JP2002220081A - 補助動力付き車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作表示部と制御回路間の配線数が少なくな
って、配線が容易となり駆動部を簡単に構成できると共
に、外観も良くなる補助動力付き車両を提供する。 【解決手段】 人力によって車輪を駆動する人力駆動部
と、バッテリ１１を電源とするモータ４０によって前記
車輪を駆動する電動駆動部と、この電動駆動部を駆動す
る制御信号等を出力する制御回路７０と、電源の入切等
の操作やバッテリ１１の残量表示等の状態表示を行うた
めの操作表示部（手元コントローラ８０）とを備え、制
御回路７０と操作表示部８０にそれぞれマイクロコンピ
ュータ１００、２００を備えると共に、操作表示部８０
に対する操作や状態表示の内容を各マイクロコンピュー
タ１００，２００間でシリアル通信によって伝送するよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、電動アシスト自
転車などの補助動力付き車両に係わり、特にその制御に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のものにおいては、駆動部
の近傍にあってマイクロコンピュータを備えた制御回路
と、ハンドルの近傍に備えられる操作表示部との間に、
各種表示用ＬＥＤや操作用スイッチ毎に信号線を配線し
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成すると信号線の数がたくさん必要となり、外観が良
くなかったり、ケーシング内に配置された駆動部の制御
回路に電源線と共に上述した信号線を通すためには非常
にたくさんの線を通さなくてはならず、配線するのが困
難であった。例えば、特開２０００−１０５１５５号公
報（Ｇ０１Ｌ ３／１４）に開示された電動アシスト自
転車のように、車輪と共に回転するハブを構成する回転
ケーシング内にあって電動駆動部を内蔵する固定ケーシ
ングに制御回路を取り付けたものであれば、配線する場
所が車軸近傍の固定されている部分に限られるので、配
線が余り太くなり過ぎると、ケーシングの強度にも影響
が出て、駆動部が複雑化せざるを得なくなる。

【０００４】ところで、上記のような各用途毎の信号線
に代えて、それらの内容を通信によって伝送することも
考えられるが、通常、操作表示部と制御回路間で通信を
行うものにおいては、通信異常が生じた場合、異常の旨
（エラー）を表示したり、表示を単に遮断したりする構
成となっていた。

【０００５】このような構成を電動アシスト自転車など
の補助動力付き車両に適用すると、妨害電波や通信線の
断線等が生じたとき、表示が実際と異なる表示を行った
り、突然表示が遮断されたりするので、使用者にとって
走行上の異常がなくても使用者に誤った表示を行い、ま
た、突然表示が消えたりするので、使用者はとまどって
しまう虞がある。

【０００６】そこで、本願発明はこのような課題を解決
するためになされたものであり、操作表示部と制御回路
間の配線数が少なくなって、配線が容易となり駆動部を
簡単に構成できると共に、外観も良くなる補助動力付き
車両を提供することを目的とするものである。

【０００７】さらに、通信を行う構成にした場合に、通
信異常が生じても使用者がとまどうことのない表示を行
える補助動力車両を提供することを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本願発明は、人力によって車輪を駆動する
人力駆動部と、バッテリを電源とするモータによって前
記車輪を駆動する電動駆動部と、この電動駆動部を駆動
する制御信号等を出力する制御回路と、電源の入切等の
操作やバッテリの残量表示等の状態表示を行うための操
作表示部とを備え、前記制御回路と操作表示部にそれぞ
れマイクロコンピュータを備えると共に、前記操作表示
部に対する操作や状態表示の内容を前記各マイクロコン
ピュータ間でシリアル通信によって伝送することを特徴
とするものである。

【０００９】また、前記制御回路は、前記車輪と共に回
転する回転ケーシング内に配置される電動駆動部に備え
られることを特徴とするものである。

【００１０】さらに、前記シリアル通信に異常が生じた
とき、前記操作表示部には異常前の状態表示を継続して
行うことを特徴とするものである。

【００１１】また、前記通信異常時、前記操作表示部の
表示がオンの状態であればその表示を継続し、オフの状
態であれば消灯を維持することを特徴とするものであ
る。

【００１２】また、前記通信異常時、所定時間経過して
も正常に戻らないときは前記操作表示部の表示をオフに
することを特徴とするものである。

【００１３】また、前記通信異常の判断は、受信した信
号が予め定められた信号か否かによって行うことを特徴
とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施形態を、電
動アシスト自転車を例にとって説明する。

【００１５】まず、電動アシスト自転車全体の構成につ
いて、図１０に基づき説明する。

【００１６】この電動アシスト自転車は、前部に設けら
れたヘッドパイプ１と、サドル２が取り付けられるシー
トチューブ３とがメインフレーム４で連結され、このメ
インフレーム４と前記シートチューブ３とが連結する部
分に人力によって回転するペダル５が取り付けられてい
る。

【００１７】上記ヘッドパイプ１には、ヘッドパイプ１
を通して連結するようにハンドル６とこのハンドル操作
によって走行方向を定める前輪７が取り付けられてい
る。なお、図では、前輪７のリム８とタイヤ９のみを示
し、スポークは図示を省略している。

【００１８】また、ヘッドパイプ１に取り付けられた前
かご１０の下には、後述するモータ等の電源となるバッ
テリ１１が取り付けられており、このバッテリ１１には
２４ボルトのニッカド電池が用いられている。上記バッ
テリ１１はバッテリケース内に収納されて取り外し可能
になっており、充電の際は取り外して屋内で充電するこ
とができるようになっている。

