(57)【要約】【課題】トルク検出機構を用いず人力トルクを検出し、人力トルクに応じて電動モータを制御する事が具体的に実現できる電動モータ付自転車と制御プログラムを提供する。【解決手段】アシスト制御処理部３のモータトルク算出機能手段３１は、運転・停止判定が運転ならば、モータ制御部２に印加電圧Ｖ１、２を極短時間づつ順次指定し、モータ電流測定部６での各測定電流Ｉｍ１、２からモータトルクＴｍ１、２を算出する。回転速度算出機能手段３２は、各印加電圧Ｖ１、２の指定後、印加電圧を極短時間内に変化させ、測定電流が略ゼロの時の印加電圧Ｖｘｄ１、２から回転速度Ｎｘ１、２を算出する。人力トルク算出機能手段３３は、Ｔｍ１、２とＮｘ１、２から人力トルクを算出する。アシスト出力決定機能手段３４は、人力トルクに応じた補助トルクを発生させる印加電圧をモータ制御部２に指定し、所定時間が経過後、以上の繰り返しを指示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車に推力を補助するためのトルクを発生させる電動モータと、指定された印加電圧で前記電動モータの回転を制御するモータ制御部と、前記電動モータのモータ電流を測定するモータ電流測定部と、所定の印加電圧を前記モータ制御部に指定して前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値からモータトルクを算出すると共に、前記指定する印加電圧を変化させて前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値から回転速度を算出し、前記モータトルクと回転速度から人力によるトルクを算出し、この人力によるトルクを補助するモータトルクを決定し、前記補助するモータトルクを発生する印加電圧を所定期間だけ前記モータ制御部に指定した後、以上の処理の繰り返しを指示するアシスト制御処理部と、を備えることを特徴とする電動モータ付自転車。
【請求項２】
前記アシスト制御処理部が、前記モータ制御部に２つの印加電圧Ｖ１、Ｖ２を極短時間づつ順次に指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値から前記印加電圧Ｖ１、Ｖ２で発生するモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２を算出するモータトルク算出機能手段と、前記各印加電圧Ｖ１、Ｖ２の指定後に前記モータ制御部に極短時間内に印加電圧を走査しながら指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値がゼロ又は略ゼロの時の印加電圧から前記電動モータの回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２を算出する回転速度算出機能手段と、前記算出したモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２から人力によるトルクＴａを算出する人力トルク算出機能手段と、前記人力によるトルクＴａに応じた補助トルクの発生に必要なモータ電流値を算出し、前記モータ電流測定部で測定した電流値が前記必要なモータ電流値となる印加電圧を前記モータ制御部に所定時間だけ指定し、この所定時間の経過後、前記モータトルク算出機能手段からの制御の繰り返しを指示するアシスト出力決定機能手段とを、備えることを特徴とする電動モータ付自転車。
【請求項３】
自転車に推力を補助するためのトルクを発生させる電動モータと、指定された印加電圧で前記電動モータの回転を制御するモータ制御部と、前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、前記電動モータのモータ電流を測定するモータ電流測定部と、所定の印加電圧を前記モータ制御部に指定して前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値からモータトルクを算出すると共に、前記回転速度検出部を用いて回転速度を検出し、前記モータトルクと回転速度から人力によるトルクを算出し、この人力によるトルクを補助するモータトルクを決定し、前記補助するモータトルクを発生する印加電圧を前記モータ制御部に所定期間だけ指定した後、以上の処理の繰り返しを指示するアシスト制御処理部と、を備えることを特徴とする電動モータ付自転車。
【請求項４】
前記アシスト制御処理部が、前記モータ制御部に２つの印加電圧Ｖ１、Ｖ２を極短時間づつ順次に指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値から前記印加電圧Ｖ１、Ｖ２で発生するモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２を算出するモータトルク算出機能手段と、前記各印加電圧Ｖ１、Ｖ２の指定後に前記回転速度検出部を用いて前記電動モータの回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２を検出する回転速度検出機能手段と、前記算出したモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と前記検出した回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２から人力によるトルクＴａを算出する人力トルク算出機能手段と、前記人力によるトルクＴａに応じた補助トルクの発生に必要なモータ電流値を算出し、前記モータ電流測定部で測定した電流値が前記必要なモータ電流値となる印加電圧を前記モータ制御部に所定時間だけ指定し、この所定時間の経過後、前記モータトルク算出機能手段からの制御の繰り返しを指示するアシスト出力決定機能手段とを、備えることを特徴とする請求項３記載の電動モータ付自転車。
