ES2877359T3 - Unidad de posicionamiento y procedimiento de contacto - Google Patents

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Abstract

Una unidad de posicionamiento (10, 44) para formar una conexión eléctricamente conductora entre una estación de carga estacionaria y un vehículo, en particular un autobús eléctrico o similar, en la que un contacto de carga eléctrica (47, 48) de la unidad de posicionamiento puede moverse con respecto a una superficie de contacto de carga (11) y ponerse en contacto con la misma mediante la unidad de posicionamiento, en la que la unidad de posicionamiento tiene un dispositivo de brazo articulado (12, 45) y un dispositivo de accionamiento para accionar el dispositivo de brazo articulado, en la que el contacto de carga puede posicionarse entre una posición de contacto (37, 55) para transmisión de energía y una posición retraída (36, 56) para interrupción de energía por medio del dispositivo de brazo articulado, en el que el dispositivo de accionamiento tiene un accionamiento de ajuste (13, 49) para formar un fuerza de ajuste que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado y un dispositivo de muelle (29, 50) que coopera mecánicamente con el accionamiento de ajuste, en el que una fuerza de contacto puede formarse mediante el accionamiento de ajuste, en el que el accionamiento de ajuste tiene un dispositivo de control y un motor eléctrico (43, 58), que puede ser activado por el dispositivo de control, caracterizada porque el accionamiento de ajuste está diseñado de tal manera que el dispositivo de control puede detectar un par de torsión del motor eléctrico, en la que la fuerza de contacto puede controlarse mediante el dispositivo de control de acuerdo con el par de torsión del motor eléctrico, en la que en la posición de contacto, durante el ajuste de una distancia relativa de la superficie de contacto de carga o de la posición de contacto desde la posición retraída de la unidad de posicionamiento, la fuerza de contacto puede ser constante.

Description

DESCRIPCIÓN
Unidad de posicionamiento y procedimiento de contacto
La presente invención se refiere a una unidad de posicionamiento así como a un procedimiento para formar una conexión eléctricamente conductora entre una estación de carga estacionaria y un vehículo, en particular un autobús eléctrico o similar, en el que un contacto de carga eléctrica de la unidad de posicionamiento puede moverse con respecto a una superficie de contacto de carga y ponerse en contacto con la misma mediante la unidad de posicionamiento, en la que la unidad de posicionamiento tiene un dispositivo de brazo articulado y un dispositivo de accionamiento para accionar el dispositivo de brazo articulado, en la que el contacto de carga puede colocarse entre una posición de contacto para transmisión de energía y una posición retraída para interrupción de energía por medio del dispositivo de brazo articulado, en el que el dispositivo de accionamiento tiene un accionamiento de ajuste para formar una fuerza de ajuste que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado y un dispositivo de muelle que coopera mecánicamente con el accionamiento de ajuste, en el que una fuerza de contacto que actúa sobre la superficie de contacto de carga puede estar formada por el accionamiento de ajuste, en el que el accionamiento de ajuste tiene un dispositivo de control y un motor eléctrico, que puede ser activado por el dispositivo de control.
Tales unidades y procedimientos de posicionamiento son conocidos a partir del estado de la técnica y se usan regularmente para vehículos accionados eléctricamente que operan entre estaciones. Esto podría referirse a los autobuses eléctricos, pero básicamente también a otros vehículos, por ejemplo, un tren o un tranvía que no está permanentemente conectado electrónicamente a un cable de contacto o similar. Con estos vehículos, la carga de un almacenamiento de energía eléctrica tiene lugar a través de una estación de carga mientras el vehículo se detiene en una estación. En la estación, el vehículo está conectado electrónicamente a la estación de carga, en la que el almacenamiento de energía se recarga al menos lo suficiente como para que el vehículo llegue a la siguiente estación con una estación de carga. Para establecer una conexión eléctrica entre el vehículo y la estación de carga, se utiliza una unidad de posicionamiento que se puede montar en un techo del vehículo o alternativamente encima del vehículo, por ejemplo, en un poste. La unidad de posicionamiento puede entonces conectar un contacto de carga con una superficie de contacto de carga, que permite que el vehículo, o más bien el almacenamiento de energía, se cargue en la estación.
Al conectar el contacto de carga con la superficie de contacto de carga, es esencial que el contacto de carga sea presionado sobre la superficie de contacto de carga con una fuerza de contacto definida para poder establecer una conexión eléctrica segura. A partir del documento DE 202014007218 U1 se conoce una unidad de posicionamiento por encima de un vehículo, en la que la unidad de posicionamiento comprende un dispositivo de brazo articulado y un dispositivo de accionamiento. El dispositivo de accionamiento tiene un accionamiento de ajuste y un dispositivo de muelle que sirven para mover el dispositivo de brazo articulado con relación a la superficie de contacto de carga del vehículo. Especialmente, un movimiento hacia arriba del dispositivo de brazo articulado requiere una fuerza de ajuste del accionamiento de ajuste.
Con las unidades de posicionamiento conocidas siempre es desventajoso que tengan que diseñarse y disponerse para una altura de contacto definida, es decir, una distancia de la unidad de posicionamiento en una posición retraída para el almacenamiento del contacto de carga con respecto a una posición de contacto para transmisión de energía al vehículo. Esto significa que una distancia relativa entre la posición de contacto y la posición retraída no se puede usar de forma variable y debe establecerse o ajustarse frecuentemente mediante cambios estructurales porque de lo contrario la fuerza de contacto necesaria o deseada no puede aplicarse a la superficie de contacto de carga. Especialmente cuando cambian los tipos de vehículo y, por lo tanto, las alturas de los vehículos, una distancia relativa entre la posición retraída y la posición de contacto puede variar ampliamente como resultado de las diferencias de altura de las superficies de contacto de los vehículos sobre una carretera. Lo mismo se aplica a diferentes cargas de un vehículo o a bajar la altura de un vehículo o un autobús en el área de una estación para facilitar el ingreso de personas con, por ejemplo, impedimentos físicos. Cuando se baja la altura del vehículo, el contacto de carga se mueve en la dirección vertical con relación a la superficie de contacto de carga si la fuerza de contacto ya no se puede mantener. Sin embargo, ajustar una fuerza de contacto mediante la implementación de sensores en el contacto de carga o en el dispositivo de brazo articulado en combinación con un control es costoso y requiere un alto mantenimiento, lo que aumentaría significativamente los costos de producción y operación de una unidad de posicionamiento.
