WO1997045316A1

WO1997045316A1 - Engin de locomotion avec dispositif moteur auxiliaire et procede de commande du deplacement

Info

Publication number: WO1997045316A1
Application number: PCT/JP1997/001740
Authority: WO
Inventors: Toshiro Hayashi; Yuichi Nanae; Hiroyoshi Hayashi; Ichiro Katagiri; Naomasa Sato; Tetsuo Endo; Hiroyuki Itoh
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1997-12-04
Also published as: JPH1035576A; TW470037U; US6580188B2; EP0976649A3; JP3682590B2; EP0846614B1; EP0976649B1; DE69728437D1; EP0846614A1; US6247548B1; DE69728437T2; DE69711342T2; EP0976649A2; DE69711342D1; US20030047369A1; EP0846614A4

Description

明細書駆動力補助装置付きの移動装置及び移動制御方法技術分野本発明は、人力により駆動される駆動輪を備えた移動装置及びこの移動装置の移動制御装置に関し、さらに詳しくは、充電可能な二次電池を駆動源とする駆動力補助装置を備え、走行状態に応じて、人力に加えて駆動力補助装置からの駆動力を利用して走行を行うようにした移動装置及びこの移動装置の移動制御方法に関する。背景技術従来、人力により駆動輪を駆動させることにより走行を行う移動装置として、自転車が広く用いられている。

自転車は、操車者がサドルに座り、運転者の踏力によりペダルを介してクランクを回転させ、このクランクの回転をチェーン等の駆動力伝達機構を介して駆動輪に伝達することによって走行が行われる。

このような人力のみにより走行を行う自転車は、登り坂にさしかかつたような場合、人力のみで走行することが困難となってしまう。そこで、登り坂であっても容易に走行可能とするように、運転者の踏力を補助する電動モー夕によって駆動される駆動力補助装置を備えた自転車が提案されている。この自転車は、図 4 6に示すように、運転者の踏力を検出するためのトルクセンサ 1と、ペダルの回転を確認する回転センサ 2と、トルクセンサ 1と回転センサ 2の検出出力に基づいて駆動力補助装置 4を制御する制御部 3を備えている。制御部 3は、回転センサ 2からの検出出力によりペダルの回転数を検出するとともに、トルクセンサ 1からの検出出力に基づいて運転者の踏力を検出し、ペダルの回転数が一定以下で踏力が一定以上になったことが検出されると、駆動力補助装置を駆動させ、踏力の 1 / 2の駆動力を駆動輪に与えるように制御する。

ところで、従来提案されている駆動力補助装置付きの自転車に用いられているトルクセンサは、機械的な要素を用いたものであるため、構成が複雑であり、クランク軸やチェーン、あるいは駆動輪の主軸に組み込むことが難しくなつている。また、機械的な要素を用いたトルクセンサは、大型であり重量も大きいため、運転者の踏力の一部を消費し、更に電動モ一夕の駆動力の一部を消費してしまうため、走行効率が良くない。

また、機械的な要素を用いたトルクセンサは、回転トルクの検出に遅れを生じ、走行状態に応じて迅速に運転者の踏力を検出し、走行状態に応じて迅速に駆動力補助装置を駆動させることが困難となつてしまっている。発明の開示本発明の目的は、従来提案されている駆動力補助装置付きの自転車が有している問題点を解消することができる新規な移動装置及びこの移動装置の移動制御方法を提供することにある。本発明の他の目的は、駆動源の消費を少なくし、効率の良い走行が行える駆動力補助装置付きの移動装置及びこの移動装置の移動制御方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、駆動力の補助が必要な状態になったときに、適切な駆動力を迅速に補助することができる移動装置及びこの移動装置の移動制御方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、軽量化が図られ、駆動力の消費効率が良い移動装置及びこの移動装置の移動制御方法を提供することにある

上述のような目的を達成するために提案される移動装置は、人力によって操作される駆動輪と、走行状態に応じて人力に加えて上記駆動輪に駆動力を付加する駆動力補助装置を備えている。この移動装置は、回転部に対して非接触で上記回転部の回転速度を検出して走行状態を検出する走行情報検出機構と、上記走行情報検出機構によって検出される走行情報に基づいて検出される操車者が与えようとする速度変化情報に応じた駆動力を上記駆動輪に付与する駆動力補助機構と、上記駆動力補助機構を駆動する電源とを備える。

本発明に係る移動装置は、人力のみによる走行が困難になることを走行情報検出機構により検出し、その検出出力に応じて駆動力補助機構を駆動させることにより駆動力を補助し、円滑な走行を実現するものである。

本発明に係る移動装置を構成する走行状態検出機構は、回転部に対して非接触で回転部の回転速度を検出して走行状態を検出するものであるので、回転部の駆動力を消費することを抑えることができる。そして、走行状態検出機構から得られる操作者が与えようとする速度変化情報に基づいて、駆動力補助機構がその速度変化情報に応じた駆動力を補助するので、操作者が与える移動のための駆動力の一部を迅速に補助することができ円滑な走行が確保される。

また、本発明に係る移動装置の駆動力補助機構を構成する電動モ —夕は、口一夕を車輪に一体に取り付けているので、車輪を直接回転させることができ、駆動力の損失を少なくすることができる。さらに、上記電動モー夕には、ステ一夕側に、ステ一夕の駆動コィルが発生する熱を放熱するための放熱手段を設けられている。更に、本発明に係る移動装置は、駆動力補助機構を構成する電動モー夕を駆動する二次電池の電圧に基づいて移動装置の残量走行表示を行う表示装置を設けることにより、走行可能距離を容易に把握することができる。

更にまた、本発明に係る移動装置は、この移動装置が移動する路面状況が移動装置の移動するための駆動力の一部を補助する必要がある場合には、電動モータを駆動させ、移動装置が移動する路面状況がこの移動装置の移動するための補助駆動力が不要な場合には、電動モー夕を発電機として機能させることにより、二次電池の消費電力の削減を図り、長距離の走行を可能となす。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施例の説明から一層明らかにされるであろう。図面の簡単な説明図 1は、本発明に係る電動式自転車を示す側面図である。

図 2は、上記電動式自転車の制御系を示すプロック回路図である ₍ 図 3は、走行情報検出部と駆動力補助機構の関係を説明するプロック図である。

図 4は、モー夕の制御系を示すブロック図である。

図 5は、本発明に係る電動式自転車の平面図である。

図 6は、上記電動式自転車のブレーキ部分を示す平面図である。図 7は、本発明に係る電動式自転車を構成するブレーキの他の例を示す平面図である。

図 8は、本発明に係る電動式自転車に適用される傾斜センサを示す正面図である。

図 9は、上記傾斜センサの断面図である。

図 1 0は、上記傾斜センサを構成する振り子を示す正面図である。図 1 1は、上記傾斜センサの特性を示す特性図である。

図 1 2は、図 1に示す電動式自転車を構成するクランク及びクランク回転センサを示す図である。

図 1 3は、上記クランク及びクランク回転センサを示す側面図である。

図 1 4は、上記クランク回転センサの動作を説明する図である。図 1 5は、駆動力補助機構を構成するモー夕の制御系のブロック図である。

図 1 6は、後輪に設けられたアウターロー夕型のモ一夕の一例を示す断面図である。

図 1 7は、図 1 6に示すモ一夕の側面図である。

図 1 8は、上記モ一夕の口一夕とステ一夕の一部を示す断面図でめ O o

図 1 9は、モー夕のステ一夕を示す側面図である。図 2 0は、モ一夕に設けられるモー夕基板の一部を示す断面図でめ。

図 2 1は、上記モー夕基板の正面図である。

図 2 2は、モー夕基板に対向して配設される反射板を示す正面図である。

図 2 3は、モータの速度センサの出力特性を示す図である。図 2 4は、モ一夕の速度センサの出力特性とモータのスィッチング夕ィミングの一例を示す図である。

図 2 5は、モ一夕を P W M駆動するときの P W M信号波形の一例を示す図である。

図 2 6は、モー夕の外観斜視図である。

図 2 7は、上記モー夕の分解斜視図である。

図 2 8は、図 1 9に示すモー夕の口一夕部分（ Z ) を示す図であ o

図 2 9は、モ一夕及びモー夕の駆動を制御する制御部を示す回路図である。

図 3 0は、モー夕のコイルカツトリレー部と充電回路用リレ一部の動作例を示す図である。

図 3 1は、各種二次電池の放電特性を示す特性図である。

図 3 2は、リチウムイオン電池の動作原理を示す図である。図 3 3は、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図である。

図 3 4は、上記残量走行距離表示装置を構成する残量表示部の一例を示す図である、

図 3 5は、残量表示部の他の例を示す図である。図 3 6は、本発明に係る電動式自転車のメインルーチンを示すフ口一チヤ一トである。

図 3 7は、図 3 6に示す駆動パターンセットサブルーチンを示すフローチヤ一トである。

図 3 8は、図 3 6に示すモー夕サブルーチンを示すフローチヤ一トである。

図 3 9は、図 3 6に示すクランクサブルーチンを示すフローチヤ —トである。

図 4 0は、図 3 6に示す高温処理サブルーチンを示すフローチヤートである。

図 4 1は、図 3_ 6に示すドライバエラ一サブルーチンを示すフロ一チヤ一トである。

図 4 2は、図 3 6に示すアシストサブルーチンを示すフローチヤートである。

図 4 3は、モ一夕からの補助駆動力の供給のタイミングの一例を示す図である。

図 4 4は、図 4 3に示すモー夕からの補助駆動力の供給の夕イミングを説明する図である。

図 4 5は、本発明に係る電動式自転車の走行パターンの一例を示す図である。

図 4 6は、従来の電動式自転車の構成を示すブロック図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明を、移動装置として通常の走行状態では人力により走行し、必要に応じて駆動力補助機構を構成する電動モー夕の駆動力を付加して走行するようにした電動式自転車に適用した例を挙げて説明する。

本発明に係る電動式自転車は、周知の自転車と同様に、三角形状をなすフレーム 1 1 と、走行方向を制御するハンドル 1 2と、ハンドル 1 2を操作する握り部 1 3と、運転手によって回転されるクランク 1 4と、運転手が腰掛けるサドル 1 5と、ハンドル 1 2の操作によって走行方向に可変される前輪 1 6と、クランク 1 4の回転力を受けて回転される駆動輪となる後輪 1 7 と、クランク 1 4と一体に回転する第 1のギヤ 1 8 aと、後輪と一体に回転する第 2のギヤ 1 8 bと、クランク 1 4の回転力を後輪 1 7に伝達する第 1及び第 2のギヤ 1 8 a , 1 8 b間に卷回されたチェーン 1 8 cを備える。これらクランク 1 4、前輪 1 6、後輪 1 7、第 1のギヤ 1 8 a及び第 2のギヤ 1 8 bは、走行時の回転部である。この自転車は、運転手がクランク 1 4の先端に取り付けられたペダル 1 4 bを踏み込むことによりクランク 1 4が回転され、このクランク 1 4の回転力が第 1のギヤ 1 8 a、チェーン 1 8 c及び第 2のギヤ 1 8 bを介して後輪 1 7に伝達されることにより走行が行われる。

