CN113165543A - 具有改进的定心机构的用于传导式充电的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于传导式充电的装置(1),其具有固定地设置在车辆上的车辆单元(2)和位置固定地、但能在那里运动地设置的机器人单元(3),为了充电,车辆单元(2)能与机器人单元(3)置于作用连接,这两个单元(2、3)各自具有壳体(4、10),在壳体中设置有所属的触点(5、11),在机器人单元(3)中触点(5)凹陷地设置在机器人单元(3)的壳体(4)中并且在车辆单元(2)的壳体(10)中触点(11)固定地设置,作为可相互置于作用连接的定心机构,车辆单元(2)具有定心锥部(24)并且机器人单元(3)具有配合锥部(25)或反之亦然,其特征在于,定心锥部(24)和配合锥部(25)的渐缩角度是不同的。

Description

具有改进的定心机构的用于传导式充电的装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分特征的用于传导式充电的装置、尤其是用于在固定站处给电动车辆传导式充电的装置。
背景技术
为了传导式充电,由WO2016/119001A1已经已知一种用于连接尤其是电线的插接连接装置,该插接连接装置包括至少一个凹形连接元件和一个凸形连接元件,其中,所述凹形连接元件形锁合地接纳所述凸形连接元件,其中,这两个连接元件在形锁合接触时能以力锁合且可拆卸的方式连接,并且,所述凸形连接元件的进入连接的区域同心渐缩地构造并且包括至少一个可移动的接触体,所述接触体在第一位置中被设置在凸形连接元件内并且在第二位置中从凸形连接元件突出。利用在所述国际专利申请中描述的装置可以尤其是在固定站处给电动车辆传导式充电。其中一个连接元件设置在自主行驶的车辆上,而另一个连接元件则位置固定地、但在一定界限内可运动地设置在那里。如果车辆连同其连接元件朝向固定的连接元件运动,那么通过为了电接触而使所述两个连接元件的相应接触体相互连接使得随后充电电流能够流动,从而所述两个连接元件相互作用连接。
然而,在所述现有技术中,凸形连接元件的接触元件(接触体)可移动地设置在该凸形连接元件中。在第一位置中,它们完全设置在凸形连接元件内,使得实现对这些接触体的接触和污染保护。只有当所述两个连接元件被聚集在一起时,至今处于连接元件内部的接触体才从凸形连接元件中运动出来,从而所述接触体能够与凹形连接元件的所属的接触体接触。
对于已知的装置的运行重要的是,所述两个连接元件有针对性地且限定地彼此贴靠。为此,凸形连接元件的进入连接的区域同心渐缩地构造,其中,凹形连接元件的贴靠区域对应地构造。因此,虽然已经可以有针对性地引导要被置于作用连接中的两个连接元件。然而实践表明,由于通过同心渐缩形成的相当扁平的角度,所述引导是不足够的。此外不利的是,同心渐缩、即其关于例如相应的运动轴线的角度(渐缩角度)在凸形连接元件和凹形连接元件中是相同的(相同大小的)。由此,以不利的方式尤其是在所述两个连接元件聚集的开始过程中出现阻塞,但是也在所述两个元件进一步聚集时出现滑动阻塞(Abgleitblockade)。此外,在定心过程期间摩擦力明显提高,因为两个定心机构大面积地彼此贴靠。
发明内容
本发明提供一种改进的用于传导式充电的装置。传导式充电应理解为,固定站(在固定站处提供充电能量)的电触点与自主行驶的车辆的电触点置于作用连接,使得这些电触点接触以便充电。这种传导式充电相对于同样已知的无接触进行的感应式充电具有明显更高的能量传输的优点,从而自主行驶的车辆明显更快地被充电并且再次准备就绪可投入运行。
对于该用于传导式充电的整个装置,设置有车辆单元,该车辆单元设置在车辆上、尤其是电动车辆上。独立地并且在任何其它位置上设置有机器人单元,该机器人单元为了充电过程可由车辆操控。所述机器人单元因此是位置固定的,但在要进行充电的位置处可在一定的界限内运动。这具有的目的是,即车辆以其车辆单元不必100%覆盖地驱控机器人单元,而是当车辆为了充电而被停放时,机器人单元搜索车辆单元。
该装置在此包括具有定心锥部的车辆单元和具有配合锥部的机器人单元作为能相互置于作用连接的定心机构。
在此基础上,根据本发明规定,定心圆锥的和配合锥部的渐缩角度是不同的。由此,以有利的方式使在定心过程期间的摩擦力最小化并且因此使机器人单元关于车辆单元的彼此置于的作用连接最小化。此外,在所述定心过程期间避免了滑动阻塞,从而由此显著地提高了运行安全性并且在接触期间将所述两个单元的接触元件彼此置于限定的位置中。为此实现将定心锥部(尤其是定心锥部的定心尖端)套装到配合锥部的区域中。在此,调设、即施加
