基于電氣自動化控制的充電裝置設計

金昕怡，馬文冰

（東北林業大學機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

作為科技領域的核心學科之一，傳統電氣工程經常與“創造產生電氣”“電子系統”這些詞相關聯。隨著社會進步和科技發展，21 世紀的電氣工程有著更廣闊的研究范圍和更長遠的發展前景。科技的發展使得人們更加注重生活品質的追求，將電氣工程與其他技術行業相結合是重要途徑之一。由于電動車具有環保、省力等優勢，被發展與推廣以逐漸取代傳統自行車。近年來，電動車的數量快速增加，使得地面充電裝置或充電箱的需求量逐漸增大[1]，因此充電箱逐步成為研究的重點。結合生活經驗和調查研究發現，電動車使用充電樁充電時，充電線上的充電盒無處放置，長時間懸掛在空中易使插頭松動導致充電異常[2]。除此之外，由于充電裝置處于多變的自然環境中[3]，為保證其不受環境中雨水等的酸性腐蝕，從而實現較為長久的使用年限，因此提出一種實用新型電氣工程設備的充電裝置來解決上述問題。改進后的充電裝置，延長了充電箱的使用壽命，解決了充電時插頭松動的問題，避免了充電盒變壓器無處安置的處境。

1 基于電氣自動化控制的充電裝置的結構設計

1.1 基于電氣自動化控制的充電裝置的整體布局

電氣工程除塵的自動化裝置主要由充電箱、顯示屏[4]和充電插座三部分組成。利用充電箱內電機驅動第一轉軸，第一轉軸通過第一、第二、第三齒輪相嚙合帶動第一、第二、第三轉軸轉動。通過帶動第三轉軸，齒輪嚙合帶動第四齒輪，從而聯動第二齒條。通過第二齒條的移動，采用滑動的方式連接鎖車桿實現對停放車輛的鎖定，達到防盜目的。同時伸縮板帶著擋板伸出，露出充電插座用于充電，擋板能夠在充電裝置不使用的時候保護充電插座，防止長時間暴露在外受損以及保護兒童。關閉電機，把電動車的充電線接通，將充電盒放置在伸縮板的第一凹槽內從而保護充電盒以防其滑出伸縮板，同時伸縮板能防止充電盒懸掛所導致插頭松動的情況出現。待充電完成，再開啟電機使輸出端帶動逆向實現上述操作，解除鎖車。通過增加放置充電盒的位置解決插頭松動影響充電的問題，并且通過機械結構聯動裝置達到鎖車的目的[5]。電氣充電裝置結構見圖1、第81 頁圖2。

圖1 電氣充電裝置結構示意圖

圖2 電氣充電裝置俯視結構示意圖

1.2 基于電氣自動化控制的充電裝置的組件設計

1） 伸縮板。伸縮板位于第一滑槽內，開設有第一凹槽并固定連接有擋板，與擋板相配合的第二凹槽內部設有第二凹槽，在不使用時，擋板能蓋住充電插座防止漏電，伸縮板下設有第一齒條，第一齒條與第一齒輪相嚙合，見圖3。

圖3 電氣充電裝置的伸縮板結構示意圖

2） 充電箱。充電箱內有電機，其輸出端固定連接有第一轉軸，充電箱內從上到下依次轉動連接有第二轉軸和第三轉軸，第一轉軸上固定連接有第一齒輪，見圖4。第二轉軸上固定連接有第二齒輪，第一齒輪與第二齒輪相嚙合，第三轉軸上從左到右依次固定連接有第三齒輪和第四齒輪，第二齒輪與第三齒輪相嚙合，充電箱內開設有第一滑槽和與擋板相配合的第二凹槽。充電箱底部固定連接有固定座，上部固定連接有導線管，側部通過通孔與鎖車座相連。

