CN100474463C - 用于为小型电动车辆充电的连接器 - Google Patents

Abstract

一个芯件装置(33)包括一个设置在线圈(32)的内周边上的圆柱形内芯件(35)以及设置在线圈(32)的外周边上的圆柱形外芯件(36)。外芯件(36)不做成管型柱式而是做成圆柱形。因而可以将外芯件(36)的磁路的横截面积减少到一个比较小的数值，同时将烧结成型的外芯件(36)的厚度(直径)保持在比较大的数值。所以，不需要将外芯件不理想地增大，也可有效地实现连接器整体小尺寸的设计，而且还可使其实现重量减轻的设计。

Description

用于为小型电动车辆充电的连接器

技术领域

本发明涉及用于为小型电动车辆充电的连接器。

背景技术

在JP-A-10-112354中描述了一种用于为小型电动车辆充电的传统连接器。该连接器用在一个用于为小型电动车辆充电的充电装置中，当该车辆被停在一个小型电动车辆停车场时。该连接器包括一个装在停车场的供电连接器和一个装在电动自行车上的受电连接器。这两个连接器中的每一个都有一个管型柱式线圈以及一个双柱式芯件，该芯件有同轴设置的芯件部分，它们分别与该线圈的内周表面和外周表面邻接。将高频电源供给供电连接器的初级线圈，从而产生通过两个连接器芯件的磁场，使受电连接器的次级线圈中产生感应电流，由此进行充电。

用于小型电动车辆充电的连接器就像其他充电连接器一样，要求装置小型化，为实现连接器的小型化设计，曾经提出过用以减少芯件磁路横截面积的建议。具体地说，将设置在线圈内周边上的芯件圆柱型部分的直径减少，同时将设置在线圈外周边上的芯件的管型柱式部分的壁厚(径向的壁厚尺寸)减少。这样，通过使设置在线圈内的芯件的内部磁路(圆柱型部分)横截面积保持等于设置在线圈周围的芯件的外部磁路(管型柱式部分)横截面积，就可以减少整个连接器的直径。

芯件是软磁性材料，将铁氧体，铁粉等用作原材料，经烧结后就可以制成该芯件。采用这种烧结加工方法，使芯件厚度的减少受到了限制。因此，尽管可以减少线圈周围的芯件的管型柱式部分的直径，但该管只能保持比较厚的厚度。所以，碰到的问题在于：虽然可以减少线圈内的圆柱型部分磁路的横截面的直径，但线圈周围的管型柱式部分磁路的横截面非常不理想地只能保持比较大。

发明内容

本发明是根据上述情况作出的，本发明的目的就是实现一种小型化的连接器。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于为小型电动车辆充电的连接器，该连接器包括一个具有一个线圈和一个芯件装置的供电连接器，以及一个安装在小型电动车辆上的受电连接器，该受电连接器有一个线圈和一个芯件装置。当供电连接器和受电连接器装配好时，通过电磁感应为小型电动车辆的电池装置充电。芯件装置的每一个均包括一个内芯件和一个外芯件，内芯件为圆柱型，将它设置在与之对应的线圈的内周边上，外芯件为圆柱型，将它设置在与之对应的线圈的外周边上。

根据本发明的第二方面，在第一方面的连接器中，每个芯件装置的外芯件是多个外芯件。使这些外芯件处在相对于内芯件为斜上方和斜下方的位置，并使内芯件处在各外芯件之间。

根据本发明的第三方面，第二方面的连接器还包括永磁体，永磁体处在供电连接器和受电连接器中的至少一个内，永磁体将供电连接器和受电连接器保持在装配状态。将永磁体设置在沿对角线相对的两个位置上，供电连接器和受电连接器中的至少一个的内芯件位于这两个位置之间。连接这两个位置的连线与连接供电连接器和受电连接器中的至少一个的外芯件的连线相交。

根据本发明的第四方面，第三方面的连接器还包括设置在供电连接器和受电连接器中的一个内的铁磁元件。将铁磁元件沿对角线设置在另外两点上，供电连接器和受电连接器中的一个的内芯件位于这两点之间。所述另外两点的连线与连接供电连接器和受电连接器中的一个的各外芯件的连线相交。

外芯件不形成管状圆柱型，而是形成圆柱形，因而可以将外芯件的磁路的横截面积减少到一个比较小的数值，同时将受到烧结成型的外芯件的厚度(直径)保持在比较大的数值。所以，不需要将外芯件不理想地增大，就可以有效地实现连接器整体小尺寸的设计，而且还可使其实现重量减轻的设计。

