自転車用の補助電源システム
【課題】自転車の電装品に電力を安定的に供給することができるシステムを提供することにある。
【解決手段】本補助電源システム１００は、補助電源部２００を備えている。補助電源部２００は、自転車に設けられる発電部１０ａからの電力で動作する。この補助電源部２００は、自転車に搭載された電源１４からの電力の供給状態に応じて、自転車に搭載可能な電装品２０に対して、発電部１０ａによって生成される電力を供給する。
【解決手段】本補助電源システム１００は、補助電源部２００を備えている。補助電源部２００は、自転車に設けられる発電部１０ａからの電力で動作する。この補助電源部２００は、自転車に搭載された電源１４からの電力の供給状態に応じて、自転車に搭載可能な電装品２０に対して、発電部１０ａによって生成される電力を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用の補助電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車において、人力による駆動力を電動モータにより補助するアシスト自転車が従来知られている。従来のアシスト自転車には、車輪に設けられている電動モータをコントローラによって回生制御しているものがある（たとえば、特許文献１参照）。このような従来のアシスト自転車では、電動モータから得られる電力を、バッテリに供給することによって、バッテリが回生充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０４２８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のアシスト自転車では、バッテリの電池残量がなくなると、発電・充電機能であるモータによる回生制御が実行できなくなってしまい、アシスト自転車に搭載された全ての電動コンポーネントが、使用できなくなるおそれがある。
【０００５】
本発明の課題は、自転車の電装品に電力を安定的に供給することができるシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明１に係る自転車用の補助電源システムは、補助電源部を備えている。補助電源部は、自転車に設けられる発電部からの電力で動作する。この補助電源部は、自転車に搭載された電源からの電力の供給状態に応じて、自転車に搭載可能な電装品に対して、発電部によって生成される電力を供給する。
【０００７】
この補助電源システムでは、補助電源部は、自転車に設けられる発電部からの電力で動作し、たとえば、自転車に搭載された電源から電装品に対する電力の供給が低下又は停止した場合に、補助電源部は電装品に対して電力を供給する。このように、本発明１では、自転車に搭載された電源からの電力の供給状態に応じて、自転車の電装品に電力を安定的に供給することができる。すなわち、本発明では、特別に他の電力供給手段を用意しなくても、自転車の電装品に電力を安定的に供給することができる。
【０００８】
発明２に係る自転車用の補助電源システムでは、発明１に記載のシステムにおいて、補助電源部が、発電部によって生成される電力を、電装品が動作可能な電圧又は電流に変換して出力する。
【０００９】
この場合、補助電源部が、発電部によって生成される電力を、電装品が動作可能な電圧又は電流に変換して出力するので、発電部から出力された電力が、如何なる値であっても、電装品を動作させることができる。
【００１０】
発明３に係る自転車用の補助電源システムでは、発明１又は２に記載のシステムにおいて、補助電源部が、発電部からの電圧を整流する整流部と、整流後の電圧を第１電圧に変圧する電圧変換部とを備えている。
【００１１】
この場合、補助電源部では、整流部が発電部からの電圧を整流し、電圧変換部が整流後の電圧を所定の第１電圧に変圧するので、発電部から出力された電力の電圧が変動していたとしても、この電圧を、安定した状態で変圧することができる。
【００１２】
発明４に係る自転車用の補助電源システムでは、発明３に記載のシステムにおいて、第１電圧が、電装品が動作可能な第２電圧以上、且つ電源から出力可能な最低電圧未満に設定される。
【００１３】
この場合、第１電圧が、電装品が動作可能な第２電圧以上、且つ電源から出力可能な最低電圧未満に設定されているので、自転車に搭載された電源からの電力が供給されている間は、電装品が動作可能な電圧を維持しながら、補助電源部から電装品に対する電力供給が、規制される。これにより、自転車に搭載された電源からの電力が供給されている間は、電源からの電力を用いて、電装品を安定的に動作させることができる。
【００１４】
発明５に係る自転車用の補助電源システムは、発明３又は４に記載のシステムにおいて、電源から出力される電圧が、第１電圧未満になった場合に、補助電源部から電装品へと第１電圧で電力を供給する。
【００１５】
この場合、電源から出力される電圧が、第１電圧未満になった場合、すなわち電源から出力される電圧が、電力供給を待機している補助電源部の第１電圧未満になった場合に、補助電源部から電装品へと第１電圧で電力が供給される。これにより、自転車に搭載された電源からの電力が低下又は停止した場合に、電力の供給手段を、電源から補助電源部へとスムーズに切り換えることができる。
【００１６】
発明６に係る自転車用の補助電源システムでは、発明１から５のいずれか１つに記載のシステムにおいて、発電部が、自転車の車輪の回転をアシストする電動機になっている。
【００１７】
この場合、発電部が、自転車の車輪の回転をアシストする電動機になっているので、補助電源部を動作させるための発電部を、特別に用意しなくても、自転車の車輪の回転をアシストする電動機を用いて、補助電源部を動作させることができる。これにより、自転車の構成を大きく変更することなく、補助電源システムを構築することができる。
【００１８】
発明７に係る自転車用の補助電源システムは、発明１から６のいずれか１つに記載のシステムにおいて、ダイオードをさらに備えている。ダイオードのアノードが補助電源部に電気的に接続され、ダイオードのカソードが電装品に電気的に接続される。
【００１９】
この場合、ダイオードが、補助電源部と電装品との間に配置されているので、電源から出力される電圧と、補助電源部から出力される電圧との間に、電圧差が生じても、電源から出力される電流が、補助電源部へと逆流しないように、規制することができる。これにより、自転車に搭載された電源からの電力が低下又は停止した場合に、補助電源部から電装品に対して電力を供給することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、自転車の電装品に電力を安定的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態が採用された自転車の右側面図。
【図２】モータ内蔵ハブの分解斜視図。
【図３】駆動回路の回路ブロック図
【図４】補助電源回路の回路ブロック図
【図５】補助電源回路の回路ブロック図（他の実施形態）
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜自転車の全体構成＞
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は人力よる駆動をモータ内蔵ハブ１０により補助するアシスト自転車である。自転車は、フレーム体１０２及びフロントフォーク１０３を有するフレーム１０１と、ハンドル部１０４と、駆動部１０５と、前輪１０６ｆと、後輪１０６ｒと、フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒと、前照灯２３と、尾灯２４と、を備えている。フロントフォーク１０３は、フレーム体１０２の前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒは、前輪１０６ｆ及び後輪１０６ｒのリム１２１ｆ及び１２１ｒにそれぞれ接触して制動する。
【００２３】
フレーム１０１には、サドル１１１やハンドル部１０４を含む各部が取り付けられている。駆動部１０５は、フレーム体１０２のハンガー部に回転自在に支持されたクランク軸１１６と、クランク軸１１６の両端に固定されたギアクランク１１８ａ及び左クランク（図示せず）と、ギアクランク１１８ａに掛け渡されたチェーン１１９と、後輪１０６ｒのリアハブ１１０に装着されたギア１０９と、フロントディレーラ１０８ｆと、リアディレーラ１０８ｒと、を有している。
【００２４】
