WO2011043186A1 - 回生ブレーキ装置及びこれを備えた電動アシスト車 - Google Patents

回生ブレーキ装置及びこれを備えた電動アシスト車 Download PDF

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保坂　康夫
和夫 浅沼
俊之 賀川
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Definitions

  • the regenerative brake device of the electric assist bicycle currently on the market uses a regenerative brake switch as shown in FIG. That is, a magnet piece 902 is provided on the brake wire 900, and a reed switch 904 is disposed in the vicinity thereof.
  • the brake lever 906 When the bicycle user operates the brake lever 906 in the arrow FP direction during deceleration, the brake wire 900 moves in the arrow FQ direction. Then, the magnet piece 902 approaches the reed switch 904, and the reed switch 904 is turned on. As a result, the regenerative operation is turned on, the assist motor is regeneratively driven, and the regenerative brake is applied.
  • the brake pad 912 of the actuator 910 tightens the rim 914 of the wheel from both sides, and mechanical deceleration is performed by the frictional force.
  • a corresponding regenerative braking force is required.
  • the braking force that is, braking is insufficient, and thus the user operates the brake lever more strongly.
  • the manual brake generates braking force, and valuable energy is discarded as heat loss due to friction between the brake pad and the rim.
  • the regenerative braking force is too strong, the brake is suddenly applied when the switch is turned on, and it is difficult to perform the brake operation well unless used. From such a viewpoint, it is important to appropriately adjust the regenerative braking force according to the operation amount of the brake lever.
  • the operation amount of the brake lever is detected, and the regenerative brake corresponding to the operation amount, that is, the depth of the grip is applied in the brake lever play section.
  • the braking force can be obtained without a sense of incongruity.
  • the regenerative brake is applied before the heat generated by the manual brake is generated, the energy loss due to the manual brake can be reduced and the energy can be recovered satisfactorily.
  • the travel distance of the electrically assisted vehicle by one battery charge is extended. In other words, the number of times the battery is detached from the vehicle and charged can be reduced, and the life of the battery can be extended.
  • the function of the human-powered brake is not impaired, it is safe and an effect that it can be attached to an existing electric assist vehicle can be obtained.
  • (A) is a flowchart showing the operation procedure
  • (B) is an explanatory graph for converting the output signal of the brake sensor and the regenerative braking force request value
  • (C) is an explanatory graph showing a change in the brake amount. It is a flowchart which shows the procedure of the regenerative brake operation
  • Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the region where the regenerative brake is applied linearly is the region of BA and BP shown in FIG. These areas are idle sections where no manual brake is applied even though the brake lever 142 is operated.
  • the play sections BA and BP inevitably become narrower if an attempt is made to sufficiently secure the area BQ where the manual brake is applied in consideration of safety.
  • the regenerative duty ratio must be controlled linearly according to the data value measured in advance as shown in the conversion graph of FIG. 5B within the narrow operation band of the brake lever operation amount, and with high accuracy and variation. Therefore, it is necessary to use an expensive brake sensor 500 with a small number of brakes.
  • the regenerative duty ratio is reduced by a predetermined amount with respect to the regenerative duty ratio corresponding to the output signal of the previous brake sensor. Further, when there is no output signal input from the brake sensor this time (No in step S30), it is determined that the user does not brake at all, so the regenerative duty ratio is set to 0 (step S38).
  • the brakes are caused by variations at the time of mounting the mechanical brake portion, wear of the brake pads 912, and the like. Variation in sensor output occurs. According to the present embodiment, the influence of such variations can be reduced, the manual brake application point PQ can be detected with high accuracy, and the regenerative brake control can be applied more appropriately.

