JP3786392B2 - 電動車両用充電装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリから供給される電力によって駆動される電動車両に設けられた受電カプラに嵌合し、前記バッテリに電力を供給する電動車両用充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化石燃料の枯渇化を抑制し、環境汚染等を回避可能な移送手段として、電動車両の開発が進んでいる。通常、電動車両は、搭載されているバッテリから供給される電力をエネルギとして駆動されるものであり、この電力は、ガソリンの場合と同様に、適宜外部からバッテリに充電しておく必要がある。従って、電動車両は、電力供給ステーションに設置された電力供給用のカプラが嵌合する受電カプラを有している。
【０００３】
ここで、電動車両を電力供給ステーションに移動させた際、電力供給用のカプラが受電カプラに自動的に係合し、自動充電が開始されるように構成すれば、それだけ作業者の負担が軽減されることになる。
【０００４】
このような処理を可能とする充電装置として、例えば、特開平６−１４４０８号公報に開示された充電装置がある。この従来技術では、電動車両の充電装置に対する２次元位置および姿勢を位置検出器により検出し、充電装置の給電カプラを検出された２次元位置および姿勢に対応して変位させることで電動車両の受電カプラに結合させるように構成している。
【０００５】
また、特開平９−１８２２１２号公報に開示された充電装置では、電動車両の正面に配置された充電装置側に電動車両の車幅方向の位置を検出する位置検出器が設けられ、その検出位置に対応させて給電カプラを変位させて受電カプラに結合させるように構成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、給電カプラと受電カプラとの結合精度が充電装置側に設けた位置検出器のみに依存しているため、結合精度を高精度化しようとすると、位置検出器を高精度なものとするだけでなく、給電カプラを変位させる機構も高精度なものとしなければならない。従って、装置が高価なものとなってしまう。
【０００７】
また、充電中に電動車両が動くと、カプラを損傷してしまうおそれがあるため、従来の充電装置では、充電中においても常時電動車両の位置や姿勢を検出し、位置修正等を行う制御が必要である。一方、このような制御を不要とするために、給電カプラを揺動自在に構成することも考えられるが、受電カプラとの結合時に給電カプラが揺動すると、正確な結合が実現されず、カプラを損傷してしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであって、簡易な構成で給電カプラを電動車両の受電カプラに高精度に結合させることができるとともに、結合状態において電動車両の位置変動の影響を受けることなく充電動作を継続することのできる電動車両用充電装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動車両用充電装置では、変位機構を駆動して給電カプラを電動車両の受電カプラに押圧させると、固定機構による給電カプラの固定状態が解除され、前記給電カプラが支持機構により受電カプラに対して変位自在な状態で支持されることになる。従って、給電カプラと受電カプラとの間に位置ずれ等があっても、その位置ずれ等が給電カプラの変位によって吸収され、受電カプラに高精度に結合する。そして、この後、充電が開始されるが、充電中においても、給電カプラが変位自在な状態となっているため、電動車両の位置変動の影響を受けることなく、充電動作を継続することができる。
【００１０】
この場合、固定機構は、受電カプラに沿った方向に対する給電カプラの変位を阻止する第１係合手段と、変位機構に対する給電カプラの揺動を阻止する第２係合手段とで構成され、給電カプラを受電カプラに押圧した際にこれらの係合状態が解除され、給電カプラが受電カプラに高精度に結合される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態の電動車両用充電装置が適用される電動車両共用システムの概略説明図である。この電動車両共用システムは、複数の電動車両１０を複数の利用者によって共用することを目的として構築されたものである。例えば、電動車両１０の利用可能範囲１２には、複数台の電動車両１０を確保可能なポート１３が設けられており、自宅や会社の近傍のポート１３から電動車両１０を借り出した利用者は、その電動車両１０に乗車して駅やスーパ等に移動し、所期の目的を達成した後、最寄りのポート１３に電動車両１０を返却する。なお、電動車両１０の利用可能範囲１２内には、電動車両１０の利用状況等に係る情報を通信によって送信するための複数の通信手段１４が設けられており、収集された情報は、当該電動車両共用システムのセンタ１６に送信されて処理される。
