JP5634273B2

JP5634273B2 - 電動自転車

Info

Publication number: JP5634273B2
Application number: JP2011001575A
Authority: JP
Inventors: 谷田　正人; 正人谷田; 昌也吉村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: WO2012093435A1; JP2012144061A

Description

本発明は電動自転車に関し、特に電動自転車を押し歩く場合にも、補助駆動力を付加できる電動自転車に関する。

踏力などの人力駆動力に、走行時に電動モータの補助駆動力を付加することで、上り坂等でも楽に走行できる電動自転車（電動アシスト自転車とも称される）は既に知られている。

また、この種の電動自転車で、急な坂道などで電動自転車を降りて押し歩く場合に、電動モータにより、小さめの補助駆動力を付加して自走させることで、電動自転車を押し歩きする際の労力を軽減させるものも、例えば特許文献１、２などに開示されているように、知られている。

前記特許文献１では、押し歩き用の手動スイッチを設け、この手動スイッチが押されるなどしてオン状態となったときに、ペダルの回転速度とペダルの負荷状態とに基づいて押し歩き状態を判断し、押し歩き状態であると判断した場合に、補助駆動力を発生させて（すなわち自走させて）押歩きを補助する構成が開示されている。また、特許文献２においても、押し歩き用の手動スイッチを設けた構成が開示されている。

また、電動モータの補助駆動力を付加できる電動自転車において、補助駆動力の大きさや補助駆動力のアシスト率を切り換えるスロットルやスイッチを設けて、このスロットルやスイッチを、走行中に操作することで、補助駆動力を増加させたりアシスト率を増加させたりする構成が、特許文献３などに開示されている。

特開平１０−１６７１６１号公報特開２０００−９５１８０号公報特開２０００−１６８６７２号公報

これらの特許文献１〜３に開示された技術を組み合わせると、押し歩き用の手動のスイッチを押すことで電動自転車を押し歩きする際の労力を軽減させることができ、かつ、補助駆動力や補助駆動力のアシスト率を切り換えるスロットルやスイッチを操作することで、走行中に、補助駆動力や補助駆動力のアシスト率を切り換えることができて、電動自転車の利便性を向上させることができる。

しかしながら、この場合には、押し歩き用の手動のスイッチと、補助駆動力や補助駆動力のアシスト率を切り換えるスロットルやスイッチとの、合わせて２つのスイッチなどが必要となる。したがって、電動自転車の製造コストが増加するとともに、これらを例えば、ハンドルなどに取り付ける場合には、配設場所を確保することが困難となって、操作性の悪い場所に手動のスイッチやスロットルを配設せざるを得ない場合がある。その結果、前記手動のスイッチや前記スロットルやスイッチの操作性が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するもので、押し歩きする際の労力を軽減させ、かつ、走行中に補助駆動力の大きさや補助駆動力のアシスト率などを切り換えることができながら、製造コストの増加や操作性の低下を最小限に抑えることのできる電動自転車を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、ペダルへの踏力からなる人力駆動力に、電動モータを駆動源とする補助駆動力を付加して走行でき、かつ、電動モータにより、補助駆動力を付加して自走させながら押し歩きできる電動自転車であって、押し歩き状態と走行状態とを判定する判定部と、押し歩き用と走行時の補助駆動力調整用とに兼用する共通の手動スイッチと、制御部と、を備え、前記制御部は、前記手動スイッチが操作された場合に、判定部が押し歩き状態と判定した際には制御部により押し歩き用に補助駆動力を付加するよう制御し、判定部が走行状態と判定した際には制御部により走行用に補助駆動力を調整するよう制御することを特徴とする。

この構成により、共通の、すなわち、１つの手動スイッチを、押し歩き用と、走行時の補助駆動力調整用と、の両方の場合に用いることができる。したがって、この１つの手動スイッチを例えばハンドルなどに取り付ける場合でも、操作性が良好な場所に配設することができる。また、個別に手動スイッチを設ける場合と比較して、部品点数を低減できて、製造コストを低減できる。

また、本発明は、ペダルへの踏力を検出する人力駆動力検出器と、クランクの回転を検出する回転センサとの少なくとも一方を備え、前記判定部は、ペダルに踏力が作用している状態およびクランクが回転されている状態の少なくとも一方の状態である場合には走行状態であると判定し、ペダルに踏力が作用している状態およびクランクが回転されている状態の何れでもない場合には押し歩き状態であると判定することを特徴とする。この構成により、押し歩き状態と走行状態とを良好に判定することができる。

また、本発明は、前記手動スイッチが操作された際に、前記判定部が走行状態であると判定した場合に、制御部は、補助駆動力の増加または補助駆動力のアシスト率の増加を行うことを特徴とする。

