JP2004083008A - 自転車用電力制御装置 - Google Patents

Abstract

　　【課題】　単一の電源を用いた場合に得られなかった利点や、単一の電源で得られる利点に追加して利点が得られるように、複数の電源と共に使用可能な自転車用電力制御装置を提供することにある。
　　【解決手段】　この電力回路９９０は、電圧センサ１００４と、制御ユニットとを備えている。電圧センサ１００４は、キャパシタンス３３４からの電圧を検知する。制御ユニットは、電圧センサ１００４に連結されるとともに、キャパシタンス３３４及びバッテリー１００８から電力を受けるように連結されている。そして、制御ユニットは、電圧センサ１００８によって検出された電圧が所定の値より高い場合はキャパシタンス３３４から電力を出力するとともに、電圧センサ１００８によって検出された電圧が所定の値より低い場合はバッテリー１２４から電力を出力する。
【選択図】　　　図１１

Description

　本発明は、自転車用電力制御装置に関する。

　従来の自転車用信号処理システムにおいて、典型的なものは、多くの場合、自転車速度、ケイデンス、走行距離などに関する情報を収集して表示する。かかるシステムは、通常、車輪のスポークに取り付けられた磁石と、一方のペダルクランクに取り付けられた磁石と、車輪及びペダルクランクの回転に伴う磁石の通過を検知するための、自転車フレームに取り付けられた磁石センサとを備えている。このシステムでは、磁石がこれに関連付けられたセンサを通過する度に（例えば、車輪またはクランクが１回転する度に）電気パルスが発生する。自転車の速度は、単位時間に車輪の全周当たりに車輪のセンサから受信されるパルス数に基づいて計算可能である。同様に、走行距離は、所定時間内に車輪の全周当たりに受信されるパルス数に基づいて計算可能である。また、ケイデンスは、単位時間にクランクのセンサから受信されるパルス数に基づいて計算可能である。このような自転車では、１つまたは複数のスイッチが装備されており、動作パラメータ（例えば、車輪の全周）を入力し、乗り手に表示する情報を選択し、所望の情報の計算に用いられる種々のタイマを開始または停止できるようになっている。

　これより洗練されたシステムは、自転車用トランスミッションの状態に関する情報を表示する能力を備えている。例えば、自転車の中には、ペダルクランクと共に回転する複数のフロントスプロケットと、後輪と共に回転する複数のリアスプロケットと、フロントスプロケットの１つとリアスプロケットの１つに係合するチェーンとを備えたものもある。自転車用フレームには、チェーンを複数のフロントスプロケットの間でシフトするためのフロントディレーラと、チェーンを複数のリアスプロケットの間でシフトするためのリアディレーラとが取り付けられている。フロント及びリアディレーラは、手動スイッチまたはレバーによって制御することができる。スイッチまたはレバーには、位置センサ（例えば、ポテンショメータまたは接触センサ）が設けられており、対応するスイッチまたはレバーの位置によってチェーンが現に係合するフロントスプロケット及びリアスプロケットが決定することができる。こうした情報は、乗り手に表示されることができ、これにより、乗り手が適宜トランスミッションを作動できる。これよりさらに洗練されたシステムでは、自転車用トランスミッションの制御のために小型の電気モータが用いられている。これらのモータは、前述のスイッチまたはレバーによって手動で、或いは自転車の速度またはケイデンス（あるいは両方）に基づいて自動的に制御することができる。

　信号処理システムのスイッチ、センサ、及びその他の電気部品は、動作に電力を必要とする。そのような電力は、簡単なバッテリーや、片方の車輪の回転によって電力を発生するダイナモから供給される。しかしながら、バッテリーは、信号処理システムの動作によって消耗され、充電又は交換が必要である。大きな電力の要求を満たすために、大型バッテリーを使うこともできるが、そのようなバッテリーは、自転車に過度の重量を加えてしまう。また、ダイナモは、自転車が停止すると発電も停止し、それによって、信号処理システムが誤動作する可能性がある。

　なお、従来の自転車用電力制御装置として、下記文献（特許文献１）に記載のものが知られている。
特願平１０−１８００２４号公報

　本発明の目的は、単一の電源を用いた場合に得られなかった利点や、単一の電源で得られる利点に追加される利点が得られるよう、複数の電源と共に使用可能な自転車用電力制御装置を提供することにある。

　本発明の一実施形態による電力制御装置は、電力を供給するための第１及び第２電源が用いられる自転車のための装置であって、電圧センサと、制御ユニットとを備えている。電圧センサは、第１電源からの電圧を検知する。制御ユニットは、電圧センサに連結されるとともに、第１及び第２電源から電力を受けるように連結されている。そして、制御ユニットは、電圧センサによって検出された電圧が第１選択値より高い場合は第１電源から電力を出力するとともに、電圧センサによって検出された電圧が第１選択値より低い場合は第２電源から電力を出力する。

　本発明によれば、複数の電源と共に使用可能な自転車用電力制御装置において、単一の電源を用いた場合に得られなかった利点や、単一の電源で得られる利点に追加される利点が得られる。

