(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクと、走行補助用電動機と、変速機とを有し、前記クランクの第１回転力および前記走行補助用電動機の第２回転力がリアスプロケットに伝達される自転車を制御する自転車用制御装置であって、
前記クランクに与えられる前記第１回転力を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記第１回転力に応じて、前記走行補助用電動機の前記第２回転力を低下させて、前記変速機を動作させる制御部と、を含み、
前記制御部は、前記リアスプロケットに与えられる前記第１回転力と前記第２回転力の和の合算回転力が予め定める値以下になるように前記走行補助用電動機が出力する前記第２回転力を制御する、自転車用制御装置。
【請求項２】
前記予め定める値は、前記変速機の変速段毎に設定される、請求項１に記載の自転車用制御装置。
【請求項３】
前記変速機は、自転車の後輪に設けられる内装変速機であり、
前記予め定める値は、前記内装変速機が変速可能な最大値に関連して設定される、請求項１又は２に記載の自転車用制御装置。
【請求項４】
前記予め定める値は、前記最大値の５０パーセント以上１００パーセント以下の範囲に設定される、請求項３に記載の自転車用制御装置。
【請求項５】
前記予め定める値は、前記最大値の８０パーセント以上１００パーセント以下の範囲に設定される、請求項４に記載の自転車用制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記検出部が検出した前記第１回転力が前記予め定める値を超えると、前記変速機による変速を禁止する、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記変速機の変速を禁止した場合、前記検出部が検出した前記第１回転力が前記予め定める値よりも下がったとき、前記変速機による変速の禁止を解除する、請求項６に記載の自転車用制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、変速指令に応じて、前記走行補助用電動機および前記変速機を制御する、請求項１から７のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項９】
前記変速指令を前記制御部に与える変速指示部をさらに備える、請求項８に記載の自転車用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、特に、クランクと、走行補助用電動機と、変速機とを有し、前記クランクの第１回転力および前記走行補助用電動機の第２回転力がリアスプロケット伝達される自転車を制御する自転車用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行補助用電動機を使用して踏力を補助する電動補助自転車を制御する制御装置として、特許文献１に記載された発明がある。特許文献１に係る電動補助自転車の走行補助用電動機は自転車のフレームのクランク軸の周囲に配置される。電動補助自転車は電動アクチュエータによって駆動される変速機と、ユーザの踏力を検出する踏力センサとを有する。従来の制御装置では、走行補助電動機と変速機を制御する。具体的には、変速動作中に、検出された踏力がある値以上であると、走行補助用電動機に供給する電流を低減または停止する。そして、検出された踏力が、ある値未満になると低減した電流を通常の状態に戻し、所望のアシスト力が得られる。これによって、変速動作時に変速機に高いトルクが伝達されなくなり、変速動作がスムーズになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１-１０５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の自転車用制御装置のように、変速動作中に走行補助用電動機に供給する電流を単に低下させて走行補助用電動機の補助力を制限すると、補助力が途切れたとユーザが感じることがある。
【０００５】
本発明の課題は、変速動作中に補助力が途切れたとユーザが感じにくくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る自転車用制御装置は、クランクと、走行補助用電動機と、変速機とを有し、クランクの第１回転力および走行補助用電動機の第２回転力がリアスプロケットに伝達される自転車を制御する。自転車用制御装置は、検出部と、制御部と、を備える。検出部は、クランクに与えられる第１回転力を検出する。制御部は、検出部が検出した第１回転力に応じて、走行補助用電動機の第２回転力を低下させて、変速機を動作させる。
【０００７】
制御部は、リアスプロケットに与えられる第１回転力と第２回転力の和の合算回転力が予め定める値以下になるように走行補助用電動機が出力する第２回転力を制御する。