要求在内芯件和外芯件之间提供安装线圈的空间，不论外芯件的位置如何，该空间总是不变，因此，如果将外芯件分别安装在内芯件的右边和左边或装在内芯件的上边和下边，则连接器在左右方向或在上下方向的尺寸增大。另外，根据本发明，由于两个外芯件分别设置在倾斜于内芯件的对角线的位置上，因而就可将上下方向和左右方向的尺寸均保持在比较小的数值，由此实现整体小尺寸的设计。

例如，当将外芯件分别布置在内芯件的右边和左边时，就将永磁体分别布置在各个外芯件的上边和下边，这样，永磁体就分别位于四个相互隔开的的位置，由此提供四个永磁体，使得部件数增加。另外，在本发明中，两个外芯件按对角线布置，根据这种布置，就可以将比较大的无用区分别固定在两个没有设有外芯件的对角线位置上，而将两个面积比较大(即比较大的磁引力)的永磁体分别设置在这两个大的无用区中。根据这种布置，永磁体的数量可以减少，但不会降低永磁体的磁引力。

附图说明

图1是本发明第一实施例的侧视图，表示停放电动自行车以前的情况；

图2是侧视图，表示停放电动自行车时的情况；

图3是供电连接器的正视图；

图4是受电连接器的正视图；

图5是水平剖视图，表示供电连接器和受电连接器装配在一起的情况；

图6是垂直剖视图，表示供电连接器和受电连接器装配在一起的情况；

图7是多个供电连接器和受电连接器沿一个对角线作的剖视图，该对角线通过各个连接器的两个外芯件；

图8是一个芯件的透视图；

图9是第二实施例的受电连接器的正视图；

图10是第三实施例的受电连接器的正视图。

具体实施方式

(第一实施例)

现在结合图1—8描述本发明的优选实施例。

首先描述停车装置10和电动自行车20(这是形成本发明组成部分的小型电动车辆)。停车装置10包括左右一对导轨11，将电动自行车20的前轮21保持在该对导轨之间，以便将该电动自行车20维持在竖立状态。用该对导轨11使一个支柱12直立，将一个朝前敞开的连接器盒13装在支柱12的上端。将一个供电连接器30横放在该连接器盒13中，从供电连接器30延伸出来的电缆与连接器盒13外的电源装置14连接。当电动自行车20停在停车装置10中的预定位置时，就将装在自行车20上的受电连接器40配装到供电连接器30上，从而实现充电条件。将受电连接器40水平固定到面朝前方的电动自行车20的前叉22上。该受电连接器40用电缆与固定在自行车中杆23上的电池装置24相连。

下面描述供电连接器30。

供电连接器30包括一个基本为方形的外壳31，一个装在外壳31中的初级线圈32和一个芯件装置33，当从前面看时，该外壳的横向被加长。在外壳31上形成一个锥形导向部31G，该导向部从其前端部的外周面朝前扩张。如图3所示，由外壳31前壁31F的中心部位限定出一个直径比较大的圆形窗口34L。另外，在前壁31F的两个部位限定出一个直径比较小的圆形窗口34S。当从前边看时，这两个位置处在左上部和右下部。这两个直径比较小的窗口34S的开口面积相同。这两个直径比较小的窗口34S的开口面积的总和等于直径比较大的窗口34L的开口面积。两个直径比较小的窗口34S的中心离直径比较大的窗口34L的中心的距离相同。在这两个直径比较小的窗口34S的中心之间延伸的直线通过直径比较大的窗口34L的中心。

如图8所示，芯件装置33是单一构件，它包括一个圆柱型内芯件35，两个圆柱型外芯件，以及一个基本为菱形平板式连接部分37，该连接部分将内芯件35和外芯件36的后端部分相互连接，从而使芯件35和芯件36的轴彼此平行。通过烧结法制成该芯件装置33。内芯件35的直径等于外壳31的前壁31F中的直径比较大的窗口34L的内径。每一个外芯件35的直径等于前壁31F中的直径比较小的窗口34S的内径。因此，内芯件35的横截面积比各个外芯件36的横截面积大一倍。两个外芯件36的轴线离内芯件35的轴线距离相等。在两个外芯件36的轴线之间延伸的直线通过内芯件35的轴线。也就是说，两个外芯件36处在对角线的两个位置上，该位置向内芯件35的上面和下面倾斜，内芯件35在它们之间(未示出)。

