(57)【要約】【課題】    簡単な構成で、回生状態への切り替わりを確実に行うことができる電動補助自転車を提供する。【解決手段】  人力駆動力による人力駆動系と、人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部４１の検出値に応じた駆動力でモータ３２を駆動する電動駆動系とを備え、走行路の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部４２を設け、傾斜角度検出部４２が走行路が所定角度以上の下り坂であることを検出した際、電動駆動系にて回生充電を行う。  この構成によれば、走行路の傾斜角度で下り坂走行状態を判断しているので、運転者の体重や、積載物等に関わりなく、より正確に下り坂走行状態を判断して回生充電を行い、バッテリーを充電し、快適な走行性を維持することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機を駆動する電動駆動系を備え、走行路の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段を設け、該傾斜角度検出手段が走行路が所定角度以上の下り坂であることを検出した際、電動駆動系にて回生充電を行う制御手段を備えたことを特徴とする電動車。
【請求項２】
走行速度を検出する速度検出部を設け、該速度検出部が検出した速度が一定速度以上の時、前記制御手段は、電動駆動系にて回生充電を行うことを特徴とする請求項１記載の電動車。
【請求項３】
走行速度を検出する速度検出部及び積載重量を検出する重量検出部を設け、前記制御手段は、重量検出部が検出した重量が所定重量より軽い場合、第１速度以上の時に電動駆動系にて回生充電を行うと共に、重量検出部が検出した重量が所定重量以上の場合、前記第１速度より低い第２速度以上の時に電動駆動系にて回生充電を行うことを特徴とする請求項１記載の電動車。
【請求項４】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速の変化量を所定値以下となるように回生充電量を制御する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５】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速の変化量が大きいほど回生充電量を多くするよう制御する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６】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速が一定速度以上のときに回生充電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７】
人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、走行路の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段を設け、該傾斜角度検出手段が走行路が所定角度以上の下り坂であることを検出した際、電動駆動系にて回生充電を行う制御手段を備えたことを特徴とする電動補助自転車。
【請求項８】
走行速度を検出する速度検出部を設け、該速度検出部が検出した速度が一定速度以上の時、前記制御手段は、電動駆動系にて回生充電を行うことを特徴とする請求項７記載の電動補助自転車。
【請求項９】
走行速度を検出する速度検出部及び積載重量を検出する重量検出部を設け、前記制御手段は、重量検出部が検出した重量が所定重量より軽い場合、第１速度以上の時に電動駆動系にて回生充電を行うと共に、重量検出部が検出した重量が所定重量以上の場合、前記第１速度より低い第２速度以上の時に電動駆動系にて回生充電を行うことを特徴とする請求項１記載の電動車。
【請求項１０】
積載重量を検出する重量検出部を設け、前記制御手段は、重量検出部が検出した重量が所定重量以上で、前記傾斜角度検出手段が検出した走行路の角度が所定角度以上の時、電動駆動系のアシスト量を増大させることを特徴とする請求項７記載の電動補助自転車。
【請求項１１】
ペダルに加わる踏力を検出するトルクセンサを設け、前記制御手段は、トルクセンサの検出したトルクを、傾斜角度検出手段が検出した角度の走行路を走行する際のあらかじめ定めたトルクと比較し、前記トルクセンサの検出したトルクがあらかじめ定めたトルクより所定値以上高いときに、電動駆動系のアシスト量を増大させることを特徴とする請求項７記載の電動補助自転車。
【請求項１２】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速の変化量を所定値以下となるように回生充電量を制御することを特徴とする請求項７記載の電動補助自転車。
【請求項１３】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速の変化量が大きいほど回生充電量を多くするよう制御することを特徴とする請求項７記載の電動補助自転車。
