JP3108311B2 - 電動機停止機能付き電動自転車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人力による人力駆動部
と電動機による電動駆動部との両方を兼ね備え、人力に
よる駆動力の大きさに応じて電動機を駆動し、人力の駆
動力を電動機の駆動力によって補助する電動自転車に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような電動自転車としては、
特開平５−２４６３７８号公報に示されているように、
人力による駆動系と電動モータによる駆動系とを並列に
設け、人力による駆動系の駆動力、つまりペダルの踏力
（ペダルを踏みつける力）を検出して、電動モータの出
力を調整するようにしたものが知られている。

【０００３】すなわち、図１７に示すように、踏力検出
部２０１でペダルの踏力を検出し、モータ電流検出部２
０２でモータの電流を検出し、車速検出部２０３で車速
を検出し、それらのデータをコントローラ２０４に入力
して、モータ２０５に印加する電圧を調整する。つま
り、踏力を検出し、その踏力に合ったトルクをモータ２
０５が発生するように、スイッチング素子等でモータ２
０５に印加する電圧（平均電圧）を調整し、減速機２０
６を介して車輪２０７を駆動するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな電動自転車においては、ノイズ等により、ペダルに
力を加えていないのに踏力検出部２０１から信号が出力
された場合には、モータ２０５が誤動作してしまう。つ
まり、ペダルを踏んでいなくても、踏力検出部２０１か
らの出力が完全に“０”であったり、“０”より少し大
きかったりするために、モータ２０５が動いたり止まっ
たりして、不安定な状態が続くことがある。

【０００５】この問題を解決するためには、踏力にしき
い値を設け、踏力がこのしきい値以下の時にはモータを
駆動しないようにすればよい。しかし、モータ駆動を開
始した後、踏力がしきい値以下の時には常にモータ駆動
を停止するようにした場合には、しきい値以下の小さな
踏力で走行している時には、モータによる補助がなくな
ってしまう。

【０００６】また、一度しきい値を越えてモータ駆動を
開始した後は、踏力がしきい値以下になってもモータ駆
動を停止しないようにしたのでは、踏力を加えなくなっ
た時にモータが動いたり止まったりという、最初に述べ
たような問題が生ずる。

【０００７】この発明は、このような事情を考慮してな
されたもので、踏力の変動の幅が小さい（振幅が小さ
い）状態が一定時間以上継続するようであれば、自転車
をこいでいない状態であるとみなして、モータ駆動を停
止するようにした電動機停止機能付き電動自転車を提供
することを目的としている。

【０００８】

【０００９】さらに、自転車を停止させてブレーキをか
けた状態でペダルに足をのせていたりして、踏力が検出
されるときでも、踏力のしきい値を更新することによ
り、モータ駆動を停止させることを目的としている。そ
して、一度上方修正したしきい値を下方修正することを
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１はこの発明の構成を
示すブロック図である。この図に示すように、この発明
は、電動機によって車輪を駆動する電動駆動手段１０１
と、人力によって車輪を駆動する人力駆動手段１０３
と、人力駆動手段１０３の駆動力を検出する人力検出手
段１０４と、人力検出手段１０４からの出力を受け、電
動駆動手段１０１の駆動力と人力駆動手段１０３の駆動
力とが適切な比率となるように、電動駆動手段１０１の
駆動力を調整する制御手段１０５と、人力検出手段１０
４によって検出されている駆動力の変動幅を検出する変
動幅検出手段１０６と、検出された変動幅を所定の幅と
比較し、その変動幅が所定の幅よりも小さい状態が所定
時間以上継続しているときには、電動駆動手段１０１の
作動を停止させる作動停止手段１０７を備えてなる電動
機停止機能付き電動自転車である。

【００１１】この発明において、電動駆動手段１０１と
しては、電動モータとそのトルクを車輪に伝達するため
のギヤ、あるいはベルトなどの伝達系を使用することが
できる。この電動駆動手段１０１の駆動力とは、電動モ
ータに生ずるトルクを意味している。

【００１２】人力駆動手段１０３とは、人力によって車
輪を駆動するための装置を意味し、ペダルとチェーン、
あるいはペダルとギヤ及び回転軸などの各種の駆動装置
を適用することができる。人力駆動手段１０３の駆動力
とは、ペダルにかけられた踏力によって生ずる車輪の回
転力を意味し、このため、この人力駆動手段１０３の駆
動力は、通常の自転車においては「踏力」と表現するこ
とができる。

【００１３】人力検出手段１０４としては、例えばペダ
ルを用いた自転車であれば、ペダルの踏力を検出するこ
とができるものであればよく、ポテンショメータやバネ
などの各種のトルク検出装置を用いることができる。

【００１４】制御手段１０５及び変動幅検出手段１０６
としては、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏポートから
なるマイクロコンピュータを用いるのが便利である。

