JP5279390B2

JP5279390B2 - 電動自転車

Info

Publication number: JP5279390B2
Application number: JP2008197120A
Authority: JP
Inventors: 昌也吉村; 真光枝常; 正人谷田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: JP2010035376A

Description

本発明は、回生充電機能を有する電動自転車に関する。

従来、この種の電動自転車としては例えば、図７，図８に示すように、ペダル１１にかかる踏力を検出し、この踏力に応じた補助動力をモータ１２によって発生し、モータ１２の補助動力により前車輪１３を回転駆動させるものがある。モータ１２は、ブラシレスモータであり、前車輪１３に設けられている。また、フレーム１４には、モータ１２に駆動用の電力を供給する二次電池のバッテリー１５と、前車輪１３に機械的な制動力を付与する前部のブレーキ１６（例えばキャリパーブレーキ等）と、後車輪１７に機械的な制動力を付与する後部のブレーキ１８（例えばローラーブレーキ等）とが設けられている。

ハンドル１９には、前部のブレーキ１６を作動させる一方のブレーキレバー２０と、一方のブレーキレバー２０に連動してオン・オフが切り換えられる一方のブレーキスイッチ２１と、後部のブレーキ１８を作動させる他方のブレーキレバー２２と、他方のブレーキレバー２２に連動してオン・オフが切り換えられる他方のブレーキスイッチ２３とが設けられている。

尚、前部のブレーキ１６と一方のブレーキレバー２０とは一方のブレーキワイヤ２４を介して連動連結され、後部のブレーキ１８と他方のブレーキレバー２２とは他方のブレーキワイヤ２５を介して連動連結されている。また、電動自転車１０には、制動時にモータ１２から発生した電気をバッテリー１５に充電する回生充電機能が備えられている。回生充電機能の作動および停止はブレーキスイッチ２１，２３のオン・オフによって切換えられる。

これによると、乗車者が電動自転車１０を走行させているとき、例えば、一方のブレーキレバー２０のみを操作して一方のブレーキスイッチ２１のみがオフからオンに切り換ると、回生充電機能が働き、モータ１２から発生した電気がバッテリー１５に充電される。

同様に、他方のブレーキレバー２２のみを操作して他方のブレーキスイッチ２３のみがオフからオンに切り換ると、回生充電機能が働き、モータ１２から発生した電気がバッテリー１５に充電される。

同様に、両方のブレーキレバー２０，２２を操作して両方のブレーキスイッチ２１，２３が共にオフからオンに切り換ると、回生充電機能が働き、モータ１２から発生した電気がバッテリー１５に充電される。

尚、電動自転車１０が一定の車速で走行している際、前記一方のブレーキレバー２０のみを操作した場合の回生量と、他方のブレーキレバー２２のみを操作した場合の回生量と、両方のブレーキレバー２０，２２を操作した場合の回生量とは、全て同じ一定の回生量である。また、前部のブレーキ１６の作動による機械式の制動力に加えて、前記のような回生充電によっても、前車輪１３に対して電気式の制動力（以下、回生制動力と言う）が発生する。

また、下記特許文献１には、ブレーキ操作量に応じたブレーキ信号を出力するブレーキスイッチと、ブレーキ信号に基づいて判断されるブレーキ操作量の変化量に応じて回生量（回生デューティ）を決定する回生デューティマップとを有し、ブレーキ操作量の変化量が大きいほど回生量を大きくする点が開示されている。
特開２００３−２０４６０２号公報

しかしながら前記図７，図８に示した従来形式では、電動自転車１０が一定の車速（走行速度）で走行している際、一方のブレーキレバー２０のみを操作した場合と、他方のブレーキレバー２２のみを操作した場合と、両方のブレーキレバー２０，２２を共に操作した場合との、いずれの場合においても回生量は一定の回生量であるため、回生充電による電気式の制動力を変えることはできず、一方および他方のブレーキレバー２０，２２のいずれか片方のみを操作した場合であっても、いきなり大きな回生制動力が発生し、回生充電開始時のショックが大きくなるといった問題がある。