【００１９】また、前記ペダル５には、ペダル５と共に
回転する前スプロケット１２が取り付けられており、こ
の前スプロケット１２にチェーン１３がかけられ、前ス
プロケット１２の回転をチェーン１３を介して後輪１４
の図示しない車軸に設けられた後スプロケットに伝達す
るようになっている。

【００２０】駆動輪となる後輪１４は、タイヤ１５、リ
ム１６及びスポーク（図示せず）と、後輪１４を駆動す
るための駆動部１７とから構成されている。この駆動部
１７には、後述するように、チェーン１３を介して伝達
される人力トルクを検出するトルク検出部（トルクセン
サ）、モータ及び減速機構から成る電動駆動部、前記ト
ルク検出部の検出値を入力して前記モータに駆動信号を
出力するマイコン等から成る制御回路などが内蔵される
と共に、前記ハンドル６に取り付けられたブレーキレバ
ー１８の操作により後輪１４を制動するブレーキ装置１
９が取り付けられている。

【００２１】上述のように、前記後輪１４は、ペダル
５、前スプロケット１２、チェーン１３、後スプロケッ
ト及び変速機等から成る人力駆動部と、モータ及び減速
機構等から成る電動駆動部の２つの駆動部によって駆動
され、それらを併用して走行することができるようにな
っている。

【００２２】次に、この電動アシスト自転車の駆動部１
７について、図１に基づき詳細に説明する。

【００２３】後輪１４の車軸２０には、その長手方向の
一部に通常の自転車と同様の内装式変速機２１が設けら
れ、この変速機２１は後スプロケット２２に一方向クラ
ッチ（図示せず）を介して連結されており、前記ペダル
５の一方向の回転でしか動力伝達せず、ペダル５を逆回
転させたときには変速機２１への動力伝達が遮断される
ようになっている。

【００２４】内装式変速機２１は、車軸２０を中心に後
輪１４のハブを構成する回転ケーシング２３で覆われ、
この回転ケーシング２３は２部品からなっており、一方
は、外周にスポークを取り付けるための２本の環状リブ
２４ａ，２４ｂが形成された回転ケーシング２３ａで、
他方は、前記回転ケーシング２３ａの開口部を塞ぐよう
に複数箇所で前記環状リブ２４ｂにネジ止め固定された
回転ケーシング２３ｂである。

【００２５】前記他方の回転ケーシング２３ｂの内側に
は減速機構の最終段を構成する大ギア２５が、外側には
ブレーキホルダ２６がそれぞれ車軸２０と同心円状を成
すようにネジ止め固定されている。ブレーキホルダ２６
には、回転ケーシング２３ｂ外側に向かって円盤状の立
壁を形成した回転片２７がネジや溶接等によって取り付
けられ、この回転片２７の内周には前記ブレーキレバー
１８の操作によって外方向，即ち前記回転片２７の内周
に摺接して回転ケーシング２３の回転を制動するための
ブレーキ装置１９が設けられている。これら回転片２７
及びブレーキ装置１９はブレーキカバー２８で覆われて
いる。

【００２６】前記バッテリ１１からの電源線やその他の
信号線等のコード２９はブレーキカバー２８を貫通し、
電動駆動部３０を構成する固定ケーシング３１における
蓋部３１ｂの一部を切り欠いた部分に挿通させ、固定ケ
ーシング３１の蓋部３１ｂ内側に取り付けられた基板ケ
ース３２内の制御基板３３に接続されている。

【００２７】固定ケーシング３１は、後述するＤＣブラ
シレスモータを覆う本体部３１ａと、前記制御基板３３
を内蔵する基板ケース３２や減速機構を構成する大プー
リ３４等が取り付けられる蓋部３１ｂとがネジ止め固定
されて成る。本体部３１ａはベアリング３５を介して変
速機２１外周に取り付けられ、蓋部３１ｂは、外側に突
出する筒状部３１ｃが車軸２０の変速機２１が設けられ
ていない部分に固定されている。制御基板３３は基板ケ
ース３２で覆われて、熱伝導性の良好なアルミ合金等で
形成された蓋部３１ｂに取り付けられているので、制御
基板３３からの発熱は蓋部３１ｂを介して放熱される。

【００２８】固定ケーシング３１の本体部３１ａの内側
面には、ＤＣブラシレスモータ４０を構成するステータ
４１が取り付けられ、このステータ４１は、１８スロッ
トを形成する鉄心に巻線を巻いて構成されている。ま
た、このステータ４１には固定ケーシング３１の蓋部３
１ｂ内側に取り付けられた基板ケース３２内の制御基板
３３を介して３相の回転磁界を形成するための電力が供
給されるようになっている。

【００２９】前記ステータ４１の内周側には、ロータ４
２が２個のベアリング４３，４３を介して変速機２１外
周に回転自在に設けられている。このロータ４２は、軽
量なアルミ合金で形成された内リング４４と積層した珪
素綱板で形成された外リング４５から成り、外リング４
５の外周部には磁極を形成する複数のマグネット４６が
埋め込まれており、内リング４４には蓋部３１ｂ側に突
出するように歯付きの小プーリ４７が取り付けられてい
る。

