JP3872660B2

JP3872660B2 - 電動アシスト自転車

Info

Publication number: JP3872660B2
Application number: JP2001170833A
Authority: JP
Inventors: 京介小勝; 彰人吉家; 史二唐
Original assignee: Sunstar Giken KK
Current assignee: Sunstar Giken KK
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2021-06-06
Also published as: JP2002362472A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、踏力に電動力を並列に付加する制御の際にＰＷＭ制御（Pulse width Modulation）を利用する電動アシスト自転車、及び、当該電動アシスト自転車においてＰＷＭ制御を行う方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、電動アシスト自転車のモータ制御は、一例として図１７に示すような回路が用いられていた。この回路では、検出された踏力及び車速に基づいてモータ制御信号を演算出力するため８ビットの１チップマイコンを用いている。この１チップマイコンから出力されるモータ制御信号は、Ｄ／Ａ変換されアナログ信号としてＰＷＭ（Pulse width Modulation）制御ＩＣに入力される。ＰＷＭ制御ＩＣは、モータ制御アナログ信号の各瞬間値の振幅（即ち、モータへの指令トルク）を、これに対応するパルス幅を持つパルス時系列信号に変調する。このパルス時系列信号は、トランジスタを介してバッテリーに接続されたモータＭに入力され、各パルス幅に応じた電力でモータＭが付勢される。
【０００３】
このように従来の電動アシスト自転車のモータ制御では、殆どの場合、該自転車への補助動力を指令する制御手段として比較的安価な８ビットマイコンを使用し、付加機能は、夫々の専用ＩＣ、例えば上記のＰＷＭ制御ＩＣによって対応していた。逆に云えば、専用のＩＣ（ＰＷＭ制御ＩＣ）を用いることを前提としているため、電動アシスト自転車のコントロールを行うには処理能力の低い８ビットマイコンで十分とされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、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。また、マイコンから独立した専用ＩＣを用いているため、マイコンからの指令に対する応答性が低く、例えば停止条件時のモータ停止などを直ちに実行できない等の問題があった。
【０００５】
本発明は、上記デメリットを解消し、これによって、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、制御応答性の優れた電動アシスト自転車、並びに、当該電動アシスト自転車においてＰＷＭ制御を行う方法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、本発明の電動アシスト自転車は、踏力を検出する踏力検出手段と、踏力と並列に付加される補助動力を出力する電動モータと、電動アシスト自転車の電子的処理を一括制御すると共に、検出された少なくとも踏力に基づい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パルス幅変調制御方式で制御する、単一チップ制御回路と、を含んで構成される。
【０００７】
本発明によれば、単一チップ制御回路が、検出された少なくとも踏力に基づい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パルス幅変調制御方式で制御する。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電動モータの制御も行うので、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。
【０００８】
かくして、より高度な処理機能が求められるため、単一チップ制御回路は１６ビットマイコンであるのが好ましい。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。
【０００９】
好ましい態様では、単一チップ制御回路は、電子的処理及びパルス幅変調制御の少なくともいずれかを、該回路内に実装されたソフトウェアに基づいて実行する。これによって、将来的な機能変更に柔軟に対処できるだけでなく、付加機能の追加も容易に行うことができる。また、電動モータに対するパルス幅変調制御において、ソフトで常に監視するので、如何なる状態でも即座に電動モータの停止を行うことができる。
【００１０】
好ましくは、単一チップ制御回路は、電力増幅器を介して電動モータに接続されている。電力増幅器は、単一チップ制御回路からのパルス信号列を増幅し、増幅されたパルス信号列が電動モータを直接付勢する。この電力増幅器は、簡単な回路で実現できるので、部品点数の増加及び基板の大型化を抑制しつつ、単一チップ制御回路への負荷を軽減することができる。
【００１１】
本発明の別の好ましい態様では、電動アシスト自転車の車速を検出するための車速センサーを更に含み、単一チップ制御回路は、検出された車速及び踏力に基づいて補助動力を決定することを特徴とする。
【００１２】
単一チップ制御回路の電子的処理として様々な付加機能があり得る。その一つが、入力信号から車速を演算する機能である。この場合、車速センサーは、車速に関連した物理量を示す信号（例えば、磁場強度信号）を出力し、単一チップ制御回路は、該信号を処理して補助動力を決定するための車速に変換する。
【００１３】
単一チップ制御回路の電子的処理として、踏力検出手段の出力信号を解析する処理もある。その好ましい態様は、踏力により回転するドライブ軸の実質的に一方向の回転のみをスプロケットに伝達するように該ドライブ軸と該スプロケットとを連結する一方向クラッチ手段を更に備え、踏力検出手段は、一方向クラッチ手段の踏力に応じた変形によって変化する物理量を検出する手段とするものである。
【００１４】
この態様では、自転車に必要不可欠である一方向クラッチ手段の踏力に応じた変形によって変化する物理量に基づいて補助動力を制御するので、従来技術のように通常の自転車では用いられていないトルク検出用の大型コイルスプリングや円盤等の別体部品を追加する必要を無くすことができる。従って、単一制御回路による機構の簡素化と相俟って、通常自転車からの車体の改変を少なくして電動アシスト自転車を更に容易に製造することができる。
【００１５】
好ましくは、踏力検出手段は、少なくとも２箇所において変形によって変化する物理量を検出し、単一チップ制御回路は、少なくとも２箇所において検出された物理量を加算平均する電子的処理を行ってもよい。これによって、踏力検出値のＳ／Ｎ比を上げ、高精度の電動アシスト制御を行うことができる。
【００１６】
本発明のＰＷＭ制御方法は、踏力を検出する踏力検出手段と、該踏力と並列に付加される補助動力を出力する電動モータと、を備えた電動アシスト自転車において、単一チップ制御回路を用いて、電動アシスト自転車の電子的処理を一括制御すると共に、検出された少なくとも踏力に基づい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パルス幅変調制御方式で制御する。
【００１７】
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。
【００１８】
【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１８などが周知の態様で取り付けられている。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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３０２）。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３０６）。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ＰＷＭ（Pulse width Modulation）制御する（ステップ３０８）。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。
【００２４】
ＰＷＭ制御を実行後、１チップマイコン１４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。
【００２５】
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３００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。
【００２６】
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。
【００２７】
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ＩＣ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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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２３ｂ、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。
【００３１】
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２６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）。
【００３２】
また、抵抗２３ｃの始端２９からライン２６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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
モータが停止している場合（ステップ３３０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３３４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。
【００３６】
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２３ｂ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。
【００３７】
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Ｔ₂経過後に（ステップ３３８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）。
【００３８】
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３４４）、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
その上、図示のように動力スプロケット３３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。
【００５４】
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２０５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、１２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。
【００５５】
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。
【００５６】
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２１４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。
【００５７】
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ＩＣ２１２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。
【００５８】
１チップマイコン１４は、ホールＩＣ２１２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ＩＣ２１２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。
【００５９】
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２２２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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
駒部１００では、３つのラチェット駒１０２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。
【００６５】
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１０１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。
【００６６】
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１２４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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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１６（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１０８ａをドライブシャフト４側に設けてもよい。更に、図１６（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１４０ｂ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。
【００７０】
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。
【００７１】
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１４６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。
【００７２】
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１００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。
【００７３】
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１２４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。
【００７４】
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。
【００７５】
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１０１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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
▲１▼ 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。
▲２▼ 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。
▲３▼ 上記項目▲１▼及び▲２▼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。
▲４▼ 上記項目▲１▼及び▲２▼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。
▲５▼ 上記項目▲１▼及び▲２▼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。
【００７８】
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、１チップマイコンの機能として、ＰＷＭ制御の他に、回転速度信号からの車速演算及び歪みゲージ信号１、２からの踏力演算機能を例にしたが、電動アシスト自転車１に関する任意の電子処理であれば、これ以外の機能を付加することができる。また、本発明に係る１チップマイコンは、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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、単一チップ制御回路を用いて、電動アシスト自転車の電子的処理を一括制御すると共に、検出された少なくとも踏力に基づい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パルス幅変調制御方式で制御するようにしたので、部品点数の減少、トータルコストの削減、基板サイズの小型化、及び、単一チップ制御回路からの指令に対する応答性の向上といった優れた効果が得られる。更に、通常の自転車からの改変を更に少なくして電動アシスト自転車を製造することができる。
【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。
【図１７】図１７は、従来の電動アシスト自転車の制御系を示す概略図である。
【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
２４ＦＥＴ
２５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ＩＣ
２２０回転速度センサー

