(57)【要約】【課題】ブレーキの操作により、回生制動をかける場合、急激に制動されることをなくすことを目的とする。【解決手段】ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する人力駆動機構と、前輪を駆動するモーター８を駆動源とする電動駆動機構とを備える電動自転車であって、後輪へのブレーキ操作時には、後輪が制動されると共に、前輪のモーター８を発電機として利用して、前輪が回生制動される。また、ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する人力駆動機構と、車輪を駆動するモーターを駆動源とする電動駆動機構とを備える電動自転車であって、ブレーキレバーの操作時には、モーター１８を発電機として利用して車輪が回生制動される第１制動状態と、このように回生制動されると共に、ブレーキ機構により制動される第２制動状態とを、備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する人力駆動機構と、
前輪を駆動するモーターを駆動源とする電動駆動機構とを備える電動自転車であって、
前記後輪へのブレーキ操作時には、前記後輪が制動されると共に、前記前輪の前記モーターを発電機として利用して、前記前輪が回生制動されることを特徴とする電動自転車。
【請求項２】
ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する人力駆動機構と、  車輪を駆動するモーターを駆動源とする電動駆動機構とを備える電動自転車であって、
ブレーキレバーの操作時には、前記モーターを発電機として利用して前記車輪が回生制動される第１制動状態と、このように回生制動されると共に、ブレーキ機構により制動される第２制動状態とを、備えることを特徴とする電動自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動自転車においては、後車輪を駆動するために、モーターを駆動源とする電動駆動機構を備え、このモーターに電力を供給するために、蓄電池等の電源部を有している。
【０００３】
特開２００１−３０９７４号には、下り坂等での走行時で、ブレーキをかけたときに、モーター回転によって発生される電力を電源部に回収して、電源部を充電することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０９７４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例においては、ブレーキの操作により、ブレーキ機構による制動と、同時に回生制動による制動がかかることになり、急激に制動がかかることになる。
【０００６】
また、後輪のブレーキ操作をするときは、後輪には、ブレーキ機構による制動と、回生制動による制動がかかることになり、後輪が急激に制動されることになる。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、ブレーキの操作により、回生制動をかける場合、急激に制動されることをなくすことを目的とす。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動自転車は、ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する人力駆動機構と、前輪を駆動するモーターを駆動源とする電動駆動機構とを備える電動自転車であって、前記後輪へのブレーキ操作時には、前記後輪が制動されると共に、前記前輪の前記モーターを発電機として利用して、前記前輪が回生制動されることを特徴とする。
【０００９】
