WO2012105198A1

WO2012105198A1 - 電動自転車

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Publication number: WO2012105198A1
Application number: PCT/JP2012/000510
Authority: WO
Inventors: 将博嶋津
Original assignee: 三洋電機株式会社; 三洋電機コンシューマエレクトロニクス株式会社
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2012-08-09
Also published as: EP2671788A1; EP2671788B1; JPWO2012105198A1; EP2671788A4; CN103339026A; JP5070367B2

Abstract

惰性走行状態でペダルを漕ぎ出してモータによる車輪の回転駆動が開始されたときに衝撃が発生することを抑制できる電動自転車を提供する。ペダル１１に与えられる踏力は、センサー１２によって検出される。クラッチ２２は、モータ３のロータ２９で回転される出力回転部５１の回転速度が前輪５の回転速度まで上昇すると、つながって出力回転部５１から前輪５に補助駆動力を伝達する。センサー１２が所定の大きさ以上の踏力を検出した場合には、出力回転部５１の回転速度が前輪５の回転速度以上であれば、制御部７５は、所定の第１加速度以上で出力回転部５１を回転させる。一方、出力回転部５１の回転速度が前輪５の回転速度未満の惰性走行状態であれば、制御部７５は、少なくともクラッチ２２がつながるときには、第１加速度よりも小さい第２加速度で出力回転部５１を回転させる。これにより、出力回転部５１から前輪５に補助駆動力が滑らかに伝達される。

Description

電動自転車

　この発明は、電動自転車に関する。

　前輪または後輪のハブにモータが内蔵された電動自転車が知られている（特許文献１参照）。

　特許文献１に記載の電動自転車では、前輪のハブにモータが内蔵されている。このモータでは、ステータが自転車のフロントフォークに固定されていて、ロータで回転される出力回転部がワンウェイクラッチを介して前輪に連結されている。

　坂道等、乗り手にとって人力でペダルを漕いで進むには負担が大きい路面では、モータが、乗り手がペダルを漕ぐ強さ（トルク）に応じた駆動力を発生して、ロータを回転させる。ロータで回転される出力回転部の回転速度（換言すれば、角速度）が前輪（モータが取り付けられた車輪）の回転速度を超えると、ワンウェイクラッチがつながって、出力回転部の回転力がワンウェイクラッチを介して前輪に伝達される。これにより、前輪がモータの駆動力にアシストされることで力強く回転するので、坂道等において乗り手がペダルを漕ぐ負担を低減することができる。

特開２００９－１２６２７号公報

　自転車の走行スピードにある程度の勢いがつくと、平坦な道等では、乗り手がペダルを漕がなくても、自転車は、惰性により、ほぼ一定のスピードで進む。このような惰性走行状態では、乗り手がペダルを漕がないので、モータの駆動（ロータおよび出力回転部の回転）は停止されている。

　惰性走行状態において、乗り手が走行スピードを上げたい等の理由からペダルを漕ぎ出す場合がある。この場合、ペダルが漕ぎ出されるのに応じて、モータの駆動が開始されてロータが回転し始め、出力回転部の回転速度が前輪の回転速度を超えると、ワンウェイクラッチがつながって、モータによる前輪の回転駆動（アシスト駆動）が開始される。

　惰性走行状態では車輪の回転速度がほぼ一定なので、車輪の回転速度にほとんど変化はなく、車輪の角加速度は、零に近い。一方、惰性走行状態でモータの駆動が開始されてから、ロータで回転される出力回転部の回転速度が前輪の回転速度を超えるまでの間、出力回転部の回転速度（角速度）は、大きな加速度（角加速度）で比較的急激に上昇する。そのため、出力回転部の回転速度が前輪の回転速度を超えてワンウェイクラッチがつながって出力回転部の回転力が車輪に伝達された時、電動自転車では、出力回転部の角加速度と車輪の角加速度との差に起因した衝撃が発生し得る。これにより、乗り心地の向上を図ることが困難になるとともに、衝撃によって電動自転車の部品（特に、クラッチ等）が過度に摩耗する虞がある。

　この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、惰性走行状態でペダルを漕ぎ出してモータによる車輪の回転駆動が開始されたときに衝撃が発生することを抑制できる電動自転車を提供することを目的とする。

　請求項１記載の発明は、ペダルを人力回転することにより生じる駆動力をモータによる補助駆動力でアシストする電動自転車であって、前記ペダルに与えられる踏力を検出する踏力検出手段と、ロータを有し、前記踏力検出手段が所定の大きさ以上の踏力を検出した場合には、前記ロータおよびこのロータにより回転される出力回転部を回転させて車輪に前記補助駆動力を発生するモータと、前記ロータにより回転される出力回転部の回転速度が前記車輪の回転速度未満のときには切れていて前記出力回転部と前記車輪との間の力の伝達を遮断し、前記出力回転部の回転速度が前記車輪の回転速度まで上昇すると、つながって前記出力回転部から前記車輪に前記補助駆動力を伝達するクラッチと、前記車輪の回転速度を検出する車輪速度検出手段と、前記出力回転部または前記出力回転部に対応するロータなどの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記踏力検出手段が前記所定の大きさ以上の踏力を検出した場合には、前記車輪速度検出手段および回転速度検出手段の検出値に基づいて、前記出力回転部の回転速度が前記車輪の回転速度以上であれば、所定の第１加速度以上で前記出力回転部を回転させ、前記出力回転部の回転速度が前記車輪の回転速度未満であれば、少なくとも前記クラッチがつながるときには、前記第１加速度よりも小さい第２加速度で前記出力回転部を回転させる回転制御手段とを有することを特徴とする、電動自転車である。

