KR101402676B1 - 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 배터리의 교체작업시에 승강되는 클램핑장치의 과도한 상승을 미연에 방지할 수 있는 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템은 전기자동차의 차고보다 높은 위치에 설치되는 메인 이송레일장치와, 상기 메인 이송레일장치에 설치되어 배터리를 교환하는 교환장치(M)로 구성된 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 있어서, 상기 교환장치는, 상기 메인 이송레일장치를 타고 이동되는 이송프레임; 상기 이송프레임에 탑재되어 이동되는 견인장치; 상기 견인장치에 의해 감김 및 풀림되는 승강로프; 및 상기 승강로프에 접속되어 승강되고 배터리를 클램핑, 언클램핑 및 이동시키는 클램핑장치를 포함하고, 상기 승강로프의 감김동작으로 상승되는 상기 클램핑장치가 상기 견인장치에 근접될 경우, 상기 견인장치의 구동을 정지시켜 상기 클램핑장치가 상기 견인장치에 충돌되지 않도록 하는 과상승방지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따르면, 본 발명에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 의하면, 클램핑장치의 과상승이 발생되면 과상승방지장치가 이를 감지하고 견인구동모터의 작동을 정지시켜 클램핑장치가 상승되지 않도록 제어하게 되므로 충돌을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템{AUTO-EXCHANGING SYSTEM OF ELECTRIC VEHICLE BATTERY HAVING OVER RISING PREVENTING FUNCTION FOR CLAMPING APPARATUS}

본 발명은 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 배터리의 교체작업시에 승강되는 클램핑장치의 과도한 상승을 미연에 방지할 수 있는 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차는 연료로서 휘발유, 경유 등의 석유나, LPG, LNG 등의 천연가스와 같은 화석연료가 주로 사용되었으나 화석연료는 매장량이 한정된 자원으로 시간이 갈수록 고갈되고 있고 그 가격 또한 지속적으로 상승되고 있는 실정에 있다.

그리고, 화석연료는 그 사용과정에서 대기 환경을 오염시키는 다양한 배기가스가 배출될 뿐만 아니라 지구 온난화의 주요원인으로 작용하고 있는 이산화탄소를 다량으로 배출하는 문제점으로 인해 그 대안으로 전기를 에너지원으로 이동하는 전기자동차가 개발되었다.

전기자동차는 순수 전기자동차(Battery powered electric vehicle), 전동기와 엔진을 함께 이용하는 하이브리드 전기자동차(Hybrid electric vehicle), 연료전지 전기자동차(Fuel cell electric vehicle) 등이 개발되고 있다. 또한, 전기자동차의 활성화와 보급이 확대되기 위해서는 언제 어디서나 손쉽게 충전할 수 있는 충전 인프라의 구축이 필수적이어서 이에 관해서도 다양한 연구가 진행되고 있다.

하지만, 전기자동차는 석유(휘발유, 경유 등)를 이용하거나 천연가스를 이용하는 자동차와 달리 플러그인 방식으로 배터리에 전력을 충전하게 되므로 소비자는 긴 대기시간이 요구되어 매우 불편하고 충전시설을 운영하는 업체는 지나치게 긴 대기시간으로 인해 경제성이 없는 실정에 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0078289호에 개시되어 있는 바와 같이 전기자동차의 배터리에 전원을 직접 충전하지 않고 사전에 배터리를 충전하여 완충된 배터리 자체를 교환하는 방식(이하, '배터리교체방식'이라 한다)의 전기자동차 충전 시스템이 제안되어 있다.

이러한, 배터리교체방식은 충전을 필요로 하는 소비자가 충전스테이션에 방문하게 되면 기 사용된 배터리를 미리 완충된 배터리와 교체, 장착하게 되므로 별도의 충전시간 없이 편리하게 이용할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 소비자가 배터리를 교체하기 위해 충전스테이션에 방문하게 되면 전기자동차에 기 장착되어 있는 배터리를 일일이 분해하여 제거하고, 전기자동차의 종류나 기 장착되어 있는 배터리의 종류에 맞는 배터리를 찾아낸 후, 다시 장착하여야 하므로 여전히 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

이에 따라 전기자동차를 편리하게 이용하기 위해서는 배터리의 교체작업을 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 배터리 자동교환시스템의 개발이 필요한 실정에 있다.

이러한 배터리 자동교환시스템은 로봇기술을 기반으로 한 3축로봇시스템과 같이 X축, Y축 및 Z축 구동축을 이용하여 배터리를 이동시키고 로딩 및 언로딩 동작을 수행할 수 있도록 구현할 수도 있지만, 이러한 방식은 전기자동차와 같이 고중량의 배터리가 장착되는 설비의 교환시스템으로 구현하는 것은 현실적으로 어려움이 있고, 이를 적용할 경우 배터리의 낙하와 같은 위험성이 내재되어 있는 단점이 있다.

