PL247361B1 - Głowica stykowa dla odbieraka prądu przystosowana do ładowania pojazdów elektrycznych, system szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych oraz sposób tworzenia połączenia przewodzącego elektrycznie między stacją ładowania a tą głowicą stykową - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest głowica stykowa dla odbieraka prądu przystosowana do ładowania pojazdu wyposażonego w napęd elektryczny w systemach szybkiego ładowania, posiadająca styki do dociskania do co najmniej dwóch listew przewodzących kompatybilnego urządzenia stykowego stacji ładowania, które to listwy przewodzące rozmieszczone są po przeciwnych stronach głowicy stykowej i którymi doprowadzane jest napięcie zasilające, w której elementy dociskowe są utworzone jako przeciwstawne ramiona (2, 3) — ramię pierwsze (3) i ramię drugie (2); na ramieniu pierwszym (3) umieszczony jest co najmniej jeden styk prądowy (5); na ramieniu drugim (2) umieszczony jest co najmniej jeden styk prądowy (6); co najmniej jedna oś obrotu (4), wokół której obracają się ramiona (2, 3), jest ustawiona zasadniczo w kierunku osi wzdłużnej pojazdu, równolegle do kierunku ruchu pojazdu; do ramienia drugiego (2), na osi, równoległej do co najmniej jednej osi obrotu (4), przymocowane jest obrotowo za pośrednictwem elementu sprężystego ramię trzecie (8), na którym to ramieniu trzecim (8) umieszczony jest styk uziemiający (9), przy czym styk uziemiający (9) znajduje się w pozycji wysuniętej i wystaje poza obręb głowicy (1) tak, że podczas przyłączania głowicy (1) do stacji ładowania styk uziemiający (9) kontaktuje się z listwą kontaktową jako pierwszy ze wszystkich styków; na jednym z ramion (2,3), od strony zwróconej w kierunku listew przewodzących, umieszczony jest styk komunikacyjny (7). Przedmiotem zgłoszenia jest także system szybkiego ładowania pojazdów z napędem elektrycznym, obejmujący odbierak prądu zainstalowany na pojeździe, stację ładowania (14) będącą częścią infrastruktury transportowej oraz głowicę stykową (1). Ponadto, zgłoszenie obejmuje również sposób tworzenia połączenia przewodzącego elektrycznie między listwami przewodzącymi stacji ładowania a przedmiotową głowicą stykową (1).

Description

Opis wynalazku

Dziedzina techniki

Wynalazek dotyczy ogólnie systemów szybkiego ładowania pojazdów o napędzie elektrycznym. Bardziej szczegółowo, przedmiotem wynalazku jest głowica stykowa, będąca częścią odbieraka prądu zainstalowanego na dachu pojazdu, umożliwiająca szybkie, bezobsługowe i bezpieczne ładowanie pojazdów napędzanych elektrycznie poprzez podłączenie tej głowicy do kompatybilnej stacjonarnej stacji ładującej, która jest częścią infrastruktury transportowej. Głowica przeznaczona jest do stosowania w różnego rodzaju pojazdach, a w szczególności przeznaczona jest do miejskich i podmiejskich autobusów wykorzystujących napęd elektryczny lub hybrydowy, wyposażonych w urządzenia magazynujące energię elektryczną, takie jak akumulatory czy superkondensatory.

Stan techniki

W ostatnim czasie w transporcie publicznym na popularności zyskują rozwiązania dotyczące systemów do szybkiego ładowania pojazdów pasażerskich z napędem elektrycznym podczas poruszania się po ustalonej trasie. Znane są zatem różne systemy i metody pozwalające na szybkie ładowanie akumulatorów pojazdu, przy czym ładowanie następuje w krótkim czasie podczas zatrzymania się pojazdu na przystankach lub na stacjach początkowych i końcowych, z wykorzystaniem stacji ładowania stanowiących część infrastruktury transportowej - zamontowanych w obrębie przystanku lub stacji początkowej i końcowej. Ładowanie realizowane jest za pomocą odbieraka prądu, np. pantografu, który w swojej górnej części posiada głowicę przeznaczoną do stykania się z elementami stacji ładujących. Z literatury znane są różne konstrukcje głowic przeznaczonych do szybkiego ładowania pojazdów z napędem elektrycznym.

Przykładowo, z patentu EP3359412B1 znany jest układ szybkiego ładowania dla pojazdów napędzanych elektrycznie oraz sposób tworzenia przewodzącego elektrycznie połączenia między pojazdem a stacją ładowania. Układ zawiera urządzenie stykowe do ładowania, przeznaczone do stykania się z urządzeniem stykowym stacji ładującej, oraz urządzenie ustalające położenie. Za pomocą urządzenia ustalającego położenie, położenie urządzenia stykowego umieszczonego na pojeździe może być ustalane w kierunku pionowym lub poziomym względem urządzenia stykowego w stacji ładującej, oraz może być ono umieszczane w pozycji styku. Urządzenie stykowe zawiera wspornik elementów stykowych w położeniu styku z elementami stykowymi do ładowania, a elementy stykowe na pojeździe i elementy stykowe stacji mogą być stykane elektrycznie w celu utworzenia par styków. Urządzenie ustalające prowadzi elementy stykowe do położenia styku, przy czym jest ono tak skonstruowane, że podczas łączenia urządzeń stykowych zapobiega ich kontaktowi elementów stykowych przed osiągnięciem położenia styku. Ogólnie, styki mają tu postać dźwigni poruszającej się ruchem posuwisto-zwrotnym w osi styku elektrycznego o kształcie trzpienia, a głowica jest wyposażona w układ ustalający z mechanizmem dystansowym i rolką.

