JP5174855B2

JP5174855B2 - 自転車用の電動機制御システム

Info

Publication number: JP5174855B2
Application number: JP2010134552A
Authority: JP
Inventors: 崇王才田
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: TW201221383A; CN102275514A; EP2394902A1; US20120316709A1; US9308964B2; JP2011259681A; CN102275514B; EP2394902B1; TWI449635B

Description

本発明は、自転車用の電動機制御システム、特に、自転車の車輪の回転をアシストする電動機を制御するための自転車用の電動機制御システムに関する。

自転車において、人力による駆動力を電動モータにより補助するアシスト自転車が、従来から知られている（たとえば、特許文献１参照）。このような従来のアシスト自転車では、搭乗者がアシストモードを選択すると、搭乗者の駆動力が電動モータにより補助される。一方で、搭乗者が回生充電モードを選択すると、電動モータから得られる電力を、バッテリに供給することによって、バッテリが回生充電される。

特開２００５−３０４２８３

従来のアシスト自転車では、たとえばバッテリの充電量が不足した場合、電動機の動作モードを制御する制御装置が、各種命令を発行することができなくなり、電動機の動作モードを切り換えることができない。このため、バッテリの充電量が不足した場合等では、電動機の動作モードを適切な動作モードに設定することができていないおそれがある。

本発明の課題は、電動機の動作モードを適切な動作モードに設定することができるシステムを提供することにある。

発明１に係る自転車用の電動機制御システムは、自転車の車輪の回転をアシストする電動機を制御するためのシステムである。

この電動機制御システムは、電動機用の通信部と、第１モード切換部とを、備えている。電動機用の通信部は、自転車に搭載可能で、かつ電動機の動作モードを変更可能な電装品との間で、電力線通信を実行可能である。第１モード切換部は、前記通信部が電力線通信を行う電力線を介して供給される電力および電動機からの電力のいずれの電力によっても動作可能であり、電装品との通信状態に応じて、自転車の車輪の回転をアシスト可能な駆動モードから、自転車の車輪の回転を用いて発電した電力を出力する発電モードへと、電動機の動作モードを切り換える。

この場合、第１モード切換部は、電装品との通信が不能であるとき、駆動モードから発電モードへと電動機の動作モードを切り換える。

電力線通信では、電力線と通信線とが共通化されており、電力信号に、電力信号より高周波の情報信号をのせることによって、電力と情報とを同時に通信することができる。このため、電力信号が途絶えた場合、すなわち電力の供給が停止した場合は、電力線通信そのものが実行されなくなる。言い換えると、電力線通信が行われていれば、電力および情報の供給が行われていると判断することができる。

これにより、本発明では、第１モード切換部が、電装品との通信状態に応じて、駆動モードから発電モードへと、電動機の動作モードを動的に切り換えているので、電動機の動作モードを適切に設定することができる。

また、電装品との通信が不能である場合、すなわち電動機に対する電力供給が停止した場合に、駆動モードから発電モードへと、電動機の動作モードを動的に切り換えることができるので、電動機の動作モードを適切に設定することができる。

発明２に係る自転車用の電動機制御システムは、自転車の車輪の回転をアシストする電動機を制御するためのシステムである。

この電動機制御システムは、電動機用の通信部と、第１モード切換部と、回転検出部とを、備えている。電動機用の通信部は、自転車に搭載可能で、かつ電動機の動作モードを変更可能な電装品との間で、電力線通信を実行可能である。第１モード切換部は、前記通信部が電力線通信を行う電力線を介して供給される電力および電動機からの電力のいずれの電力によっても動作可能であり、電装品との通信状態に応じて、自転車の車輪の回転をアシスト可能な駆動モードから、自転車の車輪の回転を用いて発電した電力を出力する発電モードへと、電動機の動作モードを切り換える。回転検出部は、車輪の回転状態を検出する。

この場合、第１モード切換部は、電装品との通信が不能であり、且つ車輪の回転速度が所定の回転速度よりも高い場合に、駆動モードから発電モードへと電動機の動作モードを切り換える。

また、第１モード切換部は、車輪の回転状態によって、動作モードの切り換えに必要な電力の発電状態、すなわち電動機の発電状態を、判断している。これにより、電動機の動作モードを、駆動モードから発電モードへと、適切に切り換えることができる。

ここでは、電装品との通信が不能である場合、たとえば電動機に対する電力供給が停止した場合、且つ車輪の回転速度が所定の回転速度よりも高い場合、駆動モードから発電モードへと、電動機の動作モードを動的に切り換えている。言い換えると、たとえば、電動機からの電力を用いて、発電モードで安定して動作可能な状態である場合に、駆動モードから発電モードへと、電動機の動作モードを動的に切り換えている。このため、電動機の動作モードを、より適切に切り換えることができる。

発明３に係る自転車用の電動機制御システムは、自転車の車輪の回転をアシストする電動機を制御するためのシステムである。

この電動機制御システムは、電動機用の通信部と、第１モード切換部と、停止時間計算部とを、備えている。電動機用の通信部は、自転車に搭載可能で、かつ電動機の動作モードを変更可能な電装品との間で、電力線通信を実行可能である。第１モード切換部は、前記通信部が電力線通信を行う電力線を介して供給される電力および電動機からの電力のいずれの電力によっても動作可能であり、電装品との通信状態に応じて、自転車の車輪の回転をアシスト可能な駆動モードから、自転車の車輪の回転を用いて発電した電力を出力する発電モードへと、電動機の動作モードを切り換える。停止時間計算部は、電装品との通信が停止している時間を、計算する。

この場合、第１モード切換部は、上記の時間が所定の時間以上の間、電装品との通信が不能である場合に、駆動モードから発電モードへと電動機の動作モードを切り換える。

ここでは、所定の時間以上の間、電装品との通信が不能である場合に、第１モード切換部が、駆動モードから発電モードへと電動機の動作モードを切り換える。この場合、所定の時間以上の間、電装品との通信が不能である場合に、電動機の動作モードが、駆動モードから発電モードへと切り換えられる。これにより、一時的に電力の供給が停止した場合には、動作モードの切り換えを行わないように規制することができる。

