JP2000006878A - 電動自転車の回生電流制御方法 - Google Patents

電動自転車の回生電流制御方法

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JP2000006878A JP10174845A JP17484598A JP2000006878A JP 2000006878 A JP2000006878 A JP 2000006878A JP 10174845 A JP10174845 A JP 10174845A JP 17484598 A JP17484598 A JP 17484598A JP 2000006878 A JP2000006878 A JP 2000006878A
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圭司 岸本
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 この発明は、ペダル１４に加わる踏力に応じ
た補助動力を発生する電動直流モータ２２およびこの電
動直流モータの電源となるバッテリ２０を搭載した電動
自転車１０において、電動自転車１０に設けた人力トル
クセンサ１６により人力トルクを検出し、この人力トル
クの出力に基づいて制御手段により電動直流モータ２２
の回生電流をゆるやかに制御するとともに、電動直流モ
ータ２２で発生した発電電力をバッテリ２０に充電す
る。 【効果】 この発明によれば、走行状態の切替時におけ
る制動力や制動開放力の変化がゆるやかになり、搭乗者
の乗り心地を改善して安定した走行状態を維持すること
が可能となる。また、電動直流モータ２２で発電された
電力をバッテリ２０に充電を行ない電力消費を抑制でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は電動自転車の回生電流
制御方法に関し、特にたとえばブレーキ操作時や下り坂
走行時あるいは自転車速度がペダル速度より大きい場合
等において電動直流モータの発電電力をバッテリへ回生
する電動自転車の回生電流制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ペダルを踏む人力（踏力）により
駆動可能な自転車に電動直流モータおよびこの電動直流
モータを駆動するバッテリを搭載して、人力による駆動
力を電動力で補助（アシスト）する電動モータ付き自転
車、いわゆる電動自転車が提案されている。
【０００３】この電動自転車において、電動補助力（ア
シスト力）を付加した電動補助走行中に搭乗者（運転
者）が速度調整のために適宜ブレーキ操作をしたり、あ
るいは下り坂を走行中に回生制動を効かせて電動直流モ
ータを発電機としてバッテリを充電しながら自転車に制
動力を与えることがしばしば発生する。また、自転車速
度の割にペダル速度が小さい場合、たとえば、傾斜の緩
い下り坂を走行する場合にも、電動直流モータを回生状
態にしてバッテリを充電している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、走行状
態が電動補助走行から回生走行に自動または手動で切替
わる場合、あるいは逆に回生走行から電動補助走行に切
替わる場合において、回生電流が急激に変化すると電動
自転車に急激な制動力あるいは制動開放力が作用して搭
乗者に衝撃的な違和感が生じ、乗り心地が悪くなり、時
には自転車が転倒して搭乗者に危害がおよぶことにもな
りかねない。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、電
動自転車において、走行中に制動力や制動開放力が働い
た場合にも搭乗者に違和感を与えることなく安定した走
行状態を維持する電動自転車の回生電流制御方法を提供
することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、ペダルに加
わる踏力に応じた補助動力を発生する電動直流モータお
よび電動直流モータの電源となるバッテリを搭載した電
動自転車において、(a) 電動自転車に設けた人力トルク
センサにより人力トルクを検出し、(b) 人力トルクの出
力に基づいて制御手段により電動直流モータの回生電流
をゆるやかに制御するとともに、(c) 電動直流モータで
発生する発電電力をバッテリに充電するようにしたこと
を特徴とする、電動自転車の回生電流制御方法である。
【０００７】
【作用】電動自転車に設けた人力トルクセンサの出力に
基づいて制御手段により回生電流の制御がゆるやかに行
なわれるので、電動補助走行状態から電動直流モータを
発電機としてバッテリに充電を行なう回生走行状態、あ
るいは、逆に回生走行状態から電動補助走行状態に切替
わる場合、制動力や制動開放力が急激に変化することは
ない。
【０００８】
【発明の効果】この発明によれば、搭乗者の乗り心地を
改善して安定した走行状態を維持することが可能とな
る。また、電動直流モータで発電された電力エネルギを
バッテリに回生して充電を行なうことができ、バッテリ
の電力消費を抑制する。この発明の上述の目的，その他
の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の
実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００９】
【実施例】この発明の一実施例の前提となる電動自転車
１０は、図１に示されるように、自転車本体１２のペダ
ル１４を搭乗者が踏むことにより発生する人力トルクは
人力トルクセンサ１６により検出され、このトルク検出
信号はコントローラ１８に入力される。コントローラ１
８では、入力されたトルク検出信号に応じたトルク制御
信号が作成され、この制御信号はバッテリ２０により駆
動される電動直流モータ２２に供給される。
【００１０】この結果、自転車本体１２には、人力トル
クに加えて、この人力トルク値に応じた大きさのモータ
出力が供給され、ペダル１４を踏む踏力による駆動力が
電動直流モータ２２の電動力によって補助される。とこ
ろで、電動自転車１０の走行状態としては、（Ａ）平地
路走行，（Ｂ）上り坂路走行および（Ｃ）下り坂路走行
の３つの走行形態が考えられ、通常はこれら３つの走行
形態の組み合わせとなる。
【００１１】先ず、（Ａ）の平地路走行においては、電
動自転車１０は、搭乗者のペダルを踏む踏力による駆動
力を主体とし必要に応じて電動直流モータ２２の電動補
助力を付加して走行し、たとえば、自転車速度がペダル
速度より大きい場合、人力トルクセンサ１６のトルク検
出信号により電動直流モータ２２を回生に切替えて回生
走行状態となり、電動直流モータ２２で発生した電力エ
ネルギをバッテリ２０に供給し、バッテリを充電する。
そして、走行速度が低下すると、回生走行状態を解除し
必要に応じて電動直流モータ２２の電動補助力を付加し
た電動補助走行状態に切替わる。
【００１２】また、（Ｂ）の上り坂路走行においては、
搭乗者の踏力と電動直流モータ２２の電動補助力の併用
により電動自転車１０はアシスト走行し、緊急時を除き
通常は、走行中にブレーキ制動等を加えるようなことは
ない。さらに、（Ｃ）の下り坂路走行においては、電動
自転車１０の速度（車輪の回転速度）がどんどん増して
いく速度加速状態であるので、この場合は電動直流モー
タ２２を回生状態にして電動自転車１０に回生制動をか
けるとともに、回生制動により電動直流モータ２２で発
生する電力エネルギをバッテリ２０に供給して蓄える。
【００１３】このように電動自転車１０の走行中に、人
力トルクセンサ１６のトルク検出信号に応じて電動直流
モータ２２に回生制動をかける必要が生じた場合、電動
