JP2013126307A - 電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】異物の存在を認識することが可能で、電力伝送に伴い異物が発熱したり、電力伝送効率が低下したりすることがない電力伝送システムを提供する。
【解決手段】本発明の電力伝送システムは、送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、インバータ部からの交流電圧が入力される送電アンテナと、送電アンテナに入力される電圧と送電アンテナに流れる電流とを検出する検出部（Ｓ１０２）と、検出された電圧と電流に基づきインピーダンスを算出する算出部（Ｓ１０３）と、基準となるインピーダンスを記憶する記憶部と、算出されたインピーダンスと、記憶されたインピーダンスと比較する比較部（Ｓ１０５）と、比較結果に基づいて、送電アンテナ近傍における異物の存否を判定する判定部（Ｓ１０９）と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、磁気共鳴方式の磁気共鳴アンテナが用いられるワイヤレス電力伝送システムに関する。

近年、電源コードなどを用いることなく、ワイヤレスで電力（電気エネルギー）を伝送する技術の開発が盛んとなっている。ワイヤレスで電力を伝送する方式の中でも、特に注目されている技術として、磁気共鳴方式と呼ばれるものがある。この磁気共鳴方式は２００７年にマサチューセッツ工科大学の研究グループが提案したものであり、これに関連する技術は、例えば、特許文献１（特表２００９−５０１５１０号公報）に開示されている。

磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、送電側アンテナの共振周波数と、受電側アンテナの共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うものであり、電力伝送距離を数十ｃｍ〜数ｍとすることが可能であることが大きな特徴の一つである。

上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムを、電気自動車のような移動体に対する電力伝送に適用する場合は、移動体側に受電アンテナを搭載し、地中部に送電アンテナを埋設するような構成とすることが提案されている。

例えば、特許文献２（特開２０１０−６８６５７号公報）には、所定周波数の交流電力を出力する交流電力出力手段と、地面側に設けられた第１共鳴コイル、及び該第１共鳴コイルと対向配置された電気自動車搭載の第２共鳴コイルと、該第２共鳴コイルで受電された電力が充電されるバッテリとから構成されるワイヤレス電力送信装置が開示されている。
特表２００９−５０１５１０号公報 特開２０１０−６８６５７号公報

上記のような電力伝送システムにおいては、送電アンテナが地中部に埋設されるようにして設けられる構成が採用されるため、例えば、何らかの落下物が送電アンテナの近傍に落ちたままとなり、そこに異物として存在してしまう、といったシチュエーションが考えられる。ところで、電力伝送中に送電アンテナと受電アンテナとの間に、例えば、スチール缶などのような異物が存在すると、電力伝送実行中にスチール缶が発熱すると共に、電力の伝送効率が低下する、といった問題があった。ところが、従来の電力伝送システムにおいては、送電アンテナと受電アンテナとの間に、上記のような異物が存在する可能性については全く考慮されておらず、対策が求められていた。

上記問題を解決するために、請求項１に係る発明は、送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、前記インバータ部から前記送電アンテナに入力される電圧と、前記送電アンテナに流れる電流とを検出する検出部と、前記検出部で検出された電圧と電流に基づきインピーダンスを算出する算出部と、基準となるインピーダ
ンスを記憶する記憶部と、前記算出部で算出されたインピーダンスと、前記記憶部に記憶されたインピーダンスと比較する比較部と、前記比較部による比較結果に基づいて、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判定する判定部と、を有することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電力伝送システムにおいて、前記判定部は、前記算出部で算出されたインピーダンスと、前記記憶部に記憶されたインピーダンスとが所定値以上乖離しているか否かに基づいて、判定を行うことを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の電力伝送システムにおいて、前記判定部は、前記インバータ部を異なる複数の周波数で駆動することで判定することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の電力伝送システムにおいて、前記インバータ部を異なる複数の周波数で駆動する際、前記送電アンテナの共振点付近の周波数を利用しないことを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、前記インバータ部から前記送電アンテナに入力される電圧と、前記送電アンテナに流れる電流とを検出する検出部と、前記検出部で検出された電圧と電流に基づきインピーダンスを算出する算出部と、前記インバータ部を所定範囲の周波数で駆動した後、インピーダンスの極小値を与える周波数とインピーダンスとの組み合わせを抽出する抽出部と、異物がない状態での通常電力伝送時の周波数とインピーダンスとの組み合わせを記憶する記憶部と、前記抽出部によって抽出された周波数とインピーダンスとの組み合わせが、前記記憶部に記憶された周波数とインピーダンスとの組み合わせに含まれるか否かを判定することで、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判定する判定部と、を有することを特徴とする電力伝送システムである。

また、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の電力伝送システムにおいて、前記判定部は、前記抽出部によって抽出された周波数とインピーダンスとの組み合わせが、前記記憶部に記憶された周波数とインピーダンスとの組み合わせに含まれているとき、前記送電アンテナ近傍に異物が存在しないものと判定することを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項５又は請求項６に記載の電力伝送システムにおいて、前記判定部で、前記送電アンテナ近傍に異物が存在するものと判定されると、前記送電アンテナから前記受電アンテナに対する電力の伝送を中止することを特徴とする。

また、請求項８に係る発明は、送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、前記受電アンテナで受電した電気エネルギーが蓄えられる電池と、前記インバータ部から前記送電アンテナに入力される電圧と、前記送電アンテナに流れる電流とを検出する検出部と、前記検出部で検出された電圧と電流に基づきインピーダンスを算出する第１インピーダンス算出部と、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数と、前記電池の電圧と、前記インバータ部の駆動周波数と、インピーダンスとの間の関係を記憶する記憶部と、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を推定する推定部と、前記電池の電圧を取得する取得部と、前記推定部で推定された結合係数と、前記取得部で取得された電池の電圧と、前記記憶部に記憶された関係とに基づいて、インピーダンスを算出する第２インピーダンス算出部と、前記第１インピーダンス算出
部で算出されたインピーダンスと、前記第２インピーダンス算出部で算出されたインピーダンスと、を比較し、比較結果に基づき、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判定する判定部と、を有することを特徴とする電力伝送システムである。

また、請求項９に係る発明は、請求項８に記載の電力伝送システムにおいて、前記判定部は、比較結果として、２つのインピーダンス間の差が所定値以内あるときには、前記送電アンテナ近傍における異物が存在しないものと判定することを特徴とする。

