(57)【要約】【課題】小型で低コストの電力回生システムを提供する。【解決手段】電力回生システムは、電動機Ｍ１に電力を供給する主電池１と、充電電圧が主電池１よりも低い電圧に設定された補助電池２と、アクセルの操作量に応じた電力を主電池１から電動機Ｍ１に供給させる駆動回路３と、回生制動時に電動機Ｍ１が発生する回生電力を補助電池２に蓄電する回生回路４と、アクセルの開放時に回生回路４により補助電池２に回生電力を蓄電させ、且つ、ブレーキ操作が行われるとブレーキ操作量に応じた回生電流が流れるように、回生回路４の電力伝達比率を負帰還制御する制御回路１０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】
電動機に電力を供給する主電池と、
充電電圧が前記主電池よりも低い電圧に設定された補助電池と、
アクセルの操作量に応じた電力を前記主電池から前記電動機に供給させる第１駆動回路と、
回生制動時に前記電動機が発生する回生電力を前記補助電池に蓄電する第１回生回路と、
前記アクセルの開放時に前記第１回生回路により前記補助電池に回生電力を蓄電させ、且つ、ブレーキ操作が行われるとブレーキ操作量に応じた回生電流が流れるように、前記第１回生回路の電力伝達比率を負帰還制御する制御回路とを備えることを特徴とする電力回生システム。
【請求項２】
前記電動機のコイルと前記補助電池との間に電気的に接続されたスイッチング素子を備え、前記制御回路は、前記スイッチング素子のオン／オフをＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１項に記載の電力回生システム。
【請求項３】
前記アクセルの開放時に前記電動機が発生する回生電力を前記主電池に蓄電する第２回生回路を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の電力回生システム。
【請求項４】
回生制動時に前記電動機が発生する電力の一部を蓄電するキャパシタと、前記キャパシタに蓄電された電力を放電させる放電回路とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力回生システム。
【請求項５】
前記キャパシタは、前記第１回生回路と前記補助電池との間を接続する電路に接続されて、前記第１回生回路からの回生電力により充電され、
前記補助電池から前記キャパシタへ電流が流れるのを阻止する逆流阻止回路が設けられたことを特徴とする請求項４記載の電力回生システム。
【請求項６】
前記逆流阻止回路がショットキーバリアダイオードからなることを特徴とする請求項５記載の電力回生システム。
【請求項７】
前記キャパシタは、前記第１回生回路と前記補助電池との間を接続する電路に接続されて、前記第１回生回路からの回生電力により充電され、
前記キャパシタと前記補助電池との間にスイッチが接続され、
前記スイッチは、回生制動時に前記第１回生回路から回生電力が供給される間は導通状態に切り替えられ、前記補助電池の放電時には非導通状態に切り替えられることを特徴とする請求項４記載の電力回生システム。
【請求項８】
前記第１回生回路からの回生電力の供給先を、前記補助電池及び前記キャパシタの何れかに切り替える切替回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の電力回生システム。
【請求項９】
回生制動時に前記電動機が発生する回生電力を前記キャパシタに蓄電する第３回生回路を備えたことを特徴とする請求項４乃至８の何れか１項に記載の電力回生システム。
【請求項１０】
前記ブレーキ操作に応じて制動力を発生させる摩擦ブレーキを備え、ブレーキ操作を開始してから前記摩擦ブレーキが制動力を発生するまでの遊び区間において、前記第１回生回路が、前記電動機が発生する回生電力を前記補助電池に回生させることによって回生制動を行うことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の電力回生システム。
【請求項１１】
少なくとも前記第１回生回路を収納する器体に、前記ブレーキ操作量を検出して、検出結果を前記制御回路に出力するブレーキ操作検出部が取り付けられたことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の電力回生システム。
【請求項１２】
ブレーキ操作を行うためのブレーキ操作部の動きを、ブレーキ操作量に応じた制動力を発生する制動力発生部に伝達するためのブレーキワイヤに取り付けられ、ブレーキ操作に応じて前記ブレーキワイヤと共に往復動作する金属製の変位体と、
前記ブレーキワイヤにおいて前記変位体が取り付けられた部位が通され、前記変位体の移動に応じてインピーダンスが変化する検出コイルとを前記ブレーキ操作検出部が備え、
前記ブレーキ操作検出部は、前記検出コイルのインピーダンスを電気信号に変換することでブレーキ操作量を検出することを特徴とする請求項１１記載の電力回生システム。
【請求項１３】
前記補助電池に蓄電された電力を前記電動機に供給する第２駆動回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の電力回生システム。
【請求項１４】
前記補助電池がキャパシタ電池からなることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の電力回生システム。
【請求項１５】
前記補助電池に蓄電された電力で前記主電池を充電する充電回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の電力回生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力回生システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンと、電動機と、電動機に駆動用電力を供給するバッテリとを備えたハイブリッド車において、減速時の制動エネルギを回収するエネルギ回生装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１に開示されたエネルギ回生装置では、回生制動時に電動機で発電された電力が、バッテリに比べてパワー密度の高い電気二重層コンデンサに一旦蓄電されている。そして、電気二重層コンデンサに蓄電された電力は、充電器を介して、エネルギー密度の高いバッテリに再充電されていた。
【０００４】
このエネルギ回生装置では、電気二重層コンデンサの充電開始電圧が、バッテリの定格電圧よりも低い電圧に設定されており、車両の速度が低速で、電動機の誘起電圧が低圧の場合でも、回生電力を回収することが可能になり、回生効率の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０９００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示されたエネルギ回生装置では、回生制動時に電動機で発電された電力が電気二重層コンデンサに一旦蓄電されている。電気二重層コンデンサはバッテリに比べてエネルギー密度が小さいため、車両の質量、速度に相当する運動エネルギーを回収するためには、大容量の電気二重層コンデンサが必要になっていた。また、電気二重層コンデンサは、充電量に比例して端子電圧が上昇するため、端子電圧を低圧に保つためには、さらに大容量の電気二重層コンデンサが必要になり、電気二重層コンデンサが大型化し、コスト高になるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、小型で低コストの電力回生システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の電力回生システムは、主電池と、補助電池と、第１駆動回路と、第１回生回路と、制御回路とを備えている。前記主電池は電動機に電力を供給する。前記補助電池は、充電電圧が前記主電池よりも低い電圧に設定されている。前記第１駆動回路は、アクセルの操作量に応じた電力を前記主電池から前記電動機に供給させる。前記第１回生回路は、回生制動時に前記電動機が発生する回生電力を前記補助電池に蓄電する。前記制御回路は、前記アクセルの開放時に前記第１回生回路により前記補助電池に回生電力を蓄電させ、且つ、ブレーキ操作が行われるとブレーキ操作量に応じた回生電流が流れるように、前記第１回生回路の電力伝達比率を負帰還制御する。ここにおいて、補助電池には、従来の化学電池のうちパワー密度を改良したものや、高性能のリチウムイオン蓄電池や、材料や電極の改良によって大きなエネルギー密度とパワー密度を兼ね備えたキャパシタ電池と称される蓄電素子が含まれる。とりわけ、リチウムイオンキャパシタやキャパシタ電池が補助電池に適しており、例えば東芝株式会社のＳＣｉＢ（Super Charge ion Battery、登録商標）や、三菱電機株式会社の複合型蓄電デバイスや、イーメックス株式会社の「高分子・ガラス電池」など、大電流充電が可能でサイクル寿命の長い電池が好適である。
【０００９】
この電力回生システムにおいて、前記電動機のコイルと前記補助電池との間に電気的に接続されたスイッチング素子を備え、前記回生制御部は、前記スイッチング素子のオン／オフをＰＷＭ制御することも好ましい。
【００１０】
この電力回生システムにおいて、前記アクセルの開放時に前記電動機が発生する回生電力を前記主電池に蓄電する第２回生回路を備えることも好ましい。
【００１１】
この電力回生システムにおいて、回生制動時に前記電動機が発生する電力の一部を蓄電するキャパシタと、前記キャパシタに蓄電された電力を放電させる放電回路とを備えることも好ましい。
【００１２】
この電力回生システムにおいて、前記キャパシタは、前記第１回生回路と前記補助電池との間を接続する電路に接続されて、前記第１回生回路からの回生電力により充電される。そして、前記補助電池から前記キャパシタへ電流が流れるのを阻止する逆流阻止回路が設けられることも好ましい。
【００１３】
この電力回生システムにおいて、前記逆流阻止回路がショットキーバリアダイオードからなることも好ましい。
【００１４】
この電力回生システムにおいて、前記キャパシタは、前記第１回生回路と前記補助電池との間を接続する電路に接続されて、前記第１回生回路からの回生電力により充電される。そして、前記キャパシタと前記補助電池との間にスイッチが接続され、前記スイッチは、回生制動時に前記第１回生回路から回生電力が供給される間は導通状態に切り替えられ、前記補助電池の放電時には非導通状態に切り替えられることも好ましい。
【００１５】
この電力回生システムにおいて、前記第１回生回路からの回生電力の供給先を、前記補助電池及び前記キャパシタの何れかに切り替える切替回路を備えることも好ましい。
【００１６】
この電力回生システムにおいて、回生制動時に前記電動機が発生する回生電力を前記キャパシタに蓄電する第３回生回路を備えることも好ましい。
【００１７】
この電力回生システムは、前記ブレーキ操作に応じて制動力を発生させる摩擦ブレーキをさらに備えている。そして、ブレーキ操作を開始してから前記摩擦ブレーキが制動力を発生するまでの遊び区間において、前記第１回生回路が、前記電動機が発生する回生電力を前記補助電池に回生させることによって回生制動を行うことも好ましい。
【００１８】
