(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力によって車輪を駆動する人力駆動部と、バッテリを電源とするモータによって前記車輪を駆動する電動駆動部と、この電動駆動部を駆動する制御信号等を出力する制御回路と、電源スイッチの入切等の操作やバッテリの残量表示等の状態表示を行うための操作表示部とを備え、
前記制御回路と操作表示部にそれぞれマイクロコンピュータを備えると共に、前記制御回路側のマイクロコンピュータで前記バッテリの残量を判定し、その結果を前記操作表示部側のマイクロコンピュータに送って表示部に表示すると共にそのメモリに記憶すると共に、
前記制御回路側のマイクロコンピュータは、電源投入がチャタリングか電源スイッチ投入かを判別する判別手段を有し、該判別手段は、前記操作表示部のマイクロコンピュータが動作中であればチャタリングと判別し、待機状態であれば電源スイッチが投入されたと判別し、チャタリングであればバッテリの残量判定を行わず、電源スイッチ投入であればバッテリの残量判定を行うことを特徴とする補助動力付き車両。
【請求項２】
前記操作表示部側のマイクロコンピュータは、バッテリが接続されている間、メモリにバッテリ残量を継続して記憶することを特徴とする請求項１記載の補助動力付き車両。
【請求項３】
前記制御回路側のマイクロコンピュータは、電源スイッチが切られてから所定時間経過後に電源が遮断され、その間継続してバッテリ残量の判定を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の補助動力付き車両。
【請求項４】
前記電源スイッチが切られたときに表示を消灯して、前記操作表示部のマイクロコンピュータを待機状態で動作することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の補助動力付き車両。
【請求項５】
前記制御回路側のマイクロコンピュータは、電源スイッチ投入時には、バッテリ電圧から求めたバッテリ残量値と前記操作表示部側のマイクロコンピュータから送られてくるバッテリ残量メモリ値とを比較し、低い方の値を真のバッテリ残量値と判定して、前記操作表示部側のマイクロコンピュータに送って表示部に表示すると共にそのメモリに記憶することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の補助動力付き車両。
【請求項６】
前記判別手段の判別結果に基づいて、チャタリングであればメモリされたバッテリ残量を表示し、電源スイッチの投入であれば前記制御回路側のマイクロコンピュータで判定されたバッテリ残量で表示することを特徴とする請求項１記載の補助動力付き車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、電動アシスト自転車などの補助動力付き車両に係わり、特にその制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のものにおいては、駆動部の制御回路にマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略記する）を備え、電源スイッチが切られるとその時のバッテリ残量を記憶して電源を切るようにしている。そして、再度電源スイッチを入れたときに電源を切ったときの残量によって表示するという制御を行っていた。
【０００３】
また、電源スイッチが入ったときにバッテリ電圧を判定して残量表示を行うようにしたものもある。
【０００４】
また、バッテリが外されると、リセットがかかって常に新たな残量表示を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように駆動部の制御回路のマイコンにバッテリ残量を記憶し、電源を切ったときの残量によって再度電源スイッチを入れたときの残量表示を行うような制御であれば、電源スイッチを切った後、バッテリの電圧は復帰するため、再度電源スイッチを入れたときには実際の電圧と異なる表示が行われることになる。
【０００６】
また、電源スイッチが入ったときにバッテリ電圧を判定して残量表示を行うようにしたものであれば、凸凹路を走行しているときなどに、バッテリの接点が接離してチャタリングが起きると、モータ動作中で大きな電流が流れて低下した電圧によりバッテリの残量を判定して残量表示してしまうので、実際の電圧よりも小さな残量で表示してしまうことになる。
【０００７】
また、バッテリが外されると、リセットがかかって常に新たな残量表示を行う場合も、上記と同様に、凸凹路を走行しているときなどに、バッテリの接点が接離してチャタリングが起きると、モータ動作中で大きな電流が流れて低下した電圧によりバッテリの残量を判定して残量表示してしまうので、実際の電圧よりも小さな残量で表示してしまうことになる。
【０００８】
また、マイコン内にバッテリ残量をメモりして表示するようにした場合、マイコンに接続されているコンデンサに蓄えられている電圧によって電源遮断後もマイコンが一定時間動作する状態となり、この状態で新しいバッテリに取り換えられても前のバッテリ残量を表示してしまい、新しいバッテリの真の残量を表示できなくなる。
【０００９】