특히, 전기 버스와 같은 전기자동차용 배터리는 대용량으로서 하중과 부피가 매우 커서 이송 및 교체가 더욱 어렵고 추락시 심각한 안전사고를 초래하므로 배터리 자동교환시스템의 보다 효율적인 운용을 위해서는 안정성, 안전성 및 내구성이 검증된 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다.

이에 따라, 엘리베이터의 승강시스템과 같이 안정성이 검증되어 있고 보편화 되어 있는 승강로프를 이용한 견인방식을 적용한 배터리 자동교환시스템을 적용할 필요가 있다.

상기한 승강로프를 이용한 견인방식을 적용한 배터리 자동교환시스템은 클램핑장치에 배터리를 파지한 상태에서 상부에 마련된 견인장치에 의해 승강로프를 승강시키면서 배터리를 교환하는 방식이므로 3축로봇시스템에 비해 안정성 및 안전성이 향상되어 효율적인 배터리 교환시스템을 구현할 수 있다.

하지만, 상기한 승강로프를 이용한 견인방식으로 배터리 자동교환시스템은 클램핑장치를 상승시키는 승강로프가 과도하게 감김될 경우 클램핑장치가 견인장치와 충돌되므로 클램핑장치와 견인장치의 파손이 우려되는 단점이 있다. 물론, 견인장치에 마련된 견인구동모터의 구동 제어를 통해 승강로프의 감김범위를 조정함으로써 충돌을 방지할 수도 있지만 견인구동모터의 오작동, 견인구동모터와 연결되는 각종 장치들의 오조작, 승강로프의 변형 등과 같은 예기치않은 상황이 발생될 경우 클램핑장치의 과상승을 완벽하게 방지할 수 없는 한계점이 있다.

특히, 클램핑장치가 과상승으로 견인장치에 충돌될 경우 클램핑장치에 파지된 배터리가 추락되므로 배터리의 손상은 물론이고 인명사고와 같은 심각한 안전사고가 유발되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 배터리의 교체작업시에 승강되는 클램핑장치의 과도한 상승을 미연에 방지함으로써 안전성이 향상되도록 한 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템은 전기자동차의 차고보다 높은 위치에 설치되는 메인 이송레일장치와, 상기 메인 이송레일장치에 설치되어 배터리를 교환하는 교환장치(M)로 구성된 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 있어서, 상기 교환장치는, 상기 메인 이송레일장치를 타고 이동되는 이송프레임; 상기 이송프레임에 탑재되어 이동되는 견인장치; 상기 견인장치에 의해 감김 및 풀림되는 승강로프; 및 상기 승강로프에 접속되어 승강되고 배터리를 클램핑, 언클램핑 및 이동시키는 클램핑장치를 포함하고, 상기 승강로프의 감김동작으로 상승되는 상기 클램핑장치가 상기 견인장치에 근접될 경우, 상기 견인장치의 구동을 정지시켜 상기 클램핑장치가 상기 견인장치에 충돌되지 않도록 하는 과상승방지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 과상승방지장치는, 상기 견인장치에 설치되고 회전동작을 통해 작동력을 인가하는 회전축이 구비된 리미트 스위치; 상기 리미트 스위치의 회전축에 접속된 중앙 부분을 기준으로 일측으로 돌출되게 형성된 조작레버부와, 타측에 상기 회전축을 타방향으로 회전시킬 수 있는 자중을 갖도록 형성된 웨이트부를 구비한 작동부재; 상기 조작레버부의 단부에 상단이 접속되는 연결줄; 및 상기 연결줄의 하단에 접속되고 상기 웨이트부 보다 큰 자중을 갖도록 형성된 구동용 웨이트부재를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 구동용 웨이트부재는 상기 견인장치 및 상기 클램핑장치의 작동시에 요동되지 않도록 웨이트몸체에 상기 승강로프에 끼워지는 요동방지용 삽입공이 형성되고, 상기 연결줄이 접속되도록 연결고리가 체결된 구조로 이루어지고, 상기 연결줄은 하단 부분이 상기 클램핑장치의 안전상승지점과 같거나 낮은 지점에 위치하는 길이로 형성된다.

본 발명에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 의하면, 클램핑장치의 과상승이 발생되면 과상승방지장치가 이를 감지하고 견인구동모터의 작동을 정지시켜 클램핑장치가 상승되지 않도록 제어하게 되므로 충돌을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

이에 따라, 클램핑장치와 견인장치와의 충돌에 따른 견인장치 및 클램핑장치의 파손과, 배터리의 추락을 방지할 수 있고, 배터리의 추락에 따른 인명사고와 같은 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 전체적인 구조를 나타낸 사시도,
도2a 및 도2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템을 설명하기 위한 도1의 A부 및 B부 확대 사시도,
도3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부를 나타낸 평면도,
도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부를 나타낸 정면도,
도3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부를 나타낸 측면도,
도4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부를 나타낸 사시도,
도4b 및 도4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부 작동상태를 설명하기 위한 개략적인 사용상태도,
도5a 및 도5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 클램핑장치를 설명하기 위한 도면,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 전체적인 구조를 나타낸 사시도, 도2a 및 도2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템을 설명하기 위한 도1의 A부 및 B부 확대 사시도, 도3a 내지 도3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 설치된 상태를 나타낸 도면으로, 도3a는 평면도, 도3b는 정면도, 도3c는 측면도이다.

