JP2016178743A - 電動二輪車用充電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電動二輪車のバッテリを容易に充電することが可能な電動二輪車用充電システムを提供する。
【解決手段】電動アシスト自転車BC1は、充電及び放電が可能なバッテリ21と、バッテリ21から供給される電力を用いて駆動力を発生させるモータ22と、外部から電力を受け入れてバッテリ21に供給する受電電極17,17と、を有する。車両スタンド40は、駐輪時に電動アシスト自転車BC1の受電電極17,17を固定し、電力を伝送する送電電極48,48を有する。電動アシスト自転車用充電システムST1は、電動アシスト自転車BC1を車両スタンド40に駐輪することで、送電電極48,48から受電電極17,17への電力の伝送が可能となるように構成されている。
【選択図】図1
【解決手段】電動アシスト自転車BC1は、充電及び放電が可能なバッテリ21と、バッテリ21から供給される電力を用いて駆動力を発生させるモータ22と、外部から電力を受け入れてバッテリ21に供給する受電電極17,17と、を有する。車両スタンド40は、駐輪時に電動アシスト自転車BC1の受電電極17,17を固定し、電力を伝送する送電電極48,48を有する。電動アシスト自転車用充電システムST1は、電動アシスト自転車BC1を車両スタンド40に駐輪することで、送電電極48,48から受電電極17,17への電力の伝送が可能となるように構成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、電動二輪車及び該電動二輪車を起立させた状態で駐輪させる車両スタンドを備えた電動二輪車用充電システムに関する。
近年、「電動アシスト自転車」等と称される電動二輪車が広く普及している。このような電動二輪車には、バッテリと、電動のモータとが搭載されている。モータは、バッテリから電力の供給を受けて駆動し、駆動力(トルク)を発生させる。この駆動力を後輪に伝達することで、電動二輪車を走行させるためにユーザがペダルを踏み込む力を軽減することができる。この他の電動二輪車としては、ユーザのペダル踏み込みを要することなくモータが発生させる駆動力のみによって走行することが可能な「電動バイク」と称されるものがある。
電動二輪車のバッテリには、充電及び放電が可能なニッケル水素電池やリチウムイオン電池が用いられている。バッテリは、電動二輪車の車体から取り外し可能とされ、電動二輪車の駐輪場所から離れた場所に設置されている充電器によって充電されることが一般的である。しかしながら、このようなバッテリは、取り外しや移送の際にユーザが誤って落下させ、その衝撃によって破損してしまうおそれがある。
このような課題に対し、下記特許文献1には、樹脂材料によって形成されたケースを有するバッテリが開示されている。当該樹脂材料は、高い耐衝撃性を有していることから、ユーザが誤ってバッテリを落下させた際にも、その衝撃から内部を保護し、破損を防止することが可能となる。
しかしながら、電動二輪車のバッテリには、長距離にわたってモータを駆動させるために、大きな容量が求められる。このため、バッテリの重量は、2〜3キログラム程度になる。このように重量の大きいバッテリの取り外しや移送の作業は、高齢のユーザ等にとって大きな負担となる。
電動二輪車のバッテリへの充電方法としては、他にも、電力を供給するケーブルを屋内などから引き出し、このケーブルのコンセントプラグをバッテリに接続して電力を供給するものが知られている。しかしながら、この場合も、充電の都度、ケーブルを引き出す作業や、コンセントプラグの接続作業が必要となるため、利便性の観点で改善の余地を残していた。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電動二輪車のバッテリを容易に充電することが可能な電動二輪車用充電システムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る電動二輪車用充電システムは、電動二輪車(BC1,BC2)及び該電動二輪車を起立させた状態で駐輪させる車両スタンド(40,80)を備えた電動二輪車用充電システム(ST1,ST2)であって、前記電動二輪車は、充電及び放電が可能なバッテリ(21)と、前記バッテリから供給される電力を用いて駆動力を発生させるモータ(22)と、外部から電力を受け入れて前記バッテリに供給する受電部(13,17)と、を有し、前記車両スタンドは、駐輪時に前記電動二輪車の被固定部(16,17)を固定する固定部(48,85)と、電力を伝送する送電部(48,88)と、を有し、前記電動二輪車を前記車両スタンドに駐輪することで、前記送電部から前記受電部への電力の伝送が可能となるように構成されている。
本発明によれば、電動二輪車の駐輪時に、電動二輪車の被固定部が車両スタンドの固定部によって固定される。電動二輪車が車両スタンドに固定されると、車両スタンドの送電部から電動二輪車の受電部への電力の伝送が可能となる。したがって、ユーザは、大きな作業負担を求められることなく、電動二輪車の駐輪作業を行うだけで、バッテリを充電することができる。