Figure BDA0003091525200000031
竖直的定心力。进行定心锥部的定心尖端在配合锥部中的定心,其中,为此实现定心锥部的定心尖端的表面在配合锥部的表面上的滑动。这一直进行,直到车辆单元和机器人单元的朝向彼此的接触元件的支承面实现贴靠。通过不同的渐缩角度,由此通过接触元件的朝向彼此的面、尤其是上侧的滑动实现精确定心,直至所有表面彼此定位。由此,以有利的方式施加竖直的插接力、尤其是限定的竖直的插接力,使得(如果存在的话)抓接保护装置(参见下面在说明书中的进一步描述)被过压(运动)从而在车辆单元的侧面上释放受保护的接触元件。随后,车辆单元和机器人单元的接触元件实现相互重叠,使得由此以有利的方式实现稳固的接触接通。
定心锥部和配合锥部的另外的有利设计方案在从属权利要求中给出。在该背景下,存在以下布置结构的可行性:
第一设计方案:定心锥部设置在车辆单元上并且配合锥部设置在机器人单元上。
第二设计方案:定心圆锥设置在机器人单元上并且配合锥部设置车辆单元上。
在本发明的进一步改进方案中规定,所述定心锥部全表面地构造。由此,尤其是当配合锥部(参见下文)支柱状地构造时,所述定心机构可以特别稳健地运行。由此,也使摩擦力明显最小化。
在本发明的进一步改进方案中规定,所述配合锥部全表面地或支柱状地构造、尤其是由至少两个锥部支柱构成。如果定心锥部和配合锥部全表面地构造,则由于不同的渐缩角度能够非常好地实施定心过程,同时摩擦力明显最小化,因为定心锥部和配合锥部尽管其全表面的设计方案但在定心过程结束时才全表面地贴靠,但是之前不贴靠。
在本发明的进一步改进方案中规定,定心锥部的渐缩角度为尖的、优选大于45度、进一步优选大于60度,并且配合锥部的渐缩角度为扁平的、优选小于10度、进一步优选等于0度。
优选地,定心锥部的第一区段的角度为尖的、优选大于45度、进一步优选大于60度,并且定心锥部的和配合锥部的相应第二区段的角度为扁平的、优选小于10度、进一步优选等于0度。
基于所述尺寸说明,定心过程能够特别有效且限定地实施,并且清洁力又明显最小化。此外,尤其是在所述尺寸说明中,在车辆单元的接触元件与机器人单元的接触元件接触之前,实现预定心。因此,在实施定心过程和将机器人单元与车辆单元相互置于作用连接并且闭合之前,基于这种预定心,接触元件已经彼此置于限定的位置。总体上,由此尤其是在该用于充电的装置的耐久性方面明显改善了实际的定心过程以及接触过程和与此相关的运行安全。
机器人单元的接触元件下沉地设置在壳体中并且由此被保护免受外部接触或污染,然而对于车辆单元的接触元件是可接近的。车辆单元的接触元件也必须被保护免受接触或污染。为此目的,根据本发明,车辆单元的接触元件由抓接保护装置覆盖,使得只要未充电并且只要车辆单元未与机器人单元置于作用连接,则车辆单元的接触元件就不可接近。只有当机器人单元朝向车辆单元的方向运动时,抓接保护装置才通过机器人单元相对于车辆单元的壳体运动,使得固定地设置在车辆单元的壳体中的车辆单元的接触元件被释放并且可以嵌接到机器人单元中相应的自由空间中,以便接触位于那里的机器人单元的接触元件并且与之触点接通。为此目的,抓接保护装置通过弹簧支撑在车辆单元的壳体上。所述设计方案具有如下主要优点,即抓接保护装置作为机械构件关于车辆单元的壳体运动,而车辆单元的接触元件固定地设置在该壳体中,因为在实践中可运动的机械构件(没有电功能)比能导电的构件明显更好地实现,该能导电的构件在现有技术的情况下不仅用于电触点接通,而且同时还必须运动。由此,本发明实现用于传导式充电的装置的明显更简单且更可靠的结构。同样地,触点固定地设置在机器人单元的壳体中。例如,在机器人单元和车辆单元中的触点为了将其固定在相应的壳体中而局部地由塑料材料注塑包封,其中,在注塑包封过程之后,触点的部分区域为了触点接通或连接输送导线而保持自由。
附图说明
下面描述并且根据图1至9阐述根据本发明的装置的实施例和如何运行该装置的方法。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于传导式充电的装置1的原理结构。示出车辆单元2,车辆单元具有壳体,在该壳体中设置有(在此未示出的)接触元件和必要时另外的功能构件。所述车辆单元2被设置在电动车辆的合适位置处、尤其是设置在底板处,该电动车辆优选自主运动。此外,还存在所谓的机器人单元3,机器人单元也具有壳体,在该壳体中具有(在此也未示出的)接触元件并且必要时也具有另外的功能构件。当车辆到达存在机器人单元3的充电站时,所述两个单元2、3以大致重叠的方式置于作用连接。
