JP2016532599A - バッテリ交換システムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

バッテリ交換システムは、把持組立体と作動組立体とを含む。把持組立体は、車両に搭載して配置されるように、かつ１つまたは複数のバッテリが内部に配置されたバッテリボックスに係合するように構成される。作動組立体は、把持組立体を車両から離れる方向にバッテリボックス側に移動させるように構成される。作動組立体はまた、バッテリボックスの固定組立体に係合するように把持組立体を移動させるように構成される。作動組立体は、把持組立体がバッテリボックスを車両まで持ち上げるためにバッテリボックスの固定組立体に係合する一方で、把持組立体を車両側に後退させるように構成される。【選択図】図１

Description

本明細書で説明する主題は、電動車両などの、電動システムに関する。
地下採掘作業で利用される採掘車両は、車両が動作する環境の狭い閉鎖空間に対応するように適合される。狭い通路、急カーブ、低い天井、および小さなステージングまたは貯蔵領域のため、背の低い外形、より短いホイールベースまたは関節式フレーム、および高度に補強された運転者室を有する車両がもたらされる。
バッテリ駆動電気モータは、燃焼関連の事故の事例を低減することに加えて、排出量およびプラグまたはホース残余物を低減することにより利点を提供するが、地下での推進をディーゼルモータまたは電気モータの使用により達成することができる。電気モータは、種々の化学型のバッテリにより動力が供給され、重くかつ容易に動かせないセルから構成される傾向がある。
地下採掘作業では、車両とバッテリを備えた関連の設備とへの動力供給に対して顕著な利点がある。これらの利点は、排出量の削減、相対的な安全性、および燃焼関連の事故の低減を含む。典型的な家庭用バッテリの使用と同じように、一定期間後にバッテリを取り替える必要がある。指定のステージング領域（ｓｔａｇｉｎｇ ａｒｅａ）にバッテリを下すことができかつ交換品を装着することにより、バッテリの取り替えを容易にすることができる。
セルは個々のバッテリを構成する。そして、バッテリは、採掘環境で動作する一方で、バッテリに一定の耐久性のある保護を提供するバッテリボックス内に収納される。バッテリデータまたは実行ルーチンを監視するマイクロプロセッサを有するこれらのバッテリについては、バッテリの全てまたは一部が防爆ボックス内に収納されることが必要とされる場合がある。バッテリボックスは、採掘車両に装着されたときに、トレイまたは区画により支持される。バッテリの取り替えは効率的でも簡単でもない。鉱山内部の狭い閉鎖空間に加えて、バッテリのサイズおよび／または重さのため、車両内のバッテリの交換は、問題がありかつ時間がかかる可能性がある。
加えて、車両が採掘作業中に移動する表面は起伏があって粗い可能性がある。これらの表面上での走行は、車両により支持されかつ／または車両に動力を提供するバッテリに対して急な位置ずれまたは他の振動作用を生じさせる可能性がある。これらの位置ずれまたは振動作用は、バッテリが車両から外れるようにすることができ、このことは、重大な安全性リスクをもたらしかつ／または車両への電力の供給を停止させる。
現在利用可能ないくつかの地下採掘バッテリ駆動式車両は、車載バッテリ交換システムを有さない。これらの機械内におけるバッテリの交換には、吊り上げ機または他の持ち上げ設備を使用することが必要となる。このことは、必要なバッテリ充電または交換サイクル中のより多くの機械停止時間とメンテナンスするべき追加の設備とを生じさせる。バッテリの除去のために外部の吊り上げ索具を必要とすることに関する別の問題は、バッテリ交換領域を作業領域付近に維持するために稼働中の鉱山の正面が近づくに際にこの設備を移動させなければならないことである。
採掘スクープ車両で使用するために設計されるバッテリ交換システムの使用は、更なる問題を生じさせる可能性がある。硬岩鉱山は、典型的には、炭鉱よりも通路の幅が狭い。車両はこれらの鉱山の閉空間内で動作できなければならないので、全体の機械寸法が制限される。鉱山の閉空間はまた、物質をバケットから下すときに問題を生じさせる。それゆえ、物質を除去するために排出装置ブレードが使用される。他の既知の設計に関する問題は、排出装置ブレードを動作させるために使用される油圧シリンダ（複数可）は取り替えまたは修理のために引き抜くことが困難であることである。また、シリンダの配置は、バケットが物質で一杯であるためシリンダストロークの開始時にブレードを移動させるためにより多くの力が必要となるので、排出装置にかかる力を低減しない傾向にある。
韓国公開特許第１０−２０１１−００９０７３０号公報
一実施形態において、システム（例えば、バッテリ交換システム）は、把持組立体と作動組立体とを含む。把持組立体は、車両に搭載して配置されるように、かつ１つまたは複数のバッテリが内部に配置されたバッテリボックスに係合するように構成される。作動組立体は、把持組立体を車両から離れる方向にバッテリボックス側に移動させるように構成される。作動組立体はまた、バッテリボックスの固定組立体に係合するように把持組立体を移動させるように構成される。作動組立体は、把持組立体がバッテリボックスを車両まで持ち上げるためにバッテリボックスの固定組立体に係合する一方で、把持組立体を車両側に後退させるように構成される。
別の実施形態において、システム（例えば、バッテリ交換システム）は、１つまたは複数の伸縮装置と把持組立体とを含む。１つまたは複数の伸縮装置は、採掘車両に搭載して配置されるようにかつ長さを変化させるように構成される。把持組立体は、採掘車両に搭載して配置されるように、かつ１つまたは複数の伸縮装置に結合されるように構成される。把持組立体は、採掘車両の外に配置されたバッテリボックスに係合するように構成された１つまたは複数の突出部を含む。１つまたは複数の伸縮装置は、把持組立体を車両から離れる方向に延ばすためにかつバッテリボックスの少なくとも一部よりも下方に把持組立体を下降させるために長さが増加するように構成される。１つまたは複数の伸縮装置はまた、把持組立体の１つまたは複数の突出部がバッテリボックスに係合し、バッテリボックスを持ち上げ、かつバッテリボックスを採掘車両に搭載するように移動させるようにするために、長さが減少するように構成することができる。
一実施形態において、車両（例えば、採掘車両）は、車両フレームと、運搬組立体と、バッテリ交換システムとを含む。車両フレームは、互いに接続された少なくとも第１および第２のサブフレーム組立体を含む。運搬組立体は、第１のサブフレーム組立体に結合させ、かつ採掘した物質を拾い上げて移送するように構成することができる。バッテリ交換システムは、第２のサブフレーム組立体に結合させ、かつ車両フレームから延びて、車両フレームの外に配置された１つまたは複数のバッテリを備えるバッテリボックスまで下降するように構成することができる。バッテリ交換システムはまた、バッテリボックスを把持してバッテリボックスを車両フレームまで持ち上げるように構成することができる。
以下の説明でより詳細に説明されるように本発明の特定の実施形態および更なる利益が図示される添付の図面を参照する。
図１は、一実施形態による車両の斜視図である。 図２は、図１に示す車両の上面図を図示する。 図３は、図２に示す線Ａ−Ａに沿った車両の側面部分側断面図を図示する。 図４は、一実施形態による、図１に示す運搬組立体の断面図を図示する。 図５は、図２に示す運搬組立体の上面図を図示する。 図６は、図５に示す線Ｂ−Ｂに沿った運搬組立体の断面図を図示する。 図７は、一実施形態による図２に示すバッテリ交換システムの図３に示す把持組立体の側面図を図示する。 図８は、図７に示す持ち上げアームの上面図を図示する。 図９は、図７に示す持ち上げアームの側面図を図示する。 図１０は、一実施形態による、図２に示すバッテリボックスの上面図を図示する。 図１１は、図１０に示す線Ｃ−Ｃに沿ったバッテリボックスの断面図を図示する。 図１２は、一実施形態による車両の上面図を図示する。 図１３は、図１２に示す車両の側面図または立面図を図示する。 図１４は、一実施形態による、図１２に示すバッテリボックスの斜視図を図示する。 図１５は、一実施形態による、図１２に同様に示すバッテリ交換システムの図１２に示す把持組立体の斜視図を図示する。 図１６は、図１４に示す把持組立体の別の斜視図を図示する。 図１７は、一実施形態による、図１２に同様に示すバッテリボックスを把持するために延出位置にある図１２に示すバッテリ交換システムの側面図を図示する。 図１８は、図１７に示す延出位置にある図１２に示すバッテリ交換システムの上面図を図示する。 図１９は、一実施形態による、車両側に図１２に同様に示すバッテリボックスを持ち上げるために中間位置にある図１２に示すバッテリ交換システムの斜視図を図示する。 図２０は、図１９に示す中間位置にあるバッテリ交換システムの別の斜視図を図示する。 図２１は、一実施形態による車両のバッテリボックスを交換する方法のフロー図を図示する。
本明細書で説明する主題は、地下鉱山で使用する積載‐運搬‐ダンプ（以下、「ＬＨＤ」）型車両などの、オフハイウェイ車両に搭載されたバッテリを効率的かつ迅速に交換するためのシステムおよび方法に関する。システムは、車両に動作可能に係合する（例えば、車両に動力を供給しかつ／または車両により別の場所に運ばれるように接続または相互接続される）ようにバッテリを移送するために、バッテリホルダ、すなわち、電気バッテリを収容するボックスを地表面（例えば、車両が位置する表面）から上昇位置まで持ち上げるための装置を含むことができる。
車両のバッテリを持ち上げかつ／または取り替えるために、現在知られている交換システムよりも効率の良いリフト点と、バッテリセルを支持しかつ／または取り囲むバッテリボックスまたはトレイの安定性の向上と、鉱山内などの狭い空間内での「下して取り替える」動きの容易さとを提供するバッテリ交換システムおよび方法を説明する。また、車両は、修理し易くするために、容易に利用できる排出装置ブレード機構を備えたバケットを含んでもよい。
