JPH10136573A

JPH10136573A - 電動車両の充電システム

Info

Publication number: JPH10136573A
Application number: JP8285071A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kishimoto; 圭司岸本; Masahiro Maekawa; 正弘前川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】電動車両に搭載された電動モータの電源とな
るバッテリー３を充電装置によって充電するシステムに
おいて、回路構成の簡易化と長寿命化を図る。【解決手段】充電装置には、商用電源53の出力端に接
続される整流器54と、整流器54から得られる電流をスイ
ッチングするスイッチング回路55と、スイッチング回路
55へパルス幅変調されたドライブ信号を供給するドライ
ブ回路７と、スイッチング回路55によってスイッチング
された電流が供給される一次コイル50とが設けられる。
一方、電動車両には、充電装置の一次コイル50と電磁結
合すべき二次コイル60と、二次コイル60から得られる電
流を平滑化するインダクタンス素子65とが設けられ、イ
ンダクタンス素子65を経た電流がバッテリー３に供給さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータ付き自
転車などの電動車両に搭載されたバッテリを充電するた
めの充電システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、人力により駆動可能な自転車本体
に電動モータを搭載して、人力による駆動力を補助する
電動モータ付き自転車の開発が進んでいる。図１０は、
電動モータ付き自転車の概略構成を表わしており、自転
車本体(１)のペダルを踏むことによって発生するトルク
はトルクセンサー(21)により検出され、該検出信号はコ
ントローラ(22)に入力される。これに応じてコントロー
ラ(22)では、入力されたトルク検出信号に応じたトルク
指令が作成され、電動モータ(２)へ供給される。この結
果、自転車本体(１)には、人力トルクに加え、該人力ト
ルク値に応じた大きさのモータ出力トルクが供給され、
人力による駆動力が補助される。自転車本体(１)には、
電動モータ(２)の電源となるバッテリー(３)が搭載され
ており、バッテリー(３)の出力電圧が低下したときは、
該バッテリー(３)を自転車本体(１)から取り外し、専用
の充電装置によって充電を施す。

【０００３】しかしながら、上記の充電方法において
は、充電装置の出力端子をワイヤーによってバッテリー
(３)の充電端子に接続する作業が必要であり、この作業
が面倒である問題があった。そこで、出願人は、ワイヤ
ーによる接続作業を省略するために、図９に示す如く一
次コイル(50)と二次コイル(60)の間の電磁結合を利用し
た充電システムを開発した。

【０００４】該充電システムは、一次コイル(50)を具え
た充電一次回路(58)と、二次コイル(60)を具えた充電二
次回路(67)とから構成され、充電一次回路(58)は、家庭
や駐輪場に設置した充電装置に組み込まれ、充電二次回
路(67)は、自転車本体に装備される。充電一次回路(58)
は商用電源(53)と接続されて、商用電源(53)、整流器(5
4)、一次コイル(50)及びスイッチング回路(55)からなる
閉ループ線路を構成しており、正側線路と負側線路の間
には、平滑用の電解コンデンサ(57)が、一次コイル(50)
に対して並列に接続されている。スイッチング回路(55)
は、ドライブ回路(56)からのドライブ信号によって一定
周期でオン／オフされる。一方、充電二次回路(67)はバ
ッテリー(３)の一対の充電端子と接続されて、二次コイ
ル(60)、整流器(63)、インダクタンス手段及びバッテリ
ー(３)からなる閉ループ線路を構成しており、正側線路
と負側線路の間には、整流器(64)及び電解コンデンサ(6
6)が夫々、二次コイル(60)に対して並列に接続されてい
る。

【０００５】上記充電システムにおいては、自転車本体
の二次コイル(60)が装備された部分を充電装置の一次コ
イル(50)が装備された部分に近接させて設置することに
より、一次コイル(50)と二次コイル(60)とが電磁結合
し、商用電源(53)の電力によって自転車本体のバッテリ
ー(３)が充電されることになる。ここで、充電一次回路
(58)及び充電二次回路(67)に装備された電解コンデンサ
(57)(66)の平滑化作用によって、バッテリー(３)に供給
される充電電流Ｉは略一定となり、殆どリップルは発生
しない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示す充電システムにおいては、平滑用の電解コンデンサ
(57)(66)の装備によって回路が複雑となるばかりでな
く、一般に電解コンデンサ(57)(66)は、他の回路素子に
比べ、短期間の使用で特性が劣化するため、システム全
体の寿命が短い問題があった。本発明の目的は、回路構
成が簡易であり、然も寿命の長い充電システムを提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る電動車両の充
電システムは、電動車両に搭載された電動モータ(２)の
電源となるバッテリー(３)を、充電装置(４)によって充
電するものである。充電装置(４)には、脈流波形を有す
る電流を磁気的エネルギーに変換して出力する出力手段
が設けられている。一方、電動車両には、充電装置(４)
からの磁気的エネルギーを受けて脈流波形を有する電流
に変換する入力手段と、入力手段から得られる電流をバ
ッテリー(３)に供給する電流路手段とが設けられてい
る。

