JP2014193027A - 送電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成の複雑化を抑制しつつ、交流電源から供給される交流電力の電力値を好適に調整できる送電機器及びその送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】地上側機器１１は、高周波電力を供給可能な高周波電源１２と、高周波電力が供給される１次側コイル１３ａを有する送電器１３と、を備えている。ここで、地上側機器１１は、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１と、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１とは別に設けられた可変抵抗４１とを備えている。１次側インピーダンス変換器群Ｇ１及び可変抵抗４１は、高周波電源１２から特定電力値の高周波電力が供給されるよう高周波電源１２の出力端のインピーダンスＺｐを調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、送電機器及びその送電機器を備えた非接触電力伝送装置に関する。

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、例えば交流電力を供給可能な交流電源、及び交流電力が供給される１次側コイルを有する送電機器と、１次側コイルから非接触で交流電力を受電可能な２次側コイルを有する受電機器とを備えているものが知られている（例えば特許文献１参照）。かかる非接触電力伝送装置においては、例えば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。

特開２００９−１０６１３６号公報

ここで、上記のような送電機器においては、交流電源から予め定められた特定電力値の交流電力が供給されるよう、交流電源の出力端のインピーダンスを調整するインピーダンス変換部を設ける場合がある。この場合、交流電源の出力端のインピーダンスや特定電力値によっては、インピーダンス変換部では、インピーダンスの調整が煩雑又は困難な場合がある。また、設置スペースやコストの観点から、構成の複雑化は好ましくない。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、構成の複雑化を抑制しつつ、交流電源から供給される交流電力の電力値を好適に調整できる送電機器及びその送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送電機器は、交流電力を供給可能な交流電源と、前記交流電力が供給される１次側コイルと、を有し、２次側コイルを有する受電機器に対して非接触で前記交流電力を送電可能であり、前記交流電源と前記１次側コイルとの間に設けられたインピーダンス変換部と、前記インピーダンス変換部とは別に設けられ、抵抗を有する抵抗部と、を備え、前記インピーダンス変換部及び前記抵抗部は、前記交流電源から供給される前記交流電力の電力値が予め定められた特定電力値となるように前記交流電源の出力端のインピーダンスを調整することを特徴とする。

かかる構成によれば、インピーダンス変換部及び抵抗部によって交流電源の出力端のインピーダンスを調整することにより、交流電源から特定電力値の交流電力が供給される。この場合、インピーダンス変換部の他に比較的簡素となり易い構成である抵抗部を用いてインピーダンスの調整を行うことにより、構成の複雑化を抑制しつつ、インピーダンス変換部のみではインピーダンスの調整が煩雑又は困難な場合であっても交流電源から供給される交流電力の電力値を好適に調整することができる。

上記送電機器について、前記抵抗部の抵抗値は可変であるとよい。かかる構成によれば、交流電源から供給される電力値と特定電力値との間にずれが生じた場合には、抵抗値の可変制御を行うことにより、上記ずれを低減させることができる。

なお、具体的な構成としては、例えば前記抵抗として抵抗値が可変の可変抵抗を備えている構成や、前記抵抗に直列に接続されるスイッチング素子を備えるとともに、前記抵抗及び前記スイッチング素子の直列接続体を互いに並列に接続された状態で複数設ける構成等が考えられる。

上記送電機器について、前記インピーダンス変換部のインピーダンスは可変であり、前記抵抗部の抵抗値の可変制御は、前記インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御後に更にインピーダンスの調整を行う必要がある場合に行われるとよい。かかる構成によれば、抵抗部及びインピーダンス変換部の双方が可変であるため、いずれか一方のみが可変である場合と比較して、インピーダンスの調整可能範囲が広くなっている。これにより、交流電源から供給される電力値と特定電力値とのずれが大きい場合であっても、好適に対応することができる。また、抵抗部の抵抗値の可変制御は、インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御が行われた後に行われ得るため、抵抗部の抵抗値及びインピーダンス変換部のインピーダンスの双方を同時に可変制御する構成と比較して、制御の簡素化を図ることができる。

