JP2002362469A

JP2002362469A - 電動アシスト自転車、電動自転車及びバッテリー残量検出プログラム

Info

Publication number: JP2002362469A
Application number: JP2001170851A
Authority: JP
Inventors: Kyosuke Kokatsu; 京介小勝; Akihito Yoshiie; 彰人吉家; Chikashi Nito; 史二唐
Original assignee: Sunstar Engineering Inc; Uni Sunstar BV
Current assignee: Sunstar Engineering Inc; Uni Sunstar BV
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】バッテリー残量を高精度で安定して検出でき
る電動アシスト自転車を提供する。【解決手段】補助動力を踏力に応じて並列に付加する
電動アシスト自転車は、補助動力を出力する電動モータ
３７と、電動モータに電源供給するためのバッテリー１
７と、電動アシスト自転車を制御する１チップマイコン
１４と、を備える。マイコン１４は、バッテリーを一定
電流で所定時間だけ放電させる放電機能と、放電手段に
よる放電後のバッテリーの電圧が放電前の電圧に戻るま
での復帰時間を計測する時間計測機能と、時間計測手段
により計測された復帰時間に基づいてバッテリーの残量
を推定する残量推定機能と、を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、補助動力を踏力に
応じて並列に付加する電動アシスト自転車、並びに、踏
力及び電動力によるいずれの走行も可能な電動自転車に
係り、より詳しくは、バッテリー残量検出機能を備え
た、そのような自転車、及び、当該自転車で利用可能な
バッテリー残量検出プログラムに関する。

【０００２】

【従来技術】電動モータの補助動力を踏力に応じて並列
に付加する電動アシスト自転車において、バッテリーの
残量を検出し、表示する機能を備えることが好ましい。
従来、かかるバッテリー検出機能として、例えば、バッ
テリーの出力電圧と、無負荷時におけるバッテリー出力
電圧とからバッテリーの残存容量を求める技術が提案さ
れている。この技術では、一時的な大電流によるバッテ
リー電圧の低下が生じてもバッテリー残量を正確に検出
することを図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バッテ
リー電圧のみに着目する上記従来技術では、電源が一旦
オフとされると、バッテリー電圧が一時的に回復してし
まうため、この回復したバッテリー電圧に基づくと、バ
ッテリー残量を誤判定してしまう、という問題がある。

【０００４】更に、従来一般のバッテリー残量検出機能
付き電動アシスト自転車では、バッテリー検出専用ＩＣ
を新たに付加するため、部品点数が多く、チップ自体で
は安価であるが全体として高価となり、更に基板サイズ
が大きくなる等のデメリットが生じる。これは、通常の
自転車からの改変を可能な限り少なくして電動アシスト
自転車を低コストで製造することを困難にさせる。

【０００５】本発明は、上記事実に鑑みなされたもの
で、バッテリー残量をより正確に安定して推定すること
ができ、通常の自転車からの改変を少なくして低コスト
で製造することを可能とする、電動アシスト自転車、並
びに、電動自転車を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る電動アシスト自転車は、補助動力を出
力する電動モータと、電動モータに電源供給するための
バッテリーと、バッテリーの電圧を検出する電圧検出手
段と、バッテリーを所定容量だけ放電させる放電手段
と、放電手段による放電後のバッテリーの電圧が放電前
の電圧に戻るまでの復帰時間を計測する時間計測手段
と、時間計測手段により計測された復帰時間に基づいて
バッテリーの残量を推定する残量推定手段と、を含んで
構成したものである。

【０００７】本発明では、電圧検出手段が、放電前のバ
ッテリーの電圧を検出する。次に、放電手段がバッテリ
ーを所定容量だけ放電させる。例えば、バッテリーを、
所定時間の間、略一定電流で放電させることによって、
所定容量のバッテリーの放電を実行する。その後、電圧
検出手段が放電後のバッテリーの電圧を検出する。時間
計測手段は、順次検出された放電後のバッテリーの電圧
が放電前の電圧に戻るまでの復帰時間を計測する。この
復帰時間は、バッテリー残量が多ければ短く、少なけれ
ば長い。かくして、残量推定手段は、計測された復帰時
間に基づいてバッテリーの残量を推定することができ
る。可能ならば、残量推定手段は、バッテリーの種類及
び特性の少なくともいずれかに応じた判断基準で該バッ
テリーの残量を推定することが好ましい。

【０００８】このように本発明では、所定容量放電後の
バッテリーの電圧の復帰時間からバッテリー残量を推定
するので、単にバッテリー電圧だけから推定する方法よ
りも、安定して高精度に残量を推定できる。なお、推定
されたバッテリーの残量を表示する表示手段と、を更に
含むのが好ましい。

【０００９】本発明の好ましい態様は、電圧検出手段、
放電手段、時間計測手段及び残量推定手段は、電動アシ
スト自転車の電子的処理を一括制御する単一チップマイ
クロコンピュータに実装された機能である。

【００１０】この単一チップマイクロコンピュータは、
少なくとも踏力に応じて補助動力を決定し該補助動力を
出力するよう電動モータを制御する。このように電動ア
シスト自転車の電子的処理を一括制御する単一チップが
バッテリー残量検出も行うので、部品点数及び基板面積
を減少させ、トータルコストを削減することができる。
特に、単一チップマイクロコンピュータは、１６ビット
マイコンであるのが処理能力の点で好ましい。これによ
り、単一チップに従来の専用ＩＣの機能を大きな負荷を
かけることなく付加することができる。

【００１１】放電手段は、実質的にバッテリーに負荷が
かけられていない条件下で放電を行う。このバッテリー
に負荷がかけられていない条件は、例えば、電動モータ
が停止している条件である。

【００１２】好ましくは、放電手段が一定時間間隔毎に
バッテリーを放電させ、その放電後に残量推定手段がバ
ッテリーの残量を推定する。本発明のより具体的な態様
は、一定電流で放電するため必要な抵抗値を持つ保護抵
抗と、入力信号に応じて導通及び断続を切り替えるスイ
ッチ手段と、をバッテリーに各々直列接続してなる放電
回路を更に含み、放電手段は、所定時間だけ継続するパ
ルス入力信号をスイッチ手段に出力可能であるよう、構
成される。

【００１３】本発明の別の具体的な態様は、放電手段と
並列に接続され、且つ、該放電手段の抵抗値より大きい
抵抗値を有する検出用抵抗を有し、電圧検出手段は、該
検出用抵抗の所定位置における電圧を検出するよう、構
成される。

【００１４】以上のバッテリー残量検出機能は、踏力及
び電動力によるいずれの走行も可能な電動自転車にも適
用できる。この電動自転車は、電動力を出力する電動モ
ータと、電動モータに電源供給するためのバッテリー
と、バッテリーの電圧を検出する電圧検出手段と、バッ
テリーを所定容量だけ放電させる放電手段と、放電手段
による放電後のバッテリーの電圧が放電前の電圧に戻る
までの復帰時間を計測する時間計測手段と、時間計測手
段により計測された復帰時間に基づいてバッテリーの残
量を推定する残量推定手段と、を含んで構成される。

【００１５】本発明の好ましい態様の電動自転車は、電
圧検出手段、放電手段、時間計測手段及び残量推定手段
は、電動自転車の電子的処理を一括制御する単一チップ
マイクロコンピュータに実装された機能である。

