JP4141453B2 - 自転車用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置、特に、自転車に搭載可能な電装品に電力を供給する自転車用電源装置に関する。

最近の自転車には、ヘッドランプ以外にも各種の電装品が搭載されている。たとえば、アシストバイクと呼ばれる動力補助機能を有する自転車には、電装品として動力補助用のモータやモータを制御する制御装置が搭載されている。また、電動変速機能を有する自転車には、電装品として変速用のモータユニットや変速制御装置が搭載されている。これらの電源として、一次電池や二次電池が使用されているとともに、発電ハブが設けられた自転車では、発電ハブの電力を蓄える電源としての二次電池やコンデンサなどの蓄電素子が使用されている（たとえば、特許文献１参照）。

従来の蓄電素子を電源とする電源装置では、電源の電力の無駄な消費を抑えるために、駐輪中等の制御システムが制御していないときには電装品への電力の供給を遮断するマイクロコンピュータを用いた省電力回路を有している。また、省電力回路に設けられたマイクロコンピュータは、所定時間制御動作を行わないと、電力消費が少ない省電力モードで機能するように構成されており、省電力モードによっても電源の電力の消費を抑えている。省電力モードでは、操作スイッチ等の操作や速度信号が入力されて停車中ではないと判断すると通常の制御モードに戻る。

上記のような電力消費の低減策を行っても、省電力モードにおいても省電力回路部の制御部がある程度の電力を消費している。このため、駐輪中などの制御システムが停止しているときにも電源の電力が消費される。このように電源の電力が消費されると電源が過放電して電源の性能が劣化するおそれがある。特に電源として二次電池を用いた場合、過放電により二次電池の性能が大きく劣化しやすい。

この過放電を防止する技術として電源電圧の所定時間中の平均値としきい値との比較を含む複数の比較を行い、複数の比較結果のいずれかが基準値を上回るとモータへの給電を禁止する技術（たとえば、特許文献２参照）、及び二次電池の残存容量が所定容量を下回ったとき二次電池の放電を停止し、その旨を不揮発メモリに記憶する技術（たとえば、特許文献３参照）が知られている。

前者の従来技術では、具体的には複数の単電池からなる二次電池を電源としている。そして、所定時間中の二次電池の平均値と、二次電池瞬間電圧と、単電池の瞬間電圧の少なくとも一つが所定のしきい値に達したとき、モータへの電流の供給を停止し、かつ二次電池の充電後の放電電流量と、二次電池への充電完了後の走行距離の少なくとも一つが所定のしきい値に達した時、モータへの電流の供給を停止する。

後者の従来技術では、モータの電流を停止した後に放電停止情報を不揮発メモリに記憶しておく。そして、乗り手が電源スイッチを切って制御部を停止させた後に電源スイッチを入れて制御部を再起動したときに、その情報を読み出し、放電停止情報が読み出された場合には、放電停止状態を維持し、それ以外の場合は放電可能状態にする。
特開２００３−０１１８７９号公報 特開平８−２５１７１３号公報 特開平８−２２７７３１号公報

過放電を防止する前記従来の技術では、いずれの技術とも過放電を防止するために放電を停止する動作や放電停止情報を読み出し放電停止状態を維持する動作を、ＣＰＵを有する制御部でソフトウェアにより制御している。このため、過放電状態になってモータへの電流の供給を停止しても、制御部が動作している限り、制御部の電力消費により過放電状態が継続する。このため、過放電による電源の劣化を有効に防止できないおそれがある。

本発明の課題は、電源と制御部とを有する自転車電源装置において、過放電による電源の劣化を効果的に抑えることにある。

さらに、省電力のために何らかの手段により制御部への電力を遮断して制御部を停止させることが考えられる。この場合、制御部が停止しているので、省電力モードのように操作スイッチの操作や速度信号により制御部を再起動して通常の制御モードに戻すことができない。したがって、後者の従来技術のように専用の電源スイッチ等を設けて電源と制御部とを接続して制御部に電力を供給し再起動しなければならず、再起動操作が複雑になる。

