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WO2012035682A1 - 電動自転車 - Google Patents

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WO2012035682A1
WO2012035682A1 PCT/JP2011/002644 JP2011002644W WO2012035682A1 WO 2012035682 A1 WO2012035682 A1 WO 2012035682A1 JP 2011002644 W JP2011002644 W JP 2011002644W WO 2012035682 A1 WO2012035682 A1 WO 2012035682A1
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WO
WIPO (PCT)
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pedal
electric motor
rotated
rear wheel
electric bicycle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2011/002644
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真光 枝常
昌也 吉村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to CN201180036225.7A priority Critical patent/CN103038128B/zh
Priority to EP11824702.2A priority patent/EP2617636B1/en
Priority to JP2011539823A priority patent/JP4959858B2/ja
Publication of WO2012035682A1 publication Critical patent/WO2012035682A1/ja
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    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present invention is capable of traveling by adding an auxiliary driving force generated by an electric motor to a human driving force generated by a pedaling force from a pedal, and also uses the electric motor to perform a regenerative braking operation (regenerative operation and braking operation) or a braking operation (braking).
  • the present invention relates to an electric bicycle that can perform operations only).
  • a power storage device such as a battery; and an electric motor fed from the power storage device.
  • the pedaling force applied to the pedal is detected by a pedaling force detector such as a torque sensor.
  • a pedaling force detector such as a torque sensor.
  • Patent Documents 1 to 3 provide switches and sensors for detecting the operation of a brake lever attached to a handle in an electric bicycle having an electric motor that generates an auxiliary driving force, and the brake lever is operated.
  • the electric motor is regeneratively controlled, and the battery is charged using the braking operation associated with the regenerative control of the electric motor and the electric motor as a generator.
  • a technique for performing a regenerative operation is disclosed.
  • JP 2003-204602 A Japanese Utility Model Publication No. 5-75086 JP 2010-28970 A
  • the present invention is to improve the above-mentioned disadvantages, and an object of the present invention is to provide an electric bicycle that can be braked satisfactorily while holding the handle firmly.
  • the electric bicycle of the present invention operates when an electric motor that generates auxiliary driving force and a pedal disposed in a hub of a rear wheel are rotated in the opposite direction to the forward travel.
  • a coaster brake that controls the electric motor to perform a regenerative braking operation, a braking operation, or a stopping operation when the coaster brake is operated.
  • the coaster brake when the pedal is rotated in the reverse direction during traveling (during forward traveling), the coaster brake is activated, and the regenerative braking operation and braking operation of the electric motor are performed by the control unit to be braked. Or stop. Therefore, the coaster brake can be actuated and braked with the handle firmly held. Further, when the electric motor is regeneratively braked or braked when the coaster brake is operated, braking can also be performed by a regenerative braking operation or a braking operation of the electric motor. Further, when the coaster brake is operated, the electric motor is stopped so that braking can be performed while saving power.
  • the electric motor is disposed in a hub of a front wheel, and the control unit causes the electric motor to perform a regenerative braking operation or a braking operation when a coaster brake is operated.
  • the pedal when the pedal is rotated in the reverse direction, the rear wheel is braked by the coaster brake, and the front wheel is braked by the regenerative braking operation or braking operation of the electric motor. Therefore, the electric bicycle can be satisfactorily braked in a stable posture by braking the rear wheel by the coaster brake and regenerative braking operation of the electric motor or braking of the front wheel by the braking operation.
  • a reverse rotation detector that detects that the pedal has been rotated in the reverse direction or a phenomenon corresponding to the pedal is rotated
  • the reverse rotation detector includes a crankshaft.
  • Rear wheel body rotation sensor that detects the rotation direction of the vehicle
  • tension sensor that detects the tension state of the endless driving force transmission body that transmits the pedaling force to the rear wheel
  • hub shaft that detects the torque of the hub axle of the rear wheel It is preferable to use at least one of a torque sensor and an acceleration sensor for detecting the acceleration of the electric bicycle.
  • the present invention is a pedaling force detector that detects a pedaling force applied to the pedal, and is characterized in that it detects that a crank to which the pedal is attached is rotated in a direction opposite to that during forward traveling.
  • the pedaling force detector that detects the pedaling force on the pedal can also be used as a detector that detects that the pedal is rotated in the opposite direction to that during forward traveling. Accordingly, the manufacturing cost can be reduced to that extent.
  • the pedaling force applied to the pedal is detected by a pedaling force detector, but in addition to this, a switch or sensor for detecting the operation of the brake lever is required. There was a disadvantage that the cost increased.
  • the manufacturing cost can be reduced to that extent.
  • a storage battery may be provided as a power source for the electric motor of the present invention, and the storage battery may be charged by a regenerative braking operation of the electric motor.
  • the electric motor of the present invention may be disposed at an intermediate position between the front wheel and the rear wheel.
  • a reverse rotation detector for detecting that the pedal has been rotated in the reverse direction is provided, and the electric motor is immediately stopped by the control unit when it is detected that the pedal has been rotated in the reverse direction. It is preferable to do. According to this configuration, when the pedal is rotated in the reverse direction, it is possible to prevent an extremely large burden from acting on the rider's foot through the pedal, and it is possible to reduce useless energy. Further, a threshold is provided for the pedaling force when the pedal is rotated in the reverse direction, and when the pedal is detected to be rotated in the reverse direction and the pedal is rotated in the reverse direction with a pedaling force greater than the threshold, the control unit Thus, the electric motor may be immediately stopped.
  • a coaster brake that is disposed in the hub of the rear wheel and operates when the pedal is rotated in the reverse direction to the forward travel, and the electric motor is regeneratively braked when the coaster brake is operated.
  • a control unit that operates, brakes or stops, braking by the coaster brake and regenerative braking by the electric motor or braking by the braking operation can be performed simultaneously with the handle firmly held. , Improve safety.
  • the electric bicycle is braked in a very stable posture by braking the rear wheel by the coaster brake and regenerative braking operation of the electric motor or braking of the front wheel by the braking operation. This improves the stability during braking.
  • a pedaling force detector that detects the pedaling force on the pedal by detecting that the crank to which the pedal is attached is rotated in the opposite direction to that during forward traveling by detecting the pedaling force on the pedal. It can also be used as a detector for detecting that the pedal is rotated in the opposite direction to that during forward travel, and the manufacturing cost can be reduced accordingly.
  • a reverse rotation detector for detecting that the pedal has been rotated in the reverse direction is provided, and the electric motor is immediately stopped by the control unit when it is detected that the pedal has been rotated in the reverse direction.
  • reference numeral 1 denotes an electric bicycle.
  • the electric bicycle 1 has a metal frame 2 including a head pipe 2a, a front fork 2b, a main pipe 2c, a standing pipe 2d, a chain stay 2e, and the like.
  • a front wheel 3 rotatably attached to the lower end of the front fork 2b, a rear wheel 4 rotatably attached to the rear end of the chain stay 2e, a handle 5 for changing the direction of the front wheel 3, and a saddle 6
  • the crank 7 and the pedal 8 the electric motor 10 for generating an auxiliary driving force (assist force), the control unit 11 for performing various electrical controls including the electric motor 10, and the electric power for driving the electric motor 10.
  • a battery 12 composed of a secondary battery to be supplied, a hand operation unit (not shown) that is attached to the handle 5 and can be operated by a rider and the like, and rotates integrally with the crank 7
  • the battery 12 is an example of a battery and a secondary battery is preferable. However, another example of the battery may be a capacitor.
  • This electric bicycle 1 is not provided with a rim brake that presses a brake shoe that operates by operating a brake lever against a front wheel rim, a rear wheel band brake, a roller brake, or the like as a brake device.
  • a coaster brake 50 is provided on the rear hub 9 to be braked by rotating the pedal 8 in the direction opposite to the rotation direction during forward traveling. .
  • the pedal 8 is rotatably attached to both ends of the crank 7 so that a pedaling force as a human driving force is applied.
