(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動自転車の少なくとも１つの部品の摩耗を識別するための摩耗識別装置（１００）であって、
・前記電動自転車の少なくとも１つの部品の動作状態を監視するため、および、当該部品にかかる負荷を検出するための少なくとも１つのセンサ（１４０，１５０・・・）と、
・前記センサの信号を評価し、評価結果に基づいて保守情報の再生を指示するための、少なくとも１つのメモリ（１２０）を備えた評価ユニット（１３０）と、
・監視対象である前記部品が所定の長期間負荷閾値に達した場合に前記保守情報を再生するための少なくとも１つの指示ユニット（１９０）と
を有し、
前記電動自転車のチェーン駆動装置（１０）は、
・少なくとも１つのチェーンホイール（５）を備えた少なくとも１つの駆動軸（２）を駆動するモータ（１）と、
・少なくとも１つのチェーンホイール（７）を備えた少なくとも１つの出力軸（６）と、
・前記駆動軸（２）のチェーンホイール（５）と前記出力軸（６）のチェーンホイール（７）とを介して案内されることにより、前記駆動軸（２）にかかるトルクを前記出力軸（６）へ伝達させる、少なくとも１つの閉じられたチェーン（８）と
を含み、
前記少なくとも１つのセンサ（１４０，１５０・・・）は、前記モータの電流信号を検出するセンサを含み、
前記評価ユニット（１３０）は、前記電流信号のリプル成分を求め、前記チェーン駆動装置に新品状態のチェーンおよび新品状態のチェーンホイールが備えつけられているときに検出される電流信号に相当する比較信号のリプル成分と比較し、前記電流信号のリプル成分と前記比較信号のリプル成分との偏差が所定の大きさを超える場合、摩耗状態であると識別する、
ことを特徴とする摩耗識別装置（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのセンサ（１４０，１５０・・・）は、フレームおよび／またはハンドルの振動を検出する少なくとも１つの加速度センサを含み、
前記評価ユニット（１３０）は、前記加速度センサの信号の評価結果に基づいて、予め定められた動作耐性限界に達するか、または当該動作耐性限界を超えると直ちに前記指示を行う、
請求項１記載の摩耗識別装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのセンサ（１４０，１５０・・・）は、前記電動自転車のバッテリーの充電サイクルの回数を検出するセンサを含み、
前記評価ユニット（１３０）は、当該センサの信号の評価結果に基づいて、充電サイクルの所定回数に達するか、または充電サイクルの所定回数を超えると、直ちに前記指示を行う、
請求項１または２記載の摩耗識別装置。
【請求項４】
ブレーキの動作状態を監視するために、前記少なくとも１つのセンサ（１４０，１５０・・・）は、前記電動自転車の速度推移を検出するセンサ、および／または、制動過程の回数を検出するセンサを含む、
請求項１から３までのいずれか１項記載の摩耗識別装置。
【請求項５】
チェーンの動作状態を監視するために、前記少なくとも１つのセンサ（１４０，１５０・・・）は、変速過程の回数を検出するセンサを含む、
請求項１から４までのいずれか１項記載の摩耗識別装置。
【請求項６】
チェーンの動作状態を監視するために、前記少なくとも１つのセンサ（１４０，１５０・・・）は、前記チェーンに加わったトルクを検出するセンサを含む、
請求項１から５までのいずれか１項記載の摩耗識別装置。
【請求項７】
チェーンの動作状態を監視するために、前記少なくとも１つのセンサ（１４０，１５０・・・）は、走行した距離を検出するセンサを含む、
請求項１から６までのいずれか１項記載の摩耗識別装置。
【請求項８】
チェーンの動作状態を監視するために、前記少なくとも１つのセンサ（１４０，１５０・・・）は、入れられた変速段を検出するセンサを含む、
