JP2020536361A - 電気自動車またはハイブリッド自動車用の電気接続装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気自動車またはハイブリッド自動車用の電気接続装置に関し、前記電気接続装置は、充電プラグソケット（３）と、充電プラグ（４）と、充電プラグ（４）を充電プラグソケット（３）内に解放可能にロックするための可動ロック要素（６）と、ロック要素（６）を動かすための装置と、を備える。前記駆動装置は、モータ（８）およびロック要素（６）に作用するための多段変速機を有する。本発明によれば、多段変速機は個々のシャフト（９、１０、１１）を有し、個々のシャフト（９、１０、１１）はそれぞれ、駆動装置の部品として電気モータ（８）の出力シャフト（９）と平行に配置される。【選択図】 図１

Description

本発明は、電気自動車またはハイブリッド自動車用の電気接続装置に関し、前記電気接続装置は、充電プラグソケットおよび充電プラグを備え、充電プラグは、可動ロック要素を使用して充電プラグソケット内に解放可能に固定され、ロック要素に作用するための多段変速機を有する駆動装置が設けられる。

電気自動車またはハイブリッド自動車の電池は、電気エネルギーの定期的供給を必要とする。これは、通常は充電ステーション（ｃｈａｒｇｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎｓ）を含む充電インフラストラクチャにアクセスすることにより可能となる。電気エネルギーの充電を容易にするために、充電プラグは、自動車の充電プラグソケットに略結合され解放可能にロックされる。ここには高電圧が略かかっているため、健康ハザード（ｈｅａｌｔｈ ｈａｚａｒｄｓ）を回避するためにロックが必要である。

また、このロックは、例えば、前もって識別されたユーザが充電ステーションによって利用可能となる電気エネルギーを正しく引き抜くこと、および、誤った使用が回避されることを確実にする。国際公開第２０１０／１４９４２６号パンフレットに記載されているものなど、これに関する既知の解決策では、ユーザの許可を検証するとともに、ユーザが引き出された電気エネルギーに対しても支払うことを確実にするために、通信リンクが識別信号を使用してセットアップされる。

ロック要素を駆動するためのさまざまな解決策が従来技術に記載されている。例えば、独国特許出願公開第１０２０１４２０１７６９６号明細書は、この目的のためにロック要素に予張力をかけるための圧縮ばねを設けることを開示している。

中国実用新案出願第２０２０６９５８５５号明細書による包括的な解決策は、これを達成するためにロック要素用の電気機械駆動装置に依存している。電気機械駆動装置は、電気モータおよび出力側の多段変速機で構成される。多段変速機は、カムを介してロック要素に作用する。

既知の教示では、この目的で、カムを使用してロック要素に作用をもたらすために電気モータの出力シャフトの回転運動が変速機に伝達される。これは、例えば、充電プラグが充電プラグソケット内に解放可能にロックされるときに充電プラグに力が加えられると、ロック要素に高い横力が作用し得るという点で運動学的に好ましくない。これに関して、ますますコンパクトな駆動装置がここで必要になり、これらの駆動装置は、同時に、ロック要素に作用するための高出力トルクも与えなければならない。以前の解決策はこれをすることができない。

本発明の根底にある問題は、そのような電気接続装置を改良して、充電プラグに係合しロック要素に作用する大きな力でさえ吸収され、同時に駆動装置の設計をコンパクトに保つことができるようにすることである。

この技術的問題を解決するために、特に電気自動車またはハイブリッド自動車用の包括的な電気接続装置は、多段変速機が個々のシャフトを備え、個々のシャフトがそれぞれ、駆動装置の電気モータの出力シャフトに平行に配置されることを特徴とする。

したがって、本発明では、駆動装置、特に多段変速機の特別なトポロジーレイアウトが追求される。実際、駆動装置、すなわち電気機械駆動装置は、電気モータを利用するだけでなく、モータが出力側に作用する多段変速機も利用する。このプロセスでは、変速機は全３段階で設計することができ、これに関してこのレイアウトは特に有効であることが証明されている。

