(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左前輪と右前輪に対し、アシストまたは負荷を与える各々のモータと、
前記各々のモータとの電力の授受を行うバッテリーと、
前記左前輪と前記右前輪の方向を決定するハンドルと、
後輪と、
前記後輪に対し、駆動力を伝達する伝達手段と、
前記伝達手段に駆動力を伝達する駆動部と、
前記駆動部のトルクを計測するトルクセンサと、
運転者が前記駆動部に与えるトルク情報を決定する情報端末と、
前記情報端末からの前記トルク情報と、前記トルクセンサのトルクの値に基づいて前記各々のモータに電力を供給しアシストするか、各々のモータに発電させ負荷とさせるかを制御する制御回路と、
を備え、
前記情報端末は、高度情報を持つ地図情報に基づく、起伏を有するコースにおける出発地からの距離に応じた前記トルク情報を前記制御回路に送信するとともに、
前記制御回路は、前記左前輪または前記右前輪のいずれか一方が地面に浮いた場合は前記トルク情報にかかわらず他方となる前記左前輪または前記右前輪のアシスト量を増大することを特徴とするモータ付き自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明はモータ付き自転車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  モータ付き自転車はモータにより人力を補助する自転車であり、搭乗者がペダルを踏む踏力に応じたトルクをモータによってアシストしている。ペダルを踏む力や回転数などをセンサーで検出し、搭載しているモータにより駆動部のペダルを踏む力を低減させる。その中で、ＧＰＳからの位置情報、地図情報からの地形情報に基づいてアシスト量を決定するモータ付き自転車が開示されている。（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１―１７８３４１号
【特許文献２】特開２０１２−１２１３３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  モータ付き自転車は駆動部のペダルを踏む踏力、ＧＰＳからの位置情報、地図情報からの地形情報に応じたトルクをモータによってアシストすることはできるが、例えばトレーニングマシンのように、ペダルを踏む力を所望のトルクとなるようには制御できないという問題があった。【０００５】  本発明は、このような状況を鑑みたものであり、ペダルを踏む力による駆動部のトルクを所望のトルクとなるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、左前輪と右前輪に対し、アシストまたは負荷を与える各々のモータと、モータとの電力の授受を行うバッテリーと、左前輪と右前輪の方向を決定するハンドルと、後輪と、後輪に対し、駆動力を伝達する伝達手段と、伝達手段に駆動力を伝達する駆動部と、駆動部のトルクを計測するトルクセンサと、トルク情報を決定する情報端末と、運転者が駆動部に与えるトルク量である情報端末からのトルク情報と、トルクセンサのトルクの値に基づいて各々のモータに電力を供給しアシストするか、各々のモータに発電させ負荷とさせるかを制御する制御回路とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】  本発明にかかる装置は、上記の構成を備えるため、ペダルを踏む力による駆動部のトルクを所望のトルクとなるようにすることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１におけるモータ付き自転車の正面図。
【図２】実施の形態１におけるモータ付き自転車の側面図。
【図３】実施の形態１におけるモータ付き自転車の電気的な構成図。
【図４】実施の形態１における情報端末８の構成図。
【図５】実施の形態１における情報端末８の動作を示すフローチャート。
【図６】実施の形態１におけるシミュレーションモードを選択した場合のフローチャート。
【図７】実施の形態１における図５のステップＳ１０２の健康状態を選択した場合のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  以下に、本発明にかかるモータ付き自転車の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】実施の形態１．  図１は実施の形態１におけるモータ付き自転車の正面図である。  図２は実施の形態１におけるモータ付き自転車の側面図である。  構成について説明する。