この電力回生システムにおいて、少なくとも前記第１回生回路を収納する器体に、前記ブレーキ操作量を検出して、検出結果を前記制御回路に出力するブレーキ操作検出部が取り付けられることも好ましい。
【００１９】
この電力回生システムにおいて、金属製の変位体と、検出コイルとを前記ブレーキ操作検出部が備えることも好ましい。変位体は、ブレーキ操作を行うためのブレーキ操作部の動きを、ブレーキ操作量に応じた制動力を発生する制動力発生部に伝達するためのブレーキワイヤに取り付けられ、ブレーキ操作に応じて前記ブレーキワイヤと共に往復動作する。検出コイルは、前記ブレーキワイヤにおいて前記変位体が取り付けられた部位が通され、前記変位体の移動に応じてインピーダンスが変化する。前記ブレーキ操作検出部は、前記検出コイルのインピーダンスを電気信号に変換することでブレーキ操作量を検出する。
【００２０】
この電力回生システムにおいて、前記補助電池に蓄電された電力を前記電動機に供給する第２駆動回路を備えたことも好ましい。
【００２１】
この電力回生システムにおいて、前記補助電池がキャパシタ電池からなることも好ましい。
【００２２】
この電力回生システムにおいて、前記補助電池に蓄電された電力で前記主電池を充電する充電回路を備えることも好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、回生制動時に電動機に発生する回生電力を補助電池に蓄電しており、電気二重層コンデンサに比べて電池はエネルギー密度が大きいので、電気二重層コンデンサに比べて小型、低コストでありながら、より多くの回生電力を蓄電できる。また電池は、電気二重層コンデンサに比べて充電電流に対する電圧上昇が小さいので、充電量が増えても、充電電圧が低圧に保たれ、しかも補助電池は、主電池よりも充電電圧が低圧に設定されているから、より低速まで回生エネルギーを回収することができる。さらに、制御回路は、ブレーキ操作が行われると第１回生回路により回生電力を補助電池に蓄電させており、ブレーキ操作をトリガとして回生動作を開始するので、減速によって失われる運動エネルギーを確実に回収することができる。また、制御回路は、ブレーキ操作量に応じた回生電流となるように、第１回生回路の電力伝達比率を負帰還制御しているので、ブレーキ操作量に応じた回生制動力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態１の電力回生システムのブロック図である。
【図２】同上の具体回路図である。
【図３】同上に用いられる補助電池の電圧とデューティ比との関係を示す図である。
【図４】（ａ）はブレーキ操作量とデューティ比との関係を示す図であり、（ｂ）はブレーキ操作量と制動力の関係を示す図である。
【図５】実施形態２の電力回生システムのブロック図である。
【図６】実施形態３の電力回生システムのブロック図である。
【図７】同上の具体回路図である。
【図８】実施形態４の電力回生システムのブロック図である。
【図９】実施形態５の電力回生システムのブロック図である。
【図１０】同上の別の回路構成を示すブロック図である。
【図１１】実施形態６の電力回生システムのブロック図である。
【図１２】実施形態７の電力回生システムのブロック図である。
【図１３】実施形態８の電力回生システムに用いるブレーキ操作検出部の断面図である。
【図１４】実施形態９の電力回生システムのブロック図である。
【図１５】同上に用いられる補助電池の電圧とデューティ比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、以下では本発明の電力回生システムを電動バイクに適用した実施形態について説明するが、本発明は電動バイクの電力回生システムに限定されるものではない。すなわち、電動機の回生制動によって発生する電力を回収するシステムであれば、本発明を電動自転車の電力回生システムに適用してもよい。また本発明を、バッテリ電気自動車（ＢＥＶ；Battery Electric Vehicle）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ；Hybrid Electric Vehicle）など動力源として電動機を備える車両の電力回生システムに適用してもよいし、電動エレベーターや電動クレーンなどの電力回生システムに適用してもよい。
【００２６】
（実施形態１）
実施形態１の電力回生システムについて図１〜図４に基づいて説明する。
【００２７】
この電力回生システムは、図１に示すように、電動機Ｍ１と、主電池１と、補助電池２と、第１駆動回路（以下、駆動回路と略称する。）３と、第１回生回路（以下、回生回路と略称する。）４と、充電回路５と、制御回路１０とを主要な構成として備えている。
【００２８】
電動機Ｍ１は電動バイクの動力源として用いられ、電動機Ｍ１の回転が変速機を介して駆動輪に伝達される。尚、電動バイクの場合には、電動機Ｍ１として主にＤＣモータやＤＣブラシレスモータなどが使用される。これらのモータのように、永久磁石を使用したモータが使用される限り、制動時に電動機Ｍ１が発電機となって電力が発生するので、本発明の電力回生システムを適用することができる。
【００２９】
主電池１は、定格電圧が４８Ｖの鉛蓄電池からなり、充電ケーブル（図示せず）を介して外部電源（例えば商用交流電源）に接続されて充電が行われる。走行時には充電ケーブルが外され、駆動回路３が、主電池１を電源として、アクセルの操作量に応じた回転速度で電動機Ｍ１を駆動することによって、電動バイクが所望の速度で走行する。尚、鉛蓄電池は化学反応により充電、放電を行う化学電池の一種であり、短時間で受け入れ可能な電流量には限界があるので、化学電池でありながら比較的パワー密度が高いリチウムイオン蓄電池などで主電池１を構成してもよい。
【００３０】
補助電池２は、回生制動時に電動機Ｍ１が発生する回生電力を蓄電するために用いられる。補助電池２には主電池１よりもパワー密度の大きいキャパシタ電池が単セルで使用されている。
【００３１】
下記の表１は、主電池１に用いられる鉛蓄電池やリチウムイオン蓄電池の性能、補助電池２に用いられるキャパシタ電池の性能を、電気二重層コンデンサと比較した表である。キャパシタ電池は、主電池１に用いられる鉛蓄電池やリチウムイオン蓄電池に比べて出力密度が高く、内部抵抗は低いので、急速充放電が可能である。またキャパシタ電池は電気二重層コンデンサに比べてエネルギー密度が高くなっており、制動回生時に発生する回生電力をより多く蓄電することができる。キャパシタ電池のセル電圧は２．５〜４．０Ｖ程度であり、補助電池２は例えば単セルのキャパシタ電池で構成されているので、補助電池２の充電電圧は主電池１よりも低い電圧に設定されている。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
駆動回路３は、例えばインバータ回路からなり、主電池１から電力供給を受けて電動機Ｍ１を駆動する。
【００３４】
回生回路４は、例えばコンバータ回路からなり、回生制動時（すなわち電動バイクの減速時）に電動機Ｍ１に発生する回生電力を補助電池２に蓄電させる。
【００３５】
充電回路５は、例えば昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータからなり、補助電池２に蓄電された回生電力で主電池１を充電するために使用される。
【００３６】
制御回路１０は例えばマイクロコンピュータで構成されている。制御回路１０には、アクセル（図示せず）の操作量を検出するアクセル操作検出部３０と、摩擦ブレーキ３２を操作するための操作部（図示せず）のブレーキ操作量を検出するブレーキ操作検出部３１から、それぞれ検出結果が入力される。制御回路１０は、各検出部３０，３１の検出結果に基づいて、駆動回路３、回生回路４及び充電回路５がそれぞれ備えるスイッチング素子のオン／オフを制御する。
【００３７】
尚、駆動回路３及び回生回路４の構成は、使用される電動機Ｍ１の種類に合わせて、適宜変更が可能である。また駆動回路３、回生回路４及び充電回路５は従来周知の一般的な回路で構成されていればよく、ＰＷＭ制御により電力を伝達する。また、本実施形態では、駆動回路３、回生回路４及び充電回路５の動作を制御する制御回路１０が別に設けられているが、駆動回路３、回生回路４及び充電回路５のそれぞれが制御部を備えていてもよい。
【００３８】
次に、図２の具体回路に基づいて各回路の説明を行う。
【００３９】
主電池１の正極と負極の間にはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路が接続されており、ローサイドのスイッチング素子Ｑ２と並列に電動機Ｍ１が接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はＭＯＳ型電界効果トランジスタからなり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のドレイン・ソース間には、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴの構造上できる寄生ダイオードＤ１，Ｄ２が逆並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートには制御回路１０から制御信号が与えられ、この制御信号によってスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はオン／オフされる。
【００４０】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点には、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ３の一端が接続されている。スイッチング素子Ｑ３の他端と補助電池２の間にはダイオードＤ４が接続されている。主電池１と補助電池２の負極同士は互いに接続されている。スイッチング素子Ｑ３のゲートには制御回路１０から制御信号が与えられ、この制御信号によってスイッチング素子Ｑ３はオン／オフされる。尚、スイッチング素子Ｑ３のドレイン・ソース間には、ＭＯＳＦＥＴの構造上できる寄生ダイオードＤ３が接続されている。
【００４１】
補助電池２の正極と負極の間にはインダクタＬ１を介してスイッチング素子Ｑ５が接続されている。インダクタＬ１及びスイッチング素子Ｑ５の接続点にはダイオードＤ６のアノードが接続され、ダイオードＤ６のカソードは主電池１の正極に接続されている。ここにおいて、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ５とダイオードＤ６とで、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータからなる充電回路５が構成されている。
【００４２】
制御回路１０には、運転者によるアクセル操作を検出するアクセル操作検出部３０から、アクセルの操作量に応じた検出信号Ｓ１が入力される。また電動バイクは、運転者によるブレーキ操作に応じて摩擦抵抗による制動力を発生させる摩擦ブレーキ３２を備えており、ブレーキ操作検出部３１からブレーキの操作量に応じた検出信号Ｓ２が制御回路１０に入力されている。
【００４３】
