JP7846670B2 - ロボット電磁誘導式電気自動車充電システム - Google Patents

Description

本出願は、仮出願（Ｄ．Ｋｅｖｉｎ Ｃａｍｅｒｏｎにより「ロボット電磁式の電気自動車充電システム」の題名で２０２０年７月２５日に出願された出願番号６３０５６５９７）の優先権を主張し、該出願のすべての開示は、その全体が参照文献として本明細書に組み込まれる。本明細書に参照として組み込まれた参照文献での用語の定義又は使用が、本明細書で与えられるその用語の定義と矛盾又は相容れない場合、本明細書で与えられるその用語の定義が適用され、参照文献でのその用語の定義は適用されない。

本発明は、一般的に電気充電の技術分野に関し、１つの例示実施形態では、電気自動車（ＥＶ）を選択的に充電する方法、装置及びシステムに関する。

ＥＶは急速に普及しており、定期的且つできるだけ急速に充電することが常に必要となる。小型自動車の急速充電はそれほど難しい問題ではないが、より大きなバッテリ及びより大きなエネルギ容量を有する大型自動車は、パワーエレクトロニクス能力とパワーグリッドの負荷容量の両方にとって問題となる可能性がある。具体的には、住宅や簡易な商用オフィスの配線の限界は通常数１００ｋＷの領域であるが、トラックやバスの急速充電はメガワット（ＭＷ）の電力を必要としそうである。

乗用車は、商業用トラックが必要とするような大型の電力供給を必要としないので、コネクタの共通規格を開発することは困難である。従って、プラグのタイプは、異なるアプリケーションの異なる電力レベルに対して異なるものになるであろう。しかしながら、低電力の乗用車と高電力のトラックの両方を含むすべてのケースに対応する、単一の電力接続システムが開発し得るかどうかを問うことには価値がある。

ソサイエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニアズ（ＳＡＥ）型のマニュアルプラグは、高価で実用的でないプラグになり得る。プロング型のプラグの係合及び係合解除は、プラグの完全な係合を試みる際の位置ずれ又は過度の力に起因するプロング及び接続機器の損傷に繋がる可能性がある。これは、人によっては扱いが困難な重くて厄介なプラグ及びソケット設計を引き起こし得る。

更に、運転者は、急速充電器の利用可能性が限られているので、新しく来たＥＶに充電機会を開くために充電後すぐに自分の車を移動させる必要がある。これは、混雑や潜在的に充電されておらず立ち往生したＥＶや、場合によっては車の入れ替えを行うための駐車係の雇用を引き起こす。

ワイヤレス充電には２つの基本型があり、１つは（スイッチモードパワーサプライ（ＳＭＰＳ）トランスのような）近接密着型で、もう１つはより大きな距離間隔でも動作する共鳴型である。典型的には１ミリメートル以下に充電用コイルと受信用コイルとを近接させると、９５％以上の効率が得られる。他方、共鳴型ワイヤレス充電システムは、トランスよりも３桁大きい数十センチまで充電コイルと受電コイルとの間の広く使い勝手の良い距離を許容することができるものの、効率は略１５～４０％に低下し得る。また、誘導アプリケーションのように全方位に電磁場を放射するのではなく、エネルギを「トンネルさせる」充電コイルと受信コイルとの間にマッチする分布抵抗、インダクタンス、キャパシタンス（ＲＬＣ）を収容するための回路複雑性が増す。多くの車両が共鳴型ワイヤレス充電システムを使用して充電されている建物では、漏れた電力が、鉄筋コンクリートを弱体化させ得る深刻な加熱問題を引き起こし得る。

ＥＶのための誘導又は磁気充電システムは、受信ワイヤ又は２次回路とは直接に接続されていない（すなわち、導電接続されていない）近接充電ワイヤ又は１次回路に電流変化がある場合に、受信ワイヤ又は２次回路の端部を超えて電圧、すなわち、起電力又はＥＭＦをワイヤレスに誘導する。これは、アンペールの回路法則により充電回路がその周囲に変動する磁場又は磁束を発生させることから電磁誘導と呼ばれる。これは、次いでファラデーの電磁誘導の法則により、受信回路において電圧を誘導する。

２つのワイヤ又は回路の間の誘導結合又は相互インダクタンスは、それらをコイル状に巻き、一方のコイルの磁場が他方のコイルを通過するように共通の軸上で近接配置することにより増加させることができる。また、結合は、コイルにおいて磁束を増加させる鉄やフェライトといった強磁性材料の磁心によっても増加され得る。トランスは、１つのユニットに２つのコイル、すなわち、１次及び２次巻線を物理的に収納する。最良の結合は、巻線を一緒に巻き付けることで達成されるが（例えば、ワイヤのツイストペアとして）、それは絶縁要件を通常満たさないので、巻線は機械的に分離して（アースシールドであってもよい）同軸とされる。

ワイヤレス充電の１つのタイプは、（機械的に）非結合又は共鳴誘導充電（ＲＩＣ）である。これは、いくつかのワイヤレス誘導充電アプリケーションで使用され、１次コイル（電源）と２次（負荷支持）コイルの間で制御及びマッチされた動作周波数を必要とする。１次及び２次コイルは、通常、波長フラクション内に配置される。１次コイルと２次コイルが余りに近すぎるとオーバーカップリング、余りに遠すぎるとルーズカップリングという非効率が発生する。そのため、ＲＩＣは、効率的な充電のために位置過敏性を有し得る。僅かな位置ずれは、充電不足や消費者の不満、更には不必要な加熱や信頼性の低下を招き得る。あるＲＩＣ構成は、フラットパッドを使用している。フラットパッドがワイヤレス充電のインタフェースとして使用される場合、異物干渉（ＦＯＩ）が充電効率を妨害し得る。異物は、土、グリース、石、アスファルト、道路塩、葉、他の自然な道路デブリや工具、所持品、機器等といった意図せず置かれた物体を含み得る。

全体として、ＥＶのワイヤレス充電は、長年に亘って技術革新の機は熟しているがニーズの満たされていない領域である。専門家の懐疑論及び他の要因は、本開示のような有望な非自明の革新を減衰させている。

例示実施形態は、例として記載されるものであり、添付図面の図により限定されるものではない。

１つ又は複数の実施形態に係るワイヤレス充電トランスの機能ブロック図。

１つ又は複数の実施形態に係る１つのワイヤレス充電トランスインタフェースを備えた自動車アプリケーション。

１つ又は複数の実施形態に係る複数のワイヤレス充電トランスインタフェースを備えた商業用トラックアプリケーション。

１つ又は複数の実施形態に係るマッチした１次及び２次コイルワイヤレス充電トランスの等角図。

１つ又は複数の実施形態に係るマッチした公称エネルギ１次及び２次コイルワイヤレス充電トランスの断面図。

１つ又は複数の実施形態に係る小型１次コイル及び大型２次コイルワイヤレス充電トランスの断面図。

１つ又は複数の実施形態に係る大型１次コイル及び小型２次コイルのワイヤレス充電トランスの断面図。

１つ又は複数の実施形態に係るマッチした高エネルギ１次コイル及び２次コイルワイヤレス充電トランスの断面図。

１つ又は複数の実施形態に係る非回転ピラミッド形状のマッチした高エネルギ１次コイル及び２次コイルワイヤレス充電トランスの断面図。

１つ又は複数の実施形態に係る１次コイルのためのシザージャック垂直調整プラットフォーム。

１つ又は複数の実施形態に係る１次コイルのための自走式プラットフォーム。

１つ又は複数の実施形態に係るブラシレスコードスプールを備えた１次コイルのための自走式プラットフォーム。

１つ又は複数の実施形態に係るワイヤレス充電トランスを含む複数の充電源のためのスイッチリレーの概略図。

各々が個々のバッテリパック対を充電する１つ又は複数の実施形態に係る複数のワイヤレス整列可能充電トランスインタフェースの概略図。

パワーエレクトロニクスがＶ２Ｇのための１次トランスを駆動するのにも利用され得る１つ又は複数の実施形態に係るＥＶモータドライブの概略図。

１つ又は複数の実施形態に係る共鳴周波数に依存しない拡張可能ワイヤレストランス電力転送のための方法フローチャート。

本明細書で参照される図面は、本開示の詳細をより明確に示すために特に注記される場合を除き、縮尺通りに描かれていないものと理解されるべきである。図中の同じ符号は、いくつかの図を通して同様の部材を示す。本開示の他の特徴及び利点は、添付の図面及び以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

