(57)【要約】【課題】自転車を走行させる必要がないとき、モーターが車輪を駆動するのを停止して、安全に、しかも便利に使用する。【解決手段】電動自転車は、ペダル１１の踏力が車輪３を駆動するトルクを検出するトルクセンサ１３と、車輪３の回転を検出する回転センサ１４と、車輪３を駆動するモーター９と、このモーター９に電力を供給する電池１０と、電池１０とモーター９との間に接続されて、電池１０からモーター９に供給する電力を制御する制御回路１５とを備える。制御回路１５は、トルクセンサ１３と回転センサ１４の両方の信号で、モーター９に電力供給を開始する電力供給開始タイミングを制御するようにしている。【選択図】　図９
2004142633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダル（１１）の踏力が車輪（３）を駆動するトルクを検出するトルクセンサ（１３）と、車輪（３）の回転を検出する回転センサ（１４）と、車輪（３）を駆動するモーター（９）と、このモーター（９）に電力を供給する電池（１０）と、電池（１０）とモーター（９）との間に接続されて、電池（１０）からモーター（９）に供給する電力を制御する制御回路（１５）とを備え、
制御回路（１５）が、トルクセンサ（１３）と回転センサ（１４）の両方の信号で、モーター（９）に電力供給を開始する電力供給開始タイミングを制御するようにしてなる電動自転車。
【請求項２】
車輪（３）が停止位置から所定の角度回転されたことを回転センサ（１４）が検出し、あるいは車輪（３）が所定の速度で回転していることを回転センサ（１４）が検出し、あるいはまた、車輪（３）が所定の角度回転されると共に、所定の速度で回転していることを回転センサ（１４）が検出し、さらに、トルクセンサ（１３）が車輪（３）を駆動するトルクを検出する状態で、制御回路（１５）がモーター（９）への電力供給を開始する請求項１に記載される電動自転車。
【請求項３】
車輪（３）を駆動するモーター（９）がブラシレスモーターで、ブラシレスモーターに内蔵されるローターの回転を検出するローター回転位置センサを車輪（３）の回転を検出する回転センサ（１４）に併用している請求項１に記載される電動自転車。
【請求項４】
車輪（３）の回転速度が最低速度よりも遅くなることを回転センサ（１４）が検出すると、制御回路（１５）がモーター（９）の駆動を停止する請求項１に記載される電動自転車。
【請求項５】
車輪（３）が後退する方向に回転することを回転センサ（１４）が検出すると、制御回路（１５）がモーター（９）を駆動しない請求項１に記載される電動自転車。
【請求項６】
モーター（９）が前輪（３Ａ）を駆動する請求項１に記載される電動自転車。
【請求項７】
ペダル（１１）の踏力が後輪（３Ｂ）を駆動するトルクを検出するトルクセンサ（１３）と、トルクセンサ（１３）からの信号に基づいて前輪（３Ａ）を駆動するモーター（９）とを備え、前輪（３Ａ）に鍵（１２）を設けている請求項１に記載される電動自転車。
【請求項８】
ペダル（１１）の踏力が一方の車輪（３）を駆動するトルクを検出するトルクセンサ（１３）と、トルクセンサ（１３）からの信号に基づいて他方の車輪（３）を駆動するモーター（９）とを備え、他方の車輪（３）に鍵（１２）を設けていることを特徴とする電動自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪をモーターで駆動する電動自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動自転車は、ペダルが車輪を駆動するトルクをクランクトルクセンサで検出して、モーターが車輪を駆動する。モーターは、電動自転車が所定の速度以下の状態では、ペダルが車輪を駆動する駆動トルクと等しい回転トルクで車輪を駆動する。モーターが車輪を駆動する回転トルクは、電池からモーターに供給する電力で制御される。モーターへの供給電流は、電池とモーターとの間に接続しているスイッチング素子をオンオフに接続して行われる。スイッチング素子は、制御回路でオンオフに制御される。制御回路は、ペダルの回転トルクを検出してスイッチング素子をオンオフに制御する。