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Abstract

【課題】　人力ブレーキの機能に支障をきたすことなく、使用者のレバー操作量に対応して調整された適度な回生ブレーキをかけて効率的にエネルギーを回収し、車両の走行距離の延長、バッテリの長寿命化を図る。 【解決手段】　使用者がブレーキレバー１４２を操作すると、その操作量に応じたブレーキセンサの出力信号がブレーキセンサ５００から制御回路６２０に入力され、入力ブレーキセンサの出力信号は変換グラフに示すような予め測定して求めた変換データ値に従って回生ブレーキ力要求値にリニアに変換され、変換後の回生ブレーキ力要求値に対応する回生動作が行なわれる。すると、電動アシスト自転車１００は、ブレーキレバー１４２の遊び区間において、回生動作による回生ブレーキ力によって徐々に減速する。

Description

回生ブレーキ装置及びこれを備えた電動アシスト車
　本発明は、回生ブレーキ装置に関し、具体的には、人力の他に電動補助力を有する場合に好適な回生ブレーキ装置及びこれを備えた電動アシスト車に関する。
　最近、環境と健康上の観点から、乗用車で移動していた人たちが電動アシストを装備する自転車に注目するようになってきた。このような電動アシスト自転車等の電動補助力を活用した電動車両は、下記特許文献１に例を示すように、人力、すなわちペダルを踏む力を検出するトルクセンサを用い、その検出信号に応じて電動補助力をアシスト制御する仕組みになっている。
　このような電動アシストを装備する車両においては、搭載するバッテリに対する一度の充電で、より長い距離を走行できることが求められている。かかる観点から、下記特許文献２に示すように、ブレーキ等の減速時にモータを発電機として動作させ、エネルギー回収、すなわち回生を行なってバッテリを充電するようにしている。
特許第２６２３４１９号公報 特許第３３１７０９６号公報
　ところで、現在市販されている電動アシスト自転車の回生ブレーキ装置は、図８(A)に示すような回生ブレーキスイッチを使用している。すなわち、ブレーキワイヤ９００に磁石片９０２が設けられており、一方、その近傍にリードスイッチ９０４が配置されている。減速の際に自転車の使用者がブレーキレバー９０６を矢印ＦＰ方向に操作すると、ブレーキワイヤ９００が矢印ＦＱ方向に移動する。すると、磁石片９０２がリードスイッチ９０４に接近し、リードスイッチ９０４がＯＮとなる。これにより、回生動作がＯＮとなり、アシスト用のモータが回生駆動されて、回生ブレーキがかかるようになる。使用者がブレーキレバー９０６を更に操作すると、アクチュエータ９１０のブレーキパッド９１２が車輪のリム９１４を両側から締め付けるようになり、摩擦力によって機械的な減速が行われるようになる。
　図８(B)及び(C)には、回生ブレーキと人力ブレーキ、すなわち摩擦によるブレーキとの対応関係の例が示されている。同図中、横軸はブレーキレバー９０６の矢印ＦＰ方向の操作量である。同図(B)に示すように、最初は遊びがあるため、ブレーキレバー９０６を操作してもブレーキパッド９１２がリム９１４に接触せず、人力ブレーキは全くかからない。ブレーキパッド９１２がリム９１４に接触するようになると、点ＰＱで人力ブレーキが強くかかるようになる。なお、図中の点ＰＱを人力ブレーキ印加点という。
　これに対し、回生ブレーキは、同図(C)に示すように、リードスイッチ９０４がＯＮとなった時点でかかるようになり、ブレーキレバー９０６の操作量に対応して回生ブレーキ力が調整されることはない。なお、左右のブレーキレバーにそれぞれ回生ブレーキスイッチを設け、片方のブレーキレバーの操作時は弱回生ブレーキ力とし、両方のブレーキレバーの操作時は強回生ブレーキ力となるように制御を行うものもあるが、強弱の２段階に切り換えられるだけで、ブレーキレバーの操作量に対応したリニアな回生ブレーキ力の調整が行なわれるわけではない。
　走行中の車両が有する運動エネルギーないし位置エネルギーを有効に回収するためには、相応の回生ブレーキ力が必要である。回生ブレーキ力が不足すると、ブレーキ力、すなわち制動が不足するため、使用者は更に強くブレーキレバーを操作する。このため、人力ブレーキが制動力を発生させ、貴重なエネルギーをブレーキパッドとリムの摩擦により、熱損失と
して捨ててしまうことになる。一方、回生ブレーキ力が強すぎると、スイッチＯＮ時に急激にブレーキがかかるようになり、慣れないとブレーキ操作を上手に行なうことが困難である。このような観点からすると、回生ブレーキ力を、ブレーキレバーの操作量に応じて適度に調整することが重要である。
　しかし、急停止などの必要性からすると、従来の人力ブレーキをそのまま残すことがフェールセーフなブレーキシステムであり、必要なシステムとなる。このため、回生ブレーキは人力ブレーキと共存できるようにすることが望ましい。更に、車両組み立て時における取り付け性がよく、様々なタイプの車両に適合できると好都合である。
