CN103163805A - 电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置，包括壳体、步进电动机、仓门、齿轮、齿条、导向片、红外反射式接近开关传感器、霍尔传感器、磁铁和单片机控制电路；壳体和导向片固定在充电桩内壁上，壳体开有与导向片配合的直口以形成导向机构，仓门置于该导向机构内；步进电动机的轴上设有齿轮，仓门上设置有与齿轮配套的齿条；两个红外反射式接近开关传感器设置于充电桩内壁上，分别用于检测仓门完全打开、完全关闭；磁铁设置于齿轮的外侧端面边缘，相应的位置设有霍尔传感器；红外反射式接近开关传感器、霍尔传感器、步进电动机分别与单片机控制电路的相应端口连接。该安全防护装置不仅安全可靠，并且能耗低、结构简单、操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别是一种电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置。
背景技术
目前，电动汽车作为新能源汽车备受关注，同时电动汽车的充电设备充电桩在日常生活中的影响也越来越大。常见的电动汽车充电桩充电端口的仓门开关即安全防护装置有两种：一种是纯手动式的机械开关门；另一种是通过电磁铁实现开关门功能的机电式开关门。纯手动式的机械开关门操作复杂，不便于使用。电磁铁形式的装置通过磁力吸引充电端口仓门或者锁舌，实现充电端口的开关功能，这类装置启动电流很大，能耗高；在遇到大阻力时可能会烧毁线圈及电器，甚至引发火灾；转换速度快，在开启或者关闭过程中容易对人或物造成伤害。
文献1(陈钢，许婷，任杰，吴厚生，刘增强，郑栋梁，孟凡提，刘保侠，陈璐明，冯进喜.一种电动汽车充电桩的滑门机构，公布号：CN102683978A，申请日：2012.05.25)公开了一种电动汽车充电桩的滑门机构，该滑门机构属于机械式开关门，通过在充电桩壳体上设置的导轨与仓门上设置的导槽使门能够在充电桩壳体上下滑动，并通过固定导向体和滑动导向体之间的配合使弹簧在收张运动时沿轴线方向，从而使得保护门在开关过程中，弹簧能够储存相应的能量以使仓门开关。但是，这种纯机械式装置需要使用者进行复杂的手动操作，使用起来不方便；同时，该装置不具备自锁功能，不能防止人为拔下等各种损害因素。
文献2(陈建章，徐声，张敏.一种电动汽车充电桩的插座仓门用安全锁，公布号：CN201933877U，授权公告日：2011.08.17)提出了一种节能型插座仓门安全用锁，其包括锁座和安装在锁座上的滑槽机构，用小功率减速马达做为驱动机构。但是，该装置不能在电机运动过程中检测仓门的状态，一旦仓门意外卡住，不具备进一步处理的能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能耗低、结构简单、操作方便、安全可靠的电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置。
本发明的技术解决方案为：一种电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置，包括壳体6、步进电动机4、仓门2、齿轮8、齿条9、导向片3、两个红外反射式接近开关传感器7、霍尔传感器11、磁铁10和单片机控制电路13；
所述壳体6和导向片3分别固定在充电桩内壁1上，壳体6上开有导槽，导槽的宽度及厚度与仓门2相同，仓门2置于导槽内并可以沿着导槽直线运动，两片导向片3对称的设置于仓门2的相对两侧，且所述两片导向片3与壳体6上的导槽沿直线导向配合；仓门2上设置有齿条9，齿条9的延伸方向与仓门2沿导槽直线运动的方向一致，步进电动机4固定在壳体6上，且步进电动机4的转轴上设置有与齿条9配套的齿轮8；
两个红外反射式接近开关传感器7设置于充电桩内壁1上，其中一个用于检测仓门2完全打开，另外一个用于检测仓门2完全关闭；磁铁10设置于齿轮8的外侧端面边缘，并与齿轮8固定为一体，沿齿轮8的转轴方向与磁铁10对应的位置设有霍尔传感器11；
