用于自动建立临时电力连接的系统的制作方法

技术领域：

本发明总体上涉及一种用于在两个电力分配装置之间自动建立临时电力连接的系统。本发明具体地涉及用于与车辆、轮船或飞行器自动建立临时电力连接的这样的系统。

背景技术：
：

用于在第一电力分配装置与第二电力分配装置之间自动建立临时电力连接的现有技术系统，诸如用于与车辆、轮船或飞行器自动建立临时电力连接的系统通常包括：第一联接构件，该第一联接构件具有电连接到第一电力分配装置上的第一电联接装置；以及单独的第二联接构件，该第二联接构件具有电连接到第二电力分配装置上的第二电联接装置。第一联接构件和第二联接构件能够在机械联接位置中机械地联接在一起，在该机械联接位置中，第一电联接装置和第二电联接装置实现电联接位置以用于在第一电力分配装置与第二电力分配装置之间传输电能。对于两个联接构件之间的机械联接，必须在每个联接构件上提供互补机械联接、对齐和/或互锁零件，并且——在连接操作过程中——这些互补零件必须适当地对齐以成功地建立连接。此外，如果想要保证两个联接构件在电力传输过程中不能容易地分离，则必须提供机械锁定机构。互补机械联接、对齐和/或互锁零件的精确对齐的需要使得该联接系统更加复杂，并且——在全自动系统的情况下——需要用于这些联接构件中的至少一个的精确定位机构。对于这些互补机械联接、对齐和/或互锁零件和/或机械锁定机构的甚至小的损坏可能防止两个联接构件的成功联接或分离。在电力传输过程中，电联接装置必须被充分地保护以免与身体部位、外部物体和与流体发生任何接触，这需要特殊的电气包封物并且进一步增加了这类系统的成本。然而，这些特殊的电气包封物容易受损，由此保护可能变得不充分。

本发明的目的在于提供一种用于在两个电力分配装置之间自动建立临时电力连接的系统，其中甚至在严重的轴向错位的情况下也能实现强的且可靠的连接。

本发明的一个方面的另一个目的在于提供一种用于与车辆、轮船或飞行器自动建立临时电力连接的简单且可靠的系统。

本发明的一个方面的另一个目的在于提供一种用于同时使轮船系泊并且与该轮船建立临时电力连接的系统。

技术实现要素：
：

根据第一方面，本发明涉及一种用于在第一电力分配装置与第二电力分配装置之间自动建立临时电力连接的系统。该系统包括：第一联接构件，该第一联接构件具有电连接到该第一电力分配装置上的第一电联接装置；以及单独的第二联接构件，该第二联接构件具有电连接到该第二电力分配装置上的第二电联接装置。该第一联接构件包括围绕该第一电联接装置的密封环。该第二联接构件包括围绕该第二电联接装置的密封环接触表面。该密封环和该密封环接触表面被配置用于压合在一起，由此被安排在该第一联接构件与该第二联接构件之间的真空室相对于大气气密地密封起来。通过在该真空室中生成真空，该第一联接构件和该第二联接构件在机械联接位置中联接在一起，在该机械联接位置中，该第一电联接装置和该第二电联接装置实现电联接位置以用于在该第一电力分配装置与该第二电力分配装置之间传输电能。至少一个真空导管连接到该真空室上以用于在该真空室中建立通过周围大气的气压足以将该第一联接构件和该第二联接构件在其联接位置中牢固地固定在一起从而限定强机械联接位置的真空。该第一电联接装置或该第二电联接装置包括表面电极，该表面电极的尺寸被设计用于在该表面电极的中心周围的区中允许多个(或甚至无限个)可能的电联接位置，从而在重要的轴向对齐公差(例如，在若干厘米和甚至若干分米的范围中)的情况下实现电联接位置。该密封环和该密封环接触表面被配置用于在这些可能的电联接位置中的每一个中实现密封接触并且由此实现机械联接位置。

应当理解，保证两个联接构件之间的强机械联接的该解决方案不需要互补机械联接或互锁零件的精确对齐，也不需要任何种类的机械锁定机构的存在。因此，在错位的情况下，在机械联接或分离操作过程中不会发生中断。此外，由于任何互补机械联接零件和任何种类的机械锁定机构不存在，该系统变得更不复杂且更紧凑。关于两个联接构件之间的机械联接，因为该系统对于这些联接构件的轴向错位不敏感，所以该系统较不易受问题的影响。

由于以下事实：该第一电联接装置或该第二电联接装置包括表面电极，该表面电极的尺寸被设计用于在该表面电极的中心周围的区中允许多个(或甚至无限个)可能的电联接位置，所以该第一电联接装置和该第二电联接装置可以容易地被配置用于在重要的轴向对齐公差(例如大于1cm，通常甚至大于5cm，并且在一些应用中甚至大于10cm的轴向对齐公差)的情况下实现电联接位置，从而在中心电联接位置周围的区中实现多个(或甚至无限个)可能的电联接位置。因为该密封环和该密封环接触表面另外被配置用于在这些可能的电联接位置中的每一个中实现密封接触，所以变得可能的是在该第一联接构件与该第二联接构件之间的非常大的轴向对齐公差的情况下在第一电力分配装置与第二电力分配装置之间自动建立临时电力连接。

应当进一步理解，在电力传输过程中，这些电联接装置另外在该真空室中被充分地保护以免与人类身体部位、与外部物体和与流体发生任何接触，这样使得昂贵的电气盒在很大程度上是不需要的。测量该真空室中的真空容易地确保正确地完成该第一联接构件与该第二联接构件之间的机械联接。真空监测系统也可以用于只有在该系统处于安全状态下(即，该真空室气密地密封)时才解锁电力传输，或用于如果该真空监测系统指示可能存在问题就中断向该系统的任何电力供应。这种真空监测系统可以例如监测该真空室中的压力和/或该真空生成设备的参数(例如，其吸收功率或排出该真空室的空气的流动速率)。

