(57)【要約】【課題】電動自転車の速度を精度よく検出する。【解決手段】自転車用制御装置１は、スピード検出装置５と回転検出装置６と共に用いられる。スピード検出装置５は、電動自転車の車輪の回転状態を検出する。回転検出装置６は、電動自転車の車輪を動かすための動力機構の回転状態を検出する。回転数検出部１１は、回転検出装置６の検出結果を用いて上記動力機構の回転数を算出する。回転角度検出部１２は、回転検出装置６の検出結果を用いて、車輪が所定の回転角度だけ回転するときの上記動力機構の回転角度を算出する。変速位置推定部１３は、車輪の回転状態がスピード検出装置５で検出されると、上記回転角度を用いて、電動自転車の変速機の変速位置を推定する。速度算出部１４は、上記回転数と上記変速位置とを用いて、電動自転車の速度を算出する。【選択図】図１
2020117057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動自転車の車輪の回転状態を検出するスピード検出装置と、前記スピード検出装置の検出間隔よりも短い間隔で、前記電動自転車の車輪を動かすための動力機構の回転状態を検出する回転検出装置と共に用いられる自転車用制御装置であって、
前記回転検出装置の検出結果を用いて前記動力機構の回転数を算出する回転数検出部と、
前記回転検出装置の前記検出結果を用いて、前記車輪が所定の回転角度だけ回転するときの前記動力機構の回転角度を算出する回転角度検出部と、
前記車輪の回転状態が前記スピード検出装置で検出されると、前記回転角度検出部で算出された前記回転角度を用いて、前記電動自転車の変速機の変速位置を推定する変速位置推定部と、
前記回転数検出部で算出された前記回転数と、前記変速位置推定部で推定された前記変速位置とを用いて、前記電動自転車の速度を算出する速度算出部と、を備える、
自転車用制御装置。
【請求項２】
前記動力機構は、モータであり、
前記回転角度検出部は、前記回転検出装置の前記検出結果を用いて、前記動力機構の回転角度として、前記車輪が前記所定の回転角度であるときの前記モータの回転角度を算出する、
請求項１に記載の自転車用制御装置。
【請求項３】
前記速度算出部で算出された前記速度に対応付けられた回転速度を算出し、算出された前記回転速度で前記モータが回転するように、前記モータに駆動制御信号を出力して、前記モータを制御する駆動制御部を更に備える、
請求項１又は２に記載の自転車用制御装置。
【請求項４】
前記変速位置推定部は、少なくとも前記電動自転車の速度が時速６ｋｍ以下である場合に、前記変速位置を推定する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の自転車用制御装置と、
前記電動自転車の前記車輪に回転動力を与えるモータと、を備える、
モータユニット。
【請求項６】
請求項５に記載のモータユニットと、
前記モータユニットに電力を供給するバッテリと、を備える、
ドライブユニット。
【請求項７】
請求項５に記載のモータユニットと、
前記モータユニットが取り付けられているフレームと、
前記フレームに取り付けられており、前記モータユニットから出力された動力により回転する前記車輪と、を備える、
電動自転車。
【請求項８】
電動自転車の車輪の回転状態を検出するスピード検出装置と、前記スピード検出装置の検出間隔よりも短い間隔で、前記電動自転車の車輪を動かすための動力機構の回転状態を検出する回転検出装置と共に用いられるコンピュータを、
前記回転検出装置の検出結果を用いて前記動力機構の回転数を算出する回転数検出部、
前記回転検出装置の前記検出結果を用いて、前記車輪が所定の回転角度だけ回転するときの前記動力機構の回転角度を算出する回転角度検出部、
前記車輪の回転状態が前記スピード検出装置で検出されると、前記回転角度検出部で算出された前記回転角度を用いて、前記電動自転車の変速機の変速位置を推定する変速位置推定部、及び、
前記回転数検出部で算出された前記回転数と、前記変速位置推定部で推定された前記変速位置とを用いて、前記電動自転車の速度を算出する速度算出部、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に自転車用制御装置、モータユニット、ドライブユニット、電動自転車、及びプログラムに関する。本発明は、より詳細には、スピード検出装置と回転検出装置と共に用いられる自転車用制御装置、この自転車用制御装置を備えるモータユニット、このモータユニットを備えるドライブユニット、自転車用制御装置を備える電動自転車、及び、スピード検出装置と回転検出装置と共に用いられるコンピュータのためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動自転車の速度を検出する自転車用制御装置として、以下の第１例の自転車用制御装置及び第２例の自転車用制御装置が知られている。
【０００３】
第１例の自転車用制御装置は、スピード検出装置の検出結果を用いて電動自転車の速度を検出する自転車用制御装置である。スピード検出装置は、電動自転車の車輪の回転状態を検出する。
【０００４】
第２例の自転車用制御装置は、電動自転車の速度を推定する自転車用制御装置である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された自転車用制御装置は、車速センサの検出結果が所定速度以下である場合、及び、車速センサに異常が発生している場合、モータの回転速度と、変速機の最高速の変速段又は最も高い変速比と、車輪の周長とによって、自転車の速度を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−７９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第１例の自転車用制御装置では、スピード検出装置の検出結果を用いて電動自転車の速度を検出するため、車輪が１回転するごとに電動自転車の速度を更新することになる。このため、自転車が低速である場合、十分な精度で電動自転車の速度の検出及び動力機構の制御を行うことが難しかった。
【０００７】
