JP2014183693A - 受電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な放射磁界を低減できる受電機器及びその受電機器を備えた非接触電力伝送装置を提供すること。
【解決手段】非接触電力伝送装置１０の車両側機器２１は、送電器１３から非接触で高周波電力を受電可能な受電器２３と、受電器２３にて受電された高周波電力が供給される負荷２２とを備えている。ここで、受電器２３と負荷２２との間には、複数のインピーダンス変換器３３，３４が設けられている。そして、両インピーダンス変換器３３，３４の間のインピーダンスである仮想インピーダンスＶＺＬは、最大電力値の高周波電力が各インピーダンス変換器３３，３４のキャパシタ３３ｂ，３４ｂに供給されている状況における各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧が許容最大電圧に近づくよう設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、受電機器及びその受電機器を備えた非接触電力伝送装置に関する。

従来から、電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送装置として、例えば磁場共鳴を用いたものが知られている。例えば特許文献１の非接触電力伝送装置は、交流電源と、交流電源から交流電力が供給される１次側コイルとを有する送電機器を備えている。また、非接触電力伝送装置は、１次側コイルと磁場共鳴可能な２次側コイルを有する受電機器を備えている。そして、１次側コイルと２次側コイルとが磁場共鳴することにより、送電機器から受電機器に交流電力が伝送される。２次側コイルにて受電された交流電力は、受電機器に設けられた負荷に供給される。負荷は、例えば交流電力を整流する整流器及び蓄電部を備えている。

特開２００９−１０６１３６号公報

ここで、例えば、負荷に整流器等のような非線形回路が含まれている場合、高調波電流が発生し得る。当該高調波電流によって不要な放射磁界が発生すると、例えば周辺の電子部品の誤動作等といった不都合が懸念される。

なお、上述した事情は、磁場共鳴によって非接触の電力伝送を行う構成に限られず、例えば電磁誘導によって非接触の電力伝送を行う構成についても同様である。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、不要な放射磁界を低減できる受電機器及びその受電機器を備えた非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する受電機器は、交流電力が供給される１次側コイルを有する送電機器から非接触で前記交流電力を受電可能であり、前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な２次側コイルと、前記２次側コイルにて受電された交流電力が供給される負荷と、前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられ、インピーダンス変換を行う複数のインピーダンス変換部と、を備え、前記複数のインピーダンス変換部は直列に配置されており、前記２次側コイルにて受電された交流電力は前記複数のインピーダンス変換部を介して前記負荷に供給され、前記複数のインピーダンス変換部は、前記複数のインピーダンス変換部のうち前記負荷に最も近い位置に設けられ、第１素子を有する第１インピーダンス変換部と、前記第１インピーダンス変換部の隣に設けられ、第２素子を有する第２インピーダンス変換部と、を備え、前記第１インピーダンス変換部と前記第２インピーダンス変換部との間のインピーダンスは、前記第１素子及び前記第２素子に供給され得る交流電力のうち最大電力値の交流電力が前記第１素子及び前記第２素子に供給されている状況において、前記第１素子の印加電圧及び前記第２素子の印加電圧が各々の許容最大電圧以内で、且つ、前記第１素子の印加電圧及び前記第２素子の印加電圧の少なくとも一方が前記許容最大電圧に近づくよう設定されていることを特徴とする。

本発明者らは、２次側コイルと負荷との間に複数のインピーダンス変換部を設け、これら各インピーダンス変換部のうち第１インピーダンス変換部と第２インピーダンス変換部との間のインピーダンスが高くなるほど高調波電流が低くなることを見出した。そして、この知見に基づいて、第１素子の印加電圧及び第２素子の印加電圧が各々の許容最大電圧以内で、且つ、第１素子の印加電圧及び第２素子の印加電圧の少なくとも一方が許容最大電圧に近づくように第１インピーダンス変換部及び第２インピーダンス変換部の間のインピーダンスを設定した。これにより、各素子が正常に動作可能な範囲内で、可能な限り高調波電流を低くすることができる。よって、不要な放射磁界を低減できる。なお、第１素子及び第２素子は、それぞれ別々であってもよいし、同一であってもよい。つまり、１つの素子を各インピーダンス変換部にて共用している態様を含む。

上記受電機器について、前記第１素子及び前記第２素子の少なくとも一方は、前記第１インピーダンス変換部と前記第２インピーダンス変換部とを接続するＰ配線及びＮ配線の双方に接続されているとよい。かかる構成によれば、各インピーダンス変換部間のインピーダンスが高くなると、それに伴いＰ配線及びＮ配線の双方に接続されている素子の印加電圧が高くなる。この点、本構成によれば、上記のように各インピーダンス変換部間のインピーダンスと密接に関連する上記素子の印加電圧を考慮して、各インピーダンス変換部間のインピーダンスが設定されている。これにより、各インピーダンス変換部が正常に動作可能な範囲内で、可能な限り高調波電流を低くすることができる。

