JPH1042537A - 移動装置用のモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で直接駆動力が伝達できる移動装
置用のモータを提供すること。 【解決手段】 操作者の操作により移動装置で移動する
際に、移動するための力の一部を車輪に補助する移動装
置用のブラシレス型のモータ３１であり、車輪内に配置
されて車輪と一体に回転する収容部材５５、５８内に、
磁気回路を形成するロータヨークとロータマグネット５
６を固定したロータＲＴと、移動装置の固定部側に固定
されたステータであり、車輪内においてロータＲＴと収
容部材内において同軸状に配置され、ロータＲＴのロー
タマグネット５６に対して周方向に対向して駆動コイル
を巻いた鉄芯５３を有するステータＳＴと、を備え、ス
テータＳＴの駆動マグネット５６に通電することでロー
タＲＴと車輪１７を一体に回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操作者が与える移
動するための力の一部を、バッテリからの通電により補
助するようになっている移動装置用のモータの改良に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】移動装置として、たとえば自転車を例に
挙げると、操作者は自転車のサドルに座り、操作者の踏
力を用いて、ペダル、クランク、チェーン等の駆動伝達
部を介して後輪を駆動することで走行できる。

【０００３】ところで、このように操作者が踏力を与え
て自転車で走行する場合に、平坦な道であれば苦労はし
ないが、登り坂に差しかかると、操作者の踏力だけでは
なかなか登り切れず、特に登り坂が急で長いと途中で自
転車を降りなければならないという問題がある。

【０００４】操作者の踏力を補助するためのモータを備
えた自転車が提案されている。従来のこのような自転車
は、電気自転車とも呼ばれており、操作者の踏力は、ク
ランク軸、チェーンあるいは主軸に組み込んだ図４６に
示す機械的なトルクセンサ１により検出している。そし
て機械的なトルクセンサ１の踏力信号２は、制御部３に
おいて、ペダルの回転センサ４からのペダルの回転を確
認した段階で、踏力信号２に基づく操作者の踏力トルク
の１／２を算出して、踏力（人力）の１／２をモータが
常に補助（アシスト）している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の電
気自転車のモータとしては次のような装置が提案されて
いる。

【０００６】（１）米国特許第５，３４１，８９２号公
報では、モータの回転力は、ベルトやプーリ等を用いて
何段かで減速して車輪に対して間接的に伝達すること
で、車輪を回転する。この形式の装置では、モータの回
転力を複数段階で減速するために、装置の構造が複雑な
ばかりでなく、回転軸数が多く、しかもベルトの占有面
積が必要であり、モータとその減速装置の外形寸法がか
なり大きくそれらの軸方向の厚みも大きく、強度を確保
する必要があるので、電気自転車の車輪を駆動するのに
はこれらのモータと減速装置は不向きである。

【０００７】（２）米国特許第５，４５０，９１５号公
報では、車輪はモータの駆動力を直接受けることで、車
輪を回転する。

【０００８】この形式の装置は、給電および通電切り換
え用のブラシを備えるモータを採用しており、第１のロ
ータがステータの内部に配置されかつ第２のロータがス
テータの外部に配置された３層構造になっている。第１
と第２のロータはステータに対して多数の軸受部を用い
て回転可能に支持されており、このモータの構造は複雑
であり、車輪とともにロータが回転する際のロータの回
転バランスが悪く、電気自転車の車輪を駆動するのには
不向きである。

【０００９】そこで本発明は上記課題を解消し、構造が
簡単で直接駆動力が伝達できる移動装置用のモータを提
供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、操作者の操作により移動装置で移動する際に、
移動するための力の一部を車輪に補助する移動装置用の
ブラシレス型のモータであり、車輪と一体に回転する収
容部材内に、磁気回路を形成するロータヨークとロータ
マグネットを固定したロータと、移動装置の固定部側に
固定されたステータであり、ロータの収容部材内におい
て同軸状に配置され、ロータのロータマグネットに対し
て周方向に対向して駆動コイルを巻いた鉄芯を有するス
テータとを備え、ステータの駆動マグネットに通電する
ことでロータと車輪を一体に回転させる移動装置用のモ
ータにより、達成される。

【００１１】本発明では、ステータの駆動コイルに通電
することでロータが車輪に直接駆動力を与えて車輪を回
転する。車輪内には、ロータとステータが配置されてい
るだけであるので、構造が簡単で小型にできる。ロータ
のロータマグネットがロータの収容部材に配置されてお
り、ロータの収容部材はステータの駆動マグネットに対
向していることから、大きなトルクが得られ、このトル
クにより車輪を回転させることができる。

【００１２】ステータがロータのハウジングとハウジン
グキャップ内に封入されているので、ロータの内部とス
テータの防水と防塵が図れる。

【００１３】ロータは第１と第２の合計２つのベアリン
グを用いるだけの簡単の機構で回転可能に支持できるこ
とから、モータは構造が簡単で小型軽量である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。

【００１５】なお、以下に述べる実施の形態は、本発明
の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限
定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明にお
いて特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これら
の形態に限られるものではない。

【００１６】図１は、本発明の移動装置用のモータ（電
動機）を備える電気自転車の一例を示している。

【００１７】図１の電気自転車は、フレーム１１、ハン
ドル１２、握り１３、クランク１４、サドル１５、前輪
１６、後輪１７、ギヤ１８ａ、ギヤ１８ｂ、走行情報把
握手段である制御手段１００、動力補助手段３０等を備
えている。制御手段１００は、フレーム１１およびクラ
ンク１４の付近に配置されている。動力補助手段３０
は、図１の実施の形態では後輪１７に配置されている。
クランク１４、前輪１６、後輪１７、ギヤ１８ａ，１８
ｂは、走行時の回転部である。また、クランク１４は、
操作者の操作により回転が発生する被操作部となってお
り、該被操作部の回転は後輪１７に伝達され、該後輪１
７が電気自転車１０００を移動させるための駆動輪とし
て機能する。

【００１８】フレーム１１の三角形の空間部分の空間に
は、取付プレート２１が設けられている。この取付プレ
ート２１は、バッテリ４０、制御手段１００および傾斜
センサ９０等が配置されている。

【００１９】大径のギヤ１８ａと小径の１８ｂには、動
力を伝達するためのチェーン１８ｃが設けられている。
図１の電気自転車１０００は、たとえば車重が２０Ｋｇ
程度であり、バッテリ４０は取付プレート２１から取外
し可能になっている。このバッテリ４０は家庭用の商用
電源１００Ｖで充電可能である。動力補助手段３０が、
操作者の踏力の一部をアシストした状態で、電気自転車
１０００はたとえば７０ｋｍまで走行可能である。バッ
テリ４０は、一例として約４時間で満充電可能であり、
このバッテリ容量はたとえば２８．８Ｖ−５Ａｈ（１４
４Ｗｈ）程度である。そのバッテリ４０の重さは、たと
えば１．３ｋｇと軽いものである。

【００２０】図２は、図１の動力補助手段３０および制
御手段（走行情報把握手段）１００、傾斜センサ９０
（傾斜情報把握手段）等を含んだ電気自転車１０００の
統合制御部２０００を示している。図３は図２の統合制
御部２０００における電気自転車１０００の制御イメー
ジを示している。

【００２１】まず図３を参照すると、速度センサ１１
０、傾斜センサ９０、クランク回転センサ１２０、前ブ
レーキセンサ１３０、後ブレーキセンサ１４０からのそ
れぞれの信号に基づいて、制御手段１００が、電気自転
車の走行状態を把握し、そして制御手段１００が速度セ
ンサ１１０からの速度信号ＶＳに基づいて速度変化情報
（加速度情報）を合成し、これにより、制御手段１００
は動力補助手段３０に対して、操作者（ライダー）の意
思に忠実なパワーアシストを実現させるようになってい
る。

【００２２】そのために先ず、速度情報と傾斜情報か
ら、一般式により、その時点における走行動力（Ｐ）を
算出して、かかる走行動力情報と加速度情報とを加えて
リアルタイムなアシスト量を決定する。

【００２３】速度情報と傾斜情報とから、その時点にお
ける走行動力（Ｐ）を一般式により算出することができ
るが、ここで算出された走行動力（Ｐ）は、その時点に
おいて電気自転車１０００をその速度で走行させるのに
必要な力でしかない。

【００２４】そこで、上述のように、速度信号ＶＳに基
づいて速度変化情報（加速度情報）を求め、この加速度
情報に基づく走行動力の値（加速走行動力値）と上記算
出した走行動力の値（定速走行動力値）とを加えること
で、操作者の意思を電気自転車１０００の走行に反映さ
せることができる。

【００２５】具体的には、ある時点（微少時間）におい
て、速度情報から加速度情報を算出することで、操作者
が加速しようとしているのか減速しようとしているのか
を判断することができ、例えば、加速しようとしている
ときはアシスト量を増加する。また、例えば、同じ加速
度情報であっても、その時の走行速度が遅いときはアシ
スト量を大きく、速いときはアシスト量を小さくして低
速時における走行性を高めたり、さらに、路面の傾斜状
態が大きいときは、加速度情報がマイナスになった場合
（減速状態）でもそのアシスト量を大きくすることによ
り、登り坂での走行性を高めたりすることができる。

【００２６】このような速度情報、傾斜情報、加速度情
報を用いて、アシスト量を決定するには、各種の状況
（速度情報、傾斜情報、加速度情報から得られる状況）
に対応した計算式を用意し、その状況に対応した計算式
により各別に算出しても良く、或いは、予め、算出され
たデータをテーブルに格納しておき、各状況に対応した
テーブルデータに基づいてアシスト量を決定するように
しても良い。

【００２７】まず図２において、制御手段（走行情報把
握手段）１００の中央演算処理装置１０１は、バスを介
してデジタル入出力部１０２、カウンタ１０３、アナロ
グ入力部（アナログ／デジタル変換部）１０４、ＰＷＭ
信号生成ロジック部１０９のＰＷＭ（パルス幅変調）デ
ータ部１０５に接続されている。

【００２８】クロック発生部１０６はカウンタ１０３と
中央演算処理装置１０１にシステム動作の基準用のシス
テムクロックを与える。

【００２９】アナログ入力部１０４は、傾斜センサ９
０、電流センサ１５０、温度センサ１６０からのアナロ
グ信号を受けてデジタル変換する。

【００３０】カウンタ１０３は、クロック発生部１０６
からのシステムクロックに基づいて、ＰＷＭデータ部１
０５に対してＰＷＭクロックφ（１／１２８キャリア）
を与える。ＰＷＭデータ部１０５は、チャンネルｃｈ０
〜チャンネルｃｈ３のカウンタユニット１０５ａ〜１０
５ｋを有し、チャンネルｃｈ３はチャンネルｃｈ０〜チ
ャンネルｃｈ２の値をクリアするためのカウンタリセッ
トを備えている。