フロントディレーラ１０８ｆは、ギアクランク１１８ａに装着された、たとえば３枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。リアディレーラ１０８ｒは、リアハブ１１０に取り付けられた、ギア１０９のたとえば９枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは、いずれも電動駆動されるものであり、図示しない電動アクチュエータと、現在の変速段を検出する段数センサと、これらを制御するディレーラ制御部と、をそれぞれ有している。ハンドルバー１１５には、変速を指示する変速スイッチが設けられ、変速スイッチの操作に応じて、前記ディレーラ制御部が電動アクチュエータを制御する。本実施の形態では、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは電動駆動されるが、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは変速レバーにワイヤーで連結され、変速レバーによってワイヤーを引っ張ることによって変速駆動される構成であってもよい。
【００２５】
フレーム体１０２の後上部には、リアキャリア１１２が取り付けられている。リアキャリア１１２には、自転車全体の電装品２０を制御する全体制御部１２を含むリアキャリアユニット１３が装着されている。リアキャリアユニット１３は、モータ内蔵ハブ１０、全体制御部１２及び前照灯２３等の電装品２０（電装品２０については図３を参照）の電源となる蓄電部１４を着脱可能に搭載している。蓄電部１４は、蓄電池を含んでいる。蓄電池は、たとえばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等を、含んでいる。蓄電部１４に尾灯２４が一体で取り付けられている。
【００２６】
ハンドル部１０４は、フロントフォーク１０３の上部に固定されたハンドルステム１１４と、ハンドルステム１１４に固定されたバーハンドル型のハンドルバー１１５とを有している。ハンドルバー１１５の両端には、左ブレーキレバー１６ｆ及び右ブレーキレバー１６ｒと、が装着されている。また、ハンドルバー１１５の中央部には、表示ユニット１８と、前照灯２３とが装着されている。表示ユニット１８は、たとえばアシストモード及び回生制動モードなどの動作モードを表示可能である。
【００２７】
＜モータ内蔵ハブ＞
モータ内蔵ハブ１０は、自転車の前輪１０６ｆのハブを構成するものである。モータ内蔵ハブ１０は、フロントフォーク１０３の先端に装着されており、人力補助用のものである。モータ内蔵ハブ１０は、たとえば３相のブラシレスＤＣモータを含んでいる。モータ内蔵ハブ１０は、図２に示すように、ハブ軸１５と、ハブ軸１５に装着されるモータケース１７と、モータケース１７内に配置された電気回路部１９とを、有している。また、モータ内蔵ハブ１０は、図２には図示しないモータ本体１０ａ（図３を参照）を有している。モータ本体１０ａは、ハブ軸１５に回転自在に支持される回転子と、回転子の径方向外周側においてモータケース１７の後述する第１円筒部３６ｃの内周面に固定される固定子と、回転子の回転をモータケース１７の後述する第２ケース部材３４に伝達する回転伝達機構と、を有している。
【００２８】
回転子は、たとえば周方向に複数の磁極を有する図示しない磁石と磁石を保持する磁石保持部とを有している。磁石保持部は、ハブ軸方向に間隔を隔てて配置された２つの軸受を介してハブ軸１５に回転自在に支持されている。固定子は、第１円筒部３６ｃの内周面において周方向に間隔を隔てて配置された、図示しない複数のコイルを、有している。複数のコイルは、電気回路部１９の電界効果トランジスタ４４によりスイッチングされた交流により順次励磁され、回転子を進行方向に回転させる。回転伝達機構は、回転子の回転をモータケース１７の第２ケース部材３４に伝達して、前輪１０６ｆを進行方向に回転させる。回転伝達機構は、図示しない遊星歯車機構を有しており、この遊星歯車機構によって回転子の回転が減速されモータケース１７の第２ケース部材３４に伝達される。モータ本体の機械的な構成は、上記構成に限定されない。たとえば、上記の構成は、インナーロータのモータであるが、アウターロータのモータであってもよく、また回転伝達機構として遊星歯車機構を用いず、ロータが第２ケース部材３４に直接接続される構成であってもよい。
【００２９】
＜ハブ軸＞
ハブ軸１５は、たとえば、鋼鉄製であり、フロントフォーク１０３の先端の前爪部１０３ａに両端部が回転不能に装着可能である。ハブ軸１５の両端外周面には、フロントフォーク１０３に固定するためのナット部材が螺合する左右１対の雄ねじ部１５ｂが形成されている。また、雄ねじ部１５ｂの外周面には、平行な二面を有する係止部１５ｄが形成されている。係止部１５ｄのハブ軸方向内方において、モータケース１７の後述する第１ケース部材３２がハブ軸１５に回転不能に連結される。一方の雄ねじ部１５ｂには、図示しないナット部材とロックナットとが、螺合している。他方の雄ねじ部１５ｂには、図示しないナット部材と、第１ケース部材３２を固定するナット部材５２とが、螺合している。ナット部材の軸方向内方には、係止部１５ｄに各別に回転不能に係合し、かつフロントフォーク１０３の装着溝１０３ｂに係合してハブ軸１５を回り止めするための回り止めワッシャ（図示しない）が装着されている。
【００３０】
＜モータケース＞
モータケース１７は、図２に示すように、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ケース部材３２と、軸方向の第１端が第１ケース部材３２に、軸方向の第２端がハブ軸１５にそれぞれ回転自在に支持される第２ケース部材３４と、を有している。第２ケース部材３４は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００３１】
第１ケース部材３２は、外側面に形成されフロントフォーク１０３の先端部を受け入れ可能な凹部３２ａと、凹部３２ａを形成し、ハブ軸方向外方に膨出する膨出部３２ｂと、を有している。膨出部３２ｂの内部には空間が形成され、この空間に電気回路部１９が収納される。第１ケース部材３２と第２ケース部材３４とで形成される空間には、前述したモータ本体１０ａおよび回転伝達機構などの各種機構が収納される。
【００３２】
第１ケース部材３２は、ハブ軸１５に回転不能に装着されるケース本体３６と、ケース本体３６の外側面に複数本（たとえば、５本）の取付ボルト３７により固定されるカバー部材３８と、有している。これらカバー部材３８とケース本体３６との間に、電気回路部１９が収納される。ケース本体３６およびカバー部材３８は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００３３】
ケース本体３６は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ボス部３６ａと、第１ボス部３６ａと一体形成される第１円板部３６ｂと、第１円板部３６ｂの外周部から第２ケース部材３４に向かって延びる筒状の第１円筒部３６ｃと、を有している。第１ボス部３６ａの内周面には、ハブ軸１５に回転不能に連結される非円形の連結孔（図示しない）が形成されている。
【００３４】
第１円板部３６ｂの外側面は概ね平坦面である。この外側面にハブ軸１５方向外方に突出して形成される複数の取付ボス３６ｅが形成される。前記取付けボス３６ｅに取付ボルト５３によって電気回路部１９の回路基板４２が固定されている。第１円筒部３６ｃの外周面には、第２ケース部材３４の第１端を回転自在に支持する、たとえば玉軸受の形態の第１軸受３０の内輪（図示しない）が装着されている。
【００３５】
カバー部材３８は、外側面に前述した凹部３２ａ及び膨出部３２ｂを有している。カバー部材３８の内側面において、カバー部材３８とケース本体３６との間には、電気回路部１９が配置される空間への液体の浸入を抑制するシール部材６２が配置されている。シール部材６２は、防水性および弾発性を有するゴムなどによって形成される。シール部材６２は、図２に示すように、ケース本体３６の第１円板部３６ｂの外側面に形成されるシール溝３６ｆに装着されている。
【００３６】
凹部３２ａは、様々な形状のフロントフォークを受け入れ可能にするために、通常のフロントフォークの先端の形状より僅かに幅広に形成されている。膨出部３２ｂの内部には、第１円板部３６ｂに固定される電気回路部１９が配置されている。膨出部３２ｂの内側面には、複数の半導体素子（特に、後述する電界効果トランジスタ４４）を一括して冷却するための放熱シート（図示しない）が、装着されている。
【００３７】
凹部３２ａの一方の縁部には、配線接続部３８ａがケース本体３６の周方向外方に突出して形成されている。配線接続部３８ａは膨出部３２ｂよりもハブ軸方向に僅かに凹んで形成されている。配線接続部３８ａは、電気回路部１９と全体制御部１２及び蓄電部１４とを接続する２芯の電力線を外部に取り出すために設けられている。配線接続部３８ａは、図１に示すように、フロントフォーク１０３の後部に近接してフロントフォーク１０３に沿って配置されるように形成されている。なお、この実施形態では、電力線７０（図３を参照）は、ＰＬＣ（Power Line Communications）により、電源の供給と信号の通信とを行えるように構成されている。
【００３８】