上記受電機器について、前記許容最大電圧は、前記第１素子及び前記第２素子の仕様に基づいて設定されるとよい。かかる構成によれば、許容最大電圧は各素子の仕様に基づいて設定されるため、当該許容最大電圧を適切に設定することができる。これにより、各インピーダンス変換部間のインピーダンス及び各インピーダンス変換部のインピーダンスを適切な値に設定することができる。

非接触電力伝送装置において、前記送電機器と、上述した受電機器と、を備えているとよい。かかる構成によれば、非接触電力伝送装置において、高調波電流を低くすることができ、それを通じて不要な放射磁界を低減できる。

この発明によれば、不要な放射磁界を低減できる。

車両側機器及び非接触電力伝送装置の電気的構成を示す回路図。

以下、受電機器及びその受電機器を備えた非接触電力伝送装置（非接触電力伝送システム）を車両に適用した一実施形態について説明する。
図１に示すように、非接触電力伝送装置１０は、地上に設けられた地上側機器１１と、車両に搭載された車両側機器２１とを備えている。地上側機器１１が送電機器（１次側機器）に対応し、車両側機器２１が受電機器（２次側機器）に対応する。

地上側機器１１は、所定の周波数の高周波電力（交流電力）を供給可能な高周波電源１２（交流電源）を備えている。高周波電源１２は、インフラとしての系統電源から供給される系統電力を高周波電力に変換し、その変換された高周波電力を供給可能に構成されている。また、高周波電源１２は、電力値が異なる複数種類の高周波電力を供給可能に構成されている。

高周波電源１２から供給された高周波電力は、非接触で車両側機器２１に伝送され、車両側機器２１に設けられた負荷２２に供給される。具体的には、非接触電力伝送装置１０は、地上側機器１１及び車両側機器２１間の電力伝送を行うものとして、地上側機器１１に設けられた送電器１３と、車両側機器２１に設けられた受電器２３とを備えている。

送電器１３及び受電器２３は同一の構成となっており、両者は磁場共鳴可能に構成されている。詳細には、送電器１３は、並列に接続された１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂからなる共振回路で構成されている。受電器２３は、並列に接続された２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂからなる共振回路で構成されている。両者の共振周波数は同一に設定されている。

かかる構成によれば、送電器１３及び受電器２３の相対位置が磁場共鳴可能な位置にある状況において、高周波電力が送電器１３（１次側コイル１３ａ）に供給された場合、送電器１３と受電器２３（２次側コイル２３ａ）とが磁場共鳴する。これにより、受電器２３は送電器１３のエネルギの一部を受け取る。すなわち、受電器２３は、送電器１３から高周波電力を受電する。なお、説明の便宜上、以降の説明においては、送電器１３及び受電器２３の相対位置は予め定められた基準位置に固定されているものとする。

負荷２２は、受電器２３にて受電された高周波電力が供給されるものであり、具体的には受電器２３にて受電された高周波電力を整流する整流器、及び整流器にて整流された直流電力が供給される車両用バッテリを有している。受電器２３にて受電された高周波電力は車両用バッテリの充電に用いられる。

地上側機器１１は、高周波電源１２等の制御を行う電源側コントローラ１４を備えている。電源側コントローラ１４は、高周波電源１２から高周波電力を供給するか否かの判断を行うとともに、高周波電源１２から供給される高周波電力の電力値制御を行う。

また、車両側機器２１は、電源側コントローラ１４と無線通信可能に構成された車両側コントローラ２４を備えている。非接触電力伝送装置１０は、各コントローラ１４，２４間での情報のやり取りを通じて、電力伝送の開始又は終了等を行う。

非接触電力伝送装置１０は、複数のインピーダンス変換器（インピーダンス変換部）３１〜３４を備えている。詳細には、非接触電力伝送装置１０は、地上側機器１１に設けられた第１インピーダンス変換器３１及び第２インピーダンス変換器３２と、車両側機器２１に設けられた第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４とを備えている。本実施形態では、第３インピーダンス変換器３３が「第２インピーダンス変換部」に対応し、第４インピーダンス変換器３４が「第１インピーダンス変換部」に対応する。