本发明的系统通常包括支撑该第一联接构件或该第二联接构件的支撑机构或与其相关联。(通常该第一联接构件，即具有该密封环的该联接构件将由该支撑机构支撑。)该支撑机构被配置用于将该支撑的联接构件从停放位置引入到联接位置中并且反之亦然。由于没有机械互锁零件和非常大的轴向对齐公差，该支撑机构不需要非常精确的定位装置并且因此可以是较不复杂的，这样使得其较不易受问题的影响并且较便宜。

在第一实施例中，该第一电联接装置和该第二电联接装置中的一个是包括插座的二维阵列的表面电极，这些插座优选地尽可能致密地堆积的。在这种情况下，另一个电联接装置是被配置用于轴向穿入到这些插座中的任一个中的棒状电极。该表面电极的这些插座优选地包括漏斗状入口截面，其开口在共同平面中尽可能近地与彼此对齐。该棒状电极优选地包括圆锥状前端。该表面电极和/或该棒状电极被安装成使得在基本上垂直于该棒状电极到这些插座中的穿入方向的平面中具有两个弹性定心的自由度。在该棒状电极穿入到插座中的过程中，该棒状电极上和该插座中的这些电接触表面相互摩擦，这在一定程度上清理这些接触表面而不会有灰尘和腐蚀生成物，从而改善该电接触。应当理解，这类电联接装置被具体地设计用于与本发明的真空联接系统一起使用。然而，这类电联接装置还可以与任何其他系统一起使用，在该任何其他系统中，第一电联接装置和第二电联接装置必须在重要的轴向对齐公差的情况下保证电联接位置。

在另一个有利的实施例中，该第一电联接装置或该第二电联接装置包括轴向可移动的接触电极，该接触电极被安装成使得弹性偏压到其对应的第一联接构件或第二联接构件中的回缩的停放位置中，并且当该真空室置于真空下时从此回缩的停放位置移动到突出的电联接位置中。该实施例允许提供该接触电极的保护停放位置(其中该接触电极例如通过柔性挡板或一个或多个其他保护构件保护)并且将其前端自动引入到操作位置(即，突出电联接位置)中，这不需要使用辅助能量供能的任何驱动机构。

在另一个有利的实施例中，棒状接触电极的前端被轴向安排在安装块的开口中。棒状接触电极的后端连接到轴向可压缩的弹性橡胶波纹管的封闭后端上。该橡胶波纹管的相对前端是开放的并且以密封方式连接到该安装块上，以便围绕该开口并且在该接触电极周围形成波纹管室。当在该真空室中建立真空时，该波纹管室也置于真空下。大气压然后轴向压缩该橡胶波纹管，由此该橡胶波纹管将该接触电极从其前端回缩在该开口中的其停放位置轴向推动通过该前端密封件并且推动到操作位置中，在该操作位置中，该接触电极的前端突出到开口之外。

在可替代的实施例中，接触电极连接到活塞组件的活塞上，该活塞组件通过真空室与大气之间的压差操作并且配备有活塞回缩弹簧。

为了实现改善的电接触，该第一电联接装置和/或该第二电联接装置可以包括连接到电极旋转或震荡设备上的接触电极。当该接触电极与该接触电极的接触表面接触时，该电极旋转或震荡设备能够使该接触电极绕其中心轴线旋转或震荡。该旋转或震荡的接触电极清理这些电接触表面而不会有灰尘和腐蚀生成物。这种电极旋转或震荡设备可以例如包括供应有电力或供应有加压气动或液压流体的转动或线性马达。该电极旋转或震荡设备还可以包括弹簧，该弹簧在该电极被推动到其操作位置中时储存能量并且一旦该电极与电接触表面发生接触就通过使该电极绕其中心轴线旋转来释放该储存的能量。该电极旋转设备还可以包括双金属部件，该双金属部件连接到该电极上以便当该双金属部件由于传输通过该电极的电流而加热时使电极绕其中心轴线小角度旋转。在又一个实施例中，该电极旋转设备是将该电极的轴向震荡转换为该电极绕其中心轴线的成角度震荡的机构。为了生成该接触电极的该轴向震荡，该真空生成设备可以例如包括控制系统，该控制系统能够相对于参考压力值p0调制(即，交替增加和降低)该真空室中的真空，由此该第一联接构件和该第二联接构件的轴向空间(由于密封环的柔性)增加和降低，并且与相对的电接触表面弹性接触的该接触电极经受轴向震荡。该轴向震荡然后通过该电极旋转机构转换为该电极绕其中心轴线的成角度震荡。即使该电极绕其中心轴线的该成角度震荡仅具有非常小的角度幅度(例如，仅几度的幅度)，该成角度震荡移动通常引起该电接触的显著改善(即，引起由于例如氧化导致的接触阻力的显著减小)。

在可替代的实施例中，被设计用于接触该表面电极的该电联接装置包括电触瓦，该电触瓦经由铰接件机械连接到杠杆臂的自由端上。该铰接件可枢转地连接到对应的联接构件上，其中弹簧相对于对应的联接构件将该触瓦推压到突出位置中。(在联接操作过程中)，当该触瓦与另一个联接构件的表面电极进行接触时，该触瓦在此表面电极上进行摩擦，从而清理两个电接触表面而不会有灰尘和/或氧化物。

在该系统的优选实施例中，该表面电极包括提供多个可能的电联接位置的前接触表面，并且与该表面电极合作的该电联接装置包括接触电极。在这些多个可能的电联接位置中的每一个中，该接触电极可以被压合到该前接触表面上以用于建立电接触。