Por el documento DE 4334716 A1 se conoce una unidad de posicionamiento equipada con tales sensores para formar una fuerza de contacto definida, en la que esta unidad de posicionamiento sirve para la recolección de corriente en un cable de contacto y la fuerza de contacto es medida y controlada por la unidad de posicionamiento.
El documento DE 102004031572 A1 da a conocer un vehículo de propulsión híbrida que presenta un dispositivo de propulsión, en particular un motor de combustión interna, y un motor eléctrico. La función del motor eléctrico es limitar una caída de par de torsión en una rueda accionada de una transmisión del vehículo durante un proceso de cambio que tiene lugar en un intervalo de tiempo.
El documento DE 19540 913 C1 da a conocer un pantógrafo en el que se puede mantener constante la fuerza de contacto de una tira de contacto del pantógrafo sobre un hilo de contacto. Para ello, el pantógrafo comprende actuadores de torsión, que pueden ser controlados por un controlador, y un sensor de fuerza que se acopla con el controlador. Los accionadores de torsión, por su parte, tienen una sección de tubo de material compuesto de fibras anisotrópicas, que se sujeta bajo una pretensión compresiva mediante muelles de copa, y un accionador lineal. El accionamiento o control del accionador lineal va acompañado de un cambio en la precarga de presión y, por tanto, una rotación relativa de los extremos de la sección de tubería, que a su vez conduce a la formación de fuerzas de torsión entre una extensión y un segundo brazo de soporte.
El documento COLLINA ET AL: "An Application of Active Control to the Collector of an High-Speed Pantograph: Simulation and Laboratory Tests", DECISION AND CONTROL, 2005 AND 2005 EUROPEAN CONTROL CONFERENCE. CDC-E CC '05. 44 TH IEEE CONFERENCE EN SEVILLA, ESPAÑA 12-15 DIC. 2005, PISCATAWAY, NJ, EE. UU., IEEE, 12 de diciembre de 2005 (2005-12-12), páginas 4602-4609, XP010884421, ISBN: 978-0-7803­ 9567-1 se refiere a un método para reducir una variación en un Fuerza de contacto formada entre una línea aérea y un pantógrafo de un tren de alta velocidad, donde la variación puede conducir a la pérdida de contacto, así como a la formación de arcos o chispas y una reducción asociada en la calidad de una transmisión de potencia. Para ello, el pantógrafo está equipado con un accionamiento de ajuste que comprende un motor eléctrico y un dispositivo de control que controla el motor eléctrico en un "modo de control de par de torsión". La velocidad del motor eléctrico se controla mediante una tensión de inducido, determinándose la tensión de inducido en función de un valor de referencia y un valor medido para la fuerza de contacto. Con este método, se puede reducir en gran medida una pérdida de contacto entre una línea aérea y, en particular, una banda de contacto trasera. Por tanto, al utilizar el método, es posible aumentar aún más la velocidad de un tren sin tener que realizar modificaciones en la línea aérea.
Por lo tanto, el objeto de la invención es proponer solamente una unidad de posicionamiento y un procedimiento para formar una conexión eléctricamente conductora entre un vehículo y una estación de carga que permita un contacto seguro del vehículo que a la vez tenga bajos costes operativos y de producción.
Este objeto se alcanza mediante una unidad de posicionamiento con las características de la reivindicación 1 y un procedimiento con las características de la reivindicación 10.
La unidad de posicionamiento de acuerdo con la invención para formar una conexión eléctricamente conductora entre una estación de carga estacionaria y un vehículo, en particular un autobús eléctrico o similar, está diseñada de tal manera que un contacto de carga eléctrica de la unidad de posicionamiento puede moverse en relación con una superficie de contacto de carga y ponerse en contacto con la misma mediante la unidad de posicionamiento, en la que la unidad de posicionamiento tiene un dispositivo de brazo articulado y un dispositivo de accionamiento para accionar el dispositivo de brazo articulado, en la que el contacto de carga puede colocarse entre una posición de contacto para transmisión de energía y una posición retraída para interrupción de energía por medio del dispositivo de brazo articulado, en el que el dispositivo de accionamiento tiene un accionamiento de ajuste para formar una fuerza de ajuste que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado y un dispositivo de muelle que coopera mecánicamente con el accionamiento de ajuste, en el que una fuerza de contacto que actúa en la superficie de contacto de carga puede estar formada por el accionamiento de ajuste, en el que el accionamiento de ajuste tiene un dispositivo de control y un motor eléctrico, que puede ser activado por el dispositivo de control, en el que el accionamiento de ajuste está diseñado de tal manera que el dispositivo de control puede detectar un par de torsión del motor eléctrico, en el que la fuerza de contacto puede ser controlada por el dispositivo de control de acuerdo con el par de torsión del motor eléctrico, en el que en la posición de contacto, durante el ajuste de una distancia relativa de la superficie de contacto de carga o de la posición de contacto desde la posición retraída de la unidad de posicionamiento, la fuerza de contacto puede ser constante.
