(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ、パワーユニット及びコントローラを車体に搭載し、ライダーの踏力をパワーユニットによる補助動力によって補う電動補助自転車において、
同一仕様で同一寸法・形状のバッテリを複数搭載可能とし、各バッテリの残量を常時検出して何れか１つのバッテリを選択して使用するバッテリ切換手段を設けたことを特徴とする電動補助自転車。
【請求項２】
前記バッテリ切換手段は、使用中のバッテリが切換時期に達した際には補助動力要求値が設定値以下であるときに補助動力の供給を瞬間的に停止してバッテリの切り換えを行うことを特徴とする請求項１記載の電動補助自転車。
【請求項３】
前記バッテリから前記コントローラを経て前記パワーユニットに至る駆動電力供給ラインとは別に、各バッテリからのコントローラ電源ラインをそれぞれ設け、各電源ラインをダイオードを介して並列に接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の電動補助自転車。
【請求項４】
前記バッテリ切換手段に含まれるバッテリ切換用リレーは、電源を切っても直前の状態を保持する有極リレーで構成されることを特徴とする請求項１，２又は３記載の電動補助自転車。
【請求項５】
前記複数のバッテリは車体前後方向に並設されることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の電動補助自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライダーの踏力をパワーユニットによる補助動力によって補う電動自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリ、パワーユニット及びコントローラを車体に搭載し、ライダーの踏力を検出してその大きさに見合う補助動力を踏力に付加してライダーの肉体的負担を軽減する電動補助自転車が提案され、既に実用に供されている。
【０００３】
斯かる電動補助自転車において前記パワーユニットとコントローラに給電するバッテリは、充電時の脱着の便を考慮して一般にはパワーユニット及びコントローラとは別に取り付けられている。
【０００４】
ところで、バッテリに対する要求性能はユーザーによって様々であり、用途に応じて別々の仕様のものが必要となってくる。例えば、大型で高重量の長距離用大容量タイプや小型で軽量な短距離用小容量タイプのバッテリが必要となってくる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、用途に応じてそれぞれ別々のバッテリを製造すると、ケースの型代等が別に必要となり、製品価格の上昇を招いてしまう。
【０００６】
又、ユーザーがその時々の用途に合わせてバッテリを自由に選択できるようにすると、仕様の異なる複数のバッテリを購入しなければならず、ユーザーに大きな経済的負担を強いることとなる。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ユーザーが用途に応じてバッテリ容量を簡単に選択することができるとともに、ユーザーに大きな経済的負担を強いることのない電動補助自転車を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、バッテリ、パワーユニット及びコントローラを車体に搭載し、ライダーの踏力をパワーユニットによる補助動力によって補う電動補助自転車において、同一仕様で同一寸法・形状のバッテリを複数搭載可能とし、各バッテリの残量を常時検出して何れか１つのバッテリを選択して使用するバッテリ切換手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記バッテリ切換手段は、使用中のバッテリが切換時期に達した際には補助動力要求値が設定値以下であるときに補助動力の供給を瞬間的に停止してバッテリの切り換えを行うものとしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記バッテリから前記コントローラを経て前記パワーユニットに至る駆動電力供給ラインとは別に、各バッテリからのコントローラ電源ラインをそれぞれ設け、各電源ラインをダイオードを介して並列に接続したことを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の発明において、前記バッテリ切換手段に含まれるバッテリ切換用リレーを、電源を切っても直前の状態を保持する有極リレーで構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１，２，３又は４記載の発明において、前記複数のバッテリを車体前後方向に並設したことを特徴とする。