【００１１】  図１において、モータ付き自転車の前輪は２輪で構成されており、左前輪１ａと右前輪１ｂで構成されている。左前輪１ａに対して駆動力を与えるモータ２ａがあり、右前輪に対して駆動力を与えるモータ２ｂがある。左前輪１ａと右前輪は１ｂそれぞれ独立しており、モータ２ａとモータ２ｂもそれぞれ独立して左前輪１ａと右前輪は１ｂに駆動力を与える。また、左前輪１ａと右前輪１ｂは、各々の回転に対し、回動可能の支持されたハンドル３によって進む方向が決定される。
【００１２】  図２において、モータ付き自転車はハンドル３によって２輪の前輪１ａ，１ｂの方向の指示を行うとともにフレーム４がハンドル３を回動可能に指示する。  また、フレーム４は、後輪６を回動可能に指示するとともに、後輪６を駆動するためのペダルを含む駆動部５も回動可能に指示している。ペダルを含む駆動部５からの駆動力は歯車等がついたシャフト１２を経由して後輪６に伝達される。なお、ペダルを含む駆動部５からの駆動力を後輪６に伝達するのはシャフト１２に限らず、チェーン他、その他伝達手段であってもよい。  また、フレーム４は、サドル７を保持している。
【００１３】  さらに、フレーム４は、モータ２ａ、モータ２ｂを駆動するための電力を保持し、またモータ２ａ、モータ２ｂから発電された電力を保持するバッテリー９を保持する。さらに、モータ２ａ、モータ２ｂに対してペダルの踏力による駆動部５の所望のトルクとなるよう、電力を供給する、または発電させるよう制御する制御回路１０するとともに、ペダルの踏力による駆動部５のトルクを計測するトルクセンサ１１を保持する。
【００１４】  尚、ハンドル３には情報端末８が取り付けられている。情報端末８と制御回路１０とは情報の通信が可能となっている。制御回路１０はトルクセンサ１１からの情報が入力されるとともに、バッテリー９とモータ２ａ，モータ２ｂとの間の電力の制御を行う。
【００１５】  次に、電気的な構成について説明する。  図３は、実施の形態１におけるモータ付き自転車の電気的な構成図である。  情報端末８から所望のトルク情報が制御回路１０に伝達される。また、トルクセンサ１１からのトルク情報が制御回路１０に伝達される。  制御回路１０は、情報端末８からの所望のトルクセンサ１１からのトルク情報とトルクセンサ１１からのトルク情報との差に応じてバッテリー９からモータ２ａ、モータ２ｂへ電力を供給するかもしくはモータ２ａ、モータ２ｂから発電し、バッテリー９へ充電するかを制御する。
【００１６】  通常のモータがペダルを含む駆動部の駆動力をアシストするモータ付き自転車は、制御回路１０が、その所望のトルクをアシストしない場合のトルクセンサ１１からのトルク情報の半分程度に設定する。すると、制御回路１０が残りの半分のトルクをモータ２ａ、モータ２ｂがアシストするよう制御する。したがって、自転車を漕ぐ者は、通常ペダルを漕ぐ時に必要とされる駆動部５のトルクの半分程度の力でよい。  一方で、本発明では、所望のトルク情報を、アシストしない場合のトルクセンサ１１からのトルク情報に基づいたアシスト率で設定することを可能にしつつ、一定値にも設定できる。さらに、情報回路が設定する所望のトルク情報を、アシストしない場合のトルクセンサ１１からのトルク情報よりも大きく設定することができる。その場合は、所望のトルクとアシストしない場合のトルク分との差をモータ２ａ、モータ２ｂが発電し、発電した電力をバッテリー１０へ充電するよう、制御回路１０が制御する。  モータ２ａ、モータ２ｂが発電する場合においても、所望のトルク情報を、アシストしない場合のトルクセンサ１１からのトルク情報に対する負荷率で設定することもできるし、一定値にも設定できる。
【００１７】  よって、モータが発電する場合は、坂道を上るのと同じように、自転車の運転においてバランスをとることが難しくなるため、モータ付き自転車の前輪を２輪とすることによって自転車のバランスを安定させる効果がある。また、アシスト面においても、後輪をモータで駆動するのではなく、前輪側をモータで駆動することによって、より直進安定性を高めることができる。  また、左前輪１ａ、右前輪１ｂにおいて各々モータ２ａ、モータ２ｂを配置したことで、例えば左に曲がっている時に、内側に倒れそうになった場合、制御回路１０が、左側のモータ２ａのアシスト量を増やすことで転倒を抑制することができる。この場合は、右前輪１ｂが地面から浮くため、モータ２ｂに対してトルク制御ができないことから左側に転倒しそうであることを判断することができる。