도1 내지 도3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템은 전기자동차의 배터리를 교체할 수 있도록 메인 이송레일장치(1)와 이 이송레일장치를 타고 이동되는 교환장치(M)로 구성되고, 교환장치(M)는 이송프레임(2), 견인장치(3), 승강로프(4) 및 클램핑장치(5)로 이루어진 견인 방식으로 구성되되, 견인장치(3)에 의해 감김 및 풀림 동작되는 승강로프(4)에 의해 클램핑장치(5)가 승강되는 과정에서 견인장치(3)에 충돌되지 않도록 하는 과상승방지장치(8)가 구성되어 있다.

도4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부를 나타낸 사시도, 도4b 및 도4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부 작동상태를 설명하기 위한 개략적인 사용상태도로서, 도4b는 클램핑장치의 하강시 과상승방지장치의 상태를 나타낸 것이고, 도4c는 클램핑장치의 상승시 과상승방지장치의 상태를 나타낸 것이다.

도3a 내지 도4c를 참조하면, 과상승방지장치(8)는 리미트 스위치(81), 작동부재(82), 연결줄(83), 및 구동용 웨이트부재(84)로 이루어져 승강로프(4)의 감김동작으로 상승되는 클램핑장치(5)가 견인장치(3)에 근접될 경우, 견인장치(3)의 구동이 정지되도록 함으로써 견인장치와의 충돌이 미연에 방지되도록 되어 있다.

리미트 스위치(81)는 후술되는 견인장치(3)의 견인장치본체(31)에 설치되는 구성요소로서, 스위치하우징(811)에 회동 가능하게 설치되고 정역 회전동작을 통해 작동력을 인가하는 회전축(812), 이 회전축(812)의 정역 회전시에 작동되도록 스위치하우징(811)의 내부에 설치되는 접속단자(미도시), 이 접속단자(미도시)의 움직임에 따라 전기적으로 연결되거나 단락되는 입력단자(미도시) 및 출력단자(미도시)를 구비하고 있다.

그리고, 리미트 스위치(81)는 클램핑장치(5)의 과상승에 따른 회전축(812)의 역방향 회전시에 후술되는 견인구동모터(34)의 전원을 차단함으로서 승강로프(4)의 감김동작(상승동작)이 정지되도록 하는 동작을 수행할 수 있다면 공지된 다양한 종류의 리미트 스위치를 적용할 수 있다.

작동부재(82)는 리미트 스위치(81)의 회전축(812)에 접속된 중앙 부분을 기준으로 일측으로 돌출되게 형성된 조작레버부(821)와, 타측에 상기 회전축(812)을 타방향(이하, 웨이트부(822) 방향으로의 회동을 타방향 또는 역방향으로 칭하고, 그 반대방향을 일방향 또는 정방향으로 칭함)으로 회전시킬 수 있는 자중을 갖도록 형성된 웨이트부(822)를 구비한 구조로 되어 있다. 그리고, 조작레버부(821)는 막대형상의 부재 단부에 연결줄(83)의 삽입을 위한 끼움홀(821a)을 갖는 구조로 형성되고, 웨이트부(822)는 막대형 부재의 단부에 원판 형상의 돌출링(822a)이 형성된 구조로 되어 있다.

연결줄(83)은 조작레버부(821)의 단부에 상단이 접속되는 선형부재로서, 와이어로프 등으로 구성된다. 그리고, 연결줄(83)는 그 하단 부분이 클램핑장치(5)의 안전상승지점과 같거나 낮은 지점에 위치하는 길이로 형성되는 것이 중요하다, 이때, 클램핑장치(5)의 안전상승지점은 클램핑장치를 구성하는 각 구성요소 중에서 전고가 가장 높은 부분(본 실시예에서는 도4a에 도시된 바와 같이 견인휠(37) 부분)이 견인장치(3)와 충돌되지 않으면서 최대로 상승할 수 있는 높이의 지점을 의미한다.

그리고 연결줄(83)은 와이어로프를 끼움홀(821)과 후술되는 구동동 웨이트부재(84)의 아이볼트(843) 사이에 끼워넣은 다음 클램프로 고정하는 방식으로 설치된다.

구동용 웨이트부재(84)는 연결줄(83)의 하단에 접속되고 웨이트부(822) 보다 큰 자중을 갖도록 형성된 것으로, 조작레버부(821)가 항상 당겨진 상태로 유지되도록 연결줄(83)을 매개로 하중을 인가하는 기능을 수행한다.