【請求項５】
前記回転速度検出部が、ロータマグネット位置検出素子、又は速度発電機、又はインクリメントエンコーダとその検出素子を使用するものであることを特徴とする請求項３又は４記載の電動モータ付自転車。
【請求項６】
自転車に推力を補助するためのトルクを発生させる電動モータと、指定された印加電圧で前記電動モータの回転を制御するモータ制御部と、前記電動モータのモータ電流を測定するモータ電流測定部とを備える電動モータ付自転車を制御するプログラムであって、
所定の印加電圧を前記モータ制御部に指定して前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値からモータトルクを算出すると共に、前記指定する印加電圧を変化させて前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値から回転速度を算出する第１の処理と、前記モータトルクと回転速度から人力によるトルクを算出する第２の処理と、この人力によるトルクを補助するモータトルクを決定し、前記補助するモータトルクを発生する印加電圧を所定期間だけ前記モータ制御部に指定した後、以上の処理の繰り返しを指示する第３の処理とを、コンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項７】
請求項６記載のプログラムにおいて、前記第１の処理が、前記モータ制御部に２つの印加電圧Ｖ１、Ｖ２を極短時間づつ順次に指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値から前記印加電圧Ｖ１、Ｖ２で発生するモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２を算出するモータトルク算出する処理と、前記各印加電圧Ｖ１、Ｖ２の指定後に前記モータ制御部に極短時間内に印加電圧を走査しながら指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値がゼロ又は略ゼロの時の印加電圧から前記電動モータの回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２を算出する処理から成り、前記第２の処理が、前記算出したモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２から人力によるトルクＴａを算出する処理から成り、前記第３の処理が、前記人力によるトルクＴａに応じた補助トルクの発生に必要なモータ電流値を算出し、前記モータ電流測定部で測定した電流値が前記必要なモータ電流値となる印加電圧を前記モータ制御部に所定時間だけ指定し、この所定時間の経過後、前記第１の処理からの繰り返しを指示する処理から成ることを特徴とするコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
自転車に推力を補助するためのトルクを発生させる電動モータと、指定された印加電圧で前記電動モータの回転を制御するモータ制御部と、前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、前記電動モータのモータ電流を測定するモータ電流測定部とを備える電動モータ付自転車を制御するプログラムであって、
所定の印加電圧を前記モータ制御部に指定して前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値からモータトルクを算出すると共に、前記回転速度検出部を用いて回転速度を検出する第１の処理と、前記モータトルクと回転速度から人力によるトルクを算出する第２の処理と、この人力によるトルクを補助するモータトルクを決定し、前記補助するモータトルクを発生する印加電圧を前記モータ制御部に所定期間だけ指定した後、以上の処理の繰り返しを指示する第３の処理とを、コンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項９】