该接触电极的优选实施例有利地包括前接触设备，该前接触设备包括远离该接触电极径向延伸的多个弹性指状物。这些弹性指状物中的每一个具有一个自由端，在该自由端上有一个电触点。该前接触设备的优选实施例与花相似，其中这些弹性指状物是花的花瓣。这些弹性指状物及其电触点被安排成使得当该前接触设备被压合到该表面电极的该前接触表面上时，这些弹性指状物与其电触点搁置在该前接触表面上并且弹性地变形。该实施例以非常简单的方式保证可靠的电接触。应当理解，这些电联接装置被具体地设计用于与本发明的真空联接系统一起使用。然而，这类电联接装置还可以与任何其他系统一起使用，在该任何其他系统中，第一电联接装置和第二电联接装置必须在重要的轴向对齐公差的情况下保证电联接位置。

该接触电极有利地由线性致动器支撑，该线性致动器被安排用于将该接触电极沿中心联接轴线从回缩的停放位置轴向移位到突出的电联接位置中。在优选实施例中，该线性致动器包括：弹簧，该弹簧被安排成使得将该接触设备推压到回缩的停放位置中；以及活塞，该活塞被安排成使得将该接触设备从该回缩的停放位置推压到突出的电联接位置中。当该真空室置于真空下时，该活塞有利地进行真空操作。该实施例允许提供该接触电极的保护停放位置(其中该接触电极例如通过柔性挡板或一个或多个其他保护构件保护)并且将其前端自动引入到操作位置(即，突出电联接位置)中，这不需要使用辅助能量供能的任何驱动机构。

为了改善这些电联接装置之间的接触，该系统有利地包括真空生成设备，该真空生成设备包括控制系统，该控制系统能够相对于参考值使得该真空室中的真空脉动或对其加以调制，由此该第一联接构件和该第二联接构件的轴向空间脉动，并且这些电联接装置经受脉动的接触压力。然后可以将该脉动的接触压力容易地转换为这些电联接装置之间的摩擦移动，这通过消除这些接触表面上的氧化或污染生成物来基本上减小接触阻力。

该系统可以进一步包括被安排在停放位置中的假体联接构件。该假体联接构件包括辅助密封环接触表面，其中该密封环和该辅助密封环接触表面被配置用于气密地压合在一起。在该停放位置中，该第一联接构件的这些电联接装置因此在该真空室中被良好地保护以免受环境影响。如果预期为低环境温度，则该假体联接构件作为整体或其辅助密封环接触表面可以配备有加热设备。该假体联接构件可以进一步配备有用于该第一电联接装置的清理系统。因此，该假体联接构件能够甚至在极端的环境条件下使该第一联接构件最佳地准备用于与该第二联接构件的联接。

在优选实施例中，该第一联接构件包括具有开口端的空腔，该空腔被该密封环围绕。该第一电联接装置包括分布在该空腔内以便与彼此横向地间隔开的若干电极(例如表面电极或与表面电极合作的接触电极)。

应当理解——在不久的将来——该第一电联接装置和该第二电联接装置也可以被配置用于使用电磁场实现非接触式电力传输。

本发明的系统有利地用于与车辆、轮船或飞行器自动建立临时电力连接。

当用于与轮船自动建立临时电力连接时，该系统可以进一步被配置成足够强以用于另外地使将轮船系泊或至少用于显著地有助于该轮船的系泊。因为该系统能够同时执行两个功能(即，将该轮船系泊并且与该轮船建立临时电力连接)，所以它在操作、组织和成本方面是非常有意义的。此外，安全性显著地改善，因为只有已经建立了该轮船的牢固系泊，与该轮船的该电连接才——在没有任何直接人工干预的情况下——发生在气密地密封的真空室中。

当用于另外地将该轮船系泊时，该第一联接构件被配置为系泊吸垫，该系泊吸垫能够气密地联接到船体上以用于将系泊力直接施加到该船体。该第二联接构件在其中该系泊吸垫气密地联接到该船体上的区中整合到该船体中。该支撑机构另外地被配置用于机械传输系泊力，并且该真空生成设备能够在该真空室中建立真空，这样使得该系泊垫能够将系泊力施加到该船体上。由此，配备有能够气密地联接到船体上以用于将系泊力直接施加到该船体上的系泊吸垫的轮船的机械系泊设备可以容易地互补，以便用于同时将该轮船系泊并且与该轮船建立临时电力连接。

本发明还提出一种用于在如前文中提出的系统中自动建立临时电力连接的设备。这种设备包括具有电连接到该第一电力分配装置上的该第一电联接装置并且具有围绕该第一电联接装置的该密封环的该第一联接构件。至少一个真空导管连接到该第一联接构件上以便能够在该真空室中、在与该第二联接构件的该联接位置中建立真空，该真空能够将该第一联接构件和该第二联接构件在该联接位置中牢固地固定一起。该设备通常进一步包括支撑机构，该支撑机构支撑该第一联接构件并且被配置用于将该第一联接构件从停放位置自动引入到该联接位置中并且反之亦然。