그리고, 구동용 웨이트부재(84)는 자중에 의해 조작레버부(821)를 당기고 있는 상태에서 상승되는 클램핑장치(5)와 접촉될 경우 들어올려 지게 되고, 이때 연결줄(83)에 긴장력이 해소되면서 조작레버부(821)에 인가되던 자중이 해제되므로 작동부재(82)의 웨이트부(822) 하중에 의해 회전축(812)이 타방향(역방향)으로 회전되어 리미트 스위치(81)에 의한 견인구동모터(34)의 구동정지를 위한 신호가 생성되도록 한다.

그리고, 구동용 웨이트부재(84)는 안정된 동작을 위해 견인장치(3)의 이동시 및 클램핑장치(5)의 상승 작동시에 요동되지 않도록 구성하는 것이 중요하다. 이를 위해 구동용 웨이트부재(84)는 비중 큰 금속원반으로 형성된 웨이트몸체(841)에 승강로프(4)에 끼워지는 요동방지용 삽입공(842)이 형성된 구조로 이루어진다. 이와 같이 구동용 웨이트부재(84)가 승강로프(4)에 구속되면, 견인장치(3) 및 클램핑장치(5)의 작동시 관성력, 충격력 등이 발생되더라도 구동용 웨이트부재(84)의 요동이 방지되므로 안정적인 스위칭 동작이 가능하게 된다.

또한, 웨이트몸체(841)에는 연결줄(83)이 접속되도록 아이볼트와 같은 연결고리(843)가 체결되어 있다.

한편, 메인 이송레일장치(1)는 도1 내 도2b에 나타난 바와 같이 배터리(9)의 교체를 위해 전기자동차가 진입하는 충전스테이션의 천정 부위에 설치되는 것으로, 전기자동차의 차고보다 높은 위치에 평행하게 설치되는 한 쌍의 횡바(11)와, 이 횡바(11)에 길이방향을 따라 후술되는 제1 슬라이더(23)가 접속되는 레일부재(12)가 구비되어 있다. 이때, 레일부재(12)는 대략 사각봉 형상으로 구성되되 양쪽 측면에 이탈을 방지하기 위해 도1의 확대부에 나타난 바와 같이 가이드돌부(121)가 돌출된 구조로 형성되어 있다.

그리고, 메인 이송레일장치(1)는 바닥면에 설치되는 수직 기둥(미도시)에 의해 하중이 지지되거나 충전스테이션의 천정에 설치되는 행거부재(미도시)에 의해 지지되도록 구성될 수 있다.

한편, 교환장치(M)는 복수로 구성되어 배터리의 교환시 전기자동차에 장착된 방전 배터리를 제거하는 작업과 충전 배터리를 전기자동차의 배터리장착부에 장착하는 작업이 동시에 수행되도록 구성되어 있다.

이송프레임(2)은 메인 이송레일장치(1)를 타고 이송되는 구성으로, 이송본체(21), 이송본체구동장치(22), 제1 슬라이더(23), 및 보조 이송레일(24)을 구비한다.

이송본체(21)는 양쪽 메인 이송레일장치(1) 사이에 배치되는 구성으로 형강이나 철판에 의해 형성되는 한 쌍의 종부재(211) 및 횡부재(212)가 대략 직사각 틀 형태로 연결, 형성된다.

이송본체구동장치(22)는 이송본체(21)를 이동시키는 구동력을 생성하여 인가하는 구성으로, 이송본체(21)에 설치되고 감속기를 구비한 이동본체모터(221)와 이 이동본체모터(221)의 출력축에 접속되는 구동휠(222)로 구성되어 있다.

이때, 구동휠(222)은 원형 휠로 구성되어 그 외주면이 레일부재(12)의 측면에 밀착되는 것으로 이동본체모터(221)의 구동시에 구름이동되도록 되어 있다. 아울러 구동휠(222)은 기어로 구성될 수 있는데 구동휠이 기어로 구성될 경우에는 레일부재의 측면에 치산이 맞물림될 수 있도록 랙기어가 형성되어야 한다.

제1 슬라이더(23)는 메인 이송레일장치(1)에 접속되도록 이송본체(21)의 횡부재(212) 저부에 설치되는 구성으로, 메인 이송레일장치(1)의 레일부재(12)에 접속될 수 있도록 후술되는 제2 슬라이더(33)와 유사한 구조로 형성되어 있다.

보조 이송레일(24)은 메인 이송레일장치(1)에 대해 직교되는 이송본체(21)의 길이방향으로 배치되는 것으로 전술한 레일부재(12)와 유사하게 가이드돌부(241)를 구비한 사각봉 형상으로 구성되어 있다.

한편, 견인장치(3)는 도2b 내지 도3b에 나타난 바와 같이 이송프레임(2)에 탑재되어 이동되도록 구성되는 것으로, 견인장치본체(31), 견인본체구동장치(32), 제2 슬라이더(33), 견인구동모터(34), 견인감속기(35), 권상드럼(36), 및 견인휠(37)을 구비한다.

견인장치본체(31)는 이송프레임(2)의 종부재(211)에 이동 가능하게 장착되는 것으로 대략 직사각판 형태로 구성되어 상면에 견인구동모터(34), 견인감속기(35), 및 권상드럼(36)이 설치되고 저면 가장자리에 제2 슬라이더(33)가 설치되어 있다.

