JP2013519565A - 自動車車両駆動モータの電源バッテリの交換用装置 - Google Patents

Abstract

自動車車両駆動モータの電源バッテリの鎖錠および／または解錠を操作するためのツールボックス装置において、複数の異なるモジュール（２）を支える支持構造（１）を備え、それぞれのモジュール（２）が、バッテリ鎖錠／解錠機構の少なくとも１つの把持システム（６）と少なくとも１つの操作手段とを有しており、操作手段の数は、バッテリの鎖錠／解錠を実行するために行う動作の数に関係することを特徴とするツールボックス装置。

Description

本発明は、電気自動車車両のバッテリ型のエネルギーコンテナの鎖錠および／または解錠のための操作装置に関する。以下では、簡単にするため、バッテリという用語を用いる。本発明はまた、そうした操作装置を含む自動車車両のバッテリまたはあらゆるエネルギーコンテナの交換システム、およびそうしたシステムを利用したバッテリ交換ステーションにも関する。

電気車両またはハイブリッド車両のような一部の自動車車両は、電気駆動用モータの電源用バッテリを備えている。充電した新しいバッテリと比べてエネルギーレベルが低くなったときは、そのバッテリを交換した方がよいということが表示可能である。これは、自動車のガソリンタンクに給油を行うサービスステーションと同種のステーションで行うことができる。

電気車両の駆動モータの電源用バッテリ交換ステーションおよびその交換を行うための方法は、米国特許第５，６１２，６０６号で知られている。そこに記載されている交換ステーションでは、ドライバーは、レールの中で長手方向の車止めに突き当たるようにして、車両をステーションの設備に対して概ね位置決めする。多少なりとも自動化されたそれに続く段階では、バッテリ取外しおよび車両への新バッテリ取付けのための可動手段が、センサの助けを借りて車両に対するその相対的な位置を決める。

このようなバッテリ交換の考え方を実施する場合の難しさの１つは、装備されているバッテリの形式が異なり、自動車車両へのその固定のされ方も異なることが考えられる多数の自動車車両が存在するところにある。しかるに、そうした異なる形式のバッテリの取外しおよび交換の自動装置を複数用意することも、コストやバッテリの重量を考えれば、手動の解決法を用いることも、経済的に想定されるところではない。

そのため、バッテリ交換ステーションを容易に展開できる（技術的な能力をほとんど必要としない）ためには、そのステーションが信頼性、堅牢性、柔軟性および汎用性をもって機能を発揮できるようにする必要がある。

米国特許第５，６１２，６０６号明細書

したがって、本発明の目的は、上述の目標を達成することができる自動車車両のバッテリ交換の解決法を提供することにある。

本発明の考え方は、自動車車両に搭載されたバッテリの鎖錠および／または解錠機構の操作に関わる工具を備える汎用性のある標準装置に依るもので、説明を簡単にするために、これを英語系の「ツールボックス」という名称で呼ぶことにする。

より具体的には、本発明は、自動車車両駆動モータの電源バッテリの鎖錠および／または解錠を操作するためのツールボックス装置において、複数の異なるモジュールを支える支持構造を備え、それぞれのモジュールが、バッテリ鎖錠／解錠機構の少なくとも１つの把持システムと少なくとも１つの操作手段とを有しており、操作手段の数は、バッテリの鎖錠／解錠を実行するために行う動作の数に関係することを特徴とするツールボックス装置に依る。

ツールボックス装置は、把持システムをそれぞれ備える４つのモジュールを含むことができる。

ツールボックス装置は、支持構造に対して少なくとも１の自由度がモジュールに与えられるようにする連結インターフェースを含む少なくとも１つのモジュールを備えることができる。

ツールボックス装置は、把持システムの係合を解除することができる第１の操作手段を備えるモジュールを含むことができる。

モジュールは、必要な力の移動および増大を可能にするために第１の操作手段の端部に設置したカムシステムを備えることができる。

モジュールは、把持システムの端部を自動車車両のバッテリのラッチの対応する手段に対して鎖錠および解錠するための第２の操作手段を含むことができる。

モジュールの把持システムの端部は、自動車車両のバッテリのラッチのキノコ形の対応する手段と連結するのに適した２つのポートを備えることができる。

ツールボックス装置は、自動車車両のバッテリの鎖錠／解錠の操作を可能にする第３の操作手段を備えるモジュールを含むことができる。

自動車車両のバッテリのこの鎖錠／解錠の操作は、把持システムの並進運動および回転運動によって得られる。

ツールボックス装置は、支持構造レベルにおける力を制限し、それによってその損傷を防ぐ「ローラ」システムを備えるモジュールを含むことができる。

本発明はまた、自動車車両のバッテリの交換システムにおいて、上述したようなツールボックス装置と、その垂直移動を可能にするツールボックス装置の吊上げ装置とを備えることを特徴とする交換システムにも関する。

