特許 7557734 自転車用車輪構成部品、自転車、および自転車管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-19

(45)【発行日】2024-09-30

(54)【発明の名称】自転車用車輪構成部品、自転車、および自転車管理システム

(51)【国際特許分類】

   B62J 45/40 20200101AFI20240920BHJP

   B62M 6/45 20100101ALI20240920BHJP

   B60B 27/02 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

B62J45/40

B62M6/45

B60B27/02 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019233665

(22)【出願日】2019-12-25

(65)【公開番号】P2021102365

(43)【公開日】2021-07-15

【審査請求日】2022-11-14

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川上 将史

【審査官】三宅 龍平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０９３８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０５９５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２２０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８４４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１６８２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２３４１０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１０７９７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－３４２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－４６５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｊ ４５／４０

Ｂ６２Ｍ ６／４５

Ｂ６０Ｂ ２７／００ ー ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自転車用車輪を構成するハブであって、
自転車のフレームに固定される車軸と、
車輪にかかる荷重を検知するためのセンサと、
前記車軸を支持する軸受けと、
前記軸受けを介して前記車軸に取り付けられるハブシェルと、
を備え、
前記センサは、前記車軸の中央部に形成された凹部に装着され、
前記凹部は、前記センサが前記車軸の外周面より径方向外側に突出しない深さに形成されており、
前記軸受けは、前記車軸に固定されるコーンと、前記ハブシェルに固定されるカップと、前記コーンと前記カップの間で回転する玉とを含み、前記コーンには、前記センサに接続されるリード線を通す貫通孔が形成されている、自転車用ハブ。

【請求項2】

請求項１に記載の自転車用ハブであって、
前記凹部は前記車軸の軸方向に溝状に形成され、前記凹部に沿って前記リード線が配策されている、自転車用ハブ。

【請求項3】

請求項１または２のいずれか１項に記載のハブを備えた自転車であって、
前記センサの検知情報に基づいて、自転車の動作を制御するように構成された制御装置を備える、自転車。

【請求項4】

請求項３に記載の自転車であって、
前記自転車は、ペダルの踏力による人力駆動力に前記踏力の大きさに応じてモータから出力される第１補助動力を加えて走行する第１モードと、前記モータから第２補助動力を出力して押し歩く、または前記第２補助動力を出力して自走させる第２モードとを実行可能な電動アシスト機能を備え、
前記制御装置は、前記センサの検知情報に基づいてユーザーの乗車の有無を判定し、非乗車状態と判断した場合に、前記第２補助動力の出力を許可するか、または乗車状態と判断した場合に、前記第２補助動力の出力を禁止するように構成された、自転車。

【請求項5】

請求項４に記載の自転車であって、
前記制御装置は、非乗車状態における前記センサの検出値（Ｄｂ）を記憶するメモリを有し、前記センサの検出値と非乗車時の検出値（Ｄｂ）との差（ΔＤ）を算出すると共に、当該検出値の差（ΔＤ）と所定の閾値とを比較して、ユーザーの乗車の有無を判定するように構成された、自転車。

【請求項6】

請求項４または５に記載の自転車であって、
前記制御装置は、前記センサの検知情報に基づいて、前記第１補助動力および前記第２補助動力の少なくとも一方を決定または変更するように構成された、自転車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、自転車用車輪構成部品、および当該車輪構成部品を備えた自転車（特に、電動アシスト自転車）、並びに自転車管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、自転車の車輪は、金属製のホイールと、ホイールに装着されたゴム製のタイヤとで構成される。ホイールは、リム、スポーク、ハブ等を有する。リムはホイールの外周部を形成するリング状の部品であり、スポークはリムとハブを繋ぐ細い棒状の部品である。ハブは、車輪の中心に配置される部品であって、フレームに固定される車軸、および車軸を支持する軸受けを含む。また、前照灯などに供給される電力を発電するためのダイナモが内蔵されたハブダイナモも広く知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１７８９５４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、車輪は、自転車の性能に大きく影響する重要な構成要素であって、ハブ等の車輪の構成部品もまた重要な機能を有する。近年の自転車の高性能化、多機能化に伴い、車輪の構成部品についても更なる改良が求められている。

【0005】

本開示の目的は、自転車の高性能化、多機能化等に寄与する自転車用車輪構成部品を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る自転車用車輪構成部品は、自転車用車輪を構成する部品であって、車輪にかかる荷重を検知するためのセンサを備える。

【0007】

本開示に係る自転車は、上記車輪構成部品を備えた自転車であって、センサの検知情報に基づいて、自転車の動作を制御するように構成された制御装置を備える。

【0008】

本開示に係る自転車管理システムは、上記車輪構成部品を備えた自転車を管理するためのシステムであって、センサの検知情報を取得してデータを蓄積し、当該データに基づいて自転車の状態を推定するように構成された監視装置と、監視装置による推定結果に関連する情報を表示するための表示装置とを備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る自転車用車輪構成部品によれば、自転車の高性能化、多機能化等を図ることが可能である。例えば、センサの検知情報に基づいてユーザーの乗車の有無を判定でき、電動アシスト自転車の押し歩きモード（押し歩きをアシストするモード）へのスムーズな移行を実現できる。また、センサの検知情報を用いて自転車の状態を推定でき、メンテナンス時期、部品の交換時期等をユーザーに知らせることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の一例である電動アシスト自転車の外観を示す図である。

【図2】実施形態の一例であるハブの断面図である。

【図3】実施形態の他の一例であるハブの断面図である。

【図4】電動アシスト自転車の構成の一例を示すブロック図である。

【図5】図４に示す電動アシスト自転車において、制御手順の一例を示すフローチャートである。

【図6】電動アシスト自転車の構成の他の一例を示すブロック図である。

【図7】図６に示す電動アシスト自転車において、制御手順の一例を示すフローチャートである。

【図8】実施形態の一例である自転車管理システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、本開示に係る自転車用車輪構成部品、および当該車輪構成部品が搭載された電動アシスト自転車、並びに当該電動アシスト自転車を管理する自転車管理システムの実施形態について詳細に説明する。以下で説明する実施形態はあくまでも一例であって、本開示は以下の実施形態に限定されない。また、以下で説明する複数の実施形態、変形例を選択的に組み合わせることは当初から想定されている。

