JP5268479B2 - Electric assist bicycle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電手段の電力により電動機を回転させることで、自転車の推進力となる人力の踏力を補助する電動補助自転車に関し、特に、特定の条件下で電動機を回生動作させ、この回生動作により発生する電力で蓄電手段を充電することができる電動補助自転車に関する。 The present invention relates to a battery-assisted bicycle that assists the pedaling force of human power, which is the driving force of the bicycle, by rotating the motor with the electric power of the power storage means, and in particular, the motor is regeneratively operated under specific conditions. The present invention relates to a battery-assisted bicycle that can charge power storage means with generated electric power.
蓄電手段(二次電池など)でモータ(電動機)を回転させることにより、自転車の走行を行う際に必要となる、乗車者の踏力を補助して乗車者の負担を低減する、電動補助自転車が一般に知られている。こうした電動補助自転車は、特に上り坂や走り始めなどの、大きな踏力(人力による駆動力)が必要となるときに、電動機を駆動してその回転駆動力を踏力に付加することで、乗車者が感じる負担を小さくできる。 There is a battery-assisted bicycle that assists the rider's treading force and reduces the burden on the rider, which is necessary when driving the bicycle by rotating a motor (electric motor) with a power storage means (secondary battery, etc.) Generally known. Such a power-assisted bicycle, especially when a large pedal force (driving force by human power) is required, such as uphill or starting to run, drives the motor and adds its rotational driving force to the pedaling force. The burden to feel can be reduced.
こうした電動補助自転車において、ブレーキ操作による制動時や下り坂走行時などの、モータによる人力の補助を行う必要がないときに、モータを発電機として使用する回生動作を行い、この回生動作によって発生する電力をモータの電源であるバッテリーに充電する(回生充電する)ことが行われている。この回生充電を行うことにより、一度の充電サイクル(一度バッテリーを満充電してから再び満充電を行う必要が生じるまでの期間)を延長して、一度の充電サイクルにおける走行距離を伸ばすことができる。 In such a battery-assisted bicycle, when it is not necessary to assist human power with a motor, such as when braking by braking or traveling downhill, a regenerative operation using the motor as a generator is performed, and this regenerative operation generates Charging (regenerative charging) electric power to a battery that is a power source of a motor is performed. By performing this regenerative charge, it is possible to extend the travel distance in a single charge cycle by extending the charge cycle once (the period from when the battery is fully charged until it is necessary to perform full charge again). .
この種の回生動作を採用した電動補助自転車の例として、特許文献1には、バッテリー残量の検出センサやブレーキの操作量を検出するセンサを設け、バッテリーの残量が少ないときや急ブレーキ時(ブレーキの操作量が大きいとき)には回生動作によって得られる電力が大きくなるよう制御して、効率的な回生充電が行われるよう構成された電動補助自転車が記載されている。
As an example of a battery-assisted bicycle that employs this type of regenerative operation,
このような電動補助自転車には、電動機を回転駆動させるための電源として二次電池であるバッテリーが搭載されているので、このバッテリーを電動補助自転車の照明手段(前照灯や尾灯、その他の灯火)を点灯するための電源としても使用する場合が多い。 Since such a battery-assisted bicycle is equipped with a battery, which is a secondary battery, as a power source for rotating the motor, the battery is used as a lighting means for the battery-assisted bicycle (headlights, taillights, other lights). ) Is often used as a power source for lighting.
二次電池を前照灯などの照明手段の電源として使用すると、車輪に摺接して車輪の回転力を利用して電力を発生するダイナモ(発電機)を前照灯の電源として使用した場合に比べて、電動補助自転車の乗車者に負担を感じさせずに(点灯のために乗車者の体力を余計に消耗させずに)前照灯を点灯させることができる。また、ダイナモを電源とした場合では、車両の走行速さに応じて前照灯の明るさが変化してしまうが、バッテリーを電源とした場合には、前照灯の明るさを走行速さに関わらず一定に保つことができる。 When a secondary battery is used as a power source for lighting means such as headlamps, a dynamo (generator) that generates power using the rotational force of the wheels while sliding on the wheels is used as the power source for the headlamps. In comparison, the headlamp can be turned on without causing the rider of the battery-assisted bicycle to feel a burden (without exhausting the rider's physical strength for lighting). In addition, when the dynamo is used as a power source, the brightness of the headlamps changes depending on the traveling speed of the vehicle. However, when the battery is used as a power source, the brightness of the headlamps is adjusted to the traveling speed. Regardless, it can be kept constant.
ところで、電動補助自転車においては、バッテリーは主に電動機を駆動させるために使用されるが、電動機の駆動には大きな電力が消費されるため、駆動を継続するにつれバッテリー内に蓄えられた化学エネルギーが電気エネルギー(電力量)に変換されて消費され、次第に電池残量(蓄えられた化学エネルギーや電気エネルギー)が減ってゆく。すると、バッテリーが発生させることのできる電力は、やがて電動機を効果的に駆動するために必要な電力を下回ってしまい、それ以降に電動機の駆動を継続しようとすると、バッテリーを過放電することとなって、バッテリーの寿命を縮めることになってしまう。 By the way, in a battery-assisted bicycle, the battery is mainly used to drive the electric motor. However, since a large amount of electric power is consumed to drive the electric motor, the chemical energy stored in the battery is increased as the driving is continued. It is converted into electric energy (electric power) and consumed, and the remaining battery level (chemical energy and electric energy stored) gradually decreases. Then, the power that can be generated by the battery will eventually fall below the power necessary to drive the motor effectively, and if you continue to drive the motor after that, the battery will be over-discharged. This will shorten the battery life.
このため、電池残量が減ってくると電動機の駆動を停止してバッテリーの過放電を防ぐことが行われているが、バッテリーを電気回路全体から電気的に切り離すことで電動機の駆動を停止するように構成すると、前照灯の電源が回路から切り離されてしまうことになるので、電動機の駆動停止と同時に前照灯の点灯までもが停止(消灯)されてしまう。 For this reason, when the remaining battery level decreases, the drive of the motor is stopped to prevent overdischarge of the battery, but the drive of the motor is stopped by electrically disconnecting the battery from the entire electric circuit. With such a configuration, the power source of the headlamp is disconnected from the circuit, so that the operation of the motor is stopped (turned off) at the same time as the driving of the motor is stopped.
しかし、前照灯は電動機ほど電力を消費しないので、必ずしも電動機の駆動停止と同時に消灯する必要はない。また、電動機の駆動停止と同時に消灯する構成では、乗車者にしてみれば走行中に突然前照灯が消えることになり、夜間の走行時などには危険である。 However, since the headlamps do not consume as much power as an electric motor, it is not always necessary to turn off the lights at the same time as driving of the electric motor is stopped. Further, in the configuration in which the motor is turned off at the same time as the driving of the motor is stopped, the headlight suddenly turns off during traveling for the passenger, which is dangerous when traveling at night.
この問題に対処するものとして、特許文献2に開示された電動補助自転車がある。この電動補助自転車においては、モータ(電動機)の駆動とランプ(前照灯)の点灯とを互いに独立した回路で行うことで、モータの駆動をやめてもランプを点灯することができるようにし、さらにモータの駆動をやめるときの電源電圧とランプを消灯するときの電源電圧とに差をつけて、ランプを消灯するときの電源電圧の方を低くしておくことで、モータの駆動が停止された後にも、少しの間はランプを点灯することができるようにしている。
しかしながら、上記のような特許文献2に記載の電動補助自転車では、バッテリーの電池残量が少なくなってからは長時間にわたって前照灯を点灯し続けることができないという問題がある。以下、この問題について詳しく解説する。
However, the battery-assisted bicycle described in
前照灯は電動機ほどには電力を消費しないといえども、点灯し続けているとやはり電力を消費し続けるので、電動機の駆動を停止していても、前照灯が点灯したままであればバッテリーの電池残量は低下していく。 Even if the headlamp does not consume as much power as the motor, it will continue to consume power if it is lit, so if the headlamp remains on even if the motor is stopped The remaining battery level of the battery will decrease.