  • a pedaling force is applied to the pedal 8
  • the crank 7 rotates about the crankshaft 7a, and this rotational driving force is transmitted to the rear wheel 4 via the front sprocket 13, the chain 15, and the rear sprocket 14. It is rotated.
  • the electric motor 10 is built in a metal hub 16 (hereinafter also referred to as a front hub) disposed at the center of the front wheel 3. ing. That is, the outer portion of the front hub 16 does not rotate in the same manner as the metal rotating portion 16a attached with the inner end portion of the spoke and rotating integrally with the tire portion of the front wheel 3 and the hub shaft 17 of the front wheel 3.
  • the electric motor 10 is built in the front hub 16 composed of metal fixing portions 16b, 16c, 16d, and the like, and the rotating portion 16a and the fixing portions 16b to 16d.
  • 18 is a spoke of the front wheel 3.
  • the control unit 11 is disposed in a control unit 22 supported by being suspended via a support bracket or the like at the lower center of the electric bicycle 1.
  • the control unit 11 is provided with a control board, a storage circuit, and the like that control each component (including an electric motor) of the electric bicycle 1.
  • a crankshaft 7a is disposed in the front portion of the control unit 22 so as to penetrate the lateral direction so as to be rotatable, and the front sprocket 13 is attached to one end portion of the crankshaft 7a so as to rotate integrally with the crankshaft 7a. ing.
  • the pedal 8 is A pedaling force detector 23 comprising a torque sensor for detecting the pedaling force applied, and a traveling speed detector (not shown) for detecting the speed of the electric bicycle 1 by detecting the rotational speed of the crankshaft 7a are provided.
  • the pedaling force detector 23 the pedal 8 can be obtained by using a magnetostrictive torque sensor (a material whose permeability changes by application of external force and which reads a change in magnetic permeability as a change in magnetic flux by a search coil).
  • the pedaling force detector 23 is configured to detect not only the magnitude of the pedaling force but also the direction of the pedaling force. Specifically, for example, when the pedal 8 and the crank 7 are rotated clockwise in the state shown in FIG. 2 so that the electric bicycle 1 moves forward (drives) by the pedaling force of the rider, a torque sensor or the like When the pedal 8 and the crank 7 are rotated counterclockwise (counterclockwise) by the rider, a negative output is output from the pedal force detector 23 including a torque sensor. In a state where the pedal 8 and the crank 7 are not rotated, a pedaling force detector 23 that outputs an output in a predetermined value range with 0 or a small absolute value is used.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the hub (rear hub) 9 of the rear wheel 4 provided with the coaster brake 50
  • FIGS. 6A and 6B are sectional views of the rear hub.
  • a “roller clutch drive type” coaster brake 50 of the bicycle coaster hub mechanism B type defined in JIS D9419 is used, and the outer hub 9 is formed as an outer portion to rotate integrally with the rear wheel.
  • a coaster brake 50 is disposed inside the hub body 9a.
  • the coaster brake 50 is rotatably fitted to the hub axle 24 of the rear wheel 4, and the rear sprocket 14 is integrated with the outer periphery of one end side (the right end side in FIG. 5).
  • a cam base 53 having a cam portion 53a in which rollers 52 are disposed at appropriate intervals in the circumferential direction at an appropriate interval in the circumferential direction and projecting along the axial direction (left side in FIG. 5).
  • An expander 54 having an inclined cam portion 54a engaged with the cam portion 53a of the base 53 and having a tapered surface 54b, a brake shoe 55 capable of expanding and contracting in the radial direction and slidably contacting the inner peripheral surface of the rear hub 9, And it is configured to Kishu 55 from a brake cone 56 having a movable tapered surface 56a on the outside.
  • the cam portion 53a of the cam base 53 is in contact with a thin thickness portion with respect to the axial direction of the inclined cam portion 54a of the expander 54, and the expander 54 is positioned on the right side in FIG.
  • the taper surface 54b of the expander 54 is not in contact with the brake shoe 55, and the brake shoe 55 is also not separated from the inner peripheral surface of the rear hub 9 without being enlarged.
  • the brake shoe 55 is pressed from both sides by the tapered surface 54b of the expander 54 and the tapered surface 56a of the brake cone 56 to increase the diameter, and is strongly pressed to the inner peripheral surface of the hub body 9a of the rear hub 9, As a result, the rear wheel 4 is braked via the rear hub 9.
  • control unit 11 performs the following control operation when the power switch provided in the hand operation unit is operated by the passenger and is in an assistable state in which an auxiliary driving force can be applied.
  • the pedal force detector 23 detects the pedal force and the rotational direction of the pedal 8 (crankshaft 7a), and the corresponding auxiliary drive force.
  • the electric motor 10 is controlled so as to output.
  • the traveling speed of the electric bicycle 1 exceeds a predetermined speed, the additional amount of auxiliary driving force is gradually reduced, and control is performed so that the auxiliary driving force is not applied above the upper limit traveling speed value.
  • the pedaling force becomes 0 or a value close to 0, and this state is detected by the pedaling force detector 23.
  • the electric motor 10 and the like are controlled so that no force is applied.
  • the pedaling force detector 23 detects that the crankshaft 7a has been rotated in the reverse direction, and at that time Are also detected, and signals of these information are input to the control unit 11.
  • the control unit 11 controls the electric motor 10 to perform a regenerative braking operation when an information signal indicating that the crankshaft 7a is rotated in the reverse direction is input from the pedaling force detector 23.
  • the front wheel 3 on which the electric motor 10 is disposed on the hub 16 is braked by the regenerative braking operation of the electric motor 10.
  • the present invention is not limited to this, and when the pedaling force reaches a predetermined value, control may be performed such that the regenerative operation of the electric motor 10 is switched from the OFF state to the ON state. In addition, the battery 12 is charged with the regenerated power.
  • the coaster brake 50 is operated to brake the rear wheel 4 and the electric motor 10 is regenerated.
  • the front wheel 3 is braked by the braking operation.
  • the proportion of the braking force between the front wheels 3 and the rear wheels 4 is stabilized by increasing the braking force by the regenerative braking operation of the electric motor 10 as the pedaling force is increased in correspondence with the pedaling force. It is possible to brake more satisfactorily, such as stopping better.
  • this electric bicycle 1 employs the coaster brake 50, while the regenerative braking operation of the electric motor 10 is possible, the pedal 5 is rotated by the foot in the opposite direction to the forward travel, thereby the handle 5
  • the coaster brake 50 is actuated and braked in a state in which the vehicle is firmly gripped, and the braking by the regenerative braking operation of the electric motor 10 can be executed, and the safety is improved as compared with the case of braking using the brake lever. .
  • the ratio of the braking force between the front wheel 3 and the rear wheel 4 is unbalanced. (When adjusting and controlling the braking force by the regenerative braking operation of the electric motor 10 in response to the pedaling force), it can be minimized (in accordance with the pedaling force, the electric motor 10 Only when the regenerative operation is ON / OFF controlled). As a result, the front wheel 3 and the rear wheel 4 can be braked very well in a stable state, and the safety is maintained well.
  • the pedaling force detector 23 including a torque sensor that detects the pedaling force on the pedal 8 is also used as a detector that detects that the pedal 8 is rotated in the opposite direction to that during forward traveling. Therefore, the number of parts is reduced by that amount, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the pedaling force applied to the pedal is detected by a pedaling force detector, but in addition to this, a switch or sensor for detecting the operation of the brake lever is required.
  • a switch or a sensor for detecting the operation of the brake lever is unnecessary, the manufacturing cost can be reduced to that extent.
  • the coaster brake 50 is a “roller clutch drive type”.
  • the present invention is not limited to this, and instead of this, a “taper cone drive type” is used.
  • a coaster brake or a “multi-plate” coaster brake may be used.
  • the pedal force detector 23 including a torque sensor that detects the pedal force on the pedal 8 is replaced with a detector (that is, a detector that detects that the pedal 8 is rotated in the reverse direction to the forward travel).
  • a detector that is, a detector that detects that the pedal 8 is rotated in the reverse direction to the forward travel.