【０００８】
この自転車用制御装置では、制御部は、検出部が検出した第１回転力に応じて第２回転力を低下させて変速機を動作させる。変速動作中は、補助力が低減されるので変速動作をスムーズに行うことができる。また単に第２回転力を低下させるのではなく、検出された第１回転力に応じて第２回転力を低下させるので、第２回転力が急激に低下しにくくなり、変速動作中に補助力が途切れたとユーザが感じにくくなる。予め定める値を、たとえば、変速機が変速可能な最大値に設定することによって、変速機を確実に動作させることができる。
【０００９】
予め定める値は、変速機の変速段毎に設定されてもよい。この場合には、変速段毎に予め定める値が設定されるので、変速段に応じて、第２回転力の低下割合を小さくすることができる。
【００１０】
変速機は、自転車の後輪に設けられる内装変速機であり、予め定める値は、内装変速機が変速可能な最大値に関連して設定されてもよい。一般に内装変速機は、カムを起立および伏臥させて変速段選択する。このときに過大な回転力がカムに作用すると、変速動作を行えない。ここでは、内装変速機が変速可能な最大値以下に、第１回転力と第２回転力との合算値が低下するときに変速動作が行われるので、内装変速機において確実に変速動作を行える。
【００１１】
予め定める値は、最大値の５０パーセント以上１００パーセント以下の範囲に設定されてもよい。これにより、第２回転力の低下割合を小さくすることができる。
【００１２】
予め定める値は、最大値の８０パーセント以上１００パーセント以下の範囲に設定されてもよい。これにより、第２回転力の低下割合をさらに小さくすることができる。
【００１３】
制御部は、検出部が検出した第１回転力が予め定める値を超えると、変速機による変速を禁止してもよい。第１回転力だけで予め定める値を超えると、変速機に過大な力が作用して変速動作を行えない虞があるので、変速機による変速を禁止することによって、自転車用制御装置の変速動作にかかる負担を抑制することができる。
【００１４】
制御部は、変速機の変速を禁止した場合、検出部が検出した第１回転力が予め定める値よりも下がったとき、変速機による変速の禁止を解除してもよい。この場合には、第１回転力が予め定める値よりも下がったときに変速動作を行うので、変速動作を確実に行える。
【００１５】
制御部は、変速指令に応じて、走行補助用電動機および変速機を制御してもよい。
【００１６】
変速指令を制御部に与える変速指示部をさらに備えてもよい。この場合には、変速指示をユーザが与えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、変速動作中に補助力が途切れたとユーザが感じにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る制御装置を組み込んだ電動補助自転車の一部を表す側面図。
【図２】制御装置が制御する駆動ユニットの図１に示す切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図。
【図３】変速操作およびアシストモードを選択するための操作部を示す斜視図。
【図４】本発明に係る制御装置を含む制御系のブロック図。
【図５】制御装置の変速制御時の動作の一例を示すフローチャート。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る制御装置を含む制御系の構成を示すブロック図。
【図７】第２の実施形態に係る制御装置の制御シーケンスの一例を示す図。
【図８】省電力モードへの移行時の制御シーケンスの一例を示す図。
【図９】省電力モードからの復帰時の制御シーケンスの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１において、電動補助自転車は、ペダル１００に作用する踏力Ｔ１を、クランク１０１→クランク軸５→駆動ユニット４→フロントスプロケット１０３→チェーン１０４→リアスプロケット１０５という経路を経て、後車輪に設けられるハブ軸１０６ａ回りの回転を内装変速ハブ１０６に伝達する。内装変速ハブ１０６は、変速機の一例である。踏力Ｔ１は、第１回転力の一例であり、後述するトルクセンサ５０によって検出されるトルクで表される。トルクセンサ５０は、クランク１０１の回転力を検出する検出部の一例である。内装変速ハブ１０６は、たとえば、８つの変速段を有する電動変速ハブである。内装変速ハブ１０６は、図４に示す変速ユニット１１２を有する。内装変速ハブ１０６は、たとえば、電動補助自転車の図３に示すハンドルバー１０８に設けられる変速操作部７０（図３および図４参照）によって変速操作される。
【００２０】
