(57)【要約】  一次装置と二次装置との間に電気的接続を生成する接触システム（１、２６、３３、３６、３８）であって、複数の一次接触面（３、２９）を有する一次伝送要素（２，６，２７、３９）を備え、および複数の二次接触面（１０、１０ａ、１０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ）を有する二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）を備える接触システム。さらに、該一次伝送要素（２、６、２７、３９）は、複数の一次ＰＥ接触面（４、７、３０）を有し、および、該二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）は、少なくとも一つの二次ＰＥ接触面（３１ａ、３１ｂ、４１）を有している。該一次装置と該二次装置との間に電気的接続は、該一次伝送要素（２、６、２７、３９）と該二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）との接触によって生成される。
2019516341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気的に絶縁された少なくとも二つの端子（１５ａ、１５ｂ、４３ａ、４３ｂ）を用いて、一次装置と二次装置との間に電気的接続を確立する接触システム（１、２６、３３、３６、３８）であって、
互いに電気的に絶縁され、構造的に配置された複数の一次接触面（３、２９）を有する一次伝送要素（２、６、２７、３９）であって、各一次接触面（３、２９）が、それぞれのスイッチ（１４）を介して前記一次装置の少なくとも一つの端子（１５ａ、１５ｂ）に接続されている一次伝送要素を有し、および
互いに電気的に絶縁された複数の二次接触面（１０、１０ａ、１０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ）を有する二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）であって、前記二次装置の各端子（４３ａ、４３ｂ）が、少なくとも一つの二次接触面（１０、１０ａ、１０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ）に電気的に接続され、前記一次伝送要素（２、６、２７、３９）は、前記二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）と接触するために形成され、および一次伝送要素（２、６、２７、３９）と二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）が接触された場合、前記二次接触面（１０，１０ａ、１０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ）は、前記一次接触面（２、６、２７、３９）の少なくとも一部と接触される二次伝送要素を有し、および
一次伝送要素（２、６、２７、３９）と二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）が接触された場合に、二次接触面（１０，１０ａ、１０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ）と接触している一次接触面（３、２９）を判断するように設計され、および前記スイッチ（１４、２１）を作動させることにより、前記判断された一次接触面（３、２９）と前記二次接触面（１０，１０ａ、１０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ）とを介して、前記一次装置の個々の端子（１５ａ、１５ｂ）と、前記二次装置の個々の端子（４３ａ、４３ｂ）との間に電気的接続を確立するように設計される制御手段を有する接触システムにおいて、
前記一次伝送要素（２、６、２７、３９）上に、いくつかの一次ＰＥ接触面（４、７、３０）が形成され、それらが、前記一次接触面（３、２９）と電気的に絶縁されて構造的に前記一次接触面（３、２９）間に一次伝送要素（２、６、２７、３９）上に配置されること、
前記二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）上に、少なくとも一つの二次ＰＥ接触面（１１、３１ａ、３１ｂ、４１）が形成され、該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面は、前記二次接触面（１０、１０ａ、１０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ）と電気的に絶縁されること、
前記接触システムは位置決め手段を有し、該位置決め手段は、前記一次伝送要素（２、６、２７、３９）と前記二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）の接触中に、前記少なくとも一つの二次ＰＥ接触面（１１、３１ａ、３１ｂ、４１）が、少なくとも一つの一次ＰＥ接触面（４、７、３０）と接触するように、前記二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）と前記一次伝送要素（２、６、２７、３９）を互いに対して位置合わせすることを特徴とする接触システム。
【請求項２】
一次伝送要素（２、６、２７、３９）と二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）が接触したときに、スイッチフリーの接続が、少なくとも一つの一次ＰＥ接触面（４、７、３０）および前記少なくとも一つの二次ＰＥ接触面（１１、３１ａ、３１ｂ、４１）を介して、前記一次装置と前記二次装置との間に確立されることを特徴とする、請求項１に記載の接触システム（１、２６、３３、３６、３８）。