また、前記特許文献１に記載のものでは、ブレーキ操作量を検出するストロークセンサやブレーキスイッチの抵抗値（ブレーキ信号）を検出する回路等が必要になるため、構成が複雑でコストが高くなるという問題がある。

本発明は、簡単な構成で且つ低コストで、回生充電開始時のショックを低減することが可能な電動自転車を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本第１発明における電動自転車は、制動時に、モータから発生した電気をバッテリーに充電する回生充電機能を備えた電動自転車であって、
制御装置は、いずれか片方のブレーキ操作手段が操作されていずれか片方のブレーキスイッチのみが切り換えられたときの回生量を、両方のブレーキ操作手段が操作されて両方のブレーキスイッチが切り換えられたときの回生量よりも小さくし、車速が所定の低速値未満の低速領域および所定の高速値を超える高速領域において、回生充電を行わないものである。

これによると、いずれか片方のブレーキ操作手段のみが操作された場合に回生充電によって発生する回生制動力（電気式の制動力）は両方のブレーキ操作手段が共に操作された場合に回生充電によって発生する回生制動力よりも小さくなり、したがって、簡単な構成で且つ低コストで、いずれか片方のブレーキ操作手段のみを操作した際の回生充電開始時のショックを低減することができる。

また、両方のブレーキ操作手段を共に操作した場合は、いずれか片方のブレーキ操作手段のみを操作した場合に比べて、回生量が増大するため、回生充電によって大きな回生制動力が発生する。

以上のように本発明によると、制御装置は、いずれか片方のブレーキ操作手段のみが操作された場合の回生量を、両方のブレーキ操作手段が共に操作された場合の回生量よりも小さくする。これにより、回生制動力も小さくなり、簡単な構成で且つ低コストで、いずれか片方のブレーキ操作手段のみを操作した際の回生充電開始時のショックを低減することができる。

本第１発明における電動自転車は、補助動力を発生するモータと、モータに駆動用の電力を供給するバッテリーと、一方および他方のブレーキと、一方のブレーキを操作する一方のブレーキ操作手段と、他方のブレーキを操作する他方のブレーキ操作手段と、一方のブレーキ操作手段に連動して切り換えられる一方のブレーキスイッチと、他方のブレーキ操作手段に連動して切り換えられる他方のブレーキスイッチと、制御装置とが設けられ、制動時に、モータから発生した電気をバッテリーに充電する回生充電機能を備えた電動自転車であって、
前記制御装置は、いずれか片方のブレーキ操作手段が操作されていずれか片方のブレーキスイッチのみが切り換えられたときの回生量を、両方のブレーキ操作手段が操作されて両方のブレーキスイッチが切り換えられたときの回生量よりも小さくし、車速が所定の低速値未満の低速領域および所定の高速値を超える高速領域において、回生充電を行わないものである。

これによると、乗車者が電動自転車を走行させながら一方および他方のブレーキ操作手段のうちのいずれか片方のブレーキ操作手段のみを操作した場合、操作された片方のブレーキ操作手段に対応する片方のブレーキスイッチのみが切り換えられて、回生充電が開始される。

また、一方および他方のブレーキ操作手段を両方とも操作した場合、両方のブレーキスイッチが共に切り換えられて、回生充電が開始される。
前記のようなブレーキ操作手段の操作において、制御装置は、いずれか片方のブレーキ操作手段のみが操作された場合の回生量を、両方のブレーキ操作手段が共に操作された場合の回生量よりも小さくする。これにより、回生充電によって発生する回生制動力も小さくなり、簡単な構成で且つ低コストで、いずれか片方のブレーキ操作手段のみを操作した際の回生充電開始時のショックを低減することができる。

本第２発明における電動自転車は、制御装置は、いずれか片方のブレーキスイッチのみが切り換えられたときの第１の回生デューティを、両方のブレーキスイッチが切り換えられたときの第２の回生デューティよりも小さくし、所定の低速値から所定の高速値の直前までの範囲において、第２の回生デューティを一定値に保ち、所定の高速値の直前の所定範囲において、第２の回生デューティを一定値から低下させるものである。