そこで、本願発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、正確なバッテリ残量表示を行うことができる補助動力付き車両を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本願発明は、人力によって車輪を駆動する人力駆動部と、バッテリを電源とするモータによって前記車輪を駆動する電動駆動部と、この電動駆動部を駆動する制御信号等を出力する制御回路と、電源スイッチの入切等の操作やバッテリの残量表示等の状態表示を行うための操作表示部とを備え、前記制御回路と操作表示部にそれぞれマイクロコンピュータを備えると共に、前記制御回路側のマイクロコンピュータで前記バッテリの残量を判定し、その結果を前記操作表示部側のマイクロコンピュータに送って表示部に表示すると共にそのメモリに記憶すると共に、前記制御回路側のマイクロコンピュータは、電源投入がチャタリングか電源スイッチ投入かを判別する判別手段を有し、該判別手段は、前記操作表示部のマイクロコンピュータが動作中であればチャタリングと判別し、待機状態であれば電源スイッチが投入されたと判別し、チャタリングであればバッテリの残量判定を行わず、電源スイッチ投入であればバッテリの残量判定を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記操作表示部側のマイクロコンピュータは、バッテリが接続されている間、メモリにバッテリ残量を継続して記憶することを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記制御回路側のマイクロコンピュータは、電源スイッチが切られてから所定時間経過後に電源が遮断され、その間継続してバッテリ残量の判定を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記電源スイッチが切られたときに表示を消灯して、前記操作表示部側のマイクロコンピュータを待機状態で動作することを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記制御回路側のマイクロコンピュータは、電源スイッチ投入時には、バッテリ電圧から求めたバッテリ残量値と前記操作表示部側のマイクロコンピュータから送られてくるバッテリ残量メモリ値とを比較し、低い方の値を真のバッテリ残量値と判定して、前記操作表示部側のマイクロコンピュータに送って表示部に表示すると共にそのメモリに記憶することを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記判別手段の判別結果に基づいて、チャタリングであればメモリされたバッテリ残量を表示し、電源スイッチの投入であれば前記制御回路側のマイクロコンピュータで判定されたバッテリ残量で表示することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施形態を、電動アシスト自転車を例にとって説明する。
【００２１】
まず、電動アシスト自転車全体の構成について、図９に基づき説明する。
【００２２】
この電動アシスト自転車は、前部に設けられたヘッドパイプ１と、サドル２が取り付けられるシートチューブ３とがメインフレーム４で連結され、このメインフレーム４と前記シートチューブ３とが連結する部分に人力によって回転するペダル５が取り付けられている。
【００２３】
上記ヘッドパイプ１には、ヘッドパイプ１を通して連結するようにハンドル６とこのハンドル操作によって走行方向を定める前輪７が取り付けられている。なお、図では、前輪７のリム８とタイヤ９のみを示し、スポークは図示を省略している。
【００２４】
また、ヘッドパイプ１に取り付けられた前かご１０の下には、後述するモータ等の電源となるバッテリ１１が取り付けられており、このバッテリ１１には２４ボルトのニッカド電池が用いられている。上記バッテリ１１はバッテリケース内に収納されて取り外し可能になっており、充電の際は取り外して屋内で充電することができるようになっている。
【００２５】
また、前記ペダル５には、ペダル５と共に回転する前スプロケット１２が取り付けられており、この前スプロケット１２にチェーン１３がかけられ、前スプロケット１２の回転をチェーン１３を介して後輪１４の図示しない車軸に設けられた後スプロケットに伝達するようになっている。
【００２６】
駆動輪となる後輪１４は、タイヤ１５、リム１６及びスポーク（図示せず）と、後輪１４を駆動するための駆動部１７とから構成されている。この駆動部１７には、後述するように、チェーン１３を介して伝達される人力トルクを検出するトルク検出部（トルクセンサ）、モータ及び減速機構から成る電動駆動部、前記トルク検出部の検出値を入力して前記モータに駆動信号を出力するマイコン等から成る制御回路などが内蔵されると共に、前記ハンドル６に取り付けられたブレーキレバー１８の操作により後輪１４を制動するブレーキ装置１９が取り付けられている。
【００２７】
上述のように、前記後輪１４は、ペダル５、前スプロケット１２、チェーン１３、後スプロケット及び変速機等から成る人力駆動部と、モータ及び減速機構等から成る電動駆動部の２つの駆動部によって駆動され、それらを併用して走行することができるようになっている。
【００２８】
次に、この電動アシスト自転車の駆動部１７について、図１に基づき詳細に説明する。
【００２９】
後輪１４の車軸２０には、その長手方向の一部に通常の自転車と同様の内装式変速機２１が設けられ、この変速機２１は後スプロケット２２に一方向クラッチ（図示せず）を介して連結されており、前記ペダル５の一方向の回転でしか動力伝達せず、ペダル５を逆回転させたときには変速機２１への動力伝達が遮断されるようになっている。
【００３０】