将导线(未示出)绕在芯件装置33的内芯件35上，以便形成初级线圈32。使初级线圈32的内周面与内芯件35的外周面紧密接触。使初级线圈32的外周面的一部分保持与两个外芯件36接触。将上面绕有初级线圈32的芯件装置33从后边插到外壳31中。分别将内芯件35的前端部装到直径比较大的窗口34L中，将外芯件36装到直径比较小的窗口34S中。在这种情况下，将填料38充装到外壳31中。外壳31后面的开口端用盖31R关闭。这样，当填料38固化时，芯件装置33和初级线圈32均被固定在外壳31中。当从前边看时，外壳31的前壁31F处，内芯件35的前端面暴露在外壳31的中部(供电连接器30)，而两个外芯件36的前端面分别暴露在内芯件35的左上部和右下部。

事先将两个方板形的板式永磁体39嵌入外壳31的前壁31F中，使永磁体的面与前壁31F平行。将永磁体39分别装在内芯件35的右上部和左下部，内芯件35位于永磁体之间。也就是说，将外芯件36对角线布置，使得永磁体39布置在另外两个对角线位置，所述内芯件35位于这两个对角线位置之间。

两个外芯件36之间的对角线(图3中的线A)和水平线(图3中的线B)之间的夹角θ小于45度。同样，两个永磁体39之间的对角线和水平线之间的夹角也小于45度。因此，外壳31的前壁31F几乎是方形，整体横向延长。所以，当从前面看时，供电连接器30也是横向伸长的形状。

受电连接器40包括一个几乎为方形的外壳41，一个装在外壳41中的次级线圈42以及一个芯件装置43，当从前面看时，所述外壳是横向延长形。如图4所示，在外壳41的前壁41F的中部限定出一个直径比较大的圆形窗口44L。在前壁41F的两个部位限定出一个直径比较小的圆形窗口44S。当从前边看时，这两个位置分别处在窗口44L的右上部和左下部。这两个直径比较小的窗口44S的开口面积相同。这两个直径比较小的窗口44S的开口面积的总和等于直径比较大的窗口44L的开口面积。两个直径比较小的窗口44S的中心离直径比较大的窗口44L的中心的距离相同。在这两个直径比较小的窗口44S的中心之间延伸的直线通过直径比较大的窗口44L的中心。

受电连接器40的芯件装置43的形状与供电连接器30的芯件装置33的形状类似。因此，只要用标号45，46和47代替标号35，36和37，就可以省略对它们的描述。将导线(未示出)绕在芯件装置43的内芯件45上形成次级线圈42。使次级线圈42的内周面与内芯件45的外周面紧密接触。将次级线圈42的外周面的一部分保持与两个外芯件46接触。将上面绕有次级线圈42的芯件装置43从后边插到外壳41中。分别将内芯件45的前端部装到直径比较大的窗口44L中，将外芯件46的前端部装到直径比较小的窗口44S中。在这种情况下，将填料48充装到外壳41中。外壳41后面的开口端用盖41R关闭。这样，当填料48固化时，芯件装置43和次级线圈42均被固定在外壳41中。当从前边看时，外壳41的前壁41F处，内芯件45的前端面暴露在外壳41的中部(受电连接器40)，而两个外芯件46的前端面分别暴露在相对于内芯件45的右上部和左下部。

事先将两个由铁等材料制成的方板形板式铁磁元件49嵌入外壳41的前壁41F中，使铁磁元件表面与前壁41F平行。将铁磁元件49分别装在内芯件45的左上部和右下部两个位置，内芯件45位于永磁体之间。也就是说，将外芯件46对角线布置，使得铁磁元件49布置在另外两个对角线上的无用空区间中。

两个外芯件46之间延伸的对角线和水平线之间的夹角小于45度。同样，两个铁磁元件49之间延伸的对角线和水平线之间的夹角也小于45度。因此，外壳41的前壁41F几乎是方形，整体横向延长。所以，当从前面看时，受电连接器40整体也是横向伸长的形状。

下面描述第一实施例的操作和功能。

当电动自行车20充电时，则将该电动自行车20以朝前的姿势停放在停车装置10中。此时，将电动自行车20的前轮21插到导轨11之间，把前叉22引到合适的姿势，并将该前叉22上的受电连接器40配合到供电连接器30中。在这种装配状态下，受电连接器40的芯件装置43的内芯件45和两个外芯件46的前端面紧靠供电连接器30的芯件装置33的内芯件35和两个外芯件36的前端面。另外，初级线圈32和次级线圈42彼此同轴设置。此外，受电连接器40的两个铁磁元件49处在这样的状况：铁磁元件49分别可以感应供电连接器30的两个永磁体39。利用永磁体39和铁磁元件49之间的磁引力将两个连接器30和40维持在装配状态。

