JP2019217888A - ギアセンサ、電動アシスト自転車、および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルに部品を取り付けることなく変速機の変速動作を検出する。【解決手段】ギアセンサにおいて、変速機を有する自転車におけるギアセンサであって、前記変速機の変速段を切り替えるケーブルの方向を変換するとともに、前記ケーブルの移動に応じて回転する回転部と、前記回転部の回転に関する回転情報を生成する回転検出部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明の一態様は、自転車における変速機の変速段を検出するギアセンサなどに関する。

変速機の変速段を検出するギアセンサが自転車に取り付けられることがある。このようなギアセンサは、例えば非特許文献１などに開示されている。

Agentura repro s.r.o.、" Products"、［online］、［平成３０年１月１５日検索］、インターネット〈URL：http://gearsensor.com/products〉

変速機を有する自転車では、変速機の変速にケーブルが用いられることがある。具体的には、たとえば、変速機に接続されたケーブルを引っ張ったり戻したりすることにより変速機を作用させて変速段の変更が行われる。たとえば、電動アシスト自転車では、変速時に過剰なアシストがあると、変速機が破損したり、搭乗者の能力を超えた走行による転倒などが発生したりすることがある。このため、変速機の変速段および変速操作を検出する技術が開発されている。具体的には、たとえば、ケーブルに磁石などを固定し、変速機の変速動作に伴う磁石の移動を磁気センサによって検出する方法が考えられる。しかしながら、ケーブルに磁石などの部品を取り付ける方法では、破損および欠損のリスクがあり、また取り付けが複雑になるため好ましくない。ケーブルに部品を取り付けることなく変速機の変速動作を検出する技術が求められる。

本発明は、上記の課題などを解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
変速機（３２）を有する自転車におけるギアセンサであって、
前記変速機の変速段を切り替えるケーブル（１１ａ）の方向を変換するとともに、前記ケーブルの移動に応じて回転する回転部（１３）と、
前記回転部の回転に関する回転情報を生成する回転検出部（１２，１６）と、を備える、
ギアセンサである。

上記構成のギアセンサによれば、ケーブルと回転部との間の摩擦力によってケーブルの移動を回転部の回転に変換することで、回転情報に基づき回転部の回転を検出することができるので、ケーブルに磁石などの部品を取り付けることなくケーブルの移動を検出することができる。これにより、ケーブルの取り付け時などにおいて、部品の破損および欠損の発生を抑制することができる。また、たとえばプーリーのような回転部によってケーブルの方向を変換することは、従来の自転車の組み立て方法から大きく逸脱しないので、ケーブル取り付けの複雑化を防ぐことができる。また、変速機自体の構造を変更しないので、市販の変速機をそのまま利用することができる。また、回転部によるケーブルの摺動抵抗の増加は小さいため、搭乗者に与える違和感を低減することができる。

上記ギアセンサにおいて、好ましくは、
前記回転検出部は、前記回転部の周方向の位置に基づく回転位置情報を前記回転情報として生成する。

上記構成のギアセンサによれば、たとえば、ポテンショメータまたはアブソリュート形のエンコーダなどのセンサを回転検出部として用いることができるので、堅牢で信頼性の高いギアセンサを実現することができる。

上記ギアセンサにおいて、好ましくは、
前記回転検出部（１６）は、前記回転部の回転動作に基づく回転運動情報を前記回転情報として生成する。

上記構成のギアセンサによれば、たとえば、インクリメンタル形のエンコーダなどのセンサを回転検出部として用いることができるので、堅牢で信頼性の高いギアセンサを実現することができる。

また、本発明の別の手段は、
与えられた人力に基づく回転力を車輪（２２）に伝達する伝達部（２８）と、
前記回転力と前記車輪に伝達される回転力との比である変速段を変更する変速機（３２）と、
前記変速機の前記変速段を切り替えるケーブル（１１ａ）と、
前記ケーブルの方向を変換するとともに、前記ケーブルの移動に応じて回転する回転部（１３）と、
前記回転部の回転に関する回転情報を生成する回転検出部（１２，１６）と、
人力による前記車輪の駆動を補助するモータ（３１）と、
前記回転情報に基づき前記モータを制御する制御部（６１）と、を備える、
電動アシスト自転車である。

上記構成の電動アシスト自転車によれば、ケーブルと回転部との間の摩擦力によってケーブルの移動を回転部の回転に変換することで、回転情報に基づき回転部の回転を検出することができるので、ケーブルに磁石などの部品を取り付けることなくケーブルの移動を検出することができる。これにより、ケーブルの取り付け時などにおいて、部品の破損および欠損の発生を抑制することができるとともに、変速機の変速段および変速動作を正しく検出することができるので、車輪の駆動のアシストを適切に制御することができる。また、たとえばプーリーのような回転部によってケーブルの方向を変換することは、従来の自転車の組み立て方法から大きく逸脱しないので、ケーブル取り付けの複雑化を防ぐことができる。また、変速機自体の構造を変更しないので、市販の変速機をそのまま利用することができる。また、回転部によるケーブルの摺動抵抗の増加は小さいため、搭乗者に与える違和感を低減することができる。

上記電動アシスト自転車において、好ましくは、
前記制御部は、前記回転情報に基づき、前記モータによる前記車輪の駆動の補助度合いを変更する。

上記構成の電動アシスト自転車によれば、たとえば、漕ぎ出し時、登坂中および変速中などの電動アシスト自転車の状況に応じた適度のアシストを行うことができる。

上記電動アシスト自転車において、好ましくは、
前記制御部は、前記回転情報に基づき前記変速段を検出し、検出した前記変速段に基づき、前記モータによる前記車輪の駆動の補助度合いを変更する。

上記構成の電動アシスト自転車によれば、変速機の変速段に応じて車輪の駆動のアシストを強めたり弱めたりすることができるので、漕ぎ出し時および登坂中などの電動アシスト自転車の走行状況および走行環境に応じた適度のアシストを行うことができる。

