CN117276997A - 电耦合装置 - Google Patents

Abstract

电耦合装置，特别是一种具有第一连接器部和第二连接器部的耦合装置。第一连接器部包括被保持在第一壳体中的第一汇流板，而第二连接器部包括被保持在第二壳体中的第二汇流板。第一汇流板和第二汇流板可以是环形的，并且分别连接至电导体。万向节帮助将第二连接器部连接至支架，该支架可由升降机移动。万向节可操作以允许第二连接器部相对于支架围绕多个轴枢转。第一连接器部和第二连接器部被配置成耦合在一起，以将第一汇流板电连接至第二汇流板。

Description

电耦合装置

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2022年6月21日提交的美国临时专利申请第63/354,139号的优先权，该申请在此通过引用纳入。

技术领域

本公开涉及一种用于将具有多个电流路径的电子和/或电气部件相连接的电耦合装置。

背景技术

在一个电子系统中，通常需要在系统的各个组成部件之间建立电连接。在某些情况下，要连接在一起的部件具有多个电流路径。所述多个电流路径可能是低电压数据信号和/或电力流。用于多路径部件的连接器(即，多路径连接器)通常是插头和插座的连接，这些连接器难于制造，因此制造起来也很昂贵。此外，传统的多路径连接器往往容易受到磨损，并且不能适应正被连接在一起的部件的错位。更具体地说，传统的多路径连接器通常不适应角度错位，即，传统多路径连接器的各个部件必须相对于彼此处于特定角度位置才能连接在一起。然而，在某些应用场合中，期望不管各个部件相对于彼此的角度方向如何都能将这些部件连接在一起。

基于以上所述，期望提供一种改进的用于将多路径部件电连接在一起的电耦合装置。

发明内容

公开了一种耦合(联接、耦接)装置，其具有第一连接器部和第二连接器部以及具有主板的支架。所述第一连接器部包括多个同心布置(排列、排布)的弧形的第一汇流板(母线、汇流排)和保持所述第一汇流板的第一壳体。所述第二连接器部包括多个同心布置的弧形的第二汇流板和容纳所述第二汇流板的第二壳体。万向节被固定至所述第二连接器部，并帮助将所述第二连接器部连接至所述支架。所述万向节可操作以允许所述第二连接器部围绕多个轴相对于所述支架枢转(旋转、转动)。所述第一连接器部和所述第二连接器部被配置为耦合在一起，以将所述第一汇流板电连接(电气连接)至所述第二汇流板。

附图说明

本发明的特征、方面和优点将通过以下描述、所附权利要求和附图得到更好的理解，其中：

图1是具有第一连接器部和第二连接器部的耦合(联接、耦接)装置的部分分解侧视立体图；

图2是图1的耦合装置的第一连接器部的部分分解仰视立体图；

图3是图2的第一连接器部的多个部分的分解俯视立体图；

图4是图2的第一连接器部的壳体的下壳的毂的特写立体图；

图5是图1的第二连接器部的多个部分的分解俯视立体图；

图6是图1的第二连接器部的多个部分的立体图；

图7是第二连接器部和第一连接器部的一部分连接在一起时的立体剖视图；

图8显示了与滑板和垫板间隔开的浮笼的俯视立体图，它们都是图1的耦合装置的部件；

图9显示了图8的浮笼的仰视立体图；

图10显示了连接到支架的具有浮笼、滑板和垫板的组件的侧视立体图；

图11是图10的组件的仰视立体图；以及

图12-17显示了正在使用升降机连接在一起的第一连接器部和第二连接器部的各个阶段的侧视剖视图。

具体实施方式

应该注意的是，在接下来的详细描述中，相同的部件具有相同的附图标记，无论它们是否在本公开的不同实施例中显示。还应注意的是，为了清晰和简洁起见，附图不一定是按比例绘制的，本公开的某些特征可能是以某种示意性的形式显示的。