特許文献2に記載の電動補助自転車では、図9(a)に示すように、電源電圧が極端に低くなるとランプ(前照灯)を消灯するようにしているので、電動機の駆動が停止された後、前照灯が点灯され続けていると、やがて電池残量が低下して電源電圧が降下し、前照灯も消灯されてしまう。つまり、特許文献2に記載の電動補助自転車では、モータの駆動が停止された後にランプを点灯していられるのは少しの間だけであり、電池残量が少ないまま走行し続けていると、やがて前照灯が消灯されてしまうことは避けられない。
In the battery-assisted bicycle described in
また、図9(b)に示すように、電源電圧が低くなっても前照灯を消灯せず、点灯させ続けたままにすると、前照灯はもう少し長く点灯状態を維持できる。しかしながら、バッテリーの出力電圧が、前照灯が本来必要とする電圧を下回っていると、前照灯は暗くぼんやりとしか点灯できず、しかもやはりこの場合においても前照灯は電力を消費し続けるので、バッテリーの出力できる電圧が0V近くにまで低下してしまう(時点tXに達する)と、もはや点灯状態を維持することはできなくなる(実際には0Vまで減少するまでもなく、より早い段階で点灯状態を維持できなくなる)。なお、このような方法を採用すると、バッテリーや前照灯を定格外の使い方で使用することになるため、バッテリーや前照灯にも負担をかけ、これらの寿命を縮めてしまうことになる。 Further, as shown in FIG. 9 (b), the headlamp can be kept on for a little longer if the headlamp is not turned off even if the power supply voltage is lowered, and is kept on. However, if the output voltage of the battery is lower than the voltage originally required by the headlamp, the headlamp can only be dimly dimly lit, and the headlamp still consumes power in this case. since the output can be voltage of the battery is reduced to nearly 0V (the reach time t X), even without reduced to 0V it is no longer possible to maintain the lighting state (actually, an earlier stage Will not be able to remain lit). If such a method is adopted, the battery and the headlamp are used in an unrated manner, so that a burden is imposed on the battery and the headlamp and the life of the battery and the headlamp is shortened.
よって、電池残量が少ない状態で長距離を電動補助自転車で走行しなければならないときには、従来の電動補助自転車では前照灯を点灯させ続けることができず、夜間には非常に危険なことになる。 Therefore, when it is necessary to run a long distance on a battery-assisted bicycle with a low battery level, a conventional battery-assisted bicycle cannot keep the headlights on, which is very dangerous at night. Become.
また、回生充電を利用して前照灯の点灯時間を伸ばすにしても、従来のやり方では、回生充電が行われるのはブレーキ時、惰性走行時、下り坂走行時などに限られ、平坦な道を人力でペダルを漕いで走行する際には回生充電は行われないため、平坦な道を長時間走行し続ける場合には、やはり前照灯の点灯を継続することができない。 In addition, even if the headlamp lighting time is extended using regenerative charging, in the conventional method, regenerative charging is performed only during braking, coasting, downhill traveling, etc. Since regenerative charging is not performed when traveling on a road with a pedal, the headlamp cannot be turned on again when traveling on a flat road for a long time.
本発明は、このような問題に鑑み、二次電池(を含む蓄電手段)の残量が少ない状態でも、前照灯などの照明手段を点灯させ続けることが可能な電動補助自転車を提供することを目的とする。 In view of such problems, the present invention provides a battery-assisted bicycle that can keep lighting means such as a headlamp on even when the remaining amount of secondary batteries (including power storage means) is low. With the goal.
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に係る発明は、電動機の駆動力によって人力による駆動力を補助しながら走行可能な電動補助自転車であって、蓄電手段を電源として駆動する電動機と、前記蓄電手段を電源として点灯可能な照明手段と、前記照明手段の点灯又は消灯を設定する照明設定手段と、前記蓄電手段の残存容量を検出する残存容量検出手段と、前記電動機及び前記照明手段の動作を制御する動作制御手段と、を有し、前記動作制御手段は、前記残存容量検出手段の検出する前記蓄電手段の残存容量が、予め定めた補助駆動中止値以下であるとき、前記電動機の駆動動作を中止し、前記残存容量検出手段の検出する前記蓄電手段の残存容量が、前記補助駆動中止値以下の、予め定めた点灯回生開始値以下であり、かつ前記照明設定手段が点灯側に設定されているときは、前記電動機の回生制御を行ってブレーキ操作時の回生発電とは異なる点灯回生発電を行い、前記点灯回生発電によって発生する電力により前記照明手段を点灯させ、点灯回生発電の際に動作制御手段の行う電動機の回生制御が、残存容量が減少して点灯開始値に達した状態では、最初は、照明手段を点灯させるために必要な分よりも小さな回生発電量を発生させるように制御し、その後、残存容量が少なくなるほど大きな電力が発生するように徐々に回生発電量を増加させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 of the present invention is a battery-assisted bicycle capable of traveling while assisting the driving force by human power with the driving force of the electric motor, the electric motor driving with power storage means as a power source, and Illuminating means that can be turned on using the power storage means as a power source, illumination setting means for setting on / off of the illumination means, remaining capacity detecting means for detecting a remaining capacity of the power storage means, the electric motor, and the illumination means Operation control means for controlling the operation of the motor, wherein the operation control means is configured such that when the remaining capacity of the power storage means detected by the remaining capacity detection means is less than or equal to a predetermined auxiliary drive stop value, The remaining capacity of the power storage means detected by the remaining capacity detecting means is equal to or less than a predetermined lighting regeneration start value that is equal to or less than the auxiliary drive stop value, and When bright setting means is set to the lighting side, the perform different lighting regenerative power generation and regenerative power generation when performing regenerative control of the electric motor braking operation, the illumination means by the electric power generated by the lighting regenerative power generation In the state where the regenerative control of the motor performed by the operation control means at the time of lighting regenerative power generation has reached the lighting start value with the remaining capacity decreased, at first, than the amount necessary for lighting the lighting means Control is performed to generate a small amount of regenerative power generation, and then the amount of regenerative power generation is gradually increased so that a larger amount of power is generated as the remaining capacity decreases .
上記の電動補助自転車によれば、蓄電手段の残存容量が少なくなり、点灯回生開始値以下となったときには電動機の回生制御を行って点灯回生発電が行われるので、ペダルを踏んでの走行や、押し歩きなどして電動補助自転車の車輪の回転が継続する限り電力を発生させることができ、この結果、蓄電手段の残存容量が少なくなった場合でも、照明手段を長期間点灯させ続けることができる。また、点灯回生発電の際に動作制御手段の行う電動機の回生制御が、残存容量が減少して点灯開始値に達した状態では、最初は、照明手段を点灯させるために必要な分よりも小さな回生発電量を発生させるように制御し、その後、残存容量が少なくなるほど大きな電力が発生するように徐々に回生発電量を増加させることで、点灯回生発電によって発生させる電力の大きさを、蓄電手段の残存容量に応じて必要最低限とすることができる。 According to the above-described battery-assisted bicycle, the remaining capacity of the power storage means decreases, and when the lighting regeneration start value or less is reached, the regeneration control of the motor is performed to perform the lighting regeneration power generation. Electricity can be generated as long as the wheels of the battery-assisted bicycle continue to rotate by pushing, etc., and as a result, even when the remaining capacity of the power storage means decreases, the illumination means can be kept on for a long time. . In addition, the regenerative control of the motor performed by the operation control means during the lighting regenerative power generation is initially smaller than necessary for lighting the lighting means in a state where the remaining capacity has decreased and has reached the lighting start value. Control the power generation amount to generate regenerative power, and then gradually increase the amount of regenerative power generation so that a larger amount of power is generated as the remaining capacity decreases. It can be reduced to the minimum necessary according to the remaining capacity.
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の電動補助自転車であって、補助駆動中止値と点灯回生開始値とが同じ値であることを特徴とする。
このように、蓄電手段の残存容量が、補助駆動中止値と点灯回生開始値とを同じ値にすることにより、電動機の駆動動作の停止時点と点灯回生発電の開始時点とを一致させることができ、電動機の駆動動作の停止による蓄電手段の残容量の低下を抑えながら、照明手段を点灯させ続けることができる。
The invention according to
In this way, the remaining capacity of the power storage means makes the auxiliary drive stop value and the lighting regeneration start value the same value, thereby making it possible to match the stopping time of the driving operation of the motor and the starting time of the lighting regeneration power generation. The lighting means can be kept on while suppressing a decrease in the remaining capacity of the power storage means due to the stop of the driving operation of the electric motor.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の電動補助自転車であって、電動補助自転車の走行速さを検出する走行速さ検出手段を有し、点灯回生発電の際に前記動作制御手段の行う電動機の回生制御が、前記走行速さ検出手段が検出する走行速さが大きいほど、大きな電力を発生させるように行われることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the battery-assisted bicycle according to
走行速さが大きいほど、点灯回生発電で大きな電力が発生するように制御することで、点灯回生発電による車輪やペダルの負荷の増加量を、そのときのペダルの回転負荷に応じて適切に設定することができる。 By controlling the lighting regenerative power generation to generate more power as the travel speed increases, the amount of increase in wheel and pedal loads due to the lighting regenerative power generation is set appropriately according to the pedal rotation load at that time. can do.
また、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電動補助自転車であって、人力による駆動力を検出する人力駆動力検出手段を有し、点灯回生発電の際に前記動作制御手段の行う電動機の回生制御が、前記人力駆動力検出手段が検出する人力駆動力が小さいほど、大きな電力を発生させるように行われることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the battery-assisted bicycle according to any one of
人力駆動力が小さいほど、点灯回生発電で大きな電力が発生するように制御することで、点灯回生発電による車輪やペダルの負荷の増加量を、そのときのペダルの回転負荷に応じて適切に設定することができる。 The smaller the human driving force is, the more power is generated by the regenerative power generation, and the amount of increase in the load of the wheels and pedals due to the regenerative power generation is set appropriately according to the rotation load of the pedal at that time. can do.