上記電動アシスト自転車において、好ましくは、
前記電動アシスト自転車の車速を示す車速情報を生成する車速検出部（２９）をさらに備え、
前記変速機は、第１の変速段と、前記第１の変速段と比べて前記車輪に伝達される回転力をより大きくする第２の変速段とを切り替え、
前記制御部は、検出した前記変速段が前記第２の変速段である場合、前記車速情報に基づき、前記モータによる前記車輪の駆動の補助度合いを変更する。

上記構成の電動アシスト自転車によれば、たとえば、第２の変速段で車速が小さい場合に、車輪の駆動のアシストを弱めることができるので、過剰な推力が電動アシスト自転車に加えられ、前輪が浮き上がってウィリー走行してしまうことを防ぐことができる。また、たとえば、第２の変速段で車速が大きい場合に、車輪の駆動のアシストを強めることができるので、上り坂に差し掛かり、搭乗者が変速段を第２の変速段に落としてモータによるアシストを期待している状況で、車輪に対して大きなアシストを与えることができる。

上記電動アシスト自転車において、好ましくは、
前記電動アシスト自転車の車速を示す車速情報を生成する車速検出部をさらに備え、
前記変速機は、第１の変速段と、前記第１の変速段と比べて前記車輪に伝達される回転力をより大きくする第２の変速段とを切り替え、
前記制御部は、前記車速情報の示す前記車速が所定値以上である場合において、検出した前記変速段が前記第１の変速段であるとき、前記モータによる前記車輪の駆動の補助を弱める制御を行う。

上記構成の電動アシスト自転車によれば、第１の変速段で車速が高い場合に、車輪の駆動のアシストを弱めることで、搭乗者が電動アシスト自転車を高速で走行させている状況を正しく判断し、車輪の駆動の補助を弱めても搭乗者の負担増を抑制できる状況において、電力消費を抑制することができる。

上記電動アシスト自転車において、好ましくは、
前記制御部は、前記回転情報に基づき、前記変速機における前記変速段の切り替え動作の開始を検出し、前記切り替え動作の開始を検出してから所定時間、前記モータによる前記車輪の駆動の補助を停止する。

上記構成の電動アシスト自転車によれば、ギアチェンジが行われている場合に、所定時間、車輪の駆動の補助を停止することで、変速機に過剰な力が加わり、変速機が破損してしまうことを防ぐことができる。

また、本発明の別の手段は、
与えられた人力に基づく回転力を車輪に伝達する伝達部と、前記回転力と前記車輪に伝達される回転力との比である変速段を変更する変速機と、前記変速機の前記変速段を切り替えるケーブルと、前記ケーブルの方向を変換するとともに、前記ケーブルの移動に応じて回転する回転部と、前記回転部の回転に関する回転情報を生成する回転検出部と、人力による前記車輪の駆動を補助するモータと、を備える電動アシスト自転車における制御方法であって、
前記回転情報を取得するステップと、
取得した前記回転情報に基づき前記モータを制御するステップと、を有する、
制御方法である。

上記構成の電動アシスト自転車によれば、ケーブルと回転部との間の摩擦力によってケーブルの移動を回転部の回転に変換することで、回転情報に基づき回転部の回転を検出することができるので、ケーブルに磁石などの部品を取り付けることなくケーブルの移動を検出することができる。これにより、ケーブルの取り付け時などにおいて、部品の破損および欠損の発生を抑制することができるとともに、変速機の変速段および変速動作を正しく検出することができるので、車輪の駆動のアシストを適切に制御することができる。また、たとえばプーリーのような回転部によってケーブルの方向を変換することは、従来の自転車の組み立て方法から大きく逸脱しないので、ケーブル取り付けの複雑化を防ぐことができる。また、変速機自体の構造を変更しないので、市販の変速機をそのまま利用することができる。また、回転部によるケーブルの摺動抵抗の増加は小さいため、搭乗者に与える違和感を低減することができる。

図１は、実施形態１の電動アシスト自転車の外観を示す図である。 図２は、実施形態１のギアセンサの斜視図である。 図３は、実施形態１のギアセンサの分解図である。 図４は、実施形態１の電動アシスト自転車における内蔵変速機の変速機構の模式図である。 図５は、実施形態１のモータ駆動回路の構成を示す図である。 図６は、実施形態１の処理部が用いるギアポジションテーブルの一例を示す図である。 図７は、実施形態１における電動アシスト自転車におけるアシスト制御処理を示すフローチャートである。 図８は、実施形態１における電動アシスト自転車における変速機保護制御処理を示すフローチャートである。 図９は、実施形態１における電動アシスト自転車における省電力制御処理を示すフローチャートである。

本発明のギアセンサは、変速機の変速段を切り替えるケーブルの方向を変換するとともに、当該ケーブルの移動に応じて回転する回転部と、回転検出部と、が自転車に設けられ、回転検出部が、回転部の回転に関する回転情報を生成する構成としている点を特徴のひとつとする。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態１
（１）電動アシスト自転車の構成例
（２）ギアセンサの構成例
（３）モータ駆動回路の構成例
（４）動作例１
（５）動作例２
（６）動作例３
２．実施形態２
（１）ギアセンサの構成例
３．補足事項

＜１．実施形態１＞
＜（１）電動アシスト自転車２の構成例＞
図１は、実施形態１の電動アシスト自転車の外観を示す図である。図１に示されるように、電動アシスト自転車２は、ギアセンサ１、前輪２１、後輪２２、車体２３、ペダル２４、クランク２５、クランク軸２６、スプロケット２７、チェーン２８、車速センサ２９、モータ駆動回路３０、モータ３１、内蔵変速機３２、バッテリ３３、ハンドルバー３４、および操作部３５を含んで構成される。

＜前輪２１＞
前輪２１は、後輪２２の回転により与えられた動力で電動アシスト自転車２が動くときに、後輪２２と同期して回転するよう構成される。また、前輪２１は、モータ３１により電動回転力が与えられ、これにより回転することで電動アシスト自転車２に推力を与えるよう構成される。

