CN104890520A - 一种侧向受电器及电动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种侧向受电器，包括四连杆机构和集电头(5)，所述四连杆机构包括底座(1)、上杆(2)、下杆(3)及拉杆(4)，所述集电头(5)设于所述上杆(2)的外延端，所述四连杆机构带动所述集电头(5)具有垂直升降行程和横向运动行程，在垂直升降行程内，所述拉杆(4)保持定长，在横向运动行程内，所述拉杆(4)具有伸缩自由度，所述集电头(5)的受流部位在横向运动方向上位于其外侧。该受电器允许停车位置存在较大偏差距离，便于车辆操作，而且在车身发生晃动的情况下仍能保证稳定受流，还具有结构稳定、占用空间小等优点。本发明还公开了设有所述侧向受电器的电动车辆。

Description

一种侧向受电器及电动车辆

技术领域

本发明涉及快速充电的受电技术领域，特别是用于对储能式电动公交车等电动车辆进行快速充电的受电器。本发明还涉及设有所述受电器的电动车辆。

背景技术

随着社会的发展，节能、环保等城市轨道交通发展理念不断提升，储能式电动公交车辆应运而生，所谓储能式电动公交车辆是指使用超级电容来存储电能作为动力进行牵引，采用车顶受电器受流及回流，并利用乘客在站台上下车的几十秒的时间内快速完成充电，一次充电可保证储能式电动公交车辆运行至下一站再进行充电，正是由于上述特点，该车型得到了越来越多的推广使用。

请参考图1、图2，图1为现有储能式电动公交车充电系统的受电器结构示意图；图2为图1的侧视图。

如图所示，现有储能式电动公交车充电系统的受电器，其整体机构可理解为一组沿车辆纵向安装的四连杆机构，供电轨1'安装于受电器2'(或受电弓)的正上方。由于四连杆机构中各杆件为定长，且杆件长度按一定比例设定，在弹簧或气缸驱动力的作用下，受电器2'的集电头3'可实现近似垂直升降，并在垂直升起一定高度后与正上方供电轨1'接触，实现对车辆受流。

这种受电器与其他轨道交通车辆、无轨交通车辆等安装于车顶的受电器(或受电弓)的工作原理基本相同，较为适用于轨道交通车辆，当其应用于无轨交通车辆，例如储能公交车时，存在以下不足：

第一，现代储能公交车采用普通的橡胶车轮，无轨道导向运行，司乘人员停车误差较大，而上述受电器允许的停车位置横向偏差距离只有200mm左右，对司乘人员的操作技术要求较高，每次充电对车辆进站时的停车位置及停车角度提出了较高要求，较难满足现场使用要求，不仅不利于车辆的操作方便性，还导致了车辆充电不稳定。

第二，由于采用车辆进站，受电器升起与正上方的供电轨接触充电的方式给车辆提供动能，乘客上下车时，车身晃动会导致安装于车顶的受电器一起晃动，如此受电器上的集电头会在供电轨上左右晃动，增加了接触电阻，容易导致受流问题。

第三，为保证集电头在升起后能够与供电轨接触，集电头通常设计成长滑板形式，而过长的集电头会导致结构不稳定。

第四，受电器落下后，会较大的占用车辆顶部空间，影响车顶逃生门等其他设备布置。

因此，如何增大受电器允许的停车位置偏差距离，以便于车辆操作，并提高受流的稳定性，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种侧向受电器。该受电器允许停车位置存在较大偏差距离，便于车辆操作，而且在车身发生晃动的情况下仍能保证稳定受流，还具有结构稳定、占用空间小等优点。

本发明的另一目的是提供一种设有所述侧向受电器的电动车辆。

为实现上述第一目的，本发明提供一种侧向受电器，包括四连杆机构和集电头，所述四连杆机构包括底座、上杆、下杆及拉杆，所述集电头设于所述上杆的外延端，所述四连杆机构带动所述集电头具有垂直升降行程和横向运动行程，在垂直升降行程内，所述拉杆保持定长，在横向运动行程内，所述拉杆具有伸缩自由度，所述集电头的受流部位在横向运动方向上位于其外侧。