第２ケース部材３４は、通常の自転車用ハブのハブシェルに類似する構造であり、有底筒状部の部材である。第２ケース部材３４は、ハブ軸１５に対して回転自在に装着されている。第２ケース部材３４は、軸受を介してハブ軸１５に回転自在に連結される第２ボス部（図示しない）と、第２ボス部と一体に形成される図示しない第２円板部と、第２円板部の外周部からハブ軸方向内方に筒状に延びる第２円筒部３４ｄと、を有している。第２円筒部３４ｄは、第１円筒部３６ｃの外周側に配置されている。第２円筒部３４ｄの第１端側内周面に第１軸受３０の外輪（図示しない）が装着されている。第２円筒部３４ｄの外周面には、前輪１０６ｆのリム１２１ｆとモータ内蔵ハブ１０とをスポーク１２２により連結するための第１ハブフランジ４０ａ及び第２ハブフランジ４０ｂがハブ軸方向の両端部に間隔を隔てて形成されている。
【００３９】
＜電気回路部＞
電気回路部１９は、モータ内蔵ハブ１０を駆動制御し、電装品２０に供給する電力を補助的に制御する。電気回路部１９は、蓄電部１４から供給された直流をスイッチングして交流に変換するＤＣ−ＡＣインバータの機能を有している。また、電気回路部１９は、前記スイッチングの周波数からモータ内蔵ハブ１０の回転および回転速度の少なくともいずれかを検出する回転センサ機能を有している。また、電気回路部１９は、モータ内蔵ハブ１０を発電機として使用して制動する回生制動の際は、回生制動の比率を全体制御部１２の制御により変化させる回生駆動機能も有している。さらに電気回路部１９は、モータ内蔵ハブ１０内に配置されるモータ本体１０ａ（発電部）を発電機として使用して、電装品２０が動作可能な電力を、電装品２０に供給するダイナモ機能も有している。また電気回路部１９は、電力線通信を行う電力線通信部（図示せず）を有している。電力線通信部は、電力線７０を介して、電装品２０である全体制御部１２と通信を行い、全体制御部１２からの指令を電気回路部１９に与える。
【００４０】
電気回路部１９は、図３に示すように、モータ駆動回路４１と補助電源回路２００とを、備えている。モータ駆動回路４１は、図２に示すように、ケース本体３６の外側面に固定される回路基板４２に搭載された複数（たとえば６つ）の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４と、モータ用の制御素子４６を含むその他の電子部品とを、備えている。モータ駆動回路４１には、電力線７０から電圧が入力される。また、複数の電界効果トランジスタ４４は、前述したように放熱シートに接触して配置されており、主に前記電界効果トランジスタ４４で発生する熱は、カバー部材３８を介して外部に放出可能である。
【００４１】
補助電源回路２００は、電装品２０に供給する電力を補助的に制御する。補助電源回路２００は、回路基板４２に搭載されている。たとえば、補助電源回路２００は、図２に示した回路基板４２の裏面（図２では破線で表示）に、搭載されている。補助電源回路２００の詳細については、後述する補助電源システム１００において説明する。
【００４２】
＜補助電源システム＞
補助電源システム１００は、自転車に搭載される電源からの電力の供給状態に応じて、自転車に搭載可能な電装品２０に電力を供給する。補助電源システム１００は、図３に示すように、モータ内蔵ハブ１０内に配置されるモータ本体１０ａと、電源からの電力供給が停止したときに電装品２０に電力を供給するための補助電源回路２００（補助電源部）と、第１ダイオード４７と、備えている。
【００４３】
モータ本体１０ａを駆動するために必要な電力を供給する蓄電部１４は、蓄電状態で出力が変化する。たとえば、この蓄電部１４では、満充電の状態において最高電圧を出力する。そして、蓄電部１４の充電量が減るにつれて、最高電圧から最低電圧へと出力電圧が低下する。たとえば、蓄電部１４の充電量が減るにつれて、２４Ｖ（最高電圧）から１８Ｖ（最低電圧）へと出力電圧が低下する。そして、この蓄電部１４の蓄電がなくなるか、または蓄電量が所定量以下となると、この蓄電部１４からの出力は停止される。
【００４４】
モータ本体１０ａは、図３に示すように、モータ本体１０ａを駆動し制御するための配線たとえば３本のパワー線を介して、モータ駆動回路４１に連結されている。また、モータ本体１０ａとモータ駆動回路４１とを連結する３本のパワー線それぞれは、補助電源回路２００に連結されている。
【００４５】
補助電源回路２００は、自転車に設けられるモータ本体１０ａからの電力で動作する。補助電源回路２００は、自転車に搭載された蓄電部１４からの電力の出力状態に応じて、モータ本体１０ａによって生成される電力を、電装品２０に供給する。詳細には、補助電源回路２００は、モータ本体１０ａによって生成される電力を、電装品２０が動作可能な電圧又は電流に変換して出力する。
【００４６】
補助電源回路２００は、図３および図４に示すように、モータ本体１０ａからの電圧を整流する第１整流回路２０１（整流部）と、整流後の電圧を変圧する昇降圧回路２１０（電圧変換部）とを、備えている。
【００４７】
第１整流回路２０１は、モータ本体１０ａからの電圧を整流し平滑化する回路である。たとえば、第１整流回路２０１は、モータ本体１０ａからの交流電圧を整流し平滑化する。第１整流回路２０１は、第２ダイオード２０２とコンデンサ２０３とを有している。第２ダイオード２０２は、各パワー線に接続されており、各パワー線から入力された交流電圧を、半波整流する。また、この半波整流された電圧はコンデンサ２０３へと入力され、コンデンサ２０３によって平滑化される。
【００４８】
昇降圧回路２１０は、第１整流回路２０１によって整流された直流電圧を、所定の電圧（第１電圧）に調節するための回路である。昇降圧回路２１０は、第１整流回路２０１において整流された直流電圧を用いて動作する。昇降圧回路２１０は、変圧回路２１１と、第１スイッチ回路２１２と、変圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ２１３と、変圧用の制御回路２１４と、第２整流回路２１５とを有している。
【００４９】
変圧回路２１１は、第１整流回路２０１によって整流された直流電圧を、所定の電圧に調節する。所定の電圧は、電装品２０が動作可能な電圧以上（第２電圧）、且つ蓄電部１４から出力可能な最低電圧未満に設定される。ここでは、電装品２０が動作可能な電圧がたとえば６Ｖであり、蓄電部１４から出力可能な最低電圧がたとえば１８Ｖである場合の例を示す。そして、所定の電圧が、たとえば１０Ｖに設定される場合の例を示す。
【００５０】
変圧回路２１１には、第１スイッチ回路２１２が接続されており、この第１スイッチ回路２１２のオンオフ動作によって、第１整流回路２０１によって整流された直流電圧が、１０Ｖに調節される。
【００５１】
第１スイッチ回路２１２は、変圧回路２１１と変圧用の制御回路２１４との間に配置されている。第１スイッチ回路２１２は、たとえば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ）である。ＦＥＴは、スイッチとして動作する。この第１スイッチ回路２１２のオンオフ状態は、変圧用の制御回路２１４によって制御される。たとえば、入力電圧とオンオフ時間の割合（デューティー比）が変圧用の制御回路２１４によって制御され、出力電圧が、たとえば１０Ｖに調整される。
【００５２】
第２整流回路２１５は、変圧回路２１１から出力された電圧を整流し平滑化する。たとえば、第２整流回路２１５は、第３ダイオード２１５ａとコンデンサ２１５ｂとを有している。第３ダイオード２１５ａは、変圧回路２１１において調節された電圧を、整流する。また、この電圧はコンデンサ２１５ｂへと印加され、この電圧はコンデンサ２１５ｂによって平滑化される。
【００５３】
変圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ２１３は、第１整流回路２０１において整流された電圧を、変圧用の制御回路２１４を動作可能な電圧に調節する。ここでは、第１整流回路２０１によって整流された電圧が、所定の電圧たとえば６Ｖに調節される。
【００５４】
変圧用の制御回路２１４は、変圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ２１３によって調節された電圧によって起動し動作する。変圧用の制御回路２１４は、第２整流回路２１５において整流された電圧を、監視している。そして、変圧用の制御回路２１４は、第２整流回路２１５において整流された電圧が所定の電圧たとえば１０Ｖになるように、第１スイッチ回路２１２を制御する。これにより、昇降圧回路２１０から出力される電圧を、常に所定の電圧たとえば１０Ｖに調節することができる。
【００５５】
この変圧用の制御回路２１４は、上記の変圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ２１３からの電力供給を受けて起動し動作する。このため、蓄電部１４からの電力供給が停止しても、モータ本体１０ａが回転していれば、このモータ本体１０ａから出力される電力によって、起動し動作する。
【００５６】
昇降圧回路２１０において調節された直流電力は、第１ダイオード４７を介して電装品２０に供給される。第１ダイオード４７では、アノードが補助電源回路２００に電気的に接続され、カソードが電装品２０に電気的に接続される。詳細には、第１ダイオード４７では、アノードが補助電源回路２００に電気的に接続され、カソードが電装品用のＤＣ−ＤＣコンバータ４８を介して電装品２０に電気的に接続される。