なお、第 1のギヤ 1 8 aは、第 2のギヤ 1 8 bに比し大径に形成され、クランク 1 4の回転度に比し後輪 1 7の回転速度を増速させている。この電動式自転車は、図 1に示すように、後輪 1 7に駆動力補助機構 3 0が組み込まれている。

そして、フレーム 1 1には、取付け板 2 1が取り付けられ、この取付け板 2 1を介して駆動力補助機構 3 0を駆動させる電源を供給する充電可能な二次電池 4 0が取り外し可能に取り付けられている。さらに、取付け板 2 1には、走行時に回転する部分の速度を検出して走行状態を検出する走行情報検出部 1 0 0が取り付けられている。さらに、取付け板 2 1には、前輪 1 6側から後輪 1 7側に亘る傾斜状態を検出する傾斜状態検出センサ 9 0が取り付けられている。取付け板 2 1に取り付けられる二次電池 4 0は、家庭用の商用電源 1 0 0 Vで充電可能である。駆動力補助機構 3 0が、運転者の踏力を補助した状態で、本実施例の自転車 1 0 0 0は例えば 7 0 K m まで走行可能である。二次電池 4 0は、一例として約 4時間で満充電可能であり、このパッテリ容量は例えば 2 8 . 8 V - 5 A h ( 1 4 4 W h ) 程度である。その二次電池 4 0の重さは、 1 . 3 k g程度の軽量なものが用いられる。

このように駆動力補助機構 3 0及び二次電池 4 0を取り付けた電動式自転車は、 2 0 K g程度の重さに構成することができる。

この自転車 1 0 0 0全体を制御する走行制御部 2 0 0 0は、図 2 に示すような構成を備える。走行制御部 2 0 0 0は、図 3に示すような制御を行う。

すなわち、走行制御部 2 0 0 0は、図 3に示すように、速度センサ 1 1 0、傾斜センサ 9 0、クランク回転センサ 1 2 0、前ブレ一キセンサ 1 3 0、後ブレーキセンサ 1 4 0からのそれぞれの信号に基づいて、走行情報検出部 1 0 0が、電動式自転車の走行状態を把握する。そして、走行情報検出部 1 0 0は、速度センサ 1 1 0からの速度信号 V Sに基づいて速度変化情報である加速度情報を検出し、この速度変化情報に基づいて駆動力補助機構 3 0の駆動制御し、運転者の希望する走行状態が得られるような駆動力の補助を行う。そのために先ず、速度情報と傾斜情報から、現在の走行時点における走行動力（P ) を算出して、この走行動力情報と加速度情報とから駆動力補助機構 3 0が駆動輪としての後輪 1 7に加える補助駆動力を決定する。

また、速度情報と傾斜情報とから、現在の走行状態における走行動力（P ) を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、その時点において自転車 1 0 0 0をその速度で走行させるのに必要な力でしかない。

そこで、上述のように、速度信号 V Sに基づいて加速度情報を求め、この加速度情報に基づく走行動力の値である加速走行動力値と上記算出した走行動力の値である定速走行動力値とを加えることで、運転者の希望する走行状態が得られるような駆動力の補助を駆動力補助機構 3 0から自転車 1 0 0 0に与えることができる。

具体的には、走行時の微少時間において、速度情報から加速度情報を算出することで、運転者が加速しょ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駆動力補助機構 3 0から与える駆動力の補助量を増加する。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駆動力の補助量を大きく、速いときは駆動力の補助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減速状態でもその駆動力の補助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。

このような速度情報、傾斜情報、加速度情報を用いて、駆動力の補助量を決定するには、速度情報、傾斜情報、加速度情報から得られる状況等の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、あるいは、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夕に基づいて駆動力の補助量アシスト量を決定するようにしても良い。

まず、図 2において、走行情報検出部 1 0 0を構成する中央演算処理回路 1 0 1は、バスを介してデジタル入出力部 1 0 2、カウン夕 1 03、アナログ /デジタル変換器 1 04、 PWM信号生成ロジヅク部 1 0 9のパルス幅変調（PWM) デ一夕部 1 0 5に接続されている。クロック発生部 1 06はカウン夕 1 03と中央演算処理回路 1 0 1にシステム動作の基準用のシステムクロックを与える。ァナログ入力部 1 ひ 4は、傾斜センサ 9 0、電流センサ 1 05、温度センサ 1 6 0からアナログ信号を受けてデジタル変換する。カウン夕 1 03は、クロック発生部 1 06からのシステムクロックに基づいて、 PWMデータ部 1 0 5に対して PWMクロック《5 ( 1/ 1 2 8キャリア）を与える。 PWMデー夕部 1 0 5は、チャンネル c h 0〜チャンネル c h 3のカウン夕ュニッ卜 1 0 5 a〜l 05 kを有し、チャンネル c h 3はチャンネル c h O〜チャンネル c h 2の値をクリアするためのカウン夕リセットを備えている。 P WMデータ部 1 0 5のチャンネル c h O〜チャンネル c h 2のカウン夕ュニット 1 05 aから 1 0 5 cは、カウン夕ュニット 1 0 5 d， 1 0 5 e , 1 0 5 f及びアイソレ一ション用のフォ卜カプラ 1 0 5 g， 1 0 5 h, 1 0 5 iを介して駆動力補助機構 3 0を構成する電動モー夕である 3相モ一夕 3 1のドライバパワー段 1 Ί 0に接続されている。このパワー段 1 70は、 3相モー夕 3 1の U相， V相， W相をそれそれ PWM制御して適宣通電する。デジタル入出力部 1 02には、駆動力補助ポ夕ン 180、前ブレーキセンサ 130、後ブレーキセンサ 140、クランク回線センサ 120、温度センサ 1 60等が、アイソレーション用のフォト力ブラ 180 aを介して接続されている。 3相モー夕 3 1の速度センサ 1 10が、アイソレーション用のフォト力ブラ 1 1 0 aを介してデジタル入出力部 102に接続されている。

図 4の回路プロック図では、図 2の回路ブロック図に対して更に二次電池 40を含めた図であり、二次電池 40、走行情報検出部 1 00、モータ基板 32等を示している。走行情報検出部 100は、中央演算処理回路 10 1とメイン基板 108を有している。

中央演算処理回路 1 0 1に対しては、速度センサ 1 10、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、 D C-D C変換器 108 aは、二次電池 40からの電圧を 5Vに設定しており中央演算処理回路 1 01に与える。またメイン基板 10 8の D C -D C変換器 108 bは二次電池 40からの電圧を 12 V に設定してモー夕基板 32側に送ることができる。

図 1に示す 3つの速度センサ 1 10は、後で説明するがモー夕基板 32に設けられており、モー夕回転角信号 CSを、中央演算処理回路 10 1側に送ることができる。中央演算処理回路 101は、このモー夕回転角信号 C Sに基づいて、モー夕の口一夕の速度信号 V Sを検出し、かっこの速度信号 VSから速度変化情報としての加速度情報 ASを生成することができる。

モー夕基板 32は、上述した速度センサ 1 10、温度センサ 16 0、誘起電圧検出部 3 2 a及び 3つの駆動用コイル C 1〜C 3を有している。メイン基板 1 0 8のパワー段 1 7 0は、これら 3つのコイル C l， C 2 , C 3 ( U相， V相， W相に担当）に対して駆動電圧を供給する。

次に、図 2に示すパワー段 1 7 0は、エラー信号 1 7 0 eをアイソレーシヨン用のフォト力ブラ 1 7 0 f を介してデジタル入出力部 1 0 2に送ることができる。中央演算処理回路 1 0 1は、パワー段 1 7 0に異常が生じるとこのエラー信号 1 7 0 eを受けて、直ちに 3相モータ 3 1を停止させる。

図 2に示す駆動力補助ボタン 1 8 0は、運転者がオン/オフ操作するプッシュスイッチであり、駆動力補助ボタン 1 8 0をオンするとアシストモードとなる。例えば、図 1に示す電動式自転車 1 0 0 0を運転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相モー夕 3 1を動作して、図 1の後輪 1 Ίに対して補足動力を与えてアシストさせる。例えば運転者が電動式自転車 1 0 0 0を押して歩く際に、その車速が 2 . 5 k m/ h以下の時のみにモー夕 3 1 を動作させることができる。このようにすることで、運転者は電動式自転車 1 0 0 0を押して歩く際に、段差等の障害が生じて電動式自転車 1 0 0 0を押しにくくなつても必要に応じて軽く押して行くことができる。

次に、図 2に示す前ブレーキセンサ 1 3 0と後ブレーキセンサ 1 4 0について説明する。

図 5は、図 1の電動式自転車 1 0 0 0の平面図であり、ハンドル 1 2には前ブレーキレバー 1 2 aと後ブレーキレバ一 1 2 bを有している。前ブレーキレバ一 1 2 aは、前輪 1 6の回転を停止する前ブレーキ 1 2 cを操作し、後ブレーキレバ一 1 2 bは後輪 1 7の後ろブレーキ 1 2 dを操作するものであり、これら前ブレーキ 1 2 c 及び後ろブレーキ 1 2 dは電動式自転車 1 000の制動を行うブレ —キ手段として機能する。

図 6に示すように、例えば後ブレーキレバ一 1 2 bにはマイクロスィッチのような後ブレーキセンサ 1 40が設けられている。運転者がレバ一 1 2 bを矢印 H方向に操作することで、後ブレーキセンサ 1 4 0がオンする。そして運転者が後ブレーキレバー 1 2 bを離すと後ブレーキセンサ 1 40はオフする。

同様にして運転者が前ブレーキ 1 2 aを操作すると、前ブレーキセンサ 1 3 0はオンし、前ブレーキレバ一 1 2 aを離すと、前ブレ —キセンサ 1 3 0はオフする。このように、前ブレーキレバ一 1 2 aあるいは後ブレーキレパ一 1 2 bを用いて前ブレーキ 1 2 cあるいは後ブレーキ 1 2 dを操作したかどうかは、この前ブレーキセンサ 1 3 0又は後ブレーキセンサ 1 4 0のブレーキ信号に基づいて図 2の中央演算処理回路 1 0 1が判断する。つまりこれらのセンサ 1 30 , 1 4 0のオン信号を検出することで、運転者が電動式自転車 1 0 00を止めたい意思があるかどうかを中央演算処理回路 1 0 1 が判断することができる。

