本发明公开了一种弹射式电动汽车充电方法。现有的充电方案灵活、便捷，但成本较高，且机械臂的设计结构复杂。本发明采用的弹射式充电装置包括车载组件和电桩组件。所述的车载组件包括充电插头、回拉机构、弹射器和锁止机构。所述的电桩组件包括电桩机架、充电插座、转盘机构和机械臂。汽车内靠近车头或车尾的位置设置有弹射通道。回拉机构包括回拉电机、回拉底座和辊轴。弹射器包括弹射底座、载物滑块、挡板、弹簧和滑轨；转盘机构包括环形挡板、外转盘、里转盘和导向挡块。机械臂包括限位块、气缸和舵机。本发明通过弹射、离心运动的方式，让充电插头寻找充电插座，无需定位和复杂的机械臂结构设计，大大降低了成本。
1.一种弹射式电动汽车充电方法，其特征在于：采用的弹射式充电装置包括车载组件和电桩组件；所述的车载组件包括充电插头、回拉机构、弹射器和锁止机构；所述的电桩组件包括电桩机架、充电插座、转盘机构和机械臂；汽车内靠近汽车头或车尾的位置设置有弹射通道；所述的电桩机架固定在停车位的外侧；
所述的回拉机构包括回拉电机、回拉底座和辊轴；所述的回拉底座固定在汽车内部；所述的辊轴支承在回拉底座上，并由回拉电机驱动；辊轴上绕有充电线缆；充电线缆的内端与汽车内部的充电系统连接，外端与充电插头的一个侧面连接；所述的充电插头呈扁平状，且横截面呈正三角形状；所述充电插头的外壳采用磁性材料；充电插头的三条边缘处均设置有车端充电接口；
所述的弹射器包括弹射底座、载物滑块、挡板、弹簧和滑轨；所述的弹射底座固定在汽车的弹射通道内；挡板固定在弹射底座的内端；弹射底座上固定有滑轨；载物滑块与滑轨构成滑动副；所述弹簧的一端与载物滑块固定，另一端与挡板固定；载物滑块通过锁止机构锁止；
所述的转盘机构包括环形挡板、外转盘、里转盘和导向挡块；同轴设置的外转盘与里转盘均支承在电桩机架上；外转盘呈圆环形，且套置在里转盘的外侧；里转盘与外转盘的工作侧面均朝向停车位的一侧；所述的里转盘及外转盘均为电磁吸盘；所述里转盘的非工作侧面上设置有振动传感器；里转盘由第一转盘电机驱动；外转盘由第二转盘电机驱动；所述的环形挡板固定在电桩机架上，且与外转盘同轴设置；环形挡板高出外转盘的工作侧面；环形挡板上设置有导出缺口；环形挡板上导出缺口的一侧与导向挡块的内端固定；导向挡块的外端倾斜朝向导出缺口的另一侧；
所述的机械臂包括限位块、气缸和舵机；所述的限位块为电磁铁；所述的舵机固定在电桩机架上；舵机的输出轴与气缸固定；气缸的活塞杆与限位块的内侧边缘固定；限位块的外侧边缘呈内凹且夹角为60°的V形；限位块外侧边缘的V形部分内嵌有压力传感器；所述的充电插座固定在电桩机架上；充电插座的工作侧面上设置有桩端充电接口；充电插座上的工作侧面正对舵机设置；
步骤一、电动汽车进入停车位；外转盘及里转盘均通电产生电磁场；
步骤二、锁止机构解除对弹射器的锁止；载物滑块将充电插头弹射出车外；充电插头被吸附在里转盘上；振动传感器检测到振动信号；第一转盘电机驱动里转盘转动；第二转盘电机驱动外转盘转动；被吸附在里转盘上的充电插头在离心作用下被甩出至外转盘；外转盘将充电插头运送到导向挡块处；导向挡块引导充电插头从导出缺口离开外转盘；
步骤三、限位块通电产生电磁场，充电插头被吸附在限位块的外侧边缘上；
步骤四、压力传感器检测到受压信号后，气缸收缩，限位块与转盘机构分离；
步骤五、舵机正转，使得充电插头上朝外的车端充电接口正对充电插座的桩端充电接口；
步骤六、气缸推出，充电插头上朝外的车端充电接口与充电插座的桩端充电接口对接；
步骤七、汽车充电完成后，气缸收缩，使得充电插头与充电插座分离，舵机反转复位，限位块断电失磁；
步骤八、用户按下车内的回收开关按钮后，回拉电机转动，充电线缆绕上辊轴；充电插头回到汽车的弹射通道内，并压缩弹射器内的弹簧至初始位置；
2.根据权利要求1所述的一种弹射式电动汽车充电方法，其特征在于：所述的电桩组件还包括信号接收器和单片机；振动传感器、压力传感器、信号接收器、外转盘、里转盘、限位块及舵机、气缸的电磁开关均与单片机相连。