本発明はまた、自動車車両駆動モータの電源バッテリ交換システムであって、自動車車両のバッテリを交換するための上述したようなツールボックス装置を備えることを特徴とするバッテリ交換システムにも関する。

本発明のこれらの目的、特徴および利点については、添付の図面と関連づけながら非限定的になされる具体的な実施形態に関する以下の説明の中で詳細に述べる。

本発明の１つの実施形態によるツールボックス装置の斜視図である。 ａおよびｂは、本発明の１つの実施形態によるツールボックス装置の１つのモジュールのそれぞれ上面および下面の斜視図である。 本発明の実施形態によるツールボックス装置の１つのモジュールの側面断面図である。 本発明の実施形態によるツールボックス装置と自動車車両のバッテリのラッチの連結の斜視図である。

本発明の考え方は、「ツールボックス装置」と称する操作工具装置であって、あらゆる形式のバッテリおよびあらゆる自動車車両に対するサービス作業に適合した装置を得るための一定数のモジュール式の標準コンポーネントを含む操作工具装置に依る。本発明のこのツールボックス装置は、最小限のコストで最大限多様なバッテリに適合することができる汎用性のある運動学的アダプタをなすものである。

各図は、本発明の１つの実施形態によるツールボックス装置を示す。この操作工具装置またはツールボックス装置は、シャシまたは支持構造１を備え、支持構造1上には４つのモジュール２が取り付けられ、各モジュールが自動車車両のバッテリの鎖錠／解錠機構を操作する。各モジュール２は、支持構造１とは別の要素の形で存在し、場合によって取外し自在に固定される。支持構造１はＴ字形をなし、車両の荷室に設置された自動車車両のバッテリに特に適合する。変形形態では、支持構造１は別の形状をなすこともできよう。

各モジュール２、とりわけ図２および３に示されたモジュール２は、自動車車両のバッテリの鎖錠および解錠機構を操作する機能を有する１つまたは複数の単純な標準型モータと鎖錠機構の把持システム６とを含む１つまたは複数の操作手段を備える。操作手段の数は、バッテリの鎖錠および／または解錠の実施に必要な動作の数にとりわけ関係する。

把持システム６は、その上端１１が自動車車両のバッテリのラッチと連結できるように、円柱形をなしてモジュール２上面の上に延びる。各モジュール２は、そのモータに給電するための電気接続部と、ツールボックス装置が把持システム６を自動車車両に対して正しく位置決めできるようにするための支持構造１との柔軟な結合のためのインターフェース７とをさらに備える。そのため、インターフェース７は、弾性突起とボールの組み合わせが含まれるものなど、各モジュール２と支持構造１の間に回転等の自由度をもたらすことができる動作制限要素を備えており、それにより、鎖錠／解錠するバッテリに対するモジュール２の位置を調整することができる。そのため、この解決法は、自動車車両およびツールボックス装置の各種コンポーネントの幾何学的なばらつきへの適合を可能にする。

図示した実施形態では、それぞれのモジュール２は、鎖錠／解錠に必要な動作一式の実施を可能にする図３においてとりわけよく見て取れる複数の補完的操作手段を備える。モータおよび電動ジャッキなどを備える第１操作手段３は、把持システム６の係合を解除して、自動車車両のバッテリと車体の間の力を引き受けるためのものである。電動ジャッキなどを備える第２操作手段４は、把持システム６の端部１１を自動車車両のバッテリのラッチの対応する手段に鎖錠するためのものである。この第２操作手段４はとりわけ、この先で図４を参照しながら説明するキノコ形の要素に対するツールボックス装置の鎖錠を可能にすることができる。つまり、電動ジャッキ型などの第３操作手段５は、バッテリの本来の鎖錠／解錠動作の操作を、次で説明するように、４分の１回転または半回転の回転動作などによって可能にする。

各モジュール２は、第１の操作手段３の端部に設置したカムシステム８をさらに備え、それによって必要な力の増大を可能にする。そして、それぞれのモジュール２は、第１の操作手段３の始動時およびカムシステム８のほぼ水平方向への操作時にツールボックス装置が損傷することがないように、支持構造１レベルで力を受け止めることをその機能とする「ローラ」システム９またはそれと同等のあらゆるシステムを含む。

より具体的には、第１の操作手段３のジャッキが、ジャッキのロッド１０を下方へ出すように指令を受けると、ロッド１０は、ベルヴィルワッシャーの圧縮力の移行を可能にするカムシステム８に作用し、把持システム６に設置された圧縮軸１５の移動を最終的に得る。この作業の際、その圧縮軸１５の移動時に受ける力を反力ローラ９が吸収する。

