(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に移動する昇降手段を用いて、架台上の車両床下に配置されたバッテリを、前記架台に形成されたバッテリ着脱用開口部を介して車両下方に取り出し、新たなバッテリを前記バッテリ着脱用開口部を介して前記車両下方より上昇させ車両床下に取付けるための車両のバッテリ交換装置であって、
前記架台には前記車両の車輪が当接することで前記車両の前後方向への移動を規制し該車両を前記架台上のバッテリ交換位置に位置決めする車輪止めが設けられ、
前記車輪止めに車輪を検出する車輪検出手段が設けられ、
前記車輪止めは、車輪の前面側に当接する前側止め部と、車輪の後面側に当接する後側止め部とからなり、前記車輪検出手段は、前記前側止め部内に設けられた第１検出機構と、後側止め部内に設けられた第２検出機構とからなる非接触式センサである車両のバッテリ交換装置。
【請求項２】
前記架台には、前記バッテリ着脱用開口部を開閉可能とするシャッターが設けられるとともに、前記車輪検出手段により前記車輪止めに位置決めされた車輪が検出されると前記バッテリ着脱用開口部を開放させるためにシャッターを駆動させる制御装置が設けられている請求項１に記載の車両のバッテリ交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のバッテリ交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッドカーのように動力源としてバッテリ（バッテリユニット）を搭載した車両のうち電気自動車においては、バッテリの充電量が所定量以下になると電気自動車に搭載された状態でバッテリの充電を行うか、消耗したバッテリを充電されたバッテリと交換することによりバッテリを満充電の状態にする必要がある。電気自動車のバッテリ交換装置として、所定位置に設けられた昇降手段の上方にバッテリ収納部が位置するように電気自動車が停止した状態で、昇降手段を用いてバッテリユニットを出し入れするものが公開されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されたバッテリ交換装置では、電気自動車をバッテリ交換位置に位置決めするための車輪止めを備えている。さらに、車輪止めの近傍には、車両有無確認用テープスイッチが設けられ、この車両有無確認用テープスイッチにより電気自動車の前輪が検出されると、電気自動車がバッテリ交換位置に位置決めされたことが検出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２６２９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１のバッテリ交換装置では、車輪止めにより止められた前輪を検出するため、車両有無確認用テープスイッチを備えているが、この車両有無確認用テープスイッチは、車輪止めの近傍に設けられている。このため、車両有無確認用テープスイッチによって前輪が検出されたとしても、バッテリ交換位置に正確に位置決めされていない状態での車両の前輪が検出されてしまう虞がある。
【０００５】
本発明は、バッテリ交換位置に正確に位置決めされた車両の車輪を検出することができる車両のバッテリ交換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、上下方向に移動する昇降手段を用いて、架台上の車両床下に配置されたバッテリを、前記架台に形成されたバッテリ着脱用開口部を介して車両下方に取り出し、新たなバッテリを前記バッテリ着脱用開口部を介して前記車両下方より上昇させ車両床下に取付けるための車両のバッテリ交換装置であって、前記架台には前記車両の車輪が当接することで前記車両の前後方向への移動を規制し該車両を前記架台上のバッテリ交換位置に位置決めする車輪止めが設けられ、前記車輪止めに車輪を検出する車輪検出手段が設けられ、前記車輪止めは、車輪の前面側に当接する前側止め部と、車輪の後面側に当接する後側止め部とからなり、前記車輪検出手段は、前記前側止め部内に設けられた第１検出機構と、後側止め部内に設けられた第２検出機構とからなる非接触式センサである。
