JP2024087576A - 端子ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリケースに挿入したバッテリカートリッジから確実に電力を取り出せる端子ユニットを構成する。【解決手段】バッテリケースの内壁２４に配置され、バッテリケースに挿入されたバッテリカートリッジ１０の出力端子１５に接触する入力端子３１ａを有する入力端子部Ｃａと、入力端子部Ｃａを、バッテリケースの挿入方向と逆向きとなる突出方向に付勢する付勢機構Ｃｓとを備えた。【選択図】図５

Description

本発明は、端子ユニットに関する。

例えば、電気自動車（ＥＶ）に用いられるバッテリは、充電に時間を要するものであり、バッテリを交換できるように着脱自在にバッテリを構成する技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の着脱式バッテリは、バッテリカートリッジに凸型電極、車体側接合部に凹型電極接合部を設け、凸型電極が凹型電極接合部に電気的に接続される。

特開２００１－１６７０６号公報

例えば、特許文献１に記載される技術と同様に、車体にバッテリケースを備え、このバッテリケースに着脱自在にバッテリカートリッジを挿入する構成では、バッテリカートリッジを挿入した状態で、凸型電極（出力端子）と凹型電極（入力端子）との接触不良を招くことが考えられる。

特許文献１に記載される技術では、バッテリカートリッジをバッテリケースに挿入した後に、扉を閉じる構成である。このため、例えば、閉じ状態の扉によってバッテリカートリッジを固定するものでは、長期に亘る使用により、扉のヒンジ部分の間隙が拡大した場合には、出力端子と入力端子との間に隙間が発生する等、適正に電力を取り出せないことが危惧される。

特に、電気自動車は、走行に伴う振動により、出力端子と入力端子との間に間隙が作り出されることも考えられた。

このような理由から、バッテリケースに挿入したバッテリカートリッジから確実に電力を取り出せる端子ユニットが求められる。

本発明に係る端子ユニットの特徴構成は、バッテリケースの内壁に配置され、当該バッテリケースに挿入されたバッテリカートリッジの出力端子に接触する入力端子を有する入力端子部と、前記入力端子部を、前記バッテリケースの挿入方向と逆向きとなる突出方向に付勢する付勢機構とを備えている点にある。

本構成によると、バッテリケースにバッテリカートリッジが挿入された状態では、入力端子が出力端子に接触し、この接触に伴い入力端子を有する入力端子部が付勢機構の付勢力に抗して突出方向と逆方向に入力端子部を変位させる。その結果、バッテリカートリッジを挿入した状態で、バッテリカートリッジに対し入力端子部から付勢機構の付勢力を作用させ、バッテリカートリッジの位置が挿入方向に多少変化しても、付勢機構の付勢力によってバッテリカートリッジの変位を抑制し、入力端子と出力端子との電気的な接触状態を維持できる。従って、バッテリケースに挿入したバッテリカートリッジから確実に電力を取り出せる端子ユニットとなっている。

他の構成として、前記入力端子部が、前記突出方向の端部に設けられ前記出力端子に接触可能な前記入力端子と、当該入力端子から前記バッテリケースの挿入方向に延出する外壁部とを含むハウジングを有しており、前記付勢機構は、前記内壁に支持された支持部材と、前記支持部材に支持され、前記突出方向に延出する軸体と、前記ハウジングに収容され前記軸体に沿って弾性変形可能なコイルスプリングとを有しても良い。

これによると、入力端子が出力端子に接触し、入力端子に圧力が作用した場合には、コイルスプリングの付勢機構の付勢力に抗して入力端子と外壁部とで構成されるハウジングが一体的に移動する。このとき、バッテリカートリッジに対し、コイルスプリングからの付勢力が突出方向に作用する。この構成では、支持部材に支持される軸体によって入力端子の移動量の設定や、移動方向の規制が可能となり、ハウジングにコイルスプリングが収容されることにより、コイルスプリングを露出させることもない。

他の構成として、前記バッテリケースには、前記バッテリケースにバッテリカートリッジが挿入された際に、この挿入の方向に交差する方向への移動を規制しつつ、挿入の方向への前記ハウジングの移動を案内するガイド部材が設けられても良い。

これによると、バッテリケースにバッテリカートリッジを挿入した際には、ガイド部材が挿入の方向に直交する方向への移動が規制される状態で、ハウジングを挿入方向に沿って移動させ、出力端子を入力端子に確実に接触させる。その結果、バッテリカートリッジの挿入方向の変位に加えて、挿入方向と交差する方向の変位も抑制できる。