なお、図 7は、前ブレーキセンサ及び後ブレーキセンサの他の例を示しており、図 7に示す例では、マイクロスイッチに変えてポテンショメ一夕 1 3 0 a, 1 40 aを用いている。ポテンショメ一夕 1 3 0 a, 1 4 0 aは、レバーの角度 0に応じた大きさのブレーキ信号を出す。

次に、図 2の傾斜情報検出手段としての傾斜センサ 9 0について説明する。傾斜センサ 9 0は、図 1の、取付け板 2 1に配置されているが、この傾斜センサ 9 0は、図 8と図 9に示すような構成を備える。傾斜センサ 9 0は鉄製の基板 9 1に対して軸受 9 2を介して、振り子 9 9が回転可能に支持されている。軸受 9 2は焼結メタル若しくは樹脂製の軸受であり、鉄製の基板 9 1には磁界検出用のホール素子 9 4が取り付けられている。振り子 9 9は、ヨーク 9 8とボス 9 6及び軸 9 7を有している。軸 9 7はボス 9 6にはめ込まれており、ボス 9 6はヨーク 9 8を保持している。軸 9 7は Eリング 9 3により軸受 9 2に取り付けられている。ヨーク 9 8はマグネット 9 5を備えておりこのヨーク 9 8は透磁性材料で作られている。マグネット 9 5は図 1 0に示すように、 N極 9 5 aと S極 9 5 b を有している。図 9のホール素子 9 4は、マグネット 9 5 N極 9 5 aと S極 9 5 bの磁界の変化を、振り子 9 9が図 9中矢印 R方向に移動することで検出する。

この振り子 9 9が図 8中矢印 R方向に傾斜する角度はブラスマイナス 0で図 8に示しているが、この振り子 9 9の傾斜角度 0は、図 1の電動式自転車 1 0 0 0の前輪 1 6と後輪 1 7を結ぶ線に対して垂直方向の線 V Lに対する傾斜角度である。例えば登り坂の場合には振り子 9 9が + 0方向に傾斜し、下り坂の場合には振り子 9 9は一 6>方向に傾斜する。つまり、図 1 1に示すように、ホール素子 9 5の出力は + 0方向の傾斜に対して直線的に減少し、一 0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 9 4の出力は傾斜信号 I N Sとして走行情報検出部 1 0 0側に送られる。

次に、図 1 2と図 1 3及び図 1 4を参照して、図 1及び図 2に示すクランク回転センサ 120について説明する。

クランク回転センサ 120は、図 1の自転車のクランク軸 14 a に対応して配置されている。図 12に示すようにクランク軸 14 a は 2つのペダル 14 b、 14bを有している。クランク軸 14 aは第 1のギヤ 18 aに対しては、反射坂 1 2 1が固定されている。この反射坂 12 1は、図 13に示すようにミラー部分 1 22と無反射部分 123を交互に円周方向に配置している。この反射坂 12 1は円板状の反射坂であるが、この反射坂 1 2 1のミラー部分 1 22及び無反射部分 1 23は各々 23個あり、反射坂 1 2 1に対応するようにして、受発光部 1 24が設けられている。

この受発光部 124は、例えば図 14に示すように、発光部 12 4 aと受光部 1 24 bを備えており、発光部 124 aは例えば発光ダイォードで、受光部 124 b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、ミラ一部分 122で反射して戻り光 LRとなり、戻り光 LRは受光部 1 24 bで受光できる。つまり光 Lはミラ一部分 122が受光部 124 bに対面した場合に、戻り光 L Rを受光部 1 24 bに送ることができる。これにより、クランク回転センサ 1 20は、クランク軸 14 aに一体となった反射坂 12 1の回転数に対応するクランク回転信号 CR Sを走行情報検出部 1 00に出力することができる。

なお、検出距離の長い図 14に示す受発光部 124を用いると、反射坂 12 1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を受ける走行情報検出部 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。

図 9に示す傾斜センサ 9 0から走行情報検出部 1 0 0側に送られる傾斜信号 I N Sは、電動式自転車 1 0 0 0の走行路面における傾きを検出するために、振り子 9 9の傾きを利用しているが、その傾斜信号 I N Sはアナログ値であり、図 2のようにデジタル入出力部 1 0 2でデジタル変換を行う必要がある。

また、図 1 3に示す反射板 1 2 1は、クランク用の第 1のギヤ 1 8 aに対して貼り付けて設けることができる。受発光部 1 2 4の受光部 1 2 4 bから得られるクランク回転信号 C R Sは、図 2に示すカウンタ 1 0 3でカウントして計測する。具体的には、図 1 3に示すミラ一部分 1 2 2は、一周について 2 4個備えているので、図 1 4の受光部 1 2 4 bはクランク用の第 1のギヤ 1 8 aの一回転に伴い 2 4のクランク回転信号 C R Sを出力する。図 1の駆動力補助機構 3 0のモー夕 3 1がクランク 1 4と同期して回転している場合には、図 1のクランク用の第 1のギヤ 1 8 aと後輪 1 7の第 2のギヤ 1 8 bのギヤ比は例えば 4 4 ： 1 6なので、モータ 3 1の方が 2 . 7 5倍速く回転することになる。なお、モー夕 3 1は、通常運転者がべダルをこいでモー夕 3 1 とクランク 1 4が同期している場合及び後述するようにクランク 1 4の回転がモー夕の回転を上回る場合に駆動し駆動力の補助を行う。

また、この実施例においては、モー夕 3 1が後輪を直接回転させるいわゆるダイレクトモ一夕として構成されているため、モー夕 3 1 とクランク 1 4との同期等によりモー夕で後輪 1 7を直接駆動するようにしているが、クランクに駆動力を伝達し、あるいは前輪に駆動力を伝達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夕の駆動を行うようにすればよい。

次に、図 2に示すモ一夕 3 1の構造、速度センサ 1 1 0、電流センサ 1 5 0及び温度センサ 1 6 0について順次説明する。

図 1 5は、図 2に示すモー夕 3 1及び各種センサの付近をより詳しく示している。

中央演算処理回路 1 0 1は、傾斜センサ 9 0から傾斜信号 I N S を受け、前ブレーキセンサ 1 3 0から前ブレーキ信号 F B Sを受け、後ブレーキセンサ 1 4 0からは後ブレーキ信号 B B Sを受け、クランク回転センサ 1 2 0からクランク回転信号 C R Sを受け、そしてモー夕 3 1の速度センサ 1 1 0から速度信号 V Sを得ることができる。この速度センサ 1 1 0の他に、モ一夕 3 1は、温度センサ 1 6 0と口一夕位置センサ 1 9 9を有している。更に、モ一夕 3 1 と中央演算処理回路 1 0 1の間には電流センサ 1 5 0が設けられている。モー夕 3 1の構造は、図 1 6と図 1 7に示しており、外側の口一夕 R Tが回転し内側のステ一夕 S Tが固定されているアウター口一夕型の 3相のブラシレスモ一夕である。このモ一夕 3 1は、図 1に示すように、後輪 1 7のシャフト 5 1に対応して設けられている。したがって、図 1に示す電気自動車 1 0 0 0は後輪駆動型の自動車である。シャフト 5 1は、図 1のフレーム 1 1に対してネジ 1 l a により固定されている。

まず、モータ 3 1のステ一夕 S Tについて説明する。モ一夕 3 1 のステ一夕 S Tは、シャフト 5 1に対して一体となっている鉄芯 5 3，ステ一夕ホルダ 6 3を有し、その他に放熱器 6 4、モ一夕基板 3 2等を備えている。ステ一夕 S T側のシャフト 5 1のフランジ 5 1 aには、ネジ 5 1 bを用いて鉄芯 5 3が固定されている。鉄芯 5 3にはコイル C I， C 2， C 3が卷かれている。このコイル C l， C 2 , C 3は、図 1 9に示すような鉄芯歯部 5 3 eに所定のパターンで卷かれているが、途中の鉄芯歯部 5 3 eには、逆起電圧検出用のコイル 5 3 dが設けられている。これらのコイル C I , C 2 , C 3は、後述するロー夕 R Tのロー夕マグネット 5 6に対して周方向 (口一夕 R Tの回転方向）に対向して配置されている。

モータ基板 3 2は、図 2 0及び図 1 6に示すように、口一夕 R T のハウジングキャップ 5 8の反射板 6 7に対面するように配置されている。図 2 1に示すモー夕基板 3 2には、速度センサ 1 1 0が設けられている。この速度センサ 1 1 0は、フォトリフレク夕ともいい、図 2 1に示すように、円形状のモータ基板 3 2の円周方向に沿つて 3つ所定間隔をおいて設けられている。モー夕基板 3 2は、図 1 6に示すように、鉄芯 5 3に対してネジ 5 3 f により基板ホルダ - 5 3 gを用いて固定されている。

図 2 1に示すモー夕基板 3 2の給電線押さえ板 3 2 hは給電線 3

2 jを押さえている。この給電線 3 2 jは、図 1 5に示す 3つのコィル C l， C 2 , C 3に対してパワー段 1 7 0から給電する給電線である。モー夕基板 3 2の信号線押さえ板 3 2 kは、 3本の信号線

3 2 mを押さえている。この信号線 3 2 Mは、速度センサ 1 1 0と図 1 5の中央演算処理回路 1 0 1を接続する信号線である。このモ —夕基板 3 2には、図 2 1に示すように、温度センサ 1 6 0が設けられている。この温度センサ 1 6 0は、モー夕 3 1のコィル内部に挿入したダイォードで構成されたセンサであり、その温度センサ 1 6 0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 1 6 0は図 1 5の中央演算処理回路 1 0 1に対して温度検出信号を出力する。中央演算処理回路 1 0 1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夕 3 1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 1 6 0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 3 1の駆動が再開する。この温度センサ 1 6 0の温度検出信号は、図 2に示すようにアナログ入力部 1 0 4においてアナログ/デジタル変換されて、温度信号 T S (図 1 5参照）として取り込まれる。