この電動補助自転車は、本発明の第１の実施形態に係る自転車用制御装置１１０の制御部１１０ａによって制御される。自転車用制御装置１１０が走行補助用モータ２０を制御することによって、駆動ユニット４において走行補助用モータ２０のアシストトルクＴ２がクランク１０１に作用する踏力Ｔ１に加算され、走行補助用モータ２０によって電動補助自転車の走行がアシストされる。走行補助用モータ２０は、走行補助用電動機の一例であり、以下、単にモータ２０と記す。アシストトルクＴ２は、第２回転力の一例である。モータ２０およびトルクセンサ５０は、駆動ユニット４に設けられる。
【００２１】
本実施形態では、電動補助自転車は、踏力Ｔ１のＮ１倍のアシストトルクＴ２で補助する強アシストモードＡ１、およびＮ２倍のアシストトルクＴ２で補助する弱アシストモードＡ２の２つのアシストモードを有する。Ｎ１およびＮ２は、予め定める補助比率ＡＲの数字を表し、Ｎ１＞Ｎ２に選ばれる。Ｎ１はたとえば２に選ばれ、Ｎ２はたとえば１に選ばれる。
本実施形態は、トルクセンサ５０でユーザの踏力Ｔ１を検出し、踏力Ｔ１の検出値が予め定める値Ｔｓを超えると、自転車用変速制御装置１１０は変速動作を行わない。予め定める値Ｔｓは、内装変速ハブ１０６が変速可能な最大値Ｔｍａｘに関連して設定され、トルクで表される。たとえば、値Ｔｓは、最大値Ｔｍａｘの１００パーセントから５０パーセント、好ましくは最大値Ｔｍａｘの１００パーセントから８０パーセントのトルクに選択される。本実施形態では、値Ｔｓは、内装変速ハブ１０６の変速段に応じて設定される。内装変速ハブ１０６が変速可能な最大値Ｔｍａｘは、変速段毎に異なる。表１は、各変速段と変速可能な最大値Ｔｍａｘとの関係を示す。
【表１】
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たとえば最も低速側の第１変速段の変速可能な最大値がＴｍａｘ１であり、値Ｔｓは、たとえば最大値Ｔｍａｘ１の９５パーセントに選ばれる。またたとえば最も高速側の第８変速段では、変速可能な最大値がＴｍａｘ８であり、値Ｔｓは、たとえば最大値Ｔｍａｘ８の９５パーセントに選ばれる。
【００２２】
踏力Ｔ１と第２トルクとの和である合算トルクＴ３（Ｔ３＝Ｔ１＋Ｔ２）が値Ｔｓを超えると、制御部１００は、合算トルクＴ３が値Ｔｓを超えないようにアシストトルクＴ２を低下させる。これによって、内装変速ハブ１０６に値Ｔｓを超えるトルクが作用しないようにする。この結果、内装変速ハブ１０６の変速動作をスムーズに行える。
【００２３】
モータ２０が設けられる駆動ユニット４は、一般にフレームのシートチューブの下端部とフレームのダウンチューブの後端部との連結部付近に配置され、図示しないボルトによってフレームに固定される。モータ駆動用のバッテリ１５０（図４参照）は、リアキャリア、ダウンチューブまたはシートチューブに沿って配置される。
【００２４】
図２において、駆動ユニット４は、モータ２０と、第１接続部３０と、第２接続部６０と、駆動力伝達部４０と、トルクセンサ５０とを含んで構成される。
【００２５】
図２に示すように、駆動ユニット４では、クランク軸５がケーシング１１の貫通孔１１ａに内挿される。クランク軸５の軸方向の両端部は、ケーシング１１からそれぞれ突出する。フロントスプロケット１０３とは反対側の端部は、第１軸受１２を介してケーシング１１に回転自在に支持される。フロントスプロケット１０３側の端部は、第２軸受１３、フロントスプロケット１０３および第３軸受１４を介してケーシング１１に回転自在に支持される。第２軸受１３は、フロントスプロケット１０３に支持され、フロントスプロケット１０３は、第３軸受１４に回転自在に支持される。クランク軸５の軸方向の両端部には、クランク１０１（図１参照）が着脱可能に取り付けられる。２つのクランク１０１のうちの一方のクランク１０１は、クランク軸５に着脱不能に構成されてもいてもよい。第１軸受１２、第２軸受１３，および第３軸受１４は、たとえばラジアルベアリングによって実現される。
【００２６】
＜モータの構成＞
モータ２０は、その回転軸２０ｃがクランク軸５と平行になるように配置される。モータ２０の回転軸２０ｃは、回転軸２０ｃ方向に間隔を隔てて配置される第４軸受２４ａおよび第５軸受２４ｂにより回転自在に支持される。回転軸２０ｃはモータ２０のロータ２０ａに固定される。モータ２０のステータ２０ｂは、ロータ２０ａの外周に設けられ、ケーシング１１に固定される。第４軸受２４ａ、第５軸受２４ｂは、それぞれ、ケーシング１１に設けられる取付部２２ａおよび取付部２２ｂにより支持される。第４軸受２４ａ、第５軸受２４ｂは、たとえばラジアルベアリングによって実現される。
【００２７】
＜第１接続部の構成＞
モータ２０の出力は、第１歯車３１→第２歯車３２→第１ワンウェイクラッチ３３→回転軸３４→第３歯車３６を介して、駆動力伝達部４０に伝達される。本発明では、第１接続部３０は、第１歯車３１、第２歯車３２、第１ワンウェイクラッチ３３、回転軸３４および第３歯車３６を含んで構成される。回転軸３４の回転軸線と、クランク軸５およびモータ２０の回転軸２０ｃの回転軸線とは、それぞれ平行に配置される。回転軸３４の回転軸線は、クランク軸５およびモータ２０の回転軸２０ｃの回転軸線を含む平面から離反した位置に設けられる。これによってクランク軸５とモータ２０の回転軸２０ｃとをできるだけ近接して配置することができ、駆動ユニット４を小型に形成することができる。
