JP2011050177A - 電動車両自動充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両の充電を自動充電装置で行う場合、送電カプラと受電カプラのズレが生じると、電磁誘導方式充電場合は効率が低下し、端子接続方式の場合は送電カプラのわずかなずれが生じても結合できず、送電及び受電それぞれのカプラの位置合わせに手間取ることが多い。
【解決手段】
【０００５】電動車両５の受電カプラ１５の位置を画像認識手段１０にて認識し、電動車
両自動充電装置１の送電カプラ４の位置とのズレを認識して、電動車両自動充電装置１の
送電カプラ４の位置をＸ方向Ｙ方向に移動し、前記受電カプラ１５の位置に前記送電カプ
ラ４を移動して、Ｘ-Ｙ方向の位置ズレを無くし更に前記送電カプラ４をＺ方向に移動して前記受電カプラに結合し充電する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電動車両の自動充電装置に関するものである。

地球温暖化の進行と化石燃料の枯渇の問題が近年大きくクローズアップされてきた。このような背景から地球温暖化の元凶となっているＣＯ２の排出量が少なく燃費に優れたプラグインハイブリッドや電気自動車が発売され、今後急速な伸びが期待されている。
電気自動車やプラグインハイブリッドの場合、従来のガソリンスタンドでの給油に代わって、専用の充電スタンドやコンビニエンスストア、スパーマーケット、駐車場などに設けられた充電スタンドでの充電や家庭でも充電が行われる。電気自動車に搭載される２次電池として、最近リチウムイオン電池が一般的に用いられているが、このリチウムイオン電池は高価であること又重量が重いことから、電気自動車に搭載される２次電池の容量は価格と車体重量の関係から抑えられ、一般的な乗用車においては電気自動車の１充電当たりの走行距離は通常のガソリン車に比べて短く取らざるを得ない状況にある。したがって電気自動車の充電頻度は、一般的なガソリン車の給油頻度に比べて頻繁になるので充電操作は簡便であることが望まれている。
現在はコード付属のコンセントを自動車の受電部に挿入して充電するのが一般的である。この場合電気コードの操作が煩雑であり、又高圧の２００Ｖ以上の電源を用いた充電操作を行う場合、雨天などでは感電の危険性もある。
この充電の煩わしさを緩和するため、充電操作は可能な限り人手を介さず自動化を図ることが望ましい。

この種の自動充電装置としては特開平９−１８２２１２などに開示されている。特開平９−１８２２１２では固定された給電部に対し、運転者が自動車を充電可能な位置まで検知手段等を用い正しく運転し停止させることになっている。

特開平９−１８２２１２では運転者が車を操作し充電部に正しく停止させることになっているが、検知手段等の助けがあっても、運転者自らの操作で、目的の位置に正しく止めることは困難を伴う。特に初心者などにおいては正確な充電位置まで自動車を誘導し停止させることは容易なことではない。
また、充電スタンドの送電カプラと電気自動車の充電カプラの位置ズレが生じた場合、充電方式が電磁誘導方式の場合は充電効率の低下を招き、接点接続方式で充電を行う場合には、わずかなずれが生じても充電困難となる場合がある。

本発明は、運転者が自動車を操作して送電部に、ほぼ近い位置で停車すれば、自動車運転に未熟な初心者であっても自動充電が可能な電動車両自動充電装置を提供することにある。
（以下この明細書では電動車両自動充電装置を充電装置と呼ぶ）

上記課題を解決するために請求項１記載の発明では、充電装置の送電部が存在する所定の位置のほぼ近いところまで運転者が電動車両を操作して停止すれば、前記充電装置の画像認識手段によって、電動車両の受電カプラの位置を認識し、まずＸ−Ｙ面で受電カプラと充電装置の送電カプラの位置合わせを行う。位置合わせの手段としては、前記充電装置の送電カプラの位置を横方向（Ｘ方向）縦方向（Ｙ方向）に移動し、更に前記送電カプラをＸ−Ｙ面に垂直なＺ方向に移動して前記受電カプラに結合して充電可能とすることを特徴とする。

画像認識手段としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの撮像素子を用いても良くレーザ光を用いて認識する方法などを用いても良い。

位置合わせに際して、前記送電カプラの縦方向横方向の移動即ちＸ−Ｙ方向の移動に関しては、ボールネジやサーボモータ等を用いた産業用自動機に広く用いられているＸ−Ｙテーブルを用いることによって目的は達成できる。