また、請求項１０に係る発明は、請求項８又は請求項９に記載の電力伝送システムにおいて、前記判定部で、前記送電アンテナ近傍に異物が存在するものと判定されると、前記送電アンテナから前記受電アンテナに対する電力の伝送を中止することを特徴とする。

また、請求項１１に係る発明は、送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、前記インバータ部から前記送電アンテナに入力される電圧と、前記送電アンテナに流れる電流とを検出する検出部と、前記検出部で検出された電圧と電流に基づきインピーダンスの時間変化率を算出する算出部と、前記算出部により算出された時間変化率が所定値以内であるかを判定することで、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判定する判定部と、を有することを特徴とする電力伝送システムである。

また、請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の電力伝送システムにおいて、前記判定部は、前記算出部により算出された時間変化率が前記所定値以内であるとき、前記送電アンテナ近傍に異物が存在しないものと判定することを特徴とする。

また、請求項１３に係る発明は、請求項１１又は請求項１２に記載の電力伝送システムにおいて、前記判定部で、前記送電アンテナ近傍に異物が存在するものと判定されると、前記送電アンテナから前記受電アンテナに対する電力の伝送を中止することを特徴とする。

また、請求項１４に係る発明は、送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、前記インバータ部から前記送電アンテナに入力される電圧と、前記送電アンテナに流れる電流とを検出する検出部と、前記検出部で検出された電圧と電流に基づき電圧と電流の位相差を算出する算出部と、前記算出部で算出された位相差と、前記記憶部に記憶された位相差と比較する比較部と、前記比較部による比較結果に基づいて、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判定する判定部と、を有することを特徴とする。

また、請求項１５に係る発明は、請求項１４に記載の電力伝送システムにおいて、前記判定部は、前記算出部により算出された位相差が前記所定値以内であるとき、前記送電アンテナ近傍に異物が存在しないものと判定することを特徴とする。

また、請求項１６に係る発明は、請求項１４又は請求項１５に記載の電力伝送システムにおいて、前記判定部で、前記送電アンテナ近傍に異物が存在するものと判定されると、前記送電アンテナから前記受電アンテナに対する電力の伝送を中止することを特徴とする。

また、請求項１７に係る発明は、送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介
して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、前記送電アンテナからの電力送電を実行する送電側システムと、前記受電アンテナで受電する電力を電池に充電する充電器と、前記充電器から前記電池への電路を開閉するスイッチと、前記受電アンテナで充電器に入力される電力を検出し、検出された電力の変動に基づいて、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判断し、異物が存在すると判定されると、前記スイッチを開くように制御する制御部と、を有することを特徴とする。

また、請求項１８に係る発明は、送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、前記送電アンテナからの電力送電を実行する送電側システムと、前記受電アンテナで受電する電力を検出し、検出された電力の変動に基づいて、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判断する制御部と、前記制御部で異物が存在すると判定されると、前記送電側システムに対して電力送電の停止を指示する通信部と、を有することを特徴とする。

本発明に係る電力伝送システムによれば、送電アンテナ近傍における異物の存否を判定部によって判定することで、異物の存在を認識することが可能となるので、電力伝送に伴い、異物が発熱したり、或いは、電力伝送効率が低下したりしてしまうことがない。

本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムを車両に搭載した例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムのインバータ部を示す図である。 電池の充電プロファイルとインバータ部の制御の関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける異物検知の様子を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける異物検知の処理フローを示す図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムの異物検知の原理を説明する図である。 送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置関係及び電池２４０の電圧による周波数−インピーダンス特性の変化を説明する図である。 異物がない状態での通常電力伝送時の周波数とインピーダンスとの組み合わせがなす領域Ｒを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムにおける異物検知の処理フローを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。 送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置関係及び電池２４０の電圧による周波数−インピーダンス特性の変化を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムにおける異物検知の処理フローを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムにおける異物検知の様子を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムにおける異物検知の処理フローを示す図である。 異物混入により発生するインピーダンスの時間変化率の変化を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムにおける異物検知の処理フローを示す図である。 送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０とを近接させたときの送電効率の周波数依存性例を示す図である。 第１極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。 第２極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。 ２つの極値を与える極値周波数のうち磁気壁が生じる極値周波数（第１周波数）での特性を示す図である。 ２つの極値を与える極値周波数のうち電気壁が生じる極値周波数（第２周波数）での特性を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図であり、図２は本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００を車両に搭載した例を模式的に示す図である。本発明の電力伝送システム１００は、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両搭載電池への充電のためのシステムに用いるのに好適である。このために、車両の底面部においては、受電を行うことを可能にする受電アンテナ２１０が配されてなる。

本実施形態に係る電力伝送システム１００では、上記のような車両に対して電力を非接触で伝送するため、当該車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられる。車両充電用のスペースである当該停車スペースには、本実施形態に係る電力伝送システム１００の送電アンテナ１４０などが地中部に埋設されるような構成となっている。車両のユーザーは本実施形態に係る電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、送電アンテナ１４０から車両に搭載されている受電アンテナ２１０に対して、電磁場を介し電気エネルギーを伝送する。

本実施形態に係る電力伝送システム１００は、上記のような利用形態であることから、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置関係が電力伝送を行うたびに変化し、最適な電力伝送効率を与える周波数についてもこれに伴い変化することとなる。そこで、車両停車後、すなわち、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０と間の位置関係がフィックスした後、実際の充電の電力伝送を行う際には、電力伝送効率が最高となるように、送電アンテナに入力される電圧の周波数を決定するようにしている。

車両充電設備（送電側）における整流昇圧部１２０は、商用電源などのＡＣ電源部１１０からの交流電圧を一定の直流に変換するコンバータと、このコンバータからの出力を所定の電圧に昇圧するものである。この整流昇圧部１２０で生成される電圧の設定は送電制御部１５０から制御可能となっている。

インバータ部１３０は、整流昇圧部１２０から供給される直流電圧から所定の交流電圧を生成して、送電アンテナ１４０に入力する。図３は本発明の実施形態に係る電力伝送システムのインバータ部を示す図である。インバータ部１３０は、例えば図３に示すように、フルブリッジ方式で接続されたＱ_A乃至Ｑ_Dからなる４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって構成されている。

