JP2022028153A - 電動アシスト自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】信号待ちのときにアシストが開始されることがなくて、信号待ち時におけるペダルの振動や信号待ち後の飛び出しを防止でき、人が発進時に唐突感を感じにくい電動アシスト自転車を提供すること。【解決手段】電動アシスト自転車１が、ペダルに付与された人力駆動力を検出するトルクセンサ５９と、パルス幅変調制御が行われ、車輪を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータと、モータのロータが周方向の一方側に所定寸法移動する度に増加するカウント数を検出できるホールＩＣ６０と、トルクセンサ５９からの第１信号と、ホールＩＣ６０からの第２信号とに基づいて、人力駆動力が補助開始駆動力未満であると共にカウント数が補助開始数以上になったと判定すると、パルス幅変調制御におけるデュ－ティ比を徐々に増加させる制御装置７０と、を備えるようにする。【選択図】図３

Description

本開示は、電動アシスト自転車に関する。

従来、電動アシスト自転車としては、特許文献１に記載されているものがある。この電動アシスト自転車は、自転車本体、電動アシストユニット、バッテリ、及びコントローラを備える。バッテリは、電動アシストユニット、及びコントローラに電力を供給する。電動アシストユニットには、モータが内蔵されている。電動アシストユニットは、コントローラの制御によって、モータが生成して車輪を補助的に駆動する補助駆動力をペダルの踏力に基づいて制御する。

特開２０１９－１８２２２７号公報

上記電動アシスト自転車では、ペダルを踏む踏力に応じてアシストを開始するようになっているので、信号待ちでペダルに足を載せて待っているときに生じる踏力でアシストが開始する。そして、このアシストでペダルが振動して人が不快に感じることがある。また、信号待ちの後で人がブレーキを開放したときにそのようなアシストで電動アシスト自転車が飛び出す虞もある。更には、上記電動アシスト自転車に限らず、電動アシスト自転車の発進時に補助駆動力がある瞬間に急激に増大して人が唐突感を感じることを抑制できれば好ましい。

そこで、本開示の目的は、信号待ちのときにアシストが開始されることがなくて、信号待ち時におけるペダルの振動や信号待ち後の飛び出しを防止でき、人が発進時に唐突感を感じにくい電動アシスト自転車を提供することにある。

上記課題を解決するため、本開示に係る電動アシスト自転車は、ペダルに付与された人力駆動力を検出する人力駆動力検出センサと、パルス幅変調制御が行われ、車輪を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータと、モータのロータが周方向の一方側に所定寸法移動する度に増加するカウント数を検出できるカウント数検出センサと、人力駆動力検出センサからの第１信号と、カウント数検出センサからの第２信号とに基づいて、人力駆動力が補助開始駆動力未満であると共にカウント数が補助開始数以上になったと判定すると、パルス幅変調制御におけるデュ－ティ比を徐々に増加させる制御装置と、を備える。

なお、上記所定寸法は、一定寸法でもよく、一定寸法でなくてもよい。例えば、上記所定寸法は、カウント数検出センサがモータの周方向の一方側の移動を検出できる分解能に基づいて決定されるものであってもよい。そして、上記カウント数は、カウント数検出センサがその分解能に応じてモータが周方向の一方側に移動していることを検出する度に増加するようになっていてもよい。

本開示に係る電動アシスト自転車によれば、坂道発進等の理由で人が意図的にペダルを強く踏み込んだ場合を除いて、カウント数が補助開始数以上になって自転車が実際に前進しないと、アシストが開始されないようすることができる。したがって、信号待ち時におけるペダルの振動や信号待ち後の自転車の飛び出しを防止できる。また、本開示に係る電動アシスト自転車によれば、カウント数が補助開始数以上になってアシストを開始するときに、デュ－ティ比を徐々に増加させるようにモータを制御する。よって、発進時において補助駆動力がある瞬間に急激に増大することがなく、人が唐突感を感じることも抑制できる。

本開示の一実施形態に係る電動アシスト自転車を示す図である。 上記電動アシスト自転車のモータユニットの構造を詳細に示す平面断面図である。 上記電動アシスト自転車において本開示の制御に関連する部位を示すブロック図である。 上記電動アシスト自転車の制御装置がアシスト制御の際に実行可能な処理手続の一例を示すフローチャートである。 上記制御装置がアシスト制御の際に実行可能な処理手続の変形例を示すフローチャートである。 上記制御装置がアシスト制御の際に実行可能な処理手続の他の変形例を示すフローチャートである。