Kolejna publikacja EP3031104B1 ujawnia aparat stykowy i jednostkę stykową do systemu szybkiego ładowania pojazdów z napędem elektrycznym oraz sposób tworzenia przewodzącego elektrycznie połączenia między pojazdem i stacjonarną stacją ładowania, przy czym aparat stykowy służy do utworzenia przewodzącego elektrycznie połączenia między pojazdem a stacjonarną stacją ładowania z jednostką stykową ładowania, i przy czym aparat stykowy zawiera urządzenie stykowe, przeznaczone do tworzenia kontaktu z jednostką stykową. Urządzenie stykowe lub jednostka stykowa zawiera urządzenie pozycjonujące, przy czym to urządzenie stykowe może być pozycjonowane względem jednostki stykowej ładowania za pomocą urządzenia pozycjonującego. Urządzenie stykowe posiada wspornik elementu stykowego z elementami stykowymi, przy czym elementy stykowe ładującej jednostki stykowej mogą w każdym przypadku stykać się z elementami stykowymi w celu utworzenia par styków, i przy czym elementy stykowe są rozmieszczone na wsporniku względem ładujących elementów stykowych tak, że podczas tworzenia par styków, gdy urządzenie stykowe i jednostka stykowa są łączone, zachowana jest określona kolejność.

Wynalazek z publikacji WO2021037351 ujawnia jednostkę pozycjonującą dla pojazdów napędzanych elektrycznie oraz sposób tworzenia przewodzącego elektrycznie połączenia między pojazdem a stacją ładującą. Jednostka pozycjonująca jest zaprojektowana tak, że może zostać zamontowana na dachu pojazdu, przy czym urządzenie stykowe jednostki pozycjonującej jest ruchome względem urządzenia stykowego w stacji ładującej. Jednostka pozycjonująca ma postać ramienia przegubowego z mechanizmem obrotowym oraz urządzenia napędowego do napędzania ramienia przegubowego.

Ze zgłoszenia wynalazku EP3256341A1, dokonanego przez tego samego Zgłaszającego, znany jest system szybkiego ładowania pojazdów napędzanych elektrycznie. System ten zawiera odbierak prądu montowany za pośrednictwem ramy izolowanej elektrycznie na dachu pojazdu. W ramie ułożyskowane jest wahliwie w płaszczyźnie pionowej oraz poziomej ramię zakończone głowicą stykową dla utworzenia połączenia przewodzącego elektrycznie z kanałem stacji ładowania. Napęd podnoszenia ma postać siłownika połączonego z ramieniem i obrotnicą za pośrednictwem, której ramię ułożyskowane jest w ramie.

Z kolei polski patent PL224554B1 ujawnia zespół złącza do ładowania akumulatorów pojazdu, wyposażony w głowicę połączoną z mechanizmem podnoszącym przez przegub kulisty. Głowica ma kształt zbliżony do graniastosłupa i jest utworzona przez połączone ze sobą mechanicznie dielektryczne oprawy segmentu styków PE, segmentu styków wysokoprądowych bieguna dodatniego, segmentu styków wysokoprądowych bieguna ujemnego i segmentu styków komunikacyjnych, wewnątrz których są zamocowane przesuwnie na sprężynach odpowiednio szczotki elektryczne. Szczotki elektryczne w swoim położeniu skrajnym wychodzą poza powierzchnię opraw, szczotki segmentu styków PE wychodzą z powierzchni górnej głowicy, a szczotki segmentu styków wysokoprądowych bieguna dodatniego, szczotki segmentu styków wysokoprądowych bieguna ujemnego i szczotka segmentu styków komunikacyjnych wychodzą z dwóch leżących naprzeciw siebie boków głowicy. Wewnątrz korpusu znajduje się zamontowana przesuwnie, w kierunku prostopadłym do naprzeciwległych boków korpusu, co najmniej jedna dielektryczna listwa biegnąca równolegle do tych boków korpusu. Listwa ma połączenie z napędem zamocowanym w korpusie i jest w niej zamocowana szyna styku wysokoprądowego bieguna ujemnego, szyna styku wysokoprądowego bieguna dodatniego oraz szyna styku komunikacyjnego. Powierzchnia wewnętrzna ścianki zamykającej korpus od góry ma własności przewodzące.

Jeszcze inne zgłoszenie EP3606784A1 ujawnia jednostkę stykową do systemu szybkiego ładowania pojazdów z napędem elektrycznym oraz urządzenie stykowe i system szybkiego ładowania, przy czym system szybkiego ładowania zawiera urządzenie stykowe do ładowania i urządzenie stykowe posiadające nośnik jednostki stykowej z jednostką stykową, przy czym styk ładujący stykowego urządzenia ładującego można połączyć elektrycznie z jednostką stykową w celu utworzenia pary styków. Urządzenie stykowe zawiera urządzenie pozycjonujące, a nośnik jednostki stykowej może być ustawiany względem ładującego urządzenia stykowego za pomocą urządzenia pozycjonującego w taki sposób, że może zostać utworzone przewodzące elektrycznie połączenie z pojazdem a stacją ładowania. Jednostka stykowa posiada element stykowy, przesuwny względem nośnika jednostki stykowej w kierunku jego osi podłużnej w prowadnicy elementu stykowego jednostki stykowej, przy czym jednostka stykowa ma przewód do połączenia z pojazdem, przy czym przewód ten jest przymocowany do elementu stykowego.

