用于电动车的插接充电装置的制作方法

本发明涉及一种插接充电装置，以及一种包括该插接充电装置的用于电动车的充电系统。

背景技术：

随着科技的发展，环保节能的电动汽车凭借其环境友好、噪音低、能源利用效率高等优势，受到社会越来越多的关注。然而在其普及的过程当中仍然面临一些问题。其中，充电问题尤其突出，并且已经成为电动汽车推广的一大难题，急待解决。

目前，现有技术中普遍使用固定的充电桩通过电缆对电动车进行充电，充电桩的电缆的充电插头需要由电动车使用者插入和拔出电动车的充电接口从而对电动车进行充电。为了使用固定的充电桩对电动车进行充电，需要将电动车停放在正确的位置和方向、将充电插头正确地插入以进行充电，这使得充电过程费时费力。

近年来出现的充电机器人的技术，使得电动车不必在停放至某一个固定的充电的位置，只要驶入某一区域内，充电机器人就可以自行检测并移动到电动车的位置，开始代替人工操作执行充电操作。但是目前普遍存在的问题是，充电机器人在将其所握持的充电插头插入到电动车的充电插座的过程中，很可能因为角度不正确或深度不够的问题而无法实现二者之间的电连接，进而需要长时间的多次尝试甚至仍需要人工操作。

因此，需要一种改进的插接充电装置，尤其是用于电动车的插接充电装置，使充电机器人控制充电插头使之相对于充电插座转动，当充电插头转动到正确角度时，机器人与车辆获取到目前充电插头和充电插座已就位的信号，并以此为基础执行插接和充电操作。

技术实现要素：

本发明提出一种插接充电装置，包括相配合的充电插头和充电插座，所述充电插头包括：圆环状的第一定位套环，其具有中心轴线以及与该中心轴线大致垂直的第一端面和第二端面，其中，在所述第二端面设置有至少一个金属销，所述金属销沿着所述中心轴线的方向延伸；圆环状的第二定位套环，其与所述第一定位套环同轴设置，并且具有与所述中心轴线大致垂直的第三端面和第四端面，其中，该第二定位套环设置有用于所述金属销贯穿的至少一个套接孔，并且第一定位套环能够沿中心轴线的方向接近或远离第二定位套环；以及弹簧，其能作用于所述第一端面并将所述第一定位套环压向所述第二定位套环，使得：所述第一定位套环的第二端面与第二定位套环的第三端面贴合，并且所述金属销穿过所述套接孔并凸出于所述第四端面，所述充电插座具有第五端面，其中，该第五端面能够贴合所述第四端面，并且在该第五端面上设置有用于接纳所述金属销的定位孔，其中，当充电插头向充电插座运动并且金属销的末端接触第五端面的除定位孔以外的区域时，第一定位套环能克服弹簧力的作用与第二定位套环分离；并且其中，当第四端面与第五端面贴合后，充电插头能够围绕所述中心轴线相对于所述充电插座转动，直至所述金属销与所述定位孔对齐并进而在弹簧力的作用下进入所述定位孔。

通过以上设计，能够使得充电插头和充电插座能够通过相对转动而快速且容易地实现相互对准，从而在对准之后进行充电电流的输送。

优选的是，在所述第一定位套环上设置有一个或三个金属销，在所述第二定位套环上相对应地设置有一个或三个套接孔，并且在所述充电插座上相对应地设置有一个或三个定位孔。或者，在所述第一定位套环上设置有两个金属销，在所述第二定位套环上相对应地设置有两个套接孔，并且在所述充电插座上相对应地设置有两个定位孔。

在设置两个金属销的情况下，两个金属销可以具有不同的直径，并且两个套接孔相应地具有不同的直径，两个定位孔相应地具有不同的直径。或者，也可以如此设置两个金属销，即两个金属销与轴线的距离不同，并且相应地，所述两个套接孔距轴线的距离不同，所述两个定位孔距轴线的距离也不同。

此外，本发明还提供了一种充电插接装置，包括相配合的充电插头和充电插座，其中，所述充电插头具有圆环状的定位套环，该定位套环具有与中心轴线大致垂直的端面，该第一定位套环设置有至少一个金属销，所述金属销能够在弹簧力的作用下凸出于所述端面，并且能够在外力作用下克服所述弹簧力缩回从而与所述端面齐平，所述充电插座具有面向定位套环的相对端面，该相对端面能够贴合定位套环的所述端面，并且在充电插座的所述相对端面上设置有用于接纳所述金属销的定位孔，当充电插头向充电插座运动并且金属销的末端接触所述相对端面的除定位孔以外的区域时，所述金属销克服弹簧力缩回；并且当定位套环的所述端面与充电插座的所述相对端面贴合后，充电插头能够围绕所述中心轴线相对于充电插座转动，直至所述金属销与所述定位孔对齐并进而在弹簧力的作用下进入所述定位孔。