　図１に、本発明の一実施形態による信号処理装置１２（図３参照）を備えた自転車１０の側面図を示す。自転車１０は、フレーム１４と、フレーム１４のヘッドチューブ２２に回転自在に支持されたフロントフォーク１８と、フォーク１８によって回転自在に支持された前輪２６と、フォーク１８（したがって前輪２６も）を希望の方向へ変えるためのハンドルバー３０と、フレーム１４の後方に回転自在に支持された後輪３４とを備えている。フレーム１４の下方部分に回転自在に支持された車軸４６には、それぞれがペダル４２を支持する１対のクランクアーム３８が取り付けられている。右側（図１において手前側）のクランクアーム３８には、クランクアーム３８と共に回転する複数のフロントスプロケット５０が取り付けられ、後輪３４には、後輪３４と共に回転する複数のリアスプロケット５４が取り付けられている。チェーン５８は、フロントスプロケット５０の１つとリアスプロケット５４の１つとに係合する。フロントディレーラ６２は、複数のフロントスプロケット５０の間でチェーン５８を移動させるよう複数のフロントスプロケット５０の近傍でフレーム１４に取り付けられるとともに、リアディレーラ６６は、複数のリアスプロケット５４の間でチェーン５８を移動させるよう複数のリアスプロケット５４の近傍でフレーム１４に取り付けられている。前方制動装置７０は、前輪２６を制動するためにフォーク１８に取り付けられるとともに、後方制動装置７４は、後輪３４を制動するためにフレーム１４の後方に取り付けられている。図２に示すように、前方制動装置７０は、ハンドルバー３０の右側に取り付けられた制動レバーアセンブリ８２に接続されたボーデン（Bowden）型制御ケーブル７８に接続されている。同様に、後方制動装置７４は、ハンドルバー３０の左側に取り付けられた制動レバーアセンブリ９２に接続されたボーデン型制御ケーブル８８に接続されている（図２参照）。

　図１から図３に示すように、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１０４を有するディスプレイハウジング１００が、ハンドルバー３０に装着された取付用ブラケット１０８に連結されている。図３に示すように、ディスプレイハウジング１００には、ディスプレイ１０４用のバックライト１１２と、ディスプレイ１０４の動作を制御するためのプロセッサ１１６と、タイミング情報を供給するための実時間クロック回路（ＲＴＣ）１２０と、プロセッサ１１６に格納されたデータにバックアップ電力を供給するためのバッテリー１２４と、後述する方法でデータを受信する受信回路１２８と、後述する方法で電力を受け取る電力回路１３２と、プロセッサ１１６に連結された抵抗（例えば、抵抗器）Ｒ８と、ディスプレイ１０４に表示される情報を選択するために、抵抗Ｒ８とプロセッサ１１６との間のノード１４４に連結された端子１４２を有するスイッチ１３８とが収納されている。スイッチ１３８の他の端子１４６は、接地電位に接続されている。

　取付用ブラケット１０８には、直列に接続された抵抗（例えば、抵抗器）Ｒ１及びＲ２と、抵抗Ｒ１及びＲ２の間のノード１５６に接続された入力端子１５４を有する緩衝増幅器１５０と、調整電圧を抵抗Ｒ１に供給する電圧調整器１６２と、コネクタ１６６とが収納されている。コネクタ１６６は、緩衝増幅器１５０の出力端子１７４に接続された外部出力端子１７０と、取付用ブラケット１０８の電圧調整器１５８及び１６２とディスプレイハウジング１００の電力回路１３２とに電力を伝え、ディスプレイハウジング１００の受信回路１２８にデータを通信するための電力/データ入力端子１７８と、取付用ブラケット１０８及びディスプレイハウジング１００の部品に接地電位を供給する接地端子１８２とを備えている。外部出力端子１７０、電力/データ入力端子１７８及び接地端子１８２はそれぞれ、露出接触面１７０Ａ，１７８Ａ，１８２Ａを備えている。

　本実施形態によるディスプレイハウジング１００内の信号処理要素は、取付用ブラケット１０８内のそれに関連する信号処理要素に直接接続されている。なお、他の実施形態によるディスプレイハウジング１００は、従来の方法で取付用ブラケット１０８に対し取り外し可能に装着されてもよく、ディスプレイハウジング１００内の関連部品と電気通信する、ディスプレイハウジング１００上の露出した電気接点は、取付用ブラケット１０８内の関連部品と電気通信する、取付用ブラケット１０８上の露出した電気接点に接触する。

　右スイッチハウジング１９０は、モードスイッチ１９４と、リアディレーラ用アップシフトスイッチ１９８と、リアディレーラ用ダウンシフトスイッチ２０２と、直列に接続された抵抗（例えば、抵抗器）Ｒ３及びＲ４とを含んでおり、ハンドルバー３０の右側に取り付けられている。右スイッチハウジング１９０内の関連付けられた信号処理要素は、中間通信経路２０６に連結されており、本実施形態による中間通信経路２０６は、接地電位通信経路２１０と、抵抗通信経路２１４と、抵抗通信経路２１８とを含んでいる。より具体的には、接地電位通信経路２１０は、モードスイッチ１９４の端子２２２と、リアディレーラ用アップシフトスイッチ１９８の端子２２６と、リアディレーラ用ダウンシフトスイッチ２０２の端子２３０とに接続される。モードスイッチ１９４のもう１つの端子２３４は、抵抗Ｒ３に近い抵抗通信経路２１４のノード２３６に接続され、リアディレーラ用アップシフトスイッチ１９８のもう１つの端子２３８は、抵抗Ｒ３及びＲ４の間のノード２４０に接続され、リアディレーラ用ダウンシフトスイッチ２０２のもう１つの端子２４２は、抵抗Ｒ４に近い抵抗通信経路２１８のノード２４４に接続される。