Por lo tanto, la unidad de posicionamiento puede ser parte de una estación de carga estacionaria para un vehículo accionado eléctricamente o ser parte de un vehículo accionado eléctricamente, en el que la unidad de posicionamiento sirve para mover el contacto de carga de la estación de carga o del vehículo sobre una superficie de contacto de carga del vehículo o de la estación de carga y conectarlo electrónicamente a la misma. Entonces es posible proporcionar al vehículo energía eléctrica durante una parada en la estación de carga y almacenar esta energía en el vehículo. El movimiento del contacto de carga sobre la superficie de contacto de carga y hacia atrás se realiza mediante el dispositivo de brazo articulado y el dispositivo de accionamiento de la unidad de posicionamiento. Para este propósito, el contacto de carga está ubicado en un extremo del dispositivo de brazo articulado. El dispositivo de accionamiento sirve para mover el contacto de carga y por lo tanto el dispositivo de brazo articulado de una posición retraída para el almacenamiento del contacto de carga a una posición de contacto para transmisión de energía o hacia el contacto de la superficie de contacto de carga con el contacto de carga. La unidad de posicionamiento forma una fuerza de contacto definida que actúa sobre la superficie de contacto de carga en la posición de contacto. En la posición retraída, sin embargo, no puede actuar ninguna fuerza de ajuste o puede hacerlo muy poco en el dispositivo de brazo articulado, de modo que no es posible el movimiento del dispositivo de brazo articulado y del contacto de carga. La fuerza de ajuste que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado es producida por el accionamiento de ajuste del dispositivo de accionamiento, en el que el accionamiento de ajuste coopera mecánicamente con el dispositivo de muelle. La fuerza de ajuste depende de un mecanismo del dispositivo de brazo articulado o de una transmisión del accionamiento de ajuste y apenas cambia durante un movimiento del contacto de carga. Durante el contacto del contacto de carga con la superficie de contacto de carga, la fuerza de ajuste aumentada por el accionamiento de ajuste y conduce a la formación o al aumento de la fuerza de contacto que actúa sobre la superficie de contacto de carga.
El accionamiento de ajuste también tiene un dispositivo de control que puede, por ejemplo, ser también un sistema de control electrónico para el motor eléctrico. En este caso, el sistema de control electrónico se puede integrar directamente en el motor eléctrico. El dispositivo de control puede detectar un par de torsión del motor eléctrico mediante, por ejemplo, la energía gastada y puede controlar el motor eléctrico de tal manera que la fuerza de contacto definida del motor eléctrico es ejercida sobre la superficie de contacto de carga a través del dispositivo de brazo articulado y el contacto de carga. Entonces es posible ajustar activamente una acción de fuerza directa sobre el dispositivo de brazo articulado y, si corresponde, sobre el contacto de carga, opcionalmente también de acuerdo con diversos factores de influencia. De este modo, es posible formar una fuerza de contacto siempre constante que actúa sobre la superficie de contacto de carga independientemente de una distancia relativa entre la superficie de contacto de carga y la unidad de posicionamiento o de una altura del vehículo.
De acuerdo con la invención, en la posición de contacto, durante el ajuste de una distancia relativa de la superficie de contacto de carga o de la posición de contacto desde la posición retraída de la unidad de posicionamiento, la fuerza de contacto puede ser constante. Un cambio de una distancia relativa de un vehículo a la carretera siempre resulta en un cambio de la distancia relativa entre la posición de contacto y la posición retraída también. Un cambio de la distancia relativa puede ser causado porque se baja el vehículo a través de un engrane en marcha o debido a que el vehículo que se está cargando. Dado que la fuerza de contacto es comparativamente grande con respecto a la fuerza de ajuste, la fuerza de contacto puede ser sustancialmente constante, incluso si se cambia la distancia relativa. Se puede formar una fuerza de contacto constante incluso más fácilmente independiente de la distancia relativa si la fuerza de contacto es controlada por el dispositivo de control de acuerdo con el par de torsión del motor eléctrico. Si la distancia relativa aumenta al bajar el vehículo, disminuye la fuerza de contacto y, por lo tanto, directamente un par de torsión del motor eléctrico, y el par de torsión vuelve a aumentar por el dispositivo de control, dando como resultado una fuerza de contacto constante. A la inversa, la disminución de la distancia relativa conduce a un aumento de la fuerza de contacto y, por lo tanto, del par de torsión, que el dispositivo de control puede contrarrestar al disminuir el par de torsión.
El motor eléctrico puede ser un motor eléctrico sin escobillas. Si el accionamiento de ajuste tiene un motor eléctrico sin escobillas, se pueden realizar una cantidad particularmente grande de ciclos de movimiento. Un motor eléctrico sin escobillas requiere intervalos de mantenimiento significativamente menores y más largos que un motor eléctrico con escobillas que tiene las mismas características de rendimiento mecánico. De este modo, es posible en general diseñar una unidad de posicionamiento con intervalos de mantenimiento extendidos o con una vida útil más prolongada. Una máquina de inducción asíncrona trifásica con un rotor de jaula de ardilla o también una máquina síncrona con generación electrónica de un campo rotatorio o un motor de corriente continua sin escobillas puede, por ejemplo, usarse como motor sin escobillas o motor eléctrico sin contactos deslizantes entre el rotor y el estator.
El accionamiento de ajuste puede ser un accionamiento lineal, preferentemente un accionamiento por husillo, de forma especialmente preferente un accionamiento por husillo sin autobloqueo. El accionamiento por husillo puede tener un husillo correspondiente con un paso que pueda evitar el autobloqueo del accionamiento por husillo. El accionamiento lineal puede provocar el movimiento del dispositivo de brazo articulado desde la posición retraída a la posición de contacto y viceversa. El husillo puede ser, en particular, un husillo de husillo de bolas o un husillo de rosca trapezoidal que se puede acoplar a un motor eléctrico.
