CN114132194B - 一种电动汽车电磁弹射式充电***及充电回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车电磁弹射式充电***及充电回收方法。充电***，包括车载部分和充电桩部分。所述的车载部分包括弹射回拉模块。所述的充电桩部分包括传送限位模块和限位充电模块。弹射回拉模块用于将车载的充电头发射到传送限位模块上。传送限位模块用于将充电枪导入到限位充电模块上。限位充电模块用于将充电枪***充电桩上的插座。弹射回拉模块包括充电头、气动支撑软管、线缆和弹射组件；传送限位模块包括传送磁带、传送滚子、支撑架和限位挡块；限位充电模块包括充电头限位块、伸缩气缸、驱爪舵机和驱缸舵机。本发明通过电磁弹射的方式弹出充电头与充电插座对接，大大降低了机械结构的复杂性和产品生产的成本，机械结构简单。

Description

一种电动汽车电磁弹射式充电***及充电回收方法
技术领域
本发明属于电动汽车充电连接技术领域，具体涉及一种电动汽车电磁弹射式充电***及充电回收方法。
背景技术
随着全球能源消耗和生态环境***面临的挑战加剧，发展新能源汽车已经逐步达成了全球共识。目前主流的电动汽车充电方式是充电桩直流快充或交流慢充，考虑到两种方式都需要人工将充电桩上的充电器接到车上的充电接口进行充电，其过程繁琐且缺乏智能化。因此，为了提高新能源汽车的充电效率，促进新能源汽车的推广，提供了一种电动汽车弹射式自动充电***及充电回收方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车电磁弹射式充电***及充电回收方法。
本发明一种电动汽车电磁弹射式充电***，包括车载部分和充电桩部分。所述的车载部分包括弹射回拉模块。所述的充电桩部分包括传送限位模块和限位充电模块。弹射回拉模块用于将车载的充电头发射到传送限位模块上。传送限位模块用于将充电枪导入到限位充电模块上。限位充电模块用于将充电枪***充电桩上的插座。
所述的弹射回拉模块包括充电头、气动支撑软管、线缆和弹射组件；弹射组件用于将充电头射出车外。充电头的尾端连接有线缆和气动支撑软管；气动支撑软管能够充压，形成支撑力。充电头的外端设置有吸附块。吸附块能够吸附在传送限位模块上。
所述的传送限位模块包括传送磁带、传送滚子、支撑架和限位挡块；传送磁带通过传送滚子安装在支撑架上，且能够输送吸附在传送磁带上的物体。限位挡块在传送磁带的输送面上形成引导通道。
所述的限位充电模块包括充电头限位块、伸缩气缸、驱爪舵机和驱缸舵机。伸缩气缸的缸体尾端与充电桩基座转动连接。伸缩气缸由驱缸舵机驱动进行翻转。所述的伸缩气缸的活塞杆外端安装有充电头限位块和机械夹爪。充电头限位块的外端开设有限位凹槽。当伸缩气缸翻转至竖直状态时，限位凹槽与导向通道对齐。机械夹爪用于夹住进入限位凹槽的充电头。所述的充电桩基座上固定有充电插座。充电插座竖直朝上设置。通过伸缩气缸的翻转能够将机械夹爪夹持住的充电头***充电插座。
作为优选，所述的弹射组件包括充电头发射轨道、电磁弹射轨道、电磁弹射推块。电磁弹射轨道内设置有滑动通道。滑动通道的顶部和底部均设置有滑轨。电磁弹射推块设置在电磁弹射轨道内，并与两条滑轨滑动连接。两条滑轨能够通入稳定电压。电磁弹射轨道上能够产生垂直于电磁弹射轨道长度方向的磁场。电磁弹射推块的顶部对称间隔设置有两个推爪。两个推爪的顶部伸出滑轨外。充电头发射轨道固定在电磁弹射轨道的顶部。两个推爪从下向上伸入充电头发射轨道内。充电头发射轨道的内腔呈圆柱状。初始状态下，推爪与充电头的尾端接触。