【００５７】
第１ダイオード４７は、蓄電部１４にも電気的に接続されている補助電源回路２００に、蓄電部１４からの電圧が印加されることを防止する。第１ダイオード４７を、補助電源回路２００の出力口すなわち昇降圧回路２１０の出力口に連結することによって、蓄電部１４から出力される電圧が、第１電圧たとえば１０Ｖより大きくても、蓄電部１４から、補助電源回路に電流が逆流しないように規制することができる（図３を参照）。言い換えると、蓄電部１４から出力される電圧が、第１電圧未満たとえば１０Ｖ未満になった場合に、昇降圧回路２１０において第１電圧に調節された電圧が、電装品２０に印加され電力が供給される。
【００５８】
電装品用のＤＣ−ＤＣコンバータ４８は、図３に示すように、ダイオードと電装品２０との間に配置されている。電装品用のＤＣ−ＤＣコンバータ４８は、補助電源回路２００から出力された電圧たとえば１０Ｖの電圧（第１電圧）を、電装品２０が動作可能な電圧たとえば６Ｖ（第２電圧）に調節する。そして、ここで調節された６Ｖの電圧が電装品２０へと入力され、電装品２０が起動し動作する。
【００５９】
上記のように、本実施形態では、蓄電部１４からの電力の供給状態に応じて、自転車の電装品２０に電力を安定的に供給することができる。具体的には、モータ内蔵ハブ１０内に配置されたモータ本体１０ａを発電機として使用し、このモータ本体１０ａから出力された電力を、補助電源システム１００によって、電装品２０にとって最適な電圧に調整することができる。これにより、モータ本体１０ａの回転に依存することなく、電装品２０に対して安定的に電力を供給することができる。また、特別に他の電力供給手段を用意しなくても、既存の装備だけで、自転車の電装品に電力を安定的に供給することができる。
【００６０】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（ａ）前記実施形態では、昇降圧回路２１０から第１ダイオード４７に向けて電流が出力される場合の例を示したが、出力回路２２０を介して昇降圧回路２１０から第１ダイオード４７に向けて電流が出力されるようにしても良い。
【００６１】
この場合、補助電源回路２００’は、図５に示すように、第１整流回路２０１と、昇降圧回路２１０と、出力回路２２０とを、備えている。この補助電源回路２００’の構成は、出力回路２２０を除いて、前記実施形態と同じである。このため、ここでは、前記実施形態と同じ構成については説明を省略し、前記実施形態とは構成が異なる出力回路２２０についての説明を詳細に行う。なお、前記実施形態と同じ構成については、同じ番号を付している。
【００６２】
出力回路２２０は、昇降圧回路２１０において調節された電圧を、電装品２０に出力するか否かを選択する回路である。出力回路２２０は、出力用のスイッチ回路２２１と、出力用のスイッチ回路２２１をオンオフ制御するための制御用のスイッチ回路２２２と、制御用のスイッチ回路２２２を制御する出力用の制御回路２２３とを、有している。
【００６３】
出力用のスイッチ回路２２１は、昇降圧回路２１０において調節された電圧を、補助電源回路２００’から外部に出力する出力口となっている。出力用のスイッチ回路２２１は、主に、たとえばＦＥＴから構成されており、スイッチとして動作する。このスイッチ回路がオン状態になったときに、昇降圧回路２１０において調節された直流電力が、補助電源回路２００’から外部へと出力される。
【００６４】
制御用のスイッチ回路２２２は、主に、たとえばトランジスタから構成されている。このトランジスタは、出力用のスイッチ回路２２１たとえばＦＥＴに対して、オンオフ信号を送信する。このオンオフ信号の送信タイミングは、出力用の制御回路２２３によって制御される。
【００６５】
出力用の制御回路２２３は、制御用のスイッチ回路２２２を介して、出力用のスイッチ回路２２１をオンオフする。出力用の制御回路２２３は、制御用のスイッチ回路２２２に対するオン信号の送信タイミングを、指示する。たとえば、出力用の制御回路２２３は、モータ本体１０ａが発電部として機能する場合に、制御用のスイッチ回路２２２にオン信号を出力させる。そして、このオン信号に基づいて、出力用のスイッチ回路２２１がオン状態になり、昇降圧回路２１０において調節された電流が、補助電源回路２００’から外部へと出力される。
【００６６】
これにより、昇降圧回路２１０において調節された直流電力が、補助電源回路２００’から外部へと出力される。すると、この電圧は、電装品用のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、電装品２０が動作可能な電圧たとえば６Ｖ（第２電圧）に調節され、電装品２０へと入力される。これにより、電装品２０が起動し動作する。
【００６７】
この場合、補助電源回路２００’は出力回路２２０を有しているので、モータ本体１０ａから出力された電力を、補助電源回路２００’から電装品２０へ供給するタイミングを選択することができる。また、前記実施形態と同様の効果も、同時に得ることができる。
【００６８】
（ｂ）前記実施形態では、電装品２０として、全体制御部１２及び前照灯２３等が例示されているが、電装品２０は前述のものに限定されない。電装品２０には、自転車に搭載可能な全ての電装品２０が含まれ、たとえば表示装置、サイクルコンピュータ、電動変速機または尾灯なども含まれる。
【００６９】
（ｃ）前記実施形態では、電装品２０が動作可能な電圧が６Ｖであり、蓄電部１４から出力可能な最低電圧が１８Ｖであり、変圧回路２１１における調節後の電圧が１０Ｖである場合の例を示したが、変圧回路２１１における調節後の電圧が、電装品２０が動作可能な電圧以上、且つ蓄電部１４から出力可能な最低電圧未満であれば、どのように設定しても良い。
【００７０】
（ｄ）前記実施形態では、モータ本体１０ａが回転動作している間は、補助電源システム１００は機能するが、モータ本体１０ａの回転が停止した場合は、このコンデンサ２０３または２１５に蓄積された電力を消費した時点で補助電源システム１００は機能を停止する。このため、補助電源システム１００が、蓄電部たとえば充電池をさらに備えるように構成しても良い。この場合は、モータ本体１０ａの回転中に補助電源システム１００に入力された電力を、充電池に蓄えることができるので、モータ本体１０ａの回転が停止し、前記コンデンサ２０３および２１５に蓄えられた電力が無くなっても、この充電池に蓄えられた電力によって、電装品２０を動作させることができる。
（ｆ）補助電源システム１００の回路構成は、モータ本体１０ａから得られる電力から、所定の電圧または電流を出力することができる構成であれば、前述の構成に限らない。
（ｇ）前記実施形態では、補助電源回路２００は、回路基板４２に設けられているが、補助電源回路は、回路基板４２とは異なる部分に設けられてもよい。
（ｈ）前記実施形態では、アシスト自転車は外装変速機を有する構成であるが、内装変速機を有する構成であってもよく、変速機を備えない構成であってもよく、本システムはあらゆるアシスト自転車に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０ モータ内蔵ハブ
１０ａ モータ本体
１４ 蓄電部
１９ 電気回路部
２０ 電装品
４７ 第１ダイオード
４８ 電装品用のＤＣ−ＤＣコンバータ
１００ 補助電源システム
２００ 補助電源回路
２００’ 補助電源回路（他の実施形態）
２０１ 第１整流回路
２１０ 昇降圧回路
２２０ 出力回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用の補助電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車において、人力による駆動力を電動モータにより補助するアシスト自転車が従来知られている。従来のアシスト自転車には、車輪に設けられている電動モータをコントローラによって回生制御しているものがある（たとえば、特許文献１参照）。このような従来のアシスト自転車では、電動モータから得られる電力を、バッテリに供給することによって、バッテリが回生充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０４２８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のアシスト自転車では、バッテリの電池残量がなくなると、発電・充電機能であるモータによる回生制御が実行できなくなってしまい、アシスト自転車に搭載された全ての電動コンポーネントが、使用できなくなるおそれがある。
【０００５】
本発明の課題は、自転車の電装品に電力を安定的に供給することができるシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明１に係る自転車用の補助電源システムは、補助電源部を備えている。補助電源部は、自転車に設けられる発電部からの電力で動作する。この補助電源部は、自転車に搭載された電源からの電力の供給状態に応じて、自転車に搭載可能な電装品に対して、発電部によって生成される電力を供給する。
