CN107959313B - 一种充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充电系统。充电系统包括：系统基座，其具有支撑表面；充电电极头，用于与待充电装置耦接以对其进行充电；电极头安装装置，用于将所述充电电极头安装到所述系统基座，其中所述电极头安装装置包括支撑臂、支撑座，所述支撑臂的一端通过所述支撑座固定到所述系统基座的所述支撑表面，以使得所述支撑臂能够以所述支撑臂的所述一端为支点转动，并且所述支撑臂的另一端与所述充电电极头连接，使得：当所述支撑臂以所述一端为支点转动时，所述支撑臂的转动使得所述充电电极头能够上下或左右运动。通过本发明的实施例，可以实现充电接口的自动对接。

Description

一种充电系统

技术领域

本发明涉及一种充电系统，具体涉及一种插入式自动充电系统。

背景技术

电动车辆目前已经较为常见。对于电动车辆而言，需要对电池进行频繁地充电，以保持其动力性能。

普通的充电接口在充电时，大多都需要操作者手动操作，将公头和母头对接，从而形成充电回路进行充电操作。如图1A-B所示为电动汽车的充电接口。如图2A-B所示为叉车的充电接口。图1A-B和图2A-B所示的这两种接口都能够实现大电流充电。

这两种充电接口的缺点是：在每次充电时都需要人员操作实现充电。在多台自动仓储设备的应用过程中如果频繁的需要人工操作充电会降低设备的便捷性。

发明内容

为了实现上述的发明目的，本发明采用如下的技术方案。

本发明提供一种充电系统，包括：

系统基座，其具有支撑表面；

充电电极头，用于与待充电装置耦接以对其进行充电；

电极头安装装置，用于将所述充电电极头安装到所述系统基座，

其中所述电极头安装装置包括支撑臂、支撑座，所述支撑臂的一端通过所述支撑座固定到所述系统基座的所述支撑表面，以使得所述支撑臂能够以所述支撑臂的所述一端为支点转动，并且所述支撑臂的另一端与所述充电电极头连接，使得：当所述支撑臂以所述一端为支点转动时，所述支撑臂的转动使得所述充电电极头能够上下或左右运动。

根据一个实施例，所述支撑臂包括大致沿所述支撑表面延伸的第一部分和与所述第一部分连接且与所述支撑表面成一定角度地延伸出所述支撑表面的第二部分，其中所述支撑臂的所述一端在所述第一部分上，所述另一端在所述第二部分上。

根据一个实施例，所述一定角度为大致90度。

根据一个实施例，所述支撑臂能够以所述一端为支点围绕至少第一轴线和第二轴线转动，其中所述第一轴线垂直于所述系统基座的所述支撑表面且所述第二轴线平行于所述支撑表面。

根据一个实施例，所述电极头安装装置还包括围绕所述支撑臂且固定到所述支撑表面的限位装置，以将所述支撑臂的运动限制在所述支撑臂所限定的范围内。

根据一个实施例，所述限位装置包括刚性的限位框。

根据一个实施例，所述限位装置包括横跨所述支撑臂并且两端被固定到所述支撑表面的弹簧。

根据一个实施例，所述支撑座包括转动轴和销轴，其中所述转动轴垂直于所述支撑表面固定到所述支撑表面上并且能够围绕所述转动轴的中心轴线转动，所述销轴沿平行于所述支撑表面的方向穿过所述转动轴中的穿孔，并且所述销轴能够在所述穿孔中围绕所述销轴的中心轴线转动，其中所述销轴的两端连接至所述支撑臂的所述一端，以使得所述支撑臂能够围绕所述转动轴的中心轴线以及所述销轴的中心轴线进行转动。

根据一个实施例，所述充电电极头为电极母头，所述电极母头包括母头安装座以及布置在所述母头安装座中的用于接纳配对的电极公头的母头。

根据一个实施例，所述充电电极头为电极公头，所述电极公头包括公头安装座以及布置在所述公头安装座中的用于耦接配对的电极母头的公头。

根据一个实施例，所述充电电极头为电极母头，所述充电系统还包括位于待充电装置上的电极公头，所述电极公头包括公头安装座以及布置在所述公头安装座中的用于耦接配对的所述电极母头的公头。