作为优选，所述的充电头上开设有中心导向孔。充电头的外端面上设置有呈同心圆状排布的多个环形触点。各环形触点用于与充电桩上的充电插座对接。充电头发射轨道内固定有导向杆；导向杆的外端悬空。初始状态下，充电头上的中心导向孔与导向杆滑动连接。
作为优选，充电头发射轨道的尾端转动连接有绕线滚子和绕管滚子。绕线滚子和绕管滚子由两个电机分别驱动。气动支撑软管和线缆分别绕卷在绕管滚子和绕线滚子上。线缆内芯线的一端接入车载充电机。
作为优选，充电头外端边缘处设置有环形缓冲层。充电头侧面开设有呈环形的夹手定位槽。充电头的内端边缘处设有倒角。
作为优选，由下至上依次排列的多个传送滚子均转动连接在支撑架。传送磁带环绕在各传送滚子上，并张紧。位于最两端的两个传送滚子通过带传动组件连接。其中一个位于端部的传送滚子由驱动电机驱动旋转。
作为优选，所述的导向通道包括导正段和输出段。输出段呈直线型，其输入端与导正段的输出端对接。导正段从输入端向输出端的方向上，宽度逐渐减小。输出段的宽度为充电头直径的1～1.2倍。
作为优选，所述的机械夹爪包括驱爪舵机和两个齿轮定位爪。两个齿轮定位爪的内端均与充电头限位块的内端转动连接。驱爪舵机安装在充电头限位块上，能够驱动两个齿轮定位爪同步反向转动。
作为优选，所述传送磁带由尼龙-磁性带-尼龙三层复合而成。
作为优选，所述支撑架上贴有振动传感器。所述限位凹槽底部设有点动开关。
作为优选，所述电磁弹射轨道的输出端设置有缓冲减速块。
该电动汽车电磁弹射式充电***的充电回收方法如下：
步骤一、通过车辆的移动，使得弹射回拉模块与传送限位模块对齐。
步骤二、弹射组件将充电头弹出传送限位模块的传送磁带上，使得充电头吸附在传送磁带上。
步骤三、传送磁带带动充电头通过引导通道，使得充电头进入充电头限位块上的限位凹槽，机械夹爪夹住充电头。
步骤四、伸缩气缸的活塞杆缩回，并在驱缸舵机的驱动下正向翻转，使得充电头***充电插座。
步骤五、充电完成后，在驱缸舵机的驱动下反向翻转，使得充电头与充电插座分离。
步骤六、收卷气动支撑软管和线缆至绷紧状态。
步骤七、向气动支撑管内充压，气动支撑管充气膨胀；之后，机械夹爪松开充电头，绕线滚子和绕管滚子继续收卷，使得充电头在不掉落在地面上的情况下完成回收。
本发明具有的有益效果。
1.本发明通过电磁弹射的方式弹出充电头与充电插座对接，大大降低了机械结构的复杂性和产品生产的成本，机械结构简单。
2.本发明在充电头上添加气动支撑管，能够防止在回收过程中发生充电头与车体碰撞等情况，同时在充电头发射轨道开口处设有倒角，大大提高了回收的准确率。
3.本发明利用传送磁带与限位挡块巧妙结合，完成充电头与充电插座的对接，操作简单易实现且精度高。
4.本发明通过改进电动汽车的充电方式，结合手机APP控制，实现了充电过程的全自动化，也提高了充电的安全性。
5. 本发明能够利用手机APP来控制整个充电过程，让车辆信息、用户缴费等各种功能更容易实现，大大提高了用户使用的便捷性和充电的高效性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的工作状态图。
图3是本发明中弹射回拉模块的示意图。
图4是本发明中电磁弹射轨道的结构示意图。
图5是本发明中充电头的弹射原理示意图。
图6是本发明中传送限位模块的示意图。