本発明の別の課題は、電源制御用の制御部の停止中に簡単な操作で制御部を再起動できるようにすることにある。

本発明に係る自転車用電源装置は、自転車に搭載可能な電装品に電力を供給する装置であって、電源と、電源制御部と、電源電圧検出部と、第１電源スイッチと、第２電源スイッチとを備えている。電源制御部は、電源電圧検出部が所定以下の電圧を検出すると第１電源スイッチをオフ状態に制御する。電源電圧検出部は、電源の電圧を検出する。第１電源スイッチは、オン状態のときに電源から電源制御部に電力を供給しオフ状態のとき電源制御部への電力供給を遮断し、オン状態のとき電源制御部によりオフ状態に制御される。第２電源スイッチは、電源と電装品との間に配置され電源制御部によりオンオフ制御される。

この電源装置では、第１電源スイッチがオン状態にあり電源制御部に電源からの電力が供給され電源制御部が動作しているときに、電源電圧が所定以下の電圧を検出すると、電源制御部が第１電源スイッチをオフ状態に制御する。この結果、第１電源スイッチから電源制御部への電力の供給が遮断され、電源制御部の動作が停止し、電源制御部による電力消費が生じなくなる。これにより、電源制御部により制御される第２電源スイッチもオフする。ここでは、電源電圧が所定以下に低下すると、電源制御部に電力が供給されなくなるので、省電力モードで動作する電源制御部であっても電力を消費しなくなる。このため、過放電による電源の劣化を効果的に抑えることができる。

発明２に係る自転車用電源装置は、発明１に記載の装置において、電装品は、自転車に装着可能な操作スイッチの操作に応じて動作し、第１電源スイッチは、操作スイッチと接続されオフ状態のとき操作スイッチのオン操作によりオン状態になり、電源制御部は第１電源スイッチから電力が供給されると第２電源スイッチをオンする。この場合には、第１電源スイッチがオフ状態であり電源制御部が停止しているときに操作スイッチをオン操作すると、第１電源スイッチがオン状態になる。この結果、電源制御部に電源の電力が供給され、電源制御部が動作を開始して第２電源スイッチをオンする。ここでは、操作スイッチという電装品の操作に用いられるハードウェアにより第１電源スイッチをオン状態にできるように構成したので、よく使用する操作スイッチをオン操作するだけで電源制御部に電力が供給され第２電源スイッチをオンして電装品に電力を供給することができる。このため、電源の消耗を抑えるために電源制御部を停止させても、電源オンオフ用の専用のスイッチを設けることなく電源制御部を再起動させて電装品に電力を供給することができる。また、走行中に誤動作等により第１電源スイッチがオフ状態になっても、操作スイッチのオン操作により自動的にオン状態になり、電力を電源制御部及び電装品に供給できる。このため、電源制御用の制御部の停止中に簡単な操作で制御部を再起動できるようになる。

発明３に係る自転車用電源装置は、発明１又は２に記載の装置において、電装品に供給される電力の電流値を検出する電流値検出部をさらに備え、電源制御部は、電流値検出部が所定以上の電流値を検出すると、第１電源スイッチをオフ状態に制御する。この場合には、電源電圧に加えてオーバロードに起因するなどの所定以上の過大な電流が電装品に流れたときにも電源制御部が停止するので、過電流による電源装置や電装品の損傷を防止できる。

発明４に係る自転車用電源装置は、発明４に記載の装置において、電流検出部は、電源制御部に含まれる。この場合には、電源電圧検出部が電源制御部に含まれるので電源検出部の構成が簡素になる。

発明５に係る自転車用電源装置は、発明１から４のいずれかに記載の装置において、電圧検出部は、電源制御部に含まれる。この場合には、電源電圧検出部が電源制御部に含まれるので電源検出部の構成が簡素になる。

発明６に係る自転車用電源装置は、発明１から５のいずれかに記載の装置において、電源は充放電可能な二次電池である。この場合には電源に二次電池を用いた場合に二次電池の過放電を防止でき、二次電池の劣化を防止できる。

発明７に係る自転車用電源装置は、発明１から６のいずれかに記載の装置において、電源には、自転車の車輪の回転に応じて発電する交流発電機からの電力が供給され、交流発電機からの交流を直流に整流して電源を充電する整流部をさらに備える。この場合には、交流発電機からの電力が整流されて直流になった電力により電源を充電できるので、走行中に電源を充電できる。

発明８に係る自転車用電源装置は、発明１から７のいずれかに記載の装置において、自転車の速度に応じた速度信号を生成する速度信号生成部をさらに備え、電源制御部は、速度信号生成部からの出力により所定時間以上自転車が停止していることを検出すると、第１電源スイッチをオフ状態に制御する。この場合には、たとえば１５分以上の所定時間以上の長時間の駐輪中の電源の無駄な電力消費を抑えることができる。