  • a crank rotation sensor for detecting the rotation direction of the crank 7 as a reverse rotation detector for detecting that the pedal 8 has rotated in the reverse direction
  • rear wheel rotation sensor detecting rotation direction of rear sprocket 14 as a rear wheel attached to hub 9 of rear wheel 4
  • a tension sensor for detecting the tension state of the chain 15 as an endless driving force transmitting body for transmitting a pedaling force to the pedal 8 to the rear wheel 4 side
  • a hub shaft torque sensor for detecting the torque of the hub shaft of the rear wheel 4
  • the crank rotation sensor can detect the rotation direction of the crank 7 and can easily detect the rotation of the crank 7 in the reverse direction without using a high precision sensor. Therefore, by using a crank rotation sensor as the reverse rotation detector, there is an advantage that the manufacturing cost can be reduced at a low cost. Further, instead of the sensor for detecting the rotation direction of the crank 7, a mechanical sensor or an electrical sensor that can simply detect that the crank 7 has rotated in the reverse direction is replaced with a portion near the crankshaft or a bearing portion of the crankshaft. May be provided. Further, a mechanical sensor or an electrical sensor having the same configuration may be attached to the rear sprocket 14.
  • a load sensor for detecting a load value acting on the lower part of the chain 15 spanning the front sprocket 13 and the rear sprocket 14 is provided.
  • the crank 7 When the crank 7 is rotated in the reverse direction, the lower part of the chain 15 is arranged so as to press the load sensor by utilizing the tension of the lower part of the chain 15, and acts over a predetermined load.
  • the crank 7 may be determined to be rotated in the reverse direction.
  • the chain tensioner may be configured to detect that the tension applied to the lower portion of the chain 15 has increased and determine that the crank 7 has been rotated in the reverse direction.
  • a torque sensor may be provided on the hub 9 of the rear wheel 4 so as to determine that the crank 7 has been rotated in the reverse direction.
  • the reverse rotation detector is configured to determine whether the pedal depression force is applied in either the forward direction or the reverse direction by combining a sensor for detecting the crank position and a sensor for detecting the pedal depression force. May be. Further, the acceleration sensor that detects the acceleration of the electric bicycle 1 and the torque sensor that detects the pedal depression force are combined, and the crank 7 is rotated in the reverse direction when the acceleration becomes a negative value and the depression force is detected. You may comprise so that it may determine. Further, by combining an acceleration sensor that detects the acceleration of the electric bicycle 1 and a crank rotation sensor, it is determined that the acceleration has become a negative value and that the crank 7 is rotated in the reverse direction by detecting the rotation of the crank. It may be configured.
  • the controller 11 when the crank 7 is rotated in the reverse direction, the controller 11 causes the electric motor 10 to perform a regenerative braking operation to perform braking and charging.
  • the configuration is not limited, and the controller 11 may be configured to perform only the braking operation without causing the charging operation (regeneration operation) to be performed.
  • the control unit 11 when the crank 7 is rotated in the reverse direction, the control unit 11 causes the electric motor 10 to immediately stop instead of causing the electric motor 10 to perform regenerative braking operation or braking operation. May be. In this case, the braking operation of the front wheels 3 is not performed. However, for example, even when the crank 7 is rotated in the reverse direction, compared with the case where the stopping operation of the electric motor 10 is delayed, it is wasteful. Energy can be reduced.
  • the chain 15 is used as the endless driving force transmitting body that transmits the pedaling force from the pedal 8 to the rear wheel 4 .
  • the present invention is not limited to this. Instead, a toothed belt may be used.
  • a rear gear may be used instead of the rear sprocket 14 as the rear wheel.
  • the present invention is not limited to this. That is, in addition to having the coaster brake 50 having the above-described configuration, as shown in FIG. 7, the brake of the front wheel 3 that is operated by operating the brake lever 41 as provided in a general bicycle. It is good also as a structure which provides the brake device (not shown) of the rear-wheel 4 which act
  • the coaster brake 50 when braking, the coaster brake 50 is basically operated, and the brake lever 41 is used in an emergency or when a passenger who is not used to the coaster brake 50 rides temporarily. It is preferable to use the brake device 40 to be operated.
  • a brake device such as the front wheel 3 that is operated by operating the brake lever 41
  • the following configuration is provided. May be. That is, when the brake lever 41 is operated and the pedal 8 is rotated in the reverse direction so that the coaster brake 50 is operated, the braking force by the regenerative braking operation or braking operation to the electric motor 10 is the coaster brake 50 or You may control by the control part 11 so that it may become smaller than the braking force by the regenerative braking operation
  • both the coaster brake 50 and the brake lever operation type brake device are operated, the electric motor 10 is further braked, a braking force is suddenly applied, and there is a possibility of slipping. It is preferable to weaken the braking force by the electric motor 10 when both the coaster brake 50 and the brake lever operation type brake device are operated so as not to cause a problem.
  • 8 to 11 show an electric bicycle 1 according to another embodiment of the present invention.
  • a motor drive unit in which the electric motor 10 is disposed at an intermediate position between the front wheels 3 and the rear wheels 4 (more specifically, at a lower portion of the intermediate position). 30 is disposed inside.
  • the motor drive unit 30 having a relatively large weight is arranged at the center in the front-rear direction of the electric bicycle 1, so that the front wheels 3 and the rear wheels 4 can be easily lifted, and the road
  • the vehicle body (such as the frame 2) of the electric bicycle 1 is easy to handle, such as being able to easily get over even if there is a step, and the running stability is also good.
  • the motor drive unit 30 has a crankshaft arrangement in which the inside of a unit case 31 that forms an outer shell portion and a partition wall portion is disposed on the front side, and the crankshaft 7a is rotatably supported.
  • crankshaft 7a at the outer peripheral position of the crankshaft 7a at the front portion of the motor control unit 30, the torsional state of the crankshaft exterior cylinder 38 that rotates integrally with the crankshaft 7a is detected, and the pedaling force acting on the pedal 8 is detected.
  • a running speed detector (not shown) that detects the speed of the electric bicycle 1 by detecting the rotational speed of the crankshaft 7a.
  • reference numeral 39 in FIG. 10 denotes a crankshaft exterior auxiliary cylinder which is connected at one end so as to rotate integrally with the crankshaft exterior cylinder 38 and to which the front sprocket 13 is attached at the other end.
  • the auxiliary drive sprocket 40 serving as an auxiliary drive wheel that outputs the auxiliary drive force generated by the electric motor 10 is output to the rear portion of the front sprocket 13 in the motor drive unit 30 so as to protrude from the motor drive unit 30. It is arranged in a posture attached to the shaft 36. Then, the auxiliary drive sprocket 40 is arranged at the rear portion of the front sprocket 13 by meshing with the lower portion of the chain 15 being lifted upward, so that the auxiliary drive force is added to the human power drive force, and these drives are driven. The force is transmitted to the rear wheel 4.
  • the auxiliary drive force transmission path between the electric motor 10 and the auxiliary drive sprocket 40 in the motor drive unit 30, specifically between the reduction gear 35 and the auxiliary drive force output shaft 36, A direction clutch mechanism 41 is provided.
  • control unit 11 performs the following control operation when the power switch provided in the hand operation unit is operated by the passenger and is in an assistable state in which an auxiliary driving force can be applied.
  • the pedal force detector 23 detects the pedal force and the rotational direction of the pedal 8 (crankshaft 7a), and the corresponding auxiliary drive force.
  • the electric motor 10 is controlled so as to output.
  • the traveling speed of the electric bicycle 1 exceeds a predetermined speed, the additional amount of auxiliary driving force is gradually reduced, and control is performed so that the auxiliary driving force is not applied above the upper limit traveling speed value.
  • the pedaling force becomes 0 or a value close to 0, and this state is detected by the pedaling force detector 23.
  • the electric motor 10 and the like are controlled so that no force is applied.
  • the pedaling force detector 23 detects that the crankshaft 7a has been rotated in the reverse direction, and at that time Are also detected, and signals of these information are input to the control unit 11.