いくつかの採掘車両（スクープなど）は、限られたリフト性能を有し得るが、設備を鉱山内および／または鉱山の周りの位置間で移動させる能力により利点を提供することができる。スクープは、尾鉱を移動させ、清掃作業を実行し、粉塵制御を行うためにスプレーを利用することができ、または、スクープ装着設備をして、可搬式の修理場として機能することができる。それに対して、ＬＨＤは、修理での使用のための高さの保持に加えて、持ち上げかつ降ろすことができる装着されたバケットを有することができる。スクープは、スクープよりも上方の場所に物質を持ち上げかつ／またはそこから降ろすことができない可能性があるが、ＬＨＤは、ＬＨＤのバケット内の物質をＬＨＤよりも上方に持ち上げかつ／またはＬＨＤよりも上方から物質を降ろすことができてもよい。バケット内の物質が容易に取り除かれるかまたは降ろされない場合に、それらの車両のバケットの効率性が損なわれる可能性がある。一態様において、車両は、継続使用のために作動時にバケットを擦ってバケットから物質を取り除く排出装置ブレードを含んでもよい。
図１は、一実施形態による車両１００の斜視図を示している。車両１００は、ＬＨＤ車両などのバッテリ駆動式採掘車両を表すことができる。代替的に、車両１００は、別の種類の車両を表すことができる。車両１００は、第１のサブフレーム組立体１０４と第２のサブフレーム組立体１０６とを少なくとも備える関節式フレーム１０２を有する。サブフレーム組立体１０４、１０６は、急カーブを有する閉空間内を車両１００が進むときに車両１００の関節運動を可能にするような方式で接合される。サブフレーム組立体１０４、１０６はいずれも、車両１００の移動および動作の制御を維持するための制御モジュールを有する運転者ステーション１０８を支持するために使用することができる。ＬＨＤは、第１のサブフレーム組立体１０４に装着された運搬組立体１１０と、第２のサブフレーム組立体１０６に装着されたバッテリ持ち上げ組立体１１２とを更に備える。
図２は、図１に示す採掘車両１００の上面図を図示している。図３は、図２に示す線Ａ−Ａに沿った採掘車両１００の側面部分断面図を図示している。車両１００は、より迅速なバッテリ交換サイクルを可能にする車載バッテリ交換システム２００であって、外部機器のより少ない車載バッテリ交換システム２００を含む。バッテリ交換システム２００は、消耗したバッテリを地面に載置し、充電済みバッテリを拾い上げて連続動作のために使用することを可能にすることができる。バッテリ交換システム２００は、油圧、空気圧、電気、または他の種類のシステムを表し得る、１つまたは複数の作動組立体２１４により移動させる把持組立体３０２を含む。以下で説明するように、作動組立体２１４は、車両１００に動力を供給するための１つまたは複数のバッテリを含むバッテリボックスを持ち上げ、下降させ、またはさもなければ移動させるために、把持組立体３０２のバッテリ持ち上げアームを移動させるように動作することができる。
車両１００のサブフレーム組立体１０４は、運搬組立体１１０の前面に取り付けられたバケット２０２と、第１のサブフレーム部分３００（図３に示す）と、補強された屋根を有するとともに、車両１００の移動および動作を案内する制御モジュールにアクセスできる運転室２０４とを含む。車両１００のサブフレーム組立体１０６は、第２のサブフレーム部分２０６と、バッテリボックス２０８を支持するためのバッテリ交換システム２００とを含む。サブフレーム組立体１０４、１０６の２つのサブフレーム３００、２０６は、車両１００が別の狭い空間内におけるカーブを「曲がる」ことを可能にする一方で、２つのサブフレーム３００、２０６が一緒に作動することを可能にする関節組立体２１２により枢動支点２１０で接合される。
図４は、一実施形態による、図１に示す運搬組立体１１０の断面図を図示している。図５は、図２に示す運搬組立体１１０の上面図を図示している。図６は、図５に示す線Ｂ−Ｂに沿った運搬組立体１１０の断面図を図示している。運搬組立体１１０は、バケット２０２の外側部分を形成するバケット溶接部４００を含む。バケット２０２内には、運転者の制御下で油圧シリンダ４０４により駆動される排出装置ブレード４０２がある。シリンダ４０４は、下側シリンダマウント４０６と上側シリンダマウント４０８とを含むシリンダマウント組立体４１２により適所に支持される。運搬組立体１１０は、シリンダマウント組立体４１２における外部ボルト４１０により固定される。排出装置ブレード４０２は、上側排出装置ヒンジ点４１４における排出装置ヒンジ４１８および／または下側排出装置ヒンジ点４１６における排出装置ヒンジ４２０を作動させる、油圧シリンダ４０４の動作により移動させる。
排出装置ブレード４０２は、バケット２０２を清掃するために利用される。排出装置ブレード４０２を動作させる油圧シリンダ４０４の取付形状は、動作力プロファイルおよび保守性を改善するように構成される。シリンダ４０４は、ブレード枢動軸線４２２の上部付近の取付点４１４に対して正しい向きに配置される。この構成の幾何学的形状は、バケット２０２内の使用可能な空間を増大させるために背の低い外形を維持しつつバケット一杯の物質をバケット２０２から取り出すために、枢動軸線４２２を中心に（の周りで）排出装置ブレード４０２を枢動させるストロークの開始時に組立体１１０がより強い力を発生させることを可能にする。図６は、バケット２０２から物質を移動させるために排出装置ブレード４０２を作動させる運搬組立体１１０を図示しており、その一方で、図４は、バケット２０２内に物質が受け入れられることを可能にする位置にある排出装置ブレード４０２を図示している。バケット２０２の上部付近の、この装着箇所は、シリンダ４０４の除去および修理をより容易にするために外部ボルト４１０の使用を可能にする。
図７は、一実施形態による、図２に示すバッテリ交換システム２００の把持組立体３０２の側面図を図示している。バッテリ交換システム２００は、１つまたは複数のバッテリ持ち上げアーム７００を含む。持ち上げアーム７００は、ピボットカップリングにより作動組立体２１４に接続される細長いアームである。図示の実施形態において、ピボットカップリングは、持ち上げアーム７００における開口部７１８を貫通して延びるピン７１６を含む。動作時に、作動組立体２１４は、長さが増加することなどにより、長さを変化させることができ、これにより、持ち上げアーム７００が車両から離れる方向に延びるようにする。持ち上げアーム７００のこの移動時に、持ち上げアーム７００は、バッテリボックス２０８側に下方に僅かに傾動するように、ピボットカップリングを中心に枢動してもよい。バッテリボックス２０８は、１つまたは複数のバッテリ、バッテリセルなどが位置する外側ハウジングまたはトレイ７０４を含む。バッテリボックス２０８は、バッテリボックス２０８の下面を形成する基板７１０を含む。持ち上げアーム７００は、持ち上げアーム７００がバッテリボックス２０８の１つまたは複数の内部室７０２内に受け入れられるように、バッテリボックス２０８のハウジング７０４の対応するスロット（例えば、開口部）内に挿入される。
利用可能な鉱山通路空間内で方向転換するための所望の能力を実現するために、バッテリ持ち上げアーム７００は車両１００の全体の設置面積を低減するかまたは最小限に抑えるように設計される。バッテリ交換システム２００の幅および／または長さのサイズを低減しかつ最小限に抑えることを可能にするために、持ち上げアーム７００を（例えば、図７の平面内にかつ平面から延びるハウジング７０４の横方向のサイズの点で）ハウジング７０４の中央側に配置してもよい。持ち上げアーム７００を中央に移動させることにより生じ得る安定性の問題に対処するために、持ち上げアーム７００がハウジング７０４の外側付近に配置された場合に比べてアーム７００がより長くなってもよい。
バッテリボックス２０８は、バッテリボックス２０８を車両まで持ち上げかつ／または車両から下降させることを可能にするためにバッテリ交換システム２００の把持組立体３０２により係合させ（かつ／または把持組立体３０２に係合する）固定組立体７１４を含む。図示の実施形態において、固定組立体７１４は、バッテリボックス２０８の内部室７０２と、持ち上げアーム７００により係合させる持ち上げ板７０６とを含む。アーム７００は、アーム７００の上面７０８が持ち上げ板７０６においてバッテリボックス２０８に接触するように形作られる。反対に、バッテリボックス２０８が車両１００（図１に示す）を移動させるための位置にあるときには、アーム７００の下面７１２がハウジング７０４の基板７１０に接触する。これらの形状は、持ち上げアーム７００を下降させたときにバッテリボックス２０８が持ち上げアーム７００から除去されることを可能にし、その結果、バッテリボックス２０８が地面に接触する。バッテリボックス２０８が車両１００に動力を供給するための位置にあるときに、持ち上げアーム７００の上側接触面７０８と下側接触面７１２は、望ましくない上下の揺れおよび関連する衝撃荷重を低減するために、バッテリボックス２０８の動きを拘束する。例えば、バッテリボックス２０８のハウジング７０４の内部室７０２の２つ以上の表面に接触する持ち上げアーム７００の各々により、車両１００および／または持ち上げアーム７００に対するバッテリボックス２０８の動きが（より少ない表面に接触する場合に比べて）低減される。
図８は、図７に示す持ち上げアーム７００の上面図を図示している。図９は、図７に示す持ち上げアーム７００の側面図を図示している。図２に示すバッテリ交換システム２００は、図８に示すように、バッテリ持ち上げアーム７００の２つ以上を含むことができる。バッテリ持ち上げアーム７００は、持ち上げアーム７００がバッテリボックス２０８を持ち上げかつ／または下降させるために同時に移動し得るように、１つまたは複数のフレーム８００に接続される。代替的に、持ち上げアーム７００は、互いに別個のものであってもよい。
