KR20170057398A - 전기차 충전 스테이션용 연장가능한 전기 접속 장치 - Google Patents

전기차 충전 스테이션용 연장가능한 전기 접속 장치 Download PDF

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로넌 다니엘
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블루트램
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Abstract

본 발명은 암(320)이 전기 연결을 제공하게 되는 연장 위치와 수축 위치 사이에서 이동하기 적합한 연장가능한 암(320)을 구비한 램/커플러(310), 및 대체로 서로 교차하며 상기 암(320)의 연장 방향(322)과 대체로 직교하는 두 축(202, 302)을 중심으로 지지 기부에 대한 램의 2 회전 자유도가 가능하게 상기 램/커플러(310)를 지지하기 위한 지지 수단(100, 200)을 포함하며, 상기 램/커플러(310)가 수직축(202)을 중심으로 그리고 지지 기부에 대한 암(320)의 연장 방향(322)에 직교하는 수평축(302)을 중심으로 각도 변위 가능한 보호 하우징(300)에 배치되고, 연장가능한 암(320)은 기어드 모터(340)에 의해 구동되는 벨트의 스트랜드(366)에 연결된 수단에 장착되고, 카운터웨이트(350)가 벨트 반대쪽의 스트랜트에 연결되는, 전기 차량 충전 스테이션용 전기 접속 장치에 관한 것이다.

Description

전기차 충전 스테이션용 연장가능한 전기 접속 장치{EXTENDABLE ELECTRIC COUPLING DEVICE FOR AN ELECTRIC VEHICLE CHARGING STATION}
본 발명은 전기차 충전 스테이션의 분야에 관한 것이다.
본 발명은 전용으로 적용가능한 것을 아니지만 특히 트램웨이(tramway) 유형의 차량에 관한 것이다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 관련 전기 차량을 충전하기 위하여 전기 차량 충전 스테이션에 결합될 수 있는 램/커플러(ram/coupler)로 구성된 기본적으로 연장가능한 전기 접속 장치에 관한 것이다.
충전 스테이션에서 차량을 충전하기 위해 전기 차량과 접촉시키기 위한 상이한 장치들이 종래 기술에 알려져 있다.
예컨대, EP 1 938 438호는 스테이션에 설치된 커넥티드에 연결될 버스/트램웨이의 지붕에 형성된 암을 포함하는 전기 차량 충전 스테이션을 개시하고 있다.
그러나, 상기 문헌에 설명된 유형의 장치들은 완전히 만족스러운 것은 아니다. 실제로, 이 문헌에 설명된 암의 연장 중에 생성되는 힘은 높은 응력 및 높은 파손 위험성을 발생시킨다. 상기 문헌에 설명된 램은 작동 에너지가 공압(pheumatic)이기 때문에, 이것은 예컨대 연장하는 암과 상기 암과 마주하는 수용하는 콘 사이에 누군가 그 손을 넣으면 위험할 수 있는 영구적으로 유지되는 압력을 조절하기 쉽지 않은 속도 및 힘을 유발한다.
더욱이, 전술한 장치들은 버스의 지붕에 미관상 좋지 않은 돌출부 및 버스의 노면 유지 성능을 위해 고려해야만 하는 매우 큰 체적 및 무거운 시스템을 포함한다.
종래 기술에는 전기 차량을 충전하기 위한 전기 접속 장치를 각각 개시하고 있는, 문헌 US 2011/316474호 및 US 6 157 162호가 또한 알려져 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술을 개선하는 수단을 제시하는 것이다.
이 목적은 본 발명에 따른 전기 차량 충전 스테이션을 위한 전기 접속 장치에 의해 달성되는데, 이 전기 접속 장치는 암이 전기 연결을 제공하게 되는 연장 위치와 수축 위치 사이에서 이동하기 적합한 연장가능한 암을 포함하는 램/커플러, 및 서로 대체로 교차하며 상기 암의 연장 방향과 대체로 직교하는 두 축을 중심으로 지지 기부에 대한 램의 2 회전 자유도(two degrees of rotational freedom)가 가능하게 상기 램/커플러를 지지하기 위한 지지 수단을 포함하며, 상기 램/커플러는 수직축을 중심으로 그리고 지지 기부에 대한 암의 연장 방향에 직교하는 수평축을 중심으로 각도 변위 가능한 보호 하우징에 배치된다.
