JP2013207909A

JP2013207909A - 電動車両、駐車装置およびワイヤレス電力伝送システム

Info

Publication number: JP2013207909A
Application number: JP2012073568A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Yuasa; 安仁湯浅; Hideki Tatematsu; 英樹立松; Futoshi Deguchi; 太志出口; Katsuya Okamoto; 克也岡本; Kazuhiro Eguchi; 和弘江口
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】複雑な機械的な構造が必要でなく、また、電動車両を使用者が通常の要領で駐車位置に駐車させるだけで電力伝送が可能な状態にすることができ、また、電動車両の種類が異なることで電力伝送効率が低下することがなく、さらに、並べて駐車された複数台の電動車両に同時に電力伝送を行うことが可能な構成を安価に実現することができるようにする。
【解決手段】駐車装置１から電動車両２にワイヤレスで電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムにおいて、電動車両は、車輪５２と、車輪に配置される２次側のコイル７，８を有し、駐車装置は、２次側のコイルに電力を伝送する１次側のコイル６を有し、１次側のコイルは、所定の駐車位置に駐車した電動車両の車輪の径方向と非垂直となり、車輪の径方向の外側に位置するものとする。
【選択図】図９

Description

本発明は、電動車両に搭載された電池を充電するために駐車装置から電動車両にワイヤレスで電力伝送を行う電動車両、駐車装置およびワイヤレス電力伝送システムに関するものである。

電動モータが発生する動力で人の踏力を補助する電動アシスト自転車が広く普及している。この電動アシスト自転車は、電動モータを駆動するための電力を供給する２次電池を備えている。この２次電池は、電動アシスト自転車から取り外されて、別に用意された充電器で充電を行うようにしたものが一般的であるが、２次電池を電動アシスト自転車に対して脱着する操作や２次電池を充電器に接続する操作が必要となるため、２次電池の充電が面倒である。

そこで、従来、送電装置と電動アシスト自転車とにそれぞれ送電用と受電用のコイルを設けて、電磁誘導方式により送電装置から電動アシスト自転車にワイヤレスで電力伝送を行う技術が知られている（特許文献１，２）。これによると、２次電池の充電を行う際に、２次電池を取り外して充電を行なう必要がなくなり、利便性が向上する。また、電磁誘導方式では、電気的な接続のための端子が露出されないため、防水性の確保が容易であり、また、接触不良や劣化の問題に配慮する必要がなくなる利点も得られる。

特開２００３−１１８６７１号公報特開２００１−１９９３７９号公報

さて、前記の特許文献１に開示された従来の技術では、送電装置と電動アシスト自転車とにそれぞれ設けられたコネクタを結合した上で電磁誘導方式により電力伝送を行うものであり、両方のコネクタが駐輪操作に伴って結合されるように複雑な機械的な構造を有しているため、部品点数が増大し、製造コストが嵩むという問題があった。

また、前記の特許文献２に開示された従来の技術では、自転車側の受電コイルが、車体フレームの下部で前輪と後輪との間に位置するように配置されており、駐輪面上の送電装置に跨るように自転車を駐輪して、自転車側の受電コイルと送電装置側の送電コイルとの位置合わせを行う必要があるため、駐輪に手間がかかるという問題があった。さらに、フレームの形態は自転車に応じて異なり、受電コイルの高さを一定にすることが難しいため、送電コイルと受電コイルとの間隔が大きくなることで電力伝送効率が低下するという問題があった。

また、駅前や集合マンション等に設置された駐輪場では複数台の自転車を並べて駐輪するようになっているが、このような駐輪場でも、各駐輪スペースに自転車を駐輪した状態で各々で充電を行えるようにするとよいが、前記の従来の技術では、自転車の一台ごとに送電装置を設ける必要があるため、コストが嵩むという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、複雑な機械的な構造が必要でなく、また、電動車両を使用者が通常の要領で駐車位置に駐車させるだけで電力伝送が可能な状態にすることができ、また、電動車両の種類が異なることで電力伝送効率が低下するなどの不具合が生じることがなく、さらに、並べて駐車された複数台の電動車両に同時に電力伝送を行うことが可能な構成を安価に実現することができるように構成された電動車両、駐車装置およびワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。

本発明の電動車両は、１次側のコイルを有する駐車装置からワイヤレスで電力伝送が行われる電動車両であって、車輪と、前記車輪に設けられる２次側のコイルを備え、前記駐車装置において所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の径方向と前記１次側のコイルの径方向とは非垂直となり、前記車輪は前記１次側のコイルの径方向の外側に位置する構成とする。

また、本発明の駐車装置は、車輪に２次側のコイルが配置される電動車両にワイヤレスで電力伝送を行う駐車装置であって、所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の径方向と非垂直となり、前記車輪の径方向の外側に位置すると共に、前記２次側のコイルに電力を伝送する１次側のコイルを備える構成とする。

また、本発明のワイヤレス電力伝送システムは、駐車装置から電動車両にワイヤレスで電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、前記電動車両は、車輪と、前記車輪に配置される２次側のコイルを有し、前記駐車装置は、前記２次側のコイルに電力を伝送する１次側のコイルを有し、前記１次側のコイルは、所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の径方向と非垂直となり、前記車輪の径方向の外側に位置する構成とする。

本発明によれば、使用者が通常の要領で駐車スペースに駐車させるだけで、駐車装置の１次側のコイルと電動車両の２次側のコイルとが近接して電力伝送が可能な状態となり、両方のコイルの位置合わせのための特別な操作が不要となるため、利便性が向上する。また、電動車両の形態や大きさに関係なく、両方のコイルを近接させることができるため、電動車両の種類が異なる場合でも電力伝送効率が低下することがない。また、駐車装置と電動車両とを機械的に結合する必要がないため、構成を簡素化して製造コストを削減することができる。

第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの全体構成図駐輪装置１および電動アシスト自転車２の概略構成を示す側面図駐輪装置１および電動アシスト自転車２における車輪５２の周辺部分を示す模式的な断面図駐輪装置１の送電コイル６の平面図電動アシスト自転車２の無給電コイル７の平面図電動アシスト自転車２において受電コイル８が設けられた車輪のハブ６４を示す断面図駐輪装置１における電動アシスト自転車２の位置決め構造を示す正面図駐輪装置１における電動アシスト自転車２の位置決め構造を示す側面図第２実施形態に係る駐輪装置１０１および電動アシスト自転車２の概略構成を示す側面図駐輪装置１０１の概略構成を示す正面図駐輪装置１０１および電動アシスト自転車２における車輪５２の周辺部分を示す模式的な断面図駐輪装置１０１における電動アシスト自転車２の位置決め構造を示す側面図送電コイル１０２の変形例を示す斜視図送電コイル１０２の変形例を示す斜視図横列駐輪された電動アシスト自転車２と送電コイル１０２との位置関係を示す正面図導体１１４の変形例を示す模式的な断面図送電コイル６，１０２、無給電コイル７および受電コイル８を構成する集合電線８１を一部切除して示す模式的な側面図集合電線８１の製造方法を説明する模式的な側面図第１実施形態に係る実施例１〜３の各構成を示す説明図電力伝送効率の評価で用いられた計測装置の概略構成図第２実施形態に係る実施例４〜６の各構成を示す説明図

前記課題を解決するためになされた第１の発明は、１次側のコイルを有する駐車装置からワイヤレスで電力伝送が行われる電動車両であって、車輪と、前記車輪に設けられる２次側のコイルを備え、前記駐車装置において所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の径方向と前記１次側のコイルの径方向とは非垂直となり、前記車輪は前記１次側のコイルの径方向の外側に位置する構成とする。

これによると、使用者が通常の要領で駐車スペースに駐車させるだけで、駐車装置の１次側のコイルと電動車両の２次側のコイルとが近接して電力伝送が可能な状態となり、両方のコイルの位置合わせのための特別な操作が不要となるため、利便性が向上する。また、電動車両の形態や大きさに関係なく、両方のコイルを近接させることができるため、電動車両の種類が異なる場合でも電力伝送効率が低下することがない。また、駐車装置と電動車両とを機械的に結合する必要がないため、構成を簡素化して製造コストを削減することができる。

また、第２の発明は、前記２次側のコイルは、前記車輪の外周側に設けられた無給電コイルと、この無給電コイルの両端に接続された共振用コンデンサと、前記無給電コイルの内側に設けられ、前記１次側のコイルおよび前記無給電コイルを介して電力を受電する受電コイルと、を備える構成とする。

これによると、送電コイルと受電コイルとの間に無給電コイルを介在させることで、回路インピーダンスの影響によりＱ値が低下することを抑えることができ、さらに電力の反射も抑えることができる。

また、第３の発明は、前記無給電コイルは、前記車輪のリムに沿って設けられた構成とする。

これによると、無給電コイルが車輪の外周側に近い位置に配置されるため、車輪の径方向外側に位置する１次側のコイルに無給電コイルを近接させることができ、これにより送電コイルが発生する磁束を無給電コイルが効率よく捕捉することができるため、電力伝送効率を高めることができる。