【００１３】
従って、請求項１記載の発明によれば、ユーザーは車体に搭載すべきバッテリの数を選択することによって走行距離や積荷の大小等に応じてバッテリ容量を簡単に選択することができるとともに、同一仕様で同一寸法・形状のバッテリを複数用意しておけば足りるため、ユーザーの経済的負担が軽減される。又、バッテリを車体から取り外して充電するときには、使用したバッテリのみを運搬すれば済むため、ユーザーの肉体的負担も軽減される。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、バッテリの切り換えはライダーの踏力が小さくて補助動力要求値も小さいときに瞬間的になされるため、大きな補助動力が供給されているときに行う場合に比してライダーへのショックが小さく抑えられる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、電源スイッチ投入時にバッテリが装着されていない側にリレー接点が閉じていた場合の無電源状態やバッテリ切換時の回路オープンによるコントローラのリセットが避けられる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、バッテリ切換用リレーが有極リレーによって構成されるため、切換時に一瞬電力が必要なだけとなり、リレーによる電力消費量が低く抑えられる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、バッテリの数に拘らず車体重心の左右方向の変化がなく、自転車に高い操縦安定性が確保される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
先ず、本発明に係る電動補助自転車１の概略構成を図１及び図２に基づいて説明する。尚、図１は本発明に係る電動補助自転車１の側面図、図２は図１のＸ−Ｘ線拡大断面図（バッテリ収容部断面図）である。
【００２０】
図１において、２は車体前方に位置するヘッドパイプであり、該ヘッドパイプ２にはハンドルステム３が回動自在に挿通している。そして、ハンドルステム３の上端にはハンドル４が結着され、同ハンドルステム３の下端にはフロントフォーク５が結着されており、該フロントフォーク５の下端部には前輪６が回転自在に軸支されている。
【００２１】
又、前記ヘッドパイプ２からはダウンチューブ７が車体後方（図１の右方）に向かって斜め下方に延出しており、該ダウンチューブ７の後端部にはシートチューブ８が車体後方に向かって斜め上方に立設されるとともに、車体後方に向かって延在する１本の中間パイプ９が接続されている。そして、シートチューブ８内にはシートポスト１０が上下動自在に嵌合保持されており、該シートポスト１０の上端にはシート１１が支持されている。
【００２２】
ところで、車体の略中央下部には、パワーユニット１２がダウンチューブ７と中間パイプ９に吊下支持されており、ダウンチューブ７の前記パワーユニット１１の車体前方位置にはコントローラ１３が吊下支持されている。
【００２３】
上記パワーユニット１２はライダーの踏力を検出してそれに見合う補助動力を発生するものであって、これは踏力検出手段１４と電動モータ１５を含んで構成されている。そして、このパワーユニット１２にはクランク軸１６が回転自在に支承されており、該クランク軸１６の左右にはクランク１７が取り付けられ、各クランク１７の端部にはペダル１８が軸支されている。
【００２４】
他方、前記中間パイプ９の後端に固着された車幅方向に延在するクロスパイプ２２には、車体後方に向かって延設された左右一対のチェーンステイ１９が接続されており、該チェーンステイ１９の後端部と前記シートチューブ８の上端部とは左右一対のシートステイ２０によって連結されている。そして、チェーンステイ１９後端の前記シートステイ２０との連結部には後輪２１が回転自在に軸支されており、後輪２１にはホイールスプロケット２３が結着されている。尚、ホイールスプロケット２３と前記パワーユニット１２に設けられた不図示のドライブスプロケットの間には無端状のチェーン２４が巻装されている。
