TWI225015B - Power control circuit for a bicycle electromotive unit - Google Patents

Description

1225015 A7 _B7_ 五、發明説明（i ) 發明所屬技術領域 本發明涉及驅動控制電路，特別是，接受來自自行車 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 用發電器的電力對自行車用電動單元進行驅動控制的電路 〇 現有技術 作爲自行車，安裝有用來點亮前燈的發電器，將發電 器所發出的電力供給前燈。 現有的這種裝置，有特開平5 - 238447號公報和特開 2000 - 625 23號公報所公開的裝置。前一公報所公開的裝 置’對電池的端子電壓進行檢測，根據該檢測結果對發電 器的激磁電流進行控制，以此減輕乘車人身體的疲勞並穩 定前燈的亮度。而後一公報所公開的裝置，設有充電用電 容器’發電器的發電量較少時由充電用電容器向前燈供給 電力。 發明要解決的問題 經濟部智慧財4局員工消費合作社印製 最近的自行車中’作爲靠發電器進行驅動的設備，除 了前燈之外，還具有使電動變速器變速的執行器和用來對 電動懸架裝置的阻尼進行調整的執行器，或者自行車計算 機控制的轉向尾燈等（以下，將這些設備稱作電動單元） 。這些電動單元在驅動電壓小於既定電壓時，工作將變得 不穩定。例如，以電動機作爲執行器爲例，驅動電壓降低 將導致旋轉速度變慢，從而發生諸如，不能夠以正常速度 本紙張尺度適用中ϋϋ家鮮（CNS )从胁（21；^297公羞） -4 - 1225015 A7

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) X作、電動變速器在變速過程中停止工作、電動懸架裝置 的執行器在中途無法動作，等不良現象。在電動單元中使 用微計算機的場合，有時會導致誤動作。而作爲轉向尾燈 ’會由於亮度不夠而降低可識別性。 而前述的現有裝置，並未將執行器等作爲負載（受驅 動設備），因此，不能解決上述問題。 本發明的任務是，防止在充電電池的充電電壓降低時 發生電動單元誤動作等現象。 本發明的另一個任務是，防止對充電電池過充電以防 止電動單元誤動作。 實現發明任務的裝置 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 方案1所涉及的驅動控制電路，作爲接受來自自行車 用發電器的電力並對自行車用電動單元進行驅動控制的電 路，具有，以自行車用發電器充電的充電電池，設置在前 述充電電池與前述電動單元之間的第1開關裝置，對充電 電池的充電電壓進行檢測的充電電壓檢測裝置，以及，控 制裝置。作爲控制裝置，只要充電電壓檢測裝置所檢測到 的充電電壓不大於第1基準電壓便使第1開關裝置關斷而 禁止向電動單元供給電力，而只要充電電壓超過第1基準 電壓便使第1開關裝置導通而允許向電動單元供給電力。 在該驅動控制電路中，靠發電器向諸如電容器等充電 電池進行充電。並且，對電動單元以該充電電池所供給的 電力進行驅動。此時，對充電電池的充電電壓以充電電壓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） -5- 1225015 A7 B7 五、發明説明（3) 檢測裝置進行檢測。並且，只要充電電壓不大於第1基準 電壓便使第1開關裝置關斷，禁止向電動單元供給電力。 而只要充電電壓超過第1基準電壓便使第1開關裝置導通 ’向電動單元供給電力。 在這裡，由於只要充電電壓不大於第1基準電壓便禁 止向電動單元供給電力，因此，能夠防止電動單元誤動作 〇 方案2所涉及的驅動控制電路，如方案1的電路，作 爲控制裝置，在充電電壓超過第1基準電壓之後只要降低 到比第1基準電壓低的第2基準電壓以下便使第1開關裝 置關斷而禁止向電動單元供給電力。 在這裡，在充電電壓一旦超過了第1基準電壓之後， 是以不大於比第1基準電壓低的第2基準電壓的電壓作爲 閾値進行通斷的控制的，即，用來進行通斷控制的閾値具 有滯後性。也就是說，雖然對電動單元進行驅動時充電電 壓將降低，但是以比此時的電壓足夠低的電壓作爲第2基 準電壓的。因此，能夠避免通斷控制不穩定。 