JP2004088961A - 電動車両における電源供給機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリが抜かれた場合やバッテリからの電力が制御手段に供給されない場合であっても電動機によって発生される電力供給ラインの電圧を安定化することができ、バッテリの過充電や過電圧発生を防止するとともにシステム構成部品を過電圧等から保護できるようにすること。
【解決手段】電動車両における電源供給機構は、永久磁石式ブラシレスモータ１を駆動する駆動回路５および駆動回路５を制御する制御回路４を備えている。電源状態検出回路（起動部）１２は、モータ１の電力供給ラインの電圧値に応じて制御回路４を起動する。リレー１０と回生抵抗１１とからなる電圧安定化手段は、制御回路４によりリレー１０が開閉制御されて電力供給ラインの電圧を安定化する。電圧安定化手段は、駆動回路５とすることもできる。
【選択図】 図１
【解決手段】電動車両における電源供給機構は、永久磁石式ブラシレスモータ１を駆動する駆動回路５および駆動回路５を制御する制御回路４を備えている。電源状態検出回路（起動部）１２は、モータ１の電力供給ラインの電圧値に応じて制御回路４を起動する。リレー１０と回生抵抗１１とからなる電圧安定化手段は、制御回路４によりリレー１０が開閉制御されて電力供給ラインの電圧を安定化する。電圧安定化手段は、駆動回路５とすることもできる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動スクータなどの電動車両における電源供給機構に関し、特に、電動機の駆動を制御する制御手段にバッテリから電力が供給されない場合やバッテリが抜かれた場合であっても、電動機によって発生される電力供給ラインの電圧を安定化することができ、バッテリの過充電や過電圧発生を防止することができるとともにシステム構成部品を過電圧等から保護することができる電動車両における電源供給機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動スクータは、車軸を回転駆動するための電動機、例えば永久磁石式ブラシレスモータや、バッテリから電力供給を受けて電動機を駆動する電源供給機構を搭載している。この電源供給機構は、電動スクータが惰性で走行する時や下り坂を走行する時などに電動機を発電機として使用し、これにより発電された電力でバッテリを充電する回生機能を有する。また、電源供給機構は、電動機に電力を供給する電力供給ラインの電圧を安定化する制御を行う機能も有する。
【０００３】
車両に搭載される電源装置の過負荷を防止するものとして、特開平５−４９１０１号公報に記載された車両用電源保護回路がある。この車両用電源保護回路においては、制御装置がバッテリの端子電圧の状態に応じて負荷への電力供給を制御する構成となっている。すなわち、スタータとして動作する回転機の回生電力により充電されるバッテリの端子電圧を制御回路で監視し、それが基準値を越えている場合には、バッテリからの電力をインバータ回路を介して負荷（冷凍機等機）へ供給するが、バッテリの端子電圧が基準値以下の場合には、インバータ回路の動作を停止させてバッテリの過放電を防ぐものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動車両においては、バッテリが抜かれたり、長い下り坂を走行している場合にバッテリからの電力を電動機に供給するためのスイッチが意図的に切断される可能性がある。このような場合、電力供給ラインの電圧安定化が行われず、該電力供給ラインが高電圧になること等により電源供給機構を構成する部品（ＦＥＴ等）の保護が困難である。
【０００５】
前記特開平５−４９１０１号公報に記載された車両用電源保護回路においては、制御回路は、バッテリから常に電力が供給される構成となっており、バッテリが抜かれたり、スイッチが切断された場合を想定した構成とはなっていない。そのため、前記公報に記載された構成を電動車両に適用したとしても上記の問題点を解決することは難しい。
【０００６】
以上のことから、電動車両に設置されているバッテリが取り外され、あるいはスイッチがオフにされて走行された場合でも電力供給ラインの電圧が安定化され、電源供給ラインに過電圧が発生しないように配慮された電動車両用の電源供給機構が望まれる。
【０００７】
本発明は、前記の事情にかんがみなしたものであり、バッテリからの電力が制御手段に供給されない場合やバッテリが抜かれた場合であっても電動機によって発生される電力供給ラインの電圧を安定化することができ、バッテリの過充電や過電圧発生からシステム構成部品を保護することができる電動車両における電源供給機構を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、電動機を駆動する駆動手段および前記駆動手段を制御する制御手段を備えた電動車両における電源供給機構において、前記電動機の電力供給ラインの電圧値に応じて制御手段を起動する起動部と、前記制御手段からの指示に応じて前記電力供給ラインの電圧を安定化する電圧安定化手段とを備えた点に第１の特徴がある。
【０００９】
また、本発明は、前記電圧安定化手段が、前記電力供給ラインと接地ラインとの間にスイッチを介して設けられた回生抵抗であり、前記制御手段は、前記スイッチの開閉制御を行う点に第２の特徴がある。
【００１０】
さらに、本発明は、前記電圧安定化手段が、前記駆動手段であり、前記制御手段は、前記電力供給ラインの電圧を安定化するように前記駆動手段の制御を行う点に第３の特徴がある。
【００１１】
第１の特徴によれば、バッテリからの電力が制御手段に供給されない場合やバッテリが抜かれた場合であっても制御手段は起動手段によって起動される。したがって、前記のような場合であっても電動機によって発生される電力供給ラインの電圧を安定化することができ、過電圧発生からシステム構成部品を保護することができる。
【００１２】
また、第２の特徴によれば、制御手段が、スイッチを閉じ回生抵抗を投入することによって電力供給ラインの電圧を安定化することができる。
【００１３】
さらに、第３の特徴によれば、制御手段が、電力供給ラインの電圧を安定化させるように駆動手段を制御することによって電力供給ラインの電圧を安定化することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明を適用した電源供給機構の実施形態を示すブロック図である。本実施形態の電源供給機構は、電動機、例えば永久磁石式ブラシレスモータ１を駆動するためのコントローラ２を備え、コントローラ２は、電源回路３、制御回路４および駆動回路５を有する。スイッチ７は、コントローラ２に電力を供給する電源スイッチとして機能し、このスイッチ７をオンするとバッテリ６からの電力がスイッチ７、ダイオード１３および電源回路３を通して制御回路４に供給され、制御回路４が起動される。
【００１５】
駆動回路５は、ＦＥＴと転流ダイオードの対をブリッジ接続することにより構成される。制御回路４は、モータ１の回転角度を検出する角度センサ８の出力にしたがって駆動回路５のＦＥＴの通電を切り換え、さらに、出力指令用センサ９の出力にしたがってそれで指示されるモータ出力が得られるようにＦＥＴの電流値を制御する。リレー１０および回生抵抗１１は、モータ１が発電機として機能する時にバッテリ６が過充電されるのを防ぐためのものである。