本実施形態においては、直列接続されたスイッチング素子Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_Bの間の接続部Ｔ１と、直列接続されたスイッチング素子Ｑ_Cとスイッチング素子Ｑ_Dとの間の接続部Ｔ２との間に送電アンテナ１４０が接続される構成となっており、スイッチング素子Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_Dがオンのとき、スイッチング素子Ｑ_Bとスイッチング素子Ｑ_Cがオフとされ、スイッチング素子Ｑ_Bとスイッチング素子Ｑ_Cがオンのとき、スイッチング素子Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_Dがオフとされることで、接続部Ｔ１と接続部Ｔ２との間に
矩形波の交流電圧を発生させる。

上記のようなインバータ部１３０を構成するスイッチング素子Ｑ_A乃至Ｑ_Dに対する駆動信号は送電制御部１５０から入力されるようになっている。また、インバータ部１３０を駆動させるための周波数は送電制御部１５０から制御することができるようになっている。

上記のようなインバータ部１３０からの出力は送電アンテナ１４０に供給される。この送電アンテナ１４０は、インダクタンス成分を有するコイルから構成されており、対向するようにして配置される車両搭載の受電アンテナ２１０と共鳴することで、送電アンテナ１４０から出力される電気エネルギーを受電アンテナ２１０に送ることができるようになっている。

なお、インバータ部１３０からの出力を、送電アンテナ１４０に入力する際には、いったん、不図示の整合器によってインピーダンスを整合させるようにしてもよい。整合器は所定の回路定数を有する受動素子から構成することができる。

本発明の実施形態に係る電力伝送システムでは、電力伝送システム１００の送電側の送電アンテナ１４０から、受電側の受電アンテナ２１０へ効率的に電力を伝送する際、送電アンテナ１４０の共振周波数と、受電アンテナ２１０の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにしている。

インバータ部１３０に対する入力される電圧Ｖ₁及び電流Ｉ₁、インバータ部１３０から出力される電圧Ｖ₂及び電流Ｉ₂は送電制御部１５０によって検出されるようになっている。これにより、送電制御部１５０は、検出される電圧Ｖ₁及び電流Ｉ₁からインバータ部１３０に入力される入力電力（Ｗ₁＝Ｖ₁×Ｉ₁）、及び、検出される電圧Ｖ₂及び電流Ｉ₂か
らインバータ部１３０から出力される出力電力（Ｗ₂＝Ｖ₂×Ｉ₂）を取得することができ
るようになっている。

また、送電制御部１５０は、検出される電圧Ｖ₂及び電流Ｉ₂によって、インバータ部１３０から送電アンテナ１４０側をみたときのインピーダンスを取得することができるようになっている。

また、送電制御部１５０では、上記のような構成によりインバータ部１３０から出力される電圧Ｖ₂の位相、電流Ｉ₂の位相についても検出されるようになっている。

また、送電制御部１５０では、インバータ部１３０から出力される電流Ｉ₂について監
視し、規定値以上の電流値が検出された場合、インバータ部１３０からの出力を停止できるようになっている。

送電制御部１５０は、ＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部を有しており、検出された電圧Ｖ₁、電流Ｉ₁、電圧Ｖ₂、電流Ｉ₂から上記のように電力値、インピーダンス値、位相などを取得することができるようになっていたり、或いは、後述するような各アルゴリズムに基づいて、送電側のシステム全体の制御を行ったりすることができるようになっている。

送電制御部１５０は、整流昇圧部１２０によって出力される直流電圧の電圧と、インバータ部１３０で出力される交流電圧の周波数を制御して、実際の充電の電力伝送を実行す
るが、このような制御を行う際には記憶部１６０が参照されることによって周波数などが決定される。記憶部１６０は、記憶手段に記憶され、送電制御部１５０によって参照可能に構成されている。

記憶部１６０には、各データテーブル、チャートなどが記憶されており、送電制御部１５０は、取得されるインピーダンス値と、記憶部１６０に記憶された各データテーブル、チャートなどに基づいて、送電アンテナ１４０近傍における異物の存否を判定するようになっている。これにより、本発明に係る電力伝送システム１００では、異物の存在を認識することが可能となるので、電力伝送に伴い、異物が発熱したり、或いは、電力伝送効率が低下したりしてしまうことがない。

また、通信部１７０は車両側の通信部２７０と無線通信を行い、車両との間でデータの送受を可能にする構成である。通信部１７０によって受信したデータは送電制御部１５０に転送され処理されるようになっている。また、送電制御部１５０は所定情報を、通信部１７０を介して車両側に送信することができるようになっている。

次に、車両側に設けられている電力伝送システム１００の構成について説明する。車両の受電側のシステムにおいて、受電アンテナ２１０は、送電アンテナ１４０と共鳴することによって、送電アンテナ１４０から出力される電気エネルギーを受電するものである。

受電アンテナ２１０で受電された交流電力は、整流器２2０において整流され、整流さ
れた電力は充電器２3０を通して電池２４０に蓄電されるようになっている。充電器２3０は充電制御部２５０からの指令に基づいて電池２４０の蓄電を制御する。

充電器２3０から電池２４０に対して入力される電圧Ｖ₃及び電流Ｉ₃は充電制御部２５
０によって検出されるようになっている。検出された電圧Ｖ₃及び電流Ｉ₃により、充電制御部２５０は、充電器２3０を制御して、電池２４０の適切な充電プロファイルに沿うよ
うに電池２４０の充電を制御することができるように構成されている。充電器２3０には
、電流センサおよび電圧センサが設けられており、出力電圧をフィードバック制御することにより、電池２４０を定電流充電モード、定電力充電モード、定電圧充電モードのいずれかの充電モードで充電させるかを選択することができるようになっている。

充電制御部２５０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部を有しており、図示されている充電制御部２５０と接続される各構成と協働するように動作する。

充電制御部２５０と接続されている充電プロファイル２６０は 電池２４０の充電プロファイルを記憶すると共に、充電制御部２５０をこのプロファイルに沿って動作させるためのアルゴリズムが記憶されている。図４は電池２４０の充電プロファイル２６０を示す図である。この充電プロファイル２６０は電池２４０の充電プロファイルの一例を示すものであり、電池２４０を充電するためには、その他のプロファイルを用いるようにしてもよい。

また、図４では電池２４０の蓄電量がほとんどない状態からの充電プロファイルを示すものである。この充電プロファイル２６０においては、まず一定の電力Ｐ_constで電池２
４０の充電を行う定出力充電（ＣＰ制御）が行われる。次に、電池２４０の端部電圧がＶｆとなったら、一定の充電電圧を維持する定電圧充電（ＣＶ制御）が行われる。そして、定電圧充電時、電池２４０に流れこむ電流がＩ_minとなったら、充電を終了する。