在图1中示出机器人单元3已经与车辆单元2处于嵌接中。存在对于机器人单元3或车辆单元2的运动和位置检测所需的另外的机构,但未示出。
图2示出机器人单元3的朝向车辆单元2的方向指向的那侧。可看出,机器人单元3具有优选由塑料制成的壳体4。在该塑料壳体4中存在导体环5(示出多个导体环5),所述导体环与未示出的用于为车辆充电的能量源连接。每个导体环5以接触片6终止,该接触片例如为了与未示出的插接连接器接触而存在。
例如在图3中示出一个导体环5。优选地,这种导体环5以深冲板材的方式实现,该深冲板材将电流向车辆传导并且在适当的位置中和以合适的大小设置在机器人单元3的壳体4中。在该设计方案中,多个导体环5彼此同心地设置。每个导体环5具有一个基座,该基座设置在圆柱形区段8的环绕的端部上并且从该环绕的端部伸出。由此,导体环5能够非常好地设置、尤其是固定在壳体4中。这尤其是适用于以下情况,即圆柱形区段8的部分区域与基座7一起由形成壳体4的塑料材料包围。在圆柱形区段8的周边上存在至少一个槽口9。在该实施例中,存在恰好三个槽口9。
图4示出车辆单元2,该车辆单元以其下侧(在观察图4时)优选设置在车辆的下侧(未示出)处。车辆单元2也具有优选由塑料制成的壳体10。优选板形的抓接保护装置12朝向车辆单元2的上侧(在观察图4时),该抓接保护装置12设置成与车辆单元2的壳体10的上侧大致平面平行地运动。车辆单元2中的触点11固定地设置在车辆单元2的壳体10中,这些触点存在但是在此还不能完全看到。对于车辆单元2中对应的触点11,在抓接保护装置12中设置有切口,因此在抓接保护装置12朝向车辆单元2的上侧的方向被机器人单元3压到一起时,触点11能够穿过所述切口并且因此被释放,以便能够被施加到机器人单元3的触点5上。
在图5中示出具有用于触点11(弹簧触点)的相应切口的、面状地构造的抓接保护装置12的示例性的设计方式。这种抓接保护装置12也可以如所述两个单元2、3的壳体4、10那样例如用塑料注塑方法制成。重要的是,抓接保护装置12能相对于车辆单元2运动,以便保护或释放车辆单元2的壳体10中的触点11,其中,触点11固定地设置在车辆单元2的壳体10中。
此外,可看出并且示出,抓接保护装置12包括带有中心开口14的基座13。围绕中心开口14设置有相对于基座13倾斜延伸的区域,在该倾斜延伸的区域中环绕地且相对于基座仍倾斜地设置有多个槽口15。当要充电时,车辆单元2的相应的导体弹簧11被引导穿过这些槽口15并且被释放,或者当不要充电时,车辆单元的相应的导体弹簧被设置在这些槽口15下方,从而总体上抓接保护装置12实现在后一种情况中导体弹簧11被覆盖。此外,抓接保护装置12还环绕地具有多个留空部16,另外的元件可以被引导通过这些留空部,以便例如实现位置正确地彼此输送车辆单元2和机器人单元3。为了能够位置正确地装配抓接保护装置12,还可设有编码凸起部17(或者必要时另外的元件亦或多于一个编码凸起部)。
在图6中示出车辆单元2的触点11(导体弹簧)的示例性的设计方案。所述示例性示出的触点11又是深冲板材,该深冲板材也将电流输送至车辆。可看出,处于外部的环作为基座18,从该环出发向外伸出有接触片(又用于连接未示出的插接连接器)并且朝内部的方向弯折的触点20向上延伸,其中,这些触点20由抓接保护装置12释放或者覆盖以用于接触或者污染保护。当多个这种导体弹簧11同心地设置在机器人单元或这里的车辆单元2中时,这些导体弹簧在其直径方面变化。
图7最后示出用于运行如上所述的并且在图1至图6中示出的两个单元2、3的方法。
在图7的左侧示图中可看出,虽然车辆单元2已经进入到机器人单元3的区域中,但是还没有发生接触。这意味着机器人单元3必须首先寻找并调节其相对于车辆单元2的精确位置,为此设置用于使机器人单元3运动的相应的传感器和机构,但未示出。
在实现机器人单元3与车辆单元2的所需的重叠之后,在图7的中间示图中示出。在此可看出,车辆单元中的接触元件11还设置在车辆单元2的壳体10内并且被抓接保护装置12覆盖。抓接保护装置12通过机器人单元3朝向壳体10的方向克服弹簧力被挤压,从而由此车辆单元2中的触点11被抓接保护装置12释放,以便其可与机器人单元3的触点5接触。在图7的右侧示图中可看出所述两个单元的触点5、11置于作用连接并且由此触点接通,从而现在可进行充电过程。