【００２５】
而して、本実施の形態に係る電動補助自転車１においては、シート１１の下方であって、且つ、シートチューブ８と後輪２１の間の空間にはバッテリボックス２５が３点ａ，ｂ，ｃで支持されて設置されており、該バッテリボックス２５内には、図２にも示すように、同一仕様で同一寸法・形状の四角柱状の２つのバッテリＡ，Ｂが車体前後方向に並べて収納されている。尚、バッテリボックス２５の上部は開口しており、この開口部はヒンジ２６を中心に回動して開閉する蓋部材２５ａによって覆われている。
【００２６】
ところで、本実施の形態に係る電動補助自転車１にはユーザーの用途（例えば、走行距離や積荷の大小）に応じてバッテリ容量を選択することができ、走行距離や積荷が大きくて大容量を必要とする場合には図示のようにバッテリボックス２５内に２つのバッテリＡ，Ｂを収納し、逆に走行距離や積荷が小さくて小容量で済む場合にはバッテリボックス２５内にはバッテリＡ，Ｂの何れか一方を収納することができる。そして、本実施の形態のように２つのバッテリＡ，Ｂをバッテリボックス２５内に収納した場合には、各バッテリＡ，Ｂの残量が常時検出され、使用中のバッテリＡ（Ｂ）が切換時期に達した際には、補助動力要求値が設定値以下であるときに補助動力の供給を瞬間的に停止してバッテリＡ（Ｂ）からバッテリＢ（Ａ）への切り換えが自動的に行われる。
【００２７】
ここで、給電系の電気回路を図３に基づいて説明する。
【００２８】
即ち、図３は給電系の電気回路図であり、同図中、Ａ，Ｂはバッテリ、１３は前記コントローラ、１５は前記電動モータであり、コントローラ１３には、前記踏力検出手段１４によって検出された踏力に比例した電力を電動モータ１５に供給するための踏力比例制御手段２７と、バッテリＡ，Ｂの残量を常時検出するバッテリ残量検出手段２８と、ＣＰＵ電源２９及びバッテリＡ，Ｂの自動切換を行うバッテリ切換手段３０が内蔵されており、該コントローラ１３には表示部３１が電気的に接続されている。
【００２９】
ところで、バッテリＡ，Ｂはコントローラ１３によって駆動されるバッテリ切換用リレー３２によって駆動電力供給ラインＬO に選択的に接続され、コントローラ１３を経てパワーユニット１２の電動モータ１５に電力を供給するが、バッテリ切換用リレー３２は有極リレーで構成されており、該リレー３２は電源を切っても直前の状態（電源を切る前の状態）を保持する。
【００３０】
又、図３に示すように、上記駆動電力供給ラインＬO とは別に、各バッテリＡ，Ｂからコントローラ１３のＣＰＵ電源２９に接続されるコントローラ電源ラインＬA ，ＬB が設けられており、これらのコントローラ電源ラインＬA ，ＬB はそれぞれダイオードＤA ，ＤB を介して並列に接続されている。
【００３１】
次に、前記バッテリ切換手段３０によるバッテリＡ，Ｂの切換手順を図４及び図５に基づいて説明する。尚、図４はバッテリＡ，Ｂの切換手順を示すフローチャート、図５はバッテリ残量とフラグの設定との関係を示す図である。
【００３２】
不図示の電源スイッチがＯＮされると、一方のバッテリＡが放電可能（ＯＫ）であるか否かが判断され（ステップ１）、バッテリＡが放電可能であれば、次に他方のバッテリＢが放電可能であるかが判断される（ステップ２）。そして、バッテリＢも放電可能（つまり、バッテリＡ，Ｂが共に放電可能）である場合には、フラグＡ１＝１，Ｂ１＝１、Ａ２＝１，Ｂ２＝１に設定され（ステップ３，４）、リレー３２がバッテリＡ側に切り換ええられる（ステップ５）。
【００３３】
ここで、フラグＡ１，Ｂ１は図５に示すようにバッテリＡ，Ｂの残量が０％（バッテリＡ，Ｂが無い場合も含む）であるか否かを示すフラグであって、残量が０％でなければ（つまり、放電可能であれば）Ａ１＝１，Ｂ＝１に設定され、残量が０％であればＡ１＝０，Ｂ１＝０に設定される。又、フラグＡ２，Ｂ２は図５に示すようにバッテリＡ，Ｂが切換時期に達しているか否かを示すフラグであって、切換時期に達していなければＡ２＝１，Ｂ２＝１に設定され、切換時期に達していればＡ２＝０，Ｂ２＝０に設定される。
【００３４】
