(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部の挙動を検出するセンサと、
前記センサからの信号を摺動接点を通して取り出す測定回路とを備え、
前記測定回路は、
前記摺動接点に直流電圧を印加して該摺動接点の直流抵抗を測定して前記摺動接点の状態を検知する、センサ回路。
【請求項２】
前記測定回路は、
前記直流抵抗の抵抗値により前記センサによるセンサ値を補正する、請求項１記載のセンサ回路。
【請求項３】
前記測定回路は、
前記摺動接点を介して前記超磁歪センサの検出コイルに直流電圧部分を含む励振パルスを印加するコイル励振回路と、
前記検出コイルから前記摺動接点を介して出力されるインダクタンスによるなまり波形を平滑化するフィルタと、
前記インダクタンスによるなまり波形を入力してスリップリングの抵抗値変化を検出する抵抗値変化検出回路と、
前記抵抗値変化検出回路と前記フィルタからの入力信号と基準抵抗値とに基づいてインダクタンス変化を演算する演算部とを有する、請求項１又は２記載のセンサ回路。
【請求項４】
前記直流抵抗の抵抗値の異常を検出したときのセンサ値を測定結果より除去する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセンサ回路。
【請求項５】
前記センサは超磁歪センサを含む、請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサ回路。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のセンサ回路と、
前記測定回路で検出された踏力トルク値に応じて駆動モータから車輪に
アシストトルクを出力するようにした、電動ハイブリッド自転車。
【請求項７】
ペダル駆動部に設置された超磁歪センサと、
前記超磁歪センサにより検出されたインダクタンス変化を摺動接点を通して取り出す測定回路と、を備え、
前記測定回路は、
前記摺動接点に直流電圧を印加して該摺動接点の直流抵抗を測定して前記摺動接点の状態を検知する検知回路と、
前記検知回路により検知された前記摺動接点の状態に基づいて前記測定回路で検出された踏力トルク値を補正する補正回路と、を備え、
前記補正回路で補正された踏力トルク値に応じて駆動モータから車輪にアシストトルクを出力するようにした、電動ハイブリッド自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はセンサ回路及びそれを用いた電動ハイブリッド自転車に関し、特にたとえば可動部の挙動を検出するセンサからの信号を摺動接点（スリップリング）を介して計測する測定回路を備えるセンサ回路及びそれを用いた電動ハイブリッド自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電動ハイブリッド自転車によるトルクアシストを行う場合、従来は図８に示すように回転側に設置された超磁歪センサ１によるインダクタンス変化をスリップリング２を介してトルク検知を行い、検知したトルク値に従ってモータ３から車輪４にアシストトルクを出力するようにしている。
【０００３】
そして、インダクタンス変化の測定にはコイル励振回路５からのパルス波形による励振を行い、インダクタンスによりなまった波形を平準化して得られた電圧信号から測定する。
【０００４】
通常、図９の（Ａ）に示されるように超磁歪センサ１を加圧（減圧）することによりインダクタンスが減少（増加）し、パルス波形の「なまり」が減少（増加）する。そして、この「なまり」波形をフィルタ６で平滑化した図９の（Ｂ）に示される信号の電圧値の変化を測定することによって、超磁歪センサ１への加圧、減圧を検知し、その測定値に従ってアシストトルクをモータ３に指令し、出力する。
【０００５】
この際、信号伝達を行うスリップリング２の接触状態は、経時変化、・異物混入・摺動接点の磨耗或いはばね材の金属疲労等に伴う接触圧の変化等により変化する。そして、接触状態の変化によってスリップリング２の抵抗値が変化したとき、トルク検知は図１０の（Ａ）及び（Ｂ）に示すようになり、パルス波形の電圧が増減することによって平滑化信号の電圧値が増減する。