根据一个实施例，所述公头安装座包括底座部分和从所述底座部分向前呈辐射状延伸的导向壁，其中所述底座部分中具有槽，所述公头位于所述槽中。

根据一个实施例，所述导向壁的纵剖面形状大致为梯形。

根据一个实施例，所述待充电装置为可移动车辆，其中在充电状态下，所述可移动车辆被容纳在所述支撑表面之下。

根据一个实施例，所述可移动车辆为AGV小车。

根据本发明的另一方面，提供一种电极公头，所述电极公头包括公头和公头安装座，所述公头安装座包括底座部分和从所述底座部分向前呈辐射状延伸的导向壁，其中所述底座部分中具有公头槽，所述公头位于所述公头槽中。

根据一个实施例，所述导向壁的纵剖面形状大致为梯形。

根据一个实施例，所述导向壁的形状类似于被截去顶尖部的四棱椎体、圆椎体或椭圆椎体的侧表面。

根据一个实施例，在所述底座部分的周边还设置有接纳槽，以用于在所述电极公头与配对的电极母头耦合时接纳所述电极母头的侧壁。

通过采用上述技术方案，本发明解决了由于每次充电都要人工插拔充电接口导致的设备使用便捷性低的问题。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。附图通过示例而非限制的方式概括地图解了本申请中讨论的各个实施例。这些附图不一定是按照比例绘制的。

图1A-B示出了根据现有技术的电动汽车的充电接口。

图2A-B示出了根据现有技术的叉车的充电接口。

图3示出了根据本申请的一个实施例的充电系统的立体示意图。

图4A-B示出了根据本申请的一个实施例的支撑座的放大图。

图5A-B示出了根据本申请的一个实施例的电极母头的立体示意图和横截面图。

图6A-C示出了根据本申请的一个实施例的母头的内部结构的立体示意图和截面图。

图7A-B示出了根据本申请的一个实施例的电极公头的立体示意图和横截面图。

图8是根据本申请的一个实施例的示出充电系统与待充电装置的示意图。

图9是根据本申请的一个实施例的示出电极公头与电极母头的自动对接过程的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

图3示出了根据本申请的一个实施例的充电系统200的立体示意图。如图3所示，充电系统200包括系统基座201(图3中示出了其一部分)、充电电极头202和电极头安装装置203。图3中还示出了待充电装置210及位于其上的第二充电电极头211。系统基座201具有支撑表面。充电电极头202用于与待充电装置210耦接(例如，与充电电极头202的第二充电电极头211耦接)以对其进行充电。电极头安装装置203用于将充电电极头202安装到系统基座201。如图3所示，电极头安装装置203可以包括支撑臂204和支撑座205。支撑臂204的一端204a通过支撑座205固定到系统基座201的支撑表面，以使得支撑臂204能够以这一端204a为支点转动。支撑臂204的另一端204b与充电电极头202连接。支撑臂204被配置为：当支撑臂204以端204a为支点转动时，支撑臂204的转动使得充电电极头202能够上下或左右运动。

在图3中所示的实施例中，支撑臂204为弯曲臂，其包括大致被支撑在支撑表面上的第一部分2041和与第一部分2041连接且与支撑表面成一定角度地延伸出支撑表面的第二部分2042。其中，支点端204a位于第一部分2041，与充电电极头202连接的端204b位于第二部分2042b。第一部分2041大致沿支撑表面延伸，第二部分2042与支撑表面成一定角度地延伸出支撑表面。

在图3中，支撑臂204被描绘为L形臂(即所述一定角度为90度)，其第一部分2041被支撑在支撑表面上沿着支撑表面延伸，第二部分2042延伸超出支撑表面并转而沿着垂直于支撑表面的方向延伸。但本领域技术人员将认识到，支撑臂204也可以是其他形状的弯曲臂，例如C形臂，只要该弯曲的支撑臂204可以将其自身绕其一端204a的转动运动转化成连接在其另一端204b的充电电极头202的上下或左右运动即可。图3中的示例将第一部分2041和第二部分2042示出为大致呈直线型，但本发明的范围不限于此，可以理解，第一部分2041和第二部分2042也可以分别为弯曲的形状。虽然图3中的示例将第一部分2041和第二部分2042示出为大致垂直，但本领域技术人员能够想到的是，第一部分2041和第二部分2042也可以成其他角度而不影响其功能的实现。另外，在图3中将第二部分2042示出为相对于支撑表面从与第一部分2041的连接处向下延伸。但可以理解的是，第二部分2042也可以相对于支撑表面从与第一部分2041的连接处向上延伸，这取决于待充电装置210的第二充电电极头211相对于充电电极头202的位置。在一个实施例中，第二部分2042相对于第一部分2041的位置或者说它们二者之间的角度是可以调节并固定的。在另一实施例中，第二部分2042的长度是可调的。在又一实施例中，第二部分2042在一定外力的作用下可以伸长或缩短。