【請求項１４】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速が一定速度以上のときに回生充電を行うことを特徴とする請求項７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、電動機を駆動する電動駆動系を有する電動車、及び人力駆動力による人力駆動系と、人力駆動系の人力トルクに応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを有する電動補助自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種電動補助自転車として、例えば、下り坂などにブレーキをかけたことを検出してモータにブレーキ力を発生させるものが提案されている。（特許文献１）
この特許文献１の構成では、モータが制動力を発生させるのは、ブレーキをかけたことを検出した際であり、ブレーキをかけるまでは、モータによる制動力を発生させることができず、モータを回生状態にすることもできないものであった。
【０００３】
そこで、車速と踏力を検出し、車速の割にペダルが軽い場合には、下り坂を走行中であると判断して、モータを回生状態に制御してバッテリーを充電するものが提案された。（特許文献２）
【特許文献１】特開平４−１００７９０号公報
【特許文献２】特開平９−２６７７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献２では、あらかじめ平坦路を走行するに必要な踏力を車速に対応して求めて回生判定値として記憶しており、ある車速での実際の踏力が回生判定値より小さい場合にモータを回生状態に切り替えるように構成されている。
【０００５】
しかしながら、あらかじめ平坦路を走行するのに必要な踏力を車速に対応して求めて回生判定値として記憶させなければならず、制御が煩雑になる問題がある。更に、運転者の体重が軽い際には、平坦路を走行している場合でも、ある速度での実際の踏力が回生判定値より小さくなって、モータが回生状態に切り替わることが想定される。また、重量物を積載して走行している場合、下り坂を走行しているにもかかわらず、ある速度での実際の踏力が回生判定値より小さくならず、回生状態に切り替わるべき状態であるにもかかわらず、回生状態に切り替わらないことが想定されるなど回生状態への切り替わりが不確実になる問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑み、簡単な構成で、回生状態への切り替わりを確実に行うことを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電動車は、電動機を駆動する電動駆動系を備え、走行路の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段を設け、該傾斜角度検出手段が走行路が所定角度以上の下り坂であることを検出した際、電動駆動系にて回生充電を行う制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
走行速度を検出する速度検出部を設け、該速度検出部が検出した速度が一定速度以上の時、前記制御手段は、電動駆動系にて回生充電を行うことが好ましい。
【０００９】
走行速度を検出する速度検出部及び積載重量を検出する重量検出部を設け、前記制御手段は、重量検出部が検出した重量が所定重量より軽い場合、第１速度以上の時に電動駆動系にて回生充電を行うと共に、重量検出部が検出した重量が所定重量以上の場合、前記第１速度より低い第２速度以上の時に電動駆動系にて回生充電を行うことが好ましい。
【００１０】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速の変化量を所定値以下となるように回生充電量を制御することが好ましい。
【００１１】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速の変化量が大きいほど回生充電量を多くするよう制御することが好ましい。
【００１２】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速が一定速度以上のときに回生充電を行うことが好ましい。
【００１３】
本発明の電動補助自転車は、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、走行路の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段を設け、該傾斜角度検出手段が走行路が所定角度以上の下り坂であることを検出した際、電動駆動系にて回生充電を行う制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
走行速度を検出する速度検出部を設け、該速度検出部が検出した速度が一定速度以上の時、前記制御手段は、電動駆動系にて回生充電を行うことが好ましい。
【００１５】
走行速度を検出する速度検出部及び積載重量を検出する重量検出部を設け、前記制御手段は、重量検出部が検出した重量が所定重量より軽い場合、第１速度以上の時に電動駆動系にて回生充電を行うと共に、重量検出部が検出した重量が所定重量以上の場合、前記第１速度より低い第２速度以上の時に電動駆動系にて回生充電を行うことが好ましい。
【００１６】