　左スイッチハウジング２５０は、モードスイッチ２５４と、フロントディレーラ用アップシフトスイッチ２５８と、フロントディレーラ用ダウンシフトスイッチ２６２と、直列に接続された抵抗（例えば、抵抗器）Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７とを含んでおり、ハンドルバー３０の左側に取り付けられている。左スイッチハウジング２５０内の関連付けられた信号処理要素は、中間通信経路２６６に連結されており、本実施形態による中間通信経路２６６は、接地電位通信経路２７０と、抵抗通信経路２７４と、抵抗通信経路２７８とを含んでいる。より具体的には、接地電位通信経路２７０は、モードスイッチ２５４の端子２８２と、フロントディレーラ用アップシフトスイッチ２５８の端子２８６と、フロントディレーラ用ダウンシフトスイッチ２６２の端子２９０とに接続される。モードスイッチ２５４のもう１つの端子２９４は、抵抗Ｒ５及びＲ６の間のノード２９６に接続され、フロントディレーラ用アップシフトスイッチ２５８のもう１つの端子２９８は、抵抗Ｒ６及びＲ７の間のノード３００に接続され、フロントディレーラ用ダウンシフトスイッチ２６２のもう１つの端子３０２は、抵抗Ｒ７に近い抵抗通信経路２７８のノード３０４に接続される。抵抗通信経路２７４は、抵抗Ｒ５に接続されている。

　図１に示すように、フロントディレーラ制御ハウジング３１０は、フレーム１４に取り付けられており、中間通信経路３１４を介して取付用ブラケット１０８に連結されている。リアディレーラ制御ハウジング３１５は、リアディレーラ６６に取り付けられており、中間通信経路３１６を介してフロントディレーラ制御ハウジング３１０に電気的に連結されている。図３に示すように、フロントディレーラ制御ハウジング３１０は、プロセッサ３１８と、後輪３４（図示せず）に装着されたハブダイナモ３２６から通信経路３３０を通じて電流を受け、通信経路３３０を通じてプロセッサ３１８に電力を供給する整流及び電荷制御回路３２２と、後述のように他の回路要素に電力を供給するために通信経路３３８を通じて整流及び電荷制御回路３２２に連結されたキャパシタンス（例えば、コンデンサ）３３４と、プロセッサ３１８用のプログラミングを格納するためのプログラマブルメモリ３４２とを備えている。クランクセンサ３４３は、左側クランクアーム３８に連結された磁石（図示せず）からの信号を検出するために、通信経路３４４を介してプロセッサ３１８に連結されている。オプションのモータドライバ３４６は、通信経路３６２を通じてモータ３５４の動作を制御してオプションのフロントサスペンション３５８を調整するために、通信経路３５０を介してプロセッサ３１８に連結されるとともに、オプションのモータドライバ３６４は、通信経路３８０を通じてモータ３７２の動作を制御してオプションのリアサスペンション３７６を調整するために、通信経路３６８を介してプロセッサ３１８に連結されている。接点３８４Ａ，３８４Ｂ，３８４ｃで示された接触センサは、フロントディレーラ６２の位置決めに用いられるフロントディレーラ用モータ４００の位置を示す信号を供給するために、プロセッサ３１８に連結されている。モータドライバ３９２は、通信経路４０４を通じてフロントディレーラ用モータ４００の動作を制御するために、通信経路３９６を介してプロセッサ３１８に接続されている。モータドライバ３９２は、中間通信経路３１６の一部である通信経路４０８を通じて、リアディレーラ制御ハウジング３１５内に含まれるリアディレーラ用モータ４１２の動作を制御する信号も供給する。リアディレーラ制御ハウジング３１５内に含まれるポテンショメータ４１６は、モータ４１２の位置、したがってリアディレーラ６６の位置を示す信号を供給するために、中間通信経路３１６の一部である通信経路４２０を介してプロセッサ３１８に連結されている。

　電力／データ送信機４３０は、通信経路４４２を介して接触面４３８Ａを有する外部電力／データ出力端子４３８に電力信号及びデータ信号を供給するために、プロセッサ３１８に連結されている。プロセッサ３１８には、通信経路４５０を介して接触面４４６Ａを備えた外部スイッチ信号入力端子４４６が連結され、接触面４５４Ａを有する接地端子４５４は、フロントディレーラ制御ハウジング３１０内の部品の間で接地電位（グラウンドポテンシャル）を伝えるために用いられる。端子４３８，４４６，４５４は、コネクタ４５６の部分を形成している。

　前述のように、フロントディレーラ制御ハウジング３１０は、中間通信経路３１４を介して取付用ブラケット１０８に電気的に接続されている。中間通信経路３１４は、取付用ブラケット１０８上のコネクタ１６６に連結されたコネクタ４６０と、フロントディレーラ制御ハウジング３１０上のコネクタ４５６に連結されたコネクタ４６４と、中間接地電位通信経路４６８と、中間電力／データ通信経路４７２と、中間スイッチ信号通信経路４７６とを備えている。なお、本実施形態による通信経路４６８，４７２，４７６は、それぞれ電線を有しているが、これらの通信経路の一つ以上が、光通信要素であってもよく、無線通信方法で置き換えられてもよい。本実施形態によるコネクタ４６０は、外部出力端子１７０、電力/データ入力端子１７８及び接地端子１８２の各接触面１７０Ａ，１７８Ａ，１８２Ａにそれぞれ接触する接触面４８０Ａ，４８４Ａ，４８８Ａをそれぞれ有するコネクタ端子４８０，４８４，４８８を備えている。同様に、コネクタ４６４は、スイッチ信号入力端子４４６、電力/データ出力端子４３８及び接地端子４５４の各接触面４４６Ａ，４３８Ａ，４５４Ａにそれぞれ接触する接触面４９２Ａ，４９６Ａ，４９８Ａをそれぞれ有するコネクタ端子４９２，４９６，４９８を備えている。