优选地，所述拉杆为伸缩式拉杆或弹性拉杆，其固定端与所述底座相铰接，伸缩端与所述上杆相铰接。

优选地，所述伸缩式拉杆为设有预压力的伸缩式拉杆。

优选地，所述伸缩式拉杆为设有预压力的气缸。

优选地，所述拉杆设有伸缩控制机构。

优选地，所述伸缩控制机构在所述集电头从垂直起升运动转变为横向外移运动时释放所述拉杆使其能够进行伸缩，在所述集电头从横向内移运动转变为垂直下降运动时锁定所述拉杆使其保持定长。

优选地，所述伸缩控制机构包括：

定滑轮，设于所述拉杆下端处；

定滑轮组，设于所述下杆下端的转轴上；

动滑轮组，通过移动机构安装于所述底座；

钢丝绳，绕经所述定滑轮后交替缠绕于所述定滑轮组和动滑轮组，其一端连接所述上杆与拉杆的铰接端或拉杆的伸缩端，另一端连接于所述底座；

凸轮，同轴固定于所述下杆下端的转轴上，其支撑所述动滑轮组并在转动时带动所述动滑轮组收紧或放松所述钢丝绳。

优选地，所述动滑轮组的一侧设有同轴的从动轮，所述凸轮与所述从动轮相啮合。

优选地，所述动滑轮组与底座之间设有缓冲弹簧。

优选地，所述动滑轮组通过摆动支架可摆动的安装于所述底座。

优选地，所述集电头的多道电极在其外侧以上下间隔的方式平行分布。

为实现上述第二目的，本发明提供一种电动车辆，包括车身、电力驱动系统以及充电系统，所述充电系统设有受电器，所述受电器为上述任一项所述的侧向受电器，所述侧向受电器垂直于所述车身长度方向安装于车顶。

本发明将受电器四连杆机构中的拉杆设计为可伸缩式结构，同时将集电头的受流部位设计在外立面，从而形成在侧方位进行受电的侧向受电器，工作时，供电轨安装于受电器的侧方位，通过拉杆在运动过程中的长度变化，使集电头的运动分解为垂直升降和横向运动的变轨迹运动，集电头先近似垂直升起到一定高度后(>1500mm)，在纵向自由度限制机构的配合下，可继续向外侧水平运动一定距离(>600mm)，直至与供电轨接触实现受电功能，在集电头垂直升降过程中拉杆保持定长，在集电头水平运动过程中拉杆近似线性伸长，由于其集电头具有长距离水平运动功能，因此可以增大允许的停车位置偏差距离，便于车辆操作并提高受流的稳定性，特别适用于现代储能式电动公交车。

本发明所提供的电动车辆设有上述侧向受电器，由于所述侧向受电器具有上述技术效果，因此，设有该侧向受电器的电动车辆也应具有相应的技术效果。

附图说明

图1为现有储能式电动公交车充电系统的受电器结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明所提供侧向受电器的设计原理图；

图4为本发明所提供侧向受电器的一种具体实施方式的结构示意图；

图5为图4中定滑轮组与动滑轮组部位的局部放大图；

图6为图4所示侧向受电器的使用状态参考图。

图1、图2中：

供电轨1'  受电器2'  集电头3'

图3至图6中：

1.底座  2.上杆  3.下杆  4.拉杆  5.集电头  6.钢丝绳  7.定滑轮  8.定滑轮组  9.动滑轮组  10.凸轮  11.摆动架  12.转轴  13.从动轮  14.缓冲弹簧  15.供电轨  16.导向板  17.车身  18.气缸  19.弹簧

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本文中的上、下、内、外等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定。

