JP4016714B2 - 補助動力装置付き自転車 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源とモータとを有する補助動力装置付き自転車に関し、特に制動する場合にモータが発電機として動作する回生制動機構を備えた補助動力装置付き自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
補助動力装置付き自転車とは、電源とモータとを有し、電源から供給される電力によってモータを作動させ、このモータの作動により発生する駆動力を駆動源の一つとするものである。
【０００３】
このような補助動力装置付き自転車を減速させる手段としては、機械的に車輪を拘束する方法の他に、回生制動を用いる方法が近年開発されている。
【０００４】
回生制動とは、モータの回転方向とは逆方向のトルクを発生させ、その逆方向のトルクが車両を制動することをいう。この回生制動により、モータから電源に供給される電流である回生電流が電源に流れ電源は充電する。
【０００５】
ここで、従来の補助動力装置付き自転車は、モータに供給する電流の位相及び電源がモータに供給する電流量を制御する命令をする制御回路と、複数のトランジスタ等のスイッチング素子を有しこの制御回路の命令に基づいてスイッチング素子をオン／オフする電流量制御回路とを有している。電流量制御回路は、複数のスイッチング素子をそれぞれオン／オフさせることにより、電源からモータに流れる電流量増加あるいは減少させる。
【０００６】
この回生制動は、機械的に車輪を拘束する方法と比較して電源に電力が戻るため電源が充電できるという利点がある。従って、電源の電力を効率的に使用して消費を最小限にすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の補助動力装置付き自転車は、モータの電圧値が電源の電圧値を越える場合には、スイッチング素子のオン／オフによって、電源がモータに供給する電流の位相及び電流の制御を行うことができなくなる場合がある。モータの電圧値が電源の定格電圧を越える場合とは、例えば坂を下る場合等、補助動力装置付き自転車が回生制動をしているにもかかわらず車輪が加速度的に回転することによりモータが回転させられる場合である。すなわち、車輪が加速度的に回転することにより、モータの起電圧が電源の定格電圧を越える程モータが回転させられる場合である。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので電源からモータに供給される電流の位相及び電流量の制御が不能となることのない回生制動機構を有する補助動力装置付き自転車を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる補助動力装置付き自転車は上記課題を解決するために、車輪を回転させる方向に回転し車輪に動力を供給するモータと、モータに電力の供給をする電源と、回転をする駆動、モータの前記回転を制動する制動いずれかをさせる命令をモータに行い、かつ電源がモータに供給する電流量を制御する命令をする制御回路と、制御回路の命令に基づいて保持するスイッチング素子を動作させ電源からモータに供給する電流量を制御する電流量制御回路とを有する補助動力装置付き自転車において、モータの回転速度を検出する速度検出部と、電源と前記モータ間を電気的に接続又は遮断する遮断スイッチとを有し、制御回路は、検出された回転速度が電源の定格電圧より大きいことを示す回転速度に対応するモータの電圧である遮断値以上であるかどうかを判断し、検出された回転速度が少なくとも遮断値以上である場合には、モータに供給される電流量を零にさせ、遮断スイッチによって電源とモータ間を遮断させることを特徴とする。
【００１０】
更に、補助動力装置付き自転車の制御回路は、遮断値より小さい値に設定された減少しきい値より回転速度が大きくなる場合には、モータに供給される電流の量を減少させることを特徴とする。また、補助動力装置付き自転車の制御回路は、回転速度が減少しきい値を越え、遮断値より小さい値においてモータに供給される電流量を零にさせる。
【００１１】
更に補助動力装置付き自転車の制御回路は、電流量を零にさせる回転速度より大きく、遮断値より小さい回転速度において、遮断させている遮断スイッチを再接続することを特徴とする。速度検出部は、補助動力装置付き自転車を制動する搭乗者の指令が入力された場合にモータの回転速度を検出する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態における補助動力装置付き自転車の全体構成を表す平面図である。補助動力装置付き自転車１は、本体部２と補助動力駆動部３とからなる。本体部は、フレーム４と、フレーム４の立てパイプ５に取りつけられたサドル６と、フレーム４におけるサドル６の下方に配置され人力による駆動力を入力しチェーン７に伝達する人力駆動部８と、前記伝達された人力による駆動力を車輪９に伝達するチェーン７と、車輪９と、ハンドル１０とを有する。
【００１３】
ハンドル１０は、搭乗者がレバーを握る等の方法で補助動力装置付き自転車１を制動させる指令を入力するブレーキレバー１１を有しており、このブレーキレバー１１により入力された補助動力装置付き自転車１を制動する搭乗者の指令は、後述する補助動力駆動部３に伝達され，補助動力駆動部３は後述する電気的制動方法により車輪を制動させる回生制動をさせる。もっとも、この自転車を制動させる指令は、機械的に車輪を拘束することにより車輪の回転を制動する拘束部材としてのブレーキシュー１２に伝達されブレーキシュー１２が車輪９を制動する場合もある。
【００１４】
回生制動とは、モータ２２の方向とは逆方向のトルクを発生させ、その逆方向のトルクによりモータ２２の回転を制動し車両９を制動することをいう。ここでは、後述する電源２１が後述するモータ２２の回転により生じる起電圧とは逆位相の電流を流すことにより回生制動を行っているが、他の方法によってもよい。この回生制動により、モータ２２から電源２１に供給される電流である回生電流が電源２１に流れ、電源２１は充電する。
【００１５】
以下に、図２を用いて補助動力駆動部３の各構成及び各構成の動作を説明する。図２は、本発明の第一の実施の形態における補助動力駆動部３の各構成の作用を表す機能ブロック図である。
【００１６】
補助動力駆動部３は、バッテリーユニット１３に配設されている電源２１と、電源２１から供給される電力によって車輪９を回転させる方向へ回転し車輪９を回転させる動力であるトルクを発生するモータ２２と、モータ２２が発生させたトルクを増加させながらチェーン７に伝達する減速機２３と、モータの起電圧の位相を検出する位相センサ２４と、電源２１とモータ２２の間における電力供給を制御する制御部１４とを有する。
【００１７】
ここで使用される電源２１は例えば定格電圧２４（Ｖ）の直流電源であり、鉛酸蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ナトリウム硫黄電池、リチウム2次電池、レドックス型電池等の各種2次電池が用いられるが、これに限らず充電機能を有する電池であればよい。また、モータ２２としては直流電動機等の各種モータが使用されるが、ここでは、６極の永久磁石からなるロータと３相の巻線からなる電磁コイルであるステ−タコイルを備えたブラシレスＤＣモータが使用されている。
【００１８】
制御部１４は、人力駆動力検出センサ２５と、制御回路２６と、電流量制御回路２７と、遮断スイッチ２８と、速度検出部２９とを有する。人力駆動力検出センサ２５、制御回路２６及び電流量制御回路２７は、電源２１から電力を供給されている。ここで人力駆動力検出センサ２５は搭乗者から入力された人力による駆動力を検知する部位である。制御回路２６は、モータ２２が回転する駆動、モータ２２が回転を制動する制動いずれかの命令を行い、かつ電源２１からモータ２２に供給する電流量を制御する命令をする回路である。電流量制御回路２７は、制御回路２６の命令に基づいて保持するスィッチング素子を動作させ電源２１からモータ２２に供給する電流量を制御する部位である。遮断スィッチ２８は、電源２１とモータ２２間を電気的に接続又は遮断する部位である。速度検出部２９はモータ２２の回転速度を検出する部位である。
【００１９】
まず、モータ２２が車両９を回転させる方向へトルクを発生させ、補助動力装置付き自転車１の走行に必要な駆動力の一部をアシストする場合における制御部１４の各構成の動作を説明する。モータ２２にモータ２２の起電圧と同極性の電流を供給することにより、制御回路２６がモータ２２に駆動を命令する。例えば、起電圧が正なら正の電流を、起電圧が負なら負の電流を供給する。なお、駆動とは、モータ２２が回転することである。
【００２０】
モータ２２が補助駆動力を発生する場合において、モータ２２に印加する電流を図３を用いて説明する。図３は、本発明の第一の実施の形態におけるモータ２２の起電圧を表す図である。Ｖu、Ｖv、ＶwはブラシレスＤＣモータであるモータ２２が有するコイルu、v、wそれぞれに発生する電圧である。Ｉｕｂはモータ２２が補助駆動力を発生する場合にコイルuに供給する電流である。Ｉｕａはモータ２２に回生動作をさせる場合にコイルuに供給する電流である。なお、Ｉｕa、Ｉｕbは矩形波であってもよい。また、図３の電気角はＶｕについての電気角である。
【００２１】
人力駆動力検出センサ２５は、本体部２の人力駆動部８から伝達される人力による駆動力例えば踏力による駆動力量を検出し、この検出された人力駆動力量を、制御回路２６に伝達する。この制御回路２６は位置検出部２４の保有する位相検出センサ３０にモータ２２の起電圧の位相を検出させ、制御回路２６に起電圧の位相を伝達させる。
【００２２】
ここで、位相検出センサ３０がモータ２２の起電圧の位相を検出する方法は、モータ２２の回転位置を測定する方法等がある。なお、モータ２２の回転位置とは、前述の電気角等を検知して求める方法等がある。なお、速度検出部２９も位置検出部３０に設けられていてもよい。また、速度検出部２９がモータ２２の回転位置からモータ２２の回転速度を検出し、モータ２２の起電圧の位相を検出する機能を有していてもよい。制御回路２６は伝達されたモータ２２の起電圧の位相からモータ２２に供給する電流を負の電流か正の電流かを判断し、また伝達された人力駆動力量からモータ２２が発生させるべき補助駆動力量を算出する。
【００２３】
例えば、図３においては領域（４）の電気角２１０℃から２７０℃は、位相センサ２４が検出するモータ２２のコイルuの起電圧は負なので、制御回路２６はモータ２２のコイルuへ負の電流を供給すると判断する。
【００２４】
そして、制御回路２６は算出された補助駆動力量を発生しうる電流をモータ２２へ供給させる指令を電流量制御回路２７に伝達する。電流量制御回路２７は、制御回路２２からの指令に従ってモータ２２へ供給する電流を制御する。供給された電流により、モータ２２は回転し補助駆動力を発生する。補助駆動力は、減速機２３により本体部２のチェーン７へ伝達され車輪９を回転させる。
【００２５】
次に、補助動力装置付き自転車１を回生制動するために、モータ２２がモータ２２の回転方向と逆方向のトルクを発生し、回転を制動する場合を説明する。
【００２６】
制御回路２６は、補助動力装置付き自転車１の搭乗者が本体部２のブレーキレバー１１を握ることにより入力されるブレーキ量Ｉbrkを検知する。ここでブレーキ量Ｉbrkは補助動力装置付き自転車１の搭乗者が入力する補助動力装置付き自転車１の制動の強度を表す信号である。ここでは、ブレーキ量Ｉbrkは補助動力装置付き自転車１の搭乗者が本体部２のブレーキレバー１１を握る強度である。このブレーキ量Ｉbrkはブレーキレバー１１の移動量に応じて決定される。以下に図４を用いて、ブレーキレバー１１の移動量に応じてブレーキ量を決定する方法を説明する。
【００２７】
図４は、本発明の第一の実施の形態におけるブレーキレバー１１の構成を表す平面図である。（a）は、補助動力装置付き自転車１の搭乗者がブレーキレバー１１を全く握らない場合を表す平面図である。（b）は、補助動力装置付き自転車１の搭乗者がブレーキレバー１１を握る場合を表す平面図である。（c）は、補助動力装置付き自転車１の搭乗者がブレーキレバー１１を図３（b）で表されたより強く握る場合を表す平面図である。
【００２８】
図４（a）においては、補助動力装置付き自転車１の搭乗者はブレーキレバー１１を全く握らないため、ブレーキ量Ｉbrkは零であり、補助動力装置付き自転車１は、制動されない。図４（b）（c）においては、補助動力装置付き自転車１の搭乗者はブレーキレバー１１を握るため、補助動力装置付き自転車１は制動される。そして、図４（b）においては、補助動力装置付き自転車の搭乗者がブレーキレバー１１を握らない状態からブレーキレバー１１を握る状態でのブレーキレバー１１の枢軸である枢軸１１ａの回転角度がＹである。図４（c）においては、補助動力装置付き自転車の搭乗者がブレーキレバー１１を握らない状態からブレーキレバー１１を握る状態でのブレーキレバー１１の枢軸である枢軸１１ａの回転角度がＸである。従って、ＹよりＸの方が移動量が大きい。ゆえに、図４（c）の場合の方が、図４（b）の場合よりブレーキ量Ｉbrkも大きくなるのである。
【００２９】