【００３０】前記ロータ４２に設けられた小プーリ４７
と、固定ケーシング３１の蓋部３１ｂ内側に一方向クラ
ッチ３６を介して取り付けられた大プーリ３４及び図示
しないテンションプーリ間にはベルトがかけられてい
る。前記各プーリ及びベルトは歯付きのもので、滑りが
生じないようになっている。また、大プーリ３４の出力
軸は蓋部３１ｂの外側に突出して小ギヤ３７が形成され
ており、この小ギヤ３７が回転ケーシング２３ｂの内側
に取り付けられた大ギヤ２５と噛み合うように構成され
ている。従って、ロータ４２の回転は、小プーリ４７、
大プーリ３４、一方向クラッチ３６、小ギヤ３７及び大
ギヤ２５を介して減速されて回転ケーシング２３ｂに伝
達される。なお、回転ケーシング２３ｂの内側に取り付
けられた大ギヤ２５と、固定ケーシング３１の蓋部３１
ｂから外側に突出して車軸２０に固定される筒状部３１
ｃ外周との間にはベアリング３９が設けられている。

【００３１】上記のように、回転が速くて大きなギヤ音
が発生しやすいモータ４０の出力段の減速機構をプーリ
とベルトで構成したことにより、減速機構の発生する音
を低減できる。

【００３２】また、前記制御基板３３が収納された基板
ケース３２の裏面側には、ＤＣブラシレスモータ４０を
駆動制御するために必要なロータ４２の磁極位置を検出
するためのホール素子と波形整形用のコンパレータが一
体化されたホールＩＣ４９がロータ４２のマグネット４
６に対応する位置に取り付けられており、このホールＩ
Ｃ４９の検出信号が制御基板３３に搭載されたマイコン
に入力されてモータ制御信号を作っている。上記ホール
ＩＣ４９は、３相の回転磁界を制御するため、基板上に
所定間隔で３個配置されている。

【００３３】一方、人力が伝達される後スプロケット２
２側の変速機２１外周には、回転ケーシング２３ａの内
側にあって人力トルクを検出するトルクセンサ用のセン
サプレート５１が固定されている。なお、上記回転ケー
シング２３ａの開口周縁には上記センサプレート５１に
摺接するパッキン５２が取り付けられて、防水，防塵等
の対策が施されている。

【００３４】上記センサプレート５１の内側には、変速
機２１の外周にベアリング５３を介して取り付けられる
と共に回転ケーシング２３ａにネジ止め固定されたセン
サケース５４が設けられており、これらセンサプレート
５１とセンサケース５４は、センサプレート５１に固定
された押さえピン５１ａとセンサケース５４に設けられ
た収納部５４ａ間に介在させたコイルスプリング５５を
介して連結されている。即ち、変速機２１から人力駆動
力がセンサプレート５１に伝わると、人力トルクの大き
さに応じた収縮量でコイルスプリング５５を収縮させ、
センサケース５４を介して回転ケーシング２３ａを回転
させるようになっている。なお、コイルスプリング５５
を介した回転ケーシング２３ａとセンサプレート５１の
変位量（角度）は最大７度に設定されている。

【００３５】上記センサケース５４の内側には、リング
ホルダ５６外周に摺動自在に円弧状のアルミ製リング５
７が配置され、このリング５７は、リング５７外周の数
カ所にピン５８に嵌め込まれて取り付けられ、ピン５８
には広がる方向に付勢力を有するコインスプリング５９
が挿通されている。また、リング５７は、リングホルダ
５６に形成した傾斜面（図示せず）と当接するようにな
っており、人力が加わったときにセンサプレート５１と
リング５７とが回転方向にズレを生じることによって、
リング５７は回転しながらリングホルダ５６の傾斜面に
沿ってリング５７が車軸方向に移動する。そして、この
リング５７の外周に配置され、制御回路が搭載された制
御基板３３に接続されたコイル６０によって、リング５
７の車軸２０方向の変位をインダクタンスの変化として
取り入れることになる。即ち、このインダクタンスの変
化は、人力トルクの大きさを示す電気信号として制御基
板３３に取り入れられ、この信号値に基づいてモータ４
０が制御されるようになっている。

【００３６】このように、コイルスプリング５５の収
縮、即ち人力トルクの大きさによって変位量が変わるリ
ング５７を用いたので、人力トルクの大きさによってコ
イル６０のインダクタンスを変化させることができ、人
力トルクの大きさを電気信号で出力することができる。

【００３７】次に、以上のように構成された電動アシス
ト自転車の動力伝達について説明する。

【００３８】まず始めに、人力駆動力の伝達について説
明する。

【００３９】ペダル５から人力駆動力が入力されると、
ペダル５に固定された前スプロケット１２が回転し、チ
ェーン１３を介して後スプロケット２２が回転する。後
スプロケット２２が回転すると、一方向クラッチ（図示
せず）によって一方向のみに動力が伝達される。

【００４０】進行方向の動力が伝達されると、使用者の
指示するギヤ比に設定された変速機２１で変速された
後、トルクセンサを構成するスプリング５５を収縮させ
ながら回転ケーシング２３（２３ａ）を回転させ、後輪
１４を回転させることができる。

【００４１】次に、電動駆動力の伝達について説明す
る。

【００４２】前述したトルクセンサのリング５７の変位
によりコイル６０で検出されるインダクタンスの変化
は、電気信号として制御基板３３のマイコンに入力され
る。そして、その信号値に基づき、モータ４０の駆動回
路に信号が出力され、駆動回路内のＦＥＴのオンオフに
よってステータ４１の極性を変化させて回転磁界を発生
させることにより、ロータ４２に設けたマグネット４６
によってロータ４２が回転し、モータ４０が回転駆動す
る。モータ４０の回転駆動力は、小プーリ４７、大プー
リ３４、一方向クラッチ３６、小ギヤ３７及び大ギヤ２
５から成る減速機構よって減速されて、回転ケーシング
２３（２３ｂ）を回転させ、後輪１４が回転するように
なる。

