JP7126139B2 - 電動自転車及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動自転車及びその制御方法に関する。

従来、ペダルへの踏力などの人力駆動力に、電動モータによる補助駆動力を付加することで、楽に走行できる電動自転車（電動アシスト自転車とも称される）が知られている。また、電動自転車を押し歩く際に、車体に、電動モータによる補助駆動力を付加して自走させる技術も知られている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

特開平４－３５８９８８号公報 特開２００１－２３９９７９号公報

電動自転車においては、例えば乗車時などの押し歩きをしていない場合に、押し歩き用の補助駆動力が付加されることが好ましくない。

このため、特許文献１では、電動自転車の車速、及び、ハンドルバーを握っていることなどを検知する手段を備え、検知結果に基づいて押し歩きを判別している。また、特許文献２では、車両の加速度などを検知する手段を備え、乗車及び非乗車のいずれの状態であるのかを判別している。このように、従来の電動自転車では、乗車状態と、非乗車状態、すなわち、押し歩き状態とを判別するために、新たにセンサを設ける必要がある。

そこで、本発明は、新たなセンサを増やすことなく、押し歩きをしていない場合に、押し歩き用の補助駆動力が発生するのを抑制することができる電動自転車及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る電動自転車は、電動モータを備える電動自転車であって、ペダルへの踏力に基づく人力駆動力に、前記電動モータによる第１補助駆動力を付加して走行する第１モードと、車体に、前記電動モータによる第２補助駆動力を付加して押し歩く、又は前記第２補助駆動力を付加して自走させる第２モードとを切り替えて実行する制御部と、前記電動モータとクランクとの供回りの有無を判定する判定部とを備え、前記制御部は、前記第２モードを実行中に、前記判定部によって前記供回りがないと判定された場合、前記第２補助駆動力を調整する。

また、例えば、本発明の一態様に係る電動自転車は、ペダルへの踏力に基づく人力駆動力に、電動モータによる第１補助駆動力を付加して走行する第１モードと、車体に、前記電動モータによる第２補助駆動力を付加して押し歩く、又は前記第２補助駆動力を付加して自走させる第２モードとで走行可能な電動自転車であって、前記第２モードを実行中に、前記電動モータとクランクとの供回りがない場合に、前記第２補助駆動力を調整するように制御される構成を有する。

また、本発明の一態様に係る電動自転車の制御方法は、ペダルへの踏力に基づく人力駆動力に、電動モータによる第１補助駆動力を付加して走行する第１モードと、車体に、前記電動モータによる第２補助駆動力を付加して押し歩く、又は前記第２補助駆動力を付加して自走させる第２モードとで走行可能な電動自転車の制御方法であって、前記第２モードを実行中に、前記電動モータとクランクとの供回りがない場合に、前記第２補助駆動力を調整するステップを含む。

また、本発明の一態様は、上記電動自転車の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現することができる。あるいは、当該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として実現することもできる。

本発明に係る電動自転車及びその制御方法によれば、新たなセンサを増やすことなく、押し歩きをしていない場合に、押し歩き用の補助駆動力が発生するのを抑制することができる。

図１は、実施の形態に係る電動自転車の側面図である。 図２は、実施の形態に係る電動自転車のハンドル及び操作部の斜視図である。 図３は、実施の形態に係る電動自転車のモータ駆動ユニットの構造を示す断面図である。 図４は、実施の形態に係る電動自転車の構成を示すブロック図である。 図５は、実施の形態に係る電動自転車の操作部の平面図である。 図６は、実施の形態に係る電動自転車の電動モータの制御動作を示すフローチャートである。 図７は、変形例に係る電動自転車の構成を示すブロック図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る電動自転車及びその制御方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

また、以下の説明において、「前方」とは、電動自転車の走行時の進行方向であり、「後方」とはその反対方向である。具体的には、電動自転車のサドルに対してハンドル側が「前方」である。「左右方向」は、前後方向に対して直交する方向であり、前方を向いたときの左側が「左方向」であり、右側が「右方向」である。

（実施の形態）
［構成］
まず、実施の形態に係る電動自転車の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る電動自転車１を示す側面図である。

本実施の形態に係る電動自転車１は、第１モードと、第２モードとを有する。第１モードは、例えばアシストモードであり、ペダル１７への踏力に基づく車体１０の前進が補助（アシスト）される。第２モードには、例えば押し歩きモード又は自走モードが含まれる。押し歩きモードでは、電動自転車１を押して歩くときの車体１０を前へ押す力に基づく車体１０の前進が補助される。自走モードでは、電動自転車１を支えながら進むときの車体１０の前進が補助される。各モードの詳細については、後で説明する。

図１に示されるように、電動自転車１は、車体１０と、車体１０に取り付けられたモータ駆動ユニット２０、操作部４０、バッテリー５０及び前照灯６０とを備える。車体１０は、フレーム１１と、前輪１２と、後輪１３と、ハンドル１４と、サドル１５と、クランク１６と、ペダル１７と、駆動スプロケット１８と、チェーン１９とを備える。モータ駆動ユニット２０は、電動モータ２１と、電動モータ２１を制御する制御装置２２とを備える。また、図１には示していないが、電動自転車１は、クランク回転センサ３１と、モータ回転センサ３２と、踏力センサ３３とを備える（図３及び図４を参照）。

フレーム１１は、図１に示されるように、ヘッドパイプ１１１と、メインフレーム１１２と、立パイプ１１３と、フォーク１１４と、チェーンステー１１５とを備える。ヘッドパイプ１１１は、前輪１２を支持するフォーク１１４及びハンドル１４を、ヘッドパイプ１１１の軸を中心に回転自在に支持する。ハンドル１４を左右に回すことで、フォーク１１４に支持された前輪１２の向きを左右に回転させることができる。