特に、抵抗部の抵抗値の可変制御の前に、インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御を行う構成とすることにより、通常時に発生し得る上記ずれについては、インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御で対応し、通常とは異なる場合に発生し得る上記ずれについては、それに加えて抵抗部の抵抗値の可変制御で対応することができる。これにより、抵抗部という比較的簡素となり易い構成で、通常とは異なる場合に発生し得る上記ずれに好適に対応することができる。

「前記インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御後に更にインピーダンスの調整を行う必要がある場合」とは、例えばインピーダンス変換部のインピーダンスを可変させても交流電源から供給される交流電力の電力値が許容範囲外となっている場合である。

上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、上述した送電機器と、前記受電機器と、を備えていることを特徴とする。かかる構成によれば、非接触電力伝送装置において、構成の複雑化を抑制しつつ、交流電源から供給される交流電力の電力値を好適に調整できる。

この発明によれば、構成の複雑化を抑制しつつ、交流電源から供給される交流電力の電力値を好適に調整できる。

地上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。 電源側コントローラにて実行される調整処理を示すフローチャート。

以下、送電機器（送電装置）及び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、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である。

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からなる共振回路を有している。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からなる共振回路を有している。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。

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る。負荷２２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と、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とを有している。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を備えている。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、両者は直列に接続（配置）されている。また、非接触電力伝送装置１０は、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を備えている。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おり、両者は直列に接続されている。

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。本実施形態では、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１が「インピーダンス変換部」に対応する。

図１に示すように、地上側機器１１は、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１とは別に設けられ、抵抗値が可変の可変抵抗４１を備えている。可変抵抗４１は、高周波電源１２と第１インピーダンス変換器３１との間に設けられている。可変抵抗４１は、高周波電源１２及び第１インピーダンス変換器３１に対して並列に接続されている。詳細には、地上側機器１１には、高周波電源１２と第１インピーダンス変換器３１とを接続し、且つ、高周波電力の伝送に用いられる２つの配線Ｌ１，Ｌ２が設けられており、可変抵抗４１は、上記２つの配線Ｌ１，Ｌ２の双方に接続されている。かかる構成によれば、高周波電源１２から供給された高周波電力は、可変抵抗４１及び１次側インピーダンス変換器群Ｇ１を介して送電器１３に供給される。なお、本実施形態では、可変抵抗４１が「抵抗」及び「抵抗部」に対応する。

ちなみに、可変抵抗４１の初期値は、可変抵抗４１に電流が流れにくいように、第１インピーダンス変換器３１の入力端から負荷２２までのインピーダンスよりも高く設定されている。なお、可変抵抗４１の抵抗値の可変範囲は、当該可変抵抗４１に印加される電圧が耐圧を超えないように設定されている。

ここで、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑ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。詳細には、仮に送電器１３の入力端に仮想負荷Ｘを設けた場合において、当該仮想負荷Ｘ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Ｘまでの抵抗値をＲｂとすると、特定抵抗値Ｒｏｕｔは√（Ｒａ×Ｒｂ）である。

２次側インピーダンス変換器群Ｇ２、詳細には第３インピーダンス変換器３３の定数（インピーダンス）は可変となっており、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Ｚｑが特定抵抗値Ｒｏｕｔ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、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。この場合、各インピーダンス変換器３１〜３４は、インダクタンス及びキャパシタンスの少なくとも一方を有するものであるとも言える。

また、高周波電源１２から供給される高周波電力の電力値は、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（高周波電源１２の出力端のインピーダンス）Ｚｐに依存する。１次側インピーダンス変換器群Ｇ１及び可変抵抗４１は、高周波電源１２から予め定められた特定電力値の高周波電力が供給されるべく、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を調整する。