　本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、使用者のレバー操作量に対応して調整された適度な回生ブレーキをかけることである。他の目的は、人力ブレーキの機能に支障をきたすことなく、良好に回生ブレーキをかけることである。更に他の目的は、十分なエネルギーの回収を行なって、１回のバッテリ充電による車両の走行距離を延ばすことである。更に他の目的は、様々なタイプの車両に適合して取り付けることができる回生ブレーキ装置を提供することである。
　前記目的を達成するため、本発明の回生ブレーキ装置は、バッテリの電力で駆動される車両のモータを回生ブレーキとして使用し、前記モータの起電力で前記バッテリを充電する様に構成されている。本発明の装置は、前記車両に備えられた人力ブレーキで制動をかけるためのブレーキレバーの操作量を、その遊び区間も含めて検出するブレーキセンサを具備している。さらに、前記ブレーキレバーの操作量に対応した回生ブレーキが生ずるように、前記ブレーキセンサの検出出力である信号に基づいて、前記モータの起電力で前記バッテリを充電する際の回生電力制御を行う電力制御手段をも備えた装置である。
　主要な形態の一つは、前記ブレーキセンサが、前記人力ブレーキのアクチュエータと前記ブレーキレバーを結ぶブレーキワイヤの伸びを検出することである。他の形態の一つは、前記電力制御手段が、ＰＷＭ変調により電力制御を行い、前記モータの逆起電力をＶmotor，前記バッテリの出力をＶbatt，ＰＷＭ変調のデューティ比をＤとしたとき、（Ｖbatt×Ｄ）＜Ｖmotorとなるように、回生時におけるデューティ比Ｄを制御することである。あるいは、前記電力制御手段が、予め設定した前記ブレーキレバーの操作量と回生ブレーキの要求値との変換グラフに示した予め測定した変換データ値に基づいて前記デューティ比Ｄを設定することである。あるいは、前記電力制御手段が、前記ブレーキレバーの操作方向を判定して前記デューティ比Ｄを増減することである。
　更に他の形態によれば、人力ブレーキがかかるようになる人力ブレーキ印加点を検出し、人力ブレーキ印加点の後の段階では、前の遊び区間よりも強く回生ブレーキをかけることである。あるいは、ブレーキレバーの操作に伴うブレーキワイヤの移動量を検出するワイヤ移動量センサを設け、前記ブレーキセンサの出力信号と、前記ワイヤ移動量センサの出力信号とに基づいて、前記人力ブレーキ印加点を検出することである。
　本発明の電動アシスト車は、前記いずれかの回生ブレーキ装置を備えたことである。主要な形態の一つは、前記ブレーキセンサの出力信号から前記人力ブレーキの発動を認知したときに駆動されて、その旨を使用者に通報するアラーム手段を設けたことである。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になるようにした。
　本発明によれば、ブレーキレバーの操作量を検出し、ブレーキレバーの遊び区間において、その操作量、すなわち握りの深さに対応した回生ブレーキをかけるので、電動アシスト車の使用者の要求に応じた制動力を違和感無く得ることができる。また、人力ブレーキによる発熱が生ずる前に回生ブレーキがかかるので、人力ブレーキによるエネルギー損失を低減して良好にエネルギーを回収できる。結果として、１回のバッテリ充電による電動アシスト車の走行距離が延びることになる。換言すれば、バッテリを車両から離脱させて充電する回数が低減し、バッテリの寿命を延ばすことができる。更に、人力ブレーキの機能を損なうことがないので安全であり、既存の電動アシスト車にも取り付けることができるという効果が得られる。
本発明を適用した電動アシスト自転車の一例を示す図である。 本発明の一実施例における電気的な構成を示す回路ブロック図である。 前記例におけるブレーキセンサを示す概略図である。(A)は配置を示す図，(B)は構成の一例を示す図，(C)は出力特性を示す説明グラフである。 前記例における三相ブリッジインバータ回路の基本的な動作を示す回路図である。(A)はスイッチング素子ＱUAがＯＮとなった場合、(B)はスイッチング素子ＱUBがＯＮとなった場合である。 本発明の実施例１における回生ブレーキ動作を示す図である。(A)は動作手順を示すフローチャート，(B)はブレーキセンサの出力信号と回生ブレーキ力要求値との変換を行なうための説明グラフ，(C)はブレーキ量の変化を示す説明グラフである。 本発明の実施例２における回生ブレーキ動作の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例４におけるブレーキレバー操作量センサの一例を示す図である。 従来の回生ブレーキセンサを示す図である。(A)は配置を示す概略図，(B)はブレーキレバー操作量と人力ブレーキ力との関係を示す説明グラフ，(C)はブレーキレバー操作量と回生ブレーキ力との関係を示す説明グラフである。