견인본체구동장치(32)는 도2b에 도시된 바와 같이 견인장치본체(31)를 이동시키는 구동력을 생성, 인가하여 견인장치본체(31)를 메인 이송레일장치(1)에 대해 직교되는 방향으로 이동시키는 구성으로 견인장치본체(31)에 설치되고 감속기를 구비한 이동본체모터(321)와 이 이동본체모터(321)의 출력축에 접속되는 구동휠(322)로 구성되어 있다.

제2 슬라이더(33)는 보조 이송레일(24)에 접속되도록 견인장치본체(31)에 구성되는 것으로, 전술한 제1 슬라이더(23)와 유사하게 사각 블록 형태를 갖되 보조 이송레일(24)에 접속될 수 있도록 슬라이딩홈(331)이 형성된 구조로 되어 있다.

견인구동모터(34)는 견인장치본체(31)의 상면에 설치되어 권상드럼(36)에 의한 승강로프(4)의 감김 및 풀림동작을 가능하게 하는 회전력을 생성, 인가하는 구성이고, 견인감속기(35)는 견인구동모터(34)의 회전력을 감속하기 위해 감속기하우징의 내부에 감속작용을 수행하는 다수의 감속기어가 서로 치합되어 구성된 것으로, 그 입력축이 견인구동모터(34)의 출력축과 커프링장치(351)에 의해 서로 접속되어 있다.

권상드럼(36)은 도3a 및 도3b에 나타난 바와 같이 견인감속기(35)로부터 전달되는 회전력에 의해 그 외주면에 권취된 승강로프(4)가 감김 및 풀림되도록 작동되는 부재로서 견인감속기(35)의 출력부(352)에 접속되어 회전되도록 되어 있다.

그리고, 상기 권상드럼(36)은 원통 형상으로 형성되고 타측 단부에 접속된 중심축(364)이 내부에 베어링이 내장된 베어링블록(363)에 의해 회전하게 가능하게 지지되어 있다. 또한 권상드럼(36)은 견인감속기(35)의 일측 출력부(352)에 접속되고 외주면에 복수의 권취홈이 이격되어 형성된 제1 권상드럼(361)과, 타측 출력부(352)에 접속되고 외주면에 복수의 권취홈이 이격되어 형성된 제2 권상드럼(362)으로 이루어진다.

견인휠(37)은 도3b에 나타난 바와 같이 통상 도르래 등으로도 호칭되고 있는 풀리 형태의 장치로서 승강로프(4)의 이동을 안내하면서 승강로프(4)로부터 인가되는 승강력을 전달받도록 클램핑장치(5)에 설치된다. 그리고 견인휠(37)은 클램핑장치(5)의 형태, 크기 및 하중이나, 배터리(9)의 하중에 따라 적절한 수량으로 다양하게 배치하여 구성할 수 있지만, 본 실시예에서는 클램핑장치(5)의 일측 전후부에 설치되는 제1 및 제2 견인휠(371,372)과, 클램핑장치(5)의 타측 전후부에 설치되는 제3 견인휠(373) 및 제4 견인휠(미도시)로 이루어져 있다.

그리고, 견인휠(37)은 지지축에 베어링을 매개로 회전 가능하게 설치되고 승강로프 안착홈이 형성된 원형의 휠체와 이 휠체를 회전 가능하게 지지하면서 견인장치본체에 고정시키는 휠고정브라켓으로 구성되어 있다.

아울러, 견인장치(3)는 제1 내지 제4 견인휠에 승강로프(4)가 수직방향으로 배치되도록 이동경로를 안내하는 제1 내지 제4 안내휠(381,382,383,384)이 구성되어 있다. 이 제1 내지 제4 안내휠(381,382,383,384)은 전술한 견인휠과 동일한 구조로 형성되고 제1 내지 제4 견인휠과 동축을 이루는 수직축 선상에 해당되는 견인장치본체(31)에 설치된다.

한편, 승강로프(4)는 다수 가닥의 강선을 하나의 묶음으로 형성한 것으로 견인장치(3)에 의해 감김 및 풀림 되면서 클램핑장치(5)를 승강시키기 위해 견인휠(37)의 수량과 대응하는 수량으로 구성되는 것으로, 일단이 권상드럼(36)에 고정되어 권취되되 서로 엉키지 않도록 이격, 배치된 권상드럼(36)의 권취홈에 각각 권취되어 있다. 또한 승강로프(4)의 타단은 견인장치본체(31)의 상면에 설치된 고정부(39)에 고정되도록 되어 있다.

