(57)【要約】  【課題】補助動力を有効にした走行距離を飛躍的に伸ばすことを課題とする。  【解決手段】回生状態または非回生状態に選択され、回生状態においては電動補助自転車の運動エネルギーによって発電してバッテリ３を充電すると共に、非回生状態においては発電を停止する電動モータ１と、電動補助自転車の走行速度を検出する速度検出部５と、速度検出部５の検出した走行速度が所定の速度以上の際に電動モータ１を回生状態に設定する制御手段とを備える。  【効果】電動補助自転車の走行エネルギーを有効に利用してバッテリの充電を行うことができ、走行距離を飛躍的に伸ばすことができる。バッテリの充電は、所定速度以上で走行している際にのみ行われ、所定速度未満での走行時には、電力駆動系による駆動力によって走行を補助するので、低速域での走行安定性に支障を来すことはない。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力によって駆動力を発生させる人力駆動系と、バッテリと、該バッテリから出力される電力によって駆動力を発生させる電力駆動系とを有する電動補助自転車において、
回生状態または非回生状態に選択され、前記回生状態においては電動補助自転車の運動エネルギーによって発電して前記バッテリを充電すると共に、前記非回生状態においては発電を停止する電動モータと、前記電動補助自転車の走行速度を検出する速度検出部と、前記速度検出部の検出した走行速度が所定の速度以上の際に前記電動モータを回生状態に設定する制御装置とを備えたことを特徴とする電動補助自転車。
【請求項２】
人力によって駆動力を発生させる人力駆動系と、バッテリと、該バッテリから出力される電力によって駆動力を発生させる電力駆動系とを有する電動補助自転車において、
回生状態または非回生状態に選択され、前記回生状態においては電動補助自転車の運動エネルギーによって発電して前記バッテリを充電すると共に、前記非回生状態においては発電を停止する電動モータと、前記電動補助自転車の走行速度を検出する速度検出部と、前記速度検出部の検出した走行速度が所定の速度以上の際に前記回生装置を回生状態に設定する制御装置と、前記速度検出部の検出した走行速度が所定の速度以上の際に前記電動モータを回生状態に設定する「エコ充電」モードと前記速度検出部の検出した走行速度にかかわりなく前記電動モータを非回生状態に設定する「標準」モードに切り替える切替手段とを備えたことを特徴とする電動補助自転車。
【請求項３】
人力によって駆動力を発生させる人力駆動系と、バッテリと、該バッテリから出力される電力によって駆動力を発生させる電力駆動系とを有する電動補助自転車において、
回生状態または非回生状態に選択され、前記回生状態においては電動補助自転車の運動エネルギーによって発電して前記バッテリを充電すると共に、前記非回生状態においては発電を停止する電動モータと、前記電動補助自転車の走行速度を検出する速度検出部と、前記速度検出部の検出した走行速度が所定の速度以上の際に前記電動モータを回生状態に設定する制御装置とを備え、前記制御装置は、バッテリの残量が所定値以上の場合、電動モータの発電によるバッテリの充電を遮断することを特徴とする電動補助自転車。
【請求項４】
人力によって駆動力を発生させる人力駆動系と、バッテリと、該バッテリから出力される電力によって駆動力を発生させる電力駆動系とを有する電動補助自転車において、
回生状態または非回生状態に選択され、前記回生状態においては電動補助自転車の運動エネルギーによって発電して前記バッテリを充電すると共に、前記非回生状態においては発電を停止する電動モータと、前記電動補助自転車の走行速度を検出する速度検出部と、前記速度検出部の検出した走行速度が所定の速度以上の際に前記電動モータを回生状態に設定する制御装置とを備え、前記制御装置は、速度検出部の検出した走行速度が一定速度以上の際に、電動モータの発電によるバッテリの充電を遮断することを特徴とする電動補助自転車。
【請求項５】
前記制御装置は、ブレーキがかけられたことを検出して、回生制動を行い、前記バッテリの充電を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４記載の電動補助自転車。
【請求項６】
前記制御装置は、速度検出部の検出した走行速度が所定の速度未満の状態が所定時間経過した際に、回生状態から非回生状態に移行させることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載の電動補助自転車。
【請求項７】