【００１２】
図２は、各ポート１３の構成を示したものである。ポート１３には、利用者が電動車両１０を借り出しあるいは返却するための乗降場１８と、複数台の電動車両１０をプールする駐車場１９とが設けられ、乗降場１８には、借り出しあるいは返却処理のためのポート端末管制装置２０が設置される。利用者は、例えば、このポート端末管制装置２０において、利用情報等の記録されたＩＣカードを用いて所望の電動車両１０の借り出しあるいは返却を行うことになる。
【００１３】
乗降場１８と各駐車場１９との間には、電動車両１０を自動運転にて移動させるための誘導ケーブル２２および磁気ネイル２４が埋設される。また、駐車場１９の１つには、搭載されているバッテリに対して充電を行うための充電装置２６が設置されている。
【００１４】
図３および図４は、充電装置２６およびその充電装置２６が設置された駐車場１９に駐車している電動車両１０を示す。充電装置２６は、電動車両１０からの充電指令信号に基づいて電力を供給する一方、電動車両１０からの充電完了信号に基づいて電力の供給を停止する充電器２８と、前記充電器２８に接続され、電動車両１０に対して自動充電を行う充電ロボット３０とから構成される。
【００１５】
充電ロボット３０は、ベース３２上に設置される本体部３４と、本体部３４上に一端部が軸支される第１アーム３６と、第１アーム３６の他端部に一端部が軸支される第２アーム３８と、第２アーム３８の他端部に揺動自在に保持される給電カプラ４０とから構成される。この場合、本体部３４は、上下方向（矢印Ｙ方向）に変位可能に構成され、第１アーム３６および第２アーム３８は、夫々本体部３４および第１アーム３６を中心として旋回可能に構成される。従って、第２アーム３８の端部に軸支された給電カプラ４０は、電動車両１０に対して矢印Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の３次元方向に変位可能である。
【００１６】
充電ロボット３０のベース３２側には、電動車両１０の受電カプラ１１８までの矢印Ｚ方向の距離を検出する超音波センサ４２が設けられる。また、駐車場１９には、後輪タイヤが載置されたことにより電動車両１０の矢印Ｘ方向およびＺ方向の位置を検出するタイヤ踏力検出センサ４４が設けられる。なお、タイヤ踏力検出センサ４４の代わりに、ＣＣＤカメラ等を用いてもよい。
【００１７】
図５〜図８は、充電ロボット３０の給電カプラ４０の構成を示す。給電カプラ４０は、第２アーム３８の端部に第１ブラケット４６を介して装着されている。第１ブラケット４６には、２本のピン部材４８および５０を介して第２ブラケット５２が矢印Ｘ方向（図５および図６の紙面に直交する方向）に変位可能な状態で連結される。第２ブラケット５２には、中間部の外形形状が角柱状に構成されたスリーブ５３が一体に形成されている。スリーブ５３の中空部分には、シャフト５４が摺動自在に挿入されている。また、スリーブ５３の第１ブラケット４６から離間した端部開口部は、外形形状が円形に拡径された爪部５６が形成される。
【００１８】
第２ブラケット５２を貫通するシャフト５４の一端部には、板状部材５８を介してストッパピン６０が連結される。このストッパピン６０が第１ブラケット４６に形成した穴部６２に係合することで、給電カプラ４０の矢印Ｘ方向に対する変位が阻止される。なお、シャフト５４の一端部に近接して、前記シャフト５４の軸線方向に対する変位を検出するリミットスイッチ６３が配設されている。シャフト５４の他端部には、ボール６４が係合する。ボール６４の近傍にはカラー６６が係合しており、このカラー６６とスリーブ５３に形成された爪部５６との間には、スプリング６８が設けられる。
【００１９】
シャフト５４の端部に設けられたボール６４は、軸受け部材７０を介して給電カプラ本体７２を揺動自在に支持する。給電カプラ本体７２は、軸受け部材７０を支持するブラケット７３と、ブラケット７３に連結されるコア部７４と、コア部７４の電動車両１０側に突出する部位に巻装される給電コイル７６とを備える。ブラケット７３は、中央部が円筒状に構成され、その内周部には、第２ブラケット５２の爪部５６に係合するドーナツ状のストッパリング７８が設けられる。また、ブラケット７３には、放射状に配置される４本のスプリング８０、８２、８４、８６を保持するホルダ７５が連結される。これらのスプリング８０、８２、８４、８６は、端部がスリーブ５３の角柱状に構成される外周部に当接する。