【請求項３】
前記一次ＰＥ接触面（４、７、３０）は、アース電位（１８）に恒久的に接続されること、または、前記少なくとも一つの二次ＰＥ接触面（１１、３１ａ、３１ｂ、４１）は、アース電位（１８）に恒久的に接続されることを特徴とする、請求項２に記載の接触システム（１、２６、３３、３６、３８）。
【請求項４】
前記位置決め手段は、磁気結合要素によって形成され、該磁気結合要素は、少なくとも一つの第一の部分と、少なくとも一つの第二の部分とを有し、該少なくとも一つの第一の部分は、前記一次伝送要素（２、６、２７、３９）内に形成され、前記少なくとも一つの第二の部分は、前記二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）内に形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の接触システム（１、２６、３３、３６、３８）。
【請求項５】
前記磁気結合要素の前記少なくとも一つの第一の部分は、電磁石（１２、４４）または永久磁石によって形成され、前記少なくとも一つの第二の部分は、強磁性元素（５、４５）、電磁石（１２、４４）または永久磁石によって形成されること、または、前記磁気結合要素の前記少なくとも一つの第一の部分は、強磁性元素（５、４５）によって形成され、および前記少なくとも一つの第二の部分は、電磁石（１２、４４）または永久磁石によって形成されることを特徴とする、請求項４に記載の接触システム（１、２６、３３、３６、３８）。
【請求項６】
前記少なくとも一つの磁気結合要素の第一の部分は、各一次ＰＥ接触面（４、７、３０）内に形成されること、および第二の部分は、前記少なくとも一つの二次ＰＥ接触面（１１、３１ａ、３１ｂ、４１）内に形成されることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の接触システム（１、２６、３３、３６、３８）。
【請求項７】
前記一次伝送要素は一次面を有すること、および前記二次伝送要素は二次面を有し、前記位置決め手段は、前記一次面の第一の空間構造と、前記二次面の第二の空間構造とによって形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の接触システム。
【請求項８】
前記一次面の前記第一の空間構造は、前記二次面の前記空間構造のネガティブな形態を表すことを特徴とする、請求項７に記載の接触システム。
【請求項９】
前記位置決め手段は、前記一次伝送要素および／または二次伝送要素に対して作用し且つ前記一次伝送要素と前記二次伝送要素を接触させるために形成される移動ユニットと、前記二次伝送要素および／または前記一次伝送要素内に形成され、前記一次伝送要素と前記二次伝送要素の接触中に、一次伝送要素と二次伝送要素との間の相対位置を検出する少なくとも一つのセンサとによって形成され、前記移動ユニットは、前記少なくとも一つの二次ＰＥ接触面が、少なくとも一つの一次ＰＥ接触面と接触するように、前記検出した相対位置に従って作動可能であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の接触システム。
【請求項１０】
前記一次伝送要素（２、６、２７、３９）は、駐車スペース、交差点エリアまたはガレージの路面内に形成されること、および前記一次装置は、電源ユニット（１６）によって形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の接触システム（１、２６、３３、３６、３８）。
【請求項１１】
前記二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）は、自動車、特に、電気駆動を用いる自動車に対して昇降されるように形成されること、および前記二次装置は、前記自動車の充電回路（２１）によって形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の接触システム（１、２６、３３、３６、３８）。
【請求項１２】
前記一次ＰＥ接触面（４、７、３０）および前記少なくとも一つの二次ＰＥ接触面（１１、３１ａ、３１ｂ、４１）は、丸くまたは多角形に形成され、前記位置決め手段は、前記少なくとも一つの二次ＰＥ接触面（１１、３１ａ、３１ｂ、４１）が、少なくとも一つの一次ＰＥ接触面（４、７、３０）を全体的にカバーするように、前記一次伝送要素（２、６、２７、３９）と前記二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）の接触中に、前記二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）と前記一次伝送要素（２、６、２７、３９）を互いに対して位置合わせすることを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の接触システム（１、２６、３３、３６、３８）。
【請求項１３】
前記一次伝送要素（２、６、２７、３９）の前記一次接触面（３、２９）は、前記少なくとも一つの二次ＰＥ接触面（１１、３１ａ、３１ｂ、４１）が少なくとも一つの一次ＰＥ接触面（４、７、３０）に接触した場合に、各二次接触面（１０、１０ａ、１０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ）が、少なくとも一つの一次接触面（３、２９）を全体的にカバーするように、前記二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）の前記二次接触面（１０、１０ａ、１０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ）に対向して配置されることを特徴とする、請求項１２に記載の接触システム（１、２６、３３、３６、３８）。
