電動補助自転車
【課題】運転者が運転している際の運動状態を表示可能な電動補助自転車を、簡単且つ低コストな構成によって実現する。
【解決手段】電動補助自転車は、ペダル踏力をトルクとして検出するトルク検出部５７と、ペダルに連結されたクランク軸の回転数を検出するクランク軸回転数計算部１２１とを備える。また、電動補助自転車は、トルク検出部５７によって検出されたトルク、及び、クランク軸回転数計算部１２１によって検出されたクランク軸回転数を用いて、運転者の消費カロリーを算出する消費カロリー計算部１２３と、クランク軸回転数計算部１２１によって検出された前記クランク軸の回転数及び前記消費カロリー計算部１２３によって算出された前記消費カロリーのうち少なくとも一方を表示する表示部１０３とを備える。
【解決手段】電動補助自転車は、ペダル踏力をトルクとして検出するトルク検出部５７と、ペダルに連結されたクランク軸の回転数を検出するクランク軸回転数計算部１２１とを備える。また、電動補助自転車は、トルク検出部５７によって検出されたトルク、及び、クランク軸回転数計算部１２１によって検出されたクランク軸回転数を用いて、運転者の消費カロリーを算出する消費カロリー計算部１２３と、クランク軸回転数計算部１２１によって検出された前記クランク軸の回転数及び前記消費カロリー計算部１２３によって算出された前記消費カロリーのうち少なくとも一方を表示する表示部１０３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者のペダル踏力を電動モータの駆動力によってアシストする電動補助自転車に関する。詳しくは、電動補助自転車の表示機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、運転者の消費カロリーを表示可能な電動補助自転車が知られている。このような電動補助自転車では、例えば特許文献１に開示されるように、ペダルからの踏力とクランク回転角度とを用いて単位時間毎の仕事量を算出して、該単位時間毎の仕事量を積算することにより全体の仕事量を求める。そして、上述の電動補助自転車では、全体の仕事量をカロリー値に変換して、該カロリー値を表示部に消費カロリーとして表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３８６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような構成では、ペダルに連結されたクランク軸の回転角度を用いて仕事量を求めるため、クランク軸の回転角度を検出可能な精度の良いセンサが必要になる。消費カロリー等を含む運転者の運動状態を表示するために、このような高精度のセンサを電動補助自転車に設けると、消費カロリー等の運動状態を示す値を算出する構成が複雑になるとともに、電動補助自転車の製造コストを増大させることになる。
【０００５】
本発明は、運転者が運転している際の運動状態を表示可能な電動補助自転車を、簡単且つ低コストな構成によって実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る電動補助自転車は、運転者がペダルを回転させる際のペダル踏力を電動モータの駆動力によってアシストする電動補助自転車である。電動補助自転車は、前記ペダル踏力をトルクとして検出するトルク検出部と、前記電動モータの回転数を検出する電動モータ回転数検出部と、を備える。また、電動補助自転車は、前記トルク検出部によって検出されたトルク、または、前記電動モータ回転数検出部によって検出された前記電動モータの回転数を用いて、運転者の運動状態を示す値を算出する運動状態計算部と、前記運動状態計算部によって算出された前記運動状態を表示する表示部とを備える。
【０００７】
クランク軸の回転数を検出することにより、回転角度を検出可能な精度の高いセンサが不要になる。これにより、運転者の運動状態を、簡単且つ低コストな構成によって表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る電動補助自転車の概略構成を示す右側面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る電動補助自転車の駆動ユニット及び従動スプロケットの概略構成を示す図である。
【図３】図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る電動補助自転車において、アシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る電動補助自転車の表示装置の正面図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る電動補助自転車の表示装置をハンドルに取り付けた状態を示す図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る電動補助自転車において、電池制御部、制御装置及び表示装置の信号の授受を示すブロック図である。
【図８】図８は、実施形態１に係る電動補助自転車において、クランク軸回転数計算部におけるクランク軸回転数の算出方法の切替を示すフローである。
【図９】図９は、実施形態２に係る電動補助自転車において、アシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、実施形態３に係る電動補助自転車におけるモータ駆動ユニットの概略構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態３に係る電動補助自転車において、アシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、モータ駆動ユニットを後輪に設けた場合の電動補助自転車において、アシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００１０】
以下の説明において、前方、後方、左方及び右方は、ハンドル２３を握りつつ電動補助自転車１のシート２４に着座した運転者から見た前方、後方、左方及び右方を意味する。
【００１１】
［実施形態１］
（電動補助自転車の全体構成）
図１に、実施形態１に係る電動補助自転車１の概略構成を示す。図２に、電動補助自転車１の駆動ユニット４０及び従動スプロケット４５の概略構成を示す。この電動補助自転車１は、後述するように、運転者がペダル３３，３４を踏み込むことにより得られるペダル踏力を、電動モータ６１から出力される駆動力によってアシストする。すなわち、電動補助自転車１は、一般的な自転車の構成に加えて、ペダル踏力をアシストするための駆動機構を有している。
【００１２】
図１に示すように、電動補助自転車１は、前後方向に延びる車体フレーム１１を有する。また、電動補助自転車１は、前輪２１（車輪）、後輪２２（車輪）、ハンドル２３、シート２４及び駆動ユニット４０を有する。
【００１３】
車体フレーム１１は、ヘッドパイプ１２、ダウンフレーム１３、シートフレーム１４、ブラケット１５（図２参照）、一対のチェーンステイ１６及び一対のシートステイ１７を有する。図１に示すように、ヘッドパイプ１２は、電動補助自転車１の前部に配置される。ヘッドパイプ１２には、後方に延びるダウンフレーム１３の前方側が接続されている。シートフレーム１４は、ダウンフレーム１３の後方側に接続されていて、該ダウンフレーム１３の後端部から上方且つ斜め後方に向かって延びている。
【００１４】
図２に示すように、ブラケット１５は、ダウンフレーム１３の後方側に取り付けられている。ブラケット１５の後方側には、後輪２２を左右から挟むように一対のチェーンステイ１６が接続されている。図１に示すように、一対のシートステイ１７は、それぞれ、一方の端部が各チェーンステイ１６に接続されている。また、一対のシートステイ１７は、それぞれ、他方の端部がシートフレーム１４に接続されている。
【００１５】
ヘッドパイプ１２には、ハンドルステム２５が回転自在に挿入されている。ハンドルステム２５の上端部には、ハンドル２３が固定される。ハンドルステム２５の下端部には、フロントフォーク２６が固定される。フロントフォーク２６の下端部には、前輪２１が車軸２７によって回転可能に支持されている。
【００１６】
円筒状のシートフレーム１４の内方には、シートパイプ２８が挿入されている。シートパイプ２８の上端部には、シート２４が設けられている。
【００１７】
図１及び図２に示すように、一対のチェーンステイ１６の後端部には、後輪２２が車軸２９によって回転可能に支持されている。後輪２２の右側には、車軸２９と同軸に従動スプロケット４５が設けられている。従動スプロケット４５は、一方向クラッチ（図４の符号９２）を介して後輪２２に連結される。また、従動スプロケット４５と一方向クラッチ９２との間には変速機構９３が設けられている。この変速機構９３は、後輪２２の図示しないハブ内に設けられている。変速機構９３は、従来の自転車の変速機構と同様の構成を有するので詳しい説明を省略する。
【００１８】
図２に示すように、ブラケット１５には、複数の締結金具３０によって駆動ユニット４０が固定される。駆動ユニット４０の構成については後述する。図１及び図２に示すように、駆動ユニット４０の後述する駆動スプロケット４２と後輪２２に設けられた従動スプロケット４５とには、無端状のチェーン４６が巻き掛けられている。駆動ユニット４０及びチェーン４６を覆うように、車体フレーム１１にチェーンカバー４７が取り付けられている（図１参照）。チェーンカバー４７は、メインカバー４８及びサブカバー４９を有する。メインカバー４８は、駆動スプロケット４２の右方を覆いつつ前後方向に延びている。サブカバー４９は、駆動ユニット４０の後部の右方を覆う。
【００１９】
図１に示すように、後述する駆動ユニット４０のクランク軸４１の両端部には、クランクアーム３１，３２が取り付けられている。クランクアーム３１，３２の先端部には、それぞれ、ペダル３３，３４が取り付けられている。
【００２０】
図１に示すように、シートフレーム１４の後方には、後述する駆動ユニット４０の電動モータ６１に電力を供給するためのバッテリユニット３５が配置されている。バッテリユニット３５は、バッテリ３６及び電池制御部３７を有する（図７参照）。バッテリ３６は、充放電可能な充電池である。電池制御部３７は、バッテリ３６の充放電を制御するとともに、該バッテリ３６の出力電流及び残容量等を監視する。
【００２１】
図３は、駆動ユニット４０の概略構成を示す断面図である。この図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００２２】
図３に示すように、駆動ユニット４０は、本体部５１、クランク軸４１、駆動スプロケット４２、駆動力発生部６０、補助スプロケット４３及びチェーンテンショナ８６を有する。
【００２３】
本体部５１は、左右から互いに組み合わされる第１ケース部５２及び第２ケース部５３を有する。第１ケース部５２と第２ケース部５３とは、複数の締結金具５４によって互いに固定されている（図２及び図３参照）。本体部５１は、上述の締結金具３０によって、ブラケット１５に取り付けられている。
【００２４】
図３に示すように、クランク軸４１は、本体部５１を左右方向に貫通するとともに、該本体部５１の前端部に回転可能に支持されている。クランク軸４１は、第１ケース部５２及び第２ケース部５３に対して、複数の軸受を介して回転可能に支持されている。クランク軸４１の一方側には、該クランク軸４１と一体で回転する略円筒状のインナー部材５５ａが設けられている。上述のようにクランク軸４１の両端部にはクランクアーム３１，３２が接続されているため、運転者がペダル３３，３４を踏み込むことにより、クランク軸４１が回転する。
【００２５】
駆動スプロケット４２は、インナー部材５５ａの外周面の右端部に取り付けられる。クランク軸４１、インナー部材５５ａ及び駆動スプロケット４２は、互いに同軸に配置される。
【００２６】
クランク軸４１の軸方向中央部分には、該クランク軸４１と同軸状に略円筒状の回転部材５６が配置される。回転部材５６の右端部は、円筒形状の滑り軸受７１を介してクランク軸４１に支持されている。回転部材５６の左端部は、たとえばスプライン構造によってクランク軸４１に接続されている。これにより、回転部材５６は、クランク軸４１と一体で回転する。
【００２７】
図３に示すように、回転部材５６と同軸にトルク検出部５７が配置されている。トルク検出部５７は、たとえば磁歪式のトルクセンサを含む。トルク検出部５７が磁歪式のトルクセンサの場合、トルク検出部５７は、回転部材５６の外周面に対向して配置されるコイルを有する。このような構成のトルク検出部５７は、回転部材５６の歪みをコイルの電圧変化として検出することにより、クランク軸４１のトルクを検出する。トルク検出部５７は、検出したトルクに応じた信号を後述する制御装置１１０に出力する。制御装置１１０は、トルク検出部５７から出力された信号に基づいて後述の電動モータ６１を制御する。なお、トルク検出部５７は、ペダル踏力を検出可能な構成であれば、磁歪式のトルクセンサ以外の構成を有していてもよい。
【００２８】
回転部材５６とインナー部材５５ａとを連結するように、一方向クラッチ５５の略円筒状のアウター部材５５ｂがクランク軸４１と同軸に配置されている。アウター部材５５ｂの左端部と回転部材５６の右端部とは、例えばスプライン構造によって接続される。これにより、アウター部材５５ｂは、回転部材５６と一体で回転する。
【００２９】
アウター部材５５ｂの右端部とインナー部材５５ａの左端部とは、アウター部材５５ｂからインナー部材５５ａに一方向の回転力のみが伝達されるように、例えばラチェット構造によって接続される。これにより、アウター部材５５ｂからインナー部材５５ａに、前転方向（右側から見て時計回りの方向）の回転力が伝達される。しかしながら、アウター部材５５ｂからインナー部材５５ａに、後転方向（右側から見て反時計回りの方向）の回転力は伝達されない。
【００３０】
この構成により、運転者が電動補助自転車１を前進させるようにペダル３３，３４を踏み込んでクランク軸４１を回転させた場合には、運転者のペダル踏力がクランク軸４１から回転部材５６及びアウター部材５５ｂを介してインナー部材５５ａに伝達される。したがって、インナー部材５５ａ及び駆動スプロケット４２が前転する。一方、運転者がクランク軸４１を後転させた場合、その回転はアウター部材５５ｂからインナー部材５５ａに伝達されない。したがって、インナー部材５５ａ及びクランク軸４１は後転しない。
【００３１】
図３に示すように、駆動力発生部６０は、第１ケース部５２及び第２ケース部５３内に、クランク軸４１よりも後方に配置されている。駆動力発生部６０は、電動モータ６１、出力軸８１及びギア８２を有する。
【００３２】
電動モータ６１は、後述する制御装置１１０から出力される制御信号に基づいて電動補助自転車１の走行をアシストするための駆動力を発生する。また、電動モータ６１は、後述するアシストモードに応じて電動補助自転車１の走行をアシストする駆動力を変化させるように、駆動制御される。
【００３３】
電動モータ６１は、ステータ６２、ロータ６３及び回転軸６４を有する。ステータ６２は、第２ケース部５３に固定されている。第２ケース部５３には、電動モータ６１の左側を覆うように、モータカバー６５が取り付けられている。回転軸６４は、ロータ６３を貫通しているとともに該ロータ６３に固定されている。回転軸６４は、転がり軸受６６，６７を介して、第２ケース部５３及びモータカバー６５に回転可能に支持されている。回転軸６４の右端部には、ギア溝６４ａが形成されている。
【００３４】
なお、特に図示しないが、電動モータ６１の近傍には、後述する制御装置１１０が配置されている。本実施形態では、電動モータ６１の近傍に制御装置１１０を配置しているが、この限りではなく、制御装置１１０を他の場所に配置してもよい。
