CN104859455B - 一种集电头装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集电头装置，包括：连接组件，用于连接集电头驱动机构；侧向受电组件，其通过旋转连接件与所述连接组件相连接，一侧集成有多道横向电极，所述电极以上下间隔的方式平行分布；导向组件，连接于所述旋转连接件的旋转部，并位于所述连接组件和/或侧向受电组件的上方，其上设有滚动部件。该集电头体积小、重量轻、转动灵活，可以准确、稳定、安全地进行定位受电，从而提高充电性能，保证车辆正常安全行驶。

Description

一种集电头装置

技术领域

本发明涉及快速充电的供电技术领域，特别是用于对储能式电动公交车等电动车辆进行快速充电的集电头装置。

背景技术

随着社会的发展，节能、环保等城市轨道交通发展理念不断提升，储能式电动公交车辆应运而生，所谓储能式电动公交车辆是指使用超级电容来存储电能作为动力进行牵引，采用车顶受电器受流及回流，并利用乘客在站台上下车的几十秒的时间内快速完成充电，一次充电可保证储能式电动公交车辆运行至下一站再进行充电，正是由于上述特点，该车型得到了越来越多的推广使用。

受电器安装在储能公交车车顶，是储能公交车的充电受流装置。当储能公交车停靠在充电站时，受电器升起，集电头与充电站的供电轨接触，实现对储能公交车充电。

储能式无轨电动公交车受电器的集电头至少需要布置正、负、接地三个电极的触头或接触板，每次充电时必须对应充电站上的正、负、接地三个电极，而无轨公交车每次停车位置的位置并不一致，因此集电头装置在设计时就必须考虑停车的偏差，包括车辆横向位移的偏差，车辆纵向偏摆角度以及上下客时引起车身的轻微晃动。

传统的集电头装置体积大，且只有一个转动自由度，在停车偏差比较大的情况下将不能保证所有的电极都接触良好，充电过程容易出现电火花并烧损供电轨和集电头装置。

因此，如何提高集电头与供电轨接触的准确性和稳定性，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种集电头装置。该集电头体积小、重量轻、转动灵活，可以准确、稳定、安全地进行定位受电，从而提高充电性能，保证车辆正常安全行驶。

为实现上述目的，本发明提供一种集电头装置，包括：

连接组件，用于连接集电头驱动机构；

侧向受电组件，其通过旋转连接件与所述连接组件相连接，一侧集成有多道横向电极，所述电极以上下间隔的方式平行分布；

导向组件，连接于所述旋转连接件的旋转部，并位于所述连接组件和/或侧向受电组件的上方，其设有滚动部件。

优选地，所述连接组件为弹簧悬挂装置，包括：

连接板，其上设有左轴孔和右轴孔；

活动支架，通过左支撑轴和右支撑轴与所述连接板上下滑动连接；

支撑弹簧，设于所述连接板与活动支架之间，其一端支撑于所述连接板，另一端支撑于所述活动支架。

优选地，所述左轴孔与左支撑轴之间以及所述右轴孔与右支撑轴之间分别设有直线轴承。

优选地，所述连接板上设有调整螺钉，所述支撑弹簧的一端支撑于所述调整螺钉。

优选地，所述旋转连接件包括：

支架，用于连接所述连接组件；

受电组件安装板，用于安装所述侧向受电组件；

万向连接件，其固定部连接所述支架，万向旋转部连接所述受电组件安装板。

优选地，所述万向连接件为球关节活动机构。

优选地，所述万向连接件包括连接轴和万向轴承，所述连接轴的一端与所述支架相连接，另一端通过轴套与所述万向轴承的内圈相连接，所述万向轴承的外圈与所述受电组件安装板相连接。

