WO2022215537A1 - 電動アシスト自転車、及び電動アシスト自転車のモータの制御方法 - Google Patents

電動アシスト自転車、及び電動アシスト自転車のモータの制御方法 Download PDF

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WO2022215537A1
WO2022215537A1 PCT/JP2022/013780 JP2022013780W WO2022215537A1 WO 2022215537 A1 WO2022215537 A1 WO 2022215537A1 JP 2022013780 W JP2022013780 W JP 2022013780W WO 2022215537 A1 WO2022215537 A1 WO 2022215537A1
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WO
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motor
rotation speed
driving force
human
crank
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Application number
PCT/JP2022/013780
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English (en)
French (fr)
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翼 宮前
将也 乃生
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J45/00—Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
    • B62J45/40—Sensor arrangements; Mounting thereof
    • B62J45/41—Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by the type of sensor
    • B62J45/413—Rotation sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • B62M6/50—Control or actuating devices therefor characterised by detectors or sensors, or arrangement thereof

Definitions

  • the present disclosure relates to a power-assisted bicycle and a motor control method for the power-assisted bicycle.
  • Patent Document 1 Conventionally, there is one described in Patent Document 1 as a power-assisted bicycle.
  • This electrically assisted bicycle continuously maintains a state in which the human-powered driving force is below the threshold, and stops the motor when the crank rotates more than a certain angle after the human-powered driving force falls below the threshold. ing.
  • the motor is stopped when the crank rotates more than a certain angle after the human power driving force falls below the threshold. Therefore, even when the person does not intend to stop the electrically assisted bicycle while the bicycle is traveling at high speed, the motor may stop when the person temporarily removes his or her foot from the pedal. may occur frequently.
  • the responsiveness when the motor is stopped can be improved. Hateful. Therefore, if the electrically assisted bicycle is a mountain bike or the like that requires high responsiveness to operation, the motor tends to continue to drive against the will of the person, making it difficult for the person to run as desired.
  • an object of the present disclosure is to provide a power-assisted bicycle and a method for controlling the motor of the power-assisted bicycle, which makes it difficult for the motor to stop unintentionally and makes it easy to increase the responsiveness of stopping the motor in accordance with the person's will. It is in.
  • the electrically assisted bicycle of the present disclosure includes a human power driving force detection unit that detects the human power driving force applied to the crank, a crank rotation speed detection unit that detects the rotation speed of the crank, and a wheel that rotates.
  • a controller for stopping the motor When it is determined that the motor that generates the auxiliary driving force that assists the driving force and the human driving force that is equal to or less than the threshold is continuously maintained, and that the rotation speed has decreased by a predetermined rotation speed or more, a controller for stopping the motor.
  • a power-assisted bicycle includes a human-powered driving force detection unit that detects a human-powered driving force applied to a crank, a motor that generates an auxiliary driving force that assists the power that rotates a wheel, and a motor A motor rotation speed detection unit that detects the rotation speed of the motor and a control device for stopping the
  • a method for controlling a motor of a power-assisted bicycle of the present disclosure is a method of controlling a motor of a power-assisted bicycle provided with a motor that generates auxiliary driving force for assisting power for rotating a wheel, wherein the human power applied to the crank is The motor is stopped when the driving force is continuously kept below the threshold value and the rotation speed of the crank decreases by a predetermined rotation speed or more.
  • a motor control method for a power-assisted bicycle is a motor control method for a power-assisted bicycle including a motor that generates an auxiliary driving force that assists the power that rotates a wheel, and includes: The motor is stopped when the applied human-powered driving force is continuously kept below the threshold value and the number of rotations of the motor has decreased by a predetermined number of rotations or more.
  • FIG. 1 is a side view of a power-assisted bicycle according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 is a plan sectional view showing the structure of the motor unit in detail
  • FIG. 4 is a plan view of the rotating body of the motor unit when viewed from the width direction (horizontal direction) of the bicycle
  • FIG. 4 is a block diagram showing parts related to the control of the present disclosure in the electrically assisted bicycle
  • 4 is a flow chart showing an example of control performed by a control device when stopping a motor in an electrically assisted bicycle.
  • FIG. 10 is a graph showing the results of an investigation of variations in various physical quantities when an electrically assisted bicycle is stopped by performing an example of the control of the present disclosure
  • 4 is a graph showing the relationship between the number of rotations, the current flowing through the motor, and the number of rotations of the motor.
  • FIG. 6 is a flow chart of control corresponding to FIG. 5 in a modified electrically assisted bicycle in which the reduced number of rotations of the motor is used as a criterion for stopping the motor;
  • the electrically assisted bicycle 1 is a mountain bike
  • the electrically assisted bicycle of the present disclosure may be any type of electrically assisted bicycle, such as a cross bike or a city bike. It's okay.
  • the width direction (horizontal direction) is the direction parallel to the extending direction of the rear wheel axle 33
  • the front-rear direction is the direction perpendicular to both the height direction and the width direction of the power-assisted bicycle 1. is.
  • FIG. 1 is a side view of a power-assisted bicycle 1 according to one embodiment of the present disclosure.
  • an electrically assisted bicycle hereinafter simply referred to as a bicycle
  • the battery 6 includes, for example, one or more batteries, such as secondary batteries such as lithium ion batteries.
  • Battery 6 supplies DC power to motor 54 ( FIG. 2 ) of motor unit 5 .
  • the bicycle 1 assists the human power driving force (pedal force) of the person stepping on the pedal 10 by the auxiliary driving force of the motor 54 ( FIG. 2 ) of the motor unit 5 .
  • the manpower driving force is the torque acting on the crank (crankshaft) 52 (Fig. 2).
  • the motor unit 5 is a drive unit that assists the pedaling force of the pedal 10 .
  • the output of the motor 54 of the motor unit 5 is controlled by a controller 70 (FIG. 4).
  • the control device 70 may be installed at any location. For example, at least part of the control device 70 may be housed together with the motor 54 in the unit case 11 of the motor unit 5 to be unitized with the motor 54 .
  • crank arms 9 and the pedals 10 attached to one end thereof are provided on the left and right sides of the bicycle 1, respectively, and the other ends of the pair of crank arms 9 are connected by a crank 52 (Fig. 2).
  • the crank 52 is rotated by human power, and the rotational force of the crank 52 is transmitted to the drive sprocket (front sprocket) 51 via the one-way clutch 56 (FIG. 2).
  • the drive sprocket 51 is connected via a chain 12 to a rear wheel sprocket 13 provided on the rear wheel 4 .
  • the force applied to the pedal 10 is transmitted to the rear wheel 4 via the chain 12 and rear wheel sprocket 13 .
  • Auxiliary power of the motor 54 is also transmitted to the rear wheels 4 via the chain 12 .
  • the frame 2 is a framework that can hold the front wheels 3, the rear wheels 4, and the motor unit 5.
  • the frame 2 includes a lower pipe 20 , a standing pipe 21 , two chainstays 22 , two seatstays 23 , an upper pipe 24 , a head pipe 25 , a front fork 26 and a bottom bracket 27 .
  • the lower pipe 20 connects the bottom bracket 27 and the head pipe 25 .
  • the lower pipe 20 obliquely extends forward and upward from the front end of the bottom bracket 27 to the head pipe 25 .
  • the lower pipe 20 has a battery housing portion 29 that houses the battery 6 .
  • a detachable cover 73 that covers the battery housing portion 29 is attached to the lower pipe 20 .
  • the bottom bracket 27 connects the lower end of the lower pipe 20 and the front end of the chain stay 22 .
  • the bottom bracket 27 is connected to the lower pipe 20 and the chain stay 22 as well as the lower end of the standing pipe 21 .
  • the motor unit 5 is attached to the bottom bracket 27 .
  • the standing pipe 21 is a pipe that holds the saddle 8 .
  • the standing pipe 21 connects the bottom bracket 27 and the upper pipe 24 .
  • the standing pipe 21 extends obliquely rearward and upward from the upper end portion of the bottom bracket 27 and extends above the upper pipe 24 .
  • the saddle 8 is fixed to the standing pipe 21 in a state in which the height direction position can be adjusted.
  • the two chainstays 22 are pipes that connect the bottom bracket 27 and the seatstays 23 .
  • Each chain stay 22 extends from the rear end of the bottom bracket 27 to the rear end of the seat stay 23 .
  • the two chainstays 22 are spaced apart in the width direction (horizontal direction), and the rear wheel 4 is arranged between the two chainstays 22 .
  • a bearing 15 that rotatably supports the rotating shaft of the rear wheel 4 is installed at the rear end of the chain stay 22 .
  • the seat stay 23 is a pipe that connects the upper side of the standing pipe 21 and the chain stay 22 .