【００３５】
出力軸８１は、クランク軸４１よりも後方の位置で、本体部５１に回転可能に支持されている。具体的には、出力軸８１は、転がり軸受８３，８４を介して第１ケース部５２及び第２ケース部５３に回転可能に支持されている。
【００３６】
ギア８２は、転がり軸受８３と転がり軸受８４との間に、出力軸８１と同軸に配置されている。ギア８２は、電動モータ６１の回転軸６４に形成されたギア溝６４ａと噛み合っている。これにより、電動モータ６１で発生した駆動力が回転軸６４からギア８２に伝達されて、該ギア８２が回転する。この実施形態では、回転軸６４が前転するように、電動モータ６１が配置される。したがって、ギア８２は、回転軸６４から伝達される駆動力によって後転する。本実施形態では、ギア８２と回転軸６４のギア溝６４ａとのギア比に応じて、電動モータ６１の回転軸６４の回転数を減速させて出力軸８１に伝達することができる。すなわち、本実施形態では、ギア８２が減速機として機能する。なお、以下の説明では、ギア８２を減速機ともいう。
【００３７】
ギア８２と出力軸８１との間には、一方向クラッチ８５が設けられている。一方向クラッチ８５は、ギア８２から出力軸８１に後転方向の回転力を伝達するが、前転方向の回転力を伝達しないように構成されている。なお、電動補助自転車が、回生運転も可能な構成の場合には、上述の一方向クラッチ８５は設けない。
【００３８】
補助スプロケット４３は、出力軸８１の右端部に、該出力軸８１と同軸に配置されている。補助スプロケット４３と出力軸８１とは、例えばスプライン構造によって互いに接続される。これにより、駆動力発生部６０で発生した駆動力が出力軸８１から補助スプロケット４３に伝達される。よって、補助スプロケット４３が後転する。
【００３９】
チェーンテンショナ８６は、第１ケース部５２の右側面の後端部に配置されている。チェーンテンショナ８６は、図２に示すように、一端側が引張バネ８７を介して第１ケース部５２に接続されている。また、チェーンテンショナ８６は、他端側が支持ボルト８８によって第１ケース部５２に対して回転可能に接続されている。チェーンテンショナ８６には、支持ボルト８９に対して回転可能なテンションスプロケット９０が設けられている。このテンションスプロケット９０には、該テンションスプロケット９０を後方に押すようにチェーン４６が巻き掛けられる。したがって、チェーン４６は、チェーンテンショナ８６によって、適度なテンションに調整される。
【００４０】
制御装置１１０は、電動補助自転車１のアシスト制御を行うとともに、表示装置１００に各種情報を表示させる。図４に示すように、制御装置１１０は、ペダル踏力検知部１１１、変速段検知部１１２、補助力演算部１１３、メモリ１１４、モータ制御部１１５及び表示データ制御部１２０を有する。ペダル踏力検知部１１１、変速段検知部１１２、補助力演算部１１３、メモリ１１４及びモータ制御部１１５は、電動モータ６１によるアシスト制御を行う際に動作する。表示データ制御部１２０は、表示装置１００に各種情報を表示させる際に動作する。制御装置１１０の詳しい構成について後述する。
【００４１】
（電動補助自転車のアシスト制御）
図４に、電動補助自転車１において、電動モータ６１によるアシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達をブロック図で示す。この図４では、アシスト制御を行う際の信号の授受を破線矢印によって示すととともに、動力の伝達を実線矢印で示す。
【００４２】
電動補助自転車１におけるアシスト制御は、制御装置１１０によって、運転者のペダル踏力に応じて電動モータ６１を駆動制御することによって実現される。すなわち、制御装置１１０は、クランク軸４１のトルクを検出するトルク検出部５７から出力されるトルク値に基づいて、運転者のペダル踏力を検知する。また、制御装置１１０は、検知したペダル踏力に応じて電動モータ６１の出力を制御する。さらに、制御装置１１０は、電動補助自転車１の変速段及び後述するアシストモードも考慮して電動モータ６１の出力を制御する。
【００４３】
上述のとおり、制御装置１１０は、ペダル踏力検知部１１１、変速段検知部１１２、補助力演算部１１３、メモリ１１４、モータ制御部１１５及び表示データ制御部１２０を有する。ペダル踏力検知部１１１は、トルク検出部５７によって検出されたクランク軸４１のトルクに基づいて、運転者のペダル踏力を求める。変速段検知部１１２は、電動モータ６１の回転数及び後輪２２の車速に基づいて、現在の変速段を検知する。
【００４４】
補助力演算部１１３は、ペダル踏力検知部１１１によって検知されたペダル踏力、変速段検知部１１２によって検知された変速段及び後述するアシストモードに基づいて、電動モータ６１に要求される駆動力を求める。メモリ１１４は、ペダル踏力、変速段及びアシストモードに応じた駆動力に関するデータが記憶されている。補助力演算部１１３は、ペダル踏力、変速段及びアシストモードに応じて、メモリ１１４から必要なデータを読み出すことにより、前記駆動力を求める。
【００４５】
モータ制御部１１５は、補助力演算部１１３によって求められた必要な駆動力を電動モータ６１が出力するように、該電動モータ６１の駆動を制御する。また、モータ制御部１１５は、後述する表示装置１００のアシストモード操作部１０４におけるアシストモードの変更操作に応じて、電動モータ６１による駆動力を変更する。
【００４６】
以下で、アシストモードについて簡単に説明する。
【００４７】
本実施形態の場合、電動補助自転車１のアシストモードは、“強”、“標準”、“オートエコ”、“切”の４モードがある。電動モータ６１の駆動力は、同じペダル踏力に対して、“強”、“標準”、“オートエコ”の順に小さくなる。
【００４８】
アシストモードが“標準”の場合、電動モータ６１は、電動補助自転車１が発進、平坦路走行または上り坂走行の際に駆動力を発生させる。アシストモードが“強”の場合、電動モータ６１は、“標準”の場合と同様、電動補助自転車１が発進、平坦路走行または上り坂走行の際に駆動力を発生させる。電動モータ６１は、アシストモードが“強”の場合には、同じペダル踏力に対して“標準”の場合よりも大きな駆動力を発生させる。
【００４９】
アシストモードが“オートエコ”の場合、電動モータ６１は、電動補助自転車１が発進または上り坂走行の際に、同じペダル踏力に対して“標準”の場合よりも小さな駆動力を発生する。アシストモードが“切”の場合、電動モータ６１は、駆動力を発生しない。
【００５０】
したがって、上述のアシストモードに応じて、運転者のペダル踏力に対する電動モータ６１のアシスト比率が変わる。アシスト比率とは、運転者のペダル踏力に対する電動モータ６１の駆動力の比である。
【００５１】
本実施形態では、アシストモードを４段階に切り替えている。しかしながら、アシストモードの切替は３段階以下であってもよいし、５段階以上であってもよい。
【００５２】
モータ制御部１１５は、上述の各アシストモードに対応して、例えば、以下のように電動モータ６１を駆動させる。
【００５３】
モータ制御部１１５は、アシストモードが“標準”の場合、トルク検出部５７によって、発進時、平坦路走行時または上り坂走行時のいずれか一つに該当するトルクが検出されると、電動モータ６１に駆動力を発生させる。アシストモードが“強”の場合、モータ制御部１１５は、同じトルク（ペダル踏力）に対し、アシストモードが“標準”の場合に比べて大きな駆動力を電動モータ６１に発生させる。アシストモードが“オートエコ”の場合、モータ制御部１１５は、トルク検出部５７によって、発進時または上り坂走行時に該当するトルクが検出されると、電動モータ６１に駆動力を発生させる。アシストモードが“オートエコ”の場合、モータ制御部１１５は、同じトルク（ペダル踏力）に対し、アシストモードが“標準”の場合に比べて小さな駆動力を電動モータ６１に発生させる。アシストモードが“切”の場合には、モータ制御部１１５は、電動モータ６１を駆動させない。
【００５４】
表示データ制御部１２０は、後述する表示装置１００に対して、表示する情報をメータ情報信号として出力する。表示データ制御部１２０の詳しい構成については後述する。
【００５５】
図４に示すように、モータ制御部１１５によって駆動制御される電動モータ６１の回転数は、モータ回転検出部６８によって検出される。モータ回転検出部６８によって検出されたモータ回転数は、制御装置１１０の変速段検知部１１２に信号として入力される。この変速段検知部１１２には、上述のように、後輪２２の車速に関する情報も入力される。なお、後輪車速センサ９１は、後輪２２に設けられた一方向クラッチ９２に設けられている。
【００５６】
制御装置１１０のモータ制御部１１５によって駆動制御された電動モータ６１の出力は、減速機（ギア８２）によって減速される。その後、電動モータ６１から出力された駆動力は、一方向クラッチ８５及び補助スプロケット４３を介して、チェーン４６に伝達される。そして、チェーン４６によって、電動モータ６１の駆動力は、従動スプロケット４５の駆動軸４５ａ（図２では図示省略）に伝わる。
【００５７】
一方、運転者がペダル３３，３４を回転させたときにクランク軸４１に加わるペダル踏力は、一方向クラッチ５５及び駆動スプロケット４２を介して、チェーン４６に伝達される。運転者のペダル踏力は、チェーン４６によって、従動スプロケット４５の駆動軸４５ａ（図２では図示省略）に伝わる。
【００５８】
上述のように、電動モータ６１の駆動力及び運転者のペダル踏力は、チェーン４６を介して後輪２２の従動スプロケット４５に伝達される。すなわち、電動モータ６１の駆動力及び運転者のペダル踏力は、チェーン４６によって足し合わされて、電動補助自転車１の動力となる。
【００５９】
後輪２２の従動スプロケット４５の回転は、変速機構９３によって、設定された変速比で変速される。変速機構９３は、ハンドル２３等に設けられた変速操作部９４を運転者が操作することにより、変速比を変更する。なお、特に図示しないが、変速機構９３と後輪２２の車軸２９との間には、変速機構９３から後輪２２に対してのみ動力を伝達する一方向クラッチ９２が設けられている。
【００６０】
（表示装置）
図１及び図６に示すように、電動補助自転車１は、ハンドル２３に取り付けられる表示装置１００を有する。表示装置１００は、例えば、ハンドル２３に対し、左グリップの近傍に取り付けられる。表示装置１００は、電動補助自転車１の速度、バッテリ３６の残容量、バッテリ３６から出力される電流量及びその他の走行情報を含む情報を表示する。表示装置１００は、制御装置１１０に対して図示しない配線を介して信号の授受可能に接続されている。なお、表示装置１００は、ハンドル２３に対し、車幅方向の中央または右グリップの近傍に取り付けてもよい。その場合には、以下で説明する表示装置の構成を、左右逆にすればよい。
【００６１】
図５に示すように、表示装置１００は、横長の略矩形状に形成されたケーシング１０１、及び、該ケーシング１０１内に収納される表示装置制御部１０２を有する。ケーシング１０１には、表示部１０３、アシストモード操作部１０４、表示モード切替ボタン１０５、ライト操作部１０６及び電源スイッチ１０７が設けられている。
【００６２】
表示部１０３は、例えば液晶パネルを含む。表示部１０３は、表示装置制御部１０２によって、文字や図形等の表示が制御される。表示部１０３は、速度表示部１０３ａ、バッテリ残容量表示部１０３ｂ、電流量表示部１０３ｃ、アシストモード表示部１０３ｄ及び選択情報表示部１０３ｅを有する。速度表示部１０３ａ、バッテリ残容量表示部１０３ｂ、電流量表示部１０３ｃ、アシストモード表示部１０３ｄ及び選択情報表示部１０３ｅには、制御装置１１０の表示データ制御部１２０からメータ情報信号として出力される情報が表示される。バッテリ残容量表示部１０３ｂと選択情報表示部１０３ｅとは隣接して設けられている。
【００６３】
速度表示部１０３ａには、電動補助自転車１の速度が数字で表示される。本実施形態の場合、電動補助自転車１の速度は、後輪車速センサ９１によって検出される。速度表示部１０３ａは、表示部１０３の中央部分の上側に位置する。
【００６４】
バッテリ残容量表示部１０３ｂには、バッテリユニット３５の電池制御部３７から制御装置１１０に出力される電池残容量の情報に基づいて、バッテリ３６の残容量がセグメントによって表示される。これにより、バッテリ３６の残容量を直感的に把握することができる。バッテリ残容量表示部１０３ｂは、表示装置１００に電力が供給されている間は、常時バッテリ３６の残容量を表示する。
【００６５】
バッテリ残容量表示部１０３ｂは、図５に示すように、表示部１０３における車幅方向で車体中央側（運転者側、図中の右側）に設けられている。バッテリ残容量表示部１０３ｂは、選択情報表示部１０３ｅよりも車幅方向で車体中央側に設けられている。また、バッテリ残容量表示部１０３ｂは、選択情報表示部１０３ｅよりも上側に設けられている。これにより、運転者が表示部１０３を視認した際に、バッテリ残容量表示部１０３ｂを最も視認しやすい位置に配置することができる。表示部１０３では、運転者に近い車幅方向で車体中央側且つ運転時の視線の変更が少ない上側が、運転者にとって最も視認しやすい位置になる。その位置にバッテリ残容量表示部１０３ｂを設けることにより、該バッテリ残容量表示部１０３ｂを運転者が視認しやすくなる。
【００６６】
電流量表示部１０３ｃには、バッテリユニット３５の電池制御部３７から制御装置１１０に出力される電流量の情報に基づいて、バッテリ３６の出力電流量がセグメントによって表示される。電流量表示部１０３ｃは、表示部１０３において、速度表示部１０３ａの下側に位置する。
【００６７】
アシストモード表示部１０３ｄには、後述するアシストモード操作部１０４の操作によって選択されたアシストモードが表示される。アシストモードが“強”、“標準”、“オートエコ”のうちいずれか一つの場合には、アシストモード表示部１０３ｄは、各モードに対応する表示部分を点灯表示する。一方、アシストモードが“切”の場合には、アシストモード表示部１０３ｄは、いずれの表示部分も点灯させない。上述のように、アシストモードは、電動モータ６１のアシスト比率に対応している。よって、アシストモード表示部１０３ｄは、電動モータ６１のアシスト比率に関する情報を表示する。アシストモード表示部１０３ｄは、表示部１０３における左グリップ側に設けられている。アシストモード表示部１０３ｄは、アシストモード操作部１０４の近傍に位置する。
【００６８】
選択情報表示部１０３ｅには、後述する表示モード切替ボタン１０５の操作に応じて、平均車速、最大車速、積算走行距離、残りアシスト走行可能距離、消費カロリー及びバッテリ残容量が数字で表示される。これにより、平均車速、最大車速、積算走行距離、残りアシスト走行可能距離、消費カロリー及びバッテリ残容量を、数値で精度良く表示することができる。平均車速、最大車速、積算走行距離、残りアシスト走行可能距離、消費カロリー及びバッテリ残容量は、制御装置１１０から出力される情報に基づいて、選択情報表示部１０３ｅに表示される。選択情報表示部１０３ｅは、表示部１０３において、車幅方向で車体中央側に設けられているとともに、バッテリ残容量表示部１０３ｂと隣接して設けられている。これにより、運転者は、運転者により近い車体中央側に配置される選択情報表示部１０３ｅを、視認しやすい。
【００６９】
アシストモード操作部１０４は、ケーシング１０１において、表示部１０３の左側に設けられている。これにより、電動補助自転車１の運転者は、左手の親指等によって、アシストモード操作部１０４を容易に操作することができる。しかも、表示部１０３はケーシング１０１における車幅方向で車体中央側（運転者側）に位置するため、運転者が表示部１０３を視認しやすい。
【００７０】
アシストモード操作部１０４は、第１選択ボタン１０４ａ及び第２選択ボタン１０４ｂを有する。第１選択ボタン１０４ａは、ケーシング１０１において、第２選択ボタン１０４ｂよりも上側に設けられている。