なお、ブレーキ量Ｉbrkは必ずしもブレーキレバー１１の移動量で決定される必要はなく、ブレーキ量を切りかえるスイッチ、ボタン等、補助動力装置付き自転車１の搭乗者の補助動力装置付き自転車１を制動させる指令を入力しえる手段によって決定されればよい。
【００３０】
制御回路２６は、この入力されたブレーキ量Ｉbrkを基にモータ２２に供給すべき電流量Ｉcomを算出する。ここで、制御回路２６は電流量Ｉcomをモータ２２の回転速度を加味して算出する。
【００３１】
以下に、この制御回路２６が、電流量Ｉcomをモータ２２の回転速度を加味して算出方法を図５、６を用いて説明する。
【００３２】
図５は、本発明の第一の実施の形態における制御部１４がモータ２２の回転速度に応じた電流量をモータ２２に流し、回転速度に応じてモータ２２の電気的接続を遮断する処理を表すフローチャートである。図６は、モータ２２の回転速度と後述する電流指令係数との関係と、電源２１とモータ２２との電気的接続を遮断するタイミングとを表すグラフである。
【００３３】
制御回路２６は、ブレーキ量Ｉbrkが入力されたか判断をする（ステップSH1）。
ここで、ブレーキ量Ｉbrkの入力は補助動力装置付き自転車を制動する搭乗者の指令として働く。制御回路２６はブレーキ量Ｉbrkが入力されたと判断すれば（ステップSH1；YES）、入力されているブレーキ量Ｉbrkを検知し、また速度検出部２９にモータ２２の回転速度ωFBを検知させ、検知した回転速度ωFBを制御回路２６へ入力させる（ステップSH2）。
【００３４】
制御回路２６はブレーキ量Ｉbrkが入力されたと判断しなければ、再度ブレーキ量Ibrkが入力されるまでは、ブレーキ量Ｉbrkを基に電流量Ｉcomを算出しない（ステップSH2；NO）。再度ブレーキ量Ibrkが入力されるまで、制御回路２６は本体部２の人力駆動部８から伝達される人力による駆動力量を基にモータ２２に供給するべき電流量を算出する。
【００３５】
なお、ステップ１において制御回路２６はブレーキ量Ｉbrkが入力されたか判断をしているが、必ずしもブレーキ量Ｉbrkが入力された場合である必要はない。例えば、入力されたブレーキ量Ｉbrkが所定のブレーキ量以上である場合としてもよい。この場合には、ブレーキレバー１１の移動量が搭乗者がブレーキレバー１１にぶつかった程度の微小な移動量である場合に補助動力装置付き自転車１を制動させることがない。
【００３６】
なお、この制御回路２６が入力されたブレーキ量Ｉbrkを検知するタイミング及び速度検出部２９にモータ２２の回転速度ωFBを検知させるタイミングは、ここでは１msec毎の時間間隔であるが必ずしもこれに限定されない。好ましくは0.1msec〜100msec程の時間間隔毎であればよい。
【００３７】
制御回路２６は入力されたブレーキ量Ｉbrk及びモータ回転速度ωFBから電流量Ｉcomを算出する（ステップSH3、ステップSH4）。
【００３８】
まず、電流量Ｉcomを算出するために、制御回路２６はモータ２２の回転速度から指令電流係数αを算出する（ステップSH3）。この指令電流係数αを算出するためには以下の式を用いる。
【００３９】
【数１】
【００４０】
ここで、上記式で算出した指令電流係数αが１より大きい場合には指令電流係数αは１と擬制され、上記式で算出した指令電流係数αが０より小さい場合には０と擬制される。なお、ωth１は減少しきい値である。kは、傾斜角度であり図６におけるＫ１である。
【００４１】
従って、この電流指令係数αとモータ２２の回転速度との関係は図６のようになる。この指令電流係数αはモータ回転速度が減少しきい値ωth１を越えるまでは１であるが、減少しきい値ωth１を越えればモータ２２の回転速度が大きくなるに従って小さくなる。この減少しきい値ωth１はあらかじめ制御回路２６に入力されていても、制御回路２６が算出してもよい。ここで減少しきい値ωth１は１４０rad/s程度であることが好ましい。
【００４２】
つぎに、制御回路２６は、算出した指令電流係数αとブレーキ量Ｉbrkを用いて電流量Ｉcomを算出する（ステップSH4）。ここで、指令電流量Ｉcomを算出するためには以下の式を用いる。
【００４３】
【数２】
【００４４】
ここで、指令電流係数αがモータ２２の回転速度が減少しきい値ωth１を越えるか否かを基準にして図５のように変化するため、この電流量Ｉcomはモータ２２の回転速度が減少しきい値ωth1を越えればモータ２２の回転速度が大きくなるに従って減少する。
【００４５】
ここで、補助動力装置付き電動自転車１に回生制動させる場合にモータ２２に供給される電流の位相はモータ２２の起電圧の位相と逆極である。例えば、図３の領域（４）の電気角２１０℃から２７０℃においては、位相センサ２４が検出するモータ２２のコイルuの電圧は負なので、制御回路２６はモータ２２のコイルuへ正の電流を供給すると判断し、位相を加味して電流量Icomを算出する。
【００４６】
そして、補助動力装置付き電動自転車１を回生制動させる位相の電流であり、かつ電流量Ｉcomをモータ２２のコイルu、v、wそれぞれに分配して供給する電流量を表す電流指令を生成する（ステップSH5）。
【００４７】
制御回路２６は電流指令に従って電流をモータ２２に供給させるPWMパルスを生成し、電流量制御回路２７へ出力する（ＳＨ６）。また、電流量制御回路２７はPWMパルスに従って駆動しモータ２２へ電流を流す。ここでＰＷＭパルスは、制御回路２６にモータ２２の回転を抑制する制動をさせる命令であるが、命令は必ずしもＰＷＭパルスである必要はない。
【００４８】
ここで、制御回路は検出されたモータ２２の回転速度が遮断しきい値ωth3を越えるか判断をする（ステップSH７）。回転速度が遮断しきい値ωth3を越えた場合には（ステップSH7；YES）、制御回路２６は遮断スイッチ２８によって電源２１とモータ２２との間の電気的接続を遮断させる（ステップＳＨ８）。そして再びステップSH1に戻り、制御回路２８はブレーキ指令が入力されているかどうか判断する。制御回路２６はブレーキ量Ｉbrkが入力されている限り図６に記載されている処理を繰り返す。
【００４９】
回転速度が遮断しきい値ωth３を越えない場合には（ステップSH7；NO）、制御回路２６は入力されたモータ２２の回転速度が接続しきい値ωth２を越えるか否かを判断する（ステップSH９）。回転速度が接続しきい値ωth２を越えない、すなわち接続しきい値ωth2より小さい場合には（ステップSH9；YES）、制御回路２６は遮断されている遮断スイッチ２８を接続することにより電源２１とモータ２２との間の電気的接続を再接続する（ステップSH１０）。回転速度が接続しきい値を越える場合には（ステップSH9；NO）、制御回路２６は遮断スイッチ２８が電源２１とモータ２２との間の電気的接続を接続しない。
【００５０】
そして、再びステップSH1に戻り、制御回路２８はブレーキ量Ｉbrkが入力されているかどうか判断する。制御回路２６はブレーキ指令が入力されている限り図６に記載されている処理を繰り返す。なお、遮断しきい値ωth３はあらかじめ制御回路２６に入力されていてもよく、制御回路２６が電流量Ｉcomやモータ２２の回転速度等により演算して求めてもよい。
【００５１】
この遮断値としての遮断しきい値ωth3は少なくともモータ２２の回転により生じる起電圧が電源電圧２１の定格電圧より高いモータ２２の回転速度の値をは例えば３００rad/s程度である。なお接続しきい値ωth２は好ましくは２８０rad/s程度である。遮断しきい値ωth３は検出されたモータ２２の回転速度が電源２１の定格電圧より大きいことを示す回転速度に対応するモータ２２の電圧である。モータ２２の回転速度が遮断しきい値ωth１を越えた場合に、遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させるのは以下の理由である。
【００５２】
回生制動機能を有する補助動力装置付き自転車１は、坂を下る場合等に補助動力装置付き自転車１が回生制動を行っているにもかかわらず車輪９の回転によりモータ２２が回転させられる場合がある。この場合には起電力が生じ、この起電力の起電圧値が電源２１の電圧を越える場合がある。詳しくは後述するが、電流量制御回路２７は、複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子をそれぞれオン／オフさせることにより、電源からモータに流れる電流量を増減させている。
【００５３】
しかし、モータ２２の電圧値が電源２１の電圧を越える場合には、スイッチング素子のスイッチングによって、電源２１がモータ２２に供給する電流量の制御を行うことができなくなる場合があるため、モータ２２の回転により生じる起電圧が電源２１の電圧より高くなる場合に、遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させるのである。
【００５４】
更に、本発明の第一の実施の形態にかかる発明は、坂を下る等のモータ２２の回転速度が加速度的に大きくなってゆく場合には、図５に表されたように遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させる前に、検出された回転速度に応じてスイッチング素子がモータ２２に供給する電流量を減少させてゆき零にするが、以下の理由があるからである。
【００５５】
まず、制御回路２６が回転速度に応じて電流制御回路２７がモータ２２に供給する電流量を制御することなく、制御回路２５が遮断しきい値ωth３を越えた場合に遮断スイッチ２８を遮断すると、補助動力装置付き自転車１が不意に加速することとなる。そこで、遮断スイッチ２８が電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させる前に、モータ２２の回転速度が加速度的に大きくなるにつれて電流量制御回路２７に流れる電流量を減少させてゆくと、これにより搭乗者は回生制動がなくなることを予測して、ブレーキレバー１１を握ることによりブレーキシュー１２に車輪９を機械的に拘束させることにより機械的に補助動力装置付き自転車１の制動ができる。
【００５６】
また、電流量をモータ２２の回転速度に応じて減少させてゆくことなく遮断スイッチ２８を遮断する場合には、この回生電流量が多い状態で遮断することとなる。ゆえに、モータ固有のインダクタンスによりキックバック電圧が発生し、このキックバック電圧が電流量制御回路２７の最大定格電圧を越えて、電流量制御回路２７が破壊されることも考えられる。
【００５７】
従って、モータ２２の回転速度が増加していく場合には、モータ２２の回転速度が減少しきい値ωth１を越えた後、制御回路２６はモータ２２の回転速度が大きくなるほど電流量制御回路２７に流れる電流量Ｉcomを減少させ、少なくともモータ２２と電源２１との間の電気的接続を遮断スイッチ２８で遮断するまでに電流量Ｉcomを零にするのである。なお、ここでは、少なくともモータ２２の回転速度が接続しきい値ωth２より大きくなる前に（例えば図６の点Ｐ）制御回路２６は電流指令係数αを零に算出している。従って、制御回路２６はモータ２２の回転速度が減少しきい値ωth2を超えてから、遮断ちきい値ωth3を越える前に零にすることとなるが、遮断しきい値wth３において電流指令係数を零にしてもよい。また、減速しきい値ωth2は遮断しきい値ωth３より小さい値に設定されている。
【００５８】
ここで、減少しきい値ωth１又は式１の定数Kを固定の値にすることも電流量に応じて可変にすることもできる。減少しきい値ωth１を可変にする場合における電流量と減少しきい値との関係を説明する。図７は減少しきい値ωth１を可変にする場合における電流量と減少しきい値との関係を表すグラフである。
【００５９】
電流量ｍは、電流量ｎより電流量が少なく電流量Ｉより電流量が多い。この場合の電流量ｍの減少しきい値ωth１ｍは、電流量ｎの減少しきい値ωth１ｎよりも大きく、電流量Iの減少しきい値ωth１Ｉよりも小さい。また、この場合の定数Kｍは電流量ｎの定数Kｎよりも大きく、電流量lの定数Klよりも小さい。このように電流量が多い程減少しきい値が小さくなり、式１の定数Ｋが小さくなる理由は、電流量が多い程車輪９に対する制動力が大きいことによる。すなわち、制動力が大きい程電流量を減少させると不意に制動がなくなる。
【００６０】
従って、減少しきい値ωth１は電流量が多い程小さく設定されれば、回転速度が減少しきい値ωth１から電流量を零にさせるまでの期間は長くなり除除に電流量を減少させることができる。従って、補助動力装置付き自転車１の搭乗者に対して不意に制動がなくなる感じを与えず、制御回路２６はモータ２２に供給する電流量を減少させることができる。
【００６１】
制御回路２６は、入力されたモータ２２の回転速度が接続しきい値ωth２を越える場合には、遮断スイッチ２８を接続するが、遮断スイッチ２８を接続する接続しきい値ωth２を遮断しきい値ωth３と同じ値にしなかった理由はモータ２２の回転速度が遮断しきい値ωth３前後ではげしく変動する場合に、遮断スイッチ２８の遮断と接続を短期間に繰り返すこととなる。
【００６２】
したがって、遮断スイッチ２８を接続するタイミングは遮断スイッチ２８を遮断するタイミングである遮断しきい値ωth３より小さい値とし、回生電流指令αは接続しきい値ωth２を越える前に零とされるのが好ましい。これにより、モータ２２の回転速度が接続しきい値ωth２と遮断しきい値ωth３の間で変動する場合において、遮断スイッチ２８は遮断と接続を繰り返すことがなくなり、遮断スイッチ２８の長寿命化が図れるのである。