　以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
　最初に、図１～図５を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１には、本実施例の車両の全体構成が示されている。同図の例は、本発明を電動アシスト自転車に適用したものである。同図において、電動アシスト自転車１００の前輪１１０には、そのハブ１１２の周囲にモータ２００が設けられており、後輪１２０の荷台付近にはバッテリ(二次電池）３００が設けられている。また、ペダル１３０のクランク軸１３２の周囲にはトルクセンサ４００が設けられており、ハンドル１４０のブレーキレバー１４２付近にはブレーキセンサ５００が設けられている。更に、ハンドルポスト１５０の前籠側には、コントローラ６００が設けられている。モータ２００、バッテリ３００、トルクセンサ４００，ブレーキセンサ５００は、パイプやホークに沿った配線によって、コントローラ６００に接続されている。アラーム７００及びブレーキレバー操作量センサ８００については後述する実施例で説明する。
　図２には、以上のように構成された電動アシスト自転車１００の電気的な構成の一例が示されている。同図において、モータ２００は、例えば周知の三相直流ブラシレスモータによって構成されており、ロータ側が電動アシスト自転車１００の前輪１１０に連結している。バッテリ３００としては、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池のような公知の充電可能な電池が用いられる。トルクセンサ４００は、ペダル１３０の踏み込む力、すなわち踏力を検出するためのもので、機械式、磁歪式など各種のものが公知である。
　ブレーキセンサ５００は、図３(A)に示すように、ブレーキレバー１４２の近傍に設けられており、アクチュエータ１４６に接続されているブレーキワイヤ１４４の伸び量を検出するセンサである。電動アシスト自転車１００の使用者がブレーキレバー１４２を操作すると、初期時において、その操作量に応じブレーキワイヤ１４４は伸びる。従って、ブレーキワイヤ１４４の伸び量を検出することにより、ブレーキレバー１４２の操作量、更には使用者が所望するブレーキ量を検出することができる。
　ブレーキセンサ５００としては、公知の各種の変位センサなどを利用することができる。例えば、図３(B)に示すように、ブレーキワイヤ１４４の２点を、ネジなどの固定具５０２，５０４を利用してホールドし、該２点間の距離をセンサ５０６で測定することで、ブレーキワイヤ１４４の伸び量を検出する。例えば、光変位センサによってブレーキワイヤ１４４の微小な張力ないし変位を検出することができる。なお、この光変位センサの具体例は、本件出願人が本件と同日日本国へ出願した名称「変位計測方法および変位計測装置」特願2009-231845の発明を適用することができる。
　図３(C)には、ブレーキレバー操作量とブレーキセンサ出力との関係の一例が示されている。ブレーキレバー１４２を操作しても、最初の遊びがある領域ＢＡではブレーキワイヤ１４４はまったく伸びず、従ってブレーキセンサ５００の検出信号出力はゼロである。次に、領域ＢＰでは、アクチュエータ１４６のバネ１４８に抗してブレーキレバー１４２が操作されるため、多少であるがブレーキワイヤ１４４が伸び、ブレーキセンサ５００から対応する検出信号が出力される。更にブレーキレバー１４２を操作して、人力ブレーキ印加点ＰＱに達するとブレーキワイヤ１４４は急激に伸びるようになり、領域ＢＱではブレーキセンサ５００の信号出力も増大することとなる。
　図２に戻って、コントローラ６００は、コンデンサ６１０と、制御回路６２０と、三相ブリッジインバータ回路６３０とによって構成されている。これらのうち、コンデンサ６１０は、バッテリ３００側に設けられており、バッテリ３００の両端の電圧を安定化するためのものであると同時に、バッテリ３００の電圧変動を吸収するためのものである。制御回路６２０は、トルクセンサ４００及びブレーキセンサ５００の検出結果や、バッテリ電圧の値に基づいて、三相ブリッジインバータ回路６３０の駆動制御を行う機能を備えている。
　これらのうち、制御回路６２０は、予め用意されている制御プログラムに基づいて動作するＣＰＵを中心に構成されており、前記プログラムや各種のデータを記憶するメモリも備えている。具体的には、前輪の直径又は半径などの走行速度の算出に必要な値と走行速度を求めるための計算式，トルクセンサ４００からの入力信号に基づいて踏力を算出するために必要な計算式，モータ２００が発電機として動作した際にモータ２００の回転数からモータ２００の出力電圧を算出するために必要な計算式，後述するブレーキセンサ出力と回生ブレーキ要求値との変換を行なうための変換データ又は計算式，回生ブレーキ要求値から回生デューティ比（デューティ量）を求める計算式，検出した踏力からアシスト駆動を行うための駆動ディーティ比を求める計算式，後述するフローチャートで示す処理を行なうためのプログラムなどである。