積載重量を検出する重量検出部を設け、前記制御手段は、重量検出部が検出した重量が所定重量以上で、前記傾斜角度検出手段が検出した走行路の角度が所定角度以上の時、電動駆動系のアシスト量を増大させるが好ましい。
【００１７】
ペダルに加わる踏力を検出するトルクセンサを設け、前記制御手段は、トルクセンサの検出したトルクを、傾斜角度検出手段が検出した角度の走行路を走行する際のあらかじめ定めたトルクと比較し、前記トルクセンサの検出したトルクがあらかじめ定めたトルクより所定値以上高いときに、電動駆動系のアシスト量を増大させることが好ましい。
【００１８】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速の変化量を所定値以下となるように回生充電量を制御することが好ましい。
【００１９】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速の変化量が大きいほど回生充電量を多くするよう制御することが好ましい。
【００２０】
走行速度を検出する速度検出部を設け、前記制御手段は、車速が一定速度以上のときに回生充電を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、傾斜角度検出部により走行路の傾斜角度を検出し、その検出結果に基づいて下り坂走行状態を判断しているので、運転者の体重や、積載物等に関わりなく、より正確に下り坂走行状態を判断して回生充電を行い、バッテリーを充電し、快適な走行性を維持することができる等の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を図１乃至図６に示す電動補助自転車に基づいて以下に詳述する。
【００２３】
まず、電動補助自転車の全体構成について、図４に基づき説明する。
【００２４】
１はメインフレームで、前部に設けられたフロントパイプ２及びサドル３から下方に設けられたシートチューブ４に連結されており、メインフレーム１とシートチューブ４が連結される連結部に、ペダル５を取り付けたクランク６と、該クランク６により回転される走行駆動装置７が取り付けられている。
【００２５】
８は前記フロントパイプ２上端に設けられたハンドル、９は前記フロントパイプ２下端に設けられた前車輪で、図示しないモータを内蔵したハブ１０を有し、前記モータにより前車輪９が回転駆動されるようになっており、電動駆動機構を構成している。
【００２６】
１１は後車輪で、前記走行駆動装置７との間にチェーン１２を架設される図示しないスプロケットが設けられており、前記ペダル５を踏む人力を、走行駆動装置７からチェーン１２を介してスプロケットに伝達して後車輪１１を回転させる人力駆動機構を構成している。
【００２７】
１３は前記シートチューブ４と後車輪１１との間に着脱自在に配設されるバッテリー、１４は前記メインフレーム１とシートチューブ４との連結部に設けられたコントロールボックスで、制御回路が内蔵されており、該制御回路の出力に基づいてバッテリー１３から供給される電力によってモータを駆動制御するようになっている。
【００２８】
以下の説明で、「正回転方向」とは、電動補助自転車を前進させるためにペダル５を踏み込んだ際の回転方向、「逆回転方向」とは「正回転方向」に対して反対側の回転方向である。
【００２９】
図５は、ペダル５の踏み込みによって回転するクランク６のクランク軸１５上に構成した前記走行駆動装置７の断面を示している。前記走行駆動装置７は、回転体１６と、該回転体１６に対して圧縮コイルバネ１７によって逆回転方向に付勢され、回転体１６の回転によって回転し後車輪１１をチェーン１２を介して回転させるスプロケット１８と、前記回転体１６とスプロケット１８の位相のずれによって回転トルクを検出するトルク検出手段１９と、スプロケット１８を挟んで回転体１６と一体回転可能に配設されたカバー体２０とによって構成される。
【００３０】
前記回転体１６は環状に形成され、中心孔に内刃２１を形成している。前記クランク６のクランク軸１５側端部に取り付けた歯車２２が前記内刃２１に噛み合い、クランク軸１５と回転体１６は一体に回転する。
【００３１】
前記スプロケット１８は、クランク軸１５に対して軸受２３によって回転自在に支持された取付部材２４にねじ止め固定されており、回転体１６より外周側にスプロケット部が突出している。
【００３２】
前記トルク検出手段１９は、前記取付部材２４に固定されたリング状の固定子２５と、該固定子２５の外側に嵌り、前記回転体１６とスプロケット１８の位相のずれによってクランク軸１５の軸方向に移動可能な可動リング２６と、該可動リング２６の軸方向移動量を検出して制御回路に信号を送るセンサー２７とによって構成される。
【００３３】
前記可動リング２６は金属製、詳細にはアルミニューム又はアルミニューム合金によって形成されている。前記可動リング２６は、バネ２８によりカバー体２０側に付勢されている。前記可動リング２６には、図５に示すごとく、隆起部２９が形成され、該隆起部２９には、カム面３０が形成されている。前記固定子２５には、可動リング２６のカム面３０に摺接する突部３１を形成しており、前記隆起部２９と突部３１とによりカム部を構成している。後述するように、回転体１６とスプロケット１８に位相のずれが生じると、可動リング２６はそのカム面３０を固定子２５の突部３１に摺接させて回転しつつクランク軸１５の軸方向に移動する。
【００３４】
