(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装置と、前記車輪を駆動する電動機と、前記電動機を人力による駆動トルクまたは速度に応じて駆動するように制御する駆動制御装置と、前記電動機および前記駆動制御装置の電源として充電可能な蓄電池とを備えた電動機付き自転車の駆動装置において、前記電動機の容量より小さい容量を持つエンジン発電機を備え、前記駆動制御装置に、人力による駆動トルクまたは速度に応じて前記電動機を駆動するように制御するパワーアシスト制御器と、前記蓄電池の電圧が基準電圧以下になったとき、前記エンジン発電機により発電した電力を前記蓄電池に充電するように前記エンジン発電機を制御するエンジン制御器とを設けたことを特徴とする電動機付き自転車の駆動装置。
【請求項２】
前記電動機は交流モータからなり、前記駆動制御装置は双方向形インバータからなるパワー変換器を設けた請求項１記載の電動機付き自転車の駆動装置。
【請求項３】
前記電動機は直流モータからなり、前記駆動制御装置は前記蓄電池と前記電動機との間に一方向または双方向チョッパ回路を設けた請求項１記載の電動機付き自転車の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、人力と電動力とを組み合わせて自転車を協調運転する電動機付き自転車の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人力で自転車を漕ぐ力を軽減するために、補助エンジンを人力の駆動系と並列して設けたものがあるが、エンジンの出力調整が難しかったり、自転車走行の感覚が得られないという問題があった。
これらの問題を解決するものとして、人力と電動力とを組み合わせて自転車を協調運転する電動機付き自転車が開示されている。すなわち、この電動機付き自転車は、ペダル、スプロケット、チェンなどからなる人力によって車輪を駆動する人力駆動装置のほかに、図４に示すように、自転車に電動機Ａと、電動機Ａを人力による駆動トルクに応じて駆動するように制御するパワーアシスト制御器Ｂと、電動機Ａおよびパワーアシスト制御器Ｂの電源として充電可能な蓄電池Ｃを載置し、蓄電池Ｃとパワーアシスト制御器ＢとをコネクタＤを介して接続し、ペダルを介して得られる人力による駆動トルクと電動機Ａのトルクを合成した駆動力で自転車を駆動するようにしてある（例えば、特開平４−１００７９０号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術では、蓄電池Ｃをエネルギー源としているので、蓄電池Ｃに蓄積されたエネルギーを消費し尽くす前に充電する必要がある。
一般に、商用電源Ｅから供給される電力を、充電器ＦとコネクタＧを介して蓄電池Ｃに接続して充電しているが、自転車の保管場所によっては、充電器Ｆのケーブルを延長することができないことがある。このような場合には、蓄電池ＣをコネクタＤから引き抜いて、充電器Ｆの設置場所まで運搬して充電することになり、手間がかかる。とくに外出先での充電は困難で不便である。
また、従来の蓄電池では１回の充電で可能な走行距離は２０ｋｍ程度であり、必然的に走行距離が限定されてしまう。充電１回あたりの走行距離を長くしようとすると、蓄電池を大きくする必要があり、自転車が持っている優位性である軽量化を妨げることになるという問題があった。
本発明は、充電による走行距離の制限をなくして軽量化が可能な電動機付き自転車の駆動装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、人力によって車輪を駆動する人力駆動装置と、前記車輪を駆動する電動機と、前記電動機を人力による駆動トルクまたは速度に応じて駆動するように制御する駆動制御装置と、前記電動機および前記駆動制御装置の電源として充電可能な蓄電池とを備えた電動機付き自転車の駆動装置において、前記電動機の容量より小さい容量を持つエンジン発電機を備え、前記駆動制御装置に、人力による駆動トルクまたは速度に応じて前記電動機を駆動するように制御するパワーアシスト制御器と、前記蓄電池の電圧が基準電圧以下になったとき、前記エンジン発電機により発電した電力を前記蓄電池に充電するように前記エンジン発電機を制御するエンジン制御器とを設けたものである。
また、前記電動機は交流モータからなり、前記駆動制御装置は双方向形インバータからなるパワー変換器を設けたものである。
または、前記電動機は直流モータからなり、前記駆動制御装置は前記蓄電池と前記電動機との間に一方向または双方向チョッパ回路を設けたものである。
【０００５】
【作用】
上記手段により、蓄電池の電圧が基準電圧より低くなると、エンジン制御器により自動的に小形のエンジン発電機を起動して充電し始めるか、乗車時にエンジンを始動し、アイドリング状態にしておき、蓄電池の電圧が基準電圧より低くなると、エンジン発電機の速度を上げて充電し始める。
したがって、人力で自転車を漕ぐ力を補うため電動機を駆動しても、消費する電力を常に蓄電池に補うことができるので、走行距離を長くすることができ、燃料を供給すれば走行距離の制限はなくなる。
また、常時、エンジン発電機により蓄電池に充電することができるので、蓄電池の容量を従来の２０％程度に小形にすることができる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明を図に示す実施例について説明する。
図１は本発明の実施例を示すブロック図、図２は構成図である。