본 발명은 충전 스테이션과 연결되고 충전 스테이션의 전방에 도착한 차량과 상호 작용할 램 시스템을 제시한다는 것을 당해 분야의 전문가는 이해하게 될 것이다.
램은 스테이션과 차량 사이에 연결을 최적화하는 다수의 자유도를 갖는다. 램은 작동을 최적화하고 기능 장애 문제를 방지하는 신뢰할 수 있고 안전한 이동 제어 시스템을 또한 포함한다.
본 발명의 다른 유리한 특징들에 따르면,
- 연장가능한 암은 적어도 부분적으로 가요성이다(또는 적어도 가요성 부분을 포함한다).
- 램/커플러는 상기 램/커플러가 수축 위치에 있을 때 폐쇄 위치로 당겨지며 암 연장 명령이 주어질 때 자동적으로 개방하는 도어를 포함하는 박스 또는 케이싱에 배치된다.
- 전기 접속 장치는, 조립체의 무게 중심을 지지 수단의 두 개의 피벗 축의 교차점 가까이에 유지하기 위하여, 연장가능한 암의 연장 방향과 반대의 방향으로 자동적으로 이동되는 카운터웨이트(counterweight)를 포함한다.
- 전기 접속 장치는 피벗 축 주위로 각도 운동을 제한하는 정지 장치(stop)를 형성하는 수단 및 피벗 축 주위로 변위를 느리게 하는 댐핑 수단(damping means)을 포함한다.
또한 본 발명은, 본 발명에 따라 전술한 것과 같은 전기 접속 장치가 설치되는 충전 스테이션에 관한 것이다.
본 발명의 다른 기술적인 특성, 목적 및 장점들은 비-제한적인 예들로서 제공된 첨부도면을 참조하여 이하에서 설명하는 상세한 설명을 읽은 후에 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 연장가능한 암이 수축 위치에 있을 때, 본 발명에 따른 전기 접속 장치의 내부 구조를 보여주기 위하여 케이스의 상부, 하부 및 측면 요소들이 도시되어 있지 않은 전기 접속 장치의 사시도.
도 2는 도 1과 관찰 방향이 상이하며 케이스의 다른 요소들이 도시되어 있지 않은, 암이 수축 위치에 있는 본 발명에 따른 장치의 다른 유사한 사시도.
도 3은 암이 연장 위치에 있는 도 1과 유사한 사시도.
도 4는 지지 기부 상의 중간 요소의 관절 장치 및 중간 요소 상의 결합 장치의 케이스를 더욱 구체적으로 도시하고 있는, 본 발명에 따른 장치의 부분도.
도 5는 중간 요소 상의 케이스 및 기부 상의 중간 요소의 동일한 관절 수단을 보여주는 다른 확대도.
도 6은 기부에 힌지 연결된 중간 장치를 도시한 도면.
도 7은 전기 연결 케이블이 통과할 수 있는 중공형 실린더의 형태로 어떻게 중앙 축이 만들어지는가를 잘 나타내기 위해, 기부에 힌지 연결된 중간 요소를 도시한 유사한 단면도.
도 8은 회전 방지 장치의 부분적인 종방향 단면도를 도시한 도면.
도 9는 특히 암을 연장하기 위한 벨트/풀리 시스템을 보여주는, 결합 장치의 부분도를 도시한 도면.
도 10은 폐쇄 위치에서 케이스를 폐쇄하는 도어를 도시한 도면.
도 11은 도어가 개방될 때의 도어를 도시한 유사한 도면.
도 12는 카운터웨이트에 제공된 작동 핑거와 도어에 고정된 캠 간의 상호 작용을 더욱 상세하게 나타낸 상세도.
도 13은 전기 충전 스테이션과 트램웨이 간의 상호 작용을 개략적으로 나타낸 개략도.