在图3所示的示例中，支撑臂204的端204a通过支撑座205固定到系统基座201的支撑表面，使得支撑臂204能够以这一端204a为支点围绕至少第一轴线205a和第二轴线205b转动，其中第一轴线205a垂直于系统基座201的支撑表面且第二轴线205b平行于该支撑表面。但可以理解的是，本发明的范围并不限于这样的固定方式。可选地，支撑臂204还可以通过铰链式支撑座被铰接到支撑表面。

此外，充电电极头202可以以相对于支撑臂204固定不动的方式被连接到支撑臂204，也可以以相对于支撑臂204可以转动或可以上下或左右滑动的方式被连接到支撑臂204。在图3中，在支撑臂204的端204b处配置有连接适配件213，用于与充电电极头202相连接。虽然在图3中将连接适配件213示出为楔形，但可以理解，其可以是适当的任意形状以方便与充电电极头202连接。

在一个示例中，支撑臂204的第一部分2041与第二部分2042以角度可调的方式被连接到一起。在另一示例中，支撑臂204的第一部分2041与第二部分2042固定连接到一起，例如被一体地形成。在又一示例中，支撑臂204为非弯曲臂，即为大致直线型的臂。

在图3中，电极头安装装置203可选地还包括限位装置206。限位装置206围绕支撑臂204以将支撑臂204的运动限制在其所限定的范围内，防止充电电极头202不受控制地运动从而导致自动对接不成功。限位装置可以包括围绕支撑臂的刚性限位框或横跨支撑臂、两端被固定到支撑表面以束缚支撑臂的弹性件，或者两者都包括。在图3的实施例中，限位装置206包括刚性限位框207以及作为弹性件的弹簧208。限位框207固定在支撑表面上与支撑座205相距一定距离的位置处，支撑臂204被包围在该矩形结构中，使得支撑臂204只能最多在限位框207限定的范围内运动。弹簧208横跨支撑臂204并且两端被固定到支撑表面以将支撑臂204束缚到支撑表面。在受到外力(例如从充电电极头202传来的推力)时，支撑臂204克服弹簧208的弹力在限位框207限定的范围内运动。当外力消失后，支撑臂204在弹簧208的弹力作用下回复到原来的位置。在图3所示的示例中，限位框207被示出为矩形形状，但可以理解的是，其可以为其他任意形状。虽然弹性件在图3中被示出为弹簧208，但其可以是除此之外的其他弹性件，例如橡皮筋。

图4A-B示出了根据本申请的一个实施例的支撑座的放大图。支撑座205包括转动轴2031和销轴2032。转动轴2031垂直于支撑表面固定到支撑表面上并且能够围绕其自身的中心轴线转动。销轴2032沿平行于支撑表面的方向穿过转动轴2031中的穿孔，并且销轴2032也能够在所述穿孔中围绕其自身的中心轴线转动。销轴2032的两端连接至支撑臂204的一端204a，以使得支撑臂204能够围绕转动轴2031的中心轴线以及销轴2032的中心轴线进行转动。其中，销轴2032的中心轴线大致垂直于支撑臂204的第一部分2041的纵向方向。支撑臂204在端204a处具有空腔以容纳转动轴2031和销轴2032。

图4A-B只是示出了支撑座的一个实施例，在该实施例中，支撑臂204通过两个相互垂直的转轴连接到支撑表面。可以理解的是，具有其他结构的支撑座也可以将支撑座204连接到支撑表面并使得支撑臂能够在从充电电极头202传来的外力的作用下转动，从而带动充电电极头202上下左右运动。