発明４に係る自転車用の電動機制御システムは、自転車の車輪の回転をアシストする電動機を制御するためのシステムである。

この電動機制御システムは、電動機用の通信部と、第１モード切換部と、回転検出部と、停止時間計算部とを、備えている。電動機用の通信部は、自転車に搭載可能で、かつ電動機の動作モードを変更可能な電装品との間で、電力線通信を実行可能である。第１モード切換部は、前記通信部が電力線通信を行う電力線を介して供給される電力および電動機からの電力のいずれの電力によっても動作可能であり、電装品との通信状態に応じて、自転車の車輪の回転をアシスト可能な駆動モードから、自転車の車輪の回転を用いて発電した電力を出力する発電モードへと、電動機の動作モードを切り換える。回転検出部は、車輪の回転状態を検出する。停止時間計算部は、電装品との通信が停止している時間を、計算する。

この場合、第１モード切換部は、所定の時間以上の間、電装品との通信が不能であり、且つ車輪の回転速度が所定の回転速度よりも高い場合に、駆動モードから発電モードへと電動機の動作モードを切り換える。

より具体的には、電装品との通信が不能である場合、たとえば所定の時間以上の間、電装品との通信が不能である場合、且つ車輪の回転速度が所定の回転速度よりも高い場合、駆動モードから発電モードへと、電動機の動作モードが動的に切り換えられる。

このため、たとえば、電動機からの電力を用いて、発電モードで安定して動作可能な状態である場合に、駆動モードから発電モードへと、電動機の動作モードが動的に切り換えられる。このため、電動機の動作モードを、より適切に切り換えることができる。また、所定の時間以上の間、電装品との通信が不能である場合、たとえば一時的に電力の供給が停止した場合に、動作モードの切り換えを行わないように規制することができる。

発明５に係る自転車用の電動機制御システムでは、発明１から４のいずれか１つに係るシステムにおいて、電動機用の通信部が、電動機が発電した電力によって作動可能である。

この場合、電動機用の通信部は、電動機が発電した電力によって作動するので、外部からの電力供給がない場合であっても、通信に関する処理および制御を実行することができる。

発明６に係る自転車用の電動機制御システムでは、発明１から５のいずれか１つに係るシステムにおいて、蓄電部の電力を用いて作動する電装品からのモード切換信号に基づいて、第２モード切換部が、発電モードから駆動モードへと、電動機の動作モードを切り換える。この場合、上述した電装品が、蓄電部の電力を用いて作動し、この電装品からのモード切換信号に基づいて、電動機の動作モードを、発電モードから駆動モードへと動的に切り換えることができる。

発明７に係る自転車用の電動機制御システムは、発明６に係るシステムにおいて、電源の充電量を監視する充電量監視部を、さらに備えている。第２モード切換部は、電源の充電量が所定値以上になった場合に、発電モードから駆動モードへと、電動機の動作モードを切り換える。この場合、電源の充電量が所定値以上になった場合に、電動機の動作モードを、発電モードから駆動モードへと切り換えるので、動作モードの切り換えを行った後に、自転車の車輪の回転を確実にアシストすることができる。

発明８に係る自転車用の電動機制御システムでは、発明６又は７に係るシステムにおいて、第２モード切換部が、所定の時間、電装品と通信するための通信部と電動機用の通信部との通信が可能である場合に、発電モードから駆動モードへと、電動機の動作モードを切り換える。この場合、電装品と通信するための通信部と電動機用の通信部との通信が、所定の時間、継続している場合に、電動機の動作モードを発電モードから駆動モードへと切り換えるので、上記の電装品との通信状態すなわち電動機への電力供給の状態が安定したときに、電動機の動作モードを、発電モードから駆動モードへと動的に切り換えることができる。

発明９に係る自転車用の電動機制御システムでは、発明６から８のいずれか１つに係るシステムにおいて、第２モード切換部が、回転検出部によって検出された回転状態に基づいて、車輪の回転が所定の回転数になった場合、又は自転車の走行距離が所定の距離に到達した場合に、発電モードから駆動モードへと、電動機の動作モードを切り換える。この場合、車輪の回転が所定の回転数になった場合、又は自転車の走行距離が所定の距離に到達した場合に、電動機の動作モードを発電モードから駆動モードへと切り換えるので、電動機への電力供給が安定した状態において、電動機の動作モードを発電モードから駆動モードへと切り換えることができる。すなわち、電動機に対して電力を確実に供給することができる。

発明１０に係る自転車用の電動機制御システムでは、発明１から９のいずれか１つに係るシステムにおいて、第１モード切換部は、電動機を内蔵する自転車用ハブに設けられるので、自転車用ハブにおいて動作モードの切り換えを行うことができる。

本発明によれば、電装品との通信状態に応じて、自転車の車輪の回転をアシスト可能な駆動モードから、自転車の車輪の回転を用いて発電した電力を出力する発電モードへと、電動機の動作モードを動的に切り換えることができる。

本発明の一実施形態が採用された自転車の右側面図。電気回路部の回路ブロック図。電動機制御システムの機能ブロック図。電動機制御システムのフロー（第１実施形態）。電動機制御システムのフロー（第２実施形態）。電動機制御システムのフロー（第３実施形態）。電動機制御システムのフロー（第４実施形態）。電動機制御システムのフロー（第５実施形態）。電動機制御システムのフロー（第６実施形態）。電動機制御システムのフロー（第７実施形態）。