請求項１から７までのいずれか１項記載の摩耗識別装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのセンサ（１４０，１５０・・・）は、過度に小さいおよび／または過度に大きいタイヤ圧を検出する加速度センサを含む
請求項１から８までのいずれか１項記載の摩耗識別装置。
【請求項１０】
前記評価ユニット（１３０）は、検出された前記電流信号のリプル成分の振幅と、前記比較信号のリプル成分の振幅とを比較する、
請求項１から９までのいずれか１項記載の摩耗識別装置。
【請求項１１】
前記評価ユニット（１３０）は、検出された前記電流信号のリプル成分の最大振幅と前記モータの周波数との商から特性量を形成し、前記特性量と、前記比較信号の対応する特性量とを比較する、
請求項１０記載の摩耗識別装置。
【請求項１２】
前記評価ユニット（１３０）は、検出された前記電流信号の振幅ないし前記特性量が、所定の閾値を上回る場合、摩耗状態にあることを識別する、
請求項１１記載の摩耗識別装置。
【請求項１３】
前記モータの定常動作時にのみ、すなわち、所定の期間における前記モータの平均電流が一定である場合にのみ、検出された前記電流信号のリプル成分と前記比較信号のリプル成分との偏差を求める、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の摩耗識別装置。
【請求項１４】
前記評価ユニット（１３０）は、検出された前記電流信号のリプル成分と前記比較信号のリプル成分との偏差を自動的に、所定の時間間隔で求める、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の摩耗識別装置。
【請求項１５】
検出された前記電流信号のリプル成分と前記比較信号のリプル成分との偏差を求めるのを開始させるためのユーザインタフェースをさらに有する、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の摩耗識別装置。
【請求項１６】
前記評価ユニット（１３０）は、検出された前記電流信号のリプル成分と前記比較信号のリプル成分との、所定の期間における平均偏差が、所定の大きさを超える場合にのみ、摩耗状態にあることを識別する、
請求項１から１５までのいずれか１項記載の摩耗識別装置。
【請求項１７】
電動自転車の少なくとも１つの部品の摩耗識別方法であって、
・少なくとも１つのセンサ（１４０，１５０・・・）を用いて、前記電動自転車の少なくとも１つの部品の動作状態を監視し、動作期間にわたる前記部品にかかる負荷を検出し、
・前記部品に対して規定された長期間負荷閾値に達した場合には直ちに、保守情報の再生を指示ユニット（１９０）上で行い、
前記電動自転車のチェーン駆動装置（１０）は、
・少なくとも１つのチェーンホイール（５）を備えた少なくとも１つの駆動軸（２）を駆動するモータ（１）と、
・少なくとも１つのチェーンホイール（７）を備えた少なくとも１つの出力軸（６）と、
・前記駆動軸（２）のチェーンホイール（５）と前記出力軸（６）のチェーンホイール（７）とを介して案内されることにより、前記駆動軸（２）にかかるトルクを前記出力軸（６）へ伝達させる、少なくとも１つの閉じられたチェーン（８）と
を含み、
前記摩耗識別方法は、
・前記モータの電流信号を検出し、
・前記電流信号のリプル成分を求め、前記チェーン駆動装置に新品状態のチェーンおよび新品状態のチェーンホイールが備えつけられているときに検出される電流信号に相当する比較信号のリプル成分と比較し、
・検出された前記電流信号のリプル成分と前記比較信号のリプル成分との偏差が所定の大きさを超える場合、摩耗状態であると識別する、
ことを特徴とする、摩耗識別方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの加速度センサを用いてフレームおよび／またはハンドルの振動を検出し、
予め定められた動作耐性限界に達するか、または当該動作耐性限界を超えると直ちに前記再生を行う、
請求項１７記載の摩耗識別方法。
【請求項１９】
