JP2016199227A - 電動自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】 適切なタイミングでメンテナンスを促す機能を備える電動自転車を提供する。【解決手段】 与えられた人力を車輪に伝達するチェーンと、人力による前記車輪の駆動を補助するモータと、前記チェーンが前記車輪に与えるトルクを検出するトルクセンサと、前記トルクセンサにより検出されたトルクが所定の閾値以下の状態のときに該状態をユーザに通知する通知部と、を備える電動自転車を提供する。【選択図】 図１

Description

本発明の一態様は、電動自転車（例えば、電動アシスト自転車）などに関する。

従来から、電動駆動部を持ち、この電動駆動部に内蔵されているトルクセンサによりペダルトルクを検出し、電池からエネルギーの供給を受けて電動駆動部内蔵の電動機を駆動し、人力と電動機力の合力が出力軸およびチェーンを介して駆動輪（後輪）へ伝達される構成の電動自転車がある（例えば特許文献１〜特許文献３参照）。

特開平１０−２５０６７３号公報 特開２００４−３２２８８２号公報 特開２００７−０４５３３９号公報

しかしながら、上記従来の構成の電動自転車では、チェーンのたるみを適切に検出する手段を有していなかった。そのため、チェーンのたるみによって、人力によるトルクを適切に検出できず、その結果、電動機力による適切なサポートができないことがあった。

本発明は、上記課題を解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、図面（図１等）に基づき説明すると、
与えられた人力を車輪に伝達するチェーン（８）と、
人力による前記車輪の駆動を補助するモータ（１１）と、
前記チェーンが前記車輪に与えるトルクを検出するトルクセンサ（９）と、
前記トルクセンサにより検出されたトルクが所定の閾値以下の状態のときに該状態をユーザ（例えば、電動自転車に乗車しようとしている人などの電動自転車の使用者）に通知する通知部（１６）と、
を備える電動自転車である。

上記構成の電動自転車（例えば、電動アシスト自転車）によれば、チェーンのたるみによって、検出されるトルクが下がったことを検知してユーザに通知することができる。これにより、従来に比べユーザに電動自転車のメンテナンスを早く促すことが可能となり、適切な補助駆動力でユーザをサポートすることができる電動自転車を提供することができる。特に、ユーザが自転車の構造に詳しくない場合でも、快適な乗り心地の電動自転車を提供することができる。

上記電動自転車において、好ましくは、図面（図１等）に基づき説明すると、
前記通知部（１６）は、電源投入時に前記トルクセンサにより検出されたトルクに基づいて、前記状態をユーザに通知する。

上記構成の電動自転車によれば、ユーザによる力が加えられていない状態の、チェーンの張りにより発生するトルクに基づいて、ユーザへの通知を行うことができる。具体的には、ユーザが電動自転車に乗車する前に、該トルクセンサにより検出されたトルクが所定の閾値以下の状態であることを、ユーザへ通知することが可能となる。

上記電動自転車において、好ましくは、図面（図１等）に基づき説明すると、
前記所定の閾値を記憶するメモリ（１０ａ）をさらに備える。

上記構成の電動自転車によれば、メモリに記憶された所定の閾値に基づいてトルクを観測し、チェーンのたるみを検出することが可能となる。特に、工場出荷時などに検出されたトルクの値をメモリに記憶させておけば、適切なタイミングでチェーンのたるみなどによるトルクの低下をユーザに通知することが可能となる。

上記電動自転車において、好ましくは、図面（図１等）に基づき説明すると、
前記通知部（１６）は、発光装置、音声出力装置及び／又は振動発生装置を含む。

電動自転車の外観を示す図。 コントローラ付近の外観を示す図。 通知部付近の外観を示す図。 電動自転車の機能的構成例を示す図。 トルクセンサの構成例を示す図。 トルクセンサの構成例を示す図。 トルクセンサの構成例を示す図。 トルクセンサの構成例を示す図。 操作ディスプレイの構成例を示す図。 車両調整処理の具体例を示すフローチャート。 電源投入時の処理の具体例を示すフローチャート。 電源投入時のトルク値と時間との関係の具体例を示す図。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
（１）電動自転車の構成例
（２）動作例
２．補足事項