【００６３】
なお、接続ωth2と遮断しきい値ωth3とを同じ値にしても、本発明の第一の実施の形態の目的を達成することができ、また、この場合には、電流指令係数はモータ２２の回転速度が遮断しきい値ωth3になる場合において零に算出されていればよい。
【００６４】
以下、制御回路２６が電流指令に基づいてＰＷＭパルスを生成する動作を説明する。また、このＰＷＭパルスに基づいて、電流量制御回路２７が保持するスイッチング素子を動作させ、電源２１からモータ２２に供給する電流量を制御し電流量Ｉcomをモータ２２へ供給する動作を説明する。まず、図８〜図１０を用いて、制御部１４の回路構成を説明する。図８は、回生制動機構を有する制御部１４の回路構成図及びその周辺図である。
【００６５】
制御部１４は、前述した構成に加えて、電源２１とモータ２２間に流れる電流量を検知する電流センサ４１を有している。更に電流量制御回路２７は、制御回路２６から電流指令を伝達されるトランジスタ駆動回路４２と、トランジスタ駆動回路４２により電流指令に従って駆動されるブリッジ回路４３と、ブリッジ回路４３に並列に接続されており、電源２１からブリッジ回路４３に供給される電圧を安定させているコンデンサ４４とから構成されている。
【００６６】
電流量制御回路２７は、ここでは３相であるが単相であってもよい。この電流量制御回路２７は前述したスイッチング素子である６個のトランジスタ４５a〜４５fが接続されており、トランジスタ４５ａ〜４５ｆと並列に回生電流が流れるダイオード４６ａ〜４６fが接続されている。なお、ここでは図３における領域（４）すなわち電気角２１０度から２７０度の間における、コイルuへ電流を流す場合について説明するが、（１）〜（６）の他の領域についてもコイルv、wについても電流量の制御方法は同様である。
【００６７】
領域（４）においては、コイルuの起電圧であるＶuは太字Ｍのように負の電圧となる。従って、領域（４）において補助動力装置付き自転車１に回生制動をさせる場合は太字Ｎのような逆位相である正の電流がモータ２２に供給される必要がある。図８においては、モータ２２の起電圧が負なのでモータの起電圧の向きはＱで表すことができる。そして補助動力装置付き自転車１を回生制動するには、モータ２２の起電圧とは逆極性の電流を供給される必要があるため、モータ２２に供給される電流もＱ方向である必要がある。従って電流はu相からv相へ向かって流れることとなる。
【００６８】
図９は、本発明の第一の実施の形態における回生制動機能を有する制御部１４がモータ２２に供給される電流量を増加させる場合を説明する回路図である。Ｅは電源２１の電圧、Ｖｃはコンデンサ４４の電圧を表す。ｉＥ、ｉＣ、ｉ、は電流を表す。トランジスタ４５a〜４５fは説明の便宜のためスイッチとして記載する。図９においては、トランジスタ駆動回路４２が電流指令に従って、トランジスタ４５ａとトランジスタ４５ｄをオンさせ、トランジスタ４５ｂとトランジスタ４５ｃをオフさせている。
【００６９】
ここでコンデンサ４４の電圧が電源２１の電圧より大きい場合には、電源２１とモータ２２の間を流れる電流は、図９の太字矢印Ｒで表すことができる。また、コンデンサ４４の電圧は下記の式において決定される。
【００７０】
【数３】
【００７１】
なお、C１はコンデンサの容量である。
従って、コンデンサ４４の電圧は方向Ｓへ印加するため、電源２１からモータ２２へ流れる電流量は以下の式で表されるように増加する。
【００７２】
なお、この場合はコンデンサ４４の電圧Ｖｃは減少するが、補助動力装置付き自転車１が回生制動をする場合には、後述する理由によりコンデンサ４４へ電荷が多く溜まっており、電流ｉEは太字矢印Ｒ１方向へ流れ、電源２１は充電する。
【００７３】
【数４】
【００７４】
なお、ｉはモータ２２へ供給される電流量、Ｖｃはコンデンサ４４の電圧、Ｖはモータ２２の起電圧である。
【００７５】
図１０は、本発明の第一の実施の形態における回生制動機能を有する制御部１４がモータ２２に供給される電流量を減少させる場合を説明する回路図である。Ｅは電源２１の電圧、Ｖｃはコンデンサ４４の電圧を表す。ｉＥ、ｉＣ、ｉ、は電流を表す。トランジスタ４５a〜４５fは説明の便宜のためスイッチとして記載する。図９においては、トランジスタ駆動回路４２が電流指令に従って、トランジスタ４５bとトランジスタ４５cをオンさせ、トランジスタ４５aとトランジスタ４５dをオフさせている。
【００７６】
ここでコンデンサ４４の電圧が電源２１の電圧より大きい場合には、電源２１とモータ２２の間を流れる電流は、図１０の太字Ｔで表すことができる。また、コンデンサ４４の電圧は下記の式において決定される。
【００７７】
【数５】
【００７８】
この場合はモータ２２のインピーダンス（図示せず）にインダクタンス成分があるので電流はすぐには逆流せず、オンしたトランジスタ４５ｂ及びｃに電流は流れることはなくダイオード４６ｂ及び４６ｃに電流は流れるのである。従って、コンデンサ４４の電圧は方向Ｓへ印加するため、電源２１からモータ２２へ流れる電流量は以下の式で表されるように減少する。そして、電源２１はモータ２２からの回生電流を充電することができる。
【００７９】
【数６】
【００８０】
なお、ｉはモータ２２へ供給される電流量、Eはコンデンサ４４の電圧、Ｖはモータ２２の起電圧である。そして、この場合において、ｉがｉEより大きければコンデンサ４４の電圧Vｃは増加するのである。
【００８１】
電流量Ｉcomは、上記のようなトランジスタ４５a〜４５fのオン／オフ動作によるモータ２２へ供給される電流量の増減により調整され、モータ２２へ供給されるのである。
【００８２】
以下に、上記電流量の増減を行うことにより電流指令に基づいた電流をモータ２７のコイルu、v、wへ電流量制御回路２７に供給させるＰＷＭパルスを制御回路２５が生成する方法を図１１と図１２を用いて説明する。
【００８３】
図１１は、本発明の第一の実施の形態における操作電流量ａと三角波ｃとに基づいて制御回路２６がトランジスタ４５ａ〜４５ｄへ印加するパルスｈ１〜４それぞれのＨｉｇｈ／Ｌｏｗを表した表である。図１２は、本発明の第一の実施の形態において電流操作量ａと三角波ｃを基に生成されるＰＷＭパルス及びＰＷＭパルスの変化に対応した電源２１とモータ２２との間の電流量の変化を表した図である。
【００８４】
電流操作量aは、後述する回生電流フィードバック信号ｂと電流指令とを参照して制御回路２５に生成される信号である。三角波cは、電流操作量aと比較されることにより制御回路２６がＰＷＭ信号のデューティー比を決定する基準となる一定の周波数を有する信号である。三角波は、制御回路２６が保持していても、制御回路２６が電流操作量aと比較する際に算出してもよい。
【００８５】
パルスｈ１は制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２にトランジスタ４５ａへ印加させる電圧を命令する信号である。パルスｈ２は制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２にトランジスタ４５ｂへ印加させる電圧を命令する信号である。パルスｈ３は制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２にトランジスタ４５ｃへ印加させる電圧を命令する信号である。パルスｈ４は制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２にトランジスタ４５ｄへ印加させる電圧を命令する信号である。
【００８６】
まず、電流センサ４１は電流量制御回路２７に流れている電流の量である電流量eを検知し、検知した電流量eを表す電流フィードバック信号ｂを生成し、制御回路２６に伝達する。制御回路２６は電流量制御回路２７に流れる回生電流が、電流量Ｉcomとなるように、回生電流フィードバック信号ｂと電流指令を参照して電流操作量ａを算出する。この電流操作量ａの算出にはここではＰI制御（比例＋積分制御）方式を用いるが、Ｐ制御、ＰＤ制御、ＰＩＤ制御、Ｉ−Ｐ制御、Ｉ−ＰＤ制御等を用いてもよい。
まず、下記式で電流偏差値ｑを求める。
【００８７】
【数７】
【００８８】
そして、この電流偏差値ｑを用いて下記式により電流操作量aを求める。
【００８９】
【数８】
【００９０】
ここで、Ｋpは比較ゲイン、Ｋｉは積分ゲインであり、制御における目標追従性と安定性を満足するように定める。
【００９１】
そして、制御回路２６は電流操作量ａと制御回路２６が保持する一定の周波数の三角波ｃとを比較して電流操作量ａに対応したデューティー比を有するＵＶＷ相のＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）を生成し、ＰＷＭパルスをトランジスタ駆動回路４２に出力する。図１１においては、電流操作量ａの値が三角波ｃの値と一致してから次ぎに一致するまでの期間をデューティー比として算出する。そして、算出した期間内において三角波の値が０より下になっている期間が長い場合には（図１２においてはj１〜ｊ３それぞれの期間）、パルスｈ１とパルスｈ４はＬｏｗになりパルスｈ２とパルスｈ３はＨｉｇｈになる。一方、算出した期間内において三角波の値が０以下になっている期間が長い場合には（図９においては、ｋ１〜ｋ３それぞれの期間）、パルスｈ１とパルスｈ４はＨｉｇｈになりパルスｈ２とパルスｈ３はＬｏｗになる。
【００９２】
従って、電流操作量aの値が大きいほど、パルスh２とパルスh３とがＨｉｇｈになるデューティー比が大きくなり、電流操作量aの値が小さいほど、パルスｈ１とパルスｈ４とがＨｉｇｈになるデューティー比が大きくなる。
【００９３】
パルスｈ１〜４それぞれがＬｏｗの場合はトランジスタ駆動回路４２から電圧が印加されず、トランジスタ４５ａ〜ｄはオフとされ、トランジスタ４５ａ〜ｄそれぞれがＨｉｇｈの場合はトランジスタ駆動回路４２から電圧が印加され、トランジスタ４５ａ〜ｄそれぞれがオンとされる。
【００９４】
ここで、ｊ１〜ｊ３それぞれの期間においては、制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２へ入力するＰＷＭパルスｈ１とｈ４とがＨｉｇｈとなり、ＰＷＭパルスｈ２とｈ３とがＬｏｗとなる。従って、トランジスタ駆動回路４２はトランジスタ４５ａと４５ｄとに電圧を印加してオンさせ、トランジスタ４５ｂとトランジスタ４５ｃとをオフさせることとなる。これにより図９に表された方向Ｓのように電流が流れ、モータ２２に供給される電流量は増加する。
【００９５】
ｋ１〜ｋ3それぞれの期間においては、制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２へ入力するＰＷＭパルスｈ２とｈ３とがＨｉｇｈとなり、ＰＷＭパルスｈ１とｈ４とがＬｏｗとなる。従って、トランジスタ駆動回路４２はトランジスタ４５bと４５cとをオンさせ、トランジスタ４５aとトランジスタ４５dとをオフさせることとなる。これにより図１０に表された方向Ｔのように電流が流れ、モータ２２へ流れる電流量は減少する。
【００９６】
前述のようにモータ２２へ供給される電流量は、操作電流量ａの値を大きくすることで少なく、小さくすることで多くすることができる。そして、操作電流量aの値を調整することにより、制御回路はモータ２２へ電流量Ｉcomを供給する。モータ２２は電流量Ｉcomを供給されることによりモータ２２の回転方向と逆方向へトルクを発生させる。この発生したトルクは減速機２３により本体部２のチェーン７へ伝達され、車輪９を制動させる。ここでモータ２２は発電機として作動するため、補助動力装置付き自転車が回生制動を行っている期間には、電流量を一定に調整するためにｋ１〜ｋ３の期間がおのずと長くなる。従って、コンデンサ４４に電荷が溜まり、コンデンサ４４の電圧が電源２１の電圧より大きいこととなり、電源２１に回生電流を充電できることになる。
【００９７】
上記の構成を有することにより本発明の第一の実施の形態にかかる発明は、回生制動機能を有する補助動力装置付き自転車１が、坂を下る場合等に車輪９の回転によりモータ２２が回転させられ電源２１の電圧値より高い起電力が生じた場合に、遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させるため、複数のスイッチング素子をそれぞれオン／オフさせることによるモータに供給される電流量の制御が不能になることはない。
【００９８】
また、坂を下る等のモータ２２の回転速度が加速度的に大きくなってゆく場合には、図５に表されたように遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させる前に、検出された回転速度に応じてスイッチング素子がモータ２２に供給する電流量を減少させてゆき零にするため、搭乗者にとって不意に回生制動がなくなり、恐ろしさを感じさせることはない。また、モータ固有のインダクタンスによりキックバック電圧が発生し、このキックバック電圧が電流量制御回路２７の最大定格電圧を越えて、電流量制御回路２７が破壊されることない。
【００９９】
