专利名称：具有偏转-伸缩复合位移系统的车辆侧面集电刷的制作方法
具有偏转-伸缩复合位移系统的车辆侧面集电刷本发明涉及一种具有集电-蓄电动力系统的电动汽车。由于在环境保护与资源保护方面具有局长优势，近20年来，人们对于电动汽车开 发给予了高度关注。人们为开发高性能的电池，高效率的电动汽车驱动系统付出大量的努 力。然而，电动汽车的进展并不令人满意。经过接近20年的探索，发现难以在化学电池的 储能密度、循环使用寿命与充放电速率以及制造成本等方面取得突破，从而难以开发具有 良好性能-价格比的纯电动汽车。燃料电池早在“阿波罗”登月飞船中曾经获得过重要应用。当然，由于性能价格比 等方面的因素，人们一般不能直接在电动汽车中套用空间飞船中使用的技术。近年来的探 索也表明，燃料电池电动汽车的在商业化方面的前景依然不明朗。“混合动力车”近年来发展取得了比较好的进展，然而，这其实是一种比较节油的 燃油车辆，并不真正属于电动汽车范畴。使用电力驱动的公路车辆并不限于上述三种车辆。一种具有悠久历史的电力公路 车辆是无轨电车。当然，由于无轨电车架空线路具有比较高的架设与维护费用，加之于其在 一定程度上影响市容，所以这些年了，无轨电车总体上处于萎缩状态。针对公路电力车辆存在的问题，1995年初期，95100459. X提出了一种具有集 电-蓄电功能的电动汽车(即电动汽车第四方案)概念将电动汽车与无轨电车的技术方 案进行综合，使其优势互补，人们就可以提出一种兼有集电系统与蓄电系统的新型电动车 辆基本思路就蓄电性能而言，储能系统不必过分法复杂与超重，因为在行驶过程中可以通 过电网经常补充电力；就集电性能而言，道上供电系统不必强求连续，车内有电池可以维持 车辆在不可集电的道路上行驶足够远的里程。95100459. X提出了 “可开合侧集电”概念在主要马路或者干线公路上设立形如 道路分隔护栏的“道上供电系统”(或者说，扩展“分隔护栏”的功能，建立具有“道上供电系 统”功能的分隔护栏)，这种“道上供电系统”横截面大致为20厘米宽60厘米高的一个箱 体，中间是电力线与控制装置，两边分别设置两对与地面平行的极板。由于车身的高度在行 驶过程中基本不变，而“道上供电系统”的高度自然保持不变，所以对“第四方案”车辆而言， 在不需要复杂技术前提下，只要集电刷从车身侧面水平地展开，就可以接触到“道上供电系 统”实现集电。为了安全起见，将“道上供电系统”分割成为小块的供电单元，形成所谓“道 上供电节”。“道上供电节”的每节长度大致与车身的相当，逐节电气绝缘但在结构上首尾相 连。根据道路具体情况，构成数百米至数公里长的一段“道上供电系统”。通过红外或者其 它技术的遥控，“道上供电系统”随“第四方案”车辆的行驶逐节对于“道上供电段”的极板 供电，而“第四方案”车辆通过从侧面伸出集电刷与“道上供电节”的极板相接触，获得电力 驱动，同时可以向车内电容器或者电瓶充电。当都市电动汽车通过之后，相应的“道上供电 节”的极板应当随即断电。当然，上述专利申请提出的集电刷是一个类似无轨电车的长条状的集电刷，成为 上述集电-蓄电电动汽车结构负担，影响集电-蓄电电动汽车的推广应用。本发明的目的 是提出一种结构紧凑、灵活并且具有足够展开幅度的具有偏转与滑动综合能力的集电刷。
具有偏转与滑动综合能力的集电刷包括伸缩臂IBl与偏转杆1B3，集电刷系统设 置有偏转杆偏转角度检测装置209，同时安装有伸缩臂的伸出或缩入驱动装置1B5，在两者 之间设有反馈控制系统206。具有偏转-伸缩复合位移系统集电刷IB通常安装在公路车辆的车体10的后部， 也可以安装在公路车辆车体10的中部，前部。公路车辆一般和包括车轮11，反射镜12与前 挡风玻璃13，车窗14等部分。侧面集电刷IB通过适当的悬挂或固定结构16与车辆10连 接。在公路车辆车体10适当部位设置活动门17。活动门17在集电刷IB工作时打开，并 在集电刷非集电时并收缩时关闭。集电刷系统IB在公路车辆上的安装高度与道上供电系 统IA的高度匹配。道上供电系统IA主要包括供电极板1A1，绝缘分隔1A2，控制信号接收 装置1A3等部分。集电刷IB主要由伸缩臂1B1，横向导轨1B2，偏转杆1B3与集电刷的刷头 1B4等部分组成。当集电刷系统IB处于正常集电工作时，其刷头1B4应当与道上供电系统 IA的极板IAl处于正常接触状态。