図９に示すように、持ち上げアーム７００は、持ち上げアーム７００の上面７０８に切り欠き９００を有する。切り欠き９００は、バッテリボックス２０８（図２に示す）の持ち上げ板７０６（図７に示す）に接触することができる持ち上げ点を形成する。持ち上げ板７０６とアーム７００の切り欠き９００との接触により、バッテリボックス２０８の中心点に対する持ち上げアーム７０の位置決めの安定化と共に、バッテリボックス２０８を確実に支持することができる。バッテリ持ち上げアーム７００を伸長させることにより、バッテリボックス２０８の重心が「リフトアーム外被部（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）」の内側（例えば、持ち上げアーム７００間の領域）に着座することを可能にすることができ、その一方で、持ち上げアーム７００の上面７０８および下面７１２がアーム７００および／または車両１００に対するバッテリボックス２０８の動きを最小限に抑えるかまたは低減するために、持ち上げ板７０６および基板７１０に同時に接触することができる。
図１０は、一実施形態による、図２に示すバッテリボックス２０８の上面図を図示している。図１１は、図１０に示す線Ｃ−Ｃに沿ったバッテリボックス２０８の断面図を図示している。バッテリボックス２０８のハウジング７０４の内部室７０２内へのスロット１０００（例えば、スロット１０００Ａ、１０００Ｂ）は、バッテリ交換システム２００（図２に示す）の持ち上げアーム７００（図７に示す）を受け入れるように位置決めされる。一実施形態において、バッテリボックス２０８が地面に着座しているときには、スロット１０００を通して持ち上げアーム７００をハウジング７０４の内部室７０２内に下降させることができる。持ち上げ板７０６が持ち上げアーム７００の切り欠き９００（図９に示す）内に配置されるように、アーム７００を位置決めしてもよい。上で説明したように、持ち上げアーム７００の底面７１２（図７に示す）は同時に、バッテリボックス２０８のハウジング７０４の基板７１０の上面に係合してもよい。バッテリボックス２０８のハウジング７０４は、いくつかの内部バッテリトレイ区画１００２（例えば、区画１００２Ａ、１００２Ｂ、１００２Ｃ）を含む。これらの区画１００２は、車両１００に電流を提供するための、１つまたは複数のバッテリ、バッテリセルなどを保持することができる。
動作時には、第１のバッテリボックス２０８内のバッテリにより車両１００に動力を供給してもよい。第１のバッテリボックス２０８の取り替えが必要である場合には、車両１００は、充電済みの第２のバッテリボックス２０８と同じ領域（例えば、数メートルの範囲内）に移動してもよい。バッテリ交換システム２００の作動組立体２１４（図２に示す）は、第１のバッテリボックス２０８に同時に係合させる持ち上げアーム７００を第１のバッテリボックス２０８が地面に載置されるまで下降させてもよい。次いで、第１のバッテリボックス２０８を車両１００から電気的に分離してもよい。第１のバッテリボックス２０８内のバッテリを車両１００に導電的に結合する１つまたは複数のケーブルは、第１のバッテリボックス２０８から車両１００への電流の送達を遮断するために、車両および／または第１のバッテリボックス２０８から取り外してもよい。次いで、バッテリボックス２０８の交換中に車両１００に動力を供給するために、（例えば、別のバッテリボックス、オルタネータまたは発電機など）電流の一時的な供給源を車両１００に接続してもよい。次いで、車両１００が、第２のバッテリボックス２０８に接近して、第２のバッテリボックス２０８のスロット１０００内に持ち上げアーム７００を下降させもよい。持ち上げアーム７００を、作動組立体２１４により第２のバッテリボックス２０８の持ち上げ板７０６および／または基板７１０に係合するように移動させてもよい。次いで、持ち上げアーム７００は、第２のバッテリボックス２０８がもはや地面上にはないように第２のバッテリボックス２０８を持ち上げてもよい。第２のバッテリボックス２０８が持ち上げられる前、持ち上げられている間、または持ち上げられた後のある時点で、第２のバッテリボックス２０８内のバッテリにより車両１００に動力が供給されるように、第２のバッテリボックス２０８を車両１００に接続してもよい。次いで、車両１００は、第２のバッテリボックス２０８により供給される動力下で再び移動してもよい。任意選択で、車両１００は、あるシステム２００が車両１００に動力を供給するためにバッテリを交換でき、その一方で、別のシステム２００が別の場所への移送のためにバッテリを持ち上げて搬送するように、多数のバッテリ交換システム２００を含んでもよい。例えば、車両１００は、バッテリ交換システム２００を車両１００の両端部に含んでもよい。
図１２は、別の実施形態による車両１２００の上面図を図示している。図１３は、図１２に示す車両１２００の側面図または立面図を図示している。車両１２００は、バッテリ駆動式ＬＨＤなどの、採掘車両を表してもよい。代替的に、車両１２００は、別の種類の車両を表すことができる。車両１２００は、複数のフレーム組立体から形成された関節式フレームを含む。図示の実施形態において、車両１２００は、車両１２００が角を曲がるかまたはさもなければ方向転換するときなどに、第１のフレーム組立体１２０２と第２のフレーム組立体１２０４とが異なる経路に沿って走行することを可能にするヒンジ組立体１２０６により結合された第１のフレーム組立体１２０２と第２のフレーム組立体１２０４とを含む。フレーム組立体１２０２、１２０４は、車両１２００の他の構成要素を支持するシャーシから形成することができる。ヒンジ組立体１２０６は、フレーム組立体１２０２、１２０４がヒンジ組立体１２０６の枢動支点１２０８を中心に（例えば、その周りを）枢動することを可能にする１つまたは複数の構成要素を含むことができる。これらの構成要素は、例として、ヒンジとボールとソケットの組み合わせなどを含んでもよい。フレーム組立体１２０２、１２０４は、上で説明したサブフレーム組立体と同様または同一であってもよい。
第１のフレーム組立体１２０２は、運搬組立体１１０（図１に示す）と同じまたは同様であり得る運搬組立体１２１０を含む。上で説明したように、車両１２００は、車両１２００の高さよりも上方に運搬組立体１２１０を持ち上げるように動作してもよい。図１２に示す第１のフレーム組立体１２０２はまた、車両１２００の動作を手動で制御するために運転者が配置され得る運転室１２１６を含む。
第２のフレーム組立体１２０４は、バッテリ交換システム１２１０を含む。上で説明したバッテリ交換システム２００（図２に示す）と同様に、バッテリ交換システム１２１０は、１つまたは複数のバッテリ１２１４を有するバッテリボックス１２１２を把持し、地面または他の表面からバッテリボックス１２１２を持ち上げ、バッテリボックス１２１２内のバッテリ１２１４により動力が供給される間および／または車両１２００がバッテリボックス１２１２を別の位置に移動させる間に車両１２００が移動するときにバッテリボックス１２１２を支持し、かつ／または車両１２００用のバッテリ１２１４の交換時に車両１２００からバッテリボックス１２１２を下降させるように動作することができる。
バッテリ交換システム１２１０は、バッテリボックス１２１２を車両１２００まで上昇させかつ／または車両１２００から下降させるために、バッテリ交換システム１２１０の１つまたは複数の構成要素を移動させる作動組立体１２１８を含む。一実施形態において、作動組立体１２１８は、１つまたは複数の伸縮装置１２２２を含む。伸縮装置１２２２は、長さを変化させるために車両１２００により動力が供給される。例えば、伸縮装置１２２２は、どれだけ多くの流体が伸縮装置１２２２内に押し込まれかつ／または伸縮装置１２２２から除去されるかに基づいて長さを変化させる油圧シリンダとすることができる。別の例として、伸縮装置１２２２は、装置１２２２の長さを変化させるために互いの内部にかつ／または互いから延びる伸縮式管または他の部品とすることができる。
一態様において、伸縮装置１２２２は、モータ駆動ポンプ１２２０により動力が供給される油圧シリンダであり、この装置では、ポンプ１２２０が流体（例えば、油圧流体）を装置１２２２内に押し込みかつ／または装置１２２２から押し出して、装置１２２２を車両１２００に対して移動させる。例えば、ポンプ１２２０は、装置１２２２の長さが伸長しかつ装置１２２２がバッテリ交換システム１２１０の１つまたは複数の把持組立体１２２４を第１のフレーム組立体１２０２から離れる方向に移動させるようにして、現在バッテリ交換システム１２１０により係合させていない（例えば、地面上にある）バッテリボックス１２１２を把持するか、または現在バッテリ交換システム１２１０により係合させているバッテリボックス１２１２を第１のフレーム組立体１２０２から離れる方向に下降させる（例えば、バッテリボックス１２１２を地面側に下降させる）ために、装置１２２２内に流体を送り込むことができる。追加的または代替的に、ポンプ１２２０は、バッテリボックス１２１２内のバッテリ１２１４を車両１２００に接続するのにバッテリボックス１２１２を車両１２００側に持ち上げるために、装置１２２２の長さが短縮しかつ装置１２２２がバッテリ交換システム１２１０の１つまたは複数の把持組立体１２２４を第１のフレーム組立体１２０２側に移動させるようにするために、装置１２２２から流体を取り出すことができる。
図１４は、一実施形態による、図１２に示すバッテリボックス１２１２の斜視図を図示している。バッテリボックス１２１２は、バッテリボックス１２１２の外形寸法を画定する外側ハウジング１４００を含む。１つまたは複数のバッテリおよび／またはバッテリセルがハウジング１４００内に配置される。これらのバッテリおよび／またはバッテリセルをハウジング１４００の外側でアクセス可能な１つまたは複数のコネクタ１４０２に導電的に結合してもよい。バッテリおよび／またはバッテリセルから車両１２００に電流を導通して車両１２００に動力を供給するために、１つもしくは複数のケーブルまたは他の導体をコネクタ１４０２と図１２に示す車両１２００の電気システム（例えば、モータ、制御器など）とに結合してもよい。
