JP4283614B2 - 電動補助自転車のモータチェック方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動補助自転車のアシスト用モータのチェック方法に関する。

電動補助自転車は、ペダルに踏み込まれた踏力をトルクセンサで検出し、この踏力に応じた補助動力をアシスト用のモータから付与する（例えば特許文献１参照）。

このような電動補助自転車は、工場の生産ラインで組み立てられた後、出荷前にライン上でモータ等の駆動系がチェックされる。

従来、このような電動補助自転車のモータのチェックは、ライン上で組立てられた製品に対し、そのモータに試験用の指示電流を通電し、駆動輪（通常は後輪）が回転することを確認して駆動チェックを行っていた。

しかしながら、従来のチェック方法では、個々の製品ごとにモータの起動電流やギヤやチェーン等の伝達系のばらつきのため、伝達ロスがばらついて、一定の指示電流を通電したのでは、伝達ロスが大きい場合にはモータが正常であっても後輪が回転しないことがあり、逆に伝達ロスが小さいと、後輪が急激に高速回転してチェック作業がやりにくくなる場合があった。

特開平１１−１７１０８１号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、製品ごとのモータの起動電流のばらつきやギヤやチェーン等の伝達系のばらつきに基づく伝達負荷の変動にかかわらず確実にモータを駆動して異常チェックを行うことができ、駆動輪の急激な回転を防止してチェック作業を円滑に行うことができる電動補助自転車のモータチェック方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、電動補助自転車の駆動伝達系を介して後輪に連結されたモータに所定の指示電流を通電し、該モータの回転をチェックする生産ライン上における電動補助自転車のモータチェック方法において、前記指示電流を所定の初期値から所定時間内に所定の増加率で徐々に増加させ、前記所定時間内に前記モータが所定回転数に達したか否かによりモータの異常を判別することを特徴とする電動補助自転車のモータチェック方法を提供する。

請求項２に係る発明では、前記所定時間内に前記所定回転数に達した後、前記指示電流を徐々に減少させることを特徴としている。

請求項３に係る発明では、一方向クラッチを介してモータに連結された駆動輪を有し、前記モータが正回転することにより前記駆動輪が回転する電動補助自転車の前記モータに所定の指示電流を通電して該モータの回転をチェックする生産ライン上における電動補助自転車のモータチェック方法において、
前記モータを逆回転させる所定の指示電流を通電して、該指示電流により該モータが所定の回転数に達したか否かにより該モータの異常を判別することを特徴とする電動補助自転車のモータチェック方法を提供する。

請求項１の発明によれば、モータに対するチェック用の指示電流を所定の初期値から徐々に増加させるため、伝達ロスのばらつきにかかわらず確実にモータを回転させることができ、所定時間経過してもモータが回転しない又は所定回転数に達しない場合に異常と判別することができる。また、初期値をある程度低く設定しておくことにより、通電した瞬間に急激に駆動輪が回転することを防止でき、チェック作業が円滑にできる。

請求項２の発明によれば、チェック用の指示電流を徐々に増加する過程でモータが所定の回転数に達して正常と判別された場合に、所定の回転数に達した後、直ちに電流を遮断しないで徐々に指示電流を減少させるため、モータに対する急激な電流変化や伝達系の急激な負荷変動を抑えることができる。

請求項３の発明によれば、モータを駆動輪の駆動回転方向と逆方向に回転させることにより、一方向クラッチにより駆動輪が回転することなく、モータのみを回転させることができ、伝達系のロスのばらつきにかかわらずモータの回転チェックができる。この場合、駆動輪が回転しないため、駆動輪の急激な回転動作が起きることはなくチェック作業が円滑に行われる。