附图说明：

本发明的前述和其他特征、方面和优点将通过以下描述和附图来展示，在附图中：

图1a：是用于自动建立临时电力连接的本发明的系统的第一实施例的示意图，部分地画为剖面图，其中该系统被示出为处于建立电力连接之前；

图1b：是如图1中的示意图，其中该系统被示出为处于已经建立电力连接之后；

图2a：是如图1a中的系统的三维视图；

图2b：是如图1b中的系统的三维视图；

图3：是用于自动建立临时电力连接的本发明的系统的另一个实施例的示意性剖面图，其中该系统被示出为处于建立电力连接之前；

图4：是具有仅一个表面电极的第一联接构件的实施例的前视图，该表面电极包括插座的二维阵列；

图5：是具有四个如图4中的表面电极的第一联接构件的另一个实施例的前视图；

图6a：是波纹管操作的棒状接触电极的第一实施例的剖面图，其中该接触电极被示出为处于回缩的停放位置中；

图6b：是图6a的波纹管操作的棒状接触电极的剖面图，其中该接触电极被示出为处于抽出的操作位置中；

图7a：是活塞操作的接触电极的第二实施例的剖面图，其中该接触电极被示出为处于回缩的停放位置中；

图7b：是图7a的活塞操作的接触电极的剖面图，其中该接触电极被示出为处于抽出的操作位置中；

图8a：是用于自动建立临时电力连接的本发明的系统的另一个实施例的剖面详细图，其中该系统被示出为处于建立电力连接之前；

图8b：是如图8a中的剖面图，其中该系统被示出为处于已经建立连接之后；

图9b：是结合了用于与轮船自动建立临时电力连接的本发明的系统的用于轮船的系泊系统的顶视图，其中该系统被示出为处于已经建立该连接之后；

图9a：是图9b的系泊系统的顶视图，其中该系泊系统在没有轮船的情况下占据停放位置；

图10：是示出了用于与车辆、更具体地公共汽车建立临时电力连接的本发明的系统的正视图；

图11：是示出了第一电联接装置或第二电联接装置的另一个实施例的三维剖面图；并且

图12：是在如图11所示的电联接装置中的优选前接触设备的示意性平面图。

具体实施方式

以下进行对以举例的方式展示本发明的不同方面的优选实施例的详细描述。

图1a和图1b示意性地示出了用于在第一电力分配装置(通过矩形12示意性地表示)与第二电力分配装置(通过矩形14示意性地表示)之间自动建立临时电力连接的系统10。例如，参考号12可以是电力供应面板并且参考号14可以是在车辆、轮船或飞行器上的电力分配终端，当机载发电装置关闭时，所述电力分配终端必须临时连接到电力供应装置12上，例如以用于对其电池进行再充电和/或用于向车辆、轮船或飞行器的电系统供应电力。(然而并不排除参考号14是电力供应面板并且参考号12是电力分配面板)。图2a和图2b以三维视图示出了如在图1a和图1b中的相似系统。应当指出，待建立电力连接的电力分配系统通常是呈单相系统或三相系统(有或没有中性线)形式的交流(ac)系统，但是它也可以是直流(dc)系统。分配系统的额定电压通常将处于100v至3.5kv的范围内，但是高至6.6kv、并且在12v至100v的范围内的电压也是可能的。

本发明的系统包括：第一联接构件16，该第一联接构件具有电连接到第一电力分配装置12上的第一电联接装置18；以及单独的第二联接构件20，该第二联接构件具有电连接到第二电力分配装置14上的第二电联接装置22。支撑机构24优选地经由具有弹簧定心位置的一个或多个铰接接头(例如，具有竖直轴线的圆柱形接头、具有竖直轴线的圆柱形接头和具有水平轴线的圆柱形接头的组合、或球形接头)来支撑第一联接构件16，以便当第一联接构件16与第二联接构件20发生接触时允许该第一联接构件使其空间取向适应于第二联接构件的空间取向

支撑机构24被配置用于将第一联接构件16从停放位置(图1a和图2a所示)引入到联接位置(图1b和图2b所示)中并且反之亦然。该支撑机构可以是具有仅一个平移和/或一个转动自由度的非常简单的机构，或包括若干平移或转动自由度或平移和转动自由度的组合的更复杂机构。所有这些自由度优选地通过控制器机动化和控制，这样使得第一联接构件16可以从所述停放位置(图1a和图2a所示)自动(即，在没有或减少的人工干预的情况下)引入到所述联接位置(图1b和图2b所示)中并且反之亦然。图1a、图1b和图2a、图2b所示的支撑机构24包括例如伸缩臂25，该伸缩臂用于使联接构件16在联接方向上、即基本上在朝向第二联接构件20的前表面的方向上移动。该伸缩臂25通过支撑结构27支撑，以便优选地是绕水平轴线可枢转的，以用于如必要时调整联接构件16的高度。另外，伸缩臂25或支撑结构27还可以是绕竖直轴线可枢转的，以用于如必要时调整联接构件16相对于第二联接构件20的水平位置。可替代地，支撑结构27还可以是沿一个或多个导轨(未示出)在与联接方向垂直的方向上可移动的，以用于如必要时调整联接构件16相对于第二联接构件20的水平位置。

在联接位置中，第一电联接装置18和第二电联接装置22能够合作以用于在第一电力分配装置12与第二电力分配装置14之间传输电能。目前，第一电联接装置18与第二电联接装置22之间的电力传输通常仍然涉及两个电联接装置18与22之间的机械接触，但是在未来，该电力传输也可以是使用例如电磁场的非接触式电力传输。

如在图1a中最佳可见，第一联接构件16包括空腔26，第一电联接装置18被安排在该空腔中。该空腔26具有被突出密封环30围绕的开口前端28。密封环优选地由弹性体材料(即，当变形力去除时能够恢复其原始形状的材料)制成。优选地，该弹性体材料还具有电绝缘特性。在图1a中，该密封环30的未变形横截面——为了简明起见——示意性地示为简单三角形。在实践中，该密封环30通常将具有更复杂的横截面(示出例如一个或多个密封唇)，其被优化以用于在图1b所示的密封环的变形状态下提供与密封环的相对接触表面的改善的气密性接触。另外，图1b所示的变形截面——为了简明起见——仅是非常示意性的图示，其并不与现实相符。