【０００３】
この構造の電動自転車は、ペダルを踏むとモーターが車輪を駆動するので、走行する意思がないときにペダルを踏むと、車輪がモーターで駆動されることがある。たとえば、信号待ちでペダルに足をかけると、クランクトルクセンサが駆動トルクを検出して車輪を駆動することがある。また、方向転換するために自転車を前後に移動させて切り換しするとき、ペダルに足をかけていると、自転車を後退させるときにモーターが車輪を駆動することがある。以上のように、自転車は、走行させないときにペダルに足をかけていることがあるが、このとき車輪がモーターで駆動されると、便利に使用できないことがある。
【０００４】
走行する意思がないときに車輪が回転されるのを防止する電動自転車は、特許文献１の公報と特許文献２の公報に記載される。特許文献１の公報には、ブレーキを操作する状態ではモーターが車輪を駆動するのを停止する電動自転車が記載される。特許文献２の公報には、前輪や後輪が浮いていることを検出すると、モーターが車輪を駆動しない電動自転車が記載される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１２１８０号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９６８５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの電動自転車は、ブレーキを操作し、あるいは車輪を浮かせる状態ではモーターが車輪を駆動するのを停止できる。しかしながら、これらの公報に記載される電動自転車は、ペダルに足をかける状態でブレーキを操作しないと、モーターが車輪を駆動することがある。このため、全てのユーザーが不必要な状態でモーターが車輪を駆動するのを停止することはできない。ブレーキを操作しないで、ペダルに足をかけることがあるからである。また、自転車を前後に移動させて方向転換するときには、ブレーキを操作しないので、この状態ではモーターが車輪を駆動する欠点も解消できない。
【０００７】
さらに、近年フロントハブにモーターを内蔵する電動自転車が開発されているが、この電動自転車は、ペダルで後輪を駆動し、モーターで前輪を駆動する。このタイプの自転車は、後輪に鍵をかけた状態、すなわち走行させない状態で、ペダルが踏まれると、モーターが前輪を駆動する欠点がある。この状態は自転車が不安定な状態となるばかりでなく、停止しているモーターに大電流が流れて電池を無駄に消費し、またモーターにも大きな負荷がかかる欠点もある。
【０００８】
本発明は、さらにこのような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、自転車を走行させる必要がないとき、モーターが車輪を駆動するのを停止して安全に、しかも便利に使用できる電動自転車を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動自転車は、ペダル１１の踏力が車輪３を駆動するトルクを検出するトルクセンサ１３と、車輪３の回転を検出する回転センサ１４と、車輪３を駆動するモーター９と、このモーター９に電力を供給する電池１０と、電池１０とモーター９との間に接続されて、電池１０からモーター９に供給する電力を制御する制御回路１５とを備える。制御回路１５は、トルクセンサ１３と回転センサ１４の両方の信号で、モーター９に電力供給を開始する電力供給開始タイミングを制御するようにしている。
【００１０】
さらに、本発明の電動自転車は、車輪３が停止位置から所定の角度回転されたことを回転センサ１４が検出し、あるいは車輪３が所定の速度で回転していることを回転センサ１４が検出し、あるいはまた、車輪３が所定の角度回転されると共に、所定の速度で回転していることを回転センサ１４が検出し、さらに、トルクセンサ１３が車輪３を駆動するトルクを検出する状態で、制御回路１５がモーター９への電力供給を開始することができる。