【０００８】上記充電システムにおいては、脈流波形を
有する電流が出力手段に供給されることによって、出力
手段から磁気的エネルギーが発生し、該磁気的エネルギ
ーは入力手段へ向けて放射される。入力手段はこの磁気
的エネルギーを受けて、これを脈流波形を有する電流に
変換する。これによって得られる電流はバッテリー(３)
に供給されて、バッテリー(３)が充電される。

【０００９】具体的構成において、充電装置(４)は、交
流電源の出力端に接続されるべき整流手段を具え、整流
手段から得られる電流が出力手段に供給される。出力手
段は、整流手段からの電流をスイッチングしてパルス電
流を作成するスイッチング手段と、スイッチング手段に
よって作成されたパルス電流が供給される一次コイル(5
0)とから構成される。一方、入力手段は、一次コイル(5
0)と電磁結合すべき二次コイル(60)によって構成され、
電流路手段は、二次コイル(60)から得られるパルス電流
を平滑化すべきインダクタンス手段を具え、インダクタ
ンス手段を経た電流がバッテリー(３)に供給される。こ
こで、インダクタンス手段は、閉ループ線路自体が有す
るインダクタンス、或いは閉ループ線路に直列に接続し
たコイルによって構成することが出来る。又、半波整流
回路又は全波整流回路によって構成される。

【００１０】上記具体的構成においては、交流電源から
得られる交流の電流は、正及び負の両方に変化するサイ
ンカーブの波形を有しているが、整流手段を経て、正或
いは負の一方のみの脈流波形の電流となり、出力手段に
供給される。そして、スイッチング手段のスイッチング
によって、整流手段からの電流が高周波のパルス電流に
変換され、一次コイル(50)に加えられる。これによっ
て、一次コイル(50)から磁力線が発生し、該磁力線は二
次コイル(60)を貫通して、一次コイル(50)と二次コイル
(60)とは電磁結合する。この結果、二次コイル(60)から
高周波のパルス電流が得られ、該パルス電流はインダク
タンス手段を経て脈流波形を有する出力電流に平滑化さ
れて、バッテリー(３)に供給される。これによって、バ
ッテリー(３)が充電されることになる。

【００１１】更に具体的には、スイッチング手段は、整
流手段の出力電圧の波形に基づいて、該波形のピーク近
傍で最も幅が狭く、ピークから離れるに従って幅が広く
なる様にパルス幅変調された駆動パルスを作成する駆動
手段と、駆動手段から得られる駆動パルスによってオン
／オフされるスイッチング回路とから構成される。

【００１２】上記具体的構成においては、駆動手段から
の駆動パルスによってスイッチング手段が駆動され、該
駆動パルスのオン／オフに同期して整流手段の出力電流
がオン／オフされる。この結果、二次コイル(60)から
は、脈流波形のピーク近傍で最も幅が狭く、ピークから
離れるに従って幅が広くなるパルス電流が発生する。そ
して、該パルス電流はインダクタンス手段を経て脈流波
形を有する出力電流に平滑化される。該パルス電流は、
脈流波形のピーク近傍ではパルス幅が狭いために、平滑
化によって得られる出力電流の波形は、サインカーブの
波形に比べ、ピーク近傍が抑圧された矩形波状となる。
この結果、バッテリー(３)は、矩形に近い脈流波形を有
する電流によって充電されることとなり、サインカーブ
の波形を有する電流によって充電する場合に比べて、バ
ッテリー(３)の寿命などに及ぼす悪影響が緩和される。

【００１３】

【発明の効果】本発明に係る電動車両の充電システムに
よれば、脈流波形の電流によってバッテリーを充電する
構成を採用したので、従来のシステムに装備されていた
平滑用コンデンサの装備は不要である。従って、回路構
成が簡易となり、然もシステム全体の寿命が延びること
になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１０に示す電動
モータ付き自転車に実施した形態につき、図面に沿って
具体的に説明する。図１０の如く、自転車本体(１)に
は、電動モータ(２)の電源となるバッテリー(３)が搭載
されており、該バッテリー(３)は、後述する充電装置に
よって充電することが可能である。