充电电极头202可以为电极母头，也可以为电极公头。图5A-B示出了根据本申请的一个实施例的电极母头的立体示意图和截面图。电极母头包括母头安装座2091和用于接纳配对的电极公头的母头2092，母头安装座2091中具有凹槽2093，两个母头2092被容纳在该凹槽2093中。虽然将母头安装座2091示出为部分中空的大致四面体形状，但其也可以为其他形状，例如圆柱体形状、椭圆柱体形状等。

图6示出了根据本申请的一个实施例的母头的内部结构的立体示意图和横截面图。图6中的母头的线簧丝是双曲线铜栅格结构，可以将公头表面紧紧抱住，提供较大的接触压力和十多个接触点，这样可以降低接触电阻，有利于传导大电流。其余部分起到固定线簧丝和将线簧丝上的电流传导出来的作用。

图7A-B示出了根据本申请的一个实施例的电极公头的立体示意图和横截面图。电极公头包括公头安装座以及布置在公头安装座中的用于耦接配对的电极母头的公头2082。公头安装座包括底座部分2083和由底座部分2083向前呈辐射状延伸的导向壁2081，底座部分2083中具有公头槽2084，两个公头2082分别位于两个公头槽2084中。公头槽2084的形状与深度与电极母头的母头2092的形状和大小适配，以便在电极母头与电极公头对接时恰好容纳母头2092且公头2082插入母头2092中与其紧密配合。公头槽2084的深度设置为使得容纳于其中的公头的顶端与底座部分2083的上表面基本齐平或略低。底座部分2083的周边还设置有接纳槽2085，以用于在母头2092与公头2093耦合时接纳电极母头的侧壁。在一个实施例中，底座部分2083的横截面与电极母头的母头安装座2091的横截面大致相同。导向壁2081的纵剖面形状大致为梯形。在图7的示例中，导向壁2081的形状类似于被截去顶尖部的四棱椎体的侧表面，且底座部分2083的横截面为矩形。可以想到，导向壁2081的形状还可以类似于被截去顶尖部的圆锥体或椭圆椎体的侧表面，且底座部分2083的横截面为圆形或椭圆形。在电极公头和电极母头的对接过程中，电极母头的母头安装座前沿与电极公头的导向壁的内表面接触，并相互施加推力，推力被传给支撑臂，使其发生转动，从而使得与其相连接的电极母头或电极公头上下或左右运动，以更好地配合对应的电极公头或电极母头的位置，使得电极母头的母头安装座前沿沿着导向壁相对运动到公头安装座的底座部分处，在待充电装置的前进推力下母头安装座的侧壁插入公头安装座的接纳槽并且母头进入公头槽中，使得公头完全插入母头中。

在一个实施例中，充电电极头202为电极母头，位于待充电装置210上的第二充电电极头211为配对的电极公头。在另一实施例中，充电电极头202为电极公头，位于待充电装置210上的第二充电电极头211为配对的电极母头。

根据本申请的实施例，待充电装置为可移动车辆，例如AGV小车(智能引导车)。当AGV小车需要充电时，其驶入充电站，靠近如上所述的充电系统。图8根据本申请的一个实施例的示出充电系统与作为待充电装置的AGV小车的示意图。如图8所示，除以上所示的组件外，在系统基座的支撑表面上还置有电器箱212。在电器箱212中容纳有与AGV小车的电池配套的充电器。充电电缆由充电器出发从电器箱出来、穿过空心的支撑臂、最终连接到充电电极头202。在图8的示例中，系统基座的支撑表面被支撑腿支撑，在处于充电状态时，AGV小车可被容纳在支撑表面之下。

图9是根据本申请的一个实施例的示出电极公头与电极母头的自动对接过程的示意图。在该示例中，充电电极头202为电极母头，位于待充电AGV上的第二充电电极头211为电极公头。在自动充电前，AGV根据地面上的二维码进行定位。确定位置正确后基于惯性导航的原理慢慢往前行驶，此时母头安装座的边缘在AGV前进方向上的延长线在电极公头的公头安装座的导向壁内部(如图9中的状态1)。当行驶到一定距离时，母头安装座的边缘与公头安装座的导向壁相互接触(如图9中的状态3)。然后母头安装座的边缘沿着公头安装座的导向壁移动(如图9中的状态4、5)，在这个过程中，由前进的导向壁施加给母头安装座的推力导致与母头安装座相连的支撑臂绕着支点转动，从而带动母头安装座上下或左右移动。AGV继续往前前进，最终公头和母头完成自动对接(如图9中的状态6)。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种充电系统，其特征在于，包括：

