CN113286722A - 用于利用改进的触点进行传导式充电的装置 - Google Patents

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Abstract

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)和地点固定地、但在那里可运动地设置的机器人单元(3)，车辆单元(2)能与机器人单元(3)为了充电而作用连接，这两个单元(2、3)分别具有壳体(4、10)，在壳体中设置有所属的触点(5、11)，在机器人单元(3)中的触点(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)中的触点(11)固定地设置，其特征在于，机器人单元(3)的至少一个触点(5)具有基座(7)，从该基座伸出柱形区段(8)和接触片(6)，且车辆单元(2)的至少一个触点(11)具有基座(18)，从该基座伸出至少一个接触弹簧(20)和接触片(19)。

Description

用于利用改进的触点进行传导式充电的装置
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进行传导式充电。
背景技术
为了传导式充电，由WO2016/119001A1已经知道一种用于连接尤其是电线的插入式连接器，该插入式连接器包括至少一个凹形连接元件和一个凸形连接元件，所述凹形连接元件形锁合地接纳所述凸形连接元件，并且这两个连接元件在形锁合接触时能够以可力锁合地拆卸的方式连接，而且所述凸形连接元件的进入连接的区域同轴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中突出。利用在该国际专利申请中描述的装置能够实现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设置在固定地点处，但布置成在该地点处在一定界限内可运动。如果车辆以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导通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。
然而在该现有技术中，凸形连接元件的接触元件(接触体)可运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，使得产生对该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，一直处于连接元件之内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接触体接触导通。
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，提供充电能量的固定站的电触点与自主行驶的车辆的电触点作用连接，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地进行的感应式充电具有能量传输明显更高的优点，从而自主行驶的车辆明显更快地被充电并且可再次投入使用。
对于整个用于传导式充电的装置，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。独立地并且在任何任意的其它地点上设置机器人单元，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处于固定的地点处，但在应该进行充电的地点上能在一定的界限内运动。这具有如下目的，即，车辆不必以其车辆单元100％覆盖地操控机器人单元，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。
由此出发，本发明所基于的任务在于，改进用于传导式充电的装置的在车辆单元侧的触点以及在机器人单元侧的触点。
所述任务通过权利要求1的特征来解决。
根据本发明规定，机器人单元的至少一个触点具有基座，从该基座伸出柱形区段和接触片，并且车辆单元的至少一个触点具有基座，从该基座伸出至少一个接触弹簧和接触片。通过机器人单元的触点的基座实现该触点的刚度，所述刚度附加地由从基座中伸出的柱形区段提高。所述柱形区段又构成用于机器人单元的所述至少一个触点、优选多个触点的足够大的接触面。由此产生了稳固的接触导通以及高的运行安全性。这附加地还通过以下方式提高，即车辆单元的所述至少一个触点具有基座，从该基座伸出至少一个接触弹簧、又优选多个接触弹簧。由此消除了现有技术的缺点，在现有技术中凸形连接元件和凹形连接元件的触点环绕地全表面地贴靠。由此产生高摩擦，其一方面使接触导通变得困难并且另一方面使相互定心变得困难。通过使其中一个单元的触点的至少一个接触弹簧与由柱形区段构成的尽可能大的接触面贴靠或连接，改进了接触导通，尤其是通过点式的或小的分段式的接触面，并且此外使在机器人单元和车辆单元被引导在一起的过程中的摩擦最小化。
此外可以理解的是，每个触点具有至少一个接触片、优选恰好一个接触片，该相应的触点可以利用该接触片经由下级的导线、必要时在中间连接有插入式连接器的情况下与控制器和/或用于充电的能量源和/或类似物连接。