【００７１】
運転者が第１選択ボタン１０４ａを押すと、より駆動力の大きいアシストモードを選択することができる。例えば、現在のアシストモードが“標準”の場合、第１選択ボタン１０４ａを押すことにより、アシストモードは“強”に変更される。
【００７２】
運転者が第２選択ボタン１０４ｂを押すと、より駆動力の小さいアシストモードを選択することができる。例えば、現在のアシストモードが“標準”の場合、第２選択ボタン１０４ｂを押すことにより、アシストモードは“オートエコ”に変更される。なお、アシストモードが“オートエコ”の状態で、第２選択ボタン１０４ｂをもう一度押すと、アシストモードは“切”になる。
【００７３】
表示モード切替ボタン１０５は、ケーシング１０１の下側且つ左側に設けられている。表示モード切替ボタン１０５を押すことにより、選択情報表示部１０３ｅに表示される情報が切り替わる。
【００７４】
ライト操作部１０６は、ケーシング１０１の下側且つ右側に設けられている。すなわち、ライト操作部１０６は、ケーシング１０１の下側に、表示モード切替ボタン１０５と並んで設けられている。ライト操作部１０６を押すことにより、表示装置１００の表示装置制御部１０２からライトＯＮ信号またはライトＯＦＦ信号が制御装置１１０に対して出力される。これにより、電動補助自転車１の図示しないライトを点灯または消灯させることができる。
【００７５】
電源スイッチ１０７は、ケーシング１０１の上側且つ左側に設けられている。電源スイッチ１０７を押すことにより、表示装置１００の表示装置制御部１０２からＯＮ信号またはＯＦＦ信号が制御装置１１０に対して出力される。これにより、電動補助自転車１のアシスト制御を行うシステム全体をＯＮまたはＯＦＦにすることができる。
【００７６】
（表示データ制御部）
制御装置１１０内の表示データ制御部１２０は、表示装置１００に対し、該表示装置１００で表示する情報をメータ情報信号として出力する。図７に示すように、表示データ制御部１２０には、電池制御部３７、モータ回転検出部６８、後輪車速センサ９１、トルク検出部５７及び表示装置１００から各種信号が入力される。
【００７７】
電池制御部３７からは、バッテリ３６の残容量に関する情報及びバッテリ３６から出力される電流の情報などが、信号として表示データ制御部１２０に入力される。表示データ制御部１２０は、電池制御部３７から得たバッテリ３６の残容量に関する情報を、表示装置１００のバッテリ残容量表示部１０３ｂに表示させる。また、表示データ制御部１２０は、電流制御部３７から得た電流量に関する情報を、表示装置１００の電流量表示部１０３ｃに表示させる。
【００７８】
後輪車速センサ９１からは、後輪２２の車速に関する情報が信号として表示データ制御部１２０に入力される。表示データ制御部１２０は、後輪車速センサ９１から得た車速に関する情報を、表示装置１００の速度表示部１０３ａに表示させる。
【００７９】
表示装置１００において、アシストモード操作部１０４、表示モード切替ボタン１０５、ライト操作部１０６及び電源スイッチ１０７のいずれか一つを操作した際に、表示装置１００から表示データ制御部１２０に信号が入力される。表示データ制御部１２０は、アシストモード操作部１０４、表示モード切替ボタン１０５、ライト操作部１０６及び電源スイッチ１０７のいずれか一つを操作した際に、表示装置１００の表示を変更する。
【００８０】
モータ回転検出部６８からは、電動モータ６１の回転数に関する情報が信号として表示データ制御部１２０に入力される。トルク検出部５７からは、クランク軸４１に発生するトルクに関する情報が信号として表示データ制御部１２０に入力される。表示データ制御部１２０は、電動モータ６１の回転数に関する情報またはクランク軸４１に発生するトルクに関する情報を用いて、クランク軸４１の回転数を求める。そして、表示データ制御部１２０は、求めたクランク軸４１の回転数とクランク軸４１に発生するトルクとを用いて仕事率を求め、該仕事率に基づいて運転者の消費カロリーを算出する。また、表示データ制御部１２０は、算出した消費カロリーを表示装置１００の選択情報表示部１０３ｅに表示させる。
【００８１】
具体的には、表示データ制御部１２０は、クランク軸回転数計算部１２１（クランク軸回転数検出部）、仕事率計算部１２２及び消費カロリー計算部１２３を有する。本実施形態では、クランク軸回転数、仕事率及び消費カロリーがそれぞれ運転者の運動状態を示す値である。クランク軸回転数計算部１２１、仕事率計算部１２２及び消費カロリー計算部１２３が、それぞれ、運動状態計算部に対応する。ここで、運転者の運動状態を示す値とは、運転者がクランク軸４１を回転させるときに行う運動に関連する値を意味する。
【００８２】
クランク軸回転数計算部１２１は、モータ回転検出部６８から得られるモータ回転数、または、トルク検出部５７から得られるクランク軸４１のトルク変動に基づいて、クランク軸４１の回転数を求める。
【００８３】
クランク軸回転数計算部１２１がモータ回転数またはクランク軸４１のトルク変動に基づいて、クランク軸４１の回転数を求めることができるのは、以下の理由による。
【００８４】
モータ回転検出部６８によって検出されたモータ回転数に対して、電動モータ６１の回転を減速させる電動自転車１内の減速比を乗算することにより、クランク軸４１の回転数を算出することができる。すなわち、本実施形態の構成の場合、チェーン４６によってペダル踏力及びモータ駆動力が足し合わされるため、クランク軸４１に連結された駆動スプロケット４２とモータ回転をチェーン４６に伝える補助スプロケット４３とは回転速度が同じである。したがって、電動モータ６１の回転数から補助スプロケット４３の回転数に減速する際の減速比、及び、補助スプロケット４３と駆動スプロケット４２との径の比を用いて、電動モータ６１の回転数からクランク軸４１の回転数を算出することができる。
【００８５】
トルク検出部５７によって得られるクランク軸４１のトルクは、運転者がペダル３３，３４に連結されたクランクアーム３１，３２を一回転させる間に、２回のピークを有する。すなわち、クランクアーム３１，３２が一回転する間には、右足及び左足でそれぞれトルクが最大になるピークが存在する。これらのピークをカウントすることにより、クランクアーム３１，３２の回転数、すなわちクランク軸４１の回転数を求めることができる。なお、トルク検出部５７によって得られるクランク軸４１のトルクのボトムをカウントして、クランク軸４１の回転数を求めてもよい。
【００８６】
クランク軸回転数計算部１２１は、図８に示すように、電動モータ６１の駆動の有無によって、上述の２つの算出方法を切り替える。クランク軸回転数計算部１２１は、電動モータ６１が駆動しているかどうかを判定し（ステップＳＡ１）、電動モータ６１が駆動している場合（ＹＥＳの場合）には、モータ回転検出部６８の出力に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する（ステップＳＡ２）。クランク軸回転数計算部１２１は、電動モータ６１が駆動していない場合（ＮＯの場合）には、トルク検出部５７の出力に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する（ステップＳＡ３）。ここで、クランク軸回転数計算部１２１は、モータ回転検出部６８から出力されるモータ回転数がゼロである場合には電動モータ６１は駆動していないと判断し、該モータ回転数がゼロ以外の場合には電動モータ６１が駆動していると判断する。
【００８７】
これにより、電動モータ６１が駆動している間は、モータ回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を精度良く求めることができる。一方、電動モータ６１が駆動していない場合でも、トルク検出部５７から出力されるクランク軸４１のトルク変動に基づいてクランク軸４１の回転数を求めることができる。モータ回転検出部６８及びトルク検出部５７は、ペダル踏力に応じて電動モータの駆動力を制御することにより該ペダル踏力をアシストする従来の電動補助自転車にも設けられている。上述の構成により、クランク軸４１の回転数を検出するための専用のセンサを設ける必要がなくなるため、その分、コスト低減を図れる。
【００８８】
仕事率計算部１２２は、クランク軸回転数計算部１２１によって算出されたクランク軸４１の回転数とトルク検出部５７によって検出されたクランク軸４１のトルクとに基づいて、単位時間当たりの仕事率を求める。すなわち、仕事率計算部１２２は、運転者が電動補助自転車１を運転している際の単位時間当たりの仕事率を、クランク軸４１の回転数とペダル踏力とを乗算することにより算出する。
【００８９】
消費カロリー計算部１２３は、仕事率計算部１２２で求めた仕事率と、消費カロリーと仕事率との関係を示す１次関数とを用いて、単位時間当たりの消費カロリーを算出する。すなわち、消費カロリー計算部１２３は、前記１次関数に、仕事率計算部１２２で求めた仕事率を代入することにより、単位時間当たりの消費カロリーを算出する。
【００９０】
ここで、上述の１次関数は、単位時間当たりの消費カロリーをＹ、仕事率をＸとすると、Ｙ＝ＡＸ＋Ｂによって表される。Ａ及びＢは、定数であり、運転者が電動補助自転車１を運転している際に実測した仕事率及び消費カロリーに基づいて、求められる。
【００９１】
消費カロリー計算部１２３は、上述の１次関数を用いて算出した単位時間当たりの消費カロリーを積算して、所定期間の消費カロリーを求める。この所定期間の消費カロリーが、表示装置１００の選択情報表示部１０３ｅに消費カロリーとして表示される。
【００９２】
なお、本実施形態では、表示データ制御部１２０は、表示装置１００に消費カロリー計算部１２３で算出した消費カロリーを表示させる。しかしながら、表示データ制御部１２０は、クランク軸４１の回転数及び仕事率などの運転者の運動状態を示す値を表示装置１００に表示させてもよい。また、表示装置１００に表示する運転者の運動状態を示す値（クランク軸４１の回転数、仕事率及び消費カロリーなど）は、１項目であってもよいし、複数の項目であってもよい。
【００９３】
さらに、特に図示しないが、表示データ制御部１２０は、消費カロリー以外にも、表示装置１００の選択情報表示部１０３ｅに表示させる各種情報を算出可能に構成されている。表示データ制御部１２０で算出された各種情報は、表示装置１００に出力されて、該表示装置１００の選択情報表示部１０３ｅに表示される。
【００９４】
なお、本実施形態では、表示データ制御部１２０は、クランク軸４１の回転数を算出する際に、電動モータ６１の回転の有無に応じて、モータ回転数またはクランク軸４１のトルク変動を用いている。しかしながら、表示データ制御部１２０は、一方のパラメータのみによってクランク軸４１の回転数を算出するように構成されていてもよい。
【００９５】
また、本実施形態では、電動補助自転車１は、後輪車速センサ９１を有しているが、前輪２１の車速を検出する前輪車速センサまたは変速機構９３の変速段を検出する変速段センサを有していてもよい。前輪車速センサまたは変速段センサを設ける場合でも、上述の実施形態と同様、センサからの出力信号は変速段検知部１１２に入力される。
【００９６】
さらに、本実施形態では、電動モータ６１をアシスト制御に利用しているが、該電動モータ６１を回生運転させることにより、電力を回収してもよい。このように電動モータ６１が回生運転している場合でも、クランク軸回転数計算部１２１によってクランク軸４１の回転数を求めることができる。電動モータ６１が回転している場合、クランク軸４１に生じるトルクはゼロであるため、消費カロリー計算部によって算出される消費カロリーはゼロになる。
【００９７】
以上より、本実施形態では、表示装置１００の選択情報表示部１０３ｅに、クランク軸４１の回転数を用いて算出した運転者の消費カロリーを表示する。これにより、クランク軸４１の回転角度を検出するための高価なセンサが不要になる。よって、消費カロリーを表示可能な電動補助自転車１を簡単且つ低コストな構成によって実現できる。
【００９８】
本実施形態では、消費カロリー計算部１２３は、仕事率を１次関数に代入することにより、消費カロリーを算出する。これにより、簡単な方法で且つ精度良く消費カロリーを求めることができる。
【００９９】
本実施形態では、電動モータ６１の回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する。これにより、クランク軸４１の回転数を検出するセンサを新たに設けることなく、該クランク軸４１の回転数を精度良く求めることができる。
【０１００】
本実施形態では、クランク軸４１に生じるトルク変動に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する。これにより、クランク軸４１の回転数を検出するセンサを新たに設けることなく、電動モータ６１のアシスト制御に必要なトルク検出部５７からの出力を利用して該クランク軸４１の回転数を精度良く求めることができる。
【０１０１】
本実施形態では、クランク軸回転数計算部１２１は、電動モータ６１が回転している場合には、モータ回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する。一方、クランク軸回転数計算部１２１は、電動モータ６１が回転していない場合には、クランク軸４１に生じるトルク変動に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する。これにより、クランク軸４１の回転数を精度良く求めることができるとともに、電動モータ６１が回転していないときにもクランク軸４１の回転数を求めることができる。
【０１０２】
［実施形態２］
図９に、実施形態２に係る電動補助自転車において、電動モータ６１によるアシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達をブロック図で示す。この実施形態２の構成は、電動補助自転車がペダル回転センサ１３１を備えている点で、上述の第１の実施形態の構成とは異なる。以下の説明では、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【０１０３】
図９に示すように、電動補助自転車は、ペダル３３，３４にクランクアーム３１，３２を介して連結されたクランク軸４１の回転数を検出するためのペダル回転センサ１３１を有する。ペダル回転センサ１３１は、特に図示しないが、クランク軸４１上に取り付けられた被検出素子、及び、該クランク軸４１の近傍に配置されていて該被検出素子を検出する検出部を有する。これにより、検出部が単位時間当たりでクランク軸４１上の被検出素子を検出する頻度によって、該クランク軸４１の回転数を求めることができる。
【０１０４】
本実施形態では、クランク軸４１の回転数を、ペダル回転センサ１３１によって直接、検出する。これにより、クランク軸４１の回転数を精度良く且つ容易に求めることができる。
【０１０５】
なお、本実施形態の場合には、クランク軸４１の回転数はペダル回転センサ１３１によって検出されるため、実施形態１のようなクランク軸回転数計算部１２１を設けなくてもよい。
【０１０６】
［実施形態３］
図１０に、実施形態３に係る電動補助自転車におけるモータ駆動ユニット２００の概略構成を断面で示す。この実施形態３の構成は、電動モータ２１０等を含むモータ駆動ユニット２００が前輪に設けられている点で、上述の実施形態１の構成とは異なる。以下の説明では、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【０１０７】
本実施形態では、モータ駆動ユニット２００は、前輪２１の軸心部に位置している。モータ駆動ユニット２００は、前輪２１を支えるフロントフォーク２６に取り付けられている。