  • Each seat stay 23 obliquely extends from the upper side of the standing pipe 21 to the rear end portion of the chain stay 22 .
  • the two seat stays 23 are spaced apart in the width direction (horizontal direction).
  • One seat stay 23 is connected to one chain stay 22 and the other seat stay 23 is connected to the other chain stay 22 .
  • the upper pipe 24 connects the head pipe 25 and the upper end of the standing pipe 21 .
  • the upper pipe 24 extends diagonally forward and upward from the upper side of the standing pipe 21 to the head pipe 25 .
  • the head pipe 25 connects the front end of the upper pipe 24 and the front end of the lower pipe 20 .
  • the head pipe 25 supports the front fork 26 and the handle 7 rotatably about the central axis of the head pipe 25 .
  • the front wheel 3 is rotatably attached to the front fork 26 .
  • the front fork 26 has a pair of legs 18 that support the front wheel axle 17 and a steering column 19 that extends upward from the upper ends of the legs 18 along the central axis of the head pipe 25 .
  • a front fork 26 is attached to the head pipe 25 by fitting the steering column 19 into the head pipe 25 .
  • a handle 7 is attached to the upper end of the steering column 19 .
  • the front wheel axle 17 inclines with respect to the width direction as the front wheel 3 rotates about its central axis.
  • the rear wheel 4 is rotatably supported around the rear wheel axle 33 by two chain stays 22 .
  • FIG. 2 is a plan sectional view showing the structure of the motor unit 5 in detail.
  • the motor unit 5 is a uniaxial motor unit in which the rotational force of the motor 54 is transmitted to the drive sprocket 51 via the speed reduction mechanism 57 .
  • the bicycle motor unit of the present disclosure may be a two-shaft type motor unit in which the rotational force of the motor is transmitted to a chained auxiliary power output sprocket via a speed reduction mechanism.
  • the motor 54 can be configured by, for example, a three-phase brushless DC motor.
  • the motor unit 5 transmits the human power driving force to the outer periphery of the crank 52 to which the human power driving force from the pedal 10 (see FIG. 1) is transmitted by spline fitting, serration fitting, or the like. and a resultant force body 55 in which the human power driving force transmitted through the human power transmitting body 53 and the auxiliary driving force from the motor 54 are synthesized.
  • the human power driving force from the human power transmission body 53 is transmitted to the resultant force body 55 via the one-way clutch 56 .
  • a large-diameter gear portion 55a to which the auxiliary driving force from the motor 54 is transmitted via the speed reduction mechanism 57.
  • the annular rotor 54b of the motor 54 is fixed to the output shaft 54a by press fitting, shrink fitting, or cold fitting, and the output shaft 54a meshes with the small diameter gear portion 57a.
  • the small-diameter gear portion 57a is fixed to the outer peripheral surface of the intermediate rotary shaft 57b, and the large-diameter gear portion 55a is in mesh with the intermediate rotary shaft 57b.
  • the rotational power generated by the motor 54 is decelerated and transmitted to the large-diameter gear portion 55a.
  • a driving sprocket 51 is attached to the other end of the resultant force 55 .
  • a resultant force synthesized in the force resultant body 55 is transmitted from the drive sprocket 51 to the rear wheel side via the chain 12 .
  • the motor unit 5 is configured such that only the drive sprocket 51 is meshed with the chain 12 to transmit to the chain 12 the resultant force obtained by synthesizing the manual driving force and the auxiliary driving force.
  • the motor unit 5 includes a magnetostrictive torque sensor 59 as an example of a human-powered driving force detection unit that detects the human-powered driving force.
  • the torque sensor 59 includes a magnetostriction generating portion provided on the outer peripheral surface of the human power transmission body 53 to which the human power driving force from the crank 52 is transmitted, and a magnetostriction generating portion provided in a portion facing the outer peripheral surface. It has a coil 59a for detecting variations.
  • the torque sensor 59 detects the torsion state of the human power transmission body 53 to which the human power driving force is transmitted from the crank 52 .
  • a magnetostrictive torque sensor having a structure other than that of the present disclosure may be used as the human-powered driving force detection sensor, or a torque sensor other than a magnetostrictive torque sensor, such as a strain gauge torque sensor, may be used.
  • the one-way clutch 56 is attached to the end of the human power transmission body 53.
  • This one-way clutch 56 is provided for the following reasons. That is, in the control of the present disclosure, the motor unit 5 sets a threshold value (off torque), which will be described later, to 0, and controls the motor 54 to continue rotating for a while even if the person stops pedaling the pedal 10. In such a case, if the one-way clutch 56 is not provided, the auxiliary driving force from the motor 54 is transmitted to the crank 52, and the pedal 10 tries to continue rotating without permission. Therefore, the one-way clutch 56 cuts off the auxiliary driving force from the motor 54 so that such force does not act on the crank 52 or the pedals 10 .
  • a threshold value off torque
  • the motor unit 5 further includes a Hall IC (Integrated Circuit) 60 as an example of a motor rotation speed detector on the outer peripheral side of the rotor 54b.
  • the Hall IC 60 incorporates a Hall element. When a current is passed through the Hall element and a magnetic field (magnet) is brought close to it perpendicular to the direction of the current, the carrier that carries the current is affected by the Lorentz force. The Lorentz force generates a voltage (Hall voltage) perpendicular to the directions of the current and magnetic field (Hall effect).
  • the Hall IC 60 detects the presence of a magnetic field (magnet) by detecting the Hall voltage. Hall voltage increases in proportion to magnetic flux density.
  • the direction of the Hall voltage changes according to the direction of the magnetic field (N pole or S pole) according to Fleming's left-hand rule. Therefore, the Hall IC 60 can detect not only the presence of a magnetic field but also the direction of the magnetic field (N pole or S pole) depending on the direction of the Hall voltage.
  • the Hall IC 60 incorporates an amplifier circuit composed of an operational amplifier or the like in addition to the Hall element, and the amplifier circuit amplifies the Hall voltage detected by the Hall element.
  • the Hall IC 60 outputs an electric signal capable of specifying the rotation speed of the rotor 54b to the control device 70 (see FIG. 4).
  • the motor rotation speed detection unit is a Hall IC has been described.
  • the motor rotation speed detection unit may be any sensor that can identify the rotation speed of the rotor 54b, and may be composed of, for example, a resolver or an electromagnetic rotation detector using a pulsar ring.
  • the motor unit 5 further includes a crank rotation speed detection section 65 .
  • the crank rotation speed detector 65 has a rotating member 61 and an optical sensor 68 .
  • the rotating member 61 includes a tubular intermediate cylinder 62 attached to the outer peripheral surface of the crank 52 and rotating integrally with the crank 52 , and an annular rotating body 63 fixed to the outer peripheral surface of the intermediate tubular body 62 .
  • FIG. 3 is a plan view of the rotating body 63 when viewed from the width direction (horizontal direction) of the bicycle 1.
  • the rotating body 63 has an attachment portion 63a fixed to the intermediate cylinder 62, and a toothed portion (light shielding portion) 63b radially extending in a comb shape from the attachment portion 63a.
  • the optical sensor 68 includes a light emitting portion 66 and a light receiving portion 67.
  • the light-emitting portion 66 and the light-receiving portion 67 are installed on the stationary portion of the bicycle 1 while being spaced apart in the width direction with the tooth portion 63b of the rotating body 63 interposed therebetween.
  • the crank rotational speed detection unit 65 detects the tooth gap (light passing portion) between the tooth portions 63b by receiving the light emitted by the light emitting unit 66 with the light receiving unit 67, and conversely, the light emitting unit 66 emits light.
  • the tooth portion 63b is detected because the light receiving portion 67 cannot receive the light.
  • the crank rotation speed detection unit 65 thus detects the rotation speed of the intermediate cylinder 62, and detects the rotation speed of the crank 52 that is the same as the rotation speed of the intermediate cylinder 62, or the rotation speed of the intermediate cylinder 62. The number of revolutions (cadence) of the same pedal 10 is detected.
  • the rotation direction of the crank 52 may be specified by arranging two crank rotation speed detectors 65 at intervals in the circumferential direction of the rotating body 63 .
  • the crank rotation speed detection unit may be any sensor that can specify the rotation speed of the crank 52 .
  • a case has been described in which the rotating body 63 having the teeth 63b that block light is provided, and the light passing through the tooth grooves between the teeth 63b is detected.
  • a similar rotator may be provided and a light receiving section may be provided at a position where light is reflected, and the rotational position and number of rotations may be detected by receiving the reflected light with the light receiving section.
  • the crank rotation speed detection unit may be configured by a magnetic sensor installed to detect the rotation speed of the crank 52, such as an electromagnetic rotation detector using a resolver or pulser ring.