　請求項２記載の発明は、前記回転制御手段は、前記踏力検出手段が前記所定の大きさ以上の踏力を検出した場合において前記出力回転部の回転速度が前記車輪の回転速度よりも所定速度以上低ければ、前記出力回転部の回転速度と前記車輪の回転速度との速度差が前記所定速度未満になるまで、前記第２加速度より大きい第３加速度で前記出力回転部を回転させることを特徴とする、請求項１記載の電動自転車である。

　請求項１記載の発明によれば、電動自転車では、ペダルを人力回転することにより生じる駆動力が、モータによる補助駆動力でアシストされる。

　ペダルに与えられる踏力は、踏力検出手段によって検出される。モータは、ロータを有し、踏力検出手段が所定の大きさ以上の踏力を検出した場合には、ロータおよびこのロータにより回転される出力回転部を回転させて車輪に補助駆動力を発生する。

　そして、電動自転車において、クラッチは、出力回転部の回転速度が車輪の回転速度未満のときには切れていて出力回転部と車輪との間の力の伝達を遮断し、出力回転部の回転速度が車輪の回転速度まで上昇すると、つながって出力回転部から車輪に補助駆動力を伝達する。

　また、車輪速度検出手段が車輪の回転速度を検出し、回転速度検出手段が出力回転部の回転速度を検出する。

　ここで、踏力検出手段が所定の大きさ以上の踏力を検出した場合には、回転制御手段が、車輪速度検出手段および回転速度検出手段の検出値に基づいて、出力回転部の回転速度が車輪の回転速度以上であれば、所定の第１加速度以上で出力回転部を回転させる。出力回転部の回転速度が車輪の回転速度以上になる状態として、既に補助駆動力が発生している通常（アシスト）走行状態、または、出力回転部および車輪の回転速度がいずれも零の停止状態が想定される。

　一方、出力回転部の回転速度が車輪の回転速度未満であれば、電動自転車は、今までペダルを漕ぐことなく惰性で走行していた惰性走行状態においてペダルを漕ぎ出した状況にある。この場合、回転制御手段は、少なくともクラッチがつながるときには、第１加速度よりも小さい第２加速度でロータを回転させる。これにより、クラッチがつながるときには、第１加速度の場合に比べて出力回転部の回転速度が緩やかに上昇して車輪の回転速度まで到達するので、出力回転部から車輪に補助駆動力が滑らかに伝達される。

　その結果、惰性走行状態でペダルを漕ぎ出してモータによる車輪の回転駆動が開始されたときに衝撃が発生することを抑制できる。

　請求項２記載の発明によれば、回転制御手段は、踏力検出手段が所定の大きさ以上の踏力を検出した場合において出力回転部の回転速度が車輪の回転速度よりも所定速度以上低ければ、出力回転部の回転速度と車輪の回転速度との速度差が所定速度未満になるまで、第２加速度より大きい第３加速度で出力回転部を回転させる。

　これにより、出力回転部の回転速度と車輪の回転速度との速度差が、第２加速度の場合よりも早いタイミングで所定速度未満になるので、その分、出力回転部の回転速度が車輪の回転速度まで上昇する（クラッチがつながる）のに要する時間を短縮できる。その結果、出力回転部から車輪への補助駆動力の伝達（補助駆動力によるアシスト走行）を早いタイミングで開始できる。

図１は、この発明の一実施形態に係る電動自転車１の右側面図である。図２は、ハブユニット４の正断面図である。図３は、電動自転車１の制御回路ブロック図である。図４は、電動自転車１において行われる制御動作の一例を示すフローチャートである。図５は、惰性走行状態で出力回転部の回転が開始されたときにおける出力回転部の回転速度の変化を説明するためのグラフである。図６は、電動自転車１において行われる制御動作の変形例を示すフローチャートである。図７は、惰性走行状態で出力回転部の回転が開始されたときにおける変形例での出力回転部の回転速度の変化を説明するためのグラフである。

　以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。

　図１は、この発明の一実施形態に係る電動自転車１の右側面図である。

　なお、以下では、電動自転車１を正面側（図１における左側）から見たときを基準として、電動自転車１の方向を規定する。そのため、図１では、紙面左側が前側で、紙面右側が後側で、紙面手前側が右側で、紙面奥側が左側である。

