自転車用モータ制御装置および自転車
【課題】発進時の乗り方に応じてモータを適切に制御できるようにする。
【解決手段】制御部１２は、アシストモータ６０を制御する。制御部１２は、クランク位置検出部４０と、クランク位置判断部４１と、モータ制御部４３と、を備える。クランク位置検出部４０は、自転車の右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂの位置を検出する。クランク位置判断部４１は、クランク位置検出部４０の検出結果に基づいて、自転車のクランクが下死点を含む所定領域にあるか否かを判断する。停止判断部は、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂの停止を判断する。モータ制御部４３は、停止判断部４２が、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが停止していると判断した後に、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが所定領域にあるとクランク位置判断部４１が判断する間は、アシストモータ６０の駆動を禁止する。
【解決手段】制御部１２は、アシストモータ６０を制御する。制御部１２は、クランク位置検出部４０と、クランク位置判断部４１と、モータ制御部４３と、を備える。クランク位置検出部４０は、自転車の右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂの位置を検出する。クランク位置判断部４１は、クランク位置検出部４０の検出結果に基づいて、自転車のクランクが下死点を含む所定領域にあるか否かを判断する。停止判断部は、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂの停止を判断する。モータ制御部４３は、停止判断部４２が、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが停止していると判断した後に、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが所定領域にあるとクランク位置判断部４１が判断する間は、アシストモータ６０の駆動を禁止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置、特に、自転車に装着されるモータを制御する自転車用モータ制御装置およびそれを搭載した自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車において、人力による駆動をモータにより補助する電動自転車では、踏力を検出し、踏力に応じてモータにより駆動力を補助する。自転車の乗り方には、ハンドルを持った状態で片足をペダルに乗せて、もう一方の足で地面をけり出して走り出す、いわゆるケンケン乗りと呼ばれる特定の乗り方がある。この特定の乗り方で発進すると、検出される踏力が大きくなり、ユーザにとって不所望の補助力が付与される場合がある。これを抑えるために、発進開始から所定時間経過するまでアシスト制御を行わない技術が従来知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、外装変速機において、モータを用いて電動変速する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。外装変速機は、クランクが回転しないと変速できない。このため、従来は、クランクの回転を検出し、クランクが回転しないときにモータが動作しないように変速制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３５８９８７号公報
【特許文献２】特開２００６−００８０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成では、発進時から所定時間経過するまでアシスト力が付与されない。このため、例えばサドルに座って発進する場合にも、所定時間経過するまでアシスト力が得られない。これにより、例えば上り坂の途中でサドルに座って発進する場合、所定時間のアシスト力が得られないため、ライダーにとって不便である。
【０００６】
特許文献２の構成では、クランクが回転すると変速制御を可能にしているため、特定の乗り方での発進時に僅かでもクランクの回転を検出すると、実際には変速できない状態で不適切な変速動作が行われる可能性がある。
【０００７】
本発明の課題は、発進時の乗り方に応じてモータを適切に制御できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明１に係る自転車用モータ制御装置は、自転車に装着されるモータを制御する装置である。自転車用モータ制御装置は、クランク位置検出部と、クランク位置判断部と、モータ制御部と、を備える。クランク位置検出部は、自転車のクランクの位置を検出する。クランク位置判断部は、クランク位置検出部の検出結果に基づいて、自転車のクランクが下死点を含む所定領域にあるか否かを判断する。停止判断部は、自転車およびクランクの少なくともいずれか一方の停止を判断する。モータ制御部は、停止判断部が、自転車およびクランクの少なくともいずれか一方が停止していると判断した後に、クランクが所定領域にあるとクランク位置判断部が判断する間は、モータの駆動を禁止する。
【０００９】
この自転車用モータ制御装置では、自転車またはクランクが停止しており、かつクランク位置が下死点を含む所定領域にあると判断されると、モータの駆動が禁止される。これにより、発進時に一方のペダルに足を載せて他方の足で地面を蹴る特定の乗り方をしても、クランクが所定領域内に位置している間は、モータが駆動されない。この結果、モータが人力による駆動を補助する場合は、特定の乗り方によって生じる踏力の増大に伴う補助力の不所望の増加を抑えることができる。また、発進時にサドルに乗ってクランクを回す乗り方の場合は、発進した時からの時間に関わらずクランクが所定領域から外れると、適切にアシスト力を付与する制御を行うことができ、モータによる補助力を必要とするクランク位置ではアシスト力が付与されないということを抑制することができる。一方、モータが外装変速機を駆動する場合は、クランクが所定領域内で回動しても、不適切な変速動作が行われない。これらにより、発進時の乗り方に応じてモータを適切に制御できるようになる。
【００１０】
発明２に係る自転車用モータ制御装置は、発明１に記載の自転車用モータ制御装置であって、クランク位置検出部は、磁石と、磁力検出素子と、を有する。磁石は、自転車のクランクおよび自転車のフレームの一方に装着可能であり、周方向に間隔を隔ててＳ極とＮ極とが配置される。磁力検出素子は、磁石に対向する位置で、自転車のクランクおよび自転車のフレームの他方に装着され所定領域に対応して２つ配置される。
【００１１】
この場合には、非接触でかつ汚れ等の影響を受けない磁力により所定領域内にクランクが配置されているか否かを検出できる。このため、汚れやすい野外を走行する自転車にクランク位置検出部を装着してもクランク位置を精度良く検出できる。また簡単な構成で、クランクの位置を検出することができる。
【００１２】
発明３に係る自転車用モータ制御装置は、発明２に記載の自転車用モータ制御装置において、クランク位置判断部は、磁力検出素子からの出力に基づいてクランクが所定領域にあるか否かを判断する。この場合には、所定領域に対応して配置された２つの磁力検出素子からの出力の組み合わせにより、クランク位置が所定領域内か否かを容易に判断できる。特に、特定の乗り方の場合、人によっては後方から見て自転車の左側から乗る場合と、右側から乗る場合とがある。このような場合、右クランクと、右クランクとは１８０度位相が離れた左クランクとで２つの下死点が存在する。しかし、２つの磁力検出素子の出力の組み合わせにより、１８０度離れた２つの下死点を含む所定領域を容易に判断できる。
【００１３】
発明４に係る自転車用モータ制御装置は、発明２または３に記載の自転車用モータ制御装置において、停止判断部は、磁力検出素子からの出力が予め定める時間変化しない場合に、クランクが停止していると判断する。この場合には、クランク位置検出部の磁力検出素子の出力によりクランクの停止を判断できるので、別の検出部を設ける必要がなくなり、モータ制御装置の構成が簡素化する。
【００１４】
発明５に係る自転車用モータ制御装置は、発明１に記載の自転車用モータ制御装置において、停止判断部は、自転車の速度を検出する速度検出部を有する。この場合には、速度により自転車の停止を容易に判断できる。また、速度の変化により自転車の発進時を検出することもできる。
【００１５】
発明６に係る自転車用モータ制御装置は、発明１から５のいずれかに記載の自転車用モータ制御装置において、自転車に作用する踏力を検出する踏力検出部をさらに備える。
モータは、人力による駆動を補助するように自転車に装着可能である。モータ制御部は、モータの駆動を禁止しているときに、クランクが所定領域から外れたとクランク位置判断部が判断すると、モータを踏力に応じて駆動する。
【００１６】