【００１５】図５乃至図８は、自宅或いは駐輪場の所定
位置に設置した充電装置(４)によって、自転車本体(１)
のバッテリー(図示省略)を充電している状態を表わして
いる。充電装置(４)は、自転車本体(１)の後輪(11)の位
置決め溝(44)が凹設されたベース(41)を具え、該ベース
(41)上には、スタンド受け部材(42)が設けられている。
スタンド受け部材(42)には、自転車本体(１)を支えるス
タンド脚(12)の接地部(13)を係合させるべき凹部(43)が
形成され、該凹部(43)を包囲して一次コイル装置(51)が
埋設されると共に、後述の充電一次回路を構成すべき他
の回路素子が内蔵されている。又、ベース(41)からは、
商用電源のコンセントに接続すべき電源コード(45)が伸
びている。一方、自転車本体(１)のスタンド脚(12)の接
地部(13)には、二次コイル装置(61)が内蔵されており、
該二次コイル装置(61)は、スタンド脚(12)及びフレーム
(14)に沿わせて張設した線路(図示省略)を介して前記バ
ッテリーと接続され、該線路中に介在する他の回路素子
と共に、後述の充電二次回路を構成している。

【００１６】図８に示す如く、充電装置(４)の一次コイ
ル装置(51)は鉄芯(52)及び一次コイル(50)から構成さ
れ、一次コイル(50)は後述する充電一次回路の出力部を
構成している。一方、自転車本体に設置された二次コイ
ル装置(61)は鉄芯(62)及び二次コイル(60)から構成さ
れ、二次コイル(60)は後述する充電二次回路の入力部を
構成している。

【００１７】図１に示す如く、充電一次回路(５)は、商
用電源(53)、整流器(54)、一次コイル(50)及びスイッチ
ング回路(55)によって閉ループ線路を構成しており、ス
イッチング回路(55)は、ドライブ回路(７)から供給され
るドライブ信号Ｄによって駆動される。一方、充電二次
回路(６)は、二次コイル(60)、整流器(63)、インダクタ
ンス素子(65)及びバッテリー(３)によって閉ループ線路
を構成しており、正側線路と負側線路の間には、二次コ
イル(60)に対して並列に、整流器(64)が接続されてい
る。

【００１８】ドライブ回路(７)は、図２に示す如く、前
記整流器(54)を経て出力される電圧Ｖ１の波形を検出す
る電圧波形検出回路(71)と、約１００ｋＨｚの周波数を
有するのこぎり波を発生するのこぎり波発生回路(72)
と、両回路(71)(72)の出力を比較してドライブ信号Ｄを
作成するコンパレータ(73)とから構成されており、電圧
波形検出回路(71)によって検出された波形Ｗが、コンパ
レータ(73)の反転入力端子へ供給されると同時に、のこ
ぎり波発生回路(72)から出力されるのこぎり波が、コン
パレータ(73)の非反転入力端子へ供給される。図３(ａ)
(ｂ)は、電圧波形Ｗ及びのこぎり波Ｔに基づいてドライ
ブ信号Ｄが作成される様子を表わしており、ドライブ信
号Ｄは、電圧波形のピーク近傍で最も幅が狭く、ピーク
から離れるに従って幅が広くなる様にパルス幅変調され
ることになる。

【００１９】図１の充電一次回路(５)において、商用電
源(53)から得られる交流の電流は、整流器(54)を経て半
波整流された後、一次コイル(50)へ供給される。ここ
で、整流器(54)の出力電圧Ｖ１(図４(ａ))はドライブ回
路(７)へ供給されて、前述の如くパルス幅変調されたド
ライブ信号Ｄ(図４(ｂ))が作成され、スイッチング回路
(55)へ供給される。この結果、一次コイル(50)へ供給さ
れる電流がドライブ信号のオン／オフに同期してスイッ
チングされ、これによって一次コイル(50)から磁力線が
発生し、該磁力線が二次コイル(60)を貫通して、一次コ
イル(50)と二次コイル(60)とが互いに電磁結合すること
になる。

【００２０】上記電磁結合によって、二次コイル(60)か
ら高周波のパルス電流が得られ、該パルス電流は整流器
(63)(64)によって整流される。整流器(64)の両端電圧Ｖ
２は、図４(ｃ)に示す如く離散的なパルス波形となる
が、図１に示すインダクタンス素子(65)を経へバッテリ
ー(３)へ供給される電流Ｉは、インダクタンス素子(65)
の平滑化作用によって、図４(ｄ)に示す様にパルス波形
のピーク間を滑らかに繋いだ脈流波形となる。ここで、
二次コイル(60)からインダクタンス素子(65)へ供給され
るパルス電流は、図４(ｃ)に示す電圧波形と同様に、波
形のピーク近傍ではパルス幅が狭く、ピークから離れる
に従ってパルス幅が広い波形となっているため、インダ
クタンス素子(65)の平滑化によって得られる出力電流の
波形は、図４(ｄ)の如く、サインカーブの波形と対比し
て、ピーク近傍が数十パーセントに抑圧されると共に、
ピークを挟む両端部が持ち上げられて、矩形波状とな
る。