【００１８】  次に所望のトルク情報を出力する情報端末８について説明する。  図４は、実施の形態１における情報端末８の構成図である。  情報端末８は、自分の位置を取得するＧＰＳレシーバ８０１と、無線回線から情報の送信及び受信を行う無線送受信機８０２と、情報を一次的に保存し、処理部で処理するためのプログラムやデータを保持するメモリ８０４と、要求の受付や処理部８０３での処理結果を表示する表示部８０５と、制御回路１０に対して所望のトルク情報を、処理部８０３より受信して制御回路１０へと出力する出力部８０６とを備えている。  処理部８０３は、表示部８０５からの要求に応じてメモリ８０４に保存されたアプリケーションを実行する。また、処理部８０３は、表示部８０５やアプリケーションの要求に応じてＧＰＳレシーバ８０１から位置情報を入手し、また無線送受信機８０２を経由して無線回線を通じて、情報を要求し、受信した要求情報を処理する。そして、処理部８０３は、処理結果に基づいて表示部８０５に対して情報を表示させるよう制御し、または所望のトルク情報を出力部８０６に対して出力する。
【００１９】  次に所望のトルク情報を得る動作について説明する。  図５は、実施の形態１における情報端末８の動作を示すフローチャートである。
【００２０】  ステップＳ１０１において、処理部８０３は、メモリ８０４からメニューを選択するアプリケーションを読み込み、処理し、表示部８０５にメニュー選択のモードを表示させる。メニュー選択のモードはアシストモードかトレーニングモードとなる。  アシストモードは、基本的にアシストがない場合のペダルの踏力に対して、モータ２ａ、２ｂを用いてアシストするもので、トレーニングモードは、基本的にアシストがない場合のペダルの踏力に対してモータ２ａ、２ｂを用いてペダルに対してさらに負荷をかけるものである。モータ付き自転車の運転者が、アシストモードかトレーニングモードを表示部８０５に対して選択する。表示部８０５はタッチパネルで、選択された表示領域に基づいていずれかの情報を処理部８０３に返してもよいし、表示部８０５に備えられたボタンの選択情報を処理部８０３に返してもよい。
【００２１】  次に、Ｓ１０２において、処理部８０３は、Ｓ１０１における回答情報に基づいて、メモリ８０４からメニューを選択するアプリケーションを読み込み、処理し、表示部８０５に詳細メニュー選択のモードを表示させる。メニュー選択のモードはアシストモードかトレーニングモードのいずれかに対し、どのような制御をしてもらうか（健康状態に基づくものか、手動か、一定か、シミュレーションかなど）を選択する。
【００２２】  健康状態のモードは自分の健康状態からアシストモードまたはトレーニングモードにおけるアシスト率または負荷率に基づくトルク量を決定するものである。  図７は、図５のステップＳ１０２の健康状態モードを選択した場合のフローチャートである。  健康状態のモードが選択された後（ステップＳ１０２−Ｋ２）、図４の処理部８０３は、たとえば体調がよい、普通、疲れている等のメニューを表示部８０５に表示させる。処理部８０３は、それらにいずれかが選択されることで（ステップＳ１０２−Ｋ２）、処理部８０３は、メモリ１０４内にあるデータベースを参照することで、アシスト率または負荷率に基づくトルク情報を決定する（ステップＳ１０２−Ｋ４）。たとえば、体調が良い場合ほどアシスト率を少なくまたは負荷率を高くしたトルク量となり、疲れている場合は、アシスト率を多くまたは負荷率を小さくしたトルク情報となる。  また、生体情報から決定するというメニューを追加してもよい（ステップＳ１０２−Ｋ２）。
【００２３】  表示部８０５に表示された生体情報から取得するというメニューを選択されると（ステップＳ１０２−Ｋ２）、その情報を受けた処理部８０３は、無線送受信部８０２を介して、運転者が保有する生体情報に対する問い合わせを行い、生体情報の取得を行う（ステップＳ１０２−Ｋ３）。たとえば、運転者が身に着けており、生体情報(脈拍、対応等)を取得しているデバイスが無線での応答が直接またはサーバ等を経由して応答が可能であれば、そのデバイスからに応答情報に基づいて処理部８０３は、メモリ８０４に保持されたアプリケーションの、あらかじめ定義されたデータベースに基づいてアシスト率または負荷率に基づくトルク情報を決定する（ステップＳ１０２−Ｋ４）  もし、生体情報から取得するメニューを選択したとしても生体情報が入手できなかった場合は、処理部は、体調がよい、普通、疲れている等のメニューの再表示を表示部８０５にさせる。