他の構成として、前記付勢機構は、前記内壁に支持された支持部材と、当該支持部材に支持され導体から成る板バネとを有しており、前記板バネの湾曲端が前記出力端子と電気的に接続可能な前記入力端子であっても良い。

これによると、バッテリケースにバッテリカートリッジを挿入することにより、バッテリカートリッジの出力端子が、板バネの湾曲端の入力端子に接触して導通状態に達し、板バネを弾性変形させるため接触状態を維持する。つまり、バッテリカートリッジの位置が挿入方向に多少変化しても、板バネの付勢力によってバッテリカートリッジの変位を抑制し、入力端子と出力端子との電気的な接続状態を維持できる。

他の構成として、前記入力端子と、前記付勢機構とが単一のユニットに構成され、
前記内壁に形成された貫通孔に対し、前記バッテリケースの外部から前記ユニットが挿入状態で固定されても良い。

これによると、入力端子と付勢機構とを一体化したユニットが、内壁に形成された貫通孔に外部から挿入する形態で固定することにより、内壁からバッテリケースの内部空間に露出する状態で配置することが可能となる。このため、ユニットの装着方法が簡便である。

他の構成として、前記バッテリケースが、前記バッテリカートリッジからの電力で走行可能な車両に備えられても良い。

これによると、車両に備えたバッテリケースにバッテリカートリッジを挿入することにより出力端子と入力端子とが接触し、バッテリカートリッジの電力により車両の走行が可能となる。

電気自動車に備えた電源部を示す斜視図である。 電源部のバッテリケースとバッテリカートリッジとを示す斜視図である。 端子ユニットとバッテリカートリッジとを示す斜視図である。 端子ユニットの取付形態を示す斜視図である。 端子ユニットの断面図である。 出力端子に接触する状態の端子ユニットの断面図である。 別実施形態（ａ）の端子ユニットの断面図である。 別実施形態（ａ）で板バネの形状を示す断面図である。 別実施形態（ｂ）の端子ユニットの断面図である。 別実施形態（ｃ）の端子ユニットの断面図である。 別実施形態（ｅ）のカートリッジの内端の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、車体１の前後の車輪２と、車輪２を駆動する電動モータ（図示せず）とを備え、電動モータに電力を供給する電源部Ｂを備えて電気自動車Ａ（ＥＶ）が構成されている。電気自動車Ａは、バッテリケース２０に挿入されるバッテリカートリッジ１０からの電力で走行可能な車両の一例であり、この車両にはハイブリッド車が含まれても良い。

電気自動車Ａは、電源部Ｂが、複数（３つ）のバッテリカートリッジ１０（以下、カートリッジ１０と略称することもある）の着脱が可能なバッテリケース２０（以下、ケース２０と略称することもある）を備えている。この電源部Ｂは、車体１の横方向への複数（３つ）のカートリッジ１０の着脱を可能にする。

この電気自動車Ａは、カートリッジ１０にリチウムイオン電池等の二次電池が用いられ、カートリッジ１０の電力を消耗した場合に、別途充電したカートリッジ１０と交換可能に構成されている。これにより、電気自動車Ａは、車体１に固定されたバッテリのように停車状態で充電に要する時間の無駄をなくしている。

〔電源部：ケース〕
図２～図４に示すように、ケース２０は、上壁２１と、下壁２２と、左右の側壁２３と、内壁２４とを有する。このケース２０は、内壁２４の反対側に開口２０Ｓが形成され、この開口２０Ｓを開閉するためヒンジ２５により開閉自在な蓋部２６を有する。尚、蓋部２６は閉塞されることによりケース内でのカートリッジ１０の位置が決まる。

ケース２０は、カートリッジ１０の挿入を案内するように回転自在に支持された複数のガイドローラ２７と、回転自在に支持された複数の補助ローラ２８を下壁２２に備えている。ガイドローラ２７は、カートリッジ１０のガイド溝１７に挿入され、補助ローラ２８は、カートリッジ１０の下面１２に接触する。ケース２０は、カートリッジ１０の電力が伝えられる３つの端子ユニットＣを内壁２４に備えている。端子ユニットＣの詳細は後述する。

〔電源部：カートリッジ〕
図２、図３に示すように、カートリッジ１０は、断面形状が略矩形の棒状であり、ケース２０にセットする際には、長手方向の一方の内端１０ａからバッテリケース２０の開口２０Ｓから挿入される。カートリッジ１０は、ケース２０にセットされた状態でケース２０の上壁２１に近接する上面１１と、下壁２２に近接する下面１２と、側壁２３に対向する側面１３とを有する。