【００１６】
モータ１の電力供給ラインに接続された電源状態検出回路１２は、電力供給ラインの電圧値に応じて制御回路４の起動を行う起動部として機能する。なお、ダイオード１３、１４は、逆流防止用のものである。
【００１７】
まず、バッテリ６が搭載されている場合の本電源供給機構の動作について説明する。スイッチ７をオンすると、バッテリ６からの電力がスイッチ７、ダイオード１３および電源回路３を通して制御回路４に供給され、制御回路４が起動する。制御回路４は、モータ１の回転角度を検出する角度センサ８の出力にしたがって駆動回路５のＦＥＴの通電を切り換え、さらに、搭乗者による操作を検出する出力指令用センサ９の出力にしたがってＦＥＴの電流値を制御し、出力指令用センサ９の出力で指示されるモータ出力が得られるようにする。この結果、モータ１は搭乗者による操作に従って回転駆動され、電動車両は走行する。
【００１８】
電動車両が惰性で走行する時や下り坂を走行する時などは、モータ１は発電機として動作し、いわゆる回生動作が行われる。この回生動作時、モータ１により発電された電力は、駆動回路５の転流ダイオードを整流ダイオードとして整流されてバッテリ６に供給され、これを充電する。
【００１９】
バッテリ６が満充電となって電力供給ラインの電圧が過電圧になると、制御回路４は、電力供給ラインの電圧安定化を行い、バッテリが過充電されないようにする。電動車両が惰性で走行したり、急な下り坂を走行するような場合にスイッチ７が意図的にオフにされても、電力供給ラインの過電圧が電源状態検出回路１２により検出され、制御回路４には電源状態検出回路１２、ダイオード１４および電源回路３を通して電力が供給されて起動されるため、電力供給ラインの電圧安定化は継続して行われる。
【００２０】
以上のように、スイッチ７がオフされていても、制御回路４は、電源状態検出回路１２、ダイオード１４および電源回路３を通して電力供給を受けて起動され、電力供給ラインの電圧安定化を行い、バッテリが過充電されないようにする。この電圧安定化は、駆動回路５のＦＥＴの電流を低下させ、弱め界磁を行うことによりモータ１の発電量を低減させることにより、あるいはリレー１０をオンにして回生抵抗１１を投入してこの回生抵抗１１に電流を流すことにより、あるいはショートブレーキをかけることにより、あるいはこれらを組み合わせることにより実現できる。
【００２１】
次に、バッテリ６が抜かれた場合の動作について説明する。この場合の電力供給ラインの電圧安定化の動作は、バッテリ６が搭載されている場合の動作と基本的には同じである。すなわち、バッテリ６が抜かれた状態で電動車両が惰性で走行したり、急な下り坂を走行するような時の電力供給ラインの過電圧は、電源状態検出回路１２により検出され、制御回路４には電源状態検出回路１２、ダイオード１４および電源回路３を通して電力が供給される。
【００２２】
これにより、バッテリ６が抜かれていても、制御回路４は、電源状態検出回路１２を通る経路で電力供給を受けて起動され、電力供給ラインの電圧安定化を行い、過電圧発生からシステム構成部品が保護される。
【００２３】
図２は、電源状態検出回路１２の例を示す回路図である。本例は、電力供給ラインの電圧が一定値（過電圧）以上になった時、電源供給ラインを電源回路に接続する過電圧検出回路であり、トランジスタＴ１、Ｔ２、ツェナーダイオードＺＤ１および抵抗Ｒ１、Ｒ２で構成される。過電圧設定値は、ほぼツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧値で規定される。
【００２４】
電力供給ラインの電圧がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧値でほぼ規定される過電圧設定値以上になるとこれがオンしてトランジスタＴ１がオンし、さらにトランジスタＴ２がオンして電力供給ラインを電源回路３に接続する。
【００２５】
図３は、電源状態検出回路１２の他の例を示す回路図である。本例は、電力供給ラインの電圧値およびバッテリ６の過充電状態に応じて電源供給ラインを電源回路に接続するバッテリ過充電検出回路であり、トランジスタＴ３、Ｔ４、ツェナーダイオードＺＤ２、温度依存性抵抗などのバッテリ温度センサＴＨおよび抵抗Ｒ３〜Ｒ６で構成される。この回路によれば、トランジスタＴ３、したがってトランジスタＴ４がオンする電力供給ラインの電圧値を一定値とせずに、バッテリ６の温度によって変化させることができる。
【００２６】
バッテリ６の過充電時には充電効率が低下してその温度が上昇し、バッテリ温度センサＴＨの抵抗値が小さくなるため、トランジスタＴ３、Ｔ４は、電力供給ラインの電圧値のより小さい値でオンする。このバッテリ過充電検出回路を用いることにより、電力供給ラインの過電圧およびバッテリの過充電を確実に防ぐことができる。なお、ツェナーダイオードＺＤ２は、トランジスタＴ３やバッテリ温度センサＴＨに一定値以上の過電圧が加わらないようにする保護用のものである。
【００２７】
図４は、電源状態検出回路１２のさらに他の例を示す回路図である。本例は、バッテリパックＢＰに組み込まれたバッテリ残量検出回路１５を用いてバッテリ６の満充電状態を検出し、それに応じて電源供給ラインを電源回路３に接続するバッテリ満充電検出回路である。
【００２８】
バッテリパックＢＰにはバッテリ６とともにバッテリ残量検出回路１５、バッテリ残量検出回路１５がバッテリ６の満充電状態を検出した時にオンとなるトランジスタＴ５が組み込まれている。ここでバッテリ残量検出回路１５がバッテリ６の満充電状態を検出すると、トランジスタＴ５がオンとなり、トランジスタＴ５のコレクタに抵抗Ｒ７を介してベースが接続されているトランジスタＴ６がオンとなって電力供給ラインを電源回路３に接続する。なお、バッテリ６の残量は、バッテリ６の充電および放電を積算することにより検出することができる。
【００２９】
なお、図２ないし図４の電源状態検出回路は、単独で用いることができるのはもちろん、それらを適宜組み合わせて用いることもできる。
【００３０】
図５は、本発明を適用した電源供給機構の他の実施形態を示すブロック図であり、図１と同符号は同一または同等部分を表している。本実施形態は、スイッチ７がダイオード１３を介してオートパワーオフ回路２０に接続され、電源状態検出回路１２がダイオード１４を介してオートパワーオフ回路２０に接続され、オートパワーオフ回路２０の出力側が電源回路３の入力側に接続された点で異なっている。電源状態検出回路１２は、モータ１の電力供給ラインの電圧値に応じて制御回路４の起動を行う起動部として機能する。
【００３１】
ここで、オートパワーオフ回路２０は、スイッチ７がオンされている場合において、所定の条件下で自動的に電源回路への電力供給を絶つものである。また、オートパワーオフ回路２０は、オートパワーオフの状態において、電源状態検出回路１２からの信号を入力すると、再び電源回路３に対して電力を供給する。
【００３２】
バッテリ６が搭載されている場合、スイッチ７をオンすると、オートパワーオフ回路２０は、それをトリガとして電源回路３に対して電力を供給し、電力供給ライン（バッテリの（＋）側ライン）からスイッチ７、ダイオード１３、オートパワーオフ回路２０および電源回路３を通して供給される電力により制御回路４が起動する。制御回路４は、モータ１の回転角度を検出する角度センサ８の出力にしたがって駆動回路５のＦＥＴの通電を切り換え、さらに、搭乗者による操作を検出する出力指令用センサ９の出力にしたがってＦＥＴの電流値を制御し、出力指令用センサ９の出力で指示されるモータ出力が得られるようにする。