第二联接构件20包括用于密封环30的密封环接触表面32。该密封环接触表面32围绕第二电联接装置22并且能够与密封环30合作，这样使得当两个联接构件16、20处于其联接位置中并且密封环30压靠密封环接触表面32时第二联接构件20气密地封闭空腔26的开口前端28，如例如图1b所示。在图2a和图2b中，可见第一联接构件16的前视图，而第二联接构件18仅以点线示意性地表示。应当指出，存在密封环30可以压靠密封环接触表面32的不仅一个位置。在第二电联接装置22周围存在可以有这种接触的整个环区(参见1b中的打点表面33)。

在图1a和图1b中，参考标号34表明真空生成设备(如例如真空泵)，其通过真空管道37连接到空腔26上。当空腔26的开口前端28被第二联接构件20气密地封闭时，真空室36在第一联接构件16与第二联接构件20之间形成(参见图1b)。真空生成设备34的尺寸被设计用于在该真空室36内产生足以保证通过周围大气的气压将第一联接构件16和第二联接构件20在其联接位置中牢固地固定在一起的真空。在图1a和图1b的实施例中，真空生成设备34与第一联接构件16相关联，即真空管道37连接到第一联接构件16中的空腔26上。然而，应当了解，真空生成设备34还可以与第二联接构件20相关联，即真空管道37可以连接到第二联接构件20上，例如在该第二联接构件的中心区中、即被环区33围绕的区中形成开口。

图1a和图1b示出了两个表面电极181、182，所述两个表面电极是第一联接构件16中的第一电联接装置18的零件；以及两个接触电极组件221、222，所述两个接触电极组件是第二联接构件20中的第二电联接装置22的零件。表面电极181、182中的每一个包括电接触板38，所述电接触板的前表面由相对耐腐蚀性的导电材料组成。

图1a和图1b所示的接触电极组件221、222参考图6a和图6b描绘，图6a和图6b是接触电极组件的放大图示。这些接触电极组件22i中的每一个包括安装在支撑结构42的孔中的安装块40，该支撑结构形成接触电极组件22i周围的用于密封环30的密封环接触表面32。优选地由电绝缘材料制成的安装块40包括用于接触电极46的开口44。该接触电极46通常是由具有良好的耐腐蚀性的导电材料制成的圆柱形触点。可替代地，接触电极46的仅前端由这种导电材料制成并且连接到轴向穿过接触电极(其然后可以由电绝缘材料制成)的轴的电导体上(还参见图7a和图7b，其中这种可替代的接触电极46’示意性地展示)。在这种情况下，接触电极46’的导电前端有利地是可替换的磨损零件。接触电极46的前端轴向地安排在安装块40的开口44中。接触电极的后端连接到轴向可压缩的弹性橡胶波纹管48的封闭后端上。该橡胶波纹管48的相反的前端是开放的并且以密封方式连接到安装块40上，以便围绕开口44。由此，接触电极46在安装块40的开口44中是轴向可移动的，并且轴向可压缩的弹性橡胶波纹管48在接触电极46周围界定与真空室36连通的波纹管室50。当在真空室36中建立真空时，该真空也在波纹管室50中建立。橡胶波纹管48周围的大气压轴向压缩橡胶波纹管，由此该橡胶波纹管将接触电极46从其前端回缩在开口44中的停放位置(参见图6a)轴向推动到操作位置，即其前端突出到开口44之外的电联接位置(参见图6b)中。

在接触电极46的回缩的停放位置中，开口44的进口有利地通过将柔性挡板52重叠来封闭。一旦接触电极46被压缩橡胶波纹管48推出开口44，这些柔性挡板52就被接触电极的前端推开。可替代地，开口44还可以被通过较小的真空气缸打开的刚性挡板封闭，该真空气缸被安排成垂直于接触电极46的移动并且在比真实波纹管48(在0.6巴下起作用)更高的真空压力(0.8巴)下操作。在接触电极46的最终操作位置中，这些柔性挡板52抵靠接触电极46的周边表面搁置(参见图6b)，从而保护接触电极46与开口44的壁之间的环形间隙以免水、灰尘和其他外部物质渗入。如果真空室36中的真空被打破，弹性橡胶波纹管48恢复其原始形式(在图6a中示出)，即接触电极46的前端撤回到开口44中并且柔性挡板52通过相互重叠而再次封闭开口44的进口。

图7a和图7b示出了接触电极组件的可替代实施例。在该实施例中，轴向可压缩的橡胶波纹管48被真空操作的活塞组件替换。接触电极46’包括活塞60。该活塞在活塞外壳62中是轴向可移动的，以便在其中将真空活塞室64与通气活塞室66密封，该真空活塞室通过开口44与真空室36连通，该通气活塞室通过通气开口68与大气连通。活塞回缩弹簧70将活塞60推压至活塞外壳62的后端，进入真空活塞室64的体积最大并且通气活塞室66的体积最小的位置中。挡板52还可以通过较小的真空气缸打开，该真空气缸垂直于接触电极46移动并且在比真实波纹管48(例如在0.6巴下起作用)更高的真空压力(例如在0.8巴下起作用)下操作。在图7a和图7b中，活塞回缩弹簧70安排在真空活塞室64中，但是它也可以安排在活塞外壳62的外侧(它也可以是拉伸弹簧而不是压缩弹簧)。当——在联接位置中——在真空室36中建立真空时，真空活塞室64也被置于真空下。通气活塞室66中的大气压现在将活塞60推压至活塞外壳62的前端，由此活塞回缩弹簧70被压缩，并且接触电极46’的前端从其回缩在开口44中的停放位置(参见图7a)被轴向推动到其突出到开口44之外的操作位置(参见图7b)中。当在真空室36中产生真空时，并非简单地对活塞室66进行通气，该活塞室也可以连接到压力源上(在远高于大气压的压力下)。因此，接触电极46’与表面电极18i之间的接触压力可以极大地增加。将受压流体供应到活塞室66中并且对该活塞室进行通气的阀然后可以有利地被在真空室36中建立的真空触发。