3.根据权利要求1所述的一种弹射式电动汽车充电方法，其特征在于：所述弹射通道的外端与外界直接连通，或通过防尘门隔离。
4.根据权利要求1所述的一种弹射式电动汽车充电方法，其特征在于：所述的车端充电接口由三个车端充电触点组成；充电插头的三个边缘上车端充电触点的排列顺序沿车端充电接口的周向保持一致；桩端充电接口由沿直线依次排列三个桩端充电触点组成；在充电状态下，充电插头被吸附在限位块的外侧边缘上，其中一个车端充电接口内的三个桩端充电触点与桩端充电接口内的三个桩端充电触点分别接触。
5.根据权利要求1所述的一种弹射式电动汽车充电方法，其特征在于：所述外转盘的内边缘与里转盘的外边缘接触或间隙小于2mm；所述的导向挡块与外转盘的工作侧面接触；在初始状态下，限位块外侧边缘的V形开口处抵住环形挡板上的导出缺口。
6.根据权利要求1所述的一种弹射式电动汽车充电方法，其特征在于：所述的锁止机构包括锁止杆和锁止电机；所述的锁止电机固定在汽车的内部；所述的锁止杆与锁止电机的输出轴固定；在锁止状态下，锁止杆的外端抵住载物滑块。
7.根据权利要求1所述的一种弹射式电动汽车充电方法，其特征在于：所述的回拉电机固定在回拉底座上；所述辊轴的一端与回拉电机的输出轴通过联轴器相连。
8.根据权利要求1所述的一种弹射式电动汽车充电方法，其特征在于：所述的挡板上开设有通线孔；所述的载物滑块上开设有阶梯通孔；所述阶梯通孔内孔径较大的孔段位于孔径较小孔段远离挡板的一侧；阶梯通孔内孔径较大的孔段孔径大于充电插头横截面的外接圆直径；阶梯通孔内孔径较小的孔段孔径在充电线缆线径到充电插头横截面的外接圆直径之间；充电线缆穿过挡板上的通线孔及载物滑块上的阶梯通孔。
一种弹射式电动汽车充电方法
技术领域
[0001] 本发明属于汽车充电连接技术领域，具体涉及一种弹射式电动汽车充电方法。
背景技术
[0002] 传统汽车消耗化石能源且污染环境，电动汽车以使用清洁能源、无污染的优势开始兴起。当前的电动汽车充电技术更多关注于充电方式的创新，但相比于无线充电的电磁感应技术，有线充电技术在处理高功率输出时更加有效。目前已有的充电方案是充电插座自动寻找电动汽车的充电枪，即对充电插头位置进行定位，使用一种多自由度机械臂驱动充电插座与充电插头对接，并插入进行充电，这种操作方式灵活、便捷，但成本较高，且机械臂的设计结构复杂。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种弹射式电动汽车充电方法。
[0004] 本发明采用的弹射式充电装置包括车载组件和电桩组件。所述的车载组件包括充电插头、回拉机构、弹射器和锁止机构。所述的电桩组件包括电桩机架、充电插座、转盘机构和机械臂。汽车内靠近车头或车尾的位置设置有弹射通道。所述的电桩机架固定在停车位的外侧。
[0005] 所述的回拉机构包括回拉电机、回拉底座和辊轴。所述的回拉底座固定在汽车内部。所述的辊轴支承在回拉底座上，并由回拉电机驱动。辊轴上绕有充电线缆。充电线缆的内端与汽车内部的充电系统连接，外端与充电插头的一个侧面连接。所述的充电插头呈扁平状，且横截面呈正三角形状。所述充电插头的外壳采用磁性材料。充电插头的三条边缘处均设置有车端充电接口。
[0006] 所述的弹射器包括弹射底座、载物滑块、挡板、弹簧和滑轨。所述的弹射底座固定在汽车的弹射通道内。挡板固定在弹射底座的内端。弹射底座上固定有滑轨。载物滑块与滑轨构成滑动副。所述弹簧的一端与载物滑块固定，另一端与挡板固定。载物滑块通过锁止机构锁止。
[0007] 所述的转盘机构包括环形挡板、外转盘、里转盘和导向挡块。同轴设置的外转盘与里转盘均支承在电桩机架上。外转盘呈圆环形，且套置在里转盘的外侧。里转盘与外转盘的工作侧面均朝向停车位的一侧。所述里转盘的非工作侧面上设置有振动传感器。所述的里转盘及外转盘均为电磁吸盘。里转盘由第一转盘电机驱动；外转盘由第二转盘电机驱动。所述的环形挡板固定在电桩机架上，且与外转盘同轴设置。环形挡板高出外转盘的工作侧面。环形挡板上设置有导出缺口。环形挡板上导出缺口的一侧与导向挡块的内端固定。导向挡块的外端倾斜朝向导出缺口的另一侧。
