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。