图4示出了第一联接构件的实施例16’的前视图，该第一联接构件包括待有利地与接触电极组件22i组合使用的表面电极78的具体实施例。该表面电极78包括紧密堆积的相同插座80的二维阵列。表面电极78的所有这些插座80是电互连的，即它们在dc系统的情况下全部连接到相同的电导体上，或者在ac系统的情况下全部连接到相同的电相上或连接到中性线上。在图4中，存在例如n列插座80，其中每列包括交替地n或n+1个插座80，并且两个相邻列的插座80交错以便使插座80之间的距离最小化且相等。这些插座80中的每一个被配置用于接收棒状接触电极并且对其建立电接触。换言之，这些插座80中的任一个针对棒状接触电极46形成可能的电联接位置。插座的电接触表面在此通过插座80中电极46必须轴向穿入的内表面中心通道形成。可替代地，插座80可以包括作为接触表面的横向弹性刀形触点(未示出)，该触点突出到棒状接触电极46必须轴向穿入的中心通道中。在这种表面电极78的情况下，棒状电极46的周边表面用作电接触表面。可替代地或另外地，横向弹性刀形触点(未示出)可以安排在棒状电极46的周边上，以便接触在插座80的中心通道中形成的接触表面。在这些中的任一种情况下，当棒状电极46轴向穿入到插座80的中心通道中时，棒状电极46上的电接触表面和插座相互摩擦，从而清理这些接触表面而不会有灰尘和腐蚀生成物，由此改善电接触。

为了允许将接触电极64可靠地穿入到一个插座80中，表面电极78有利地被定心弹簧82定心，以便在基本上垂直于接触电极到插座80中的穿入方向的平面中具有两个弹性定心的自由度。这些自由度中的每一个具有至少+/-d/2的幅度，其中d是两个相邻的插座80的中心轴线之间的最大距离。插座80中的任一个的进口截面是漏斗状的，并且具有这些漏斗状截面的开口在共同平面中与彼此尽可能近地对齐(优选地它们在该平面中与彼此相切)。接触电极46的前端是圆锥状的，这样使得当将接触电极朝向表面电极78轴向推动(或将表面电极78朝向接触电极46推动)时，由于表面电极78的前述两个弹性定心的自由度和插座80的漏斗状入口截面，插座80中的一个使其本身与接触电极46对中。可替代地或另外地，接触电极46可以被安装成使得在基本上垂直于所述接触电极到所述插座中的穿入方向的平面中具有两个弹性定心的自由度以用于使其本身与插座80中的一个对中。应当进一步理解，在图6a所示的接触组件18的实施例中，在接触电极46初始穿入到插座80中的过程中，弹性橡胶波纹管48允许接触电极46的稍微倾斜的位置，这进一步简化该穿入。

图5示出了第一联接构件的实施例16”的前视图，该第一联接构件包括如上所述的四个单独的表面电极781、782、783、784，即在三相交流的情况下，每个相一个表面电极并且中性线一个表面电极(如果需要的话)。相应的第二联接构件(未示出)然后将包括四个相应的接触电极组件。在直流的情况下，第一联接构件将包括两个单独的表面电极781、782，即连接到正导体上的一个表面电极和连接到负导体上的一个表面电极。

图3展示了本发明的系统的可替代实施例，该实施例与图1a、图1a、图2a、图2b、图4和图5的实施例不同，主要原因是：(1)第一电联接装置18(即，包括在第一联接构件16中并且在其上被密封环30围绕的那些)由接触电极组件181、182形成，这些接触电极组件例如如图6a或图7a所示设计；并且(2)第二电联接装置22(即，包括在第二联接构件20中并且在其中被用于密封环30的密封环接触表面32围绕的那些)由表面电极、在此更具体地是导电板821、822(其当然可以被包括如前文所述的插座80的二维阵列的表面电极78替换)形成。

为了增强接触电极46与表面电极18i之间的接触，接触电极46有利地被安装成使得当其与表面电极18i接触时能够绕其中心轴线旋转或震荡。该转动或震荡运动的目的在于清理电接触表面而不会有灰尘和/或氧化物，从而显著地改善电接触。为了实现该目的，接触电极46可以连接到以下各项上：转动驱动器(未示出)，所述转动驱动器能够使接触电极46完全绕其中心轴线旋转；或线性驱动器(未示出)，所述线性驱动器能够使接触电极46绕其中心轴线以具有小于360°的角度幅度的往复移动的形式旋转。这种转动或线性驱动器必须供应有电力或供应有气动或液压流体。在不需要外部能量的可替代的实施例中，电极旋转驱动器包括弹簧(例如，压缩或扭力弹簧)，其中该弹簧在接触电极46被推动到其操作位置中时储存能量，并且一旦接触电极46与表面电极18i发生接触就通过使接触电极46绕其中心轴线旋转来释放储存的能量。在另一个实施例中，电极旋转驱动器包括双金属件，该双金属连件接到接触电极46上，以便当该双金属件由于在表面电极18i与接触电极46之间流动的电流而加热时使接触电极绕其中心轴线小角度旋转。在另一实施例中，电极旋转驱动器仅将接触电极46的小轴向震荡转换为接触电极46绕其中心轴线的小的成角度震荡。为了生成接触电极46的轴向震荡，真空生成设备例如包括控制系统，该控制系统能够相对于参考值p0调制(即，交替增加和降低)真空室36中的真空，由此两个第一联接构件16和第二联接构件20的轴向空间(由于密封环30的柔性)也被加以调制，并且接触电极46经受通过电极旋转驱动器进行的轴向震荡和绕其中心轴线的成角度震荡。即使接触电极46绕其中心轴线的该成角度震荡仅具有非常小的幅度(例如，仅几度的幅度)，该震荡移动通常引起电接触的显著改善(即，引起由于例如氧化导致的接触阻力的显著减小)。