  • FIG. 4 is a block diagram showing parts of the bicycle 1 that are related to the control of the present disclosure.
  • the bicycle 1 further comprises a motor drive switching element 76 .
  • Motor drive switching element 76 is included in an electric circuit that electrically connects battery 6 and motor 54 .
  • the motor drive switching element 76 is composed of, for example, a transistor or the like.
  • the motor driving switching element 76 is turned on by the control signal from the control device 70 , DC power is supplied from the battery 6 to the motor 54 .
  • the motor driving switching element 76 is turned off by the control signal from the control device 70, the DC power supply from the battery 6 to the motor 54 is cut off.
  • the control device 70 receives signals from the torque sensor 59, the Hall IC 60, and the crank rotation speed detection unit 65, and controls the switching element 76 for driving the motor on and off.
  • the control device 70 is preferably configured by a computer such as a microcomputer, and includes a control section 71 and a storage section 72 .
  • the control unit 71 that is, the processor includes, for example, a CPU (Central Processing Unit).
  • the storage unit 72 is composed of a hard disk drive (HDD), a semiconductor memory, etc.
  • the semiconductor memory may be a non-volatile memory such as ROM (Read Only Memory) or a volatile memory such as RAM (Random Access Memory). Configured.
  • the storage unit 72 may be composed of only one storage medium, or may be composed of a plurality of different storage media.
  • the CPU reads and executes programs and the like stored in advance in the storage unit 72 .
  • the nonvolatile memory stores in advance a control program, a predetermined threshold value, and the like.
  • the volatile memory temporarily stores read programs and processing data.
  • the control unit 71 has a manpower driving force calculation unit 71a, a crank rotation speed calculation unit 71b, a pedal position identification unit 71c, an off-torque determination unit 71d, a reduction rotation speed determination unit 71e, and a motor drive control unit 71f. The operation of each part of the control unit 71 will be described with reference to FIG. 5 below.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of control performed by the control device 70 when stopping the motor 54 in the bicycle 1.
  • FIG. 5 when the motor 54 is driven, the control starts. Therefore, the human power driving force is calculated based on the information (for example, program).
  • the off-torque determination unit 71d determines whether or not the manpower driving force calculated in step S1 is equal to or less than a threshold value (off-torque).
  • This threshold information is stored in the storage unit 72 in advance.
  • the threshold may be any value greater than or equal to 0, and can be appropriately determined according to bicycle specifications. Also, the threshold value may vary according to the running condition of the bicycle 1 or the user.
  • the threshold may vary based on the speed and/or acceleration of the bicycle 1 .
  • the threshold may be changed as appropriate regardless of the specifications of the bicycle.
  • the threshold may be changed as appropriate based on one or more of the user's gender, physique, and age. .
  • step S1 and subsequent steps are repeated.
  • step S2 If a negative determination is made in step S2, step S1 and subsequent steps are repeated.
  • step S3 the crank rotation speed calculation unit 71b detects the signal from the crank rotation speed detection unit 65 and the crank rotation speed calculation stored in the storage unit 72. Therefore, the first rotational speed of the crank 52 at the time when the human power driving force becomes equal to or less than the threshold value is calculated based on information (for example, program).
  • step S4 the pedal position specifying unit 71c specifies the pedal position when the human power driving force becomes equal to or less than the threshold.
  • This identification is performed as follows. When the pedal 10 reaches the top dead center (the highest position of the pedal 10) or the bottom dead center (the lowest position of the pedal 10), it becomes difficult for a person to step on the pedal 10. Therefore, the force with which a person depresses the pedal 10 is temporarily weakened when the pedal 10 reaches the top dead center or the bottom dead center. become smaller. Conversely, when the pedal 10 reaches the middle point between the top dead center and the bottom dead center, it becomes easier for a person to depress the pedal 10, so the number of revolutions of the pedal 10 increases.
  • the pedal position specifying unit 71c determines the position of the pedal 10 when the human power driving force becomes equal to or less than the threshold based on the variation information of the rotation speed of the pedal 10 (matching the rotation speed of the crank 52) from the crank rotation speed calculation unit 71b. Locate.
  • the reduced rotational speed determination unit 71e specifies the second rotational speed, which is the reduced rotational speed of the crank 52, which is used as a measure when the motor 54 is stopped. More specifically, for example, when the one pedal 10 is positioned within a predetermined angle range centered on the top dead center (the angle when the one pedal 10 completes one revolution is 360°), the decreasing rotation is performed. The number determination unit 71e specifies the second rotation speed as 12 r.p.m. Otherwise, the reduced rotation speed determination unit 71e specifies the second rotation speed as 15 r.p.m.
  • the second rotation speed set by the reduced rotation speed determination unit 71e is It is made smaller than the second rotation speed set by the reduction rotation speed determination unit 71e when the position is outside the angular range.
  • step S6 the motor drive control unit 71f controls the information on the manpower driving force from the manpower driving force calculation unit 71a, the information on the crank rotation speed from the crank rotation speed calculation unit 71b, and the information on the first rotation speed. and based on the second rotation speed information, the state in which the human power driving force is equal to or less than the threshold is continuously maintained, and the rotation speed of the crank 52 is such that the human power driving force is equal to or less than the threshold. It is determined whether or not the number of rotations has decreased by a second number or more from the first number of rotations at the time of becoming. If a negative determination is made in step S6, step S1 and subsequent steps are repeated. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S6, the process proceeds to step S7, the motor drive control section 71f turns off the motor drive switching element 76 to stop the motor 54, and the control ends.
  • FIG. 6 is a graph showing the results of an investigation of variations in various physical quantities when the bicycle 1 is stopped by performing an example of the control of the present disclosure, where the human power driving force is plotted against time on the horizontal axis. , the number of rotations of the crank 52 (the number of rotations of the pedal 10), the current flowing through the motor 54, and the number of rotations of the motor 54.
  • the solid line represents the human-powered driving force
  • the vertical axis represents the torque.
  • the dotted line represents the current flowing through the motor 54
  • the vertical axis represents amperes.
  • a dashed line indicates the number of rotations of the crank 52, and the vertical axis indicates the number of rotations.
  • a two-dot chain line indicates the number of rotations of the motor 54, and the vertical axis indicates the number of rotations.
  • 15 rpm is adopted as the second rotation speed regardless of the position of the pedal 10 when the human-powered driving force becomes equal to or less than the threshold value, is set to stop the motor 54 when it is decreased by 15 or more from the time when it becomes equal to or less than the threshold value.
  • the human-powered driving force is equal to or less than the threshold, and thereafter, at time t2, the rotation speed of the crank 52 is decreased by 15 or more from when the human-powered driving force became equal to or less than the threshold.
  • power supply to the motor 54 is stopped at time t2. Therefore, the current flowing through the motor 54 abruptly decreases after time t2, and at time t3, the current stops flowing through the motor 54 and the motor 54 stops.
  • time t4 is the time 300 ms after time t1.
  • the power supply to the motor 54 is stopped when a certain period of time, for example, 300 ms, has elapsed since the human-powered driving force became equal to or less than the threshold.
  • the time t3 when the current stops flowing to the motor 54 under the control of the present disclosure is much earlier than the time t4. Therefore, from this, if the control of the present disclosure is adopted, compared with the control that stops the power supply to the motor 54 when a certain period of time has passed since the human power driving force became equal to or less than the threshold, It is possible to improve the responsiveness of stopping the motor as desired.
  • the motor 54 is stopped when the number of revolutions of the motor 54 has decreased by 15 or more from the time when the human-powered driving force becomes equal to or less than the threshold value.
  • the rotation speed of the crank 52 decreased by only about 7 or 8 r.p.m at most, remaining at a decrease of less than about 10 r.p.m.
  • the second rotation speed which is the reduced rotation speed that serves as an index (scale) for stopping the motor 54, should be 10 rpm or more, preferably 12 rpm or more, more preferably 15 rpm or more. If m or more is adopted, stopping of the motor 54 against human will can be suppressed or prevented, and the responsiveness of stopping the motor according to human will can be enhanced.
  • the bicycle 1 of the present disclosure includes a torque sensor (human power driving force detection unit) 59 that detects the human power driving force applied to the crank 52, a crank rotation speed detection unit 65 that detects the rotation speed of the crank 52, and a wheel A motor 54 is provided to generate an auxiliary driving force that assists the power for rotating 3 and 4. Further, when it is determined that the human-powered driving force of the bicycle 1 is below the threshold value and the rotation speed has decreased by a predetermined rotation speed or more, the control device stops the motor 54. 70.