现在参考图1，图中显示了根据本公开构造的耦合(联接、耦接)装置10。耦合装置10大体包括上部或第一连接器部12，该上部或第一连接器部12被配置用于连接至下部或第二连接器部14，该下部或第二连接器部14通过浮笼20可移动地连接至支架18。第一连接器部12被连接至导体22，而第二连接器部14则被连接至导体24。因此，当第一连接器部12和第二连接器部14被连接在一起时，各个导体22分别被电连接(电气连接)至各个导体24。导体22、24可以携带电力和/或数据信号，如下文所述。

为了便于描述，可以就X、Y、Z空间坐标来描述耦合装置10的各个部件，这些空间坐标如下：X轴在导体22、24的方向上延伸；Y轴延伸穿过第一连接器部12和第二连接器部14；并且Z轴在支架18的凸缘165之间延伸。

现在还请参考图2-4，第一连接器部12包括塑料壳体30，该壳体30可以具有连接至下壳34的上壳32。下壳34具有主板36，同心环形结构38、40被结合至该主板36并从该主板36向外延伸。在所示的实施方案中，具有三个结构38和两个结构40；然而，可以使用不同数量的这些结构。结构38都具有双壁，以在该双壁之间限定内部空间，而两个结构40都具有单壁。在所示的实施例中，两个结构40包围着结构38(将结构38括在中间)。结构38、40具有不同的直径，并通过环形空间44间隔开。在每个空间44内，一系列的沟槽42和伴随的开口沿圆周布置(排列、排布)，并延伸穿过主板36。扩大的中心开口46延伸穿过主板36。圆柱形的毂50围绕中心开口46结合至主板36，并限定内部空洞51。在空洞51内，多个肋条52径向向内延伸并被空间间隔开。如图4所示，肋条52的底端部分是倾斜的或倒角的。

具有多个内部导电线路(迹线)的印刷电路板(PCB)58被设置在上壳32与下壳34之间。多个同心环形汇流板(母线、汇流排)60被分别设置在下壳34的环形空间44中，并通过下壳34的主板36中的开口与PCB 58机械连接并电连接。每个汇流板60由诸如铜或铜合金的导电金属形成，并且(例如通过PCB 58中的线路)电连接至导体22之一。此外，每个汇流板60具有一体地结合至该汇流板60的多个触点62。每个触点62以悬臂方式结合至相应的汇流板60，并具有向下凸出的头部64，该头部64由触点62中的V形弯曲形成。此外，每个头部64都与主板36中的沟槽42对准，以允许头部64在与第二连接器部14中的相应汇流板100接触时弹性地缩回沟槽42中(如下文更全面地讨论)。多个桩柱66被固定在PCB 58中的开口中，并被连接至PCB 58中线路。

弹性套筒68被机械连接并电连接至PCB 58，并且穿过主板36的中心开口46向下延伸并延伸至毂50的空洞51中。套筒68由诸如铜或铜合金的导电金属形成，并包括颈圈70，该颈圈70具有几乎完全封闭的圆周，以便具有基本环形的形状。多条支腿72被一体地结合至颈圈70，并且从颈圈70向下和向内延伸。支腿72被间隔开，并且具有向外弯曲的下部，以使套筒68具有向外展开(外翻)的下端，该下端是敞开的。多个桩柱74也被结合至颈圈70，并从颈圈70向上延伸。桩柱74与支腿72对准，并被固定在PCB 58中的开口中，并且通过PCB 58中的线路电连接至导体22a之一。桩柱74所连接的导体22a可以是接地导体。在毂50内，套筒68的支腿72被设置在肋条52之间的空间中。

现在参考图1和图5-7，图中显示了第二连接器部14的主要部件的视图。大体上，第二连接器部14包括塑料壳体80，该塑料壳体80可以具有连接至下壳84的上壳82。上壳82包括相互连接的同心环形结构86、88和中心毂90。如图7所示，每个结构86都具有阶梯状的结构，其具有结合在一对竖直立板之间的水平踏板。每个结构88是通过底壁结合至一个或多个相邻结构86的一个或多个较低的立板的竖直壁。毂90从结构86、88径向向内间隔开。