【０００７】
この補助電源システムでは、補助電源部は、自転車に設けられる発電部からの電力で動作し、たとえば、自転車に搭載された電源から電装品に対する電力の供給が低下又は停止した場合に、補助電源部は電装品に対して電力を供給する。このように、本発明１では、自転車に搭載された電源からの電力の供給状態に応じて、自転車の電装品に電力を安定的に供給することができる。すなわち、本発明では、特別に他の電力供給手段を用意しなくても、自転車の電装品に電力を安定的に供給することができる。
【０００８】
発明２に係る自転車用の補助電源システムでは、発明１に記載のシステムにおいて、補助電源部が、発電部によって生成される電力を、電装品が動作可能な電圧又は電流に変換して出力する。
【０００９】
この場合、補助電源部が、発電部によって生成される電力を、電装品が動作可能な電圧又は電流に変換して出力するので、発電部から出力された電力が、如何なる値であっても、電装品を動作させることができる。
【００１０】
発明３に係る自転車用の補助電源システムでは、発明１又は２に記載のシステムにおいて、補助電源部が、発電部からの電圧を整流する整流部と、整流後の電圧を第１電圧に変圧する電圧変換部とを備えている。
【００１１】
この場合、補助電源部では、整流部が発電部からの電圧を整流し、電圧変換部が整流後の電圧を所定の第１電圧に変圧するので、発電部から出力された電力の電圧が変動していたとしても、この電圧を、安定した状態で変圧することができる。
【００１２】
発明４に係る自転車用の補助電源システムでは、発明３に記載のシステムにおいて、第１電圧が、電装品が動作可能な第２電圧以上、且つ電源から出力可能な最低電圧未満に設定される。
【００１３】
この場合、第１電圧が、電装品が動作可能な第２電圧以上、且つ電源から出力可能な最低電圧未満に設定されているので、自転車に搭載された電源からの電力が供給されている間は、電装品が動作可能な電圧を維持しながら、補助電源部から電装品に対する電力供給が、規制される。これにより、自転車に搭載された電源からの電力が供給されている間は、電源からの電力を用いて、電装品を安定的に動作させることができる。
【００１４】
発明５に係る自転車用の補助電源システムは、発明３又は４に記載のシステムにおいて、電源から出力される電圧が、第１電圧未満になった場合に、補助電源部から電装品へと第１電圧で電力を供給する。
【００１５】
この場合、電源から出力される電圧が、第１電圧未満になった場合、すなわち電源から出力される電圧が、電力供給を待機している補助電源部の第１電圧未満になった場合に、補助電源部から電装品へと第１電圧で電力が供給される。これにより、自転車に搭載された電源からの電力が低下又は停止した場合に、電力の供給手段を、電源から補助電源部へとスムーズに切り換えることができる。
【００１６】
発明６に係る自転車用の補助電源システムでは、発明１から５のいずれか１つに記載のシステムにおいて、発電部が、自転車の車輪の回転をアシストする電動機になっている。
【００１７】
この場合、発電部が、自転車の車輪の回転をアシストする電動機になっているので、補助電源部を動作させるための発電部を、特別に用意しなくても、自転車の車輪の回転をアシストする電動機を用いて、補助電源部を動作させることができる。これにより、自転車の構成を大きく変更することなく、補助電源システムを構築することができる。
【００１８】
発明７に係る自転車用の補助電源システムは、発明１から６のいずれか１つに記載のシステムにおいて、ダイオードをさらに備えている。ダイオードのアノードが補助電源部に電気的に接続され、ダイオードのカソードが電装品に電気的に接続される。
【００１９】
この場合、ダイオードが、補助電源部と電装品との間に配置されているので、電源から出力される電圧と、補助電源部から出力される電圧との間に、電圧差が生じても、電源から出力される電流が、補助電源部へと逆流しないように、規制することができる。これにより、自転車に搭載された電源からの電力が低下又は停止した場合に、補助電源部から電装品に対して電力を供給することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、自転車の電装品に電力を安定的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態が採用された自転車の右側面図。
【図２】モータ内蔵ハブの分解斜視図。
【図３】駆動回路の回路ブロック図
【図４】補助電源回路の回路ブロック図
【図５】補助電源回路の回路ブロック図（他の実施形態）
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜自転車の全体構成＞
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は人力よる駆動をモータ内蔵ハブ１０により補助するアシスト自転車である。自転車は、フレーム体１０２及びフロントフォーク１０３を有するフレーム１０１と、ハンドル部１０４と、駆動部１０５と、前輪１０６ｆと、後輪１０６ｒと、フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒと、前照灯２３と、尾灯２４と、を備えている。フロントフォーク１０３は、フレーム体１０２の前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒは、前輪１０６ｆ及び後輪１０６ｒのリム１２１ｆ及び１２１ｒにそれぞれ接触して制動する。
【００２３】
フレーム１０１には、サドル１１１やハンドル部１０４を含む各部が取り付けられている。駆動部１０５は、フレーム体１０２のハンガー部に回転自在に支持されたクランク軸１１６と、クランク軸１１６の両端に固定されたギアクランク１１８ａ及び左クランク（図示せず）と、ギアクランク１１８ａに掛け渡されたチェーン１１９と、後輪１０６ｒのリアハブ１１０に装着されたギア１０９と、フロントディレーラ１０８ｆと、リアディレーラ１０８ｒと、を有している。
【００２４】
フロントディレーラ１０８ｆは、ギアクランク１１８ａに装着された、たとえば３枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。リアディレーラ１０８ｒは、リアハブ１１０に取り付けられた、ギア１０９のたとえば９枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは、いずれも電動駆動されるものであり、図示しない電動アクチュエータと、現在の変速段を検出する段数センサと、これらを制御するディレーラ制御部と、をそれぞれ有している。ハンドルバー１１５には、変速を指示する変速スイッチが設けられ、変速スイッチの操作に応じて、前記ディレーラ制御部が電動アクチュエータを制御する。本実施の形態では、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは電動駆動されるが、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは変速レバーにワイヤーで連結され、変速レバーによってワイヤーを引っ張ることによって変速駆動される構成であってもよい。
【００２５】
フレーム体１０２の後上部には、リアキャリア１１２が取り付けられている。リアキャリア１１２には、自転車全体の電装品２０を制御する全体制御部１２を含むリアキャリアユニット１３が装着されている。リアキャリアユニット１３は、モータ内蔵ハブ１０、全体制御部１２及び前照灯２３等の電装品２０（電装品２０については図３を参照）の電源となる蓄電部１４を着脱可能に搭載している。蓄電部１４は、蓄電池を含んでいる。蓄電池は、たとえばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等を、含んでいる。蓄電部１４に尾灯２４が一体で取り付けられている。
【００２６】
ハンドル部１０４は、フロントフォーク１０３の上部に固定されたハンドルステム１１４と、ハンドルステム１１４に固定されたバーハンドル型のハンドルバー１１５とを有している。ハンドルバー１１５の両端には、左ブレーキレバー１６ｆ及び右ブレーキレバー１６ｒと、が装着されている。また、ハンドルバー１１５の中央部には、表示ユニット１８と、前照灯２３とが装着されている。表示ユニット１８は、たとえばアシストモード及び回生制動モードなどの動作モードを表示可能である。
【００２７】
＜モータ内蔵ハブ＞