　図１を参照して、電動自転車１では、フロントフォーク２の先端（下端）に、モータ３を内蔵したハブユニット４が取り付けられていて、前側の車輪（前輪）５のリム６とハブユニット４とをスポーク７でつないでいる。また、電動自転車１では、シートポスト８と後輪９との間にバッテリー１０が搭載されている。そして、電動自転車１では、ペダル１１を踏み込む力（踏力）が作用する位置に、ペダル１１に与えられる踏力を検出するセンサー１２（踏力検出手段）が設けられていて、センサー１２が、踏力が所定以上であることを検出すると、バッテリー１０からハブユニット４のモータ３に通電がなされ、モータ３が前輪５に駆動力（「補助駆動力」という）を発生する。この補助駆動力によって前輪５が回転されることによって、小さい踏力でも電動自転車１を前進させることができる。つまり、この電動自転車１では、ペダル１１を人力回転することにより生じる駆動力が、モータ３による補助駆動力でアシストされる。

　図２は、ハブユニット４の正断面図である。

　図２を参照して、ハブユニット４は、その外郭をなすハブケーシング２０と、前述したモータ３と、減速機構２１と、クラッチ２２とを含んでいる。

　ハブケーシング２０は、左右方向に延びる中心軸を有する中空円筒状である。ハブケーシング２０の外周面において、左右方向に間隔を隔て、かつ、周方向に間隔を隔てた複数の位置に、ハブケーシング２０から径方向外側へ突出した突出部２３が一体的に設けられている。各突出部２３には、貫通穴２４が形成されていて、貫通穴２４にスポーク７（図１参照）が係止される。ハブケーシング２０は、右側の突出部２３の位置において、左右に分割可能であり、ハブケーシング２０の左側部分と右側部分とは、ねじ２５によって組み付けることができる。ハブケーシング２０の左右の側壁は、円板形状であり、それぞれの円中心位置には、これらの側壁を左右に貫通する挿通穴２６が形成されている。

　モータ３は、ハブケーシング２０内において、左寄りの位置に配置されている。モータ３は、その外郭をなすモータケーシング２７と、ステータ２８と、ロータ２９とを含んでいる。モータケーシング２７は、左右方向に延びる中心軸を有する中空円筒状である。モータケーシング２７では、その左端部２７Ａが縮径されていて、ハブケーシング２０の左側壁の挿通穴２６に対して右側から挿通されている。モータケーシング２７の左端部２７Ａと、ハブケーシング２０の左側壁において挿通穴２６を縁取る部分との間には、環状の軸受３１が介在されている。そのため、ハブケーシング２０とモータケーシング２７とは相対回転可能に連結されている。モータケーシング２７の左端部２７Ａには、左端部２７Ａの円中心位置から左外側へ突出する支持軸３２が一体的に設けられている。支持軸３２の右端面は、モータケーシング２７の内部に臨んでいて、この右端面には、左側へ窪む凹部３３が形成されている。凹部３３には、環状の軸受３４が嵌め込まれている。モータケーシング２７の右側壁は、円板形状であり、その円中心位置には、この右側壁を左右に貫通する貫通穴３５が形成されている。貫通穴３５には、環状の軸受３６が嵌め込まれている。そして、この右側壁において貫通穴３５よりの径方向外側の位置には、右方向外側へ突出する軸３７が周方向に等間隔を隔てて３つ設けられている。

　ステータ２８は、左右方向に延びる中心軸を有する環状であり、モータケーシング２７の内部に収容されている。ステータ２８は、ねじ３８によってモータケーシング２７に固定されている。ステータ２８の中空部分には、ロータ２９がステータ２８と同心状に配置されている。ロータ２９では、ステータ２８の円中心位置に一致する位置に、左右両側へ突出する支持軸３９が一体的に設けられている。支持軸３９は、モータケーシング２７の右側壁の貫通穴３５の軸受３６の中空部分と、モータケーシング２７の左端部２７Ａ側の支持軸３２の軸受３４の中空部分とに挿通されている。これにより、ロータ２９は、軸受３６および軸受３４を介してモータケーシング２７によって回転可能に支持されている。支持軸３９の右端部は、モータケーシング２７の右側壁から右外側へはみ出ていて、その外周面には、ギヤ歯４０が形成されている。

　減速機構２１は、ハブケーシング２０内において、モータ３の右隣に配置されている。減速機構２１は、３つの歯車４５と、回転盤４６と、ホルダ４４とを含んでいる。なお、図２では、歯車４５が１つだけ図示されている。

　各歯車４５は、左右に延びる中心軸を有する円筒状であって、その円中心部分に、モータケーシング２７の右側壁におけるいずれかの軸３７が挿通されていて、各歯車４５は、対応する軸３７によって回転可能に支持されている。各歯車４５は、左側の大径部４５Ａと、大径部４５Ａより右側において大径部４５Ａよりも縮径された小径部４５Ｂとを一体的に有している。大径部４５Ａおよび小径部４５Ｂのそれぞれの外周面には、ギヤ歯４７が形成されている。各歯車４５の大径部４５Ａのギヤ歯４７は、ロータ２９の支持軸３９の右端部のギヤ歯４０に噛み合っている。