以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の説明では、図面において同一構成に同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、フローチャートにおける同一の処理手続（制御動作）にも同一のステップ番号を付し、重複する説明を省略する。また、複数の図面には、模式図が含まれ、異なる図間において、各部材における、縦、横、高さ等の寸法比は、必ずしも一致しない。また、本明細書で、「略」という文言を用いた場合、「大雑把に言って」という文言と同じ意味合いで用いており、「略～」という要件は、人がだいたい～のように見えれば満たされる。また、以下で説明される構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素であり、必須の構成要素ではない。また、以下の説明では、説明の便宜上、上下、左右、前後等の方向を示す用語を使用するが、電動アシスト自転車１及び各構成要素の上下、左右、前後は、通常の使用状態における上下、左右、前後を意味する。

図１は、本開示の一実施形態に係る電動アシスト自転車１を示す図である。なお、本開示に係る電動アシスト自転車は、図１に例示するようなシティーサイクルに限定されず、例えば、スポーツサイクル、折り畳み式の自転車等であってもよい。電動アシスト自転車１は、フレーム２、前輪３ａ、後輪３ｂ、ハンドル４、サドル５、クランクアーム６、ペダル７、チェーン８、及び前照灯９を備える。ハンドル４、サドル５、クランクアーム６、ペダル７は、人の体を支えたり人による自転車の操作が行われる乗車装置である。また、電動アシスト自転車１は、バッテリ１０、及びモータユニット１１を備える。

電動アシスト自転車１は、モータユニット１１のモータ５４（図２）による補助駆動力によって人がペダル７を踏む人力駆動力（踏力）をアシストする。人力駆動力は、クランク軸５２（図２）に作用するトルクである。モータユニット１１は、ペダル７の踏力をアシストする駆動ユニットである。モータユニット１１のモータ５４の出力は、制御装置７０（図３）によって制御される。制御装置７０は、少なくとも一部がモータユニット１１のユニットケース（図示せず）内にモータ５４と共に収納されて、モータ５４とユニット化されてもよい。

クランクアーム６及びその一端部に取り付けられたペダル７は、電動アシスト自転車１の左右に１つずつ設けられ、一対のクランクアーム６の他端部同士は、クランク軸５２（図２）で連結されている。クランク軸５２は、人力駆動力により回転し、クランク軸５２の回転力は、ワンウェイクラッチ５６（図２）を介して駆動スプロケット（フロントスプロケット）５１（図２）に伝達される。駆動スプロケット５１は、チェーン８を介して後輪３ｂに設けられた後輪スプロケット（図示せず）と連結されている。これにより、ペダル７の踏力が、チェーン８、及び後輪スプロケットを介して後輪３ｂに伝達される。また、モータ５４の補助動力もチェーン８を介して後輪３ｂに伝達される。

フレーム２は、前輪３ａ、後輪３ｂ、ハンドル４、サドル５等を連結し、バッテリ１０及びモータユニット１１を支持する。フレーム２は、複数のパイプで構成される。本実施形態では、複数のパイプとして、ヘッドパイプ２ａ、フロントフォーク２ｂ、ダウンパイプ２ｃ、シートパイプ２ｄ、チェーンステー２ｅ、シートステー２ｆ、及びボトムブラケット（図示せず）が設けられている。ボトムブラケットは、ダウンパイプ２ｃ、シートパイプ２ｄ、及びチェーンステー２ｅを繋ぐパイプである。

ヘッドパイプ２ａは、フロントフォーク２ｂ及びハンドル４を、当該パイプの中心軸の周りに回転可能に支持する。フロントフォーク２ｂは、前輪３ａを回転可能に支持する一対のレッグと、レッグの上端部から上方に延びてヘッドパイプ２ａに挿入されるステアリングコラムとを有する。そして、ステアリングコラムの上端部に、ハンドル４が取り付けられている。

ダウンパイプ２ｃは、ヘッドパイプ２ａとボトムブラケットを繋ぐパイプである。ダウンパイプ２ｃは、電動アシスト自転車１の前方に近づくほど上方に位置するように傾斜している。シートパイプ２ｄは、サドル５を保持するパイプであって、上端が下端よりも自転車の後方に位置するように上下方向に対し傾斜している。実施形態では、バッテリ１０がシートパイプ２ｄに取り付けられ、モータユニット１１がボトムブラケットに取り付けられている。なお、モータユニットは、前輪または後輪に取り付けられていてもよい。

チェーンステー２ｅは、シートステー２ｆとボトムブラケットを繋ぐパイプである。シートステー２ｆも、チェーンステー２ｅと同様に、後輪３ｂを両側から挟むように左右に１本ずつ設けられている。チェーンステー２ｅの後方端部には、後輪３ｂが回転可能に支持されている。バッテリ１０は、モータユニット１１のモータ５４に電力を供給する。バッテリ１０は、前照灯９等の、モータユニット１１以外の機器に電力を供給してもよい。