＜後輪２２＞
後輪２２は、ユーザにより与えられる人力により回転し、電動アシスト自転車２に推力を与えるよう構成される。また、前輪２１に与えられた電動回転力により電動アシスト自転車２が動くときに、前輪２１と同期して回転するよう構成される。すなわち、前輪２１は電動力により、後輪２２は人力によりそれぞれ回転力が与えられ、この電動力と人力との合力により電動アシスト自転車２に推力（動力）が与えられる。

＜車体２３＞
車体２３は、電動アシスト自転車２の本体部分であって、ユーザの体を支えるとともに、電動アシスト自転車２の各構成を支持するよう構成される。車体２３には、前輪２１及び後輪２２が回転可能な状態で取り付けられる。

＜ペダル２４＞
ペダル２４は、電動アシスト自転車２に乗ったユーザが踏み込む踏力を、クランク２５、クランク軸２６、及びスプロケット２７を介してチェーン２８に伝達し、これにより後輪２２に回転力を与えるよう構成される。

＜クランク２５＞
クランク２５は、ペダル２４に結合されて構成されており、上記のとおり、ユーザの踏力をクランク軸２６に対して伝達するよう構成される。

＜クランク軸２６＞
クランク軸２６は、クランク２５に結合されて構成されており、上記のとおり、ユーザの踏力をスプロケット２７に伝達するよう構成される。

＜スプロケット２７＞
スプロケット２７は、歯車状に形成されており、クランク軸２６に結合され、クランク軸２６の回転に同期して回転して、動力をチェーン２８に伝達するよう構成される。

＜チェーン２８＞
チェーン２８は、与えられた人力（踏力）に基づく回転力を車輪に伝達する。チェーン２８は、本発明でいう「伝達部」の一具体例である。詳細には、チェーン２８は、スプロケット２７の歯車に噛合うように形成されており、スプロケット２７の回転に同期して回転し、動力を後輪２２に伝達するよう構成される。

＜車速センサ２９＞
車速センサ２９は、電動アシスト自転車２の車速を示す車速情報を生成する。車速センサ２９は、本発明でいう「車速検出部」の一具体例である。本実施形態では、車速センサ２９は、たとえば、磁場の変化に基づき電圧パルスを生成するピックアップセンサである。詳細には、たとえば、後輪２２のスポークには、マグネット（図示しない）が設けられている。車速センサ２９は、車体２３に取り付けられている。ここで、車速センサ２９が取り付けられる位置は、後輪２２の回転に伴って車速センサ２９の近傍をマグネットが通過するような位置である。車速センサ２９は、後輪２２が回転してマグネットが近傍を通過するごとに、すなわち後輪２２が１回転するごとに電圧パルスを発生させ、発生させた電圧パルスを車速情報としてモータ駆動回路３０へ出力する。

＜モータ３１＞
モータ３１は、人力による車輪の駆動を補助する。本実施形態では、モータ３１は、たとえば交流モータである。モータ３１は、モータ駆動回路３０により与えられる駆動力としての交流電力により回転動作を行い、動力を前輪２１に伝達するよう構成される。モータ３１は、これにより、ユーザの踏力に対する補助的な駆動力を前輪２１に与える。

＜内蔵変速機３２＞
内蔵変速機３２は、与えられた人力に基づく回転力と車輪に伝達される回転力との比である変速段を変更する。内蔵変速機３２は、本発明でいう「変速機」の一具体例である。本実施形態では、内蔵変速機３２は、後輪２２のハブの内部に内蔵される変速機であり、変速段としてハイとローとを切り替える。ここで、ローは、ハイと比べて車輪に伝達される回転力をより大きくする変速段である。

＜バッテリ３３＞
バッテリ３３は、たとえば、リチウムイオン電池などの充電可能な２次電池であって、電動アシスト自転車２のギアセンサ１、車速センサ２９、モータ駆動回路３０およびモータ３１などの必要な部分に対して電力を供給するよう構成される。

＜ハンドルバー３４＞
ハンドルバー３４は、ユーザにより操作されることで電動アシスト自転車２の前輪２１の向きを変更し、これにより電動アシスト自転車２の移動方向を変更できるよう構成される。

＜操作部３５＞
操作部３５は、ユーザにより操作される操作レバー３５ａを含み、操作レバー３５ａが操作されることで内蔵変速機３２の変速段が変更される。

＜変速ケーブル１１＞
変速ケーブル１１は、ユーザの操作に基づき、内蔵変速機３２の変速段を切り替えるよう動作する。本実施形態では、変速ケーブル１１は、たとえば、ボーデン型のケーブルであり、インナーケーブル１１ａおよびアウターチューブ１１ｂにより構成される。アウターチューブ１１ｂは、たとえば、操作部３５から内蔵変速機３２までインナーケーブル１１ａを滑らかに配線できる様に車体２３に固定される。インナーケーブル１１ａは、アウターチューブ１１ｂの内部に挿通され、操作レバー３５ａに固定された第１端と、内蔵変速機３２に固定された第２端とを有する。インナーケーブル１１ａは、操作レバー３５ａによって引っ張られたり、戻されたりした場合に、アウターチューブ１１ｂの内部においてスムーズに移動可能である。

＜（２）ギアセンサ１の構成例＞
図２は、実施形態１のギアセンサの斜視図である。図３は、実施形態１のギアセンサの分解図である。図２および図３に示されるように、ギアセンサ１は、ポテンショメータ１２、プーリー１３およびケース１４を含んで構成される。

