柔性充电枪和充电桩的制作方法

本实用新型充电枪领域，更具体的说，涉及一种柔性充电枪和充电桩。

背景技术：

石油作为不可再生的再生资源，随着人们对石油的需求越来越多，石油资源枯竭问题越来越严峻的摆在人们面前，为了缓解能源问题和环境问题，电动汽车应运而生，它依赖于电力驱动汽车前进，无污染排放。电动汽车的关键技术就是电池技术，由于电池的储能有限，故对电动汽车来说，对电池进行充电是一个关键的技术问题。

中华人民共和国国家标准GB/T 20234.3：电动汽车传导充电用连接装置第3部分直流充电接口，规定了电动汽车传导充电用直流充电接口的通用要求、功能定义、型式结构、参数和尺寸。受此推荐性规定影响，市面上绝大部分直流充电枪的接口得到统一。在现有技术中，一般采用人工使用充电桩进行充电，所述充电桩通过充电枪实现对电动汽车的充电。随着充电桩进入到无人自动化领域，由于国标规定的接口尺寸中的插头和插座的空隙较小，现有的充电枪难以和相关设备的插座连接，难以实现充电枪的自动插拔。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提出一种在不改变国标规定的充电接口尺寸的前提下，可以实现充电枪自动拔插的柔性充电枪和充电桩，用于解决现有技术中，由于国标规定的接口尺寸中的插头和插座的空隙较小，难以实现充电枪的自动插拔的技术问题。

本实用新型提出一种柔性充电枪，包括：枪头、枪身和柔性关节，所述枪头用于与电动汽车的充电插座对接，所述枪身用于固定机械臂，所述柔性关节位于枪头和枪身的中间，用于控制枪头转动，使得枪头相对于枪身朝任意方向摆动，并限制其绕枪头芯轴自转。

可选的，所述充电枪包括枪头连接座，所述枪头连接座连接枪头和柔性关节。

可选的，所述枪头包括正负电极，且所述枪头的上端平面有倒角。

可选的，所述柔性关节包括柔性万向轴、柔性关节座、柔性关节护罩、弹簧、万向轴压盖、万向轴座、止转环，所述柔性关节护罩和柔性万向轴位于所述枪头连接座的下方，所述柔性万向轴与枪头连接座同轴心，柔性关节护罩的内球面上端的平面有沉孔用于限制安装弹簧的位置，所述柔性关节护罩的内表面球面与所述柔性关节座的外球面贴合，柔性关节座下方和枪身连接，所述柔性关节座和枪身同轴，柔性关节座的第二级阶梯圆形孔内安装有弹簧，其内部与万向轴座相连，所述万向轴座与柔性关节座同轴心，万向轴压盖下端中心处为球面槽，用于压盖所述柔性万向轴的下端球面，止转环位于万向轴座的圆槽内，被万向轴压盖压紧。

可选的，所述所述柔性万向轴的下端球面两侧，对称开有两条圆弧形长槽，止转环上的止转圆柱，正好卡在圆弧长槽内，使得所述柔性万向轴只能绕内球面副偏转，而不能绕轴心旋转；所述内球面副由柔性万向轴的下端球面、万向轴座的上开口内球槽和万向轴压盖的下开口内球槽组成。

可选的，所述充电枪还包括枪身连接座，所述枪身连接座上方连接枪身，其下方连接有用于和机械臂连接的连接件。

可选的，所述充电枪还包括枪身过渡座，所述枪身过渡座位于枪身的右侧，枪身过渡座上方与线缆护罩连接，下方与线缆头连接。

可选的，所述枪头连接座、柔性关节座、枪身、枪身过渡座和线缆头内部均含通孔，用以穿过正极线缆和负极线缆。

可选的，所述枪身、枪身过渡座、柔性关节座、线缆护罩、枪头、枪头连接座和柔性关节护罩均采用绝缘阻燃材料。

一种充电桩，包括以上任意一项所述的柔性充电枪和机械臂，所述机械臂和连接件连接。

与现有技术相比，本实用新型之技术方案具有以下优点：本实用新型充电枪下方由枪身连接座、枪身、枪身过渡座、线缆头、线缆护罩、柔性关节座、万向轴座、止转环和万向轴压盖组成固定部分，上方由柔性万向轴、枪头连接座、枪头、电极、柔性关节护罩、正极线缆和负极线缆组成活动部分。初始状态时，下方固定部分与上方活动部分保持同轴，当上方活动部分受到外力，下方固定部分保持相对不动，上方活动部分会绕所述柔性万向轴的下端球面副的球心偏转，而止转环限制其不能绕轴心旋转，当外力消失时，由于下方固定部分与上方活动部分中间存在弹簧的回复力作用，使得上方为活动部分与下方为固定部分恢复同轴状态。根据本实用新型，装有本实用新型充电枪的充电桩，即使在对目标插座定位精度较差、偏心、偏角等多种极端情况下，其柔性关节能自适应以上偏差，以保证该充电枪顺利插入插座，而不损坏本装置或机械臂等其他零部件。本实用新型在不改变国标规定的充电接口尺寸的前提下，能够实现自动拔插。