また、第４の発明は、前記受電コイルは、前記車輪のハブにおいて当該電動車両の車体フレームに回転不能に固定された車軸に設けられた構成とする。

これによると、受電コイルが回転しないため、受電コイルから発生する交流電力を導く配線を回転コネクタを介さずに設けることができるため、製造コストを低く抑えることができる。

また、第５の発明は、前記受電コイルは、前記無給電コイルと略同軸状となるように配置される構成とする。

これによると、無給電コイルと受電コイルとが効率よく磁気結合して、高い電力伝送効率を確保することができる。

また、第６の発明は、前記受電コイルは、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線をらせん状に巻回されたヘリカルコイルであり、前記集合電線が千鳥配置で径方向に積層された多層構造をなす構成とする。

これによると、受電コイルの巻き数を多くすることができることから、受電コイルと無給電コイルとの磁気結合を高めることができるため、電力伝送効率を高めることができる。

また、第７の発明は、前記２次側のコイルは、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線を巻回して形成され、この集合電線は、前記絶縁電線からなる素線を所定のピッチ角でらせん状に周回させてなる層が複数形成され、隣り合う２つの前記層を構成する前記素線同士で周回方向が互いに逆となるようにした構成とする。

これによると、絶縁電線を複数本集合させたため、表皮効果の影響を抑制することができ、さらに、各素線を流れる電流の向きが大きく異なるようになるため、近接効果の影響を十分に抑制することができる。これにより、電力損失を抑えて電力伝送効率を高めることができ、送電コイルと受電コイルとの伝送距離を大きくした場合や、送電コイルと受電コイルとに軸ずれがある場合でも、電力伝送効率が大きく低下することを抑制することができる。

また、第８の発明は、車輪に２次側のコイルが配置される電動車両にワイヤレスで電力伝送を行う駐車装置であって、所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の径方向と非垂直となり、前記車輪の径方向の外側に位置すると共に、前記２次側のコイルに電力を伝送する１次側のコイルを備える構成とする。

また、第９の発明は、前記１次側のコイルは、所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の下方に位置するように配置された構成とする。

これによると、電動車両が駐車される駐車面下に送電コイルが埋設されるため、駐車スペースの周囲を簡素化することができる。

また、第１０の発明は、前記１次側のコイルに対して前記２次側のコイルが所定の径方向位置に位置決めされるように、前記電動車両の車輪の前後方向の位置を規定する位置決め手段をさらに備えた構成とする。

これによると、１次側のコイルに対して２次側のコイルが大きくずれて電力伝送効率が低下することを抑制することができる。特に、位置決め手段を、車輪を物理的に規制するようにすると、使用者を煩わせることなく、１次側のコイルと２次側のコイルとの位置決めができるため、利便性を高めることができる。

また、第１１の発明は、前記１次側のコイルは、電線を略螺旋状に巻回させた単一のヘリカルコイルからなり、横列駐車された複数台の前記電動車両の並び方向に軸方向が略平行となり、且つ前記車輪が並んだ領域の全体に延在するように配置された構成とする。

これによると、複数台の電動車両に対して同時に電力伝送を行うことができる。そして、１次側のコイルが単一のヘリカルコイルで構成されるため、コストを低減することができる。

また、第１２の発明は、前記１次側のコイルは、帯状をなす前記導体を巻回して形成され、この導体の１巻き部分の間隔が、横列駐車された複数台の前記電動車両の間隔に対応するように設けられた構成とする。

これによると、導体の１巻き部分から生成される磁束がそれぞれ電動車両の２次側のコイルと磁気結合するため、１次側のコイルと２次側のコイルとの磁気結合をより一層高めることができる。

また、第１３の発明は、前記１次側のコイルは、前記導体が上下に扁平な略矩形をなすように巻回された構成とする。

これによると、磁束密度を高めることができ、また、車輪に配置された２次側のコイルとの距離が全体的に小さくなるため、１次側のコイルと２次側のコイルとの磁気結合をより一層高めることができる。また、１次側のコイルが上下に扁平になるため、１次側のコイルの薄型化を図ることができ、１次側のコイルを駐車面下に埋設する場合には、深さが小さくなるため、設置が容易になる。

また、第１４の発明は、前記１次側のコイルは、前記導体が上側に凹となる略円弧状をなすように巻回された構成とする。

これによると、略円弧状に湾曲した部分が２次側のコイルに沿った状態となるため、１次側のコイルと２次側のコイルとの磁気結合をより一層高めることができる。また、電動車両の車輪が嵌るように駐車面を凹設すると、１次側のコイルと２次側のコイルとを近接させることができるため、１次側のコイルと２次側のコイルとの磁気結合をさらに高めることができる。

また、第１５の発明は、駐車装置から電動車両にワイヤレスで電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、前記電動車両は、車輪と、前記車輪に配置される２次側のコイルを有し、前記駐車装置は、前記２次側のコイルに電力を伝送する１次側のコイルを有し、前記１次側のコイルは、所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の径方向と非垂直となり、前記車輪の径方向の外側に位置する構成とする。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムについて説明する。図１は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの全体構成図である。このワイヤレス電力伝送システムは、送電装置の一例である駐輪装置（駐車装置）１から電動アシスト自転車（電動車両）２にワイヤレス（無接点）で電力伝送を行うものであり、受電装置の一例である電動アシスト自転車２は、人の踏力を補助する補助動力を発生する電動モータ３と、この電動モータ３を制御するモータ制御部４に電動モータ３を駆動するための電力を供給する２次電池５と、を備え、駐輪装置１から送られる電力で電動アシスト自転車２の２次電池５の充電が行われる。

このワイヤレス電力伝送システムでは、電磁誘導により電力伝送を行うために、駐輪装置１が１次側のコイルとして送電コイル６を備え、電動アシスト自転車２が、２次側のコイルとして無給電コイル７と、受電コイル８と、を備えている。無給電コイル７の両端には共振コンデンサ９が接続されている。

駐輪装置１の送電コイル６に交流電力が供給されると、この送電コイル６が電動アシスト自転車２の無給電コイル７と磁気結合し、無給電コイル７に交流電圧が誘起される。このとき、無給電コイル７は、そのインダクタンスＬおよび共振コンデンサ９の容量Ｃに応じた所定の共振周波数Ｆで発振する（Ｆ＝１／２π√ＬＣ）。無給電コイル７に交流電圧が誘起されると、無給電コイル７は電動アシスト自転車２の受電コイル８と磁気結合し、受電コイル８に交流電圧が誘起される。このようにして交流電力が送電コイル６から無給電コイル７を介して受電コイル８に伝送される。

このように送電コイル６と受電コイル８との間に無給電コイル７を介在させることで、回路インピーダンスの影響によりＱ値が低下することを抑えることができ、さらに電力の反射も抑えることができ、Ｑ値が高く維持されるように、無給電コイル７のインピーダンスが適切な値に設定される。また、送電コイル６と無給電コイル７との結合係数および無給電コイル７と受電コイル８との一定の結合係数を確保することで、高い電力伝送効率を実現することができる。

駐輪装置１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と、送電制御部１２と、送電回路部１３と、を有している。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１では、電源（商用電源）１０から供給される交流電力を直流電力に変換する。送電制御部１２は、送電回路部１３の動作を制御する。送電回路部１３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から送電制御部１２を介して送られる直流電力を所定の周波数の交流電圧に変換して送電コイル６に供給する。

送電制御部１２は、制御回路１４と、電圧監視部１５と、温度監視部１６と、を有している。制御回路１４は、送電回路部１３の動作を制御する。電圧監視部１５は、送電回路部１３から送電コイル６に供給される交流電力の電圧を監視する。温度監視部１６は、送電コイル６の温度を監視する。この電圧監視部１５および温度監視部１６で電圧および温度の異常が検知されると、送電コイル６への給電が停止される。

送電回路部１３は、ドライバ１７と、共振回路１８と、を有している。ドライバ１７は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から送電制御部１２を介して送られる直流電力を所定の周波数の交流電圧に変換する。共振回路１８は、内部のコンデンサと送電コイル６とにより共振回路を構成し、ドライバ１７から印加される交流電圧に応じて所定の共振周波数で送電コイル６を発振させる。

電動アシスト自転車２は、受電回路部２１と、受電制御部２２と、充電制御回路２３と、を有している。受電回路部２１は、駐輪装置１の送電コイル６との間での電磁誘導により受電コイル８に誘起された交流電流を所定の電圧の直流電力に変換する。受電制御部２２は、受電回路部２１の動作を制御する。充電制御回路２３は、受電回路部２１から受電制御部２２を介して送られる電力を２次電池５に供給して２次電池５の充電を行う。

受電回路部２１は、整流回路２４と、レギュレータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）２５と、を有している。整流回路２４は、受電コイル８に誘起された交流電力を直流電力に変換する。レギュレータ２５は、整流回路２４から送られる直流電力を、２次電池５の充電に適合する所定の電圧に変換する。