　信号処理装置１２の説明を続ける前に、参考のために、図４に概念的に示す従来の信号処理装置５００について説明する。図４に示すように、信号処理装置５００は、通信経路５１６を介してプロセッサ５１２に接続された信号処理要素５０８（スイッチ、センサなど）を含むハウジング５０４と、プロセッサ５２４を含むハウジング５２０と、中間通信経路５２６とを備えている。プロセッサ５１２には、各接触面５２８Ａ，５３２Ａ，５３６Ａを有する外部端子５２８，５３２，５３６が接続されている。同様に、プロセッサ５２４には、各接触面５４０Ａ，５４４Ａ，５４８Ａを有する外部端子５４０，５４４，５４８が接続されている。端子５２８，５３２，５３６は、コネクタ５３８の部分を形成し、端子５４０，５４４，５４８は、コネクタ５５０の部分を形成している。中間通信経路５２６は、ハウジング５０４上のコネクタ５３８に連結されるコネクタ５８０と、ハウジング５２０上のコネクタ５５０に連結されるコネクタ５８４と、中間接地電位通信経路５８８と、中間電力通信経路５９２と、中間データ信号通信経路５９６とを備えている。接地電位は、プロセッサ５１２またはプロセッサ５２４を起点とする必要はないため、中間接地電位通信経路５８８は、接地電位に連結されるように示されている。そのような接地電位は、電源の端子、ハウジング５０４または５２０（あるいは両方）を形成している金属またはその他の導電要素、あるいは自転車フレームまたは自転車に装着されたその他の導電部品に存在してもよい。各通信経路５８８，５９２，５９６は、通常、電線を有している。通信経路５９２及び５９６を伝わる信号は、通常、高インピーダンス信号であり、非常に僅かな電流しか流れない。コネクタ５８０は、端子５２８，５３２，５３６の各接触面５２８Ａ，５３２Ａ，５３６Ａにそれぞれ接触する接触面６００Ａ，６０４Ａ，６０８Ａをそれぞれ有するコネクタ端子６００，６０４，６０８を備えている。同様に、コネクタ５８４は、端子５４０，５４４，５４８の各接触面５４０Ａ，５４４Ａ，５４８Ａにそれぞれ接触する接触面６１２Ａ，６１６Ａ，６２０Ａをそれぞれ有するコネクタ端子６１２，６１６，６２０を備えている。

　例えば、水分がコネクタ５８０とコネクタ５３８との間に進入したとすると、水が幾分導電性であり、通信経路５９２または５９６（あるいは両方）と接地電位との間に導電経路が形成される可能性がある。これは、例えば、１ｋΩの抵抗を通って、接地電位に漏れ出た電流と同様の効果である。中間通信経路５９２及び５９６の信号は高インピーダンス信号であり、中間通信経路５９２及び５９６を流れる電流は非常に小さいため、導電経路から失われる電流が少なくても、プロセッサ５２４における電圧は大きく変動する。事実、完全な短絡が発生しうる。いずれにしても、このような電圧の変動により、プロセッサ５２４が誤動作を起こす場合がある。このような誤動作を防ぐには、コネクタ５８０及び５８４が防水シールを供給するように構成される必要がある。この方法は、装置の初期費用を増大させるのみでなく、コネクタが経時的に防水性を失い、装置全体を交換する必要はないにしてもコネクタを交換する必要が生じる。

　図５に、本実施形態に従って変更された図４の回路を概念的に示す。ここでの信号処理要素５０８は、プロセッサ５１２を介して接続されていない（プロセッサ５１２は省略されているが、図４に示すように、プロセッサ５１２が中間通信経路５８８及び５９２と通信するように接続されてもよい）。代わりに、信号処理要素５０８は、通信経路５１６’に現れる高インピーダンススイッチ信号を、中間データ信号通信経路５９６に伝えられる低インピーダンススイッチ信号に変換するインピーダンス変換回路６３０を介して、中間データ信号通信経路５９６に接続される。この例によるインピーダンス変換回路６３０は、通信経路５１６’に接続された入力端子６３４と、外部端子５２８に接続された出力端子６３８と、出力端子６３８及び外部出力端子５２８の間のノード６４４に接続されたフィードバック経路６４３に接続された入力端子６４２とを有する演算増幅器６３２であってもよい。

　図６に、本実施形態の原理を適用した図３の装置を詳細な回路図で示す。緩衝増幅器１５０は、インピーダンス変換回路として機能し、本実施形態では、抵抗Ｒ１及びＲ２の間のノード１５６に接続された入力端子１５４と、外部出力端子１７０に接続された外部端子１７４と、出力端子１７４及び外部出力端子１７０の間のノード６５６に接続されたフィードバック経路６５４に接続された入力端子６５２とを有する演算増幅器６５０を有している。本実施形態による演算増幅器６５０は、非反転単位利得増幅器として構成されている。緩衝増幅器１５０は、入力端子１５４における高インピーダンス信号を出力端子１７４における低インピーダンス信号に変換する。出力端子１７４における信号は、実質的にゼロのインピーダンスを有している。

　抵抗Ｒ１〜Ｒ８は直列に接続され、それぞれの一方の端子が、隣接する１対の抵抗の間にあるノード２３６，２４０，２４４，２９６，３００，３０４にそれぞれ接続されたスイッチ１９４，１９８，２０２，２５４，２５８，２６２を備えている。スイッチ１９４，１９８，２０２，２５４，２５８，２６２のそれぞれの他方の端子は、接地電位通信経路２１０及び２７０に現れる接地電位に接続される。したがって、抵抗Ｒ１〜Ｒ８は、どのスイッチ１９４，１９８，２０２，２５４，２５８，２６２が閉じられているかによって、演算増幅器６５０（したがって演算増幅器の出力端子１７４）の入力端子１５４におけるアナログ電圧が変化するよう、分圧器として機能している。本実施形態による抵抗Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ１０ｋΩ，２．２ｋΩ，２．２ｋΩ，２．２ｋΩ，３．３ｋΩ，５．６ｋΩ，８．２ｋΩ，１８ｋΩの値を有している。