【０００６】
つまり、超磁歪センサ１にかかるトルク変化での信号変化なのか、スリップリング２の抵抗値変化による信号変化なのか見分けがつかない状態となる。
【０００７】
図１０のように、抵抗値が減少した場合はトルク増加と同様の信号変化を示し、アシストトルクが意図するよりも強く働くことが考えられる。また、抵抗値が増加した場合はトルク減少と同様の信号変化を示し、アシストトルクが意図するよりも弱くなり、十分なアシストトルクが得られないこととなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
それ故に、この発明の主たる目的は、摺動接点の状態を検知し得る、センサ回路及びそれを用いた電動ハイブリッド自転車を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、可動部の挙動を検出するセンサと、前記センサからの信号を摺動接点を通して取り出す測定回路とを備え、前記測定回路は、前記摺動接点に直流電圧を印加して該摺動接点の直流抵抗を測定して前記摺動接点の状態を検知する、センサ回路。である。
【００１０】
また、他の発明は、ペダル駆動部に設置された超磁歪センサと、前記超磁歪センサにより検出されたインダクタンス変化を摺動接点を通して取り出す測定回路と、前記摺動接点に直流電圧を印加して該摺動接点の直流抵抗を測定して前記摺動接点の状態を検知する摺動接点状態検知回路と、前記摺動接点状態検知回路により検知された前記摺動接点の状態に基づいて前記測定回路で検出された踏力トルク値を補正する補正回路と、を備え、前記補正回路で補正された踏力トルク値に応じて駆動モータから車輪にアシストトルクを出力するようにした、電動ハイブリッド自転車である。
【００１１】
【作用】
たとえば、磁歪センサの場合、センサによるインダクタンス変化を検知するためにパルス信号を印加するが、そのパルス信号のON時間を長くして直流電圧として印加し、摺動接点の抵抗値を計測することによって、接触状態を判断し、センサのインダクタンス変化と摺動接点の抵抗変化を切り分けた測定を行う。
【００１２】
その結果、磁歪センサにかかるトルク変化に基づく信号変化だけを測定回路より出力する。
【００１３】
【発明の効果】
この発明によれば、摺動接点の状態を判断し、センサ値の有効性を認識することができる。また、摺動接点の状態が変化した場合もセンサ値の変化だけを計測できる。そして、踏力トルクの変化に応じた十分なアシスト力をモータより車輪に付与することができ快適な走行が可能となる。
【００１４】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して以下に行う実施例の詳細な説明により一層明らかとなろう。
【００１５】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例である電動ハイブリッド自転車のトルクアシスト構成を示すブロック回路図である。
【００１６】
図１において、センサ回路１０は、回転側に設けられるペダル１２に対するペダル踏力を検出する超磁歪センサ１４と、固定側に設けられて超磁歪センサ１４からの検出信号をスリップリング（摺動接点）１６を通して取り出す測定回路１８を含む。
【００１７】
超磁歪センサ１４はペダルからの加圧力により透磁率を変化する円柱状の超磁歪素子２０と、この素子の周囲に配置される検出コイル２２を含み、この検出コイル２２は超磁歪素子２０の透磁率の変化によりインダクタンスが変化する。
【００１８】
そして、ペダル１２に付与されたペダル踏力はチェーン機構２４を介して踏力トルクとして自転車の車輪（後輪）２６に伝達される。
【００１９】