【００１５】作動停止手段１０３としては、電動駆動手
段１０１に供給される電源を停止させるために電源回路
を開閉するスイッチング素子と、このスイッチング素子
をコントロールするスイッチング素子コントローラと、
このスイッチング素子コントローラに指示を与える上記
マイクロコンピュータとの組み合わせを用いることがで
きる。

【００１６】

【００１７】

【００１８】この発明は、また、電動機によって車輪を
駆動する電動駆動手段と、人力によって車輪を駆動する
人力駆動手段と、人力駆動手段の駆動力を検出する人力
検出手段と、人力検出手段からの出力を受け、電動駆動
手段の駆動力と人力駆動手段の駆動力とが適切な比率と
なるように、電動駆動手段の駆動力を調整する制御手段
と、あらかじめ設定したしきい値を記憶し、人力検出手
段によって検出されている駆動力とそのしきい値とを比
較するしきい値比較手段と、人力検出手段によって検出
されている駆動力がしきい値以上になったときには電動
駆動手段の作動を開始させる作動開始手段と、人力検出
手段によって検出されている駆動力の変動幅を検出する
変動幅検出手段と、検出された変動幅を所定の幅と比較
し、その変動幅が所定の幅よりも小さい状態が所定時間
以上継続しているときには、しきい値比較手段に記憶さ
れているしきい値を、人力検出手段によって検出されて
いる駆動力に所定値を加えた値に更新するしきい値更新
手段を備えてなる電動機停止機能付き電動自転車であ
る。

【００１９】この発明において、しきい値比較手段及び
しきい値更新手段としては、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，
Ｉ／Ｏポートからなるマイクロコンピュータを用いるの
が便利である。

【００２０】作動開始及び停止手段としては、電動駆動
手段に供給される電源を停止させるために電源回路を開
閉するスイッチング素子と、このスイッチング素子をコ
ントロールするスイッチング素子コントローラと、この
スイッチング素子コントローラに指示を与える上記マイ
クロコンピュータとの組み合わせを用いることができ
る。

【００２１】上記構成においては、しきい値比較手段に
記憶されているしきい値を、人力検出手段によって検出
されている駆動力に所定値を加えた値と比較し、しきい
値よりもその値のほうが小さいときには、しきい値をそ
の値に下方修正してゆくしきい値下方修正手段をさらに
備えた構成とすることが好ましい。

【００２２】この発明において、しきい値下方修正手段
としては、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏポートから
なるマイクロコンピュータを用いるのが便利である。

【００２３】

【作用】この発明によれば、変動幅検出手段１０６によ
り、人力検出手段１０４によって検出されている駆動力
の変動幅が検出され、作動停止手段１０７により、その
検出された変動幅が所定の幅と比較され、その変動幅が
所定の幅よりも小さい状態が所定時間以上継続している
ときには、電動駆動手段１０１の作動が停止される。

【００２４】したがって、例えば踏力にしきい値を設け
ているような場合、一度しきい値を越えてモータ駆動を
開始した後は、踏力がしきい値以下になってもモータ駆
動を停止せず、踏力の変動幅が所定の幅よりも小さい状
態が所定時間以上継続している状態になったときに、モ
ータ駆動を停止するので、しきい値以下の小さな踏力で
走行している時でも、モータによる補助を継続すること
ができ、かつ、踏力を加えなくなった時に、モータが動
いたり止まったりという動作を防止することができる。
また、自転車を停止させたまましきい値以上の力でペダ
ルを踏みつけている時でも、モータ駆動を停止すること
ができる。

【００２５】

【００２６】さらに、この発明によれば、しきい値比較
手段により、人力検出手段によって検出されている駆動
力としきい値とが比較され、人力検出手段によって検出
されている駆動力がしきい値以上になったときには、作
動開始手段により、電動駆動手段の作動が開始される。

【００２７】このような状態で、一度しきい値を越えて
電動駆動手段の作動を開始した後は、変動幅検出手段に
より、人力検出手段によって検出されている駆動力の変
動幅が常時検出され、その変動幅が所定の幅よりも小さ
い状態が所定時間以上継続しているときには、しきい値
更新手段により、しきい値比較手段に記憶されているし
きい値が、人力検出手段によって検出されている駆動力
に所定値を加えた値に更新される。

【００２８】具体的には、例えば、自転車を停止させ、
ブレーキをかけた状態でペダルに足を乗せている場合に
は、踏力が検出され、この踏力がしきい値以上であれ
ば、自転車が停止しているにもかかわらず、電動駆動手
段によって自転車が駆動される。

【００２９】しかし、この状態はペダルが漕がれている
のではなく、単にペダルに足が乗せられているだけであ
る。したがって、踏力は変化せず、踏力の変動幅が所定
の幅よりも小さい状態が所定時間以上継続するので、電
動駆動手段の作動は停止される。しかし、この作動の停
止した状態の踏力はしきい値を越えているため、再び電
動駆動手段の駆動が開始される。つまり、このような状
態を繰り返すため、結果的に、電動駆動手段は、ペダル
に足が乗せられている間中駆動され続けることになり、
無駄な電力を消費することになる。