图8a和图8b展示了第一电联接装置18包括电触瓦86的可替代实施例。电触瓦经由铰接件88机械连接到杠杆臂90的自由端上，该铰接件有利地提供两个转动自由度(例如，包括两个正交圆柱形铰接件或球形铰接件)。铰接件可枢转地连接到第一联接构件16的结构92上。弹簧94将触瓦86推压到以下位置中：其中形成触瓦86的前表面的电接触元件96突出到包含第一联接构件16的密封环30的边缘98的平面之上或至少紧密地位于该平面后面(参见图8a)。弹簧94可以作用在触瓦86上(如图8a和图8b所示)或作用到杠杆臂90上。该弹簧可以例如是如图所示的压缩弹簧或与杠杆臂90和结构92的可枢转连接相关联的扭力弹簧。另外的弹簧或其他弹性元件(未示出)优选地与铰接件88(和/或触瓦86)相关联，以便保证铰接件的其前表面与包含密封环30的边缘98的平面基本上平行的弹性搁置位置。

在图8a和图8b的实施例中，第二联接构件20包括支撑板100，该支撑板形成密封环接触表面32，并且该支撑板支撑表面电极102，该表面电极与支撑板100电绝缘(如果支撑板由导电材料组成的话)。图8b示出了在真空室36中建立真空p0之后的处于联接位置的第一联接构件16和第二联接构件20。为了实现图8b的联接位置，将触瓦86沿箭头104的方向推动，即推动到第一联接构件16的空腔26中，但是也沿箭头106的方向推动，即平行于第二联接构件20的表面电极102推动。由于触瓦86在箭头106的方向上的诱导的移动和弹簧94的弹簧力，电接触元件96——在联接操作过程中——在表面电极102的接触表面上摩擦，从而清理两个电接触表面而不会有灰尘和/或氧化物。为了进一步改善该清理效果，真空生成设备被有利地控制以便相对于参考值p0调制(即，交替增加和降低)真空室36中的真空，由此两个第一联接构件16和第二联接构件20的轴向空间(由于密封环30的柔性)被相似地加以调制，并且触瓦86通过杠杆臂90经受在表面电极102上的平移震荡移动。即使该平移震荡移动仅具有非常小的幅度(例如，仅几毫米的幅度)，它通常引起电接触的显著改善(即，引起由于例如氧化导致的接触阻力的显著减小)。

第一电联接装置18和第二电联接装置22的轴向对齐公差对应于在第一电联接装置18的中心轴线与第二电联接装置22的中心轴线之间可以忍受以便仍然保证第一联接构件16和第二联接构件20在所谓的联接位置中的电能的可靠传输的最大距离。通常，前述轴向对齐公差以水平和垂直分量分解。应当理解，在前述实施例中，轴向对齐公差主要通过表面电极38、78、102的尺寸确定。本发明的系统因此可以容易地设计成使得轴向对齐公差具有非常大的量值(例如，在若干厘米或甚至若干分米范围内的量值)，这极大地有利于自动联接并且使得支撑机构24的设计更不复杂且更加便宜。应当具体地理解，第一联接构件16和第二联接构件20的机械联接可以在密封环30和密封环接触表面32可以气密地压合在一起的任何位置中发生。换言之，两个联接构件16、20的机械联接不需要互补机械零件的精确对齐，这样使得前述轴向对齐公差仅通过表面电极38、78、102的尺寸确定。在机械联接或分离操作过程中不会发生中断。最后但同样重要的是，在电力传输的过程中，触点在真空室36中被有效地保护以免与身体部位、外部物体和流体发生任何接触。如果该系统包括控制系统，则安全性甚至得到进一步改善，如果真空室36中的真空降低超过某一限度或者如果真空生成设备的流动速率强烈增大(即，如果必须认为真空室36不再如其所应当的气密地封闭)，则该控制系统自动中断电力供应。

图9a和图9b示出了如前文披露的两个系统110、110’，这两个系统具体地被配置并且用于与轮船111(在此例如小的电动渡船)自动建立临时电力连接，并且同时用于使该轮船111系泊到码头区、浮动码头或另一个固定的或可浮动的结构。在图9a和图9b中，参考号113标识轮船111所系泊的专用浮动码头。两个系泊系统110、110’是基本上相同的，这样使得现在将仅更详细地描述系统110。

第一联接构件16更具体地被配置为系泊吸垫116，该系泊吸垫能够气密地接合船体117以用于将系泊力直接施加到该船体117。第二联接构件12在此整合到船体117中(并且通过虚线非常示意性地表示)。支撑机构24被配置为系泊机构124，该系泊机构支撑在浮动码头113上，并且被配置用于将系泊吸垫116从停放位置(在图9a中示出)引入到联接位置(在图9b中示出)中并且反之亦然，并且还用于当系泊吸垫116通过真空产生牢固地附接到船体117上时将重要的系泊力机械传输到该系泊吸垫。在图9a和图9b的实施例中，支撑机构124包括例如机械臂127，该机械臂绕竖直轴线129是可枢转的，并且优选地安装在高度可调的支撑件131上。然而，支撑机构124的许多可替代的机械构型是可能的。