【００３１】ＰＷＭデータ部１０５のチャンネルｃｈ０
〜チャンネルｃｈ２のカウンタユニット１０５ａ〜１０
５ｃは、カウンタユニット１０５ｄ，１０５ｅ，１０５
ｆおよびアイソレーション用のフォトカプラ１０５ｇ，
１０５ｈ，１０５ｉを介して３相モータ３１のドライバ
パワー段１７０に接続されている。このパワー段１７０
は、３相モータ３１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相をそれぞれＰＷ
Ｍ制御して適宜通電する。

【００３２】デジタル入出力部１０２には、アシストボ
タン１８０、前ブレーキセンサ１３０，後ブレーキセン
サ１４０、クランク回転センサ１２０、温度センサ１６
０等が、アイソレーション用のフォトカプラ１８０ａを
介して接続されている。３相モータ３１の速度センサ１
１０が、アイソレーション用のフォトカプラ１１０ａを
介してデジタル入出力部１０２に接続されている。

【００３３】図４の回路ブロック図では、図２の回路ブ
ロック図に対して更にバッテリ４０を含めた図であり、
バッテリ４０、制御手段１００、モータ基板３２等を示
している。

【００３４】制御手段１００は、中央演算処理装置１０
１とメイン基板１０８を有している。

【００３５】中央演算処理装置１０１に対しては、速度
センサ１１０、傾斜センサ９０、クランク回転センサ
（クランク軸速度センサともいう）１２０、前ブレーキ
センサ１３０、後ブレーキセンサ１４０が関連してい
る。傾斜センサ９０はメイン基板１０８に配置されてお
り、ＤＣ−ＤＣ変換器１０８ａは、バッテリ４０からの
電圧を５Ｖに設定して中央演算処理装置１０１に与え
る。またメイン基板１０８のＤＣ−ＤＣ変換器１０８ｂ
はバッテリ４０からの電圧を１２Ｖに設定してモータ基
板３２側に送ることができる。

【００３６】図４の３つの速度センサ１１０は、後で説
明するがモータ基板３２に設けられており、モータ回転
角信号ＣＳを、中央演算処理装置１０１側に送ることが
できる。中央演算処理装置１０１は、このモータ回転角
信号ＣＳに基づいて、モータのロータの速度信号ＶＳを
生成でき、かつこの速度信号ＶＳから加速度情報（速度
変化情報）ＡＳを合成することができる。

【００３７】モータ基板３２は、上述した速度センサ１
１０、温度センサ１６０、誘起電圧検出部３２ａおよび
３つの駆動用コイルＣ１〜Ｃ３を有している。メイン基
板１０８のパワー段１７０は、これら３つのコイルＣ
１，Ｃ２，Ｃ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に相当）に対して駆
動電圧を供給する。

【００３８】次に、図２のパワー段１７０はエラー信号
１７０ｅをアイソレーション用のフォトカプラ１７０ｆ
を介してデジタル入出力部１０２に送ることができる。
中央演算処理装置１０１は、パワー段１７０に異常が生
じるとこのエラー信号１７０ｅを受けて、直ちに３相モ
ータ３１を停止させる。

【００３９】図２のアシストボタン１８０は、操作者が
オン／オフ操作するプッシュスイッチであり、アシスト
ボタン１８０をオンするとアシストモードとなる。そし
て、たとえば図１の電気自転車１０００を操作者が押し
て歩く際に、段差等を乗り越えるとき等の必要時に３相
モータ３１を作動して、図１の後輪１７に対して補助動
力を与えてアシストさせる。たとえば操作者が電気自転
車１０００を押して歩く際に、その車速が２．５ｋｍ／
ｈ以下の時のみにモータ３１を動作させることができ
る。このようにすることで、操作者は電気自転車１００
０を押して歩く際に、段差等の障害が生じて電気自転車
１０００を押しにくくなっても必要に応じて軽く押して
行くことができる。

【００４０】次に図２の前ブレーキセンサ１３０と後ブ
レーキセンサ１４０について説明する。

【００４１】図５は図１の電気自転車１０００の平面図
であり、ハンドル１２には前ブレーキレバー１２ａと後
ブレーキレバー１２ｂを有している。前ブレーキレバー
１２ａは、前輪１６の回転を停止する前ブレーキ１２ｃ
を操作し、後ブレーキレバー１２ｂは後輪１７の後ブレ
ーキ１２ｄを操作するものであり、これら前ブレーキ１
２ｃ及び後ろブレーキ１２ｄは電気自転車１０００の制
動を行なうブレーキ手段として機能する。

【００４２】図６に示すように、たとえば後ブレーキレ
バー１２ｂにはマイクロスイッチのような後ブレーキセ
ンサ１４０が設けられている。操作者がレバー１２ｂを
矢印Ｈ方向に操作することで、後ブレーキセンサ１４０
がオンする。そして操作者が後ブレーキレバー１２ｂを
離すと後ブレーキセンサ１４０はオフする。

【００４３】同様にして操作者が前ブレーキ１２ａを操
作すると、前ブレーキセンサ１３０はオンし、前ブレー
キレバー１２ａを離すと、前ブレーキセンサ１３０はオ
フする。このように、前ブレーキレバー１２ａあるいは
後ブレーキレバー１２ｂを用いて前ブレーキ１２ｃある
いは後ブレーキ１２ｄを操作したかどうかは、この前ブ
レーキセンサ１３０あるいは後ブレーキセンサ１４０の
ブレーキ信号に基づいて図２の中央演算処理装置１０１
が判断する。つまりこれらのセンサ１３０，１４０のオ
ン信号を検出することで、操作者が電気自転車１０００
を止めたい意思があるかどうかを中央演算処理装置１０
１が判断することができる。

【００４４】なお図７は、前ブレーキセンサおよび後ブ
レーキセンサの別の実施の形態を示しており、図７の実
施の形態では、マイクロスイッチに代えてポテンショメ
ータ１３０ａあるいは１４０ａを用いている。ポテンシ
ョメータ１３０ａ，１４０ａは、レバーの角度θに応じ
た大きさのブレーキ信号を出す。

【００４５】次に、図２の傾斜情報把握手段としての傾
斜センサ９０について説明する。傾斜センサ９０は、図
１の取付プレート２１に設定されているが、この傾斜セ
ンサ９０は、図８と図９に示すような構造である。傾斜
センサ９０は鉄基板９１に対して軸受９２を介して、振
り子９９が回転可能に支持されている。軸受９２は焼結
メタルもしくは樹脂の軸受であり、鉄基板９１には磁界
検出用のホール素子９４が取付けられている。

【００４６】振り子９９は、ヨーク９８とボス９６およ
び軸９７を有している。軸９７はボス９６にはめ込まれ
ており、ボス９６はヨーク９８を保持している。軸９７
はＥリング９３により軸受９２に取付けられている。ヨ
ーク９８はマグネット９５を備えておりこのヨーク９８
は透磁性材料で作られている。

【００４７】マグネット９５は図１０に示すように、Ｎ
極９５ａとＳ極９５ｂを有している。図９のホール素子
９４は、マグネット９５のＮ極９５ａとＳ極９５ｂの磁
界の変化を、振り子９９がＲ方向に移動することで検出
する。

【００４８】この振り子９９がＲ方向に傾斜する角度は
プラスマイナスθで図８に示しているが、この振り子９
９の傾斜角度θは、図１の電気自転車１０００の前輪１
６と後輪１７を結ぶ線に対して垂直方向の線ＶＬに対す
る傾斜角度である。たとえば登り坂の場合には振り子９
９が＋θ方向に傾斜し、下り坂の場合には振り子９９は
−θ方向に傾斜する。つまり、図１１に示すように、ホ
ール素子９５の出力は＋θ方向の傾斜に対して直線的に
減少し、−θ方向の傾斜に対して直線的に上昇していく
ように設定されている。ホール素子９４の出力は傾斜信
号ＩＮＳとして制御手段１００側に送られる。

【００４９】次に、図１２と図１３および図１４を参照
して、図１と図２のクランク回転センサ１２０について
説明する。

【００５０】クランク回転センサ１２０は、図１の自転
車のクランク軸１４ａに対応して配置されている。図１
２に示すようにクランク軸１４ａは２つのペダル１４
ｂ，１４ｂを有している。クランク軸１４ａのギヤ１８
ａに対しては、反射板１２１が固定されている。この反
射板１２１は、図１３に示すようにミラー部分１２２と
無反射部分１２３を交互に円周方向に配置している。こ
の反射板１２１は円板状の反射板であるが、この反射板
１２１のミラー部分１２２および無反射部分１２３は各
々２４個あり、反射板１２１に対応するようにして、受
発光部１２４が設けられている。

【００５１】この受発光部１２４は、たとえば図１４に
示すように、発光部１２４ａと受光部１２４ｂを備えて
おり、発光部１２４ａはたとえば発光ダイオードで受光
部１２４ｂはフォトトランジスタである。発光部１２４
ａが発光する光Ｌは、ミラー部分１２２で反射して戻り
光ＬＲとなり、戻り光ＬＲは受光部１２４ｂで受光でき
る。つまり光Ｌはミラー部分１２２が受光部１２４ｂに
対面した場合に、戻り光ＬＲを受光部１２４ｂに送るこ
とができる。これにより、クランク回転センサ１２０
は、クランク軸１４ａに一体となった反射板１２１の回
転数に対応するクランク回転信号ＣＲＳを制御手段１０
０に出力することができる。

【００５２】なお、検出距離の長い図１４の受発光部を
用いると、反射板１２１が反っていた場合であっても、
距離変動の影響を避けることができる。また外乱となる
光も多いことから、必要に応じて受発光部１２４からの
クランク回転信号ＣＲＳを受ける制御手段１００の電気
回路部分において、大きめのヒステリシスを持たせるこ
とが望ましい。

【００５３】図９の傾斜センサ９０から制御手段１００
側に送られる傾斜信号ＩＮＳは、電気自転車１０００の
走行路面における傾きを検出するために、振り子９９の
傾きを利用しているが、その傾斜信号ＩＮＳはアナログ
値であり、図２のようにデジタル入出力部１０２でデジ
タル変換を行う必要がある。