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の供給電力の電力値を特定電力値とする。そして、高周波電源１２から特定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Ｚｐを、充電に適した入力インピーダンスＺｔとする。１次側インピーダンス変換器群Ｇ１及び可変抵抗４１は、上記インピーダンスＺｐが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、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑが特定抵抗値Ｒｏｕｔである状況下の送電器１３の入力端から負荷２２までのインピーダンスＺｉｎをインピーダンス変換する。充電に適した入力インピーダンスＺｔが１次側特定インピーダンスに対応する。

換言すれば、高周波電源１２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である条件下で、特定電力値の高周波電力を供給可能に構成されているとも言える。

ここで、送電器１３及び受電器２３が予め定められた基準位置からずれた場合、すなわち送電器１３及び受電器２３の相対位置が変動した場合、特定抵抗値Ｒｏｕｔが変動するとともに、送電器１３の入力端から負荷２２までのインピーダンスＺｉｎが変動する。

基準位置とは、例えば送電器１３と受電器２３とが対向しており、その対向方向から見て両者が完全に重なっている位置とする。基準位置においては、例えば上記対向方向から見て１次側コイル１３ａと２次側コイル２３ａとが重なっている。

また、負荷２２に含まれている車両用バッテリは、供給される直流電力の電力値に応じてそのインピーダンスが変動する。このため、負荷２２のインピーダンスＺＬは、当該負荷２２に供給される高周波電力の電力値（高周波電源１２から供給される高周波電力の電力値）に応じて変動する。負荷２２のインピーダンスＺＬが変動すると、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑが変動するとともに、送電器１３の入力端から負荷２２までのインピーダンスＺｉｎが変動する。

上記インピーダンスＺｉｎが変動すると、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が目標のインピーダンスとしての充電に適した入力インピーダンスＺｔからずれる。すると、特定電力値の高周波電力が得られない場合が生じ得る。

これに対して、本実施形態の地上側機器１１（非接触電力伝送装置１０）は、上記ずれに対応するために、可変抵抗４１の他にいくつかの構成を備えている。当該構成について説明する。

１次側インピーダンス変換器群Ｇ１の定数、詳細には第１インピーダンス変換器３１の定数は可変となっている。第１インピーダンス変換器３１の定数の可変範囲は、例えば通常の使用態様において発生し得る送電器１３及び受電器２３の位置ずれに対応可能に設定されている。詳細には、例えば車両が設置される設置面に、車両の駐車位置をガイドするガイド部（例えば車輪止めや白線等）があるとする。この場合、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変範囲は、ガイド部のガイドに基づき駐車した場合の車両の駐車位置のばらつき（送電器１３及び受電器２３の位置ずれ）に基づく、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と充電に適した入力インピーダンスＺｔとのずれを補償することができる程度に設定されている。

また、車両用バッテリの一連の充電制御において、高周波電源１２から複数種類の電力値の高周波電力が供給される場合がある。この場合、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変範囲は、通常の使用態様における上記位置ずれに対応可能であり、且つ、高周波電源１２からの供給電力の電力値の変更に基づく、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と充電に適した入力インピーダンスＺｔとのずれを補償することができる程度に設定されている。

ここで、第１インピーダンス変換器３１の定数が可変となるための構成は任意であるが、例えば第１インピーダンス変換器３１がインダクタ及びキャパシタを有するＬＣ回路で構成されている場合には、インダクタンスが可変の可変インダクタ、及び、キャパシタが可変の可変キャパシタの少なくとも一方を備えている構成が考えられる。また、定数が異なる複数のＬＣ回路と、これら複数のＬＣ回路のうち一部のＬＣ回路を、高周波電源１２及び第２インピーダンス変換器３２の双方に選択的に接続可能なリレーとを備えている構成であってもよい。第３インピーダンス変換器３３についても同様である。

なお、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１の初期値及び可変抵抗４１の初期値は、送電器１３及び受電器２３が基準位置にある条件下で、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が充電に適した入力インピーダンスＺｔとなるように、送電器１３の入力端から負荷２２までのインピーダンスＺｉｎに対応させて設定されている。