两个红外反射式接近开关传感器7的传输线连接到单片机控制电路13的开关信号读取电路接口端，霍尔传感器11的传输线连接到单片机控制电路13的卡住信号读取电路接口端，单片机控制电路13的步进电动机驱动电路接口端与步进电动机4相接、单片机控制电路13的总控制端与电动汽车充电桩的中央控制器连接。
所述单片机控制电路13包括开关信号读取电路、卡住信号读取电路、步进电动机驱动电路，这三个电路均与单片机控制电路13中的单片机相连接；所述磁铁10数量为3～7个，且等间隔设置于齿轮8的外侧端面边缘；所述霍尔传感器11通过传感器支架12固定于壳体6；所述步进电动机4通过步进电动机支架5固定在壳体6上；所述齿轮8的转轴方向于齿条9在仓门2上的的延伸方向垂直。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明结构简单，容易装配；(2)驱动机构为小型步进电动机，能耗小，且具有调速功能，能够使仓门开关过程中速度适中；(3)通过安装在充电桩内壁上的两个红外反射式接近开关传感器反馈仓门的开关到位信号，实现仓门的精确控制；(4)霍尔传感器和磁铁反馈仓门的运动状态，能够处理仓门在运动中遇到卡住充电插头或其他物品的情况，实现仓门运动中的自动控制功能，安全可靠。
附图说明
图1是本发明电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置的结构示意图。
图2是图1中霍尔传感器反馈部分的局部放大图。
其中：1-充电桩内壁，2-仓门，3-导向片，4-步进电动机，5-步进电动机支架，6-壳体，7-红外反射式接近开关传感器，8-齿轮，9-齿条，10-磁铁，11-霍尔传感器，12-传感器支架，13-单片机控制电路
具体实施方式
本发明电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置，包括壳体6、步进电动机4、仓门2、齿轮8、齿条9、导向片3、两个红外反射式接近开关传感器7、霍尔传感器11、磁铁10和单片机控制电路13；所述壳体6和导向片3分别固定在充电桩内壁1上，壳体6上开有导槽，导槽的宽度及厚度与仓门2相同，仓门2置于导槽内并可以沿着导槽直线运动，两片导向片3对称的设置于仓门2的相对两侧，且所述两片导向片3与壳体6上的导槽沿直线导向配合；仓门2上设置有齿条9，齿条9的延伸方向与仓门2沿导槽直线运动的方向一致，步进电动机4固定在壳体6上，且步进电动机4的转轴上设置有与齿条9配套的齿轮8；
两个红外反射式接近开关传感器7设置于充电桩内壁1上，其中一个用于检测仓门2完全打开，另外一个用于检测仓门2完全关闭；磁铁10设置于齿轮8的外侧端面边缘，并与齿轮8固定为一体，沿齿轮8的转轴方向与磁铁10对应的位置设有霍尔传感器11；两个红外反射式接近开关传感器7的传输线连接到单片机控制电路13的开关信号读取电路接口端，霍尔传感器11的传输线连接到单片机控制电路13的卡住信号读取电路接口端，单片机控制电路13的步进电动机驱动电路接口端与步进电动机4相接、单片机控制电路13的总控制端与电动汽车充电桩的中央控制器连接。
所述单片机控制电路13包括开关信号读取电路、卡住信号读取电路、步进电动机驱动电路，这三个电路均与单片机控制电路13中的单片机相连接；所述磁铁10数量为3～7个，且等间隔设置于齿轮8的外侧端面边缘；所述霍尔传感器11通过传感器支架12固定于壳体6；所述步进电动机4通过步进电动机支架5固定在壳体6上；所述齿轮8的转轴方向于齿条9在仓门2上的的延伸方向垂直。
下面结合附图及具体实施方式，对本发明做进一步说明。
结合图1、图2，本发明的电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置，包括壳体6、步进电动机4、步进电动机支架5、仓门2、齿轮8、齿条9、导向片3、两个红外反射式接近开关传感器7、霍尔传感器11、一个以上磁铁10、传感器支架12和单片机控制电路13；