【０１０８】
モータ駆動ユニット２００は、電動モータ２１０、減速機２３０及びハブ２５０を有する。電動モータ２１０及び減速機２３０は、ハブ２５０内に収納される。ハブ２５０は、フロントフォーク２６に対して回転可能に取り付けられる。
【０１０９】
電動モータ２１０は、モータハウジング２１１、ステータ２１２、ロータ２１３及びモータ制御部２１４を有する。モータハウジング２１１は、有底筒状のハウジング本体２１１ａ、及び、該ハウジング本体２１１ａの開口側を覆う蓋部２１１ｂを有する。モータハウジング２１１内に、ステータ２１２、ロータ２１３及びモータ制御部２１４が収納されている。ハウジング本体２１１ａの側面の内周面上に、ステータ２１２が固定されている。ロータ２１３は、モータハウジング２１１に軸受２１５を介して回転可能に支持されている。蓋部２１１ｂにおけるモータハウジング２１１の内方側（蓋部２１１ｂの左側）には、モータ制御部２１４を構成する複数の基板２１４ａが取り付けられている。
【０１１０】
なお、蓋部２１１ｂにおけるモータハウジング２１１の外方側（蓋部２１１ｂの右側）には、略円盤状の連結部材２１１ｃが取り付けられている。連結部材２１１ｃにおけるフロントフォーク２６側（連結部材２１１ｃの右側）の面には、モータハウジング２１１が電動モータ２１０及び減速機２３０の反力によって回転するのを防止するためのストッパ２１１ｄが設けられている。モータハウジング２１１が回転しようとすると、ストッパ２１１ｄがフロントフォーク２６に当たるため、モータハウジング２１１の回転を防止できる。
【０１１１】
連結部材２１１ｃの外周部によって、ハブ２５０の車幅方向一方側（ハブ２５０の右側）を回転可能に支持するように、該連結部材２１１ｃの外周部とハブ２５０との間には、軸受２５１が配置されている。
【０１１２】
減速機２３０は、太陽ローラ２３１ａ及び複数の遊星ローラ２３１ｂを備えた遊星ローラ減速部２３１、及び、太陽歯車２３２ａ及び複数の遊星歯車２３２ｂを備えた遊星歯車減速部２３２を有する。遊星ローラ減速部２３１及び遊星歯車減速部２３２は、電動モータ２１０の出力が遊星ローラ減速部２３１及び遊星歯車減速部２３２の順に伝達されるように、直列に接続されている。これにより、電動モータ２１０から出力される高速な回転数を、騒音の少ない遊星ローラ減速部２３１によって減速することができる。
【０１１３】
遊星ローラ減速部２３１の太陽ローラ２３１ａは、電動モータ２１０のロータ２１３に結合されている。遊星ローラ２３１ｂは、太陽ローラ２３１ａに接触している。遊星ローラ減速部２３１は、複数の遊星ローラ２３１ｂを自転及び公転可能に支持する遊星ローラ支持用キャリア２３１ｃ、及び、複数の遊星ローラ２３１ｂが内面に接触する外周リング２３１ｄをさらに有する。
【０１１４】
遊星ローラ支持用キャリア２３１ｃは、概略円盤状の部材であり、軸心部分に遊星歯車減速部２３２の太陽歯車２３２ａが一体形成されている。外周リング２３１ｄは、モータハウジング２１１のハウジング本体２１１ａに、ボルト２３３によって固定されている。このボルト２３３は、後述する遊星歯車減速部２３２の遊星歯車支持用キャリア２３４もハウジング本体２１１ａに固定している。
【０１１５】
遊星歯車減速部２３２の太陽歯車２３２ａは、上述のとおり、遊星ローラ支持用キャリア２３１ｃに一体形成されている。遊星歯車２３２ｂは、太陽歯車２３２ａと噛み合っている。遊星歯車減速部２３２は、遊星歯車２３２ｂを自転可能に支持する遊星歯車支持用キャリア２３４、及び、複数の遊星歯車２３２ｂが内側の歯と噛み合う外周歯車２３２ｃをさらに有する。
【０１１６】
遊星歯車支持用キャリア２３４は、環状板部２３４ａ、遊星歯車支持軸２３４ｂ、キャリア本体２３４ｃ及びボルト部２３４ｄを有する。環状板部２３４ａは、遊星歯車２３２ｂに対して遊星ローラ減速部２３１側に配置されていて、ボルト２３３によってハウジング本体２１１ａに固定されている。キャリア本体２３４ｃは、遊星歯車２３２ｂに対して遊星ローラ減速部２３１とは反対側に配置されている。遊星歯車支持軸２３４ｂは、環状板部２３４ａとキャリア本体２３４ｃとの間に配置されていて、遊星歯車２３２ｂを回転可能に支持するように該遊星歯車２３２ｂを貫通している。ボルト部２３４ｄは、キャリア本体２３４ｃに一体形成されていて、フロントフォーク２６にナット２３６により固定されている。
【０１１７】
外周歯車２３２ｃは、一方向クラッチ２３５を介してハブ２５０に接続されている。この一方向クラッチ２３５は、外周歯車２３２ｃからハブ２５０に対してのみ動力を伝達するように構成されている。
【０１１８】
ハブ２５０は、有底円筒状のハブ本体２５２、及び、該ハブ本体２５２の開口部分を覆うハブ蓋部２５３を有する。ハブ本体２５２には、外周部に、図示しないスポークが接続されるフランジ２５２ａが形成されている。ハブ本体２５２は、上述のとおり、連結部材２１１ｃに対して、軸受２５１によって回転可能に支持されている。ハブ蓋部２５３には、遊星歯車減速部２３２のボルト部２３４ｄが貫通している。そして、ハブ蓋部２５３は、ボルト部２３４ｄに対して、軸受２５４によって回転可能に支持されている。ハブ蓋部２５３には、上述の一方向クラッチ２３５を介して遊星歯車減速部２３２の外周歯車２３２ｃが接続されている。これにより、遊星歯車減速部２３２から、一方向クラッチ２３５を介してハブ蓋部２５３に動力が伝達される。
【０１１９】
以上の構成において、電動モータ２１０から出力された駆動力は、減速機２３０を介してハブ２５０に伝達される。ハブ２５０は、フロントフォーク２６に対して回転可能に支持されているため、ハブ２５０は、電動モータ２１０から出力された駆動力によって回転する。これにより、電動モータ２１０の駆動力によって前輪２１を回転させることができる。したがって、電動モータ２１０によって、運転者のペダル踏力をアシストすることができる。
【０１２０】
次に、図１１を用いて、本実施形態に係る電動補助自転車のアシスト制御について説明する。図１１に示すように、本実施形態の構成は、電動モータ２１０から出力された駆動力が前輪２１に入力される点で、上述の実施形態１の構成とは異なる。すなわち、電動モータ２１０から出力された駆動力は、減速機２３０及び一方向クラッチ２３５を介して前輪２１に伝達される。
【０１２１】
一方、運転者がペダル３３，３４によってクランク軸４１を回転させると、その際に発生したペダル踏力は、従来の自転車と同様、一方向クラッチ５５、チェーン４６及び駆動軸４５ａを介して後輪２２に伝達される。本実施形態では、動力が後輪２２に伝達される前に、変速機構９３が設けられている。この変速機構９３は、上述の実施形態１と同様、変速操作部９４によって変速操作が行われる。
【０１２２】
変速機構９３の変速段は、変速段センサ２６０によって検出される。変速段センサ２６０は、例えば、変速操作部９４から変速機構９３に対して変速操作を制御ケーブルによって伝達する構成の場合、該制御ケーブルのインナケーブルの移動量を検出することにより、変速段を検出する。変速段センサ２６０によって検出された変速段は、変速段検知部１１２に信号として入力される。なお、変速段センサ２６０の構成は、上述の限りではなく、変速操作部９４と変速機構９３との間で変速操作を伝達する方法に応じて変更される。
【０１２３】
上述のように、本実施形態の場合、電動モータ２１０の駆動力は、変速機構を介さずに、前輪２１に伝達される。そのため、運転者のペダル踏力によってクランク軸４１に生じる回転数のみが変速機構９３によって変速される。したがって、電動モータ２１０の回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を求める方法が、上述の実施形態１とは異なる。
【０１２４】
具体的には、表示データ制御部１２０のクランク軸回転数計算部１２１（図７参照）は、電動モータ２１０の回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を以下のように求める。
【０１２５】
まず、クランク軸回転数計算部１２１は、モータ回転検出部６８で検出されたモータ回転数に、減速機２３０による減速比を考慮して、前輪２１の回転数を求める。そして、前輪２１及び後輪２２で径が異なる場合には、両者の径の比を用いて後輪２２の回転数を求める。その後、クランク軸回転数計算部１２１は、後輪２２の回転数に対し、変速段センサ２６０によって検出された変速機構９３の変速段に応じた変速比を考慮して、変速機構９３によって変速される前の回転数を求める。この回転数が、クランク軸４１の回転数に対応する。
【０１２６】
なお、クランク軸回転数計算部１２１が、電動モータ２１０の回転の有無によってクランク軸４１の回転数の算出方法を切り替える点は、上述の実施形態１と同様である。また、クランク軸４１のトルク変動に基づいてクランク軸４１の回転数を求める方法も、上述の実施形態１と同様である。すなわち、クランク軸４１のトルク変動に基づいてクランク軸４１の回転数を求める場合には、上述のような変速機構９３の変速比を考慮する必要はない。さらに、クランク軸４１の回転数及びトルクに基づいて消費カロリーを算出する方法も、上述の実施形態１と同様なので、詳しい説明を省略する。
【０１２７】
本実施形態では、前輪２１にモータ駆動ユニット２００を設けているが、モータ駆動ユニットを後輪２２に設けてもよい。この場合、モータ駆動ユニットは、チェーンステイ１６に取り付けられる。従動スプロケット４５は、モータ駆動ユニットにおけるハブのハブ蓋部に接続される。これにより、運転者のペダル踏力は、チェーン４６及び従動スプロケット４５を介して、モータ駆動ユニットのハブに伝達される。後輪２２に設けられるモータ駆動ユニットの構成は、前輪２１に設けられるモータ駆動ユニット２００の構成とほぼ同じなので、詳しい説明を省略する。
【０１２８】
後輪２２にモータ駆動ユニットを有する電動補助自転車において、アシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達を、図１２にブロック図で示す。図１２において、図１０及び図１１の構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２９】
図１２に示すように、電動モータ２１０から出力された駆動力は、減速機２３０及び一方向クラッチ２３５を介して、後輪２２に伝達される。したがって、後輪２２にモータ駆動ユニットを設けた場合も、前輪２１にモータ駆動ユニット２００を設けた場合と同様、電動モータ２１０の駆動力は変速機構９３を介さずに車輪に伝達される。よって、この場合も、モータ回転検出部６８で検出されたモータ回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を求める際には、実際の後輪２２の回転数に対して変速機構９３の変速比を考慮する必要がある。
【０１３０】
なお、後輪２２にモータ駆動ユニットを設ける場合、特に図示しないが、変速機構９３は、従動スプロケット４５とハブ蓋部との間に設けられる。これにより、従動スプロケット４５から伝達される回転数を、変速機構９３によって変速してハブに伝えることができる。以上の説明では、電動補助自転車は、変速機構９３を備えているが、この限りではなく、変速機構９３を備えていない構成であってもよい。この場合には、上述のようにクランク軸４１の回転数を算出する際に、変速機構の変速比を考慮する必要はない。
【０１３１】
また、本実施形態でも、上述の実施形態２と同様、クランク軸４１の回転数を検出するペダル回転センサを設けてもよい。
【０１３２】
さらに、本実施形態でも、上述の実施形態１と同様、電動モータ２１０が回生運転を行っても良い。この場合、モータ駆動ユニット２００は、一方向クラッチ２３５を設けずに、減速機２３０とハブ２５０との間で相互に動力伝達が可能な構成とする。
【０１３３】
以上より、本実施形態では、車輪にモータ駆動ユニット２００が設けられている。このような構成であっても、クランク軸４１の回転数を求めることができる。これにより、運転者の消費カロリーを算出することができる。
【０１３４】
また、本実施形態では、電動補助自転車は変速機構を有している。この変速機構の変速比を考慮することで、電動モータ２１０の回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を算出することができる。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 電動補助自転車
２１ 前輪（車輪）
２２ 後輪（車輪）
３３、３４ ペダル
４１ クランク軸
５７ トルク検出部
６１、２１０ 電動モータ
９３ 変速機構
１００ 表示装置
１０３ 表示部
１２１ クランク軸回転数計算部（クランク軸回転数検出部、運動状態計算部）
１２２ 仕事率計算部（運動状態計算部）
１２３ 消費カロリー計算部（運動状態計算部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者のペダル踏力を電動モータの駆動力によってアシストする電動補助自転車に関する。詳しくは、電動補助自転車の表示機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、運転者の消費カロリーを表示可能な電動補助自転車が知られている。このような電動補助自転車では、例えば特許文献１に開示されるように、ペダルからの踏力とクランク回転角度とを用いて単位時間毎の仕事量を算出して、該単位時間毎の仕事量を積算することにより全体の仕事量を求める。そして、上述の電動補助自転車では、全体の仕事量をカロリー値に変換して、該カロリー値を表示部に消費カロリーとして表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３８６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような構成では、ペダルに連結されたクランク軸の回転角度を用いて仕事量を求めるため、クランク軸の回転角度を検出可能な精度の良いセンサが必要になる。消費カロリー等を含む運転者の運動状態を表示するために、このような高精度のセンサを電動補助自転車に設けると、消費カロリー等の運動状態を示す値を算出する構成が複雑になるとともに、電動補助自転車の製造コストを増大させることになる。
【０００５】
本発明は、運転者が運転している際の運動状態を表示可能な電動補助自転車を、簡単且つ低コストな構成によって実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る電動補助自転車は、運転者がペダルを回転させる際のペダル踏力を電動モータの駆動力によってアシストする電動補助自転車である。電動補助自転車は、前記ペダル踏力をトルクとして検出するトルク検出部と、前記電動モータの回転数を検出する電動モータ回転数検出部と、を備える。また、電動補助自転車は、前記トルク検出部によって検出されたトルク、または、前記電動モータ回転数検出部によって検出された前記電動モータの回転数を用いて、運転者の運動状態を示す値を算出する運動状態計算部と、前記運動状態計算部によって算出された前記運動状態を表示する表示部とを備える。
【０００７】
クランク軸の回転数を検出することにより、回転角度を検出可能な精度の高いセンサが不要になる。これにより、運転者の運動状態を、簡単且つ低コストな構成によって表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る電動補助自転車の概略構成を示す右側面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る電動補助自転車の駆動ユニット及び従動スプロケットの概略構成を示す図である。
