JPWO2019188115A1 - 自転車用スタンド、及び、駐輪システム - Google Patents

Abstract

自転車用スタンド（３００）は、電動自転車（２００）を支持する、電動自転車（２００）と別体の自転車用スタンドである。電動自転車（２００）は、電動モータ（２１）と、電動モータ（２１）に電力を供給するバッテリ（５０）と、電動自転車（２００）に取り付けられた状態のバッテリ（５０）を充電するために自転車用スタンド（３００）から非接触給電を受けるための受電コイル（２１０）とを備える。自転車用スタンド（３００）は、受電コイル（２１０）に非接触給電を行うための送電コイル（３４０）を備える。

Description

本発明は、自転車用スタンド、及び、駐輪システムに関する。

従来、ペダルへの踏力などの人力駆動力に、電動モータによる補助駆動力を付加することで、楽に走行できる電動自転車が知られている。特許文献１には、車速センサを備えた電動自転車が開示されている。

特開２０１４−０１２５２５号公報

ところで、電動自転車のバッテリを充電する場合、ユーザは、バッテリを電動自転車から取り外し、充電器に取り付けることが一般的である。

本発明は、電動自転車と電力の授受が可能な自転車用スタンド、及び、これを備える駐輪システムを提供する。

本発明の一態様に係る自転車用スタンドは、電動自転車を支持する、前記電動自転車と別体の自転車用スタンドであって、前記電動自転車は、電動モータと、前記電動モータに電力を供給するバッテリと、前記電動自転車に取り付けられた状態の前記バッテリを充電するために前記自転車用スタンドから非接触給電を受けるための受電部とを備え、前記自転車用スタンドは、前記受電部に前記非接触給電を行うための送電部を備える。

本発明の一態様に係る自転車用スタンドは、電動自転車を支持する、前記電動自転車と別体の自転車用スタンドであって、前記電動自転車は、電動モータと、前記電動モータに電力を供給するバッテリと、前記電動自転車に取り付けられた状態の前記バッテリの電力を非接触給電するための送電部とを備え、前記自転車用スタンドは、前記送電部から前記非接触給電を受けるための受電部と、前記受電部を介して得られる電力を前記電動自転車以外の機器または設備に供給するための端子部とを備える。

本発明の一態様に係る駐輪システムは、前記自転車用スタンドと、前記電動自転車とを備える。

本発明によれば、電動自転車と電力の授受が可能な自転車用スタンド、及び、これを備える駐輪システムが実現される。

図１は、実施の形態に係る駐輪システムの側面図である。 図２は、実施の形態に係る駐輪システムの機能構成を示すブロック図である。 図３は、実施の形態に係る自転車用スタンドの充電開始動作のフローチャートである。 図４は、実施の形態に係る自転車用スタンドの充電停止動作のフローチャートである。 図５は、実施の形態の変形例１に係る駐輪システムの側面図である。 図６は、実施の形態の変形例２に係る駐輪システムの機能構成を示すブロック図である。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。

（実施の形態）
［構成］
まず、実施の形態に係る駐輪システムについて説明する。図１は、実施の形態に係る駐輪システムの側面図である。

図１に示されるように、実施の形態に係る駐輪システム１００は、電動自転車２００と、自転車用スタンド３００とを備える。

電動自転車２００は、ペダル１７への踏力に基づいて車体１０の前進が補助（アシスト）される、いわゆる電動アシスト自転車である。図１に示されるように、電動自転車２００は、車体１０と、車体１０に取り付けられたモータ駆動ユニット２０、操作部４０、バッテリ５０及び前照灯６０とを備える。車体１０は、フレーム１１と、前輪１２と、後輪１３と、ハンドル１４と、サドル１５と、クランク１６と、ペダル１７と、駆動スプロケット１８と、チェーン１９とを備える。モータ駆動ユニット２０は、電動モータ２１と、電動モータ２１を制御する制御装置２２とを備える。

フレーム１１は、図１に示されるように、ヘッドパイプ１１１と、メインフレーム１１２と、立パイプ１１３と、フォーク１１４と、チェーンステー１１５とを備える。ヘッドパイプ１１１は、前輪１２を支持するフォーク１１４及びハンドル１４を、ヘッドパイプ１１１の軸を中心に回転自在に支持する。ハンドル１４を左右に回すことで、フォーク１１４に支持された前輪１２の向きを左右に回転させることができる。

メインフレーム１１２は、ヘッドパイプ１１１と立パイプ１１３とを連結する部分である。メインフレーム１１２の下端部には、クランク１６及びモータ駆動ユニット２０が取り付けられている。電動自転車２００は、クランク１６とモータ駆動ユニット２０とが一体化された、いわゆるセンターユニット方式の電動自転車である。