【００４３】以上のように、人力駆動力と電動駆動力は
回転ケーシング２３（２３ａ，２３ｂ）で合力されて後
輪１４を駆動するようになるので、使用者がペダル５を
踏む力に応じた電動駆動力が加わり、坂道等でも楽に走
行することができる。

【００４４】また、本実施形態では、後輪１４の車軸２
０に取り付けられた内装式変速機２１にベアリング４３
を介してモータ４０のロータ４２を取り付けたことによ
り、車軸２０の内装式変速機２１をモータ４０の軸とし
て有効利用し、モータ４０自体も上述した構成により軽
量化されているので、軽量かつコンパクトな電動アシス
ト自転車が実現できる。

【００４５】次に、本実施形態の電動アシスト自転車の
制御システムについて、図２に基づき説明する。

【００４６】本実施形態の制御システムは、駆動部１７
に設けられた本体側の制御回路７０と、ハンドル６の中
央部に取り付けられた手元コントローラ（操作表示部）
８０とが２線式の双方向のシリアル通信を行う信号線９
１，９２で接続されると共に、バッテリ１１からの電源
線９３が接続されて構成されている。

【００４７】駆動部１７の制御回路７０と手元コントロ
ーラ８０には、それぞれマイクロコンピュータ（以下、
マイコンと略記する）１００，２００が設けられてい
る。

【００４８】制御回路７０側のマイコン（本体マイコ
ン）１００は、バッテリ１１の２４Ｖ電圧が降圧回路７
１を介して降圧された５Ｖ電圧が供給されて動作し、前
述したように構成されたトルクセンサ６１からの人力ト
ルク検出値とホールＩＣ４９からの３相用の磁極位置検
出信号とに基づき、モータ駆動回路７２を介してモータ
４０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動する駆動信号を形成
したり、バッテリ１１の後述する残量判定等を行う。

【００４９】また、手元コントローラ８０側のマイコン
（手元マイコン）２００は、バッテリ１１の２４Ｖ電圧
が降圧回路８１を介して降圧された５Ｖ電圧が供給され
て動作し、バッテリ残量表示等の各種ＬＥＤを駆動する
表示回路８２を制御したり、モード切替スイッチ８３の
設定や電源スイッチ８４の入切設定を入力して、それら
の設定信号を本体マイコン１００に伝送したりするため
に設けられている。また、バッテリ残量値は、この手元
マイコン２００のメモリに記憶されるようになってい
る。

【００５０】図３は手元コントローラ８０の上面図であ
る。

【００５１】この手元コントローラ８０には、電源を入
切操作するための電源スイッチ８４や、バッテリ１１の
残量を表示するための３個のＬＥＤ８６ａ〜８６ｃが設
けられたバッテリ残量表示部８６や、アシストモードを
切り替えるためのモード切替スイッチ８３及び設定され
たアシストモードを表示するための３個のＬＥＤ８３ａ
〜８３ｃが備えられている。

【００５２】バッテリ１１の残量表示は、後述するよう
にして求められたバッテリ残量に応じて、満充電を示す
３個のＬＥＤ８６ａ〜８６ｃが全て点灯する３灯から、
残量が少なくなるに従って２灯→１灯→１灯の遅い点滅
→１灯の速い点滅と変化するようになっている。

【００５３】また、アシストモードとしては、人力トル
クと電動駆動力のアシスト比率が常に１：１で、応答の
速さを早くした快走モード（ＬＥＤ８３ａ）と、アシス
ト比率が１：１で、快走モードよりも応答の速さが遅い
標準モード（ＬＥＤ８３ｂ）と、人力トルクが高いとき
は応答の速さを早くして１：１で、低いときはアシスト
比率を自動的に低下させる省エネオートモード（８３
ｃ）がある。

【００５４】さて、図２に戻って、信号線９１，９２
は、制御回路７０側のマイコン１００と手元コントロー
ラ８０側のマイコン２００間に配線されており、基準信
号線９１と通信信号線９２の２本が通っている。基準信
号線９１には、通信信号線９２の信号レベルを判断する
ための基準信号が流れ、ここでは、バッテリ電圧と同じ
２４Ｖが用いられており、通信信号線９２には、Ｌレベ
ル（０Ｖ）とＨレベル（２４Ｖ）の信号が流れる。

【００５５】通信信号線９２には、図４に示すように、
所定のレベル（Ｈレベル）で所定時間の無信号の状態に
続いてパルス信号でＨレベル、Ｌレベルの信号が出力さ
れ、その信号には、アシストモード設定信号、電源スイ
ッチのオンオフ信号、メモリされたバッテリ残量値、Ｌ
ＥＤ表示信号、オートパワーオフ信号、バッテリ残量判
定信号などがあり、アシストモード設定信号、電源スイ
ッチのオンオフ信号、メモリされたバッテリ残量値は手
元マイコン２００から本体マイコン１００に、ＬＥＤ表
示信号、オートパワーオフ信号、バッテリ残量判定信号
は本体マイコン１００から手元マイコン２００に出力さ
れ、これらの信号は双方向に出力されている。即ち、信
号は手元マイコン２００から本体マイコン１００への信
号と、本体マイコン１００から手元マイコン２００への
信号がシリアル通信で交互に伝送される。それぞれの信
号は上記各用途毎に予め定めされてコード化された一つ
のまとまりからなっており、そのコード化信号は信号の
始まりを示す所定時間のＨレベル信号の後に各信号が伝
送される。なお、伝送のタイミングは本体マイコン１０
０によってとられる。