発明９に係る自転車用電源装置は、発明８に記載の装置において、速度信号生成部は、交流発電機からの電力により速度信号を生成する。この場合には、交流発電機から出力される速度に応じた周波数の電力から速度信号を生成できるので、速度検出手段を設けることなく速度信号を生成できる。

発明１０に係る自転車用電源装置は、発明２から９のいずれかに記載の装置において、操作スイッチの状態を監視するスイッチ監視部をさらに備え、電源制御部は、操作スイッチが所定時間以上操作されていないとき、第１電源スイッチをオフ状態に制御する。この場合には、停車中などで操作スイッチが、たとえば１５分以上の所定時間以上操作されない場合に、電源制御部が停止するので、電源の消耗を可及的に抑えることができる。

本発明によれば、電源電圧が所定以下に低下すると、電源制御部に電力が供給されなくなるので、省電力モードで動作する電源制御部であっても電力を消費しなくなる。このため、過放電による電源の劣化を効果的に抑えることができる。

別の発明によれば、操作スイッチという電装品の操作に用いられるハードウェアにより第１電源スイッチをオン状態にできるように構成したので、よく使用する操作スイッチをオン操作するだけで電源制御部に電力が供給され第２電源スイッチをオンして電装品に電力を供給することができる。このため、電源の消耗を抑えるために電源制御部を停止させても、電源オンオフ用の専用のスイッチを設けることなく電源制御部を再起動させて電装品に電力を供給することができる。また、走行中に誤動作等により第１電源スイッチがオフ状態になっても、操作スイッチのオン操作により自動的にオン状態になり、電力を電源制御部及び電装品に供給できる。このため、電源制御用の制御部の停止中に簡単な操作で制御部を再起動できるようになる。

図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車はフロントサスペンション付きの自転車であり、ダイヤモンド形のフレーム体２、サスペンション付きのフロントフォーク３、及びハンドル部４を有するフレーム１と、リア変速装置９を含む駆動部５と、フロントフォーク３に装着されハブダイナモ１０が装着された前輪６と、後輪７と、リア変速装置９に電力を供給する電源装置１１とを備えている。

フレーム１のフレーム体２は、パイプを溶接して製作されたものである。フレーム体２には、サドル１８や駆動部５を含む各部が取り付けられている。フロントフォーク３は、フレーム体２の前部に斜めに傾いた軸回りに揺動自在に装着されている。

ハンドル部４は、図２に示すように、フロントフォーク３の上部に固定されたハンドルステム１２と、ハンドルステム１２に固定されたハンドルバー１５とを有している。ハンドルバー１５の両端にはブレーキレバー１６とグリップ１７とが装着されている。右側のブレーキレバー１６の装着部分の内側には、リア変速装置９の手動変速操作を行う操作スイッチ２０ａ，２０ｂを有するスイッチユニット２３が装着されている。操作スイッチ２０ａは、リア変速装置９を構成する後述するリアディレーラ２６ｒ（図１）を１段ずつシフトダウンするためのスイッチであり、操作スイッチ２０ｂは、リアディレーラ２６ｒを１段ずつシフトアップするためのスイッチである。これらの操作スイッチ２０ａ，２０ｂは、それぞれ手動操作自動復帰接点であり、押圧操作しているときだけ接点が閉じるものである。また、ハンドル部４の中央部には、ブラケット４９が装着されており、ブラケット４９には、自転車の速度や走行距離等を表示するいわゆるサイクルコンピュータと呼ばれる表示ユニット３２が装着されている。

駆動部５は、フレーム体２の下部（ハンガー部）に設けられクランク２７と、外装式のリア変速装置９とを有している。リア変速装置９は、たとえば８枚のスプロケット群を有する多段ギア２５と、フレーム体２の後部に装着されたリアディレーラ２６ｒとを有している。クランク２７は、スプロケット（図示せず）が装着されたギアクランク２７ａと左クランク２７ｂとを有している。また、駆動部５は、ギアクランク２７ａと多段ギア２５のいずれかのスプロケットとに掛け渡されたチェーン２９を有している。リアディレーラ２６ｒは、内部に制御用のマイクロコンピュータを含む図３に示すモータユニット（電装品の一例）３０が装着された電動ディレーラであり、操作スイッチ２０ａ，２０ｂの操作によりシフトダウン及びシフトアップする。リアディレーラ２６ｒには、前述したように電源装置１１から電力が供給される。また、リアディレーラ２６ｒには、電源装置１１を介して操作スイッチ２０ａ，２０ｂが接続されている。