【0012】

図１は、本開示に係る車輪構成部品の実施形態の一例であるハブ３４、およびハブ３４が搭載された電動アシスト自転車１の外観を示す図である。なお、本開示の電動アシスト自転車は、図１に例示するようなシティーサイクルに限定されず、例えば、スポーツサイクル、折り畳み式の自転車等であってもよい。また、本開示の車輪構成部品が適用される自転車は、電動アシスト機能を有さない自転車であってもよい。

【0013】

図１に例示するように、電動アシスト自転車１は、バッテリ１０と、バッテリ１０から供給される電力で駆動するモータ１２（後述の図４参照）を含むモータユニット１１とを備える。また、電動アシスト自転車１は、一般的な自転車と同様に、フレーム２、前輪３ａ、後輪３ｂ、ハンドル４、サドル５、クランク６、ペダル７、チェーン８、および前照灯９を備える。電動アシスト自転車１は、ユーザーがペダル７を踏む力（踏力）をモータ１２によりアシストする自転車である。本実施形態では、ペダル７の踏力およびモータの出力が、チェーン８を介して後輪３ｂに伝達される。

【0014】

フレーム２は、前輪３ａ、後輪３ｂ、ハンドル４、サドル５、クランク６等を連結する骨組みである。バッテリ１０およびモータユニット１１は、フレーム２によって支持される。フレーム２は、複数のパイプで構成される。本実施形態では、複数のパイプとして、ヘッドパイプ２ａ、フロントフォーク２ｂ、ダウンパイプ２ｃ、シートパイプ２ｄ、チェーンステー２ｅ、シートステー２ｆ、およびボトムブラケット（図示せず）が設けられている。ボトムブラケットは、ダウンパイプ２ｃ、シートパイプ２ｄ、およびチェーンステー２ｅを繋ぐパイプである。

【0015】

ヘッドパイプ２ａは、フロントフォーク２ｂおよびハンドル４を、当該パイプの中心軸の回りに回転可能な状態で支持する。フロントフォーク２ｂは、前輪３ａを回転可能に支持する一対のレッグと、レッグの上端部から上方に延びてヘッドパイプ２ａの筒内に挿し込まれるステアリングコラムとを有する。そして、ステアリングコラムの上端部に、ハンドル４が取り付けられている。

【0016】

ダウンパイプ２ｃは、ヘッドパイプ２ａとボトムブラケットを繋ぐパイプである。ダウンパイプ２ｃは、電動アシスト自転車１の前方に近づくほど上方に位置するように傾斜している。また、シートパイプ２ｄは、サドル５を保持するパイプであって、上端が下端よりも電動アシスト自転車１の後方に位置するように上下方向に対して傾斜している。本実施形態では、バッテリ１０がシートパイプ２ｄに取り付けられ、モータユニット１１がボトムブラケットに取り付けられている。

【0017】

チェーンステー２ｅは、シートステー２ｆとボトムブラケットを繋ぐパイプであって、ボトムブラケットの後方端部から自転車の後方に延び、後輪３ｂを両側から挟むように左右に１本ずつ設けられている。また、シートステー２ｆは、チェーンステー２ｅと同様に、後輪３ｂを両側から挟むように左右に１本ずつ設けられている。左右のシートステー２ｆは、シートパイプ２ｄの上部から後輪３ｂの径方向中央部まで延び、当該中央部で左右のチェーンステー２ｅと一対一で連結されている。チェーンステー２ｅの後方端部には、後輪３ｂが回転可能に固定されている。

【0018】

また、電動アシスト自転車１は、クランク６の回転に伴って回転する駆動スプロケットと、後輪３ｂに設けられた後輪スプロケットとを備え（いずれも図示せず）、駆動スプロケットと後輪スプロケットがチェーン８を介して連結されている。なお、クランク６およびその一端部に取り付けられたペダル７は、電動アシスト自転車１の左右に１つずつ設けられ、一対のクランク６の他端部同士は、図示しない入力軸で連結されている。本実施形態では、モータ１２の回転力が、減速歯車等を介して駆動スプロケットに伝達され、チェーン８を介して後輪３ｂに伝達される。

【0019】

モータユニット１１は、ペダル７の踏力をアシストする駆動ユニットであって、バッテリ１０から供給される電力で駆動する。モータユニット１１は、例えば、上記入力軸に作用するトルク、車速等に基づいて、モータ１２を駆動させ、その出力を制御する。また、モータユニット１１は、一般的に、ユーザーにより選択される走行モード（パワー／オート／エコモード等）を考慮してモータ１２を駆動させる。なお、入力軸に作用するトルクおよび車速は、従来公知のセンサを用いて計測される。モータ１２の出力は、制御装置２０（後述の図４参照）によって制御される。

【0020】

以下、車輪（前輪３ａおよび後輪３ｂ）の構成について詳説する。前輪３ａは、一般的に、金属製のホイール３０ａと、ゴム製のタイヤ３１ａで構成される。ホイール３０ａは、リム３２、スポーク３３、およびハブ３４を含む。後輪３ｂは、前輪３ａと同様に、ホイール３０ｂおよびタイヤ３１ｂで構成されるが、後輪３ｂのハブにはスプロケットが取り付けられている点で、前輪３ａと異なる。なお、ハブには、内装変速機や後述のダイナモ、ドラムブレーキ等が内蔵されていてもよく、スプロケット、ブレーキディスク、車速センサ１５（後述の図４参照）等が取り付けられていてもよい。以下、前輪３ａを例に挙げて、車輪の構成を説明する。