【００２０】
以上のように構成される給電カプラ４０は、その外周部がケーシング８８によって囲繞されている。なお、電動車両１０側のケーシング８８の内周部には、軸部材９０を介して３組の係合爪９２が設けられる。これらの係合爪９２は、充電時において電動車両１０側に係合するものであり、ブラケット７３と係合爪９２の端部との間に配設されたスプリング９４により揺動可能である。また、給電カプラ４０の電動車両１０側端部には、電動車両１０との係合時において、相互の位置等を確認するための受発光素子９６が配設されるとともに、充電に係る種々の信号、例えば、電動車両１０からの充電開始指令信号や充電完了信号等のやり取りを行うための受発光素子９８が配設される。
【００２１】
図９は、前記のように構成される充電ロボット３０の制御回路の構成を示す。この制御回路は、充電ロボット３０の動作制御を行う充電ロボット制御部９９と、電動車両１０からの制御信号に基づいて充電制御を行う充電制御部１０１とを備える。充電ロボット制御部９９には、超音波センサ４２、タイヤ踏力検出センサ４４および受発光素子９６が接続されており、本体部３４、第１アーム３６、第２アーム３８の動作制御を行う。充電制御部１０１には、充電器２８、給電コイル７６および受発光素子９８が接続される。
【００２２】
一方、前記のように構成される充電装置２６によって自動充電可能な電動車両１０は、図１０に示すように構成される。すなわち、電動車両１０は、運転制御および充電制御を含む全体制御を行う車両制御用ＥＣＵ１００と、駆動用の電力を保持するバッテリ１０２と、バッテリ１０２から供給される電力に基づいて当該電動車両１０を駆動する電動モータ１０４とを備える。また、車両制御用ＥＣＵ１００には、外部と通信を行う通信ユニット１０６、自動運転を行うためのブレーキ制御部１０８、ステアリング制御部１１０、ポート１３（図２参照）内に埋設された誘導ケーブル２２を検出するためのセンサ１１２、１１４、磁気ネイル２４を検出するためのセンサ１１６が接続される。
【００２３】
センサ１１２、１１４は、誘導ケーブル２２（図２参照）に流れる交流電流によって発生する磁界を検出するもので、後輪軸に沿って左右一対設けられる。電動車両１０が誘導ケーブル２２上を走行しているときは、左右のセンサ１１２、１１４の出力値が一致するが、誘導ケーブル２２から左右に変位した場合、片側のセンサ１１２、１１４の出力信号が他方のセンサ１１２、１１４の出力より大きくなるため、電動車両１０が誘導経路上を走行していないことが検出される。
【００２４】
センサ１１６は、誘導経路に埋設された磁石（磁気ネイル２４）から発生する磁界を検出するもので、電動車両１０が磁気ネイル２４上を通過した瞬間に出力信号を発生する。なお、センサ１１６は、磁気ネイル２４が誘導ケーブル２２の埋設位置から右または左に所定間隔ずれた位置に埋設されているのに対応して、電動車両１０の中心線からずれた位置に設置されている。
【００２５】
ここで、誘導ケーブル２２は、電動車両１０が誘導経路から左右にずれたことを検出するための機能しか有していないが、磁気ネイル２４は、電動車両１０の走行方向の位置、例えば、電動車両１０の停止位置等を正確に検出するための機能を有している。また、磁気ネイル２４は、誘導ケーブル２２で定義される誘導経路が急に曲がるような場合にも補助的に使用される。
【００２６】
一方、センサ１１２、１１４および１１６は、磁界を検出するものであるため、磁気的外乱の影響を排除すべく、電動車両１０への取り付けに当たっては、磁性体から離れた位置に取り付けられることが望ましく、例えば、その取付部材として樹脂性のものを使用する等の工夫を施すと好適である。また、電動車両１０には、「外輪差」があるため、操舵輪（前輪）ではなく、後輪の軸上にセンサ１１２、１１４および１１６を設け、後輪軸上を誘導経路の目標として制御させることにより、自動走行の軌跡追従精度を向上させることができる。
【００２７】
また、電動車両１０には、充電装置２６を用いてバッテリ１０２の充電を行うための受電カプラ１１８と、前記受電カプラ１１８を保護するための充電用リッド１２０の開閉を行う充電用リッド開閉装置１２２とが設けられる。受電カプラ１１８は、図１１に示すように、コア部１２４に受電コイル１２６を巻装して構成されており、受電コイル１２６は、整流器１２７およびコンタクタ１２９を介してバッテリ１０２に接続されている。なお、コア部１２４には、給電カプラ４０のコア部７４に設けられた受発光素子９６からの光信号を反射するリフレクタ１３２、１３３が設けられるとともに、受発光素子９８との間で光信号の授受を行う受発光素子１３４が設けられる。