【００１６】以上述べたバッテリー残量検出機能は、バ
ッテリーにより付勢される電動モータから出力された補
助動力を踏力に応じて並列に付加する電動アシスト自転
車を制御する単一チップマイクロコンピュータにインス
トール可能である、バッテリー残量検出プログラムで実
現可能である。このプログラムは、放電前のバッテリー
の電圧を検知する機能と、バッテリーに実質的に負荷が
かけられていない場合、バッテリーを所定時間の間、略
一定電流で放電させる機能と、放電後のバッテリーの電
圧を検知する機能と、放電後のバッテリー電圧が放電前
のバッテリー電圧に戻るまでの復帰時間を計測する機能
と、復帰時間に基づいてバッテリーの残量を推定する機
能と、を単一チップマイクロコンピュータにより順次実
行させる。

【００１７】また、バッテリーにより付勢される電動モ
ータの電動力及び踏力のいずれの走行も可能な電動自転
車を制御する単一チップマイクロコンピュータにインス
トール可能である、バッテリー残量検出プログラムは、
放電前のバッテリーの電圧を検知する機能と、バッテリ
ーに実質的に負荷がかけられていない場合、バッテリー
を所定時間の間、略一定電流で放電させる機能と、放電
後のバッテリーの電圧を検知する機能と、放電後のバッ
テリー電圧が放電前のバッテリー電圧に戻るまでの復帰
時間を計測する機能と、復帰時間に基づいてバッテリー
の残量を推定する機能と、を単一チップマイクロコンピ
ュータにより順次実行させる。

【００１８】本発明の他の目的及び利点は、以下で説明
される本発明の好ましい実施形態を参酌することによっ
て、より明瞭に理解されよう。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好ましい実施形態を説明する。図１には、本発明の第
１実施形態に係る電動アシスト自転車１の概略が示され
ている。同図に示すように、この電動アシスト自転車１
の主要な骨格部分は、通常の自転車と同様に、金属管製
の車体フレーム３から構成され、該車体フレーム３に
は、前輪２０、後輪２２、ハンドル１６、及びサドル１
８などが周知の態様で取り付けられている。

【００２０】また、車体フレーム３の中央下部には、ド
ライブ軸４が回転自在に軸支され、その左右両端部に
は、クランク棒６Ｌ、６Ｒを介してペダル８Ｌ、８Ｒが
各々取り付けられている。このドライブ軸４には、車体
の前進方向に相当するＲ方向の回転のみを伝達するため
の一方向クラッチ（図７（ｂ）の９９）を介して、主ス
プロケット２が同軸に取り付けられている。この主スプ
ロケット２と、後輪２２の中央部に設けられた後輪動力
機構１０との間には無端回動のチェーン１２が張設され
ている。

【００２１】本実施形態の電動アシスト自転車１の制御
系の概略が図２に示されている。本実施形態に係る電動
アシスト自転車１の制御系は、該自転車全体の電子的処
理を一括して制御する１個の１６ビット１チップマイコ
ン１４と、電動モータ３７と、１チップマイコン１４に
直接接続され、その制御信号の電力を増幅する増幅回路
１５と、該増幅回路１５に接続され電動モータ３７に電
源供給するバッテリー１７（例えば２４Ｖ電池）と、を
含む。なお、増幅回路１５は、パルス信号に対する電力
増幅機能だけではなく、パルス信号のバッファとしての
機能を兼ね備えている。図２の制御系は、駆動ユニット
１３（図１）に収容される。

【００２２】１チップマイコン１４には、少なくとも走
行速度を演算するための回転速度信号、踏力を演算する
ための歪みゲージ信号１、２、及び、駆動ユニット１３
内に配置された図示しない温度検出回路からの温度検出
信号が入力される。なお、歪みゲージ信号１、２は、予
め演算器等で加算平均した信号でもよい。これらの入力
信号を発生する手段（温度検出回路以外）の詳細につい
ては後述する。

【００２３】図３に、図２に示す１チップマイコン１４
のメイン処理の流れを一例として概略的に示す。このメ
インルーチンは、所定周期毎に繰り返される。図３に示
すように、まず、アシスト条件がハイであるか否（ロ
ー）であるかを判定する（ステップ３００）。このアシ
スト条件は、電動アシストの実行が適切であるか否かを
示すフラグ（メモリ上のデータでも電気信号のいずれで
もよい）であり、「ハイ」のときが、電動アシスト可で
あり、「ロー」のときが電動アシスト不可を意味する。
例えば、後述するように、バッテリー残量が十分で、電
動モータの温度が許容範囲である場合、電動アシスト可
となってアシスト条件がハイとなる。

【００２４】アシスト条件がハイの場合、１チップマイ
コン１４は、入力された回転速度信号に基づいて車速又
はこれに関連する物理量を演算する（ステップ３０
２）。次に、１チップマイコン１４は、歪みゲージ信号
１、２に基づいてペダル踏力又はこれに関連する物理量
を演算する（ステップ３０４）。そして、演算された車
速及び踏力に基づいて、アシスト比（電動力／踏力）又
はこれに関連する制御量を決定する（ステップ３０
６）。アシスト比の決定は、例えば、車速及び踏力の各
段階区分とアシスト制御量とを関係付けるルックアップ
テーブルを参照することによって行うことができる。次
に、１チップマイコン１４は、決定されたアシスト比に
対応する補助動力を発生させるよう電動モータ３７をＰ
ＷＭ（Pulse width Modulation）制御する（ステップ３
０８）。即ち、補助動力に応じたパルス幅に変調された
パルス信号を順次出力する。

【００２５】ＰＷＭ制御を実行後、１チップマイコン１
４は、バッテリー１７の残量を検出する処理を行う（ス
テップ３１０）。検出結果は、図示しない表示部（例え
ばＬＥＤ）等で残量を表示し、オペレータに警告を与え
る。また、バッテリー残量が十分である場合のみ、電動
アシストを行うモードの場合には、バッテリー残量が所
定値以下の場合、アシスト条件をローとし、それより大
きい場合、ハイとする。

【００２６】次に、１チップマイコン１４は、駆動ユニ
ット１３内に取り付けられた温度センサーからの温度検
出信号に基づいて温度監視する（ステップ３１２）。温
度監視の結果、駆動ユニット１３内の温度が閾値以下で
ある場合、アシスト条件をハイとする。当該温度が閾値
を超えている場合には、アシスト条件をローとし、好ま
しくは、モータ駆動中には電動モータ３７の急速停止を
行い、高温に起因した、基板やこれに搭載された１チッ
プマイコン１４の損傷を直ちに防止する。そして、ステ
ップ３００に戻って同様の処理を繰り返す。ステップ３
００でアシスト条件が「ロー」の場合（否定判定）、ス
テップ３１０に移行し、電動アシストを実行しない。

【００２７】なお、図３の処理の流れは、任意好適に変
更可能である。例えば、ステップ３１０のバッテリー残
量検出工程や、ステップ３１２の温度監視工程は、他の
工程と並列に実行し、強制的に割り込み処理を行っても
よい。

【００２８】１チップマイコン１４は、１単位のデータ
及びコマンドが１６ビットで構成されているため、従来
の電動アシスト自転車で用いられている８ビットのマイ
コンよりも高度な処理機能を有するプログラムをより大
きなデータ量に基づいてより高速に実行することが可能
となる。そこで、本実施形態では、専用のＰＷＭ制御Ｉ
Ｃを省略し、１チップマイコン１４によって、ステップ
３００〜３０６、３１０、３１２の電子的処理を一括し
て行うと共に、直接、電動モータ３７に対してステップ
３０８のようなＰＷＭ制御を行う。このＰＷＭ制御は、
１チップマイコン１４の図示しないメモリに記憶された
ソフトウェア（ファームウェアを含む）によって実現で
きる。