本発明によれば、電動二輪車のバッテリを容易に充電することが可能な電動二輪車用充電システムを提供することができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
図1乃至図3を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る電動アシスト自転車用充電システムST1(以下、「充電システムST1」と称する)について説明する。まず、図1及び図2を参照しながら、電動アシスト自転車用充電システムST1の概略構成について説明する。図1に示されるように、充電システムST1は、電動アシスト自転車BC1と、充電器CG1と、を備えている。
尚、以下の説明では、電動アシスト自転車BC1の進行方向を「前」、その逆方向を「後」と記載する。また、電動アシスト自転車BC1の進行方向を向いた場合の左右方向を、それぞれ「左」、「右」と記載する。
図1は、電動アシスト自転車BC1の一部を模式的に示している。具体的には、電動アシスト自転車BC1が有している前輪10と、バッテリ21と、モータ22と、を示している。
前輪10は、電動アシスト自転車BC1の進行方向を変更する操舵輪である。前輪10は、ハブ14及びリム18を有している。ハブ14及びリム18は、放射状に延びる複数のスポーク15によって互いに連結されている。リム18の外周側には、空気が封入されるチューブ(不図示)が配置されており、当該チューブは、さらにその外周側に配置されるゴム製のタイヤ19によって覆われている。ハブ14の中央部には、車軸16が設けられている。車軸16は、ハブ14の表面から左右両側に突出する円柱状に形成されている。前輪10は、左右一対のフォーク11,11の間に配置されている。また、前輪10は、その車軸16がフォーク11,11の下端部によって支持されることで、車軸16を中心として回転可能とされている。
ハブ14から左右に突出する車軸16の外周面には、受電電極17,17が設けられている。図1には、この受電電極17,17のうち、電動アシスト自転車BC1の左側の受電電極17のみが示されている。この受電電極17,17は、金属材料で形成されており、フォーク11,11の内部を挿通する電線12,12を介してバッテリ21と電気的に接続されている。
バッテリ21は、充電及び放電が可能な二次電池であり、具体的には、リチウムイオン電池が採用されている。バッテリ21は、電動アシスト自転車BC1のサドル(不図示)の後方に配置されている。
モータ22は、電動アシスト自転車BC1のペダル(不図示)の近傍に配置され、バッテリ21と電気的に接続されている。モータ22は、バッテリ21から電力の供給を受けることで駆動し、トルクを発生させる。
以上のような構成を有する電動アシスト自転車BC1では、ユーザがペダルの踏み込みを開始すると、バッテリ21からモータ22に電力が供給される。モータ22が駆動して発生させたトルクは、電動アシスト自転車BC1に搭載された伝達機構(不図示)によって、駆動輪である後輪に伝達される。これにより、電動アシスト自転車BC1の走行に必要となるトルクが補助され、ユーザがペダルを踏み込む力を軽減することができる。
充電器CG1は、車両スタンド40と、AC/DCコンバータ50と、ECU60と、を有している。
車両スタンド40は、電動アシスト自転車BC1を起立させた状態で駐輪させる器具であり、各家庭や商業施設等の駐輪場に設置される。車両スタンド40は、金属製で中空のフレーム41によってその外形が形成されている。
フレーム41は、上部と前後の一部とが開放された隙間44を有している。この隙間44の幅寸法(左右方向の寸法)は、前輪10のタイヤ19の幅寸法よりも大きい一方で、車軸16の幅寸法よりも小さいものに設定されている。
また、フレーム41は、水平方向に伸びる上部フレーム42と、その上部フレーム42から下方に延びる垂下フレーム43,43とを有している。垂下フレーム43,43の表面は、電気絶縁性を有する樹脂材料によって覆われている。垂下フレーム43,43は、水平方向に隙間を隔てて対向するように配置されている。これにより、垂下フレーム43,43間で上下方向に延びるガイド溝45が、車両スタンド40の左右両側に一つずつ形成されている。
さらに、フレーム41は、支持フレーム46,46を有している。支持フレーム46,46は、下方からガイド溝45,45に向かって延びるように形成されている。ガイド溝45,45の下方であって、支持フレーム46,46の上端には、送電電極48,48が設けられている。この送電電極48,48は、金属材料で形成されており、支持フレーム46,46の内部を挿通する電線47,47を介してAC/DCコンバータ50と電気的に接続されている。
