(57)【要約】      （修正有）【課題】充電システム及び方法を提供する。【解決手段】充電システムは、第１充電コイルと、この第１充電コイルに連結されたエネルギー貯蔵装置とを含む。エネルギー充電システムは、更に、可動ポジショナ上に設けられた第２充電コイルであって、電気エネルギー源に連結可能な第２充電コイルと、可動ポジショナを並進させるように構成された少なくとも１つの駆動機構と、システム制御装置と、を含むエネルギー充電スタンドを含む。システム制御装置は、エネルギー充電スタンドへの第１充電コイルの接近を示す事象を検出し、第２充電コイルが僅かな間隔をあけて第１充電コイルに実質的に位置合わせされるように可動ポジショナを並進させて変圧器を形成し、この変圧器を介して電気エネルギーを少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置に伝送するように構成された充電サイクルを開始するように構成されている。【選択図】図１
2011188736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１充電コイル（１１０）と、
前記第１充電コイル（１１０）に連結された少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置（４０６）と、
エネルギー充電スタンド（４０４）であって、
可動ポジショナ（１０８）上に設けられた第２充電コイル（１０６）であって、電気エネルギー源（４１０）に連結可能な、前記第２充電コイル（１０６）と、
前記可動ポジショナ（１０８）を並進させるように構成された少なくとも１つの駆動機構（３０２）と、
システム制御装置であって、
前記エネルギー充電スタンド（４０４）への前記第１充電コイル（１１０）の接近を示す事象を検出し、
前記第２充電コイル（１０６）が僅かな間隔をあけて前記第１充電コイル（１１０）に実質的に位置合わせされるように前記可動ポジショナ（１０８）を並進させて変圧器を形成し、
前記変圧器を介して電気エネルギーを前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置（４０６）に伝送するように構成された充電サイクルを開始するように構成された、システム制御装置と、
を含む前記エネルギー充電スタンド（４０４）と、を有する充電システム。
【請求項２】
前記可動ポジショナ（１０８）を並進させるように構成された前記システム制御装置が、
前記第１充電コイル（１１０）と前記第２充電コイル（１０６）との間のエネルギー伝送のレベルを検出し、
前記第１充電コイル（１１０）と前記第２充電コイル（１０６）との間のエネルギー伝送の検出されたレベルに従って、前記可動ポジショナ（１０８）を並進させるように構成された、請求項１に記載のエネルギー充電システム。
【請求項３】
前記可動ポジショナを並進させるように構成された前記システム制御装置が、
前記第１充電コイル（１１０）に近い位置から発せられる超音波信号を検出し、
前記検出された超音波信号に従って前記可動ポジショナ（１０８）を並進させるように構成された、請求項１に記載のエネルギー充電システム。
【請求項４】
前記システム制御装置が更に、前記充電サイクルの間、前記第１充電コイル（１１０）と前記第２充電コイル（１０６）との間に空隙（１１４）が維持されるように、前記可動ポジショナ（１０８）を並進させるように構成された、請求項１に記載のエネルギー充電システム。
【請求項５】
前記第１充電コイル（１１０）が自動車（４０２、５０２）内に位置し、前記自動車（４０２、５０２）が電気及びハイブリッド電気自動車のうちの１つである、請求項１に記載のエネルギー充電システム。
【請求項６】
前記自動車（４０２、５０２）がレセプタクル凹部（５０６）を更に含み、前記レセプタクル凹部（５０６）が、前記可動ポジショナ（１０８、５１６）及び前記第２充電コイル（１０６）を収容するように構成された、請求項５に記載のエネルギー充電システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの駆動機構（３０２）が、少なくとも二次元方向に前記可動ポジショナ（１０８）を並進させるように構成された、請求項１に記載のエネルギー充電システム。
【請求項８】
前記第２充電コイル（１０６）を前記電気エネルギー源（４１０）に連結するように構成されたコネクタを更に含み、前記電気エネルギー源（４１０）に送電線網及びバッテリのうちの１つを含む、請求項１に記載のエネルギー充電システム。
【請求項９】
前記エネルギー充電スタンド（４０４）が更に、変圧器漏れインダクタンスを補償するための共振電力変換器（４１８）を含む、請求項１に記載のエネルギー充電システム。
【請求項１０】