負荷をワイヤレスで充電するためのシステム、方法及び装置。エネルギ源からの１次トランスコイルは、２次トランスコイルを有する負荷アプリケーションとインタフェース接続するために与えられる。充電の方法は、共鳴周波数に依存しない。

本明細書で開示される方法、操作、プロセス、システム及び装置は、様々な態様を実現するための任意の手段で実施されてもよく、１つ又は複数の異なるシーケンスで機械又はデータ処理システム（例えば、コンピュータシステム）により実行される場合には、本明細書に開示される操作のいずれかを機械に実行させる一連の命令を具体化する機械可読媒体及び／又は機械アクセス可能媒体の形式で実行されてもよい。他の特徴は、添付の図面及び以下の詳細な説明から明らかになるであろう。従って、本明細書及び図面は、制限的な意味ではなく例示的な意味で扱われるべきである。本発明は、添付の特許請求の範囲の特徴により定義される。

この要約は、以下の詳細な説明の項で更に説明される簡略化された形での概念選択を紹介するために提供される。この要約は、クレームされた主題の重要な又は必須の特徴を特定することを意図しておらず、クレームされた主題の範囲を決定する補助として使用されることも意図していない。

異なる電力レベルの範囲に亘ってＥＶを充電するための方法、装置及びシステムが開示される。以下の説明では、説明のために様々な実施形態の徹底的な理解を提供するために、多くの特定の詳細が記載されている。しかしながら、これら特定の詳細無しで様々な実施形態が実施され得ることは、当業者には明確であろう。

図１Ａを参照すると、概略図１００－Ａは、シールド１１１－Ｓにより囲まれ、且つ電力線と結合されている又はバッテリや燃料電池のような自給エネルギ源のいずれかである電源１０２－Ａから電力供給される１次コイル１１１を備えたトランス配置を示す。１次コイル１１１と対合するのは２次コイル１１２であり、２次コイル１１２自体はシールド１１２－Ｓにより囲まれ、２次コイル１１２及びシールド１１２－ＳはＥＶ負荷１０４内に配置される。１次コイル１１１と２次コイル１１２との間のギャップ１１４が小さくなればなるほど、損失が少なくなってエネルギ転送効率が良くなる。

一実施形態では、異なる電力レベル要件を有する異なるＥＶを充電するための解決策は、充電接続の量を可変とすることである。例えば、より高い電力仕様又は要件に設計されたＥＶは、例えば、並列に配置されたより多くの公称電圧充電接続を介して充電される。通常、大型商業車両のような高出力ＥＶは、より多くの標準的で物理的に分離され、且つ並列に充電可能なバッテリパックを利用する。

図１Ａに示した電磁カップリングは、並列トランスコイルインタフェースによって、電源を１つ又は複数のバッテリパックに結合するのに使用される。この電磁カップリングは、ロボットによる取り扱いが容易であり、製造コストも安価である。最大のコストは、単に巻かれたワイヤであるトランスコイルであり、これは、共鳴周波数が一致したワイヤレス誘導充電プラットフォームで必要とされるような電力供給や制御のための高度なパワーエレクトロニクスを必要としない。更に、電磁カップリングの係合及び脱離は、例えば、容易に結合、不整列又は損傷し得るピン又はブレードを有する伝導プラグで行うよりも簡単である。

図１Ｂを参照すると、個人用ＥＶバン１００－Ｂが、１つのバッテリパック１２０－１及び１つの２次コイル装置１２２－１と共に示されている。充電の準備ができると、２次コイル装置１２２－１は、伸縮した１次コイルを受け入れるためにその位置に静止したままか、伸縮又は移動可能な１次コイルにアクセスし易くなるように下方又は外方に伸長し得る。オプションとして、ＥＶ１００－Ｂは、静止又は移動中における車両から車両（Ｖ２Ｖ）への直列充電のために、相手コイルを受け入れるために水平方向に伸縮可能又は静止した追加の１次コイル又は２次コイル１２２－２又は１２２－３を含む。典型的な通勤移動範囲だと住宅用の夜間駐車場が利用可能であれば、１つのワイヤレストランスインタフェース又はコネクタで車両を充電するのに十分なはずである。

図１Ｃを参照すると、ボックストラックが複数の標準的且つ物理的に分離したバッテリパック１２０－２、１２０－３、１２０－４及び１２０－５と共に示されており、これらバッテリパックは、個人用ＥＶのものと同等のサイズを有し、バッテリパック１２０－２、１２０－３、１２０－４及び１２０－５の各々に並列充電を行うためにそれぞれ独立した２次コイル装置１２２－４、１２２－５、１２２－６及び１２２－７を有している。バッテリパックは、直列又は並列に配線することができる。例えば、１０個の４８ボルトのバッテリパックのアレイが、４００－５００ボルトの充電レベルを提供するために直列に接続される。１０個のバッテリパックの各々は、互いに並列に充電され得る。この配置は、鉛蓄電池パックが最大電圧に曝され接続ブレード異常やセパレータショートの危険性がより高くなる直列充電システムを避けることができる。更に、複数の低電圧、小型且つ安価なコネクタに比べて、１つの高電圧コネクタでは装置サイズが大きく、必要とされる堅牢性が高く且つ製造コストが急に高くなる。また、並列充電電源又はコネクタの１つに問題が生じた場合、独立した充電ユニットによる残りのバッテリパックの充電を中断することなく、独立且つ事前の準備無しに交換及び保守することができる。また、本並列充電システムは、１つのバッテリパックの接続不良が下流のバッテリパックへの充電操作を中断させるのを回避することができる。従って、上流側のバッテリパックに断線があっても、下流側のバッテリパックは、各々のバッテリパックを独立して並列充電する本実施形態では依然として充電されるであろう。

図２Ａから図２Ｄを参照すると、電磁カップリングを提供するための１つ又は複数の実施形態に係るいくつかの１次及び２次トランスの配置が示されている。トランスは、様々な形状で形成され得る。高い周波数のトランス（例えば、５０ｋＨｚ以上）の効率は、１次及び２次巻線が互いにどれだけ近接しているかに多く依存する。別の実施形態では、追加の磁性材料が、漏れ電流を減らすために利用される。一実施形態において高レベルの絶縁が必要でない場合、１次が２次の上に巻かれ得る。

図２Ａを特に参照すると、１つ又は複数の実施形態に係るマッチした１次及び２次コイルを備えたワイヤレス充電トランスの等角図が示されている。断面２Ｂ－２Ｂは、図２Ｂに示されており、図２Ｃ－２Ｄは、異なるサイズの円錐プラグ又は円錐ソケットであるが同様の断面視を示している。

