特許 7464093 電動車のフレーム構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-01

(45)【発行日】2024-04-09

(54)【発明の名称】電動車のフレーム構造

(51)【国際特許分類】

   B60K 1/04 20190101AFI20240402BHJP

   B62D 21/02 20060101ALI20240402BHJP

【ＦＩ】

B60K1/04 A

B62D21/02 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022153156

(22)【出願日】2022-09-26

【審査請求日】2022-11-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】白尾 伸

【審査官】中川 隆司

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１９８１３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－２２６１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３６２２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０９５１４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ １／０４

Ｂ６２Ｄ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動車のフレームに前記電動車の前輪と後輪との間で車両幅方向にわたって設けられ、バッテリの前端側を支持する前スライドレールと、
前記フレームに前記電動車の前輪と後輪との間で車両幅方向にわたって設けられ前記バッテリの後端側を支持する後スライドレールと、
前記前スライドレール及び前記後スライドレールの左右両端部それぞれ設けられ、前記前スライドレール及び前記後スライドレールの間に車幅方向に開口する開口部が形成された側板部と、
前記側板部の前記開口部周辺に形成され、車幅方向中央に行くにしたがって前記開口の中央側に傾斜するガイド部と、
前記開口部に突出して臨むように前記側板部に設けられたストッパ機構と、を備え、
前記前スライドレール及び前記後スライドレールの一端側からバッテリを挿入し、前記前スライドレール及び前記後スライドレールの他端側から前記バッテリを押し出すことで前記バッテリを交換することを特徴とするフレーム構造。

【請求項2】

請求項１記載のフレーム構造であって、
前記バッテリの車両幅方向の両端には、車両前後方向に延びるように設けられ前記バッテリを補強するバッテリ補強フレームを備えているフレーム構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、走行用電動モータのバッテリを交換可能に搭載した電動車のバッテリを支持するフレーム構造に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車やトラック等の商用車において、環境負荷低減の観点から、モータのみを駆動源とする電気自動車（ＥＶ）や、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の電動車が開発されている。このような電動車には、モータを作動させるための大容量のバッテリが搭載されている。

【0003】

しかし、大容量のバッテリは、バッテリ蓄電率が低下すると充電に長時間を必要とする。一方で、電動車におけるバッテリを交換する技術として、特許文献１、２、３に開示される技術が知られている。

【0004】

特許文献１の技術は、電動車の車両の底部にバッテリが搭載されている。バッテリを交換するときは、車両をリフトで持ち上げてフォークリフト等を用いるか専用のバッテリ交換装置等を用いるか等により、下方から蓄電率が低下したバッテリを取り外して退避させ、同様にバッテリ交換装置等を用いて充電済みのバッテリを取り付ける。

【0005】

特許文献２の技術は、四輪スクータ形式の電動車であり、車両の中央部である座席下にバッテリが搭載されている。バッテリを交換するときは、昇降式の台車等を用いて左側方から蓄電率が低下したバッテリを取り外して退避させ、同様に台車等を用いて左側方から充電済みのバッテリを取り付ける。

【0006】

特許文献３の技術は、トラック形式の電動車であり、車両の側方下部である荷台の下にバッテリが搭載されている。２つバッテリが上下２段に配置された２つの保持ブラケットにそれぞれ保持されており、バッテリを交換するときは、蓄電率が低下したバッテリを保持ブラケットに保持した状態で車両の下側から保持ブラケットごと取り外し、充電済みのバッテリを保持ブラケットにセットして保持ブラケットごと車両の下側に取り付ける。

【0007】

しかし、特許文献１、２、３の技術は、いずれも蓄電率が低下したバッテリを取り外して退避させる工程を必要とし、バッテリ交換の作業効率が低下する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１２－７５２１２号公報

【文献】特開２０１３－１８３８５号公報

【文献】特開２０１８－１０３７６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、以上の点に鑑み、バッテリ交換の作業効率を向上させることができる電動車のフレーム構造を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示のフレーム構造は、電動車のフレームに前記電動車の前輪と後輪との間で車両幅方向にわたって設けられ、バッテリの前端側を支持する前スライドレールと、前記フレームに前記電動車の前輪と後輪との間で車両幅方向にわたって設けられ前記バッテリの後端側を支持する後スライドレールと、前記前スライドレール及び前記後スライドレールの左右両端部それぞれ設けられ、前記前スライドレール及び前記後スライドレールの間に車幅方向に開口する開口部が形成された側板部と、前記側板部の前記開口部周辺に形成され、車幅方向中央に行くにしたがって前記開口の中央側に傾斜するガイド部と、前記開口部に突出して臨むように前記側板部に設けられたストッパ機構と、を備え、前記前スライドレール及び前記後スライドレールの一端側からバッテリを挿入し、前記前スライドレール及び前記後スライドレールの他端側から前記バッテリを押し出すことで前記バッテリを交換する。