附图说明

图1为本实用新型充电枪的外部结构示意图；

图2为本实用新型充电枪的结构剖视图；

图3为本实用新型充电枪的细节结构剖视图；

图4为本实用新型充电枪的工作原理图；

图5为本实用新型充电桩的外部结构示意图；

图中：1直流充电枪、2机械臂、11电极、12柔性关节护罩、13线缆护罩、14柔性关节座、15线缆头、16正极线缆、17负极线缆、18连接件、101枪头、102枪头连接座、103柔性万向轴、104弹簧、105万向轴压盖、106万向轴座、107枪身、108枪身过渡座、109枪身连接座。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型提出一种柔性充电枪，包括：枪头、枪身和柔性关节，所述枪头用于与电动汽车的充电插座对接，所述枪身用于固定机械臂，所述柔性关节位于枪头和枪身的中间，用于控制枪头转动，使得枪头相对于枪身朝任意方向摆动，并限制其绕枪头芯轴自转。

图1给出了本实用新型充电枪的外部结构示意图，如图1所示，充电枪1具备：电极11，柔性关节护罩12，线缆护罩13，柔性关节座14，线缆头15，正极线缆16，负极线缆17，连接件18。

电极11是一种符号国标要求尺寸的零件。其按照作用分为5种类型，分别用来导通充电电流、传输通讯数据、导通辅助电流、连接确认信号、接地。根据允许用电流的大小来确定不同类型电极11的大小。其材料使用导电性能较好的铜合金，表面需要镀银处理。

连接件18在各零件之间起到连接固定作用的零件。不限于螺钉、螺栓、机螺丝、螺母。

图2为本实用新型充电枪的结构剖视图，直流充电枪1也具备：枪头101，枪头连接座102，柔性万向轴103，弹簧104，万向轴压盖105，万向轴座106，枪身107，枪身过渡座108，枪身连接座109。

枪身连接座109用于固定连接整个装置与机械臂。其下端使用连接件18，通过螺纹与机械臂连接；其上端通过螺纹与枪身107连接。

所述枪身107使用绝缘阻燃材料。其上半段为圆柱形，下端底部开有与上半段圆柱同轴心的圆形沉孔。圆形沉孔正好与所述枪身连接座109上端的圆柱凸台配合，以保证两零件同轴心。

所述枪身107右边与枪身过渡座108通过螺纹连接；其上方与柔性关节座14通过螺纹固定连接。

所述枪身过渡座108使用绝缘阻燃材料制成，用于过渡线缆弯曲。其上方与线缆护罩13螺纹连接；其下方与线缆头15通过细牙螺纹连接。

所述线缆护罩13使用绝缘阻燃材料。其用途是堵住所述枪身过渡座108上方的开口。所述枪身过渡座108上方的开口，可以方便于本装置内各线缆的安装与调整。

所述线缆头15通过细牙螺纹与所述枪身过渡座108连接后，可以密封线缆出口，防止外部有水或尘进入枪内。

枪头101是用于充电过程中，与充电插座对接的零件。该零件上端符合国标尺寸和结构的设计要求，使用绝缘阻燃材料。电极11被安装于枪头101的孔槽内。枪头连接座102通过螺纹安装于枪头101下端，成为一个整体。枪头101与所述枪头连接座102采用压紧电极11的方式固定电极。枪头101的上端平面中心处，有1个直径2mm的圆孔，用安装标定针；上端平面有倒角10°～20°，用于插入插座时导向。

所述枪头连接座102，使用绝缘阻燃材料，是一种形似圆柱体的回转零件。该零件正下方轴心处，开有一定深度的圆形沉孔。内含通孔，用来穿过正极线缆16和负极线缆17，以隔绝导线与金属。所述枪头连接座102是一种绝缘阻燃零件。其下端通过螺纹安装有柔性关节护罩12；其上端通过螺纹安装有枪头101。枪头连接座102的下端中心处挖有圆形沉孔，与所述柔性万向轴103的上端的圆柱凸台配合，以保证同轴度。枪头连接座102的内部挖有走线孔，一方面限制线缆位置，一方面防止金属部分外漏。

柔性关节护罩12通过螺纹安装于枪头连接座102的下方。所述柔性关节护罩12使用绝缘阻燃材料。其内外表面皆为球面。其内表面球面与所述柔性关节座14的外球面贴合，组成外球面副。柔性关节护罩12的内球面上端为平面，用于限制外球面副绕球心旋转的角度。平面内有沉孔用于限制安装所述弹簧104的位置。