制御回路１０にアクセル操作に応じた検出信号Ｓ１が入力されると、制御回路１０はスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオフさせるとともに、スイッチング素子Ｑ１のゲートにパルス信号を出力して、スイッチング素子Ｑ１をＰＷＭ制御する。ここで、スイッチング素子Ｑ１のオン期間には、主電池１からスイッチング素子Ｑ１を介して電動機Ｍ１に電流が供給され、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間には、ダイオードＤ２を介して電動機Ｍ１に電流が流れ続ける。制御回路１０は、スイッチング素子Ｑ１に与えるパルス信号のオンデューティを調整することで、電動機Ｍ１に供給する電流量をが制御しており、それによって電動機Ｍ１の回転速度（すなわち電動バイクの速度）が制御される。ここにおいて、スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ２とで駆動回路３が構成される。
【００４４】
一方、アクセルが開放されると、検出信号Ｓ１の入力が停止されるので、制御回路１０は回生制動を開始する。制御回路１０は、スイッチング素子Ｑ１をオフさせるとともに、ブレーキ操作検出部３１から入力される検出信号Ｓ２に応じて、スイッチング素子Ｑ２のゲートにパルス信号を出力して、スイッチング素子Ｑ２をＰＷＭ制御する。ここで、回生回路４が、回生制動によって電動機Ｍ１に発生した電力を補助電池２に伝達するのであるが、その電力伝達比率によって回生制動力が決定される。そして、回生回路４による電力伝達比率は、スイッチング素子Ｑ２に与えられるパルス信号のデューティ比によって決定されるので、制御回路１０は、検出信号Ｓ２（すなわちブレーキの操作量）に応じた回生電流となるように、スイッチング素子Ｑ２に与えるパルス信号のデューティ比を制御し、回生回路４の電力伝達比率を負帰還制御する。この時、電動機Ｍ１の回転速度と、制御回路１０から入力されるパルス信号のデューティ比とによって、電動機Ｍ１のモータコイルに流れる電流が決まり、その電流によって制動トルクが決定される。
【００４５】
また、スイッチング素子Ｑ２のオン時には電動機Ｍ１のコイルに、流れる電流に応じたエネルギーが蓄えられる。すなわち、電動機Ｍ１のコイルが、昇圧コイルとして利用されることになる。
【００４６】
また、回生制動時において、制御回路１０は、スイッチング素子Ｑ３をスイッチング素子Ｑ２と相補的にオン（つまりスイッチング素子Ｑ２のオフ時にスイッチング素子Ｑ３をオン）させている。スイッチング素子Ｑ３がオンになると、電動機Ｍ１のコイルに蓄積されたエネルギーによって、スイッチング素子Ｑ３とダイオードＤ４とを介して補助電池２に充電電流が流れ、補助電池２に回生電力が蓄電される。ここにおいて、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３とダイオードＤ４とで回生回路４が構成される。尚、ＭＯＳ型電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Ｑ３には寄生ダイオードＤ３が逆並列に接続されおり、スイッチング素子Ｑ２のオン時に、補助電池２の正極と負極との間が短絡されるのを防ぐために、ダイオードＤ４が設けられている。
【００４７】
また、補助電池２に蓄えられた回生電力は、充電回路５によって主電池１に充電される。スイッチング素子Ｑ５がオンになると、補助電池２からインダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ５とに電流が流れて、インダクタＬ１にエネルギーが蓄えられる。スイッチング素子Ｑ５がオフになると、インダクタＬ１に蓄えられたエネルギーによって、補助電池２の充電電圧を昇圧した電圧が発生し、主電池１が充電される。
【００４８】
ここで、制御回路１０は、補助電池２の充電電圧Ｖ２をモニターしつつ、補助電池２から主電池１への充電電流が所定の電流値となるように、スイッチング素子Ｑ５のゲートに与えるパルス信号Ｓ３のデューティ比ＤＴ１を制御（ＰＷＭ制御）する。図３は、補助電池２の充電電圧Ｖ２とパルス信号Ｓ３のデューティ比ＤＴ１との関係を示したグラフである。充電回路５によって補助電池２から主電池１へと電力が伝達されるのであるが、充電回路５による電力伝達比率はパルス信号Ｓ３のデューティ比ＤＴ１によって決定される。制御回路１０は、補助電池２の充電電圧Ｖ２をもとに、図３の関係を満たすようにデューティ比ＤＴ１を制御している。本実施形態では補助電池２としてセル電圧の下限値が２．６Ｖのものを使用しており、制御回路１０は、セル電圧の下限値である２．６Ｖよりもやや高い電圧を閾値Ｖthに設定し、充電電圧Ｖ２が閾値Ｖth以下であれば、デューティ比ＤＴ１を０％に設定する。また制御回路１０は、充電電圧Ｖ２が閾値Ｖthよりも高くなると、充電電圧Ｖ２の増加とともにデューティ比ＤＴ１を漸増させ、充電電圧Ｖ２が４．０Ｖでデューティ比ＤＴ１を１００％に設定している。これにより、制御回路１０は、補助電池２の充電電圧Ｖ２が、セル電圧の下限値よりもやや高い電圧Ｖthまで放電したところで、補助電池２から主電池１への充電（すなわち補助電池２の放電）を停止させており、補助電池２が過放電とならないようにしている。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の電力回生システムは、主電池１と、補助電池２と、第１駆動回路３と、第１回生回路４と、制御回路１０とを備えている。主電池１は電動機Ｍ１に電力を供給する。補助電池２は、充電電圧が主電池１よりも低い電圧に設定されている。駆動回路３は、アクセルの操作量に応じた電力を主電池１から電動機Ｍ１に供給させる。回生回路４は、回生制動時に電動機Ｍ１が発生する回生電力を補助電池２に蓄電する。制御回路１０は、ブレーキの操作量に応じて、回生回路４から補助電池２に回生させる回生電力を制御するものであり、ブレーキの操作量に応じた回生電流となるように、回生回路４の電力伝達比率を負帰還制御する。
【００５０】
本実施形態によれば、回生制動時に発生する回生電力を補助電池２に蓄電しており、電気二重層コンデンサに比べて電池はエネルギー密度が大きいので、電気二重層コンデンサに比べて小型、低コストでありながら、より多くの回生電力を蓄電することができる。また電池は、電気二重層コンデンサに比べて充電電流に対する電圧上昇が小さいので、充電量が増えても、充電電圧を低圧に保つことができる。しかも、補助電池２は、主電池１よりも充電電圧が低圧に設定されているから、より低速まで回生エネルギーを回収することができる。さらに、制御回路１０は、ブレーキ操作が行われると回生回路４により回生電力を補助電池２に蓄電させており、ブレーキ操作をトリガとして回生動作を開始するので、減速によって失われる運動エネルギーを確実に回収することができる。また、制御回路１０は、ブレーキ操作量に応じた回生電流となるように、回生回路４の電力伝達比率を負帰還制御しているので、ブレーキ操作量に応じた回生制動力を発生させることができる。よって、摩擦ブレーキ３２のみで制動力を発揮する場合に比べて運動エネルギーのロスが少なく、減速によって失われる運動エネルギーを確実に回収することができる。
【００５１】
ここにおいて、補助電池２には、従来の化学電池や、電極の改良によって性能（特にエネルギー密度）を向上させたキャパシタ電池が含まれる。このような補助電池としては、鉛蓄電池や、リチウムイオン蓄電池や、ＳＣｉＢ（登録商標）や、リチウムイオンキャパシタとリチウムイオン蓄電池とを組み合わせた複合型蓄電デバイスや、キャパシタ電池などが用いられる。
【００５２】
また本実施形態の電力回生システムは、補助電池２に蓄電された電力で主電池１を充電する充電回路５を備えている。
【００５３】
これにより、充電回路５が補助電池２に蓄電された電力を主電池１に充電することで、補助電池２が満充電となることを防いで、補助電池２に回生電力を受け入れ可能とすることができる。また、補助電池に容量の小さい電池を使用できるから、補助電池２の小型化、低コスト化を実現できる。
【００５４】
この充電回路５は、補助電池２の充電電圧Ｖ２が所定の閾値Ｖth以上でのみ動作するので、補助電池２が過放電となることはなく、補助電池２の電池寿命を延ばすことができる。
【００５５】
また充電回路５は、補助電池２の充電電圧Ｖ２が高いほど、電力伝達比率を漸増させており、制動回生による補助電池２の電圧上昇を抑制して、補助電池２の電圧値を低く抑えることができる。よって、より低い回生起電力まで（すなわち、より低速まで）、回生エネルギーを回収することができるとともに、補助電池２が過充電となって電池特性が悪化したり、寿命が短くなるのを防ぐことができる。
【００５６】
ところで、上記の説明では、スイッチング素子Ｑ２をＰＷＭ制御することによって回生電力を制御しているが、回生電力の制御方法は上記の方法に限定されず、以下に述べるような方法でもよい。
【００５７】
本実施形態の電力回生システムは、電動機Ｍ１のコイルと補助電池２との間に電気的に接続されたスイッチング素子Ｑ３を備え、制御回路１０は、スイッチング素子Ｑ３のオン／オフをＰＷＭ制御している。
【００５８】
これにより、スイッチング素子Ｑ３のオン時には補助電池２が充電され、スイッチング素子Ｑ３のオフ時には電動機Ｍ１のコイルに発生した回生起電力が主電池１の充電電圧よりも高ければ、回生起電力により主電池１が充電される。したがって、スイッチング素子Ｑ３のオン時には補助電池２が、オフ時には主電池１が充電されるから、スイッチング素子Ｑ３のオン時とオフ時とで継続して充電が行われることで時間効率が向上するとともに、充電経路以外での損失を低減できる。
【００５９】
制御回路１０は、ブレーキ操作検出部３１から検出信号が入力されると、回生制動動作を開始し、スイッチング素子Ｑ２をオフにして、スイッチング素子Ｑ３のＰＷＭ制御を行う。
【００６０】
制御回路１０がスイッチング素子Ｑ３をオンにすると、電動機Ｍ１のコイルからスイッチング素子Ｑ３とダイオードＤ４とを介して補助電池２に充電電流が流れ、補助電池２が充電される。この時、電動機Ｍ１のコイルには、電流に応じたエネルギーが蓄積されることになり、スイッチング素子Ｑ２をオン／オフした場合と同様、電動機Ｍ１のコイルが昇圧コイルとして機能する。また、補助電池２に流れる電流は、電動機Ｍ１の誘導起電力（すなわち電動バイクの速度）と、スイッチング素子Ｑ３のオンデューティとで決定される。同じ速度、デューティ比であれば、スイッチング素子Ｑ２をＰＷＭ制御する場合に比べて、電流値が小さくなるが、デューティ比制御を適切に行えば、所望の回生制動力を得ることができる。
【００６１】
制御回路１０がスイッチング素子Ｑ３をオフにすると、電動機Ｍ１のコイルには電流が流れ続けようとするので、昇圧された電圧が主電池１の充電電圧以上であれば、ダイオードＤ１を介して主電池１に充電電流が流れて、主電池１を充電する。この場合、主電池１にも回生電力の一部が蓄電されるため、パワー密度が比較的大きい電池が主電池１に使用されるのが好ましい。このような回生制御が行われる場合は、スイッチング素子Ｑ３とダイオードＤ４とダイオードＤ１とで回生回路４が構成される。
【００６２】
一方、昇圧された電圧が主電池１の充電電圧以下となる条件、及び、昇圧された電圧が主電池１の充電電圧以下になりそうな条件においては、制御回路１０は、スイッチング素子Ｑ２のＰＷＭ制御に切り替えている。スイッチング素子Ｑ２をＰＷＭ制御する場合は、スイッチング素子Ｑ２でのスイッチング損失が発生するが、スイッチング素子Ｑ３のオフ時には、充電経路上にスイッチング要素が存在しないので、スイッチングによる損失が発生せず、高効率である。また、スイッチング素子Ｑ３のオン時はスイッチング素子Ｑ２のＰＷＭ制御によって補助電池２が充電され、スイッチング素子Ｑ３のオフ時は主電池１が充電されるから、充電効率が向上するという利点もある。