【００１１】
さらに、本発明の電動自転車は、車輪３を駆動するモーター９をブラシレスモーターとして、ブラシレスモーターに内蔵されるローターの回転を検出するローター回転位置センサを車輪３の回転を検出する回転センサ１４に併用することができる。
【００１２】
制御回路１５は、車輪３の回転速度が最低速度よりも遅くなることを回転センサ１４が検出すると、モーター９の駆動を停止することができる。さらに、制御回路１５は、車輪３が後退する方向に回転することを回転センサ１４が検出すると、モーター９を駆動しないようにすることができる。モーター９は、前輪３Ａを駆動することができる。さらに、本発明の電動自転車は、ペダル１１の踏力が後輪３Ｂを駆動するトルクを検出するトルクセンサ１３と、トルクセンサ１３からの信号に基づいて前輪３Ａを駆動するモーター９とを備えて、前輪３Ａに鍵１２を設けることができる。
【００１３】
さらに、本発明の請求項８の電動自転車は、ペダル１１の踏力が一方の車輪３を駆動するトルクを検出するトルクセンサ１３と、トルクセンサ１３からの信号に基づいて他方の車輪３を駆動するモーター９とを備えており、他方の車輪３に鍵１２を設けている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電動自転車を例示するものであって、本発明は電動自転車を以下のものに特定しない。
【００１５】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１６】
図１に示す電動自転車は、フレーム１と、このフレーム１の下端に装着しているペダルクランク２と、このペダルクランク２で回転される第１スプロケット４と、チェーン６を介してペダルクランク２で回転される後輪３Ｂと、フロントフォーク７の下端に装着している前輪３Ａと、この前輪３Ａのフロントハブ８に内蔵されて前輪３Ａを駆動するモーター９と、このモーター９に電力を供給する電池１０とを備える。そして、フレーム１の下端においては、後述する制御回路１５を内蔵するコントロールボックス３３が設置される。
【００１７】
この電動自転車は、ペダル１１を踏むと、ペダルクランク２が第１スプロケット４を回転し、第１スプロケット４がチェーン６と第２スプロケット５を介して後輪３Ｂを回転する。ペダルクランク２で後輪３Ｂを駆動するとき、人力によるトルクを検出して、フロントハブ８に内蔵されるモーター９に電池１０から電力が供給され、補助的にモーター９が前輪３Ａを駆動する。電動自転車は、設定速度よりも遅い領域において、モーター９が前輪３Ａを駆動する回転トルクと、ペダルクランク２が後輪３Ｂを駆動する回転トルクとが同じになるようにモーター９への供給電力を制御している。自転車が設定速度になるとモーター９は車輪３を駆動しなくなる。図１の電動自転車は、モーター９で前輪３Ａを駆動しているが、本発明の電動自転車はモーター９で後輪３Ｂを駆動することもできる。モーター９で後輪３Ｂを駆動する電動自転車は、後輪３Ｂのハブにモーター９を内蔵し、あるいはモーター９で第１スプロケット４を駆動する。
図１に示す本実施例において、前輪３Ａをモーター９で駆動する電動自転車は、前輪３Ａに鍵１２を設けている。この鍵１２はロック状態で前輪３Ａが回転されるのを確実に停止する。したがって、鍵１２をロックする状態においては、誤動作等でモーター９が前輪３Ａを駆動しようとしても、また、人力が加わるペダルクランク２又は後輪３Ｂ側でトルクを検出しようとも、鍵１２でロックされているので前輪３Ａが回転することがない。また、他の実施例として、ペダルクランクで前輪を駆動し、モーターで後輪を駆動する構造とし、後輪に鍵を設けてもよい。
【００１８】
図２は、図１の電動自転車に搭載されて、電池１０がモーター９に電力を供給する回路のブロック図である。このブロック図に示す電動自転車は、ペダル１１の踏力が車輪３を駆動するトルクを検出するトルクセンサ１３と、車輪３の回転を検出する回転センサ１４と、車輪３を駆動するモーター９と、このモーター９に電力を供給する電池１０と、電池１０とモーター９との間に接続されて、電池１０からモーター９に供給する電力を制御する制御回路１５とを備える。