少なくとも１つのセンサを用いて、前記電動自転車のバッテリーの充電サイクルの回数を検出し、
充電サイクルの所定回数に達するか、または充電サイクルの所定回数を超えると、直ちに前記再生を行う、
請求項１７または１８記載の摩耗識別方法。
【請求項２０】
少なくとも１つのセンサを用いて、前記電動自転車の速度推移を検出することにより、および／または、制動過程の回数を検出するかないしは求めることにより、ブレーキの動作状態を監視する、
請求項１７から１９までのいずれか１項記載の摩耗識別方法。
【請求項２１】
変速過程の回数を検出する少なくとも１つのセンサを用いて、チェーンの動作状態を監視する、
請求項１７から２０までのいずれか１項記載の摩耗識別方法。
【請求項２２】
チェーンに加わったトルクを検出する少なくとも１つのセンサを用いて、チェーンの動作状態を監視する、
請求項１７から２１までのいずれか１項記載の摩耗識別方法。
【請求項２３】
走行した距離を検出する少なくとも１つのセンサを用いて、チェーンの動作状態を監視する、
請求項１７から２２までのいずれか１項記載の摩耗識別方法。
【請求項２４】
入れられた変速段を検出する少なくとも１つのセンサを用いて、チェーンの動作状態を監視する、
請求項１７から２３までのいずれか１項記載の摩耗識別方法。
【請求項２５】
加速度センサが、過度に小さいおよび／または過度に大きいタイヤ圧を検出する、
請求項１７から２４までのいずれか１項記載の摩耗識別方法。
【請求項２６】
検出された前記電流信号のリプル成分の振幅と、前記比較信号のリプル成分の振幅とを比較する、
請求項１７から２５までのいずれか１項記載の摩耗識別方法。
【請求項２７】
検出された前記電流信号のリプル成分の最大振幅と前記モータの周波数との商から特性量を形成し、前記特性量と、前記比較信号の対応する特性量とを比較する、
請求項２６記載の摩耗識別方法。
【請求項２８】
検出された前記電流信号の振幅ないしは前記特性量が、所定の閾値を上回る場合、摩耗状態にあることを識別する、
請求項２７記載の摩耗識別方法。
【請求項２９】
前記モータの定常動作時にのみ、すなわち、所定の期間における前記モータの平均電流が一定である場合にのみ、検出された前記電流信号のリプル成分と前記比較信号のリプル成分との偏差を求める、
請求項１７から２８までのいずれか１項記載の摩耗識別方法。
【請求項３０】
検出された前記電流信号のリプル成分と前記比較信号のリプル成分との偏差を自動的に、所定の時間間隔で求める、
請求項１７から２９までのいずれか１項記載の摩耗識別方法。
【請求項３１】
ユーザインタフェースを介して、検出された前記電流信号のリプル成分と前記比較信号のリプル成分との偏差を求めるのを開始する、
請求項１７から３０までのいずれか１項記載の摩耗識別方法。
【請求項３２】
検出された前記電流信号のリプル成分と前記比較信号のリプル成分との、所定の期間における平均偏差が、所定の大きさを超える場合にのみ、摩耗状態にあることを識別する、
請求項１７から３１までのいずれか１項記載の摩耗識別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、電動自転車の少なくとも１つの部品における摩耗を識別するための方法および装置に関する。
【０００２】
とりわけ本発明は、電動自転車のチェーン駆動装置における摩耗を識別する方法に関する。このチェーン駆動装置は、少なくとも１つのチェーンホイールを備えた少なくとも１つの駆動軸を駆動するモータと、同様に少なくとも１つのチェーンホイールが備えられた少なくとも１つの出力軸と、少なくとも１つの閉じられたチェーンとを有し、当該チェーンは、前記駆動軸のチェーンホイールおよび前記出力軸のチェーンホイールを介して案内されることにより、当該駆動軸に加わるトルクを当該出力軸へ伝導する。
【０００３】