内装式変速機２１は、車軸２０を中心に後輪１４のハブを構成する回転ケーシング２３で覆われ、この回転ケーシング２３は２部品からなっており、一方は、外周にスポークを取り付けるための２本の環状リブ２４ａ，２４ｂが形成された回転ケーシング２３ａで、他方は、前記回転ケーシング２３ａの開口部を塞ぐように複数箇所で前記環状リブ２４ｂにネジ止め固定された回転ケーシング２３ｂである。
【００３１】
前記他方の回転ケーシング２３ｂの内側には減速機構の最終段を構成する大ギア２５が、外側にはブレーキホルダ２６がそれぞれ車軸２０と同心円状を成すようにネジ止め固定されている。ブレーキホルダ２６には、回転ケーシング２３ｂ外側に向かって円盤状の立壁を形成した回転片２７がネジや溶接等によって取り付けられ、この回転片２７の内周には前記ブレーキレバー１８の操作によって外方向，即ち前記回転片２７の内周に摺接して回転ケーシング２３の回転を制動するためのブレーキ装置１９が設けられている。これら回転片２７及びブレーキ装置１９はブレーキカバー２８で覆われている。
【００３２】
前記バッテリ１１からの電源線やその他の信号線等のコード２９はブレーキカバー２８を貫通し、電動駆動部３０を構成する固定ケーシング３１における蓋部３１ｂの一部を切り欠いた部分に挿通させ、固定ケーシング３１の蓋部３１ｂ内側に取り付けられた基板ケース３２内の制御基板３３に接続されている。
【００３３】
固定ケーシング３１は、後述するＤＣブラシレスモータを覆う本体部３１ａと、前記制御基板３３を内蔵する基板ケース３２や減速機構を構成する大プーリ３４等が取り付けられる蓋部３１ｂとがネジ止め固定されて成る。本体部３１ａはベアリング３５を介して変速機２１外周に取り付けられ、蓋部３１ｂは、外側に突出する筒状部３１ｃが車軸２０の変速機２１が設けられていない部分に固定されている。制御基板３３は基板ケース３２で覆われて、熱伝導性の良好なアルミ合金等で形成された蓋部３１ｂに取り付けられているので、制御基板３３からの発熱は蓋部３１ｂを介して放熱される。
【００３４】
固定ケーシング３１の本体部３１ａの内側面には、ＤＣブラシレスモータ４０を構成するステータ４１が取り付けられ、このステータ４１は、１８スロットを形成する鉄心に巻線を巻いて構成されている。また、このステータ４１には固定ケーシング３１の蓋部３１ｂ内側に取り付けられた基板ケース３２内の制御基板３３を介して３相の回転磁界を形成するための電力が供給されるようになっている。
【００３５】
前記ステータ４１の内周側には、ロータ４２が２個のベアリング４３，４３を介して変速機２１外周に回転自在に設けられている。このロータ４２は、軽量なアルミ合金で形成された内リング４４と積層した珪素綱板で形成された外リング４５から成り、外リング４５の外周部には磁極を形成する複数のマグネット４６が埋め込まれており、内リング４４には蓋部３１ｂ側に突出するように歯付きの小プーリ４７が取り付けられている。
【００３６】
前記ロータ４２に設けられた小プーリ４７と、固定ケーシング３１の蓋部３１ｂ内側に一方向クラッチ３６を介して取り付けられた大プーリ３４及び図示しないテンションプーリ間にはベルトがかけられている。前記各プーリ及びベルトは歯付きのもので、滑りが生じないようになっている。また、大プーリ３４の出力軸は蓋部３１ｂの外側に突出して小ギヤ３７が形成されており、この小ギヤ３７が回転ケーシング２３ｂの内側に取り付けられた大ギヤ２５と噛み合うように構成されている。従って、ロータ４２の回転は、小プーリ４７、大プーリ３４、一方向クラッチ３６、小ギヤ３７及び大ギヤ２５を介して減速されて回転ケーシング２３ｂに伝達される。なお、回転ケーシング２３ｂの内側に取り付けられた大ギヤ２５と、固定ケーシング３１の蓋部３１ｂから外側に突出して車軸２０に固定される筒状部３１ｃ外周との間にはベアリング３９が設けられている。
【００３７】
上記のように、回転が速くて大きなギヤ音が発生しやすいモータ４０の出力段の減速機構をプーリとベルトで構成したことにより、減速機構の発生する音を低減できる。
【００３８】
また、前記制御基板３３が収納された基板ケース３２の裏面側には、ＤＣブラシレスモータ４０を駆動制御するために必要なロータ４２の磁極位置を検出するためのホール素子と波形整形用のコンパレータが一体化されたホールＩＣ４９がロータ４２のマグネット４６に対応する位置に取り付けられており、このホールＩＣ４９の検出信号が制御基板３３に搭載されたマイコンに入力されてモータ制御信号を作っている。上記ホールＩＣ４９は、３相の回転磁界を制御するため、基板上に所定間隔で３個配置されている。
【００３９】
一方、人力が伝達される後スプロケット２２側の変速機２１外周には、回転ケーシング２３ａの内側にあって人力トルクを検出するトルクセンサ用のセンサプレート５１が固定されている。なお、上記回転ケーシング２３ａの開口周縁には上記センサプレート５１に摺接するパッキン５２が取り付けられて、防水，防塵等の対策が施されている。
【００４０】
上記センサプレート５１の内側には、変速機２１の外周にベアリング５３を介して取り付けられると共に回転ケーシング２３ａにネジ止め固定されたセンサケース５４が設けられており、これらセンサプレート５１とセンサケース５４は、センサプレート５１に固定された押さえピン５１ａとセンサケース５４に設けられた収納部５４ａ間に介在させたコイルスプリング５５を介して連結されている。即ち、変速機２１から人力駆動力がセンサプレート５１に伝わると、人力トルクの大きさに応じた収縮量でコイルスプリング５５を収縮させ、センサケース５４を介して回転ケーシング２３ａを回転させるようになっている。なお、コイルスプリング５５を介した回転ケーシング２３ａとセンサプレート５１の変位量（角度）は最大７度に設定されている。