【００６３】
以上のような制御方法によっても回生制動時に発生する回生電力を補助電池２に蓄電させることができる。尚、同一の回路であっても、回生制御の方法によって、回生回路４を構成する回路部品が異なっている。
【００６４】
ところで、図４（ａ）はスイッチング素子Ｑ２に与えられるパルス信号のデューティ比とブレーキ操作量との関係を示し、制御回路１０は、ブレーキ操作検出部３１から入力されるブレーキ操作量と、電動機Ｍ１の回転速度とに基づいてデューティ比を決定する。回生制動力は回生回路４の電力伝達比率（すなわち、スイッチング素子Ｑ２に与えるパルス信号のデューティ比）によって決定されるので、制御回路１０は、ブレーキ操作量が小さいほどデューティ比を小さくする。また、デューティ比が同じであっても、電動機Ｍ１の回転速度が高速であるほど、発生する回生制動力は大きくなるので、制御回路１０は、回転速度が高速になるほどデューティ比を小さくして、回生制動力が大きくなりすぎないように制御している。尚、図４（ａ）の設定は一例であり、運転者の操作感覚に合致するように、ブレーキ操作量や電動機Ｍ１の回転速度に応じて、スイッチング素子Ｑ２に与えるパルス信号のデューティ比が設定されていればよい。また制御回路１０は、電動機Ｍ１の回転速度の代わりに電動バイクの加速度や回生電流を用い、加速度或いは回生電流と、ブレーキ操作量とに基づいて、スイッチング素子Ｑ２に与えるパルス信号のデューティ比を設定してもよい。
【００６５】
ここで、ブレーキ操作量とは、ブレーキ操作を行うための操作部（例えば操作レバーや操作ペダル）の移動量（ストローク）でもよいし、操作部を操作する力でもよい。
【００６６】
例えば電動バイクでは、ブレーキ操作部（例えば操作レバー）がワイヤを介して摩擦ブレーキ３２に連結されており、ブレーキ操作部を操作し始めてから、摩擦ブレーキ３２がきき始めるまでに遊び区間が存在する。図４（ｂ）はブレーキ操作量と制動力との関係を示し、図中のＡが回生制動による制動力を示し、図中のＢが摩擦ブレーキ３２による制動力を示している。ブレーキ操作量が０％からｄ１％までは、ブレーキパッドが車輪に接触せず、ブレーキ操作量がｄ１％を超えると、ブレーキパッドが車輪に接触して摩擦ブレーキ３２がききはじめ、摩擦ブレーキ３２による制動力が急激に増加する。一方、ブレーキ操作量が０％からｄ１％までは回生制動による制動力のみが発生し、回生制動による制動力がブレーキ操作量に連動して増減するように、制御回路１０は回生回路４を制御する。
【００６７】
このように、摩擦ブレーキ３２の遊び区間において回生制動力が発揮されるので、制動力に占める回生制動力の割合が高くなり、電気エネルギーの利用効率が向上する。
【００６８】
ところで、回生制動の結果、電動機Ｍ１が低速になると、回生起電力が低下する。そして、回生起電力が、補助電池２の充電電圧に回生回路４の動作に必要な電圧を加えた電圧を下回ると、回生回路４のスイッチング素子Ｑ２に与えるパルス信号のデューティ比が１００％であっても回生制動力は急激に低下する。図４（ｂ）の例ではブレーキ操作量がｄ２（＞ｄ１）を超えると、制動力によって回転速度が減速されるために、回生制動力が急激に低下しているが、回生制動力が急激に低下し始める場合のブレーキ操作量ｄ２は電動バイクの速度などの条件で変動する。例えばブレーキ操作量ｄ２が、摩擦ブレーキ３２がきき始める操作量ｄ１よりも小さくなる場合もある。
【００６９】
このように、回生制動による制動力と摩擦ブレーキ３２による制動力との組み合わせで制動力が得られるが、摩擦ブレーキ３２が利き始める前に回生制動による制動力が働いているので、制動によって失われる運動エネルギーを回生することで、高効率となる。
【００７０】
（実施形態２）
実施形態２の電力回生システムについて図５に基づいて説明する。
【００７１】
図５は本実施形態のブロック図である。本実施形態では、実施形態１で説明した電力回生システムにおいて、運転者によるキースイッチ（図示せず）のオン操作に応じて導通し、オフ操作に応じて非導通となる接点６ａ，６ｂと、オフディレイタイマ回路７を追加して備えている。尚、実施形態１の回路と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００７２】
接点６ａは主電池１と駆動回路３との間の電路に挿入されている。接点６ｂは、駆動回路３とオフディレイタイマ回路７との間の電路に挿入されている。これらの接点６ａ，６ｂは、キースイッチをオンする操作が行われると導通し、キースイッチをオフする操作が行われると非導通となる。
【００７３】
オフディレイタイマ回路７の入力端子は接点６ａ，６ｂを介して主電池１に接続され、オフディレイタイマ回路７の出力端子は充電回路５に接続されている。運転者がキースイッチをオンに切り替えると、オフディレイタイマ回路７の入力端子が接点６ａ，６ｂを介して主電池１に接続され、オフディレイタイマ回路７の入力がオンになるので、その出力はすぐにオンになる。運転者がキースイッチをオフに切り替えると、オフディレイタイマ回路７の入力がオフになるが、オフディレイタイマ回路７の出力は所定時間オン状態に維持された後、オフになる。
【００７４】
オフディレイタイマ回路７の出力は充電回路５に入力されている。オフディレイタイマ回路７の出力がオンであれば、充電回路５は制御回路１０からの制御信号に応じて充電動作を行い、オフディレイタイマ回路７の出力がオフであれば、充電回路５は充電動作を行わない。
【００７５】
したがって、キースイッチがオンの状態では、充電回路５は、制御回路１０からの制御信号に応じて、回生制動時に補助電池２に蓄電された電力を主電池１に充電する。一方、キースイッチがオフに切り替えられた場合、駆動回路３は動作を停止するが、オフ操作後も所定時間が経過するまで充電回路５は動作を継続するので、補助電池２に蓄電された電力を主電池１に充電することができる。よって、走行停止時に補助電池２に蓄えられていた電力を主電池１に蓄電することで、回生電力を確実に回収することができ、主電池１の蓄電量を最大にした状態で運転を終了できる。
【００７６】
尚、図５の回路では、キースイッチをオフ操作した後も所定時間が経過するまでは充電回路５を動作させているが、オフ操作の後で補助電池２の充電電圧Ｖ２が所定の閾値に低下するまでは、充電回路５を動作させてもよい。
【００７７】
制御回路１０には接点６ｂの信号が入力されており、キースイッチのオフ操作に応じて接点６ａ，６ｂがオフになると、駆動回路３及び回生回路４は動作を停止するが、制御回路１０は充電回路５を継続して動作させ、以下のような制御を行う。制御回路１０は、補助電池２の充電電圧Ｖ２をモニタしており、この充電電圧Ｖ２をもとに、図３の関係を満たすように充電回路５のスイッチング素子Ｑ５に出力するパルス信号のデューティ比ＤＴ１を制御する。すなわち、セル電圧の下限値である２．６Ｖよりもやや高い電圧が閾値Ｖthに設定され、充電電圧Ｖ２が閾値Ｖth以下であれば、デューティ比ＤＴ１を０％に設定する。また制御回路１０は、充電電圧Ｖ２が閾値Ｖthよりも高くなると、充電電圧Ｖ２の増加に合わせてデューティ比ＤＴ１を漸増させ、充電電圧Ｖ２が４．０Ｖでデューティ比ＤＴ１を１００％に設定している。これにより、制御回路１０は、補助電池２の充電電圧Ｖ２が、セル電圧の下限値よりもやや高い電圧Ｖthまで放電したところで、補助電池２から主電池１への充電（すなわち補助電池２の放電）を停止させており、補助電池２が過放電とならないようにしている。また補助電池２の充電電圧Ｖ２が閾値Ｖthに低下するまで、補助電池２から主電池１への充電が継続されるので、より多くの回生電力を主電池１に回生させることができ、減速によって失われる回生エネルギーをより多く回収することができる。
【００７８】
尚、上記の説明ではキースイッチのオフ操作時、すなわち運転終了時に行われる充電回路５の充電動作について説明したが、充電回路５は、運転途中においても補助電池２に蓄電された電力を主電池１に適宜充電しており、その説明については省略する。
【００７９】
また、本実施形態の特徴部分を後述する他の実施形態に適用してもよいことは言うまでもない。
【００８０】
（実施形態３）
実施形態３の電力回生システムについて図６及び図７を参照して説明する。
【００８１】
図６は本実施形態のブロック図である。本実施形態では、実施形態１で説明した電力回生システムにおいて、切替回路８と、比較器ＣＰ１と、速度センサ１１とを追加して備えている。尚、実施形態１の回路と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００８２】
比較器ＣＰ１は、主電池１の充電電圧と、回生回路４の出力電圧との高低を比較し、比較結果を切替回路８に出力する。
【００８３】
切替回路８は、比較器ＣＰ１から入力される信号をもとに、回生回路４からの回生電力の供給先を主電池１及び補助電池２の何れかに切り替える。すなわち、回生回路４の出力電圧が主電池１の充電電圧よりも低い場合、切替回路８は、回生電力の供給先を補助電池２に切り替え、回生回路４の出力電圧が主電池１の充電電圧以上の場合、切替回路８は、回生電力の供給先を主電池１に切り替える。
【００８４】
ここにおいて、切替回路８が回生電力の供給先を切り替える前後で、回生回路４の電力伝達比率（すなわち、スイッチング素子のオンデューティ）が適切に（例えば切替前後で回生電力が連続的に変化するように）制御されることが好ましい。
【００８５】
尚、切替回路８は、回生回路４の出力電圧が、主電池１の充電電圧に一定電圧を加えた電圧以上であれば、回生電力の供給先を主電池１に切り替えてもよい。
【００８６】
ところで、実施形態１で説明した図２の具体回路においても、スイッチング素子Ｑ３の制御方法によっては、本実施形態の回路構成と同じであるとみなすことができる。
【００８７】
すなわち、回生制御時にスイッチング素子Ｑ２のＰＷＭ制御が行われる場合に、制御回路１０は、スイッチング素子Ｑ２をオフさせるタイミングで、スイッチング素子Ｑ３をオフさせる。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が共にオフの場合、回生回路４の出力電圧が、主電池１の充電電圧Ｖ１にダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆを加えた電圧（Ｖ１＋Ｖｆ）を上回っていれば、回生回路４の回生電圧はダイオードＤ１を介して主電池１に直接充電される。したがって、下り坂を走行する場合などで回生エネルギーが大きくなって、回生回路４の出力電圧が主電池１の充電電圧Ｖ１に順方向電圧Ｖｆを加えた電圧（Ｖ１＋Ｖｆ）以上になると、スイッチング素子Ｑ２がオフのままでも、ダイオードＤ１が導通することで、主電池１が充電される。
【００８８】
一方、回生エネルギーが小さく、回生回路４の出力電圧が電圧（Ｖ１＋Ｖｆ）を下回る場合はダイオードＤ１が導通しないので、制御回路１０は、スイッチング素子Ｑ３をオンさせることで、回生回路４の回生電力によって補助電池２を充電させている。この場合、スイッチング素子Ｑ２で回生回路が構成され、スイッチング素子Ｑ３で切替回路８が構成されていると見なすことができる。
【００８９】
また本実施形態では、電動機Ｍ１の回転数を計測する速度センサ１１が設けられている。この速度センサ１１は、電動バイクの速度を計測するものでもよい。
