Разъёмное устройство для подключения к зарядной станции Российский патент 2023 года по МПК B60L53/30 B62H5/06 E05B47/00 

Настоящее изобретение относится к области электротехнических устройств, применяемых для взаимодействия электрического транспорта с зарядной станцией, в частности, для надёжного удержания электрических транспортных средств, подключения электрических транспортных средств к зарядному устройству зарядной станции путем передачи электрического тока и обмена цифровыми данными через электрический соединитель (разъём).

Известны различные устройства для зарядки электрических транспортных средств. Наиболее близким к заявляемому устройству и принятым в качестве прототипа в отношении заявляемого устройства служит разъёмное устройство для подключения к зарядной станции (RU2 745 169 С1), состоящее из двух взаимосовместимых стыковочных узлов. Стыковочный узел А закреплён на зарядной станции и содержит металлический корпус с закреплённым на нём электромеханическим замком с язычком-ригелем и разъёмом электрического контакта из цветного металла и пластика, который служит для электрического контакта зарядной станции с транспортным средством. Язычок-ригель удерживает транспортное средство в зарядной станции. Стыковочный узел Б закреплён на транспортном средстве и содержит: металлический цилиндр с проточкой для вхождения язычка-ригеля электромеханического замка, штекер для электрического контакта аккумулятора транспортного средства с источником тока зарядной станции, цилиндрический изолятор электрических контактов с пружиной, устраняющей технологический люфт электрических контактов и металлическую скобу. Металлическая скоба состоит из двух частей и пластиковой накладки на ней для установки на рулевую стойку транспортного средства. Язычок – ригель и цилиндр с проточкой обеспечивают стыковку и удержание транспортного средства в зарядной станции и соединение электрических контактов. Таким образом достигается подключение транспортного средства к зарядной станции и его удержание в зарядной станции.

Принятое в качестве прототипа устройство обладает существенными недостатками.

Так, удержание транспортного средства в зарядной станции за счёт захождения язычка-ригеля одного из стыковочных узлов в проточку цилиндра другого стыковочного узла недостаточно надёжно и допускает принудительное разъединение стыковочных узлов, сопровождающееся их повреждением.

Кроме того, принятое в качестве прототипа устройство допускает соединение электрических контактов стыковочных узлов и, таким образом, подачу электрического тока и обмен цифровыми данными без удержания транспортного средства в зарядной станции, что допускает, например, осуществление мошеннических действий.

В основу изобретения поставлены технические задачи:

Обеспечение недопустимости принудительного разъединения стыковочных узлов, входящих в состав разъёмного устройства;

Обеспечение подачи электрического тока для зарядки аккумуляторов транспортного средства, а также обмена данными между транспортным средством и зарядной станцией только при фактической фиксации транспортного средства.

Поставленные технические задачи осуществляется следующим образом.

Обеспечение недопустимости принудительного разъединения стыковочных узлов, входящих в состав разъёмного устройства достигается путём увеличения количества и изменения формы запорных элементов.

Обеспечение подачи электрического тока для зарядки аккумуляторов транспортного средства, а также обмена данными между транспортным средством и зарядной станцией только при фактической фиксации транспортного средства достигается введением в конструкцию разъёмного устройства микропереключателя, срабатывающего в момент фактической фиксации транспортного средства, при этом факт срабатывания фиксируется устройством зарядной станции как информация о состоянии разъёмного устройства и служит сигналом для подачи электрического тока для зарядки аккумуляторов транспортного средства, а также осуществления обмена данными между транспортным средством и зарядной станцией.

Заявляемое разъёмное устройство состоит из двух стыковочных узлов, причём первый стыковочный узел, далее - узел А, закреплён на зарядной станции, а второй стыковочный узел, далее - узел Б закреплён на транспортном средстве, далее – средство индивидуальной мобильности, СИМ.

Стыковочный узел А содержит металлический корпус в сборе с цилиндром корпуса, разъём электрического контакта из цветного металла и пластика (центральный контакт с резьбой, изолятор контакта, изолятор с резьбой), который служит для электрического контакта зарядной станции с транспортным средством, запорное кольцо, толкатель запорного кольца, конусную пружину запорного кольца, шарики металлические, например, стальные хромированные, электромагнит открытого типа (например, модель ОМ 0520В) микропереключатель с лапкой (например,125В, 2А, KLS7- KW 10-Z2P045 DM3-03P). Стыковочный узел Б содержит цилиндр металлический с проточкой, центральный контакт (штекер для электрического контакта аккумулятора транспортного средства с источником тока зарядной станции), цилиндрический изолятор электрических контактов с пружиной, устраняющей технологический люфт электрических контактов, металлическую скобу, состоящую из двух частей с пластиковой накладкой.