第２例の自転車用制御装置では、利用者が変速を行った際に回転比が変わる。このため、電動自転車の変速機の変速位置を特定するためのセンサが必要である、あるいは、変速機の最高速の変速段（最高速度）に限定されるので、変速を落とした際に十分な補助動力を得ることが難しかった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされた発明であり、本発明の目的は、電動自転車の速度を精度よく検出することができる自転車用制御装置、モータユニット、ドライブユニット、電動自転車、及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る自転車用制御装置は、スピード検出装置と回転検出装置と共に用いられる自転車用制御装置である。前記スピード検出装置は、電動自転車の車輪の回転状態を検出する。前記回転検出装置は、前記スピード検出装置の検出間隔よりも短い間隔で、前記電動自転車の車輪を動かすための動力機構の回転状態を検出する。前記自転車用制御装置は、回転数検出部と、回転角度検出部と、変速位置推定部と、速度算出部とを備える。前記回転数検出部は、前記回転検出装置の検出結果を用いて前記動力機構の回転数を算出する。前記回転角度検出部は、前記回転検出装置の前記検出結果を用いて、前記車輪が所定の回転角度だけ回転するときの前記動力機構の回転角度を算出する。前記変速位置推定部は、前記車輪の回転状態が前記スピード検出装置で検出されると、前記回転角度検出部で算出された前記回転角度を用いて、前記電動自転車の変速機の変速位置を推定する。前記速度算出部は、前記回転数検出部で算出された前記回転数と、前記変速位置推定部で推定された前記変速位置とを用いて、前記電動自転車の速度を算出する。
【００１０】
本発明の一態様に係るモータユニットは、前記自転車用制御装置と、モータとを備える。前記モータは、前記電動自転車の前記車輪に回転動力を与える。
【００１１】
本発明の一態様に係るドライブユニットは、前記モータユニットと、バッテリとを備える。前記バッテリは、前記モータユニットに電力を供給する。
【００１２】
本発明の一態様に係る電動自転車は、前記モータユニットと、フレームと、前記車輪とを備える。前記フレームには、前記モータユニットが取り付けられている。前記車輪は、前記フレームに取り付けられており、前記モータユニットから出力された動力により回転する。
【００１３】
本発明の一態様に係るプログラムは、スピード検出装置と回転検出装置と共に用いられるコンピュータを、回転数検出部、回転角度検出部、変速位置推定部、及び、速度算出部として機能させるためのプログラムである。前記スピード検出装置は、電動自転車の車輪の回転状態を検出する。前記回転検出装置は、前記スピード検出装置の検出間隔よりも短い間隔で、前記電動自転車の車輪を動かすための動力機構の回転状態を検出する。前記回転数検出部は、前記回転検出装置の検出結果を用いて前記動力機構の回転数を算出する。前記回転角度検出部は、前記回転検出装置の前記検出結果を用いて、前記車輪が所定の回転角度だけ回転するときの前記動力機構の回転角度を算出する。前記変速位置推定部は、前記車輪の回転状態が前記スピード検出装置で検出されると、前記回転角度検出部で算出された前記回転角度を用いて、前記電動自転車の変速機の変速位置を推定する。前記速度算出部は、前記回転数検出部で算出された前記回転数と、前記変速位置推定部で推定された前記変速位置とを用いて、前記電動自転車の速度を算出する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の上記態様に係る自転車用制御装置、モータユニット、ドライブユニット、電動自転車、及びプログラムによれば、電動自転車の速度を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態に係る自転車用制御装置のブロック図である。
【図２】図２は、同上の自転車用制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、実施形態に係る電動自転車の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施形態に係る自転車用制御装置１、電動自転車２、モータユニット３、及びドライブユニット４について、図面を参照して説明する。下記の実施形態等において参照する図３は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
【００１７】
また、以下では、特に断りのない限り、走行面１００は水平面であるとして説明する。ただし、実際は、走行面１００は水平面である必要はなく、水平面に対して傾斜していてもよいし、凹凸のある面であってもよい。
【００１８】
さらに、以下では、電動自転車２が進む方向を「前方向」とし、前方向の反対方向を「後方向」とし、前方向及び後方向を併せて「前後方向」として定義する。また、前後方向に直交し、かつ水平面に沿う互いに反対向きの２方向を「左右方向」として定義する。ただし、これらの方向の定義は、自転車用制御装置１、モータユニット３、ドライブユニット４、及び電動自転車２の使用態様を限定する趣旨ではない。また、図面中の各方向を示す矢印は、説明のために表記しているにすぎず、実体を伴わない。
【００１９】
（実施形態）
（１）自転車用制御装置の全体構成
本実施形態に係る自転車用制御装置１の全体構成について、図１を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態に係る自転車用制御装置１は、図１に示すように、回転数検出部１１と、回転角度検出部１２と、変速位置推定部１３と、速度算出部１４と、駆動制御部１５と、記憶部１６とを備える。
【００２１】
自転車用制御装置１は、例えばプロセッサ及びメモリを有するマイクロプロセッサで構成されている。プロセッサは、メモリに記憶されているプログラムを実行することによって、回転数検出部１１、回転角度検出部１２、変速位置推定部１３、速度算出部１４、及び駆動制御部１５として機能する。言い換えると、上記プログラムは、スピード検出装置５及び回転検出装置６と共に用いられるコンピュータを、回転数検出部１１、回転角度検出部１２、変速位置推定部１３、速度算出部１４、及び駆動制御部１５として機能させるためのプログラムである。
【００２２】