【００２８】
第１歯車３１は、回転軸２１と固着する。これによって、第１歯車３１は、回転軸２１と一体となって回転する。
【００２９】
第２歯車３２は、第１歯車３１と噛み合う。第２歯車３２は、第１ワンウェイクラッチ３３を介して、回転軸３４周りに一方向に回転自在に支持される。第１ワンウェイクラッチ３３は、たとえば爪とラチェットとを備えるワンウェイクラッチによって実現される。第１ワンウェイクラッチ３３は、第２歯車３２の回転は回転軸３４に伝達するが、回転軸３４の回転は第２歯車３２に伝達しないように設けられる。
【００３０】
回転軸３４は、回転軸３４方向に間隔を隔てて配置される第５軸受３５ａおよび第６軸受３５ｂにより回転自在に支持される。第６軸受３５ａおよび第７軸受３５ｂは、ケーシング１１に支持される。第６軸受３５ａおよび第７軸受３５ｂは、たとえばラジアルベアリングによって実現される。
【００３１】
第３歯車３６は、回転軸３４と固着する。これによって、第３歯車３６は、回転軸３４と一体となって回転する。第３歯車３６は、回転軸３４と一体に形成されてもよい。第３歯車３６は、後述する駆動力伝達部４０と噛み合う。
【００３２】
ここで、第２歯車３２の歯数は、第１歯車３１の歯数より多く、駆動力伝達部４０の歯数は、第３歯車３６の歯数より多い。さらに、第２歯車３２の歯数は、第３歯車３６の歯数よりも多い。第１歯車３１と第２歯車３２が噛み合い、第３歯車３６と駆動力伝達部４０と噛み合うことにより、２段減速を実現する。このように、第１接続部は減速機構を有する。
【００３３】
＜第２接続部の構成＞
ユーザの踏力は、ペダル１００→クランク１０１→クランク軸５→第２ワンウェイクラッチ３７を介して、駆動力伝達部４０に伝達される。本発明の実施形態では、第２接続部６０は、第２ワンウェイクラッチ３７と第２ワンウェイクラッチ取付部３８を含んで構成される。第２ワンウェイクラッチ取付部３８は、クランク軸５と固着する。これによって、第２ワンウェイクラッチ取付部３８は、クランク軸５と一体となって回転する。第２ワンウェイクラッチ３７は、第２ワンウェイクラッチ取付部３８の外周部に設けられる。第２ワンウェイクラッチ３７は、たとえば爪とラチェットとを備えるワンウェイクラッチによって実現される。第２ワンウェイクラッチ３７は、クランク軸５の回転は連結部４２に伝達するが、連結部４２の回転はクランク軸５に伝達しないように設けられる。
【００３４】
＜駆動力伝達部の構成＞
駆動力伝達部４０は、モータ２０の出力およびクランク軸５の回転力を合成した回転力（合算回転力）をフロントスプロケット１０３に伝達する。駆動力伝達部４０は、スプロケット接続部４１、連結部４２、および、センサ配置部４３を備える。好ましくは、駆動力伝達部４０は、クランク軸５が挿通する挿通孔４４をさらに備えるとよい。ここでは、駆動力伝達部４０は、筒状に形成される。駆動力伝達部４０は、スプロケット接続部４１およびセンサ配置部４３を有する第１筒部４０ａと、連結部４２を形成する第２筒部４０ｂと、第１筒部４０ａおよび第２筒部４０ｂを接続する接続部４０ｃとを含む。第１筒部４０ａ、第２筒部４０ｂおよび接続部４０ｃは、一体に形成される。
【００３５】
スプロケット接続部４１は、フロントスプロケット１０３を連結可能である。スプロケット接続部４１は、たとえば、セレーションまたはスプラインによって、フロントスプロケット１０３を駆動力伝達部４０に固着する。フロントスプロケット１０３は、スプロケット接続部４１に圧入されてもよい。駆動力伝達部４０のスプロケット接続部４１側の端部は、フロントスプロケット１０３および第３軸受１４を介してケーシング１１に回転可能に支持される。フロントスプロケット１０３は、スプロケット接続部４１に接続される基部１０３ａと、スプロケット本体１０３ｂとを備える。基部１０３ａは、筒状に形成され、内周部にスプロケット接続部４１が接続される。また基部１０３ａの内周部に第２軸受１３が支持され、外周部が第３軸受１４に支持される。基部１０３ａは、ケーシング１１の外側から貫通孔１１ａを介して内側に突出する。
【００３６】
スプロケット本体１０３ｂは、基部１０３ａのケーシング１１から外部に突出する端部から、径方向に延び外周部に歯が形成される。本実施形態では、基部１０３ａと、スプロケット本体１０３ｂとは一体に形成されるが、別体で構成されてもよい。本実施形態では、スプロケット本体１０３ｂの外周部は、基部１０３ａに結合される基端部に対して、ケーシング１１側にオフセットして設けられる。
【００３７】