前記システム制御装置が更に、充電電流の高調波間の変調周波数を使用して、前記第１充電コイル（１１０）と前記第２充電コイル（１０６）との間で情報通信を行うように構成された、請求項１に記載のエネルギー充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して充電システムに関し、特に、電気自動車又はハイブリッド電気自動車のエネルギー貯蔵システムの充電システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車及びハイブリッド電気自動車は、通常、単独の又は内燃機関と組み合わされた１つ以上のエネルギー貯蔵装置により動力供給される。純粋な電気自動車では、１つ以上のエネルギー貯蔵装置が駆動系全体に動力を供給するので、内燃機関は必要ない。一方、ハイブリッド電気自動車は、内燃機関により供給される動力を補うエネルギー貯蔵装置の動力を有し、これによって内燃機関及び自動車の燃料効率が大幅に上昇する。
【０００３】
これまで、電気自動車又はハイブリッド電気自動車のエネルギー貯蔵装置は、従来の電気コンセントから１２０Ｖ又は２４０Ｖの電力で充電可能な、少なくとも１つのバッテリを含んでいた。電源コードは、好ましくはオフピーク利用時間帯に、再充電サイクルを開始するために、エネルギー貯蔵装置と電気コンセントとの間に手動で接続されていた。しかし、この充電法はかなりの時間を費やし、例えば、エネルギー貯蔵装置を完全に充電するには、最大で１２時間を要する場合がある。更に、雨、雪、及び霧等の環境条件が充電性能を低下させることがあるので、エネルギー貯蔵装置と電気コンセントとの導電係合によって、充電スタンド（充電ステーション）の位置が限定される傾向がある。
【０００４】
電気自動車又はハイブリッド電気自動車のエネルギー貯蔵装置を充電する別の方法は、誘導充電として知られている。誘導充電では、第１誘導コイルを使用して、自動車の外部に位置する充電スタンドの中から交流電磁場を発生させる。この第１誘導コイルは、通常は「パドル」内、又はその他の装置内に位置し、変圧器の半分を形成する。第２誘導コイルは自動車内に位置するが、第１誘導コイルを含む「パドル」又はその他の装置が自動車内の第２誘導コイル近傍にあるとき、この２つの誘導コイルは、電磁場を通じて電力を伝送してこれを自動車のエネルギー貯蔵装置を充電するための電流に変換する変圧器を形成する。従来の導電性充電とは異なり、誘導充電は露出された導体を伴わないので、雨、雪、及び霧等の環境条件が充電性能に影響を及ぼすことが少ない。しかし、それでもユーザーは、２つの誘導コイルを手動で相互に近接配置しなければならない。そのため、充電サイクルを開始するにあたり、ユーザーは自動車を出なければならず、環境条件に曝されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５９０３１３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、充電スタンドと自動車との間の充電操作を開始する代替の「ハンズフリー」モードを有する、電気自動車及び／又はハイブリッド電気自動車用の充電スタンドを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、第１充電コイルと、第１充電コイルに連結された少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置とを有する充電システムを提供する。エネルギー充電システムは、更に、可動ポジショナ上に設けられた第２充電コイルであって、電気エネルギー源に連結可能な第２充電コイルと、可動ポジショナを並進させるように構成された少なくとも１つの駆動機構と、システム制御装置と、を含むエネルギー充電スタンドを含む。システム制御装置は、エネルギー充電スタンドへの第１充電コイルの接近を示す事象を検出し、第２充電コイルが僅かな間隔をあけて第１充電コイルに実質的に位置合わせされるように可動ポジショナを並進させて変圧器を形成し、この変圧器を介して電気エネルギーを少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置に伝送するように構成された充電サイクルを開始するべく構成される。
【０００８】
本発明の別の態様では、自動車の充電方法を示し、この方法は、エネルギー充電スタンド近傍の自動車を検出するステップであって、自動車が第１充電コイルを含み、エネルギー充電スタンドが可動電機子上に設けられた第２充電コイルを含むステップと、自動車の検出に基づいて充電サイクル要求を開始するステップと、を含む。この方法は更に、第２充電コイルが第１充電コイルの方向に移動するように可動電機子を操作するステップと、第１充電コイルと第２充電コイルとの間のエネルギー伝送のレベルを判定すること、並びに第１充電コイルに近い位置から発せられる超音波信号を検出することのうち少なくとも１つによって、第１充電コイルの位置を検出するステップと、を含む。加えて、この方法は、第２充電コイルが第１充電コイルに位置合わせされるように可動電機子を操作して変圧器を形成するステップと、この変圧器によって自動車のエネルギー貯蔵装置を充電するステップと、を含む。
