CN218141052U - 一种电动小汽车专用轨道供电系统 - Google Patents

Abstract

本专利涉及的一种电动小汽车专用轨道供电系统涉及超高速公路领域，主要适用于超高速公路。该供电系统由充电轨道和双杆机械臂两部分核心结构构成，可实现小汽车在超高速公路上进行行进中接触式充电。根据电动汽车行驶中充电系统及其充电方法，建立一套电动汽车行驶中取电体系，解决当前电动汽车续航里程短的问题。实现了电动汽车边行驶边充电的功能，解决电动车续航问题。采用分段式铺设电轨，可使路段行车流量较少时减少电能损失，同时也保证了导轨防触电的安全性。

Description

一种电动小汽车专用轨道供电系统

技术领域

本实用新型专利涉及超高速公路领域以及电动汽车充电技术领域，具体为一种电动小汽车专用轨道供电系统。

背景技术

由于全球气候变化和人类活动的关系已成为当今国际焦点问题，关系到各个国家的切身利益与经济发展，应对气候变化已刻不容缓。我国提出的“碳达峰”、“碳中和”举措方针，以及对于超高速公路的投入，使得充电超高速公路在未来的道路交通领域将会有光明的前途。而本充电超高速公路项目当中，充当车路间充电“桥梁与纽带”的双杆机械臂以及充电轨道，是整个技术的关键所在。

现如今大多有轨电车或无轨电车习惯将集电杆放到车体上方，这样做有两个弊端：第一，集电杆的升起依靠弹簧拉力，常常需要在车顶安装复杂的弹簧机械系统，且由于集电杆较为硬直、不可收放的特点，还要保证金属材质的集电杆不因外力作用而发生脱杆事故，故安装维护成本较高，且缺乏安全性；第二，无论是有轨还是无轨，电车系统的使用仍少不了铺设大量的电线杆与电缆，建设维护成本大大提高。

因此，新型的充电超高速公路需要让充电连接纽带收放自如、降低危险性，且整体移动供电系统设计简易，成本较低。而把供电设施由车体顶部转移到底部，并且通过现有轨道设施供电，可以解决这个问题。而通过底部供电的技术一直以来因导轨的功能限制，而不能普遍应用于充电式机车。因此需要改良轨道的结构并开发其新的功能。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，要提供一种电动小汽车专用轨道供电系统，将传统的电车顶部供电系统转换到车体下方，采用智能化的双杆机械臂连接导电电刷，与安装在公路上的新型充电轨道结合，不仅可以大大提高电车的安全稳定性，而且有助于降低设施维护成本和提高电动小汽车的行驶续航，使绿色环保的电动小汽车更加普及。

该双杆机械臂结构稳定，可固定在车体底盘跟随车辆移动，同时通过内部导线连接车辆内部的可充电蓄电池进行充电，满足了固定在底部的要求。该双杆机械臂通过单片机控制步进电机，单片机以车辆是否变道转弯，或者离开高速公路为依据，通过控制步进电机得以实现上臂杆与下臂杆之间关节处的转动，从而更加方便带动导电电刷与充电轨道结合或分离，实现非直线行驶时自动断电，稳定直线行驶时充电的功能。弥补了传统电车集电杆无法灵活运动，且无法自主通过活动与电缆离合，必须通过弹簧座或者气压式装置来实现的缺陷，也避免了传统电车脱杆事故的发生。该双杆机械臂利用导轨连接导电电刷，为避免因车辆本身活动而造成导电电刷在离合充电轨道的过程中没有缓冲区域，而导致导电电刷在离合充电轨道时造成物理性损坏，导轨的槽形空间搭配滑轮就可以解决这个问题。相较于传统电车可能出现因脱杆事故而造成集电杆接线处损坏，耗费大量人力财力检修等问题，该创新可以使供电设施使用寿命大大提高。

该导电电刷结构采用良好的导电金属材料制成，一端为正极，另一端为负极，通过与充电轨道两极接合实现充电的功能，金属的良好导电性使得电能传输的损耗大大降低。该充电轨道采用“工”字形结构铺设，结构稳定的同时为底部排水设施提供了充足空间，使得底部充电的方案变得可行。在正负极触点周围设置了绝缘层，且在充电轨道绝缘区两侧增加导流孔，用于将充电轨道积水安全排到地下的排水道中，使得在下雨天气下，充电轨道的使用安全得到保证。