また、通信部２７０は送電側の通信部１７０と無線通信を行い、送電側システムとの間
でデータの送受を可能にする構成である。通信部２７０によって受信したデータは充電制御部２５０に転送され処理されるようになっている。また、充電制御部２５０は所定情報を、通信部２７０を介して送電側に送信することができるようになっている。例えば、充電制御部２５０は、定電力（ＣＰ）充電モード、或いは定電圧（ＣＶ）充電モードのどの充電モードで、電池２４０の充電を行っているかに係る情報を車両充電設備側のシステムに送信することができるようになっている。

また、通信部２７０は充電制御部２５０で検出される電池２４４の電圧Ｖ₃に係る情報
を、送電側システムに送信することができるようになっている。また、車両側のシステムは、通信部２７０を利用し送電側システムの通信部１７０と通信することで、車両が送電側システムに接近していることなどを、送電側システムに対して報知することができるようになっている。

次に、以上のように構成される本発明の電力伝送システム１００における異物検知の具体的な方法について説明する。まず、図５乃至図７を参照して、本発明における第１の異物検知方法について説明する。

図５は本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００における異物検知の様子を説明する図であり、図６は本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００における異物検知の処理フローを示す図であり、図７は本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００の異物検知の原理を説明する図である。

本発明における第１の異物検知方法では、車両が充電スペースに存在しないときにおける異物の検知に用いられる方法である。この方法は、車両が送電側の充電スペースに存在しないときであれば、いつでも実行すること（例えば、所定時間経過毎に実行すること、など）が可能であるが、本実施形態においては、充電スペースに近接してくる車両の検知をトリガーとして異物検知が開始される例に基づいて説明する。また、本実施形態においては、送電側のシステムが、車両の接近を検知することは、車両側システムの通信部２７０からの通信情報により可能とされているが、充電スペースの周囲に設けたセンサや撮像装置により車両の接近を検知するようにしてもよい。

また、本発明における第１の異物検知方法では、記憶部１６０には、図７の実線に示された周波数−インピーダンス特性のデータが既定値として記憶されている。記憶部１６０に記憶される周波数−インピーダンス特性は、送電アンテナ１４０近傍になんら異物が存在しないときに取得された特性である。なお、このような周波数−インピーダンス特性を取得するためには、送電側システムを受電設備として設置した直後に取得するようにしてもよいし、さらに、その後、定期的にキャリブレーションを行って、周波数−インピーダンス特性を更新するようにしてもよい。

上記のような構成の下、本発明における第１の異物検知方法では、図６に示すフローチャートが、送電制御部１５０によって実行される。

図６において、ステップＳ１００で車両接近が検知されると、続いて、ステップＳ１０１では、図７の実線で示す規定値が読込まれる。

次のステップＳ１０２では、（例えば周波数ｆ_aで）インバータ部１３０を駆動し、電
圧・電流を計測し、インピーダンス（若しくは電圧・電流間の位相差）を算出する。なお、図７においては、周波数−インピーダンス特性によって、異物の検出を行う例を示しているが、周波数−位相差特性によって、異物の検出を行うようにしてもよい。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２における算出結果が、記憶部１６０に記憶された既定値のインピーダンスとが所定値以上乖離しておらず、同じとみなせるか否かについて判定する。この判定では、図７における一点鎖線上の三角のプロットが、異物が存在しない場合の実線上の丸のプロットと、所定以上乖離しているか否かが判定されることとなる。

ステップＳ１０３における判定結果がＹＥＳであればステップＳ１０４に進み、ＮＯであればステップＳ１０５に進む。そして、ステップＳ１０４では、送電制御部１５０に設けられたフラグ（不図示）などにおける記憶値として、「異物有り」をクリアする。また、ステップＳ１０５では、送電制御部１５０に設けられたフラグ（不図示）などにおける記憶値として、「異物有り」を記憶する。

ステップＳ１０６では、電力伝送開始指示が有るか否か判定され、当該判定がＮＯであればステップＳ１０１に戻りループし、当該判定がＹＥＳであれば、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、送電制御部１５０に設けられたフラグ（不図示）などにおける記憶値として、「異物有り」を記憶しているかが判定される。ステップＳ１０７における判定がＹＥＳであるときは、ステップＳ１０８に進み、不図示のインターフェイス部に異常表示などを行う。

一方、ステップＳ１０７における判定がＮＯであるときは、ステップＳ１０９に進み、電力伝送を開始する。ステップＳ１１０で、処理を終了する。

以上のような本発明に係る電力伝送システム１００によれば、送電アンテナ１４０近傍における異物の存否を判定処理によって判定することで、異物の存在を認識することが可能となるので、電力伝送に伴い、異物が発熱したり、或いは、電力伝送効率が低下したりしてしまうことがない。

なお、図６に示すフローチャートでは、インバータ部１３０を、例えば周波数ｆ_aのワ
ンポイントで駆動し、その駆動周波数から得られるインピーダンスや位相差などの情報に基づいて、異物の有無を判定するようにしていたが、前記インバータ部を異なる複数の周波数で駆動して得られる情報に基づいて、異物の有無を判定するようにしてもよい。

例えば、図７に示すように、インバータ部１３０を駆動する際には、周波数ｆ_minより
低い領域では、ｆ_a以上ｆ_b以下の複数の周波数（本例ではｆ_a、ｆ_bを含む５点の周波数）を、また、周波数ｆ_minより高い領域では、ｆ_c以上ｆ_d以下の複数の周波数（本例ではｆ_c、ｆ_dを含む５点の周波数）を利用する。

さらに、周波数ｆ_minより低い領域にあるｆ_a以上ｆ_b以下の周波数と、周波数ｆ_minより高い領域にあるｆ_c以上ｆ_d以下の周波数とを利用するようにしてもよいし、周波数ｆ_min
より低い領域にあるのみを利用するようにしてもよいし、周波数ｆ_minより高い領域にあ
るのみを利用するようにしてもよい。なお、異物検知のためにインバータ部１３０を駆動する際には、送電アンテナ１４０の共振点付近の周波数ｆ_minを利用しないようにする。

次に、本発明の電力伝送システム１００における異物検知の他の方法について説明する。図８乃至図１０を参照して、本発明における第２の異物検知方法について説明する。

図８は送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置関係及び電池２４０の電圧による周波数−インピーダンス特性の変化を説明する図であり、図９は異物がない状態での通
常電力伝送時の周波数とインピーダンスとの組み合わせがなす領域Ｒを示す図であり、図１０は本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムにおける異物検知の処理フローを示す図である。

