(57)【要約】      （修正有）【課題】電動アシスト自転車（ＥＡＢ）を駐輪充電するに際し面倒な位置合わせが不要であり、屋内はもとより屋外での使用にも構造的にも安定した非接触給電構造を提供する。【解決手段】ＥＡＢ５１のための非接触給電構造１は、所定間隔を介して対向配置された一方と他方の送電コイル３ａ、３ｂと、一方の送電コイルに対応する一方の受電コイル５ａ及び他方の送電コイルに対応する他方の受電コイルと、を備えている。一方と他方の送電コイルの間に、一方と他方の受電コイルを復帰可能な相対移動により配置可能に構成され、一方と他方の送電コイルの間に配置されたとき、一方の送電コイルが一方の受電コイルに、他方の送電コイルが他方の送電受電コイルに、それぞれ給電可能に構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔を介して対向配置された一方と他方の送電コイルと、前記一方の送電コイルに対応する一方の受電コイル及び前記他方の送電コイルに対応する他方の受電コイルと、を備える非接触給電構造であって、
前記一方と他方の送電コイルの間に、前記一方と他方の受電コイルを復帰可能な相対移動により配置可能に構成され、
前記一方と他方の送電コイルの間に配置されたとき、前記一方の送電コイルが前記一方の受電コイルに、前記他方の送電コイルが前記他方の送電受電コイルに、それぞれ給電可能に構成されている
ことを特徴とする非接触給電構造。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触給電構造であって、
前記一方と他方の受電コイルは、一体化されている
ことを特徴とする非接触給電構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の非接触給電構造であって、
前記一方と他方の受電コイルは、バッテリー搭載車両における受電可能箇所に装着されている
ことを特徴とする非接触給電構造。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の非接触給電構造であって、
前記一方と他方の受電コイルは、前記車両の車輪の車輪軸を長さ方向に挟んだ位置にそれぞれ配されている
ことを特徴とする非接触給電構造。
【請求項５】
請求項４に記載の非接触給電構造であって、
前記一方と他方の送電コイルは、接地面から起立する一方と他方の支持部材により、それぞれ支持されている
ことを特徴とする非接触給電構造。
【請求項６】
請求項５記載の非接触給電構造であって、
前記一方と他方の受電コイルが受電できるように、前記車輪の転がり方向において位置決めするための位置決め構造が前記一方と他方の支持部材の間に設けられている
ことを特徴とする非接触給電構造。
【請求項７】
請求項５または６記載の非接触給電構造であって、
前記一方と他方の支持部材は、前記一方と他方の送電コイルを、前記一方と他方の受電コイルに対し給電的適切位置に移動可能とするための位置移動構造を備えている
ことを特徴とする非接触給電構造。
【請求項８】
前記請求項３ないし７いずれかの非接触給電構造を構成する一方と他方の送電コイルと、
前記一方と他方の送電コイルに電力を供給するための電源端子と、を備える
ことを特徴とする駐輪施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電コイルから受電コイルに非接触で電力を給電する非接触給電構造及びそのような非接触給電構造を構成要素とする駐輪施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機（モーター）により人力を補助する自転車（電動アシスト自転車、EAB）が、エコロジーと機動性の良さから、気軽な移動手段として注目されている。特に、人口が集中している都市部では、渋滞緩和への期待もあいまってEABのレンタルが広範囲で実施されている。これは、２０２０年の東京オリンピック開催に向け、更なる需要の拡大が見込まれている。
【０００３】