自転車用制御装置１は、例えば、電動自転車２に用いられる。特に、自転車用制御装置１は、後述のスピード検出装置５及び回転検出装置６と共に用いられる。
【００２３】
（２）電動自転車
電動自転車２は、図３に示すように、電気的な動力によって、走行面１００を走行可能な自転車である。本実施形態では、電動自転車２は、使用者の踏む力（踏力）をモータ８によって補助する電動アシスト自転車である。
【００２４】
電動自転車２は、図３に示すように、モータユニット３と、フレーム７とを備える。さらに、電動自転車２は、複数（図示例では２つ）の車輪２１と、フロントフォーク２２と、ハンドル２３と、サドル２４と、一対のクランクアーム２５と、一対のペダル２６と、動力伝達体２７と、バッテリ４１とを備える。モータユニット３とバッテリ４１とでドライブユニット４を構成する。
【００２５】
（２．１）車輪
複数の車輪２１は、フレーム７を走行面１００の上に支える部材である。本実施形態に係る電動自転車２は、複数の車輪２１として、前輪２８と、後輪２９とを備える。前輪２８は、中心にハブ２８１を有し、後輪２９は、中心にハブ２９１を有する。
【００２６】
前輪２８は、前後方向に並ぶ二つの車輪２１のうちの前側の車輪である。前輪２８は、本実施形態では、レッグ２２１によって、左右方向に沿った軸回りに回転し得るように支持される。前輪２８は、本実施形態では、モータユニット３から動力の伝達を受けない車輪である。
【００２７】
後輪２９は、前後方向に並ぶ二つの車輪２１のうちの後側の車輪である。後輪２９は、本実施形態では、二つのチェーンステー７７によって、左右方向に沿った軸回りに回転可能に支持される。
【００２８】
後輪２９は、ハブ２９１と同心状で、かつハブ２９１に対して一体的に取り付けられたリアスプロケット２９２を備える。リアスプロケット２９２は、モータユニット３の駆動スプロケット３２に対し、動力伝達体２７を介して連結されている。これにより、モータユニット３から出力された動力は、後輪２９に伝達される。
【００２９】
（２．２）フロントフォーク
フロントフォーク２２は、前輪２８を支える。フロントフォーク２２は、一対のレッグ２２１と、クラウン２２２と、ステアリングコラム２２３とを備える。クラウン２２２は、一対のレッグ２２１の上端をつなぐ。ステアリングコラム２２３は、クラウン２２２から突出する。一対のレッグ２２１には、ハブ２８１に通されたシャフトを介して、前輪２８が回転可能に取り付けられている。前輪２８の回転軸は、走行面１００に対して平行である。ステアリングコラム２２３の突出方向（長手方向）は、クラウン２２２から、上方向に行くに従って後方向に行くように延びており、走行面１００に対して傾いている。
【００３０】
（２．３）ハンドル
ハンドル２３は、ステアリングコラム２２３の上端に取り付けられており、フロントフォーク２２に対して固定されている。ステアリングコラム２２３は、後述のフレーム７のヘッドパイプ７１に通されており、フレーム７に回転可能に取り付けられている。ステアリングコラム２２３の回転軸は、ステアリングコラム２２３の長手方向に略平行である。したがって、ハンドル２３は、ステアリングコラム２２３の長手方向に沿う軸を回転軸として、前輪２８を回転させることができる。
【００３１】
（２．４）フレーム
フレーム７は、複数の車輪２１、フロントフォーク２２、ハンドル２３、サドル２４、バッテリ４１及びモータユニット３が取り付けられる骨組みである。フレーム７の材料は、例えば、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金である。ただし、フレーム７の材料は、アルミニウム合金に限らず、例えば、鉄、クロムモリブデン鋼、ハイテンスチール、チタン、又はマグネシウムであってもよい。また、フレーム７の材料は、金属に限らず、例えば、カーボン、木材、竹、又は繊維強化合成樹脂（例えば、ＣＦＲＰ；Carbon Fiber Reinforced Plastics）であってもよい。
【００３２】
本実施形態のフレーム７は、ヘッドパイプ７１と、上パイプ７２と、補強パイプ７３と、下パイプ７４と、立パイプ７５と、複数（図３では一つのみ図示）のシートステー７６と、複数（ここでは二つ）のチェーンステー７７と、ブラケット７８とを備える。本開示でいう「パイプ」とは、細長くて中空な部材を意味する。本開示のパイプの断面形状は、例えば、円形状（正円、長円及び楕円を含む）、長方形状（正方形を含む）、六角形状、又は八角形状であってもよい。
【００３３】
（２．４．１）ヘッドパイプ
ヘッドパイプ７１は、フロントフォーク２２を支えるパイプである。ヘッドパイプ７１の中心軸は、上方向に行くに従って後方向に行くように、走行面１００に対して傾いている。ヘッドパイプ７１には、ヘッドパイプ７１の中心軸とステアリングコラム２２３の中心軸とが沿うように、ステアリングコラム２２３が通されている。これによって、ヘッドパイプ７１は、ステアリングコラム２２３を回転可能に支える。ステアリングコラム２２３の回転軸は、本実施形態では、ヘッドパイプ７１の中心軸と同じである。
【００３４】
（２．４．２）上パイプ
上パイプ７２は、ヘッドパイプ７１と立パイプ７５とをつなぐ。上パイプ７２の長手方向の前端は、ヘッドパイプ７１に接続されている。上パイプ７２の長手方向の後端は、立パイプ７５に接続されている。上パイプ７２の長手方向は、本実施形態では、後方向に行くに従って下方向に行くように、走行面１００に対して傾いている。ただし、本開示では、上パイプ７２は走行面１００に対して傾いていなくてもよい。また、本開示に係る電動自転車２は、上パイプ７２を備えなくてもよい。
【００３５】
（２．４．３）補強パイプ
補強パイプ７３は、立パイプ７５と上パイプ７２との接続部分を補強するための補強部材である。補強パイプ７３は、立パイプ７５と上パイプ７２とをつなぐ。なお、本開示では、電動自転車２は補強パイプ７３を備えなくてもよい。
【００３６】
（２．４．４）立パイプ
立パイプ７５は、サドル２４を保持する。立パイプ７５の長手方向の下端は、ブラケット７８に接続されている。立パイプ７５の中心軸は、下端から上方向に行くに従って後方向に行くように、走行面１００に対して傾いている。立パイプ７５の中間部分には、上パイプ７２の長手方向の後端が接続されている。ここでいう「立パイプ７５の中間部分」とは、立パイプ７５の長手方向のうちの下端と上端とを除く部分を意味する。ただし、本開示では、立パイプ７５の上端に対して、上パイプ７２が接続されてもよい。