多段ギア２５のスプロケット群は、歯数が最も多いスプロケットから順に歯数が少なくなっており、歯数が最も少ないスプロケットが最も外側に配置されている。なお図１では、図面を簡略化するためにスプロケット群の枚数を正確には表していない。

前輪６のハブダイナモ１０は、ディスクブレーキのブレーキディスクを装着可能なハブであり、内部に前輪６の回転に応じて発電する交流発電機１９（図３）を有している。

電源装置１１は、図１に示すように、フレーム体２のダウンチューブ２ａの途中に装着されている。電源装置１１は、交流発電機１９（図３）の電力を整流して蓄え、リアディレーラ２６ｒに供給する。図３は、電源装置１１の機能構成を示すブロック図である。図３において、電源装置１１は、電源３５と、電源をオンオフ制御する電源制御部３６と、電源３５の電圧を検出する電源電圧検出部３７と、リアディレーラ２６ｒに供給される電力の電流値を検出する電流値検出部３８と、操作スイッチ２０ａ，２０ｂの状態を監視するスイッチ監視部３９と、操作スイッチ２０ａ，２０ｂと電源３５とに接続され電源制御部３６に電力を供給するための第１電源スイッチ４０と、電源３５とモータユニット３０との間に配置されモータユニット３０に供給する電力をオンオフする第２電源スイッチ４１とを有している。また、電源装置１１は、交流発電機１９からの電力が供給され、供給された電力を直流に整流して電源３５に充電するための整流部４５と、交流発電機１９からの交流のパルス出力から自転車の速度に応じた速度信号を生成する速度信号生成部４６とを有している。

電源３５は、たとえば、ニッケル・カドニウム電池、リチウムイオン電池等の充電可能な二次電池である。電源３５には、整流部４５で整流された、たとえば１２ボルトの電力が蓄えられる。電源制御部３６は、たとえば、８ビットマイクロコンピュータからなり、電源電圧検出部３７，電流値検出部３８及びスイッチ監視部３９を内部に有している。第１電源スイッチ４０は、電源３５と電源制御部３６との間に配置され両者に接続されておりオン状態とオフ状態とを取り得る。第１電源スイッチ４０は、オン状態のときに電源制御部３６に電力を供給しオフ状態のとき電源制御部への電力供給を遮断し、オン状態のとき電源制御部によりオフ状態に制御される。また、第１電源スイッチ４０は、操作スイッチ２０ａ，２０ｂと電源３５とに接続され、オフ状態のとき操作スイッチ２０ａ，２０ｂのいずれかのオン操作によりオン状態になる。第２電源スイッチ４１は、電源制御部３６によりオンオフ制御される。整流部４５は、交流発電機１９からの交流の電力をたとえば半波整流して直流に変換する。速度信号生成部４６は、交流発電機１９から出力され車速に応じたパルス出力をたとえばシュミットトリガー回路等により波形成形して速度信号を生成する。

電源装置１１の概略の回路構成について図４を参照して説明する。なお、図４では、整流部４５及び速度信号生成部４６についての回路構成は省略している。

電源３５の正極は、電源線ＰＷを介してモータユニット３０に接続されるとともに、スイッチユニット２３の操作スイッチ２０ａ，２０ｂの一端に一括接続されおり、電源３５の負極は、モータユニット３０に接地線ＧＮＤを介して接続されている。操作スイッチ２０ａ，２０ｂの他端は、シフトダウン信号線ＤＷＳ及びシフトアップ信号線ＵＰＳを各別に介してモータユニット３０に接続されている。

電源制御部３６は、たとえば１０個の端子を有するマイクロコンピュータを有している。各端子の機能及び接続を番号順に説明する。第１端子は、電源電圧が入力される電力入力端子である。第１端子は、第１電源スイッチ４０の後述する第５端子に接続されており、第１電源スイッチ４０から電源制御部３６に、たとえば３．６ボルトの電力が供給される。第２端子は、第２電源スイッチ４１をオンオフ制御するオンオフ制御信号を出力する第１信号出力端子である。第２端子は、抵抗Ｒ３を介してトランジスタＱ１のベースに接続されている。トランジスタＱ１のベースは、抵抗Ｒ４を介して接地線ＧＮＤに接続されている。