Znane rozwiązania wymagają precyzyjnego podjazdu pojazdu do stacji ładowania. Inną niedogodnością są różne kształty kanałów ładowania stacji ładujących, do których trzeba dostosować głowice odbieraków prądu, aby podczas podjazdu pojazdu zostały one w kompatybilny sposób wprowadzone do kanałów ładowania w sposób umożliwiający przepływ energii elektrycznej. W znanych rozwiązaniach, aby podłączyć zewnętrzne urządzenia zespołu ładowania do stacji zasilającej o zbieżnych ściankach naprowadzających i listwach przewodzących zorientowanych w co najmniej dwóch płaszczyznach, konieczne jest zatrzymanie pojazdu oraz uważne przeprowadzanie opisanej operacji podłączania, wymagające dużej ingerencji kierowcy pojazdu. Podczas przeprowadzania operacji podłączania głowicy odbieraka prądu do stacji ładującej, ze względu na nieodpowiednie ułożenie styków wchodzących w kontakt z listwą przewodzącą, zachodzi ryzyko, że urządzenia nie zostaną (odpowiednio) podłączone, albo że podpięcie zostanie zrealizowane z niebezpieczną sekwencją podłączania styków z listwami przewodzącymi, co może doprowadzić do spięcia i w efekcie uszkodzenia systemu ładowania.

Celem wynalazku jest zaproponowanie głowicy odbieraka prądu kompatybilnej z różnymi stacjami szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych, posiadających zbieżne ściany z listwami przewodzącymi, która pozwoli w łatwy i przede wszystkim bezpieczny sposób podłączyć zewnętrzne urządzenia stykowe do stacji zasilającej.

Istota wynalazku

Problemy znane ze stanu techniki zostały rozwiązane poprzez przedmiotowe rozwiązanie, polegające generalnie na sprzężeniu ruchu i sił docisku styków elektrycznych oraz sekwencji ich podłączenia do odpowiadających im listew przewodzących.

Przedmiotem pierwszego wynalazku jest głowica stykowa dla odbieraka prądu przystosowana do ładowania pojazdu wyposażonego w napęd elektryczny w systemach szybkiego ładowania, posiadająca co najmniej dwa przeciwległe rozmieszczone styki prądowe zamocowane na co najmniej dwóch elementach dociskowych, usytuowanych obrotowo na co najmniej jednej osi obrotu z ograniczonym kątem obrotu i posiadających co najmniej jeden element sprężysty, zapewniający docisk styków do co najmniej dwóch listew przewodzących kompatybilnego urządzenia stykowego stacji ładowania, które to listwy przewodzące rozmieszczone są po przeciwnych stronach głowicy stykowej i którymi doprowadzane jest napięcie zasilające, charakteryzująca się tym, że elementy dociskowe są utworzone jako przeciwstawne ramiona - ramię pierwsze i ramię drugie; na ramieniu pierwszym umieszczony jest co najmniej jeden pierwszy styk prądowy; na ramieniu drugim umieszczony jest co najmniej jeden drugi styk prądowy;

co najmniej jedna pierwsza oś obrotu, wokół której obracają się ramię pierwsze i ramię drugie, jest ustawiona zasadniczo poziomo, tj. w kierunku osi wzdłużnej pojazdu, równolegle do kierunku ruchu pojazdu;

do ramienia drugiego, na drugiej osi, równoległej do co najmniej jednej pierwszej osi obrotu, przymocowane jest obrotowo za pośrednictwem elementu sprężystego ramię trzecie, na którym to ramieniu trzecim umieszczony jest styk uziemiający, przy czym styk uziemiający znajduje się w pozycji wysuniętej i wystaje poza obręb głowicy tak, że podczas przyłączania głowicy do stacji ładowania styk uziemiający kontaktuje się z listwą przewodzącą jako pierwszy ze wszystkich styków;

na jednym spośród ramienia pierwszego i ramienia drugiego, od strony zwróconej w kierunku listew przewodzących, umieszczony jest styk komunikacyjny.

Korzystnie, styk komunikacyjny umieszczony jest na ramieniu drugim, po przeciwnej stronie osi ramienia pierwszego względem pierwszego styku prądowego przymocowanego do tego samego ramienia pierwszego, tak, że ten styk komunikacyjny kontaktuje się z listwą przewodzącą stacji ładowania dopiero po zetknięciu się z nią styków prądowych.

Alternatywnie, styk komunikacyjny umieszczony jest na ramieniu pierwszym, po przeciwnej stronie osi obrotu ramienia drugiego względem drugiego styku prądowego przymocowanego do tego samego ramienia drugiego, tak, że ten styk komunikacyjny kontaktuje się z listwą przewodzącą stacji ładowania dopiero po zetknięciu się z nią styków prądowych.

Korzystnie, ramię trzecie wykonane jest w formie łuku przebiegającego pod co najmniej jedną, pierwszą osią i wychodzącego po przeciwnej stronie głowicy.

Korzystnie, styk uziemiający jest umieszczony na ramieniu trzecim po przeciwnej stronie niż mocująca je druga oś.

Korzystnie, wspomniana co najmniej jedna pierwsza oś zamocowana jest w jarzmie.

Korzystnie, głowica stykowa posiada tylko jedną pierwszą oś.

Korzystnie, ramię pierwsze i ramię drugie sprzężone są ze sobą na pierwszej osi obrotu za pomocą sprężyny, umiejscowionej między nimi w kieszeni tak, że te ramiona wzajemnie się odpychają.

Korzystnie sprężyna jest umieszczona wzdłużnie względem pierwszej osi obrotu.