【0021】

ホイール３０ａを構成するリム３２は、タイヤ３１ａが装着されるリング状の部品である。リム３２には、スポーク３３が挿し込まれる複数の孔が形成されている。スポーク３３は、リム３２とハブ３４を繋ぐ細い棒状の部品であって、一端がニップルを用いてリム３２に固定され、他端がハブ３４のフランジ４３（後述の図２参照）に固定される。ニップルは、スポーク３３をリム３２に固定するためのナットである。

【0022】

図２は、ハブ３４の断面図である。図２に例示するように、ハブ３４は、フロントフォーク２ｂに固定される車軸３５と、車軸３５を支持する軸受け３６と、軸受け３６を介して車軸３５に取り付けられる略円筒状のハブシェル３７とを有する。車軸３５の少なくとも軸方向両端部には、ネジが形成されている。車軸３５は、軸方向両端部がフロントフォーク２ｂの下端に形成された貫通孔に挿通され、当該両端部に締結されるナット３８によってフロントフォーク２ｂに固定される。ゆえに、車軸３５は、フロントフォーク２ｂに対して回転しない。

【0023】

軸受け３６としては、例えば、玉４０、コーン４１、およびハブシェル３７に設けられるカップ４２を含み、コーン４１とカップ４２の間で玉４０が回転するカップアンドコーン軸受けが用いられる。コーン４１は、玉４０をカップ４２に押し付ける玉押しであって、車軸３５にねじ込まれてロックリング３９で固定される。ロックリング３９は、フロントフォーク２ｂよりも内側において、車軸３５のネジが形成された部分に締結される。

【0024】

ハブシェル３７は、軸受け３６を介して車軸３５に取り付けられ、車軸３５に対して回転可能である。なお、ハブシェル３７の内径は車軸３５の直径より大きく、車軸３５とハブシェル３７の間には所定の隙間が存在する。ハブシェル３７の軸方向両端部には、径方向外側に張り出したフランジ４３が形成されている。フランジ４３には、周方向に沿って複数の貫通孔４４が形成され、スポーク３３（図１参照）の一端が固定される。

【0025】

前輪３ａの構成部品であるハブ３４は、前輪３ａにかかる荷重を検知するためのセンサ５０を備える。図２に示す例では、ハブ３４の車軸３５にセンサ５０が装着されている。車軸３５はフロントフォーク２ｂに連結されているため、ユーザーが自転車に乗車すると、その体重がフロントフォーク２ｂを介して車軸３５に伝達される。そして、ユーザーの体重は、車軸３５から軸受け３６およびハブシェル３７を介して、スポーク３３、リム３２、タイヤ３１ａ等に作用する。このため、車軸３５にかかる荷重から、他の構成部品にかかる荷重を解析することが可能である。

【0026】

センサ５０は、車軸３５に装着可能で、車軸３５にかかる荷重を検知できる装置であれば、その構造等は特に限定されない。センサ５０の一例としては、歪みセンサ、磁歪式センサ、圧電素子等が挙げられる。歪みセンサは、対象物の歪みを電気抵抗の変化を利用して検知する歪みゲージを含むセンサであって、例えば、接着剤を用いて車軸３５に貼着される。ユーザーが自転車に乗車すると、車軸３５にユーザーの体重がかかって車軸３５が歪むため、車軸３５に貼着された歪みゲージが伸縮してゲージの電気抵抗値が変化し、その変化量から車軸３５に作用する荷重を計測可能である。

【0027】

センサ５０の検知情報は、センサ５０に接続されるリード線５１を介して制御装置２０に送信される。図２に示す例では、リード線５１を通す貫通孔４６がコーン４１に形成され、リード線５１は貫通孔４６を通ってハブ３４の外部に引き出される。詳しくは後述するが、制御装置２０は、センサ５０の検知情報に基づいて、電動アシスト自転車１の動作を制御するように構成されている。なお、センサ５０の検知情報に基づいて、車軸３５に作用する荷重だけでなく、車軸３５を介してスポーク３３、リム３２等の前輪３ａの各構成部品、或いはフレーム２に作用する荷重を解析することも可能である。

【0028】

車軸３５は、センサ５０を収容する凹部４５を有することが好ましい。凹部４５は、例えば、センサ５０を凹部４５の底部に設置した状態で、センサ５０が車軸３５の外周面より径方向外側に突出しない深さで形成される。車軸３５とハブシェル３７の間には隙間が存在するが、凹部４５を設けることにより、センサ５０とハブシェル３７の接触をより確実に防止できる。凹部４５は、車軸３５の軸方向中央部から軸方向に沿って溝状に形成されてもよく、溝状の凹部４５に沿ってリード線５１が配策されていてもよい。車軸３５は、一般的に軸方向中央部で歪みが大きくなるので、車軸３５の軸方向中央部にセンサ５０を装着することが好ましい。

【0029】

センサ５０は、車軸３５のようにフレーム２に対して相対回転しない部品、例えばハブ３４のナット３８、ロックリング３９、軸受け３６のコーン４１等に装着されてもよい。車軸３５に締結されるナット３８等はユーザーの乗車によって歪むため、センサ５０を取り付けることでナット３８等に作用する荷重を検知できる。また、ユーザーの乗車により荷重がかかる部品であれば、スポーク３３、リム３２、ニップル、タイヤ３１ａのバルブなど、フレーム２に対して相対回転する部品にセンサ５０を取り付けることも可能である。この場合、センサ５０の検知情報は、無線通信により制御装置２０に送信される。

【0030】

図３は、ハブダイナモ６０の断面図である。自転車の車輪には、ハブ３４の代わりに、ハブダイナモ６０が設けられてもよい。ハブダイナモ６０は、一般的に前輪に適用されるが、後輪に適用されてもよい。図３に例示するように、ハブダイナモ６０は、ステータユニット６１およびロータユニット６２を有する。ステータユニット６１およびロータユニット６２は、例えば、前照灯に供給する電力を発電するためのダイナモ（発電機）であって、車輪の回転により発電するように構成されている。