【００５４】また図１３の反射板１２１は、クランク用
のギヤ１８ａに対して貼付けて設けることができる。受
発光部１２４の受光部１２４ｂから得られるクランク回
転信号ＣＲＳは、図２のカウンタ１０３でカウントして
計測する。具体的には、図１３のミラー部分１２２は、
一周について２４個備えているので、図１４の受光部１
２４ｂはクランク用のギヤ１８ａの一回転に伴い２４の
クランク回転信号ＣＲＳを出力する。図１の動力補助手
段３０のモータ３１がクランク１４と同期して回転して
いる場合には、図１のクランク用のギヤ１８ａと後輪１
７のギヤ１８ｂのギヤ比はたとえば４４：１６なので、
モータ３１の方が２．７５倍速く回転することになる。
なおモータ３１のアシストは、通常操作者がペダルをこ
いでモータ３１とクランク１４が同期している場合及び
後述するようにクランク１４の回転がモータの回転を上
回る場合に働く。

【００５５】また、この実施例においては、モータ３１
が後輪を直接回転させるいわゆるダイレクトモータとし
て構成されているため、モータ３１とクランク１４との
同期等によりモータで後輪１７を直接アシストするよう
にしているが、モータでクランクの回転をアシストする
場合、あるいは、モータで前輪の回転をアシストする場
合においては、後輪とクランクとの同期等によりモータ
によるアシストを行うようにすればよい。

【００５６】次に、図２のモータ３１の構造、速度セン
サ１１０、電流センサ１５０および温度センサ１６０に
ついて順次説明していく。

【００５７】図１５は、図２のモータ３１および各種セ
ンサの付近をより詳しく示している。

【００５８】中央演算処理装置１０１は、傾斜センサ９
０から傾斜信号ＩＮＳを受け、前ブレーキセンサ１３０
から前ブレーキ信号ＦＢＳを受け、後ブレーキセンサ１
４０からは後ブレーキ信号ＢＢＳを受け、クランク回転
センサ１２０からクランク回転信号ＣＲＳを受け、そし
てモータ３１の速度センサ１１０から速度信号ＶＳを得
ることができる。この速度センサ１１０の他に、モータ
３１は、温度センサ１６０とロータ位置センサ１９９を
有している。更に、モータ３１と中央演算処理装置１０
１の間には電流センサ１５０が設けられている。

【００５９】モータ３１の構造は、図１６と図１７に示
しており、外側のロータＲＴが回転し内側のステータＳ
Ｔが停止しているアウターロータ型の３相のブラシレス
モータである。このモータ３１は図１に示すように後輪
１７のシャフト５１に対応して設けられている。従って
図１の電気自転車１０００は後輪駆動型の自転車であ
る。シャフト５１は、図１のフレーム１１に対してネジ
１１ａにより固定されている。

【００６０】まずモータ３１のステータＳＴについて説
明する。モータ３１のステータＳＴは、シャフト５１に
対して一体となっている鉄芯５３、ステータホルダ６３
を有し、その他に放熱器６４、モータ基板３２等を備え
ている。

【００６１】ステータＳＴ側のシャフト５１のフランジ
５１ａには、ネジ５１ｂを用いて鉄芯５３が固定されて
いる。鉄芯５３にはコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３が巻かれて
いる。このコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、図１９に示すよ
うな鉄芯歯部５３ｅに所定のパターンで巻かれている
が、途中の鉄芯歯部５３ｅには、逆起電圧検出用のコイ
ル５３ｄが設けられている。これらのコイルＣ１，Ｃ
２，Ｃ３は、後述するロータＲＴのロータマグネット５
６に対して周方向（ロータＲＴの回転方向）に対向して
配置されている。

【００６２】図２０および図１６に示すモータ基板３２
は、ロータＲＴのハウジングキャップ５８の反射板６７
に対面するように配置されている。図２１のモータ基板
３２には、速度センサ１１０が設けられている。この速
度センサ１１０は、フォトリフレクタともいい、図２１
に示すように、円形状のモータ基板３２の円周方向に沿
って３つ所定間隔をおいて設けられている。モータ基板
３２は図１６に示すように鉄芯５３に対してネジ５３ｆ
により基板ホルダー５３ｇを用いて固定されている。

【００６３】図２１のモータ基板３２の給電線押さえ板
３２ｈは給電線３２ｊを押さえている。この給電線３２
ｊは、図１５の３つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３に対して
パワー段１７０から給電する給電線である。モータ基板
３２の信号線押さえ板３２ｋは、３本の信号線３２ｍを
押さえている。この信号線３２ｍは、速度センサ１１０
と図１５の中央演算処理装置１０１を接続する信号線で
ある。

【００６４】図２１のモータ基板３２には温度センサ１
６０が設けられている。この温度センサ１６０は、モー
タ３１のコイル内部に挿入したセンサ（ダイオード）で
あり、その温度センサ１６０の電圧を比較して、温度が
上がって設定値を超えたら温度センサ１６０は図１５の
中央演算処理装置１０１に対して温度検出信号を出力す
る。中央演算処理装置１０１は、これを受けてモータ３
１に異常が生じたと判断しモータ３１に対する通電を停
止して駆動を止める。なお、停止後、温度センサ１６０
が検出する温度が所定値より下がった場合には、ヒステ
リシスを用いた別系統の信号が出されるので、それを受
けてモータ３１の駆動が再開する。

【００６５】この温度センサ１６０の温度検出信号は、
図２に示すようにアナログ入力部１０４においてアナロ
グ／デジタル変換されて、温度信号ＴＳ（図１５参照）
として取り込まれる。

【００６６】図２１の３つの速度センサ１１０は、図１
６のロータＲＴのハウジングキャップ５８に取付けられ
た反射板６７に対面している。この反射板６７は、図２
２のように２４個のミラー部分６７ａとの無反射部分６
７ｂが交互に設けられたものであり、円周方向に沿って
形成されている。各速度センサ１１０は、発光部１１１
と受光部１１２を備えている。発光部１１１の光Ｌは、
反射板６７のミラー部分６７ａで反射して戻り光ＬＲと
なり受光部１１２に受光できる。従って、速度センサ１
１０は、非接触で光学的に、図２２の反射板６７のミラ
ー部分６７ａのみの有無を検出することで、図１６のモ
ータ３１のロータＲＴの回転にともなう速度信号ＶＳを
図１５のように中央演算処理装置１０１に送ることがで
きる。

【００６７】３つの速度センサ１１０，１１０，１１０
は、図２３に示すように、ゼロクロス点ＺＣの検出の時
間間隔ＩＴを、図２のカウンタ１０３で計測している。
具体的には、モータ３１のロータＲＴの１回転につい
て、２４サイクル×６回のゼロクロス点があるので、こ
れをシステムクロックでカウントしている。なお、３つ
の速度センサ１１０の間にはばらつきが含まれているこ
とがあるために、内部では６回の移動平均を計算するこ
とで、３つのセンサ１１０のばらつきをキャンセルして
いる。図２のＰＷＭ信号作成ロジック部１０９は、図２
３の速度センサの出力１１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に
基づいて、矩形波の速度センサ出力（ｕ），（ｖ），
（ｗ）を得ている。

【００６８】図２４は、この速度センサ出力１１０
（ｕ），（ｖ），（ｗ）に対応して、図２のＰＷＭ信号
作成ロジック部１０９が形成したコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ
３に対応するＵ相，Ｖ相，Ｗ相のスイッチングタイミン
グの一例を示している。

【００６９】図２５は、ＰＷＭ信号作成ロジック部１０
９が図１５のドライバ１７０に対するＰＷＭ信号の波形
例を示している。図２のＰＷＭデータ部１０５のユニッ
ト１０５ａ〜１０５ｃは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対
応しており、それぞれ図２５のようなデューティーで駆
動することができる。

【００７０】次に、図１５と図２の電流センサ１５０
は、ＧＮＤ側のセンス抵抗（たとえば０．５オーム）に
生じる両端の電圧を、図２のアナログ入力部１０４に取
り込んでアナログ／デジタル変換することで、電流に変
換する。このように電流センサが必要なのは、次の理由
からである。

【００７１】（１）突入電流に制限をかけることで、バ
ッテリーや駆動回路素子の拡大電流定格を低く押えられ
る。特にリチウムイオンバッテリーの信頼性向上に有効
である。また瞬間的な制限であるのでアシスト効果の低
下は影響ない。

【００７２】（２）モータの異常検出ができる。

【００７３】図１６のモータ基板３２において、給電線
３２ｊは、放熱器６４に設けられた封止チューブ６６を
用いて、外部から給電線押さえ板３２ｈを介してモータ
基板３２に接続されている。この封止チューブ６６は、
モータ３１の内部と外部との間をシールするものであ
り、コイル給電線３２ｊが外に引っ張られると、封止チ
ューブ６６が、放熱器６４の穴６４ａに締まり、これ以
外外側へは出ない。つまり封止チューブ６６は、内側部
分が外側部分に比べて径が大きくなっており、コイル給
電線３２ｊが外側方向Ｘ１方向に引っ張られたとして
も、封止チューブ６６はこれ以上出ないようになってい
る。コイル給電線３２ｊは、ハウジングキャップ５８と
接触しないように給電線押さえ板３２ｈで固定されてい
る。

【００７４】図１６のステータホルダ６３は、たとえば
アルミニウム製であり、放熱器６４もたとえばアルミニ
ウム製である。放熱器６４は放熱用のフィン６４ｃを有
している。フィン６４ｃは図１７に示すように、電気自
転車１００の進行方向ＦＦ方向に複数枚形成されてい
る。このようにステータホルダ６３と放熱器６４を放熱
性のよい材料で作ることにより、ステータＳＴのコイル
（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）と鉄芯５３付近で生じる熱を、外
部に簡単に放熱して排除することができる。