El accionamiento de ajuste y/o el dispositivo de brazo articulado pueden tener un sensor de desplazamiento y/o un sensor de posición. Mediante el uso de un sensor de desplazamiento, es posible establecer un rango en el cual el dispositivo de brazo articulado se puede mover por medio del accionamiento de ajuste. Un codificador incremental o un codificador absoluto puede, por ejemplo, utilizarse como un sensor de desplazamiento. También es posible definir una posición de trabajo exacta del accionamiento de ajuste o del contacto de carga en todo momento. El accionamiento de ajuste también puede tener interruptores de límite que se pueden operar dependiendo de la posición y/o interruptores de presión que se pueden operar dependiendo de la fuerza. Adicionalmente, la altura de una fuerza de contacto también se puede limitar al hacer que el accionamiento de ajuste se pueda extender solamente hasta cierta posición limitada. Se pueden usar adicionalmente interruptores de presión para limitar la fuerza de contacto, que pueden ellos mismos servir como una limitación para el accionamiento de ajuste o en conjunto con los interruptores de límite. Un interruptor de presión puede ubicarse directamente en el contacto de carga o también en el dispositivo de brazo articulado o en el accionamiento de ajuste.
El dispositivo de muelle puede tener al menos un muelle de tensión o un muelle de compresión que puede generar una fuerza de muelle en el dispositivo de brazo articulado. Se prefiere el uso de un muelle de tensión porque un muelle de tensión se puede conectar de forma especialmente fácil al dispositivo de brazo articulado. También se puede pretender que el dispositivo de muelle tenga una pluralidad de muelles y que la fuerza de muelle actúe constantemente sobre el dispositivo de brazo articulado. Por lo tanto, el muelle puede ser pretensado en cada posición del dispositivo de brazo articulado. Un muelle de compresión puede usarse alternativamente para formar la fuerza de muelle. Tal dispositivo de muelle es particularmente robusto y puede producirse de manera fácil y económica.
Un muelle del dispositivo de muelle puede acoplarse mecánicamente con el dispositivo de brazo articulado por medio de una palanca de transmisión del dispositivo de muelle, en el que una longitud efectiva de la palanca está diseñada para ser variable de acuerdo con una posición del dispositivo de brazo articulado. Por lo tanto, la palanca se puede unir directamente al dispositivo de brazo articulado, de modo que una fuerza de muelle del muelle se puede transferir directamente al dispositivo de brazo articulado. Dependiendo de la posición o la dirección de la fuerza de muelle del muelle y la disposición de la palanca en el dispositivo de brazo articulado, la longitud efectiva de la palanca puede acortarse si un ángulo entre la dirección de la fuerza de muelle y la extensión de la palanca es menor o mayor que 90°. También se puede ajustar una longitud efectiva de la palanca al sujetar el muelle al dispositivo de brazo articulado a través de un engrane de restauración, por ejemplo, formado por una leva o una barra de tracción, con un tope final. La leva forma entonces la palanca del engrane de restauración. Dependiendo de la posición de la leva con respecto al muelle, la longitud efectiva de la palanca puede verse afectada. De esta forma es posible alcanzar la misma cantidad de fuerza de restauración en el dispositivo de brazo articulado en todo momento independientemente de la posición del dispositivo de brazo articulado o aumentar o disminuir la fuerza de restauración de acuerdo con una posición del dispositivo de brazo articulado de acuerdo con los requisitos respectivos. La fuerza de restauración también puede coincidir con la fuerza de ajuste y la fuerza de contacto. Es ventajoso que la fuerza de restauración se determine de tal forma que la retracción del contacto de carga se produzca automáticamente como resultado de la fuerza de restauración en cada posición del dispositivo de brazo articulado si el accionamiento de ajuste falla, por ejemplo, debido a una corte de energía. De esta manera, la unidad de posicionamiento se puede operar de una manera particularmente segura.
En una realización ventajosa, la unidad de posicionamiento comprende un dispositivo de sujeción para fijar la unidad de posicionamiento a un poste o a un paso inferior por encima de un vehículo, en el que el dispositivo de muelle puede comprender al menos un muelle de restauración para formar una fuerza de restauración que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado, en el que la fuerza de restauración es entonces mayor que una fuerza de gravedad del dispositivo de brazo articulado que actúa sobre el muelle de restauración en la dirección opuesta. El marco de sujeción puede, por ejemplo, formar o comprender rodamientos fijos para el dispositivo de brazo articulado y el accionamiento de ajuste. En particular, el muelle de restauración o el accionamiento de ajuste se puede unir directamente a un rodamiento fijo en el marco de sujeción. El marco de sujeción especialmente también se puede sujetar simplemente al poste o al paso inferior, así como a un techo de una estación, un túnel o instalaciones similares por las que los vehículos pueden conducir por debajo. Debido al hecho de que la unidad de posicionamiento puede disponerse encima de un vehículo, el accionamiento de ajuste puede formarse como un accionamiento de descenso para bajar el elemento de contacto y cooperar mecánicamente con el dispositivo de muelle o el muelle de restauración. El contacto de carga puede restaurarse fácilmente a la posición de retracción en la unidad de posicionamiento por encima del vehículo después de un contacto de la superficie de contacto de carga con el contacto de carga si el dispositivo de muelle genera la fuerza de restauración sobre el dispositivo de brazo articulado por medio de al menos un muelle de restauración. Debido a que la fuerza de restauración puede ser mayor que una fuerza de gravedad del dispositivo de brazo articulado que actúa sobre el muelle de restauración en la dirección opuesta, el dispositivo de brazo articulado puede moverse de la posición de contacto a la posición retraída sin que el accionamiento de ajuste esté activo o proveído de energía. Incluso si el contacto de carga está ubicado en la posición retraída, la fuerza de restauración en ese caso contrarresta la fuerza de gravedad y es preferentemente ligeramente mayor que la fuerza de gravedad para evitar que el contacto de carga descienda o se extienda cuando no haya fuerza adicional que actúe sobre el dispositivo de brazo articulado.
