JPH0614408A - 電気自動車用充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】極めて簡易に電気自動車への充電作業を実施し
得る電気自動車用充電装置を提供する。 【構成】光学式位置検出器（車両位置姿勢検出手段）３
はバッテリー充電のための充電端子５を有する電気自動
車７の二次元位置及び姿勢（向き）を検出する。コント
ローラ（制御手段）２は、電気自動車７の二次元位置及
び姿勢に基づいて給電端子移動手段を駆動し、給電端子
１５を充電端子５と結合可能な位置及び姿勢に二次元移
動させた後、両端子５、１５を結合させる。結合された
給電端子１５は、電源から給電され充電端子１５を通じ
てバッテリーを充電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車を充電する
ための電気自動車用充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭５８−６９４０４号公報は、電気
自動車への充電に際し、電気自動車を移動させることに
より、地上設置電源の結合部に電気自動車の結合部を機
械的及び電気的に結合させ、この両結合部を通じて電気
自動車のバッテリーへの充電を行う電気自動車用充電装
置を開示している。

【０００３】また、電気自動車の姿勢（向き）の傾きに
よる両結合部のずれを補正するために、地上側の結合部
を緩衝装置により支持し、電気自動車が地上側の結合部
に衝接した場合に緩衝装置が撓んで地上側の結合部の向
きが電気自動車側の結合部と向かい合うようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
公報の電気自動車用充電装置では、両結合部間の姿勢の
ずれは緩衝部により補正できるものの、電気自動車側の
結合部を結合位置にその前に誘導する動作は運転者によ
る電気自動車の運転操作により行わねばならず、電気自
動車の運転操作に特殊な熟練を要するという問題があっ
た。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、極めて簡易に電気自動車への充電作業を実施し得
る電気自動車用充電装置を提供することを、その解決す
べき課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の電気自動車用充
電装置は、バッテリー充電のための充電端子を有する電
気自動車の二次元位置及び姿勢を検出する車両位置姿勢
検出手段と、電源から給電され上記充電端子に結合して
上記バッテリーを充電するための給電端子と、上記給電
端子を少なくとも水平面内で移動させる給電端子移動手
段と、上記電気自動車の上記二次元位置及び姿勢に基づ
く上記給電端子移動手段の駆動により上記給電端子を上
記充電端子と結合可能な位置及び姿勢に二次元移動させ
た後、上記両端子を結合させる制御手段とを備えること
を特徴としている。

【０００７】

【作用】車両位置姿勢検出手段は、バッテリー充電のた
めの充電端子を有する電気自動車の二次元位置及び姿勢
（向き）を検出する。制御手段は、電気自動車の二次元
位置及び姿勢に基づいて給電端子移動手段を駆動し、給
電端子を充電端子と結合可能な位置及び姿勢に二次元移
動させた後、両端子を結合させる。結合された給電端子
は、電源から給電され充電端子を通じてバッテリーを充
電する。

【０００８】

【発明の効果】上記説明したように本発明の電気自動車
用充電装置は、電気自動車の二次元位置及び姿勢（向
き）を検出する車両位置姿勢検出手段と、検出した二次
元位置及び姿勢に基づいて給電端子移動手段を駆動し、
給電端子を充電端子と結合可能な位置及び姿勢に二次元
移動させた後、両端子を結合させる制御手段とを備えて
いるので、電気自動車の慎重かつ精密な運転操作により
これら両端子が結合可能な位置に誘導するという通常の
運転者にとって容易では無い作業を要することなく、バ
ッテリー充電を行うことができる。

【０００９】また、上記運転操作の失敗により充電不良
が生じたり、あるいは衝突により機器を破損したりとい
った不具合の発生も抑止し得る。

【００１０】

【実施例】（第１実施例）本発明の一実施例を図１に示
す。電気自動車用充電装置１は、台車１１上に載置され
た回転基台１２を有し、回転基台１２の上面には回転テ
ーブル１３が回転自在に突出している。回転テーブル１
３上には給電端子駆動部が格納されたケース１４が載置
されており、ケース１４先端に給電端子１５を有するシ
ャフト１６を前後進可能に保持し、更にケース１４の上
面中央には光学式位置検出器（本発明でいう車両位置姿
勢検出手段の一部）３が固定されている。また、ケース
１４には後述のコントローラ（本発明でいう制御手段）
２が内蔵されている。

【００１１】台車１１は４個の車輪１１ａと２個のガイ
ドローラ１２ａとをその下部に有しており、車輪１１ａ
は台車１１内蔵の減速モータ（本発明でいう給電端子移
動手段、図示せず）により前後進可能に駆動されてい
る。ガイドローラ１２ａは軸１２ｂに回転自在に保持さ
れており、地上に直線的に布設されたレール１８に摺接
しつつ台車１１の進行方向をレール１８の方向に案内し
ている。