【００１９】
さらに、このブロック図の電動自転車は、自転車の走行状態を切り換える手元操作部１６と、自転車のブレーキレバー１７が操作されたことを検出して回生制動のタイミングを特定する、ブレーキレバー１７内に設けられた回生スイッチ１８と、制御回路１５に使用される回路部品等の温度を検出する温度センサ１９と、電池１０の電流と電圧を検出する電流センサ２０および電圧センサ２１を制御回路１５に連結している。この手元操作部１６はハンドル２３に装着されて、モーター９にて補助的に駆動するかどうかの電源オンオフのスイッチ、及びモーター９が前輪３Ａを駆動する回転トルクの度合い（モード）を設定するスイッチとを備えている。制御回路１５は、回路部品の温度が設定温度よりも高くなる過熱異常信号が温度センサ１９から入力されると、電池１０からの電流を遮断して回路及びモーター９を保護する。さらに、制御回路１５は、電流センサ２０と電圧センサ２１の入力信号でモーター９に供給する電流を制御すると共に、電池１０の残容量を演算して電池１０が過放電にならないように放電電流を制御する。浸水センサ２２の役割を以下に説明する。詳細な説明は省略するが、後述するように、回転するトルクセンサ１３からの電気出力を制御回路１５に伝達するために、スリップリング（図示せず）を採用しているが、このスリップリングが水にぬれた時に正常に電気出力を伝達することができない。このために、水ぬれを浸水センサ２２にて検出して、水ぬれが検出されたときは、踏力に基づいてモーター９を正常に駆動することができないので、モーター９の駆動を停止する。
【００２０】
トルクセンサ１３は、ペダルクランク２で回転される第１スプロケット４に内蔵している。本実施例におけるトルクセンサ１３は、ペダル１１の踏力が車輪３を駆動するトルクを、ペダルクランク２で回転される第１スプロケット４で検出する構造としている。ただ、トルクセンサ１３は、ペダル１１の踏力が車輪３を駆動するトルクを検出する他の全ての構造が採用できる。図３は、トルクセンサ１３を内蔵する第１スプロケット４の概略図を示している。この第１スプロケット４の斜視図を図４と図５に示す。これ等の図に示す第１スプロケット４は、外周にチェーン６をかける歯（図示せず）を別途設ける外輪２４と、この外輪２４の内側にあってペダルクランク２で回転される内輪２５とを備える。内輪２５は外輪２４に対して所定の角度は回転できるように連結される。図６の断面図に示すように、内輪２５は外周縁に外輪２４を回転できるように案内する外周溝２６を設けている。この外周溝２６に、外輪２４の内周縁を、回転できるが軸方向に抜けることがないように案内している。外輪２４はトルクセンサ１３を配設するための凹部２７を内周部に設けている。内輪２５は、外輪２４の凹部２７に突出する駆動アーム２８を有し、この駆動アーム２８と凹部２７との間にトルクセンサ１３を配設している。内輪２５は、図４と図５に示すように、トルクセンサ１３を内蔵する筒部２９を備えており、この筒部２９の内側にトルクセンサ１３を配設している。さらに、駆動アーム２８は、トルクセンサ１３に当接する反対側に押しバネであるコイルスプリング３０を配設している。コイルスプリング３０は、駆動アーム２８を一定の圧力でトルクセンサ１３に押圧している。外輪２４は凹部２７に突出して、コイルスプリング３０に挿通される凸部３１を設けている。コイルスプリング３０は、外輪２４の凸部３１に挿入され、内輪２５の筒部２９に入れられて定位置に配置される。この第１スプロケット４は、ペダルクランク２で内輪２５が回転されると、内輪２５の駆動アーム２８がトルクセンサ１３を介して外輪２４を回転させる。ペダルクランク２の回転力は、トルクセンサ１３を介して外輪２４を回転し、外輪２４がチェーン６を介して後輪３Ｂを回転させる。ペダル１１に強い踏力が作用すると、内輪２５がトルクセンサ１３を押圧する圧力も強くなる。したがって、トルクセンサ１３は、これに作用する圧力を検出して、ペダルクランク２の回転トルクを検出できる。この図のトルクセンサ１３は、磁歪素子を利用した圧力センサであって、トルクセンサ１３からの電気出力は、詳細な説明は省略するが、回転するトルクセンサ１３からの電気出力を得るためにスリップリングを利用して、制御回路１５にて検出される。