モータ内蔵ハブ１０は、自転車の前輪１０６ｆのハブを構成するものである。モータ内蔵ハブ１０は、フロントフォーク１０３の先端に装着されており、人力補助用のものである。モータ内蔵ハブ１０は、たとえば３相のブラシレスＤＣモータを含んでいる。モータ内蔵ハブ１０は、図２に示すように、ハブ軸１５と、ハブ軸１５に装着されるモータケース１７と、モータケース１７内に配置された電気回路部１９とを、有している。また、モータ内蔵ハブ１０は、図２には図示しないモータ本体１０ａ（図３を参照）を有している。モータ本体１０ａは、ハブ軸１５に回転自在に支持される回転子と、回転子の径方向外周側においてモータケース１７の後述する第１円筒部３６ｃの内周面に固定される固定子と、回転子の回転をモータケース１７の後述する第２ケース部材３４に伝達する回転伝達機構と、を有している。
【００２８】
回転子は、たとえば周方向に複数の磁極を有する図示しない磁石と磁石を保持する磁石保持部とを有している。磁石保持部は、ハブ軸方向に間隔を隔てて配置された２つの軸受を介してハブ軸１５に回転自在に支持されている。固定子は、第１円筒部３６ｃの内周面において周方向に間隔を隔てて配置された、図示しない複数のコイルを、有している。複数のコイルは、電気回路部１９の電界効果トランジスタ４４によりスイッチングされた交流により順次励磁され、回転子を進行方向に回転させる。回転伝達機構は、回転子の回転をモータケース１７の第２ケース部材３４に伝達して、前輪１０６ｆを進行方向に回転させる。回転伝達機構は、図示しない遊星歯車機構を有しており、この遊星歯車機構によって回転子の回転が減速されモータケース１７の第２ケース部材３４に伝達される。モータ本体の機械的な構成は、上記構成に限定されない。たとえば、上記の構成は、インナーロータのモータであるが、アウターロータのモータであってもよく、また回転伝達機構として遊星歯車機構を用いず、ロータが第２ケース部材３４に直接接続される構成であってもよい。
【００２９】
＜ハブ軸＞
ハブ軸１５は、たとえば、鋼鉄製であり、フロントフォーク１０３の先端の前爪部１０３ａに両端部が回転不能に装着可能である。ハブ軸１５の両端外周面には、フロントフォーク１０３に固定するためのナット部材が螺合する左右１対の雄ねじ部１５ｂが形成されている。また、雄ねじ部１５ｂの外周面には、平行な二面を有する係止部１５ｄが形成されている。係止部１５ｄのハブ軸方向内方において、モータケース１７の後述する第１ケース部材３２がハブ軸１５に回転不能に連結される。一方の雄ねじ部１５ｂには、図示しないナット部材とロックナットとが、螺合している。他方の雄ねじ部１５ｂには、図示しないナット部材と、第１ケース部材３２を固定するナット部材５２とが、螺合している。ナット部材の軸方向内方には、係止部１５ｄに各別に回転不能に係合し、かつフロントフォーク１０３の装着溝１０３ｂに係合してハブ軸１５を回り止めするための回り止めワッシャ（図示しない）が装着されている。
【００３０】
＜モータケース＞
モータケース１７は、図２に示すように、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ケース部材３２と、軸方向の第１端が第１ケース部材３２に、軸方向の第２端がハブ軸１５にそれぞれ回転自在に支持される第２ケース部材３４と、を有している。第２ケース部材３４は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００３１】
第１ケース部材３２は、外側面に形成されフロントフォーク１０３の先端部を受け入れ可能な凹部３２ａと、凹部３２ａを形成し、ハブ軸方向外方に膨出する膨出部３２ｂと、を有している。膨出部３２ｂの内部には空間が形成され、この空間に電気回路部１９が収納される。第１ケース部材３２と第２ケース部材３４とで形成される空間には、前述したモータ本体１０ａおよび回転伝達機構などの各種機構が収納される。
【００３２】
第１ケース部材３２は、ハブ軸１５に回転不能に装着されるケース本体３６と、ケース本体３６の外側面に複数本（たとえば、５本）の取付ボルト３７により固定されるカバー部材３８と、有している。これらカバー部材３８とケース本体３６との間に、電気回路部１９が収納される。ケース本体３６およびカバー部材３８は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００３３】
ケース本体３６は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ボス部３６ａと、第１ボス部３６ａと一体形成される第１円板部３６ｂと、第１円板部３６ｂの外周部から第２ケース部材３４に向かって延びる筒状の第１円筒部３６ｃと、を有している。第１ボス部３６ａの内周面には、ハブ軸１５に回転不能に連結される非円形の連結孔（図示しない）が形成されている。
【００３４】
第１円板部３６ｂの外側面は概ね平坦面である。この外側面にハブ軸１５方向外方に突出して形成される複数の取付ボス３６ｅが形成される。前記取付けボス３６ｅに取付ボルト５３によって電気回路部１９の回路基板４２が固定されている。第１円筒部３６ｃの外周面には、第２ケース部材３４の第１端を回転自在に支持する、たとえば玉軸受の形態の第１軸受３０の内輪（図示しない）が装着されている。
【００３５】
カバー部材３８は、外側面に前述した凹部３２ａ及び膨出部３２ｂを有している。カバー部材３８の内側面において、カバー部材３８とケース本体３６との間には、電気回路部１９が配置される空間への液体の浸入を抑制するシール部材６２が配置されている。シール部材６２は、防水性および弾発性を有するゴムなどによって形成される。シール部材６２は、図２に示すように、ケース本体３６の第１円板部３６ｂの外側面に形成されるシール溝３６ｆに装着されている。
【００３６】
凹部３２ａは、様々な形状のフロントフォークを受け入れ可能にするために、通常のフロントフォークの先端の形状より僅かに幅広に形成されている。膨出部３２ｂの内部には、第１円板部３６ｂに固定される電気回路部１９が配置されている。膨出部３２ｂの内側面には、複数の半導体素子（特に、後述する電界効果トランジスタ４４）を一括して冷却するための放熱シート（図示しない）が、装着されている。
【００３７】
凹部３２ａの一方の縁部には、配線接続部３８ａがケース本体３６の周方向外方に突出して形成されている。配線接続部３８ａは膨出部３２ｂよりもハブ軸方向に僅かに凹んで形成されている。配線接続部３８ａは、電気回路部１９と全体制御部１２及び蓄電部１４とを接続する２芯の電力線を外部に取り出すために設けられている。配線接続部３８ａは、図１に示すように、フロントフォーク１０３の後部に近接してフロントフォーク１０３に沿って配置されるように形成されている。なお、この実施形態では、電力線７０（図３を参照）は、ＰＬＣ（Power Line Communications）により、電源の供給と信号の通信とを行えるように構成されている。
【００３８】
第２ケース部材３４は、通常の自転車用ハブのハブシェルに類似する構造であり、有底筒状部の部材である。第２ケース部材３４は、ハブ軸１５に対して回転自在に装着されている。第２ケース部材３４は、軸受を介してハブ軸１５に回転自在に連結される第２ボス部（図示しない）と、第２ボス部と一体に形成される図示しない第２円板部と、第２円板部の外周部からハブ軸方向内方に筒状に延びる第２円筒部３４ｄと、を有している。第２円筒部３４ｄは、第１円筒部３６ｃの外周側に配置されている。第２円筒部３４ｄの第１端側内周面に第１軸受３０の外輪（図示しない）が装着されている。第２円筒部３４ｄの外周面には、前輪１０６ｆのリム１２１ｆとモータ内蔵ハブ１０とをスポーク１２２により連結するための第１ハブフランジ４０ａ及び第２ハブフランジ４０ｂがハブ軸方向の両端部に間隔を隔てて形成されている。
【００３９】
＜電気回路部＞
電気回路部１９は、モータ内蔵ハブ１０を駆動制御し、電装品２０に供給する電力を補助的に制御する。電気回路部１９は、蓄電部１４から供給された直流をスイッチングして交流に変換するＤＣ−ＡＣインバータの機能を有している。また、電気回路部１９は、前記スイッチングの周波数からモータ内蔵ハブ１０の回転および回転速度の少なくともいずれかを検出する回転センサ機能を有している。また、電気回路部１９は、モータ内蔵ハブ１０を発電機として使用して制動する回生制動の際は、回生制動の比率を全体制御部１２の制御により変化させる回生駆動機能も有している。さらに電気回路部１９は、モータ内蔵ハブ１０内に配置されるモータ本体１０ａ（発電部）を発電機として使用して、電装品２０が動作可能な電力を、電装品２０に供給するダイナモ機能も有している。また電気回路部１９は、電力線通信を行う電力線通信部（図示せず）を有している。電力線通信部は、電力線７０を介して、電装品２０である全体制御部１２と通信を行い、全体制御部１２からの指令を電気回路部１９に与える。
【００４０】
電気回路部１９は、図３に示すように、モータ駆動回路４１と補助電源回路２００とを、備えている。モータ駆動回路４１は、図２に示すように、ケース本体３６の外側面に固定される回路基板４２に搭載された複数（たとえば６つ）の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４と、モータ用の制御素子４６を含むその他の電子部品とを、備えている。モータ駆動回路４１には、電力線７０から電圧が入力される。また、複数の電界効果トランジスタ４４は、前述したように放熱シートに接触して配置されており、主に前記電界効果トランジスタ４４で発生する熱は、カバー部材３８を介して外部に放出可能である。