この場合には、特定の乗り方をしても、クランクが所定領域内に位置している場合、モータが駆動されない。この結果、モータが人力による駆動を補助する場合は、踏力の増大による不意の増速を抑えることができる。また、サドルに乗ってクランクを回す乗り方の場合は、発進した時からの時間に関わらずクランクが所定領域から外れると、適切にアシスト力を付与する制御を行うことができる。これにより、発進時の乗り方に応じてアシスト用のモータを適切に制御でき、モータによる補助力を必要とするクランク位置ではアシスト力が付与されないということを抑制することができる。
【００１７】
発明７に係る自転車用モータ制御装置は、発明１から５のいずれかに記載の時用モータ制御装置において、モータは、外装変速機を駆動するモータである。この場合には、モータが外装変速機を駆動する場合は、クランクが所定領域内で回動しても、不適切な変速動作が行われない。これにより、発進時の乗り方に応じて外装変速用のモータを適切に制御できるようになる。
【００１８】
発明８に係る自転車は、モータと、発明１から７のいずれかに記載の自転車用モータ制御装置と、を備える。この場合には、自転車において、上記した作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
クランク位置が下死点を含む所定領域にあると判断されると、モータの駆動が禁止される。これにより、一方のペダルに足を載せて他方の足で地面を蹴る特定の乗り方をしても、クランクが所定領域内に位置している場合、モータが駆動されない。このため、発進時の乗り方に応じてアシスト用のモータを適切に制御できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態による自転車の側面図。
【図２】モータ制御装置のブロック図。
【図３】そのクランク位置センサの正面拡大図。
【図４】制御部の機能構成を示すブロック図。
【図５】クランク位置判断部の判断の一例を示す動作図。
【図６】電源制御部の制御を示すフローチャート。
【図７】第２実施形態の図２に相当する図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１において、本発明の第１実施形態を採用した自転車１は人力よる駆動をモータユニット１０により補助する電動自転車である。自転車１は、フレーム体２ａとフロントフォーク３とを有するフレーム２と、ハンドル部４と、駆動部５と、前輪６ｆと、後輪６ｒと、図示しないフロントブレーキ装置およびリアブレーキ装置と、前照灯２３と、尾灯２４と、を備えている。また、自転車１は、図２に示すに電装システム７を有する。フロントフォーク３は、図１に示すように、フレーム体２ａの前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。
【００２２】
フレーム体２ａには、サドル１１およびハンドル部４を含む各部が取り付けられている。フレーム体２ａの下部中央には、後述するクランク軸１６を支持するためのハンガー部２２が設けられる。
【００２３】
駆動部５は、フレーム体２ａのハンガー部２２に回転自在に支持されたクランク軸１６と、クランク軸１６の両端にそれぞれ固定される右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂと、チェーン１９と、内装変速ハブ３０と、を有する。右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂの先端には、ペダル２１が装着される。右クランク１８ａと、左クランク１８ｂとは、１８０度位相が異なる。チェーン１９は、右クランク１８ａに設けられるフロントギアに掛け渡される。内装変速ハブ３０は、チェーン１９により駆動される。内装変速ハブ３０は、後輪６ｒの中央に配置される。内装変速ハブは、例えば８段または１１段変速のハブである。また、内装変速ハブ３０には、例えば、ローラブレーキ、バンドブレーキまたはディスクブレーキ等によって実現されるリアブレーキ装置が連結されている。内装変速ハブ３０は、ハンドル部４に装着された図示しない変速操作部に変速ケーブルにより連結される。
【００２４】
フレーム体２ａの後上部には、リアキャリア１７が取り付けられる。リアキャリア１７には、制御部１２を含むリアキャリアユニット１３が装着される。リアキャリアユニット１３は、後述するモータユニット１０、制御部１２および前照灯２３等の電源となる、例えばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等を含む蓄電部１４を着脱可能に搭載する。蓄電部１４には、尾灯２４が一体で取り付けられる。
【００２５】
前輪６ｆの中心には、前輪６ｆの駆動補助用のモータユニット１０が装着される。モータユニット１０には、例えばローラブレーキ、バンドブレーキまたはディスクブレーキ等によって実現されるフロントブレーキ装置が連結される。モータユニット１０に、フロントブレーキ装置が連結されない場合には、フロントフォーク３にＶブレーキまたはカンチブレーキ等によって実現されるブレーキ装置を設ければよい。
【００２６】
電装システム７は、自転車用の複数の電装品を有する。第１実施形態では、リアキャリアユニット１３と、モータユニット１０と、ハンガーユニット２２ａと、前照灯２３と、が電装品である。各電装品は、電力線通信規格の２芯の通信線により接続されている。
【００２７】
モータユニット１０の内部には、図２に示すように、アシストモータ６０と、インバータ６１と、速度センサ６２とが設けられる。アシストモータ６０は、たとえば３相ブラシレスＤＣモータまたは交流モータである。インバータ６１は、蓄電部１４から直流出力された電流をアシストモータ６０の駆動に適した電流交流に変換する。速度センサ６２は、アシストモータ６０の回転速度つまり、自転車の速度を検出する。
【００２８】
ハンガーユニット２２ａは、ハンガー部２２に設けられる。ハンガーユニット２２ａは、クランク軸１６に作用する踏力を検出するためのトルクセンサ３７およびクランク軸１６の回転位置を検出するためのクランク位置センサ３９を有する。
【００２９】
クランク位置センサ３９は、図３に示すように、右クランク１８ａに設けられる磁石４５と、ハンガー部２２に設けられる第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと、を有する。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂは、２つの磁力検出素子の一例である。
【００３０】
磁石４５は、右クランク１８ａに装着可能である。磁石４５は、環状に形成され、周方向にＳ極４５ａとＮ極４５ｂとが隣接して配置される。本実施の形態では、磁石４５は円環形状を有する。磁石４５は、一般的な永久磁石であってもよいし、たとえば樹脂に磁性材料を混ぜ込んで形成されてもよい。磁石４５は、固定部材４８によって、ハンガー部２２に固定される。固定部材４８は、例えば複数のネジ４８によって実現される。Ｓ極４５ａとＮ極４５ｂとは、クランク軸１６の外周に配置され、ここでは、それぞれが半円環の形状を有する。たとえば、クランク軸の中心を通る平面によって分割される磁石４５の一方をＳ極４５ａとし、他方をＮ極４５ｂとしている。Ｓ極４５ａとＮ極４５ｂとは隣接するので２つの境界を有する。各境界は、クランク軸まわりに１８０°離れている。Ｓ極４５ａとＮ極４５ｂとの境界となる第１境界線４５ｃおよび第２境界線４５ｄは、それぞれ右クランク１８ａの長手方向に沿って配置される。より好ましくは、第１境界線４５ｃおよび第２境界線４５ｄは、クランク軸の回転軸線を含み、かつペダル取り付け孔の中心軸線を含む平面Ｎ上に設けられる。磁石４５および右クランク１８ａには、相互の位置を合わせるための位置合わせ構造が設けられてもよい。このような位置合わせ構造は、たとえば磁石４５および右クランク１８ａの一方に突部を設け、他方にこの突部に嵌め合う嵌め合い部を設けることによって実現される。嵌め合い部には、たとえば孔または溝が形成される。第１境界線４５ｃでは、時計まわりの上流側にＮ極４５ｂが配置され、下流側にＳ極４５ａが配置される。第２境界線４５ｄでは、時計まわりの上流側にＳ極４５ａが配置され、下流側にＮ極４５ｂが配置される。
【００３１】
第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂは、磁石４５に対向する位置で、右クランク１８ａに装着される。磁石４５は、クランクの軸線方向で、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂに対向する。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂは、ボトムブラケット部２２に直接取り付けられてもよいし、ボトムブラケット部２２に着脱可能なブラケットに取り付けられてもよい。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂは、右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂの下死点を含む所定領域αに対応して配置される。所定領域αは、第１実施形態では、右クランク１８ａが下死点に配置される基準位置から、右クランク１８ａが周方向の両側に例えば１５度ずつ回転した位置までの範囲である。所定領域αに対応する右クランク１８ａの回転角度は例えば３０度である。所定領域αに対応する右クランク１８ａの回転角度は、２０度から４０度の範囲が好ましい。