【請求項１４】
前記位置決め手段は、前記一次伝送要素（２、６、２７、３９）と前記二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）の接触中に、前記二次伝送要素（９、２８、３４、３７、４０）を、前記一次伝送要素（２、６、２７、３９）に対して、角度的および／または平行移動的に位置合わせすることを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の接触システム（１、２６、３３、３６、３８）。
【請求項１５】
前記少なくとも一つの二次ＰＥ接触面（３１ａ、３１ｂ、４１）は、前記二次伝送要素（２８、３４、３７、４０）上に配置されて前記二次接触面（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ）を取り囲み、前記少なくとも一つの二次ＰＥ接触面（３１ａ、３１ｂ、４１）は、特にリング状に形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の接触システム（２６、３３、３６、３８）。
【請求項１６】
交流電圧が、前記一次装置の前記少なくとも二つの端子（１５ａ、１５ｂ）および／または前記二次装置の前記少なくとも二つの端子（４３ａ、４３ｂ）に印加されることを特徴とする、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の接触システム（１、２６、３３、３６、３８）。
【請求項１７】
前記二次装置の少なくとも一つの端子および前記一次装置の一つの端子は、一次装置と二次装置との間でデータをやりとりするように形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載の接触システム（２６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに電気的に絶縁された少なくとも二つの端子を用いて、一次装置と二次装置との間に電気的接続を確立する接触システムであって、
互いに電気的に絶縁され、構造的に配置された複数の一次接触面を有する一次伝送要素であって、各一次接触面が、それぞれのスイッチを介して該一次装置の少なくとも一つの端子に接続されている一次伝送要素を有し、および
互いに電気的に絶縁された複数の二次接触面を有する二次伝送要素であって、該二次装置の各端子が、少なくとも一つの二次接触面に電気的に接続され、該一次伝送要素は、該二次伝送要素と接触するために形成され、および一次伝送要素と二次伝送要素が接触された場合、該二次接触面は、該一次接触面の少なくとも一部と接触される二次伝送要素を有し、および
一次伝送要素と二次伝送要素が接触された場合に、二次接触面と接触している一次接触面を判断するように設計され、および該スイッチを作動させることにより、該判断された一次接触面と該二次接触面とを介して、該一次装置の該個々の端子と、該二次装置の該個々の端子との間に電気的接続を確立するように設計される制御手段を有する接触システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような接触システムは、例えば、該二次装置が車両によって構成され、および該一次装置が電源ユニットによって構成されている、米国特許第８，３０７，９６７Ｂ２号明細書（特許文献１）により公知である。該一次伝送要素は、駐車スペースの路面に埋め込まれ、また、該二次伝送要素は、該車両の車体底面に取付けられている。電動モータによって駆動される該車両が駐車スペースに駐車している場合には、機構が該一次伝送要素を該二次伝送要素上に下げ、それにより、該伝送要素の接触面を介して該車両の電源を充填するために、電流が流れることができる。
【０００３】
該駐車スペースの該路面に埋め込まれた該一次伝送要素は、矩形または格子の形状に配列された、互いに電気的に絶縁された二列の丸い一次接触面によって形成されている。制御手段は該一次伝送要素に割り当てられ、該手段は、一方では、該一次接触面の各々に接続され、他方では、１２〜２４ボルトの範囲の低電圧電源の正極端子および負極端子に接続されている。該制御手段により、スイッチが入っている間はポテンシャルフリーである該一次接触面の各々を、該正極端子または該負極端子に接続することができる。
【０００４】
米国特許第８，３０７，９６７Ｂ２号明細書に開示されている、該車両上の該二次伝送要素は、正方形の二次接触面から成る列を有し、該接触面のサイズは、伝送要素の該接触面の短絡が、該他の伝送要素の接触面を介して生じる可能性がないように選択されている。該一次伝送要素上への該二次伝送要素の機械的降下の後、該制御手段は、どの一次接触面および二次接触面が電気的に接触しているかを判断した後、該一次伝送要素の適切な一次接触面を該正極端子に、および該二次伝送要素の適切な二次接触面を、該低電圧源の該負極端子に接続し、その結果、該車両の電源が充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，３０７，９６７Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
該公知の接触システムの場合、該低電圧源では、充電プロセスが比較的長時間続き、そのことは、例えば、たった一時間の駐車期間の場合に、該車両の電源が完全に充電されない理由であることが欠点であることが分かっている。安全上の理由から、正極端子と負極端子との間の該低電圧範囲以上にある電圧の使用は、別の帯電を生じる可能性があるため、または、保護規則に従って該車両が安全にされないため、実行不可能である。
【０００７】
本発明は、一次装置と二次装置との間での該低電圧範囲以上の電圧を用いたエネルギ伝送の場合でも、帯電を避けるための所要の安全性が確保される接触システムを作り出すという目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、該本発明の目的は、
