JP3276783B2 - 電動補助自転車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、人力走行の補助にモ
ータの動力を利用する電動補助自転車に係り、特にペダ
ルを漕ぐ力（以下踏力と記す）に基づいてモータの運転
を制御する主制御系とは独立にペダルを漕いでいない状
態ではモータの駆動を禁止させる回路を設けて、主制御
系の動作が正常でなくなった場合でも、運転感覚を損う
ことがないようにした電動補助自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】人力駆動系と電気駆動系とを並列に設
け、踏力の変化に対応して電気駆動系の出力を制御する
ようにした電動補助自転車において、踏力検出手段の可
動部分の作動が円滑でなく、踏力が予め設定した基準値
以上の状態が一定時間継続した場合は、電気駆動系の出
力を制限することで、不要な電気駆動系出力が発生しな
いようにして、運転感覚が悪くなるのを防止する技術が
特開平５−３１０１７７号公報で提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】踏力検出手段が正常に
作動していても、検出した踏力に基づいて補助力を発生
させるモータの駆動を制御する主制御系の動作が正常で
なくなった場合、不要な駆動力がモータから供給されて
しまい運転感が損われる虞れがある。

【０００４】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、ペダルを漕いでいない状態ではモータ
の運転を制限し、例えばＣＰＵ等を用いて構成した主制
御系の動作が正常でなくなった場合でも、不要な補助駆
動力が発生しないようにした電動補助自転車を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る電動補助自転車は、踏力検出手段で検出
した踏力に基づいてモータの運転を制御する主制御系
と、この主制御系とは並列に設けられ、踏力検出手段で
検出した踏力と主制御系が出力するモータ駆動信号に基
づいて、踏力が加えられていないときは補助駆動力が供
給されないようにモータの運転を制限するモータ駆動制
限手段とを備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】踏力に応じてモータの運転を制御する主制御系
とは独立にモータ駆動制限手段を備える構成であるか
ら、主制御系の動作が正常でなくなり、例えば踏力に無
関係にモータの駆動を行なう出力を発生したとしても、
モータ駆動制限手段は踏力が検出されない限りモータの
運転を制限する。よって、主制御系の動作が正常でなく
なっても、ペダルを漕いでいない状態では、モータから
補助力が供給されることがないので、運転者のフィーリ
ングが損われることがない。

【０００７】

【実施例】以下この発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１はこの発明に係る電動補助自転車の側面
図である。電動補助自転車１のヘッドパイプ２からダウ
ンチューブ３を斜後下方に指向して延出し、ダウンチュ
ーブ３の下端で上方へ湾曲して斜後上方に指向してシー
トチューブ４を延出し、ダウンチューブ３とシートチュ
ーブ４とで略Ｖ字状のメインフレーム５を構成してい
る。シートチューブ４の上端にシート６を設けている。

【０００８】ヘッドパイプ２にステアリングシャフト７
を旋回自在に嵌挿し、ステアリングシャフト７の上端に
ステアリングハンドル８を一体に装着するとともに、ス
テアリングシャフト７の下方に一体に延出した左右一対
のフロントフォーク９の下端に前車輪１０を回転自在に
軸止している。

【０００９】ダウンチューブ３とシートチューブ４とが
交わるメインフレーム５の湾曲部下部には、ブラケット
５ａ（図３参照）を突設し、伝動ギア機構を収納すると
ともに、クランクケースを兼ねたギアボックス１１をブ
ラケット５ａに一体に装着している。ギアボックス１１
に前後方向へ指向したリヤフォーク１２の前端を一体に
取り付け、シートチューブ４とリヤフォーク１２の後端
とにステー１３を架設し、リヤフォーク１２の後端に後
車輪１４を回転自在に軸止している。

【００１０】ギアボックス１１には、クランク軸１５を
回転自在に嵌装し、クランク軸１５の左右両端にクラン
クアーム１６を一体に装着し、クランクアーム１６の先
端にペダル１７を設けている。