受電制御部２２は、制御回路２６と、電圧監視部２７と、を有している。制御回路２６は、受電回路部２１の動作を制御する。制御回路２６は、受電回路部２１の動作を制御する。電圧監視部２７は、受電コイル８に誘起される交流電力の電圧を監視する。この他、受電制御部２２は、電動アシスト自転車２に搭載された機器の状態、例えば、受電コイル８の温度や、２次電池５の充電状態等を監視し、異常が検知されると、受電動作を停止する。

また、本実施形態では、駐輪装置１に、電動アシスト自転車２が駐輪装置１の近傍で適切な電力伝送が可能な所定の駐輪位置に駐輪されたことを検知する駐輪検知部３１が設けられている。この駐輪検知部３１の検知結果に基づいて、駐輪装置１の送電動作が制御される。すなわち、電動アシスト自転車２が所定の駐輪位置に駐輪されると、送電コイル６への交流電力の供給を開始し、電動アシスト自転車２が駐輪装置１から離れると、送電コイル６への交流電力の供給を停止する。

この駐輪検知部３１では、電動アシスト自転車２の車輪に設けられた無給電コイル７が駐輪装置１の送電コイル６に近接することで負荷インピーダンスが変化することにより送電コイル６に生じる電圧値(または電流値)の変動に基づいて、電動アシスト自転車２が所定の駐輪位置に駐輪されたことを検知する。このとき、送電コイル６の電圧値(または電流値)の変動量を予め設定されたしきい値と比較して、電動アシスト自転車２が所定の駐輪位置に駐輪されたか否かの判定を行えばよい。

また、本実施形態では、電動アシスト自転車２にも、電動アシスト自転車２が駐輪装置１の近傍の所定の駐輪位置に駐輪されたことを検知する駐輪検知部４１が設けられている。この駐輪検知部４１の検知結果に基づいて、電動アシスト自転車２の受電動作が制御される。

この駐輪検知部４１では、電動アシスト自転車２の車輪に設けられた無給電コイル７が駐輪装置１の送電コイル６に近接することで負荷インピーダンスが変化することにより受電コイル８に生じる電圧値(または電流値)の変動に基づいて、電動アシスト自転車２が所定の駐輪位置に駐輪されたことを検知する。このとき、受電コイル８の電圧値(または電流値)の変動量を予め設定されたしきい値と比較して、電動アシスト自転車２が所定の駐輪位置に駐輪されたか否かの判定を行えばよい。

また、本実施形態では、駐輪装置１および電動アシスト自転車２がそれぞれ情報送受信部３２，４２を備えており、駐輪装置１と電動アシスト自転車２との間で所要の情報を送受信する情報伝送ができるようになっている。なお、この情報伝送は、単純なビット通信でもあってもよいし、コード化通信であってもよい。

駐輪装置１および電動アシスト自転車２の各情報送受信部３２，４２は、通信される情報を含む信号の変復調を行う変復調回路３３，４３を有している。送信元の変復調回路３３，４３で生成した変調信号が、送電コイル６、無給電コイル７および受電コイル８を介して送信先に送られ、送信先では、取り出された変調信号を変復調回路３３，４３で復調して送信情報を取得する。駐輪装置１から電動アシスト自転車２に情報を送信する場合、情報送受信部から出力される変調信号を送電回路部１３で電力伝送用の交流信号に重畳することで、電力伝送と同時に情報送信を行うことができる。また、電力伝送が行われていないときに情報伝送を行うようにしてもよい。なお、受電回路部２１は、情報伝送用のドライバおよび共振回路（図示せず）を備えており、これらを駆動して受電制御部２２から送られる変調信号を送信する。

ここで駐輪装置１と電動アシスト自転車２との間でやりとりされる情報としては、駐輪装置１および電動アシスト自転車２の各々の状態に関する状態情報である。この状態情報としては、例えば２次電池５の充電中に、２次電池５の充電状態に関する情報を電動アシスト自転車２から駐輪装置１に送信し、２次電池５の充電が必要な場合は電力伝送を継続し、２次電池５の充電が完了すると電力伝送を停止する。また、状態情報として、温度や電圧などの情報を駐輪装置１と電動アシスト自転車２との間でやりとりし、状態情報が異常を示しているときにも電力伝送を停止する制御を行う。

また、本実施形態では、駐輪装置１および電動アシスト自転車２がそれぞれ認証部３４，４４を備えており、駐輪装置１と電動アシスト自転車２との間で相互認証が行われる。駐輪装置１および電動アシスト自転車２がそれぞれ備える情報送受信部３２，４２により、相互認証に用いられる駐輪装置１および電動アシスト自転車２の各識別情報などの認証情報がやりとりされ、認証情報に基づいて互いに相手方の認証を行う。この相互認証では、駐輪装置１および電動アシスト自転車２が互いに適切な電力伝送が可能なものか否かを検証する。

この相互認証は、駐輪装置１から電動アシスト自転車２への電力伝送を開始する際に行われる。すなわち、駐輪装置１および電動アシスト自転車２がそれぞれ、電動アシスト自転車２が所定の駐輪位置に駐輪されたことを検知すると、駐輪装置１と電動アシスト自転車２と間で識別情報をやりとりして、互いに相手方の認証を行う。この相互認証が成功すると、電力伝送が行われる。相互認証が失敗したときは電力伝送が行われない。また、駐輪装置１と電動アシスト自転車２との間でやりとりされる状態情報が異常を示しているときにも電力伝送が行われない。

このように電動アシスト自転車２が駐輪装置１の近傍で適切な電力伝送が可能な所定の駐輪位置に駐輪されたことを検知し、さらに駐輪装置１および電動アシスト自転車２が互いに適切な電力伝送が可能なものか否かを検証する相互認証が成功すると、自動で電力伝送が開始される。このため、使用者は電動アシスト自転車２を所定の駐輪位置に駐輪させるだけで、他に何の操作も行うことなく、２次電池５の充電を行うことができ、利便性を高めることができる。

図２は、駐輪装置１および電動アシスト自転車２の概略構成を示す側面図である。図３は、駐輪装置１および電動アシスト自転車２における車輪５２の周辺部分を示す模式的な断面図である。

図２に示すように、電動アシスト自転車２は、車体フレーム５１と、この車体フレーム５１に取り付けられた前後の車輪５２，５３とを備え、電動モータ３および２次電池５が車体フレーム５１に保持されている。また、図１に示した受電回路部２１、受電制御部２２および充電制御回路２３などを構成する電子部品を収容する図示しないコントロールユニットが２次電池５の近傍またはその他の適所に配置される。

車輪５２，５３は、タイヤ６１と、タイヤ６１を保持するホイール６２とを備え、ホイール６２は、リム６３とハブ６４とスポーク６５とを備える。リム６３はホイール６２の外周部に位置する円状の部材である。リム６３の内側はスポーク６５を固定し、リム６３の外側はタイヤ６１が装着される。ハブ６４はタイヤ６１（ホイール６２）の中央に位置する円筒状の部材である。スポーク６５はリム６３とハブ６４とを接続する棒状の部材である。なお、ホイール６２は、樹脂材料で形成され、あるいは金属材料で形成されて表面を絶縁処理が施されたものとするとよい。

駐輪装置１は、送電コイル６を収容するハウジング（筐体）７１が、電動アシスト自転車２が駐輪される駐輪面７２上に立設されている。送電コイル６は、所定の駐輪位置に駐輪した電動アシスト自転車２の車輪（前輪）５２の軸方向に略平行となる中心軸周りに電線を巻回させた態様で、車輪５２の軸方向の側方に位置するように設けられている（図３参照）。

なお、図１に示したＡＣ／ＤＣコンバータ１１、送電制御部１２および送電回路部１３などを構成する電子部品を収容する図示しないコントロールユニットが、ハウジング７１に収容され、あるいはその近傍の適所に配置される。

電動アシスト自転車２の車輪（前輪）５４には、無給電コイル７および受電コイル８が車輪５２と略同軸状に電線を巻回させた態様で設けられている。無給電コイル７は、車輪５２の外周側に、特にここではホイール６２のリム６３に沿って設けられている。受電コイル８は、車輪５２の中心側に、特にここではホイール６２のハブ６４に設けられている。

なお、本実施形態では、図３に示すように無給電コイル７をホイール６２（のリム６３）の内部に設けたが、無給電コイル７は車輪５２に設けられればよく、ホイール６２の外部に設けられてもよい。無給電コイル７は少なくとも車輪５２の外径の内側に設けられればよく、好ましくは、車輪５２の径方向に略平行となるように設けられればよい。なお、無給電コイル７および受電コイル８は車輪（後輪）５３に設けられてもよい。

このように電動アシスト自転車２の無給電コイル７および受電コイル８を車輪５２に設けるとともに、所定の駐輪位置に駐輪した電動アシスト自転車２を駐輪したときの車輪に対して側方から近接する位置に駐輪装置１の送電コイル６を配置することで、使用者が通常の要領で駐輪位置に駐輪させるだけで、送電コイル６と無給電コイル７とが近接して電力伝送が可能な状態となり、送電コイル６と無給電コイル７との位置合わせのための特別な操作が不要となり、利便性が向上する。