【００３７】
（２．４．５）下パイプ
下パイプ７４は、ブラケット７８とヘッドパイプ７１とをつなぐ。下パイプ７４の長手方向の前端は、ヘッドパイプ７１に接続されている。下パイプ７４の長手方向の後端は、ブラケット７８に接続されている。下パイプ７４の中心軸は、長手方向の後端から前方向に行くに従って上方向に行くように水平面に対して傾いている。本実施形態では、下パイプ７４には、バッテリ４１が取外し可能に取り付けられている。
【００３８】
（２．４．６）チェーンステー
複数のチェーンステー７７は、後輪２９のシャフトを支える。チェーンステー７７の長手方向の前端は、ブラケット７８に接続されている。チェーンステー７７の長手方向の後端は、シートステー７６の後端に接続されている。一対のチェーンステー７７は、左右方向に離れており、一対のチェーンステー７７の後端部には、ハブ２９１に通されたシャフトを介して、後輪２９が回転可能に取り付けられている。後輪２９の回転軸は、走行面１００に対して略平行であり、後輪２９を支えるシャフトの中心軸と同じである。
【００３９】
（２．４．７）シートステー
複数のシートステー７６は、チェーンステー７７と立パイプ７５とをつなぐ。本実施形態では、シートステー７６の長手方向の後端は、チェーンステー７７の長手方向の後端に接続されている。シートステー７６の長手方向の前端は、立パイプ７５の中間部分に接続されている。本実施形態の一対のシートステー７６は、上パイプ７２から分岐しており、上パイプ７２と一体である。ただし、シートステー７６と上パイプ７２とは別体であってもよい。
【００４０】
（２．４．８）ブラケット
ブラケット７８は、モータユニット３が取り付けられている部分である。ブラケット７８は、本実施形態では、上下方向及び前後方向の両方と直交する方向から見て略Ｃ字状に形成されている。ブラケット７８には、下パイプ７４の長手方向の後端、立パイプ７５の長手方向の下端及びチェーンステー７７の長手方向の前端が接続されている。これによって、下パイプ７４の長手方向の後端、立パイプ７５の長手方向の下端及びチェーンステー７７の長手方向の前端は、互いに固定されている。
【００４１】
（２．５）サドル
サドル２４、シートピラー２４１と、運転者が座る部分２４２とを有する。シートピラー２４１は、立パイプ７５の中心軸に沿うようにして、立パイプ７５に通されている。シートピラー２４１は、サドル２４において運転者が座る部分２４２から下側に突出している。シートピラー２４１は、本実施形態では、下方向に行くに従って前方向に行くように、走行面１００に対して傾斜している。シートピラー２４１は、立パイプ７５に対し、立パイプ７５の中心軸に沿って移動可能に取り付けられている。
【００４２】
（２．６）ペダル
ペダル２６は、各クランクアーム２５の長手方向の端部のうち、クランク軸３１側とは反対側の端部に取り付けられている。ペダル２６は、クランクアーム２５に対して、回転可能に取り付けられている。ペダル２６の回転軸は、クランク軸３１の回転軸に対して略平行である。
【００４３】
（２．７）動力伝達体
動力伝達体２７は、モータユニット３から出力された動力を、複数の車輪２１のうちの少なくとも一つに伝達する。動力伝達体２７は、本実施形態では、モータユニット３の駆動スプロケット３２と後輪２９のリアスプロケット２９２との間で動力伝達可能に架けられるチェーンである。ただし、本開示では、動力伝達体２７は、例えば、ベルト、シャフト、ワイヤ、又はギヤであってもよい。
【００４４】
（３）モータユニット
モータユニット３は、図１に示すように、自転車用制御装置１と、スピード検出装置５と、回転検出装置６と、モータ８と、クランク軸３１と、駆動スプロケット３２とを備える。モータユニット３は、駆動補助出力を出力可能な装置である。モータユニット３は、本実施形態では、人力駆動力である踏力に駆動補助出力を加えて、動力伝達体２７を介して、後輪２９に伝達する。
【００４５】
モータユニット３のクランク軸３１には、図３に示すように、一対のクランクアーム２５が取り付けられている。クランクアーム２５の長手方向は、クランク軸３１の回転軸に対して交差する（図示例では、直交する）。一対のクランクアーム２５は、クランク軸３１の回転軸方向に見て一直線上に並ぶ。
【００４６】
駆動スプロケット３２は、例えば、複数のスプロケットで構成されており、リアスプロケット２９２と共に変速機を構成する。この変速機の変速位置を変えることにより、電動自転車２の変速が可能となる。
【００４７】
（３．１）モータ
モータ８は、電動自転車２の車輪２１（図３参照）に回転動力を与えるように構成されている。モータ８は、電動自転車２のクランク軸３１（図３参照）の近傍に設けられており、バッテリ４１からの電力によって駆動し、クランク軸３１に動力を伝達する。
【００４８】
（３．２）スピード検出装置
スピード検出装置５は、電動自転車２の車輪２１（図３参照）の回転状態を検出する。本実施形態では、スピード検出装置５は、電動自転車２の後輪２９（図３参照）の回転状態を検出する。スピード検出装置５は、磁石５１と、スピードセンサ５２とを備える。磁石５１は、後輪２９に設けられており、後輪２９と共に回転する。なお、スピード検出装置５は、電動自転車２の前輪２８（図３参照）の回転状態を検出してもよい。この場合、磁石５１は、前輪２８に設けられており、前輪２８と共に回転する。
【００４９】
スピードセンサ５２は、後輪２９に設けられている磁石の磁力を検知するホールＩＣである。スピードセンサ５２は、例えば、フレーム７のチェーンステー７７（図３参照）に設けられている。スピードセンサ５２は、ホール効果を用いて、後輪２９に設けられている磁石５１の磁力を検知する。スピードセンサ５２は、検出結果に基づく電気信号を自転車用制御装置１に出力する。本実施形態では、スピード検出装置５は、後輪２９が１回転するごとに、後輪２９の回転状態を１回検出する。
【００５０】
（３．３）回転検出装置
回転検出装置６は、モータ８の回転状態を検出するモータ用回転検出装置である。本実施形態の回転検出装置６は、回転部材６１と、回転センサ６２とを備える。