【００３０】したがって、この発明では、踏力の変動幅
が所定の幅よりも小さい状態が所定時間以上継続して、
電動駆動手段の作動が停止されたときには、しきい値比
較手段に記憶されているしきい値を、人力検出手段によ
って検出されている駆動力に所定値を加えた値、例えば
モータ駆動を停止した時の踏力に一定の値を加えた値を
新しいしきい値とし、このように電動駆動手段が停止し
た時点でしきい値を更新することにより、続けて再び電
動駆動手段が作動しないようにしている。

【００３１】また、しきい値下方修正手段をさらに設け
た場合には、しきい値比較手段に記憶されているしきい
値を、人力検出手段によって検出されている駆動力に所
定値を加えた値と比較し、しきい値よりもその値のほう
が小さいときには、しきい値をその値に下方修正してゆ
くことができる。

【００３２】したがって、高い値に更新されたままにな
っているしきい値を、低い値に修正することができる。

【００３３】具体的には、例えば、自転車を停止させ、
ブレーキをかけた状態でペダルに足を乗せているとき
に、しきい値が更新された場合には、次に通常の状態で
ペダルを踏んでも、しきい値が高い値になったままであ
るため、電動駆動を開始することができない。

【００３４】これを防止するために、この発明では、現
在の踏力に所定値を加えたものが、現在のしきい値より
も小さいときには、これを新しいしきい値として、しき
い値の下方修正を行うようにしている。

【００３５】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。なお、これによってこの発明が限定される
ものではない。

【００３６】図２は本発明における電動自転車の一実施
例の全体を示す斜視図である。この図において、１は電
動自転車本体で、この電動自転車本体１には後述する電
動機８が備えてあり、人力によるトルクの大きさに応じ
て電動機８の駆動力を変化させ、人力による力を電動機
８の力によって補助して走行させるものである。

【００３７】２，３はメインフレーム４に設けられた前
輪及び後輪で、前輪２は回転自在に軸支されており、後
輪３の回転軸の部分には盤状ケーシング５が設けられて
いる。盤状ケーシング５は回転側ケーシング６と固定側
ケーシング７とから構成されており、回転側ケーシング
６が後輪３と一体になって回転するようになっている。
また、盤状ケーシング５には電動機８が内蔵してあり、
電動駆動が必要な時に駆動して、後述する人力駆動部１
０と共に回転側ケーシング６を回転させる。この盤状ケ
ーシング５からなる駆動部分を電動駆動部９という。

【００３８】１０はペダル１１を踏むことで、チェーン
１２を介して後輪３を回転させる人力駆動部である。本
例では、チェーン１２を伝達部材としたが、チェーン１
２の代わりにベルト、回転軸等によるものを用いても構
わない。

【００３９】１３は前輪２を操舵するハンドルである。
１４，１５は左右のブレーキレバーで、このブレーキレ
バー１４，１５を引くことでワイヤー１６，１７が引っ
張られ、このワイヤー１６，１７によってそれぞれ前後
のブレーキ装置１８，１９が動作するようになってい
る。また、このワイヤー１６，１７の途中にはブレーキ
スイッチ２０が設けてあり、ブレーキレバー１４，１５
を操作したときに電動機８への通電が停止する機構にな
っている。

【００４０】２１はサドルである。２２は電動機８の電
源となるバッテリ部で、このバッテリ部２２は、フレー
ム４にスライド着脱可能に取り付けられるバッテリケー
ス２３と、このバッテリケース２３に収納した単一型充
電式電池によって構成されている。この電源電圧は約２
４ボルトである。

【００４１】次に、図３に基づき、盤状ケーシング５に
ついて説明する。図３は盤状ケーシング５内の構成を示
す正面図である。この図において、７は電動自転車本体
１に固定される固定側ケーシングで、この固定側ケーシ
ング７には制御基板２４、放熱板２５等からなる制御部
２６、電動機８、第１プーリー２７、第２プーリー２
８、最終段プーリー２９の３つのプーリーからなる減速
機構３０、減速機構３０を連結する伝達ベルト３１が配
置されている。

【００４２】減速機構３０の最終段プーリー２９は、回
転側ケーシング６に固定されており、電動機８が回転す
ると第１から最終段プーリーまでが伝達ベルト３１によ
って回転し、減速されて最終段プーリー２９と共に回転
側ケーシング６が回転する。また、第２プーリー２８と
最終段プーリー２９とが連結される第２プーリー２８の
小さいほうのプーリーには、一方向クラッチが介入され
ており、ペダル１１からの力が加わった時に電動機８を
回さないように、即ちペダル１１が軽いようにしてあ
る。

