КОНТАКТНЫЙ БЛОК ДЛЯ ЗАРЯДНОЙ СТАНЦИИ И СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ КОНТАКТА
CONTACT BLOCK FOR CHARGING STATION AND METHOD OF FORMING CONTACT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к контактному блоку для зарядной станции транспортного средства с электрическим приводом и способу образования электропроводящего соединения между транспортным средством, в частности электробусом или аналогичным транспортным средством, и зарядной станцией, причем контактный блок выполнен с возможностью установки над транспортным средством, причем контактный блок выполнен с возможностью перемещения своих контактов относительно контактных поверхностей транспортного средства и образования контакта с ними, причем контактный блок содержит по меньшей мере два держателя зарядных контактов по меньшей мере с двумя расположенными на них зарядными контактами, причем держатели зарядных контактов соединены между собой системой параллельных штанг контактного блока, содержащей две параллельные соединительные штанги и две параллельные несущие штанги, причем каждая несущая штанга соединена с соединительными штангами в одной из двух параллельных плоскостей движения посредством удаленных друг от друга соединительных шарниров, при этом несущие штанги вместе с соединительными штангами образуют параллелограмм.
Уровень техники
Подобные контактные блоки и способы известны в уровне техники и регулярно применяются в транспортных средствах с электрическим приводом, перемещающихся между остановками. Речь может идти об электробусах, а также, по существу, иных транспортных средствах, в частности, поездах или трамваях, не имеющих постоянного электрического соединения с контактным проводом или аналогичной системой. В таких транспортных средствах электрический аккумулятор заряжается от зарядной станции, когда транспортное средство останавливается на остановке. Транспортное средство, находящееся на остановке, электрически соединяется с зарядной станцией, причем аккумулятор заряжается по меньшей мере до такой степени, чтобы транспортное средство могло доехать до ближайшей остановки с зарядной станцией по маршруту следования. Для образования электрического соединения между транспортным средством и зарядной станцией используется контактный блок, устанавливаемый или размещаемый над транспортным средством на соответствующей остановке. После этого зарядный контакт зарядной станции перемещается к контактной поверхности на крыше транспортного средства, и устанавливается электрическое соединение. Например, контактный блок может содержать по меньшей мере четыре зарядных контакта, причем, как правило, два зарядных контакта могут использоваться для передачи энергии, один зарядный контакт - для заземления, и еще один зарядный контакт - для передачи данных. При таком способе образования контакта с транспортным средством все зарядные станции на маршруте следования должны быть оснащены соответствующими контактными блоками, поэтому контактный блок должен характеризоваться высокой экономичностью, надежностью и низкой потребностью в техническом обслуживании.
При соединении зарядных контактов с соответствующими контактными поверхностями транспортного средства важно, чтобы зарядный контакт был прижат к контактной поверхности с определенным усилием, позволяющим образовать надежное электрическое соединение. Например, в патентной заявке DE 102013201491 А1 раскрыт контактный блок для установки над транспортным средством, причем контактный блок содержит две параллельные системы штанг, на каждой из которых имеется два зарядных контакта. Привод перемещения управляет параллельной системой штанг таким образом, чтобы зарядные контакты можно было перемещать относительно контактной поверхности на крыше транспортного средства.
Недостаток известных контактных блоков заключается в том, что они должны быть рассчитаны или расположены с соблюдением определенной контактной высоты, то есть относительного расстояния между положением втягивания контактного блока (для хранения зарядных контактов) и контактным положением для передачи тока на транспортное средство. Это означает, что относительное расстояние между возможными контактными положениями и положением втягивания может быть использовано только в узком диапазоне и требует регулярной регулировки или адаптации посредством конструктивных изменений, так как в противном случае не удастся обеспечить необходимое или желаемое контактное усилие, прикладываемое к контактной поверхности. Также имеет значение тот факт, что транспортное средство может нести различную нагрузку и, таким образом, располагаться под различными углами к контактному блоку или зарядным контактам. Кроме того, автобусы, в частности, могут опускаться, подъехав к автобусной остановке, чтобы облегчить доступ, например, людям с ограниченными физическими возможностями. Подобное, в данном случае одностороннее опускание автобуса приводит к изменению высоты контактной поверхности относительно поверхности дороги или ее наклона, если опускается только одна сторона автобуса. Кроме того, основание остановки или проезжей части может быть наклонено относительно контактного блока. Поэтому транспортное средство, находящееся на остановке под контактным блоком, может быть наклонено относительно своей продольной и/или поперечной оси. Следовательно, контактные поверхности на крыше наклоненного транспортного средства будут наклонены относительно зарядных контактов в горизонтальном и вертикальном направлении.