図２は、モータユニット１１の構造を詳細に示す平面断面図である。なお、図２では、モータユニット１１が、そのモータ５４の回転力が減速機構５７を介して駆動スプロケット５１に伝達される一軸式のモータユニットである場合について説明する。しかし、本開示の電動アシスト自転車のモータユニットは、モータの回転力が減速機構を介して、チェーンが掛けられた補助動力出力用のスプロケットに伝達される二軸式のモータユニットでもよい。また、モータ５４は、例えば、３相ブラシレスＤＣモータで構成されることができる。

図２に示すように、モータユニット１１は、ペダル７（図１参照）からの人力駆動力が伝達されるクランク軸５２の外周に、スプライン嵌合、又はセレーション嵌合等により人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体５３と、人力伝達体５３を介して伝達された人力駆動力とモータ５４からの補助駆動力とが合成される合力体５５とを備える。そして、人力伝達体５３からの人力駆動力がワンウェイクラッチ５６を介して合力体５５に伝達されるようになっている。

合力体５５の一端部には、モータ５４からの補助駆動力が減速機構５７を介して伝達される大径歯車部５５ａが形成されている。詳しくは、モータ５４の円環状のロータ５４ｂが出力軸５４ａに圧入、焼嵌め、又は冷し嵌め等で固定され、出力軸５４ａは小径歯車部５７ａに噛合している。また、小径歯車部５７ａは、中継回転軸５７ｂの外周面に固定され、大径歯車部５５ａは、中継回転軸５７ｂに噛合している。このことから、モータ５４が生成した回転動力が減速されて大径歯車部５５ａに伝達されるようになっている。

合力体５５の他端部には、駆動スプロケット５１が取り付けられている。そして、合力体５５において合成された合力が駆動スプロケット５１からチェーン８を介して後輪側に伝達される。モータユニット１１は、チェーン８に駆動スプロケット５１だけを噛み合わせて、人力駆動力と補助駆動力とを合成した合力をチェーン８に伝達するようになっている。

モータユニット１１は、人力駆動力を検出する人力駆動力検出センサの一例としての磁歪式のトルクセンサ５９を備える。トルクセンサ５９は、クランク軸５２からの人力駆動力が伝達される人力伝達体５３の外周面に設けられた磁歪発生部と、その外周面に対向する部分に設けられて磁歪発生部での磁気の変動を検出するコイル５９ａを有する。人が、左右のペダル７（図１参照）を踏み込むと、クランク軸５２が人力駆動により捩れる。トルクセンサ５９は、クランク軸５２から人力駆動力が伝達される人力伝達体５３の捩れ状態を検出する。なお、人力駆動力検出センサとして、本開示の構造以外の磁歪式のトルクセンサを用いてもよく、又は磁歪式のトルクセンサでないトルクセンサ、例えば、歪ゲージ式トルクセンサ等を用いてもよい。

上述のように、人力伝達体５３の端部には、ワンウェイクラッチ５６が取り付けられている。このワンウェイクラッチ５６は、以下の理由で設けられる。すなわち、モータユニット１１は、人がペダル７を漕ぐことを止めても、しばらくの間だけ、モータ５４が回転し続ける制御（所謂遅れ制御）を行ってもよいが、このような場合にワンウェイクラッチ５６が設けられていないと、モータ５４からの補助駆動力がクランク軸５２に伝達されて、ペダル７が勝手に回転し続けようとする。したがって、このような力が、クランク軸５２やペダル７に作用しないように、ワンウェイクラッチ５６でモータ５４からの補助駆動力を切断している。

モータユニット１１は、カウント数検出センサの一例としてのホールＩＣ（Integrated Circuit）６０をロータ５４ｂの外周側に更に備える。ホールＩＣ６０にはホール素子が内蔵されている。ホール素子に電流を流し、電流の向きと直角に磁界(磁石)を近づけると、電流の担い手であるキャリアがローレンツ力の影響を受ける。ローレンツカにより、電流と磁界の向きに対して直角方向の電圧(ホール電圧)が発生する(ホール効果)。ホールＩＣ６０は、ホール電圧を検知することにより、磁界(磁石)の存在を検知する。ホール電圧は、磁束密度に比例して増加する。ホール電圧は、フレミング左手の法則から、磁界の向き(Ｎ極またはＳ極)によって向きが変わる。このことから、ホールＩＣ６０は、ホール電圧の向きにより磁界の存在だけでなく磁界の向き（Ｎ極又はＳ極)も検知できる。