前記電動補助自転車のペダルの踏力を検出するペダルトルクセンサを設け、前記制御装置は、速度検出部の検出した走行速度が所定の速度未満で、且つ前記ペダルトルクセンサの検出したペダル踏力が所定以上の際に、回生状態から非回生状態に移行させることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載の電動補助自転車。
【請求項８】
前記制御装置は、速度検出部の検出した走行速度が高くなるに従って電動モータの発電電力を大きく設定したことを特徴とする請求項１ないし請求項４記載の電動補助自転車。
【請求項９】
前記制御装置は、「エコ充電」モード選択時、非回生状態における電動駆動系の補助力を、「標準」モード選択時の補助力よりも低く設定したことを特徴とする請求項２記載の電動補助自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人力と補助動力装置による補助動力とを用いて駆動する電動補助自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動モータなどの駆動装置からなる補助動力装置の補助動力を、運転者がペダルを踏むことにより乗じるペダル踏力に加えて作用させ、走行を補助することで、運転者がペダルを踏む力を軽減させる電動補助自転車が知られている。
【０００３】
このような電動補助自転車においては、下り坂で減速させる際、回生制動を行い、回生制動で生じる発電電力でバッテリを充電させている。このことにより、省エネルギーが実現され、同じバッテリ容量でも、回生制動を行わない場合に比べ、補助動力を有効にした走行距離を大きく伸ばすことが可能となる。
【特許文献１】特開平９−２５４８６１号公報
【特許文献２】特開平１０−１４７１５０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、特許文献１及び特許文献２は、制動力を操作するブレーキレバーの操作によって回生制動を行う構成であり、下り坂などのブレーキをかけるときにのみしか回生制動による充電を行うことができないものであり、走行距離を十分に伸ばすことができないものであった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、補助動力を有効にした走行距離を飛躍的に伸ばすことが可能な電動補助自転車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】
請求項１記載の発明は、人力によって駆動力を発生させる人力駆動系と、バッテリと、該バッテリから出力される電力によって駆動力を発生させる電力駆動系とを有する電動補助自転車において、回生状態または非回生状態に選択され、前記回生状態においては電動補助自転車の運動エネルギーによって発電して前記バッテリを充電すると共に、前記非回生状態においては発電を停止する電動モータと、前記電動補助自転車の走行速度を検出する速度検出部と、前記速度検出部の検出した走行速度が所定の速度以上の際に前記電動モータを回生状態に設定する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、人力によって駆動力を発生させる人力駆動系と、バッテリと、該バッテリから出力される電力によって駆動力を発生させる電力駆動系とを有する電動補助自転車において、回生状態または非回生状態に選択され、前記回生状態においては電動補助自転車の運動エネルギーによって発電して前記バッテリを充電すると共に、前記非回生状態においては発電を停止する電動モータと、前記電動補助自転車の走行速度を検出する速度検出部と、前記速度検出部の検出した走行速度が所定の速度以上の際に前記回生装置を回生状態に設定する制御装置と、前記速度検出部の検出した走行速度が所定の速度以上の際に前記電動モータを回生状態に設定する「エコ充電」モードと前記速度検出部の検出した走行速度にかかわりなく前記電動モータを非回生状態に設定する「標準」モードに切り替える切替手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、人力によって駆動力を発生させる人力駆動系と、バッテリと、該バッテリから出力される電力によって駆動力を発生させる電力駆動系とを有する電動補助自転車において、回生状態または非回生状態に選択され、前記回生状態においては電動補助自転車の運動エネルギーによって発電して前記バッテリを充電すると共に、前記非回生状態においては発電を停止する電動モータと