カートリッジ１０は、内端１０ａに一対の出力端子１５を備えている。一対の出力端子１５は、一方がプラス側（正極側）であり、他方がマイナス側（負極側）である。

カートリッジ１０は、内端１０ａの反対側の外端１０ｂにユーザが握って取り扱うためのハンドル１６を備えている。更に、カートリッジ１０は、ガイドローラ２７が嵌まり込むガイド溝１７が下面１２に形成されている。

〔端子ユニット〕
図４～図６に示すように、端子ユニットＣは、一対の出力端子１５に対して個別に接触する入力端子３１ａを有する一対の可動端子３１（入力端子部Ｃａの一例）と、一対の可動端子３１を支持する絶縁性の樹脂で成る支持部材３２と、一対の可動端子３１を個別に付勢する一対のコイルスプリング３３（付勢機構Ｃｓの一例）とを有する。

一対の可動端子３１は、銅合金等の導電性の金属材で形成され、一方がプラス側（正極側）となり、他方がマイナス側（負極側）となる。尚、コイルスプリング３３の付勢力で可動端子３１が突出する方向を突出方向と称することもある。

端子ユニットＣは、支持部材３２に貫通する一対の端子軸３５（軸体の一例、付勢機構Ｃｓの一例）を備えている。図５、図６に示すように、一対の可動端子３１の各々は、突出端の入力端子３１ａと、筒状の外壁部３１ｂとを銅合金等の良導体で一体的に形成したハウジングＨを有している。このように可動端子３１は、入力端子３１ａと、筒状の外壁部３１ｂとを含むハウジングＨの内側に内部空間が形成される。

また、一対のハウジングＨは、支持部材３２の凹部に対し、突出方向に沿ってスライド移動自在に嵌め込まれ、支持部材３２のうち、ハウジングＨの外壁部３１ｂに摺接する部位がガイド部材Ｇとして機能する。このガイド部材Ｇは、ケース２０にカートリッジ１０が挿入された際に、この挿入の方向に交差する方向への移動を規制しつつ、挿入の方向へのハウジングＨの移動を案内する。

端子軸３５は、大径部３５ａと、小径部３５ｂと、外部端子３５ｃとが銅合金等の良導体で軸状に一体形成されている。外部端子３５ｃは、電力線の接続を可能にするプレス加工で平坦に形成されている。

端子ユニットＣは、端子軸３５の大径部３５ａと小径部３５ｂと（端子軸３５の延出端）を可動端子３１（ハウジングＨ）の内部空間側に配置し、外部端子３５ｃを支持部材３２より外方に突出させている。端子ユニットＣは、端子軸３５の大径部３５ａと小径部３５ｂとの外周にコイルスプリング３３が配置され、このコイルスプリング３３の外部に可動端子３１が配置される。これにより、端子軸３５の延出端とコイルスプリング３３とが内部空間に配置される。

コイルスプリング３３は、バネ鋼を螺旋状に成形したものであり、巻き径が大きい領域を端子軸３５の大径部３５ａの外面側に配置し、巻き径が小さい領域を端子軸３５の小径部３５ｂの外面側に配置している。特に、コイルスプリング３３の小径部を、端子軸３５の大径部３５ａと小径部３５ｂとの境界部分に接触させることにより、図５に示すように、可動端子３１の突出方向の限界を決めている。

特に、端子軸３５の小径部３５ｂには、コイルスプリング３３の付勢力を受ける環状プレート３６を固定状態で備えている。これによりコイルスプリング３３の付勢力が可動端子３１に対して突出方向に作用する。

可動端子３１は、入力端子３１ａに伝えられる電流がコイルスプリング３３を介して端子軸３５に伝えられる構成である。尚、コイルスプリング３３に金メッキ等良導体のメッキを施すことが望ましい。

図４に示すように、端子ユニットＣは、内壁２４の貫通孔２４ａに対し、外部から挿入し、支持部材３２のプレート部３２ａのボルト孔３２ｂに挿通した固定ボルト４０を内壁２４のネジ孔に螺合させる形態でケース２０に固定される。尚、ケース２０に備えた３つの端子ユニットＣの外部端子３５ｃから配線により電気自動車Ａの電力制御部（不図示）に電力が供給される。