【００３２】
リアキャリアユニット１３は、図２に示すように、制御部１２を内部に有している。制御部１２は、マイクロコンピュータを有し、接続される電装品を制御する。制御部１２は、アシストモードのとき、乗り手の踏力に応じたアシスト力が発生するようにモータユニット１０を制御可能である。制御部１２は、図４に示すように、ソフトウェアで実現される機能構成として、クランク位置検出部４０と、クランク位置判断部４１と、停止判断部４２と、モータ制御部４３と、を有する。
【００３３】
クランク位置検出部４０は、クランク位置センサ３９の出力により、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂのクランク位置を検出する。クランク位置判断部４１は、クランク位置検出部４０の検出結果に基づいて、自転車の右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが下死点を含む所定領域αにあるか否かを判断する。クランク位置判断部４１は、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの組み合わせ組み合わせ出力の組み合わせにより、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが４つの領域のいずれにあるのかを判断する。例えば、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、Ｓ極４５ａが対向しているときに「Ｌ (Low）」レベルとなり、Ｎ極４５ｂが対向しているときに「Ｈ (High)」レベルとなる。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂから出力される信号の組み合わせを、それぞれ第１の組み合わせＡ１、第２の組み合わせＡ２、第３の組み合わせＡ３および第４の組み合わせＡ４とする。
【００３４】
図５（Ａ）は、第１の組み合せＡ１のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第１の組み合わせＡ１では、例えば、第１ホール素子４６ａの出力は、「Ｌ (Low）」レベルとなり、第２ホール素子４６ｂの出力は、「Ｈ (High)」レベルとなる。右クランク１８ａが下死点を含む所定領域αにあるときは、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第１の組み合わせＡ１となる。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第１の組み合わせＡ１のとき、自転車の側面から見て、図５（Ａ）に示すように、第１ホール素子４６ａと第２ホール素子４６ｂ間に磁石４５の第１境界線４５ｃが位置する。
【００３５】
図５（Ｂ）は、第２の組み合わせＡ２のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第２の組み合わせＡ２では、例えば、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、ともに「Ｈ」レベルとなる。右クランク１８ａが下死点を含む所定領域αから矢印Ｂで示す方向（自転車の右側から見て時計回り）に回転し、磁石４５の第１境界線４５ｃが第１ホール素子４６ａを超え、かつ左クランク１８ｂが下死点を含む所定領域αに入る直前までの領域にあるときには、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第２の組み合わせＡ２となる。
【００３６】
図５（Ｃ）は、第３の組み合わせＡ３のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第３の組み合わせＡ３では、例えば、第１ホール素子４６ａの出力は、「Ｈ」レベルとなり、第２ホール素子４６ｂの出力は、「Ｌ」レベルとなる。左クランク１８ｂが下死点を含む所定領域αにあるときの第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第３の組み合わせＡ３となる。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第３の組み合わせＡ３のとき、自転車の側面から見て、図５（Ｃ）に示すように、第１ホール素子４６ａと第２ホール素子４６ｂ間に磁石４５の第２境界線４５ｄが位置する。
【００３７】
図５（Ｄ）は、第４の組み合わせＡ４のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第４の組み合わせＡ４では、例えば、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、ともに「Ｌ」レベルとなる。左クランク１８ｂが下死点を含む所定領域αから矢印Ｂで示す方向（自転車の右側から見て時計回り）に回転し、磁石４５の第２境界線４５ｄが第１ホール素子４６ａを超え、かつ右クランク１８ｂが下死点を含む所定領域αに入る直前までの領域にあるときには、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第４の組み合わせＡ４となる。
【００３８】
停止判断部４２は、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂの停止を判断する。停止判断部４２は、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂからの出力が予め定める時間変化しない場合に、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが停止していると判断する。
【００３９】
モータ制御部４３は、停止判断部４２が、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが停止していると判断した後に、右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが所定領域にあるとクランク位置判断部４１が判断する間は、アシストモータ６０の駆動を禁止する。モータ制御部４３は、アシストモータ６０の駆動を禁止しているときに、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが所定領域αから外れた、すなわち、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力の組み合わせが第１の組み合わせＡ１または第３の組み合わせＡ３から第２の組み合わせＡ２または第４の組み合わせＡ４に移行したとクランク位置判断部４１が判断すると、アシストモータ６０を踏力検出部であるトルクセンサ３７が検出したトルク（踏力）に応じて駆動する。
【００４０】
ここで自転車の左右は、通常、自転車を後方から見たときに右にあるのを右とし、左にあるのを左と規定している。
【００４１】
次に、制御部１２の制御動作について、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
制御部１２は、図６のステップＳ１で右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが停止したか否かを判断する。停止していないと判断した場合は、ステップＳ２に移行する。
【００４３】
ステップＳ２では、トルクセンサ３７で検出されたトルクＴが所定のトルクＴｓより大きいか否かを判断する。所定のトルクＴｓより検出されたトルクＴが大きい場合は、ステップＳ３に移行し、検出したトルクＴに応じたアシスト制御を行いステップＳ１に戻る。検出されたトルクＴが所定のトルクＴｓ以下のときは、ステップＳ１に戻る。右クランク１８ａが停止していると判断するとステップＳ１からステップＳ４に移行する。
【００４４】
ステップＳ４では、下死点を含む所定領域αに右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが位置しているか否かを判断する。この判断は、前述したクランク位置判断部４６で説明したようにクランク位置センサ３９の第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力の組み合せにより判断する。すなわち、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力の組み合わせが、右クランク１８ａが所定領域にあることを示す第１の組み合わせＡ１または左クランク１８ｂが所定領域にあることを示す第３の組み合わせＡ３であるか否かにより判断する。右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが所定領域αに位置していると判断すると、ステップＳ４からステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、アシストモータ６０の駆動を禁止し、すなわちアシスト制御を無効にして、ステップＳ１に戻る。右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが所定領域αに位置していないと判断すると、ステップＳ１に戻る。