メインフレーム１１２は、ヘッドパイプ１１１と立パイプ１１３とを連結する部分である。メインフレーム１１２の下端部には、クランク１６及びモータ駆動ユニット２０が取り付けられている。本実施の形態に係る電動自転車１は、クランク１６とモータ駆動ユニット２０とが一体化された、いわゆるセンターユニット方式の電動自転車である。

立パイプ１１３は、サドル１５を着脱可能に支持する。具体的には、立パイプ１１３には、サドル１５を支持するシートポストが挿入されて固定される。本実施の形態では、立パイプ１１３に、バッテリー５０が着脱可能に取り付けられている。

フォーク１１４は、前輪１２を回転自在に支持する。前輪１２を支持するフォーク１１４には、前照灯６０が取り付けられている。チェーンステー１１５は、後輪１３を回転自在に支持する。

ハンドル１４には、図２に示されるように、一対のグリップ１４１及びブレーキレバー１４２が左右に設けられている。図２は、本実施の形態に係る電動自転車１のハンドル１４及び操作部４０の斜視図である。

一対のグリップ１４１は、適切な姿勢で乗車された場合に、手で握られる部分である。また、一対のグリップ１４１は、電動自転車１を押し歩く際にも手で握られて、前方への押力を受ける。一対のグリップ１４１の少なくとも一方には、握る力又は押力を検知するグリップセンサが設けられていてもよい。

一対のブレーキレバー１４２は、前輪１２及び後輪１３の各々に取り付けられたブレーキ装置（図示せず）の動作レバーである。一方のブレーキレバー１４２を操作することで、前輪１２に取り付けられたブレーキ装置（図示せず）が駆動され、前輪１２に対して機械的な制動力を与える。他方のブレーキレバー１４２を操作することで、後輪１３に取り付けられたブレーキ装置（図示せず）が駆動され、後輪１３に対して機械的な制動力を与える。

サドル１５は、適切な姿勢で乗車された場合に、人が座る部分である。サドル１５には、荷重センサが設けられていてもよい。

クランク１６は、図１に示されるように、クランク軸１６１と、一対のクランクアーム１６２とを有する。クランクアーム１６２は、メインフレーム１１２の両側に１つずつ設けられており、左右方向に延びるクランク軸１６１の両端に固定されている。クランクアーム１６２の一方端がクランク軸１６１に固定され、他方端には、ペダル１７が回転自在に固定されている。ペダル１７に踏力が加えられた場合、クランクアーム１６２がクランク軸１６１を中心に回転し、当該回転による人力駆動力が駆動スプロケット１８及びチェーン１９を介して後輪１３に伝達される。アシストモードで動作する場合には、踏力に基づく人力駆動力と、当該人力駆動力に付加された電動モータ２１による補助駆動力とが後輪１３に伝達される。

図３は、本実施の形態に係る電動自転車１のモータ駆動ユニット２０の構造を示す断面図である。本実施の形態に係るモータ駆動ユニット２０は、電動モータ２１の出力軸と、人力による出力軸とが同じ一軸式のセンターユニット構造を有する。

モータ駆動ユニット２０は、図３に示されるように、電動モータ２１及び制御装置２２などが、樹脂製又は金属製の筐体２８に収納されてユニット化されている。クランク軸１６１は、筐体２８を貫通するように設けられている。なお、クランク軸１６１は、軸受によって回転可能に支持されている。

モータ駆動ユニット２０は、さらに、クランク軸１６１の外周に設けられた、筒状の人力伝達体２３、中間筒体２４及び連動体２５と、電動モータ２１と連動体２５との間に配置された減速機構２６と、一方向クラッチ２７とを備える。

人力伝達体２３は、クランク軸１６１に設けられたセレーション部１６３に嵌め込まれており、クランク軸１６１と一体的に回転するように設けられている。中間筒体２４は、クランク軸１６１に対しては回転自在に設けられ、かつ、人力伝達体２３及び連動体２５の各々と一体的に回転するように設けられている。連動体２５には、駆動スプロケット１８が連動体２５と一体的に回転するように設けられている。なお、人力伝達体２３、中間筒体２４及び連動体２５の各々には、１つ以上のセレーション部（スプライン部）が設けられており、互いに嵌まり合うことにより一体的に回転する。また、中間筒体２４と連動体２５との間には、一方向クラッチ２７が配置されている。一方向クラッチ２７は、中間筒体２４上に配置され、ラチェットが連動体２５に噛み合うことにより、中間筒体２４から連動体２５への一方向に回転力を伝達する。

この構成により、ペダル１７への踏力によってクランク軸１６１が回転し、この回転による人力駆動力が人力伝達体２３、中間筒体２４、一方向クラッチ２７及び連動体２５を介して駆動スプロケット１８に伝えられる。人力駆動力によって駆動スプロケット１８が回転することで、駆動スプロケット１８に取り付けられたチェーン１９が回転し、後輪１３が回転する。

また、連動体２５には、減速機構２６を介して、電動モータ２１による補助駆動力が伝達される。つまり、電動モータ２１による補助駆動力によって連動体２５の回転を補助することができるので、連動体２５の回転に合わせて駆動スプロケット１８及び後輪１３を回転させることができる。