本発明に係る電動補助自転車は、点灯回生発電することにより、車輪の回転が継続する限り電力を発生させることができるので、例え蓄電手段の残存容量が少ないときでも、ペダルを踏んでの走行や、押し歩きなどをしていれば、前照灯を点灯させ続けることができて、夜間に電池残量が少ない状態で長距離を移動するときにも安全である。 Since the battery-assisted bicycle according to the present invention can generate electric power as long as the wheel continues to rotate by generating regenerative power generation, even when the remaining capacity of the power storage means is small, even when the pedal is depressed, If you are walking, you can keep the headlights on, and it is safe to move long distances with low battery power at night.
また、電動機の駆動動作の停止時点と点灯回生発電の開始時点とを一致させておくと、蓄電手段の残存容量が減り過ぎていない状態から回生充電を始めることになるので、寿命を縮めるような負担を蓄電手段にかけることがない。 In addition, if the drive operation stop time of the electric motor is coincident with the start time of the regenerative power generation, regenerative charging starts from a state where the remaining capacity of the power storage means is not reduced too much. There is no burden on the power storage means.
また、蓄電手段の残存容量を低下させることなく照明手段を点灯させることができるようにしておくと、点灯回生発電を利用しての走行終了後に蓄電手段の再充電を行う際の、満充電までにかかる時間を短縮することができる。 In addition, if the lighting means can be turned on without reducing the remaining capacity of the power storage means, until full charge is performed when the power storage means is recharged after the travel using the lighting regenerative power generation is completed. It is possible to reduce the time required for
また、点灯回生発電によって発生させる電力の大きさを必要最低限とすることにより、点灯回生発電が開始したときに乗車者が感じる車輪やペダルの負荷を小さく抑えることができる。 Further, by minimizing the amount of electric power generated by the lighting regenerative power generation, it is possible to reduce the wheel and pedal loads felt by the passenger when the light regenerative power generation starts.
点灯回生発電による車輪やペダルの負荷の増加量を、そのときに乗車者の感じている負荷に応じて適切に設定することにより、乗車者に過度の負担をかけることなく前照灯などの照明手段の点灯を継続することができ、かつ効率よく蓄電手段の残存容量の低下を効率よく抑制することができる。 Lighting, such as headlamps, without overloading the rider by appropriately setting the amount of increase in the load on the wheels and pedals due to the regenerative power generation according to the load felt by the rider at that time The lighting of the means can be continued and the decrease in the remaining capacity of the power storage means can be efficiently suppressed efficiently.
[第1の実施の形態]
以下、図1〜図6を参照して本発明の第1の実施の形態を説明する。
<全体構成について>
まず、電動補助自転車の全体構成及び部分構成について、図1〜図3を参照して説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
<About the overall configuration>
First, the whole structure and partial structure of a battery-assisted bicycle will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、本発明の電動補助自転車1は、車体の骨格を成す車体フレーム10を有し、車体フレーム10は前後に延びるメインパイプ19を有する。このメインパイプ19の前部及び後部には、それぞれヘッドパイプ11及びシートパイプ12が設けられている。そして、シートパイプ12の下端部後方には、バックホーク14及びチェーンステー15が設けられている。
As shown in FIG. 1, the battery-assisted
ヘッドパイプ11の上部には、ハンドルステム16が取り付けられており、このハンドルステム16の上端部にはハンドル部20が取り付けられている。また、ヘッドパイプ11の下端部には、フロントホーク17が取り付けられており、このフロントホーク17には、夜間走行時など暗い状況下で点灯させる照明手段である前照灯7(例えばLED灯)が取り付けられている。そして、フロントホーク17の下端部には、前輪4Aが回転自在に軸支されている。
A
この前輪4Aの周辺には、前輪4Aの回転に干渉しないような形で前泥除け5Aが取り付けられており、前輪4Aの回転軸ハブには、モータ(電動機)によって補助駆動力を発生する補助動力部8が取り付けられている。また、前輪4Aの回転に伴って、補助動力部8のモータが前輪4Aと(互いの回転軸を直結して、またはギヤを介して)一体的に回転するよう構成されている。
A
また、シートパイプ12の後方には、補助動力部8や前照灯7の電源として蓄電手段であるバッテリー2(なお、蓄電手段はバッテリー、すなわち二次電池が好適であるが、キャパシタなどであってもよい)が取り付けられている。そして、シートパイプ12の上部には、シートポスト18が取り付けられており、シートポスト18の上部には乗車者が腰掛けるサドル部6が設けられている。また、シートパイプ12の下方には、乗車者の人力駆動力(踏力)が加えられるクランクペダル部30が設けられている。
Behind the
このクランクペダル部30においては、シートパイプ12の下端部が固定されたハンガラグ部(図示せず)により、クランク軸33が回転自在に支持されている。そして、クランクペダル部30において、ペダル31に踏力が加えられたとき、クランク32がクランク軸33の周りで回転し、その回転駆動力が図示しない駆動力伝達機構(チェーンケース34で覆われているチェーンやベルト、及びギヤやスプロケットなど)を介して、バックホーク14及びチェーンステー15(図3を参照)に回転自在に軸支された後輪4Bへ伝えられるように構成されている。
In the
この後輪4Bには、後輪4Bの回転に干渉しないような形で後泥除け5Bが取り付けられており、後泥除け5Bの後部には後ろからの光を反射する後方反射器9が取り付けられている。なお、この後方反射器9は、夜間走行時など暗い状況下で点灯する尾灯であってもよい。
A
以上が電動補助自転車1の全体的な構成である。
The above is the overall configuration of the battery-assisted
<ハンドル部の構成について>
次に、ハンドル部20について図2を用いてより詳しく説明する。
<About the configuration of the handle>
Next, the
図2(a)はハンドル部20を示す図であり、このハンドル部20は、ハンドルステム16の上端部に取り付けられた、左右方向に伸びるハンドルバー22を有し、ハンドルステム16はハンドルバー22をヘッドパイプ11に対して回転自在な姿勢で支持する構成となっている。また、ハンドルバー22の両端のそれぞれには、左ハンドルグリップ23L及び右ハンドルグリップ23Rが取り付けられている。
FIG. 2A is a diagram showing the
ハンドル部20において、2つのハンドルグリップ23L,23R付近には、それぞれ左ブレーキレバー24L及び右ブレーキレバー24Rが設けられている。電動補助自転車1の走行時に、乗車者がこの左ブレーキレバー24Lまたは右ブレーキレバー24Rを操作する(引く)ことにより、前輪4Aまたは後輪4Bの機械ブレーキ機構(図示せず)を動作させ、前輪4Aまたは後輪4Bの回転を抑制して電動補助自転車1の走行に制動をかけることができる。左ブレーキレバー24Lと右ブレーキレバー24Rとのどちらが前輪4Aまたは後輪4Bの機械ブレーキ機構に対応するかについて、特に制限はないが、ここでは右ブレーキレバー24Rが前輪4Aの機械ブレーキ機構、左ブレーキレバー24Lが後輪4Bの機械ブレーキ機構に対応することとする。
In the
本実施の形態においては、電動補助自転車1の走行に制動をかける手段として、機構式のブレーキの他、補助動力部8を回生動作させることによる回生制動(電気式ブレーキ)も用いる。この電気式ブレーキを、ブレーキレバー24L,24Rを操作することで作動させることができるよう、図2(b)に示すように、ブレーキレバー24L,24Rの動きを検出し、その動きに応じた電気信号を出力するブレーキスイッチ24a(リードスイッチなど)がブレーキレバー24L,24Rの近くにそれぞれ取り付けられている。
In the present embodiment, as means for braking the travel of the battery-assisted
また、ハンドルグリップ23Lまたは23R付近のハンドルバー22上(左右のどちらでもよいが、ここでは左側とする)には、手元操作器26が取り付けられている。
Further, a
図2(c)は手元操作器26を示す図であり、手元操作器26には、補助動力部8の補助駆動の動作許可及び動作禁止を操作して指示(ON/OFF)できる補助駆動操作スイッチ71と、補助動力部8の補助駆動の強さや期間などの補助様式(モード)を選択できる補助モード選択スイッチ72と、前照灯7の点灯及び消灯を操作(ON/OFF)できる照明スイッチ73(照明設定部)とが設けられている。
FIG. 2 (c) is a diagram showing the
また、補助駆動操作スイッチ71の付近には、現時点でのバッテリー2の残容量を表示する手元残量表示部75が設けられており、補助モード選択スイッチ72の付近には、現在の補助様式を表示するモード表示部76が設けられている。なお、手元操作器26は簡易的な通信機能と演算機能を有しており、これらの表示内容は、後述する動作制御部40と通信し、演算を行うことによって決定される。
Further, a hand remaining
図2(c)では、各スイッチ71,72,73を押ボタンで構成しており、各表示部75,76を複数のLEDで構成しているが、これらは一例であり、より複雑な操作・表示が可能な構成を使用してもよい。
In FIG. 2 (c), each
また、ハンドル部20には、必要に応じて、乗車者が操作することにより電動補助自転車1の走行速さを調整できる変速機設定部28や、乗車者が操作することで警音を鳴らす警音器29を取り付けてもよい。
In addition, the
また、左右のブレーキバー24L,24Rのそれぞれからは、左右のブレーキバー24L,24Rの機構的な動きを伝えるブレーキワイヤ84L,84R、及び、ブレーキスイッチ24aの出力する電気信号を伝達するブレーキスイッチケーブル85L,85Rが伸びている。また、手元操作器26からは、各スイッチ71,72,73の動きに応じた電気信号をそれぞれ伝える手元操作器ケーブル81,82,83が、それぞれ電動補助自転車1の他の部分に向かって伸びている。
Also, from each of the left and right brake bars 24L and 24R,
また、変速機設定部28を取り付けている場合には、変速機設定部28から変速機設定部28の動きを伝える変速機ワイヤ88が後輪4Bに備え付けられたギヤボックス(図示せず)に伸びており、変速機設定部28の操作に応じてギヤボックス内のギヤの組み合わせを変えることで変速を行うことができる。
When the
なお、ワイヤやケーブルは、情報を伝達することのできるものであれば別のもので代用してもよく、例えば赤外線信号や無線信号を用いたリモートコントローラシステムを用いてもよい。 Note that other wires and cables may be used as long as they can transmit information. For example, a remote controller system using an infrared signal or a radio signal may be used.