任意選択で、ただし有利には、モジュール２は、支持構造１に対して、より包括的にはバッテリ交換装置全体に対して伝達される力を軽減するために力の内部再ループ化手段をさらに備える。この力の内部再ループ化手段は、より正確には図２ａに示したゾーンＡに配設される。力の垂直成分は圧縮軸１５に伝達され、その成分の反力は把持システム６がゾーンＡのレベルで受ける。支持構造１は全く力を支えることはない。また、第１の操作手段３のロッド１０に由来する力の水平成分は圧縮軸１５に伝達され、その成分の反力は反力ローラ９を介してモジュール２が受ける。支持構造１はこの力も支えない。

当然のことながら、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。とりわけ、支持構造１は上と異なる幾何学形状を有することや、異なる数のモジュール２を持つことができる。各モジュール２は、異なる数の把持システム６および／または操作手段、モータを備えることができるが、その数は好ましくは３から６までである。一般に、モータおよび操作手段の数は、バッテリの鎖錠および解錠を実行するために行う動作の数に直接関係する。結局、独立式のアクチュエータは、電気式、液圧式、カム運動式などであることができる。そして、モジュール、操作手段および把持システムそれぞれの数という観点からのツールボックス装置の正確な構造は、実際のところ、自動車車両へのバッテリの鎖錠機構によって変わってくる。本発明の１つの有利な要素によれば、同じモジュール２を異なる支持構造１に取り付けることができて、それによって、あらゆる形式のバッテリおよび自動車車両に対して標準モジュール２を用いることが可能となる。同様に、各モジュール２は、鎖錠／解錠に必要な動作に関連した操作手段を正にその数で備えるため、そのツールボックス装置は、対応するバッテリおよび／または車両の形式に完璧に適合した標準インターフェースを備える。

有利な１つの実施形態によれば、それぞれのモジュール２は、ツールボックス装置の構造の他の部分とは独立して交換することができる。そのため、必要に応じて不具合のあるモジュールだけを、ツールボックス装置の他の部分に手を加えることなく、交換することができる。そのため、各モジュールの連結インターフェースは取外し自在な連結を可能とするものである。

本発明によるツールボックス装置の動作について以下に説明する。ツールボックス装置の吊上げおよび場合によって移動のためのシステムは、バッテリ交換ステーション側に設けられる。移動機能を与えられず、吊上げ機能だけ、すなわち、ツールボックス装置のほぼ垂直な移動だけに限定されたシステムを用意することもできる。その場合、移動機能は、取り付けるバッテリの方なり、バッテリを取り付けたい車両の方なりを移動させることができる別の移動システムによって得る。ツールボックス装置は、例えば、運搬レールを利用して動作する転輪型の装置によって移動させることができる。変形形態として、ツールボックス装置の移動にロボットを利用することができ、その場合、ツールボックス装置は、把持ハンドルの形などの連結インターフェースを備える。

ツールボックス装置の吊上げ及び移動システムは、自動車車両の下にツールボックス装置を位置決めできるもので、そこからバッテリにアクセスする。吊上げ及び移動システムは、ツールボックス装置のほぼ垂直な移動により、ツールボックス装置を自動車車両のバッテリのラッチと接続できるようにする。そこで、まず、ツールボックス装置の最大３つまでの把持システム６が正しく位置決めされるが、これは、それらが定義からして同一平面上にあるためであり、その上で、４番目の把持システム、また、４つを超える把持システムがある場合にはさらにそれ以外の把持システムであって、幾何学的なばらつきを埋め合せることができる少なくとも１の自由度を前述のように有するその把持システムの連結によって支持構造１に対する相対的な移動性を得ることで正確な位置決めへと至る把持システムの位置決めを可能にする。ツールボックス装置のこの２段階の位置決めは連動させることもできる。

図４は、把持システム６の上部１１を、それに対応する自動車車両へのバッテリ保持のためのラッチに近づける段階であって、上述のような吊上げシステムによって実施される段階を示したものである。図を簡単にするため、連結下部２０およびラッチ固定のためのキノコ形の２つの側方連結要素２１のみを示している。把持システム６の端部１１には、ラッチの連結要素２０表面の下に配置された六角形のロッド（図示せず）を受けることができる対応する六角形の開口部の形をなす連結要素１３、または変形形態でそれ以外のあらゆる平面／平坦部型連結であってよい連結要素１３の周りに対称形に配置された２つのポート１２が備わる。各ポート１２は、キノコ２１に対応する大きめのほぼ円形の部分を有しており、その円形部分からそのようなキノコを挿入することができるようになっている。次に、各ポート１２は、円弧を形成する幅の狭まった部分を有しており、円形の開口部から挿入されたキノコ２１の一番細い部分がそこを移動することによって鎖錠され、それによってバッテリのラッチに対して把持システム６の鎖錠固定を得る。バッテリのラッチに対する把持システムのこの鎖錠固定は、すでに説明したように、当該モジュールの第２の操作手段によって把持システムを回転させることによって行われる。変形形態では、この固定は、他の幾何学形状および／または、並進など、その他の動作によって得ることもできよう。この作業は、ツールボックス装置のすべてのモジュールで、好ましくは同時に行って、バッテリのラッチに対するツールボックス装置の鎖錠固定が得られるようにする。