【００１１】クランク軸１５に一体に設けられた駆動ス
プロケット１８と、後車輪１４に一体に設けられた従動
スプロケット１９とに無端チェン２０を架渡しており、
ペダル１７に加えられる踏力によってクランク軸１５が
回転駆動されると、駆動スプロケット１８、無端チェン
２０および従動スプロケット１９を介して後車輪１４が
回転し、伝動補助自転車１が自転車として走行できるよ
うになっている。

【００１２】さらに、シートチューブ４に沿ってギヤボ
ックス１１に駆動用モータ２１を固定し、シートチュー
ブ４の後側面には、駆動用モータ２１の上方に位置して
駆動用モータ２１の回転を制御する電子制御ユニットや
モータドライバー等の制御装置２２が付設している。制
御装置２２によって駆動用モータ２１が回転制御される
と、駆動用モータ２１の回転トルクが伝動ギヤ機構を介
してクランク軸１５に伝達され、駆動用モータ２１の動
力でもって人力を補助するようにしている。

【００１３】ダウンチューブ３とシートチューブ４とか
らなるメインフレーム５は、略Ｖ字状をなした左右２分
割のサイドカバー２３とセンターカバー２４とによって
覆われ、ダウンチューブ３を覆うサイドカバー２３の傾
斜した上面に長尺のバッテリケース組立２５を着脱自在
に装着できるようにしている。サイドカバー２３の前端
部にキースイッチ（コンビネーションスイッチ）等から
なるメインスイッチ４１を配設している。なお、このメ
インスイッチ４１の操作に連動するロック装置（図示し
ない）を介して、スイッチがオン位置に操作された場合
は、バッテリケース組立２５を取り外せない構造として
いる。また、バッテリケース組立２５の側面に充電用コ
ネクタ等との接続部４２を設け、バッテリケース組立２
５を電動補助自転車１に装着した状態でも充電を可能に
している。

【００１４】図２はバッテリケースの縦断面図である。
バッテリケース組立２５は、ロアケース２６とアッパケ
ース２７とに上下２分割され、このバッテリケース組立
２５内に、２０個の円柱状をなした単一型Ｎｉ−Ｃｄ
（ニッケル−カドミウム）電池２８ａ，２８ｂからなる
電源用バッテリ群２９が嵌脱自在に嵌装されるようにな
っている。また、バッテリケース組立２５のアッパーケ
ース２７が電動補助自転車１のボディの外表面の一部を
構成するようにしている。

【００１５】電源用バッテリ群２９は次のように構成し
ている。隣接するＮｉ−Ｃｄ電池２８ａの正極と負極と
が相互に入れ代わり、Ｎｉ−Ｃｄ電池２８ａの周面が相
互に接触した状態でＮｉ−Ｃｄ電池２８ａの中心線に対
し直角方向へ１列に１０個のＮｉ−Ｃｄ電池２８ａを配
列した状態で、この下層のＮｉ−Ｃｄ電池２８ａ列の上
方各凹部に上方Ｎｉ−Ｃｄ電池２８ｂが落ち込むよう
に、上層のＮｉ−Ｃｄ電池２８ｂを重ねる。図２で点線
で示すように、下層の隣接するＮｉ−Ｃｄ電池２８ａの
正極と負極とに接続片３０ａの両端をハンダ付けによっ
て接続し、上層の各Ｎｉ−Ｃｄ電池２８ｂも同様に接続
片３０ｂを用いて相互に接続し、各Ｎｉ−Ｃｄ電池２８
ａ，２８ｂの前端（図２では左端）では正極と負極とを
接続片３０ｃで相互に接続した後、筒状の熱収縮性合成
樹脂製フィルム３１内に、これら上下Ｎｉ−Ｃｄ電池２
８ａ，２８ｂを挿入してから、熱収縮性合成樹脂製フィ
ルム３１を加熱収縮させる。

【００１６】下層Ｎｉ−Ｃｄ電池２８ａの後端（図２で
は右端）と上層Ｎｉ−Ｃｄ電池２８ｂの後端の負極およ
び正極にそれぞれ接続された端子片３２ａ，３２ｂに
は、リード線３３ａ，３３ｂの一端がハンダ付けによっ
て一体に接続されている。リード線３３ａ，３３ｂの他
端は給電用コネクタ３４（図３に詳細に示す）へそれぞ
れ接続し、この給電用コネクタ３４を介して制御装置２
２側への給電を行なうようにしている。