図示の例において、ハウジング１４００の一側面１４０８は、固定組立体１４０４を含みかつ／または固定組立体１４０４に接続される。固定組立体１４０４は、バッテリボックス１２１２を把持して表面から車両１２００内に持ち上げ、かつ／またはバッテリボックス１２１２を把持して車両１２００から表面（例えば、地面）まで下降させるために、車両１２００のバッテリ交換システム１２１０（図１２に示す）により係合させる１つまたは複数の構成要素を含む。図示の実施形態において、固定組立体１４０４は、ハウジング１４００の側面１４０８から間隔を置いて配置されるピン１４０６を含む。以下に説明するように、バッテリ交換システム１２１０がバッテリボックス１２１２を持ち上げかつ／または下降させるために、ピン１４０６には、バッテリ交換システム１２１０の把持組立体１２２４（図１２に示す）の湾曲したフィンガが係合することができる。固定組立体１４０４は、ハウジング１４００から外方に延びる突出舌１４１０を含むことができる。バッテリボックス１２１２を車両１２００に固定するために、舌１４１０をバッテリ交換システム１２１０における受容間隙内に受け入れることができる。
図２に示すバッテリボックス２０８とは対照的に、バッテリボックス１２１２のハウジング１４００は、バッテリ交換システムのアームを受け入れるスロットを含まない。例えば、ハウジング１４００は、バッテリボックス１２１２を持ち上げかつ／または下降させることができるようにバッテリ交換システム１２１０の一部がバッテリボックス１２１２内に受け入れられるように挿入される開口部を含まなくてもよい。このことにより、バッテリボックスの内部の一部をバッテリ交換システムのアームまたは他の部品を受け入れる空間として使用するバッテリボックス１２１２に対してバッテリおよび／またはバッテリセルを保持するためのより多くの内部空間の使用が可能となる。
図１５は、一実施形態による、図１２に同様に示すバッテリ交換システム１２１０の図１２に示す把持組立体１２２４の斜視図を図示している。図１６は、図１４に示す把持組立体１２２４の別の斜視図を図示している。図１５に示す把持組立体１２２４の図は、バッテリボックス１２１２の方を向く側などの、把持組立体１２２４の後方を向いた側を示している。図１６に示す把持組立体１２２４の図は、バッテリボックス１２１２から離れる方向を向く側などの、把持組立体１２２４の反対側の前方を向いた側を示している。
把持組立体１２２４は、バッテリボックス１２１２を把持しかつ／または固定するために、バッテリボックス１２１２（図１４に示す）のハウジング１４００（図１４に示す）の固定組立体１４０４（図１４に示す）に係合する特徴を有する１つまたは複数の本体を含む。図示の実施形態において、把持組立体１２２４は、把持組立体１２２４の両側に係合フィンガ１５００を含む。任意選択的に、異なる数のフィンガ１５００を含んでもよく、かつ／またはフィンガ１５００の１つまたは複数が別の場所にあってもよい。
フィンガ１５００は、把持組立体１２２４の本体から突出する細長体である。フィンガ１５００は、外方に延びかつ対応する端部１５０２で終端する。フィンガ１５００は、フィンガ１５００が把持組立体１２２４の本体および端部１５０２から延びる場所の間にフィンガ１５００の長さに沿って隅部１５０４を形成するように湾曲している（例えば、車両支持フレームに対して上方に湾曲している）。これらの隅部１５０４は、バッテリボックス１２１２のピン１４０６を受け入れる凹部を提供する。例えば、バッテリボックス１２１２のピン１４０６とバッテリボックス１２１２のハウジング１４００（図１４に示す）との間の空間内にフィンガ１５００の端部１５０２を挿入することができる。バッテリボックス１２１２のピン１４０６は、フィンガ１５００の隅部１５０４内に留まるかさもなければ隅部１５０４内に位置することができる。バッテリ交換システム１２１０は、フィンガ１５００がバッテリボックス１２１２のピン１４０６に対して上方に持ち上がるように、把持組立体１２２４を持ち上げることができる。フィンガ１５００がピン１４０６の真下に配置されるので、こうしたフィンガ１５００の持ち上げ運動はまたバッテリボックス１２１２に対して上方に持ち上がる。逆に、バッテリ交換システム１２１０が把持組立体１２２４を下降させているときには、フィンガ１５００は、バッテリボックス１２１２が制御できない状態で落下するのを防止するためにピン１４０６を支持することができる。
ピン１４０６は、ピン１４０６が移動してフィンガ１５００から離れるのを防止するために、フィンガ１５００の隅部１５０４内に留まることができる。例えば、バッテリボックス１２１２の持ち上げ時および／または下降時において、隅部１５０４は、バッテリボックス１２１２の移動時にピン１４０６が隅部１５０４内に留まるようにフィンガ１５００の他の部分または他の全ての部分よりも高さの低いフィンガ１５００の部分であってもよい。
把持組立体１２２４は、バッテリボックス１２１２の舌１４１０（図１４に示す）を受け入れるように位置決めされる受容間隙１５０６を任意選択で含む。間隙１５０６は、把持組立体１２２４の対向板１５０８、１５１０間に延びる。代替的に、間隙１５０６は、把持組立体１２２４の本体における（スロットなどの）開口部を表してもよい。間隙１５０６は、下に説明するように、バッテリボックス１２１２を把持組立体１２２４側に移動させたときに舌１４１０を受け入れるように形作られる。バッテリボックス１２１２の舌１４１０は、バッテリボックス１２１２を静止しかつ／または車両１２００に係合した状態に保つのを補助するために、車両１２００の移動時に把持組立体１２２４の間隙１５０６内に留まってもよい。例えば、舌１４１０を間隙１５０６内に配置することにより、車両１２００に対するバッテリボックス１２１２の移動を低減することができる。
把持組立体１２２４の本体はまた、いくつかのピボット開口部１５１２、１５１４を含む。ピボット開口部１５１２、１５１４は、フィンガ１５００をピン１４０６と位置合わせされた状態にかつ間隙１５０６を舌１４１０と位置合わせされた状態に保つ一方で把持組立体１２２４がバッテリボックス１２１２側に移動することを可能にするために、バッテリ交換システム１２１０（以下に説明する）のピンまたは他の構成要素を受け入れる。
図１７は、一実施形態による、図１２に同様に示すバッテリボックス１２１２を把持するために延出位置にある図１２に示すバッテリ交換システム１２１０の側面図を図示している。図１８は、図１７に示す延出位置にある図１２に示すバッテリ交換システム１２１０の上面図を図示している。図１７および図１８に示すように、バッテリ交換システム１２１０の下側ピン１７００は、把持組立体１２２４の下側ピボット開口部１５１４（図１５に示す）内に位置してもよく、またはさもなければ下側ピボット開口部１５１４を貫通して延びてもよい。バッテリ交換システム１２１０の上側ピン１７０２は、把持組立体１２２４の上側ピボット開口部１５１２（図１５に示す）内に位置してもよく、またはさもなければ上側ピボット開口部１５１２を貫通して延びてもよい。対応する開口部１５１４、１５１２を通るピン１７００、１７０２の配置は、開口部１５１２、１５１４と同心である軸線を中心に把持組立体１２２４が車両１２００に対して枢動することを可能にすることができる。例えば、下側開口部１５１４を貫通して延びる下側ピン１７００は、図１７に示すように、把持組立体１２２４がバッテリボックス１２１２側に傾動することを可能にすることができる。開口部１５１４、１５１２を貫通するピン１７００、１７０４のカップリングは、把持組立体１２２４が作動組立体１２１８に対してピボットカップリングを中心に枢動する（例えば、傾動する）ことを可能にする、作動組立体１２１８と把持組立体１２２４との間のピボットカップリングを表す。
バッテリ交換システム１２１０の装置１２２２を把持組立体１２２４の上側ピン１７０２または把持組立体１２２４の別の部分に係合させることができる。バッテリ交換システム１２１０は、図１７に示すように、把持組立体１２２４が車両１２００から離れる方向にバッテリボックス１２１２側に移動するようにかつ下側ピン１７００を中心に枢動するようにするために、装置１２２２を延ばすことができる。こうした把持組立体１２２４の枢動は、把持組立体１２２４のフィンガ１５００をバッテリボックス１２１２のピン１４０６側に（車両１２００に対して）下降させるように把持組立体１２２４をバッテリボックス１２１２側に傾動させる。フィンガ１５００は、バッテリボックス１２１２のピン１４０６までまたはピン１４０６よりも下方に下降してもよい。
次いで、装置１２２２は、把持組立体１２２４を車両１２００側に引き戻すために少なくとも部分的に後退してもよい。この後退により、把持組立体１２２４が下側ピン１７００を中心に逆方向に枢動しかつ車両１２００側に後方に傾動するようにすることができる。この傾動により、フィンガ１５００をバッテリボックス１２１２のピン１４０６に係合させることができる。ピン１４０６がフィンガ１５００の隅部１５０４と位置合わせされない場合には、フィンガ１５００の湾曲形状により、装置１２２２が把持組立体１２２４を車両１２００側に後退させ引き戻し続けるときに、ピン１４０６がフィンガ１５００に沿って隅部１５０４側に下方に摺動するようにすることができる。
