JP2002187584A - 自転車用電動ユニットの駆動制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充電池の充電電圧が低下した場合に、電動ユ
ニットの誤動作等を防止する。 【解決手段】 この駆動制御回路は、ダイナモ1からの
電力を受けて、電動ユニット3を駆動制御するための回
路であって、ダイナモ1により充電される充電用コンデ
ンサ10と、充電用コンデンサ10と電動ユニット3との間
に設けられた第１スイッチング素子11と、充電用コンデ
ンサ10の充電電圧を検出する機能を有する制御回路13と
を備えている。制御回路13は、充電電圧Vcが第１基準電
圧VH以下であれば第１スイッチング素子11を開放して電
動ユニット3への電力供給を禁止し、充電電圧が第１基
準電圧VHを超えれば第１スイッチング素子11を閉じて電
動ユニット3への電力供給を許可する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動制御回路、特
に、自転車用ダイナモからの電力を受けて自転車用電動
ユニットを駆動制御するための回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】自転車においては、前照灯を点灯させる
ためにダイナモが装着されており、ダイナモで発電され
た電力が前照灯に供給されるようになっている。

【０００３】この種の従来装置として、特開平5-238447
号公報や特開2000-62523号公報に示されるような装置が
提供されている。前者の公報に示された装置では、バッ
テリの端子電圧を検出し、その検出結果に応じてダイナ
モの界磁電流を制御することにより、乗り手への身体的
疲労を軽減するとともに前照灯の照度の安定化を図るよ
うにしている。また、後者の公報に示された装置では、
充電用コンデンサを設けて、ダイナモの発電量が少ない
ときに充電用コンデンサから前照灯に電力を供給するよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】最近の自転車において
は、ダイナモによって駆動される機器として、前照灯に
加えて、電動変速機を変速させるためのアクチュエータ
や電動サスペンションのダンパー力を調整するためのア
クチュエータ、あるいはサイクルコンピュータのインジ
ケータバックライト等がある（以下、これらの機器を電
動ユニットと記す）。これらの電動ユニットでは、駆動
電圧が所定の電圧以下になると、その動作が不安定にな
る。例えば、アクチュエータとしてモータを例に取る
と、駆動電圧が低くなると回転速度が遅くなり、正常な
速度で動作をさせることができなくなったり、あるいは
電動変速機が変速途中で停止してしまったり、電動サス
ペンションのアクチュエータが途中で動けなくなる等の
不具合が発生する。また、電動ユニットにマイクロコン
ピュータを用いている場合は、誤動作する場合もある。
さらに、インジケータバックライトの場合は照度不足に
よる視認性低下がある。

【０００５】しかし、前述のような従来の装置では、負
荷（駆動される機器）としてアクチュエータ等を対象と
していないので、前述のような問題を解消することはで
きない。

【０００６】本発明の課題は、充電池の充電電圧が低下
した場合に、電動ユニットの誤動作等を防止することに
ある。本発明の別の課題は、充電池への過充電を防止し
て電動ユニットの誤動作を防止することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る駆動制御
回路は、自転車用ダイナモからの電力を受けて、自転車
用電動ユニットを駆動制御するための回路であって、自
転車用ダイナモにより充電される充電池と、充電池と電
動ユニットとの間に設けられた第１スイッチング手段
と、充電池の充電電圧を検出する充電電圧検出手段と、
制御手段とを備えている。制御手段は、充電電圧検出手
段で検出された充電電圧が第１基準電圧以下であれば第
１スイッチング手段を開放して電動ユニットへの電力供
給を禁止し、充電電圧が第１基準電圧を超えれば第１ス
イッチング手段を閉じて電動ユニットへの電力供給を許
可する。

【０００８】この駆動制御回路では、ダイナモによって
コンデンサ等の充電池が充電される。そして、電動ユニ
ットはこの充電池から供給される電力によって駆動され
る。このとき、充電池の充電電圧が充電電圧検出手段に
よって検出されている。そして、充電電圧が第１基準電
圧以下であれば第１スイッチング手段が開放され、電動
ユニットへの電力供給が禁止される。また、充電電圧が
第１基準電圧を超えれば第１スイッチング手段が閉じら
れ、電動ユニットに対して電力が供給される。

【０００９】ここでは、充電電圧が第１基準電圧以下で
あれば電動ユニットへの電力の供給が禁止されるので、
電動ユニットの誤動作を防止することができる。請求項
２に係る駆動制御回路は、請求項１の回路において、制
御手段は、充電電圧が第１基準電圧を越えた後に第１基
準電圧よりも低い第２基準電圧以下になれば第１スイッ
チング手段を開放して電動ユニットへの電力供給を禁止
する。