これによると、制御装置は、いずれか片方のブレーキ操作手段のみが操作された場合の回生デューティを、両方のブレーキ操作手段が共に操作された場合の回生デューティよりも小さくする。これにより、回生充電によって発生する回生制動力も小さくなり、簡単な構成で且つ低コストで、いずれか片方のブレーキ操作手段のみを操作した際の回生充電開始時のショックを低減することができる。

また、両方のブレーキ操作手段を共に操作することにより、いずれか片方のブレーキ操作手段のみを操作した場合に比べて、回生デューティが増大するため、回生充電によって大きな回生制動力が発生する。

本第３発明における電動自転車は、制御装置は、いずれか片方のブレーキスイッチのみが切り換えられたときの回生デューティを、両方のブレーキスイッチが切り換えられたときの回生デューティの半分の値にするものである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。尚、先に説明した従来の形式と同じ構成のものについては、同一の符号を付記して詳細な説明を省略する。
図１に示すように、ハンドル１９には、操作盤４０と、前部のブレーキ１６（一方のブレーキの一例）を操作する一方のブレーキレバー４１（一方のブレーキ操作手段の一例）と、後部のブレーキ１８（他方のブレーキの一例）を操作する他方のブレーキレバー４２（他方のブレーキ操作手段の一例）と、一方のブレーキレバー４１に連動してオン・オフが切り換えられる一方のブレーキスイッチ４３と、他方のブレーキレバー４２に連動してオン・オフが切り換えられる他方のブレーキスイッチ４４とが設けられている。

図２に示すように、両ブレーキレバー４１，４２についてはそれぞれ、各ブレーキレバー４１，４２を操作していない開放位置Ａと、機械式のブレーキ１６，１８が作動する作動開始位置Ｂと、ブレーキスイッチ４３，４４のオン・オフが切換えられるスイッチ切換位置Ｃと、各ブレーキレバー４１，４２を最大ストローク操作したときの最大操作位置Ｄとが設定されている。スイッチ切換位置Ｃは開放位置Ａと作動開始位置Ｂとの間の遊びの範囲Ｓ１内に設定されている。尚、開放位置Ａとスイッチ切換位置Ｃとの間は各ブレーキスイッチ４３，４４がオフに保たれ、スイッチ切換位置Ｃと最大操作位置Ｄとの間は各ブレーキスイッチ４３，４４がオンに保たれる。

また、前記操作盤４０には、主電源をオン・オフする電源ボタン５１が設けられている。
図３に示すように、電動自転車１０には、制動時に、モータ１２（例えば三相のブラシレスモータ）から発生した電気をバッテリー１５に充電する回生充電機能と、ブレーキスイッチ４３，４４のオン・オフに基づいて回生充電機能の作動および停止を切換える制御装置４６と、電動自転車１０の車速（走行速度）を検出する速度センサ４７と、ペダル１１に作用するトルクを検出するトルクセンサ４８とが備えられている。

制御装置４６は、ドライブ回路４９によりモータ１２をＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）しており、両方のブレーキスイッチ４３，４４が共にオフであれば、回生充電を行なわず、少なくともいずれか片方のブレーキスイッチ４３，４４がオンに切り換えられると、回生充電機能を働かせて回生充電を行なうように制御する。

さらに、制御装置４６は、両ブレーキスイッチ４３，４４のいずれか片方のみがオンに切り換えられた場合の第１の回生デューティの値を、両方のブレーキスイッチ４３，４４が共にオンに切り換えられた場合の第２の回生デューティの値よりも小さくしている。すなわち、第２の回生デューティの値を１００％に設定し、第１の回生デューティの値を第２の回生デューティの半分の５０％に設定している。

図４に示すグラフは、電動自転車１０の車速と回生デューティとの関係を示す回生デューティマップであり、グラフＧ１はブレーキスイッチ４３，４４のいずれか片方のみがオンに切り換えられたときの第１の回生デューティＫ１を示し、グラフＧ２は両方のブレーキスイッチ４３，４４が共にオンに切り換えられたときの第２の回生デューティＫ２を示している。制御装置４６は、速度センサ４７によって検出された車速に対して、図４に示すような回生デューティの値をドライブ回路４９に出力する。