該一次伝送要素上に、いくつかの一次ＰＥ接触面が形成され、それらが、該一次接触面と電気的に絶縁されて構造的に該一次接触面間に該一次伝送要素上に配置されることで、
該二次伝送要素上に、少なくとも一つの二次ＰＥ接触面が形成され、それは、該二次接触面と電気的に絶縁されることで、および
該接触システムが位置決め手段を有し、該位置決め手段は、該一次伝送要素と該二次伝送要素の接触中に、該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面が、少なくとも一つの一次ＰＥ接触面と接触するように、該二次伝送要素と該一次伝送要素を互いに対して位置合わせすることで実現される。
【０００９】
これにより、一次伝送要素と二次伝送要素が接触したときに、該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面が、常に該少なくとも一つの一次ＰＥ接触面に接続されるという利点が得られる。その結果として、スイッチフリーの接続を、該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面および該一次ＰＥ接触面を介して、該一次装置と該二次装置との間に確立することができる。該スイッチフリー接続により、該一次装置の該個々の端子と、該二次装置の該個々の端子との間で電流を伝送するための電気的接続が、該制御手段によって確立される前に、直接的な電気的接続が、該一次装置と該二次装置との間に確立される。
【００１０】
好ましくは、該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面が、該二次装置の保護導体を介してアース電位に接続されるか、または、該一次ＰＥ接触面が、該一次装置の保護導体を介してアース電位に接続され、それにより、該一次装置および該二次装置は、一次伝送要素と二次伝送要素が接触したときに接地される。このことは、６０Ｖ以上の電圧が、該一次装置または該二次装置の該端子に印加された場合に、該一次装置と該二次装置との間での安全なエネルギ伝送も確保されるという利点をもたらす。
【００１１】
さらなる実施形態では、該端子の一部は、一次装置と二次装置との間での情報伝送にも用いることができる。
【００１２】
例えば、該二次装置は、車両、特に、電気駆動を用いる車両の充電回路によって形成され、また、該一次装置は、恒久的に設置された電源ユニットによって形成されている。該一次伝送要素は、有利には、パーキングエリア、ガレージまたは交差点エリアの該路面に埋め込まれ、また、該二次伝送要素は、昇降されるように、電気自動車の車体の底面に取付けられる。「交差点エリア」という用語は、特に、信号機によって制御される交差点の前方のエリアだけではなく、横断歩道も意味する。６０Ｖ以上の電圧範囲で作動され、および高電力を伝送する、何らかの専門的に接続された装置のような該電源ユニットは、ＰＥ導体とも呼ばれている保護導体によって接地される。増加した電圧により、該自動車の電源は、より迅速に充電可能であり、および該自動車は、より迅速に再利用の準備ができるという利点が得られる。該一次ＰＥ接触面および該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面を用いて、一次伝送要素と二次伝送要素が接触したときに、該自動車の該充電回路または該自動車全体は、アース電位に安全に接続され、それにより、その結果として、該自動車の該充電中の感電の危険性が低下する。
【００１３】
有利には、該接触手段は、磁気結合要素によって形成され、該磁気結合要素は、少なくとも一つの第一の部分と、少なくとも一つの第二の部分とで構成され、この場合、該少なくとも一つの第一の部分は、該一次伝送要素内に形成され、また、該少なくとも一つの第二の部分は、二次伝送要素内に形成される。好ましくは、該磁気結合要素の該少なくとも一つの第一の部分は、電磁石または永久磁石によって形成され、および、該少なくとも一つの第二の部分は、強磁性元素、電磁石または永久磁石によって形成され、または、該磁気結合要素の該少なくとも一つの第一の部分は、強磁性元素によって形成され、および該少なくとも一つの第二の部分は、電磁石または永久磁石によって形成される。これにより、該磁気結合要素の該第一の部分および第二の部分を、完全に見えないように該一次伝送要素および該二次伝送要素に一体化することができ、そのため、該接触システムの外観は、ネガティブな影響を受けないという利点が得られる。また、該一次伝送要素および二次伝送要素の該汚れも、滑らかな表面によって有利に防止される。
【００１４】
有利には、該磁気結合要素の第一の部分は、各一次ＰＥ接触面内に形成され、および有利には、第二の部分は、該少なくとも一つの第二のＰＥ接触面内に形成される。該少なくとも一つの第二のＰＥ接触面内に形成された該第二の部分は、好ましくは、電磁石であり、また、該一次ＰＥ接触面内に形成された該第一の部分は、好ましくは、強磁性インレイである。該電磁石は、有利には、該一次伝送要素と二次伝送要素の接触中に、および一次伝送要素と二次伝送要素が接触しているときに作動される。これにより、該一次要素と該二次要素の特に信頼性の高い接触が、磁力によって確保されるという該利点が得られる。
【００１５】
さらに好適な実施形態において、該一次伝送要素は、一次面を有し、および該二次伝送要素は、二次面を有し、この場合、上記位置決め手段は、該一次面の第一の空間構造および該二次面の第二の空間構造によって形成される。好ましくは、該一次面の該第一の空間構造は、該二次面の該空間構造のネガティブな形態を表す。これにより、該一次伝送要素と二次伝送要素の接触中に、該一次伝送要素と二次伝送要素は、自動的に互いに対して正しい位置に移動するという利点、および追加的な能動的位置決め手段またはエネルギ消費位置決め手段の装備を省くことができるという該利点が得られる。例えば、該一次面には、複数のテーパ状凹部を設けてもよく、該二次面から複数の円錐台が突出している。
