SE531179C2 - Sladdlös elektrisk anslutning med enkel nyckel - Google Patents

Description

~ 531 179 2 och med hänvisning till de bilagda ritningarna i vilka: - Fig. 1 är en schematisk tvärsnittsvy av en rad i en stiftrnatris i en dockningsenhet, - Fig. 2 är en schematisk tvärsnittsvy aven kolumn ien stiftmatris i en dockningsenhet, - Fig. 3 är en schematisk tvärsnittsvy av en nyckel fór användning vid energiuttagfrån en dock- ningsenhet, - Fig. 4 är en vy frarnifrån av en stiftmatris, - Fig. 5 är en bild av en bil parkerad framför en dockningsenhet, - Fi g. 6 är en bild av en bil som håller på att ansluta till en dockningserihet, - Fig. 7 är en bild av en bil som har anslutit till en dockningsenhet, - Fig. 8 är en vy bakifrån av ett stiftmodifierat för överföring av trefasspänning, - Fig. 9 är en vy uppifrån av stiftet enligt tig. 8, - Fig. 10 är en vy från sidan av Stiftet enfigffig. s, - Fig. ll är en framifrån av övre och undre strömskenor modifierade fór anslutning av trefas- spänning, och - Fig. 12 är en tvärsnittsvy av de övre och undre strömskenorna enligt fig. 11.

DETALJERAD BESKRIVNING Ett förfarande och anordningar för Sladdlös elektrisk anslutning ett föremål skall nu be skrivas. Beskrivningen kommer att göras för ett fordon, särskilt ett personfordon, men den elekt- riska anslutningen kan användas för alla flyttbara eller rörliga föremål vilka behöver eller kan behöva en elektrisk överföring. Det elektriska anslutningen är i första hand avsedd för överföring av elektrisk energi och särskilt kan den användas fór anslutning av elektrisk högspänning till fó- remålet. Med elektrisk högspänning avses här sådan spänning som distribueras av det alhnänna elektriska fórsörjningsnätet och som är farlig fór personer, dvs i allmänhet är större än säg 100 V. Den elektriska anslutningen kan dock också användas för annan elektrisk överföring, såsom fór signalöverföring eller överföring av lågspänning.

I det fall att den elektriska anslutningen skall användas som sladdlös anslutning av ett for- don till ett elektriskt distributionsnät för högspänning kan såsom visas i fig. 5 - 7 en första del 1 av anslutningen, som här benämns dockningsenhet, vara monterad vid den ena kortänden av en parkeringsplats och då vara orienterad vinkelrätt mot parkeringsplatsens förlängning medan en andra del 2 av anslutningen som här benämns teleskopdel är monterad på fronten av fordonet 3.

När fordonet parkerar på parkeringsplats utskjuts i horisontell riktning från teleskopdelen en arm 4 vilkens firärnre del utgör eller uppbär ett kontaktstifi 5, se även fig. 3, som här benämns nyc-t , keln. Armen utskjuts så långt att kontaktstifiet tränger tillräckligt långt in i dockningserilieten 1, som har en vertikal mottagande yta bildad av de främre ytorna hos fjädrande upphängda, i hori- 531 179 3 sontell led rörliga stift 6 och däremellan liggande fasta ramdelar 7 hos dockningsenheten, se fig. 4. Innan armen 4 skjuts ut i riktning mot. dockningseriheten 1 kan det bekräftas eller kontrolleras, - i om så erfordras, att fordonet verkligen har möjlighet tilleller rätt till anslutning med den aktuella dockningsenheteri, vilket kan utföras genom att en-enhet 8 på fordonet 3 viaen trådlös unik sig-r - nal kommunicerar med en i eller vid dockningsenheten l eller i dess närhet placerad. enhet 9, r som mottar signalen och âtersänder en signal till enheten på fordonet, som anger att anslutning är tillåten. En mottagen sådan bekräftande signal kan också direkt aktivera att armen 4; skjuts ut fi-ån teleskopdelen 2 utan något ytterligare kommando eller inmatning.