次に、本発明の第二の実施の形態を図１３を用いて説明する。本発明の第二の実施の形態はモータ２２が駆動し補助駆動力が車輪９に供給される場合においても、モータ２２の起電圧が電源２１の定格電圧より大きくなれば遮断スイッチ２８を切断することにより、電源２１とモータ２２との間の電気的接続が遮断されるという点が第一の実施の形態とは異なっている。
【０１００】
ここで、補助動力装置付き自転車１の構成、モータ２２へ供給される電流量を増減させる作用は本発明の第一の実施の形態と同様である。しかし、制御部１４がモータ２２の回転速度に応じてモータ２２へ電流を供給し、電源２１とモータ２２との間の電気的接続を遮断する処理が異なっている。
【０１０１】
図１３は、本発明の第二の実施の形態における制御部１４がモータ２２の回転速度に応じてモータ２２に電流を流し、回転速度に応じて電源２１とモータ２２の電気的接続を遮断する様子を表すフローチャートである。
【０１０２】
制御回路２６には、ブレーキ量Ｉbrkが入力され、入力されたブレーキ量lbrkは制御回路２６に検知される（S１）。制御回路２６はブレーキ量lbrkを検知するのに同期して、速度検出部２９にモータ２２の回転速度ωFBを検知させ、検知した回転速度ωFBを制御回路２６へ入力させる（ステップS2）。
【０１０３】
なお、この制御回路２６が入力されたブレーキ量Ｉbrkを検知するタイミング及び速度検出部２９にモータ２２の回転速度ωFBを検知させるタイミングは、ここでは１msec毎の時間間隔であるが必ずしもこれに限定されない。好ましくは0.1msec〜100msec程の時間間隔毎であればよい。また、ブレーキ量lbrkは本発明の第一の実施の形態のステップSH１においてはブレーキ量Ibrkが０である場合には電流量Ibrkの入力がないこととされていたが、本発明の第二の実施の形態のステップSH２においては、ブレーキ量lbrkが０である場合にも制御回路２６は入力された電流量Ibrkを検知する。
【０１０４】
つぎに、制御回路２６は入力されたブレーキ量Ｉbrk及びモータ回転速度ωFBから電流量Ｉcomを算出する（ステップS3、ステップS4、ステップS5、ステップS６）。
【０１０５】
まず、電流量Ｉcomを算出するために、制御回路２６はモータ２２の回転速度から指令電流係数αを算出する（ステップS3）。この指令電流係数αを算出するためには以下の式を用いる。
【０１０６】
【数９】
【０１０７】
ここで、上記式で算出した指令電流係数αが１より大きい場合には指令電流係数αは１と擬制され、上記式で算出した指令電流係数αが０より小さい場合には０と擬制される。なお、ωth１は減少しきい値である。kは、傾斜角度であり図６におけるＫ１である。
【０１０８】
従って、この電流指令係数αとモータ２２の回転速度との関係は図６のようになる。この指令電流係数αはモータ回転速度が減少しきい値ωth１を越えるまでは１であるが、減少しきい値ωth１を越えればモータ２２の回転速度が大きくなるに従って小さくなる。この減少しきい値ωth１はあらかじめ制御回路２６に入力されていても、制御回路２６が算出してもよい。ここで減少しきい
値ωth１は１４０rad/s程度であることが好ましい。
【０１０９】
つぎに、制御回路２６は、算出した指令電流係数αとブレーキ量Ｉbrkを用いて電流量Ｉcomを算出する（ステップS4、S５、S6）。まず、入力されたブレーキ量lbrkが０より大きいかを判断する（S４）。ブレーキ量lbrkが０より大きければ（S4：YES）、下記式により電流量Icomを算出する（S5）。
【０１１０】
【数１０】
【０１１１】
ブレーキ量lbrkが０より小さければ（S4：NO）、下記式により電流量Icomを算出する（S６）。
【０１１２】
【数１１】
【０１１３】
なお、ｋｆは例えば踏力などの人力駆動力を電流に変換するための電流変換係数である。
【０１１４】
ここで、ブレーキ量Icomが０より大きければモータ２２が駆動するように電流量Icomを決定し、ブレーキ量Icomが０より小さければモータ２２が制動するように電流量Icomを決定するのである。補助動力装置付き電動自転車１に回生制動させる場合にモータ２２に供給される電流の位相はモータ２２の起電圧の位相と逆極である。対して、モータ２２が補助駆動力を発生する場合にモータ２２に供給される電流の位相はモータ２２の起電力の位相と同極である。例えば、図３の領域（４）の電気角２１０℃から２７０℃においては、位相センサ２４が検出するモータ２２のコイルuの電圧は負である。
【０１１５】
ゆえに、補助動力装置付き自転車１が回生制動する場合は制御回路２６はモータ２２のコイルuへ正の電流を供給すると判断し、位相を加味して電流量Icomを算出する。対してモータ２２が駆動する場合は制御回路２６はモータ２２のコイルuへ負の電流を供給すると判断し、位相を加味して電流量Icomを算出する。
【０１１６】
ここで、指令電流係数αがモータ２２の回転速度が減少しきい値ωth１を越えるか否かを基準にして本発明の第一の実施の形態と同様に図５のように変化するため、この電流量Ｉcomはモータ２２の回転速度が減少しきい値ωth1を越えればモータ２２の回転速度が大きくなるに従って減少する。
【０１１７】
そして、補助動力装置付き電動自転車１を回生制動させる位相の電流であり、かつ電流量Ｉcomをモータ２２のコイルu、v、wそれぞれに分配して供給する電流量を表す電流指令を生成する（ステップS７）。
【０１１８】
ここで、制御回路は検出されたモータ２２の回転速度が遮断しきい値ωth3を越えるか判断をする（ステップS8）。回転速度が遮断しきい値ωth3を越えた場合には（ステップS8；YES）、制御回路２６はPWMパルスを生成しない（ステップS9）。PWMパルスは電流量制御回路２７に対して電流指令に従ってモータ２２へ電流を流させる信号であるが、信号は必ずしもＰＷＭパルスである必要はない。従って、モータ２２に供給される電流量は零になる。その後、制御回路２６は遮断スイッチ２８によって電源２１とモータ２２との間の電気的接続を遮断させる（ステップＳＨ10）。なお、ステップS10とステップS１１は処理の順番が逆になってもよい。そして再びステップS1に戻り、制御回路２８はブレーキ指令が入力されているかどうか判断する。
【０１１９】
回転速度が遮断しきい値ωth３を越えない場合には（ステップS8；NO）、制御回路２６は入力されたモータ２２の回転速度が接続しきい値ωth２を越えるか否かを判断する（ステップS1１）。回転速度が接続しきい値ωth２を越えない、すなわち接続しきい値ωth2より小さい場合には（ステップS11；YES）、制御回路２６は遮断されている遮断スイッチ２８を接続することにより電源２１とモータ２２との間の電気的接続を再接続する（ステップS12）。その後制御回路２６は電流指令に基づいてPWMパルスを生成し、電流量制御回路２７に出力する（ステップS13）。なお、ステップS１２とステップS１３の処理の順番が逆になってもよい。
【０１２０】
回転速度が接続しきい値を越える場合には（ステップS8；NO）、制御回路２６は遮断スイッチ２８が電源２１とモータ２２との間の電気的接続を接続しない。そして、再びステップS1の処理がなされる。なお、遮断しきい値ωth３はあらかじめ制御回路２６に入力されていてもよく、制御回路２６が電流量Ｉcomやモータ２２の回転速度等により演算して求めてもよい。
【０１２１】
この遮断値としての遮断しきい値ωth3は少なくともモータ２２の回転により生じる起電圧が電源電圧２１の定格電圧より高いモータ２２の回転速度の値をは例えば３００rad/s程度である。なお接続しきい値ωth２は好ましくは２８０rad/s程度である。遮断しきい値ωth３は検出されたモータ２２の回転速度が電源２１の定格電圧より大きいことを示す回転速度に対応するモータ２２の電圧である。
【０１２２】
なお、本発明において、本発明の第一の実施の形態及び第二の実施の形態では、制御回路２６はモータ２２の回転速度から電源２１の電圧よりモータ２２の起電圧が高くなっているか否かを検知したが、必ずしもこれに限られず、車輪９の回転速度や補助動力装置付き自転車１の走行速度等からモータ２２の起電圧の高さを検知してもよい。
【０１２３】
また、本発明において、本発明の第一の実施の形態及び第二の実施の形態では、複数のトランジスタ４５a〜４５ｆを有する電流量制御回路２７がモータ２２へ供給される電流量を制御している構成であるが、必ずしもこれに限られずスイッチング素子を用いてモータ２２へ供給される電流量を制御する補助動力装置付き自転車１であればよい。
【０１２４】
なお、本発明において、本発明の第一の実施の形態及び第二の実施の形態は補助動力装置付き自転車１に関するものであるが必ずしもこれに限られず、車椅子、三輪車、自動二輪車、自動車等の回生制動機構を有している車両であればよい。
【０１２５】
本発明の第二の実施の形態によれば、モータ２２が回生する場合のみならず駆動する場合においても、モータ２２の起電圧が電源２２の定格電圧を越える場合に、遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させるため、複数のスイッチング素子をそれぞれオン／オフさせることによるモータに供給される電流量の制御が不能になることはない。
【０１２６】
また、坂を下る等のモータ２２の回転速度が加速度的に大きくなってゆく場合には、図５に表されたように遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させる前に、検出された回転速度に応じてスイッチング素子がモータ２２に供給する電流量を減少させてゆき零にするため、搭乗者にとって不意に回生制動がなくなり、恐ろしさを感じさせることはない。また、モータ固有のインダクタンスによりキックバック電圧が発生し、このキックバック電圧が電流量制御回路２７の最大定格電圧を越えて、電流量制御回路２７が破壊されることない。
【０１２７】
【発明の効果】
上記本発明にかかる回生制動機構を有する補助動力装置付き自転車によれば、モータの電圧値が電源の電圧を越える場合において、スイッチング素子のスイッチングによって、電源がモータに供給する電流量の制御を行うことができない状態になることがないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態における補助動力装置付き自転車の全体構成を表す平面図
【図２】本発明の第一の実施の形態における補助動力駆動部の各構成の作用を表す機能ブロック図
【図３】本発明の第一の実施の形態におけるモータの起電圧を表す図
【図４】本発明の第一の実施の形態におけるブレーキレバーの構成を表す平面図
【図５】本発明の第一の実施の形態における制御部がモータの回転速度に応じてモータに電流を流し、回転速度に応じてモータの電気的接続を遮断する様子を表すフローチャート
【図６】モータの回転速度と後述する電流指令係数との関係と、電源とモータとの電気的接続を遮断するタイミングとを表すグラフ
【図７】減少しきい値ωth１を可変にする場合における電流量と減少しきい値との関係を表すグラフ
【図８】回生制動機構を有する制御部の回路構成図及びその周辺図
【図９】本発明の第一の実施の形態における回生制動機能を有する制御部がモータに供給される電流量を増加させる場合を説明する回路図
【図１０】本発明の第一の実施の形態における回生制動機能を有する制御部がモータに供給される電流量を減少させる場合を説明する回路図
【図１１】本発明の第一の実施の形態における操作電流量ａと三角波ｃとに基づいて制御回路がトランジスタへ印加するパルスそれぞれのＨｉｇｈ／Ｌｏwを表した図
【図１２】本発明の第一の実施の形態において電流操作量ａと三角波ｃを基に生成されるＰＷＭパルス及びＰＷＭパルスの変化に対応した電源とモータとの間の電流量の変化を表した図
【図１３】本発明の第二の実施の形態における制御部がモータの回転速度に応じてモータに電流を流し、回転速度に応じてモータの電気的接続を遮断する様子を表すフローチャート
【符号の説明】
１．補助動力装置付き自転車
２．本体部
３．補助動力駆動部
４．フレーム
５．立てパイプ
６．サドル
７．チェーン
８．人力駆動部
９．車輪
１０．ハンドル
１１．ブレーキレバー
１２．ブレーキシュー
１３．バッテリーユニット
１４．制御部
２１．電源
２２．モータ
２３．減速機
２４．位置検出部
２５．人力駆動力検出センサ
２６．制御回路
２７．電流制御回路
２８．遮断スイッチ
２９．速度検出部
３０．位相センサ
４１．電流センサ
４２．トランジスタ駆動回路
４３．ブリッジ回路
４４．コンデンサ
４５．トランジスタ
４６．ダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は電源とモータとを有する補助動力装置付き自転車に関し、特に制動する場合にモータが発電機として動作する回生制動機構を備えた補助動力装置付き自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
補助動力装置付き自転車とは、電源とモータとを有し、電源から供給される電力によってモータを作動させ、このモータの作動により発生する駆動力を駆動源の一つとするものである。
【０００３】
このような補助動力装置付き自転車を減速させる手段としては、機械的に車輪を拘束する方法の他に、回生制動を用いる方法が近年開発されている。
【０００４】
回生制動とは、モータの回転方向とは逆方向のトルクを発生させ、その逆方向のトルクが車両を制動することをいう。この回生制動により、モータから電源に供給される電流である回生電流が電源に流れ電源は充電する。