【００４５】
ここでは、右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂの回転位置が下死点を含む所定領域αにあると判断されると、アシストモータ６０の駆動が禁止される。これにより、一方のペダルに足を載せて他方の足で地面を蹴る特定の乗り方をしても、右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが所定領域α内に位置している場合にアシストモータ６０が駆動されない。この結果、発進時における不所望な補助力の増加を抑えることができる。また、サドル１１に乗って右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂを回す乗り方の場合は、右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが所定領域αから外れると、すぐに適切なアシスト力を付与する制御を行うことができる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、アシストモータ６０が人力による駆動を補助するアシスト自転車を例に本発明を説明したが、第２実施形態では電動の外装変速機を有する自転車を例に説明する。図７において、自転車用電装システム１０７は、例えば６つの電装品を含んで構成される。電装品は、リアディレーラ１３０ｒ、フロントディレーラ１３０ｆ、ハンガーユニット１２２ａ、バッテリユニット１４３、第１変速操作部１１９ｆ、および第２変速操作部１１９ｒである。フロントディレーラ１３０ｆは、フロント変速モータ１４０ｆと、フロント段数センサ１４１ｆと、フロント制御部１４２ｆと、を有する。フロント制御部１４２ｆは、モータ制御部の一例である。リアディレーラ１３０ｒは、リア変速モータ１４０ｒと、リア段数センサ１４１ｒと、リア制御部１４２ｒと、を有する。リア制御部１４２ｒは、モータ制御部の一例である。フロント変速モータ１４０ｆは、フロント制御部１４２ｆにより制御される。リア変速モータ１４０ｒは、リア制御部１４２ｒにより制御される。
【００４７】
ハンガーユニット１２２ａは、第１実施形態と同様な構成のクランク位置センサ１３９を有する。バッテリユニット１４３は、充電可能なバッテリ１４３ａを着脱可能に備る。第１変速操作部１１９ｆは、フロントディレーラ１３０ｆを変速操作するためのスイッチＸおよびスイッチＹを有する。第２変速操作部１１９ｒは、リアディレーラ１３０ｒを変速操作するためのスイッチＸおよびスイッチＹを有する。
【００４８】
フロント制御部１４２ｆは、第１変速操作部１１９ｆに設けられるスイッチＸおよびスイッチＹの操作によりフロント変速モータ１４０ｆを駆動し、フロントディレーラ１３０ｆを変速動作させる。リア制御部１４２ｒは、第２変速操作部１１９ｒに設けられるスイッチＸおよびスイッチＹの操作によりリア変速モータ１４０ｒを駆動し、リアディレーラ１３０ｒを変速動作させる。
【００４９】
フロント制御部１４２ｆは、第１実施形態と同様に、クランク位置センサ１３９の出力に応じて、フロント変速モータ１４０ｆの駆動を禁止する。またリア制御部１４２ｒは、第１実施形態と同様に、クランク位置センサ１３９の出力に応じて、リア変速モータ１４０ｒの駆動を禁止する。具体的には、右クランクおよび左クランクのいずれか一方が下死点を含む所定領域にあると判断すると、スイッチＸまたはスイッチＹが操作されても、フロント変速モータ１４０ｆおよびリア変速モータ１４０ｒの駆動を禁止する。
【００５０】
第２実施形態では、右クランクまたは左クランクが所定領域α内で回動あるいは揺動しても、不適切な変速動作が行われない。これにより、発進時の乗り方に応じて外装変速用のフロント変速モータ１４０ｆまたはリア変速モータ１４０ｒを適切に制御できるようになる。
【００５１】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５２】
（ａ）前記実施形態では、磁石と磁力検出素子とを有するクランク位置センサを例示したが、本発明はこれに限定されない。クランク位置センサは、例えば、ロータリエンコーダ等の回転位置を検出可能なセンサであってもよい。また、クランク位置センサは、投受光型または拡散反射型の光センサと、クランクの回転に応じて光センサの光路を遮蔽する遮断部材と、を有する構成であってもよい。
【００５３】
（ｂ）前記実施形態では、磁力検出素子としてホール素子を例示したが、本発明はこれに限定されない。磁力検出素子としては、例えば、リードスイッチまたはコイル等の磁力を検出可能なものであればどのようなものでもよい。
【００５４】
（ｃ）前記実施形態では、クランク位置センサの磁力検出素子の出力によりクランクの停止を判断し、判断後にクランクが所定領域にある間モータ制御部がモータの駆動を禁止したが、本発明はこれに限定されない。例えば、クランクの停止を判断する代わりに、自転車の停止を判断し、判断後にクランクが所定領域にある間、モータ制御部がモータの駆動を禁止してもよい。この場合、停止判断部は、たとえば図３に示す、速度センサ６２の出力に基づいて、クランクではなく、自転車の停止を判断する。速度センサ６２を用いることによって、自転車の発進したタイミングの検出が可能になる。クランク位置判断部は、速度センサ６２からの信号に基づいて、自転車の発進を検出した後に、クランクが所定領域にあるか否かを判断してもよい。また停止判断部は、クランクおよび自転車の両方が停止しているか否かを判断してもよい。
【００５５】
（ｄ）前記実施形態では、２つの磁石検出素子（第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂ）をクランク（右クランク１８ａ）に設け、磁石４５をフレーム（ハンガー部２２）に設けたが、逆でも良い。すなわち、磁石をフレームに設け、磁力検出素子をクランクに設けてもよい。またクランクとして左クランク１８ｂを用いてもよい。
【００５６】
（ｅ）前記実施形態では、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、Ｓ極４５ａが対向しているときに「Ｌ」レベルとなり、Ｎ極４５ｂが対向しているときに「Ｈ」レベルとなっているが、出力レベルは逆であってもよい。すなわち、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、Ｓ極４５ａが対向しているときに「Ｈ」レベルとなり、Ｎ極４５ｂが対向しているときに「Ｌ」レベルとなっていてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１ 自転車
１２ 制御部
１６ クランク軸
１８ａ 右クランク
１８ｂ 左クランク
３７ トルクセンサ
３９ クランク位置センサ
４０ クランク位置検出部
４１ クランク位置判断部
４２ 停止判断部
４３ モータ制御部
４５ 磁石
４５ａ Ｓ極
４５ｂ Ｎ極
４６ａ 第１ホール素子
４６ｂ 第２ホール素子
６０ アシストモータ
６２ 速度センサ
１３９ クランク位置センサ
１４０ｆ フロント変速モータ
１４０ｒ リア変速モータ
１４２ｆ フロント制御部
１４２ｒ リア制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置、特に、自転車に装着されるモータを制御する自転車用モータ制御装置およびそれを搭載した自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車において、人力による駆動をモータにより補助する電動自転車では、踏力を検出し、踏力に応じてモータにより駆動力を補助する。自転車の乗り方には、ハンドルを持った状態で片足をペダルに乗せて、もう一方の足で地面をけり出して走り出す、いわゆるケンケン乗りと呼ばれる特定の乗り方がある。この特定の乗り方で発進すると、検出される踏力が大きくなり、ユーザにとって不所望の補助力が付与される場合がある。これを抑えるために、発進開始から所定時間経過するまでアシスト制御を行わない技術が従来知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、外装変速機において、モータを用いて電動変速する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。外装変速機は、クランクが回転しないと変速できない。このため、従来は、クランクの回転を検出し、クランクが回転しないときにモータが動作しないように変速制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３５８９８７号公報
