というメッセージがコンピュータの画面に表示される。自転車をコンピュータに接続すると、ステップ１８３に進む。このステップ１８３において、３つのメニューオプションが表示される。第１メニューオプションである「自転車の所有者に関するデータを修正」を選択すると、ステップ１８４に進む。このステップ１８４において、自転車の所有者に関する新しいデータを入力すると、ステップ１８５に進み、このデータは自転車内に記憶され、必要に応じて、コンピュータのファイルにも記録される。次いで、ステップ１８３に戻って、第２メニューオプションである「自転車推進装置のソフトウエアバージョンの読み込み」を選択すると、ステップ１８７に進み、自転車推進装置のソフトウエアバージョンがコンピュータ画面に表示される。次いで、ステップ１８３に戻って、第３メニューオプションである「新しい自転車推進装置のソフトウエアを自転車に取り込む」を選択すると、ステップ１９０に進み、新しいソフトウエアバージョンが選択され、および／または自転車にダウンロードされる。新しいソフトウエアバージョンは、例えば、人力およびモータ出力間の異なる種々の比率を取り込み、または前述の心拍や風速のような異なる種々のパラメータを取り込むことができる。
【００８３】
自転車のデータバスをコンピュータに接続させ、コンピュータのソフトウエアをメインメニューに置いた場合、さらに他のオプションが利用可能である。このオプションは自転車の表示データに関するものである。ステップ１９２において、自転車のある要素を指定する。例えば、「ユーザカード」という要素を指定した場合、ステップ１９４に進み、自転車と所有者に関するデータが表示される。「郵便コード」、「自宅番号」、「走行距離（ｋｍ）」、または「累積バッテリ使用量」を指定することもできる。ステップ１９２に戻って、操作端子を指定すると、ステップ１９５に進み、認知された操作端子のデータが表示される。再びステップ１９２に戻って、「バッテリ」を指定すると、ステップ１９６に進み、バッテリのデータ、例えば、その時点までの「累積バッテリ使用量」が表示される。再びステップ１９２に戻って、「モータ」を選択すると、ステップ１９７に進み、モータの形式またはモータ管理システムのソフトウエアバージョンに関するデータがコンピュータの画面に表示される。このステップ１９７から再びステップ１９２に戻ることができる。さらに、ステップ１９１において、この実施例の最後のオプションである「メインメニュー１９１からプログラムを取り出す」を選択すると、ステップ１９３に進み、「プログラムを除去しますか」というメッセージが表示され、担当者は「はい」または「いいえ、メインメニューに戻ります」のいずれかを選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明による実施例を一部破断して示す斜視図である。
【図２】図１の実施例の一態様を一部破断して示す斜視図である。
【図３】図１の実施例の他の態様を一部破断して示す斜視図である。
【図４】図１の実施例のさらに他の態様を示す斜視図である。
【図５】図１の実施例のさらに他の態様を示す斜視図である。
【図６】Ａ〜Ｃは図１の実施例のさらに他の態様を示す斜視図である。
【図７】図１の実施例のさらに他の態様を示す斜視図である。
【図８】図１の実施例のさらに他の態様を示す斜視図である。
【図９】図８の実施例の電気システムの一部のブロック図である。
【図１０】図８の実施例の電気システムのさらに他の部分のブロック図である。
【図１１】図８の実施例のさらに他の態様を示す斜視図である。
【図１２】多数のステップからなるソフトプログラムのブロック図である。
【図１３】多数のステップからなるソフトプログラムのブロック図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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