第１インピーダンス変換器３１は、第１インダクタ３１ａ及び第１キャパシタ３１ｂを有する逆Ｌ型のＬＣ回路で構成されている。第２インピーダンス変換器３２は、第２インダクタ３２ａ及び第２キャパシタ３２ｂを有する逆Ｌ型のＬＣ回路で構成されている。第１インピーダンス変換器３１及び第２インピーダンス変換器３２は、高周波電源１２と送電器１３との間に設けられており、両者は直列に配置されている。高周波電源１２から供給された高周波電力は、第１インピーダンス変換器３１及び第２インピーダンス変換器３２を介して送電器１３に供給される。

第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４は受電器２３と負荷２２との間に設けられている。第４インピーダンス変換器３４は、複数のインピーダンス変換器３３，３４のうち負荷２２に最も近い位置（受電器２３から負荷２２に向かう電力伝送経路における最下流の位置）に設けられている。つまり、第４インピーダンス変換器３４は、受電器２３及び負荷２２との間に設けられた複数のインピーダンス変換器３３，３４のうち最後段のインピーダンス変換器である。

第３インピーダンス変換器３３は、第４インピーダンス変換器３４の隣に配置されている。第３インピーダンス変換器３３と第４インピーダンス変換器３４とは直列に配置されている。詳細には、車両側機器２１には、第３インピーダンス変換器３３と第４インピーダンス変換器３４とを接続するＰ配線（電力線）Ｌ１及びＮ配線Ｌ２が設けられており、第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４はＰ配線Ｌ１及びＮ配線Ｌ２によって直接接続されている。受電器２３にて受電された高周波電力は第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４を介して負荷２２に供給される。

第３インピーダンス変換器３３は、第３インダクタ３３ａ及び第３キャパシタ３３ｂを有する逆Ｌ型のＬＣ回路で構成されている。詳細には、第３インダクタ３３ａは、一端がＰ配線Ｌ１に接続されており、他端が受電器２３に接続されている。第３キャパシタ３３ｂは、第３インダクタ３３ａよりも第４インピーダンス変換器３４側にあり、Ｐ配線Ｌ１及びＮ配線Ｌ２の双方に接続されている。第３キャパシタ３３ｂが「第２素子」に対応する。

第４インピーダンス変換器３４は、第４インダクタ３４ａ及び第４キャパシタ３４ｂを有するＬ型のＬＣ回路で構成されている。詳細には、第４インダクタ３４ａは、一端がＰ配線Ｌ１に接続され、他端が負荷２２に接続されている。第４キャパシタ３４ｂは、第４インダクタ３４ａよりも第３インピーダンス変換器３３側にあり、Ｐ配線Ｌ１及びＮ配線Ｌ２の双方に接続されている。第４キャパシタ３４ｂが「第１素子」に対応する。

なお、以降の説明において、第１インピーダンス変換器３１及び第２インピーダンス変換器３２を１次側インピーダンス変換器群Ｇ１と、第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４を２次側インピーダンス変換器群Ｇ２という。

ここで、負荷２２に含まれる整流器は、ダイオード等を含む非線形回路である。このため、受電器２３から負荷２２に向けて高周波電力が伝送される場合、車両側機器２１内にて高調波電流が発生し得る。なお、当該高調波電流は、例えば電力伝送が行われる高周波電力（高周波電源１２から供給される高周波電力）の周波数の整数倍の周波数を有するものである。

これに対して、本発明者らは、第３インピーダンス変換器３３と第４インピーダンス変換器３４との間のインピーダンス（以下、仮想インピーダンスＶＺＬという）が高くなるほど高調波電流が低くなることを見出した。

仮想インピーダンスＶＺＬは、上記知見、及び、仮想インピーダンスＶＺＬが高くなるほど各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧が高くなることを考慮して設定されている。つまり、仮想インピーダンスＶＺＬは、各インピーダンス変換器３３，３４のキャパシタ３３ｂ，３４ｂに供給され得る高周波電力のうち最大電力値の高周波電力が各キャパシタ３３ｂ，３４ｂに供給されている状況における各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧が予め定められた許容最大電圧に近づく（好ましくは一致する）ように設定されている。つまり、仮想インピーダンスＶＺＬは、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂに最大電力値の高周波電力が供給されている場合であっても各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧が許容最大電圧を超えない範囲内で可能な限り高く設定されている。

ここで、許容最大電圧とは、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの仕様に基づいて設定されるものであり、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂに印加することが許容される電圧の最大値である。換言すれば、許容最大電圧は、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂが正常に動作可能な範囲内にて印加可能な最大電圧とも言える。許容最大電圧の一例としては、例えば各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの定格電圧（耐圧）又はその定格電圧に所定のマージンを差し引いた電圧が考えられる。また、例えば定格電圧等との関係で、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂが通常使用される使用電圧範囲が想定される場合には、当該使用電圧範囲の最大値又はそれよりも所定のマージンを差し引いた電圧を許容最大電圧としてもよい。