【図３】図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る電動補助自転車において、アシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る電動補助自転車の表示装置の正面図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る電動補助自転車の表示装置をハンドルに取り付けた状態を示す図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る電動補助自転車において、電池制御部、制御装置及び表示装置の信号の授受を示すブロック図である。
【図８】図８は、実施形態１に係る電動補助自転車において、クランク軸回転数計算部におけるクランク軸回転数の算出方法の切替を示すフローである。
【図９】図９は、実施形態２に係る電動補助自転車において、アシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、実施形態３に係る電動補助自転車におけるモータ駆動ユニットの概略構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態３に係る電動補助自転車において、アシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、モータ駆動ユニットを後輪に設けた場合の電動補助自転車において、アシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００１０】
以下の説明において、前方、後方、左方及び右方は、ハンドル２３を握りつつ電動補助自転車１のシート２４に着座した運転者から見た前方、後方、左方及び右方を意味する。
【００１１】
［実施形態１］
（電動補助自転車の全体構成）
図１に、実施形態１に係る電動補助自転車１の概略構成を示す。図２に、電動補助自転車１の駆動ユニット４０及び従動スプロケット４５の概略構成を示す。この電動補助自転車１は、後述するように、運転者がペダル３３，３４を踏み込むことにより得られるペダル踏力を、電動モータ６１から出力される駆動力によってアシストする。すなわち、電動補助自転車１は、一般的な自転車の構成に加えて、ペダル踏力をアシストするための駆動機構を有している。
【００１２】
図１に示すように、電動補助自転車１は、前後方向に延びる車体フレーム１１を有する。また、電動補助自転車１は、前輪２１（車輪）、後輪２２（車輪）、ハンドル２３、シート２４及び駆動ユニット４０を有する。
【００１３】
車体フレーム１１は、ヘッドパイプ１２、ダウンフレーム１３、シートフレーム１４、ブラケット１５（図２参照）、一対のチェーンステイ１６及び一対のシートステイ１７を有する。図１に示すように、ヘッドパイプ１２は、電動補助自転車１の前部に配置される。ヘッドパイプ１２には、後方に延びるダウンフレーム１３の前方側が接続されている。シートフレーム１４は、ダウンフレーム１３の後方側に接続されていて、該ダウンフレーム１３の後端部から上方且つ斜め後方に向かって延びている。
【００１４】
図２に示すように、ブラケット１５は、ダウンフレーム１３の後方側に取り付けられている。ブラケット１５の後方側には、後輪２２を左右から挟むように一対のチェーンステイ１６が接続されている。図１に示すように、一対のシートステイ１７は、それぞれ、一方の端部が各チェーンステイ１６に接続されている。また、一対のシートステイ１７は、それぞれ、他方の端部がシートフレーム１４に接続されている。
【００１５】
ヘッドパイプ１２には、ハンドルステム２５が回転自在に挿入されている。ハンドルステム２５の上端部には、ハンドル２３が固定される。ハンドルステム２５の下端部には、フロントフォーク２６が固定される。フロントフォーク２６の下端部には、前輪２１が車軸２７によって回転可能に支持されている。
【００１６】
円筒状のシートフレーム１４の内方には、シートパイプ２８が挿入されている。シートパイプ２８の上端部には、シート２４が設けられている。
【００１７】
図１及び図２に示すように、一対のチェーンステイ１６の後端部には、後輪２２が車軸２９によって回転可能に支持されている。後輪２２の右側には、車軸２９と同軸に従動スプロケット４５が設けられている。従動スプロケット４５は、一方向クラッチ（図４の符号９２）を介して後輪２２に連結される。また、従動スプロケット４５と一方向クラッチ９２との間には変速機構９３が設けられている。この変速機構９３は、後輪２２の図示しないハブ内に設けられている。変速機構９３は、従来の自転車の変速機構と同様の構成を有するので詳しい説明を省略する。
【００１８】
図２に示すように、ブラケット１５には、複数の締結金具３０によって駆動ユニット４０が固定される。駆動ユニット４０の構成については後述する。図１及び図２に示すように、駆動ユニット４０の後述する駆動スプロケット４２と後輪２２に設けられた従動スプロケット４５とには、無端状のチェーン４６が巻き掛けられている。駆動ユニット４０及びチェーン４６を覆うように、車体フレーム１１にチェーンカバー４７が取り付けられている（図１参照）。チェーンカバー４７は、メインカバー４８及びサブカバー４９を有する。メインカバー４８は、駆動スプロケット４２の右方を覆いつつ前後方向に延びている。サブカバー４９は、駆動ユニット４０の後部の右方を覆う。
【００１９】
図１に示すように、後述する駆動ユニット４０のクランク軸４１の両端部には、クランクアーム３１，３２が取り付けられている。クランクアーム３１，３２の先端部には、それぞれ、ペダル３３，３４が取り付けられている。
【００２０】
図１に示すように、シートフレーム１４の後方には、後述する駆動ユニット４０の電動モータ６１に電力を供給するためのバッテリユニット３５が配置されている。バッテリユニット３５は、バッテリ３６及び電池制御部３７を有する（図７参照）。バッテリ３６は、充放電可能な充電池である。電池制御部３７は、バッテリ３６の充放電を制御するとともに、該バッテリ３６の出力電流及び残容量等を監視する。
【００２１】
図３は、駆動ユニット４０の概略構成を示す断面図である。この図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００２２】
図３に示すように、駆動ユニット４０は、本体部５１、クランク軸４１、駆動スプロケット４２、駆動力発生部６０、補助スプロケット４３及びチェーンテンショナ８６を有する。
【００２３】
本体部５１は、左右から互いに組み合わされる第１ケース部５２及び第２ケース部５３を有する。第１ケース部５２と第２ケース部５３とは、複数の締結金具５４によって互いに固定されている（図２及び図３参照）。本体部５１は、上述の締結金具３０によって、ブラケット１５に取り付けられている。
【００２４】
図３に示すように、クランク軸４１は、本体部５１を左右方向に貫通するとともに、該本体部５１の前端部に回転可能に支持されている。クランク軸４１は、第１ケース部５２及び第２ケース部５３に対して、複数の軸受を介して回転可能に支持されている。クランク軸４１の一方側には、該クランク軸４１と一体で回転する略円筒状のインナー部材５５ａが設けられている。上述のようにクランク軸４１の両端部にはクランクアーム３１，３２が接続されているため、運転者がペダル３３，３４を踏み込むことにより、クランク軸４１が回転する。
【００２５】
駆動スプロケット４２は、インナー部材５５ａの外周面の右端部に取り付けられる。クランク軸４１、インナー部材５５ａ及び駆動スプロケット４２は、互いに同軸に配置される。
【００２６】
クランク軸４１の軸方向中央部分には、該クランク軸４１と同軸状に略円筒状の回転部材５６が配置される。回転部材５６の右端部は、円筒形状の滑り軸受７１を介してクランク軸４１に支持されている。回転部材５６の左端部は、たとえばスプライン構造によってクランク軸４１に接続されている。これにより、回転部材５６は、クランク軸４１と一体で回転する。
【００２７】
図３に示すように、回転部材５６と同軸にトルク検出部５７が配置されている。トルク検出部５７は、たとえば磁歪式のトルクセンサを含む。トルク検出部５７が磁歪式のトルクセンサの場合、トルク検出部５７は、回転部材５６の外周面に対向して配置されるコイルを有する。このような構成のトルク検出部５７は、回転部材５６の歪みをコイルの電圧変化として検出することにより、クランク軸４１のトルクを検出する。トルク検出部５７は、検出したトルクに応じた信号を後述する制御装置１１０に出力する。制御装置１１０は、トルク検出部５７から出力された信号に基づいて後述の電動モータ６１を制御する。なお、トルク検出部５７は、ペダル踏力を検出可能な構成であれば、磁歪式のトルクセンサ以外の構成を有していてもよい。
【００２８】
回転部材５６とインナー部材５５ａとを連結するように、一方向クラッチ５５の略円筒状のアウター部材５５ｂがクランク軸４１と同軸に配置されている。アウター部材５５ｂの左端部と回転部材５６の右端部とは、例えばスプライン構造によって接続される。これにより、アウター部材５５ｂは、回転部材５６と一体で回転する。
【００２９】
アウター部材５５ｂの右端部とインナー部材５５ａの左端部とは、アウター部材５５ｂからインナー部材５５ａに一方向の回転力のみが伝達されるように、例えばラチェット構造によって接続される。これにより、アウター部材５５ｂからインナー部材５５ａに、前転方向（右側から見て時計回りの方向）の回転力が伝達される。しかしながら、アウター部材５５ｂからインナー部材５５ａに、後転方向（右側から見て反時計回りの方向）の回転力は伝達されない。
【００３０】
この構成により、運転者が電動補助自転車１を前進させるようにペダル３３，３４を踏み込んでクランク軸４１を回転させた場合には、運転者のペダル踏力がクランク軸４１から回転部材５６及びアウター部材５５ｂを介してインナー部材５５ａに伝達される。したがって、インナー部材５５ａ及び駆動スプロケット４２が前転する。一方、運転者がクランク軸４１を後転させた場合、その回転はアウター部材５５ｂからインナー部材５５ａに伝達されない。したがって、インナー部材５５ａ及びクランク軸４１は後転しない。
【００３１】
図３に示すように、駆動力発生部６０は、第１ケース部５２及び第２ケース部５３内に、クランク軸４１よりも後方に配置されている。駆動力発生部６０は、電動モータ６１、出力軸８１及びギア８２を有する。
【００３２】
電動モータ６１は、後述する制御装置１１０から出力される制御信号に基づいて電動補助自転車１の走行をアシストするための駆動力を発生する。また、電動モータ６１は、後述するアシストモードに応じて電動補助自転車１の走行をアシストする駆動力を変化させるように、駆動制御される。
【００３３】
電動モータ６１は、ステータ６２、ロータ６３及び回転軸６４を有する。ステータ６２は、第２ケース部５３に固定されている。第２ケース部５３には、電動モータ６１の左側を覆うように、モータカバー６５が取り付けられている。回転軸６４は、ロータ６３を貫通しているとともに該ロータ６３に固定されている。回転軸６４は、転がり軸受６６，６７を介して、第２ケース部５３及びモータカバー６５に回転可能に支持されている。回転軸６４の右端部には、ギア溝６４ａが形成されている。
【００３４】
なお、特に図示しないが、電動モータ６１の近傍には、後述する制御装置１１０が配置されている。本実施形態では、電動モータ６１の近傍に制御装置１１０を配置しているが、この限りではなく、制御装置１１０を他の場所に配置してもよい。
【００３５】
出力軸８１は、クランク軸４１よりも後方の位置で、本体部５１に回転可能に支持されている。具体的には、出力軸８１は、転がり軸受８３，８４を介して第１ケース部５２及び第２ケース部５３に回転可能に支持されている。
【００３６】
ギア８２は、転がり軸受８３と転がり軸受８４との間に、出力軸８１と同軸に配置されている。ギア８２は、電動モータ６１の回転軸６４に形成されたギア溝６４ａと噛み合っている。これにより、電動モータ６１で発生した駆動力が回転軸６４からギア８２に伝達されて、該ギア８２が回転する。この実施形態では、回転軸６４が前転するように、電動モータ６１が配置される。したがって、ギア８２は、回転軸６４から伝達される駆動力によって後転する。本実施形態では、ギア８２と回転軸６４のギア溝６４ａとのギア比に応じて、電動モータ６１の回転軸６４の回転数を減速させて出力軸８１に伝達することができる。すなわち、本実施形態では、ギア８２が減速機として機能する。なお、以下の説明では、ギア８２を減速機ともいう。
【００３７】
ギア８２と出力軸８１との間には、一方向クラッチ８５が設けられている。一方向クラッチ８５は、ギア８２から出力軸８１に後転方向の回転力を伝達するが、前転方向の回転力を伝達しないように構成されている。なお、電動補助自転車が、回生運転も可能な構成の場合には、上述の一方向クラッチ８５は設けない。
【００３８】
補助スプロケット４３は、出力軸８１の右端部に、該出力軸８１と同軸に配置されている。補助スプロケット４３と出力軸８１とは、例えばスプライン構造によって互いに接続される。これにより、駆動力発生部６０で発生した駆動力が出力軸８１から補助スプロケット４３に伝達される。よって、補助スプロケット４３が後転する。
【００３９】
チェーンテンショナ８６は、第１ケース部５２の右側面の後端部に配置されている。チェーンテンショナ８６は、図２に示すように、一端側が引張バネ８７を介して第１ケース部５２に接続されている。また、チェーンテンショナ８６は、他端側が支持ボルト８８によって第１ケース部５２に対して回転可能に接続されている。チェーンテンショナ８６には、支持ボルト８９に対して回転可能なテンションスプロケット９０が設けられている。このテンションスプロケット９０には、該テンションスプロケット９０を後方に押すようにチェーン４６が巻き掛けられる。したがって、チェーン４６は、チェーンテンショナ８６によって、適度なテンションに調整される。
【００４０】
制御装置１１０は、電動補助自転車１のアシスト制御を行うとともに、表示装置１００に各種情報を表示させる。図４に示すように、制御装置１１０は、ペダル踏力検知部１１１、変速段検知部１１２、補助力演算部１１３、メモリ１１４、モータ制御部１１５及び表示データ制御部１２０を有する。ペダル踏力検知部１１１、変速段検知部１１２、補助力演算部１１３、メモリ１１４及びモータ制御部１１５は、電動モータ６１によるアシスト制御を行う際に動作する。表示データ制御部１２０は、表示装置１００に各種情報を表示させる際に動作する。制御装置１１０の詳しい構成について後述する。
【００４１】
（電動補助自転車のアシスト制御）
図４に、電動補助自転車１において、電動モータ６１によるアシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達をブロック図で示す。この図４では、アシスト制御を行う際の信号の授受を破線矢印によって示すととともに、動力の伝達を実線矢印で示す。
【００４２】
電動補助自転車１におけるアシスト制御は、制御装置１１０によって、運転者のペダル踏力に応じて電動モータ６１を駆動制御することによって実現される。すなわち、制御装置１１０は、クランク軸４１のトルクを検出するトルク検出部５７から出力されるトルク値に基づいて、運転者のペダル踏力を検知する。また、制御装置１１０は、検知したペダル踏力に応じて電動モータ６１の出力を制御する。さらに、制御装置１１０は、電動補助自転車１の変速段及び後述するアシストモードも考慮して電動モータ６１の出力を制御する。
【００４３】
上述のとおり、制御装置１１０は、ペダル踏力検知部１１１、変速段検知部１１２、補助力演算部１１３、メモリ１１４、モータ制御部１１５及び表示データ制御部１２０を有する。ペダル踏力検知部１１１は、トルク検出部５７によって検出されたクランク軸４１のトルクに基づいて、運転者のペダル踏力を求める。変速段検知部１１２は、電動モータ６１の回転数及び後輪２２の車速に基づいて、現在の変速段を検知する。