【特許文献２】特開２００６−００８０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成では、発進時から所定時間経過するまでアシスト力が付与されない。このため、例えばサドルに座って発進する場合にも、所定時間経過するまでアシスト力が得られない。これにより、例えば上り坂の途中でサドルに座って発進する場合、所定時間のアシスト力が得られないため、ライダーにとって不便である。
【０００６】
特許文献２の構成では、クランクが回転すると変速制御を可能にしているため、特定の乗り方での発進時に僅かでもクランクの回転を検出すると、実際には変速できない状態で不適切な変速動作が行われる可能性がある。
【０００７】
本発明の課題は、発進時の乗り方に応じてモータを適切に制御できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明１に係る自転車用モータ制御装置は、自転車に装着されるモータを制御する装置である。自転車用モータ制御装置は、クランク位置検出部と、クランク位置判断部と、モータ制御部と、を備える。クランク位置検出部は、自転車のクランクの位置を検出する。クランク位置判断部は、クランク位置検出部の検出結果に基づいて、自転車のクランクが下死点を含む所定領域にあるか否かを判断する。停止判断部は、自転車およびクランクの少なくともいずれか一方の停止を判断する。モータ制御部は、停止判断部が、自転車およびクランクの少なくともいずれか一方が停止していると判断した後に、クランクが所定領域にあるとクランク位置判断部が判断する間は、モータの駆動を禁止する。
【０００９】
この自転車用モータ制御装置では、自転車またはクランクが停止しており、かつクランク位置が下死点を含む所定領域にあると判断されると、モータの駆動が禁止される。これにより、発進時に一方のペダルに足を載せて他方の足で地面を蹴る特定の乗り方をしても、クランクが所定領域内に位置している間は、モータが駆動されない。この結果、モータが人力による駆動を補助する場合は、特定の乗り方によって生じる踏力の増大に伴う補助力の不所望の増加を抑えることができる。また、発進時にサドルに乗ってクランクを回す乗り方の場合は、発進した時からの時間に関わらずクランクが所定領域から外れると、適切にアシスト力を付与する制御を行うことができ、モータによる補助力を必要とするクランク位置ではアシスト力が付与されないということを抑制することができる。一方、モータが外装変速機を駆動する場合は、クランクが所定領域内で回動しても、不適切な変速動作が行われない。これらにより、発進時の乗り方に応じてモータを適切に制御できるようになる。
【００１０】
発明２に係る自転車用モータ制御装置は、発明１に記載の自転車用モータ制御装置であって、クランク位置検出部は、磁石と、磁力検出素子と、を有する。磁石は、自転車のクランクおよび自転車のフレームの一方に装着可能であり、周方向に間隔を隔ててＳ極とＮ極とが配置される。磁力検出素子は、磁石に対向する位置で、自転車のクランクおよび自転車のフレームの他方に装着され所定領域に対応して２つ配置される。
【００１１】
この場合には、非接触でかつ汚れ等の影響を受けない磁力により所定領域内にクランクが配置されているか否かを検出できる。このため、汚れやすい野外を走行する自転車にクランク位置検出部を装着してもクランク位置を精度良く検出できる。また簡単な構成で、クランクの位置を検出することができる。
【００１２】
発明３に係る自転車用モータ制御装置は、発明２に記載の自転車用モータ制御装置において、クランク位置判断部は、磁力検出素子からの出力に基づいてクランクが所定領域にあるか否かを判断する。この場合には、所定領域に対応して配置された２つの磁力検出素子からの出力の組み合わせにより、クランク位置が所定領域内か否かを容易に判断できる。特に、特定の乗り方の場合、人によっては後方から見て自転車の左側から乗る場合と、右側から乗る場合とがある。このような場合、右クランクと、右クランクとは１８０度位相が離れた左クランクとで２つの下死点が存在する。しかし、２つの磁力検出素子の出力の組み合わせにより、１８０度離れた２つの下死点を含む所定領域を容易に判断できる。
【００１３】
発明４に係る自転車用モータ制御装置は、発明２または３に記載の自転車用モータ制御装置において、停止判断部は、磁力検出素子からの出力が予め定める時間変化しない場合に、クランクが停止していると判断する。この場合には、クランク位置検出部の磁力検出素子の出力によりクランクの停止を判断できるので、別の検出部を設ける必要がなくなり、モータ制御装置の構成が簡素化する。
【００１４】
発明５に係る自転車用モータ制御装置は、発明１に記載の自転車用モータ制御装置において、停止判断部は、自転車の速度を検出する速度検出部を有する。この場合には、速度により自転車の停止を容易に判断できる。また、速度の変化により自転車の発進時を検出することもできる。
【００１５】
発明６に係る自転車用モータ制御装置は、発明１から５のいずれかに記載の自転車用モータ制御装置において、自転車に作用する踏力を検出する踏力検出部をさらに備える。
モータは、人力による駆動を補助するように自転車に装着可能である。モータ制御部は、モータの駆動を禁止しているときに、クランクが所定領域から外れたとクランク位置判断部が判断すると、モータを踏力に応じて駆動する。
【００１６】
この場合には、特定の乗り方をしても、クランクが所定領域内に位置している場合、モータが駆動されない。この結果、モータが人力による駆動を補助する場合は、踏力の増大による不意の増速を抑えることができる。また、サドルに乗ってクランクを回す乗り方の場合は、発進した時からの時間に関わらずクランクが所定領域から外れると、適切にアシスト力を付与する制御を行うことができる。これにより、発進時の乗り方に応じてアシスト用のモータを適切に制御でき、モータによる補助力を必要とするクランク位置ではアシスト力が付与されないということを抑制することができる。
【００１７】
発明７に係る自転車用モータ制御装置は、発明１から５のいずれかに記載の時用モータ制御装置において、モータは、外装変速機を駆動するモータである。この場合には、モータが外装変速機を駆動する場合は、クランクが所定領域内で回動しても、不適切な変速動作が行われない。これにより、発進時の乗り方に応じて外装変速用のモータを適切に制御できるようになる。
【００１８】
発明８に係る自転車は、モータと、発明１から７のいずれかに記載の自転車用モータ制御装置と、を備える。この場合には、自転車において、上記した作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
クランク位置が下死点を含む所定領域にあると判断されると、モータの駆動が禁止される。これにより、一方のペダルに足を載せて他方の足で地面を蹴る特定の乗り方をしても、クランクが所定領域内に位置している場合、モータが駆動されない。このため、発進時の乗り方に応じてアシスト用のモータを適切に制御できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態による自転車の側面図。
【図２】モータ制御装置のブロック図。
【図３】そのクランク位置センサの正面拡大図。
【図４】制御部の機能構成を示すブロック図。
【図５】クランク位置判断部の判断の一例を示す動作図。
【図６】電源制御部の制御を示すフローチャート。
【図７】第２実施形態の図２に相当する図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１において、本発明の第１実施形態を採用した自転車１は人力よる駆動をモータユニット１０により補助する電動自転車である。自転車１は、フレーム体２ａとフロントフォーク３とを有するフレーム２と、ハンドル部４と、駆動部５と、前輪６ｆと、後輪６ｒと、図示しないフロントブレーキ装置およびリアブレーキ装置と、前照灯２３と、尾灯２４と、を備えている。また、自転車１は、図２に示すに電装システム７を有する。フロントフォーク３は、図１に示すように、フレーム体２ａの前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。
【００２２】
フレーム体２ａには、サドル１１およびハンドル部４を含む各部が取り付けられている。フレーム体２ａの下部中央には、後述するクランク軸１６を支持するためのハンガー部２２が設けられる。
【００２３】
駆動部５は、フレーム体２ａのハンガー部２２に回転自在に支持されたクランク軸１６と、クランク軸１６の両端にそれぞれ固定される右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂと、チェーン１９と、内装変速ハブ３０と、を有する。右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂの先端には、ペダル２１が装着される。右クランク１８ａと、左クランク１８ｂとは、１８０度位相が異なる。チェーン１９は、右クランク１８ａに設けられるフロントギアに掛け渡される。内装変速ハブ３０は、チェーン１９により駆動される。内装変速ハブ３０は、後輪６ｒの中央に配置される。内装変速ハブは、例えば８段または１１段変速のハブである。また、内装変速ハブ３０には、例えば、ローラブレーキ、バンドブレーキまたはディスクブレーキ等によって実現されるリアブレーキ装置が連結されている。内装変速ハブ３０は、ハンドル部４に装着された図示しない変速操作部に変速ケーブルにより連結される。