連結部４２は、第１接続部３０と第２接続部６０を連結する。つまり、連結部４２は、第３歯車３６と噛み合う歯車を有し、第２ワンウェイクラッチ３７に接続する。後述するトルクセンサ５０が駆動力伝達部４０に生じるねじれを検出しやすいように、連結部４２は、好ましくは、クランク軸５方向に、スプロケット接続部４１と離隔して設けられるとよい。
【００３８】
連結部４２を形成する第２筒部４０ｂは、第１筒部４０ａよりも外径が大きな筒状に形成される。接続部４０ｃは、第１筒部４０ａのスプロケット接続部４１とは反対側の端部から径方向外側に延びて、径方向の外周部が第２筒部４０ｂに接続される。第２筒部４０ｂは、接続部４０ｃからスプロケット接続部４１とは反対側に延びる。
【００３９】
連結部４２の外周部に第３歯車３６が接続され、内周部に第２ワンウェイクラッチ３７が接続される。第３歯車３６と第２ワンウェイクラッチ３７とは、クランク軸５に垂直な方向で、少なくとも一部が重なるように設けられる。
【００４０】
第１筒部４０ａのスプロケット接続部４１とは反対側の端部は、第８軸受１５を介してクランク軸５に回転可能に支持される。第８軸受１５は、接続部４０ｃとクランク軸５との間に配置される。第８軸受１５は、たとえばラジアルベアリングによって実現される。
【００４１】
センサ配置部４３には、少なくともトルクセンサ５０の一部が設けられる。トルクセンサ５０は、磁歪素子５１と、検出コイル５２とを含んで構成される。センサ配置部４３は、スプロケット接続部４１と連結部４２との間に配置される。さらに、好ましくは、センサ配置部４３は、第１筒部４０ａの外周部に設けられるとよい。センサ配置部４３には、たとえば、磁歪センサの一部である磁歪素子５１が設けられる。センサ配置部４３に磁歪素子５１が設けられる場合、第１筒部４０ａの外周側には、磁歪素子５１の捩れを検出するためのコイル５２が設けられる。この場合、磁歪素子５１とコイル５２によって、第１筒部４０ａの捻れを検出するトルクセンサ５０を形成する。検出コイル５２は、この検出コイル５２を保持するコイル保持部材（図示せず）に設けられる。コイル保持部材は、ケーシング１１に固定される。第１筒部４０ａの捻れは、第１筒部４０ａに生じるトルクに対応する。
【００４２】
なお、図２に示した磁歪素子５１とコイル５２とを有するトルクセンサ５０の例は、あくまでも一例であり、磁歪素子の代わりに歪ゲージ、半導体歪センサがセンサ配置部４３に設けられてもよい。歪ゲージ、半導体歪センサなどをセンサ配置部４３に設ける場合には、たとえばセンサ配置部４３にさらに歪ゲージ、半導体歪センサなどからの信号を無線で送信する送信機を設けて、無線によってその信号またはその信号に基づく情報を外部に出力する。またセンサ５０の代わりに、光を用いてセンサ配置部４３の歪みを検出する光学式センサを設けてもよい。
【００４３】
＜変速操作部の構成＞
変速操作部７０は、図３に示すように、操作パネル７２と、操作パネル７２に回動可能に設けられたモードダイヤル７４と、２つの押しボタン７６ａおよび７６ｂを含む変速スイッチ７６と、表示部７８と、を有する。操作パネル７２は、変速操作部７０がハンドルバー１０８に装着された状態で右側のブレーキレバー１６に一体で形成される。モードダイヤル７４は、手動変速モード時の強アシストモードＡ１と弱アシストモードＡ２の選択および自動変速モードＡＴの選択を行うために設けられる。自動変速モード時のアシストモードは、たとえば強アシストモードＡ１と同じアシスト比でモータが制御される。２つの押しボタン７６ａおよび７６ｂは、手動変速モード時に用いられる。２つの押しボタン７６ａおよび７６ｂは、変速操作部７０がモードダイヤル７４の下方に左右に並べて配置される。押しボタン７６ａは、たとえばシフトアップ用のものであり、押しボタン７４ｂは、たとえばシフトダウン用のものである。表示部７８は、モードダイヤル７４と並べて配置される。表示部７８には、現在の変速段、現在の車速、および電池残量などが表示される。
【００４４】
＜電動補助自転車の電気的な構成＞
図４は、駆動ユニット４を含む電動補助自転車の電気的な構成を示すブロック図である。電動補助自転車は、駆動ユニット４と、制御部１１０ａおよびトルクセンサ５０を含む自転車用制御装置１１０と、変速操作部７０と、変速ユニット１１２とを含んで構成される。制御部１１０ａは、駆動ユニット４と独立して設けられてもよい。たとえば、制御部１１０ａは、リアキャリア、ダウンチューブまたはシートチューブに沿って配置されてもよい。また、制御部１１０ａは、駆動ユニット４のケーシング１１内に配置されてもよい。駆動ユニット４は、前述したモータ２０およびトルクセンサ５０と、インバータ１１４と、を含む。変速ユニット１１２は、変速用モータ１１６と、変速位置センサ１１８と、を含む。制御部１１０ａには、駆動ユニット４のインバータ１１４とトルクセンサ５０とが、電気的に接続される。また、制御部１１０ａには、変速操作部７０のモードダイヤル７４と変速スイッチ７６と、表示部７８と、電気的に接続される。さらに、制御部１１０ａには、変速ユニット１１２の変速用モータ１１６と、変速位置センサ１１８とが電気的に接続される。さらにまた、制御部１１０ａには速度センサ８０が電気的に接続される。速度センサ８０は、自転車の走行速度を検出する。速度センサ８０は、たとえば自転車の車輪に取り付けられる磁石と、フレームに取り付けられる磁石検出用センサとを含んで構成される。バッテリ１５０は、制御部１１０aおよびその他の電気部品に電気的に接続され、電力を供給する。