【００２９】このように本実施形態では、処理能力の高
い１６ビットマイコンを使用することにより、基本設計
を大きく変更することなく、例えばＰＷＭ制御など従来
では専用ＩＣを用いていた制御を１個のマイコンで全て
こなすようにした。従って、全体として部品点数、基板
面積を減らすことができ、小型化と共にトータルのコス
ト削減に資することができる。例えば、１６ビットマイ
コンは、８ビットマイコンより高価であるが、従来の８
ビットマイコンの付加機能手段として、ＰＷＭ制御専用
ＩＣ、電池残量監視等の他の電子的処理を行うＩＣ及び
それらの周辺部品を合わせると、逆に８ビットマイコン
はコストアップとなる。

【００３０】また、１６ビットマイコンは、ソフトウェ
アで様々な処理を無理無く実現できるため、回路が簡単
にできる。また、将来も同様に柔軟に機能アップが図れ
るので、この点からもコストダウンが図れる。更に、ソ
フトで常に電動アシスト状態を監視できるので、如何な
る状態でも即座に電動モータ３７の停止を図ることがで
きる。

【００３１】次に、ステップ３１０のバッテリー残量検
出機能を実現するための一例としての、バッテリー１７
の周辺回路１９を図４（ａ）に示す。図４（ａ）に示す
バッテリー残量検出回路１９は、バッテリー１７に各々
直列接続された、保護用の小抵抗２３ａと、入力信号の
オンオフに応じて接続・断続を切り替えるＦＥＴ（電界
効果トランジスタ；Field Effect Transistor）２４と
を備える。更に、バッテリー残量検出回路１９では、抵
抗２３ａ及びＦＥＴ２４に対して並列に、２つの抵抗２
３ｂ、２３ｃが接続されている。これらの抵抗２３ｂ、
２３ｃは、抵抗２３ａに対して非常に抵抗値が大きく、
これらの抵抗を介した場合には、消費電力はきわめて小
さい。

【００３２】抵抗２３ｂ及び２３ｃの中間ポイント２８
から１チップマイコン１４の入力端子３１までライン２
６によって接続される。入力端子３１には、バッテリー
残量検出回路１９を通したバッテリー電圧信号が入力さ
れ、チップ内でＡＤ変換される（ＡＤ入力信号）。

【００３３】また、抵抗２３ｃの始端２９からライン２
６までの間にツェナーダイオード２５が介設されてい
る。このツェナーダイオード２５は、規格値５．１Ｖで
あれば、それ以上の電圧は逃がし、それ以下では抵抗と
して働く。これにより、抵抗２３ｃが壊れたとき、マイ
コン１４に過大な電圧がかかるのを防止することができ
る。

【００３４】マイコン１４の汎用ポートの一つを、パル
ス信号を出力するためのパルス出力ポート２１として利
用する。パルス出力ポート２１は、抵抗２３ｄが介設さ
れたライン２７を通して、ＦＥＴ２４の入力端子に接続
される。

【００３５】次に、図４（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ
図５のフローチャートに沿ってバッテリー残量検出回路
１９の作用（ステップ３１０の処理）を説明する。図５
に示すように、先ず、電動モータ３７が停止しているか
否かを判定する（ステップ３３０）。モータが駆動して
いる場合（ステップ３３０否定判定）、バッテリー残量
検出を行わず、ステップ３５２に移行して、処理後に本
ルーチンをリターンする。

【００３６】モータが停止している場合（ステップ３３
０肯定判定）、前回のバッテリー残量検出処理から時間
Ｔ₁（例えば約５秒）以上が経過しているか否かを判定
する（ステップ３３２）。時間Ｔ₁以上経過している場
合のみ（ステップ３３２肯定判定）、次のステップ３３
４に移行し、経過していない場合には、バッテリー残量
検出を行わず、ステップ３５２に移行する。即ち、本ル
ーチンは、原則として周期Ｔ₁（例えば約５秒）でバッ
テリー残量の検出を行う。

【００３７】ステップ３３４では、マイコン１４のパル
ス出力ポート２１から入力信号が出されていない状態で
入力端子３１にかかっているAD入力電圧、即ちロード前
電圧（図４（ｂ）の５０参照）を、マイコン１４が測定
する。この状態では、ＦＥＴ２４は導通しておらず、抵
抗２３ａと比較して非常に大きな抵抗値を有する抵抗２
３ｂ及び２３ｃがバッテリー１７に接続されるので、消
費電力がきわめて少なく、バッテリー１７にほとんどロ
ードがかけられていない。測定されたロード前電圧は、
マイコン１４のメモリに記憶される。

【００３８】次に、マイコン１４が、パルス出力信号ポ
ート２１の電圧を立ち上げる。即ちパルス信号オンにす
る（ステップ３３６）。所定時間Ｔ₂（例えば１ｍｓ）
が経過するまで（ステップ３３８否定判定）、電圧一定
状態を継続する。所定時間Ｔ ₂経過後に（ステップ３３
８肯定判定）、電圧を元に落としてパルスオフにする
（ステップ３４０）。この間、ＦＥＴ２４には、所定時
間（１ｍｓ）Ｔ₂のパルス信号が入力され、パルス入力
の間だけ、導通する。保護抵抗２３a及びＦＥＴ２４の
抵抗値は抵抗２３ｂ、２３ｃと比較して小さいので、大
きな一定電流（例えば、約１０A）が流れてバッテリー
の消費電力が増加し、マイコン１４へのAD入力電圧は降
下する（図４（ｂ）の５２参照）。パルスオフになる
と、バッテリーへのロードが実質的に無くなるので、バ
ッテリー電圧が次第に元の電圧に戻っていく（図４
（ｂ）の電圧戻り区間５４参照）。

【００３９】この電圧戻り区間で、ロード後電圧を測定
する（ステップ３４２）。次に、ロード後電圧が、記憶
されているロード前電圧まで復帰したか否かを判定する
（ステップ３４６）。電圧復帰していない場合（ステッ
プ３４６否定判定）、マイコン１４の内蔵タイマー（図
示せず）にて復帰時間をカウントし（ステップ３４
４）、ステップ３４２に戻って同様の処理を繰り返す。
この間、復帰時間がカウントされていく。なお、図示し
ていないが、元の電圧までなかなか戻らず、カウントさ
れた復帰時間が閾値を超えた場合には、このループから
抜け出す。

【００４０】ロード後電圧がロード前電圧まで復帰した
場合（ステップ３４６肯定判定）、このときまでにカウ
ントされた復帰時間をメモリに記憶する。この復帰時間
は、バッテリー残量と所定の関係があり、復帰時間が短
ければバッテリーはFULLに近く、長ければEMPTYに近
い。なお、復帰時間が上記閾値を超えてループから抜け
出した場合は、云うまでも無く、限りなくEMPTYに近い
ことになる。そこで、マイコン１４は、実際にカウント
された復帰時間に基づいてバッテリー残量を推定する
（ステップ３４８）。例えば、予め実験的に定められ
た、バッテリー残量と復帰時間との関係を示すルックア
ップテーブルを参照し、或いは、もっと単純に復帰時間
がどの範囲に属するかにより残量を推定する。

【００４１】バッテリー残量と復帰時間との関係は、バ
ッテリーの種類及び特性によって異なるため、好ましく
は、予めマイコン１４にバッテリーの種類及び特性の情
報を与え（或いは、自動的に判別）、これに応じてその
判断基準、例えば参照するルックアップテーブル等を切
り替えることもできる。