自転車の多くの部品は長期間耐久性ではなく、動作に耐えられるように構成されているだけであるため、定期的に自転車部品を保守するか、または交換しなければならない。たとえば、自転車の動作安全性を保証するためには、ブレーキおよび自転車照明器具の保守を定期的に行わなければならない。他の部品も、たとえばフレーム等も磨り減ったり疲労し、これによって、自転車の交通上の安全性が阻害されてしまうことになる。それゆえ自転車の部品の中には保守期限が規定されているものがあり、たとえばブレーキ、シフタおよび自転車フォーク等には保守期限が規定されている。しかし、この固定化された期限は、各自転車個別の実際の負荷および摩耗に適合していない。
【０００４】
電動自転車の駆動装置の効率は基本的に、チェーンの状態と、チェーンリングとスプロケットとに依存する。実際に自転車チェーンとして使用されるのは、たいていは転がりスリーブ型チェーンまたはベアリングカラー型チェーンである。動作時にはチェーンの内側に、とりわけスリーブないしはベアリングカラーとこれに対応するローラとの間に摩耗を生じさせる摩擦が生じ、これによってチェーンピッチが拡大し、その結果、チェーンが長くなってしまう。そうすると、チェーンのピッチがチェーンホイールの歯間距離に、すなわちチェーンリングおよびスプロケットの歯間距離に合わなくなるので、トルク伝達効率が低下する。さらに、チェーンホイールの磨り減りが一層促進される。その際には、摩耗は基本的に、チェーンおよびチェーンホイールの汚れ具合に依存する。というのも、泥が研磨具のように作用するからである。スプロケットおよびチェーンホイールを使い続けるためには、チェーンを早期に交換する以外にない。
【０００５】
チェーンを定期的に検査および保守するのは、チェーン駆動装置の効率のためだけではなく、定期的な検査および保守により、チェーンおよびチェーンホイールの動き性能も改善することができる。
【０００６】
規格にしたがって製造されたチェーンホイールの場合には、チェーンの摩耗を手で検査することができる。リングギヤからチェーンを５ｍｍ以上持ち上げることができる場合には、摩耗限界に達したということであり、チェーンを交換しなければならない。チェーンゲージやチェーンキャリバを用いると、チェーンリングの種類に依存せずに摩耗検査を行うことができる。その際には、チェーンの所定数の鎖環の長さを測定する。これらの手法はいずれも手動検査方式であり、動作中に、すなわち走行中に実施することはできない。上述の検査手法は専門の知識を必要とし、必然的に定期的に行われるものではない。
【０００７】
発明の開示
本発明では、保守が必要であることを自転車走行者に対して適時指示するために、電動自転車の各部品の経時変化状態を自動的に監視することを提案する。
【０００８】
こうするためには、少なくとも１つのセンサを用いて、少なくとも１つの選択された部品の動作状態を監視する。その際には、電動自転車の動作期間にわたって、当該部品にかかる負荷を検出する。本発明では、当該部品に定められた長期間負荷閾値に達すると直ちに、自転車走行者に対して、保守が必要であることを指示ユニット上で示す。
【０００９】
本発明の方法は、保守期限を必要に応じて、すなわち、監視対象の部品に実際に生じる摩耗に依存して設定することを可能にするものである。このことにより、電動自転車の保守を非常に効率的にすることができる。保守対応を適時に行うことにより、システム全体の寿命が長くなる。さらには、保守対応を適時に行うことにより、走行中に監視対象の部品に不具合や機能制限が生じるのを防止することができる。本発明ではこのようにして、電動自転車の交通上の安全性の保証に大きく寄与することができる。
【００１０】
本発明の方法を実施するためには、電動自転車に、少なくとも１つの部品の動作状態を監視するための少なくとも１つのセンサが備えられている。このセンサを用いて、監視対象の部品にかかる負荷を検出する。さらに本発明の摩耗識別装置は、センサ信号を評価するための評価装置を含み、この評価装置は、積算された負荷量を記憶するためのメモリを含む。前記監視対象の部品の所定の長期間負荷閾値に達した場合に保守情報を再生するために、少なくとも１つの指示ユニットが設けられている。これは、光学的および／または音響的な指示装置とすることができる。保守を行った後、前記部品の新たな状態を考慮するため、負荷量の総和を格納したメモリをリセットすることができる。