〔実施形態の作用効果〕
これにより、バッテリケース２０に３つのバッテリカートリッジ１０を挿入して蓋部２６を閉塞することにより、端子ユニットＣは、一対の出力端子１５と、これらに対応する一対の可動端子３１が接触し導通状態に達する。

また、端子ユニットＣは、コイルスプリング３３の付勢力により可動端子３１の入力端子３１ａを出力端子１５に接触する状態を維持する。特に、例えば、電気自動車の走行に伴う振動によってバッテリカートリッジ１０の長手方向の位置が変化しても、導通状態を維持する。

この端子ユニットＣは、可動端子３１の入力端子３１ａがコイルスプリング３３の付勢力に沿って直線的に変位し、出力端子１５と入力端子３１ａとの接触状態を良好に維持する。また、可動端子３１を構成するハウジングＨは、支持部材３２に一体的に形成されたガイド部材Ｇに沿って移動することにより、可動端子３１（入力端子部Ｃａ）のバッテリカートリッジ１０の挿入方向の変位に加えて、挿入方向と交差する方向の変位も抑制できる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図７、図８に示すように、銅合金等の良導体をＵ字状に湾曲させて湾曲部４５ｓが形成された一対の板バネ４５と、一対の板バネ４５をリベット４６によって絶縁性の樹脂で成る支持部材３２に個別に支持する支持部材３２とで端子ユニットＣを構成する。

この別実施形態（ａ）は、板バネ４５の湾曲部４５ｓを付勢機構Ｃｓとして機能させ、支持部材３２も付勢機構Ｃｓとして機能させており、板バネ４５の湾曲端４５ａを入力端子部Ｃａとして機能させている。

更に、この別実施形態（ａ）は、板バネ４５の基端側を屈曲させ支持部材３２の外部に配置した基端側端部４５ｃから電力を取り出す。この構成では、バッテリケース２０にセットされたバッテリカートリッジ１０の出力端子１５に板バネ４５の湾曲端４５ａを接触させて電力の取出を可能にする。

特に、この構成では、板バネ４５を、入力端子部Ｃａと、付勢機構Ｃｓとに用いるため、部品点数を低減し、湾曲端４５ａ（入力端子部Ｃａ）を大きいストロークで変位させて出力端子１５に接触する状態の維持が可能となる。

（ｂ）図９に示すように、一対の出力端子１５に個別に接触する入力端子３１ａを有する一対の可動端子３１（入力端子部Ｃａの一例）と、絶縁性の樹脂で成る支持部材３２と、この支持部材３２に立設され可動端子３１の内部空間に嵌め込まれる一対の端子軸３５と、一対の可動端子３１を個別に付勢する複数の皿バネ４８（付勢機構Ｃｓの一例）とを備えて端子ユニットＣを構成する。尚、端子軸３５の端部には外部端子３５ｃが形成されている。

可動端子３１は、入力端子３１ａと外壁部３１ｂとを銅合金等の良導体で形成され、内側に内部空間を形成したハウジングＨを構成している。一対のハウジングＨは、支持部材３２の凹部に対し、突出方向に沿って移動自在に嵌め込まれている。支持部材３２のうちハウジングＨの外壁部３１ｂに摺接する部位がガイド部材Ｇとして機能する。また、可動端子３１の内部に嵌め込まれる端子軸３５もガイド部材Ｇとして機能する。

また、可動端子３１の外壁部３１ｂに形成された長孔と、端子軸３５とに亘って規制ピン４９を挿通することにより、可動端子３１の脱落が防止される。この別実施形態（ｂ）では、複数の皿バネ４８が、重ね合わせた状態で端子軸３５に外嵌する状態で配置され、可動端子３１の端縁３１ｃに当接することにより強い付勢力を作用させる。

（ｃ）図１０に示すように、一対の出力端子１５に個別に接触する入力端子３１ａを有する一対の可動端子３１（入力端子部Ｃａの一例）と、絶縁性の樹脂で成る支持部材３２と、この支持部材３２に立設され可動端子３１の内部空間に嵌め込まれる一対の端子軸３５と、一対の可動端子３１を個別に付勢するトーションスプリング５１（付勢機構Ｃｓの一例）とを備えて端子ユニットＣを構成する。尚、端子軸３５の端部には外部端子３５ｃが形成されている。

トーションスプリング５１は、可動端子３１の内部に収容されている。このトーションスプリング５１は、端子軸３５に固設した支持ピン５２に一端が支持され、可動端子３１の外壁部３１ｂに形成された開口部３１ｈの内縁に他端が支持されている。これにより、トーションスプリング５１は、可動端子３１を突出方向に付勢力を作用させる。