次いで、把持システムとラッチの間の連結の中央部１３は、前述の圧縮軸１５を介して垂直に並進移動し、回転動作によってラッチを鎖錠または解錠する前に、ピストンに支えられたところでラッチの係合を解除する。この２つの動作は前述の第３の操作手段によって行われる。

また、ツールボックス装置の把持システム６の操作は、バッテリのラッチに作用して、ラッチの鎖錠または解錠を行うことができる。従って、ツールボックス装置は、自動車車両に固定されたバッテリの鎖錠および／または解錠を行うことができる。変形形態では、鎖錠および解錠機構の操作である第１の機能に加えて、吊上げ及び移動システムにより、バッテリの保持および運搬という第２の機能を果たすことで、特に、空のバッテリをその解錠後に搬出することができる。反対に、ツールボックス装置は、空のバッテリに代えて充電済みの新しいバッテリを固定するために、この充電済みの新しいバッテリを搬入することもできる。

したがって、説明した解決法は以下のような利点を有する。すなわち、
− 複数の異なる動作のために適合された単純な標準コンポーネントの利用によるその高い柔軟性により、高い幾何学的精度をもって効率的な力の移動を行うものとして、自動車車両に対するバッテリの鎖錠および解錠作業を標準化するのに適している。
− コストの削減をもたらす。
− 標準インターフェースによるシステムをなし、外形寸法も最適化されるため、バッテリ交換サービスステーションにおける設置に適している。
− 受け入れる車両形式に適合させることができる汎用的なバッテリ交換サービスステーションのネットワークを構築するのに適している。

Claims (12)

1. 自動車車両駆動モータの電源バッテリの鎖錠および／または解錠を操作するためのツールボックス装置において、複数の異なるモジュール（２）を支える支持構造（１）を備え、それぞれの前記モジュール（２）が、バッテリ鎖錠／解錠機構の少なくとも１つの把持システム（６）と少なくとも１つの操作手段（３、４、５）とを有しており、前記操作手段の数は、バッテリの鎖錠／解錠を実行するために行う動作の数に関係することを特徴とするツールボックス装置。
2. 把持システム（６）をそれぞれ備える４つのモジュール（２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のツールボックス装置。
3. 前記支持構造（１）に対して少なくとも１の自由度が前記モジュールに与えられるようにする連結インターフェース（７）を含む少なくとも１つのモジュール（２）を備えることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のツールボックス装置。
4. 把持システム（６）の係合を解除することができる第１の操作手段（３）を備えるモジュール（２）を含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のツールボックス装置。
5. 前記モジュール（２）が、必要な力の移動および増大を可能にするために前記第１の操作手段（３）の端部に設置したカムシステム（８）を備えることを特徴とする、請求項４に記載のツールボックス装置。
6. 把持システム（６）の端部（１１）を自動車車両のバッテリのラッチの対応する手段に対して鎖錠および解錠するための第２の操作手段（４）を含むモジュール（２）を備えることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のツールボックス装置。
7. 前記モジュール（２）の前記把持システム（６）の端部（１１）が、自動車車両のバッテリの前記ラッチのキノコ形の対応する手段（２１）と連結するのに適した２つのポート（１２）を備えることを特徴とする、請求項６に記載のツールボックス装置。
8. 自動車車両のバッテリの鎖錠／解錠を操作することができる第３の操作手段（５）を備えるモジュール（２）を含むことを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のツールボックス装置。
9. 自動車車両のバッテリの鎖錠／解錠の操作が、前記把持システム（６）の並進運動および回転運動によって得られることを特徴とする、請求項８に記載のツールボックス装置。
10. 前記支持構造（１）レベルにおける力を制限し、それによってその損傷を防ぐ「ローラ」システム（９）を備えるモジュール（２）を含むことを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか一項に記載のツールボックス装置。
11. 自動車車両のバッテリ交換システムにおいて、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のツールボックス装置と、その垂直移動を可能にする前記ツールボックス装置の吊上げ装置（１３）とを備えることを特徴とするバッテリ交換システム。
12. 自動車車両駆動モータの電源バッテリ交換ステーションにおいて、自動車車両のバッテリを交換するための請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のツールボックス装置を備えることを特徴とするバッテリ交換ステーション。

Images