図 2 1に示す 3つの速度センサ 1 1 0は、図 1 6に示す口一夕 R Tのハウジングキャップ 5 8に取り付けられた反射板 6 7に対面している。この反射板 6 7は、図 2 2のように 2 4個のミラー部分 6 7 aとの無反射部分 6 7 b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 1 1 0は、発光部 1 1 1 と受光部 1 1 2を備えている。発光部 1 1 1の光 Lは、反射板 6 7 のミラ一部分 6 7 aで反射して戻り光 L Rとなり受光部 1 1 2に受光できる。したがって、速度センサ 1 1 0は、非接触で光学的に、図 2 2の反射板 6 7のミラー部分 6 7 aのみの有無を検出することで、図 1 6に示すモ一夕 3 1のロー夕 R Tの回転に伴う速度信号 V Sを図 1 5のように中央演算処理回路 1 0 1に送ることができる。

3つの速度センサ 1 1 0 , 1 1 0 , 1 1 0は、図 2 3に示すように、ゼロクロス点 Z Cの検出の時間間隔 I Tを、図 2に示すカウン夕 1 0 3で計測している。具体的には、モ一夕 3 1の口一夕 R Tの 1回転について、 2 4サイクル X 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 1 1 0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 1 10のばらっきをキャンセルしている。図 2に示す PWM信号作成ロジック部 109は、図 23に示す速度センサの出力 1 10 (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。

図 24は、この速度センサ出力 1 10 (U) ，（ V) , (W) に対応して、図 2に示す PWM信号作成ロジック部 109が形成したコイル C l， C 2 , C 3に対応する U相、 V相、 W相のスィッチングタイミングの一例を示している。

図 25は、 PWM信号作成ロジック部 109が図 1 5のドライノ 17 Qに対する PWM信号の波形例を示している。図 2に示す PW Mデ一夕部 105のユニット 1 05 a〜 1 05 c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一で駆動することができる。

次に、図 1 5及び図 2に示す電流センサ 1 50は、 GND側のセンス抵抗（例えば 0. 5オーム）に生じる両端の電圧を、図 2に示すアナログ入力部 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。

( 1 ) 突入電流に制限をかけることで、バッテリーや回転回路素子の拡大電流定格を低く押さえられる。特に二次電池にリチウムィオン電池を用いたとき、この電池の信頼性向上に有効である。また、この突入電流の制限は、瞬間的な制限であるのでモ一夕 31の駆動によって与えられる補助駆動力の低下は影響ない。

(2) モー夕の異常検出ができる。図 1 6に示すモー夕基板 3 2において、給電線 3 2 jは、放熱器 6 4に設けられた封止チューブ 6 6を用いて、外部から給電線押さえ板 3 2 hを介してモー夕基板 3 2に接続されている。この封止チユーブ 6 6は、モー夕 3 1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 3 2 jが外に引っ張られると、封止チューブ 6 6が、放熱器 6 4の穴 6 4 aに締まり、これ以外外側へは出ない。つまり封止チューブ 6 6は、内部部分が外側部分に比べて径が大きくなつており、コイル給電線 3 2 が図 1 6中矢印 X 1方向の外側方向に引っ張られたとしても、封止チューブ 6 6はこれ以上出ないようになつている。コイル給電線 3 2 jは、ハウジングキャップ 5 8と接触しないように給電線押さえ板 3 2 hで固定されている。図 1 6に示すステ一夕ホルダ 6 3は、例えばアルミニウム製であり、放熱器 6 4も同様にアルミニウム製である。放熱器 6 4は放熱用のフィン 6 4 cを有している。フィン 6 4 cは、図 1 7に示すように、電動式自転車 1 0 0の図 1 7中矢印 F F方向の進行方向に複数枚形成されている。このようにステ一夕ホルダ 6 3と放熱器 6 4 を放熱性のよい材料で作ることにより、ステ一夕 S Tのコイル（ C 1 ， C 2 , C 3 ) と鉄芯 5 3付近で発生する熱を、外部に簡単に放熱して排除することができる。

次に、モ一夕 3 1のロー夕 R Tについて説明する。

ハウジングギャップ 5 8は、図 1 6に示すように、ネジ 5 8 nを用いてハウジング 5 5に対して固定されている。ハウジング 5 5とハウジングギャップ 5 8はステ一夕 S Tを収容するための収容部材を構成している。ハウジングギャップ 5 8とハウジング 5 5は、既に述べたステ一夕 S Tを収容している。ハウジング 5 5は穴 5 5 h を有しており、この穴 5 5 hにはシャフト 5 1が非接触で通っている。ハウジング 5 5はペアリング 5 2、 5 2 bを介してステ一夕 S Tに回転可能に支持されている。ハウジングギャップ 5 8は、モー夕基板 3 2のモー夕シールド板 3 2 sに対向しており、ベアリング 5 2 bに支持されている。すなわち、ハウジング 5 5とハウジングギャップ 5 8は、たった 2つのベアリング 5 2、 5 2 bによりステ一夕 S T側のシャフト 5 1に対して回転可能に支持されている。 )、ウジング 5 5は、図 2 6及び図 2 7のように図 1の後輪 1 7の各スボーク 1 7 pに対して取り付けられている。したがって、口一夕 R Tは後輪 1 7と一体に回転する。ハウジング 5 5とハウジングギヤップ 5 8は、ステ一夕 S Tをほぼ囲っており、シャフト 5 1はフレ —ム 1 1に支持されている。

ハウジング 5 5の内側には、ネジ 2 2 dにより口一夕ヨークとして働く口一夕ケース 5 4が設けられている。この口一夕ケース 5 4 には、一方向に着磁された短冊状の焼結ネオジマグネッ卜のようなロー夕マグネットであるマグネット 5 6が配置されている。そのマグネット 5 6の配列状態は図 1 9と図 2 8に示している。つまりマグネット 5 6はロー夕ケース 5 4の内周囲方向に沿って 4 8枚挿入して口一夕ケース 5 4に対して接着されており、 N極 5 6 aと S極 5 6 bの組合せが 2 4組設けられている。各マグネット 5 6は口一夕 R Tの鉄芯 5 3に所定の間隔を置いて対向している。すなわち、ロー夕 R Tのマグネット 5 6 と口一夕ケース 5 4と、ステ一夕 S T のコイル C I , C 2 , C 3と鉄芯 5 3等は磁気回路を形成している。そしてマグネット 5 6はコイル C 1 , C 2 , C 3と所定間隔をおいて周方向に沿って対面している。鉄芯 5 3には、図 2 7と図 1 9に示すように、スキュ一角が設定されている。このように、鉄心 5 3は、スキュー角を有し、斜めに設定しているのは、トルク変動を防ぐためである。

なお、図 1 9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 5 3 dを巻き、この逆起電圧検出コイル 5 3 dを受発光部 1 1 0の代わりにコイルの通電夕ィミングを取るセンサとして用いることもできる。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、電動式自転車が完全に停止状態では、逆起電圧検出コイル 5 3 dには、通電タイミングを取る出力は発生しないが、運転者が運転を始める場合、自転車を動かすか、ペダルをこぐため、検出コイル 5 3 dに出力が発生し、モー夕の通電夕イミングが得られ、センサレスドライブに特有の起動時の回転方向の迷いがないからである。

そして、モー夕 3 1を組み立てるには、図 1 6に示すように、熱伝導性のよいアルミニゥム製のステ一夕ホルダ 6 3を、シャフト 5 1に圧入する。シャフト 5 1のフランジ 5 1 aに対して、鉄芯 5 3 と基板ホルダ 5 3 gをネジ 5 1 bで共締めする。このとき、鉄芯 5 3とステ一夕ホルダ 6 3は、一体結合されるように嵌合される。基板ホルダ 5 3 gに対してモー夕シールド板 3 2 sをネジ 5 3 f で固定する。モー夕シールド板 3 2 sに対してモ一夕基板 3 2を角度調整しながらネジ 5 3 pで固定する。その角度は、フォトリフレクタである受発光部 1 1 0な反射板 6 7による信号がコイル（ C 1 , C 2 , C 3 ) の通電夕ィミングになるようにする。マグネット 5 6 の極数と反射板 6 7の歯数であるミラー部分の数は等しくなるようになっている。放熱器 6 4はシャフト 5 1に挿入して、モ一夕シ一ルド板 3 2 sに密着させて、コイル（ C 1 , C 2 , C 3 ) からの輻射熱がモ一夕基板 3 2に伝わりにくくする。これによりモ一夕基板 3 2を熱から保護することができる。

また、ステ一夕ホルダ 6 3を通じてコイル C 1 , C 2 , C 3や鉄芯 5 3の熱をも逃がすことができる。ただし、コイルの耐熱が 2 0 0 °C程度であるのに対して、モータ基板 3 2上の半導体は 8 0 ^eC程度なので、温度勾配が発生するようにステ一夕ホルダ 6 3とモータシールド板 3 2 sとの間にスぺーサを入れる方法もある。

口一夕 R Tは、ステ一夕 S Tに対してベアリング 5 2 , 5 2 bを介して回転可能に支持されているが、ハウジング 5 5とハウジングギャップ 5 8により両側から挟み込まれ、これらハウジング 5 5とハウジングギヤッブ 5 8にネジ 5 8 nで固定されている。この場合にハウジング 5 5及びハウジングギヤヅブ 5 8 と口一夕 R Tとの間にそれぞれパツキンを挾むようにしてもよい。

ここで用いられるモー夕 3 1は、ホイ一ルインモ一夕と称されるアウターロー夕型のブレシレスモ一夕であり、このモー夕 3 1を用いることにより、次のような利点がある。

( 1 ) 図 1 6のように、ロータ R Tのハウジング 5 5 とハウジングギャップ 5 8は、たった 2つのペアリング 5 2、 5 2 bを用いて、口一夕 R Tの両側位置において、ステ一夕 S T側のシャフト 5 1 と放熱器 6 4に対して回転可能に支持されている。したがって、シャフト 5 1の軸方向に関して、モー夕 3 1の幅を小さくすることができ、しかも回転時の口一夕 R Tの荷重を左右バランス良く受けることができる。 (2) ホイールともいう図 1 6の収容部材を構成する口一夕 RT のハウジング 55とハウジングギャップ 58は、図 1の電動式自転車 1000の後輪 17に対してスポーク 17 bを用いて直接固定されているので、ロー夕 R Tが生じる駆動回転力を後輪 1 7に対して直接与えることができる。しかも、ステ一夕 S Tは口一夕 RT内に配置され、且つロータ RTは後輪 17内に配置されていることから、図 1のように外観を良好なものとすることができる。