図１は、本発明が適用される電動補助自転車の側面図である。
電動補助自転車１は、左右のハンドル２の中央のステアリング軸３が挿通するヘッドパイプ４を有し、ステアリング軸３が左右のフロントフォーク５に連結され前輪６の方向を操作する。ヘッドパイプ４にはダウンチューブ７が接合され、サドル８の下方のシートチューブ９に連結される。これらのダウンチューブ７およびシートチューブ９の下端部にカバー１０に上部を覆われた走行用電動モータ３７等の電気駆動系とペダルクランク軸等の人力駆動系とを一体化したパワーユニット１１が支持される。このパワーユニット１１において、ペダルクランク軸１２と同軸的に配置された合力機構（図示しない）により、ペダル１５からの踏力とモータ力が融合される。この合力機構は遊星歯車機構からなり、この遊星歯車機構に連結してペダル１５からの踏力に応じて変位する踏力検出機構（トルクセンサ）が設けられる。

パワーユニット１１の後部には補助動力制御用コントローラ１３が設けられる。このコントローラ１３は、後述の車速計算手段（図２）で求めた車速に基づいて、速度に応じたアシスト比となるようにモータ３７を駆動制御するためのマイクロコンピュータにより構成される。このようなコントローラ１３の設置位置は、図の例に限らず、ダウンチューブ７の途中あるいはカバー１０の内部、フロントフォーク５、チェーンステー３８、シートステー３９の途中その他の適当な位置であってもよい。

サドル８の下部のシートチューブ９の後方にはバッテリケース１４が上方に着脱自在に設けられ内部にモータ３７駆動用のバッテリが収納される。ペダルクランク軸１２上で合力機構により融合された踏力と補助動力は、チェーン１６により後輪１７に伝達されこれを回転駆動する。後輪１７のハブ１８には、チェーン１６の回転を伝達するスプロケット（図示しない）、ロータリ式またはスライド式の変速ギヤ機構（図示しない）が設けられ、これに近接したフレーム側にはこの変速ギヤ機構を駆動するモータあるいはソレノイドからなるアクチュエータが装着される。

このようなチェーン１６を介した駆動伝達系において、チェーンが巻き掛かる駆動側及び被駆動側のスプロケットの一方に一方向クラッチが備わり、後輪の回転がスプロケットの回転より速くなったとき、後輪を遊転させる。したがって、モータが逆回転（駆動輪の前進走行回転方向と逆方向に回転）したときには、駆動輪は回転しない。

図２は、本発明の実施形態に係る電動補助自転車のトルク制御装置のブロック構成図である。

このトルク制御装置は、ペダル踏力を検出するトルクセンサ４１と、このトルクセンサ４１の検出トルクに基づいてパルスモータからなる電動モータ４２の駆動電流を算出してこれを駆動制御するためのコントローラ４３と、コントローラ４３からの駆動信号により電動モータ４２を駆動するためのモータ駆動回路４４と、モータ４２の電流を検出するための電流検出回路（電流計）４５と、モータ４２の回転を検出するためのエンコーダ４６とにより構成される。

コントローラ４３は、例えばＣＰＵからなり、予め設定されたソフトプログラム又はハード回路によるモータ回転数計算手段４７、車速計算手段４８、トルクセンサ値加工手段４９、トルク−電流計算手段５０、デューティ計算手段５１とを備える。

トルクセンサ４１で検出されたペダル踏力は、トルクセンサ値加工フィルタ４９でノイズ等を除去されるとともに、検出トルク及び車速に基づいて演算加工され、ペダル踏力に応じた出力電圧（加工トルク値）が得られる。車速は、コントローラ４３内で、エンコーダ４６からのパルス信号に基づいて、モータ回転数計算手段４７及び車速計算手段４８により演算され、加工フィルタ手段４９に入力される。

加工された後の加工トルク値はトルク−電流計算手段５０に入力され、加工トルクに応じた電流指令値が算出される。この電流指令値に基づき、デューティ計算手段５１で駆動パルスのデューティ比が算出され、ＰＷＭ出力としてモータ駆動回路４４に入力され、モータ４２を駆動する。モータ４２の駆動電流は電流検出回路４５で検出されデューティ計算回路５１に戻されてフィードバック制御される。