　三相ブリッジインバータ回路６３０は、駆動回路６３２と、複数のスイッチング素子（電界効果トランジスタ）によって構成されている周知のインバータ回路とによって構成されている。それらは、Ｕ，Ｖ，Ｗの相毎に２個のスイッチング素子ＱUAとＱUB，ＱVAとＱVB，ＱWAとＱWBがそれぞれ直列接続されている。駆動回路６３２によって各スイッチング素子ＱUA～ＱWBがスイッチング動作し、アシスト動作時はバッテリ３００からモータ２００への駆動電力を調整してアシスト量を制御し、回生動作時はモータ２００からバッテリ３００への回生電力を調整して回生量を制御する。
　スイッチング素子ＱUA，ＱUB部分のみを示すと、図４のようになる。スイッチング素子ＱUA，ＱUBのＯＮ期間を、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御する場合、三相ブリッジインバータ回路６３０の出力Ｖoutは、バッテリ３００の出力をＶbatt，ＰＷＭ変調のデューティ比をＤとすると、Ｖout＝Ｖbatt×Ｄとなる。モータ２００の回転で生じる逆起電力をＶmotorとしたとき、Ｖout＝Ｖmotorとなるようにデューティ比Ｄを決めればアシストも回生もしないモーターフリーの状態となる。例えば、速度１２ｋｍ/ｈでモータ電圧が１２Ｖになるような設計の場合、バッテリ電圧が２４Ｖであれば、デューティ比は５０％のとき、アシストも回生もしないフリーの状態になる。
　このフリーの状態から、スイッチング素子ＱUAのＯＮ期間を長くするとともに、スイッチング素子ＱUBのＯＮ期間を短くして、デューティ比Ｄを大きくすると、Ｖout＝Ｖbatt×Ｄの関係から三相ブリッジインバータ回路６３０の出力Ｖoutが大きくなる。これにより、モータ２００の逆起電力Ｖmotorに対してＶout＞Ｖmotorとなると、モータ２００が回転駆動され、アシスト動作が行われる。このときの電流の方向は、図４に実線の矢印で示す方向となる。
　逆に、前記フリー状態から、スイッチング素子ＱUAのＯＮ期間を短くするとともに、スイッチング素子ＱUBのＯＮ期間を長くして、デューティ比Ｄを小さくすると、Ｖout＝Ｖbatt×Ｄの関係から三相ブリッジインバータ回路６３０の出力Ｖoutが小さくなる。これにより、モータ２００の逆起電力Ｖmotorに対して、Ｖout＜Ｖmotorとなると、モータ２００が発電機として作用し、回生動作が行われる。このときの電流の方向は、図４に点線の矢印で示す方向となる。
　次に、本実施例の全体動作のうち、アシスト動作について説明する。この動作は、公知の電動アシスト自転車と同様に、走行開始時において使用者がペダル１３０をこぎ始めると、それがトルクセンサ４００によって検出される。同時に、検出信号が制御回路６２０に対して出力される。制御回路６２０は、駆動回路６３２に対してモータ２００を回転駆動し、アシスト動作が行なわれる。
　次に、回生動作を説明する。図５(A)には、回生動作の手順が示されている。使用者が電動アシスト自転車１００を減速するためにブレーキレバー１４２を操作する。すると、その操作量に応じたブレーキセンサの出力信号がブレーキセンサ５００から制御回路６２０に入力される（図５(A)のステップＳ１０参照）。次に、制御回路６２０では、入力されたブレーキセンサの検出出力である信号を、図５(B)に示すグラフに従って、回生ブレーキ力要求値に変換（ステップＳ１２）する。すると、その変換後の回生ブレーキ力要求値に対応するブレーキ力を発生できる回生動作を行なうための回生デューティ比を計算する（ステップＳ１４）。なお、図５(B)において、人力ブレーキ印加点ＰＱまではグラフの傾きが大きく、ＰＱ以降はグラフの傾きが小さくなっている。また、ＰＲ点で最大値となる。ＰＲ点は回生ブレーキ力を最大にする点で、実際に人力ブレーキが働くＰＱ点と一致するのが望ましい。図５Ａでは初期設定ばらつき等により若干ＰＱ点とＰＲ点がずれている場合を表現している。
　次に、制御回路６２０は、出力デューティ比＝（基本デューティ比－回生デューティ比）の演算を行なう（ステップＳ１６）。ここで、基本デューティ比は、アシストも回生もしないモーターフリーの状態における三相ブリッジインバータ回路６３０への出力デューティ比である。この基本デューティ比から回生デューティ比を減算した値が出力デューティ比となるように、制御回路６２０は駆動回路６３２を制御する。これにより、三相ブリッジインバータ回路６３０では、基本デューティ比から回生デューティ比分減少した回生動作が行なわれるようになり、モータ２００から出力された電力によってバッテリ３００が充電されるようになる。以上の動作は、ブレーキセンサの検出出力の信号の入力毎に繰り返し行なわれる。