【００２１】そして、この矩形波状の脈流電流がバッテ
リー(３)に供給されて、バッテリー(３)が充電される。
従って、バッテリー(３)は、サインカーブの波形を有す
る変動の大きな電流によって充電する場合に比べ、寿命
などに対する悪影響が緩和されることになる。

【００２２】上述の充電システムによれば、自転車本体
(１)のバッテリー(３)を充電するに際して、図５及び図
６の如く自転車本体(１)の後輪(11)を充電装置(４)上に
設置して、スタンド脚(12)をスタンド受け部材(42)に係
合させれば、充電装置(４)に設けた充電一次回路(５)と
自転車本体(１)に設けた充電二次回路(６)とが互いに磁
気的に接続され、バッテリーを充電することが出来るの
で、従来の如きワイヤーによる接続は不要であり、便利
である。又、充電一次回路(５)及び充電二次回路(６)か
ら平滑化用のコンデンサを省略したことに伴う不具合
は、パルス幅変調された駆動パルスによって充電一次回
路(５)を駆動する構成により解消しているので、システ
ム全体として長寿命化を実現することが出来る。

【００２３】上記実施の形態の説明は、本発明を説明す
るためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を
限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許
請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能で
あることは勿論である。例えば、図１に示す整流器(54)
からなる半波整流回路に替えて、複数の整流器から構成
した全波整流回路を装備することが可能である。この場
合、図４(ｄ′)に示す如く直流に近い脈流波形の充電電
流Ｉが得られることとなり、直流電流による充電と実質
的に同等の効果が得られる。

【００２４】又、図８に示す如く、充電装置(４)のスタ
ンド受け部材(42)にスタンド脚の接地部(13)を検知する
ためのセンサー(46)を設けて、該センサー(46)の検知信
号に基づいて、充電装置(４)の充電動作を開始する構成
の採用も可能である。更に、本発明に係る充電システム
は、電動モータ付き自転車のみならず、電気自動車等の
電動車両に広く実施出来るのは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る充電システムの回路構成を表わす
ブロック図である。

【図２】ドライブ回路の構成例を表わすブロック図であ
る。

【図３】パルス幅変調によってドライブ信号を作成する
様子を表わす波形図である。

【図４】図１に示す充電システムの回路動作を表わす波
形図である。

【図５】充電装置による充電状態を表わす一部破断平面
図である。

【図６】同上の一部破断正面図である。

【図７】充電装置の斜視図である。

【図８】一次コイル装置及び二次コイル装置の構成を表
わす図である。

【図９】出願人の考案に係る充電システムの構成を表わ
すブロック図である。

【図１０】電動モータ付き自転車の概略構成を表わす図
である。

【符号の説明】 (１) 自転車本体 (11) 後輪 (２) 電動モータ (３) バッテリー (４) 充電装置 (５) 充電一次回路 (50) 一次コイル (53) 商用電源 (54) 整流器 (55) スイッチング回路 (７) ドライブ回路 (６) 充電二次回路 (60) 二次コイル (65) インダクタンス素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動車両に搭載された電動モータ(２)の
電源となるバッテリー(３)を、充電装置(４)によって充
電するシステムであって、充電装置(４)には、脈流波形
を有する電流を磁気的エネルギーに変換して出力する出
力手段が設けられ、電動車両には、充電装置(４)からの
磁気的エネルギーを受けて脈流波形を有する電流に変換
する入力手段と、入力手段から得られる電流をバッテリ
ー(３)に供給する電流路手段とが設けられている電動車
両の充電システム。
【請求項２】充電装置(４)は、交流電源の出力端に接
続されるべき整流手段を具え、整流手段から得られる電
流が出力手段に供給され、出力手段は、整流手段からの
電流をスイッチングしてパルス電流を作成するスイッチ
ング手段と、スイッチング手段によって作成されたパル
ス電流が供給される一次コイル(50)とから構成され、入
力手段は、前記一次コイル(50)と電磁結合すべき二次コ
イル(60)によって構成され、電流路手段は、二次コイル
(60)から得られるパルス電流を平滑化すべきインダクタ
ンス手段を具え、インダクタンス手段を経た電流がバッ
テリー(３)に供給される請求項１に記載の充電システ
ム。
【請求項３】整流手段は半波整流回路又は全波整流回
路によって構成される請求項１又は請求項２に記載の充
電システム。
【請求項４】スイッチング手段は、整流手段の出力電
圧の波形に基づいて、該波形のピーク近傍で最も幅が狭
く、ピークから離れるに従って幅が広くなる様にパルス
幅変調された駆動パルスを作成する駆動手段と、駆動手
段から得られる駆動パルスによってオン／オフされるス
イッチング回路とから構成される請求項２又は請求項３
に記載の充電システム。