【００１６】
さらに有利な実施形態において、該接触手段は、該一次伝送要素および／または二次伝送要素に対して作用し且つ該一次伝送要素と該二次伝送要素の接触のために形成される移動ユニット、および少なくとも一つのセンサによって形成される。該少なくとも一つのセンサは、該二次伝送要素および／または該一次伝送要素内に形成され、この場合、該一次伝送要素と該二次伝送要素の接触中に、該少なくとも一つのセンサは、一次伝送要素と二次伝送要素との間の相対位置を検出し、および該移動ユニットは、該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面が、少なくとも一つの一次ＰＥ接触面と接触するように、該検出した相対位置に従って作動される。「センサ」に関しては、この文脈においては、特に、カメラ、光学センサまたは電磁センサを意味する。これにより、該一次伝送要素と該二次伝送要素との間が大きな距離、例えば、１０〜２０センチメートルの場合であっても、該一次伝送要素と該二次伝送要素を互いに対して位置合わせすることができるという利点が得られる。該移動ユニットは、有利には、該自動車に関節状に取り付けられたアームにより、および少なくとも一つのアクチュエータによって形成され、この場合、該少なくとも一つのアクチュエータは、該アームに対して作動する。該アームの位置は、該少なくとも一つのアクチュエータによって変えることができる。
【００１７】
また、ここでは、一次伝送要素と二次伝送要素との接触のプロセスは、「接触中」という用語、すなわち、互いに離間されている該一次伝送要素と二次伝送要素を接触状態にするための動作を意図することを言及しなければならない。
【００１８】
有利には、該一次接触面および該二次接触面および／または該一次ＰＥ接触面および該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面は、実質的に同じ外側形状を有し、および多角形または円形である。これにより、該接触面の製造中の製造努力が低減されるという利点が得られる。
【００１９】
有利には、該一次伝送要素と該二次伝送要素の接触中に、上記位置決め手段は、該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面が、少なくとも一つの一次ＰＥ接触面全体をカバーするように、または、少なくとも最大限の表面積をカバーするように、該一次伝送要素と該二次伝送要素を互いに対して位置合わせする。これにより、帯電に対する保護のために、十分に良好な接続が、該一次装置と該二次装置との間に確実に確立される。
【００２０】
該一次伝送要素の該一次接触面は、好ましくは、該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面が、該少なくとも一つの一次ＰＥ接触面と接触するときに、各二次接触面が、少なくとも一つの一次接触面全体を、または、少なくとも最大限の表面積をカバーするように、該二次伝送要素の該二次接触面に対向して配置される。これにより、該一次接触面および二次接触面を介して、高電力を伝送することもできるという利点が得られる。
【００２１】
有利には、該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面は、リング状の形状を有し、この場合、該少なくとも一つの二次ＰＥ接触面は、該二次伝送要素上に配置されて該二次接触面を取り囲んでいる。これにより、一次伝送要素と二次伝送要素が接触しているときに、該一次装置の個々の端子と、該二次装置の該個々の端子との間に電気的接続が確立されている場合、および該一次装置の該端子に、または、該二次装置の該端子に電圧が印加されている場合、すべての電気が流れている要素は、全体がカバーされているため、電気が流れている要素に外部から触れることは不可能であるという利点が得られる。
【００２２】
本発明による上記接触システムのさらに有利な実施形態は、後に図面に関連して、より詳細に説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一次伝送要素の第一の実施形態を概略図で示す。
【図２】一次伝送要素のさらなる実施形態を概略図で示す。
【図３】二次伝送要素の第一の実施形態を概略図で示す。
【図４】接触している、図１による一次伝送要素および図３による二次伝送要素による本発明による該接触システムの実施形態を概略図で示す。
【図５】図４による本発明による該接触システムの実施形態を断面Ａ−Ａに沿った概略図で示す。
【図６】接触した一次伝送要素と二次伝送要素を有する本発明による接触システムのさらなる実施形態を概略図で示す。
【図７】接触した一次伝送要素と二次伝送要素を有する本発明による接触システムのさらなる実施形態を概略図で示す。
【図８】接触した一次伝送要素と二次伝送要素を有する本発明による接触システムのさらなる実施形態を概略図で示す。
【図９】接触した一次伝送要素と二次伝送要素を有する本発明による接触システムのさらなる実施形態を概略図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、一次伝送要素２の第一の実施形態を概略図で示す。該一次伝送要素２は、いくつかの一次接触面３と、いくつかの一次ＰＥ接触面４とを備えている。該一次接触面３は、互いにおよび該一次ＰＥ接触面４と絶縁され、および該一次伝送要素の一次面に構造的に配列されており、この場合、該一次接触面３および該一次ＰＥ接触面４は、同じ六角形の形状を有している。該一次接触面３は、人工樹脂８中に成形されて互いにおよび該一次ＰＥ接触面４と電気的に絶縁されている。しかし、人工樹脂８の代わりに、他の何らかの材料、例えば、電気絶縁特性を有する、プラスチックまたはセラミックで形成された材料を用いることも可能である。該一次ＰＥ接触面４では、位置決め手段の第一の部分は、磁気結合要素の形で形成されている。該第一の部分は、鉄または鉄合金から成る強磁性インレイ５によって形成されている。該一次ＰＥ接触面４および該一次接触面３は、銅から成るが、アルミニウム、クロム、ニッケル、銀、金、または、これらの金属の少なくとも一つとの合金から形成してもよい。