ホールＩＣ６０は、ホール素子以外にオペアンプ等で構成される増幅回路を内蔵し、増幅回路は、ホール素子が検知したホール電圧を増幅する。ロータ５４ｂが回転するとホール素子周辺の磁界が変動する。よって、ホール素子が電圧の変動を検知することで、ロータ５４ｂの回転を特定できる。ホールＩＣ６０は、電気信号を制御装置７０（図３参照）に出力する。ロータ５４ｂの周方向の一方向（モータ５４がアシストを行うときにロータ５４ｂが回転する周方向の方向）に回転している最中に、ホールＩＣ６０がその分解能でロータ５４ｂの周方向の一方向への移動を検知する度に制御装置７０が記憶部７２に記憶しているカウント数を１増やすようになっている。

本実施形態では、人がペダル７に付与した人力駆動力が、人力伝達体５３、ワンウェイクラッチ５６を介して合力体５５に伝達される。また、合力体５５に伝達された人力駆動力は、チェーン８を介して駆動スプロケット５１に伝達されるだけでなく、大径歯車部５５ａ、減速機構５７、出力軸５４ａを介してモータ５４のロータ５４ｂにも伝達する。したがって、人がペダル７を踏み込んで人力駆動力で電動アシスト自転車１を前進させた場合、仮にモータ５４に電力が供給されていない状態であっても、その人力駆動力によってロータ５４ｂが周方向の一方側に回転し、カウント数が増加する。

なお、本実施形態では、カウント数検出センサが、ホールＩＣである場合について説明した。しかし、カウント数検出センサは、ロータ５４ｂの周方向の一方側の継続的な回転を検知できて、カウント数が増加する状態を検知できるセンサであれば如何なるセンサでもよく、例えば、レゾルバや、パルサリングを用いた電磁式の回転検出器等で構成されてもよい。

また、本開示のモータユニットでは、例えば、モータ５４における出力軸５４ａとロータ５４ｂとの間にもワンウェイクラッチを設けてもよい。そのようなワンウェイクラッチを設けると、モータ５４を駆動するバッテリ１０（図１参照）の残容量が無くなった場合においてペダル７を漕ぐ際に、モータ５４のロータ５４ｂが回転することを抑制できる。すなわち、そのようなワンウェイクラッチが設けられていないと、バッテリの残容量が無くなった際にペダル７を漕いだとき、モータ５４のロータ５４ｂをもペダル７の人力駆動力により回転することとなるため、モータ５４のコギングトルクなどによって、引きずり抵抗が生じて、ペダル７を回転させるために大きな力が必要となる。

これに対して、そのようなワンウェイクラッチを設けると、モータ５４のロータ５４ｂが回転しにくくなるので、人がモータ５４のコギングトルク等による力を余分にかけることを抑制できる。しかしながら、そのようなワンウェイクラッチを設けた場合でも、人がペダル７を踏み込んで人力駆動力で電動アシスト自転車１を前進させた場合、仮にモータ５４に電力が供給されていない状態であっても、ワンウェイクラッチでのインナー及びアウター間に存在するグリス等による抵抗によってロータ５４ｂが連れ回るように周方向の一方側に回転し、カウント数が増加する。後で詳述するが、本開示の技術は、人力駆動力の付与に起因するロータ５４ｂの周方向の一方側の回転を巧みに利用することで、信号待ち時におけるペダルの振動や信号待ち後の飛び出しを防止するものである。

図３は、電動アシスト自転車１において本開示の制御に関連する部位を示すブロック図である。図３に示すように、電動アシスト自転車１は、車速センサ７４と、モータ・ホールＩＣ駆動用スイッチング素子７６を更に備える。詳述しないが、車速センサ７４は、例えばフロントフォーク２ｂ（図１参照）の下端部に設けられ、前輪３ａ（図１参照）の単位時間当たりの回転数から電動アシスト自転車１の走行速度を検出する。車速センサ７４の検出値を表す情報は、制御装置７０に送信される。車速センサ７４は、例えばホイールセンサ等の速度センサである。車速センサ７４は、後輪３ｂ（図１参照）の回転支持部に取り付けられ、後輪３ｂの回転数から電動アシスト自転車１の走行速度を検出してもよい。

モータ・ホールＩＣ駆動用スイッチング素子７６は、モータ・ホールＩＣ駆動回路に含まれる。モータ・ホールＩＣ駆動用スイッチング素子７６は、例えば、トラジスタ等で構成される。本実施形態では、制御装置７０からの制御信号でモータ・ホールＩＣ駆動用スイッチング素子７６がオンになると、直流電力がバッテリ１０からモータ５４及びホールＩＣ６０に供給され、モータ５４及びホールＩＣ６０が駆動するようになっている。