系统基座，其具有支撑表面；

充电电极头，用于与待充电装置耦接以对其进行充电；

电极头安装装置，用于将所述充电电极头安装到所述系统基座，

其中，所述电极头安装装置包括支撑臂、支撑座，所述支撑臂的一端通过所述支撑座固定到所述系统基座的所述支撑表面，以使得所述支撑臂能够以所述支撑臂的所述一端为支点转动，并且所述支撑臂的另一端与所述充电电极头连接，所述支撑臂的另一端配置有连接适配件，所述连接适配件用于与充电电极头相连接，使得：当所述支撑臂以所述一端为支点转动时，所述支撑臂的转动使得所述充电电极头能够上下或左右运动；

所述支撑臂能够以所述一端为支点围绕至少第一轴线和第二轴线转动，其中，所述第一轴线垂直于所述系统基座的所述支撑表面且所述第二轴线平行于所述支撑表面。

2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述支撑臂包括大致沿所述支撑表面延伸的第一部分和与所述第一部分连接且与所述支撑表面成一定角度地延伸出所述支撑表面的第二部分，其中所述支撑臂的所述一端在所述第一部分上，所述另一端在所述第二部分上。

3.根据权利要求2所述的充电系统，其特征在于，所述一定角度为大致90度。

4.根据权利要求1或2所述的充电系统，其特征在于，所述电极头安装装置还包括围绕所述支撑臂且固定到所述支撑表面的限位装置，以将所述支撑臂的运动限制在所述支撑臂所限定的范围内。

5.根据权利要求4所述的充电系统，其特征在于，所述限位装置包括刚性的限位框。

6.根据权利要求4所述的充电系统，其特征在于，所述限位装置包括横跨所述支撑臂并且两端被固定到所述支撑表面的弹簧。

7.根据权利要求1或2所述的充电系统，其特征在于，所述支撑座包括转动轴和销轴，其中所述转动轴垂直于所述支撑表面固定到所述支撑表面上并且能够围绕所述转动轴的中心轴线转动，所述销轴沿平行于所述支撑表面的方向穿过所述转动轴中的穿孔，并且所述销轴能够在所述穿孔中围绕所述销轴的中心轴线转动，其中所述销轴的两端连接至所述支撑臂的所述一端，以使得所述支撑臂能够围绕所述转动轴的中心轴线以及所述销轴的中心轴线进行转动。

8.根据权利要求1或2所述的充电系统，其特征在于，所述充电电极头为电极母头，所述电极母头包括母头安装座以及布置在所述母头安装座中的用于接纳配对的电极公头的母头。

9.根据权利要求1或2所述的充电系统，其特征在于，所述充电电极头为电极公头，所述电极公头包括公头安装座以及布置在所述公头安装座中的用于耦接配对的电极母头的公头。

10.根据权利要求1或2所述的充电系统，其特征在于，所述充电电极头为电极母头，所述充电系统还包括位于待充电装置上的电极公头，所述电极公头包括公头安装座以及布置在所述公头安装座中的用于耦接配对的所述电极母头的公头。

11.根据权利要求10所述的充电系统，其特征在于，所述公头安装座包括底座部分和从所述底座部分向前呈辐射状延伸的导向壁，其中所述底座部分中具有槽，所述公头位于所述槽中。

12.根据权利要求11所述的充电系统，其特征在于，所述导向壁的纵剖面形状大致为梯形。

13.根据权利要求10所述的充电系统，其特征在于，所述待充电装置为可移动车辆，其中在充电状态下，所述可移动车辆被容纳在所述支撑表面之下。

14.根据权利要求13所述的充电系统，其特征在于，所述可移动车辆为AGV小车。

15.根据权利要求11所述的充电系统，其特征在于，所述导向壁的形状类似于被截去顶尖部的四棱椎体、圆椎体或椭圆椎体的侧表面。

16.根据权利要求11所述的充电系统，其特征在于，在所述底座部分的周边还设置有接纳槽，以用于在所述电极公头与配对的电极母头耦合时接纳所述电极母头的侧壁。