方案3所涉及的驅動控制電路，如方案1或2的電路 ，還具有，設置在發電器與充電電池之間的第2開關裝置 。並且，作爲控制裝置，只要充電電壓不大於第1基準電 壓或第2基準電壓便使第2開關裝置導通以對充電電池進 行充電，只要超過高於第1基準電壓的第3基準電壓便使 第2開關裝置關斷而停止對充電電池充電。 在這裡，只要充電電壓不大於第1基準電壓或第2基 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 争 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 1225015 A7 B7 五、發明説明（4) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 準電壓便能夠對充電電池充電，而只要充電電壓超過高於 第1充電電壓的第3充電電壓便停止充電。因此，能夠防 止充電電壓太高而保護充電電池。還能夠保護設置在充電 電路和電動單元內的電路。還能夠使電動單元工作穩定。 方案4所涉及的驅動控制電路，如方案1〜3之一的 電路，第1及第2開關裝置是晶體管器件。此時，可做到 體積小、重量輕、壽命長，開關速度也快。 方案5所涉及的驅動控制電路，如方案1〜4之一的 電路，充電電池是電容器元件。此時，與充電電池相比壽 命長，具有超過電動單元壽命的10年左右的耐久性。 方案6所涉及的驅動控制電路，如方案1〜5之一的 電路，第1開關裝置設置在電動單元的內部。 有的電動單元，其內部設有開關器件。因此’可將該 開關器件作爲第1開關器件加以利用。 圖面的簡單說明 圖1是採用本發明一實施形式的系統圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2是上述系統動作的說明用圖。 圖號說明 1 發電器 3 電動單元 4 驅動控制電路 10 充電用電容器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） '~ 1225015 A7 ____B7_ 五、發明説明（5) 11 ' 12 第1、2開關器件 15、16 第1、2比較器 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 17 基準電壓發生電路 發明的實施形式 圖1是採用本發明一實施形式的自行車的電動驅動系 統的示意圖。 該系統具有，作爲發電機的發電器丨、整流電路2、 電動單元3、以及、設置在整流電路2與電動單元3之間 的驅動控制電路4。 發電器1是例如內裝於自行車的前輪的輪轂中的輪轂 發電器。整流電路2是用來對發電器1輸出的交流電進行 整流的電路，由二極管橋式電路和濾波電容等構成。電動 單元3是前燈、電動變速裝置和電動懸架裝置的執行器等 ，以驅動控制電路4對它們進行驅動控制。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 驅動控制電路4具有，充電用電容器10、設置在充 電用電容器1 0與電動單元3之間的第1開關器件11、設 置在整流電路2與充電用電容器10之間的第2開關器件 1 2、以及、具有充電電壓檢測功能的控制電路1 3。第1 開關器件1 1和第2開關器件1 2分別由場效應晶體管構成 ，當閘極上所施加的電平爲高電平"H"時導通，爲”Ln時關 斷。 控制電路13具有，第1及第2比較器15、16，用來 向各第1及第2比較器15、16提供基準電壓的基準電壓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8 - 1225015 A7 B7 五、發明説明（6) 發生電路Π ’串聯在第1比較器1 5的輸出端上的倒相器 1 8，以及，串聯在第2比較器1 6的輸出端上的緩衝器1 9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇 第1及第2比較器1 5、1 6的反相端上施加有充電電 壓Vc，正相端上施加有來自基準電壓發生電路17的基準 電壓。作爲基準電壓發生電路17，對第1比較器15通常 施加第1基準電壓VH，當充電電壓Vc —旦超過第1基準 電壓VH則施加低於第1基準電壓VH的第2基準電壓VL 。