特許文献１は、充電回路に接続されたジャックに、前輪側に固定された接続ピンを接続して自転車に給電する接触給電構造（特許文献１の構造）を開示する。特許文献１の構造によれば、EABを前方に移動させると、接続ピンがジャックに接続されるようになっている。特許文献２は、バッテリセルを非接触充電するための受電コイルに送電コイルを内蔵する給電ケース５０を接触させて非接触充電する構造（特許文献２の構造）を記述する。特許文献２の構造によれば、送電コイルと高周波電源はコードによって接続される。コードは、ケース本体の中に引き出しできるように巻取部に巻き取り収納されている。特許文献３は、EABのハンドル近傍から片側側方に突き出す受電機構と、これに係合する送電機構を備え、係合してロックされた時に非接触充電する構造（特許文献３の構造）を教示する。さらに特許文献４は、EABの前輪の軸位置から片側側方に突き出す受電機構（特許文献４の構造）が先行技術として掲載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−７５５３５号公報
【特許文献２】特開２０１５−２１１６１４号公報
【特許文献３】特開２０１６−６７１８９号公報
【特許文献４】特開２０１６−１７８７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構造ではピンをジャックに差し込む必要があり、常に同じ充電スタンドで同じEABを充電することはできても、高さの違うEAB（ピンの位置が異なる）を充電することが難しくなるという欠点がある。特許文献２の構造ではコードが用いられているので、送電コイルと受電コイルの位置合わせは容易であるが、コードそのものや巻取部が破損しやすいため、公共の場に設置するには必ずしも適さないという欠点がある。特許文献３および特許文献４の構造では、給電機構に対する受電機構の位置合わせに難点がある。
【０００６】
本発明は、こうした欠点を克服するための創案であり、たとえばEABを駐輪充電するに際し面倒な位置合わせが不要であり、屋内はもとより屋外での使用にも構造的にも安定した非接触給電構造を提供することにある。これが、本発明が解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた発明者は、次の構成を有する発明を創案した。発明の構成を説明するに当たり、何れかの発明を説明するに当たり行う用語の定義等は、説明の記載順等に関わりなく、発明の性質上可能な範囲に置いて他の発明にも適用されるものとする。
【０００８】
（請求項１記載の発明の特徴）
請求項１記載の発明に係る非接触給電構造（以下、「請求項１の構造」という）は、所定間隔を介して対向配置された一方と他方の送電コイルと、前記一方の送電コイルに対応する一方の受電コイル及び前記他方の送電コイルに対応する他方の受電コイルと、を備える非接触給電構造である。請求項１の構造の特徴は、復帰可能な相対移動により、前記一方と他方の送電コイルの間に前記一方と他方の受電コイルを配置可能に構成され、前記一方と他方の送電コイルの間に配置されたとき、前記一方の送電コイルが前記一方の受電コイルに、前記他方の送電コイルが前記他方の受電コイルに、それぞれ給電可能（電磁誘導方式、共鳴方式、その他の方式を採用可能）に構成されていることを特徴とする。ここで「相対移動」とは、送電コイル側固定で受電コイル側可動もしくはその逆、または双方可動を意味する。なお、「一方」と「他方」と記載したが、これらは説明を容易にするためのものであって、何らかの限定を行う意図ではない。
【０００９】
請求項１の構造によれば、相対移動に伴い、一方と他方の送電コイルの間に、一方と他方の受電コイルが位置し、一方の受電コイルがこれに対応する一方の送電コイルから給電可能となり、他方の受電コイルがこれに対応する他方の送電コイルから給電可能な状態になる。ここで電極供給により給電が行われるが、たとえば、一方と他方の受電コイルが一方の送電コイル側に偏った位置に配されると、他方の送電コイルと他方の受電コイルの間の距離が相対的に遠くなりその分の給電効率が低下するが、その低下分を一方の送電コイルと一方の受電コイルとの間の給電によって補うことができるので全体として給電効率の低下が抑制される。すなわち、送電コイルと受電コイルとの間の位置合わせを厳密に行わなくても効率のよい給電ができる。
【００１０】
（請求項２記載の発明の特徴）