【００１７】上下層の各Ｎｉ−Ｃｄ電池２８ａ，２８ｂ
間に、サーミスタ等の感熱性抵抗素子３５を配設してい
る。この感熱性抵抗素子３５は、リード線３５ａを介し
て図３に示す充電用コネクタ３６へ接続しており、図示
しない充電器を用いて充電を行なう際に、図示しない充
電器側は感熱性抵抗素子３５の抵抗値に基づいてＮｉ−
Ｃｄ電池２８ａ，２８ｂ部の温度を監視できるようにし
ている。また、バッテリケース組立２５内には、各種ヒ
ューズ３７や逆極性の充電電圧が供給されるのを防止す
るためのダイオード（図示しない）等の回路部品を実装
している。

【００１８】図３はバッテリケース組立の後部およびセ
ンターケースの底部の縦断側面図である。バッテリケー
ス組立２５の後端部に給電用コネクタ３８を配設してい
る。この給電用コネクタ３８は、銅合金板等の導電性弾
性材料からなる左右一対の接点端子３８ａを備える。各
接点端子３８ａはその一端側をねじ４０を用いてコネク
タケースに固定するとともに、各リード線３３ａ，３３
ｂとの電気的接続を行なっている。そして、この給電用
コネクタ３８の相手方となるコネクタ３９は、センター
カバー２４の底壁２４ａに配設している。このコネクタ
３９は、左右一対の棒状の突出端子３９ａを備える。そ
して、バッテリケース組立２５が装着された状態で、各
突出端子３９ａはロアケース２６に形成した開口２６
ａ、ならびに、給電用コネクタ３８の開口部３８ｂを貫
通し、各突出端子３９ａの先端は各接点端子３８ａに当
接する。これによって、バッテリ電源の供給がなされ
る。各接点端子３８ａの他端側は各突出端子３８ａに突
き上げられて変位するが、この変位部分にコイルスプリ
ング３８ｃを設けて充分な接触圧力を得るとともに、走
行振動等によって電源供給の瞬断が発生しにくい構成と
している。

【００１９】図４は伝動ギア機構ならびに踏力検出手段
の模式構造図である。クランク軸１５の軸方向中間部に
は、直径方向に貫通して軸方向に延びる貫通孔１５ａを
形成している。この貫通孔１５ａの内部にクランク軸１
５と同軸に収納されたトーションバー５１は、その左端
（入力端）に形成された頭部５１ａをカラー５２を介し
てクランク軸１５に結合するとともに、その右端（出力
端）に形成された頭部５１ｂを環状の駆動部材５３の内
周に形成した凹溝に圧入によって結合させている。クラ
ンク軸１５の貫通孔１５ａの互に対向する壁面は概略円
弧状に湾曲させており、これによってトーションバー５
１の自由端側の頭部５１ｂに対する所定角度の相対回転
を許容するとともに、過大な荷重が作用してときのトー
ションバー５１の破断を防止している。

【００２０】スリーブ５４の内周に固着されたベベルギ
ヤ５５と環状の駆動部材５３との間に第１一方向クラッ
チ５６を設けている。図示しないペダル１７を踏んでク
ランク軸１５を正転させると、クランク軸１５のトルク
はトーションバー５１、駆動部材５３、ベベルギヤ５５
およびスリーブ５４を介して、このスリーブ５４の外周
にスプライン結合された駆動スプロケット１８に伝達さ
れ、無端チェン２０ならびに図１に示した従動スプロケ
ット１９を介して後車輪１４へ伝達される。また、図示
しないペダル１７を踏んでクランク軸１５を逆転させる
と、第１一方向クラッチ５６がスリップすることによっ
て、クランク軸１５の逆転が許容される。