在图9a中，轮船111离开其对接位置(dockingsite)并且支撑机构124通过绕竖直轴线129的枢转移动将第一联接构件(即，系泊吸垫116)引入到其停放位置中。假体联接构件133安排在该停放位置中。该假体联接构件包括辅助密封环接触表面132，其中第一联接构件116的密封环30和辅助密封环接触表面132被配置用于在停放位置中压合在一起，以便在第一联接构件116与假体联接构件133之间形成真空室。在该停放位置中，电联接装置因此在真空室中被非常良好地保护以免受环境影响。如果预期为低温，则假体联接构件133和/或辅助密封环接触表面132可以配备有加热装置。假体联接构件133可以进一步配备有用于第一电联接装置的自动清理系统。该清理系统可以例如是：喷淋系统，该喷淋系统能够将清理液体和/或电接触增强液体喷涂到第一电联接装置上；或机械清理系统，该机械清理系统例如能够机械刷涂第一电联接装置的接触表面。假体联接构件133还可以配备有用于将导电糊膏自动施加到第一联接构件16的电极的接触表面上的设备。

图10示出了处于对接站142中的电动车辆，在此为公共汽车140。如前文披露的系统用于与公共汽车140自动建立临时电力连接以用于对其电池进行充电。第一联接构件16通过安装在对接站142中的支撑机构144支撑。在图10的实施例中，该支撑机构144被配置为可延伸臂，具体地是缩放型臂。第二联接构件20整合到公共汽车121的底盘的侧壁146中。

图11和图12展示了电联接装置18、22的另一个实施例。第一电联接装置18是表面电极，该表面电极包括提供多个可能的电联接位置的前接触表面。在图11中，未看到表面电极的前接触表面，但是在图12中，其边界通过使用参考标号18标识的虚点正方形表示。

在图11中，参考号150标识与表面电极18合作的接触电极22的中心联接轴线。该接触电极22具有前接触设备152。如在图12中最佳可见，前接触设备152包括远离中心联接轴线150径向延伸的多个弹性指状物154。这些弹性指状物154中的每一个具有一个自由端，在该自由端上有一个电接触元件156。

在图11和图12中，前接触设备152被示出为处于表面电极18的前方，即将接触该表面电极的前接触表面。在电联接操作的过程中，中心联接轴线150基本上垂直于表面电极18的前接触表面。为了建立电接触，将前接触设备152沿中心联接轴线150压合到前接触表面上，其中该前接触设备的弹性指状物154利用其电接触元件156压靠表面电极18的前接触表面并且在此弹性地变形。应当理解，由于多个弹性指状物154，该实施例保证非常可靠的电接触。

具有其接触设备152的接触电极22有利地由线性致动器158支撑，该线性致动器被安排用于将接触设备152沿中心联接轴线150轴向移位。该线性致动器158可以是电的、液压的或气动的线性作用器。在不需要外部能量的优选实施例中，线性致动器158包括：弹簧160，该弹簧被安排成使得将接触设备152推压到回缩的停放位置中；以及活塞162，该活塞在活塞室164中被安排成使得将接触设备152从回缩的停放位置推压到突出的电联接位置中。活塞室164有利地与真空室36连通，这样使得在真空室36中建立真空也在活塞室164中建立真空。活塞室164以密封方式通过活塞162封闭，其中活塞162的第一截面166暴露于活塞室164中的真空，并且活塞162的相反第二截面168暴露于大气压，这样使得作用于第二截面168上的大气压将活塞162推动到活塞室164中，在该活塞室中该活塞压缩弹簧160。应当理解，该实施例允许为接触设备152提供保护停放位置(在该停放位置中该接触设备例如回缩在空腔170中)，并且将其引入到操作位置(在该操作位置中该接触设备突出到空腔170之外)中而不需要辅助能量。

为了甚至进一步改善与前述弹性指状物154(或能够在接触压力下弹性变形的其他接触设备)的接触，真空生成设备可以包括控制系统，该控制系统能够相对于参考值p0调制真空室36中的真空或使其脉动(即，交替增加和降低)，由此使得两个第一联接构件16和第二联接构件20的轴向空间(由于密封环30的柔性)也被调制或使其脉动。由此弹性指状物154经受震荡接触压力，这引起电接触元件156在前接触表面上摩擦，由此由氧化或表面污染导致的接触阻力显著地减小。

虽然在此已经描述了特定实施例，但是本领域技术人员应当理解这些实施例的各种替代方案和修改以及披露的特征的不同组合至少被本披露明确地覆盖。

参考符号清单

10用于自动建立临时电力连接的40安装块

系统42支撑结构

12第一电力分配装置4440中的开口

14第二电力分配装置46接触电极

16第一联接构件48橡胶波纹管

18第一电联接装置5048中的室

18i表面电极52柔性挡板

20第二联接构件6046’上的活塞

22i接触电极组件62活塞外壳

22第二电联接装置64真空活塞室

24支撑机构66通气活塞室

2524的伸缩臂68通气开口

2616中的空腔70活塞回缩弹簧

2724的支撑结构78表面电极

2826的开口前端8078中的插座

30密封环82定心弹簧

32密封环接触表面86触瓦

3330和32的可能的接触区88铰接件

34真空生成设备90杠杆臂

36真空室9216的结构

37真空管道94弹簧

38电接触板9686上的电接触元件

9830的边缘133假体联接构件

100支撑板140电动公共汽车

102表面电极142对接站

104箭头(在图8b中)144支撑机构

106箭头(在图8b中)146140的侧壁

110被配置并且用于与轮船自动建150中心联接轴线

立临时电力连接并且用于将轮船系152前接触设备

泊的系统154弹性指状物

111轮船156154上的电接触元件

113浮动码头158线性致动器

116系泊吸垫160弹簧

117船体162活塞

124系泊机构164活塞室

127机械臂166162的第一截面

129竖直轴线168162的第二截面

131高度可调的支撑件170空腔

132辅助密封环接触表面