【0031】

ハブダイナモ６０は、一般的にバッテリを有さない自転車に用いられるが、バッテリ１０を有する電動アシスト自転車１に用いられてもよい。なお、ハブダイナモには、電動アシスト自転車１の走行および押し歩きをアシストするモータ、減速機構等が内蔵されていてもよい。走行および押し歩きをアシストするためのモータユニットは、前輪または後輪に取り付けられていてもよい。

【0032】

ハブダイナモ６０は、一般的なハブ３４と同様に、フレームに固定される車軸６３と、車軸６３を支持する軸受け６４と、軸受け６４を介して車軸６３に取り付けられる略円筒状のハブシェル６５とを有する。車軸６３は、軸方向両端部がフレームの下端に形成された貫通孔に挿通され、当該両端部に締結されるナット６６によってフレームに固定される。軸受け６４には、例えば玉軸受けが用いられる。

【0033】

ハブシェル６５は、軸方向一端が開口した略円筒状の部品である。ハブシェル６５の軸方向一端部には円盤状のリッド６７が固定され、これによりダイナモが収容されたハブシェル６５の内部空間が閉じられる。ハブシェル６５は、軸方向両端部に径方向外側に張り出した、スポークの一端が固定されるフランジ７３を有する。

【0034】

ステータユニット６１は、車軸６３を囲むように配置されたコイル６８を有する。コイル６８に接続されたリード線６９は、車軸６３に形成された溝（図示せず）を通ってハブシェル６５の外部に引き出され、前照灯などに接続される。ステータユニット６１は、車軸６３を通す貫通孔を有し、車軸６３に締結されるナット７０によって、車軸６３の軸方向に移動しないように、また車軸６３に対して回転しないように固定されている。

【0035】

ロータユニット６２は、リング状のロータヨーク７１と、ロータヨーク７１の内周面に固定されたマグネット７２とを有し、ロータヨーク７１がハブシェル６５に固定されている。ゆえに、ロータユニット６２は、ハブシェル６５と共に、車軸６３に対して相対回転する。なお、マグネット７２の内周面は、所定の角度間隔で異極（Ｓ極とＮ極）に着磁されている。車輪が回転すると、車軸６３に固定されたステータユニット６１と、ハブシェル６５に固定されたロータユニット６２の間に相対回転が生じ、これによりコイル６８に交流電流が発生する。

【0036】

ハブダイナモ６０は、ハブ３４と同様に、車輪にかかる荷重を検知するためのセンサ５５を備える。センサ５５には、センサ５０と同様に、歪みセンサ、磁歪式センサ、圧電素子等を用いることができる。図３に示す例では、車軸６３の軸方向中央部に形成された凹部７５にセンサ５５が収容され、車軸６３にセンサ５５が装着されているが、センサ５５はフレーム２に対して相対回転しないステータユニット６１、ナット６６，７０等に装着されてもよい。

【0037】

センサ５５の検知信号は、例えば、リード線５６を介して制御装置２０に送信されるが、無線通信により制御装置２０に送信することも可能である。この場合、ロータユニット６２、ハブシェル６５など、フレーム２に対して相対回転する部品にセンサ５５を取り付けることも可能である。リード線５６は、車軸６３の軸方向に沿って溝状に形成された凹部７５内に収容され、コイル６８のリード線６９と共にハブシェル６５の外部に引き出されてもよい。

【0038】

図４は、電動アシスト自転車１の構成の一例を示すブロック図である。図４に例示するように、電動アシスト自転車１は、センサ５０が装着されたハブ３４を含む前輪３ａを備える。なお、電動アシスト自転車１には、センサ５０が装着されたハブ３４の代わりに、またはハブ３４と共に、センサ５５が装着されたハブダイナモ６０が用いられてもよい。電動アシスト自転車１は、上記の通り、バッテリ１０およびモータユニット１１を備える。モータユニット１１は、ペダル７の踏力をアシストする駆動ユニットであって、モータ１２、駆動回路１３、およびモータ１２の出力を制御する制御装置２０を含む。

【0039】

モータユニット１１は、上記のように、一対のクランク６を連結する入力軸に作用するトルク（踏力）および車速に基づいて、モータ１２の出力を制御する。また、モータユニット１１は、入力軸の回転数を用いてモータ１２の出力を制御してもよい。モータ１２は、バッテリ１０から供給される電力により駆動する電動機であればよいが、好適な一例は３相ブラシレスＤＣモータである。本実施形態では、制御装置２０の制御信号に基づいて駆動回路１３がスイッチング動作することでモータ１２に供給される電流量が変化し、これによりモータ１２の出力が制御される。

【0040】

電動アシスト自転車１は、例えば、上記入力軸（ペダル７）に作用する踏力負荷を検知するトルクセンサ１４と、車輪の回転数から車速を検知する車速センサ１５とを備える。また、電動アシスト自転車１は、入力軸（ペダル７）の回転数を検知する回転センサ１６を備えていてもよい。これらのセンサの検知情報は、制御装置２０に送信され、モータ１２の出力制御に使用される。

【0041】

電動アシスト自転車１は、ペダル７の踏力による人力駆動力に踏力の大きさに応じてモータ１２から出力される第１補助動力を加えて走行する第１モードと、モータ１２から第２補助動力を出力して押し歩く、または第２補助動力を出力して自走させる第２モードとを実行可能な電動アシスト機能を備える。かかる電動アシスト機能はいずれも、制御装置２０の制御により実行される。