可動端子３１は、入力端子３１ａと外壁部３１ｂとを銅合金等の良導体で形成され、内側に内部空間を形成したハウジングＨを構成している。一対のハウジングＨは、支持部材３２の凹部に対し、突出方向に沿って移動自在に嵌め込まれ、支持部材３２のうちハウジングＨの外壁部３１ｂに摺接する部位がガイド部材Ｇとして機能する。また、可動端子３１の内部に嵌め込まれる端子軸３５もガイド部材Ｇとして機能する。

この別実施形態（ｃ）では、図１０に示す方向視のようにトーションスプリング５１を端子軸３５に重複する位置に配置できるため、トーションスプリング５１を可動端子３１の外部に配置することも可能となり、付勢機構Ｃｓの自由な配置を可能にする。

（ｄ）例えば、別実施形態（ａ）に記載した板バネ４５の一部に湾曲部４５ｓ（付勢機構Ｃｓ）を形成する構成に代えて、複数の湾曲部４５ｓ（付勢機構Ｃｓ）を構成するように端子ユニットＣを構成することが可能である。また、板バネ４５の一部をジグザグ状に折り曲げることにより、この折り曲げ部分を付勢機構Ｃｓとして構成すことも可能である。

（ｅ）図１１に示すように、カートリッジ１０の内端１０ａを、出力端子１５を取り囲むように、上面１１、下面１２、側面１３を延出した突出縁１０Ｗを備える。一対の出力端子１５は、一方がプラス側（正極側）であり、他方がマイナス側（負極側）である。突出縁１０Ｗを備えることにより、一対の出力端子１５を保護し、異物の接触による出力端子１５の漏電を抑制する。

（ｆ）例えば、電気自動車（ＥＶ）の電源部Ｂに用いる場合に、バッテリケース２０の配置や、姿勢は任意に設定することが可能である。また、バッテリカートリッジ１０は、バッテリケース２０に対する挿入方向の端部に形成する構成であれば任意の構成の採用が可能である。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、端子ユニットに利用することができる。

１０ バッテリカートリッジ
１５ 出力端子
２０ バッテリケース
２４ 内壁
２４ａ 貫通孔
３１ 可動端子（入力端子部）
３１ｂ 外壁部
３２ 支持部材（付勢機構）
３３ コイルスプリング（付勢機構）
３５ 端子軸（軸体、付勢機構）
４５ 板バネ
４５ａ 湾曲端（入力端子部）
４８ 皿バネ（付勢機構）
５１ トーションスプリング（付勢機構）
Ｃａ 入力端子部
Ｃｓ 付勢機構
Ｇ ガイド部材
Ｈ ハウジング

Claims (6)

1. バッテリケースの内壁に配置され、当該バッテリケースに挿入されたバッテリカートリッジの出力端子に接触する入力端子を有する入力端子部と、
   前記入力端子部を、前記バッテリケースの挿入方向と逆向きとなる突出方向に付勢する付勢機構とを備えた端子ユニット。
2. 前記入力端子部が、前記突出方向の端部に設けられ前記出力端子に接触可能な前記入力端子と、当該入力端子から前記バッテリケースの挿入方向に延出する外壁部とを含むハウジングを有しており、
   前記付勢機構は、前記内壁に支持された支持部材と、前記支持部材に支持され、前記突出方向に延出する軸体と、前記ハウジングに収容され前記軸体に沿って弾性変形可能なコイルスプリングとを有している請求項１に記載の端子ユニット。
3. 前記バッテリケースには、前記バッテリケースにバッテリカートリッジが挿入された際に、この挿入の方向に交差する方向への移動を規制しつつ、挿入の方向への前記ハウジングの移動を案内するガイド部材が設けられている請求項２に記載の端子ユニット。
4. 前記付勢機構は、前記内壁に支持された支持部材と、当該支持部材に支持され導体から成る板バネとを有しており、
   前記板バネの湾曲端が前記出力端子と電気的に接続可能な前記入力端子である請求項１に記載の端子ユニット。
5. 前記入力端子と、前記付勢機構とが単一のユニットに構成され、
   前記内壁に形成された貫通孔に対し、前記バッテリケースの外部から前記ユニットが挿入状態で固定されている請求項１に記載の端子ユニット。
6. 前記バッテリケースが、前記バッテリカートリッジからの電力で走行可能な車両に備えられている請求項１～５のいずれか一項に記載の端子ユニット。
   
   

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