請求項８記載のプログラムにおいて、前記第１の処理が、前記モータ制御部に２つの印加電圧Ｖ１、Ｖ２を極短時間づつ順次に指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値から前記印加電圧Ｖ１、Ｖ２で発生するモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２を算出する処理と、前記各印加電圧Ｖ１、Ｖ２の指定後に前記回転速度検出部を用いて前記電動モータの回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２を検出する処理から成り、前記第２の処理が、前記算出したモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と前記検出した回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２から人力によるトルクＴａを算出する処理から成り、前記第３の処理が、前記人力によるトルクＴａに応じた補助トルクの発生に必要なモータ電流値を算出し、前記モータ電流測定部で測定した電流値が前記必要なモータ電流値となる印加電圧を前記モータ制御部に所定時間だけ指定し、この所定時間の経過後、前記第１の処理からの繰り返しを指示する処理から成ることを特徴とするコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ペダルから加えられる人力エネルギに応じて電動モータを動かして人力エネルギを軽減する電動モータ付自転車とその制御方法及び記憶媒体に関し、詳しくは、人力エネルギを検出するトルク検出機構を用いずに、人力エネルギに応じて電動モータを制御する電動モータ付自転車とそれを制御するプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】  ペダルから加えられる人力トルク、即ち踏力に応じて電動モータを動かして推力を補助（アシスト）する電動モータ付自転車が知られている。この踏力を後輪で検出するためのトルク検出機構の技術としては、特許文献１、２に記載されたものがある。このトルク検出機構は構造が複雑で重量も重くなるため、特許文献３では、トルク検出機構を用いずに、回転角度センサにより検出した車輪の回転角度と自転車機構伝達関数の逆関数に基づいて、推力を補助する電動モータの出力トルクを制御する技術が提案されている。【０００３】
【特許文献１】特開平８−２６１７３号公報
【特許文献２】特開平８−９９６８５号公報
【特許文献３】特開平９−８６４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、上記特許文献３の技術では、車輪の回転角度と自転車機構伝達関数の逆関数Ｐｎ（ｓ）−１に基づき、人力トルクに応じて電動モータの出力トルクを制御するとしているが、そこからモータ出力と人力トルクとを算出する手段が示されていない他、Ｐｎ（ｓ）−１なる関数に具体性がないため、実現が不可能であった。【０００５】  本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、人力エネルギを検出するトルク検出機構を用いずに、人力エネルギに応じて電動モータを制御することが、具体的で容易に実現可能である電動モータ付自転車とそれを制御するプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記の課題を解決するため、本発明による請求項１記載の電動モータ付自転車は、自転車に推力を補助するためのトルクを発生させる電動モータと、指定された印加電圧で前記電動モータの回転を制御するモータ制御部と、前記電動モータのモータ電流を測定するモータ電流測定部と、自転車の運転・停止を判定する運転・停止判定部と、前記判定が運転の時に動作し、所定の印加電圧を前記モータ制御部に指定して前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値からモータトルクを算出すると共に、前記指定する印加電圧を変化させて前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値から回転速度を算出し、前記モータトルクと回転速度から人力によるトルクを算出し、この人力によるトルクを補助するモータトルクを決定し、前記補助するモータトルクを発生する印加電圧を所定期間だけ前記モータ制御部に指定した後、以上の処理の繰り返しを指示するアシスト制御処理部と、を備えることを特徴とする。【０００７】  また、本発明による請求項２の構成では、請求項１記載の電動モータ付自転車において、前記アシスト制御処理部が、前記モータ制御部に２つの印加電圧Ｖ１、Ｖ２を極短時間づつ順次に指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値から前記印加電圧Ｖ１、Ｖ２で発生するモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２を算出するモータトルク算出機能手段と、前記各印加電圧Ｖ１、Ｖ２の指定後に前記モータ制御部に極短時間内に印加電圧を走査しながら指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値がゼロ又は略ゼロの時の印加電圧から前記電動モータの回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２を算出する回転速度算出機能手段と、前記算出したモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２から人力によるトルクＴａを算出する人力トルク算出機能手段と、前記人力によるトルクＴａに応じた補助トルクの発生に必要なモータ電流値を算出し、前記モータ電流測定部で測定した電流値が前記必要なモータ電流値となる印加電圧を前記モータ制御部に所定時間だけ指定し、この所定時間の経過後、前記モータトルク算出機能手段からの制御の繰り返しを指示するアシスト出力決定機能手段とを、備えることを特徴とする。