また、前記送電カプラを前記受電カプラに向かって移動する手段即ちＺ方向移動手段としては、ラック、ピニオンの組み合わせによる機構を用いても良いが、その他空気圧シリンダー、や油圧シリンダーなどを用いても良く、直線移動が精度よく可能であればその他の手段を用いても良い。

請求項２の発明は前記送電カプラと前記受電カプラの位置合わせを更に滑らかに行うための発明で前記送電カプラの形状が円錐台もしくは多角形錐台で、円錐台もしくは多角形錐台の形状をした電動車両の送電カプラ導入部の形状に導かれて滑らかに受電カプラに到達させることを特徴とする。

請求項３の発明は電動車両の受電カプラが電動車両の底部にある場合の充電方式に適した発明で、充電装置は通常床面の下部に埋設されている。充電に際して、前記形状すなわち、円錐台もしくは多角形錐台の形状をした送電カプラ導入部を有する電動車両の受電カプラに対して、前記円錐台もしくは多角形錐台等の形状を有する送電カプラを車輌の底部に垂直に昇降手段で導入し受電カプラに結合して充電する事を特徴とする。

この場合、送電カプラと受電カプラの位置決めは送電カプラに付属の画像認識手段により認識した位置ズレデータを元に、Ｘ−Ｙテーブルの移動によって位置ズレを修正する。

請求項４記載の発明は、受電カプラの方式、種類が業界内に複数存在する場合にも柔軟に対応可能となることを特徴とした充電装置に関するものである。

受電カプラの方式としては接点方式、電磁誘導方式など異なる方式、また充電方式は同じであっても、それぞれ形状が異なるものを充電装置の画像認識手段にて種類と充電装置の基準点との位置ズレを認識し、電動車両の受電カプラに対応した送電カプラを選択すると共に、位置ズレを、送電カプラをＸ,Ｙ方向に移動することによって無くし、更にＺ方向に移動して前記送電カプラを前記受電カプラに結合して充電することを特徴とする。

運転者が自ら電動車両を操作して、充電装置の送電カプラの位置に充電可能な状態で車を正しく停止させることは、運転歴の長い運転者でも簡単ではないが、特に運転歴の浅い初心者にとっては大きな困難を伴う。本発明によれば充電装置の近傍の電動車両停止位置に正確に停止できなくとも、ほぼ近い位置、例えば１０ｃｍ程度の狂いが生じても、画像認識手段とＸ-Ｙ-Ｚ方向移動手段を持った充電装置の送電カプラを所定の位置に自動的に移動することによって、停止している電動車両の受電カプラに送電カプラを位置合わせが可能となり、それらを結合させ充電を行うことが出来る。

また送電カプラの形状を、円錐台もしくは多角形錐台の形状とし、併せて電動車両側の送電カプラ導入部形状を円錐台もしくは多角形錐台の形状とすることによって、送電カプラが滑らかに案内され受電カプラとの結合が更に容易になる。

また受電カプラが電動車両の底面に存在する場合、充電装置を床下に埋設することによって無駄な充電スペースを取らずに充電装置を設置することが出来る。

充電の自動化を行う場合、受電カプラは方式形状共に、全ての電動車両メーカーの車種で統一されることが望ましいが、現状は複数の方式、形状が用いられている。本発明によれば複数の方式、形状が存在しても、ＣＣＤ撮像素子等を用いた画像認識手段でその方式、形状を判別し、充電装置にあらかじめ準備された複数の送電カプラの中から判別した当該受電カプラに適合する送電カプラを選択し、結合させることによって自動充電が可能となる。

本発明の実施形態に係わる電動車両自動充電装置の概要を示す部分断面図である。 本発明の実施形態に係わる電動車両自動充電装置における送電カプラの概要を示す外観図である。 本発明の実施形態に係わる電動車両自動充電装置において、受電カプラと送電カプラの形状を示す部分断面図である。 本発明の実施形態に係わる電動車両自動充電装置において、受電カプラと送電カプラの位置合わせ時のＸ−Ｙ方向移動を示す図である。 本発明の実施形態に係わる電動車両自動充電装置において、電動車両の受電カプラが電動車両の側面にある場合に適合した、電動車両自動充電装置の部分断面図である。 本発明の実施形態に係わる電動車両自動充電装置において複数形式、形状を有する受電カプラが存在する場合の受電カプラ識別の状態を示す電動車両自動充電装置と電動車両の平面図である。 本発明の実施形態に係わる電動車両自動充電装置の送電カプラ選択テーブルの外観図である。