＜自転車の全体構成＞
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は人力よる駆動をモータ内蔵ハブ１０により補助するアシスト自転車である。自転車は、フレーム体１０２およびフロントフォーク１０３を有するフレーム１０１と、ハンドル部１０４と、駆動部１０５と、前輪１０６ｆと、後輪１０６ｒと、フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒと、前照灯２３と、尾灯２４と、を備えている。フロントフォーク１０３は、フレーム体１０２の前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒは、前輪１０６ｆ及び後輪１０６ｒのリム１２１ｆ及び１２１ｒにそれぞれ接触して制動する。

フレーム１０１には、サドル１１１やハンドル部１０４を含む各部が取り付けられている。駆動部１０５は、フレーム体１０２のハンガー部に回転自在に支持されたクランク軸１１６と、クランク軸１１６の両端に固定されたギアクランク１１８ａ及び左クランク（図示せず）と、ギアクランク１１８ａに掛け渡されたチェーン１１９と、後輪１０６ｒのリアハブ１１０に装着されたギア１０９と、フロントディレーラ１０８ｆと、リアディレーラ１０８ｒと、を有している。

フロントディレーラ１０８ｆは、ギアクランク１１８ａに装着された、たとえば３枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。リアディレーラ１０８ｒは、リアハブ１１０に取り付けられた、ギア１０９のたとえば９枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは、いずれも電動駆動されるものであり、図示しない電動アクチュエータと、現在の変速段を検出する段数センサと、これらを制御するディレーラ制御部と、をそれぞれ有している。ハンドルバー１１５には、変速を指示する変速スイッチが設けられ、変速スイッチの操作に応じて、ディレーラ制御部が電動アクチュエータを制御する。本実施の形態では、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは電動駆動されるが、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは変速レバーにワイヤーで連結され、変速レバーによってワイヤーを引っ張ることによって変速駆動される構成であってもよい。

フレーム体１０２の後上部には、リアキャリア１１２が取り付けられている。リアキャリア１１２には、リアキャリアユニット１３が装着されている。リアキャリアユニット１３は、モータ本体１０ａの動作モードを変更可能な電装品である全体制御部１２を含んでいる。全体制御部１２は、モータ内蔵ハブ１０を含めて、自転車に搭載される他の電装品２０（他の電装品２０については図３を参照）を制御する。

リアキャリアユニット１３は、モータ内蔵ハブ１０、全体制御部１２及び前照灯２３等の他の電装品２０の電源となる蓄電部１４を着脱可能に搭載している。蓄電部１４は、蓄電池を含んでいる。蓄電池は、たと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んでいる。蓄電部１４には、尾灯２４が一体で取り付けられている。

全体制御部１２は、蓄電部１４に充電された電力を用いて作動可能である。全体制御部１２は、主に、図示しない、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とから構成されている。たとえば、ＣＰＵは、制御に関する命令を、ＲＯＭから読み出して、外部に発行する。また、ＣＰＵは、計算に関する命令を、ＲＯＭから読み出して、外部に発行する。この場合、ＣＰＵからの命令に基づいて、各種のデータがＲＯＭから読み出され、ＲＡＭに格納される。そして、ＲＡＭに格納されたデータを用いて、ＣＰＵは各種処理を実行する。そして、この処理結果に基づいて、ＣＰＵは各種命令を、外部に発行する。

全体制御部１２は、全体通信部７８（電装品と通信するための通信部）を有している。全体通信部７８は、後述する電力線７０（図２および図３を参照）を介して、たとえばＰＬＣ（Power Line Communications）によって、電力信号および情報信号の送受信を行う。

ハンドル部１０４は、フロントフォーク１０３の上部に固定されたハンドルステム１１４と、ハンドルステム１１４に固定されたバーハンドル型のハンドルバー１１５とを有している。ハンドルバー１１５の両端には、左ブレーキレバー１６ｆ及び右ブレーキレバー１６ｒと、が装着されている。また、ハンドルバー１１５の中央部には、表示ユニット１８と、前照灯２３とが装着されている。表示ユニット１８は、たとえばアシストモード及び回生制動モードなどの動作モードを表示可能である。

他の電装品２０には、たとえば、表示ユニット１８、前照灯２３、および尾灯２４等が含まれる。複数の他の電装品２０それぞれは、電力線７０たとえばＰＬＣにより、互いに連結されており、電力信号および情報信号の送受信を行う。また、これら電装品２０は、全体制御部１２と同様の機能を有している。

モータ内蔵ハブ１０は、自転車の前輪１０６ｆのハブを構成するものである。モータ内蔵ハブ１０は、フロントフォーク１０３の先端に装着されており、人力補助用のものである。モータ内蔵ハブ１０は、電動機（以下、モータ本体１０ａと呼ぶ）を含んでいる。モータ本体１０ａは、たとえば３相のブラシレスＤＣモータによって実現される。モータ内蔵ハブ１０は、図２に示すように、ハブ軸１５と、ハブ軸１５に装着されるモータケース１７と、モータケース１７内に配置された電気回路部１９とを、有している。

なお、モータ内蔵ハブの機械的な構成は、インナーロータのモータであってもよく、アウターロータのモータであってもよい。さらに、モータ内蔵ハブは、モータ本体１０ａの回転を減速してハブシェルに伝達する遊星歯車機構を備えていてもよく、また遊星歯車機構を備えておらずロータがハブシェルに直接接続される構成であってもよい。

＜電気回路部＞
電気回路部１９は、モータ内蔵ハブ１０を駆動制御し、電装品２０に供給する電力を補助的に制御する。電気回路部１９は、蓄電部１４から供給された直流をスイッチングして交流に変換するＤＣ−ＡＣインバータの機能を有している。また、電気回路部１９は、上記のスイッチングの周波数からモータ内蔵ハブ１０の回転数および回転速度の少なくともいずれかを検出する回転センサ機能を有している。

また、電気回路部１９は、モータ内蔵ハブ１０を使用して回生制動する際は、回生制動の比率を全体制御部１２の制御により変化させる回生駆動機能も有している。さらに、電気回路部１９は、モータ内蔵ハブ１０内に配置されるモータ本体１０ａを発電機として使用して、全体制御部１２および／または他の電装品２０が動作可能な電力を出力する発電モードも有している。