図２Ａにおいてロボット充電のための本実施形態は、円錐プラグ２２０－Ａ（雄）及び相手側の円錐ソケット２３０－Ａ（雌）を含む係合アセンブリ２００－Ａを選択的に利用している。円錐プラグ２２０－Ａは、内部円錐形コア２２３－Ａの周りに配置された円錐形状の１次巻線２２５－Ａを有する。相手側の円錐ソケット２３０－Ａは、磁性材料ブロック２３２－Ａに埋め込まれた円錐形状を有する２次巻線２３４－Ａを有する。円錐プラグ２２０－Ａは、電力転送のために１次巻線２２５－Ａが２次巻線２３４－Ａに対して対合及び接触する状態で、係合／脱離矢印２４４により円錐ソケット２３０－Ａに係合する工程で示されている。図示されるように、ずれ２５２は、１次巻線２５５－Ａの軸２５４と相手側の巻線である２次巻線２３４－Ａの軸２５６のほぼ同軸配置により打開され、物理的幾何学、すなわち、部材の円錐性及び等角形状が自己整列を与える。物理的圧力は、重力又は充電装置による作用力、例えば、油圧、空気圧、電気ソレノイド等のいずれかにより、充電中に２次巻線２３４－Ａに対して１次巻線２２５－Ａを定位置に保持する。一実施形態では、相手側ソケットの重量が、例えば、従来のトランス材料であれば６０％以上、非晶質金属トランスの実施形態では８０％又は９０％以上の高効率エネルギ転送を与えるために、１次コイルと２次コイルとを十分に近接させて維持するのに十分な圧力となる。この効率は、従来のワイヤレス誘導充電よりも優れている可能性があり、確実にコストが低い。一実施形態では、１次コイルにより生成された電磁力が、その鉄体組成により円錐ソケット２３０－Ａと円錐プラグ２２０－Ａとを共に引き寄せ合う電磁石として作用する。本設計により、円筒形プラグ又は長方形ブレードと相手側レセプタクルとの間で干渉フィットを利用する殆どの他の導電性プラグと比較して、互いに対合する充電器半体を係合させるのに必要な力が小さくなる。１次及び２次コイルは、本実施形態では各々の本体に凹設されている。このようにすることで、円錐ソケットへの円錐形コーンの滑らかな挿入及び係合を妨げ得る突出した巻線や積層した巻線の波打った面をなくし、対合面が直線的且つ滑らかになる。また、滑らかな円錐面にするために、絶縁体がワイヤ間の隙間に充填されてもよい。迅速且つ完全な設置を促進するために、オプションのテフロン又は低摩擦コーティングが、円錐プラグ及び円錐ソケットの両方に適用され得る。

コイル２２５－Ａ、２３４－Ａは、コイルの少なくとも一方又は両方の絶縁体の厚さを差し引いて本質的に直接接触しているので、本充電器は、ボディ２３２－Ａ、２２３－Ａの高い鉄含有量によりトランスとして動作する。従って、本実施形態は、誘導充電設計で必要とされるような共鳴周波数チューニングを必要としない。言い換えれば、本実施形態は、共鳴周波数に依存しない。それどころか、本実施形態は、より大きな範囲のＡＣ周波数に亘って効率的に操作可能で、操作周波数は、最大エネルギ転送又はノイズ、他の電子機器との電磁干渉等の他の有益な特性に基づいて選択される。

円錐プラグ及び円錐ソケットの両方は、一実施形態において接地される。別の実施形態では、個々のバッテリパックはフローティングで高電圧ではなく、フォールトは接地として作用するシャーシに行く。

電力転送用の電子機器は、高周波信号の移動距離を最小にするためにトランスインタフェースの１次及び／又は２次コイル用のハウジング（円錐ボディ２２３－Ａ又はソケットボディ２３２－Ａ）内に直接取り付けられ得る。電子機器に関する更なる詳細は、後の図５で与えられる。

本実施形態における形状の割り当てでは、１次コイルを上向きの円錐プラグ２２０－Ａとして、２次コイルを下向きの円錐ソケット２３０－Ａとして記載している。これは異物、デブリ及び他の干渉物が、デブリを落とす上向きの円錐ソケットに蓄積しないよう、主に維持管理のためである。但し、向きを逆にすると、デブリが上向きの円錐プラグに重力により確実に蓄積するであろう。しかしながら、役割は、所定の充電インフラにおいて簡単に逆転され得る。一実施形態では、外界へと繋がる円錐ソケット頂点の貫通穴が、小さなデブリであれば完全に装置を通って落下することを可能とする。更に、円錐プラグの一実施形態は、係合中に鋭い先端ノーズが円錐ソケットの側壁に引っ掛からないように、丸くなったスナブノーズを利用している。

円錐ソケット２３０－Ａと円錐プラグ２２０－Ａとの間の整列は、前後移動及び整列を行うソケット２３０－Ａと横移動、整列及び垂直方向の係合を行うプラグ２２０－Ａとの間で方向性の整列を分割した本実施形態において様々な方式で達成可能となっている。これらの如何なる役割は、プロトコルのすべてのユーザ間で互換性を確保するために、所定の整列及び係合プロトコルにおいて相互交換又はグループ化され得る。

図２Ｂを参照すると、１つ又は複数の実施形態に係るマッチした公称エネルギ１次及び２次コイルワイヤレス充電トランスの断面図が示されている。図２Ｃ及び２Ｄを参照すると、１つ又は複数の実施形態に係るミスマッチであるが機能的な１次及び２次充電シナリオが示されている。具体的には、図２Ｃに示すように、小型で低電力の充電器（１次巻線）２２０－Ｃが大型で高電力のバッテリ（２次巻線）２３０－Ｃと動作できるように、円錐プラグ及びソケットは、１つ又は複数の巻線を有する異なるサイズであり得る。逆に、図２Ｄに示すように、大型で高電力の充電器（１次巻線）２２０－Ｄは、小型で低電力の車両／バッテリ（２次巻線）２３０－Ｄと共に使用され得る。円錐プラグ及びレセプタクルに対する固定された内部角度の使用は、機能的な充電器を与えながらサイズのミスマッチを許容する。

２次巻線２３４－Ａは、円錐プラグ２２０－Ａが円錐ソケット２３０－Ａと係合して対合したときに押し退けられるバネ仕掛けのドアにより保護されてもよい。このタイプのトランスは、エアギャップを設けて設計され得るので、塵や混入物質に対してある程度の耐性を有する。巻線自体は絶縁されているが、芯材は（ただ接触により）接地されることが期待される。

図２Ｄを参照すると、１つ又は複数の実施形態に係る大型の１次コイルと小型の２次コイルとを備えたワイヤレス充電トランスの断面図が示されている。この実施形態では、通常サイズの１次コイル２２５－Ｄ１を有する大型の円錐プラグ２２０－Ｄが、通常サイズの２次コイル２３４－Ｄを有する通常又は小型の円錐ソケット２３０－Ｄの内面とうまくインタフェース接続している。円錐プラグ２２０－Ｄ上で通常サイズの１次コイル２２５－Ｄ１から実質的に離れて配置された大型１次コイル２２５－Ｄ２は、利用可能な対合２次コイルを持たず、これによる害はない。この構成により僅かに効率が低くなるかもしれないが、同等サイズの高出力ソケットから通常及び小型のソケットに至るまで、広範なソケットサイズ及び電力定格とインタフェース接続する能力は、広範な車両及びバッテリパックのサイズ及びニーズに対して１つの円錐プラグでユニバーサリティがあるという利点を与える。