Korzystnie, sprężyna przebiega dookoła pierwszej osi obrotu.

Korzystnie, sprężyna umieszczona jest w kieszeni i oparta o powierzchnie ramienia pierwszego i ramienia drugiego.

Korzystnie, ramię trzecie wyposażone jest w sprężynę, umieszczoną dookoła drugiej osi, na której jest ono osadzone obrotowo.

Korzystnie, sprężyna umieszczona jest w kieszeni i oparta o powierzchnie ramienia drugiego oraz ramienia trzeciego.

Korzystnie, pomiędzy ramieniem pierwszym i ramieniem drugim umieszczony jest ogranicznik ustalający zakres pracy styków w płaszczyźnie pionowej prostopadłej do osi obrotu.

Korzystnie, ogranicznik ogranicza zakres pracy styków w płaszczyźnie prostopadłej do pierwszej osi do wartości między 0 a 20°względem siebie.

Korzystnie, ogranicznik ogranicza zakres pracy styków w płaszczyźnie prostopadłej do pierwszej osi do wartości 10° w obu kierunkach względem jarzma mocującego głowicę, dopiero po ugięciu się ramienia pierwszego i ramienia drugiego względem siebie.

Przedmiotem drugiego wynalazku jest również system szybkiego ładowania pojazdów z napędem elektrycznym, obejmujący:

głowicę stykową;

odbierak prądu zainstalowany na pojeździe, wyposażony w napęd podnoszenia lub opuszczania oraz w co najmniej jedno wychylne ramię, na końcu którego zamocowana jest głowica stykowa;

stację ładowania będącą częścią stacjonarnej infrastruktury transportowej z kompatybilnym urządzeniem stykowym do podłączenia głowicy stykowej i ustanowienia połączenia przewodzącego, gdzie wspomniane urządzenie stykowe ma postać kanału ładowania posiadającego ścianę górną, która jest zasadniczo płaska o kształcie prostopadłościennym i zorientowana poziomo, oraz dwie zbieżne ściany boczne połączone z bocznymi krawędziami ściany górnej i skierowane do dołu, przy czym na wewnętrznej powierzchni ścian bocznych i ściany górnej znajdują się podłużne listwy przewodzące zorientowane poziomo wzdłuż osi urządzenia stykowego lub osi pojazdu, współpracujące z odpowiednimi stykami głowicy stykowej, charakteryzujący się tym, że posiada głowicę stykową według pierwszego wynalazku.

Przedmiotem trzeciego wynalazku jest również sposób tworzenia połączenia przewodzącego elektrycznie między listwami przewodzącymi kompatybilnego urządzenia stykowego stacji ładowania a głowicą stykową według drugiego wynalazku, charakteryzujący się tym, że obejmuje następujące etapy:

styk uziemiający, znajdujący się na trzecim ramieniu umieszcza się w pozycji wysuniętej, poza obrębem głowicy stykowej, i doprowadza się do jego kontaktu z listwą przewodzącą kanału ładowania, która to listwa przewodząca znajduje się na ścianie górnej;

dociska się styk uziemiający do listwy przewodzącej generują moment działający na drugie ramię, do którego przymocowane jest ramię trzecie;

dociska się do listew przewodzących kanału ładowania ramię pierwsze i ramię drugie i łączy się styki prądowe z odpowiadającymi im listwami przewodzącymi kanału ładowania, które to listwy przewodzące umieszczone są wzdłuż ścian bocznych;

podnosi się styk komunikacyjny i doprowadza się do jego kontakt z listwą przewodzącą zorientowaną wzdłuż ściany górnej.

Korzystne skutki wynalazku

Opracowany wynalazek pozwala na wyeliminowanie opisanych wyżej wad znanych rozwiązań. Przede wszystkim, wynalazek pozwala na podłączenie zewnętrznych urządzeń do stacji zasilającej o zbieżnych ściankach naprowadzających i listwach przewodzących zorientowanych w co najmniej dwóch płaszczyznach w łatwy i bezpieczny sposób - eliminując ryzyko możliwości podpięcia głowicy do stacji ładującej z niebezpieczną sekwencją podłączania styków do listew zasilających, która mogłaby spowodować wystąpienie spięcia i uszkodzenie urządzeń, a nawet zagrożenie zdrowia ludzi znajdujących się w pobliżu, oraz ograniczając jednocześnie możliwość niepodłączenia się urządzeń przy zachowaniu szerokich, w porównaniu do innych rozwiązań, zakresów obrotów punktu montażowego głowicy w osiach X,Y i Z. Ponadto, opracowane rozwiązanie jest tanie i proste w obsłudze oraz wymaga minimalnej ingerencji kierowcy pojazdu.

Opis figur rysunku

Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony bliżej w przykładzie wykonania w odniesieniu do załączonego rysunku, na którym:

Fig. 1 - przedstawia głowicę stykową w rzucie aksonometrycznym;

Fig. 2 - przedstawia głowicę stykową w widoku z góry i w przekroju;

Fig. 3 - przedstawia głowicę stykową w widoku z przodu, przy czym linią przerywaną oznaczone jest ułożenie elementów głowicy przed podłączeniem głowicy do stacji ładującej, a linią ciągłą oznaczone jest ułożenie elementów głowicy, gdy jest ona połączona ze stacją ładującą;

Fig. 4 - przedstawia system szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych obejmujący głowicę stykową według wynalazku w widoku z boku;

Fig. 5 - przedstawia system szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych obejmujący głowicę stykową według wynalazku w widoku z przodu.