【００２５】
図２は、一次伝送要素６のさらなる実施形態を概略図で示す。該一次伝送要素６は、一次ＰＥ接触面７が、強磁性材料で形成されたキャップ４５で覆われている点が、図１による該一次伝送要素２と異なっている。該キャップ４５は、該磁気結合要素の該第一の部分を構成している。
【００２６】
図３は、二次伝送要素９の実施形態を概略図で示す。該二次伝送要素９は、いくつかの二次接触面１０と、いくつかの二次ＰＥ接触面１１とを備えている。該二次ＰＥ接触面１１において、位置決め手段の第二の部分は、磁気結合要素の形で形成されている。該第二の部分は、図５に示す制御ユニット２５によって作動させることができる電磁石１２によって形成されている。該二次接触面１０および該二次ＰＥ接触面１１は、互いに電気的に絶縁された該二次伝送要素９上に配列されている。この実施形態では、該二次接触面１０および該二次ＰＥ接触面１１は、人工樹脂１３中に成形されている。
【００２７】
該二次接触面１０および該二次ＰＥ接触面１１から成る構成の構造は、図１による該一次伝送要素２の該一次接触面３および該一次ＰＥ接触面４から成る該構成の該構造に、または、図２による該一次伝送要素６の該一次接触面３および該一次ＰＥ接触面７から成る該構成の該構造に実質的に一致している。
【００２８】
図４は、接触している、図１による一次伝送要素２および図３による二次伝送要素９を有する、本発明による接触システム１の実施形態を概略図で示す。
【００２９】
該一次伝送要素２の各一次接触面３は、スイッチユニット１４を介した第一の接続ライン１９を介して、該一次装置の二つの端子、すなわち、一つの正極端子１５ａと、一つの負極端子１５ｂに接続されている。より明確にするために、図４には、少数の該第一の接続ライン１９のみが示されている。該一次伝送要素２は、有利には、駐車スペースの路面内に埋め込まれている。該スイッチユニット１４は、複数のスイッチを有し、この場合、各一次接触面３は、一つのスイッチを介して、該端子１５ａ、１５ｂの一方に接続され、または、ポテンシャルフリーで切り換えられる。該スイッチユニット１４の該スイッチは、該スイッチユニット１４内に形成された制御手段によって作動される。該スイッチユニット１４内の個々のスイッチは、共通のリレーによって形成され、および該制御手段は、マイクロコントローラによって形成されている。該一次装置は、送電線網の３８０Ｖの交流電圧を、６０Ｖ以上の直流電圧に変換する、該送電線網に接続された変圧器および整流器の形の電源ユニット１６によって形成されている。
【００３０】
さらなる実施形態において、該スイッチユニット１４内の該個々のスイッチは、パワーサイリスタまたはパワートランジスタによって形成されている。
【００３１】
該一次ＰＥ接触面４は、第二の接続ライン１７を介して該アース電位１８に接続されている。この実施形態では、該一次ＰＥ接触面４は、直接接地されている。しかし、該一次ＰＥ接触面４が、該電源ユニット１６が接続されている該送電線網を介して接地されることも可能である。より明確にするために、図４には、少数の該第二の接続ライン１７のみが示されている。
【００３２】
該二次伝送要素９の三つの第一の二次接触面１０ａは、第三の接続ライン２０を介して、該二次装置の該正極端子４３ａに接続されている。該二次伝送要素９の三つの第二の二次接触面１０ｂは、第四の接続ライン２２を介して、該二次装置の負極端子４３ｂに接続されている。該二次装置は、電気駆動の自動車の充電回路２１によって形成されている。該二次ＰＥ接触面１１は、第五の接続ライン２４を介して、該充電回路２１のアース端子に接続されている。より明確にするために、図４には、少数の該第五の接続ライン２４のみが示されている。ブロック２３によって特徴付けられている該自動車の電源は、該充電回路２１に接続されている。該電源は、例えば、リチウムイオン電池によって形成されている。
【００３３】
さらなる実施形態において、該接触システム１は、図２による一次伝送要素６を有している。
【００３４】
さらなる実施形態において、該電源ユニット１６は、３８０Ｖの交流電圧を、２００Ｖの直流電圧に変換する。
【００３５】
さらなる実施形態において、該一次装置は、いくつかのヒューズを有するヒューズボックスによって形成され、この場合、該送電線網の該３８０Ｖの交流電圧は、該端子１５ａ、１５ｂに直接印加される。この実施形態では、該充電回路２１は、該交流電圧を、該自動車の電源用の直流電圧に変換するために、整流器も追加的に有している。この実施形態の場合、該スイッチユニット１４の該スイッチは、有利には、パワートライアックによって形成される。
【００３６】
図５は、図４による本発明による該接触システム１の該実施形態を、該線Ａ−Ａに沿った断面図で示す。以下において、該電源ユニット１６の該端子１５ａ、１５ｂ間、および該充電回路２１の該端子４３ａ、４３ｂ間の電気的接続の形成について、より詳細に説明する。該二次伝送要素９は、能動的に制御可能な降下ユニットによって昇降できるように、該自動車の車体の底部に取り付けられ、この場合、該二次伝送要素９は、該降下ユニットに移動可能に取付けられている。より明確にするために、図５には、該自動車および該降下ユニットは図示されていない。該自動車内に形成された制御ユニット２５は、該自動車が既に、該一次伝送要素２の上に駐車されていることを認識する。この場合には、該制御ユニット２５は、該電磁石１２を作動させて、該降下ユニットを作動させて、該二次伝送要素９を該一次伝送要素２上に降下させる。該作動された電磁石１２により、および該一次ＰＥ接触面４内に形成された該インレイ５のため、該一次伝送要素９は、各二次ＰＥ接触面１１が、広範囲にわたって、各一次ＰＥ接触面４に接触するように、および該ＰＥ接触面４、１１が、全体的に互いにカバーするように、該二次伝送要素２と位置合わせされる。