【００９０】
制御回路１０は、ブレーキ操作検出部３１及び速度センサ１１の検出結果をもとに、ブレーキ操作量に応じた減速度が得られるように、回生回路４の電力伝達比率、すなわち回生回路４のスイッチング素子のオンデューティを負帰還制御している。このような負帰還制御を行うことによって、運転者の体重や、坂道などの道路状況に関わらず、ブレーキ操作量に応じた加速度が得られ、運転者のブレーキフィーリングを損なうことはない。
【００９１】
次に、本実施形態の具体回路について図７を参照して説明する。図７の回路例では電動機Ｍ１として３相のＤＣブラシレスモータが使用されている。
【００９２】
この回路では、主電池１の両端間に、スイッチング素子Ｑ７及びダイオードＤ７の並列回路を介して、スイッチング素子Ｑ１Ｕ，Ｑ１Ｖ，Ｑ１Ｗ，Ｑ２Ｕ，Ｑ２Ｖ，Ｑ２Ｗのフルブリッジ回路からなる駆動回路３が接続されている。スイッチング素子Ｑ１Ｕ，Ｑ１Ｖ，Ｑ１Ｗ，Ｑ２Ｕ，Ｑ２Ｖ，Ｑ２ＷはそれぞれＭＯＳ型電界効果トランジスタからなり、構造上できる寄生ダイオードＤ１Ｕ，Ｄ１Ｖ，Ｄ１Ｗ，Ｄ２Ｕ，Ｄ２Ｖ，Ｄ２Ｗがそれぞれと逆並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１Ｕ，Ｑ２Ｕの接続点には電動機Ｍ１のＵ相のコイルが、スイッチング素子Ｑ１Ｖ，Ｑ２Ｖの接続点にはＶ相のコイルが、スイッチング素子Ｑ１Ｗ，Ｑ２Ｗの接続点にはＷ相のコイルが、それぞれ接続されている。
【００９３】
駆動回路３の両端間には、２個のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路を介して補助電池２が接続されている。スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４はそれぞれＭＯＳ型電界効果トランジスタからなり、ソース同士が互いに接続されており、構造上できる寄生ダイオードＤ３，Ｄ４がドレイン・ソース間に接続されている。ところで、実施形態１で説明した図２の回路ではブリッジ回路を構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点にスイッチング素子Ｑ３の一端が接続されている。本実施形態の３相インバータ回路においても図２と同様の接続方法を採用することは可能であるが、その場合はブリッジ回路を構成するスイッチング素子Ｑ１Ｕ，Ｑ２Ｕの接続点、スイッチング素子Ｑ１Ｖ，Ｑ２Ｖの接続点、スイッチング素子Ｑ１Ｗ，Ｑ２Ｗの接続点にそれぞれスイッチング素子の一端を接続する必要があり、３個のスイッチング素子が必要になる。
【００９４】
補助電池２の両端間には、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ５との直列回路が接続され、インダクタＬ１及びスイッチング素子Ｑ５の接続点と主電池１の正極との間には、ダイオードＤ６及びスイッチング素子Ｑ６の並列回路が接続されている。ここにおいて、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ５とダイオードＤ６とで、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータからなる充電回路５が構成される。
【００９５】
電動機Ｍ１には磁極位置を検出するホールＩＣ１２が取り付けられており、ホールＩＣ１２の信号は制御回路１０に入力されている。制御回路１０は、ホールＩＣ１２の信号から磁極位置や回転速度を検出する。また制御回路１０には、モータ電流を検出する電流センサ１３の信号が入力されており、駆動時の電流値から駆動トルクを求めるとともに、回生時の電流値から制動トルクを求めることができる。制御回路１０は、駆動回路３のスイッチング素子をＰＷＭ制御しており、駆動トルクや制動トルクの検出結果を用いて、各スイッチング素子に与えるパルス信号のデューティ比を適切に制御することで、電動機Ｍ１の駆動及び回生制動を行わせている。
【００９６】
アクセル操作検出部３０の検出入力に応じて電動機Ｍ１を駆動する場合、制御回路１０は、スイッチング素子Ｑ７をオン、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオフにする。そして、制御回路１０は、ホールＩＣ１２により検出された磁極の位置情報をもとに、ブリッジ回路を構成する６個のスイッチング素子を順番に切り替えて駆動し、各相のコイルに流れる電流を切り替えることによって、電動機Ｍ１を所望の速度で回転させる。尚、このような３相モータの制御方法は従来周知であるので、その説明は省略する。
【００９７】
また制御回路１０は、アクセル操作検出部３０又はブレーキ操作検出部３１の検出入力をもとに回生制動を行うと判定した場合、比較器ＣＰ１の出力をもとに回生電力の供給先を主電池１及び補助電池２の何れかに切り替える。尚、比較器ＣＰ１は、主電池１の充電電圧と、回生電圧との高低を比較しており、比較結果を制御回路１０に出力する。
【００９８】
ここで、主電池１に回生すると判定した場合、制御回路１０はスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオフさせる。制御回路１０は、ローサイドのスイッチング素子Ｑ２Ｕ，Ｑ２Ｖ，Ｑ２ＷをＰＷＭ制御しており、スイッチング素子Ｑ２Ｕ，Ｑ２Ｖ，Ｑ２Ｗのオフ期間において、回生電圧が主電池１の充電電圧Ｖ１にダイオードＤ７の順方向電圧Ｖｆを加えた電圧（Ｖ１＋Ｖｆ）以上に昇圧されれば、ダイオードＤ７が導通して主電池１が充電される。この電力回生時は、電動機Ｍ１のコイルが、回生回路４を構成する昇圧回路の一部として使用される。すなわち、制御回路１０は、ホールＩＣ１２によって検出された磁極の位置をもとに、誘起電圧の電位差が最も大きい相間を短絡するように、ハイサイドのスイッチング素子をオンさせて、コイルに電流を流すことによって、エネルギーを蓄積させる。その後、ハイサイドのスイッチング素子をオフにして蓄えたエネルギーを主電池１側に放出させることで、主電池１を充電する。ここで、ローサイドのスイッチング素子Ｑ２Ｕ，Ｑ２Ｖ又はＱ２Ｗのオフ時に、制御回路１０がスイッチング素子Ｑ７をオンにすると、主電池１に充電電流が流れるから、ダイオードＤ７を介して充電する場合に比べて、損失が低減される。
【００９９】
一方、補助電池２に回生すると判定した場合、制御回路１０はスイッチング素子Ｑ７をオフ、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオンにして、補助電池２を充電する。
【０１００】
ここにおいて、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ７により切替回路８が構成される。スイッチング素子Ｑ４及びダイオードＤ４は補助電池２から駆動回路３への逆流を阻止するために設けられているが、ダイオードＤ４のみでも逆流阻止は可能である。但し、ダイオードＤ４に並列接続されたスイッチング素子Ｑ４をオンすることによって、ダイオードＤ４を介して補助電池２を充電する場合に比べて損失が低減され、より低い起電圧まで（すなわち、より低速まで）回生させることができる。
【０１０１】
また充電回路５は、実施形態１の回路と同様に、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータからなり、ダイオードＤ６と並列にスイッチング素子Ｑ６が接続されている。尚、スイッチング素子Ｑ６はＭＯＳ型電界効果トランジスタからなり、構造上できる寄生ダイオードによってダイオードＤ６が構成されているので、実質的にはスイッチング素子Ｑ６がダイオードＤ６を内蔵している。
【０１０２】
制御回路１０は、スイッチング素子Ｑ５と相補的にスイッチング素子Ｑ６をオンさせており、補助電池２に蓄えられた回生電力はスイッチング素子Ｑ６を介して主電池１に充電される。この充電時に補助電池２からスイッチング素子Ｑ６を介して主電池１に充電電流が供給されるので、ダイオードＤ６を介して充電電流が流れる場合に比べて、ダイオードＤ６による損失を低減できる。但し、主電池１から補助電池２に逆流しないよう、補助電池２の充電電圧が主電池１の充電電圧よりも高い場合に限ってスイッチング素子Ｑ６をオンさせる必要がある。そこで、図７の回路では、スイッチング素子Ｑ６の両端電圧（すなわち、補助電池２側の端子電圧と主電池１側の端子電圧）の高低を比較する比較器ＣＰ２が設けられ、比較器ＣＰ２の出力は制御回路１０に入力されている。制御回路１０は、スイッチング素子Ｑ６の補助電池２側の端子電圧が、主電池１側の端子電圧よりも確実に高い場合のみ、制御回路１０がスイッチング素子Ｑ６をオンさせており、主電池１から補助電池２側に電流が逆流することはない。
【０１０３】
以上のように本実施形態の電力回生システムは、回生回路４の出力を主電池１に回生するか、補助電池２に回生するかを切り替える切替回路８を備えている。
【０１０４】
これにより、切替回路８が回生先を主電池１に切り替えることによって、回生回路４の出力を主電池１に回生することが可能になり、その結果、補助電池２に容量の小さい電池を使用することができる。また、回生電力を主電池１に直接充電することができるから、充電回路による損失を低減できる。
【０１０５】
ここで、切替回路８は、回生回路４の出力電圧が所定値以上では、回生先を主電池１に切り替え、回生回路４の出力電圧が所定値未満では、回生先を補助電池２に切り替えている。
【０１０６】
これにより、回生回路４の出力電圧が所定値未満の場合（すなわち電動バイクの速度が基準速度未満の場合）のみ、補助電池２に回生電力が充電されるので、補助電池２に容量の小さい電池を使用でき、補助電池２の小型化、低コスト化を実現できる。ここにおいて、供給先を切り替える閾値となる所定値は、主電池１の充電電圧をモニタした電圧値でもよいし、予め設定された電圧値（例えば主電池１の定格電圧など）でもよいし、主電池１の充電電圧に回生回路４の動作に必要な電圧値を加えた電圧値でもよい。
【０１０７】
また切替回路８は、速度センサ１１によって検出された電動機Ｍ１の回転速度が所定の基準速度以上であれば、回生先を主電池１に切り替え、電動機Ｍ１の回転速度が基準速度未満であれば、回生先を補助電池２に切り替えるようにしてもよい。
【０１０８】
ここで、電動機Ｍ１の回転速度と、回生制動によって電動機Ｍ１に発生する誘起起電力とは、電動機Ｍ１の仕様によって固有に定まる。したがって、電動機Ｍ１の回転速度が基準速度未満の場合は回生電力の回生先を補助電池２に切り換えることで、誘起起電力が比較的小さい場合のみ補助電池２に回生電力が充電されることになる。よって、補助電池２に容量の小さい電池を使用でき、補助電池２の小型化、低コスト化を実現できる。
【０１０９】
尚、本実施形態では、比較器ＣＰ１が主電池１の充電電圧と回生電圧との高低を比較した結果に基づいて回生電力の供給先を決定しているが、ホールＩＣ１２の検出結果から求めた回転速度に基づいて、供給先を切り替えるタイミングを決定してもよい。すなわち、回転速度が所定の基準速度以上であれば、制御回路１０は回生電力の供給先を主電池１に切り替え、回転速度が基準速度未満であれば、制御回路１０は回生電力の供給先を補助電池２に切り替える。
【０１１０】
尚、本実施形態の特徴部分を実施形態２や後述する他の実施形態に適用してもよいことは言うまでもない。
【０１１１】
（実施形態４）
