JP5537994B2 - 電動補助自転車 - Google Patents

Description

本発明は、ペダルによる踏力を伝達する人力駆動系と、電動ユニットによる動力を伝達するモータ駆動系とを有する電動補助自転車の改良に関する。

近年、電動モータなどの電動ユニットによる動力を伝達するモータ駆動系の補助動力を、運転者がペダルを踏むことにより生じる人力駆動系に加えて作用させ、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。

このような電動補助自転車において、下り坂でブレーキをかけて減速させる際、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るものが提案された。この構成では、省エネルギーが実現され、同容量のバッテリでも、回生充電を行わない場合に比較し、走行距離を大きく延ばすことが可能となる（特許文献１）。

より走行距離を延ばすために、特許文献１の制動時の回生充電に加え、電動補助力を付与しない高速域で走行する際に回生充電を行い、運転者の脚力を利用して充電を行うようにしたものが提案された（特許文献２）。

さらに、クランクが略停止している際に、即ち、ペダルの回転が略停止している際に、下り坂を走行している、或いは惰性で走行していると判断して、回生充電を行うものが提案されている（特許文献３）。

特開平９−２５４８６１ 特開２００６−１５８８７ 特開２００８−４４４１４

特許文献１の発明は、ブレーキレバーの操作によって回生充電を行うものであり、下り坂などのブレーキをかけるときにのみにしか回生充電を行うことがなく、走行距離を十分に延ばすことができないものであった。

特許文献２の発明は、特許文献１の発明に比較し、補助力を付与しない高速走行域において、運転者の脚力を利用して回生充電を行うことにより走行距離を延ばすことが可能となるが、運転者の体力を軽減するために、弱い回生充電しかかけることができず、十分な回生充電を行うことができないと共に、脚力や体力のない運転者には利用できないものであった。

特許文献３の発明も、下り坂走行時等に回生充電を行うことにより特許文献１の発明に比較し、走行距離を延ばすことが可能となるが、下り坂等の限られた走行状態にしか回生充電を行うことができず、十分に走行距離を延ばすことはできないものであった。

本発明は、上記各問題点を解決するためになされたもので、補助動力を有効にした走行距離を飛躍的に延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。

本発明は、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し、前記電力駆動系は、回生状態と非回生状態に選択され、非回生状態において、人力による踏力を検出するトルク検出部の出力に基づいて電力駆動系による補助力を付与すると共に、回生状態において電動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電動補助自転車において、走行状態において、前記トルク検出部が閾値より低い出力を所定時間継続して検出した際に、回生状態に移行し、前記トルク検出部が前記閾値以上である出力を一定時間継続して検出した際に回生状態から非回生状態に移行する制御回路を設け、車両の走行速度を検出する速度検出手段と、ペダルをこいでいるかどうかを判断する手段とを設け、前記制御回路は、前記速度検出手段の出力に基づいて車速が早いほど、またペダルをこいでいない場合ほど、回生状態による発電量を増大させることを特徴とする。

また、本発明は、ペダルをこいでいるか否かを、前記トルク検出部で検出するトルク変動が生じているか否かにより判別することを特徴とする。

本発明によれば、運転者の負荷が軽い走行環境の際に、回生充電を行わせ、ペダルをこぎながらの積極的な発電走行を行うことができ、運転者の負荷を軽減させながら走行距離を飛躍的に延ばすことができる等の効果を奏する。

本実施形態の制御手段を示すブロック図である。 同「エコ充電」モードを説明するフローチャートである。 同「エコ充電」モードにおける充電量の設定を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳述する。

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および図３は電動補助自転車の制御を示すフローチャートである。

図１に示すごとく、１は電動モータで、図示しない電動補助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。

４はトルク検出部で、ペダルに加わる運転者の踏力を検出する。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図示しない操作部に設けられ、運転者によって操作されものであって、前記モード設定スイッチ７により、「標準」、「エコ充電」、「パワフル」のいずれかの運転モードに設定される。

前記操作部には、前記モード設定スイッチ７以外に、電源スイッチ８、電動補助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９、前記バッテリ３の残量を表示するバッテリ残量表示部１０、前記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１１が設けられている。

１２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８およびライト点灯スイッチ９からの信号を入力し、充放電回路２、バッテリ残量表示部１０、モード表示部１１及び図示しないライトを制御する。

次に動作を説明する。運転者がペダルを踏むと、トルク検出部４がペダルに加わるトルクを検出し、検出したトルクに応じて電動モータ１を駆動し、人力による踏力に電動モータ１の補助動力を加えて自転車を走行させる。