【００５１】
回転部材６１は、モータ８の出力軸８１の外周面に取り付けられており、出力軸８１と共に回転する。したがって、回転部材６１の回転軸は、出力軸８１の回転軸と同じである。回転部材６１は、例えば、回転部材６１の周方向において交互に磁極が入れ替わるように磁石が埋め込まれた部材、又は周方向において交互に磁極が入れ替わるように着磁された磁石で構成されている。
【００５２】
回転センサ６２は、回転部材６１の磁石の磁力を検知するホールＩＣである。回転センサ６２は、回転部材６１に対向して設けられている。回転センサ６２は、回転部材６１の回転に伴う磁界の変化を示す電気信号を自転車用制御装置１に出力する。
【００５３】
回転検出装置６は、スピード検出装置５の検出間隔よりも短い間隔で、モータ８の回転状態を検出する。つまり、回転検出装置６は、スピード検出装置５よりも分解能が高い。例えば、スピード検出装置５が車輪２１の１回転状態を検出する場合、車輪２１の１回転に要する時間よりも短い間隔で、回転検出装置６は、モータ８の回転状態を検出する。車輪２１が１回転する間に、回転検出装置６は、モータ８の回転状態を複数回検出する。
【００５４】
（４）ドライブユニット
ドライブユニット４は、図３に示すように、モータユニット３と、バッテリ４１とを備える。
【００５５】
バッテリ４１は、モータユニット３に電力を供給する。より詳細には、バッテリ４１は、モータユニット３のモータ８に電力を供給する。また、バッテリ４１は、モータ８に加えて、例えば、ヘッドライト、モータ８のＯＮ／ＯＦＦの操作部に電力を供給する。バッテリ４１は、下パイプ７４に対して取外し可能に取り付けられている。なお、バッテリ４１は、立パイプ７５の後方において、立パイプ７５に沿って配置されてもよい。
【００５６】
（５）自転車用制御装置の各構成要素
以下、自転車用制御装置１の各構成要素について、図１を参照して説明する。
【００５７】
（５．１）回転数検出部
回転数検出部１１は、回転検出装置６の検出結果を用いて、モータ８の回転数を算出する。モータ８の回転数とは、単位時間（例えば、１秒間）当たりにモータ８が回転する回数をいう。
【００５８】
また、回転数検出部１１は、回転検出装置６の検出結果を用いて、モータ８が駆動中であるか否かを検出する。これにより、モータ８が駆動中であるか停止中であるかを判定することができる。
【００５９】
（５．２）回転角度検出部
回転角度検出部１２は、回転検出装置６の検出結果を用いて、車輪２１が所定の回転角度だけ回転するときのモータ８の回転角度を算出する。回転角度検出部１２は、モータ８の回転状態が回転検出装置６で検出されるごとに、モータ８の回転角度を検出する。回転角度検出部１２で検出された回転角度の情報は、記憶部１６に記憶される。
【００６０】
（５．３）変速位置推定部
変速位置推定部１３は、車輪２１の回転状態がスピード検出装置５で検出されると、回転角度検出部１２で算出された回転角度を用いて、電動自転車２の変速機の変速位置を推定（算出）する。変速位置推定部１３は、変速機の変速位置を推定した後、記憶部１６に記憶させる変速位置の情報を更新する。
【００６１】
変速位置推定部１３は、スピード検出装置５の検出をチェックする機能を有する。より詳細には、スピード検出装置５の前回の検出から所定時間の範囲内にスピード検出装置５の検出をチェックする。スピード検出装置５は、上述したように、正常時の場合、車輪２１が１回転するごとに、車輪２１の回転状態を検出する。したがって、変速位置推定部１３は、正常時の場合、車輪２１が１回転するごとに、スピード検出装置５の検出結果を取得する。一方、スピード検出装置５の磁石が車輪２１から外れた等の異常時の場合、変速位置推定部１３は、車輪２１が１回転しても、スピード検出装置５の検出結果を取得することができない。
【００６２】
変速位置推定部１３は、スピード検出装置５の検出結果を取得すると、回転角度検出部１２で計測されたモータ８の回転角度を用いて、変速機の変速位置を推定する。変速位置推定部１３は、回転角度と変速位置との対応関係を用いて、変速位置を推定する。上記対応関係は、記憶部１６にあらかじめ記憶されている。変速位置推定部１３は、回転角度検出部１２で検出された最新の回転角度の情報を記憶部１６から取得し、さらに、最新の回転角度に対応する変速位置の情報を記憶部１６から取得することによって、変速機の変速位置を推定する。
【００６３】
これにより、実際の変速位置を検出するセンサがなくても、変速機の変速位置を推定することができる。また、電動自転車２が低速であって車輪２１の１回転に時間を要する場合であっても、車輪２１が１回転する際のモータ８の回転角度を用いることによって、後述の速度算出部１４において電動自転車２の速度を精度よく推定することができる。
【００６４】
ところで、変速位置推定部１３は、電動自転車２の速度が時速６ｋｍ以下である場合のみに、変速機の変速位置を推定する。一方、電動自転車２の速度が時速６ｋｍより速い場合、上記のような変速位置の推定を行わない。より詳細には、変速位置推定部１３は、上記のような変速位置の推定機能を有効にするか無効にするかを切り替えることができる。電動自転車２の速度が時速６ｋｍ以下である場合、変速位置推定部１３は、上記変速位置の推定機能を有効にする。一方、電動自転車２の速度が時速６ｋｍより速い場合、変速位置推定部１３は、上記変速位置の推定機能を無効にする。
【００６５】
また、押し歩きボタンが操作された場合、変速位置推定部１３は、上記変速位置の推定機能を有効にしてもよい。つまり、押し歩きボタンへの操作が検出された場合、変速位置推定部１３は、回転角度検出部１２で算出された回転角度を用いて、電動自転車２の変速機の変速位置を推定する。
【００６６】
ところで、所定時間の範囲内にスピード検出装置５の検出がない場合、変速位置推定部１３は、スピード検出装置５の故障をチェックする。より詳細には、変速位置推定部１３は、スピード検出装置５の前回の検出からのモータ８の回転角度を表す回転比が規定値以上であるか否かを判定することによって、スピード検出装置５の故障をチェックする。
【００６７】