ちなみに、本実施形態において、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの仕様は同一であり、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの許容最大電圧は同一である。
また、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂに供給され得る最大電力値の高周波電力は、高周波電源１２の仕様及び高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐに基づいて決まるものである。例えば、高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐが一定となっている条件下においては、高周波電源１２内にて設定される電力値が最大となっている場合に各キャパシタ３３ｂ，３４ｂに供給される高周波電力の電力値である。また、高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐが変動し得る構成にあっては、高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐが最小値である条件下において高周波電源１２内にて設定される電力値が最大となっている場合に各キャパシタ３３ｂ，３４ｂに供給される高周波電力の電力値である。

なお、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂに供給され得る最大電力値の高周波電力は、受電器２３にて受電される高周波電力が最大値である場合に各キャパシタ３３ｂ，３４ｂに供給される高周波電力の電力値であるとも言える。

２次側インピーダンス変換器群Ｇ２は、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスが特定値に近づく（好ましくは一致する）ように負荷２２のインピーダンスＺＬをインピーダンス変換する。

なお、上記特定値とは、例えば、相対的に伝送効率が高くなる値等が考えられる。詳細には、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスの実部には、相対的に他の抵抗値よりも高い伝送効率となる特定抵抗値Ｒｏｕｔが存在する。より詳しくは、仮に送電器１３の入力端に仮想負荷を設けた場合において、当該仮想負荷の抵抗値をＲａとし、受電器２３（詳細には受電器２３の出力端）から仮想負荷までの抵抗値をＲｂとすると、特定抵抗値Ｒｏｕｔは√（Ｒａ×Ｒｂ）である。

この場合、第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４の定数（インピーダンス）は、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスが特定抵抗値Ｒｏｕｔとなるように、仮想インピーダンスＶＺＬ及び負荷２２のインピーダンスＺＬに対応させて設定されている。かかる構成において、仮想インピーダンスＶＺＬは、負荷２２のインピーダンスＺＬよりも高く、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンス（特定抵抗値Ｒｏｕｔ）よりも高い。なお、定数（インピーダンス）は、変換比とも、インダクタンスやキャパシタンスとも言える。

なお、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１は、高周波電源１２から所望の電力値の高周波電力が供給されるべく、送電器１３の入力端から負荷２２までのインピーダンス（送電器１３の入力インピーダンス）Ｚｉｎをインピーダンス変換する。

例えば、負荷２２の車両用バッテリに対して供給される直流電力の電力値が充電に適した電力値となるのに要する高周波電源１２からの供給電力の電力値を、充電に適した電力値とする。そして、高周波電源１２から充電に適した電力値の高周波電力が供給されるための高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスを、充電に適した入力インピーダンスＺｔとする。この場合、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１は、高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐが上記充電に適した入力インピーダンスＺｔに近づく（好ましくは一致する）ように、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎをインピーダンス変換する。

次に本実施形態の作用について説明する。
各キャパシタ３３ｂ，３４ｂに最大電力値の高周波電力が供給されている状況における各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧が許容最大電圧となるように仮想インピーダンスＶＺＬが高く設定されているため、車両側機器２１にて発生する高調波電流が低くなっている。かかる構成において、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスは特定抵抗値Ｒｏｕｔとなっているため、伝送効率が向上している。

以上詳述した本実施形態によれば以下の優れた効果を奏する。
（１）受電器２３と負荷２２との間に、互いに直列に配置された複数のインピーダンス変換器３３，３４を設けた。その上で、負荷２２に最も近い第４インピーダンス変換器３４と、第４インピーダンス変換器３４の隣に配置された第３インピーダンス変換器３３との間のインピーダンス（仮想インピーダンスＶＺＬ）を、各インピーダンス変換器３３，３４が正常に動作可能な範囲内で可能な限り高く設定した。具体的には、仮想インピーダンスＶＺＬは、第４インピーダンス変換器３４を構成する第４キャパシタ３４ｂ及び第３インピーダンス変換器３３を構成する第３キャパシタ３３ｂに最大電力値の高周波電力が供給されている状況における各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧が許容最大電圧に近づく（好ましくは一致する）よう設定されている。これにより、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂが正常に動作可能な範囲内で、高調波電流を低くすることができる。よって、不要な放射磁界を低減できる。

特に、車両側機器２１は車両に搭載されるものである。車両には、各種電子部品が多数搭載されており、且つ、車内スペースを広く確保するべく、これら各種電子部品は近接して配置されている。このため、放射磁界による不都合、例えば電子部品の誤動作が発生し易い。