【０００９】
本発明のまた別の態様では、エネルギー充電装置を説明する。エネルギー充電装置は、可動電機子上に位置する一次充電コイルであって、電気エネルギー源と電気的に接続された一次充電コイルと、少なくとも二次元方向に可動電機子を並進させるように構成された少なくとも１つの駆動機構と、システム制御装置と、を含む。システム制御装置は、エネルギー充電装置の外部に位置する二次充電コイルの存在を検出し、二次充電コイルの位置を検出し、一次充電コイルが僅かな間隔をあけて二次充電コイルに実質的に位置合わせされるように、二次充電コイルの方向に可動電機子と一次充電コイルを並進させるように、構成されている。システム制御装置は更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置を充電するための充電サイクルを開始するように構成されており、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置は、一次充電コイルと二次充電コイルとによって形成される変圧器、並びに導電性電気連結器のうちの少なくとも１つを介して充電される。
【００１０】
以下の詳細な説明と図面から、その他様々な特徴及び利点が明らかになる。
【００１１】
図面では、本発明の実施にあたり現在考察している好適な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による誘導充電構成の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による磁心及び充電コイルの前面図である。
【図３】本発明の一実施形態による充電コイル位置決めシステムの斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による誘導充電システムの概略図である。
【図５Ａ】本発明の別の実施形態による誘導充電システムの概略図である。
【図５Ｂ】本発明の別の実施形態による誘導充電システムの概略図である。
【図５Ｃ】本発明の別の実施形態による誘導充電システムの概略図である。
【図６】本発明の実施形態による誘導充電方法に関する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
自動車その他の装置用の、エネルギー貯蔵装置の電気エネルギー充電システム及び方法であって、ユーザーの手動による取り付け又は介入を必要とせずに、エネルギー貯蔵装置がエネルギー充電アセンブリに連結される方法を示す。
【００１４】
図１を参照すると、本発明の一実施形態による無接触器充電インターフェース１００の断面図が示されている。充電インターフェース１００は、２つの磁心１０２、１０４を含む。磁心１０２、１０４は、好ましくは「ポットコア」タイプの構造であるが、その他の磁心構造も好適である。磁心１０２はその内部に設けられた充電コイル１０６を含み、磁心１０４はその内部に設けられた充電コイル１１０を含む。図２は、線２−２に沿った、磁心１０２又は磁心１０４、並びにそれぞれの充電コイル１０６、１１０の前面図を示す。図２からわかるように、充電コイル１０６、１１０は、磁心１０２、１０４の一部を包囲すると共に、磁心１０２、１０４の一部によって囲まれている。
【００１５】
図１に示すように、磁心１０２及び磁心１０４は（それぞれの充電コイル１０６、１１０を伴って）、全体として個別の構造であり、各々が異なる装置内に保持されている。例えば、以下に更に詳細に記載するように、磁心１０２は好ましくは、複数の次元での操作が可能な電機子１０８に取り付けられた、充電アセンブリハウジング１１６の中に保持される。その一方、磁心１０４は、好ましくは自動車上又は自動車内に保持され、薄い非導電性障壁１１２によって保護されている。本発明の実施例において、磁心１０４は、自動車の前部バンパ領域に設けられ、障壁１１２によって保護されており、障壁１１２は、任意の適宜の非導電性材料（例えばプラスチック）で形成されている。しかし、本発明の実施形態は、このような構成に限定されない。
【００１６】
図１には図示していないが、図４において以下で論じるように、充電コイル１０６及び充電コイル１１０は両方とも、それぞれ少なくとも１つの電気エネルギー源に連結される。例えば、充電コイル１０６は、送電線網及び／又はバッテリに結合され、充電コイル１１０は自動車のエネルギー貯蔵システムに結合される。電圧がかかると、充電コイル１０６は変圧器一次巻線の機能を果たし、充電コイル１１０は変圧器二次巻線の機能を果たす。充電コイル１０６、１１０は、充電コイル１０６、１１０が実質的に位置合わせされ、空隙１１４のみによって分離されるように相互にごく接近しており、比較的効率の良い変圧器になるので、接触器を使用することなく充電コイル１０６、１１０の間で誘導エネルギーを伝送できる。空隙１１４は、変圧器の漏れインダクタンスを最小限に抑えるために、小さい（即ち０．１インチ以下）ことが好ましい。しかし、磁心１０２と磁心１０４との間の磁気間隙を依然として維持しながら、磁心１０２を非導電性障壁１１２に直接接触させることによって空隙１１４をなくしてもよい。