【００２１】駆動用モータ２１が回転駆動されるとその
出力軸２１ａのトルクは、４個のスパーギヤ５７，５
８，５９，６０、２個のベベルギヤ６１，５５を介して
駆動スプロケット１８に伝達される。また、駆動用モー
タ２１が停止している状態でも人力による駆動スプロケ
ット１８の回転を妨げないように、第２一方向クラッチ
６２を第１中間軸６３に設けている。なお、符号６４は
第２中間軸である。

【００２２】踏力検出手段７０は、踏力（トルク）によ
るねじれを軸方向の変位に変換するトルク−変位変換手
段７１と、変位に応じた電気信号を出力するストローク
センサ７２とで構成している。トルク−変位変換手段７
１は、クランク軸１５と一体に回転するスライダインナ
７１ａに端面に形成した凸状のカム面と、駆動部材５３
の端面に形成した凹状のカム面とを係合させて構成して
いる。

【００２３】クランク軸１５の回転数を検出するため、
クランク軸１５とトーションバー５１の頭部５１ａとを
結合するカラー５２の外周に歯部５２ａを形成し、この
歯部に対向させてクランク軸回転数センサ７５を配設し
ている。クランク軸回転数センサ７５は、歯部５２ａを
光学的もしくは磁気的に検出して検出パルスを出力する
よう構成している。

【００２４】図５は制御系のブロック構成図である。制
御系８０は、踏力検出手段７０の検出出力７０ａならび
にクランク軸回転数センサ７５で検出したクランク軸回
転数に対応する信号７５ａとに基づいてモータ駆動信号
８１ａを出力する主制御系８１と、この主制御系８１と
は独立に設けられ、踏力検出出力７０ａが予め設定した
しきい値以下のときはモータ駆動信号８１ａにかかわら
ずモータ２１の運転を制限するモータ駆動制限手段９０
とからなる。

【００２５】主制御系８１は、踏力検出手段７０の検出
出力７０ａである電圧信号をその電圧に応じたデジタル
値へ変換するＤ／Ａ変換器８２と、ＲＯＭ８３に格納さ
れた制御プログラムに基づいて動作するＣＰＵ８４とを
備える。ＣＰＵ８４は、Ａ／Ｄ変換された踏力データ８
２ａを取り込むとともに、クランク軸回転数に対応する
信号７５ａのパルス周期等に基づいてクランク軸回転数
を検出し、踏力とクランク軸回転数とに対応してモータ
２１の単位時間当たりの通電比率（デューティ）を予め
準備したＰＷＭマップを参照もしくは予め準備した計算
式を利用して求め、求めた通電比率（デューティ）に対
応してＰＷＭ変調されたモータ駆動信号８１ａを生成し
出力する。

【００２６】モータ駆動制限手段９０は、しきい値電圧
発生手段９１で生成したしきい値電圧ＶＴＨと踏力検出
手段７０の検出出力７０ａの電圧とを比較して、踏力に
係る電圧がしきい値電圧ＶＴＨを越えているときはＨレ
ベル、越えていないときはＬレベルのモータ運転許可／
制限指令信号９２ａを出力する電圧比較器９２と、論理
積回路（アンドゲート）９３とを備える。論理積回路
（アンドゲート）９３の一方の入力端子にはＰＷＭ変調
されたモータ駆動信号８１ａが、他方の入力端子にはモ
ータ運転許可／制限指令信号９２ａが供給され、この論
理積回路（アンドゲート）９３の出力信号９３ａに基づ
いてモータドライバー８５を構成する電力用電界効果ト
ランジスタがスイッチング駆動される。なお、図５にお
いて符号８６はバッテリ電源、８７はメインスイッチ、
８８は各回路部へ安定化した電源ＶＣＣを供給する降圧
型の安定化電源回路である。