【００３３】
電動車両が惰性で走行する時や下り坂を走行する時などは、モータ１は発電機として動作し、いわゆる回生動作が行われる。この回生動作時、モータ１により発電された電力は、駆動回路５を介してバッテリ６に供給され、これを充電する。
【００３４】
スイッチ７がオンの状態で、電動車両がオートパワーオフの状況下にある場合、バッテリ６が満充電状態で、電動車両が惰性で走行したり、急な下り坂を走行したりすることにより電力供給ラインが過電圧になると、電源状態検出回路１２はこれを検出してトリガ信号をオートパワーオフ回路２０に出力する。
【００３５】
すると、オートパワーオフ回路２０は、電源回路３に対して電力を供給し、制御回路４は、電力供給ラインから電源状態検出回路１２、ダイオード１４およびオートパワーオフ回路２０を通して電力供給を受けて起動され、電力供給ラインの電圧安定化を行う。
【００３６】
これにより、スイッチ７がオンの状態で、電動車両がオートパワーオフの状況下にある場合、バッテリ６が満充電状態で、電動車両が惰性で走行したり、急な下り坂を走行したりしても、電力供給ラインに過電圧が発生しなくなり、バッテリ６の過充電が防止され、システム構成部品も過電圧等から保護される。
【００３７】
なお、図５の実施形態の電圧状態検出回路１２には、図２ないし図４に示した電圧状態検出回路やそれらの組み合わせを採用することができる。また、オートパワーオフ回路２０は、スイッチ７がオフされている場合であっても電源状態検出回路１２からの信号入力があった場合には自動的に電源回路３に対し電力を供給する構成としてもよい。
【００３８】
図６は、本発明を適用できる電動スクータの一例を示す概略側面図である。同図において、車体フレーム５０は、概ねメインフレーム５１と、メインフレーム５１から左右に分かれて後方に延びるサイドフレーム５２とから構成されている。メインフレーム５１の前端部にはヘッドパイプ５３が結合され、ガセット５４により補強されている。ヘッドパイプ５３には回転自在に操向軸５５が支持され、操向軸５５の下端部にフロントフォーク５６が結合されている。
【００３９】
フロントフォーク５６の下部には車軸５７で支持された車輪が５８Ｆが取り付けられ、上部にはハンドル５９が設けられている。操向軸５５、フロントフォーク５６およびハンドル５９は、操舵手段を構成する。
【００４０】
フロントフォーク５６の上部はフロントカバー６０で覆われている。フロントカバー６０の上方にはハンドルカバー６１が設けられている。ハンドルカバー６１から車体左右に向けてハンドル５９のグリップ部分が突き出している。
【００４１】
フロントカバー６０の下部にセンタカバー６２が結合されている。センタカバー６２の後部にボディカバー６３が結合されている。ボディカバー６３の上方にはシート６４が支持され、また、ボディカバー６３によりパワーユニット６５上方の車体後部が覆われている。パワーユニット６５は、駆動装置としての電動機や変速機構を含んでいる。
【００４２】
パワーユニット６５に後輪５８Ｒが支持されている。また、パワーユニット６５とサイドフレーム５２との間には上部取付ブラケット６６を介してリアクッション６７が取り付けられている。サイドフレーム５２には取付パイプ６８が結合され、取付パイプ６８によりピボット軸６９を介してパワーユニット６５が支持されている。ボディカバー６３後部にはナンバプレート取付部７０およびテールランプ７１が設けられている。
【００４３】
メインフレーム５１に下部にバッテリユニット７２が配置され、ブラケット７３、７４で支持されているとともに、固定バンド７５Ｆ、７５Ｒ、７５Ｃで前後および中央が固定されている。また、バッテリユニット７２は、リッド７６Ｆ、７６Ｒで下部が覆われている。
【００４４】
パワーユニット６５は、ダクトチューブ７７を通じる空気により空冷され、バッテリユニット７２は、リアダクト７８および排風機７９を通じる空気により空冷される。
【００４５】
バッテリユニット７１からの電力が適宜箇所に配置された電源供給機構を介してパワーユニット６５の電動機に供給される。なお、電源供給機構に対する出力指令は、ハンドル５９に設けられているスロットルグリップの操作に従って出力される。
【００４６】
本発明は、出力指令用センサ９を踏力センサとすることによりアシスト自転車にも適用することができる。図７は、本発明を適用できるアシスト自転車の一例の概略側面図である。
【００４７】
アシスト自転車の車体フレーム１０１は、車体前方に位置するヘッドパイプ１０２と、ヘッドパイプ１０２から後下がりに延びるダウンパイプ１０３と、ダウンパイプ１０３に連結されて後方に延びるリヤフォーク１０４と、ダウンパイプ１０３の最下端から上方に立ち上がるシートポスト１０５とを備えている。
【００４８】
ヘッドパイプ１０２にはフロントフォーク１０６が回動自在に支持されている。フロントフォーク１０６の下端には前輪１０７が軸支され、フロントフォーク１０６の上端には操向ハンドル１０８が取り付けられている。操向ハンドル１０８にはブレーキレバー１０９が設けられ、ブレーキレバー１０９から引き出されるケーブル１１０は、フロントフォーク１０６に固定された前輪ブレーキ１１１に連結されている。後輪ブレーキ用のブレーキレバーも操向ハンドル１０８に設けられているが、図示は省略している。ブレーキレバー１０９には、このブレーキレバーが操作されたことを感知するブレーキセンサ（図示せず）が設けられている。
【００４９】
シートポスト１０５の上端に連結される左右一対のステー１１２は後下がりに延び、下端近傍でリヤフォーク１０４と結合されている。リヤフォーク１０４とステー１１２とが結合されてなる部材には後輪１１３の変速機内装シリンダ１３０が支持され、さらに前記部材に支持されて変速機内装シリンダ１３０と同軸上に補助動力源としてのモータ１１４が設けられている。モータ１１４は、例えば発電機としても機能させることができる永久磁石式ブラシレスモータである。
【００５０】
シートポスト１０５には、上端にシート１１５を備えた支持軸１１６が、シート１１５の高さを調整可能に装着されている。シート１１５の下方でシートポスト１０５と後輪１１３との間にはモータ１１４に電力を供給するバッテリ１１７が設けられている。バッテリ１１７は、シートポスト１０５に固着されるブラケット１１８に保持されている。ブラケット１１８には給電部１１９が設けられ、この給電部１１９は、図示しない電線でモータ１１４に結合されるとともに、バッテリ１１７の電極に接続されている。バッテリ１１７の上部は、バンド１２０とバックル金具１２１とからなる締結具でシートポスト１０５に支持されている。
【００５１】
ダウンパイプ１０３とシートポスト１０５との交差部には、車体の左右に延びるクランク軸１２２が支持され、クランク軸１２２には、クランク１２３を介してペダル１２４が結合されている。クランク軸１２２には図示しない踏力センサを介して駆動スプロケット１２５が連結され、ペダル１２４に加えられた踏力は踏力センサを介して駆動スプロケット１２５に伝達される。駆動スプロケット１２５と後輪１１３のハブに設けられた従動スプロケット１２６間にはチェーン１２７が掛け渡されている。チェーン１２７の張り側および駆動スプロケット１２５はチェーンカバー１２８で覆われている。クランク軸１２２には、クランク軸１２２の回転センサが設けられている。