En otra realización ventajosa, la unidad de posicionamiento puede comprender un dispositivo de sujeción para fijar la unidad de posicionamiento en el techo de un vehículo, en el que el dispositivo de muelle puede comprender al menos un muelle de elevación para formar una fuerza de elevación que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado, la fuerza de elevación puede ser más pequeña que una fuerza gravitacional del dispositivo de brazo articulado que actúa sobre el muelle de elevación en la dirección opuesta. El marco de sujeción también puede formar o comprender rodamientos fijos para el dispositivo de brazo articulado y el dispositivo de accionamiento, aunque luego se sujeta al techo del vehículo.
El marco de sujeción se puede montar fácilmente en el techo a través de amortiguadores, pies y/o aisladores. De esta forma, la unidad de posicionamiento se puede intercambiar de manera especialmente fácil. Si la unidad de posicionamiento está montada en el techo del vehículo, el accionamiento de ajuste puede ser un mecanismo de elevación para extender el contacto de carga que puede cooperar mecánicamente con el dispositivo de muelle. El contacto de la superficie de contacto de carga con el contacto de carga también puede realizarse simplemente al extender el contacto de carga a la posición de contacto si el dispositivo de muelle comprende al menos el muelle de elevación para formar la fuerza de elevación que, en cooperación con la fuerza de ajuste del accionamiento de ajuste, actúa sobre el dispositivo de brazo articulado, en el que la fuerza de elevación puede ser menor que una fuerza de gravedad del dispositivo de brazo articulado que actúa sobre el muelle de elevación en la dirección opuesta. Por lo tanto, una fuerza gravitacional del dispositivo de brazo articulado y del contacto de carga situado en el dispositivo de brazo articulado puede provocar que el dispositivo de brazo articulado se mueva desde la posición de contacto a la posición retraída sin que esto sea iniciado por el accionamiento de ajuste. La fuerza de gravedad que actúa en la dirección opuesta a la fuerza de elevación es preferentemente ligeramente menor que la fuerza de gravedad para asegurar la disminución del contacto de carga en el caso de, por ejemplo, un corte de energía. Adicionalmente, la fuerza de elevación soporta sin embargo el accionamiento de ajuste cuando este último provoca la fuerza de ajuste que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado durante la extensión del dispositivo de brazo articulado, de modo que solo se necesita ejercer una pequeña fuerza de ajuste.
El dispositivo de brazo articulado se puede diseñar como un sistema de brazo único o como un mecanismo de tijera, preferentemente con un enlace de paralelogramo o como un pantógrafo. De ese modo, el dispositivo de brazo articulado puede permitir el movimiento paralelo del contacto de carga comenzando desde una posición retraída del contacto de carga hacia la posición de contacto en la superficie de contacto de carga. Se pueden disponer elementos amortiguadores adicionales que garanticen una secuencia de movimiento uniforme en el dispositivo de brazo articulado.
En el procedimiento de acuerdo con la invención para formar una conexión eléctricamente conductora entre una estación de carga estacionaria y un vehículo, en particular un autobús eléctrico o similar, un contacto de carga eléctrica de la unidad de posicionamiento puede moverse con respecto a una superficie de contacto de carga y ponerse en contacto con la misma por medio de la unidad de posicionamiento, en el que un dispositivo de brazo articulado de la unidad de posicionamiento es accionado por un dispositivo de accionamiento de la unidad de posicionamiento, pudiendo colocarse el contacto de carga entre una posición de contacto para transmisión de energía y una posición retraída para interrupción de energía por medio del dispositivo de brazo articulado, en el que una fuerza de ajuste que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado se forma por medio de un accionamiento de ajuste del dispositivo de accionamiento y en el que un dispositivo de muelle del dispositivo de accionamiento coopera mecánicamente con el accionamiento de ajuste, en el que una fuerza de contacto que actúa en la superficie de contacto de carga está formada por el accionamiento de ajuste, en el que un motor eléctrico del accionamiento de ajuste es activado por un dispositivo de control del accionamiento de ajuste, en el que el dispositivo de control detecta un par de torsión del motor eléctrico, en el que la fuerza de contacto es controlada por el dispositivo de control de acuerdo con el par de torsión del motor eléctrico, en el que en la posición de contacto, durante el ajuste de una distancia relativa de la superficie de contacto de carga o de la posición de contacto desde la posición retraída de la unidad de posicionamiento, la fuerza de contacto puede ser constante. Con respecto a los efectos ventajosos del procedimiento de acuerdo con la invención, se hace referencia a la descripción de las ventajas de la unidad de posicionamiento de acuerdo con la invención.
La fuerza de contacto puede formarse independientemente de una distancia relativa de la superficie de contacto de carga o de la posición de contacto con la posición retraída de la unidad de posicionamiento. Por lo tanto, también es posible contactar vehículos que tienen diferentes alturas en relación con una carretera con la unidad de posicionamiento.
El par de torsión del motor eléctrico se puede ajustar de acuerdo con una posición del dispositivo de brazo articulado o el accionamiento de ajuste por medio del dispositivo de control. De este modo, es posible una acción de fuerza directa en el dispositivo de brazo articulado y, si corresponde, en el elemento de contacto idealmente adaptado a la posición respectiva del dispositivo de brazo articulado y, por lo tanto, también para la fuerza directa que actúa sobre la superficie de contacto de carga para ser sustancialmente constante independientemente de la posición del dispositivo de brazo articulado. Una posición del dispositivo de brazo articulado se puede detectar a través de, por ejemplo, un sensor de desplazamiento y el par de torsión se puede ajustar de antemano de acuerdo con la posición del dispositivo de control, de tal modo que controlar el par de torsión para el ajuste de la fuerza de contacto no requerirá pasos grandes de par de torsión.
Cuando se excede un valor límite del par de torsión, el dispositivo de control también puede detectar que se ha alcanzado la posición de contacto. El contacto de carga se encuentra con la superficie de contacto de carga en la posición de contacto, lo que hace que el par de torsión del motor eléctrico aumente significativamente. Este aumento del par de torsión se puede detectar como la llegada del dispositivo de control a la posición de contacto. Por ejemplo, un control de velocidad posiblemente existente del motor eléctrico se puede desconectar porque solamente es necesario reajustar el par de torsión del motor eléctrico en la posición de contacto. Adicionalmente, una señal de habilitación para la transferencia de energía desde una estación de carga puede liberarse entonces en la posición de contacto por medio del dispositivo de control, por ejemplo. Por lo tanto, no son necesarios otros sensores para la detección de la posición de contacto.