立パイプ１１３は、サドル１５を着脱可能に支持する。具体的には、立パイプ１１３には、サドル１５を支持するシートポストが挿入されて固定される。実施の形態では、立パイプ１１３に、バッテリ５０が着脱可能に取り付けられている。

フォーク１１４は、前輪１２を回転自在に支持する。前輪１２を支持するフォーク１１４には、前照灯６０が取り付けられている。フォーク１１４のうち前輪１２の軸受け部近傍（言い換えれば、フォーク１１４の先端部）には、受電コイル２１０が取り付けられている。チェーンステー１１５は、後輪１３を回転自在に支持する。

ハンドル１４には、操作部４０が取り付けられている。操作部４０は、バッテリ５０からモータ駆動ユニット２０への電力供給のオン及びオフを切り替えるための電源スイッチ等が設けられる。

サドル１５は、適切な姿勢で乗車された場合に、人が座る部分である。サドル１５には、荷重センサが設けられていてもよい。

クランク１６は、クランク軸１６１と、一対のクランクアーム１６２とを有する。クランクアーム１６２は、メインフレーム１１２の両側に１つずつ設けられており、左右方向に延びるクランク軸１６１の両端に固定されている。クランクアーム１６２の一方端がクランク軸１６１に固定され、他方端には、ペダル１７が回転自在に固定されている。ペダル１７に踏力が加えられた場合、クランクアーム１６２がクランク軸１６１を中心に回転し、当該回転による人力駆動力が駆動スプロケット１８及びチェーン１９を介して後輪１３に伝達される。アシストモードで動作する場合には、踏力に基づく人力駆動力と、当該人力駆動力に付加された電動モータ２１による補助駆動力とが後輪１３に伝達される。

自転車用スタンド３００は、電動自転車２００を支持する、電動自転車２００と別体のスタンドである。自転車用スタンド３００は、例えば、戸建住宅、集合住宅、駅、または、商業施設等の駐輪場に設置される。自転車用スタンド３００は、車輪支持部３１０を備える。車輪支持部３１０は、電動自転車２００の車輪を支持する構造体である。図１では、車輪支持部３１０は、電動自転車２００の前輪１２を支持しているが、電動自転車２００の後輪１３を支持してもよい。

［機能構成］
駐輪システム１００において、自転車用スタンド３００は、自転車用スタンド３００に支持されている電動自転車２００のバッテリ５０を、電動自転車２００に取り付けられた状態のまま充電することができる。以下、バッテリ５０を充電するための駐輪システム１００の機能構成について説明する。図２は、駐輪システム１００の機能構成を示すブロック図である。

自転車用スタンド３００は、車輪支持部３１０と、給電回路３２０と、検知部３３０と、送電コイル３４０とを備える。

車輪支持部３１０は、電動自転車２００の車輪を支持する構造体である。図１では、車輪支持部３１０は、電動自転車２００の前輪１２を支持しているが、電動自転車２００の後輪１３を支持してもよい。

給電回路３２０は、系統電源４００から得られる交流電力を、送電コイル３４０を介した非接触給電に適した振幅及び周波数の交流電力に変換して出力する。給電回路３２０は、具体的には、例えば、系統電源４００から得られる交流電力を整流する整流回路、整流回路から出力される直流電力を変換するＤＣ−ＤＣコンバータ回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路等を含む。

検知部３３０は、車輪支持部３１０に前輪１２が支持されていることを検知する。検知部３３０は、例えば、前輪１２の載置を検知するメカスイッチ式のセンサであるが、光学式のセンサなどその他のセンサであってもよい。

送電コイル３４０は、送電部の一例であり、受電コイル２１０に非接触給電を行うためのコイル素子である。送電コイル３４０は、具体的には、給電回路３２０から出力される交流電力を電動自転車２００の受電コイル２１０に非接触で送電する。図１に示されるように、送電コイル３４０は、車輪支持部３１０に取り付けられる。送電コイル３４０は、側面から見た場合に自転車用スタンド３００の車輪支持部３１０に支持された電動自転車２００のフォーク１１４の先端部と重なるように、車輪支持部３１０に取り付けられる。これにより、送電コイル３４０がフォーク１１４の先端部に取り付けられた受電コイル２１０の近くに配置されるため、電力のロスが抑制された効率的な非接触給電が実現される。