【００１７】
図３を参照すると、本発明の一実施形態による位置決め装置３００が示されている。位置決め装置３００は、充電スタンドの一部であり、図１に示すように磁心１０２及び充電コイル１０６を、磁心１０４及び充電コイル１１０に対して位置決め及び位置合わせできるように、ｘ、ｙ、及びｚ次元で充電アセンブリハウジング１１６を操作するように構成されている。自動車又はその他の装置が位置決め装置３００のすぐ近傍にくると、自動車又はその他の装置の存在が検知され、充電アセンブリハウジング１１６は、１つ以上の次元で移動され、充電コイル１０６が充電コイル１１０に実質的に位置合わせされる。複数のステッピングモータ３０２及び送りネジ３０４を使用して、図１に示すように、充電コイル１０６及び充電コイル１１０が実質的に位置合わせされるまで、充電アセンブリハウジング１１６をｘ、ｙ、及びｚ次元で機械的に駆動させる。なお、いずれの適切な制御可能駆動機構（例えば、サーボモータ）及び構造でも十分と思われるので、位置決め装置３００は、充電アセンブリハウジング１１６を駆動させるステッピングモータ及び送りネジの使用に限定されない。また、位置決め装置３００は、ｘ、ｙ、及びｚ次元の移動に限定されることなく、一次元又は二次元で移動してもよい。
【００１８】
ここで図４に進むと、本発明の一実施形態によるエネルギー充電システムの詳細な概略図が示されている。先ず自動車４０２を参照すると、充電コイル１１０は、自動車の電子部品４０８を介してバッテリ４０６に電気的に結合されている。電子部品４０８は、図示の構成に限定されることなく、電気自動車又はハイブリッド電気自動車内に既に存在するエネルギー管理システム（ＥＭＳ）等の、自動車の既存部品であってもよい。充電スタンド４０４については、充電コイル１０６が電気エネルギー源４１０に電気的に結合されたものとして図示されている。電気エネルギー源４１０は、送電線網及び／又はバッテリである。また、電気エネルギー源４１０との三相接続が図示されているが、本発明の実施形態がこれに限定されないことを理解されたい。
【００１９】
引き続き図４を参照しながら、本発明の一実施形態による充電サイクルを開始する方法を説明する。先ず、自動車４０２を、充電スタンド４０４に近い位置まで動かす。自動車４０２のユーザーがその後、スイッチ（図示せず）を作動させて低電力で充電コイル１１０を励磁することによって、充電コイル１１０から生じる磁場を発生させる。充電コイル１１０から生じる磁場はその後、充電スタンド４０４の充電コイル１０６及び自動車存在センサ４１２の両方によって検知される。本発明の一実施形態において、充電コイル１１０から生じる磁場が検出されると、充電コイル１０６にも電圧がかかり、例えば図３を参照しながら上述した位置決め装置３００を使用して、ｘ次元及びｙ次元の両方で充電コイル１０６が並進する。充電コイル１０６が自動車４０２に対してｘ次元及びｙ次元に移動する際、最大電力探索機４１４は、充電コイル１０６、１１０を介した自動車４０２への電力伝送の増減を検出する。自動車４０２に供給される電力が増加していると判定された場合、コイル１０６はｘ次元及び／又はｙ次元でコイル１１０に接近して位置合わせされるので、コイル１０６は同じ方向への移動を続ける。しかし、充電コイル１０６の移動中に自動車４０２に供給される電力が減少している場合、充電コイル１０６、１１０はｘ及びｙ次元で離れるように移動するので、充電コイル１０６の移動方向は逆転する。充電スタンド４０４のＤＣリンク電圧及び電流は、（乗算器４１６によって）単純に乗算され、自動車４０２に供給される電力が特定される。最大電力探索機４１４はその後、乗算器４１６からの供給電力の計算によって、ｘ及びｙ次元の最大電力の位置を特定する。
【００２０】
充電コイル１０６がｘ及びｙ次元で並進している間、充電コイル１０６は同時にｚ次元にも（つまり、自動車４０２及び充電コイル１１０の方向に）並進する。充電コイル１０６、１１０の間の電力伝送は、充電コイル１０６がｚ次元で自動車４０２に近づくにつれて増加するので、充電コイル１０６及び充電コイル１１０が（物理的に接触せずに）互いに最も近くなる位置が、本来はｚ次元の最大電力伝送の位置である。充電コイル１０６がｚ次元で充電コイル１１０から適切に離間しており、なお且つ充電コイル１０６、１１０がｘ及びｙ次元で十分に位置合わせされているとき、充電コイル１０６の並進が停止し、充電サイクルが開始し、その結果、電圧がかかった充電コイル１０６、１１０によって形成される変圧器を介して電気エネルギーが誘導的にバッテリ４０６に伝送される。
【００２１】