【００２４】  図５のステップＳ１０２の手動モードは、直接アシストモードまたはトレーニングモードにおけるアシスト率または負荷率に基づくトルク情報を決定するものである。  図５のステップＳ１０２における一定モードは、運転者がペダルをごくことにより駆動部５が発生するトルクを一定にするものである。トルク量が小さい場合は、アシストとなり、大きければ、負荷となる。この場合は、表示部８０５に運転手が入力したトルク量が、処理部８０３を経て出力部８０６を経て制御回路１０に出力される。  一定モードは、十分にペダルをこぐことによる駆動部５のトルクが小さい場合は、モータ２ａ、２ｂが常にアシストし、十分大きい場合はモータ２ａ、２ｂが負荷となるが、自転車は通常速度が上がるにつれ、ペダルをこぐための駆動部５に必要なトルクは大きくなるため、例えば１０ｋｍ／ｈ走行時に必要なトルクで設定した場合、１０ｋｍ／ｈ未満ではモータ２ａ、２ｂが負荷となり、１０ｋｍ／ｈ以上ではモータ２ａ、２ｂが常にアシストとなるよう設定することもできる。
【００２５】  図５のステップＳ１０２におけるシミュレーションモードについて説明する。  シミュレーションモードは、ある距離に応じたトルク量を規定するモードであり、例えば、１０ｋｍ走行するうち、５ｋｍはアシストモードで残り５ｋｍはトレーニングモード等を決定することが可能である。また、有名な自転車レースのコースやマラソンのコースの起伏に応じたトルク量を設定することができる。
【００２６】  図６は、実施の形態１におけるシミュレーションモードを選択した場合のフローチャートである。  まず、図６のステップＳ１０２−Ｓ１において、表示部８０５に表示された詳細メニュー選択のモードのうち、シミュレーションモードを選択すると、シミュレーションモード情報を受けた処理部８０３は、メモリ８０４からシミュレーションモードの詳細メニュー情報を入手し、表示部８０５に表示させる（図６のステップＳ１０２−Ｓ２）。シミュレーションモードの詳細メニュー情報のうち、メモリ８０４に格納済みのものであれば、処理部８０３は、メモリ８０４の詳細メニュー情報に基づくトルク量を設定する。メモリ８０４に格納されていない場合は、処理部８０３は、無線送受信機８０２を経由して詳細メニュー情報（コース情報）について地図サイトなどから距離と高度情報を入手する（図６のステップＳ１０２−Ｓ２）。処理部８０３は、距離と高度情報からコースの起伏に応じたトルク量を決定する。
【００２７】  次に、図５のステップＳ１０３における目的地を入力について説明する。  表示部８０５にて詳細メニューの選択モードを終了すると、次に目的地を選択する（図６のステップＳ１０３−Ｓ１）。このステップが不要の場合はスキップしてもよい。以下は目的地を選択する場合について説明する。  あらかじめ、処理部８０３は、ＧＰＳレシーバ８０１に対して現在地情報を入手しておく（図６のステップＳ１０３−Ｓ２）。次に処理部８０３は、あらかじめメモリ８０４に記憶された地図情報を表示部８０５に表示させ、かつその地図上に現在値も表示させる。もし、メモリ８０４に記憶された地図情報がない場合は、処理部８０３は、無線送受信機８０２を経由して地図サイトの情報を入手する（図６のステップＳ１０３−Ｓ３）。処理部８０３は、地図サイトの情報と現在値情報とあわせて表示部８０５に表示させるか、現在値情報と共に地図サイトに現在値とあわせて表示するよう要求し、応答された現在地と地図情報とを表示させるようにしてもよい（図６のステップＳ１０３−Ｓ４）。
【００２８】  次に、表示部８０５に表示された地図上から目的地を選択する（図６のステップＳ１０３−Ｓ５）。表示部８０５がタッチパネルで表示されていれば、運転者が表示部８０５に表示された地図上の目的地をタッチするだけで、目的地を選択することができる。選択された目的地の位置から処理部８０３は、メモリ８０４もしくは無線送受信機８０２を経由して地図情報にアクセスして位置情報や、ルート情報、ルートにおける勾配もしくはルート上の高度に関する情報を入手し、表示部８０５に入手した情報を表示する（図６のステップＳ１０３−Ｓ６）。