【００５６】以上のように、本実施形態では、駆動部１
７の制御回路７０と手元コントローラ８０間の配線が、
信号線９１，９２の２本と、電源線９３及びそのＧＮＤ
線（図示省略）の計４本で済むため、配線数が少なくな
って、配線が容易となり駆動部１７を簡単に構成できる
と共に、外観も良くなる。

【００５７】特に、本実施形態のように、制御回路７０
を含む駆動部１７が回転ケーシング２３の内部にあるた
め、配腺を通すには車軸２０部分しかなく、非常に制約
を受けるが、上記のように信号線が少ない分、配線が細
くなるため簡単に構成できる。

【００５８】次に、バッテリ１１の残量表示について説
明する。

【００５９】バッテリ１１の残量判定は、前述したよう
に本体マイコン１００で行われるが、この判定は、走行
時から電源が切れるまでの間はバッテリ電流の積算値と
バッテリ電圧を流れる電流によって補正した電圧値との
判定によって行われ、この値は手元マイコン２００に所
定時間毎にメモリされる。残量判定は、電源スイッチ投
入時のみ、バッテリ電圧値と手元マイコン２００のメモ
リ値との比較によって行われる。走行時の残量判定で、
バッテリ電圧を流れる電流によって補正するのは、流れ
る電流によって電圧が低下して正確な電圧判定ができな
いためである。

【００６０】そして、電源スイッチオン直後は、バッテ
リ電圧から求めた残量値と手元マイコン２００から送ら
れてくるバッテリ残量メモリ値とを比較して小さい方を
真のバッテリ残量値とし、通常時は、バッテリ電圧を電
流で補正して得られた残量値と電流積算値から得られた
残量値の小さい方を真のバッテリ残量値として、その値
を手元マイコン２００に伝送し、手元マイコン２００の
メモリに記憶すると共にバッテリ残量表示部８６に表示
される。

【００６１】上記本体マイコン１００からのバッテリ残
量値は、電源スイッチ８４が切られた後も手元マイコン
２００に所定時間継続して入力される。この所定時間
は、本実施形態では１０分間で、電源スイッチ８４が切
られると、手元コントローラ２００の表示は消灯する
が、本体マイコン１００と手元マイコン２００は起動し
ている状態を持続する。そして、本体マイコン１００で
残量判定を行い、その都度手元マイコン２００に残量値
を伝送してメモリする。この時、残量値は高い値には更
新しない。そして１０分経過後、本体マイコン１００の
電源は遮断されるが、手元マイコン２００は最終の残量
値を記憶した状態でＨＯＬＤモード，即ち省電力の待機
状態に入る。

【００６２】このように制御するのは、モータ４０が動
作しているときは大きな電流が流れるので、バッテリ電
圧は低下しており、電源を遮断した後に、再び電源スイ
ッチを投入したときに、誤って走行状態時の残量より高
い残量表示をしないためである。このように、モータ４
０が停止してから１０分経過した安定したバッテリ残量
値を手元マイコン２００のメモリに記憶しておくことに
より、電源を遮断した後にすぐに電源スイッチをＯＮし
ても、メモリに記憶されているバッテリ残量値とバッテ
リ電圧から求めた残量値の小さい方を真のバッテリ残量
値として表示することにより、電源スイッチ８４を入れ
た直後から正確なバッテリ残量値を表示して、使用者に
知らせることができる。

【００６３】次に、通信異常時の手元コントローラ８０
の表示について説明する。

【００６４】例えば、走行中、信号線に他の電波が干渉
した場合、通信異常となる。しかし、この場合、本体マ
イコン１００は、手元マイコン２００から信号が予め定
めた信号であるかどうかを判断し、この信号の情報を基
に通信異常が生じたと判断し、手元コントローラ８０の
表示は異常を生じる直前の表示を継続する。

【００６５】また、通信異常が生じたとき、手元マイコ
ン２００が待機状態、即ち、電源がオフで表示が消灯の
状態であったときは、消灯を継続する。

【００６６】これらの通信異常は、電圧がマイコンの最
低保障電圧以下になったときや、信号線９１，９２等が
断線した場合においても同様の動作を行う。

【００６７】以上の動作を、図５，図６に示すフローチ
ャートを参照して説明する。

【００６８】本体マイコン１００は、図５のフローチャ
ートで示すように、まず手元マイコン２００からのシリ
アル信号の有無をチェックし（判断１０１のＮｏルー
プ）、シリアル信号が有れば、回路電源をオンにすると
共に、ＬＥＤ表示送信値をオンにして手元マイコン２０
０に送信する（判断１０１のＹｅｓ→処理１０２→処理
１０３）。

【００６９】そして、上記で受信したシリアル信号が予
め定められた信号であるか否かによってシリアル通信が
正常か否かをチェックする（判断１０４）。正常であれ
ば、モータ４０の制御をオンにすると共に、異常時間計
時用のタイマをクリアする（判断１０４のＹｅｓ→処理
１０５→処理１０６）。上記のように、受信したシリア
ル信号が予め定められた信号であるか否かによってシリ
アル通信が正常か否かをチェックすることにより、通信
異常を確実に判断することができる。