而且，該基準電壓發生電路17，對第2比較器16施加 比第1基準電壓VH還高的第3基準電壓VHH。 對如上構成的電路的工作原理，結合圖2的流程圖進 行說明。該圖2的流程圖是用來說明工作原理的，未示出 微計算機的控制處理。 在第1及第2比較器1 5、1 6的反相端上總是施加有 充電用電容器10正在被充電時的電壓Vc，將該充電電壓 Vc與基準電壓Vh ( VL ) 、VHH分別進行比較。即，對 充電電壓Vc以這些第1及第2比較器1 5、1 6進行檢測。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因長期放置而放電或驅動大負荷等原因導致充電電壓 Vc降低到第1基準電壓vh以下的場合，進行圖2中的步 驟S1到步驟s 2的動作。此時，第1比較器15的輸出爲 高電平（以下記作"H")，該信號經倒相器1 8倒相爲低電 平（以下記作"L”）而施加在第1開關器件1 1的閘極上。 於是’第1開關器件11關斷，充電電壓不能向電動單元 3供給。即，禁止電動單元3工作。 本紙張尺度適用中^( CNS 210X297公釐） " -9- 1225015 A7 B7 五、發明説明（7) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 另一方面，由於第2比較器1 6的正相端上施加有高 於第1基準電壓VH的第3基準電壓VHH，因此，當充電 電壓Vc低於第1基準電壓VH時，第2比較器16的輸出 將爲π Η"。該"Η"信號經由緩衝器1 9施加在第2開關器件 1 2的閘極上。因此，第2開關器件1 2導通，處於發電器 1可對充電用電容器1 〇充電的狀態。 之後，當充電用電容器10被充電而充電電壓VC超過 第1基準電壓VH時，進行步驟S1到步驟S3的動作。 此時，由於施加在第1比較器1 5的反相端上的充電 電壓Vc超過了第1基準電壓VH，因此，第1比較器15 的輸出成爲"L”，該1"信號經倒相器18倒相而成爲"H"施 加在第1開關器件1 1的閘極上。於是，第丨開關器件1 i 導通，處於可向電動單元3供給充電電壓的狀態。即，允 許電動單元3工作。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面，充電電壓Vc經第2比較器16與第3基準 電壓VHH進行比較，其輸出在超過第3基準電壓VHH之 前一直與上述同樣爲"H"。因此，第2開關器件1 2仍保持 導通，仍處於可對充電用電容器1 0進行充電的狀態。

充電電壓Vc —旦超過第1基準電壓VH之後，第1 比較器1 5的正相端上所施加的基準電壓將變爲第2基準 電壓VL。並且，當在該狀態下充電電壓Vc降低到第2基 準電壓VL以下時，進行步驟S4到步驟S5的動作。如前 所述，第2基準電壓VL的電壓値低於第1基準電壓VH 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公嫠） -10- 1225015 A7 B7 五、發明説明（8) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此時，第1比較器15的輸出變爲”H"，經倒相器18 倒相爲"L"而施加在第1開關器件1 1的閘極上。因此，第 1開關器件1 1關斷，再次禁止電動單元3工作。 在這裡，對於電動單元3，最好是，在向電動單元3 供給電力被禁止之前，事先對電動單元3上的設備作好控 制。例如，對於電動變速器，最好是使變速器移動到負荷 最輕的變速級之後禁止電力的供給。而在這種情況下，作 爲電動單元3，也有必要監視充電電壓，對驅動控制電路 4的控制處理進行預測。 而當充電電壓Vc超過第3基準電壓VHH時，進行步 驟S6到步驟S7的處理。第3基準電壓VHH是電壓値大 於第1基準電壓VH的電壓。 此時，對於第1比較器15來說，由於充電電壓Vc超 過了第1基準電壓VH，因此，第1比較器15的輸出變成 "L"，經倒相器18倒相爲〃H"而施加在第1開關器件Π的 閘極上。於是，第1開關器件1 1導通，允許電動單元3 工作。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 而對於第2比較器1 6，由於施加在反相端上的充電 電壓Vc超過了第3基準電壓VHH’故其輸出爲L 。