蓄電部１４は、蓄電状態で出力が変化する。たとえば、この蓄電部１４では、満充電の状態において最高電圧を出力する。そして、蓄電部１４の充電量が減るにつれて、最高電圧から最低電圧へと出力電圧が低下する。たとえば、蓄電部１４の充電量が減るにつれて、２４Ｖ（最高電圧）から１８Ｖ（最低電圧）へと出力電圧が低下する。そして、この蓄電部１４の蓄電がなくなるか、または蓄電量が所定量以下となると、この蓄電部１４からの出力は停止される。ここでは、蓄電部１４は、全体制御部１２に接続されており、蓄電部１４からの電力の供給は、全体制御部１２によって制御される。

電気回路部１９は、モータ本体１０ａを駆動するモータ駆動回路としての機能を有するとともに、モータ本体１０ａから電力を生成する電力生成回路としての機能を有する。電気回路部１９は、モータ内蔵ハブ１０のケース本体の内部に固定される回路基板に搭載された複数（たとえば６つ）の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、モータ用の制御素子４６を含むその他の電子部品とを、備えている。また、電気回路部１９は、全体制御部１２および／または他の電装品２０に供給する電力を補助的に制御する。電気回路部１９は、自転車に設けられるモータ本体１０ａからの電力で動作することができる。電気回路部１９は、モータ本体１０ａによって生成される電力を、電装品２０が動作可能な電圧又は電流に変換して、変換後の電力を全体制御部１２および／または他の電装品２０へ供給することができる。電気回路部１９は、図３に示されて後述するモータ用の制御部７１とモータ用の通信部７２とを備えている。

＜電動機制御システムの構成＞
図３には、電動機制御システムの機能ブロック図を示す。電動機制御システムは、自転車の車輪の回転をアシストするモータ内蔵ハブ１０を制御するためのものである。

モータ内蔵ハブ１０は、モータ用の制御部７１とモータ用の通信部７２とを、備えている。

モータ用の制御部７１は、モータ用の通信部７２における通信状態、たとえばモータ用の通信部７２と全体通信部７８との間の通信状態を判断する。また、モータ用の制御部７１は、回転検出部７４の情報に基づいて車輪の回転状態を判断する。モータ用の制御部７１は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとを含んで、構成されている。これらの装置は、それぞれの基本的な機能は、上述した全体制御部１２において説明したものと同じである。

モータ用の制御部７１は、回転検出部７４と、第１モード切換部７５と、第２モード切換部７６と、停止時間計算部７３と、充電監視部７７とを、有している。

回転検出部７４は、車輪の回転状態を検出する。回転検出部７４は、たとえば自転車の前輪の回転数を検出する回転センサ（図示しない）によって、車輪の回転状態を検出する。回転センサは、モータ内蔵ハブ１０に内蔵されている。回転センサは、前輪が１回転する度に、パルス状の電圧を発生する。回転検出部７４は、このパルス状の電圧を検知した時間を、随時、ＲＡＭに書き込む。これにより、回転検出部７４は、ある１サイクルで検知されたパルスの時間と、次の１サイクルで検知されたパルスの時間とから、前輪が１回転に要した時間を計算し、前輪の１分単位の回転数（ｒｐｍ）を計算する。また、これらの情報を用いることによって、回転検出部７４は、前輪の１回転単位の回転速度を計算することができる。ここでは、回転センサを用いているが、回転検出部７４は、モータ本体１０ａに流れる電流の周波数に基づいて、回転数および回転速度の少なくともいずれか一方を検出してもよい。

第１モード切換部７５は、全体制御部１２からの第１モード切換信号に基づいて、駆動モードから発電モードへと、モータ本体１０ａの動作モードを切り換える。第１モード切換信号は、モータ内蔵ハブ１０と全体制御部１２との通信状態、車輪の回転状態、および蓄電部１４の充電状態の少なくともいずれか１つの状態に応じて、全体制御部１２から第１モード切換部７５へと供給される。

第１モード切換部７５は、全体制御部１２との通信状態に応じて、自転車の車輪の回転をアシスト可能な駆動モード（アシストモード）から、自転車の車輪の回転を用いて発電した電力を出力する発電モード（ダイナモモード）へと、モータ本体１０ａの動作モードを切り換える。詳細には、第１モード切換部７５は、全体制御部１２との通信状態および車輪の回転状態に応じて、駆動モードから発電モードへと、モータ本体１０ａの動作モードを切り換える。具体的には、第１モード切換部７５は、所定の時間以上の間、全体制御部１２との通信が不能であり、且つ車輪の回転速度が所定の回転速度よりも大きい場合に、モータ本体１０ａのモードを、駆動モードから発電モードへと切り換える。

第２モード切換部７６は、全体制御部１２からの第２モード切換信号に基づいて、発電モードから駆動モードへと、モータ本体１０ａの動作モードを切り換える。第２モード切換信号は、モータ内蔵ハブ１０と全体制御部１２との通信状態、車輪の回転状態、および蓄電部１４の充電状態の少なくともいずれか１つの状態に応じて、全体制御部１２から第２モード切換部７６へと供給される。

モータ内蔵ハブ１０と全体制御部１２との通信状態は、通信時間が所定の時間以上である否かによって、判断される。たとえば、この通信時間が所定の時間以上である場合に、モータ本体１０ａの動作モードが切り換えられる。また、車輪の回転状態は、回転検出部７４によって検出される。ここでは、車輪の回転数に基づいて、モータ内蔵ハブ１０のモードを切り換える場合の例を示すが、自転車の走行距離に基づいて、モータ内蔵ハブ１０のモードを切り換えるようにしても良い。この場合、走行距離は、たとえばモータ用制御部７１において回転検出部７４の検出結果と、予め定め登録されている自転車の車輪の寸法とを用いて算出すればよい。さらに、蓄電部１４の充電状態は、充電監視部７７によって管理される。