＜１．実施形態＞
本実施形態の電動自転車の特徴のひとつは、時間の経過、または走行時の摩擦などによりチェーンがたるんだことを検出し、ユーザにメンテナンス時期を通知する機能を備えることである。そして、本実施形態の電動自転車では、このチェーンのたるみを、トルクの検出に基づいて判定している。なお、以下の実施形態は通常の電動二輪車を具体例として挙げているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、電動の三輪車または四輪車などにも適用可能である。

＜（１）電動自転車の構成例＞
図１は、電動自転車の外観を示す図である。図２は、電動自転車のコントローラ付近の外観を示す図である。図３は、電動自転車の通知部及びハンドルバー付近の外観を示す図である。図４は、電動自転車の機能的構成例を示す図である。

これらの図１〜図４に示されるように、電動自転車は、前輪１、後輪２、車体３、ペダル４、クランク５、クランク軸６、スプロケット７、チェーン８、トルクセンサ９、コントローラ１０、モータ１１、ライト１２、バッテリ１３、ハンドルバー１４、操作ディスプレイ１５、及び通知部１６を含んで構成される。

＜前輪１＞
前輪１は、後輪２の回転により与えられた動力で電動自転車が動くときに、後輪２と同期して回転するよう構成される。また、前輪１は、モータ１１により電動回転力が与えられ、これにより回転することで電動自転車に推力を与えるよう構成される。

＜後輪２＞
後輪２は、それぞれユーザにより与えられる人力により回転し、電動自転車に推力を与えるよう構成される。また、前輪１に与えられた電動回転力により電動自転車が動くときに、前輪１と同期して回転するよう構成される。すなわち、前輪１は電動力により、後輪２は人力によりそれぞれ回転力が与えられ、この電動力と人力との合力により電動自転車に推力（動力）が与えられる。

＜車体３＞
車体３は、電動自転車の本体部分であって、ユーザの体を支えるとともに、電動自転車の各構成を支持するよう構成される。車体３には、前輪１及び後輪２が回転可能な状態で取り付けられる。

＜ペダル４＞
ペダル４は、電動自転車に乗ったユーザが踏み込む踏力を、クランク５、クランク軸６、及びスプロケット７を介してチェーン８に伝達し、これにより後輪２に回転力を与えるよう構成される。

＜クランク５＞
クランク５は、ペダル４に結合されて構成されており、上記のとおり、ユーザの踏力をクランク軸６に対して伝達するよう構成される。

＜クランク軸６＞
クランク軸６は、クランク５に結合されて構成されており、上記のとおり、ユーザの踏力をスプロケット７に伝達するよう構成される。

＜スプロケット７＞
スプロケット７は、歯車状に形成されており、クランク軸６に結合され、クランク軸６の回転に同期して回転して、動力をチェーン８に伝達するよう構成される。

＜チェーン８＞
チェーン８は、スプロケット７の歯車に噛合うようの形成されており、スプロケット７の回転に同期して回転し、動力を後輪２に伝達するよう構成される。

＜トルクセンサ９＞
トルクセンサ９は、チェーン８に与えられているトルクをトルク値として検出し、検出されたトルク値をコントローラ１０に出力するよう構成される。

ここで、図５〜図８を参照しながら、トルクセンサの構成例と動作原理について簡単に説明する。図５〜図８において、チェーン８は後輪２の後輪シャフト１７に結合されている。チェーン８が回転すると、これに同期して後輪シャフト１７が回転する。後輪シャフト１７の近傍には、トルクセンサ取付用プレート１８が配備されている。トルクセンサ取付用プレート１８には、トルクセンサ９が搭載される。トルクセンサ９は、トルクセンサ取付用プレート１８上の、チェーン８の重力方向の下方向に配置される。トルクセンサ９は、図６及び図８に示されるように、マグネット９１及びホールＩＣ９２を含む。マグネット９１は、トルクセンサ取付用プレート１８に連動して動作するよう構成される。ホールＩＣは、トルクセンサ取付用プレート１８の動きに関わらず固定されるよう構成される。