【００７５】次に、モータ３１のロータＲＴについて説
明する。

【００７６】図１６のハウジングキャップ５８はネジ５
８ｎを用いてハウジング５５に対して固定されている。
ハウジング５５とハウジングキャップ５８はステータＳ
Ｔを収容するための収容部材を構成している。ハウジン
グキャップ５８とハウジング５５は、すでに述べたステ
ータＳＴを収容している。ハウジング５５は穴５５ｈを
有しており、この穴５５ｈにはシャフト５１が非接触で
通っている。ハウジング５５はベアリング５２、５２ｂ
を介してステータＳＴに回転可能に支持されている。ハ
ウジングキャップ５８は、モータ基板３２のモータシー
ルド板３２ｓに対面しており、ベアリング５２ｂを受け
ている。つまりハウジング５５とハウジングキャップ５
８は、たった２つのベアリング５２、５２ｂによりステ
ータＳＴ側のシャフト５１に対して回転可能に支持され
ている。ハウジング５５は、図２６と図２７のように図
１の後輪１７の各スポーク１７ｐに対して取付けられて
いる。従ってロータＲＴは後輪１７と一体に回転する。
ハウジング５５とハウジングキャップ５８は、ステータ
ＳＴをほぼ囲っており、シャフト５１はフレーム１１に
固定されている。

【００７７】ハウジング５５の内側には、ネジ２２ｄに
よりロータヨークとして働くロータケース５４が設けら
れている。このロータケース５４には、一方向に着磁さ
れた短冊状の焼結ネオジマグネットのようなロータマグ
ネットであるマグネット５６が配置されている。そのマ
グネット５６の配列状態は図１９と図２８に示してい
る。つまりマグネット５６はロータケース５４の内周囲
方向に沿って４８枚挿入してロータケース５４に対して
接着されており、Ｎ極５６ａとＳ極５６ｂの組み合わせ
が２４組設けられている。各マグネット５６はロータＲ
Ｔの鉄芯５３に所定の間隔をおいて対面している。つま
り、ロータＲＴのマグネット５６とロータケース５４
と、ステータＳＴのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３と鉄芯５３
等は磁気回路を形成している。そしてマグネット５６は
コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３と所定間隔をおいて周方向に沿
って対面している。

【００７８】図２７と図１９に示すように、鉄芯５３に
はスキュー角を設定している。このようにスキューをか
けて斜めに設定しているのは、コギングトルク（所謂ト
ルク変動）を防ぐためである。

【００７９】なお、図１９に示すように各相（Ｕ，Ｖ，
Ｗ相）に対して１スロット分逆起電圧検出コイル５３ｄ
を巻き、この逆起電圧検出コイル５３ｄは受発光部１１
０の代わりにコイルの通電タイミングを取るセンサとし
て用いることも勿論できる。この場合には、センサレス
ドライブと同等の機能を有しているが、用途として起動
が問題にならないというメリットがある。すなわち、電
気自転車が完全に停止状態では、逆起電圧検出コイル５
３ｄには、通電タイミングを取る出力は発生しないが、
操作者（ライダー）が運転を始める場合、自転車を動か
すか、ペダルをこぐ為、検出コイル５３ｄに出力が発生
し、モータの通電タイミングが得られ、センサレスドラ
イブに特有の起動時の迷いがないからである。

【００８０】図１６のモータ３１を組立てる際には、熱
伝導性のよいアルミニウム製のステータホルダ６３は、
シャフト５１に圧入する。シャフト５１のフランジ５１
ａに対して、鉄芯５３と基板ホルダ５３ｇをネジ５１ｂ
で共締めする。この時鉄芯５３とステータホルダ６３
は、十分に熱結合させる。

【００８１】基板ホルダ５３ｇに対してモータシールド
板３２ｓをネジ５３ｆで固定する。モータシールド板３
２ｓに対してモータ基板３２を角度調整しながらネジ５
３ｐで固定する。

【００８２】その角度は、フォトリフレクタである受発
光部１１０の反射板６７による信号がコイル（Ｃ１，Ｃ
２，Ｃ３）の通電タイミングになるようにする。マグネ
ット５６の極数と反射板６７の歯数（ミラー部分の数）
は等しくなるようになっている。放熱器６４はシャフト
５１に挿入して、モータシールド板３２ｓに密着させ
て、コイル（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）からの輻射熱がモータ
基板３２に伝わりにくくする。これによりモータ基板３
２を熱から保護することができる。

【００８３】またステータホルダ６３を通じてコイルＣ
１，Ｃ２，Ｃ３や鉄芯５３の熱をも逃がすことができ
る。ただしコイルの耐熱が２００℃程度であるのに対し
て、モータ基板３２上の半導体は８０℃程度なので、温
度勾配がつくようにステータホルダ６３とモータシール
ド板３２ｓとの間にスペーサを入れる方法もある。

【００８４】ロータＲＴはステータＳＴに対してベアリ
ング５２，５２ｂで回転可能に支持されているが、ロー
タＲＴはハウジング５５とハウジングキャップ５８によ
り両側から挟み込んでネジ５８ｎで固定している。この
場合に両者の間にパッキンを挟むことも考えられる。

【００８５】本実施の形態のホイールインモータとも呼
ばれるモータ３１は、上述したアウターロータ型のブレ
シレスモータであり、このモータ３１を用いることによ
り、次のようなメリットがある。

【００８６】（１）図１６のように、ロータＲＴのハウ
ジング５５とハウジングキャップ５８は、たった２つの
ベアリング５２、５２ｂを用いて、ロータＲＴの両側位
置において、ステータＳＴ側のシャフト５１と放熱器６
４に対して回転可能に支持している。従って、シャフト
５１の軸方向に関して、モータ３１の幅を小さくするこ
とができ、しかも回転時のロータＲＴの荷重を左右バラ
ンス良く受けることができる。

【００８７】（２）ホイールともいう図１６の収容部材
を構成するロータＲＴのハウジング５５とハウジングキ
ャップ５８は、図１の電気自転車１０００の後輪１７に
対してスポーク１７ｂを用いてダイレクトに固定されて
いるので、ロータＲＴが生じる駆動回転力を後輪１７に
対して直接与えることができる。しかもステータＳＴは
ロータＲＴ内に配置され、かつロータＲＴは後輪１７内
に配置されていることから、図１のように外観デザイン
上すっきりしたものにできる。

【００８８】（３）ステータＳＴの鉄芯５３は、直接シ
ャフト５１に固定するので、構造が簡単である。

【００８９】（４）モータ３１の駆動コイル付近での発
熱は、放熱器６４、ステータホルダ６３、シャフト５１
を通じて外部に放散することができるとともに、ハウジ
ング５５とハウジングキャップ５８も熱を外部に放散す
ることができることから、このモータ３１には特別な冷
却手段が不要である。

【００９０】（５）モータ３１のコイル部分を備えるス
テータＳＴは、ロータＲＴのハウジング５５とハウジン
グキャップ５８（収容部材）内に密封した形で収容され
ているので、ステータＳＴとロータＲＴの内部を防水と
防塵できる。

【００９１】（６）ロータＲＴのマグネット５６が、ハ
ウジング５５の外形部に近い内周面に配置されており、
発生トルクをハウジング５５の最外形部分で得ることが
できることから、必要とする発生トルクが得られればロ
ータＲＴの最外形寸法をできる限り小さくでき、厚みも
小さくできることから、図１の車輪１７内に納めるモー
タ３１の重量が軽くできる。そして、低速で大きいトル
クが得られる。

【００９２】次に、図２９および図３０を参照して、モ
ータ３１に関連して設けられているモータの機能切り換
え制御手段３０００を説明する。この機能切り換え制御
手段３０００は、コイルカットリレー部（第１の切り換
え部）２００と充電回路用リレー部（第２の切り換え
部）２５０、バッテリ４０、バッテリの充電回路３０
０、パワー段１７０等を有している。

【００９３】コイルカットリレー部２００は、モータ３
１のコイルＣ２，Ｃ３の一端部と、モータドライバパワ
ー段１７０の間をオン／オフするためのリレー部であ
る。

【００９４】また充電回路用リレー部２５０は、コイル
Ｃ２，Ｃ３と、バッテリ（２次電池）４０の充電回路３
００との間を電気的にオン／オフするリレーである。

【００９５】コイルカットリレー部２００はモータ３１
がアシスト用に駆動している場合に接続しており、中央
演算処理回路１０１からは制御信号ＣＳＳが与えられる
と、コイルＣ２，Ｃ３とパワー段１７０との間をオンす
る。そうでなくて、制御信号ＣＳＳが与えられないとコ
イルカットリレー部２００はオフとなる。

【００９６】一方充電回路用リレー部２５０は、充電制
御信号ＰＳＳによりオンでき、充電制御信号ＰＳＳが与
えられないと充電回路用リレー部２５０はオフとなる。

【００９７】図３０は、路面走行状況と２つのリレー部
２００，２５０のオン／オフ状況の一例を示している。
走行路面が登りである場合には、図２９のコイルカット
リレー部２００はオンとなり充電回路用リレー部２５０
はオフとなる。走行路面が平坦であり慣性走行ができる
場合には、コイルカットリレー部２００はオフとなり充
電回路用リレー部２５０もオフとなる。

【００９８】走行路面が下りである場合には、コイルカ
ットリレー部２００がオフとなり充電回路用リレー部２
５０はオンになる。これにより走行路面が下りである場
合には、モータ３１はその電気自転車の下り走行により
発電機として機能する。つまり、図１２の後輪１７の回
転とともに図１６のモータ３１のロータＲＴがステータ
ＳＴに対して回転することから、鉄芯５３のコイルＣ
１，Ｃ２，Ｃ３に誘導電力が生じる。したがって、モー
タ３１が発電機として機能したときの誘導電力は、充電
回路用リレー部２５０を介してバッテリの充電回路３０
０を経てバッテリ４０に対して充電することができる。
尚、後述する電気自転車１０００の動作においては走行
路面が下りで、かつ、後ブレーキレバー１２ｂを操作し
て、後ブレーキセンサ１４０をオンした状態において上
記充電回路用リレー部２５０がオンして、充電が行われ
るようになっている。

【００９９】このようにすることで、走行しながらバッ
テリの充電電力が増加でき、より長い距離の走行ができ
る。

【０１００】次に、図１に示すバッテリ４０について説
明する。

【０１０１】繰り返して充電の可能な２次電池として、
たとえば最も好ましくはリチウムイオン電池を採用して
いる。このリチウムイオン電池は、リチウムをドープ・
脱ドープできる炭素質材料を負極として、リチウムと遷
移金属の複合酸化物を正極とし、非水溶媒に電解質を加
えた非水電解液を用いている２次電池である。