El par de torsión del motor eléctrico puede limitarse y mantenerse constante por medio del dispositivo de control una vez que se ha alcanzado el valor objetivo del par de torsión. Al limitar el par de torsión, se previene la sobrecarga del motor eléctrico como punto de partida. Adicionalmente, también es posible hacer constante la fuerza de contacto. Lo mismo se aplica a una extensión y una velocidad de retracción del contacto de carga, que luego se puede aumentar dentro de los límites.
El valor objetivo del par se puede controlar dentro de un rango de tolerancia de /- 10% por medio del dispositivo de control. Este margen de tolerancia es completamente suficiente para formar una fuerza de contacto sustancialmente constante, de modo que no es necesaria una detección particularmente precisa del par de torsión del motor eléctrico a través del dispositivo de control. Por lo tanto, el dispositivo de control se puede diseñar de una manera más económica.
Se puede alcanzar una velocidad máxima del motor eléctrico dentro de un período de 0 a 7 segundos de funcionamiento del motor, preferentemente dentro de 1 a 3 segundos, por medio del dispositivo de control. De esta forma, se puede evitar o reducir una acción de fuerza directa, así como las vibraciones del accionamiento de ajuste y del dispositivo de brazo articulado. El arranque así controlado del motor eléctrico también conduce a un aumento de la vida útil de la unidad de posicionamiento.
La velocidad del motor eléctrico puede controlarse por medio del dispositivo de control de tal manera que el contacto de carga se mueva al menos a una velocidad constante en secciones. Por ejemplo, se puede prever que, comenzando desde la posición retraída, el contacto de carga se extienda con una aceleración inicialmente positiva o se retraiga con una aceleración negativa, pero que una parte importante de la distancia de un movimiento del contacto de carga en la posición de contacto se lleve a cabo a velocidad constante.
Otras realizaciones ventajosas del procedimiento son evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes que remiten de nuevo a la reivindicación 1 del dispositivo.
A continuación, las realizaciones preferentes de la invención se explican con más detalle con la ayuda de las figuras adjuntas.
En las figuras:
La Figura 1 muestra una primera realización de una unidad de posicionamiento en una posición retraída en vista lateral.
La Figura 2 muestra la unidad de posicionamiento en una posición de contacto en vista lateral.
La Figura 3 muestra una segunda realización de una unidad de posicionamiento en una posición de contacto en una vista en perspectiva.
La Figura 4 muestra una vista detallada de la Figura 3.
La Figura 5 muestra la unidad de posicionamiento de la Figura 3 en una posición retraída en una vista en perspectiva.
La Figura 6 muestra la unidad de posicionamiento de la Figura 3 en la posición de contacto en una vista en perspectiva.
Una visión general de las Figuras 1 y 2 muestra una primera realización de una unidad de posicionamiento 10 en varias posiciones. Un contacto de una superficie de contacto de carga 11 solamente se ilustra simbólicamente. La unidad de posicionamiento 10 comprende un dispositivo de brazo articulado 12 y un accionamiento de ajuste 13 para accionar el dispositivo de brazo articulado 12. El dispositivo de brazo articulado 12 está diseñado como un sistema de brazo único 14 y comprende una tijera superior 15 con un brazo de tijera superior 16 y una barra de acoplamiento superior 17 así como una tijera inferior 18 con un brazo de tijera inferior 19 y una barra de acoplamiento inferior 20. Un enlace de acoplamiento superior 21 está montado de forma giratoria en el brazo de tijera superior 16, de modo que un soporte 22 de la unidad de posicionamiento 10 para un contacto de carga eléctrico (no mostrado) de la unidad de posicionamiento 10 puede moverse siempre paralelo a un plano horizontal 23. Para este fin, el enlace 21 de acoplamiento superior está conectado a la barra 17 de acoplamiento superior a través de un eje 38. El brazo de tijera inferior 19 y la barra de acoplamiento inferior 20 están montadas de manera giratoria en los rodamientos fijos 24 y 25, respectivamente, de un marco de sujeción 26 de la unidad de posicionamiento 10. El brazo de tijera inferior 19 está montado de forma giratoria en el brazo de tijera superior 16 a través de un eje 27. Un movimiento giratorio del brazo de tijera superior 16 conduce, por lo tanto, a un movimiento paralelo del soporte 22 con relación al plano horizontal 23.
El accionamiento de ajuste 13 es un accionamiento lineal 28. Un dispositivo de muelle 29 de la unidad de posicionamiento 10 está formado con un muelle de restauración 30 que está formado como un muelle de tensión 31. El muelle de tensión 31 está unido a un rodamiento fijo 31 en el marco de sujeción 26 y a un eje 33 de una palanca 34. Junto con el eje 33 y el muelle de tensión 31, la palanca 34 forma un engrane de restauración 35. Dependiendo de la posición del dispositivo de brazo articulado 12, la palanca 34, que está montada para la co-rotación con el brazo de tijera inferior 19, se balancea con relación al muelle de tensión 31 de manera que se acorte o extienda una longitud efectiva de la palanca 34. En una posición retraída 36 y en una posición de contacto 37 de la unidad de posicionamiento 10, el muelle de tensión 31 tiene un efecto directo sobre el eje 33. Si el dispositivo de brazo articulado 12 se extiende más hacia abajo, una longitud efectiva de la palanca 34 se acorta significativamente mediante el giro de la misma. Por lo tanto, es posible adaptar el muelle de tensión 31 o su fuerza de restauración efectiva a una posición de la unidad de posicionamiento 10. El dispositivo de brazo articulado 12 junto con el accionamiento de ajuste 13 tiene una fuerza gravitacional relacionada con el diseño que incluye un contacto de carga (no mostrado) que funciona en el contacto de carga o en el soporte 22. El muelle de tensión 31 provoca una fuerza elástica o una fuerza de restauración que excede la fuerza gravitatoria de modo que, independientemente de la posición de la unidad de posicionamiento 10, el retorno de la unidad de posicionamiento a la posición retraída 36 esté garantizado en todo momento incluso en el caso de un corte de energía.