【００４３】３２は伝達ベルト３１の張りを調節するた
めの押圧部材である。３３は伝達ベルト３１の張りを調
節する調節ネジで、第１プーリー２７の回転軸の取り付
け部分には長孔が形成してあり、第１プーリー２７を伝
達ベルト３１が張る方向に移動させるとともに、移動さ
せた状態で調節ネジ３３によってプーリーを固定するよ
うになっている。

【００４４】３７はチェーン１２からの駆動力を回転側
ケーシング６に伝達するためのチェーンスプロケット
で、このチェーンスプロケット３７と回転側ケーシング
６との間にはフリーホイール３８が設けられており、チ
ェーン１２が逆回転したときには回転側ケーシング６に
チェーン１２からの駆動力を伝達しない構成になってい
る。３９は後輪３の車軸である。

【００４５】最終段プーリー２９の構成について、図
４，図５，図６に基づき詳述する。これらの図におい
て、４０は最終段プーリー２９の内側で車軸３９に対称
に２か所に設けられた弾性体、即ちバネで、このバネ４
０は片側を最終段プーリー２９に固定し、他側を伸縮自
在に開放している。また、バネ４０は伸縮方向を車軸３
９、或いは最終段プーリー２９と同心円の略接線方向に
配置し、ペダル１１に踏力が加わったとき、後述する押
圧部材４２によって力を受けやすい方向にしている。

【００４６】４１はバネ４０の開放側に当接する受圧部
材で、この受圧部材４１はバネ４０の径より小さい部分
と大きい部分とがあり、小さい部分がバネ４０内に入り
込み、大きい部分がバネ４０を蓋するように設けられて
いる。また、受圧部材４１は、鉄やセラミックなどの滑
りやすい材質のものが使われている。

【００４７】４２はチェーンスプロケット３７の回転に
よって回動し、車軸３９の周りに設けられた回動板で、
この回動板４２には車軸３９の中心軸を点対称として、
受圧部材４１をチェーンスプロケット３７の回転によっ
て押さえる押圧部材４３が設けられている。この押圧部
材４３は、鉄やセラミック等、滑りやすい材質のもので
形成されている。

【００４８】また、回動板４２は最終段プーリー２９の
内側に同心円状に挿入されて、押圧部材４３がバネ４０
を押さえることによって最終段プーリー２９と共に回転
する。また、押圧部材４３は、受圧部材４１を押さえる
時に、押さえる位置が若干ずれるため、先端部分が曲面
になっている。

【００４９】更に、回動板４２には回動方向にむかって
形成した傾斜部４４を、車軸３９の中心軸を点対称とし
て２か所に形成しており、回動板４２の回動と共に回動
する。

【００５０】４５は回動板４２の回動により傾斜部４４
の作用で車軸３９方向に移動可能な摺動部材で、摺動部
材４５の傾斜部４４に当接する部分に突起４６を設けて
おり、また、この突起４６と反対位置には弾性部材、即
ちバネ４７が回動板４２方向に付勢して設けてある。即
ち、回動板４２の回動で摺動部材４５が押されたときの
み摺動するようになっており、回動板４２が元の位置に
戻ると摺動部材４５も元に戻るようになっている。更
に、摺動部材４５には磁性部材、本実施例ではフェライ
ト４８が設けてあり、摺動部材４５の移動とともに移動
するようになっている。

【００５１】４９は固定側ケーシング７の内側で、フェ
ライト４８の移動範囲内に設けられたコイルであり、こ
のコイル４９の巻線が巻いてあるコイルボビン５０中を
フェライト４８が移動するようになっている。

【００５２】回転側ケーシング６の回動板４２には、ボ
ス４２ａが設けられ、そのボス４２ａには、回転側ケー
シング６の回転速度を検出するためのマグネット４２ｂ
が設けられている。マグネット４２ｂの対向部分の固定
側ケーシング７には、基板７ａと、その上にリードスイ
ッチ７ｂが設けられている。リードスイッチ７ｂは、マ
グネット４２ｂが近づくたびに磁力によりスイッチが入
る（あるいは切れる）ようになっており、このリードス
イッチ７ｂが一度入って（あるいは切れて）、次に入る
（切れる）までの時間をカウンターでカウントすること
により、電動自転車の車速を検出する。

【００５３】上述の回動板４２、摺動部材４５を合わせ
て変換部材５１という。また、摺動部材４５に設けたフ
ェライト４８と、固定側ケーシング７に取り付けられた
コイル４９を合わせてトルク検出部５２という。上述の
マグネット４２ｂとリードスイッチ７ｂとを合わせて車
速センサという。