【００２７】図６はモータ駆動制限手段の動作を示すタ
イムチャートである。自転車のペダルを漕ぐとペダルの
上死点、下死点では踏力が加わらないため、踏力検出出
力７０ａは図６（ａ）に示すように周期的な増減を繰り
返す電圧波形となる。電圧比較器９２は、踏力検出出力
７０ａの電圧がしきい値電圧ＶＴＨを越えている間、図
６（ｃ）に示すように、Ｈレベルの信号８２ａを出力す
る。したがって、踏力検出出力７０ａに基づいて主制御
系８１が、図６（ｂ）に示すモータ駆動信号（ＰＷＭ信
号）８１ａを出力すると、論理積回路（アンドゲート）
９３を介して図６（ｄ）に示す論理積出力信号９３ａが
出力され、この論理積出力信号９３ａに基づいてモータ
２１の運転が制御される。すなわち、踏力がしきい値を
越えている間のみ、モータ２１の運転が許可され、補助
力が供給される。主制御系８１が何らかの原因で正常な
動作ができなくなり、例えば図６（ｅ）に示すように、
時刻ｔ１以降はＨレベルの出力を保持したとしても、図
６（ｆ）に示すように、踏力がしきい値を越えている間
しかモータ２１の運転は許可されない。したがって、主
制御系８１の動作が正常でなくなっても、ペダルを踏ん
でいない状態ではモータ２１からの補助動力が供給され
ることはない。

【００２８】図７は制御系の一具体例を示す回路構成図
である。バッテリケース組立２５内の電池電源ＢＡＴ
は、給電側フューズＦＯを介して給電用コネクタ３８の
各端子Ｂ＋，Ｂ−から制御装置１００の各電源端子Ｂ
＋，Ｂ−へ印加される。なお、充電は、充電用コネクタ
３６の正極側端子３６ａからダイオードＤＩおよび充電
側フューズＦＩを介して行なう構成としている。充電時
のバッテリ温度を検出するための感熱性抵抗素子３５は
その一端側を負極側端子３６ｂへ接続し、その他端を信
号端子３６ｃに接続している。

【００２９】メインスイッチ４１がオン状態に操作され
ると、制御装置１００の正極側電源端子ＶＢからフュー
ズＦ０、メインスイッチ４１、端子ＳＷを介して電源・
リセット回路部１０１へ電池電源ＢＡＴが供給されると
ともに、ダイオードＤ１と充電電流制限抵抗Ｒ１とから
なるプリチャージ回路１０２を介してモータ電源安定化
用のコンデンサＣ１の充電がなされる。

【００３０】電源・リセット回路部１０１は、例えば２
４Ｖ系のバッテリ電源を降圧して１２Ｖ系と５Ｖ系の安
定化した電源を出力する１２Ｖ系・５Ｖ系電源１０１ａ
と、５Ｖ系電源で動作するリセット回路１０１ｂとを備
える。１２Ｖ系電源は、クランク軸回転センサ７５、な
らびに、モータ２１への通電を制御する電力用電界効果
トランジスタＦＥＴのゲート制御電圧用として使用して
いる。５Ｖ系電源は、１チップマイクロコンピュータ１
０３、モータ駆動制限手段９０、モータ電流検出回路１
０４等で使用される。

【００３１】リセット回路１０１ｂは、５Ｖ系電源の立
上り時にリセットパルスＲＳをＣＰＵへ供給するととも
に、ＣＰＵ１０３ａから所定の周期で出力されるウォッ
チドッグパルスＷＰを監視し、このウォッチドッグパル
スＷＰが所定の時間以上供給されない場合は、リセット
パルスＲＳを出力して、ＣＰＵをリセット（初期化）す
るようにしている。また、リセットパルスＲＳを出力し
た後もウォッチドッグパルスＷＰの供給が再開されない
場合、リセット回路１０１ｂは１２Ｖ・５Ｖ系電源の遮
断指令ＰＯＦＦを１２Ｖ系・５Ｖ系電源１０１ａへ供給
して１２Ｖ・５Ｖ系電源の供給を停止させる。

【００３２】主制御系は、ＣＰＵ１０３ａ、ＲＯＭ・Ｒ
ＡＭ１０３ｂ、Ａ／Ｄ変換器１０３ｃ、図示しないタイ
マ等を内蔵した１チップマイクロコンピュータ１０３を
用いて構成している。