Стыковочный узел А и стыковочный узел Б взаимосовместимы, что не позволяет любому СИМ зарядиться на заданной станции, обеспеченной стыковочным узлом А, а СИМ, содержащему стыковочный узел Б произвести зарядку электричеством не в установленном месте.

Суть заявляемого технического решения представлена на нижеперечисленных фигурах:

Фиг. 1 – детали, составляющие стыковочный узел А;

Фиг. 2 – стыковочный узел А в сборе;

Фиг. 3 цилиндр корпуса, чертёж

Фиг. 4 Запорное кольцо, чертёж

Фиг. 5 – детали, составляющие стыковочный узел Б;

Фиг. 6 - стыковочный узел Б в сборе;

Фиг. 7 – общий вид заявляемого разъёмного устройства, стыковочный узел А и стыковочный узел Б не состыкованы;

Фиг. 8 – общий вид заявляемого разъёмного устройства, стыковочный узел А и стыковочный узел Б состыкованы.

Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, стыковочный узел А заявляемого устройства содержит металлический корпус 1 в сборе с цилиндром корпуса 2, служащий для крепления на корпусе деталей узла, элементы разъёма электрического контакта (центральный контакт с резьбой 3, изолятор контакта 4, изолятор с резьбой 5), запорное кольцо 6, толкатель запорного кольца 7, конусную пружину запорного кольца 8, шарики металлические 9, электромагнит открытого типа втягивающий (например, модель ОМ-0520В) 10, микропереключатель с лапкой (например,125В, 2А, KLS7- KW 10-Z2P045 (DM3-03P)) 11. Надёжное закрепление узла А на зарядной станции обеспечивает металлический корпус 1 с крепёжными отверстиями на нём. При этом цилиндр корпуса 2, как показано на фиг. 3, снабжён четырьмя радиальными сквозными отверстиями 12, предназначенными для нахождения в них шариков 9 во время стыковки и удержания СИМ, а также отверстие 13 для центрального контакта 3 и отверстие 14 для прохождения толкателя запорного кольца 7. Отверстия 12 имеют сужения 15 со стороны, обращённой к оси детали (с внутренней стороны стенок цилиндра корпуса) 2. Размер сужений 15 отверстий 12 со стороны, обращённой к оси детали, подбирают таким образом, чтобы шарики 9 при нахождении в отверстиях 12 во время стыковки и удержания СИМ частично выдавались в полость цилиндра корпуса 2, но не выпадали в вышеназванную полость.

При этом запорное кольцо 6 по внутренней стороне имеет кольцевую канавку 16, имеющую в сечении форму прямоугольной трапеции, как показано на фиг. 4 для нахождения в ней шариков 9 при открытом положении стыковочного узла (СИМ не пристыковано), а также отверстие 23 для центрального контакта 3. Внутренний диаметр запорного кольца 6 незначительно превышает внешний диаметр цилиндра корпуса 2 для обеспечения перемещения запорного кольца 6 относительно цилиндра корпуса 2 без приложения усилия. Канавка 16 и отверстия 12 при нахождении стыковочного узла А в сборе взаимно расположены таком образом, что отверстия 12 и канавка 16 находятся друг напротив друга при открытом положении стыковочного узла и шарики 9 свободно перемещаются между пространством отверстий 12 и канавкой 16. Запорное кольцо 6 при этом прижато к цилиндру корпуса 2 действием конусной пружины запорного кольца 8. Глубина канавки 16 при этом не превышает диаметра шариков 9, таким образом, шарики 9 не выпадают свободно в канавку 16 и удерживаются от свободного перемещения внутри канавки 16 обращёнными к запорному кольцу 6 краями отверстий 12 цилиндра корпуса 2. В то же время глубина канавки 16 должна быть достаточной для того, чтобы шарики 9 при нахождении канавки 16 и отверстий 12 друг напротив друга могли полностью помещаться в пространстве канавки 16 и отверстий 12, не выступая за пределы отверстий 12 с внутренней стороны стенок цилиндра корпуса 2. Диаметр отверстий 12 незначительно превышает диаметр шариков 9 для обеспечения перемещения шариков 9 вдоль отверстий 12 без приложения усилия. Длина (глубина) отверстий 12 соответствует толщине стенки цилиндра корпуса 2 и уступает диаметру шариков 9 таким образом, чтобы при смещении канавки 16 относительно отверстий 12 шарики 9, подпираемые внутренней поверхностью запорного кольца 6 находились внутри отверстий 12, частично выступая за пределы отверстий 12 с внутренней стороны стенок цилиндра корпуса 2.