その際、モード設定スイッチ７が「エコ充電」に設定されると、図２に示すごとく、ブレーキがかけられているか否か判断し（ステップ１）、ブレーキがかけられている場合には、回生制動を利用して大きな発電電流を発生させてバッテリを充電させる（ステップ２）。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、下り坂などでの安全性を向上させることができる。

ブレーキがかけられていない場合には、速度検出部５からの出力に基づいて走行速度が所定速度以内か、本実施形態では、７Km／h未満での走行速度を所定時間以上継続しているか否か判断する（ステップ３）。走行速度が所定範囲外、本実施例では７Km／h未満であれば、回生制動は利用せず、充電は行わない（ステップ４）。走行速度が所定範囲内、本実施形態では７Km／h以上であれば、上り坂を走行しているか否かをトルク検出部４の出力に基づいて判断する（ステップ５）。トルク検出部４の出力が所定トルク以上の状態を所定時間以上継続していれば、上り坂を走行していると判断して、回生制動は行わず、充電は行わない（ステップ４）。

ステップ５において、上り坂を走行していないと判断した場合は、トルク検出部４の出力が予め定めた所定の閾値以下か、本実施形態では、平地を通常に走行している際に発生するトルクより低い予め定めた値のトルクを所定時間継続しているか否か判断する（ステップ６）。平地を通常に走行している際に発生するトルクより低いトルクで走行している場合には、緩やかな下り坂を走行している、あるいは、追い風があるなどの運転者にとって比較的負荷が軽い走行環境であると判断し、ステップ７に移行して後述するように充電量を設定して、回生制動を行い、充電を開始する（ステップ８）。

ステップ７における充電量の設定を、図３に基づいて説明すると、ペダルをこいでいるか否か判断する（ステップ１１）。本実施形態では、ペダルをこいでいるか否かは、トルク検出部４の出力に基づいてトルク変動が生じているか否かにより判別している。

ペダルをこいでいる場合、こいでいない場合共に、それぞれ速度検出部５の出力に基づいて走行速度を判別する（ステップ１２及び１３）。そして、車体に装着されているバッテリ３が大容量のものか、通常のものかを判別し（ステップ１４〜１９）、条件に応じた目標充電を設定する（ステップ２０〜３１）。ステップ２０〜３１の内、例えば、目標発電量大Ａ〜Ｄは、Ｄ＞Ｂ＞Ｃ＞Ａの関係に設定されており、目標発電量中、小も同様である。

このように、ペダルをこいでいない状態では、比較的急な下り坂を走行しているなどのペダルをこぐ必要のない運転者に負荷がほとんどない状態であると判断して発電量を増大させ、ペダルをこいでいる状態では、同じ走行速度であっても、運転者に対する負荷を軽減させるために、ペダルをこいでいない状態よりも発電量を低く設定している。また、高速になるほど発電量を増加させて充電量を増加させると共に、低速時には発電量を減少させて運転者の負荷を軽減させるようにしている。

回生状態で走行中、例えば上り坂にさしかかり、ペダルに加わる踏力が増大したことをトルク検出部４の出力に基づいて判断した場合には、ステップ５の判断に基づいて、非回生状態に移行し、運転者の負荷を軽減させる。

また、平地を通常に走行している状態のトルクを、トルク検出部４が所定時間継続して出力した場合にも、ステップ６の判断に基づいて非回生状態に移行し、運転者の負荷を軽減させる。

本実施形態では、回生状態へ移行する閾値と、非回生状態へ移送する閾値を同じにしたが、非回生状態へ移行する閾値を回生状態へ移行する閾値より低く設定しても良い。この設定にすると、回生充電による発電量は減少するが、運転者の負担を軽減することができる。

本発明は、回生充電を行う電動補助自転車に利用可能である。

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
１２ 制御回路

Claims (2)

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し、前記電力駆動系は、回生状態と非回生状態に選択され、非回生状態において、人力による踏力を検出するトルク検出部の出力に基づいて電力駆動系による補助力を付与すると共に、回生状態において電動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電動補助自転車において、
   走行状態において、前記トルク検出部が閾値より低い出力を所定時間継続して検出した際に、回生状態に移行し、前記トルク検出部が前記閾値以上である出力を一定時間継続して検出した際に回生状態から非回生状態に移行する制御回路を設け、
   車両の走行速度を検出する速度検出手段と、ペダルをこいでいるかどうかを判断する手段とを設け、前記制御回路は、前記速度検出手段の出力に基づいて車速が早いほど、またペダルをこいでいない場合ほど、回生状態による発電量を増大させることを特徴とする電動補助自転車。
2. ペダルをこいでいるか否かを、前記トルク検出部で検出するトルク変動が生じているか否かにより判別することを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車。

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