制御装置７０は、コンピュータ、例えば、マイクロコンピュータによって好適に構成され、制御部７１と、記憶部７２を含む。制御部７１、すなわち、プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む。また、記憶部７２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）や、半導体メモリ等で構成され、半導体メモリは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリや、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリで構成される。記憶部７２は、一つのみの記憶媒体で構成されてもよく、複数の異なる記憶媒体で構成されてもよい。ＣＰＵは、記憶部７２に予め記憶されたプログラム等を読み出して実行する。また、不揮発性メモリは、制御プロラムや所定の閾値等を予め記憶する。また、揮発性メモリは、読み出したプログラムや処理データを一時的に記憶する。制御部７１は、カウント数リセット部７１ａ、人力駆動力算出部７１ｂ、デュ－ティ比決定部７１ｃ、アシスト開始判定部７１ｄ、カウント数算出部７１ｅ、通常アシスト移行判定部７１ｆ、車速算出部７１ｇ、及び停止判定部７１ｈを有する。制御部７１におけるこれら各部位の動作は、次の図４を用いて説明する。

図４は、制御装置７０がアシスト制御の際に実行可能な処理手続の一例を示すフローチャートである。図４を参照して、例えば、充電されたバッテリ１０が電動アシスト自転車１の所定位置に設置されると制御がスタートし、ステップＳ１で、カウント数リセット部７１ａが、記憶部７２に記憶されているカウント数を０にリセットし、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、人力駆動力算出部７１ｂがトルクセンサ５９からの第１信号に基づいて人力駆動力が０より大きいか否か、換言すると、人がペダル７に足を乗せているか否かを判定する。

ステップＳ２で否定判定されると、ステップＳ２が繰り返される。他方、ステップＳ２で肯定判定されると、ステップＳ３に移行して、デュ－ティ比決定部７１ｃが、モータ５４のパルス幅変調制御（ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御）におけるデュ－ティ比を０より大きい僅かな値に設定して、モータ５４を駆動する。ここで、例えば、人が信号待ちでブレーキを握っている状態では、合力体５５（図２参照）が回転不可能な状態になるので、デュ－ティ比が０より大きい僅かな値に設定されたとしても、モータ５４のロータ５４ｂが回転することはない。そのような場合においても、デュ－ティ比を０より大きい僅かな値に設定する理由としては、ホールＩＣ６０に電力を供給して、ホールＩＣ６０を駆動させるためである。なお、図４に示す制御では、カウント数のリセットを、ステップＳ２の前で行ったが、カウント数のリセットは、ステップＳ２の前で行う代わりに、図４におけるステップＳ２とステップＳ３の間で行ってもよい。

ステップＳ３の後のステップＳ４では、アシスト開始判定部７１ｄが、トルクセンサ５９が出力した第１信号を人力駆動力算出部７１ｂ経由で受けて、人力駆動力が補助開始駆動力以上であるか否かを判定する。ステップＳ４で肯定判定されると、ステップＳ６に移行して、デュ－ティ比決定部７１ｃが、デュ－ティ比をステップＳ３で決定した僅かな値から徐々に増加させ（漸増させ）、アシスト（モータが生成する補助駆動力）を時間の経過とともに徐々に増大させる。ここで、デュ－ティ比は、人力駆動力の値に無関係に徐々に上昇させる（漸増させる）。ステップＳ６におけるパルス幅変調制御は、例えば、モータ・ホールＩＣ駆動用スイッチング素子７６（図３参照）をオンオフ制御することで実行できる。より詳しくは、そのオンオフ制御におけるオンとオフの時間の比を変えることで、デュ－ティ比を変えることができ、補助駆動力を変動させることができる。人力駆動力が補助開始駆動力以上である状態は、例えば、信号待ちしていた人が坂道発進するために、ペダル７を勢いよく踏み込んだ場合に実現される。

他方、ステップＳ４で否定判定されると、ステップＳ５に移行して、カウント数算出部７１ｅが、ホールＩＣ６０からの第２信号に基づいてカウント数を算出し、アシスト開始判定部７１ｄがそのカウント数がＭ（Ｍは、いずれかの自然数）以上になったか否か判定する。上述のように、人がペダル７を踏み込んで電動アシスト自転車１を発信させると、その動作に基づく合力体５５の回転動力がモータ５４のロータ５４ｂに伝達されて、ロータ５４ｂが回転する。したがって、ステップＳ３の動作で、ホールＩＣ６０が駆動しているため、ホールＩＣ６０が増加するカウント数の情報（この情報は第２信号に含まれる）をカウント数算出部７１ｅに出力できる。