多个同心环形汇流板100被分别设置在结构86的踏板上，并且被机械连接并电连接至导体24，该导体24延伸至下壳84的矩形部分中。每个汇流板100由诸如铜或铜合金的导电金属形成，并通过接头98电连接至导体24之一。如下文将更全面地讨论，当第一连接器部12和第二连接器部14连接在一起时，汇流板100与第一连接器部12的汇流板60的触点62形成电连接。

套壳104被安装在上壳82的毂90上。套壳104由诸如铜或铜合金的导电金属形成，并且包括空心圆柱形主体106，该主体106被结合在一对向外延伸的翼板108之间。套壳104的主体106紧紧地套在毂90上，而翼板108之一被电连接至导体24a之一。套壳104所连接的导体24a可以是接地导体。本体106具有倒角的上端。如下文将更全面地描述，当第一连接器部12和第二连接器部14连接在一起时，安装芯105(包括套壳104和毂90)被接收在第一连接器部12的套筒68中。

万向节110被固定至第二连接器部14，并可操作以允许第二连接器部14相对于支架18围绕X、Y和Z轴枢转(转动)。万向节110包括可移动地固定至球头件114的窝座件112。窝座件112具有基本圆柱形的外表面和内部的球形窝座。球头件114的球形球头被可移动地卡在该窝座中。窝座件112被固定在毂90内，而球头件114则通过螺纹螺钉122固定在滑板120上。窝座件112、毂90和套壳104形成安装芯105。

现在参考图8，滑板120是圆形的，并具有凸出的顶部导轨124，该顶部导轨124将中心开口125括在中间，当螺钉122被螺纹固定在万向节110的球头件114的螺纹孔内时，螺钉122延伸穿过该中心开口125。当螺钉122被拧入球头件114中时，顶部导轨124防止万向节110转动。滑板120被卡在浮笼20和支架18之间。垫板126可以被设置在滑板120和支架18之间。垫板126具有扩大的中心开口，以使其能够自由地水平滑动。垫板126有助于减少滑板120和支架18之间的摩擦。

现在还请参考图9-11，浮笼20的顶侧具有多个竖直弹簧梁128，底侧具有多个水平弹簧梁130、多个支座132和多个紧固件134。竖直弹簧梁128、水平弹簧梁130、支座132和紧固件134可以从浮笼20的主板135上冲压而成。水平弹簧梁130和支座132的冲压形成开口136。

每个水平弹簧梁130包括在弯曲处结合至主板135的水平主体。钩状的接合部分138在弯曲处结合至该主体，以便朝向主板135的中心开口140向内延伸。接合部分138并未附接到主板135上，并且可以弹性地向外移动。水平弹簧梁130围绕中心开口140成环形布置，以限定与中心开口140同轴的大体圆形的区域144。滑板120(和垫板126)被设置在该区域144中，以使得接合部分138的圆形弯曲部分抵接滑板120的外周。如下文将更全面地描述，当第一连接器部12和第二连接器部14彼此接合且第二连接器部14被移动时，滑板120可以抵抗水平弹簧梁130的偏压而水平移动(在X-Z平面内)。当第一连接器部12和第二连接器部14后来彼此分离时，水平弹簧梁130的偏压会移动滑板120从而使其重新居中，以便与中心开口140同轴。

每个竖直弹簧梁128以悬臂方式结合至主板135的周边上的突耳，并从该突耳向上倾斜。竖直弹簧梁的自由端被弯曲以形成接合部分144。竖直弹簧梁128以间隔开的方式围绕主板135的圆周布置，并可在竖直方向上弹性地偏转。当第二连接器部14处于水平位置时，接合部分144抵接第二连接器部14的下壳84的平坦底表面。如下文将更全面地描述，当第一连接器部12和第二连接器部14彼此接合并且第二连接器部14被移动时，第二连接器部14可以倾斜，以使得下壳84的底表面移出X-Z平面，从而不再与支架18平行。这样一来，下壳84将抵抗一些竖直弹簧梁128的偏压使这些竖直弹簧梁128向下偏转。当第一连接器部12和第二连接器部14后来彼此分离时，向下偏转的竖直弹簧梁128的偏压使第二连接器部14移动，以使得下壳84的底表面移回以与支架18平行。