また、電動アシスト自転車２の無給電コイル７および受電コイル８を車輪５２に設けて、その側方から駐輪装置１の送電コイル６が近接するようにしたため、電動アシスト自転車２の形態や大きさに関係なく、送電コイル６と無給電コイル７とを近接させることができ、電動アシスト自転車２の種類が異なる場合でも電力伝送効率が低下することがない。また、駐輪装置１と電動アシスト自転車２とを機械的に結合する必要がないため、構成を簡素化して製造コストを削減することができる。

また、図３に示すように、無給電コイル７は、車輪５２のリム６３において駐輪装置１の送電コイル６に対向する側（ここでは右側）に配置されており、これにより、無給電コイル７が送電コイル６に近接するため、送電コイル６と無給電コイル７との磁気結合を高めることができる。

また、無給電コイル７と受電コイル８とが略同軸状に配置されるため、無給電コイル７と受電コイル８とが効率よく磁気結合して、高い電力伝送効率を確保することができる。そして、電動アシスト自転車２を構成する部材の中で比較的大きな寸法を有するホイール６２のリム６３に無給電コイル７を設けることで、無給電コイル７が大径となるため、側面視で無給電コイル７で囲まれた領域に送電コイル６が入るようにすることができる。このため、送電コイル６が発生する磁束を無給電コイル７が効率よく捕捉することができ、電力伝送効率を高めることができる。

図４は、駐輪装置１の送電コイル６の平面図である。送電コイル６は、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線８１を、略円形のループ状に１回巻きして形成された平面コイルである。送電コイル６の両端の端子８２は送電回路部１３（図１参照）に電気的に接続される。この送電コイル６は、基板８３上に配置されており、接着剤などの適宜な固定手段で基板８３に固定される。なお、基板８３の裏面側、すなわち送電コイル６における電動アシスト自転車２と相反する側に、漏れ磁束を低減する磁性シート８４が配置されている（図３参照）。

図５は、電動アシスト自転車２の無給電コイル７の平面図である。無給電コイル７は、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線８１を、略円形に複数回巻きして形成された平面コイルである。この無給電コイル７は、接着剤などの適宜な固定手段でリム６３に固定される。無給電コイル７の両端には共振コンデンサ９が接続されている。なお、ここでは、無給電コイル７を、渦巻状に巻回した構成としたが、ヘリカル状に巻回した構成も可能である。なお、リム６３は回転するが、無給電コイル７は共振用コンデンサに接続されるのみで、配線は不要である。

図６は、電動アシスト自転車２において受電コイル８が設けられた車輪のハブ６４を示す断面図である。ホイール６２のハブ６４は、スポーク６５に連結されたハブ本体９１と、ハブ本体９１を貫通する車軸９２と、ハブ本体９１および車軸９２の間に介装された軸受け（ベアリング）９３と、を備えている。車軸９２の両端は車体フレーム５１を構成するフロントフォーク５４（図２参照）に固定される。また、軸受け９３の作用によって、車軸９２を回転させずにホイール６２を回転させることができる。このため、軸受け９３と車軸９２との間に、または、軸受け９３とハブ本体９１との間に油を差すための注入穴が設けられる方が好ましい。これにより、電動アシスト自転車２のメンテナンスを容易にすることができる。

車軸９２には受電コイル８が巻回されている。この受電コイル８の両端の端子９４は受電回路部２１（図１参照）に接続される。このように受電コイル８を車軸９２に巻回すると、受電コイル８が回転しないため、受電コイル８から発生する交流電力を受電回路部２１（図１参照）に導く配線を回転コネクタを介さずに設けることができるため、製造コストを低く抑えることができる。

受電コイル８は、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線８１をらせん状に巻回して形成されたヘリカルコイルであり、集合電線８１が千鳥配置で径方向に積層された多層の巻線構造となっている。受電コイル８は車軸９２に巻回されるため小径となるが、受電コイル８をヘリカル状の巻線構造とし、さらに多層の巻線構造として、巻き数を増やすことで、高インダクタンスを保持でき、無給電コイル７との結合を高めることができる。

また、受電コイル８と車軸９２との間には、フェライト等の磁性材料からなるコア部９５が設けられている。このコア部９５は、受電コイル８の内側に軸方向に延在する筒状部９５ａと、無給電コイル７（図３参照）と相反する側に設けられたフランジ部９５ｂとを有している。これにより、無給電コイル７が発生する磁束をコア部９５が集めるため、漏れ磁束を低減して、電力伝送効率を高めることができ、特に無給電コイル７と相反する側に設けられたフランジ部９５ｂにより、受電コイル８と無給電コイル７との磁気結合を高めることができる。なお、車軸９２自体を磁性材料で構成することも可能である。

次に、駐輪装置１において最適な電力伝送が行われる位置に電動アシスト自転車２を位置決めする構造について説明する。図７は、駐輪装置１における電動アシスト自転車２の位置決め構造を示す正面図である。図８は、駐輪装置１における電動アシスト自転車２の位置決め構造を示す側面図である。

図７に示すように、駐輪装置１には、送電コイル６に対して電動アシスト自転車２の無給電コイル７が所定の軸方向位置に位置決めされるように、電動アシスト自転車２の車輪５２の左右方向の位置を規定するガイド部（位置決め手段）７７が設けられている。これにより、無給電コイル７が送電コイル６の近傍に位置決めされ、送電コイル６に対して無給電コイル７が大きく離れて電力伝送効率が低下することを抑制することができる。そして、使用者を煩わせることなく、送電コイル６と無給電コイル７との位置決めができるため、利便性を高めることができる。

また、送電コイル６と無給電コイル７との距離が大きくなると、無給電コイル７と送電コイル６との磁気結合が低下して電力伝送効率が低下する傾向にあるが、送電コイル６と無給電コイル７との距離を小さくしても結合量が大きくなるとは限らず、ある共鳴周波数において結合量が最大となる距離が存在する。このため、送電コイル６と無給電コイル７との結合量が最大となる位置に車輪５２が配置されるようにガイド部７７を設けるとよい。すなわち、ガイド部７７は、送電コイル６と無給電コイル７との結合量に基づいて設けられるとよい。なお、必ずしも結合量が最大となる位置でなくてもよい。

また、ガイド部７７は、車輪５２（すなわち、無給電コイル７）の向きも制御する。図７に示すように、車輪５２がガイド部７７によって規定される位置に駐輪する場合、車輪５２（すなわち、無給電コイル７）は送電コイル６に対して略平行となる。換言すると、ガイド部７７は、車輪５２（すなわち、無給電コイル７）が送電コイル６と略平行となるように車輪５２を導く作用を有する。これにより、無給電コイル７は送電コイル６からの磁束を結合しやすくなるため、電力伝送効率の低下を抑制することができる。

また、図８に示すように、駐輪装置１には、送電コイル６に対して電動アシスト自転車２の無給電コイル７が所定の径方向位置に送電コイル６が位置決めされるように（送電コイル６が車輪５２（すなわち、無給電コイル７）に対して対向するように）、電動アシスト自転車２の車輪５２の前後方向の位置を規定するストッパ部（位置決め手段）７８が設けられている。これにより、送電コイル６に対して無給電コイル７が大きくずれて電力伝送効率が低下することを抑制することができる。そして、使用者を煩わせることなく、送電コイル６と無給電コイル７との位置決めができるため、利便性を高めることができる。

これにより、送電コイル６に対して無給電コイル７が大きくずれて電力伝送効率が低下することを抑制することができる。そして、使用者を煩わせることなく、送電コイル６と無給電コイル７との位置決めができるため、利便性を高めることができる。

特にここでは、側面視で送電コイル６に対して無給電コイル７が互いの垂直中心線が略一致するように位置決めされる。送電コイル６は、電動アシスト自転車２の車輪５２のリム６３に設けられた無給電コイル７より小径に形成されるとともに、無給電コイル７より高い位置、すなわち車輪５２のタイヤ６１の厚さに対応する高さ以上の位置に配置されている。このため、側面視で送電コイル６に対して無給電コイル７が互いの垂直中心線が略一致するように位置決めすることで、側面視で無給電コイル７の内側に送電コイル６が入る状態となる。

なお、ストッパ部７８は側面視で少なくとも送電コイル６と無給電コイル７とが交わるように車輪５２を規制すればよい。すなわち、ストッパ部７８は送電コイルの少なくとも一部が無給電コイル７と対向するように車輪を規制すればよい。

この送電コイル６の直径および高さ位置は、利用が想定される電動アシスト自転車２の全てに対応するように設定される。これにより、電動アシスト自転車２の車輪５２の大きさなどに関係なく、側面視で２次側のコイルの内側に１次側のコイルが入る状態となるため、電動アシスト自転車２の種類が異なることで電力伝送効率が低下することを抑制することができる。

例えば、電動アシスト自転車２を駐輪装置１に駐輪時、送電コイル６は無給電コイル７よりも高い位置に配置される。すなわち、送電コイル６と駐輪面７２との距離は、無給電コイル７と駐輪面７２との距離よりも大きくなる。また、送電コイル６は無給電コイル７よりも小さい径とすることで、側面視で無給電コイル７が送電コイル６を包含することができる。