実施形態４の電力回生システムについて図８を参照して説明する。
【０１１２】
図８は本実施形態のブロック図である。本実施形態では、実施形態１で説明した電力回生システムにおいて、回生制動時に電動機Ｍ１に発生する回生電力を補助電池２に蓄電する第１回生回路４ａと、回生制動時に電動機Ｍ１に発生する回生電力を主電池１に蓄電する第２回生回路４ｂとを備えている。尚、実施形態１の回路と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１１３】
制御回路１０は、第１回生回路４ａ及び第２回生回路４ｂの動作を制御しており、アクセルの開放時に電動機Ｍ１に発生する回生電圧が主電池１の充電電圧以上であれば、第２回生回路４ｂにより主電池１に回生電力を蓄電させる。また制御回路１０は、アクセルの開放時に電動機Ｍ１に発生する回生電圧が主電池１の充電電圧未満であれば、第１回生回路４ａにより補助電池２に回生電力を蓄電させる。
【０１１４】
このように、回生電力を主電池１に直接回生させる第２回生回路４ｂが設けられているので、補助電池２に一旦蓄えた回生電力を主電池１に充電させる場合に比べて、補助電池２の容量を小さくできる。また、第２回生回路４ｂにより主電池１に直接回生させているので、充電回路５による損失を無くすことができる。しかも、補助電池２には、主電池１の充電電圧よりも低い回生電圧（すなわち、低速走行時）のみ回生電力を蓄電させればよいので、補助電池２の容量を小さくできる。尚、制御回路１０が回生先を切り替える基準電圧として主電池１の充電電圧を用いているが、回生先を切り替える基準電圧は、主電池１の充電電圧をモニタした電圧値に限らず、主電池１の定格電圧など予め設定された電圧値を用いてもよい。また、回生先を切り替える基準電圧として、主電池１の実際の充電電圧に、回生回路の動作に必要な電圧を加算した電圧を用いてもよい。
【０１１５】
ところで、電動機Ｍ１がＤＣブラシレスモータの場合、モータ駆動のため回転角を検出するセンサ１１ａ（例えばホールＩＣ等）を備えており、制御回路１０では、センサ１１ａの検出結果から求めた回転速度に基づいて、第１回生回路４ａ及び第２回生回路４ｂの何れかにより回生電力を蓄電させるようにしてもよい。すなわち、制御回路１０は、電動機Ｍ１の回転速度が所定の基準速度以上であれば、第２回生回路４ｂから主電池１に回生電力を蓄電させ、電動機Ｍ１の回転速度が所定の基準速度未満であれば、第１回生回路４ａから補助電池２に回生電力を蓄電させる。
【０１１６】
電動機Ｍ１の回転速度と、回生制動時に電動機Ｍ１に誘起される起電圧とは、電動機Ｍ１の仕様によって固有に定まり、低速走行時のみ補助電池２に回生電力を蓄電させればよいので、補助電池２の容量を小さくできる。
【０１１７】
ところで、電動機Ｍ１の回転速度が速いほど、電動機Ｍ１の誘起起電力、すなわち回生電流は大きくなるから、所望の制動力を得るために必要な第１回生回路４ａ及び第２回生回路４ｂの電力伝達比率は小さくて済む。したがって、制御回路１０は、電動機Ｍ１の回転速度が速いほど、第１回生回路４ａ及び第２回生回路４ｂの電力伝達比率、すなわち第１回生回路４ａ及び第２回生回路４ｂをＰＷＭ制御する際のオンデューティが小さくなるように、各回生回路４ａ，４ｂを制御する。尚、電動機Ｍ１の回転速度が速い場合に電力伝達比率を下げなければ、ブレーキ操作量が少ない場合でも、或いは、ブレーキ操作量がゼロでアクセルを開放しただけでも、大きな制動力が発生してしまうが、回転速度が速いほど電力伝達比率を下げることで、制動力が過大にならないように抑制することができる。
【０１１８】
以上のように本実施形態の電力回生システムは、アクセルの開放時に電動機Ｍ１が発生する回生電力を主電池１に蓄電する第２回生回路４ｂをさらに備えている。
【０１１９】
これにより、回生制動時に発生する回生起電力を第２回生回路４ｂが主電池１にも回生することで、補助電池２に容量の小さい電池を使用できる。また第２回生回路４ｂは回生電力を主電池１に直接充電するので、補助電池２に一旦蓄えた回生電力を充電回路５が主電池１に充電する場合に比べて、充電回路５による損失をなくすことができる。
【０１２０】
ここで、回生制動時に発生する回生電圧が所定の基準電圧以上であれば第２回生回路４ｂが主電池１に回生し、回生制動時に発生する回生電圧が所定の基準電圧未満であれば第１回生回路４ａが補助電池２に回生している。尚、基準電圧としては例えば主電池１の充電電圧を用いているが、主電池１の充電電圧をモニタした電圧値に限らず、主電池１の定格電圧など予め設定された電圧値を用いてもよい。また、回生先を切り替える基準電圧として、主電池１の実際の充電電圧に、回生回路の動作に必要な電圧を加算した電圧を用いてもよい。
【０１２１】
これにより、補助電池２には、基準電圧よりも低い回生電圧（すなわち、低速走行時）のみ回生電力を蓄電させればよいので、補助電池２の容量を小さくできる。
【０１２２】
なお、回生制動時において電動機Ｍ１の回転速度が所定の基準速度以上であれば、第２回生回路４ｂから主電池１に回生させ、電動機Ｍ１の回転速度が基準速度未満であれば、第１回生回路４ａから補助電池２に回生させてもよい。
【０１２３】
電動機Ｍ１の回転速度と、回生制動時に電動機Ｍ１に誘起される起電圧とは、電動機Ｍ１の仕様によって固有に定まり、回転速度が基準速度の時に発生する起電圧未満の場合のみ補助電池２に回生電力を蓄電させればよいので、補助電池２の容量を小さくできる。
【０１２４】
尚、本実施形態の特徴部分を実施形態２，３や後述する他の実施形態に適用してもよいことは言うまでもない。
【０１２５】
（実施形態５）
実施形態５の電力回生システムについて図９及び図１０を参照して説明する。
【０１２６】
図９は本実施形態のブロック図である。上述の電力回生システムでは、補助電池２の充電電圧が主電池１よりも低い電圧に設定されているので、より低速まで回生電力を回収することが可能であるが、回生起電力が補助電池２の充電電圧より低い場合は回生起電力を回収することができなかった。そこで、本実施形態では、実施形態１で説明した電力回生システムにおいて、回生制動時に電動機Ｍ１が発生する回生電力の一部を蓄電するキャパシタ１４と、キャパシタ１４に蓄電された電力を主電池１に放電させる放電回路１５とを備えている。キャパシタ１４は、回生回路４と補助電池２との間に接続されており、補助電池２からキャパシタ１４に電流が逆流しないよう、キャパシタ１４と補助電池２との間にはダイオードＤ８が接続されている。ここにおいて、ダイオードＤ８により、補助電池２からキャパシタ１４へ電流が流れるのを阻止する逆流素子回路が構成される。尚、実施形態１の回路と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。また、図９では制御回路１０の図示が省略されているが、上述の実施形態と同様に制御回路１０を備えていてもよいし、駆動回路２、回生回路４、充電回路５及び放電回路１５のそれぞれが制御部を備えていてもよい。
【０１２７】
この電力回生システムでは、回生制動時に回生回路４が発生した回生起電力はキャパシタ１４に一旦蓄電される。キャパシタ１４の両端電圧は充電量に応じて上昇し、キャパシタ１４の両端電圧が、補助電池２の充電電圧にダイオードＤ８の順方向電圧を加えた電圧以上になると、キャパシタ１４から補助電池２に充電される。キャパシタ１４の両端電圧は放電によって低下し、キャパシタ１４の両端電圧が、補助電池２の充電電圧にダイオードＤ８の順方向電圧を加えた電圧を下回ると、キャパシタ１４から補助電池２に充電されなくなる。ここで、キャパシタ１４の充電電圧は、回生回路４から出力される回生電力の充電量と、キャパシタ１４の充電電圧を放電させる回路とのバランスで決定される。ここにおいて、キャパシタ１４には、パワー密度の大きい電気二重層コンデンサが使用されることが好ましい。また、ダイオードＤ８には高い耐圧は必要なく、低損失であることが要求されるので、ショットキーダイオードが使用されるのが好ましい。
【０１２８】
ところで、図１０に示すようにダイオードＤ８の代わりにスイッチング素子Ｑ８を接続し、スイッチング素子Ｑ８の両端電圧を比較する比較器ＣＰ３の出力に応じて、制御回路１０がスイッチング素子Ｑ８のオン／オフを切り替えるようにしてもよい。
【０１２９】
比較器ＣＰ３は、スイッチング素子Ｑ８の両端電圧、すなわち補助電池２の充電電圧と、キャパシタ１４の充電電圧との高低を比較し、比較結果を制御回路１０に出力する。
【０１３０】
制御回路１０は、比較器ＣＰ３の出力をもとに、キャパシタ１４の充電電圧が補助電池２の充電電圧以上であれば、スイッチング素子Ｑ８をオンさせ、キャパシタ１４の充電電圧が補助電池２の充電電圧を下回っていれば、スイッチング素子Ｑ８をオフさせる。
【０１３１】
回生回路４からの回生電力でキャパシタ１４が充電され、キャパシタ１４の充電電圧が補助電池２の充電電圧以上になると、制御回路１０がスイッチング素子Ｑ８をオンさせる。この時、キャパシタ１４からスイッチング素子Ｑ８を介して補助電池２に回生電流が流れ、補助電池２が回生起電力によって充電される。このような経路で回生電流が確実に流れるようにするために、図２に示す回路において回生回路４を構成するスイッチング素子Ｑ２と相補的にスイッチング素子Ｑ８をＰＷＭ制御してもよい。すなわち、制御回路１０が、スイッチング素子Ｑ２のオフ時のみ、スイッチング素子Ｑ８をオンさせてもよい。
【０１３２】
一方、低速になって回生起電力が小さくなり、キャパシタ１４の充電電圧が補助電池２の充電電圧を下回ると、補助電池２を充電できなくなるので、制御回路１０はスイッチング素子Ｑ８をオフさせる。これにより、補助電池２からキャパシタ１４側への逆流が阻止される。
【０１３３】
図１０に示す回路では、ダイオードＤ８に代えてスイッチング素子Ｑ８を使用しており、ダイオードＤ８による電圧降下がなくなるから損失を低減でき、またダイオードＤ８の順方向電圧の分だけ、より低圧まで回生起電力を補助電池２に回生させることができる。
【０１３４】
以上のように本実施形態の電力回生システムは、回生制動時に電動機Ｍ１が発生する電力の一部を蓄電するキャパシタ１４と、キャパシタ１４に蓄電された電力を放電させる放電回路１５とを備えている。
【０１３５】
キャパシタ１４には電圧下限がないので、補助電池２の充電下限より低い回生起電圧でも回生電力を回収できるので、より低速まで回生電力を回収することができる。また、キャパシタ１４は、補助電池２の充電下限よりも低い回生起電圧のみ回収すればよいから、小容量のキャパシタで実現でき、システム全体の小型化、低コスト化を実現できる。
【０１３６】
またキャパシタ１４は、回生回路４と補助電池２との間を接続する電路に接続されて、回生回路４からの回生電力によって充電されており、補助電池２からキャパシタ１４へ電流が流れるのを阻止する逆流阻止回路が設けられている。
【０１３７】
これにより、キャパシタ１４を追加するに当たって、キャパシタ１４と逆流素子回路を追加するだけで済むので、システム全体としてコストダウンを図ることができる。
【０１３８】
また逆流素子回路を構成するダイオードＤ８がショットキーダイオードからなり、ダイオードＤ８としてＰＮ接合ダイオードを用いる場合に比べて、順方向の電圧降下が小さくなり、ダイオードＤ８での発熱や、発熱による損失を低減できる。
【０１３９】