また、このレイアウトは、駆動装置の電気モータの出力シャフトが第１のシャフトとして配置され、別の第２のシャフトが、第１のシャフトに対して大部分が横方向に重ね合わせて配置されるように、さらに好適に構成される。このようにして、実用的な目的のために、電気モータと出力シャフトとの複合長さは、電気機械駆動装置全体を収容するように、関連する駆動装置ハウジングの延長された長さを画定する。さらに、通常は、さらに第３のシャフトが設けられ、その結果として多段変速機が３段階で作られ、このことが有効であることは事実である。ここで、レイアウトはさらに、当該の第３のシャフトが、第２のシャフトおよび電気モータに対して横方向に重ね合わされて延びるようなものである。このようにして、電気モータと電気モータの出力シャフトとの複合長さは、駆動装置ハウジングの延長された長さを画定する。駆動装置ハウジングの横方向延長部は、電気モータの出力シャフト、第２のシャフトおよび第３のシャフトの互いに対するそれぞれの平行位置に基づいてサイズを定められる。いずれにせよ、このようにして、駆動装置のコンパクトな全体レイアウト、およびコンパクトな駆動装置ハウジングが提供される。

さらに、多段変速機は、異なる歯車装置の少なくとも２つの係合手段を有する出力側のシャフトを備えることが特に有効であることが示されている。多段変速機が好適には３段で設計される場合、出力側のシャフトは、第３のシャフトに対して重ね合わされる。既に前述したように、第３のシャフトは、第２のシャフトおよび電気モータに対して横方向に重ね合わされて延びる。

前記第３のシャフトは、異なる歯車装置の少なくとも２つの係合手段を備える。出力側のシャフトの第１の係合手段は、入力側のシャフトに連結するために設けられる。この場合、このシャフトは通常、第２のシャフトである。出力側のシャフト上の第２の係合手段は略、緊急ロック解除機構に連結するために設けられる。

一般に、緊急ロック解除機構は、手動で作動可能なクランクを有する。クランクは、別個のシャフト上に設けられる。緊急ロック解除機構の別個のシャフトは一般に、駆動装置ハウジングの内側に電気モータ上に横方向に重ね合わせて配置され、第２のシャフトと略同じ延長部を有する。

最後に、出力側のシャフト、すなわち第３のシャフトはカムも備えることができる。一般に、カムは、第３の係合手段としてロック要素と相互作用する。このプロセスでは、レイアウトには、個々のシャフトの間の係合手段が、平歯車装置および／またははすば歯車装置および／またはエボロイド歯車装置として実装されるという詳細がさらに含まれる。もちろん、他の組み合わせも可能である。

これに関するエボロイド歯車装置には、結果として特に高いギヤ速度伝達比が可能になるという利点がある。これは重要である、というのは、このようにして、ロック要素に作用するために所望される高いトルクが電気モータの出力側で、したがって電気機械駆動装置の出力側で利用可能になるからである。

さらに、この種のエボロイド歯車装置は、特に低い変速機騒音および高効率を生むのに役立つ。最後に、この種のエボロイド歯車装置に依存することにより、特にコンパクトな変速機設計が可能になり、これは本発明に関して非常に重要である。これらは実質的な利点である。

以下、本発明について、好ましい例示的な実施形態を表す図面を使用してより詳細に説明する。

本発明による電気接続装置の上面図である。 第１の機能状態での充電プラグソケットと充電プラグとの間の接触を示す断面図である。 第２の機能状態での充電プラグソケットと充電プラグとの間の接触を示す断面図である。 第３の機能状態での充電プラグソケットと充電プラグとの間の接触を示す断面図である。 開放状態での駆動装置ハウジングの上面図である。

電気自動車またはハイブリッド自動車用の電気接続装置が上記の図に示されている。図２Ａ〜図２Ｃによる概観図面には、当該の電気自動車またはハイブリッド自動車のシャーシ１が部分的に示されている。シャーシ１は凹部２を備える。凹部２には、充電プラグソケット３がある。充電プラグソケット３は、充電プラグ４に電気的にかつ解放可能にロックする態様で結合することができ、充電プラグは、この目的のためにシャーシ１の凹部２の中に導入され、充電プラグソケット３に解放可能にロックする態様で結合される。

この目的のために、充電プラグ４は、図１にのみ示されているプラグ接点５を有し、プラグ接点５は、充電プラグソケット３の内側の関連するレセプタクル５’内に係合する。もちろん、逆の手順を使用することができる。この場合、充電プラグソケット３は、充電プラグ４の関連するレセプタクル５’内に解放可能に係合するプラグ接点５を備えるが、これは図示されていない。