【０００８】  あるいは、本発明による請求項３記載の電動モータ付自転車は、自転車に推力を補助するためのトルクを発生させる電動モータと、指定された印加電圧で前記電動モータの回転を制御するモータ制御部と、前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、前記電動モータのモータ電流を測定するモータ電流測定部と、自転車の運転・停止を判定する運転・停止判定部と、前記判定が運転の時に動作し、所定の印加電圧を前記モータ制御部に指定して前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値からモータトルクを算出すると共に、前記回転速度検出部を用いて回転速度を検出し、前記モータトルクと回転速度から人力によるトルクを算出し、この人力によるトルクを補助するモータトルクを決定し、前記補助するモータトルクを発生する印加電圧を前記モータ制御部に所定期間だけ指定した後、以上の処理の繰り返しを指示するアシスト制御処理部と、を備えることを特徴とする。【０００９】  また、本���明による請求項４の構成では、請求項３記載の電動モータ付自転車において、前記アシスト制御処理部が、前記モータ制御部に２つの印加電圧Ｖ１、Ｖ２を極短時間づつ順次に指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値から前記印加電圧Ｖ１、Ｖ２で発生するモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２を算出するモータトルク算出機能手段と、前記各印加電圧Ｖ１、Ｖ２の指定後に前記回転速度検出部を用いて前記電動モータの回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２を検出する回転速度検出機能手段と、前記算出したモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と前記検出した回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２から人力によるトルクＴａを算出する人力トルク算出機能手段と、前記人力によるトルクＴａに応じた補助トルクの発生に必要なモータ電流値を算出し、前記モータ電流測定部で測定した電流値が前記必要なモータ電流値となる印加電圧を前記モータ制御部に所定時間だけ指定し、この所定時間の経過後、前記モータトルク算出機能手段からの制御の繰り返しを指示するアシスト出力決定機能手段とを、備えることを特徴とする。【００１０】  また、本発明による請求項５の構成では、請求項３又は４記載の電動モータ付自転車において、前記回転速度検出部が、ロータマグネット位置検出素子、又は速度発電機、又はインクリメントエンコーダとその検出素子を使用するものであることを特徴とする。【００１１】  あるいは、本発明による請求項６記載の電動モータ付自転車を制御するプログラムは、自転車に推力を補助するためのトルクを発生させる電動モータと、指定された印加電圧で前記電動モータの回転を制御するモータ制御部と、前記電動モータのモータ電流を測定するモータ電流測定部とを備える電動モータ付自転車を制御するプログラムであって、
所定の印加電圧を前記モータ制御部に指定して前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値からモータトルクを算出すると共に、前記指定する印加電圧を変化させて前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値から回転速度を算出する第１の処理と、前記モータトルクと回転速度から人力によるトルクを算出する第２の処理と、この人力によるトルクを補助するモータトルクを決定し、前記補助するモータトルクを発生する印加電圧を所定期間だけ前記モータ制御部に指定した後、以上の処理の繰り返しを指示する第３の処理とを、コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする。【００１２】  また、本発明による請求項７の構成では、請求項６記載のプログラムにおいて、前記第１の処理が、前記モータ制御部に２つの印加電圧Ｖ１、Ｖ２を極短時間づつ順次に指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値から前記印加電圧Ｖ１、Ｖ２で発生するモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２を算出するモータトルク算出する処理と、前記各印加電圧Ｖ１、Ｖ２の指定後に前記モータ制御部に極短時間内に印加電圧を走査しながら指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値がゼロ又は略ゼロの時の印加電圧から前記電動モータの回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２を算出する処理から成り、前記第２の処理が、前記算出したモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２から人力によるトルクＴａを算出する処理から成り、前記第３の処理が、前記人力によるトルクＴａに応じた補助トルクの発生に必要なモータ電流値を算出し、前記モータ電流測定部で測定した電流値が前記必要なモータ電流値となる印加電圧を前記モータ制御部に所定時間だけ指定し、この所定時間の経過後、前記第１の処理からの繰り返しを指示する処理から成ることを特徴とする。【００１３】  あるいは、本発明による請求項８記載の電動モータ付自転車を制御するプログラムは、自転車に推力を補助するためのトルクを発生させる電動モータと、指定された印加電圧で前記電動モータの回転を制御するモータ制御部と、前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、前記電動モータのモータ電流を測定するモータ電流測定部とを備える電動モータ付自転車を制御するプログラムであって、
所定の印加電圧を前記モータ制御部に指定して前記モータ電流測定部で測定したモータ電流値からモータトルクを算出すると共に、前記回転速度検出部を用いて回転速度を検出する第１の処理と、前記モータトルクと回転速度から人力によるトルクを算出する第２の処理と、この人力によるトルクを補助するモータトルクを決定し、前記補助するモータトルクを発生する印加電圧を前記モータ制御部に所定期間だけ指定した後、以上の処理の繰り返しを指示する第３の処理とを、コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする。【００１４】  また、本発明による請求項９の構成では、請求項８記載のプログラムにおいて、前記第１の処理が、前記モータ制御部に２つの印加電圧Ｖ１、Ｖ２を極短時間づつ順次に指定し、この時に前記モータ電流測定部で測定した電流値を求め、この電流値から前記印加電圧Ｖ１、Ｖ２で発生するモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２を算出する処理と、前記各印加電圧Ｖ１、Ｖ２の指定後に前記回転速度検出部を用いて前記電動モータの回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２を検出する処理から成り、前記第２の処理が、前記算出したモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と前記検出した回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２から人力によるトルクＴａを算出する処理から成り、前記第３の処理が、前記人力によるトルクＴａに応じた補助トルクの発生に必要なモータ電流値を算出し、前記モータ電流測定部で測定した電流値が前記必要なモータ電流値となる印加電圧を前記モータ制御部に所定時間だけ指定し、この所定時間の経過後、前記第１の処理からの繰り返しを指示する処理から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】  本発明の構成によれば、人力エネルギを検出する複雑なトルク検出機構を用いずに、人力エネルギに応じて電動モータを制御することが、具体的で容易に実現可能であるという効果が得られる。特に、請求項１の構成によれば、回転速度検出機構を用いないので、より一層、簡素な構造で実現可能であるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
【実施例１】
【００１７】  図１は、本発明の第１の実施例である電動モータ付自転車の電気的な構成を示すブロック図である。本実施例では、トルク検出機構及び回転速度検出機構を使用しない例について述べる。【００１８】  自転車には、人力による推力を補助するためのトルクを発生させる電動モータ１を備える。電動モータ１としては、多相のブラシレスモータ等が好適である。モータ制御部２は、アシスト制御処理部３から指定される印加電圧により電動モータ１の回転を制御する。この時に電動モータ１の回転磁界の転極を制御するため、及び、自転車の運転・停止を判定するため、ロータマグネット位置検出部４を設ける。自転車の運転・停止の判定は、運転・停止判定部５で行われる。モータ電流測定部６は、逐次、モータ電流を測定し、Ａ／Ｄ変換器を備えて、測定した電流値をアシスト制御処理部３へデジタル値で入力する。アシスト制御処理部３は、所定の印加電圧で測定された電流値をもとに電動モータ１の発生トルクと回転速度を算出し、算出された発生トルクと回転速度から人力によるトルクを算出する人力トルク算出処理と、算出された人力トルクに応じて推力を補助するために必要なトルクを発生させる印加電圧をモータ制御部２に指定するアシスト処理とを、繰り返し行う。