  • the control unit 11 controls the electric motor 10 to stop immediately (instantly) as shown in FIG. To do. Thereby, the coaster brake 50 operates in a state where the electric motor 10 is immediately stopped.
  • the pedal 8 is hardly rotated in the reverse direction during traveling, and the rear sprocket A one-way clutch is interposed between the rear wheel 4 and the hub so that the reverse rotational force is hardly transmitted to the rear wheel 4 side.
  • the pedal 8 is caused by the sudden stop of the electric motor 10. May cause a slight impact (so-called uncomfortable feeling), or may cause a phenomenon of repeating ON and OFF operations (so-called jerky feeling) due to the impact on the pedal 8. Therefore, in this case, generally, the stopping operation of the electric motor 10 is delayed (for example, 0.4 seconds) and is stopped as smoothly as possible.
  • a threshold value (threshold value for stopping the electric motor, for example, ⁇ 3.0 kg) is provided as a reverse pedaling force value when the electric motor 10 is immediately stopped, and a pedaling force lower than the reverse pedaling force is provided. It is more preferable to determine that the rider has intentionally rotated the pedal 8 in the reverse direction when the electric motor 10 is operated, and to stop the electric motor 10 immediately. That is, even when the coasting is stopped with the pedal 8 stopped while traveling, the pedal 8 may be reversely rotated in some cases. However, in this case, the pedaling force rotating in the reverse direction is not so large. In such a case, the threshold value is set to be equal to or less than the threshold value.
  • the present invention can travel by adding an auxiliary driving force generated by an electric motor to a human driving force generated by a pedaling force from a pedal, and can also perform a regenerative braking operation, a braking operation, and a stopping operation by the electric motor. It is applicable to various electric bicycles.

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Abstract

　ハンドルをしっかりと握った状態で、ブレーキをかけて制動することができる電動自転車を提供する。補助駆動力を発生する電動モータと、後輪４のハブ１６内に配設されてペダル８を前進走行時と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキと、コースターブレーキが作動された際に電動モータを回生制動動作または制動動作させる制御部とを備えた。これにより、足でペダル８を前進走行時と逆方向に回転させることで、ハンドル５をしっかりと握った状態で、コースターブレーキを作動させて制動することができると同時に電動モータによる制動も実行できる。

Description

電動自転車
　本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、電動モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能であるとともに、前記電動モータにより回生制動動作（回生動作および制動動作）や制動動作（制動動作のみ）などを行わせることが可能である電動自転車に関するものである。
　バッテリなどの蓄電器と、この蓄電器から給電される電動モータとを有し、ペダルに加えられる踏力を、トルクセンサなどの踏力検出器により検出し、前記踏力による人力駆動力に、前記電動モータの補助駆動力（アシスト力）を加えることで、上り坂等でも楽に走行できる電動自転車は既に知られている。また、この種の電動自転車において、ブレーキレバーの操作時に電動モータを回生制御する構成も知られている。
　例えば、特許文献１～３には、補助駆動力を発生する電動モータを備えた電動自転車において、ハンドルに取り付けられているブレーキレバーの動作を検知するスイッチやセンサを設け、前記ブレーキレバーが操作されて前輪のブレーキ装置や後輪のブレーキ装置を駆動させた際に、前記電動モータを回生制御して、電動モータの回生制御に伴う制動動作と前記電動モータを発電機として用いてバッテリに充電する回生動作とを行わせる技術が開示されている。
特開２００３－２０４６０２号公報 実開平５－７５０８６号公報 特開２０１０－２８９７０号公報
　しかしながら、従来の電動モータの回生制動動作や制動動作が可能な電動自転車では、制動する際にブレーキレバーを操作しなければならないので、ハンドルをしっかりと握ったままの状態では、ブレーキをかけて制動することができないという短所があった。
　本発明は上記短所を改善するもので、ハンドルをしっかりと握った状態で、ブレーキをかけて良好に制動することが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、本発明の電動自転車は、補助駆動力を発生する電動モータと、後輪のハブ内に配設されてペダルを前進走行時と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキと、コースターブレーキが作動された際に前記電動モータを、回生制動動作、制動動作または停止動作をさせる制御部と、を備えたことを特徴とする。
　上記構成によれば、走行時（前進走行時）において、ペダルを逆方向に回転させると、コースターブレーキが作動するとともに、制御部により電動モータの回生制動動作や制動動作が行われて制動されたり、停止されたりする。したがって、ハンドルをしっかりと握った状態で、コースターブレーキを作動させて制動できる。また、コースターブレーキが作動された際に前記電動モータを、回生制動動作または制動動作させると、電動モータの回生制動動作や制動動作によっても制動することができる。また、コースターブレーキが作動された際に前記電動モータを停止動作させることで、節電しながら制動できる。
　また、本発明は、前記電動モータが前輪のハブ内に配設され、前記制御部は、コースターブレーキが作動された際に前記電動モータを、回生制動動作または制動動作させることを特徴とする。この構成によれば、ペダルを逆方向に回転させると、コースターブレーキにより後輪が制動されるとともに、電動モータの回生制動動作や制動動作により前輪が制動される。したがって、コースターブレーキによる後輪の制動と電動モータの回生制動動作や制動動作による前輪の制動とにより当該電動自転車を安定した姿勢で良好に制動することができる。