直流モータ２２を回生状態に切替えてゆるやかな回生電
流制御を行い急激な制動を防止して搭乗者に違和感を与
えることなく安定な走行状態を維持するとともに、バッ
テリ２０を充電する。
【００１４】また、電動自転車の速度と駆動力の比率の
関係は、図３に示されるように、速度が０から２４ｋｍ
／ｈまでペダルを踏む踏力（人力）１に対して速度が０
から１５ｋｍ／ｈまではモータ補助力１で人力との合計
駆動力は２となり、速度が１５ｋｍ／ｈから２４ｋｍ／
ｈまではモータ補助力が１から０に直線的に減少するの
で人力との合計駆動力も２から１に直線的に減少する。
【００１５】つぎに、上述の走行状態を制御する電気的
回路構成の概略を図２に示すブロック図に基づいて説明
する。まず、搭乗者がペダル１４を踏む踏力を人力トル
クセンサ１６で検出し、この検出信号を、マイコンを含
む制御装置２４に入力す。この制御装置２４では入力さ
れた検出信号に応じて電流指令値（アシスト量）が算出
されて出力される。この出力がアシスト／回生電流制御
装置２６に入力されてバッテリ２０からアシスト電流制
御部２８を通じて供給される電力エネルギにより電動直
流モータ２２が駆動して電動自転車１０に電動補助力を
付加する。この場合、電動直流モータ２２は非回生状態
となり、電流検出部３０ａからの検出信号により電動直
流モータ２２に供給される電流はアシスト電流制御部２
８において電流指令値に基づいて制御される。
【００１６】また、走行中に搭乗者が速度調整を行うた
めに必要に応じてブレーキ３２を操作した場合、その信
号を制御装置２４に入力するとともに、手動によりアシ
スト／回生切替スイッチ３４を作動して制御装置２４よ
り切替信号を出力し、アシスト／回生電流制御装置２６
の切替部３６をアシスト電流制御部２８から回生電流制
御部３８に切替える。
【００１７】その結果、電動自転車１０は回生状態とな
り、車輪（後輪）の回転力により電動直流モータ２２は
回生制動されて電動自転車１０は減速する。一方、この
回生制動により電動直流モータ２２は発電機となり、そ
こで発生した回生電力エネルギは回生電流制御部３８を
介してバッテリ２０に供給され、バッテリ２０を充電す
る。また、回生電力エネルギは電流検出部３０ｂで検出
され、その検出信号は制御装置２４に入力されて人力ト
ルクセンサ１６および速度センサ４０からの信号ととも
に演算処理され、その結果に基づいて回生電流制御部３
８を流れる回生電流を電流指令値に基づいて制御する。
【００１８】さらに、回生状態で走行中、上り坂や向か
い風によりペダルを踏む踏力負荷が大きくなると、手動
によりアシスト／回生切替スイッチ３４を作動する。そ
の結果、制御装置２４からの切替信号により切替部３６
が回生電流制御部３８からアシスト電流制御部２８に切
替わる。そして、アシスト電流制御部２８は人力トルク
センサ１６および速度センサ４０からの検出信号により
制御装置２４からの電流指令値に基づいてバッテリ２０
から電動直流モータ２２に電力エネルギを供給し、電動
自転車１０は電動補助力を付加してアシスト走行状態と
なる。
【００１９】この場合、電動直流モータ２２は非回生状
態で、電流検出部３０ａの検出信号により電動直流モー
タ２２に供給される電力エネルギはアシスト電流制御部
２８において電流指令値に基づき制御される。なお、回
生もアシストも共に解除して、電動自転車１０を通常の
自転車として走行する場合、図２で図示されないが、バ
ッテリ２０と電動直流モータ２２の間に設けられるメイ
ンスイッチを開放することで達成される。
【００２０】このように、アシスト走行―回生走行への
回生状態および回生走行―アシスト走行への非回生状態
への各切替は、制御装置２４からの制御信号に基づいて
アシスト／回生電流制御装置２６により衝撃が無く緩や
かに行うことができ、快適な走行が可能となる。この実
施例の動作状況を図４〜図８に示すフローチャートに従
い説明する。