請求項２記載の発明に係る非接触給電構造（以下、「請求項２の構造」という）は、請求項１の構造であって、前記一方と他方の受電コイルは、一体化されていることを特徴とする。「一体」とは、分離可能・分離不能を問わない。一方と他方の受電コイルが背中合わせで一体の場合、一方の受電コイルと他方の受電コイルは互いに別体であるが、何らかの部材が両者間に介在することによって包括的に一体となる場合を含む。一体化しておくと、請求項２の構造の用途にもよるが、同方向に相対移動するときに一括移動できて便利である。なお、上記構成において、一方と他方の送電コイルを、用途に応じて対向関係を崩さずに一体化することを妨げない。
【００１１】
（請求項３記載の発明の特徴）
請求項３記載の発明に係る非接触給電構造（以下、「請求項３の構造」という）は、請求項１または２の構造であって、 前記一方と他方の受電コイルは、バッテリー搭載車両における受電可能箇所に装着されていることを特徴とする。ここで「車両」は、EABや車いすのような軽車両、人を乗せる乗用車、貨物を載せる貨物車などを含む広い概念である。装着箇所に制限はないが、車輪軸を挟んで一方と他方の受電コイルを装着することが一般的であろう。一方と他方の受電コイルは、車両本体に対し、たとえば出没自在、近接離反自在、着脱自在となるように構成され、もしくは状況に応じた携帯の指示部材に支持され、これによって給電時だけ給電するための位置に配されるように構成することもできる。
【００１２】
請求項３の構造によれば、それを有する車両のバッテリー充電を、使い勝手よく、かつ効率よく行うことができる。位置合わせが容易なため使い勝手と充電効率を良好に保つことができる。
【００１３】
（請求項４記載の発明の特徴）
請求項４記載の発明に係る非接触給電構造（以下、「請求項４の構造」という）は、請求項１ないし３いずれかかの非接触給電構造であって、前記一方と他方の受電コイルは、前記車両の車輪の車輪軸を長さ方向に挟んだ位置（すなわち、車輪軸の両端側）にそれぞれ配されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の構造によれば、車輪軸の両端側に位置させることにより、同じ寸法の車輪を有する車両（たとえば、EAB)であれば、そのまま活用することができる。すなわち、汎用性が高まる。さらに、EABなど車輪が車両本体前方に位置する車両に特有の効果として、車輪だけを送電コイル間に相対移動させるだけで給電可能な状態が作れるので、駐輪施設などを最小限の大きさで構成することができる。すなわち、専有面積の最小化を図ることができる。さらには、一方と他方の受電コイルと一方と他方の送電コイルを、車輪軸の軸心の実質的同軸上に位置させることができるため、高効率給電に大きく寄与する。
【００１５】
（請求項５記載の発明の特徴）
請求項５記載の発明に係る非接触給電構造（以下、「請求項５の構造」という）は、請求項４の非接触給電構造であって、前記一方と他方の送電コイルは、接地面から起立する一方と他方の支持部材により、それぞれ支持されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の構造によれば、支持部材を用途に合わせた形態とすることにより、その用途に合わせた位置（たとえば、EABの車輪軸両端に設けられた一方と他方の受電コイルの給電的適切位置）に、一方と他方の送電コイルを配することができる。高効率給電を実現するためである。
【００１７】
（請求項６記載の発明の特徴）
請求項６記載の発明に係る非接触給電構造（以下、「請求項６の構造」という）は、請求項５の非接触給電構造であって、前記一方と他方の受電コイルが受電できるように、前記車輪の転がり方向において位置決めするための位置決め構造が前記一方と他方の支持部材の間に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項6の構造によれば、車輪の位置決めにより、一方と他方の送電コイルと一方と他方の受電コイルが、より適切な相対位置に配され、かつ、配置後に簡単に位置ズレが防がれるので、高効率給電の環境を保持することができる。
【００１９】
（請求項７記載の発明の特徴）