【００４１】
上記センサケース５４の内側には、リングホルダ５６外周に摺動自在に円弧状のアルミ製リング５７が配置され、このリング５７は、リング５７外周の数カ所にピン５８に嵌め込まれて取り付けられ、ピン５８には広がる方向に付勢力を有するコインスプリング５９が挿通されている。また、リング５７は、リングホルダ５６に形成した傾斜面（図示せず）と当接するようになっており、人力が加わったときにセンサプレート５１とリング５７とが回転方向にズレを生じることによって、リング５７は回転しながらリングホルダ５６の傾斜面に沿ってリング５７が車軸方向に移動する。そして、このリング５７の外周に配置され、制御回路が搭載された制御基板３３に接続されたコイル６０によって、リング５７の車軸２０方向の変位をインダクタンスの変化として取り入れることになる。即ち、このインダクタンスの変化は、人力トルクの大きさを示す電気信号として制御基板３３に取り入れられ、この信号値に基づいてモータ４０が制御されるようになっている。
【００４２】
このように、コイルスプリング５５の収縮、即ち人力トルクの大きさによって変位量が変わるリング５７を用いたので、人力トルクの大きさによってコイル６０のインダクタンスを変化させることができ、人力トルクの大きさを電気信号で出力することができる。
【００４３】
次に、以上のように構成された電動アシスト自転車の動力伝達について説明する。
【００４４】
まず始めに、人力駆動力の伝達について説明する。
【００４５】
ペダル５から人力駆動力が入力されると、ペダル５に固定された前スプロケット１２が回転し、チェーン１３を介して後スプロケット２２が回転する。後スプロケット２２が回転すると、一方向クラッチ（図示せず）によって一方向のみに動力が伝達される。
【００４６】
進行方向の動力が伝達されると、使用者の指示するギヤ比に設定された変速機２１で変速された後、トルクセンサを構成するスプリング５５を収縮させながら回転ケーシング２３（２３ａ）を回転させ、後輪１４を回転させることができる。
【００４７】
次に、電動駆動力の伝達について説明する。
【００４８】
前述したトルクセンサのリング５７の変位によりコイル６０で検出されるインダクタンスの変化は、電気信号として制御基板３３のマイコンに入力される。そして、その信号値に基づき、モータ４０の駆動回路に信号が出力され、駆動回路内のＦＥＴのオンオフによってステータ４１の極性を変化させて回転磁界を発生させることにより、ロータ４２に設けたマグネット４６によってロータ４２が回転し、モータ４０が回転駆動する。モータ４０の回転駆動力は、小プーリ４７、大プーリ３４、一方向クラッチ３６、小ギヤ３７及び大ギヤ２５から成る減速機構よって減速されて、回転ケーシング２３（２３ｂ）を回転させ、後輪１４が回転するようになる。
【００４９】
以上のように、人力駆動力と電動駆動力は回転ケーシング２３（２３ａ，２３ｂ）で合力されて後輪１４を駆動するようになるので、使用者がペダル５を踏む力に応じた電動駆動力が加わり、坂道等でも楽に走行することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、後輪１４の車軸２０に取り付けられた内装式変速機２１にベアリング４３を介してモータ４０のロータ４２を取り付けたことにより、車軸２０の内装式変速機２１をモータ４０の軸として有効利用し、モータ４０自体も上述した構成により軽量化されているので、軽量かつコンパクトな電動アシスト自転車が実現できる。
【００５１】
次に、本実施形態の電動アシスト自転車の制御システムについて、図２に基づき説明する。
【００５２】
本実施形態の制御システムは、駆動部１７に設けられた本体側の制御回路７０と、ハンドル６の中央部に取り付けられた手元コントローラ（操作表示部）８０とが２線式の双方向のシリアル通信を行う信号線９１，９２で接続されると共に、バッテリ１１からの電源線９３が接続されて構成されている。バッテリ１１と図示しないバッテリケース及び制御回路７０と手元コントローラ８０間は、コネクタ１１ａ，７０ａ，８０ａ等を介して接続されている。
【００５３】
駆動部１７の制御回路７０と手元コントローラ８０には、それぞれマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略記する）１００，２００が設けられている。
【００５４】
制御回路７０側のマイコン（本体マイコン）１００は、バッテリ１１の２４Ｖ電圧が降圧回路７１を介して降圧された５Ｖ電圧が供給されて動作し、前述したように構成されたトルクセンサ６１からの人力トルク検出値とホールＩＣ４９からの３相用の磁極位置検出信号とに基づき、モータ駆動回路７２を介してモータ４０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動する駆動信号を形成したり、バッテリ１１の後述する残量判定等を行う。モータ駆動回路７２には、ＦＥＴのスイッチング時に発生するひげ状の電圧変化を抑えるための大容量のコンデンサが設けられている。
【００５５】
また、手元コントローラ８０側のマイコン（手元マイコン）２００は、バッテリ１１の２４Ｖ電圧が降圧回路８１を介して降圧された５Ｖ電圧が供給されて動作し、バッテリ残量表示等の各種ＬＥＤを駆動する表示回路８２を制御したり、モード切替スイッチ８３の設定や電源スイッチ８４の入切設定を入力して、それらの設定信号を本体マイコン１００に伝送したりするために設けられている。また、バッテリ残量値は、この手元マイコン２００のメモリに記憶されるようになっている。さらに、手元マイコン２００に電力を供給する降圧回路８１の前段等にダイオード８０ｂとコンデンサ８０ｃが図２に示すように接続されている。これにより、チャタリングが生じても誤った残量表示が防止できる。
