JP2022161505A - 電動アシスト自転車、及び電動アシスト自転車のモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人の意に反するモータ停止が生じにくく、人の意に沿うモータ停止の応答性を高くし易い電動アシスト自転車、及びそのモータの制御方法を提供すること。【解決手段】自転車が、クランク５２に付与された人力駆動力を検出するトルクセンサ５９と、クランク５２の回転数を検出するクランク回転数検出部６５と、車輪３,４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を備える。自転車１が、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、上記回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、モータ５４を停止させる制御装置７０を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、電動アシスト自転車、及び電動アシスト自転車のモータの制御方法に関する。

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、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されると共に、人力駆動力が閾値以下になってからクランクが一定角度以上回ったらモータを停止させるようになっている。

特開２０１８－２７７５３号公報

上記電動アシスト自転車では、人力駆動力が閾値以下になってからクランクが一定角度以上回ったらモータを停止させる。したがって、電動アシスト自転車が高速走行中に人が自転車を止める意思がないときでも、人が一時的にペダルから足を離したとき等にモータが停止する虞があり、人の意思に反するモータ停止が頻繁に生じる虞がある。

また、その問題を回避するために、人力駆動力が閾値以下の状態が維持されている状態が所定時間以上継続すると、モータを停止させるようにすると、モータを停止させる際の応答性を高くしにくい。よって、電動アシスト自転車が操作に対する高い応答性が要求されるマウンテンバイク等である場合、人の意思に反してモータ駆動が継続し易く、人が所望の走行を行いにくくなる。

そこで、本開示の目的は、人の意に反するモータ停止が生じにくく、人の意に沿うモータ停止の応答性を高くし易い電動アシスト自転車、及び電動アシスト自転車のモータの制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本開示の電動アシスト自転車は、クランクに付与された人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、クランクの回転数を検出するクランク回転数検出部と、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、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、モータを停止させる制御装置と、を備える。

また、本開示の別の態様の電動アシスト自転車は、クランクに付与された人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、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、モータの回転数を検出するモータ回転数検出部と、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、モータを停止させる制御装置と、を備える。

また、本開示の電動アシスト自転車のモータの制御方法は、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を備える電動アシスト自転車のモータの制御方法であって、クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、クランクの回転数が、所定回転数以上減少したときに、モータを停止させる。

また、本開示の別の態様の電動アシスト自転車のモータの制御方法は、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を備える電動アシスト自転車のモータの制御方法であって、クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、モータの回転数が、所定回転数以上減少したときに、モータを停止させる。

本開示に係る電動アシスト自転車によれば、人の意に反するモータ停止が生じにくく、人の意に沿うモータ停止の応答性を高くし易い。

本開示の一実施形態に係る電動アシスト自転車の側面図である。 モータユニットの構造を詳細に示す平面断面図である。 モータユニットの回転体を自転車の幅方向（左右方向）から見たときの平面図である。 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。 電動アシスト自転車において制御装置がモータを停止させる際に行う制御の一例を示すフローチャートである。 本開示の制御の一例を行って電動アシスト自転車を停止させたときの各種物理量の変動を調査したときの調査結果を示すグラフであり、横軸を時間としたときの、人力駆動力、クランクの回転数、モータを流れる電流、及びモータの回転数の関係を示すグラフである。 モータを停止させるときの尺度としてモータの減少回転数を採用した変形例の電動アシスト自転車における図５に対応する制御の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、以下の実施例では、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、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、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、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。例を挙げれば、略円形という要件は、人がだいたい円形に見えれば満たされる。また、以下の実施形態では、電動アシスト自転車１が、マウンテンバイクである場合について説明するが、本開示の電動アシスト自転車は、如何なるタイプの電動アシスト自転車でもよく、例えば、クロスバイク、又はシティバイク等でもよい。また、以下の説明で、幅方向（左右方向）は、後輪軸３３の延在方向と平行な方向であり、前後方向は、電動アシスト自転車１の高さ方向と幅方向の両方に直交する方向である。