請求項７記載の発明に係る非接触給電構造（以下、「請求項７の構造」という）は、請求項５または６の非接触給電構造であって、前記一方と他方の支持部材は、前記一方と他方の送電コイルを、前記一方と他方の受電コイルに対し給電的適切位置に移動可能とするための位置移動構造を備えていることを特徴とする。
【００２０】
請求項７の構造によれば、位置移動構造の働きにより一方と他方の送電コイルの位置を変更することができる。給電的適切位置に移動させれば、高効率給電の増進に大きく貢献することができる。たとえば、EABについて、車輪サイズに合わせた調整が可能となる。
【００２１】
（請求項８記載の発明の特徴）
請求項８記載の発明に係る駐輪施設（以下、「請求項８の施設」という）は、請求項３ないし７の非接触給電構造を構成する一方と他方の送電コイルと、前記一方と他方の送電コイルに電力を供給するための電源端子と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項８の施設によれば、電源端子に電力を供給することにより、効率のよい非接触給電を行うことができる。このため、たとえば、学校、大型商業施設、公園に設置しておけば、EABを代表格とする車両に高効率給電を行うことができるので、そのようは車両の導入を促進させ、ひいてはエコロジーかつ機動性のある移動が可能な社会を作ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、充電するに際し面倒な位置合わせが不要であり、屋内はもとより屋外での使用にも構造的にも安定した非接触給電構造を提供することができる。このため、たとえばEABの駐輪充電に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る非接触給電構造の使用状態を示す左側面図である。
【図２】本実施形態に係る非接触給電構造の使用状態を示す左側面図である。
【図３】高さ調整できる構造を備えた支持部材の左側面図である。
【図４】非接触給電構造の概略正面図である。
【図５】非接触給電構造の概略正面図である。
【図６】比較例における送電コイルと受電コイルの正面図である。
【図７】ループアンテナの正面図である。
【図８】図６に示す状態のときの電力変化を示す図である。
【図９】本実施例に係る送電コイルと受電コイルをそれぞれ対にした場合の電力変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
各図を参照しながら、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」という）を説明する。本実施形態の非接触給電構造１は、図１ないし４に示すように、図の紙面厚み方向に所定間隔（本実施形態では、自転車の前輪を入れて僅かな遊びがある間隔）を介して対向配置された一方の送電コイル３ａと他方の送電コイル３ｂと、一方の送電コイル３ａに対応する一方の受電コイル５ａ及び他方の送電コイル３ｂに対応する他方の受電コイル５ｂ（図４）と、を備えている。送電コイル３ａ，３ｂ間に、受電コイル５ａ，５ｂが復帰可能な相対移動により配置可能に構成されている。なお、本明細書において「一方」と「他方」は、対となっているコイル等いずれ側のコイル等であるかを説明するためのものであって、何れかを特定する趣旨ではない。以下では、「一方」と「他方」の記載を省略する。
【００２６】
より具体的には、送電コイル３ａと送電コイル３ｂは、駐輪施設１０１に対向設置された支持部材１０３ａと支持部材１０３ｂのそれぞれに磁気的露出状態で支持されている（図４）。受電コイル５ａと受電コイル５ｂは、バッテリー搭載車両の典型例であるＥＡＢ５１（電動アシスト自転車）に搭載されている。図１および２に示すようにＥＡＢ５１は、前輪５３と、後輪５５と、バッテリー５７と、負荷となるモーター５９が搭載されている。受電コイル５ａと受電コイル５ｂは、前輪５３の車両軸５３ａを長さ方向に挟んだ両端位置に一体化固定されている（図４）。なお、受電コイル５ａと受電コイル５ｂは、前輪以外の箇所に設けることを妨げない。後述する充電機能を発揮できるのであれば、後輪５５の車輪軸両端やそれ以外の箇所に固定的に若しくは可動的に配することができる。
【００２７】