【００５６】
また、モータ駆動回路７２に設けられた駆動用のコンデンサにより、バッテリ１１が外されても一定時間（本実施形態では約６分間）手元マイコン２００に電力を供給することができるようになっている。また、これにより、前記一定時間の間にバッテリ１１が交換されても、メモリに記憶された前のバッテリ残量によって残量表示されるのを防ぐため、リセット回路８５が設けられている。このリセット回路８５は、手元マイコン２００が低電力消費モードに入るときにリセットがかかりやすくなるように設定され、モータ駆動回路７２に設けられたコンデンサの電力が供給される一定時間（約６分間）の間にバッテリ１１が交換されると、バッテリ電圧の立ち上がりエッジを検知して、手元マイコン２００にリセットをかけ、メモリ内容が初期化される。従って、モータ駆動回路７２にコンデンサが設けられていても、バッテリ１１の交換による残量表示を正しく行うことができる。なお、手元マイコン２００の通常動作時にはリセットがかかりにくくなるように設定され、交換時以外のバッテリ１１の電圧変動には反応しないようになっている。
【００５７】
図３は手元コントローラ８０の上面図である。
【００５８】
この手元コントローラ８０には、電源を入切操作するための電源スイッチ８４や、バッテリ１１の残量を表示するための３個のＬＥＤ８６ａ〜８６ｃが設けられたバッテリ残量表示部８６や、アシストモードを切り替えるためのモード切替スイッチ８３及び設定されたアシストモードを表示するための３個のＬＥＤ８３ａ〜８３ｃが備えられている。
【００５９】
バッテリ１１の残量表示は、後述するようにして求められたバッテリ残量に応じて、満充電を示す３個のＬＥＤ８６ａ〜８６ｃが全て点灯する３灯から、残量が少なくなるに従って２灯→１灯→１灯の遅い点滅→１灯の速い点滅と変化するようになっている。
【００６０】
また、アシストモードとしては、人力トルクと電動駆動力のアシスト比率が常に１：１で、応答の速さを早くした快走モード（ＬＥＤ８３ａ）と、アシスト比率が１：１で、快走モードよりも応答の速さが遅い標準モード（ＬＥＤ８３ｂ）と、人力トルクが高いときは応答の速さを早くして１：１で、低いときはアシスト比率を自動的に低下させる省エネオートモード（８３ｃ）がある。
【００６１】
さて、図２に戻って、信号線９１，９２は、制御回路７０側のマイコン１００と手元コントローラ８０側のマイコン２００間に配線されており、基準信号線９１と通信信号線９２の２本が通っている。基準信号線９１には、通信信号線９２の信号レベルを判断するための基準信号が流れ、ここでは、バッテリ電圧と同じ２４Ｖが用いられており、通信信号線９２には、Ｌレベル（０Ｖ）とＨレベル（２４Ｖ）の信号が流れる。
【００６２】
通信信号線９２には、図４に示すように、所定のレベル（Ｈレベル）で所定時間の無信号の状態に続いてパルス信号でＨレベル、Ｌレベルの信号が出力され、その信号には、アシストモード設定信号、電源スイッチのオンオフ信号、メモリされたバッテリ残量値、ＬＥＤ表示信号、オートパワーオフ信号、バッテリ残量判定信号などがあり、アシストモード設定信号、電源スイッチのオンオフ信号、メモリされたバッテリ残量値は手元マイコン２００から本体マイコン１００に、ＬＥＤ表示信号、オートパワーオフ信号、バッテリ残量判定信号は本体マイコン１００から手元マイコン２００に出力され、これらの信号は双方向に出力されている。即ち、信号は手元マイコン２００から本体マイコン１００への信号と、本体マイコン１００から手元マイコン２００への信号がシリアル通信で交互に伝送される。それぞれの信号は上記各用途毎に予め定めされてコード化された一つのまとまりからなっており、そのコード化信号は信号の始まりを示す所定時間のＨレベル信号の後に各信号が伝送される。なお、伝送のタイミングは本体マイコン１００によってとられる。
【００６３】
以上のように、本実施形態では、駆動部１７の制御回路７０と手元コントローラ８０間の配線が、信号線９１，９２の２本と、電源線９３及びそのＧＮＤ線（図示省略）の計４本で済むため、配線数が少なくなって、配線が容易となり駆動部１７を簡単に構成できると共に、外観も良くなる。
【００６４】
特に、本実施形態のように、制御回路７０を含む駆動部１７が回転ケーシング２３の内部にあるため、配腺を通すには車軸２０部分しかなく、非常に制約を受けるが、上記のように信号線が少ない分、配線が細くなるため簡単に構成できる。
【００６５】
次に、バッテリ１１の残量表示について説明する。
【００６６】
バッテリ１１の残量判定は、前述したように本体マイコン１００で行われるが、この判定は、走行時から電源が切れるまでの間はバッテリ電流の積算値とバッテリ電圧を流れる電流によって補正した電圧値との判定によって行われ、この値は手元マイコン２００に所定時間毎にメモリされる。残量判定は、電源スイッチ投入時のみ、バッテリ電圧値と手元マイコン２００のメモリ値との比較によって行われる。走行時の残量判定で、バッテリ電圧を流れる電流によって補正するのは、流れる電流によって電圧が低下して正確な電圧判定ができないためである。
【００６７】