　スイッチ１９４，１９８，２０２，２５４，２５８，２６２によって設定されかつ演算増幅器６５０の出力端子１７４に現れる変電圧信号は、低インピーダンス信号であるため、コネクタ１６６及び４６０の間またはコネクタ４５６及び４６４の間（あるいはその両方）に進入する水分にあまり影響されない。また、スイッチ信号は、フロントディレーラ制御ハウジング３１０内のプロセッサ３１８に直接通信させてもよい。したがって、従来の技術のように、スイッチ信号の処理に別個のプロセッサを使用して余分な経費を費やす必要はない。演算増幅器６５０は、プロセッサ３１８によって用いられる電圧（例えば、いずれの方向へも１０ｍＶ）も安定化する。

　図４に示す従来の装置の説明の際に触れたように、従来の装置は、電力及びデータを１つの信号処理要素から別の信号処理要素へ伝える別個の電力及びデータ通信経路を有している。図３に示す本発明の装置は、そのような別個の通信経路を除くとともに電力及びデータを単一の通信経路を通じて伝達するよう構成されている。より具体的には、図３の装置は、電力及びデータを、通信経路４４２から中間電力／データ通信経路４７２を経て最終的にディスプレイハウジング１００内の受信回路１２８及び電力回路１３２へ送るための電力／データ送信機４３０をフロントディレーラ制御ハウジング３１０内に備えている。

　図７及び図８は共に、送信機４３０、受信回路１２８及び電力回路１３２の関連部品の詳細な略図を構成している。送信機４３０は、交換回路７００と、ゲート駆動回路７０４と、信号整形回路７０８とを有している。交換回路７００は、ゲート端子７１６を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）７１２と、キャパシタンス３３４（図３参照）からの電圧Ｖｃｃを受け取るために連結された電源端子７２０と、通信経路４４２に連結されたドレーン端子７２４とを有している。

　ゲート駆動回路７０４は、交換回路７００の動作を制御するとともに、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ３，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８と、抵抗（例えば、抵抗器）Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１と、ダイオードＤ１とを備えている。トランジスタＱ３は、入力電圧Ｖｃｃに連結されたコレクタ端子７２８と、抵抗Ｒ９の端子７３６とトランジスタＱ６のコレクタ端子７４０との間のノード７３４に接続されたベース端子７３２と、ダイオードＤ１のアノード端子７４８に接続されたエミッタ端子７４４とを備えている。抵抗Ｒ９のもう一方の端子７５０は、電圧Ｖｃｃを受けるように連結されている。トランジスタＱ６は、プロセッサ３１８からの通信経路４３４Ａのノード７５４に接続されたベース端子７５２と、トランジスタＱ７のベース端子７６４と抵抗Ｒ１０の端子７６８との間のノード７６５に接続されたエミッタ端子７６０とをさらに備えている。抵抗Ｒ１０のもう一方の端子７７０は、接地電位に連結されている。トランジスタＱ７は、ゲート端子７１６とダイオードＤ１のカソード端子７７６との間のノード７７４に接続されたコレクタ端子７７２と、接地電位に接続されたエミッタ端子７８０とをさらに備えている。トランジスタＱ８は、抵抗Ｒ１１の端子７８８に接続されたベース端子７８４と、接地電位に接続されたエミッタ端子７９２とをさらに備えている。抵抗Ｒ１１のもう一方の端子７９６は、プロセッサ３１８からの通信経路４３４Ｂと、抵抗Ｒ１２の端子７９９との間のノード７９８に接続されている。

　信号整形回路７０８は、交換回路７００のトランジスタ７１２のドレーン端子７２４に現れる信号の波形を修正するとともに、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ４及びＱ５を備えている。トランジスタＱ４は、トランジスタ７１２のドレーン端子７２４とトランジスタＱ５のコレクタ端子８０４との間のノード８０２に接続されたコレクタ端子８００と、抵抗Ｒ１２のもう一方の端子８１２に接続されたベース端子８０８と、トランジスタＱ５のベース端子８２０に接続されたエミッタ端子８１６とを備えている。トランジスタＱ５のエミッタ端子８２４は、接地電位に連結されている。

　送信機４３０の動作は、図９（Ａ）から図９（Ｄ）に示す信号によって理解できる。プロセッサ３１８によって、図９（Ａ）に示す低電圧交換信号（約３．０Ｖ）が、通信経路４３４（Ａ）（図７のＡ点）に発生し、そのような信号によって、ゲート駆動回路７０４は、図９（Ｂ）に示す高電圧ゲート駆動信号（約４．５Ｖ）をトランジスタ７１２（Ｂ）のゲート端子７１６（同Ｂ点）に生成し、交換回路７００を作動させる。これに伴って、交換回路７００は、図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）に示す信号をドレーン端子７２４（同Ｃ点）に発生させる。プロセッサ３１８は、信号を通信経路４３４Ｂに生成し、信号整形回路７０８を作動させる。通信経路４３４Ｂの信号は、通信経路４３４Ａ（図９（Ａ））に発生する信号に類似して、（伝搬遅延及び必要なタイミングを考慮すると）実質的に通信経路４３４Ａに発生する信号の相補形（相対する）である。これらの信号は、トランジスタＱ８の動作を通じて、ゲート駆動回路７０４がトランジスタ７１２を迅速に遮断するのを確実にしている。信号整形回路７０８は、通信経路４３４Ｂの信号によって、トランジスタ７１２のドレーン端子７２４から電流を迅速に流し、図９（Ｅ）の方形波に寧ろ類似する信号を通信経路４４２（（Ｄ）点）に発生させる。ここに示す信号は、例示のみを目的としている。実際には、信号は様々なパルス幅を有している。また、本実施形態によるパルスは、ディスプレイのフリッカやその他のアーティファクトを防ぐために、２０Ｈｚ以上の周波数を有している必要があるが、他の実施形態では、それが必要でない場合もある。