【００５２】
図８は、モータ１１４の断面図である。リヤフォーク１０４の後端およびステー１１２の下端の接合部から後方に張り出したプレート１２９には、変速機内装シリンダ１３０が軸１３１で支持されている。変速機内装シリンダ１３０の外周にはホイールハブ１３２が嵌合されている。ホイールハブ１３２は内筒および外筒を有する環状体であり、内筒の内周面が変速機内装シリンダ１３０の外周に当接している。ホイールハブ１３２の側面には、変速機内装シリンダ１３０から張り出した連結板１３３がボルト１３４によって固定されている。ホイールハブ１３２の外筒の内周にはモータ１１４のロータ側磁極を構成するネオジウム磁石１３５が所定間隔をおいて配置されている。すなわち外筒は磁石１３５を保持するロータコアを構成している。
【００５３】
ホイールハブ１３２の内筒の外周には軸受１３６が嵌合し、この軸受１３６の外周にはステータ支持板１３７が嵌合している。ステータ支持板１３７の外周にはステータ１３８が配置され、ボルト１４０によって取り付けられている。ステータ１３８はロータコアつまりホイールハブ１３２の外筒と所定の間隙を有するように配置され、このステータ１３８には、三相コイル１３９が巻装されている。
【００５４】
ステータ支持板１３７の側面には、光センサ１４１が設けられている。光センサ１４１はホイールハブ１３２が回転したときに、このホイールハブ１３２に設けられたリング状部材によって光路が断続的に遮断され、その結果、パルス波形信号を出力する。リング状部材１４２は回転時に光センサ１４１の光路を断続的に遮断できるよう、規則的な矩形歯形状を有している。前記パルス波形信号に基づいてロータとしてのホイールハブ１３２の位置信号が検出される。光センサ１４１はモータ１１４の各相に対応して３カ所に設けられ、モータ１１４の磁極センサおよび回転センサとして機能している。
【００５５】
また、ステータ支持板１３７の側面には、制御基板１４３が設けられ、磁極センサとしての光センサ１４１からの位置信号にしたがって三相コイル１３９への通電制御を行う。この制御基板１４３上にはＣＰＵやＦＥＴ等の制御素子が装着されている。なお、制御基板１４３は光センサ１４１用の取り付け基板と一体化できる。
【００５６】
ホイールハブ１３２の外周には図示しない後輪のリムと連結されるスポーク１４４が固着されている。さらに、ステータ支持板１３７の、制御基板１４３等が装着された側とは反対側には、ボルト１４５によってブラケット１４６が固定され、ブラケット１４６は車体フレームのプレート１２９に図示しないボルトで結合されている。
【００５７】
ホイールハブ１３２には、透明樹脂（クリアレンズ）１３２Ａがはめ込まれた窓が設けられ、ステータ支持板１３７に固定された固定カバー１３７Ａにも同様にクリアレンズ１３７Ｂがはめ込まれた窓が設けられている。
【００５８】
このように、後輪１１３の軸１３１と同軸上に配置したステータとロータとからなる三相ブラシレスモータ１１４が設けられ、チェーン１２７、従動スプロケット１２６および変速機内装シリンダ１３０とによって伝達される人力に付加される補助動力を発生する。なお、モータ１１４は、前輪に設けることもできる。
【００５９】
図９は、モータ１１４の出力制御回路図である。同図において、モータ１１４は、三相のステータコイル１３９を有し、駆動回路としてのインバータ１４７はステータコイル１３９に接続された６個のＦＥＴ１４８ａ〜１４８ｆおよび転流ダイオード１４９ａ〜１４９ｆを有する。モータ１１４は、バッテリ１１７を駆動用電源としている。
【００６０】
制御回路１５０は、電源回路１５１を通して供給される電力で起動され、踏力センサ１５２の出力を入力として現在の踏力に応じたモータ駆動力にすべくＦＥＴ１４８ａ〜１４８ｆを通電制御する。なお、この通電制御をさらに車速センサ１５３が検出する車速に応じて行うようにすることもできる。モータ１１４のロータが回転することによりステータコイル１３９に発生された回生電力は、インバータ１４７の転流ダイオード１４９ａ〜１４９ｆを整流ダイオードとして整流されてバッテリ１１７に供給され、これを充電する。
【００６１】
本発明は、図６ないし図９で示した電動スクータやアシスト自転車に限らず、その他の電動車両にも適用して、バッテリからの電力が制御手段に供給されない場合やバッテリが抜かれた場合に対して配慮することができる。
【００６２】
なお、電力供給ラインの電圧が一定値以上であるときにのみ制御手段に電力を供給してこれを起動するようにすれば、省エネの効果も得ることができ、この起動のために電力供給ラインの電圧が一定値以上でオンするツェナーダイオードを使用した図２の電源状態検出回路を採用すれば、より省エネの効果を高めることができる。また、以上では、電動機としてブラシレスモータを用いる例について説明したが、回生動作などにおいて同様の機能を持つものであればブラシモータを用いることもできる。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、バッテリからの電力が制御手段に供給されない場合やバッテリが抜かれた場合であっても電動機によって発生される電力供給ラインの電圧を安定化することができ、バッテリの過充電や過電圧発生を防止することができるとともにシステム構成部品を過電圧等から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電源供給機構の実施形態を示すブロック図である。
【図２】電源状態検出回路の例を示す回路図である。
【図３】電源状態検出回路の他の例を示す回路図である。
【図４】電源状態検出回路のさらに他の例を示す回路図である。
【図５】本発明を適用した電源供給機構の他の実施形態を示すブロック図である。
【図６】本発明を適用できる電動スクータの一例を示す概略側面図である。
【図７】本発明を適用できるアシスト自転車の一例を示す概略側面図である。
【図８】図７のモータの断面図である。
【図９】図７のモータの出力制御回路図である。
【符号の説明】
１、１１４・・・モータ、２・・・コントローラ、３、１５１・・・電源回路、４、１５０・・・制御回路、５、１４７・・・駆動回路、６、１１７・・・バッテリ、７・・・スイッチ、８・・・角度センサ、９・・・出力指令用センサ、１０・・・リレー、１１・・・回生抵抗、１２・・・電源状態検出回路、１３、１４・・・ダイオード、１５・・・バッテリ残量検出回路、２０・・・オートパワーオフ回路、５０・・・車体フレーム、５１・・・メインフレーム、５２・・・サイドフレーム、５３・・・ヘッドパイプ、５５・・・操向軸、５６・・・フロントフォーク、５８Ｆ、５８Ｒ・・・車輪、５９・・・ハンドル、６０・・・フロントカバー、６４・・・シート、６５・・・パワーユニット、６７・・・リアクッション、７２・・・バッテリユニット、１０１・・・車体フレーム、１０５・・・シートポスト、１０８・・・操向ハンドル、１０９・・・ブレーキレバー、１２２・・・クランク軸、１２４・・・ペダル、１２７・・・チェーン、１３２・・・ホイールハブ（アウタロータ）、１３５・・・永久磁石、１３７・・・ステータ支持板、１３８・・・ステータコア、１３９・・・ステータコイル、１４１・・・光センサ、１４３・・・基板、１４８ａ〜１４８ｆ・・・ＦＥＴ、１４９ａ〜１４９ｆ・・・転流ダイオード、１５２・・・踏力センサ、１５３・・・車速センサ、Ｔ１〜Ｔ６・・・トランジスタ、ＺＤ１、ＺＤ２・・・ツェナーダイオード、ＴＨ・・・バッテリ温度センサ、Ｒ１〜Ｒ７・・・抵抗器