また、車両用バッテリの容量は、携帯電話のバッテリ等と比較して大きい。このような大容量の車両用バッテリを充電する場合、充電時間の短縮を図るべく、電力伝送で用いられる高周波電力の電力値は高く設定され易い。このため、不要な放射磁界は、無視することはできない程、強くなり易い。

これに対して、本実施形態では、仮想インピーダンスＶＺＬ及び高調波電流に相関関係があるとともに、仮想インピーダンスＶＺＬ及び各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧に相関関係があることに着目し、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧が過度に高くならない範囲内で高調波電流が低くなるよう仮想インピーダンスＶＺＬを設定した。これにより、放射磁界を低減でき、これを通じて放射磁界による不都合を好適に抑制することができる。

（２）第３キャパシタ３３ｂ及び第４キャパシタ３４ｂは、第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４を接続するＰ配線Ｌ１及びＮ配線Ｌ２の双方に接続されている。この場合、仮想インピーダンスＶＺＬの印加電圧と、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧とはほぼ同一であるため、仮想インピーダンスＶＺＬが高くなった場合に、それに伴い各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧が高くなる。また、仮想インピーダンスＶＺＬが高くなった場合に、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧の方が、Ｐ配線Ｌ１のみに接続されている各インダクタ３３ａ，３４ａの印加電圧と比較して、高くなり易い場合がある。

この点、本実施形態によれば、上記のように仮想インピーダンスＶＺＬと密接に関連する各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの許容最大電圧を考慮して仮想インピーダンスＶＺＬが設定されている。これにより、各インピーダンス変換器３３，３４が正常に動作可能な範囲内で、高調波電流を可能な限り低くすることができ、放射磁界を低減できる。

（３）許容最大電圧は、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの仕様に基づいて設定される。これにより、許容最大電圧を適切に設定することができる。よって、仮想インピーダンスＶＺＬ及び各インピーダンス変換器３３，３４の定数を好適に設定することができる。

（４）第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４の定数は、受電器２３（２次側コイル２３ａ）の出力端から負荷２２までのインピーダンスが特定値（例えば特定抵抗値Ｒｏｕｔ）となるように、仮想インピーダンスＶＺＬ及び負荷２２のインピーダンスＺＬに対応させて設定されている。これにより、高調波電流を低くしつつ、伝送効率の向上を図ることができる。

なお、複数のインピーダンス変換器３３，３４が受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスを特定値にするものであることに着目すれば、受電器２３の出力端から負荷２２のインピーダンスを特定値にするための構成を用いて高調波電流を低減することができるとも言える。この場合、高調波電流を低減するための構成を別途設ける必要がないため、構成の簡素化を図ることができるとも言える。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの仕様は同一であったが、これに限られず、異なる構成であってもよい。この場合、第３キャパシタ３３ｂと第４キャパシタ３４ｂとで許容最大電圧が異なる場合が生じ得る。かかる構成においては、第３キャパシタ３３ｂの許容最大電圧及び第４キャパシタ３４ｂの許容最大電圧のうち低い方の許容最大電圧を採用するとよい。すなわち、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧が同一である場合、最大電力値の高周波電力の供給時における各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの印加電圧が、第３キャパシタ３３ｂの許容最大電圧及び第４キャパシタ３４ｂの許容最大電圧のうち低い方の許容最大電圧に近づく（一致する）ように仮想インピーダンスＶＺＬが設定されていればよい。

○ 実施形態では、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂの許容最大電圧に着目したが、これに限られず、各インダクタ３３ａ，３４ａの許容最大電圧に着目してもよい。詳細には、例えば仮想インピーダンスＶＺＬと負荷２２のインピーダンスＺＬとの差が大きくなるほど、第４インダクタ３４ａの印加電圧が高くなる。この場合、仮想インピーダンスＶＺＬと負荷２２のインピーダンスＺＬとの関係によっては、第４キャパシタ３４ｂの印加電圧が当該第４キャパシタ３４ｂの許容最大電圧を超える前に、第４インダクタ３４ａの印加電圧が当該第４インダクタ３４ａの許容最大電圧を超える場合が生じ得る。この点に着目して、第４インダクタ３４ａの印加電圧が当該第４インダクタ３４ａの許容最大電圧を超えないように仮想インピーダンスＶＺＬを設定してもよい。要は、第１インピーダンス変換部の第１素子、及び、第２インピーダンス変換部の第２素子は、Ｐ配線Ｌ１及びＮ配線Ｌ２の双方に接続されたキャパシタ３３ｂ，３４ｂに限定されず、Ｐ配線Ｌ１のみに接続されたインダクタ３３ａ，３４ａも含む。要は、第１素子が複数ある場合には、最大電力値の交流電力の供給時において、複数の第１素子のうち少なくとも１つの素子の印加電圧が許容最大電圧に近づき、他の素子の印加電圧が各々の許容最大電圧以内になるよう仮想インピーダンスＶＺＬを設定するとよい。第２素子が複数ある場合についても同様である。