为了使车辆单元2和机器人单元3能够在限定的位置中彼此接合在一起,机器人单元3的壳体4具有顶罩21,该顶罩引导穿过抓接保护装置12的中心开口14。在此,机器人单元3的顶罩21被引导通过车辆单元2的侧面上相应的配合元件,该配合元件构造并且适合于与顶罩21连接并且在此在运动时将机器人单元3朝向车辆单元2引导。
在图7的中间示图中,为了说明还示出:抓接保护装置12可以在运动方向22上从其初始位置23运动,并且反之亦然。抓接保护装置12的初始位置23是这样一个位置,在该位置中抓接保护装置12相对于车辆单元2的壳体10的限定的参考点(或者说参考面)平面平行地间隔开地设置。在初始位置23中,在抓接保护装置12与车辆单元2的壳体10之间的所述间距是限定的并且例如通过设置在抓接保护装置12与车辆单元2的壳体10之间的弹簧、优选多个弹簧、又优选在优选正方形构造的抓接保护装置12的每个角点处实现。当机器人单元3的壳体4的限定的点(或者说限定的面)朝向车辆单元2运动时,所述至少一个弹簧在运动方向22上被挤压到一起并且抓接保护装置12朝向车辆单元2的壳体10上的所述限定的点的方向运动。随着机器人单元3沿运动方向22进一步朝向车辆单元2运动,抓接保护装置12也进一步朝向车辆单元2的壳体10的方向运动并且在此所述至少一个弹簧被挤压到一起,从而车辆单元2的触点11被释放并且可置于与机器人单元3的触点5作用连接。如已经实施的那样,车辆单元2和机器人单元3彼此的位置在仅图7的右下方示图中示出。
可以理解的是,在充电过程结束后,所述两个单元2、3以相反的方式又相互分开,其中,在将机器人单元3从车辆单元2移除之后,固定在车辆单元2的壳体10内的触点11又被抓接保护装置12覆盖。
在图8和图9中再一次明确示出车辆单元2和机器人单元3的定心机构。
在该实施例中,根据图8在车辆单元2的壳体10内存在定心锥部24。该定心锥部24以其较大的直径从壳体10的底部伸出并且从该底部伸出。它呈尖形地向上延伸至尖端或者(如所示)在其渐缩的端部处被整平。优选地,定心锥部24与壳体10一起制造,但是也可以作为单独的构件制造并且然后被设置在壳体10上。如在图8中可看出,定心锥部24以有利的方式在中央同心地设置在车辆单元2的彼此同心设置的接触元件5内。
在图9中示出机器人单元3的配合锥部25。所述配合锥部25也可以(如所示)是壳体4的组成部分。但是,它也可以是设置在壳体4上的单独的构件。配合锥部25也在中央同心地设置在机器人单元3的接触元件11内。在根据图9的实施例中,配合锥部25由锥部支柱26(可看到两个锥部支柱26,然而实际上存在四个或多于四个、必要时也少于四个锥部支柱26)构成。然而,配合锥部25也可如定心锥部24那样全表面地构成。
在附图中所示的实施例中可看出,尖形渐缩的定心锥部24设置在车辆单元2上并且配合锥部25设置在机器人单元3上。对于所述特不仅定的实施例而且普遍适用的是,所示出的并且相应描述的锥部也能够相反地设置在相应的单元2、3上。这尤其是适用于以下情况,即实施成定心尖端的定心锥部24设置在机器人单元3上并且对应地构造的配合锥部25设置在车辆单元2上(即与例如在图8和图9中所示图示相反的方式),因为由于配合锥部25在车辆单元2上扁平的特性,该单元可特别扁平地设计,因为通常在车辆下方安装空间尺寸非常紧凑。因为在机器人单元3的区域中有更多空间可供使用,所以可以在那里更好地设置装备有尖形的渐缩角度的定心锥部24。
附图标记列表
1 用于充电的装置
2 车辆单元
3 机器人单元
4 壳体
5 导体环(=触点或接触元件)
6 接触片
7 基座
8 圆柱形区段
9 槽口
10 壳体
11 导体弹簧(=触点或接触元件)
12 抓接保护装置
13 基座
14 中心开口
15 槽口
16 留空部
17 编码凸起部
18 基座
19 接触片
20 接触弹簧
21 顶罩
22 运动方向
23 初始位置
24 定心锥部
25 配合锥部
26 锥部支柱

Claims (13)