【００１１】
ここで、本発明の装置は、相互に独立した複数の部品監視用センサを含むことも可能であることを述べておく。さらに本発明の装置を用いて、相互に独立した複数の部品を監視することもできる。これら２つのいずれの場合にも、本発明の装置は、複数のセンサをまとめた群と、これに対応する複数のセンサ信号評価手段とを含む。
【００１２】
すでに言及したように、本発明の方法および本発明の装置を使用ひいては実現するための種々の手段が多数存在する。
【００１３】
たとえば、各部品の負荷プロフィールを上回る負荷量を検出するため、少なくとも１つの加速度センサを用いてフレームおよび／またはハンドルの振動を監視することができる。本発明では、部品の複数の負荷量を加算して当該部品の所定の動作耐性限界と比較することにより、当該動作耐性限界に達したかまたは当該動作耐性限界を超える場合に、フレームないしはハンドルが破損している可能性を自転車走行者に指示する。
【００１４】
この振動スペクトルはさらに、タイヤ圧を推定するために使用することもできる。このことにより、タイヤ圧が過度に低いことを自転車走行者に指示することができ、それによってパンクの危険性を低下させることができる。
【００１５】
また、電動自転車のバッテリーないしは蓄電池の寿命も、本発明の方法によって監視することができる。こうするためには、たとえば充電サイクル数を検出するだけでよい。というのも、この充電サイクル数がバッテリーの寿命を制限する要因となるからである。本発明ではこのようにして、バッテリー交換を行う必要があることが自転車走行者に対して自動的に適時指示できるので、自転車走行者は自転車を使用できる状態を保証することができる。
【００１６】
電動自転車の交通上の安全に関して特に重要なのは、ブレーキの動作状態の監視である。速度推移を監視することにより、いつブレーキが使用されたかということと、ブレーキによって消失したエネルギー量とを推定することができる。このブレーキの使用時期と消失エネルギー量とから、ブレーキ装置のブレーキパッドをいつ交換すべきかを推定することができる。速度推移の他に択一的または補足的に、単に、制動が行われた回数を検出し、この制動回数と、予め定めされた最大制動回数とを比較することも可能である。この検出はたとえばスイッチを用いて行われる。
【００１７】
本発明の特に有利な用途の１つに、チェーン駆動装置の部品の監視がある。というのも、チェーン駆動装置の効率は基本的に、チェーンおよびチェーンホイールの状態に依存するからである。自転車チェーンの場合には、複数の種々の基準に基づいて摩耗識別を行うことができる。
【００１８】
ディレーラの場合には、変速過程の回数がチェーンの経時変化に著しく大きな影響を及ぼす。それゆえ、本発明の１つの実施形態では、変速過程の回数に基づいてチェーンの摩耗を識別する。
【００１９】
上記実施形態の他に択一的または補足的に、チェーンにかかるトルクと、とりわけ危険なトルクとを検出する少なくとも１つのセンサを用いて、チェーンの動作状態を監視することができる。このようにして、変速時に生じるトルクを検出し、かつ、走行運転中にチェーンにかかる機械的負荷を検出することもできる。たとえば、適切なトルクセンサ系を用いて、たとえば危険なトルクが発生した頻度と、所定の動作耐性限界（ヴェーラー曲線）を超えて保守が必要となる時期とを求めることができる。
【００２０】
変速段の選択は、スプロケット群の摩耗を決定する重要な要素である。ある特定の変速段を高頻度で使用すると、これに相当するスプロケットの摩耗が早まることになる。ここで、摩耗を正確に評価するために、センサのアシストによる変速段検出を使用することができる。
【００２１】