De fjädrande stiften 6 i dockningsenheten 1 bildar sålunda en stifimatris såsom visas i fig. 4, dvs ett t ex regelbundet mönster av stift och mellanliggande ramdelar 7. Varje fjädrande stift är helt omgivet av ramdelar och är styrt så att det inte kan komma vare sig i mekanisk eller elekt- risk kontakt med något armat fjädrande stift. Det mellanliggande ramdelarna 7 och. en yttre. om- givande ramdel 10 är alla utförda av elektriskt isolerande material liksom de främre delarna ll av de fjädrande stiften 6 vilkas fria ytor är synliga i fig. 4, se även fig. 1 och 2. När nyckeln 5 förs mot den vertikala, mot fordonet 3 riktade ytan hos dockníngsenheten 1, kan nyckelns främre ände trälïa den främre ytan hos ett fjädrande stift och/eller den fria ytan hos en ramdel 7, 10.

Rarndelarnas fria ytor är lämpligen utförda så att nyckeln vid kontakt med dessa förs in mot ett fjädrande stift 6 och de kan för detta vara utformade med styrande âsar 12. Exempelvis kan de mellanliggande ramdelarna 7 vara utformade med en pyramidformad främre del och då kan sär- skilt de inre rarndelarnas främre del bildas av en regelbunden pyramid, se fig. 1 och 2. Om en styrande ås 12 träffas av nyckeln 5 kommer då nyckeln att föras mot den elektriskt isolerande främre delen hos ett fjädrande stift 6'. Av teleskopdelen 2 trycks detta stift in längre mellan ram- delarna mot en ljäderkraft. Nyckeln 5 trycks in tills ett visst mottryck har uppnåtts, varvid eller varefter teleskopdelen kan få kännedom att det träffade stiftet 6' är maximalt påverkat genom signalutbyte via elektriskt ledande ytor på det träffade stiftet och nyckeln.

Nyckelns 5 uppbyggnad framgår av fig. 3. Den irmefattar en långsträckt huvuddel 21 av elektriskt isolerande material som har formen av en jämntjock stång med rektangulärt såsom kvadratisk tvärsnitt, dvs som ihuvudsak ett rätblock. Huvuddelen har sin främre yta utförd med en styrande form 22, som underlättar att nyckeln styrs in mot ett fjädrande stift=6 i dockningsen- - heten l. Den styrande formen kan exempelvis vara en sfärisk kalott, dvs en lämpligt del av en ' sfär, eller ha någon pyramidliknande form som kan vara mer eller mindre avrundad, ej. visad.

Den instyrande formen 22 kan i ett speciellt fallvara den fria delen av en sfár vilken är monterad i en urtagning i nyckelns frontände och däri kan fritt rotera kring sitt centrum. 531 179 4 Nyckeln 5 har vid sin främre ände på två motstående sidor, t ex de som vid användning är horisontella, elektriskt ledande ytor 23, vilka är elektriskt isolerade-från varandra och äravsedda . för den önskade elektriska överfóringen och sålunda kan vara anslutna till en högspänningiden r ena lämpligen till nollpotential, elektrisk "nolla", och den till elektrisk fas. Anslutningen kan ut- = - ~ föras med hjälp av ledningar antydda vid 24. i På avstånd från den främre änden har nyckeln 5 ytterligare två elektriskt ledande ytor 25, ' som också är motställda varandra och är anbragta på samma sidor som de främre elektriskt 'le- dande ytorna 23 och är elektriskt isolerade från dessa. De är elektriskt hopkopplade med var- andra via ledningar 26 och anslutna till en ledning 27- för informationsutbyte. Direkt bakom dessa inre ytor kan en tätning 28 finnas.