Una palanca 39 que tiene un engrane de control 40 para el dispositivo de brazo articulado 11 se fija firmemente al dispositivo de brazo articulado 12 o al brazo de tijera inferior 19. El accionamiento lineal 28 está montado de forma giratoria en un eje 41 de la palanca 39. Adicionalmente, el accionamiento lineal 28 está conectado firmemente al marco de sujeción 26 a través de un eje 42. El accionamiento lineal 28 es accionado por un motor eléctrico 43 y no es autobloqueante. De esta forma, por ejemplo, en el caso de un corte de energía, el muelle de tensión 31 puede mover automáticamente el dispositivo de brazo articulado 12 de la posición de contacto 37 a la posición retraída 36, lo que hace que el mecanismo lineal 28 se retraiga. Por lo tanto, el accionamiento lineal también sirve para amortiguar un movimiento del dispositivo de brazo articulado 12. Adicionalmente, el accionamiento de ajuste comprende un dispositivo de control (no mostrado) al que está conectado el motor eléctrico 43. Un par de torsión del motor eléctrico 43 se detecta por medio del dispositivo de control, en el que el dispositivo de control controla el par de torsión del motor eléctrico 43 de acuerdo con una fuerza de contacto que se ejerce sobre la superficie de contacto de carga 11 por el contacto de carga (no mostrado). La fuerza de contacto es lo suficientemente fuerte para formar un contacto eléctrico y puede formarse de una manera sustancialmente constante o en el mismo nivel en la posición de contacto 37, así como en cualquier otra posición de contacto opcional ya que el par de torsión del motor eléctrico 43 está controlado.
Una visión general de las Figuras 3 a 6 muestra una segunda realización de una unidad de posicionamiento 44 que está montada en el techo de un vehículo accionado eléctricamente (no mostrado). La unidad de posicionamiento 44 comprende sustancialmente un dispositivo de brazo articulado 45, en el extremo 46 del cual los contactos de carga 47 y 48 están situados para el contacto de una superficie de contacto de carga (no mostrada) encima del vehículo. Adicionalmente, la unidad de posicionamiento 44 comprende un accionamiento de ajuste 49 y un dispositivo de muelle 50, así como un marco de sujeción 51. El dispositivo de brazo articulado 45 está formado como un sistema de brazo único 52 similar al sistema de brazo único descrito anteriormente. El dispositivo de muelle 50 comprende dos muelles de tensión 53 que están formados como muelles de elevación 54 y ejercen una fuerza de elevación sobre el dispositivo de brazo articulado 45. Aquí, la fuerza de elevación se determina de forma que la fuerza de gravedad del dispositivo de brazo articulado 45 junto con los contactos de carga 47 y 48 sea mayor que la fuerza de elevación, de modo que, en el caso de un corte de energía, por ejemplo, el dispositivo de brazo articulado 45 desciende de una posición de contacto 55 a una posición retraída 56 en todos los casos. El accionamiento de ajuste 49 comprende, por lo tanto, un accionamiento lineal 57 sin autobloqueo que tiene un motor eléctrico 58 que está conectado y controlado por un dispositivo de control (no mostrado). El dispositivo de control detecta un par de torsión del motor eléctrico 58, en el que el dispositivo de control controla el par de torsión del motor eléctrico 58 de tal manera que se forma una fuerza de contacto definida en los contactos de carga 47 y 48. El accionamiento lineal 57, por su parte, comprende un husillo de rosca trapezoidal (no mostrado) que, en este caso, está alojado en una carcasa 59 del accionamiento lineal 57 y actúa sobre una barra de accionamiento 60 por medio de una tuerca. Por lo tanto, el dispositivo de brazo articulado se puede mover a la posición de contacto 55 o a la posición retraída 56 por medio de un movimiento de la barra de accionamiento 60.

Claims (17)

REIVINDICACIONES
1. Una unidad de posicionamiento (10, 44) para formar una conexión eléctricamente conductora entre una estación de carga estacionaria y un vehículo, en particular un autobús eléctrico o similar, en la que un contacto de carga eléctrica (47, 48) de la unidad de posicionamiento puede moverse con respecto a una superficie de contacto de carga (11) y ponerse en contacto con la misma mediante la unidad de posicionamiento, en la que la unidad de posicionamiento tiene un dispositivo de brazo articulado (12, 45) y un dispositivo de accionamiento para accionar el dispositivo de brazo articulado, en la que el contacto de carga puede posicionarse entre una posición de contacto (37, 55) para transmisión de energía y una posición retraída (36, 56) para interrupción de energía por medio del dispositivo de brazo articulado, en el que el dispositivo de accionamiento tiene un accionamiento de ajuste (13, 49) para formar un fuerza de ajuste que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado y un dispositivo de muelle (29, 50) que coopera mecánicamente con el accionamiento de ajuste, en el que una fuerza de contacto puede formarse mediante el accionamiento de ajuste, en el que el accionamiento de ajuste tiene un dispositivo de control y un motor eléctrico (43, 58), que puede ser activado por el dispositivo de control,
caracterizada porque
el accionamiento de ajuste está diseñado de tal manera que el dispositivo de control puede detectar un par de torsión del motor eléctrico, en la que la fuerza de contacto puede controlarse mediante el dispositivo de control de acuerdo con el par de torsión del motor eléctrico, en la que en la posición de contacto, durante el ajuste de una distancia relativa de la superficie de contacto de carga o de la posición de contacto desde la posición retraída de la unidad de posicionamiento, la fuerza de contacto puede ser constante.