【００１０】ここでは、充電電圧が第１基準電圧を一旦
越えた後は、第１基準電圧より低い第２基準電圧以下を
しきい値としてスイッチング制御を行っている。すなわ
ち、スイッチング制御のためのしきい値にヒステリシス
を持たせている。つまり、電動ユニットが駆動されたと
きに充電電圧が下がるが、これより十分低い電圧を第２
基準電圧とする。したがって、不安定なスイッチング制
御を防止できる。

【００１１】請求項３に係る駆動制御回路は、請求項１
又は２の回路において、ダイナモと充電池との間に設け
られた第２スイッチング手段をさらに備えている。そし
て、制御手段は、充電電圧が第１基準電圧又は第２基準
電圧以下であれば第２スイッチング手段を閉じて充電池
を充電し、第１基準電圧よりも高い第３基準電圧を超え
れば第２スイッチング手段を開放して充電池への充電を
停止する。

【００１２】ここでは、充電電圧が第１基準電圧又は第
２基準電圧以下であれば充電池に充電されるが、充電電
圧が第１基準電圧よりも高い第３基準電圧を越えれば充
電が停止される。したがって、充電電圧が高くなりすぎ
るのを防止でき充電池を保護する。また、充電回路や電
動ユニット内に設けられた回路も保護できる。さらに電
動ユニットにおける動作も安定する。

【００１３】請求項４に係る駆動制御回路は、請求項１
から３のいずれかの回路において、第１及び第２スイッ
チング手段はトランジスタ素子である。この場合は、小
型軽量で耐久性があり、スイッチング速度も速い。

【００１４】請求項５に係る駆動制御回路は、請求項１
から４のいずれかの回路において、充電池はコンデンサ
素子である。この場合は、充電池に比較して耐久性が高
く、電動ユニットの寿命を上回る１０年程度の耐久性が
ある。

【００１５】請求項６に係る駆動制御回路は、請求項１
から５のいずれかの回路において、第１スイッチング手
段は電動ユニットの内部に設けられている。電動ユニッ
トには、内部にスイッチング素子が設けられている場合
がある。そこで、このスイッチング素子を第１スイッチ
ング素子として利用することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態が採
用された自転車の電動駆動システムを模式化して示した
ものである。

【００１７】このシステムは、発電機であるダイナモ1
と、整流回路2と、電動ユニット3と、整流回路2と電動
ユニット3との間に設けられた駆動制御回路4とを有して
いる。

【００１８】ダイナモ1は、例えば自転車の前輪のハブ
に内蔵されたハブダイナモである。整流回路2は、ダイ
ナモ1の出力である交流電圧を整流するための回路であ
り、ダイオードブリッジ回路や平滑コンデンサ等によっ
て構成されている。また、電動ユニット3は、前照灯、
電動変速装置や電動サスペンションのアクチュエータ等
であり、駆動制御回路4によって駆動制御されるように
なっている。

【００１９】駆動制御回路4は、充電用コンデンサ10
と、充電用コンデンサ10と電動ユニット3との間に設け
られた第１スイッチング素子11と、整流回路2と充電用
コンデンサ10との間に設けられた第２スイッチング素子
12と、充電電圧検出機能を有する制御回路13とを有して
いる。第１スイッチング素子11及び第２スイッチング素
子12はそれぞれ電解効果トランジスタで構成されてお
り、ゲート端子に印加される電圧レベルがハイレベル
「H」であるときクローズ（閉）となり、ローレベル
「L」であるときオープン（開放）となる。

【００２０】制御回路13は、第１及び第２コンパレータ
15,16と、各コンパレータ15,16に基準電圧を与えるため
の基準電圧発生回路17と、第１コンパレータ15の出力端
子に直列に接続されたインバータ18と、第２コンパレー
タ16の出力端子に直列に接続されたバッファ19とを有し
ている。

【００２１】第１及び第２コンパレータ15,16のマイナ
ス端子には充電電圧Vcが印加され、プラス端子には基準
電圧発生回路17からの基準電圧が印加されている。基準
電圧発生回路17は、第１コンパレータ15に対して、通常
は第１基準電圧VHを印加し、充電電圧Vcが第１基準電圧
VHを一旦越えると第１基準電圧VHよりも低い第２基準電
圧VLを印加する。さらにこの基準電圧発生回路17は、第
２コンパレータ16に対しては、第１基準電圧VHよりもさ
らに高い第３基準電圧VHHを印加するものである。