请参考图3、图4，图3为本发明所提供侧向受电器的设计原理图；图4为本发明所提供侧向受电器的一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施例中，本发明提供的侧向受电器主要由底座1、上杆2、下杆3、拉杆4和集电头5等构成，其中底座1、上杆2、下杆3和拉杆4形成带动集电头5运动的四连杆机构，下杆3的下端通过转轴与底座1相铰接，上端与上杆2相铰接，拉杆4的下端与底座1相铰接，上端与上杆2尾端的拐臂相铰接，上杆2设计成向外延伸的一端较窄，而另一端较宽的“V”字形框架结构，因此又称为上框架。

拉杆4为伸缩式拉杆，这里采用设有预压力的气缸，其缸体下端与底座1相铰接，活塞杆上端与上杆2相铰接，集电头5通过万向轴承安装在上杆2的外延端，集电头5的受流部位位于其横向运动方向的外侧，其用于受流的多道电极在外立面上以上下间隔的方式平行分布。

请一并参考图5，图5为图4中定滑轮组与动滑轮组部位的局部放大图。

拉杆4设有伸缩控制机构，以便在集电头5从垂直起升运动转变为横向外移运动时释放拉杆4使其能够进行伸缩，并在集电头5从横向内移运动转变为垂直下降运动时锁定拉杆4使其保持定长。

具体地，伸缩控制机构主要由钢丝绳6、定滑轮7、定滑轮组8、动滑轮组9以及凸轮10等部件构成，其中，定滑7轮就近安装于拉杆4的下端处，定滑轮组8安装在下杆3下端的转轴上，动滑轮组9通过一“Y”字形摆动架11安装于底座1，摆动架11的下端与底座1相铰接，动滑轮组9位于其上端的槽口中，钢丝绳6的一端连接在上杆2与拉杆4的铰轴外侧，另一端连接于底座1，其在绕经定滑轮7后交替缠绕于定滑轮组8和动滑轮组9，定滑轮7以上的钢丝绳6与拉杆4平行，以保证钢丝绳拉力与拉杆受力方向一致，使受力形式更加合理。

凸轮10用于在转动时通过凸轮面调整动滑轮组9的位置，其同轴固定在下杆3下端的转轴12上，动滑轮组9的一侧设有同轴的从动轮13，凸轮10与从动轮13相啮合，动滑轮组9的从动轮13支撑在凸轮10上，凸轮10在随转轴12一起转动时可带动动滑轮组9收紧或放松钢丝绳6。

从动轮13的作用是在凸轮10推动动滑轮组9移动时避免干摩擦，如果不设计从动轮13，由凸轮10直接带动动滑轮组9也是可行的。

为避免凸轮10放松钢丝绳6后，钢丝绳6瞬间释放在造成较大的冲击，在动滑轮组9一侧与底座1之间设有缓冲弹簧14。

请参考图6，图6为图4所示侧向受电器的使用状态参考图。

如图所示，在实际使用时，供电装置安装在充电地点，通常为公交车站台，其供电轨15在车辆上方的侧部竖直安装，多道供电轨15上下间隔平行分布，其排列方式与集电头5电极的排列方式相一致，各供电轨15的长度大于集电头5电极的长度，以便车辆进站时集电头5在前后较大区域内都能与供电轨15接触，各供电轨15的宽度可略宽于集电头5电极的宽度，以提高受流的稳定性，导向板16(或导向轨)以垂直于供电轨平面的方式水平安装在供电轨15上方，用于在集电头5升起至一定高度后限制其纵向自由度，使其不再继续向上运动，而改为向外横向运动，具体可采用平整的钢板等，侧向受电器以垂直于车身17长度方向的方式安装在车顶上，其四连杆机构的升降平面和集电头的横向运动方向均垂直于车身17的长度方向。

当车辆进站，受电器集电头5需要与供电轨15接触时，气缸18、弹簧19共同作用使转轴12转动，由于凸轮10的凸起部位与动滑轮组9的从动轮13相啮合，因此转轴12在开始转动的一定角度内(例如0～30度)动滑轮组9不动作，钢丝绳6长度固定不变，拉杆4的气缸中一直存在气压，钢丝绳6对气缸的拉力大于气缸压力，气缸长度保持不变，集电头5在垂直于车身长度方向的竖向平面内以近似垂直的方式升起。