また、本発明は、走行時のアシスト状態を切り換えるモードスイッチが、ハンドルに取り付けられる操作部に設けられ、この操作部とは別に前記手動スイッチが設けられていることを特徴とする。

この構成により、補助駆動力の調整を指示できる手動スイッチを、同じくアシスト率の調整に関連するモードスイッチが設けられている操作部とは別個に設けたので、アシスト率などに関する操作が混乱し難い利点がある。また、押し歩きする際に、操作し易い側に手動スイッチを取り付けることができる利点もある。

本発明によれば、押し歩き用と走行時の補助駆動力調整用とに兼用する共通の手動スイッチを備えることにより、操作性が良好な場所に手動スイッチを配設することができて良好な操作性を得ることができる。また、個別に手動スイッチを設ける場合と比較して、部品点数を低減できて、製造コストを低減できる。

また、ペダルへの踏力を検出する人力駆動力検出器と、クランクの回転を検出する回転センサとの少なくとも一方を備え、前記判定部は、ペダルに踏力が作用している状態およびクランクが回転されている状態の少なくとも一方の状態である場合には走行状態であると判定し、ペダルに踏力が作用している状態およびクランクが回転されている状態の何れでもない状態である場合には押し歩き状態であると判定することにより、押し歩き状態と走行状態とを良好に判定することができる。

本発明の実施の形態に係る電動自転車の側面図同電動自転車のハンドルなどを示す図同電動自転車のブロック図同電動自転車の操作部および手動スイッチの平面図同電動自転車の制御部の手動スイッチに関する制御動作を示すフローチャート同電動自転車の他の実施の形態に係る操作部および手動スイッチの平面図同電動自転車の他の実施の形態に係る操作部および手動スイッチの平面図同電動自転車の他の実施の形態に係る操作部および手動スイッチの平面図

以下、本発明の実施の形態に係る電動自転車について、図面を参照しながら説明する。
図１において、１は電動自転車であり、この電動自転車１は、フレーム２と、前輪３および後輪４と、ハンドル５と、サドル６と、クランク７およびペダル８と、電動モータ１５を有して補助駆動力（アシスト力）を発生させるモータ駆動ユニット９と、モータ駆動ユニット９の電動モータ１５に駆動用の電力を供給する二次電池からなるバッテリ１０と、照明装置としての前照灯１１と、ハンドル５に取り付けられた操作部（手元操作部）１２と、当該電動自転車１の各種の制御を行う制御部１３（図３参照）などを備えている。

また、図１〜図３に示すように、この電動自転車１は、これらの構成要素に加えて、押ボタン部１４ａを有する手動スイッチ１４を有している。この手動スイッチ１４は、押ボタン部１４ａが押圧されている間は接点部（図示せず）がＯＮ状態となり、押ボタン部１４ａから手を離すと接点部がＯＦＦ状態となる構造である。また、手動スイッチ１４は、例えば操作部１２に並べられた（この実施の形態では、操作部１２の手前側に並べられた）姿勢で、ハンドル５に取り付けられている。なお、この実施の形態では、モータ駆動ユニット９が、フレーム２における中央下部（例えばクランク軸７ａの後方箇所）に支持および配設されている場合を図示しているが、これに限るものではなく、前輪３や後輪４のハブに内蔵させてもよい。

図１に示すように、フレーム２は、ヘッドパイプ２ａ、メインフレーム２ｂ、立パイプ２ｄ、チェーンステー２ｅなどからなる。また、ペダル８はクランク７の両端部に回転自在に取り付けられ、人力駆動力としての踏力が加えられる。モータ駆動ユニット９は、電動モータ１５などを備えており、この実施の形態では、モータ駆動ユニット９に制御部１３も配設されているが、これに限るものではない。なお、バッテリ１０は蓄電器の一例であり、二次電池が好適であるが、蓄電器の他の例としてはキャパシタなどであってもよい。後輪４は、チェーンステー２ｅの後端に回転自在に取り付けられている。そして、ペダル８に踏力が加えられると、クランク７がクランク軸７ａを中心に回転し、この人力駆動力（回転駆動力）と、人力駆動力に付加された補助駆動力（詳しくは後述する）とがチェーン１６を介して後輪４に伝達される。