以上がハンドル部20の構成である。
The above is the configuration of the
<クランクペダル部およびバッテリーの周辺について>
次に、図3,図4を用いてクランクペダル部30及びバッテリー2周辺の構成を説明する。なお、図3は電動補助自転車1のクランクペダル部周辺を示す図である。また、図4は本実施の形態に係る電動補助自転車1の主要な部分を示すブロック図であり、図4(a)はクランクペダル部30の近くに存在する、動作制御部40と他の各部との電気的な接続関係を、図4(b)はバッテリー2周りの電気的な接続関係を、図4(c)はハンドル部20周りの電気的な接続関係を、図4(d)は前照灯7周りの電気的な接続関係を、図4(e)は補助動力部8周りの電気的な接続関係を、それぞれ表している。
<Crank pedal and battery area>
Next, the configuration around the
バッテリー2はバッテリー係止部2aを有しており、先述の図示しないハンガラグ部の後方に取り付けられたブラケットに載せられた状態で、このバッテリー係止部2aをシートパイプ係止部12aに係止されている。また、バッテリー2の下部には通電接続部2bが設けられており、この通電接続部2bから、バッテリー2に蓄えられたエネルギーを電気エネルギーの形で取り出すことができる。
The
さらに、バッテリー2には、バッテリー2の残存容量を検出する残存容量検出器35(残存容量検出手段)が取り付けられており、この残存容量検出器35には、その表面に残量表示スイッチ35a(図3では押しボタン)及び残量表示部35b(図3では複数のLED)が設けられている。残量表示スイッチ35aが操作される(押される)と、残量表示部35bにバッテリー2の残存容量の目安が(LEDの点灯数や点灯パターンなどによって)表示される。
Furthermore, a remaining capacity detector 35 (remaining capacity detecting means) for detecting the remaining capacity of the
なお、バッテリー2の残存容量を検出する方法としては、バッテリー2の出力電圧を電圧計で検出してもよいし、バッテリーから流れ出る(またはバッテリーに流れ込む)電流を測定し、この電流を積算することで検出してもよい。
As a method for detecting the remaining capacity of the
一方、クランクペダル部30の近くには、電動補助自転車1全体の電気的な動作(補助動力部8の動作や前照灯7の点灯など)を制御する動作制御部40(動作制御手段)が、チェーンカバー34によって保護される形で設けられている。この動作制御部40の上部には電源端子40aが設けられており、この電源端子40aをバッテリー2の通電接続部2bと接続することにより、動作制御部40はバッテリー2より電気エネルギーを受け取り、電気的な動作の制御を行うことが可能となる。また、電源端子40aを通電接続部2bと接続することにより、残存容量検出器35の検出するバッテリー2の残存容量も動作制御部40に伝えられるようになっている。さらに、動作制御部40は、電源端子40aを通電接続部2aに接続したとき、バッテリー2を支える姿勢で保持している。
On the other hand, an operation control unit 40 (operation control means) that controls the electrical operation of the entire battery-assisted bicycle 1 (operation of the
また、クランクペダル部30及びその近傍箇所には、ペダル31に加えられる、人力による駆動力(踏力)を検出する人力駆動力検出器36(人力駆動力検出手段)と、電動自転車1の走行速さを検出する走行速さ検出器37(走行速さ検出手段)とが設けられている。
Further, the
人力駆動力検出器36及び走行速さ検出器37は、クランクペダル部30のクランク軸33付近に取り付けられている。ここで、人力駆動力検出器36は、例えば磁歪センサ(外力の印加によってその透磁率が変化する素材を用い、サーチコイルによって透磁率の変化を磁束の変化として読み取るもの)を用いたり、弾性リング式トルクセンサ(磁性体リングまたは金属リングのトルクによる変位を、コイルなどの磁気検出部材により磁気抵抗の変化として読み取るもの)を用いたりすることで人力駆動力を検出できるようになっている。また、走行速さ検出器37は、例えばロータリーエンコーダなどの回転数検出器で検出したペダルまたは車輪の回転数を基に演算することで走行速さを検出できるようになっている。なお、これら検出器36,37のセンサ部と演算部とは別々の箇所に設けてあってもよく、特にセンサ部はより効果的に検出が行えるように、車輪の近くに取り付けてもよく、必ずしもクランク軸33付近に取り付ける必要はない。
The manpower driving
これら人力駆動力検出器36で検出された人力駆動力に関する検出踏力信号と、走行速さ検出器37で検出された走行速さに関する検出速さ信号は、それぞれ検出踏力伝達ケーブル、検出速さ伝達ケーブル(どちらも図示せず)によって動作制御部40に伝達される。
The detected pedaling force signal related to the human power driving force detected by the human power driving
また、動作制御部40には、検出踏力伝達ケーブル、検出速さ伝達ケーブルのほか、ブレーキワイヤ84、ブレーキスイッチケーブル85、手元操作器ケーブル81,82,83が接続されており、電動補助自転車1の各部の動作状況を受け取るとともに、動作制御部40から電動補助自転車1の各部へ動作制御信号を伝えることができるようになっている。さらに、動作制御部40からは、前照灯ケーブル92、補助動力部ケーブル93がそれぞれ前照灯7、補助動力部8へと伸びており、動作制御部40から前照灯7及び補助動力部8への動作制御信号が伝えられるようになっているとともに、前照灯7及び補助動力部8から動作制御部40へ前照灯7及び補助動力部8の動作状態が電気的に伝えられるようになっている。
In addition to the detection pedaling force transmission cable and the detection speed transmission cable, the
また、各ケーブル(複数の導電線を束ねたもの)は、前照灯7や補助動力部8などの、動作するために電力を必要とする機器にバッテリー2から電力を供給する電源ラインとしての役目も持つ。
Each cable (a bundle of a plurality of conductive wires) serves as a power supply line that supplies power from the
なお、バッテリー2としては、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池を用いることができ、バッテリー2の出力する電圧は、例えば24Vとすることができる。また、バッテリー2を電源として動作する各機器(前照灯7や補助駆動部8、動作制御部40など)とバッテリー2との間には、図4(a)〜(e)に示すように、それぞれインターフェース回路(I/F回路)90〜97が接続されており、これらI/F回路90〜97は、バッテリー2の出力電圧(例えば24V)を個々の機器の定格電圧(例えば前照灯7ならば6V、など)に変圧するようになっている。ただし、電源が不要である機器や、バッテリー2以外の電源で動作する機器の場合には、変圧の必要がないので、これらI/F回路90〜97は必要に応じて設けるとよい。
As the
また、I/F回路90〜97がある場合には、動作制御部40と直接接続されているのはI/F回路90〜97であり、動作制御部40と他の機器とは各I/F回路90〜97を介して電気信号をやりとりすることになる。
Further, when there are the I /
また、動作制御部40は、制御信号によって前照灯7の点灯状態及び消灯状態を適宜切り替えることができ、補助動力部8の動作も制御信号によって適宜変化させることができる。
Further, the
なお、動作制御部40としては、例えば記憶領域(メモリ40a)と、演算部と、その他インターフェースなど周辺回路を備えたマイクロプロセッシングユニット(MPU)を使用することができるが、複数の回路素子を組み合わせ、MPUと同等の機能を実現できるよう構成された電子回路でも代用できる。
As the
また、ここでは変速機設定部28の操作に応じて後輪4Bに備え付けられたギヤボックス内のギヤの組み合わせを変えることで変速を行うことにしているので、動作制御部40は変速機設定部28と電気的に接続されていないが、変速を電気的に制御する場合には、変速機設定部28と動作制御部40とを電気的に接続し、動作制御部が変速制御をも行うようにしてもよい。
Here, since the gear change is performed by changing the combination of the gears in the gear box provided to the
以上がバッテリー2周辺の構成である。
The above is the configuration around the
<動作制御部の制御内容について>
次に、動作制御部40の動作について図4〜図6を用いて説明する。
<About the control contents of the operation control unit>
Next, the operation of the
なお、図5は電動補助自転車1において点灯回生発電を行ったときのバッテリーの残存容量及び点灯回生発電量と時間経過との関係を示す図であり、図6は電動補助自転車1の動作制御部40の動作を示すフローチャートである。以下、図6に示すフローチャートに沿って、図4,図5を参照しながら説明する。
FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the remaining capacity of the battery and the amount of lighting regenerative power generation and the passage of time when the regenerative power generation is performed in the battery-assisted
まず、乗車者が電動補助自転車1に乗車し、乗車者がペダル31を踏んでクランク32を回転させ、走行を開始する(図6のステップS1)。