上述の手法を使用して、充電コイル１１０に対する充電コイル１０６の位置合わせを探索している間、電力は自動車のバッテリ４０６から殆ど引き出されない。その代わり、電気エネルギー源４１０から取得される高電力を用いて、充電コイル１０６で比較的強い信号が生成され、その結果、バッテリ４０６を更に消耗することなく、充電コイル１０６、１１０の間を自動的に位置合わせできる。
【００２２】
充電コイル１０６、１１０の間を位置合わせして充電サイクルを開始する代替方法では、自動車存在センサ４１２を使用して、充電コイル１０６、１１０の間の位置合わせを判定する。つまり、充電コイル１０６がｘ及びｙ次元の両方で交互に並進している間、自動車存在センサ４１２は、充電コイル１１０から生じる磁場を検知する。検知された磁場に応答して自動車存在センサ４１２によって生成される信号が強まっている場合、その特定の方向への、ｘ及びｙ次元の充電コイル１０６の並進は継続する。しかし、自動車存在センサ４１２により生成される信号が弱まっている場合、ｘ及びｙ次元の中心位置合わせがなされていないので、充電コイル１０６の並進の方向を逆転させる。ｘ及びｙ次元の充電コイル１０６の位置を調節している間、充電コイル１０６は同時に、ｚ次元で（つまり、自動車及び充電コイル１１０の方向に）並進する。上述のように、ｚ次元での最大電力伝送位置は本来、充電コイル１０６及び充電コイル１１０が互いに最も接近する位置である。こうして、自動車存在センサ４１２により生成される信号が最も強い位置が特定され（ｘ及びｙ次元の位置合わせを意味する）、充電コイル１０６が自動車４０２に到達すると（十分なｚ次元の位置合わせを意味する）、充電コイル１０６の並進が停止し、充電サイクルが開始し、その結果、電圧がかかった充電コイル１０６、１１０により形成された変圧器を介して、電気エネルギーがバッテリ４０６に誘導的に伝送される。
【００２３】
図４を参照して、充電コイル１０６、１１０を上述の方法の１つによって相互に接近させて充電サイクルを開始するが、充電コイル１０６、１１０の間の漏れインダクタンスは比較的大きいままである。そこで、充電スタンド４０４には、更に、共振電力変換器４１８を使用する。共振電力変換器４１８は、変圧器の漏れインダクタンスで共振する共振キャパシタ４２０を含む。この構成により、充電回路の電圧−電流定格の低減だけでなく、共振電力変換器４１８の半導体の低損失ソフトスイッチングも可能なるので、充電コイル１０６、１１０の間の漏れインダクタンスの影響が軽減される。
【００２４】
充電スタンド４０４の充電コイル１０６を並進させる上述の方法は、三次元（ｘ、ｙ、及びｚ）の並進に関するが、本発明の実施形態はこうした構成に限定されない。例えば、充電コイル１１０は、好ましくは上述のように自動車４０２のバンパ領域内に位置するが、充電コイル１１０は自動車４０２の代替的な領域（即ち、ルーフ構造）に位置してもよい。バンパ又は代替領域内の充電コイル１０６の位置が、自動車の特定のクラス又は型式を通じて概ね一貫している場合、充電コイルのｘ次元又はｙ次元の高さ又は位置の変更は不要であり、二次元、即ちｘ及びｚ次元、又はｙ及びｚ次元で充電コイル１０６を並進させるように充電スタンド４０４を構成するだけでよい。自動車のバンパ又は代替構造物自体を使用して、充電コイル１０６を充電コイル１１０に対して適当な高さ又は位置に案内してもよい。例えば、充電コイル１０６がｘ次元又はｙ次元で充電コイル１１０に位置合わせされるまで、充電コイル１０６のハウジング部品が自動車のバンパ又は代替構造物の斜面に沿って案内されるように、充電コイル１０６のハウジング部品に輪郭を追加してもよい。更に、充電対象の自動車（又は自動車の一群）が、充電スタンド４０４が構成されている特定のクラス又は型式に属していない場合、充電スタンド４０４の並進可能部品を調整又は交換して、充電コイル１０６のｙ次元の高さの設定を変更する。
【００２５】
充電コイル１０６の並進をｚ次元のみに限定することもできる。つまり、自動車４０２を、自動車のタイヤの片側にある溝又は小さな案内ストリップ、並びに自動車のタイヤの前後にある調節可能な案内ストリップによって特定の駐車位置に案内することで、自動車４０２のｘ次元のずれの可能性を実質的に抑えることができる。充電コイル１０６の輪郭成形されたハウジング部品を、自動車のバンパ又は代替構造物の表面と一緒に利用して、その後（上述したｙ次元と同様に）ｘ次元で充電コイル１０６が充電コイル１１０に更に位置合わせされる。このように、充電コイル１０６のｚ次元での並進のみが必要になるので、充電スタンド４０４の部品が更に簡便化されるであろう。バネ−ダンパ構造を使用することにより、ｚ次元の並進が更に簡便化され、自動車のユーザーは車内からスイッチを起動させて充電コイル１０６のｚ次元の並進を開始できる。このとき、充電コイル１０６と充電コイル１１０とが適切に位置合わせされるまで、自動車のバンパ又は代替構造が簡便に充電コイル１０６をｘ及び／又はｙ次元に案内する。ｚ次元の充電コイル１０６の並進停止は、抵抗力を測定する機械スイッチによって、或いは自動車のバンパ及びひいては充電コイル１１０と充電コイル１０６の接近を示す突起ピンを備えたリミットスイッチによって、可能である。代替的に、超音波センサ等の電子検知装置も、充電コイル１０６が充電コイル１１０に十分に接近しており効率的な電子変圧器が形成されているときに、ｚ次元での充電コイル１０６の並進を停止するために使用できる。