また、図５に示すグラフは、電動自転車１０の車速と回生制動パワー（すなわち回生充電される電力）との関係を示すものであり、グラフＧ３は両ブレーキスイッチ４３，４４のいずれか片方のみがオンに切り換えられたときに発生する制動パワーを示し、グラフＧ４は両方のブレーキスイッチ４３，４４が共にオンに切り換えられたときに発生する制動パワーを示している。

前記図４，図５の各グラフに示されるように、電動自転車１０の車速が所定の低速値ＶＬ（例えば約５ｋｍ／時）未満の低速領域又は所定の高速値ＶＨ（例えば約２６ｋｍ／時）を超える高速領域では、制御装置４６は回生充電を行なわない。

また、図４のグラフＧ２に示すように、制御装置４６は、所定の低速値ＶＬから所定の高速値ＶＨの直前までの範囲において、第２の回生デューティを１００％に保っているが、所定の高速値ＶＨの直前の所定範囲Ｅにおいて、第２の回生デューティを１００％から漸次低下させている。

次に、前記制御装置４６による制御について図６のフローチャートを参照して説明する。
制御装置４６は主電源がオンされたかを判断し（ステップ−１）、オンの場合は、速度センサ４７によって検出される電動自転車１０の車速が所定の低速値ＶＬ以上で且つ所定の高速値ＶＨ以下の範囲内にあるかを判断する（ステップ−２）。前記車速が前記の範囲内にある場合、両ブレーキスイッチ４３，４４のうちの少なくともいずれか片方がオンに切り換えられているかを判断し（ステップ−３）、オンに切り換えられている場合、両方のブレーキスイッチ４３，４４が共にオンに切り換えられているかを判断する（ステップ−４）。

両方のブレーキスイッチ４３，４４が共にオンに切り換えられている場合、回生指令値を第２の回生デューティ（＝１００％）に設定し（ステップ−５）、第２の回生デューティをドライブ回路４９に出力する（ステップ−６）。

また、前記ステップ−４において、両ブレーキスイッチ４３，４４のうちのいずれか片方のみがオンに切り換えられた場合、回生指令値を第１の回生デューティ（＝５０％）に設定し（ステップ−７）、第１の回生デューティをドライブ回路４９に出力する（ステップ−８）。

また、前記ステップ−３において、両方のブレーキスイッチ４３，４４が共にオフの場合、回生充電を行なわず、トルクセンサ４８によって検出されるトルクに応じてモータ１２の駆動を制御する（ステップ−９）。

前記のような制御によると、乗車者が、電源ボタン５１を押して主電源をオンにし（ステップ−１）、電動自転車１０を走行させ、この時の電動自転車１０の車速が所定の低速値ＶＬ以上で且つ所定の高速値ＶＨ以下の範囲内にある場合（ステップ−２）、乗車者が一方のブレーキレバー４１のみを操作して一方のブレーキスイッチ４３のみがオフからオンに切り換えられると（ステップ−３，４）、回生指令値が第１の回生デューティ（＝５０％）に設定され（ステップ−７）、第１の回生デューティがドライブ回路４９に出力され（ステップ−８）、第１の回生デューティで回生充電が開始される。

また、走行中、乗車者が他方のブレーキレバー４２のみを操作して他方のブレーキスイッチ４４のみがオフからオンに切り換えられた場合も同様に、第１の回生デューティがドライブ回路４９に出力され、第１の回生デューティで回生充電が開始される。

また、電動自転車１０で走行中に、乗車者が両方のブレーキレバー４１，４２を共に操作して両方のブレーキスイッチ４３，４４が共にオフからオンに切り換えられると（ステップ−４）、回生指令値が第２の回生デューティ（＝１００％）に設定され（ステップ−５）、第２の回生デューティがドライブ回路４９に出力され（ステップ−６）、第２の回生デューティで回生充電が開始される。