規定値は、正常時における車輪２１が１回転する間のモータ８の回転角度に基づいて規定された値である。つまり、規定値は、正常時におけるスピード検出装置５の前回の検出からのモータ８の回転角度に基づいて規定された値である。具体的には、規定値は、正常時におけるモータ８の回転角度よりも大きな値に設定されている。つまり、規定値は、正常時におけるモータ８の回転角度に比べて余裕を見た値に設定されている。
【００６８】
回転比が規定値以上である場合、スピード検出装置５の磁石が落下して、車輪２１の回転状態を検出することができない可能性がある。したがって、変速位置推定部１３は、回転比が規定値以上である場合、変速機の変速位置を最高段（トップギア）に推定（設定）する。変速機の変速位置が最高段に推定されることによって、推定された速度が実際の速度よりも高いことで制限速度の超過を防ぐことができる。
【００６９】
回転比が規定値未満である場合、例えば、車輪２１の回転が遅く、スピード検出装置５による検出がまだである可能性があるため、変速位置推定部１３は、スピード検出装置５の検出をチェックすることを継続する。
【００７０】
（５．４）速度算出部
速度算出部１４は、回転数検出部１１で算出された回転数と、変速位置推定部１３で推定された変速位置とを用いて、電動自転車２の速度を算出する。電動自転車２の速度は、車輪２１の周長とモータ８の回転数と回転比との積である。車輪２１の周長は、既知の値であり、記憶部１６にあらかじめ記憶されている。回転比は、変速機の変速位置に対応して記憶部１６にあらかじめ記憶されている。速度算出部１４は、変速位置推定部１３で推定された変速位置に対応する回転比の情報を記憶部１６から取得する。また、速度算出部１４は、車輪２１の周長の情報を記憶部１６から取得する。速度算出部１４は、記憶部１６から取得した車輪２１の周長と、回転数検出部１１で検出された回転数と、記憶部１６から取得した回転比との積を電動自転車２の速度として算出する。
【００７１】
（５．５）駆動制御部
駆動制御部１５は、モータ８を制御する。より詳細には、駆動制御部１５は、速度算出部１４で算出された速度を用いて、上記速度に対応付けられた回転速度を算出し、算出された回転速度でモータ８が回転するように、モータ８に駆動制御信号を出力して、モータ８を制御する。例えば、駆動制御部１５は、速度算出部１４で算出された速度でアシストするようにモータ８を制御する。
【００７２】
（５．６）記憶部
記憶部１６は、電動自転車２の車輪２１の周長を記憶する。また、記憶部１６は、回転比と変速機の変速位置との対応関係を記憶する。さらに、記憶部１６は、変速位置推定部１３で推定された変速位置を記憶する。変速位置推定部１３で推定された変速位置は、変速位置推定部１３で推定されるごとに更新される。
【００７３】
（６）自転車用制御装置の動作
以下、自転車用制御装置１における変速機の変速位置の推定に関する動作（自転車用制御方法）について、図２を参照して説明する。
【００７４】
回転数検出部１１が、回転検出装置６の検出結果を用いて、モータ８が駆動中であるか否かを検出する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、モータ８が駆動中でない場合（ステップＳ１の「Ｎｏ」）、例えば、電動自転車２が下り坂を走行中であってモータ８が駆動していないため、変速機の変速位置の推定に関する動作を終了する。一方、ステップＳ１において、モータ８が駆動中であると回転数検出部１１で検出された場合（ステップＳ１の「Ｙｅｓ」）、変速位置推定部１３が、スピード検出装置５の検出をチェックする（ステップＳ２）。
【００７５】
スピード検出装置５の検出がある場合（ステップＳ３の「Ｙｅｓ」）、回転角度検出部１２は、モータ８の回転角度を計測することを開始する（ステップＳ４）。回転角度検出部１２は、回転検出装置６の検出結果を用いて、車輪２１が１回転するときのモータ８の回転角度を計測する。その後、変速位置推定部１３は、変速機の変速位置を仮の位置に推定（設定）する（ステップＳ５）。そして、変速位置推定部１３は、記憶部１６に記憶させる変速位置の情報を更新する（ステップＳ６）。
【００７６】
変速位置推定部１３は、スピード検出装置５の前回の検出（例えば、ステップＳ３）から所定時間の範囲内にスピード検出装置５の検出をチェックする（ステップＳ７）。所定時間の範囲内にスピード検出装置５の検出がある場合（ステップＳ８の「Ｙｅｓ」）、変速位置推定部１３は、変速機の変速位置を推定する（ステップＳ９）。その後、変速位置推定部１３は、記憶部１６に記憶させる変速位置の情報を更新する（ステップＳ１０）。
【００７７】
その後、モータ８が駆動中である場合（ステップＳ１１の「Ｙｅｓ」）、ステップＳ７に戻る。一方、モータ８が停止中である場合（ステップＳ１１の「Ｎｏ」）、変速機の変速位置の推定に関する動作を終了する。
【００７８】
ところで、ステップＳ８において、所定時間の範囲内にスピード検出装置５の検出がない場合（ステップＳ８の「Ｎｏ」）、変速位置推定部１３は、スピード検出装置５の故障をチェックする（ステップＳ１２）。スピード検出装置５の前回の検出からのモータ８の回転角度を表す回転比が規定値以上である場合（ステップＳ１３の「Ｙｅｓ」）、変速位置推定部１３は、変速機の変速位置を最高段（トップギア）に推定（設定）する（ステップＳ１４）。その後、変速位置推定部１３は、記憶部１６に記憶させる変速位置の情報を更新する（ステップＳ１５）。一方、ステップＳ１３において、回転比が規定値未満である場合（ステップＳ１３の「Ｎｏ」）、ステップＳ７に戻り、変速位置推定部１３は、スピード検出装置５の検出をチェックする。
【００７９】
（７）効果
本実施形態に係る自転車用制御装置１では、電動自転車２の車輪２１が所定の回転角度であるときのモータ８（動力機構）の回転角度を算出し、モータ８の回転角度を用いて、電動自転車２の変速機の変速位置を推定する。これにより、変速機の変速位置が変わった場合に、変速位置を検出するセンサがなくても、電動自転車２の速度を精度よく算出することができる。
【００８０】
本実施形態に係る自転車用制御装置１では、他の部分よりも分解能の高いモータ８の回転の検出結果を用いて、モータ８の回転角度を算出する。これにより、電動自転車２の速度を更に精度よく算出することができる。
【００８１】