　回転盤４６は、各歯車４５の右隣に配置されている。回転盤４６は、左右方向から見て円形状であり、その外側周縁部は、全周に亘って左側へ折り曲げられており、この折り曲げられた部分の内周面には、ギヤ歯４８が形成されている。ギヤ歯４８は、各歯車４５の小径部４５Ｂのギヤ歯４７に噛み合っている。そのため、支持軸３９のギヤ歯４０を太陽歯車とし、３つの歯車４５を遊星歯車とする遊星歯車機構が構成されている。

　ホルダ４４は、回転盤４６よりも小径の円板形状であり、３つの歯車４５と回転盤４６とに左右から挟まれた位置に、歯車４５および回転盤４６と非接触の状態で、配置されている。ホルダ４４は、モータケーシング２７の右側壁に対して３つの歯車４５を挟んだ状態で右側から対向配置されており、当該右側壁の各軸３７の右端部を支持している。ホルダ４４は、ねじ４９によってモータケーシング２７の右側壁に固定されている。ホルダ４４の円中心位置には、左右に延びる支持軸５０が挿通されていて、ホルダ４４に固定されている。支持軸５０は、ホルダ４４から右外側へ突出している。

　クラッチ２２は、ハブケーシング２０内において、減速機構２１の右隣かつ、ハブケーシング２０の右側壁の左隣に配置されている。クラッチ２２は、いわゆるワンウェイクラッチであり、モータ３のロータ２９により減速機構２１を介して回転される出力回転部として機能する第１回転盤５１と、第２回転盤５２とを含んでいる。

　出力回転部としての第１回転盤５１は、左右方向に延びる中心軸を有する円環状であり、その外周部分が、ねじ５３によって減速機構２１の回転盤４６に固定されている。第１回転盤５１の内周部分は、右側へ突出していて、当該突出した内周部分の外周面には、全周に亘って多数のラチェット爪５４が設けられている。各ラチェット爪５４は、第１回転盤５１の周方向における一方向（詳しくは、前輪５の回転方向に一致する方向）へ向かいつつ、径方向外側へ弾性的に突出している。第１回転盤５１の中空部分には、環状の軸受５５が嵌め込まれていて、軸受５５の中空部分には、ホルダ４４の支持軸５０が左から挿通されている。支持軸５０は、軸受５５を介して、第１回転盤５１を回転可能に支持している。

　第２回転盤５２は、左右方向に延びる中心軸を有する円環状であり、その外周部分が、ねじ５９によってハブケーシング２０の右側壁に固定されている。第２回転盤５２の内周面には、全周に亘って多数のラチェット溝５８が形成されている。各ラチェット溝５８は、第２回転盤５２の周方向における一方向（詳しくは、前輪５の回転方向に一致する方向）へ向かいつつ、径方向外側へ向かって窪んでいる。

　ここで、ハブケーシング２０の右側壁の挿通穴２６には、環状の軸受５６が嵌め込まれていて、軸受５６の中空部分には支持軸５０が左から挿通されている。支持軸５０は、軸受５６を介して、ハブケーシング２０および第２回転盤５２を回転可能に支持している。支持軸５０の右端部は、ハブケーシング２０の右側壁から右外側へはみ出ている。

　第１回転盤５１のラチェット爪５４は、第２回転盤５２のラチェット溝５８と左右方向で同じ位置にあり、ラチェット溝５８に対して径方向内側に位置にしている。右側面視において、第１回転盤５１および第２回転盤５２が、反時計回り（前輪５の回転方向）に回転している場合において、出力回転部としての第１回転盤５１の回転速度が第２回転盤５２の回転速度を上回ると、ラチェット爪５４がラチェット溝５８に食い込んで第１回転盤５１および第２回転盤５２が一体化される。この状態が、クラッチ２２がつながった状態である。

　一方、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度が第２回転盤５２の回転速度を下回ると、ラチェット爪５４がラチェット溝５８から外れて第１回転盤５１および第２回転盤５２が分離される。この状態が、クラッチ２２が切れた状態である。第１回転盤５１および第２回転盤５２が回転中にクラッチ２２が切れた状態では、ラチェット爪５４が弾性的に第１回転盤５１の径方向内側へ引っ込むことから各ラチェット溝５８に対して回転方向において引っ掛からないので、第１回転盤５１と第２回転盤５２とは、引っ掛からずに相対回転できる。

　このようなハブユニット４では、モータケーシング２７側の支持軸３２，５０がフロントフォーク２（図２参照）の先端に固定されている。そして、ハブケーシング２０の外周面の各突出部２３の貫通穴２４に前輪５のスポーク７（図２参照）が係止されている。そのため、ハブユニット４では、少なくとも、モータケーシング２７およびステータ２８がフロントフォーク２に固定されていて、ハブケーシング２０および第２回転盤５２が前輪５に固定されている。そのため、前輪５の回転速度は、ハブケーシング２０および第２回転盤５２の回転速度と同じである。