、前記電動補助自転車の走行速度を検出する速度検出部と、前記速度検出部の検出した走行速度が所定の速度以上の際に前記電動モータを回生状態に設定する制御装置とを備え、前記制御装置は、バッテリの残量が所定値以上の場合、電動モータの発電によるバッテリの充電を遮断することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、人力によって駆動力を発生させる人力駆動系と、バッテリと、該バッテリから出力される電力によって駆動力を発生させる電力駆動系とを有する電動補助自転車において、回生状態または非回生状態に選択され、前記回生状態においては電動補助自転車の運動エネルギーによって発電して前記バッテリを充電すると共に、前記非回生状態においては発電を停止する電動モータと、前記電動補助自転車の走行速度を検出する速度検出部と、前記速度検出部の検出した走行速度が所定の速度以上の際に前記電動モータを回生状態に設定する制御装置とを備え、前記制御装置は、速度検出部の検出した走行速度が一定速度以上の際に、電動モータの発電によるバッテリの充電を遮断することを特徴とする。
【００１０】
前記制御装置は、ブレーキがかけられたことを検出して、回生制動を行い、前記バッテリの充電を行うことが好ましい。
【００１１】
前記制御装置は、速度検出部の検出した走行速度が所定の速度未満の状態が所定時間経過した際に、回生状態から非回生状態に移行させることが好ましい。
【００１２】
前記電動補助自転車のペダルの踏力を検出するペダルトルクセンサを設け、前記制御装置は、速度検出部の検出した走行速度が所定の速度未満で、且つ前記ペダルトルクセンサの検出したペダル踏力が所定以上の際に、回生状態から非回生状態に移行させることが好ましい。
【００１３】
前記制御装置は、速度検出部の検出した走行速度が高くなるに従って電動モータの発電電力を大きく設定することが好ましい。
【００１４】
前記制御装置は、「エコ充電」モード選択時、非回生状態における電動駆動系の補助力を、「標準」モード選択時の補助力よりも低く設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１記載の構成によれば、電動補助自転車の走行エネルギーを有効に利用してバッテリの充電を行うことができ、走行距離を飛躍的に伸ばすことができる。バッテリの充電は、所定速度以上で走行している際にのみ行われ、所定速度未満での走行時には、電力駆動系による駆動力によって走行を補助するので、低速域での走行安定性に支障を来すことはない。
【００１６】
本発明の請求項２記載の構成によれば、「エコ充電」モード選択時には、電動補助自転車の走行エネルギーを有効に利用してバッテリの充電を行うことができ、走行距離を飛躍的に伸ばすことができる。「エコ充電」モード選択時におけるバッテリの充電は、所定速度以上で走行している際にのみ行われ、所定速度未満での走行時には、電力駆動系による駆動力によって走行を補助するので、低速域での走行安定性に支障を来すことはない。また、運転者は必要に応じて、「エコ充電」モードと「標準」モードを選択することができ、運転者の使用勝手を向上することができる。
【００１７】
本発明の請求項３記載の構成によれば、電動補助自転車の走行エネルギーを有効に利用してバッテリの充電を行うことができ、走行距離を飛躍的に伸ばすことができる。バッテリの充電は、所定速度以上で走行している際にのみ行われ、所定速度未満での走行時には、電力駆動系による駆動力によって走行を補助するので、低速域での走行安定性に支障を来すことはない。また、バッテリの残量が所定値以上の場合、電動モータの発電によるバッテリの充電を遮断するので、バッテリが過充電になるのを防止することができる。
【００１８】
本発明の請求項４記載の構成によれば、電動補助自転車の走行エネルギーを有効に利用してバッテリの充電を行うことができ、走行距離を飛躍的に伸ばすことができる。バッテリの充電は、所定速度以上で走行している際にのみ行われ、所定速度未満での走行時には、電力駆動系による駆動力によって走行を補助するので、低速域での走行安定性に支障を来すことはない。また、走行速度が一定速度以上の際に、電動モータの発電によるバッテリの充電を遮断するので、バッテリが過充電になるのを防止することができる。
【００１９】
本発明の請求項５記載の構成によれば、ブレーキがかけられたことを検出して回生制動を行うので、安全性を向上させることができると共に、回生制動による発電でバッテリを充電することができ、走行距離を一層伸ばすことができる。
