JP5254190B2 - 倒立振子型移動体の充電システム - Google Patents

Description

本発明は、倒立振子型移動体に備えられた二次電池を充電するための充電システムに関する。

別個の電動モータによってそれぞれ駆動される一対の駆動体と、これら一対の駆動体の間に挟持され、駆動体から摩擦力を受けて駆動される１つの主輪とから構成される走行ユニットを備えた倒立振子型移動体が公知になっている（例えば、特許文献１）。特許文献１に係る主輪は、無端円環状の環状体と、環状体の環方向に複数個配置され、各々自身の配置位置における環状体の接線方向と平行な回転軸回りに回転可能なドリブンローラとを備え、ドリブンローラが駆動体と接触して駆動される。ドリブンローラが、環状体の接線方向の回転軸回りに回転（自転）する場合には、倒立振子型移動体は左右方向に推力を得て、ドリブンローラが環状体の環方向に回転（公転）する場合には、倒立振子型移動体は前後方向に推力を得る。

このような倒立振子型移動体は、二次電池を電源として備えており、バッテリの残量に応じた充電が必要となる。倒立振子型移動体の充電システムとしては、例えば電気自動車のバッテリ充電システムを適用することが考えられる。例えば、非接触型の充電システムとして、駐車スペース等に充電電源に接続された１次コイルを埋設し、車体下部に１次コイルに対向可能な２次コイルを設け、電磁誘導により２次コイルに誘導電流を発生させ、車載バッテリを充電するようにしたものがある（例えば、特許文献２）。

国際公開第０８／１３２７７９号パンフレット 特開２００６−７４８６８号公報

しかしながら、倒立振子型移動体は、非作動状態において起立状態を維持することができないため、倒立振子型移動体を所定の姿勢に支持するスタンド等が必要になり、特許文献２の充電装置をそのまま適用することはできない。また、電磁誘導を利用した非接触型の充電システムやコネクタを介した接触型の充電システムのいずれにおいても、給電側のコイルやコネクタと、受電側のコイルやコネクタとを所定の位置に配置させる必要があり、倒立振子型移動体を所定の位置や姿勢に維持することが必要になる。

本発明は、以上の背景を鑑みてなされたものであって、非作動状態の倒立振子型移動体を所定の充電時姿勢に維持し、充電操作を容易にする倒立振子型移動体の充電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の発明は、倒立振子型移動体（１０）に備えられた二次電池（２５）を充電するための充電システム（１３，１５０）であって、非作動状態の前記倒立振子型移動体を所定の傾斜した起立状態に支持するべく、前記倒立振子型移動体に当接する支持部（９３）を有するスタンド（１１）を備え、前記スタンドは、充電用電源（１３０）と、前記支持部に設けられ、前記充電用電源から電力の供給を受ける給電手段（８２，１５２）を有し、前記倒立振子型移動体は、前記支持部と当接する部分に、前記給電手段から電力を受け取るとともに前記二次電池に電流を供給する受電手段（８１）を有することを特徴とする。

この構成によれば、倒立振子型移動体は寄り掛かった状態でスタンドの支持部に支持されるため、使用者は倒立振子型移動体を起立状態のままスタンドに立て掛けることができ、スタンドへの配置が容易である。また、倒立振子型移動体を支持部に支持させた状態で、給電手段と受電手段とが近接するため、充電用電源から二次電池への充電が容易である。

第２の発明は、第１の発明において、前記倒立振子型移動体は、上下方向に延在するともに上下方向における中間部にくびれ部（２１Ａ）を備え、前記支持部は、前記倒立振子型移動体が支持された状態で前記くびれ部に対応する位置に一対のアーム（９６Ｌ，９６Ｒ）を備え、前記一対のアームの間に前記くびれ部が配置されることを特徴とする。

この構成によれば、くびれ部がアームに引っ掛かるため、倒立振子型移動体がスタンドに安定した状態で支持される。また、倒立振子型移動体がスタンドに支持された状態での給電手段と受電手段との相対位置を一定させることができる。

第３の発明は、第２の発明において、前記一対のアームは、互いに接近および離反可能になっており、前記一対のアームによって前記くびれ部が挟持されることを特徴とする。

この構成によれば、倒立振子型移動体をスタンドにより安定した状態で支持することができるとともに、倒立振子型移動体がスタンドに支持された状態での給電手段と受電手段との相対位置をより安定させることができる。