本発明の方法の特に有利な実施形態では、チェーン駆動装置の動力／トルク伝達部品の動作状態を監視するために、モータのモータ電流を用いる。この監視を行うために、本発明ではこの電流信号のリプル成分を求め、比較信号のリプル成分と比較する。この比較信号は、チェーン駆動装置に備えられたチェーンおよびチェーンホイールが新品状態であるときに検出される電流信号に相当する。その際には、検出された電流信号のリプル成分と比較信号のリプル成分との間の偏差が所定の程度を上回る場合、摩耗状態にあると判定される。ここで重要なのは、モータ信号のリプル成分に、チェーンの磨り減りおよびチェーンホイールの磨り減りの双方が表れることである。
【００２２】
モータ電流信号のリプル成分に基づく摩耗識別は、以下の考えに基づいている：
どのモータも固有のトルクリプルを有し、これはいわゆるリプルトルクに起因するものである。このリプルトルクは、モータの実際のトポロジーに依存せずに生じ、典型的には２つの成分を組み合わせたもの、すなわち、磁気的なコギングトルク（Cogging torque）と電気力学的なコギングトルクとを組み合わせたものである。磁気的なコギングトルクとはモータの機械的構造に起因するものであり、しかも、ロータおよび／またはステータにスロットが設けられていることに起因し、永久磁石電気機械の場合には磁極にも起因するものである。電気力学的なコギングトルクとは、モータの通電と、特に電流の反転（転流）とに起因するものである。ＤＣモータの場合、転流は機械的に行われるが、たとえばＢＬＤＣモータの場合には、電子的に転流を行うこともできる。
【００２３】
本発明では、モータのトルクリプルはチェーン駆動装置のトルク伝達方式に影響を受けるという認識が得られた。自転車チェーンは、たとえば多角形等のチェーンホイールを包囲するので、ホイールの有効直径が変動する。したがって、駆動側のチェーンホイールの角速度が一定である場合には、チェーン速度も変動する。この現象は多角形現象とも称される。特に、たとえば電動自転車のチェーン駆動装置のように歯数が比較的少ないチェーンホイールの場合には、この現象は非常に強く顕れる。この多角形現象に起因してさらに追加的な力が生じ、これがモータのトルクリプルに影響を及ぼす。
【００２４】
チェーンが長くなると有効チェーンピッチが変化する。さらに、チェーンホイールの磨り減りも一層増大することとなり、このことによって、駆動側のチェーンホイールの有効直径が変化する。これらの現象はいずれも、モータのトルクリプルに影響を及ぼす。
【００２５】
モータのトルクリプルはモータ電流リプルに表れる。というのも、モータの負荷トルクＭと測定されたモータ電流Ｉとの間には線形の関係式：Ｍ＝ｋ・Φ・Ｉが成り立つからである。ここで、ｋ・Φはモータ定数である。よって、負荷トルクＭのリプル成分はモータ電流Ｉのリプル成分に相当する。
【００２６】
本発明では、検出されたモータ電流に基づいて、摩耗に起因して生じる、チェーン駆動装置の新品時の状態からのトルクリプルの偏差を求めて評価する。
【００２７】
チェーン駆動装置に摩耗が生じると、通常はリプル振幅が大きくなるので、本発明の方法の有利な実施形態では、検出された電流信号のリプル成分の振幅と、比較信号のリプル成分の振幅とを比較する。こうするためには、検出された電流信号のリプル成分の最大振幅とモータ周波数との商から特性量を形成し、この特性量と、比較信号の対応する特性量とを比較することができる。この場合には、検出された電流信号の振幅ないしは特性量が所定の閾値より有意に大きい場合に、摩耗状態にあると判定する。
【００２８】
モータ電流は、電動自転車の既存のセンサ系を用いて持続的に監視することができる。しかし、チェーン駆動装置のトルク伝達部品の摩耗は突然生じるものではなく、摩耗状態は長期間使用した結果であるから、電流信号を連続的に解析しなくてもよい。むしろ、電流信号を定期的に解析すれば十分である。比較可能な複数の結果を得るためには、モータの特定の動作時にその都度、信号解析を行うのが推奨される。この特定の動作時としては、定常動作時が適している。この場合、予め定められた最小期間における平均モータ電流は一定であるから、加速プロセスまたは制動プロセスに起因するトルクリプルの変化は排除することができる。検出された電流信号のリプル成分と比較信号のリプル成分との偏差を求めることは、自動的に特定の時間間隔で、または択一的に、適切なユーザインタフェースを介して開始させることにより、実施することができる。