伸缩臂IBl上设置有导向槽1B102，横向导轨1B2上也相应地设置有导向槽 1B201，通过滚珠23实现IBl在1B2中的横向自由移动。如果将偏转杆1B3偏转端直接安装 在伸缩臂IBl的顶端，偏转杆1B3将在伸缩臂IBl上产生扭矩。为了减轻偏转杆1B3在伸 缩臂IBl上产生的扭矩，伸缩臂通过一段水平的横臂1B103支撑偏转杆1B3。伸缩臂1B1， 偏转杆1B3以及横臂1B103中间穿有包有绝缘皮的多股金属导线，并在连接处用绝缘线观 连接。伸缩臂的横臂1B103与偏转杆1B3通过臂-杆关节20实现连接。臂-杆关节20 安装在主要包括偏转杆弹簧座201，偏转杆弹簧202与偏转作用块203，偏转轴206等部分 组成。偏转杆弹簧座201安装在横臂1B103上，中部设有轴孔，套装在偏转轴206上，外部 设置有齿轮或者蜗轮齿环结构，可以在蜗杆200以及驱动电机2001的驱动下旋转，201齿 环内空间则安装偏转杆扭力弹簧202与偏转作用块203，偏转作用块203通过键销2041与 偏转轴206实现连接，在偏转杆弹簧座201中设置对偏转作用块203起限位作用的限位块 201B,限制转轴206在扭力弹簧202偏转幅度。偏转作用块203包括限位作用面2031与弹 簧作用座2032等部分。偏转杆1B3通过连接杆208用键销M02与偏转轴实现偏转连接， 连接杆208安装在横臂1B103端部的适当的开口中，其重量由横臂1B103支撑。在偏转轴 206的下端或其他适当位置安装偏转位置检测装置209，其偏转位置通过键销M03与偏转 轴206保持一致。为了避免从道上供电系统极板IAl获得的电压在阴雨天通过偏转杆1B3传递到车 身，引起漏电或者触电事故，在偏转杆1B3设置有绝缘套21，其头部211与偏转杆1B3紧密 配合，并且呈头高尾低状态即使在阴雨天气情况下，也可以保证偏转杆1B3被绝缘套21包 围的部分处于干燥状态，从而保证其绝缘状态。集电刷包括碳刷1B41与缓冲块1B42两个部分。正常集电时，碳刷1B41接触极板 1A1，缓冲块1B42不与极板IAl接触。集电刷安装在车辆上，车身的高度随着车辆的载荷不同而可能略有变化，从而使 集电刷1B4的高度也有所变化。然而，道上供电系统的极板IAl的高度是固定的。所以，在 集电刷系统上应当设置可以微整集电刷高度的机构。一般情况下，可以通过偏转或者升降 两种方式微调集电刷的高度。一种升降微调的方式是，在伸缩臂与横臂的连接处设置燕尾槽232与螺杆机构233，当电机234通过齿轮235驱动233时，燕尾块2311就在燕尾槽236 中升或者降，并带动1B103 —起升降，并调整集电刷1B4的高度。伸缩臂IBl的运动通过电机1B5驱动，如果1B101采用齿条方式，则1B5与之配合 的1B501应当采用齿轮方式。如果1B501采用摩擦轮，则1B101也相应地应当采用摩擦片 的形式。在集电刷系统处于正常集电运行时，伸缩臂IBl的运行状态根据偏转感1B3的张 角与滑动感额定张角α ^偏差量Δ α确定。如果偏差量Δ α大于零，即偏转感1Β3实际张 角α大于额定张角α ^，则滑动感IBl应当在可调节的范围内处于伸展状态，使张角α减 小，反之，如果偏差量Δ α小于零，即偏转感1Β3实际张角α小于额定张角α C1，则滑动感 IBl应当在可调节的范围内处于收缩状态，使张角α增大。这样即可以调节范围内，维持集 电刷1Β4与道上供电系统的极板IAl的正常接触。集电刷除了上述正常集电工作方式以外，还有以下几种基本工作状态收刷状态， 收刷过渡与展开过渡状态。当车辆从集电运行状态中退出，车辆则通过收刷过渡状态转变到收刷状态。开始收刷时，电机2001驱动蜗杆200，并使弹簧座201偏转，在20IB接触偏转作用 块203的限位作用面2031之前，集电刷1Β4维持与道上供电系统极板IAl接触，上述状态 可以用3-Α状态表示；当20IB与2031接触以后，蜗杆200使弹簧座201偏转，20IB通过作用面2031使 203与偏转轴206偏转，并通过键销2042使1Β3偏转，当碳刷离开极板IAl之后，碳刷将偏 转停刷状态，同时，伸缩臂在电机1B5D驱动下收缩。上述状态可以用3-Β状态表示；当偏转感1Β3偏转到与横臂1Β103平行的收刷结束状态，电机2001停止偏转。当 横臂1Β103与偏转感1Β3随伸缩臂一起收缩到车身内以后，收刷过程即可结束，可以用3-C 状态表示。