【００２１】走行条件Ｉ（回生なし）の場合 図４において、まずステップＳ１で走行前の設定、すな
わち切替部３６はアシスト側で電流指令値（アシスト
量）０とし、ステップＳ３で搭乗者の踏力により電動自
転車１０の走行開始を行う。ステップＳ５で人力トルク
センサ１６によるトルクセンサ出力０か否かを判別し、
判別結果が“ＮＯ”の場合、ステップＳ７において、速
度センサ４０で検出される電動自転車１０の速度範囲に
応じて電流指令値（アシスト量）が制御装置２４で演算
され、この電流指令値に基づいて電動自転車１０は電動
補助走行する。さらに、ステップＳ９で速度センサ４０
により電動自転車１０の速度０か否かを判別し、その結
果、“ＹＥＳ”であればステップＳ１１で電動自転車１
０は停止する。もし、ステップＳ９における判別結果
が、“ＮＯ”であれば、ステップＳ５に戻り電動自転車
１０はトルクセンサ出力に応じた電動補助走行あるいは
人力による踏力走行を継続する。ステップＳ５において
人力トルクセンサ１６で検出されるトルクセンサ出力０
か否かを判別した結果、“ＹＥＳ”であればステップＳ
１３で電流指令値（アシスト量）０にして走行し、ステ
ップＳ９に至る。
【００２２】走行条件II｛回生あり：ブレーキ操作時あ
るいは下り坂時（トルクセンサ出力は０で速度加速）｝
の場合 図５〜図７において、ステップＳ２１で走行前の設定、
すなわち切替部はアシスト側で電流指令値（アシスト
量）を０とし、ステップＳ２３で搭乗者の踏力により電
動自転車１０の走行開始となる。ステップＳ２５におい
てブレーキ操作の要否を判断し、“ＮＯ”であればステ
ップＳ２７でトルクセンサ出力０か否かを判断する。そ
の結果、“ＮＯ”であればステップＳ２９において、速
度センサ４０で検出される電動自転車１０の速度範囲に
応じて電流指令値（アシスト量）が制御装置２４で演算
され、この電流指令値に基づいて電動自転車１０は電動
補助走行する。
【００２３】さらに、ステップＳ３１において、速度０
か否かを判別し、その結果“ＹＥＳ”であればステップ
Ｓ３３で電動自転車１０は走行を停止する。もし、ステ
ップＳ３１の判別結果が“ＮＯ”であれば、ステップＳ
２５に戻り、電動自転車１０は走行を継続する。ところ
で、ステップＳ２５でブレーキ操作を判断した結果、
“ＹＥＳ”であれば、図６に示すステップＳ３５におい
て切替部３６を回生側に切替えるととものい、電流指令
値０にして電動自転車１０は回生状態で走行する。そし
て、ステップＳ３７において速度センサ４０により検出
される速度が１０ｋｍ／ｈ以下でない“ＮＯ”の場合、
ステップＳ３９でブレーキ操作を判別し、“ＹＥＳ”で
あればステップＳ４１で電流指令値が最大値かを判別
し、“ＹＥＳ”であればステップＳ３７に戻る。また、
ステップＳ４１において電流指令値が最大値に達してい
ない“ＮＯ”の場合、ステップＳ４３で電流指令値を徐
々に増加してステップＳ３７に戻る。この間において、
電動直流モータ２２は回生状態で、回生電流は徐々に増
加して電動自転車１０に回生制動力を加えて減速すると
ともに、回生電流によりバッテリ２０は充電される。
【００２４】一方、ステップＳ３７で電動自転車１０の
速度が１０ｋｍ／ｈ以下かを判別し、その結果“ＹＥ
Ｓ”の場合およびステップＳ３９でブレーキ操作が“Ｎ
Ｏ”の場合、いずれもステップＳ４５で電流指令値０か
を判別し、その結果“ＮＯ”であればステップＳ４７で
電流指令値を徐々に減少させてステップＳ４５に戻る。
この間において、電動直流モータ２２は回生状態で、回
生電流はバッテリ２０に充電されるが、回生電流は徐々
に減少し、それに伴い電動自転車１０に付与されていた
回生制動力も次第に開放される。
【００２５】そして、ステップＳ４５で“ＹＥＳ”と判
別すると、電動自転車１０は非回生状態となり、ステッ
プＳ４９で切替部３６をアシスト側に切替えるとともに
電流指令値０にしたアシスト状態となり、図５に示され