Claims

電動アシスト自転車であって、
前記電動アシスト自転車の電子的処理を一括制御するための単一チップ制御回路と、
踏力を補助するための補助動力を出力する電動モータと、
前記電動モータに電力供給するためのバッテリーと、
ドライブ軸の一方向の回転のみをスプロケットに伝達するように該ドライブ軸と該スプロケットとを連結する一方向クラッチ手段と、
前記一方向クラッチ手段の踏力に応じた変形によって変化する物理量を検出する踏力センサーと、
車速に関連した物理量を示す信号を出力する車速センサーと、
を備え、
前記単一チップ制御回路は、少なくとも前記踏力センサーの出力信号及び前記車速センサーの出力信号に基づいて補助動力を決定し、該補助動力を出力するよう前記電動モータをパルス幅変調制御方式で制御し、
前記単一チップ制御回路は、前記バッテリーの残量を検出する処理を実行し、
前記単一チップ制御回路は、前記パルス幅変調制御方式と、前記バッテリーの残量検出処理を含む前記電子的処理とを前記単一チップ制御回路内に実装されたソフトウェアに基づいて実行することを特徴とする、電動アシスト自転車。
前記電動アシスト自転車の車速に応じた回転速度で回転するギアを更に備え、
前記車速センサーは、
前記ギアと略同心に回転するよう取り付けられたリングマグネットであって、その略平坦な表面には、周方向に沿って一定角度周期で空間的に変化する磁場を該表面上に生じさせるように複数の磁石区分が形成される、前記リングマグネットと、
前記リングマグネットの表面に隣接した固定位置で磁場を検出する磁場検出センサーと、
を備え、
前記単一チップ制御回路は、前記磁場検出センサーにより検出された磁場信号に基づいて前記ギアの回転速度を検出し、該回転速度を車速に変換する、請求項１に記載の電動アシスト自転車。
前記単一チップ制御回路は１６ビットマイコンである、請求項１又は２に記載の電動アシスト自転車。
前記単一チップ制御回路は、電力増幅器を介して前記電動モータに接続されている、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。
前記踏力検出センサーは、少なくとも２箇所において前記変形によって変化する物理量を検出し、
前記単一チップ制御回路は、前記少なくとも２箇所において検出された物理量を加算平均する、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。