【００２１】
ただし、本発明はトルクセンサ１３を圧力センサに特定しない。トルクセンサ１３には変位センサも使用できる。図７は変位センサをトルクセンサ１３に使用する具体例を示す。この図の第１スプロケット４は、内輪２５の駆動アーム２８に凸部２８Ａを設けており、この凸部２８Ａの移動を変位センサで検出する。内輪２５の駆動アーム２８と外輪２４の凹部２７との間には押しバネであるコイルスプリング３２を配設している。コイルスプリング３２は、内輪２５がペダルクランク２の強い踏力で駆動されるほど圧縮されて短くなる。コイルスプリング３２が圧縮されると、内輪２５の駆動アーム２８の凸部２８Ａが変位センサに接近し、あるいは変位センサに押し込まれる。凸部２８Ａの移動した位置が変位センサで検出されて、ペダルクランク２のトルクが検出される。
【００２２】
回生スイッチ１８は、ブレーキレバー１７が操作されたことを検出するスイッチで、ブレーキレバー１７に設けられ、あるいはブレーキレバー１７で引っ張られるブレーキワイヤーの途中に設けられる。回生スイッチ１８は、ブレーキを握ってブレーキを操作する状態と、ブレーキを操作しない離した状態とで、オンオフに切り換えられるスイッチである。回生スイッチ１８は、好ましくは、ブレーキを操作しない状態でオフとなるノーマルオフのスイッチが使用される。回生スイッチ１８は、リードスイッチやリミットスイッチである。リードスイッチは、ブレーキレバー１７やブレーキワイヤーに連結されている磁石でオンオフに切り換えられる位置に配置される。リミットスイッチは、ブレーキレバー１７やブレーキワイヤーに連結している当接部でプランジャーを機械的に押してオンオフに切り換えられる位置に配置される。
【００２３】
回生スイッチ１８は、ブレーキが操作されたことを示す信号を制御回路１５に出力する。制御回路１５は、ブレーキが操作された信号が入力されると、モーター９を発電機として使用して、回生制動して電池１０を充電する。制御回路１５は、モーター９の界磁コイルに流す電流のタイミングを制御して、モーター９を発電機として電池１０を充電する。制御回路１５は、電池１０の残容量を検出し、電池１０の過充電を防止しながら回生制動して電池１０を充電する。すなわち、電池１０が満充電になると、ブレーキが操作されても回生を停止して電池１０の充電を停止する。ブレーキを操作したことを検出して回生制動する電動自転車は、スムーズに制動できると共に、運動のエネルギーを有効に回収して電池１０を充電できる。このため、自転車を速やかに停止できると共に、電池１０による走行距離を長くできる特長がある。
【００２４】
図８は、制御回路１５が、モーター９の回転トルクを制御する特性のひとつの具体例を示すグラフである。この図において、制御回路１５は、自転車の速度が第１設定速度よりも低い第１領域において、ペダルクランク２が車輪３を駆動する車輪３の回転トルクに等しい回転トルクで車輪３を駆動する。第１設定速度は、時速１５ｋｍに設定される。この図は、ペダルクランク２の踏力が車輪３を駆動する回転トルクを１００％としている。自転車の速度が第１設定速度よりも速く、第２設定速度よりも遅い領域において、モーター９が車輪３を駆動するトルクは車速が第２設定速度に近付くにしたがって、ペダルクランク２が車輪３を駆動するトルクよりも小さくする。第２設定速度は、たとえば時速２４ｋｍに設定される。
【００２５】