また、図１０に示す回路では、キャパシタ１４が、回生回路４と補助電池２との間を接続する電路に接続されて、回生回路４からの回生電力により充電されるようになっている。そして、キャパシタ１４と補助電池２との間に、スイッチング素子Ｑ８からなるスイッチが接続され、このスイッチは、回生制動時に回生回路４から回生電力が供給される間は導通状態に切り替えられ、補助電池２の放電時には非導通状態に切り替えられている。
【０１４０】
このようにダイオードＤ８の代わりにスイッチを設け、キャパシタ１４から補助電池２に充電する場合はスイッチを導通させているので、キャパシタ１４からダイオードＤ８を介して補助電池２を充電する場合に比べて、ダイオードＤ８による電圧降下が発生せず、ダイオードＤ８による損失をなくすことができる。また、図９に示す回路のようにキャパシタ１４からダイオードＤ８を介して補助電池２を充電する場合は、キャパシタ１４の電圧が、補助電池２の充電電圧よりダイオードＤ８の順方向電圧以上高くならないと、ダイオードＤ８が導通しない。それに対して、図１０の回路では、キャパシタ１４からスイッチング素子Ｑ８を介して補助電池２を充電するので、キャパシタ１４の電圧が、補助電池２の充電電圧より僅かに高い電圧まで、補助電池２を充電でき、より低速まで回生電力を回収することができる、
尚、本実施形態の特徴部分を実施形態２〜４や後述する他の実施形態に適用してもよいことは言うまでもない。
【０１４１】
（実施形態６）
実施形態６の電力回生システムについて図１１を参照して説明する。
【０１４２】
図１１は本実施形態のブロック図である。本実施形態では、実施形態１で説明した電力回生システムにおいてキャパシタ１４と放電回路１５と切替回路１６と速度センサ１１とを追加して備えている。尚、実施形態１の回路と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１４３】
キャパシタ１４は、例えば電気二重層コンデンサからなり、回生制動時に電動機Ｍ１が発生する回生電力の一部を蓄電する。
【０１４４】
放電回路１５は、キャパシタ１４に蓄電された電力を補助電池２に放電させる。尚、放電回路１５は、キャパシタ１４に蓄電された電力を主電池１に放電させてもよい。
【０１４５】
速度センサ１１は電動機Ｍ１の回転速度を計測する。尚、速度センサ１１は電動バイクの速度を検出してもよい。
【０１４６】
切替回路１６は、機械式の電磁リレー或いは半導体スイッチを備え、速度センサ１１によって検出された検出速度に基づいて、回生回路４からの回生電力の供給先を補助電池２及びキャパシタ１４の何れかに切り替える。すなわち、速度センサ１１による検出速度が所定の基準速度以上であれば、切替回路１６は回生電力の供給先を補助電池２に切り替え、速度センサ１１による検出速度が基準速度未満であれば、切替回路１６は回生電力の供給先をキャパシタ１４に切り替える。
【０１４７】
ここで、電動機Ｍ１の回転速度が低いほど、発生する回生起電力は小さくなり、回生起電力が補助電池２の充電電圧よりも低い場合は、回生起電力で補助電池２を充電することはできない。そこで、本実施形態では、電動機Ｍ１の回転速度が基準速度以上であれば、回生回路４からの回生電力の回生先を補助電池２に切り替え、電動機Ｍ１の回転速度が基準速度未満であれば、回生回路４からの回生電力の回生先をキャパシタ１４に切り替えている。これにより、補助電池２のみに回生起電力を回生させる場合に比べて、より低速（すなわち、より低い回生起電力）まで回生エネルギーを回収することができる。
【０１４８】
尚、放電回路１５は常時動作する必要はない。例えば電動機Ｍ１の回転速度（すなわち電動バイクの速度）が所定値以下の場合や、切替回路１６が回生先をキャパシタ１４に切り替えている場合のみ、放電回路１５を動作させることによって、放電回路１５での消費電力を低減できる。
【０１４９】
また、切替回路１６は、電動機Ｍ１の回転速度の代わりに、回生回路４から出力される回生電圧をもとに、回生電力の回生先を切り替えてもよい。すなわち、回生回路４からの回生電圧が所定の基準電圧以上であれば、切替回路１６が回生先を補助電池２に切り替え、回生電圧が基準電圧未満であれば、切替回路１６が回生先をキャパシタ１４に切り替えてもよい。これにより、補助電池２のみに回生起電力を回生させる場合に比べて、より低速（すなわち、より低い回生起電力）まで回生エネルギーを回収することができる。
【０１５０】
また、放電回路１５は、キャパシタ１４に蓄電された電力を放電させて補助電池２を充電しているが、主電池１を充電するようにしてもよい。
【０１５１】
以上のように本実施形態では、実施形態１の電力回生システムにおいて、回生制動時に電動機Ｍ１が発生する電力の一部を蓄電するキャパシタ１４と、キャパシタ１４に蓄電された電力を放電させる放電回路１５と、回生回路４からの回生電力の供給先を、補助電池２及びキャパシタ１４の何れかに切り替える切替回路１６とをさらに備えている。
【０１５２】
これにより、補助電池２のみに回生起電力を回生させる場合に比べて、より低速（すなわち、より低い回生起電力）まで回生エネルギーを回収することができる。また、切替回路１６によって回生先を切り替えているので、図９に示す回路のようにダイオードＤ８による損失が発生することがない。
【０１５３】
尚、本実施形態の特徴部分を実施形態２〜５や後述する他の実施形態に適用してもよいことは言うまでもない。
【０１５４】
（実施形態７）
実施形態７の電力回生システムについて図１２を参照して説明する。
【０１５５】
実施形態６の電力回生システムでは、同じ回生回路４からの回生電力の供給先が、切替回路１６によって、補助電池２及びキャパシタ１４の何れかに切り替えられている。それに対して本実施形態では、回生制動時に補助電池２に回生電力を供給する第１回生回路４ａと、回生制動時にキャパシタ１４に回生電力を供給する第３回生回路４ｃが別々に設けられている。そして、制御回路１０は、回生制動時に速度センサ１１によって検出された回転速度をもとに、第１回生回路４ａ及び第３回生回路４ｃのうち何れの回生回路を動作させるかを制御している。
【０１５６】
すなわち、速度センサ１１による検出速度が所定の基準速度以上であれば、制御回路１０は、第１回生回路４ａを動作させ、回生電力を補助電池２に蓄える。一方、速度センサ１１による検出速度が所定の基準速度未満であれば、制御回路１０は、第３回生回路４ｃを動作させ、回生電力をキャパシタ１４に蓄える。
【０１５７】
ここで、電動機Ｍ１の回転速度が低いほど、発生する回生起電力は小さくなり、回生起電力が補助電池２の充電電圧よりも低い場合は、回生起電力で補助電池２を充電することはできなくなる。そこで、本実施形態では、電動機Ｍ１の回転速度が基準速度以上であれば、第１回生回路４ａを動作させて補助電池２に蓄電させ、電動機Ｍ１の回転速度が基準速度未満であれば、第３回生回路４ｃを動作させてキャパシタ１４に蓄電させている。これにより、補助電池２のみに回生起電力を回生させる場合に比べて、より低速（すなわち、より低い回生起電力）まで回生エネルギーを回収することができる。
【０１５８】
尚、放電回路１５は常時動作する必要はない。例えば電動機Ｍ１の回転速度（すなわち電動バイクの速度）が所定値以下の場合や、切替回路１６が回生先をキャパシタ１４に切り替えている場合のみ、放電回路１５を動作させることによって、放電回路１５での消費電力を低減できる。
【０１５９】
また、放電回路１５は、キャパシタ１４に蓄電された電力を放電させて補助電池２を充電しているが、主電池１を充電するようにしてもよい。
【０１６０】
以上のように本実施形態では、実施形態１の電力回生システムにおいて、回生制動時に電動機Ｍ１が発生する電力の一部を蓄電するキャパシタ１４と、キャパシタ１４に蓄電された電力を放電させる放電回路１５と、回生制動時に電動機Ｍ１が発生する回生電力をキャパシタ１４に蓄電する第３回生回路４ｂをさらに備えている。
【０１６１】
これにより、補助電池２のみに回生起電力を回生させる場合に比べて、より低速（すなわち、より低い回生起電力）まで回生エネルギーを回収することができる。また、制動回生時に回生電圧で補助電池２を充電する第１回生回路４ａとキャパシタ１４を充電する第２回生回路４ｂを別々に設けているので、図９に示す回路のようにダイオードＤ８による損失が発生することがない。また制御回路１０が、第１回生回路４ａによる回生電力と第２回生回路４ｂによる回生電力との分配を適切に制御（例えば両回生回路４ａ，４ｂの回生電力の総和が一定になるように制御すれば）、運転者が感じるブレーキフィーリングを損なうことはない。
【０１６２】
尚、本実施形態の特徴部分を実施形態２〜６や後述する他の実施形態に適用してもよいことは言うまでもない。
【０１６３】
（実施形態８）
実施形態８の電力回生システムについて図１３を参照して説明する。
【０１６４】
本実施形態は、上述の各実施形態で使用されるブレーキ操作検出部３１が、少なくとも回生回路４を収納する器体に取り付けられたことを特徴とし、ブレーキ操作検出部３１の取付状態を図１３に基づいて説明する。尚、ブレーキ操作検出部３１以外の構成は上述の各実施形態と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１６５】
器体４０はボディ４１とカバー４２とで構成され、電動バイクの車体に取り付けられる。ボディ４１及びカバー４２はそれぞれ合成樹脂成形品からなり、ボディ４１とカバー４２とで囲まれる収納凹部４１ａには回路基板５０が収納されている。この回路基板５０には、上述の駆動回路３、回生回路４、充電回路５などを構成する回路部品が実装されている。
【０１６６】
収納凹部４１ａの底部には、収納凹部４１ａよりも深さが深い凹部４１ｂが部分的に設けられている。この凹部４１ｂには検出コイル３４が収納されている。検出コイル３４は、筒状のボビン３４ａと、ボビン３４ａに複数回巻き付けられた巻線３４ｂとで構成される。この検出コイル３４は、ボビン３４ａの孔３４ｃが左右方向に平行するように凹部４１ｂ内に収納されている。巻線３４ｂの両端にそれぞれ接続された端子３４ｄは回路基板５０に電気的に接続されており、検出コイル３４の信号は、回路基板５０に実装されたブレーキ操作検出部３１に入力される。ここで、ボディ４１とカバー４２との隙間や、ボディ４１とボビン３４ａの間の隙間はシール剤などが充填されてシールされており、回路基板５０を収納する収納凹部４１ａに外部から水が浸入しにくくしている。
【０１６７】
器体４０において、凹部４１ｂの左右両側の側壁には、ボビン３４ａの孔３４ｃに対応する位置に貫通孔４１ｃ，４１ｄが設けられている。
【０１６８】
器体４０の貫通孔４１ｃ，４１ｄとボビン３４ａの孔３４ｃにはブレーキワイヤ３２ａが通されている。ブレーキワイヤ３２ａの一端はブレーキ操作部（図示せず）に繋げられ、ブレーキワイヤ３２ａの他端は摩擦ブレーキ３２に繋げられている。そして、運転者がブレーキ操作部を操作すると、ブレーキ操作部の操作量に応じた量だけブレーキワイヤ３２ａは図１３中の左側に変位する。
【０１６９】
ブレーキワイヤ３２ａには位置検出のための変位体３３が取り付けられている。変位体３３は、金属材料（例えばアルミや銅など）のパイプの両端をそれぞれ小径化して形成されており、一方の小径部分３３ａをかしめることによってブレーキワイヤ３２ａに固定されている。貫通孔４１ｄの内径は変位体３３の外径よりも大きい寸法に設定されており、変位体３３は貫通孔４１ｃを通して凹部４１ｂの内側まで挿入される。一方、貫通孔４１ｃの内径は変位体３３の外径よりも小さい寸法に設定されており、変位体３３の大径部分の端面を貫通孔４１ｃの周縁部に当接させることによって、器体４０に取り付けられた検出コイル３４に対して変位体３３が位置決めされる。そして、変位体３３の大径部分の端面を貫通孔４１ｃの周縁部に当接させた状態で、貫通孔４１ｂから外側に出ている小径部分３３ａをかしめることによって、変位体３３がブレーキワイヤ３２ａに固定される。