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動スクータなどの電動車両における電源供給機構に関し、特に、電動機の駆動を制御する制御手段にバッテリから電力が供給されない場合やバッテリが抜かれた場合であっても、電動機によって発生される電力供給ラインの電圧を安定化することができ、バッテリの過充電や過電圧発生を防止することができるとともにシステム構成部品を過電圧等から保護することができる電動車両における電源供給機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動スクータは、車軸を回転駆動するための電動機、例えば永久磁石式ブラシレスモータや、バッテリから電力供給を受けて電動機を駆動する電源供給機構を搭載している。この電源供給機構は、電動スクータが惰性で走行する時や下り坂を走行する時などに電動機を発電機として使用し、これにより発電された電力でバッテリを充電する回生機能を有する。また、電源供給機構は、電動機に電力を供給する電力供給ラインの電圧を安定化する制御を行う機能も有する。
【０００３】
車両に搭載される電源装置の過負荷を防止するものとして、特開平５−４９１０１号公報に記載された車両用電源保護回路がある。この車両用電源保護回路においては、制御装置がバッテリの端子電圧の状態に応じて負荷への電力供給を制御する構成となっている。すなわち、スタータとして動作する回転機の回生電力により充電されるバッテリの端子電圧を制御回路で監視し、それが基準値を越えている場合には、バッテリからの電力をインバータ回路を介して負荷（冷凍機等機）へ供給するが、バッテリの端子電圧が基準値以下の場合には、インバータ回路の動作を停止させてバッテリの過放電を防ぐものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動車両においては、バッテリが抜かれたり、長い下り坂を走行している場合にバッテリからの電力を電動機に供給するためのスイッチが意図的に切断される可能性がある。このような場合、電力供給ラインの電圧安定化が行われず、該電力供給ラインが高電圧になること等により電源供給機構を構成する部品（ＦＥＴ等）の保護が困難である。
【０００５】
前記特開平５−４９１０１号公報に記載された車両用電源保護回路においては、制御回路は、バッテリから常に電力が供給される構成となっており、バッテリが抜かれたり、スイッチが切断された場合を想定した構成とはなっていない。そのため、前記公報に記載された構成を電動車両に適用したとしても上記の問題点を解決することは難しい。
【０００６】
以上のことから、電動車両に設置されているバッテリが取り外され、あるいはスイッチがオフにされて走行された場合でも電力供給ラインの電圧が安定化され、電源供給ラインに過電圧が発生しないように配慮された電動車両用の電源供給機構が望まれる。
【０００７】
本発明は、前記の事情にかんがみなしたものであり、バッテリからの電力が制御手段に供給されない場合やバッテリが抜かれた場合であっても電動機によって発生される電力供給ラインの電圧を安定化することができ、バッテリの過充電や過電圧発生からシステム構成部品を保護することができる電動車両における電源供給機構を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、電動機を駆動する駆動手段および前記駆動手段を制御する制御手段を備えた電動車両における電源供給機構において、前記電動機の電力供給ラインの電圧値に応じて制御手段を起動する起動部と、前記制御手段からの指示に応じて前記電力供給ラインの電圧を安定化する電圧安定化手段とを備えた点に第１の特徴がある。
【０００９】
また、本発明は、前記電圧安定化手段が、前記電力供給ラインと接地ラインとの間にスイッチを介して設けられた回生抵抗であり、前記制御手段は、前記スイッチの開閉制御を行う点に第２の特徴がある。
【００１０】
さらに、本発明は、前記電圧安定化手段が、前記駆動手段であり、前記制御手段は、前記電力供給ラインの電圧を安定化するように前記駆動手段の制御を行う点に第３の特徴がある。
【００１１】
第１の特徴によれば、バッテリからの電力が制御手段に供給されない場合やバッテリが抜かれた場合であっても制御手段は起動手段によって起動される。したがって、前記のような場合であっても電動機によって発生される電力供給ラインの電圧を安定化することができ、過電圧発生からシステム構成部品を保護することができる。
【００１２】
また、第２の特徴によれば、制御手段が、スイッチを閉じ回生抵抗を投入することによって電力供給ラインの電圧を安定化することができる。
【００１３】
さらに、第３の特徴によれば、制御手段が、電力供給ラインの電圧を安定化させるように駆動手段を制御することによって電力供給ラインの電圧を安定化することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明を適用した電源供給機構の実施形態を示すブロック図である。本実施形態の電源供給機構は、電動機、例えば永久磁石式ブラシレスモータ１を駆動するためのコントローラ２を備え、コントローラ２は、電源回路３、制御回路４および駆動回路５を有する。スイッチ７は、コントローラ２に電力を供給する電源スイッチとして機能し、このスイッチ７をオンするとバッテリ６からの電力がスイッチ７、ダイオード１３および電源回路３を通して制御回路４に供給され、制御回路４が起動される。
【００１５】
駆動回路５は、ＦＥＴと転流ダイオードの対をブリッジ接続することにより構成される。制御回路４は、モータ１の回転角度を検出する角度センサ８の出力にしたがって駆動回路５のＦＥＴの通電を切り換え、さらに、出力指令用センサ９の出力にしたがってそれで指示されるモータ出力が得られるようにＦＥＴの電流値を制御する。リレー１０および回生抵抗１１は、モータ１が発電機として機能する時にバッテリ６が過充電されるのを防ぐためのものである。
【００１６】
モータ１の電力供給ラインに接続された電源状態検出回路１２は、電力供給ラインの電圧値に応じて制御回路４の起動を行う起動部として機能する。なお、ダイオード１３、１４は、逆流防止用のものである。
【００１７】
まず、バッテリ６が搭載されている場合の本電源供給機構の動作について説明する。スイッチ７をオンすると、バッテリ６からの電力がスイッチ７、ダイオード１３および電源回路３を通して制御回路４に供給され、制御回路４が起動する。制御回路４は、モータ１の回転角度を検出する角度センサ８の出力にしたがって駆動回路５のＦＥＴの通電を切り換え、さらに、搭乗者による操作を検出する出力指令用センサ９の出力にしたがってＦＥＴの電流値を制御し、出力指令用センサ９の出力で指示されるモータ出力が得られるようにする。この結果、モータ１は搭乗者による操作に従って回転駆動され、電動車両は走行する。
【００１８】
電動車両が惰性で走行する時や下り坂を走行する時などは、モータ１は発電機として動作し、いわゆる回生動作が行われる。この回生動作時、モータ１により発電された電力は、駆動回路５の転流ダイオードを整流ダイオードとして整流されてバッテリ６に供給され、これを充電する。
【００１９】