[0008] 所述的机械臂包括限位块、气缸和舵机。所述的限位块为电磁铁。所述的舵机固定在电桩机架上。舵机的输出轴与气缸固定。气缸的活塞杆与限位块的内侧边缘固定。限位块的外侧边缘呈内凹且夹角为60°的V形。所述限位块外侧边缘的V形部分内嵌有压力传感器。所述的充电插座固定在电桩机架上。充电插座的工作侧面上设置有桩端充电接口。充电插座上的工作侧面正对舵机设置。
[0009] 该弹射式电动汽车充电方法，具体步骤如下：
[0010] 步骤一、电动汽车进入停车位；外转盘及里转盘均通电产生电磁场。
[0011] 步骤二、锁止机构解除对弹射器的锁止，载物滑块将充电插头弹射出车外。充电插头被吸附在里转盘上；振动传感器检测到振动信号；第一转盘电机驱动里转盘转动；第二转盘电机驱动外转盘转动。被吸附在里转盘上的充电插头在离心作用下被甩出至外转盘。外转盘将充电插头运送到导向挡块处；导向挡块引导充电插头从导出缺口离开外转盘。
[0012] 步骤三、限位块通电产生电磁场，充电插头被吸附在限位块的外侧边缘上。
[0013] 步骤四、压力传感器检测到受压信号后，气缸收缩，限位块与转盘机构分离。
[0014] 步骤五、舵机正转，使得充电插头上朝外的车端充电接口正对充电插座的桩端充电接口。
[0015] 步骤六、气缸推出，充电插头上朝外的车端充电接口与充电插座的桩端充电接口对接；汽车开始充电。
[0016] 步骤七、汽车充电完成后，气缸收缩，使得充电插头与充电插座分离，舵机反转复位，限位块断电失磁。
[0017] 步骤八、用户按下车内的回收开关按钮后，回拉电机转动，充电线缆绕上辊轴；充电插头回到汽车的弹射通道内，并压缩弹射器内的弹簧至初始位置。
[0018] 步骤九、锁止机构锁止弹射器内的载物滑块。
[0019] 进一步地，所述的电桩组件还包括信号接收器和单片机。外转盘、里转盘、限位块的磁性有无及舵机、气缸的运动均由单片机控制。振动传感器、压力传感器及信号接收器均与单片机相连。
[0020] 进一步地，所述弹射通道的外端与外界直接连通，或通过防尘门隔离。
[0021] 进一步地，所述的车端充电接口由三个车端充电触点组成。充电插头的三个边缘上车端充电触点的排列顺序沿车端充电接口的周向保持一致。桩端充电接口由沿直线依次排列三个桩端充电触点组成。在充电状态下，充电插头被吸附在限位块的外侧边缘上，其中一个车端充电接口内的三个桩端充电触点与桩端充电接口内的三个桩端充电触点分别接触。
[0022] 进一步地，所述外转盘的内边缘与里转盘的外边缘接触或间隙小于2mm。所述的导向挡块与外转盘的工作侧面接触。在初始状态下，限位块外侧边缘的V形开口处抵住环形挡板上的导出缺口。
[0023] 进一步地，所述的锁止机构包括锁止杆和锁止电机。所述的锁止电机固定在汽车的内部。所述的锁止杆与锁止电机的输出轴固定。在锁止状态下，锁止杆的外端抵住载物滑块。
[0024] 进一步地，所述的回拉电机固定在回拉底座上。所述辊轴的一端与回拉电机的输出轴通过联轴器相连。
[0025] 进一步地，所述的挡板上开设有通线孔。所述的载物滑块上开设有阶梯通孔。所述阶梯通孔内孔径较大的孔段位于孔径较小孔段远离挡板的一侧。阶梯通孔内孔径较大的孔段孔径大于充电插头横截面的外接圆直径。阶梯通孔内孔径较小的孔段孔径在充电线缆线径到充电插头横截面的外接圆直径之间。充电线缆穿过挡板上的通线孔及载物滑块上的阶梯通孔。
[0026] 本发明具有的有益效果是：
[0027] 1、本发明在充电方案上进行创新，采用弹射式充电方法，让充电插头寻找充电插座，无需定位和复杂的机械臂结构设计，大大降低了成本。
[0028] 2、本发明通过电磁转盘和V形块进行限位，相对于机械臂拾取的方式，更加简单便捷。