本発明における第２の異物検知方法では、車両が充電スペースに存在し、電力伝送を実行しているときにおける異物の検知に用いられる方法である。この方法では、まず、異物がない状態で送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置関係（すなわち、結合係数ｋ）、及び、電池２４０の電圧を種々変更しながら、周波数−インピーダンス特性の極小値（極値が２つある場合には、周波数が大きい方の極値）ポイントＰ₁、Ｐ₂、・・・、Ｐ_nを取得しておく。上記のような極小値ポイントＰ₁、Ｐ₂、・・・、Ｐ_nは、周波数とインピーダンスとの組み合わせからなっている。次に、図８に示すように、上記のように取得された極小値ポイントＰ₁、Ｐ₂、・・・、Ｐ_nによって形成される領域をＲとして、周波
数−インピーダンスチャートの中にマッピングする。この領域Ｒの中で、インバータ部１３０が動作していれば、送電アンテナ１４０の近傍には異物がないものと判定することができる。本実施形態においては、上記のような領域Ｒに係る情報が、記憶部１６０に記憶されている。

上記のような構成の下、本発明における第２の異物検知方法では、図１０に示すフローチャートが、送電制御部１５０によって実行される。

図１０において、ステップＳ２００で開始されると、所定の駆動周波数でインバータ部１３０の駆動が行われる。

ステップＳ２０１では、規定値(異物が無いときのインピーダンスの取り得る範囲のデ
ータ）を取り込む。続く、ステップＳ２０２では、電圧Ｖ₂，電流Ｉ₂を計測し、インピーダンス値を算出する。

ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２の算出結果が規定値の範囲内であるか否かが判定される。ステップＳ２０３における判定結果がＮＯであるときには異物が有るものと判定されたこととなるので、ステップＳ２０５に進み、電力伝送を停止し、続くステップＳ２０６で、不図示のインターフェイス部などに異常表示を行う。一方、ステップＳ２０３における判定結果がＹＥＳであるときには、異物がないものと判定されることとなり、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、電力伝送中であるかが判定され、当該判定がＹＥＳであればステップＳ２０２に戻りループし、ＮＯであれば、ステップＳ２０７に進み、処理を終了する。

なお、図１０に示すフローチャートでは、インバータ部１３０を、特定の周波数で駆動し、その駆動周波数から得られるインピーダンス情報に基づいて、異物の有無を判定するようにしていた。しかし、異物検知のためにインバータ部１３０を駆動する際には、図８に示す下限周波数ｆ_minから上限周波数ｆ_maxの間で周波数をスイープして、極小値ポイントを与える（周波数、インピーダンス）の組み合わせを求めるようにするようにしてもよい。

すなわち、下限周波数ｆ_minから上限周波数ｆ_maxの間で周波数をスイープして、インピーダンスを求めて周波数−インピーダンス特性を得て、さらに、周波数−インピーダンス特性の極小値（極値が２つある場合には、周波数が大きい方の極値）としてポイントＱを抽出する。

抽出されたポイントＱが、図８の領域Ｒに含まれるか否かが判定し、この判定がＮＯであるとき、異物はなしと判定し、この判定がＹＥＳであるときには、異物があるものと判
定するようにしてもよい。

以上のような本発明に係る電力伝送システム１００によれば、送電アンテナ１４０近傍における異物の存否を判定処理によって判定することで、異物の存在を認識することが可能となるので、電力伝送に伴い、異物が発熱したり、或いは、電力伝送効率が低下したりしてしまうことがない。

次に、本発明の電力伝送システム１００における異物検知の他の方法について説明する。図１１乃至図１３を参照して、本発明における第３の異物検知方法について説明する。

図１１は本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図であり、図１２は送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置関係及び電池２４０の電圧による周波数−インピーダンス特性の変化を説明する図であり、図１３は本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムにおける異物検知の処理フローを示す図である。

図１１のブロック図において、先の実施形態と異なる点は、撮像部１８０を有している点である。この撮像部１８０は、車両の底部における受電アンテナ２１０を撮影する。この撮影データは送電制御部１５０に送信され、送電制御部１５０は撮影データに移り込んでいる受電アンテナ２１０の位置によって、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置関係を認識し、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数Ｋを推定するようになっている。

本発明における第３の異物検知方法では、車両が充電スペースに存在し、電力伝送を実行しているときにおける異物の検知に用いられる方法である。この方法では、まず、異物がない状態で送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置関係（すなわち、結合係数Ｋ）、及び、電池２４０の電圧を種々変更しながら、周波数−インピーダンス特性の極小値（極値が２つある場合には、周波数が大きい方の極値）ポイントを取得しておく。上記のような極小値は、周波数とインピーダンスとの組み合わせからなっている。次に、図１２に示すように、上記のように取得された極小値ポイントを、周波数−インピーダンスチャートの中にプロットする。本実施形態においては、このようなプロットに係る情報が、記憶部１６０に記憶されている。

図１２のプロットでは、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置関係（すなわち、結合係数Ｋ）、及び、電池２４０の電圧、及び、インバータ部１３０の駆動周波数、及びインピーダンス値との間の関係が規定されることとなる。

上記のような構成の下、本発明における第３の異物検知方法では、図１３に示すフローチャートが、送電制御部１５０によって実行される。

図１３において、ステップＳ３００でフローが開始されると、最も伝送効率がよい最適周波数でインバータ部１３０を駆動する。

続くステップＳ３０１では、撮像部１８０などのセンサにより車両底部を撮影し画像解析により、位置ずれ（受信アンテナ位置）を取得する。

続いて、ステップＳ３０２では、受電システム側の電池２４０の電圧Ｖ₃を取得する。
なお、ステップＳ３０２では、通信部１７０を介することで、受電システム側の電池２４０の電圧Ｖ₃が取得される。

次の、ステップＳ３０３においては、位置ずれと電池電圧と特性表（図１２に示す周波
数−インピーダンスチャート）とによりインピーダンスの推定値を読み込む。このステップＳ３０３のインピーダンスの算出処理は第２インピーダンス算出処理として定義する。

ステップＳ３０４では、電圧Ｖ₂，電流Ｉ₂を計測し、これに基づいてインピーダンスを算出する。このステップＳ３０４におけるインピーダンスの算出処理は第１インピーダンス算出処理として定義する。