支座132和紧固件134也从主板135向下延伸。支座132抵接支架18的基板156，并确保浮笼20的主板135在支架18的基板156上方间隔开足够的距离，以允许滑板120和垫板126在基板156上自由滑动。每个紧固件134大体是L形的，并且包括以大约直角结合至支脚158的竖直支腿，该支脚158具有延伸穿过其的孔。紧固件134的支腿延伸穿过基板156中的沟槽160，以将支脚158的上表面定位成抵靠基板156的底表面。基板156的底表面具有从其凸出的突块(点块)164，这些突块164分别被按压穿过支脚158中的孔，从而将支脚158固定在基板156上。以这种方式，紧固件134将浮笼20固定在支架18上。

除了具有沟槽160之外，支架18的基板156还包括中心开口162，该中心开口162可容纳将万向节110固定在滑板120上的螺钉122的头部。

从以上所述，应该理解到，将万向节110固定至滑板120以及将滑板120卡在浮笼20与支架18之间，将第二连接器部14可移动地附接至支架18。

基板156被结合在一对向下延伸的凸缘165之间。凸缘165可通过销轴170连接至升降机200(如图12-17所示)，该升降机200可操作，以竖直移动支架18和安装在其上的第二连接器部14。升降机200可以是剪叉式升降机，其具有通过枢轴关节连接在一起的多个臂，并且可以由电力或液压驱动。

现在参考图12-17，现在将描述耦合装置10的操作。在图12中，第一连接器部12在第二连接器部14的上方间隔开，第二连接器部14通过支架18固定在升降机200上。第一连接器部12和第二连接器部14在X方向上错位，并且可能在Z方向上也错位。此外，第一连接器部12相对于第二连接器部14倾斜。如图13所示，升降机200被启动，以使第二连接器部14向上移动至非常接近或刚好接触到第一连接器部12的位置。在这个位置上，安装芯105的倒角上表面在左侧与毂50的肋条52的倒角底端部分在X方向上刚好勉强重合。升降机200继续向上移动第二连接器部14，这使得安装芯105的倒角上表面滑动到肋条52的倾斜底端部分上(在左侧)，这对安装芯105施加一个力(指向右侧)，从而使滑板20和第二连接器部14的其余部分向右移动，如图14所示。升降机200的继续向上移动对安装芯105的左侧施加向下的力，从而使安装芯105和第二连接器部14的其余部分围绕万向节110的球头件114向左枢转，如图15所示。这种向下的枢转使耦合装置10左侧的一个或多个竖直弹簧梁128发生偏转，并使耦合装置10右侧的一个或多个竖直弹簧梁128与第二连接器部14的下壳84的底表面间隔开。

第二连接器部14继续枢转，直到第二连接器部14以与第一连接器部12相同的角度倾斜，并换句话说与第一连接器部12对准(对齐)，如图16所示。例如，第一连接器部12的汇流板60现在与第二连接器部14的汇流板100对准，第一连接器部12的结构38的内部空间现在与第二连接器部14的结构88对准，并且第一连接器部12的毂50与第二连接器部14的安装芯105同轴。升降机200继续向上移动，直到第一连接器部12和第二连接器部14完全连接，如图17所示，由此，汇流板60的触点62被压靠在汇流板100上，以与汇流板100形成电连接，结构88被分别设置在结构38内，并且安装芯105被设置在套筒68内并与套筒68电连接。

当第一连接器部12和第二连接器部14如上所述连接在一起时，套筒68被电连接至套壳104，从而将导体22a电连接至导体24a，这可以建立一个通过耦合装置10的接地路径。此外，第一连接器部12的汇流板60被电连接至第二连接器部14的汇流板100，从而分别将其他导体22连接至其他导体24。