以下本発明の実施の形態に付いて、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態の一例で、充電装置の主要部の構成を示す部分断面図である。
図１において充電装置１はラックを表面に形成した送電カプラ移動軸３を有し、前記送電カプラ移動軸３は更に中空状となって、その内部を電力線１７、制御線１８が通りコントローラ１４から送電カプラ４へ接続されている。またラックを表面に形成した送電カプラ移動軸３はピニオン８とピニオン駆動モータ１３によってＺ方向に駆動される。ピニオン駆動モータ１３はコントローラ１４によって制御されている。

送電カプラ移動軸３はガイダー３’によってＺ軸方向に滑らかに移動するように案内されている。また前記ガイダー３’はＸ−Ｙテーブル２の上に固定されており前記ガイダー３’
及びガイダー３’にガイドされてＺ方向に移動する送電カプラ移動軸３は、コントローラ１４の指令に基づいてサーボモータ２X，サーボモータ２Yの回転でＸ-Ｙ方向即ち左右前後に移動可能となっている。その場合電動車両５はタイヤ１２がストッパー７に接触した位置で停止状態となっている。

図２は送電カプラの外観図である。図２において送電カプラ４は先端部に接続端子９を有し、更に電動車両５に設けられている受電カプラ１５の位置を認識するためのＣＣＤセンサ１０が配置されている。

図３は本発明の実施形態に係わる充電装置において、受電カプラ１５と送電カプラ４の形状を示す部分断面図である。図３において受電カプラ１５は円錐台もしくは多角形錐台の形状をした送電カプラガイド部６を有しており、送電カプラ４も円錐台もしくは多角形錐台の形状となっている。即ち受電カプラ１５の形状の寸法関係はＤ＞Ｄ’また送電カプラ４の形状もｄ＞ｄ’となっていて先細りの勾配を有する。更にｄ’≦Ｄ’となっており送電カプラ４挿入に際しては、送電カプラガイド部６に案内されスムーズに挿入されるようになっている。また、送電カプラ４は送電カプラ移動軸３に固定されており、また前記送電カプラ移動軸３の表面にはラック歯車が形成されている。更に送電カプラ移動軸３は中空となっていて電力線１７、画像認識のためのＣＣＤセンサ１０からコントローラ１４に通じる制御線１８が接続されている。

充電装置１は以上のように構成されており、運転者が電動車両をタイヤ止め７にタイヤ１２が接触し運転を停止した後、送電カプラ４上面に搭載されたＣＣＤセンサ１０が受電カプラ１５と送電カプラ４のＸ−Ｙ方向のズレを認識し、そのズレに関するデータはコントローラ１４に送られる。コントローラ１４は位置ズレのデータに基づき、Ｘ−Ｙテーブル２に指令を出し、図４に示すように送電カプラ４をO点から受電カプラ１５と結合可能な位置即ちO’までＸ−Ｙ方向に移動してそのズレを解消する。

次に、同じくコントローラ１４の指令に基づき、サーボモータ１３でピニオン８を回転し、ピニオン８に噛み合ったラックを形成した送電カプラ移動軸３を上昇させ、その先端部に固定されている送電カプラ４を電動車両５の受電カプラ１５に結合させ充電を開始する。充電終了後はコントローラ１４に指令に基づき、モータ１３でピニオン８を逆方向に駆動し送電カプラ移動軸３を降下して当初の位置に停止させる。

充電終了時において、受電カプラ１５からの送電カプラ４の切り離し、更に送電カプラ１５の離脱のタイミングについては、電動車両５搭載の充電センサとの連動等が考えられるが、本発明での詳細な説明は省略する。