【００７０】次に、上記のタイマの計時時間が予め定め
られた所定時間（本実施形態では１０分）を超えたか否
かをチェックし、ここでは未だ超えていないので、手元
マイコン２００から送られてくる電源スイッチ受信値が
オンか否かをチェックし、オンであれば（判断１０７の
Ｎｏ→判断１０８のＹｅｓ）、上記判断１０４に戻って
上述した処理を繰り返す。

【００７１】また、手元マイコン２００から送られてく
る電源スイッチ受信値がオンでなければ、ＬＥＤ表示送
信値をオフとして手元マイコン２００に送信する（判断
１０８のＮｏ→処理１０９）。さらに、手元回路動作送
信値をＨＯＬＤに設定して手元マイコン２００に送信す
ると共に、本体回路の電源をオフとする（処理１１０→
処理１１１）。手元回路動作送信値をＨＯＬＤに設定し
て送信することにより、これを受信した手元マイコン２
００は後述するようにＨＯＬＤ状態，すなわちメモリの
内容のみを保持した省電力の待機状態に移行する。

【００７２】一方、前記判断１０４で、シリアル通信が
短時間（本実施形態では１秒間）で正常に戻らなけれ
ば、モータ制御をオフとすると共に上記タイマをカウン
トする（判断１０４のＮｏ→処理１１２→処理１１
３）。

【００７３】そして、上記タイマが所定時間（１０分）
を超えたか否かをチェックし、超えていなければ、電源
スイッチ受信値がオンか否かをチェックし、オンであれ
ば（判断１０７のＮｏ→判断１０８のＹｅｓ）、上記判
断１０４に戻って上述した処理を繰り返す。

【００７４】従って、上記タイマが所定時間（１０分）
を超えるまでは、手元コントローラ８０の電源スイッチ
８４がオンであれば、ＬＥＤ表示送信値が手元マイコン
２００に送られないので、手元コントローラ８０の表示
は通信異常前の表示が継続して行われることになる。具
体的には、表示がオンの状態であればその表示を継続
し、オフの状態であれば消灯を維持することになる。

【００７５】一方、前記判断１０７で、タイマが所定時
間（１０分）を超えると、処理１０９に移行してＬＥＤ
表示送信値をオフとして手元マイコン２００に送信する
（判断１０７のＮｏ→処理１０９）。

【００７６】これにより、通信異常時、所定時間（１０
分）経過しても正常に戻らないときは手元コントローラ
８０の表示がオフされる。

【００７７】次に、図６のフローチャートに基づき手元
マイコン２００の要部動作について説明する。

【００７８】手元マイコン２００は、前記本体マイコン
１００からのＬＥＤ表示受信値がオンにならなければ、
ＬＥＤ表示はオフのままとする（処理２０１）。

【００７９】この状態でシリアル通信が正常か否かをチ
ェックし、正常であれば異常時間計時用のタイマをクリ
アする（判断２０２のＹｅｓ→処理２０３）。

【００８０】そして、本体マイコン１００からのＬＥＤ
表示受信値がオンか否かをチェックし、オンであれば、
ＬＥＤ表示をオンにし（判断２０４のＹｅｓ→処理２０
５）、オンでなければ、ＬＥＤ表示をオフにする（判断
２０４のＮｏ→処理２０６）。

【００８１】次に、電源スイッチ８４がオンされたか否
かをチェックし、オンになっていれば電源スイッチ送信
値をオンにして本体マイコン１００に送信し（判断２０
７のＹｅｓ→処理２０８）、オフであれば、電源スイッ
チ送信値をオフにして本体マイコン１００に送信する
（判断２０７のＮｏ→処理２０９）。

【００８２】その後、上記タイマが所定時間（１０分）
を超えたか否かをチェックし、超えていなければ、本体
マイコン１００からの手元回路動作受信値がＨＯＬＤか
否かをチェックし（判断２１０のＮｏ→判断２１１）、
ＨＯＬＤでなければ、前記判断２０２に戻って上述した
処理を繰り返す。

【００８３】また、手元回路動作受信値がＨＯＬＤであ
れば、ＬＥＤ表示をオフにすると共に、ＨＯＬＤ状態，
すなわちメモリの内容のみを保持した省電力の待機状態
へ移行する（判断２１１のＹｅｓ→処理２１２→処理２
１３）。

【００８４】このＨＯＬＤ状態は電源スイッチ８４のオ
フ→オン操作が行われるまで継続し（判断２１４のＮｏ
ループ）、電源スイッチ８４のオフ→オン操作が行われ
ると、ＨＯＬＤ状態から復帰し（判断２１４のＹｅｓ→
処理２１５）、最初の処理２０１に戻って上述した処理
が繰り返される。

【００８５】一方、前記判断２０２で、シリアル通信が
正常でなければ、上記タイマをカウントする（処理２１
６）。

【００８６】そして、判断２１０で上記タイマが所定時
間（１０分）を超えたか否かをチェックし、超えていな
ければ、本体マイコン１００からの手元回路動作受信値
がＨＯＬＤか否かをチェックし（判断２１０のＮｏ→判
断２１１）、ＨＯＬＤでなければ、前記判断２０２に戻
って上述した処理を繰り返す。