[0029] 3、本发明通过里转盘旋转的离心力将充电插头甩到外转盘，V形块的电磁力将其吸附完成限位，这个过程简单方便、定位精度高。
[0030] 4.本发明采用简单结构的机械臂完成二自由度的移动，成本低，效率高。
附图说明
[0031] 图1为本发明采用的弹射式充电装置的结构示意图；
[0032] 图2为本发明采用的弹射式充电装置中回拉机构的立体图；
[0033] 图3为本发明采用的弹射式充电装置中弹射器的立体图；
[0034] 图4为本发明采用的弹射式充电装置中转盘机构和机械臂的组合示意图；
[0035] 图5为本发明采用的弹射式充电装置中充电插头吸附在机械臂上的示意图；
[0036] 图6为本发明采用的弹射式充电装置中充电插头和插座对接示意图；
[0037] 图7为本发明的流程图。
具体实施方式
[0038] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0039] 如图1、4、5所示，弹射式电动汽车充电方法，采用的弹射式充电装置，包括车载组件和电桩组件。设置在汽车内部的车载组件包括充电插头1、回拉机构2、弹射器3和锁止机构16。设置在停车位外侧的电桩组件包括电桩机架、信号接收器、单片机、充电插座25、转盘机构4和机械臂5；汽车内靠近汽车头或车尾的位置设置有弹射通道。弹射通道的外端与外界直接连通，或通过防尘门隔离。电桩机架固定在停车位内端的外侧。
[0040] 如图2所示，回拉机构2包括回拉电机6、回拉底座7、轴承座8、轴承9、辊轴10和联轴器11。回拉底座7固定在汽车内部。回拉电机6及两个轴承座8均固定在回拉底座7上；辊轴10的两端分别通过轴承9支承在两个轴承座8上。辊轴10的一端与回拉电机6的输出轴通过联轴器11相连。辊轴10上绕有充电线缆。充电线缆的内端与汽车内部的充电系统连接，外端与充电插头1的一个侧面连接。若辊轴10正转，则充电线缆进一步绕上辊轴10，实现充电插头1的回收；若辊轴10反转则充电线缆逐步绕出辊轴10，实现充电插头1的释放。充电插头1呈扁平状，且横截面呈正三角形状。充电插头1的外壳采用磁性材料(铁合金)。充电插头1的三条边缘处均设置有车端充电接口。车端充电接口由三个车端充电触点组成。充电插头1的三个边缘上车端充电触点的排列顺序沿车端充电接口的周向保持一致。
[0041] 如图3所示，弹射器3包括弹射底座12、载物滑块13、挡板14、弹簧15和滑轨17；水平设置的弹射底座12固定在汽车上的弹射通道内。竖直设置的挡板14固定在弹射底座12的内端。弹射底座12上固定有轴线方向与弹射通道的轴线平行的两条滑轨17。滑轨17的长度为200mm。载物滑块13与两条滑轨17构成滑动副。两根弹簧15的一端均与载物滑块13固定，另一端均与挡板14固定。挡板14上开设有通线孔。载物滑块13上开设有阶梯通孔。阶梯通孔内孔径较大的孔段位于孔径较小孔段远离挡板的一侧。阶梯通孔内孔径较大的孔段孔径大于充电插头1横截面的外接圆直径。阶梯通孔内孔径较小的孔段孔径在充电线缆线径到充电插头1横截面的外接圆直径之间。充电线缆穿过挡板14上的通线孔及载物滑块13上的阶梯通孔。阶梯通孔内孔径较大的孔段用于放置充电插头1。
[0042] 锁止机构16包括锁止杆和锁止电机。锁止电机固定在汽车的内部。锁止杆与锁止电机的输出轴固定。在锁止状态下，锁止杆的外端抵住载物滑块13远离弹簧15的侧面，从而实现载物滑块13的锁止。
[0043] 如图4所示，转盘机构4包括环形挡板21、外转盘22、里转盘23和导向挡块24。同轴设置的外转盘22与里转盘23均支承在电桩机架上。外转盘22及里转盘23的轴线均水平且沿停车位的长度方向设置。外转盘22呈圆环形，且套置在里转盘23的外侧。外转盘22的内边缘与里转盘23的外边缘接触或间隙小于2mm。里转盘23与外转盘22的工作侧面共面，且均朝向停车位的一侧。里转盘23及外转盘22均为电磁吸盘。里转盘23由第一转盘电机驱动；外转盘22由第二转盘电机驱动。里转盘23的非工作侧面上设置有振动传感器。环形挡板21固定在电桩机架上，且与外转盘22同轴设置。环形挡板21的内边缘外转盘22的外边缘接触或间隙小于2mm。环形挡板21高出外转盘22的工作侧面。环形挡板21上设置有导出缺口。环形挡板