充電監視部７７は、蓄電部１４の充電量を管理する。充電監視部７７は、蓄電部１４の充電量が所定値以上であるか否かを、判断している。たとえば、蓄電部１４の充電量が所定値以上になった場合で、第１モード切換信号を受け取った場合に、モータ本体１０ａの動作モードが、切り換えられる。停止時間計算部７３は、電装品２０との通信が停止している時間を、計算する。ここでは充電監視部７７が設けられるが、この充電監視部７７は必ずしも設けられなくてもよく、必要に応じて設ければよい。

モータ用の通信部７２は、全体通信部７８との間で、電力線通信を実行する。モータ用の通信部７２は、モータ内蔵ハブ１０が発電した電力によって作動可能である。なお、電力線通信は、上述したように、たとえばＰＬＣを用いて、電力線７０により、電力の供給と信号の送信とを同時に行う。

全体制御部１２は、たとえば、他の電装品２０、モータ内蔵ハブ１０、および蓄電部１４を制御する。全体制御部１２は、上記の第１モード切換信号の発行、および上記の第２モード切換信号の発行を行う。全体制御部１２は、発電モードではモータ内蔵ハブ１０からの電力で起動し、駆動モードでは蓄電部１４の電力で作動する。全体制御部１２は、全体通信部７８を備えている。全体通信部７８は、電力線７０を介して、モータ用の通信部７２および他の全体通信部７８との通信を行う。

他の電装品２０は、図示しない通信部を、有している。各電装品２０の通信部は、全体通信部７８と通信を行う。また、各電装品２０の通信部は、電装品間で通信を行う。ここでの通信は、電力線通信である。なお、電力線通信は、上述したように、たとえばＰＬＣを用いて、電力線７０により、電力の供給と信号の送信とを同時に行う。

＜電動機制御システムの動作＞
＜第１実施形態＞
図４には、上述した電動機制御システムのフローを示す。電動機制御システムは、モータ内蔵ハブ１０を制御するシステムである。電動機制御システムは、駆動モードから発電モードへモータ本体１０ａの動作モードを切り換える機能と、発電モードから駆動モードへモータ本体１０ａの動作モードを切り換える機能を有している。

以下には、電動機制御システムの動作例を示す。

モータ用の制御部７１に電力が供給されると、本フローが開始され、まず、全体制御部１２からモータ内蔵ハブ１０への通信が行われているか否が、モータ用の制御部７１によって判断される（Ｓ１）。たとえば、モータ用の通信部７２と通信部７８との間で、信号の送受信が行われているか否かが、モータ用の制御部７１によって判断される。そして、モータ用の通信部７２と通信部７８との間で、信号の送受信が停止していた場合（Ｓ１でＮｏ）、信号の停止時間が所定の時間以上であるか否かが、モータ用の制御部７１によって判断される（Ｓ２）。

続いて、信号の停止時間が所定の時間以上であった場合（Ｓ２でＹｅｓ）、車輪の回転速度たとえば前輪の回転速度が、所定の回転速度よりも大きいか否かが、モータ用の制御部７１によって判断される（Ｓ３）。そして、前輪の回転速度が所定の回転速度よりも大きかった場合（Ｓ３でＹｅｓ）、モータ用の制御部７１がモータ本体１０ａの動作モードを、駆動モードから発電モードへと切り換える（Ｓ４）。

続いて、モータ本体１０ａの動作モードを、発電モードから駆動モードへと切り換えるか否かが、モータ用の制御部７１によって判断される（Ｓ６）。たとえば、全体制御部１２から第２モード切換信号が発行され、この第２モード切換信号をモータ用の通信部７２が受信した場合、この第２モード切換信号に基づいて、モータ用の制御部７１がモータ本体１０ａの動作モードを、発電モードから駆動モードへと切り換える（Ｓ６でＹｅｓ）。なお、モータ用の制御部７１は、第２モード切換信号がモータ用の通信部７２に入力されていない状態では、第２モード切換信号の入力を監視している（Ｓ６でＮｏ）。

一方で、モータ用の通信部７２と全体通信部７８との間で、信号の送受信が実行されていた場合（Ｓ１でＹｅｓ）、モータ用の制御部７１がモータ本体１０ａを駆動モードで動作させる（Ｓ７）。続いて、モータ本体１０ａの動作モードを、駆動モードから発電モードへと切り換えるか否かが、モータ用の制御部７１によって判断される（Ｓ８）。たとえば、全体制御部１２から第１モード切換信号が発行され、この第１モード切換信号をモータ用の通信部７２が受信した場合、この第１モード切換信号に基づいて、モータ用の制御部７１がモータ本体１０ａの動作モードを、駆動モードから発電モードへと切り換える（Ｓ８でＹｅｓ）。なお、モータ内蔵ハブ１０が駆動モードで動作している状態では（Ｓ７およびＳ８でＮｏ）、ステップ１（Ｓ１）の制御が実行される。

なお、上記のフローはエンド表示が示されていないが、モータ用の制御部７１への電力の供給が停止されると、上記のフローは終了する。たとえば、モータ用の制御部７１に電力線７０から電力を供給されず、かつ車輪の回転が停止すると、上記のフローは終了する。

上記のように、本実施形態では、モータ内蔵ハブ１０と電装品２０との通信状態、および車輪の回転状態に応じて、モータ用の制御部７１が駆動モードから発電モードへとモータ本体１０ａの動作モードを動的に切り換えることによって、モータ本体１０ａの動作モードを適切なモードに設定することができる。

また、本実施形態では、モータ本体１０ａの動作モードが発電モードである場合、モータ用の制御部７１がこの動作モードを発電モードから駆動モードへと動的に切り換えることができ、モータ本体１０ａの動作モードが駆動モードである場合には、モータ用の制御部７１がこの動作モードを駆動モードから発電モードへと動的に切り換えることができる。このようにして、モータ本体１０ａの動作モードを適切なモードに設定することができる。