そして、電源スイッチオン直後は、バッテリ電圧から求めた残量値と手元マイコン２００から送られてくるバッテリ残量メモリ値とを比較して小さい方を真のバッテリ残量値とし、通常時は、バッテリ電圧を電流で補正して得られた残量値と電流積算値から得られた残量値の小さい方を真のバッテリ残量値として、その値を手元マイコン２００に伝送し、手元マイコン２００のメモリに記憶すると共にバッテリ残量表示部８６に表示される。
【００６８】
図５はバッテリの残量をバッテリ電圧値と電流値から算出するためのグラフで、このデータは本体マイコン１００のメモリにテーブルとして記憶されている。図６はその処理を示すフローチャートである。以下、図６のフローチャートについて、図５のグラフを参照して説明する。
【００６９】
走行中のバッテリの残量測定は、２つの値から適正な方を選択して行われる。まず、その一つの求められる値として、バッテリ電流を逐次積算して得られたバッテリ電流積算値を１００％から減算することによってバッテリ残量Ｘ％が求められる（処理１）。また、もう一つの値として、バッテリ電圧をバッテリ電流によって補正を行ったバッテリ残量Ｙ％が求められる。この算出の方法は、バッテリ電圧値と電流値を図５のグラフに当てはめ、その時のバッテリ電圧とバッテリ電流とによって何％の残量かが求められ、その値は６６，３３，１０，０％のいずれかの残量に決定される（処理２）。
【００７０】
次に、上記処理１及び処理２で算出した残量Ｘ％とＹ％を比較し、低い方の値を真のバッテリ残量と判定し（判断３）、もしもバッテリ電流積算値から求めたバッテリ残量Ｘ％の方が小さければ、その値を手元マイコン２００に記憶する（処理４）。そして、この時の値に基づいて、１００〜６６％のときはＬＥＤを３灯、６５〜３３％のときはＬＥＤを２灯、３２〜１０％のいときは１灯、９〜０のときは１灯を遅い点滅、０以下のときは１灯の速い点滅にする。そして、走行中は処理１より繰り返す。
【００７１】
一方、判断３において、バッテリ電圧とバッテリ電流より求めたバッテリ残量Ｙ％の方が小さいときは、処理６に進み、バッテリ残量Ｙ％の方を手元マイコン２００に記憶して（処理６）、その値に応じてＬＥＤ表示する（処理７）。具体的には、グラフ中１の領域であれば３灯、２の領域であれば２灯、３の領域であれば１灯、４の領域であれば１灯の遅い点滅、５の領域であれば１灯の速い点滅を行う。
【００７２】
次に、バッテリ電流積算値の値も上記バッテリ残量Ｙ％（６６％，３３％，１０％，０％のいずれか）に対応した積算値に設定され、それまでの積算値がどのような値であっても処理８でそのいずれかの値に置き換えられる。そして、処理１より繰り返される。
【００７３】
上記本体マイコン１００からのバッテリ残量値は、電源スイッチ８４が切られた後も手元マイコン２００に所定時間継続して入力される。この所定時間は、本実施形態では１０分間で、電源スイッチ８４が切られると、手元コントローラ２００の表示は消灯するが、本体マイコン１００と手元マイコン２００は起動している状態を持続する。そして、本体マイコン１００で残量判定を行い、その都度手元マイコン２００に残量値を伝送してメモリする。この時、残量値は高い値には更新しない。そして１０分経過後、本体マイコン１００の電源は遮断されるが、手元マイコン２００は最終の残量値を記憶した状態でＨＯＬＤモード，即ち省電力の待機状態に入る。
【００７４】
このように制御するのは、モータ４０が動作しているときは大きな電流が流れるので、バッテリ電圧は低下しており、電源を遮断した後に、再び電源スイッチを投入したときに、誤って走行状態時の残量よりも高い残量表示をしないためである。このように、モータ４０が停止してから１０分経過した安定したバッテリ残量値を手元マイコン２００のメモリに記憶しておくことにより、電源を遮断した後にすぐに電源スイッチをＯＮしても、メモリに記憶されているバッテリ残量値とバッテリ電圧から求めた残量値の小さい方を真のバッテリ残量値として表示することにより、電源スイッチ８４を入れた直後から正確なバッテリ残量値を表示して、使用者に知らせることができる。
【００７５】
以上の残量判定から残量表示全体の動作を、図７，図８に示すフローチャートを参照して説明する。
【００７６】
本体マイコン１００は、図７のフローチャートで示すように、まず手元マイコン２００からのシリアル信号の有無をチェックし（判断１０１のＮｏループ）、シリアル信号が有れば、回路電源をオンにすると共に、イニシャル信号受信値がオンか否かを判定する（判断１０３）。なお、イニシャル信号とは後述する手元マイコン２００から送られてくる信号で、電源は投入されたが表示は消灯した状態で省電力で動作している初期状態か否かを示す信号である。
【００７７】
イニシャル信号受信値がオンの場合は、バッテリ残量をバッテリ電圧から判定する（判断１０３のＹｅｓ→処理１０４）。そして、このバッテリ残量電圧判定値が手元マイコン２００から送られてきたバッテリ残量メモリ値の受信値より小さいか否かを判定し、小さい場合はバッテリ残量現在値を上記電圧判定値とし（判断１０５のＹｅｓ→処理１０６）、大きい場合は受信値として（判断１０５のＮｏ→処理１０７）、手元マイコン２００に送信する。また、前記判断１０３でイニシャル信号受信値がオンでない場合も、バッテリ残量現在値を受信値として手元マイコン２００に送信する（判断１０３のＮｏ→処理１０７）。
【００７８】
このように制御することにより、前記コネクタ１１ａ，７０ａ，８０ａ等にチャタリングが生じても、イニシャル信号受信値がオンか否かで、手元マイコン２００が動作中か初期状態かを判別し、動作中，すなわちチャタリングであればバッテリの残量判定を行わず、初期状態，すなわち電源スイッチ投入であればバッテリの残量判定を行って、チャタリングであればメモリされたバッテリ残量を表示し、電源スイッチ投入であれば本体マイコン１００で判定されたバッテリ残量で表示することにより、チャタリング時にも正確な残量表示を行うことができる。