これらにより、電動車両の車輪の大きさなどに関係なく、側面視で無給電コイル７の内側に送電コイル６が入る状態となるため、電動車両の種類が異なることで電力伝送効率が低下することを抑制することができる。また、１次側のコイルが小径となることから、駐輪装置の小型化を図ることができる。また、無給電コイル７は送電コイル６より十分に大径に形成されていることから、多少の軸ずれがあっても高い電力伝送効率を確保することができるため、使用者に厳密な位置合わせを要求する必要はない。

また、電力伝送効率を高めるために、送電コイル６、無給電コイル７および受電コイル８の中心軸は側面視で直線上に位置することが好ましい。

なお、ここでは、ガイド部７７を、駐輪装置１の送電コイル６を収容するハウジング７１と別体で設けたが、駐輪装置１のハウジング７１がガイド部７７およびストッパ部７８を兼用する構成も可能である。また、ガイド部７７やストッパ部７８に代えて、車輪５２を物理的に規制しない単なる目印などの位置決め手段を設けることも可能であり、例えば駐輪面上に白線を描くことで、車輪５２の位置を示すようにしてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムについて説明する。なお、この第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの全体構成は、送電コイル６を除き、図１に示した第１実施形態と概ね同一である。また、以下の説明で特に言及しない点は第１実施形態と同様である。

図９は、第２実施形態に係る駐輪装置１０１および電動アシスト自転車２の概略構成を示す側面図である。図１０は、駐輪装置１０１の概略構成を示す正面図である。図１１は、駐輪装置１０１および電動アシスト自転車２における車輪５２の周辺部分を示す模式的な断面図である。

駐輪装置１０１は、送電コイル１０２を収容するハウジング（筐体）１０３が、電動アシスト自転車２が駐輪される駐輪面７２下に埋設されている。送電コイル１０２は、所定の駐輪位置に駐輪した電動アシスト自転車２の車輪（前輪）５２の軸方向に略平行となる中心軸周りに電線を巻回させた態様で、車輪５２の真下に位置するように設けられている。

なお、図１に示したＡＣ／ＤＣコンバータ１１、送電制御部１２および送電回路部１３などを構成する電子部品を収容する図示しないコントロールユニットが、ハウジング１０３に収容され、あるいはその近傍の適所に配置される。また、ハウジング１０３の上壁は、透磁率の高い材料で形成されたものとするとよい。

電動アシスト自転車２では、第１実施形態と同様に、無給電コイル７および受電コイル８が車輪５２に設けられている。

このように電動アシスト自転車２の無給電コイル７および受電コイル８を車輪５２に設けるとともに、所定の駐輪位置に駐輪した電動アシスト自転車２を駐輪したときの車輪に対して下方から近接する位置に駐輪装置１０１の送電コイル１０２を配置することで、使用者が通常の要領で駐輪位置に駐輪させるだけで、送電コイル１０２と無給電コイル７とが近接して電力伝送が可能な状態となり、送電コイル１０２と無給電コイル７との位置合わせのための特別な操作が不要となり、利便性が向上する。

また、所定の駐輪位置に駐輪した電動アシスト自転車２の車輪５２の径方向と送電コイル１０２の径方向（すなわち、送電コイル１０２の長さ方向に対する垂直方向）とは非垂直となり、車輪５２は送電コイル１０２の径方向の外側に位置する。

また、電動アシスト自転車２の無給電コイル７および受電コイル８を車輪５２に設けて、その下方から駐輪装置１０１の送電コイル１０２が近接するようにしたため、電動アシスト自転車２の形態や大きさに関係なく、送電コイル１０２と無給電コイル７とを近接させることができ、電動アシスト自転車２の種類が異なる場合でも電力伝送効率が低下することを抑制することができる。また、駐輪装置１０１と電動アシスト自転車２とを機械的に結合する必要がないため、構成を簡素化して製造コストを削減することができる。

また、無給電コイル７と受電コイル８とが略同軸状に配置されるため、無給電コイル７と受電コイル８とが効率よく磁気結合して、高い電力伝送効率を確保することができる。そして、ホイール６２のリム６３に無給電コイル７を設けることで、無給電コイル７が車輪５２の外周側に近い位置に配置されるため、車輪５２の径方向外側に位置する送電コイル１０２に無給電コイル７を近接させることができる。すなわち、送電コイル１０２からの磁束を結合するのは無給電コイル７であるから、無給電コイル７は受電コイル８よりも送電コイル１０２に近接するように設けられる。これにより送電コイル１０２が発生する磁束を無給電コイル７が効率よく捕捉することができるため、電力伝送効率を高めることができる。

また、駐輪装置１０１の送電コイル１０２は、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線８１を、略円形の断面形状をなす真直な筒状の保持部材１０４に略螺旋状に巻回させた単一のヘリカルコイルからなり、横列駐輪された複数台の電動アシスト自転車２の並び方向に軸方向が略平行となり、且つ電動アシスト自転車２の車輪５２が並んだ領域の全体に延在するように配置されている。

これにより、複数台の電動アシスト自転車２に対して同時に電力伝送を行うことができる。そして、送電コイル１０２が単一のヘリカルコイルで構成されるため、コストを低減することができる。

このように構成されたワイヤレス電力伝送システムにおいては、駐輪装置１０１の送電コイル１０２に交流電力が供給されると、この送電コイル１０２から発生する磁束が、横列駐輪された複数台の電動アシスト自転車２の各無給電コイル７に鎖交し、無給電コイル７に誘導電流が流れる。そして、無給電コイル７から発生する磁束が、受電コイル８に鎖交し、受電コイル８に誘導電流が流れる。これにより、電力が送電コイル１０２から無給電コイル７を介して受電コイル８に伝送される。

次に、駐輪装置１０１において最適な電力伝送が行われる位置に電動アシスト自転車２を位置決めする構造について説明する。図１２は、駐輪装置１０１における電動アシスト自転車２の位置決め構造を示す側面図である。

駐輪装置１０１には、送電コイル１０２に対して電動アシスト自転車２の無給電コイル７が所定の径方向位置に送電コイル１０２が位置決めされるように、電動アシスト自転車２の車輪５２の前後方向の位置を規定するストッパ部（位置決め手段）１０８が設けられている。すなわち、電動アシスト自転車２がストッパ部１０８よりも前に進むと送電コイル１０２と無給電コイル７との距離は離れる。したがって、ストッパ部１０８は送電コイル１０２と無給電コイル７とが近接するように電動アシスト自転車２の位置を規制するものである。

これにより、送電コイル１０２に対して無給電コイル７が大きくずれて電力伝送効率が低下することを抑制することができる。そして、使用者を煩わせることなく、送電コイル１０２と無給電コイル７との位置決めができるため、利便性を高めることができる。

また、図１０に示したように、駐輪装置１０１には、送電コイル１０２に対して電動アシスト自転車２の無給電コイル７が所定の軸方向位置に位置決めされるように、電動アシスト自転車２の車輪５２の向きを規定するガイド部１０７が設けられている。これにより、車輪５２の軸方向が送電コイル１０２の軸方向と概ね整合するように車輪の向きが規定されるため、送電コイル１０２の軸方向に対して無給電コイル７の軸方向が大きくずれて電力伝送効率が低下することを抑制することができる。そして、使用者を煩わせることなく、送電コイル１０２と無給電コイル７との位置決めができるため、利便性を高めることができる。なお、ガイド部１０７は車輪５２の向きが車輪５２の径方向と送電コイル１０２の径方向とが平行となるように規定することが好ましいが、少なくとも、車輪５２の向きが車輪５２の径方向と送電コイル１０２の径方向とが非垂直となるように規定すればよい。

なお、電動アシスト自転車２の車輪５２の左右方向の位置は、電力伝送効率に影響しないため、特に規制する必要はないが、電動アシスト自転車２の車輪５２の向きは、電力伝送効率に影響するため、ガイド部１０７を設けることが望ましい。

また、ガイド部１０７やストッパ部１０８に代えて、車輪５２を物理的に規制しない単なる目印などの位置決め手段を設けることも可能であり、例えば駐輪面上に白線を描くことで、車輪５２の位置を示すようにしてもよい。

図１３は、送電コイル１０２の変形例を示す斜視図である。ここでは、無給電コイル７と同様に、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線８１を、略矩形の断面形状をなす真直な筒状の保持部材１１１にヘリカル状に巻回されている。

集合電線８１は、送電コイル１０２の軸方向（保持部材１１１の中心線方向）に直交する向きに延在し、集合電線８１において保持部材１１１の周囲を一周する一巻き部分１１２が互いに平行となる。この一巻き部分１１２は、一定の間隔Ｂで形成され、図１３（Ｂ）に示すように、接続部１１３を介して隣り合うものと接続されている。