尚、図３に示す表示部３１には、各バッテリＡ，Ｂの残量や切換時期を別個に表示する不図示の表示灯が少なくとも各２つずつ、計４つ以上設けられており、例えば各バッテリＡ，Ｂの残量が十分である場合には表示灯は緑に点灯され、残量が少なくなると緑の点滅表示がなされ、切換時期に達すると赤に点灯され、バッテリＡ，Ｂが装填されていない場合には消灯される。従って、ユーザーはバッテリＡ，Ｂの装填の有無を含めて両バッテリＡ，Ｂの状態を容易に把握することができる。
【００３５】
他方、ステップ２での判断結果がＮＯである場合、つまり、バッテリＡが放電可能で、バッテリＢが放電不能（残量が０％であるか或はバッテリＢが装填されていない場合）である場合には、フラグＡ１＝１，Ｂ１＝０、Ａ２＝１，Ｂ２＝０に設定され（ステップ６，７）、リレー３２がバッテリＡ側に切り換えられる（ステップ８）。
【００３６】
又、ステップ１での判断結果がＮＯである場合（つまり、バッテリＡが放電不能である場合）には、バッテリＢが放電可能であるか否かが判断され（ステップ９）、バッテリＢが放電可能である場合にはフラグＡ１＝０，Ｂ１＝１、Ａ２＝０，Ｂ２＝１に設定され（ステップ１０，１１）、リレー３２がバッテリＢ側に切り換えられる（ステップ１２）。これに対してバッテリＢも放電不能である場合には、その時点で処理は終了する（ステップ１３）。
【００３７】
以上の処理（初期設定）によってバッテリＡ，Ｂが如何なる状態にあるかがチェックされると、次に前記踏力検出手段１４（図１参照）によって踏力が検出されるとともに不図示の車速検出手段によって車速が検出され（ステップ１４）、バッテリＡ又はＢが切換時期に達したか否かが判断される（ステップ１５）。そして、バッテリＡ，Ｂが共に未だ切換時期に達していない場合には、コントローラ１３によって補助動力が演算され（ステップ１６）、それに見合う出力指示がなされ（ステップ１７）、処理はステップ１４に戻される。
【００３８】
一方、バッテリＡ又はＢが切換時期に達した場合には、フラグＡ２＝０又はＢ２＝０に設定され（ステップ１８）、踏力が所定の設定値より小さいか否か（つまり、補助動力要求値が設定値以下であるか否か）が判断され（ステップ１９）、踏力が設定値より大きい場合には、バッテリＡ，Ｂ間の切り換えは行われず、補助動力が演算されて補助動力の供給が継続される（ステップ１６，１７）。これに対して踏力が設定値よりも小さい場合には、切換時期に達したと判断されたバッテリＡ（Ｂ）とは異なる他方のバッテリＢ（Ａ）についてのフラグＢ２（Ａ２）＝１であるか否か（つまり、バッテリＢ（Ａ）が交換時期に未だ達していないか否か）が判断され（ステップ２０）、バッテリＢ（Ａ）が交換時期に達していなければ、踏力が小さい間に補助動力の供給を瞬間的に中断し（ステップ２１）、リレー３２をバッテリＡ（Ｂ）側からバッテリＢ（Ａ）に切り換えてバッテリＡ（Ｂ）をバッテリＢ（Ａ）に切り換える（ステップ２２）。
【００３９】
他方、ステップ２０での判断結果がＮＯである場合（つまり、バッテリＢ（Ａ）が切り換え時期に達している場合）には、切り換えようとする他方のバッテリＡ（Ｂ）の放電が可能であるか否か（即ち、切換時期に達しているが、残量が未だ０％に達していないか否か）が判断され（ステップ２３）、バッテリＡ（Ｂ）の放電が可能である間はそのまま継続して補助動力が供給され続け（ステップ１６，１７）、電力が消費されてバッテリＡ（Ｂ）の放電が不能になった時点で処理が終了する（ステップ２４）。
【００４０】
以上において、本実施の形態においては、ユーザーは電動補助自転車１のバッテリボックス２５内に装填すべきバッテリＡ，Ｂの数を選択することによって走行距離や積荷の大小等に応じてバッテリ容量を簡単に選択することができるとともに、同一仕様で同一寸法・形状の２つのバッテリＡ，Ｂを用意しておけば済むため、ユーザーの経済的負担が軽減される。又、バッテリＡ又はＢを車体から取り外して充電するときには、使用したバッテリＡ又はＢのみを運搬すれば済むため、ユーザーの肉体的負担も軽減される。
【００４１】
更に、本実施の形態においては、バッテリの切り換えはライダーの踏力が小さくて補助動力要求値も小さいときに瞬間的になされるため、大きな補助動力が供給されているときに行う場合に比してライダーへのショックが小さく抑えられる。
【００４２】