【００８７】従って、上記タイマが所定時間（１０分）
を超えるまでは、本体マイコン１００からの手元回路動
作受信値がＨＯＬＤにならない限り、手元コントローラ
８０の表示は通信異常前の表示が継続して行われること
になる。具体的には、表示がオンの状態であればその表
示を継続し、オフの状態であれば消灯を維持することに
なる。このように、通信異常が生じたときでも、それま
での表示が継続されるので、使用者にまぎらわしい異常
表示をすることがなく、使用者がとまどうのを防ぐこと
ができる。

【００８８】一方、前記判断２１０で、タイマが所定時
間（１０分）を超えると、処理２１２に移行してＬＥＤ
表示をオフにする。

【００８９】これにより、通信異常時、所定時間（１０
分）経過しても正常に戻らないときは手元コントローラ
８０の表示がオフされる。従って、使用者は、電源スイ
ッチ８４を入の状態しても、いつまでも表示が行われな
いことから、何らかの回復不能な異常が発生したものと
判断して、速やかに修理等を依頼することができる。

【００９０】ところで、本実施形態においてはモータ４
０にブラシレスモータが用いられ、人力トルクの大きさ
に応じた駆動力でモータ４０を駆動して、通常走行時に
は人力と電動駆動力とは１対１の関係で補助して走行す
る。しかしながら、ＨｉサイドをＰＷＭ駆動する従来の
ブラシレスモータを用いたものにおいて、手押しによっ
てバックさせるときには、ＨｉサイドがＯＦＦになって
モータ駆動回路のＬｏサイドのＦＥＴ同士でループが形
成されることによる発電制動によって負荷がかかり、手
押しによるバックが非常に重たくなる。

【００９１】また、ホールＩＣが異常状態となっても、
異常信号に応じてモータ駆動回路のＦＥＴがＯＮ／ＯＦ
Ｆするため、モータの回転も異常となり、危険な状態に
なる虞がある。

【００９２】そこで、本実施形態においては、人力トル
クがかからないときは使用者が乗車していないと判断し
て、ＬｏサイドのＦＥＴをオフにするようにしている。
また、ホールＩＣ４９が異常の時もＬｏサイドのＦＥＴ
をオフにするようにしている。さらに、上記それぞれに
おいては、先にＨｉサイドのＦＥＴをオフした後に、Ｌ
ｏサイドのＦＥＴをオフするようにしている。

【００９３】図７〜９図は上記を説明するための図で、
図７はブラシレスモータ４０の駆動回路７２の回路構成
を示し、図８，図９は各信号のタイムチャートを示して
いる。

【００９４】本体マイコン１００は、ブラシレスモータ
４０の回転磁界を生成するため、３個のホールＩＣ４９
からのＵ，Ｖ，Ｗ相の３つの信号を入力して、これらに
応じて、ＨｉサイドとＬｏサイドの６個のＦＥＴ７２ａ
にそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相のパルス状の駆動信号を出力す
る。なお、人力トルクに応じたモータ４０の駆動力の制
御はＰＷＭ制御によって行われる。

【００９５】本実施形態においては、本体マイコン１０
０にトルクセンサ６１からの人力トルクが入力されてい
る間は、図８のｔ０〜ｔ１に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相
のホールＩＣ信号に応じてＵ，Ｖ，Ｗ相のＦＥＴドライ
ブ信号（ＨｉサイドはＰＷＭ信号）を出力してモータ４
０を駆動するが、ｔ１時点で人力トルクがかからなくな
ったとすると、ＨｉサイドのＰＷＭ信号をオフにすると
共に、一定時間後のｔ２時点でＬｏサイドのＵ，Ｖ，Ｗ
相の全ての信号をオフにしている。

【００９６】このように制御することにより、Ｌｏサイ
ドのＦＥＴ７２ａ同士でループが形成されなくなるの
で、発電制動はかからず、使用者は手押しで軽くバック
することができる。また、先にＨｉサイドのＦＥＴ７２
ａをオフした後に、ＬｏサイドのＦＥＴ７２ａをオフす
るようにしているので、モータ４０のステータコイルに
たまったＬ（インダクタンス）分を逃がすことができる
ため、ＦＥＴ等が損傷するのを防ぐことができる。

【００９７】また、図９に示すように、ホールＩＣ信号
のＵ相、Ｖ相、Ｗ相が同時にＯＮする異常により故障を
検出した場合も、上記同様、ＨｉサイドのＰＷＭ信号を
オフにすると共に、一定時間後のｔ２時点でＬｏサイド
のＵ，Ｖ，Ｗ相の全ての信号をオフにしている。

【００９８】これにより、ホールＩＣ４９からの異常信
号によってモータ駆動回路７２のＦＥＴ７２ａがＯＮ／
ＯＦＦするのを防ぐことができるため、危険な状態に陥
るのを未然に防ぐことができる。この場合にも、先にＨ
ｉサイドのＦＥＴ７２ａをオフした後に、Ｌｏサイドの
ＦＥＴ７２ａをオフするようにしているので、モータ４
０のステータコイルにたまったＬ分を逃がすことができ
るため、ＦＥＴ等が損傷するのを防ぐことができる。

【００９９】なお、上記実施形態においては、本願発明
を電動アシスト自転車に適用した場合について示した
が、アシスト式の電動車いすなど、モータによって補助
駆動される車両に適用して効果的である。

【０１００】また、上記実施形態では、車軸２０に内装
式変速機２１を備えたものに本願発明を適用した場合に
ついて示したが、車軸に変速機を有しないものにも適用
可能である。