第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明において、前記給電手段は、前記充電用電源から供給される電流によって磁界を発生させる１次コイル（８２）を有し、前記受電手段は、前記１次コイルが発生した磁界によって誘導電流を発生させる２次コイル（８１）を有することを特徴とする。

この構成によれば、倒立振子型移動体を支持部に支持させることによって、１次コイルと２次コイルとが相対し、二次電池を充電用電源によって充電することができる。

第５の発明は、第１〜第３のいずれかの発明において、前記給電手段は、前記充電用電源と電気的に接続されたスタンド側コネクタ（１５２）を有し、前記受電手段は、前記スタンド側コネクタに電気的に結合可能な移動体側コネクタ（１５１）を有することを特徴とする。

この構成によれば、二次電池と充電用電源とをコネクタによって接続することができる。これにより、構造が簡素になり、軽量化が図れる。

第６の発明は、第５の発明において、前記スタンド側コネクタは、前記アームに設けられており、前記移動体側コネクタは、前記スタンド側コネクタに対応する位置に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、アームの倒立振子型移動体への近接によって、スタンド側コネクタと移動体側コネクタとを接続することができる。これにより、コネクタ間を接続するケーブル等が不要になる。

以上の構成によれば、倒立振子型移動体の充電システムは、非作動状態の倒立振子型移動体を立て掛けるだけの簡素な操作で、給電手段と受電手段との接続を確実に行うことができる。

第１実施形態の充電システムに係る倒立振子型移動体およびスタンドを示す斜視図 第１実施形態の倒立振子型移動体の使用状態を斜視図 第１実施形態の倒立振子型移動体の分解斜視図 図２のＩＶ−ＩＶ断面図 図１のＶ−Ｖ断面図 第１実施形態の充電システムに係るスタンドに倒立振子型移動体を支持させた状態を示す側面図 第１実施形態の充電システムを示すブロック図 第１実施形態の電圧監視回路を示すブロック図 第１実施形態の充電システムの制御手順を示すフロー図 第１実施形態の車載バッテリの電位を示すグラフ 第１実施形態の充電システムの一部変形実施例を示す斜視図 第２実施形態の充電システムに係る倒立振子型移動体およびスタンドを示す斜視図 第２実施形態の充電システムを示すブロック図

以下、図面を参照して、本発明を倒立振子型移動体およびスタンドに適用した一実施形態を詳細に説明する。スタンドは、非作動状態の倒立振子型移動体を起立状態に支持するとともに、倒立振子型移動体に設けられた二次電池を充電するために用いられる。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、倒立振子型移動体（以下、単に移動体と略称する）１０は、スタンド１１に支持させることが可能となっている。図２に示すように、移動体１０は、電源として二次電池である車載バッテリ２５を備えている。図３に示すように、移動体１０およびスタンド１１は、第１実施形態に係る充電システム１３を備えている。車載バッテリ２５は、移動体１０がスタンド１１に支持された状態で、充電システム１３によって、スタンド側に設けられた充電用電源から電力の供給を受けて充電可能となっている。

＜倒立振子型移動体の構成＞
図１〜図３を参照して、移動体１０の構成について説明する。移動体の方向は、各図に示す座標軸を基準とする。図１〜図３に示すように、移動体１０は、概ね上下方向に延在する骨格構造としてのフレーム２１と、フレーム２１の下部に設けられた走行ユニット２２と、フレーム２１の上部に設けられた着座ユニット４０と、フレーム２１の内部に設けられた電装ユニット２３と、フレーム２１の上部に設けられ、各ユニットおよびセンサに電力を供給する車載バッテリ２５とを主要構成要素として有している。電装ユニット２３は、倒立振子制御ユニット（以下、単に制御ユニットと略称する。図示しない）や、充電制御ユニット２６、上部荷重センサ（図示しない）、傾斜センサ（図示しない）等を備えている。制御ユニットは、倒立振子制御に基づいて各種センサからの入力信号に応じて走行ユニット２２を駆動制御し、移動体１０を起立（倒立）姿勢に維持するとともに、前後左右を含む任意の方向に移動体１０を走行させる。充電制御ユニット２６は、車載バッテリ２５の充電を制御する。また、移動体１０は、電装ユニット２３とは別体に、ステップ荷重センサやロータリエンコーダ等の各種センサを適所に備えている。