図５は第２の実施例の概要を示す概念図で電動車両が側面配置型の受電カプラ１６を有する場合の例を示している。
この場合、発明の構成は、実施例１とほぼ同様であるが実施例１が受電カプラ１５を電動車両５の底部に設けた電動車両に適した電動車両自動充電装置であるのに対し、受電カプラ１５を電動車両の側面に設けたられた場合に対応可能な電動車両自動充電装置を示している。この場合もＣＣＤセンサ１０の認識結果に基づき、充電装置１の本体側面に配置されたＸ−Ｙテーブル２を配置し左右上下に移動して、受電カプラ１５と送電カプラ４の位置合わせを行い、送電カプラ移動軸３を前後に移動して送電カプラ４と受電カプラ１５を結合し充電を行う。受電カプラ１５の位置が電動車両５の前後に存在する場合も側面に存在する場合と同様の手順で充電が可能となる。

図６は第３の実施例の概要を示す概念図で、複数の受電方式が存在する場合また受電カプラの形状が異なる場合にも対応可能な電動車両自動充電装置の実施例を示す。

図６において、異種カプラ選択テーブル１１上に方式、形状の異なる受電カプラに対応した送電カプラＡ,Ｂ,Ｃが前記異種カプラ選択テーブル１１に垂直に伸縮自在に配置されている。また異種カプラ選択テーブル１１はＸ−Ｙテーブル２上に設置されており、コントローラ１４の指令に基づき回転及びＸ−Ｙ方向移動が可能となるように構成されている。

この場合の動作に関しては、まず異種カプラ形状位置認識センサ１８によって受電カプラ１５の方式、形状と送電カプラ４、受電カプラ１５の位置ズレを認識した後、その受電カプラ１５に対応した送電カプラ４をコントローラ１４の指令に基づき、送電カプラＡ，Ｂ，Ｃの中より、異種カプラ選択テーブル１１を回転させることによって選択すると共に、受電カプラと充電装置１の位置ズレをX-Y方向に移動することによって位置合わせを行った後、伸縮自在の送電カプラ移動軸３を伸ばして受電カプラに結合することによって充電が可能となる。この場合コントローラ１４の機能は実施例１で説明した機能に加えて各種受電カプラの認識と認識結果に合致した送電カプラの選択、更に異種カプラ選択テーブル １１の回転制御などの機能が付加される。

今回開示された実施の形態は上記説明に限定されず、特許請求範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 電動車両自動充電装置
１’ 電動車両自動充電装置本体
２ Ｘ−Ｙテーブル
２Ｘ Ｘ方向移動サーボモータ
２Ｙ Ｙ方向移動サーボモータ
３ 送電カプラ移動軸
３’ ガイダー
４ 送電カプラ
５ 電動車両
６ 送電カプラガイド部
７ タイヤ止め
８ ピニオン
９ 接続端子
１０ ＣＣＤセンサ
１１ 異種カプラ選択テーブル
１２ タイヤ
１３ ピニオン駆動モータ
１４ コントローラ
１５ 受電カプラ
１６ 異種カプラ形状位置認識センサ
１７ 電力線
１８ 制御線

Claims (4)

1. 電動車両の受電カプラの位置と送電カプラの位置とのズレを画像認識手段にて認識し、該位置ズレ情報に基づき、電動車両自動充電装置の送電カプラの位置をＸ，Ｙ方向移動手段によってＸ方向及びＹ方向に移動し、前記受電カプラに前記送電カプラのＸ―Ｙ面上での位置合わせを行い、更に前記送電カプラをＸ−Ｙ面に垂直なＺ方向に移動して前記受電カプラに結合し充電することを特徴とする電動車両自動充電装置。
2. 前記送電カプラの形状が円錐台もしくは多角形錐台であって、電動車両の受電部が円錐台もしくは多角形錐台の形状をした車輌の送電カプラ導入部の形状に沿って、受電カプラ端子部に到達させ結合することを特徴とする請求項１記載の電動車両自動充電装置。
3. 充電装置本体を地下埋設設置可能とした受電カプラを電動車両底部対応型の請求項１〜
   ３記載の電動車両自動充電装置。
4. 端子接続方式、電磁誘導方式など異なる方式、または異なる形状の複数の受電カプラを画像認識手段にて識別し、電動車両の当該受電カプラに結合可能な送電カプラを選択するとともに、前記受電カプラと前記送電カプラとの位置のズレを、送電カプラをＸ，Ｙ方向移動手段によって移動し、更にＸ−Ｙ面に垂直なＺ方向に移動することによって前記受電カプラと前記送電カプラを結合して充電することを特徴とする請求項１〜３記載の電動車両自動充電装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images