当车辆决定不处于集电行驶状态，集电刷应当收缩到车辆内部并且锁定，集电刷 活动门17应当处于关闭状态。集电刷系统展开过程如下集电刷门打开后，电机2001拖动200偏转，通过蜗轮使 弹簧座201向展开偏转杆1Β3方向偏转，由于限位块20IB随着弹簧座201偏转，偏转轴206 在弹簧202的作用下随限位块201Β —起偏转，并带动偏转杆1Β3与碳刷1Β4 —起偏转。同 时，伸缩臂IBl的驱动电机1Β5也启动，使集电刷系统伸缩臂IBl横向滑动展开。上述状态 可以用4Α表示；当偏转座201在蜗杆200驱动下到达偏转杆最大张开角度以后，蜗杆200即停止 偏转，并固定弹簧座201，此时，伸缩臂1Β2继续向外部伸展。上述状态可以用5Α表示；随着伸缩臂1Β2伸展，集电刷缓冲结构1Β42将首先触道上供电系统1Α1，缓冲刷头 1Β4与极板之间相对运动。由于刷头1Β4与道上供电系统极板IAl的相对运动以及摩擦力， 刷头1Β4接触极板IAl之后翻转，使碳刷1Β41接触极板1Α1，使集电刷系统IB进入集电状 态。上述状态可以用5Β表示；随着伸缩臂IBl持续伸展，偏转杆1Β3开始反向偏转，使限位块201Β与偏转作用 快203脱离接触。随着伸缩臂IBl伸展，偏转杆1Β3的张角a逐步减小，直到正常集电。在集电刷收刷的刷舱62内侧，应当设置雨水隔离装置62，防止雨水随伸缩臂IBl
5进入车辆内部。一种简单方式是用形状与伸缩臂IBl截面相同的橡胶或者其它柔软材料雨 水隔离装置62。必要时，在62中设置气道，通入空气，用气流清理进入车辆内部伸缩臂IBl 表面的集水。由于偏转杆1B3具有响应快的特点，而IBl具有滑动幅度比较大的特点，上述具有 偏转-伸缩复合位移系统，可以在车辆高速行驶，车辆与道上供电系统距离存在跳动以及 较大幅度变化的情况下维持集电刷在使用范围内正常集电。
图1为采用具有偏转-伸缩复合位移集电系统的车辆从道上供电系统集电示意 图；图2为具有偏转-伸缩复合位移集电系统示意图；图3为具有偏转-伸缩复合位移集电系统收刷示意图；图4为具有偏转-伸缩复合位移集电系统展开集电示意图；图5为具有偏转-伸缩复合位移集电系统展开集电示意图；图6为具有偏转-伸缩复合位移集电系统的雨水隔离装置示意图。上述为具有偏转-伸缩复合位移集电系统可以安装在用于公共交通的客车上，也 可以用于个人轿车以及电力卡车上。上述为具有偏转-伸缩复合位移集电系统中伸缩臂的位置，体现车辆与道上供电 系统的距离特征，将该参数与车辆的方向驾驶系统结合，即可开发一种自动控制车辆与道 上供电系统距离的应用系统。
权利要求
1.一种用于具有集电-蓄电复合电力系统的电动车辆的侧面集电刷系统，其特征为集 电刷包括伸缩臂与偏转杆，集电刷系统设置有偏转杆偏转角度检测装置，同时安装有伸缩 臂的伸出或缩入驱动装置，在两者之间设有反馈控制系统。
2.根据权利要求1，当偏转杆偏转角度大于设定角度，则反馈控制系统使伸缩臂的伸出ο
3.根据权利要求1，当偏转杆偏转角度小于设定角度，则反馈控制系统使伸缩臂的缩入。
4.根据权利要求1，在集电刷的刷头设置有与道上供电系统极板接触-缓冲-偏转装置。
5.根据权利要求4，刷头的接触-缓冲-偏转装置在接触极板前处于展开状态。
6.根据权利要求4，刷头的接触-缓冲-偏转装置与极板接触缓冲后后，翻转并脱离与 极板接触。
7.根据权利要求1，在偏转杆上设置有绝缘套，阻止电压在阴雨天随偏转杆导入车身。
8.根据权利要求1，集电刷系统设置有横臂，使偏转杆等部件的重量在伸缩臂产生的 转矩平衡。
9.根据权利要求1，在伸缩臂收刷室的内侧设置有防止雨水进入车体内部的阻水装置。
全文摘要
一种具有偏转－伸缩复合位移系统的车辆侧面集电刷。从侧面展开的集电刷主要由伸缩臂与转动杆组成，转动杆可以对快速的距离变化作出反应，而与转动杆关联的伸缩臂则可对转动杆的响应作出补充补偿，使集电操作可以在比较大的距离变化范围内得以实现。集电刷具有高度微调系统，以使集电刷与道上供电系统的高度匹配。集电刷还具有阻止雨水进入车体的设计。
文档编号B60L5/00GK102107609SQ20091021727
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者刘本林, 刘步山, 刘溪清, 张耀平, 徐国友, 朱盛镭, 王正, 王琼, 赵立明 申请人:刘本林