　一方、電動アシスト自転車１００は、ブレーキレバー１４２の操作による人力ブレーキ力と、回生動作による回生ブレーキ力によって減速する。すなわち、図８(B)に示した人力ブレーキ力と、図５(B)に示したブレーキセンサの検出出力である信号に対応する回生ブレーキ力との総計によってブレーキがかかるようになる。図５(C)には、ブレーキレバー操作量とブレーキ量との関係が示されており、最初の遊びの領域ＢＡでは、人力ブレーキ及び回生ブレーキのいずれもかからない。次の領域ＢＰでは、人力ブレーキはかからないものの、回生ブレーキはかかるようになる。そして、人力ブレーキ印加点ＰＱ以降の領域ＢＱでは、人力ブレーキと回生ブレーキの両方がかかるようになる。なお、回生ブレーキは、ＰＱ時点で最大となる。すなわち、回生ブレーキが図８(C)に示したように急激にかかることはなく、ブレーキレバー操作量に応じて徐々にかかるようになる。ブレーキレバー１４２の操作量は、やがて最大に達するとともに、電動アシスト自転車１００は減速するので、回生動作によるバッテリ３００の充電も終息する。
　加えて、本実施例では、図５(B)に示すように、人力ブレーキが作用する直後の段階で、最も強い回生ブレーキがかかるようになっている。場合によっては、人力ブレーキが作用する点を直前の段階で最も強い回生ブレーキがかかるようにしても良い。そして、この回生ブレーキ力を自転車が停止する近辺まで保持する。このため、人力ブレーキよりも先に回生ブレーキがかかって電力の回収が行なわれるようになり、ＰＱ以降に生ずる人力ブレーキによる熱損失がより低減されるようになる。
　以上のように、本実施例によれば、次のような効果が得られる。
(1)ブレーキレバーを操作したときに生ずるブレーキワイヤの変化を検出し、ブレーキレバーの遊び区間において、その操作量、すなわち握りの深さに対応する回生ブレーキをかけることとしたので、電動アシスト自転車の使用者の要求に応じた制動力を違和感無く得ることができる。
(2)人力ブレーキによる発熱が生ずる前に回生ブレーキがかかるので、人力ブレーキによるエネルギー損失を低減することができ、良好にエネルギーを回収できる。従って、１回のバッテリ充電による電動アシスト自転車の走行距離が延びる。また、バッテリの充電回数が低減し、バッテリの寿命が延びる。
(3)人力ブレーキの機能を損なうことがないので、安全である。また、既存の電動アシスト自転車に取り付けることができ、広範な応用が可能である。
　次に、図６も参照しながら、本発明の実施例２について説明する。回生ブレーキをリニアにかける領域は、図５(C)に示したＢＡおよびＢＰの領域である。これらの領域は、ブレーキレバー１４２を操作しているにもかかわらず、人力ブレーキがかからない遊び区間である。ここで、安全性を考慮して人力ブレーキがかかる領域ＢＱを充分に確保しようとすると、遊び区間ＢＡ，ＢＰは必然的に狭くなる。すると、ブレーキレバー操作量の狭い操作帯域内で図５(B)の変換グラフに示すような予め測定したデータ値に従ってリニアに回生デューティ比を制御しなければならず、高精度で、且つ、ばらつきの少ない高価なブレーキセンサ５００を使う必要がある。
　また、仮に遊び区間ＢＡ，ＢＰが十分確保されている場合でも、自転車の使用者がメンテナンス等で遊び区間ＢＡ，ＢＰを狭くしてしまうことも充分考えられる。この場合も、同様に操作帯域が狭くなり、結果として充分な回生動作を行なうことができない恐れがある。
　本実施例は、以上のような点に着目したもので、制御回路６２０では、図５(B)のような変換グラフを使用することなく、ブレーキセンサの出力信号の増減，別言すればブレーキレバー操作の方向のみを判定して、回生デューティ比を設定している。
　図６には、動作のフローチャートが示されている。制御回路６２０では、ブレーキセンサ５００からブレーキセンサの出力信号の入力があると（ステップＳ３０のYes）、ブレーキセンサの出力信号の前回の値と、今回の値とが比較される。その結果、前回値≦今回値の場合は（ステップＳ３２のYes）、使用者がより強くブレーキをかけていると判断されるため、回生デューティ比を徐々に増加する（ステップＳ３４）。すなわち、前回のブレーキセンサの出力信号に相当する回生デューティ比に対して所定量増やした回生デューティ比とする。逆に、前回値＞今回値の場合は（ステップＳ３２のNo）、使用者がブレーキを弱めていると判断されるため、回生デューティ比を徐々に減少する（ステップＳ３６）。すなわち、前回のブレーキセンサの出力信号に相当する回生デューティ比に対して所定量減らした回生デューティ比とする。また、今回のブレーキセンサの出力信号入力がないときは（ステップＳ３０のNo）、使用者はブレーキを全くかけていないと判断されるため、回生デューティ比＝０とする（ステップＳ３８）。