【００２２】以上のように構成された回路の動作を、図
２のフローチャートを参照しながら説明する。なお、こ
の図２のフローチャートは動作を説明するためのもので
あり、マイクロコンピュータの制御処理を示すものでは
ない。

【００２３】第１及び第２コンパレター15,16のマイナ
ス端子には常に充電用コンデンサ10に充電されている電
圧Vcが印加されており、この充電電圧Vcがそれぞれ基準
電圧VH（VL）,VHHと比較されている。すなわち、充電電
圧Vcがこれらのコンパレータ15,16によって検出されて
いる。

【００２４】長期間の放置による放電や、大きな負荷の
駆動等によって充電電圧Vcが第１基準電圧VH以下になっ
た場合は、図２のステップＳ１からステップＳ２の動作
が実行される。その場合は、第１コンパレータ15の出力
はハイレベル（以下、「H」と記す）となり、この信号
「H」はインバータ18により反転されてローレベル（以
下、「L」と記す）となり、第１スイッチング素子11の
ゲートに印加される。これにより、第１スイッチング素
子11は開放され、充電電圧は電動ユニット3に供給され
ない。すなわち、電動ユニット3の動作が禁止される。

【００２５】一方、第２コンパレータ16のプラス端子に
は第１基準電圧VHよりも高い第３基準電圧VHHが印加さ
れているので、充電電圧Vcが第１基準電圧VHよりも低い
場合には、第２コンパレータ16の出力は「H」となる。
この信号「H」はバッファ19を介して第２スイッチング
素子12のゲートに印加される。これにより第２スイッチ
ング素子12は閉じられ、ダイナモ1によって充電用コン
デンサ10に充電され得る状態となる。

【００２６】次に充電用コンデンサ10が充電されて充電
電圧Vcが第１基準電圧VHを越えると、ステップＳ１から
ステップＳ３の動作が実行される。この場合は、第１コ
ンパレータ15のマイナス端子に印加されている充電電圧
Vcが第１基準電圧VHを越えるので、第１コンパレータ15
の出力は「L」となり、この信号「L」はインバータ18に
より反転されて「H」となって第１スイッチング素子11
のゲートに印加される。これにより、第１スイッチング
素子11は閉じられ、充電電圧が電動ユニット3に供給さ
れ得る状態となる。すなわち、電動ユニット3の動作が
許可される。

【００２７】一方、充電電圧Vcは第２コンパレータ16に
おいて第３基準電圧VHHと比較され、その出力は第３基
準電圧VHHを越えるまでは前記同様に「H」となる。した
がって第２スイッチング素子12は閉じられたままで、充
電用コンデンサ10は充電され得る状態のままである。

【００２８】充電電圧Vcが一旦第１基準電圧VHを越えた
後は、第１コンパレータ15のプラス端子に印加される基
準電圧は第２基準電圧VLとなっている。そして、このよ
うな状態で充電電圧Vcが第２基準電圧VL以下になった場
合は、ステップＳ４からステップＳ５の動作が実行され
る。なお、前述のように、第２基準電圧VLは第１基準電
圧VHよりも低い電圧値である。

【００２９】この場合は、第１コンパレータ15の出力は
「H」となり、インバータ18により反転されて「L」とな
って第１スイッチング素子11のゲートに印加される。し
たがって第１スイッチング素子11は開放され、再び電動
ユニット3の動作が禁止される。

【００３０】ここで、電動ユニット3では、電動ユニッ
ト3への電力供給が禁止される前に、電動ユニット3側の
機器の制御をしておくことが好ましい。例えば、電動変
速機の場合、変速機を最も軽い変速段に移動させた後に
電力供給が禁止されるようにするのが好ましい。但し、
この場合は、電動ユニット3側においても充電電圧を監
視しておき、駆動制御回路4側の制御処理を予測する必
要がある。

【００３１】一方、充電電圧Vcが第３基準電圧VHHを越
えた場合は、ステップＳ６からステップＳ７の処理が実
行される。第３基準電圧VHHは第１基準電圧VHよりも大
きい電圧値である。

【００３２】この場合、第１コンパレータ15においては
充電電圧Vcが第１基準電圧VHを越えるので、第１コンパ
レータ15の出力は「L」となり、インバータ18により反
転されて「H」となって第１スイッチング素子11のゲー
トに印加される。これにより、第１スイッチング素子11
は閉じられ、電動ユニット3の動作が許可される。