【００２０】
本発明の請求項６記載の構成によれば、走行速度が低下した状態が所定時間継続すると、回生状態から非回生状態に移行するので、走行性を損なうことがなく、走行速度が低下した状態が所定時間継続した場合に移行するようにしているので、回生状態と非回生状態が頻繁に切り替わることがなく、安定した走行状態を維持することができる。
【００２１】
本発明の請求項７記載の構成によれば、走行速度が低下し、且つペダル踏力が所定値以上の際に、回生状態から非回生状態に移行するので、登り坂などの大きな踏力が必要な状態では、速やかに回生状態から非回生状態に移行させることができ、走行性を損なうことがない。
【００２２】
本発明の請求項８記載の構成によれば、走行速度が増大するに従って発電電力を増大するように設定しているので、運転者の余力を利用してバッテリの充電量を増大させることができ、走行距離を一層伸ばすことができる。
【００２３】
本発明の請求項９記載の構成によれば、「エコ充電」モード選択時、非回生状態における電動駆動系の補助力を、「標準」モード選択時の補助力よりも低く設定しているので、バッテリの電力消費を低減することができ、走行距離を一層伸ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳述する。
【００２５】
図１は電動補助自転車の制御手段を示すブロック図、図２は電動補助自転車の制御を示すフローチャートである。
【００２６】
図１に示すように、１は電動モータで、図示しない自転車の車輪に結合され、バッテリ３から充放電回路２を介して供給された電力によって車輪を回転させ、あるいは車輪の回転を利用して発電し、充放電回路２を介してバッテリ３を充電する。以下、バッテリ３から供給された電力によって車輪を回転させる状態を「非回生状態」、車輪の回転を利用して発電してバッテリ３を充電する状態を「回生状態」という。
【００２７】
４はトルク検出部で、ペダルに加わるペダル踏力を検出する。５は速度検出部で、電動モータ１の回転速度によって自転車の走行速度を検出する。６はブレーキ検出部で、自転車のブレーキがかけられたことを検出する。７はモード設定スイッチで、ハンドル近傍に取り付けられる後述する操作部８に設けられ、運転者によって操作される。図３にモード設定スイッチ７の設けられた操作部８を示し、前記モード設定スイッチ７により、「標準」、「パワフル」、「エコ充電」のいずれかの運転モードが設定される。
【００２８】
前記操作部８には、前記モード設定スイッチ７以外に、電源スイッチ９、図示しない自転車の前照灯となるライトの点灯を制御するライト点灯スイッチ１０、バッテリ残量表示部１１、モード設定スイッチ７によって設定された運転モードを表示するモード表示部１２が設けられている。
【００２９】
１３は制御装置で、前記トルク検出部４、速度検出部５、ブレーキ検出部６、モード設定スイッチ７、電源スイッチ９及びライト点灯スイッチ１０からの信号を入力し、充放電回路２、バッテリ残量表示部１１、モード表示部１２及び図示しないライトを制御する。
【００３０】
以下、図２に基づいて充放電回路２について説明する。１４は前記電動モータ１とバッテリ３との間に介在し、電動モータ１を制御するMOSFET回路、１５は前記MOSFET回路１４とバッテリ３の正極との間に接続されるFETで、MOSFET回路１４及びFET１５は前記制御装置１３のドライブ回路１６により制御される。１７はコンデンサ、１８は抵抗である。
【００３１】
前記ドライブ回路１６は、速度検出部５の検出した走行速度が一定速度以上、本実施形態では２４Km/h以上の場合、FET１５をOFFし、電動モータ１の起電力が大きくなってバッテリ３を充電するのを防止している。即ち、走行時、高速になって電動モータ１の起電力が大きくなり、バッテリ３の出力電圧、本実施形態では２４V以上になると、バッテリ３が充電され、過充電となる虞があり、従って、走行速度が一定速度以上の場合には、FET１５をOFFすることにより過充電を防止している。前記一定速度は、後述するステップ６における所定速度より十分に早く、電動モータ１の起電力によって不所望にバッテリ３が充電される速度以下の速度である。また、制御装置１３は、バッテリ３の残量を検出し、所定以上の残量、本実施形態では９０％以上の残量がある場合には、FET１５をOFFし、ブレーキがかけられた際等の電動モータ１の発電によってバッテリ３が過充電になるのを防止する。これらの過充電防止制御は、「標準」モード、「パワフル」モード、「エコ充電」モードのいずれが選択されている場合でも同様である。