図７に示されるように、ユーザがペダル４を踏むとチェーン８に力がかかり、これにより後輪シャフト１７がチェーン８により矢印方向に引っ張られる。このとき、トルクセンサ取付用プレート１８は図７の矢印方向に変位（移動）する。すると、図８に示されるように、トルクセンサ取付用プレート１８に連動して、マグネット９１が矢印方向に変位（移動）する。このマグネット９１の動きをホールＩＣ９２が検知することで、チェーン８に与えられたトルクをトルク値として検出する。検出されたトルク値は、コントローラ１０に出力される。

なお、自転車のチェーン８は、時間の経過、及び走行時の摩擦によりたるんでいくため、トルクセンサ９により検出されるトルク値は時間の経過と共に変化（低下）する。

なお、ここで説明したトルクセンサ９の構成はあくまで一例であって、これ以外の構成のトルクセンサを採用してもよい。

＜コントローラ１０＞
コントローラ１０は、電動自転車の各構成を電気的に制御するよう構成される。特に本実施形態では、コントローラ１０は、トルクセンサ９で検出されたトルク値が、メモリ１０ａに記憶された閾値以下の値であるかどうかを判定し、この判定に基づいて、操作ディスプレイ１５の通知部１６を介して、ユーザにメンテナンス時期を通知する。

コントローラ１０は、バッテリ１３により与えられる電力により駆動され、モータ１１の動作を制御する。コントローラ１０は、ユーザの人力により動力が与えられたことを、トルクセンサ９からの入力に基づいて検出して、所定の電動回転力を発生するようモータ１１を制御する。コントローラ１０は、ユーザにより与えられた動力に基づいてモータ１１の回転を制御するため、ユーザにより与えられる動力（トルク）が適切に検出されなければ、モータ１１による適切な動力アシストを行うことができない。

例えば、チェーン８のたるみが原因でトルクセンサ９により検出されるトルクがユーザにより与えられた動力（トルク）を低く検出してしまうと、コントローラ１０はモータ１１を必要な力よりも弱い力で回転させてしまうことがある。その場合、ユーザは電動自転車を快適に運転することができなくなってしまう。本実施形態の電動自転車は、このような状態を回避して、より利便性の高い電動自転車の提供を可能とする。

コントローラ１０は、ライト１２、及び操作ディスプレイ１５の動作を制御する。コントローラ１０は、ユーザにより操作ディスプレイ１５のライトスイッチ１５ｂが操作されたことを検出し、このユーザ操作に基づいてライト１２の点灯及び消灯を制御する。なお、コントローラ１０が輝度センサに接続され、輝度センサにより検出された周囲の明るさに応じて自動的にライト１２と点灯及び消灯するよう制御してもよい。

コントローラ１０のより具体的な動作については後述する。

＜モータ１１＞
モータ１１は、バッテリ１３により与えられる駆動力としての電力と、コントローラ１０の制御とにより回転動作を行い、動力を前輪１に伝達するよう構成される。モータ１１は、これにより、ユーザの踏力に対する補助的な駆動力を前輪１に与える。

＜ライト１２＞
ライト１２は、電球（ＬＥＤを含む）などであって、コントローラ１０の制御により点灯または消灯するよう構成される。ライト１２は、バッテリ１３により与えられる電力により点灯または消灯する。

＜バッテリ１３＞
バッテリ１３は、充電可能な充電式電池であって、電動自転車のコントローラ１０、ライト１２、及び操作ディスプレイ１５などの必要な部分に対して電力を供給するよう構成される。

＜ハンドルバー１４＞
ハンドルバー１４は、ユーザにより操作されることで電動自転車の前輪１の向きを変更し、これにより電動自転車の移動方向を変更できるよう構成される。

＜操作ディスプレイ１５＞
操作ディスプレイ１５は、ユーザによる電動自転車の操作の利便性を高めるよう、ハンドルバー１４に結合されて配置される。操作ディスプレイ１５は、電動自転車の電源の制御、ライト１２の点灯及び消灯の状態の変更、及び動作モードの変更などのユーザの操作を検出し、コントローラ１０に対してユーザ操作の内容を出力するよう構成される。また、操作ディスプレイ１５は通知部１６を備えており、ユーザに対してチェーンのたるみなどが発生していることを通知し、これによりユーザに対してメンテナンスを促すことなどが可能である。