Dockningserihetens uppbyggnad skall nu beskrivas i samband med l och 2. t Dockningsenheten 1 innefattar en huvuddel 31, somär utförd av elektriskt ledande material.. , Ramdelarna 7 ,. 10 ingår i huvuddelen. Mellan ramdelama bildas långsträckta utrymmen eller ka- naler 32 i ett regelbundet mönster såsom också framgår av fig. 4. I kanalerna löper de fjädrande stiñen 6. Kanalerna och de fjädrande stiften har i sina främre delar, vid den ytahos docknings- enheten mot vilken nyckeln skall framföras, väsentligen samma tvärsnitt som nyckeln 5 har i den del, vilken är avsedd att införas i en kanal 32. Om kanalerna och de fjädrande stiften är anord- nade såsom visas i fig. 4 i ett schaclcruteliknande mönster innebär detta att också de mellanlig- gande ramdelarna 7 har väsentligen samma tvärsnitt i sina främre delar.

De fiädrande stiften 6 har huvuddelar 33, se fig. 2, av elektriskt isolerande material. Hu- vuddelarrla har formen av långsträckta, jämntjocka stänger med rektangulärt tvärsnitt. De ge- har lik- fonnigt, dvs konstant, tvärsnitt över sin längd och som utgår från stifiens bakre ändyta. I dessa bottenhål eller kanaler finns tryckfiädrar 35 anordnade, som verkar mellan bottnen i bottenhålen och den fria änden av fjäderstöd 36, vilka ingår i dockningsenhetens l fasta huvuddel 31. Fjäder- nomlöps i sin längdriktning av djupa, axiellt liggande håligheter eller bottenhål 34, som stöden har fonnen av jämntjocka pinnar, vilka sträcker sig centralt, dvs axiellt, i dockningsenhe- g - tens kanaler 32. Fjäderstöden 36 löper i de fjädrande stiftens inre kanaler 34 och kanha i huvud- sak samma tvärsnitt som dessa. Vid sitt längst in liggande parti är de anslutna till exempelvis ho- risontellt anordnade tunnare mellanväggar 37, som i sin tur utgår en bakre inre vägg i docknings- enhetens huvuddel 31. På samma sätt utgår mellandelarna 7 fiån likadant anordnade mellanväg- gar 38. På så sätt bildas vid kanalernas 32 botten, i samma exempel, horisontellt liggande, z bakre inre vägg i dockningsenhetens .- lângsträckta utrymmen 39, som .alltså löper längs nämnda huvuddel 31. .30 531 179 De fiädrande stiftens huvuddelar 33 uppbär vid främre delar frontplattorna .ll av elektriskt ledande material och har vid två motstående längsgående sidoytor, i samma exempel liggande i horisontell riktning, elektriskthledande sidoplattor 42. Dessa sidoplattor äreleknriskt isolerade I från varandra, utgår från baksidan av frontplattorna och har vid sin bakre ände upphöjda- partier 43 med ett övergångsområde 44 mellan de fiärnre tunnare partierna 45. Övergångsområdet kan ~ =- exempelvis ha en snett liggande yta, 'som kan vara plan,- i- exemplet ligga i ett tvertikalplan, och . - som ligger i en vinkel av säg 45° i förhållande till ytorna hos de främre och bakre partierna av si- doplattoma 42. De främre, tunnare partierna utgör samtidigt en del av det nämnda frärnre parti av de fjädrande stiften 6, som har konstant tvärsnitt.

I de fiädrande stiftens opåverkade tillstånd anligger ytan hos övergångsområdena 44 mot motsvarande ytor av övergångsormåden 45 i kanalernas 32 väggar. Dessa övergångsområden kan på motsvarandesätt kan vara plana, i exemplet ligga i ett horisontalplan, och ligga i en vin- kel av 45° i förhållande till de väggar i kanalerna, som ligger mot de elektriskt ledande sidoplat- toma 42. Övergångsonirådena 44, 45 bildar härigenom stopp för de fjädrande stíften 6 mot ver- kan från tryckfjädrarna 35.