【０００７】
これによれば、架台に設けられた車輪止めそのものに車輪検出手段を設けた。このため、車輪止めに車輪が当接し、その当接により車輪が正確に位置決めされ、車両がバッテリ交換位置に正確に位置決めされると、初めて車輪検出手段により車輪を検出することができる。
【０００８】
また、前記車輪止めは、車輪の前面側に当接する前側止め部と、車輪の後面側に当接する後側止め部とからなり、前記車輪検出手段は、前記前側止め部内に設けられた第１検出機構と、後側止め部内に設けられた第２検出機構とからなる非接触式センサである。これによれば、第１検出機構は前側止め部により保護され、第２検出機構は後側止め部により保護される。このため、車輪止めによって車輪が位置決めされたとき、両検出機構に車輪が直接載ったり、接触したりすることがなく、両検出機構の耐久性を良好なものにすることができる。
【０００９】
また、前記架台には、前記バッテリ着脱用開口部を開閉可能とするシャッターが設けられるとともに、前記車輪検出手段により前記車輪止めに位置決めされた車輪が検出されると前記バッテリ着脱用開口部を開放させるためにシャッターを駆動させる制御装置が設けられていてもよい。
【００１０】
これによれば、車輪止めに車輪が位置決めされ、車両がバッテリ交換位置に位置決めされると初めてシャッターによりバッテリ着脱用開口部が開放される。言い換えると、車両がバッテリ交換位置に位置決めされない限り、バッテリ着脱用開口部はシャッターにより閉鎖されている。よって、バッテリ交換が行われないときは、バッテリ着脱用開口部から架台下に雨水等が漏れることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バッテリ交換位置に正確に位置決めされた車両の車輪を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態のバッテリ交換装置を示す平面図。
【図２】実施形態のバッテリ交換装置を示す側面図。
【図３】（ａ）は架台上に電気自動車が位置決めされた状態を示す断面図、（ｂ）は実施形態の車輪止め及び光電センサを示す部分拡大断面図。
【図４】シャッターによりバッテリ着脱用開口部が開放された状態を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を電気自動車のバッテリ交換装置に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図３（ａ）に示すように、バッテリ交換装置１１は地上に設けられ、バッテリ交換装置１１は車両としての電気自動車Ｊを支持する架台１２を備えている。そして、電気自動車Ｊのバッテリ交換の際には、架台１２上に電気自動車Ｊが水平状態で停止可能になっている。なお、電気自動車Ｊにはバッテリ１０を車体の下方から出し入れ可能に収納するバッテリ収納部Ｊｂが設けられている。また、バッテリ１０としては、複数のバッテリがバッテリケースに搭載されたバッテリユニットが使用されているが、単にバッテリと称す。
【００１４】
架台１２には、電気自動車Ｊに取り付けられるバッテリ１０を架台１２の下方から出し入れ可能とするバッテリ着脱用開口部１２ａが形成されている。図１及び図２に示すように、バッテリ着脱用開口部１２ａは、架台１２の長さ方向へ長辺が延びる矩形孔状に形成されている。このバッテリ着脱用開口部１２ａは、バッテリ収納部Ｊｂに対するバッテリ１０の着脱やバッテリ１０の移動に支障を来さない大きさに形成されている。
【００１５】
架台１２の下面側において、バッテリ着脱用開口部１２ａを両短辺側から挟む位置には、シャッター用ガイド部１３が架台１２の幅方向へ延びるように設けられている。そして、図３（ａ）に示すように、架台１２の下面側には、シャッター用ガイド部１３の間に矩形板状のシャッター１４が配設されるとともに、シャッター用ガイド部１３にはシャッター１４のガイドローラ１４ａが回転可能に支持されている。