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の側面図である。図１に示すように、電動アシスト自転車（以下、単に自転車という）１は、フレーム２、前輪３、後輪４、モータユニット５、バッテリ６、ハンドル７、サドル８、クランクアーム９、及びペダル１０を備える。バッテリ６は、例えば、１以上の電池、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池を含む。バッテリ６は、モータユニット５のモータ５４（図２）に直流電力を供給する。自転車１は、モータユニット５のモータ５４（図２）による補助駆動力によって人がペダル１０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（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５は、ペダル１０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５のモータ５４の出力は、制御装置７０（図４）によって制御される。制御装置７０は、如何なる箇所に設置されてもよい。制御装置７０は、例えば、少なくとも一部がモータユニット５のユニットケース１１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９及びその一端部に取り付けられたペダル１０は、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９の他端部同士は、クランク５２（図２）で連結されている。クランク５２は、人力駆動力により回転し、クランク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に伝達される。駆動スプロケット５１は、チェーン１２を介して後輪４に設けられた後輪スプロケット１３と連結されている。これにより、ペダル１０の踏力が、チェーン１２、及び後輪スプロケット１３を介して後輪４に伝達される。また、モータ５４の補助動力もチェーン１２を介して後輪４に伝達される。

フレーム２は、前輪３、後輪４、及びモータユニット５を保持可能な骨組みである。フレーム２は、下パイプ２０、立パイプ２１、２つのチェーンステー２２、２つのシートステー２３、上パイプ２４、ヘッドパイプ２５、前ホーク２６、及びボトムブラケット２７を備える。下パイプ２０は、ボトムブラケット２７と、ヘッドパイプ２５を接続する。下パイプ２０は、ボトムブラケット２７の前端部からヘッドパイプ２５まで前側上方に斜めに延びる。下パイプ２０は、バッテリ６を収容するバッテリ収容部２９を有する。下パイプ２０には、バッテリ収容部２９を覆う着脱自在のカバー７３が取り付けられる。

ボトムブラケット２７は、下パイプ２０の下端部とチェーンステー２２の前端部を接続する。ボトムブラケット２７には、下パイプ２０及びチェーンステー２２に加えて、立パイプ２１の下端部が接続される。ボトムブラケット２７には、モータユニット５が取り付けられる。立パイプ２１は、サドル８を保持するパイプである。立パイプ２１は、ボトムブラケット２７と上パイプ２４とを接続する。立パイプ２１は、ボトムブラケット２７の上端部から後側上方に斜めに延在し、上パイプ２４よりも上方まで延びる。サドル８は、高さ方向位置を調整可能な状態で立パイプ２１に固定される。

２つのチェーンステー２２は、ボトムブラケット２７とシートステー２３を接続するパイプである。各チェーンステー２２は、ボトムブラケット２７の後端部からシートステー２３の後端部まで延びる。２つのチェーンステー２２は、幅方向（左右方向）に間隔をおいて配置され、後輪４は、２つのチェーンステー２２の間に配置される。チェーンステー２２の後端部には、後輪４の回転軸を回転自在に支持する軸受１５が設置されている。
シートステー２３は、立パイプ２１の上側とチェーンステー２２を接続するパイプである。各シートステー２３は、立パイプ２１の上側から後側下方に斜めに延在してチェーンステー２２の後端部まで延びる。２つのシートステー２３は、幅方向（左右方向）に間隔をおいて配置される。一方のシートステー２３は、一方のチェーンステー２２に接続され、他方のシートステー２３は、他方のチェーンステー２２に接続される。

上パイプ２４は、ヘッドパイプ２５と立パイプ２１の上端部とを接続する。上パイプ２４は、立パイプ２１の上側からヘッドパイプ２５まで前側上方に斜めに延在する。ヘッドパイプ２５は、上パイプ２４の前端部と下パイプ２０の前端部を接続する。ヘッドパイプ２５は、前ホーク２６とハンドル７をヘッドパイプ２５の中心軸に対して回転可能に支持する。前輪３は、回転可能に前ホーク２６に取り付けられる。

前ホーク２６は、前輪軸１７を支持する一対のレッグ１８と、レッグ１８の上端部からヘッドパイプ２５の中心軸に沿って上側に延びるステアリングコラム１９を有する。ステアリングコラム１９をヘッドパイプ２５に嵌め込むことで、前ホーク２６がヘッドパイプ２５に取り付けられる。ステアリングコラム１９の上端部には、ハンドル７が取り付けられる。これにより、ハンドル７がヘッドパイプ２５の中心軸回りに回転すると、前ホーク２６がヘッドパイプ２５の中心軸回りに回転し、前輪３がヘッドパイプ２５の中心軸回りに回転する。前輪軸１７は、前輪３の中心軸回りの回転に伴って幅方向に対して傾斜する。後輪４は、２つのチェーンステー２２によって、後輪軸３３の軸回りに回転可能に支持される。