図２Ｅを参照すると、１つ又は複数の実施形態に係るマッチした高エネルギ１次コイル及び２次コイルを備えたワイヤレス充電トランス２００－Ｅの断面図が示されている。本実施形態では、任意の量、サイズ、量の巻線が、高エネルギ１次コイル及び２次コイルに使用され得る。一実施形態では、大型の１次コイル２２５－Ｅ２及び２次コイル２３４－Ｅ２は、小型の１次コイル２２５－Ｅ１及び２次コイル２３４－Ｅ１と同様又は異なる電力容量を持つような大きさとされる。これにより、低い充電要件が安全に満たされる一方、高い充電要件が大型商業アプリケーションの高エネルギニーズを満たすことができるように、小型コイルから大型コイルへの増加した電力転送は、線形又は実質的に大きく、すなわち、指数関数的になり得る。

図２Ｆを参照すると、１つ又は複数の実施形態に係る非回転ピラミッド形状を有してマッチした高エネルギ１次コイル及び２次コイルを備えたワイヤレス充電トランスの断面図が示されている。エッジ２４６は、４面ピラミッドの底面を形成するが、任意の数の面を有するピラミッドが使用されてもよい。パターンが所定の充電電力、シナリオ又はアプリケーションにマッチする限り、任意の他の形状が強磁性コア又はシールド及び付随する巻線に使用されてもよい。異なる非互換性の形状が、誤接続を防止するために異なる充電電力、シナリオ又はアプリケーションに使用される。

図３Ａを参照すると、例えば、垂直に移動する伸縮式又はシザージャック３０６により、車両上の２次アセンブリと対合するように操縦され得る円錐プラグ２２０－Ｄ（１次アセンブリ）を有する充電システム３００－Ａが、ロボットアーム３０８にマウントされている。ロボットアーム３０８は、充電レシーバと対合する場所にロボットアーム３０８をスイング、伸長又は回転させるための１つ又は複数の自由度を有し得るベースロボット構造にマウント可能となっている。有線ＡＣ電源３３１は、本実施形態ではグリッド・トゥ・ビークル（Ｇ２Ｖ）システムとして円錐プラグ２２０－Ｄに供給される。円錐プラグ２２０－Ｄの先端２２２には、図２Ｃに示すように、円錐ソケットに配置された光センサ２２１と整列するためのオプションＬＥＤが設けられている。

図３Ｂを参照すると、１つ又は複数の実施形態に係る自走式ロボット３００－Ｂが示されている。ロボットアセンブリ３００－Ｂは、繋留されたＡＣ３３１若しくは内部ＤＣバッテリ及び／又はスーパーキャパシタ源といった電源３３４や、充電状態、充電遮断時間、温度プロファイル及びオーバーヘッド条件等を感知するためのインバータ３３２、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）３４２及び／又は熱管理システム（ＴＭＳ）３４０といった１つ又は複数の電力制御電子モジュールを有する電動追跡シャーシを含んでいる。ＥＶのような負荷への水平及び／又は垂直な結合及び充電のための円錐プラグ２２０－Ｅ１、２２０－Ｅ２を有する１つ又は複数の伸縮可能なシャフトは、空気圧、油圧又はスプールケーブル剛性ナイロンロープ等の機械的手段に基づいた置換ユニットを用いてロボット３００－Ｂから伸長され得る。従って、１つの充電源３００－Ｂが、例えば、商用トラックのような単一アプリケーションや、例えば、並列に駐車された車両各々のバッテリパックといった複数のアプリケーションにおいて、１つ又は複数のバッテリパックを同時及び並列に充電するのに用いられ得る。

インバータモジュール３３２は、１２Ｖ、２４Ｖ又は４８Ｖ供給の標準ＤＣ電圧をより高い電圧、例えば、１１０Ｖに上昇させた後にＡＣへと変換するスイッチモード電源（ＤＣブーストコンバータ）を含み得る。或いは、ＤＣはロボット内で所定のバッテリパックレベルでＡＣに変換され得、その後、ロボット内の所望の周波数のトランスを使用して所望のＡＣ出力電圧が生成される。

別の実施形態は、エネルギ転送ロボット３００－Ｂによるビークル・トゥー・グリッド（Ｖ２Ｇ）双方向能力である。この実施形態では、ロボット３００－Ｂに付加された整流器及び双方向スイッチが、双方向性の電流モード、具体的には車両からロボット３００－Ｂへの電流転送を可能にする。これにより、停電危機の際に、例えば、駐車中のＥＶのような離れた電力貯蔵ユニットからグリッドに余剰電力を供給することができる。プラグにアクセスするために駐車中の車を何度も移動させるのではなく、移動ロボット３００－Ｂが車両の元に移動して車両から充電を受けた後、交流電源まで移動してグリッドに連結して電力を供給する。車載インバータ３３２又はＥＶＳＥインバータは、グリッド周波数及び電力位相を一致させるためにＤＣからＡＣに変換する。

ロボットアーム３００－Ａ及び自走式ロボット３００－Ｂの両方は、１つのリフレクタ又はそのパターン、例えば、赤外のＬＥＤ、トラッキング、機械視覚、カメラ、ＲＦトランスポンダ、三角測量、超音波測位、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）、ナビゲーション（ＮＡＶ）モジュール３３６、任意のアンテナ３２１及び光学センサ一式３２２－Ａ、３２２－Ｂにより与えられる任意のワイヤレス手段のような様々な手段により２次アセンブリを設置し得る。

トランス動作のための冷却は、供給ライン３４６により与えられる液体冷却剤を含み得、この液体冷却剤は、プラグ２２０－Ｅ２における円錐表面の頂部付近から流れ出て、フィルタリング及び再利用のためにリサイクルパン３４８に回収される。円錐プラグ２２０－Ｅ２に結合されたアルミニウム冷却フィンを有する任意の空冷ファン（不図示）も、トランス動作から発生する熱を緩和するために与えられ得る。

この移動式ロボットの実施形態は、小売店の駐車場又はアパートやマンションの駐車場に最適である。これらのアプリケーションにおいて、駐車領域はドライブウェイにより建物から分離され、そこではユーザに請求される電源コンセントが利用できず、十分なＥＶＳＥが長時間の夜間低料金充電で利用できず、また、容易にアクセス可能な電源コンセントが無い。ロボットは、これらのアプリケーションにおいて、ＥＶを所望の充電状態にするためにＥＶから電源ＥＶＳＥへと一晩中静か且つシームレスに駐車場を横断し得る。

図３Ｃを参照すると、１つ又は複数の実施形態に係るブラシレスコードスプールを備えた１次コイルのための自走式プラットフォーム３５０が示されている。回転テーブル３６２は、３つ又はそれ以上のラック・アンド・ピニオンアセンブリ３５４（リップの外縁にある）により駆動される。コードスプール３６８は、シャーシ３７２に固定されたままで、電気コードディスペンサモータ３６１、ディスペンサ排出口及びテンショナ３６３を有するローラ３６０は、制御された様式で電気コードを排出及び格納する。シャーシ３７２は、電気コードが排出又は格納される際に回転する。パワートレイン３５８は、並進運動を与えるローラーボール３７０を駆動する。パワートレインモータ３５６は、シャーシ３７２を回転させるためにシャーシ３７２上にある１つ又は複数の外輪を制御する。内部バッテリ３６２は、特にグリッド停電が発生した場合やリモートアプリケーションがグリッド電源を与えない場合に、負荷のコードレス充電を与え得る。オプションアンテナ３２１や光学センサ一式３２２－Ａ、３２２－Ｂといったコンポーネントは、シャーシ３７２の頂部に結合されている。これらコンポーネントに関する記載は、先の図３Ｂで与えられている。多様なコード端は、２２０Ｖプラグ３６４－Ａ、１１０Ｖプラグ３６４－Ｃ及びＥＶプラグインアダプタ３６４－Ｂを含み得、ＥＶＳＥ固定電源ユニットが、ＥＶそのものを想定した自走式プラットフォーム３５０にプラグすることを可能にし、これによりＥＶＳＥから遠く離れたＥＶに遠隔サービス利便性を与える。ケーブルテンショナ３６３は、床や路面上に緩んで横たわっていることが予想される外部ケーブルに張力をかけずに、ケーブルがドラムにしっかりと巻き付けられるようにモータで駆動される。モータ自体は、ケーブルの送り込みと送り出しを正確に制御するためのステッピングモータであってもよいし、単に電流制御ループが、必要な場合に連続的な張力を供給してもよい。