在本发明的进一步改进方案中规定，所述柱形区段具有至少一个凹槽、优选多个设置在柱形区段的圆周上的凹槽。所述至少一个凹槽或所述多个设置在柱形区段的圆周上的凹槽具有如下优点，即，由此有针对性地稍微降低柱形区段的刚度，以便当机器人单元的触点与车辆单元的所属触点聚集在一起时能够实现间隙补偿。在此可以理解的是，车辆单元的触点、尤其是接触弹簧不是被引导到相应凹槽的区域中，而是被引导到柱形区段的除了相应凹槽之外的区域中并且为了接触导通而贴靠在那里。
在本发明的进一步改进方案中规定，所述触点的基座由多个设置在圆周上的基座区段构成，其中，在各两个基座区段之间垂直伸出一个接触弹簧。因此提供了该触点的几何学实施形式，该实施形式能够以已知的冲压-弯曲方法或者已知的冲压-滚轧方法或者这两种方法的组合来非常良好地自动化生产并且大批量地、并且因此减少成本地生产。
在本发明的进一步改进方案中规定，所述接触弹簧在其自由端部上具有折弯部。一方面，接触弹簧到所述触点的基座上的结合引起一定的绕性，以便补偿公差并且尤其是在将车辆单元和机器人单元引导在一起时使定心变得简易。定心的这种简易化以及接触力的提高通过使接触弹簧在其自由端部处具有折弯部而进一步得到改善。尤其是当在接触弹簧的自由端部的折弯端部与接触弹簧的基座区段间隔开距离、尤其是平面平行地间隔开距离时，实现这种有利的简易化。因此，不仅通过接触弹簧从基座优选垂直伸出，而且通过接触弹簧的端部区段在其自由端部处折弯，获得弹簧力。
机器人单元的接触元件下沉地设置在壳体中并且由此设置成被保护免受外部接触或污染，然而机器人单元的接触元件对于车辆单元的接触元件而言是可接近的。车辆单元的接触元件同样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嵌接保护部遮盖，使得如果未进行充电并且如果车辆单元未与机器人单元作用连接，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运动时，该嵌接保护部才通过机器人单元相对于车辆单元的壳体运动，使得车辆单元的固定地设置在车辆单元的壳体中的接触元件被释放并且能嵌入机器人单元中的相应自由空间中，以便接触机器人单元的位于该自由空间处的接触元件并且与该接触元件接触导通。为此目的，嵌接保护部经由弹簧支撑在车辆单元的壳体上。该设计方案具有如下主要优点，即，嵌接保护部作为机械构件相对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车辆单元中，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接触导通，而且同时也还必须运动。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安全的结构。同样地，在机器人单元的壳体中的触点固定地设置。例如，在机器人单元和车辆单元中的触点局部地为了将其固定在相应的壳体中而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接触导通或连接输电导线而保持裸露。
附图说明
下面描述并且借助图1至13阐述根据本发明的装置的一种实施例以及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。示出具有壳体的车辆单元2，在该车辆单元的壳体中设置有(在此未示出的)接触元件并且必要时设置有其它功能构件。所述车辆单元2设置在电动车辆的合适部位上、尤其是设置在底板上，该电动车辆优选自主地运动。此外存在所谓的同样具有壳体的机器人单元3，在该机器人单元的壳体中具有(在此同样未示出的)接触元件并且必要时还具有其它功能构件。当车辆到达机器人单元3所存在的充电站时，所述两个单元2、3大致重叠地进入作用连接。
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。存在其它对于机器人单元3或车辆单元2的运动和位置检测所需的机构，但未示出。
图2示出机器人单元3的朝向车辆单元2指向的一侧。可看出的是，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能量源为了给车辆充电而连接。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入式连接器接触导通而存在。
例如在图3中示出一个导体环5。优选地，这种导体环5实现为深冲板材，该深冲板材将电流传递至车辆并且在合适的位置中并且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，该基座设置在柱形区段8的环绕的端部上并且从该柱形区段8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。这在如下情况下尤其适用，即，柱形区段8的部分区域与基座7一起由构成壳体4的塑料材料包围。在柱形区段8的圆周上存在至少一个凹槽9。在该实施例中，存在恰好三个凹槽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)上。车辆单元2也具有优选由塑料制成的壳体10。优选板形的嵌接保护部12面向车辆单元2的上侧(在观察图4时)，该嵌接保护部12设置成能与车辆单元2的壳体10的上侧大致平面平行地运动。在车辆单元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出。对于车辆单元2中的相应触点11，在嵌接保护部12中存在缺口，从而当嵌接保护部12朝向车辆单元2的上侧被机器人单元3压缩时，触点11能够贯穿所述缺口并且因此被释放，以便能够贴靠到在机器人单元3中的触点5上。