＜ケース１４＞
ケース１４は、本体１４ａおよびカバー１４ｂを含んで構成される。本実施形態では、本体１４ａは、車体２３に固定される。本体１４ａにおけるベースプレート１４ｃには、たとえば、貫通孔（図示しない）が設けられる。貫通孔には、たとえばベアリングを用いて自在に回転できるように自由回転軸１４ｄが挿通される。したがって、自由回転軸１４ｄは、ベースプレート１４ｃの両側に突出し、本体１４ａに対して自在に回転できるようになっている。本体１４ａは、カバー１４ｂと組み合わされることで、インナーケーブル１１ａおよびプーリー１３を収容する収容空間１４ｅを形成する。

＜プーリー１３＞
プーリー１３は、インナーケーブル１１ａの延びる方向を変換するとともに、インナーケーブル１１ａの移動に応じて回転する。プーリー１３は、本発明でいう「回転部」の一具体例である。本実施形態では、プーリー１３は、たとえば、円筒形状の部材であり、外周には溝１３ａが形成されている。プーリー１３は、中心に貫通孔１３ｂが形成される。貫通孔１３ｂには自由回転軸１４ｄが圧入され、プーリー１３が自由回転軸１４ｄとともに回転する。すなわち、プーリー１３は、本体１４ａに対して自由回転軸１４ｄとともに自在に回転できるようになっている。

図４は、実施形態１の電動アシスト自転車における内蔵変速機の変速機構の模式図である。図４に示されるように、内蔵変速機３２は、変速段を切り替えるための変速レバー３２ａを含む。変速レバー３２ａは、インナーケーブル１１ａの第２端が固定された第１端と、インナーケーブル１１ａによって加えられた力を内蔵変速機３２の本体に与える第２端とを有する。変速ケーブル１１を構成するアウターチューブ１１ｂは、車体２３に固定される。アウターチューブ１１ｂから露出したインナーケーブル１１ａは、プーリー１３の溝１３ａに嵌ることにより方向が変換され、プーリー１３から変速レバー３２ａの第１端へ向かう方向へ延びる。上述したように、ユーザが操作レバー３５ａを操作し、インナーケーブル１１ａの第１端が操作レバー３５ａによって引っ張られたり、戻されたりすることで、変速レバー３２ａの第１端がプーリー１３に近づいたり離れたりするように動かされる。これにより、内蔵変速機３２における変速段が変更される。この際、プーリー１３および自由回転軸１４ｄは、インナーケーブル１１ａの移動に応じて回転する。

＜ポテンショメータ１２＞
図２および図３に示されるように、ポテンショメータ１２は、プーリー１３の回転に関する回転情報を生成する。ポテンショメータ１２は、本発明でいう「回転検出部」の一具体例である。本実施形態では、ポテンショメータ１２は、プーリー１３の周方向の位置に基づく回転位置情報を回転情報として生成する。詳細には、ポテンショメータ１２は、可変抵抗器であり、抵抗値を変えるためのシャフトが自由回転軸１４ｄと直結されている。したがって、ポテンショメータ１２の抵抗値は、プーリー１３の角度、すなわちインナーケーブル１１ａの位置に応じて変化する。

ポテンショメータ１２は、信号ケーブル１５を介してモータ駆動回路３０と電気的に接続される。詳細には、信号ケーブル１５は、信号線１５ａ、電源線１５ｂおよびグランド線１５ｃを含んで構成される。ポテンショメータ１２は、たとえば、電源線１５ｂおよびグランド線１５ｃ経由でモータ駆動回路３０から受ける電力を用いて動作し、抵抗値に応じた電圧Ｖｏｕｔすなわちプーリー１３の周方向の位置に応じた電圧Ｖｏｕｔを回転位置情報として信号線１５ａ経由でモータ駆動回路３０へ出力する。

＜（３）モータ駆動回路３０の構成例＞
図５は、実施形態１のモータ駆動回路の構成を示す図である。図５に示されるように、モータ駆動回路３０は、処理部６１、インバータ回路６２および電源回路６３を含んで構成される。

＜電源回路６３＞
電源回路６３は、バッテリ３３から直流電力を受けて、受けた直流電力の電圧を昇圧または降圧することで、ギアセンサ１、車速センサ２９、処理部６１およびインバータ回路６２にそれぞれ適した直流電力を生成する。電源回路６３は、生成した直流電力を車速センサ２９、処理部６１およびインバータ回路６２へ出力する。また、電源回路６３は、生成した直流電力を電源線１５ｂおよびグランド線１５ｃ経由でギアセンサ１へ出力する。

＜処理部６１＞
処理部６１は、回転情報に基づきモータ３１を制御する。処理部６１は、本発明でいう「制御部」の一具体例である。本実施形態では、処理部６１は、回転位置情報および車速情報に基づき、モータ３１による前輪２１の駆動の補助度合いを変更する。

図６は、実施形態１の処理部が用いるギアポジションテーブルの一例を示す図である。図６に示されるように、ギアポジションテーブルには、ポテンショメータ１２の出力電圧Ｖｏｕｔと内蔵変速機３２のギアポジションすなわち変速段との対応関係を示す。ギアポジションテーブルは、たとえば、処理部６１に電気的に接続されたフラッシュメモリなどの不揮発性メモリ（図示しない）に記憶される。たとえば、電動アシスト自転車２の製造時などにおいて、ギアポジションがハイおよびローにそれぞれ対応する出力電圧Ｖｏｕｔが製造者によって測定され、測定結果がギアポジションテーブルに書き込まれる。

図５および図６に示されるように、処理部６１は、回転位置情報に基づき変速段を検出する。詳細には、処理部６１は、内蔵変速機３２の変速段を取得する場合、ギアポジションテーブルを参照し、ギアセンサ１から受ける出力電圧ＶｏｕｔがＶＨのとき、内蔵変速機３２の変速段がハイであると判断する。また、処理部６１は、ギアセンサ１から受ける出力電圧ＶｏｕｔがＶＬのとき、内蔵変速機３２の変速段がローであると判断する。