【０１０２】リチウムイオン電池は充電が可能な電池で
ありニッケル−カドミウム電池に代わる有力な電池であ
る。図３１は、リチウムイオン電池と、鉛電池およびニ
ッケル−カドミウム電池の放電特性を示している。図３
１の縦軸が電池の電圧を示し、横軸が時間経過を示して
いる。リチウムイオン電池の放電特性は、特に電池容量
が少くなると時間の経過とともに比較的大きな傾斜をも
って低下していく。そしてリチウムイオン電池の初期の
電圧は４Ｖ以上であり電圧が高く、電圧が低下していっ
ても３Ｖ程度までである。

【０１０３】これに対して鉛電池は初期の電圧が２Ｖ程
度であり時間経過とともにあまり電圧の変化がなく、ニ
ッケル−カドミウム電池は初期の電圧が１．数Ｖ程度で
あり、やはり電圧の変化が少ない。従って、リチウムイ
オン電池は、他の鉛電池やニッケル−カドミウム電池に
比べて、特に電池容量が少なくなると経時変化による電
圧の変化を把握し易いので、リチウムイオン電池の初期
電圧たとえば４．２Ｖから終止電圧２．７Ｖ程度までな
だらかに電圧が降下することを利用して、その電圧の降
下は電池の残量にほぼ比例することから、リチウムイオ
ン電池の残量の検知が簡単に行えるというメリットがあ
る。

【０１０４】このようなリチウムイオン電池は、エネル
ギー密度が高く、図３１に示したように電圧が他の種類
の２次電池に比べて高く、しかも無公害な電池である。

【０１０５】図３２はリチウムイオン電池の作動原理を
示しており、正極４１ａ、負極４２ａ、＋の集電体４
１、−の集電体４２およびセパレータ４３を有してい
る。これらの集電体４１，４２およびセパレータ４３は
容器４４の電解液４５の中に配置されている。リチウム
イオン４６はセパレータ４３を通り集電体４２（負極４
２ａ）側に向かうことで充電をする。これに対してリチ
ウムイオン４６が負極４２ａ）側に向かうことで充電を
する。これに対してリチウムイオン４６が負極４２ａか
らセパレータ４３を通り正極４１ａ側に向かうとき放電
を起こす。

【０１０６】図３３は、リチウムイオン電池のバッテリ
４０の残量を測定して、図１の電気自転車が後どの位走
行可能であるかの距離を推定して表示するための残量走
行距離表示装置７００の一例を示している。

【０１０７】この残量走行距離表示装置７００は、たと
えば図１のハンドル１２の付近あるいは取付プレート２
１等に取付けることができる。残量走行距離表示装置７
００はモータ３１および制御手段１００に対して接続端
子７０１，７０２を介して接続されている。

【０１０８】残量走行距離表示装置７００は、バッテリ
４０の充放電制御回路４８に対して接続端子７０３，７
０４を介して接続されている。接続端子７０３，７０１
の間には電流検出器７０６が設けられている。この電流
検出器７０６は充放電制御回路４８からモータ３１側に
流れる電流値を検出している。この電流値は、電流の時
間平均値算出部７９９において、電流の時間平均値が算
出される。そして電流の時間平均値は、メモリ７０８に
記憶される。

【０１０９】一方、接続端子７０３は電圧検出器７０７
に接続されている。この電圧検出器７０７は、充放電制
御回路４８から得られるバッテリ４０の電圧値を検出す
る。

【０１１０】電圧検出器７０７は、図３１で示したよう
に、初期電圧の４．２Ｖ程度から最終的な電圧の２．７
Ｖ程度まで変化するのを検出する。電圧検出器７０７で
検出されたバッテリ４０の電圧はメモリ７０８に記憶さ
れる。

【０１１１】メモリ７０８は、電流の時間平均値に対す
るバッテリ４０の残容量と、モータ３１による走行可能
距離のデータとの関係を示すテーブルを格納している。
従って電流の時間平均値と電圧値の値により、メモリ７
０８が持っているテーブルの値に基づいて、残量距離
は、残量距離表示部７０９において表示する。

【０１１２】この残量距離表示部７０９は、図３４に示
すように、たとえばデジタル的に残量走行距離を表示す
ることができる。あるいは図３５に示すように、残量距
離表示部７０９は、４つのＬＥＤ（発光ダイオード）７
１０，７１１，７１２，７１３の点灯あるいは消灯によ
り残量走行距離の表示をアナログ的にすることができ
る。たとえば、ＬＥＤ７１０が点灯すると、残量走行距
離は１〜５Ｋｍであると表示でき、ＬＥＤ７１１が点灯
すると残量走行距離が６〜１９Ｋｍであると表示でき、
ＬＥＤ７１２が点灯すると残量走行距離は１１〜３０Ｋ
ｍであり、ＬＥＤ７１３が点灯すると残量走行距離は３
１〜７０Ｋｍであると表示できる。

【０１１３】図３１で示したように、満充電の電圧が
４．２Ｖであり、放電終止の時の電圧が２．７Ｖである
場合に、電気自転車１００のバッテリ４２、バッテリ４
０の残量に対して電圧が、検出可能な程度に単調減少を
する特性を有する２次電池を用いている。

【０１１４】たとえば、図３３の電圧検出器７０７は、
アナログ／デジタル変換器を用いており、バッテリ４０
の満充電から放電終止の範囲内、すなわち図３１のリチ
ウムイオン電池の曲線で示す範囲内でバッテリ４０の電
圧を測定できる。電圧検出器７０７が検出する電圧をア
ナログ／デジタル変換器を用いてメモリ７０８に与える
場合には、概ね満充電４．２Ｖから放電終止２．７Ｖの
範囲で、バッテリ４０の残量に対応する電圧がバッテリ
４０の電圧の１／１００以上で単調減少するのが好まし
い。

【０１１５】ところで、図３３のバッテリ４０と充放電
制御回路４８からなるバッテリパック４９は、残量走行
距離表示装置７００から取り外すことが可能である。ま
た残量走行距離表示装置７００は、電気自転車１０００
の取付プレート２１から接続端子７０１，７０２を介し
て取り外すこともできる。従って残量走行距離表示装置
７００は、そのまま室内に持ち込んだ場合であっても、
単独でバッテリ４０の残量走行距離表示を行うことがで
きる。

【０１１６】上述したように、図３３において残量走行
距離表示装置７００を接続端子７０１，７０２で電動自
転車１０００側から取り外すことができるようになる
と、複数個の同じ残量走行距離表示装置７００を用いる
場合や家庭内で電灯線を用いてバッテリ４０を充電して
いる途中であっても、電気自転車１０００に対して残量
走行距離表示装置７００を設定することなく残量走行距
離表示を行うことができるので便利である。

【０１１７】なお、残量距離表示部７０９は、図３４あ
るいは図３５以外の、たとえば可動コイル型の指針型電
圧計等を用いることも勿論できる。また、残量距離表示
７０９は、残量距離の他にリチウムイオン電池の残容量
自体を表示するようにしてもよい。

【０１１８】次に上述した電気自転車１０００の動作を
説明する。

【０１１９】図３６は図１の電気自転車１０００の動作
を示すメインルーチンである。図３６において、メイン
ルーチンがスタートすると、図２の中央演算処理装置１
０１はデジタル入出力部１０２やＰＷＭ信号作成ロジッ
ク部１０９等の初期化、その他の部分の初期化を行う
（ステップＳＴ１）。

【０１２０】図３６のステップＳＴ２において、駆動パ
ターンのセットサブルーチンに移る。この駆動パターン
のセットサブルーチンは図３７に示しており、駆動パタ
ーンセットサブルーチンがスタートすると、ステップＳ
Ｔ２−１ではセンサパターンの読取りを行う。このセン
サパターンの読取りとは、図２１の３つの速度センサ１
１０が図２２の反射板６７のミラー部分６７ａのパター
ンを読取ることであり、このようにすることで、モータ
３１のマグネット５６とコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の位置
関係の把握を行う。

【０１２１】図３７のステップＳＴ２−２では、モータ
３１の駆動パターンを決定する。この駆動パターンの決
定では、図２１の速度センサ１１０が反射板６７のパタ
ーンを読取ることで次のことを決定する。すなわち、図
２４に示す通りこの速度センサ出力のパターンに対応し
てモータ３１を正しく回転させるコイルの通電パターン
が一意に決まるので、これを設定するということであ
る。

【０１２２】そしてステップＳＴ２−３ではＣＴＣの再
設定を行う。このＣＴＣとは、ＰＷＭ信号作成ロジック
部１０９を構成するカウンタ１０５ａ〜１０５ｋのこと
である。

【０１２３】ステップＳＴ２−４ではアーム方向の再設
定を行う。このアーム方向の再設定とは、３相モータ３
１のパワー段１７０のどのモジュールにＰＷＭ制御信号
を入力するかを設定するとういうことである。

【０１２４】図３７の駆動パターンセットサブルーチン
が終了すると、図３６のステップＳＴ３に戻り図２のモ
ータ３１のＰＷＭ制御の準備を開始する。

【０１２５】図３６のステップＳＴ４では、図２１の３
つの速度センサ１１０の図２３におけるゼロクロス点Ｚ
Ｃのチェックをする。ゼロクロス点のチェックを行う場
合には図３８のステップＳＴ５のモータのサブルーチン
に移る。モータ３１の速度センサ１１０のチェックを行
わない場合には、ステップＳＴ６において、図１３のク
ランク１４に対して配置されているクランク回転センサ
１２０のチェックを行う。

【０１２６】図３８のステップＳＴ５−１において、図
２１の速度センサ１１０が図２２のミラー部分６７ａを
検出することでその速度センサ１１０の検出信号は図２
のデジタル入出力部１０２を介してカウンタ１０３でカ
ウントされる。ステップＳＴ５−２において図２のカウ
ンタ１０３をリセットし、ステップＳＴ５−３とステッ
プＳＴ５−４において中央演算処理装置１０１が速度計
算（Ｖ）を行い速度信号ＶＳを作るとともに、加速度計
算（Α）を計算して加速度（速度変化）信号ＡＳを作
る。図３８のステップＳＴ５−５では図３７の駆動パタ
ーンセットサブルーチンに戻り、駆動パターンセットサ
ブルーチンＳＴ２の所定の処理を行う。このように駆動
パターンセットサブルーチンＳＴ２に移るのは、図２３
のゼロクロスＺＣ点において速度センサ１１０の出力信
号のパターンが切り換わるので、図２４より、コイルの
通電パターンを切り換える必要があるからである。