【００２８】
充電用リッド開閉装置１２２は、図１２および図１３に示すように構成される。すなわち、充電用リッド開閉装置１２２は、ケーシング１２３によって囲繞されており、ケーシング１２３より突出する回転軸部１２５の両端部には、ブラケット１２８、１３０を介して充電用リッド１２０と一体に構成されるステー１３１、１３５が連結される。
【００２９】
ケーシング１２３内には、車両制御用ＥＣＵ１００から供給される充電用リッド１２０の開閉指令信号に基づいて駆動軸部１３６を回転するモータ１３８が配設される。モータ１３８の駆動軸部１３６には、ウォーム１４０が連結され、このウォーム１４０に対してウォームホイール１４２が噛合する。ウォームホイール１４２には、径の異なる複数のギアが交互に噛合するギアトレイン１４４が連結し、いわゆる、減速機構を構成している。ギアトレイン１４４の最終段のギア１４６には、外周にギアが形成されたベースプレート１４８が噛合する。
【００３０】
ベースプレート１４８の中央部には、充電用リッド１２０の回転軸部１２５が回転自在な状態で挿入される。ベースプレート１４８の一方の面には、回転軸を中心として複数の溝部１５０が形成され、各溝部１５０には、ボール部材１５２が係合する。一方、回転軸部１２５には、ベースプレート１４８に対向してスライドカラー１５４が軸支される。スライドカラー１５４は、回転軸部１２５に形成された係合面１５６に係合するとともに、回転軸部１２５の軸線方向に変位可能に構成される。回転軸部１２５には、カラー１５７が固定されており、このカラー１５７とスライドカラー１５４との間には、スプリング１５９が配設される。スライドカラー１５４のベースプレート１４８に対向する面には、前記溝部１５０に対応する部位および溝部１５０間にボール部材１５２が係合する係合溝１５８が形成される。係合溝１５８は、ボール部材１５２が係脱可能なように円錐状に形成される。
【００３１】
回転軸部１２５には、さらに、ドグ１６４が固定されている。一方、ケーシング１２３側には、ドグ１６４の回転軸部１２５による所定角度の回転を検知する充電用リッド開閉検知センサ１６６が設けられる。
【００３２】
本実施形態の電動車両１０、充電装置２６および充電用リッド開閉装置１２２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作について説明する。
【００３３】
先ず、当該電動車両共用システムを用いた電動車両１０の貸出し処理につき、図１および図２に基づいて概略的に説明する。
【００３４】
利用者は、任意のポート１３の乗降場１８において、ポート端末管制装置２０を用いて、例えば、ＩＣカードによるＩＤ情報の照合を行った後、電動車両１０を選択する。利用者によって選択された電動車両１０は、駐車場１９内に埋設された誘導ケーブル２２および磁気ネイル２４に導かれ、乗降場１８まで自動運転で移動する。
【００３５】
この場合、電動車両１０には、図１０に示すように、後輪軸に沿って対称となる位置にセンサ１１２、１１４が配置されている。車両制御用ＥＣＵ１００は、誘導ケーブル２２に流れる電流によって発生し、センサ１１２、１１４で検出された各磁界の強さが等しくなるように、ステアリング制御部１１０を制御し、当該電動車両１０を誘導ケーブル２２に沿って乗降場１８まで誘導する。また、車両制御用ＥＣＵ１００は、センサ１１６により検出された磁気ネイル２４が発生する磁界の強さに基づき、電動車両１０の進行方向に対する位置を検出し、当該電動車両１０が乗降場１８に到達した時点でブレーキ制御部１０８を制御し、電動車両１０を停止させる。
【００３６】
電動車両１０が乗降場１８に到達すると、自動運転のモードが解除される。その後、利用者は、当該電動車両１０に乗車し、目的地まで移動することになる。
【００３７】
次に、図１４に示すフローチャートに従い、電動車両１０を返却し、所定の駐車場１９に待機させる場合について説明する。
【００３８】
利用者は、任意のポート１３の乗降場１８において降車した後、ポート端末管制装置２０を操作して返却処理を行う（ステップＳ１）。ポート端末管制装置２０は、利用者による返却処理が完了すると、当該電動車両１０を駐車場１９の充電装置２６が設置された場所（充電ポート）まで自動運転により移動させる（ステップＳ２）。この移動制御は、電動車両１０の貸出し処理の場合と同様に、駐車場１９内に埋設した誘導ケーブル２２および磁気ネイル２４を用いて行われる。