【００２９】  最後にステップＳ１０４について説明する。  走行を開始すると、制御回路１０は情報端末８の出力部８０６より入力されたトルク量と、運転者がペダルを漕ぐことによる駆動部５のトルク量に基づいてモータ２ａ、モータ２ｂのアシスト量を決定する。  その際、表示部Ｓ１０２においてシミュレーションモードを選択した場合、処理部８０３は、逐次ＧＰＳレシーバ８０１に位置情報の入手を要求する。処理部８０３は、ＧＰＳレシーバ８０３から入手した位置情報と走行を開始した時の位置情報との差から走行距離を算出する（図６のステップＳ１０４−Ｓ１）。そして処理部８０３は、算出した走行距離と、シミュレーションモードで選択したコースのスタートからの距離に基づく勾配の情報に基づいてトルク情報を決定する（図６のステップＳ１０４−Ｓ２）。決定されたトルク情報は、出力部８０６を経由して逐次、制御回路１０に送付される。よって制御回路１０は逐次更新されたトルク情報に基づいてアシストまたは負荷に基づくモータ２ａ、２ｂの制御を行う。
【００３０】  したがって、本発明のモータ付き自転車は、左前輪１ａと右前輪１ｂに対し、アシストまたは負荷を与える各々のモータ２ａ、２ｂと、モータ２ａ、２ｂとの電力の授受を行うバッテリーと、左前輪１ａと右前輪１ｂの方向を決定するハンドル３と、後輪６と、後輪６に対し、駆動力を伝達する伝達手段と、伝達手段に駆動力を伝達する駆動部５と、駆動部５のトルクを計測するトルクセンサ１１と、運転者が駆動部５に与えるトルク量であるトルク情報を決定する情報端末８と、情報端末８からのトルク情報と、トルクセンサ１１のトルクの値に基づいてモータ２ａ、２ｂを制御する制御する制御回路１０とを備え、制御回路１０は、情報端末８からのトルク情報と、トルクセンサ１１のトルクの値の差に基づいてモータ２ａ、２ｂに電力を供給しアシストするか、モータ２ａ、２ｂに発電させ負荷とさせるかを制御することで、ペダルを踏む力によって駆動部に発生するトルクを所望のトルクとなるようにすることができる。
【００３１】  また、トルク情報は、固定値、アシストしない場合のトルクセンサ１１からのトルク情報に基づいたアシスト率または負荷率で設定することができる。特に固定値の場合は、速度や勾配に応じてモータが負荷とアシストと切り替えることができる。
【００３２】  また、情報端末８は、出発値からの距離に応じたトルク情報を制御回路１０に送信することで、例えば有名な自転車レースのコースやマラソンのコースの起伏に応じたトルク量を設定することができる。特に、平たんな土地で、シミュレーションモードとした場合、急に負荷がかかるため、前輪を２輪化することで、転倒を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３３】    １ａ  左前輪    １ｂ  右前輪    ２ａ  モータ    ２ｂ  モータ      ３  ハンドル      ４  フレーム      ５  ペダルを含む駆動部      ６  後輪      ７  サドル          ８  情報端末      ９  バッテリー    １０  制御回路    １１  トルクセンサ    １２  シャフト  ８０１  ＧＰＳレシーバ  ８０２  無線送受信機  ８０３  処理部  ８０４  メモリ  ８０５  表示部  ８０６  出力部
【要約】  モータ付き自転車は、左前輪（１ａ）と右前輪（１ｂ）に対し、アシストまたは負荷を与える各々のモータ（２ａ、２ｂ）と、モータ（２ａ、２ｂ）との電力の授受を行うバッテリーと、左前輪（１ａ）と右前輪（１ｂ）の方向を決定するハンドル（３）と、後輪（６）と、後輪（６）に対し、駆動力を伝達する伝達手段と、伝達手段に駆動力を伝達するペダル（５）と、ペダル（５）のトルクを計測するトルクセンサ（１１）と、トルク情報を決定する情報端末（８）と、情報端末（８）からのトルク情報と、トルクセンサ（１１）のトルクの値に基づいてモータ（２ａ、２ｂ）を制御する制御する制御回路（１０）とを備え、制御回路（１０）は、情報端末（８）からのトルク情報と、トルクセンサ（１１）のトルクの値の差に基づいてモータ（２ａ、２ｂ）に電力を供給しアシストするか、モータ（２ａ、２ｂ）に発電させ負荷とさせるかを制御することで、ペダルを踏む力を所望のトルクとなるようにすることができる。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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