Szczegółowy opis wynalazku

Głowica stykowa przeznaczona jest do zastosowania z odbierakiem prądu do ładowania pojazdów wyposażonych w napęd elektryczny, w tym również pojazdów hybrydowych, które są wyposażone w środki do magazynowania energii elektrycznej, takie jak akumulatory czy superkonsensatory. Głowica przeznaczona jest w szczególności do współpracy z pojazdami takimi jak autobusy miejskie i podmiejskie czy pojazdy ciężarowe, ale nie jest do nich ograniczona. W jednym z aspektów wykorzystania, głowica stanowi część infrastruktury transportu publicznego, gdzie autobus miejski porusza się cyklicznie po ustalonej trasie, zatrzymując się na przystankach, w obrębie których są zlokalizowane stacje ładowania, pozwalające na szybkie ładowanie akumulatorów autobusu bez konieczności długiego postoju. Głowica jest przeznaczona do współpracy ze stacjami o zbieżnych ściankach naprowadzających i listwach przewodzących zorientowanych w co najmniej dwóch płaszczyznach.

Jak widać na Fig. 1, urządzenie według wynalazku, dalej zwane głowicą stykową 1 lub, krócej, głowicą 1, składa się zasadniczo z dwóch ramion 2, 3, określanych dalej jako ramię drugie 2 i ramię pierwsze 3. W przykładzie wykonania z Fig. 1-3, ramiona 2, 3 są zamontowane na wspólnej osi 4, która w stanie zamontowanym głowicy 1 na dachu pojazdu elektrycznego jest ustawiona wzdłuż osi podłużnej tego pojazdu, to znaczy równolegle do kierunku ruchu tego pojazdu. Pierwsza oś 4 wraz z ramionami 2, 3 umieszczona jest w jarzmie 12, umożliwiającym przyłączenie głowicy 1 do odbieraka prądu. Głowica 1 ma zatem zasadniczo postać dźwigni dwuramiennej obracającej się wokół stałej pierwszej osi 4 o ograniczonym kącie obrotu, przy czym ramiona 2, 3 osadzone są wokół pierwszej osi 4 w sposób sprężysty.

Do ramion 2, 3 przymocowane są co najmniej dwa przeciwległe rozmieszczone styki prądowe 5, 6. Bardziej szczegółowo, do ramienia pierwszego 3, we wnęce znajdującej się w jego skrajnej pierwszej części, przymocowany jest pierwszy styk prądowy 5, a do ramienia drugiego 2, we wnęce znajdującej się w jego skrajnej drugiej części, przymocowany jest drugi styk prądowy 6, przy czym styki 5, 6 mają formę łukowato wygiętych płytek ułożonych dłuższymi krawędziami zasadniczo równolegle do pierwszej osi 4. Styki prądowe 5, 6 mogą mieć postać nakładek węglowych, karbonowych, szczotek, miedzianych pasków lub innych znanych elementów przewodzących, które mogą być wymienne. Do styków prądowych 5, 6 przyłączone są przewody elektryczne, za pomocą których prąd przekazywany jest np. do akumulatorów lub superkondensatorów autobusu (lub innego pojazdu).

Na pierwszym ramieniu 3, w górnym, drugim jego obszarze oraz na tej części tego pierwszego ramienia 3, która okala bezpośrednio pierwszą oś 4, znajduje się styk komunikacyjny 7. Z kolei na drugim ramieniu 2 znajduje się kolejne obrotowe, trzecie ramię 8, na którym umieszczony jest styk uziemiający 9.

Fig. 2 przedstawia głowicę stykową 1 w widoku z góry i w przekroju wzdłuż długości pierwszej osi 4, co ilustruje wewnętrzną strukturę głowicy 1 w tym miejscu. W przykładzie wykonania, ramiona 2, 3 są połączone ze sobą widoczną tu sprężyną 10, co zapewnia dopasowanie kąta obrotu ramion 2, 3 do listew przewodzących stacji ładującej i generuje wymaganą siłę docisku styków. Zatem sąsiadujące elementy dociskowe - ramiona 2, 3 - sprzężone są ze sobą za pomocą sprężyny 10 umiejscowionej pomiędzy nimi w taki sposób, że elementy te wzajemnie się odpychają. W przykładzie wykonania, sprężyna 10 jest ułożona wzdłuż pierwszej osi 4 i przebiega dookoła tej pierwszej osi 4. Sprężyna 10 umieszczona jest w kieszeni i jest oparta o powierzchnie sąsiadujących elementów dociskowych (ramion 2, 3). Sprzężenie ramion 2, 3 umożliwia rozkładanie składowej siły skierowanej zgodnie ze zbieżnością stacji na jednakowe siły dociskające na stykach.

Styk uziemiający 9, jak wspomniano, jest umieszczony na trzecim ramieniu 8, przy czym trzecie ramię 8 jest wyposażone w element sprężysty, na przykład kolejną sprężynę 11. W przykładzie wykonania, sprężyna 11 przebiega dookoła drugiej osi 13 mocującej ramię trzecie 8. Styk uziemiający 9 wystaje poza obręb głowicy 1 w stronę stacji ładowania, tak, że to ustawienie zapewnia podłączanie uziemienia przed parą styków prądowych 5, 6. Sprężyna 11 ramienia trzeciego 8 zapewnia również konieczną dla podłączenia wszystkich styków podatność układu.