図示の実施形態では、バッテリ交換システム１２１０が把持組立体１２２４を引くと、バッテリボックス１２１２の舌１４１０が把持組立体１２２４の間隙１５０６内に移動する。装置１２２２の後退時に把持組立体１２２４が車両１２００側に枢動するときに、バッテリボックス１２１２が配置された表面からバッテリボックス１２１２が持ち上げられ得るように、間隙１５０６を位置決めすることができる。バッテリボックス１２１２は、舌１４１０が間隙１５０６と位置合わせされるように僅かに傾動してもよい。把持組立体１２２４を車両１２００側に引き戻し続けることにより、舌１４１０が間隙１５０６内に受け入れられるようにバッテリボックス１２１２を（例えば、フィンガ１５００により）把持組立体１２２４側に引っ張ることができる。
図１９は、図１２に同様に示すバッテリボックス１２１２を一実施形態による車両１２００側に持ち上げるために中間位置にある図１２に示すバッテリ交換システム１２１０の斜視図を図示している。図２０は、図１９に示す中間位置にあるバッテリ交換システム１２１０の別の斜視図を図示している。バッテリボックス１２１２を持ち上げるかまたは下降させる際に、把持組立体１２２４のフィンガ１５００は、バッテリボックス１２１２のピン１４０６を支持することができる。バッテリボックス１２１２を持ち上げるかまたは下降させる際に、把持組立体１２２４の傾動はまた、図１９および図２０に示すように、バッテリボックス１２１２の傾動を生じさせることができる。また図１９および図２０に示すように、バッテリボックス１２１２が把持組立体１２２４に十分に近接しているときに、バッテリボックス１２１２の舌１４１０（図１４に示す）を把持組立体１２２４の間隙１５０６（図１５に示す）内に受け入れることができる。
（車両１２００に動力を供給するためにおよび／または車両１２００を別の場所に搬送するために）バッテリボックス１２１２を車両１２００まで持ち上げる際に、バッテリ交換システム１２１０は、バッテリボックス１２１２を把持するために、車両１２００から図１７および図１８に示す位置に把持組立体１２２４を延ばすことができる。次いで、バッテリ交換システム１２１０は、把持組立体１２２４を車両１２００側に後退させることができ、この把持組立体１２２４は、バッテリボックス１２１２が着座した表面からバッテリボックス１２１２を引っ張って持ち上げる。ピン１７００、１７０２を中心とした把持組立体１２２４の枢動により、バッテリボックス１２１２を図１９および図２０に示す位置まで持ち上げることができる。バッテリ交換システム１２１０により把持組立体１２２４を車両１２００側に引っ張り続けることにより、バッテリボックス１２１２をバッテリボックス１２１２が載置された表面から車両１２００まで持ち上げることができる。車両１２００に電気的に結合されるようにかつ／または車両１２００により別の場所に搬送されるように、バッテリボックス１２１２を図１に示す位置に移動させてもよい。
（例えば、バッテリボックス１２１２を取り替えるためにおよび／または別の機械用にバッテリボックス１２１２を配置するために）バッテリボックス１２１２を下降させる際に、バッテリ交換システム１２１０は、車両１２００からバッテリボックス１２１２を下降させるために、車両１２００から図１９および図２０に示す位置に把持組立体１２２４を延ばすことができる。バッテリ交換システム１２１０は、バッテリボックス１２１２の舌１４１０が把持組立体１２２４の間隙１５０６から外に出るようにバッテリボックス１２１２を傾動させる、把持組立体１２２４を車両１２００から延ばし続けることができる。こうした把持組立体１２２４の延出は、バッテリボックス１２１２を車両１２００が位置する表面（または別の表面）まで下降させる。バッテリ交換システム１２１０は、把持組立体１２２４のフィンガ１５００がバッテリボックス１２１２のピン１４０６から外れることを可能にするために、バッテリボックス１２１２が表面上に載置された後に把持組立体１２２４を下降させることができる。次いで、車両１２００は、把持組立体１２２４をバッテリ交換システム１２１０により車両１２００まで引き戻すことができるように、バッテリボックス１２１２から離れる方向に移動してもよい。
図２１は、一実施形態による車両のバッテリボックスを取り替える方法２１００のフロー図を図示している。本明細書に示し説明する車両のバッテリボックスを取り替えるために、方法２１００を使用してもよい。代替的に、車両を使用してバッテリボックスを位置間で移送するために、方法２１００を使用してもよい。２１０２において、車両は、現在車両に結合されているバッテリボックスから供給される電気動力を使用して動作する。２１０４において、バッテリボックスが取替用バッテリボックスと取り替えられる必要があるかどうかについての判断がなされる。例えば、バッテリボックス内に蓄えられた残りの電気エネルギーが、バッテリボックスを取り替えるために指定された限界にあるかまたは限界に近づいている可能性がある。
バッテリボックスが取り替えられる場合には、方法２１００のフローが２１０６まで続く可能性がある。代替的に、バッテリボックスが取り替えられない場合には、車両が現在のバッテリボックスにより供給される動力を使用して動作し続けることができるように、方法２１００のフローが２１０２に戻る可能性がある。
２１０６において、車両が取替用バッテリボックスの場所まで移動する。２１０８において、車両用の電力の補助供給源が車両に結合される。例えば、別のバッテリボックス、発電機、オルタネータ、商用電源などを車両に電気的に結合してもよい。この補助供給源は、現在のバッテリボックスの交換時に車両に動力を供給することができる。
２１１０において、現在のバッテリボックスが車両から分離される。例えば、現在のバッテリボックスを車両に接続するケーブルまたは他の導体を、バッテリボックスからおよび／または車両から取り外してもよい。２１１２において、車両のバッテリ交換システムの把持組立体は、車両から延ばされる。把持組立体は、現在のバッテリボックスを地面まで下降させるために、車両から外方に延びてもよい。例えば、伸縮装置は、把持組立体を車両から離れる方向に移動させかつ地面または他の表面側に下降させるために伸長することができる。現在のバッテリボックスが地面または他の表面上に配置されかつ把持組立体がバッテリボックスから外れるのに十分な量だけ把持組立体を下降させることができる。例えば、フィンガがバッテリボックスのピンから外れ、その結果、持ち上げアームが持ち上げ板などから外れるように、バッテリが地面に置かれた後に、把持組立体を下降させてもよい。
次いで、車両は、把持組立体が交換用バッテリボックスに係合できるように、交換用バッテリボックスまで移動してもよい。例えば、図２に示すバッテリ交換システム２００に関して、持ち上げアーム７００は、バッテリボックス２０８から離れる方向に延びかつバッテリボックス２０８側に下降させてもよい。図１２に示すバッテリ交換システム１２１０に関して、把持組立体１２２４は、バッテリボックス１２１２から離れる方向に延びかつバッテリボックス１２１２側に傾動してもよい。フィンガ１５００がバッテリボックス１２１２のピン１４０６よりも下方にまたはピン１４０６に接触して配置されるように十分な量だけ把持組立体１２２４を下降させることができる。
２１１４において、把持組立体をバッテリボックスの固定組立体に係合させているか把持組立体がバッテリボックスの固定組立体を把持する位置にあるかについての判断がなされる。図７に示す把持組立体３０２の持ち上げアーム７００に関して、この判断は、持ち上げアーム７００がバッテリボックス２０８の内部室７０２内に配置されるかどうか、バッテリボックス２０８の持ち上げ板７０６を持ち上げアーム７００に係合させるか、および／または持ち上げ板７０６が持ち上げ板７０６よりも下方にあるが持ち上げ板７０６を持ち上げに係合させないかどうかを判断することを含んでもよい。図１２に示す把持組立体１２２４に関して、この判断は、把持組立体１２２４のフィンガ１５００をバッテリボックス１２１２のピン１４０６に係合させるかどうか、および／またはフィンガ１５００がバッテリボックス１２１２のピン１４０６よりも下方にあるがフィンガ１５００をピン１４０６に係合させないかどうかを判断することを含んでもよい。
把持組立体をバッテリボックスの固定組立体に係合させているかまたは把持組立体が固定組立体に係合する位置にある場合には、方法２１００のフローが２１１６まで続いてもよい。しかし、把持組立体をまだバッテリボックスの固定組立体に係合させないかまたは把持組立体がまだ固定組立体に係合する位置にない場合には、方法２１００のフローが２１１２に戻る可能性がある。例えば、把持組立体がバッテリボックスの固定組立体に係合するかまたは係合する位置に位置するまで、把持組立体をバッテリ交換システムからバッテリボックス側に延ばし続けることができる。
２１１６において、把持組立体を車両側に後退させる。例えば、持ち上げアーム７００がバッテリボックス２０８の内部室７０２の内部にある場合には、持ち上げアーム７００をバッテリボックス２０８の持ち上げ板７０６に係合させるかまたは持ち上げアーム７００が持ち上げ板７０６よりも下方となるように、把持組立体を後退させることができる。この後退は、バッテリボックス２０８が内部から車両側に上方に持ち上げられるように、持ち上げアーム７００を持ち上げることを含み得る。持ち上げアーム７００は、バッテリボックス２０８を持ち上げて車両まで図１〜３に示す位置まで引き戻すことができる。別の例として、把持組立体１２２４のフィンガ１５００をバッテリボックス１２１２のピン１４０６に係合させるかまたはフィンガ１５００がピン１４０６よりも下方にある場合には、フィンガ１５００がピン１４０６に係合しかつピン１４０６対して上方に持ち上がるようにするために、把持組立体１２２４を後退させることができる。上で説明したように、把持組立体１２２４を後退させることにより、バッテリボックス１２１２を傾動させ、バッテリボックス１２１２が、地面から車両まで上方に（図１、図１２、および図１３に示す位置などに）持ち上げられるようにすることができる。