【００３９】
充電ポートには、図３に示すように、充電装置２６と、電動車両１０の位置を検出するためのタイヤ踏力検出センサ４４とが設置されている。タイヤ踏力検出センサ４４は、充電装置２６に対して電動車両１０の受電カプラ１１８が矢印Ｘ方向およびＺ方向の所定範囲内にあるか否かを検出する（ステップＳ３）。
【００４０】
充電装置２６における充電ロボット制御部９９は、タイヤ踏力検出センサ４４からの検出信号に基づき、電動車両１０が充電装置２６の給電カプラ４０の嵌合可能位置にあるか否かを判定する（ステップＳ４）。嵌合可能位置にないと判定された場合には、電動車両１０の充電ポートに対する停車位置の調整を行い（ステップＳ５）、ステップＳ３およびＳ４の処理を繰り返す。
【００４１】
ステップＳ４において、給電カプラ４０が嵌合可能と判定された場合、電動車両１０の充電用リッド１２０が自動開成される（ステップＳ６）。その動作を図１５に示すフローチャートに従って説明する。
【００４２】
電動車両１０における車両制御用ＥＣＵ１００は、充電装置２６からのリッド開成指令信号を受信すると（ステップＳ６ａ）、充電用リッド開閉装置１２２を構成するモータ１３８を充電用リッド１２０の開方向に駆動する（ステップＳ６ｂ）。
【００４３】
この場合、モータ１３８の駆動軸部１３６に連結されたウォーム１４０が回転し、それに噛合するウォームホイール１４２を含む減速機構を構成するギアトレイン１４４を介してベースプレート１４８が回転する。ベースプレート１４８には、ボール部材１５２を介してスライドカラー１５４が同軸上に連結されており、スライドカラー１５４の回転に伴い、それに係合する回転軸部１２５が回転する。従って、回転軸部１２５にブラケット１２８およびステー１３１を介して連結された充電用リッド１２０が開成されることになる。
【００４４】
一方、車両制御用ＥＣＵ１００は、モータ１３８の駆動電流を検出し（ステップＳ６ｃ）、その電流値が所定値以上となったとき（ステップＳ６ｄ）、すなわち、モータ１３８に所定以上の負荷がかかったとき、充電用リッド１２０が全開状態になったものと判断し、モータ１３８を停止する（ステップＳ６ｅ）。
【００４５】
充電用リッド１２０が開成された後、充電装置２６を構成する充電ロボット３０が駆動され、給電カプラ４０が電動車両１０の受電カプラ１１８に嵌合される（ステップＳ７）。その動作を図１６に示すフローチャートに従って説明する。
【００４６】
充電ロボット３０のベース３２側に設けられた超音波センサ４２は、充電ロボット３０から電動車両１０の受電カプラ１１８までの距離を検出する（ステップＳ７ａ）。充電ロボット３０は、検出された受電カプラ１１８までの距離に基づいて第１アーム３６および第２アーム３８を駆動し、給電カプラ４０を矢印Ｚ方向に移動させて受電カプラ１１８に接近させる（ステップＳ７ｂ）。次いで、Ｚ方向の位置を固定した状態で、給電カプラ４０をＸ方向およびＹ方向に移動させ、受電カプラ１１８に設けたリフレクタ１３２、１３３からの反射光を探索する（ステップＳ７ｃ、Ｓ７ｄ）。
【００４７】
すなわち、給電カプラ４０に設けられた受発光素子９６から受電カプラ１１８に対して光を射出し、受電カプラ１１８側に設けられたリフレクタ１３２による反射光を受発光素子９６で受光できる位置を探索する。そして、反射光を受光したときの給電カプラ４０の位置を記憶する（ステップＳ７ｅ）。
【００４８】
同様に、受発光素子９６によりリフレクタ１３３の反射光を受光できる位置を探索し、受光したときの給電カプラ４０の位置を記憶する（ステップＳ７ｃ〜Ｓ７ｆ）。
【００４９】
次に、反射光を検出したときの給電カプラ４０の２つの位置から、受電カプラ１１８の位置を算出する（ステップＳ７ｇ）。このようにして受電カプラ１１８の位置検出を行うことにより、嵌合精度を向上させることができる。
【００５０】
ステップＳ７ｇで算出された受電カプラ１１８の位置に基づき、給電カプラ４０を矢印Ｘ方向および矢印Ｙ方向に変位させることで位置修正を行った後（ステップＳ７ｈ）、第１アーム３６および第２アーム３８を駆動させ、給電カプラ４０を電動車両１０の受電カプラ１１８側に移動させる（ステップＳ７ｉ）。
【００５１】
この場合、充電装置２６は、受電カプラ１１８のリフレクタ１３２からの反射光の有無を常時監視しており（ステップＳ７ｊ）、反射光があり、且つ、給電カプラ４０が受電カプラ１１８に嵌合されるまで、給電カプラ４０の移動動作を継続する（ステップＳ７ｋ）。
【００５２】
ここで、給電カプラ４０が受電カプラ１１８に嵌合される際の動作について説明する。