此外，本发明还提供了一种用于电动车的充电系统，包括充电桩和根据前述权利要求中任一项所述的插接充电装置，其中，插接充电装置的充电插头能够与充电桩和电动车中的一者相连，并且插接充电装置的充电插座能够与充电桩和电动车中的另一者相连，在所述充电插头内设置有第一电路，在所述充电插座内设置有第二电路，当金属销进入定位孔后，所述第一电路和所述第二电路接通，使得电动车的车载控制器发送控制信号以允许向所述电动车充电。

附图说明

下面参考附图根据一个优选的实施例详细说明本发明。然而以下原则是适用的：本发明的实施例不是限制性的，而是仅显示出一个有利的实施方式。所示出的特征可以单独地或与说明书的其它特征以及权利要求组合地实施。其中：

图1示出根据本发明的一个具体实施方式的插接充电装置；以及

图2a至2d示出图1所示的插接充电装置的充电插头和充电插座的插接过程。

具体实施方式

下面参照附图描述根据本发明实施例的用于电动车的插接充电装置。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下述的方法、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

图1示出根据本发明的一个具体实施方式的插接充电装置。该插接充电装置总体上以10来表示，其包括充电插头10a和充电插座10b，其中充电插头10a包括可以组装在一起的第一定位套环1和第二定位套环2。

第一定位套环1和第二定位套环2均为圆环状，具有共用的中心轴线x，在这两个套环的内部设置有用于传输充电电流的电缆。

第一定位套环1具有与中心轴线x大致垂直的第一端面11和第二端面12，其中第二端面12朝向第二定位套环2。在该第二端面12上设置有至少第一金属销13和第二金属销14，这两个金属销从第二端面12沿中心轴线x的方向延伸。

第二定位套环2可以与第一定位套环1具有相同的内径和外径，并且与之同轴地设置。该第二定位套环2具有朝向第一定位套环的第三端面21以及与第三端面21相对的第四端面22。在该第二定位套环2上设置有贯通的至少第一套接孔23和第二套接孔24，分别用于第一金属销13和第二金属销14从中穿过。

第一定位套环1相对于第二定位套环2被设置成浮动式的。具体来说，在第一定位套环1的第一端面11的一侧设置有弹簧(未示出)，该弹簧抵压第一端面11并将第一定位套环1偏压向第二定位套环2，并且当第一定位套环1受到的反向力足以克服弹簧压力f时，第一定位套环1沿着背离第二定位套环2的方向移动。

在本实施方式中，第一金属销13和第二金属销14的沿中心轴线的纵向长度均大于第二定位套环2沿中心轴线方向的厚度，也即大于第一套接孔23和第二套接孔24的纵向长度。因此当第一定位套环1的第二端面12与第二定位套环2的第三端面21贴合时，金属销13、14穿过所述套接孔23、24并凸出于第四端面22。

充电插座10b的直径优选与第一定位套环1的外径相同，其具有朝向第四端面22的第五端面31。在该第五端面31上至少设置有用于接纳第一金属销13的第一定位孔33，以及用于接纳第二金属销14的第二定位孔34。在该第五端面31的中心区域，设置有用于与充电电缆相连接的多个插接孔35。

下面参照图2a至2d介绍充电插头10a和充电插座10b的插入接合过程。

如图2a所示，当充电插头10a处于未插接状态时，第一定位套环1在弹簧压力f的作用下其第二端面12贴靠在第二定位套环2的第三端面21上，并且第一金属销13和第二金属销14分别穿过第一套接孔23和第二套接孔24而从第四端面22伸出。

当充电插头10a接近充电插座10b时，第一金属销13和第二金属销14的末端会首先接触第五端面31，并通常会接触第五端面31的除第一定位孔33和第二定位孔34以外的区域，如图2b所示。此时，如果进一步推动充电插头10a，则第五端面31施加给第一金属销13和第二金属销14的力会增大到足以克服弹簧的偏压力，使得第一定位套环1与第二定位套环2分离，这例如可以通过充电机器人带动充电插头10a而实现。随着第二定位套环2(例如在充电机器人的驱动下)继续接近充电插座10b，第一定位套环1和第二定位套环2的距离逐渐增大；当第四端面22和第五端面31贴合时，第一定位套环1和第二定位套环2的距离增至最大，此时，第一金属销13和第二金属销14的末端仍抵靠在第五端面31上，如图2c所示。