当集电头5升起至1500mm左右高度时，通过其顶部的防摩擦滚轮支撑在导向板16的下表面上，此时转轴12带动凸轮10转动的角度大于30度，凸轮10的非凸起部位开始与动滑轮组9的从动轮13相啮合，在钢丝绳6的拉力作用下，动滑轮组9连同其摆动架11一起向定滑轮组方向摆动，使钢丝绳6得到释放，由于钢丝绳6长度释放，钢丝绳6对气缸的拉扯力消除，气缸在气压作用下线性伸长，实现可伸缩式拉杆功能。此时，集电头5在导向板16的限制下不再向上升起，拉杆4自动改变长度，集电头5在垂直于车身长度方向的竖向平面内可向外侧横向运动0～700mm，直至与供电装置的供电轨15接触受流，在完成充电后，执行反向动作即可将受电器收回至折叠状态，在收回过程中，当集电头5下降时，气缸的预压力能使拉杆自动缩回。

由于定滑轮组8和动滑轮组9上往复缠绕有多圈钢丝绳，根据动滑轮的行程放大原理，其放大系数与定滑轮和动滑轮的数量相关，如果其放大系数为N，则当动滑轮组9向定滑轮组8移动一段距离L后，能释放的钢丝绳长度为L×N，因此动滑轮组9仅产生较小的移动即可释放或收回足够长的钢丝绳来满足拉杆4伸长和缩回的需要。

当然，动滑轮组9除了采用摆动架11安装在底座1上之外，还可以通过直线运动机构等其他移动机构安装在底座1上，例如，将动滑轮组9的两端安装在滑轨上，使其在钢丝绳6拉力和凸轮10的作用下能够在滑轨上移动，同样能够实现释放和收回钢丝绳6的功能，即不论动滑轮组9如何安装，只要保证其能够远离和靠近定滑轮组8即可。

除了气缸之外，拉杆4还可以设计成其他形式，例如弹性拉杆。具体地，这种弹性拉杆可由实体拉杆和弹簧对接形成，实体拉杆位于下端，与底座相铰接，弹簧位于上端与上杆相铰接，弹簧的规格可根据集电头向上升起时拉杆所承受的力来确定，以保证在垂直升降行程内，弹簧长度不会发生变化，而在横向运动行程内，弹簧可以进行伸缩。此种方式主要通过力值计算来控制弹簧可以伸缩的节点，因此无需为拉杆设置伸缩控制机构，是本发明较为简易的一种实施方式。

作为拉杆4的另一种形式，其可以由两节通过伸缩结构组合在一起的杆段组成，两杆段之间设置弹簧，通过弹簧获得预压力，同样能够实现类似于气缸拉杆的功能。

对于需要设置伸缩控制机构的拉杆来讲，其拉杆伸缩控制机构除了上述钢丝绳-滑轮-凸轮的结构形式之外，还可以采用以下形式。

一种是电气化控制，可采用在气缸缸体与活塞杆之间插入或退出锁销的方式来锁定或解除气缸拉杆的伸缩功能，锁销由小型电机、气缸或电磁机构控制，为控制锁销的动作时机，可以在四连杆机构上安装角度传感器其或行程开关，当集电头5起升到一定高度后，角度传感器输出角度信号，控制锁销进行动作，或者由四连杆机构的杆件触发行程开关，进而控制锁销进行动作。

另一种是机械化控制，由于在起升过程中，各杆件之间的相对位置始终在发生变化，因此可以利用上杆相对于拉杆4的角度变化来控制拉杆4的伸缩时机。

例如，依然采用在气缸缸体与活塞杆之间插入或退出锁销的方式来锁定或解除气缸拉杆的伸缩功能，与上述电气化控制方式的不同之处在于，机械化方式在上杆2设有触发块或触发板，其直接与锁销相配合，或通过传动机构与锁销连接，当集电头5起升到一定高度后，触发块或触发板可直接或通过传动机构带动销轴向外退出，从而解除对气缸和活塞杆的锁定，当集电头5需要下降时，触发块或触发板又可以直接或通过传动机构带动销轴向内移动，从而重新锁定气缸和活塞杆。