【０００５】
ここで、従来の補助動力装置付き自転車は、モータに供給する電流の位相及び電源がモータに供給する電流量を制御する命令をする制御回路と、複数のトランジスタ等のスイッチング素子を有しこの制御回路の命令に基づいてスイッチング素子をオン／オフする電流量制御回路とを有している。電流量制御回路は、複数のスイッチング素子をそれぞれオン／オフさせることにより、電源からモータに流れる電流量増加あるいは減少させる。
【０００６】
この回生制動は、機械的に車輪を拘束する方法と比較して電源に電力が戻るため電源が充電できるという利点がある。従って、電源の電力を効率的に使用して消費を最小限にすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の補助動力装置付き自転車は、モータの電圧値が電源の電圧値を越える場合には、スイッチング素子のオン／オフによって、電源がモータに供給する電流の位相及び電流の制御を行うことができなくなる場合がある。モータの電圧値が電源の定格電圧を越える場合とは、例えば坂を下る場合等、補助動力装置付き自転車が回生制動をしているにもかかわらず車輪が加速度的に回転することによりモータが回転させられる場合である。すなわち、車輪が加速度的に回転することにより、モータの起電圧が電源の定格電圧を越える程モータが回転させられる場合である。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので電源からモータに供給される電流の位相及び電流量の制御が不能となることのない回生制動機構を有する補助動力装置付き自転車を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる補助動力装置付き自転車は上記課題を解決するために、車輪を回転させる方向に回転し車輪に動力を供給するモータと、モータに電力の供給をする電源と、回転をする駆動、モータの前記回転を制動する制動いずれかをさせる命令をモータに行い、かつ電源がモータに供給する電流量を制御する命令をする制御回路と、制御回路の命令に基づいて保持するスイッチング素子を動作させ電源からモータに供給する電流量を制御する電流量制御回路とを有する補助動力装置付き自転車において、モータの回転速度を検出する速度検出部と、電源と前記モータ間を電気的に接続又は遮断する遮断スイッチとを有し、制御回路は、検出された回転速度が電源の定格電圧より大きいことを示す回転速度に対応するモータの電圧である遮断値以上であるかどうかを判断し、検出された回転速度が少なくとも遮断値以上である場合には、モータに供給される電流量を零にさせ、遮断スイッチによって電源とモータ間を遮断させることを特徴とする。
【００１０】
更に、補助動力装置付き自転車の制御回路は、遮断値より小さい値に設定された減少しきい値より回転速度が大きくなる場合には、モータに供給される電流の量を減少させることを特徴とする。また、補助動力装置付き自転車の制御回路は、回転速度が減少しきい値を越え、遮断値より小さい値においてモータに供給される電流量を零にさせる。
【００１１】
更に補助動力装置付き自転車の制御回路は、電流量を零にさせる回転速度より大きく、遮断値より小さい回転速度において、遮断させている遮断スイッチを再接続することを特徴とする。速度検出部は、補助動力装置付き自転車を制動する搭乗者の指令が入力された場合にモータの回転速度を検出する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態における補助動力装置付き自転車の全体構成を表す平面図である。補助動力装置付き自転車１は、本体部２と補助動力駆動部３とからなる。本体部は、フレーム４と、フレーム４の立てパイプ５に取りつけられたサドル６と、フレーム４におけるサドル６の下方に配置され人力による駆動力を入力しチェーン７に伝達する人力駆動部８と、前記伝達された人力による駆動力を車輪９に伝達するチェーン７と、車輪９と、ハンドル１０とを有する。
【００１３】
ハンドル１０は、搭乗者がレバーを握る等の方法で補助動力装置付き自転車１を制動させる指令を入力するブレーキレバー１１を有しており、このブレーキレバー１１により入力された補助動力装置付き自転車１を制動する搭乗者の指令は、後述する補助動力駆動部３に伝達され，補助動力駆動部３は後述する電気的制動方法により車輪を制動させる回生制動をさせる。もっとも、この自転車を制動させる指令は、機械的に車輪を拘束することにより車輪の回転を制動する拘束部材としてのブレーキシュー１２に伝達されブレーキシュー１２が車輪９を制動する場合もある。
【００１４】
回生制動とは、モータ２２の方向とは逆方向のトルクを発生させ、その逆方向のトルクによりモータ２２の回転を制動し車両９を制動することをいう。ここでは、後述する電源２１が後述するモータ２２の回転により生じる起電圧とは逆位相の電流を流すことにより回生制動を行っているが、他の方法によってもよい。この回生制動により、モータ２２から電源２１に供給される電流である回生電流が電源２１に流れ、電源２１は充電する。
【００１５】
以下に、図２を用いて補助動力駆動部３の各構成及び各構成の動作を説明する。図２は、本発明の第一の実施の形態における補助動力駆動部３の各構成の作用を表す機能ブロック図である。
【００１６】
補助動力駆動部３は、バッテリーユニット１３に配設されている電源２１と、電源２１から供給される電力によって車輪９を回転させる方向へ回転し車輪９を回転させる動力であるトルクを発生するモータ２２と、モータ２２が発生させたトルクを増加させながらチェーン７に伝達する減速機２３と、モータの起電圧の位相を検出する位相センサ２４と、電源２１とモータ２２の間における電力供給を制御する制御部１４とを有する。
【００１７】
ここで使用される電源２１は例えば定格電圧２４（Ｖ）の直流電源であり、鉛酸蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ナトリウム硫黄電池、リチウム2次電池、レドックス型電池等の各種2次電池が用いられるが、これに限らず充電機能を有する電池であればよい。また、モータ２２としては直流電動機等の各種モータが使用されるが、ここでは、６極の永久磁石からなるロータと３相の巻線からなる電磁コイルであるステ−タコイルを備えたブラシレスＤＣモータが使用されている。
【００１８】
制御部１４は、人力駆動力検出センサ２５と、制御回路２６と、電流量制御回路２７と、遮断スイッチ２８と、速度検出部２９とを有する。人力駆動力検出センサ２５、制御回路２６及び電流量制御回路２７は、電源２１から電力を供給されている。ここで人力駆動力検出センサ２５は搭乗者から入力された人力による駆動力を検知する部位である。制御回路２６は、モータ２２が回転する駆動、モータ２２が回転を制動する制動いずれかの命令を行い、かつ電源２１からモータ２２に供給する電流量を制御する命令をする回路である。電流量制御回路２７は、制御回路２６の命令に基づいて保持するスィッチング素子を動作させ電源２１からモータ２２に供給する電流量を制御する部位である。遮断スィッチ２８は、電源２１とモータ２２間を電気的に接続又は遮断する部位である。速度検出部２９はモータ２２の回転速度を検出する部位である。
【００１９】
まず、モータ２２が車両９を回転させる方向へトルクを発生させ、補助動力装置付き自転車１の走行に必要な駆動力の一部をアシストする場合における制御部１４の各構成の動作を説明する。モータ２２にモータ２２の起電圧と同極性の電流を供給することにより、制御回路２６がモータ２２に駆動を命令する。例えば、起電圧が正なら正の電流を、起電圧が負なら負の電流を供給する。なお、駆動とは、モータ２２が回転することである。
【００２０】
モータ２２が補助駆動力を発生する場合において、モータ２２に印加する電流を図３を用いて説明する。図３は、本発明の第一の実施の形態におけるモータ２２の起電圧を表す図である。Ｖu、Ｖv、ＶwはブラシレスＤＣモータであるモータ２２が有するコイルu、v、wそれぞれに発生する電圧である。Ｉｕｂはモータ２２が補助駆動力を発生する場合にコイルuに供給する電流である。Ｉｕａはモータ２２に回生動作をさせる場合にコイルuに供給する電流である。なお、Ｉｕa、Ｉｕbは矩形波であってもよい。また、図３の電気角はＶｕについての電気角である。
【００２１】
人力駆動力検出センサ２５は、本体部２の人力駆動部８から伝達される人力による駆動力例えば踏力による駆動力量を検出し、この検出された人力駆動力量を、制御回路２６に伝達する。この制御回路２６は位置検出部２４の保有する位相検出センサ３０にモータ２２の起電圧の位相を検出させ、制御回路２６に起電圧の位相を伝達させる。
【００２２】
ここで、位相検出センサ３０がモータ２２の起電圧の位相を検出する方法は、モータ２２の回転位置を測定する方法等がある。なお、モータ２２の回転位置とは、前述の電気角等を検知して求める方法等がある。なお、速度検出部２９も位置検出部３０に設けられていてもよい。また、速度検出部２９がモータ２２の回転位置からモータ２２の回転速度を検出し、モータ２２の起電圧の位相を検出する機能を有していてもよい。制御回路２６は伝達されたモータ２２の起電圧の位相からモータ２２に供給する電流を負の電流か正の電流かを判断し、また伝達された人力駆動力量からモータ２２が発生させるべき補助駆動力量を算出する。
【００２３】
例えば、図３においては領域（４）の電気角２１０℃から２７０℃は、位相センサ２４が検出するモータ２２のコイルuの起電圧は負なので、制御回路２６はモータ２２のコイルuへ負の電流を供給すると判断する。
【００２４】
そして、制御回路２６は算出された補助駆動力量を発生しうる電流をモータ２２へ供給させる指令を電流量制御回路２７に伝達する。電流量制御回路２７は、制御回路２２からの指令に従ってモータ２２へ供給する電流を制御する。供給された電流により、モータ２２は回転し補助駆動力を発生する。補助駆動力は、減速機２３により本体部２のチェーン７へ伝達され車輪９を回転させる。
【００２５】
次に、補助動力装置付き自転車１を回生制動するために、モータ２２がモータ２２の回転方向と逆方向のトルクを発生し、回転を制動する場合を説明する。
【００２６】
制御回路２６は、補助動力装置付き自転車１の搭乗者が本体部２のブレーキレバー１１を握ることにより入力されるブレーキ量Ｉbrkを検知する。ここでブレーキ量Ｉbrkは補助動力装置付き自転車１の搭乗者が入力する補助動力装置付き自転車１の制動の強度を表す信号である。ここでは、ブレーキ量Ｉbrkは補助動力装置付き自転車１の搭乗者が本体部２のブレーキレバー１１を握る強度である。このブレーキ量Ｉbrkはブレーキレバー１１の移動量に応じて決定される。以下に図４を用いて、ブレーキレバー１１の移動量に応じてブレーキ量を決定する方法を説明する。
【００２７】
図４は、本発明の第一の実施の形態におけるブレーキレバー１１の構成を表す平面図である。（a）は、補助動力装置付き自転車１の搭乗者がブレーキレバー１１を全く握らない場合を表す平面図である。（b）は、補助動力装置付き自転車１の搭乗者がブレーキレバー１１を握る場合を表す平面図である。（c）は、補助動力装置付き自転車１の搭乗者がブレーキレバー１１を図３（b）で表されたより強く握る場合を表す平面図である。
【００２８】
図４（a）においては、補助動力装置付き自転車１の搭乗者はブレーキレバー１１を全く握らないため、ブレーキ量Ｉbrkは零であり、補助動力装置付き自転車１は、制動されない。図４（b）（c）においては、補助動力装置付き自転車１の搭乗者はブレーキレバー１１を握るため、補助動力装置付き自転車１は制動される。そして、図４（b）においては、補助動力装置付き自転車の搭乗者がブレーキレバー１１を握らない状態からブレーキレバー１１を握る状態でのブレーキレバー１１の枢軸である枢軸１１ａの回転角度がＹである。図４（c）においては、補助動力装置付き自転車の搭乗者がブレーキレバー１１を握らない状態からブレーキレバー１１を握る状態でのブレーキレバー１１の枢軸である枢軸１１ａの回転角度がＸである。従って、ＹよりＸの方が移動量が大きい。ゆえに、図４（c）の場合の方が、図４（b）の場合よりブレーキ量Ｉbrkも大きくなるのである。
【００２９】
なお、ブレーキ量Ｉbrkは必ずしもブレーキレバー１１の移動量で決定される必要はなく、ブレーキ量を切りかえるスイッチ、ボタン等、補助動力装置付き自転車１の搭乗者の補助動力装置付き自転車１を制動させる指令を入力しえる手段によって決定されればよい。
【００３０】
制御回路２６は、この入力されたブレーキ量Ｉbrkを基にモータ２２に供給すべき電流量Ｉcomを算出する。ここで、制御回路２６は電流量Ｉcomをモータ２２の回転速度を加味して算出する。
【００３１】
以下に、この制御回路２６が、電流量Ｉcomをモータ２２の回転速度を加味して算出方法を図５、６を用いて説明する。
【００３２】
図５は、本発明の第一の実施の形態における制御部１４がモータ２２の回転速度に応じた電流量をモータ２２に流し、回転速度に応じてモータ２２の電気的接続を遮断する処理を表すフローチャートである。図６は、モータ２２の回転速度と後述する電流指令係数との関係と、電源２１とモータ２２との電気的接続を遮断するタイミングとを表すグラフである。
【００３３】