また、ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する人力駆動機構と、車輪を駆動するモーターを駆動源とする電動駆動機構とを備える電動自転車であって、ブレーキレバーの操作時には、前記モーターを発電機として利用して前記車輪が回生制動される第１制動状態と、このように回生制動されると共に、ブレーキ機構により制動される第２制動状態とを、備えることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示す電動自転車は、フレーム１と、このフレーム１の下端に装着しているペダル１１を取り付けたペダルクランク２と、このペダルクランク２で回転される第１スプロケット４と、チェーン６を介してペダルクランク２で回転される後輪３Ｂとを備える。このような人力駆動機構により、ペダル１１からの人力駆動力を後輪３Ｂに伝達することができる。
【００１１】
また、フロントフォーク７の下端に装着している前輪３Ａと、この前輪３Ａのフロントハブ８に内蔵されて前輪３Ａを駆動するモーター９と、このモーター９に電力を供給する電池１０とを備える。このような電動駆動機構により、モーター９を駆動源として前輪３Ａを駆動している。そして、フレーム１の下端においては、後述する制御回路１５を内蔵するコントロールボックス４２が設置されている。
【００１２】
また、図２に示すように、ハンドル２３には、通常の自転車と同様に、後ブレーキレバー１７Ｂが乗車した人において左側に取りつけられ、前ブレーキレバー１７Ｆが乗車した人において右側に取り付けられている。そして、前輪３Ａを制動するブレーキ機構として、フロントフォーク７には、前輪３Ａのリムに、ブレーキシューを押し当てて制動するサイドブレーキ１７Ｘが設置されており、前ブレーキレバー１７Ｆを握り締める操作により、インナーワイヤーを引っ張り、ブレーキ１７Ｘを作動させる。一方、後輪３Ｂを制動するブレーキ機構として、後輪３Ｂの中心にドラム形ブレーキ１７Ｙを利用している。
【００１３】
ドラム形ブレーキ１７Ｙは、周知の構造であって、図３の要部断面図に示すように、フレーム１に固定される固定軸Ｆの回りに、後輪３Ｂと共に回転自在に設置されたリング状部７１Ａを有する円板状ブレーキドラム７１を備える。そして、ブレーキドラム７１の内側には、後ブレーキレバー１７Ｂの操作によって外方向、即ちブレーキドラム７１のリング状部７１Ａの内周に摺接してブレーキドラム７１の回転（即ち、後輪３Ｂの回転）を制動するブレーキシュー７２が設置されている。ドラム形ブレーキ１７Ｙの外側は、ブレーキ保持部７３が覆っている。また、ブレーキ保持部７３は、強固に固定するためのアーム部７３Ａを前方向に延出している（図１参照）。そして、このアーム部７３Ａに隣接して、後ブレーキワイヤー５７のアウターチューブ５７ｂを固定する固定部７３Ｂを有し、インナーワイヤー５７ａは、連結部材７４に固定され、連結部材７４はブレーキシュー７２を操作する延出バー（図示せず）に連結されている。なお、図１（ｂ）に示すように、固定部７３Ｂには、周知のように、後ブレーキワイヤー５７の長さを調整する調整ネジＡ、ナットＢが設けられている。このような構造により、後ブレーキレバー１７Ｂを握り締める操作により、後ブレーキワイヤー５７のインナーワイヤー５７ａを引っ張り、連結部材７４が変位して、延出バーを動かしブレーキシュー７２を働かせて、後輪３Ｂを制動する。
【００１４】
この電動自転車は、ペダル１１を踏むと、ペダルクランク２が第１スプロケット４を回転し、第１スプロケット４がチェーン６と第２スプロケット５を介して後輪３Ｂを回転する。ペダルクランク２で後輪３Ｂを駆動するとき、人力によるトルクを検出してフロントハブ８に内蔵されるモーター９に電池１０から電力が供給され、補助的にモーター９が前輪３Ａを駆動する。電動自転車は、設定速度よりも遅い領域において、モーター９が前輪３Ａを駆動する回転トルクと、ペダルクランク２が後輪３Ｂを駆動する回転トルクとが同じになるようにモーター９への供給電力を制御している。自転車が設定速度になるとモーター９は車輪３を駆動しなくなる。前輪３Ａをモーター９で駆動する電動自転車は、前輪３Ａに鍵１２を設けている。この鍵１２はロック状態で前輪３Ａが回転されるのを確実に停止する。したがって、鍵１２をロックする状態で、誤動作等でモーター９が前輪３Ａを駆動しても、前輪３Ａが回転することがない。更には、本実施例においては、後輪３Ｂを施錠できる後輪用の鍵１２Ｂも設けている。