【００１６】
また、架台１２の下面側にはシャッター１４を駆動させるためのシャッター用モータ１５が配設されている。そして、このシャッター用モータ１５により、図示しないタイミングベルトが伸長することでシャッター１４が架台１２の幅方向へスライド移動するようになっている。シャッター１４のスライド移動の際、シャッター用ガイド部１３に沿ってガイドローラ１４ａが転動するようになっている。そして、シャッター１４によりバッテリ着脱用開口部１２ａが開閉可能になっている。ガイドローラ１４ａ、シャッター用ガイド部１３等のシャッター１４の開閉の際に作動する摺動部には、自己潤滑性を有する樹脂材料製の部品が用いられ、シャッター１４開閉時の静音対策が施されている。
【００１７】
図１及び図２に示すように、架台１２上には、架台１２の長さ方向全体に亘って延びる車輪ガイド１６が配設されている。車輪ガイド１６は、架台１２の幅方向においてバッテリ着脱用開口部１２ａを挟むように一対設けられている。各車輪ガイド１６は、一対のガイドレール１６ａが電気自動車Ｊの車輪Ｊａの幅より僅かに大きくなるように配設されて形成されている。そして、両車輪ガイド１６により電気自動車Ｊの車幅方向両側の車輪Ｊａがガイドされることにより、電気自動車Ｊは架台１２の長さ方向に沿って直進するようにガイドされるようになっている。
【００１８】
図１及び図３（ｂ）に示すように、架台１２上において、一対の車輪ガイド１６のうち一方の車輪ガイド１６側には、バッテリ交換の際に電気自動車Ｊの前側の車輪Ｊａに当接することで電気自動車Ｊの前後方向への移動を規制し、電気自動車Ｊを位置決めする車輪止め１７が設けられている。そして、電気自動車Ｊが前側の車輪Ｊａを車輪止め１７に当接させて停止した状態では、電気自動車Ｊは、バッテリ収納部Ｊｂがバッテリ着脱用開口部１２ａと対向し、バッテリ１０の着脱やバッテリ着脱用開口部１２ａでのバッテリ１０の移動に支障を来さない位置（バッテリ交換位置）に位置決めされるようになっている。
【００１９】
図３（ｂ）に示すように、この車輪止め１７は、車輪Ｊａの周方向における前面側が当接する前側止め部１８と、後面側が当接する後側止め部１９とから形成されている。そして、車輪止め１７は、一対のガイドレール１６ａの間において、前側止め部１８と後側止め部１９とが架台１２の長さ方向に離間した位置に配設されている。
【００２０】
前側止め部１８は、金属板を山形状に成形して形成されるとともに、車輪Ｊａが当接する後部側は、車輪Ｊａの周面に沿う円弧状に形成されている。また、前側止め部１８の後部には、透孔１８ａが形成されている。後側止め部１９は、金属板を山形状に成形して形成されるとともに、車輪Ｊａが当接する前部は、車輪Ｊａの周面に沿う円弧状に形成されている。また、後側止め部１９の前部には、透孔１９ａが前側止め部１８の透孔１８ａと対向する位置に形成されている。
【００２１】
上記構成の車輪止め１７には、車輪検出手段としての光電センサＳが設けられている。前側止め部１８の内側において、架台１２上には、光電センサＳの第１検出機構としての投光部２０が配設されるとともに、投光部２０からの光が透孔１８ａを通過して後側止め部１９に向けて照射されるようになっている。投光部２０からの光は、架台１２の上面より僅か上を通過するようになっており、車輪止め１７によって車輪Ｊａが位置決めされると、投光部２０からの光が車輪Ｊａによって遮られるようになっている。また、後側止め部１９の内側において、架台１２上には、光電センサＳの第２検出機構としての受光部２１が配設されている。投光部２０からの光は、透孔１９ａを通過して受光部２１に受光されるようになっている。
【００２２】
そして、前側止め部１８と後側止め部１９の間に車輪Ｊａが配置されると、前側止め部１８の後部に対し車輪Ｊａの前面側が当接するとともに、後側止め部１９の前部に対し車輪Ｊａの後面側が当接する。すると、車輪止め１７によって前側の車輪Ｊａが位置決めされるとともに、架台１２の長さ方向への電気自動車Ｊの移動が規制され、電気自動車Ｊがバッテリ交換位置に位置決めされる。