電動自転車２００は、バッテリ５０を充電するための構成要素として、受電コイル２１０及び充電回路２２０を備える。

受電コイル２１０は、受電部の一例であり、電動自転車２００に取り付けられた状態のバッテリ５０を充電するために自転車用スタンド３００から非接触給電を受けるためのコイル素子である。受電コイル２１０は、具体的には、送電コイル３４０によって送電される交流電力を受電する。上述のように、受電コイル２１０は、電動自転車２００のフォーク１１４の先端部に取り付けられている。なお、詳細には図示されないが、受電コイル２１０及び充電回路２２０は、ケーブルなどによって電気的に接続される。

充電回路２２０は、受電コイル２１０によって得られた交流電力をバッテリ５０の充電に適した直流電力に変換し、変換後の直流電力でバッテリ５０を充電する。充電回路２２０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ回路などによって実現される。バッテリ５０は、電動モータ２１（より詳細には、モータ駆動ユニット２０）に電力を供給する。充電回路２２０は、例えば、バッテリ５０の端子部の近傍に配置される。

以上説明したように、自転車用スタンド３００は、自転車用スタンド３００に支持されている電動自転車２００のバッテリ５０を、電動自転車２００に取り付けられた状態のまま充電することができる。

ところで、自転車用スタンド３００は、車輪支持部３１０に前輪１２がセットされたことをトリガに自動的に充電を開始することができる。以下、このような自転車用スタンド３００の動作について説明する。図３は、自転車用スタンド３００の充電開始動作のフローチャートである。

検知部３３０は、車輪支持部３１０に前輪１２が支持されたか否かを検知する（Ｓ１１）。検知部３３０の検知は、車輪支持部３１０に前輪１２が支持されるまで継続される（Ｓ１１でＮｏ）。検知部３３０によって車輪支持部３１０に前輪１２が支持されたことが検知された場合（Ｓ１１でＹｅｓ）、給電回路３２０は、送電コイル３４０から受電コイル２１０への非接触給電を開始する（Ｓ１２）。

また、自転車用スタンド３００は、車輪支持部３１０から前輪１２が外されたことをトリガに自動的に充電を停止することができる。図４は、自転車用スタンド３００の充電停止動作のフローチャートである。

検知部３３０は、車輪支持部３１０から前輪１２が外されたか否かを検知する（Ｓ１３）。検知部３３０の検知は、車輪支持部３１０に前輪１２が支持されるまで継続される（Ｓ１３でＮｏ）。検知部３３０によって車輪支持部３１０から前輪１２が外されたことが検知された場合（Ｓ１３でＹｅｓ）、給電回路３２０は、送電コイル３４０から受電コイル２１０への非接触給電を停止する（Ｓ１４）。

以上説明したように、自転車用スタンド３００は、前輪１２が車輪支持部３１０に支持されているか否に基づいて、非接触給電を開始または停止することができる。

［変形例１］
上記実施の形態では、受電コイル２１０は、フォーク１１４の先端部に取り付けられたが、受電コイル２１０の取り付け位置は、フォーク１１４の先端部に限定されない。例えば、受電コイル２１０は、バッテリ５０及び充電回路２２０の近傍に取り付けられてもよい。図５は、このような変形例１に係る駐輪システムの側面図である。

図５に示されるように、変形例１に係る駐輪システム１００ａは、電動自転車２００ａと、自転車用スタンド３００ａとを備える。

電動自転車２００ａが備える受電コイル２１０は、バッテリ５０及び充電回路２２０の近傍に取り付けられている。これにより、電動自転車２００よりも受電コイル２１０から充電回路２２０までのケーブル長が短くなるため、電力のロスが抑制される。

一方、自転車用スタンド３００ａは、電動自転車２００ａに取り付けられた状態のバッテリ５０の側方に位置する壁部３５０を備える。なお、図５の例では、壁部３５０は、バッテリ５０の左側の側方に位置しているが、バッテリ５０の右側の側方に位置してもよい。

壁部３５０内には、給電回路３２０及び送電コイル３４０が配置される。送電コイル３４０は、電動自転車２００の受電コイル２１０の近傍に位置するように、壁部３５０に取り付けられる。例えば、側方から見た場合に、受電コイル２１０及び送電コイル３４０は重なる。これにより、送電コイル３４０が受電コイル２１０の近くに配置されるため、電力のロスが抑制された効率的な非接触給電が実現される。

なお、受電コイル２１０は、その他の場所に取り付けられてもよい。受電コイル２１０は、ヘッドパイプ１１１、メインフレーム１１２、立パイプ１１３、チェーンステー１１５、ハンドル１４、サドル１５、クランク１６、ペダル１７、操作部４０、及び、バッテリ５０などのどの場所に取り付けられてもよい。送電コイル３４０は、受電コイル２１０の近傍に位置するように適宜配置されればよい。