バッテリ６が満充電となって電力供給ラインの電圧が過電圧になると、制御回路４は、電力供給ラインの電圧安定化を行い、バッテリが過充電されないようにする。電動車両が惰性で走行したり、急な下り坂を走行するような場合にスイッチ７が意図的にオフにされても、電力供給ラインの過電圧が電源状態検出回路１２により検出され、制御回路４には電源状態検出回路１２、ダイオード１４および電源回路３を通して電力が供給されて起動されるため、電力供給ラインの電圧安定化は継続して行われる。
【００２０】
以上のように、スイッチ７がオフされていても、制御回路４は、電源状態検出回路１２、ダイオード１４および電源回路３を通して電力供給を受けて起動され、電力供給ラインの電圧安定化を行い、バッテリが過充電されないようにする。この電圧安定化は、駆動回路５のＦＥＴの電流を低下させ、弱め界磁を行うことによりモータ１の発電量を低減させることにより、あるいはリレー１０をオンにして回生抵抗１１を投入してこの回生抵抗１１に電流を流すことにより、あるいはショートブレーキをかけることにより、あるいはこれらを組み合わせることにより実現できる。
【００２１】
次に、バッテリ６が抜かれた場合の動作について説明する。この場合の電力供給ラインの電圧安定化の動作は、バッテリ６が搭載されている場合の動作と基本的には同じである。すなわち、バッテリ６が抜かれた状態で電動車両が惰性で走行したり、急な下り坂を走行するような時の電力供給ラインの過電圧は、電源状態検出回路１２により検出され、制御回路４には電源状態検出回路１２、ダイオード１４および電源回路３を通して電力が供給される。
【００２２】
これにより、バッテリ６が抜かれていても、制御回路４は、電源状態検出回路１２を通る経路で電力供給を受けて起動され、電力供給ラインの電圧安定化を行い、過電圧発生からシステム構成部品が保護される。
【００２３】
図２は、電源状態検出回路１２の例を示す回路図である。本例は、電力供給ラインの電圧が一定値（過電圧）以上になった時、電源供給ラインを電源回路に接続する過電圧検出回路であり、トランジスタＴ１、Ｔ２、ツェナーダイオードＺＤ１および抵抗Ｒ１、Ｒ２で構成される。過電圧設定値は、ほぼツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧値で規定される。
【００２４】
電力供給ラインの電圧がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧値でほぼ規定される過電圧設定値以上になるとこれがオンしてトランジスタＴ１がオンし、さらにトランジスタＴ２がオンして電力供給ラインを電源回路３に接続する。
【００２５】
図３は、電源状態検出回路１２の他の例を示す回路図である。本例は、電力供給ラインの電圧値およびバッテリ６の過充電状態に応じて電源供給ラインを電源回路に接続するバッテリ過充電検出回路であり、トランジスタＴ３、Ｔ４、ツェナーダイオードＺＤ２、温度依存性抵抗などのバッテリ温度センサＴＨおよび抵抗Ｒ３〜Ｒ６で構成される。この回路によれば、トランジスタＴ３、したがってトランジスタＴ４がオンする電力供給ラインの電圧値を一定値とせずに、バッテリ６の温度によって変化させることができる。
【００２６】
バッテリ６の過充電時には充電効率が低下してその温度が上昇し、バッテリ温度センサＴＨの抵抗値が小さくなるため、トランジスタＴ３、Ｔ４は、電力供給ラインの電圧値のより小さい値でオンする。このバッテリ過充電検出回路を用いることにより、電力供給ラインの過電圧およびバッテリの過充電を確実に防ぐことができる。なお、ツェナーダイオードＺＤ２は、トランジスタＴ３やバッテリ温度センサＴＨに一定値以上の過電圧が加わらないようにする保護用のものである。
【００２７】
図４は、電源状態検出回路１２のさらに他の例を示す回路図である。本例は、バッテリパックＢＰに組み込まれたバッテリ残量検出回路１５を用いてバッテリ６の満充電状態を検出し、それに応じて電源供給ラインを電源回路３に接続するバッテリ満充電検出回路である。
【００２８】
バッテリパックＢＰにはバッテリ６とともにバッテリ残量検出回路１５、バッテリ残量検出回路１５がバッテリ６の満充電状態を検出した時にオンとなるトランジスタＴ５が組み込まれている。ここでバッテリ残量検出回路１５がバッテリ６の満充電状態を検出すると、トランジスタＴ５がオンとなり、トランジスタＴ５のコレクタに抵抗Ｒ７を介してベースが接続されているトランジスタＴ６がオンとなって電力供給ラインを電源回路３に接続する。なお、バッテリ６の残量は、バッテリ６の充電および放電を積算することにより検出することができる。
【００２９】
なお、図２ないし図４の電源状態検出回路は、単独で用いることができるのはもちろん、それらを適宜組み合わせて用いることもできる。
【００３０】
図５は、本発明を適用した電源供給機構の他の実施形態を示すブロック図であり、図１と同符号は同一または同等部分を表している。本実施形態は、スイッチ７がダイオード１３を介してオートパワーオフ回路２０に接続され、電源状態検出回路１２がダイオード１４を介してオートパワーオフ回路２０に接続され、オートパワーオフ回路２０の出力側が電源回路３の入力側に接続された点で異なっている。電源状態検出回路１２は、モータ１の電力供給ラインの電圧値に応じて制御回路４の起動を行う起動部として機能する。
【００３１】
ここで、オートパワーオフ回路２０は、スイッチ７がオンされている場合において、所定の条件下で自動的に電源回路への電力供給を絶つものである。また、オートパワーオフ回路２０は、オートパワーオフの状態において、電源状態検出回路１２からの信号を入力すると、再び電源回路３に対して電力を供給する。
【００３２】
バッテリ６が搭載されている場合、スイッチ７をオンすると、オートパワーオフ回路２０は、それをトリガとして電源回路３に対して電力を供給し、電力供給ライン（バッテリの（＋）側ライン）からスイッチ７、ダイオード１３、オートパワーオフ回路２０および電源回路３を通して供給される電力により制御回路４が起動する。制御回路４は、モータ１の回転角度を検出する角度センサ８の出力にしたがって駆動回路５のＦＥＴの通電を切り換え、さらに、搭乗者による操作を検出する出力指令用センサ９の出力にしたがってＦＥＴの電流値を制御し、出力指令用センサ９の出力で指示されるモータ出力が得られるようにする。
【００３３】
電動車両が惰性で走行する時や下り坂を走行する時などは、モータ１は発電機として動作し、いわゆる回生動作が行われる。この回生動作時、モータ１により発電された電力は、駆動回路５を介してバッテリ６に供給され、これを充電する。
【００３４】
スイッチ７がオンの状態で、電動車両がオートパワーオフの状況下にある場合、バッテリ６が満充電状態で、電動車両が惰性で走行したり、急な下り坂を走行したりすることにより電力供給ラインが過電圧になると、電源状態検出回路１２はこれを検出してトリガ信号をオートパワーオフ回路２０に出力する。
【００３５】
すると、オートパワーオフ回路２０は、電源回路３に対して電力を供給し、制御回路４は、電力供給ラインから電源状態検出回路１２、ダイオード１４およびオートパワーオフ回路２０を通して電力供給を受けて起動され、電力供給ラインの電圧安定化を行う。
【００３６】