ステップＳ５で肯定判定されると、アシスト開始判定部７１ｄが、人が電動アシスト自転車１を発進させるという意図をもって電動アシスト自転車１を前進させと判定して、ステップＳ６に移行する。他方、ステップＳ５で否定判定されると、アシスト開始判定部７１ｄが、人が電動アシスト自転車１を発進させるという意図を有していないと判定して、ステップＳ４以下が繰り返される。

ステップＳ６の後のステップＳ７では、通常アシスト移行判定部７１ｆが、トルクセンサ５９が出力した第１信号を人力駆動力算出部７１ｂ経由で受信して、人力駆動力が上記補助開始駆動力よりも小さいモータ停止駆動力以下であるか否かを判定する。ステップＳ７で肯定判定されると、通常アシスト移行判定部７１ｆが、人が止まる意思をもってペダル７に付与する人力駆動力を小さくした（例えば、人力駆動力が０になった場合、人がペダル７から足を離した）と判定し、ステップＳ８に移行して、デュ－ティ比決定部７１ｃがデュ－ティ比を０にしてモータ５４の駆動を停止した後、ステップＳ１１に移行して、通常アシスト移行判定部７１ｆが、モータ５４が生成する補助駆動力を人力駆動力の大きさに基づいて制御する通常アシストを開始させる。

他方、ステップＳ７で否定判定されると、ステップＳ９に移行して、通常アシスト移行判定部７１ｆが、トルクセンサ５９が出力した第１信号を人力駆動力算出部７１ｂ経由で受信して、人力駆動力が通常制御開始駆動力以上であるか否かを判定する。ここで、通常制御開始駆動力は、モータ停止駆動力よりも大きい駆動力であるが、補助開始駆動力との比較においては、補助開始駆動力よりも小さくてもよく、補助開始駆動力と同一でもよく、又は補助開始駆動力よりも大きくてもよい。

ステップＳ９で肯定判定されると、通常アシスト移行判定部７１ｆが、アシストを開始してから補助駆動力を徐々に増加させた時間（補助駆動力を漸増させている時間）が十分な時間になったと判定する。そして、通常アシスト移行判定部７１ｆが、ステップＳ１１でモータ５４が生成する補助駆動力を人力駆動力の大きさに基づいて制御する通常アシストを開始させる。他方、ステップＳ９で否定判定されると、ステップＳ１０に移行して、通常アシスト移行判定部７１ｆが、ホールＩＣ６０が出力した第２信号をカウント数算出部７１ｅ経由で受信して、カウント数が上記Ｍよりも大きいＮ以上になったか否かを判定する。

ステップＳ１０で否定判定されると、通常アシスト移行判定部７１ｆが、アシストを開始してから補助駆動力を徐々に増加させた時間（補助駆動力を漸増させている時間）が不十分であると判定し、ステップＳ７以下が繰り返される。他方、ステップＳ１０で肯定判定されると、通常アシスト移行判定部７１ｆが、アシストを開始してから補助駆動力を徐々に増加させた時間（補助駆動力を漸増させている時間）が十分な時間になったと判定して、ステップＳ１１に移行して、モータ５４が生成する補助駆動力を人力駆動力の大きさに基づいて制御する通常アシストを開始させる。

ステップＳ１１の後のステップＳ１２では、車速算出部７１ｇが車速センサ７４からの信号に基づいて車速を算出し、停止判定部７１ｈが、車速が０か否かを判定する。ステップＳ１２で否定判定されると、ステップＳ１１が繰り返され、ステップＳ１２で肯定判定されると、制御がリターンとなって、ステップＳ１以下が繰り返される。本制御は、例えば、バッテリ１０が充電のために電動アシスト自転車１の所定位置から外されると終了する。

以上、電動アシスト自転車１は、ペダルに付与された人力駆動力を検出するトルクセンサ（人力駆動力検出センサ）５９と、パルス幅変調制御が行われ、車輪３ａ,３ｂを回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータ５４と、モータ５４のロータ５４ｂが周方向の一方側に所定寸法移動する度に増加するカウント数を検出できるホールＩＣ（カウント数検出センサ）６０と、トルクセンサ５９からの第１信号と、ホールＩＣ６０からの第２信号とに基づいて、人力駆動力が補助開始駆動力未満であると共にカウント数が補助開始数以上になったと判定すると、パルス幅変調制御におけるデュ－ティ比を徐々に増加させる制御装置７０と、を備える。

本開示によれば、坂道発進等の理由で人が意図的にペダルを強く踏み込んだ場合を除いて、カウント数が補助開始数以上になって自転車が実際に前進しないと、アシストが開始されないようすることができる。したがって、信号待ち時におけるペダル７の振動や信号待ち後の電動アシスト自転車１の飛び出しを防止できる。