На якоре электромагнита 10, как показано на фиг. 2, тем или иным способом зафиксирована шайба, в которую упирается лапка микропереключателя 11, толкающая вышеназванный якорь и упирающая вышеназванный якорь в боковую поверхность запорного кольца 6 при открытом положении стыковочного узла (СИМ не пристыковано).

Как показано на фиг. 5 и фиг. 6, стыковочный узел Б заявляемого устройства содержит цилиндр металлический 19 с кольцевой проточкой 20, обеспечивающий стыковку и удержание СИМ в зарядной станции, центральный контакт (штекер) 21, служащий для электрического контакта СИМ с зарядной станцией, цилиндрический изолятор электрических контактов 22, пружину 23, устраняющую технологический люфт электрических контактов, стальную скобу 17 состоящую из двух частей с пластиковой накладкой 18 на ней для установки на рулевую стойку СИМ. Общий вид стыковочных узлов А и Б заявляемого устройства в положении, предшествующем стыковке и в состоянии стыковки дан на фиг. 7 и фиг. 8.

Заявляемое устройство работает таким образом.

Во время пристыковки СИМ к зарядной станции цилиндр металлический 19 стыковочного узла Б входит в цилиндр корпуса 2 металлического корпуса 1 стыковочного узла А. При вхождении цилиндр металлический 19 узла Б нажимает на толкатель запорного кольца 7, проходящий через отверстие 14 цилиндра корпуса 2 металлического корпуса 1 стыковочного узла А. Толкатель запорного кольца 7, в свою очередь, преодолевая сопротивление конусной пружины запорного кольца 8, перемещает запорное кольцо 6 в направлении движения цилиндра металлического 19. К моменту начала пристыковки канавка 16 запорного кольца 6 находится напротив отверстий 12 цилиндра корпуса 2, шарики 9 свободно перемещаются в пространстве отверстий 12 и канавки 16, и не препятствуют движению цилиндра металлического 19, стыковочный узел А при этом открыт, что обеспечивает пристыковку СИМ к зарядной станции. В процессе вышеупомянутой пристыковки при перемещении запорного кольца 6 канавка 16 смещается относительно отверстий 12, при этом край канавки 16 выталкивает шарики 9 в отверстия 12. Поскольку длина (глубина) отверстий 12 уступает диаметру шариков 9, шарики 9 частично выходят за пределы отверстий 12, выступая за пределы отверстий 12 с внутренней стороны стенок цилиндра корпуса 2, удерживаемые при этом сужениями 15 отверстий 12. Выступающие за пределы отверстий 12 шарики 9 при этом входят в пространство кольцевой проточки 20 цилиндра металлического 19 стыковочного узла Б, находящегося в цилиндре корпуса 2 металлического корпуса 1 стыковочного узла А, выступая в качестве запорных элементов и тем самым надёжно запирают (удерживают) СИМ.

При описанном выше перемещении запорного кольца 6 в процессе пристыковки СИМ, упираемый лапкой микропереключателя 11 в боковую поверхность запорного кольца 6 якорь электромагнита 10 при смещении запорного кольца 6 за пределы проекции вышеназванного якоря соскальзывает, продвигается вперёд, упирается в боковую поверхность запорного кольца шайбой и блокирует возможное возвратное движение запорного кольца 6, тем самым фиксируя его. При перемещении якоря электромагнита и фиксации запорного кольца лапка микропереключателя 11 отходит от вышеназванного микропереключателя, что приводит к срабатыванию вышеназванного микропереключателя, при этом факт срабатывания фиксируется устройством зарядной станции как информация о состоянии разъёмного устройства и служит сигналом для подачи электрического тока для зарядки аккумуляторов транспортного средства, а также осуществления обмена данными между транспортным средством и зарядной станцией.