图7是本发明中限位充电模块的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和2所示，一种电动汽车电磁弹射式充电***，包括车载部分和充电桩部分。车载部分包括弹射回拉模块3。充电桩部分包括传送限位模块1和限位充电模块2。弹射回拉模块3用于将车载的充电枪发射到传送限位模块1上。传送限位模块1用于将充电枪导入到限位充电模块2上。限位充电模块2用于将充电枪***充电桩上的插座。
如图3所示，弹射回拉模块3包括充电头3-1、充电头发射轨道3-2、电磁弹射轨道3-3、电磁弹射推块3-4、气动支撑软管3-5、进气管3-6、绕线滚子3-7、绕管滚子3-8和导向杆3-9；
如图3和4所示，电磁弹射轨道3-3内设置有滑动通道。滑动通道的顶部和底部均设置有滑轨3-17。电磁弹射推块3-4设置在电磁弹射轨道3-3内，其顶部和底部均开设有滑槽3-18。两个滑槽3-18与两条滑轨3-17分别滑动连接。电磁弹射推块3-4的顶部对称间隔设置有两个推爪3-19。推爪3-19的纵截面呈扁平三棱柱状。两个推爪3-19通过开设在电磁弹射轨道3-3上的直线弹射轨道槽3-14伸出滑轨3-17外，用以推动充电头3-1。
充电头3-1上开设有中心导向孔。充电头3-1的外端面上设置有呈同心圆状排布的多个环形触点。各环形触点用于与充电桩上的充电插座对接。充电头3-1的外端面上设置有吸附块。吸附块采用能够被磁化的软磁材料，能够吸附在磁性材料上。
充电头发射轨道3-2固定在电磁弹射轨道3-3的顶部。两个推爪3-19从下向上伸入充电头发射轨道3-2内。充电头发射轨道3-2的内腔呈圆柱状。导向杆3-9同轴固定在充电头发射轨道3-2内，且外端悬空。初始状态下，充电头3-1上的中心导向孔与导向杆3-9滑动连接。电磁弹射推块3-4能够将充电头3-1从充电头发射轨道3-2中推出。绕线滚子3-7和绕管滚子3-8均转动连接在充电头发射轨道3-2尾端的滚子安装架3-15上，且由两个电机分别驱动。
气动支撑软管3-5和线缆3-10的一端均与充电头3-1的内端固定。气动支撑软管3-5和线缆3-10的另一端分别绕卷在绕管滚子3-8和绕线滚子3-7上。线缆3-10内芯线的一端接入车载充电机，另一端与充电头3-1的外端面上的各环形触点连接。气动支撑软管3-5的内腔通过进气管3-6连接至气源。气动支撑软管3-5充气后能够由柔性结构变化为类刚性结构，从而在线缆回收时避免充电头砸落在地面上。
充电头外端的插接部3-11上粘接有一层环形缓冲材料3-12，充电头侧面的内端开设有呈环形的夹手定位槽3-13；充电头侧面的内端边缘处设有倒角特征。充电头发射轨道内腔的开口处设有倒角，其开口处设有略短于轨道的导向杆3-9。
电磁弹射轨道呈空心四棱柱状；弹射时，电磁弹射轨道上的两条滑轨3-17与燃料电池的正、负极分别相连；电磁弹射轨道上布置有垂直于电磁弹射轨道长度方向的水平磁场。电磁弹射轨道内腔的输出端设置有缓冲减速块3-16；缓冲减速块3-16采用橡胶材料。
如图5所示，该电动汽车电磁弹射式充电***的充电头弹射原理如下：
电磁弹射轨道通电，轨道内产生水平向右（图5中的水平箭头方向）、垂直于电磁弹射推块铅垂面的磁场B，同时电磁弹射推块内通有从上至下的电流I，从而电磁弹射推块受到指向弹射轨道外端的安培力F，驱动电磁弹射推块沿滑轨运动，推动充电头弹出。