耦合装置10特别适合于第一连接器部12和第二连接器部14在相对于彼此处于任何角度位置时需要连接在一起的应用场合。一个这样的应用场合是在电动车辆的电池充电系统中使用耦合装置10。在这样的系统中，第一连接器部12可以安装在电动车辆的底部，并与车辆的电池单元电连接，而第二连接器部14可以安装在充电站的对接结构上。在这方面，支架18和升降机200可以是对接结构的一部分，并且可以通过浮笼20和滑板120连接至第二连接器部14。车辆可以被操纵以将第一连接器部12定位在第二连接器部14上。然后移动对接结构，以将第二连接器部14连接至第一连接器部12。力传感器(连接至充电站的控制系统)可用于控制对接结构的移动，以确保第一连接器部12和第二连接器部14的正确连接。此外，力传感器可用于检测车辆是否在使用期间移动(例如，人在车辆充电时进入/离开汽车)，该力传感器给充电站发出信号，以动态调整对接结构的高度从而保持接触，或防止因过度压缩而造成损坏。

应当理解的是，对上述示例性实施例的描述仅是说明性的，而不是详尽的。普通技术人员能够在不偏离本公开的精神或及其范围的情况下对所公开的主题的实施例进行某些补充、删除和/或修改。

Claims (20)

1.耦合装置，其包括：

第一连接器部，所述第一连接器部包括：

多个同心布置的弧形的第一汇流板；以及

保持所述第一汇流板的第一壳体；

第二连接器部，所述第二连接器部包括：

多个同心布置的弧形的第二汇流板；以及

保持所述第二汇流板的第二壳体；

具有主板的支架；

万向节，所述万向节被固定至所述第二连接器部，并帮助将所述第二连接器部连接至所述支架，所述万向节可操作以允许所述第二连接器部相对于所述支架围绕多个轴枢转；并且

其中，所述第一连接器部和所述第二连接器部被配置成耦合在一起，以将所述第一汇流板电连接至所述第二汇流板。

2.根据权利要求1所述的耦合装置，其还包括：

浮笼，所述浮笼帮助将所述万向节连接至所述支架，以使得所述万向节能够相对于所述支架竖直地和水平地移动，所述浮笼具有基板。

3.根据权利要求2所述的耦合装置，其还包括固定至所述万向节的滑板，所述滑板被卡在所述浮笼的基板和所述支架的主板之间，所述滑板能够水平地和竖直地移动。

4.根据权利要求3所述的耦合装置，其中，所述浮笼将所述万向节偏压至水平方向上的居中位置。

5.根据权利要求4所述的耦合装置，其中，所述浮笼包括多个第一弹簧结构，所述第一弹簧结构被连接至所述基板，并且可操作以将所述滑板和所述万向节朝向所述居中位置偏压。

6.根据权利要求5所述的耦合设备，其中，所述滑板是圆形的，并且其中，所述第一弹簧结构具有压靠在所述滑板的外圆周上的接合部分。

7.根据权利要求5所述的耦合装置，其中，所述浮笼还包括多个第二弹簧结构，所述第二弹簧结构被连接至所述基板，并且可操作以将所述第二连接器部偏压至水平位置。

8.根据权利要求7所述的耦合装置，其中，所述第二弹簧结构向上倾斜至弯曲的接合部分；

其中，所述第二弹簧结构能够在竖直方向上弹性偏转；

其中，当所述第二连接器部处于水平位置时，所述第二弹簧结构的所有接合部分都与所述第二壳体的底壁接触，而当所述第二连接器部被移动至倾斜位置时，所述第二弹簧结构中的至少一个被向下偏转，并且所述第二弹簧结构的接合部分中的至少一个与所述第二壳体的底壁间隔开。

9.根据权利要求7所述的耦合装置，其中，所述浮笼还包括多个支座，所述支座用于将所述基板在所述支架的主板的上方间隔开，以允许所述滑板竖直地和水平地移动；并且

其中，所述第一弹簧结构和所述支座位于所述基板的底侧，并且所述第二弹簧结构位于所述基板的顶侧。

10.根据权利要求9所述的耦合装置，其中，所述第一弹簧结构、所述支座和所述第二弹簧结构从所述基板上冲压而成。

11.根据权利要求1所述的耦合装置，其中，所述万向节可操作以允许所述第二连接器部相对于所述支架围绕至少三个轴枢转，并且其中，所述万向节能够相对于所述支架竖直地和水平地移动。

