JP2014103706A - 電動車両、駐車装置およびワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

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いようにする。
【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、この車輪に配置される２次側のコイル７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６ａ〜６ｅを有し、駐車装置において所定の駐車位置に駐車した電動車両の車輪の軸方向と１次側のコイルの軸方向とは略垂直となり、車輪は１次側のコイルの軸方向の外側に位置するものとする。
【選択図】図３

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軸方向と前記１次側のコイルの軸方向とは略垂直となり、前記車輪は前記１次側のコイルの軸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、前記２次側のコイルに電力を伝送する１次側のコイルと、この１次側のコイルに電力を供給する電力供給手段と、を備え、所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の軸方向と前記１次側のコイルの軸方向とは略垂直となり、前記１次側のコイルは前記車輪の径方向の外側に位置する構成とする。

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軸方向と前記１次側のコイルの軸方向とは略垂直となり、前記車輪は前記１次側のコイルの軸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。

本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の概略構成を示す正面図 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６ａ〜６ｅの平面図 送電コイル６ａ〜６ｅに接続される回路を示すブロック図 電動アシスト自転車２の車輪５２に設けられた無給電コイル７および駐輪装置１の送電コイル６ａ〜６ｅを示す断面図 電動アシスト自転車２の車輪５２に設けられた無給電コイル７および駐輪装置１の送電コイル６ａ〜６ｅを示す平面図 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平面図 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 送電モジュール１０１を複数並べた状態を示す平面図 送電モジュール１０１を複数並べた状態を示す断面図 送電コイル６ａ〜６ｅ、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

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軸方向と前記１次側のコイルの軸方向とは略垂直となり、前記車輪は前記１次側のコイルの軸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、１次側の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１次側の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、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、前記２次側のコイルに電力を伝送する１次側のコイルと、この１次側のコイルに電力を供給する電力供給手段と、を備え、所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の軸方向と前記１次側のコイルの軸方向とは略垂直となり、前記１次側のコイルは前記車輪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８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１次側の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９の発明は、前記１次側のコイルは、横列駐車された複数台の前記電動車両の並び方向に径方向が略平行となる態様で並べて配置された複数の送電コイルを備え、隣り合う前記送電コイルの互いに近接する部分に、前記電動車両の前記２次側のコイルがそれぞれ近接するように、前記電動車両が駐車される構成とする。

これによると、隣り合う２つの送電コイルを貫く磁束が形成され、この磁束を２次側のコイルに鎖交させることで、送電コイルから２次側のコイルに電力が伝送される。そして、隣り合う２つの送電コイルを貫くように形成される磁束は、送電コイルの互いに近接する部分で密度が高くなるため、この部分に２次側のコイルが近接するように電動車両を配置することで、電力伝送効率を高めることができる。また、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、特に送電コイルの数を変えることで、電動車両の台数の違いに容易に対応することができる。

また、第１０の発明は、前記１次側のコイルは、前記電力供給手段から電力が供給される第１の送電コイルと、前記電力供給手段から電力が直接供給されない第２の送電コイルと、を備えた構成とする。

これによると、第１の送電コイルに交流電力が供給されると、この第１の送電コイルとこれに隣り合う第２の送電コイルとを貫く磁束が形成され、さらにその第２の送電コイルとこれに隣り合う第２の送電コイルとを貫く磁束が形成され、これらの磁束が２次側のコイルに鎖交することで、２次側のコイルに電力が送られる。そして、送電コイルの全てに電力供給手段から電力を供給する構成と比較して、回路構成や配線構成を簡素化することができるため、小型化を図るとともに製造コストを削減することができる。

また、第１１の発明は、前記第１の送電コイルには、共振回路および整合回路を介して前記電力供給手段が接続され、前記第２の送電コイルには、共振回路および整合回路を介して整合負荷が接続された構成とする。

これによると、第１の送電コイルに接続された整合回路により、電力供給手段と第１の送電コイルとの間でのインピーダンス整合を図ることができ、第２の送電コイルに接続された整合回路および整合負荷により、第１の送電コイルと第２の送電コイルとの間でのインピーダンス整合を図ることができ、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る。