  • a torque sensor human power driving force detection unit
  • the state in which the human-powered driving force is equal to or less than the threshold value is continuously maintained, and the motor is stopped when the rotation speed of the crank 52 decreases by a predetermined rotation speed or more. Therefore, it is easier to improve the responsiveness of the motor stopping operation compared to the control of stopping the motor after a predetermined time has elapsed since the human-powered driving force became equal to or less than the threshold value.
  • the speed is set to 12 r.p.m or more, for example, 15 r.p.m, it is possible to almost certainly prevent the motor from stopping against human will. It should be noted that it is preferable to set the second rotation speed to a rotation speed of 30 r.p.m or less in order to improve the responsiveness of the motor stop.
  • control device 70 determines that the number of revolutions of the crank 52 has decreased by the predetermined number of revolutions or more when the number of revolutions of the crank 52 has decreased from the first number of revolutions when the human-powered driving force reaches the threshold value by the second number of revolutions or more. good. Then, the control device 70 continuously maintains the state in which the human-powered driving force is equal to or less than the threshold, and the rotation speed of the crank 52 changes from the first rotation speed when the human-powered driving force becomes equal to or less than the threshold.
  • the motor 54 may be stopped when the number of rotations has decreased by the second speed or more.
  • control for stopping the motor 54 can be simplified, and the control for stopping the motor 54 can be easily and accurately executed.
  • the second rotation speed may vary depending on the position of the pedal 10 when the human-powered driving force becomes equal to or less than the threshold value.
  • the stop control of the motor 54 was not related to the time during which the human-powered driving force was equal to or less than the threshold.
  • the bicycle control device of the present disclosure may stop the motor when the state in which the human power driving force is equal to or less than the threshold is maintained for a predetermined period of time.
  • the control device 70 continuously maintains a state in which the human-powered driving force applied to the crank is equal to or less than the threshold.
  • a case has been described where it is determined that the rotation speed of the crank 52 has decreased by a predetermined rotation speed or more when the rotation speed has decreased from the first rotation speed by the second rotation speed or more, and the motor 54 is stopped.
  • the time when the rotation speed of the crank 52 starts to decrease may be before the time when the human-powered driving force reaches the threshold value. Then, even if the control device stops the motor when the number of rotations of the crank decreases by a predetermined number of rotations or more and the state in which the human-powered driving force applied to the crank is equal to or less than the threshold value is continuously maintained. good.
  • the reduced number of revolutions of the crank 52 was adopted.
  • the rotation speed of the motor 54 indicated by the two-dot chain line in FIG. 6 fluctuates similarly to the rotation speed of the crank 52 indicated by the one-dot chain line in FIG. More specifically, the number of revolutions of the motor 54 and the number of revolutions of the crank 52 are similar in that they first gradually decrease after the manpower driving force becomes equal to or less than the threshold, and then greatly decrease. Therefore, instead of the reduced rotational speed of the crank 52, the reduced rotational speed of the motor 54 may be used as a criterion for stopping the motor 54.
  • the bicycle of the present disclosure includes a torque sensor (human-powered driving force detection unit) 59 that detects the human-powered driving force applied to the crank 52, and a motor that generates auxiliary driving force that assists the power that rotates the wheels 3 and 4. 54 and a Hall IC (motor rotation speed detector) 60 for detecting the rotation speed of the motor 54 may be provided. Further, in the bicycle of the present disclosure, when it is determined that the human-powered driving force is continuously maintained at a threshold value or less and the rotation speed of the motor 54 has decreased by a predetermined rotation speed or more, the motor 54 is turned off. A control device for stopping may be provided.
  • the control device determines that the number of revolutions has decreased by a number equal to or more than the predetermined number of revolutions. You may Then, the control device may stop the motor 54 when determining that the rotation speed of the motor 54 has decreased by a second rotation speed or more from the first rotation speed when the human-powered driving force becomes equal to or less than the threshold value.
  • the motor stop is less likely to occur against the will of the person, and the response of the motor stop in line with the person's will. easy to enhance.
  • FIG. 7 is a flow chart of control corresponding to FIG. 5 in a modified bicycle that employs the reduced number of revolutions of the motor 54 as a measure for stopping the motor 54 .
  • the control unit of the bicycle of this modified example has a motor rotation speed calculation unit instead of the crank rotation speed calculation unit 71b, and has a motor rotation speed calculation unit that determines the reduced rotation speed of the crank 52.
  • a motor reduction rotation speed determination unit that determines the reduction rotation speed of the motor 54 is provided instead of the rotation speed determination unit 71e. Further, in comparison with the control unit 71 shown in FIG.
  • the control unit of the bicycle of this modified example uses the rotation speed of the motor 54 instead of the rotation speed of the crank 52 as a criterion for judging whether the motor is stopped. use. Further, in comparison with the storage unit 72 shown in FIG. 4, the storage unit of the bicycle of this modified example does not store information related to the rotation of the pedals 10, but stores information related to the rotation of the pedals 10.
  • step S1 when the motor 54 is driven, the control starts, the above step S1 is performed, and the human power driving force calculator 71a calculates the human power driving force. After that, step S2 is performed, and the off-torque determination unit 71d determines whether or not the human-powered driving force calculated in step S1 is equal to or less than the threshold value (off-torque). If a negative determination is made in step S2, step S1 and subsequent steps are repeated.
  • step S13 is performed instead of step S3, and the motor rotation speed calculation unit receives the signal from the hall IC 60 and the information for calculating the motor rotation speed stored in the storage unit (for example, a program) calculates the first rotation speed of the motor 54 at the time when the human-powered driving force becomes equal to or less than the threshold value.
  • step S4 is performed, and the pedal position specifying unit 71c specifies the pedal position when the human power driving force becomes equal to or less than the threshold value.
  • the motor reduction rotation speed determining unit specifies the second rotation speed, which is the reduction rotation speed of the motor 54, which is used as a measure when the motor 54 is stopped.
  • the second rotation speed set by the motor reduction rotation speed determination unit is set to be smaller than the second rotation speed set by the motor reduction rotation speed determination unit when the position is in the region of .
  • step S16 the motor drive control unit controls the information on the manpower driving force from the manpower driving force calculation unit 71a, the information on the motor rotation speed from the motor rotation speed calculation unit, the information on the first rotation speed, Based on the second rotation speed information, the state in which the human power driving force is equal to or less than the threshold is continuously maintained, and the rotation speed of the motor 54 is such that the human power driving force is equal to or less than the threshold. It is determined whether or not the number of revolutions has decreased by a second number or more from the first number of revolutions at the time of starting. If a negative determination is made in step S16, step S1 and subsequent steps are repeated. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S16, the process proceeds to step S7, where the motor drive control section turns off the motor drive switching element 76 to stop the motor 54, and the control ends.
  • the second rotation speed fluctuates depending on the position of the pedal 10 when the human power driving force becomes equal to or less than the threshold value. Therefore, it is possible to execute motor stop control that reflects the easiness or difficulty of pedaling the pedal 10, and not only high responsiveness but also motor stop control that accurately reflects a person's intention to stop the motor.
  • the second rotation speed (decrease The value of the number of rotations) may be a constant value regardless of the position of the pedal 10 when the human-powered driving force becomes equal to or less than the threshold.