　次に、制御回路６２０は、前記図５(A)と同様に、出力デューティ比＝基本デューティ比－回生デューティ比の演算を行ない（ステップＳ１６）、基本デューティ比から回生デューティ比により、三相ブリッジインバータ回路６３０では、基本デューティ比から回生デューティ比分減少した回生動作が行なわれるようになり、モータ２００から出力された電力によってバッテリ３００が充電されるようになる。以上の動作は、ブレーキセンサの出力信号の入力毎に繰り返し行なわれる。
　このように、本実施例によれば、ブレーキ操作の方向のみを判定することができれば、ブレーキレバー１４２の遊び区間ＢＡ，ＢＰが狭くなったとしても、良好に回生デューティ比を設定して回生動作を行なうことができる。なお、本実施例において、図６のステップＳ３４，Ｓ３６における回生デューティ比の１回の増減量の値を、ブレーキセンサの出力信号が、増加から減少に切り換ったとき、あるいは、ゼロから増加したときなどは、微分要素的に多めに回生デューティ比を増加又は減少させるようにしてもよい。このようにすることで、自転車使用者からのブレーキ（制動）要求に対して迅速に反応するといった効果が得られる。
　次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例では、図１に示すように、制御回路６２０にアラーム７００が接続されている。アラーム７００としては、発光ダイオードなどによる発光手段，圧電素子やスピーカなどによる発音手段など、適宜のものが使用される。制御回路６２０において、ブレーキセンサ５００からの検出信号からブレーキワイヤ１４４の変位が増大し、人力ブレーキの発動を認知したときは、アラーム７００を駆動し、その旨を使用者に通知する。図５(B)で示すと、人力ブレーキ印加点ＰＱよりも大きなブレーキセンサの出力信号が検出された時点でアラーム７００を駆動する。なお、人力ブレーキ印加点ＰＱは、図２の制御回路６２０のメモリ内に予め図５(B)のＰＱのブレーキ出力値を記憶しておくことにより判定できる。すなわち、所定値よりブレーキセンサの出力信号が大きくなったときにアラーム７００が駆動するように制御する。
　これにより、電動アシスト自転車１００の使用者は、回生ブレーキのみならず、人力ブレーキもかかっていること，換言すれば人力ブレーキによって摩擦によるエネルギーの損失が発生していることを知ることができる。すなわち、アラーム７００が駆動されないようにすることで、不要な人力ブレーキの発動を抑制でき、エネルギー損失を抑制した省エネ運転が可能になる。つまり、最近の自動車には燃費計が設けられており、この燃費計を見ることでドライバーが省エネ運転を心がけるようになるのと同様の効果が得られる。更に、人力ブレーキの発動ポイントを記録・記憶しておくことにより、人力ブレーキの発動ポイントの変化（ブレーキパッドの摩耗等）を認知して使用者に警告することができる。これにより、ブレーキ力劣化による危険等を回避することが可能となる。
　次に、図２及び図７を参照しながら、本発明の実施例４について説明する。本実施例は、図３(C)に示した人力ブレーキ印加点ＰＱの検出手法に関するものである。図２のように、電動アシスト自転車１００の使用者によるブレーキレバー１４２の操作量を検出するブレーキレバー操作量センサ、すなわちワイヤ移動量センサ８００が制御回路６２０に接続された構成となっている。
　図７に、ブレーキレバー操作量センサ８００の一例を示した。ブレーキワイヤ１４４に可変抵抗器８０２を取り付け、この可変抵抗器８０２の可動子を電動アシスト自転車１００のフレームなどに固定した構成となっている。使用者がブレーキレバー１４２を操作すると、ブレーキワイヤ１４４が図７(A)の状態から同図の矢印で示す方向に移動する。すると、可変抵抗器８０２も移動して、その可動子の位置が変化し、抵抗値Ｒｖが変化する。従って、この抵抗値Ｒｖの変化を検出することで、使用者によるブレーキレバー１４２操作時のワイヤ移動量を知ることができる。なお、可変抵抗器８０２を電動アシスト自転車１００のフレームなどに固定し、その可動子をブレーキワイヤ１４４に取り付けるようにしてもよい。
　次に、本実施例の動作を説明する。図２に示したように、制御回路６２０には、ブレーキセンサ５００からの検出信号と、ブレーキレバー操作量センサ８００の検出信号がそれぞれ入力されている。ここで、ブレーキセンサ５００の出力＝Ｖとし、ブレーキレバー１４２の操作量＝ブレーキワイヤ１４４の移動量＝ｙとすると、図３(C)のグラフの傾きｄＶ／ｄｙを検出することによって、その変化点である人力ブレーキ印加点ＰＱを検出することができる。すなわち、（領域ＢＰのｄＶ／ｄｙ）＜（領域ＢＰのｄＶ／ｄｙ）の関係が成り立つので、ｄＶ／ｄｙの値を監視していれば、人力ブレーキ印加点ＰＱでｄＶ／ｄｙの値が大きくなるので、人力ブレーキ印加点ＰＱを検出できる。このようなｄＶ／ｄｙの演算と監視が、制御回路６２０で行なわれる。