(3) ステ一夕 STの鉄芯 53は、直接シャフト 5 1に固定するので、構造が簡単である。

(4) モー夕 3 1の駆動コイル付近での発熱は、放熱器 64、ステ一夕ホルダ 63、シャフト 5 1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とハウジングギヤヅブ 58も熱を外部に拡散することができることから、このモータ 3 1には特別冷却手段が不要である。

( 5 ) モ一夕 3 1のコイル部分を備えるステ一夕 S Tは、口一夕 R Tのハウジング 55とハウジングギャップ 58内に密封した形で収容されているので、ステ一夕 STとロー夕 RTの内部を防水と防塵を図ることができる。

( 6 ) ロー夕 R Tのマグネット 56が、ハウジング 55の外周部側の内面に配置されており、発生トルクをハウジング 55の最外周側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口一夕 RTの外径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 3 1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。

次に、図 29及び図 30を参照して、モー夕 3 1に関連して設けられているモータの機能切り換え制御部 3000を説明する。この機能切替え制御部 3000は、第 1の切り換え部であるコイルカツトリレー部 200と第 2の切り換え部である充電回路用リレー部 2 5 0、充電型の二次電池 40、バッテリの充電回路 3 00、パワー段 1 Ί 0等を有している。

コイルカツトリレ一部 2 00は、モー夕 3 1のコイル C 2， C 3 の一端部と、モータドライバパワー段 1 70の間をオン/オフするためのリレー部である。また充電回路用リレー部 2 5 0は、コイル C 2 , C 3と、パッテリ（ 2次電池） 40の充電回路 3 0 0との間を電気的にオン/オフするリレーである。

コィルカッ卜リレ一部 200は、モー夕 3 1が補助駆動力を駆動輪に供給するように駆動している場合にオンしており、中央演算処理回路 1 0 1から制御信号 C S Sが与えられると、コイル C 2， C 3とパワー段 1 70との間をオンする。また、制御信号 C S Sが与えられないとコイルカツトリレー部 20 0はオフとなる。

一方、充電回路用リレー部 2 50は、充電制御信号 P S Sによりオンでき、充電制御信号 P S Sが与えられないと充電回路用リレー部 2 50はオフとなる。

図 30は、路面走行状況と 2つのリレー部 2 00 , 2 50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 2 9のコイルカヅトリレ一部 200はオンとなり充電回路用リレ —部 2 5 0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、コィルカッ卜リレー部 200はオフとなり充電回路用リレー部 2 5 0もオフとなる。

走行路面が下りである場合には、コイルカツトリレ一部 2 00がオフとなり充電回路用リレ一部 2 5 0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、モー夕 3 1はその電動式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 1 2に示すように、後輪 1 7の回転とともに、図 1 6に示すモー夕 3 1のロー夕 R Tがステ一夕 S Tに対して回転することから、鉄芯 5 3のコイル C 1， C 2 , C 3に誘導電流が生じる。したがって、モー夕 3 1が発電機として機能したときの誘導電流は、充電回路用リレー部 2 5 0を介してバッテリの充電回路 3 0 0を経て二次電池 4 0に蓄電することができる。なお、後述する電動式自転車 1 0 0 0の動作においては、走行路面が下りで且つ後ブレーキレバ一 1 2 bを操作して後ブレーキセンサ 1 4 0をオンした状態において、充電回路用リレー部 2 5 0がオンして充電が行われる。

このように構成することで、走行しながら二次電池 4 0の蓄電量を増加することでき、より長い距離の走行ができる。

次に、本発明に係る電動式自転車に用いられる二次電池 4 0について説明する。

ここに用いられる 2次電池 4 0には、リチウムイオン電池が用いられる。このリチウムイオン電池は、リチウムをド一 7 ·脱ド一ブできる炭素素材を負極とし、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る 2次電池でめ

図 3 1は、リチウムィオン電池と、鉛電池及びニッケル一力ドミゥ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、特に電池容量が少な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 4 V以上であり電圧が高く、電圧が低下していっても 3 V程度までである。これに対し、鉛電池は、初期の電圧が 2 V程度であり時間経過とともにあまり電圧の変化がなく、ニッケル一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。したがって、リチウムイオン電池は、他の鉛電池やニッケル一力ドミゥム電池に比べて、特に電池容量が少なくなると絰時変化による電圧の変化を把握しやすいので、リチウムイオン電池の初期電圧、例えば 4 . 2 Vから終止電圧の 2 . 7 V程度まで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を容易に行うことができる。

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 3 1に示したように電圧が他の 2次電池に比べて高く、水銀等の有害な物質を含まないので、取扱いが容易である。

リチウムイオン電池は、図 3 2に示すように、正極 4 1 a、負極 4 2 a , 十の集電体 4 1、一の集電体 4 2及びセパレ一夕 4 3を有している。これらの集電体 4 1 , 4 2及びセパレ一夕 4 3は容器 4 4の電解液 4 5の中に配置されている。リチウムイオン 4 6はセパレ一夕 4 3を通り一の集電体 4 2である負極 4 2 a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 4 6が負極 4 2 aからセパレ—夕 4 3を通り正極 4 1 a側に向かうとき放電を起こす。図 3 3は、リチウムイオン電池の二次電池 4 0の残量を測定して、図 1の電動式自転車が後どのくらい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 7 0 0の一例を示してい o この残量走行距離表示装置 7 0 0は、例えば図 1に示すハンドル 1 2の付近、あるいは取付け板 2 1等に取り付けることができる。残量走行距離表示装置 7 0 0は、モー夕 3 1及び走行情報検出部 1 0 0に対して接続端子 7 0 1 , 7 0 2を介して接続されている。この残量走行距離表示装置 7 0 0は、二次電池 4 0の放電制御回路 4 8に対して接続端子 7 0 3， 7 0 4を介して接続されている。接続端子 7 0 3 , 7 0 1の間には電流検出器 7 0 6が設けられている。この電流検出器 7 0 6は充放電制御回路 4 8からモー夕 3 1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 7 9 9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 7 0 8に記憶される。

一方、接続端子 7 0 3は、電圧検出器 7 0 7に接続されている。この電圧検出器 7 0 7は、充放電制御回路 4 8から得られる二次電池 4 0の電圧値を検出する。電圧検出器 7 0 7は、図 3 1に示したように、初期電圧の 4 . 2 V程度から最終的な電圧の 2 . 7 V程度までの電圧の変化を検出する。電圧検出器 7 0 7で検出された二次電池 4 0の電圧は、メモリ 7 0 8に記憶される。メモリ 7 0 8には、電流の時間平均値に対する二次電池 4 0の残容量と、モータ 3 1による走行可能距離との関係を示すテーブルが格納されている。した一がつて、電流の時間平均値と電圧値の値により、メモリ 7 0 8が持つているテーブルの値に基づいて、残量距離が残量距離表示部 7 0 9において表示される。

この残量距離表示部 7 0 9は、図 3 4に示すように、例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。また、残量距離表示部 7 0 9は、図 3 5に示すように、 4つの L E D (発光ダイォード） 7 10， 7 1 1， 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表示することもできる。例えば、 LED 7 10が点灯すると、残量走行距離は 1〜 5 Kmであると表示でき、 LED 7 1 1が点灯すると、残量走行距離が 6 ~ 19 Km であると表示でき、 LED 7 1 2が点灯すると残量走行距離は 1 1 〜30 Kmであり、 LED 7 1 3が点灯すると残量走行距離は 3 1 〜70 Kmであると表示できる。

ここで、二次電池 40には、蓄電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ものであれば、リチウムイオン電池以外の 2次電池を用いることができる。

ところで、電圧検出器 707には、アナログ /デジタル変換器を用いており、二次電池 40の満充電から放電終止の範囲内、すなわち図 3 1のリチウムイオン電池の曲線で示す範囲内で二次電池 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り 708に与える場合には、概ね満充電の 4. 2Vから放電終止の 2. 7 Vの範囲で、二次電池 40の残量に対応する電圧が二次電池 40の電圧の 1ノ 100以上で単調減少するのが好ましい。

ところで、図 33に示す二次電池 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、電動式自転車 1 000の取付け板 2 1から接続端子 701， 702を介して取り外すこともできる。したがって、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、単独で二次電池 40の残量走行距離表示を行うことができる。上述したように、残量走行距離表示装置 700が、図 33に示すように、接続端子 70 1， 702を介して自転車 1000側から取り外すことができるようになると、二次電池 40を自転車 1000 から外して充電している途中であっても、二次電池 40の残量走行距離表示を行うことができるので便利である。

なお、残量距離表示部 709は、図 34及び図 35に示す以外の、例えば可動コイル型の指針型電圧計等を用いることもできる。また、残量距離表示 709は、残量距離の他に二次電池 40の残容量自体を表示するようにしてもよい。

次に上述した電動式自転車 1000の動作を説明する。

図 36は、図 1に示す電動式自転車 1000の動作を示すメインル一チンである。図 36において、メインルーチンがス夕一卜すると、図 2の中央演算処理回路 1 01はデジタル入出部 102や P W M信号作成ロジック部 109などの初期化、その他の部分の初期化を行う（ステップ ST 1 ) 。

図 36のステップ S T 2において、駆動パターンのセットサブル一チンに移る。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 ST 2— 1ではセンサパターンの読み取りを行う。このセンサパターンの読み取りとは、図 2 1の 3つの速度センサ 1 10が図 22の反射板 67のミラ一部分 67 aのパ夕一ンを読み取ることであり、このようにすることで、モー夕 3 1のマグネット 56とコィル C I , C 2 , C 3の位置関係の把握を行う。

図 37のステップ S T 2— 2では、モー夕 3 1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 2 1の速度センサ 1 1 0が反射板 6 7のパターンを読み取ることで次のことを決定する。すなわち、図 24に示す通りこのこの速度センサの出力パターンに対応してモー夕 3 1を正しく回転させるコイルの通電パターンが一義的に決まるので、これを設定するということである。

そしてステップ S T 2— 3では、 C T Cの再設定を行う。この C T Cとは、 P WM信号作成ロジック部 1 09を構成するカウン夕 1 0 5 a〜 1 0 5 kのことである。

ステップ S T 2— 4では、アーム方向の再設定を行う。このァーム方向の再設定とは、 3相モータ 3 1のパワー段 1 7 0のどのモジユールに PWM制御信号を入力するかを設定することである。

図 3 7に示す駆動パターンセットサブルーチンが終了すると、図 3 6のステツプ S T 3に戻り図 2に示すモー夕 3 1の P WM制御の準備を開始する。

図 3 6のステップ S T 4では、図 2 1に示す 3つの速度センサ 1 1 0の図 23におけるゼロクロス点 Z Cのチェックをする。ゼロクロス点のチヱヅクを行う場合には、図 3 8のステップ S T 5のモー夕のサブルーチンに移る。モ一夕 3 1の速度センサ 1 1 0のチエツクを行わない場合には、 S T 6において、図 1 3に示すクランク 1 4に対して配置されているクランク回転センサ 1 2 0のチェックを行う。