【００５４】次に、人力による駆動と、このトルク検出
部５２におけるトルクの検出について説明をする。

【００５５】電動自転車本体１が走行を始めるとき、使
用者はペダル１１に踏力を掛けて走行する。この時、後
輪３は止まろうとする力が大きく働くため、チェーンス
プロケット３７、回動板４２は回転しようとし、バネ４
０を押さえてバネ４０が最終段プーリー２９を押さえ
て、最終段プーリー２９と固定した回転側ケーシング
６、後輪３が回転して走行する。この時、走行時には大
きなトルクが生じるため、バネ４０は大きく縮むことに
なり、即ちバネ４０の縮みと共に回動板４２が回動し、
傾斜部４４も回動をする。

【００５６】傾斜部４４が回動すると、これに当接した
突起４６が車軸３９方向に押され、摺動部材４５も車軸
３９方向に移動する。摺動部材４５が車軸３９方向に移
動すると、フェライト４８がコイル４９内を移動するこ
とになり、これによってコイル４９のインダクタンスが
変化することになる。

【００５７】即ち、踏力が大きくなればなるほどコイル
４９内に挿入されるフェライト４８の体積が大きくな
り、インダクタンスが大きくなる。即ち、コイル４９に
印加される電圧が、インダクタンスの変化によって変化
し、インダクタンスが大きいほど電圧は小さくなり、イ
ンダクタンスが小さいほど電圧は大きくなるので、この
電圧の変化を検出することによって踏力の大きさを検出
することができ、この大きさに応じて電動機８を駆動制
御する。

【００５８】また、平地走行時において、使用者が踏力
を加えない状態について説明すると、回動板４２は最終
段プーリー２９と共に回転し、この状態では踏力がない
のでバネ４０は縮まず、摺動部材４５も移動しない。即
ち、コイル４９のインダクタンスの変化もないため、コ
イル４９に印加される電圧も変わらず、電動機８からの
駆動は行われない。

【００５９】更に、平地や上り坂などで使用者が加速を
する場合について説明すると、前述した走行を始めると
きと同様、踏力が加わるとバネ４０が縮み、よって回動
板４２が人力のトルクの大きさに合わせて回動し、傾斜
部４４に当接した突起４６が傾斜部４４の回動によって
押さえられて、摺動部材４５が移動し、フェライト４８
がコイル４９内を移動する。

【００６０】４７はバネ４０の付勢によって押される押
圧部材４３を衝撃から防ぐためのラバープレートであ
る。４８はバネ４０を施蓋するカバーである。

【００６１】次に、図７及び図８に基づきトルク検出部
５２の回路について説明をする。これらの図において、
４９はＣＰＵ（図示せず）から出力される交流電圧が印
加されるコイルで、この交流電圧は図８の（Ａ）に示す
ような波形が入力される。また、このコイル４９は、フ
ェライト４８を近づけたり遠ざけたりすることで、コイ
ル４９のインダクタンスが大きくなったり小さくなった
りし、図８の（Ｂ）で示すような波形になって出力され
る。出力されたパルスは、直流変換部６０でパルスの平
均値が取られて直流変換される。つまり、図８の（Ｃ）
に示す波形に変換されて、次の増幅器６１によって増幅
され、Ａ／Ｄ変換器（図示しない）でＡ／Ｄ変換されて
前記ＣＰＵに入力される。

【００６２】また、図８の（Ｂ）の波形の破線で示す部
分は、フェライト４８がコイル４９に近づいたときの波
形を示し、これが直流変換部６０で、前述する場合より
も、図８の（Ｃ）の破線で示すようにレベルが低くなっ
て、前記ＣＰＵに入力される。

【００６３】このように、踏力を車軸３９方向のフェラ
イト４８の動きに変換し、これによって変化するコイル
のインダクタンスの変化を電圧の変化に変換して電気信
号を取り出しているので、正確で細かなトルクの検出が
でき、的確な制御で人力を補助することができる。

【００６４】なお、フェライトの位置はコイル内を移動
するようにしたが、接近するだけでもコイルのインダク
タンスは変化するので、摺動部材４５の移動で接近する
だけの構成、即ちコイル近傍にフェライトを設けるよう
な構成にしても構わない。

【００６５】更に、バネ４０は使用せず、弾性部材４７
のみの弾性力で、踏力が加わったときに摺動部材４５が
弾性部材４７を押さえ、踏力がなくなると弾性部材４７
の弾性力で摺動部材４５を元に戻すようにして、トルク
を検出するようにしてもよい。

【００６６】図９は電動機の制御回路を示すブロック図
である。この図において、７１はトルク検出部５２から
なる踏力検出部、７９は車速センサからなる車速検出
部、７２はＣＰＵ、７３は回路のスイッチングを行うス
イッチング素子、７４はスイッチング素子７３を制御し
て電源のデューティ制御（ＰＷＭ制御）を行うスイッチ
ング素子コントローラ、７５は直流電源である。この直
流電源７５は、ニッカド（Ｎｉ−ｃｄ）電池の２４Ｖ、
２．５Ａｈのものを用いている。