【００４２】推定されたバッテリー残量は、電動アシス
ト自転車１の運転者が良く見ることのできる位置、例え
ばハンドル等に取り付けられた図示しない表示器に表示
される（ステップ３５０）。運転者は、この残量表示に
よって、バッテリー１７の充電の要否や、電動アシスト
の使用可否を判定することができる。

【００４３】最後に、消費電源チェックを行い（ステッ
プ３５２）、本ルーチンをリターンする。このチェック
の結果、電流オーバー時は、PWMの制御を現在より大き
くしないよう調整する。

【００４４】このように本実施形態では、図４（ａ）に
示す簡単な回路を用い、１チップマイコンのプログラム
によりバッテリー残量を検出するようにしたので、回路
（ハード）が簡単にでき、コストを削減できる。例え
ば、専用の電圧検出用ＩＣを使用する必要は無くなり、
また、バッテリーセルに専用の配線をしなくても済むよ
うになる。更に、部品点数が少なくなるので基板本体が
小型化できる。また、ソフトのパラメータを改良すれ
ば、どの型式のバッテリー（Ｎｉ−ＣＤ，Ｎｉ−ＭＨ
等）にも柔軟に対応することができる。（合力及び補助動力機構）電動アシスト自転車１におけ
る補助動力と踏力との合力機構、並びに、該補助動力の
供給機構を図６乃至図８を用いて説明する。

【００４５】図６には、主スプロケット２を裏側（図１
の反対側）から見たときの合力機構の一例が示されてい
る。この合力機構は、主スプロケット２と同軸に軸支さ
れた副スプロケット３０と、所定条件下で出力される補
助動力により回転可能な動力スプロケット３３と、動力
スプロケット３３から副スプロケット３０へ補助動力を
伝達させるため、これらのスプロケット（３０、３３）
の間に張設された無端回動のアシストチェーン３２と、
を含む。動力スプロケット３３及び副スプロケット３０
は、同一ピッチの歯を備えており、好ましくは、動力ス
プロケット３３の歯数は、副スプロケット３０の歯数よ
り小さい。

【００４６】図６の合力機構は、主スプロケット２より
車体の内側に配置されているので、副スプロケット３０
及び動力スプロケット３３の車体外側への出っ張りが無
くなり、車体の小型化を図ることができる。更に、図示
のように、主スプロケット２と動力スプロケット３３と
の間隔を主スプロケット２の半径より小さくできるの
で、合力機構全体を小さくまとめることができる。この
ため、図７（ａ）に示すように、自転車外部（表側）か
ら見ると、合力機構は、主スプロケット２の軸方向内側
にそのほとんどが隠され、外観を損なうおそれがない。
チェーン１２を隠すように主スプロケット２にチェーン
カバー３５を取り付けることにより、チェーン保護と共
に更に外観を改善することができる。

【００４７】図７（ａ）の側断面図を図７（ｂ）に示
す。同図に示すように、主スプロケット及び副スプロケ
ット３２は、互いに対し動かないように（即ち一体回転
するように）ピン１２３で固定されており、それらは共
に一方向クラッチ９９を介してドライブシャフト４に連
結されている。動力スプロケット３３は、ドライブシャ
フト４に平行に延びる動力シャフト３５ａを介して駆動
ユニット１３に作動的に連結される。動力スプロケット
３３の中心孔３４にセレーション（図６参照）を形成す
ることにより、動力シャフト３５ａと中心孔３４との間
の滑り回転が防止される。

【００４８】駆動ユニット１３は、一般の自転車と同様
のフレームに取り付けられており、そのハウジング内
に、バッテリー１７（図２）によって電源供給される電
動モータ３７と、該モータの出力軸３７ａに連結され、
その回転速度を減速して動力スプロケット３３の動力シ
ャフト３５ａに伝達する減速機構３５と、を含む。減速
機構３５における補助動力の伝達経路の途中には、一方
向にだけ動力を伝達する、いわゆる一方向クラッチ（図
示せず）が設けられている。この一方向クラッチは、電
動モータ３７からの補助動力を動力スプロケット３３に
伝達するが、その逆方向、即ち動力スプロケットから減
速機構３５へはトルクを伝達しないように構成・接続さ
れる。

【００４９】次に、本実施形態に係る合力機構の作用を
説明する。所定条件下で電動モータ３７が回転制御さ
れ、その補助動力が減速機構３５を介して動力スプロケ
ット３３に提供されたとき、動力スプロケットのトルク
は、アシストチェーン１２を介して副スプロケット３０
に伝達され、該副スプロケット３０に対し固定された、
踏力により回転される主スプロケット２に直ちに伝達さ
れる。かくして、補助動力及び踏力の合力が達成され
る。

【００５０】電動モータ３７が回転していないときは、
減速機構３５内に設けられた図示しない上記一方向クラ
ッチにより、モータの回転負荷は動力スプロケット３３
に伝達されることがなく、軽快な運転が可能となる。

【００５１】このように本実施形態では、従来技術のよ
うに踏力伝達用のチェーン１２に直接、補助動力を伝達
させるのではなく、動力スプロケット３３の補助トルク
を、別体のチェーン３２を介して主スプロケット２と共
に回転する副スプロケット３０に伝達させる、いわゆる
二重チェーン方式を採用した。これによって、従来技術
と比較して、駆動ユニット１３の配置の自由度が大幅に
広がることになる。例えば、図６及び図７（ａ）に示す
ように、自転車の進行方向へ駆動ユニットを配置するこ
とができるので、電動アシスト自転車用に特別に用意し
た専用フレームでなくても、通常の自転車フレームでも
駆動ユニット１３を取り付けることができる。

【００５２】勿論、周方向の任意の位置に動力スプロケ
ット３３を配置することができる。図８には、動力スプ
ロケット３３の位置を周方向に時計回りで９０度ほど変
更した例が示されている。この場合、サドル１８（図
１）の支持フレームに駆動ユニット１３を取り付けるこ
とが可能となる。更には、アシストチェーン３２の長さ
を選択することによって、動力スプロケット３３の径方
向位置（主スプロケット２の中心から動力スプロケット
３３の中心までの距離）も、より外側及びより内側へと
自在に調整可能となる。かくして、駆動ユニット１３の
最低地上高も高くすることや低くすることもできる。

【００５３】このように二重チェーン方式には、設置自
由度があるため、自転車の種類を選ばず、その電動化を
実現することができる。逆に云えば、フレームデザイン
の自由度がきわめて高くなる。

【００５４】その上、図示のように動力スプロケット３
３の歯数を副スプロケット３０の歯数に対して小さくす
れば、合力機構だけで減速が可能となる。これによっ
て、減速機構３５の減速比を小さく取れ、その結果、減
速機構を簡素化及び小型化することができる。このよう
に本実施形態では、減速比に関しても設計の自由度を拡
大することができる。（回転速度センサー）１チップマイコン１４に入力され
る回転速度信号を出力する回転速度センサーを説明す
る。

【００５５】図９には、回転速度センサーの一構成要素
としてＮＳ分極リングマグネット２００が示されてい
る。このリングマグネット２００は、その中央に開口２
０５を有する略平坦なリングに形成されている。リング
マグネット２００は、そのリングを等角度毎に区分する
複数の磁石区分からなり、これらの磁石区分では、その
正面から見てＮ極側を向けたＮ極区分２０２と、Ｓ極側
を向けたＳ極区分２０４とが交互に配置されている。こ
の場合、側面図に示すように、Ｎ極区分２０２の反対側
がＳ極となり、Ｓ極区分２０４の反対側がＮ極となるべ
く磁力線の向きがリング面に略垂直となるように磁石区
分のＮ−Ｓ極を配向するのが好ましい。図の例では、１
２個の磁石区分が形成されているが、これよりも多くて
も少なくてもよく、被検出部の回転速度及び要求される
検出精度に応じて任意好適に変更可能である。