本実施形態に係る自転車用制御装置１では、推定された変速位置によって算出された速度を用いて、モータ８を制御する。これにより、変速機の変速位置を検出するセンサがなくても、モータ８を精度よく制御することができる。
【００８２】
本実施形態に係る自転車用制御装置１では、少なくとも電動自転車２の速度が時速６ｋｍ以下である場合に、変速位置推定部１３が変速機の変速位置を推定する。これにより、特に電動自転車２が低速である場合に、電動自転車２の速度を精度よく算出するという利点を高めることができる。
【００８３】
（変形例）
以下、本実施形態の変形例について説明する。
【００８４】
本実施形態の変形例１として、回転検出装置６は、モータ８の回転状態を検出することに限定されない。回転検出装置６は、電動自転車２の車輪２１を動かすための動力機構の回転状態を検出すればよい。上記動力機構としては、例えば、リアスプロケット２９２、駆動スプロケット３２、クランク軸３１、プーリがある。実施形態１と同様、回転検出装置６は、スピード検出装置５の検出間隔よりも短い間隔で、上記動力機構の回転状態を検出する。そして、回転角度検出部１２は、回転検出装置６の検出結果を用いて、車輪２１が所定の回転角度だけ回転するときのモータ８の回転角度を算出する。
【００８５】
動力機構がクランク軸３１である場合、回転検出装置６は、クランク軸３１の回転状態を検出するクランク軸用回転検出装置である。この場合、回転検出装置６は、回転ドグ（被検出部）と、クランク軸用回転センサとを備える。回転検出装置６は、クランク軸用回転センサで検知した電気信号を自転車用制御装置１に出力し、自転車用制御装置１により処理を実行することで、クランク軸３１の回転状態を検出する。
【００８６】
クランク軸用回転センサは、例えば、光センサである。クランク軸用回転センサは、発光素子（例えば、ＬＥＤ）と、受光素子（例えば、フォトトランジスタ）とを備える。発光素子及び受光素子は、自転車用制御装置１に対し、電気信号を授受可能に接続されている。発光素子と受光素子との間には、回転ドグが位置している。クランク軸用回転センサは、発光素子から受光素子に向かって光を出射し、透光部を通過した光を受光素子で受ける。
【００８７】
ただし、回転検出装置６は、上記構成に限らない。回転検出装置６は、例えば、回転ドグとして、円環状のフェライト磁石を用い、クランク軸用回転センサとして、磁界の変化を検出する電磁式の回転センサを用いてもよい。
【００８８】
なお、モータ８以外の回転角度を用いる場合、図２のステップＳ１３において、規定値は、変速機の変速位置によって異なる。このため、規定値は、変速位置推定部１３で最も新しく推定された変速位置に対応する値とする。より詳細には、規定値は、変速位置推定部１３で最も新しく推定された変速位置におけるモータ８の正常時の回転数よりも大きな値に設定されている。
【００８９】
本実施形態の変形例２として、変速位置推定部１３は、電動自転車２の速度が時速６ｋｍ以下である場合のみに、変速機の変速位置を推定することに限定されない。変速位置推定部１３は、電動自転車２の速度が時速６ｋｍより速い場合においても、変速機の変速位置を推定してもよい。要するに、変速位置推定部１３は、少なくとも電動自転車２の速度が時速６ｋｍ以下である場合に、変速機の変速位置を推定すればよい。
【００９０】
本実施形態の変形例３として、スピード検出装置５は、車輪２１が１回転するごとに車輪２１の回転状態を１回検出することに限定されず、車輪２１が１回転するごとに車輪２１を複数回検出してもよい。この場合、スピード検出装置５は、複数の磁石を備える。複数の磁石は、車輪２１のうち互いに異なる位置に設けられている。スピード検出装置５は、例えば、車輪２１が２分の１回転するごとに車輪２１の回転状態を１回検出してもよいし、車輪２１が４分の１回転するごとに車輪２１の回転状態を１回検出してもよい。あるいは、スピード検出装置５は、車輪２１が複数回転するごとに車輪２１の回転状態を１回検出してもよい。スピード検出装置５は、例えば、車輪２１が２回転するごとに車輪２１の回転状態を１回検出してもよい。
【００９１】
モータユニット３は、本実施形態では、一軸式のドライブユニットである。ただし、モータユニット３は、二軸式のドライブユニットであってもよい。
【００９２】
本実施形態では、電動自転車２は、使用者の踏む力をモータ８によって補助する電動アシスト自転車であるが、本実施形態の変形例として、電動自転車２は、人力駆動系とモータ駆動系とが独立している自転車であってもよい。言い換えると、電動自転車２は、踏力により車輪２１に動力を与える駆動系（人力駆動系）と、モータ８により車輪２１に動力を与える駆動系（モータ駆動系）とが独立している自転車（モータ８から出力された動力のみで走行可能な自転車）であってもよい。要するに、電動自転車２は、電動アシスト自転車であってもよいし、モータ８から出力された動力のみで走行可能な自転車であってもよい。
【００９３】
本実施形態に係る電動自転車２は、一つの前輪２８及び一つの後輪２９を備える二輪自転車であるが、本実施形態の変形例として、電動自転車２は、一つの前輪２８及び二つの後輪２９を備える三輪自転車であってもよい。あるいは、電動自転車２は、二つの前輪２８及び一つの後輪２９を備える三輪自転車であってもよい。また、電動自転車２は、二つの前輪２８及び二つの後輪２９を備える四輪自転車であってもよい。
【００９４】
上記の各変形例に係る自転車用制御装置１においても、本実施形態に係る自転車用制御装置１と同様の効果を奏する。
【００９５】
以上説明した実施形態及び変形例は、本発明の様々な実施形態及び変形例の一部にすぎない。また、実施形態及び変形例は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００９６】
（態様）
以上説明した実施形態及び変形例より以下の態様が開示されている。
【００９７】