【００６７】７６はフライホイルダイオード、７７は電
源電圧検出器、７８は電動機８に流れる電流を検出する
モータ電流センサである。

【００６８】モータ電流センサ７８は、４．５ｍΩの抵
抗値と１４Ａの許容容量を持つ抵抗（シャント抵抗）を
２本並列に接続したものを配置し、その電圧降下を差動
アンプで検出し、その検出値をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ７
２に入力するようにしている。ＣＰＵ７２は、モータ電
流センサ７８からの電流値に基づいて電動機８のトルク
を算出する。

【００６９】次に、ＣＰＵ７２の動作を図１０に示すフ
ローチャートに従って説明する。まず、踏力検出部７１
によって踏力を検出してＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）
変換し（ステップＳ１）、踏力を人力トルクに変換し
（ステップＳ２）、電動機８の電流、つまりモータ電流
を検出してＡ／Ｄ変換し（ステップＳ３）、モータ電流
をモータトルクに変換する（ステップＳ４）。

【００７０】次に、車速検出部７９から車速を得、車速
が時速１５Ｋｍ未満であるのか（ステップＳ５）、車速
が時速２４Ｋｍを越えているのかを判定し（ステップＳ
６）、時速１５Ｋｍ未満であれば、旧人力トルクを新人
力トルクとし（ステップＳ７）、時速１５Ｋｍ〜時速２
４Ｋｍの範囲であれば、旧人力トルクに（２４−車速）
／９（Ｋｍ／Ｓ）を乗じたものを新人力トルクとし（ス
テップＳ８）、時速２４Ｋｍ以上であれば、新人力トル
クを“０”とする。

【００７１】そして、旧デューティ＋（新人力トルク−
モータトルク）／定数を算出、つまり積分計算を行っ
て、これを新デューティとし（ステップＳ１０）、デュ
ーティを出力する（ステップＳ１１）。

【００７２】図１１は電動機の駆動を開始又は終了する
ための回路を示すブロック図であるこの図において、８
１はモータ電流センサ７８からなるモータ電流検出部、
８２はＣＰＵ７２からなるコントローラである。駆動開
始検出部８３、しきい値更新部８４及び駆動終了検出部
８５も、ＣＰＵ７２から構成されている。

【００７３】８６はスイッチング素子からなるゲートで
ある。このゲートは、本実施例では、電源のデューティ
制御を行うスイッチング素子７３を兼用しているが、こ
のスイッチング素子７３とは別に、単に電源のオン・オ
フだけを行うためのスイッチング素子を、スイッチング
素子７３に直列に設けたものであってもよい。

【００７４】８７は電動機８からなるモータ、８８は盤
状ケーシング５内に設けた減速機構３０からなる減速
機、８９は後輪３からなる車輪である。

【００７５】以下、実施例の動作をフローチャートに従
って説明する。図１２はモータ８７の駆動を開始するた
めの処理内容を示すフローチャートである。この処理
は、駆動開始検出部８３で行う。

【００７６】この処理においては、踏力検出部７１から
得られる踏力の値（センサ値）が、あらかじめメモリに
記憶したしきい値以上であるのか否かを判定する。すな
わち、所定時間（３０ｍ秒）の間、センサ値の踏力の最
小をみて、それをしきい値と比較する（ステップＳ２
１）。３０ｍ秒間センサ値の最小をみるのは、ノイズに
よる誤動作を防止するためである。そして、モータ８７
の駆動開始信号を出力する（ステップＳ２２）。

【００７７】図１３はモータ８７の駆動を終了するため
の処理内容を示すフローチャートである。この処理は、
駆動終了検出部８５で行う。この処理においては、踏力
検出部７１から得られる踏力の値（センサ値）の変動幅
を検出し、検出した変動幅を、あらかじめメモリに記憶
した所定の幅と比較する。すなわち、所定時間（４秒）
の間、センサ値の最大と最小の差をみて、それをこの所
定値と比較する（ステップＳ３１）。

【００７８】所定時間を４秒としているのは、ペダルを
漕ぐ周期が通常の場合、約４秒程度であるからである。
所定の幅としては、最も弱い踏力でペダルが踏まれる場
合に生ずる踏力の最大値と最小値との差を記憶させてお
けばよい。

【００７９】ステップＳ３１の比較において、４秒間に
おけるセンサ値の最大値と最小値との差が所定値よりも
小さい時には、モータ８７の駆動終了信号を出力する
（ステップＳ３２）。また、４秒間におけるセンサ値の
最大値と最小値との差が所定値以上であるときには、自
転車が漕がれているものとみなして、所定時間（４秒
間）のセンサ値の最大を出力する（ステップＳ３３）。
このデータはしきい値更新部８４に入力される。