るステップＳ３１に戻る。さて、図５のステップＳ２７
で電動自転車１０のトルクセンサ出力０かを判別した結
果、“ＹＥＳ”であれば、ステップＳ５１において速度
センサ４０で速度加速を判別し、“ＮＯ”であればステ
ップＳ５３で電流指令値０にしてステップＳ３１へ進行
する。
【００２６】もし、ステップＳ５１における速度加速の
判別結果が、“ＹＥＳ”であれば、図７に示すステップ
Ｓ５５において切替部３６を回生側に切替えるととも
に、電流指令値０にして走行する。そして、ステップＳ
５７で電動自転車１０の速度が１０ｋｍ／ｈ以下でない
“ＮＯ”の場合、ステップＳ５９でトルクセンサ出力０
かを判別する。その結果“ＹＥＳ”であれば、ステップ
Ｓ６１で電流指令値が最大値かを判別し、その結果“Ｙ
ＥＳ”であればステップＳ５７に戻り走行を継続する。
ステップＳ６１における判別結果が“ＮＯ”であれば、
ステップＳ６３で電流指令値を徐々に増加してステップ
Ｓ５７に戻る。
【００２７】この間において、電動直流モータ２２は回
生状態で、回生電流は徐々に増加して電動自転車１０に
回生制動力を加えて減速するとともに、回生電流により
バッテリ２０は充電される。ところで、ステップＳ５７
における電動自転車１０の速度が１０ｋｍ／ｈ以下の
“ＹＥＳ”の場合およびステップＳ５９におけるトルク
センサ出力０でない“ＮＯ”の場合は、いずれもステッ
プＳ６５で電流指令値０かを判別し、その結果が“Ｎ
Ｏ”であれば、ステップＳ６７で電流指令値を徐々に減
少してステップＳ６５に戻る。この間において、電動直
流モータ２２は回生状態で、回生電流はバッテリ２０に
充電されるが、回生電流は徐々に減少し、それに伴って
電動自転車１０に付与されていた回生制動力も次第に開
放される。
【００２８】また、ステップＳ６５の判別結果が“ＹＥ
Ｓ”であれば、ステップＳ６９で切替部３６をアシスト
側に切替えるとともに電流指令値０にして図５のステッ
プＳ３１に戻る。 走行条件III （回生あり：手動スイッチでアシスト／回
生切替）の場合 図８において、まず、ステップＳ７１で切替スイッチ３
４の切替状態を選択する。アシストであれば図４に示す
走行条件Ｉへ、また、通常であれば、アシストおよび回
生のない人力駆動による通常の自転車走行、そして回生
であれば、ステップＳ７３で切替部３６を回生側、電流
指令値０に設定して走行する。走行中にステップＳ７５
で切替スイッチ３４が回生かを判別し、“ＹＥＳ”であ
ればステップＳ７７でトルクセンサ出力が許容する最大
値より大きいかを判別し、“ＹＥＳ”であればステップ
Ｓ７９で回生電流の電流指令値を減少（０で回生中断状
態）させてステップＳ７５に戻る。この時は、電動直流
モータ２２は回生状態で、回生電流はバッテリ２０に充
電されると共に徐々に減少して電動自転車１０に付与さ
れる回生制動力も減少する。
【００２９】ところで、ステップＳ７５における判別結
果が、“ＮＯ”であればステップＳ８１で電流指令値０
かを判別し、“ＹＥＳ”であればステップＳ７１に戻
る。もし、ステップＳ８１の判別結果が、“ＮＯ”であ
ればステップＳ８３で電流指令値を減少させてステップ
Ｓ８１に戻る。また、ステップＳ７７の判別結果が“Ｎ
Ｏ”の場合、ステップＳ８５で電動自転車１０の速度が
１０ｋｍ／ｈ以下かを判別し、“ＹＥＳ”であればステ
ップＳ８７で電流指令値を減少させてステップＳ７５に
戻る。もし、ステップＳ８５で速度が１０ｋｍ／ｈ以下
でない“ＮＯ”の場合、ステップＳ８９で回生電流が許
容する最大値より大きいかを判別し、“ＹＥＳ”であれ
ば、ステップＳ９１で電流指令値を減少させてステップ
Ｓ７５に戻る。そして、ステップＳ８９の判別結果が
“ＮＯ”であれば、ステップＳ９３で電流指令値を増加
させてステップＳ７５に戻る。ステップＳ８７およびス
テップＳ９１においては、電動直流モータ２２は回生状