【００１９】  モータ制御部２は、駆動モータ１のステータに巻かれた駆動コイルに、指定された印加電圧で回転磁界を発生させて駆動モータ１のロータを回転させる。このとき、ロータマグネット位置検出部４の検出信号により、回転磁界の転極のタイミングを制御する。ロータマグネット位置検出部４の検出信号は、駆動モータ１に電圧が印加されて回転すれば当然に出力されるが、駆動モータ１に電圧を印加しない場合でも、自転車が慣性で走行している場合には、ロータが回転して出力され、走行が停止されると出力されない。そこで運転・停止判定部５は、ロータマグネット位置検出部４の検出信号が一定時間以内に再入力されれば運転状態と判定し、一定時間以内に再入力されなければ停止状態と判定する。運転・停止の判定信号はアシスト制御処理部３に入力され、アシスト制御処理部３は運転状態の場合には人力トルク算出処理とアシスト処理とを実行し、停止状態の場合にはこれらの処理を停止する。なお、この運転・停止の判定処理は、アシスト制御処理部３でも処理可能であるが、運転における安全処理を施すには独立させるのが好ましい。【００２０】  アシスト制御処理部３は、マイクロコンピュータ及びそのプログラムとデータ等を格納するメモリ等からなり、モータトルク算出機能手段３１、回転速度算出機能手段３２、人力トルク算出機能手段３３、及びアシスト出力決定機能手段３４を有する。これらの機能手段は、プログラムによって実現されるが、一部又は全部をハードウェアによって構成してもよい。【００２１】  モータトルク算出機能手段３１は、モータ制御部２に２つの印加電圧Ｖ１、Ｖ２を極短時間づつ順次に指定し、この時にモータ電流測定部６で測定した電流値Ｉｍ１、Ｉｍ２を求め、この電流値から印加電圧Ｖ１、Ｖ２で発生するモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２を算出する。即ち、モータトルクとモータ電流とは比例関係にあるので、モータに固有の比例定数をＫｔとすると、モ��タトルクＴｍ１、Ｔｍ２は、Ｔｍ１＝Ｋｔ・Ｉｍ１、Ｔｍ２＝Ｋｔ・Ｉｍ２の式（１）で算出できる。印加電圧の指定は、数１０から数１００ｍｓｅｃで行う。印加電圧Ｖ１、Ｖ２は、運転状態に入った初回には、運転に危険を及ぼさないように比較的小さな値とする。以降には、アシスト処理で決定された印加電圧Ｖの近傍の値に設定する。例えば、Ｖ１としては０．８・Ｖ、Ｖ２としては１．２・Ｖ、あるいはその逆の値などが考えられる。【００２２】  回転速度算出機能手段３２は、印加電圧Ｖ１が指定された後、及び印加電圧Ｖ２が指定された後、それぞれモータ制御部２に極短時間内に印加電圧を走査しながら指定し、この時にモータ電流測定部６で測定した電流値を求め、この電流値がゼロ又は略ゼロの時の印加電圧Ｖｘｄ１、Ｖｘｄ２から電動モータ１の回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２を、モータの基本式から導かれるＮｘ１＝Ｖｘｄ１／Ｋｓ、Ｎｘ２＝Ｖｘｄ２／Ｋｓの式（２）で算出する。ただし、Ｋｓはモータ固有の定数である。【００２３】  人力トルク算出機能手段３３は、上記のモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２から、人力によるトルクＴａを、Ｔａ＝（Ｎｘ２・Ｔｍ１−Ｎｘ１・Ｔｍ２）／（Ｎｘ１−Ｎｘ２）の式（３）から算出する。アシスト出力決定機能手段３４は、算出された人力によるトルクＴａに応じて推力を補助するために必要なモータトルク（アシスト力）ＴａｓｉをＴａｓｉ＝ｆ・Ｔａ（ｆは補助率）で決定し、このモータトルクＴａｓｉを発生させるために必要なモータ電流ＩｍをＩｍａｓｉ＝Ｔａｓｉ／Ｋｔで算出し、モータ電流測定部６の測定電流がＩｍａｓｉとなるようにモータ制御部２に指定する印加電圧Ｖａｓｉを決定して、所定時間（例えば、数１００ｍｓｅｃ）出力する。所定時間が経過した場合には、モータトルク算出機能手段３１を起動して、再び一連の処理を繰り返す。【００２４】  次に、上記モータの回転速度の算出式（２）の根拠を示す。図２（ａ）、（ｂ）は、そのための説明図である。印加電圧をＶｘ、モータＭの逆起電圧をＶｒ、モータＭの固有の抵抗をＲｍ、モータ電流をＩｍ、モータの回転速度をＮｘ［ｒｐｍ］、Ｋｓをモータ固有の定数とすると、Ｖｘ−Ｖｒ＝Ｉｍ・Ｒｍ、Ｖｒ＝Ｋｓ・Ｎｘ（Ｋｓは定数）である。なお、Ｒｓはモータ電流検出用の抵抗であり抵抗Ｒｍに対して無視し得るものとする。ここで、モータの印加電圧Ｖｘを高速に走査しながらＶｘ１、Ｖｘ２、・・・Ｖｘ７と変化させたとき、印加電圧Ｖｘ５の時のモータ電流Ｉｍ５が＝０又は≒０になったとすると、Ｖｘ５＝Ｖｒ＝Ｋｓ・Ｎｘとなる。即ち、モータ電流Ｉｍがゼロ又は略ゼロの時の印加電圧Ｖｘ５が既知であるからモータの回転速度Ｎｘが算出できる。従って、モータ電流Ｉｍがゼロ又は略ゼロの時の印加電圧ＶｘがＶｘｄ１、Ｖｘｄ２のときのモータ回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２は、Ｎｘ１＝Ｖｘｄ１／Ｋｓ、Ｎｘ２＝Ｖｘｄ２／Ｋｓとなる。