尚、ユーザが送電電極48,48に触れることを防止するために、車両スタンド40の設置状態では、フレーム41の左右両側面は化粧カバーによって覆われる。ここでは、構成の理解のために、当該化粧カバーの図示を省略している。
AC/DCコンバータ50は、車両スタンド40と離れた場所に設置される。AC/DCコンバータ50は、電力の変換を行う。具体的には、AC/DCコンバータ50は、商用電源70から供給される100ボルトの交流電力を直流電力に変換するとともに、電線47,47を介して当該直流電力を送電電極48,48に供給する。
ECU60は、AC/DCコンバータ50の近傍に設置される。ECU60は、電力の供給を受けることで動作する電子制御装置(Electronic Control Unit)である。ECU60は、制御信号を送信することでAC/DCコンバータ50を制御する。
次に、以上のように構成された充電システムST1における、電動アシスト自転車BC1の駐輪作業とバッテリ21の充電について説明する。
ユーザは、電動アシスト自転車BC1を駐輪場に持ち込み車両スタンド40に駐輪する際、図1に示されるように、電動二輪車BC1の車体の前方側を持ち上げ、前輪10を車両スタンド40の上方に移動させる。図1では、前輪10を車両スタンド40と間隔を隔てた上方に配置しているが、実際には、前輪10を隙間44内に進入させながら移動させることもできる。ただし、前述したように、隙間44の幅寸法は前輪10の車軸16の幅寸法よりも小さいため、前輪10のうち車軸16よりも上方の部分は、この時点では隙間44内に進入することができない。
そして、ユーザは、車軸16が車両スタンド40のガイド溝45,45の上方に配置されるように前輪10を移動させた後に、前輪10を下し、車軸16をガイド溝45,45内に進入させる。車軸16は、垂下フレーム43,43によって前後方向の移動を規制されながら、ガイド溝45,45内を送電電極48,48に向かって下降する。これに伴い、前輪10のうち車軸16よりも上方の一部が隙間44内に進入する。
図3に示されるように、前輪10は、その車軸16が下方から送電電極48,48によって支持されることで固定され、これにより、電動アシスト自転車BC1の駐輪作業が完了する。このとき、車軸16は、その受電電極17,17において送電電極48,48と接触して支持されている。すなわち、受電電極17,17が電動アシスト自転車BC1の被固定部として機能し、送電電極48,48が車両スタンド40の固定部として機能する。
受電電極17,17と送電電極48,48とが互いに接触することで、両者は互いに電気的に接続される。また、受電電極17,17と送電電極48,48とが互いに電気的に接続されることにより、商用電源70及び電動アシスト自転車BC1のバッテリ21を含む閉回路が形成される。
図2に示されるように、受電電極17,17と送電電極48,48とが電気的に接続されると、信号線62を介してECU60に接続検知信号が送信される。当該接続検知信号を受信したECU60は、AC/DCコンバータ50に制御信号を送信する。
当該制御信号を受信したAC/DCコンバータ50は、商用電源70から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、電線47,47を介して当該直流電力を送電電極48,48に供給する。直流電力は、送電電極48,48から電動アシスト自転車BC1の受電電極17,17に伝送される。さらに、直流電力は、電線12,12を介してバッテリ21に供給され、バッテリ21に充電される。
以上のように、充電システムST1では、電動アシスト自転車BC1の駐輪時に、電動アシスト自転車BC1の受電電極17,17が車両スタンド40の送電電極48,48によって固定される。電動アシスト自転車BC1が車両スタンド40に固定されると、車両スタンド40の送電電極48,48から電動アシスト自転車BC1の受電電極17,17への電力の伝送が可能となる。したがって、ユーザは、大きな作業負担を求められることなく、電動アシスト自転車BC1の駐輪作業を行うだけで、バッテリ21を充電することができる。
また、電動アシスト自転車BC1の固定を、いずれも金属材料によって構成された車軸16の受電電極17,17と車両スタンド40の送電電極48,48とを互いに接触させて行い、この接触により電力の伝送が可能となるように構成している。これにより、電動アシスト自転車BC1の固定に基づいて、電力の伝送を確実に行える状態にすることが可能となる。
また、受電電極17,17は、電動アシスト自転車BC1の前輪10の車軸16に設けられている。これにより、操舵輪である前輪10を固定することで電動アシスト自転車BC1を確実に固定し、電力の伝送を可能にすることができる。
また、車両スタンド40の送電電極48,48は、電動アシスト自転車BC1の受電電極17,17を下方から支持して固定する。これにより、受電電極17,17が電動アシスト自転車BC1の車重によって送電電極48,48に押し付けられ、両者が確実に電気的に接続される。これにより、送電電極48,48から受電電極17,17への電力の伝送を確実に行うことが可能となる。