【００４４】
補助力演算部１１３は、ペダル踏力検知部１１１によって検知されたペダル踏力、変速段検知部１１２によって検知された変速段及び後述するアシストモードに基づいて、電動モータ６１に要求される駆動力を求める。メモリ１１４は、ペダル踏力、変速段及びアシストモードに応じた駆動力に関するデータが記憶されている。補助力演算部１１３は、ペダル踏力、変速段及びアシストモードに応じて、メモリ１１４から必要なデータを読み出すことにより、前記駆動力を求める。
【００４５】
モータ制御部１１５は、補助力演算部１１３によって求められた必要な駆動力を電動モータ６１が出力するように、該電動モータ６１の駆動を制御する。また、モータ制御部１１５は、後述する表示装置１００のアシストモード操作部１０４におけるアシストモードの変更操作に応じて、電動モータ６１による駆動力を変更する。
【００４６】
以下で、アシストモードについて簡単に説明する。
【００４７】
本実施形態の場合、電動補助自転車１のアシストモードは、“強”、“標準”、“オートエコ”、“切”の４モードがある。電動モータ６１の駆動力は、同じペダル踏力に対して、“強”、“標準”、“オートエコ”の順に小さくなる。
【００４８】
アシストモードが“標準”の場合、電動モータ６１は、電動補助自転車１が発進、平坦路走行または上り坂走行の際に駆動力を発生させる。アシストモードが“強”の場合、電動モータ６１は、“標準”の場合と同様、電動補助自転車１が発進、平坦路走行または上り坂走行の際に駆動力を発生させる。電動モータ６１は、アシストモードが“強”の場合には、同じペダル踏力に対して“標準”の場合よりも大きな駆動力を発生させる。
【００４９】
アシストモードが“オートエコ”の場合、電動モータ６１は、電動補助自転車１が発進または上り坂走行の際に、同じペダル踏力に対して“標準”の場合よりも小さな駆動力を発生する。アシストモードが“切”の場合、電動モータ６１は、駆動力を発生しない。
【００５０】
したがって、上述のアシストモードに応じて、運転者のペダル踏力に対する電動モータ６１のアシスト比率が変わる。アシスト比率とは、運転者のペダル踏力に対する電動モータ６１の駆動力の比である。
【００５１】
本実施形態では、アシストモードを４段階に切り替えている。しかしながら、アシストモードの切替は３段階以下であってもよいし、５段階以上であってもよい。
【００５２】
モータ制御部１１５は、上述の各アシストモードに対応して、例えば、以下のように電動モータ６１を駆動させる。
【００５３】
モータ制御部１１５は、アシストモードが“標準”の場合、トルク検出部５７によって、発進時、平坦路走行時または上り坂走行時のいずれか一つに該当するトルクが検出されると、電動モータ６１に駆動力を発生させる。アシストモードが“強”の場合、モータ制御部１１５は、同じトルク（ペダル踏力）に対し、アシストモードが“標準”の場合に比べて大きな駆動力を電動モータ６１に発生させる。アシストモードが“オートエコ”の場合、モータ制御部１１５は、トルク検出部５７によって、発進時または上り坂走行時に該当するトルクが検出されると、電動モータ６１に駆動力を発生させる。アシストモードが“オートエコ”の場合、モータ制御部１１５は、同じトルク（ペダル踏力）に対し、アシストモードが“標準”の場合に比べて小さな駆動力を電動モータ６１に発生させる。アシストモードが“切”の場合には、モータ制御部１１５は、電動モータ６１を駆動させない。
【００５４】
表示データ制御部１２０は、後述する表示装置１００に対して、表示する情報をメータ情報信号として出力する。表示データ制御部１２０の詳しい構成については後述する。
【００５５】
図４に示すように、モータ制御部１１５によって駆動制御される電動モータ６１の回転数は、モータ回転検出部６８によって検出される。モータ回転検出部６８によって検出されたモータ回転数は、制御装置１１０の変速段検知部１１２に信号として入力される。この変速段検知部１１２には、上述のように、後輪２２の車速に関する情報も入力される。なお、後輪車速センサ９１は、後輪２２に設けられた一方向クラッチ９２に設けられている。
【００５６】
制御装置１１０のモータ制御部１１５によって駆動制御された電動モータ６１の出力は、減速機（ギア８２）によって減速される。その後、電動モータ６１から出力された駆動力は、一方向クラッチ８５及び補助スプロケット４３を介して、チェーン４６に伝達される。そして、チェーン４６によって、電動モータ６１の駆動力は、従動スプロケット４５の駆動軸４５ａ（図２では図示省略）に伝わる。
【００５７】
一方、運転者がペダル３３，３４を回転させたときにクランク軸４１に加わるペダル踏力は、一方向クラッチ５５及び駆動スプロケット４２を介して、チェーン４６に伝達される。運転者のペダル踏力は、チェーン４６によって、従動スプロケット４５の駆動軸４５ａ（図２では図示省略）に伝わる。
【００５８】
上述のように、電動モータ６１の駆動力及び運転者のペダル踏力は、チェーン４６を介して後輪２２の従動スプロケット４５に伝達される。すなわち、電動モータ６１の駆動力及び運転者のペダル踏力は、チェーン４６によって足し合わされて、電動補助自転車１の動力となる。
【００５９】
後輪２２の従動スプロケット４５の回転は、変速機構９３によって、設定された変速比で変速される。変速機構９３は、ハンドル２３等に設けられた変速操作部９４を運転者が操作することにより、変速比を変更する。なお、特に図示しないが、変速機構９３と後輪２２の車軸２９との間には、変速機構９３から後輪２２に対してのみ動力を伝達する一方向クラッチ９２が設けられている。
【００６０】
（表示装置）
図１及び図６に示すように、電動補助自転車１は、ハンドル２３に取り付けられる表示装置１００を有する。表示装置１００は、例えば、ハンドル２３に対し、左グリップの近傍に取り付けられる。表示装置１００は、電動補助自転車１の速度、バッテリ３６の残容量、バッテリ３６から出力される電流量及びその他の走行情報を含む情報を表示する。表示装置１００は、制御装置１１０に対して図示しない配線を介して信号の授受可能に接続されている。なお、表示装置１００は、ハンドル２３に対し、車幅方向の中央または右グリップの近傍に取り付けてもよい。その場合には、以下で説明する表示装置の構成を、左右逆にすればよい。
【００６１】
図５に示すように、表示装置１００は、横長の略矩形状に形成されたケーシング１０１、及び、該ケーシング１０１内に収納される表示装置制御部１０２を有する。ケーシング１０１には、表示部１０３、アシストモード操作部１０４、表示モード切替ボタン１０５、ライト操作部１０６及び電源スイッチ１０７が設けられている。
【００６２】
表示部１０３は、例えば液晶パネルを含む。表示部１０３は、表示装置制御部１０２によって、文字や図形等の表示が制御される。表示部１０３は、速度表示部１０３ａ、バッテリ残容量表示部１０３ｂ、電流量表示部１０３ｃ、アシストモード表示部１０３ｄ及び選択情報表示部１０３ｅを有する。速度表示部１０３ａ、バッテリ残容量表示部１０３ｂ、電流量表示部１０３ｃ、アシストモード表示部１０３ｄ及び選択情報表示部１０３ｅには、制御装置１１０の表示データ制御部１２０からメータ情報信号として出力される情報が表示される。バッテリ残容量表示部１０３ｂと選択情報表示部１０３ｅとは隣接して設けられている。
【００６３】
速度表示部１０３ａには、電動補助自転車１の速度が数字で表示される。本実施形態の場合、電動補助自転車１の速度は、後輪車速センサ９１によって検出される。速度表示部１０３ａは、表示部１０３の中央部分の上側に位置する。
【００６４】
バッテリ残容量表示部１０３ｂには、バッテリユニット３５の電池制御部３７から制御装置１１０に出力される電池残容量の情報に基づいて、バッテリ３６の残容量がセグメントによって表示される。これにより、バッテリ３６の残容量を直感的に把握することができる。バッテリ残容量表示部１０３ｂは、表示装置１００に電力が供給されている間は、常時バッテリ３６の残容量を表示する。
【００６５】
バッテリ残容量表示部１０３ｂは、図５に示すように、表示部１０３における車幅方向で車体中央側（運転者側、図中の右側）に設けられている。バッテリ残容量表示部１０３ｂは、選択情報表示部１０３ｅよりも車幅方向で車体中央側に設けられている。また、バッテリ残容量表示部１０３ｂは、選択情報表示部１０３ｅよりも上側に設けられている。これにより、運転者が表示部１０３を視認した際に、バッテリ残容量表示部１０３ｂを最も視認しやすい位置に配置することができる。表示部１０３では、運転者に近い車幅方向で車体中央側且つ運転時の視線の変更が少ない上側が、運転者にとって最も視認しやすい位置になる。その位置にバッテリ残容量表示部１０３ｂを設けることにより、該バッテリ残容量表示部１０３ｂを運転者が視認しやすくなる。
【００６６】
電流量表示部１０３ｃには、バッテリユニット３５の電池制御部３７から制御装置１１０に出力される電流量の情報に基づいて、バッテリ３６の出力電流量がセグメントによって表示される。電流量表示部１０３ｃは、表示部１０３において、速度表示部１０３ａの下側に位置する。
【００６７】
アシストモード表示部１０３ｄには、後述するアシストモード操作部１０４の操作によって選択されたアシストモードが表示される。アシストモードが“強”、“標準”、“オートエコ”のうちいずれか一つの場合には、アシストモード表示部１０３ｄは、各モードに対応する表示部分を点灯表示する。一方、アシストモードが“切”の場合には、アシストモード表示部１０３ｄは、いずれの表示部分も点灯させない。上述のように、アシストモードは、電動モータ６１のアシスト比率に対応している。よって、アシストモード表示部１０３ｄは、電動モータ６１のアシスト比率に関する情報を表示する。アシストモード表示部１０３ｄは、表示部１０３における左グリップ側に設けられている。アシストモード表示部１０３ｄは、アシストモード操作部１０４の近傍に位置する。
【００６８】
選択情報表示部１０３ｅには、後述する表示モード切替ボタン１０５の操作に応じて、平均車速、最大車速、積算走行距離、残りアシスト走行可能距離、消費カロリー及びバッテリ残容量が数字で表示される。これにより、平均車速、最大車速、積算走行距離、残りアシスト走行可能距離、消費カロリー及びバッテリ残容量を、数値で精度良く表示することができる。平均車速、最大車速、積算走行距離、残りアシスト走行可能距離、消費カロリー及びバッテリ残容量は、制御装置１１０から出力される情報に基づいて、選択情報表示部１０３ｅに表示される。選択情報表示部１０３ｅは、表示部１０３において、車幅方向で車体中央側に設けられているとともに、バッテリ残容量表示部１０３ｂと隣接して設けられている。これにより、運転者は、運転者により近い車体中央側に配置される選択情報表示部１０３ｅを、視認しやすい。
【００６９】
アシストモード操作部１０４は、ケーシング１０１において、表示部１０３の左側に設けられている。これにより、電動補助自転車１の運転者は、左手の親指等によって、アシストモード操作部１０４を容易に操作することができる。しかも、表示部１０３はケーシング１０１における車幅方向で車体中央側（運転者側）に位置するため、運転者が表示部１０３を視認しやすい。
【００７０】
アシストモード操作部１０４は、第１選択ボタン１０４ａ及び第２選択ボタン１０４ｂを有する。第１選択ボタン１０４ａは、ケーシング１０１において、第２選択ボタン１０４ｂよりも上側に設けられている。
【００７１】
運転者が第１選択ボタン１０４ａを押すと、より駆動力の大きいアシストモードを選択することができる。例えば、現在のアシストモードが“標準”の場合、第１選択ボタン１０４ａを押すことにより、アシストモードは“強”に変更される。
【００７２】
運転者が第２選択ボタン１０４ｂを押すと、より駆動力の小さいアシストモードを選択することができる。例えば、現在のアシストモードが“標準”の場合、第２選択ボタン１０４ｂを押すことにより、アシストモードは“オートエコ”に変更される。なお、アシストモードが“オートエコ”の状態で、第２選択ボタン１０４ｂをもう一度押すと、アシストモードは“切”になる。
【００７３】
表示モード切替ボタン１０５は、ケーシング１０１の下側且つ左側に設けられている。表示モード切替ボタン１０５を押すことにより、選択情報表示部１０３ｅに表示される情報が切り替わる。
【００７４】
ライト操作部１０６は、ケーシング１０１の下側且つ右側に設けられている。すなわち、ライト操作部１０６は、ケーシング１０１の下側に、表示モード切替ボタン１０５と並んで設けられている。ライト操作部１０６を押すことにより、表示装置１００の表示装置制御部１０２からライトＯＮ信号またはライトＯＦＦ信号が制御装置１１０に対して出力される。これにより、電動補助自転車１の図示しないライトを点灯または消灯させることができる。
【００７５】
電源スイッチ１０７は、ケーシング１０１の上側且つ左側に設けられている。電源スイッチ１０７を押すことにより、表示装置１００の表示装置制御部１０２からＯＮ信号またはＯＦＦ信号が制御装置１１０に対して出力される。これにより、電動補助自転車１のアシスト制御を行うシステム全体をＯＮまたはＯＦＦにすることができる。
【００７６】
（表示データ制御部）
制御装置１１０内の表示データ制御部１２０は、表示装置１００に対し、該表示装置１００で表示する情報をメータ情報信号として出力する。図７に示すように、表示データ制御部１２０には、電池制御部３７、モータ回転検出部６８、後輪車速センサ９１、トルク検出部５７及び表示装置１００から各種信号が入力される。
【００７７】
電池制御部３７からは、バッテリ３６の残容量に関する情報及びバッテリ３６から出力される電流の情報などが、信号として表示データ制御部１２０に入力される。表示データ制御部１２０は、電池制御部３７から得たバッテリ３６の残容量に関する情報を、表示装置１００のバッテリ残容量表示部１０３ｂに表示させる。また、表示データ制御部１２０は、電流制御部３７から得た電流量に関する情報を、表示装置１００の電流量表示部１０３ｃに表示させる。
【００７８】
後輪車速センサ９１からは、後輪２２の車速に関する情報が信号として表示データ制御部１２０に入力される。表示データ制御部１２０は、後輪車速センサ９１から得た車速に関する情報を、表示装置１００の速度表示部１０３ａに表示させる。
【００７９】
表示装置１００において、アシストモード操作部１０４、表示モード切替ボタン１０５、ライト操作部１０６及び電源スイッチ１０７のいずれか一つを操作した際に、表示装置１００から表示データ制御部１２０に信号が入力される。表示データ制御部１２０は、アシストモード操作部１０４、表示モード切替ボタン１０５、ライト操作部１０６及び電源スイッチ１０７のいずれか一つを操作した際に、表示装置１００の表示を変更する。
【００８０】
モータ回転検出部６８からは、電動モータ６１の回転数に関する情報が信号として表示データ制御部１２０に入力される。トルク検出部５７からは、クランク軸４１に発生するトルクに関する情報が信号として表示データ制御部１２０に入力される。表示データ制御部１２０は、電動モータ６１の回転数に関する情報またはクランク軸４１に発生するトルクに関する情報を用いて、クランク軸４１の回転数を求める。そして、表示データ制御部１２０は、求めたクランク軸４１の回転数とクランク軸４１に発生するトルクとを用いて仕事率を求め、該仕事率に基づいて運転者の消費カロリーを算出する。また、表示データ制御部１２０は、算出した消費カロリーを表示装置１００の選択情報表示部１０３ｅに表示させる。
【００８１】