Электрическое соединение между соответствующими зарядными контактами и контактными поверхностями может быть образовано и в этом случае, когда контактный блок также будет выполнен с возможностью наклона, но контактное усилие, оказываемое контактным блоком на контактные поверхности посредством зарядных контактов, будет распределяться чрезвычайно неравномерно. Поэтому едва ли возможно обеспечить контактное усилие зарядных контактов, прикладываемое к контактным поверхностям транспортного средства, необходимое для надежного электрического соединения, во всех описанных случаях наклона транспортного средства. Кроме того, существует опасность поднятия зарядного контакта от контактной поверхности во время процесса зарядки, образования нежелательно высокого сопротивления между зарядным контактом и контактной поверхностью, и образования электрической дуги между зарядным контактом и контактной поверхностью.
Раскрытие сущности изобретения
Поэтому задачей изобретения является разработка контактного блока и способа образования электропроводящего соединения между транспортным средством и зарядной станцией, позволяющих образовать надежный контакт с транспортным средством.
Указанная задача решена контактным блоком с признаками, раскрытыми в пункте 1 формулы изобретения, зарядной станцией с признаками, раскрытыми в пункте 12 формулы, и способом с признаками, раскрытыми в пункте 13 формулы.
Описываемый изобретением контактный блок для зарядной станции транспортного средства с электрическим приводом, в частности, электробуса или аналогичного транспортного средства, выполнен с возможностью расположения над транспортным средством, причем контактный блок выполнен с возможностью перемещения своих электрических зарядных контактов относительно контактных поверхностей транспортного средства и образования контакта с ними, причем контактный блок содержит по меньшей мере два держателя зарядных контактов по меньшей мере с двумя расположенными на них зарядными контактами, причем держатели зарядных контактов соединены между собой системой параллельных тяг контактного блока, содержащей две параллельные соединительные штанги и две параллельные несущие штанги, причем каждая несущая штанга соединена с соединительными штангами в одной из двух параллельных плоскостей движения посредством удаленных друг от друга соединительных шарниров, причем несущие штанги вместе с соединительными штангами образуют параллелограмм, причем соединительные штанги соединены с основным держателем контактного блока посредством двух удаленных друг от друга несущих шарниров в несущей плоскости, ориентированной параллельно и по центру относительно плоскостей движения, причем каждый держатель зарядного контакта соединен с несущей штангой посредством вращательного шарнира, причем вращательные шарниры расположены перпендикулярно соединительным шарнирам, причем каждый держатель зарядного контакта удерживает зарядные контакты соосно оси вращения.
Таким образом, контактный блок является частью стационарной зарядной станции для транспортного средства с электрическим приводом и служит для перемещения по меньшей мере четырех зарядных контактов зарядной станции на соответствующую контактную поверхность транспортного средства, расположенную, предпочтительно, на крыше транспортного средства, и для образования электрического контакта с этой поверхностью. Это позволяет снабжать транспортное средство электроэнергией от зарядного устройства во время перерыва в движении и накапливать электроэнергию в транспортном средстве. Перемещение зарядных контактов к контактной поверхности и от нее осуществляется посредством контактного блока или шарнирно-рычажного устройства контактного блока. Для этого зарядные контакты расположены на нижнем конце контактного блока, причем зарядные контакты можно перемещать из верхнего положения втягивания для хранения зарядных контактов в нижнее контактное положение для передачи тока или образования контакта с контактными поверхностями. При этом в контактном положении контактный блок передает на соответствующие контактные поверхности определенное, по существу, одинаковое контактное усилие.
