基于电气自动化控制的充电装置设计

金昕怡，马文冰

（东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

作为科技领域的核心学科之一，传统电气工程经常与“创造产生电气”“电子系统”这些词相关联。随着社会进步和科技发展，21 世纪的电气工程有着更广阔的研究范围和更长远的发展前景。科技的发展使得人们更加注重生活品质的追求，将电气工程与其他技术行业相结合是重要途径之一。由于电动车具有环保、省力等优势，被发展与推广以逐渐取代传统自行车。近年来，电动车的数量快速增加，使得地面充电装置或充电箱的需求量逐渐增大[1]，因此充电箱逐步成为研究的重点。结合生活经验和调查研究发现，电动车使用充电桩充电时，充电线上的充电盒无处放置，长时间悬挂在空中易使插头松动导致充电异常[2]。除此之外，由于充电装置处于多变的自然环境中[3]，为保证其不受环境中雨水等的酸性腐蚀，从而实现较为长久的使用年限，因此提出一种实用新型电气工程设备的充电装置来解决上述问题。改进后的充电装置，延长了充电箱的使用寿命，解决了充电时插头松动的问题，避免了充电盒变压器无处安置的处境。

1 基于电气自动化控制的充电装置的结构设计

1.1 基于电气自动化控制的充电装置的整体布局

电气工程除尘的自动化装置主要由充电箱、显示屏[4]和充电插座三部分组成。利用充电箱内电机驱动第一转轴，第一转轴通过第一、第二、第三齿轮相啮合带动第一、第二、第三转轴转动。通过带动第三转轴，齿轮啮合带动第四齿轮，从而联动第二齿条。通过第二齿条的移动，采用滑动的方式连接锁车杆实现对停放车辆的锁定，达到防盗目的。同时伸缩板带着挡板伸出，露出充电插座用于充电，挡板能够在充电装置不使用的时候保护充电插座，防止长时间暴露在外受损以及保护儿童。关闭电机，把电动车的充电线接通，将充电盒放置在伸缩板的第一凹槽内从而保护充电盒以防其滑出伸缩板，同时伸缩板能防止充电盒悬挂所导致插头松动的情况出现。待充电完成，再开启电机使输出端带动逆向实现上述操作，解除锁车。通过增加放置充电盒的位置解决插头松动影响充电的问题，并且通过机械结构联动装置达到锁车的目的[5]。电气充电装置结构见图1、第81 页图2。

图1 电气充电装置结构示意图

图2 电气充电装置俯视结构示意图

1.2 基于电气自动化控制的充电装置的组件设计

1） 伸缩板。伸缩板位于第一滑槽内，开设有第一凹槽并固定连接有挡板，与挡板相配合的第二凹槽内部设有第二凹槽，在不使用时，挡板能盖住充电插座防止漏电，伸缩板下设有第一齿条，第一齿条与第一齿轮相啮合，见图3。

图3 电气充电装置的伸缩板结构示意图

2） 充电箱。充电箱内有电机，其输出端固定连接有第一转轴，充电箱内从上到下依次转动连接有第二转轴和第三转轴，第一转轴上固定连接有第一齿轮，见图4。第二转轴上固定连接有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮相啮合，第三转轴上从左到右依次固定连接有第三齿轮和第四齿轮，第二齿轮与第三齿轮相啮合，充电箱内开设有第一滑槽和与挡板相配合的第二凹槽。充电箱底部固定连接有固定座，上部固定连接有导线管，侧部通过通孔与锁车座相连。

图4 电气充电装置的第一齿轮结构示意图

3） 锁车座。锁车座位于充电箱侧部，充电箱中的第三转轴贯穿通孔转动连接在锁车座内，锁车座内设有第四齿轮，且开设第二滑槽，第二滑槽内滑动连接锁车杆，锁车杆上固定连接有第二齿条，第二齿条与第四齿轮相啮合，第一滑槽内固定连接有固定板，固定板与第一凹槽内壁相抵，锁车座上开设有第三凹槽，第二滑槽设置在第三凹槽两侧，以便锁车杆穿过车轮达到锁车的效果。

2 基于电气自动化控制的充电装置的工作原理

使用前先将电动车车轮推入锁车座的第三凹槽内，启动电机使输出端带动第一转轴逆时针转动，从而带动第一齿轮逆时针转动，第一齿轮带动伸缩板滑出第一滑槽，并且带动第二齿轮顺时针转动，第二齿轮带动第三齿轮逆时针转动，第三齿轮通过第三转轴带动第四齿轮逆时针转动，第四齿轮带动锁车杆滑出第二滑槽，锁车杆穿过第三凹槽内的前轮进入对应槽口，从而实现锁车，同时伸缩板带着挡板伸出，露出充电插座用于充电，挡板在不使用的时候保护充电插座[6]。关闭电机，把电动车的充电线接通，将充电盒放置在伸缩板的第一凹槽内，防止充电盒滑出伸缩板，起到保护作用，同时伸缩板能防止充电盒悬挂所导致插头松动的情况出现，等充电完成后拔出充电线，取出充电盒，再开启电机使电机的输出端带动第一转轴从而带动第一齿轮顺时针转动，第一齿轮带动伸缩板收回到第一滑槽内并带动第二齿轮逆时针转动，从而带动第三齿轮顺时针转动，第三齿轮通过第三转轴带动第四齿轮顺时针转动，第四齿轮带动锁车杆滑入到第二滑槽内，以到达解除锁车状态方便取车[7]。

3 基于电气自动化控制的充电装置的有益效果

本装置采用电机驱动转轴，通过齿轮的啮合实现对停放车辆的自动锁定，并且打开充电插座的保护面板，自动搭建充电箱放置平台，解决电动车使用充电箱时充电线上的充电盒无处放置引起的长时间悬挂在空中易使插头松动导致充电异常的问题，并达到防盗之效。一方面通过触发电机使其带动第一转轴进行移动，通过啮合的齿轮实现第二、三转轴在第一、二、三齿轮的机械结构联动下带动锁车座滑出，起到锁定停放车辆的目的，防止车辆被盗取。另一方面通过将挡板与伸缩板相连，露出充电插座，有效改善充电装置长时间暴露在外受损情况，从而提高使用寿命扩大应用范围与场景。除此之外，对于保护儿童以免误触致使人身伤害十分有益。伸缩板为充电过程中的充电箱提供安置之所，辅以第一凹槽防止充电盒滑出伸缩板，达到防止充电盒悬挂所导致插头松动情况出现的目的。

4 结束语

伴随人们对建设环境友好型、资源节约型社会的认识程度愈来愈高，电力能源代替传统的化石燃料已成为发展的必然趋势。电动车作为较低成本且环保的出行方式也被越来越多的人群所选择，但是由于其充电的不便捷性，在一定程度上制约了该领域的蓬勃发展。电气工程充电装置通过结合电力控制与机械结构的联动，既可以解决充电过程中充电盒无处安放悬空导致的插头松动问题，也可以在一定程度上实现防盗的效果，更可以延长充电装置使用寿命并拓宽应用环境的限制，防止因儿童误触引起惨剧的发生。科技改变未来，智慧造就生活，基于电气工程自动化的充电装置有利于打造更加美好的环境友好型社会。