また、第１２の発明は、前記第１の送電コイルを中心にしてその両側に同数の前記第２の送電コイルが配置された構成とする。

これによると、第２の送電コイルから発生する磁束を均一化して、電動車両の２次側のコイルに伝送される電力が、同時に電力伝送される複数台の電動車両の中で大きく異ならないようにすることができる。

また、第１３の発明は、前記１次側のコイルは、電線を略渦巻き状に巻回させて形成された構成とする。

これによると、１次側のコイルの軸方向の寸法が小さくなり、特に電動車両の車輪の下方に配置する場合には駐車装置の深さを小さくすることができるため、駐車装置の設置が容易になる。

また、第１４の発明は、前記１次側のコイルは、電線を略矩形状に巻回させて形成され、隣り合う前記１次側のコイルの互いに近接する部分が、互いに略平行で且つ前記２次側のコイルの径方向に延在する構成とする。

これによると、１次側のコイルから発生する磁束を効率よく２次側のコイルに鎖交させることができるため、電力損失を抑えて電力伝送効率を高めることができる。

また、第１５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軸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左右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次側のコイルが軸方向に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。この場合、隣り合う１次側のコイルの互いに近接する部分に２次側のコイルが位置決めされるようにすればよい。

また、第１６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次側のコイルが径方向に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。この場合、１次側のコイルおよび２次側のコイルの各々の中心線が近接するように位置決めされるようにすればよい。

また、第１７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軸方向と前記１次側のコイルの軸方向とは略垂直となり、前記車輪は前記１次側のコイルの軸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。

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。

図１は、本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第１の送電コイル６ａおよび第２の送電コイル６ｂ〜６ｅ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では、第１の送電コイル６ａに交流電力が供給されるが、第２の送電コイル６ｂ〜６ｅには直接電力が供給されず、電磁誘導作用により第１の送電コイル６ａから発生する磁束が第２の送電コイル６ｂ〜６ｅに順に受け渡される。

すなわち、第１の送電コイル６ａに交流電力が供給されると、第１の送電コイル６ａとこれに隣り合う第２の送電コイル６ｂ，６ｃとを貫く磁束が形成され、さらに第２の送電コイル６ｂ，６ｃとこれに隣り合う第２の送電コイル６ｄ，６ｅとを貫く磁束が形成され、これらの磁束が、電動アシスト自転車２の無給電コイル７に鎖交することで、無給電コイル７に交流電圧が誘起され、送電コイル６ａ〜６ｅから無給電コイル７に電力が送られる。この点については後に詳述する。

電動アシスト自転車２では、駐輪装置１の送電コイル６ａ〜６ｅから発生する磁束で無給電コイル７に交流電圧が誘起されるが、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６ａ〜６ｅ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６ａ〜６ｅ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６ａ〜６ｅ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（電力供給手段）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第１の送電コイル６ａ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から第１の送電コイル６ａ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、第１の送電コイル６ａ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、第１の送電コイル６ａへの給電が停止される。

送電回路部１３は、ドライバ１７を有している。このドライバ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。この送電回路部１３は第１の送電コイル６ａに接続され、送電回路部１３から交流電力が第１の送電コイル６ａに供給される。

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６ａ〜６ｅ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、第１の送電コイル６ａ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、第１の送電コイル６ａ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６ａ〜６ｅ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第１の送電コイル６ａ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、第１の送電コイル６ａ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６ａ〜６ｅ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６ａ〜６ｅ、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の概略構成を示す正面図である。図４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では、送電コイル６ａ〜６ｅが、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の径方向の外側、ここでは車輪５２の下方に位置するように配置されており、送電コイル６ａ〜６ｅ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下に埋設されている。送電コイル６ａ〜６ｅは、後に詳述するが、電線を略矩形の渦巻き状に巻回させて形成された平面コイルであり、電動アシスト自転車２の車輪の軸方向と送電コイル６ａ〜６ｅの軸方向とが略垂直となるように配置されている。

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７１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７１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、無給電コイル７および受電コイル８が車輪（前輪）５４に設けられている。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。この無給電コイル７は、後に詳述するが、電線を略円形に複数回巻きして形成された平面コイルであり、車輪５２と略同軸状に配置されている。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。この受電コイル８は、後に詳述するが、電線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、車輪５２と略同軸状に配置されている。