　なお、ペダルが逆方向に回転されたこと、またはこれに対応する現象を生じたことを検出する逆方向回転検出器を設けるとよく、前記逆方向回転検出器としては、クランク軸が設けられている箇所に取り付けられたトルクセンサ、クランク軸の回転方向を検知するクランク回転センサ、後輪のハブに取り付けられた後部輪体に取り付けられたトルクセンサ、後輪のハブに取り付けられた後部輪体の回転方向を検知する後部輪体回転センサ、ペダルへの踏力を後輪側に伝達する無端状駆動力伝達体の張り状態を検知するテンションセンサ、後輪のハブ軸のトルクを検知するハブ軸トルクセンサ、当該電動自転車の加速度を検出する加速度センサの、少なくとも１つを用いると好適である。
　また、本発明は、ペダルへの踏力を検出する踏力検出器で、ペダルが取り付けられたクランクが前進走行時と逆方向に回転されたことも検出することを特徴とする。
　この構成によれば、ペダルへの踏力を検出する踏力検出器を、ペダルが前進走行時と逆方向に回転されたことを検出する検出器としても兼用することができる。したがって、その分だけ製造コストを少なく抑えることができる。つまり、従来の電動自転車では、ペダルに加えられる踏力を踏力検出器により検出しているが、これ以外に、ブレーキレバーの動作を検知するためのスイッチやセンサが必要であるので、その分だけ製造コストが増加する欠点があった。これに対して、本発明によれば、ブレーキレバーの動作を検知するためのスイッチやセンサが不要であるので、その分だけ製造コストを少なく抑えることができる。
　また、本発明の前記電動モータの電源としての蓄電器を有し、前記電動モータの回生制動動作により、前記蓄電器を充電してもよい。また、本発明の前記電動モータを前輪と後輪との間の中間位置に配設してもよい。
　また、ペダルが逆方向に回転されたことを検出する逆方向回転検出器を設け、ペダルが逆方向に回転されたことが検出されると、制御部により前記電動モータを直ぐに停止させるように構成することが好ましい。この構成によれば、ペダルが逆方向に回転された際にペダルを介して乗車者の足に極めて大きな負担が作用することを防止したり、無駄なエネルギーを削減したりすることができる。さらに、ペダルが逆方向に回転された際の踏力に閾値を設け、ペダルが逆方向に回転されたことが検出され、かつ、前記閾値より大きな踏力で逆方向に回転された際に、制御部により前記電動モータを直ぐに停止させるよう構成してもよい。
　本発明によれば、後輪のハブ内に配設されてペダルを前進走行時と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキと、コースターブレーキが作動された際に前記電動モータを回生制動動作、制動動作または停止動作させる制御部とを備えたことにより、ハンドルをしっかりと握った状態で、コースターブレーキによる制動と電動モータの回生制動動作または制動動作による制動とを同時に行うことができて、安全性が向上する。
　また、電動モータを前輪のハブ内に配設させることにより、コースターブレーキによる後輪の制動と電動モータの回生制動動作または制動動作による前輪の制動とで当該電動自転車を極めて安定した姿勢で制動することができて、制動時の安定性が向上する。
　また、ペダルへの踏力を検出する踏力検出器で、ペダルが取り付けられたクランクが前進走行時と逆方向に回転されたことも検出することにより、ペダルへの踏力を検出する踏力検出器を、ペダルが前進走行時と逆方向に回転されたことを検出する検出器としても兼用することができて、その分だけ製造コストを少なく抑えることができる。
　また、ペダルが逆方向に回転されたことを検出する逆方向回転検出器を設け、ペダルが逆方向に回転されたことが検出されると、制御部により前記電動モータを直ぐに停止させるように構成することにより、ペダルを前進走行時と逆方向に回転させた際の、乗車者の足への負担を軽減したり、無駄なエネルギーを削減したりすることができる。
本発明の実施の形態に係る電動自転車の全体側面図 同電動自転車の部分切欠側面図 同電動自転車の前輪のハブの縦断面図 同電動自転車の前輪の制御ユニットの横断面図 同電動自転車の後輪のハブの分解斜視図 同電動自転車の後輪のハブの縦断面図で、ペダルの踏力により後輪を回転駆動させている状態 同電動自転車の後輪のハブの縦断面図で、ペダルを前進走行時とは逆方向に回転させてコースターブレーキを作動させている状態、あるいは走行中にペダルの回転を停止している状態 本発明の他の実施の形態に係る電動自転車の全体側面図 本発明のその他の実施の形態に係る電動自転車の全体側面図 同電動自転車の部分切欠側面図 同電動自転車の前輪の制御ユニットの横断面図 同電動自転車の要部側面図 同電動自転車の踏力と電動モータの電流との関係を示す図 比較例としての電動自転車の踏力と電動モータの電流との関係を示す図
　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に基づき説明する。
　図１、図２に示すように、１は電動自転車であり、この電動自転車１は、ヘッドパイプ２ａ、前フォーク２ｂ、メインパイプ２ｃ、立パイプ２ｄ、チェーンステー２ｅなどからなる金属製のフレーム２と、前フォーク２ｂの下端に回転自在に取り付けられた前輪３と、チェーンステー２ｅの後端に回転自在に取り付けられた後輪４と、前輪３の向きを変更するハンドル５と、サドル６と、クランク７およびペダル８と、補助駆動力（アシスト力）を発生させる電動モータ１０と、電動モータ１０を含めた各種の電気的制御を行う制御部１１と、電動モータ１０に駆動用の電力を供給する二次電池からなるバッテリ１２と、ハンドル５などに取り付けられて、乗車者などが操作可能な手元操作部（図示せず）と、クランク７と一体的に回転するように取り付けられた人力駆動力出力輪体としての前スプロケット（いわゆるクランクギヤ）１３と、後輪４のハブ（後ハブとも称する）９に取り付けられた後部輪体としての後スプロケット（いわゆる後輪ギヤ）１４と、前スプロケット１３および後スプロケット１４に掛け渡された無端状駆動力伝達体としてのチェーン１５と、チェーン１５などを側方から覆うチェーンカバー２１などを備えている。なお、バッテリ１２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。
　この電動自転車１では、ブレーキ装置として、ブレーキレバーを操作することによりそれぞれ作動するブレーキシューを前輪のリムに押し付けるリムブレーキや、後輪のバンドブレーキやローラブレーキなどは設けられていない。そして、これらのブレーキ装置の代わりに、図５に示すように、後ハブ９に、ペダル８を前進走行時の回転方向と逆方向に回転することにより制動されるコースターブレーキ５０が設けられている。
　なお、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。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、この回転駆動力が、前スプロケット１３、チェーン１５、および後スプロケット１４を介して後輪４に伝達されて回転される。
　図３に示すように、この実施の形態に係る電動自転車１では、電動モータ１０が、前輪３の中心部に配設されている金属製のハブ（以下、前ハブとも称する）１６に内蔵されている。すなわち、前ハブ１６の外郭部は、スポークの内端部が取り付けられて前輪３のタイヤ部などとともに一体的に回転する金属製の回転部１６ａと、前輪３のハブ軸１７と同様に回転しない金属製の固定部１６ｂ、１６ｃ、１６ｄとなどから構成され、これらの回転部１６ａと固定部１６ｂ～１６ｄなどで構成される前ハブ１６の内部に、電動モータ１０が内蔵されている。なお、図３における１８は前輪３のスポークである。
　一方、図２、図４に示すように、制御部１１は、電動自転車１の中央下部に、支持ブラケットなどを介して吊り下げられて支持された制御ユニット２２内に配設されている。制御部１１には、電動自転車１の各構成要素（電動モータを含む）の制御を行う制御基板や記憶回路などが配設されている。制御ユニット２２の前部には、クランク軸７ａが横方向に貫通して回転自在に配設され、クランク軸７ａの一端部に前スプロケット１３がクランク軸７ａと一体的に回転するように取り付けられている。
　さらに、制御ユニット２２内におけるクランク軸７ａの外周位置には、クランク軸７ａ（詳しくは、クランク軸７ａと一体的に回転するクランク軸外装筒体３８）のねじり状態を検知して、ペダル８に作用する踏力を検出するトルクセンサなどからなる踏力検出器２３や、クランク軸７ａの回転速度を検出することで、電動自転車１の速さを検出する走行速度検出器（図示せず）が配設されている。ここで、踏力検出器２３としては、磁歪式トルクセンサ（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）を用いることでペダル８に作用するトルクを検知すればよい。また、この踏力検出器２３は、踏力の大きさだけでなく、踏力の向きも検出できるよう構成されている。具体的には、例えば、乗車者の踏力により電動自転車１が前進（駆動）するように、図２に示す状態において、ペダル８およびクランク７が右回りに回転されている状態では、トルクセンサなどからなる踏力検出器２３から正出力が出力され、乗車者によりペダル８およびクランク７が逆回り（左回り）に回転される状態では、トルクセンサなどからなる踏力検出器２３から負出力が出力され、ペダル８およびクランク７が回転されていない状態では、０または絶対値が小さい所定の値範囲の出力が出力される踏力検出器２３が用いられる。これにより、乗車者によりペダル８およびクランク７が逆回り（左回り）に回転されると、負出力が出力されるので、乗車者によりペダル８およびクランク７が逆回り（左回り）に回転されたことを判別できるよう構成されている。