　そして、モータ３が、配線５７を介してバッテリー１０（図１参照）から電力を受けると、ロータ２９を右側面視で前輪５と同心状に時計回りに回転させて、前述した補助駆動力を発生する。この補助駆動力は、ロータ２９の支持軸３９から、減速機構２１の各歯車４５を介して回転盤４６に伝達され、回転盤４６が、クラッチ２２の第１回転盤（出力回転部）５１を伴って、右側面視で反時計回りに回転する。

　減速機構２１が存在することにより、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度は、ロータ２９の回転速度よりも低くなっているが、減速機構２１が存在せずに、ロータ２９と第１回転盤５１とが直接つながっている構成も考えられる。なお、そのような構成の場合には、出力回転部である第１回転盤５１の回転速度がロータ２９の回転速度と同じである。また、この実施形態では、減速機構２１が存在することにより、出力回転部である第１回転盤５１の回転方向とロータ２９の回転方向とが逆になっているが、ロータ２９と第１回転盤５１とを直接つなげる場合には、第１回転盤５１およびロータ２９の回転方向は、同じ（右側面視で反時計回りの方向）である。そのため、第１回転盤５１の回転速度がロータ２９の回転速度に比例するのに関して、第１回転盤５１およびロータ２９のそれぞれの回転方向は考慮しない。

　ここで、クラッチ２２では、第１回転盤５１の回転速度が第２回転盤５２（前輪５）の回転速度と同じ（ともに零の場合もある）か、第２回転盤５２の回転速度以上の場合には、第１回転盤５１と第２回転盤５２とが共回りすることで、クラッチ２２がつながる。すると、第２回転盤５２が固定されたハブケーシング２０が、第１回転盤５１と同じ方向（右側面視で反時計回りの方向）へ回転し、前輪５（図１参照）を同じ方向へ回転させる。

　一方、第１回転盤５１の回転速度が第２回転盤５２（前輪５）の回転速度未満になれば、クラッチ２２は切れる。

　つまり、クラッチ２２は、出力回転部である第１回転盤５１の回転速度が前輪５（第２回転盤５２）の回転速度未満のときには切れていて第１回転盤５１と前輪５との間の力の伝達を遮断し、第１回転盤５１の回転速度が前輪５の回転速度まで上昇すると、つながって第１回転盤５１から前輪５に補助駆動力を伝達する。なお、クラッチ２２についての詳細は、前述した特許文献１（特開２００９－１２６２７号公報）に開示されている。

　ここで、図１を参照して、電動自転車１のハンドル６０には、手元操作部６１が取り付けられている。ユーザは、手元操作部６１を操作することによって、平坦面を走行するときのモードや、坂道を走行するときのモード等の複数の走行モードに応じて、モータ３の補助駆動力の大きさや出力特性等を設定することができる。

　図３は、電動自転車１の制御回路ブロック図である。

　図３を参照して、手元操作部６１には、電源スイッチ６２、モード設定スイッチ６３、ライト点灯スイッチ６４、ブレーキ検出部６５、車輪回転情報部６６（車輪速度検出手段）、バッテリー残量表示部６７およびモード表示部６８が設けられている。

　電源スイッチ６２は、電動自転車１の電源をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチである。モード設定スイッチ６３は、前述した走行モードを設定するためのスイッチである。ライト点灯スイッチ６４は、ライト６９（図１参照）を点灯または消灯するためのスイッチである。ブレーキ検出部６５は、ハンドル６０に取り付けられたブレーキレバー７０（図１参照）が操作されてブレーキ（図示せず）が作動中であるか否かを検出する。ブレーキが作動中であるときには、手元操作部６１の表示ランプ（図示せず）を点灯させるなどで、その旨を報知してもよい。車輪回転情報部６６は、前輪５（換言すれば、前述した第２回転盤５２およびハブケーシング２０）の回転速度を検出する部分である。厳密には、車輪回転情報部６６において、実際に前輪５の回転速度を検出する部分は、前輪５の近傍に取り付けられている。バッテリー残量表示部６７は、バッテリー１０の残量を表示するものである。モード表示部６８は、現在の走行モードを表示する。

　また、電動自転車１には、マイクロコンピュータ等で構成された制御部７５（回転制御手段）が備えられている。電動自転車１において、制御部７５には、手元操作部６１（手元操作部６１内の車輪回転情報部６６等の各部品）、速度検出部７６（回転速度検出手段）、前述したセンサー１２、バッテリー１０およびモータ３が電気的に接続されている。バッテリー１０およびモータ３は、充放電回路７８を介して制御部７５に接続されている。

　速度検出部（回転速度検出手段）７６は、モータ３のロータ２９の回転速度を検出し、この値および減速機構２１の減速比に基づいて第１回転盤５１の回転速度を算出する。制御部７５の制御により、バッテリー１０の電力が充放電回路７８を介してモータ３に供給される。なお、ロータ２９の回転速度を検出する代わりに、第１回転盤５１の回転速度を直接検出したり、ロータ２９から第１回転盤５１への力の伝達経路にある回転部分の速度から第１回転盤５１の回転速度を算出したりしてもよい。

　図４は、電動自転車１において行われる制御動作の一例を示すフローチャートである。図５は、惰性走行状態でロータおよび第１回転盤（出力回転部）５１の回転が開始されたときにおける第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度の変化を説明するためのグラフである。