【００２９】
評価アルゴリズムによっては、検出された電流信号のリプル成分と比較信号のリプル成分との偏差の、所定の期間における平均が、所定の程度を超えた場合にのみ、摩耗状態にあることを示すのが有利である場合がある。
【００３０】
図面の簡単な説明
すでに上記で述べたように、本発明を有利に実施および発展するための手段は種々存在する。これらの手段に関しては、独立項である請求項１を引用する従属項と、図面を参照してなされた、下記の本発明の実施例の説明とを参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】電動自転車の摩耗識別を行うための本発明の装置のブロック回路図である。
【図２】本発明の摩耗識別方法のフローチャートである。
【図３】電動自転車のチェーン駆動装置の可能な構成を示す概略図である。
【図４】モータ電流検出用のセンサを備えたＢＬＤＣ駆動装置の回路図である。
【図５】各信号の角度依存性を表すグラフを用いて、モータのリプル成分の構成要素と、当該リプル成分が負荷トルクに及ぼす影響とを示す図である。
【図６】保守情報も指示することが可能な、電動自転車の操作ディスプレイを示す図である。
【００３２】
本発明の実施形態
図１のブロック回路図は、図２のフローチャートに示された方法で電動自転車の摩耗を識別するための装置１００の各構成要素の協働動作を示す図である。装置１００は複数のセンサ１４０，１５０・・・を含み、これらは、電動自転車の監視対象の部品の動作状態と、該部品にかかる負荷とに関する情報を検出するセンサである。これらのセンサ情報はマイクロコンピュータ１１０へ供給され、マイクロコンピュータ１１０はデータの記憶および呼び出しを行うためにデータメモリ１２０に接続されている。マイクロコンピュータ１１０とデータメモリ１２０とが、評価ユニット１３０を構成する。最後に、前記装置１００はさらに指示ユニット１９０も含み、前記センサ情報を評価した結果、自転車の監視対象の部品のうち１つまたは複数が所定の長期間負荷閾値に達した場合、マイクロコンピュータ１１０は指示ユニット１９０を駆動制御する。
【００３３】
本発明の摩耗識別方法は自動的に、たとえば走行運転中に常にまたは規則的な時間間隔で、または手動で開始して実施することが可能である。摩耗識別方法の開始２００後の第１のステップ２１０において、センサ１４０，１５０を使用して測定量を検出する。次のステップ２２０において、この測定量に基づき、監視対象の自転車部品の動作状態と、当該自転車部品にかかる負荷とに関する情報を求める。ステップ２３０において、求められた前記情報と、自転車部品ごとに定められた長期間負荷閾値とを比較する。前記長期間負荷閾値に達するかまたは前記長期間負荷閾値を上回る場合、対応する保守情報を指示ユニット１９０上に示し、その後、摩耗識別方法を繰り返す。前記長期間負荷閾値に達しない場合、または上回らない場合には、摩耗識別方法の開始点２００まで戻る。
【００３４】
以下、図３に示された電動自転車のチェーン駆動装置１０を例として、電動自転車の少なくとも１つの部品の摩耗識別を行うための本発明の方法を説明する。
【００３５】
チェーン駆動装置１０はモータ１を有し、このモータ１は駆動軸２を駆動する。さらに駆動軸２には、自転車走行者のためのペダル４が備えつけられたクランクアーム３が設置されている。駆動軸２には少なくとも１つのチェーンリング５が設けられている。後輪軸がチェーン駆動装置１０の出力軸６となっている。この出力軸６には少なくとも１つのスプロケット７が設けられている。駆動軸２と出力軸６とは、閉じられたチェーン８を介して有効接続されており、このチェーン８は、駆動軸２のチェーンリング５と出力軸６のスプロケット７とを介して案内される。このようにしてチェーン８は、駆動軸２に加わったトルクを出力軸６と後輪とへ伝達させる。最後にチェーン駆動装置１０は、２つの小型チェーンホイール９を有するシフトロッカーも含み、このシフトロッカーは後輪軸に配置され、ディレーラの一部である。第３の小型チェーンホイール１１は、チェーンをモータ１へ案内する部材として用いられる。図中の実施例では、モータ１は駆動軸２の領域に配置されている。