　図５は、コースターブレーキ５０が設けられている後輪４のハブ（後ハブ）９の分解斜視図、図６Ａ、図６Ｂは、それぞれ後ハブの断面図である。この実施の形態では、ＪＩＳＤ９４１９に規定する自転車用コースターハブ機構Ｂタイプの「ローラークラッチ駆動式」のコースターブレーキ５０が用いられており、後ハブ９の外郭部をなして後輪と一体的に回転するハブ本体９ａの内部にコースターブレーキ５０が配設されている。図５、図６Ａ、図６Ｂに示すように、コースターブレーキ５０は、後輪４のハブ軸２４に回転自在に外嵌され、一端側（図５における右端側）外周に後スプロケット１４が一体的に回転するように固定され、他端側（図５における左端側）に図６Ａ、図６Ｂに示すような突部５１ａ、大径カム面５１ｂおよび小径カム面５１ｃが周方向適当間隔ごとに形成された駆動体５１と、外周寄り部分において周方向適当間隔ごとにローラ５２が配設されているとともに軸方向に沿って（図５における左側）突出するカム部５３ａを有するカム台５３と、カム台５３のカム部５３ａにその傾斜カム部５４ａが係合するとともにテーパ面５４ｂを有するエキスパンダー５４と、径方向に拡縮可能で後ハブ９の内周面に摺接可能なブレーキシュー５５と、ブレーキシュー５５を外側に移動可能なテーパ面５６ａを有するブレーキコーン５６などから構成されている。
　そして、ペダル８が通常の走行方向（前進走行時の回転方向）に回転されると、チェーン１５および後スプロケット１４などを介して、駆動体５１が図６Ａにおいて示すＡ方向に回転され、これに伴い、ローラ５２が駆動体５１の大径部５１ｂにより外側に押圧される。この結果、ローラ５２が駆動体５１と、後ハブ９のハブ本体９ａとの間に強く圧接された状態で挟持され、これによって、駆動体５１とともに前記ハブ本体９ａが一体化されて、後輪４全体も回転される。なお、この際、カム台５３のカム部５３ａはエキスパンダー５４の傾斜カム部５４ａにおける軸方向に対して薄い厚み部分に当接している状態となり、エキスパンダー５４は図５において右側寄りに位置するため、エキスパンダー５４のテーパ面５４ｂがブレーキシュー５５に当接せず、ブレーキシュー５５も拡径されずに後ハブ９の内周面から離反されている状態である。
　一方、ペダル８が前進走行時の回転方向と逆方向に回転されて、チェーン１５を介して、後スプロケット１４が逆方向に回転された場合には、図６Ｂに示すように、駆動体５１が後スプロケット１４と同方向であるＢ方向に回転され、これにより、ローラ５２の箇所では、駆動体５１の小径カム面５１ｃに当接してハブ本体９ａの内周面からは隙間を有する状態となる。しかしながら、駆動体５１のＢ方向への回転により、ローラ５２を介して、カム台５３がＢ方向に回転されると、カム台５３のカム部５３ａに傾斜カム部５４ａで当接しているエキスパンダー５４が図５における左側に移動される。これにより、ブレーキシュー５５が、エキスパンダー５４のテーパ面５４ｂとブレーキコーン５６のテーパ面５６ａとにより両側から押圧されて拡径して、後ハブ９のハブ本体９ａの内周面に強く押圧され、この結果、後ハブ９を介して後輪４が制動される。
　なお、走行中にペダル８が停止されて、チェーン１５を介して、後スプロケット１４の回転が停止された場合には、駆動体５１が図６Ａに示すようなＡ方向に回転される力がなくなるため、図６Ｂに示すように、ローラ５２は、駆動体５１の小径カム面５１ｃ側に寄って後ハブ９の内周面から隙間を有する状態となる。また、駆動体５１が回転されないため、カム台５３も回転されず、これにより、エキスパンダー５４は図５において右側寄りに位置した状態のままとなり、エキスパンダー５４のテーパ面５４ｂがブレーキシュー５５に当接せず、ブレーキシュー５５も拡径されずに後ハブ９の内周面から離反されている状態となる。この結果、後ハブ９が回転している状態であっても、後ハブ９の回転力は、駆動体５１や後スプロケット１４には伝達されず、これらの間にフリーホイール（一方向クラッチ）を配設した場合のように、空回り状態となって惰性走行状態が維持される。
　上記構成において、制御部１１は、手元操作部に設けられた電源スイッチが乗車者により操作されて、補助駆動力を加えることが可能なアシスト可能状態にある場合において、以下の制御動作を行う。
　乗車者によりペダル８が前進走行時の回転駆動方向に踏み込んで走行されている時には、踏力検出器２３によりペダル８（クランク軸７ａ）の踏力と回転方向が検出され、これに対応する補助駆動力を出力するように電動モータ１０を制御する。なお、電動自転車１の走行速度が所定速度を越えると、徐々に補助駆動力の付加量が減少され、上限走行速度値以上では補助駆動力が加えられないよう制御される。
　また、走行中に乗車者によりペダル８の回転が停止された場合には、踏力が０または０に近い値となり、この状態が踏力検出器２３により検出されるので、制御部１１は、補助駆動力を加えないよう電動モータ１０などを制御する。
　走行中に、乗車者によりペダル８が前進走行時の回転方向と逆方向に回転された場合には、踏力検出器２３によりクランク軸７ａが逆方向に回転されたことが検出され、かつその際の踏力も検出され、これらの情報の信号が制御部１１に入力される。制御部１１は、クランク軸７ａが逆方向に回転された情報の信号を踏力検出器２３から入力すると、電動モータ１０を回生制動動作させるように制御する。これにより、電動モータ１０がハブ１６に配設されている前輪３が電動モータ１０の回生制動動作により制動される。なお、踏力に対応させて、踏力が大きい場合ほど、電動モータ１０の回生制動動作による発電量が大きくなるように制御して、回生制動動作による制動力を大きくすることが好適である。しかし、これに限るものではなく、踏力が所定値に達した際に、電動モータ１０の回生動作をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り換えるだけの制御を行ってもよい。また、回生発電された電力はバッテリ１２に充電される。
　上記構成により、乗車者によりペダル８が前進走行時の回転駆動方向に踏み込んで走行されている時には、人力駆動力としての踏力によりチェーン１５を介して後輪４が回転されるとともに、前記踏力に対応する補助駆動力が加えられて前輪３が回転されるので、上り坂等でも楽に走行できる。
　また、走行中にペダル８の回転が停止された場合には、補助駆動力が加えられないとともに、コースターブレーキ５０が空回り状態となるので、惰性走行を支障なく行うことができる。
　また、走行中に、乗車者によりペダル８が前進走行時の回転方向と逆方向に回転された場合には、コースターブレーキ５０が動作して後輪４が制動されるとともに、電動モータ１０の回生制動動作により前輪３が制動される。このように、後輪４だけでなく前輪３も制動されるので、後輪４だけで制動する場合と比べて安定した状態で制動することができる。また、この場合に、踏力に対応させて、踏力が大きい場合ほど、電動モータ１０の回生制動動作による制動力を大きくすることにより、前輪３と後輪４との制動力の割合が安定した状態でより良好に停止するなど、一層良好に制動することができる。
　また、この電動自転車１では、コースターブレーキ５０を採用しているので、電動モータ１０の回生制動動作が可能でありながら、足でペダル８を前進走行時と逆方向に回転させることで、ハンドル５をしっかりと握った状態で、コースターブレーキ５０を作動させて制動するとともに電動モータ１０の回生制動動作による制動を実行させることができ、ブレーキレバーを用いて制動する場合と比べて安全性が向上する。
　また、後輪４については、コースターブレーキ５０のみにより制動し、前輪３については、電動モータ１０の回生制動動作のみにより制動するため、前輪３と後輪４との制動力の割合が不釣合いになることを防止したり（踏力に対応させて、電動モータ１０の回生制動動作による制動力を調整して制御する場合）、最小限に抑えることができたり（踏力に応じて、電動モータ１０の回生動作のみを単に、ＯＮ／ＯＦＦ制御する場合）する。この結果、前輪３と後輪４とを安定した状態で極めて良好に制動できて、安全性が良好に維持される。