【００５３】
図５において、給電カプラ４０が受電カプラ１１８側に移動し、その先端部（コア部７４近傍）が受電カプラ１１８の先端部（コア部１２４近傍）によって押圧されると、給電カプラ４０側の給電カプラ本体７２がシャフト５４とともに第１ブラケット４６側に変位する。このとき、給電カプラ本体７２に設けられたストッパリング７８の爪部５６に対する係合が解除されるとともに、第１ブラケット４６の穴部６２に保持されていたストッパピン６０の第１ブラケット４６に対する係合が解除される。この結果、給電カプラ本体７２は、シャフト５４に装着されたボール６４を中心として揺動自在になるとともに、電動車両１０に沿った矢印Ｘ方向に対して少量変位自在な状態となる。
【００５４】
この場合、給電カプラ４０が受電カプラ１１８に押圧された際、微小な位置ずれがあったとしても、給電カプラ４０が受電カプラ１１８に倣って好適な状態で嵌合されることになる（図６、図７参照）。また、給電カプラ４０は、受電カプラ１１８に嵌合されるまでは固定された状態となっているため、給電カプラ４０の受電カプラ１１８に対する移動中に給電カプラ４０が揺動することがなく、従って、係合直前において給電カプラ４０が不適切な状態となる事態を回避することができ、一層良好な係合状態を得ることができる。
【００５５】
以上のようにして嵌合した後、給電カプラ４０がさらに受電カプラ１１８側に押圧されると、シャフト５４の端部がリミットスイッチ６３に当接し、これによって給電カプラ４０が受電カプラ１１８に確実に嵌合したことが検出される。
【００５６】
嵌合状態が検出されると、充電装置２６は、給電カプラ４０の移動動作を停止させ（ステップＳ７ｍ）、これによって嵌合が完了する。
【００５７】
なお、ステップＳ７ｊにおいて、リフレクタ１３２からの反射光を検出しない事態が生じた場合、給電カプラ４０と受電カプラ１１８との間に光を遮断するものが挟設されたか、充電用リッド１２０が閉塞状態となってしまったか、といった不測の事態が発生したものと判断し、給電カプラ４０を原点位置（待機位置）までもどし、給電カプラ４０の移動動作を停止させる（ステップＳ７ｎ）。
【００５８】
ここで、給電カプラ４０がリフレクタ１３２からの反射光を検出しない場合、原点位置に復帰させて停止させるのではなく、その地点で一旦動作を停止させてから再度結合動作を開始し、あるいは、原点位置に復帰させた後再度結合動作を開始するようにしてもよい。
【００５９】
給電カプラ４０が受電カプラ１１８に対して正常に嵌合した場合、充電制御が開始される（ステップＳ８）。この動作について、図１７に示すフローチャートに従って説明する。
【００６０】
電動車両１０に搭載された車両制御用ＥＣＵ１００は、バッテリ１０２の充電状態をチェックし、充電が必要であると判断した場合、受電カプラ１１８に設けられた受発光素子１３４から給電カプラ４０に設けられた受発光素子９８に対して充電開始指令信号を送信する（ステップＳ８ａ）。充電開始信号を受信した充電装置２６は、給電カプラ４０の給電コイル７６に対して電流を供給する。この電流によって生じた磁界は、受電カプラ１１８の受電コイル１２６に対して電流を発生させる。発生した電流は、整流器１２７によって直流とされた後、車両制御用ＥＣＵ１００によって導通されたコンタクタ１２９を介してバッテリ１０２に供給されることにより、充電が行われる（ステップＳ８ｂ）。
【００６１】
この場合、給電カプラ４０は、受電カプラ１１８に対して矢印Ｘ方向に少量変位自在であるとともに、揺動自在となっているため、充電中において電動車両１０に位置変動があったとしても、受電カプラ１１８等を損傷することなく、良好な状態で充電動作を継続させることができる。
【００６２】
車両制御用ＥＣＵ１００は、バッテリ１０２の充電状態を常時チェックし、満充電を検知したとき、受発光素子１３４を介して充電装置２６に充電完了信号を送信するとともに、コンタクタ１２９をオフにする（ステップＳ８ｃ）。充電完了信号を受信した充電装置２６は、給電コイル７６に対する電流の供給を停止し、充電が完了する（ステップＳ８ｄ）。
【００６３】
以上のようにして充電が完了した後、充電ロボット３０による給電カプラ４０の嵌合解除制御が行われる（ステップＳ９）。この動作について、図１８に示すフローチャートに従って説明する。
【００６４】