走行中には、まず補助駆動操作スイッチ71がON状態、すなわち動作許可側となっているか否かが判定される(ステップS2)。補助駆動操作スイッチ71がOFF状態、すなわち動作禁止側のとき(ステップS2−NO)には、補助動力部8の駆動動作を中止する(ステップS3)。
First, the rider gets on the battery-assisted
During traveling, it is first determined whether or not the auxiliary
ここで、補助動力部8の駆動動作を中止する、とは、補助動力部8のモータへの電力供給を取りやめることを意味し、必ずしも中止と同時にモータを完全に停止させる必要は無く、中止後しばらくはモータが慣性で回転していてもよい。
Here, stopping the driving operation of the
すなわち、モータの駆動動作を中止すると同時にモータの回転が完全に停止するわけではなく、前輪4Aが回転していればモータもこれに伴って物理的に回転している。
なお、モータの駆動動作を中止すると同時にモータを前輪4Aから分離できるように構成してあるならば、駆動動作の中止と同時にモータの回転を完全に停止してしまってもよいが、後述する回生動作の際にはモータが前輪4Aと一体的に回転している必要があるので、モータと前輪4Aとを分離できるようにした場合には、回生動作開始時に再びモータが前輪4Aと一体的に回転するよう連結できるようにしておくとよい。
That is, at the same time when the driving operation of the motor is stopped, the rotation of the motor is not completely stopped. If the
If the motor is configured to be able to be separated from the
一方、ステップS2において、スイッチ71がON状態の場合には、ステップS4へ進み、2つのブレーキスイッチ24aのうち少なくとも一方がON状態(ブレーキレバー24L,24Rの少なくとも一方が引かれている)かどうかを判定する。
On the other hand, if the
ステップS4において、2つのブレーキスイッチ24aのうち少なくとも一方がON状態である場合(ステップS4−YES)には、回生発電を行い(ステップS5)、動作制御部40の制御状態は後述するステップS8へ移行する。
In step S4, when at least one of the two
ここで、ステップS5における回生発電の制御方法としては、例えば図4(e)に示す補助動力部8のモータMが3相の電気信号で動作するブラシレスモータである場合には、その回転状態をホール素子などで検出し、モータMの回転状態に応じてI/F回路95に含まれるスイッチング素子のON/OFF期間を制御することで、モータMを発電機として動作させ、回生発電を行い、これによって生じた電力でバッテリー2を充電するという方法がある。このとき、モータMが発電機として動作することにより、モータMの運動エネルギーが電気エネルギーに変換されて、バッテリー2が充電されながら、電動補助自転車1の走行が制動される(すなわち、電動補助自転車1の運動エネルギーが電気エネルギーに変換され、回生制動が行われる)。
Here, as a method for controlling regenerative power generation in step S5, for example, when the motor M of the
一方、ステップS4において、ブレーキレバー24L,24Rが操作されておらずブレーキスイッチ24aがいずれもOFFの場合(ステップS4−NO)には、残存容量検出器35が検出するバッテリー2の残存容量が、予め定めた補助駆動中止値Va(例えば電圧にして12V)より大きいかどうかが判定される(ステップS6)。
On the other hand, when the brake levers 24L and 24R are not operated in step S4 and both the brake switches 24a are OFF (step S4-NO), the remaining capacity of the
ステップS6においてバッテリー2の残存容量が予め定めた補助駆動中止値Va以下であるとき(ステップS6−NO)には、ステップS3へ進んで補助動力部8の駆動動作を中止し、そして後述するステップS8へ移行する。
By the time the remaining capacity of the
一方、ステップS6において、バッテリー2の残存容量が予め定めた補助駆動中止値Vaより大きい場合には、ステップS7へ進み、人力駆動力検出器36の検出する踏力及び走行速さ検出器37の検出する走行速さに応じた回転数、トルクで回転するように、補助動力部8のモータMの動作を制御して補助動力駆動制御を行い、ステップS8へ移行する。
On the other hand, in step S6, when the remaining capacity of the
ここで、ステップS7におけるモータの制御方法としては、例えばPWM制御を採用することができ、図4(e)に示す補助動力部8のモータMが3相の電気信号で動作するブラシレスモータである場合には、モータMの回転状態をホール素子などで検出し、モータMの回転状態に応じてI/F回路95に含まれるスイッチング素子のON/OFF期間を制御することで、モータの動作を制御することができる。また、PWM制御におけるデューティ比を変化させることで、モータMの回転数やトルクを制御することができる。
Here, as a motor control method in step S7, for example, PWM control can be adopted, and the motor M of the
なお、ステップS7においては、人力駆動力検出器の検出する乗車者の踏力や、走行速さ検出器37の検出する走行速さに応じてモータMの回転数やトルクを制御するとよい。このとき、手元操作器26の補助モード選択スイッチ72によって選択されている補助モードに応じて、各モード(例えばトルクは小さいが高速走行ができる「街路走行モード」、速くはないが大きなトルクを発揮できる「登坂モード」など)毎に異なる制御を行ってもよい。
In step S7, the rotational speed and torque of the motor M may be controlled in accordance with the rider's stepping force detected by the human power driving force detector and the traveling speed detected by the traveling
そして、ステップS8では、照明スイッチ73がON状態(点灯側)であるかどうかを判定し、OFF状態(消灯側)であった場合(ステップS8−NO)には、前照灯7を消灯し(ステップS9)、ステップS2へと戻る。
In step S8, it is determined whether or not the
一方、ステップS8において、照明スイッチ73がON状態であった場合(ステップS8−YES)には、前照灯7を点灯し(ステップS10)、ステップS11へ移行する。
ステップS11では、残存容量検出器35が検出するバッテリー2の残存容量が、予め定めた点灯回生開始値Vb(例えば電圧にして8V)より大きいかどうかが判定される。残存容量が点灯回生開始値Vbよりも大きい場合(ステップS11−YES)には、ステップS2へと戻る。
On the other hand, when the
In step S11, it is determined whether or not the remaining capacity of the
一方、ステップS11において、残存容量が点灯回生開始値Vb以下の場合(ステップS11−NO)には、補助動力部8のモータMを回生制御することで点灯回生発電を行い、この点灯回生発電によって生じた電力でバッテリー2を充電するとともに前照灯7を点灯させる(ステップS12)。そして、この場合にも最終的にはステップS2へと戻る。
On the other hand, in step S11, when the remaining capacity is equal to or less than the lighting regeneration start value Vb (step S11-NO), the lighting regenerative power generation is performed by controlling the motor M of the
なお、ステップS12において行われる点灯回生発電は、前照灯7を点灯させるために行われる回生発電であり、ステップS5で行われる、ブレーキ時の回生発電とは異なっている。点灯回生発電においては前照灯7を点灯させるために必要なだけの電力を発生させることができれば十分であるので、点灯回生発電で行われる回生制御は、必要な電力に応じて行えばよい。例えば、ブラシレスモータに対するPWM制御で回生制御が行われている場合には、PWM制御における制御信号のデューティ比を変化させることで、発生する電力の大きさを調整することができる。 The lighting regenerative power generation performed in step S12 is regenerative power generation performed to light the headlamp 7, and is different from the regenerative power generation during braking performed in step S5. In the lighting regenerative power generation, it is sufficient that the power necessary for lighting the headlamp 7 can be generated. Therefore, the regenerative control performed in the lighting regenerative power generation may be performed according to the required power. For example, when the regenerative control is performed by the PWM control for the brushless motor, the magnitude of the generated electric power can be adjusted by changing the duty ratio of the control signal in the PWM control.