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Abstract

自転車が、クランク（５２）に付与された人力駆動力を検出するトルクセンサ（５９）と、クランク（５２）の回転数を検出するクランク回転数検出部（６５）と、車輪（３,４）を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータ（５４）を備える。自転車（１）が、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、上記回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、モータ（５４）を停止させる制御装置（７０）を備える。

Description

電動アシスト自転車、及び電動アシスト自転車のモータの制御方法
　本開示は、電動アシスト自転車、及び電動アシスト自転車のモータの制御方法に関する。
　従来、電動アシスト自転車としては、特許文献１に記載されているものがある。この電動アシスト自転車は、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されると共に、人力駆動力が閾値以下になってからクランクが一定角度以上回ったらモータを停止させるようになっている。
特開２０１８－２７７５３号公報
　上記電動アシスト自転車では、人力駆動力が閾値以下になってからクランクが一定角度以上回ったらモータを停止させる。したがって、電動アシスト自転車が高速走行中に人が自転車を止める意思がないときでも、人が一時的にペダルから足を離したとき等にモータが停止する虞があり、人の意思に反するモータ停止が頻繁に生じる虞がある。
　また、その問題を回避するために、人力駆動力が閾値以下の状態が維持されている状態が所定時間以上継続すると、モータを停止させるようにすると、モータを停止させる際の応答性を高くしにくい。よって、電動アシスト自転車が操作に対する高い応答性が要求されるマウンテンバイク等である場合、人の意思に反してモータ駆動が継続し易く、人が所望の走行を行いにくくなる。
　そこで、本開示の目的は、人の意に反するモータ停止が生じにくく、人の意に沿うモータ停止の応答性を高くし易い電動アシスト自転車、及び電動アシスト自転車のモータの制御方法を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本開示の電動アシスト自転車は、クランクに付与された人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、クランクの回転数を検出するクランク回転数検出部と、車輪を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータと、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、モータを停止させる制御装置と、を備える。
　また、本開示の別の態様の電動アシスト自転車は、クランクに付与された人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、車輪を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータと、モータの回転数を検出するモータ回転数検出部と、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、モータを停止させる制御装置と、を備える。
　また、本開示の電動アシスト自転車のモータの制御方法は、車輪を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータを備える電動アシスト自転車のモータの制御方法であって、クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、クランクの回転数が、所定回転数以上減少したときに、モータを停止させる。
　また、本開示の別の態様の電動アシスト自転車のモータの制御方法は、車輪を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータを備える電動アシスト自転車のモータの制御方法であって、クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、モータの回転数が、所定回転数以上減少したときに、モータを停止させる。
　本開示に係る電動アシスト自転車によれば、人の意に反するモータ停止が生じにくく、人の意に沿うモータ停止の応答性を高くし易い。
本開示の一実施形態に係る電動アシスト自転車の側面図である。 モータユニットの構造を詳細に示す平面断面図である。 モータユニットの回転体を自転車の幅方向（左右方向）から見たときの平面図である。 電動アシスト自転車において本開示の制御に関連する部位を示すブロック図である。 電動アシスト自転車において制御装置がモータを停止させる際に行う制御の一例を示すフローチャートである。 本開示の制御の一例を行って電動アシスト自転車を停止させたときの各種物理量の変動を調査したときの調査結果を示すグラフであり、横軸を時間としたときの、人力駆動力、クランクの回転数、モータを流れる電流、及びモータの回転数の関係を示すグラフである。 モータを停止させるときの尺度としてモータの減少回転数を採用した変形例の電動アシスト自転車における図５に対応する制御のフローチャートである。
　以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の実施例では、図面において同一構成に同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、複数の図面には、模式図が含まれ、異なる図間において、各部材における、縦、横、高さ等の寸法比は、必ずしも一致しない。また、以下で説明される構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素であり、必須の構成要素ではない。また、本明細書で、「略」という文言を用いた場合、「大雑把に言って」という文言と同じ意味合いで用いており、「略～」という要件は、人がだいたい～のように見えれば満たされる。例を挙げれば、略円形という要件は、人がだいたい円形に見えれば満たされる。また、以下の実施形態では、電動アシスト自転車１が、マウンテンバイクである場合について説明するが、本開示の電動アシスト自転車は、如何なるタイプの電動アシスト自転車でもよく、例えば、クロスバイク、又はシティバイク等でもよい。また、以下の説明で、幅方向（左右方向）は、後輪軸３３の延在方向と平行な方向であり、前後方向は、電動アシスト自転車１の高さ方向と幅方向の両方に直交する方向である。
　図１は、本開示の一実施形態に係る電動アシスト自転車１の側面図である。図１に示すように、電動アシスト自転車（以下、単に自転車という）１は、フレーム２、前輪３、後輪４、モータユニット５、バッテリ６、ハンドル７、サドル８、クランクアーム９、及びペダル１０を備える。バッテリ６は、例えば、１以上の電池、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池を含む。バッテリ６は、モータユニット５のモータ５４（図２）に直流電力を供給する。自転車１は、モータユニット５のモータ５４（図２）による補助駆動力によって人がペダル１０を踏む人力駆動力（踏力）をアシストする。人力駆動力は、クランク（クランク軸）５２（図２）に作用するトルクである。モータユニット５は、ペダル１０の踏力をアシストする駆動ユニットである。モータユニット５のモータ５４の出力は、制御装置７０（図４）によって制御される。制御装置７０は、如何なる箇所に設置されてもよい。制御装置７０は、例えば、少なくとも一部がモータユニット５のユニットケース１１内にモータ５４と共に収納されて、モータ５４とユニット化されてもよい。
　クランクアーム９及びその一端部に取り付けられたペダル１０は、自転車１の左右に１つずつ設けられ、一対のクランクアーム９の他端部同士は、クランク５２（図２）で連結されている。クランク５２は、人力駆動力により回転し、クランク５２の回転力は、ワンウェイクラッチ５６（図２）を介して駆動スプロケット（フロントスプロケット）５１に伝達される。駆動スプロケット５１は、チェーン１２を介して後輪４に設けられた後輪スプロケット１３と連結されている。これにより、ペダル１０の踏力が、チェーン１２、及び後輪スプロケット１３を介して後輪４に伝達される。また、モータ５４の補助動力もチェーン１２を介して後輪４に伝達される。
　フレーム２は、前輪３、後輪４、及びモータユニット５を保持可能な骨組みである。フレーム２は、下パイプ２０、立パイプ２１、２つのチェーンステー２２、２つのシートステー２３、上パイプ２４、ヘッドパイプ２５、前ホーク２６、及びボトムブラケット２７を備える。下パイプ２０は、ボトムブラケット２７と、ヘッドパイプ２５を接続する。下パイプ２０は、ボトムブラケット２７の前端部からヘッドパイプ２５まで前側上方に斜めに延びる。下パイプ２０は、バッテリ６を収容するバッテリ収容部２９を有する。下パイプ２０には、バッテリ収容部２９を覆う着脱自在のカバー７３が取り付けられる。
　ボトムブラケット２７は、下パイプ２０の下端部とチェーンステー２２の前端部を接続する。ボトムブラケット２７には、下パイプ２０及びチェーンステー２２に加えて、立パイプ２１の下端部が接続される。ボトムブラケット２７には、モータユニット５が取り付けられる。立パイプ２１は、サドル８を保持するパイプである。立パイプ２１は、ボトムブラケット２７と上パイプ２４とを接続する。立パイプ２１は、ボトムブラケット２７の上端部から後側上方に斜めに延在し、上パイプ２４よりも上方まで延びる。サドル８は、高さ方向位置を調整可能な状態で立パイプ２１に固定される。
　２つのチェーンステー２２は、ボトムブラケット２７とシートステー２３を接続するパイプである。各チェーンステー２２は、ボトムブラケット２７の後端部からシートステー２３の後端部まで延びる。２つのチェーンステー２２は、幅方向（左右方向）に間隔をおいて配置され、後輪４は、２つのチェーンステー２２の間に配置される。チェーンステー２２の後端部には、後輪４の回転軸を回転自在に支持する軸受１５が設置されている。シートステー２３は、立パイプ２１の上側とチェーンステー２２を接続するパイプである。各シートステー２３は、立パイプ２１の上側から後側下方に斜めに延在してチェーンステー２２の後端部まで延びる。２つのシートステー２３は、幅方向（左右方向）に間隔をおいて配置される。一方のシートステー２３は、一方のチェーンステー２２に接続され、他方のシートステー２３は、他方のチェーンステー２２に接続される。