【０１０１】

【発明の効果】以上のように本願発明によれば、人力に
よって車輪を駆動する人力駆動部と、バッテリを電源と
するモータによって前記車輪を駆動する電動駆動部と、
この電動駆動部を駆動する制御信号等を出力する制御回
路と、電源の入切等の操作やバッテリの残量表示等の状
態表示を行うための操作表示部とを備え、前記制御回路
と操作表示部にそれぞれマイクロコンピュータを備える
と共に、前記操作表示部に対する操作や状態表示の内容
を前記各マイクロコンピュータ間でシリアル通信によっ
て伝送するようにしたことにより、配線数が少なくなっ
て、配線が容易となり駆動部を簡単に構成できると共
に、外観も良くなる。

【０１０２】また、前記制御回路は、前記車輪と共に回
転する回転ケーシング内に配置される電動駆動部に備え
られるものであるから、配腺を通すには車軸部分しかな
く、非常に制約を受けるが、上記のように信号線が少な
い分、配線が細くなるため簡単に構成できる。

【０１０３】さらに、前記シリアル通信に異常が生じた
とき、操作表示部には異常前の状態表示を継続して行う
こと、具体的には、通信異常時、操作表示部の表示がオ
ンの状態であればその表示を継続し、オフの状態であれ
ば消灯を維持することにより、通信異常が生じたときで
も、それまでの表示が継続されるので、使用者にまぎら
わしい異常表示をすることがなく、使用者がとまどうの
を防ぐことができる。

【０１０４】また、前記通信異常時、所定時間経過して
も正常に戻らないときは操作表示部の表示をオフにする
ことにより、使用者は、電源スイッチを入の状態して
も、いつまでも表示が行われないことから、何らかの回
復不能な異常が発生したものと判断して、速やかに修理
等を依頼することができる。

【０１０５】また、前記通信異常の判断は、受信した信
号が予め定められた信号か否かによって行うことによ
り、通信異常を確実に判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施形態に係る電動アシスト自転車
の駆動部の要部断面図。

【図２】本実施形態の制御システムを示すブロック構成
図。

【図３】上記図２の手元コントローラの上面図。

【図４】上記図２の通信信号線を流れる信号の説明図。

【図５】上記図２の本体マイコンの要部動作を示すフロ
ーチャート。

【図６】同じく、手元マイコンの要部動作を示すフロー
チャート。

【図７】本実施形態におけるブラシレスモータの駆動回
路の回路構成図。

【図８】上記図７の動作例を示すタイムチャート。

【図９】同じく、他の動作例を示すタイムチャート。

【図１０】本願発明が適用される電動アシスト自転車の
全体構成を示す側面図。

【符号の説明】

５ ペダル １１ バッテリ １２ 前スプロケット １３ チェーン １４ 後輪 １７ 駆動部 ２０ 車軸 ２１ 内装式変速機 ２２ 後スプロケット ２３，２３ａ，２３ｂ 回転ケーシング ３０ 電動駆動部 ３１ 固定ケーシング ３１ａ 本体部 ３１ｂ 蓋部 ３１ｃ 筒状部 ３３ 制御基板 ４０ ＤＣブラシレスモータ ４１ ステータ ４２ ロータ ４６ マグネット ４９ ホールＩＣ ５１ センサプレート ５１ａ 押さえピン ５２ パッキン ５３ ベアリング ５４ センサケース ５４ａ 収納部 ５５ コイルスプリング ５６ リングホルダ ５７ リング ６０ コイル ６１ トルクセンサ ７０ 制御回路 ７１ 降圧回路 ７２ モータ駆動回路 ７２ａ ＦＥＴ １００ マイクロコンピュータ ８０ 手元コントローラ（操作表示部） ８１ 降圧回路 ８２ 表示回路 ８３ モード切替スイッチ ８３ａ〜８３ｃ ＬＥＤ ８４ 電源スイッチ ８６ バッテリ残量表示部 ８６ａ〜８６ｃ ＬＥＤ ９１ 基準信号線 ９２ 通信信号線 ９３ 電源線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相良 弘明 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 松本 敏宏 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 乾 誠貴 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 松本 和久 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人力によって車輪を駆動する人力駆動部
   と、バッテリを電源とするモータによって前記車輪を駆
   動する電動駆動部と、この電動駆動部を駆動する制御信
   号等を出力する制御回路と、電源の入切等の操作やバッ
   テリの残量表示等の状態表示を行うための操作表示部と
   を備え、前記制御回路と操作表示部にそれぞれマイクロ
   コンピュータを備えると共に、前記操作表示部に対する
   操作や状態表示の内容を前記各マイクロコンピュータ間
   でシリアル通信によって伝送することを特徴とする補助
   動力付き車両。
2. 【請求項２】 前記制御回路は、前記車輪と共に回転す
   る回転ケーシング内に配置される電動駆動部に備えられ
   ることを特徴とする請求項１記載の補助動力付き車両。
3. 【請求項３】 前記シリアル通信に異常が生じたとき、
   前記操作表示部には異常前の状態表示を継続して行うこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の補助動力付
   き車両。
4. 【請求項４】 前記通信異常時、前記操作表示部の表示
   がオンの状態であればその表示を継続し、オフの状態で
   あれば消灯を維持することを特徴とする請求項３記載の
   補助動力付き車両。
5. 【請求項５】 前記通信異常時、所定時間経過しても正
   常に戻らないときは前記操作表示部の表示をオフにする
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の補助動力
   付き車両。
6. 【請求項６】 前記通信異常の判断は、受信した信号が
   予め定められた信号か否かによって行うことを特徴とす
   る請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の補助動力
   付き車両。