所述壳体6和导向片3分别固定在充电桩内壁1上，壳体6上开有导槽，导槽的宽度及厚度与仓门2相同，仓门2置于导槽内并可以沿着导槽直线运动，两片直角形的导向片3对称的设置于仓门2的相对两侧，仓门2置于两个导向片3的直角与充电桩内壁1形成的卡槽内，且所述两片导向片3形成的卡槽与壳体6上的导槽沿直线导向配合；仓门2上设置有齿条9，齿条9的延伸方向与仓门2沿导槽直线运动的方向一致，步进电动机4通过步进电动机支架5固定在壳体6上，且步进电动机4的转轴上设置有与齿条9配套的齿轮8；两个红外反射式接近开关传感器7设置于充电桩内壁1上，其中一个(上侧)红外反射式接近开关传感器7位于仓门2完全打开时对应的位置，另外一个(下侧)红外反射式接近开关传感器7位于仓门2完全关闭对应的位置；3个磁铁10等间隔设置于齿轮8的外侧端面边缘，并与齿轮8固定为一体，沿齿轮8的转轴方向与磁铁10对应的位置设有霍尔传感器11，霍尔传感器11通过传感器支架12固定于壳体6，两个红外反射式接近开关传感器7的传输线分别连接到单片机控制电路13的开关信号读取电路接口端，霍尔传感器11的传输线连接到单片机控制电路13的卡住信号读取电路接口端，单片机控制电路13的步进电动机驱动电路接口端与步进电动机4相接、单片机控制电路13的总控制端与电动汽车充电桩的中央控制器连接。
所述的单片机控制电路13包括开关信号读取电路、卡住信号读取电路、步进电动机驱动电路，这三个电路均与单片机控制电路13中的单片机相连接。
本发明的电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置，仓门打开与仓门关闭的工作流程分别如下：
一、仓门打开工作流程
第一步：单片机控制电路13中的单片机检测电动汽车充电桩的中央控制器发送来的控制信号，并进行判断，如果检测到开启信号，则进行下一步；
第二步：单片机控制电路13通过步进电动机驱动电路接口端向步进电动机4发送正向转动脉冲即正向转动信号；
第三步：步进电动机4接收到正向转动信号后，通过步进电动机4的轴带动齿轮8正向转动，从而齿轮8带动固定在仓门2上的齿条9正向运动，打开仓门2；同时单片机控制电路13通过卡住信号读取电路接口端读取霍尔传感器11的信号，如果发生意外卡住，则转入意外卡住程序，否则进行下一步；
第四步：当仓门2完全打开时，对应位置的红外反射式接近开关传感器7通过开关信号读取电路接口端向单片机控制电路13发送开门结束信号，然后单片机控制电路13通过步进电动机驱动电路接口端向步进电动机4发送停止转动脉冲，电动机停止运动，实现了仓门的完全打开。
二、仓门关闭工作流程
第一步：单片机控制电路13中的单片机检测电动汽车充电桩的中央控制器发送来的控制信号，并进行判断，如果检测到关闭信号，则进行下一步；
第二步：单片机控制电路13通过步进电动机驱动电路接口端向步进电动机4发送反向转动脉冲即反向转动信号；
第三步：步进电动机4接收到反向转动信号后，通过步进电动机4的轴带动齿轮8反向转动，从而齿轮8带动固定在仓门2上的齿条9反向运动，关闭仓门2；同时单片机控制电路13通过卡住信号读取电路接口端读取霍尔传感器11的信号，如果发生意外卡住，则转入意外卡住程序，否则进行下一步；
第四步：当仓门2完全关闭时，对应位置的红外反射式接近开关传感器7通过开关信号读取电路接口端向单片机控制电路13发送关门结束信号，然后单片机控制电路13通过步进电动机驱动电路接口端向步进电动机4发送停止转动脉冲，电动机停止运动，实现了仓门的完全关闭。
三、意外卡住程序
第一步：发生意外卡住时，霍尔传感器11通过卡住信号读取电路接口端向单片机控制电路13发送意外卡住信号；
第二步：单片机控制电路13通过步进电动机驱动电路接口端向步进电动机4发送相反方向的脉冲信号，仓门2反向运动，运动到完全打开或者关闭的那个状态，短暂延时后恢复发生意外情况时的开或关运动；
第三步：如果上述运动完成，则程序结束，等待下次命令；否则，转入第二步，如果重复三次，仍然不能完成运动，则仓门2会保持在相反的状态，即完全关闭(或开启)的状态，等待维修人员进行处理。
当用户需要给电动汽车充电时，通过刷卡，启动电动汽车充电桩充电端口的仓门打开工作流程，待仓门完全打开后，用户即可进行充电；仓门关闭时也是同样的道理，用户从充电插座上拔掉插头后，启动仓门关闭工作流程，使仓门完全关闭从而保护电动汽车充电桩充电端口的安全。