그리고 승강로프(4)는 본 실시예에서 견인휠(37)이 4개로 구성되어 있으므로 제1 권상드럼(361)의 권취홈에 권취되어 제1 안내휠(381) 및 제1 견인휠(371)을 경유하여 제1 고정부(391)에 접속되는 제1 승강로프, 제1 권상드럼(361)의 권취홈에 권취되어 제2 안내휠(382) 및 제2 견인휠(372)을 경유하여 제2 고정부(392)에 접속되는 제2 승강로프, 제2 권상드럼(362)의 권취홈에 권취되어 제3 안내휠(383) 및 제3 견인휠(373)을 경유하여 제3 고정부(393)에 접속되는 제3 승강로프, 및 제2 권상드럼(362)의 권취홈에 권취되어 제4 안내휠(384) 및 제4 견인휠(미도시)을 경유하여 제4 고정부(394)에 접속되는 제4 승강로프로 이루어진다. 이때, 제1 내지 제4 승강로프(4)는 제1 및 제2 승강드럼(361,362)의 정역 회전시에 동시에 하강되거나 상승되도록 권취하여야 한다.

도5a 및 도5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 클램핑장치를 설명하기 위한 도면으로, 도5a는 저면 구조를 나타낸 사시도, 도5b는 측면에 나타나는 형상을 간략화하여 도시한 사시도이다.

클램핑장치(5)는 승강로프(4)에 접속되어 승강되면서 배터리(9)를 클램핑, 언클램핑, 및 이동시키는 장치로서, 클램프본체(51), 파지홀더(52), 및 홀더구동장치(53)로 구성되어 있다.

클램프본체(51)는 판상 구조로 형성되어 상면에 설치된 견인휠(37)에 감김된 승강로프(4)에 의해 견인되는 부재로서 후술되는 파지홀더(52)와 홀더구동장치(53)가 설치되어 있다.

파지홀더(52)는 도5b에 나타난 바와 같이 클램프본체(51)에 회동 가능하게 설치되어 배터리(9)를 클램핑 및 언클램핑하는 부재로서 클램프본체의 전후 모서리 부분에 한 쌍씩 회동, 가능하게 구성되어 있다.

그리고, 파지홀더(52)는 단부에 걸림훅(521)이 형성되어 내측으로 회전시 후술되는 바와 같이 배터리(9)에 마련된 걸림홈(931)의 단턱부(932)에 걸림되어 고정작용을 수행하고, 외측으로 회전시 걸림홈(931)으로부터 이탈되면서 고정상태가 해제되도록 작동된다.

홀더구동장치(53)는 파지홀더(92)를 구동시키는 구동력을 인가하는 장치로서, 파지홀더(52)를 회동시킬 수 있는 구동메커니즘을 갖는다면 형태나 구조에 제한 없이 다양하게 구성될 수 있지만, 본 실시예에서는 클램프본체(51)의 상면에 설치되는 홀더구동모터(531), 이 홀더구동모터(531)의 회전축에 결합된 구동기어(538)와 치합되는 종동기어(미도시)가 결합되어 회전되는 구동축(532), 구동축(532)의 회전력을 전달하기 위해 서로 맞물림되는 복수의 기어로 구성된 동력전달기어(533), 이 동력전달기어(533)에 의해 회전되는 종동축(535), 종동축에 접속되어 연동되는 웜기어(536), 및 웜기어(536)에 치합되어 회전되고 파지홀더(52)의 하부에 축설되는 웜휠(537)을 구비한다.

그리고, 클램프본체(51)에는 배터리(9)의 클램핑 및 언클램핑시에 배터리가 미끄러지면서 안정적으로 안착 및 이탈되도록 하기 위해 각 모서리 부분에 가이드롤러장치(54)가 설치되어 있다.

이때, 가이드롤러장치(54)는 베이스판(541)에 이격, 설치된 한 쌍의 측판(542) 사이에 복수의 롤러(543)가 설치, 구성된 것으로, 롤러(543)는 측판(542)의 단부로부터 클램프본체(51)를 향해 점차 돌출되는 형태로 배치되어 배터리의 안착시에 자연스럽게 미끄러지면서 원활하게 수용, 정위치 되도록 되어 있다.

한편, 배터리는 도5a에 도시된 바와 같이 내부에 배터리 셀(미도시)이 수납되는 수납공간이 마련되도록 복수의 골격 프로파일이 서로 연결되어 형성된 프로파일 구조체(91), 이 프로파일 구조체(91)의 모서리 부위에 설치되어 적층 또는 탑재시 자중을 지지하는 복수의 사이드 블록(92), 프로파일 구조체(91)에 마주보게 쌍을 이루도록 설치되고 전기 자동차의 배터리 장착부(미도시)에 마련된 파지홀더(미도시) 또는 전술한 클램핑장치(5)의 파지홀더(52)가 걸림되는 클램프 블록(93), 프로파일 구조체의 외면에 설치되는 케이스커버(94) 및 전원의 공급측에 접속되는 전원연결장치(95)가 구비되어 있다.

이때, 클램프 블록(93)은 상하로 걸림홈(931)이 형성된 사각틀 형태로 형성된 것으로 걸림홈(931)의 상하부에 파지홀더(52)의 걸림훅(521)이 걸림되는 단턱부(932)가 형성되어 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 작용을 설명한다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 작용을 설명하기 위한 도면으로, 클램핑장치의 하강된 상태를 나타낸 도면이다.