この送電コイル１０２の横幅Ｋは、送電コイルの軸方向の長さＬに応じて、次式で示す範囲に設定するとよい。
１．５×Ｌ≦Ｋ≦１０×Ｌ（式１）
また、送電コイル１０２の横幅Ｋは、送電コイル１０２の高さＨに応じて、次式で示す範囲に設定するとよい。
２×Ｈ≦Ｋ≦１０×Ｈ（式２）

図１４は、送電コイル１０２の変形例を示す斜視図である。図１５は、横列駐輪された電動アシスト自転車２と送電コイル１０２との位置関係を示す正面図である。図１４に示すように、ここでは、図１３に示した例と同様の保持部材１１１に、一定の幅Ｄを有する帯状をなす導体１１４がヘリカル状に巻回されている。

導体１１４は、送電コイル１０２の軸方向（保持部材１１１の中心線方向）に直交する向きに延在し、導体１１４において保持部材１１１の周囲を一周する一巻き部分１１５が互いに平行となる。この一巻き部分１１５は、一定の間隔Ｂで形成され、図１４（Ｂ）に示すように、接続部１１６を介して隣り合うものと接続されている。

この送電コイル１０２の横幅Ｋは、図１３に示した例と同様に、式１，２で示す範囲に設定するとよい。また、導体１１４の幅Ｄは、導体の間隔Ｂに応じて、次式で示す範囲に設定するとよい。なお、導体１１４の幅Ｄは、例えば受電コイル８の軸方向の長さと略同一とするとよい。
１×Ｂ≦Ｄ≦５×Ｂ（式３）

特にここでは、図１５に示すように、一巻き部分１１５の間隔Ｂが、横列駐輪された電動アシスト自転車２の間隔に対応するように設定されている。これにより、一巻き部分１１５から生成される磁束がそれぞれ電動アシスト自転車２の無給電コイル７と磁気結合し、送電コイル１０２と無給電コイル７との磁気結合をより一層高めることができる。

図１６は、導体１１４の変形例を示す模式的な断面図である。ここでは、導体１１４の一巻き部分の形状を示しており、各例では、導体１１４の形状に対応した断面形状の保持部材が用いられる。送電コイル１０２の横幅Ｋは、図１３に示した例と同様に、送電コイル１０２の高さＨに応じて、式２で示す範囲に設定するとよい。

図１６（Ａ）に示す例では、導体１１４が略矩形をなしている。図１６（Ｂ）に示す例では、導体１１４が、下側に凸となる略半楕円形状をなす湾曲部１１７ａの両端部を真直部１１７ｂで接続した形状に形成されている。なお、上下を逆にした形態も可能であるが、図１６（Ｂ）のように下側に凸となる略半楕円形状とする場合、無給電コイル７への磁束をより集中することができ、無給電コイル７との磁気結合を強くすることができる。

図１６（Ｃ）に示す例では、導体１１４が、上側に凹となる略円弧状をなす２つの湾曲部１１８ａ，１１８ｂの各端部を真直部１１８ｃ，１１８ｄで接続された形状に形成されている。２つの湾曲部１１８ａ，１１８ｂは、電動アシスト自転車２の車輪５２と略同心状をなす曲率で形成されている。

このように送電コイル１０２を上下に扁平な形状、すなわち高さＨが横幅Ｋより小さくなる形状に形成すると、送電コイル１０２の薄型化を図ることができ、駐輪面７２下に埋設する際の送電コイル１０２の深さを小さくすることができるため、設置が容易になる。また、図１４に示したように、導体１１４を送電コイル１０２の軸方向に直交する方向に延在するように形成すると、生成される磁界の強度の均一化を図ることができる。

特に、図１４、図１６（Ａ）に示したように、導体１１４が上下に扁平な略矩形をなすように巻回された構成では、磁束密度を高めることができ、また、車輪５２のリム６３に配置された略円形の無給電コイル７との距離が全体的に小さくなるため、送電コイル１０２と無給電コイル７との磁気結合をより一層高めることができる。

また、図１６（Ｃ）に示したように、導体１１４が上側に凹となる略円弧状をなすように巻回された構成では、湾曲部１１８ａ，１１８ｂが無給電コイル７と略同心状をなすため、送電コイル１０２と無給電コイル７との磁気結合をより一層高めることができる。また、電動アシスト自転車２の車輪５２が嵌るように、駐輪面７２を凹設することで、送電コイル１０２と無給電コイル７とを近接させることができるため、送電コイル１０２と無給電コイル７との磁気結合をさらに高めることができる。

なお、図１６に示した導体１１４の各種の形状は、図１３に示したように、集合電線８１を巻回して送電コイル１０２を形成する場合にも適用することができる。

次に、第１実施形態および第２実施形態に係る駐輪装置１，１０１の送電コイル６，１０２ならびに電動アシスト自転車２の無給電コイル７および受電コイル８に用いられる電線について説明する。送電コイル６，１０２、無給電コイル７および受電コイル８には、絶縁電線を複数本撚り合わせたリッツ線を用いることも可能であるが、本実施形態では、以下に示す集合電線８１を採用する。

図１７は、送電コイル６，１０２、無給電コイル７および受電コイル８を構成する集合電線８１を一部切除して示す模式的な側面図である。

集合電線８１は、中心部に配される芯線１２１と、この芯線１２１の周囲に、素線１２２，１２３を所定の巻き角（素線１２２，１２３の中心線が位置する円柱面上で集合電線８１の中心線と平行となる線と素線１２２，１２３の中心線とのなす角度）ａ１，ａ２でらせん状に巻回させて形成された第１および第２の層１２４，１２５とを有しており、第１の層１２４と第２の層１２５とでは素線１２２，１２３の巻回方向が互いに逆となっている。

芯線１２１は、１本の絶縁電線で構成される。内側の第１の層１２４は、１本の絶縁電線からなる素線１２２を芯線１２１の周囲に巻回して形成される。外側の第２の層１２５は、１本の絶縁電線からなる素線１２３を第１の層１２４の周囲に巻回して形成される。

なお、図示する例では、第１の層１２４を形成する素線１２２を右方向に巻回（Ｚ巻き）し、第２の層１２５を形成する素線１２３を左方向に巻回（Ｓ巻き）しているが、この巻回方向を逆としてもよい。

このような構成の集合電線８１を送電コイル６，１０２、無給電コイル７および受電コイル８に用いると、素線１２２，１２３を複数本集合させたため、表皮効果の影響を抑制することができ、さらに、各素線１２２，１２３を流れる電流の向きが大きく異なるようになるため、近接効果の影響を抑制することができる。これにより、電力損失を抑えて電力伝送効率を高めることができ、送電コイル６，１０２と無給電コイル７との伝送距離を大きくした場合や、送電コイル６，１０２と無給電コイル７とに軸ずれがある場合でも、電力伝送効率が大きく低下することを抑制することができる。

なお、第１の層１２４および第２の層１２５を形成する素線１２２，１２３に、複数の絶縁電線を撚り合わせた撚り線（片撚り線）を用いるようにしてもよい。このようにすると、層１２４，１２５内の絶縁電線同士で電流の方向が異なるため、近接効果の影響をより一層抑制することができ、また、各層１２４，１２５で絶縁電線の本数が増えるため、表皮効果の影響をより一層抑制することができ、これにより電力伝送効率をより一層高めることができる。特に、最も外側に位置する層、ここでは第２の層１２５の素線１２３に撚り線を用いると、この素線１２３は、一部露出して他の絶縁電線に接しない部分が多くなるため、近接効果の影響を抑制する上で効果的である。

ここで、芯線１２１と第１の層１２４の素線１２２と第２の層１２５の素線１２３とは、外側に位置するものほど断面積が大きくなる、すなわち、芯線１２１の断面積をＡ１、第１の層１２４の素線１２２の断面積をＡ２、第２の層１２５の素線１２３の断面積をＡ３とすると、Ａ１≦Ａ２≦Ａ３の関係を満たすようにするとよい。特に、式４〜式６に示すように、好ましくは、外側に位置するものに対するその内側直近に位置するものの断面積の比率（増大率）が、１．１倍から３倍の範囲（式４参照）、より好ましくは１．２倍から２．５倍の範囲（式５参照）、さらに好ましくは１．４倍から２倍の範囲（式６参照）である。
Ａ１×１．１≦Ａ２≦Ａ１×３、Ａ２×１．１≦Ａ３≦Ａ２×３（式４）
Ａ１×１．２≦Ａ２≦Ａ１×２．５、Ａ２×１．２≦Ａ３≦Ａ２×２．５（式５）
Ａ１×１．４≦Ａ２≦Ａ１×２、Ａ２×１．４≦Ａ３≦Ａ２×２（式６）

このように芯線１２１と第１の層１２４の素線１２２と第２の層１２５の素線１２３とを、外側に位置するものほど断面積が大きくなるようにすると、集合電線８１全体の強度を高めることができる。また、集合電線８１の外周側を流れる電流量を多くすることができるため、送電コイル６，１０２から発生する磁束を増大することができる。