そこで、例えば図5(a)に示すように、前照灯7を点灯させるために必要な分(前照灯7の消費電力)と同等の電力を発生するように点灯回生発電を行うとよい。
具体的には、デューティ比の値と発生する電力の大きさとの対応関係(デューティマップ)を予め制御手段40の記憶領域(メモリ)40aに記録しておき、ステップS12ではこのデューティマップを参照して補助動力部8に送る制御信号のデューティ比を変化させればよい。
Therefore, for example, as shown in FIG. 5 (a), it is preferable to perform lighting regenerative power generation so as to generate electric power equivalent to that required for lighting the headlamp 7 (power consumption of the headlamp 7). .
Specifically, a correspondence relationship (duty map) between the value of the duty ratio and the magnitude of generated electric power is recorded in advance in the storage area (memory) 40a of the control means 40, and this duty map is referred to in step S12. The duty ratio of the control signal sent to the
なお、デューティ比と発生する電力の大きさとの対応関係は、電動補助自転車1の走行速さや乗車者の踏力などの要因によって変化する可能性があるので、これらの要因を考慮してデューティマップを予め決めておいてもよいし、走行速さ検出器37などの各種検出器の検出する値を走行中にその都度参照し、その検出する値と現に発生している電力(残存容量検出器35の検出する残存容量の変化を計算することで調べることができる)の大きさとを比較して、デューティマップを補正するようにしてもよい。
Note that the correspondence between the duty ratio and the magnitude of the generated electric power may vary depending on factors such as the traveling speed of the battery-assisted
そして、前照灯7を点灯させるために必要な分と同等の電力を発生するには、前照灯7の単位時間当たりの消費電力量を予め制御手段40の記憶領域に記録しておき、この記録してある前照灯7の単位時間当たりの消費電力量(またはこれに動作制御部40などの回路が消費する電力量を加えた値)に相当する分だけの電力が発生するデューティ比をデューティマップから割り出し、その結果に従って補助動力部8を回生制御すればよい。
And in order to generate | occur | produce the electric power equivalent to what is required in order to light the headlamp 7, the power consumption amount per unit time of the headlamp 7 is previously recorded on the storage area of the control means 40, Duty ratio that generates power corresponding to the recorded power consumption per unit time of the headlamp 7 (or a value obtained by adding this to the power consumed by the circuit such as the operation control unit 40) Is calculated from the duty map, and the
このように点灯回生発電を行うと、走行中にバッテリー2の残存容量が低下していって点灯回生開始値Vbに達したとき(tb)以後は、前照灯7が消費する分の電力は点灯回生発電で賄われることになるので、それ以降はバッテリー2の残存容量を低下させることなく前照灯7を点灯させ続けることができる。これにより、走行停止までバッテリー2の残存容量を少なくとも点灯回生開始値Vb(例えば8V)以上に保つことができるので、また、走行停止後にバッテリー2を再充電する際に、バッテリー2の残存容量を使い果たしてしまった場合と比べて、再充電にかかる時間を短縮することができる。
When lighting regenerative power generation is performed in this way, when the remaining capacity of the
また、従来の電動補助自転車において前照灯を点灯させ続けた場合(図5(a)に点線で示すような制御をした場合)には、バッテリーの残存容量が完全に無くなってしまう時点tX以降には前照灯を点灯させ続けることができないが、本実施の形態の方法を採用することで、時点tX以降にも前照灯を点灯させ続けることができる。 In addition, when the headlamp is kept on in the conventional battery-assisted bicycle (when the control shown by the dotted line in FIG. 5A is performed), the remaining time t X of the battery is completely lost. Although it is impossible to continue to light the headlamp in after, by employing the method of this embodiment, it is possible to continue to light the headlamp also after the time point t X.
しかし、図5(a)に示すような、バッテリー2の残存容量が点灯回生開始値Vbまでに減少したとき(tb)の直後から回生制御によって前照灯7を点灯させるために必要な分と同等の電力を発生させる制御方法では、前述の通りバッテリー2の残存容量を点灯回生開始値Vb以上に保つことができるが、急に回生制動がかかってしまうため、滑らかな走行が阻害され、走行の快適さが損なわれるおそれがある。
However, as shown in FIG. 5A, it is necessary to turn on the headlamp 7 by the regeneration control immediately after the remaining capacity of the
そこで、例えば図5(b)に示すように、バッテリー2の残存容量が点灯回生開始値Vbまでに減少したとき(tb)の直後には点灯回生発電で発生させる電力を小さめにしておき、バッテリー2の残存容量が少なくなっていくほど、点灯回生発電で大きな電力を発生させるように制御する方法を採用してもよい。この方法では、回生制御の強さが緩やかに上昇していくため、滑らかな走行を阻害せず、走行の快適さを維持することができる。
Therefore, for example, as shown in FIG. 5B , immediately after the remaining capacity of the
具体的には、残存容量検出器35の検出するバッテリー2の残存容量とデューティマップとを参照して補助動力部8に送る制御信号のデューティ比を変化させればよい。例えば、バッテリー2の残存容量がどのくらいであればどの程度の電力を発電するべきかを定めた、残存容量と電力との関係表を予め制御手段40の記憶領域に記録しておき、点灯回生制御の際には、まずバッテリー2の残存容量を調べ、現時点で発生させるべき電力が発生できるデューティ比をデューティマップから割り出してその結果に従って補助動力部8を回生制御すればよい。
Specifically, the duty ratio of the control signal sent to the
図5(b)においては、バッテリー2の残存容量が点灯回生開始値Vbまでに減少したところ(tb)から直線的にバッテリー2の残存容量が低下していく場合を想定しており、残存容量が直線的に低下していくに従い、回生発電で発生する電力が直線的に上昇するように制御している。
In FIG. 5B, it is assumed that the remaining capacity of the
なお、バッテリー2の出力が前照灯7を点灯させるために必要な値(例えば電圧にして6V)を下回ることが無いように、バッテリー2の残存容量がある程度まで低くなってしまった場合には、それ以上バッテリー2の残存容量が低下しないようにする必要がある。そのため、図5(b)に示す制御においては、バッテリー2の残存容量がある程度(Vc)まで低下して以降(tc以降)は、前照灯7を点灯させるために必要な分と同等の電力を発生するように制御している。
In the case where the remaining capacity of the
このように点灯回生発電を行うと、バッテリー2の残存容量が点灯回生開始値Vbに達した直後には、電動補助自転車1の運動エネルギーが点灯回生発電のためにそれほど使用されないので、乗車者はしばらくの間、点灯回生発電に伴うペダル回転の負荷の増加を意識せずに走行を続けることができ、快適な走行ができる。
When lighting regenerative power generation is performed in this manner, immediately after the remaining capacity of the
また、例えば図5(c)に示すように、走行速さ検出器37が検出する走行速さが大きいほど、点灯回生発電で大きな電力を発生させるようにしてもよい。
一般に、電動補助自転車1の走行速さが大きい場合には、乗車者はごく弱い踏力で走行速さを維持できるので、回生発電によって多少ペダルの回転負荷が大きくなっても、さして負担にはならない。一方、点灯回生発電を行わなければならない状況では、すでにバッテリー2の残存容量がかなり低下しているので、可能な限り多くの電力を回生発電によって補い、バッテリー2の残存容量のそれ以上の低下を食い止めることが望まれる。そこで、走行速さが大きい場合には、乗車者が負担を感じない程度の限度において、可能な限り大きな電力を点灯回生発電で発生させるようにする。
Further, for example, as shown in FIG. 5C, the larger the traveling speed detected by the traveling
In general, when the traveling speed of the battery-assisted
具体的には、デューティマップを、デューティ比の値と、走行速さと、発生する電力の大きさとの対応関係として制御手段40の記憶領域(メモリ)に記録しておき、ステップS12ではこのデューティマップを参照して補助動力部8に送る制御信号のデューティ比を変化させればよい。
Specifically, the duty map is recorded in the storage area (memory) of the control means 40 as a correspondence relationship between the value of the duty ratio, the traveling speed, and the magnitude of the generated electric power. In step S12, the duty map is recorded. The duty ratio of the control signal sent to the
なお、逆に走行速さが小さい場合には、一般に乗車者はかなり強い踏力を発揮しなければ走行速さを維持できないので、このときには回生発電によるペダルの回転負荷の増加は乗車者にとって大きな負担になる。そこで、図5(c)においては、走行速さが小さい場合には、前照灯7の点灯を維持できる限度において、可能な限り点灯回生発電による発電量を小さくなるよう制御している。 On the other hand, when the traveling speed is low, the rider generally cannot maintain the traveling speed unless he exerts a very strong pedal force. At this time, an increase in the pedal rotation load due to regenerative power generation is a heavy burden on the rider. become. Therefore, in FIG. 5C, when the traveling speed is low, the amount of power generated by the regenerative power generation is controlled to be as small as possible within the limit where the lighting of the headlamp 7 can be maintained.