なお、本実施形態では、図４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下方から近接する位置に駐輪装置１の送電コイル６ａ〜６ｅ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６ａ〜６ｅ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６ａ〜６ｅ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、その下方から駐輪装置１の送電コイル６ａ〜６ｅ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６ａ〜６ｅ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、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６ａ〜６ｅ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６ａ〜６ｅ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６ａ〜６ｅに近接するように設けられる。これにより送電コイル６ａ〜６ｅ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。

次に、駐輪装置１の送電コイル６ａ〜６ｅに関する構成について詳しく説明する。図５は、送電コイル６ａ〜６ｅの平面図である。図６は、送電コイル６ａ〜６ｅに接続される回路を示すブロック図である。

図５に示すように、送電コイル６ａ〜６ｅ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、略矩形の渦巻き状に巻回させて形成された平面コイルである。この送電コイル６ａ〜６ｅ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６ａ〜６ｅにおける電動アシスト自転車２と相反する側には、漏れ磁束を低減する磁性シート８４が配置されている。

図６に示すように、第１の送電コイル６ａには、共振回路８５および整合回路８６を介して送電回路部１３が接続されており、第２の送電コイル６ｂ〜６ｅには、共振回路８５および整合回路８６を介して整合負荷８７が接続されている。

共振回路８５は、内部のコンデンサと送電コイル６ａ〜６ｅとにより共振回路を構成し、送電回路部１３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６ａ〜６ｅを発振させる。第１の送電コイル６ａに接続された整合回路８６は、送電回路部１３と共振回路８５との間でのインピーダンス整合を図るものである。第２の送電コイル６ｂ〜６ｅに接続された整合回路８６および整合負荷８７は、第１の送電コイル６ａと第２の送電コイル６ｂ〜６ｅとの間でのインピーダンス整合を図るものである。

このように第１の送電コイル６ａおよび第２の送電コイル６ｂ〜６ｅでは、整合回路８６や整合負荷８７によりインピーダンス整合を図ることで、インピーダンスの不整合による定在波の発生を抑えて、動作の安定化および電力損失の低減を図ることができる。

次に、駐輪装置１の送電コイル６ａ〜６ｅによるワイヤレス電力伝送について詳しく説明する。図７は、電動アシスト自転車２の車輪５２に設けられた無給電コイル７および駐輪装置１の送電コイル６ａ〜６ｅを示す断面図である。図８は、電動アシスト自転車２の車輪５２に設けられた無給電コイル７および駐輪装置１の送電コイル６ａ〜６ｅを示す平面図である。

図７に示すように、複数の送電コイル６ａ〜６ｅは、軸方向が互いに略平行となり、且つ同一平面上に位置するように並べて配置されており、送電コイル６ａ〜６ｅの径方向が、横列駐輪された複数台の電動アシスト自転車２の並び方向に略平行となる。電動アシスト自転車２は、隣り合う送電コイル６ａ〜６ｅの互いに近接する部分に、電動アシスト自転車２の各無給電コイル７がそれぞれ近接するように駐輪される。

ここで、第１の送電コイル６ａに送電回路部１３から交流電力が供給されると、第１の送電コイル６ａに流れる高周波電流により、第１の送電コイル６ａからこれに隣り合う第２の送電コイル６ｂ，６ｃに鎖交する磁束Ｇ１，Ｇ２が発生し、第２の送電コイル６ｂ，６ｃに高周波電流（誘導電流）が生じる。そして、第２の送電コイル６ｂ，６ｃに流れる高周波電流により、第２の送電コイル６ｂ，６ｃからこれに隣り合う第２の送電コイル６ｄ，６ｅに鎖交する磁束Ｇ３，Ｇ４が発生する。

このように送電コイル６ａ〜６ｅでは、第１の送電コイル６ａから発生する磁束を第２の送電コイル６ｂ〜６ｅに順に受け渡す状態となり、第１の送電コイル６ａとこれに隣り合う第２の送電コイル６ｂ，６ｃとを貫く磁束Ｇ１，Ｇ２が形成され、また第２の送電コイル６ｂ，６ｃとこれに隣り合う第２の送電コイル６ｄ，６ｅとを貫く磁束Ｇ３，Ｇ４が形成され、これらの磁束Ｇ１〜Ｇ４が、電動アシスト自転車２の車輪５２に設けられた無給電コイル７に鎖交することで、無給電コイル７に高周波電流が生じ、送電コイル６ａ〜６ｅから無給電コイル７に電力が送られる。