また、処理部６１は、車速情報に基づき電動アシスト自転車２の車速を算出する。本実施形態では、処理部６１は、車速センサ２９から受ける電圧パルスについて、単位時間当たりのパルス数（以下、パルスカウント値と称することがある。）を計数し、計数したパルスカウント値に基づき電動アシスト自転車２の車速を算出する。詳細には、処理部６１は、パルスカウント値に後輪２２の外周の長さを乗じた値を電動アシスト自転車２の車速として算出する。なお、処理部６１は、パルスカウント値そのものを電動アシスト自転車２の車速として用いる構成であってもよい。

処理部６１は、内蔵変速機３２の変速段の判断結果およびパルスカウント値に基づき、インバータ回路６２を制御する。本実施形態では、処理部６１は、たとえば、動作モードを強モード、通常モードおよび弱モードのいずれかに設定する。処理部６１は、設定した動作モードに応じて、前輪２１に与えるアシストが異なるようにインバータ回路６２を制御する。具体的には、処理部６１は、たとえば、強モード、通常モードおよび弱モードの順に、前輪２１に与えるアシストが大きくなるようにインバータ回路６２を制御する。

＜処理部６１＞
インバータ回路６２は、処理部６１の制御に従って、電源回路６３から受ける直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ３１へ出力する。

＜（４）動作例１＞
次に、本実施形態の電動アシスト自転車におけるアシスト制御処理について、図７を参照しながら説明する。図７は、実施形態１における電動アシスト自転車におけるアシスト制御処理を示すフローチャートである。

図７に示す動作例では、処理部６１は、回転位置情報に基づき変速段を検出し、検出した変速段に基づき、モータ３１による前輪２１の駆動の補助度合いを変更する。詳細には、処理部６１は、検出した変速段がローである場合、車速情報に基づき、モータ３１による前輪２１の駆動の補助度合いを変更する。

＜Ｓ１００＞
この動作例では、処理部６１が、出力電圧Ｖｏｕｔを定期的に取得するとともに、パルスカウント値を定期的に計数している状況を想定する。また、処理部６１が、搭乗者がペダル２４を踏み込んでいる状況を想定する（Ｓ１００）。

＜Ｓ１０２＞
次に、処理部６１は、直近のパルスカウント値に基づき電動アシスト自転車２の車速を算出する（Ｓ１０２）。

＜Ｓ１０４＞
次に、処理部６１は、算出した車速に基づき、電動アシスト自転車２が走行を開始したか否かを判断する（Ｓ１０４）。

＜Ｓ１０６＞
次に、処理部６１は、電動アシスト自転車２が走行を開始したと判断した場合（Ｓ１０４でＹＥＳ）、直近の出力電圧Ｖｏｕｔに基づき内蔵変速機３２の変速段を判断する（Ｓ１０６）。

＜Ｓ１１０，Ｓ１１２＞
次に、処理部６１は、判断した変速段がローである場合（Ｓ１１０でＹＥＳ）、直近の新たなパルスカウント値に基づき電動アシスト自転車２の車速を算出する（Ｓ１１２）。

＜Ｓ１１６＞
次に、処理部６１は、算出した車速が所定のしきい値以下であるか否かを判断する（Ｓ１１６）。

＜Ｓ１１８＞
次に、処理部６１は、算出した車速が所定のしきい値以下である場合（Ｓ１１６でＹＥＳ）、動作モードを弱モードに設定し、設定した弱モードでインバータ回路６２を制御する（Ｓ１１８）。

＜Ｓ１２０＞
一方、処理部６１は、算出した車速が所定のしきい値より大きい場合（Ｓ１１６でＮＯ）、動作モードを強モードに設定し、設定した強モードでインバータ回路６２を制御する（Ｓ１２０）。

＜Ｓ１１０，Ｓ１１４＞
また、処理部６１は、判断した変速段がハイである場合（Ｓ１１０でＮＯ）、動作モードを通常モードに設定し、設定した通常モードでインバータ回路６２を制御する（Ｓ１１４）。

＜Ｓ１０８＞
また、処理部６１は、電動アシスト自転車２が走行を開始していないと判断した場合（Ｓ１０４でＮＯ）、インバータ回路６２の制御を停止する、すなわち前輪２１の駆動のアシストを停止する（Ｓ１０８）。

＜Ｓ１０２＞
次に、処理部６１は、強モード、通常モードまたは弱モードでインバータ回路６２を制御するか（Ｓ１１４，Ｓ１１８，Ｓ１２０）、または前輪２１の駆動のアシストを停止すると（Ｓ１０８）、直近の新たなパルスカウント値に基づき自転車２の車速を算出する（Ｓ１０２）。

上記のように、変速段がローで車速が小さい場合に（Ｓ１１０でＹＥＳおよびＳ１１６でＹＥＳ）、前輪２１の駆動のアシストを弱める（Ｓ１１８）構成により、過剰な推力が電動アシスト自転車２に加えられ、前輪２１が浮き上がってウィリー走行してしまうことを防ぐことができる。

また、上記のように、変速段がローで車速が大きい場合に（Ｓ１１０でＹＥＳおよびＳ１１６でＮＯ）、前輪２１の駆動のアシストを強める（Ｓ１２０）構成により、たとえば、上り坂に差し掛かり、搭乗者が変速段をローに落としてモータ３１によるアシストを期待している状況で、前輪２１に対して大きなアシストを与えることができる。

＜（５）動作例２＞
次に、本実施形態の電動アシスト自転車における変速機保護制御処理について、図８を参照しながら説明する。図８は、実施形態１における電動アシスト自転車における変速機保護制御処理を示すフローチャートである。

図８に示す動作例では、処理部６１は、回転位置情報に基づき、内蔵変速機３２における変速段の切り替え動作の開始を検出し、切り替え動作の開始を検出してから所定時間、モータ３１による前輪２１の駆動の補助を停止する。