Styk komunikacyjny 7, jak wspomniano, znajduje się po przeciwnej stronie środka obrotu ramienia pierwszego 3 względem pierwszego styku prądowego 5 przymocowanego do tego samego ramienia pierwszego 3. Dzięki temu przed ugięciem się ramion 2, 3 styk komunikacyjny 7 znajduje się w pozycji oddalonej od położenia pozwalającego na kontakt z listwą przewodzącą stacji ładującej. W innym przykładzie wykonania, styk komunikacyjny 7 może być umieszczony na ramieniu drugim 2, po przeciwnej stronie osi obrotu ramienia drugiego 2 względem drugiego styku prądowego 6 przymocowanego do tego samego ramienia drugiego 2. W tym przypadku styk komunikacyjny 7 również kontaktuje się z listwą przewodzącą stacji ładowania dopiero po zetknięciu się z nią styków prądowych 5, 6.

Położenie elementów głowicy 1 podczas podłączania głowicy do stacji ładującej 1 zostało przedstawione na Fig. 3, gdzie ciągłą linią przestawiono podłączoną głowicę 1, a linią przerywaną oznaczono pozycje styków względem jarzma 12 przed podłączeniem do stacji.

Kiedy głowica 1 jest wprowadzana do kanału ładowania 14 stacji ładującej, ramiona 2, 3 wraz ze stykami wpasowują się odpowiednio w geometrię kanału ładowania 14 i przylegają do listew przewodzących kanału ładowania 14 dzięki obrotowemu połączeniu oraz sile rozpierającej sprężyny 10, sprzęgającej te ramiona 2, 3.

Pierwszym elementem wchodzącym w kontakt z listwą przewodzącą stacji ładującej jest wysunięty styk uziemiający 9, umieszczony na obrotowym ramieniu trzecim 8 wyposażonym w sprężynę 11. Innymi słowy, wysunięte położenie styku uziemiającego 9 zwiększa prawdopodobieństwo kontaktu tego styku uziemiającego 9 z listwą przewodzącą stacji ładowania przed dowolnym stykiem prądowym 5, 6 lub stykiem komunikacyjnym 7, co znacząco zmniejsza ryzyko podłączenia obu styków prądowych 5, 6 do stacji ładowania przed zapewnieniem uziemienia. Reakcje pochodzące od docisku styku uziemiającego 9 generują moment działający na ramię drugie 2, do którego przymocowane jest ramię trzecie 8, który wynosi między 50 a 150% wartości momentu generowanego przez siły na styku kontaktowym. Następnie ramiona 2, 3 uginają się pod wpływem docisku do kanału ładowania 14, co umożliwia połączenie styków 5, 6 z listwami przewodzącymi.

Po ugięciu ramion głowica 1, mając możliwość obrotu względem kanału ładowania 14, przyjmuje położenie nominalne dla ładowania, zapewniające kontakt i docisk do listew zasilających, a styk komunikacyjny 7 podnosi się do położenia kontaktu z listwą przewodzącą, co inicjuje proces ładowania.

W przykładzie wykonania, głowica 1 posiada kształt naprowadzający po ukośnych ściankach kanału ładowania 14 do strefy z elementami styków elektrycznych.

Pomiędzy sąsiadującymi ramionami 2, 3 styków prądowych 5, 6 usytuowane są elementy ustalające, na przykład ograniczniki (nie pokazano), ustalające zakres pracy styków elektrycznych w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu. Ograniczniki umożliwiają obrót ramion 2, 3 o wartość między 0 a 20°względem siebie i do 10°w obu kierunkach względem jarzma 12 mocującego głowicę 1, dopiero po ugięciu się ramion 2, 3 względem siebie. Pozwala to na dostosowanie się głowicy 1 do stacji ładującej, przy zachowaniu zadanego rozkładu sił dociskowych. Wynalazek pozwala zatem na osiągnięcie większego, niż dotychczas był możliwy, zakresu odchyleń głowicy od stacji ładującej.

W głowicy 1 według wynalazku co najmniej trzy styki elektryczne poruszają się w sposób zależny od siebie, determinując w ten sposób bezpieczną sekwencję podłączania i odłączania. Zostało to osiągnięte dzięki elementowi sprężystemu pozycjonującemu styki prądowe 5, 6 do pozycji uniemożliwiającej podłączenie styku komunikacyjnego 7, do momentu uzyskania odpowiedniego kontaktu styków prądowych 5, 6 i styku uziemiającego 9.

Opisany przykład wykonania nie jest ograniczający. W innym przykładzie wykonania, ramiona 2, 3 mogą być zamontowane na dwóch osiach równoległych do siebie, ale nieustawionych współosiowo, lub równoległych do siebie i współosiowych, ustawionych względem kierunku ruchu tak jak pierwsza oś 4. Na Fig. 4 oraz Fig. 5 pokazano przykład wykonania systemu szybkiego ładowania według wynalazku, odpowiednio w widoku z boku oraz w widoku z przodu.