　上述した実施例３に示した制御回路６２０のメモリ内に予め人力ブレーキ印加点ＰＱのブレーキ出力値を記憶するといった手法では、機械ブレーキ部分の取り付け時のばらつきやブレーキパッド９１２の磨耗等によって、ブレーキセンサ出力にばらつきが発生する。本実施例によれば、それらのようなばらつきの影響を少なくすることができ、精度よく人力ブレーキ印加点ＰＱを検出することができ、回生ブレーキ制御をより適切にかけることができる。
　なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した回路構成や機械構成は一例であり、各種の公知のものが適用可能である。例えば、インバータ回路や人力ブレーキとして各種のものが知られており、それらを適用してよい。
(2)本発明は、回生ブレーキに関係するものであり、電動アシストをどのように行なうかは任意であって、公知の各種の方法を適用してよい。
(3)本発明は、電動アシスト自転車が最も好適な適用例であるが、電動アシスト車椅子など、各種のものに適用してよい。
　本発明によれば、ブレーキレバーの操作量に対応して回生ブレーキをかけることができるので、使用者の要求に応じた制動が可能となるとともに、エネルギーも効率的に回収できるので、電動アシスト自転車や電動アシスト車椅子などに好適である。
１００：電動アシスト自転車
１１０：前輪
１１２：ハブ
１２０：後輪
１３０：ペダル
１３２：クランク軸
１４０：ハンドル
１４２：ブレーキレバー
１４４：ブレーキワイヤ
１４６：アクチュエータ
１４８：バネ
１５０：ハンドルポスト
２００：モータ
３００：バッテリ
４００：トルクセンサ
５００：ブレーキセンサ
５０２，５０４：固定具
５０６：センサ
６００：コントローラ
６１０：コンデンサ
６２０：制御回路
６３０：三相ブリッジインバータ回路
６３２：駆動回路
７００：アラーム
８００：ブレーキレバー操作量センサ
８０２：可変抵抗器
９００：ブレーキワイヤ
９０２：磁石片
９０４：リードスイッチ
９０６：ブレーキレバー
９１０：アクチュエータ
９１２：ブレーキパッド
９１４：リム
ＢＡ，ＢＰ，ＢＱ：領域
ＰＱ：人力ブレーキ印加点
ＱUA，ＱUB，ＱVA，ＱVB，ＱWA，ＱWB：スイッチング素子

Claims (9)

  1. 　バッテリの電力で駆動される車両のモータを回生ブレーキとして使用し、前記モータの起電力で前記バッテリを充電する回生ブレーキ装置であって、
    　前記車両に備えられた人力ブレーキで制動をかけるためのブレーキレバーの操作量を、その遊び区間も含めて検出するブレーキセンサと、
    　前記ブレーキレバーの操作量に対応した回生ブレーキが生ずるように、前記ブレーキセンサの検出出力の信号に基づいて、前記モータの起電力で前記バッテリを充電する際の回生電力制御を行う電力制御手段と、
    を備えたことを特徴とする回生ブレーキ装置。
  2. 　前記ブレーキセンサは、前記人力ブレーキのアクチュエータと前記ブレーキレバーを結ぶブレーキワイヤの伸びを検出することを特徴とする請求項１記載の回生ブレーキ装置。
  3. 　前記電力制御手段は、ＰＷＭ変調により電力制御を行い、前記モータの逆起電力をＶmotor，前記バッテリの出力をＶbatt，ＰＷＭ変調のデューティ比をＤとしたとき、（Ｖbatt×Ｄ）＜Ｖmotorとなるように、回生時におけるデューティ比Ｄを制御することを特徴とする請求項１又は２記載の回生ブレーキ装置。
  4. 　前記電力制御手段は、予め設定した前記ブレーキレバーの操作量と回生ブレーキの要求値との変換データ値に基づいて前記デューティ比Ｄを設定することを特徴とする請求項３記載の回生ブレーキ装置。
  5. 　前記電力制御手段は、前記ブレーキレバーの操作方向を判定して前記デューティ比Ｄを増減することを特徴とする請求項３記載の回生ブレーキ装置。
  6. 　人力ブレーキがかかるようになる人力ブレーキ印加点を検出し、人力ブレーキ印加点の後の段階では、前の遊び区間よりも強く回生ブレーキをかけることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の回生ブレーキ装置。
  7. 　ブレーキレバーの操作に伴うブレーキワイヤの移動量を検出するワイヤ移動量センサを設け、
    　前記ブレーキセンサの出力信号と、前記ワイヤ移動量センサの出力信号とに基づいて、前記人力ブレーキ印加点を検出することを特徴とする請求項６記載の回生ブレーキ装置。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の回生ブレーキ装置を備えたことを特徴とする電動アシスト車。
  9. 　前記ブレーキセンサの出力信号から前記人力ブレーキの発動を認知したときに駆動されて、その旨を使用者に通報するアラーム手段を設けたことを特徴とする請求項４記載の電動アシスト車。
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