＜Ｓ２００＞
この動作例では、処理部６１が、出力電圧Ｖｏｕｔを定期的に取得し、電動アシスト自転車２が走行している状況を想定する（Ｓ２００）。

＜Ｓ２０２＞
次に、処理部６１は、直近の２つのタイミングｔ１，ｔ２（ｔ１＞ｔ２）における出力電圧Ｖｏｕｔを取得する（Ｓ２０２）。

＜Ｓ２０４＞
次に、処理部６１は、タイミングｔ１，ｔ２（ｔ１＞ｔ２）における出力電圧Ｖｏｕｔに基づき、ギアチェンジが行われているか否かを判断する。詳細には、処理部６１は、タイミングｔ１における出力電圧Ｖｏｕｔとタイミングｔ２における出力電圧Ｖｏｕｔとの差分を算出し、算出した差分の二乗が所定のしきい値以上である場合、ギアチェンジが行われていると判断する。一方、処理部６１は、算出した差分の二乗が当該しきい値より小さい場合、ギアチェンジが行われていないと判断する（Ｓ２０４）。なお、当該処理において差分の二乗をしきい値と比較しているのは、差分値の正負にかかわらず絶対値として比較するためである。よって、当該処理では、差分の絶対値をしきい値と比較する方法を用いてもよい。

＜Ｓ２０６＞
次に、処理部６１は、ギアチェンジが行われていると判断した場合（Ｓ２０４でＹＥＳ）、所定時間、インバータ回路６２の制御を停止する（Ｓ２０６）。

＜Ｓ２０８＞
一方、処理部６１は、ギアチェンジが行われていないと判断した場合（Ｓ２０４でＮＯ）、インバータ回路６２の制御を継続する、すなわち前輪２１の駆動のアシストを継続する（Ｓ２０８）。

＜Ｓ２０２＞
次に、処理部６１は、所定時間、インバータ回路６２の制御を停止するか（Ｓ２０６）、または前輪２１の駆動のアシストを継続すると（Ｓ２０８）、直近の２つのタイミングにおける出力電圧Ｖｏｕｔを取得する（Ｓ２０２）。

上記のように、ギアチェンジが行われている場合に（Ｓ２０４でＹＥＳ）、所定時間、アシストを停止する（Ｓ２０６）構成により、内蔵変速機３２に過剰な力が加わり、内蔵変速機３２が破損してしまうことを防ぐことができる。

＜（６）動作例３＞
次に、本実施形態の電動アシスト自転車における省電力制御処理について、図９を参照しながら説明する。図９は、実施形態１における電動アシスト自転車における省電力制御処理を示すフローチャートである。

図９に示す動作例では、処理部６１は、車速情報の示す車速が所定値以上である場合において、検出した変速段がハイであるとき、モータ３１による前輪２１の駆動の補助を弱める制御を行う。

＜Ｓ３００＞
この動作例では、処理部６１が、出力電圧Ｖｏｕｔを定期的に取得するとともに、パルスカウント値を定期的に計数している状況を想定する。また、電動アシスト自転車２が走行している状況を想定する（Ｓ３００）。

＜Ｓ３０２＞
次に、処理部６１は、直近の出力電圧Ｖｏｕｔに基づき内蔵変速機３２の変速段を判断する（Ｓ３０２）。

＜Ｓ３０４＞
次に、処理部６１は、直近のパルスカウント値に基づき電動アシスト自転車２の車速を算出する（Ｓ３０４）。

＜Ｓ３０６〜Ｓ３１０＞
次に、処理部６１は、判断した変速段がハイであり、かつ電動アシスト自転車２の車速が所定のしきい値以上である場合（Ｓ３０６でＹＥＳおよびＳ３０８でＹＥＳ）、動作モードを弱モードに設定し、設定した弱モードでインバータ回路６２を制御する（Ｓ３１０）。

＜Ｓ３０６，Ｓ３０８，Ｓ３１２＞
一方、処理部６１は、判断した変速段がローであるか、または電動アシスト自転車２の車速が上記しきい値より小さい場合（Ｓ３０６でＮＯまたはＳ３０８でＮＯ）、動作モードを通常モードに設定し、設定した通常モードでインバータ回路６２を制御する（Ｓ３１２）。

＜Ｓ３０２＞
次に、処理部６１は、弱モードでインバータ回路６２を制御するか（Ｓ３１０）、または通常モードでインバータ回路６２を制御すると（Ｓ３１２）、直近の出力電圧Ｖｏｕｔに基づき内蔵変速機３２の変速段を判断する（Ｓ３０２）。

上記のように、変速段がハイで車速が高い場合に（Ｓ３０６でＹＥＳおよびＳ３０８でＹＥＳ）、前輪２１の駆動のアシストを弱める（Ｓ３１０）構成により、搭乗者が電動アシスト自転車２を高速で走行させている状況を正しく判断し、前輪２１の駆動の補助を弱めても搭乗者の負担増を抑制できる状況において、電力消費を抑制することができる。

なお、上記フローチャートにおける各処理は、動作に影響がない範囲で入れ換えられてもよい。たとえば、上記フローチャートにおけるＳ３０２とＳ３０４との処理の順序は入れ換えられてもよい

上記構成の電動アシスト自転車によれば、インナーケーブル１１ａとプーリー１３における溝１３ａとの間の摩擦力によってインナーケーブル１１ａの移動をプーリー１３の回転に変換することで、回転位置情報に基づきプーリー１３の回転を検出することができるので、インナーケーブル１１ａに磁石などの部品を取り付けることなくインナーケーブル１１ａの移動を検出することができる。これにより、インナーケーブル１１ａの取り付け時などにおいて、部品の破損および欠損の発生を抑制することができるとともに、内蔵変速機３２の変速段および変速動作を正しく検出することができるので、前輪２１の駆動のアシストを適切に制御することができる。また、プーリー１３によってインナーケーブル１１ａの方向を変換することは、従来の電動アシスト自転車２の組み立て方法から大きく逸脱しないので、変速ケーブル１１の取り付けの複雑化を防ぐことができる。また、内蔵変速機３２自体の構造を変更しないので、市販の内蔵変速機３２をそのまま利用することができる。また、プーリー１３によるインナーケーブル１１ａの摺動抵抗の増加は小さいため、搭乗者に与える違和感を低減することができる。