【００３３】また第２コンパレータ16においては、マイ
ナス端子に印加されている充電電圧Vcが第３基準電圧VH
Hを越えるので、その出力は「L」となる。したがって第
２スイッチング素子12は開放され、充電用コンデンサ10
への充電は停止される。

【００３４】このような実施形態では、充電電圧Vcが第
１基準電圧VHを越えるまでは電動ユニット3への電力の
供給を停止してその動作を禁止するので、第１基準電圧
VHを例えば６Ｖに設定しておけば、電動ユニット3が不
安定な動作をすることを防止することができる。また、
電動ユニット3の動作を一旦許可した後は、第１基準電
圧VHよりも低い第２基準電圧VL（例えば４．５Ｖ）をし
きい値として電動ユニット3への電力供給を制御してい
るので、第１スイッチング素子11の開閉制御が不安定に
なるのを防止できる。

【００３５】さらに、充電電圧Vcが第３基準電圧VHHを
越えた場合は充電を停止するようにしているので、電動
ユニット3に対して過大な電力が供給されるのを防止で
き、電動ユニット3の動作を安定化させることができ
る。また、第３基準電圧の設定値によっては、充電用コ
ンデンサの保護も可能である。

【００３６】［他の実施形態］(a)前記実施形態では、
電動ユニット3とは別に第１スイッチング素子11を設け
たが、電動ユニット3が有しているスイッチング素子を
利用して第１スイッチング素子に代えてもよい。この場
合は、電動ユニット3に対して電源ラインに加えて第１
コンパレータ15の信号ラインも接続する必要がある。

【００３７】(b)前記実施形態では、駆動制御回路をア
ナログ回路で構成したが、マイクロコンピュータを利用
して制御を行うようにしても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明では、充電池の充電
電圧が低下した場合に電動ユニットへの電力供給を禁止
するようにしたので、電動ユニットの誤動作等を防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態が採用されたシステムの模
式図。

【図２】前記システムの動作を説明するための図。

【符号の説明】

１ ダイナモ ３ 電動ユニット ４ 駆動制御回路 １０ 充電用コンデンサ １１，１２ 第１，第２スイッチング素子 １５，１６ 第１，第２コンパレータ １７ 基準電圧発生回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自転車用ダイナモからの電力を受けて、自
   転車用電動ユニットを駆動制御するための回路であっ
   て、 自転車用ダイナモにより充電される充電池と、 前記充電池と前記電動ユニットとの間に設けられた第１
   スイッチング手段と、 前記充電池の充電電圧を検出する充電電圧検出手段と、 前記充電電圧検出手段で検出された充電電圧が第１基準
   電圧以下であれば前記第１スイッチング手段を開放して
   前記電動ユニットへの電力供給を禁止し、前記充電電圧
   が前記第１基準電圧を超えれば前記第１スイッチング手
   段を閉じて前記電動ユニットへの電力供給を許可する制
   御手段と、を備えた自転車用電動ユニットの駆動制御回
   路。
2. 【請求項２】前記制御手段は、前記充電電圧が前記第１
   基準電圧を越えた後に前記第１基準電圧よりも低い第２
   基準電圧以下になれば前記第１スイッチング手段を開放
   して前記電動ユニットへの電力供給を禁止する、請求項
   １に記載の自転車用電動ユニットの駆動制御回路。
3. 【請求項３】前記ダイナモと前記充電池との間に設けら
   れた第２スイッチング手段をさらに備え、 前記制御手段は、前記充電電圧が前記第１基準電圧又は
   第２基準電圧以下であれば前記第２スイッチング手段を
   閉じて前記充電池を充電し、前記第１基準電圧よりも高
   い第３基準電圧を超えれば前記第２スイッチング手段を
   開放して前記充電池への充電を停止する、請求項１又は
   ２に記載の自転車用電動ユニットの駆動制御回路。
4. 【請求項４】前記第１及び第２スイッチング手段はトラ
   ンジスタ素子である、請求項１から３のいずれかに記載
   の自転車用電動ユニットの駆動制御回路。
5. 【請求項５】前記充電池はコンデンサ素子である、請求
   項１から４のいずれかに記載の自転車用電動ユニットの
   駆動制御回路。
6. 【請求項６】前記第１スイッチング手段は前記電動ユニ
   ットの内部に設けられている、請求項１から５のいずれ
   かに記載の自転車用電動ユニットの駆動制御回路。