これにより、両ブレーキレバー４１，４２のうちのいずれか片方のみを操作した場合における回生量は両方のブレーキレバー４１，４２を共に操作した場合における回生量よりも小さくなる。このため、図５のグラフに示すように、両ブレーキレバー４１，４２のうちのいずれか片方のみを操作した場合に発生する回生制動力（グラフＧ３参照）は、両方のブレーキレバー４１，４２を共に操作した場合に発生する回生制動力（グラフＧ４参照）よりも小さくなる。したがって、簡単な構成で且つ低コストで、両ブレーキレバー４１，４２のうちのいずれか片方のみを操作した際の回生充電開始時のショックを低減することができる。

特に、図２に示すように、両ブレーキレバー４１，４２のうちのいずれか片方のみをスイッチ切換位置Ｃと作動開始位置Ｂとの間の所定範囲Ｓ２内まで操作した際の回生充電開始時のショックを低減することができる。

また、両方のブレーキレバー４１，４２を共に操作することにより、いずれか片方のみを操作した場合に比べて、回生デューティが増大する（第２の回生デューティ＞第１の回生デューティ）ため、大きな回生制動力が発生する。

尚、前記実施の形態では、第１の回生デューティを５０％、第２の回生デューティを１００％に設定しているが、５０％および１００％という数値に限定されるものではなく、また、第１の回生デューティは第２の回生デューティの半分の値に限定されるものでもなく、第１の回生デューティが第２の回生デューティよりも小さな値であればよい。

また、前記実施の形態では、図７に示すように、モータ１２による補助動力を前車輪１３に付与しているが、前記補助動力をチェン５５に付与したり或いは後車輪１７に付与してもよい。

本発明は、回生充電機能を有する電動自転車に適しており、二輪車タイプのみならず三輪車タイプにも適用できる。

本発明の実施の形態における電動自転車のハンドル部分の拡大図同、電動自転車のブレーキレバーの拡大図同、電動自転車の制御系のブロック図同、電動自転車の車速と回生デューティとの関係を示すグラフ同、電動自転車の車速と制動パワーとの関係を示すグラフ同、電動自転車の制御装置による制御方法を示すフローチャート従来の電動自転車の側面図同、電動自転車のハンドル部分の拡大図

符号の説明

１０電動自転車
１２モータ
１５バッテリー
１６前部のブレーキ（一方のブレーキ）
１８後部のブレーキ（他方のブレーキ）
４１一方のブレーキレバー（一方のブレーキ操作手段）
４２他方のブレーキレバー（他方のブレーキ操作手段）
４３一方のブレーキスイッチ
４４他方のブレーキスイッチ
４６制御装置

Claims

補助動力を発生するモータと、モータに駆動用の電力を供給するバッテリーと、一方および他方のブレーキと、一方のブレーキを操作する一方のブレーキ操作手段と、他方のブレーキを操作する他方のブレーキ操作手段と、一方のブレーキ操作手段に連動して切り換えられる一方のブレーキスイッチと、他方のブレーキ操作手段に連動して切り換えられる他方のブレーキスイッチと、制御装置とが設けられ、制動時に、モータから発生した電気をバッテリーに充電する回生充電機能を備えた電動自転車であって、
前記制御装置は、いずれか片方のブレーキ操作手段が操作されていずれか片方のブレーキスイッチのみが切り換えられたときの回生量を、両方のブレーキ操作手段が操作されて両方のブレーキスイッチが切り換えられたときの回生量よりも小さくし、車速が所定の低速値未満の低速領域および所定の高速値を超える高速領域において、回生充電を行わないことを特徴とする電動自転車。
制御装置は、いずれか片方のブレーキスイッチのみが切り換えられたときの第１の回生デューティを、両方のブレーキスイッチが切り換えられたときの第２の回生デューティよりも小さくし、所定の低速値から所定の高速値の直前までの範囲において、第２の回生デューティを一定値に保ち、所定の高速値の直前の所定範囲において、第２の回生デューティを一定値から低下させることを特徴とする請求項１記載の電動自転車。
制御装置は、いずれか片方のブレーキスイッチのみが切り換えられたときの第１の回生デューティを、両方のブレーキスイッチが切り換えられたときの第２の回生デューティの半分の値にすることを特徴とする請求項２記載の電動自転車。