図において、１は自転車で、フレーム１１に回転自在に支持した前輪１２と後輪１３を設け、ペダル１４によって回転し得るようにしたスプロケット１５およびチェン１６を介して後輪１３を駆動するようにしてある。１７はペダル１４によって生じる駆動トルクを検出するトルク検出器である。
２は交流の電動機で、フレーム１１に固定され、スプロケット１４を回転駆動するようにしてある。３は電動機２の駆動電力を供給する蓄電池、４は内燃機関からなるエンジン４１と発電機４２を直結し、電動機２の１０〜２０％程度の容量を持つ小形のエンジン発電機、４３はエンジン４１に燃料供給量を制御する燃料制御器、４４は燃料タンクである。
５は電動機２とエンジン発電機４を制御する駆動制御装置である。５１は直流を交流に変換する双方向形のインバータなどのパワー変換器、５２は人力による駆動トルクに応じて電動機２を駆動するようにパワー変換器５１を制御するパワーアシスト制御器である。５３は電動機２に入力する駆動電流を検出する電流検出器、５４は蓄電池３の電圧または電流検出器５３で検出される検出電流、あるいはこれらの双方を用いて発電機４２の出力が最適になるようにエンジン発電機４を制御するエンジン制御器である。５５は発電機４２が交流発電機の場合、出力電流を整流する整流器、５６は蓄電池３に充電する基準電圧を設定する基準電圧設定器である。
なお、駆動制御装置５、蓄電池３、エンジン発電機４および燃料タンク４３は後輪１３の両側面でフレーム１１に固定されている。
【０００７】
自転車１を運転する時は、人力によりペダルを押して走行するが、必要に応じて駆動制御装置５を動作させると、トルク検出器１７によって検出したトルク信号を入力として、パワーアシスト制御器５２はパワー変換器５１を制御し、人力による駆動トルクに応じて電動機２を駆動する。これにより、ペダルを介して得られる人力による駆動トルクと電動機のトルクを合成した駆動力で自転車を駆動することになり、人力で自転車を漕ぐ力を軽減する。
このとき、蓄電池３のエネルギーを消費するが、エンジン制御器５４は、蓄電池３の電圧が基準電圧以下になると、燃料制御器４３によりエンジン４１を起動すると共に、燃料タンク４４から燃料をエンジン４１に供給して、発電機４２により発電し、整流器５５により直流電流に変換して蓄電池３に充電する。
なお、自転車がアイドリングの状態あるいは停止状態でも、エンジン制御器５４を動作させておけば、蓄電池３の電圧が基準電圧以下になるとエンジン発電機４が起動して充電することができる。
蓄電池３の電圧が基準電圧以上のときは、エンジン制御器５４によりエンジン４１を停止する。
自転車１が制動をかける時または降坂時には、電動機２の回生エネルギーを双方向形のパワー変換器５１を介して蓄電池３に充電する。
なお、上記実施例では、エンジン発電機４の発電機４２に交流発電機を用いた例について説明したが、交流発電機の代わりに直流発電機を用いてもよい。このときは発電機４２と蓄電池３の間の整流器は不要となる。
また、上記実施例では、電動機２に交流モータを用いた例について説明したが、電動機２に直流モータを用いてもよい。このとき、電動機２と蓄電池３の間に一方向チョッパ回路を設けることにより駆動できる。
しかし、図３に示すように、電動機２と蓄電池３の間に双方向チョッパ回路５７を設け、モータ駆動・回生制動を切り替えるようにすることにより、電動機２の回生エネルギーを蓄電池３に充電することができ、省エネルギー効果が大きくすることができる。
また、上記実施例では、人力による駆動トルクに応じて電動機２のトルクを制御し、双方のトルクを合成することにより、パワーアシスト制御器５２が動作するようにしたが、トルク検出器１７に代えて速度検出器を設け、ペダル１４の回転速度に応じて電動機２の速度を制御し、双方の速度を合成するようにしてもよい。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、蓄電池の電圧が基準電圧より低くなると、自動的に小形のエンジン発電機が起動して充電し始め、人力で自転車を漕ぐ力を補うため電動機を駆動しても、消費する電力を常に蓄電池に補うことができるので、走行距離を長くすることができ、燃料を供給すれば走行距離の制限はなくなる。また、運転時・停止時にかかわらず常時、エンジン発電機により蓄電池に充電することができるので、蓄電池の容量を従来の２０％程度に小形にすることができる。
このように、自転車の保管中に充電する煩わしさがなくなり、充電による走行距離の制限をなくして軽量化が可能な電動機付き自転車の駆動装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】  本発明の実施例を示す構成図である。
【図３】  本発明の他の実施例の駆動制御回路の一部を示すブロック図である。
【図４】  従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：自転車、１１：フレーム、１２：前輪、１３：後輪、１４：ペダル、１５：スプロケット、１６：チェン、１７：トルク検出器、２  電動機、３：蓄電池、４：エンジン発電機、４１：エンジン、４２：発電機、４３：燃料制御器、４４：燃料タンク、５：駆動制御装置、５１：パワー変換器、５２：パワーアシスト制御器、５３：電流検出器、５４：エンジン制御器、５５：整流器、５６：基準電圧設定器、５７：双方向チョッパ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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