【0042】

電動アシスト自転車１は、電動アシスト機能を作動させるための電源スイッチ１７を備える。制御装置２０は、電源スイッチ１７の操作信号を取得した場合に、ペダル７の踏力をアシストする第１モードを実行する。電源スイッチ１７は、例えば、１度押下するとＯＮとなり、再度押下するとＯＦＦになるスイッチである。また、電動アシスト自転車１は、第２モードを実行するための第２モードスイッチ１８を備える。第２モードスイッチ１８は、例えば、押下している間のみＯＮとなるスイッチであって、第２モードは第２モードスイッチ１８の押下時のみに実行される。

【0043】

電動アシスト自転車１には、電源スイッチ１７、第２モードスイッチ１８等を含むスイッチユニット（図示せず）が設けられていてもよい。スイッチユニットは、一般的に、ハンドル４に設けられる。スイッチユニットには、電源スイッチ１７、第２モードスイッチ１８の他に、前照灯９を点灯させるスイッチ、走行モード、アシスト力等を変更するためのスイッチ、またバッテリ残量等を表示するための表示部などが搭載されていてもよい。

【0044】

上記第２モードは、「押し歩きモード」および「自走モード」を含む。押し歩きモードは、電動アシスト自転車１をユーザーが押して歩くときに、モータ１２から補助動力を出力して押し歩きをアシストするモードである。押し歩きモードは、ユーザーが自転車に乗車していない状態で、第２モードスイッチ１８の押下時に実行される。他方、自走モードは、電動アシスト自転車１を人が支えた状態で、モータ１２から補助動力を出力して自転車を自走させるモードである。すなわち、自走モードは、ユーザーが自転車を前方に押す力を加えていない点で、押し歩きモードと異なる。

【0045】

なお、ハンドル４のグリップ等に設けられたセンサで前方に加わる力を検出し、その大きさによって、押し歩きモードと自走モードとを判別してもよい。或いは、押し歩きモードと自走モードとを判別することなく、第２モードとしてモータ１２から補助動力を出力してもよい。いずれの場合も、制御装置２０は、ユーザーが電動アシスト自転車１に乗車していない状態において、第２モードの実行を許可する。

【0046】

制御装置２０は、第１モードを実行する第１モード実行処理部２３と、第２モードを実行する第２モード実行処理部２４とを含む。また、制御装置２０は、前輪３ａの構成部品であるハブ３４に装着されたセンサ５０の検知情報に基づいて、電動アシスト自転車１の動作を制御するように構成されている。制御装置２０は、センサ５０の検知情報を用いた制御手段として、乗車判定処理部２５と、補助動力変更処理部２６とを含む。

【0047】

制御装置２０は、プロセッサ２１、メモリ２２、および入出力インターフェイス等を備えるマイコンで構成される。プロセッサ２１は、例えばＣＰＵまたはＧＰＵで構成され、電動アシスト自転車１の制御プログラムを読み出して実行することにより上記各処理部の機能を実現する。メモリ２２は、上記制御プログラム、センサ５０の検知情報等を記憶する、ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等の不揮発性メモリと、ＲＡＭ等の揮発性メモリとを含む。

【0048】

第１モード実行処理部２３は、例えば、電源スイッチ１７がＯＮである場合に、トルクセンサ１４、車速センサ１５、および回転センサ１６から検出値を取得し、当該各検出値に基づいてペダル７の踏力をアシストする第１補助動力を出力させる。第１モード実行処理部２３は、ペダル７にかかる踏力負荷、自転車の車速、ペダル７の回転数等に基づき、駆動回路１３を介してモータ１２の出力を制御し、第１補助動力を調整する。

【0049】

第２モード実行処理部２４は、第２モードスイッチ１８がＯＮである場合に、モータ１２を駆動させて押し歩きをアシストする第２補助動力を出力させる。第２モード実行処理部２４は、例えば、車速が予め定められた所定の上限値を超えないように、駆動回路１３を介してモータ１２の出力を制御し、第２補助動力を調整する。また、第２モード実行処理部２４は、ユーザーが自転車に乗車していない状態にのみ、第２モードを実行する。ユーザーの乗車判定は、サドル５の着座センサ等を用いる方法、サドル５やペダル７を乗車できない状態にできる自転車において、その状態を検知する方法など、従来公知の方法でも実行可能であるが、本実施形態では、センサ５０の検知情報に基づいて実行される。

【0050】

制御装置２０は、前輪３ａに装着されたセンサ５０の検知情報に基づいて、ユーザーの乗車の有無を判定するように構成されている。また、制御装置２０は、非乗車状態と判断した場合に、第２補助動力の出力を許可するか、または乗車状態と判断した場合に、第２補助動力の出力を禁止するように構成されている。センサ５０の検出値を用いることで、ユーザーの乗車の有無を容易に判定でき、ユーザーがサドル５を上げる、ペダル７を畳むといった特別な操作をすることなく、第２モードにスムーズに移行できる。

【0051】

本実施形態では、乗車判定処理部２５の機能により、センサ５０の検知情報に基づいてユーザーの乗車判定が実行される。そして、乗車判定処理部２５は、例えば、非乗車状態と判断した場合に、第２補助動力の出力を許可する許可指令を生成するか、または乗車状態と判断した場合に、第２補助動力の出力を禁止する禁止指令を生成する。なお、許可指令および禁止指令の両方を出力してもよい。第２モード実行処理部２４は、許可指令が出力されたことを条件として第２モードを実行する。或いは、禁止指令が出力されていないことを条件として第２モードを実行する。乗車判定処理部２５は、非乗車状態と判断した場合に、第１補助動力の出力を禁止してもよい。この機能は、第２補助動力の出力機能を有さない電動アシスト自転車にも適用できる。

【0052】

乗車判定処理部２５は、例えば、センサ５０の検出値を取得し、当該検出値と所定の閾値とを比較して、ユーザーの乗車判定を行う。乗車判定処理部２５は、センサ５０の検出値が閾値を超える場合に乗車状態と判定してもよく、センサ５０の検出値が閾値以下である場合に非乗車状態と判定してもよい。そして、乗車判定処理部２５は、判定結果に基づいて許可指令および禁止指令の少なくとも一方を出力する。閾値は、例えば実験、シミュレーション等により予め求められ、メモリ２２に記憶されている。