また、地上側機器１１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に関する情報、具体的には高周波電源１２から供給される高周波電力の電圧波形及び電流波形を測定する測定器４２を備えている。測定器４２は、その測定結果を電源側コントローラ１４に送信する。

電源側コントローラ１４は、送電器１３及び受電器２３が磁場共鳴可能な位置に配置されている状況において高周波電源１２から高周波電力が供給されている場合に、測定器４２の測定結果に基づいて、第１インピーダンス変換器３１の定数及び可変抵抗４１の抵抗値の可変制御を行う調整処理を実行する。

図２を用いて調整処理について説明する。なお、本実施形態では、調整処理の実行中は、高周波電源１２から高周波電力が常時供給されている。また、調整処理は、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑが特定抵抗値Ｒｏｕｔに近づくように２次側インピーダンス変換器群Ｇ２（第３インピーダンス変換器３３）の定数の可変制御が行われた後に実行される。そして、調整処理の実行中は、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２の定数の可変制御は実行されず、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２の定数は一定となっている。

まずステップＳ１０１にて、測定器４２の測定結果を取得して、その取得された情報に基づいて高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐを把握（測定）する。

続くステップＳ１０２では、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が充電に適した入力インピーダンスＺｔに近づいている否かを判定する。詳細には、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、充電に適した入力インピーダンスＺｔを含む範囲（許容範囲（Ｚｔｍｉｎ〜Ｚｔｍａｘ））内にあるか否かを判定する。

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が許容範囲内である場合、インピーダンスの調整の必要がないとして、そのまま本処理を終了する。一方、上記インピーダンスＺｐが許容範囲外である場合、高周波電源１２から供給されている高周波電力の電力値と特定電力値とがずれていることを意味する。この場合、ステップＳ１０３にて、第１インピーダンス変換器３１において未設定の定数があるか否かを判定する。

ここで、未設定の定数とは、第１インピーダンス変換器３１の取り得る定数のうち、今回の調整処理において未だ設定されていない定数である。詳細には、例えば第１インピーダンス変換器３１が定数の異なる複数のＬＣ回路で構成されている場合には、取り得る定数は、各ＬＣ回路の定数及びそれらを組み合わせた場合の定数となる。また、例えば第１インピーダンス変換器３１が可変キャパシタ又は可変インダクタを備えている構成では、第１インピーダンス変換器３１の取り得る定数は、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変範囲の最小値から最大値までを所定値毎に増加した場合の定数である。

つまり、ステップＳ１０３の処理は、第１インピーダンス変換器３１が取り得る全ての定数を設定したか否かを判定する処理である。換言すれば、ステップＳ１０３では、第１インピーダンス変換器３１が取り得る複数の定数のうち、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が未測定の定数が存在するか否かを判定する。

未設定の定数が存在する場合には、ステップＳ１０３を肯定判定し、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御を行う。詳細には、第１インピーダンス変換器３１の定数を、上記未設定の定数のうちいずれかに設定する。そして、ステップＳ１０１に戻る。

すなわち、（Ａ）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が許容範囲内となる、又は、（Ｂ）第１インピーダンス変換器３１の取り得る定数を全て設定する、のいずれか一方が成立するまで第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御（変更）と、上記インピーダンスＺｐの把握とを行う。なお、第１インピーダンス変換器３１の定数と、その定数に設定されている場合の上記インピーダンスＺｐの測定結果とを対応付けて、所定の記憶領域に記憶させておく。

なお、未設定の定数を設定していく順序は任意であるが、例えば取り得る定数のうち最小のものから順次採用していくとよい。この場合、ステップＳ１０３では、現状設定されている第１インピーダンス変換器３１の定数が最大値であるか否かを判定してもよい。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と充電に適した入力インピーダンスＺｔとのずれ量を考慮して、優先的に設定する定数を絞り込む構成としてもよい。また、初期値に対する差が小さい定数から順次設定する構成であってもよい。