도1 내지 도6를 참조하면, 먼저, 운행중에 배터리가 방전된 전기자동차가 충전스테이션으로 진입하거나 무선통신을 통해 진입이 예고되면 배터리 자동교환시스템의 제어부(미도시, 충전스테이션에 마련된 무선 송수신장치 및 진입감지장치로부터 신호를 인가받아 배터리 자동교환시스템을 전반적으로 제어하는 시스템임)가 구동신호를 인가하여 두 대의 교환장치(M)를 작동시키게 된다. 이때, 선행하는 교환장치(M)는 전기자동차의 배터리장착부의 방전 배터리를 제거하기 위한 것이므로 클램핑장치(5)에 배터리를 장착하지 않은 상태로 이동되고, 후행하는 교환장치(M)는 전기자동차의 배터리장착부에 충전 배터리를 장착하여야 하므로 배터리를 탑재한 상태로 이동하게 된다.

이하 전술한 교환장치(M)의 작동과정을 구체적으로 설명한다. 제어부의 구동신호에 따라 이송본체구동장치(22)의 이동본체모터(221)가 회전되면 출력축에 접속된 구동휠(222)이 회전되어 레일부재(12)를 따라 이동되므로 이송본체(21)가 메인 이송레일장치(1)를 타고 전기자동차의 배터리장착부를 향해 X축 방향으로 이동하게 된다.

이와 동시에 견인본체구동장치(32)가 제어부의 구동신호에 따라 작동되면서 견인장치본체(31)가 보조 이송레일(24)을 타고 Y축 방향을 따라 클램핑장치(5)가 전기자동차의 배터리 장착부 상부에 정위치 되도록 이동된다.

전술한 바와 같이 클램핑장치(5)가 전기자동차의 배터리 장착부에 정위치 되면 제어부의 제어하에 견인구동모터(34)가 작동되어 정방향으로 회전되고 이 견인구동모터(34)의 회전력은 견인감속기(35)를 경유하면서 정해진 감속비로 감속된 후 출력부(352)로 출력되므로 이 출력부(352)에 결합된 제1 및 제2 권상드럼(361,362)이 연동되어 회전운동을 하게 된다.

제1 및 제2 권상드럼(361,362)이 정회전되면 그 외주면의 권취홈에 권취되어 있는 승강로프(4)가 풀려지게 되고 제1 내지 제4 안내휠(381,382,383,384)에 안내되어 하방으로 이동되므로 견인휠(37,제1 내지 제4 견인휠) 또한 점차적으로 하방으로 이동되고, 견인휠(37)이 결합된 클램프본체(51)가 하강하게 되면서 파지홀더(52)가 배터리(9)의 클램프 블록(93)에 정위치하게 된다.

이러한 상태에서 홀더구동장치(53)가 작동되어 파지홀더(92)를 내측으로 회동시키게 되면 파지홀더(92)의 걸림훅(921)이 걸림홈(931)으로 삽입된 후 단턱부(932)에 걸림 된다.

이후, 견인구동모터(34)가 역방향으로 회전되면 권상드럼(36)이 역방향으로 회전되므로 승강로프(4)가 상승하게 되고 이에 접속된 클램프본체(51)가 상승하게 되면서 파지홀더(52)가 배터리(9)를 배터리장착부로부터 이탈, 제거하게 되므로 방전 배터리(9)의 분리작업이 완료된다.

한편, 전술한 클램핑장치(5)의 상승과정에서 견인구동모터(34), 권상드럼(36)의 오작동 등으로 승강로프(4)의 감김동작이 과도하게 수행되면 클램프본체(51)의 과상승이 발생되고 이를 방치할 경우 클램프본체(51)에 돌출, 형성된 견인휠(37) 부분이 견인장치본체(31)의 저면에 충돌되면서 클램핑장치(5) 및 견인장치(3)의 손상은 물론이고 요동에 따른 배터리(9)의 추락사고가 발생 되지만, 이때, 과상승방지장치(8)의 작동으로 클램핑장치(5)의 충돌을 미연에 방지할 수 있다.

이러한 과상승방지장치(8)의 작동을 구체적으로 살펴보면, 클램핑장치(5)가 정상적인 범위내에서 승강동작을 수행할 경우 도4b에 도시된 바와 같이 구동용 웨이트부재(84)는 연결줄(83)에 매달리는 형태가 되므로 구동용 웨이트부재(84)의 자중에 따른 장력을 작동부재(82)의 조작레버부(821)에 인가하여 리미트 스위치(81)의 회전축(812)이 정방향으로 회동된 상태에서 유지되도록 함으로써 견인장치(3)의 견인구동모터가 정상적으로 작동되도록 한다.