充電プラグ４を充電プラグソケット３に解放可能にロックするために、可動ロック要素が設けられる。可動ロック要素６は、例示的な実施形態でのロックピンまたはロックプランジャ、すなわち、全体としてプラスチックで作られた円筒形ロック要素６である。別の実施形態では、ロック要素６は金属で作ることもできる。充電プラグソケット３に対して充電プラグ４を解放可能にロックするために、ロック要素６は、充電プラグ４の関連するカットアウト７に到達する。さらに、図２Ｃによるロック状態にあるとき、ロック要素６は、充電プラグソケット３の別のカットアウト７’にも到達する。

ロック要素６は、充電プラグ４と充電プラグソケット３との間のロックを実施または解除するために、２つのカットアウト７、７’に対して移動することができる。ロック解除状態は、図２Ａによる表現に対応する。一方、図２Ｂはロックするプロセスを示しているのに対して、図２Ｃは最終ロック状態を反映している。図１に二重矢印で示されているロック要素６の縦方向のロック要素６動きは、これらの状態に対応する。ロック要素６の制御動作は、例示的な実施形態による電気機械駆動装置によって行われる。ロック要素６の縦方向は、駆動装置のシャフト９、１０、および１１が配置される平面に対して垂直に延びる。

駆動装置は、電気モータ８、第１のシャフト９、第２のシャフト１０、第３のシャフト１１、およびロックレバー１１９を備え、ロック要素６はロックレバー１１９に当接する。ロックレバー１１９は、電気モータ８およびシャフト９〜１１を使用して動き出し、その後すぐにロック要素６が動かされる。ロックレバー１９は、シャフト９〜１１が配置される平面に対して垂直に動かされる。例示的な実施形態では、ロックレバー１１９およびロック要素６はともに一体に設計される。

ロック要素６は、突出部１２７を有する段階的構成を有し、したがって、ロック要素６は、より高いレベルにある突出部１２７上の第１の支持面１２９とより低いレベルにある第２の支持面１２８とを有する。相対的指標の「より高いレベル」および「より低いレベル」は、ハウジング側のロック要素６の端部に対する距離を指す。２つの支持面１２８、１２９は、充電プラグ４が充電プラグソケット３内に十分深く導入されているかどうかを検出するために使用され得る。このことは、通常動作で、言い換えれば充電プラグ４が充電プラグソケット３内に十分深く導入されたときに、ロックを達成するために、ロック要素６が充電プラグ４の貫通カットアウト７に到達し、充電プラグソケットのカットアウト７’内にも到達する範囲で利用される。カットアウト７、７’のサイズおよび配置は、通常動作でロック要素６が充電プラグ４のカットアウト７に挿通され、突出部１２７によって充電プラグソケット３のカットアウト７’内に導入されるように選択されるが、第２の支持面１２８は、充電プラグ３の表面に当接した状態になり、それによりロック要素６の移動を停止する。加えて、ロック要素６が停止する前に、例えば、シャフト９〜１０のうちの１つの回転数を監視することにより、または電気モータ８の消費電力を監視することにより、駆動装置の電気モータ８が運転されていた時間の長さが監視される。これにより、通常動作が有効であるかどうかを判断することができる。充電プラグ３が十分に深く挿入されない場合、突出部１２７上の第１の支持面１２９は、最初に充電プラグ３に当座した状態になり、ロック要素６は事前に既に停止している。また、第３の状況、すなわち、充電プラグ３が破損しているために、導入が十分深いときでも確実なロックが確保されない場合が決定され得る。この場合、ロック要素６は、通常動作の場合よりも深く挿入され得る。

電気機械駆動装置の第１のシャフト９は、電気モータ８の出力シャフトを構成し、歯車装置１２２によって第２のシャフト１０と噛み合い、歯車装置１２２は、エボロイド歯車装置として設計されることが好ましい。第２のシャフト１０もまた歯車装置１２３を有し、第２のシャフト１０は、歯車装置１２３によって第３のシャフト１１と噛み合う。第２のシャフト１０の歯車装置１２３は、エボロイド歯車装置として設計することもできる。エボロイド歯車装置は、比較的コンパクトな空間要件がある場合、例えば１：３０、１：８０、１：１４０、または１：３２０という高いギヤ速度伝達比から非常に高いギヤ速度伝達比を提供する。