制御回路２６は、ブレーキ量Ｉbrkが入力されたか判断をする（ステップSH1）。
ここで、ブレーキ量Ｉbrkの入力は補助動力装置付き自転車を制動する搭乗者の指令として働く。制御回路２６はブレーキ量Ｉbrkが入力されたと判断すれば（ステップSH1；YES）、入力されているブレーキ量Ｉbrkを検知し、また速度検出部２９にモータ２２の回転速度ωFBを検知させ、検知した回転速度ωFBを制御回路２６へ入力させる（ステップSH2）。
【００３４】
制御回路２６はブレーキ量Ｉbrkが入力されたと判断しなければ、再度ブレーキ量Ibrkが入力されるまでは、ブレーキ量Ｉbrkを基に電流量Ｉcomを算出しない（ステップSH2；NO）。再度ブレーキ量Ibrkが入力されるまで、制御回路２６は本体部２の人力駆動部８から伝達される人力による駆動力量を基にモータ２２に供給するべき電流量を算出する。
【００３５】
なお、ステップ１において制御回路２６はブレーキ量Ｉbrkが入力されたか判断をしているが、必ずしもブレーキ量Ｉbrkが入力された場合である必要はない。例えば、入力されたブレーキ量Ｉbrkが所定のブレーキ量以上である場合としてもよい。この場合には、ブレーキレバー１１の移動量が搭乗者がブレーキレバー１１にぶつかった程度の微小な移動量である場合に補助動力装置付き自転車１を制動させることがない。
【００３６】
なお、この制御回路２６が入力されたブレーキ量Ｉbrkを検知するタイミング及び速度検出部２９にモータ２２の回転速度ωFBを検知させるタイミングは、ここでは１msec毎の時間間隔であるが必ずしもこれに限定されない。好ましくは0.1msec〜100msec程の時間間隔毎であればよい。
【００３７】
制御回路２６は入力されたブレーキ量Ｉbrk及びモータ回転速度ωFBから電流量Ｉcomを算出する（ステップSH3、ステップSH4）。
【００３８】
まず、電流量Ｉcomを算出するために、制御回路２６はモータ２２の回転速度から指令電流係数αを算出する（ステップSH3）。この指令電流係数αを算出するためには以下の式を用いる。
【００３９】
【数１】
ここで、上記式で算出した指令電流係数αが１より大きい場合には指令電流係数αは１と擬制され、上記式で算出した指令電流係数αが０より小さい場合には０と擬制される。なお、ωth１は減少しきい値である。kは、傾斜角度であり図６におけるＫ１である。
【００４１】
従って、この電流指令係数αとモータ２２の回転速度との関係は図６のようになる。この指令電流係数αはモータ回転速度が減少しきい値ωth１を越えるまでは１であるが、減少しきい値ωth１を越えればモータ２２の回転速度が大きくなるに従って小さくなる。この減少しきい値ωth１はあらかじめ制御回路２６に入力されていても、制御回路２６が算出してもよい。ここで減少しきい値ωth１は１４０rad/s程度であることが好ましい。
【００４２】
つぎに、制御回路２６は、算出した指令電流係数αとブレーキ量Ｉbrkを用いて電流量Ｉcomを算出する（ステップSH4）。ここで、指令電流量Ｉcomを算出するためには以下の式を用いる。
【００４３】
【数２】
ここで、指令電流係数αがモータ２２の回転速度が減少しきい値ωth１を越えるか否かを基準にして図５のように変化するため、この電流量Ｉcomはモータ２２の回転速度が減少しきい値ωth1を越えればモータ２２の回転速度が大きくなるに従って減少する。
【００４５】
ここで、補助動力装置付き電動自転車１に回生制動させる場合にモータ２２に供給される電流の位相はモータ２２の起電圧の位相と逆極である。例えば、図３の領域（４）の電気角２１０℃から２７０℃においては、位相センサ２４が検出するモータ２２のコイルuの電圧は負なので、制御回路２６はモータ２２のコイルuへ正の電流を供給すると判断し、位相を加味して電流量Icomを算出する。
【００４６】
そして、補助動力装置付き電動自転車１を回生制動させる位相の電流であり、かつ電流量Ｉcomをモータ２２のコイルu、v、wそれぞれに分配して供給する電流量を表す電流指令を生成する（ステップSH5）。
【００４７】
制御回路２６は電流指令に従って電流をモータ２２に供給させるPWMパルスを生成し、電流量制御回路２７へ出力する（ＳＨ６）。また、電流量制御回路２７はPWMパルスに従って駆動しモータ２２へ電流を流す。ここでＰＷＭパルスは、制御回路２６にモータ２２の回転を抑制する制動をさせる命令であるが、命令は必ずしもＰＷＭパルスである必要はない。
【００４８】
ここで、制御回路は検出されたモータ２２の回転速度が遮断しきい値ωth3を越えるか判断をする（ステップSH７）。回転速度が遮断しきい値ωth3を越えた場合には（ステップSH7；YES）、制御回路２６は遮断スイッチ２８によって電源２１とモータ２２との間の電気的接続を遮断させる（ステップＳＨ８）。そして再びステップSH1に戻り、制御回路２８はブレーキ指令が入力されているかどうか判断する。制御回路２６はブレーキ量Ｉbrkが入力されている限り図６に記載されている処理を繰り返す。
【００４９】
回転速度が遮断しきい値ωth３を越えない場合には（ステップSH7；NO）、制御回路２６は入力されたモータ２２の回転速度が接続しきい値ωth２を越えるか否かを判断する（ステップSH９）。回転速度が接続しきい値ωth２を越えない、すなわち接続しきい値ωth2より小さい場合には（ステップSH9；YES）、制御回路２６は遮断されている遮断スイッチ２８を接続することにより電源２１とモータ２２との間の電気的接続を再接続する（ステップSH１０）。回転速度が接続しきい値を越える場合には（ステップSH9；NO）、制御回路２６は遮断スイッチ２８が電源２１とモータ２２との間の電気的接続を接続しない。
【００５０】
そして、再びステップSH1に戻り、制御回路２８はブレーキ量Ｉbrkが入力されているかどうか判断する。制御回路２６はブレーキ指令が入力されている限り図６に記載されている処理を繰り返す。なお、遮断しきい値ωth３はあらかじめ制御回路２６に入力されていてもよく、制御回路２６が電流量Ｉcomやモータ２２の回転速度等により演算して求めてもよい。
【００５１】
この遮断値としての遮断しきい値ωth3は少なくともモータ２２の回転により生じる起電圧が電源電圧２１の定格電圧より高いモータ２２の回転速度の値をは例えば３００rad/s程度である。なお接続しきい値ωth２は好ましくは２８０rad/s程度である。遮断しきい値ωth３は検出されたモータ２２の回転速度が電源２１の定格電圧より大きいことを示す回転速度に対応するモータ２２の電圧である。モータ２２の回転速度が遮断しきい値ωth１を越えた場合に、遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させるのは以下の理由である。
【００５２】
回生制動機能を有する補助動力装置付き自転車１は、坂を下る場合等に補助動力装置付き自転車１が回生制動を行っているにもかかわらず車輪９の回転によりモータ２２が回転させられる場合がある。この場合には起電力が生じ、この起電力の起電圧値が電源２１の電圧を越える場合がある。詳しくは後述するが、電流量制御回路２７は、複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子をそれぞれオン／オフさせることにより、電源からモータに流れる電流量を増減させている。
【００５３】
しかし、モータ２２の電圧値が電源２１の電圧を越える場合には、スイッチング素子のスイッチングによって、電源２１がモータ２２に供給する電流量の制御を行うことができなくなる場合があるため、モータ２２の回転により生じる起電圧が電源２１の電圧より高くなる場合に、遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させるのである。
【００５４】
更に、本発明の第一の実施の形態にかかる発明は、坂を下る等のモータ２２の回転速度が加速度的に大きくなってゆく場合には、図５に表されたように遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させる前に、検出された回転速度に応じてスイッチング素子がモータ２２に供給する電流量を減少させてゆき零にするが、以下の理由があるからである。
【００５５】
まず、制御回路２６が回転速度に応じて電流制御回路２７がモータ２２に供給する電流量を制御することなく、制御回路２５が遮断しきい値ωth３を越えた場合に遮断スイッチ２８を遮断すると、補助動力装置付き自転車１が不意に加速することとなる。そこで、遮断スイッチ２８が電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させる前に、モータ２２の回転速度が加速度的に大きくなるにつれて電流量制御回路２７に流れる電流量を減少させてゆくと、これにより搭乗者は回生制動がなくなることを予測して、ブレーキレバー１１を握ることによりブレーキシュー１２に車輪９を機械的に拘束させることにより機械的に補助動力装置付き自転車１の制動ができる。
【００５６】
また、電流量をモータ２２の回転速度に応じて減少させてゆくことなく遮断スイッチ２８を遮断する場合には、この回生電流量が多い状態で遮断することとなる。ゆえに、モータ固有のインダクタンスによりキックバック電圧が発生し、このキックバック電圧が電流量制御回路２７の最大定格電圧を越えて、電流量制御回路２７が破壊されることも考えられる。
【００５７】
従って、モータ２２の回転速度が増加していく場合には、モータ２２の回転速度が減少しきい値ωth１を越えた後、制御回路２６はモータ２２の回転速度が大きくなるほど電流量制御回路２７に流れる電流量Ｉcomを減少させ、少なくともモータ２２と電源２１との間の電気的接続を遮断スイッチ２８で遮断するまでに電流量Ｉcomを零にするのである。なお、ここでは、少なくともモータ２２の回転速度が接続しきい値ωth２より大きくなる前に（例えば図６の点Ｐ）制御回路２６は電流指令係数αを零に算出している。従って、制御回路２６はモータ２２の回転速度が減少しきい値ωth2を超えてから、遮断ちきい値ωth3を越える前に零にすることとなるが、遮断しきい値wth３において電流指令係数を零にしてもよい。また、減速しきい値ωth2は遮断しきい値ωth３より小さい値に設定されている。
【００５８】
ここで、減少しきい値ωth１又は式１の定数Kを固定の値にすることも電流量に応じて可変にすることもできる。減少しきい値ωth１を可変にする場合における電流量と減少しきい値との関係を説明する。図７は減少しきい値ωth１を可変にする場合における電流量と減少しきい値との関係を表すグラフである。
【００５９】
電流量ｍは、電流量ｎより電流量が少なく電流量Ｉより電流量が多い。この場合の電流量ｍの減少しきい値ωth１ｍは、電流量ｎの減少しきい値ωth１ｎよりも大きく、電流量Iの減少しきい値ωth１Ｉよりも小さい。また、この場合の定数Kｍは電流量ｎの定数Kｎよりも大きく、電流量lの定数Klよりも小さい。このように電流量が多い程減少しきい値が小さくなり、式１の定数Ｋが小さくなる理由は、電流量が多い程車輪９に対する制動力が大きいことによる。すなわち、制動力が大きい程電流量を減少させると不意に制動がなくなる。
【００６０】
従って、減少しきい値ωth１は電流量が多い程小さく設定されれば、回転速度が減少しきい値ωth１から電流量を零にさせるまでの期間は長くなり除除に電流量を減少させることができる。従って、補助動力装置付き自転車１の搭乗者に対して不意に制動がなくなる感じを与えず、制御回路２６はモータ２２に供給する電流量を減少させることができる。
【００６１】
制御回路２６は、入力されたモータ２２の回転速度が接続しきい値ωth２を越える場合には、遮断スイッチ２８を接続するが、遮断スイッチ２８を接続する接続しきい値ωth２を遮断しきい値ωth３と同じ値にしなかった理由はモータ２２の回転速度が遮断しきい値ωth３前後ではげしく変動する場合に、遮断スイッチ２８の遮断と接続を短期間に繰り返すこととなる。
【００６２】
したがって、遮断スイッチ２８を接続するタイミングは遮断スイッチ２８を遮断するタイミングである遮断しきい値ωth３より小さい値とし、回生電流指令αは接続しきい値ωth２を越える前に零とされるのが好ましい。これにより、モータ２２の回転速度が接続しきい値ωth２と遮断しきい値ωth３の間で変動する場合において、遮断スイッチ２８は遮断と接続を繰り返すことがなくなり、遮断スイッチ２８の長寿命化が図れるのである。
【００６３】
なお、接続ωth2と遮断しきい値ωth3とを同じ値にしても、本発明の第一の実施の形態の目的を達成することができ、また、この場合には、電流指令係数はモータ２２の回転速度が遮断しきい値ωth3になる場合において零に算出されていればよい。
【００６４】
以下、制御回路２６が電流指令に基づいてＰＷＭパルスを生成する動作を説明する。また、このＰＷＭパルスに基づいて、電流量制御回路２７が保持するスイッチング素子を動作させ、電源２１からモータ２２に供給する電流量を制御し電流量Ｉcomをモータ２２へ供給する動作を説明する。まず、図８〜図１０を用いて、制御部１４の回路構成を説明する。図８は、回生制動機構を有する制御部１４の回路構成図及びその周辺図である。
【００６５】