【００１５】
図４は、図１の電動自転車に搭載されて、電池１０がモーター９に電力を供給する回路のブロック図である。このブロック図に示す電動自転車は、ペダル１１の踏力が車輪３を駆動するトルクを検出するクランクトルクセンサ１３と、車輪３を駆動するモーター９と、このモーター９に電力を供給する電池１０と、電池１０とモーター９との間に接続されて、電池１０からモーター９に供給する電力を制御する制御回路１５とを備える。
【００１６】
さらに、このブロック図の電動自転車は、自転車の走行状態を切り換える手元操作部１６と、自転車のブレーキレバー１７が操作されたことを検出して回生制動のタイミングを特定する、後ブレーキレバー１７Ｂの操作に連動した回生スイッチ１８と、制御回路１５に使用される回路部品等の温度を検出する温度センサ１９と、電池１０の電流と電圧を検出する電流センサ２０および電圧センサ２１を制御回路１５に連結している。
【００１７】
ハンドル２３に装着された手元操作部１６の機能、表示について、図５を用いて、説明する。図において、左側に位置する円形の第１操作ボタン４１は、電源のＯＮ、ＯＦＦを行うスイッチであり、非押圧時には突出し、押圧時にはへこむようになっている。電源がＯＮのときは、人力でペダルを踏んで所定以上の負荷がかかるとき、補助的に、モーター９にて回転力は発生させて、前輪３Ａを回転させ、自転車を推進させる。電源がＯＦＦのときは、このような回転力を発っせず、通常の自転車と同様に乗車する。
【００１８】
略中央に位置する円形の第２操作ボタン４２は、モーター９の補助的な回転力の度合い（モード）を設定するものであり、詳しくは、この度合いを、小、オート、大に切り替えるものであり、非押圧時には突出し、押圧時にはへこむようになっている。第２操作ボタン４２の押圧操作により、モード表示部４３に配置された３つの透明の円形表示窓４４の内、対応した一つを点灯させる。各円形表示窓４４下には、赤色発光のＬＥＤが配置されている。モードについては、表示窓４４の左側より順に、省エネ（回転力度合い小）、オート（人からの踏力トルクが小さいとき、アシスト率が小さく、人からの踏力トルクが大きいとき、アシスト率が大きい）、標準（回転力度合い大）に対応している。
【００１９】
また、上側に位置する電池残量・回生充電表示部４５は、電池１０の残量を表示し、また、回生充電状態を表示するものである。後ブレーキレバー１７Ｂを操作せず、回生スイッチ１８がオフのときは、表示部４５は電池１０の残量を表示し、制御回路１５より、電池の電圧検出、使用電力量の積算等により、電池の残量を表示する。このため、表示部４５において、３つの透明で円形の表示窓４６が設けられて、残量に対応した一つの残量表示窓４６を点灯させる。なお、各残量表示窓４６の下には、赤色ＬＥＤが配置され、ＬＥＤの点灯により、残量表示窓４６が点灯される。
【００２０】
また、後ブレーキレバー１７Ｂを握って、回生充電する状態においては、これら表示窓４６、４６、４６において、左から右に順次、各表示窓４６が点灯して消灯する状態を、走らすことにより、乗車する人が回生制動され、回生充電する状態を、目で見て把握することができる。
【００２１】
また、制御回路１５は、回路部品の温度が設定温度よりも高くなる過熱異常信号が温度センサ１９から入力されると、電池１０からの電流を遮断して回路を保護する。さらに、制御回路１５は、電流センサ２０と電圧センサ２１の入力信号でモーター９に供給する電流を制御すると共に、電池１０の残容量を演算して電池１０が過放電にならないように放電電流を制御する。浸水センサ２２の役割を以下に説明する。詳細な説明は省略するが、後述するように、回転するクランクトルクセンサ１３からの電気出力を制御回路１５に伝達するために、スリップリングを採用しているが、このスリップリングが水にぬれた時に正常に電気出力を伝達することができない。このために、水ぬれを浸水センサ２２にて検出して、水ぬれが検出されたときは、踏力に基づいてモーター９を正常に駆動することができないので、モーター９の駆動を停止する。
【００２２】