フレーム２１は、中空の外殻構造をなし、上下方向における中央に全周にわたってくびれ部２１Ａを有し、左右側方から見て略８の字状を呈する。フレーム２１は、そのくびれ部２１Ａにおいて上下に分割されており、別体の上部フレーム２８と下部フレーム２９とから構成されている。上部フレーム２８および下部フレーム２９は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で構成されている。上部フレーム２８と下部フレーム２９とは、後述するように、電装ユニット２３の上部荷重センサを介して連結されている。

図３に示すように、下部フレーム２９は、上部開口部３１および下部開口部３２を有して筒状に形成されている。下部フレーム２９の内部には、走行ユニット２２が収容される。下部フレーム２９の左右の側壁３３，３３には、下部開口部に連続する略半円状の切欠部３４，３４がそれぞれ形成されている。下部フレーム２９の左右の側壁３３，３３における上部開口部３１付近の内壁には、電装ユニット２３が支持されている。

図２に示されているように、上部フレーム２８は、中央部に左右方向に貫通するサドル格納部３６を形成するように環状に形成され、その環状部分が中空に形成されている。上部フレーム２８の下端部には、下方に向けて開口する下部開口部３７が形成されており（図３参照）、環状部分の内部空間と外部とが連通している。サドル格納部３６の下壁部分であって下部開口部３７の上方に位置する部分は、サドル格納部３６から下方に向けて凹設されており、その底部の中央部には、貫通孔である連結孔（図示しない）が形成されている。また、サドル格納部３６の上壁部分には、環状部分の内部空間とサドル格納部３６とを連通するサドル取付孔（図示しない）が形成されている。

上部フレーム２８の上部には上部開口部３８が形成されており、上部開口部３８には着座ユニット４０が設けられている。着座ユニット４０は、環状部分の内部空間に固定されたベース本体４１と、基端がベース本体４１に回動自在に支持され、他端がサドル取付孔を通過して延出する左右一対のサドルアーム４２，４２と、サドルアーム４２，４２の先端に設けられた円盤状のサドル４３，４３とを有している。サドルアーム４２，４２は、左右方向に延在する使用位置（図２参照）と、上下方向に延在する格納位置（図１および図３参照）との間で回動可能となっており、使用位置および格納位置においてそれぞれの位置が保持されるようになっている。図２に示すように、サドルアーム４２，４２が使用位置にある状態ではサドル４３，４３の座面が上方を向き、搭乗者が着座可能となっている。図１に示すように、サドルアーム４２，４２が格納位置にある状態ではサドル４３，４３がサドル格納部３６を閉塞している。ベース本体４１の上壁部は、上部開口部３８を閉塞している。

ベース本体４１の上壁部には、使用者が移動体１０を持ち運ぶ際の把持部となるハンドル４５が設けられている。ハンドル４５は、ベース本体４１に対して、突出状態（図１参照）と没入状態（図２参照）との間で出没可能に設けられている。

上記したように、下部フレーム２９と上部フレーム２８との連結は、電装ユニット２３の上部に設けられた上部荷重センサを介して行われる。上部荷重センサの入力軸が、上部フレーム２８の連結孔を下方から上方に向けて貫通し、その先端部にナットが螺着されることによって上部フレーム２８に連結される。

図４に示すように、走行ユニット２２は、支持部材としての左右一対のマウント部材５１Ｌ，５１Ｒと、左右一対のマウント部材５１Ｌ，５１Ｒにそれぞれ取り付けられた左右一対の電動モータ５２Ｌ，５２Ｒと、電動モータ５２Ｌ，５２Ｒの出力を減速して伝達する減速装置としての波動歯車装置５３Ｌ，５３Ｒと、マウント部材５１Ｌ，５１Ｒにそれぞれ回転自在に支持されるとともに波動歯車装置５３Ｌ，５３Ｒを介して電動モータ５２Ｌ，５２Ｒにそれぞれ回転させられる駆動体５４Ｌ，５４Ｒと、左右の駆動体５４Ｌ，５４Ｒによって回転させられる主輪５５とを備えている。