ここで、モータの回転軸は、直接又は減速ギヤ等で自転車の車軸に接続されており、人力トルクや坂道での加速トルクによっても回転している（１０：１の減速ギヤを介している場合、車輪の回転数の１０倍の速さで回転する）ので、算出された回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２は自転車の回転速度をも表し��いる。【００２５】  続いて、上記人力トルクの算出式（３）の根拠を示す。モータに電圧を印加してから定常状態の回転速度Ｎ［ｒｐｍ］になるまでの加速時間ｔ［ｓｅｃ］は、加速トルクをＴ［Ｎ・ｍ］とすると、ｔ＝ＧＤ２・Ｎ／３８．２・Ｔであることが広く知られている。ただし、ＧＤ２［Ｋｇ・ｍ２］はモータ軸に換算した慣性負荷である。従って、Ｔ＝（ＧＤ２／３８．２）・Ｎ／ｔとなり、加速時間ｔ後の定常状態での加速トルクと回転速度とは、比例関係（Ｔ＝Ｋ・Ｎ：Ｋは定数）にある。ここで、加速トルクＴを人力トルクＴａ＋モータトルクＴｍであると考えて、極短時間にモータへの印加電圧をＶ１、Ｖ２と変化させ、モータトルクをＴｍ１、Ｔｍ２に変化させた場合、人力トルクＴａは、極短時間のモータトルク変化のなかでは同一値とみなせるので、人力トルクＴａ＋モータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と定常状態の回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２の関係は、Ｔａ＋Ｔｍ１＝Ｋ・Ｎｘ１、Ｔａ＋Ｔｍ２＝Ｋ・Ｎｘ２となる。この２式からＫを消去すると、Ｔａ＋Ｔｍ２＝（Ｔａ＋Ｔｍ１）・Ｎｘ２／Ｎｘ１となる。この式から人力によるトルクＴａの算出式として、Ｔａ＝（Ｎｘ２・Ｔｍ１−Ｎｘ１・Ｔｍ２）／（Ｎｘ１−Ｎｘ２）の式（３）が導かれる。【００２６】  以上の構成による動作例を述べる。図３は、本実施例の動作例を示すフローチャートである。また、図４は、本実施例の動作例を示すタイムチャートである。まず、運転・停止判定部５による自転車の運転・停止の判定（ステップ１）において、運転状態であると判定されると、モータトルク算出機能手段３１は、モータ制御部２に極短時間だけ印加電圧Ｖ１を指定し、モータ電流測定部６で測定した電流値Ｉｍ１を求め、この電流値からモータトルクＴｍ１をＴｍ１＝Ｋｔ・Ｉｍ１で算出する（ステップ２）。次に、回転速度算出機能手段３２は、高速で印加電圧を走査し、モータ電流測定部６で測定した電流値がゼロ又は略ゼロになった時の印加電圧Ｖｘｄ１を求め、この電圧値から回転速度Ｎｘ１を、Ｎｘ１＝Ｖｘｄ１／Ｋｓで算出する（ステップ３）。次に、モータトルク算出機能手段３１は、モータ制御部２に極短時間だけ印加電圧Ｖ２を指定し、モータ電流測定部６で測定した電流値Ｉｍ２を求め、この電流値からモータトルクＴｍ２をＴｍ２＝Ｋｔ・Ｉｍ２で算出する（ステップ４）。次に、回転速度算出機能手段３２は、高速で印加電圧を走査し、モータ電流測定部６で測定した電流値がゼロ又は略ゼロになったときの印加電圧Ｖｘｄ２を求め、この電圧値から回転速度Ｎｘ２を、Ｎｘ２＝Ｖｘｄ２／Ｋｓで算出する（ステップ５）。【００２７】  次に、人力トルク算出機能手段３３は、上記で算出されたモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２から、人力トルクＴａを、Ｔａ＝（Ｎｘ２・Ｔｍ１−Ｎｘ１・Ｔｍ２）／（Ｎｘ１−Ｎｘ２）で算出する（ステップ６）。次に、アシスト出力決定機能手段３４は、算出された人力トルクＴａに応じて、推力を補助するために必要なトルクＴａｓｉ＝ｆ・Ｔａを発生させる新たな印加電圧Ｖａｓｉを、モータ電流測定部６で測定したモータ電流値ＩｍがＩｍ＝Ｔａｓｉ／Ｋｔ＝Ｉｍａｓｉとなるようにモータ制御部２に指定する（ステップ７）。次に、所定時間が経��したら、指定の印加電圧をゼロにしてステップ１に戻り（ステップ８）、以降の処理を繰り返す。ステップ１において、停止状態であると判定されると、全ての機能手段による処理を停止させて初期状態とし、運転状態になるのを待つ（ステップ９）。
【実施例２】
【００２８】  図５は、本発明の第２の実施例である電動モータ付自転車の電気的な構成を示すブロック図である。本実施例では、トルク検出機構は使用しないが、回転速度検出機構を使用する例について述べる。【００２９】  本実施例において、実施例１と同様に構成される要素には実施例１と同符号を付して、その説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、回転速度検出機構を使用することである。回転速度検出機構は、車軸又はモータの回転軸に設けた回転速度検出素子と回転速度検出部から成る。回転速度検出素子としては、ロータマグネット位置検出素子、又は速度発電機、又はインクリメントエンコーダとその検出素子等があるが、ここでは、ロータマグネット位置検出素子を用いる場合を例とする。その場合、回転速度検出部への入力として、ロータマグネット位置検出部４の検出信号を共用することができるので、新たな回転速度検出素子は不要である。回転速度検出部は、ロータマグネット位置検出部４からの検出信号間を計時パルスで計数し、この計数値を回転速度に変換する。計数及び計数値から回転速度への変換の処理は、アシスト制御処理部３′で行うのが効率的であるが、その処理手段をハードウェアで構成しても構わない。