【００２４】
フレーム体２ａの後上部には、リアキャリア１７が取り付けられる。リアキャリア１７には、制御部１２を含むリアキャリアユニット１３が装着される。リアキャリアユニット１３は、後述するモータユニット１０、制御部１２および前照灯２３等の電源となる、例えばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等を含む蓄電部１４を着脱可能に搭載する。蓄電部１４には、尾灯２４が一体で取り付けられる。
【００２５】
前輪６ｆの中心には、前輪６ｆの駆動補助用のモータユニット１０が装着される。モータユニット１０には、例えばローラブレーキ、バンドブレーキまたはディスクブレーキ等によって実現されるフロントブレーキ装置が連結される。モータユニット１０に、フロントブレーキ装置が連結されない場合には、フロントフォーク３にＶブレーキまたはカンチブレーキ等によって実現されるブレーキ装置を設ければよい。
【００２６】
電装システム７は、自転車用の複数の電装品を有する。第１実施形態では、リアキャリアユニット１３と、モータユニット１０と、ハンガーユニット２２ａと、前照灯２３と、が電装品である。各電装品は、電力線通信規格の２芯の通信線により接続されている。
【００２７】
モータユニット１０の内部には、図２に示すように、アシストモータ６０と、インバータ６１と、速度センサ６２とが設けられる。アシストモータ６０は、たとえば３相ブラシレスＤＣモータまたは交流モータである。インバータ６１は、蓄電部１４から直流出力された電流をアシストモータ６０の駆動に適した電流交流に変換する。速度センサ６２は、アシストモータ６０の回転速度つまり、自転車の速度を検出する。
【００２８】
ハンガーユニット２２ａは、ハンガー部２２に設けられる。ハンガーユニット２２ａは、クランク軸１６に作用する踏力を検出するためのトルクセンサ３７およびクランク軸１６の回転位置を検出するためのクランク位置センサ３９を有する。
【００２９】
クランク位置センサ３９は、図３に示すように、右クランク１８ａに設けられる磁石４５と、ハンガー部２２に設けられる第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと、を有する。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂは、２つの磁力検出素子の一例である。
【００３０】
磁石４５は、右クランク１８ａに装着可能である。磁石４５は、環状に形成され、周方向にＳ極４５ａとＮ極４５ｂとが隣接して配置される。本実施の形態では、磁石４５は円環形状を有する。磁石４５は、一般的な永久磁石であってもよいし、たとえば樹脂に磁性材料を混ぜ込んで形成されてもよい。磁石４５は、固定部材４８によって、ハンガー部２２に固定される。固定部材４８は、例えば複数のネジ４８によって実現される。Ｓ極４５ａとＮ極４５ｂとは、クランク軸１６の外周に配置され、ここでは、それぞれが半円環の形状を有する。たとえば、クランク軸の中心を通る平面によって分割される磁石４５の一方をＳ極４５ａとし、他方をＮ極４５ｂとしている。Ｓ極４５ａとＮ極４５ｂとは隣接するので２つの境界を有する。各境界は、クランク軸まわりに１８０°離れている。Ｓ極４５ａとＮ極４５ｂとの境界となる第１境界線４５ｃおよび第２境界線４５ｄは、それぞれ右クランク１８ａの長手方向に沿って配置される。より好ましくは、第１境界線４５ｃおよび第２境界線４５ｄは、クランク軸の回転軸線を含み、かつペダル取り付け孔の中心軸線を含む平面Ｎ上に設けられる。磁石４５および右クランク１８ａには、相互の位置を合わせるための位置合わせ構造が設けられてもよい。このような位置合わせ構造は、たとえば磁石４５および右クランク１８ａの一方に突部を設け、他方にこの突部に嵌め合う嵌め合い部を設けることによって実現される。嵌め合い部には、たとえば孔または溝が形成される。第１境界線４５ｃでは、時計まわりの上流側にＮ極４５ｂが配置され、下流側にＳ極４５ａが配置される。第２境界線４５ｄでは、時計まわりの上流側にＳ極４５ａが配置され、下流側にＮ極４５ｂが配置される。
【００３１】
第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂは、磁石４５に対向する位置で、右クランク１８ａに装着される。磁石４５は、クランクの軸線方向で、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂに対向する。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂは、ボトムブラケット部２２に直接取り付けられてもよいし、ボトムブラケット部２２に着脱可能なブラケットに取り付けられてもよい。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂは、右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂの下死点を含む所定領域αに対応して配置される。所定領域αは、第１実施形態では、右クランク１８ａが下死点に配置される基準位置から、右クランク１８ａが周方向の両側に例えば１５度ずつ回転した位置までの範囲である。所定領域αに対応する右クランク１８ａの回転角度は例えば３０度である。所定領域αに対応する右クランク１８ａの回転角度は、２０度から４０度の範囲が好ましい。
【００３２】
リアキャリアユニット１３は、図２に示すように、制御部１２を内部に有している。制御部１２は、マイクロコンピュータを有し、接続される電装品を制御する。制御部１２は、アシストモードのとき、乗り手の踏力に応じたアシスト力が発生するようにモータユニット１０を制御可能である。制御部１２は、図４に示すように、ソフトウェアで実現される機能構成として、クランク位置検出部４０と、クランク位置判断部４１と、停止判断部４２と、モータ制御部４３と、を有する。
【００３３】
クランク位置検出部４０は、クランク位置センサ３９の出力により、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂのクランク位置を検出する。クランク位置判断部４１は、クランク位置検出部４０の検出結果に基づいて、自転車の右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが下死点を含む所定領域αにあるか否かを判断する。クランク位置判断部４１は、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの組み合わせ組み合わせ出力の組み合わせにより、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが４つの領域のいずれにあるのかを判断する。例えば、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、Ｓ極４５ａが対向しているときに「Ｌ (Low）」レベルとなり、Ｎ極４５ｂが対向しているときに「Ｈ (High)」レベルとなる。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂから出力される信号の組み合わせを、それぞれ第１の組み合わせＡ１、第２の組み合わせＡ２、第３の組み合わせＡ３および第４の組み合わせＡ４とする。
【００３４】
図５（Ａ）は、第１の組み合せＡ１のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第１の組み合わせＡ１では、例えば、第１ホール素子４６ａの出力は、「Ｌ (Low）」レベルとなり、第２ホール素子４６ｂの出力は、「Ｈ (High)」レベルとなる。右クランク１８ａが下死点を含む所定領域αにあるときは、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第１の組み合わせＡ１となる。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第１の組み合わせＡ１のとき、自転車の側面から見て、図５（Ａ）に示すように、第１ホール素子４６ａと第２ホール素子４６ｂ間に磁石４５の第１境界線４５ｃが位置する。
【００３５】
図５（Ｂ）は、第２の組み合わせＡ２のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第２の組み合わせＡ２では、例えば、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、ともに「Ｈ」レベルとなる。右クランク１８ａが下死点を含む所定領域αから矢印Ｂで示す方向（自転車の右側から見て時計回り）に回転し、磁石４５の第１境界線４５ｃが第１ホール素子４６ａを超え、かつ左クランク１８ｂが下死点を含む所定領域αに入る直前までの領域にあるときには、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第２の組み合わせＡ２となる。