在图5中示出扁平地构造的嵌接保护部12的示例性设计方案，该嵌接保护部具有用于触点11(弹簧触点)的相应缺口。这种嵌接保护部12同样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，嵌接保护部12能相对于车辆单元2运动，以便要么保护、要么释放在车辆单元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，嵌接保护部12具有带有中间开口14的基座13。围绕中间开口14设置有相对于基座13倾斜延伸的区域，在该区域中环绕地且相对于其仍倾斜地设置有多个凹槽15。车辆单元2的相应的导体弹簧11在需要充电时被引导穿过这些凹槽15并且被释放，或者在不需要充电时被设置在这些凹槽15的下方，从而嵌接保护部12总体上在后一种情况下使导体弹簧11被遮盖。此外，嵌接保护部12还环绕地具有多个空隙部16，其它元件可以被引导穿过这些空隙部，以便例如实现位置正确地将车辆单元2和机器人单元3朝向彼此引导。为了能够位置正确地装配嵌接保护部12，还可以存在编码凸起部17(或者必要时存在其它元件亦或存在多于一个的编码凸起部)。
在图6中示出车辆单元2的触点11(导体弹簧)的示例性设计方案。该示例性示出的触点11又是深冲板材，该深冲板材同样将电流传递至车辆。可看出位于外部的作为基座18的环形件，从该环形件出发向外伸出一个接触片(又用于连接未示出的插入式连接器)，并且朝内部方向弯折的触点20向上延伸，其中，这些触点20由嵌接保护部12要么释放、要么出于接触保护或者污染保护的目的而遮盖。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导通。这意味着，机器人单元3还必须首先寻找并且调节其相对于车辆单元2的精确位置，为此存在用于使机器人单元3运动的相应传感器和机构，但未示出。
在获得了机器人单元3与车辆单元2的所需覆盖之后，在图7的中间示图中示出所需覆盖。在此可看出，在车辆单元中的接触元件11仍然设置在车辆单元2的壳体10内并且被嵌接保护部12遮盖。嵌接保护部12克服机器人单元3的弹簧力朝向壳体10被挤压，从而由此在车辆单元2中的触点11被嵌接保护部12释放，以便其能够与机器人单元3的触点5贴靠。在图7的右侧示图中可看出，所述两个单元的触点5、11作用连接并且由此接触导通，从而现在可以进行充电过程。
为了使车辆单元2和机器人单元3能够在限定的位置中被彼此引导在一起，机器人单元3的壳体4具有拱顶21，该拱顶被引导穿过嵌接保护部12的中间开口14。在此，机器人单元3的拱顶21通过在车辆单元2的侧面上的相应配合元件被引导，该配合元件构造并且适合于与拱顶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，嵌接保护部12可以在运动方向22上从其初始位置23运动，并且反过来朝初始位置运动。嵌接保护部12的初始位置23是这样的位置，在该位置中嵌接保护部12设置成相对于车辆单元2的壳体10的限定的参考点(或参考面)平面平行地间隔开距离。在该初始位置23中在嵌接保护部12与车辆单元2的壳体10之间的距离是限定的，并且例如通过设置在嵌接保护部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嵌接保护部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(或限定的面)朝向车辆单元2运动时，至少一个弹簧在运动方向22上被压缩并且嵌接保护部12朝向在车辆单元2的壳体10上的限定的点运动。随着机器人单元3沿运动方向22进一步朝车辆单元2运动，嵌接保护部12也进一步朝向车辆单元2的壳体10运动并且在此所述至少一个弹簧被压缩，从而车辆单元2的触点11被释放并且能够与机器人单元3的触点5作用连接。如已经描述的那样，车辆单元2和机器人单元3彼此间的该位置在图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以相反的方式再次相互分开，其中，在将机器人单元3从车辆单元2上移除之后，固定在车辆单元2的壳体10中的触点11再次被嵌接保护部12遮盖。
图8至图13示出尤其是车辆单元2的触点5和尤其是机器人单元3的触点11的特别有利的设计方案。在多个触点5或触点11的情况下，在该实施例中保留同轴布置结构，然而通常也可考虑其它布置结构。
在图8中示出，机器人单元3的至少一个触点5具有基座7，从该基座7出发伸出柱形区段8和接触片6。此外可看出，柱形区段8具有至少一个凹槽9、优选多个设置在柱形区段8的圆周上的凹槽9。尤其是当柱形区段8恰好垂直地或大致垂直地从基座7中伸出时，柱形区段8提高该触点5的刚度。利用基座7，相应的触点5能够非常好地设置在机器人单元3的壳体4中、尤其是设置在壳体4的底部上。优选地，当壳体4由塑料制成并且以塑料注塑方法制成时，基座7被固定在壳体4中。