第３端子は、第１電源スイッチ４０をオンオフ制御するオンオフ信号を出力する第２信号出力端子である。第３端子は、ダイオードＤ１のアノード端子に接続されている。第４端子は、電源３５の電圧を検出するための電圧入力端子である。第４接続端子は、電源線ＰＷと接地線ＧＮＤとの間に直列接続された抵抗Ｒ５，Ｒ６の中間ノードに接続されている。第８端子は、操作スイッチ２０ａ，２０ｂを監視するための信号入力端子である。第８接続端子は、ｎｐｎ型のトランジスタＱ２のコレクタに接続されている。トランジスタＱ２のコレクタは、抵抗Ｒ８を介して電界効果トランジスタＭ１よりモータユニット３０側で電源線ＰＷに接続されている。トランジスタＱ２のエミッタは、接地線ＧＮＤに接続され、ベースは、シフトアップ信号線ＵＰＳ及びシフトダウン信号線ＤＷＳにアノードがそれぞれ接続されたダイオードＤ４，Ｄ５のカソードに抵抗Ｒ７を介して一括接続されている。

第９及び第１０端子は、モータユニット３０に流れる電流値を検出するための電流入力端子である。第９端子及び第１０端子は、電界効果トランジスタＭ１とモータユニット３０との間で電源線ＰＷに配置された抵抗Ｒ１の両端に接続されている。

第１電源スイッチ４０は、たとえば５個の端子を有するレギュレータであり、１２ボルトの電圧を電源制御部３６の動作電圧（たとえば３．６ボルト）に調整して出力する。各端子の機能及び接続を番号順に説明する。第１１端子は、電源３５の電力が入力される電力入力端子である。第１１端子は、電源３５及び操作スイッチ２０ａ，２０ｂに接続されている。第１２端子は、接地線ＧＮＤに接続されている。第１３端子は、第１電源スイッチ４０をオン状態とオフ状態とに切り換えるチップセレクト端子であり、第１３端子がたとえばハイ（Ｈｉｇｈ）になるとオン状態になり、ロー（Ｌｏｗ）になるとオフ状態になる。第１３端子は、ダイオードＤ１のカソードに接続されている。これにより、電源制御部３６の第３端子と接続される。また、第１３端子は、ダイオードＤ２，Ｄ３を介してシフトアップ信号線ＵＰＳ及びシフトダウン信号線ＤＷＳにも接続されている。ダイオードＤ２，Ｄ３は、アノードがシフトアップ信号線ＵＰＳ及びシフトダウン信号線ＤＷＳに各別に接続されている。これにより、第１３端子には、電源制御部３６からオンオフ信号が入力されるとともに、操作スイッチ２０ａ，２０ｂのいずれかがオン操作されると、オン信号が入力される。ダイオードＤ１のカソードは、抵抗Ｒ９を介して接地線ＧＮＤにも接続されている。第１４端子は使用されていない。第１５端子は電源制御部３６に電力を出力する電力出力端子であり、前述したように電源制御部３６の第１端子に接続される。

第２電源スイッチ４１は、電源線ＰＷと接地線ＧＮＤとの間に配置されたｎｐｎ型のトランジスタＱ１と、電源線ＰＷの途中に配置され電源線ＰＷをオンオフする電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｍ１とを有している。トランジスタＱ１のコレクタは、電界効果トランジスタＭ１のゲートに接続され、エミッタは、接地線ＧＮＤに接続されている。また、トランジスタＱ１のコレクタは、抵抗Ｒ２を介して電源線ＰＷに接続されている。電界効果トランジスタＭ１のソースは、電源線ＰＷの電源３５側に接続され、ドレインは、電源線ＰＷのモータユニット３０側に接続されている。これにより、電源制御部３６からトランジスタＱ１のベースにオン信号が出力されるとベースがハイになり、トランジスタＱ１がオンして電界効果トランジスタＭ１のゲートに電流を流し、電界トランジスタＭ１をオンして電力がモータユニット３０に供給される。また、電源制御部３６がオフすると、ベースがローになりゲートへの電流を遮断する。これにより、電界効果トランジスタＭ１がオフし、モータユニット３０への電力の供給が遮断する。