図４を参照すると、１つ又は複数の実施形態に係るＥＶへの手動及び自動充電の適用に関する概略図が示されている。自動車におけるロボット充電機器は、充電ドア４１６に取り付けられたロープロファイルプラグを使用することにより組み込み可能で、例えば、ロボット充電インタフェース（円錐ソケット）に接続する又はこれを行うためのリレースイッチを作動させるプラグをドアの背面に設け、ドアが閉じられた後に標準ＳＡＥ／ＣＨＡｄｅＭＯ／等のインタフェースがトランス２次モジュールに接続されるようにする。１次側の電子機器は、ロボット（車の代わり）又は同等接続のいずれかにケーブルをプラグすることで充電器に取り付けられ、車両が直接接続として同じ電力を得るように電力がただ通過する。この様式では、ユーザが標準的なＳＡＥ／ＣＨＡｄｅＭＯ／等のインタフェースを介してＥＶＳＥ充電ケーブルを手動で接続する又はロボット充電インタフェースが充電を提供することで、システムはただ１つのソースのみから包括的に充電する。別の実施形態では、整流器／トランスロボット充電インタフェースからのピギーバック電力が、標準ＳＡＥ／ＣＨＡｄｅＭＯ／等のインタフェース充電を補う。この実施形態では、モバイルアプリケーション又はローカル／中央管理サービスを介した２つのシステム間の通信が、バッテリパックの仕様内に収まるように充電、時間、熱及びバッテリ管理アルゴリズムを調和させる。

１次／２次という名称は車両に電力を転送するためのものであるが、それは単なる名目であり、電力は電子機器が許容すれば他の方法で転送され得る。電力は充電器に送られ、次いで家やグリッド（Ｖ２Ｇ）を駆動することができる。大規模な高速充電の場合、充電器は、グリッドへの及びグリッドからのエネルギのバッファリングを可能にするバッテリストレージを有することができ、エネルギは、後の使用のためにＥＶからそれに転送され得る。

複数のロボット及び複数の自動車を備えた充電器があり、パワーエレクトロニクスが双方向である場合、電力は車両から車両へ単に転送され得、例えば、充電された大容量ＥＶが小型のガス欠したＥＶの横に駐車していれば、通勤者が車で帰宅できるように大型バッテリが小型バッテリに充電し得る。

車両は、例えば、フロントバンパとバックバンパといった異なる場所に複数の２次ユニットを備えることが可能で（バッテリパックが１つしかない場合でも）、これにより、例えば、ＥＶの前方にある壁付け充電器や車列シナリオにおけるＥＶ・トゥー・ＥＶのように横方向接続が好ましい場合に電力を共有することができる。

前方又は後方にマウントされたユニットを接続するため、ＥＶ端部が（伸縮）延長及びいくつかの垂直移動（角度アップ／ダウン）を有し、（壁にマウントされた）端部がいくつかの側方移動（例えば、レール上を移動可能）を有するように、ロボット動作が分離され得る。

急速充電器自体は、（オンボードストレージを備えた）ロボットとすることができ、それは必要に応じて充電及び給油するために駐車場を移動することができ、ＥＶに接続するための複数の付属下位ロボットを備え得る。また、ロボットは、再充電又は隣接するＥＶを充電するために、燃料（バイオディーゼルや水素等）を燃焼し得るハイブリッド車やトラックのような他の車両に接続することもでき、バッテリに加えてオンボード発電能を同様に備えていてもよい。

太陽電池の天蓋を持つ高層ガレージ、駐車場及び構造物は、グリッドに接続するのではなく、任意の駐車しているＥＶに電力を流すだけのロボットを取り付けてもよい。これは、過剰発電による「ダックカーブ」問題を避けるために望ましいシナリオである。

本実施形態では、バッテリを充電するためのバッテリ間のリンク又は結合を使用していない。むしろ、１つのバッテリパック又はバッテリパックの一部にのみ結び付けられた独立リード線を有する部分に個別に結び付けられたモバイル及び／又は整列式充電デバイスに結び付けられたローカル接続により、各々のバッテリは、それ自体が分離されて独立に充電される。本実施形態は、複数又は全てのバッテリパックを介した通常のシリアル充電ではなく、各々のバッテリパックへの分離した入力を有するローカルな太いパイプを使用する。

図５Ａを参照すると、１つ又は複数の実施形態に係る個別に各々のバッテリパック対を充電する複数のワイヤレス充電トランスインタフェースの電気回路図が示されている。各々のバッテリ充電インタフェース５２０－Ａから５２０－Ｄは、ダイオード又は任意の他のタイプの電流方向制御デバイスから成る全波整流器５１０（又は代替的に半波整流器）を含む。２次コイル５１２は１次コイル５１３と対合し、矢印は、図２Ｂ－２Ｅに示すように、より多くの又はより少ない電力を転送し得る異なるサイズのインタフェースを示している。注目すべきは、バッテリパック５２０－Ｄは８０％の開始ＳＯＣを有する一方、バッテリパック５２０－Ｃは６０％のＳＯＣを有し、両方とも充電が必要なことである。しかしながら、バッテリパック５２０－Ｂは９５％充電で十分に充電されており、すべてのバッテリパックが充電すべき状態となっていたりフル充電が望まれていない限り、追加の充電ソースを消費する必要がない。ＡＣソース５１４は、ＤＣバッテリ及び／又は超コンデンサから供給された変換電力であり得る。時分割多重化は、バッテリパック間で、自動的なロボット電源５３０－Ａ乃至５３０－Ｄを共有する。バッテリパック５２０－Ａ乃至５２０－Ｄは、高い牽引電圧に達するように直列に図示されているが、１つ又は複数のバッテリパックが並列に接続されていれば、（個々のパックにストレスを与えるのを避けるために）パックよりも少ないロボットがある場合には、接続がパック間で共有されてもよい。ロボット電源のいくつかの例が、図３Ａ及び図３Ｂに示されている。

図５Ｂを参照すると、１つ又は複数の実施形態に係るパワーエレクトロニクスがＶ２Ｇのための１次トランスを駆動するために再利用され得るＥＶモータドライブの概略図が示されている。この構成は、１次巻線として作用するロボットのトランス接続の巻線に電力を供給するために、ＥＶ自身のモータ駆動パワーエレクトロニクスを利用する。このように本開示は、わずかな追加費用で双方向エネルギ転送システムとして動作する。更に、位相ドライブを独立して使用することで、各々の位相で別々のトランスを駆動することが可能となる。トランスのデルタ構成を利用した別の構成は、コンデンサを使用しない運用を可能とする。
冷却・洗浄