電動モータ２１は、制御装置２２による制御に基づいて、バッテリー５０からの電力を受けて駆動する。電動モータ２１は、図３に示されるように、回転軸２１１と、ロータ部２１２と、歯部２１３と、ステータ部２１４とを有する。電動モータ２１は、軸受によって回転軸２１１及びロータ部２１２が回転可能に支持されている。バッテリー５０からの電力を受けてロータ部２１２が回転し、ロータ部２１２の回転に合わせて回転軸２１１及び歯部２１３が回転する。歯部２１３は、回転軸２１１の先端側に設けられており、減速機構２６の大径歯車部２６２に嵌まり合う。歯部２１３が回転することで、大径歯車部２６２が回転する。

減速機構２６は、電動モータ２１の回転トルク（すなわち、補助駆動力）が増幅されて連動体２５に伝達されるように構成されている。具体的には、図３に示されるように、減速機構２６は、回転軸２６１と、大径歯車部２６２と、小径歯車部２６３とを有する。減速機構２６の回転軸２６１及び小径歯車部２６３は、大径歯車部２６２と一体的に回転する。小径歯車部２６３は、連動体２５の歯車部２５２に嵌まり合う。小径歯車部２６３が回転することで、連動体２５の歯車部２５２が回転する。

このように、本実施の形態では、電動モータ２１が生成する補助駆動力は、減速機構２６を介して連動体２５に伝達される。すなわち、電動モータ２１が回転することで、連動体２５も回転し、駆動スプロケット１８が回転する。これにより、後輪１３を回転させることができる。

さらに、図３に示されるように、筐体２８の内部には、クランク回転センサ３１と、モータ回転センサ３２と、踏力センサ３３とが設けられている。クランク回転センサ３１及び踏力センサ３３は、クランク軸１６１の近傍に配置されている。モータ回転センサ３２は、電動モータ２１の回転軸２１１の近傍に配置されている。

クランク回転センサ３１は、歯車状の回転体３１１と、光検出器３１２とを有する。回転体３１１は、中間筒体２４と一体的に回転するように設けられている。光検出器３１２は、互いに対向するように配置された光出射部と受光部とを有する。光検出器３１２は、回転体３１１の歯が、光出射部から受光部に至る光の経路を遮る位置に設けられている。回転体３１１の回転に合わせて歯が光を遮るので、受光部で受光される光が遮られた回数（又は、光が受光できた回数）と回転体３１１の歯の数とに応じて、回転体３１１の回転数が検出される。回転体３１１と中間筒体２４及びクランク１６とが一体的に回転するので、回転体３１１の回転数は、クランク１６の回転数に一致する。このようにして、クランク回転センサ３１は、クランク１６の回転数を検出することができる。なお、クランク回転センサ３１は、クランク１６の回転数を検出することができればいかなる構成でもよい。

モータ回転センサ３２は、電動モータ２１の回転軸２１１と一体的に回転する磁石３２１と、ホールＩＣ３２２とを有する。ホールＩＣ３２２は、磁石３２１の回転に応じて変化する磁界の変化を検出することで、磁石３２１の回転数、すなわち、電動モータ２１の回転数を検出する。なお、モータ回転センサ３２は、電動モータ２１の回転数を検出することができればいかなる構成でもよい。

踏力センサ３３は、磁歪式のトルクセンサであり、人力伝達体２３の外周表面に隙間を介して配置されたコイル３３１と、コイル３３１と人力伝達体２３との間に設けられた磁歪発生部３３２とを有する。踏力センサ３３は、ペダル１７への踏力に基づいてクランク軸１６１が回転することにより発生する人力駆動力を検出する。

例えば、ペダル１７に踏力が加えられて人力駆動力が発生した場合に、磁歪発生部３３２に歪みが発生し、磁歪発生部３３２には、透磁率が増加する部位と減少する部位とが発生する。このため、コイル３３１のインダクタンス差を検出することで、人力駆動力を検出することが可能である。なお、踏力センサ３３の構成は特に限定されず、ペダル１７への踏力（又は人力駆動力）が検出できればいかなる構成でもよい。

制御装置２２は、クランク回転センサ３１及び踏力センサ３３などのセンサによる検出結果に基づいて、電動モータ２１の動作を制御する。本実施の形態では、制御装置２２は、モータ駆動ユニット２０の筐体２８の内部に収納されているが、これに限らない。制御装置２２は、モータ駆動ユニット２０とは別体で設けられていてもよい。

図４は、本実施の形態に係る電動自転車１の構成を示すブロック図である。具体的には、図４は、電動自転車１の構成のうち、電力を使用する主な構成を示している。

図４に示されるように、電動自転車１の制御装置２２は、制御部２２１と、判定部２２２とを有する。制御装置２２は、例えば、マイコン（マイクロコントローラ）などで実現され、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで構成されている。あるいは、制御装置２２は、専用の電子回路で実現されてもよい。

制御装置２２には、図４に示されるように、電源スイッチ４１、手動スイッチ４２、ライトスイッチ４３、クランク回転センサ３１、モータ回転センサ３２及び踏力センサ３３が接続されている。制御装置２２には、各スイッチに対する操作信号（具体的には、押下の有無）、及び、各センサによる検出結果が入力される。

また、制御装置２２には、バッテリー５０と、電動モータ２１、表示部４４及び前照灯６０とが接続されている。制御装置２２は、バッテリー５０から供給される電力を、電動モータ２１、表示部４４及び前照灯６０に供給する。