【００４１】
補助電源回路２００は、電装品２０に供給する電力を補助的に制御する。補助電源回路２００は、回路基板４２に搭載されている。たとえば、補助電源回路２００は、図２に示した回路基板４２の裏面（図２では破線で表示）に、搭載されている。補助電源回路２００の詳細については、後述する補助電源システム１００において説明する。
【００４２】
＜補助電源システム＞
補助電源システム１００は、自転車に搭載される電源からの電力の供給状態に応じて、自転車に搭載可能な電装品２０に電力を供給する。補助電源システム１００は、図３に示すように、モータ内蔵ハブ１０内に配置されるモータ本体１０ａと、電源からの電力供給が停止したときに電装品２０に電力を供給するための補助電源回路２００（補助電源部）と、第１ダイオード４７と、備えている。
【００４３】
モータ本体１０ａを駆動するために必要な電力を供給する蓄電部１４は、蓄電状態で出力が変化する。たとえば、この蓄電部１４では、満充電の状態において最高電圧を出力する。そして、蓄電部１４の充電量が減るにつれて、最高電圧から最低電圧へと出力電圧が低下する。たとえば、蓄電部１４の充電量が減るにつれて、２４Ｖ（最高電圧）から１８Ｖ（最低電圧）へと出力電圧が低下する。そして、この蓄電部１４の蓄電がなくなるか、または蓄電量が所定量以下となると、この蓄電部１４からの出力は停止される。
【００４４】
モータ本体１０ａは、図３に示すように、モータ本体１０ａを駆動し制御するための配線たとえば３本のパワー線を介して、モータ駆動回路４１に連結されている。また、モータ本体１０ａとモータ駆動回路４１とを連結する３本のパワー線それぞれは、補助電源回路２００に連結されている。
【００４５】
補助電源回路２００は、自転車に設けられるモータ本体１０ａからの電力で動作する。補助電源回路２００は、自転車に搭載された蓄電部１４からの電力の出力状態に応じて、モータ本体１０ａによって生成される電力を、電装品２０に供給する。詳細には、補助電源回路２００は、モータ本体１０ａによって生成される電力を、電装品２０が動作可能な電圧又は電流に変換して出力する。
【００４６】
補助電源回路２００は、図３および図４に示すように、モータ本体１０ａからの電圧を整流する第１整流回路２０１（整流部）と、整流後の電圧を変圧する昇降圧回路２１０（電圧変換部）とを、備えている。
【００４７】
第１整流回路２０１は、モータ本体１０ａからの電圧を整流し平滑化する回路である。たとえば、第１整流回路２０１は、モータ本体１０ａからの交流電圧を整流し平滑化する。第１整流回路２０１は、第２ダイオード２０２とコンデンサ２０３とを有している。第２ダイオード２０２は、各パワー線に接続されており、各パワー線から入力された交流電圧を、半波整流する。また、この半波整流された電圧はコンデンサ２０３へと入力され、コンデンサ２０３によって平滑化される。
【００４８】
昇降圧回路２１０は、第１整流回路２０１によって整流された直流電圧を、所定の電圧（第１電圧）に調節するための回路である。昇降圧回路２１０は、第１整流回路２０１において整流された直流電圧を用いて動作する。昇降圧回路２１０は、変圧回路２１１と、第１スイッチ回路２１２と、変圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ２１３と、変圧用の制御回路２１４と、第２整流回路２１５とを有している。
【００４９】
変圧回路２１１は、第１整流回路２０１によって整流された直流電圧を、所定の電圧に調節する。所定の電圧は、電装品２０が動作可能な電圧以上（第２電圧）、且つ蓄電部１４から出力可能な最低電圧未満に設定される。ここでは、電装品２０が動作可能な電圧がたとえば６Ｖであり、蓄電部１４から出力可能な最低電圧がたとえば１８Ｖである場合の例を示す。そして、所定の電圧が、たとえば１０Ｖに設定される場合の例を示す。
【００５０】
変圧回路２１１には、第１スイッチ回路２１２が接続されており、この第１スイッチ回路２１２のオンオフ動作によって、第１整流回路２０１によって整流された直流電圧が、１０Ｖに調節される。
【００５１】
第１スイッチ回路２１２は、変圧回路２１１と変圧用の制御回路２１４との間に配置されている。第１スイッチ回路２１２は、たとえば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ）である。ＦＥＴは、スイッチとして動作する。この第１スイッチ回路２１２のオンオフ状態は、変圧用の制御回路２１４によって制御される。たとえば、入力電圧とオンオフ時間の割合（デューティー比）が変圧用の制御回路２１４によって制御され、出力電圧が、たとえば１０Ｖに調整される。
【００５２】
第２整流回路２１５は、変圧回路２１１から出力された電圧を整流し平滑化する。たとえば、第２整流回路２１５は、第３ダイオード２１５ａとコンデンサ２１５ｂとを有している。第３ダイオード２１５ａは、変圧回路２１１において調節された電圧を、整流する。また、この電圧はコンデンサ２１５ｂへと印加され、この電圧はコンデンサ２１５ｂによって平滑化される。
【００５３】
変圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ２１３は、第１整流回路２０１において整流された電圧を、変圧用の制御回路２１４を動作可能な電圧に調節する。ここでは、第１整流回路２０１によって整流された電圧が、所定の電圧たとえば６Ｖに調節される。
【００５４】
変圧用の制御回路２１４は、変圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ２１３によって調節された電圧によって起動し動作する。変圧用の制御回路２１４は、第２整流回路２１５において整流された電圧を、監視している。そして、変圧用の制御回路２１４は、第２整流回路２１５において整流された電圧が所定の電圧たとえば１０Ｖになるように、第１スイッチ回路２１２を制御する。これにより、昇降圧回路２１０から出力される電圧を、常に所定の電圧たとえば１０Ｖに調節することができる。
【００５５】
この変圧用の制御回路２１４は、上記の変圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ２１３からの電力供給を受けて起動し動作する。このため、蓄電部１４からの電力供給が停止しても、モータ本体１０ａが回転していれば、このモータ本体１０ａから出力される電力によって、起動し動作する。
【００５６】
昇降圧回路２１０において調節された直流電力は、第１ダイオード４７を介して電装品２０に供給される。第１ダイオード４７では、アノードが補助電源回路２００に電気的に接続され、カソードが電装品２０に電気的に接続される。詳細には、第１ダイオード４７では、アノードが補助電源回路２００に電気的に接続され、カソードが電装品用のＤＣ−ＤＣコンバータ４８を介して電装品２０に電気的に接続される。
【００５７】
第１ダイオード４７は、蓄電部１４にも電気的に接続されている補助電源回路２００に、蓄電部１４からの電圧が印加されることを防止する。第１ダイオード４７を、補助電源回路２００の出力口すなわち昇降圧回路２１０の出力口に連結することによって、蓄電部１４から出力される電圧が、第１電圧たとえば１０Ｖより大きくても、蓄電部１４から、補助電源回路に電流が逆流しないように規制することができる（図３を参照）。言い換えると、蓄電部１４から出力される電圧が、第１電圧未満たとえば１０Ｖ未満になった場合に、昇降圧回路２１０において第１電圧に調節された電圧が、電装品２０に印加され電力が供給される。
【００５８】
電装品用のＤＣ−ＤＣコンバータ４８は、図３に示すように、ダイオードと電装品２０との間に配置されている。電装品用のＤＣ−ＤＣコンバータ４８は、補助電源回路２００から出力された電圧たとえば１０Ｖの電圧（第１電圧）を、電装品２０が動作可能な電圧たとえば６Ｖ（第２電圧）に調節する。そして、ここで調節された６Ｖの電圧が電装品２０へと入力され、電装品２０が起動し動作する。
【００５９】
上記のように、本実施形態では、蓄電部１４からの電力の供給状態に応じて、自転車の電装品２０に電力を安定的に供給することができる。具体的には、モータ内蔵ハブ１０内に配置されたモータ本体１０ａを発電機として使用し、このモータ本体１０ａから出力された電力を、補助電源システム１００によって、電装品２０にとって最適な電圧に調整することができる。これにより、モータ本体１０ａの回転に依存することなく、電装品２０に対して安定的に電力を供給することができる。また、特別に他の電力供給手段を用意しなくても、既存の装備だけで、自転車の電装品に電力を安定的に供給することができる。
【００６０】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（ａ）前記実施形態では、昇降圧回路２１０から第１ダイオード４７に向けて電流が出力される場合の例を示したが、出力回路２２０を介して昇降圧回路２１０から第１ダイオード４７に向けて電流が出力されるようにしても良い。