○ ここで、例えば第１素子として第４インダクタ３４ａに着目し、第２素子として第３キャパシタ３３ｂに着目した場合、両者の印加電圧は異なるとともに、各々の許容最大電圧は異なる。つまり、上記各別例にて示した通り、着目する素子によって、第１素子の印加電圧（第１印加電圧）と第２素子の印加電圧（第２印加電圧）とは異なる場合があり、第１素子の許容最大電圧（第１許容最大電圧）と第２素子の許容最大電圧（第２許容最大電圧）とは異なる場合がある。

かかる構成においては、（Ａ）第１印加電圧が第１許容最大電圧以内で第２印加電圧が第２許容最大電圧に近づく、又は、（Ｂ）第２印加電圧が第２許容最大電圧以内で第１印加電圧が第１許容最大電圧に近づく、の少なくとも一方の条件が成立するよう仮想インピーダンスＶＺＬを設定するとよい。この場合、各印加電圧は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、各許容最大電圧は同一であってもよいし、異なっていてもよい。なお、「前記第１素子の印加電圧及び前記第２素子の印加電圧が各々の許容最大電圧以内で、且つ、前記第１素子の印加電圧及び前記第２素子の印加電圧の少なくとも一方が前記許容最大電圧に近づく」とは、上記（Ａ）及び（Ｂ）の少なくとも一方の条件が成立した状態に対応する。

○ 実施形態では、Ｐ配線Ｌ１及びＮ配線Ｌ２の双方に接続された素子として各キャパシタ３３ｂ，３４ｂが設けられていたが、これに限られず、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂに代えてインダクタを設ける構成としてもよい。この場合、インダクタの許容最大電圧に基づいて仮想インピーダンスＶＺＬを設定するとよい。なお、インダクタの許容最大電圧は、当該インダクタの仕様に基づいて設定される。

○ 各インピーダンス変換器３１〜３４のうち少なくとも１つの定数を可変としてもよい。例えば、第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４の双方の定数を可変にし、送電器１３及び受電器２３の相対位置の変動に応じて、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御を行い、負荷２２のインピーダンスＺＬの変動に応じて第４インピーダンス変換器３４の定数の可変制御を行う構成であってもよい。

○ 実施形態では、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２は、２つのインピーダンス変換器３３，３４で構成されていたが、これに限られず、３つ以上のインピーダンス変換器で構成されていてもよい。この場合、最後段のインピーダンス変換器と、その手前のインピーダンス変換器との間のインピーダンスを、各インピーダンス変換器の素子の許容最大電圧に基づいて設定するとよい。

○ 実施形態では、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１は、２つのインピーダンス変換器３１，３２で構成されていたが、これに限られず、３つ以上であってもよいし、１つであってもよい。また、第１インピーダンス変換器３１及び第２インピーダンス変換器３２の双方を省略してもよい。

○ 実施形態では、送電器１３（１次側コイル１３ａ）及び受電器２３（２次側コイル２３ａ）の相対位置は基準位置に固定されていたが、これに限られず、送電器１３及び受電器２３の相対位置が変動する構成であってもよい。この場合、送電器１３及び受電器２３の相対位置の変動によって受電器２３にて受電される高周波電力の電力値が変動し得る。このため、各キャパシタ３３ｂ，３４ｂに供給され得る最大電力値の高周波電力は、上記相対位置が受電器２３にて受電される高周波電力の電力値が最大となる特定位置である条件下において高周波電源１２の仕様等に基づいて決まる。

○ 各インピーダンス変換器３１〜３４の具体的な構成は任意であり、例えば逆Ｌ型、π型、Ｔ型等を用いてもよい。具体的には、例えば、第３インピーダンス変換器３３を、第３インダクタ３３ａよりも受電器２３側に第３キャパシタが配置されたＬ型にしてもよい。この場合、Ｐ配線Ｌ１及びＮ配線Ｌ２の双方に接続されている素子は第４キャパシタ３４ｂのみとなる。なお、高周波電源１２にＤ級増幅器を用いる場合には、第１インピーダンス変換器３１はＬ型以外のものを用いるとよい。

○ 各インピーダンス変換器３１〜３４は全てＬＣ回路で構成されていたが、これに限られず、例えば各インピーダンス変換器３１〜３４の少なくとも一方をトランスで構成してもよい。