【００３６】
前記モータ１はＢＬＤＣモータである。このモータ１では転流は、図４に示された駆動制御回路２０を用いて実現される。この駆動制御回路２０は、モータ電流を検出するための電流センサ２１を含む。矢印２２は、電流信号が評価ユニットへ供給されることを示す。モータ信号を適切に評価することにより、チェーン駆動装置のチェーンおよびチェーンホイールの状態を監視し、チェーン駆動装置に摩耗が生じていることを適時に指示することができる。
【００３７】
こうするためには、検出された電流信号のリプル成分を求め、比較信号のリプル成分と、すなわち、新品状態のチェーン駆動装置が備えつけられたモータの動作時に検出された電流信号のリプル成分と比較する。
【００３８】
モータのモータ電流Ｉと負荷トルクＭとの間には、線形の関係式Ｍ＝ｋ・Φ・Ｉが成り立つ。したがって、測定されるモータ電流のリプル成分、すなわち、角度に依存するリプルは、モータの負荷トルクのリプル成分に相当する。図５のグラフに、とりわけ曲線３１，３２にこのことが示されており、曲線３１は、モータ電流の角度依存性を示し、曲線３２はモータ負荷電流の角度依存性を表している。このモータ負荷トルクには、磁気的コギングトルク（cogging torque）と電気力学的コギングトルクとが重畳されている。ここでは、これらの角度依存性を曲線３３および３４で示す。これらから、モータ１０の総トルクとして曲線３５が求められる。
【００３９】
チェーン駆動装置の摩耗時にはさらに付加的なコギングトルクが生じ、これによってモータの総トルクが、特に総トルクのリプル成分が増幅され、ひいてはモータ電流のリプル成分も増幅される。このリプル成分の振幅から特性量を導出することができ、たとえば、リプル成分の最大振幅とモータ周波数との商を求めることができる。これは、予め定められた閾値と簡単に比較することができる。この閾値は、比較信号の対応する特性量から求められ、モータ制御部２０のメモリに格納される。
【００４０】
モータ電流は連続的に検出されるが、電流信号のリプル成分ないしはその特性量を規則的な間隔で求め、記憶された閾値と比較するだけで十分である。これは自動的に行うのが有利であるが、自転車走行者によって適切なインタフェースを介して開始させることも可能である。
【００４１】
測定された電流信号の特性量が、前記記憶された閾値を有意に上回る場合に初めて、チェーン駆動装置の状態が摩耗状態であると判定する。これについては、複数の連続する測定結果の平均値を用いて前記閾値比較を行うか、または比較ヒステリシスを設けるのが有利であることが判明している。
【００４２】
摩耗限界に達すると、自転車走行者に対して保守指示が示され、たとえば図６に示されているように、操作ディスプレイ４０上に適切なシンボル４１によって示される。このシンボル４１は、チェーンを交換すべきであることを表すシンボルとしてチェーンを表すものである。別のシンボルとして、チェーンおよびスプロケットの双方を交換すべきことを指示するために、チェーンをスプロケットと共に表示することもできる。適切な保守を行った後、指示器を手動でリセットするか、または自動的にリセットする。というのもこの時点で、前記電流信号の求められた特性量は閾値よりも下に戻るからである。
【００４３】
比較的大きなディスプレイ上に、チェーン駆動装置の状態と必要な保守対応手段とに関する詳細な情報を自転車走行者に対して出力することも可能である。
【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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