如图6所示，传送限位模块1包括驱动电机1-1、传送磁带1-2、传送滚子1-3、支撑架1-4、带传动组件1-5和限位挡块1-6；竖直设置的支撑架1-4固定在地面上。由下至上依次排列的多个传送滚子1-3均转动连接在支撑架1-4。传送磁带1-2环绕在各传送滚子1-3上，并张紧。传送磁带1-2能够吸附住软磁材料。位于最两端的两个传送滚子1-3通过带传动组件1-5连接。其中一个位于端部的传送滚子1-3与驱动电机1-1的输出轴通过另一个带传动组件1-5连接。驱动电机1-1固定在支撑架1-4上。
两个限位挡块1-6均固定在支撑架1-4上。两个限位挡块1-6在传送磁带1-2的输送面上正对设置。两个限位挡块1-6之间形成导向通道。导向通道包括导正段和输出段。输出段呈直线型，其输入端与导正段的输出端对接。导正段由输入端向输出端的方向上，宽度逐渐减小。输出段的宽度为充电头直径的1～1.2倍。导向通道用于将吸附在传送磁带1-2上不同位置的充电头引导至输出段的输出端。
如图7所示，限位充电模块2位于导向通道的正下方，其包括充电头限位块2-1、伸缩气缸2-3、驱爪舵机2-4和驱缸舵机2-5。伸缩气缸2-3的缸体尾端与充电桩的基座转动连接。驱缸舵机2-5固定在充电桩的基座上，且输出轴与伸缩气缸2-3的缸体尾端固定，用于驱动伸缩气缸2-3绕水平轴线翻转。
伸缩气缸2-3的活塞杆外端安装有充电头限位块2-1和机械夹爪。充电头限位块2-1的外端开设有限位凹槽2-6。当伸缩气缸2-3翻转至竖直状态时，限位凹槽2-6与导向通道对齐。限位凹槽2-6的宽度与导向通道的宽度相等。
机械夹爪包括驱爪舵机2-4和两个齿轮定位爪2-2。两个齿轮定位爪2-2的内端均与充电头限位块2-1的内端转动连接。驱爪舵机2-4安装在充电头限位块2-1上，并且驱动两个齿轮定位爪2-2同步反向转动，用以实现对充电头的夹持。本实施例中，两个齿轮定位爪2-2内端均固定有齿轮。该两个齿轮啮合。驱爪舵机2-4安装在充电头限位块2-1上，其输出轴与其中一个齿轮定位爪2-2固定。充电桩基座上固定有充电插座。充电插座竖直朝上设置。当伸缩气缸2-3缩回至极限位置时，充电插座位于机械夹爪的转动轨迹上，因此能够通过伸缩气缸2-3的整体翻转，将充电头***到充电插座中。
如图6所示，所述传送磁带1-2由尼龙-磁性带-尼龙三层复合而成。
如图6所示，所述支撑架1-4上贴有振动传感器。
如图6所示，所述限位挡块1-6的纵截面呈梯形，大端面设有安装槽，底部设有接触传感器。
如图7所示，所述充电头限位块2-1呈长方体形，其大端面上开有限位凹槽2-6，一大端面上设有舵机安装台，限位凹槽底部设有点动开关2-7。
如图7所示，所述伸缩气缸尾部设有舵机安装架2-5。
该电动汽车电磁弹射式充电***的充电回收方法如下：
步骤一、电动汽车进入指定充电区域，车主通过手机APP确认充电。
步骤二、车载电磁弹射轨道通电，充电头3-1携带线缆3-10与气动支撑管3-5弹出并吸附于传送磁带1-2上。
步骤三、振动传感器接收到碰撞信号，驱动电机转动带动同步轮转动，最终传送磁带携带充电头通过限位挡块1-6的限位作用与充电头限位块2-1对接。
步骤四、充电头限位块上的微型点动开关2-7感应到充电头准确对接，驱爪舵机正转，齿轮定位爪对充电头进行抓取。
步骤五、齿轮定位爪抓取完成，伸缩气缸的输出杆回缩预定长度，驱缸舵机正转，控制充电头与充电接口对接，开始充电。
步骤六、APP提示车主充电完成，驱缸舵机反转回竖直位置。
步骤七、绕线滚子3-7和绕管滚子3-8收卷，使得气动支撑软管3-5和线缆3-10绷紧。
步骤八、车载气泵通过进气管3-6向气动支撑管3-5内充气，气动支撑管充气膨胀，形成类刚性结构；之后，驱爪舵机反转，两个齿轮定位爪释放充电头。