【0053】

メモリ２２には、非乗車時におけるセンサ５０の検出値（Ｄｂ）と、所定の閾値（Ｔ）とが記憶されていてもよい。閾値（Ｔ）は、例えば、ユーザーの乗車時におけるセンサ５０の検出値（Ｄａ）を考慮し、検出値（Ｄａ）と（Ｄｂ）との差（ΔＤ＝Ｄａ－Ｄｂ）から決定される。この場合、乗車判定処理部２５は、センサ５０の検出値を取得し、当該検出値から非乗車時における検出値（Ｄｂ）を引いた値と、閾値（Ｔ）とを比較して、ユーザーの乗車判定を行う。

【0054】

閾値（Ｔ）を決定する際の検出値（Ｄａ）は、想定ユーザーの最低体重（例えば、４０ｋｇ）に基づいて実験等により決定されてもよい。或いは、販売店等において、実際にユーザーが乗車して検出値（Ｄａ）を取得することにより、閾値（Ｔ）が設定されてもよく、または予め設定された初期の閾値（Ｔ）が変更されてもよい。すなわち、閾値（Ｔ）は、ユーザーにより設定またはカスタマイズが可能であってもよい。

【0055】

制御装置２０は、自転車の走行時において、センサ５０が特定の荷重を検出し続けている場合、当該特定の荷重をユーザーの体重として記憶するように構成されていてもよい。制御装置２０は、例えばセンサ５０により、メモリ２２に記憶された体重と同等の荷重減少が検知された場合に非乗車状態と判断し、メモリ２２に記憶された体重と同等の荷重増加が検知された場合に乗車状態と判断する。制御装置２０は、メモリ２２に記憶された体重を特定距離毎または特定時間毎に更新してもよい。また、複数のユーザーの体重を記憶するように構成されていてもよい。制御装置２０は、例えば、所定の入力装置からユーザーの変更登録がなされた場合に自動で体重を記憶してもよく、トルクセンサ１４や車速センサ１６の数値から、ユーザーを識別し、ユーザー毎に体重を検知して記憶してもよい。

【0056】

制御装置２０は、センサ５０の検知情報に基づいて、第１補助動力および第２補助動力の少なくとも一方を決定または変更するように構成されていてもよい。本実施形態では、補助動力変更処理部２６の機能により、第１補助動力および第２補助動力の少なくとも一方を変更する制御指令が出力される。例えば、ユーザーの体重が重い場合や、積み荷の重量が重い場合は、センサ５０により検知される荷重が大きくなる。このとき、センサ５０の検出値に応じて補助動力を増加させることにより、より適切な走行アシスト、押し歩きアシストを実現できる。

【0057】

補助動力変更処理部２６は、例えば、センサ５０の検出値と所定の閾値とを比較して、第１補助動力および第２補助動力の少なくとも一方を変更する。補助動力変更処理部２６は、センサ５０の検出値が閾値を超える場合に補助動力を増加させてもよく、センサ５０の検出値が閾値以下である場合に補助動力を減少させてもよい。補助動力変更処理部２６は、補助動力を変更するための変更指令を出力し、第１モード実行処理部２３および第２モード実行処理部２４の少なくとも一方が、当該変更指令に基づいて補助動力を増減する。

【0058】

制御装置２０は、センサ５０の検出値と、第１補助動力および第２補助動力の少なくとも一方とを予め対応付けた計算式、テーブル等を用いて、第１補助動力および第２補助動力の少なくとも一方を決定または変更してもよい。制御装置２０は、例えばトルクセンサ１４、車速センサ１５、回転センサ１６等の検出値に加え、更にセンサ５０の検出値に基づいて、第１補助動力を決定してもよく、決定された第１補助動力を変更してもよい。

【0059】

図５は、図４に例示する構成を備えた電動アシスト自転車１において、モータ１２から第２補助動力を出力して押し歩く、または第２補助動力を出力して自走させる第２モードの制御手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、特に押し歩きモードを例に挙げて説明する。

【0060】

図５に例示するように、第２モードの実行に際して、まずユーザーの乗車判定を行う（Ｓ１０，Ｓ１１）。第２モードは、ユーザーが自転車に乗車していない非乗車時にのみ、ユーザーによる第２モードスイッチ１８の操作に基づいて実行される。すなわち、Ｓ１０，Ｓ１１の乗車判定は、第２モード実行の前提条件を確認する手順である。本実施形態では、前輪３ａの構成部品に装着されたセンサ５０の検知情報を取得し、当該検知情報に基づいて乗車判定を行う。そして、非乗車状態と判断された場合に第２モードの実行が許可され（Ｓ１２）、非乗車状態ではない（乗車状態）と判断された場合に第２モードの実行が禁止される（Ｓ１３）。

【0061】

Ｓ１０～Ｓ１３は、乗車判定処理部２５の機能により実行される。乗車判定処理部２５は、上述のように、例えばセンサ５０の検出値を取得し、当該検出値から予め記憶された非乗車時における検出値（Ｄｂ）を引いた値と、所定の閾値（Ｔ）とを比較して、ユーザーの乗車判定を行う。この場合、例えばセンサ５０の検出値と、非乗車時の検出値（Ｄｂ）との差（ΔＤ）が閾値（Ｔ）以下であれば、非乗車状態と判定する（Ｓ１１のＹｅｓ）。そして、乗車判定処理部２５は、この判定結果に基づいて許可指令を出力する（Ｓ１２）。

【0062】

次に、ユーザーによる第２モードスイッチ１８の操作に基づいて、モータ１２から第２補助動力を出力させ、押し歩きをアシストする第２モードを実行する（Ｓ１４，Ｓ１５）。Ｓ１４，Ｓ１５は、第２モード実行処理部２４の機能により実行される。第２モードスイッチ１８は、例えば、押下されている間だけＯＮとなり、操作信号が出力される。第２モード実行処理部２４は、第２モードスイッチ１８の操作信号を取得し、当該操作信号に基づいてモータ１２を駆動させる。なお、第２補助動力は、センサ５０の検知情報に基づいて決定または変更されてもよい。