【００４５】
なお、図４では、各電気機器との接続関係を模式的に示す。この実施形態では、各電気機器の接続は、電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）規格に準拠する電力線通信線によって行われる。したがって、制御部１１０ａを含む各電気機器を２芯の電力線によって直列に接続すればよい。なお、電力線通信では、各機器の同期を図るために所定時間間隔で各電気機器との間で通信を行っている。ここでは電力線通信によって各電気機器が接続されているが、各電気配線を通信線および電力線によってそれぞれ接続して、通信と電力とを異なる配線を用いて伝送してもよい。
【００４６】
モータ２０は、たとえば３相ブラシレスＤＣモータによって実現され、インバータ１１４によって駆動される。インバータ１１４は、制御部１１０ａの指令に基づいて、スイッチング制御によって直流を３相交流に変換する。
【００４７】
制御部１１０ａは、踏力および自転車の速度に応じて、インバータ１１４および変速ユニット１１２を制御する。ここで、トルクセンサ５０は、モータ２０の出力（アシストトルクＴ２）およびクランク軸５の回転力（踏力Ｔ１）を加算した回転力（合算トルクＴ３）を検出する。制御部１１０ａは、たとえば演算処理装置（ＣＰＵ:Central Processing Unit）と、所定のプログラムが記録されたメモリとを含んで構成される。制御部１１０ａは、モータ２０を駆動するためにインバータ１１４に出力する指令と、この指令に応じてモータ２０が出力するトルクとの相関情報を有する。相関情報は、テーブルのようなもので表されてもよいし、関係式によって表されてもよい。このため制御部１１０ａは、モータ２０の出力トルク（アシストトルクＴ２）を把握することができる。したがって制御部１１０ａは、トルクセンサ５０が検出した合算トルクＴ３から、把握されるモータ２０のアシストトルクＴ２を減算して踏力Ｔ１（Ｔ１＝Ｔ３−Ｔ２）を求めることができる。これにより、制御部１１０ａは、踏力Ｔ１に応じて、モータ２０を制御することができる。なお、制御部１１０ａは、モータ２０に流れる電流を計測してモータ２０の出力、すなわちアシストトルクＴ２を推定してもよい。
【００４８】
変速ユニット１１２の変速用モータ１１６は、制御部１１０ａからの変速指令に応じて内装変速ハブ１０６の図示しないカムを回動させて、内装変速ハブ１０６を変速動作させる。
【００４９】
変速操作部７０は、手動変速モードのとき、変速スイッチ７４の押しボタン７４ａまたは押しボタン７４ｂによって変速指示を出力する。変速スイッチ７４は、変速指示部の一例である。また、自動変速モードＡＴのとき、速度センサ８０の検出結果によって制御部１１０ａは、適宜の変速段を選択して変速制御を行う。したがって、自動変速の際の変速指示は、ソフトウェアにより実現される。
【００５０】
＜制御部の変速制御＞
制御部１１０ａの変速制御の一例について、図５に示すフローチャートに基づいて具体的に説明する。なお、図５に示す制御動作は、あくまでもその一例であり、本発明は図５に示す制御動作に限定されない。
【００５１】
制御部１１０ａは、図５のステップＳ１において、変速指令があったか否かを判断する。前述したように変速指令は、手動変速モードの時には、変速スイッチ７４の押しボタン７４ａまたは押しボタン７４ｂの押圧操作によって変速指示されて制御部１１０ａに与えられる。また、自動変速モードＡＴの場合は、変速指令は、速度センサ８０で検出された車速に応じて生成される。変速指令がない場合は、以下のステップをスキップして処理を行わない。変速指令があったと判断するとステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、トルクセンサ５０によって検出された合算トルクＴ３から制御部１１０ａが把握するアシストトルクＴ２を減算して踏力Ｔ１を検出し、検出した踏力Ｔ１が予め定める値Ｔｓを超えているか否かを判断する。踏力Ｔ１が値Ｔｓを超えている場合は、内装変速ハブ１０６の変速を禁止するために、変速指令があってもステップＳ３以下のステップをスキップして処理を終了する。
【００５２】