図３は、本発明に係るモータチェック方法を実施するための回路構成を示すブロック図である。このブロック図は、図２のトルク制御装置に組み込まれる回路である。
図示したように、エンコーダ４６からのパルス信号に基づきモータ４２の回転数を演算するモータ回転数計算手段４７が、タイマ５３とともに電流指令値計算手段５４に接続される。電流指令値計算手段５４は、後述のように、チェック用の電流指令値を、タイマ５３で設定された所定時間通電し、そのときのモータ回転数を計測して電流検出回路４５の異常をチェックする。

すなわち、本発明の電動補助自転車の駆動系のチェック方法においては、モータ４２に対し、チェック用の指示電流を通電し、これにより駆動伝達系（チェーンや変速ギヤ等）５２を介して後輪に連結されたモータが所定の回転数に達するか否かをチェックする。

図４は、本発明の実施形態に係る電動補助自転車のチェック方法のフローチャートである。このフローは、予め設定されたプログラムにしたがって実行される。プログラムは例えばコントローラ４３（図２）内に格納される。各ステップのルーチンは以下の通りである。

ステップＳ１：
チェック用の指示電流として所定の初期値（この例では２Ａ）をモータ４２（図２、図３）に通電する。

ステップＳ２：
タイマ５３（図３）により、チェック開始後所定時間（この例では２秒）経過したか否かを判別する。２秒経過前であればステップＳ３に進む。

ステップＳ３：
モータの回転数が所定回転数（この例では１００ｒｐｍ）以上か否かを判別する。１００ｒｐｍに達していなければステップＳ４に進む。

ステップＳ４：
指示電流を０．２Ａ増加させる。

ステップＳ５：
指示電流が４Ａ以上か否かを判別する。

ステップＳ６：
指示電流が４Ａ以上となった場合、指示電流をそれ以上増加させずに４Ａに保つ。

ステップＳ７：
チェック開始後又は前回このステップＳ７で判別した後１００ｍｓ経過したか否かを判別する。すなわち、これは１００ｍｓごとに指示電流を０．２Ａずつ増加させるためのステップである。１００ｍｓ経過前であれば１００ｍｓ経過するまで待ち、１００ｍｓ経過したらステップＳ２に戻る。これにより、モータの回転数が１００ｒｐｍに達しないときに、２秒間の間１００ｍｓごとに０．２Ａずつ指示電流を増加していく。途中で１００ｒｐｍの回転数に達したら、モータを含む駆動系は正常と判断し、ステップＳ８以降のモータ停止ルーチンに進む。２秒経過しても１００ｒｐｍの回転数に達しない場合には、異常と判別してステップＳ１２に進む。

ステップＳ８：
上記ステップＳ３でモータ回転数が１００ｒｐｍに達した場合、すなわちモータを含む駆動系が正常に動作する場合に、指示電流を徐々に下げていく。この例では１００ｍｓごとに０．２Ａずつ下げる。したがって、このステップＳ８では、指示電流を、１００ｒｐｍに達したときの指示電流から０．２Ａ下げる。

ステップＳ９：
モータ回転数が１００ｒｐｍに達した時点から所定時間（この例では１秒）経過したか否かを判別する。これは、１秒経過するまで１００ｍｓごとに０．２Ａずつ指示電流を低下させ、１秒経過した時点で指示電流をゼロにするためのステップである。１秒経過前であればステップＳ１０に進み、１秒経過したらステップＳ１１に進む。

ステップＳ１０：
チェック開始から又は前回このステップで判別した後１００ｍｓ経過したか否かを判別する。１００ｍｓ経過前であれば１００ｍｓ経過するまで待ち、１００ｍｓ経過したらステップＳ８に戻り指示電流をさらに０．２Ａ下げる。

ステップＳ１１：
上記ステップＳ９で１秒経過したときのステップであり、指示電流をゼロにして、すなわちモータを停止してチェックプログラムのフローを正常と判別して終了する。

ステップＳ１２：
上記ステップＳ２で、２秒経過してもモータ回転数が１００ｒｐｍに達しなかったときのステップであり、モータを含む駆動系が異常と判別してチェックプログラムのフローを終了する。