Zgodnie z tym przykładem system szybkiego ładowania składa się z odbieraka prądu montowanego na dachu pojazdu, który to odbierak posiada głowicę stykową 1 opisaną wyżej, oraz stacjonarnej stacji ładowania z kanałem ładowania 14, będącej częścią infrastruktury transportowej, z kompatybilnym urządzeniem stykowym do podłączenia głowicy stykowej 1. Odbierak prądu posiada ramę 17 przystosowaną do mocowania na pojeździe, składającą się w przykładzie wykonania z dwóch par podłużnie. Rama 17 jest izolowana elektrycznie od dachu pojazdu na przykład za pomocą izolatorów elektrycznych i/lub wibroizolatorów. W ramie 17 ułożyskowane jest wychylnie jednym końcem ramię napędowe 16 (dźwigar). W przykładzie wykonania ramię napędowe 16 obejmuje ramię prawe i lewe zamontowane przegubami zawiasowymi do podłużnic. Ramię napędowe 16 jest drugim końcem połączone przegubem kulowym z ramieniem górnym 15, na którego końcu jest zamontowana głowica stykowa 1. W przykładzie wykonania, w ramie 17 ułożyskowane jest co najmniej jedno cięgno, które jednym końcem jest połączone przegubem zawiasowym z ramieniem górnym 15, a drugim końcem przegubem kulowym z ramą 17. Przegub zawiasowy stanowi połączenie przegubowe o jednym stopniu swobody, umożliwiające ruch obrotowy wokół osi poziomej (prostopadłej do osi wzdłużnej pojazdu) w płaszczyźnie pionowej.

Stacja ładowania może być zlokalizowana w okolicach przystanku autobusowego lub stacji początkowej i końcowej. Stacja ładowania wyposażona jest w kompatybilne urządzenie stykowe, które służy do połączenia z głowicą stykową 1 odbieraka prądu w celu utworzenia połączenia przewodzącego prąd. Urządzenie stykowe stacji ładowania może być umieszczone na pionowym słupie lub maszcie oraz poprzecznej belce za pomocą sztywnego lub ruchomego uchwytu. Innym sposobem jest zamontowanie do wiaty przystanku. W korzystnym przykładzie wykonania kompatybilne urządzenie stykowe ma postać kanału ładowania 14 posiadającego ścianę górną oraz dwie ściany boczne. Ściana górna jest płaska o kształcie prostopadłościennym i zorientowana jest poziomo. Boczne krawędzie górnej ściany łączą się z dwiema ścianami bocznymi, które przebiegają rozbieżne od tych krawędzi bocznych do dołu, tj. ukośnie. Na wewnętrznej powierzchni ścian bocznych i ściany górnej znajdują się podłużne listwy przewodzące zorientowane poziomo wzdłuż osi urządzenia stykowego lub osi pojazdu, współpracujące z odpowiednimi stykami głowicy stykowej. Konkretnie, do listwy przewodzącej umieszczonej na wewnętrznej powierzchni ściany górnej, zorientowanej poziomo wzdłuż osi urządzenia stykowego lub osi pojazdu, w pierwszej kolejności przyłączany jest styk uziemiający 9, umieszczony w pozycji wysuniętej na trzecim ramieniu 8. Dalej, pod wpływem docisku tego styku uziemiającego 9 do listwy przewodzącej umieszczonej na ścianie górnej, ramiona 2, 3 uginają się. Wskutek tego styki prądowe 5, 6 wchodzą w kontakt z odpowiadającymi im listwami przewodzącymi umieszczonymi wzdłuż wewnętrznej powierzchni ścian bocznych, po dwóch przeciwnych do siebie stronach kanału ładowania 14. Następnie, styk komunikacyjny 7 podnosi się i wchodzi w kontakt z listwą przewodzącą umieszczoną wzdłuż ściany górnej na jej wewnętrznej powierzchni, co inicjuje 10 proces ładowania.

Claims (18)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Głowica stykowa dla odbieraka prądu przystosowana do ładowania pojazdu wyposażonego w napęd elektryczny w systemach szybkiego ładowania, posiadająca co najmniej dwa przeciwległe rozmieszczone styki prądowe zamocowane na co najmniej dwóch elementach dociskowych, usytuowanych obrotowo na co najmniej jednej osi obrotu z ograniczonym kątem obrotu i posiadających co najmniej jeden element sprężysty, zapewniający docisk styków do co najmniej dwóch listew przewodzących kompatybilnego urządzenia stykowego stacji ładowania, które to listwy przewodzące rozmieszczone są po przeciwnych stronach głowicy stykowej i którymi doprowadzane jest napięcie zasilające, znamienna tym, że elementy dociskowe są utworzone jako przeciwstawne ramiona (2, 3) - ramię pierwsze (3) i ramię drugie (2);

   na ramieniu pierwszym (3) umieszczony jest co najmniej jeden pierwszy styk prądowy (5); na ramieniu drugim (2) umieszczony jest co najmniej jeden drugi styk prądowy (6);

   co najmniej jedna pierwsza oś (4), wokół której obraca się ramię drugie (2) i ramię pierwsze (3), jest ustawiona zasadniczo poziomo;

   do ramienia drugiego (2), na drugiej osi (13), równoległej do co najmniej jednej pierwszej osi (4), przymocowane jest obrotowo za pośrednictwem elementu sprężystego ramię trzecie (8), na którym to ramieniu trzecim (8) umieszczony jest styk uziemiający (9), przy czym styk uziemiający (9) znajduje się w pozycji wysuniętej i wystaje poza obręb głowicy (1);