このようにして、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、特に送電コイル６ａ〜６ｅの数を変えることで、電動アシスト自転車２の台数の違いに容易に対応することが可能になる。また、隣り合う２つの送電コイル６ａ〜６ｅを貫くように形成される磁束は、送電コイル６ａ〜６ｅの互いに近接する部分で密度が高くなるため、この部分に電動アシスト自転車２の無給電コイル７が近接するように電動アシスト自転車２が配置されることで、電力伝送効率を高めることができる。

また、本実施形態では、第１の送電コイル６ａにのみ送電回路部１３から電力を供給するようにしたため、第２の送電コイル６ｂ〜６ｅではインピーダンス整合の回路構成だけで済み、送電コイルの全てに電力を供給する構成と比較して、回路構成や配線構成を簡素化することができるため、小型化を図るとともに製造コストを削減することができる。

なお、隣り合う２つの第２の送電コイル６ｂ〜６ｅを貫くように形成される磁束は、第１の送電コイル６ａとこれに隣り合う第２の送電コイル６ｂ，６ｃとを貫くように形成される磁束より弱くなるため、電動アシスト自転車２の無給電コイル７に送られる電力が小さくなるが、前記のように、インピーダンスの整合を図ることで効率をさほど低下させずに電力伝送を行うことができる。

また、本実施形態では、第１の送電コイル６ａを中心にしてその両側に同数の第２の送電コイル６ｂ〜６ｅが配置されている。特にここでは、第１の送電コイル６ａの両側に第２の送電コイル６ｂ〜６ｅが２つずつ配置されている。このようにすると、第２の送電コイル６ｂ〜６ｅから発生する磁束を均一化して、電動アシスト自転車２の無給電コイル７に伝送される電力が、同時に電力伝送される複数台の電動アシスト自転車２の中で大きく異ならないようにすることができる。

また、本実施形態では、図８に示すように、送電コイル６ａ〜６ｅが、集合電線８１を略渦巻き状に巻回させて形成された平面コイルで構成されている。このようにすると、送電コイル６ａ〜６ｅの軸方向の寸法が小さくなり、特に電動アシスト自転車２の車輪５２の下方に配置した場合に駐輪装置１の深さを小さくすることができるため、駐輪装置１の設置が容易になる。

また、送電コイル６ａ〜６ｅは、集合電線８１を略矩形状に巻回させて形成され、電動アシスト自転車２の車輪５２を最適な位置および角度で配置した場合に、その車輪５２の略前後方向に延在する前後方向部８８と、車輪５２の略左右方向に延在する左右方向部８９とを備えており、隣り合う送電コイル６ａ〜６ｅの互いに近接する部分、すなわち前後方向部８８が、互いに略平行で且つ電動アシスト自転車２の無給電コイル７の径方向に延在し、前後方向部８８と無給電コイル７とが上面視で略平行となる。

このようにすると、送電コイル６ａ〜６ｅから発生する磁束を効率よく無給電コイル７に鎖交させることができるため、電力損失を抑えて電力伝送効率を高めることができる。

送電コイル６ａ〜６ｅの左右方向部８９は、横列駐車された複数台の電動アシスト自転車２の駐輪間隔、すなわち電動アシスト自転車２の車輪５２に設けられた無給電コイル７の配置間隔に対応するように長さが設定される。送電コイル６ａ〜６ｅの前後方向部８８は、ここから発生する磁束が電動アシスト自転車２の無給電コイル７に適切に鎖交するように長さが設定され、前後方向部８８が短すぎると無給電コイル７に鎖交する磁束が少なくなり、逆に前後方向部８８が長すぎると漏れ磁束が多くなり、いずれにしても電力伝送効率が低下する。

次に、電動アシスト自転車２に設けられる無給電コイル７および受電コイル８について説明する。

図９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１０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。

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１１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平面図である。図１２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１１に示すように、駐輪装置１には、送電コイル６ａ〜６ｅ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、送電コイル６ａ〜６ｅに対して無給電コイル７が軸方向に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６ａ〜６ｅ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。