制御部１４は、前述した構成に加えて、電源２１とモータ２２間に流れる電流量を検知する電流センサ４１を有している。更に電流量制御回路２７は、制御回路２６から電流指令を伝達されるトランジスタ駆動回路４２と、トランジスタ駆動回路４２により電流指令に従って駆動されるブリッジ回路４３と、ブリッジ回路４３に並列に接続されており、電源２１からブリッジ回路４３に供給される電圧を安定させているコンデンサ４４とから構成されている。
【００６６】
電流量制御回路２７は、ここでは３相であるが単相であってもよい。この電流量制御回路２７は前述したスイッチング素子である６個のトランジスタ４５a〜４５fが接続されており、トランジスタ４５ａ〜４５ｆと並列に回生電流が流れるダイオード４６ａ〜４６fが接続されている。なお、ここでは図３における領域（４）すなわち電気角２１０度から２７０度の間における、コイルuへ電流を流す場合について説明するが、（１）〜（６）の他の領域についてもコイルv、wについても電流量の制御方法は同様である。
【００６７】
領域（４）においては、コイルuの起電圧であるＶuは太字Ｍのように負の電圧となる。従って、領域（４）において補助動力装置付き自転車１に回生制動をさせる場合は太字Ｎのような逆位相である正の電流がモータ２２に供給される必要がある。図８においては、モータ２２の起電圧が負なのでモータの起電圧の向きはＱで表すことができる。そして補助動力装置付き自転車１を回生制動するには、モータ２２の起電圧とは逆極性の電流を供給される必要があるため、モータ２２に供給される電流もＱ方向である必要がある。従って電流はu相からv相へ向かって流れることとなる。
【００６８】
図９は、本発明の第一の実施の形態における回生制動機能を有する制御部１４がモータ２２に供給される電流量を増加させる場合を説明する回路図である。Ｅは電源２１の電圧、Ｖｃはコンデンサ４４の電圧を表す。ｉＥ、ｉＣ、ｉ、は電流を表す。トランジスタ４５a〜４５fは説明の便宜のためスイッチとして記載する。図９においては、トランジスタ駆動回路４２が電流指令に従って、トランジスタ４５ａとトランジスタ４５ｄをオンさせ、トランジスタ４５ｂとトランジスタ４５ｃをオフさせている。
【００６９】
ここでコンデンサ４４の電圧が電源２１の電圧より大きい場合には、電源２１とモータ２２の間を流れる電流は、図９の太字矢印Ｒで表すことができる。また、コンデンサ４４の電圧は下記の式において決定される。
【００７０】
【数３】
なお、C１はコンデンサの容量である。
従って、コンデンサ４４の電圧は方向Ｓへ印加するため、電源２１からモータ２２へ流れる電流量は以下の式で表されるように増加する。
【００７２】
なお、この場合はコンデンサ４４の電圧Ｖｃは減少するが、補助動力装置付き自転車１が回生制動をする場合には、後述する理由によりコンデンサ４４へ電荷が多く溜まっており、電流ｉEは太字矢印Ｒ１方向へ流れ、電源２１は充電する。
【００７３】
【数４】
なお、ｉはモータ２２へ供給される電流量、Ｖｃはコンデンサ４４の電圧、Ｖはモータ２２の起電圧である。
【００７５】
図１０は、本発明の第一の実施の形態における回生制動機能を有する制御部１４がモータ２２に供給される電流量を減少させる場合を説明する回路図である。Ｅは電源２１の電圧、Ｖｃはコンデンサ４４の電圧を表す。ｉＥ、ｉＣ、ｉ、は電流を表す。トランジスタ４５a〜４５fは説明の便宜のためスイッチとして記載する。図９においては、トランジスタ駆動回路４２が電流指令に従って、トランジスタ４５bとトランジスタ４５cをオンさせ、トランジスタ４５aとトランジスタ４５dをオフさせている。
【００７６】
ここでコンデンサ４４の電圧が電源２１の電圧より大きい場合には、電源２１とモータ２２の間を流れる電流は、図１０の太字Ｔで表すことができる。また、コンデンサ４４の電圧は下記の式において決定される。
【００７７】
【数５】
この場合はモータ２２のインピーダンス（図示せず）にインダクタンス成分があるので電流はすぐには逆流せず、オンしたトランジスタ４５ｂ及びｃに電流は流れることはなくダイオード４６ｂ及び４６ｃに電流は流れるのである。従って、コンデンサ４４の電圧は方向Ｓへ印加するため、電源２１からモータ２２へ流れる電流量は以下の式で表されるように減少する。そして、電源２１はモータ２２からの回生電流を充電することができる。
【００７９】
【数６】
なお、ｉはモータ２２へ供給される電流量、Eはコンデンサ４４の電圧、Ｖはモータ２２の起電圧である。そして、この場合において、ｉがｉEより大きければコンデンサ４４の電圧Vｃは増加するのである。
【００８１】
電流量Ｉcomは、上記のようなトランジスタ４５a〜４５fのオン／オフ動作によるモータ２２へ供給される電流量の増減により調整され、モータ２２へ供給されるのである。
【００８２】
以下に、上記電流量の増減を行うことにより電流指令に基づいた電流をモータ２７のコイルu、v、wへ電流量制御回路２７に供給させるＰＷＭパルスを制御回路２５が生成する方法を図１１と図１２を用いて説明する。
【００８３】
図１１は、本発明の第一の実施の形態における操作電流量ａと三角波ｃとに基づいて制御回路２６がトランジスタ４５ａ〜４５ｄへ印加するパルスｈ１〜４それぞれのＨｉｇｈ／Ｌｏｗを表した表である。図１２は、本発明の第一の実施の形態において電流操作量ａと三角波ｃを基に生成されるＰＷＭパルス及びＰＷＭパルスの変化に対応した電源２１とモータ２２との間の電流量の変化を表した図である。
【００８４】
電流操作量aは、後述する回生電流フィードバック信号ｂと電流指令とを参照して制御回路２５に生成される信号である。三角波cは、電流操作量aと比較されることにより制御回路２６がＰＷＭ信号のデューティー比を決定する基準となる一定の周波数を有する信号である。三角波は、制御回路２６が保持していても、制御回路２６が電流操作量aと比較する際に算出してもよい。
【００８５】
パルスｈ１は制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２にトランジスタ４５ａへ印加させる電圧を命令する信号である。パルスｈ２は制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２にトランジスタ４５ｂへ印加させる電圧を命令する信号である。パルスｈ３は制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２にトランジスタ４５ｃへ印加させる電圧を命令する信号である。パルスｈ４は制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２にトランジスタ４５ｄへ印加させる電圧を命令する信号である。
【００８６】
まず、電流センサ４１は電流量制御回路２７に流れている電流の量である電流量eを検知し、検知した電流量eを表す電流フィードバック信号ｂを生成し、制御回路２６に伝達する。制御回路２６は電流量制御回路２７に流れる回生電流が、電流量Ｉcomとなるように、回生電流フィードバック信号ｂと電流指令を参照して電流操作量ａを算出する。この電流操作量ａの算出にはここではＰI制御（比例＋積分制御）方式を用いるが、Ｐ制御、ＰＤ制御、ＰＩＤ制御、Ｉ−Ｐ制御、Ｉ−ＰＤ制御等を用いてもよい。
まず、下記式で電流偏差値ｑを求める。
【００８７】
【数７】
そして、この電流偏差値ｑを用いて下記式により電流操作量aを求める。
【００８９】
【数８】
ここで、Ｋpは比較ゲイン、Ｋｉは積分ゲインであり、制御における目標追従性と安定性を満足するように定める。
【００９１】
そして、制御回路２６は電流操作量ａと制御回路２６が保持する一定の周波数の三角波ｃとを比較して電流操作量ａに対応したデューティー比を有するＵＶＷ相のＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）を生成し、ＰＷＭパルスをトランジスタ駆動回路４２に出力する。図１１においては、電流操作量ａの値が三角波ｃの値と一致してから次ぎに一致するまでの期間をデューティー比として算出する。そして、算出した期間内において三角波の値が０より下になっている期間が長い場合には（図１２においてはj１〜ｊ３それぞれの期間）、パルスｈ１とパルスｈ４はＬｏｗになりパルスｈ２とパルスｈ３はＨｉｇｈになる。一方、算出した期間内において三角波の値が０以下になっている期間が長い場合には（図９においては、ｋ１〜ｋ３それぞれの期間）、パルスｈ１とパルスｈ４はＨｉｇｈになりパルスｈ２とパルスｈ３はＬｏｗになる。
【００９２】
従って、電流操作量aの値が大きいほど、パルスh２とパルスh３とがＨｉｇｈになるデューティー比が大きくなり、電流操作量aの値が小さいほど、パルスｈ１とパルスｈ４とがＨｉｇｈになるデューティー比が大きくなる。
【００９３】
パルスｈ１〜４それぞれがＬｏｗの場合はトランジスタ駆動回路４２から電圧が印加されず、トランジスタ４５ａ〜ｄはオフとされ、トランジスタ４５ａ〜ｄそれぞれがＨｉｇｈの場合はトランジスタ駆動回路４２から電圧が印加され、トランジスタ４５ａ〜ｄそれぞれがオンとされる。
【００９４】
ここで、ｊ１〜ｊ３それぞれの期間においては、制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２へ入力するＰＷＭパルスｈ１とｈ４とがＨｉｇｈとなり、ＰＷＭパルスｈ２とｈ３とがＬｏｗとなる。従って、トランジスタ駆動回路４２はトランジスタ４５ａと４５ｄとに電圧を印加してオンさせ、トランジスタ４５ｂとトランジスタ４５ｃとをオフさせることとなる。これにより図９に表された方向Ｓのように電流が流れ、モータ２２に供給される電流量は増加する。
【００９５】
ｋ１〜ｋ3それぞれの期間においては、制御回路２６がトランジスタ駆動回路４２へ入力するＰＷＭパルスｈ２とｈ３とがＨｉｇｈとなり、ＰＷＭパルスｈ１とｈ４とがＬｏｗとなる。従って、トランジスタ駆動回路４２はトランジスタ４５bと４５cとをオンさせ、トランジスタ４５aとトランジスタ４５dとをオフさせることとなる。これにより図１０に表された方向Ｔのように電流が流れ、モータ２２へ流れる電流量は減少する。
【００９６】
前述のようにモータ２２へ供給される電流量は、操作電流量ａの値を大きくすることで少なく、小さくすることで多くすることができる。そして、操作電流量aの値を調整することにより、制御回路はモータ２２へ電流量Ｉcomを供給する。モータ２２は電流量Ｉcomを供給されることによりモータ２２の回転方向と逆方向へトルクを発生させる。この発生したトルクは減速機２３により本体部２のチェーン７へ伝達され、車輪９を制動させる。ここでモータ２２は発電機として作動するため、補助動力装置付き自転車が回生制動を行っている期間には、電流量を一定に調整するためにｋ１〜ｋ３の期間がおのずと長くなる。従って、コンデンサ４４に電荷が溜まり、コンデンサ４４の電圧が電源２１の電圧より大きいこととなり、電源２１に回生電流を充電できることになる。
【００９７】
上記の構成を有することにより本発明の第一の実施の形態にかかる発明は、回生制動機能を有する補助動力装置付き自転車１が、坂を下る場合等に車輪９の回転によりモータ２２が回転させられ電源２１の電圧値より高い起電力が生じた場合に、遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させるため、複数のスイッチング素子をそれぞれオン／オフさせることによるモータに供給される電流量の制御が不能になることはない。
【００９８】
また、坂を下る等のモータ２２の回転速度が加速度的に大きくなってゆく場合には、図５に表されたように遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させる前に、検出された回転速度に応じてスイッチング素子がモータ２２に供給する電流量を減少させてゆき零にするため、搭乗者にとって不意に回生制動がなくなり、恐ろしさを感じさせることはない。また、モータ固有のインダクタンスによりキックバック電圧が発生し、このキックバック電圧が電流量制御回路２７の最大定格電圧を越えて、電流量制御回路２７が破壊されることない。
【００９９】
次に、本発明の第二の実施の形態を図１３を用いて説明する。本発明の第二の実施の形態はモータ２２が駆動し補助駆動力が車輪９に供給される場合においても、モータ２２の起電圧が電源２１の定格電圧より大きくなれば遮断スイッチ２８を切断することにより、電源２１とモータ２２との間の電気的接続が遮断されるという点が第一の実施の形態とは異なっている。
【０１００】
ここで、補助動力装置付き自転車１の構成、モータ２２へ供給される電流量を増減させる作用は本発明の第一の実施の形態と同様である。しかし、制御部１４がモータ２２の回転速度に応じてモータ２２へ電流を供給し、電源２１とモータ２２との間の電気的接続を遮断する処理が異なっている。
【０１０１】
図１３は、本発明の第二の実施の形態における制御部１４がモータ２２の回転速度に応じてモータ２２に電流を流し、回転速度に応じて電源２１とモータ２２の電気的接続を遮断する様子を表すフローチャートである。
【０１０２】
制御回路２６には、ブレーキ量Ｉbrkが入力され、入力されたブレーキ量lbrkは制御回路２６に検知される（S１）。制御回路２６はブレーキ量lbrkを検知するのに同期して、速度検出部２９にモータ２２の回転速度ωFBを検知させ、検知した回転速度ωFBを制御回路２６へ入力させる（ステップS2）。
【０１０３】