【００６１】
この場合、補助電源回路２００’は、図５に示すように、第１整流回路２０１と、昇降圧回路２１０と、出力回路２２０とを、備えている。この補助電源回路２００’の構成は、出力回路２２０を除いて、前記実施形態と同じである。このため、ここでは、前記実施形態と同じ構成については説明を省略し、前記実施形態とは構成が異なる出力回路２２０についての説明を詳細に行う。なお、前記実施形態と同じ構成については、同じ番号を付している。
【００６２】
出力回路２２０は、昇降圧回路２１０において調節された電圧を、電装品２０に出力するか否かを選択する回路である。出力回路２２０は、出力用のスイッチ回路２２１と、出力用のスイッチ回路２２１をオンオフ制御するための制御用のスイッチ回路２２２と、制御用のスイッチ回路２２２を制御する出力用の制御回路２２３とを、有している。
【００６３】
出力用のスイッチ回路２２１は、昇降圧回路２１０において調節された電圧を、補助電源回路２００’から外部に出力する出力口となっている。出力用のスイッチ回路２２１は、主に、たとえばＦＥＴから構成されており、スイッチとして動作する。このスイッチ回路がオン状態になったときに、昇降圧回路２１０において調節された直流電力が、補助電源回路２００’から外部へと出力される。
【００６４】
制御用のスイッチ回路２２２は、主に、たとえばトランジスタから構成されている。このトランジスタは、出力用のスイッチ回路２２１たとえばＦＥＴに対して、オンオフ信号を送信する。このオンオフ信号の送信タイミングは、出力用の制御回路２２３によって制御される。
【００６５】
出力用の制御回路２２３は、制御用のスイッチ回路２２２を介して、出力用のスイッチ回路２２１をオンオフする。出力用の制御回路２２３は、制御用のスイッチ回路２２２に対するオン信号の送信タイミングを、指示する。たとえば、出力用の制御回路２２３は、モータ本体１０ａが発電部として機能する場合に、制御用のスイッチ回路２２２にオン信号を出力させる。そして、このオン信号に基づいて、出力用のスイッチ回路２２１がオン状態になり、昇降圧回路２１０において調節された電流が、補助電源回路２００’から外部へと出力される。
【００６６】
これにより、昇降圧回路２１０において調節された直流電力が、補助電源回路２００’から外部へと出力される。すると、この電圧は、電装品用のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、電装品２０が動作可能な電圧たとえば６Ｖ（第２電圧）に調節され、電装品２０へと入力される。これにより、電装品２０が起動し動作する。
【００６７】
この場合、補助電源回路２００’は出力回路２２０を有しているので、モータ本体１０ａから出力された電力を、補助電源回路２００’から電装品２０へ供給するタイミングを選択することができる。また、前記実施形態と同様の効果も、同時に得ることができる。
【００６８】
（ｂ）前記実施形態では、電装品２０として、全体制御部１２及び前照灯２３等が例示されているが、電装品２０は前述のものに限定されない。電装品２０には、自転車に搭載可能な全ての電装品２０が含まれ、たとえば表示装置、サイクルコンピュータ、電動変速機または尾灯なども含まれる。
【００６９】
（ｃ）前記実施形態では、電装品２０が動作可能な電圧が６Ｖであり、蓄電部１４から出力可能な最低電圧が１８Ｖであり、変圧回路２１１における調節後の電圧が１０Ｖである場合の例を示したが、変圧回路２１１における調節後の電圧が、電装品２０が動作可能な電圧以上、且つ蓄電部１４から出力可能な最低電圧未満であれば、どのように設定しても良い。
【００７０】
（ｄ）前記実施形態では、モータ本体１０ａが回転動作している間は、補助電源システム１００は機能するが、モータ本体１０ａの回転が停止した場合は、このコンデンサ２０３または２１５に蓄積された電力を消費した時点で補助電源システム１００は機能を停止する。このため、補助電源システム１００が、蓄電部たとえば充電池をさらに備えるように構成しても良い。この場合は、モータ本体１０ａの回転中に補助電源システム１００に入力された電力を、充電池に蓄えることができるので、モータ本体１０ａの回転が停止し、前記コンデンサ２０３および２１５に蓄えられた電力が無くなっても、この充電池に蓄えられた電力によって、電装品２０を動作させることができる。
（ｆ）補助電源システム１００の回路構成は、モータ本体１０ａから得られる電力から、所定の電圧または電流を出力することができる構成であれば、前述の構成に限らない。
（ｇ）前記実施形態では、補助電源回路２００は、回路基板４２に設けられているが、補助電源回路は、回路基板４２とは異なる部分に設けられてもよい。
（ｈ）前記実施形態では、アシスト自転車は外装変速機を有する構成であるが、内装変速機を有する構成であってもよく、変速機を備えない構成であってもよく、本システムはあらゆるアシスト自転車に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０ モータ内蔵ハブ
１０ａ モータ本体
１４ 蓄電部
１９ 電気回路部
２０ 電装品
４７ 第１ダイオード
４８ 電装品用のＤＣ−ＤＣコンバータ
１００ 補助電源システム
２００ 補助電源回路
２００’ 補助電源回路（他の実施形態）
２０１ 第１整流回路
２１０ 昇降圧回路
２２０ 出力回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車用の補助電源システムであって、
前記自転車に設けられる発電部からの電力で動作し、自転車に搭載される電源からの電力の供給状態に応じて、自転車に搭載可能な電装品に前記発電部によって生成される電力を供給する補助電源部、
を備える自転車用の補助電源システム.
【請求項２】
前記補助電源部は、前記発電部によって生成される電力を、前記電装品が動作可能な電圧又は電流に変換して出力する、
請求項１に記載の自転車用の補助電源システム。
【請求項３】
前記補助電源部は、前記発電部からの電圧を整流する整流部と、整流後の電圧を第１電圧に変圧する電圧変換部とを備える、
請求項１又は２に記載の自転車用の補助電源システム。
【請求項４】
前記第１電圧は、前記電装品が動作可能な第２電圧以上、且つ前記電源から出力可能な最低電圧未満に設定される、
請求項３に記載の自転車用の補助電源システム。
【請求項５】
前記電源から出力される電圧が、前記第１電圧未満になった場合に、前記補助電源部から前記電装品へと前記第１電圧で電力を供給する、
請求項３又は４に記載の自転車用の補助電源システム。
【請求項６】
前記発電部は、前記自転車の車輪の回転をアシストする電動機である、
請求項１から５のいずれか１つに記載の自転車用の補助電源システム。
【請求項７】
ダイオード、
をさらに備え、
前記ダイオードのアノードが前記補助電源部に電気的に接続され、前記ダイオードのカソードが前記電装品に電気的に接続される、
請求項１から６のいずれか１つに記載の自転車用の補助電源システム。
【請求項１】
自転車用の補助電源システムであって、
前記自転車に設けられる発電部からの電力で動作し、自転車に搭載される電源からの電力の供給状態に応じて、自転車に搭載可能な電装品に前記発電部によって生成される電力を供給する補助電源部、
を備える自転車用の補助電源システム.
【請求項２】
前記補助電源部は、前記発電部によって生成される電力を、前記電装品が動作可能な電圧又は電流に変換して出力する、
請求項１に記載の自転車用の補助電源システム。
【請求項３】
前記補助電源部は、前記発電部からの電圧を整流する整流部と、整流後の電圧を第１電圧に変圧する電圧変換部とを備える、
請求項１又は２に記載の自転車用の補助電源システム。
【請求項４】
前記第１電圧は、前記電装品が動作可能な第２電圧以上、且つ前記電源から出力可能な最低電圧未満に設定される、
請求項３に記載の自転車用の補助電源システム。
【請求項５】
前記電源から出力される電圧が、前記第１電圧未満になった場合に、前記補助電源部から前記電装品へと前記第１電圧で電力を供給する、
請求項３又は４に記載の自転車用の補助電源システム。
【請求項６】
前記発電部は、前記自転車の車輪の回転をアシストする電動機である、
請求項１から５のいずれか１つに記載の自転車用の補助電源システム。
【請求項７】
ダイオード、
をさらに備え、
前記ダイオードのアノードが前記補助電源部に電気的に接続され、前記ダイオードのカソードが前記電装品に電気的に接続される、
請求項１から６のいずれか１つに記載の自転車用の補助電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２５５８４１（Ｐ２０１１−２５５８４１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３３８２８（Ｐ２０１０−１３３８２８）
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
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