電動自転車１は、モータ駆動ユニット９の電動モータ１５により発生する補助駆動力を、人力駆動力に加えて走行することが可能であるが、特にこの電動自転車１では、ペダル８を踏み込まなくても、すなわち人力駆動力を加えなくても、補助駆動力を出力して自走できるように構成されている。なお、自走しない場合は、原則的には、ペダル８に加えられた踏力をクランク軸７ａ近傍に配設されたトルクセンサなどからなる人力駆動力検出器１７（図３参照）により検知して、踏力（人力駆動力）に応じた補助駆動力を出力する。また、図示しないが、クランク軸７ａの回転（いわゆるペダル８の回転）を検知する回転センサ１９（図３参照）もモータ駆動ユニット９におけるクランク軸７ａ近傍箇所などに設けられており、この回転センサ１９により、当該電動自転車１の走行速度を検出可能である。

さらに、図３に示すように、制御部１３には、当該電動自転車１が押し歩き状態か走行状態かを判定する判定部１８が設けられている。また、前記１つの手動スイッチ１４が、押し歩き用の場合と補助駆動力調整用の場合とに兼用されて、すなわち共通して使用され、前記判定部１８の判定結果に基づいて、前記手動スイッチ１４が押し歩き用または補助駆動力調整用として自動的に切り換えられて用いられる。すなわち、手動スイッチ１４は、当該電動自転車１が押し歩き状態である際に押されると、小さめの補助駆動力を付加して当該電動自転車１を低速で自走させることができるよう構成されている。また、当該電動自転車１に搭乗者が乗って走行している状態で、手動スイッチ１４が押されると、アシスト率が増加されたり、補助駆動力（アシスト力）が増加されたりして走行制御される。

ここで、判定部１８は、ペダル８に踏力が作用している状態およびクランク７が回転されている状態の少なくとも一方の状態である場合には電動自転車１が走行状態であると判定し、ペダル８に踏力が作用していないとともに、クランク７が回転されていない場合には、電動自転車１が押し歩き状態であると判定する。

なお、図４に示すように、この実施の形態では、操作部１２に、電源をＯＮ・ＯＦＦして電動自転車１のアシスト動作を行わせるかどうかを選択する電源スイッチ２１と、アシスト動作の動作モード（強弱）を切り換えて選択するモードスイッチ２２と、前照灯１１の点灯・消灯を切り換えるライトスイッチ２３とが設けられている。モードスイッチ２２は、１度押す度に、比較的大きな補助駆動力が付加される強アシストモードと、標準的な補助駆動力が付加される標準アシストモードと、比較的小さい補助駆動力が付加されて消費電力を節約できる節約アシストモードとに順番に切り換えられるよう構成されている。また、操作部１２には、バッテリ１０の残量を表示する残量表示部２４ａ〜２４ｃや、現在のアシストモードを表示するためのモード表示部２５ａ〜２５ｃも設けられている。

上記構成における、電動自転車１の制御部１３の手動スイッチ１４に関する制御動作について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、制御部１３は、手動スイッチ１４が押されているかどうかを検出し、手動スイッチ１４が押されていない場合には、ステップＳ１からステップＳ２に進んで、通常のアシスト制御が行われる。すなわち、選択されたアシストモードに対応するアシスト制御が行われ、踏力に応じた補助駆動力が人力駆動力に付加された状態で走行できる。なお、走行速度が所定速度を上回ると、アシスト率が低くなり、所定の上限速度を越えると、補助駆動力が付加されなくなるなど、通常の速度制御も行われる。

一方、手動スイッチ１４が押されている場合は、ステップＳ１からステップＳ３に進んで、ペダル８への踏力が所定踏力値以上、またはクランク７の回転数が所定回転数以上であるかが判定部１８で判断される。ここで、前記所定踏力値は、ペダル８に足が載せられているだけの場合の値よりも大きく、実質的にペダルが踏み込まれている場合よりも小さい値が設定される。また、前記所定回転数は、押し歩きする際の速度よりも若干速い速度（例えば時速７ｋｍ）に対応するクランクの回転数が設定される。

そして、ペダル８への踏力が所定踏力値以上であるという条件と、クランク７の回転数が所定回転数以上であるという条件との、少なくとも一方の条件が満たされている場合は、電動自転車１が走行状態であると判定部１８で判定して、ステップＳ３からステップＳ４、Ｓ５に進んで、設定されているアシスト率よりも、所定値だけアシスト率が増加されて、電動モータ１５が駆動制御される。なお、アシスト率を増加させる代わりに、補助駆動力（モータ出力、アシスト量）を所定値だけ増加させたり、補助駆動力の出力最大値を増加させたりしてもよい。これにより、急坂を走行あるいは発進したり、強い向かい風で走行あるいは発進したりする場合でも、手動スイッチ１４を押すことで、より良好に走行あるいは発進することができる。