步骤九、绕线滚子3-7和绕管滚子3-8继续收卷，车载气泵逐渐放气，充电头被拉回充电头发射轨道3-2内，完成回收，该过程中充电头由于气动支撑管提供的刚性，不会迅速掉落到底面上。充电头完全复位后，自动充电过程完成。

Claims (10)

1.一种电动汽车电磁弹射式充电***，其特征在于：包括车载部分和充电桩部分；所述的车载部分包括弹射回拉模块（3）；所述的充电桩部分包括传送限位模块（1）和限位充电模块（2）；弹射回拉模块（3）用于将车载的充电头发射到传送限位模块（1）上；传送限位模块（1）用于将充电枪导入到限位充电模块（2）上；限位充电模块（2）用于将充电枪***充电桩上的插座；
所述的弹射回拉模块（3）包括充电头（3-1）、气动支撑软管（3-5）、线缆（3-10）和弹射组件；弹射组件用于将充电头（3-1）射出车外；充电头（3-1）的尾端连接有线缆（3-10）和气动支撑软管（3-5）；气动支撑软管（3-5）能够充压，形成支撑力；充电头（3-1）的外端设置有吸附块；吸附块能够吸附在传送限位模块（1）上；
所述的传送限位模块（1）包括传送磁带（1-2）、传送滚子（1-3）、支撑架（1-4）和限位挡块（1-6）；传送磁带（1-2）通过传送滚子（1-3）安装在支撑架（1-4）上，且能够输送吸附在传送磁带（1-2）上的物体；限位挡块（1-6）在传送磁带（1-2）的输送面上形成引导通道；
所述的限位充电模块（2）包括充电头限位块（2-1）、伸缩气缸（2-3）、驱爪舵机（2-4）和驱缸舵机（2-5）；伸缩气缸（2-3）的缸体尾端与充电桩基座转动连接；伸缩气缸（2-3）由驱缸舵机（2-5）驱动进行翻转；所述的伸缩气缸（2-3）的活塞杆外端安装有充电头限位块（2-1）和机械夹爪；充电头限位块（2-1）的外端开设有限位凹槽（2-6）；当伸缩气缸（2-3）翻转至竖直状态时，限位凹槽（2-6）与导向通道对齐；机械夹爪用于夹住进入限位凹槽（2-6）的充电头；所述的充电桩基座上固定有充电插座；充电插座竖直朝上设置；通过伸缩气缸（2-3）的翻转能够将机械夹爪夹持住的充电头***充电插座。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电磁弹射式充电***，其特征在于：所述的弹射组件包括充电头发射轨道（3-2）、电磁弹射轨道（3-3）、电磁弹射推块（3-4）；电磁弹射轨道（3-3）内设置有滑动通道；滑动通道的顶部和底部均设置有滑轨（3-17）；电磁弹射推块（3-4）设置在电磁弹射轨道（3-3）内，并与两条滑轨（3-17）滑动连接；两条滑轨（3-17）能够通入稳定电压；电磁弹射轨道上能够产生垂直于电磁弹射轨道长度方向的磁场；电磁弹射推块（3-4）的顶部对称间隔设置有两个推爪（3-19）；两个推爪（3-19）的顶部伸出滑轨（3-17）外；充电头发射轨道（3-2）固定在电磁弹射轨道（3-3）的顶部；两个推爪（3-19）从下向上伸入充电头发射轨道（3-2）内；充电头发射轨道（3-2）的内腔呈圆柱状；初始状态下，推爪（3-19）与充电头（3-1）的尾端接触。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车电磁弹射式充电***，其特征在于：所述的充电头（3-1）上开设有中心导向孔；充电头（3-1）的外端面上设置有呈同心圆状排布的多个环形触点；各环形触点用于与充电桩上的充电插座对接；充电头发射轨道（3-2）内固定有导向杆（3-9）；导向杆（3-9）的外端悬空；初始状态下，充电头（3-1）上的中心导向孔与导向杆（3-9）滑动连接。