【0011】

かかる構成によれば、電動車のフレーム構造は、フレームに電動車の前輪と後輪との間で車両幅方向にわたって設けられバッテリの前端側を案内するとともに支持する前スライドレールと、バッテリの後端側を案内するとともに支持する後スライドレールとを備えているので、前スライドレール及び後スライドレールを介してバッテリを交換式とすることができる。さらに、前スライドレール及び後スライドレールの一端側から交換する充電済みのバッテリを挿入し、前スライドレール及び後スライドレールの他端側から交換される蓄電率が低下したバッテリが押し出されることでバッテリが交換可能となる。これにより充電済みのバッテリの挿入と蓄電率が低下したバッテリの取り出しを同時に行うことができ、所謂ところてん式にバッテリが交換されるので、バッテリ交換の工程を削減してバッテリ交換の作業効率を向上させることができる。

【0012】

さらに、様々な種類の電動車において、前スライドレール及び後スライドレールを共通化することで、様々な種類の電動車で前スライドレール及び後スライドレールを流用活用することができる。これにより、バッテリ容量が固定されず、バッテリの大きさ（容量）を変えることで、車両のホイールベースを調整することができる。

【0013】

好ましくは、前記バッテリの車両幅方向の両端には、車両前後方向に延びるように設けられ前記バッテリを補強するバッテリ補強フレームを備えている。

【0014】

かかる構成によれば、バッテリ補強フレームによりバッテリの剛性を向上させることができ、バッテリを前スライドレール及び後スライドレールに挿入し易くしてバッテリ交換の作業効率を向上させることができる。さらに、バッテリ補強フレームは、バッテリの車両幅方向の両サイドに車両前後方向に延びるように設けられるので、前後方向の剛性を向上させフレームの剛性を補強し、車両前後方向全体としての剛性も向上させることができる。すなわち、バッテリがフレームと一体構造となり、バッテリ（バッテリパックのケース）がフレームの強度部材を兼ねて、フレームの強度（剛性）を向上させることができる。

【0015】

好ましくは、前記前スライドレール及び前記後スライドレールの端部には、外方に向かって車両前後高さ方向に拡張するとともに前記バッテリを案内するガイド部を備えている。

【0016】

かかる構成によれば、前スライドレール及び後スライドレールの端部には、外方に向かって車両前後高さ方向に拡張するとともにバッテリを案内するガイド部が設けられているので、駆動モータ用の大きなバッテリであってもガイド部で案内されて容易に前スライドレール及び後スライドレールの間に挿入することができる。結果、バッテリ交換の作業効率を向上させることができる。

【0017】

好ましくは、前記前スライドレール及び前記後スライドレールの車両幅方向端部側、又は前記バッテリの車両幅方向端部には、前記バッテリ交換の際に挿入された前記バッテリが飛び出さないように移動を制限するストッパ機構を備えている。

【0018】

かかる構成によれば、前スライドレール及び後スライドレールの車両幅方向端部側、又はバッテリの車両幅方向端部には、移動を制限するストッパ機構を備えているので、バッテリ交換の際に挿入されたバッテリが飛び出さないようすることができ、容易にバッテリ交換することができる。結果、バッテリ交換の作業効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0019】

バッテリ交換の作業効率を向上させることができる電動車のフレーム構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る電動車のフレーム構造の一例及びバッテリ交換を説明する図である。

【図2】図２（Ａ）は図１の電動車のフレーム構造を示す平面視における部分断面図である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の２Ｂ矢視図である。図２（Ｃ）は図２（Ａ）の２Ｃ－２Ｃ線断面図である。

【図3】図３（Ａ）は図２（Ｂ）の３Ａ部拡大図である。図３（Ｂ）は図３（Ａ）の３Ｂ－３Ｂ線断面図である。図３（Ｃ）は図３（Ａ）の３Ｃ－３Ｃ線断面図である。

【図4】図４（Ａ）は充電済みバッテリの挿入前の状態の説明図ある。図４（Ｂ）は充電済みバッテリの挿入時の入口側の作用図である。図４（Ｃ）は図４（Ｂ）の４Ｃ矢視図である。