充電装置２６は、充電ロボット３０の本体部３４、第１アーム３６、第２アーム３８に取り付けられた図示しないセンサからの信号に基づき、嵌合状態にある給電カプラ４０のＸ方向およびＹ方向の位置を検出する（ステップＳ９ａ）。次いで、検出されたＸ方向およびＹ方向の位置を維持した状態で、第１アーム３６および第２アーム３８を駆動することにより、給電カプラ４０をＺ方向に移動させる（ステップＳ９ｂ）。このように制御を行うことにより、受電カプラ１１８を損傷することなく給電カプラ４０の嵌合を解除することができる。なお、給電カプラ４０は、受電カプラ１１８から離間すると、スプリング６８の弾発力によってストッパリング７８がスリーブ５３の爪部５６に係合し、固定状態に復帰される。給電カプラ４０が受電カプラ１１８から所定距離離間したことを検知した後（ステップＳ９ｃ）、本体部３４、第１アーム３６および第２アーム３８をＸ、Ｙ、Ｚの各方向の原点まで移動させることにより、充電ロボット３０を原点復帰させる（ステップＳ９ｄ）。
【００６５】
次に、充電用リッド１２０を閉塞させる制御を行う（ステップＳ１０）。その動作につき、図１５に示すフローチャートに従って説明する。
【００６６】
充電ロボット３０の給電カプラ４０が電動車両１０から十分に離間し、車両制御用ＥＣＵ１００から充電用リッド１２０のリッド閉塞指令信号が供給されると（ステップＳ１０ａ）、充電用リッド開閉装置１２２を構成するモータ１３８が充電用リッド１２０を閉塞する方向に回転駆動される（ステップＳ１０ｂ）。
【００６７】
この場合、充電用リッド１２０の開成時と同様に、モータ１３８の駆動軸部１３６に連結されたギアトレイン１４４を介してベースプレート１４８が回転する。ベースプレート１４８の回転は、ボール部材１５２を介してスライドカラー１５４を回転させ、スライドカラー１５４に係合する回転軸部１２５が回転し、充電用リッド１２０が閉塞される。
【００６８】
一方、車両制御用ＥＣＵ１００は、モータ１３８の駆動電流を検出し（ステップＳ１０ｃ）、その電流値が所定値以上となったとき（ステップＳ１０ｄ）、充電用リッド１２０が完全に閉塞状態になったものと判断し、モータ１３８を停止する（ステップＳ１０ｅ）。
【００６９】
なお、開成状態にある充電用リッド１２０は、手動によって強制的に閉塞させることができる。すなわち、電動車両１０の利用者等が充電用リッド１２０を閉塞方向に変位させ、回転軸部１２５に所定以上の力が付与されると、スライドカラー１５４がスプリング１５９の押圧力に抗し回転軸部１２５に沿って変位するため、ボール部材１５２の係合溝１５８による係止状態が解除される。従って、ベースプレート１４８が回転しない状態で回転軸部１２５およびスライドカラー１５４が回転し、充電用リッド１２０が閉塞方向に変位する。
【００７０】
充電用リッド１２０が閉塞方向に所定角度だけ回転されると、回転軸部１２５とともに回転するドグ１６４が充電用リッド開閉検知センサ１６６によって検知され、充電用リッド１２０が閉操作されていることが車両制御用ＥＣＵ１００によって認識される（ステップＳ１０ｆ）。そこで、車両制御用ＥＣＵ１００は、モータ１３８を充電用リッド１２０の閉塞方向に回転駆動する（ステップＳ１０ｂ）。この場合、ベースプレート１４８が所定角度だけ回転すると、ボール部材１５２が係合溝１５８に再び係合するため、ベースプレート１４８とスライドカラー１５４とが連結される。従って、充電用リッド１２０は、モータ１３８によって強制的に閉塞方向に変位されることになる。
【００７１】
以下、充電用リッド１２０を自動閉塞する場合と同様に、車両制御用ＥＣＵ１００がモータ１３８の駆動電流を検出し（ステップＳ１０ｃ）、その電流値が所定値以上となったとき（ステップＳ１０ｄ）、充電用リッド１２０が完全に閉塞状態になったものと判断し、モータ１３８を停止する（ステップＳ１０ｅ）。
【００７２】
以上のようにして充電用リッド１２０が閉塞された電動車両１０は、駐車場１９内の貸出し待機位置に移動する（ステップＳ１１）。
【００７３】
本発明では、バッテリ（１０２）から供給される電力によって駆動される電動車両（１０）に設けられた受電カプラ（１１８）に嵌合し、前記バッテリに電力を供給する充電装置（２６）であって、前記受電カプラに嵌合する給電カプラ（４０）と、前記給電カプラを前記受電カプラに向けて変位させる変位機構（充電ロボット３０）と、前記給電カプラを前記変位機構に対して固定し、前記給電カプラが前記受電カプラに押圧された際、固定状態を解除する固定機構（爪部５６、ストッパリング７８、ストッパピン６０、穴部６２）と、前記固定状態が解除された際、前記給電カプラを前記変位機構に対して変位自在に支持する支持機構（ピン部材４８、５０、第２ブラケット５２、ボール６４、軸受け部材７０）と、を備えて構成される。
【００７４】