ステップＳ３０５では、ステップＳ３０４の算出結果とステップＳ３０３の推定値と間の差が所定値以内であり、ステップＳ３０４の算出結果はステップＳ３０３の推定値と同じであるものＴみなせるか否かが判定される。

ステップＳ３０５における判定結果がＮＯであるときには異物があるものと判定できるので、ステップＳ３０７に進み、電力伝送を停止し、続くステップＳ３０８で、不図示のインターフェイス部などに異常表示を行う。一方、ステップＳ３０５における判定結果がＹＥＳであるときには異物がないものと判定されたこととなり、ステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６では、電力伝送中であるか否かが判定され、当該判定がＹＥＳであればステップＳ３０４に戻りループし、ＮＯであれば、ステップＳ３０９に進み、処理を終了する。

以上のような本発明に係る電力伝送システム１００によれば、送電アンテナ１４０近傍における異物の存否を判定処理によって判定することで、異物の存在を認識することが可能となるので、電力伝送に伴い、異物が発熱したり、或いは、電力伝送効率が低下したりしてしまうことがない。

次に、本発明の電力伝送システム１００における異物検知の他の方法について説明する。図１４乃至図１６を参照して、本発明における第４の異物検知方法について説明する。

図１４は本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムにおける異物検知の様子を説明する図であり、図１５は本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムにおける異物検知の処理フローを示す図であり、図１６は異物混入により発生するインピーダンスの時間変化率の変化を説明する図である。

本発明における第４の異物検知方法では、車両が充電スペースに存在し、電力伝送を実行しているときに、図１４に示すように、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に、異物が混入したときに、これを検知する方法である。この方法は、インピーダンスの時間変化率を監視しておき、これが急激に変化した場合に、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に、異物があるものと判定する。すなわち、第４の異物検知方法では、図１６に示すように、異物混入によって、インピーダンスの時間変化率が急激に上昇すると、異物があるものと判定する。

上記のような構成の下、本発明における第４の異物検知方法では、図１６に示すフローチャートが、送電制御部１５０によって実行される。

図１６において、ステップＳ４００でフローが開始されると、最も伝送効率がよい最適周波数でインバータ部１３０を駆動する。

ステップＳ４０１では、電圧Ｖ₂，電流Ｉ₂を計測し、これらに基づいてインピーダンスを算出し、今回値として保持する。次のステップＳ４０２では、保持した今回値を、前回値として保持する。

また、ステップＳ４０３では、電圧Ｖ₂，電流Ｉ₂を計測し、これらに基づいてインピーダンスを算出し、今回値として保持する。これらのステップにより、算出されたインピーダンスを順次時系列で記憶するようにし時間変化率を求める。

続く、ステップＳ４０４では、前回値と今回値は同じであるか、より具体的には、インピーダンス値の時間変化率が所定値以内であるか否かが判定される。

ステップＳ４０４における判定結果がＮＯであるときには異物があるものと判定できるので、ステップＳ４０６に進み、電力伝送を停止し、続くステップＳ４０７で、不図示のインターフェイス部などに異常表示を行う。一方、ステップＳ４０４における判定結果がＹＥＳであるときには異物がないものと判定されたこととなり、ステップＳ４０５に進む。ステップＳ４０５では、電力伝送中であるか否かが判定され、当該判定がＹＥＳであればステップＳ４０４に戻りループし、ＮＯであれば、ステップＳ４０９に進み、処理を終了する。

以上のような本発明に係る電力伝送システム１００によれば、送電アンテナ１４０近傍における異物の存否を判定処理によって判定することで、異物の存在を認識することが可能となるので、電力伝送に伴い、異物が発熱したり、或いは、電力伝送効率が低下したりしてしまうことがない。

次に、本発明の電力伝送システム１００における異物検知の他の方法について説明する。これまで説明した異物検知の方法では全て送電側システムにおける処理・制御によって、異物の検知を行うようにしていたが、以下に説明する第５の異物検知方法では、受電側システムにおける処理・制御によって、異物の検知を行うようにするものである。図１７及び図１８を参照して、本発明における第５の異物検知方法について説明する。

本発明における第５の異物検知方法では、車両が充電スペースに存在し、電力伝送を実行しているときに、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に、異物が混入したときに、これを検知する方法である（図１４参照）。第５の異物検知方法は、充電器２３０に入力される電力を監視しておき、この電力が急激に変化した場合に、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に、異物があるものと判定する。

図１７は本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。このブロック図が第１の実施形態と相違する点は、整流器２２０から充電器２３０に対して入力される電圧Ｖ₄及び電流Ｉ₄が充電制御部２５０によって検出されるようになっており、充電制御部２５０でこれらに基づいて電力値が算出されるようになっている点と、充電器２３０と電池２４０との間にスイッチＳＷが設けられており、このスイッチＳＷが充電制御部２５０からオンオフ制御されるようになっている点である。

上記のような構成の下、本発明における第５の異物検知方法では、図１８に示すフローチャートが、充電制御部２５０によって実行される。

図１８において、ステップＳ５００で処理が開始されると、続いて、ステップＳ５０１において、充電器２３０に入力される電圧Ｖ₄・電流Ｉ₄を計測し、これらから電力値（Ｖ₄×Ｉ₄）を算出し、前回値として保持する。

次のステップＳ５０２では、充電器２３０に入力される電圧Ｖ₄・電流Ｉ₄を計測し、電力値（Ｖ₄×Ｉ₄）を算出し、今回値として保持する。

ステップＳ５０３では、電力の前回値と今回値の差異が所定値以上となっているか否か
が判定される。ステップＳ５０３における判定がＹＥＳである場合には、アンテナ間に異物があるものと判定できるので、ステップＳ５０５に進み、スイッチＳＷをオープンとし充電を停止する。ステップＳ５０５でスイッチＳＷが開となると、受電側システムではインピーダンスが上昇し、送電制御部１５０がインバータ部１３０の動作を停止させて、送電を停止する。

なお、本実施形態では、ステップＳ５０５で、スイッチＳＷをオープンとし充電を停止するように構成しているが、ステップＳ５０５で、通信部２７０を介して送電側システムに対して送電停止指示を出すように構成してもよい。

ステップＳ５０３における判定がＮＯである場合には、アンテナ間に異物があるものと判定できる。このとき、ステップＳ５０４に進み、電力の今回値を前回値として保持するようにする。さらに、ステップＳ５０６では、電力伝送中であるか否かが判定されて、当該判定がＹＥＳである場合にはステップＳ５０２に戻りループし、当該判定がＮＯである場合には、ステップＳ５０７に進み、処理を終了する。