続いて、図4乃至図6を参照しながら、本発明の第2実施形態に係る電動アシスト自転車用充電システムST2(以下、「充電システムST2」と称する)ついて説明する。まず、図4及び図5を参照しながら、充電システムST2の概略構成について説明する。充電システムST2のうち前述した充電システムST1と共通する部分については同一の符号を付し、説明を適宜省略する。充電システムST2は、電動アシスト自転車BC2と、充電器CG2と、を備えている。
電動アシスト自転車BC2は、前輪10の車軸16の内部に、受電用コイル13,13を有している。受電用コイル13,13は、車軸16のうち、ハブ14から左右両側に突出している部分にそれぞれ配置されている。図4には、このうち電動アシスト自転車BC2の左側の受電用コイル13のみが図示されている。この受電用コイル13,13は、フォーク11,11の内部を挿通する電線12,12を介してバッテリ21と電気的に接続されている。
また、電動アシスト自転車BC2には、ECU24が搭載されている。ECU24は、バッテリ21と電気的に接続されている。また、ECU24は、後述する充電器CG2のECU61と無線で通信する機能を備えている。
充電器CG2は、車両スタンド80と、AC/DCコンバータ50と、ECU61と、を有している。
車両スタンド80は、前述した第1実施形態に係る車両スタンド40と同様に、電動アシスト自転車BC2を起立させた状態で駐輪させる器具であり、各家庭や商業施設等の駐輪場に設置される。車両スタンド80は、金属製で中空のフレーム81によってその外形が形成されている。
フレーム81は、上部と後方の一部とが開放された隙間84を有している。この隙間84の幅寸法(左右方向の寸法)は、前輪10のタイヤ19の幅寸法よりも大きい一方で、車軸16の幅寸法よりも小さいものに設定されている。
また、フレーム81は、水平方向に伸びる下部フレーム86,86と、この下部フレーム86,86と隙間を隔て略平行に延びる上部フレーム83,83とを有している。上部フレーム83,83と下部フレーム86,86とは、前方側でそれぞれ連結フレーム82,82によって連結されている。これにより、下部フレーム86と、上部フレーム83との間で水平方向に延びて後方側が開放された固定溝85が、車両スタンド40の左右両側に一つずつ形成されている。
さらに、上部フレーム83,83の内部には、送電用コイル88,88が配置されている。この送電用コイル88,88は、フレーム81の内部を挿通する電線87,87を介してAC/DCコンバータ50と電気的に接続されている。
ECU61は、AC/DCコンバータ50の近傍に設置される。ECU61は、電力の供給を受けることで動作する電子制御装置(Electronic Control Unit)である。ECU61は、制御信号を送信することでAC/DCコンバータ50を制御する。また、ECU61は、電動アシスト自転車BC2に搭載されたECU24と無線で通信する機能を備えている。
次に、図4乃至図6を参照しながら、以上のように構成された充電システムST2における、電動アシスト自転車BC2の駐輪作業とバッテリ21の充電について説明する。
ユーザは、電動アシスト自転車BC2を駐輪場に持ち込み車両スタンド40に駐輪する際、図4に示されるように、電動二輪車BCを前方(車両スタンド40側)に略水平に押し込むように移動させ、その前輪10を隙間84内に進入させる。これにより、前輪10の車軸16が、車両スタンド40の下部フレーム86,86の上面と当接して下方から支持される。ユーザは、電動アシスト自転車BC2をさらに前方に押し込むことで、車軸16が車両スタンド40の下部フレーム86,86の上面をスライドしながら移動する。
図6に示されるように、ユーザが前輪10の車軸16を固定溝85,85内に進入させ、連結フレーム82,82と当接するまで押し込む。これにより、車軸16が固定溝85,85内で下部フレーム86,86と上部フレーム83,83とによって挟まれて前輪10が固定され、電動アシスト自転車BC2の駐輪作業が完了する。すなわち、車軸16が電動アシスト自転車BC2の被固定部として機能し、固定溝85,85が車両スタンド80の固定部として機能する。
車軸16が固定溝85,85内で固定されることで、電動アシスト自転車BC2の受電用コイル13,13は、車両スタンド80の送電用コイル88,88と隣接配置される。電動アシスト自転車BC2のECU24は、受電用コイル13,13と送電用コイル88,88とが隣接配置されたことを検知し、充電器CG2のECU61に近接検知信号を送信する。当該信号を受信したECU61は、AC/DCコンバータ50に制御信号を送信する。
当該制御信号を受信したAC/DCコンバータ50は、商用電源70から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、電線87,87を介して当該直流電力を送電用コイル88,88に供給する。