　また、上記構成によれば、ペダル８への踏力を検出するトルクセンサなどからなる踏力検出器２３を、ペダル８が前進走行時と逆方向に回転されたことを検出する検出器としても兼用しているので、その分だけ部品点数が減少し、製造コストを少なく抑えることができる。つまり、従来の電動自転車では、ペダルに加えられる踏力を踏力検出器により検出しているが、これ以外に、ブレーキレバーの動作を検知するためのスイッチやセンサが必要であるので、その分だけ製造コストが増加する欠点があったが、本発明によれば、ブレーキレバーの動作を検知するためのスイッチやセンサが不要であるので、その分だけ製造コストを少なく抑えることができる。
　また、上記の実施の形態では、コースターブレーキ５０として、「ローラークラッチ駆動式」のものを用いた場合を述べたが、これに限るものではなく、これに代えて、「テーパーコーン駆動式」のコースターブレーキや、「多板式」のコースターブレーキを用いてもよい。
　また、上記の実施の形態では、ペダル８への踏力を検出するトルクセンサなどからなる踏力検出器２３を、ペダル８が前進走行時と逆方向に回転されたことを検出する検出器（すなわち、乗車者によりコースターブレーキ５０を作動させるための動作を検出する検出器としてのコースターブレーキ作動検出器）として用いた場合を述べたが、これに限るものではない。すなわち、トルクセンサからなる踏力検出器２３に代えて、ペダル８が逆方向に回転されたことを検出する逆方向回転検出器として、クランク７の回転方向を検知するクランク回転センサ、後輪４のハブ９に取り付けられた後部輪体としての後スプロケット１４に取り付けられたトルクセンサ、後輪４のハブ９に取り付けられた後部輪体としての後スプロケット１４の回転方向を検知する後部輪体回転センサ、ペダル８への踏力を後輪４側に伝達する無端状駆動力伝達体としてのチェーン１５の張り状態を検知するテンションセンサ、後輪４のハブ軸のトルクを検知するハブ軸トルクセンサ、当該電動自転車の加速度を検出する加速度センサの、少なくとも１つを用いてもよい。
　前記クランク回転センサは、クランク７の回転方向を検知することができるもので、高精度のものを用いなくても容易にクランク７の逆方向の回転を検知することができる。したがって、前記逆方向回転検出器としてクランク回転センサを用いることで、製造コストを安価に抑えることが可能となる利点がある。また、クランク７の回転方向を検知するセンサに代えて、単に、クランク７が逆方向に回転したことを検知することができる機械的センサや電気的センサをクランク軸近傍箇所やクランク軸の軸受部などに設けてもよい。また、同様な構成の機械的センサや電気的センサを後スプロケット１４に取り付けてもよい。また、チェーン１５の張り状態を検知するテンションセンサとしては、前スプロケット１３と後スプロケット１４とに渡って掛け渡しているチェーン１５の下側部分に作用する荷重値を検出する荷重センサを設けて、クランク７を逆方向に回転させた際に、チェーン１５の下側部分が張ることを利用して、チェーン１５の下側部分が、前記荷重センサを押圧するように配設し、所定荷重以上作用した場合に、クランク７が逆方向に回転されたと判定するよう構成してもよい。また、チェーンテンショナにより、チェーン１５の下側部分が張る力が増加したことを検知して、クランク７が逆方向に回転されたと判定するよう構成してもよい。また、後輪４のハブ９にトルクセンサを設けて、クランク７が逆方向に回転されたと判定するよう構成してもよい。
　さらに、前記逆方向回転検出器として、クランク位置を検出するセンサと、ペダル踏力を検知するセンサとを組み合わせて、正方向または逆方向のいずれかにペダル踏力が負荷されているかを判別するよう構成してもよい。また、電動自転車１の加速度を検出する加速度センサと、ペダル踏力を検知するトルクセンサとを組み合わせて、加速度が負の値になったことおよび踏力を検知してクランク７が逆方向に回転されたと判定するよう構成してもよい。また、電動自転車１の加速度を検出する加速度センサと、クランク回転センサを組み合わせて、加速度が負の値になったことおよびクランクの回転を検知してクランク７が逆方向に回転されたと判定するよう構成してもよい。
　また、上記の実施の形態では、クランク７を逆方向に回転させた際に、電動モータ１０に対して制御部１１が回生制動動作を行わせて、制動並びに充電を行わせたが、これに限るものではなく、制御部１１が充電動作（回生動作）を行わせることなく、制動動作のみ行わせるよう構成してもよい。また、クランク７を逆方向に回転させた際に、電動モータ１０に対して制御部１１が回生制動動作や制動動作を行わせる代わりに、電動モータ１０に対して直ぐに停止動作を行わせるようにしてもよい。この場合には、前輪３の制動動作は行われないことになるが、例えば、クランク７を逆方向に回転させた際でも、電動モータ１０の停止動作を遅延させて行う場合と比較すると、無駄なエネルギーを削減することができる。
　また、上記の実施の形態では、ペダル８からの踏力を後輪４に伝達する無端状駆動力伝達体として、チェーン１５を用いた場合を述べたが、これに限るものではなく、チェーン１５に代えて歯付きベルトを用いてもよい。また、同様に、歯付きベルト（駆動力伝達歯付きベルト）を用いる場合には、後部輪体として後スプロケット１４に代えて後歯車を用いるとよい。
　また、上記の実施の形態では、ブレーキ装置として、コースターブレーキ５０だけが設けられている場合を述べたが、これに限るものではない。すなわち、上記構成のコースターブレーキ５０を有することに加えて、図７に簡略的に示すように、一般の自転車に設けられているような、ブレーキレバー４１で操作することにより作動する前輪３のブレーキ装置４０を設けたり、さらに、ブレーキレバー４１で操作することにより作動する後輪４のブレーキ装置（図示せず）を設けたりする構成としてもよい。なお、この構成の場合でも、コースターブレーキ５０を作動させた際に電動モータ１０を回生動作させればよい。
　また、この構成においても、制動する場合には基本的にコースターブレーキ５０を作動させ、非常の場合や、コースターブレーキ５０に慣れていない乗車者が一時的に乗るなどした場合に、ブレーキレバー４１で操作するブレーキ装置４０を用いることが好ましい。
　また、上記のように、コースターブレーキ５０に加えて、ブレーキレバー４１で操作することにより作動する前輪３などのブレーキ装置（ブレーキレバー操作型ブレーキ装置）を設けた際には、以下のように構成してもよい。すなわち、ブレーキレバー４１が操作され、かつ、コースターブレーキ５０が作動するようペダル８が逆方向に回転された場合の、電動モータ１０への回生制動動作や制動動作による制動力が、コースターブレーキ５０または前記ブレーキレバー操作型ブレーキ装置の何れか一方のみが作動される際の、電動モータ１０への回生制動動作や制動動作による制動力よりも小さくなるように、制御部１１により制御してもよい。つまり、コースターブレーキ５０とブレーキレバー操作型ブレーキ装置との両者が作動する際には、さらに電動モータ１０の制動が加わって、急激に制動力が加わり、スリップするおそれなどがあるので、このような不具合が生じないように、コースターブレーキ５０とブレーキレバー操作型ブレーキ装置との両者が作動する際には、電動モータ１０による制動力を弱めることが好ましい。
　また、上記の実施の形態では、電動モータ１０が、前輪３の中心部に配設されている前ハブ１６に内蔵されている場合を述べたが、これに限るものではない。図８～図１１は本発明のその他の実施の形態に係る電動自転車１を示すものである。この実施の形態では、図８～図１１に示すように、電動モータ１０が、前輪３と後輪４との間の中間位置（より詳しくは中間位置の下部）に配置されているモータ駆動ユニット３０の内部に配設されている。そして、このような配置構成にすることで、重量が比較的大きいモータ駆動ユニット３０が、電動自転車１の前後方向中央に配置されるため、前輪３や後輪４を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、電動自転車１の車体（フレーム２など）の取り回しがよく、また、走行安定性も良好となるよう図られている。
　図１０に示すように、モータ駆動ユニット３０は、外殻部および仕切壁部をなすユニットケース３１の内部が、前側に配設されて、クランク軸７ａが回転自在に支持されてなるクランク軸配設部３２と、前後方向の中央に配設されて、制御基板や各種の電子部品などからなる制御部１１が配設された制御領域部３３と、後寄り左側に配設されて、電動モータ１０が内蔵されたモータ部３４と、減速歯車３５や補助駆動力出力軸３６などが回転自在に配設されてなる減速機構３７が配設された減速機構部などに区画されている。また、モータ制御ユニット３０の前部におけるクランク軸７ａの外周位置には、クランク軸７ａと一体的に回転するクランク軸外装筒体３８のねじり状態を検知して、ペダル８に作用する踏力を検出するトルクセンサなどからなり、逆方向回転検出器としても機能する踏力検出器２３や、クランク軸７ａの回転速度を検出することで、電動自転車１の速さを検出する走行速度検出器（図示せず）が配設されている。なお、図１０における３９はクランク軸外装筒体３８と一体的に回転するように一端部で連結されて、他端部に前スプロケット１３が取り付けられているクランク軸外装補助筒体である。