制御回路１５は、手元操作部１６で操作されて、モーター９が車輪３を駆動するトルク特性を変化させる。たとえば、手元操作部１６のスイッチが「省エネルギーモード」に切り換えられると、図の鎖線で示すように、モーター９が車輪３を駆動するトルクを少なくして、モーター９の消費電力を少なくする。この状態に切り換えると、電池１０を長い時間使用できるので、電池１０を使用して走行できる距離が長くなる。図８は、モーター９が車輪３を駆動するトルクを例示するものであって、本発明の電動自転車は、モーター９が車輪３を駆動するトルクを図８に示す特性に特定するものでは決してない。モーター９は、図に示すカーブとは異なる特性で車輪３を駆動することができる。
【００２６】
本発明の電動自転車は、トルクセンサ１３からの信号のみでなく、回転センサ１４の信号も考慮して、モーター９に電力供給を開始する電力供給開始タイミングを特定する。制御回路１５は、ペダルクランク２が踏まれて、トルクセンサ１３が踏力による回転トルク踏力を検出しても、このトルクセンサ１３のみの信号ではモーター９への電力供給を開始しない。制御回路１５は、停止している状態から車輪３が回転されたことを検出しないかぎり、モーター９への電力供給を開始しない。
【００２７】
車輪３の回転は回転センサ１４で検出される。回転センサ１４は、モーター９に内蔵されるセンサを使用できる。車輪３の駆動にブラシレスモーターを使用する電動自転車は、ブラシレスモーターに内蔵されるローター回転位置センサを回転センサ１４に使用する。ブラシレスモーターは、ステーターの界磁コイルに流す電流を切り換えてローターを回転させるので、ローターの回転位置を検出するために、ローター回転位置センサを内蔵している。ローター回転位置センサは、ローターの永久磁石の磁界を検出するホール素子である。３相ブラシレスモーターは、ローター回転位置センサとして、３つのホール素子を備えている。ブラシレスモーターが８極であると、３つのホール素子からは、ローターが１回転すると２４回パルスが出力される。モーター９の回転は、減速されて車輪３を駆動するので、モーター９と車輪３との減速比を１／１６とすれば、車輪３が１回転するときに、このブラシレスモーター９は、ローター回転位置センサである３つのホール素子からは３８４回のパルスを出力する。したがって、車輪の回転センサに代わって、車輪３の回転を間接的に検出するローター回転位置センサから出力されるパルスをカウントして、車輪３の回転角を検出できる。たとえば、ローター回転位置センサから５回パルスが出力されると、車輪３は約５度回転したことになる。さらに、ブラシレスモーター９のローター回転位置センサは、ローターの回転方向を検出できる。したがって、ローターの回転方向を検出して、電動自転車の前進と後退を検出できる。ブラシレスモーターは、ローターが正転されるときと逆転されるときとで、３つのホール素子から出力される”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”が出力される配列が異なるので、この配列でローターの正転と逆転を検出できる。ローター回転位置センサを車輪３の回転センサ１４に使用する電動自転車は、車輪３の回転を検出する専用のセンサを使用する必要がない。ただし、専用の回転センサを設けて、車輪の回転を検出することもできる。
【００２８】
制御回路１５は、停止位置から所定の角度回転されたことを回転センサ１４が検出し、あるいは車輪３が所定の速度で回転していることを回転センサ１４が検出し、あるいはまた、車輪３が所定の角度回転させると共に、所定の速度で回転していることを回転センサ１４が検出したことを確認し、その後、トルクセンサ１３が車輪３を駆動するトルクを検出すると、モーター９への電力供給を開始する。したがって、電動自転車は、停止している状態でペダルクランク２を踏んで、トルクセンサ１３が踏力を検出しても、車輪３が回転しないかぎりモーター９に電力供給を開始しない。
【００２９】
制御回路１５は、図９に示す以下のフローチャートに従って、好ましくは、車輪３が所定の角度回転し、さらに車輪３の回転速度が設定速度になったことを検出して、モーター９の電力供給を開始する。
［ｎ＝１のステップ］
メインスイッチがオンに切り換えられると、モーター９の電力供給を停止して、モーター９が車輪３を駆動しないようにする。