【００２３】
また、電気自動車Ｊが車輪止め１７によりバッテリ交換位置に位置決めされた状態では、投光部２０からの光は車輪Ｊａによって遮られ、受光部２１による受光状態が解除される。そして、この受光部２１による受光状態が解除されると、光電センサＳがオンされ、バッテリ交換位置に位置決めされた電気自動車Ｊの車輪Ｊａが検出されるようになっている。一方、受光部２１が受光状態にある場合は光電センサＳはオフとなっている。よって、本実施形態では、投光部２０と受光部２１とからなる非接触式センサである光電センサＳにより、車輪止めでの車輪Ｊａを検出する車輪検出手段が構成されている。
【００２４】
図１に示すように、架台１２は、シャッター用モータ１５を駆動する制御手段としての制御装置２６を備える。この制御装置２６には、光電センサＳの受光部２１が信号接続されるとともに、シャッター用モータ１５が信号接続されている。そして、制御装置２６は、光電センサＳのオン・オフ（検出結果）に基づいてシャッター用モータ１５の駆動を開始させる制御を行う。また、制御装置２６は、シャッター１４によりバッテリ着脱用開口部１２ａが全開状態になった位置でシャッター用モータ１５の駆動を停止させる制御を行う。
【００２５】
図２及び図３（ａ）に示すように、バッテリ交換装置１１は、バッテリ交換位置に位置決めされた電気自動車Ｊのバッテリ収納部Ｊｂと対向する位置でバッテリ１０を昇降する昇降手段３０を備えている。さらに、バッテリ交換装置１１は、昇降手段３０との間でバッテリ１０の授受が可能で、搬送方向がバッテリ交換位置に停止した電気自動車Ｊの前後方向と直交するように設けられたチェーンコンベア４１とを備えている。
【００２６】
昇降手段３０はパンタグラフ式の構成で、バッテリ１０が載置されるテーブル３１を昇降させるパンタグラフ機構は２組の第１リンク３２及び第２リンク３３を備えている。両リンク３２，３３は、同じ長さで中央部が軸により回動可能に連結され、上端がテーブル３１に固定された一対の上側支持部材３４に連結され、下端が一対の下側支持部材３５に連結されている。第１リンク３２は下端が下側支持部材３５に回動可能に連結され、上端が上側支持部材３４に形成された長孔３４ａに沿って移動可能に設けられた上側支軸３６に回動可能に連結されている。
【００２７】
第２リンク３３は下端が下側支持部材３５に形成された長孔３５ａに沿って移動可能に設けられた下側支軸３７に回動可能に連結され、上端が上側支持部材３４に回動可能に連結されている。下側支軸３７はモータ３８により回動されるねじ軸３９によりねじ軸３９に沿って移動するスライダ（図示せず）に固定されている。そして、モータ３８の正転駆動時には第１リンク３２及び第２リンク３３の端部の間隔が狭くなってテーブル３１が上昇し、モータ３８の逆転駆動時には第１リンク３２及び第２リンク３３の端部の間隔が広くなってテーブル３１が下降するようになっている。
【００２８】
図２に示すように、チェーンコンベア４１は、一対のチェーン４１ａを備え、一対のチェーン４１ａ間には、バッテリ１０が載置される搬送台車５０が載置される。両チェーン４１ａは脚部４２ａを備えたフレーム４２に支持され、正逆回転可能な駆動モータ４３により同時に駆動される。そして、駆動モータ４３の駆動によりチェーン４１ａが回転することにより、搬送台車５０が搬送されるようになっている。搬送台車５０は四角枠状に形成されている。チェーンコンベア４１は、バッテリ１０を昇降手段３０と、バッテリ貯蔵部へのバッテリ搬送手段（いずれも図示せず）との間で搬送する。バッテリ貯蔵部とは、回収された使用済みバッテリを一時貯蔵するとともに、充電された充電済みバッテリを貯蔵する装置で、例えば、自動倉庫で構成される。
【００２９】
チェーンコンベア４１のフレーム４２は、昇降手段３０を挟むとともに、昇降手段３０を越えた位置まで延びている。そして、昇降手段３０は一対のフレーム４２に挟まれた位置から昇降するようになっている。さらに、昇降手段３０は、搬送台車５０の内側を通過して昇降するようになっている。