また、集合電線８１の中心線に対する素線１２２，１２３の巻き角ａ１，ａ２が３０度から７０度の範囲にあるようにするとよい。この巻き角ａ１，ａ２は、好ましくは３５度から６５度の範囲、より好ましくは、４０度から６０度の範囲である。なお、素線１２２，１２３の巻き角ａ１，ａ２は、素線１２２，１２３上の位置に応じて多少のばらつきが現れる場合があるので、複数箇所（１０〜２０箇所）の巻き角ａ１，ａ２を平均して評価するとよい。

また、互いに逆向きに巻回された２本の素線１２２，１２３の交角、すなわち２本の素線１２２，１２３の各巻き角ａ１，ａ２を加算した角度が、６０度から１４０度の範囲にあるようにするとよい。この素線１２２，１２３の交角は、好ましくは７０度から１３０度の範囲、より好ましくは８０度から１２０度の範囲である。

素線１２２，１２３の巻き角ａ１，ａ２を前記のような範囲に収め、また２本の素線１２２，１２３の交角を前記のような範囲に収めるようにすると、近接する素線１２２，１２３を流れる電流の方向を大きくずらすことができるため、より一層確実に近接効果を抑制することができる。

また、芯線１２１、第１の層１２４の素線１２２および第２の層１２５の素線１２３の直径は、送電コイル６，１０２、無給電コイル７および受電コイル８の大きさによって異なるものの、概ね０．０５ｍｍから０．２ｍｍの範囲とすることが好ましい。

なお、本実施形態では、集合電線８１を、芯線１２１と第１の層１２４と第２の層１２５とからなる３層構造としたが、４層以上の構造とすることも可能である。このように層数を増やすと、集合電線８１全体の断面積を大きくして、コイルから発生する磁力の強度を高めることができる。この場合、巻回方向が互いに逆となる第１の層１２４と第２の層１２５とを交互に形成するとよい。また、上記した素線１２２，１２３の角度（巻き角ａ１，ａ２と交角）および断面積の関係は、すべての層で満足されるように構成することが好ましいが、少なくとも、最も外側に位置する層とこれに隣接する内側の層とで上記した素線の角度および断面積の関係が満足されるように構成するとよい。これにより、素線が交差する構成がより多くなり、近接効果抑制の効果をより確実なものとすることができる。

次に、集合電線８１の製造方法について説明する。図１８は、集合電線８１の製造方法を説明する模式的な側面図である。ここでは、芯線１２１の周囲に素線１２２を巻回して第１の層１２４を形成する要領を示している。

素線供給装置１３１は、一定量の素線１２２を保持するロールなどから構成され、一定速度で素線１２２を繰り出すようになっている。この素線供給装置１３１は、芯線１２１に平行となる方向に移動可能に適宜な支持手段に支持されている。芯線１２１は、その両端を図示しない回転装置に保持されて回転（自転）するようになっている。この芯線１２１の回転と素線供給装置１３１の移動とは互いに同期して行われる。

素線１２２の先端を芯線１２１に固定した上で、芯線１２１を一定速度で回転させながら素線供給装置１３１から一定速度で素線１２２を繰り出すとともに素線供給装置１３１を一定速度で移動させると、芯線１２１の周囲に素線１２２が巻き付く。このとき、素線供給装置１３１から繰り出された素線１２２の芯線１２１に対する傾斜角ｂ１を一定に保持することで、素線１２２の巻き角ａ１（図１７参照）を均一にすることができる。また、素線１２２同士が重なり合う状態や、素線１２２の隙間が大きくなって芯線１２１が過度に剥き出しになる状態とならないように、芯線１２１の回転速度と素線供給装置１３１の移動速度とを調整する。

また、素線供給装置１３１から繰り出された素線１２２の芯線１２１に対する傾斜角ｂ１は、素線１２２の巻き角ａ１（図１７参照）を規定するものであり、この巻き角ａ１を調整するには、芯線１２１に素線１２２を巻回し始める開始時点で、素線１２２が芯線１２１に巻き付く巻回位置に対する素線供給装置１３１の位置を前後させればよい。図１８（Ａ）に示すように、素線供給装置１３１を巻回位置に近づけると、素線１２２の巻き角ａ１を大きくすることができ、図１８（Ｂ）に示すように、素線供給装置１３１を巻回位置から遠ざけると、素線１２２の巻き角ａ１を小さくすることができる。

ここでは、芯線１２１の周囲に素線１２２を巻回して第１の層１２４を形成する要領を説明したが、第１の層１２４の周囲に素線１２３を巻回して第２の層１２５を形成する場合にも、同様の要領で行えばよい。

なお、本実施形態では、駐輪装置１，１０１から電動アシスト自転車２にワイヤレス（無接点）で電力伝送を行う例について説明したが、本発明はこのような電動アシスト自転車に限定されるものではなく、電動モータの動力で走行し、その電動モータに電力を供給する２次電池を備えた電動車両に広く適用することができる。

また、本実施形態では、無給電コイル７をホイール６２のリム６３に沿って設け、また、受電コイル８をホイール６２のハブ６４に設けたが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、無給電コイル７および受電コイル８を車輪の適所に配置すればよいが、無給電コイル７の内側に受電コイル８を配置した構成が望ましい。また、本実施形態では、送電コイル６，１０２、無給電コイル７および受電コイル８を略円形をなすものとしたが、このような略円形に限定されるものではなく、略方形状などの適宜な形態が可能である。また、本実施形態では、受電コイル８をヘリカルコイルとしたが、受電コイルを電線を渦巻き状に配したスパイラルコイルとすることも可能である。また、本実施形態では、受電コイル８を単一のヘリカルコイルで構成したが、受電コイルを複数設けることも可能である。

また、本実施形態では、駐輪装置に設けられる１次側のコイルと、電動アシスト自転車に設けられる２次側のコイルとの位置関係に関して、電力伝送効率を高める上で最も望ましい実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態の構成に限定されるものではない。すなわち、２次側のコイルは１次側のコイルの軸方向の側方に位置してもよく、１次側のコイルの径方向の外側に位置してもよい。また、１次側のコイルの軸方向と２次側のコイルの軸方向とがずれていてもよく、また、１次側のコイルと２次側のコイルとが径方向にずれていてもよく、相応の電力伝送が可能である。

また、第２実施形態では、図９などに示したように、送電コイル１０２を、所定の駐輪位置に駐輪した電動アシスト自転車２の車輪５２の下方に位置するように配置したが、送電コイルは、車輪５２に設けられた無給電コイルに対して各々の軸方向が略平行となるように配置すればよく、車輪５２の前方や上方などに配置するようにしてもよい。

また、本実施形態では、図１７に示したように、集合電線８１の中心部に芯線１２１を設けた例について説明したが、この芯線１２１を設けない構成も可能である。また、芯線１２１を設ける場合でも、芯線１２１を、絶縁電線などの導体ではなく、合成樹脂などの非導体のみで構成することも可能である。

また、本実施形態では、図１７に示したように、集合電線８１が、素線１２２，１２３を巻回してなる層１２４，１２５が積層された多層構造をなすが、このような構成では、外側に位置する層１２５の素線１２３の方が全長が長くなり、内外の素線１２２，１２３同士でインダクタンスに差が生じる。これに対して、外側に位置する層１２５の素線１２３の巻き密度を低くする、例えば巻回される素線１２３の間に隙間が生じるように素線１２３を粗に巻回すると、素線１２３の全長が短くなるため、内外の素線１２２，１２３同士で生じるインダクタンスの差が小さくなり、電力伝送効率をより一層高めることができる。このような素線１２３の巻き密度を低くするには、この他に、素線１２３に用いられる絶縁電線の被覆（絶縁層）の厚さを大きくしたり、あるいは巻回される素線１２３の間にスペーサを入れるようにすると、素線１２３の全長を短くすることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

まず、第１実施形態に関する実施例１〜３について説明する。図１９は、第１実施形態に係る送電コイル６、無給電コイル７および受電コイル８に用いられる集合電線に関する実施例１〜３の各構成を示す説明図である。

実施例１では、２２インチの車輪を備えた電動アシスト自転車２を用い、駐輪装置１の送電コイル６ならびに電動アシスト自転車２の無給電コイル７および受電コイル８に、絶縁電線を複数本撚り合わせたリッツ線を用いた。このリッツ線は、直径０．１ｍｍの絶縁電線を３０本束ねたものである。送電コイル６は、リッツ線を１回巻きした構成とした。無給電コイル７は、リッツ線を１０回巻きした構成とした。受電コイル８は、リッツ線をヘリカル状に３０回巻きされた層を３層積層した構成とした。

実施例２では、駐輪装置１の送電コイル６ならびに電動アシスト自転車２の無給電コイル７および受電コイル８に、図１７に示した集合電線８１を採用し、芯線１２１、第１の層１２４の素線１２２および第２の層１２５の素線１２３には共に、直径０．１ｍｍの絶縁電線を用いた。また、第１の層１２４の素線１２２の巻き角ａ１を３０度、第２の層１２５の素線１２３の巻き角ａ２を５０度とし、素線１２２と素線１２３との交角を８０度とした。また、第１の層１２４と第２の層１２５とを交互に形成し、第１の層１２４および第２の層１２５の各層数を２０層とした。その他は、実施例１と同一である。