これにより、スイッチ７がオンの状態で、電動車両がオートパワーオフの状況下にある場合、バッテリ６が満充電状態で、電動車両が惰性で走行したり、急な下り坂を走行したりしても、電力供給ラインに過電圧が発生しなくなり、バッテリ６の過充電が防止され、システム構成部品も過電圧等から保護される。
【００３７】
なお、図５の実施形態の電圧状態検出回路１２には、図２ないし図４に示した電圧状態検出回路やそれらの組み合わせを採用することができる。また、オートパワーオフ回路２０は、スイッチ７がオフされている場合であっても電源状態検出回路１２からの信号入力があった場合には自動的に電源回路３に対し電力を供給する構成としてもよい。
【００３８】
図６は、本発明を適用できる電動スクータの一例を示す概略側面図である。同図において、車体フレーム５０は、概ねメインフレーム５１と、メインフレーム５１から左右に分かれて後方に延びるサイドフレーム５２とから構成されている。メインフレーム５１の前端部にはヘッドパイプ５３が結合され、ガセット５４により補強されている。ヘッドパイプ５３には回転自在に操向軸５５が支持され、操向軸５５の下端部にフロントフォーク５６が結合されている。
【００３９】
フロントフォーク５６の下部には車軸５７で支持された車輪が５８Ｆが取り付けられ、上部にはハンドル５９が設けられている。操向軸５５、フロントフォーク５６およびハンドル５９は、操舵手段を構成する。
【００４０】
フロントフォーク５６の上部はフロントカバー６０で覆われている。フロントカバー６０の上方にはハンドルカバー６１が設けられている。ハンドルカバー６１から車体左右に向けてハンドル５９のグリップ部分が突き出している。
【００４１】
フロントカバー６０の下部にセンタカバー６２が結合されている。センタカバー６２の後部にボディカバー６３が結合されている。ボディカバー６３の上方にはシート６４が支持され、また、ボディカバー６３によりパワーユニット６５上方の車体後部が覆われている。パワーユニット６５は、駆動装置としての電動機や変速機構を含んでいる。
【００４２】
パワーユニット６５に後輪５８Ｒが支持されている。また、パワーユニット６５とサイドフレーム５２との間には上部取付ブラケット６６を介してリアクッション６７が取り付けられている。サイドフレーム５２には取付パイプ６８が結合され、取付パイプ６８によりピボット軸６９を介してパワーユニット６５が支持されている。ボディカバー６３後部にはナンバプレート取付部７０およびテールランプ７１が設けられている。
【００４３】
メインフレーム５１に下部にバッテリユニット７２が配置され、ブラケット７３、７４で支持されているとともに、固定バンド７５Ｆ、７５Ｒ、７５Ｃで前後および中央が固定されている。また、バッテリユニット７２は、リッド７６Ｆ、７６Ｒで下部が覆われている。
【００４４】
パワーユニット６５は、ダクトチューブ７７を通じる空気により空冷され、バッテリユニット７２は、リアダクト７８および排風機７９を通じる空気により空冷される。
【００４５】
バッテリユニット７１からの電力が適宜箇所に配置された電源供給機構を介してパワーユニット６５の電動機に供給される。なお、電源供給機構に対する出力指令は、ハンドル５９に設けられているスロットルグリップの操作に従って出力される。
【００４６】
本発明は、出力指令用センサ９を踏力センサとすることによりアシスト自転車にも適用することができる。図７は、本発明を適用できるアシスト自転車の一例の概略側面図である。
【００４７】
アシスト自転車の車体フレーム１０１は、車体前方に位置するヘッドパイプ１０２と、ヘッドパイプ１０２から後下がりに延びるダウンパイプ１０３と、ダウンパイプ１０３に連結されて後方に延びるリヤフォーク１０４と、ダウンパイプ１０３の最下端から上方に立ち上がるシートポスト１０５とを備えている。
【００４８】
ヘッドパイプ１０２にはフロントフォーク１０６が回動自在に支持されている。フロントフォーク１０６の下端には前輪１０７が軸支され、フロントフォーク１０６の上端には操向ハンドル１０８が取り付けられている。操向ハンドル１０８にはブレーキレバー１０９が設けられ、ブレーキレバー１０９から引き出されるケーブル１１０は、フロントフォーク１０６に固定された前輪ブレーキ１１１に連結されている。後輪ブレーキ用のブレーキレバーも操向ハンドル１０８に設けられているが、図示は省略している。ブレーキレバー１０９には、このブレーキレバーが操作されたことを感知するブレーキセンサ（図示せず）が設けられている。
【００４９】
シートポスト１０５の上端に連結される左右一対のステー１１２は後下がりに延び、下端近傍でリヤフォーク１０４と結合されている。リヤフォーク１０４とステー１１２とが結合されてなる部材には後輪１１３の変速機内装シリンダ１３０が支持され、さらに前記部材に支持されて変速機内装シリンダ１３０と同軸上に補助動力源としてのモータ１１４が設けられている。モータ１１４は、例えば発電機としても機能させることができる永久磁石式ブラシレスモータである。
【００５０】
シートポスト１０５には、上端にシート１１５を備えた支持軸１１６が、シート１１５の高さを調整可能に装着されている。シート１１５の下方でシートポスト１０５と後輪１１３との間にはモータ１１４に電力を供給するバッテリ１１７が設けられている。バッテリ１１７は、シートポスト１０５に固着されるブラケット１１８に保持されている。ブラケット１１８には給電部１１９が設けられ、この給電部１１９は、図示しない電線でモータ１１４に結合されるとともに、バッテリ１１７の電極に接続されている。バッテリ１１７の上部は、バンド１２０とバックル金具１２１とからなる締結具でシートポスト１０５に支持されている。
【００５１】
ダウンパイプ１０３とシートポスト１０５との交差部には、車体の左右に延びるクランク軸１２２が支持され、クランク軸１２２には、クランク１２３を介してペダル１２４が結合されている。クランク軸１２２には図示しない踏力センサを介して駆動スプロケット１２５が連結され、ペダル１２４に加えられた踏力は踏力センサを介して駆動スプロケット１２５に伝達される。駆動スプロケット１２５と後輪１１３のハブに設けられた従動スプロケット１２６間にはチェーン１２７が掛け渡されている。チェーン１２７の張り側および駆動スプロケット１２５はチェーンカバー１２８で覆われている。クランク軸１２２には、クランク軸１２２の回転センサが設けられている。
【００５２】
図８は、モータ１１４の断面図である。リヤフォーク１０４の後端およびステー１１２の下端の接合部から後方に張り出したプレート１２９には、変速機内装シリンダ１３０が軸１３１で支持されている。変速機内装シリンダ１３０の外周にはホイールハブ１３２が嵌合されている。ホイールハブ１３２は内筒および外筒を有する環状体であり、内筒の内周面が変速機内装シリンダ１３０の外周に当接している。ホイールハブ１３２の側面には、変速機内装シリンダ１３０から張り出した連結板１３３がボルト１３４によって固定されている。ホイールハブ１３２の外筒の内周にはモータ１１４のロータ側磁極を構成するネオジウム磁石１３５が所定間隔をおいて配置されている。すなわち外筒は磁石１３５を保持するロータコアを構成している。
【００５３】
ホイールハブ１３２の内筒の外周には軸受１３６が嵌合し、この軸受１３６の外周にはステータ支持板１３７が嵌合している。ステータ支持板１３７の外周にはステータ１３８が配置され、ボルト１４０によって取り付けられている。ステータ１３８はロータコアつまりホイールハブ１３２の外筒と所定の間隙を有するように配置され、このステータ１３８には、三相コイル１３９が巻装されている。