また、測定回路は１８、マイクロコンピュータ（マイコン）２８、コイル励振回路３０、フィルタ３２、および抵抗値変化検出回路３４を含む。マイコン２８からコイル励振回路３０にパルス指令が入力されるとコイル励振回路３０からは図２に示すような励振パルスと直流電圧（数十ｍsec）を含むインダクタンス測定用励振パルス波形が出力され、このパルス波形は摺動接点１６を通して検出コイル２２に印加される。その結果、検出コイル２２からは摺動接点１６を通して図３に示すインダクタンス変化によるなまり波形が出力される。このなまり波形の出力信号はフィルタ３２により平滑化信号となりマイコン２８に入力される。一方、直流電圧が印加された部分から摺動接点１６の直流抵抗を抵抗値変化検出回路３４で検出し、その検出信号をマイコン２８に入力する。
【００２０】
そして、マイコン２８ではその内のＲＯＭに基準抵抗値を予め設定しており、フィルタ３２からの平滑化信号および抵抗値変化検出回路３４からの検出信号に基づきアシスト用のトルク演算が行われてトルク指令がモータドライバ３６を介してモータ３８に出力される。モータ３８からはアシストトルクが車輪２６に伝達される。コイル励振回路３０およびモータドライバ３６にはバッテリ（直流電源）４０より駆動電圧が付与されている。
【００２１】
その結果、電動ハイブリッド自転車は搭乗者による踏力トルクとモータ３８によるアシストトルクにより快適に走行することができる。
【００２２】
図４には摺動接点の状態を検知する測定回路１８としてのインダクタンス検出回路が示されている。
【００２３】
この図４において、超磁歪センサ１４の内部抵抗Rgmmを含むインダクタンスLは両端にそれぞれ摺動接点１６の接触抵抗Rsrを介して抵抗R1とダイオードDの直列回路が並列に接続され、さらにダイオード側は励振信号の入力素子４２を介して５Vの定電圧電源端子に接続され、抵抗側は抵抗Rsを介して接地されている。また、抵抗R1とRsの接続点にはコンデンサCと抵抗Rにより構成されるフィルタ３２が接続されている。
【００２４】
そして、入力素子４２から印加される超磁歪センサ１４の励振信号（図２参照）の一部でON時間を長くすることによって一時的に超磁歪センサ１４、摺動接点１６に直流状態を作る。この直流状態の間、測定される電圧値は、超磁歪センサ１４のインダクタンスLと無関係な超磁歪センサ１４、摺動接点１６および抵抗Rsの各抵抗成分のみに依存するため、図４におけるフィルタ３２の入力端の位置における電圧図は、図３に示されるように直流状態で安定した電圧値となる。
【００２５】
また、図４の超磁歪センサ１４の抵抗Rgmm、抵抗Rsは予め把握されている固定値であるので、この電圧値から摺動接点１６の抵抗Rsrを算出することができる。
【００２６】
次に図６に示す動作フローチャートに基づいて電動ハイブリッド自転車のアシストトルク生成アルゴリズムを説明する。
【００２７】
先ず、スタートしてステップＳ１でアシストSWがONか否かを判断し、その結果“NO”であればスタートに戻り、“YES”であれば、ステップＳ３に進む。
【００２８】
ステップＳ３ではコイル励振回路３０より励振パルス波形を出力しスリップリング１６を介して超磁歪センサ１４の検出コイル２２に印加し、ステップＳ５でインダクタンス値を測定する。
【００２９】
そして、ステップＳ７では図２に示すようにインダクタンス測定用励振パルスの励振をハイ側で停止させ、一時的に直流電圧（数十ｍsec）をかけ、ステップＳ９で超磁歪センサ１４のインダクタンスの測定からスリップリングの抵抗変化の測定を行う。
【００３０】
ステップＳ１１ではマイコン２８によりステップＳ９で測定された抵抗値が基準抵抗値と等しいか否かを判断する。この場合、出荷時に測定した初期抵抗値を基準抵抗値としているが、一定時間安定したときの抵抗値を基準抵抗値としてもよく、あるいは電源オン時の抵抗値を基準抵抗値としてもよい。また、判断基準としては、基準抵抗値に一定範囲の許容値を設け、その範囲内にあれば抵抗値は基準値に等しいと判断する。
【００３１】
ステップＳ１１の判断結果が“YES”であれば、ステップＳ１３でマイコン２８によりインダクタンス値よりアシストトルクを算出し、このアシストトルクをステップＳ１５でモータドライバ３６からモータ３８に出力する。