踏力Ｔ１が値Ｔｓ以下の場合は、ステップＳ２からステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、トルクセンサ５０が出力した合算トルクＴ３が値Ｔｓを超えているか否かを判断する。合算トルクＴ３が値Ｔｓを超えている場合は、ステップＳ３からステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、選択されたアシストモードに応じて定まる踏力Ｔ１のＮ１倍またはＮ２倍のアシストトルクＴ２を、値Ｔｓから踏力Ｔ１を減算した値（Ｔｓ−Ｔ１）に低下させて、ステップＳ５に移行する。合算トルクＴ３が値Ｔｓ以下の場合は、ステップＳ３からステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、変速指令に応じた変速動作を実行する。この変速動作を実行する際には、すでに合算トルクＴ３がすでに値Ｔｓ以下になっているので、変速動作がスムーズに行える。
【００５３】
変速動作が完了すると、ステップＳ５からステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、補助力を元に戻すために、アシストトルクＴ２を選択されたアシストモードに応じて踏力Ｔ１のＮ１倍またはＮ２倍し、変速処理を終了する。
【００５４】
この変速処理では、ステップＳ４において、アシストトルクＴ２を一律に低下させるのではなく、アシストトルクＴ２の低下処理を踏力Ｔ１に応じて行うので、アシストトルクＴ２が急激に低下しにくくなり、変速動作中にアシストトルクＴ２を低減しても補助力が途切れたとユーザが感じにくくなる。
【００５５】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、図６に示すように、モータ２０を制御するモータ制御部２１０ａと、内装変速ハブ１０６を制御する変速制御部２１０ｂと、トルクセンサ５０と、含んで自転車用制御装置２１０が構成される。したがって、２つの制御部（モータ制御部２１０ａおよび変速制御部２１０ｂ）によって、モータ２０および内装変速ハブ１０６を別々に制御し、２つの制御部の間で通信を行って、変速動作時のアシストトルクＴ２の低下処理を行う。モータ制御部２１０ａおよび変速制御部２１０ｂは、制御部１１０ａと同様な構成であり、たとえば演算処理装置（ＣＰＵ:Central Processing Unit）と、所定のプログラムが記録されたメモリとを含んで構成される。また、変速制御部１１０ａは、変速動作時に動作すればよいので、変速指示を受け付けて変速動作を完了するまでの期間を除いて省電力モードで動作する。
【００５６】
駆動ユニット２０４のインバータ１１４はモータ制御部２１０ａによって制御される。モータ制御部２１０ａは、駆動ユニット２０４内に設けられてもよいが、駆動ユニット２０４と別に設けられてもよい。変速制御部２１０ｂは、制御部１１０ａと同様に配置されてもよいが、変速ユニット１１２に設けられてもよい。その他の構成は、図６に示すように同じであるので説明を省略する。なお、第２実施形態において、図４と同じ構成のものは、図４と同じ符号を付す。
【００５７】
第２の実施形態では、図７の制御シーケンスが示すように、例えば、手動変速のときに変速スイッチ７６から変速指示が出力されると、その指示を変速制御部２１０ｂが受け付ける。変速制御部２１０ｂは変速指示を受け付けると、図７の（１）において、たとえばｔ１（たとえば４０ｍ）秒後に省電力モードから通常の制御モードに起動したことをモータ制御部２１０ａに通知する。また、続いて図７の（２）において、変速制御部２１０ｂは、変速開始通知をモータ制御部２１０ａおよび変速ユニット１１２に出力する。モータ制御部２１０ａは、変速開始通知を受け付けると、トルクセンサ５０が検出した合算トルクＴ３が値Ｔｓを超えているか否かを判断し、合算トルクが値Ｔｓを超えている場合には、図５のステップＳ４と同様な動作でアシストトルクＴ２を低下させる（Ｔ２←Ｔａ−Ｔ１）。
【００５８】
一方、変速ユニット１１２では、変速開始通知を受け取ると、変速用モータ１１６をｔ２（たとえば２００ｍ）秒動作させる。この動作時間は、一段分の変速に必要な時間である。変速用モータ１１６が回転すると内装変速ハブ１０６の図示しないカム部材が回転して内装変速ハブ１０６が僅かな遅れで変速動作を行う。このとき、前述したようにモータ制御部２１０ａでは、合算トルクＴ３が値Ｔｓを超えている場合には、アシストトルクＴ２を低下させる。
【００５９】
変速用モータ１１６の動作が完了すると、完了信号が変速位置センサ１１８から変速制御部２１９ｂに送られる。変速制御部２１９ｂが完了信号を受け付けると、変速制御部２１９ｂは、モータ制御部２１０ａに図７の（３）に示す変速完了通知および（４）に示す省電力モードへの移行通知を送信する。
【００６０】
図８に示すように、本実施形態では、省電力モードへの移行通知を出す場合、省電力モードへの移行準備を完了してから通知を出す。モータ制御部２１０ａでは、省電力モードへの移行通知を受け取ると、変速制御部２１０ｂからの省電力モードへの移行通知を受け取ったことを示す信号を変速制御部２１０ｂに通知する。これにより、変速制御部２１０ｂは省電力モードに移行する。