21上导出缺口的一侧固定有导向挡块24。导向挡块24的外端倾斜朝向导出缺口的另一侧，并与外转盘22的工作侧面接触。由于环形挡板21会阻挡充电插头被外转盘22直接甩出，故充电插头只能随外转盘22转动至环形挡板21的导出缺口处后，被导向挡块24阻挡并离开外转盘22。
[0044] 如图4、5和6所示，机械臂5包括限位块20、气缸19和舵机18。舵机18的型号为mg991。限位块20为电磁铁。舵机18固定在电桩机架上。舵机18的输出轴与气缸19固定。舵机18的输出轴轴线与气缸19的活塞杆轴线垂直。气缸19的活塞杆与限位块20的内侧边缘固定。限位块20的外侧边缘呈内凹且夹角为60°的V形。限位块20外侧边缘的V形部分内嵌有压力传感器。充电插座25固定在电桩机架上。充电插座25的工作侧面上设置有桩端充电接口。
桩端充电接口由沿直线依次排列三个桩端充电触点组成。充电插座25上的工作侧面平行于舵机18的输出轴轴线，且正对舵机18设置。
[0045] 外转盘22、里转盘23、限位块20的磁性有无及舵机18、气缸19的运动均由单片机控制。振动传感器、压力传感器及信号接收器与单片机相连。信号接收器用于接收充电指令。
[0046] 在初始状态下，限位块20外侧边缘的V形开口处抵住环形挡板21上的导出缺口。在充电状态下，充电插头1被吸附在限位块20的外侧边缘上，其中一个车端充电接口内的三个桩端充电触点与桩端充电接口内的三个桩端充电触点分别接触。
[0047] 如图7所示，该弹射式电动汽车充电方法，具体步骤如下：
[0048] 步骤一、电动汽车进入停车位；车主通过手机app操作发送充电指令，电桩组件内的信号接收器接收到指令后，单片机控制外转盘22及里转盘23通电产生电磁场，且手机app提示车主开始充电。
[0049] 步骤二、若车主按下车内的弹出按钮，锁止机构16解除对弹射器2的锁止。载物滑块13将充电插头1弹射出车外。充电插头1被弹出的过程中，回拉电机掉电，故不会影响充电线缆的绕出。充电插头1撞击里转盘23，并被吸附在里转盘23上。设置在里转盘23上的振动传感器向单片机传达振动信号。第一转盘电机驱动里转盘23转动。第二转盘电机驱动外转盘22转动。里转盘转速为120转每分钟，外转盘转速为两转每分钟。
[0050] 被吸附在里转盘23上的充电插头1在离心作用下被甩出至外转盘22。外转盘22将充电插头1运送到导向挡块24处；导向挡块引导充电插头从导出缺口离开外转盘。
[0051] 若车主五分钟内未按下车内的弹出按钮，则视为不需要充电，直接进入步骤十。
[0052] 步骤三、单片机控制限位块20通电产生电磁场，充电插头1被吸附在限位块20的外侧边缘上，且充电插头1的其中一个车端充电接口朝向外侧。此时，单片机控制外转盘22及里转盘23断电失磁。
[0053] 步骤四、嵌在限位块上的压力传感器受压后向单片机发送受压信号。单片机控制气缸19收缩，限位块20与转盘机构4分离。
[0054] 步骤五、舵机18正转，使得充电插头1上朝外的车端充电接口正对充电插座的桩端充电接口。
[0055] 步骤六、气缸19推出，充电插头1上朝外的车端充电接口与充电插座的桩端充电接口对接。汽车开始充电。
[0056] 步骤七、汽车充电完成后，气缸19收缩，使得充电插头1与充电插座分离，舵机18反转复位。手机app提示车主缴费并回收充电插头。
[0057] 步骤八、用户按下车内的回收按钮后，单片机控制限位块断电失磁回拉电机6转动，充电线缆绕上辊轴10。充电插头1回到汽车的弹射通道内，并压缩弹射器3内的弹簧15至初始位置。
[0058] 步骤九、锁止机构16锁止弹射器2内的载物滑块13。
[0059] 步骤十、充电结束。