　また、モータ駆動ユニット３０における前スプロケット１３の後方箇所に、電動モータ１０で発生した補助駆動力を出力する補助駆動輪体としての補助駆動スプロケット４０が、モータ駆動ユニット３０から突出する補助駆動力出力軸３６に取り付けられた姿勢で配設されている。そして、補助駆動スプロケット４０を、前スプロケット１３の後方箇所で、チェーン１５の下側部分を上方に持ち上げる状態で噛み合わせて配置することにより、人力駆動力に補助駆動力を加えて、これらの駆動力を後輪４に伝達する構成としている。なお、この実施の形態では、モータ駆動ユニット３０における電動モータ１０と補助駆動スプロケット４０との間の補助駆動力伝達経路に、詳しくは減速歯車３５と補助駆動力出力軸３６との間に、一方向クラッチ機構４１を配設している。これにより、電動モータ１０が回転されていない状態でペダル８が踏み込まれた場合に、電動モータ１０の負荷がペダル８に作用することを防止して、ペダル８を踏み込む力が過大になることがないよう図っている。また、図９、図１２における４２は、補助駆動スプロケット４０にチェーン１５が噛み合う巻き角度が適切な角度まで増加するように案内しているとともに、チェーン１５の弛みを吸収してチェーン１５の張り状態を適度に保っているテンショナ装置である。
　上記構成において、制御部１１は、手元操作部に設けられた電源スイッチが乗車者により操作されて、補助駆動力を加えることが可能なアシスト可能状態にある場合において、以下の制御動作を行う。
　乗車者によりペダル８が前進走行時の回転駆動方向に踏み込んで走行されている時には、踏力検出器２３によりペダル８（クランク軸７ａ）の踏力と回転方向が検出され、これに対応する補助駆動力を出力するように電動モータ１０を制御する。なお、電動自転車１の走行速度が所定速度を越えると、徐々に補助駆動力の付加量が減少され、上限走行速度値以上では補助駆動力が加えられないよう制御される。
　また、走行中に乗車者によりペダル８の回転が停止された場合には、踏力が０または０に近い値となり、この状態が踏力検出器２３により検出されるので、制御部１１は、補助駆動力を加えないよう電動モータ１０などを制御する。
　走行中に、乗車者によりペダル８が前進走行時の回転方向と逆方向に回転された場合には、踏力検出器２３によりクランク軸７ａが逆方向に回転されたことが検出され、かつその際の踏力も検出され、これらの情報の信号が制御部１１に入力される。制御部１１は、クランク軸７ａが逆方向に回転された情報の信号を踏力検出器２３から入力すると、図１２に示すように、電動モータ１０を直ぐに（瞬間的に）停止動作させるように制御する。これにより、電動モータ１０が即時に停止された状態で、コースターブレーキ５０が作動する。
　この構成によれば、ペダル８が逆方向に回転された際に、ペダル８を介して乗車者の足に極めて大きな負担が作用することを防止できて、乗車者の足への負担を軽減することができる。
　つまり、コースターブレーキ５０を有しておらず、ブレーキレバーを操作してブレーキ動作を行う一般的な電動自転車では、走行中にペダル８を逆方向に回転することは殆どなく、また、後スプロケットと後輪４のハブとの間に、一方向クラッチが介装され、後輪４の側に逆方向の回転力が殆ど伝達されない構造となっている。また、乗車者が踏み込むことを止めて踏力を０（または０に近い小さい値）にした際に、直ぐに電動モータ１０を停止するよう制御すると、電動モータ１０が急に停止することによるペダル８への若干の衝撃（いわゆる違和感）が発生したり、ペダル８への衝撃によりＯＮ、ＯＦＦ動作を繰り返す現象（いわゆるギクシャク感）を発生したりする。したがって、この際には、一般に、電動モータ１０の停止動作を遅延させて（たとえば、０．４秒）、できるだけ滑らかに停止させるよう構成されている。
　しかしながら、このような制御方法を、走行中にペダル８が逆方向に回転された場合にも同様に適用すると、図１３に示すように、ペダル８が逆方向に回転した瞬間においても、電動モータ１０が正方向（補助駆動力を出力する回転方向）に回転しているので、乗車者の足の踏み込み動作に対して、前記遅延時間の間は電動モータ１０により大きな反力が発生して、乗車者の足への負担が極めて大きくなる。
　したがって、このような課題に対処すべく、クランク軸７ａが逆方向に回転された情報の信号を踏力検出器２３から入力すると、電動モータ１０を直ぐに（瞬間的に）停止動作させるように制御する。これにより、電動モータ１０が即時に停止されて、ペダル８が逆方向に回転された際にペダル８を介して乗車者の足に極めて大きな負担が作用することを防止できて、乗車者の足への負担を軽減することができる。また、この構成により、電動モータ１０の無駄な回転を即時停止できて、無駄なエネルギーを削減することができる利点もある。
　なお、この場合に、電動モータ１０を直ぐに停止させる際の、逆方向の踏力値として閾値（電動モータ停止用閾値、例えば、－３．０ｋｇ）を設け、この逆方向の踏力よりも低い踏力が作用した際に、乗車者が意図的にペダル８を逆方向に回転したと判断して、電動モータ１０を直ぐに停止させると、より好適である。すなわち、走行中にペダル８を停止して惰性走行する際でも、場合によっては、ペダル８を逆回転させてしまう恐れがあるが、この場合には、逆方向に回転する踏力はあまり大きくないので、このような場合には閾値以下となるように閾値を設定する。これにより、このような惰性走行する際には、電動モータ１０を急停止させずに、電動モータ１０の停止動作を遅延させる。この結果、電動モータ１０が急停止することによるペダル８への若干の衝撃（いわゆる違和感）や、ペダル８への衝撃によりＯＮ、ＯＦＦ動作を繰り返す現象（いわゆるギクシャク感）の発生を防止することが可能となる。
　本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、電動モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能であるとともに、前記電動モータにより回生制動動作や制動動作や停止動作を行わせることが可能である各種の電動自転車に適用可能である。

Claims (8)

  1. 　補助駆動力を発生する電動モータと、
    後輪のハブ内に配設されてペダルを前進走行時と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキと、
    コースターブレーキが作動された際に前記電動モータを、回生制動動作、制動動作、または停止動作をさせる制御部と、
    を備えたことを特徴とする電動自転車。
  2. 　前記電動モータが前輪のハブ内に配設され、前記制御部は、コースターブレーキが作動された際に前記電動モータを、回生制動動作または制動動作させることを特徴とする請求項１記載の電動自転車。
  3. 　ペダルが逆方向に回転されたこと、またはこれに対応する現象を生じたことを検出する逆方向回転検出器を設け、前記逆方向回転検出器として、クランク軸が設けられている箇所に取り付けられたトルクセンサ、クランク軸の回転方向を検知するクランク回転センサ、後輪のハブに取り付けられた後部輪体に取り付けられたトルクセンサ、後輪のハブに取り付けられた後部輪体の回転方向を検知する後部輪体回転センサ、ペダルへの踏力を後輪側に伝達する無端状駆動力伝達体の張り状態を検知するテンションセンサ、後輪のハブ軸のトルクを検知するハブ軸トルクセンサ、当該電動自転車の加速度を検出する加速度センサの、少なくとも１つが用いられることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車。
  4. 　ペダルへの踏力を検出する踏力検出器で、ペダルが取り付けられたクランクが前進走行時と逆方向に回転されたことも検出することを特徴とする請求項１に記載の電動自転車。
  5. 　前記電動モータの電源としての蓄電器を有し、前記電動モータの回生制動動作により、前記蓄電器が充電されることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車。
  6. 　前記電動モータが前輪と後輪との間の中間位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車。
  7. 　ペダルが逆方向に回転されたことを検出する逆方向回転検出器を設け、
    ペダルが逆方向に回転されたことが検出されると、制御部により前記電動モータを直ぐに停止させるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車。
  8. 　ペダルが逆方向に回転された際の踏力に閾値を設け、ペダルが逆方向に回転されたことが検出され、かつ、前記閾値より大きな踏力で逆方向に回転された際に、制御部により前記電動モータを直ぐに停止させるよう構成されていることを特徴とする請求項７に記載の電動自転車。
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