未設定の定数がない場合、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御では、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を上記許容範囲内に収めることができないことを意味する。つまり、更なるインピーダンスの調整を行う必要があることを意味する。この場合、ステップＳ１０３を否定判定し、ステップＳ１０５にて、第１インピーダンス変換器３１の定数のうち高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐが充電に適した入力インピーダンスＺｔに最も近づいた時の定数を設定する。そして、ステップＳ１０６〜ステップＳ１０８にて、可変抵抗４１を用いたインピーダンスの調整を行う。

具体的には、まずステップＳ１０６にて可変抵抗４１の抵抗値の可変制御を行う。具体的には、可変抵抗４１の抵抗値を、未設定の抵抗値、詳細には高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐが未測定の抵抗値に設定する。

なお、可変抵抗４１の抵抗値の可変制御態様は任意であるが、例えば初期値から順次抵抗値を上げる又は下げる態様等が考えられる。また、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と充電に適した入力インピーダンスＺｔとのずれ量を考慮して、優先的に設定する抵抗値を絞り込む構成としてもよい。

その後、ステップＳ１０７にて、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を把握する。そして、ステップＳ１０８にて、上記インピーダンスＺｐが許容範囲内に収まっているか否かを判定する。

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が許容範囲内に収まっている場合には、そのまま本処理を終了する。一方、上記インピーダンスＺｐが許容範囲外である場合には、ステップＳ１０６に戻る。つまり、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が許容範囲内に収まるまで、可変抵抗４１の抵抗値の可変制御を行う。

なお、可変抵抗４１の抵抗値をいずれの値に設定した場合であっても、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が許容範囲外である場合には、異常があるとして異常報知を行い、本処理を終了し、電力伝送を中止してもよい。また、異常報知に代えて、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が充電に適した入力インピーダンスＺｔに最も近づいた場合の可変抵抗４１の抵抗値を設定して、本処理を終了し、電力伝送を行ってもよい。

次に、本実施形態の作用について説明する。
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と充電に適した入力インピーダンスＺｔとの間にずれが生じた場合、当該ずれが許容範囲内に収まるよう第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御が行われる。そして、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御のみでは、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が許容範囲内に収まらない場合には、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が許容範囲内に収まるように可変抵抗４１の抵抗値の可変制御が行われる。

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）高周波電源１２と送電器１３との間に、複数のインピーダンス変換器３１，３２を有する１次側インピーダンス変換器群Ｇ１と、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１とは別に可変抵抗４１とを設けた。そして、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１と可変抵抗４１とは、高周波電源１２から特定電力値の高周波電力が供給されるよう高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐを調整する。この場合、上記インピーダンスＺｐを調整するものとして、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１の他に、比較的簡素な構成である可変抵抗４１を用いることを通じて、構成の複雑化を抑制しつつ、高周波電源１２から供給される高周波電力の電力値を好適に調整できる。

また、可変抵抗４１を設けることにより、特定電力値の高周波電力を供給させるのに要求される１次側インピーダンス変換器群Ｇ１の構成素子の物性値（インダクタンスやキャパシタンス）を小さくすることができる。これにより、上記構成素子に汎用品を用いることができ、コスト低減を図ることができる。

特に、可変抵抗４１の抵抗値は、高周波電力の周波数変動の影響を受けにくいため、比較的安定した特定電力値の高周波電力の供給を実現できる。さらに、可変抵抗４１は、送電器１３の共振周波数への影響が少ないため、高周波電源１２から特定電力値の高周波電力が供給されるための構成による磁場共鳴の阻害を抑制できる。

（２）１次側インピーダンス変換器群Ｇ１とは別に設ける抵抗として、抵抗値が可変の可変抵抗４１を採用した。これにより、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と、充電に適した入力インピーダンスＺｔとの間にずれが発生した場合、可変抵抗４１の抵抗値の可変制御を行うことにより、上記ずれを低減することができる。