【図5】図５（Ａ）は充電済みバッテリの挿入時の出口側の作用図である。図５（Ｂ）は蓄電率が低下したバッテリの取り出し時の出口側の作用図である。

【図6】ホイールベースの長さが異なる車両におけるバッテリ交換の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は、本発明に係る電動車のフレーム構造の一例の概略構成を概念的（模式的）に示すものとする。また、「前（Ｆｒ）」、「後（Ｒｒ）」、「左（Ｌｅ）」、「右（Ｒｉ）」、「上（Ｕｐ）」、「下（Ｄｏｗｎ）」は運転者から見た方向にしたがうものとする。

【実施例】

【0022】

図１に示されるように、電動車１０のフレーム構造は、シャーシ１１がフレーム１２により構成されており、このフレーム１２上にバッテリ４０が支持されている。バッテリ４０は主に駆動用モータに給電するためのものであり、蓄電の容量が大きくサイズも大きい。

【0023】

電動車１０は、フレーム１２の車両前方側（シャーシ１１）に車軸１３を介して前輪１４が回転可能に設けられ、フレーム１２の車両後方側（シャーシ１１）に車軸１３を介して後輪１５が回転可能に設けられている。なお、図には示していないが、シャーシ１１に駆動用モータが設けられている形式や、車輪のホイール内に個別に駆動用モータが設けられている所謂ホイールインモータ形式など、駆動用モータの配置はどのような形式であってもよい。また、図では便宜上、バッテリ４０を支持するフレーム１２と車軸１３が設けられているシャーシ１１が別体のように示したが、フレーム１２はシャーシ１１を構成しており、バッテリ４０を支持する部分から車軸１３が設けられている部分まで全体的にフレームで構成しているものとしてもよい。

【0024】

また、電動車１０は、フレーム１２に電動車１０の前輪１４と後輪１５との間で車両幅方向にわたって設けられバッテリ４０の前端側を案内するとともに支持する前スライドレール２１と、フレーム１２に電動車１０の前輪１４と後輪１５との間で車両幅方向にわたって設けられバッテリ４０の後端側を案内するとともに支持する後スライドレール２２とを備えている。

【0025】

これにより、電動車１０にセットされている蓄電率が低下したバッテリ４０ａ（４０）の交換が必要になった場合、前スライドレール２１及び後スライドレール２２の一端側（車両幅方向左側）から交換する充電済みのバッテリ４０ｂ（４０）を挿入し、前スライドレール２１及び後スライドレール２２の他端側（車両幅方向右側）から交換される蓄電率が低下した想像線で示すバッテリ４０ａ（４０）が押し出されることでバッテリ４０を交換することができる。さらに、前スライドレール２１及び後スライドレール２２があることで、フレーム１２の車両幅方向の剛性も向上されることができる。

【0026】

また、電動車１０のフレーム構造は、バッテリ４０の車両幅方向の両サイドには、車両前後方向に延びるように設けられバッテリ４０を補強するバッテリ補強フレーム４１を備えている。バッテリ補強フレーム４１は、バッテリ４０のセル等を含むパック内に一体的に設けられている。なお、実施例では、バッテリ補強フレーム４１をバッテリパック内に一体的に設けたが、これに限定されず、バッテリパック外に設けてもよく、バッテリ補強フレーム４１をバッテリ４０と一体的に扱うことができれば形式は問わない。

【0027】

次にスライドレール及びその端部周辺について説明する。
図２、図３に示されるように、前スライドレール２１及び後スライドレール２２は、それらが対向する内側に車両幅方向に沿って設けられバッテリ４０を案内する断面凸状のガイドレール２３を備えている。バッテリ４０には、ガイドレール２３を摺動可能に嵌める溝状のスライド部４２が形成されている。これにより、バッテリ４０の交換時にはバッテリ４０を容易にスライド移動させることができ、バッテリ４０のセット時にはバッテリ４０をがたつかないように保持することができる。

【0028】

また、バッテリ４０の挿入口２４及び取出し口２５となる前スライドレール２１及び後スライドレール２２の端部には、外方に向かって車両前後高さ方向に拡張するとともにバッテリ４０を案内するガイド部２６を備えている。