図９は、操作ディスプレイ１５の構成例を示す図である。図９に示されるように、操作ディスプレイ１５は、主電源スイッチ１５ａ、ライトスイッチ１５ｂ、モード切替スイッチ１５ｃ、通知部１６、及び通知ランプ１６ａを含んで構成される。操作ディスプレイ１５では、通知部１６の通知ランプ１６ａが点灯または点滅等することでユーザに対してメンテナンス時期などを通知する。

＜通知部１６＞
通知部１６は、上記のようにハンドルバー１４に結合された操作ディスプレイ１５に含まれ、ユーザに対して電動自転車の所定状態を通知するよう構成される。特に本実施形態では、通知部１６は、通知ランプ１６ａの点灯により、ユーザに対してメンテナンスを促す手段として機能する。具体的には後述するが、トルクセンサ９により検出されるトルクの値に基づいてチェーンに一定以上のたるみが発生していることが検出されたとき、コントローラ１０の制御により通知部１６の通知ランプ１６ａが点灯する。なお、通知部１６は単に点灯または点滅する照明手段であってもよいが、数字及び文字などを表示する液晶表示手段を用いてもよい。また、ここでは通知部１６は通知ランプ１６ａの点灯によりユーザに対する通知を行っているが、例えば音や光や振動等を使った別の方法によりユーザへの通知を行ってもよい。

＜（２）動作例＞
次に、本実施形態の電動自転車の具体的な動作例について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。

図１０は、電動自転車の製造工程における工場検査時に行われる、車両調整処理の具体例を示すフローチャートである。

＜Ｓ５００〜Ｓ５１０＞
工場において車両調整が開始されると（Ｓ５００）、コントローラ１０は、トルクセンサ９で検出されたトルク値をメモリ１０ａに保存（記憶）させる（Ｓ５１０）。このとき、チェーンにはユーザによる踏力などの外力は与えられていないため、チェーン８の張り（たるみ）により発生するトルクの初期値が検出される。

＜Ｓ５２０〜Ｓ５３０＞
次に、コントローラ１０は、上記の処理で検出されたトルク値に対して所定の係数を掛けた所定の閾値を決定して、メモリ１０ａに保存（記憶）させる。ここでの所定の係数は、例えば「０．５」などの任意の値が設定される。この処理が終了したら、本実施形態の車両調整処理が終了する（Ｓ５３０）。なお、この所定の係数は任意に設定可能である。

次に、図１１を参照しながら、電動自転車への電源投入時の処理の具体例について説明する。図１１は、本実施形態の電動自転車において、電源投入時に行われる処理を示すフローチャートである。

＜Ｓ６００〜Ｓ６１０＞
ユーザが電動自転車の操作ディスプレイ１５の主電源スイッチ１５ａを操作して電動自転車が電源オンの状態になると（Ｓ６００）、コントローラ１０は、トルクセンサ９により検出されるトルクの値が、メモリ１０ａに記憶された所定の閾値以上であるか否かを確認する（Ｓ６１０）。

＜Ｓ６２０＞
トルクセンサ９により検出されるトルク値が所定の閾値未満であれば（Ｓ６１０でＮ）、コントローラ１０は通知部１６の通知ランプ１６ａを点灯させる。この通知ランプ１６ａの点灯により、ユーザはチェーンに一定以上のたるみが発生していることを認識することができる。なお、これまでの説明からも判るように、トルクセンサ９により検出されるトルク値が所定の閾値未満であるということは、チェーン８の張りが許容範囲を超えて低下していることを示している。

＜Ｓ６３０〜Ｓ６４０＞
トルクセンサ９により検出されるトルク値が所定の閾値以上であるか（Ｓ６１０でＹ）、またはＳ６２０の処理が終了すると、電動自転車は通常の走行動作を行い（Ｓ６３０）、その後当該処理を終了する（Ｓ６４０）。