Контактный блок содержит основной держатель, соединенный с системой параллельных штанг посредством двух несущих шарниров и удерживающий систему по центру. Система параллельных штанг состоит из сравнительно длинных соединительных штанг и коротких несущих штанг, ориентированных вертикально и соединенных с соединительными штангами посредством соединительных шарниров. Таким образом, соединительные штанги могут быть наклонены относительно горизонтальной плоскости, причем несущие штанги всегда располагаются вертикально в пределах двух параллельных плоскостей движения. Поскольку соединительные шарниры расположены соосно несущим шарнирам, контактное усилие, прилагаемое основным держателем по центру к обоим несущим шарнирам, всегда распределяется равномерно независимо от наклона соединительных штанг.
Держатели зарядных контактов установлены на соответствующих несущих штангах посредством вращательного шарнира. Так как зарядные контакты на соответствующих держателях зарядных контактов также расположены соосно вращательному шарниру, контактное усилие может быть пропорционально распределено по обоим зарядным контактам на держателе зарядных контактов посредством несущих штанг или вращательного шарнира. Поскольку вращательные шарниры расположены перпендикулярно соединительным шарнирам, высоту зарядных контактов можно адаптировать к поперечному и продольному наклону транспортного средства, одновременно простыми средствами обеспечивая надежный контакт с соответствующими контактными поверхностями транспортного средства с одинаковым пропорциональным контактным усилием.
Таким образом, контактное усилие, прилагаемое основным держателем к зарядным контактам, может быть равномерно распределено между ними. При наличии четырех зарядных контактов усилие через основной держатель на систему параллельных штанг может передаваться четырехкратное контактное усилие, или контактное усилие, передаваемое на систему параллельных штанг через основной держатель, может распределяться по зарядным контактам в виде четырех равных частей.
Зарядные контакты могут быть выполнены в виде контактных планок, которые могут быть расположены на держателях зарядных контактов параллельно друг другу, причем держатели зарядных контактов могут быть расположены параллельно друг другу. В частности, параллельное расположение позволяет гарантировать равномерное распределение контактного усилия по зарядным контактам. Контактные планки можно легко ввести в соприкосновение с контактными поверхностями на крыше транспортного средства, которые также имеют форму планки или рельса. Предпочтительно, контактные планки могут быть ориентированы поперек, в частности перпендикулярно, контактным рельсам. Контактное усилие может быть равномерно распределено даже в том случае, если транспортное средство останавливается на зарядной станции таким образом, что контактные планки вступают в соприкосновение с контактными поверхностями транспортного средства в форме рельса вне своего центра (по своей длине).
Поэтому выгоден вариант, в котором контактные планки расположены поперек направления движения транспортного средства. В этом случае контактные поверхности или рельсы на крыше транспортного средства могут быть ориентированы в направлении движения транспортного средства. В альтернативном варианте контактные планки могут быть ориентированы в направлении движения транспортного средства, а контактные поверхности или рельсы на крыше транспортного средства - поперек направления движения транспортного средства.
Кроме того, контактный блок может содержать шарнирно-рычажное устройство и приводное устройство для привода шарнирно-рычажного устройства. Шарнирно-рычажное устройство может представлять собой пантограф или качающийся рычаг, приводимый в действие приводом перемещения. Привод может представлять собой пневматический, гидравлический или электрический привод, способный, например, взаимодействовать с пружинами пружинного механизма приводного устройства. Таким образом, приводное устройство позволяет позиционировать шарнирно-рычажное устройство относительно контактных поверхностей таким образом, чтобы приводное устройство обеспечивало требуемое контактное усилие, прикладываемое к контактным поверхностям. В частности, основной держатель может быть установлен или закреплен на нижнем конце шарнирно-рычажного устройства. Поэтому, по существу, контактный блок может иметь любую конструкцию, позволяющую удерживать и перемещать основной держатель и развивать контактное усилие, прикладываемое к контактным поверхностям.