도 14는 트램웨이에 제공된 추가적인 콘과 함께 전기 충전 스테이션에 제공된 본 발명에 따른 전기 접속 장치의 연장가능한 암의 결합을 나타내는 개략도.
도 15는 콘에 대한 암의 축선방향 오정렬이 있는 경우를 도시한 유사한 도면.
도 16은 본 발명에 따라, 연장가능한 암과 지지 기부 사이의 자유도에서 기인하는 콘에 대한 암의 자동 정렬을 나타내는 도면.
본 발명에 따른 접속 장치는:
- 충전 스테이션의 지지 프레임 상에 고정될 기부(100),
- 기부(100)에 대한 수직축(202) 주위의 각도 방향으로 자유롭게 이동하는 중간 요소(200), 및
- 램(310)을 수용하는 하우징 또는 케이스(300)를 포함하며, 암(320)은 수평 방향 바람직하게는 스테이션에 대해 연결할 차량의 이동 방향과 직각으로 연장할 수 있다.
케이스(300) 자체는 연장 방향(322)과 직각인 수평축(302)을 중심으로 각도 운동으로 이동될 수 있다.
기부 판(100)의 많은 변형예들이 있을 수 있으며 변형예들은 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
중간 요소(200)는 수평 기부(210)와 두 개의 날개 또는 수직 측벽(212, 214)를 포함하는, 대체로 클레비스(clevis) 또는 U자형 피스(U-piece) 이다.
기부(210)는 스테이션으로부터 케이스(300)까지 케이블이 통과하는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 자유로운 중앙 오리피스(120)를 남기는 임의의 적절한 수단, 예컨대 크로스 롤러 베어링(110)에 의해 기부(100)에 차례로 관절 연결된다.
수직축(202)을 중심으로 중간 요소(200)와 기부(100) 사이의 허용가능한 각도 변위는 스프링 정지 장치(130) 및 댐퍼(140)의 시스템에 의해 제한된다. 그러므로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 기부(210)의 측면에 한쌍과 회전축(202)의 측면에 정지 장치(130) 및 댐퍼(140)를 구비한, 바람직하게는 두 쌍의 정지 장치(130) 및 댐퍼(140)가 제공된다.
상기 스프링 정지 시스템(130)은 기부(210)의 벽들과 이 벽들을 대향하는 평면(102)들 사이에 들어가며, 기부(100)의 수평 부분에 의해 지지된다. 스프링 정지 시스템(130)의 많은 변형예들이 있을 수 있다. 이들은 엘라스토머 스터드(136)를 푸시하는 케이지(132) 안에 스프링을 포함하는 도 8에 도시된 배열과 일치하는 요소들 또는 케이지(132)에서 바깥쪽 방향으로 자유롭게 활주하도록 동등하게 설치될 수 있다. 쇼울더(135) 형태의 수단 또는 등가물이 스프링(134)의 영향 하에서 케이지(132)에 대해 바깥쪽 방향으로 스터드(136)에 대한 부하를 제한한다.
예컨대 유압식의, 충격 흡수 수단(140)이 기부(100)에 대한 중간 장치(200)의 진동을 방지하도록 수직축(202)을 따라 규정하는 정지 시스템(130)과 결합한다.
케이스(300)는 클레비스(200)의 플랜지(212, 214) 상에서 축(302)을 중심으로 자유롭게 회전한다. 이 경우에 마찬가지로, 케이스(300)의 측벽에 연결되고 축(302)을 중심으로 클레비스(200)에 연결되는 사이드 플레이트(303, 304)는 전술한 수단(130 및 140)과 유사한 정지 장치(230) 및 충격 흡수 수단(240)에 의해 축(302)에 대한 각도 운동이 제한된다.
그러므로 바람직하게는, 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 한 쌍의 정지 장치(230) 및 충격 흡수기(240)가 사이드 플레이트(303, 34)에 고정된 이동식 요소(200)의 각 날개(212, 214)의 각 측면에 제공된다.
케이스(300)는 암(320)의 연장 방향(322)을 따라 형상이 기다랗다.