制御部２２１は、電動自転車１の動作モードに応じて、電動モータ２１を駆動する。具体的には、制御部２２１は、第１モードと第２モードとを切り替えて実行する。

第１モードの一例であるアシストモードは、ペダル１７への踏力に基づく人力駆動力に、電動モータ２１による第１補助駆動力を付加して走行するモードである。アシストモードは、電源スイッチ４１が押下されて電源がオンされた後、人が電動自転車１に乗車している場合に実行される。具体的には、アシストモードは、ペダル１７への踏力が第３閾値より大きい場合に実行される。

第２モードの一例である押し歩きモードは、電動自転車１を人が押して歩くときに、車体１０に、電動モータ２１による第２補助駆動力を付加して押し歩くモードである。押し歩きモードは、人が電動自転車１に乗車しておらず、電動自転車１の車体１０を押しながら歩く場合に実行される。

第２モードの一例である自走モードは、電動自転車１を人が支えた状態で、車体１０に、電動モータ２１による第２補助駆動力を付加して自走させるモードである。自走モードは、押し歩きモードと同様に、人が電動自転車１に乗車しておらず、電動自転車１の車体１０を支えながら歩く場合に実行される。自走モードにおいて、人は、車体１０を前方に押す力を加えていない。

なお、押し歩きモードと自走モードとは、車体１０に対する前方への押す力の有無によって判別可能である。制御部２２１は、例えば、グリップ１４１などに設けられたグリップセンサなどによって前方への押す力の有無を検知し、検知結果に応じて押し歩きモードと自走モードとを切り替えて実行してもよい。あるいは、制御部２２１は、押し歩きモードと自走モードと判別することなく、第２補助駆動力を付加する第２モードとして実行してもよい。

本実施の形態では、押し歩きモード又は自走モードは、手動スイッチ４２が押下されている期間に実行される。なお、押し歩きモード又は自走モードは、ペダル１７への踏力が第３閾値より大きい場合には実行されない。つまり、アシストモード（第１モード）と押し歩きモード又は自走モード（第２モード）とは、排他的に実行される。

制御部２２１は、アシストモードを実行する場合、ペダル１７への踏力と電動自転車１の速度とに基づいて、電動モータ２１が生成する第１補助駆動力の大きさを決定する。ペダル１７への踏力は、踏力センサ３３による検出結果から得られる。電動自転車１の速度は、後輪１３の単位時間当たりの回転数と、後輪１３の大きさとに基づいて算出される。なお、電動自転車１の速度は、前輪１２の単位時間当たりの回転数と前輪１２の大きさとに基づいて算出されてもよい。例えば、ホールＩＣなどの車速を検知するセンサが前輪１２又は後輪１３に取り付けられている。車速の検知手段は、特に限定されない。

なお、前輪１２又は後輪１３の単位時間当たりの回転数と電動自転車１の速度とを予め対応付けたテーブルが、制御装置２２のメモリに記憶されていてもよい。制御部２２１は、当該テーブルを参照することで、前輪１２又は後輪１３の回転数から電動自転車１の速度を決定してもよい。

アシストモードにおける第１補助駆動力は、走行時の速度に応じて異なるが、例えば、ペダル１７への踏力の２倍以下の大きさである。例えば、制御部２２１は、速度が時速１０ｋｍ未満の場合に、電動モータ２１を駆動することで、ペダル１７への踏力の２倍以下の第１補助駆動力を発生させる。制御部２２１は、速度が時速２４ｋｍ以上の場合は、電動モータ２１に第１補助駆動力を発生させない。制御部２２１は、速度が時速１０ｋｍ以上２４ｋｍ未満の場合には、電動モータ２１を駆動することで、速度に応じて定められた第１補助駆動力を発生させる。

制御部２２１は、押し歩きモード又は自走モードを実行する場合、電動自転車１の自走の速度が予め定められた上限値を超えないように、電動モータ２１に第２補助駆動力を生成させる。押し歩きモード又は自走モードにおける第２補助駆動力は、例えば、自走の速度が時速６ｋｍ未満になる大きさである。ここでは、自走の速度の上限値が時速６ｋｍとしたが、３ｋｍでもよく、特に限定されない。

押し歩きモード又は自走モードでは、電動モータ２１による補助駆動力で駆動スプロケット１８を回転させる。具体的には、電動モータ２１が回転することで、減速機構２６及び連動体２５も合わせて回転し、連動体２５と一体的に駆動スプロケット１８も回転する。

ここで、連動体２５と中間筒体２４との間には、一方向クラッチ２７が配置されている。一方向クラッチ２７のラチェットは、連動体２５と接触する構造である。一方向クラッチ２７は、本来、連動体２５から中間筒体２４へ回転力を伝達する構成ではないが、ラチェットと連動体２５との接触状態における摩擦力によって、連動体２５の回転力が中間筒体２４に伝達される。このため、駆動スプロケット１８の回転が、連動体２５、中間筒体２４及び人力伝達体２３を介してクランク軸１６１に伝達され、クランク１６も回転する。

つまり、電動モータ２１とクランク１６とは、供回りする。供回りとは、電動モータ２１の回転に合わせてクランク１６が回転することである。電動モータ２１の回転数と、供回りによるクランク１６の回転数とは、減速機構２６の大径歯車部２６２及び小径歯車部２６３、並びに、連動体２５の歯車部２５２の大きさなどに基づいて予め定められた値になる。

判定部２２２は、電動モータ２１とクランク１６との供回りの有無を判定する。本実施の形態では、判定部２２２は、クランク回転センサ３１によって検出されたクランク１６の回転数（以下、クランク回転数と記載する）が第１閾値より小さい場合に、供回りがないと判定する。また、判定部２２２は、モータ回転センサ３２によって検出された回転数（以下、モータ回転数と記載する）に対するクランク回転数の比が第２閾値より小さい場合に、供回りがないと判定する。なお、クランク回転数及びモータ回転数は、いずれも単位時間当たりの回転数で表される。