   na ramieniu drugim (2) albo ramieniu pierwszym (3), od strony zwróconej w kierunku listew przewodzących, umieszczony jest styk komunikacyjny (7).
2. 2. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że styk komunikacyjny (7) umieszczony jest na ramieniu drugim (2), po przeciwnej stronie osi obrotu ramienia pierwszego (3) względem pierwszego styku prądowego (5) przymocowanego do tego samego ramienia pierwszego (3).
3. 3. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że styk komunikacyjny (7) umieszczony jest na ramieniu pierwszym (3), po przeciwnej stronie osi obrotu ramienia drugiego (2) względem drugiego styku prądowego (6) przymocowanego do tego samego ramienia drugiego (2).
4. 4. Głowica stykowa według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienna tym, że ramię trzecie (8) wykonane jest w formie łuku przebiegającego pod co najmniej jedną, pierwszą osią (4) i wychodzącego po przeciwnej stronie głowicy (1).
5. 5. Głowica stykowa według dowolnego z zastrz. od 1 do 4, znamienna tym, że styk uziemiający (9) jest umieszczony na ramieniu trzecim (8) po przeciwnej stronie niż mocująca je druga oś (13).
6. 6. Głowica stykowa według dowolnego z zastrz. od 1 do 5, znamienna tym, że wspomniana co najmniej jedna pierwsza oś (4) zamocowana jest w jarzmie (12).
7. 7. Głowica stykowa według dowolnego z zastrz. od 1 do 6, znamienna tym, że posiada tylko jedną pierwszą oś (4).
8. 8. Głowica stykowa według dowolnego z zastrz. od 1 do 7, znamienna tym, że ramię drugie (2) i ramię pierwsze (3) sprzężone są ze sobą na pierwszej osi (4) za pomocą sprężyny (10), umiejscowionej między nimi w kieszeni tak, że te ramiona (2, 3) wzajemnie się odpychają.
9. 9. Głowica stykowa według zastrz. 8, znamienna tym, że sprężyna (10) jest umieszczona wzdłużnie do względem pierwszej osi (4).
10. 10. Głowica stykowa według zastrz. 9, znamienna tym, że sprężyna (10) przebiega dookoła pierwszej osi (4).
11. 11. Głowica stykowa według zastrz. 9 albo 10, znamienna tym, że sprężyna (10) umieszczona jest w kieszeni i oparta o powierzchnie ramienia drugiego (2) i ramienia pierwszego (3).
12. 12. Głowica stykowa według dowolnego z poprzednich zastrzeżeń, znamienna tym, że ramię trzecie (8) wyposażone jest w sprężynę (11), umieszczoną dookoła drugiej osi (13), na której jest ono osadzone obrotowo.
13. 13. Głowica stykowa według zastrz. 12, znamienna tym, że sprężyna (11) umieszczona jest w kieszeni i oparta o powierzchnie ramienia drugiego (2) oraz ramienia trzeciego (8).
14. 14. Głowica stykowa według dowolnego z poprzednich zastrzeżeń, znamienna tym, że pomiędzy ramieniem drugim (2) i ramieniem pierwszym (3) umieszczony jest ogranicznik ustalający zakres pracy styków w płaszczyźnie pionowej prostopadłej do osi obrotu.
15. 15. Głowica stykowa według zastrz. 14, znamienna tym, że ogranicznik ogranicza zakres pracy styków w płaszczyźnie prostopadłej do pierwszej osi (4) do wartości między 0 a 20°względem siebie.
16. 16. Głowica stykowa według zastrz. 14 albo 15, znamienna tym, że ogranicznik ogranicza zakres pracy styków w płaszczyźnie prostopadłej do pierwszej osi (4) do wartości 10° w obu kierunkach względem jarzma (12) mocującego głowicę (1), dopiero po ugięciu się ramienia drugiego (2) i ramienia pierwszego (3) względem siebie.
17. 17. System szybkiego ładowania pojazdów z napędem elektrycznym, obejmujący:

    głowicę stykową;

    odbierak prądu zainstalowany na pojeździe, wyposażony w napęd podnoszenia lub opuszczania oraz w co najmniej jedno wychylne ramię, na końcu którego zamocowana jest głowica stykowa;

    stację ładowania będącą częścią stacjonarnej infrastruktury transportowej z kompatybilnym urządzeniem stykowym do podłączenia głowicy stykowej i ustanowienia połączenia przewodzącego, gdzie wspomniane urządzenie stykowe ma postać kanału ładowania posiadającego ścianę górną, która jest zasadniczo płaska o kształcie prostopadłościennym i zorientowana poziomo, oraz dwie zbieżne ściany boczne połączone z bocznymi krawędziami ściany górnej i skierowane do dołu, przy czym na wewnętrznej powierzchni ścian bocznych i ściany górnej znajdują się podłużne listwy przewodzące zorientowane poziomo wzdłuż osi urządzenia stykowego lub osi pojazdu, współpracujące z odpowiednimi stykami głowicy stykowej, znamienny tym, że posiada głowicę stykową określoną według dowolnego z zastrz. od 1 do 16.
18. 18. Sposób tworzenia połączenia przewodzącego elektrycznie między listwami przewodzącymi kompatybilnego urządzenia stykowego stacji ładowania a głowicą stykową określoną według dowolnego z zastrz. od 1 do 16, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:

    styk uziemiający (9), znajdujący się na trzecim ramieniu (8) umieszcza się w pozycji wysuniętej, poza obrębem głowicy stykowej (1), i doprowadza do jego kontaktu z listwą przewodzącą kanału ładowania (14), która to listwa przewodząca znajduje się na ścianie górnej;

    dociska się styk uziemiający (9) do listwy przewodzącej generując moment działający na drugie ramię (2), do którego przymocowane jest ramię trzecie (8);

    dociska się do listew przewodzących kanału ładowania (14) ramię drugie (2) i ramię pierwsze (3) i łączy się styki prądowe (5, 6) z odpowiadającymi im listwami przewodzącymi kanału ładowania (14), które to listwy przewodzące umieszczone są wzdłuż ścian bocznych;

    podnosi się styk komunikacyjny (7) i doprowadza się do jego kontaktu z listwą przewodzącą zorientowaną wzdłuż ściany górnej.