【００５６】なお、リング面に対し磁場の垂直成分が存
在すれば、各磁石区分のＮ−Ｓ極の配向の仕方は任意好
適に変更できる。例えば隣接するＮ極区分及びＳ極区分
を一つの磁石の両極として周方向に配置してもよい。こ
の場合、Ｎ極区分２０２の反対側もＮ極となり、Ｓ極区
分２０４の反対側もＳ極となるが、磁場の強度の点で
は、図９の例が好ましいと考えられる。

【００５７】図１０には、回転速度の被検出部としての
ギア２１０が示されている。ギア２１０は、シャフト２
１４により伝達されたトルクにより回転し、その一方の
表面には、リングマグネット２００を収容できる寸法及
び形状のリング溝２０８が形成されている。このリング
溝２０８にリングマグネット２００が収容され、接着剤
等で貼り付けられる。このとき、図示のように、リング
マグネット２００とギア２１０の表面とが面一になるこ
とが好ましい。これにより、ギア表面からリングマグネ
ットが突出せず、回転速度センサーの設置によるスペー
スの減少を最小限に抑えることができる。

【００５８】ギア２１０に設置されたリングマグネット
２００に隣接して、磁場を検出するためのホールＩＣ２
１２が配置されている。このホールＩＣは、半導体内の
電流の流れる方向と直角に磁場がある場合、ホール効果
により電流及び磁場と直角方向に電流と磁場に比例する
抵抗値を生じさせる素子を内蔵し、該抵抗値をデジタル
信号として出力する既存の磁場検出ＩＣである。ホール
ＩＣ２１２の出力端は、１チップマイコン１４に接続さ
れる。図１０の回転速度センサー２２０を斜視図で表す
と、図１１に示す通りとなる。

【００５９】１チップマイコン１４は、ホールＩＣ２１
２からの磁場検出信号（回転速度信号）を任意好適な方
法により解析してギア２１０の回転速度を検出する。こ
こで、ホールＩＣ２１２の検出位置におけるリングマグ
ネット２００による磁場波形の一例を図１２（ａ）に示
す。ホールＩＣ２１２は、図１２（ａ）に示すような磁
場を検出して図１２（ｂ）に示すパルス信号を出力す
る。図１２（ｂ）のパルス信号は、図１２（ａ）の磁場
波形のＮ極側極大部分に時間的に対応している。この場
合、正の値（Ｎ極側）のみを取り出し、負の値（Ｓ極
側）を消去しているが、負の値のみや、正負の両値を採
用することもできる。このパルス信号列の周期（パルス
間時間）は、リングマグネット２００の回転速度に比例
している。そこで、１チップマイコン１４は、ホールＩ
Ｃ２１２からのパルス信号の時間間隔を検出し、直ちに
リングマグネット２００及びかくしてギア２１０の回転
速度を求めることができる。

【００６０】勿論、磁場を検出できれば、ホールＩＣ以
外の磁場検出センサー、例えばコイル等を用いてもよ
い。この場合、磁場検出センサーの出力は、図１２
（ａ）のようなアナログ波形となり、１６ビット１チッ
プマイコン１４には、例えば、磁場信号のゼロ交差点
（磁場強度ゼロの点の時刻）、Ｎ極側ピーク、或いは、
Ｓ極側ピークを検出して、それらの時刻を求める機能が
更に付加される。図１２（ａ）に示すＮ極側ピーク２２
２及びＳ極側ピーク２２４は、Ｎ極区分及びＳ極区分の
最大磁極が磁場検出センサーの検出領域を通過した時点
を各々示しているので、各ピークの出現数及びその時刻
によりギア２１０が一回転するのに要する時間Ｔを検出
することができる。かくして、ギア２１０の回転速度
（２π／Ｔ）を直ちに求めることができる。勿論、ギア
２１０の一回転を待たなくとも、所定角度回転したとき
にギアの回転速度を求めてもよい。

【００６１】本実施形態の回転速度センサーは、ＮＳ分
極リングマグネット２００が平坦なリング形状であるの
で、嵩張らず省スペース化及び軽量化を達成することが
できる。また、非常に簡易な構造なので製作が容易とな
り、従ってコスト削減を図ることもできる。

【００６２】また、複数の磁石区分が一つの平坦なリン
グにまとめられたので、機器への組み付けも非常に容易
となる。例えば、図１０に示すように、ギア２１０の表
面にリング状の溝を掘り、そこにリングマグネットを埋
め込んで接着剤等で固定するだけである。分極に相当す
る個々の磁石をギアに埋め込んでいく作業と比べて、各
段に作業効率の向上を図ることができる。その上、溝の
深さとリングマグネットの高さとを揃えれば、全く外部
に突出せず、省スペース化に寄与する。

【００６３】また、各磁石区分が占める角度範囲を小さ
くすることによって、回転速度の時間分解能を向上させ
ることができる。回転速度センサー２２０は、電動アシ
スト自転車１の走行速度を反映するように回転する任意
の被検出部に取り付けることができる。この被検出部と
して、動力スプロケット３３に直接的若しくは他のギア
を介して間接的に作動連結された減速機構３５内のギア
（図示せず）が、駆動ユニット１３のハウジング内に回
転速度センサー２２０を収容できるため好ましい。これ
以外の箇所として、例えば後輪動力伝達機構１０内に配
置された図示しないギア、スプロケット２、副スプロケ
ット３０、動力スプロケット３３、及び、前輪車軸の回
転部分等が挙げられる。１チップマイコン１４は、上述
したように求めた被検査部の回転速度を、電動アシスト
自転車１の走行速度に変換する参照テーブルを有しても
よい。（踏力検出機構）１チップマイコン１４に入力される歪
みゲージ信号１、２を出力する踏力検出機構を図１３乃
至図１６を用いて説明する。本実施形態に係る踏力検出
機構は、踏力に応じた一方向クラッチ９９の変形によっ
て変化する歪みを検出する。

【００６４】図１３に示すように、主スプロケット２
は、一方向クラッチ９９を介してドライブシャフト４に
軸支される。この一方向クラッチ９９は、図１４に示す
ように、駒部１００及び歯部１１２を備える。

【００６５】駒部１００では、３つのラチェット駒１０
２が周方向に沿って等角度毎にその第２の係合面１１０
に配置されている。このラチェット駒１０２は剛体でで
きており、第２の係合面１１０の略径方向に沿った軸の
回りに回動可能とされている。ラチェット駒１０２は、
ラチェット駒１０２に力が作用していないとき、その長
さ方向が第２の係合面１１０に対して所定の角度をなす
（図１５の平衡方向１６０）ように駒立ち上げスプリン
グ１０４によって付勢されている。図１５に示すよう
に、ラチェット駒１０２が平衡方向１６０から上昇方向
ａ又は下降方向ｂに偏倚するとき、駒立ち上げスプリン
グ１０４は、その偏倚を平衡方向１６０に戻すようにラ
チェット駒１０２に僅かな弾性力を及ぼす。