　図８に示すように、受信回路１２８は、トランジスタＱ１及びＱ２と、抵抗（例えば、抵抗器）Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６とを有している。トランジスタＱ１は、電力線８５８と抵抗Ｒ１４の端子８６２との間のノード８５４に接続されたコレクタ端子８５０と、抵抗Ｒ１３の端子８７０に接続されたベース端子８６６と、抵抗Ｒ１５の端子８８２と抵抗Ｒ１６の端子８８６との間のノード８７８に接続されたエミッタ端子８７４とを備えている。抵抗Ｒ１３のもう一方の端子８８６は、取付用ブラケット１０８を介して電力/データ入力端子１７８に連結されるとともに、抵抗Ｒ１６のもう一方の端子８９０は、接地電位に連結されている。トランジスタＱ２は、抵抗Ｒ１４のもう一方の端子９０２とプロセッサ１１６の通信経路９０６との間のノード８９８に接続されたコレクタ端子８９４と、抵抗Ｒ１５のもう一方の端子９１２に連結されたベース端子９１０と、接地電位に連結されたエミッタ端子９１６とを備えている。

　電力回路１３２は、市販の電圧調整器９２０と、キャパシタンス（例えば、コンデンサ）Ｃ１〜Ｃ３と、ダイオードＤ２とを有している。ダイオードＤ２は、取付用ブラケット１０８を介して電力/データ入力端子１７８に連結されたアノード端子９２４と、キャパシタンスＣ１の端子９３６とキャパシタンスＣ３の端子９４０と電圧調整器９２０の入力端子９４４との間のノード９３２に接続されたカソード端子９２８とを有している。キャパシタンスＣ１及びＣ３のもう一方の各端子９４８及び９５２は、接地電位に連結されている。電圧調整器９２０は、プロセッサ１１６及び受信回路１２８に動作電圧を供給する電力線８５８に連結された出力端子９５６と、接地電位に連結された接地端子９６０とを有している。キャパシタンスＣ２は、出力端子９５６及び電力線８５８の間のノード９６６に接続された端子９６４と、接地電位に連結された端子９６８とを有している。

　受信回路１２８及び電力回路１３２の動作は、図９（Ｃ）から図９（Ｆ）に示す信号によって理解することができる。交換回路７００から送出され（図９（Ｃ））、信号整形回路７０８によって整形されるパルス信号（図９（Ｄ））は、単一の中間電力／データ通信経路４７２を通り、続いて取付用ブラケット１０８を通って、受信回路１２８及び電力回路１３２に伝達される。ダイオードＤ２は、入力信号を整流し、図９（Ｅ）の入力信号が端子９４４（Ｅ点）に発生するよう、キャパシタンスＣ１及びＣ３を充電する。その後、電圧調整器９２０及びキャパシタンスＣ２は、出力端子９５６に安定信号（約３Ｖ）を供給する。電力信号は、電力線８５８を通じて、プロセッサ１１６及び受信回路１２８に伝達される。受信回路１２８は、入力信号を復調して、図９（Ｆ）のデータ信号（約３Ｖ）を通信経路９０６（Ｆ点）に発生させる。

　図１０に、電力及びデータを第１信号処理要素から第２信号処理要素へ伝達する、周波数変調の掛けられたトランスミッタ９7０の他の実施形態のブロック図を示す。この実施形態では、プロセッサ９７２は、通信経路９７６を通じて正弦波（または他の波形）発生器９７４を制御する。生成された波形は、通信経路９８０を通じて混合回路９７８に伝達される。ミキサ９７８は、通信経路９８２を通じて電源９８６から電力を受け取り、電力信号及び波形信号を組み合わせてその合成信号を通信経路９８４に送信する。この実施形態では、波形の周波数は、ラジオ障害やその他のアーティファクトを防ぐために、５００ｋＨｚ以下である必要があるが、他の実施形態では必要でない。

　図１１に、符号９９０を付した、電力回路１３２の他の実施形態の概略図を示す。本実施形態は、図８に示す実施形態のように実質的に互いに接続された、市販の切換電圧調整器１０００等の第１電源スイッチと、キャパシタンスＣ１〜Ｃ３と、ダイオードＤ２とを有している。ダイオードＤ２は、フロントディレーラ制御ハウジング３１０内のキャパシタンス３３４（ダイナモ３２６により充電）から給電されるように連結されたアノード端子９２４と、キャパシタンスＣ１の端子９３６とキャパシタンスＣ３の端子９４０と電圧調整器１０００の入力端子９４４との間のノード９３２に接続されたカソード端子９２８とを有している。キャパシタンスＣ１及びＣ３のもう一方の端子９４８及び９５２は、電圧調整器１０００の接地端子９６０及びキャパシタンスＣ２の端子９６８と共に、接地電位に連結されている。電圧調整器１０００は、プロセッサ１１６，受信回路１２８及びその他の希望の部品、に動作電圧を印加する電力線８５８に接続された出力端子９５６を有している。キャパシタンスＣ２の端子９６４は、電力線８５８のノード９６６に接続されている。

　電力回路９９０は、電圧センサ１００４と、スイッチ回路１００８のような第２電源スイッチと、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ９〜Ｑ１０と、抵抗（例えば、抵抗器）Ｒ１７〜Ｒ２０とをさらに有している。電圧センサ１００４は、ノード９３２に接続された入力端子１０１２と、抵抗Ｒ１８及び抵抗Ｒ１９の各端子１０２４及び１０２８の間のノード１０２０に接続された出力端子１０１６と、接地電位に連結された接地端子１０３２とを有している。抵抗Ｒ１８のもう一方の端子１０３６は、スイッチ回路１００８の制御端子１０４０と、トランジスタＱ１０のコレクタ端子１０４２との間のノード１０３８に接続され、抵抗Ｒ１９のもう一方の端子１０４３は、電圧調整器１０００のチップイネーブル端子１０４８と、トランジスタＱ９のコレクタ端子１０４９との間のノード１０４４に接続される。トランジスタＱ９及びＱ１０の各エミッタ端子１０５０及び１０５１は、接地電位に連結される。