本実施の形態では、制御部２２１は、押し歩きモード又は自走モードを実行中に、判定部２２２によって電動モータ２１とクランク１６との供回りがないと判定された場合、第２補助駆動力を調整する。ここで、調整とは、第２補助駆動力を抑制するように調整することである。具体的には、制御部２２１は、第２補助駆動力を低下させ、又は、第２補助駆動力の付加を停止させる。あるいは、制御部２２１は、押し歩きモード又は自走モードを停止する。すなわち、制御部２２１は、電動モータ２１の駆動を停止する。

制御部２２１は、押し歩きモード又は自走モードが停止された後、押し歩きモード又は自走モードを開始する指示を受け付けた場合に、押し歩きモード又は自走モードを再開する。具体的には、制御部２２１は、押し歩きモード又は自走モードが停止された後、手動スイッチ４２が押下されたとき、押し歩きモード又は自走モードを再開する。

電源スイッチ４１及び手動スイッチ４２は、図１及び図２に示されるように、ハンドル１４に設けられた操作部４０に含まれている。

図５は、本実施の形態に係る電動自転車１の操作部４０の平面図である。操作部４０は、図５に示されるように、電源スイッチ４１と、手動スイッチ４２と、ライトスイッチ４３と、表示部４４とが設けられている。

電源スイッチ４１は、電源のオン及びオフを切り替えるスイッチである。具体的には、電源スイッチ４１は、バッテリー５０から電動モータ２１への電力供給の許可及び停止を切り替える。

例えば、電源がオフされている状態（電源オフ状態）で電源スイッチ４１が押下されたとき、バッテリー５０から電動モータ２１への電力供給が可能になる（電源オン状態）。このため、制御部２２１は、アシストモード、及び、押し歩きモード又は自走モードを実行可能になる。また、電源オン状態で電源スイッチ４１が押下されたとき、バッテリー５０から電動モータ２１への電力供給が停止される。このため、制御部２２１は、アシストモード、押し歩きモード及び自走モードのいずれも実行不可能になる。

手動スイッチ４２は、押し歩きモード又は自走モードを開始する指示を受け付ける入力部の一例である。本実施の形態では、制御部２２１は、手動スイッチ４２が押下されている期間のみ、押し歩きモード又は自走モードを実行する。つまり、手動スイッチ４２を押し続けながら車体１０を押して又は支えて歩くことで、押し歩きモード又は自走モードが実行される。これにより、電動モータ２１による第２補助駆動力が発生し、押し歩き又は自走を補助することができる。手動スイッチ４２の押下を止めた場合、電動モータ２１の駆動が停止され、第２補助駆動力も発生しなくなる。

なお、手動スイッチ４２を１回押下した場合に、その後、手動スイッチ４２を押し続けなくても、押し歩きモード又は自走モードが実行されてもよい。押し歩きモード又は自走モードの実行中に、再び手動スイッチ４２を押下した場合に、押し歩きモード又は自走モードが停止されてもよい。この場合、押し歩きの際に、手動スイッチ４２を押し続けなくてよいので、車体１０を押すことに専念することができる。つまり、押し歩きの際にバランスを崩しにくくなり、転倒などの危険性を低下させることができる。

また、手動スイッチ４２には、押し歩きモードを実行するための押し歩きスイッチと、自走モードを実行するための自走スイッチとの２つの異なるスイッチが含まれてもよい。制御部２２１は、押し歩きスイッチが押下されたとき、押し歩きモードを実行し、自走スイッチが押下されたとき、自走モードを実行してもよい。

ライトスイッチ４３は、前照灯６０の点灯及び消灯を切り替えるスイッチである。表示部４４は、バッテリー５０の残量を表示する。

電源スイッチ４１、手動スイッチ４２及びライトスイッチ４３はそれぞれ、物理的に押下可能な機械式のスイッチであるが、これに限らない。操作部４０は、例えば、タッチパネルディスプレイなどであってもよい。電源スイッチ４１、手動スイッチ４２及びライトスイッチ４３の少なくとも１つは、ディスプレイに表示されるＧＵＩ（Graphical User Interface）などで実現されてもよい。

また、操作部４０には、他に、アシストモード、押し歩きモード及び自走モードの動作の強弱を切り替えるモードスイッチなどが設けられていてもよい。また、操作部４０の各スイッチ及び表示部４４のレイアウトは、図５に示した例には限定されない。例えば、ライトスイッチ４３及び表示部４４は設けられていなくてもよい。

バッテリー５０は、電動モータ２１の駆動用の電力を貯める蓄電池である。バッテリー５０は、例えば、二次電池であるが、キャパシタなどであってもよい。

［電動モータの制御動作］
次に、本実施の形態に係る電動自転車１の制御装置２２による電動モータ２１の制御動作について、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る電動自転車１の電動モータ２１の制御動作を示すフローチャートである。

図６に示されるように、まず、制御装置２２の制御部２２１は、電源スイッチ４１がオンされた場合（Ｓ１１でＹｅｓ）、アシストモード、及び、押し歩きモード又は自走モードを実行可能な状態になる。なお、電源スイッチ４１がオンされない限り（Ｓ１１でＮｏ）、制御部２２１は、電動モータ２１を動作させない。