図２は、モータユニット５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５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５は、ペダル１０（図１参照）からの人力駆動力が伝達されるクランク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。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１２を介して後輪側に伝達されるようになっている。モータユニット５は、チェーン１２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１２に伝達するようになっている。

モータユニット５は、人力駆動力を検出する人力駆動力検出部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１０（図１参照）を踏み込むと、クランク５２が人力駆動により捩れる。トルクセンサ５９は、クランク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、本開示の制御では、モータユニット５は、後述する閾値（オフトルク）を０に設定して、人がペダル１０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５２に伝達されて、ペダル１０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５２やペダル１０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５は、モータ回転数検出部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の回転数を特定できる。ホールＩＣ６０は、ロータ５４ｂの回転数を特定可能な電気信号を制御装置７０（図４参照）に出力する。なお、モータ回転数検出部が、ホールＩＣである場合について説明した。しかし、モータ回転数検出部は、ロータ５４ｂの回転数を特定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。

モータユニット５は、クランク回転数検出部６５を更に備える。クランク回転数検出部６５は、回転部材６１と光センサ６８を有する。回転部材６１は、クランク５２の外周面に取り付けられてクランク５２と一体的に回転する筒状の中間筒体６２と、中間筒体６２の外周面に固定される環状の回転体６３を含む。図３は、回転体６３を自転車１の幅方向（左右方向）から見たときの平面図である。図３に示すように、回転体６３は、中間筒体６２に固定される取付部６３ａと、取付部６３ａからくし（櫛）歯状に径方向に延びる歯部（遮光部）６３ｂを有する。

一方、図２に示すように、光センサ６８は、発光部６６と受光部６７を含む。発光部６６と受光部６７は、回転体６３の歯部６３ｂを挟んだ状態で幅方向に間隔をおいた状態で自転車１の静止部に設置される。クランク回転数検出部６５は、発光部６６が発光した光を受光部６７で受光することで歯部６３ｂの間の歯溝部（通光部）を検知し、逆に、発光部６６が発光した光を受光部６７で受光できなかったことで歯部６３ｂを検知する。クランク回転数検出部６５は、このようにして、中間筒体６２の回転数を検出し、中間筒体６２の回転数と同一であるクランク５２の回転数や、中間筒体６２の回転数と同一であるペダル１０の回転数（ケイデンス）を検出する。

なお、クランク回転数検出部６５を回転体６３の周方向に間隔をおいて２つ配置して、クランク５２の回転方向を特定してもよい。また、クランク回転数検出部は、クランク５２の回転数を特定できるセンサであれば如何なるセンサでもよい。例えば、光を遮断する歯部６３ｂを有する回転体６３を設け、歯部６３ｂの間の歯溝部を通った光を検出するように場合について説明した。しかし、同様の回転体を設けるとともに光を反射する位置に受光部を設けて、受光部で反射光を受光することで回転位置や回転数を検出するようにしてもよい。又は、クランク回転数検出部は、クランク５２の回転数を検出するように設置した磁気センサ、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。

図４は、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４に示すように、自転車１は、モータ駆動用スイッチング素子７６を更に備える。モータ駆動用スイッチング素子７６は、バッテリ６とモータ５４とを電気的に接続する電気回路に含まれる。モータ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。制御装置７０からの制御信号でモータ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６からモータ５４に供給される。逆に、制御装置７０からの制御信号でモータ駆動用スイッチング素子７６がオフになると、バッテリ６からモータ５４への直流電力の供給が遮断される。

制御装置７０は、トルクセンサ５９、ホールＩＣ６０、及びクランク回転数検出部６５からの信号を受信し、モータ駆動用スイッチング素子７６をオンオフ制御する。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、人力駆動力算出部７１ａ、クランク回転数算出部７１ｂ、ペダル位置特定部７１ｃ、オフトルク判定部７１ｄ、減少回転数決定部７１ｅ、及びモータ駆動制御部７１ｆ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５を用いて説明する。