도 3에 더욱 구체적으로 도시된 바와 같이, 이 경우에 케이스(300)는 4개의 종방향 벽(305, 306, 307, 308) 및 2개의 단부벽(309a, 309b)을 포함한다(명료함을 위해 도면에 종방향 벽(308)은 도시되어 있지 않다).
암(320)이 그곳을 통해 연장하게 되는 전방벽(309a)은 도 1 및 도 2에 도시된 폐쇄 위치와 도 3에 도시된 개방 위치 사이에서 자유롭게 이동하는 도어 또는 트랩(300)으로 고정된다. 이 배열은 아래에서 더욱 상세하게 규정될 것이다.
램(310)은 연장 방향(322)을 따라 자유롭게 활주하도록 케이스(300)에 설치된다. 이를 위해, 예컨대 램(310)은 연장 방향(322)과 평행한 종방향으로 연장하는 레일(314)에 장착된 롤러(312)에 의해 연장 방향(322)을 따라 자유롭게 활주하도록 안내되는 캐리지(370)에 장착될 수 있다. 특히 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 상부 롤러(312a) 및 하부 롤러(312b)가 레일(314) 상에서 구른다.
따라서 램(310)은 케이스(300)의 뒤에 제공된 기어드 모터 시스템(340)에 의해 구동된다.
케이스(300)는, 케이스(300)의 전방벽(309a) 및 후방벽(309b)에 각각 가까이 형성된, 제1 풀리(362) 및 제2 풀리(364)에 감긴 연속 벨트(360)를 또한 수용한다. 각각의 제1 풀리(362) 및 제2 풀리(364)는 램(310)의 연장 방향(322)과 수평축(302)과 전체적으로 직각인 축 주위로 자유롭게 회전하도록 설치된다. 도 9에 도시된 예에서, 제1 풀리(362)는 중동 풀리인 반면에, 제2 풀리(364)는 구동 풀리이며 기어드 모터 시스템(340)에 의해 차례로 구동된다.
램(310)은 벨트(360)의 제1 스트랜드(366)에 고정되고 카운터웨이트(350)는 제1 스트랜드(366)와 반대쪽의 벨트(360)의 제2 스트랜드(368)에 제공된다. 따라서, 램(310)이 연장 위치로 앞쪽으로 이동될 때, 시스템의 역학적인 질량이 램(310)의 위치와 무관하게 균형을 이루도록 램(310) 및 카운터웨이트(350)로 구성된 조립체의 무게 중심은 항상 관절 축선(202 및 302)의 교차점에 가까이 유지되게 카운터웨이트(350)가 반대 방향으로 환언하면, 케이스(300)의 뒤쪽으로 이동된다.
도 1 및 도 3의 비교를 통한 조사는 암(320)의 수축 위치에서, 카운터웨이트(350)는 도 1에 도시된 바와 같이 도어(330)에 가까운 케이스(300)의 전방 부근에 배치되는 반면에, 암(320)의 확장 위치에서, 도 3에 도시된 바와 같이 카운터웨이트(350)는 후방벽(309b)에 가까운 케이스(300)의 후방 부근에 배치되는 것을 보여준다.
따라서 본 발명의 원리는 도 13에 도시된 바와 같이, 스테이션의 상부 가까이에, 도면부호 D에 본 발명에 따른 전술한 전기 접속 장치가 고정되는, 트램웨이 스테이션(ST)을 개시하는 것이다. 관련 차량(V), 예컨대 트램웨이 타입 차량들은 암(320)의 단부에 상보적인 부품, 예를 들어 암(320)의 단부를 유지하도록 형성된 C자 콘의 형태인 암형 부품(female part)을 그 지붕에 구비한다. 도 14는 콘(C) 내로 진입시에 동축으로 정렬된 위치에서 이제 연장되고 있는 암(320)의 단부를 도시한다. 이러한 정렬에서, 암(320)의 단부와 콘(C)의 후방에 제공된 상보적인 수단 사이의 접촉이 수월하게 설정될 수 있다.