高出力高速充電は効率的であるが、１００ｋＷではトランス接続で優に１ｋＷ（１％）の損失があり、同じことがパワーエレクトロニクスでも起こり得る。この非効率性は、ほとんどが熱に変換され、冷却を必要とする。トランスの能動的な冷却は、アクティブコイルを収容する本体ハウジングの真ん中を通って１次円錐プラグから供給され、１次及び２次コイルの間（円錐プラグと円錐ソケットとの間）の間隙を通って還流する冷却剤、例えば、水により達成され得る。冷却剤は重力によりロボット筐体に落ち、そこで回収されて再利用され得る。ロボットは、必要に応じて水を補給するために水源まで行くことができる。この冷却方法は、洗浄機構しても機能する。流体は組成物であったり、例えば、腐食防止剤等のように何らかの役割を果たす添加物を含み得る。円錐プラグ又は円錐ソケットの一方又は両方の接触面に設けられた溝又は何らかの導管が、気体又は液体の形態で流体がトランスから逃れるための流路を与える。或いは、円錐プラグ及び／又は円錐ソケットの露出表面（インタフェース表面以外）に、空気対流冷却のための能動的冷却ファンをオプションで備えたアルミニウム冷却フィンのような受動冷却を設けてもよい。
通信

赤外線レーザーが位置決め機構として使用される場合、ロボット／２次通信も見通し線となって通信チャネルとしても機能し得る。赤外線レーザーは、対合して近接した１次／２次アセンブリの中央に配置され得る。その他、携帯電話、ＷｉＦｉ、Ｚｉｇｂｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の従来の通信手段が、機器状態の監視、充電のスケジューリング及び充電・課金注文の取り付けに利用可能である。
操作

図６を参照すると、１つ又は複数の実施形態に係る共鳴周波数に依存しない拡張可能でワイヤレスなトランス電力転送のための方法がフローチャート６００－Ａに示されている。一実施形態では、プロセス４００が、図１Ａから図５に示された装置及びアプリケーションにより実施される。

操作６０２は、モバイルアプリ、クラウド又はインタフェースＥＶサービス機器キオスク又はユーザインタフェースパネルからの充電要求を受信する。出力６０２－Ａは、ユーザの所定のアプリケーションに対して、充電されるバッテリパックの量と定格を提供する。これは、ワイヤレスＩＤ、ＲＦＩＤ、バーコード、ＱＲコード又は任意の他の識別手段のいずれかであり得る。

操作６０４は、バッテリパックへの充電リソースを仲裁する。６０４－Ａの出力は、充電リソースの持続時間と回転を決定する。例えば、充電器の供給について充電するバッテリの２倍の需要が存在する場合、充電器は、所定の充電期間又は持続時間に５０％デューティサイクルで動作し、バッテリパックセットの開始充電状態（ＳｏＣ）を均等に充電してほぼ同等の最終充電状態とする。或いは、バッテリパック又はその個々の充電可能な部分が不均等な開始充電状態を有する場合、仲裁部は、最も低いＳｏＣのバッテリが最も長く高い電力充電を受ける一方、高い開始ＳｏＣを有するバッテリパックがより短い持続時間を受けてより頻繁に充電器を回転させるように持続時間と回転を配分する。このようにして、複数のバッテリパックにまたがる時分割多重化が達成される。これは、バッテリのバランスを通じて表面充電又は高充電Ｃレート入力が放散される時間を与えることで、正極へのストレスを軽減し、負極へのリチウム焼き付けを防止し（リチウムイオン電池の場合）、適度なバッテリ温度を維持する（オーバーヒートを避ける）。移動ロボットは、手動のプラグ操作では利用することのできないこのような能力を与える。

操作６０６は、車両に充電インタフェースを配備する。車両の充電インタフェースは、トランスインタフェースの２次巻線部分である。充電インタフェースは、アプリケーション、例えば、ＥＶに静的且つ固定され、例えば、アクセスパネルによって保護されるように凹型で動的又は拡張可能とされ得る。充電インタフェースの他の特徴は、ワイヤレス信号、超音波信号等の能動的な出力や、車輪付きロボットユニット又はロボットアーム等に方向性を与える光学的反射面等の受動的な位置決めのいずれかを含む位置機能を備えることである。いくつかの充電インタフェースの実施形態は、図１Ｂ及び図１Ｃに図示及び説明されている。ほとんどのアプリケーションは、前述の図面及び図５に示したように、複数の充電インタフェースを有するであろう。出力６０６－Ａは、整列及び電力転送効率の品質管理（ＱＣ）チェック、例えば、リーク電流検出等を与える。ＳｏＣを監視するフィードバックシステムは、電力転送効率の指標を与え得る。予想よりもゆっくりＳｏＣが上昇する場合、インタフェースが回収されて再配備され得る及び／又は交換用充電供給ユニットが交換され得る。例えば、ＥＶのような負荷アプリケーションは、静的（駐車中）又は動的（走行中）であり得る。走行中に露出又は拡張される充電インタフェースは、ＥＶの前方及び後方バンパに配置された充電インタフェースのように図１Ｂに示されている。

操作６０８は、例えば、車両のような負荷に対して充電ユニットを推進、移動又は整列させる。図３Ａ、図３Ｂ及び図５に示すように、ある種の動き又は移動を与える実施形態は、充電ユニットの１次コイルを負荷上の対合する充電インタフェースに自動的に近接整列させるのに有用である。入力として１つ又は複数の位置センサ６０８－Ａは、図３Ｂで言及した整列を達成するために利用される。出力として６０８－Ｂは、ロボットアームや自走式エネルギ源等において、配置装置を向かわせるために推進又は移動の制御機構にフィードバックを与える。

操作６１０は、トランス１次コイル及び／又は２次コイルを互いに整列させる。１次及び２次コイルは、凸及び凹となった幾何学的な自己センタリング円錐状で、垂直方向に伸びるインタフェースに対する重力重量の助けにより、整列の公称誤差に対するシステムの柔軟性と堅牢性は、他の設計よりも改善されている。本実施形態では、自己センタリング態様がずれを補償して円錐コイルが互いの間に表面接触を有して十分に装着されるのに、１次及び２次コイルが２．５ｍｍ、５．０ｍｍ又は１０ｍｍ以上の距離内に位置するだけで十分である。フレキシブルコードや多関節ロボットアーム等の他の特徴は、円錐プラグが適切に装着されて円錐ソケットの中心を見出すように、円錐プラグの振動又は小刻みな操作を可能とする。また、円錐プラグに添加されたオプションの潤滑剤も、円錐プラグと円錐ソケットとの間のインタフェースが円滑で完全に装着されたものとなるのを助ける。この操作は、光学整列６１０－Ａ、自己センタリング６１０－Ｂ及び分離軸６１０－Ｃを使用し得る。出力結果は、接触圧６１０－Ｄ、電磁気的な結合６１０－Ｅ及び自己制御されたコイル係合及び電圧レベル６１０－Ｆを含む。

動作６１２は、ＯＥＭのＥＶ、ＧＲＩＤニーズ及び性能ごとに充電を管理する。入力は、誘導充電との共鳴周波数非依存性６１２－Ａ、十分な接触６１２－Ｂの出力及びオーバーヒートに備えた温度測定６１２－Ｃを含む。
オプション