【００３６】
図５（Ｃ）は、第３の組み合わせＡ３のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第３の組み合わせＡ３では、例えば、第１ホール素子４６ａの出力は、「Ｈ」レベルとなり、第２ホール素子４６ｂの出力は、「Ｌ」レベルとなる。左クランク１８ｂが下死点を含む所定領域αにあるときの第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第３の組み合わせＡ３となる。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第３の組み合わせＡ３のとき、自転車の側面から見て、図５（Ｃ）に示すように、第１ホール素子４６ａと第２ホール素子４６ｂ間に磁石４５の第２境界線４５ｄが位置する。
【００３７】
図５（Ｄ）は、第４の組み合わせＡ４のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第４の組み合わせＡ４では、例えば、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、ともに「Ｌ」レベルとなる。左クランク１８ｂが下死点を含む所定領域αから矢印Ｂで示す方向（自転車の右側から見て時計回り）に回転し、磁石４５の第２境界線４５ｄが第１ホール素子４６ａを超え、かつ右クランク１８ｂが下死点を含む所定領域αに入る直前までの領域にあるときには、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第４の組み合わせＡ４となる。
【００３８】
停止判断部４２は、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂの停止を判断する。停止判断部４２は、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂからの出力が予め定める時間変化しない場合に、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが停止していると判断する。
【００３９】
モータ制御部４３は、停止判断部４２が、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが停止していると判断した後に、右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが所定領域にあるとクランク位置判断部４１が判断する間は、アシストモータ６０の駆動を禁止する。モータ制御部４３は、アシストモータ６０の駆動を禁止しているときに、右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが所定領域αから外れた、すなわち、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力の組み合わせが第１の組み合わせＡ１または第３の組み合わせＡ３から第２の組み合わせＡ２または第４の組み合わせＡ４に移行したとクランク位置判断部４１が判断すると、アシストモータ６０を踏力検出部であるトルクセンサ３７が検出したトルク（踏力）に応じて駆動する。
【００４０】
ここで自転車の左右は、通常、自転車を後方から見たときに右にあるのを右とし、左にあるのを左と規定している。
【００４１】
次に、制御部１２の制御動作について、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
制御部１２は、図６のステップＳ１で右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂが停止したか否かを判断する。停止していないと判断した場合は、ステップＳ２に移行する。
【００４３】
ステップＳ２では、トルクセンサ３７で検出されたトルクＴが所定のトルクＴｓより大きいか否かを判断する。所定のトルクＴｓより検出されたトルクＴが大きい場合は、ステップＳ３に移行し、検出したトルクＴに応じたアシスト制御を行いステップＳ１に戻る。検出されたトルクＴが所定のトルクＴｓ以下のときは、ステップＳ１に戻る。右クランク１８ａが停止していると判断するとステップＳ１からステップＳ４に移行する。
【００４４】
ステップＳ４では、下死点を含む所定領域αに右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが位置しているか否かを判断する。この判断は、前述したクランク位置判断部４６で説明したようにクランク位置センサ３９の第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力の組み合せにより判断する。すなわち、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力の組み合わせが、右クランク１８ａが所定領域にあることを示す第１の組み合わせＡ１または左クランク１８ｂが所定領域にあることを示す第３の組み合わせＡ３であるか否かにより判断する。右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが所定領域αに位置していると判断すると、ステップＳ４からステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、アシストモータ６０の駆動を禁止し、すなわちアシスト制御を無効にして、ステップＳ１に戻る。右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが所定領域αに位置していないと判断すると、ステップＳ１に戻る。
【００４５】
ここでは、右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂの回転位置が下死点を含む所定領域αにあると判断されると、アシストモータ６０の駆動が禁止される。これにより、一方のペダルに足を載せて他方の足で地面を蹴る特定の乗り方をしても、右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが所定領域α内に位置している場合にアシストモータ６０が駆動されない。この結果、発進時における不所望な補助力の増加を抑えることができる。また、サドル１１に乗って右クランク１８ａおよび左クランク１８ｂを回す乗り方の場合は、右クランク１８ａまたは左クランク１８ｂが所定領域αから外れると、すぐに適切なアシスト力を付与する制御を行うことができる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、アシストモータ６０が人力による駆動を補助するアシスト自転車を例に本発明を説明したが、第２実施形態では電動の外装変速機を有する自転車を例に説明する。図７において、自転車用電装システム１０７は、例えば６つの電装品を含んで構成される。電装品は、リアディレーラ１３０ｒ、フロントディレーラ１３０ｆ、ハンガーユニット１２２ａ、バッテリユニット１４３、第１変速操作部１１９ｆ、および第２変速操作部１１９ｒである。フロントディレーラ１３０ｆは、フロント変速モータ１４０ｆと、フロント段数センサ１４１ｆと、フロント制御部１４２ｆと、を有する。フロント制御部１４２ｆは、モータ制御部の一例である。リアディレーラ１３０ｒは、リア変速モータ１４０ｒと、リア段数センサ１４１ｒと、リア制御部１４２ｒと、を有する。リア制御部１４２ｒは、モータ制御部の一例である。フロント変速モータ１４０ｆは、フロント制御部１４２ｆにより制御される。リア変速モータ１４０ｒは、リア制御部１４２ｒにより制御される。
【００４７】
ハンガーユニット１２２ａは、第１実施形態と同様な構成のクランク位置センサ１３９を有する。バッテリユニット１４３は、充電可能なバッテリ１４３ａを着脱可能に備る。第１変速操作部１１９ｆは、フロントディレーラ１３０ｆを変速操作するためのスイッチＸおよびスイッチＹを有する。第２変速操作部１１９ｒは、リアディレーラ１３０ｒを変速操作するためのスイッチＸおよびスイッチＹを有する。
【００４８】
フロント制御部１４２ｆは、第１変速操作部１１９ｆに設けられるスイッチＸおよびスイッチＹの操作によりフロント変速モータ１４０ｆを駆動し、フロントディレーラ１３０ｆを変速動作させる。リア制御部１４２ｒは、第２変速操作部１１９ｒに設けられるスイッチＸおよびスイッチＹの操作によりリア変速モータ１４０ｒを駆動し、リアディレーラ１３０ｒを変速動作させる。
【００４９】
フロント制御部１４２ｆは、第１実施形態と同様に、クランク位置センサ１３９の出力に応じて、フロント変速モータ１４０ｆの駆動を禁止する。またリア制御部１４２ｒは、第１実施形態と同様に、クランク位置センサ１３９の出力に応じて、リア変速モータ１４０ｒの駆動を禁止する。具体的には、右クランクおよび左クランクのいずれか一方が下死点を含む所定領域にあると判断すると、スイッチＸまたはスイッチＹが操作されても、フロント変速モータ１４０ｆおよびリア変速モータ１４０ｒの駆動を禁止する。
【００５０】