駆動体５４Ｌ，５４Ｒは円盤状のドライブディスク５７Ｌ，５７Ｒと、ドライブディスク５７Ｌ，５７Ｒの外周部に回転自在に支持された複数のドライブローラ５８Ｌ，５８Ｒとを備えている。主輪５５は、角柱体により構成された無端円環状の環状体６１と、環状体６１の外周部にベアリングを介して回転可能に支持された複数の筒状のドリブンローラ６２とにより構成されている。ドリブンローラ６２とドライブローラ５８Ｌ，５８Ｒとは互いに接触し、ドリブンローラ６２はドライブローラ５８Ｌ，５８Ｒから摩擦力を受けて駆動させられる。走行ユニット２２は、電動モータ５２Ｌ，５２Ｒによって駆動体５４Ｌ，５４Ｒを回転させることで、ドリブンローラ６２を自身の中心軸線周りに回転（自転）させ、およびまたは主輪５５の周方向に回転（公転）させ、前後左右を含む平面上を全方向に推力を発生させる。例えば、左右のドライブディスク５７Ｌ，５７Ｒを同一方向に回転させると、ドリブンローラ６２は主輪５５の周方向に回転し、左右のドライブディスク５７Ｌ，５７Ｒの回転速度に差を生じさせると、ドリブンローラ６２は自身の中心軸線周りに回転する。

図３に示すように、下部フレーム２９の左右の切欠部３４，３４の外方には、ステップベース６４Ｌ，６４Ｒが取り付けられる。ステップベース６４Ｌ，６４Ｒには、ステップ６５Ｌ，６５Ｒが回動可能に支持されている。各ステップ６５Ｌ，６５Ｒは、基端部において概ね前後方向に延在する回動軸をもってステップベース６４Ｌ，６４Ｒに支持されており、その先端部が基端部の概ね上方に位置し、下部フレーム２９に概ね沿った状態となる格納位置と、その先端部が基端部の概ね左右方向に位置し、下部フレーム２９から突出した状態となる使用位置との間で回動可能となっている。

走行ユニット２２は、その回転軸が左右方向と平行になるように下部フレーム２９の内部にその上半部が配置される。走行ユニット２２は、ステップベース６４Ｌ，６４Ｒとの間に左右の切欠部３４，３４の周縁部を挟み込むようにして、ステップベース６４Ｌ，６４Ｒにボルト締結され、下部フレーム２９に固定される。

下部フレーム２９の下端部には、走行ユニット２２の下半部を路面との接地部位を除いて隠蔽するための下部カバー６６が取り付けられる。また、下部フレーム２９の左右の側壁３３の外側面には、各ステップ６５Ｌ，６５Ｒを除いて各ステップベース６４Ｌ，６４Ｒを隠蔽するためのサイドカバー６７Ｌ，６７Ｒが取り付けられる。

図２に示すように、車載バッテリ２５は、上部フレーム２８の環状内部空間の前側部分および後側部分に２つ配置されている。各車載バッテリ２５は、複数個のセルから構成されてもよい。車載バッテリ２５は、電装ユニット２３の制御ユニットを介して電動モータ５２Ｌ，５２Ｒに電力を供給するとともに、移動体１０に設けられた各種装置に電力を供給する。

図３に示すように、上部フレーム２８の下部開口部３７内の後側部分には、受電用コイル８１が設けられる。受電用コイル８１は、後述する送電用コイル８２と非接触状態で磁気的に結合し、誘導起電力を生じさせる。受電用コイル８１は、充電制御ユニット２６を介して車載バッテリ２５に接続されている。

＜スタンドの構成＞
図１に示すように、スタンド１１は、床面上に載置される円板状の基部９１と、基部９１の周縁部から上方に向けて突設された支柱９２と、支柱９２の先端部に設けられた支持部９３とを備えている。基部９１の上面には、移動体１０の主輪５５の下部が嵌合することができる凹部９４が形成されている。