駐輪施設１０１にＥＡＢ５１を駐輪するとき（図１から図２に示す状態）、前輪５３を転がし移動させて支持部材１０３ａと支持部材１０３ｂの間に配置すると、受電コイル５ａと受電コイル５ｂが送電コイル３ａと送電コイル３ｂの間に位置するようになっている。送電コイル３ａと受電コイル５ａ並びに送電コイル３ｂと受電コイル５ｂの相対関係は、幅方向（図４の左右方向）を除く２方向が、ほぼ自動的に定まるようになっている。つまり、図２で左右方向となる奥行き方向は、好ましくは２個の車輪止め１０９，１０９により前輪５３を転がり方向前後に挟んで移動阻止すれば簡単である。車輪止め１０９，１０９は、支持部材１０３ａ，１０３ｂの間の接地面に設置される。高さ方向は、図１および２に示す支持部材１０３ａ，１０３ｂの形態と受電コイル５ａ，５ｂの取付位置を、前輪５３の直径（たとえば２０インチ、や２６インチ）に予め合わせておけばよい。
【００２８】
支持部材１０３ａは、形状は問わないが、図１に示すように、たとえば、四角形の角一つを切り欠いた台形のような形状の鉄板によって構成することができ、駐輪施設１０１の接地面にネジなどによって固定しておくとよい。支持部材１０３ａは、ＥＡＢ５１の前輪５３などの衝突に晒されるので、それに耐えること、屋外設置なので風雨によって簡単に劣化しないことが望まれる。同様の理由から、送電コイル３ａは、給電に差し障りがない範囲で強固に保護されていることが好ましい。上記した鉄板以外の金属によって構成したり、パイプフレームの組み合わせに代えたりすることを妨げない。なお、支持部材１０３ｂ（受電コイル５ｂ）については、上記と同じ構成であるため、説明を省略する。
【００２９】
なお、上述したように前輪５３の直径は様々であるため、支持部材を、図３に例示すように高さ調整できるように構成することが好ましい。これを支持部材１０４として説明する。支持部材１０４は、一方と他方の双方に使用することができる。すなわち、支持部材１０４は、下方から順に接地面上に設置固定されるベース部１０４ａと、ベース部１０４ａの上端から起立する複数（ここでは２本）の起立ネジ部１０４ｂ，１０４ｂと、起立ネジ部１０４ｂのそれぞれに螺合するナット１０４ｃ，１０４ｃと、部材本体１０４ｄを備えている。そして、部材本体１０４ｄには、送電コイル３ａ，３ａに対応する送電コイル１０４ｅが固定されている。部材本体１０４ｄは、起立ネジ部１０４ｂ，１０４ｂに対して自由に上下動するように構成され、これをナット１０４ｃ，１０４ｃで下支えし、別のナット（隠れて見えない）で上から抜け止め固定するようになっている。これにより送電コイル１０４ｅの位置移動が可能になるわけであるが、この位置移動構造により送電コイル３ａ，３ａの高さ位置を、車輪サイズなどに合わせた給電的適切位置に変更することができる。高効率給電の増進に大きく貢献することは言うまでもない。図示は省略するが、たとえば前輪径を検知するセンサーと、その検知結果に応じてベース部を上下動させる機構により自動で高さ調節できる高さ調整装置を設けることも好ましい。同じく高効率給電の増進に寄与するからである。
【００３０】
図１および４を参照しながら、非接触給電構造１の電気的構造を説明する。支持部材１０３ａに設けられた電源端子１０５には、これに着脱可能な接続端子１０７を介して電力（本実施形態では交流）が供給される。交流電力は直列接続された送電コイル３ａと送電コイル３ｂに供給される、共鳴方式によって受電コイル５ａと受電コイル５ｂに電力供給される。電力供給方法に制限はなく、たとえば電磁誘導方式や電波受信方式などを採用することもできるが本実施形態では、共鳴方式を採用している。受電コイル５ａ，５ｂは受電した電力でバッテリー５５を充電する。本実施形態では省略したが、充電状態を赤ランプで、充電完了状態を青ランプなどで表示すると、使用者の便に供するので好ましい。ＥＡＢ５１を引き出し移動すると、送電コイル３ａ，３ａと受電コイル５ａ，５ａの相対関係が解消する。なお、本実施形態では、受電コイル５ａ，５ａ側のみを相対移動するようになっているが、車両の形態その他の状況に応じて、送電コイル３ａ，３ａ側のみ、もしくは双方を移動させるように構成することを妨げない。
【００３１】