【００８０】図１４はしきい値を更新するための処理内
容を示すフローチャートである。この処理は、しきい値
更新部８４で行う。この処理においては、まず、踏力検
出部７１から得られる踏力の値（センサ値）の所定時間
（３０ｍ秒間）における平均値を求め、これに所定値
（５Ｋｇ）を加えたものをしきい値としてメモリに記憶
する（ステップＳ４１）。所定値を５Ｋｇとしたのは、
通常、この程度の踏力の増加を検出するようにしておけ
ば、ノイズによる踏力の増加と区別できるからである。

【００８１】次に、所定時間（３０秒間）のセンサ値の
最大に、所定値（５Ｋｇ）を加えたものが、しきい値よ
りも小さいのか否かを調べる（ステップＳ４２）。上記
２つの所定時間を３０ｍ秒間としたのは、ノイズによる
誤動作を防止するためである。

【００８２】ここで、３０秒間のセンサ値の最大に５Ｋ
ｇを加えたものが、しきい値よりも小さければ、その３
０秒間のセンサ値の最大に５Ｋｇを加えたものを、新し
いしきい値としてメモリに記憶し（ステップＳ４３）、
これによりしきい値の下方修正を行う。

【００８３】そして、駆動終了検出部８５から駆動終了
信号が出力されていれば（ステップＳ４４）、所定時間
（４秒間）のセンサ値の最大に所定値（５Ｋｇ）を加え
たものを、新しいしきい値としてメモリに記憶し（ステ
ップＳ４５）、これによりしきい値の更新を行う。ここ
で、センサ値の最大のデータは駆動終了検出部８５から
の出力を取り込み、所定時間（４秒間）のセンサ値の最
大のデータを得る。

【００８４】ステップＳ４４において、駆動終了信号が
出力されていなければ、しきい値を出力する（ステップ
Ｓ４６）。このしきい値は、駆動開始検出部８３に入力
される。

【００８５】図１５はゲート８６を開閉するための処理
内容を示すフローチャートである。この処理において
は、まず、ゲートを閉じておき（ステップＳ５１）、駆
動開始検出部８３から駆動開始信号が出力されれば、ゲ
ートを開き（ステップＳ５３）、駆動終了検出部８５か
ら駆動終了信号が出力されれば、ゲートを閉じる（ステ
ップＳ５５）。

【００８６】図１６はモータ８７を駆動するタイミング
としきい値更新の様子を示す説明図である。まず、図の
左側から説明すると、時刻ａにおいて、踏力が大きくな
り始めるが、しきい値を越えていないのでモータ８７の
駆動は開始されない。そして、時刻ｂにおいて、しきい
値を越えるので、モータ８７の駆動が開始される。踏力
は、図に示すように、山形に変化する。

【００８７】時刻ｃにおいて、踏力は“０”になるが、
踏力の変動が小さい（“０”付近でほぼ一定）状態が所
定時間続いた時刻ｄで、モータ８７の駆動が終了され
る。時刻ｃから時刻ｄの間は、踏力“０”という検出値
をもとにモータ８７が制御される。

【００８８】時刻ｅにおいては、モータ８７の駆動が開
始されるが、ペダルに足を乗せた状態等により、踏力が
一定である（時刻ｆ〜時刻ｇの間）ので、時刻ｇにおい
て、モータ８７の駆動が終了され、このとき、しきい値
も更新される。

【００８９】時刻ｇ以後は、踏力が加わっているが、そ
れ以上にしきい値が高くなっているので、モータ８７の
駆動は開始されない。そして、時刻ｈにおいて、新しい
しきい値以上の踏力が加わった時に、駆動が開始され
る。

【００９０】時刻ｉ〜時刻ｊの間では、（現在の踏力＋
所定値）が現在のしきい値よりも小さいため、踏力の低
下にともなってしきい値が次々と下方へ更新されてい
る。そして、時刻ｊからは、しきい値が最初の値に戻
る。

【００９１】このようにして、モータ８７の駆動を開始
又は終了させるとももに、しきい値を更新することによ
り、無駄な電力消費を防止して、電動自転車をよりよい
状態で運転することができる。

【００９２】

【発明の効果】この発明によれば、人力検出手段によっ
て検出されている駆動力の変動幅が所定の幅よりも小さ
い状態が所定時間以上継続しているときには、電動駆動
手段の作動を停止するようにしたので、ペダルを漕いで
いない状態である時には、電動駆動手段の作動を停止す
ることができ、無駄な電力消費を防止することができ
る。

【００９３】

【００９４】さらに、踏力の変動幅が所定の幅よりも小
さい状態が所定時間以上継続して、電動駆動手段の作動
が停止されたときには、しきい値比較手段に記憶されて
いるしきい値を、人力検出手段によって検出されている
駆動力に所定値を加えた新しいしきい値とし、このよう
に電動駆動手段が停止した時点でしきい値を更新するよ
うにした場合には、続けて再び電動駆動手段が作動しな
いようすることができる。

【００９５】また、しきい値下方修正手段をさらに設け
た場合には、しきい値を下方修正することができるの
で、高い値に更新されたままになっているしきい値を、
低い値に修正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明における電動自転車の一実施例を示す全
体斜視図である。