支持部９３は、ケーシング９５と、一対のアーム９６Ｌ，９６Ｒと、送電用コイル８２とを備えている。ケーシング９５は、底壁１０１、上壁１０２、側壁１０３〜１０６からなる中空の箱形状を呈し、底壁１０１の下面において支柱９２の先端に固着されている。ケーシング９５のスタンド１１の中央側を向く側壁１０３は、斜め上方を向くように傾斜している。側壁１０３の両端に配置された側壁１０４，１０５には、アーム９６Ｌ，９６Ｌが挿通可能な貫通孔１０７，１０８が形成されている。側壁１０３と相対する側壁１０６には、中央部に貫通孔（図示しない）が形成されている。

図１に示すように、アーム９６Ｌ，９６Ｒは、Ｌ字状に形成されている。アーム９６Ｌの基端は、貫通孔１０７を通過してケーシング９５内に突入し、その下部が底壁１０１の上面に取り付けられたガイドレール１１１とスライド移動可能に結合している。また、アーム９６Ｌの一端の上面側には、その長手方向にそってラック１１２が形成されている。同様に、アーム９６Ｒの基端は、貫通孔１０８を通過してケーシング９５内に突入し、その上部が上壁１０２の下面に取り付けられたガイドレール１１４とスライド移動可能に結合している。また、アーム９６Ｒの一端の下部には、その長手方向にそってラック１１５が形成されている。

ラック１１２とラック１１５とは、互いに対向しており、その間には各ラック１１２，１１５に噛み合うピニオン１１６が設けられている。ピニオン１１６には、その回転軸と同軸にシャフト１１７が突設されている。シャフト１１７は、側壁１０６に形成された貫通孔に枢支されおり、その先端はケーシング９５の外部に延出している。シャフト１１７の先端には、シャフト１１７の径方向に延出するレバー１１８が固着されている。

各アーム９６Ｌ，９６Ｒの先端は、基部９１の中央上方側へと延出しており、互いに相対する側面側に可撓性を有するクッション部材１１９を備えている。以上の構成によって、レバー１１８を回動させることによってピニオン１１６が回転し、アーム９６Ｌ，９６Ｒが同期してスライド移動し、アーム９６Ｌ，９６Ｒの先端どうしが接近または離反する。アーム９６Ｌ，９６Ｒが離反した状態では、両アーム９６Ｌ，９６Ｒ間に移動体１０のくびれ部２１Ａを配置させることが容易であり、その状態からアーム９６Ｌ，９６Ｒを接近させると両アーム９６Ｌ，９６Ｒが移動体１０のくびれ部２１Ａを挟み込み、移動体１０が所定位置に配置させられるとともに、挟持される。なお、図示しないが、ケーシング９５には、レバー１１８を任意の回動位置でケーシング９５に対して固定するロック装置が設けられている。このロック装置によって、アーム９６Ｌ，９６Ｒは、任意の位置に固定され、くびれ部２１Ａの接続状態が維持される。

上壁１０２の下面には、アーム９６Ｒの接近を検出するアーム位置検出センサ１２３が取り付けられている。本実施形態のアーム位置検出センサ１２３は、近接センサであり、アーム９６Ｒが所定の位置に存在するか否かを検出するものである。アーム位置検出センサ１２３は、アーム９６Ｒのケーシング９５への没入長さが所定に達しているか否か、すなわち両アーム９６Ｌ，９６Ｒ間の先端同士の距離が狭くなり、移動体１０を挟みこんでいるか否かを検出する。なお、アーム位置検出センサ１２３は、接触式のリミットスイッチ等であってもよいし、レバー位置を検出し、レバー位置に基づいてアーム位置を推定するようにしてもよい。

図１に示すように、ケーシング９５の前側の側壁１０３の内側には送電用コイル８２が設けられている。なお、送電用コイル８２は、側壁１０３の外面に露出するように設けられてもよいし、側壁１０３内に埋設されてもよい。

以上の構成を有するスタンド１１は、図６に示すように、電源を落とした非作動状態の移動体１０を寄り掛かった状態に支持することができる。移動体１０の下端は、主輪５５が基部９１の凹部９４に嵌まり込むことによって、所定の位置に配置される。また、移動体１０と支持部９３との接触位置は、くびれ部２１Ａが各アーム９６Ｌ，９６Ｒに挟持されることによって所定の位置に定められる。これにより、移動体１０の受電用コイル８１とスタンド１１の送電用コイル８２とが互いに相対する位置に配置される。