【００２６】
充電目的における充電コイル１０６と充電コイル１１０の位置合わせに関する上述の実施形態のいずれにおいても、充電コイル１１０に対する充電コイル１０６の配置を制約する電磁又は機械係止装置を備えて、充電サイクルの開始前及び／又は充電サイクルそのものの最中に、充電コイル１０６、１１０の間に許容可能な空隙を維持するようにすると、更に有利である。また、充電コイル１０６、１１０の間の空隙が許容範囲内であること、充電コイル１０６が充電コイル１１０に対して正確に位置決めされていること、並びに充電システム又は送電線網にその他の故障が全く存在しないことを確認する制御入力を充電スタンド４０４が受信することも有利であろう。万が一、そのような点で故障が検出された場合、ユーザーに対して自動車４０２又は充電スタンド４０４のいずれかから視覚的又は聴覚的な指示が行われる。また、故障が検出された場合、充電サイクルは充電スタンド４０４によって終了し、故障コードがユーザーに送られ、故障した自動車及び／又は充電スタンドの部品を特定することができる。
【００２７】
充電コイル１０６、１１０は、自動車４０２のエネルギー貯蔵装置を誘導充電するための使用に加えて、自動車４０２と充電スタンド４０４との間の情報通信にも使用可能である。こうした通信は、バッテリ４０６の充電状態、課金情報、又はその他の関連情報に関する。充電コイル１０６、１１０の間で情報通信を行うにあたり、充電電流の高調波間の（１つ又は複数の）変調周波数を使用する。単純なフィルタリング技術を用いて、充電電流及びその高調波による干渉から通信信号を保護するための絶縁が可能である。また、スイッチング周波数の高調波ではなく、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲と思われる電力スイッチング周波数よりもかなり高い周波数の変調信号を使用して、充電コイル１０６、１１０を介して情報通信を行うことができ、その結果、充電操作中にパワーエレクトロニクス及び関連の電機部品における可聴ノイズを実質的に低減するという、更なる利点が得られる。このように、充電スタンド４０４と自動車４０２との間の無接触器充電が可能なだけでなく、充電スタンド４０４と自動車４０２との間の無接触器通信も可能である。
【００２８】
次に、図５Ａ〜５Ｃを参照すると、別の実施形態が図示されている。図５Ａは、充電スタンド５０４の近傍に駐車された電気自動車又はハイブリッド電気自動車５０２を示す。自動車５０２は、その内部に、好ましくは（これに限定されないが）自動車５０２の前端に設けられた、レセプタクル凹部５０６を有する。レセプタクル凹部５０６は、レセプタクルドア５０８により閉じられている。図５Ｂは、誘導充電連結装置５１２に連結された再充電バッテリ５１０を更に有する自動車５０２を示す。誘導充電連結装置５１２は、図１及び４に関連して上述した充電コイル１１０等の充電コイルを有し、誘導充電連結装置５１２の充電コイルは、レセプタクル凹部５０６に直接隣接するように設けられる。自動車５０２のレセプタクルドア５０８が開放されると、超音波信号５１４がレセプタクル凹部５０６から発せられる。充電スタンド５０４のセンサがレセプタクル凹部５０６からの超音波信号５１４を検出し、充電シーケンスを開始する。つまり、超音波信号５１４を検出すると、充電スタンド５０４は、図５Ｃに示すような再充電インターフェース５１６を展開する。再充電インターフェース５１６は、好ましくはｘ、ｙ、及びｚ次元で並進可能な電機子を含むが、これに限定されない。再充電インターフェース５１６は、図１及び４に関連して上述した、この再充電インターフェース内に設けられた充電コイル１０６等の充電コイルも含む。
【００２９】
超音波信号５１４が検出されると、再充電インターフェース５１６は充電スタンド５０４により自動的に操作され、レセプタクル凹部５０６内に配置される。この案内及び位置決めは、超音波信号５１４を検出する、再充電インターフェース５１６上に設けられた超音波受信器を使用して行われる。充電スタンド５０４は、再充電インターフェース５１６内に設けられた充電コイルが適切な間隔をあけて誘導充電連結装置５１２内の充電コイルに実質的に位置合わせされるまで、再充電インターフェース５１６の動作を制御する。こうした位置合わせが検出されると、充電サイクルが開始し、再充電バッテリ５１０の誘導充電が始まる。再充電バッテリ５１０の充電が完了すると、再充電インターフェース５１６はレセプタクル凹部５０６から自動的に外され、レセプタクルドア５０８が閉鎖され、充電シーケンスが終了する。
【００３０】