도 15는 이렇게 장비를 갖춘 스테이션(ST)에 대한 차량(V)의 위치에 의존적인 콘(C)과 암(320)의 단부 사이에 오정렬의 경우를 나타낸다.
도 16에서 알 수 있는 바와 같이, 암의 본질적인 가요성과 조합하는 것이 필요할 경우 본 발명에 따른 접속 장치는 수직축(202) 및 수평축(302)에 대해 이중 각도 운동이 가능하기 때문에, 암(320)의 단부가 콘(C)의 개구와 마주하게 되면 암(320)의 단부는 콘(C)의 바닥에 대해 자동적으로 스스로 재정렬할 수 있다. 이러한 본질적인 가요성은 이중 각도 운동과 조합하여 암이 오직 단일의 곡률을 형성하고, 기능 저하 문제 또는 조기 열화를 일으킬 수 있는 S자형 곡률(2개의 곡률을 갖는)을 방지한다.
본 발명의 비-제한적인 예로서, 시스템은 X 방향 즉, 차량의 종방향 이동 방향 및 Z 방향 즉, 수직 방향으로 플러스 또는 마이너스 100 밀리미터의 허용 공차를 용인하고, Y 방향 즉, 스테이션에 대한 암(320)의 연장 방향(322)으로 플러스 또는 마이너스 250 밀리미터의 허용 공차를 용인하도록 맞추어질 수 있다.
또한 비-제한적인 예로서, 연장 방향(322)을 따라 암(320)의 전체 이동 거리는 1100 밀리미터의 크기일 수 있다.
케이싱(300)의 전방벽(309a)에 도어(330)가 제공된다는 것은 앞서 설명하였다.
본 발명의 체계에서, 바람직하게는 도어(330)가 개방 위치(휴지 위치) 및 카운터웨이트(350)에 제공된 핀에 의해 역학적으로 폐쇄 위치(탄성적인 응력이 가해지는 위치)에 탄성적으로 유지된다.
따라서, 바람직하게는 도어(330)가 스프링(332)을 구비한 수직 힌지를 중심으로 케이스(300)에 힌지 연결된다.
램/커플러(310)가 수축될 때, 즉 암(320)이 케이스(300) 안으로 수축될 때, 카운터웨이트(350)에 제공된 핀(352)은 도어(330)에 고정된 롤러 또는 캠(324)과 접촉하게 된다. 따라서 핀(352)은 도어(330)을 강제로 폐쇄하고 힌지(332) 내에 통합된 스프링(334)을 신장시킨다. 휴지 위치에서, 전술한 스프링(334)은 도어(330)를 개방 위치에 유지한다는 것을 유의해야 한다. 따라서 전술한 시스템은 작동 문제, 특히 누출 또는 기밀 누출 문제를 방지하기 위해 도어(330)의 개방과 램(310)의 암(320)의 연장을 결부시킬 수 있다.
도 10은 폐쇄 위치에서의 도어(330)를 나타내며, 카운터웨이트(350)의 핀(352)이 캠(324)에 힘을 적용한다.
도 11은 중간 개방 위치에서의 도어(330)를 나타내며, 카운터웨이트(350)의 핀(352)이 캠(324)으로부터 멀어지게 이동하기 시작하는데, 이것은 플랩(330)의 힌지 스프링(334)에서 응력을 해제하고 암(320)이 연장되는 것과 동시에 플랩(330)의 개방을 촉발한다.
도 12는 완전 개방 위치에서의 플랩(330)을 나타낸다. 플랩(330)의 회전축(332)에 형성된 스프링(334)은 응력을 가하지 않는 위치에 있다. 도 12는 카운터웨이트(350)의 핀(352)이 도어(330)의 캠(324)과 더 이상 접촉하지 않는 것을 보여준다.
당해 분야의 전문가는 특히, 본 발명이 종래 기술에 비해 다음과 같은 이점들을 제공한다는 것을 알게 될 것이다.
- 견고하고, 신뢰성 있고, 저렴한 시스템이 스테이션에 설치하기 용이하다.
- 도어(330)의 폐쇄를 포함한, 연결을 위해 단일의 램이 필요하다.