２１１８において、交換用バッテリボックスが車両に電気的に結合される。例えば、１つもしくは複数のケーブルまたは他の導体を交換用バッテリボックス内のバッテリにおよび車両に接続してもよい。２１２０において、動力の補助供給源を車両から分離してもよい。例えば、補助供給源を車両に接続したケーブルまたは他の導体を、供給源および／または車両から取り外してもよい。２１２２において、車両は、取替用バッテリボックスにより供給される動力を使用して動作させる。一態様では、この取替用バッテリボックスを必要に応じて１つまたは複数の他のバッテリボックスと取り替え得るように、方法２１００のフローが２１０２に戻る可能性がある。代替的に、バッテリボックスが車両に動力を供給することなしに、バッテリボックスに係合し、これを持ち上げ、かつ移動させるように、把持組立体を延ばしてもよい。例えば、車両は、他の機械または車両用のバッテリボックスを持ち上げて移動させてもよい。
本明細書で説明したバッテリ交換システムは、別個の持ち上げ設備がバッテリボックスを車両まで持ち上げる必要なしに、ＬＨＤなどの車両のバッテリが迅速に交換されることを可能にすることができる。これは、より少ない機械停止時間と別個のバッテリ吊り上げリグに必要な追加の設備投資およびメンテナンスとを許容する。このことまた、別個の持ち上げ設備を移動させる必要がないため、より容易に鉱山内に進入することを可能にする。
他の車両で使用される他の車載バッテリ持ち上げシステムのいくつかは、バッテリ駆動式ＬＨＤが地下鉱山の閉鎖空間内で効率的に動作することを可能にするには、あまりに多くの空間を必要とする。利用可能な空間内で機械がより容易に作動することを可能にすることに加えて、本明細書で説明するバッテリ交換システムは、不所望のバッテリの動きを低減することができ、このことは、衝撃荷重の低減によりバッテリの寿命を延ばす。
上で説明した排出装置ブレード用シリンダの幾何学的形状は、より容易なメンテナンスとシリンダサイズの低減の両方を可能にすることができる。バケットが地面にある状態でシリンダマウントのボルトを上部から外し、通常走行以外でのホースを取り外しまたは排出装置ブレードの持ち上げなしにシリンダマウントを除去することができるので、メンテナンスの容易さが向上する。この幾何学的形状に関して、より有利な力プロファイルにより、シリンダサイズ、関連する作動油流量およびポンプサイズが低減される。
一実施形態において、システム（例えば、バッテリ交換システム）は、把持組立体と作動組立体とを含む。把持組立体は、車両に搭載して配置されるように、かつ１つまたは複数のバッテリが内部に配置されたバッテリボックスに係合するように構成される。作動組立体は、把持組立体を車両から離れる方向にバッテリボックス側に移動させるように構成される。作動組立体はまた、バッテリボックスの固定組立体に係合するように把持組立体を移動させるように構成される。作動組立体は、把持組立体がバッテリボックスを車両まで持ち上げるためにバッテリボックスの固定組立体に係合する一方で、把持組立体を車両側に後退させるように構成される。
一態様では、搭載して配置されるように把持組立体が構成される車両が、積載‐運搬‐ダンプ（ＬＨＤ）採掘車両である。作動組立体は、バッテリボックスの１つまたは複数のバッテリを使用してＬＨＤ採掘車両に動力を供給するために、バッテリボックスを表面からＬＨＤ採掘車両まで持ち上げるように構成することができる。
一態様において、バッテリボックスの固定組立体は、バッテリボックスのハウジング内に配置された１つまたは複数の持ち上げ板を備える。把持組立体は、バッテリボックスに係合するようにハウジングの内部に配置された１つまたは複数の持ち上げ板に係合するように形作られた１つまたは複数の持ち上げアームを含むことができる。
一態様において、把持組立体は、把持組立体の本体から突出する１つまたは複数のフィンガであって、バッテリボックスに係合するようにバッテリボックスの１つまたは複数のピンに係合するように形作られた１つまたは複数のフィンガを含む。
１つまたは複数のフィンガは、上方に湾曲しており、かつバッテリボックスの持ち上げ時にバッテリボックスの１つまたは複数のピンを受け入れるように形作られた１つまたは複数の隅部を含む。
一態様において、把持組立体は、バッテリボックスの持ち上げ時にバッテリボックスの突出舌を受け入れるように形作られかつ位置決めされた受入間隙を含む。
一態様において、作動組立体は、長さが変化するように構成された伸縮装置を含む（例えば、伸縮装置は、長さが変化するように制御可能である）。伸縮装置は、把持組立体をバッテリボックスまで延ばすために長さが増加するように構成することができる。伸縮装置は、把持組立体がバッテリボックスに係合しかつバッテリボックスを車両まで持ち上げるようにするために長さが減少するように構成することができる。
一態様において、把持組立体は、バッテリボックス側への把持組立体の下降または車両側への把持組立体およびバッテリボックスの持ち上げの１つもしくは複数の間に把持組立体を車両およびバッテリボックスに対して傾動させるように構成された１つまたは複数のピボットカップリングにおいて作動組立体に結合される。
別の実施形態において、システム（例えば、バッテリ交換システム）は、１つまたは複数の伸縮装置と把持組立体とを含む。１つまたは複数の伸縮装置は、車両に搭載して配置されるようにかつ長さを変化させるように構成される。把持組立体は、車両に搭載して配置されるように、かつ１つまたは複数の伸縮装置に結合されるように構成される。把持組立体は、車両の外に配置されたバッテリボックスに係合するように構成された１つまたは複数の突出部を含む。１つまたは複数の伸縮装置は、把持組立体を車両から離れる方向に延ばすためにかつバッテリボックスの少なくとも一部よりも下方に把持組立体を下降させるために長さが増加するように構成される。１つまたは複数の伸縮装置はまた、把持組立体の１つまたは複数の突出部がバッテリボックスに係合し、バッテリボックスを持ち上げ、かつバッテリボックスを車両に搭載するように移動させるようにするために、長さが減少するように構成することができる。
一態様において、１つまたは複数の伸縮装置は、油圧シリンダを含む。
一態様において、把持組立体の１つまたは複数の突出部が、１つまたは複数の上方に湾曲したフィンガを含む。
一態様において、把持組立体は、車両へのバッテリボックスの持ち上げ時にバッテリボックスの突出舌を受け入れるように構成された受入間隙を含む。
一態様において、把持組立体の１つまたは複数の突出部は、バッテリボックスの１つまたは複数の内部室内に延びてバッテリボックスに係合するように構成された１つまたは複数の持ち上げアームを含む。
一態様において、把持組立体は、１つまたは複数のピボットカップリングにより１つまたは複数の伸縮装置に結合されるように構成される。把持組立体は、把持組立体をバッテリボックス側に下方に傾動させるために、１つまたは複数の伸縮装置の伸長時に１つまたは複数の枢動カップリングを中心に枢動するように構成することができる。
一態様において、把持組立体は、１つまたは複数のピボットカップリングにより１つまたは複数の伸縮装置に結合されるように構成される。把持組立体は、把持組立体を車両側に上方に傾動させるために、１つまたは複数の伸縮装置の短縮時に１つまたは複数の枢動カップリングを中心に枢動するように構成することができる。
一実施形態において、車両（例えば、採掘車両）は、車両フレームと、運搬組立体と、バッテリ交換システムとを含む。車両フレームは、互いに接続された少なくとも第１および第２のサブフレーム組立体を含む。例えば、第１および第２のサブフレーム組立体を、ピボット、ヒンジ、または他の関節継手を介して互いに移動可能に接続してもよい。運搬組立体（例えば、バケット組立体、スクープ組立体、シールド運搬機組立体など）は、第１のサブフレーム組立体に結合させ、かつ採掘した物質または他の物質を拾い上げて移送するように構成することができる。バッテリ交換システムは、第２のサブフレーム組立体に結合させ、かつ車両フレームから延びて、車両フレームの外に配置された１つまたは複数のバッテリを備えるバッテリボックスまで下降するように構成することができる。バッテリ交換システムはまた、バッテリボックスを把持してバッテリボックスを車両フレームまで持ち上げるように構成することができる。
一態様において、車両フレームは、ヒンジ組立体により互いに結合された少なくとも第１および第２のサブフレーム組立体を有する関節式フレームである。
一態様において、バッテリ交換システムは、車両フレーム上へのバッテリボックスの持ち上げ時にバッテリボックスに係合するように構成された１つまたは複数の突出部を有する把持組立体を含む。
一態様において、把持組立体の１つまたは複数の突出部は、バッテリボックスの外側に配置された１つまたは複数の位置においてバッテリボックスに係合するように構成された１つまたは複数の上方に湾曲したフィンガを含む。
一態様において、把持組立体の１つまたは複数の突出部は、バッテリボックスの内部の１つまたは複数の位置においてバッテリボックスに係合するように構成された１つまたは複数の持ち上げアームを含む。
別の実施形態において、車両（例えば、採掘車両）は、車両フレームと、２つの車軸対（各々がそれぞれ車軸と２つの車輪とを備える）と、運搬組立体と、バッテリ交換システムとを含む。車両フレームは、互いに接続された少なくとも第１および第２のサブフレーム組立体を含む。例えば、第１および第２のサブフレーム組立体を、ピボット、ヒンジ、または他の関節継手を介して互いに移動可能に接続してもよい。車軸対のうちの第１の車軸対は第１のサブフレーム組立体に動作可能に結合され、かつ車軸対のうちの第２の車軸対は第２のサブフレーム組立体に動作可能に結合される。運搬組立体（例えば、バケット組立体、スクープ組立体、シールド運搬機組立体など）は、第１のサブフレーム組立体に結合され、かつ物質を拾い上げて移送するように構成される。運搬組立体が車両の前部を画定し、それに対して、第２のサブフレーム組立体が車両の後部を画定する。バッテリ交換システムは、第２のサブフレーム組立体に結合され、かつ車両フレームから延びて、車両フレームの外に配置された１つまたは複数のバッテリを備えるバッテリボックスまで下降するように構成される。バッテリ交換システムはまた、バッテリボックスを把持してバッテリボックスを第２のサブフレーム組立体まで持ち上げるように構成することができる。バッテリボックスがバッテリ交換システムにより第２のサブフレーム組立体まで持ち上げられたときに、第２のサブフレーム組立体に動作可能に結合される第２の車軸対の後部にバッテリボックスが位置決めされるように、バッテリ交換システムは、第２のサブフレーム組立体に位置決めされる。