【００６６】また、駒部１００の中央部には、ドライブ
シャフト４を受け入れるための駒部ボア１０６が形成さ
れ、この駒部ボア１０６は、駒部１００の裏面１０１か
ら突出した円筒部１０３も貫通している。裏面１０１に
は、円筒部１０３の外周囲に円状溝１５５（図１３）が
形成され、該円状溝１５５の中には、多数の鋼球１５２
が回転自在に嵌め込まれている。これによって、裏面１
０１には、軸方向の荷重受け兼滑り軸受け用のベアリン
グが形成される。

【００６７】皿バネ１２４が、その中心孔１２７に円筒
部１０３を通して駒部１００の裏面１０１に当接され
る。このとき、皿バネ１２４は、駒部１００からの圧力
に弾力で対抗する方向に鋼球１５２即ち荷重受けベアリ
ングを介して裏面１０１に滑動可能に接する。皿バネ１
２４の表面には、１８０度の位置関係で対向する２個所
に、歪みゲージ１２６が設置される。これらの歪みゲー
ジ１２６は、リード線１２８を介して１チップマイコン
１４に電気的に接続される。更に好ましくは、３個以上
の歪みゲージを皿バネ１２４に設置してもよい。このと
き、複数の歪みゲージを、皿バネ１２４の表面上で夫々
が回転対称の位置となるように設置するのが好ましい。

【００６８】皿バネ１２４は、椀状の支持器１３０の内
底部１３２に収められる。支持器１３０には、ドライブ
シャフト４を貫通させるための支持ボア１３３及び後面
から突出する支持円筒部１３４が形成される。支持円筒
部１３４の外周表面には、ねじが切ってあり、これを車
体取り付け部１４５のねじ切り内壁に螺合することによ
って、支持器１３０が車体に固定される。この支持円筒
部１３４の内壁には、軸方向及び径方向の両荷重対応の
ベアリング１３８が係合され（図１３参照）、ベアリン
グ１３８は、ドライブシャフト４に形成されたストッパ
ー斜面１４４によって係止される。同様に、ドライブシ
ャフト４の反対側にもベアリング１３９（図７（ｂ）参
照）が取り付けられるので、ドライブシャフト４は車体
に対して回転自在となる。

【００６９】駒部ボア１０６の内壁には、軸方向５に延
びる第１の回転防止用溝１０８が４個所に形成されてい
る。駒部ボア１０６の内壁と摺接するドライブシャフト
４の外壁部分にも、第１の回転防止用溝１０８と対面す
るように軸方向５に延びる第２の回転防止用溝１４０が
４個所に形成されている。図１６（ａ）に示すように、
第１の回転防止用溝１０８及びこれに対面する第２の回
転防止用溝１４０は、軸方向に沿って延びる円柱溝を形
成し、各々の円柱溝の中には、これを埋めるように多数
の鋼球１５０が収容される。これによって、駒部１００
は、軸方向５に沿って摩擦抵抗最小で移動できると共
に、ドライブシャフト４に対する相対回転が防止され
る。これは、一種のボールスプラインであるが、他の形
式のボールスプライン、例えば無端回動のボールスプラ
インなどを、このような摺動可能な回転防止手段として
適用することができる。

【００７０】また、駒部１００のドライブシャフト４へ
の取り付け方法として、図１６（ａ）のボールスプライ
ン以外の手段を用いることも可能である。例えば、図１
６（ｂ）に示すように、軸方向に延びる突起部１４０ａ
をドライブシャフト４に設け、該突起部１４０ａを収容
する第３の回転防止用溝１０８ａを駒部１００に形成す
る、いわゆるキースプライン形式も回転防止手段として
適用可能である。なお、図１６（ｂ）において、突起部
１４０ａを駒部１００側に、第３の回転防止用溝１０８
ａをドライブシャフト４側に設けてもよい。更に、図１
６（ｃ）に示すように、軸方向に延びる第４の回転防止
用溝１０８ｂ及びこれに対面する第５の回転防止用溝１
４０ｂを駒部１００及びドライブシャフト４に夫々設
け、これらの溝が形成する直方体状の溝の中にキープレ
ートを収容する、いわゆるキー溝形式も回転防止手段と
して適用可能である。

【００７１】歯部１１２の第１の係合面１２１には、ラ
チェット駒１０２と係合するための複数のラチェット歯
１１４が形成されている。ラチェット歯１１４は、歯部
の周方向に沿って互い違いに周期的に形成された、第１
の係合面１２１に対してより急な斜面１１８と、より緩
やかな斜面１１６と、から構成される。

【００７２】歯部１１２は、その第１の係合面１２１を
駒部１００の第２の係合面１１０に対面させるようにド
ライブシャフト４にカラー１１１を介して摺接可能に軸
支される。このとき、ラチェット駒１０２とラチェット
歯１１２とが係合される（図１５）。即ち、ドライブシ
ャフト４は、ラチェット駒１０２とラチェット歯１１２
との係合部分を介してのみ歯部１１２と作動的に連結さ
れる。カラー１１１を介して歯部ボア１２０を通過した
ドライブシャフト４の端部１４２には、歯部１１２が軸
方向外側にずれないようワッシャー１２２が嵌合される
（図１３）。歯部１１２には、主スプロケット２がピン
１２３（図１３）を介して動かないように取り付けら
れ、更に、ドライブシャフト４の先端にはペダル軸１４
６が取り付けられる。かくして、車体前進方向のペダル
踏力による回転のみを主スプロケット２に伝達するよう
にドライブシャフト４と主スプロケット２とを連結する
ラチェットギヤが完成する。

【００７３】好ましくは、オフセット用バネ１３６が、
ドライブシャフト４のストッパー斜面１４４と、駒部１
００の裏面１０１との間に介在されるのがよい。このオ
フセット用バネ１３６は、ペダル踏力が所定値以下の場
合（例えば事実上ゼロに近い場合）、裏面１０１に収容
された鋼球１５２と皿バネ１２４との間にクリアランス
を生じさせるように駒部１００を軸方向に偏倚させる。

【００７４】次に、本踏力検出機構の作用を説明する。
搭乗者がペダル８Ｒ、８Ｌ（図１）にペダル踏力を与
え、ドライブシャフト４を車体前進方向に回転させる
と、この回転力は、ドライブシャフト４に対し回転不可
能且つ摺動可能に軸支された駒部１００に伝達される。
このとき、図１５に示すように、ラチェット駒１０２
は、駒部１００からペダル踏力に対応する力Ｆｄを与え
られので、その先端部は歯部１１２のラチェット歯のよ
り急な斜面１１８に当接し、この力をラチェット歯に伝
達しようとする。ラチェット歯部１１２は、主スプロケ
ット２に連結されているので、ラチェット駒１０２の先
端部は、駆動のための負荷による力Ｆｐをより急な斜面
１１８から受ける。その両端部から互いに反対向きの力
Ｆｐ及びＦｄを与えられたラチェット駒１０２は、ａ方
向に回転して立ち上がる。このとき駒部１００は、ラチ
ェット駒１０２の立ち上がりによって軸方向内側に移動
し、駒部１００と支持器１３０との間に介在する皿バネ
１２４を押し込む。皿バネ１２４は、これに対抗して弾
性力Ｆｒを駒部１００に作用する。この力Ｆｒと、駒部
１００を軸方向に移動させるペダル踏力を反映した力と
は短時間で釣り合う。かくして、皿バネ１２４の応力歪
み、駒部１００と歯部１１２との間のクリアランス、ラ
チェット駒１０２の第２の係合面１１０に対する角度、
駒部１００の車体フレームに対する位置及び皿バネ１２
４が押し込まれる圧力などはペダル踏力を反映する物理
量となる。従って、これらのうち少なくとも１つを検出
することによって踏力Ｔを推定することが可能となる。