一方、ステップＳ３において、ペダル８への踏力が所定踏力値以上であるという条件と、クランク７の回転数が所定回転数以上であるという条件との、何れの条件も満たされていない場合は、電動自転車１が押し歩き状態であると判定部１８で判定して、ステップＳ３からステップＳ６に進んで、電動自転車１が低速（例えば、時速３ｋｍ）で自走するように補助駆動力が付加される。これにより、電動自転車１を押し歩きする際の労力を軽減させることができる。

また、上記構成によれば、１つの手動スイッチ１４を、押し歩き用と補助駆動力調整用との両方の場合に用いることができる。したがって、この１つの手動スイッチ１４をハンドル５などに取り付ける場合でも、操作性が良好な場所、例えば、操作部１２の近傍箇所などに手動スイッチ１４を配設することができ、操作性も良好となる。また、また、押し歩き用と補助駆動力調整用とにそれぞれ個別に手動スイッチを設ける場合と比較して、部品点数を低減できて、製造コストを低減できる利点もある。

また、上記実施の形態においては、アシスト率を増加させたり補助駆動力を増加させたりすることを指示できる手動スイッチ１４を、同じくアシスト率の調整に関連するモードスイッチ２２が設けられている操作部１２と近接させて配設したので、操作が混乱し難い利点がある。また、上記実施の形態では、手動スイッチ１４を、操作部１２とは別個に設けているので、押し歩きする際に、操作し易い側に、手動スイッチ１４だけを取り付け直すこともできる利点もある。

しかし、図６に示すように、操作部１２に、手動スイッチ１４を組み込んでもよく、この場合は、部品点数をさらに削減できる利点がある。また、図７に示すように、操作部１２のモードスイッチ２２を省いて、モードスイッチ２２の代わりに、手動スイッチ１４を組み込んでもよく、この場合には、走行時において手動スイッチ１４を押さない場合には、標準のアシストモードになり、手動スイッチ１４を押し続けると、強アシストモードになる。この場合でも、部品点数をさらに削減できる利点があるが、強アシストモードにする際には、手動スイッチ１４を押し続けなければならず、手間がかかる短所がある。また、停止時に手動スイッチ１４を押しても、押し歩き機能（自走機能）が働くので、アシストモードの切り換えを行えない短所もある。

また、図８に示すように、操作部１２としてモードスイッチ２２を省き、操作部１２とは別個に手動スイッチ１４を設けてもよい。しかし、この場合でも、強アシストモードにする際には、手動スイッチ１４を押し続けなければならず、手間がかかり、また、停止時に手動スイッチ１４を押しても、押し歩き機能（自走機能）が働くので、アシストモードの切り換えを行えない。ただし、操作部１２とは別に手動スイッチ１４が設けられているので、操作部１２と手動スイッチ１４との押し間違いを低減できる利点がある。

本発明は、電動自転車を押し歩く場合にも、補助駆動力を付加できる電動自転車に適用することができる。

１電動自転車
２フレーム
３前輪
４後輪
５ハンドル
７クランク
７ａクランク軸
８ペダル
９モータ駆動ユニット
１０バッテリ
１１前照灯
１２操作部（手元操作部）
１３制御部
１４手動スイッチ
１４ａ押ボタン部
１５電動モータ
１７人力駆動力検出器
１８判定部
１９回転センサ
２１電源スイッチ
２２モードスイッチ

Claims

ペダルへの踏力からなる人力駆動力に、電動モータを駆動源とする補助駆動力を付加して走行でき、かつ、電動モータにより、補助駆動力を付加して自走させながら押し歩きできる電動自転車であって、
押し歩き状態と走行状態とを判定する判定部と、押し歩き用と走行時の補助駆動力調整用とに兼用する共通の手動スイッチと、制御部と、を備え、
前記制御部は、前記手動スイッチが操作された場合に、判定部が押し歩き状態と判定した際には制御部により押し歩き用に補助駆動力を付加するよう制御し、判定部が走行状態と判定した際には制御部により走行用に補助駆動力を調整するよう制御する
ことを特徴とする電動自転車。
ペダルへの踏力を検出する人力駆動力検出器と、クランクの回転を検出する回転センサとの少なくとも一方を備え、
前記判定部は、ペダルに踏力が作用している状態およびクランクが回転されている状態の少なくとも一方の状態である場合には走行状態であると判定し、ペダルに踏力が作用している状態およびクランクが回転されている状態の何れでもない場合には押し歩き状態であると判定する
ことを特徴とする請求項１記載の電動自転車。
前記手動スイッチが操作された際に、前記判定部が走行状態であると判定した場合に、制御部は、補助駆動力の増加または補助駆動力のアシスト率の増加を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の電動自転車。
走行時のアシスト状態を切り換えるモードスイッチが、ハンドルに取り付けられる操作部に設けられ、この操作部とは別に前記手動スイッチが設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動自転車。