　本実施形態によるスイッチ回路１００８は、電界効果トランジスタ１０５２と、ダイオードＤ３とを有している。制御端子１０４０は、トランジスタ１０５２のゲート端子である。トランジスタ１０５２は、ダイオードＤ３のカソード端子１０６５と電力線８５８との間のノード１０５７に接続されたソース端子１０５６と、抵抗Ｒ１７の端子１０６４とダイオードＤ３のアノード端子１０６６との間のノード１０６２に接続されたドレーン端子１０６０とをさらに有している。

　抵抗Ｒ１７のもう一方の端子１０６８は、バッテリー１２４の端子１０７６と抵抗Ｒ２０の端子１０８０との間のノード１０７２に連結される。抵抗Ｒ２０のもう一方の端子１０７７は、キャパシタンスＣ４の端子１０８４と、バッテリー電圧センサ１０９０などの第２電源電圧センサのバッテリーモニタ端子１０８８との間のノード１０８１に接続され、本実施形態によるバッテリー電圧センサ１０９０は、ＣＰＵ１１６内のプログラムモジュールである。キャパシタンスＣ４のもう一方の端子１０９２は、接地電位に連結される。したがって、スイッチ回路１００８は、バッテリー１２４から電力を受け取り、抵抗Ｒ２０及びキャパシタンスＣ４によって、ＣＰＵ１１６は、バッテリー１２４の電圧を監視することができる。ＣＰＵ１１６は、抵抗Ｒ２１の端子１１００に接続された第１電源スイッチオーバーライド端子１０９６を備えている。抵抗Ｒ２１のもう一方の端子１１０１は、トランジスタＱ９のベース端子１１０２に接続される。また、ＣＰＵ１１６は、トランジスタＱ１０のベース端子１１０８に接続された第２電源スイッチオーバーライド端子１１０４をさらに備えている。

　動作中、電圧センサ１００４は、ノード９３２（フロントディレーラ制御ハウジング３１０のキャパシタンス３３４から生じる）における電圧を検出して、電力線８５８に電力を供給するように、切換電圧調整器１０００及びスイッチ回路１００８（共に制御ユニットとして機能する）を制御する。より具体的には、電圧センサ１００４は、検出電圧が予め決められた値（例えば、３．５Ｖ）を超えているときは、キャパシタンス３３４から電力線８５８に電力を供給するよう、切換電圧調整器１０００をオンにしてスイッチ回路１００８をオフにする信号を供給する。この状態は、キャパシタンス３３４がダイナモ３２６によって十分に充電される場合に望ましい。逆に、検出電圧が予め決められた値に満たない場合、電圧センサ１００４は、バッテリー１２４から電力線８５８に電力を供給するよう、切換電圧調整器１０００をオフにしてスイッチ回路１００８をオンにする信号を供給する。この状態は、通常、自転車がゆっくり走行している場合あるいは停止している場合において、ダイナモ３２６がキャパシタンス３３４を十分に充電できない場合に発生する。

　本実施形態によるＣＰＵ１１６は、電圧センサ１００４と、電圧調整器１０００と、スイッチ回路１００８の標準動作とをオーバーライドしてもよい。例えば、フロントディレーラ制御ハウジング３１０内のＣＰＵ３１８が、ディスプレイハウジング１００内のＣＰＵ１１６に特定のモードで動作するようにコマンドを送ったと仮定すると、そのモードでの動作中、ＣＰＵ１１６は、通常、バッテリー１２４からの電力を使用する。バッテリー１２４の電圧が所定の値（例えば、３．５Ｖ）より高いとＣＰＵ１１６内のバッテリー電圧センサ１０９０が決定した場合は、ノード９３２における電圧が、通常は、キャパシタンス３３４から給電するようなレベルであったとしても、ＣＰＵ１１６は、切換電圧調整器１０００をオフにして、スイッチ回路１００８をオンにする信号を第１電源スイッチオーバーライド端子１０９６及び第２電源スイッチオーバーライド端子１１０４に供給してもよい。その結果、キャパシタンス３３４からではなく、バッテリー１２４から電力線８５８に電力が供給される。バッテリー１２４の電圧が所定の値より低いとＣＰＵ１１６内のバッテリー電圧センサ１０９０が決定した場合は、フロントディレーラ制御ハウジング３１０からのコマンドが無視されて、電圧センサ１００４は標準動作を継続する。

　ここでは、本発明による様々な実施形態を説明しているが、本発明の意図又は範囲から離れることなく、さらなる修正を加えてもよい。種々の部品の大きさ、形状、位置、方向などは、希望に応じて変更してもよい。互いに直結又は接触したように示されている部品は、それらの間に中間構造を備えてもよい。１つの要素の機能を２つの要素で実行するか又はその逆を行ってもよい。スイッチ、トランジスタ、抵抗、キャパシタンスの数は、アプリケーション及び各要素に指定された機能に依存している。電力及びデータの通信を双方向で実行してもよい。電力をダイナモ３２６から直接供給してもよく、様々な電源を太陽電池又は多様な燃料電池等のその他の電源と組み合わせたり、置き換えたりしてもよい。ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアの充足は、当業者にとって明らかである。個々の実施形態によるすべての利点が同時に存在する必要はない。従来の技術とは異なる独特な機能は、単独又は他の機能との組み合せのいずれであっても、そのような機能によって具体化された構造又は機能（あるいは両方）の概念を含め、すべて出願者による独自の発明と見なされるべきである。したがって、本発明の範囲は、開示された特定の構造、あるいは特別な構造又は機能に関する最初の焦点のみに限定されるものではない。