При попытке принудительного разъединения стыковочных узлов А и Б выступающие в пространство кольцевой проточки 20 шарики 9 обеспечивают упор в четырёх равномерно разнесённых точках, что обеспечивает невозможность принудительного разъединения вышеназванных стыковочных узлов. При этом под давлением пружины 23 происходит механическое соединение контактной группы, что обеспечивает надёжный электрический контакт электрооборудования зарядной станции с электрооборудованием СИМ.

Во время отстыковки СИМ на электромагнит 10 посредством кабельного соединения подают электрическое напряжение, при этом якорь электромагнита втягивается, преодолевая усилие лапки микропереключателя 11, что обеспечивает свободное перемещение запорного кольца 6 под давлением пружины запорного кольца 8, при этом вышеназванная пружина смещает и прижимает запорное кольцо 6 к цилиндру корпуса 2. При этом канавка 16 оказывается напротив отверстий 12. При этом шарики 9 снова могут свободно перемещаться в пространстве отверстий 12 и канавки 16, не препятствуя движению цилиндра металлического 19. При извлечении цилиндра металлического 19 из цилиндра корпуса 2 край проточки 20 смещает шарики 9 в пространство отверстий 12 и канавки 16, обеспечивая беспрепятственное отсоединение цилиндра 19 стыковочного узла Б от стыковочного узла А, закреплённого на зарядной станции.

Переход лапки микропереключателя 11 в прижатое положение фиксируется устройством зарядной станции как информация о состоянии разъёмного устройства и служит сигналом для прекращения подачи электрического тока для зарядки аккумуляторов транспортного средства, а также прекращения обмена данными между транспортным средством и зарядной станцией.

При прекращении подачи электрического напряжения на электромагнит 10 якорь электромагнита 10, толкаемый лапкой микропереключателя 11 упирается в боковую поверхность запорного кольца 6.

В результате осуществления заявляемого технического решения обеспечивается недопустимость принудительного разъединения стыковочных узлов, входящих в состав разъёмного устройства. Также обеспечивается подача электрического тока для зарядки аккумуляторов транспортного средства, а также обмен данными между транспортным средством и зарядной станцией только при фактической фиксации транспортного средства.

Изобретение относится к разъёмному устройству для подключения к зарядной станции. Устройство состоит из двух взаимосовместимых стыковочных узлов. Первый стыковочный узел содержит: металлический корпус, разъём электрического контакта, цилиндр корпуса, запорное кольцо, толкатель запорного кольца, конусную пружину запорного кольца, шарики металлические, электромагнит открытого типа и микропереключатель с лапкой. Второй стыковочный узел содержит: цилиндр металлический с проточкой, штекер, металлическую скобу. Проточка служит для вхождения запорных элементов. Цилиндр с проточкой обеспечивает стыковку и удержание транспортного средства в зарядной станции. Разъем и штекер обеспечивают электрический контакт аккумулятора транспортного средства с источником тока зарядной станции. Конусная пружина устраняет люфт электрических контактов. Металлическая скоба состоит из двух частей с пластиковой накладкой, устанавливается на рулевую стойку транспортного средства. Достигается повышение надежности соединения между стыковочными узлами. 8 ил.

Разъёмное устройство для подключения к зарядной станции, состоящее из двух взаимосовместимых стыковочных узлов, где первый стыковочный узел содержит металлический корпус и разъём электрического контакта зарядной станции с транспортным средством, а второй стыковочный узел содержит цилиндр металлический с проточкой для вхождения запорных элементов, обеспечивающий стыковку и удержание транспортного средства в зарядной станции со штекером для электрического контакта аккумулятора транспортного средства с источником тока зарядной станции и цилиндрическим изолятором электрических контактов, с пружиной, устраняющей технологический люфт электрических контактов, с металлической скобой, состоящей из двух частей с пластиковой накладкой на ней для установки на рулевую стойку транспортного средства, отличающееся тем, что первый стыковочный узел дополнительно содержит цилиндр корпуса, запорное кольцо, толкатель запорного кольца, конусную пружину запорного кольца, шарики металлические, электромагнит открытого типа и микропереключатель с лапкой.