【００３３】モータ電源安定化用コンデンサＣ１の両端
電圧を、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とでＡ／Ｄ変換器１０３ｃ
の入力許容電圧範囲になるよう分圧して、分圧した電圧
をＡ／Ｄ変換器１３０ｃの入力端子Ａ１へ供給してい
る。ＣＰＵ１０３ａは、リセット信号ＲＳに基づく初期
化処理の後に、Ａ／Ｄ変換された分圧電圧値が予め設定
した電圧を越えた時点でリレー駆動指令１０３ｄを出力
する。これにより、リレー駆動回路１０５を介してリレ
ー１０６の励磁巻線が通電され、リレー１０６の接点が
閉状態となってモータ２１へバッテリ電源ＢＡＴが印加
される。

【００３４】モータ電源安定化用コンデンサＣ１の両端
電圧を監視し、このコンデンサＣ１が充電された以降
に、リレー１０６の接点を閉駆動する構成としているの
で、リレー１０６の接点を介して過大な充電電流が流れ
ることはなく、接点が損傷するようなことはない。な
お、コンデンサＣ１の両端電圧の時間当たりの上昇率が
所定値以下になった時点でコンデンサＣ１へのプリチャ
ージが完了したものと判断して、リレー１０６を動作さ
せる構成としてもよい。電圧の変化に基づく判定は、バ
ッテリ電源ＢＡＴの電圧値に無関係にプリチャージの完
了を検出することができる。

【００３５】モータ２１の通電を制御する電界効果トラ
ンジスタＦＥＴのドレイン−ソース間が短絡不良になっ
ていたり、ドレイン−ソース間に並列に接続される逆方
向サージ電圧吸収用のダイオードＤ２の短絡不良等が発
生している場合、コンデンサＣ１の両端電位は、バッテ
リ電圧を充電電流制限抵抗Ｒ１とモータ２１の巻線の抵
抗とで分圧した電圧となる。充電電流制限抵抗Ｒ１の抵
抗値はモータ２１の巻線の抵抗値よりも充分高く設定し
ている。したがって、前述の短絡障害が発生していると
プリチャージでコンデンサＣ１の端子電圧が上昇しない
ので、リレー１０６の駆動が禁止され、短絡障害に伴っ
て過電流が供給されることを事前に防止できる。

【００３６】また、ＣＰＵ１０３ａはモータ２１の運転
状態においても、コンデンサＣ１の両端電圧を監視し、
モータ２１へ印加されている実際の電圧値に基づいて所
望の補助トルクが得られるようＰＷＭ信号１０３ｅの通
電比率の補正を行なっている。これにより、バッテリ電
源電圧が低下等した場合でも、所望の補助トルクを発生
させることができる。

【００３７】モータ２１への通電を停止する際に発生す
る逆極性のサージ電圧は、ダイオードＤ３を介してバッ
テリ電源ＢＡＴで吸収する構成としている。給電側フュ
ーズＦＯは大電流用（数１０アンペア）のものを用いて
いる。モータ２１への給電はリレー１０６の接点を介し
て行なっているので、メインスイッチ４１の電流耐量な
らびにこのメインスイッチ４１と直列に接続されたフュ
ーズＦ１は小容量（数アンペア）のものでよい。

【００３８】クランク軸回転数センサ７５に対してはブ
リード抵抗Ｒ４を介して１２Ｖ系電源を供給している。
端子ＶＣよりもクランク軸回転数センサ７５側で短絡障
害等が生じても、短絡電流はブリード抵抗Ｒ４で制限さ
れので、電源系統は保護される。端子ＣＰに供給される
クランク回転数検出信号７５ａは、波形整形回路１０６
で波形整形され、５Ｖ系の論理振幅に変換されてＣＰＵ
１０３ａの入力端子へ供給される。