Таким образом, основной держатель может быть соединен с шарнирно-рычажным устройством контактного блока посредством по меньшей мере одного удерживающего шарнира. Удерживающий шарнир позволяет поворачивать основной держатель относительно зарядной станции. В качестве альтернативы, между шарнирно-рычажным устройством и контактным устройством может быть реализовано жесткое соединение.
Таким образом, основной держатель может быть ориентирован вертикально и жестко соединен с шарнирно-рычажным устройством. Это позволяет исключить нежелательное отклонение системы параллельных штанг относительно шарнирно-рычажного устройства, например, под действием ветра.
Контактный блок может содержать выравнивающее устройство, с помощью которого в положении втягивания контактного блока, предназначенном для хранения зарядных контактов, можно переводить зарядные контакты из контактного положения в горизонтальное положение хранения. Например, если зарядные контакты соприкасаются с контактными поверхностями на крыше транспортного средства, наклоненной относительно зарядной станции, то перед повторным контактом с любым другим транспортным средством предпочтительно перевести их в горизонтальное положение или расположить в общей горизонтальной плоскости.
Выравнивающее устройство может представлять собой упор для держателей зарядных контактов. Это позволяет перемещать держатели зарядных устройств к упору или упорам в положении втягивания, благодаря чему впоследствии держатели зарядных устройств и система параллельных штанг могут быть возвращены в исходное положение. Такой упор или упоры для держателей зарядных контактов могут быть особенно легко внесены в конструкцию зарядной станции.
В качестве альтернативы или дополнения контактный блок может содержать пружинные устройства, позволяющие выравнивать держатели зарядных контактов на системе параллельных штанг и/или систему параллельных штанг на основном держателе. Пружинные устройства могут содержать пластинчатые и/или спиральные пружины, а также упругие элементы, которые в случае отклонения от горизонтального положения могут нагружать упругим усилием держатели зарядных контактов на системе параллельных штанг или собственно систему параллельных штанг на основном держателе. Это позволяет соответствующим образом выравнивать зарядные контакты в общей горизонтальной плоскости еще до достижения положения втягивания и сразу после выхода из контактного положения. Однако упругое усилие не должно быть настолько большим, чтобы контактное усилие зарядного контакта в значительной степени зависело от упругого усилия.
Также выгоден вариант, в котором система параллельных штанг и/или держатели зарядных контактов на системе параллельных штанг выполнены с возможностью наклона на угол до ±5° относительно горизонтальной плоскости. В этом случае можно также предусмотреть ограничение наклона.
Описываемая изобретением стационарная зарядная станция для транспортных средств с электрическим приводом, в частности, электробусов и иных подобных транспортных средств, оснащена контактным блоком согласно изобретению. Прочие варианты осуществления зарядной станции раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения, ссылающихся на пункт 1 формулы.
В описываемом изобретением способе образования электропроводящего соединения между транспортным средством, в частности электробусом или иным подобным транспортным средством, и зарядной станцией посредством контактного блока зарядной станции, расположенного над транспортным средством, перемещают электрические зарядные контакты контактного блока относительно контактных поверхностей транспортного средства и образуют с ними контакт, причем контактный блок содержит по меньшей мере два параллельных держателя зарядных контактов, на каждом из которых находится по меньшей мере два параллельных зарядных контакта, причем зарядные контакты перемещают из положения втягивания контактного блока, предназначенного для хранения зарядных контактов, в контактное положение контактного блока, предназначенное для образования электрических контактных пар между зарядными контактами и контактными поверхностями, причем в контактном положении посредством контактного блока к контактным поверхностям прикладывают одинаковое контактное усилие зарядных контактов. Положительные эффекты метода, предложенного изобретением, перечислены в описании положительных эффектов устройства согласно изобретению.
Способ позволяет прикладывать к контактным поверхностям одинаковое контактное усилие зарядных контактов, если контактные поверхности наклонены относительно горизонтальной плоскости.
Прочие выгодные варианты способа вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения, ссылающихся на пункт 1 формулы.