　図４を参照して、制御部７５は、車輪回転情報部６６および速度検出部７６（図３参照）のそれぞれの検出結果に基づいて、前輪５（車輪）の回転速度が第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度より上か否かを監視している（ステップＳ１）。車輪の回転速度が第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度より上である状態（ステップＳ１でＹＥＳ）とは、一般的には、電動自転車１の進行速度にある程度勢いがあって、ペダル１１（図１参照）を力強く漕がなくても電動自転車１が惰性で走行している状態（惰性走行状態）である。逆に、車輪５の回転速度が第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度より上でない状態（ステップＳ１でＮＯ）とは、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度が前輪５の回転速度以上であって既に補助駆動力が発生している通常のアシスト走行状態、または、第１回転盤（出力回転部）５１および前輪５の回転速度がいずれも零の停止状態が想定される。つまり、制御部７５は、ステップＳ１において、電動自転車１が惰性走行状態にあるか否かを判断する。なお、前述したクラッチ２２（図２参照）は、アシスト走行状態および停止状態では既につながっていて、惰性走行状態ではつながっていない（切れている）。

　なお、回転速度の代わりに、前輪５および第１回転盤（出力回転部）５１の角速度や回転数を用いることができ、また、前輪５および第１回転盤（出力回転部）５１のそれぞれの回転速度を電動自転車１の進行速度に換算した値を用いることもできる。その場合、車輪回転情報部６６（図３参照）は、前輪５（換言すれば、前述した第２回転盤５２）についての回転速度、角速度、回転数、および、進行速度への換算値の中から選んだものを検出する。そして、速度検出部７６（図３参照）は、第１回転盤（出力回転部）５１（減速機構２１が存在しない場合には、ロータ２９）についての回転速度、角速度、回転数、および、進行速度への換算値の中から選んだものを検出する。

　アシスト走行状態または停止状態にある場合（ステップＳ１でＮＯ）、制御部７５は、ユーザ（乗り手）によるペダル１１（図１参照）の踏力（入力トルク）についてのセンサー１２（図３参照）による検出結果を確認する（ステップＳ２）。補助駆動力が必要な路面を走行する場合、ユーザは、所定の閾値（たとえば、１４Ｎ・ｍ）以上の踏力でペダル１１を漕ぐ。

　入力トルクが、補助駆動力が必要となる前記所定の閾値未満の場合（ステップＳ２でＮＯ）、補助駆動力が不要なので、制御部７５は、ロータ２９および第１回転盤５１を回転させない（ステップＳ３）。

　入力トルクが前記所定の閾値以上の場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、補助駆動力が必要なので、制御部７５は、第１回転盤５１の回転速度についての加速度（回転速度の上昇率）を通常（大）に設定する（ステップＳ４）。ここでの大（通常）の加速度は、第１加速度とされ、回転速度の代わりに進行速度への換算値を用いる場合には、たとえば、１．４ｍ／ｓ^２である。そして、制御部７５は、設定された（第１）加速度で第１回転盤５１を回転させる（ステップＳ５）。

　その結果、ロータ２９の回転速度は、図５の破線で示す直線状の軌跡に沿って上昇し、この（第１）加速度に応じた補助駆動力が発生する。また、既にクラッチ２２（図２参照）がつながっているので、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度が上昇するのと同時に、補助駆動力が前輪５に与えられ、前述したアシスト走行が実施される。なお、第１加速度は、一定でなく、ステップＳ４で最初に設定された値（設定当初の第１加速度）を下回らない範囲で変化してもよく、その場合、第１回転盤５１の回転速度を急激に上昇させることができる。

　このように、センサー１２が所定の大きさ（前述した閾値）以上の踏力を検出した場合であって、車輪回転情報部６６および速度検出部７６（図３参照）の検出値に基づいて、このように第１回転盤５１の回転速度が前輪５の回転速度以上であれば、制御部７５が、所定の第１加速度以上で第１回転盤５１を回転させて補助駆動力を発生させる。

　一方、図４を参照して、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度が前輪５の回転速度未満の惰性走行状態にある場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御部７５は、前記入力トルクについてのセンサー１２による検出結果を確認する（ステップＳ６）。入力トルクが前記所定の閾値未満の場合（ステップＳ６でＮＯ）、補助駆動力が不要なので、制御部７５は、ロータ２９および第１回転盤５１を回転させない（ステップＳ７）。

　入力トルクが前記所定の閾値以上である場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、補助駆動力が必要だが、制御部７５は、惰性走行状態では、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度についての加速度を通常の半分以下（小）に設定する（ステップＳ８）。ここでの（小）の加速度は、第２加速度とされ、回転速度の代わりに進行速度への換算値を用いる場合には、たとえば、０．６ｍ／ｓ^２である。そして、制御部７５は、設定された第２加速度で第１回転盤（出力回転部）５１を回転させる（ステップＳ５）。