クランクトルクセンサ１３は、ペダルクランク２で回転される第１スプロケット４に内蔵している。図６は、クランクトルクセンサ１３を内蔵する第１スプロケット４の概略図を示している。この第１スプロケット４の斜視図を図７と図８に示す。これ等の図に示す第１スプロケット４は、外周にチェーン６をかける歯（図示せず）を別途設けている外輪２４と、この外輪２４の内側にあってペダルクランク２で回転される内輪２５とを備える。内輪２５は外輪２４に対して所定の角度は回転できるように連結される。図９の断面図に示すように、内輪２５は外周縁に外輪２４を回転できるように案内する外周溝２６を設けている。この外周溝２６に、外輪２４の内周縁を、回転できるが軸方向に抜けることがないように案内している。外輪２４はクランクトルクセンサ１３を配設するための凹部２７を内周部に設けている。内輪２５は、外輪２４の凹部２７に突出する駆動アーム２８を有し、この駆動アーム２８と凹部２７との間にクランクトルクセンサ１３を配設している。内輪２５は、図７と図８に示すように、クランクトルクセンサ１３を内蔵する筒部２９を備えており、この筒部２９の内側にクランクトルクセンサ１３を配設している。さらに、駆動アーム２８は、クランクトルクセンサ１３に当接する反対側に押しバネであるコイルスプリング３０を配設している。コイルスプリング３０は、駆動アーム２８を一定の圧力でクランクトルクセンサ１３に押圧している。外輪２４は凹部２７に突出して、コイルスプリング３０に挿通される凸部３１を設けている。コイルスプリング３０は、外輪２４の凸部３１に挿入され、内輪２５の筒部２９に入れられて定位置に配置される。この第１スプロケット４は、ペダルクランク２で内輪２５が回転されると、内輪２５の駆動アーム２８がクランクトルクセンサ１３を介して外輪２４を回転させる。ペダルクランク２の回転力は、クランクトルクセンサ１３を介して外輪２４を回転し、外輪２４がチェーン６を介して後輪３Ｂを回転させる。ペダル１１に強い踏力が作用すると、内輪２５がクランクトルクセンサ１３を押圧する圧力も強くなる。したがって、クランクトルクセンサ１３は、これに作用する圧力を検出して、ペダルクランク２の回転トルクを検出できる。この図のクランクトルクセンサ１３は、磁歪素子を利用した圧力センサであって、クランクトルクセンサ１３からの電気出力は、詳細な説明は省略するが、回転するクランクトルクセンサ１３からの電気出力を得るためにスリップリングを利用して、制御回路１５にて検出される。
【００２３】
ただし、本発明はクランクトルクセンサ１３を圧力センサに特定しない。クランクトルクセンサ１３には変位センサも使用できる。図１０は変位センサをクランクトルクセンサ１３に使用する具体例を示す。この図の第１スプロケット４は、内輪２５の駆動アーム２８に凸部２８Ａを設けており、この凸部２８Ａの移動を変位センサで検出する。内輪２５の駆動アーム２８と外輪２４の凹部２７との間には押しバネであるコイルスプリング３２を配設している。コイルスプリング３２は、内輪２５がペダルクランク２の強い踏力で駆動されるほど圧縮されて短くなる。コイルスプリング３２が圧縮されると、内輪２５の駆動アーム２８の凸部２８Ａが変位センサに接近し、あるいは変位センサに押し込まれる。凸部２８Ａの移動した位置が変位センサで検出されて、ペダルクランク２のトルクが検出される。
【００２４】
次に、本発明の特徴点である回生制動のスイッチング機構について、説明する。  回生スイッチ１８は、後ブレーキレバー１７Ｂが操作されたことを検出するスイッチで、ブレーキレバー１７で引っ張られる後ブレーキワイヤー５７の途中に設けられる（図１参照）。なお、回生スイッチ１８は、後ブレーキレバー１７Ｂ内に設けることもできる。
【００２５】
ブレーキワイヤー５７の途中に設置される例を、図１１、図１２を用いて説明する。回生スイッチ１８は、図示するように、後ブレーキワイヤー５７の長さ途中に取り付けられた箱状のスイッチケース５０と、スイッチケース５０内で後ブレーキワイヤー６７のインナーワイヤ５７ａに取り付けられたスリーブ５１と、スリーブ５１の上面に取り付けられたマグネット５２と、マグネット５２に対向するように、スイッチケース内の回路基板５３（電気配線は図示せず）に取り付けられたリードスイッチ５４とを備えている。なお、５７ｂは後ブレーキワイヤー５７のアウターチユーブである。