因 此，第2開關器件1 2關斷，停止對充電用電容器1 〇充電 〇 在這種實施形式中，在充電電壓Vc超過第1基準電 壓VH之前一直停止向電動單元3供給電力而禁止其工作 ，因此，若將第1基準電壓VH設定爲例如6V ’則能夠 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 1225015 A7 B7 五、發明説明（9) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 防止電動單元3工作不穩定。此外，一旦允許電動單元3 工作之後，是以低於第1基準電壓VH的第2基準電壓 VL (例如4.5V )作爲閾値來控制向電動單元3供給電力 的，因此，能夠防止第1開關器件11的通斷控制不穩定 〇 此外，由於充電電壓Vc超過第3基準電壓VHH時可 停止充電，因此，能夠防止向電動單元3提供過大的電力 ，可使電動單元3工作穩定。另外，還可以利用第3基準 電壓的設定値對充電用電容器進行保護。 〔其它實施形式〕 (a)在前述實施形式中，相對於電動單元3單獨設 置了第1開關器件11，但也可以利用具有電動單元3的 開關器件以替代第1開關器件。此時，有必要將電源線和 第1比較器1 5的信號線連接到電動單元3上。 (b )在前述實施形式中，驅動控制電路由模擬電路 構成，但也可以利用微計算機進行控制。 經濟部智慧財產局員工消黄合作社印製 發明的效果 以上所說明的本發明，在充電電池的充電電壓降低時 可禁止向電動單元供給電力，因此，能夠防止電動單元誤 動作。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） -12-

Claims (1)

1225015 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1. 一種自行車用電動單元之驅動控制電路，是接受 來自自行車用發電器的電力並對自行車用電動單元進行驅 動控制的電路，其特徵爲： 具有， 以自行車用發電器充電的充電電池， 設置在前述充電電池與前述電動單元之間的第1開關 裝置， 對充電電池的充電電壓進行檢測的充電電壓檢測裝置 以及，控制裝置；作爲控制裝置，只要前述充電電壓 檢測裝置所檢測到的充電電壓不大於第1基準電壓便使前 述第1開關裝置關斷而禁止向前述電動單元供給電力，而 只要前述充電電壓超過前述第1基準電壓便使前述第1開 關裝置導通而允許向前述電動單元供給電力。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2. 如申請專利範圍第1項所記載的自行車用電動單 元之驅動控制電路，其中，前述控制裝置，在前述充電電 壓超過前述第1基準電壓之後只要降低到比前述第1基準 電壓低的第2基準電壓以下便使前述第1開關裝置關斷而 禁止向前述電動單元供給電力。 3 ·如申請專利範圍第1或2項所記載的自行車用電 動單元之驅動控制電路，其中， 還具有，設置在前述發電器與前述充電電池之間的第 2開關裝置， 前述控制裝置，只要前述充電電壓不大於前述第1基 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 1225015 Α» Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 準電壓或第2基準電壓便使前述第2開關裝置導通以對前 述充電電池進行充電，而只要超過高於前述第1基準電壓 的第3基準電壓便使前述第2開關裝置關斷而停止對前述 充電電池充電。 4 ·如申請專利範圍第1或2項所記載的自行車用電 動單元之驅動控制電路，其中，前述第1開關裝置是晶體 管器件。 5. 如申請專利範圍第3項所記載的自行車用電動單 元之驅動控制電路，其中，前述第2開關裝置是晶體管器 件。 6. 如申請專利範圍第1或2項所記載的自行車用電 動單元之驅動控制電路，其中，前述充電電池是電容器元 件。 7. 如申請專利範圍第1或2項所記載的自行車用電 動單元之驅動控制電路，其中，前述第1開關裝置設置在 前述電動單元的內部。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14-