【００３２】
尚、本実施形態では、バッテリ３とMOSFET回路１４との間にFET１５を接続してバッテリ３とMOSFET回路１４間の接続を制御するように構成したが、接続を制御し得る他の部品、例えば、リレー等を用いてもよい。
【００３３】
次に動作を説明する。
【００３４】
運転者がペダルを踏むと、トルク検出部４がペダルに加わるペダル踏力を検出し、ペダル踏力に応じて電動モータ１を駆動し、人力によるペダル踏力に電動モータ１の補助動力を加えて自転車を走行させる。
【００３５】
モード設定スイッチ７が「エコ充電」モードに設定されていると、図３のフローチャートに示されるように、速度検出部５により自転車が所定速度以上、本実施形態では１２Km/hで走行しているか否か判断し（ステップ１）、所定速度未満で走行していると、非回生状態となって、ペダル踏力に応じた電動モータ１の補助動力を加えて自転車を走行させる。この補助動力は、「標準」モードの５０％に設定し、バッテリ３の消耗を低減するようになっている。ステップ１において、所定速度以上で走行していると、回生状態に移行し、電動モータ１で発電させてバッテリ３を充電させる（ステップ２）。
【００３６】
尚、その際、ブレーキがかけられているか否か判断し（ステップ３）、ブレーキがかけられていない場合は、通常走行状態であり、大きな発電電流を発生させると、走行が重くなることから、０.８Ａの発電電流値を発生させてバッテリ３を充電させる（ステップ４）。ブレーキがかけられている場合は、回生制動を利用して大きな発電電流を得ることが可能であるから、最大６Ａの発電電流値を発生させてバッテリ３を充電させる（ステップ５）。この回生制動による発電は、高速であるほど大きな電流が発生し、ブレーキ感覚も大きくなり、下り坂等での安全性を向上させることができる。
【００３７】
回生状態で走行中、たとえば上り坂にさしかかり、走行速度が所定速度、本実施形態では１２Km/h未満に低下し、且つ、所定のペダル踏力、本実施形態では２５０Kgf・cm以上の踏力が加わった場合には、回生状態では、運転者の負担が大きくなることから、速やかに回生状態から非回生状態に移行させる（ステップ６）。
【００３８】
ステップ６で、非回生状態に移行しない条件であっても、所定の走行速度、本実施形態では１１Km/h未満の状態が、所定時間、本実施形態では３秒経過した場合には、回生状態から非回生状態に移行させる（ステップ７）。この所定時間は、回生状態と非回生状態が頻繁に切り替わることがないようにするためのものである。
【００３９】
「標準」モードは、「エコ充電」モードに比較して、電動モータ１の補助動力を大きくすると共に、自転車が所定速度以上になっても回生状態とはならず、非回生状態を維持し、ブレーキがかけられた場合にのみ、回生状態に移行する。
【００４０】
さらに、「パワフル」モードは、「標準」モードより電動モータ１の補助動力を大きくし、運転者の負担を軽減する。
【００４１】
尚、上記実施形態では、所定の走行速度（１２Km/h）以上で、所定の充電電流値でバッテリ３を充電するよう構成しているが、走行速度が上昇するに従って充電電流値を増大させるように構成してもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、速度検出部５は、電動モータ１の回転を検出して走行速度を算出する構成としたが、自転車の車輪の回転を検出して走行速度を算出する構成としてもよく、他の検出構成を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態の制御手段を示すブロック図である。
【図２】同充放電回路を説明する回路図である。
【図３】同「エコ充電」モードを説明するフローチャートである。
【図４】同電動補助自転車のハンドル近傍に取り付けられる操作部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      電動モータ
２      充放電回路
３      バッテリ
４      トルク検出部
５      速度検出部
６      ブレーキ検出部
７      モード設定スイッチ
１３    制御装置
【図１】
2006015887.tif 000003
【図２】
2006015887.tif 000004
【図３】
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【図４】
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