検出された超音波信号５１４を用いて誘導充電連結装置５１２の充電コイルの近傍に再充電インターフェース５１６の充電コイルを案内する代わりに、図４に関連して上述したものと同様に、低レベル試験充電信号の誘導による連結を測定することにより、それぞれの充電コイルを案内して相対的に位置合わせしてもよい。また、充電サイクルの間、再充電インターフェース５１６の充電コイルと誘導充電連結装置５１２の充電コイルとの相対的な位置が、充電中に生じる相互の磁気結合力によって維持される。
【００３１】
図５Ａ〜５Ｃには図示していないが、自動車５０２内又は充電スタンド５０４上に設けたディスプレイを、ユーザーに提示してもよい。このディスプレイによって、最終的な駐車操作中に自動車５０２をどのように配置するかをユーザーに指示したり、必要な充電量、充電速度、充電時間等を視覚的に表示したりできる。自動車５０２が駐車され、誘導充電連結装置５１２と再充電インターフェース５１６とが適切に連結された後、ユーザーはネゴシエーションプロトコルを有効にして、充電スタンド５０４での駐車時間、再充電バッテリ５１０に必要な充電量、充電スケジュール、及び／又は充電速度に基づいて充電サイクルを指定できる。更に、支払い方法も、ネゴシエーションプロトコルの一部として同意できるであろう。
【００３２】
次に、図６を参照すると、本発明の一実施形態による、電気自動車又はハイブリッド電気自動車の誘導充電の充電方法６００が示されている。ブロック６０２において、電気自動車又はハイブリッド電気自動車を、充電スタンドの近傍に、好ましくは充電スタンドから数フィート以内に駐車する。ブロック６０４において、自動車の誘導充電コイルの近傍から充電信号を発し、これによって充電シーケンスを開始する。充電信号は、自動車の誘導充電コイルに電圧がかかり検出可能な磁場が発生することにより、或いは自動車の誘導充電コイルの近傍から発せられた超音波信号により、発せられる。ブロック６０６において、充電スタンドが発信された充電信号を検出し、ステップ６０８において、充電スタンドが発信された充電信号に基づいて、自動車の（一次）充電コイルの方向に二次充電コイルを並進させる。ブロック６１０において、それぞれの充電コイルが十分に位置合わせされ、充電スタンドと自動車との間で電気エネルギー伝送するための効率的な変圧器が形成されているか否かが判定される。位置合わせが十分ではない場合６１２には、ステップ６０８を繰り返して二次充電コイルを更に並進させる。位置合わせが十分な場合６１４には、ブロック６１６で誘導充電サイクルを開始する。誘導充電サイクルが完了すると、ブロック６１８において、充電スタンドの二次充電コイルを自動車の一次充電コイルから外して、充電方法６００が完了する。
【００３３】
上述の実施形態に照らして、電気自動車又はハイブリッド電気自動車用の効率的な誘導充電システムを開示する。この充電システムによって、充電サイクルの間じゅう、ユーザーは自動車内に居ることができ、これにより、充電過程を簡便化し、生じ得る不快な環境条件からユーザーを保護できる。
【００３４】
上述の実施形態は、個別の充電コイルを使用する無接触器誘導充電のみに関するが、本発明の実施形態はこれに限定されない。即ち、上述の位置及び位置合わせ方法は、従来の「プラグイン」又は「導電」タイプの電気連結器にも適用可能である。充電スタンドの再充電インターフェースは、そこに設けられた従来型の電気プラグから成るものでよく、この電気プラグは、上述の位置決め方法のうちの１つによって、自動車上又は自動車内に位置する従来型のプラグイン又は導電インターフェースレセプタクルの中に、自動的に位置決め及び挿入される。具体的には、充電スタンドの再充電インターフェースと自動車の再充電インターフェースとを適切に位置合わせするにあたり、それぞれの充電コイルを使用してもよいが、実際の電力伝送は、誘導性電気的結合によってではなく、導電性電気的結合によっても行われる。高電力の伝送は、こうした電気的接触による誘導性電気的結合によっても行われるが、低電力通信及び位置合わせ制御には、それぞれの充電コイルにより形成される変圧器も使用できる。こうした構成を使用することで、高電力充電（即ち、高速充電）が可能であり、電気エネルギーを高効率且つ少ない電気損失で伝送できる。
【００３５】
また、導電性（即ちプラグイン）インターフェースを、必要な充電量、充電速度、充電時間等の通信のような、充電スタンドと自動車との間の通信目的にのみ使用してもよい。このため、（変圧器を介した）誘導充電及び（従来型のプラグインインターフェースを使用する）導電性充電のうちの少なくとも１つの可能性は依然としてあるが、関連の充電情報の誘導的通信は回避される。
【００３６】