［ｎ＝２のステップ］
このステップで、漕ぎ終わり状態、すなわち停止状態を設定する。
［ｎ＝３のステップ］
トルクセンサ１３でペダル１１の踏力の検出処理をする。
［ｎ＝４のステップ］
トルクセンサ１３が検出した踏力が設定値以上であるかどうかを判定し、踏力が設定値以上であると次のステップに、設定値よりも小さいとｎ＝１のステップにジャンプする。
［ｎ＝５のステップ］
ブレーキに設けているスイッチがオフであるかどうかを判定する。ブレーキに設けているスイッチは、ブレーキが操作されるとオン、操作しない状態でオフになるスイッチである。このスイッチは回生スイッチ１８にも使用される。ブレーキに設けているスイッチがオフであると次のステップに、このスイッチがオフでないとｎ＝１のステップにジャンプする。
［ｎ＝６のステップ］
回転センサ１４の入力信号から、制御回路１５は車輪３が停止位置から所定の角度回転したかどうかを判定する。車輪３の停止位置からの回転角が所定の角度以上であると次にステップに、車輪３の回転角が所定の角度よりも小さいと、ｎ＝１のステップにジャンプする。
［ｎ＝７のステップ］
回転センサ１４の信号から、車輪３の回転速度が設定速度以上かどうかを判定し、回転速度が設定速度以上であると次のステップに、設定速度よりも遅いとｎ＝１にジャンプする。
［ｎ＝８のステップ］
このステップで、制御回路１５は、漕ぎ始め状態、すなわち電池１０からモーター９に電力供給を開始できる状態に設定する。
［ｎ＝９〜１０のステップ］
モーター９への電力供給を開始すると共に、トルクセンサ１３で踏力を検出して、モーター９が車輪３を所定の回転トルクで駆動するように、モーター９への供給電力、すなわち供給電流を制御する。その後、ｎ＝１のステップにジャンプして以後、以上のステップを繰り返して電動自転車を走行させる。以上のフローチャートでモーター９を駆動する電動自転車は、ｎ＝７のステップで車輪３の回転速度が設定速度以上であるかどうかを判定するので、車輪３の回転速度が設定速度よりも遅くなることを回転センサ１４が検出すると、制御回路１５はモーター９の駆動を停止する。
【００３０】
さらに、制御回路１５は、自転車が後退するときにモーター９を駆動しない。自転車が後退していることは、回転センサ１４であるローター回転位置センサで検出される。ローター回転位置センサから、ローターが自転車を後退させる方向に回転していることを示す信号が出力されると、制御回路１５はモーター９への通電を停止する。
【００３１】
以上のフローチャートは、車輪３が停止状態から所定の角度回転し、さらに車輪３の回路速度が設定速度よりも速いことを検出して、モーター９への電流供給を開始している。ただし、本発明の電動自転車は、ｎ＝６と７のステップのいずれかを省略して、車輪３が所定の角度回転し、あるいは車輪３の回転速度が設定速度になることのみを検出して、モーター９への電流供給を開始することができる。
【００３２】
図１０は、車輪３の回転角度を検出する図９におけるｎ＝６のステップの詳細なフローチャートを示す。制御回路１５は、以下のステップで車輪３が回転する角度を検出する。
［ｎ＝６−１のステップ］
回転センサ１４に併用される、モーター９に内蔵されるローター回転位置センサからの出力パルスをカウントする。出力パルスのカウント数は、車輪３の回転角度に比例しているので、出力パルスの数で車輪３の回転角度を検出できる。
［ｎ＝６−２〜３のステップ］
出力パルスのカウント値が設定値よりも大きいかどうか、いいかえると車輪３の回転角が設定値以上であるかどうかが判定される。出力パルスのカウント数が設定値よりも少ないと、ｎ＝１にジャンプして設定値になるまで、ｎ＝１と６−２をループする。出力パルスの数が設定値以上であると車輪３の初期回転角度が設定値を越えたことを認識して、モーター９の駆動を許可する。
【００３３】
図１１は、車輪３の回転速度を検出する図９におけるｎ＝７のステップの詳細なフローチャートを示す。制御回路１５は、以下のステップで車輪３が所定の回転速度になったことを検出する。