【００３０】
次に前記のように構成されたバッテリ交換装置１１の作用を説明する。
電気自動車Ｊは、図示されないスロープを経由して架台１２上まで走行し、車輪止め１７の前側止め部１８と後側止め部１９に車輪Ｊａを当接させた状態で停止する。すると、車輪止め１７により、電気自動車Ｊがバッテリ交換のためバッテリ交換位置に位置決めされる。また、車輪止め１７によって車輪Ｊａが位置決めされると、光電センサＳにおける受光部２１による受光状態が解除されてオンされる。すなわち、電気自動車Ｊがバッテリ交換位置に正確に位置決めされると、その位置決めされた電気自動車Ｊの車輪Ｊａが光電センサＳによって検出される。言い換えると、電気自動車Ｊがバッテリ交換位置に位置決めされたことが光電センサＳによって検出される。この検出に基づいて制御装置２６はシャッター用モータ１５を駆動させる。すると、図４に示すように、シャッター１４がバッテリ着脱用開口部１２ａを開口させる方向へスライド移動し、バッテリ着脱用開口部１２ａが開放される。その結果、バッテリ収納部Ｊｂが昇降手段３０のテーブル３１と対向する状態になる。そして、この状態からバッテリ交換装置１１はバッテリ交換を開始する。
【００３１】
まず、昇降手段３０が上昇駆動され、テーブル３１上に電気自動車Ｊに取り付けられているバッテリ１０が当接支持される。次に、昇降手段３０が下降駆動され、バッテリ１０はテーブル３１に載置されてチェーンコンベア４１上の搬送台車５０まで下降されていく。そして、昇降手段３０が搬送台車５０の内側を通過して下降駆動されると、バッテリ１０が搬送台車５０上に移載される。その後、チェーンコンベア４１が駆動されて搬送台車５０がバッテリ貯蔵部側へ移送され、使用済みのバッテリ１０はバッテリ交換装置１１から搬出される。
【００３２】
次に、満充電された新たなバッテリ１０がバッテリ貯蔵部からバッテリ搬送手段によりチェーンコンベア４１上の搬送台車５０上に移載されてバッテリ交換装置１１に搬入される。そして、新たなバッテリ１０はチェーンコンベア４１により搬送台車５０に載置された状態で昇降手段３０上まで搬送される。
【００３３】
次に、昇降手段３０が上昇駆動されると、昇降手段３０が搬送台車５０の内側を通過し、さらに、テーブル３１上にバッテリ１０が支持されて持ち上げられる。そして、昇降手段３０が上昇駆動されることにより、バッテリ１０がバッテリ収納部Ｊｂに進入する。そして、バッテリ１０がバッテリ収納部Ｊｂ内に取り付けられる。その後、テーブル３１が下降することによりバッテリ交換作業が完了する。
【００３４】
その後、電気自動車Ｊが走行して架台１２から降り、車輪止め１７から車輪Ｊａが離脱されると、光電センサＳにおける受光部２１が受光状態となってオフされる。すると、制御装置２６はシャッター用モータ１５を駆動させ、シャッター１４がバッテリ着脱用開口部１２ａを閉鎖する方向へ移動し、バッテリ着脱用開口部１２ａが閉鎖される。
【００３５】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）架台１２に設けられた車輪止め１７そのものに光電センサＳを設けた。このため、車輪止め１７により車輪Ｊａが位置決めされ、電気自動車Ｊがバッテリ交換位置に正確に位置決めされると、光電センサＳにより車輪Ｊａを検出することができる。よって、例えば、車輪止め１７に車輪Ｊａが載りながらも、例えば前側止め部１８の頂端上に車輪Ｊａが載った状態では、光電センサＳにより車輪Ｊａは検出されない。したがって、光電センサＳを車輪止め１７に直接設けることで、架台１２上のバッテリ交換位置に正確に位置決めされた状態での車輪Ｊａを検出し、結果として、電気自動車Ｊがバッテリ交換位置に正確に位置決めされたことを検出することができる。
【００３６】