12.根据权利要求1所述的耦合装置，其还包括多个电的第一导体和多个电的第二导体；

其中，所述第一汇流板中的每一个被电连接至所述第一导体之一，并且所述第二汇流板中的每一个被电连接至所述第二导体之一；

其中，所述第一连接器部还包括电连接至所述第一导体中的特定一个的导电套筒；

其中，所述第二连接器部还包括电连接至所述第二导体中的特定一个的导电安装芯；并且

其中，当所述第一连接器部和所述第二连接器部被连接在一起时，所述安装芯被设置在所述套筒内，以与其形成电连接。

13.根据权利要求12所述的耦合装置，

其中，所述第一壳体包括：

限定内部窝座的第一中心毂；以及

在其间限定弧形的第一空间的多个弧形的第一结构；

其中，所述第二壳体包括：

第二中心毂；

在其间限定弧形的第二空间的多个弧形的第二结构；并且

其中，所述第一汇流板被设置在所述第一壳体的第一空间中，并且所述第二汇流板被设置在所述第二壳体的第二空间中。

14.根据权利要求13所述的耦合装置，其中，所述第一汇流板和所述第二汇流板是环形的；

其中，所述第一壳体的第一结构是环形的，并且所述第二壳体的第二结构是环形的；

其中，所述第一中心毂是圆柱形的，并且与所述第一结构同轴，所述第一结构从所述第一中心毂径向向外设置；并且

其中，所述第二中心毂与所述第二结构同轴，所述第二结构从所述第二中心毂径向向外设置。

15.根据权利要求14所述的耦合装置，其中，所述第一结构中的至少多个是双壁的，以在其间限定空隙；并且

其中，所述第二结构中的至少多个被配置成在所述第一连接器部和所述第二连接器部被连接在一起时被接收在双壁的第一结构的空隙中。

16.根据权利要求14所述的耦合装置，

其中，所述套筒被安装在所述第一中心毂内；

其中，所述安装芯包括安装在所述第二中心毂上的导电套壳，所述套壳被电连接至所述第二导体中的所述特定一个；并且

其中，当所述第一连接器部和所述第二连接器部被连接在一起时，所述套壳被设置在所述套筒内，以与其形成电连接，从而将所述第一导体中的所述特定一个电连接至所述第二导体中的所述特定一个。

17.根据权利要求16所述的耦合装置，其还包括：

固定至所述支架并具有基板的浮笼，所述浮笼将所述万向节偏压至水平方向上的居中位置；以及

固定至所述万向节的滑板，所述滑板被设置在所述浮笼的基板和所述支架的主板之间，所述滑板能够相对于所述支架水平地和竖直地移动。

18.根据权利要求17所述的耦合装置，其中，所述万向节包括：具有内部窝座的窝座件；

具有球头的球头件；

其中，所述窝座件被固定在所述第二中心毂内，并且所述球头件被固定至所述滑板；并且

其中，所述球头件的球头被可移动地设置在所述窝座件的窝座内。

19.根据权利要求18所述的耦合装置，其中，所述浮笼包括：

多个第一弹簧结构，所述第一弹簧结构被连接至所述基板，并且可操作以将所述滑板和所述万向节朝向所述居中位置偏压；

多个第二弹簧结构，所述第二弹簧结构被连接至所述基板，并且可操作以将所述第二连接器部偏压至水平位置；并且

其中，所述第一弹簧结构位于所述基板的底侧，并且所述第二弹簧结构位于所述基板的顶侧。

20.用于电动车辆的电池充电系统，所述电池充电系统包括根据权利要求1所述的耦合装置，并且还包括具有连接至所述支架的升降机的充电站；

其中，所述第一连接器部被安装至所述电动车辆的底部，并且被电连接至所述车辆的电池单元；并且

其中，所述升降机可操作以竖直移动所述第二连接器部，以使其与所述第一连接器部接合，以便将所述第二连接器部电耦合至所述第一连接器部，从而将所述充电站电连接至所述车辆的电池单元。