【００７９】
次に、前記図６のフローチャートで示した処理により、バッテリ残量の電圧、電流判定を行い、判定値をバッテリ残量現在値として、この現在値をバッテリ残量送信値とし、手元マイコン２００に送信する（処理１０８→処理１０９→処理１１０）。
【００８０】
そして、電源スイッチ受信値がオンか否かをチェックし、オンであれば、ＬＥＤ表示送信値をオンにして手元マイコン２００に送信すると共に、モータ４０の制御をオンにして、電源遮断用の所定時間（本実施形態では１０分）を計時するタイマをクリアする（判断１１１のＹｅｓ→処理１１２→処理１１３→処理１１４）。
【００８１】
次に、上記タイマが所定時間を超えたか否かをチェックするが、ここでは超えていないので前記バッテリ残量電圧電流判定処理１０８に戻って上述した処理を繰り返す。
【００８２】
一方、手元マイコン２００から送られてくる電源スイッチ受信値がオンでなければ、ＬＥＤ表示送信値をオフとして手元マイコン２００に送信すると共に、モータ４０の制御をオフにして、上記タイマをカウントする（判断１１１のＮｏ→処理１１６→処理１１７→処理１１８）。そして、タイマが所定時間を超えたか否かをチェックし、超えていなければ、前記バッテリ残量電圧電流判定処理１０８に戻って上述した処理を繰り返す。
【００８３】
上記を繰り返して、タイマが所定時間を超えたら、手元回路動作送信値をＨＯＬＤに設定して手元マイコン２００に送信すると共に、本体回路の電源をオフとする（判断１１５のＹｅｓ→処理１１９→処理１２０）。手元回路動作送信値をＨＯＬＤに設定して送信することにより、これを受信した手元マイコン２００は後述するようにＨＯＬＤモード，すなわちメモリの内容のみを保持した省電力の待機状態に移行する。
【００８４】
従って、手元コントローラ８０の電源スイッチ８４が切られると、手元コントローラ８０の表示は消灯して使用者には電源が切れたことを知らせるが、所定時間（１０分）が経過するまでは、モータ４０が停止した状態でバッテリ残量の電圧，電流判定は行われ、手元マイコン２００のメモリに記憶されるので、本体マイコン１００の電源が遮断されてから電源スイッチ８４がＯＮすると、メモリに記憶されているバッテリ残量値とバッテリ電圧から求めた残量値の小さい方を真のバッテリ残量値として表示することにより、低くなっているバッテリ電圧を表示することがなく、電源スイッチ８４を入れた直後から正確なバッテリ残量値を表示して、使用者に知らせることができる。また、電源スイッチ８４がＯＦＦしてから１０分間は、動作中と同じく、電流積算値とバッテリ電圧を流れる電流値で補正した値とから判定され、また、メモリされる値は電源スイッチＯＦＦ時の残量よりも大きな値はメモリされない。従って、走行が停止してバッテリ１１の電圧が上昇しようとしても低い値を更新するため、この１０分間の間に電源スイッチ８４をＯＮしても走行中の状態に近い残量表示を行うことができる。
【００８５】
次に、図８のフローチャートに基づき手元マイコン２００の要部動作について説明する。
【００８６】
手元マイコン２００は、動作を開始すると、まずＬＥＤ表示を点灯することなく、イニシャル信号送信値をオンにして本体マイコン１００に送信する（処理２０１）。
【００８７】
そして、バッテリ残量送信値にメモリに記憶されているバッテリ残量メモリ値を入れて送信してから、バッテリ残量メモリ値を本体マイコン１００からのバッテリ残量受信値で書き換える（処理２０２→処理２０３）。
【００８８】
さらに、本体マイコン１００からのＬＥＤ表示受信値がオンか否かをチェックし、オンであれば、ＬＥＤ表示をオンにしてイニシャル信号送信値をオフにし（判断２０４のＹｅｓ→処理２０５→処理２０６）、オンでなければ、ＬＥＤ表示をオフのままとする（判断２０４のＮｏ→処理２０７）。
【００８９】
次に、電源スイッチ８４がオンされたか否かをチェックし、オンになっていれば電源スイッチ送信値をオンにして本体マイコン１００に送信し（判断２０８のＹｅｓ→処理２０９）、オフであれば、電源スイッチ送信値をオフにして本体マイコン１００に送信する（判断２０８のＮｏ→処理２１０）。
【００９０】
その後、本体マイコン１００からの手元回路動作受信値がＨＯＬＤか否かをチェックし（判断２１１）、ＨＯＬＤでなければ、前記処理２０２に戻って上述した処理を繰り返す。
【００９１】
また、手元回路動作受信値がＨＯＬＤであれば、ＬＥＤ表示をオフにすると共に、ＨＯＬＤ状態，すなわちメモリの内容のみを保持した省電力の待機状態へ移行する（判断２１１のＹｅｓ→処理２１２→処理２１３）。
【００９２】
このＨＯＬＤ状態は電源スイッチ８４がオンになるまで継続し（判断２１４のＮｏループ）、電源スイッチ８４のオン操作が行われると、ＨＯＬＤ状態から復帰し（判断２１４のＹｅｓ→処理２１５）、最初の処理２０１に戻って上述した処理が繰り返される。
【００９３】
なお、上記実施形態においては、本願発明を電動アシスト自転車に適用した場合について示したが、アシスト式の電動車いすなど、モータによって補助駆動される車両に適用して効果的である。
【００９４】