【図３】本発明における盤状ケーシング内の構成を示す
正面図である。

【図４】本発明における電動自転車の最終段プーリーの
構成を示す側面断面図である。

【図５】本発明における電動自転車の最終段プーリーの
構成を示す平面構成図である。

【図６】本発明における電動自転車の最終段プーリーの
構成を示す側面断面図である。

【図７】本発明における電動自転車のトルク検出部の回
路図である。

【図８】本発明における電動自転車のトルク検出部の回
路における各部分の波形を示す説明図である。

【図９】本発明における電動機の制御回路を示すブロッ
ク図である。

【図１０】本発明におけるＣＰＵの動作を示すフローチ
ャートである。

【図１１】本発明における電動機の駆動を開始又は終了
するための回路を示すブロック図である。

【図１２】本発明におけるモータの駆動を開始するため
の処理内容を示すフローチャートである。

【図１３】本発明におけるモータの駆動を終了するため
の処理内容を示すフローチャートである。

【図１４】本発明におけるしきい値を更新するための処
理内容を示すフローチャートである。

【図１５】本発明におけるゲートを開閉するための処理
内容を示すフローチャートである。

【図１６】本発明におけるモータを駆動するタイミング
としきい値更新の様子を示す説明図である。

【図１７】従来の電動自転車の制御回路を示すブロック
図である。

【符号の説明】

３ 車輪（後輪） ５ 盤状ケーシング ６ 回転側ケーシング ７ 固定側ケーシング ７ａ 基板 ７ｂ リードスイッチ ８ 電動機 ９ 電動駆動部 １０ 人力駆動部 １１ ペダル ２６ 制御部 ３９ 車軸 ４０ 弾性体（バネ） ４２ 回動板 ４２ａ ボス ４２ｂ マグネット ４４ 傾斜部 ４５ 摺動部材 ４６ 突起 ４７ 弾性部材（バネ） ４８ 磁性部材（フェライト） ４９ コイル ５１ 変換部材 ５２ トルク検出部 ７１ 踏力検出部 ７２ ＣＰＵ ７３ スイッチング素子 ７４ スイッチング素子コントローラ ７５ 直流電源 ７６ ダイオード ７７ 電源電圧検出器 ７８ モータ電流センサ ７９ 車速検出部 ８１ モータ電流検出部 ８２ コントローラ ８３ 駆動開始検出部 ８４ しきい値更新部 ８５ 駆動終了検出部 ８６ ゲート ８７ モータ ８８ 減速機 ８９ 車輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−255564（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−33069（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62M 23/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機によって車輪を駆動する電動駆動手
   段と、人力によって車輪を駆動する人力駆動手段と、人
   力駆動手段の駆動力を検出する人力検出手段と、人力検
   出手段からの出力を受け、電動駆動手段の駆動力と人力
   駆動手段の駆動力とが適切な比率となるように、電動駆
   動手段の駆動力を調整する制御手段と、人力検出手段に
   よって検出されている駆動力の変動幅を検出する変動幅
   検出手段と、検出された変動幅を所定の幅と比較し、そ
   の変動幅が所定の幅よりも小さい状態が所定時間以上継
   続しているときには、電動駆動手段の作動を停止させる
   作動停止手段を備えてなる電動機停止機能付き電動自転
   車。
2. 【請求項２】電動機によって車輪を駆動する電動駆動手
   段と、人力によって車輪を駆動する人力駆動手段と、人
   力駆動手段の駆動力を検出する人力検出手段と、人力検
   出手段からの出力を受け、電動駆動手段の駆動力と人力
   駆動手段の駆動力とが適切な比率となるように、電動駆
   動手段の駆動力を調整する制御手段と、あらかじめ設定
   したしきい値を記憶し、人力検出手段によって検出され
   ている駆動力とそのしきい値とを比較するしきい値比較
   手段と、人力検出手段によって検出されている駆動力が
   しきい値以上になったときには電動駆動手段の作動を開
   始させる作動開始手段と、人力検出手段によって検出さ
   れている駆動力の変動幅を検出する変動幅検出手段と、
   検出された変動幅を所定の幅と比較し、その変動幅が所
   定の幅よりも小さい状態が所定時間以上継続していると
   きには、しきい値比較手段に記憶されているしきい値
   を、人力検出手段によって検出されている駆動力に所定
   値を加えた値に更新するしきい値更新手段を備えてなる
   電動機停止機能付き電動自転車。
3. 【請求項３】しきい値比較手段に記憶されているしきい
   値を、人力検出手段によって検出されている駆動力に所
   定値を加えた値と比較し、しきい値よりもその値の方が
   小さいときには、しきい値をその値に下方修正してゆく
   しきい値下方修正手段を備えてなる請求項２記載の電動
   機停止機能付き電動自転車。