更には、電動アシスト自転車１のある瞬間に急激に大きなアシスト力が発生すると、そのアシスト開始時にペダル７の反力が急に小さくなるため、人がペダル７をこいでいる途中に唐突感を感じ易い。これに対し、本開示によれば、カウント数が補助開始数以上になってアシストが開示されたときに、デュ－ティ比を徐々に増加させるようにモータを制御する。よって、発進時において補助駆動力がある瞬間に急激に増大することがなく、人が唐突感を感じることも抑制できる。また、補助開始数を、電動アシスト自転車１が僅かに前進するだけでカウント数が到達する数に設定することで、人のペダル７の踏み込み対するアシスト開始の応答性も良好なものにできる。

また、制御装置７０が、デュ－ティ比を徐々に増加させている状態において、上記第１信号と、上記第２信号とに基づいて、人力駆動力が通常制御開始駆動力未満であると共にカウント数が補助開始数よりも大きい通常制御開始数以上になったと判定するか、又はカウント数が通常制御開始数未満であると共に人力駆動力が通常制御開始駆動力以上になったと判定すると、モータ５４が生成する補助駆動力を人力駆動力の大きさに基づいて制御し、通常アシスト制御を行ってもよい。

本構成によれば、アシストを開始してから補助駆動力を徐々に増加させた時間（補助駆動力を漸増させている時間）を十分に確保することができ、人が唐突感を感じることを十分に抑制できる。

また、制御装置７０が、上記第１信号と、上記第２信号とに基づいて、カウント数が上記補助開始数未満であると共に人力駆動力が上記補助開始駆動力以上になったと判定すると、デュ－ティ比を徐々に増加させてもよい。

本構成によれば、人が信号待ちの後に坂道発進やスタートダッシュを行ったときに、人が唐突感を感じることを抑制できる。

また、制御装置７０が、モータ５４のパルス幅変調制御におけるデュ－ティ比を徐々に増加させている状態において上記第１信号に基づいて人力駆動力が補助開始駆動力よりも小さいモータ停止駆動力以下である判定すると、補助駆動力が０になるようにモータ５４を制御してもよい。

本構成によれば、例えば、人が電動アシスト自転車１の発進後に直ぐにペダル７を漕ぐのをやめた場合に迅速に通常アシスト制御に移行でき、電動アシスト自転車１を短時間で停止させることができる。

また、ホールＩＣ６０は、モータ５４の駆動に連動して駆動してもよい。また、制御装置７０が、第１信号に基づいて人力駆動力がペダル７に付与されたと判定すると、デュ－ティ比を０より大きい値としてもよい。

本構成によれば、モータ５４のロータ５４ｂ、及びその変位を検出するためのホールＩＣ６０の駆動制御の連動性を良好なものにできるだけでなく、ホールＩＣ６０の制御を容易に実行することもできる。

なお、本開示は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、制御装置７０がトルクセンサ５９からの第１信号に基づいて人力駆動力が補助開始駆動以上になったと判定するか、制御装置７０がホールＩＣ６０からの第２信号に基づいてカウント数が補助開始数以上になったと判定すると、制御装置７０がモータ５４のパルス幅変調制御におけるデュ－ティ比を徐々に増加させる制御をおこなった。

しかし、図５、すなわち、制御装置７０が実行可能な処理手続の変形例を示すフローチャートに示すアシスト制御を行ってもよい。すなわち、制御装置７０が、トルクセンサ５９が出力した第１信号と、ホールＩＣ６０が出力した第２信号とに基づいて、カウント数が補助開始数未満であると共に人力駆動力が補助開始駆動力以上になったと判定すると、モータ５４が生成する補助駆動力を人力駆動力の大きさに基づいて制御してもよく、直ぐに通常アシスト制御に移行してもよい。

より詳しくは、上記実施形態と同様に、アシスト開始判定部７１ｄが、トルクセンサ５９が出力した第１信号を人力駆動力算出部７１ｂ経由で受けて、人力駆動力が補助開始駆動力以上であるか否かを判定するステップＳ４を行ってもよい。そして、ステップＳ４において、アシスト開始判定部７１ｄが肯定判定した場合、アシスト開始判定部７１ｄがデュ－ティ比を徐々に増加させる制御を行う代わりにステップＳ１１に移行して、通常アシスト移行判定部７１ｆが、モータ５４が生成する補助駆動力を人力駆動力の大きさに基づいて制御する通常アシストを開始させてもよい。

また、上記実施形態では、人がペダル７に足を乗せると、デュ－ティ比決定部７１ｃが、モータ５４のパルス幅変調制御におけるデュ－ティ比を０より大きい僅かな値に設定した。