【０１７０】
したがって、ブレーキ操作が行われていない状態では、凹部４１ｂ内において、大径部分の右側端面が貫通孔４１ｃの周縁部分に当接する位置に変位体３３は停止している。その後、運転者がブレーキ操作部（例えばブレーキレバー）を操作すると、ブレーキワイヤ３２ａが図１３中の左側に移動し、それに応じてブレーキパッド（図示せず）が車輪に押し付けられることで、制動力が発生する。一方、運転者がブレーキ操作部を操作する力を緩めると、図示しない復帰ばねのバネ力によって、ブレーキワイヤ３２ａが図１３の右側に移動し、それに応じてブレーキパッドが車輪から離れて、摩擦ブレーキ３２による制動力が低下する。
【０１７１】
上述のように運転者がブレーキ操作部を操作すると、ブレーキ操作量に応じてブレーキワイヤ３２ａが直線的に移動し、ブレーキワイヤ３２ａとともに変位体３３が左右方向において往復動作する。変位体３３が図１３中の左右方向において往復動作すると、ボビン３４ａ内に変位体３３が挿入されている挿入量が変化するから、検出コイル３４のインピーダンスが変化する。ブレーキ操作検出部３１は、検出コイル３４のインピーダンスを電気信号に変換する回路を備え、変位体３３の変位に応じたインピーダンス変化を電気信号として検出することによって、ブレーキ操作の操作量を検出し、検出結果を制御回路１０に出力する。
【０１７２】
尚、電動バイクの組立時においてブレーキ操作検出部３１は以下のような手順で組み立てられる。先ずブレーキワイヤ３２ａに変位体３３を通し、ボディ４１の貫通孔４１ｄからボビン３４ａの孔３４ｃと貫通孔４１ｃとにブレーキワイヤ３２ａを通した後、ブレーキワイヤ３２ａの両端をブレーキ操作部と摩擦ブレーキとにそれぞれ接続する。次に、変位体３３の一端側の端面を、貫通孔４１ｃの周縁部に当接させた状態で、変位体３３の他端側の小径部分３３ａをかしめることによって、変位体３３をブレーキワイヤ３２ａに固定する。このように、変位体３３の端面を貫通孔４１ｃの周縁部に当接させた状態で、変位体３３がブレーキワイヤ３２ａに固定されるので、検出コイル３４に対する変位体３３の位置のばらつき（製品間でのばらつき）が低減される。したがって、ブレーキ操作量に対する検出コイル３４のインピーダンス変化が製品間でばらつくのを抑制でき、ブレーキ操作に対して所望の電気信号を得ることができる。
【０１７３】
以上のように、本実施形態の電力回生システムでは、少なくとも第１回生回路４を収納する器体４０に、ブレーキ操作量を検出して、検出結果を制御回路１０に出力するブレーキ操作検出部３１が取り付けられている。
【０１７４】
このように、ブレーキ操作検出部３１は、第１回生回路４（すなわち回路基板５０）を収納する器体４０に取り付けられているので、ブレーキ操作検出部３１と制御回路１０との間を接続する配線を器体４０の外部に設ける必要はない。よって、配線の手間やコストを削減でき、信頼性が向上する。
【０１７５】
また電動バイクでは、後輪に取り付けられた電動機Ｍ１と電池との間に制御回路１０などの回路部品を配置することが望ましく、後輪の摩擦ブレーキ３２を駆動するブレーキワイヤ３２ａの通り道にもなっているので、制御回路１０などと一緒にブレーキ操作検出部３１を取り付けるのは都合がよい。
【０１７６】
さらに本実施形態では、金属製の変位体３３と、検出コイル３４とをブレーキ操作検出部３１が備えている。変位体３３は、ブレーキ操作を行うためのブレーキ操作部の動きを、ブレーキ操作量に応じた制動力を発生する制動力発生部（摩擦ブレーキ３２）に伝達するためのブレーキワイヤ３２ａに取り付けられ、ブレーキ操作に応じてブレーキワイヤ３２ａと共に往復動作する。検出コイル３４は、ブレーキワイヤ３２ａにおいて変位体３３が取り付けられた部位が通され、変位体３３の移動に応じてインピーダンスが変化する。ブレーキ操作検出部３１は、検出コイル３４のインピーダンスを電気信号に変換することでブレーキ操作量を検出する。
【０１７７】
このようにブレーキワイヤ３２ａの変位を検出する手段が検出コイル３４と変位体３３とで構成され、検出コイル３４は変位体３３の変位を非接触で検出できるので、検出コイル３４は器体４０内に収納しておくことができ、汚れや水に対してロバストである。
【０１７８】
また、ブレーキワイヤ３２ａはブレーキ操作に応じて直線的に移動するので、検出コイル３４での位置検出に好適である。また、ホールＩＣを用いた変位センサに比べて、磁石を必要としないので、道路上を走行する電動バイクのように屋外で使用される場合でも、釘などを吸着する可能性が低減する。
【０１７９】
またブレーキワイヤ３２ａには、ブレーキ操作検出部３１を構成する検出体３３が取り付けられているが、このブレーキワイヤ３２ａは摩擦ブレーキ３２に連結されている。したがって、何らかの原因でブレーキ操作検出部３１に不具合が生じ、回生制動が機能しなくなったとしても、摩擦ブレーキ３２による制動力が働くから、ブレーキフィーリングが変わるだけで、安全性は確保できる。
【０１８０】
尚、本実施形態の特徴部分を実施形態２〜７や後述する実施形態９に適用してもよいことは言うまでもない。
【０１８１】
（実施形態９）
実施形態９の電力回生システムについて図１４を参照して説明する。
【０１８２】
実施形態１の電力回生システムでは、補助電池２に蓄えた回生電力が、主電池１を充電するために利用されているが、本実施形態では、補助電池２に蓄えた回生電力を、電動機Ｍ１を駆動するために利用する。そこで、本実施形態では、主電池１を電源として電動機Ｍ１を駆動する第１駆動回路３ａとは別に、補助電池２を電源として電動機Ｍ１を駆動する第２駆動回路３ｂを備えている。第１駆動回路３ａ及び第２駆動回路３ｂは、実施形態１で説明した駆動回路３と同様の回路で構成されており、制御回路１０によって第１駆動回路３ａ及び第２駆動回路３ｂがそれぞれ備えるスイッチング素子がＰＷＭ制御される。尚、実施形態１で説明した電力回生システムと共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１８３】
制御回路１０は、アクセル操作検出部３０及び速度センサ１１の検出結果や、補助電池２の充電電圧に基づいて、第１駆動回路３ａ及び第２駆動回路３ｂの動作を以下のように制御する。
【０１８４】
例えば制御回路１０は、補助電池２の充電電圧が所定の基準値以上であれば、補助電池１に充電された電力を優先的に使用するように、第１駆動回路３ａ及び第２駆動回路３ｂがそれぞれ備えるスイッチング素子をＰＷＭ制御する。これにより、補助電池２の充電電圧が基準値以上になると、補助電池２の充電電力が優先的に使用されるから、補助電池２が回生電力を受容できる容量を増やすことができる。ここで、図１５は、補助電池２の充電電圧Ｖ２と、第２駆動回路３ｂのスイッチング素子に与えるパルス信号のデューティ比ＤＴ２との関係を示している。補助電池２には、通常時のセル電圧が２．６Ｖ〜４．０Ｖのキャパシタ電池が使用されているものとする。制御回路１０は、第２駆動回路３ｂのスイッチング素子に与えるパルス信号のデューティ比を、補助電池２の電圧が２．６Ｖの場合は０％になり、補助電池２の電圧が４．０Ｖの場合はアクセル操作量に応じて設定される最大値となるように、ＰＷＭ制御している。これにより、補助電池２から優先的に電力を供給でき、補助電池２の充電電力で不足する場合は主電池１から電力を供給させることができる。
【０１８５】
また、アクセル操作検出部３０によって検出されたアクセル操作量に対して、速度センサ１１によって検出された回転速度（すなわち車輪の速度）の増加量が小さい場合（すなわちトルクが小さい場合）、制御回路１０は、主電池１に比べて出力密度が大きい補助電池２の電力を優先的に使用するように両駆動回路３ａ，３ｂを制御してもよい。これにより、主電池１に比べて出力密度が大きい補助電池２から優先的に電力が供給されるから、アクセル操作に追従して回転速度を増加させることができる。尚、電動機Ｍ１のトルクを検出するトルクセンサ（図示せず）を設け、制御回路１０が、トルクセンサの検出値をもとに、アクセル操作量に対してトルクの増加量が小さい場合には、主電池１に比べて出力密度が大きい補助電池２の電力を優先的に使用するように両駆動回路３ａ，３ｂを制御する。また、トルクセンサの検出値が所定の閾値以上であれば、制御回路１０は、主電池１及び補助電池２の両方に蓄電された電力を同時に使用するように、両駆動回路３ａ，３ｂを制御してもよい。
【０１８６】
また、制御回路１０は、アクセル操作検出部３０によって検出されたアクセル操作量の変化に応じて、第１駆動回路３ａ及び第２駆動回路３ｂの伝達電力の総和が連続的に変化するように、両駆動回路３ａ，３ｂの動作を制御してもよい。ここで、アクセル操作量の変化に応じて、第１駆動回路３ａ及び第２駆動回路３ｂの伝達電力の総和が不連続に変化すると、車両の加減速がスムーズに行われずに、運転者が違和感を感じる可能性がある。それに対して、制御回路１０は、第１駆動回路３ａ及び第２駆動回路３ｂの伝達電力の総和を連続的に変化させているので、運転者に違和感を感じさせないようにできる。
【０１８７】
以上説明したように本実施形態の電力回生システムでは、実施形態１で説明した電力回生システムにおいて、補助電池２に蓄電された電力を電動機Ｍ１に供給する第２駆動回路３ｂをさらに備えている。
【０１８８】
上述した各実施形態の電力回生システムのように、補助電池２に蓄えられた電力を一旦主電池１に充電してから使用する場合は、充電回路の分だけ損失が発生するが、補助電池２に蓄えられた電力で電動機Ｍ１を直接駆動することによって、充電回路による損失を無くすことができる。
【０１８９】
また第２駆動回路３ｂが補助電池２に蓄えられた電力で電動機Ｍ１を駆動することによって、補助電池２の電圧を低く維持することができ、回生電力を蓄電可能な容量を増やすことができるから、補助電池２に容量の小さい電池を使用することができる。尚、補助電池２に主電池１よりも出力密度が大きい電池が使用される場合、補助電池２を電源として電動機Ｍ１を駆動することによって、主電池１を電源として電動機Ｍ１を駆動する場合に比べてトルクを高くすることができる。
【０１９０】
ここで、制御回路１０が、第１駆動回路３ａと第２駆動回路３ｂの伝達電力の和が連続的に変化するように制御することも好ましい。第１駆動回路３ａと第２駆動回路３ｂの伝達電力の和が不連続になると、その時点で運転者がショックを感じたり、急加速になったりすることで、運転感覚が悪くなるが、第１駆動回路３ａと第２駆動回路３ｂの伝達電力の和が連続的に変化するように制御することで、スムーズな加減速が得られ、運転感覚が向上する。
【０１９１】
尚、本実施形態の特徴部分を上述した実施形態２〜８に適用してもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１９２】
１  主電池
２  補助電池
３  駆動回路（第１駆動回路）
４  回生回路（第１回生回路）
１０  制御回路
Ｍ１  電動機
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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