次に、制御部２２１は、手動スイッチ４２が押されているか否かを判定する（Ｓ１２）。手動スイッチ４２が押されている場合で（Ｓ１２でＹｅｓ）、踏力センサ３３によって検出されたペダル１７への踏力が第３閾値Ｔｈ３以下のとき（Ｓ１３でＹｅｓ）、制御部２２１は、押し歩きモード又は自走モードを開始する（Ｓ１４）。具体的には、制御部２２１は、電動モータ２１を駆動することで、第２補助駆動力を発生させる。これにより、電動モータ２１の回転に応じて駆動スプロケット１８及びクランク１６が回転し、チェーン１９を介して後輪１３が回転される。これにより、電動自転車１を後輪１３の回転によって自走させることができる。

なお、第３閾値Ｔｈ３は、ペダル１７に足を置いているだけの状態で、ペダル１７にかかる踏力よりも低い値である。あるいは、第３閾値Ｔｈ３は、例えば、０でもよい。この場合、ペダル１７への踏力が検知されない場合のみ、押し歩きモード又は自走モードが実行可能になる。

判定部２２２は、押し歩きモード又は自走モードを実行中に、クランク１６の供回りの有無を判定する。具体的には、判定部２２２は、クランク回転センサ３１によって検出されたクランク回転数が第１閾値Ｔｈ１より少ないか否かを判定する（Ｓ１５）。クランク回転数が第１閾値Ｔｈ１より小さい場合（Ｓ１５でＹｅｓ）、制御部２２１は、押し歩きモード及び自走モードを禁止する（Ｓ１７）。具体的には、制御部２２１は、電動モータ２１の駆動を停止する。電動モータ２１の駆動が停止されるので、後輪１３の回転が停止され、電動自転車１の自走が停止される。

クランク回転数が十分に小さい場合、モータ回転数を検出するまでもなく、クランク１６と電動モータ２１とが供回りしていないことは明らかである。第１閾値Ｔｈ１は、例えば、３０回転／分であり、２０回転／分又は４０回転／分などでもよいが、特に限定されない。

クランク回転数が第１閾値Ｔｈ１以上である場合（Ｓ１５でＮｏ）、判定部２２２は、モータ回転数に対するクランク回転数の比が第２閾値Ｔｈ２より小さいか否かを判定する（Ｓ１６）。なお、モータ回転数は、モータ回転センサ３２によって検出される。

モータ回転数に対するクランク回転数の比が第２閾値Ｔｈ２より小さい場合（Ｓ１６でＹｅｓ）、制御部２２１は、押し歩きモード及び自走モードを禁止する（Ｓ１７）。これにより、電動自転車１の自走が停止される。

第２閾値Ｔｈ２は、電動モータ２１とクランク１６とが正常に供回りしている場合のモータ回転数に対するクランク回転数の比に基づいて定められる値である。例えば、第２閾値Ｔｈ２は、正常時の比以下の値である。具体的には、第２閾値Ｔｈ２は、正常時の比の８０％以上１００％以下の値である。例えば、第２閾値Ｔｈ２は、正常時の比の８５％以上９５％以下の値であってもよい。正常時の比は、電動モータ２１の歯部２１３の径と、減速機構２６の歯車の径と、減速機構２６の回転軸の径と、連動体２５の歯車の径とに基づいて定められている。

モータ回転数に対するクランク回転数の比が第２閾値Ｔｈ２以上である場合（Ｓ１６でＮｏ）、判定部２２２は、クランク１６が電動モータ２１と供回りしていると判定する。このため、ステップＳ１３に戻り、踏力が第３閾値Ｔｈ３以下である場合、押し歩きモード又は自走モードが継続される（Ｓ１４）。以降、踏力の有無、及び、供回りの有無の判定が常時行われる。したがって、例えば、供回りがないと判定され次第、直ちに電動モータ２１の動作が停止される。

押し歩きモード及び自走モードが禁止された後、ステップＳ１２に戻り、制御部２２１は、手動スイッチ４２が押されているか否かを判定する（Ｓ１２）。手動スイッチ４２が押されている場合、押し歩きモード又は自走モードを再開する。

なお、ペダル１７への踏力が第３閾値Ｔｈ３より大きい場合（Ｓ１３でＮｏ）、電動自転車１に人が乗車しているとみなすことができるので、制御部２２１は、押し歩きモード及び自走モードを禁止する（Ｓ１７）。このように、ペダル１７への踏力が第３閾値Ｔｈ３より大きい場合、供回りの有無を判定するまでもなく、制御部２２１は、押し歩きモード及び自走モードを禁止する。このとき、制御部２２１は、アシストモードを実行してもよい。

手動スイッチ４２が押されていない場合（Ｓ１２でＮｏ）、制御部２２１は、アシストモードを開始する（Ｓ１８）。例えば、ペダル１７への踏力が踏力センサ３３によって検出された場合、制御部２２１は、ペダル１７への踏力に基づいて電動モータ２１に生成させるべき第１補助駆動力の大きさを決定し、電動モータ２１にバッテリー５０からの電力を供給することで、決定した第１補助駆動力を生成させる。

なお、図６に示される制御動作では、供回りの有無の判定に、クランク回転数の判定（Ｓ１５）と、モータ回転数に対するクランク回転数の比の判定（Ｓ１６）との両方を行ったが、いずれか一方のみを行ってもよい。