使用者が移動体１０をスタンド１１に支持させる際の手順について説明する。最初に、使用者は移動体１０のハンドル４５を把持し、移動体１０が転倒しないようにして、移動体１０の電源をオフにする。この状態で移動体１０は自立できなくなる。次に、使用者は移動体１０を持ち上げ、主輪５５の下部をスタンド１１の基部９１の凹部９４に嵌め込み、移動体１０を傾斜させてケーシング９５の側壁１０３に寄り掛かった状態にする。そして、使用者はレバー１１８を回動し、両アーム９６Ｌ，９６Ｒで移動体１０のくびれ部２１Ａを挟持し、スタンド１１に対する移動体１０の左右方向における位置を適切な位置に調整する。

＜充電システムの構成＞
図７に示すように、充電システム１３は、スタンド１１に設けられた第１整流器１２１、発振回路１２２、アーム位置検出センサ１２３、送電制御回路１２４、第１開閉器１２５、送電用コイル８２と、移動体１０に設けられた受電用コイル８１、第２整流器１２６、電圧監視回路１２７、受電制御回路１２８、第２開閉器１２９、車載バッテリ２５とを備えている。第２整流器１２６、電圧監視回路１２７、受電制御回路１２８、第２開閉器１２９は充電制御ユニット２６を構成する。本実施形態では、電源ケーブル（図示しない）を介してスタンド１１に接続された商用電源１３０を充電電源として使用する構成としたが、スタンド１１に充電電源としてのバッテリを設ける構成としてもよい。

商用電源１３０は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電源であり、電源ケーブルおよび第１開閉器１２５を介して第１整流器１２１に接続されている。第１開閉器１２５は、送電制御回路１２４によって開閉制御されている。送電制御回路１２４は、アーム位置検出センサ１２３から出力された信号に基づいて第１開閉器１２５を開閉する。本実施形態では、両アーム９６Ｌ，９６Ｒが移動体１０を挟持可能な位置に達している場合に、第１開閉器１２５が閉じられ、商用電源１３０の電力が第１整流器１２１に供給される。

第１整流器１２１は、商用電源１３０から入力される交流電流を整流して直流化する。第１整流器１２１の出力は、発振回路１２２に入力する。発振回路１２２は、第１整流器１２１によって直流化された直流電流を所定周波数にチョップし、交流電流を生成する回路である。ここで、所定周波数とは電力を電磁結合によって提供するに適した値であり、一般的に数十ｋＨｚから数百ｋＨｚの範囲に設定されている。

発振回路１２２は、送電用コイル８２に接続されている。送電用コイル８２は、所定周波数にチョップされた交流電流によって、電磁界を生成する。

受電用コイル８１は、送電用コイル８２による電磁誘導によって、送電用コイル８２が生成した電磁界に応じた誘導電流を生成する。ここで、送電用コイル８２が生成する誘導電流は所定周波数にチョップされた交流電流である。受電用コイル８１は第２開閉器１２９を介して第２整流器１２６に接続されている。第２開閉器１２９は、受電制御回路１２８によって開閉制御されている。第２整流器１２６は、受電用コイル８１によって生成された交流電流を直流化し、車載バッテリ２５および電圧監視回路１２７に直流電流を供給する。

電圧監視回路１２７は、車載バッテリ２５の起電圧を監視し、車載バッテリ２５の起電圧に応じた信号を受電制御回路１２８に出力する。図８に示すように、電圧監視回路１２７は、演算増幅器１３３と、基準電圧源１３４と、接地電位１３５とを有している。演算増幅器１３３の非反転入力端子には、車載バッテリ２５の起電圧が入力され、他方の反転入力端子には基準電圧源１３４の電圧が入力される。演算増幅器１３３は、車載バッテリ２５の起電圧が基準電圧源１３４の基準電圧Ｖｔｈ以上である場合は、受電制御回路１２８にハイレベル「Ｈ」の信号を出力する一方、起電圧が基準電圧Ｖｔｈより低い場合は、受電制御回路１２８にロウレベル「Ｌ」の信号を出力する。

図９に、一例として、車載バッテリ２５の放電特性を示す。車載バッテリ２５の起電圧が基準電圧Ｖｔｈ以上である場合には、電圧監視回路１２７は「Ｈ」の信号を出力する。時間の経過とともに放電し、車載バッテリ２５の起電圧が低下し、基準電圧Ｖｔｈより低くなった場合は、電圧監視回路１２７は「Ｌ」の信号を出力する。