○ 実施形態では、仮想インピーダンスＶＺＬは、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンス（特定抵抗値Ｒｏｕｔ）よりも高く設定されていたが、これに限られず、仮想インピーダンスＶＺＬが受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスよりも低く設定されていてもよい。この場合、第３インピーダンス変換器３３をＬ型にするとよい。

○ ２次側インピーダンス変換器群Ｇ２は、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスを特定抵抗値Ｒｏｕｔに近づけるようインピーダンス変換を行うものであったが、これに限られない。例えば、高周波電源１２として電力源を用いる構成においては、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２は、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスと、受電器２３の出力端から高周波電源１２までのインピーダンスとが整合するようにインピーダンス変換するものであってもよい。

○ 高周波電源１２は、電圧源、電流源及び電力源のいずれであってもよい。
○ 高周波電源１２から供給される高周波電力の波形は任意であり、例えば正弦波であってもよいし、矩形波であってもよい。

○ 実施形態では、送電器１３の共振周波数と受電器２３の共振周波数とは同一に設定されていたが、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で両者を異ならせてもよい。
○ 実施形態では、送電器１３と受電器２３とは同一の構成であったが、これに限られず、異なる構成であってもよい。

○ 実施形態では、１次側コイル１３ａと１次側コンデンサ１３ｂとが並列に接続されていたが、これに限られず、直列に接続されていてもよい。同様に、２次側コイル２３ａと２次側コンデンサ２３ｂとが直列に接続されていてもよい。

○ 実施形態では、各コンデンサ１３ｂ，２３ｂが設けられていたが、これらを省略してもよい。この場合、各コイル１３ａ，２３ａの寄生容量を用いて磁場共鳴させる。
○ 実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴を用いたが、これに限られず、電磁誘導を用いてもよい。

○ 実施形態では、非接触電力伝送装置１０は、車両に適用されていたが、これに限られず、他の機器に適用してもよい。例えば、携帯電話のバッテリを充電するのに適用してもよい。

○ 送電器１３は、１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂからなる共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する１次側結合コイルとを有する構成であってもよい。同様に、受電器２３は、２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂからなる共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する２次側結合コイルとを有する構成であってもよい。

○ 実施形態では、２つの第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４が設けられていたが、これに限られず、２つのインダクタと１つのキャパシタとを有するＴ型のインピーダンス変換器が１つのみ設けられている構成であってもよい。詳細には、インピーダンス変換器は、受電器２３（２次側コイル２３ａ）と負荷２２との接続する２つの配線であるＰ配線及びＮ配線のうちＰ配線上に直列に接続された第１実体素子及び第２実体素子としての第１インダクタ及び第２インダクタと、各インダクタの接続線及びＮ配線の双方に接続された第３実体素子としてのキャパシタを備えている。この場合、キャパシタを、仮想的に互いに並列に接続された２つの仮想キャパシタに分割した場合、実施形態のように、２つのインピーダンス変換器３３，３４が存在することと等価となる。Ｔ型のインピーダンス変換器における仮想インピーダンスＶＺＬは、各仮想キャパシタ間のインピーダンスである。なお、Ｔ型のインピーダンス変換器においては、第１インピーダンス変換部の第１素子と、第２インピーダンス変換部の第２素子とが同一の素子（キャパシタ）で構成されているとも言える。

かかる構成において、仮想インピーダンスＶＺＬは、キャパシタに最大電力値の交流電力が供給されている状況におけるキャパシタの印加電圧が許容最大電圧に近づくように設定されている。これにより、Ｔ型のインピーダンス変換器を用いた場合において高調波電流を低減できる。

○ なお、上記別例において、Ｐ配線上にある第１実体素子及び第２実体素子は、第１インダクタ及び第２インダクタに限られず、第１キャパシタ及び第２キャパシタであってもよい。この場合、第３実体素子としてインダクタを用いる。そして、インダクタを２つの仮想インダクタに分割する。そして、その仮想インダクタ間のインピーダンスである仮想インピーダンスＶＺＬを、インダクタの許容最大電圧に対応させて設定するとよい。

○ また、第１実体素子及び第２実体素子は、インダクタとキャパシタであってもよい。この場合、インダクタと協働してＬＣ回路を構成する仮想キャパシタと、キャパシタと協働してＬＣ回路を構成する仮想インダクタとを合成して得られる実体素子（インダクタ又はキャパシタ）を、第３実体素子として用いるとよい。つまり、第３実体素子を第１仮想素子及び第２仮想素子に分割する場合、第１実体素子側にある第１仮想素子が第１実体素子と協働してＬＣ回路を構成し、第２実体素子側にある第２仮想素子が第２実体素子と協働してＬＣ回路を構成するよう、第３実体素子の分割態様を決定するとよい。換言すれば、第１実体素子及び第１仮想素子のうち一方はインダクタであり、他方はキャパシタであり、第２実体素子及び第２仮想素子のうち一方はインダクタであり、他方はキャパシタであればよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に記載する。
（イ）前記第１インピーダンス変換部及び前記第２インピーダンス変換部は、前記２次側コイルの出力端から前記負荷までのインピーダンスが予め定められた特定値に近づくよう前記負荷のインピーダンスをインピーダンス変換するものである請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の受電機器。