【００１２】回転基台１２には不図示の減速式ステップ
モータ（本発明でいう給電端子移動手段、図示せず）が
内蔵されており、回転テーブル１３及びその上のケース
１４はこの減速式ステップモータにより垂直方向に伸び
る軸心の回りに回転される。シャフト１６はケース１４
を水平方向に貫通しており、シャフト１６の一側面１６
ａには歯面１６ｂが形成されている。

【００１３】ケース１４内には図３に示すように、所定
トルクの減速式モータ（本発明でいう給電端子移動手
段）Ｍ、及び減速式モータＭにより駆動される歯車４１
が内蔵されており、シャフト１６の歯面１６ｂは歯車４
１に噛合している。シャフト１６は図２及び図３に拡大
図示するように中空角棒状に形成され、シャフト１６の
前端開口は絶縁スペーサ１９により封口されている。絶
縁スペーサ１９は先端が尖った銅棒からなる給電端子１
５をシャフト１６から電気絶縁可能に支持しており、シ
ャフト１６の内部にはコイル状のキャプタイヤケーブル
２０が収容されている。キャプタイヤケーブル２０の先
端は給電端子１５の基端に接続され、キャプタイヤケー
ブル２０の基端はコントローラ３の出力部に接続されて
いる。

【００１４】光学式位置検出器３は、図４の動作原理図
からわかるように、ケース３１と、ケース３１の前面中
央に配設された結像レンズ系３２と、結像レンズ系３２
の水平後方に配設され主面が垂直に配設された半導体位
置検出部３３と、ケース３１の前面右端部に配設された
光スイッチ３４と、半導体位置検出部３３及び光スイッ
チ３４の中間に配設される光スイッチ３５とからなる。
結像レンズ系３２及び光スイッチ３４、３５の各光軸は
同一の水平面内においてシャフト１６と平行に配設さ
れ、特に結像レンズ系３２の光軸はシャフト１６の軸心
と同一垂直面内に配置されている。また、光スイッチ３
４、３５の視野角は比較的狭く設計されている。半導体
位置検出部３３は、金属電極板３３ａ上に配設されたア
モルファスシリコン層３３ｂと、アモルファスシリコン
層３３ｂ上に配設された透明電極膜３３ｃを有し、アモ
ルファスシリコン層３３ｂは上記光軸と直交する水平方
向に伸びており、両端に出力電極３３ｄ，３３ｅが接続
されている。

【００１５】ここで、半導体位置検出部３３の原理を説
明する。金属電極板３３ａには直流電圧＋Ｖが印加され
ており、透明電極膜３３ｃの両端にそれぞれ接続される
出力端子３３ｄ，３３ｅは個別に抵抗Ｒを通じて接地さ
れている。透明電極膜３３ｃは高い抵抗率を有してお
り、アモルファスシリコン層３３ｂの所定部位に光線Ｌ
が入射すると、この部位の直上の金属電極板３３ａの点
ｍと透明電極膜３３ｃとが低抵抗で接続（更に言えば略
短絡）されたこととなり、点ｍの電位を略電位＋Ｖと見
なせば、両出力端の電位Ｖ１、Ｖ２の値を演算処理する
ことによりレンズ系３２の光軸と光線Ｌとの間の角度Θ
を知ることができる。

【００１６】次に、電気自動車７について図１を参照し
て説明する。電気自動車７の前面を構成する樹脂板７１
には上下２個の開口７２、７３が貫設されており、上側
の開口７２には発光器６が固定され、下側の開口７３に
は銅を素材とする漏斗状の充電端子５が固定され、充電
端子５はケーブル５１及びスイッチ（図示せず）を通じ
てバッテリー（図示せず）に接続されている。

【００１７】また図７に示すように、互いに所定間隔を
隔てて配設された投光器６１及び受光器６２からなる車
両検出装置が電気自動車用充電装置１の前方に設置され
ている。コントローラ２について図５を参照して説明す
る。コントローラ２は、図示省略するがＩ／Ｏインター
フェィス、メモリ及びＣＰＵをバス接続してなるマイコ
ン装置からなり、受光器６２、半導体位置検出部３３、
光スイッチ３４、３５から受信するとともに、スイッチ
２１を制御し、更に各モータを制御する。