図 3 8のステップ S T 5— 1において、図 2 1に示す速度センサ 1 1 0が図 2 2に示すのミラー部分 6 7 aを検出することで、その速度センサ 1 1 0の検出信号は、図 2に示すデジタル入出力部 1 0 2を介してカウン夕 1 03をリセットし、ステップ S T 5— 3とステツプ S T 5— 4において中央演算処理回路 1 0 1が速度計算（V) を行い速度信号 V Sを作るとともに、加速度計算（A ) を計算して速度変化信号としての加速度信号 A Sを作る。図 3 8のステップ S T 5— 5では、図 3 7に示す駆動パターンセットサブル一チンに戻り、駆動パターンサブルーチン S T 2の所定の処理を行う。このように駆 ¾|パターンサブルーチン S T 2に移るのは、図 2 3に示すゼ口クロス Z C点において速度センサ 1 1 0の出力信号のパターンが切り換わるので、図 2 4に示すように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。

次に、図 3 6のステップ S T 6において、図 1 3に示すクランク 1 4の回転センサ 1 2 0をチエツクする場合には、ステップ S T 7 のクランクサブルーチンに移る。このクランクサブル一チン S T 7 は図 3 9に示しており、ステップ S T 7— 1では図 1 3に示すクランク回転センサ 1 2 0がミラ一部分 1 2 2をクランク 1 4の回転にともない読み取り、図 2に示すデジタル入出力部 1 0 2に入力されてカウンタ 1 0 3がそれをカウントする。図 3 9のステップ S T 7 一 2ではカウン夕 1 0 3がリセットされる。

そして、図 3 9のステップ S T 7— 3では、図 1 3に示すクランク 1 4が回転するときのクランク速度を先ほどのカウント値に基づいて計算する。この後図 3 6のステップ S T 8に移る。

図 3 6のステップ S T 8では、図 2 1の温度センサ 1 6 0が、モ —夕 3 1の温度をチェックする。この温度センサ 1 6 0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 3 6のステツプ S T 9の高温処理サブルーチンに移る。

高温処理サブルーチン S T 9は、図 4 0に示しており、この場合にステップ S T 9— 1では中央演算処理回路 1 0 1がコイルカットリレー部 2 0 0を遮断することで、パワー段 1 70がモー夕 3 1に対して通電するのを停止する。これによりステップ S T 9— 2のように、電動式自転車 1 0 00はモ一夕 3 1による駆動力の補助が 0 になる。ステップ S T 9— 3では、図 2 1の温度センサ 1 6 0の検出する温度が所定の温度よりも低くなつた場合には、図 3 6のステップ S T 1 0に移る。

ステップ S T 1 0は、図 2のパワー段 1 70の動作チェヅクを行う。もしパワー段 1 7 0が図 2のエラ一信号 1 70 eをデジタル入出力部 1 0 2に出力した場合には、中央演算処理回路 1 0 1は図 4 1のステップ S T 1 1のエラ一サブルーチンに移る。この場合にステツブ S T 1 1一 1のように図 1 5のコイルカツトリレ一部 20 0 をオフにすることで、ステップ S T 1 1— 2のようにモー夕 3 1による電動式自転車 1 0 0 ◦の駆動力の補助を 0にする。そして、ステツプ S T 1 1— 3ではエラーフラグをたてて、図 3 6のステップ S T 1 2でシステムの動作をすベて終了してしまう。

一方、図 3 6のステップ S T 1 0において、パワー段 1 7 0のェラーが検出されない場合には、図 4 2に示すアシストサブルーチン S T 1 3に入る。

このアシストサブル一チン S T 1 3は、ステップ S T 1 3— 1において、エラ一フラグがもしたつている場合には、ステップ S T 1 3— 8で図 1 5に示すコイルカツトリレ一部 20 0をオフにすることでモー夕 3 1の駆動力の補助をステップ S T 1 3— 9で 0にして動作を終了してしまう。

また、図 4 2に示すステップ S T 1 3 - 1でエラ一フラグがたつていない場合には、図 42に示す S T 1 3— 2〜S T 1 3— 7の処理を行う。

ステップ S T 1 3— 2では、図 2に示す駆動力補助ボタン 1 80 を運転者がオンした状態で、且つ電動式自転車 1 0 00の速度が例えば 2. 5 Km/hを下回る速度である場合には、ステップ S T 1 3— 1 0において、図 1 5に示すコイルカツトリレ一部 200をォンして、ステップ S T 1 3— 1 1において駆動力の補助量を一定値 Kにする。つまり、電動式自転車 1 0 0 0を運転者が押しながら歩いているような状態では、時速 2. 5 Kmより速度が低くなることが想定され、このような場合には、図 1 5に示すコイルカットリレ —部 2 0 0はオンして、一定の駆動力の補助量をモー夕 3 1が電動式自転車 1 0 0 0に対して与える。これにより、運転者は電動式自転車 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。図 42のステップ S T 1 3— 2において、電動式自転車 1 000 の速度が 2. 5 Km/h以上である場合には、ステップ S T 1 3— 3でブレーキのチェックをする。このブレーキのチェックでは、運転者が図 6の前ブレーキレバ一 1 2 a又は後ブレーキレバ一 1 2 b を操作している場合に、図 2の前ブレーキセンサ 1 30又は後ブレ —キセンサ 1 4 0の少なくとも一方の信号がデジタル入出力部 1 ◦ 2に与えられるので、中央演算処理回路 1 0 1は、運転者がブレーキ操作をしているかどうかをチヱ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、モ一夕 3 1の駆動力の補助量をステップ S T 1 3— 9において 0にする。

また、ブレーキがかかっていない場合には、ステップ S T 1 3— 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、電動式自転車 1 0 00 が平坦面ではなく下り坂を移動しているので、図 4 2のステップ S T 1 3— 8で中央演算処理回路 1 0 1がコイルカットリレー部 2 0 0をオフにしてステップ S T 1 3— 9でモー夕 3 1の駆動力の補助量を 0にする。

そして、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、中央演算処理回路 1 0 1が平坦路あるいは上り坂であると判断しステツブ S T 1 3— 4からステップ S T 1 3— 5に移り、クランクの回転の同期チェックを行う。すなわち、図 1 2及び図 1 3に示すクランク 1 4を運転者が踏力で操作して回転させているかどうかを判別し、モー夕 3 1の回転数がクランク 1 4の回転数より大きい場合には、モ一夕 3 1による駆動力の補助は不要であるとして図 1 5に示す中央演算処理回路 1 0 1がコイル力ッ卜リレ一部 2 0 0をステップ S T 1 3— 8でオフにし駆動力の補助量を 0にする。

また、モ一夕 3 1の回転がクランク 1 4の回転と同期しているかあるいはクランク 1 4の回転がモー夕 3 1の回転より速い場合にはステップ S T 1 3— 6に移り、電動式自転車 1 0 0 0のスピードのチェックを行う。なお、モ一夕 3 1の回転数の検出は、図 2 1に示す速度センサ 1 1 0と図 2 2に示す反射板 6 7で行い、クランク 1 4の回転数の検出は図 1 3に示すクランク回転センサ 1 2 0と反射板 1 2 1で行う。

なお、クランク 1 4の回転がモー夕 3 1の回転より速い場合とは、ペダルのこぎ始め等の微少時間において、クランク 1 4の回転がモ一夕 3 1の回転を上回ることを意味する。

図 4 2のステップ S T 1 3— 6のスピードチェックでは、電動式自転車 1 0 0 0の速度が 0あるいは 2 4 K m/ hよりも速い場合には、モー夕 3 1による駆動力の補助は不要であるとして図 1 5に示す中央演算処理回路 1 0 1がコイル力ッ卜リレー部 2 0 0をオフにし駆動力の補助量を 0にする。

一方、速度が 2 4 K m/ hと等しいかあるいはそれよりも遅くしかも 0でない場合、例えば速度が 1 0 K m/ hで走行しているとすれば、ステップ S T 1 3— 7で駆動力の補助量を計算するサブルーチンに移る。なお、駆動力の補助量は、電動式自転車 1 0 0 0の速度、加速度及び路面の傾きにより計算できる。

図 4 3は、図 1に示す電動式自転車 1 0 0 0が各種モードで走行している場合におけるモータ 3 1による駆動力の補助のタイミングの一例を示す図である。

図 4 3において、モード（A ) は 0から 1 2まで書かれており、図 4 4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—定走行状態、モード 8は減速走行状態、モード 9とモード 1 0は下り走行状態、モード 1 1と 1 2は登り走行状態を示している。図 4 3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。

まず、モード 0の初期状態では、メインスィッチがオフ又は図 1 5に示す二次電池 4 0がバッテリ切れの状態であり、モー夕 3 1はフリ一状態であるので、電動式自転車 1 0 0 0は運転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。モー夕 3 1からの駆動力の補助量は 0である。

モード 1のブレーキ状態では、メインスィツチが図 4 3 ( B ) のようにオンされても、図 5に示す前ブレーキレバ一 1 2 a又は後ブレーキレバ一 12 bを運転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 1 30又は後ブレーキセンサ 140が優先されることから、図 43 (G) の駆動力の補助量は 0である。この時に、例えばモー夕 3 1の駆動力の補助量を負、すなわちモー夕を逆トルクモードにするにすることで、モータ 3 1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。

図 43のモード 2では、電動式自転車 1000が停止状態でありモー夕 3 1はフリー状態であるために、電動式自転車を運転者が手で自由に動かすことができる。

図 43のモード 3〜5は、加速走行状態を示しており、モード 3 ではモ一夕 3 1とクランク 14が同期した加速状態（ 1 5Km/h 未満）であるので、モー夕 3 1は必要な仕事量の 1/2分だけ駆動力の補助を行う。

モード 4では、モ一夕 3 1とクランク 14が同期し、 15〜24 Km/hの範囲で加速状態にあり、モー夕 3 1の駆動力の補助量は 1 /2からその駆動力の補助量の割合を漸減する。

モード 5では、モー夕 3 1とクランク 14が同期し、 24 Km/ h以上の加速状態にあり、モー夕 3 1による後輪への駆動力の補助量をなくし、モー夕 3 1への通電が行われない状態にある。