以上のとおり、本実施形態によれば、送電コイル３ａ、３ｂに対し受電コイル５ａ，５ｂを奥行方向と高さ方向に給電的適切位置に配することは容易である。残るは、幅方向である。この点、支持部材１０３ａ，１０３ｂ間の距離を出来る限り狭めて前輪を挟み込むようにすれば、幅方向に対してもある程度までは給電的適切位置に配することがきよう。しかし、前輪の幅寸法は車両によってまちまちであるし、狭いところに入れるとすれば支持部材に衝突させながら前輪を入れなければならず、汎用性に欠けるし使い勝手が悪い。そこで、本実施形態では、送電コイルと受電コイルをそれぞれ対にした。その効果について、次の実施例で検証する。
【００３２】
本実施形態ではＥＡＢを対象としたが、これに限る必要はない。当業者であればすぐに思いつくのが、電動アシストの付いた身体障害者用の車椅子、歩行補助車、小児用車、荷車などであり、これらも対象となり得る。さらに、無人航空機ドローンやスノーモービルのような車輪によらないで走行するものを含め、およそ移動するもの全般が対象となる。本明細書の車両に含まれる。人間や荷物の運搬を目的としない模型車両も対象であることは言うまでもない。このように様々な車両が対象となるため、受電コイルの取付位置は、事情に合わせて適宜設定してよい。不使用時には収納しておき使用時にだけ引き出すなどして受電できるようにすることもできる。
【実施例】
【００３３】
本実施例で使用する送受電コイルは、いずれも外径１２０ｍｍのエポキシ系プリント基板上にエッチングにより表面の銅板に１ｍｍの細溝を形成し線径１０ｍｍの３周巻きしたコイル（ループアンテナ）である（図７）。このループアンテナの自己インダクタンスは、０．８４μＨだった。このコイルに、正弦波（周波数：６．７８ＭＨｚ、電圧：５Ｖｐｐ）を印加し、それぞれの受電コイルに接続した負荷（純抵抗２７Ω、模擬バッテリー）で検出される電力を測定した。なお、図７に示すコイルは円形（円形に近い多角形）だが、四角形でもそれ以外でもよい。プリント基板を使わずに、銅線や細い金属板などを用いることも妨げない。
（比較例）
【００３４】
図８は、図６に示す送電コイル２０１と受電コイル２０３を１対１とした場合の電力の変化を示す。図６の符号ｄは、両コイル間の距離（ｍｍ）である。図８から明らかなように、コイル間の距離ｄが長くなる（両者間の距離が広がる）につれ、負荷で検出される電力が著しく減少していることが分かる。これは、送受電コイル間の距離の違いに伴う結合計数の変化、この変化に起因する共振周波数の変化の影響によるものである。
（実験例）
【００３５】
図９は、本実施例に係る送電コイルと受電コイルをそれぞれ対にした場合の電力変化を示す。コイル間距離Ｄ１，Ｄ２は、図４および５に示されている。ちなみに、このときの送電コイル３ａと送電コイル３ｂの距離を１００ｍｍ、受電コイル５ａと受電コイル５ｂの距離を５０ｍｍに設定した。ＥＡＢへの実際の適用を想定した設定である。図９に示すようにコイル間距離によらず安定した給電が可能であることを確認できた。このとき、Ｄ１／Ｄ２が４０／１０のときに最大電力を示しているが、これは、共振周波数のブレなどが原因と思われる。
【符号の説明】
【００３６】
１          非接触給電構造
３ａ        一方の送電コイル
３ｂ        他方の送電コイル
５ａ        一方の受電コイル
５ｂ        他方の受電コイル
５１          車両（ＥＡＢ）
５３          車輪（前輪）
５３ａ        車輪軸
５５          車輪（後輪）
５７          バッテリー
５９          負荷（モーター）
１０１          駐輪施設
１０３ａ        一方の支持部材
１０３ｂ        他方の支持部材
１０４          支持部材
１０４ａ        ベース部
１０４ｂ        起立ネジ部
１０４ｃ        ナット
１０４ｄ        支持部本体
１０４ｅ        受電コイル
１０５          電源端子
１０７          接続端子
１０９          位置決め構造（輪止め）
２０１          送電コイル
２０３          受電コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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