態で、回生電流はバッテリ２０に充電されると共に、電
動自転車２２に付与される回生制動力は減少する。ま
た、ステップＳ９３においては、回生電流は増加するの
で電動自転車１０に付与される回生制動力も増加するこ
とになる。
【００３０】この実施例の電動自転車１０においては、
搭乗者がペダルを踏む踏力と電動直流モータ２２による
電動補助力の組み合わせおよび走行路面と搭乗者の切替
選択により、図４に示す回生なしのアシスト走行、ま
た、図５〜図７に示すアシスト走行と回生走行の組み合
わせ走行、さらに、図８に示すアシストのない回生走行
が可能となるものである。
【００３１】そして、回生電流の制御状態は、徐々に行
われるため、電動自転車１０に緩やかな回生制動力およ
び回生解除力が付与され、そのために搭乗者にとっては
乗り心地の違和感はなく、安定した走行状態を維持する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の前提となる電動自転車の概
略構成を示す図解図である。
【図２】この発明の一実施例における電気的回路構成の
概略を示すブロック図である。
【図３】電動自転車における速度と駆動力の比率の関係
を示す説明図である。
【図４】この発明の一実施例で、走行条件Ｉ（回生な
し）の場合の動作を説明するフローチャートである。
【図５】この発明の一実施例で、走行条件II｛回生あ
り：ブレーキ操作時または下り坂時（トルクセンサ出力
０で速度加速）｝の場合の動作を説明するフローチャー
トである。
【図６】この発明の一実施例で、図５と同じ走行条件II
の場合の動作を説明するフローチャートである。
【図７】この発明の一実施例で、図５と同じ走行条件II
の場合の動作を説明するフローチャートである。
【図８】この発明の一実施例で、走行条件III （回生あ
り：手動スイッチでアシスト／回生切替）の場合の動作
を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０ …電動自転車 １４ …ペダル １６ …人力トルクセンサ １８ …コントローラ ２０ …バッテリ ２２ …電動直流モータ ２４ …制御装置 ２６ …アシスト／回生電流制御装置 ２８ …アシスト電流制御部 ３２ …ブレーキ ３４ …手動切替スイッチ ３６ …切替部 ３８ …回生電流制御部 ４０ …速度センサ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ペダルに加わる踏力に応じた補助動力を発
    生する電動直流モータおよび前記電動直流モータの電源
    となるバッテリを搭載した電動自転車において、 (a) 前記電動自転車に設けた人力トルクセンサにより人
    力トルクを検出し、 (b) 前記人力トルクの出力に基づいて制御手段により前
    記電動直流モータの回生電流をゆるやかに制御するとと
    もに、 (c) 前記電動直流モータで発生する発電電力を前記バッ
    テリに充電するようにしたことを特徴とする、電動自転
    車の回生電流制御方法。
  2. 【請求項２】(d) 前記人力トルクセンサおよび前記電動
    自転車に設けられた速度センサの出力またはブレーキ操
    作に基づいて制動または減速を必要とする走行状態を検
    出した場合であって、前記電動直流モータを回生制動あ
    るいはアシストへの切替時に回生電流の制御を行ない前
    記バッテリを充電する、請求項１記載の電動自転車の回
    生電流制御方法。
  3. 【請求項３】(e) 前記電動自転車に設けた切替スイッチ
    により回生状態を選択し、前記人力トルクセンサの出力
    に基づいて回生電流を制御し、前記バッテリを充電す
    る、請求項１記載の電動自転車の回生電流制御方法。
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