図 44のモード 6では、モ一夕 3 1とクランク 14が同期していない状態、すなわち運転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一夕 3 1の駆動力の補助量をなくし、モータ 31への通電が行われていない状態にある。

モード 7では、モー夕 3 1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夕 3 1が駆動力の補助を行う。

モード 8では、モー夕 3 1 とクランク 1 4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一夕 3 1が駆動力の補助を行う。

モード 9 とモード 1 0は、下り走行状態であり、モー夕 3 1 とクランク 1 4が同期していない状態で下り坂を電動式自転車 1 0 0 0 が走行している状態である。したがって、速度に限らずモー夕 3 1 の駆動力の補助量は 0であり、モー夕 3 1への通電は行われない状態である。モード 1 0では、モー夕 3 1 とクランク 1 4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 3 1の駆動力の補助量は 0であり、モータ 3 1への通電は行われない状態である。

モード 1 1 と 1 2では、モー夕 3 1 とクランク 1 4が同期した状態で登り坂を電動式自転車 1 0 0 0が走行している状態である。したがって、速度に応じたモー夕 3 1の駆動力の補助量に、坂の角度による係数が加わりモー夕 3 1の所定の駆動力の補助量が後輪 1 7 に加わる。

モード 1 2では、モー夕 3 1にクランク 1 4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、駆動力の補助量はモー夕 3 1の特性で制限される, なお、登り坂の場合には、クランク 1 4が一時的にモータ 3 1に対し同期していなくても、モ一夕 3 1及び駆動輪としての後輪 1 7 が止まらない量の駆動力の補助が継続される。

図 4 4のモード 0〜 1 2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、運転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 1 10はモード 3~12において電動式自転車 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の下り坂及び登り坂で電動式自転車 1000の傾斜角度を検出している。図 43 (G) の駆動力の補助量は、モード 3， 4の加速時と、モード 7， 8及びモード 1 1 , 1 2において与えられている。

図 43 (H) のコイルカツトリレ一部 200は、各モードに対応してモ一夕 3 1をオン又はオフするように制御する。

次に、図 45の電動式自転車 1000の動作パターンの一例を説明する。図 45 ( A) は、電動式自転車 1 000の走行パターンの —例を示しており、平坦路面 T l、登坂路面 Τ 2、平坦路面 Τ 3、下り路面 Τ 4及び平坦路面 Τ 5を具体的な一例として示している。図 45 (Β) は、傾斜センサ 90の傾斜信号 I N Sを示し、図 4

5 ( C) は、クランク回転センサ 1 20のクランク回転信号 CR S を示し、図 45 (D) は、速度センサ 1 10の速度信号 VSを示している。図 45 (Ε) は、速度センサ 1 1 0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、前ブレーキセンサ 130と後ブレーキセンサ 140のォン /オフ信号を示している。

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の充電回路用リレ一部 250のオン/オフ信号を示している。また、図 4 5では平坦路面 T 1の初めの位置から平坦路面 T 3の途中までを区間 T L 1で示し、平坦路面 Τ 3の途中から下り路面 Τ 4の途中までを区間 T L 2で示し、下り路面 Τ 4の途中から電動式自転車 1 0 0 0が停止する位置までを区間 T L 3で示している。図 4 5に示すような電動式自転車 1 0 0 0の走行パターンでは、次のように各部分が動作する。

図 4 5 ( Α ) の区間 T L 1の平坦路面 Τ 1に電動式自転車 1 0 0 0が走行している時には、コイルカヅトリレー部 2 0 0はオンされており、モー夕 3 1が駆動され後輪 1 7に補助駆動力が加えられる。平坦路面 Τ 1であるので傾斜センサ 9 0の出力は 0であり、運転者は電動式自転車 1 0 0 0のペダルに踏力を与えているのでクランク回転信号 C R Sは出ている。速度センサ 1 1 0の速度信号 V Sとそれに基づく加速度信号 A Sは、その走行状態に応じて図 2の中央演算処理回路 1 0 1に与えられている。

電動式自転車 1 0 0 0が平坦路面 T 1から登坂路面 T 2に差し掛かると、運転者のペダルの踏力は増加し且つ傾斜センサ 9 0が登りである傾斜信号 I N Sを出力するとともに速度センサ 1 1 0の速度信号 V Sがやや低下し加速度信号 A Sが変動する。

電動式自転車 1 0 0 0が登坂路面 T 2から平坦路面 T 3に移ると、一運転者の踏力は減少する。次に運転者が踏力を増加すると、電動式自転車 1 0 0 0が加速していき、速度センサ 1 1 0の速度信号 V S が増加する。そして平坦路面 T 3の途中から運転者はべダルに対する踏力を大きくかけると、電動式自転車 1 0 0 0の時速が 2 4 K m / h以上になるため、区間 T L 1の終わりの時点 t 1においてモー夕 3 1のコイルカツトリレ一部 2 0 0がオフになる。すなわち、区 W

43 間 T L 1から区間 T L 2に入った期間 t 2の間は、コイルカツトリレー部 2 0 0がオフなのでモー夕 3 1の駆動が停止され、後輪 1 Ί への駆動力の補助はなくなる。

そして、図 4 5 ( A ) に示すの下り路面 T 4に電動式自転車 1 0 0 0が差し掛かると傾斜センサ 9 0は下りの傾斜信号 I N Sを出力するとともに、運転者はペダルへの踏力を加えるのを中止する。したがって、クランクの回転センサ 1 2 0の信号 C R Sは時点 t 3において 0になる。電動式自転車 1◦ 0 0が下り路面 t 4の途中までくると、運転者は時点 t 4で後輪 1 7にブレーキをかける。これにより速度センサ 1 1 0の速度信号 V Sの値が徐々に低下していき加速度信号 A Sがマイナスを示す。この時点" t 4において、図 4 5 ( I ) に示す充電回路用リレー部 2 5 0が中央演算処理回路 1 0 1 の指令によりオンする。すなわち、時点 t 4では図 2のコイルカツ卜リレー部 2 0 0がオフの状態で充電回路用リレー部 2 5 0がオンすることから、モ一夕 3 1は発電機として機能し、モ一夕 3 1は図 1 5の二次電池 4 0に対して充電を開始する。

電動式自転車 1 0 0 0が下り路面 T 4を下り終えて再び平坦路面 T 5に差し掛かった時点 t 5では、傾斜センサ 9 0の傾斜信号 I N Sは 0となり速度センサ 1 1 0の速度信号 V Sの値も更に小さくなつていく。平坦路面 T 5の時点 t 6において、運転者は図 4 5 ( F ) , ( G ) に示すように前輪 1 6及び後輪 1 7の双方にブレーキをかける。これによつて電動式自転車は時点 t 7において停止する。

以上のようにして、区間 T L 1においてはモータ 3 1の駆動力の補助を必要とするので、コイルカツトリレー部 2 0 0がオンになり、モー夕 3 1の駆動が行われ、後輪 1 7に補助駆動力を加える。そして、区間 T L 2に至ると、モー夕 3 1による後輪 1 7への駆動力の補助は不要となるのでコイル力ットリレー部 2 0 0をオフにすることで、モー夕 3 1の回生電流が流れないので、電動式自転車 1 0 0 0が慣性で走行することを妨げることがない。そして、区間 T L 3 では下り坂であるので、電動式自転車 1 0 0 0は自重で走行していくことからモー夕 3 1を発電機として機能させることができ、二次電池 4 0に対して充電が行われる。

ただし、区間 T L 1でモー夕 3 1を駆動させ、後輪 1 7に補助駆動力を加えるのは、電動式き転車 1 0 0 0が設定速度以下、例えば 2 4 K m/ h以下の場合であり、前輪 1 6及び前後輪 1 7のブレーキがオフ状態で、且つクランク回転センサ 1 2 0の信号 C R Sが出力されており登り坂若しくは平坦路面である必要がある。

また、区間 T L 3ではコイル力ヅ卜リレ一部 2 0 0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 1 4 0がオンし、後ブレーキ信号 B B Sが中央演算処理回路 1 0 1に供給され、これにより中央演算処理回路 1 0 1が充電制御信号 P S Sを出力して、充電回路用リレ一部 2 5 0をオンとし、モー夕 3 1が発電機として作用し回生ブレーキ及び充電操作を行うことができる。

区間 T L 3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夕 3 1の回生の電流により制御できる。例えば、図 7に示すポテンショメ一夕 1 3 0 a、 1 4 0 aの角度を図 5の前ブレーキレバ一 1 2 aあるいは後ブレーキレバー 1 2 b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。

また、図 6のようにマイクロスィツ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 1 3 0 , 1 4 0がオンしたとき、そのブレーキ量を減速状態（負の加速度情報）から検出し、それに見合う例えば 1 Z 2のブレーキ力を発電機として援用するモー夕 3 1に与えることにより電動式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。

下り坂で減速しない程度にブレーキをかけたときに、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、発電機として利用するモー夕 3 1を制御することもできる。このとき、減速しない程度にブレーキを掛けたかどうかは、走行情報検出部 1 0 0が傾斜センサ、ブレーキセンサあるいは加速度情報等により検出する。また、モ一夕 3 1を補助駆動力の供給用に用いないときには、図 1 5に示すコイルカツトリレー部 2 0 0をオフにすることで、モ一夕 3 1が補助駆動力の供給源として働かないときに走行負荷とならないようにすることができる。

発電機として作用するモ一夕 3 1の回生電流は、速度による発電側の電圧だけではなく、二次電池 4 0の残量によっても変わる。そこで安定な制御力を得るために、二次電池 4 0に内蔵する C P U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二次電池 4 0に流し、残りの回生電流を他で消費若しくは補助充電するようにしてもよい。

なお、後ブレーキは電動式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動式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又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。本発明に係る電動式自転車においては、走行情報把握手段である走行情報検出部 1 0 0が、自転車の回転部を構成する後輪 1 7に一体的に取り付けられたモー夕 3 1の速度センサ 1 1 0から得られる速度情報、すなわち速度信号 V Sに基づいて走行状態を把握している。この場合に速度センサ 1 1 0は、後輪 1 7と一体に回転するモ —夕 3 1の口一夕 R Tに対して非接触であるので、速度情報を得るのにモ一夕のロー夕 R Tに機械的な付加を与えることがない。