优选地，所述受电组件安装板上设有导向组件安装板，所述导向组件安装于所述导向组件安装板的上方。

优选地，进一步包括弹性恢复装置，设于所述支架与受电组件安装板之间，用于保持所述受电组件安装板相对于所述支架的位置。

优选地，所述弹性恢复装置包括：

第一弹性支撑销，分左右沿水平方向布置于所述万向连接件以上的位置，其固定端连接所述支架，伸缩端支撑于所述受电组件安装板；

第二弹性支撑销，分左右沿水平方向布置于所述万向连接件以下的位置，其固定端连接所述支架，伸缩端支撑于所述受电组件安装板；

第三弹性支撑销，分左右纵向布置，其固定端连接所述支架，伸缩端向上支撑于所述受电组件安装板上与之相对应的水平支撑部位。

优选地，所述导向组件包括轮盘支架，所述轮盘支架在周向上向外延伸有径向支臂，所述支臂的末端分别设有支撑盘，各所述支撑盘的顶部设有能够自由滚动的滚珠或滚轮。

优选地，所述侧向受电组件设有绝缘隔板，各所述电极分别通过两端的缓冲器安装于所述绝缘隔板。

优选地，所述缓冲器包括伸缩轴、外壳以及在所述外壳内部弹性连接所述伸缩轴和外壳的弹簧，所述外壳或伸缩轴连接所述电极，所述伸缩轴或外壳连接所述绝缘隔板。

优选地，各所述电极的缓冲器之间通过左右对称布置的第一连杆和第二连杆相连接，所述第一连杆和第二连杆相对的一端相铰接，另一端分别与对应的缓冲器相铰接，中部与所述绝缘隔板相铰接。

优选地，所述绝缘隔板的电极安装侧设有与各所述电极相对应的横向过渡板。

本发明将用于受电的多个电极一起以间隔平行的方式集成安装在侧向受电组件上，并采用旋转连接件对连接组件和侧向受电组件进行连接，从而形成从侧面进行受电的多自由度、多极式集电头装置。使用时，集电头装置安装在受流器上部，由集电头驱动机构驱动，首先近似垂直地上升，直至导向组件触及充电站顶部的导向板等导向机构，在驱动力的进一步作用下，导向组件与导向板充分接触，随后集电头紧贴导向板并横向移动，直至侧向受电组件的电极分别与充电站对应的充电极接触并紧密贴合，达到可受流状态，在横向移动过程中，导向组件的滚动部件在导向板上滚动行进，以避免干摩擦并协助保持集电头的位置，使其能够准确、稳定地与充电极对接。该集电头装置具有大的导流能力和可靠的绝缘性能，且结构紧凑、体积小、重量轻、转动灵活，可以准确、稳定、安全地进行定位受电，从而提高充电性能，保证车辆正常安全行驶。

附图说明

图1为本发明所提供集电头装置电极面一侧的正面示意图；

图2为图1所示集电头装置的左视图；

图3为图1所示集电头装置的后视图；

图4为图1所示集电头装置的俯视图；

图5为后侧视角下图1所示集电头装置的立体图；

图6为图1中所示弹簧悬挂装置的半剖示意图；

图7为图6所示弹簧悬挂装置的右视图；

图8为图1中所示旋转连接件的半剖示意图；

图9为图8所示旋转连接件的右视图；

图10为前侧视角下图1所示集电头装置的立体图；

图11为本发明所提供集电头装置的使用状态参考图。

图中：

1.连接组件 11.连接板 121.左支撑轴 122.右支撑轴 12.活动支架 13.调整螺钉 14.直线轴承 15.弹簧

2.侧向受电组件 21.绝缘隔板 22.缓冲器 23.电极 221.伸缩轴222.外壳24.过渡板 25.第一连杆 26.第二连杆

3.旋转连接件 31.支架 32.连接轴 33.万向轴承 34.受电组件安装板 35.轴套 36.导向组件安装板

4.导向组件 41.轮盘支架 42.支臂 43.支撑盘 44.滚珠

51.第一弹性支撑销 52.第二弹性支撑销 53.第三弹性支撑销

6.接触轨 7.集电头 8.导向板 9.车辆 10.受电器

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本文中的上、下、内、外等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定。

请参考图1至图5，图1为本发明所提供集电头装置电极面一侧的正面示意图；图2为图1所示集电头装置的左视图；图3为图1所示集电头装置的后视图；图4为图1所示集电头装置的俯视图；图5为后侧视角下图1所示集电头装置的立体图。