【００１８】なお、上記各センサ６２、３３、３４、３
５へはコントローラ２を通じて給電されており、コント
ローラ２、スイッチ２１には固定式ＤＣ電源（図示せ
ず）からキャプタイヤケーブル（図示せず）を通じて給
電されている。以下、図６のフローチャート及び図７〜
図９の位置関係図を参照してこの充電装置の動作を説明
する。図７〜図９において給電端子１５の前部は図示省
略している。図７は台車１１の前進初期を示し、図８は
半導体位置検出部３３に光線Ｌが入射した状態、図９は
ケース１４を旋回してシャフト１６の軸心と光線Ｌとを
同一垂直面内に位置させた状態を示す。

【００１９】コントローラ２が起動されて図６のフロー
チャートが開始され、初期設定が行われる。この時、台
車１１はレール１８の左端に復帰している。次に、受光
器６２の出力を調べて電気自動車の進入を検出するまで
待機し（１００）、進入したら台車１１を前進させ（１
０２）、光スイッチ３４へ光が入力したかどうかを調べ
る（１０４）。

【００２０】ここで、電気自動車７の発光器６は運転者
の充電指令スイッチ（図示せず）の投入操作により発光
し、所定ビーム径の光線を水平かつ車両前後方向に投射
している。なおこの実施例で用いる各光線は背景光との
分別を容易とするために所定周波数で断続させており、
受光側ですなわちコントローラ２にてデジタル的に上記
周波数成分を選択抽出してＳＮ比を向上する構成を採用
しているが、本発明の要旨に関係しないのでその詳細な
説明は省略する。

【００２１】光スイッチ３４へ光が入力すれば台車１１
を減速し（１０６）、次に、光スイッチ３５へ光が入力
したかどうかを調べる（１０８）。光スイッチ３５へ光
が入力すれば台車１１を停止させる（１１０）。なお、
台車１１の前後進、減速、停止は直流モータからなる上
記台車駆動モータの電圧制御により実行されるが、この
ようなモータ制御の詳細については周知であるのでその
詳細説明は省略する。ただ、停止までの台車１１のスリ
ップを減少させるためにステップ１１０において発電制
動などを採用することは当然可能であり、台車駆動モー
タをブレーキ付とすることもできる。光スイッチ３５へ
の光入力から台車１１の停止までの制動時間におけるス
リップ距離は、光スイッチ３５と半導体位置検出部３３
との間の間隔にほぼ等しいように調整されている。した
がって、台車１１の停止により、発光器６から投射され
る光線Ｌはほぼレンズ系３２の中心を貫通して半導体位
置検出部３３の受光面に入射する。

【００２２】次に、半導体位置検出部３３の出力電圧Ｖ
１、Ｖ２を比較して光線Ｌが光軸を基準として左右どち
ら側に傾いているかを判別し、傾いている方向にケース
１４を旋回させる（１１２）。なお、ケース１４はレン
ズ系３２の中心、すなわち光線Ｌと光軸との交点を中心
として水平方向に旋回するものとする。この旋回により
出力電圧Ｖ１、Ｖ２の差が減少する。

【００２３】次に、出力電圧差（Ｖ１ーＶ２）を算出
し、出力電圧差（Ｖ１ーＶ２）が所定の小値ΔＶ以下と
なるまで旋回を持続する（１１４）。出力電圧差（Ｖ１
ーＶ２）が小値ΔＶ以下となれば、ほぼ光線Ｌが光軸と
平行となったと見なして、ケース１４の旋回を停止し
（１１６）、シャフト１６を前進させる（１１８）。次
に、充電端子５の電位を検出して、両端子１５、５が結
合したかどうかを検出する（１２０）。

【００２４】両端子１５、５の結合について説明する
と、シャフト１６の前進により、シャフト１６の先端の
給電端子１５は電気自動車７の前面の充電端子５内に差
し込まれ、シャフト１６のスラストにより給電端子１５
は充電端子５に押し付けられ、給電端子１５には充電端
子５を通じてバッテリー（図示せず）の電位が生じる。
なお、非充電時にはバッテリーと充電端子５との導通は
スイッチ（図示せず）により遮断されており、運転者に
よるこの充電指令スイッチの投入によりこのスイッチを
閉じ、かつ、発光器６をオンする。この時点ではＤＣ電
源と充電端子５とを接続するスイッチ２１（図５参照）
は遮断されている。

【００２５】ステップ１２０において、充電端子５の電
位がハイレベルであれば結合がなされたものとしてスイ
ッチ２１を導通させ、ＤＣ電源から両端子１５、５を通
じてバッテリーの充電を開始する（１２２）。そして、
所定時間後に又は満充電を検出することによりスイッチ
２１を遮断して充電を終了し、台車１１を元の位置に復
帰させる（１２４）。。