ここで、上記ずれを低減させる素子として、例えばキャパシタンスが可変の可変キャパシタ等を用いることが考えられる。しかしながら、可変範囲が広い可変キャパシタは、可変抵抗４１と比較して高価になり易い。これに対して、本実施形態では、上記ずれを低減させる素子として、可変範囲が広いものを安価で得られやすい可変抵抗４１を採用した。これにより、比較的低コストで上記ずれに好適に対応することができる。

（３）１次側インピーダンス変換器群Ｇ１（詳細には第１インピーダンス変換器３１）の定数を可変とした。これにより、インピーダンスの調整可能範囲が広くなっているため、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と、充電に適した入力インピーダンスＺｔとのずれが大きい場合であっても、安定した電力伝送を行うことができる。

（４）第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御が行われた後に更にインピーダンスの調整が必要な場合に、可変抵抗４１の抵抗値の可変制御が行われる構成とした。これにより、第１インピーダンス変換器３１の定数と、可変抵抗４１の抵抗値とを同時に可変制御する場合と比較して、制御の簡素化を図ることができる。

（５）ここで、通常の使用態様（駐車態様）のばらつきによって生じ得る高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐと充電に適した入力インピーダンスＺｔとのずれ量は、ある程度決まっている。このため、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変範囲を上記ずれ量に対応させて設定することが想定される。一方、通常の使用態様と比較して発生頻度は低いが、通常とは異なる使用態様で非接触の電力伝送を行う場合にも、安定して電力伝送を行うことが望まれる。しかしながら、このような発生頻度が低い場合にも対応するべく、定数が可変のインピーダンス変換器等を別途設けたり、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変範囲を広くしたりすることは、構成の簡素化等の観点から好ましくない。

これに対して、可変抵抗４１を設けている。可変抵抗４１の抵抗値の可変制御の前に、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御を行うことにより、通常の使用態様で発生し得るずれについては、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御で対応し、通常とは異なる使用態様にて生じ得るずれについては、可変抵抗４１の可変制御で対応することができる。これにより、構成の複雑化の抑制と、通常とは異なる使用態様における安定した電力伝送との両立を図ることができる。

（６）第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御では高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐが許容範囲内に収まらない場合には、第１インピーダンス変換器３１の取り得る定数のうち上記インピーダンスＺｐが目標のインピーダンスとしての充電に適した入力インピーダンスＺｔに最も近づいた時の定数を設定する。その後、可変抵抗４１を用いたインピーダンスの調整を行う構成とした。これにより、可能な限り目標のインピーダンスに近づいた状態で可変抵抗４１によるインピーダンスの調整を行うことができる。

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、インピーダンスを調整するものとして、抵抗値が可変の可変抵抗４１を採用したが、これに限られず、抵抗値が固定の固定抵抗を用いてもよい。この場合であっても、（１）の効果を奏する。

○ 実施形態では、可変抵抗４１は、高周波電源１２及び第１インピーダンス変換器３１に対して並列に接続されていたが、これに限られない。例えば、可変抵抗４１を、高周波電源１２及び第１インピーダンス変換器３１に対して直列に接続してもよい。詳細には、可変抵抗４１を配線Ｌ１上に設けてもよい。ちなみに、電力損失の低減の観点に着目すれば、上記のように直列に接続する場合、可変抵抗４１の抵抗値は小さい方が好ましい。一方、直列に接続された場合の可変抵抗４１の印加電圧は、並列に接続される場合と比較して、低くなり易いため、可変抵抗４１の耐圧は低くてもよい。

○ また、実施形態と上記別例とを組み合わせてもよい。つまり、地上側機器１１は、高周波電源１２及び第１インピーダンス変換器３１に直列に接続された抵抗と、高周波電源１２及び第１インピーダンス変換器３１に並列に接続された抵抗を備えていてもよい。