【００６１】
省電力モードから通常の制御モードに起動する際には、変速スイッチ７６または速度センサ８０からの特定の速度の入力などによって起動する場合と、モータ制御部２１０ａからの要求によって起動する場合がある。図９に示すように、モータ制御部２１０ａから省電力モードからの起動要求を受け付けると、変速制御部２１０ｂは、起動を完了した後にモータ制御部２１０ａに起動完了を通知する。これは、図７の（１）と同じである。
このような第２の実施形態の構成でも、第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００６２】
＜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。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態および変形例は必要に応じて任意に組合せ可能である。
【００６３】
（ａ）第１および第２の実施形態では、内装変速ハブ１０６自体を電動で制御するが、本発明はこれに限定されない。通常のワイヤによって変速動作する内装変速ハブを有する電動補助自転車にも本発明を適用することができる。この場合、ワイヤを制御する変速操作部またはワイヤに、その動作を検出するセンサを設ける。センサによって変速操作部またはワイヤの動きを検出すると、制御部によって踏力Ｔ１に基づいてアシストトルクＴ２を低下させるようにモータを制御する。
【００６４】
（ｂ）第１および第２の実施形態では、変速動作の開始前に第２回転力を低下させたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、変速動作の少なくとも一部の動作が、アシストトルクＴ２が低下した状態で行われるのであれば、どのようなタイミングでアシストトルクＴ２を低下させてもよい。たとえば、変速動作の開始後に第２回転力を低下させてもよい。また、変速開始と同時にアシストトルクＴ２を低下させてもよい。
【００６５】
（ｃ）第１および第２の実施形態では、変速機として内装変速ハブを例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば変速機としてディレーラを含む外装変速機の変速制御を行う場合にも本発明を適用できる。
【００６６】
（ｄ）前記実施形態では、フレームのクランク軸をモータで回転させるミッドシップ型の電動補助自転車の制御装置を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、モータでチェーンを回転させて走行を補助する電動補助自転車、後輪車軸にモータが配置され、モータの出力側に変速装置が配置される電動補助自転車の制御装置にも本発明を適用できる。
（ｅ）前記実施形態では、値Ｔｓが、内装変速ハブ１０６の変速段に応じて設定されているが、値Ｔｓは、内装変速ハブ１０６の各変速段で等しい値に設定されてもよい。この場合、値Ｔｓは、内装変速ハブ１０６の各変速段の最大値Ｔｍａｘ１，Ｔｍａｘ２，・・・，Ｔｍａｘ７，Ｔｍａｘ８のうち、最少となる値以下に選ばれ、好ましくはその最少となる値の１００パーセントから５０パーセント、さらに好ましくはその最少となる値の１００パーセントから８０パーセントのトルクに選択される。
【符号の説明】
【００６７】
４    駆動ユニット
２０    走行補助用モータ（走行補助用電動機）
５０    トルクセンサ（検出部）
７６    変速スイッチ（変速指示部）
１１０，２１０    自転車用制御装置
１１０ａ  制御部
１０１    クランク
１０５    リアスプロケット
１０６    内装変速ハブ（変速機および内装変速機）
２１０ａ  モータ制御部（制御部）
２１０ｂ  変速制御部（制御部）
Ｔ１    踏力（第１回転力）
Ｔ２    アシストトルク（第２回転力）
Ｔ３    合算トルク（合算回転力）
Ｔｓ    値（予め定める値）
【要約】      （修正有）【課題】電動補助自転車用制御装置において、変速動作中に補助力が途切れたとライダーが感じにくくする。【解決手段】自転車用制御装置は、クランクと、走行補助用モータと、内装変速ハブとを有し、クランクの等力Ｔ１および走行補助用ｇｅのアシストトルクＴ２がリアスプロケットに伝達される自転車を制御する。自転車用制御装置は、トルクセンサと、制御部と、を備える。トルクセンサは、クランクに与えられる踏力Ｔ１を検出する。制御部は、トルクセンサが検出した踏力Ｔ１に応じて、走行補助用モータのアシストトルクＴ２を低下させて、変速機を動作させる。【選択図】図５【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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