［効果など］
以上のように、電動自転車１では、押し歩きモード又は自走モードを実行中は、電動モータ２１の補助駆動力によってクランク１６が供回りする。このとき、例えば、人が電動自転車１に乗車し、ペダル１７に足を置いた場合に、クランク１６の回転が止められるので、クランク１６の供回りが発生しなくなる。あるいは、人が電動自転車１に乗車していない場合であっても、何らかの障害物などによってクランク１６を押さえる力が加わった場合に、クランク１６の供回りが発生しなくなる。例えば、押し歩き中に電動自転車１が転倒し、ペダル１７が地面に当たっている場合など、クランク１６の供回りが発生しなくなる。

このように、クランク１６の供回りの有無を判別することで、人が乗車しているか否か、すなわち、押し歩きを行っているか否かを判別することができる。

そこで、本実施の形態に係る電動自転車１は、電動モータ２１を備える電動自転車であって、ペダル１７への踏力に基づく人力駆動力に、電動モータ２１による第１補助駆動力を付加して走行するアシストモード（第１モード）と、車体１０に、電動モータ２１による第２補助駆動力を付加して押し歩く押し歩きモード、又は第２補助駆動力を付加して自走させる自走モード（第２モード）とを切り替えて実行する制御部２２１と、電動モータ２１とクランク１６との供回りの有無を判定する判定部２２２とを備える。制御部２２１は、押し歩きモードを実行中に、判定部２２２によって供回りがないと判定された場合、第２補助駆動力を調整する。

これにより、供回りがないと判定された場合に押し歩きモード及び自走モードが禁止されるので、押し歩きをしていない場合に、押し歩き用の補助駆動力が付加されるのを抑制することができる。また、供回りの有無については、例えば、電動自転車１が必ず備えるクランク回転センサ３１などの検知結果に基づいて判別することができる。

このように、本実施の形態に係る電動自転車１によれば、新たなセンサを増やすことなく、押し歩きをしていない場合に、押し歩き用の補助駆動力が付加されるのを抑制することができる。

また、例えば、電動自転車１は、さらに、クランク１６の回転数を検出するクランク回転センサ３１を含む。判定部２２２は、クランク回転センサ３１によって検出された回転数が第１閾値Ｔｈ１より小さい場合に、供回りがないと判定する。

これにより、クランク回転数が十分に小さい場合には、電動モータ２１と供回りしていないことが明らかであるので、適切に押し歩きが行われていないと判断できる。このため、押し歩きをしていない場合に、押し歩き用の補助駆動力が付加されるのを抑制することができる。

また、例えば、電動自転車１は、さらに、電動モータ２１の回転数を検出するモータ回転センサ３２を含む。判定部２２２は、モータ回転センサ３２によって検出された回転数に対するクランク回転センサ３１によって検出された回転数の比が第２閾値より小さい場合に、供回りがないと判定する。

これにより、モータ回転数に対してクランク回転数が明らかに小さい場合には、供回りがしていないと判断できるので、適切に押し歩きが行われていないと判断できる。このため、押し歩きをしていない場合に、押し歩き用の補助駆動力が付加されるのを抑制することができる。

また、例えば、電動自転車１は、さらに、押し歩きモード又は自走モードを開始する指示を受け付ける入力部の一例である手動スイッチ４２を備える。制御部２２１は、押し歩きモードが停止された後、手動スイッチ４２によって押し歩きモード又は自走モードを開始する指示を受け付けた場合に、押し歩きモード又は自走モードを再開する。

これにより、一度、押し歩きモード又は自走モードが停止された後に、押し歩きモード又は自走モードを再開することができる。例えば、障害物などに接触した場合には電動モータ２１が停止されるので、電動自転車１の自走によりバランスを崩すなどして転倒することを抑制することができる。一方で、電動モータ２１が停止された後、転倒の危険などがなく、再び押し歩きを行いたい場合に、ユーザの意思に合わせて押し歩きモード又は自走モードを再開することができる。

（その他）
以上、本発明に係る電動自転車及びその制御方法について、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記の実施の形態では、第２モードを開始する指示を受け付ける入力部の一例として、手動スイッチ４２を備える例を示したが、これに限らない。例えば、手動スイッチ４２の代わりに、ハンドル１４のグリップ１４１に設けられたグリップセンサを備えてもよい。グリップセンサが前方への押力を検出した場合に、制御部２２１は、押し歩きモードを実行してもよい。グリップセンサが前方への押力を検出しない場合に、制御部２２１は、押し歩きモードを停止してもよい。

また、例えば、電動自転車は、ネットワークを介して外部からの指示に基づいて制御されてもよい。具体的には、図７に示されるように、電動自転車は、通信部９０を備えてもよい。ここで、図７は、実施の形態の変形例に係る電動自転車の構成を示すブロック図である。

図７に示されるように、本変形例に係る電動自転車は、図４に示される制御装置２２の代わりに制御装置２２ａを備える。制御装置２２ａには、通信部９０が接続されている。

通信部９０は、電動自転車１とは別体で設けられた外部の制御端末（図示せず）と通信する。通信部９０は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの所定の通信規格に基づく無線通信を行う。なお、無線（電波）による通信規格は、特に限定されない。

具体的には、通信部９０は、クランク回転センサ３１、モータ回転センサ３２及び踏力センサ３３による検出結果を制御端末に送信する。制御端末は、例えば、図４に示される制御部２２１及び判定部２２２を備え、制御装置２２と同様に、電動モータ２１に対する制御信号を生成する。制御端末は、生成した制御信号を通信部９０に送信する。通信部９０は、制御端末から送信される制御信号を受信する。制御装置２２ａは、通信部９０によって受信された制御信号を電動モータ２１に出力する。