図１２は、電源投入時にトルクセンサ９で検出されるトルク値の経時変化の一例を示す図である。図１２に示されるように、トルクセンサ９で検出されるトルク値（Ｔ）は、時間が経過するにつれて、初期値（初期トルク）から徐々に低下していく。本実施形態の電動自転車では、このトルク値（Ｔ）が閾値よりも低くなった時にユーザに通知してメンテナンスを促している。

上記本実施形態の電動自転車によれば、チェーンにたるみが発生していることをトルクの低下により検出し、ユーザに通知することができる。これにより、ユーザに電動自転車のメンテナンスを促すことが可能となり、適切な補助駆動力でユーザをサポート（アシスト）することができる電動自転車を提供することができる。特に、ユーザが自転車の構造に詳しくない場合でも、快適な乗り心地の電動自転車を提供することができる。

また、上記本実施形態の電動自転車によれば、ユーザによる踏力が加えられていない電源投入時にチェーンの張りにより発生するトルクに基づいているため、チェーンのたるみを適切に検出することができる。これにより、ユーザに適切なタイミングでメンテナンスを促すことが可能となる。

また、上記本実施形態の電動自転車によれば、メモリ１０ａのユーザへの通知の基準となる閾値を記憶させている。これにより、メモリ１０ａに記憶された所定の閾値に基づいてトルクを観測し、チェーンのたるみを検出することが可能となる。特に、本実施形態の電動自転車では、工場出荷時に検出された初期トルクの値をメモリ１０ａに記憶させているため、チェーンのたるみなどによるトルクの低下を適切なタイミングでユーザに通知することが可能となる。

＜２．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明は、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

上記実施形態では、通知部１６での通知手段として、光を発する発光装置を採用しているが、本発明では、ユーザが通知を認識できれば（具体的にはユーザが五感により通知を認識できれば）、通知手段が発光装置以外であってもよい。例えば、本発明では、通知手段として、光を発する発光装置、音を発生させる音声出力装置、振動を発生させる振動発生装置及び／又は所定の匂いを生じさせる匂い発生装置が挙げられる。本発明では、例えば電動自転車の走行中にユーザがより通知を認識しやすくする観点で、通知手段として、好ましくは、光を発する発光装置、音を発生させる音声出力装置及び／又は振動を発生させる振動発生装置が挙げられる。
を採用してもよい。

また、上記実施形態では、前輪１にモータ１１が取り付けられているタイプの電動自転車を例に挙げて説明したが、このタイプに限定されるものではない。すなわち、例えば後輪２にモータが取り付けられるタイプ、またはペダル４またはクランク軸６の周辺にモータが取り付けられるなど、種々のタイプの電動自転車に本発明を適用してもよい。

本発明は、電動自転車などに好適に適用される。

１…前輪
２…後輪
３…車体
４…ペダル
５…クランク
６…クランク軸
７…スプロケット
８…チェーン
９…トルクセンサ
１０…コントローラ
１０ａ…メモリ
１１…モータ
１２…ライト
１３…バッテリ
１４…ハンドルバー
１５…操作ディスプレイ
１５ａ…主電源スイッチ
１５ｂ…ライトスイッチ
１５ｃ…モード切替スイッチ
１６…通知部
１６ａ…通知ランプ
１７…後輪シャフト
１８…トルクセンサ取付用プレート
９１…マグネット
９２…ホールＩＣ

Claims (4)

1. 与えられた人力を車輪に伝達するチェーンと、
   人力による前記車輪の駆動を補助するモータと、
   前記チェーンが前記車輪に与えるトルクを検出するトルクセンサと、
   前記トルクセンサにより検出されたトルクが所定の閾値以下の状態のときに該状態をユーザに通知する通知部と、
   を備える電動自転車。
2. 前記通知部は、電源投入時に前記トルクセンサにより検出されたトルクに基づいて、前記状態をユーザに通知する
   請求項１に記載の電動自転車。
3. 前記所定の閾値を記憶するメモリをさらに備える
   請求項１または請求項２に記載の電動自転車。
4. 前記通知部は、発光装置、音声出力装置及び／又は振動発生装置を含む
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電動自転車。