本明細書の実施形態のいずれかにおいて、バッテリボックスは、車両を経路に沿って移動させるために車両の１つまたは複数のトラクションモータに動力を供給するのに（蓄電容量の点で）十分な電気エネルギーを蓄積するような大きさとしてもよい。車両は、比較的大きな、複数トン（例えば、１０トン〜５０トン）の車両であってもよい。
上記の説明は、例示的であり、限定的ではないように意図されることを理解されたい。例えば、上で説明した実施形態（および／またはそれらの態様）は、互いに組み合わせて使用してもよい。加えて、本発明の主題の教示に特定の状況または材料を適合させるために、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの修正を行うことができる。本明細書で説明した材料の寸法および種類は本発明の主題のパラメータを規定するように意図されているが、これらは決して限定的なものではなく、例示的な実施形態である。上記の説明を検討することにより、多くの他の実施形態が当業者に明らかになるであろう。それゆえ、本発明の主題の範囲は、添付の条項を、かかる条項が権利を与えられる等価物の全範囲と共に参照して、決定されるべきである。添付の条項では、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「ようになった（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語を、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「であるところの（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という対応する用語に対する平易な英語での等価表現として使用している。その上、以下の条項では、「第１」、「第２」、および「第３」などの用語を単に標示として使用しており、それらの対象に対して数値的要件を課すことを意図するものではない。更に、以下の条項の限定は手段プラス機能形式で記載されておらず、また米国特許法第１１２条（ｆ）に基づいて解釈されるように意図したものでもない（ただし、本条項の限定によって「のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」の表現に続いて追加的な構造に関する機能排除の記述を明示的に用いる場合を除く）。
本明細書では、例を使用して、本発明の主題を含むいくつかの実施形態を開示するとともに、更に、任意の装置またはシステムの製造および使用ならびに任意の包含される方法の実行を含む本発明の主題の実施形態の実施を当業者が行うことを可能にする。本発明の主題の特許可能な範囲は、当業者が想到する他の例を含んでもよい。そのような他の例は、それらが条項の文言と相違しない構造的要素を有する場合、または、それらが条項の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合に、条項の範囲内に含まれることが意図される。
本発明の主題の特定の実施形態の前述の説明は、添付の図面と併せて読むとき、より良く理解されるであろう。図が種々の実施形態の機能ブロックの略図を図示する限りにおいて、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路間の区分を示すものではない。したがって、例えば、機能ブロック（例えば、プロセッサまたはメモリ）のうちの１つまたは複数を、単一のハードウェア（例えば、汎用信号プロセッサ、マイクロコントローラ、ランダムアクセスメモリ、ハードディスクなど）に実装してよい。同様に、プログラムは、スタンドアロンプログラムであってもよく、オペレーティングシステムにサブルーチンとして組み込んでもよく、インストールされたソフトウェアパッケージなどにおける機能であってもよい。種々の実施形態は、図面に示す配置および手段に限定されるものではない。
本明細書で使用する場合、単数形で列挙され、「ａ」または「ａｎ」という語で始まる要素またはステップは、複数の要素またはステップを排除しないものと理解されるべきである（ただし、かかる排除が明示的に述べられている場合を除く）。更に、本発明の主題の「実施形態」または「一実施形態」への言及は、列挙された特徴も組み込まれる更なる実施形態の存在を除外するものとして解釈されることは意図されていない。その上、反対に明示的に述べられている場合を除き、特定の特性を有する１つの要素または複数の要素「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有さないそのような更なる要素を含んでもよい。
本明細書に含まれる本発明の主題の精神および範囲から逸脱することなく、上で説明したシステムおよび方法においてある種の変更を行うことができるので、上記の説明のまたは添付の図面に示す主題の全てが、単に本明細書における本発明の概念を例示する例として解釈されなければならず、本発明を限定するものとして解釈されてはならないことが意図されている。
１００ 車両
１０２ 関節式フレーム
１０４ 第１のサブフレーム組立体
１０６ 第２のサブフレーム組立体
１０８ 運転者ステーション
１１０ 運搬組立体
１１２ バッテリ持ち上げ組立体
２００ バッテリ交換システム
２０２ バケット
２０４ 運転室
２０６ 第２のサブフレーム部分
２０８ バッテリボックス
２１０ 枢動支点
２１２ 関節組立体
２１４ 作動組立体
３００ 第１のサブフレーム部分
３０２ 把持組立体
４００ バケット溶接部
４０２ 排出装置ブレード
４０４ 油圧シリンダ
４０６ 下側シリンダマウント
４０８ 上側シリンダマウント
４１０ 外部ボルト
４１２ シリンダマウント組立体
４１４ 上側排出装置ヒンジ点、取付点
４１６ 下側排出装置ヒンジ点
４１８ 排出装置ヒンジ
４２０ 排出装置ヒンジ
４２２ ブレード枢動軸線
７００ 持ち上げアーム
７０２ 内部室
７０４ ハウジング、トレイ
７０６ 持ち上げ板
７０８ 上面、上側接触面
７１０ 基板
７１２ 下面、底面、下側接触面
７１４ 固定組立体
７１６ ピン
７１８ 開口部
８００ フレーム
９００ 切り欠き
１０００、１０００Ａ、１０００Ｂ スロット
１００２、１００２Ａ、１００２Ｂ、１００２Ｃ 区画
１２００ 車両
１２０２ 第１のフレーム組立体
１２０４ 第２のフレーム組立体
１２０６ ヒンジ組立体
１２０８ 枢動支点
１２１０ バッテリ交換システム、運搬組立体
１２１２ バッテリボックス
１２１４ バッテリ
１２１６ 運転室
１２１８ 作動組立体
１２２０ ポンプ
１２２２ 伸縮装置
１２２４ 把持組立体
１４００ ハウジング
１４０２ コネクタ
１４０４ 固定組立体
１４０６ ピン
１４０８ 側面
１４１０ 舌
１５００ フィンガ
１５０４ 隅部
１５０６ 間隙
１５０８ 対向板
１５１０ 対向板
１５１２ 上側ピボット開口部
１５１４ 下側ピボット開口部
１７００ 下側ピン
１７０２ 上側ピン

Claims (20)

  1. 車両（１００、１２００）に搭載して配置されるように、かつ１つまたは複数のバッテリが内部に配置されたバッテリボックス（２０８、１２１２）に係合するように構成された把持組立体（３０２、１２２４）と、
    前記把持組立体（３０２、１２２４）を前記車両（１００、１２００）から離れる方向に前記バッテリボックス（２０８、１２１２）側に移動させるように構成されるとともに、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の固定組立体（７１４、１４０４）に係合するように前記把持組立体（３０２、１２２４）を移動させるように構成された作動組立体（２１４、１２１８）であって、前記作動組立体（２１４、１２１８）は、前記把持組立体（３０２、１２２４）が前記バッテリボックス（２０８、１２１２）を前記車両（１００、１２００）まで持ち上げるために前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の前記固定組立体（７１４、１４０４）に係合する一方で、前記把持組立体（３０２、１２２４）を前記車両（１００、１２００）側に後退させるように構成される、前記作動組立体（２１４、１２１８）と
    を備えるシステム。