このように点灯回生発電を行うと、走行速さが小さい場合、すなわち乗車者が感じるペダル回転の負荷が大きいときには点灯回生発電の発電量を小さくすることになるので、点灯回生発電のために乗車者に過度の負担がかかってしまうことを避けることができ、逆に走行速さが大きい場合には、大きな電力を発生させることができるので、バッテリー2の残存容量の低下を効率よく抑制することができる。
When lighting regenerative power generation is performed in this way, when the traveling speed is small, that is, when the pedal rotation load felt by the passenger is large, the power generation amount of the light regenerating power generation is reduced. In other words, it is possible to avoid an excessive burden on the user, and conversely, when the traveling speed is high, a large amount of electric power can be generated, so that the decrease in the remaining capacity of the
また、例えば図5(d)に示すように、人力駆動力検出器36が検出する人力駆動力(踏力)が小さいほど、点灯回生発電で大きな電力を発生させるようにしてもよい。
走行速さが大きいときや、下り坂の走行時など、乗車者がさほど大きな踏力を出さなくとも電動補助自転車1の走行速さを維持できる場合には、回生発電によって多少ペダルの回転負荷が大きくなっても、さして乗車者にとって負担にはならない。一方、点灯回生発電を行わなければならない状況では、すでにバッテリー2の残存容量がかなり低下しているので、可能な限り多くの電力を回生発電によって補い、バッテリー2の残存容量のそれ以上の低下を食い止めることが望まれる。そこで、踏力が小さい場合には、乗車者が負担を感じない程度の限度において、可能な限り大きな電力を点灯回生発電で発生させるようにする。
For example, as shown in FIG. 5 (d), the smaller the human power driving force (stepping force) detected by the human power driving
If the traveling speed of the battery-assisted
具体的には、デューティマップを、デューティ比の値と、人力駆動力と、発生する電力の大きさとの対応関係として制御手段40の記憶領域(メモリ)に記録しておき、ステップS12ではこのデューティマップを参照して補助動力部8に送る制御信号のデューティ比を変化させればよい。
Specifically, the duty map is recorded in the storage area (memory) of the control means 40 as a correspondence relationship between the value of the duty ratio, the human power driving force, and the magnitude of the generated electric power. What is necessary is just to change the duty ratio of the control signal sent to the
なお、逆に踏力が大きい場合は、走行速さが小さい場合や上り坂走行時など、大きな踏力を出さなければ走行速さを維持できない状況であることが多いので、このときには回生発電によるペダルの回転負荷の増加は乗車者にとって大きな負担になる。そこで、図5(d)においては、踏力が大きい場合には、前照灯7の点灯を維持できる限度において、可能な限り点灯回生発電による発電量を小さくなるよう制御している。 On the other hand, when the pedaling force is large, there are many situations where the traveling speed cannot be maintained unless a large pedaling force is applied, such as when traveling speed is low or when traveling uphill. An increase in rotational load is a heavy burden on the passenger. Therefore, in FIG. 5 (d), when the pedaling force is large, control is performed so that the amount of power generated by the regenerative power generation is as small as possible within the limit where the lighting of the headlamp 7 can be maintained.
このように点灯回生発電を行うと、踏力が大きい場合、すなわち乗車者が感じるペダル回転の負荷が大きいときには点灯回生発電の発電量を小さくすることになるので、点灯回生発電のために乗車者に過度の負担がかかってしまうことを避けることができ、逆に踏力が小さい場合には、大きな電力を発生させることができるので、バッテリー2の残存容量の低下を効率よく抑制することができる。
When lighting regenerative power generation is performed in this way, when the pedal force is large, that is, when the pedal rotation load felt by the rider is large, the power generation amount of the light regenerative power generation is reduced. An excessive burden can be avoided, and conversely, when the pedal effort is small, a large amount of electric power can be generated, so that a reduction in the remaining capacity of the
上記のいずれの場合においても、バッテリー2の残存容量が補助動力部8の駆動動作を中止しなければならないほどに低下していても、点灯回生発電を行うことで、走行中は前照灯7を点灯させ続けることができる。
In any of the above cases, even if the remaining capacity of the
以上においては、駆動制御、回生制御の手法としてモータMがブラシレスモータである場合について述べたが、ブラシ付モータを使用した場合であっても、I/F回路95の構成を工夫し、リレーやFETなどのスイッチング素子を用いてモータに流れる電流の方向を制御し、このスイッチング素子のON/OFF期間を制御したり、あるいは制御信号に応じて流れる電流量を調整できるスイッチング素子を用いたりすることによって、モータMの駆動制御、回生制御を行うことができる。
In the above, the case where the motor M is a brushless motor has been described as a method of drive control and regenerative control. However, even when a brushed motor is used, the configuration of the I /
[第2の実施の形態]
なお、第2の実施の形態として、先述の補助駆動中止値Vaと点灯回生開始値Vbとは同じ値(例えば12V)になっていてもよい。この場合、先述のフローチャートと同等の流れで制御を行ってもよいが、補助駆動中止値Vaと点灯回生開始値Vbとが同じ値であるならば、バッテリー2の残存容量検出は一度のフローで1回だけ行えば十分であるので、動作制御部40自身の記憶領域に「電池残量フラグ」を用意して、以下のような流れで、図7に示すフローチャートに沿って制御を行ってもよい。一般に、他の機器の検出結果を受け取るよりも、自身の記憶領域にセットしたフラグを読み取るほうが、高速で処理を行えるので、以下のように制御を行うことで、補助駆動中止値Vaと点灯回生開始値Vbとが異なる場合よりも動作を高速化できる。
[Second Embodiment]
Incidentally, as a second embodiment, the lighting regeneration starting value V b and the auxiliary drive stop value V a of the foregoing may be made the same value (e.g., 12V). In this case, the control may be performed at the foregoing flow chart equivalent to the flow, if the auxiliary driving stop value V a and the lighting regeneration starting value V b have the same value, the
また、このようにして補助動力部8の駆動動作の停止時点(ta)と点灯回生発電の開始時点(tb)とを一致させておくと、バッテリー2の残存容量が極端に減っていない状態から回生充電を始めることになるので、寿命を縮めるような負担をバッテリー2にかけることがない。
In addition, if the stop time (t a ) of the driving operation of the
以下、図7,図8を参照して本発明の第2の実施の形態を説明する。
なお、第2の実施の形態における電動補助自転車1は、図7,図8に係る部分(フローチャートやデューティマップなど)以外に関しては第1の実施の形態における電動補助自転車1と同様の構成になっている。
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The battery-assisted
まず、乗車者が電動補助自転車1に乗車し乗車者がペダル31を踏んでクランク32を回転させ、走行を開始する(図7のステップS21)。
走行中に、補助駆動操作スイッチ71がON(動作許可側)であり、かつブレーキレバー24L,24Rのうち少なくとも一方が操作されてブレーキスイッチ24aがON状態になっているときには(ステップS22−YES)、回生発電を行い(ステップS23)、後述するステップS29へ移行する。
First, the rider gets on the battery-assisted
During traveling, when the auxiliary
一方、ステップS22において、補助駆動操作スイッチ71がOFF(動作禁止側)、またはブレーキレバー24L,24R操作されておらずブレーキスイッチ24aがOFFの場合(ステップS22−NO)には、残存容量検出器35が検出するバッテリー2の残存容量が、予め定めた補助駆動中止値Va(例えば12V)より大きいかどうかが判定される(ステップS24)。
On the other hand, in step S22, when the auxiliary
バッテリー2の残存容量が予め定めた点灯回生開始値Va以下であるとき(ステップS24−NO)、補助動力部8の駆動動作を中止し、さらに動作制御部40の記憶領域(メモリ)内に用意された「電池残量フラグ」を“0”にセットし(ステップS25)、後述するステップS29へ移行する。
When the remaining capacity of the
一方、ステップS24において、バッテリー2の残存容量が予め定めた点灯回生開始値Vbより大きい場合には、「電池残量フラグ」を“1”にセットし(ステップS26)、ステップS27へ移行する。
On the other hand, if the remaining capacity of the
ステップS27では、補助駆動操作スイッチ71がONであるかどうかを判定し、OFFである場合(ステップS27−NO)には、そのまま後述するステップS29へ移行する。
In step S27, it is determined whether or not the auxiliary
ステップS27において、補助駆動操作スイッチ71がONである場合(ステップS27−YES)には、ステップS28へ進み、人力駆動力検出器36の検出する踏力及び走行速さ検出器37の検出する走行速さに応じた回転数、トルクで回転するように、補助動力部8のモータMの動作を制御して補助動力駆動制御を行い、ステップS29へ移行する。
In step S27, when the auxiliary
ステップS29では、照明スイッチ73がON状態(点灯側)であるかどうかを判定し、OFF状態(消灯側)であった場合(ステップS29−NO)には、前照灯7を消灯し(ステップS30)、ステップS22へと戻る。
In step S29, it is determined whether or not the
一方、ステップS29において、照明スイッチ73がON状態であった場合(ステップS29−YES)には、前照灯7を点灯し(ステップS31)、ステップS32へ移行する。
On the other hand, when the
ステップS32では、「電池残量フラグ」が“0”であるかどうかが判定され、“0”でない、すなわち“1”であった場合(ステップS32−NO)、ステップS2へと戻る。 In step S32, it is determined whether or not the “remaining battery flag” is “0”. If it is not “0”, that is, “1” (step S32—NO), the process returns to step S2.