在一种具体实施例中，本发明提供的集电头装置，主要由连接组件1、侧向受电组件2、旋转连接件3以及导向组件4等部分组成，各部分依次通过螺栓连接形成一个整体。

其中，连接组件1用于将整个集电头装置安装在受电器的驱动机构(如四连杆机构)上，侧向受电组件2通过旋转连接件3与连接组件1相连接，导向组件4与旋转连接件3的旋转部相连接，并位于连接组件1和侧向受电组件2的上方，其上设有滚动部件。

由于侧向受电组件2也与旋转连接件3的旋转部相连接，工作时，导向组件4与侧向受电组件2一起相对于连接组件1旋转，因此导向组件4也可以安装在侧向受电组件2上，其效果与直接安装在旋转连接件3的旋转部上基本相同，可根据零部件尺寸、布置空间等实际需要而定。

请一并参考图6、图7，图6为图1中所示弹簧悬挂装置的半剖示意图；图7为图6所示弹簧悬挂装置的右视图。

连接组件1是集电头与受电器的安装接口部件，这里设计成弹簧悬挂装置的形式，主要由连接板11、活动支架12通过支撑轴连接而成。

连接板11上设有用于连接集电头驱动机构的螺栓孔，其面向电极方向的一侧设有纵向的左轴套和右轴套，活动支架12的左支撑轴121和右支撑轴122分别安装在连接板11的左轴套和右轴套中，各支撑轴的两端与活动支架12通过锁紧螺母固定，左轴孔与左支撑轴之间以及右轴孔与右支撑轴之间分别嵌套有直线轴承14，从而实现活动支架12与连接板11的上下滑动连接，活动支架12可以相对连接板11沿支撑轴轴向方向运动。

在连接板11和活动支架12之间还安装有圆柱压缩弹簧15，弹簧15一端作用在连接板11上的调整螺钉13上，另一端作用在活动支架12上，调整螺钉13的安装高度可以进行调节，以提供合适的弹簧力，通过内部的弹簧15可以在集电头上升过程与充电站顶棚相碰时提供一定的缓冲，避免集电头因冲击力过大出现损坏。

请一并参考图8、图9，图8为图1中所示旋转连接件的半剖示意图；图9为图8所示旋转连接件的右视图。

旋转连接件3的作用是使侧向受电组件2能够具有多方向的转动自由度，其采用了万向轴承关节机构，并设置了弹簧恢复装置。

具体地，旋转连接件3主要由支架31、连接轴32、万向轴承33以及受电组件安装板34等相连而成，连接轴32的一端为螺纹，与支架21相连接，通过安装并紧螺母实现锁紧，另一端设有台阶，通过轴套35与万向轴承33的内圈相连接，万向轴承33的外圈与受电组件安装板34通过螺栓相连接。

导向组件4设计成轮盘形式，其轮盘支架41在周向上向外延伸有六条径向支臂42，各支臂42的末端分别设有支撑盘43，各支撑盘43的顶部呈向上拱起的弧形，并在最高的中心位置嵌套安装有能够自由滚动的滚珠44(或滚轮)，受电组件安装板34顶部的中间通过螺栓连接有一道向后延伸呈悬臂形式的导向组件安装板36，轮盘支架41安装在导向组件安装板36的上方，轮盘一方面可以通过与顶棚的配合来限定受电电极的高度，另一方面可以通过滚珠沿着顶棚滑向充电极。

支架31上还安装有弹簧恢复装置，其第一弹性支撑销51分左右沿水平方向布置于万向轴承以上的位置，其固定端连接支架31，伸缩端支撑于受电组件安装板34；第二弹性支撑销52分左右沿水平方向布置于万向轴承件以下的位置，其固定端连接支架31，伸缩端支撑于受电组件安装板34；第三弹性支撑销53分左右纵向布置，其固定端连接支架31，伸缩端向上支撑于导向组件安装板36两侧与之相对应的水平支撑部位。