【０１２７】次に、図３６のステップＳＴ６において図
１３のクランク１４の回転センサ１２０をチェックする
場合には、ステップＳＴ７のクランクサブルーチンに移
る。このクランクサブルーチンＳＴ７は図３９に示して
おり、ステップＳＴ７−１では図１３のクランク回転セ
ンサ１２０がミラー部分１２２をクランク１４の回転に
ともない読取り、図２のデジタル入出力部１０２に入力
されてカウンタ１０３がそれをカウントする。図３９の
ステップＳＴ７−２ではカウンタ１０３がリセットされ
る。

【０１２８】そして図３９のステップＳＴ７−３では、
図１３のクランク１４が回転する時のクランク速度を先
程のカウント値に基づいて計算する。この後図３６のス
テップＳＴ８に移る。

【０１２９】図３６のステップＳＴ８では、図２１の温
度センサ１６０が、モータ３１の温度をチェックする。
この温度センサ１６０の検出する値が所定の温度よりも
高温である場合には、図３６のステップＳＴ９の高温処
理サブルーチンに移る。

【０１３０】高温処理サブルーチンＳＴ９は図４０に示
しており、この場合にステップＳＴ９−１では中央演算
処理装置１０１がコイルカットリレー部２００を遮断す
ることで、パワー段１７０がモータ３１に対して通電す
るのを停止する。これによりステップＳＴ９−２のよう
に電気自転車１０００はモータ３１による駆動力の補助
（アシスト）が０になる。ステップＳＴ９−３では、図
２１の温度センサ１６０の検出する温度が所定の温度よ
りも低くなった場合には、図３６のステップＳＴ１０に
移る。

【０１３１】ステップＳＴ１０は、図２のパワー段１７
０の動作チェックを行う。もしパワー段１７０が図２の
エラー信号１７０ｅをデジタル入出力部１０２に出力し
た場合には、中央演算処理装置１０１は図４１のステッ
プＳＴ１１のエラーサブルーチンに移る。この場合にス
テップＳＴ１１−１のように図１５のコイルカットリレ
ー部２００をオフにすることで、ステップＳＴ１１−２
のようにモータ３１による電気自転車１０００の動力の
補助（アシスト）を０にする。そしてステップＳＴ１１
−３ではエラーフラグを立てて、図３６のステップＳＴ
１２でシステムの動作をすべて終了してしまう。

【０１３２】そうでなく図３６のステップＳＴ１０にお
いてパワー段１７０のエラーが検出されない場合には図
４２のアシストサブルーチンＳＴ１３に入る。

【０１３３】このアシストサブルーチンＳＴ１３は、ス
テップＳＴ１３−１において、エラーフラグがもし立っ
ている場合には、ステップＳＴ１３−８で図１５のコイ
ルカットリレー部２００をオフにすることでモータ３１
の動力の補助（アシスト）をステップＳＴ１３−９で０
にして動作を終了してしまう。

【０１３４】そうでなく図４２のステップＳＴ１３−１
でエラーフラグが立っていない場合には、図４２のＳＴ
１３−２〜ＳＴ１３−７の処理を行う。

【０１３５】ステップＳＴ１３−２では、図２のアシス
トボタン１８０を操作者がオンした状態で、かつ電気自
転車１０００の速度がたとえば２．５Ｋｍ／ｈを下回る
速度である場合には、ステップＳＴ１３−１０において
図１５のコイルカットリレー部２００をオンして、ステ
ップＳＴ１３−１１においてアシスト量をＫ（一定値）
にする。つまり、電気自転車１０００を操作者が押しな
がら歩いている状態では時速２．５Ｋｍより速度が低い
ので、図１５のコイルカットリレー部２００はオンし
て、一定のアシスト量をモータ３１が電気自転車１００
０に対して与える。これにより、操作者は電気自転車１
０００をさほど力を入れずに楽に押して歩くことができ
る。

【０１３６】図４２のステップＳＴ１３−２において電
気自転車１０００の速度が２．５Ｋｍ／ｈ以上である場
合には、ステップＳＴ１３−３でブレーキのチェックを
する。

【０１３７】このブレーキのチェックでは、操作者が図
６の前ブレーキレバー１２ａあるいは後ブレーキレバー
１２ｂを操作している場合に、図２の前ブレーキセンサ
１３０あるいは後ブレーキセンサ１４０の少なくとも一
方の信号がデジタル入出力部１０２に与えられるので、
中央演算処理装置１０１は、操作者がブレーキ操作をし
ているかどうかをチェックすることができる。いずれか
のブレーキがかかっている場合には、モータ３１のアシ
スト量をステップＳＴ１３−９において０にする。

【０１３８】そうでなくブレーキがかかっていない場合
には、ステップＳＴ１３−４の傾きチェックに移る。傾
きチェックは、図８と図９の傾斜センサ９０が行う。傾
きが０を下回るときには、電気自転車１０００が平坦面
ではなく下り坂を移動しているので、図４２のステップ
ＳＴ１３−８で中央演算処理装置１０１がコイルカット
リレー部２００をオフにしてステップＳＴ１３−９でア
シスト量を０にする。

【０１３９】そうでなく傾きのチェックをした結果角度
が０以上であるときには、中央演算処理装置１０１が平
坦路あるいは登り坂であると判断しステップＳＴ１３−
４からステップＳＴ１３−５に移り、クランクの回転の
同期チェックを行う。つまり図１２と図１３のクランク
１４を操作者が踏力で操作して回転させているかどうか
を見て、モータ３１の回転数がクランク１４の回転数よ
り大きい場合には、モータ３１によるアシストは不要で
あるとして図１５の中央演算処理装置１０１がコイルカ
ットリレー部２００をステップＳＴ１３−８でオフにし
アシスト量を０にする。

【０１４０】そうでなくモータ３１の回転がクランク１
４の回転と同期（同じ）しているかあるいはクランク１
４の回転がモータ３１の回転より大きい場合にはステッ
プＳＴ１３−６に移り、電気自転車１０００のスピード
のチェックを行う。なお、モータ３１の回転数の検出
は、図２１の速度センサ１１０と図２２の反射板６７で
行い、クランク１４の回転数の検出は図１３のクランク
回転センサ１２０と反射板１２１で行う。

【０１４１】また、クランク１４の回転がモータ３１の
回転より大きい場合とは、ペダルのこぎ始め等の微少時
間において、クランク１４の回転がモータ３１の回転を
上回ることを意味する。

【０１４２】図４２のステップＳＴ１３−６のスピード
チェックでは、電気自転車１０００の速度が０あるいは
２４Ｋｍ／ｈよりも大きい場合には、モータ３１による
アシストは不要であるとして図１５の中央演算処理装置
１０１がコイルカットリレー部２００をオフにしアシス
ト量を０にする。

【０１４３】そうでなく速度が２４Ｋｍ／ｈと等しいか
あるいはそれよりも小さくしかも０でない場合、たとえ
ば速度が１０Ｋｍ／ｈで走行しているとすれば、ステッ
プＳＴ１３−７でアシスト量を計算するサブルーチンに
移る。なおアシスト量は、電気自転車１０００の速度、
加速度および路面の傾きにより計算できる。

【０１４４】図４３は、図１の電気自転車１０００が各
種モードで走行している場合におけるモータ３１による
アシストのタイミングの一例を示す図である。

【０１４５】図４３において、モード（Ａ）は０から１
２まで書かれており、図４４に示すようにモード０は初
期状態、モード１はブレーキ状態、モード２は停止状
態、モード３〜５は加速走行状態、モード６は慣性走行
状態、モード７は一定走行状態、モード８は減速走行状
態、モード９とモード１０は下り走行状態、モード１１
と１２は登り走行状態を示している。図４３の（Ｂ）〜
（Ｈ）は、各種部位の動作状態を、モード（Ａ）に対応
して示している。

【０１４６】まずモード０の初期状態では、メインスイ
ッチがオフまたは図１５のバッテリ４０がバッテリ切れ
の状態であり、モータはフリー状態であるので、電気自
転車１０００は操作者が手で動かして移動したり、通常
の自転車として乗ることができる。アシスト量は０であ
る。

【０１４７】モード１のブレーキ状態では、メインスイ
ッチが図４３（Ｂ）のようにオンされても、モード１で
は図５の前ブレーキレバー１２ａあるいは後ブレーキレ
バー１２ｂを操作者が操作しているので、他のセンサよ
りも前ブレーキセンサ１３０あるいは１４０が優先され
ることから、図４３（Ｇ）のアシスト量は０である。こ
の時に、たとえばモータ３１のアシスト量を負（モータ
を逆トルクモードにする）にする事で、モータ３１を電
磁ブレーキとして利用して、ブレーキング効果を高める
ことも可能である。

【０１４８】図４３のモード２では電気自転車１０００
が停止状態でありモータ３１はフリー状態であるため
に、電気自転車を操作者が手で自由に動かすことができ
る。

【０１４９】図４３のモード３〜５では加速走行状態を
示しており、モード３ではモータ３１とクランク１４が
同期した加速状態（１５Ｋｍ／ｈ未満）であるので、モ
ータ３１は必要な仕事量の１／２分だけアシストをす
る。

【０１５０】モード４ではモータ３１とクランク１４が
同期した加速状態（１５〜２４Ｋｍ／ｈ）であり、モー
タ３１のアシスト量は１／２からそのアシスト割合を漸
減する。

【０１５１】モード５ではモータ３１とクランク１４が
同期した加速状態（２４Ｋｍ／ｈ以上）である場合に
は、モータ３１による後輪へのアシスト量をなくして、
モータフリーにする。

【０１５２】図４４のモード６ではモータ３１とクラン
ク１４が同期していない状態、すなわち操作者がペダル
による踏力を加えるのを停止していて慣性走行している
場合に、その速度に限らずモータ３１のアシスト量はな
くし、モータはフリー状態である。

【０１５３】モード７ではモータ３１とクランク１４が
同期した一定速度の状態であり、モード３〜５における
加速走行状態と同様にモータ３１がアシストする。

【０１５４】モード８では、モータ３１とクランク１４
が同期した減速状態であり、モード３〜５における加速
走行状態と同様にモータ３１がアシストする。

【０１５５】モード９とモード１０は下り走行状態であ
り、モータ３１とクランク１４が同期していない状態で
下り坂を電気自転車１０００が走行している状態であ
る。従って速度に限らずモータ３１のアシスト量は０で
あり、モータがフリー状態である。モード１０ではモー
タ３１とクランク１４が同期した加速状態であり、下り
坂を走行している。この場合であっても速度に限らずモ
ータ３１のアシスト量は０でありモータはフリー状態で
ある。