また、本発明では、前記固定機構が、前記受電カプラに沿った前記給電カプラの変位を阻止すべく、前記給電カプラと前記変位機構とを係合する第１係合手段（ストッパピン６０、穴部６２）と、前記変位機構に対する前記給電カプラの揺動動作を阻止すべく、前記給電カプラと前記変位機構とを係合する第２係合手段（爪部５６、ストッパリング７８）と、を備え、前記給電カプラが前記受電カプラに押圧された際、前記第１係合手段および前記第２係合手段による係合状態が解除されるように構成される。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電動車両用充電装置によれば、給電カプラを電動車両の受電カプラに押圧させることで変動自在となるように構成されているため、結合時において微小な位置ずれ等があったとしても、給電カプラが受電カプラに倣うようにして係合されるため、簡易な構成で高精度な結合状態を実現することができる。しかも、結合直前まで給電カプラが変動しない状態となっているため、良好な結合状態を得ることができる。また、充電中の結合状態において、給電カプラが揺動変位自在であるため、電動車両の位置変動の影響を受けることなく充電動作を良好に継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動車両共用システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】ポートの構成説明図である。
【図３】電動車両と充電ポートにおける充電装置との関係説明図である。
【図４】電動車両と充電ポートにおける充電装置との関係説明図である。
【図５】充電ロボットの給電カプラの断面説明図である。
【図６】揺動可能な状態に設定されている充電ロボットの給電カプラの断面説明図である。
【図７】図６に示す給電カプラのVII-VII 線断面図である。
【図８】図５に示す給電カプラの正面説明図である。
【図９】充電ロボットの電気系統の構成ブロック図である。
【図１０】電動車両の電気系統の構成ブロック図である。
【図１１】電動車両における受電カプラおよび充電用リッドの説明図である。
【図１２】充電用リッド開閉装置の構成斜視図である。
【図１３】充電用リッド開閉装置の断面説明図である。
【図１４】車両返却処理から充電完了に至るまでの全体処理のフローチャートである。
【図１５】充電用リッドの開閉制御処理のフローチャートである。
【図１６】充電ロボットによる給電カプラの嵌合処理のフローチャートである。
【図１７】充電ロボットによる充電処理のフローチャートである。
【図１８】充電ロボットによる給電カプラの嵌合解除処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１０…電動車両 １３…ポート
１８…乗降場 １９…駐車場
２０…ポート端末管制装置 ２６…充電装置
２８…充電器 ３０…充電ロボット
４０…給電カプラ ４８、５０…ピン部材
５２…第２ブラケット ５６…爪部
６０…ストッパピン ６２…穴部
６４…ボール ７０…軸受け部材
７２…給電カプラ本体 ７８…ストッパリング
１００…車両制御用ＥＣＵ １０２…バッテリ
１０４…電動モータ １１８…受電カプラ
１２０…充電用リッド １２２…充電用リッド開閉装置

Claims (2)

  1. バッテリから供給される電力によって駆動される電動車両に設けられた受電カプラに嵌合し、前記バッテリに電力を供給する充電装置であって、
    前記受電カプラに嵌合する給電カプラと、
    前記給電カプラを前記受電カプラに向けて変位させる変位機構と、
    前記給電カプラを前記変位機構に対して固定し、前記給電カプラが前記受電カプラに押圧された際、固定状態を解除する固定機構と、
    前記固定状態が解除された際、前記給電カプラを前記変位機構に対して変位自在に支持する支持機構と、
    を備えることを特徴とする電動車両用充電装置。
  2. 請求項１記載の装置において、
    前記固定機構は、
    前記受電カプラに沿った前記給電カプラの変位を阻止すべく、前記給電カプラと前記変位機構とを係合する第１係合手段と、
    前記変位機構に対する前記給電カプラの揺動動作を阻止すべく、前記給電カプラと前記変位機構とを係合する第２係合手段と、
    を備え、前記給電カプラが前記受電カプラに押圧された際、前記第１係合手段および前記第２係合手段による係合状態が解除されることを特徴とする電動車両用充電装置。
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