なお、この制御回路２６が入力されたブレーキ量Ｉbrkを検知するタイミング及び速度検出部２９にモータ２２の回転速度ωFBを検知させるタイミングは、ここでは１msec毎の時間間隔であるが必ずしもこれに限定されない。好ましくは0.1msec〜100msec程の時間間隔毎であればよい。また、ブレーキ量lbrkは本発明の第一の実施の形態のステップSH１においてはブレーキ量Ibrkが０である場合には電流量Ibrkの入力がないこととされていたが、本発明の第二の実施の形態のステップSH２においては、ブレーキ量lbrkが０である場合にも制御回路２６は入力された電流量Ibrkを検知する。
【０１０４】
つぎに、制御回路２６は入力されたブレーキ量Ｉbrk及びモータ回転速度ωFBから電流量Ｉcomを算出する（ステップS3、ステップS4、ステップS5、ステップS６）。
【０１０５】
まず、電流量Ｉcomを算出するために、制御回路２６はモータ２２の回転速度から指令電流係数αを算出する（ステップS3）。この指令電流係数αを算出するためには以下の式を用いる。
【０１０６】
【数９】
ここで、上記式で算出した指令電流係数αが１より大きい場合には指令電流係数αは１と擬制され、上記式で算出した指令電流係数αが０より小さい場合には０と擬制される。なお、ωth１は減少しきい値である。kは、傾斜角度であり図６におけるＫ１である。
【０１０８】
従って、この電流指令係数αとモータ２２の回転速度との関係は図６のようになる。この指令電流係数αはモータ回転速度が減少しきい値ωth１を越えるまでは１であるが、減少しきい値ωth１を越えればモータ２２の回転速度が大きくなるに従って小さくなる。この減少しきい値ωth１はあらかじめ制御回路２６に入力されていても、制御回路２６が算出してもよい。ここで減少しきい
値ωth１は１４０rad/s程度であることが好ましい。
【０１０９】
つぎに、制御回路２６は、算出した指令電流係数αとブレーキ量Ｉbrkを用いて電流量Ｉcomを算出する（ステップS4、S５、S6）。まず、入力されたブレーキ量lbrkが０より大きいかを判断する（S４）。ブレーキ量lbrkが０より大きければ（S4：YES）、下記式により電流量Icomを算出する（S5）。
【０１１０】
【数１０】
ブレーキ量lbrkが０より小さければ（S4：NO）、下記式により電流量Icomを算出する（S６）。
【０１１２】
【数１１】
なお、ｋｆは例えば踏力などの人力駆動力を電流に変換するための電流変換係数である。
【０１１４】
ここで、ブレーキ量Icomが０より大きければモータ２２が駆動するように電流量Icomを決定し、ブレーキ量Icomが０より小さければモータ２２が制動するように電流量Icomを決定するのである。補助動力装置付き電動自転車１に回生制動させる場合にモータ２２に供給される電流の位相はモータ２２の起電圧の位相と逆極である。対して、モータ２２が補助駆動力を発生する場合にモータ２２に供給される電流の位相はモータ２２の起電力の位相と同極である。例えば、図３の領域（４）の電気角２１０℃から２７０℃においては、位相センサ２４が検出するモータ２２のコイルuの電圧は負である。
【０１１５】
ゆえに、補助動力装置付き自転車１が回生制動する場合は制御回路２６はモータ２２のコイルuへ正の電流を供給すると判断し、位相を加味して電流量Icomを算出する。対してモータ２２が駆動する場合は制御回路２６はモータ２２のコイルuへ負の電流を供給すると判断し、位相を加味して電流量Icomを算出する。
【０１１６】
ここで、指令電流係数αがモータ２２の回転速度が減少しきい値ωth１を越えるか否かを基準にして本発明の第一の実施の形態と同様に図５のように変化するため、この電流量Ｉcomはモータ２２の回転速度が減少しきい値ωth1を越えればモータ２２の回転速度が大きくなるに従って減少する。
【０１１７】
そして、補助動力装置付き電動自転車１を回生制動させる位相の電流であり、かつ電流量Ｉcomをモータ２２のコイルu、v、wそれぞれに分配して供給する電流量を表す電流指令を生成する（ステップS７）。
【０１１８】
ここで、制御回路は検出されたモータ２２の回転速度が遮断しきい値ωth3を越えるか判断をする（ステップS8）。回転速度が遮断しきい値ωth3を越えた場合には（ステップS8；YES）、制御回路２６はPWMパルスを生成しない（ステップS9）。PWMパルスは電流量制御回路２７に対して電流指令に従ってモータ２２へ電流を流させる信号であるが、信号は必ずしもＰＷＭパルスである必要はない。従って、モータ２２に供給される電流量は零になる。その後、制御回路２６は遮断スイッチ２８によって電源２１とモータ２２との間の電気的接続を遮断させる（ステップＳＨ10）。なお、ステップS10とステップS１１は処理の順番が逆になってもよい。そして再びステップS1に戻り、制御回路２８はブレーキ指令が入力されているかどうか判断する。
【０１１９】
回転速度が遮断しきい値ωth３を越えない場合には（ステップS8；NO）、制御回路２６は入力されたモータ２２の回転速度が接続しきい値ωth２を越えるか否かを判断する（ステップS1１）。回転速度が接続しきい値ωth２を越えない、すなわち接続しきい値ωth2より小さい場合には（ステップS11；YES）、制御回路２６は遮断されている遮断スイッチ２８を接続することにより電源２１とモータ２２との間の電気的接続を再接続する（ステップS12）。その後制御回路２６は電流指令に基づいてPWMパルスを生成し、電流量制御回路２７に出力する（ステップS13）。なお、ステップS１２とステップS１３の処理の順番が逆になってもよい。
【０１２０】
回転速度が接続しきい値を越える場合には（ステップS8；NO）、制御回路２６は遮断スイッチ２８が電源２１とモータ２２との間の電気的接続を接続しない。そして、再びステップS1の処理がなされる。なお、遮断しきい値ωth３はあらかじめ制御回路２６に入力されていてもよく、制御回路２６が電流量Ｉcomやモータ２２の回転速度等により演算して求めてもよい。
【０１２１】
この遮断値としての遮断しきい値ωth3は少なくともモータ２２の回転により生じる起電圧が電源電圧２１の定格電圧より高いモータ２２の回転速度の値をは例えば３００rad/s程度である。なお接続しきい値ωth２は好ましくは２８０rad/s程度である。遮断しきい値ωth３は検出されたモータ２２の回転速度が電源２１の定格電圧より大きいことを示す回転速度に対応するモータ２２の電圧である。
【０１２２】
なお、本発明において、本発明の第一の実施の形態及び第二の実施の形態では、制御回路２６はモータ２２の回転速度から電源２１の電圧よりモータ２２の起電圧が高くなっているか否かを検知したが、必ずしもこれに限られず、車輪９の回転速度や補助動力装置付き自転車１の走行速度等からモータ２２の起電圧の高さを検知してもよい。
【０１２３】
また、本発明において、本発明の第一の実施の形態及び第二の実施の形態では、複数のトランジスタ４５a〜４５ｆを有する電流量制御回路２７がモータ２２へ供給される電流量を制御している構成であるが、必ずしもこれに限られずスイッチング素子を用いてモータ２２へ供給される電流量を制御する補助動力装置付き自転車１であればよい。
【０１２４】
なお、本発明において、本発明の第一の実施の形態及び第二の実施の形態は補助動力装置付き自転車１に関するものであるが必ずしもこれに限られず、車椅子、三輪車、自動二輪車、自動車等の回生制動機構を有している車両であればよい。
【０１２５】
本発明の第二の実施の形態によれば、モータ２２が回生する場合のみならず駆動する場合においても、モータ２２の起電圧が電源２２の定格電圧を越える場合に、遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させるため、複数のスイッチング素子をそれぞれオン／オフさせることによるモータに供給される電流量の制御が不能になることはない。
【０１２６】
また、坂を下る等のモータ２２の回転速度が加速度的に大きくなってゆく場合には、図５に表されたように遮断スイッチ２８に電源２１とモータ２２間の電気的接続を遮断させる前に、検出された回転速度に応じてスイッチング素子がモータ２２に供給する電流量を減少させてゆき零にするため、搭乗者にとって不意に回生制動がなくなり、恐ろしさを感じさせることはない。また、モータ固有のインダクタンスによりキックバック電圧が発生し、このキックバック電圧が電流量制御回路２７の最大定格電圧を越えて、電流量制御回路２７が破壊されることない。
【０１２７】
【発明の効果】
上記本発明にかかる回生制動機構を有する補助動力装置付き自転車によれば、モータの電圧値が電源の電圧を越える場合において、スイッチング素子のスイッチングによって、電源がモータに供給する電流量の制御を行うことができない状態になることがないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態における補助動力装置付き自転車の全体構成を表す平面図
【図２】本発明の第一の実施の形態における補助動力駆動部の各構成の作用を表す機能ブロック図
【図３】本発明の第一の実施の形態におけるモータの起電圧を表す図
【図４】本発明の第一の実施の形態におけるブレーキレバーの構成を表す平面図
【図５】本発明の第一の実施の形態における制御部がモータの回転速度に応じてモータに電流を流し、回転速度に応じてモータの電気的接続を遮断する様子を表すフローチャート
【図６】モータの回転速度と後述する電流指令係数との関係と、電源とモータとの電気的接続を遮断するタイミングとを表すグラフ
【図７】減少しきい値ωth１を可変にする場合における電流量と減少しきい値との関係を表すグラフ
【図８】回生制動機構を有する制御部の回路構成図及びその周辺図
【図９】本発明の第一の実施の形態における回生制動機能を有する制御部がモータに供給される電流量を増加させる場合を説明する回路図
【図１０】本発明の第一の実施の形態における回生制動機能を有する制御部がモータに供給される電流量を減少させる場合を説明する回路図
【図１１】本発明の第一の実施の形態における操作電流量ａと三角波ｃとに基づいて制御回路がトランジスタへ印加するパルスそれぞれのＨｉｇｈ／Ｌｏwを表した図
【図１２】本発明の第一の実施の形態において電流操作量ａと三角波ｃを基に生成されるＰＷＭパルス及びＰＷＭパルスの変化に対応した電源とモータとの間の電流量の変化を表した図
【図１３】本発明の第二の実施の形態における制御部がモータの回転速度に応じてモータに電流を流し、回転速度に応じてモータの電気的接続を遮断する様子を表すフローチャート
【符号の説明】
１．補助動力装置付き自転車
２．本体部
３．補助動力駆動部
４．フレーム
５．立てパイプ
６．サドル
７．チェーン
８．人力駆動部
９．車輪
１０．ハンドル
１１．ブレーキレバー
１２．ブレーキシュー
１３．バッテリーユニット
１４．制御部
２１．電源
２２．モータ
２３．減速機
２４．位置検出部
２５．人力駆動力検出センサ
２６．制御回路
２７．電流制御回路
２８．遮断スイッチ
２９．速度検出部
３０．位相センサ
４１．電流センサ
４２．トランジスタ駆動回路
４３．ブリッジ回路
４４．コンデンサ
４５．トランジスタ
４６．ダイオード
Claims (5)
- 車輪を回転させる方向に回転し前記車輪に動力を供給するモータと、
前記モータに電力の供給をする電源と、
前記モータが前記回転をする駆動、前記回転を制動する制動いずれかをさせる命令を前記モータに行い、かつ前記電源から前記モータに供給する電流量を制御する命令をする制御回路と、
前記制御回路の命令に基づいて保持するスイッチング素子を動作させ前記電源から前記モータに供給する電流量を制御する電流量制御回路とを有する補助動力装置付き自転車において、
前記モータの回転速度を検出する速度検出部と、
前記電源と前記モータ間を電気的に接続又は遮断する遮断スイッチとを更に有し、
前記制御回路は、前記検出された回転速度が前記電源の定格電圧より大きいことを示す回転速度に対応するモータの電圧である遮断値以上であるかどうかを判断し、前記検出された回転速度が少なくとも遮断値以上である場合には、モータに供給される電流量を零にさせ、前記遮断スイッチによって前記電源と前記モータ間を遮断させることを特徴とする補助動力装置付き自転車。 - 前記制御回路は、前記遮断値より小さい値に設定された減少しきい値より前記回転速度が大きくなる場合には、前記モータに供給される電流の量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の補助動力装置付き自転車。
- 前記制御回路は、前記回転速度が前記減少しきい値を越え、前記遮断値より小さい値において前記モータに供給される電流量を零にさせることを特徴とする請求項２に記載の補助動力装置付き自転車。
- 前記制御回路は、前記電流量を零にさせる回転速度より大きく、前記遮断値より小さい回転速度において、遮断させている前記遮断スイッチを再接続することを特徴とする請求項３に記載の補助動力装置付き自転車。
- 前記速度検出部は、前記補助動力装置付き自転車を制動する搭乗者の指令が入力された場合に前記モータの回転速度を検出することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の補助動力装置付き自転車。
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