在图9中示出，车辆单元2的至少一个触点11具有基座18，从基座18出发伸出至少一个接触弹簧20和一个接触片19。在根据该实施例的触点11中，触点11的基座18由多个设置在周向上的基座区段24构成，其中，在各两个基座区段24之间垂直伸出一个接触弹簧20。替代地或补充地，基座区段24也可以相对于接触弹簧20折弯地、优选以恰好90度折弯地定向。此外示出，接触弹簧20在其自由端部上具有折弯部(25)。
在图10中示出，在机器人单元3与车辆单元2借助相应的定心过程被聚集在一起之后，相应的触点5如何与其所属的触点11作用连接。在此尤其是可看出，触点11的相应的接触弹簧20尤其是以其自由的端部区域(此外尤其是折弯部25位于该端部区域中)与触点5的柱形区段8聚集在一起。在此要指出的是，相应的接触弹簧20在柱形区段8的除了凹槽9之外的区域中贴靠在触点5上。
例如参照图10，还应当指出的是，基座区段24条带形地以冲压-弯曲方法制成，并且相应的接触弹簧20与基座区段分开地同样以冲压-弯曲方法制成。在分开制造接触弹簧20之后，该接触弹簧以其背离折弯部25的端部通过弯曲过程、压紧过程或类似过程被固定在基座区段24上。这优选通过力锁合实现，但也可以替代地或补充地通过形锁合(例如钎焊、熔焊、利用能导电的粘合剂的粘接等方式)实现。
在图11至图13中最后再次示出触点5、11的同轴布置结构，其中，定心机构设置在所述同轴布置结构的中心。
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 柱形区段
9 凹槽
10 壳体
11 导体弹簧(＝触点或接触元件)
12 嵌接保护部
13 基座
14 中间开口
15 凹槽
16 缺口
17 编码凸起部
18 基座
19 接触片
20 接触弹簧
21 拱顶
22 运动方向
23 初始位置
24 基座区段
25 折弯部

Claims (9)

1.一种用于传导式充电的装置(1)，该用于传导式充电的装置具有固定地设置在车辆上的车辆单元(2)和设置在固定地点处、但设置成能在该地点处运动的机器人单元(3)，车辆单元(2)能与机器人单元(3)为了充电而作用连接，这两个单元(2、3)分别具有一个壳体(4、10)，在所述壳体中设置有所属的触点(5、11)，在机器人单元(3)中的触点(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)中的触点(11)固定地设置，其特征在于，机器人单元(3)的至少一个触点(5)具有基座(7)，从该基座伸出柱形区段(8)和接触片(6)，并且车辆单元(2)的至少一个触点(11)具有基座(18)，从该基座伸出至少一个接触弹簧(20)和接触片(19)。
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，柱形区段(8)具有至少一个凹槽(9)，优选具有多个设置在柱形区段(8)的圆周上的凹槽(9)。
3.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，触点(11)的基座(18)由多个设置在圆周上的基座区段(24)构成，其中，在各两个基座区段(24)之间垂直地伸出一个接触弹簧(20)。
4.根据权利要求1或3所述的用于传导式充电的装置(1)，其特征在于，接触弹簧(20)在其自由端部上具有折弯部(25)。
5.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，在车辆单元(2)上设置有能相对于车辆单元(2)的壳体(10)运动的嵌接保护部(12)，车辆单元(2)的触点(11)利用所述嵌接保护部来保护或释放。
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，机器人单元(3)的接触元件(5)下沉地设置在壳体(4)中，以被保护免受外部接触或污染，然而机器人单元的接触元件对于车辆单元(2)的接触元件(11)而言是可接近的。
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，嵌接保护部(12)经由弹簧支撑在车辆单元(2)的壳体(10)上。
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，车辆单元(2)的接触元件(11)由嵌接保护部(12)遮盖，使得如果未进行充电并且如果车辆单元(2)未与机器人单元(3)作用连接，车辆单元(2)的接触元件(11)就不可接近，并且只有当机器人单元(3)朝向车辆单元(2)运动时，该嵌接保护部(12)才通过机器人单元(3)相对于车辆单元(2)的壳体(10)运动，使得车辆单元(2)的固定地设置在车辆单元(2)的壳体(10)中的接触元件(11)被释放并且能嵌入机器人单元(3)中的相应自由空间中，以便接触机器人单元(3)的位于该自由空间处的接触元件(5)并且与该接触元件接触导通。
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，机器人单元(3)中的触点(5)和/或车辆单元(2)中的触点(11)为了其在机器人单元(3)和/或车辆单元(2)的相应壳体(4、10)中的固定而局部地由塑料材料注塑包封。
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