このように、本変形例に係る電動自転車は、ペダル１７への踏力に基づく人力駆動力に、電動モータ２１による第１補助駆動力を付加して走行するアシストモードと、車体１０に、電動モータ２１による第２補助駆動力を付加して押し歩く押し歩きモード、又は、第２補助駆動力を付加して自走させる自走モードとで走行可能な電動自転車であって、押し歩きモード又は自走モードを実行中に、電動モータ２１とクランク１６との供回りがない場合に、第２補助駆動力を調整するように制御される構成を有してもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、モータ駆動ユニット２０が一軸式である場合を例に示したが、二軸式であってもよい。また、例えば、電動モータ２１の回転数と、クランク回転数とを一致させてもよい。この場合、モータ回転数に対するクランク回転数の正常時の比は１になるので、第２閾値Ｔｈ２として、例えば０．８以上１以下の数値を設定することができる。

また、例えば、上記の実施の形態では、電動モータ２１がクランク１６と一体化されて設けられている例を示したが、後輪１３に設けられていてもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、電動自転車１が二輪自転車である例について示したが、これに限らない。電動自転車１は、前輪及び後輪のいずれか一方が２つの三輪自転車でもよく、四輪自転車でもよい。

また、上記実施の形態において、制御装置２２の特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、複数の処理の順序が変更されてもよく、あるいは、複数の処理が並行して実行されてもよい。

また、制御装置２２が備える構成要素を他の装置が備えてもよい。例えば、制御装置２２が行う処理は、単一の装置（システム）を用いて集中処理することによって実現してもよく、又は、複数の装置を用いて分散処理することによって実現してもよい。また、上記プログラムを実行するプロセッサは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、又は分散処理を行ってもよい。

また、上記実施の形態において、制御装置２２の構成要素の全部又は一部は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。

また、制御装置２２の構成要素は、１つ又は複数の電子回路で構成されてもよい。１つ又は複数の電子回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。

１つ又は複数の電子回路には、例えば、半導体装置、ＩＣ（Integrated Circuit）又はＬＳＩ（Large Scale Integration）などが含まれてもよい。ＩＣ又はＬＳＩは、１つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、ＩＣ又はＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又は、ＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれるかもしれない。また、ＬＳＩの製造後にプログラムされるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）も同じ目的で使うことができる。

また、本発明の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路又はコンピュータプログラムで実現されてもよい。あるいは、当該コンピュータプログラムが記憶された光学ディスク、ＨＤＤ若しくは半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

例えば、本発明の一態様に係る電動自転車の制御方法は、ペダル１７への踏力に基づく人力駆動力に、電動モータ２１による第１補助駆動力を付加して走行するアシストモードと、車体１０に、電動モータ２１による第２補助駆動力を付加して押し歩く押し歩きモード又は第２補助駆動力を付加して自走させる自走モードとで走行可能な電動自転車の制御方法であって、押し歩きモード又は自走モードを実行中に、電動モータ２１とクランク１６との供回りがない場合に、第２補助駆動力を調整するステップを含んでもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１ 電動自転車
１０ 車体
１６ クランク
１７ ペダル
２１ 電動モータ
３１ クランク回転センサ
３２ モータ回転センサ
４２ 手動スイッチ（入力部）
２２１ 制御部
２２２ 判定部

Claims (6)

1. 電動モータを備える電動自転車であって、
   ペダルへの踏力に基づく人力駆動力に、前記電動モータによる第１補助駆動力を付加して走行する第１モードと、車体に、前記電動モータによる第２補助駆動力を付加して押し歩く、又は前記第２補助駆動力を付加して自走させる第２モードとを切り替えて実行する制御部と、
   前記電動モータとクランクとの供回りの有無を判定する判定部とを備え、
   前記制御部は、前記第２モードを実行中に、前記判定部によって前記供回りがないと判定された場合、前記第２補助駆動力を調整する
   電動自転車。
2. さらに、前記クランクの回転数を検出するクランク回転センサを含み、
   前記判定部は、前記クランク回転センサによって検出された回転数が第１閾値より小さい場合に、前記供回りがないと判定する
   請求項１に記載の電動自転車。
3. さらに、前記電動モータの回転数を検出するモータ回転センサを含み、
   前記判定部は、前記モータ回転センサによって検出された回転数に対する前記クランク回転センサによって検出された回転数の比が第２閾値より小さい場合に、前記供回りがないと判定する
   請求項２に記載の電動自転車。
4. さらに、前記第２モードを開始する指示を受け付ける入力部を備え、
   前記制御部は、前記第２モードが停止された後、前記入力部によって前記指示を受け付けた場合に、前記第２モードを再開する
   請求項１～３のいずれか１項に記載の電動自転車。
5. ペダルへの踏力に基づく人力駆動力に、電動モータによる第１補助駆動力を付加して走行する第１モードと、車体に、前記電動モータによる第２補助駆動力を付加して押し歩く、又は前記第２補助駆動力を付加して自走させる第２モードとで走行可能な電動自転車であって、
   前記第２モードを実行中に、前記電動モータとクランクとの供回りがない場合に、前記第２補助駆動力を調整するように制御される構成を有する
   電動自転車。
6. ペダルへの踏力に基づく人力駆動力に、電動モータによる第１補助駆動力を付加して走行する第１モードと、車体に、前記電動モータによる第２補助駆動力を付加して押し歩く、又は前記第２補助駆動力を付加して自走させる第２モードとで走行可能な電動自転車の制御方法であって、
   前記第２モードを実行中に、前記電動モータとクランクとの供回りがない場合に、前記第２補助駆動力を調整するステップを含む
   電動自転車の制御方法。

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