【0029】

図２～図５に示されるように、前スライドレール２１及び後スライドレール２２の車両幅方向端部側には、バッテリ４０交換の際に挿入されたバッテリ４０が飛び出さないように移動を制限するストッパ機構３０を備えている。

【0030】

ストッパ機構３０は、フレーム１２に上下方向進退可能に設けられた突起部３１と、この突起部３１を上方に付勢する弾性部材（ばね）３４と、この弾性部材３４を保持する弾性部材支持部３５と、この弾性部材支持部３５を進退させるシリンダ３６と、このシリンダ３６の進退を制御する制御スイッチ部（不図示）とを備えている。

【0031】

なお、実施例では、ストッパ機構３０はシリンダ３６や電気的な制御スイッチ部等により構成したが、これに限定されず、シリンダ３６や電子制御部品を使用せずに、機械部品、リンク、ワイヤー、ばね等から突起部３１を進退させる構成や、単なる爪部品としてもよく、バッテリ４０の移動を制限できればストッパ機構３０の構成は問わない。

【0032】

また、実施例では、前スライドレール２１及び後スライドレール２２の車両幅方向端部側にストッパ機構３０を設けたが、これに限定されず、バッテリ４０毎にバッテリ４０自体の車両幅方向端部にストッパ機構３０設けてもよい。

【0033】

次にバッテリ４０交換時における電動車１０のフレーム構造の作用について説明する。なお、図では理解しやすくするために、挿入されるバッテリ４０のみ、または、外されるバッテリ４０のみを表示する。

【0034】

挿入口２４側について説明する。
図４（Ａ）に示されるように、バッテリ４０の挿入口２４は、ガイド部２６が形成され、ストッパ機構３０の突起部３１は突出した状態である。この状態で、充電済みのバッテリ４０を挿入口２４に移動させる。なお、バッテリ４０の移動には図示せぬ汎用リフト、昇降式台車等を使用してよい。また、ストッパ機構３０の突起部３１は、突出した状態で傾斜面３２がガイド部２６と面一となる位置にある。

【0035】

図４（Ｂ）に示されるように、さらにバッテリ４０を移動させると、バッテリ４０がガイド部２６に案内され、容易に挿入口２４に挿入される。このとき、バッテリ４０は突出した突起部３１の傾斜面３２に当接し、さらにバッテリ４０が前進すると傾斜面３２を摺動しつつ突起部３１を押し下げ、挿入口２４の奥へ前進する。このように挿入口２４側では、バッテリ４０を挿入するだけで突起部３１が後退する（引っ込む）ので、容易にバッテリ４０を挿入することができる。

【0036】

取出し口２５側について説明する。
図５（Ａ）に示されるように、バッテリ４０の交換前の状態では、ストッパ機構３０の突起部３１が上方に突出している。突起部３１にはバッテリ４０のスライド移動方向に対して切り立ったストップ面３３が形成されているため、バッテリ４０はストップ面３３に当接して移動が制限される。

【0037】

図５（Ｂ）に示されるように、バッテリ４０の交換時は、ストッパ機構３０の制御スイッチ部を操作することでシリンダ３６を後退させる。すると突起部３１も後退してフレーム１２側に収納され、バッテリ４０の移動制限が解除される。

【0038】

この状態で挿入口２４側から充電済みのバッテリ４０を挿入すると、中にある蓄電率が低下したバッテリ４０が押し出される。このように、充電済みのバッテリ４０の挿入と蓄電率が低下したバッテリ４０の取り出しを同時に行うことができ、所謂ところてん式にバッテリ４０が交換されるので、バッテリ交換の工程を削減してバッテリ交換の作業効率を向上させることができる。

【0039】

次ホイールベースの異なる車両へのバッテリ交換について説明する。
図６に示されるように、電動車１０のホイールベースは、図１に示す電動車１０のホイールベースよりも大きい。そのため、図６に示す電動車１０の前スライドレール２１と後スライドレール２２との距離Ｌ１も大きい。

【0040】

また、図６の電動車１０の前スライドレール２１及び後スライドレール２２を図１の電動車１０と共通化することで、前スライドレール２１及び後スライドレール２２を流用活用することができる。これにより、バッテリ容量が固定されず、バッテリ４０の大きさ（容量）を変えることで、車両のホイールベースを調整することができる。