【００３９】踏力検出手段７０に対してはブリード抵抗
Ｒ５を介して５Ｖ系電源を供給している。端子ＶＴより
も踏力検出手段７０側で短絡障害等が生じても、短絡電
流はブリード抵抗Ｒ５で制限されるので、電源系統は保
護される。端子ＴＳに供給される踏力検出出力（電圧信
号）７０ａは、分圧比の異なる２組の分圧回路で分圧さ
れ、各分圧電圧をＡ／Ｄ変換器１０３ｃへそれぞれ供給
している。抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７からなる一方の分圧回路
の分圧比は例えば１／２に、抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９からな
る他方の分圧回路の分圧比は例えば１／４に設定してい
る。

【００４０】分圧比の異なる２系統の検出電圧を用意
し、ＣＰＵ１０３ａは２系統のＡ／Ｄ変換データに基づ
いて検出トルクの大きさを検出するとともに、検出トル
クが小の時はＡ／Ｄ入力端子Ａ２に供給された電圧（分
圧比１／２）のＤ／Ａ変換データを、トルクが大の時は
Ａ／Ｄ入力端子Ａ３に供給された電圧（分圧比１／４）
のＤ／Ａ変換データを選択し、分圧比を考慮してトルク
を換算する。このような構成ならびに処理を行なうこと
で、Ａ／Ｄ変換器１０３ｃの分解能が同一でも、小さい
トルクから大きいトルクまで広範囲にわって精度の高い
トルク値検出が可能である。

【００４１】踏力検出手段７０の検出出力は供給されて
いる電源電圧の影響を受けるので、踏力検出手段７０へ
実際に供給している電圧をＡ／Ｄ入力端子Ａ１へ供給
し、そのＤ／Ａ変換データに基づいて検出電圧を補正す
ることで、より正確な踏力検出を行なっている。

【００４２】モータ駆動制限手段９０内の電圧比較器９
２は、踏力検出手段７０へ供給している電圧を抵抗９１
ａと抵抗９１ｂとで分圧して得たしきい値電圧ＶＴＨ
と、踏力検出出力７０ａを抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９とで分圧
した電圧とを比較する構成としている。踏力検出手段７
０へ供給している電圧を分圧してしきい値電圧ＶＴＨを
得ているので、踏力が所定値を越えてか否かをより正確
に判定できる。

【００４３】電圧比較器９２の出力９２ａはＣＰＵ１０
３ａの入力端子へ供給している。ＣＰＵ１０３ａは、電
圧比較器９２の出力９２ａがＬレベル、すなわち、踏力
がゼロの状態が周期的に発生することを監視している。
そして、Ａ／Ｄ変換データに基づく踏力検出に基づいて
モータ２１を運転している状態で、踏力がゼロの状態が
周期的に検出されない場合は、ＰＷＭ信号１０３ｅの出
力を停止し、モータ２１の運転を停止する構成としてい
る。これによって、踏力検出手段７０やＡ／Ｄ変換器１
０３ｃ等の踏力検出系の動作が正常でなく、不要な補助
トルクを発生させることを防止している。

【００４４】ＣＰＵ１０３ａは、Ａ／Ｄ変換器１０３ｃ
を介して検出した踏力と、クランク回転軸回転数に対応
する信号７５ａに基づいて検出したクランク軸回転数と
に基づいてＰＷＭデューティマップを検索し、求めたデ
ューティに対応したＰＷＭ信号１０３ｅを生成し出力す
る。

【００４５】このＰＷＭ信号１０３ｅは、比較器９２の
出力９２ａがＨレベルの間、すなわち、所定以上の踏力
が検出されている間、論理積回路９３を介してＦＥＴ駆
動回路１０７へ供給される。ＦＥＴ駆動回路１０７は、
論理積出力信号９３ａに基づいて電界効果トランジスタ
ＦＥＴのゲートへ電力を供給し、電界効果トランジスタ
ＦＥＴをスイッチング駆動させる。これによって、モー
タ２１がＰＷＭ制御で運転される。

【００４６】ＣＰＵ１０３ａは、モータ２１の運転動作
が正常になされているか否かをモータ電流に基づいて監
視し、異常な電流値を検出したときはモータ２１の運転
を制限するようにしている。モータ通電時、電界効果ト
ランジスタＦＥＴのドレイン−ソース間には、モータ電
流にこの電界効果トランジスタＦＥＴのオン抵抗を乗じ
た電圧（以下ＦＥＴオン電圧と記す）が発生する。