次に、操作スイッチ２０ａ，２０ｂのオン操作及び電源制御部３６の制御動作の一例について説明する。

第１電源スイッチ４０がオフ状態の時に、操作スイッチ２０ａ，２０ｂのいずれかが操作されると、電源３５から操作スイッチ２０ａ，２０ｂのいずれか及びダイオードＤ２又はダイオードＤ３を介して第１電源スイッチ４０の第１３端子に電流が流れ、第１３端子がハイになる。これにより、第１電源スイッチ４０がオン状態になり、第１１端子に供給された電力が第１５端子から電源制御部３６の第１端子に供給され、電源制御部３６に電力が供給される。

電源制御部３６に電力が供給されると、図５に示すように、電源制御部３６は、ステップＳ１で初期設定を行う。この初期設定では、各種のデータやタイマーを初期化するとともに、第２端子から第２電源スイッチ４１をオンするハイのオン信号を出力し、第３端子から第１電源スイッチ４０をオンするハイのオン信号を出力する。オン信号が第２端子から出力されると、トランジスタＱ１に入力され、前述したように電界効果トランジスタＭ１のゲートがハイになり、電界効果トランジスタＭ１がオンし、モータユニット３０に電力が供給される。また、電源制御部３６の第３端子からダイオードＤ１をとおって第１電源スイッチ４０の第１３端子にオン信号が出力され、オン信号によっても第１３端子がハイになり、電源制御部３６の第３端子からオフ信号が来るまで第１電源スイッチ４０のオン状態が維持される。

ステップＳ２では、第４端子への入力により電源電圧ＶＤが、電源３５が過放電して性能が劣化する手前の電圧である最低保証電圧ＶＬ（たとえば、３ボルト）より低下したか否かを判断する。これにより、電源３５が過放電により低い電圧になっているか否かを判断している。ステップＳ３では、第９及び第１０端子への入力により、モータユニット３０に流れる電流値ＡＤが変速用のモータの最大許容電流ＡＨ（たとえば、５アンペア）以上になったか否かを判断する。これにより、チェーンの噛み込み等によりリアディレーラ２６ｒに不具合が生じたときモータに過電流が流れているか否かを判断している。ステップＳ４では、第８端子への入力により、操作スイッチ２０ａ，２０ｂがオンしたか否かを判断する。操作スイッチ２０ａ，２０ｂのいずれかがオンすると、ダイオードＤ４，Ｄ５及び抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ２のベースがハイになり、第８端子がハイになる。

ステップＳ５では、速度信号生成部４６からの速度信号により速度ＫＳが所定速度ＫＬ（たとえば、時速２ｋｍ）以下か否かを判断する。これにより、自転車が停車しているか否かを判断する。図４では、図示していないが、速度信号生成部４６からの信号は、たとえば、図４では、なにも接続されていない第６又は第７端子に入力すればよい。速度ＫＳが所定速度ＫＬを超えた場合には、ステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、タイマーＴ２をオフする。タイマーＴ２は、所定速度ＫＬ以下の速度がたとえば１５分以上経過するとタイムアップするタイマーである。これにより、１５分以上自転車が駐輪しているか否かを判断している。このステップＳ６では、すこしでも所定速度ＫＬを超えた場合には、ただちにタイマーＴ２をキャンセルしている。

ステップＳ７では、タイマーＴ１がタイムアップしたか否かを判断する。このタイマーＴ１は、操作スイッチ２０ａ，２０ｂが所定時間（たとえば、１５分）以上操作されないとタイムアップするタイマーである。ステップＳ７では、タイマーＴ１がタイムアップしたか否かを判断する。

ステップＳ８では、タイマーＴ２がタイムアップしたか否かを判断する。前述したようにこのタイマーＴ２がタイムアップしていると、自転車は、１５分以上駐輪していることになる。

電源電圧ＶＤが最低保証電圧ＶＬより低下すると、ステップＳ２からステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、第３端子からオフ信号を第１電源スイッチ４０に向けて出力する。具体的には、第３端子から出力する信号をローにする。これにより、第１電源スイッチ４０がオフ状態になり、第１５端子から電源制御部３６への電力の供給が遮断され、電源制御部３６がオフ状態になる。この結果、トランジスタＱ１もオフし、さらに電界効果トランジスタＭ１もオフし、モータユニット３０への電力の供給も遮断される。このとき消費される電力はレギュレータである第１電源スイッチ４０に流れる僅かに１μＡ程度の電流値になり、マイクロコンピュータの省電力モード時の電流値より格段に小さい電流値になる。このため、電源電圧が低下したときに電源電圧のこれ以上の低下を防止できる。このため、過放電による電源の劣化を効果的に抑えることができる。