具体的には、表示データ制御部１２０は、クランク軸回転数計算部１２１（クランク軸回転数検出部）、仕事率計算部１２２及び消費カロリー計算部１２３を有する。本実施形態では、クランク軸回転数、仕事率及び消費カロリーがそれぞれ運転者の運動状態を示す値である。クランク軸回転数計算部１２１、仕事率計算部１２２及び消費カロリー計算部１２３が、それぞれ、運動状態計算部に対応する。ここで、運転者の運動状態を示す値とは、運転者がクランク軸４１を回転させるときに行う運動に関連する値を意味する。
【００８２】
クランク軸回転数計算部１２１は、モータ回転検出部６８から得られるモータ回転数、または、トルク検出部５７から得られるクランク軸４１のトルク変動に基づいて、クランク軸４１の回転数を求める。
【００８３】
クランク軸回転数計算部１２１がモータ回転数またはクランク軸４１のトルク変動に基づいて、クランク軸４１の回転数を求めることができるのは、以下の理由による。
【００８４】
モータ回転検出部６８によって検出されたモータ回転数に対して、電動モータ６１の回転を減速させる電動自転車１内の減速比を乗算することにより、クランク軸４１の回転数を算出することができる。すなわち、本実施形態の構成の場合、チェーン４６によってペダル踏力及びモータ駆動力が足し合わされるため、クランク軸４１に連結された駆動スプロケット４２とモータ回転をチェーン４６に伝える補助スプロケット４３とは回転速度が同じである。したがって、電動モータ６１の回転数から補助スプロケット４３の回転数に減速する際の減速比、及び、補助スプロケット４３と駆動スプロケット４２との径の比を用いて、電動モータ６１の回転数からクランク軸４１の回転数を算出することができる。
【００８５】
トルク検出部５７によって得られるクランク軸４１のトルクは、運転者がペダル３３，３４に連結されたクランクアーム３１，３２を一回転させる間に、２回のピークを有する。すなわち、クランクアーム３１，３２が一回転する間には、右足及び左足でそれぞれトルクが最大になるピークが存在する。これらのピークをカウントすることにより、クランクアーム３１，３２の回転数、すなわちクランク軸４１の回転数を求めることができる。なお、トルク検出部５７によって得られるクランク軸４１のトルクのボトムをカウントして、クランク軸４１の回転数を求めてもよい。
【００８６】
クランク軸回転数計算部１２１は、図８に示すように、電動モータ６１の駆動の有無によって、上述の２つの算出方法を切り替える。クランク軸回転数計算部１２１は、電動モータ６１が駆動しているかどうかを判定し（ステップＳＡ１）、電動モータ６１が駆動している場合（ＹＥＳの場合）には、モータ回転検出部６８の出力に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する（ステップＳＡ２）。クランク軸回転数計算部１２１は、電動モータ６１が駆動していない場合（ＮＯの場合）には、トルク検出部５７の出力に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する（ステップＳＡ３）。ここで、クランク軸回転数計算部１２１は、モータ回転検出部６８から出力されるモータ回転数がゼロである場合には電動モータ６１は駆動していないと判断し、該モータ回転数がゼロ以外の場合には電動モータ６１が駆動していると判断する。
【００８７】
これにより、電動モータ６１が駆動している間は、モータ回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を精度良く求めることができる。一方、電動モータ６１が駆動していない場合でも、トルク検出部５７から出力されるクランク軸４１のトルク変動に基づいてクランク軸４１の回転数を求めることができる。モータ回転検出部６８及びトルク検出部５７は、ペダル踏力に応じて電動モータの駆動力を制御することにより該ペダル踏力をアシストする従来の電動補助自転車にも設けられている。上述の構成により、クランク軸４１の回転数を検出するための専用のセンサを設ける必要がなくなるため、その分、コスト低減を図れる。
【００８８】
仕事率計算部１２２は、クランク軸回転数計算部１２１によって算出されたクランク軸４１の回転数とトルク検出部５７によって検出されたクランク軸４１のトルクとに基づいて、単位時間当たりの仕事率を求める。すなわち、仕事率計算部１２２は、運転者が電動補助自転車１を運転している際の単位時間当たりの仕事率を、クランク軸４１の回転数とペダル踏力とを乗算することにより算出する。
【００８９】
消費カロリー計算部１２３は、仕事率計算部１２２で求めた仕事率と、消費カロリーと仕事率との関係を示す１次関数とを用いて、単位時間当たりの消費カロリーを算出する。すなわち、消費カロリー計算部１２３は、前記１次関数に、仕事率計算部１２２で求めた仕事率を代入することにより、単位時間当たりの消費カロリーを算出する。
【００９０】
ここで、上述の１次関数は、単位時間当たりの消費カロリーをＹ、仕事率をＸとすると、Ｙ＝ＡＸ＋Ｂによって表される。Ａ及びＢは、定数であり、運転者が電動補助自転車１を運転している際に実測した仕事率及び消費カロリーに基づいて、求められる。
【００９１】
消費カロリー計算部１２３は、上述の１次関数を用いて算出した単位時間当たりの消費カロリーを積算して、所定期間の消費カロリーを求める。この所定期間の消費カロリーが、表示装置１００の選択情報表示部１０３ｅに消費カロリーとして表示される。
【００９２】
なお、本実施形態では、表示データ制御部１２０は、表示装置１００に消費カロリー計算部１２３で算出した消費カロリーを表示させる。しかしながら、表示データ制御部１２０は、クランク軸４１の回転数及び仕事率などの運転者の運動状態を示す値を表示装置１００に表示させてもよい。また、表示装置１００に表示する運転者の運動状態を示す値（クランク軸４１の回転数、仕事率及び消費カロリーなど）は、１項目であってもよいし、複数の項目であってもよい。
【００９３】
さらに、特に図示しないが、表示データ制御部１２０は、消費カロリー以外にも、表示装置１００の選択情報表示部１０３ｅに表示させる各種情報を算出可能に構成されている。表示データ制御部１２０で算出された各種情報は、表示装置１００に出力されて、該表示装置１００の選択情報表示部１０３ｅに表示される。
【００９４】
なお、本実施形態では、表示データ制御部１２０は、クランク軸４１の回転数を算出する際に、電動モータ６１の回転の有無に応じて、モータ回転数またはクランク軸４１のトルク変動を用いている。しかしながら、表示データ制御部１２０は、一方のパラメータのみによってクランク軸４１の回転数を算出するように構成されていてもよい。
【００９５】
また、本実施形態では、電動補助自転車１は、後輪車速センサ９１を有しているが、前輪２１の車速を検出する前輪車速センサまたは変速機構９３の変速段を検出する変速段センサを有していてもよい。前輪車速センサまたは変速段センサを設ける場合でも、上述の実施形態と同様、センサからの出力信号は変速段検知部１１２に入力される。
【００９６】
さらに、本実施形態では、電動モータ６１をアシスト制御に利用しているが、該電動モータ６１を回生運転させることにより、電力を回収してもよい。このように電動モータ６１が回生運転している場合でも、クランク軸回転数計算部１２１によってクランク軸４１の回転数を求めることができる。電動モータ６１が回転している場合、クランク軸４１に生じるトルクはゼロであるため、消費カロリー計算部によって算出される消費カロリーはゼロになる。
【００９７】
以上より、本実施形態では、表示装置１００の選択情報表示部１０３ｅに、クランク軸４１の回転数を用いて算出した運転者の消費カロリーを表示する。これにより、クランク軸４１の回転角度を検出するための高価なセンサが不要になる。よって、消費カロリーを表示可能な電動補助自転車１を簡単且つ低コストな構成によって実現できる。
【００９８】
本実施形態では、消費カロリー計算部１２３は、仕事率を１次関数に代入することにより、消費カロリーを算出する。これにより、簡単な方法で且つ精度良く消費カロリーを求めることができる。
【００９９】
本実施形態では、電動モータ６１の回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する。これにより、クランク軸４１の回転数を検出するセンサを新たに設けることなく、該クランク軸４１の回転数を精度良く求めることができる。
【０１００】
本実施形態では、クランク軸４１に生じるトルク変動に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する。これにより、クランク軸４１の回転数を検出するセンサを新たに設けることなく、電動モータ６１のアシスト制御に必要なトルク検出部５７からの出力を利用して該クランク軸４１の回転数を精度良く求めることができる。
【０１０１】
本実施形態では、クランク軸回転数計算部１２１は、電動モータ６１が回転している場合には、モータ回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する。一方、クランク軸回転数計算部１２１は、電動モータ６１が回転していない場合には、クランク軸４１に生じるトルク変動に基づいてクランク軸４１の回転数を算出する。これにより、クランク軸４１の回転数を精度良く求めることができるとともに、電動モータ６１が回転していないときにもクランク軸４１の回転数を求めることができる。
【０１０２】
［実施形態２］
図９に、実施形態２に係る電動補助自転車において、電動モータ６１によるアシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達をブロック図で示す。この実施形態２の構成は、電動補助自転車がペダル回転センサ１３１を備えている点で、上述の第１の実施形態の構成とは異なる。以下の説明では、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【０１０３】
図９に示すように、電動補助自転車は、ペダル３３，３４にクランクアーム３１，３２を介して連結されたクランク軸４１の回転数を検出するためのペダル回転センサ１３１を有する。ペダル回転センサ１３１は、特に図示しないが、クランク軸４１上に取り付けられた被検出素子、及び、該クランク軸４１の近傍に配置されていて該被検出素子を検出する検出部を有する。これにより、検出部が単位時間当たりでクランク軸４１上の被検出素子を検出する頻度によって、該クランク軸４１の回転数を求めることができる。
【０１０４】
本実施形態では、クランク軸４１の回転数を、ペダル回転センサ１３１によって直接、検出する。これにより、クランク軸４１の回転数を精度良く且つ容易に求めることができる。
【０１０５】
なお、本実施形態の場合には、クランク軸４１の回転数はペダル回転センサ１３１によって検出されるため、実施形態１のようなクランク軸回転数計算部１２１を設けなくてもよい。
【０１０６】
［実施形態３］
図１０に、実施形態３に係る電動補助自転車におけるモータ駆動ユニット２００の概略構成を断面で示す。この実施形態３の構成は、電動モータ２１０等を含むモータ駆動ユニット２００が前輪に設けられている点で、上述の実施形態１の構成とは異なる。以下の説明では、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【０１０７】
本実施形態では、モータ駆動ユニット２００は、前輪２１の軸心部に位置している。モータ駆動ユニット２００は、前輪２１を支えるフロントフォーク２６に取り付けられている。
【０１０８】
モータ駆動ユニット２００は、電動モータ２１０、減速機２３０及びハブ２５０を有する。電動モータ２１０及び減速機２３０は、ハブ２５０内に収納される。ハブ２５０は、フロントフォーク２６に対して回転可能に取り付けられる。
【０１０９】
電動モータ２１０は、モータハウジング２１１、ステータ２１２、ロータ２１３及びモータ制御部２１４を有する。モータハウジング２１１は、有底筒状のハウジング本体２１１ａ、及び、該ハウジング本体２１１ａの開口側を覆う蓋部２１１ｂを有する。モータハウジング２１１内に、ステータ２１２、ロータ２１３及びモータ制御部２１４が収納されている。ハウジング本体２１１ａの側面の内周面上に、ステータ２１２が固定されている。ロータ２１３は、モータハウジング２１１に軸受２１５を介して回転可能に支持されている。蓋部２１１ｂにおけるモータハウジング２１１の内方側（蓋部２１１ｂの左側）には、モータ制御部２１４を構成する複数の基板２１４ａが取り付けられている。
【０１１０】
なお、蓋部２１１ｂにおけるモータハウジング２１１の外方側（蓋部２１１ｂの右側）には、略円盤状の連結部材２１１ｃが取り付けられている。連結部材２１１ｃにおけるフロントフォーク２６側（連結部材２１１ｃの右側）の面には、モータハウジング２１１が電動モータ２１０及び減速機２３０の反力によって回転するのを防止するためのストッパ２１１ｄが設けられている。モータハウジング２１１が回転しようとすると、ストッパ２１１ｄがフロントフォーク２６に当たるため、モータハウジング２１１の回転を防止できる。
【０１１１】
連結部材２１１ｃの外周部によって、ハブ２５０の車幅方向一方側（ハブ２５０の右側）を回転可能に支持するように、該連結部材２１１ｃの外周部とハブ２５０との間には、軸受２５１が配置されている。
【０１１２】
減速機２３０は、太陽ローラ２３１ａ及び複数の遊星ローラ２３１ｂを備えた遊星ローラ減速部２３１、及び、太陽歯車２３２ａ及び複数の遊星歯車２３２ｂを備えた遊星歯車減速部２３２を有する。遊星ローラ減速部２３１及び遊星歯車減速部２３２は、電動モータ２１０の出力が遊星ローラ減速部２３１及び遊星歯車減速部２３２の順に伝達されるように、直列に接続されている。これにより、電動モータ２１０から出力される高速な回転数を、騒音の少ない遊星ローラ減速部２３１によって減速することができる。
【０１１３】
遊星ローラ減速部２３１の太陽ローラ２３１ａは、電動モータ２１０のロータ２１３に結合されている。遊星ローラ２３１ｂは、太陽ローラ２３１ａに接触している。遊星ローラ減速部２３１は、複数の遊星ローラ２３１ｂを自転及び公転可能に支持する遊星ローラ支持用キャリア２３１ｃ、及び、複数の遊星ローラ２３１ｂが内面に接触する外周リング２３１ｄをさらに有する。
【０１１４】
遊星ローラ支持用キャリア２３１ｃは、概略円盤状の部材であり、軸心部分に遊星歯車減速部２３２の太陽歯車２３２ａが一体形成されている。外周リング２３１ｄは、モータハウジング２１１のハウジング本体２１１ａに、ボルト２３３によって固定されている。このボルト２３３は、後述する遊星歯車減速部２３２の遊星歯車支持用キャリア２３４もハウジング本体２１１ａに固定している。
【０１１５】
遊星歯車減速部２３２の太陽歯車２３２ａは、上述のとおり、遊星ローラ支持用キャリア２３１ｃに一体形成されている。遊星歯車２３２ｂは、太陽歯車２３２ａと噛み合っている。遊星歯車減速部２３２は、遊星歯車２３２ｂを自転可能に支持する遊星歯車支持用キャリア２３４、及び、複数の遊星歯車２３２ｂが内側の歯と噛み合う外周歯車２３２ｃをさらに有する。
【０１１６】
遊星歯車支持用キャリア２３４は、環状板部２３４ａ、遊星歯車支持軸２３４ｂ、キャリア本体２３４ｃ及びボルト部２３４ｄを有する。環状板部２３４ａは、遊星歯車２３２ｂに対して遊星ローラ減速部２３１側に配置されていて、ボルト２３３によってハウジング本体２１１ａに固定されている。キャリア本体２３４ｃは、遊星歯車２３２ｂに対して遊星ローラ減速部２３１とは反対側に配置されている。遊星歯車支持軸２３４ｂは、環状板部２３４ａとキャリア本体２３４ｃとの間に配置されていて、遊星歯車２３２ｂを回転可能に支持するように該遊星歯車２３２ｂを貫通している。ボルト部２３４ｄは、キャリア本体２３４ｃに一体形成されていて、フロントフォーク２６にナット２３６により固定されている。
【０１１７】