【００７５】本実施形態では、一例として皿バネ１２４
の応力歪みを検出する。１チップマイコン１４は、皿バ
ネ１２４に設けられた２つの歪みゲージ１２６からの信
号を少なくとも加算演算する（平均演算を含む）。この
ように複数箇所の応力歪み量を平均化して計測すること
によって、同じ踏力でも出力変化を大きくとれ且つノイ
ズ成分を平滑化することができるので、ＳＮ比を改善
し、踏力推定精度を更に向上させることができる。この
効果は、歪みゲージの個数が増えるほど大きくなる。

【００７６】また、ペダル踏力が所定値以下の場合など
では、オフセット用バネ１３６は、駒部１００の裏面１
０１と皿バネ１２４との間にクリアランスを生じさせて
いるため、鋼球１５２が皿バネ１２４に頻繁に衝突する
ことが少なくなる。これによって、歪みゲージ信号のノ
イズ成分が軽減して、踏力検出及び電動アシスト制御の
安定性を向上させることができる。

【００７７】次に、１チップマイコン１４は、少なくと
も演算された踏力Ｔに基づいて印加すべきアシスト用の
補助動力Ｔｅを演算し、該補助動力で回転駆動するよう
に電動モータ３７を指令する制御信号を演算出力する。
好ましくは、１チップマイコン１４は、回転速度センサ
ー２２０により検出された回転速度信号を車速に変換
し、踏力T及び車速の両方に基づいて適切な補助動力Tｅ
を決定し、該補助動力Ｔｅを発生させるよう電動モータ
３７を制御する。

【００７８】本実施形態の踏力検出機構には以下のよう
な更に優れた効果がある。ラチェットギヤと踏力検出機構とを一つの機構で実
現したので、部品点数の削減化が図られ、小型、軽量化
及び低コストを達成できる。踏力を検出する部分に、受け荷重ユニットと荷重検
出センサーとを一体化した皿バネを用い、２つの機能を
１ユニットで実現したので、上記効果に加えて更に小
型、軽量化及び低コストを達成できる。上記項目及びに示したように踏力検出機構の小
型、軽量化及び簡素化をより高いレベルで達成したの
で、通常の自転車であっても踏力検出機構を取り付ける
可能性が更に広がった。上記項目及びで示した理由により、従来機構に
比べて荷重の伝達ロスが少なくなり、制御の応答性のよ
いアシストフィーリングを実現できる。上記項目及びで示した理由により、従来機構
（コイルバネ使用）に比べ、ペダルに無駄な動き（セン
サーが感知するまで）が無くなり、ペダルを踏み込んだ
ときのフィーリングは、従来機構は踏み込み時に弾力感
があったのに対し、本実施形態では、通常の自転車のフ
ィーリングと同様になった。

【００７９】以上が本発明の実施形態であるが、本発明
は、上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の要
旨の範囲内において任意好適に変更可能である。例え
ば、本発明の実施形態に係るバッテリー残量検出機能
は、電動アシスト自転車のみならず、踏力及び電動力に
よるいずれの走行も可能な電動自転車にも適用すること
ができる。この電動自転車では、通常の自転車と同様
に、踏力のみによる走行が可能であると共に、例えばス
イッチ等のオン操作により踏力に依らない電動力のみに
よる走行が可能である。勿論、このような電動自転車
に、踏力に応じた電動アシストモードを追加してもよ
い。

【００８０】また、上記例では、電動モータ３７から主
スプロケット２の方向にはトルクを伝達するが、その逆
方向へはトルクを伝達しないよう配置された図示しない
一方向クラッチ手段を減速機構３５内に配置したが、電
動モータ３７から主スプロケット２への電動力の伝達経
路上の他の適当な箇所にも設けることができる。例え
ば、副スプロケットを主スプロケットと一体回転するよ
うに、互いにピン止めしたが、上記一方向クラッチ手段
を副スプロケットと主スプロケットとの間のトルク伝達
経路上に設けてもよい。

【００８１】更に、一方向クラッチ９９の駒及び歯のい
ずれか一方をスプロケットに取り付け、他方をドライブ
シャフトに取り付けるかは、任意好適に変更可能であ
る。例えば駒部１００をスプロケット側に取り付け、歯
部１１２をドライブシャフト４に摺動可能且つ回転不可
能に取り付け、歯部１１２によって皿バネ１２４を押し
込めるようにしてもよい。

【００８２】また、上記例では、皿バネの応力歪みを踏
力に関連する物理量として検出したが、本発明は、これ
に限定されず、一方向クラッチ９９の踏力に応じた変形
によって変化する任意の物理量を検出することができ
る。例えば、ラチェット駒の傾き、ラチェット駒部及び
ラチェット歯部の相対間隔、ラチェット駒部及びラチェ
ット歯部のいずれかの車体に対する位置、並びに、皿バ
ネを押す圧力などを、踏力を反映する物理量として選択
することができる。

【００８３】更に、一方向クラッチ９９の変形に対抗し
て配置される弾性体も任意好適に種類及びその形状を変
更可能である。皿バネやコイルバネ以外に例えばゴム弾
性体などを用いることもできる。また、応力歪みを検出
する手段として、歪みゲージを例にしたが、応力歪みに
関連した物理量を検出できれば、これに限定されるもの
ではない。

【００８４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、所定容量放電後のバッテリーの電圧の復帰時間か
らバッテリー残量を推定するので、単にバッテリー電圧
だけから推定する方法よりも、バッテリー残量を高精度
で安定して検出できる。という優れた効果が得られる。

【００８５】また、本発明によれば、上記バッテリー残
量検出機能を実現する電圧検出手段、放電手段、時間計
測手段及び残量推定手段が、電動アシスト自転車の電子
的処理を一括制御する単一チップマイクロコンピュータ
に実装された機能としたので、回路（ハード）が簡単に
組めるようになり、また、部品点数が少なくなるので基
板本体が小型化し、コストを削減できる、という優れた
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る動力アシスト自転車の概
略図である。

【図２】図２は、本発明の電動アシスト自転車の制御系
を示す概略図である。

【図３】図３は、図２に示す１チップマイコン１４のメ
イン処理の流れを一例として示すフローチャートであ
る。

【図４】バッテリー残量検出に係る概略図であって、
（ａ）はバッテリー残量検出の概略回路図、（ｂ）はバ
ッテリー残量検出回路の出力電圧の変化を示すグラフで
ある。

【図５】バッテリー残量検出のサブルーチンを示すフロ
ーチャートである。

【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る電動アシス
ト自転車の二重チェーン方式の合力機構を示すため、主
スプロケットの裏側から見た拡大正面図である。

【図７】図７は、本発明の電動アシスト自転車の合力機
構を示す図であって、（ａ）は主スプロケットの表側か
ら見た拡大正面図、（ｂ）はその側断面図である。

【図８】図８は、本発明の別の実施形態に係る電動アシ
スト自転車の二重チェーン方式の合力機構を示すため、
主スプロケットの裏側から見た拡大正面図である。

【図９】図９は、本発明の電動アシスト自転車に組み付
けられる回転速度センサーの一構成要素としてのＮＳ分
極リングマグネットの上面図及び側面図である。

【図１０】図１０は、図９のＮＳ分極リングマグネット
をギア表面に組み付けて回転速度センサーを構成した状
態を示す正面図及び該回転速度センサーの垂直線に沿っ
て取られた側断面図である。