2. La unidad de posicionamiento de la reivindicación 1,
caracterizada porque,
el motor eléctrico (43, 58) es un motor eléctrico sin escobillas.
3. La unidad de posicionamiento de las reivindicaciones 1 o 2,
caracterizada porque,
el accionamiento de ajuste (13, 49) es un accionamiento lineal (28, 57), en particular preferentemente un accionamiento por husillo, de forma especialmente preferente un accionamiento por husillo sin autobloqueo.
4. La unidad de posicionamiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque,
el accionamiento de ajuste (13, 49) y/o el dispositivo de brazo articulado (12, 45) tiene un sensor de desplazamiento y/o un sensor de posición.
5. La unidad de posicionamiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque,
el dispositivo de muelle (29, 50) tiene al menos un muelle de tensión (31, 53) o un muelle de compresión que genera una fuerza de muelle que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado.
6. La unidad de posicionamiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque,
un muelle (31, 53) del dispositivo de muelle (29, 50) está acoplado mecánicamente con el dispositivo de brazo articulado (12, 45) por medio de una palanca (34) de una transmisión (35) del dispositivo de muelle, en el que de acuerdo con una posición del dispositivo de brazo articulado, se diseña una longitud efectiva de la palanca de una manera alterable.
7. La unidad de posicionamiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque,
la unidad de posicionamiento (10) comprende un dispositivo de sujeción (26) para sujetar la unidad de posicionamiento por encima de un vehículo en un poste o paso inferior, en el que el dispositivo de muelle (29) tiene al menos un muelle de restauración (30) para formar un fuerza de restauración que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado (12), en el que la fuerza de restauración es mayor que una fuerza de gravedad del dispositivo de brazo articulado que actúa sobre el muelle de restauración en la dirección opuesta.
8. La unidad de posicionamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizada porque,
la unidad de posicionamiento (44) comprende un dispositivo de sujeción (51) para sujetar la unidad de posicionamiento en el techo de un vehículo, en el que el dispositivo de muelle (50) comprende al menos un muelle de elevación (54) para formar una fuerza de elevación que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado (45), en el que la fuerza de elevación es menor que una fuerza de gravedad del dispositivo de brazo articulado que actúa sobre el muelle de elevación en la dirección opuesta.
9. La unidad de posicionamiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque,
el dispositivo de brazo articulado (12, 45) está diseñado como un sistema de brazo único (14, 52) o como un mecanismo de tijera, preferentemente con un enlace de paralelogramo, o como un pantógrafo.
10. Un procedimiento para formar una conexión eléctricamente conductora entre una estación de carga estacionaria y un vehículo, en particular un autobús eléctrico o similar, en el que un contacto de carga eléctrica (47, 48) de la unidad de posicionamiento puede moverse con respecto a una superficie de contacto de carga (11) y ponerse en contacto con la misma mediante la unidad de posicionamiento (10, 44), en la que un dispositivo de brazo articulado (12, 45) de la unidad de posicionamiento es accionado por un dispositivo de accionamiento de la unidad de posicionamiento, en la que el contacto de carga puede posicionarse entre una posición de contacto (37, 55) para transmisión de energía y una posición retraída (36, 56) para interrupción de energía por medio del dispositivo de brazo articulado, en el que una fuerza de ajuste que actúa sobre el dispositivo de brazo articulado se forma mediante un accionamiento de ajuste (13, 49) del dispositivo de accionamiento y en el que un dispositivo de muelle (29, 50) del dispositivo de accionamiento coopera mecánicamente con el accionamiento de ajuste, en el que una fuerza de contacto que actúa sobre la superficie de contacto de carga está formada por el accionamiento de ajuste, en el que un motor eléctrico (43, 58) del accionamiento de ajuste es activado por un dispositivo de control del accionamiento de ajuste,
caracterizado porque,
el dispositivo de control detecta un par de torsión del motor eléctrico, en el que la fuerza de contacto es controlada por el dispositivo de control de acuerdo con el par de torsión del motor eléctrico, en el que en la posición de contacto, durante el ajuste de una distancia relativa de la superficie de contacto de carga o de la posición de contacto desde la posición retraída de la unidad de posicionamiento, la fuerza de contacto puede ser constante.
11. El procedimiento de la reivindicación 10,
caracterizado porque,
la fuerza de contacto se forma independientemente de una distancia relativa de la superficie de contacto de carga (11) o de la posición de contacto (37, 55) desde la posición retraída (36, 56) de la unidad de posicionamiento (10, 44).
12. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11,
caracterizado porque,
el par de torsión del motor eléctrico (43, 58) se establece de acuerdo con una posición del dispositivo de brazo articulado (12, 45) o el accionamiento de ajuste (13, 49) por medio del dispositivo de control.
13. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12,
caracterizado porque,
cuando se excede un límite establecido del par de torsión se detecta un alcance de la posición de contacto (37, 55) por medio del dispositivo de control.
14. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13,
caracterizado porque,
el par de torsión del motor eléctrico (43, 58) está limitado y se mantiene constante por medio del dispositivo de control al alcanzar un valor objetivo del par de torsión.
15. El procedimiento de la reivindicación 14,
caracterizado porque,
el valor objetivo del par de torsión se controla dentro de un rango de tolerancia de /-10% por medio del dispositivo de control.
16. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15,
caracterizado porque,
se alcanza una velocidad máxima del motor eléctrico (43, 58) dentro de un período de 0 a 7 segundos de funcionamiento del motor, preferentemente dentro de 1 a 3 segundos, por medio del dispositivo de control.
17. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16,
caracterizado porque,
una velocidad del motor eléctrico (43, 58) se controla de tal manera que el contacto de carga (47, 48) se mueve a una velocidad constante al menos en secciones por medio del dispositivo de control.
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