図５は、自転車１において制御装置７０がモータ５４を停止させる際に行う制御の一例を示すフローチャートである。図５を参照して、モータ５４が駆動すると、制御がスタートし、ステップＳ１で、人力駆動力算出部７１ａがトルクセンサ５９からの信号と、記憶部７２に記憶されている人力駆動力算出のため情報（例えば、プログラム）とに基づいて人力駆動力を算出する。続く、ステップＳ２では、オフトルク判定部７１ｄがステップＳ１で算出された人力駆動力が閾値（オフトルク）以下になっているか否かを判定する。この閾値の情報は、予め記憶部７２に記憶されている。閾値は、０以上の如何なる値でもよく、自転車の仕様によって適宜決定されることができる。また、閾値は自転車１の走行状況や、ユーザーに合わせて変動するものであってもよい。例えば、閾値は、自転車１の速度及び加速度のうちの少なくとも一方に基づいて変動するようになっていてもよい。また、閾値は、自転車が如何なる仕様であっても、適宜変更できるようになっていてもよく、例えば、ユーザーの性別、体格、及び年令のうちの１以上に基づいて適宜変更してもよい。

ステップＳ２で否定判定されると、ステップＳ１以下が繰り返される。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、クランク回転数算出部７１ｂが、クランク回転数検出部６５からの信号と、記憶部７２に記憶されているクランク回転数算出のため情報（例えば、プログラム）とに基づいて、人力駆動力が閾値以下になった時点でのクランク５２の第１回転数を算出する。

続く、ステップＳ４では、ペダル位置特定部７１ｃが、人力駆動力が閾値以下になった時点でのペダル位置を特定する。この特定は、次のように行う。ペダル１０が上死点（ペダル１０の位置が最も高い位置）や下死点（ペダル１０の位置が最も低い位置）に到達すると、人はペダル１０を踏み込みにくくなる。よって、人がペダル１０を踏み込む力は、ペダル１０が上死点や下死点に到達すると一時的に弱まり、それに起因して、ペダル１０の回転数（クランク５２の回転数）も一時的に小さくなる。また、逆に、ペダル１０が上死点と下死点の中間に到達すると、人がペダル１０を踏み込み易くなるため、ペダル１０の回転数が大きくなる。つまり、ペダル１０の回転数は、ペダル１０の位置に基づいて周期的に変動する。ペダル位置特定部７１ｃは、クランク回転数算出部７１ｂからのペダル１０の回転数（クランク５２の回転数に一致）の変動情報に基づいて人力駆動力が閾値以下になった時点でのペダル１０の位置を特定する。

続いて、ステップＳ５では、減少回転数決定部７１ｅが、モータ５４を停止させるときの尺度となるクランク５２の減少回転数である第２回転数を特定する。より具体的には、例えば、一方のペダル１０が上死点を中心とする所定の角度範囲（一方のペダル１０が一周するときの角度を３６０°とする）に位置しているとき、減少回転数決定部７１ｅが、第２回転数を１２ｒ.ｐ.ｍと特定し、それ以外のとき、減少回転数決定部７１ｅが、第２回転数を１５ｒ.ｐ.ｍと特定する。より一般的には、一方のペダル１０が上死点を中心とする所定の角度範囲に位置しているときに減少回転数決定部７１ｅが設定する第２回転数を、一方のペダル１０が上記角度範囲以外の領域に位置しているときに減少回転数決定部７１ｅが設定する第２回転数よりも小さくする。

続く、ステップＳ６では、モータ駆動制御部７１ｆが、人力駆動力算出部７１ａからの人力駆動力の情報と、クランク回転数算出部７１ｂからのクランク回転数の情報と、上記第１回転数の情報と、上記第２回転数の情報とに基づいて、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、クランク５２の回転数が、人力駆動力が上記閾値以下になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したか否かを判定する。ステップＳ６で否定判定されると、ステップＳ１以下が繰り返される。他方、ステップＳ６で肯定判定されると、ステップＳ７に移行して、モータ駆動制御部７１ｆが、モータ駆動用スイッチング素子７６をオフに制御してモータ５４を停止させ、制御がエンドとなる。