受電制御回路１２８は、電圧監視回路１２７から「Ｈ」の信号を受け取った場合には第２開閉器１２９を開き、「Ｌ」の信号を受け取った場合には第２開閉器１２９を閉じる。すなわち、車載バッテリ２５の起電圧がＶｔｈ以上である場合には、第２開閉器１２９を開いて受電用コイル８１からの電力供給を遮断し（充電停止）、車載バッテリ２５の起電圧がＶｔｈより低い場合には、第２開閉器１２９を閉じて受電用コイル８１からの電力供給を可能にする（充電可能）。

充電システム１３が行う制御手順を図１０のフロー図を用いて説明する。最初に、送電制御回路１２４が、アーム位置検出センサ１２３から出力される信号に基づいて、アーム９６Ｒが所定位置に達しているか否かを判定する（Ｓ１）。判定が、Ｙｅｓの場合には、第１開閉器１２５を閉じる（Ｓ２）。これにより、送電用コイル８２に交流電流が供給され、送電用コイル８２は磁界を発生させる。すなわち、移動体１０が両アーム９６Ｌ，９６Ｒ間に挟持されるとともに、スタンド１１に対して適正な位置に配置されていると判断されたときに、スタンド１１は移動体１０への充電を開始する。一方、ステップＳ１での判定が、Ｎｏの場合には、第１開閉器１２５が開かれ、送電用コイル８２に電流は供給されない（Ｓ５）。

次に、受電制御回路１２８は、電圧監視回路１２７から出力される信号に基づいて、車載バッテリ２５の電位Ｖが基準電圧Ｖｔｈより低いか否かを判定する（Ｓ３）。判定が、Ｙｅｓの場合には、第２開閉器１２９を閉じる（Ｓ４）。これにより、受電用コイル８１に発生した誘導電流が、第２整流器１２６を介して車載バッテリ２５に供給され、車載バッテリ２５が充電される。一方、ステップＳ３での判定が、Ｎｏの場合には、第２開閉器１２９が開かれ、車載バッテリ２５に電流は供給されない。これにより、車載バッテリ２５は、起電圧が基準電圧Ｖｔｈより低い場合にのみ充電され、過充電が防止される。

＜第１実施形態の作用効果＞
以上の充電システム１３では、使用者は、比較的簡単な操作で移動体１０をスタンド１１の適正な位置に配置することができる。また、送電用コイル８２と受電用コイル８１を用いたことによって、非接触式字充電システムが構築され、コネクタ等の接続の必要がなく、充電作業が容易である。

＜第１実施形態の一部変形実施例＞
第１実施形態では、上部フレーム２８の下部開口部３７内の後側部分に受電用コイル８１を設けたが、他の任意の部分に設けてもよい。例えば、受電用コイル８１を上部フレーム２８の下部開口部３７内の右側部分に設けてもよい。この場合には、図１１に示すように、受電用コイル８１が設けられた移動体１０の右側側部が支持部９３の側壁１０３に当接するように、移動体１０がスタンド１１に対して配置され、くびれ部２１Ａは前後方向からアーム９６Ｌ，９６Ｒによって挟持される。この場合には、受電用コイル８１の設置部位を大きく確保することができるため、コイルの大型化が可能である。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の充電システム１５０は、第１実施形態の充電システム１３と比較して、受電用コイル８１および送電用コイル８２の代わりに移動体側コネクタ１５１およびスタンド側コネクタ１５２を用いて商用電源１３０と車載バッテリ２５とを接続する点で構成が相違する。第２実施形態の充電システム１５０について、第１実施形態の充電システム１３と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図１２に示すように、移動体側コネクタ１５１は、下部フレーム２９の両側壁３３，３３の上部にそれぞれ１つずつ設けられている。スタンド側コネクタ１５２は、各アーム９６Ｌ，９６Ｒの外端の互いに相対する部分に設けられている。移動体側コネクタ１５１とスタンド側コネクタ１５２とは互いに結合可能な相補的形状を備えている。