　上パイプ２４は、ヘッドパイプ２５と立パイプ２１の上端部とを接続する。上パイプ２４は、立パイプ２１の上側からヘッドパイプ２５まで前側上方に斜めに延在する。ヘッドパイプ２５は、上パイプ２４の前端部と下パイプ２０の前端部を接続する。ヘッドパイプ２５は、前ホーク２６とハンドル７をヘッドパイプ２５の中心軸に対して回転可能に支持する。前輪３は、回転可能に前ホーク２６に取り付けられる。
　前ホーク２６は、前輪軸１７を支持する一対のレッグ１８と、レッグ１８の上端部からヘッドパイプ２５の中心軸に沿って上側に延びるステアリングコラム１９を有する。ステアリングコラム１９をヘッドパイプ２５に嵌め込むことで、前ホーク２６がヘッドパイプ２５に取り付けられる。ステアリングコラム１９の上端部には、ハンドル７が取り付けられる。これにより、ハンドル７がヘッドパイプ２５の中心軸回りに回転すると、前ホーク２６がヘッドパイプ２５の中心軸回りに回転し、前輪３がヘッドパイプ２５の中心軸回りに回転する。前輪軸１７は、前輪３の中心軸回りの回転に伴って幅方向に対して傾斜する。後輪４は、２つのチェーンステー２２によって、後輪軸３３の軸回りに回転可能に支持される。
　図２は、モータユニット５の構造を詳細に示す平面断面図である。なお、図２では、モータユニット５が、そのモータ５４の回転力が減速機構５７を介して駆動スプロケット５１に伝達される一軸式のモータユニットである場合について説明する。しかし、本開示の自転車のモータユニットは、モータの回転力が減速機構を介して、チェーンが掛けられた補助動力出力用のスプロケットに伝達される二軸式のモータユニットでもよい。また、モータ５４は、例えば、３相ブラシレスＤＣモータで構成されることができる。
　図２に示すように、モータユニット５は、ペダル１０（図１参照）からの人力駆動力が伝達されるクランク５２の外周に、スプライン嵌合、又はセレーション嵌合等により人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体５３と、人力伝達体５３を介して伝達された人力駆動力とモータ５４からの補助駆動力とが合成される合力体５５とを備える。そして、人力伝達体５３からの人力駆動力がワンウェイクラッチ５６を介して合力体５５に伝達されるようになっている。
　合力体５５の一端部には、モータ５４からの補助駆動力が減速機構５７を介して伝達される大径歯車部５５ａが形成されている。詳しくは、モータ５４の円環状のロータ５４ｂが出力軸５４ａに圧入、焼嵌め、又は冷し嵌め等で固定され、出力軸５４ａは小径歯車部５７ａに噛合している。また、小径歯車部５７ａは、中継回転軸５７ｂの外周面に固定され、大径歯車部５５ａは、中継回転軸５７ｂに噛合している。このことから、モータ５４が生成した回転動力が減速されて大径歯車部５５ａに伝達されるようになっている。
　合力体５５の他端部には、駆動スプロケット５１が取り付けられている。合力体５５において合成された合力が駆動スプロケット５１からチェーン１２を介して後輪側に伝達されるようになっている。モータユニット５は、チェーン１２に駆動スプロケット５１だけを噛み合わせて、人力駆動力と補助駆動力とを合成した合力をチェーン１２に伝達するようになっている。
　モータユニット５は、人力駆動力を検出する人力駆動力検出部の一例としての磁歪式のトルクセンサ５９を備える。トルクセンサ５９は、クランク５２からの人力駆動力が伝達される人力伝達体５３の外周面に設けられた磁歪発生部と、その外周面に対向する部分に設けられて磁歪発生部での磁気の変動を検出するコイル５９ａを有する。人が、左右のペダル１０（図１参照）を踏み込むと、クランク５２が人力駆動により捩れる。トルクセンサ５９は、クランク５２から人力駆動力が伝達される人力伝達体５３の捩れ状態を検出する。なお、人力駆動力検出センサとして、本開示の構造以外の磁歪式のトルクセンサを用いてもよく、又は磁歪式のトルクセンサでないトルクセンサ、例えば、歪ゲージ式トルクセンサ等を用いてもよい。
　上述のように、人力伝達体５３の端部には、ワンウェイクラッチ５６が取り付けられている。このワンウェイクラッチ５６は、以下の理由で設けられる。すなわち、本開示の制御では、モータユニット５は、後述する閾値（オフトルク）を０に設定して、人がペダル１０を漕ぐことを止めても、しばらくの間だけモータ５４が回転し続ける制御を行ってもよいが、このような場合にワンウェイクラッチ５６が設けられていないと、モータ５４からの補助駆動力がクランク５２に伝達されて、ペダル１０が勝手に回転し続けようとする。したがって、このような力が、クランク５２やペダル１０に作用しないように、ワンウェイクラッチ５６でモータ５４からの補助駆動力を切断している。
　モータユニット５は、モータ回転数検出部の一例としてのホールＩＣ（Integrated Circuit）６０をロータ５４ｂの外周側に更に備える。ホールＩＣ６０にはホール素子が内蔵されている。ホール素子に電流を流し、電流の向きと直角に磁界(磁石)を近づけると、電流の担い手であるキャリアがローレンツ力の影響を受ける。ローレンツカにより、電流と磁界の向きに対して直角方向の電圧(ホール電圧)が発生する(ホール効果)。ホールＩＣ６０は、ホール電圧を検知することにより、磁界(磁石)の存在を検知する。ホール電圧は、磁束密度に比例して増加する。ホール電圧は、フレミング左手の法則から、磁界の向き(Ｎ極またはＳ極)によって向きが変わる。このことから、ホールＩＣ６０は、ホール電圧の向きにより磁界の存在だけでなく磁界の向き（Ｎ極又はＳ極)も検知できる。
　ホールＩＣ６０は、ホール素子以外にオペアンプ等で構成される増幅回路を内蔵し、増幅回路は、ホール素子が検知したホール電圧を増幅する。ロータ５４ｂが回転するとホール素子周辺の磁界が変動する。よって、ホール素子が電圧の変動を検知することで、ロータ５４ｂの回転数を特定できる。ホールＩＣ６０は、ロータ５４ｂの回転数を特定可能な電気信号を制御装置７０（図４参照）に出力する。なお、モータ回転数検出部が、ホールＩＣである場合について説明した。しかし、モータ回転数検出部は、ロータ５４ｂの回転数を特定できるセンサであれば如何なるセンサでもよく、例えば、レゾルバや、パルサリングを用いた電磁式の回転検出器等で構成されてもよい。
　モータユニット５は、クランク回転数検出部６５を更に備える。クランク回転数検出部６５は、回転部材６１と光センサ６８を有する。回転部材６１は、クランク５２の外周面に取り付けられてクランク５２と一体的に回転する筒状の中間筒体６２と、中間筒体６２の外周面に固定される環状の回転体６３を含む。図３は、回転体６３を自転車１の幅方向（左右方向）から見たときの平面図である。図３に示すように、回転体６３は、中間筒体６２に固定される取付部６３ａと、取付部６３ａからくし（櫛）歯状に径方向に延びる歯部（遮光部）６３ｂを有する。
　一方、図２に示すように、光センサ６８は、発光部６６と受光部６７を含む。発光部６６と受光部６７は、回転体６３の歯部６３ｂを挟んだ状態で幅方向に間隔をおいた状態で自転車１の静止部に設置される。クランク回転数検出部６５は、発光部６６が発光した光を受光部６７で受光することで歯部６３ｂの間の歯溝部（通光部）を検知し、逆に、発光部６６が発光した光を受光部６７で受光できなかったことで歯部６３ｂを検知する。クランク回転数検出部６５は、このようにして、中間筒体６２の回転数を検出し、中間筒体６２の回転数と同一であるクランク５２の回転数や、中間筒体６２の回転数と同一であるペダル１０の回転数（ケイデンス）を検出する。
　なお、クランク回転数検出部６５を回転体６３の周方向に間隔をおいて２つ配置して、クランク５２の回転方向を特定してもよい。また、クランク回転数検出部は、クランク５２の回転数を特定できるセンサであれば如何なるセンサでもよい。例えば、光を遮断する歯部６３ｂを有する回転体６３を設け、歯部６３ｂの間の歯溝部を通った光を検出するように場合について説明した。しかし、同様の回転体を設けるとともに光を反射する位置に受光部を設けて、受光部で反射光を受光することで回転位置や回転数を検出するようにしてもよい。又は、クランク回転数検出部は、クランク５２の回転数を検出するように設置した磁気センサ、例えば、レゾルバやパルサリングを用いた電磁式の回転検出器等で構成されてもよい。
　図４は、自転車１において本開示の制御に関連する部位を示すブロック図である。図４に示すように、自転車１は、モータ駆動用スイッチング素子７６を更に備える。モータ駆動用スイッチング素子７６は、バッテリ６とモータ５４とを電気的に接続する電気回路に含まれる。モータ駆動用スイッチング素子７６は、例えば、トラジスタ等で構成される。制御装置７０からの制御信号でモータ駆動用スイッチング素子７６がオンになると、直流電力がバッテリ６からモータ５４に供給される。逆に、制御装置７０からの制御信号でモータ駆動用スイッチング素子７６がオフになると、バッテリ６からモータ５４への直流電力の供給が遮断される。
　制御装置７０は、トルクセンサ５９、ホールＩＣ６０、及びクランク回転数検出部６５からの信号を受信し、モータ駆動用スイッチング素子７６をオンオフ制御する。制御装置７０は、コンピュータ、例えば、マイクロコンピュータによって好適に構成され、制御部７１と、記憶部７２を含む。制御部７１、すなわち、プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む。また、記憶部７２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）や、半導体メモリ等で構成され、半導体メモリは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリや、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリで構成される。記憶部７２は、一つのみの記憶媒体で構成されてもよく、複数の異なる記憶媒体で構成されてもよい。ＣＰＵは、記憶部７２に予め記憶されたプログラム等を読み出して実行する。また、不揮発性メモリは、制御プロラムや所定の閾値等を予め記憶する。また、揮発性メモリは、読み出したプログラムや処理データを一時的に記憶する。制御部７１は、人力駆動力算出部７１ａ、クランク回転数算出部７１ｂ、ペダル位置特定部７１ｃ、オフトルク判定部７１ｄ、減少回転数決定部７１ｅ、及びモータ駆動制御部７１ｆを有する。制御部７１におけるこれら各部位の動作は、次の図５を用いて説明する。