次に、本開示のモータ５４の停止制御が優れる理由について説明する。図６は、本開示の制御の一例を行って自転車１を停止させたときの各種物理量の変動を調査したときの調査結果を示すグラフであり、横軸を時間としたときの、人力駆動力、クランク５２の回転数（ペダル１０の回転数）、モータ５４を流れる電流、及びモータ５４の回転数の関係を示すグラフである。なお、図６において、実線は人力駆動力であり、縦軸はトルクを表す。また、点線はモータ５４を流れる電流であり、縦軸はアンペアを表す。また、一点鎖線はクランク５２の回転数であり、縦軸は回転数を表す。また、二点鎖線はモータ５４の回転数であり、縦軸は回転数を表す。また、この停止制御では、人力駆動力が閾値以下になったときのペダル１０の位置に寄らず、第２回転数として１５ｒ.ｐ.ｍを採用し、クランク５２の回転数が、人力駆動力が閾値以下になったときから１５以上低下したときにモータ５４を停止させるようにしている。

図６にグラフでは、時刻ｔ１で人力駆動力が閾値以下になっており、その後、時刻ｔ２でクランク５２の回転数が、人力駆動力が閾値以下になったときから１５以上低下している。本制御では、時刻ｔ２にモータ５４への電力の供給を停止する。よって、モータ５４に流れる電流は、時刻ｔ２を境に急激に低下し、時刻ｔ３でモータ５４に電流が流れなくってモータ５４が停止する。図６にグラフにおいて、時刻ｔ４は、時刻ｔ１から３００ｍｓ経過した時刻である。参考例の制御では、人力駆動力が閾値以下になったときから一定時間、例えば、３００ｍｓ経過した時点でモータ５４への電力の供給を停止する。

図６に示すように、本開示の制御でモータ５４に電流が流れなくなる時刻ｔ３は、時刻ｔ４よりも遥かに前の時刻である。よって、このことから、本開示の制御を採用すれば、人力駆動力が閾値以下になったときから一定時間経過した時点でモータ５４への電力の供給を停止する制御と比較して、人の意に沿うモータ停止の応答性を高くできる。

更には、本実施例では、モータ５４の回転数が、人力駆動力が閾値以下になったときから１５以上低下したときにモータ５４を停止させるようになっている。ここで、本願発明者が多数の人で行った多数の試験（調査）では、人がモータ５４を停止させたくない状況で、人が疲労等でペダル１０を漕ぐのを一時的に止めた場合、クランク５２の回転数は、せいぜい７又は８ｒ.ｐ.ｍ程度しか低下せず、略１０未満の回転数の低下に留まった。したがって、モータ５４を停止させるときの指標（尺度）となる減少回転数である上記第２回転数として、１０ｒ.ｐ.ｍ以上、好ましくは１２ｒ.ｐ.ｍ以上、更に好ましくは１５ｒ.ｐ.ｍ以上を採用すると、人の意に反するモータ５４の停止を抑制又は防止できると共に、人の意に沿うモータ停止の応答性を高くできる。

以上、本開示の自転車１は、クランク５２に付与された人力駆動力を検出するトルクセンサ（人力駆動力検出部）５９と、クランク５２の回転数を検出するクランク回転数検出部６５と、車輪３,４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を備える。また、自転車１は、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、上記回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、モータ５４を停止させる制御装置７０を備える。

本開示によれば、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されていて、クランク５２の回転数が、所定回転数以上減少したときモータを停止させる。したがって、人力駆動力が閾値以下になったときから所定時間経過した後にモータを停止させる制御との比較で、モータの停止動作の応答性を高くし易い。

更には、人力駆動力が閾値以下になってからクランクが一定角度以上回ったらモータを停止させる制御との比較において、人の意思に反するモータの停止を抑制し易く、特に、第２回転数を１２ｒ.ｐ.ｍ以上、例えば、１５ｒ.ｐ.ｍに設定すると人の意思に反するモータの停止を略確実に防止できる。なお、モータ停止の応答性を高くする理由から、第２回転数を３０ｒ.ｐ.ｍ以下の回転数に設置すると好ましい。

また、制御装置７０が、クランク５２の回転数が、人力駆動力が閾値になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したとき、上記所定回転数以上減少したと判定してもよい。そして、制御装置７０が、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されていて、クランク５２の回転数が、人力駆動力が閾値以下になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したときモータ５４を停止させてもよい。