モータユニット３０への電流値ＡＤが最大許容電流値ＡＨ以上になると、ステップＳ３からステップＳ１０に移行し、前述と同様な動作で電源制御部３６及びモータユニット３０への電力供給を遮断する。

操作スイッチ２０ａ，２０ｂがオンすると、ステップＳ４からステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、タイマーＴ１がすでにオンしているか否か（スタートしているか否か）を判断する。すでにタイマーＴ１がすでにスタートしている場合には、ステップＳ１２に移行し、タイマーＴ１をオフする。この場合には、所定時間（たとえば、１５分）以内に操作スイッチ２０ａ，２０ｂのいずれかが操作されたことになる。タイマーＴ１がスタートしていない場合は、ステップＳ１１からステップＳ１３に移行し、タイマーＴ１をオンしてスタートさせる。これらの処理が終わるとステップＳ５に移行する。

速度ＫＳが所定速度ＫＬ以下の場合は、ステップＳ５からステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、タイマーＴ２がすでにオンしているか否か（スタートしているか否か）を判断する。すでにタイマーＴ２がすでにスタートしている場合には、何も処理せずにステップＳ７に移行する。タイマーＴ２がスタートしていない場合は、ステップＳ１４からステップＳ１５に移行し、タイマーＴ２をオンしてスタートさせ、ステップＳ７に移行する。

ステップＳ７（又はステップＳ８）でタイマーＴ１（又はタイマーＴ２）がタイムアップしていると判断すると、ステップＳ１０に移行して前述と同様な操作で電源制御部３６及びモータユニット３０への電力供給を遮断する。

ここでは、電源電圧の低下だけではなく、過電流が流れたり、所定時間（たとえば１５分）以上操作スイッチ２０ａ，２０ｂが操作されなかったり、所定時間（たとえば１５分）以上停車している場合には、電源制御部３６への電力の供給を遮断している。このため、電源の過放電による不具合を解消できるだけでなく、過電流によるモータユニット３０や電界効果トランジスタＭ１の損傷等を防止できるとともに、電源３５の電力の無駄な消費をさらに抑えることができる。

また、操作スイッチ２０ａ，２０ｂという変速操作に用いられるハードウェアのスイッチのいずれかのオン操作により第１電源スイッチ４０をオン状態にできるように構成したので、通常の変速操作に使用する操作スイッチ２０ａ，２０ｂをオン操作するだけで電源制御部３６に電力が供給され第２電源スイッチ４１をオンしてモータユニット３０に電力を供給することができる。このため、電源の消耗を抑えるために電源制御部３６を停止させても、電源オンオフ用の専用のスイッチを設けることなく電源制御部３６を再起動させて電装品に電力を供給することができる。また、走行中に誤動作等により第１電源スイッチ４０がオフ状態になっても、操作スイッチ２０ａ，２０ｂのオン操作により自動的にオン状態になり、電力を電源制御部３６及びモータユニット３０に供給できる。このため、電源制御部３６の停止中に簡単な操作で電源制御部３６を再起動できるようになる。

〔他の実施形態〕
（ａ）前記実施形態では、省電力モードについては詳細に説明していないが、たとえば、前述した所定時間以下の時間では省電力モードに移行し、所定時間以上になると電源制御部３６への電力の供給を遮断するようにしてもよい。なお、前述した２つの所定時間は一例であり、所定時間は電源の容量やモータユニットの容量や電源の最低保証電圧等により適宜の時間に定めることができる。

（ｂ）前記実施形態では、電圧や電流を電源制御部で検出しているが、電圧センサや電流センサ等を電源制御部の外部に設けて、それらからの検出出力により判断してもよい。

（ｃ）前記実施形態では、第２電源スイッチ４１を電源制御部３６と別に設けているが、電源制御部３６の容量や仕様等によっては、電源制御部３６の内部に第２電源スイッチ４１を設けることができる。

（ｄ）図４に示した回路構成は電源装置の一例であり、回路構成を種々の形態が考えられる。たとえば、第１電源スイッチは、電源制御部でオンオフ制御できるとともに、操作スイッチでオンできるようなものであれば、レギュレータに限定されず、メカニカルリレーやトランジスタや電界効果トランジスタで構成したものなどどのようなものでもよい。