Краткое описание чертежей
Ниже детально раскрыты предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых изображено:
Фигура 1: контактный блок на виде в аксонометрии;
Фигура 2: схематичное изображение контактного блока с контактными рельсами транспортного средства на виде в плане;
Фигура 3: контактный блок с фиг. 2 с контактными рельсами на виде спереди;
Фигура 4: контактный блок с фиг. 2 с контактными рельсами на виде сбоку.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 изображен контактный блок 10 для зарядной станции транспортного средства с электрическим приводом, причем контактный блок 10 содержит в общей сложности четыре зарядных контакта 11, выполненных в виде контактных планок 12. Кроме того, контактный блок 10 содержит два держателя 13 зарядных контактов, на дистальных концах 14 которых закреплены контактные планки 12. Это позволяет образовывать электрический контакт контактных рельсов на крыше транспортного средства, не показанных на фигуре, с нижней стороной 15 контактных планок 12.
Держатели 13 зарядных контактов, имеющие дугообразную или U-образную форму, соединены с системой 16 параллельных штанг контактного блока 10, состоящего из соединительных штанг 17 и вертикально расположенных несущих штанг 18. Соединительные штанги 17 соединены с несущими штангами 18 посредством соединительных шарниров 19 с возможностью смещения, причем держатели 13 зарядных контактов соединены с несущими штангами 18 посредством вращательного шарнира 20 с возможностью смещения.
Основной держатель 21 контактного блока 10 соединен с соединительными штангами 17 посредством несущих шарниров 22 с возможностью смещения. Несущие шарниры 22 расположены в вертикальной несущей плоскости 23, а соединительные шарниры - в соответствующих вертикальных плоскостях 24 движения. Плоскости 24 движения всегда расположены параллельно или соосно несущей плоскости 23 независимо от положения или наклона параллелограмма 25, образованного системой 16 параллельных штанг.
Основной держатель 21 содержит участок 26 несущей штанги с двумя консольными кронштейнами 27. На каждом кронштейне 27 предусмотрено отверстие 28 для подсоединения шарнирно-рычажного устройства контактного блока 10, не показанного на фигуре. В частности, вращательные шарниры 20 расположены перпендикулярно соединительным шарнирам 19 таким образом, чтобы продольная ось 29 вращательных шарниров 20 была ориентирована поперек или под прямым углом к поперечным осям 30 соединительных шарниров 19.
На фигурах 2-4 схематично изображен другой вариант осуществления контактного блока 31 вместе с контактными рельсами 32, расположенными на крыше 33 транспортного средства, не показанного на фигуре в деталях, в направлении движения, обозначенном стрелкой 35. Контактные рельсы 32 расположены параллельно крыше 33 на держателях в форме скобы 34. Крыша 33 наклонена относительно направления движения, обозначенного стрелкой 35, в поперечном направлении транспортного средства на угол α и в продольном направлении транспортного средства на угол β относительно горизонтальной плоскости 36. В данном случае наклон не должен превышать ±5°.
Контактный блок 31 содержит четыре зарядных контакта 37, выполненные в виде контактных планок 38 и закрепленные на держателях 39 зарядных контактов. Держатели 39 зарядных контактов, в свою очередь, установлены на несущих штангах 41 системы 42 параллельных штанг с возможностью поворота посредством вращательных шарниров 40. Несущие штанги 41 соединены посредством соединительных шарниров 43 с соединительными штангами 44 с возможностью смещения. Соединительные штанги 44, в свою очередь, соединены посредством несущих шарниров 45 с, по существу, жестким основным держателем 46 с возможностью смещения таким образом, чтобы система 42 параллельных штанг могла наклоняться относительно вертикальной несущей плоскости 47. После этого несущие штанги 41 перемещаются в плоскостях 48 движения, которые всегда параллельны несущей плоскости 47 и равноудалены от нее. Это позволяет реализовать разность Н высот между контактными планками 38 в поперечном направлении транспортного средства при равномерно распределенном контактном усилии между контактными рельсами 32 и соответствующими контактными планками 38. Также возможен вариант с поворотом держателей 39 зарядных контактов вокруг вращательного шарнира 40, ориентированного в поперечном направлении транспортного средства, что также позволяет равномерно распределять усилие при одновременном образовании надежного электрического контакта между контактными планками 38 и контактными рельсами 32.