以上のような他の実施形態に係る電力伝送システム１００によれば、受電側システムにおいて送電アンテナ１４０近傍の異物の存否を判定することで、異物の存在を認識することが可能となり、電力伝送に伴い、異物が発熱したり、或いは、電力伝送効率が低下したりしてしまうことがない。

ここで、ワイヤレス電力伝送システムにおける伝送効率の極値を与える周波数について説明する。前記システムの電力伝送時においては、伝送効率の極値を与える周波数が２つ存在することがある。このような２つのうちのいずれの周波数を選択する方がシステムにとって最適であるかについて説明する。

図１９は送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０とを近接させたときの送電効率の周波数依存性例を示す図である。

磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムにおいては、図１９に示すように、第１極値周波数ｆ_m、第２極値周波数ｆ_eの２つがあるが、電力伝送を行うときには、これらのいずれかの周波数でこれを行うことが好ましい。

図２０は第１極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。第１極値周波数においては、送電アンテナ１４０のコイルに流れる電流と、受電アンテナ２１０のコイルに流れる電流とで位相が略等しくなり、磁界ベクトルが揃う位置が送電アンテナ１４０のコイルや受電アンテナ２１０のコイルの中央部付近となる。この状態を、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に対して磁界の向きが垂直となる磁気壁が生じているものとして考える。

また、図２１は第２極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。第２極値周波数においては、送電アンテナ１４０のコイルに流れる電流と、受電アンテナ２１０のコイルに流れる電流とで位相がほぼ逆となり、磁界ベクトルが揃う位置が送電アンテナ１４０のコイルや受電アンテナ２１０のコイルの対称面付近となる。この状態を、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に対して磁界の向きが水平となる電気壁が生じているものとして考える。

なお、以上のような電気壁や磁気壁などの概念に関しては、居村岳広、堀洋一「電磁界共振結合による伝送技術」ＩＥＥＪ Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．１２９，Ｎｏ．７，２００９、或いは、居村岳広、岡部浩之、内田利之、堀洋一「等価回路から見た非接触電力伝
送の磁界結合と電界結合に関する研究」ＩＥＥＪ Ｔｒａｎｓ．ＩＡ，Ｖｏｌ．１３０，Ｎｏ．１，２０１０などに記載されているものを本明細書においては準用している。

本発明において、極値を与える周波数として、第１極値周波数、第２極値周波数の２つがある場合については、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定する理由について説明する。

図２２は２つの極値を与える極値周波数のうち磁気壁が生じる極値周波数（第１周波数）での特性を示す図である。図２２（Ａ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う送電側の電圧（Ｖ₁）、電流（Ｉ₁）の変動の様子を示す図であり、図２２（Ｂ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う受電側の電圧（Ｖ₃）、電流（Ｉ₃）の変動の様子を示す図である。図２２に示すような特性によれば、受電側で電池２４０（負荷）の負荷増大と共に、電圧が増大する特性があることがわかる。

以上のような磁気壁が生じる周波数においては、電池２４０側からみて受電アンテナ２１０が定電流源として見えるものである。このような受電アンテナ２１０が定電流源のように動作する周波数で、電力伝送を行った場合に、仮に負荷側である電池２４０などの不具合により緊急停止が起きたとすると、受電アンテナ２１０の両端部の電圧が上昇してしまうこととなる。

一方、図２３は２つの極値を与える極値周波数のうち電気壁が生じる極値周波数（第２周波数）での特性を示す図である。図２３（Ａ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う送電側の電圧（Ｖ₁）、電流（Ｉ₁）の変動の様子を示す図であり、図２３（Ｂ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う受電側の電圧（Ｖ₃）、電流（Ｉ₃）の変動の様子を示す図である。図２３に示すような特性によれば、受電側で電池２４０（負荷）の負荷増大と共に、電流が減少する特性があることがわかる。

以上のような電気壁が生じる周波数においては、電池２４０側からみて受電アンテナ２１０が定電圧源として見えるものである。このような受電アンテナ２１０が定電圧源のように動作する周波数で、電力伝送を行った場合に、仮に負荷側である電池２４０などの不具合により緊急停止が起きたとしても、受電アンテナ２１０の両端部の電圧が上昇することはない。したがって、本発明に係る電力伝送システムによれば、負荷が急激に低下した際に電圧が高圧になることがなく、安定して電力伝送を行うことが可能となるのである。

図２２の特性においては、受電側の電池２４０（負荷）にとっては、充電回路が電流源として見えることとなり、図２３の特性においては、受電側の電池２４０（負荷）にとっては、充電回路が電圧源として見えることとなる。負荷が増大することに伴い、電流が減少する図２３に示す特性の方が、電池２４０（負荷）にとっては好ましいので、本実施形態においては、第１極値周波数、第２極値周波数の２つがある場合については、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定するようにしている。

このような本発明に係る電力伝送システムによれば、伝送効率の極値を与える周波数が２つ存在することがある場合でも、電力伝送時の最適な周波数を迅速に決定することができ、効率的な電力伝送を短時間で行うことが可能となる。

また、２つの極値を与える周波数が２つある場合に、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定すると、電池２４０（負荷）にとって、充電回路が電圧源として見えるので、充電制御により電池２４０への出力が変動した際にインバータ部１３０の出力も伴って増減するために扱いやすい、というメリッ
トがある。また、充電制御部２５０が緊急停止した際にも供給電力も自動的に最小化するため無駄な装置も必要ない。

また、２つの極値を与える周波数が２つある場合に、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定すると、充電制御部２５０からみて整流器２２０が電圧源として見えるので、充電制御により電池２４０への出力が変動した際に整流昇圧部１２０の出力も伴って増減するために扱いやすい、というメリットがある。

これに対して、２つの極値を与える周波数が２つある場合に、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に磁気壁が生じる極値周波数を選定すると、充電制御部２５０が出力を小さくした際に伴って供給電圧を制御する必要がありそのための通信手段や検知手段が必要となり、コストがかかることとなる。

１００・・・電力伝送システム
１１０・・・ＡＣ電源部
１２０・・・整流昇圧部
１３０・・・インバータ部
１４０・・・送電アンテナ
１５０・・・送電制御部
１６０・・・記憶部
１７０・・・通信部
１８０・・・撮像部
２１０・・・受電アンテナ
２２０・・・整流器
２３０・・・充電器
２４０・・・電池
２５０・・・充電制御部
２６０・・・充電プロファイル
２７０・・・通信部