［変形例２］
駐輪システム１００においては、電動自転車２００が受電コイル２１０を備え、自転車用スタンド３００が送電コイル３４０を備えていたが、電動自転車２００が送電コイルを備え、自転車用スタンド３００が受電コイルを備えてもよい。つまり、電動自転車２００のバッテリ５０の電力が自転車用スタンド３００に供給されてもよい。図６は、このような変形例２に係る駐輪システムの機能構成を示すブロック図である。

図６に示されるように、変形例２に係る駐輪システム１００ｂは、電動自転車２００ｂと、自転車用スタンド３００ｂとを備える。

電動自転車２００ｂは、バッテリ５０と、第一給電回路２３０と、送電コイル２４０とを備える。

第一給電回路２３０は、バッテリ５０から得られる電力を、送電コイル２４０を介した非接触給電に適した交流電力に変換して出力する。第一給電回路２３０は、インバータ回路などによって実現される。

送電コイル２４０は、送電部の一例であり、電動自転車２００ｂに取り付けられた状態のバッテリ５０の電力を非接触給電するためのコイル素子である。送電コイル２４０は、愚弟的には、第一給電回路２３０から出力される交流電力を自転車用スタンド３００ｂの受電コイル３６０に非接触で送電する。送電コイル２４０の配置は、受電コイル２１０と同様に、電動自転車２００のどの部位に取り付けられてもよい。上記実施の形態の受電コイル２１０の配置に関する記載において、受電コイル２１０は、送電コイル２４０に読み替えられてもよい。

自転車用スタンド３００ｂは、受電コイル３６０と、第二給電回路３７０と、端子部３８０とを備える。

受電コイル３６０は、受電部の一例であり、送電コイル２４０から非接触給電を受けるためのコイル素子である。受電コイル３６０は、具体的には、送電コイル２４０によって送電された交流電力を受電する。受電コイル３６０は、送電コイル３４０と同様に、電動自転車２００の送電コイル３４０に対応する位置に取り付けられる。つまり、上記実施の形態の送電コイル３４０の配置に関する記載において、送電コイル３４０は、受電コイル３６０に読み替えられてもよい。

第二給電回路３７０は、受電コイル２１０によって得られた交流電力を直流電力または交流電力に変換し、端子部３８０に出力する。第二給電回路３７０は、言い換えれば、電力変換回路である。

端子部３８０は、自転車用スタンド３００ｂが電動自転車２００ｂ以外の他の機器または設備に電力を供給するための端子構造である。端子部３８０には、電力供給の対象となる機器または設備が直接または間接に電気的に接続される。

例えば、自転車用スタンド３００が戸建住宅、または、マンションなどの施設の駐輪場で使用される場合、自転車用スタンド３００から端子部を介して施設内の機器または設備に電力を供給することができる。また、複数の自転車用スタンド３００から供給される電力を施設内の電力管理システムによって集約して施設内の機器または設備に供給することもできる。

なお、駐輪システム１００は、電動自転車２００及び自転車用スタンド３００の間で双方向に非接触給電が可能な構成であってもよい。

［効果等］
以上説明したように、自転車用スタンド３００は、電動自転車２００を支持する、電動自転車２００と別体の自転車用スタンドである。電動自転車２００は、電動モータ２１と、電動モータ２１に電力を供給するバッテリ５０と、電動自転車２００に取り付けられた状態のバッテリ５０を充電するために自転車用スタンド３００から非接触給電を受けるための受電コイル２１０とを備える。自転車用スタンド３００は、受電コイル２１０に非接触給電を行うための送電コイル３４０を備える。受電コイル２１０は、受電部の一例であり、送電コイル３４０は、送電部の一例である。

このような自転車用スタンド３００は、自転車用スタンド３００に支持されている電動自転車２００のバッテリ５０を、電動自転車２００に取り付けられた状態のまま充電することができる。つまり、電動自転車２００への給電が可能な自転車用スタンド３００が実現される。

また、例えば、自転車用スタンド３００は、電動自転車２００の前輪１２を支持する車輪支持部３１０と、車輪支持部３１０に前輪１２が支持されていることを検知する検知部３３０と、検知部３３０によって前輪１２が支持されていることが検知された場合に、送電コイル３４０から受電コイル２１０への非接触給電を行う給電回路３２０とを備える。前輪１２は、車輪の一例である。