移動体１０の主輪５５が凹部９４に嵌合し、上部フレーム２８の後部が支持部９３の側壁１０３に当接した状態において、レバー１１８を回動させ、両アーム９６Ｌ，９６Ｒを近接させると、移動体側コネクタ１５１とスタンド側コネクタ１５２とが接続するようになっている。

図１３に示すように、第２実施形態に係る充電システム１５０は、第１実施形態の充電システム１３に比較して送電用コイル８２および受電用コイル８１がスタンド側コネクタ１５２および移動体側コネクタ１５１に置換されたことから、発振回路１２２および第２整流器１２６が省略されている。

第２実施形態では、レバー１１８の回動操作によって、アーム９６Ｌ，９６Ｒによる移動体１０の挟持と、スタンド側コネクタ１５２と移動体側コネクタ１５１との接続とが同時に行うことができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、スタンド１１の基部９１は床と一体的に形成されてもよく、支柱９２は基部９１に突設される必要はなく、例えば建築物の壁面等の固定された構造物から突設されてもよい。また、実施形態ではレバー１１８の手動による回動操作によって各アーム９６Ｌ，９６Ｒを変位させるようにしたが、モータ等のアクチュエータを利用して各アーム９６Ｌ，９６Ｒを変位させるようにしてもよい。また、他の実施形態では、両アームを変位できないように固定し、移動体１０を両アーム間に嵌合させるようにしてもよい。この場合には支持部９３の構成を簡素にできるという利点がある。

１０…倒立振子型移動体、１１…スタンド、１３，１５０…充電システム、２１…フレーム、２１Ａ…くびれ部、２２…走行ユニット、２３…電装ユニット、２５…車載バッテリ（二次電池）、２６…充電制御ユニット、２８…上部フレーム、２９…下部フレーム、４５…ハンドル、５４Ｌ，５４Ｒ…駆動体、５５…主輪、８１…受電用コイル（２次コイル）、８２…送電用コイル（１次コイル）、９１…基部、９２…支柱、９３…支持部、９４…凹部、９５…ケーシング、９６Ｌ，９６Ｒ…アーム、１１１，１１４…ガイドレール、１１２，１１５…ラック、１１６…ピニオン、１１７…シャフト、１１８…レバー、１２１…第１整流器、１２２…発振回路、１２３…アーム位置検出センサ、１２４…送電制御回路、１２５…第１開閉器、１２６…第２整流器、１２７…電圧監視回路、１２８…受電制御回路、１２９…第２開閉器、１３０…商用電源、１５１…移動体側コネクタ、１５２…スタンド側コネクタ

Claims (5)

1. 倒立振子型移動体に備えられた二次電池を充電するための充電システムであって、
   非作動状態の前記倒立振子型移動体を所定の傾斜した起立状態に支持するべく、前記倒立振子型移動体に当接する支持部を有するスタンドを備え、
   前記スタンドは、充電用電源と、前記支持部に設けられ、前記充電用電源から電力の供給を受ける給電手段を有し、
   前記倒立振子型移動体は、上下方向に延在するとともに上下方向における中間部にくびれ部を備え、前記支持部と当接する部分に、前記給電手段から電力を受け取るとともに前記二次電池に電流を供給する受電手段を有し、
   前記支持部は、前記倒立振子型移動体が支持された状態で前記くびれ部に対応する位置に一対のアームを備え、
   前記一対のアームの間に前記くびれ部が配置される
   ことを特徴とする倒立振子型移動体の充電システム。
2. 前記一対のアームは、互いに接近および離反可能になっており、
   前記一対のアームによって、前記くびれ部が挟持されることを特徴とする、請求項１に記載の倒立振子型移動体の充電システム。
3. 前記給電手段は、前記充電用電源から供給される電流によって磁界を発生させる１次コイルを有し、
   前記受電手段は、前記１次コイルが発生した磁界によって誘導電流を発生させる２次コイルを有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の倒立振子型移動体の充電システム。
4. 前記給電手段は、前記充電用電源と電気的に接続されたスタンド側コネクタを有し、
   前記受電手段は、前記スタンド側コネクタに電気的に結合可能な移動体側コネクタを有することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の倒立振子型移動体の充電システム。
5. 前記スタンド側コネクタは、前記アームに設けられており、
   前記移動体側コネクタは、前記スタンド側コネクタに対応する位置に設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の充電システム。

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