当两个连接器30和40装在一起时，有一个装配检测开关(未示出)检测这种装配情况，由一个设置在电源装置14上的逆变器(未示出)为供电连接器30的初级线圈32提供高频电源。因此，产生通过两个连接器30和40的芯件装置33和43的磁场。具体地说，上述产生的磁场由一个通过供电连接器30的内芯件35、受电连接器40的内芯件45、受电连接器40的相互连接部分47、受电连接器40的两个外芯件46、供电连接器30的两个外芯件36以及供电连接器30的相互连接部分37的磁路所形成。这样，在次级线圈42中产生为电动自行车20的电池24充电的感应电流。

在该实施例中，设置在线圈32，42外周边上的各个芯件装置33和43的外芯件36，46均为圆柱形。采用这种结构，就会有下面的优点。

如果一个外芯件(未示出)为管型柱式形状，则通过减少外芯件的横截面积(磁路的横截面积)来尽量减少外芯件的直径，从而使管壁(直径方向的尺寸)减少，外芯件截面的减少伴随内芯件(未示出)的直径的减少。但是，由于芯件是经烧结制成的，所以尺寸的限制对厚度的减少造成了影响。因而，即使内芯件的直径减少了，但外芯件的管子不可避免地要保持比较大的厚度。总之使微型化受到了限制。

另一方面，在本实施例中，外芯件36，46为圆柱形，该实施例的每个外芯件36，46的横截面的圆形直径大于横截面相同的管型柱式外芯件的厚度。因此，当减少横截面时该实施例的外芯件36，46与管型柱式外芯件相比，受到烧结的限制要小。换句话说，当将该实施例的每个外芯件36，46的横截面的直径和管型柱式外芯件的厚度设置成相同的尺寸时，该尺寸为烧结加工的极限值，该实施例的外芯件36，46的横截面小于管型柱式外芯件的横截面。因此，在该实施例中，当内芯件35，45的直径减少时，每个外芯件36，46的横截面(磁路的横截面)随内芯件35，45直径的减少而减少，从而可以实现芯件装置33，43的小型化设计。所以，可以使整个连接器做成小型连接器。同时，由于小型设计可以使重量减轻。

要求将安装管型柱式线圈32，42的空间设置在内芯件35，45和外芯件36，46之间。不论外芯件36，46的位置如何，该区间始终保持不变。因此，如果将外芯件分别布置在内芯件的左右侧，或是将外芯件布置在内芯件的上下侧，则连接器沿左右方向或上下方向的尺寸就增加。反之，在本实施例中，将两个外芯件36，46按对角线位置布置，这两个位置相对于内芯件35，45倾斜。因此，连接器沿左右方向的尺寸和沿上下方向的尺寸就可以保持比较小的值，从而实现整体小型化的设计。

例如，分别将外芯件布置在左右两侧时，而且分别将永磁体布置在每个外芯件的上下两侧时，永磁体所处的位置就分布在四个点上。因此，设置四个永磁体就使得构件数增加。反之，在本实施例中，将两个外芯件36，46按对角线布置。根据这种布置，可以将比较大的无用区固定到没有安装外芯件36，46的两个对角线位置上，分别将两个永磁体39和两个表面积大(即磁引力大)的铁磁元件49设置在大的无用区。根据这种布置，就可以减少永磁体39的数量，而不会减少永磁体39磁引力。

在两个连接器30和40的安装面(前壁31F和41F)上，永磁体39产生的磁引力在连接这两个永磁体39的连线上最强。所以，如果连接各个芯件装置的外芯件的连线没有与连接永磁体的连线相交，则沿上下方向或左右方向作用的外力施加给受电连接器时，则担心受电连接器会在连接永磁体的连线附近相对于供电连接器晃动，并与其脱开。但在本实施例中，连接永磁体39的对角线与在两个外芯件36，46之间延伸的对角线相交，两个外芯件36，46之间延伸的对角线通过位于内芯件35、45轴线上的内芯件35，45，两个外芯件36紧挨外芯件46的两个位置，这两个位置处在连接两个永磁体39的连线的两侧。所以，即使沿上下方向或沿左右方向的外力作用到受电连接器40上，该受电连接器40也不会在连接永磁体39的连线附近晃动，两个连接器30和40可以可靠地维持在装配位置。

(第二实施例)