【０１５６】モード１１と１２では、モータ３１とクラ
ンク１４が同期した状態で登り坂を電気自転車１０００
が走行している状態である。従って速度に応じたモータ
３１のアシスト量に、坂の角度による係数が加わりモー
タ３１の所定のアシスト量が後輪に加わる。

【０１５７】モード１２ではモータ３１にクランク１４
が同期した状態で急な登り坂を登っている状態である。
坂の角度による係数が更に大きくなる。ただし、アシス
ト量はモータの特性で制限される。

【０１５８】なお、登り坂の場合には、クランクが一時
的にモータに対し同期していなくても、モータ３１（車
輪）が止まらない量のアシストは継続される。

【０１５９】図４４のモード０〜１２において、モード
３〜５の加速時には図４３（Ｄ）のクランク回転センサ
１２０が、操作者がペダルを踏んで加速していく状態に
おけるクランクの速度を検出している。またモード６〜
１２においてもクランクの速度を検出している。図４３
（Ｅ）の速度センサ１１０はモード３〜１２において電
気自転車１０００の速度を検出している。図４３（Ｆ）
の傾斜センサ９０はモード９〜１２の下り坂および登り
坂で電気自転車１０００の傾斜角度を検出している。図
４３（Ｇ）のアシスト量は、モード３，４の加速時と、
モード７，８およびモード１１，１２において与えられ
ている。

【０１６０】図４３（Ｈ）のコイルカットリレー部２０
０は各モードに対応してモータ３１をオンしたりあるい
はオフしている。

【０１６１】次に、図４５の電気自転車１０００の動作
パターンの一例を説明する。図４５（Ａ）は、電気自転
車１０００の走行パターンの一例を示しており、平坦路
面Ｔ１、登坂路面Ｔ２、平坦路面Ｔ３、下り路面Ｔ４お
よび平坦路面Ｔ５を具体的な一例として示している。

【０１６２】図４５（Ｂ）は傾斜センサ９０の傾斜信号
ＩＮＳを示し、図４５（Ｃ）はクランク回転センサ１２
０のクランク回転信号ＣＲＳを示し、図４５（Ｄ）は速
度センサ１１０の速度信号ＶＳを示している。図４５
（Ｅ）は速度センサ１１０から得られた速度信号ＶＳ、
微分することで得られる加速度信号ＡＳを示し、図４５
（Ｆ）、（Ｇ）は、後ブレーキと前ブレーキセンサ１３
０，１４０のオン／オフ信号を示している。

【０１６３】図４５（Ｈ）は図１５のコイルカットリレ
ー部（駆動側リレー）２００のオン／オフ信号を示し、
図４５（Ｉ）は図１５の充電回路用リレー部２５０のオ
ン／オフ信号を示している。

【０１６４】また図４５では平坦路面Ｔ１の初めの位置
から平坦路面Ｔ３の途中までを区間ＴＬ１で示し、平坦
路面Ｔ３の途中から下り路面Ｔ４の途中までを区間ＴＬ
２で示し、下り路面Ｔ４の途中から電気自転車１０００
が停止する位置までを区間ＴＬ３で示している。

【０１６５】図４５に示すような電気自転車１０００の
走行パターンでは、次のように各部分が動作する。

【０１６６】図４５（Ａ）の区間ＴＬ１の平坦路面Ｔ１
に電気自転車１０００が走行している時には、コイルカ
ットリレー部２００はオンされており、従って図２のモ
ータ３１は後輪１７をアシストする。平坦路面Ｔ１であ
るので傾斜センサ９０の出力は０であり、操作者は電気
自転車１０００のペダルに踏力を与えているのでクラン
ク回転信号ＣＲＳは出ている。速度センサ１１０の速度
信号ＶＳとそれに基づく加速度信号ＡＳは、その走行状
態に応じて図２の中央演算処理装置１０１に与えられて
いる。

【０１６７】電気自転車１０００が平坦路面Ｔ１から登
坂路面Ｔ２に差し掛かると、操作者のペダルの踏力は増
加しかつ傾斜センサ９０が登りである傾斜信号ＩＮＳを
出力するとともに速度センサ１１０の速度信号ＶＳがや
や低下し加速度信号ＡＳが変動する。

【０１６８】電気自転車１０００が登坂路面Ｔ２から平
坦路面Ｔ３に移ると、操作者の踏力は減少する。次に操
作者が踏力を増加すると、電気自転車１０００が加速し
ていき、速度センサ１１０の速度信号ＶＳが増加する。
そして平坦路面Ｔ３の途中から操作者はペダルに対する
踏力を大きくかけると、電気自転車の時速が２４Ｋｍ／
ｈ以上になるため、区間ＴＬ１の終りの時点ｔ１におい
てモータ３１のコイルカットリレー部２００がオフにな
る。つまり区間ＴＬ１から区間ＴＬ２に入った期間ｔ２
の間は、コイルカットリレー部２００がオフなのでモー
タ３１による後輪１７への駆動力のアシストはなくな
る。

【０１６９】そして図４５（Ａ）の下り路面Ｔ４に電気
自転車１０００が差し掛かると傾斜センサ９０は下りの
傾斜信号ＩＮＳを出力するとともに、操作者はペダルへ
の踏力を加えるのを中止する。従ってクランクの回転セ
ンサ１２０の信号ＣＲＳは時点ｔ３において０になる。
電気自転車１０００が下り路面Ｔ４の途中までくると、
操作者は時点ｔ４で後輪ブレーキをかける。これにより
速度センサ１１０の速度信号ＶＳの値が徐々に低下して
いき加速度信号ＡＳがマイナスを示す。この時点ｔ４に
おいて、図４５（Ｉ）の充電回路用リレー部２５０が中
央演算処理装置１０１の指令によりオンする。つまり時
点ｔ４では図２のコイルカットリレー部２００がオフの
状態で充電回路用リレー部２５０がオンすることから、
モータ３１は電動機ではなく発電機として機能し、モー
タ３１は図１５のバッテリ４０に対して充電を開始す
る。

【０１７０】電気自転車１０００が下り路面Ｔ４を下り
終えて再び平坦路面Ｔ５に差し掛かった時点ｔ５では、
傾斜センサ９０の傾斜信号ＩＮＳは０となり速度センサ
１１０の速度信号ＶＳの値も更に小さくなっていく。平
坦路面Ｔ５の時点ｔ６において操作者は図４５（Ｆ）、
（Ｇ）に示すように前輪および後輪のブレーキを両方と
もかける。これによって電気自転車は時点ｔ７において
停止する。

【０１７１】以上のようにして、区間ＴＬ１においては
モータ３１の駆動力の補助を必要とするので、コイルカ
ットリレー部２００はオンになっておりモータ３１は図
１の後輪１７をアシストする。そして区間ＴＬ２に至る
と、モータ３１の後輪１７へのアシストは不要となるの
でコイルカットリレー部２００をオフにすることで、モ
ータ３１の回生電流が流れないので、電気自転車１００
０が慣性で走行するのを妨げることがない。そして区間
ＴＬ３では下り坂であるので電気自転車１０００は自重
で走行していくことからモータ３１を発電機として機能
させることができ、バッテリ４０に対して充電を行う。

【０１７２】ただし区間ＴＬ１でモータ３１をオンして
後輪１７に対してアシストするのは、電気自転車１００
０が設定速度以下（たとえば２４Ｋｍ／ｈ以下）の場合
であり、前後輪のブレーキがオフ状態で、かつクランク
回転センサ１２０の信号ＣＲＳが出力されており登り坂
もしくは平坦路面である必要がある。

【０１７３】また区間ＴＬ３ではコイルカットリレー部
２００がオフしている状態で後ブレーキをオンすると、
後ブレーキセンサ１４０がオンし、後ブレーキ信号ＢＢ
Ｓを中央演算処理装置１０１が受け、これにより中央演
算処理装置１０１が充電制御信号ＰＳＳを発行して、充
電回路用リレー部２５０をオンして、モータ３１が発電
機として作用し回生ブレーキおよび充電操作を行うこと
ができる。

【０１７４】区間ＴＬ３における回生ブレーキ量は、発
電機として作用しているモータ３１の回生の電流により
制御できる。たとえば図７のポテンショメータ１３０ａ
あるいは１４０ａの角度を図５の前ブレーキレバー１２
ａあるいは後ブレーキレバー１２ｂの角度により設定す
ることで回生の電流値を制御することもできる。

【０１７５】あるいは図６のようにマイクロスイッチの
ような前ブレーキセンサあるいは後ブレーキセンサ１３
０，１４０がオンした時そのブレーキ量を減速状態（負
の加速度情報）から検出し、それに見合うたとえば１／
２のブレーキ力を発電機として採用するモータ３１に与
えることにより電気自転車ブレーキの補助力をなめらか
に与えることができる。

【０１７６】下り坂で減速しない程度にブレーキをかけ
た時にその時点の速度を維持するようなブレーキ量にな
るように、発電機として作用するモータ３１を制御する
こともできる。この時減速しない程度にブレーキを掛け
たかどうかは、制御手段１００は傾斜センサ、ブレーキ
センサあるいは加速度情報等により認識できる。

【０１７７】また、モータ３１をアシスト用として用い
ない時には、図１５のコイルカットリレー部２００をオ
フにすることで、モータ３１が補助動力として働かない
時に走行負荷とならないようにすることができる。

【０１７８】発電機として作用するモータ３１の回生電
流は、速度による発電側の電圧だけではなく、バッテリ
４０の残量によっても変わる。そこで安定な制動力を得
るために、バッテリ４０に内蔵するＣＰＵからの残量情
報により、回生電流のうちの充電に必要な分をバッテリ
４０に流し、残りの回生電流を他で消費もしくは補助充
電するようにしてもよい。

【０１７９】なお、後ブレーキは電気自転車の滑らかな
減速を目的として用い、フロントブレーキは電気自転車
の停止を目的として用いる。これにより速やかに強い逆
トルクモードのブレーキ力を後輪もしくは前後輪に発生
させて、安定した走行停止を実現することができる。

【０１８０】本発明の実施の形態では、走行情報把握手
段である制御手段１００が、回転手段である後輪１７の
モータ３１の速度センサ１１０から得られる速度情報
（速度信号ＶＳ）に基づいて走行状態を把握するように
なっている。この場合に速度センサ１１０は、回転部で
ある後輪１７のモータ３１のロータＲＴに対して非接触
であるので、速度情報を得るのにモータのロータＲＴに
機械的なロスを与えることがない。