しかし、図６、すなわち、制御装置７０が実行可能な処理手続の他の変形例を示すフローチャートに示すアシスト制御を行ってもよい。すなわち、ホールＩＣ６０がモータ５４の駆動制御に連動して駆動する構成でなくて、例えば、車速センサ７４が０でない値を検出するとホールＩＣ６０が駆動するように、スイッチング素子等でホールＩＣ駆動回路を構築してもよい。そして、図６に示すように、図４との比較において、ステップＳ３を、デュ－ティ比決定部７１ｃがデュ－ティ比を０に決定するステップＳ１３に置き替え、ステップＳ６における制御、すなわち、モータ５４のパルス幅変調制御におけるデュ－ティ比を人力駆動力の値に無関係に徐々に増加させる制御を、デュ－ティ比が０の状態から行ってもよい。この変形例を採用すると、モータ５４の駆動電力とホールＩＣ６０の駆動電力を低減させることができる。

１ 電動アシスト自転車、 ２ フレーム、 ３ａ 前輪、 ３ｂ 後輪、 ４ ハンドル、 ５ サドル、 ６ クランクアーム、 ７ ペダル、 ８ チェーン、 ９ 前照灯、 １０ バッテリ、 １１ モータユニット、 ５１ 駆動スプロケット、 ５２ クランク軸、 ５３ 人力伝達体、 ５４ モータ、 ５４ａ モータの出力軸、 ５４ｂ モータのロータ、 ５５ 合力体、 ５５ａ 大径歯車部、 ５６ ワンウェイクラッチ、 ５７ 減速機構、 ５７ａ 小径歯車部、 ５７ｂ 中継回転軸、 ５９ トルクセンサ、 ５９ａ コイル、 ６０ ホールＩＣ、 ７０ 制御装置、 ７１ 制御部、 ７１ａ カウント数リセット部、 ７１ｂ 人力駆動力算出部、 ７１ｃ デュ－ティ比決定部、 ７１ｄ アシスト開始判定部、 ７１ｅ カウント数算出部、 ７１ｆ 通常アシスト移行判定部、 ７１ｇ 車速算出部、 ７１ｈ 停止判定部、 ７２ 記憶部、 ７４ 車速センサ、 ７６ ホールＩＣ駆動用スイッチング素子。

Claims (6)

1. ペダルに付与された人力駆動力を検出する人力駆動力検出センサと、
   パルス幅変調制御が行われ、車輪を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータと、
   前記モータのロータが周方向の一方側に所定寸法移動する度に増加するカウント数を検出できるカウント数検出センサと、
   前記人力駆動力検出センサからの第１信号と、前記カウント数検出センサからの第２信号とに基づいて、前記人力駆動力が補助開始駆動力未満であると共に前記カウント数が補助開始数以上になったと判定すると、前記パルス幅変調制御におけるデュ－ティ比を徐々に増加させる制御装置と、
   を備える、電動アシスト自転車。
2. 前記制御装置が、前記デュ－ティ比を徐々に増加させている状態において、前記第１信号と、前記第２信号とに基づいて、前記人力駆動力が通常制御開始駆動力未満であると共に前記カウント数が前記補助開始数よりも大きい通常制御開始数以上になったと判定するか、又は前記カウント数が前記通常制御開始数未満であると共に前記人力駆動力が前記通常制御開始駆動力以上になったと判定すると、前記補助駆動力を前記人力駆動力の大きさに基づいて制御する、請求項１に記載の電動アシスト自転車。
3. 前記制御装置が、前記第１信号と、前記第２信号とに基づいて、前記カウント数が前記補助開始数未満であると共に前記人力駆動力が前記補助開始駆動力以上になったと判定すると、前記デュ－ティ比を徐々に増加させる、請求項１に記載の電動アシスト自転車。
4. 前記制御装置が、前記第１信号と、前記第２信号とに基づいて、前記カウント数が前記補助開始数未満であると共に前記人力駆動力が前記補助開始駆動力以上になったと判定すると、前記補助駆動力を前記人力駆動力の大きさに基づいて制御する、請求項１に記載の電動アシスト自転車。
5. 前記制御装置が、前記デュ－ティ比を徐々に増加させている状態において前記第１信号に基づいて前記人力駆動力が前記補助開始駆動力よりも小さいモータ停止駆動力以下であると判定すると、前記補助駆動力を０に制御する、請求項１から３のいずれか１つに記載の電動アシスト自転車。
6. 前記カウント数検出センサは、前記モータの駆動に連動して駆動し、
   前記制御装置が、前記第１信号に基づいて前記人力駆動力が前記ペダルに付与されたと判定すると、前記デュ－ティ比を０より大きい値とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の電動アシスト自転車。

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