このように、本発明の一態様により、充電システムが示されているが、この充電システムは、第１充電コイルと、第１充電コイルに連結された少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置とを含む。エネルギー充電システムは更に、可動ポジショナ上に設けられた第２充電コイルであって、電気エネルギー源に連結可能な第２充電コイルと、可動ポジショナを並進させるように構成された少なくとも１つの駆動機構と、システム制御装置と、を含むエネルギー充電スタンドを含む。システム制御装置は、エネルギー充電スタンドへの第１充電コイルの接近を示す事象を検出し、第２充電コイルが僅かな間隔をあけて第１充電コイルに実質的に位置合わせされるように可動ポジショナを並進させて変圧器を形成し、この変圧器を介して電気エネルギーを少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置に電送するように構成された充電サイクルを開始するように、構成されている。
【００３７】
本発明の別の態様により、自動車を充電する方法が示されているが、この方法は、エネルギー充電スタンド近傍の自動車を検出するステップであって、自動車が第１充電コイルを含み、エネルギー充電スタンドが可動電機子上に設けられた第２充電コイルを含むステップと、自動車の検出に基づいて充電サイクル要求を開始するステップとを含む。この方法は更に、第２充電コイルが第１充電コイルの方向に移動するように可動電機子を操作するステップと、第１充電コイルと第２充電コイルとの間のエネルギー伝送レベルを判定すること、並びに第１充電コイルに近い位置から発せられる超音波信号を検出することのうち少なくとも１つにより、第１充電コイルの位置を検出するステップとを含む。加えて、この方法は、可動電機子を操作して第２充電コイルを第１充電コイルに位置合わせすることによって変圧器を形成するステップと、この変圧器を用いて自動車のエネルギー貯蔵装置を充電するステップとを含む。
【００３８】
本発明の別の態様により、エネルギー充電装置が説明されている。エネルギー充電装置は、可動電機子上に位置する一次充電コイルであって、電気エネルギー源と電気的に接続された一次充電コイルと、少なくとも二次元で可動電機子を並進させるように構成された少なくとも１つの駆動機構と、システム制御装置とを含む。このシステム制御装置は、エネルギー充電装置の外部に位置する二次充電コイルの存在を検出し、二次充電コイルの位置を検出し、一次充電コイルが僅かな間隔をあけて二次充電コイルに実質的に位置合わせされるように、二次充電コイルの方向に可動電機子及び一次充電コイルを並進させるべく構成されている。システム制御装置は更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置を充電するための充電サイクルを開始するように構成されており、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置は、一次充電コイル及び二次充電コイルによって形成される変圧器、並びに導電性電気連結器のうちの少なくとも１つを介して充電される。
【００３９】
限られた数の実施形態に関してのみ本発明を説明したが、本発明はこうした開示の実施形態に限定されないことは明らかであろう。むしろ、本発明を修正して、これまで説明しなかった変形、改変、置換、又は等価の措置を幾つでも取り入れることができ、これらも本発明の特許請求の範囲に含まれる。また、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、したがって本発明の態様には、説明した実施形態の一部を含むのみでもよいことを理解されたい。故に、本発明は、以上の説明によって限定されると解釈されるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００４０】
１００  無接触器充電インターフェース
１０２  磁心
１０４  磁心
１０６  充電コイル
１０８  電機子
１１０  充電コイル
１１２  非導電性障壁
１１４  空隙
１１６  充電アセンブリハウジング
１２０  電気自動車又はハイブリッド電気自動車
３００  位置決め装置
３０２  ステッピングモータ
３０４  送りネジ
４０２  自動車
４０４  充電スタンド
４０６  バッテリ
４０８  自動車の電子部品
４１０  電気エネルギー源
４１２  自動車存在センサ
４１４  最大電力探索機
４１６  乗算器
４１８  共振電力変換器
４２０  共振キャパシタ
５０２  電気自動車又はハイブリッド電気自動車
５０４  充電スタンド
５０６  レセプタクル凹部
５０８  レセプタクルドア
５１０  再充電バッテリ
５１２  誘導充電連結装置
５１４  超音波信号
５１６  再充電インターフェース
６００  充電方法
６０２  ブロック
６０４  ブロック
６０６  ブロック
６０８  ステップ
６１０  ブロック
６１２  Ｎｏ
６１４  Ｙｅｓ
６１６  ブロック
６１８  ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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