＜第２実施形態＞
図５には、第２実施形態の電動機制御システムのフローを示す。第２実施形態の電動機制御システムは、モータ内蔵ハブ１０を制御するシステムであって、基本構成は、第１実施形態の電動機制御システムと同様であり、その制御フローのみが異なる。図５に示す電動機制御システムのフロー（Ｓ１１−Ｓ１８）は、後述するステップ１５（Ｓ１５）の部分を除いて、図４に示す電動機制御システムのフローと同じである。すなわち図５に示すステップ１１〜１４、１６〜１８の各ステップに図４に示すステップ１〜４、６〜８の各ステップにそれぞれ対応する。このため、ここでは、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムのフローと処理手順が同じ部分の説明は、省略する。

第２実施形態の電動機制御システムでは、ステップ１４（Ｓ１４）において、モータ用の制御部７１がモータ本体１０ａの動作モードを発電モードに切り換えると、蓄電部１４の充電量が所定値以上である否かが、モータ用の制御部７１によって監視される（Ｓ１５）。そして、蓄電部１４の充電量が所定値以上になった場合（Ｓ１５でＹｅｓ）、ステップ１６（Ｓ１６）の制御が実行される。

上記のように、本実施形態では、モータ内蔵ハブ１０で蓄電部１４の充電状態に応じて、発電モードから駆動モードへとモータ本体１０ａの動作モードを動的に切り換えることによって、モータ本体１０ａの動作モードを適切に設定することができる。また、前記実施形態と同じ制御の部分については、同様の効果を得ることができる。

＜第３実施形態＞
図６には、第３実施形態の電動機制御システムのフローを示す。第３実施形態の電動機制御システムは、モータ内蔵ハブ１０を制御するシステムであって、基本構成は、第１実施形態の電動機制御システムと同様であり、その制御フローのみが異なる。図６に示す第３実施形態の電動機制御システムのフロー（Ｓ２１−Ｓ２８）は、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムのフローのステップ２（Ｓ２）およびステップ３（Ｓ３）の部分を除いて、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムのフローと同じである。すなわち図６に示すステップ２１，２４，２６〜２８の各ステップは、図４に示すステップ１，４、６〜８の各ステップにそれぞれ対応する。このため、ここでは、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムのフローと処理手順が同じ部分の説明は、省略する。

図６に示す第３実施形態の電動機制御システムのフローでは、ステップ２１（Ｓ２１）において、モータ用の通信部７２と通信部７８との間で、信号の送受信が行われていないと判断された場合、たとえばモータ用の通信部７２と通信部７８との間で、信号の送受信が停止していた場合（Ｓ２１でＮｏ）、モータ用の制御部７１はモータ本体１０ａの動作モードを、駆動モードから発電モードへと切り換える（Ｓ２４）。

上記のように、本実施形態では、モータ内蔵ハブ１０と電装品２０との通信状態に応じて、モータ用の制御部７１が、駆動モードから発電モードへとモータ本体１０ａの動作モードを動的に切り換えることによって、モータ本体１０ａの動作モードを適切に設定することができる。また、前記実施形態と同じ制御の部分については、同様の効果を得ることができる。

＜第４実施形態＞
図７には、第４実施形態の電動機制御システムのフローを示す。第４実施形態の電動機制御システムは、モータ内蔵ハブ１０を制御するシステムであって、基本構成は、第１実施形態の電動機制御システムと同様であり、その制御フローのみが異なる。図７に示す電動機制御システムのフロー（Ｓ３１−Ｓ３８）は、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムのフローのステップ３（Ｓ３）の部分を除いて、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムと同じである。すなわち図７に示すステップ３１，３２，３４，３６〜２８の各ステップは、図４に示すステップ１，２，４、６〜８の各ステップにそれぞれ対応する。このため、ここでは、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムのフローと処理手順が同じ部分の説明は、省略する。

図７に示す第４実施形態の電動機制御システムのフローでは、ステップ３２（Ｓ３２）において、モータ用の通信部７２と通信部７８との間の信号の送受信が停止していた時間（停止時間）が、所定の時間以上であるか否かが、モータ用の制御部７１によって判断される（Ｓ３２）。そして、信号の停止時間が所定の時間以上であった場合（Ｓ３２でＹｅｓ）、この第１モード切換信号に基づいて、モータ用の制御部７１が、モータ本体１０ａの動作モードを、駆動モードから発電モードへと切り換える（Ｓ３４）。

上記のように、本実施形態では、モータ内蔵ハブ１０と電装品２０との通信が停止していた時間に応じて、モータ用の制御部７１が、駆動モードから発電モードへとモータ本体１０ａの動作モードを動的に切り換えることによって、モータ本体１０ａの動作モードを適切に設定することができる。また、前記実施形態と同じ制御の部分については、同様の効果を得ることができる。

＜第５実施形態＞
図８には、第５実施形態の電動機制御システムのフローを示す。第５実施形態の電動機制御システムは、モータ内蔵ハブ１０を制御するシステムであって、基本構成は、第１実施形態の電動機制御システムと同様であり、その制御フローのみが異なる。図８に示す第５実施形態の電動機制御システムのフロー（Ｓ４１−Ｓ４８）は、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムのフローのステップ２（Ｓ２）の部分を除いて、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムのフローと同じである。すなわち図８に示すステップ４１，４３，４４，４６〜４８の各ステップは、図４に示すステップ１，３，４、６〜８の各ステップにそれぞれ対応する。このため、ここでは、図４に示した電動機制御システムのフローと処理手順が同じ部分の説明は、省略する。