根据电动汽车行驶中充电系统及其充电方法，建立一套电动汽车行驶中取电体系，解决当前电动汽车续航时间短的问题。其包括沿着公路铺设的充电轨道和与车体连接的双杆机械臂等汽车充电连接组件。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

图1为充电轨道具体结构横截面示意图。

图2为双杆机械臂结构正视图。

图3为双杆机械臂结构左视图。

图4为双杆机械臂结构立体示意图。

图5为导轨示意图。

图6为步进电机带动下臂杆工作示意图。

图中1.负极触点；2.绝缘层；3.低压电缆；4.高压电缆；5.导流孔；6.排水道；7.正极触点；8.顶板；9.上轴承；10.上臂杆；11.步进电机；12.下臂杆；13.下轴承；14.导轨；15.导电电刷。

具体实施方式

本专利申请的一种电动小汽车专用轨道供电系统主要适用于超高速公路，该适用于电动汽车的接触式充电装置由充电轨道和双杆机械臂两部分核心结构构成。

充电轨道结构设计

充电轨道整体外形采用工字形结构，整个结构分为上下两层，上层为输电层，下层为防水层。高压电经降压后传递至低压电缆3，再经整流滤波以及稳压后分别传递至各段充电轨道的正极触点7和负极触点1上。正负极触点采用380V直流供电，分别位于左右两绝缘层2的基座上，触点下表面以及导轨表面由绝缘层2保护，避免正负极触点直接接触或间接接触产生触电危险和短路事故。当车辆通过时，导电电刷15连接正极触点7和负极触点1，充电轨道方可正常运行。充电轨道中间部分相对于两侧充电轨道略微凹陷，同时此处空间也便于双杆机械臂合理安置和导电电刷15与正极触点7、负极触点1的良好连接。下层为排水道6，导流孔5适量均匀地分布在充电轨道底部，利于水流快速排到下侧排水道6，排水道6与道路排水系统相连，即可及时排出积水。当出现雨雪天气，降水量较大时也没有浸没漏电的危险，装置可以平稳安全运行。充电轨道具体结构横截面如图一所示。负极触点1和正极触点7均用螺栓与充电轨道主体进行连接。高压电缆4铺设在充电导轨旁的地下，充电轨道的其他部件均为一体化加工得到。

双杆机械臂结构设计

双杆机械臂主要由顶板8、上轴承9、上臂杆10、步进电机11、下臂杆12、下轴承13、导轨14、导电电刷15组成。顶板8与车辆底部相连，用于固定双杆机械臂装置。上臂杆10通过上轴承9固定在顶板8中，与下臂杆12通过步进电机11相连。上臂杆10和下臂杆12通过中间的转动副构成二力杆，下臂杆12由步进电机11控制实现下放与回收。下臂杆12经下轴承13与导轨14和导电电刷15相连。

如图2所示，该双杆机械臂整体是由一个近似二力杆的结构构成的，分为顶部的固定顶板8结构，中部可扭转二力杆结构，以及底部可活动的导轨14结构。该双杆机械臂顶部8是一个平面结构的顶板，其上开有小孔用于螺丝钉固定，其固定在车辆底盘下方，随车移动。该双杆机械臂上臂杆10和下臂杆12是一个近似二力杆的结构，二力杆结构分为上臂杆10和下臂杆12，分别通过上轴承9和下轴承13连接顶板8和导轨14和导电电刷15，两根臂杆采用铰链连接，杆件内部关节处装有由单片机控制的步进电机11，通过感应车辆的运动状态来带动两根臂杆相对转动，从而控制导电电刷15与充电轨道间供电的通断。该双杆机械臂下臂杆12底部是一个直边椭圆形的导轨14，导轨14的槽形空间将下轴承13与导电电刷15通过滑轮结合起来。