（ロ）交流電力が供給される１次側コイルを有する送電機器から非接触で前記交流電力を受電可能な受電機器において、前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な２次側コイルと、前記２次側コイルにて受電された交流電力が供給される負荷と、前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられ、インピーダンス変換を行う複数のインピーダンス変換部と、を備え、前記複数のインピーダンス変換部は直列に配置されており、前記２次側コイルにて受電された交流電力は前記複数のインピーダンス変換部を介して前記負荷に供給され、前記複数のインピーダンス変換部のうち前記負荷に最も近い位置に設けられた第１インピーダンス変換部と、前記第１インピーダンス変換部の隣に設けられた第２インピーダンス変換部との間のインピーダンスは、前記負荷のインピーダンスよりも高く設定されていることを特徴とする受電機器。

（ハ）交流電力が供給される１次側コイルを有する送電機器から非接触で前記交流電力を受電可能な受電機器において、前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な２次側コイルと、前記２次側コイルにて受電された交流電力が供給される負荷と、前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられ、インピーダンス変換を行うインピーダンス変換部と、を備え、前記インピーダンス変換部は、前記２次側コイルと前記負荷とを接続する２つの配線のうち一方の配線上に直列に接続された第１実体素子及び第２実体素子と、前記第１実体素子と前記第２実体素子の接続線及び他方の配線の双方に接続された第３実体素子と、を備え、前記第３実体素子を、前記第１実体素子と協働してＬＣ回路を構成する第１仮想素子、及び、前記第１仮想素子に並列に接続され且つ前記第２実体素子と協働してＬＣ回路を構成する第２仮想素子に分割した場合における前記第１仮想素子及び前記第２仮想素子間のインピーダンスは、前記第３実体素子に供給され得る交流電力のうち最大電力値の交流電力が前記第３実体素子に供給されている状況における前記第３実体素子の印加電圧が予め定められた許容最大電圧に近づくよう設定されていることを特徴とする受電機器。

１０…非接触電力伝送装置、１１…地上側機器、１２…高周波電源、１３ａ…１次側コイル、２１…車両側機器、２２…負荷、２３ａ…２次側コイル、３３…第３インピーダンス変換器（第２インピーダンス変換部）、３４…第４インピーダンス変換器（第１インピーダンス変換部）、Ｌ１…Ｐ配線、Ｌ２…Ｎ配線。

Claims (4)

1. 交流電力が供給される１次側コイルを有する送電機器から非接触で前記交流電力を受電可能な受電機器において、
   前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な２次側コイルと、
   前記２次側コイルにて受電された交流電力が供給される負荷と、
   前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられ、インピーダンス変換を行う複数のインピーダンス変換部と、
   を備え、
   前記複数のインピーダンス変換部は直列に配置されており、前記２次側コイルにて受電された交流電力は前記複数のインピーダンス変換部を介して前記負荷に供給され、
   前記複数のインピーダンス変換部は、
   前記複数のインピーダンス変換部のうち前記負荷に最も近い位置に設けられ、第１素子を有する第１インピーダンス変換部と、
   前記第１インピーダンス変換部の隣に設けられ、第２素子を有する第２インピーダンス変換部と、
   を備え、
   前記第１インピーダンス変換部と前記第２インピーダンス変換部との間のインピーダンスは、前記第１素子及び前記第２素子に供給され得る交流電力のうち最大電力値の交流電力が前記第１素子及び前記第２素子に供給されている状況において、前記第１素子の印加電圧及び前記第２素子の印加電圧が各々の許容最大電圧以内で、且つ、前記第１素子の印加電圧及び前記第２素子の印加電圧の少なくとも一方が前記許容最大電圧に近づくよう設定されていることを特徴とする受電機器。
2. 前記第１素子及び前記第２素子の少なくとも一方は、前記第１インピーダンス変換部と前記第２インピーダンス変換部とを接続するＰ配線及びＮ配線の双方に接続されている請求項１に記載の受電機器。
3. 前記許容最大電圧は、前記第１素子及び前記第２素子の仕様に基づいて設定される請求項１又は請求項２に記載の受電機器。
4. 前記送電機器と、
   請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の受電機器と、
   を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。