このような自転車用スタンド３００は、前輪１２が車輪支持部３１０に支持されているか否に基づいて、非接触給電を行うことができる。

また、例えば、送電コイル３４０は、車輪支持部３１０に取り付けられる。

このような自転車用スタンド３００は、車輪支持部３１０の近傍（例えば、フォーク１１４の先端部）に取り付けられた受電コイル２１０へ効率的に給電を行うことができる。

また、例えば、自転車用スタンド３００ａは、電動自転車２００ａに取り付けられた状態のバッテリ５０の側方に位置する壁部３５０を備え、送電コイル３４０は、壁部３５０に取り付けられる。

このような自転車用スタンド３００ａが備える送電コイル３４０は、バッテリ５０の近傍に取り付けられた受電コイル２１０へ効率的に給電を行うことができる。

また、駐輪システム１００は、自転車用スタンド３００と、電動自転車２００とを備える。

このような駐輪システム１００は、自転車用スタンド３００に支持されている電動自転車２００のバッテリ５０を、電動自転車２００に取り付けられた状態のまま充電することができる。駐輪システム１００ａも同様である。

また、駐輪システム１００ｂは、自転車用スタンド３００ｂと、電動自転車２００ｂとを備える。電動自転車２００ｂは、電動自転車２００ｂに取り付けられた状態のバッテリ５０の電力を非接触給電するための送電コイル２４０を備える。自転車用スタンド３００ｂは、送電コイル２４０から非接触給電を受けるための受電コイル３６０と、受電コイル３６０を介して得られる電力を電動自転車２００ｂ以外の機器または設備に供給するための端子部３８０とを備える。送電コイル２４０は、送電部の一例であり、受電コイル３６０は、受電部の一例である。

このような駐輪システム１００ｂは、自転車用スタンド３００ｂに支持されている電動自転車２００のバッテリ５０の電力を、自転車用スタンド３００ｂを介して他の機器または設備に供給することができる。つまり、電動自転車２００ｂから給電を受けることが可能な自転車用スタンド３００ｂが実現される。

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、このような実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、非接触給電の方式として電磁誘導方式が用いられたが、電波方式が用いられてもよい。電波方式の非接触給電が行われる場合、受電部は受電用のアンテナ素子であり、送電部は、送電用のアンテナ素子である。つまり、受電部及び送電部は、コイル素子に限定されない。

また、本発明の全般的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。例えば、本発明は、上記実施の形態に係る電動自転車として実現されてもよいし、自転車用スタンドを用いた電動自転車への給電方法として実現されてもよいし、電動自転車を用いた自転車用スタンドへの給電方法として実現されてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

２１ 電動モータ
５０ バッテリ
２００、２００ａ、２００ｂ 電動自転車
２１０、３６０ 受電コイル（受電部）
２４０、３４０ 送電コイル（送電部）
３００、３００ａ、３００ｂ 自転車用スタンド
３１０ 車輪支持部
３２０ 給電回路
３３０ 検知部
３５０ 壁部
３８０ 端子部

Claims (6)

1. 電動自転車を支持する、前記電動自転車と別体の自転車用スタンドであって、
   前記電動自転車は、
   電動モータと、
   前記電動モータに電力を供給するバッテリと、
   前記電動自転車に取り付けられた状態の前記バッテリを充電するために前記自転車用スタンドから非接触給電を受けるための受電部とを備え、
   前記自転車用スタンドは、前記受電部に前記非接触給電を行うための送電部を備える
   自転車用スタンド。
2. さらに、
   前記電動自転車の車輪を支持する車輪支持部と、
   前記車輪支持部に前記車輪が支持されていることを検知する検知部と、
   前記検知部によって前記車輪が支持されていることが検知された場合に、前記送電部から前記受電部への前記非接触給電を行う給電回路とを備える
   請求項１に記載の自転車用スタンド。
3. 前記送電部は、前記車輪支持部に取り付けられる
   請求項２に記載の自転車用スタンド。
4. さらに、前記電動自転車に取り付けられた状態の前記バッテリの側方に位置する壁部を備え、
   前記送電部は、前記壁部に取り付けられる
   請求項１に記載の自転車用スタンド。
5. 電動自転車を支持する、前記電動自転車と別体の自転車用スタンドであって、
   前記電動自転車は、
   電動モータと、
   前記電動モータに電力を供給するバッテリと、
   前記電動自転車に取り付けられた状態の前記バッテリの電力を非接触給電するための送電部とを備え、
   前記自転車用スタンドは、
   前記送電部から前記非接触給電を受けるための受電部と、
   前記受電部を介して得られる電力を前記電動自転車以外の機器または設備に供給するための端子部とを備える
   自転車用スタンド。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の自転車用スタンドと、
   前記電動自転車とを備える
   駐輪システム。

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