実施例３では、駐輪装置１の送電コイル６ならびに電動アシスト自転車２の無給電コイル７および受電コイル８に、実施例２と同様に、図１７に示した集合電線８１を採用し、芯線１２１に直径０．０８ｍｍの絶縁電線を、第１の層１２４の素線１２２に直径０．１ｍｍの絶縁電線を、第２の層１２５の素線１２３に直径０．１２ｍｍの絶縁電線をそれぞれ用いた。また、第１の層１２４の素線１２２の巻き角ａ１を３０度、第２の層１２５の素線１２３の巻き角ａ２を４５度とし、素線１２２と素線１２３との交角を７５度とした。また、第１の層１２４と第２の層１２５とを交互に形成し、第１の層１２４および第２の層１２５の各層数を１６層とした。その他は、実施例１と同一である。

次に、実施例１〜３について電力伝送効率を評価した結果について説明する。図２０は、電力伝送効率の評価で用いられた計測装置の概略構成図である。

電力伝送効率の評価では、図２０に示すように、定電圧電源から送電回路を介して送電コイル６に供給される電力の電流Ｉ１および電圧Ｖ１を計測し、また、受電コイル８に発生する電力により受電回路を介して負荷側に発生する電流Ｉ２および電圧Ｖ２を計測し、電力伝送効率ηを次式により算出した。
η＝Ｖ２×Ｉ２／Ｖ１×Ｉ１
ここで、スイッチング周波数を１５０ｋＨｚとし、送電コイル６から無給電コイル７までの伝送距離（送電コイル６と無給電コイル７との軸方向の離間距離）は４０ｍｍとし、送電回路からの送電電力を２０Ｗとした。

このような条件で実施例１〜３について電力伝送効率を評価したところ、実施例１では電力伝送効率ηが７３％となり、実施例２および実施例３では電力伝送効率ηが７６％となり、いずれでも良好な電力伝送が可能なことが確認された。特に図１７に示した集合電線８１を採用した実施例２および実施例３では、リッツ線を採用した実施例１より良好な結果が得られ、集合電線８１の有効性が実証された。

次に、第２実施形態に関する実施例４〜６について説明する。図２１は、第２実施形態に係る送電コイル１０２、無給電コイル７および受電コイル８に用いられる集合電線に関する実施例４〜６の各構成を示す説明図である。

この実施例４〜６で用いられた集合電線はそれぞれ、第１実施形態に関する実施例１〜３と同様であり、第１実施形態の送電コイル６に代えて送電コイル１０２を用いた点が異なる。電力伝送効率の評価では、図２０に示すものと同じ計測装置を用い、送電コイル１０２から無給電コイル７までの伝送距離は４０ｍｍとし、送電回路からの送電電力を３０Ｗとした。

このような条件で実施例４〜６について電力伝送効率を評価したところ、実施例４では電力伝送効率ηが７０％となり、実施例５では電力伝送効率ηが７２％となり、実施例６では電力伝送効率ηが７４％となり、いずれでも良好な電力伝送が可能なことが確認された。特に図１７に示した集合電線８１を採用した実施例５および実施例６では、リッツ線を採用した実施例４より良好な結果が得られ、集合電線８１の有効性が実証された。

次に、駐輪装置１０１の送電コイル１０２に関する実施例７〜９について説明する。

実施例７では、送電コイル１０２に、図１４に示したように、帯状の導体１１４を矩形に巻回した構成のものを用いた。送電コイル１０２の横幅Ｋは高さＨの５倍とし、導体１１４の間隔Ｂは、横列駐輪された電動アシスト自転車２の間隔と同一とし、導体１１４の幅Ｄは受電コイル８の軸方向の長さと同一とした。電動アシスト自転車２の無給電コイル７および受電コイル８は、実施例６と同一である。

実施例８では、送電コイル１０２に、図１６（Ｂ）に示したように、帯状の導体１１４を下側に凸となる略半楕円形状状に巻回した構成のものを用いた。送電コイル１０２の横幅Ｋは高さＨの６倍とした。その他は、実施例７と同一である。

実施例９では、送電コイル１０２に、図１６（Ｃ）に示したように、帯状の導体１１４を上側に凹となる略円弧状に巻回した構成のものを用いた。送電コイル１０２の横幅Ｋは高さＨの６倍とした。その他は、実施例７と同一である。

実施例７〜９で電力伝送効率を評価した結果について説明する。評価要領は前記した通りである。実施例７では電力伝送効率ηが７６％となり、実施例８では電力伝送効率ηが７７％となり、実施例９では電力伝送効率ηが７８％となり、いずれでも良好な電力伝送が可能なことが確認された。

本発明にかかる電動車両、駐車装置およびワイヤレス電力伝送システムは、複雑な機械的な構造が必要でなく、また、電動車両を使用者が通常の要領で駐車位置に駐車させるだけで電力伝送が可能な状態にすることができ、また、電動車両の種類が異なることで電力伝送効率が低下するなどの不具合が生じることがなく、さらに、並べて駐車された複数台の電動車両に同時に電力伝送を行うことが可能な構成を安価に実現することができる効果を有し、電動車両に搭載された電池を充電するために駐車装置から電動車両にワイヤレスで電力伝送を行う電動車両、駐車装置およびワイヤレス電力伝送システムなどとして有用である。

１，１０１駐輪装置（駐車装置）
２電動アシスト自転車（電動車両）
３電動モータ
５２次電池
６，１０２送電コイル
７無給電コイル
８受電コイル
９共振コンデンサ
５１車体フレーム
５２，５３車輪
６１タイヤ
６２ホイール
６３リム
６４ハブ
７７，１０７ガイド部（位置決め手段）
７８，１０８ストッパ部（位置決め手段）
８１集合電線
９２車軸
１２１芯線
１２２，１２３素線
１２４第１の層
１２５第２の層
ａ１，ａ２巻き角

Claims

１次側のコイルを有する駐車装置からワイヤレスで電力伝送が行われる電動車両であって、
車輪と、
前記車輪に設けられる２次側のコイルを備え、
前記駐車装置において所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の径方向と前記１次側のコイルの径方向とは非垂直となり、前記車輪は前記１次側のコイルの径方向の外側に位置することを特徴とする電動車両。
前記２次側のコイルは、前記車輪の外周側に設けられた無給電コイルと、この無給電コイルの両端に接続された共振用コンデンサと、前記無給電コイルの内側に設けられ、前記１次側のコイルおよび前記無給電コイルを介して電力を受電する受電コイルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
前記無給電コイルは、前記車輪のリムに沿って設けられたことを特徴とする請求項２に記載の電動車両。
前記受電コイルは、前記車輪のハブにおいて当該電動車両の車体フレームに回転不能に固定された車軸に設けられたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電動車両。
前記受電コイルは、前記無給電コイルと略同軸状となるように配置されることを特徴とする請求項４に記載の電動車両。
前記受電コイルは、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線をらせん状に巻回されたヘリカルコイルであり、前記集合電線が千鳥配置で径方向に積層された多層構造をなすことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の電動車両。
前記２次側のコイルは、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線を巻回して形成され、
この集合電線は、前記絶縁電線からなる素線を所定のピッチ角でらせん状に周回させてなる層が複数形成され、隣り合う２つの前記層を構成する前記素線同士で周回方向が互いに逆となるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の電動車両。
車輪に２次側のコイルが配置される電動車両にワイヤレスで電力伝送を行う駐車装置であって、
所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の径方向と非垂直となり、前記車輪の径方向の外側に位置すると共に、前記２次側のコイルに電力を伝送する１次側のコイルを備えることを特徴とする駐車装置。
前記１次側のコイルは、所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の下方に位置するように配置されたことを特徴とする請求項８に記載の駐車装置。
前記１次側のコイルに対して前記２次側のコイルが所定の径方向位置に位置決めされるように、前記電動車両の車輪の前後方向の位置を規定する位置決め手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の駐車装置。
前記１次側のコイルは、電線を略螺旋状に巻回させた単一のヘリカルコイルからなり、横列駐車された複数台の前記電動車両の並び方向に軸方向が略平行となり、且つ前記車輪が並んだ領域の全体に延在するように配置されたことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の駐車装置。
前記１次側のコイルは、帯状をなす前記導体を巻回して形成され、この導体の１巻き部分の間隔が、横列駐車された複数台の前記電動車両の間隔に対応するように設けられたことを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれかに記載の駐車装置。
前記１次側のコイルは、前記導体が上下に扁平な略矩形をなすように巻回されたことを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれかに記載の駐車装置。
前記１次側のコイルは、前記導体が上側に凹となる略円弧状をなすように巻回されたことを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれかに記載の駐車装置。
駐車装置から電動車両にワイヤレスで電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、
前記電動車両は、車輪と、前記車輪に配置される２次側のコイルを有し、
前記駐車装置は、前記２次側のコイルに電力を伝送する１次側のコイルを有し、
前記１次側のコイルは、所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の径方向と非垂直となり、前記車輪の径方向の外側に位置することを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。