図８に示す第５実施形態の電動機制御システムでは、ステップ４３（Ｓ４３）において、車輪の回転速度たとえば前輪の回転速度が、所定の回転速度よりも大きいか否かが、モータ用の制御部７１によって判断される。そして、前輪の回転速度が所定の回転速度よりも大きかった場合（Ｓ４３でＹｅｓ）、モータ用の制御部７１が、モータ本体１０ａの動作モードを、駆動モードから発電モードへと切り換える（Ｓ４４）。

上記のように、本実施形態では、車輪の回転速度に応じて、モータ用の制御部７１が、駆動モードから発電モードへとモータ本体１０ａの動作モードを動的に切り換えることによって、モータ本体１０ａの動作モードを適切に設定することができる。また、前記実施形態と同じ制御の部分については、同様の効果を得ることができる。

＜第６実施形態＞
図９には、第６実施形態の電動機制御システムのフローを示す。第６実施形態の電動機制御システムは、モータ内蔵ハブ１０を制御するシステムであって、基本構成は、第１実施形態の電動機制御システムと同様であり、その制御フローのみが異なる。図９に示す電動機制御システムのフロー（Ｓ５１−Ｓ５８）は、ステップ５５（Ｓ５５）の部分を除いて、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムと同じである。すなわち図９に示すステップ５１〜５４，５６〜５８の各ステップは、図４に示すステップ１〜４、６〜８の各ステップにそれぞれ対応する。このため、ここでは、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムのフローと処理手順が同じ部分の説明は、省略する。

図９に示す第６実施形態の電動機制御システムのフローでは、ステップ５４（Ｓ５４）において、モータ本体１０ａの動作モードが発電モードに切り換えられると、全体通信部７８との通信時間が、モータ用の制御部７１によって計算され、この通信時間が所定の時間以上であるか否かが、モータ用の制御部７１によって判断される（Ｓ５５）。そして、この通信時間が所定の時間以上になった場合（Ｓ５５でＹｅｓ）、ステップ５６（Ｓ５６）の制御が実行される。一方で、この通信時間が所定の時間未満である場合（Ｓ５５でＮｏ）、この通信時間が所定の時間以上になるまで、通信時間がモータ用の制御部７１によって監視される（Ｓ５５でＮｏ）。

上記のように、本実施形態では、モータ内蔵ハブ１０と全体制御部１２との通信状態、および車輪の回転状態に応じて、モータ用の制御部７１が駆動モードから発電モードへとモータ本体１０ａの動作モードを動的に切り換えることによって、モータ本体１０ａの動作モードを適切に設定することができる。

また、本実施形態では、モータ内蔵ハブ１０と全体制御部１２との通信状態に応じて、発電モードから駆動モードへとモータ本体１０ａの動作モードを動的に切り換えることによって、モータ本体１０ａの動作モードを適切に設定することができる。また、前記実施形態と同じ制御の部分については、同様の効果を得ることができる。

＜第７実施形態＞
図１０には、第７実施形態の電動機制御システムのフローを示す。第７実施形態の電動機制御システムは、モータ内蔵ハブ１０を制御するシステムであって、基本構成は、第１実施形態の電動機制御システムと同様であり、その制御フローのみが異なる。図１０に示す第７実施形態の電動機制御システムのフロー（Ｓ６１−Ｓ６８）は、ステップ６５（Ｓ６５）の部分を除いて、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムのフローと同じである。すなわち図９に示すステップ６１〜６４，６６〜６８の各ステップは、図４に示すステップ１〜４、６〜８の各ステップにそれぞれ対応する。このため、ここでは、図４に示す第１実施形態の電動機制御システムのフローと処理手順が同じ部分の説明は、省略する。

図１０に示す第７実施形態の電動機制御システムのフローでは、ステップ６４（Ｓ６４）において、モータ本体１０ａの動作モードが発電モードに切り換えられると、車輪の回転数たとえば前輪の回転数が所定数以上になったか否かが、モータ用の制御部７１によって判断される（Ｓ６５）。そして、前輪の回転数が所定の回転数以上になった場合（Ｓ６５でＹｅｓ）、ステップ６６（Ｓ６６）の制御が実行される。一方で、前輪の回転数が所定の回転数未満である場合（Ｓ６５でＮｏ）、回転数が所定の回転数以上になるまで、回転数がモータ用の制御部７１によって監視される。

上記のように、本実施形態では、モータ内蔵ハブ１０と電装品２０との通信状態、および車輪の回転状態に応じて、駆動モードから発電モードへとモータ本体１０ａの動作モードを動的に切り換えることによって、モータ本体１０ａの動作モードを適切に設定することができる。

また、本実施形態では、車輪の回転状態に応じて、モータ用の制御部７１が駆動モードから発電モードへとモータ本体１０ａの動作モードを動的に切り換えることによって、モータ本体１０ａの動作モードを適切に設定することができる。また、前記実施形態と同じ制御の部分については、同様の効果を得ることができる。

＜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。

（ａ）前記実施形態では、他の電装品２０として、前照灯２３等が例示されているが、電装品２０は前述のものに限定されず、電装品２０には、自転車に搭載可能な全ての電装品２０が含まれる。
（ｂ）他の実施の形態では、第２の実施の形態において、ステップ１６を省略し、ステップ１５でＹｅｓの場合には、ステップ１７に移る構成としてもよい。
（ｃ）他の実施の形態では、第６の実施の形態において、ステップ５６を省略し、ステップ１５でＹｅｓの場合には、ステップ５７に移る構成としてもよい。
（ｄ）他の実施の形態では、第７の実施の形態において、ステップ６６を省略し、ステップ１５でＹｅｓの場合には、ステップ６７に移る構成としてもよい。
（ｅ）前記実施形態では、アシスト自転車は外装変速機を有する構成であるが、内装変速機を有する構成であってもよく、変速機を備えない構成であってもよく、本システムはあらゆるアシスト自転車に適用することができる。
（ｇ）前記実施形態では、アシスト自転車はフロントにモータ内蔵ハブを設けているが、本システムは、リアにモータ内蔵ハブを設ける構成、ペダルクランクの近傍にモータを設けてチェーンに駆動力を与えたり、ペダルクランクを駆動したりする構成にも適用することができる。