下面参照图9描述本发明的第二实施例。

第二实施例的受电连接器50与第一实施例的差别在于芯件53的方向及永磁体和铁磁元件59的形状和布置。在第二实施例中，供电连接器的结构与受电连接器的类似，所以此处不再赘述。其它部分的结构与第一实施例的相同。因此，相同部件分别用相同标号表示，其结构、运行以及功能的描述也将省略。

在该第二实施例中，将内芯件55设置在外壳51的前壁51F的中部。将次级线圈52设置在内芯件55的外周上。将一对外芯件56设置在次级线圈52的外侧，并分别布置在内芯件55的左右两侧。也就是说，将外芯件56设置在与内芯件55相同的高度。每一个铁磁元件59(以及供电连接器的每一个永磁体(未示出))的面积小于第一实施例的铁磁元件49的面积(约是第一实施例的1/2)。将铁磁元件59设置在芯件53上方的两个位置(右边和左边)及芯件53下方的两个位置(右边和左边)。也就是说将所有铁磁元件59设置在四个位置。在左右方向，每一个铁磁元件59基本介于内芯件55和相应的外芯件56之间。

(第三实施例)

下面参照图10描述本发明的第三实施例。

第三实施例的受电连接器60与第一实施例的差别在于芯件63的方向及永磁体和铁磁元件69的形状和布置。在第三实施例中，供电连接器的结构与受电连接器60的类似，所以此处不再赘述。其它部分的结构与第一实施例的相同。因此，相同部件分别用相同标号表示，其结构、运行以及功能的描述也将省略。

当从前侧看时，第三实施例的内芯件63设置在外壳61的前壁61F的中部。分别将两个外芯件66设置在内芯件65的左下方和右下方。也就是说，将内芯件65和外芯件66以一个倒V型的方式设置。连接部分67也为倒V型。将铁磁元件69(和供电连接器的永磁体(未示出))分别设置在两个外芯件66的上方。在左右方向，铁磁元件69比外芯件66更靠近中部(内芯件的)。

(其它实施例)

本发明并不限于上面根据附图描述的实施例。例如，下面的实施例均落在本发明的技术范围内。此外，在不超出本发明范围的前提下还可以作其它改变。

(1)在上述实施例中，内芯件为圆柱型。但内芯件不限于这种圆柱型，而是可以是截面为椭圆形或方形的柱型。

(2)在上述实施例中，每一个外芯件均为圆柱型。但外芯件不限于这种圆柱型，而是可以是截面为椭圆形或方形的柱型。

(3)在上述实施例中，外芯件的数量是两个。但外芯件的数量也可以是一个或多于两个。

(4)在上述实施例中，仅在供电连接器中提供永磁体，而在受电中提供铁磁元件。但是，也可以在两个连接器中均提供永磁体，也可以在受电连接器中提供永磁体，而在供电连接器中提供铁磁元件。

(5)在上述实施例中，将每一个连接器布置成从前面看时为横向伸长的形状。但是，也可以将每一个连接器布置成纵向伸长的形状。

Claims (4)

1.一种用于为小型电动车辆充电的连接器，该连接器包括：

具有线圈和芯件装置的供电连接器；以及

安装在小型电动车辆上的受电连接器，该受电连接器具有线圈和芯件装置；

其中，当供电连接器和受电连接器装配完成时，通过电磁感应为小型电动车辆的电池装置充电；

其中，芯件装置的每一个均包括：

内芯件，该内芯件为圆柱型，设置在相应线圈的内周边上；和

外芯件，该外芯件为圆柱型，设置在相应线圈的外周边上。

2.根据权利要求1的连接器，其中，每个芯件装置的外芯件是多个外芯件；和

其中，使这些外芯件处在相对于内芯件为斜上方和斜下方的位置，并使内芯件处在各外芯件之间。

3.根据权利要求2的连接器，它还包括：

永磁体，永磁体处在供电连接器和受电连接器中的至少一个内，永磁体将供电连接器和受电连接器保持在装配状态；其中，

将永磁体设置在沿对角线相对的两个位置上，供电连接器和受电连接器中的至少一个的内芯件位于这两个位置之间；和

其中，连接这两个位置的连线与连接供电连接器和受电连接器中的至少一个中的外芯件的连线相交。

4.根据权利要求3的连接器，它还包括设置在供电连接器和受电连接器中的一个内的铁磁元件；

其中，将铁磁元件设置在另外两点上，供电连接器和受电连接器中的一个的内芯件位于这两点之间；和

其中，所述另外两点的连线与连接供电连接器和受电连接器中的一个的外芯件的连线相交。

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