第３のシャフト１１は、第２のシャフトの歯車装置１２３と噛み合う第１の歯車装置１２４に加えて、第２の歯車装置１２５を有し、第２の歯車装置１２５は、第１の歯車装置１２４の反対側にある第３のシャフト１１の端部に配置される。第２の歯車装置１２５は、マイクロスイッチとして設計されたセンサ１６を作動させるためのスイッチアクチュエータ１３０を駆動するために使用される。マイクロスイッチの作動は、第３のシャフト１１の正常な回転を意味する。したがって、マイクロスイッチは、第３のシャフト１１がどれだけ回転しているか、および駆動装置がどのくらいの時間動作したか決定する。

電気機械駆動装置は専用の駆動装置ハウジング１３内に収容され、全体として駆動装置ハウジング１３によって収納され、したがって、駆動装置は、シャーシ１内の適切な場所にモジュール方式で充電プラグソケット３とは独立して配置および設置され得る。駆動装置ハウジング１３の外側に設けられたロック要素６の領域のシール１２により、ロック要素６は、駆動装置ハウジング１３に対して封止されながら前後に動くことができる。さらに、ロック要素６は駆動装置ハウジング１３内に取り付けられるので、これは全体として、すぐに設置できる組立体または設置モジュールを提供する。もちろん、本発明に該当する解決策には、駆動装置および充電プラグソケット３が共通のハウジング内に収容される解決策も含まれるが、この解決策は示されていない。

駆動装置を用いて、ロック要素６はガイド１４、１５に対して移動する。例示的な実施形態によれば、ガイド１４、１５は２つの部分で設計され、一方はガイド構成要素１４として、本質的に駆動装置ハウジング１３内の固定ハウジングガイド１４で構成され、他方はガイド構成要素１５として、可動支持体１５として構成される。

駆動装置変速機は全体として多段式であり、３つの変速段を備える。本発明によれば、例示的な実施形態による関連するシャフト９、１０、および１１はそれぞれ、駆動装置の電気モータ８の出力シャフト９と平行に配置される。また、シャフト９、１０、および１１ならびに関連するギヤは、全体がプラスチックで製作されるが、それに限定されるものではない。同じことが駆動装置ハウジング１３にも当てはまる。

実際、図３に示されている設計は、駆動装置の電気モータ８の出力シャフト（第１のシャフト９として）および第２のシャフト１０が、大部分が互いに対して横方向に重ね合わされているようなものである。第２のシャフト１０は、第１のシャフト９と同様の縦方向延長部を有し、両方のシャフト９、１０は横方向に互いに重なり合い、その結果、最終的な効果は横方向の張り出しがないことである。さらに、第３のシャフト１１は、駆動装置ハウジング１３の内側に配置され、第２のシャフト１０および電気モータ８に対して横方向に重ね合わされて延びる。もちろん、第３のシャフト１１はまた第２のシャフト１０と平行に配置され、第２のシャフト１０は第１のシャフト９と平行に配置される。

平行シャフト９、１０、１１および平行シャフト９、１０、１１の横方向重ね合わせを備えたこの特別な特徴により、駆動装置ハウジング１３を全体的に非常にコンパクトに構成することが可能になり、それにより小型駆動ユニットの設計が可能になる。これは、電気モータ８と第１のシャフト９の複合長さが駆動装置ハウジング１３の縦方向の範囲を規定するためである。さらに、第２のシャフト１０と第３のシャフト１１を重ね合わせた横方向配置は、駆動装置ハウジング１３の横方向範囲を本質的に画定する。第３のシャフト、すなわち出力側のシャフト１１の湾曲形状のカム１１’もここに含まれなければならない。

さらに、駆動装置ハウジング１３のコンパクト設計の結果として、変速機の位置を使用してロック要素６の位置を走査し、この位置を遠隔制御ユニットに送信するためのセンサ１６のための空間が内部にある。センサ１６は、スイッチアクチュエータ１３０によって作動されるマイクロスイッチとして設計される。カム、すなわち湾曲部１１’を使用すると、上述したように、ロック要素６には、駆動装置８〜１１を使用してロック要素６の縦方向に作用される。

出力側のシャフト、すなわちシャフト１１は、少なくとも２つの係合手段１８、１９を有する。加えて、第１のシャフト９と第２のシャフト１０との間に別の係合手段１７が実装される。例示的な実施形態では、係合手段１９は、１つのカムまたは２つの相互作用するカムである。