【００５４】
ステータ支持板１３７の側面には、光センサ１４１が設けられている。光センサ１４１はホイールハブ１３２が回転したときに、このホイールハブ１３２に設けられたリング状部材によって光路が断続的に遮断され、その結果、パルス波形信号を出力する。リング状部材１４２は回転時に光センサ１４１の光路を断続的に遮断できるよう、規則的な矩形歯形状を有している。前記パルス波形信号に基づいてロータとしてのホイールハブ１３２の位置信号が検出される。光センサ１４１はモータ１１４の各相に対応して３カ所に設けられ、モータ１１４の磁極センサおよび回転センサとして機能している。
【００５５】
また、ステータ支持板１３７の側面には、制御基板１４３が設けられ、磁極センサとしての光センサ１４１からの位置信号にしたがって三相コイル１３９への通電制御を行う。この制御基板１４３上にはＣＰＵやＦＥＴ等の制御素子が装着されている。なお、制御基板１４３は光センサ１４１用の取り付け基板と一体化できる。
【００５６】
ホイールハブ１３２の外周には図示しない後輪のリムと連結されるスポーク１４４が固着されている。さらに、ステータ支持板１３７の、制御基板１４３等が装着された側とは反対側には、ボルト１４５によってブラケット１４６が固定され、ブラケット１４６は車体フレームのプレート１２９に図示しないボルトで結合されている。
【００５７】
ホイールハブ１３２には、透明樹脂（クリアレンズ）１３２Ａがはめ込まれた窓が設けられ、ステータ支持板１３７に固定された固定カバー１３７Ａにも同様にクリアレンズ１３７Ｂがはめ込まれた窓が設けられている。
【００５８】
このように、後輪１１３の軸１３１と同軸上に配置したステータとロータとからなる三相ブラシレスモータ１１４が設けられ、チェーン１２７、従動スプロケット１２６および変速機内装シリンダ１３０とによって伝達される人力に付加される補助動力を発生する。なお、モータ１１４は、前輪に設けることもできる。
【００５９】
図９は、モータ１１４の出力制御回路図である。同図において、モータ１１４は、三相のステータコイル１３９を有し、駆動回路としてのインバータ１４７はステータコイル１３９に接続された６個のＦＥＴ１４８ａ〜１４８ｆおよび転流ダイオード１４９ａ〜１４９ｆを有する。モータ１１４は、バッテリ１１７を駆動用電源としている。
【００６０】
制御回路１５０は、電源回路１５１を通して供給される電力で起動され、踏力センサ１５２の出力を入力として現在の踏力に応じたモータ駆動力にすべくＦＥＴ１４８ａ〜１４８ｆを通電制御する。なお、この通電制御をさらに車速センサ１５３が検出する車速に応じて行うようにすることもできる。モータ１１４のロータが回転することによりステータコイル１３９に発生された回生電力は、インバータ１４７の転流ダイオード１４９ａ〜１４９ｆを整流ダイオードとして整流されてバッテリ１１７に供給され、これを充電する。
【００６１】
本発明は、図６ないし図９で示した電動スクータやアシスト自転車に限らず、その他の電動車両にも適用して、バッテリからの電力が制御手段に供給されない場合やバッテリが抜かれた場合に対して配慮することができる。
【００６２】
なお、電力供給ラインの電圧が一定値以上であるときにのみ制御手段に電力を供給してこれを起動するようにすれば、省エネの効果も得ることができ、この起動のために電力供給ラインの電圧が一定値以上でオンするツェナーダイオードを使用した図２の電源状態検出回路を採用すれば、より省エネの効果を高めることができる。また、以上では、電動機としてブラシレスモータを用いる例について説明したが、回生動作などにおいて同様の機能を持つものであればブラシモータを用いることもできる。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、バッテリからの電力が制御手段に供給されない場合やバッテリが抜かれた場合であっても電動機によって発生される電力供給ラインの電圧を安定化することができ、バッテリの過充電や過電圧発生を防止することができるとともにシステム構成部品を過電圧等から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電源供給機構の実施形態を示すブロック図である。
【図２】電源状態検出回路の例を示す回路図である。
【図３】電源状態検出回路の他の例を示す回路図である。
【図４】電源状態検出回路のさらに他の例を示す回路図である。
【図５】本発明を適用した電源供給機構の他の実施形態を示すブロック図である。
【図６】本発明を適用できる電動スクータの一例を示す概略側面図である。
【図７】本発明を適用できるアシスト自転車の一例を示す概略側面図である。
【図８】図７のモータの断面図である。
【図９】図７のモータの出力制御回路図である。
【符号の説明】
１、１１４・・・モータ、２・・・コントローラ、３、１５１・・・電源回路、４、１５０・・・制御回路、５、１４７・・・駆動回路、６、１１７・・・バッテリ、７・・・スイッチ、８・・・角度センサ、９・・・出力指令用センサ、１０・・・リレー、１１・・・回生抵抗、１２・・・電源状態検出回路、１３、１４・・・ダイオード、１５・・・バッテリ残量検出回路、２０・・・オートパワーオフ回路、５０・・・車体フレーム、５１・・・メインフレーム、５２・・・サイドフレーム、５３・・・ヘッドパイプ、５５・・・操向軸、５６・・・フロントフォーク、５８Ｆ、５８Ｒ・・・車輪、５９・・・ハンドル、６０・・・フロントカバー、６４・・・シート、６５・・・パワーユニット、６７・・・リアクッション、７２・・・バッテリユニット、１０１・・・車体フレーム、１０５・・・シートポスト、１０８・・・操向ハンドル、１０９・・・ブレーキレバー、１２２・・・クランク軸、１２４・・・ペダル、１２７・・・チェーン、１３２・・・ホイールハブ（アウタロータ）、１３５・・・永久磁石、１３７・・・ステータ支持板、１３８・・・ステータコア、１３９・・・ステータコイル、１４１・・・光センサ、１４３・・・基板、１４８ａ〜１４８ｆ・・・ＦＥＴ、１４９ａ〜１４９ｆ・・・転流ダイオード、１５２・・・踏力センサ、１５３・・・車速センサ、Ｔ１〜Ｔ６・・・トランジスタ、ＺＤ１、ＺＤ２・・・ツェナーダイオード、ＴＨ・・・バッテリ温度センサ、Ｒ１〜Ｒ７・・・抵抗器
Claims (3)
- 電動機を駆動する駆動手段および前記駆動手段を制御する制御手段を備えた電動車両における電源供給機構において、
前記電動機の電力供給ラインの電圧値に応じて前記制御手段を起動する起動部と、
前記制御手段からの指示に応じて前記電力供給ラインの電圧を安定化する電圧安定化手段とを備えたことを特徴とする電動車両における電源供給機構。 - 前記電圧安定化手段は、前記電力供給ラインと接地ラインとの間にスイッチを介して設けられた回生抵抗であり、前記制御手段は、前記電力供給ラインの電圧を安定化するように前記スイッチを開閉制御することを特徴とする請求項１に記載の電動車両における電源供給機構。
- 前記電圧安定化手段は、前記駆動手段であり、前記制御手段は、前記電力供給ラインの電圧を安定化するように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両における電源供給機構。
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