【００２６】
リードスイッチ５４は、マグネット５２が図１１の状態（後ブレーキレバー１７Ｂを操作しない状態）にあるとき、ＯＦＦであり、この状態から、図１２に示すように、インナーワイヤ５７ａの動きにより左方向へ移動するとＯＮになる。なお、図示しないが、スイッチケース５０は、略箱形状で密閉構造となっている。
【００２７】
このようなスイッチング機構における自転車運転時の動作を、以下に説明する。ペダル１１をこいで自転車を運転するときには、トルクセンサ１３が人力を検出して、モーター９が前輪３Ａを補助的に駆動する。このとき、回生スイッチ１８におけるリードスイッチ５４とマグネット５２とは、図１１に示す状態にある。
【００２８】
この状態から、後ブレーキレバー１７Ｂを握ることによりブレーキ操作を行うと、後ブレーキワイヤー５７のインナーワイヤー５７ａが引かれる。インナーワイヤー５７ａによりマグネット５２が左へ移動し、図１２の状態になると共にブレーキシュー７２がブレーキドラム７１に摺接して後輪３Ｂを制動する。
【００２９】
そして、このようにブレーキが操作されて、回生スイッチ１８がＯＮ状態となったとき、ＯＮ信号を制御回路１５に出力する。制御回路１５は、ブレーキが操作された信号が入力されると、モーター９を発電機として使用して、前輪３Ａを回生制動して電池１０を充電する。制御回路１５は、モーター９の界磁コイルに流す電流のタイミングを制御して、モーター９を発電機として電池１０を充電する。制御回路１５は、電池１０の残容量を検出し、電池１０の過充電を防止しながら回生制動して電池１０を充電する。すなわち、電池１０が満充電になると、ブレーキが操作されても回生を停止して電池１０の充電を停止する。
【００３０】
ブレーキを操作したことを検出して回生制動する電動自転車は、スムーズに制動できると共に、運動のエネルギーを有効に回収して電池１０を充電できる。このため、自転車を速やかに停止できると共に、電池１０による走行距離を長くできる特長がある。
【００３１】
そして、本実施例においては、後ブレーキレバー１７Ｂを握るとき、少し握る（＝後ブレーキレバー１７Ｂを少し変位させる、即ち、浅く握る）と、リードスイッチ５４がオンして回生スイッチ１８がオン状態となり、回生制動する状態（第１制動状態）となる。更に、後ブレーキレバー１７Ｂを深く握るなら、回生制動の状態が維持されるとともに、インナーワイヤー１７ａを引っ張り、連結部材７４が変位して、延出バーを動かしブレーキシュー７２を働かせて、後輪３Ｂを制動する（第２制動状態）になるように、ブレーキワイヤー５７を調整してある。
なお、必要に応じて、回生制動と、ブレーキシュー７２を働かせるブレーキ機構による制動を、同時に働かせように、ブレーキワイヤー５７を調整することも可能である。
【００３２】
また、図１１、１２に示したように、この電気自転車においては、回生スイッチ１８としてリードスイッチ５４を用いたが、これに代えて、スイッチＯＦＦ状態を示す図１３及びスイッチＯＮ状態を示す図１４のように、リミットスイッチ６０を用いてもよい。なお、両図において６１は、後ブレーキワイヤー５７のインナーワイヤ５７ａに取り付けられた作動片である。
【００３３】
以上の実施例においては、自転車の走行中に、後輪３Ｂの制動のために、後ブレーキレバー１７Ｂを徐々に握るなら、まず、回生スイッチ１８が図１１に示す状態より、図１２に示す状態に移行して、回生スイッチ１８がオン状態となることより、モーター９が発電機として利用されて、前輪３Ａが回生制動される第１制動状態となる。この後ブレーキレバー１７Ｂの握り状態を維持するなら、モーター９が低速となるまで、回生制動状態を維持できることになる。この第１制動状態である回生制動の状態においては、乗車する人が制動する感触を乗車して体感できると共に、手元操作部１６においては、上述のように表示窓４６、４６、４６において左から右に順次、各表示窓４６が点灯して消灯する状態が走るので、回生制動され、回生充電する状態を、目で見て把握することができる。