前記センサー２７は、可動リング２６の軸方向移動範囲内において可動リング２６を包囲して図示しない巻回コイルを配置し、可動リング２６の軸方向移動による巻回コイルのインダクタンスの変化を検出するものである。前記センサー２７は、可動リング２６の巻回コイル内への侵入量が大きくなればなるほど、巻回コイルのインダクタンスが大きくなる。制御回路は、このインダクタンスの変化を検出し、その結果に基づいてモータを駆動制御する。
【００３５】
次に、図１に示すブロック図に基づいて制御回路を説明する。
【００３６】
３２は前記前車輪９のハブ１０に内蔵されるモータで、前記バッテリー１３から充放電回路３３を介して供給される電力によって前車輪９を回転させ、或いは前車輪９の回転を利用して発電し、前記充放電回路３３を介してバッテリー１３を充電する。以下、バッテリー１３から供給された電力によって前車輪９を回転させる状態を「非回生状態」、前車輪９の回転により発電してバッテリー１３を充電する状態を「回生状態」という。
【００３７】
３４は前記ハンドル８近傍に取り付けられる操作部に設けられた電源スイッチ、３５は前記操作部に設けられるモード設定スイッチで、「標準」、「オートエコ」のいずれかの運転モードを選択するようになっている。前記操作部には、電源スイッチ３４とモード設定スイッチ３５以外に、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３６、バッテリー１３の残量を表示するバッテリー残量表示部３７、前記モード設定スイッチ３５で選択された運転モードを表示するモード表示部３８が設けられている。
【００３８】
３９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し、ブレーキがかけられると、モータ３２を「回生状態」としてバッテリー１３を充電するようになっている。４０は速度検出部で、前記モータ３２の回転速度によって自転車の走行速度を検出する。４１はトルク検出部で、前記センサー２７を有し、前記巻回コイルのインダクタンスの変化を検出して、ペダル５に加わるペダル踏力を検出する。４２は傾斜角度検出部で、走行路面の傾斜角度を検出するようになっている。４３は重量検出部で、荷物や運転者の体重を含む自転車に加わる積載荷重を検出するようになっている。
【００３９】
４４は制御装置で、前記電源スイッチ３４、モード設定スイッチ３５、ライト点灯スイッチ３６、ブレーキ検出部３９、速度検出部４０、トルク検出部４１、傾斜角度検出部４２及び重量検出部４３からの信号を入力し、充放電回路３３、ライトの点消灯、バッテリー残量表示部３７及びモード表示部３８を制御する。
【００４０】
而して、運転者がペダル５を踏み込んで走行を開始する際、ペダル５にクランク６を介して連繋された回転体１６は回転しようとするが、後車輪１１にチェーン１２を架設して連繋されるスプロケット１８には大きな抵抗が作用する。このため、回転体１６が先に回転を始め、回転体１６とスプロケット１８との間で圧縮コイルバネ１７が圧縮されて、回転体１６とスプロケット１８に位相差が生じる。
【００４１】
回転体１６の位相がスプロケット１８より進むと、回転体１６と一体回転可能で且つクランク軸１５の軸方向に移動可能な可動リング２６は、カム面３０を固定子２５の突部３１に摺接させてセンサー２７の巻回コイルに侵入する方向に移動する。可動リング２６の侵入によってセンサー２７の巻回コイルのインダクタンスが大きくなり、巻回コイルのインダクタンスの変化をトルク検出部４１が検出し、その結果に基づいて制御装置４４がモータ３２の駆動を制御し、人力によるペダル踏力にモータ３２の補助動力を加えて自転車を走行させる。
【００４２】
次に、図２及び図３に示すフローチャートに基づいて「オートエコ」モードの動作を説明すると、「オートエコ」モードが選択されているか否か判断し（ステップ１）、「オートエコ」モードが選択されていないと、回生充電を行わない（ステップ２）。「オートエコ」モードが選択されていると、傾斜角度検出部４２の出力に基づいて走行路が所定角度以上の下り坂か否かを判断する（ステップ３）。本実施形態では、下り坂の所定角度を２度に設定している。
【００４３】
ステップ３において、下り坂の傾斜角度が所定角度未満の場合は、Ａに移行する。Ａルーチンは、図３にフローチャートを示し、詳細は後述する。
【００４４】
ステップ３において、下り坂の傾斜角度が所定角度以上の場合には、ステップ４に移行し、ステップ４以降、各種条件に応じて回生充電を行うことにより、走行距離を増大させることができると共に、制動により速度の増加を抑制して安全性と快適な走行性を得ることができる。
【００４５】
ステップ４において、自転車に加わる荷重を重量検出部４３の出力に基づいて検出して所定重量以上か否か判断する。下り坂においては、自転車に加わる荷重が重い場合には、軽い状態よりも早く加速し、また、ブレーキを掛けても減速しにくいため、以下のステップ５からステップ７により、自転車に加わる荷重が軽い場合よりも低速の状態から回生充電を行うようにして、速度の増加を抑制して安全性と快適な走行性を得ることができるようにしている。本実施形態において、所定重量は、運転者の体重及び荷物の重量を合わせて８０Ｋｇに設定している。
【００４６】