　その結果、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度は、図５の１点鎖線で示す直線状の軌跡に沿って、通常の第１加速度の場合（破線の軌跡）よりも緩やかに上昇する。図５において横に水平に延びる実線は、惰性走行状態における車輪の回転速度であり、惰性走行状態において、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度が第２加速度で上昇して車輪（前輪５）の回転速度を上回れば、前述したクラッチ２２（図２参照）がつながって、補助駆動力が前輪５に伝達されてアシスト走行が開始される。

　このように、惰性走行状態でペダル１１が漕ぎ出された場合、制御部７５は、少なくともクラッチ２２がつながるときには、第１加速度よりも小さい第２加速度で第１回転盤（出力回転部）５１を回転させる。これにより、クラッチ２２がつながるときには、第１加速度の場合に比べて第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度が緩やかに上昇して前輪５の回転速度まで到達するので、ロータ２９から第１回転盤（出力回転部）５１を介して前輪５に補助駆動力が滑らかに伝達される。その結果、惰性走行状態でペダル１１を漕ぎ出してモータ３による前輪５の回転駆動が開始されたときに衝撃が発生することを抑制できる。

　図６は、電動自転車１において行われる制御動作の変形例を示すフローチャートである。図７は、惰性走行状態でロータおよび第１回転盤の回転が開始されたときにおける変形例での第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度の変化を説明するためのグラフである。

　図６を参照して、制御部７５は、前述した図４のステップＳ１の場合と同様に、前輪５（車輪）の回転速度が第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度より上か否かを監視している（ステップＳ１１）。車輪の回転速度が第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度より上である状態（ステップＳ１１でＹＥＳ）とは、前述した惰性走行状態であり、車輪の回転速度が第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度より上でない状態（ステップＳ１１でＮＯ）とは、前述したアシスト走行状態または停止状態である。つまり、制御部７５は、ステップＳ１１において、電動自転車１が惰性走行状態にあるか否かを判断する。なお、前述したクラッチ２２（図２参照）は、アシスト走行状態および停止状態では既につながっていて、惰性走行状態ではつながっていない（切れている）。

　アシスト走行状態または停止状態にある場合（ステップＳ１１でＮＯ）、制御部７５は、ユーザによるペダル１１の踏力（入力トルク）についてのセンサー１２による検出結果を確認する（ステップＳ１２）。入力トルクが、前述した所定の閾値未満の場合（ステップＳ１２でＮＯ）、補助駆動力が不要なので、制御部７５は、第１回転盤（出力回転部）５１を回転させない（ステップＳ１３）。

　入力トルクが前記所定の閾値以上の場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、補助駆動力が必要なので、制御部７５は、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度についての加速度を通常（大）、つまり、前述した第１加速度に設定する（ステップＳ１４）。そして、制御部７５は、設定された（第１）加速度でロータ２９を回転させる（ステップＳ１５）。その結果、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度が上昇する（図５の破線で示す軌跡を参照）と同時に、アシスト走行が実施される。

　一方、惰性走行状態にある場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、制御部７５は、前記入力トルクについてのセンサー１２による検出結果を確認する（ステップＳ１６）。入力トルクが前記所定の閾値未満の場合（ステップＳ１６でＮＯ）、補助駆動力が不要なので、制御部７５は、ロータ２９および第１回転盤（出力回転部）５１を回転させない（ステップＳ１７）。入力トルクが前記所定の閾値以上の場合（ステップＳ１６でＹＥＳ）、制御部７５は、車輪（前輪５）と第１回転盤（出力回転部）５１との回転速度の差が所定速度以上あるか否かを確認する（ステップＳ１８）。

　ここでの所定速度とは、車輪（前輪５）および第１回転盤（出力回転部）５１についての回転速度で定義してもよいし、角速度で定義してもよいし、それぞれの回転速度を電動自転車１の進行速度に換算した場合には、換算後の値（進行速度）で定義してもよい。進行速度で定義すると、ここでの所定速度は、経験上、たとえば、４ｋｍ／ｈである。この所定速度が、４ｋｍ／ｈより高い場合には、惰性走行状態でのアシスト走行の開始が遅くなる。一方、所定速度が４ｋｍ／ｈより低い場合には、時間不足により、以降の処理（ステップＳ１９，Ｓ１５の処理）を行うことが困難になる。

　そして、車輪と第１回転盤（出力回転部）５１とに当該所定速度以上の速度差があれば（ステップＳ１８でＹＥＳ）、制御部７５は、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度についての加速度を通常（大）に設定する（ステップＳ１４）。ここでの加速度は、第３加速度とされる。第３加速度は、少なくとも、前述した第２加速度より大きければよい。そのため、第３加速度は、第２加速度より大きければ、第１加速度以上であっても未満であってもよい。そして、制御部７５は、設定された第３加速度でロータ２９を回転させる（ステップＳ１５）。その結果、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度は、図７の破線で示す直線の軌跡に沿って急上昇する。

　惰性走行状態において、車輪と第１回転盤（出力回転部）５１とに前記所定速度以上の速度差がなければ（ステップＳ１８でＮＯ）、制御部７５は、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度についての加速度を通常の半分以下（小）、つまり前述した第２加速度に設定する（ステップＳ１９）。そして、制御部７５は、設定された第２加速度で第１回転盤（出力回転部）５１を回転させる（ステップＳ１５）。