第２実施形態では、右クランクまたは左クランクが所定領域α内で回動あるいは揺動しても、不適切な変速動作が行われない。これにより、発進時の乗り方に応じて外装変速用のフロント変速モータ１４０ｆまたはリア変速モータ１４０ｒを適切に制御できるようになる。
【００５１】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５２】
（ａ）前記実施形態では、磁石と磁力検出素子とを有するクランク位置センサを例示したが、本発明はこれに限定されない。クランク位置センサは、例えば、ロータリエンコーダ等の回転位置を検出可能なセンサであってもよい。また、クランク位置センサは、投受光型または拡散反射型の光センサと、クランクの回転に応じて光センサの光路を遮蔽する遮断部材と、を有する構成であってもよい。
【００５３】
（ｂ）前記実施形態では、磁力検出素子としてホール素子を例示したが、本発明はこれに限定されない。磁力検出素子としては、例えば、リードスイッチまたはコイル等の磁力を検出可能なものであればどのようなものでもよい。
【００５４】
（ｃ）前記実施形態では、クランク位置センサの磁力検出素子の出力によりクランクの停止を判断し、判断後にクランクが所定領域にある間モータ制御部がモータの駆動を禁止したが、本発明はこれに限定されない。例えば、クランクの停止を判断する代わりに、自転車の停止を判断し、判断後にクランクが所定領域にある間、モータ制御部がモータの駆動を禁止してもよい。この場合、停止判断部は、たとえば図３に示す、速度センサ６２の出力に基づいて、クランクではなく、自転車の停止を判断する。速度センサ６２を用いることによって、自転車の発進したタイミングの検出が可能になる。クランク位置判断部は、速度センサ６２からの信号に基づいて、自転車の発進を検出した後に、クランクが所定領域にあるか否かを判断してもよい。また停止判断部は、クランクおよび自転車の両方が停止しているか否かを判断してもよい。
【００５５】
（ｄ）前記実施形態では、２つの磁石検出素子（第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂ）をクランク（右クランク１８ａ）に設け、磁石４５をフレーム（ハンガー部２２）に設けたが、逆でも良い。すなわち、磁石をフレームに設け、磁力検出素子をクランクに設けてもよい。またクランクとして左クランク１８ｂを用いてもよい。
【００５６】
（ｅ）前記実施形態では、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、Ｓ極４５ａが対向しているときに「Ｌ」レベルとなり、Ｎ極４５ｂが対向しているときに「Ｈ」レベルとなっているが、出力レベルは逆であってもよい。すなわち、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、Ｓ極４５ａが対向しているときに「Ｈ」レベルとなり、Ｎ極４５ｂが対向しているときに「Ｌ」レベルとなっていてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１ 自転車
１２ 制御部
１６ クランク軸
１８ａ 右クランク
１８ｂ 左クランク
３７ トルクセンサ
３９ クランク位置センサ
４０ クランク位置検出部
４１ クランク位置判断部
４２ 停止判断部
４３ モータ制御部
４５ 磁石
４５ａ Ｓ極
４５ｂ Ｎ極
４６ａ 第１ホール素子
４６ｂ 第２ホール素子
６０ アシストモータ
６２ 速度センサ
１３９ クランク位置センサ
１４０ｆ フロント変速モータ
１４０ｒ リア変速モータ
１４２ｆ フロント制御部
１４２ｒ リア制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車に装着されるモータを制御する自転車用モータ制御装置であって、
前記自転車のクランクの位置を検出するクランク位置検出部と、
前記クランク位置検出部の検出結果に基づいて、前記自転車のクランクが下死点を含む所定領域にあるか否かを判断するクランク位置判断部と、
前記自転車およびクランクの少なくともいずれか一方の停止を判断する停止判断部と、
前記停止判断部が、前記自転車およびクランクの少なくともいずれか一方が停止していると判断した後に、前記クランクが前記所定領域にあると前記クランク位置判断部が判断する間は、前記モータの駆動を禁止するモータ制御部と、
を備える自転車用モータ制御装置。
【請求項２】
前記クランク位置検出部は、
前記自転車のクランクおよび自転車のフレームの一方に装着可能であり、周方向に間隔を隔ててＳ極とＮ極とが配置される磁石と、
前記磁石に対向する位置で、前記自転車のクランクおよび前記自転車のフレームの他方に装着され前記所定領域に対応して配置される２つの磁力検出素子と、を有する、請求項１に記載の自転車用モータ制御装置
【請求項３】
前記クランク位置判断部は、前記磁力検出素子からの出力に基づいて前記クランクが前記所定領域にあるか否かを判断する、請求項２に記載の自転車用モータ制御装置。
【請求項４】
前記停止判断部は、前記磁力検出素子からの出力が予め定める時間変化しない場合に、クランクが停止していると判断する、請求項２または３に記載の自転車用モータ制御装置。
【請求項５】
前記停止判断部は、自転車の速度を検出する速度検出部を有する、請求項１に記載の自転車用モータ制御装置。
【請求項６】
前記自転車に作用する踏力を検出する踏力検出部をさらに備え、
前記モータは、人力による駆動を補助するように自転車に装着可能であり、
前記モータ制御部は、前記モータの駆動を禁止しているときに、前記クランクが前記所定領域から外れたと前記クランク位置判断部が判断すると、前記モータを前記踏力に応じて駆動する、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用モータ制御装置。
【請求項７】
前記モータは、外装変速機を駆動するモータである、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用モータ制御装置。
【請求項８】
前記モータと、
請求項１から７のいずれかに１項に記載の前記自転車用モータ制御装置と、を備える自転車。
【請求項１】
自転車に装着されるモータを制御する自転車用モータ制御装置であって、
前記自転車のクランクの位置を検出するクランク位置検出部と、
前記クランク位置検出部の検出結果に基づいて、前記自転車のクランクが下死点を含む所定領域にあるか否かを判断するクランク位置判断部と、
前記自転車およびクランクの少なくともいずれか一方の停止を判断する停止判断部と、
前記停止判断部が、前記自転車およびクランクの少なくともいずれか一方が停止していると判断した後に、前記クランクが前記所定領域にあると前記クランク位置判断部が判断する間は、前記モータの駆動を禁止するモータ制御部と、
を備える自転車用モータ制御装置。
【請求項２】
前記クランク位置検出部は、
前記自転車のクランクおよび自転車のフレームの一方に装着可能であり、周方向に間隔を隔ててＳ極とＮ極とが配置される磁石と、
前記磁石に対向する位置で、前記自転車のクランクおよび前記自転車のフレームの他方に装着され前記所定領域に対応して配置される２つの磁力検出素子と、を有する、請求項１に記載の自転車用モータ制御装置
【請求項３】
前記クランク位置判断部は、前記磁力検出素子からの出力に基づいて前記クランクが前記所定領域にあるか否かを判断する、請求項２に記載の自転車用モータ制御装置。
【請求項４】
前記停止判断部は、前記磁力検出素子からの出力が予め定める時間変化しない場合に、クランクが停止していると判断する、請求項２または３に記載の自転車用モータ制御装置。
【請求項５】
前記停止判断部は、自転車の速度を検出する速度検出部を有する、請求項１に記載の自転車用モータ制御装置。
【請求項６】
前記自転車に作用する踏力を検出する踏力検出部をさらに備え、
前記モータは、人力による駆動を補助するように自転車に装着可能であり、
前記モータ制御部は、前記モータの駆動を禁止しているときに、前記クランクが前記所定領域から外れたと前記クランク位置判断部が判断すると、前記モータを前記踏力に応じて駆動する、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用モータ制御装置。
【請求項７】
前記モータは、外装変速機を駆動するモータである、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用モータ制御装置。
【請求項８】
前記モータと、
請求項１から７のいずれかに１項に記載の前記自転車用モータ制御装置と、を備える自転車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２８２１０（Ｐ２０１３−２８２１０Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６３８８０（Ｐ２０１１−１６３８８０）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
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