【００３７】
該二次ＰＥ接触面１１および該一次ＰＥ接触面４の数により、該二次伝送要素９は、該電磁石１２により、該一次伝送要素２に対して角度的かつ平行移動的に位置合わせされ、その結果、いずれの場合でも、六つの二次接触面１０ａ、１０ｂのうちの一つが、一次接触面３に接触することになる。各二次接触面１０ａ、１０ｂが全体的に、一次接触面３に載っているため、非常に高い電力を該接触面を介して伝送することができるという利点が得られる。該一次ＰＥ接触面４および該二次ＰＥ接触面１１を介して、該充電回路２１は、スイッチフリーで接地される。
【００３８】
該スイッチユニット１４内に形成された該マイクロコントローラは、これらの一次接触面３のうちのどれが二次接触面と接触しているかを判断する。該一次接触面３は、依然としてすべてが、現時点でポテンシャルフリーに切り換えられている。さらなるステップにおいて、該マイクロコントローラは、どの一次接触面３が、該二次接触面１０ａ、１０ｂを介して該充電回路２１のどの端子４３ａ、４３ｂに接続されているかを判断する。該スイッチユニット１４を作動させることにより、該一次接触面３の極性を判断した後、該マイクロコントローラは、判断された第一の一次接触面３および該第一の二次接触面１０ａを介して、該充電回路の該正極端子４３ａと、該電源ユニット１６の該正極端子１５ａとの間の電気的接続を確立し、および判断された第二の一次接触面３および該第二の二次接触面１０ｂを介して、該充電回路２１の該負極端子４３ｂと、該電源ユニット１６の該負極端子１５ｂとの間の電気的接続を確立する。その結果として、該電源ユニット１６の該端子１５ａ、１５ｂと、該充電回路２１の該端子４３ａ、４３ｂとの間に電気的接続が確立される。どの二次接触面１０ａ、１０ｂとも接触しない、残りの一次接触面３は、ポテンシャルフリーのままである。
【００３９】
充電プロセスが完了した場合、または、該自動車のドライバーが、車を発進させたい場合、該制御ユニット２５は、該降下ユニットを作動させて該電磁石１２の動作を停止させて、該二次伝送要素９を持ち上げる。該二次伝送要素９が該一次伝送要素２から持ち上げられる前に、該マイクロコントローラは、該一次接触面３への電流供給を中断し、そして、すべての該一次接触面３は、再び、ポテンシャルフリーに切り換えられる。
【００４０】
さらなる実施形態において、該第一の二次接触面１０ａと、該充電回路２１の該正極端子４３ａとの間の該電気的接続が中断され、および該第二の二次接触面１０ｂと、該充電回路２１の該負極端子４３ｂとの間の該電気的接続は、該降下ユニットが上昇される前に中断される。一次伝送要素２と二次伝送要素９が接触した場合にのみ、該充電回路と、該二次接触面１０ａ、１０ｂとの間の該電気的接続が再び確立される。これにより、該二次接触面１０ａ、１０ｂの該端子における帯電が避けられ、また、該充電回路２１の該端子４３ａ、４３ｂが、走行中または接触中に短絡することが避けられる。
【００４１】
さらなる実施形態において、該一次伝送要素２の該一次接触面３は、該第一の接続ライン１９を介して、該スイッチユニット１４を介して、該電源ユニット１６の該正極端子１５ａおよび該負極端子１５ｂに交互に接続される。このようにして、断面Ａ−Ａにおいて、二つの一次ＰＥ接触面４間に位置する該二つの一次接触面３の一方は、スイッチを介して該電源ユニット１６の該正極端子１５ａのみに接続され、また、二つの一次ＰＥ接触面４間に位置する該二つの一次接触面３の他方は、スイッチを介して該電源ユニット１６の該負極端子１５ｂにのみ接続される。さらに、該二次接触面１０ａまたは１０ｂは、少なくとも、一次伝送要素２と二次伝送要素９が接触したときに、該二次接触面１０ａまたは１０ｂまたは同じ極性のいくつかの二次接触面１０ａまたは１０ｂが、少なくとも二つの一次接触面３をカバーするような大きさでなければならない。これにより、二次接触面４と接触しているすべての該一次接触面３を、該電源ユニット１６の該正極端子１５ａと、該充電回路２１の該正極端子４３ａとの間、および該電源ユニット１６の該負極端子１５ｂと、該充電回路２１の該負極端子４３ｂとの間に接続を確立するために切り換えなくてもよいという利点が得られる。
【００４２】
図６は、接触している一次伝送要素２７と二次伝送要素２８を有する、本発明による接触システム２６のさらなる実施形態を概略図で示す。図２による該一次伝送要素６と違って、該一次伝送要素２７の場合、一次接触面２９および一次ＰＥ接触面３０は、円形に形成されている。また、該一次ＰＥ接触面３０は、強磁性キャップで覆われている。いずれの場合でも、該キャップは、磁気結合要素によって形成された位置決め手段の第一の部材を構成している。
【００４３】
さらなる実施形態において、該一次ＰＥ接触面３０は、全体が強磁性材料で構成されている。
【００４４】
該二次伝送要素２８は、二つの二次ＰＥ接触面と、三つの二次接触面を有し、この場合、第一の二次ＰＥ接触面３１ａは円形であり、また、第二の二次ＰＥ接触面３１ｂは、リング状である。これにより、第一の伝送要素２７と第二の伝送要素２８が接触したときに、該二次接触面は、該第二の二次ＰＥ接触面３１ｂによって完全に包囲され、そのため、外部からアクセスできないという利点が得られる。該二次接触面は、三つの異なる端子で該二次装置に接続され、この場合、第一の二次接触面３２ａは、該二次装置の負極端子に接続され、第二の二次接触面３２ｂは、該二次装置の正極端子に接続され、および第三の二次接触面３２ｃは、データのやりとりのために該二次装置の入力／出力端子に接続される。該一次装置は、正極端子と、負極端子と、入力／出力端子とを備え、これら個々の端子は、いずれの場合も、スイッチを介して該一次接触面２９に接続されている。その結果として、該接触システム２６は、一次装置と二次装置との間でデータをやりとりするのにも用いることができる。明確にするために、電子装置の図と、該一次装置および該二次装置の図は、図６では省略されている。しかし、該電子装置は、図４または図５に示す該電子装置と実質的に同一である。