例示的な実施形態では、入力側の係合手段１７は、出力シャフト９または第１のシャフト９上に実装されるエボロイド歯車装置として設計されるが、これに限定されるものではない。エボロイド歯車装置または係合手段１７は、この場合は第２のシャフト１０のかさ歯車装置と噛み合い、このようにして、例えば、少なくとも５、特に１０の速度伝達比を提供する。第２の係合手段１８はまた、第２のシャフト１０の出力側に配置された、入力かさ歯車を備えるエボロイド歯車装置に戻る。これに関して、エボロイド歯車装置は、第３のシャフト上のかさ歯車装置と噛み合い、それにより、少なくとも５、好ましくは１０の速度伝達比が再び提供または実施され得る。

例示的な実施形態では、シャフト１１の第２の係合手段１９は、既に上述したカム、または２つのカムであり、２つのカムの一方は第３のシャフト１１上に配置され、他方は、クランク２０を備える緊急ロック解除機構の別の追加の別個のシャフト２１上に配置される。緊急ロック解除機構またはクランクには、この別個のシャフト２１が装備される。緊急ロック解除機構の別個のシャフト２１は、電気モータ８に対して横方向に重ね合わされて延び、特に図３の表現に見られるように、第２のシャフト１０と略同じ延長部を有する。

出力側のシャフト、すなわち第３のシャフト１１上の第２の係合手段１９は、別個のシャフト２１上のカムと相互作用するか、または相互作用することができる既に論じたカムである。このプロセスでは、クランク２０の回転動作により、別個のシャフト２１も回転運動をし始め、これらの回転は、係合手段１９によって第３のシャフト１１に伝達される。これにより、電気モータ８が故障した場合に、クランク２０はロック要素を代替的に、すなわち緊急時にロック解除することが可能になる。クランク２０は、緊急ロック解除する目的でクランク２０がユーザによってアクセスされ作動され得るように車両内に配置され、車両内の配置は、クランク２０にアクセスするために、例えば蓋などの部品が最初に開放されなければならないようなものとすることができる。

Claims (10)

1. 電気自動車またはハイブリッド自動車用の電気接続装置であって、充電プラグソケット（３）と充電プラグ（４）と前記充電プラグ（４）を前記充電プラグソケット（３）内に解放可能にロックするための可動ロック要素（６）とを備えるとともに、前記ロック要素（６）を動かすための駆動装置を備え、前記駆動装置が電気モータ（８）および前記ロック要素（８）に作用するための多段変速機を有する、電気接続装置において、前記多段変速機が個々のシャフト（９、１０、１１）を有し、前記個々のシャフト（９、１０、１１）がそれぞれ、前記駆動装置の電気モータ（８）の前記出力シャフト（９）に平行に配置されることを特徴とする、電気接続装置。
2. 第１のシャフト（９）としての前記駆動装置の前記電気モータ（８）の前記出力シャフト（９）及び別のシャフト（１０）が、大部分が互いに対して横方向に重ね合わせて配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電気接続装置。
3. 第３のシャフト（１１）が、前記第２のシャフト（１０）および前記電気モータ（８）に対して横方向に重ね合わされて延びることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気接続装置。
4. 異なる歯車装置の少なくとも２つの係合手段（１８、１９）を備えた出力シャフト（１１）が設けられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気接続装置。
5. 前記出力シャフト（１１）の第１の係合手段（１８）が入力側シャフト（１０）への連結を行うことを特徴とする、請求項４に記載の電気接続装置。
6. 前記出力側シャフト（１１）の第２の係合手段（１９）が緊急ロック解除機構への連結を行うことを特徴とする、請求項４または５に記載の電気接続装置。
7. 前記緊急ロック解除機構が、別個のシャフト（２１）に手動で作動可能なクランク（２０）を備えることを特徴とする、請求項６に記載の電気接続装置。
8. 前記緊急ロック解除機構の前記別個のシャフト（２１）が、前記電気モータ（８）に対して横方向に重ね合わされて延び、前記第２のシャフト（１０）と略同じ延長部を有することを特徴とする、請求項７に記載の電気接続装置。
9. 前記出力側シャフト（１１）がカム（１１’）を備え、前記カム（１１’）が、第３の係合手段として前記ロック要素（６）と相互作用することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気接続装置。
10. 前記個々のシャフト（９、１０、１１）の間の前記係合手段（１８、１９）が、平歯車装置および／またはかさ歯車装置および／またはエボロイド歯車装置、ならびにそれらを組み合わせたものとして設計されることを特徴とする、請求項８または９に記載の電気接続装置。

Images