  2. 前記把持組立体（３０２、１２２４）が搭載して配置されるように構成される車両（１００、１２００）が積載‐運搬‐ダンプ（ＬＨＤ）採掘車両であり、かつ前記作動組立体（２１４、１２１８）が、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の前記１つまたは複数のバッテリを使用して前記ＬＨＤ採掘車両に動力を供給するために、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）を表面から前記ＬＨＤ採掘車両まで持ち上げるように構成される、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の前記固定組立体（７１４、１４０４）が、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）のハウジング（７０４、１４００）内に配置された１つまたは複数の持ち上げ板（７０６）を備え、かつ前記把持組立体（３０２、１２２４）が、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）に係合するように前記ハウジング（７０４、１４００）の内部に配置された１つまたは複数の持ち上げ板（７０６）に係合するように形作られた１つまたは複数の持ち上げアーム（７００）を含む、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記把持組立体（３０２、１２２４）が、前記把持組立体（３０２、１２２４）の本体から突出する１つまたは複数のフィンガ（１５００）であって、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）に係合するように前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の１つまたは複数のピン（７１６、１４０６）に係合するように形作られた前記１つまたは複数のフィンガ（１５００）を含む、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記１つまたは複数のフィンガ（１５００）が、上方に湾曲しており、かつ前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の持ち上げ時に前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の前記１つまたは複数のピン（７１６、１４０６）を受け入れるように形作られた１つまたは複数の隅部（１５０４）を含む、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記把持組立体（３０２、１２２４）が、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の持ち上げ時に前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の突出舌（１４１０）を受け入れるように形作られかつ位置決めされた受入間隙を含む、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記作動組立体（２１４、１２１８）は、長さが変化するように構成された伸縮装置（１２２２）であって、前記把持組立体（３０２、１２２４）を前記バッテリボックス（２０８、１２１２）まで延ばすために長さが増加するように構成されるとともに、前記把持組立体（３０２、１２２４）が前記バッテリボックス（２０８、１２１２）に係合しかつ前記バッテリボックス（２０８、１２１２）を前記車両（１００、１２００）まで持ち上げるようにするために長さが減少するように構成された前記伸縮装置（１２２２）を含む、請求項１に記載のシステム。
  8. 前記把持組立体（３０２、１２２４）が、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）側への前記把持組立体（３０２、１２２４）の下降または前記車両（１００、１２００）側への前記把持組立体（３０２、１２２４）および前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の持ち上げの１つもしくは複数の間に前記把持組立体（３０２、１２２４）を前記車両（１００、１２００）および前記バッテリボックスに対して傾動させるように構成された１つまたは複数のピボットカップリングにおいて前記作動組立体（２１４、１２１８）に結合される、請求項７に記載のシステム。
  9. 車両（１００、１２００）に搭載して配置されるようにかつ長さを変化させるように構成された１つまたは複数の伸縮装置（１２２２）と、
    前記車両（１００、１２００）に搭載して配置されるように、かつ前記１つまたは複数の伸縮装置（１２２２）に結合されるように構成されるとともに、前記車両（１００、１２００）の外に配置されたバッテリボックス（２０８、１２１２）に係合するように構成された１つまたは複数の突出部を含む把持組立体（３０２、１２２４）とを備え、
    前記１つまたは複数の伸縮装置（１２２２）が、前記把持組立体（３０２、１２２４）を前記車両（１００、１２００）から離れる方向に延ばすためにかつ前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の少なくとも一部よりも下方に前記把持組立体（３０２、１２２４）を下降させるために長さが増加するように構成され、前記１つまたは複数の伸縮装置（１２２２）はまた、前記把持組立体（３０２、１２２４）の前記１つまたは複数の突出部が前記バッテリボックス（２０８、１２１２）に係合し、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）を持ち上げ、かつ前記バッテリボックス（２０８、１２１２）を前記車両（１００、１２００）に搭載するように移動させるようにするために、長さが減少するように構成される、システム。
  10. 前記１つまたは複数の伸縮装置（１２２２）が油圧シリンダ（４０４）を含む、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記把持組立体（３０２、１２２４）の前記１つまたは複数の突出部が、１つまたは複数の上方に湾曲したフィンガ（１５００）を含む、請求項９に記載のシステム。
  12. 前記把持組立体（３０２、１２２４）が、前記車両（１００、１２００）への前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の持ち上げ時に前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の突出舌（１４１０）を受け入れるように構成された受入間隙を含む、請求項９に記載のシステム。
  13. 前記把持組立体（３０２、１２２４）の１つまたは複数の突出部が、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の１つまたは複数の内部室（７０２）内に延びて前記バッテリボックス（２０８、１２１２）に係合するように構成された１つまたは複数の持ち上げアーム（７００）を含む、請求項９に記載のシステム。
  14. 前記把持組立体（３０２、１２２４）が、１つまたは複数のピボットカップリングにより前記１つまたは複数の伸縮装置（１２２２）に結合されるように構成され、前記把持組立体（３０２、１２２４）が、前記把持組立体（３０２、１２２４）を前記バッテリボックス（２０８、１２１２）側に下方に傾動させるために、前記１つまたは複数の伸縮装置（１２２２）の伸長時に前記１つまたは複数のピボットカップリングを中心に枢動するように構成される、請求項９に記載のシステム。
  15. 前記把持組立体（３０２、１２２４）が、１つまたは複数のピボットカップリングにより前記１つまたは複数の伸縮装置（１２２２）に結合されるように構成され、前記把持組立体（３０２、１２２４）が、前記把持組立体（３０２、１２２４）を前記車両（１００、１２００）側に上方に傾動させるために、前記１つまたは複数の伸縮装置（１２２２）の短縮時に前記１つまたは複数のピボットカップリングを中心に枢動するように構成される、請求項９に記載のシステム。
  16. 互いに接続された少なくとも第１および第２のサブフレーム組立体（１０４、１０６
    を備える車両フレームと、
    前記第１のサブフレーム組立体（１０４）に結合された運搬組立体（１１０、１２１０）であって、物質を拾い上げて移送するように構成された前記運搬組立体（１１０、１２１０）と、
    前記第２のサブフレーム組立体（１０６）に結合されるとともに、前記車両フレームから延びて、前記車両フレームの外に配置された１つまたは複数のバッテリを備えるバッテリボックス（２０８、１２１２）まで下降するように構成されたバッテリ交換システムであって、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）を把持して前記バッテリボックス（２０８、１２１２）を前記車両フレームまで持ち上げるように構成された前記バッテリ交換システムとを備える車両。
  17. 前記車両フレームが、ヒンジ組立体（１２０６）により互いに結合された前記少なくとも第１および第２のサブフレーム組立体（１０４、１０６）を有する関節式フレームである、請求項１６に記載の車両。
  18. 前記バッテリ交換システムが、前記車両フレーム上への前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の持ち上げ時に前記バッテリボックス（２０８、１２１２）に係合するように構成された１つまたは複数の突出部を有する把持組立体（３０２、１２２４）を含む、請求項１６に記載の車両。
  19. 前記把持組立体（３０２、１２２４）の前記１つまたは複数の突出部が、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の外側に配置された１つまたは複数の位置において前記バッテリボックス（２０８、１２１２）に係合するように構成された１つまたは複数の上方に湾曲したフィンガ（１５００）を含む、請求項１８に記載の車両。
  20. 前記把持組立体（３０２、１２２４）の前記１つまたは複数の突出部が、前記バッテリボックス（２０８、１２１２）の内部の１つまたは複数の位置において前記バッテリボックス（２０８、１２１２）に係合するように構成された１つまたは複数の持ち上げアーム（７００）を含む、請求項１８に記載の車両。
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