【００２６】なお、電気自動車７のコントローラは上記
充電開始を検出して発光器６への給電を中止し、更に充
電終了を検出して充電端子５とバッテリーとの接続を遮
断することが望ましい。このようにすれば、充電作業を
簡単かつ安全にに実施することができる。特にこの実施
例では、台車１１の所定方向への直線移動と台車１１上
でのケース１４の旋回により両端子５、１５を一直線上
に対向させることができ、機構が簡単であるという優れ
た特長を備えている。

【００２７】（実施例２）他の実施例を図１０に示す。
この実施例は、図２に示す給電端子１５を支持するシャ
フト１６の変形例であり、この実施例では、図２の絶縁
スペーサ１９ａを長尺ゴム棒により構成している。この
ようにすれば、多少の位置ずれは絶縁スペーサ１９ａの
撓みにより吸収することができる。

【００２８】更にこの実施例では、光線Ｌと半導体位置
検出部３３との接近時に台車１１を減速する構成を採用
したので、位置ずれを低減することが可能となった。 （実施例３）他の実施例を図１１〜図１３により説明す
る。この実施例は、半導体位置検出部３３の代わりに３
個の光スイッチ７１、７２を用いた点が異なる。光スイ
ッチ７１、７２は通常のホトトランジスタからなり基部
７０の前面に水平方向に小間隔を隔てて配設されてい
る。基部７０の前面には光スイッチ７１、７２の中間に
仕切り板７０が垂直方向に固定されている。光線Ｌの水
平幅はｄとされている。

【００２９】この実施例の動作は図６のフローチャート
の動作と同じであるが、ただステップ１１４だけが異な
っている。すなわち、ステップ１１により台車１１を停
止させ、これにより光線Ｌが光スイッチ７１、７２の少
なくともどちらかに当たるようにする（図１１参照）。
このようにすれば、両光スイッチ７１、７２の中間位置
を中心としてケース１４を旋回した場合に図１２に示す
ように両方の光スイッチ７１、７２に光が当たる。した
がって、ステップ１１４で両方の光スイッチ７１、７２
に光が当たったことを検出し、検出した場合にケース１
４の旋回を停止すれば（１１６）、光線Ｌとシャフト１
６の軸心は垂直面内にて平行となる。なお、シャフト１
６の軸心は光スイッチ７１、７２の中間位置に設定され
る。

【００３０】このようにすれば簡単に充電端子５と給電
端子１５とを同一直線上で対向させることができる。上
記の実施例では、電気自動車７から信号光を発射し、充
電装置側でそれを検出して充電端子５と給電端子１５と
の位置合わせを行っているが、充電装置側から信号光を
発射して、電気自動車の特定部位の反射部分で反射さ
せ、反射光を検出してもよいし、また、超音波や電磁波
や磁気などにより電気自動車の停止位置及び姿勢（向
き）を検出することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気自動車用充電装置の一実施例を示
す側面図、

【図２】図１の給電端子及びシャフトの部分縦断面図、

【図３】図２のシャフトの部分横断面図、

【図４】図１の光学式位置検出器のブロック図、

【図５】図１のコントローラのブロック図、

【図６】図５のコントローラのフローチャート、

【図７】図１の電気自動車用充電装置の動作を示す平面
図、

【図８】図１の電気自動車用充電装置の動作を示す平面
図、

【図９】図１の電気自動車用充電装置の動作を示す平面
図、

【図１０】図１の給電端子及びシャフトの他の例を示す
部分縦断面図、

【図１１】図１の光学式位置検出器の他の例を示す平面
図図、

【図１２】図１の光学式位置検出器の他の例を示す平面
図図、

【図１３】図１１及び図１２に示す光学式位置検出器を
用いた場合のコントローラの動作を示すフローチャト、

【符号の説明】

１は電気自動車用充電装置、５は充電端子、３は光学式
位置検出器（車両位置姿勢検出手段）、７は電気自動
車、１５は給電端子、２はコントローラ（制御手段）、
Ｍは減速モータ（給電端子移動手段の一部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バッテリー充電のための充電端子を有する
   電気自動車の二次元位置及び姿勢を検出する車両位置姿
   勢検出手段と、電源から給電され上記充電端子に結合し
   て上記バッテリーを充電するための給電端子と、上記給
   電端子を少なくとも水平面内で移動させる給電端子移動
   手段と、上記電気自動車の上記二次元位置及び姿勢に基
   づく上記給電端子移動手段の駆動により上記給電端子を
   上記充電端子と結合可能な位置及び姿勢に二次元移動さ
   せた後、上記両端子を結合させる制御手段とを備えるこ
   とを特徴とする電気自動車用充電装置。