圖4 電氣充電裝置的第一齒輪結構示意圖

3） 鎖車座。鎖車座位于充電箱側部，充電箱中的第三轉軸貫穿通孔轉動連接在鎖車座內，鎖車座內設有第四齒輪，且開設第二滑槽，第二滑槽內滑動連接鎖車桿，鎖車桿上固定連接有第二齒條，第二齒條與第四齒輪相嚙合，第一滑槽內固定連接有固定板，固定板與第一凹槽內壁相抵，鎖車座上開設有第三凹槽，第二滑槽設置在第三凹槽兩側，以便鎖車桿穿過車輪達到鎖車的效果。

2 基于電氣自動化控制的充電裝置的工作原理

使用前先將電動車車輪推入鎖車座的第三凹槽內，啟動電機使輸出端帶動第一轉軸逆時針轉動，從而帶動第一齒輪逆時針轉動，第一齒輪帶動伸縮板滑出第一滑槽，并且帶動第二齒輪順時針轉動，第二齒輪帶動第三齒輪逆時針轉動，第三齒輪通過第三轉軸帶動第四齒輪逆時針轉動，第四齒輪帶動鎖車桿滑出第二滑槽，鎖車桿穿過第三凹槽內的前輪進入對應槽口，從而實現鎖車，同時伸縮板帶著擋板伸出，露出充電插座用于充電，擋板在不使用的時候保護充電插座[6]。關閉電機，把電動車的充電線接通，將充電盒放置在伸縮板的第一凹槽內，防止充電盒滑出伸縮板，起到保護作用，同時伸縮板能防止充電盒懸掛所導致插頭松動的情況出現，等充電完成后拔出充電線，取出充電盒，再開啟電機使電機的輸出端帶動第一轉軸從而帶動第一齒輪順時針轉動，第一齒輪帶動伸縮板收回到第一滑槽內并帶動第二齒輪逆時針轉動，從而帶動第三齒輪順時針轉動，第三齒輪通過第三轉軸帶動第四齒輪順時針轉動，第四齒輪帶動鎖車桿滑入到第二滑槽內，以到達解除鎖車狀態方便取車[7]。

3 基于電氣自動化控制的充電裝置的有益效果

本裝置采用電機驅動轉軸，通過齒輪的嚙合實現對停放車輛的自動鎖定，并且打開充電插座的保護面板，自動搭建充電箱放置平臺，解決電動車使用充電箱時充電線上的充電盒無處放置引起的長時間懸掛在空中易使插頭松動導致充電異常的問題，并達到防盜之效。一方面通過觸發電機使其帶動第一轉軸進行移動，通過嚙合的齒輪實現第二、三轉軸在第一、二、三齒輪的機械結構聯動下帶動鎖車座滑出，起到鎖定停放車輛的目的，防止車輛被盜取。另一方面通過將擋板與伸縮板相連，露出充電插座，有效改善充電裝置長時間暴露在外受損情況，從而提高使用壽命擴大應用范圍與場景。除此之外，對于保護兒童以免誤觸致使人身傷害十分有益。伸縮板為充電過程中的充電箱提供安置之所，輔以第一凹槽防止充電盒滑出伸縮板，達到防止充電盒懸掛所導致插頭松動情況出現的目的。

4 結束語

伴隨人們對建設環境友好型、資源節約型社會的認識程度愈來愈高，電力能源代替傳統的化石燃料已成為發展的必然趨勢。電動車作為較低成本且環保的出行方式也被越來越多的人群所選擇，但是由于其充電的不便捷性，在一定程度上制約了該領域的蓬勃發展。電氣工程充電裝置通過結合電力控制與機械結構的聯動，既可以解決充電過程中充電盒無處安放懸空導致的插頭松動問題，也可以在一定程度上實現防盜的效果，更可以延長充電裝置使用壽命并拓寬應用環境的限制，防止因兒童誤觸引起慘劇的發生。科技改變未來，智慧造就生活，基于電氣工程自動化的充電裝置有利于打造更加美好的環境友好型社會。