이러한 상태에서 클램핑장치(5)의 과상승이 발생되면 도4c에 도시된 바와 같이 구동용 웨이트부재(84)가 요동방지용 삽입공(842)을 매개로 승강로프(4)에 끼워져 있으므로 견인휠(37)의 과상승시 상승력에 의해 구동용 웨이트부재(84)가 함께 상승된다. 이와 같이 구동용 웨이트부재(84)가 상승되면 연결줄(83)에 인가되던 장력이 해제되므로 작동부재(82)는 웨이트부(822)의 자중에 의해 역방향으로 회동되고, 이 작동부재(82)의 중앙에 결합된 회전축(812)이 역방향으로 회전되면서 리미트 스위치(81) 내부의 접속단자를 동작시켜 입력단자 및 출력단자와 전기적으로 접속되도록 함으로써 클램핑장치(5)의 과상승 신호가 생성되어 제어부(미도시)에 인가되도록 한다.

이와 같이 과상승 신호가 인가되면 제어부는 견인구동모터(34)의 구동정지를 위한 구동신호를 인가하여 승강로프의 감김되지 않도록 함으로써 클램핑장치(5)가 더 이상 상승되지 않도록 제어하여 클램핑장치(5)의 충돌을 방지할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 선행하는 교환장치(M)에 의해 전기자동차에 장착된 방전 배터리의 분리작업이 완료되면 후행하는 교환장치(M)에 의해 충전 배터리의 장착작업이 가능하도록 선행하는 교환장치(M)의 이송본체구동장치(22)가 재구동되면서 메인 이송레일장치(1)를 타고 이동되어 교체영역을 벗어나게 된다.

이후, 후행하는 교환장치(M)는 배터리 교체영역으로 이동되고, 전술한 선행 교환장치(M)의 동작방식과 동일하게 이송프레임(2), 견인장치(3), 승강로프(4) 및 클램핑장치(5)가 작동되면서 전기자동차의 배터리장착부에 탑재된 충전 배터리를 정위치 시키게 된다.

이러한 상태에서 홀더구동장치(53)가 작동되어 파지홀더(92)를 외측으로 회동시키게 되면 배터리의 단턱부(932)에 걸림되어 있는 파지홀더(92)의 걸림훅(921)이 이탈되면서 배터리의 구속상태가 해제 된다.

이후, 견인구동모터(34)가 역방향으로 회전되면 상승되는 승강로프(4)에 의해 클램프본체(51)의 상승동작이 수행되고, 이송본체구동장치(22)가 재구동되면서 메인 이송레일장치(1)를 타고 정해진 위치로 이동하게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

M:교환장치 1:메인 이송레일장치
11:횡바 12:레일부재
2:이송프레임 21:이송본체
22:이송본체구동장치 23:제1 슬라이더
24:보조 이송레일 3:견인장치
31:견인장치본체 32:견인본체구동장치
33:제2 슬라이더 34:견인구동모터
35:견인감속기 36:권상드럼
37:견인휠 38:안내휠
4:승강로프 5:클램핑장치
51:클램프본체 52:파지홀더
53:홀더구동장치 8:과상승방지장치
81:리미트 스위치 82:작동부재
83:연결줄 84:구동용 웨이트부재
9:배터리

Claims (3)

1. 전기자동차의 차고보다 높은 위치에 설치되는 메인 이송레일장치와, 상기 메인 이송레일장치에 설치되어 배터리를 교환하는 교환장치(M)로 구성된 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 있어서,
   상기 교환장치는, 상기 메인 이송레일장치를 타고 이동되는 이송프레임; 상기 이송프레임에 탑재되어 이동되는 견인장치; 상기 견인장치에 의해 감김 및 풀림되는 승강로프; 및 상기 승강로프에 접속되어 승강되고 배터리를 클램핑, 언클램핑 및 이동시키는 클램핑장치, 및 상기 승강로프의 감김동작으로 상승되는 상기 클램핑장치가 상기 견인장치에 근접될 경우, 상기 견인장치의 구동을 정지시켜 상기 클램핑장치가 상기 견인장치에 충돌되지 않도록 하는 과상승방지장치를 포함하고,
   상기 과상승방지장치는,
   상기 견인장치에 설치되고 회전동작을 통해 작동력을 인가하는 회전축이 구비된 리미트 스위치;
   상기 리미트 스위치의 회전축에 접속된 중앙 부분을 기준으로 일측으로 돌출되게 형성된 조작레버부와, 타측에 상기 회전축을 타방향으로 회전시킬 수 있는 자중을 갖도록 형성된 웨이트부를 구비한 작동부재;
   상기 조작레버부의 단부에 상단이 접속되는 연결줄; 및
   상기 연결줄의 하단에 접속되고 상기 웨이트부 보다 큰 자중을 갖도록 형성된 구동용 웨이트부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 구동용 웨이트부재는 상기 견인장치 및 상기 클램핑장치의 작동시에 요동되지 않도록 웨이트몸체에 상기 승강로프에 끼워지는 요동방지용 삽입공이 형성되고, 상기 연결줄이 접속되도록 연결고리가 체결된 구조로 이루어지고,
   상기 연결줄은 하단 부분이 상기 클램핑장치의 안전상승지점과 같거나 낮은 지점에 위치하는 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 클램핑장치의 과상승 방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템.
   

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