ここで、無給電コイル７の軸方向に関しては、隣り合う送電コイル６ａ〜６ｅの前後方向部８８の間の位置に無給電コイル７が近接するように配置されることで、送電コイル６ａ〜６ｅの磁束を無給電コイル７に効率よく鎖交させて、電力伝送効率を高めることができる。図１１のＡで示すように、車輪５２の左右方向の位置がずれていると、隣り合う送電コイル６ａ〜６ｅの前後方向部８８の間の位置から無給電コイル７が離れるため、電力伝送効率が低下する。

また、ガイド部７７は、車輪５２に沿う方向に長く延在し、送電コイル６ａ〜６ｅに対して電動アシスト自転車２の無給電コイル７が所定の角度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（径方向の角度）を規定する機能も備えている。

ここで、無給電コイル７の角度に関しては、送電コイル６ａ〜６ｅの前後方向部８８に対して無給電コイル７が上面視で平行となるように配置されることで、送電コイル６ａ〜６ｅの磁束を無給電コイル７に効率よく鎖交させて、電力伝送効率を高めることができる。図１１のＢで示すように、車輪５２の左右方向の位置がずれていなくても、車輪５２の向きがずれていると、隣り合う送電コイル６ａ〜６ｅの前後方向部８８の間の位置から無給電コイル７が離れるため、電力伝送効率が低下する。

また、図１２に示すように、駐輪装置１には、送電コイル６ａ〜６ｅ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）７８が設けられている。これにより、送電コイル６ａ〜６ｅに対して無給電コイル７が径方向に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６ａ〜６ｅ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。

ここで、無給電コイル７の径方向位置に関しては、側面視で送電コイル６ａ〜６ｅに対して互いの垂直中心線が近接する位置に無給電コイル７が配置されることで、送電コイル６ａ〜６ｅの磁束を無給電コイル７に効率よく鎖交させて、電力伝送効率を高めることができる。図１２のＣで示すように、車輪５２の位置が前方にずれていると、送電コイル６ａ〜６ｅの前後方向部８８から無給電コイル７が全体的に離れるため、電力伝送効率が低下する。

なお、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。

ところで、図３に示した構成では、同時に４台の電動アシスト自転車２に電力を送ることができるが、送電コイル６ａ〜６ｅの数を増やすことで、より多くの電動アシスト自転車２に電力を送ることができる。しかしながら、第２の送電コイル６ｂ〜６ｅの数を増やすと、端に位置する第２の送電コイル６ｂ〜６ｅから発生する磁束が低くなり、電動アシスト自転車２に十分な電力を送ることができなくなるため、第２の送電コイル６ｂ〜６ｅの数を増やすことには限界がある。

そこで、以下に説明するように、第１の送電コイル６ａを中心にしてその両側に同数の第２の送電コイル６ｂ〜６ｅを配置したものを１つの送電モジュール１０１として、この送電モジュール１０１を複数並べた構成とするとよい。図１３は、送電モジュール１０１を複数並べた状態を示す平面図である。図１４は、送電モジュール１０１を複数並べた状態を示す断面図である。このようにすると、同時に多数の電動アシスト自転車２に十分な電力を送ることができる。

図１３に示すように、送電モジュール１０１は、第１の送電コイル６ａを中心にしてその両側に２つずつ第２の送電コイル６ｂ〜６ｅを配置したものであり、各送電モジュール１０１の第１の送電コイル６ａには送電回路部１３から交流電力が供給される。

１つの送電モジュール１０１内では、図１４に示すように、第１の送電コイル６ａとこれに隣り合う第２の送電コイル６ｂ，６ｃとを貫く磁束、および第２の送電コイル６ｂ，６ｃとこれに隣り合う第２の送電コイル６ｄ，６ｅとを貫く磁束で４台の電動アシスト自転車２に電力を送ることができる。さらに、送電モジュール１０１の境界部では、１つの送電モジュール１０１内の最も端に位置する第２の送電コイル６ｄ，６ｅ同士が径方向に並び、この第２の送電コイル６ｄ，６ｅを貫く磁束を形成することで、もう１台の電動アシスト自転車２に電力を送ることができる。