- 하프-볼 결합 시스템, 즉 램(310)의 암(320)을 둘러싸는 케이스(300)에 대해 부여되는 2 자유도는 충전 스테이션과 차량 사이의 전기 연결을 하기 위해 사용되는 커넥터에 응력이 가해지는 것을 방지한다.
- 본 발명에 따른 시스템은 과도한 푸싱 힘에 대한 필요성을 회피하고 연결의 커다란 이동 곡선을 방지한다.
명백하게, 본 발명은 설명한 특별한 실시예들로 제한되지 않는다.
도 2는 케이스(300)의 조합된 각도 위치 및 암(320)의 연장과 무관하게 적절한 전기 접속을 하기 위하여, 기부(100)에 형성된 개구(120)로부터 경로를 따라 지나가고 암(320)에 연결된 관절식 연결 수단을 도면부호 390으로 개략적으로 보여준다.

Claims (8)

  1. 암(320)이 전기 연결을 제공하게 되는 연장 위치와 수축 위치 사이에서 이동하기 적합한 연장가능한 암(320)을 구비한 램/커플러(310), 및 서로 교차하며 상기 암의 연장 방향(322)과 직교하는 두 축(202, 302)을 중심으로 지지 기부(100)에 대한 램/커플러(310)의 2 회전 자유도가 가능하게 상기 램/커플러(310)를 지지하기 위한 지지 수단(100, 200)을 포함하며, 상기 램/커플러(310)는 수직축(202)을 중심으로 그리고 지지 기부(100)에 대한 암(320)의 연장 방향(322)에 직교하는 수평축(302)을 중심으로 각도 변위 가능한 보호 하우징(300)에 배치되어 있는, 전기 차량 충전 스테이션용 전기 접속 장치로서,
    연장가능한 암(320)은 기어드 모터(340)에 의해 구동되는 벨트(360)의 스트랜드(366)에 연결된 수단에 장착되고, 카운터웨이트(350)가 벨트(360) 반대쪽의 스트랜트(368)에 연결되며, 보호 케이싱(300)은 연장가능한 암(320)의 수축된 위치에서의 폐쇄 위치와 연장가능한 암(320)의 연장된 위치에서의 개방 위치 사이에서 변위하여 자유롭게 이동하는 도어(330)를 구비한 것을 특징으로 하는 전기 차량 충전 스테이션용 전기 접속 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    암(320)은 적어도 부분적으로 가요성인 것을 특징으로 하는 전기 차량 충전 스테이션용 전기 접속 장치.
  3. 제1항 및 제2항 중 한 항에 있어서,
    도어(330)는 카운터웨이트(350)에 구비된 핀(352)에 의해 폐쇄 위치에서 탄성적으로 유지되고 그 휴지 위치로 복귀하도록 개방 위치에서 탄성적으로 하중이 가해지는 것을 특징으로 하는 전기 차량 충전 스테이션용 전기 접속 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
    전기 접속 장치는 지지 지점에 고정되도록 형성된 지지 기부(100) 및 상기 지지 기부(100) 상의 수직축(202)을 중심으로 자유롭게 각도 이동하도록 설치된 중간 요소(200)를 포함하며, 램/커플러(310)의 보호 케이스(300)는 중간 요소(200) 상의 제2 축(302)을 중심으로 축선 방향으로 자유롭게 이동하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 전기 차량 충전 스테이션용 전기 접속 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서,
    전기 접속 장치는 램/커플러(310)의 지지 수단(100, 200)의 각도 이동을 제한하는 정지 장치(130, 230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량 충전 스테이션용 전기 접속 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서,
    전기 접속 장치는 램/커플러(310)의 지지 수단(100, 200)의 각도 이동을 억제하는 댐핑 수단(140, 240)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량 충전 스테이션용 전기 접속 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서,
    램/커플러(310)는 레일(314) 상에서 병진으로 안내되는 케리지(370)에 장착되는 것을 특징으로 하는 전기 차량 충전 스테이션용 전기 접속 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 한 항에 따른 전기 전속 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 차량 충전 스테이션.
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