特許請求の範囲において括弧で囲まれた参照符号は、請求項を限定するものとして解釈されてはならない。「備える、有する、持つ、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」といった用語は、請求項に記載されたものよりも他の要素又はステップの存在を排除しない。更に、本明細書で使用される「ａ」又は「ａｎ」という用語は、「１つ又は１つ以上」と定義される。また、請求項における「少なくとも１つ」や「１つ又は複数」のような導入句の使用は、同じ請求項が導入句「１つ又は複数」又は「少なくとも１つ」と「ａ」又は「ａｎ」のような不定冠詞とを含む場合であっても、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」による別の請求項要素の導入が、そのような導入された請求項要素を含む特定の請求項をそのような要素を１つだけ含む発明に限定することを意味するものと解釈すべきではない。同じことが、定冠詞の使用についても言える。特に断らない限り、「第１」及び「第２」のような用語は、そのような用語が記載する要素を区別するために任意に使用される。従って、これらの用語は、そのような要素の一時的又はその他の優先順位を示すことを必ずしも意図していない。特定の手段が相互に異なる請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。

本出願を通じて使用されるように、「し得る、してもよい、できる（ｍａｙ又はｃａｎ）」といった用語は、必須の意味（すなわち、ｍｕｓｔの意味）ではなく、容認の意味（すなわち、何かをする可能性又は能力を持つことを意味）で使用される。同様に、「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」及び「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」という用語は、記載された項目を「含むが、それに限定されない」ことを意味する。

様々なユニット、回路又は他の構成要素は、タスク又は複数のタスクを実行するように「構成されている（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ）」と記載され得る。そのような文脈において「構成されている」は、操作中にタスク又は複数のタスクを実行する「回路を有する」ことを一般的に意味する構造を広く記載するものである。このように、ユニット／回路／コンポーネントは、ユニット／回路／コンポーネントが現在オンでないときでもタスクを実行するように構成され得る。一般に、「構成されている」に対応する構造を形成する回路は、ハードウェア回路を含み得る。同様に、記載の便宜上、様々なユニット／回路／コンポーネントは、タスク又は複数のタスクを実行するものとして記載され得る。このような記載は、「構成されている」という語句を含むものとして解釈されるべきである。１つ又は複数のタスクを実行するように構成されたユニット／回路／コンポーネントの記載は、そのユニット／回路／コンポーネントについて３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． § １１２，パラグラフ６の解釈を呼び起こさないことを明確に意図している。

前述の議論から明らかなように特に別段の記載がない限り、本実施形態の説明を通じて「受信（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ）」、「充電（ｃｈａｒｇｉｎｇ）」、「仲裁（ａｒｂｉｔｒａｔｉｎｇ）」、「配備（ｄｅｐｌｏｙｉｎｇ）」、「推進（ｐｒｏｐｅｌｌｉｎｇ）」、「整列（ａｌｉｇｎｉｎｇ）」、「管理（ｍａｎａｇｉｎｇ）」、「送信（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ）」、「操作（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ）」、「通信（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ）」、「実行（ｅｘｅｃｕｔｉｎｇ）」、「交換（ｒｅｐｌａｃｉｎｇ）」等の用語を利用した議論は、集積回路、ＡＳＩＣ、メモリデバイス、コンピュータシステム又は同様の電子計算デバイスの動作及び処理を言及していることが理解されるであろう。メモリデバイス又は同様の電子計算デバイスは、デバイスのレジスタ及びメモリ内で物理（電子）量として表されるデータを、デバイスのメモリ、レジスタ又は他のそのような情報保存、送信又は表示デバイス内で物理量として同様に表される他のデータに処理及び変換する。

本明細書に記載されている方法及び操作は、本明細書に記載されている例示的なものとは異なるシーケンス、例えば、異なる順序でもよい。従って、所定の用途に従って、１つ又は複数の追加の新しい操作が既存の操作内に挿入されてもよいし、１つ又は複数の操作が省略又は削除されてもよい。

本実施形態の他の特徴は、添付の図面及び詳細な説明から明らかになるであろう。更に、コンピュータ使用可能な記憶媒体に保存されたコンピュータ可読及びコンピュータ実行可能な命令の制御の下、プロセッサ及び電気ユーザインタフェース制御は、本明細書に開示された様々な操作、プロセス及び方法を少なくとも部分的に実行し得ることが理解されるであろう。コンピュータ可読及びコンピュータ実行可能な命令は、例えば、コンピュータ使用可能な揮発性及び不揮発性メモリのようなデータ保存機構に属し、非一時的である。しかしながら、非一時的なコンピュータ可読及びコンピュータ実行可能な命令は、任意のタイプのコンピュータ使用可能な記憶媒体に属することができる。

本開示の特定の実施形態に関するこれまでの記載は、例示及び説明の目的で提示されたものである。それらは、開示された正確な形態に本発明を徹底又は限定することを意図していない。多くの修飾及び変形が、様々な実施形態のより広い精神及び範囲から逸脱することなく上記教示に照らして可能である。実施形態は、本発明の原理及びその実用化を最もよく説明し、それによって当業者が、企図される特定の用途に適するように種々の修飾を加えた本発明及び種々の実施形態を最もよく利用することができるように選択及び記載されている。本明細書に記載される実施形態は、単独又は互いに組み合わせて利用又は実施され得ることを理解されたい。本開示は、特定の実施形態で記載されているが、本発明は、そのような実施形態によって限定的に解釈されるべきではなく、むしろ添付の特許請求の範囲及びその等価物に従って解釈されるべきであることを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲の特徴によって定義される。

Claims (20)