【００３２】
そして、ステップＳ１７でアシストOFFか否かを判断し、その結果“YES”であれば一連の動作はエンドとなるが、“NO”であれば、ステップＳ３に戻り、先に説明した一連の動作を継続する。
【００３３】
ステップＳ１１で測定された抵抗値が基準抵抗値と等しくないとして“NO”と判断された場合、ステップＳ１９で換算表に基づく正常なインダクタンス値を算出し、ステップＳ２１でこの算出値に置き換えてステップＳ１３に進み、以後は先に説明したステップを実行する。
【００３４】
尚、図７に示されるように使用するセンサ系における抵抗値ごとの電圧―インダクタンス特性を予め測定しておき、グラフ、テーブル、関係式等を換算表としてマイコン２８内のＲＯＭ（図示せず）に予め用意しておく。
【００３５】
また、ステップＳ１９における抵抗値が基準抵抗値と異なる場合の処理方法としては、以下のものが考えられる。
（１）予めＲＯＭに用意しておいたグラフ、テーブル、関係式などから基準抵抗値からの抵抗値のずれを考慮し、インダクタンス値の補正を行う。
（２）抵抗値が基準抵抗値から外れた場合をエラーとし、測定インダクタンス値を採用せずアシストを行わない。アシスト電源又はアシスト出力をオフにする。
（３）アシストトルクが減少する方向にエラーが働いた場合には、そのままのインダクタンス値を採用し、十分でないが一応はアシストする。
（４）抵抗値エラーを操作者（搭乗者）に伝える。
（５）上記の組み合わせによる処理を行う。
【００３６】
尚、実施例ではセンサによる検出信号を、回転式摺動接点を通して取り出すようにしたが、往復動式摺動接点を用いても同様の効果を得ることができる。ここでは励振信号自体のON時間を長くとり、直流状態を各励振パルスで作るようにすることによって、図５に示すように平滑化信号は常に安定した状態となり、超磁歪センサ１４のインダクタンス値の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるセンサ回路を備えた電動ハイブリッド自転車のトルクアシスト構成を示すブロック回路図である。
【図２】図１におけるコイル励振回路から検出コイルに印加されるインダクタンス測定用励振パルス波形図である。
【図３】図１におけるフィルタ回路に入力される検出コイルから摺動接点を通して取り出されるインダクタンスによるなまり波形図である。
【図４】図１における要部の電気回路図である。
【図５】図４のフィルタからの平滑信号の波形図である。
【図６】図１に示す電動ハイブリッド自転車のアシストトルク生成アルゴリズムを説明するための動作フローチャートである。
【図７】抵抗値ごとの電圧―インダクタンス特性図である。
【図８】図１に相当する従来例の電動ハイブリッド自転車のトルクアシスト構成を示すブロック回路図である。
【図９】図８における超磁歪センサにスリップリングを介して励振パルス波形を印加した場合の加圧（インダクタンス変化）による出力信号変化を示す電圧波形図で、（Ａ）は平滑前の状態、（Ｂ）は平滑後の状態である。
【図１０】図８における超磁気歪センサにスリップリングを介して励振パルス波形を印加した場合の抵抗値変化による出力信号変化を示す電圧波形図で、（Ａ）は平滑前の状態、（Ｂ）は平滑後の状態である。
【符号の説明】
１０  ・・・センサ回路
１４  ・・・超磁歪センサ
１６  ・・・スリップリング（摺動接点）
１８  ・・・測定回路
２０  ・・・超磁歪素子
２２  ・・・検出コイル
２８  ・・・マイクロコンピュータ（マイコン）
３０  ・・・コイル励振回路
３２  ・・・フィルタ（平滑フィルタ）
３４  ・・・抵抗値変化検出回路
【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】
0003653484.tif 000008
【図８】
0003653484.tif 000009
【図９】
0003653484.tif 000010
【図１０】
0003653484.tif 000011