本構成によれば、モータ５４を停止させる際の制御を単純なものにでき、モータ５４の停止制御を容易かつ正確に実行し易い。

また、第２回転数が、上記人力駆動力が上記閾値以下になった際のペダル１０の位置に依存して変動してもよい。

本構成によれば、人のペダルの漕ぎ易さや漕ぎにくさも反映したモータ停止制御を実行できるので、応答性が高いだけでなく、人のモータ停止意思を正確に反映したモータ停止制御を行い易い。

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、モータ５４の停止制御に人力駆動力が閾値以下になっている時間が関係しなかった。しかし、本開示の自転車の制御装置は、人力駆動力が閾値以下になっている状態が所定時間に維持された場合にモータを停止させてもよい。

本構成によれば、所定回転数及び所定時間を、ユーザーの性別、体格、年令に基づいて適宜変更することで、より汎用性に富み、ユーザーのニーズにも合致した自転車を実現し易い。

また、制御装置７０が、クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持された場合において、クランク５２の回転数が、人力駆動力が閾値になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したときに、クランク５２の回転数が、所定回転数以上減少したと判定して、モータ５４を停止させる場合について説明した。しかし、クランク５２の回転数の減少の始まりの時刻が、人力駆動力が閾値になった時刻よりも前の時刻でもよい。そして、制御装置が、クランクの回転数が所定回転数以上減少し、クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されたときに、モータを停止させてもよい。

また、モータ５４を停止させるときの尺度として、クランク５２の減少回転数を採用した。しかし、図６に二点鎖線で示すモータ５４の回転数は、図６に一点鎖線で示すクランク５２の回転数と類似の変動をする。より具体的には、モータ５４の回転数とクランク５２の回転数は、人力駆動力が閾値以下になった後、最初、徐々に減少して、その後、大きく減少する点で類似する。よって、モータ５４を停止させるときの尺度として、クランク５２の減少回転数の代わりにモータ５４の減少回転数を採用してもよい。

すなわち、本開示の自転車は、クランク５２に付与された人力駆動力を検出するトルクセンサ（人力駆動力検出部）５９と、車輪３,４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の回転数を検出するホールＩＣ（モータ回転数検出部）６０を備えてもよい。また、本開示の自転車は、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、モータ５４の回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、モータ５４を停止させる制御装置を備えてもよい。また、その場合において、制御装置は、モータ５４の回転数が、人力駆動力が閾値になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したとき、上記所定回転数以上減少したと判定してもよい。そして、制御装置は、モータ５４の回転数が、人力駆動力が閾値以下になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したと判定すると、モータ５４を停止させてもよい。

この自転車によれば、モータ５４を停止させるときの尺度として、クランク５２の減少回転数を採用したときと同様に、人の意に反するモータ停止が生じにくく、人の意に沿うモータ停止の応答性を高くし易い。

図７は、モータ５４を停止させるときの尺度としてモータ５４の減少回転数を採用した変形例の自転車における図５に対応する制御のフローチャートである。この変形例の自転車の制御部は、図４に示す制御部７１との比較において、クランク回転数算出部７１ｂの代わりにモータ回転数算出部を有し、クランク５２の減少回転数を決定する減少回転数決定部７１ｅの代わりにモータ５４の減少回転数を決定するモータ減少回転数決定部を有する。また、この変形例の自転車の制御部は、図４に示す制御部７１との比較において、モータ駆動制御部がモータ停止を判断する尺度としてクランク５２の回転数の代わりにモータ５４の回転数を用いる。また、この変形例の自転車の記憶部は、図４に示す記憶部７２との比較において、ペダル１０の回転に関する情報を記憶していない代わりに、ペダル１０の回転に関する情報を記憶している。

図７を参照して、この自転車では、モータ５４が駆動すると、制御がスタートし、上記ステップＳ１を行い、人力駆動力算出部７１ａが人力駆動力を算出する。その後、上記ステップＳ２を行い、オフトルク判定部７１ｄがステップＳ１で算出された人力駆動力が閾値（オフトルク）以下になっ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Ｓ１以下が繰り返される。