　図５は、自転車１において制御装置７０がモータ５４を停止させる際に行う制御の一例を示すフローチャートである。図５を参照して、モータ５４が駆動すると、制御がスタートし、ステップＳ１で、人力駆動力算出部７１ａがトルクセンサ５９からの信号と、記憶部７２に記憶されている人力駆動力算出のため情報（例えば、プログラム）とに基づいて人力駆動力を算出する。続く、ステップＳ２では、オフトルク判定部７１ｄがステップＳ１で算出された人力駆動力が閾値（オフトルク）以下になっているか否かを判定する。この閾値の情報は、予め記憶部７２に記憶されている。閾値は、０以上の如何なる値でもよく、自転車の仕様によって適宜決定されることができる。また、閾値は自転車１の走行状況や、ユーザーに合わせて変動するものであってもよい。例えば、閾値は、自転車１の速度及び加速度のうちの少なくとも一方に基づいて変動するようになっていてもよい。また、閾値は、自転車が如何なる仕様であっても、適宜変更できるようになっていてもよく、例えば、ユーザーの性別、体格、及び年令のうちの１以上に基づいて適宜変更してもよい。
　ステップＳ２で否定判定されると、ステップＳ１以下が繰り返される。他方、ステップＳ２で肯定判定されると、ステップＳ３に移行して、クランク回転数算出部７１ｂが、クランク回転数検出部６５からの信号と、記憶部７２に記憶されているクランク回転数算出のため情報（例えば、プログラム）とに基づいて、人力駆動力が閾値以下になった時点でのクランク５２の第１回転数を算出する。
　続く、ステップＳ４では、ペダル位置特定部７１ｃが、人力駆動力が閾値以下になった時点でのペダル位置を特定する。この特定は、次のように行う。ペダル１０が上死点（ペダル１０の位置が最も高い位置）や下死点（ペダル１０の位置が最も低い位置）に到達すると、人はペダル１０を踏み込みにくくなる。よって、人がペダル１０を踏み込む力は、ペダル１０が上死点や下死点に到達すると一時的に弱まり、それに起因して、ペダル１０の回転数（クランク５２の回転数）も一時的に小さくなる。また、逆に、ペダル１０が上死点と下死点の中間に到達すると、人がペダル１０を踏み込み易くなるため、ペダル１０の回転数が大きくなる。つまり、ペダル１０の回転数は、ペダル１０の位置に基づいて周期的に変動する。ペダル位置特定部７１ｃは、クランク回転数算出部７１ｂからのペダル１０の回転数（クランク５２の回転数に一致）の変動情報に基づいて人力駆動力が閾値以下になった時点でのペダル１０の位置を特定する。
　続いて、ステップＳ５では、減少回転数決定部７１ｅが、モータ５４を停止させるときの尺度となるクランク５２の減少回転数である第２回転数を特定する。より具体的には、例えば、一方のペダル１０が上死点を中心とする所定の角度範囲（一方のペダル１０が一周するときの角度を３６０°とする）に位置しているとき、減少回転数決定部７１ｅが、第２回転数を１２ｒ.ｐ.ｍと特定し、それ以外のとき、減少回転数決定部７１ｅが、第２回転数を１５ｒ.ｐ.ｍと特定する。より一般的には、一方のペダル１０が上死点を中心とする所定の角度範囲に位置しているときに減少回転数決定部７１ｅが設定する第２回転数を、一方のペダル１０が上記角度範囲以外の領域に位置しているときに減少回転数決定部７１ｅが設定する第２回転数よりも小さくする。
　続く、ステップＳ６では、モータ駆動制御部７１ｆが、人力駆動力算出部７１ａからの人力駆動力の情報と、クランク回転数算出部７１ｂからのクランク回転数の情報と、上記第１回転数の情報と、上記第２回転数の情報とに基づいて、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、クランク５２の回転数が、人力駆動力が上記閾値以下になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したか否かを判定する。ステップＳ６で否定判定されると、ステップＳ１以下が繰り返される。他方、ステップＳ６で肯定判定されると、ステップＳ７に移行して、モータ駆動制御部７１ｆが、モータ駆動用スイッチング素子７６をオフに制御してモータ５４を停止させ、制御がエンドとなる。
　次に、本開示のモータ５４の停止制御が優れる理由について説明する。図６は、本開示の制御の一例を行って自転車１を停止させたときの各種物理量の変動を調査したときの調査結果を示すグラフであり、横軸を時間としたときの、人力駆動力、クランク５２の回転数（ペダル１０の回転数）、モータ５４を流れる電流、及びモータ５４の回転数の関係を示すグラフである。なお、図６において、実線は人力駆動力であり、縦軸はトルクを表す。また、点線はモータ５４を流れる電流であり、縦軸はアンペアを表す。また、一点鎖線はクランク５２の回転数であり、縦軸は回転数を表す。また、二点鎖線はモータ５４の回転数であり、縦軸は回転数を表す。また、この停止制御では、人力駆動力が閾値以下になったときのペダル１０の位置に寄らず、第２回転数として１５ｒ.ｐ.ｍを採用し、クランク５２の回転数が、人力駆動力が閾値以下になったときから１５以上低下したときにモータ５４を停止させるようにしている。
　図６にグラフでは、時刻ｔ１で人力駆動力が閾値以下になっており、その後、時刻ｔ２でクランク５２の回転数が、人力駆動力が閾値以下になったときから１５以上低下している。本制御では、時刻ｔ２にモータ５４への電力の供給を停止する。よって、モータ５４に流れる電流は、時刻ｔ２を境に急激に低下し、時刻ｔ３でモータ５４に電流が流れなくってモータ５４が停止する。図６にグラフにおいて、時刻ｔ４は、時刻ｔ１から３００ｍｓ経過した時刻である。参考例の制御では、人力駆動力が閾値以下になったときから一定時間、例えば、３００ｍｓ経過した時点でモータ５４への電力の供給を停止する。
　図６に示すように、本開示の制御でモータ５４に電流が流れなくなる時刻ｔ３は、時刻ｔ４よりも遥かに前の時刻である。よって、このことから、本開示の制御を採用すれば、人力駆動力が閾値以下になったときから一定時間経過した時点でモータ５４への電力の供給を停止する制御と比較して、人の意に沿うモータ停止の応答性を高くできる。
　更には、本実施例では、モータ５４の回転数が、人力駆動力が閾値以下になったときから１５以上低下したときにモータ５４を停止させるようになっている。ここで、本願発明者が多数の人で行った多数の試験（調査）では、人がモータ５４を停止させたくない状況で、人が疲労等でペダル１０を漕ぐのを一時的に止めた場合、クランク５２の回転数は、せいぜい７又は８ｒ.ｐ.ｍ程度しか低下せず、略１０未満の回転数の低下に留まった。したがって、モータ５４を停止させるときの指標（尺度）となる減少回転数である上記第２回転数として、１０ｒ.ｐ.ｍ以上、好ましくは１２ｒ.ｐ.ｍ以上、更に好ましくは１５ｒ.ｐ.ｍ以上を採用すると、人の意に反するモータ５４の停止を抑制又は防止できると共に、人の意に沿うモータ停止の応答性を高くできる。
　以上、本開示の自転車１は、クランク５２に付与された人力駆動力を検出するトルクセンサ（人力駆動力検出部）５９と、クランク５２の回転数を検出するクランク回転数検出部６５と、車輪３,４を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータ５４を備える。また、自転車１は、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、上記回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、モータ５４を停止させる制御装置７０を備える。
　本開示によれば、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されていて、クランク５２の回転数が、所定回転数以上減少したときモータを停止させる。したがって、人力駆動力が閾値以下になったときから所定時間経過した後にモータを停止させる制御との比較で、モータの停止動作の応答性を高くし易い。
　更には、人力駆動力が閾値以下になってからクランクが一定角度以上回ったらモータを停止させる制御との比較において、人の意思に反するモータの停止を抑制し易く、特に、第２回転数を１２ｒ.ｐ.ｍ以上、例えば、１５ｒ.ｐ.ｍに設定すると人の意思に反するモータの停止を略確実に防止できる。なお、モータ停止の応答性を高くする理由から、第２回転数を３０ｒ.ｐ.ｍ以下の回転数に設置すると好ましい。
　また、制御装置７０が、クランク５２の回転数が、人力駆動力が閾値になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したとき、上記所定回転数以上減少したと判定してもよい。そして、制御装置７０が、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されていて、クランク５２の回転数が、人力駆動力が閾値以下になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したときモータ５４を停止させてもよい。
　本構成によれば、モータ５４を停止させる際の制御を単純なものにでき、モータ５４の停止制御を容易かつ正確に実行し易い。
　また、第２回転数が、上記人力駆動力が上記閾値以下になった際のペダル１０の位置に依存して変動してもよい。
　本構成によれば、人のペダルの漕ぎ易さや漕ぎにくさも反映したモータ停止制御を実行できるので、応答性が高いだけでなく、人のモータ停止意思を正確に反映したモータ停止制御を行い易い。
　なお、本開示は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。
　例えば、上記実施形態では、モータ５４の停止制御に人力駆動力が閾値以下になっている時間が関係しなかった。しかし、本開示の自転車の制御装置は、人力駆動力が閾値以下になっている状態が所定時間に維持された場合にモータを停止させてもよい。