Flera elektriska ledande kontaktytor anligger mot sidoplattorna i de fiädrande stiñens opåverkade tillstånd. På något avstånd fiån kanalernas 32 öppning finns två motstående kontakt- ytor 46 fór överledning av signaler och jordkontroll. Längre in i kanalerna finns på vardera sidan om övergångsornrådena 45 par av motstående kontaktytor 47 och 48. De kontaktytor i dessa sist nämnda par som ligger på samma sida i kanalema är elektriskt förbundna med varandra av led- ningar 49. Dessa olika kontaktytor år ytor på fiädrande förspånda kontaktdelar 49, 50 resp. 51, varvid den fjädrande förspänningen för de kontaktdelar, som har de ytor, vilka är elektriskt fór- bundna med varandra, kan erhållas av en gemensam plattfiäder 52. Denna plattfj äder är då an- bragt i huvuddelens 31 parti innanför motstående övergångsområde 45 och kan då samtidigt ut- göra förbindningsledningen 49. Kontaktdelarna kan vara utformade som kontakthjul eller kon- » taktcylindrar, vilka får sin 'fjädrande fórspänning genom att de ä anbragta i rektangelformade långsträckta urtagningar i fjädrande kontaktbleck 52, 53, så att urtagningamas bredd är-mindre än kontaktcylindranias axiella tvärsnitt. Kontaktdelarria kan vidare ligga i långsträckta utrymmen 54, 55 och 55, vilka passerar alla kanalerna 32 i vinkelrät riktning mot dessa, »i exemplet i hori- sontell riktning, och då alltså alla kanaler i en rad. Dessa långsträckta utrymmen är parallella- - ï med de ovan nänmda bakre långsträckta utrymmena 39. ~. ' ' -. - ' I vart och ettav de bakre långsträclda utrymmena3l löper en kontaktskena. 61 fbr överfó- ~ ring av högspänning, även benämnd kopplingsskena eller strömskena. Den är vridbar kring en 531 479 6 längsgående axel 62 och har vid varje kanal 32, som den passerar, en fiädrande, elektriskt isole- rade flik 63,se särskilt fig. l.

Anordningens fimktion skall nu beskrivas mer detaljerat. När ett fjädrande stift 6' .genom - tryckkraiten från nyckeln 5 trycks in sin kanal 32 mot: kraften fiån dess tjädert,ebryts.=törst den i * elektriska fórbindningen mellan stiftets sidoplattor 42 :och de fiärnre kontaktdelama 49 och där- - efter den elektriska törbindningen mellan sidoplattorna- och de närmast längre in liggande korr- ~ - taktdelarna 50. När nyckeln 5 är helt' intryckt har de främre kontaktdelarna i det intryckta stiftets _ kanal 32 i stället elektrisk förbindelse med kontaktytoma 25 för signalöverföring och jordkon- troll på nyckeln och de närmast längre in liggande kontaktdelarna 50 har elektrisk kontakt med de främre kontaktytorna 23 för ström- och energiöverföring på nyckeln. Signalutbyte kan ske med hjälp av de för detta ändamål anordnade elektriskt ledande ytorna 46 i kanalen för det träf- fade stifiet 6l och motsvarande ytor 25 på nyckeln.

Exempelvis kan härvid dockningsenheten 1 motta en signal, som innehåller en identitet vil- ken knyter en användare till ett elektriskt distributionssystern, ej visat, dvs distributionssystem . för elektrisk energi, i vilket dockningsenheten ingår. identiteten kan sändas vidare till distribu- tionssystemet för att t ex göra det möjligt att debitera användaren för uttagen energi. Den kan också som alternativ till ovan beskrivna kontroll användas för verifiera att användaren är god- känd av distributionssystemet och har rätt att utta energi via den aktuella dockningsenheten. I det fall att ett debiteringssystem används, kan en centraldator i detta verifiera att mottagen identitet hör samman med ett betalkonto för debitering eller ett fakturasystern, och därefter återsända en signal om att godkänna energiuttag eller inte. Signalerna kan vara krypterade.