在双杆机械臂的下放过程中，上臂杆10、下臂杆12和其之间的转动副控制机械臂进行上下主动适应工况，通过“Y”形导电电刷15上安装的传感器与充电轨道上传感器，感知导电电刷15相对于充电轨道的具体位置和角度位置等信息。进而，通过调整导轨14与导电电刷15的相对位置，使导电电刷15轴线与充电轨道轴线重合，对齐导电电刷15后，下放双杆机械臂，当导电电刷15下放到离地高10 cm处停止，步进电机11开始快速驱动工作，使导电电刷15插入充电轨道，与正负接触点连接，完成双杆机械臂的下放过程，从而实现行进中接触式充电。

在双杆机械臂回收过程中，驱动步进电机11快速运动，抬起双杆机械臂离开充电轨道。之后再缓慢驱动步进电机11带动下臂杆12进行基架的抬升，此过程驱动转动轴执行结构使得导电电刷15回到与汽车轴线重合的位置，完成双杆机械臂的回收功能。

在双杆机械臂的下放过程与回收过程中，对于上下震动与左右偏移的情况，借助机器深度学习功能，调整导轨14使得双杆机械臂局部进行微调，使得输电系统和运动的车辆相互配合共同运动，更好地完成双杆机械臂的运作。

双杆机械臂的顶板8用螺栓与车辆底部进行连接。上轴承9与顶板8也利用螺栓进行固定作用。上臂杆10与下臂杆12的中间，通过与步进电机11进行焊接连接，从而使得步进电机11可以带动下臂杆12的运动。下臂杆12与导轨14以及导轨14与导电电刷15均通过凹槽拟合进行连接。

Claims (4)

1.一种电动小汽车专用轨道供电系统，其特征在于：该电动小汽车专用轨道供电系统由充电轨道和双杆机械臂组成，充电轨道包括：负极触点（1）、绝缘层（2）、低压电缆（3）、高压电缆（4）、导流孔（5）、排水道（6）、正极触点（7），双杆机械臂包括：顶板（8）、上轴承（9）、上臂杆（10）、步进电机（11）、下臂杆（12）、下轴承（13）、导轨（14）、导电电刷（15），充电轨道整体外形采用工字形结构，整个充电轨道结构分为上下两层，上层为输电层，下层为防水层，两者通过导流孔联通；高压电经降压后传递至低压电缆（3），再经整流滤波以及稳压后分别传递至各段充电轨道的正极触点（7）和负极触点（1）上，正负极触点采用380V直流供电，分别位于左右两绝缘层（2）的基座上，触点下表面以及导轨表面由绝缘层（2）保护，避免正负极触点直接接触或间接接触产生触电危险和短路事故；双杆机械臂的顶板（8）用螺栓与车辆底部进行连接；上轴承（9）与顶板（8）也利用螺栓进行固定作用；上臂杆（10）与下臂杆（12）的中间，通过与步进电机（11）进行焊接连接，从而使得步进电机（11）可以带动下臂杆（12）的运动；下臂杆（12）与导轨（14）以及导轨（14）与导电电刷（15）均通过凹槽拟合进行连接；负极触点（1）和正极触点（7）均用螺栓与充电轨道主体进行连接；高压电缆（4）铺设在充电导轨旁的地下，充电轨道的其他部件均为一体化加工得到。

2.根据权利要求1所述的一种电动小汽车专用轨道供电系统，其特征在于：当车辆通过时，导电电刷（15）连接正极触点（7）和负极触点（1），充电轨道方可正常运行。

3.根据权利要求1所述的一种电动小汽车专用轨道供电系统，其特征在于：导流孔（5）适量均匀地分布在充电轨道底部，利于水流快速排到下层的排水道（6），排水道（6）与道路排水系统相连。

4.根据权利要求1所述的一种电动小汽车专用轨道供电系统，其特征在于：顶板（8）与车辆底部相连，用于固定双杆机械臂；上臂杆（10）通过上轴承（9）固定在顶板（8）上，与下臂杆（12）通过步进电机（11）相连，上臂杆（10）和下臂杆（12）通过中间的步进电机（11）构成二力杆，下臂杆（12）由步进电机（11）控制实现下放与回收。

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