本実施例では、その処理をアシスト制御処理部３′で行うこととする、速度発電機を用いる場合には、速度検出電圧をＡ／Ｄ変換してアシスト制御処理部３′へ入力する。【００３０】  アシスト制御処理部３′は、所定の印加電圧で測定された電流値をもとに電動モータ１の発生トルクを算出すると共に、ロータマグネット位置検出部４での検出信号から回転速度を検出し、算出された発生トルクと検出された回転速度から人力によるトルクを算出する人力トルク算出処理と、算出された人力トルクに応じて推力を補助するために必要なトルクを発生させる印加電圧をモータ制御部２に指定するアシスト処理とを、繰り返し行う。アシスト制御処理部３′は、運転・停止判定部５の判定が運転状態の場合には人力トルク算出処理とアシスト処理とを実行し、停止状態の場合にはこれらの処理を停止する。アシスト制御処理部３′は、マイクロコンピュータ及びそのプログラムとデータ等を格納するメモリ等からなり、モータトルク算出機能手段３１、人力トルク算出機能手段３３、アシスト出力決定機能手段３４、及び回転速度検出機能手段３５を有する。これらの機能手段は、プログラムによって実現されるが、一部又は全部をハードウェアによって構成してもよい。【００３１】  モータトルク算出機能手段３１は、実施例１と同様にモータ制御部２に２つの印加電圧Ｖ１、Ｖ２を極短時間づつ順次に指定し、この時にモータ電流測定部６で測定した電流値Ｉｍ１、Ｉｍ２を求め、この電流値から印加電圧Ｖ１、Ｖ２で発生するモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２を式（１）で算出する。回転速度検出機能手段３５は、モータトルク算出機能手段３１により印加電圧Ｖ１が指定された後、及び印加電圧Ｖ２が指定された後、それぞれのタイミングでロータマグネット位置検出部４からの検出信号間を計時パルスで計数し、この計数値を変換して電圧Ｖ１、Ｖ２が印加された時の回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２を検出する。以下、実施例１と同様に、人力トルク算出機能手段３���は、上記のモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２と回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２から、人力によるトルクＴａを、式（３）から算出する。アシスト出力決定機能手段３４は、算出された人力によるトルクＴａに応じて推力を補助するために必要なモータトルク（アシスト力）Ｔａｓｉを決定し、このモータトルクＴａｓｉを発生させるために必要なモータ電流Ｉｍａｓｉを算出し、モータ電流測定部６の測定電流がＩｍａｓｉとなるようにモータ制御部２に指定する印加電圧Ｖａｓｉを決定して、所定時間出力する。所定時間が経過すると、モータトルク算出機能手段３１を起動して、再び一連の動作を繰り返す。【００３２】  以上の構成による動作例は、図３において、印加電圧に対応する回転速度Ｎｘ１、Ｎｘ２の求め方が上記のとおり異なるのみで、基本的な処理の流れは同様である。【００３３】  以上、本発明の実施例を図面により詳しく述べてきたが、具体的な構成は本実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、上述の実施例では、電動モータで車軸を直接回転するものであったが、電動モータがペダル軸を回転させるアシスト形式のものなど、他のアシスト形式のものであっても同様に適用可能である。また、運転、停止の判定は最終的に回転速度に反映されるので、省略することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】  本発明は、どのようなアシスト形式の電動アシスト自転車にも好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１である電動モータ付自転車の電気的な構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、同電動モータ付自転車の回転速度検出方法の原理を説明する説明図である。
【図３】同電動モータ付自転車の動作例を示すフローチャートである。
【図４】同電動モータ付自転車の動作例を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の実施例２である電動モータ付自転車の電気的な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】  １…電動モータ
２…モータ制御部
３、３′…アシスト制御処理部
３１…モータトルク算出機能手段
３２…回転速度算出機能手段
３３…人力トルク算出機能手段
３４…アシスト出力決定機能手段
３５…回転速度検出機能手段
４…ロータマグネット位置検出部
５…運転・停止判定部
６…モータ電流測定部
【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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