また、上記構成のギアセンサでは、回転検出部がプーリー１３の周方向の位置に基づく回転位置情報を回転情報として生成するため、ポテンショメータ１２を回転検出部として用いることができるので、堅牢で信頼性の高いギアセンサ１を実現することができる。

また、上記構成の電動アシスト自転車では、処理部６１が、回転位置情報に基づき、モータ３１による前輪２１の駆動の補助度合いを変更するため、たとえば、漕ぎ出し時、登坂中および変速中などの電動アシスト自転車２の状況に応じた適度のアシストを行うことができる。

また、上記構成の電動アシスト自転車では、処理部６１が、回転位置情報に基づき変速段を検出し、検出した変速段に基づき、モータ３１による前輪２１の駆動の補助度合いを変更するため、内蔵変速機３２の変速段に応じて前輪２１の駆動のアシストを強めたり弱めたりすることができる。これにより、漕ぎ出し時および登坂中などの電動アシスト自転車２の走行状況および走行環境に応じた適度のアシストを行うことができる。

また、上記構成の電動アシスト自転車では、車速センサ２９は、電動アシスト自転車２の車速を示す車速情報を生成する。内蔵変速機３２は、ハイの変速段と、ハイの変速段と比べて車輪に伝達される回転力をより大きくするローの変速段とを切り替える。そして、処理部６１は、検出した変速段がローである場合、車速情報に基づき、モータ３１による前輪２１の駆動の補助度合いを変更する。これにより、たとえば、ローの変速段で車速が小さい場合に、前輪２１の駆動のアシストを弱めることができるので、過剰な推力が電動アシスト自転車２に加えられ、前輪２１が浮き上がってウィリー走行してしまうことを防ぐことができる。また、たとえば、ローの変速段で車速が大きい場合に、前輪２１の駆動のアシストを強めることができるので、上り坂に差し掛かり、搭乗者が変速段をローに落としてモータ３１によるアシストを期待している状況で、前輪２１に対して大きなアシストを与えることができる。

また、上記構成の電動アシスト自転車では、車速センサ２９は、電動アシスト自転車２の車速を示す車速情報を生成する。内蔵変速機３２は、ハイの変速段と、ハイの変速段と比べて車輪に伝達される回転力をより大きくするローの変速段とを切り替える。そして、処理部６１は、車速情報の示す車速が所定値以上である場合において、検出した変速段がハイであるとき、モータ３１による前輪２１の駆動の補助を弱める制御を行う。これにより、搭乗者が電動アシスト自転車２を高速で走行させている状況を正しく判断し、前輪２１の駆動の補助を弱めても搭乗者の負担増を抑制できる状況において、電力消費を抑制することができる。

また、上記構成の電動アシスト自転車では、処理部６１が、回転位置情報に基づき、内蔵変速機３２における変速段の切り替え動作の開始を検出し、切り替え動作の開始を検出してから所定時間、モータ３１による前輪２１の駆動の補助を停止するため、内蔵変速機３２に過剰な力が加わり、内蔵変速機３２が破損してしまうことを防ぐことができる。

＜２．実施形態２＞
＜（１）基本例＞
次に、本発明の実施形態２について図２および図３を参照しながら説明する。本実施形態は、実施形態１と比較して、ポテンショメータ１２が、エンコーダ１６に置き換えられている点で相違し、それ以外については同様である。以下、本実施形態が実施形態１の内容と相違する点について具体的に説明する。なお、本実施形態のギアセンサ１は、図２及び図３におけるポテンショメータ１２がエンコーダ１６に置き換えられた構成であり、図面を省略する。

図２および図３に示されるように、エンコーダ１６は、プーリー１３の回転動作に基づく回転運動情報を回転情報として生成する。エンコーダ１６は、本発明でいう「回転検出部」の一具体例である。詳細には、エンコーダ１６は、たとえば、ロータリエンコーダであり、入力シャフトが自由回転軸１４ｄと直結されている。本実施形態では、エンコーダ１６は、たとえば、インクリメンタル形であり、入力シャフトの角度の変化量および変化の方向を検出する。言い換えると、エンコーダ１６は、プーリー１３の角度の変化量および変化の方向を検出する。すなわち、エンコーダ１６は、インナーケーブル１１ａの移動量および移動の方向を検出する。エンコーダ１６は、検出した変化量を示す変化量情報、および検出した変化の方向を示す変化方向情報を回転運動情報としてモータ駆動回路３０へ出力する。

図５に示されるように、処理部６１は、エンコーダ１６から変化量情報および変化方向情報を受けて、受けた変化量情報および変化方向情報に基づき、インナーケーブル１１ａの絶対位置を算出する。具体的には、処理部６１は、たとえば、前回の絶対位置に対して、今回受けた変化量情報および変化方向情報に基づく位置の変化量を加えることで、今回の絶対位置を算出する。

上記構成のギアセンサでは、回転検出部が、プーリー１３の回転動作に基づく回転運動情報を回転情報として生成するため、インクリメンタル形のエンコーダ１６を回転検出部として用いることができるので、堅牢で信頼性の高いギアセンサを実現することができる。

＜３．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明では、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

実施形態１，２のギアセンサでは、プーリー１３が、円筒形状を有する構成について説明したが、プーリー１３の外形は、円形に限らず多角形でもよい。

また、実施形態１，２の電動アシスト自転車では、内蔵変速機３２が、ハイおよびローの２つの変速段を切り替える構成について説明したが、内蔵変速機３２は、３段以上の変速段を切り替える構成であってもよい。

また、実施形態１，２の電動アシスト自転車では、内蔵変速機３２が、変速機として用いられる構成について説明したが、外装変速機が、変速機として用いられる構成であってもよい。