１０モータ内蔵ハブ
１０ａモータ本体（電動機）
１２全体制御部
１４蓄電部
１９電気回路部
２０他の電装品
７１モータ用の制御部（電動機用の制御部）
７２モータ用の通信部（電動機用の通信部）
７３停止時間計算部
７４回転検出部
７５第１モード切換部
７６第２モード切換部
７７充電監視部
７８全体通信部（電装品と通信するための通信部）

Claims

自転車の車輪の回転をアシストする電動機を制御するための自転車用の電動機制御システムであって、
前記自転車に搭載可能で、且つ前記電動機の動作モードを変更可能な電装品との間で、電力線通信を実行可能な電動機用の通信部と、
電動機用の前記通信部が電力線通信を行う電力線を介して供給される電力および前記電動機からの電力のいずれの電力によっても動作可能であり、前記電装品との通信状態に応じて、前記自転車の車輪の回転をアシスト可能な駆動モードから、前記自転車の車輪の回転を用いて発電した電力を出力する発電モードへと、前記電動機の動作モードを切り換える第１モード切換部と、
を備え、
前記第１モード切換部は、前記電装品との通信が不能であるとき、前記駆動モードから、前記発電モードへと前記電動機の動作モードを切り換える、
自転車用の電動機制御システム。
自転車の車輪の回転をアシストする電動機を制御するための自転車用の電動機制御システムであって、
前記自転車に搭載可能で、且つ前記電動機の動作モードを変更可能な電装品との間で、電力線通信を実行可能な電動機用の通信部と、
電動機用の前記通信部が電力線通信を行う電力線を介して供給される電力および前記電動機からの電力のいずれの電力によっても動作可能であり、前記電装品との通信状態に応じて、前記自転車の車輪の回転をアシスト可能な駆動モードから、前記自転車の車輪の回転を用いて発電した電力を出力する発電モードへと、前記電動機の動作モードを切り換える第１モード切換部と、
前記車輪の回転状態を検出する回転検出部と、
を備え、
前記第１モード切換部は、前記電装品との通信が不能であり、且つ車輪の回転速度が所定の回転速度よりも高い場合に、前記駆動モードから、前記発電モードへと、前記電動機の動作モードを切り換える、
自転車用の電動機制御システム。
自転車の車輪の回転をアシストする電動機を制御するための自転車用の電動機制御システムであって、
前記自転車に搭載可能で、且つ前記電動機の動作モードを変更可能な電装品との間で、電力線通信を実行可能な電動機用の通信部と、
電動機用の前記通信部が電力線通信を行う電力線を介して供給される電力および前記電動機からの電力のいずれの電力によっても動作可能であり、前記電装品との通信状態に応じて、前記自転車の車輪の回転をアシスト可能な駆動モードから、前記自転車の車輪の回転を用いて発電した電力を出力する発電モードへと、前記電動機の動作モードを切り換える第１モード切換部と、
前記電装品との通信が停止している時間を、計算する停止時間計算部と、
を備え、
前記第１モード切換部は、前記時間が所定の時間以上の間、前記電装品との通信が不能である場合に、前記駆動モードから前記発電モードへと、前記電動機の動作モードを切り換える、
自転車用の電動機制御システム。
自転車の車輪の回転をアシストする電動機を制御するための自転車用の電動機制御システムであって、
前記自転車に搭載可能で、且つ前記電動機の動作モードを変更可能な電装品との間で、電力線通信を実行可能な電動機用の通信部と、
電動機用の前記通信部が電力線通信を行う電力線を介して供給される電力および前記電動機からの電力のいずれの電力によっても動作可能であり、前記電装品との通信状態に応じて、前記自転車の車輪の回転をアシスト可能な駆動モードから、前記自転車の車輪の回転を用いて発電した電力を出力する発電モードへと、前記電動機の動作モードを切り換える第１モード切換部と、
前記車輪の回転状態を検出する回転検出部と、
前記電装品との通信が停止している時間を、計算する停止時間計算部と、
を備え、
前記第１モード切換部は、前記電装品との通信が不能であり、前記時間が所定の時間以上の間、前記電装品との通信が不能であり、且つ車輪の回転速度が所定の回転速度よりも高い場合に、前記駆動モードから前記発電モードへと、前記電動機の動作モードを切り換える、
自転車用の電動機制御システム。
前記電動機用の通信部は、電動機が発電した電力によって作動可能である、
請求項１から４のいずれか１つに記載の自転車用の電動機制御システム。
前記電装品からのモード切換信号に基づいて、前記発電モードから前記駆動モードへと、前記電動機の動作モードを切り換える第２モード切換部と、
をさらに備える請求項１から５のいずれかに記載の自転車用の電動機制御システム。
蓄電部の充電量を監視する充電量監視部、
をさらに備え、
前記第２モード切換部は、前記蓄電部の充電量が所定値以上になった場合に、前記発電モードから前記駆動モードへと、前記電動機の動作モードを切り換える、
請求項６に記載の自転車用の電動機制御システム。
前記第２モード切換部は、所定の時間、前記電装品と通信するための通信部と前記電動機用の通信部との通信が可能である場合に、前記発電モードから前記駆動モードへと、前記電動機の動作モードを切り換える、
請求項６又は７に記載の自転車用の電動機制御システム。
前記第２モード切換部は、前記回転検出部によって検出された回転状態に基づいて、車輪の回転が所定の回転数になった場合、又は自転車の走行距離が所定の距離に到達した場合に、前記発電モードから前記駆動モードへと、前記電動機の動作モードを切り換える、
請求項６から８のいずれか１つに記載の自転車用の電動機制御システム。
前記第１モード切換部は、電動機を内蔵する自転車用ハブに設けられる、
請求項１から９のいずれか１つに記載の自転車用の電動機制御システム。