Claims (18)

1. 送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、
   直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、
   前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、
   前記インバータ部から前記送電アンテナに入力される電圧と、前記送電アンテナに流れる電流とを検出する検出部と、
   前記検出部で検出された電圧と電流に基づきインピーダンスを算出する算出部と、
   基準となるインピーダンスを記憶する記憶部と、
   前記算出部で算出されたインピーダンスと、前記記憶部に記憶されたインピーダンスと比較する比較部と、
   前記比較部による比較結果に基づいて、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判定する判定部と、を有することを特徴とする電力伝送システム。
2. 前記判定部は、前記算出部で算出されたインピーダンスと、前記記憶部に記憶されたインピーダンスとが所定値以上乖離しているか否かに基づいて、判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力伝送システム。
3. 前記判定部は、前記インバータ部を異なる複数の周波数で駆動することで判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力伝送システム。
4. 前記インバータ部を異なる複数の周波数で駆動する際、前記送電アンテナの共振点付近の周波数を利用しないことを特徴とする請求項３に記載の電力伝送システム。
5. 送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、
   直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、
   前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、
   前記インバータ部から前記送電アンテナに入力される電圧と、前記送電アンテナに流れる電流とを検出する検出部と、
   前記検出部で検出された電圧と電流に基づきインピーダンスを算出する算出部と、
   前記インバータ部を所定範囲の周波数で駆動した後、インピーダンスの極小値を与える周波数とインピーダンスとの組み合わせを抽出する抽出部と、
   異物がない状態での通常電力伝送時の周波数とインピーダンスとの組み合わせを記憶する記憶部と、
   前記抽出部によって抽出された周波数とインピーダンスとの組み合わせが、前記記憶部に記憶された周波数とインピーダンスとの組み合わせに含まれるか否かを判定することで、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判定する判定部と、を有することを特徴とする電力伝送システム。
6. 前記判定部は、前記抽出部によって抽出された周波数とインピーダンスとの組み合わせが、前記記憶部に記憶された周波数とインピーダンスとの組み合わせに含まれているとき、前記送電アンテナ近傍に異物が存在しないものと判定することを特徴とする請求項５に記載の電力伝送システム。
7. 前記判定部で、前記送電アンテナ近傍に異物が存在するものと判定されると、前記送電アンテナから前記受電アンテナに対する電力の伝送を中止することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電力伝送システム。
8. 送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、
   直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、
   前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、
   前記受電アンテナで受電した電気エネルギーが蓄えられる電池と、
   前記インバータ部から前記送電アンテナに入力される電圧と、前記送電アンテナに流れる電流とを検出する検出部と、
   前記検出部で検出された電圧と電流に基づきインピーダンスを算出する第１インピーダンス算出部と、
   前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数と、前記電池の電圧と、前記インバータ部の駆動周波数と、インピーダンスとの間の関係を記憶する記憶部と、
   前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を推定する推定部と、
   前記電池の電圧を取得する取得部と、
   前記推定部で推定された結合係数と、前記取得部で取得された電池の電圧と、前記記憶部に記憶された関係とに基づいて、インピーダンスを算出する第２インピーダンス算出部と、
   前記第１インピーダンス算出部で算出されたインピーダンスと、前記第２インピーダンス算出部で算出されたインピーダンスと、を比較し、比較結果に基づき、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判定する判定部と、を有することを特徴とする電力伝送システム。
9. 前記判定部は、比較結果として、２つのインピーダンス間の差が所定値以内あるときには、前記送電アンテナ近傍における異物が存在しないものと判定することを特徴とする請求項８に記載の電力伝送システム。
10. 前記判定部で、前記送電アンテナ近傍に異物が存在するものと判定されると、前記送電アンテナから前記受電アンテナに対する電力の伝送を中止することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の電力伝送システム。
11. 送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、
    直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、
    前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、
    前記インバータ部から前記送電アンテナに入力される電圧と、前記送電アンテナに流れる電流とを検出する検出部と、
    前記検出部で検出された電圧と電流に基づきインピーダンスの時間変化率を算出する算出部と、
    前記算出部により算出された時間変化率が所定値以内であるかを判定することで、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判定する判定部と、を有することを特徴とする電力伝送システム。
12. 前記判定部は、前記算出部により算出された時間変化率が前記所定値以内であるとき、前記送電アンテナ近傍に異物が存在しないものと判定することを特徴とする請求項１１に記載の電力伝送システム。
13. 前記判定部で、前記送電アンテナ近傍に異物が存在するものと判定されると、前記送電アンテナから前記受電アンテナに対する電力の伝送を中止することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の電力伝送システム。
14. 送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力
    伝送システムであって、
    直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、
    前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、
    前記インバータ部から前記送電アンテナに入力される電圧と、前記送電アンテナに流れる電流とを検出する検出部と、
    前記検出部で検出された電圧と電流に基づき電圧と電流の位相差を算出する算出部と、
    前記算出部で算出された位相差と、前記記憶部に記憶された位相差と比較する比較部と、前記比較部による比較結果に基づいて、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判定する判定部と、を有することを特徴とする電力伝送システム。
15. 前記判定部は、前記算出部により算出された位相差が前記所定値以内であるとき、前記送電アンテナ近傍に異物が存在しないものと判定することを特徴とする請求項１４に記載の電力伝送システム。
16. 前記判定部で、前記送電アンテナ近傍に異物が存在するものと判定されると、前記送電アンテナから前記受電アンテナに対する電力の伝送を中止することを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の電力伝送システム。
17. 送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、
    前記送電アンテナからの電力送電を実行する送電側システムと、
    前記受電アンテナで受電する電力を電池に充電する充電器と、
    前記充電器から前記電池への電路を開閉するスイッチと、
    前記受電アンテナで充電器に入力される電力を検出し、検出された電力の変動に基づいて、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判断し、異物が存在すると判定されると、前記スイッチを開くように制御する制御部と、を有することを特徴とする電力伝送システム。
18. 送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、
    前記送電アンテナからの電力送電を実行する送電側システムと、
    前記受電アンテナで受電する電力を検出し、検出された電力の変動に基づいて、前記送電アンテナ近傍における異物の存否を判断する制御部と、
    前記制御部で異物が存在すると判定されると、前記送電側システムに対して電力送電の停止を指示する通信部と、を有することを特徴とする電力伝送システム。

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