○ 実施形態では、可変抵抗４１は１つのみ設けられていたが、これに限られず、複数設けられていてもよい。この場合、複数の可変抵抗４１が抵抗部に対応する。
○ 実施形態では、抵抗値を可変させるために可変抵抗４１を用いたが、これに限られない。例えば、抵抗値が固定の固定抵抗及びスイッチング素子が直列に接続された直列接続体を互いに並列に接続された状態で複数設け、各直列接続体のスイッチング素子のスイッチング制御を行うことにより、合成抵抗値を可変させる構成であってもよい。この場合、複数の直列接続体が抵抗部に対応する。なお、各直列接続体の固定抵抗の抵抗値は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、固定抵抗に代えて可変抵抗を用いてもよい。

○ 可変抵抗４１の抵抗値の可変制御を行ってから、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御を行ってもよい。
○ 各インピーダンス変換器３１〜３４の具体的な構成については、任意である。例えばＬＣ回路で構成されていてもよいし、トランスで構成されていてもよい。

○ また、ＬＣ回路の具体的な構成は任意であり、例えばＬ型、逆Ｌ型、π型及びＴ型のいずれかであってもよいし、これ以外であってもよい。なお、高周波電源１２の一部として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型以外を用いるとよい。

○ 実施形態では、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１は、複数のインピーダンス変換器３１，３２を有する多段構成であったが、これに限られない。例えば第２インピーダンス変換器３２を省略してもよい。要は、「インピーダンス変換部」とは、１つのインピーダンス変換器で構成されていてもよいし、複数のインピーダンス変換器で構成されていてもよい。但し、インピーダンス変換器を多段にすることにより、１つのインピーダンス変換器における定数を小さくすることができる点に着目すれば多段構成の方が好ましい。

○ 調整処理の実行タイミングとしては任意である。例えば、車両用バッテリの充電を行う前に実行してもよいし、車両用バッテリの充電中に定期的に実行してもよい。２次側インピーダンス変換器群Ｇ２の定数の可変制御の実行タイミングについても同様である。

○ 調整処理において、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の把握時には、高周波電源１２による電力供給を行う一方、第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御時や可変抵抗４１の抵抗値の可変制御時には、高周波電源１２による電力供給を停止してもよい。

○ 例えば、高周波電源１２から充電用電力を供給して車両用バッテリの本格的な充電を行う前に、高周波電源１２から、充電用電力よりも電力値が小さい調整用電力を供給する構成にあっては、調整用電力が供給されている状況にて調整処理を実行してもよいし、調整用電力から充電用電力に切り替わった場合に調整処理を実行してもよい。この場合、調整用電力及び充電用電力の双方が「特定電力値の交流電力」に対応する。つまり、「特定電力値の交流電力」とは、単一の電力値の交流電力に限られず、複数種類の電力値を取り得る交流電力である。なお、例えば車両用バッテリの充電態様において車両用バッテリの充電状態が予め定められた特定状態となった場合に、充電用電力の電力値よりも小さい電力値の押し込み充電用電力を用いて充電を行う態様が含まれている場合がある。この場合、押し込み充電用電力が「特定電力値の交流電力」に対応する。

○ 整流器と車両用バッテリとの間に、周期的にスイッチングするスイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。この場合、電力値が異なることに起因する負荷２２のインピーダンスＺＬの変動に対応させて、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子のオンオフのデューティ比を調整することにより、負荷２２のインピーダンスＺＬを一定にしてもよい。この場合、第１インピーダンス変換器３１及び可変抵抗４１が、負荷２２のインピーダンスＺＬの変動に追従する必要がないため、これらの可変範囲を狭くすることができる。

○ 実施形態では、可変抵抗４１は、高周波電源１２と第１インピーダンス変換器３１との間に設置されていたが、これに限られず、設置位置は送電器１３（１次側コイル１３ａ）の入力側であれば任意である。例えば、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の間や、第２インピーダンス変換器３２と送電器１３との間に可変抵抗４１を配置してもよい。

○ ステップＳ１０２の判定処理にて用いられる許容範囲（第１許容範囲という）と、ステップＳ１０８の判定処理にて用いられる許容範囲（第２許容範囲という）とを、異ならせてもよい。例えば、第１許容範囲を第２許容範囲よりも広くしてもよい。