　その結果、図７を参照して、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度は、車輪と第１回転盤（出力回転部）５１との速度差が当該所定速度未満になるまでは、第３加速度で比較的急激に上昇し（破線の軌跡を参照）、この速度差が当該所定速度未満になると、今度は、１点鎖線で示す軌跡に沿って、今までよりも緩やかに上昇する。図７において横に水平に延びる実線は、惰性走行状態における車輪（前輪５）の回転速度であり、惰性走行状態において、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度が第２加速度で上昇して車輪（前輪５）の回転速度を上回れば、前述したクラッチ２２（図２参照）がつながって、補助駆動力が前輪５に伝達されてアシスト走行が開始される。

　このように、惰性走行状態でペダル１１が漕ぎ出されてセンサー１２が所定の大きさ（前述した閾値）以上の踏力を検出した場合であって、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度が前輪５の回転速度よりも前記所定速度以上低ければ（ステップＳ１８でＹＥＳ）、制御部７５は、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度と前輪５の回転速度との速度差が当該所定速度未満になるまで、第２加速度より大きい第３加速度で第１回転盤（出力回転部）５１を回転させる。

　これにより、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度と前輪５の回転速度との速度差が、第２加速度の場合よりも早いタイミングで所定速度未満になるので、その分、第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度が前輪５の回転速度まで上昇する（クラッチ２２がつながる）のに要する時間を短縮できる。その結果、第１回転盤（出力回転部）５１から前輪５への補助駆動力の伝達（補助駆動力によるアシスト走行）を早いタイミングで開始できる。

　なお、図４の処理と、図６の処理との違いは、ステップＳ１８の有無だけである。そのため、図６の場合でも、制御部７５は、少なくともクラッチ２２がつながるときには、第１加速度よりも小さい第２加速度で第１回転盤（出力回転部）５１を回転させる（ステップＳ１９）。これにより、クラッチ２２がつながるときには、第１加速度および第３加速度の場合に比べて第１回転盤（出力回転部）５１の回転速度が緩やかに上昇して前輪５の回転速度まで到達するので、ロータ２９から第１回転盤（出力回転部）５１を介して前輪５に補助駆動力が滑らかに伝達される。その結果、惰性走行状態でペダル１１を漕ぎ出してモータ３による前輪５の回転駆動が開始されたときに衝撃が発生することを抑制できる。

　なお、上記の実施の形態では、車輪の回転速度とその速度を比較する出力回転部が、クラッチ２２の第１回転盤５１であり、この第１回転盤５１が歯車４５に外側から噛み合う回転盤４６に固定されている場合を述べた。しかし、出力回転部は、モータ３からの力を車輪側に出力する（伝達する）クラッチの最終的な力を出力する回転部分であればよく、減速機構２１の構造が上記構成に限るものではない。また、上述したようにロータ２９に取り付けられた部分がクラッチ側に直接伝達される場合（すなわち、減速機構２１が無い場合）には、出力回転部はロータ２９または、このロータ２９に取り付けられた回転部品であってもよい。

　また、この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

Claims

　ペダルを人力回転することにより生じる駆動力をモータによる補助駆動力でアシストする電動自転車であって、
　前記ペダルに与えられる踏力を検出する踏力検出手段と、
　ロータを有し、前記踏力検出手段が所定の大きさ以上の踏力を検出した場合には、前記ロータおよびこのロータにより回転される出力回転部を回転させて車輪に前記補助駆動力を発生するモータと、
　前記ロータにより回転される出力回転部の回転速度が前記車輪の回転速度未満のときには切れていて前記出力回転部と前記車輪との間の力の伝達を遮断し、前記出力回転部の回転速度が前記車輪の回転速度まで上昇すると、つながって前記出力回転部から前記車輪に前記補助駆動力を伝達するクラッチと、
　前記車輪の回転速度を検出する車輪速度検出手段と、
　前記出力回転部または前記出力回転部に対応するロータなどの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
　前記踏力検出手段が前記所定の大きさ以上の踏力を検出した場合には、前記車輪速度検出手段および回転速度検出手段の検出値に基づいて、前記出力回転部の回転速度が前記車輪の回転速度以上であれば、所定の第１加速度以上で前記出力回転部を回転させ、前記出力回転部の回転速度が前記車輪の回転速度未満であれば、少なくとも前記クラッチがつながるときには、前記第１加速度よりも小さい第２加速度で前記出力回転部を回転させる回転制御手段とを有することを特徴とする、電動自転車。
　前記回転制御手段は、前記踏力検出手段が前記所定の大きさ以上の踏力を検出した場合において前記出力回転部の回転速度が前記車輪の回転速度よりも所定速度以上低ければ、前記出力回転部の回転速度と前記車輪の回転速度との速度差が前記所定速度未満になるまで、前記第２加速度より大きい第３加速度で前記出力回転部を回転させることを特徴とする、請求項１記載の電動自転車。