　本構成によれば、所定回転数及び所定時間を、ユーザーの性別、体格、年令に基づいて適宜変更することで、より汎用性に富み、ユーザーのニーズにも合致した自転車を実現し易い。
　また、制御装置７０が、クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持された場合において、クランク５２の回転数が、人力駆動力が閾値になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したときに、クランク５２の回転数が、所定回転数以上減少したと判定して、モータ５４を停止させる場合について説明した。しかし、クランク５２の回転数の減少の始まりの時刻が、人力駆動力が閾値になった時刻よりも前の時刻でもよい。そして、制御装置が、クランクの回転数が所定回転数以上減少し、クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されたときに、モータを停止させてもよい。
　また、モータ５４を停止させるときの尺度として、クランク５２の減少回転数を採用した。しかし、図６に二点鎖線で示すモータ５４の回転数は、図６に一点鎖線で示すクランク５２の回転数と類似の変動をする。より具体的には、モータ５４の回転数とクランク５２の回転数は、人力駆動力が閾値以下になった後、最初、徐々に減少して、その後、大きく減少する点で類似する。よって、モータ５４を停止させるときの尺度として、クランク５２の減少回転数の代わりにモータ５４の減少回転数を採用してもよい。
　すなわち、本開示の自転車は、クランク５２に付与された人力駆動力を検出するトルクセンサ（人力駆動力検出部）５９と、車輪３,４を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータ５４と、モータ５４の回転数を検出するホールＩＣ（モータ回転数検出部）６０を備えてもよい。また、本開示の自転車は、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、モータ５４の回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、モータ５４を停止させる制御装置を備えてもよい。また、その場合において、制御装置は、モータ５４の回転数が、人力駆動力が閾値になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したとき、上記所定回転数以上減少したと判定してもよい。そして、制御装置は、モータ５４の回転数が、人力駆動力が閾値以下になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したと判定すると、モータ５４を停止させてもよい。
　この自転車によれば、モータ５４を停止させるときの尺度として、クランク５２の減少回転数を採用したときと同様に、人の意に反するモータ停止が生じにくく、人の意に沿うモータ停止の応答性を高くし易い。
　図７は、モータ５４を停止させるときの尺度としてモータ５４の減少回転数を採用した変形例の自転車における図５に対応する制御のフローチャートである。この変形例の自転車の制御部は、図４に示す制御部７１との比較において、クランク回転数算出部７１ｂの代わりにモータ回転数算出部を有し、クランク５２の減少回転数を決定する減少回転数決定部７１ｅの代わりにモータ５４の減少回転数を決定するモータ減少回転数決定部を有する。また、この変形例の自転車の制御部は、図４に示す制御部７１との比較において、モータ駆動制御部がモータ停止を判断する尺度としてクランク５２の回転数の代わりにモータ５４の回転数を用いる。また、この変形例の自転車の記憶部は、図４に示す記憶部７２との比較において、ペダル１０の回転に関する情報を記憶していない代わりに、ペダル１０の回転に関する情報を記憶している。
　図７を参照して、この自転車では、モータ５４が駆動すると、制御がスタートし、上記ステップＳ１を行い、人力駆動力算出部７１ａが人力駆動力を算出する。その後、上記ステップＳ２を行い、オフトルク判定部７１ｄがステップＳ１で算出された人力駆動力が閾値（オフトルク）以下になっているか否かを判定する。ステップＳ２で否定判定されると、ステップＳ１以下が繰り返される。
　他方、ステップＳ２で肯定判定されると、ステップＳ３の代わりにステップＳ１３を行い、モータ回転数算出部が、ホールＩＣ６０からの信号と、記憶部に記憶されているモータ回転数算出のため情報（例えば、プログラム）とに基づいて、人力駆動力が閾値以下になった時点でのモータ５４の第１回転数を算出する。その後、上記ステップＳ４を行い、ペダル位置特定部７１ｃが、人力駆動力が閾値以下になった時点でのペダル位置を特定する。
　続く、ステップＳ１５では、モータ減少回転数決定部が、モータ５４を停止させるときの尺度となるモータ５４の減少回転数である第２回転数を特定する。ここで、一方のペダル１０が上死点を中心とする所定の角度範囲に位置しているときにモータ減少回転数決定部が設定する第２回転数を、一方のペダル１０が上記角度範囲以外の領域に位置しているときにモータ減少回転数決定部が設定する第２回転数よりも小さくする。
　続く、ステップＳ１６では、モータ駆動制御部が、人力駆動力算出部７１ａからの人力駆動力の情報と、モータ回転数算出部からのモータ回転数の情報と、上記第１回転数の情報と、上記第２回転数の情報とに基づいて、人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、モータ５４の回転数が、人力駆動力が上記閾値以下になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したか否かを判定する。ステップＳ１６で否定判定されると、ステップＳ１以下が繰り返される。他方、ステップＳ１６で肯定判定されると、ステップＳ７に移行して、モータ駆動制御部が、モータ駆動用スイッチング素子７６をオフに制御してモータ５４を停止させ、制御がエンドとなる。
　この変形例の自転車においても、第２回転数が、上記人力駆動力が上記閾値以下になった際のペダル１０の位置に依存して変動している。したがって、ペダル１０の漕ぎ易さや漕ぎにくさも反映したモータ停止制御を実行でき、応答性が高いだけでなく、人のモータ停止意思を正確に反映したモータ停止制御実行できる。なお、モータ５４を停止させるときの尺度として、クランク５２の減少回転数を採用するか、モータ５４の減少回転数を採用するかに拘わらず、モータ５４の停止を判断する第２回転数（減少回転数の値）は、人力駆動力が閾値以下になった際のペダル１０の位置に寄らず一定の値でもよい。
　１　自転車、　５　モータユニット、　６　バッテリ、　９　クランクアーム、　１０　ペダル、　１１　ユニットケース、　２９　バッテリ収容部、　５２　クランク、　５３　人力伝達体、　５４　モータ、　５５　合力体、　５７　減速機構、　５９　トルクセンサ、　６０　ホールＩＣ、　６５　クランク回転数検出部、　７０　制御装置、　７１　制御部、　７１ａ　人力駆動力算出部、　７１ｂ　クランク回転数算出部、　７１ｃ　ペダル位置特定部、　７１ｄ　オフトルク判定部、　７１ｅ　減少回転数決定部、　７１ｆ　モータ駆動制御部、　７２　記憶部、　７６　モータ駆動用スイッチング素子。

Claims (7)

  1. 　クランクに付与された人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、
    　前記クランクの回転数を検出するクランク回転数検出部と、
    　車輪を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータと、
    　前記人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、前記回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、前記モータを停止させる制御装置と、
    を備える、電動アシスト自転車。
  2. 　クランクに付与された人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、
    　車輪を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータと、
    　前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出部と、
    　前記人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、前記回転数が、所定回転数以上減少したと判定すると、前記モータを停止させる制御装置と、
    を備える、電動アシスト自転車。
  3. 　前記制御装置は、前記回転数が、前記人力駆動力が前記閾値になった際の第１回転数から第２回転数以上減少したとき、前記所定回転数以上減少したと判定する、請求項１又は２に記載の電動アシスト自転車。
  4. 　前記第２回転数が、前記人力駆動力が前記閾値以下になった際のペダルの位置に依存して変動する、請求項３に記載の電動アシスト自転車。
  5. 　前記制御装置は、前記人力駆動力が閾値以下になっている状態が所定時間に維持された場合であっても前記モータを停止させる、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。
  6. 　車輪を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータを備える電動アシスト自転車の前記モータの制御方法であって、
    　クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、前記クランクの回転数が、所定回転数以上減少したときに、前記モータを停止させる、電動アシスト自転車のモータの制御方法。
  7. 　車輪を回転させる動力を補助する補助駆動力を生成するモータを備える電動アシスト自転車の前記モータの制御方法であって、
    　クランクに付与された人力駆動力が閾値以下になっている状態が継続的に維持されており、かつ、前記モータの回転数が、所定回転数以上減少したときに、前記モータを停止させる、電動アシスト自転車のモータの制御方法。
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