ステップ４において、所定重量より軽い場合には、ステップ５に移行し、走行速度が第１速度以上か否か判断する。本実施形態において、第１速度は、７Ｋｍ／ｈに設定している。ステップ５において、走行速度が第１速度より遅い際には、ステップ２に移行し、回生充電を行わない。ステップ５において、走行速度が第１速度以上の場合には、ステップ７に移行する。
【００４７】
ステップ４において、自転車に加わる荷重が所定重量以上の場合には、ステップ６に移行し、走行速度が第１走行速度より遅い第２速度以上か否か判断する。本実施形態では、第２速度を５Ｋｍ／ｈに設定している。ステップ４において、走行速度が第２速度より遅い場合には、ステップ２に移行し、回生充電を行わない。ステップ４において、走行速度が第２速度以上の場合には、ステップ７に移行し、回生充電を行っているか否か判断する。
【００４８】
ステップ７において、回生充電を行っていない状態であれば、ステップ８に移行し、回生充電を行う。ステップ７において、回生充電を行っている状態であれば、ステップ９に移行し、減速しているか否か判断する。ステップ９において、減速していなければ、ステップ１０に移行し、回生充電量を増加させる。回生充電量を増加させることにより、走行距離を増大させることができると共に、制動量を大きくすることで、下り坂における速度の増加を抑制して安全性と快適な走行性を得ることができる。
【００４９】
ステップ９において、減速していれば、ステップ１１に移行し、充電量が最低値であるか否か判断する。ステップ１１において、充電量が最低値であれば、ステップ２に移行し、回生充電を停止させてさらなる減速を抑制し、充電量が最低値でなければ、ステップ１２に移行し、回生充電量を減少させる。回生充電による制動によって減速していると判断して、制動量を減少させることにより快適な走行性を得ることができる。尚、ブレーキがかけられている場合には、ブレーキ操作による回生充電を優先し、回生充電量の減少や停止は行わない。
【００５０】
次に、Ａルーチンを図３に示すフローチャートに基づき詳述すると、ステップ１３において、傾斜角度検出部４２の出力に基づいて走行路が所定角度以上の登り坂か否か判断する。本実施形態において、登り坂の所定角度は、２度に設定している。
【００５１】
ステップ１３において、傾斜角度が所定角度以上の登り坂の場合には、ステップ１４に移行し、重量検出部４３の出力に基づいて自転車に加わる荷重が所定重量以上か否か判断する。本実施形態において、所定重量は、運転者の体重及び荷物の重量を合わせて８０Ｋｇに設定している。ステップ１４において、自転車に加わる荷重が所定重量以上の場合は、ステップ１５に移行し、通常のアシスト量よりもアシスト量を増大させて運転者の負担を軽減させ、自転車に加わる荷重が所定重量より軽い場合は、ペダルに加わる踏力に応じてアシスト量を制御するメインルーチンに移行する。
【００５２】
ステップ１３において、傾斜角度が所定角度以上の登り坂でない場合には、ほぼ平坦な道路を走行している状態であり、ステップ１６に移行し、トルク検出部４１の出力に基づいてペダルに加わる踏力が所定トルク以上か否か判断する。本実施形態において、所定トルクは、平坦路を走行する際の各速度とトルクとの関係をあらかじめ計測して各速度に対応するトルクより若干大きい値に設定している。
【００５３】
ステップ１６において、所定トルク以上の場合には、ほぼ平坦な道路を走行しているにもかかわらず、通常以上に踏力が必要な状態、例えば、向かい風や重量物を積載している状態であると判断されるため、ステップ１５に移行し、アシスト量を増大させる。ステップ１６において、踏力が所定トルクより小さい場合には、メインルーチンに移行する。
【００５４】
尚、ステップ４からステップ６において、自転車に加わる荷重を検出し、荷重と走行速度に応じて制御を行うように構成したが、ステップ３において、走行路が所定角度以上傾斜した下り坂の際に、走行速度が一定速度以上の場合に回生充電を行うように構成してもよい。その際、一定速度は、回生により十分な充電量を得ることができる速度、例えば７Ｋｍ／ｈに設定することが好ましい。
【００５５】
本発明を電動補助自転車に採用した実施形態に基づいて詳述したが、自動搬送車等の人力を補助する機能を有さない電動車に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック回路図である。
【図２】同フローチャートである。
【図３】同フローチャートである。
【図４】同電動補助自転車の側面図である。
【図５】同走行駆動装置の断面図である。
【図６】同固定子と可動リングのカム係合部分を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１３            バッテリー
３２            モータ
４０            速度検出部
４２            傾斜角度検出部
４３            重量検出部
４４            制御装置
【図１】
2008044565.tif 000003
【図２】
2008044565.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008044565.tif 000006
【図５】
2008044565.tif 000007
【図６】
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