弹簧恢复装置的作用是在轮盘不与充电站顶棚、侧向受电组件2不与充电极接触时，即侧向受电组件2不受外力作用时，使侧向受电组件2能恢复至相对支架31的初始位置。

集电头采用万向球关节的设计可以保证电极具有多方向的自由度，使电极与充电极的贴合更稳定，受流质量更高，同时弹簧恢复装置，又使得集电头在非工作时始终保持在初始状态，弥补了万向球关节的不足。

请一并参考图10，图10为前侧视角下图1所示集电头装置的立体图。

如图所示，侧向受电组件2主要由绝缘隔板21、缓冲器22、电极23相连而成，是集电头与充电极接触并传递电流的部件，其与旋转连接件3之间的绝缘隔板21，保证了受电器以及储能公交车车体的绝缘性能，绝缘隔板21预埋有螺套，以便与旋转连接件3的受电组件安装板34通过螺栓连接固定。

电极23的数量为四个，分别为正极、负极、接地极以及信号极，其中信号极是可选配置，其他三极为必要配置，工作时，充电电流从正极流入，通过高压电缆，公交车储能电源，再由负极流出，形成充电回路，接地极与受电器框架结构以及储能公交车车体相连，起接地保护作用。

电极23由导体材料制作，四道横向电极一起集成在绝缘隔板21上，在绝缘隔板21外侧的板面上由上至下依次间隔平行分布，各电极的长度相等，接触面位于同一竖平面，在绝缘隔板21长度方向的一侧，电极23超出绝缘隔板21一定距离。

每个电极23与绝缘隔板21之间安装有两个缓冲器22，在电极23与充电极接触时提供一定的缓冲，缓冲器22包括伸缩轴221、外壳222以及在外壳222内部弹性连接伸缩轴221和外壳222的弹簧(由于遮挡关系，图中未示出)，外壳222连接于电极23的背面，伸缩轴221连接于绝缘隔板21。

绝缘隔板21上间隔一定距离通过螺栓连接的方式安装了四根过渡板24，缓冲器22通过螺栓连接在过渡板24上，每个电极的两个缓冲器之间又通过两根连杆连接在一起，其中，第一连杆25和第二连杆26相对的一端相铰接，另一端分别与对应的缓冲器22相铰接，中部与过渡板24相铰接，两个缓冲器22通过连杆机构相连在一起，可以实现同步缓冲，避免受力不均可能引起的卡滞故障。

绝缘隔板21的使用解决了集电头电气绝缘的问题，使结构更为简单，集电头的尺寸就可以做得更小，更轻量化，集电头两处采用弹簧吸震结构，避免冲击引起结构失效，将大幅提高可靠性及使用寿命。

请参考图11，图11为本发明所提供集电头装置的使用状态参考图。

在实际使用时，接触轨6通过支架(或其他方式)安装在充电地点，通常为公交车站台，并位于车辆上方的侧部，其电极的排列方式与集电头7的电极排列方式相一致，两者平行接触，接触轨6各电极的长度大于集电头电极的长度，以便车辆进站时集电头在前后较大区域内都能与接触轨6接触，接触轨6各电极的宽度可略宽于集电头电极的宽度，以提高受流的稳定性。

导向板8(或导向轨、顶棚)以垂直于接触轨侧面的方式水平安装在接触轨6上方，用于在集电头升起至一定高度后限制其垂向自由度，使其不再继续向上运动，而改为向外横向运动，具体可采用平整的钢板等，车辆9的受电器10以垂直于车身长度方向的方式安装在车顶上，带动集电头7可进行升降运动和横向运动。

当车辆9进站，受电器集电头7需要与接触轨6接触时，集电头7在垂直于车身长度方向的竖向平面内以近似垂直的方式升起。

当集电头7升起至1500mm左右高度时，集电头7的轮盘触及充电站的导向板8，在导向板8的限制下不再向上升起，在驱动力的进一步作用下，轮盘上的六个滚珠44与导向板8充分接触，随后集电头7在垂直于车身长度方向的竖向平面内紧贴导向板8开始向外侧横向运动，可运动的距离在0～700mm之间，直至与接触轨6接触并紧密贴合，达到可受流状态。

上述实施例仅是本发明的几种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，旋转连接件采用其他形式的球关节活动机构；或者，导向组件设计成类似于轮盘的其他形状等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