【0041】

以上に述べた電動車１０のフレーム構造の効果について説明する。
本発明の実施例によれば、電動車１０のフレーム構造は、フレーム１２に電動車１０の前輪１４と後輪１５との間で車両幅方向にわたって設けられバッテ４０リの前端側を案内するとともに支持する前スライドレール２１と、バッテリ４０の後端側を案内するとともに支持する後スライドレール２２とを備えているので、前スライドレール２１及び後スライドレール２２を介してバッテリ４０を交換式とすることができる。さらに、前スライドレール２１及び後スライドレール２２の一端側から交換する充電済みのバッテリ４０を挿入し、前スライドレール２１及び後スライドレール２２の他端側から交換される蓄電率が低下したバッテリ４０が押し出されることでバッテリ４０が交換可能となる。これにより充電済みのバッテリ４０の挿入と蓄電率が低下したバッテリ４０の取り出しを同時に行うことができ、所謂ところてん式にバッテリ４０が交換されるので、バッテリ交換の工程を削減してバッテリ交換の作業効率を向上させることができる。

【0042】

さらに、様々な種類の電動車において、前スライドレール２１及び後スライドレール２２を共通化することで、様々な種類の電動車で前スライドレール２１及び後スライドレール２２を流用活用することができる。これにより、バッテリ容量が固定されず、バッテリ４０の大きさ（容量）を変えることで、車両のホイールベースを調整することができる。

【0043】

さらに、バッテリ補強フレーム４１によりバッテリ４０の剛性を向上させることができ、バッテリ４０を前スライドレール２１及び後スライドレール２２に挿入し易くしてバッテリ交換の作業効率を向上させることができる。さらに、バッテリ補強フレーム４１は、バッテリ４０の車両幅方向の両サイドに車両前後方向に延びるように設けられるので、前後方向の剛性を向上させフレーム１２の剛性を補強し、車両前後方向全体としての剛性も向上させることができる。すなわち、バッテリ２０がフレーム１２と一体構造となり、バッテリ２０（バッテリパックのケース）がフレーム１２の強度部材を兼ねて、フレーム１２の強度（剛性）を向上させることができる。

【0044】

さらに、前スライドレール２１及び後スライドレール２２の端部には、外方に向かって車両前後高さ方向に拡張するとともにバッテリ４０を案内するガイド部２６が設けられているので、駆動モータ用の大きなバッテリ４０であってもガイド部２６で案内されて容易に前スライドレール２１及び後スライドレール２２の間に挿入することができる。結果、バッテリ交換の作業効率を向上させることができる。

【0045】

前スライドレール２１及び後スライドレール２２の車両幅方向端部側、又はバッテリ４０の車両幅方向端部には、移動を制限するストッパ機構３０を備えているので、バッテリ交換の際に挿入されたバッテリ４０が飛び出さないようすることができ、容易にバッテリ交換することができる。結果、バッテリ交換の作業効率を向上させることができる。

【0046】

尚、本発明の実施例では、前スライドレール２１と後スライドレール２２を車両幅方向に沿って配置したが、これに限定されず、前スライドレール２１と後スライドレール２２を車両前後方向に配置し（この場合、左スライドレールと右スライドレールとになる）、車両前後方向に充電済みのバッテリ４０を挿入しつつ、蓄電率が低下したバッテリ４０を押し出して取り出すようにしてもよい。

【0047】

即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明は、走行用電動モータのバッテリを交換可能に搭載した電動車のバッテリを支持するフレーム構造に好適である。

【符号の説明】

【0049】

１０… 電動車
１１… シャーシ
１２… フレーム
１４… 前輪
１５… 後輪
２１… 前スライドレール
２２… 後スライドレール
２４… 挿入口
２５… 取出し口
２６… ガイド部
３０… ストッパ機構
３１… 突起部
３２… 傾斜面
３３… ストップ面
４０、４０ａ、４０ｂ… バッテリ
４１… バッテリ補強フレーム

【要約】

【課題】バッテリ交換の作業効率を向上させることができる電動車のフレーム構造を提供すること。
【解決手段】電動車１０のフレーム構造は、フレーム１２によりシャーシ１１が構成された電動車１０のバッテリ４０を支持するものである。電動車１０のフレーム構造は、フレーム１２に電動車１０の前輪１４と後輪１５との間で車両幅方向にわたって設けられバッテリ４０の前端側を支持する前スライドレール２１と、フレーム１２に電動車１０の前輪１４と後輪１５との間で車両幅方向にわたって設けられバッテリ４０の後端側を支持する後スライドレール２２とを備えている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】