【００４７】モータ電流検出回路１０４内の電子スイッ
チ１０４ａは、論理積出力信号９３ａのＨレベルに同期
してオン状態となって、ＦＥＴオン電圧を抵抗Ｒ１０と
コンデンサＣ２からなる時定数回路１０４ｂへ供給す
る。電子スイッチ１０４ａはバイポーラトランジスタや
電界効果トランジスタ等を用いて構成することができ
る。ＰＷＭ信号に同期して取り込まれたＦＥＴオン電圧
は、時定数回路１０４ｂでＦＥＴオン電圧に対応した概
ね直流電圧（脈流電圧）となる。この直流電圧（脈流電
圧）を電圧増幅器１０４ｃで直流増幅した電圧信号１０
４ｄをＡ／Ｄ変換器１０３ｂのＡ／Ｄ変換入力端子Ａ５
へ供給している。そして、ＣＰＵ１０３ａは、Ａ／Ｄ変
換されたモータ電流値に係る電圧データに基づいてモー
タ電流値が過大となっている場合は、通電デューティを
低く押さえたり、モータ２１の運転を停止するよう構成
している。

【００４８】なお、モータ電流の検出は、電界効果トラ
ンジスタＦＥＴに直列に電流検出用抵抗を介設し、その
電流検出用抵抗端に発生する電圧に基づいて行なっても
よい。この実施例ではＦＥＴオン電圧を検出する構成と
したので、電流検出用抵抗挿入による電力損失がなく、
バッテリ電源ＢＡＴを有効に利用できる。

【００４９】また、ＣＰＵ１０３ａは、Ａ／Ｄ変換器１
０３ｃを介して取り込んだバッテリ電源電圧に係るデー
タと予め設定した残量判定電圧値とを比較し、バッテリ
電源電圧が残量判定電圧値以下に低下している場合は、
表示出力１０３ｆを発生し、ランプ駆動回路１０８を介
してランプＬを点灯させて、充電を促す表示を行なう。
なお、ランプＬは連続通電せずにダイナミック点灯する
ことで節電を図っている。数秒周期で間欠点灯するよう
にしてもよい。

【００５０】本実施例では、踏力が所定値以下の間は、
ＣＰＵから出力されるモータ駆動信号の通過を論理積回
路（アンドゲート）で阻止する構成について説明した
が、モータの通電を制御する電界効果トランジスタのゲ
ートへの電力供給を遮断することでモータの運転を制限
するようにしてもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明に係る電動
補助自転車は、モータの運転を制御する主制御系とは独
立にモータ駆動制限手段を設け、このモータ駆動制限手
段は踏力が加えられていないときはモータの運転を制限
する構成としたので、主制御系の動作が正常でなくなっ
ても、ペダルを漕いでいない状態では、モータから補助
力が供給されることがなく、運転者のフィーリングが損
われることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る電動補助自転車の側面図

【図２】バッテリケースの縦断面図

【図３】バッテリケース組立の後部およびセンターケー
スの底部の縦断側面図

【図４】伝動ギア機構ならびに踏力検出手段の模式構造
図

【図５】制御系のブロック構成図

【図６】モータ駆動制限手段の動作を示すタイムチャー
ト

【図７】制御系の一具体例を示す回路構成図

【符号の説明】

１ 電動補助自転車 ２１ モータ ７０ 踏力検出手段 ８１ 主制御系 ９０ モータ駆動制限手段 １０３ 主制御系を構成するマイクロコンピュータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人力走行の補助にモータの駆動力を利用
   する電動補助自転車において、 踏力検出手段で検出した踏力に基づいて前記モータの運
   転を制御する主制御系と、 この主制御系とは並列に設けられ、前記踏力検出手段で
   検出した踏力と前記主制御系が出力するモータ駆動信号
   に基づいて、踏力が加えられていないときは補助駆動力
   が供給されないように前記モータの運転を制限するモー
   タ駆動制限手段とを備えたことを特徴とする電動補助自
   転車。