【図１１】図１１は、図１０の回転速度センサーの斜視
図である。

【図１２】図１２は、磁場の時間的変化を示す波形であ
って、（ａ）は、ＮＳ分極リングマグネットの検出位置
における磁場、（ｂ）はリングマグネットに隣接して配
置されたホールＩＣにより実際に検出された磁場信号で
ある。

【図１３】図１３は、本発明の電動アシスト自転車の踏
力検出機構を具現する一方向クラッチを含むドライブシ
ャフト回りの側断面図である。

【図１４】図１４は、図１３に示された一方向クラッチ
の分解斜視図である。

【図１５】図１５は、本発明の電動アシスト自転車の踏
力検出の原理を説明するため一方向クラッチ（ラチェッ
トギヤ）の歯及び駒の嵌合状態を示す図である。

【図１６】図１６は、ドライブシャフトに対する駒部の
相対回転を防止する回転防止手段の例を示す図であり、
（ａ）はボールスプライン、（ｂ）はスプラインキー、
（ｃ）はキー溝の概略構成を示す上面図である。

【符号の説明】

１電動アシスト自転車２主スプロケット４ドライブシャフト１１駆動スプロケット１２チェーン１３駆動ユニット１４１チップマイコン（１６ビット）１５増幅回路１７バッテリー２２駆動輪（後輪）２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ抵抗２４ＦＥＴ２５ツェナーダイオード２７パルス信号ライン３０副スプロケット３２アシストチェーン３３動力スプロケット３５減速機構３５ａ出力軸３７電動モータ９９一方向クラッチ１００駒部１０２ラチェット駒１１２歯部１１４ラチェット歯１２４皿バネ１２６歪みゲージ２００リングマグネット２１２ホールＩＣ２２０回転速度センサー

フロントページの続き (72)発明者吉家彰人大阪府高槻市明田町７番１号サンスター技研株式会社内 (72)発明者二唐史大阪府高槻市明田町７番１号サンスター技研株式会社内Ｆターム(参考） 2G016 CA00 CB11 CB12 CC02 CC04 CC09 CC10 CC13 CC16 CC27 CD06 CD09 CD14 5H030 AA09 AS00 BB21 FF41 FF44 FF52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】補助動力を踏力に応じて並列に付加する
電動アシスト自転車であって、前記補助動力を出力する電動モータと、前記電動モータに電源供給するためのバッテリーと、前記バッテリーの電圧を検出する電圧検出手段と、前記バッテリーを所定容量だけ放電させる放電手段と、前記放電手段による放電後のバッテリーの電圧が放電前
の電圧に戻るまでの復帰時間を計測する時間計測手段
と、前記時間計測手段により計測された復帰時間に基づいて
前記バッテリーの残量を推定する残量推定手段と、を含む、電動アシスト自転車。
【請求項２】前記電圧検出手段、前記放電手段、前記
時間計測手段及び前記残量推定手段は、前記電動アシス
ト自転車の電子的処理を一括制御する単一チップマイク
ロコンピュータに実装された機能である、請求項１に記
載の電動アシスト自転車。
【請求項３】前記単一チップマイクロコンピュータ
は、１６ビットマイコンである、請求項２に記載の電動
アシスト自転車。
【請求項４】前記放電手段は、前記バッテリーを、所
定時間の間、略一定電流で放電させることによって、前
記所定容量の前記バッテリーの放電を実行する、請求項
１乃至３のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。
【請求項５】前記放電手段は、実質的に前記バッテリ
ーに負荷がかけられていない条件下で放電を行う、請求
項１乃至４のいずれか１項に記載の電動アシスト自転
車。
【請求項６】前記バッテリーに負荷がかけられていな
い条件は、前記電動モータが停止している条件である、
請求項５に記載の電動アシスト自転車。
【請求項７】前記放電手段が一定時間間隔毎に前記バ
ッテリーを放電させ、その放電後に前記残量推定手段が
前記バッテリーの残量を推定する、請求項１乃至６のい
ずれか１項に記載の電動アシスト自転車。
【請求項８】一定電流で放電するため必要な抵抗値を
持つ保護抵抗と、入力信号に応じて導通及び断続を切り
替えるスイッチ手段と、を前記バッテリーに各々直列接
続してなる放電回路を更に含み、前記放電手段は、所定時間だけ継続するパルス入力信号
を前記スイッチ手段に出力可能である、請求項１乃至７
のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。
【請求項９】前記放電手段と並列に接続され、且つ、
該放電手段の抵抗値より大きい抵抗値を有する検出用抵
抗を有し、前記電圧検出手段は、前記検出用抵抗の所定位置におけ
る電圧を検出する、請求項１乃至８のいずれか１項に記
載の電動アシスト自転車。
【請求項１０】前記残量推定手段は、前記バッテリー
の種類及び特性の少なくともいずれかに応じた判断基準
で該バッテリーの残量を推定することを特徴とする、請
求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の電動アシスト
自転車。
【請求項１１】前記残量推定手段により推定された前
記バッテリーの残量を表示する表示手段と、を更に含
む、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の電
動アシスト自転車。
【請求項１２】踏力及び電動力によるいずれの走行も
可能な電動自転車であって、前記電動力を出力する電動モータと、前記電動モータに電源供給するためのバッテリーと、前記バッテリーの電圧を検出する電圧検出手段と、前記バッテリーを所定容量だけ放電させる放電手段と、前記放電手段による放電後のバッテリーの電圧が放電前
の電圧に戻るまでの復帰時間を計測する時間計測手段
と、前記時間計測手段により計測された復帰時間に基づいて
前記バッテリーの残量を推定する残量推定手段と、を含む、電動自転車。
【請求項１３】前記電圧検出手段、前記放電手段、前
記時間計測手段及び前記残量推定手段は、前記電動自転
車の電子的処理を一括制御する単一チップマイクロコン
ピュータに実装された機能である、請求項１２に記載の
電動自転車。
【請求項１４】バッテリーにより付勢される電動モー
タから出力された補助動力を踏力に応じて並列に付加す
る電動アシスト自転車を制御する単一チップマイクロコ
ンピュータにインストール可能である、バッテリー残量
検出プログラムであって、放電前の前記バッテリーの電圧を検知する機能と、前記バッテリーに実質的に負荷がかけられていない場
合、前記バッテリーを所定時間の間、略一定電流で放電
させる機能と、放電後の前記バッテリーの電圧を検知する機能と、放電後のバッテリー電圧が放電前のバッテリー電圧に戻
るまでの復帰時間を計測する機能と、前記復帰時間に基づいて前記バッテリーの残量を推定す
る機能と、を前記単一チップマイクロコンピュータにより順次実行
可能な、バッテリー残量検出プログラム。
【請求項１５】バッテリーにより付勢される電動モー
タの電動力及び踏力のいずれの走行も可能な電動自転車
を制御する単一チップマイクロコンピュータにインスト
ール可能である、バッテリー残量検出プログラムであっ
て、放電前の前記バッテリーの電圧を検知する機能と、前記バッテリーに実質的に負荷がかけられていない場
合、前記バッテリーを所定時間の間、略一定電流で放電
させる機能と、放電後の前記バッテリーの電圧を検知する機能と、放電後のバッテリー電圧が放電前のバッテリー電圧に戻
るまでの復帰時間を計測する機能と、前記復帰時間に基づいて前記バッテリーの残量を推定す
る機能と、を前記単一チップマイクロコンピュータにより順次実行
可能な、バッテリー残量検出プログラム。