また、実施形態１，２の電動アシスト自転車では、チェーン２８が、伝達部として用いられる構成について説明したが、ベルトおよびシャフトなどが、伝達部として用いられる構成であってもよい。

また、実施形態１，２のギアセンサでは、プーリー１３が、回転部として機能する構成について説明したが、たとえば、操作部３５が回転部として機能する構成であってもよい。具体的には、たとえば、操作部３５における操作レバー３５ａがある支軸を中心として回転することで、インナーケーブル１１ａを引っ張ったり戻したりする構造を有する場合、ポテンショメータ１２のシャフトおよびエンコーダ１６の入力シャフトが、操作レバー３５ａの回転に応じて回転するように構成される。

また、実施形態１，２のギアセンサでは、プーリー１３が、自由回転軸１４ｄを介してポテンショメータ１２のシャフトおよびエンコーダ１６の入力シャフトと直結する構成について説明したが、プーリー１３は、たとえば歯車およびベルトなどを介してポテンショメータ１２のシャフトおよびエンコーダ１６の入力シャフトと結合される構成であってもよい。

また、実施形態２では、エンコーダ１６がインクリメンタル形であると説明したが、エンコーダ１６は、アブソリュート形であってもよい。この場合、エンコーダ１６は、プーリー１３の角度、すなわちインナーケーブル１１ａの位置に応じたデジタル信号を生成し、生成したデジタル信号を回転位置情報としてモータ駆動回路３０へ出力する。

本発明は、電動アシスト自転車などとして好適に適用される。

１…ギアセンサ
２…電動アシスト自転車
１１…変速ケーブル
１１ａ…インナーケーブル
１１ｂ…アウターチューブ
１２…ポテンショメータ
１３…プーリー
１３ａ…溝
１３ｂ…貫通孔
１４…ケース
１４ａ…本体
１４ｂ…カバー
１４ｃ…ベースプレート
１４ｄ…自由回転軸
１４ｅ…収容空間
１５…信号ケーブル
１５ａ…信号線
１５ｂ…電源線
１５ｃ…グランド線
１６…エンコーダ
２１…前輪
２２…後輪
２３…車体
２４…ペダル
２５…クランク
２６…クランク軸
２７…スプロケット
２８…チェーン
２９…車速センサ
３０…モータ駆動回路
３１…モータ
３２…内蔵変速機
３２ａ…変速レバー
３３…バッテリ
３４…ハンドルバー
３５…操作部
３５ａ…操作レバー
５１…車速センサ
６１…処理部
６２…インバータ回路
６３…電源回路

Claims (10)

1. 変速機を有する自転車におけるギアセンサであって、
   前記変速機の変速段を切り替えるケーブルの方向を変換するとともに、前記ケーブルの移動に応じて回転する回転部と、
   前記回転部の回転に関する回転情報を生成する回転検出部と、を備える、
   ギアセンサ。
2. 前記回転検出部は、前記回転部の周方向の位置に基づく回転位置情報を前記回転情報として生成する、
   請求項１に記載のギアセンサ。
3. 前記回転検出部は、前記回転部の回転動作に基づく回転運動情報を前記回転情報として生成する、
   請求項１に記載のギアセンサ。
4. 与えられた人力に基づく回転力を車輪に伝達する伝達部と、
   前記回転力と前記車輪に伝達される回転力との比である変速段を変更する変速機と、
   前記変速機の前記変速段を切り替えるケーブルと、
   前記ケーブルの方向を変換するとともに、前記ケーブルの移動に応じて回転する回転部と、
   前記回転部の回転に関する回転情報を生成する回転検出部と、
   人力による前記車輪の駆動を補助するモータと、
   前記回転情報に基づき前記モータを制御する制御部と、を備える、
   電動アシスト自転車。
5. 前記制御部は、前記回転情報に基づき、前記モータによる前記車輪の駆動の補助度合いを変更する、
   請求項４に記載の電動アシスト自転車。
6. 前記制御部は、前記回転情報に基づき前記変速段を検出し、検出した前記変速段に基づき、前記モータによる前記車輪の駆動の補助度合いを変更する、
   請求項５に記載の電動アシスト自転車。
7. 前記電動アシスト自転車の車速を示す車速情報を生成する車速検出部をさらに備え、
   前記変速機は、第１の変速段と、前記第１の変速段と比べて前記車輪に伝達される回転力をより大きくする第２の変速段とを切り替え、
   前記制御部は、検出した前記変速段が前記第２の変速段である場合、前記車速情報に基づき、前記モータによる前記車輪の駆動の補助度合いを変更する、
   請求項６に記載の電動アシスト自転車。
8. 前記電動アシスト自転車の車速を示す車速情報を生成する車速検出部をさらに備え、
   前記変速機は、第１の変速段と、前記第１の変速段と比べて前記車輪に伝達される回転力をより大きくする第２の変速段とを切り替え、
   前記制御部は、前記車速情報の示す前記車速が所定値以上である場合において、検出した前記変速段が前記第１の変速段であるとき、前記モータによる前記車輪の駆動の補助を弱める制御を行う、
   請求項６に記載の電動アシスト自転車。
9. 前記制御部は、前記回転情報に基づき、前記変速機における前記変速段の切り替え動作の開始を検出し、前記切り替え動作の開始を検出してから所定時間、前記モータによる前記車輪の駆動の補助を停止する、
   請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。
10. 与えられた人力に基づく回転力を車輪に伝達する伝達部と、前記回転力と前記車輪に伝達される回転力との比である変速段を変更する変速機と、前記変速機の前記変速段を切り替えるケーブルと、前記ケーブルの方向を変換するとともに、前記ケーブルの移動に応じて回転する回転部と、前記回転部の回転に関する回転情報を生成する回転検出部と、人力による前記車輪の駆動を補助するモータと、を備える電動アシスト自転車における制御方法であって、
    前記回転情報を取得するステップと、
    取得した前記回転情報に基づき前記モータを制御するステップと、を有する、
    制御方法。