När dockningsenheten l har mottagit klarsignal läggs en kontrollström över de främre kon- .- taktdelarna 49 för jord. Kontrollströmmen passerar från ena sidan till den andra i den rad inom matrisen som fått ett (6') av sina stift intryckta av nyckeln 5. Alla fjädrande stift 6 som är opå- verkade leder fram kontrollströmmen via stiftens elektriskt ledande sidoplattor 42 och där nyc- . keln har pressat in ett stift 6' till dess mest påverkade läge byglar nyckeln över kontrollströmmen via sina ledande ytor 25 för signalering och kontroll och vidare till det opåverkadestiflet på sin andra sida. För att detta skall kunna utföras är var och en av de främre kontaktdelarna 49 med de- ras kontaktytor uppdelade i två från varandra elektriskt isolerade delar, se särskilt fig. l. .Dessa isolerade delar, som tillhör främre kontaktdelar på vardera sidan om en mellanliggande. ramdel 7 i en kolumn är elektriskt hopkopplade, t ex genom att är de delar av samma kontaktrulle såsom framgår av fig. 1. På det viset kan kontrollströmmen ta sig genom denna rad i matrisen och dock- níngsenhetens styrenhet, ej visad, kontrollerar detta hela tiden. Om kontrollström inte passerar kan styrenheten avgöra att ingen anslutning av högspärining får ske. Vidare kan genom samma 531 179 7 . kontaktytor nyckeln 5 anslutas till skyddsjord. När då kontrollströmmen flyter kan sålunda en elektrisk brytare, ej visad, påverkas att lägga högspänrring på de två strömskenoma 61 i den rad i. matrisen, i vilken det påverkade stifiet 6' sitter. I vilken rad som det påverkade stifret sitter .kan ha avgjorts vid den tidigare signaleringen. Strömskenornaansluter *elektrisk fas och nollpötential till det påverkade stiftets. 6' elektriskt ledande sidoplattor 42. Därvid passerar elektrisk ström; .. mellan strömskenorna 61 och fordonet 3 via sidoplattorna, de inre kontaktdelarna 50, 51 ochtde- ras inbördes förbindning 49, 52 och nyckelns 5 frärnre elektriskt ledande ytor 23. Alla andra stift ~ i samma rad är elektriskt isolerade från högspänningen genom att de två strömskenomas 61 iso» lerande delar 63, vid strömskenomas kontakt med sidoplattornas 42 bakre ändar, vrids fram så att dessa stift inte kan komma i kontakt med strömskenoma. nyckeln 5 införs i en kanal 32 kan tätningen täta mot kanalens väggar. Tätningen kan utföras så att den vid tryckpåverkan från teleskopdelen 4 expanderar i kanalen och på så vis .skyddas de elektriskt ledande överföringytoma för' information och energi från vatten och fukt.

Tätningen kan utgöras av en ring av gummi eller likartat material, som är placerad i ett omkrets- gående spår i nyckelns 5 bakre kant, så att nyckeln är uppdelad i två delar och spåret sitter vid delningsytan. Nyckeln 5 matas av teleskopdelen in i kanalen 32, tills ett visst presstryck erhållits och därefter bryts frammatningen av en tryckbrytare, ej visad, ansluten till teleskopdelen. Den i tvådelade nyckelns båda delar skjuts ihop mot varandra med tätningen anbragt däremellan, var- igenom spåret blir mindre (grundare och/eller smalare) och tätníngen därigenom trycks utåt. * Alternativt kan nyckelns 5 tätning utgöras av att nyckeln vidgas koniskt i sin bakkant, ej vi- sat, så att den kan täta mot de sneda införingsytorna hos ramdelarna 7, 10, när nyckeln har helt tryckts in i kanal 32.

Systemet är även avsett att kunna användas via en betaltjänst fjärrstyrd via Internet, en SMS-tjänst eller ett telefonsamtal. Systemet kan efier signal från fordonet, eventuellt via dock- ningsenheten 1, sända en signal via radio eller det elektriska distributionsnätet, vilken bekräftar att uttag av energi får utföras.