【0063】

図６は、電動アシスト自転車１の構成の他の一例を示すブロック図である。図６に例示する構成は、前輪３ａの構成部品に装着されたセンサ５０の検知情報を用いて、電動アシスト自転車１の動作を制御する点で、図４に例示する構成と共通する。一方、図６に例示する制御装置２０ｘは、アシストモード実行処理部２７、状態推定処理部２８、および報知処理部２９を含む点で、図４に例示する制御装置２０と異なる。以下では、上述の実施形態と共通する構成については、同じ符号を用いて重複する説明を省略する。

【0064】

アシストモード実行処理部２７は、少なくともペダル７の踏力をアシストする上記第１モードを実行する。アシストモード実行処理部２７は、第１モード実行処理部２３と同様に、トルクセンサ１４、車速センサ１５、および回転センサ１６から検出値を取得し、当該各検出値に基づいて第１補助動力を出力させる。なお、アシストモード実行処理部２７は、押し歩きをアシストする上記第２モードを実行する機能を有していてもよい。

【0065】

制御装置２０ｘは、センサ５０の検知情報を記憶してデータを蓄積し、当該データに基づいて自転車の状態を推定するように構成されている。また、制御装置２０ｘは、当該推定結果に関する情報を表示部１９に表示させるように構成されている。図６に示す例では、状態推定処理部２８および報知処理部２９によって当該機能が実行される。表示部１９としては、推定結果に関連する情報を表示できる装置であればよく、例えばランプ、モニター等が挙げられる。表示部１９の一例は、電源スイッチ１７と共に、スイッチユニットに設けられる液晶モニターである。

【0066】

状態推定処理部２８は、例えば、センサ５０により検知されるハブ３４に作用する荷重に関するデータを蓄積して、当該荷重の積算値を算出する。ハブ３４に作用する荷重の積算値の一例は、荷重の大きさと荷重が作用する時間の積の和である。なお、状態推定処理部２８は、所定値を超える荷重が作用した頻度を積算してもよい。状態推定処理部２８は、例えば、ハブ３４に作用する荷重の積算値と所定の閾値とを比較して、ハブ３４の状態を推定する。閾値は、例えばハブ３４の耐久試験等の実験、シミュレーションなどにより予め求められ、メモリ２２に記憶されている。

【0067】

状態推定処理部２８は、センサ５０の検出値、またはハブ３４に作用する荷重の積算値から、ハブ３４以外の前輪３ａの構成部品、或いは前輪３ａ以外の自転車の構成部品に作用する荷重を解析し、ハブ３４以外の部品の状態を推定することも可能である。ハブ３４等の部品に作用する荷重の積算値は、部品の劣化の程度、残存耐用年数等を示す指標となる。このため、状態推定処理部２８による推定結果から、部品の交換時期、メンテナンス時期等を予測することが可能である。

【0068】

状態推定処理部２８は、例えば、ハブ３４等の部品に作用する荷重の積算値が閾値を超える場合、部品が交換すべき水準まで劣化していると推定する。また、状態推定処理部２８は、複数の閾値を用いて、部品に作用する荷重の積算値から部品の劣化の程度を推定してもよい。

【0069】

報知処理部２９は、状態推定処理部２８の推定結果に関する情報を表示部１９に表示させる。報知処理部２９は、例えば、ハブ３４等の部品が交換すべき水準まで劣化していると推定された場合に、部品の交換、メンテナンス等を促す警告表示を出力してもよい。また、状態推定処理部２８により部品の劣化の程度が推定された場合、報知処理部２９は、当該劣化の程度を示す表示を出力してもよい。報知処理部２９の機能により、表示部１９には、「前輪ハブ要交換」等の表示がなされる。

【0070】

図７は、図６に例示する構成を備えた電動アシスト自転車１において、センサ５０の検知情報に基づいて自転車の状態を推定する手順の一例を示すフローチャートである。

【0071】

図７に例示するように、センサ５０の検知情報に基づいて自転車の状態を推定するためには、まずセンサ５０の検知情報を取得してメモリ２２に記憶し、データを蓄積する必要がある（Ｓ２０，Ｓ２１）。上述のように、センサ５０の検出値から、ハブ３４だけでなく、リム３２、スポーク３３、フレーム２など、ハブ３４以外の部品に作用する荷重も解析可能である。そして、ハブ３４等の部品に作用する荷重の積算値を算出し、耐久性試験等により予め定められた閾値と比較して、部品の状態を推定する（Ｓ２２）。

【0072】

Ｓ２０～Ｓ２２は、状態推定処理部２８の機能により実行される。状態推定処理部２８は、例えば、ハブ３４等の部品に作用する荷重の積算値が閾値を超える場合に、部品が交換すべき水準まで劣化していると推定する（Ｓ２２のＹｅｓ）。そして、この推定結果に基づき、部品の交換を促す警告表示を表示部１９に出力する（Ｓ２３）。この手順は、報知処理部２９の機能により実行される。一方、Ｓ２２において荷重の積算値が閾値以下である場合は、Ｓ２０，Ｓ２１の手順を継続し、ハブ３４等の部品に作用する荷重に関するデータを蓄積する。

【0073】

図８は、実施形態の一例である自転車管理システム８０の構成を示す図である。自転車管理システム８０は、センサ５０が装着された前輪３ａを備える電動アシスト自転車１を管理するためのシステムである。自転車管理システム８０は、複数の電動アシスト自転車１の状態を管理でき、例えば、シェアサイクルシステムに好適である。なお、自転車管理システム８０の構成は、電動アシスト機能を有さない自転車にも適用できる。