一方、ステップS32において、「電池残量フラグ」が“0”であった場合(ステップS32−YES)には、補助動力部8のモータMを回生制御することで点灯回生発電を行い、この点灯回生発電によって生じた電力でバッテリー2を充電するとともに前照灯7を点灯させる(ステップS33)。そして、この場合にも最終的にはステップS2へと戻る。
On the other hand, when the “battery remaining amount flag” is “0” in step S32 (step S32—YES), the regenerative control is performed on the motor M of the
この場合においても、点灯回生発電を行うことで、走行中は前照灯7を点灯させ続けることができる。また、この場合においても、ステップS33において行う点灯回生発電は、図8に示すように、必要な電力、検出される走行速さや踏力に応じて行うとよい。 Even in this case, the headlamp 7 can be kept lit during traveling by performing the regenerative power generation. Also in this case, the lighting regenerative power generation performed in step S33 may be performed according to the required power, the detected traveling speed and the pedaling force, as shown in FIG.
以上に説明した通り、本発明を用いることにより、従来の電動補助自転車では実現できなかった、バッテリーの電池残量が少なくなって以後の長時間にわたる前照灯の点灯が実現できる。 As described above, by using the present invention, it is possible to realize the lighting of the headlamp for a long time after the battery remaining amount is reduced, which could not be realized with a conventional battery-assisted bicycle.
図5,図8,図9に、各時点における前照灯の点灯状態を示している。図9に示すように、従来の制御方法では、tXの時点以降はどのようにしても前照灯の点灯を継続することができなかったが、本発明によれば、図5,8に示す通り、tXの時点以降においても前照灯の点灯を継続することができる。 5, 8, and 9 show the lighting state of the headlamp at each time point. As shown in FIG. 9, in the conventional control method, was not able to continue lighting of the headlights also be what is after the timing t X, according to the present invention, FIG. 5 and 8 as shown, it can also continue lighting of the headlights in the subsequent time point t X.
なお、以上の実施の形態では、フローチャートに沿って各ステップを順次実行する形で動作制御部40の働きを説明したが、各センサ部からの検出値の受け取りやモータの駆動制御など、継続的に行う必要のある処理はそれぞれ並行して行い、バッテリー2の残存容量低下時や各スイッチの操作時など、所定の条件が成立したときに割り込み処理等の方法によって別処理(補助動力部8の駆動開始/中止処理や前照灯7の点灯/消灯処理など)に移行する形にしてもよい。
In the above embodiment, the operation of the
また、以上の実施の形態では、照明スイッチ73の操作に応じて前照灯7を点灯/消灯しているが、前照灯7に照度センサを設け、電動補助自転車1周囲の明るさに応じて点灯/消灯を行ってもよい。
Further, in the above embodiment, the headlamp 7 is turned on / off according to the operation of the
また、以上の実施の形態では、バッテリー2を電源として点灯する照明手段が前照灯7のみである電動補助自転車1について説明したが、これに限らず、例えば後方反射器9の代わりに尾灯を取り付け、その尾灯がバッテリー2を電源として点灯する場合に、バッテリー2の残存容量が低下してきたら、前照灯だけでなく、尾灯の消費する電力も点灯回生発電で賄うようにしてもよい。車幅灯その他の灯火を有する電動補助自転車についても同じように本発明を適用することができる。
Further, in the above embodiment, the battery-assisted
本発明は、前照灯、尾灯、車幅灯その他の灯火など、照明手段を有する電動補助自転車全般に広く用いることができる。
そのほか、本発明に係る回生制御は、電動機、蓄電手段、及び照明手段を有する移動体などの機器全般に広く用いることが可能である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used for all battery-assisted bicycles having illumination means such as headlamps, tail lamps, vehicle width lamps, and other lights.
In addition, the regenerative control according to the present invention can be widely used for all devices such as a moving body having an electric motor, a power storage unit, and an illumination unit.
1 電動補助自転車
2 バッテリー
4A 前輪
4B 後輪
7 前照灯
8 補助動力部
10 車体フレーム
20 ハンドル部
24L,24R ブレーキレバー
26 手元操作器
30 クランクペダル部
35 残存容量検出器
36 人力駆動力検出器
37 走行速さ検出器
40 動作制御部
71 補助駆動操作スイッチ
72 補助モード選択スイッチ
73 照明スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
蓄電手段を電源として駆動する電動機と、
前記蓄電手段を電源として点灯可能な照明手段と、
前記照明手段の点灯又は消灯を設定する照明設定手段と、
前記蓄電手段の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
前記電動機及び前記照明手段の動作を制御する動作制御手段と、
を有し、
前記動作制御手段は、
前記残存容量検出手段の検出する前記蓄電手段の残存容量が、予め定めた補助駆動停止値以下であるとき、前記電動機の駆動動作を中止し、
前記残存容量検出手段の検出する前記蓄電手段の残存容量が、前記補助駆動停止値以下の、予め定めた点灯回生開始値以下であり、かつ前記照明設定手段が点灯側に設定されているときは、前記電動機の回生制御を行ってブレーキ操作時の回生発電とは異なる点灯回生発電を行い、前記点灯回生発電によって発生する電力により前記照明手段を点灯させ、
点灯回生発電の際に動作制御手段の行う電動機の回生制御が、
残存容量が減少して点灯開始値に達した状態では、最初は、照明手段を点灯させるために必要な分よりも小さな回生発電量を発生させるように制御し、
その後、残存容量が少なくなるほど大きな電力が発生するように徐々に回生発電量を増加させること
を特徴とする電動補助自転車。 An electrically assisted bicycle capable of traveling while assisting the driving force by human power with the driving force of the electric motor,
An electric motor driven by the power storage means as a power source;
Illumination means that can be turned on using the power storage means as a power source;
Lighting setting means for setting on or off of the lighting means;
A remaining capacity detecting means for detecting a remaining capacity of the power storage means;
Operation control means for controlling the operation of the electric motor and the illumination means;
Have
The operation control means includes
When the remaining capacity of the power storage means detected by the remaining capacity detection means is equal to or less than a predetermined auxiliary drive stop value, the drive operation of the motor is stopped,
When the remaining capacity of the power storage means detected by the remaining capacity detection means is less than or equal to a predetermined lighting regeneration start value that is less than or equal to the auxiliary drive stop value and the illumination setting means is set to the lighting side , Performing regenerative control of the electric motor to perform regenerative power generation different from regenerative power generation at the time of brake operation , lighting the illumination means by the electric power generated by the regenerative power generation ,
The regenerative control of the motor performed by the operation control means at the time of lighting regenerative power generation,
In the state where the remaining capacity has decreased and reached the lighting start value, at first, control is performed so as to generate a regenerative power generation amount smaller than that necessary for lighting the lighting means,
Thereafter, the regenerative power generation amount is gradually increased so that a larger amount of electric power is generated as the remaining capacity is reduced .
を特徴とする請求項1に記載の電動補助自転車。 The battery-assisted bicycle according to claim 1, wherein the auxiliary drive stop value and the lighting regeneration start value are the same value.
点灯回生発電の際に前記動作制御手段の行う電動機の回生制御が、前記走行速さ検出手段が検出する走行速さが大きいほど、大きな電力を発生させるように行われること
を特徴とする請求項1または2に記載の電動補助自転車。 Having travel speed detection means for detecting travel speed,
The regenerative control of the electric motor performed by the operation control unit at the time of lighting regenerative power generation is performed so as to generate larger electric power as the traveling speed detected by the traveling speed detection unit is larger. The battery-assisted bicycle according to 1 or 2 .
点灯回生発電の際に前記動作制御手段の行う電動機の回生制御が、前記人力駆動力検出手段が検出する人力駆動力が小さいほど、大きな電力を発生させるように行われること
を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電動補助自転車。 It has human power driving force detection means for detecting driving force by human power,
The regenerative control of the electric motor performed by the operation control unit at the time of lighting regenerative power generation is performed so as to generate larger electric power as the human driving force detected by the human driving force detection unit is smaller. The battery-assisted bicycle according to any one of claims 1 to 3 .
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