そして、駆動力補助機構は、走行情報把握手段である走行情報検出部 1 0 0から得られる運転者が与えようとする速度変化情報である加速度信号 A S、すなわち運転者の意思を推定し、運転者の意思に適合した駆動力を補助する。このことから、従来の機械的なトルクセンサを用いて運転者が踏力のトルクの 1 / 2を算出してその踏力の 1 / 2の補助駆動力をモー夕から与えるものと異なり、本発明では電動式自転車の回転部分に機械的な付加を与えずに現在の走行状態に応じ、さらには運転者の意向に忠実にモータ 3 1を駆動させて補助駆動力を駆動輪としての後輪 1 7に供給することができる。また、図 1 6及び図 1 7に示すように、後輪 1 7に対して直結式のモー夕を用いている。すなわち、モー夕 3 1のステ一夕 S Tが直接電動式自転車 1 0 0 0の車軸に相当するシャフト 5 1に一体に設けられている。したがって、従来用いられている電動式自転車では、モ一夕の駆動力がギヤボックスを介して後輪に伝えられており、ギャによる動力伝達ロスが生じたり、大型であり重量がかさむという問題があつたが、本発明に係るモー夕 3 1はこれらの点をすベて解消している。

また、モー夕 3 1の口一夕 R Tは、ステ一夕 S Tに対して外側に位置しており、モー夕 3 1はアウター口一夕型のモー夕である。このアウターロー夕型のモータを使用することにより、口一夕 R Tは後輪 1 7のスポーク 1 7 pに対して直接接続できるので、構造が簡単となり軽量化が図られる。

しかも、モー夕のステ一夕の駆動コイルに通電するとロータがステ一夕に対して回転して移動装置を動かすのであるが、この際にステ一夕の駆動コイルが発熱しても、その熱は放電手段を構成するステ一夕ホルダ 6 3及び放熱器 6 4を介して放熱される。これによりモータの故障や劣化を抑えることができる。また、モ一夕が発電機として機能する場合に発熱しても、やはりステ一夕ホルダ 6 3と放熱器 6 4を介して放熱を図ることができる。

特に、放熱器 6 4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。放熱器はステ一夕側に圧入すれば簡単に取り付けることができる。さらに、放熱器 6 4に設けられるフィンを移動装置の移動方向に平行とすることにより、移動に際してフィンを効率よく冷却できる。ステ一夕の駆動コイルに通電するための給電線が、外部からステ一夕側の放熱器 6 4を通して駆動コイルに接続されているので給電線の引き回しが容易である。

本発明を電動式自転車に適用した場合に、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を含む概念である。また、本発明は、上述したような電動式の自転車のみならず、人力を主体とする車イスや運搬車、遊具としての自動車やその他の乗り物おもちや等の移動装置に広く適用できるものである。このような車イスや運搬車に本発明を適用した場合には、補助輪等の回転する部分も本発明の回転部を構成するものである。

上述した電動式自転車の二次電池として、高電圧を出力し、放電特性が良好なリチウムイオン電池を用いているが、充電可能な二次電池であれば N i— M H (ニッケル一メタルハライド）電池などの他の二次電池を使用することもできる。

ところで、二次電池にリチウムイオン電池を用いる場合には、次のように構成することもできる。例えば、図 3 3に示すように、電流検出器 7 0 6、電圧検出器 7 0 7あるいは残量距離表示部 7 0 9 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、運転者により目視で電流値あるいは電圧値及び残量距離表示を確認できるようにしてもよい。また、上述した電動式自転車では、モータを後輪の車軸に対応して配置されているが、これに限らず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よい。産業上の利用可能性上述したように、本発明に係る移動装置は、車輪等の回転部に対して非接触で回転部の回転速度を検出して走行状態を検出し、この検出された走行情報に基づいて操車者が与えようとする速度変化情報に応じた補助駆動力を駆動力補助機構から供給して走行を行うようにしているので、人力のみによる走行が困難となった場合であつ一ても円滑な走行が実現できる。

特に、走行状態の検出を回転部に非接触で検出するようにしているので、移動装置に大きな負荷を与えることなく走行状態の検出を行うことができ、人力のみによる走行を阻害することを防止できる。さらに、駆動力補助機構は、車輪に直結されているので、小型化でき、移動装置の軽量化を実現することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 人力によって操作される駆動輪と、走行状態に応じて人力に加えて上記駆動輪に駆動力を付加する駆動力補助装置を備えた移動装置において、

回転部に対して非接触で上記回転部の回転速度を検出して走行状態を検出する走行情報検出手段と、

上記走行情報検出手段によって検出される走行状態情報に基づいて検出される操車者が与えようとする速度変化情報に応じた駆動力を上記駆動輪に付与する駆動力補助手段と、

上記駆動力補助手段に給電を行う電源と

を備えることを特徴とする移動装置。

2 . 移動装置の傾斜状態を検出する傾斜状態検出手段と、

上記走行情報検出手段によって検出される速度情報と、上記傾斜状態検出手段によって検出される傾斜情報とに基づいて定速状態おける走行速度を維持するために必要な定速走行駆動力を求める定速走行駆動力検出手段と、

上記走行情報検出手段によって検出された走行情報に基づいて検出される操車者が与えようとする速度変化情報に応じた加速走行駆動力を求める加速走行駆動力検出手段と、

上記定速走行駆動力検出手段によって求められる定速走行駆動力と上記加速走行駆動力検出手段によって求められる加速駆動力とに基づいて上記駆動力補助手段に供給される補助駆動力を求める補助駆動力検出手段とを備えることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の移動装置。

3 . 移動装置の制動を行う制動機構を備え、上記制動機構が操作されたとき上記駆動力補助手段への電源の供給が停止されるようにしたことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の移動装置。

4 . 運転者の操作により回転される回転操作部と、

上記回転操作部の回転力が伝達されて回転される駆動輪と、上記駆動輪と上記回転操作部の回転とが同期したとき又は同期した状態から上記回転操作部の回転が上記駆動輪の回転を上回ったときに、上記駆動力補助手段の駆動が行われることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の移動装置。

5 . 上記駆動力補助手段が上記回転操作部の回転に優先して上記駆動輪を駆動させる駆動力伝達切り換え手段が設けられたことを特徴とする請求の範囲第 4項記載の移動装置。

6 . 上記電源は、充電可能な二次電池であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の移動装置。

7 . 上記駆動輪が装置外部から駆動力を受けるとき、上記駆動力補助手段が電磁ブレーキとして機能することを特徴とする請求の範囲第 2項記載の移動装置。

8 . 人力によって操作される駆動輪と、走行状態に応じて人力に加えて上記駆動輪に駆動力を付加する駆動力補助装置を備えた移動装置の移動制御方法において、

回転部に対して非接触で上記回転部の回転速度を検出して走行状態を検出し、

上記検出された走行状態情報に基づいて操車者が与えようとする速度変化情報に応じた駆動力を検出し、上記検出された駆動力を電源によって駆動される駆動力補助手段から上記駆動輪に加えるように制御することを特徴とする移動装置の移動制御方法。

9 . 人力によって駆動される駆動輪を備え、走行状態に応じて人力に加えて上記駆動輪に駆動力を付加するようにした移動装置用の電動モー夕であり、

車輪と -体に回転する収容部材内に、磁気回路を形成する口一夕ヨークとロー夕マグネットを収容した口一夕と、

移動装置の固定部側に取り付けられ、上記収容部材内に上記ロー夕と同軸に配置され、上記ロー夕マグネットに対向して上記口一夕マグネットの周回り方向に駆動コイルを卷回した鉄心を有するステ —夕とを備え、

上記駆動コイルに給電を行うことによって上記ロー夕と上記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電動モー夕。

1 0 . 上記口一夕を収容する収容部材は、上記ステ一夕を上記口一夕と同軸に収容するために一端面側が開放されたハウジングと、上記ハウジングの閧放された一端面側に取り付けられるハウジングキャップとを備え、

上記ステ一夕は、上記口一夕のハウジングと上記ハウジングキヤップにより上記収容部材内に配設されていることを特徴とする請求の範囲第 9項記載の移動装置用の電動モー夕。

1 1 . 上記ハウジングには、上記収容部材を上記ステ一夕が固定される固定部のシャフトに対して回転可能に支持する第 1のべアリングが設けられ、上記ハウジングキャップには、上記収容部材を上記ステ一夕側にある車輪のシャフ卜に対して回転可能に支持する第 2 のべァリングを備えることを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の移動装置の電動モー夕。

1 2 . 人力によって駆動される駆動輪を備え、走行状態に応じて人力に加えて上記駆動輪に駆動力を付加するようにした移動装置用の電動モ一夕において、

移動装置の固定部に取り付けられた駆動コイルを備えたステ一夕と、

上記ステ一夕に対し回転可能に支持されたマグネットを備えた口一夕と、

上記ステ一夕側に配置され、上記ステ一夕の駆動コイルが発生する熱を放熱する放熱手段と

を備えることを特徴とする移動装置用の電動モー夕。

1 3 . 上記放熱手段は、上記ステ一夕に固定され、移動装置の移動方向に沿って平行に配列された放熱用のフインを備えていることを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の移動装置用の電動モ一夕。

1 4 . 上記放熱手段は、上記ステ一夕側に圧入により固定されていることを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の移動装置用の電動モ

―々

1 5 . 上記ステ一夕の駆動コイルに給電を行う給電線は、外部から _ 上記放熱手段を通して上記駆動コイル側に配置されていることを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の移動装置用の電動モー夕。

1 6 . 上記給電線は、上記放熱手段により保持されていることを特徴とする請求の範囲第 1 5項記載の移動装置用の電動モー夕。

1 7 . 人力によって操作される駆動輪と、

走行状態に応じて人力に加えて上記駆動輪に駆動力を付加する電動モー夕と、

上記電動モー夕を駆動する充電可能な二次電池と、

上記二次電池の電圧を検出し、上記二次電池の残容量を検出し、この検出された残容量に基づいて移動装置の残量走行距離を表示する残量走行距離表示装置と

を備えることを特徴とする移動装置。

1 8 . 上記二次電池は、上記残量走行距離表示とともに装置本体に着脱可能に設けられていることを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の移動装置。

1 9 . 人力によって操作される駆動輪と、

上記電動モー夕を駆動する電源と、

移動装置が移動する路面状況が上記移動装置の移動するための駆動力の一部を補助する必要がある場合には、上記電動モー夕を駆動させ、上記移動装置が移動する路面状況が上記移動装置の移動するための補助駆動力が不要な場合には、上記電動モー夕を発電機として機能させる機能切り換え制御手段と

を備えることを特徴とする移動装置。

2 0 . 上記路面状況が上記移動装置の移動するための駆動力の一部を補助する必要がある場合とは上り坂であり、上記路面状況が上記移動装置の移動するための補助駆動力が不要な場合とは平坦路面の一部や下り坂であることを特徴とする請求の範囲第 1 9項記載の移