本発明の一実施形態による信号処理装置を備えた自転車の側面図。 ハンドルバーに装着された前記信号処理装置の部品の斜視図。 本発明の一実施形態による信号処理装置の詳細ブロック図。 従来の技術による信号処理装置の概念概略図。 本発明の一実施形態によるインピーダンス変換回路の概念概略図。 本発明の一実施形態による信号処理要素及びインピーダンス変換回路の概念概略図。 第１信号処理要素から第２信号処理要素へ電力及びデータを伝達する回路の概略図。 第１信号処理要素から第２信号処理要素へ電力及びデータを伝達する回路の概略図。 図７及び図８に示された回路の様々な点における信号の波形を示す図。 第１信号処理要素から第２信号処理要素へ電力及びデータを伝達する装置の他の実施形態によるブロック図。 一実施形態による電力制御装置の概略図。

符号の説明

　１０　自転車
　１００　ディスプレイハウジング
　１１６　プロセッサ
　１２４　バッテリー（第２電源）
　３３４　キャパシタンス（第１電源）
　１０００　切換電圧調整器（第１電源スイッチ）
　１００４　電圧センサ
　１００８　スイッチ回路（第２電源スイッチ）
　１０５２　トランジスタ
　１０９０　バッテリー電圧センサ（第２電源電圧センサ）

Claims (19)

1. 　電力を供給するための第１及び第２電源が用られている自転車のための自転車用電力制御装置であって、
   　前記第１電源からの電圧を検知する電圧センサと、
   　前記電圧センサに連結されるとともに、前記第１及び第２電源から電力を受けるように連結された制御ユニットとを備え、
   　前記制御ユニットは、前記電圧センサによって検出された電圧が第１選択値より高い場合は前記第１電源から電力を出力するとともに、前記電圧センサによって検出された電圧が前記第１選択値より低い場合は前記第２電源から電力を出力する、
   自転車用電力制御装置
2. 　前記制御ユニットは、前記電圧センサによって検出された電圧が前記第１選択値より低い場合に、前記第２電源のみから電力を出力する、請求項１に記載の自転車用電力制御装置。
3. 　前記制御ユニットは、前記電圧センサによって検出された電圧が前記第１選択値より高い場合に、前記第１電源のみから電力を出力させる、請求項１に記載の自転車用電力制御装置。
4. 　前記制御ユニットは、前記第１電源から電力を出力するよう連結された第１電源スイッチを有している、請求項１に記載の自転車用電力制御装置。
5. 　前記電圧センサは、前記第１電源スイッチを切り替える、請求項４に記載の自転車用電力制御装置。
6. 　前記第１電源スイッチは、切換電圧調整器を有している、請求項５に記載の自転車用電力制御装置。
7. 　前記制御ユニットは、前記第２電源から電力を出力するよう連結された第２電源スイッチを有している、請求項１に記載の自転車用電力制御装置。
8. 　前記電圧センサは、前記第２電源スイッチを切り替える、請求項７に記載の自転車用電力制御装置。
9. 　前記第２電源スイッチは、トランジスタを有している、請求項８に記載の自転車用電力制御装置。
10. 　前記第２電源からの電圧を検出する第２電源電圧センサをさらに備え、
    　前記制御ユニットは、前記第２電源電圧センサに連結されるとともに、前記第２電源電圧センサによって検出された電圧が第２選択値より低い場合は前記第１電源から電力を出力するとともに、前記第２電源電圧センサによって検出された電圧が前記第２選択値より高い場合は前記第２電源から電力を出力する、請求項１に記載の自転車用電力制御装置。
11. 　前記制御ユニットは、
    　前記第１電源から電力を出力するよう連結された第１電源スイッチと、
    　前記第２電源から電力を出力するよう連結された第２電源スイッチとを有している、
    請求項１に記載の自転車用電力制御装置。
12. 　前記制御ユニットは、前記第１電源スイッチと前記第２電源スイッチとに連結されたプロセッサを有し、前記第１及び第２電源スイッチは、少なくとも部分的に前記プロセッサに制御される、請求項１１に記載の自転車用電力制御装置。
13. 　前記第２電源からの電圧を検出する第２電源電圧センサをさらに備え、
    　前記プロセッサは、前記第２電源電圧センサに連結されるとともに、前記第２電源電圧センサによって検出された電圧に応じて、前記第１及び第２電源スイッチを制御する、請求項１２に記載の自転車用電力制御装置。
14. 　前記プロセッサは、前記第２電源電圧センサによって検出された電圧が第２選択値より低い場合は前記第１電源から電力を出力するよう前記第１電源スイッチを制御するとともに、前記第２電源電圧センサによって検出された電圧が前記第２選択値より高い場合は前記第２電源から電力を出力するよう前記第２電源スイッチを制御する、請求項１３に記載の自転車用電力制御装置。
15. 　前記電圧センサは、前記第１及び第２電源スイッチの両方を切り替える、請求項１１，１２または１４に記載の自転車用電力制御装置。
16. 　前記電圧センサは、前記第１電源スイッチを切り替える、請求項１４に記載の自転車用電力制御装置。
17. 　前記電圧センサは、前記第２電源スイッチを切り替える、請求項１４に記載の自転車用電力制御装置。
18. 　前記第１電源スイッチは切換電圧調整器を有し、前記第２電源スイッチはトランジスタを有している、請求項１５に記載の自転車用電力制御装置。
19. 　ハウジングをさらに備え、
    　前記電圧センサ及び制御ユニットは、共に前記ハウジング内に収納されている、
    請求項１に記載の自転車用電力制御装置。

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