送電用コイル88,88に電流が流れることで、その周囲に磁束が発生する。このため、送電用コイル88,88に隣接する受電用コイル13,13には、電磁誘導による起電力が発生する。この起電力によって流れる電流が電線12,12を介してバッテリ21に供給され、バッテリ21に充電される。すなわち、送電用コイル88,88から磁束を媒介して受電用コイル13,13に電力が伝送される。
以上のように、充電システムST2では、受電用コイル13,13及び送電用コイル88,88は、互いに接触することなく電力の伝送が可能となるように構成されている。
電動アシスト自転車BC2のように屋外を走行する乗り物では、走行時に泥等の異物が付着することは避けがたい。このため、電極同士を接触させることで電力の伝送が可能となる接触式の伝送方法を採用すると、当該電極間に異物が侵入し、電力の伝送を適切に行えなくなるおそれがある。
これに対し、充電システムST2では、受電用コイル13,13及び送電用コイル88,88を搭載し、非接触式の伝送方法を採用することで、異物付着による弊害を排除し、電力の伝送を確実に行うことが可能となる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
例えば、本発明の第2実施形態に係る電動アシスト自転車用充電システムST2では、送電用コイル88,88をフレーム81の内部に配置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、送電用コイル88,88を、フレーム81の外部に設けられたケーシング等の内部に配置することができる。
また、本発明の第2実施形態に係る電動アシスト自転車用充電システムST2では、送電用コイル88,88と受電用コイル13,13との間で、電磁誘導を用いた電力の伝送を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、電波を用いた電力の伝送など、他の非接触式の伝送方法を採用することができる。
本発明の採用により、電動二輪車のバッテリに充電させるための作業負担を軽減させることができる。この効果は、多数の電動二輪車を扱う所謂レンタサイクル業において特に顕著となるものであり、管理コストを大幅に低減させることが可能となる。
10:前輪
13:受電用コイル(受電部)
16:車軸(被固定部)
17:受電電極(受電部、被固定部)
21:バッテリ
22:モータ
40,80:車両スタンド
48:送電電極(送電部、固定部)
85:固定溝(固定部)
88:送電用コイル(送電部)
BC1,BC2:電動アシスト自転車(電動二輪車)
CG1,CG2:充電器
ST1,ST2:電動アシスト自転車用充電システム(電動二輪車用充電システム)
13:受電用コイル(受電部)
16:車軸(被固定部)
17:受電電極(受電部、被固定部)
21:バッテリ
22:モータ
40,80:車両スタンド
48:送電電極(送電部、固定部)
85:固定溝(固定部)
88:送電用コイル(送電部)
BC1,BC2:電動アシスト自転車(電動二輪車)
CG1,CG2:充電器
ST1,ST2:電動アシスト自転車用充電システム(電動二輪車用充電システム)
Claims (5)
- 電動二輪車(BC1,BC2)及び該電動二輪車を起立させた状態で駐輪させる車両スタンド(40,80)を備えた電動二輪車用充電システム(ST1,ST2)であって、
前記電動二輪車は、充電及び放電が可能なバッテリ(21)と、前記バッテリから供給される電力を用いて駆動力を発生させるモータ(22)と、外部から電力を受け入れて前記バッテリに供給する受電部(13,17)と、を有し、
前記車両スタンドは、駐輪時に前記電動二輪車の被固定部(16,17)を固定する固定部(48,85)と、電力を伝送する送電部(48,88)と、を有し、
前記電動二輪車を前記車両スタンドに駐輪することで、前記送電部から前記受電部への電力の伝送が可能となるように構成されていることを特徴とする電動二輪車用充電システム。 - 前記被固定部(17)及び前記固定部(48)は、いずれも金属材料によって構成され、互いに接触することで電力の伝送が可能となるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動二輪車用充電システム。
- 前記固定部は、前記電動二輪車の前輪の車軸(16)に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の電動二輪車用充電システム。
- 前記固定部は、前記被固定部を下方から支持して固定することを特徴とする請求項2に記載の電動二輪車用充電システム。
- 前記受電部(13)及び前記送電部(88)は、互いに接触することなく電力の伝送が可能となるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動二輪車用充電システム。
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