1.用于传导式充电的装置(1),该装置具有固定地设置在车辆上的车辆单元(2)和位置固定地、但在那里以能运动的方式设置的机器人单元(3),为了充电,所述车辆单元(2)能与所述机器人单元(3)置于作用连接,这两个单元(2、3)各自具有壳体(4、10),在所述壳体中设置有所属的触点(5、11),在所述机器人单元(3)中所述触点(5)凹陷地设置在机器人单元(3)的壳体(4)中,并且在所述车辆单元(2)的壳体(10)中所述触点(11)固定地设置,并且,作为能相互置于作用连接的定心机构,所述车辆单元(2)具有定心锥部(24)且所述机器人单元(3)具有配合锥部(25)或者所述机器人单元具有定心锥部且所述车辆单元具有配合锥部,其特征在于,所述定心锥部(24)和所述配合锥部(25)的渐缩角度是不同的。
2.根据权利要求1所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,所述定心锥部(24)和所述配合锥部(25)各自具有内部区段和外部区段,所述机器人单元(3)的定心锥部(24)的内部区段的定心角度大于外部区段的角度。
3.根据权利要求2所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,所述车辆单元(2)的或所述机器人单元(3)的配合锥部(25)的内部区段具有穿过开口。
4.根据权利要求3所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,所述穿过开口在其内侧上具有定心区段或倒圆部。
5.根据权利要求2、3或4所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,所述车辆单元(2)的配合锥部(25)的内部区段具有匹配所述机器人单元(3)的定心锥部(24)的内部区段的配合轮廓,或反之亦然。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,所述定心锥部(24)的内部区段全表面地构造。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,所述配合锥部(25)、尤其是所述配合锥部的外部区段全表面地或支柱状地构造、尤其是由至少两个锥部支柱(26)构成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,所述定心锥部(24)的第一区段的角度为尖的、优选大于45度、进一步优选大于60度,并且所述定心锥部(24)的和配合锥部(25)的相应第二区段的角度为扁平的、优选小于10度、进一步优选等于0度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,在所述车辆单元(2)上设置有能相对于所述车辆单元(2)的壳体(10)运动的抓接保护装置(12),所述车辆单元(2)的触点(11)利用所述抓接保护装置被保护或释放。
10.根据权利要求9所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,所述机器人单元(3)的接触元件(5)下沉地设置在壳体(4)中被保护免受外部接触或污染,然而对于所述车辆单元(2)的接触元件(11)是可接近的。
11.根据权利要求9或10所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,所述抓接保护装置(12)通过弹簧支撑在所述车辆单元(2)的壳体(10)上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,所述车辆单元(2)的接触元件(11)被所述抓接保护装置(12)覆盖,使得只要未充电并且只要所述车辆单元(2)未与所述机器人单元(3)置于作用连接,则所述车辆单元(2)的接触元件(11)就是不可接近的,并且只有当所述机器人单元(3)朝向所述车辆单元(2)的方向运动时,所述抓接保护装置(12)才通过所述机器人单元(3)相对于所述车辆单元(2)的壳体(10)相对运动,使得所述车辆单元(2)的固定地设置在所述车辆单元(2)的壳体(10)中的接触元件(11)被释放并且能嵌接到所述机器人单元(3)中相应的自由空间中,以便接触所述机器人单元(3)的位于那里的接触元件(5)并且由此与所述机器人单元的接触元件触点接通。
13.根据前述权利要求中任一项所述的用于传导式充电的装置(1),其特征在于,所述机器人单元(3)中的触点(5)和/或所述车辆单元(2)的触点(11)局部地为了将其固定在机器人单元(3)和/或车辆单元(2)的相应的壳体(4、10)中而由塑料材料注塑包封。
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