1. エネルギのワイヤレス転送のための電気充電ユニットであって、
   ２つ以上の第１巻線と１つ又は複数の相手側巻線との間でエネルギのワイヤレス転送を行うための１つ又は複数の相手側巻線と対合可能な２つ以上の第１巻線と、
   前記２つ以上の第１巻線が巻かれる第１強磁性コアと、を備え、
   前記２つ以上の第１巻線は、前記１つ又は複数の相手側巻線と導電的に結合可能ではなく、
   前記２つ以上の第１巻線は、平面に配置される必要がなく、
   前記２つ以上の第１巻線は、エネルギを供給するための１次巻線として機能し、
   前記２つ以上の第１巻線は、充電動作の間に前記１つ又は複数の相手側巻線から選択的に分離可能なトランスの片割れであり、
   前記２つ以上の第１巻線は、前記１つ又は複数の相手側巻線と入れ子式に接続可能となっており、
   転送される電力は、所定数の前記第１巻線が同じ所定数の前記相手側巻線と対合することにより自動的に決定され、
   前記２つ以上の第１巻線の前記１つ又は複数の相手側巻線に対する共鳴周波数チューニングは、誘導充電に必要とされないことを特徴とする電気充電ユニット。
2. 全ての前記２つ以上の第１巻線の形状が成す内部角度は、０度より大きく１８０度より小さいことを特徴とする請求項１に記載の電気充電ユニット。
3. 前記２つ以上の第１巻線は、複数のトランス半体の個々を形成し、前記２つ以上の第１巻線の各々は、互いに実質的に離れて配置され、前記２つ以上の第１巻線は、円錐形、半球形又は角錐形のいずれかを形成することを特徴とする請求項１に記載の電気充電ユニット。
4. 前記２つ以上の第１巻線は、円錐性及び等角形状により１つ又は複数の第２巻線と機械的に自己整列することを特徴とする請求項１に記載の電気充電ユニット。
5. 前記２つ以上の第１巻線は、前記２つ以上の第１巻線と前記１つ又は複数の相手側巻線の整列軸に沿って配置された内部強磁性コアと外部強磁性シールドにより結合されていることを特徴とする請求項４に記載の電気充電ユニット。
6. 前記第１強磁性コア上に配置された２つ以上の第１巻線は、１次巻線機能又は２次巻線機能として構成可能であり、
   前記１つ又は複数の相手側巻線は、双方向のエネルギ転送を提供するために、前記２つ以上の第１巻線に対して相補的な巻線機能として構成可能であることを特徴とする請求項１に記載の電気充電ユニット。
7. 前記第１強磁性コアは、
   １００Ｈｚ未満の交流周波数に適した鉄材料と、
   １０ｋＨｚより高い交流周波数に適したフェライト材料と、のうち少なくとも１つで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気充電ユニット。
8. 前記第１強磁性コアに近接して配置された光源と、
   第１強磁性シールドに近接して配置された光センサと、を更に備え、
   前記光源及び光センサは、充電のための整列を提供することを特徴とする請求項１に記載の電気充電ユニット。
9. シャーシと、
   前記シャーシに結合されたパワートレインと、
   電気コードのために前記シャーシに結合されたブラシレスコードスプールと、
   エネルギのワイヤレス転送のための電気充電ユニットと、を備え、
   前記電気充電ユニットは、２つ以上の第１巻線と別の巻線との間でエネルギをワイヤレス転送するために、別の巻線と対合可能な２つ以上の第１巻線と、前記２つ以上の第１巻線が周囲に配置される第１強磁性コアと、を有し、
   前記２つ以上の第１巻線は、前記別の巻線と導電的に結合可能ではなく、
   前記２つ以上の第１巻線は、平面上に配置される必要がなく、
   前記２つ以上の第１巻線は、エネルギを供給するための１次巻線として機能し、
   前記２つ以上の第１巻線は、充電動作の間に前記１つ又は複数の相手側巻線から選択的に分離可能なトランスの片割れであり、
   前記２つ以上の第１巻線は、前記１つ又は複数の相手側巻線と入れ子式に接続可能となっており、
   前記シャーシは、前記ブラシレスコードスプールから電気コードを排出するために回転するように構成され、
   転送される電力は、所定数の前記第１巻線が同じ所定数の前記相手側巻線と対合することにより自動的に決定され、
   前記２つ以上の第１巻線の前記１つ又は複数の相手側巻線に対する共鳴周波数チューニングは、誘導充電に必要とされないことを特徴とする自律型電気充電システム。
10. ローカルバッテリパックと、
    前記ローカルバッテリパックに結合され、前記電気充電ユニット内の２つ以上の第１巻線を駆動するインバータと、を更に備えたことを特徴とする請求項９に記載の自律型電気充電システム。
11. 前記シャーシが充電されるべき負荷へと移動している間に、前記電気コードを配備するために前記シャーシに結合されたケーブルガイドを更に備え、
    前記ケーブルガイドは、ディスペンサモータと、前記ディスペンサモータと接続されたディスペンサ排出口と、を有することを特徴とする請求項９に記載の自律型電気充電システム。
12. 可変量の前記２つ以上の第１巻線は、異なる電力レベルを充電して充電の電力レベルを可変とするために１つ又は複数の第２巻線と対合されることを特徴とする請求項９に記載の自律型電気充電システム。
13. 前記２つ以上の第１巻線及び第１強磁性コアの少なくとも１つに液体冷却剤を送る液体冷却剤システムを更に備えたことを特徴とする請求項９に記載の自律型電気充電システム。
14. 電気充電ユニットは、
    ２つ以上の第１巻線と１つ又は複数の相手側巻線との間でエネルギのワイヤレス転送を行うための１つ又は複数の相手側巻線と対合可能な２つ以上の第１巻線と、
    前記２つ以上の第１巻線が巻かれる第１強磁性コアと、を備え、
    前記２つ以上の第１巻線は、前記１つ又は複数の相手側巻線と導電的に結合可能ではなく、
    前記２つ以上の第１巻線は、平面に配置される必要がなく、
    前記２つ以上の第１巻線は、エネルギを供給するための１次巻線として機能し、
    前記２つ以上の第１巻線は、充電動作の間に前記１つ又は複数の相手側巻線から選択的に分離可能なトランスの片割れであり、
    前記２つ以上の第１巻線は、前記１つ又は複数の相手側巻線と入れ子式に接続可能となっており、
    前記２つ以上の第１巻線若しくは１つ又は複数の相手側巻線のいずれかを互いに近接する位置に移動させ、
    円錐性及び等角形状により前記２つ以上の第１巻線の軸を前記１つ又は複数の相手側巻線の軸と同軸に自己整列させ、
    前記２つ以上の第１巻線と前記１つ又は複数の相手側巻線のほぼ同軸に自己整列された軸に沿って、前記２つ以上の第１巻線と前記１つ又は複数の相手側巻線を縦方向に自己整列させ、
    所定数の前記第１巻線が同じ所定数の前記相手側巻線と対合することに基づいて転送される電力を自動的に決定し、
    前記２つ以上の第１巻線の前記１つ又は複数の相手側巻線に対する共鳴周波数チューニングは、誘導充電に必要とされないことを特徴とする電気充電ユニットから負荷にエネルギをワイヤレスで転送する方法。
15. 可変量の前記２つ以上の第１巻線を前記１つ又は複数の相手側巻線と対合させて、充電の電力レベルを可変とすることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. ブラシは、電気コードから前記２つ以上の第１巻線に電力を転送するために必要でなく、
    前記電気充電ユニットのシャーシは、ブラシレスコードスプールから電気コードを排出するために回転するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 前記電気充電ユニットに接続可能なモータ駆動パワーエレクトロニクスを更に備え、前記モータ駆動パワーエレクトロニクスは、前記電気充電ユニットの２つ以上の第１巻線に電力を供給するように再構成されることを特徴とする請求項９に記載の自律型電気充電システム。
18. 前記２つ以上の第１巻線が周囲に配置されたプラグと、
    前記１つ又は複数の相手側巻線が周囲に配置されたソケットと、を更に備え、
    前記プラグにおける第１巻線の数は、前記ソケットにおける相手側巻線の数と必ずしもマッチする必要はないことを特徴とする請求項９に記載の自律型電気充電システム。
19. 前記プラグにおける第１巻線の数は、前記ソケットにおける相手側巻線の数とは異なる数であり、
    前記プラグと前記ソケットとの間で転送される電力は、所定数の前記第１巻線が同じ所定数の前記ソケットの相手側巻線と対合することにより自動的に決定されることを特徴とする請求項１８に記載の自律型電気充電システム。
20. エネルギのワイヤレス転送のための複数の電気充電ユニットを備え、
    前記電気充電ユニットの各々は、
    ２つ以上の第１巻線と別の巻線との間でエネルギのワイヤレス転送を行うために別の巻線と対合可能な２つ以上の第１巻線と、
    前記２つ以上の第１巻線が巻かれる第１強磁性コアと、を有し、
    前記２つ以上の第１巻線は、前記別の巻線と導電的に結合可能ではなく、
    前記２つ以上の第１巻線は、平面に配置される必要がなく、
    前記２つ以上の第１巻線は、エネルギを供給するための１次巻線として機能し、
    前記２つ以上の第１巻線は、充電動作の間に前記１つ又は複数の相手側巻線から選択的に分離可能なトランスの片割れであり、
    前記２つ以上の第１巻線は、前記１つ又は複数の相手側巻線と入れ子式に接続可能となっており、
    転送される電力は、所定数の前記第１巻線が同じ所定数の前記相手側巻線と対合することにより自動的に決定され、
    前記２つ以上の第１巻線の前記１つ又は複数の相手側巻線に対する共鳴周波数チューニングは、誘導充電に必要とされず、
    前記複数の電気充電ユニットの２つ以上は、所定アプリケーションのバッテリパック対をそれぞれ並列に個別充電することを特徴とする自律型電気充電インフラストラクチャ。