［ｎ＝７−１〜２のステップ］
このステップで、設定時間内における、ローター回転位置センサからの出力パルスをカウントする。出力パルスのカウント数は、車輪３の回転角度に比例しているので、設定時間における出力パルスの数で車輪３の回転速度を検出できる。［ｎ＝７−３〜４のステップ］
設定時間における出力パルスのカウント値が設定値以上かどうか、いいかえると車輪３の回転速度が設定値以上であるかどうかが判定される。設定時間における出力パルスのカウント数が設定値よりも少ないと、モーター９の駆動を不許可として、ｎ＝１にジャンプする。設定時間における出力パルスの数が設定値以上であると車輪３の回転速度が設定値以上であることを認識して、その後のステップでモーター９の駆動を許可する。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の電動自転車は、モーターで自転車を走行させる必要がないときに、モーターが車輪を駆動するのを停止して、安全にしかも便利に使用できる特長がある。たとえば、ペダルに足を載せて自転車を後退させるとき、足でペダルを踏んでもモーターが車輪を駆動することがない。この状態は、たとえば自転車を方向転換するために、自転車を前後に移動させて切り返しするときに便利である。それは、切り返しするために自転車を後退させるときに、車輪がモーターで駆動されると安全で便利に操作できなくなるからである。また、信号待ち等でペダルに足を載せているとき、足がペダルを踏んでモーターが駆動されると、安全に停止できないが、本発明の電動自転車はこの状態においても、モーターが車輪を駆動しない。したがって、安全に停止できる。走行するときは、車輪が回転するとモーターが車輪を駆動するので、安全に楽に走行できる。
【００３５】
さらに、本発明の請求項８の電動自転車は、一方の車輪で人力のトルクを検出し、このトルクに基づいて他方のモーターにて駆動すると共に、他方の車輪には鍵を設けている。したがって、他方の車輪に鍵をかけた状態においては、誤作動等でモーターが他方の車輪を駆動しようとしても、また、人力のトルクを一方の車輪側で検出しようとも、他方の車輪が回転することはない。このため、駐輪時等における安全性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる電動自転車の概略側面図
【図２】図１に示す電動自転車のモーターを駆動する回路のブロック図
【図３】図１に示す電動自転車の第１スプロケットを示す概略図
【図４】第１スプロケットの斜視図
【図５】図４に示す第１スプロケットの背面斜視図
【図６】第１スプロケットの概略断面図
【図７】トルクセンサの他の一例を示す概略図
【図８】制御回路がモーターの回転トルクを制御する特性の一例を示すグラフ
【図９】制御回路がモーターへの電力供給を制御するフローチャート
【図１０】自転車の車輪の回転角度を検出する詳細なフローチャート
【図１１】自転車の車輪の回転速度を検出する詳細なフローチャート
【符号の説明】
１…フレーム
２…ペダルクランク
３…車輪　　　　　　　　３Ａ…前輪　　　　　　３Ｂ…後輪
４…第１スプロケット
５…第２スプロケット
６…チェーン
７…フロントフォーク
８…フロントハブ
９…モーター
１０…電池
１１…ペダル
１２…鍵
１３…トルクセンサ
１４…回転センサ
１５…制御回路
１６…手元操作部
１７…ブレーキレバー
１８…回生スイッチ
１９…温度センサ
２０…電流センサ
２１…電圧センサ
２２…浸水センサ
２３…ハンドル
２４…外輪
２５…内輪
２６…外周溝
２７…凹部
２８…駆動アーム　　　　２８Ａ…凸部
２９…筒部
３０…コイルスプリング
３１…凸部
３２…コイルスプリング
３３…コントロールボックス
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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