以上对本发明所提供的集电头装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1.一种集电头装置，其特征在于，包括：

连接组件，所述连接组件用于连接集电头驱动机构；

侧向受电组件，其通过旋转连接件与所述连接组件相连接，一侧集成有多道横向电极，所述电极以上下间隔的方式平行分布；

导向组件，连接于所述旋转连接件的旋转部，并位于所述连接组件和/或侧向受电组件的上方，所述导向组件上设有滚动部件。

2.根据权利要求1所述的集电头装置，其特征在于，所述连接组件为弹簧悬挂装置，包括：

连接板，其上设有左轴孔和右轴孔；

活动支架，通过左支撑轴和右支撑轴与所述连接板上下滑动连接；

支撑弹簧，设于所述连接板与活动支架之间，其一端支撑于所述连接板，另一端支撑于所述活动支架。

3.根据权利要求2所述的集电头装置，其特征在于，所述左轴孔与左支撑轴之间以及所述右轴孔与右支撑轴之间分别设有直线轴承。

4.根据权利要求2或3所述的集电头装置，其特征在于，所述连接板上设有调整螺钉，所述支撑弹簧的一端支撑于所述调整螺钉。

5.根据权利要求1所述的集电头装置，其特征在于，所述旋转连接件包括：

支架，用于连接所述连接组件；

受电组件安装板，用于安装所述侧向受电组件；

万向连接件，其固定部连接所述支架，万向旋转部连接所述受电组件安装板。

6.根据权利要求5所述的集电头装置，其特征在于，所述万向连接件为球关节活动机构。

7.根据权利要求6所述的集电头装置，其特征在于，所述万向连接件包括连接轴和万向轴承，所述连接轴的一端与所述支架相连接，另一端通过轴套与所述万向轴承的内圈相连接，所述万向轴承的外圈与所述受电组件安装板相连接。

8.根据权利要求5所述的集电头装置，其特征在于，所述受电组件安装板上设有导向组件安装板，所述导向组件安装于所述导向组件安装板的上方。

9.根据权利要求5至8任一项所述的集电头装置，其特征在于，进一步包括弹性恢复装置，设于所述支架与受电组件安装板之间，用于保持所述受电组件安装板相对于所述支架的位置。

10.根据权利要求9所述的集电头装置，其特征在于，所述弹性恢复装置包括：

第一弹性支撑销，分左右沿水平方向布置于所述万向连接件以上的位置，其固定端连接所述支架，伸缩端支撑于所述受电组件安装板；

第二弹性支撑销，分左右沿水平方向布置于所述万向连接件以下的位置，其固定端连接所述支架，伸缩端支撑于所述受电组件安装板；

第三弹性支撑销，分左右纵向布置，其固定端连接所述支架，伸缩端向上支撑于所述受电组件安装板上与之相对应的水平支撑部位。

11.根据权利要求1、2、3、5、6、7或8所述的集电头装置，其特征在于，所述导向组件包括轮盘支架，所述轮盘支架在周向上向外延伸有径向支臂，所述支臂的末端分别设有支撑盘，各所述支撑盘的顶部设有能够自由滚动的滚珠或滚轮。

12.根据权利要求1、2、3、5、6、7或8所述的集电头装置，其特征在于，所述侧向受电组件设有绝缘隔板，各所述电极分别通过两端的缓冲器安装于所述绝缘隔板。

13.根据权利要求12所述的集电头装置，其特征在于，所述缓冲器包括伸缩轴、外壳以及在所述外壳内部弹性连接所述伸缩轴和外壳的弹簧，所述外壳或伸缩轴连接所述电极，所述伸缩轴或外壳连接所述绝缘隔板。

14.根据权利要求12所述的集电头装置，其特征在于，各所述电极的缓冲器之间通过左右对称布置的第一连杆和第二连杆相连接，所述第一连杆和第二连杆相对的一端相铰接，另一端分别与对应的缓冲器相铰接，中部与所述绝缘隔板相铰接。

15.根据权利要求12所述的集电头装置，其特征在于，所述绝缘隔板的电极安装侧设有与各所述电极相对应的横向过渡板。