他方、ステップＳ２で肯定判定されると、ステップＳ３の代わりにステップＳ１３を行い、モータ回転数算出部が、ホールＩＣ６０からの信号と、記憶部に記憶されているモータ回転数算出のため情報（例えば、プログラム）とに基づいて、人力駆動力が閾値以下になった時点でのモータ５４の第１回転数を算出する。その後、上記ステップＳ４を行い、ペダル位置特定部７１ｃが、人力駆動力が閾値以下になった時点でのペダル位置を特定する。

続く、ステップＳ１５では、モータ減少回転数決定部が、モータ５４を停止させるときの尺度となるモータ５４の減少回転数である第２回転数を特定する。ここで、一方のペダル１０が上死点を中心とする所定の角度範囲に位置しているときにモータ減少回転数決定部が設定する第２回転数を、一方のペダル１０が上記角度範囲以外の領域に位置しているときにモータ減少回転数決定部が設定する第２回転数よりも小さくする。

続く、ステップＳ１６では、モータ駆動制御部が、人力駆動力算出部７１ａからの人力駆動力の情報と、モータ回転数算出部からのモータ回転数の情報と、上記第１回転数の情報と、上記第２回転数の情報とに基づいて、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、モータ５４の回転数が、人力駆動力が上記閾値以下になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したか否かを判定する。ステップＳ１６で否定判定されると、ステップＳ１以下が繰り返される。他方、ステップＳ１６で肯定判定されると、ステップＳ７に移行して、モータ駆動制御部が、モータ駆動用スイッチング素子７６をオフに制御してモータ５４を停止させ、制御がエンドとなる。

この変形例の自転車においても、第２回転数が、上記人力駆動力が上記閾値以下になった際のペダル１０の位置に依存して変動している。したがって、ペダル１０の漕ぎ易さや漕ぎにくさも反映したモータ停止制御を実行でき、応答性が高いだけでなく、人のモータ停止意思を正確に反映したモータ停止制御実行できる。なお、モータ５４を停止させるときの尺度として、クランク５２の減少回転数を採用するか、モータ５４の減少回転数を採用するかに拘わらず、モータ５４の停止を判断する第２回転数（減少回転数の値）は、人力駆動力が閾値以下になった際のペダル１０の位置に寄らず一定の値でもよい。

１ 自転車、 ５ モータユニット、 ６ バッテリ、 ９ クランクアーム、 １０ ペダル、 １１ ユニットケース、 ２９ バッテリ収容部、 ５２ クランク、 ５３ 人力伝達体、 ５４ モータ、 ５５ 合力体、 ５７ 減速機構、 ５９ トルクセンサ、 ６０ ホールＩＣ、 ６５ クランク回転数検出部、 ７０ 制御装置、 ７１ 制御部、 ７１ａ 人力駆動力算出部、 ７１ｂ クランク回転数算出部、 ７１ｃ ペダル位置特定部、 ７１ｄ オフトルク判定部、 ７１ｅ 減少回転数決定部、 ７１ｆ モータ駆動制御部、 ７２ 記憶部、 ７６ モータ駆動用スイッチング素子。

Claims (7)

1. クランクに付与された人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、
   前記クランクの回転数を検出するクランク回転数検出部と、
   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、
   前記人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、前記回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、前記モータを停止させる制御装置と、
   を備える、電動アシスト自転車。
2. クランクに付与された人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、
   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、
   前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出部と、
   前記人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、前記回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、前記モータを停止させる制御装置と、
   を備える、電動アシスト自転車。
3. 前記制御装置は、前記回転数が、前記人力駆動力が前記閾値になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したとき、前記所定回転数以上減少したと判定する、請求項１又は２に記載の電動アシスト自転車。
4. 前記第２回転数が、前記人力駆動力が前記閾値以下になった際の前記ペダルの位置に依存して変動する、請求項１又は２に記載の電動アシスト自転車。
5. 前記制御装置は、前記人力駆動力が閾値以下になっている状態が所定時間に維持された場合であっても前記モータを停止させる、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。
6. 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を備える電動アシスト自転車の前記モータの制御方法であって、
   クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、前記クランクの回転数が、所定回転数以上減少したときに、前記モータを停止させる、電動アシスト自転車のモータの制御方法。
7. 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を備える電動アシスト自転車の前記モータの制御方法であって、
   クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、前記モータの回転数が、所定回転数以上減少したときに、前記モータを停止させる、電動アシスト自転車のモータの制御方法。

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