（２）光電センサＳの投光部２０は、車輪止め１７の前側止め部１８内に配設され、受光部２１は、車輪止め１７の後側止め部１９内に配設されている。このため、車輪止め１７によって車輪Ｊａが位置決めされたとき、投光部２０及び受光部２１に車輪Ｊａが直接載ることがなく、投光部２０及び受光部２１を保護して耐久性を良好なものにすることができる。
【００３７】
（３）車輪Ｊａの検出手段として非接触式の光電センサＳを用いた。このため、例えば、車輪Ｊａの検出手段としてリミットスイッチのような接触式のタイプを用いる場合と比べると、光電センサＳに車輪Ｊａが直接載ったり接触したりすることがなく、光電センサＳを保護して耐久性を良好なものにすることができる。
【００３８】
（４）架台１２のバッテリ着脱用開口部１２ａを開閉するシャッター１４を設けるとともに、シャッター１４の駆動を制御する制御装置２６を設けた。そして、光電センサＳにより車輪Ｊａが検出されると、制御装置２６によりシャッター１４を駆動させてバッテリ着脱用開口部１２ａを開放させることができる。したがって、電気自動車Ｊがバッテリ交換位置に正確に位置決めされない限り、バッテリ着脱用開口部１２ａはシャッター１４により閉鎖されている。よって、バッテリ交換が行われないときは、バッテリ着脱用開口部１２ａから架台１２下へ雨水等が漏れることが防止でき、結果として昇降手段３０やチェーンコンベア４１の一部が雨水等により濡れることが防止できる。
【００３９】
（５）架台１２のバッテリ着脱用開口部１２ａを開閉するシャッター１４を設けるとともに、シャッター１４の駆動を制御する制御装置２６を設けた。そして、光電センサＳにより、バッテリ交換位置に正確に位置決めされた状態での電気自動車Ｊの車輪Ｊａが検出されると、制御装置２６によりシャッター１４を駆動させてバッテリ着脱用開口部１２ａを開放させることができる。したがって、バッテリ着脱用開口部１２ａが開放された後は、バッテリ収納部Ｊｂに対しバッテリ１０が位置ズレする等が起こりにくくなっており、バッテリ交換を速やかに行うことができる。
【００４０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態では、車輪止め１７を前側止め部１８と後側止め部１９の２部材から形成したが、車輪止め１７を二こぶ状に形成し、１部材で形成してもよい。
【００４１】
○  昇降手段３０はパンタグラフ式の構成に限らず、例えば、鉛直方向に延びるボールねじを利用してテーブル３１を昇降させる構成としてもよい。
○  車輪検出手段としては、非接触式の光電センサＳに限らず、リミットスイッチ等の接触式のスイッチを用いてもよい。
【００４２】
○  車輪止め１７は、電気自動車Ｊをバッテリ交換位置に位置決めできるのであれば、後側の車輪Ｊａが載る位置に設けられていてもよいし、前側の両車輪Ｊａが載るように一対設けられていてもよい。
【００４３】
○  チェーンコンベア４１に限らず、ベルトコンベアやローラコンベアで構成してもよい。
○  車両は動力源として大型のバッテリを搭載した車両であればよく、バッテリのみを走行用動力源として備えた電気自動車Ｊに限らず、モータ及びエンジンの両方を備えたハイブリッドカーであってもよい。
【００４４】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記非接触式センサは光電センサである。
【００４５】
（ロ）前記車両は電気自動車である。
【符号の説明】
【００４６】
Ｊ…車両としての電気自動車、Ｊａ…車輪、Ｓ…車輪検出手段であり非接触式センサとしての光電センサ、１０…バッテリ、１１…バッテリ交換装置、１２…架台、１２ａ…バッテリ着脱用開口部、１４…シャッター、１７…車輪止め、１８…前側止め部、１９…後側止め部、２０…第１検出機構としての投光部、２１…第２検出機構としての受光部、２６…制御装置、３０…昇降手段。
【図１】
0005423503.tif 000002
【図２】
0005423503.tif 000003
【図３】
0005423503.tif 000004
【図４】
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