図４は、本発明の別の実施形態に係る電動自転車のチェック方法のフローチャートである。各ステップのルーチンは以下の通りである。

ステップＴ１：
モータの指示電流として逆回転方向の電流を４Ａ通電する。

ステップＴ２：
モータの回転数が逆回転で所定値（この例では１００ｒｐｍ）以上か否かを判別する。このとき、モータは逆回転であるため、一方向クラッチの作用によりモータの回転は駆動輪に伝達されず、したがって駆動輪は回転しない。ここでモータが１００ｒｐｍに達していれば正常であり、１００ｒｐｍの回転数が得られなければ異常と判別することができる。１００ｒｐｍに達していればステップＴ３に進み、達していなければステップＴ６に進む。

ステップＴ３：
指示電流（−４Ａ）を通電してから１秒経過したか否かを判別する。１秒経過していなければ１秒経過するまで待ち、１秒経過したらステップＴ４に進む。

ステップＴ４：
指示電流をゼロにしてモータを停止する。

ステップＴ５：
チェック結果が正常であることを表示してチェックプログラムのフローを終了する。チェック結果の表示は、例えば車両のメータボックスに備わる運転モード表示やバッテリ残量表示等のＬＥＤを利用して点灯あるいは点滅等により行うことができる。あるいはチェック結果表示専用のＬＥＤを工場のライン側に設けてもよい。

ステップＴ６：
上記ステップＴ３でモータが逆回転で回らない又は１００ｒｐｍの回転数に達しない場合、その状態が２秒経過したか否かを判別する。２秒経過するまでは、ステップＴ２に戻り１００ｒｐｍに達するまでチェックし続ける。２秒経過したらステップＴ７に進む。

ステップＴ７：
２秒経過してもモータが回らない又は１００ｒｐｍに達しない場合、指示電流をゼロにしてモータ駆動を停止する。

ステップＴ８：
モータが異常であることを表示してチェックプログラムのフローを終了する。表示方法は上記ステップＴ５の正常の場合と同様である。

本発明が適用される電動補助自転車の全体図。 図１の電動補助自転車のトルク制御装置全体のブロック図。 本発明の実施形態の回路構成を示すブロック図 本発明の実施形態のフローチャート。 本発明の別の実施形態のフローチャート。

符号の説明

１：電動補助自転車、２：ハンドル、３：ステアリング軸、４：ヘッドパイプ、５：フロントフォーク、６：前輪、７：ダウンチューブ、８：サドル、
９：シートチューブ、１０：カバー、１１：パワーユニット、
１２：ペダルクランク軸、１３：コントローラ、１４：バッテリケース、
１５：ペダル、１６：チェーン、１７：後輪、１８：ハブ、３７：電動モータ、３８：チェーンステー、３９：シートステー、４１：トルクセンサ、
４２：電動モータ、４３：コントローラ、４４：モータ駆動回路、
４５：電流検出回路（電流計）、４６：エンコーダ、
４７：モータ回転数計算手段、４８：車速計算手段、
４９：トルクセンサ値加工手段、５０：トルク−電流計算手段、
５１：デューティ計算手段、５２：駆動伝達系、５３：タイマ、
５４：電流指令値計算手段。

Claims (3)

1. 電動補助自転車の駆動伝達系を介して後輪に連結されたモータに所定の指示電流を通電し、該モータの回転をチェックする生産ライン上における電動補助自転車のモータチェック方法において、
   前記指示電流を所定の初期値から所定時間内に所定の増加率で徐々に増加させ、前記所定時間内に前記モータが所定回転数に達したか否かによりモータの異常を判別することを特徴とする電動補助自転車のモータチェック方法。
2. 前記所定時間内に前記所定回転数に達した後、前記指示電流を徐々に減少させることを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車のモータチェック方法。
3. 一方向クラッチを介してモータに連結された駆動輪を有し、前記モータが正回転することにより前記駆動輪が回転する電動補助自転車の前記モータに所定の指示電流を通電して該モータの回転をチェックする生産ライン上における電動補助自転車のモータチェック方法において、
   前記モータを逆回転させる所定の指示電流を通電して、該指示電流により該モータが所定の回転数に達したか否かにより該モータの異常を判別することを特徴とする電動補助自転車のモータチェック方法。

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