○ 調整処理の処理主体は任意である。例えば、車両側コントローラ２４が調整処理を実行してもよい。この場合、電源側コントローラ１４は、処理に必要な情報（例えば測定器４２の測定結果等）を車両側コントローラ２４に送信する。車両側コントローラ２４は、電源側コントローラ１４に対して各種指令等を送信し、電源側コントローラ１４はその指令に基づいて、可変抵抗４１の抵抗値又は第１インピーダンス変換器３１の定数の可変制御を行うとよい。また、各コントローラ１４，２４とは別のコントローラが調整処理を実行してもよい。

○ 第２インピーダンス変換器３２の定数は、固定であってもよいし、可変であってもよい。
○ １次側インピーダンス変換器群Ｇ１（第１インピーダンス変換器３１）の定数は固定であってもよい。この場合、構成の更なる簡素化を図ることができる。また、この場合であっても、可変抵抗４１の可変制御によって、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と充電に適した入力インピーダンスＺｔとのずれを低減することができる。

○ ２次側インピーダンス変換器群Ｇ２（第２インピーダンス変換器３３）の定数は固定であってもよい。
○ 調整処理を実行してから２次側インピーダンス変換器群Ｇ２の定数の可変制御を行ってもよい。但し、この場合、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２の定数の可変制御に起因して送電器１３の入力端から負荷２２までのインピーダンスＺｉｎが変動して、再度の調整処理を要する場合がある。この点に着目すれば、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２の定数の可変制御を行ってから、調整処理を実行するとよい。

○ ２次側インピーダンス変換器群Ｇ２の定数の可変制御を行う主体は任意であり、例えば車両側コントローラ２４であってもよいし電源側コントローラ１４であってもよい。
○ １次側インピーダンス変換器群Ｇ１及び可変抵抗４１は、特定電力値の高周波電力が供給され、且つ、力率が改善される（リアクタンスが０に近づく）ように高周波電源１２の出力端のインピーダンスＺｐを調整してもよい。

○ 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。

○ 高周波電源１２を省略してもよい。この場合、系統電源と第１インピーダンス変換器３１とを接続する。
○ 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。

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）前記インピーダンス変換部のインピーダンスは固定である請求項２に記載の送電機器。

（ロ）前記交流電源の出力端のインピーダンスには、前記交流電源から供給される前記交流電力の電力値が前記特定電力値となる１次側特定インピーダンスが存在し、
前記インピーダンス変換部及び前記抵抗部は、前記交流電源の出力端のインピーダンスが前記１次側特定インピーダンスに近づくようにインピーダンスを調整する請求項１〜３及び（イ）のうちいずれか一項に記載の送電機器。

１０…非接触電力伝送装置、１１…地上側機器（送電機器）、１２…高周波電源、１３ａ…１次側コイル、２１…車両側機器（受電機器）、２３ａ…２次側コイル、３１〜３４…インピーダンス変換器、４１…可変抵抗、４２…測定器、Ｇ１…１次側インピーダンス変換器群。

Claims (4)

1. 交流電力を供給可能な交流電源と、
   前記交流電力が供給される１次側コイルと、
   を有し、２次側コイルを有する受電機器に対して非接触で前記交流電力を送電可能な送電機器において、
   前記交流電源と前記１次側コイルとの間に設けられたインピーダンス変換部と、
   前記インピーダンス変換部とは別に設けられ、抵抗を有する抵抗部と、
   を備え、
   前記インピーダンス変換部及び前記抵抗部は、前記交流電源から供給される前記交流電力の電力値が予め定められた特定電力値となるように前記交流電源の出力端のインピーダンスを調整することを特徴とする送電機器。
2. 前記抵抗部の抵抗値は可変である請求項１に記載の送電機器。
3. 前記インピーダンス変換部のインピーダンスは可変であり、
   前記抵抗部の抵抗値の可変制御は、前記インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御後に更にインピーダンスの調整を行う必要がある場合に行われる請求項２に記載の送電機器。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の送電機器と、
   前記受電機器と、
   を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。