又、本実施の形態では、動電力供給ラインＬO とは別に、各バッテリＡ，Ｂからコントローラ１３のＣＰＵ電源２９に接続されるコントローラ電源ラインＬA ，ＬB が設けられており、これらのコントローラ電源ラインＬA ，ＬB はそれぞれダイオードＤA ，ＤB を介して並列に接続されているため、電源スイッチ投入時にバッテリＡ又はＢが装着されていない側にリレー３２の接点が閉じていた場合の無電源状態やバッテリＡ，Ｂ切換時の回路オープンによるコントローラ１３のリセットが避けられる。そして、バッテリ切換用リレー３２が有極リレーによって構成されるため、無駄なリレー３２の作動が防がれてリレー３２による電力消費量が低く抑えられる。
【００４３】
その他、本実施の形態に係る電動補助自転車１においては、バッテリＡ，Ｂの数に拘らず車体重心の左右方向の変化がなく、当該自転車１に高い操縦安定性が確保される。
【００４４】
ところで、以上の実施の形態は本発明を二輪の電動補助自転車に適用した例について述べたが、本発明は図６に示す三輪の電動補助自転車１０１をもその適用対象に含むものであって、この場合、同一仕様で同一寸法・形状の２つのバッテリＡ，Ｂを荷台トレー１３３内の左右に並設するようにしても良い。尚、図６において、１０４はハンドル、１１１はシート、１０６は前輪、１２１は後二輪、１３４は荷台トレー１３３上に固定された荷篭であって、荷台トレー１３３の後面にはバッテリＡ，Ｂを出し入れするための開口部を覆う蓋部材１３５が設けられている。
【００４５】
又、以上の実施の形態では、２つのバッテリを搭載可能な電動補助自転車について述べたが、電動補助自転車に３つ以上のバッテリを搭載可能に構成しても良いことは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１記載の発明によれば、ユーザーは車体に搭載すべきバッテリの数を選択することによって走行距離や積荷の大小等に応じてバッテリ容量を簡単に選択することができるととともにに、同一仕様で同一寸法・形状のバッテリを複数用意しておけば足りるため、ユーザーの経済的負担が軽減される。又、バッテリを車体から取り外して充電するときには、使用したバッテリのみを運搬すれば済むため、ユーザーの肉体的負担も軽減されるという効果も得られる。
【００４７】
請求項２記載の発明によれば、バッテリの切り換えはライダーの踏力が小さくて補助動力要求値も小さいときに瞬間的になされるため、大きな補助動力が供給されているときに行う場合に比してライダーへのショックが小さく抑えられるという効果が得られる。
【００４８】
請求項３記載の発明によれば、電源スイッチ投入時にバッテリが装着されていない側にリレー接点が閉じていた場合の無電源状態やバッテリ切換時の回路オープンによるコントローラのリセットが避けられるという効果が得られる。
【００４９】
請求項４記載の発明によれば、バッテリ切換用リレーが有極リレーによって構成されるため、切換時に一瞬電力が必要なだけとなり、リレーによる電力消費量が低く抑えられるという効果が得られる。
【００５０】
請求項５記載の発明によれば、バッテリの数に拘らず車体重心の左右方向の変化がなく、自転車に高い操縦安定性が確保されるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動補助自転車１の側面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線拡大断面図（バッテリ収容部断面図）である。
【図３】本発明に係る電動補助自転車の給電系の電気回路図である。
【図４】バッテリの切換手順を示すフローチャートである。
【図５】バッテリ残量とフラグの設定との関係を示す図である。
【図６】本発明の別実施形態に係る三輪の電動補助自転車の後面図である。
【符号の説明】
１，１０１    電動補助自転車
１２          パワーユニット
１３          コントローラ
２５          バッテリボックス
２８          バッテリ残量検出手段
３０          バッテリ切換手段
３２          バッテリ切換リレー
Ａ，Ｂ        バッテリ
ＤA ，ＤB     ダイオード
ＬO           駆動電力供給ライン
ＬA ，ＬB     コントローラ電源ライン
【図１】
0003641055.tif 000002
【図２】
0003641055.tif 000003
【図３】
0003641055.tif 000004
【図４】
0003641055.tif 000005
【図５】
0003641055.tif 000006
【図６】
0003641055.tif 000007