第１の態様に係る自転車用制御装置（１）は、スピード検出装置（５）と回転検出装置（６）と共に用いられる自転車用制御装置である。スピード検出装置（５）は、電動自転車（２）の車輪（２１）の回転状態を検出する。回転検出装置（６）は、スピード検出装置（５）の検出間隔よりも短い間隔で、電動自転車（２）の車輪（２１）を動かすための動力機構（モータ８；リアスプロケット２９２；駆動スプロケット３２；クランク軸３１）の回転状態を検出する。自転車用制御装置（１）は、回転数検出部（１１）と、回転角度検出部（１２）と、変速位置推定部（１３）と、速度算出部（１４）とを備える。回転数検出部（１１）は、回転検出装置（６）の検出結果を用いて上記動力機構の回転数を算出する。回転角度検出部（１２）は、回転検出装置（６）の検出結果を用いて、車輪（２１）が所定の回転角度だけ回転するときの上記動力機構の回転角度を算出する。変速位置推定部（１３）は、車輪（２１）の回転状態がスピード検出装置（５）で検出されると、回転角度検出部（１２）で算出された回転角度を用いて、電動自転車（２）の変速機の変速位置を推定する。速度算出部（１４）は、回転数検出部（１１）で算出された回転数と、変速位置推定部（１３）で推定された変速位置とを用いて、電動自転車（２）の速度を算出する。
【００９８】
第１の態様に係る自転車用制御装置（１）によれば、変速機の変速位置が変わった場合に、変速位置を検出するセンサがなくても、電動自転車（２）の速度を精度よく算出することができる。
【００９９】
第２の態様に係る自転車用制御装置（１）では、第１の態様において、上記動力機構は、モータ（８）である。回転角度検出部（１２）は、回転検出装置（６）の検出結果を用いて、上記動力機構の回転角度として、車輪（２１）が所定の回転角度であるときのモータ（８）の回転角度を算出する。
【０１００】
第２の態様に係る自転車用制御装置（１）によれば、電動自転車（２）の速度を更に精度よく算出することができる。
【０１０１】
第３の態様に係る自転車用制御装置（１）は、第１又は２の態様において、駆動制御部（１５）を更に備える。駆動制御部（１５）は、速度算出部（１４）で算出された速度に対応付けられた回転速度を算出し、算出された回転速度でモータ（８）が回転するように、モータ（８）に駆動制御信号を出力して、モータ（８）を制御する。
【０１０２】
第３の態様に係る自転車用制御装置（１）によれば、変速機の変速位置を検出するセンサがなくても、モータ（８）を精度よく制御することができる。
【０１０３】
第４の態様に係る自転車用制御装置（１）では、第１〜３の態様のいずれか１つにおいて、変速位置推定部（１３）は、少なくとも電動自転車（２）の速度が時速６ｋｍ以下である場合に、変速位置を推定する。
【０１０４】
第４の態様に係る自転車用制御装置（１）によれば、特に電動自転車（２）が低速である場合に、電動自転車（２）の速度を精度よく算出するという利点を高めることができる。
【０１０５】
第５の態様に係るモータユニット（３）は、第１〜４の態様のいずれか１つの自転車用制御装置（１）と、モータ（８）とを備える。モータ（８）は、電動自転車（２）の車輪（２１）に回転動力を与える。
【０１０６】
第５の態様に係るモータユニット（３）によれば、自転車用制御装置（１）において、変速機の変速位置が変わった場合に、変速位置を検出するセンサがなくても、電動自転車（２）の速度を精度よく算出することができる。
【０１０７】
第６の態様に係るドライブユニット（４）は、第５の態様のモータユニット（３）と、バッテリ（４１）とを備える。バッテリ（４１）は、モータユニット（３）に電力を供給する。
【０１０８】
第６の態様に係るドライブユニット（４）によれば、自転車用制御装置（１）において、変速機の変速位置が変わった場合に、変速位置を検出するセンサがなくても、電動自転車（２）の速度を精度よく算出することができる。
【０１０９】
第７の態様に係る電動自転車（２）は、第５の態様のモータユニット（３）と、フレーム（７）と、車輪（２１）とを備える。フレーム（７）には、モータユニット（３）が取り付けられている。車輪（２１）は、フレーム（７）に取り付けられており、モータユニット（３）から出力された動力により回転する。
【０１１０】
第７の態様に係る電動自転車（２）によれば、自転車用制御装置（１）において、変速機の変速位置が変わった場合に、変速位置を検出するセンサがなくても、電動自転車（２）の速度を精度よく算出することができる。
【０１１１】
第８の態様に係るプログラムは、スピード検出装置（５）と回転検出装置（６）と共に用いられるコンピュータを、回転数検出部（１１）、回転角度検出部（１２）、変速位置推定部（１３）、及び、速度算出部（１４）、として機能させるためのプログラムである。スピード検出装置（５）は、電動自転車（２）の車輪（２１）の回転状態を検出する。回転検出装置（６）は、スピード検出装置（５）の検出間隔よりも短い間隔で、電動自転車（２）の車輪（２１）を動かすための動力機構（モータ８；リアスプロケット２９２；駆動スプロケット３２；クランク軸３１）の回転状態を検出する。回転数検出部（１１）は、回転検出装置（６）の検出結果を用いて上記動力機構の回転数を算出する。回転角度検出部（１２）は、回転検出装置（６）の検出結果を用いて、車輪（２１）が所定の回転角度だけ回転するときの上記動力機構の回転角度を算出する。変速位置推定部（１３）は、車輪（２１）の回転状態がスピード検出装置（５）で検出されると、回転角度検出部（１２）で算出された回転角度を用いて、電動自転車（２）の変速機の変速位置を推定する。速度算出部（１４）は、回転数検出部（１１）で算出された回転数と、変速位置推定部（１３）で推定された変速位置とを用いて、電動自転車（２）の速度を算出する。
【０１１２】
第８の態様に係るプログラムによれば、変速機の変速位置が変わった場合に、変速位置を検出するセンサがなくても、電動自転車（２）の速度を精度よく算出することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１  自転車用制御装置
１１  回転数検出部
１２  回転角度検出部
１３  変速位置推定部
１４  速度算出部
１５  駆動制御部
２  電動自転車
２１  車輪
２９２  リアスプロケット（動力機構）
３  モータユニット
３１  クランク軸（動力機構）
３２  駆動スプロケット（動力機構）
４  ドライブユニット
４１  バッテリ
５  スピード検出装置
６  回転検出装置
７  フレーム
８  モータ（動力機構）
【図１】
2020117057.tif 000003
【図２】
2020117057.tif 000004
【図３】
2020117057.tif 000005