【００４５】
図６に示す該実施形態の場合、該第一の二次ＰＥ接触面３１ａにおいて、該磁気結合要素の第二の部分は、電磁石４４の形で形成され、また、該第二の二次ＰＥ接触面３１ｂにおいては、六つの第二の部分が、電磁石４４の形で形成されている。これらの電磁石４４は、該二次ＰＥ接触面３１ａおよび３１ｂの表面の下に隠れて、外部から見えないように、該二次ＰＥ接触面３１ａ、３１ｂ内に形成されている。該第二の二次ＰＥ接触面３１ｂ内に形成されている電磁石４４は、一次伝送要素２７と二次伝送要素２８が接触したときに、各二次接触面３１ａ、３１ｂおよび３１ｃが、二つの一次接触面２９をカバーするように、該第二の二次ＰＥ接触面３１ｂ内に配置されている。このようにして、該二次伝送要素２８と該一次伝送要素２７の接触中に、該二次伝送要素２８は、常に該一次伝送要素２７に対して角度的かつ平行移動的に位置合わせされる。
【００４６】
さらなる実施形態において、該一次装置は、三相電流が印加される三つの端子を備え、この場合、個々の端子は、いずれの場合も、スイッチを介して該一次接触面２９に接続されている。この実施形態の場合、該第一の二次接触面３２ａは、電流伝送のために、該二次装置の第一の端子に割り当てられ、該第二の二次接触面３２ｂは、電流伝送のために、該二次装置の第二の端子に割り当てられ、および該第三の二次接触面３２ｃは、電流伝送のために、該二次装置の第三の端子に割り当てられる。その結果として、この構成の場合、三相交流電流を、該一次装置から該接触システムを介して該二次装置へ伝送することができる。このことは、特に、送電線網の該交流電流をこのようにして直接、伝送される可能性がある場合に有利である。
【００４７】
図７は、接触した一次伝送要素２７と二次伝送要素３４を有する本発明による接触システム３３のさらなる実施形態を概略図で示す。該二次伝送要素３４は、該二次伝送要素３４が、二つだけの二次接触面３５ａ、３５ｂを有しているという点で、図６による該接触システム２６の該二次伝送要素２８と異なっている。一次伝送要素２７と二次伝送要素３４が接触した場合、各二次接触面３５ａ、３５ｂは、三つの一次接触面２９をカバーする。これにより、該一次伝送要素２７および該二次伝送要素３４を介して、高電力を伝送することができるという利点が得られる。明確にするために、図７では、電子装置の図は省略されている。しかし、該電子装置は、図４または図５に示す該電子装置と実質的に同一である。
【００４８】
図８は、接触した一次伝送要素２７と二次伝送要素３７を有する、本発明による接触システム３６のさらなる実施形態を概略図で示す。該二次伝送要素３７は、一次伝送要素２７と二次伝送要素３７が接触した場合に、および該第一の二次ＰＥ接触面３１ａと一次ＰＥ接触面３０との接触の場合に、該一次伝送要素２７に対する該二次伝送要素３７の角度的位置合わせを避けることができるように、該二次接触面３５ａおよび３５ｂが互いに離間されているという点で、図７による該接触システム３３の該二次伝送要素３４とは異なっている。これにより、該第二の二次ＰＥ接触面３１ｂ内の電磁石を省くことができ、それにより、該二次伝送要素３７の製造中の製造努力が低減されるという利点が得られる。
【００４９】
図９は、接触した一次伝送要素３９と二次伝送要素４０を有する、本発明による接触システム３８のさらなる実施形態を概略図で示す。該一次伝送要素３９は、該一次接触面２９と該一次ＰＥ接触面３０が、該一次伝送要素３９上に構造的に交互に列状に配列されている点で、図８による該接触システム３６の該一次伝送要素２７と異なっている。該二次伝送要素４０は、実質的に矩形で形成され、および二次ＰＥ接触面４１と、三つの第一の二次接触面４２ａと、三つの第二の二次接触面４２ｂとを有し、この場合、該第一の二次接触面４２ａは、二次装置の第一の端子に接続され、また、該第二の二次接触面４２ｂは、該二次装置の第二の端子に接続されている。明確にするために、該二次装置は、図９には示されていない。該二次ＰＥ接触面４２において、位置決め手段の第二の部分は、磁気結合要素によって形成されている。該第二の部分は、電磁石４４によって形成されている。該一次伝送要素３９および該二次伝送要素４０の接触中に、該二次伝送要素４０は、該電磁石４４により、該一次伝送要素３９に対して、平行移動的かつ角度的に位置合わせされる。
【００５０】
８０ボルト、１００ボルトまたは４００ボルトの直流電圧、および同様の電圧範囲の交流電圧も、該一次装置によって利用される可能性があることを言及することができる。さらに、上記実施形態例における該端子の数は、限定と考えるべきではない。例えば、三相交流電流を中性線で伝送することが可能である。さらに、異なる電圧振幅または周波数を有するさらなる交流電圧を、追加的な二次接触面および端子を介して伝送することができるであろう。同様に、例えば、該自動車の充電状態に関するデータの伝送は、追加的な二次接触面および端子を介して可能になるであろう。また、該一次伝送手段は、該自動車に設けることもでき、および該二次伝送手段は、駐車スペースの該路面に設けることができるであろう。
【００５１】
さらなる実施形態において、電流伝送は、該二次装置から該接触システムを介して該一次装置へ行われる。
【００５２】
特に、車、トラック、オートバイ、バス、シャトルまたはドローンは、「車両」という用語が意味するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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