假如仓门在关闭过程中，用户从充电插座上拔掉插头后，没有及时从充电桩壳体中拿出，那么仓门在关闭时将会卡住充电插头，不能实现完全关闭，这时单片机控制电路由于没有检测到关门结束信号，会继续向步进电动机发送关闭信号，而仓门因为卡住充电插头，没有产生移动，那么仓门上的齿条也不会有运动，与齿条配套的齿轮也没有转动，齿轮如果没有转动，那么霍尔传感器反馈信号就不再发生变化，因为单片机控制电路不断向步进电动机发送转动信号，而反馈的霍尔传感器信号却不发生变化，通过这个比较判断仓门意外卡住，从而转入仓门意外卡住程序，实现仓门的意外卡住处理。
本发明电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置结构简单，容易装配；驱动机构为小型步进电动机，能耗小，且具有调速功能，能够使仓门开关过程中速度适中；通过安装在充电桩内壁上的两个红外反射式接近开关传感器反馈仓门的开关到位信号，实现仓门的精确控制；霍尔传感器和磁铁反馈仓门的运动状态，能够处理仓门在运动中遇到卡住充电插头或其他物品的情况，实现仓门运动中的自动控制功能，安全可靠。
Claims (6)
1.一种电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置，其特征在于，包括壳体(6)、步进电动机(4)、仓门(2)、齿轮(8)、齿条(9)、导向片(3)、红外反射式接近开关传感器(7)、霍尔传感器(11)、磁铁(10)和单片机控制电路(13)；
所述壳体(6)和导向片(3)分别固定在充电桩内壁(1)上，壳体(6)上开有导槽，导槽的宽度及厚度与仓门(2)相同，仓门(2)置于导槽内并可以沿着导槽直线运动，两片导向片(3)对称的设置于仓门(2)的相对两侧，且所述两片导向片(3)与壳体(6)上的导槽沿直线导向配合；仓门(2)上设置有齿条(9)，齿条(9)的延伸方向与仓门(2)沿导槽直线运动的方向一致，步进电动机(4)固定在壳体(6)上，且步进电动机(4)的转轴上设置有与齿条(9)配套的齿轮(8)；
两个红外反射式接近开关传感器(7)设置于充电桩内壁(1)上，其中一个用于检测仓门(2)完全打开，另外一个用于检测仓门(2)完全关闭；磁铁(10)设置于齿轮(8)的外侧端面边缘，并与齿轮(8)固定为一体，沿齿轮(8)的转轴方向与磁铁(10)对应的位置设有霍尔传感器(11)；
两个红外反射式接近开关传感器(7)的传输线连接到单片机控制电路(13)的开关信号读取电路接口端，霍尔传感器(11)的传输线连接到单片机控制电路(13)的卡住信号读取电路接口端，单片机控制电路(13)的步进电动机驱动电路接口端与步进电动机(4)相接、单片机控制电路(13)的总控制端与电动汽车充电桩的中央控制器连接。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置，其特征在于：所述单片机控制电路(13)包括开关信号读取电路、卡住信号读取电路、步进电动机驱动电路，这三个电路均与单片机控制电路(13)中的单片机相连接。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置，其特征在于：所述磁铁(10)数量为3～7个，且等间隔设置于齿轮(8)的外侧端面边缘。
4.根据权利要求3所述的电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置，其特征在于：所述霍尔传感器(11)通过传感器支架(12)固定于壳体(6)。
5.根据权利要求3所述的电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置，其特征在于：所述步进电动机(4)通过步进电动机支架(5)固定在壳体(6)上。
6.根据权利要求3所述的电动汽车充电桩充电端口的安全防护装置，其特征在于：所述齿轮(8)的转轴方向于齿条(9)在仓门(2)上的的延伸方向垂直。
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