【0074】

図８に例示するように、自転車管理システム８０は、複数の電動アシスト自転車１のセンサ５０の検知情報を取得してデータを蓄積し、当該データに基づいて電動アシスト自転車１の状態を推定するように構成された監視装置として、サーバ８１を備える。また、自転車管理システム８０は、サーバ８１により推定された自転車の状態を表示するための表示装置を備える。図８に示す例では、表示装置として各電動アシスト自転車１の表示部１９を例示するが、表示装置は、シェアサイクルシステムのスタンドに設置されるモニターや、複数の自転車を集中管理する施設に設置されるモニター等であってもよい。

【0075】

サーバ８１は、インターネット等の広域通信網を介して、複数の電動アシスト自転車１、或いはシェアサイクルシステムのスタンドと通信可能な装置である。サーバ８１は、例えばプロセッサ、メモリ、入出力インターフェイス等を備えるコンピュータで構成され、クラウドサーバであってもよい。サーバ８１は、検知情報取得処理部８２、状態推定処理部８３、および報知処理部８４を含み、これらの機能により、電動アシスト自転車１に装着されたセンサ５０の検知情報に基づいて自転車の状態を推定し、推定結果に関する情報を表示部１９等の所定の表示装置に表示させる。

【0076】

検知情報取得処理部８２は、複数の電動アシスト自転車１からセンサ５０の検知情報をそれぞれ取得し、各自転車の識別情報と共に、検知情報を記憶してデータを蓄積する。検知情報取得処理部８２は、複数の電動アシスト自転車１から無線通信により直接、或いはシェアサイクルシステムのスタンドのような、各自転車が電気的に接続される駐輪スタンドを介して、センサ５０の検知情報を取得する。

【0077】

検知情報取得処理部８２によるセンサ５０の検知情報の取得は、１日に１回、１週間に１回など、所定期間毎に実行されてもよく、電動アシスト自転車１が駐輪スタンドに接続される度に実行されてもよい。電動アシスト自転車１にはメモリ２２が搭載されているので、センサ５０の検知情報は一旦メモリ２２に記憶される。そして、検知情報取得処理部８２は、メモリ２２に記憶された検知情報をサーバ８１のメモリに記憶して自転車毎にデータを蓄積する。

【0078】

状態推定処理部８３は、図６に例示する状態推定処理部２８と同様に、ハブ３４等の自転車の部品に作用する荷重を積算し、当該積算値と所定の閾値とを比較して、ハブ３４等の部品の状態を推定する。状態推定処理部８３は、電動アシスト自転車１の各々について、荷重の積算値を算出して閾値と比較する。状態推定処理部８３は、例えば、ハブ３４等の部品に作用する荷重の積算値が閾値を超える場合、部品が交換すべき水準まで劣化していると推定する。また、状態推定処理部８３は、複数の閾値を用いて、部品に作用する荷重の積算値から部品の劣化の程度を推定してもよい。

【0079】

報知処理部８４は、図６に例示する報知処理部２９と同様に、状態推定処理部８３の推定結果に関する情報を表示部１９等の所定の表示装置に表示させる。報知処理部８４は、推定結果に関する情報を対応しる電動アシスト自転車１の表示部１９に出力させる。報知処理部８４は、例えば、ハブ３４等の部品が交換すべき水準まで劣化していると推定された場合に、部品の交換、メンテナンス等を促す警告表示を出力する。

【0080】

以上のように、電動アシスト自転車１は、センサ５０が装着された前輪３ａを備えることにより、センサ５０の検知情報を用いて、押し歩き等の第２モードに移行する際の乗車判定を簡便かつ正確に行うことができる。また、センサ５０の検知情報を記憶してデータを蓄積することで、自転車の状態を推定することが可能となり、部品の交換時期、メンテナンス時期等を適切なタイミングでユーザーに知らせることができる。

【0081】

なお、上述の実施形態は、本開示の目的を損なわない範囲で適宜設計変更できる。例えば、センサ５０は前輪および後輪の両方に装着されていてもよく、両輪のセンサ５０を用いて上述の乗車判定、状態推定等の制御を実行してもよい。また、図４に例示する制御装置２０は、更に状態推定処理部２８および報知処理部２９の機能を有していてもよい。

【符号の説明】

【0082】

１ 電動アシスト自転車、２ フレーム、２ａ ヘッドパイプ、２ｂ フロントフォーク、２ｃ ダウンパイプ、２ｄ シートパイプ、２ｅ チェーンステー、２ｆ シートステー、３ａ 前輪、３ｂ 後輪、４ ハンドル、５ サドル、６ クランク、７ ペダル、８ チェーン、９ 前照灯、１０ バッテリ、１１ モータユニット、１２ モータ、１３ 駆動回路、１４ トルクセンサ、１５ 車速センサ、１６ 回転センサ、１７ 電源スイッチ、１８ 第２モードスイッチ、１９ 表示部、２０ 制御装置、２１ プロセッサ、２２ メモリ、２３ 第１モード実行処理部、２４ 第２モード実行処理部、２５ 乗車判定処理部、２６ 補助動力変更処理部、２７ アシストモード実行処理部、２８，８３ 状態推定処理部、２９，８４ 報知処理部、３０ａ，３０ｂ ホイール、３１ａ，３１ｂ タイヤ、３２ リム、３３ スポーク、３４ ハブ、３５，６３ 車軸、３６，６４ 軸受け、３７，６５ ハブシェル、３８，６６，７０ ナット、３９ ロックリング、４０ 玉、４１ コーン、４２ カップ、４３，７３ フランジ、４４ 貫通孔、４５，７５ 凹部、５０，５５ センサ、５１，５６，６９ リード線、６０ ハブダイナモ、６１ ステータユニット、６２ ロータユニット、６７ リッド、６８ コイル、７１ ロータヨーク、７２ マグネット、８０ 自転車管理システム、８１ サーバ、８２ 検知情報取得処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】