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车电磁弹射式充电***，其特征在于：充电头发射轨道（3-2）的尾端转动连接有绕线滚子（3-7）和绕管滚子（3-8）；绕线滚子（3-7）和绕管滚子（3-8）由两个电机分别驱动；气动支撑软管（3-5）和线缆（3-10）分别绕卷在绕管滚子（3-8）和绕线滚子（3-7）上；线缆（3-10）内芯线的一端接入车载充电机。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车电磁弹射式充电***，其特征在于：充电头外端边缘处设置有环形缓冲层；充电头侧面开设有呈环形的夹手定位槽（3-13）；充电头的内端边缘处设有倒角。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车电磁弹射式充电***，其特征在于：由下至上依次排列的多个传送滚子（1-3）均转动连接在支撑架（1-4）；传送磁带（1-2）环绕在各传送滚子（1-3）上，并张紧；位于最两端的两个传送滚子（1-3）通过带传动组件（1-5）连接；其中一个位于端部的传送滚子（1-3）由驱动电机（1-1）驱动旋转。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车电磁弹射式充电***，其特征在于：所述的导向通道包括导正段和输出段；输出段呈直线型，其输入端与导正段的输出端对接；导正段由输入端向输出端的方向上，宽度逐渐减小；输出段的宽度为充电头直径的1～1.2倍。
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车电磁弹射式充电***，其特征在于：所述的机械夹爪包括驱爪舵机（2-4）和两个齿轮定位爪（2-2）；两个齿轮定位爪（2-2）的内端均与充电头限位块（2-1）的内端转动连接；驱爪舵机（2-4）安装在充电头限位块（2-1）上，能够驱动两个齿轮定位爪（2-2）同步反向转动。
9.根据权利要求1所述的一种电动汽车电磁弹射式充电***，其特征在于：所述支撑架（1-4）上贴有振动传感器；所述限位凹槽底部设有点动开关（2-7）。
10.如权利要求1所述的一种电动汽车电磁弹射式充电***的充电回收方法，其特征在于：步骤一、通过车辆的移动，使得弹射回拉模块（3）与传送限位模块（1）对齐；
步骤二、弹射组件将充电头（3-1）弹出传送限位模块（1）的传送磁带（1-2）上，使得充电头（3-1）吸附在传送磁带（1-2）上；
步骤三、传送磁带（1-2）带动充电头（3-1）通过引导通道，使得充电头（3-1）进入充电头限位块（2-1）上的限位凹槽（2-6），机械夹爪夹住充电头（3-1）；
步骤四、伸缩气缸（2-3）的活塞杆缩回，并在驱缸舵机（2-5）的驱动下正向翻转，使得充电头（3-1）***充电插座；
步骤五、充电完成后，在驱缸舵机的驱动下反向翻转，使得充电头（3-1）与充电插座分离；
步骤六、收卷气动支撑软管（3-5）和线缆（3-10）至绷紧状态；
步骤七、向气动支撑软管（3-5）内充压，气动支撑软管充气膨胀；之后，机械夹爪松开充电头（3-1），绕线滚子（3-7）和绕管滚子（3-8）继续收卷，使得充电头在不掉落在地面上的情况下完成回收。
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