（ｅ）前記実施形態では、電源として二次電池を例示したが、電気二重層コンデンサなどの大容量のコンデンサや乾電池などの一次電池であってもよい。一次電池の場合、電源として一次電池を装着可能な電源装着部であってもよい。

（ｆ）前記実施形態では、第２電源スイッチ４１のオフ動作を、電源制御部３６への電源供給の遮断により行っているが、第２電源スイッチ４１にオフ信号を出力した後に、オフしてから第１電源スイッチ４０にオフ信号を出力するようにしてもよい。この場合、第２端子からローのオフ信号をトランジスタＱ１に出力してからタイミングをずらして第３端子からローのオフ信号を第１電源スイッチ４０の第１３端子に出力すればよい。

（ｇ）前記実施形態では、電装品としてリアディレーラ２６ｒのモータユニット３０に電力を供給する電源装置を例示したが、電源装置としては、操作スイッチで動作するフロントディレーラや駆動力を補助する補助駆動装置のモータユニット等の自転車に搭載される電装品に電力を供給するものであればどのようなものでもよい。

本発明の一実施形態が採用された自転車の左側面図。 そのハンドル部の拡大斜視図。 電源装置の構成を示すブロック図。 電源装置の構成を示す回路図。 電源制御部の制御動作の一例を示すフローチャート。

符号の説明

６ 前輪
１１ 電源装置
１９ 交流発電機
２０ａ，２０ｂ 操作スイッチ
２６ｒ リアディレーラ
３０ モータユニット（電装品の一例）
３５ 電源
３６ 電源制御部
３７ 電源検出部
３８ 電流値検出部
３９ スイッチ監視部
４０ 第１電源スイッチ
４１ 第２電源スイッチ
４５ 整流部
４６ 速度信号生成部

Claims (10)

1. 自転車に搭載可能な電装品に電力を供給する自転車用電源装置であって、
   電源と、
   電源制御部と、
   前記電源の電圧を検出する電源電圧検出部と、
   オン状態のときに前記電源から前記電源制御部に電力を供給しオフ状態のとき前記電源制御部への電力供給を遮断し、前記オン状態のとき前記電源制御部によりオフ状態に制御される第１電源スイッチと、
   前記電源と前記電装品との間に配置され前記電源制御部によりオンオフ制御される第２電源スイッチとを備え、
   前記電源制御部は、前記電源電圧検出部が所定以下の電圧を検出すると前記第１電源スイッチをオフ状態に制御する、自転車用電源装置。
2. 前記電装品は、前記自転車に装着可能な操作スイッチの操作に応じて動作し、
   前記第１電源スイッチは、前記操作スイッチと接続され前記オフ状態のとき前記操作スイッチのオン操作により前記オン状態になり、
   前記電源制御部は、前記第１電源スイッチから電力が供給されると前記第２電源スイッチをオンする、請求項１に記載の自転車用電源装置。
3. 前記電装品に供給される電力の電流値を検出する電流値検出部をさらに備え、
   前記電源制御部は、前記電流値検出部が所定以上の電流値を検出すると、前記第１電源スイッチをオフ状態に制御する、請求項１又は２に記載自転車用電源装置。
4. 前記電流検出部は、前記電源制御部に含まれる、請求項３に記載の自転車用電源装置。
5. 前記電源電圧検出部は、前記電源制御部に含まれる、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用電源装置。
6. 前記電源は充放電可能な二次電池である、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用電源装置。
7. 前記電源には、前記自転車の車輪の回転に応じて発電する交流発電機からの電力が供給され、
   前記交流発電機からの交流を直流に整流して前記電源を充電する整流部をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の自転車用電源装置。
8. 前記自転車の速度に応じた速度信号を生成する速度信号生成部をさらに備え、
   前記電源制御部は、前記速度信号生成部からの出力により所定時間以上自転車が停止していることを検出すると、前記第１電源スイッチをオフ状態に制御する、請求項１から７のいずれか１項に記載の自転車用電源装置。
9. 前記速度信号生成部は、前記交流発電機からの電力により前記速度信号を生成する、請求項８に記載の自転車用電源装置。
10. 前記操作スイッチの状態を監視するスイッチ監視部をさらに備え、
    前記電源制御部は、前記操作スイッチが所定時間以上操作されていないとき、前記第１電源スイッチをオフ状態に制御する、請求項２から９のいずれか１項に記載の自転車用電源装置。

Images