【００３４】
この状態より、更に、後ブレーキレバー１７Ｂを深く握るなら、継続して回生スイッチ１８がオン状態が維持され回生制動されると共に、インナーワイヤー１７ａを引っ張り、連結部材７４が変位して、延出バーを動かしブレーキシュー７２を働かせて、後輪３Ｂを制動する第２制動状態となる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の電動自転車においては、後輪へのブレーキ操作時において、後輪が制動されると共に、前輪のモーターを発電機として利用して、前輪が回生制動されることにより、後輪へのブレーキ操作により、後輪及び前輪の両輪を一度に制動することができる。よって、上述の従来例では、後輪に回生制動とブレーキ機構による制動が急激にかかっていたが、本発明には、両輪を制動することになるので、安定して停止することができる。
【００３６】
また、本発明の電動自転車においては、ブレーキレバーの操作時には、モーターを発電機として利用して車輪が回生制動される第１制動状態と、このように回生制動されると共に、ブレーキ機構により制動される第２制動状態とを備える。上述の従来例では、ブレーキ機構による制動と回生制動による制動が同時にかけられていので、ブレーキ機構による制動により速やかに低速となるので、十分に長時間に回生充電することができなかったが、本発明においては、回生制動される第１制動状態のみを維持することが可能であるので、走行中の電動自転車の運動エネルギーを、ブレーキ機構による制動で消費することなく、回生制動に利用することができる。そして、回生制動により、電池を充電することができる。モーターを駆動源とする電動駆動機構は、前輪に限らず、後輪を駆動してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる電動自転車の側面図であって、（ａ）は全体の側面図、（ｂ）は後輪部分の拡大側面図（スタンドは立てた状態）である。
【図２】本発明の一実施例にかかる電動自転車の上面図である。
【図３】本発明の一実施例におけるドラム型ブレーキの要部断面図である。
【図４】図１に示す電動自転車のモーターを駆動する回路のブロック図である。
【図５】本発明の一実施例における手元操作部の上面図である。
【図６】図１に示す電動自転車の第１スプロケットを示す概略図である。
【図７】第１スプロケットの斜視図である。
【図８】図７に示す第１スプロケットの背面斜視図である。
【図９】第１スプロケットの概略断面図である。
【図１０】クランクトルクセンサの他の一例を示す概略図である。
【図１１】回生スイッチのスイッチケースの断面図であって、オフ状態を示す。
【図１２】回生スイッチのスイッチケースの断面図であって、オン状態を示す。
【図１３】他の回生スイッチのスイッチケースの断面図であって、オフ状態を示す。
【図１４】他の回生スイッチのスイッチケースの断面図であって、オン状態を示す。
【符号の説明】
１…フレーム
２…ペダルクランク
３…車輪                ３Ａ…前輪            ３Ｂ…後輪
４…第１スプロケット
５…第２スプロケット
６…チェーン
７…フロントフォーク
８…フロントハブ
９…モーター
１０…電池
１１…ペダル
１２…鍵
１３…クランクトルクセンサ
１４…回転センサ
１５…制御回路
１６…手元操作部
１７…ブレーキレバー
１８…回生スイッチ
１９…温度センサ
２０…電流センサ
２１…電圧センサ
２２…浸水センサ
２３…ハンドル
２４…外輪
２５…内輪
２６…外周溝
２７…凹部
２８…駆動アーム        ２８Ａ…凸部
２９…筒部
３０…コイルスプリング
３１…凸部
３２…コイルスプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004149001.tif 000015
【図１４】
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