柔性万向轴103的上端圆形凸台插到所述圆形沉孔内，以保证与所述枪头连接座102同轴心。柔性万向轴103通过螺纹安装于枪头连接座102下方。所述柔性万向轴103使用铜合金，加润滑油。其上端通过螺纹连接有枪头连接座102。

所述柔性关节座14的外形为中间是球形，其上端和下端是平面，是一种外表面为球面的绝缘阻燃零件。中间挖有大的圆形沉孔，方便与位于下方的所述枪身107连接；且与所述枪身107的上半圆柱部分配合，限制同轴。其上端面为平面，中间挖有3级阶梯圆形深孔。其第二级阶梯圆形深孔内，安装有弹簧104，深孔用于限制弹簧不会向周围自由窜动。其第三级阶梯圆孔贯穿至零件底部，内部与万向轴座106相连，圆孔用于限制万向轴座106与其同心。柔性关节座14内挖有走线孔，方便穿过正极线缆16或负极线缆17等线缆。

所述万向轴座106使用耐磨自润滑材料。其上端中心处为球面槽。其球面槽与柔性万向轴103和万向轴压盖105组成内球面副，使得所述柔性万向轴103及其所连接的零件可以绕该球面副自由旋转。

所述万向轴压盖105是使用耐磨自润滑材料。其下端中心处为球面槽，用于压盖所述柔性万向轴103的下端球面。

图3为本实用新型充电枪的细节结构剖视图；如图3所示直流充电枪1的柔性关节还包括止转环111。

止转环111的结构是一只在对称位置带有两个止转圆柱的圆环。其安装固定于所述万向轴座106的圆槽内，被所述万向轴压盖105压紧。所述柔性万向轴103的下端球面两侧，对称开有两条圆弧形长槽。所述止转环111上的止转圆柱，正好卡在圆弧长槽内。使得所述柔性万向轴103只能绕球面副偏转，而不能绕轴心旋转。

如上所述可知，其工作基本原理是：所述充电枪包括下方固定部分、上方活动部分和回复力部分；

下方固定部分，包括：枪身连接座109，枪身107，枪身过渡座108，线缆头15，线缆护罩13，柔性关节座14，万向轴座106，止转环111，万向轴压盖105。

上方活动部分，包括：柔性万向轴103，枪头连接座102，枪头101，电极11，柔性关节护罩12，正极线缆16，负极线缆17。

回复力部分，包括弹簧104。

初始状态时，下方固定部分与上方活动部分保持同轴，上方活动部分受到外力时，下方固定部分保持相对不动，上方活动部分会绕所述柔性万向轴103的下端球面副的球心偏转，而止转环111限制其不能绕轴心旋转。

当外力消失时，由于下方固定部分与上方活动部分中间存在回复力部分作用——弹簧104，使得上方为活动部分与下方为固定部分恢复同轴状态。

图4是进一步给出了本实用新型的充电枪的工作原理图；如图4所示，充电插座112初始位置与充电枪1不同轴，且有微小偏移。

开始时，充电枪1向如图4所示方向上方移动。枪头101因上端有倒角，端面圆较小于所述充电插座112的内孔，故其有倒角的部分能顺利无阻地插入所述充电插座112的内孔。充电枪1继续移动，枪头101端面的倒角接触到充电插座112的内孔壁。此时由于倒角的斜面作用，枪头101受到偏转力矩。使得充电枪1的上方活动部分整体发生偏转。

由于倒角受到所述充电插座112的内孔壁阻力的作用，上方活动部分以柔性万向轴103的下端球面、万向轴座106的上开口内球槽和万向轴压盖105的下开口内球槽，所组成的内球面副为中心，向图示方向左方偏转。

弹簧104被压缩，储存势能。止转环111卡住柔性万向轴103的内球副的圆弧槽，防止其绕轴旋转。其目的是，防止其出现绕轴自由转动，而无法自复位的现象。

带动柔性关节座14的外球面和柔性关节护罩12的内球面，所组成的外球副同向左偏转。柔性关节护罩12内球面的上的平面，与带动柔性关节座14的外球面的平面接触，限制了外球副能够旋转的最大角度，同时限制内球副。充电枪1继续移动，完全插入充电插座112内。

当充电完成后，充电枪1拔出。弹簧104释放势能，使得充电枪1恢复初始上下同轴状态。

充电枪的拔出和插入顺序相反，这里不做赘述。

图5给出了充电桩的一种外部结构示意图；如图5所示，机械臂2是一种六关节机械臂。其第六轴端面与充电枪1的枪身连接座109通过螺纹连接。

其工作步骤如下：

通过系统定位待充电的充电插座位置，并将坐标换算，发送给机械臂2。

机械臂2动作，将充电枪1瞄准充电插座，执行插入动作。

由于充电枪1自带有柔性适应性，即使机械臂插的位置不准，角度较偏，也可保证在不损坏设备的前提下，完成插枪动作。

完成充电后，机械臂将充电枪1拔出，充电枪1自动恢复原状。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在所述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。