また、上記実施形態では、車軸２０に内装式変速機２１を備えたものに本願発明を適用した場合について示したが、車軸に変速機を有しないものにも適用可能である。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように本願発明によれば、人力によって車輪を駆動する人力駆動部と、バッテリを電源とするモータによって前記車輪を駆動する電動駆動部と、この電動駆動部を駆動する制御信号等を出力する制御回路と、電源スイッチの入切等の操作やバッテリの残量表示等の状態表示を行うための操作表示部とを備え、前記制御回路と操作表示部にそれぞれマイクロコンピュータを備えると共に、制御回路側のマイクロコンピュータでバッテリの残量を判定し、その結果を操作表示部側のマイクロコンピュータに送って表示部の表示すると共にそのメモリに記憶することにより、操作表示部のマイクロコンピュータで記憶するため、モータ制御用ではない省電力型のマイクロコンピュータで電源オフ後も継続して記憶させておくことが容易となり、電圧復帰しても正確なバッテリ残量表示を行うことができる。
また、制御回路側のマイクロコンピュータは、電源投入がチャタリングか電源スイッチ投入かを判別する判別手段を有し、判定手段は、操作表示部のマイクロコンピュータが動作中であればチャタリングと判別し、待機状態であれば電源スイッチが投入されたと判別し、チャタリングであればバッテリの残量判定を行わず、電源スイッチ投入であればバッテリの残量判定を行うことにより、チャタリングと電源投入を確実に判別できると共に、チャタリングが生じても誤った残量表示が行われるのを防ぐことができる。
【００９６】
また、操作表示部側のマイクロコンピュータは、バッテリが接続されている間、メモリにバッテリ残量を継続して記憶することにより、電源が入れられたときは正確なバッテリ残量を表示できる。
【００９７】
また、制御回路側のマイクロコンピュータは、電源スイッチが切られてから所定時間経過後に電源が遮断され、その間継続してバッテリ残量の判定を行うことにより、必要最低限の電力でバッテリ残量を記憶することができると共に、電源スイッチを入れた直後から正確なバッテリ残量値を表示して、使用者に知らせることができる。
【００９８】
また、電源スイッチが切られたときに表示を消灯して、操作表示部側のマイクロコンピュータを待機状態で動作することにより、使用者には電源を切った状態を示し、電源オフ後の残量判定を継続するため、正確なバッテリ残量を表示できる。
【００９９】
また、制御回路側のマイクロコンピュータは、電源スイッチ投入時には、バッテリ電圧から求めたバッテリ残量値と操作表示部側のマイクロコンピュータから送られてくるバッテリ残量メモリ値とを比較し、低い方の値を真のバッテリ残量値と判定して、操作表示部側のマイクロコンピュータに送って表示部に表示すると共にそのメモリに記憶することにより、電源スイッチ投入時に正確なバッテリ残量を表示できる。
【０１０２】
また、前記判別手段の判別結果に基づいて、チャタリングであればメモリされたバッテリ残量を表示し、電源スイッチの投入であれば制御回路側のマイクロコンピュータで判定されたバッテリ残量で表示することにより、チャタリング時にも正確な残量表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態に係る電動アシスト自転車の駆動部の要部断面図。
【図２】本実施形態の制御システムを示すブロック構成図。
【図３】上記図２の手元コントローラの上面図。
【図４】上記図２の通信信号線を流れる信号の説明図。
【図５】バッテリの残量をバッテリ電圧値と電流値から算出するためのグラフを示す図。
【図６】同じく、その処理を示すフローチャート。
【図７】上記図２の本体マイコンの要部動作を示すフローチャート。
【図８】同じく、手元マイコンの要部動作を示すフローチャート。
【図９】本願発明が適用される電動アシスト自転車の全体構成を示す側面図。
【符号の説明】
５  ペダル
１１  バッテリ
１２  前スプロケット
１３  チェーン
１４  後輪
１７  駆動部
２０  車軸
２１  内装式変速機
２２  後スプロケット
２３，２３ａ，２３ｂ  回転ケーシング
３０  電動駆動部
３１  固定ケーシング
３１ａ  本体部
３１ｂ  蓋部
３１ｃ  筒状部
３３  制御基板
４０  ＤＣブラシレスモータ
４１  ステータ
４２  ロータ
４６  マグネット
４９  ホールＩＣ
５１  センサプレート
５１ａ  押さえピン
５２  パッキン
５３  ベアリング
５４  センサケース
５４ａ  収納部
５５  コイルスプリング
５６  リングホルダ
５７  リング
６０  コイル
６１  トルクセンサ
７０  制御回路
７１  降圧回路
７２  モータ駆動回路
１００  マイクロコンピュータ
８０  手元コントローラ（操作表示部）
８０ａ  ダイオード
８０ｃ  コンデンサ
８１  降圧回路
８２  表示回路
８３  モード切替スイッチ
８３ａ〜８３ｃ  ＬＥＤ
８４  電源スイッチ
８５  リセット回路
８６  バッテリ残量表示部
８６ａ〜８６ｃ  ＬＥＤ
９１  基準信号線
９２  通信信号線
９３  電源線
【図１】
0003913482.tif 000002
【図２】
0003913482.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003913482.tif 000005
【図５】
0003913482.tif 000006
【図６】
0003913482.tif 000007
【図７】
0003913482.tif 000008
【図８】
0003913482.tif 000009
【図９】
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