外周歯車２３２ｃは、一方向クラッチ２３５を介してハブ２５０に接続されている。この一方向クラッチ２３５は、外周歯車２３２ｃからハブ２５０に対してのみ動力を伝達するように構成されている。
【０１１８】
ハブ２５０は、有底円筒状のハブ本体２５２、及び、該ハブ本体２５２の開口部分を覆うハブ蓋部２５３を有する。ハブ本体２５２には、外周部に、図示しないスポークが接続されるフランジ２５２ａが形成されている。ハブ本体２５２は、上述のとおり、連結部材２１１ｃに対して、軸受２５１によって回転可能に支持されている。ハブ蓋部２５３には、遊星歯車減速部２３２のボルト部２３４ｄが貫通している。そして、ハブ蓋部２５３は、ボルト部２３４ｄに対して、軸受２５４によって回転可能に支持されている。ハブ蓋部２５３には、上述の一方向クラッチ２３５を介して遊星歯車減速部２３２の外周歯車２３２ｃが接続されている。これにより、遊星歯車減速部２３２から、一方向クラッチ２３５を介してハブ蓋部２５３に動力が伝達される。
【０１１９】
以上の構成において、電動モータ２１０から出力された駆動力は、減速機２３０を介してハブ２５０に伝達される。ハブ２５０は、フロントフォーク２６に対して回転可能に支持されているため、ハブ２５０は、電動モータ２１０から出力された駆動力によって回転する。これにより、電動モータ２１０の駆動力によって前輪２１を回転させることができる。したがって、電動モータ２１０によって、運転者のペダル踏力をアシストすることができる。
【０１２０】
次に、図１１を用いて、本実施形態に係る電動補助自転車のアシスト制御について説明する。図１１に示すように、本実施形態の構成は、電動モータ２１０から出力された駆動力が前輪２１に入力される点で、上述の実施形態１の構成とは異なる。すなわち、電動モータ２１０から出力された駆動力は、減速機２３０及び一方向クラッチ２３５を介して前輪２１に伝達される。
【０１２１】
一方、運転者がペダル３３，３４によってクランク軸４１を回転させると、その際に発生したペダル踏力は、従来の自転車と同様、一方向クラッチ５５、チェーン４６及び駆動軸４５ａを介して後輪２２に伝達される。本実施形態では、動力が後輪２２に伝達される前に、変速機構９３が設けられている。この変速機構９３は、上述の実施形態１と同様、変速操作部９４によって変速操作が行われる。
【０１２２】
変速機構９３の変速段は、変速段センサ２６０によって検出される。変速段センサ２６０は、例えば、変速操作部９４から変速機構９３に対して変速操作を制御ケーブルによって伝達する構成の場合、該制御ケーブルのインナケーブルの移動量を検出することにより、変速段を検出する。変速段センサ２６０によって検出された変速段は、変速段検知部１１２に信号として入力される。なお、変速段センサ２６０の構成は、上述の限りではなく、変速操作部９４と変速機構９３との間で変速操作を伝達する方法に応じて変更される。
【０１２３】
上述のように、本実施形態の場合、電動モータ２１０の駆動力は、変速機構を介さずに、前輪２１に伝達される。そのため、運転者のペダル踏力によってクランク軸４１に生じる回転数のみが変速機構９３によって変速される。したがって、電動モータ２１０の回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を求める方法が、上述の実施形態１とは異なる。
【０１２４】
具体的には、表示データ制御部１２０のクランク軸回転数計算部１２１（図７参照）は、電動モータ２１０の回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を以下のように求める。
【０１２５】
まず、クランク軸回転数計算部１２１は、モータ回転検出部６８で検出されたモータ回転数に、減速機２３０による減速比を考慮して、前輪２１の回転数を求める。そして、前輪２１及び後輪２２で径が異なる場合には、両者の径の比を用いて後輪２２の回転数を求める。その後、クランク軸回転数計算部１２１は、後輪２２の回転数に対し、変速段センサ２６０によって検出された変速機構９３の変速段に応じた変速比を考慮して、変速機構９３によって変速される前の回転数を求める。この回転数が、クランク軸４１の回転数に対応する。
【０１２６】
なお、クランク軸回転数計算部１２１が、電動モータ２１０の回転の有無によってクランク軸４１の回転数の算出方法を切り替える点は、上述の実施形態１と同様である。また、クランク軸４１のトルク変動に基づいてクランク軸４１の回転数を求める方法も、上述の実施形態１と同様である。すなわち、クランク軸４１のトルク変動に基づいてクランク軸４１の回転数を求める場合には、上述のような変速機構９３の変速比を考慮する必要はない。さらに、クランク軸４１の回転数及びトルクに基づいて消費カロリーを算出する方法も、上述の実施形態１と同様なので、詳しい説明を省略する。
【０１２７】
本実施形態では、前輪２１にモータ駆動ユニット２００を設けているが、モータ駆動ユニットを後輪２２に設けてもよい。この場合、モータ駆動ユニットは、チェーンステイ１６に取り付けられる。従動スプロケット４５は、モータ駆動ユニットにおけるハブのハブ蓋部に接続される。これにより、運転者のペダル踏力は、チェーン４６及び従動スプロケット４５を介して、モータ駆動ユニットのハブに伝達される。後輪２２に設けられるモータ駆動ユニットの構成は、前輪２１に設けられるモータ駆動ユニット２００の構成とほぼ同じなので、詳しい説明を省略する。
【０１２８】
後輪２２にモータ駆動ユニットを有する電動補助自転車において、アシスト制御を行う際の信号の授受及び動力の伝達を、図１２にブロック図で示す。図１２において、図１０及び図１１の構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２９】
図１２に示すように、電動モータ２１０から出力された駆動力は、減速機２３０及び一方向クラッチ２３５を介して、後輪２２に伝達される。したがって、後輪２２にモータ駆動ユニットを設けた場合も、前輪２１にモータ駆動ユニット２００を設けた場合と同様、電動モータ２１０の駆動力は変速機構９３を介さずに車輪に伝達される。よって、この場合も、モータ回転検出部６８で検出されたモータ回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を求める際には、実際の後輪２２の回転数に対して変速機構９３の変速比を考慮する必要がある。
【０１３０】
なお、後輪２２にモータ駆動ユニットを設ける場合、特に図示しないが、変速機構９３は、従動スプロケット４５とハブ蓋部との間に設けられる。これにより、従動スプロケット４５から伝達される回転数を、変速機構９３によって変速してハブに伝えることができる。以上の説明では、電動補助自転車は、変速機構９３を備えているが、この限りではなく、変速機構９３を備えていない構成であってもよい。この場合には、上述のようにクランク軸４１の回転数を算出する際に、変速機構の変速比を考慮する必要はない。
【０１３１】
また、本実施形態でも、上述の実施形態２と同様、クランク軸４１の回転数を検出するペダル回転センサを設けてもよい。
【０１３２】
さらに、本実施形態でも、上述の実施形態１と同様、電動モータ２１０が回生運転を行っても良い。この場合、モータ駆動ユニット２００は、一方向クラッチ２３５を設けずに、減速機２３０とハブ２５０との間で相互に動力伝達が可能な構成とする。
【０１３３】
以上より、本実施形態では、車輪にモータ駆動ユニット２００が設けられている。このような構成であっても、クランク軸４１の回転数を求めることができる。これにより、運転者の消費カロリーを算出することができる。
【０１３４】
また、本実施形態では、電動補助自転車は変速機構を有している。この変速機構の変速比を考慮することで、電動モータ２１０の回転数に基づいてクランク軸４１の回転数を算出することができる。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 電動補助自転車
２１ 前輪（車輪）
２２ 後輪（車輪）
３３、３４ ペダル
４１ クランク軸
５７ トルク検出部
６１、２１０ 電動モータ
９３ 変速機構
１００ 表示装置
１０３ 表示部
１２１ クランク軸回転数計算部（クランク軸回転数検出部、運動状態計算部）
１２２ 仕事率計算部（運動状態計算部）
１２３ 消費カロリー計算部（運動状態計算部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者がペダルを回転させる際のペダル踏力を電動モータの駆動力によってアシストする電動補助自転車であって、
前記ペダル踏力をトルクとして検出するトルク検出部と、
前記電動モータの回転数を検出する電動モータ回転数検出部と、
前記トルク検出部によって検出されたトルク、または、前記電動モータ回転数検出部によって検出された前記電動モータの回転数を用いて、運転者の運動状態を示す値を算出する運動状態計算部と、
前記運動状態計算部によって算出された前記運動状態を表示する表示部とを備える、電動補助自転車。
【請求項２】
請求項１に記載の電動補助自転車において、
前記運動状態計算部は、前記ペダルに連結されたクランク軸の回転数を検出するクランク軸回転数検出部を有する、電動補助自転車。
【請求項３】
請求項２に記載の電動補助自転車において、
前記運動状態計算部は、前記トルク検出部によって検出されたトルクと前記クランク軸回転数検出部によって検出されたクランク軸回転数とを乗算して仕事率を求める仕事率計算部を有する、電動補助自転車。
【請求項４】
請求項３に記載の電動補助自転車において、
前記運動状態計算部は、仕事率と単位時間当たりの消費カロリーとの関係を示す１次関数を用いて、前記仕事率計算部によって算出された仕事率に基づいて所定時間内の消費カロリーを算出する消費カロリー計算部をさらに有する、電動補助自転車。
【請求項５】
請求項２に記載の電動補助自転車において、
前記クランク軸回転数検出部は、前記電動モータが回転している場合には、前記電動モータ回転数検出部によって検出された前記電動モータの回転数に基づいて、前記クランク軸の回転数を求める、電動補助自転車。
【請求項６】
請求項５に記載の電動補助自転車において、
前記電動モータを発電機として利用する回生運転が可能である、電動補助自転車。
【請求項７】
請求項２に記載の電動補助自転車において、
前記クランク軸回転数検出部は、前記トルク検出部で検出されたトルクの波形に基づいて、前記クランク軸の回転数を求める、電動補助自転車。
【請求項８】
請求項２に記載の電動補助自転車において、
前記クランク軸回転数検出部は、前記電動モータが回転している場合には前記電動モータ回転数検出部によって検出された前記電動モータの回転数に基づいて前記クランク軸の回転数を求める一方、前記電動モータが回転していない場合には、前記トルク検出部で検出されたトルクの波形に基づいて前記クランク軸の回転数を求める、電動補助自転車。
【請求項９】
請求項１から３のいずれか一つに記載の電動補助自転車において、
前記トルク検出部は、前記クランク軸に生じるトルクを検出する、電動補助自転車。
【請求項１０】
請求項１から３のいずれか一つに記載の電動補助自転車において、
前記クランク軸の回転を変速して車輪に伝える変速機構をさらに備え、
前記電動モータは、前記車輪に対し、前記変速機構を介して動力を伝達する、電動補助自転車。
【請求項１１】
請求項１から３のいずれか一つに記載の電動補助自転車において、
前記クランク軸の回転を変速して車輪に伝える変速機構をさらに備え、
前記電動モータは、前記変速機構を介すことなく車輪に対して直接、動力を伝達する、電動補助自転車。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電動補助自転車において、
前記電動モータは、該電動モータによって動力が伝達される前記車輪に設けられている、電動補助自転車。
【請求項１】
運転者がペダルを回転させる際のペダル踏力を電動モータの駆動力によってアシストする電動補助自転車であって、
前記ペダル踏力をトルクとして検出するトルク検出部と、
前記電動モータの回転数を検出する電動モータ回転数検出部と、
前記トルク検出部によって検出されたトルク、または、前記電動モータ回転数検出部によって検出された前記電動モータの回転数を用いて、運転者の運動状態を示す値を算出する運動状態計算部と、
前記運動状態計算部によって算出された前記運動状態を表示する表示部とを備える、電動補助自転車。
【請求項２】
請求項１に記載の電動補助自転車において、
前記運動状態計算部は、前記ペダルに連結されたクランク軸の回転数を検出するクランク軸回転数検出部を有する、電動補助自転車。
【請求項３】
請求項２に記載の電動補助自転車において、
前記運動状態計算部は、前記トルク検出部によって検出されたトルクと前記クランク軸回転数検出部によって検出されたクランク軸回転数とを乗算して仕事率を求める仕事率計算部を有する、電動補助自転車。
【請求項４】
請求項３に記載の電動補助自転車において、
前記運動状態計算部は、仕事率と単位時間当たりの消費カロリーとの関係を示す１次関数を用いて、前記仕事率計算部によって算出された仕事率に基づいて所定時間内の消費カロリーを算出する消費カロリー計算部をさらに有する、電動補助自転車。
【請求項５】
請求項２に記載の電動補助自転車において、
前記クランク軸回転数検出部は、前記電動モータが回転している場合には、前記電動モータ回転数検出部によって検出された前記電動モータの回転数に基づいて、前記クランク軸の回転数を求める、電動補助自転車。
【請求項６】
請求項５に記載の電動補助自転車において、
前記電動モータを発電機として利用する回生運転が可能である、電動補助自転車。
【請求項７】
請求項２に記載の電動補助自転車において、
前記クランク軸回転数検出部は、前記トルク検出部で検出されたトルクの波形に基づいて、前記クランク軸の回転数を求める、電動補助自転車。
【請求項８】
請求項２に記載の電動補助自転車において、
前記クランク軸回転数検出部は、前記電動モータが回転している場合には前記電動モータ回転数検出部によって検出された前記電動モータの回転数に基づいて前記クランク軸の回転数を求める一方、前記電動モータが回転していない場合には、前記トルク検出部で検出されたトルクの波形に基づいて前記クランク軸の回転数を求める、電動補助自転車。
【請求項９】
請求項１から３のいずれか一つに記載の電動補助自転車において、
前記トルク検出部は、前記クランク軸に生じるトルクを検出する、電動補助自転車。
【請求項１０】
請求項１から３のいずれか一つに記載の電動補助自転車において、
前記クランク軸の回転を変速して車輪に伝える変速機構をさらに備え、
前記電動モータは、前記車輪に対し、前記変速機構を介して動力を伝達する、電動補助自転車。
【請求項１１】
請求項１から３のいずれか一つに記載の電動補助自転車において、
前記クランク軸の回転を変速して車輪に伝える変速機構をさらに備え、
前記電動モータは、前記変速機構を介すことなく車輪に対して直接、動力を伝達する、電動補助自転車。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電動補助自転車において、
前記電動モータは、該電動モータによって動力が伝達される前記車輪に設けられている、電動補助自転車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−４３５２８（Ｐ２０１３−４３５２８Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１９２３（Ｐ２０１１−１８１９２３）
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
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