De fjädrande stiften kan förses med elektriskt ledande sidoplattor på alla sina sidoytor .för överföring i ett elektriskt trefassystem. Därvid blir arrangemanget för kontaktering av högspän~ ningen annorlunda. På ett modifierat tjädrandestift 6" är var och en kontaktplattorna uppdeladi två från' varandra elektriskt isolerade. delar 42',- se fig. ' 8 - 10. Den ena av dessa elektriskt ledande delar sträcker sig i sitt frärnre parti över större delen av det fjädrande stiftets sidoytaför att kunna. utföra överledningen mellan de främre kontaktytorna 46 i den kanal 32, i vilken Stiftet sitter. . i Varje kontaktskena 61' har på sina framåt riktade yta från varandra isolerade elektriskt-ledande ytor, se fig. 11, för anslutning av nollpotential "O" och faspotential Fl, F2 resp. F3..För att åstad- ~ 531 179 8 komma detta kan kontaktskena innefatta en elektriskt isolerande mellandel, på vilkens .fram- åtriktade yta de elektriskt ledande ytorna är placerade, som har kontakt via genomfóringar gf med ledningsbanor på baksidan av mellandelen, se fig. 12.

I kanalerna 32 är var och en de bakre eller inre kontaktytorna 47, 49 och motsvarande kon- ; i taktdelar 50, 51 på varje sida i kanalen uppdelad två .från varandra elektriskt isolerade delar, ej. visat, på liknande sätt som för de främre kontaktytoma 46 och kontaktdelarna-49 menxgivetvis utan dessa parvisa hopkoppling och så att de inte inskjuter lika långt i kanalen. De .fjädrande blecken 49 är då också uppdelade i två från varandra' elektriskt isolerade delar. Nyckelns 5 frärn- > i re elektriskt ledande ytor 23 är på samma sätt uppdelade i två från varandra elektriskt isolerade' ' delar, ej visat.

Claims (8)

531 179 9 PATENTKRAV

1. Sladdlös elektrisk anslutning innefattandes en dockningsenhet och en nyckel, vilka vid mekanisk kontakt med varandra samverkar med varandra för överföring av elektrisk ström ' och/eller-energi, kännetecknad av att dockningsenheten innefattar flera bredvid varandra "placef 10 15 20 25 30 rade intryckningsbara, fjädrande törspända stift, vilka äranordnade för rörelse i samma riktning och vidare är" anordnade, nyckeln kommer i mekaniskt kontakt med och trycker in ett av' dessa stift, varefter, när. Stiftet-har v tryckts tillräckligt långt, kontakter-ing sker mellan elektriskt ledande ytor på nyckeln och idock- ningsenheten ßr överföring av den elektriska strömmen och/eller energin.

2. Sladdlös elektrisk anslutning enligt krav 1, kännetecknad av att stifien är anordnade i ett mönster eller i en matris med elektriskt isolerande rnellandelar belägna mellan stiften, så att i “ _ parallella kanaler för stiften bildas mellan mellandelarna.

3. Sladdlös elektrisk anslutning enligt krav 2, kännetecknad av att mellandelarna vid sina främre, fria ytor uppvisar styrande ytor, särskilt i form av åsar och liknande, såsom en pyranrid eller del av denna, för instyming av nyckeln mot ett närbeläget stift.

4. Sladdlös elektrisk anslutning enligt krav 1, kännetecknad av att nyckeln vid sin främre ände innefattar en styrande yta, särskilt i form av en sfär eller en del sfar, vilken vid införande av nyckeln styr nyckeln mot ett fjädrande stift anordnad i en kanal hos do ckningsenheten.

5. Sladdlös elektrisk anslutning enligt krav 4, kännetecknad att nyckelns styrande yta innefattar en roterbar kula.

6. Sladdlös elektrisk anslutning enligt krav 1, kännetecknar! av att nyckeln vid sin främre ände innefattar en tätning vilken tätar mellan nyckeln och en kanal det stifi till vilket nyckeln ansluts och därigenom skyddar anslutningen mot fukt och vatten, särškilt tätar i eller mot väggar i kanalen eller ytor vid öppningen till kanalen.

7. Sladdlös elektrisk anslutning enligt krav 6, kännetecknadl av att nyckelns tätning är anordnad att expandera i eller mot väggar hos kanalen vid införande nyckeln i kanalen. '

8. Sladdlös elektrisk anslutning enligt krav 1, kíinnetecknad aiv elektriska kontaktytorför _. utbyte av information mellan nyckeln och dockningsenheten. så att när nyckeln törs fram mot en “framsida hos dockningsenheten, ' *