この場合、送電モジュール１０１の境界部で径方向に並ぶ第２の送電コイル６ｄ，６ｅ同士の配置間隔が、送電モジュール１０１内の送電コイル６ａ〜６ｅの配置間隔と略等しくなるようにするとともに、送電モジュール１０１の境界部で径方向に並ぶ第２の送電コイル６ｄ，６ｅ同士で電流の向きが逆になるように、各送電モジュール１０１の第１の送電コイル６ａに印加する電流を制御すればよい。

図１５は、送電コイル６ａ〜６ｅ、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６ａ〜６ｅ、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６ａ〜６ｅ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６ａ〜６ｅ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、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ようにするとよい。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。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。また、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。また、図示した例では、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、図示した例では、集合電線８１の中心部に芯線１２１を設けたが、この芯線１２１を設けない構成も可能である。

以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

すなわち、本実施形態では、駐輪装置１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、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、図２などに示したように、送電コイル６ａ〜６ｅ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７に対して各々の軸方向が略垂直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、送電コイルの一部、すなわち第１の送電コイルにのみ交流電力を供給する構成としたが、送電コイルの全部に交流電力を供給する構成も可能である。この場合、隣り合う２つの送電コイルで逆向きの電流が流れるように送電コイルの電流を制御することで、隣り合う２つの送電コイルを貫く磁束を形成することができる。また、送電コイルを直列に接続する場合には、送電コイルの両端の端子の接続方法や送電コイルの巻き方向を隣り合う送電コイル同士で逆にすると、隣り合う送電コイルで電流の向きを逆にすることができる。

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 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
５ ２次電池
６ａ 第１の送電コイル
６ｂ〜６ｅ 第２の送電コイル
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 ガイド部（位置決め手段）
７８ ストッパ部（位置決め手段）
８１ 集合電線
８５ 共振回路８６ 整合回路
８７ 整合負荷
８８ 前後方向部
８９ 左右方向部
９２ 車軸

Claims (17)

1. 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軸方向と前記１次側のコイルの軸方向とは略垂直となり、前記車輪は前記１次側のコイルの軸方向の外側に位置することを特徴とする電動車両。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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、
   前記２次側のコイルに電力を伝送する１次側のコイルと、
   この１次側のコイルに電力を供給する電力供給手段と、を備え、
   所定の駐車位置に駐車した前記電動車両の車輪の軸方向と前記１次側のコイルの軸方向とは略垂直となり、前記１次側のコイルは前記車輪の径方向の外側に位置することを特徴とする駐車装置。
8. 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７に記載の駐車装置。
9. 前記１次側のコイルは、横列駐車された複数台の前記電動車両の並び方向に径方向が略平行となる態様で並べて配置された複数の送電コイルを備え、
   隣り合う前記送電コイルの互いに近接する部分に、前記電動車両の前記２次側のコイルがそれぞれ近接するように、前記電動車両が駐車されることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の駐車装置。
10. 前記１次側のコイルは、前記電力供給手段から電力が供給される第１の送電コイルと、前記電力供給手段から電力が直接供給されない第２の送電コイルと、を備えたことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の駐車装置。
11. 前記第１の送電コイルには、共振回路および整合回路を介して前記電力供給手段が接続され、前記第２の送電コイルには、共振回路および整合回路を介して整合負荷が接続されたことを特徴とする請求項１０に記載の駐車装置。
12. 前記第１の送電コイルを中心にしてその両側に同数の前記第２の送電コイルが配置されたことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の駐車装置。
13. 前記１次側のコイルは、電線を略渦巻き状に巻回させて形成されたことを特徴とする請求項７から請求項１２のいずれかに記載の駐車装置。
14. 前記１次側のコイルは、電線を略矩形状に巻回させて形成され、隣り合う前記１次側のコイルの互いに近接する部分が、互いに略平行で且つ前記２次側のコイルの径方向に延在することを特徴とする請求項７から請求項１３のいずれかに記載の駐車装置。
15. 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軸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左右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７から請求項１４のいずれかに記載の駐車装置。
16. 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７から請求項１５のいずれかに記載の駐車装置。
17. 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軸方向と前記１次側のコイルの軸方向とは略垂直となり、前記車輪は前記１次側のコイルの軸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。

Images