通过适当的轮廓设计，可以使得充电插头10a和充电插座10b同轴地相对移动，这样二者的圆柱形的外缘可以重合，并且能够相对于彼此围绕共同的中心轴线x转动。

如图2d所示，当第四端面22和第五端面31贴合时，充电插头10a围绕中心轴线x相对于充电插座10b转动。此时，由于第一定位套环1上的第一金属销13和第二金属销14仍通过第一套接孔23和第二套接孔24与第二定位套环2连接在一起，因此第一定位套环1与第二定位套环2一起转动，直到第一金属销13和第二金属销14分别与充电插座10b上的第一定位孔33和第二定位孔34对齐，使得第五端面31不再对第一金属销13和第二金属销14施加压力；此时由于弹簧力的作用，第一金属销13和第二金属销14分别进入第一定位孔33和第二定位孔34，同时第一定位套环1贴合第二定位套环2，完成充电插头10a向充电插座10b的插接。

可以在充电插头10a和充电插座10b内设置总线电路，当二者完成插接后会生成总线电流，该总线电流被反馈至车载控制器，进而由车载控制器发送控制信号以开始充电过程。

在以上介绍的实施例中，采用了在第一定位套环1上设置了两个金属销，在第二定位套环2上相对应地设置有两个套接孔，并且在所述充电插座上相对应地设置有两个定位孔。第一金属销13和第二金属销14的直径可以相同，也可以不同，并且它们到中心轴线的距离可以相同，也可以不同。优选的是，为了避免在转动充电插头10a的过程中金属销之一在进入相应的定位孔之前被不相对应的定位孔卡住，可以将两个金属销设计成具有不同的直径，相应地，两个套接孔也具有不同的直径，并且两个定位孔具有相应不同的直径。这样，直径大的金属销只可能进入直径较大的定位孔，而不会在跟随充电插头10a转动时被直径较小的定位孔卡住。

此外，也可以将两个金属销设计成与中心轴线的距离不同，并且相应地，两个套接孔距轴线的距离以及两个定位孔距轴线的距离也均不同。这样，也能够有效避免金属销之一在跟随充电插头10a转动时被卡住。

并且，金属销的数量也可以进行适当的调整。例如，可以在第一定位套环1上设置一个金属销，在第二定位套环上设置一个套接孔，并且在充电插座上设置有一个定位孔。或者，在第一定位套环上设置有三个金属销，在第二定位套环上相对应地设置有三个套接孔，并且在充电插座上相对应地设置有三个定位孔。

在上述的实施方式中，采用了能够相互分离和接近的两个定位套环，并且在定位套环之一上设置金属销，从而使得金属销能够相对于另外一个定位伸出和缩回。在另一实施方式中，可以考虑设置仅一个定位套环，在该定位套环上设有能够伸出和缩回的金属销。例如，可以在该定位套环上设置孔，在孔内设置弹簧以及与弹簧的一端连接的金属销。在未进行插接时，金属销可突出于定位套环的表面。在受到外力作用的情况下，金属销能够克服弹簧力缩回到定位套环内。同样，金属销的数量可以是一个、两个、三个或更多个。

具体来说，在该充电插接装置中，充电插头可以具有一个圆环状的定位套环，该定位套环具有与中心轴线大致垂直的端面，该第一定位套环设置有至少一个金属销，所述金属销能够在弹簧力的作用下凸出于所述端面，并且能够在外力作用下克服所述弹簧力缩回从而与所述端面齐平，所述充电插座具有面向定位套环的相对端面，该相对端面能够贴合定位套环的所述端面，并且在充电插座的所述相对端面上设置有用于接纳所述金属销的定位孔，当充电插头向充电插座运动并且金属销的末端接触所述相对端面的除定位孔以外的区域时，所述金属销克服弹簧力缩回；并且当定位套环的所述端面与充电插座的所述相对端面贴合后，充电插头能够围绕所述中心轴线相对于充电插座转动，直至所述金属销与所述定位孔对齐并进而在弹簧力的作用下进入所述定位孔，此时二者停止相对转动。

在此情况下，可以在定位套环上设置一个、两个、三个或更多个金属销，并且在所述充电插座上相对应地设置有一个、两个、三个或更多个定位孔。

在上述实施方式中，插接充电装置属于用于电动车的充电系统的一部分，该充电系统包括充电桩以及可移动的充电机器人。插接充电装置的充电插头被充电机器人的机械臂握持，该机械臂能够直线运动也能够带动充电插头转动。通常，充电插头与充电桩相连，而充电插座通常设置在电动车上。这样，当充电车停好后，充电机器人携带充电插头接近充电车，并且将充电插头插入充电车的充电插座。在充电插头内设置有第一电路，在充电插座内设置有第二电路，当充电插头的金属销进入充电插座的定位孔后，第一电路和第二电路接通，接通后的电流触发车载控制器，使之发送控制信号，允许向电动车充电。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

附图标记列表：

10插接充电装置

10a充电插头

1第一定位套环

11第一端面

12第二端面

13第一金属销

14第二金属销

2第二定位套环

21第三端面

22第四端面

23第一套接孔

24第二套接孔

10b充电插座

31第五端面

33第一定位孔

34第二定位孔

35插接孔

x中心轴线

f弹簧压力