上述实施例仅是本发明的几种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，上述实施例利用受电器转动时转轴转动作为驱动实现拉杆可伸缩性，除此之外可采用电机(控制涡轮蜗杆、丝杆、齿轮等)、气缸等作为驱动方式实现拉杆可伸缩性，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

除了上述侧向受电器，本发明还提供一种电动车辆，包括车身、电力驱动系统以及充电系统，充电系统设有受电器，且受电器为上文所述的侧向受电器，侧向受电器垂直于车身长度方向安装于车顶，即侧向受电器的四连杆机构的升降平面和集电头的横向运动方向均垂直于车身的长度方向，其余结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的侧向受电器及电动车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种侧向受电器，包括四连杆机构和集电头(5)，所述四连杆机构包括底座(1)、上杆(2)、下杆(3)及拉杆(4)，所述集电头(5)设于所述上杆(2)的外延端，其特征在于，所述四连杆机构带动所述集电头(5)具有垂直升降行程和横向运动行程，在垂直升降行程内，所述拉杆(4)保持定长，在横向运动行程内，所述拉杆(4)具有伸缩自由度，所述集电头(5)的受流部位在横向运动方向上位于其外侧。

2.根据权利要求1所述的侧向受电器，其特征在于，所述拉杆(4)为伸缩式拉杆，其固定端与所述底座(1)相铰接，伸缩端与所述上杆(2)相铰接。

3.根据权利要求2所述的侧向受电器，其特征在于，所述伸缩式拉杆为设有预压力的伸缩式拉杆。

4.根据权利要求3所述的侧向受电器，其特征在于，所述伸缩式拉杆为设有预压力的气缸。

5.根据权利要求2所述的侧向受电器，其特征在于，所述拉杆设有伸缩控制机构。

6.根据权利要求5所述的侧向受电器，其特征在于，所述伸缩控制机构在所述集电头(5)从垂直起升运动转变为横向外移运动时释放所述拉杆(4)使其能够进行伸缩，在所述集电头(5)从横向内移运动转变为垂直下降运动时锁定所述拉杆(4)使其保持定长。

7.根据权利要求6所述的侧向受电器，其特征在于，所述伸缩控制机构包括：

定滑轮(7)，设于所述拉杆(4)下端处；

定滑轮组(8)，设于所述下杆(3)下端的转轴(12)上；

动滑轮组(9)，通过移动机构安装于所述底座(1)；

钢丝绳(6)，绕经所述定滑轮(7)后交替缠绕于所述定滑轮组(8)和动滑轮组(9)，其一端连接所述上杆(2)与拉杆(4)的铰接端或拉杆(4)的伸缩端，另一端连接于所述底座(1)；

凸轮(10)，同轴固定于所述下杆(3)下端的转轴(12)上，其支撑所述动滑轮组(9)并在转动时带动所述动滑轮组(9)收紧或放松所述钢丝绳(6)。

8.根据权利要求7所述的侧向受电器，其特征在于，所述动滑轮组(9)的一侧设有同轴的从动轮(13)，所述凸轮(10)与所述从动轮(13)相啮合。

9.根据权利要求8所述的侧向受电器，其特征在于，所述动滑轮组(9)与底座(1)之间设有缓冲弹簧(14)。

10.根据权利要求9所述的侧向受电器，其特征在于，所述动滑轮组(9)通过摆动架(11)可摆动的安装于所述底座(1)。

11.根据权利要求1至10任一项所述的侧向受电器，其特征在于，所述集电头(5)的多道电极在其外侧以上下间隔的方式平行分布。

12.一种电动车辆，包括车身(7)、电力驱动系统以及充电系统，所述充电系统设有受电器，其特征在于，所述受电器为上述权利要求1至11任一项所述的侧向受电器，所述侧向受电器垂直于所述车身(7)长度方向安装于车顶。