【０１８１】そして動力補助手段は、走行情報把握手段
である制御手段１００から得られる操作者が与えようと
する速度変化情報（加速度情報である加速度信号Ａ
Ｓ）、すなわち操作者の意志の推定をして見合った動力
を補助するようになっている。このことから、従来の機
械的なトルクセンサを用いて操作者が踏力のトルクの１
／２を算出してその踏力の１／２をモータでアシストし
ていた場合と異なり、本発明では電気自転車の回転部分
に機械的なロスを与えずにリアルタイムで操作者（ライ
ダー）の意思に忠実なモータ３１による動力の補助（パ
ワーアシスト）を実現することができる。

【０１８２】また図１６および１７に示すように、後輪
１７に対して直結式のダイレクトモータを用いている。
つまりモータ３１のロータステータＳＴが直接電気自転
車１０００のシャフト（車軸に相当）５１に一体に設け
られている。従って、従来用いられている電気自転車で
はモータの動力はギヤボックスを介して後輪に伝えられ
ており、ギヤによる動力伝達ロスが生じたり、大型であ
り重量のかさむという問題があったが、本発明の実施の
形態のモータ３１はこれらの点をすべて解消している。

【０１８３】またモータ３１のロータＲＴは、ステータ
ＳＴに対して外側に位置しており、モータ３１はアウタ
ーロータ型のモータである。このアウターロータ型のモ
ータを使用することにより、ロータＲＴは後輪１７のス
ポーク１７ｐに対して直接接続できるので、構造が簡単
であり軽量化できる。

【０１８４】しかも、モータのステータの駆動コイルに
通電するとロータがステータに対して回転して移動装置
を動かすのであるが、この際にステータの駆動コイルが
発熱しても、その熱は放熱手段であるステータホルダ６
３と放熱器６４が外部に放散できる。これにより電動機
の故障や不調を防ぐことができる。また、モータが発電
機として機能する場合に発熱しても、やはりステータホ
ルダ６３と放熱器６４が外部に放熱できる。

【０１８５】特にフィンを設けるようにすれば、その放
熱効率はさらに向上できる。放熱手段はステータ側に圧
入すれば簡単に取付けることができる。このフィンが移
動装置の移動方向に平行であれば、移動に際してフィン
を効率よく冷却できる。ステータの駆動コイルに通電す
るための給電線が、外部からステータ側の放熱器６４を
通して駆動コイルに通電できるので、給電線の引き回し
が容易である。

【０１８６】本発明における回転部は、後輪と前輪の少
なくともいずれか一方であるかあるいはクランク含む概
念である。また、本発明の適用が自転車の他に、車イス
や運搬車等である場合には、回転部は、補助輪なども含
む概念である。

【０１８７】本発明の実施の形態ではバッテリとして高
電圧で使い勝手のよいリチウムイオン２次電池を用いて
いるが、Ｎｉ−ＭＨ（ニッケル−メタルハライド）電池
などの他の種類の電池を使用しても勿論構わない。

【０１８８】リチウムイオン２次電池を用いる場合に
は、次のような変形例も考えられる。たとえば図３３に
おいて電流検出器７０６、電圧検出器７０７あるいは残
量距離表示部７０９は、可動コイル型の指針型電圧計を
用いて、その検数値を目盛表示板に概略的に指針表示す
るようにして、操作者により目視で電流値あるいは電圧
値および残量距離表示を確認できるようにしてもよい。

【０１８９】本発明の移動装置は、電気自転車に限らず
電動車椅子や電動貨物運搬台車あるいは電動遊具等他の
種類の移動装置にも採用できる。

【０１９０】本発明の実施の形態では、モータが後輪の
車軸に対応して配置されているが、これに限らずモータ
はクランク軸に直接あるいは前輪に直接配置するように
しても勿論構わない。

【０１９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造が簡単で直接駆動力が車輪に直接伝達できる。

【０１９２】尚、上記実施の形態において、本発明移動
装置用のモータにおけるロータのハウジングとハウジン
グキャップを車輪のスポークに対して固定したものにつ
いて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、ロー
タハウジングの外周面にリム部を形成して、該リム部に
直接タイヤを取付けるようにしても良い。

【０１９３】また、上記実施の形態において、本発明移
動装置用のモータを車輪の中心に配置したものについて
説明したが、本発明はこれに限らず、車輪に対してその
軸方向に偏倚させた位置に設けるようにしても良い。

【０１９４】更に、上記実施の形態において、本発明移
動装置用のモータに、３相のブラシレスモータを適用し
たものについて説明したが、本発明はこれに限らず、単
相モータ、２相モータや、或いは、直流電動機を適用し
ても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動装置用のモータを有する電気自転
車を示す側面図。

【図２】図１の電気自転車の走行情報把握手段（制御手
段）とモータを示す図。

【図３】図２の各種センサと走行情報把握手段等を示す
図。

【図４】図２の回路において中央演算処理装置、メイン
基板およびモータ基板を示す図。

【図５】電気自転車の平面図。

【図６】電気自転車のブレーキ部分を示す図。

【図７】電気自転車のブレーキ部分の他の例を示す図。

【図８】傾斜センサの一例を示す正面図。

【図９】傾斜センサの断面図。

【図１０】傾斜センサの振り子を示す図。

【図１１】傾斜センサの特性を示す図。

【図１２】図１の電気自転車のクランクおよびクランク
回転センサを示す平面図。

【図１３】図１２のクランクおよびクランク回転センサ
を示す側面図。

【図１４】図１３のクランク回転センサの原理を示す
図。

【図１５】図２の回路図を別の形態で示したモータの駆
動型を示す図。

【図１６】後輪に設けられたアウターロータ型のダイレ
クトモータの一例を示す断面図。

【図１７】図１６のモータの側面図。

【図１８】モータのステータとモータのロータの一部を
示す断面図。

【図１９】モータのステータを示す側面図。

【図２０】モータに設けられたモータのモータ基板等の
一部を示す断面図。

【図２１】モータ基板を示す正面図。

【図２２】モータ基板に対面して配置される反射板を示
す正面図。

【図２３】モータの速度センサの出力例を示す図。

【図２４】モータの速度センサの出力例とモータのスイ
ッチングタイミングの一例を示す図。

【図２５】モータをＰＷＭ駆動する時のＰＷＭ信号波形
の一例を示す図。

【図２６】モータを示す斜視図。

【図２７】モータの分解斜視図。

【図２８】図１９のモータのロータの部分Ｚを拡大して
示す図。

【図２９】モータ付近の回路を示す図。

【図３０】モータのコイルカットリレー部と充電回路用
リレー部の動作例を示す図。

【図３１】リチウムイオン電池およびその他の種類の電
池の放電特性の一例を示す図。

【図３２】リチウムイオン電池の動作原理を示す図。

【図３３】リチウムイオン電池の残量走行距離表示装置
の一例を示す回路図。

【図３４】図３３の残量距離表示部の一例を示す図。

【図３５】残量距離表示部の別の実施の形態を示す図。

【図３６】電気自転車のメインルーチンを示す図。

【図３７】図３６の駆動パターンセットサブルーチンを
示す図。

【図３８】図３６のモータサブルーチンを示す図。

【図３９】図３６のクランクサブルーチンを示す図。

【図４０】図３６の高温処理サブルーチンを示す図。

【図４１】図３６のドライバエラーサブルーチンを示す
図。

【図４２】図３６のアシストサブルーチンを示す図。

【図４３】モータによるアシストのタイミングの一例を
示す図。

【図４４】図４３のアシストのタイミングを説明する
図。

【図４５】電気自転車の走行パターンの一例を示す図。

【図４６】従来の電気自転車の一例を示す図。

【符号の説明】

１１・・・フレーム、１４・・・クランク（回転部）、
１６・・・前輪（回転部）、１７・・・後輪（回転
部）、２１・・・取付プレート、３０・・・動力補助手
段、３１・・・モータ、３２・・・モータ基板、４０・
・・バッテリ、５３・・・鉄芯、５６・・・マグネット
（ロータマグネット）、５５・・・ハウジング（収容部
材）、５８・・・ハウジングキャップ（収容部材）、９
０・・・傾斜センサ、１００・・・制御手段（走行情報
把握手段）、１０１・・・中央演算処理装置（ＣＰ
Ｕ）、１１０・・・速度センサ、１２０・・・クランク
回転センサ、１３０・・・前ブレーキセンサ、１４０・
・・後ブレーキセンサ、１５０・・・電流センサ、１６
０・・・温度センサ、１８０・・・アシストボタン、２
００・・・コイルカットリレー部、２５０・・・充電回
路用リレー部、ＣＳ・・・モータ回転角信号、ＶＳ・・
・速度信号、ＡＳ・・・加速度情報信号（速度変化信
号）、Ｃ１〜Ｃ３・・・モータのコイル、ＣＲＳ・・・
クランク回転信号、ＩＮＳ・・・傾斜信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片桐 一郎 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 佐藤 直正 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 遠藤 哲雄 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 伊藤 浩之 東京都港区赤坂２−17−22 オージャス株 式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操作者の操作により移動装置で移動する
   際に、移動するための力の一部を車輪に補助する移動装
   置用のブラシレス型のモータであり、 車輪と一体に回転する収容部材内に、磁気回路を形成す
   るロータヨークとロータマグネットを固定したロータ
   と、 移動装置の固定部側に固定されたステータであり、ロー
   タの収容部材内において同軸状に配置され、ロータのロ
   ータマグネットに対して周方向に対向して駆動コイルを
   巻いた鉄芯を有するステータと、を備え、 ステータの駆動マグネットに通電することでロータと車
   輪を一体に回転させることを特徴とする移動装置用のモ
   ータ。
2. 【請求項２】 ロータの収容部材は、 ステータを同軸状に収容するために一端面側が開放され
   たハウジングと、 このハウジングの開放された一端側面に固定されるハウ
   ジングキャップと、を備え、 ステータは、ロータのハウジングとハウジングキャップ
   により封入されていることを特徴とする請求項１に記載
   の移動装置用のモータ。
3. 【請求項３】 ロータのハウジングは、ロータの収容部
   材をステータが固定された固定部のシャフトに対して回
   転可能に支持する第１のベアリングを備え、 ハウジングキャップは、ロータの収容部材をステータ側
   にある車輪のシャフトに対して回転可能に支持する第２
   のベアリングを備えることを特徴とする請求項２に記載
   の移動装置用のモータ。