JP2015080296A - 受電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２次側コイルから負荷に向けて電力が伝送される電力伝送経路の異常を好適に検知することができる受電機器及び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は、交流電力が入力される１次側コイル１３ａと、１次側コイル１３ａから非接触で交流電力を受電可能な２次側コイル２３ａと、バッテリ２２とを備えている。ここで、非接触電力伝送装置１０は、２次側コイル２３ａからバッテリ２２に向けて電力が伝送される電力伝送経路ＥＬ１と、電力伝送経路ＥＬ１とは別に設けられ、当該電力伝送経路ＥＬ１の一部と協働して閉ループＲ１を形成する異常判定経路ＥＬ２とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、受電機器及び非接触電力伝送装置に関する。

非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送装置として、例えば、交流電力が入力される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では、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非接触で交流電力が伝送される。当該交流電力は、受電機器に設けられた負荷としてのバッテリの充電に用いられる。

特開２００９−１０６１３６号公報

ここで、何らかの要因により、受電機器、特に２次側コイルから負荷に向けて電力が伝送される電力伝送経路にて異常が発生すると、負荷への電力伝送に支障が生じ得る。このため、上記電力伝送経路の異常を好適に検知することが求められる。

本発明の目的は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、２次側コイルから負荷に向けて電力が伝送される電力伝送経路の異常を好適に検知することができる受電機器及び非接触電力伝送装置を提供することである。

上記目的を達成する受電機器は、交流電力が入力される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ものであって、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、負荷と、前記２次側コイルから前記負荷に向けて電力が伝送される電力伝送経路と、前記電力伝送経路とは別に設けられ、当該電力伝送経路の少なくとも一部と協働して閉ループを形成する異常判定経路と、前記異常判定経路上に設けられ、電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部により前記電力が供給されている状況において前記閉ループを伝送する電力を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づいて、前記閉ループを構成している前記電力伝送経路に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部と、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、異常判定経路と電力伝送経路の少なくとも一部とによって形成された閉ループを伝送する電力を測定することにより、閉ループを構成している電力伝送経路に異常が発生しているか否かが判定される。例えば、閉ループを構成している電力伝送経路に断線や短絡等が生じている場合には、閉ループを伝送する電力の電力値が異常な値を示すことが想定される。よって、電力伝送経路の異常を好適に検知することができる。

上記受電機器について、前記異常判定部による判定が行われる場合には、前記電力供給部と前記電力伝送経路とが接続される一方、前記２次側コイルによって前記交流電力が受電される場合には、前記電力供給部と前記電力伝送経路とが遮断されるよう切り替わる接続切替部を備えているとよい。かかる構成によれば、異常判定部による判定が行われる場合には、電力供給部と電力伝送経路とが接続されるため、電力供給部によって閉ループに電力が供給される。一方、２次側コイルによって交流電力が受電される場合には、電力供給部と電力伝送経路とが遮断される。これにより、電力供給部の電力と、２次側コイルによって受電された交流電力とが干渉してしまうことや、２次側コイルによって受電された交流電力が異常判定経路に伝送されてしまうことに起因する損失等を抑制できる。

上記受電機器について、前記負荷はバッテリであり、前記受電機器は、前記電力伝送経路とは別に設けられ、前記バッテリを介することなく前記閉ループを形成するバイパス経路と、前記電力伝送経路上に設けられ、電力が伝送される経路を切り替える経路切替部と、を備え、前記電力伝送経路は、前記２次側コイルから前記経路切替部までの第１経路と、前記経路切替部から前記バッテリまでの第２経路と、から構成されており、前記経路切替部は、前記第１経路の接続先を、前記第２経路又は前記バイパス経路に切り替えるものであり、前記異常判定部による判定が行われる場合には、前記第１経路の接続先が前記バイパス経路となるよう切り替わるとよい。かかる構成によれば、異常判定部による判定が行われる場合には、第１経路がバイパス経路に接続され、閉ループが形成される。当該閉ループには、バッテリが含まれない。これにより、電力供給部の電力と、バッテリの電力との干渉を回避できる。

上記受電機器について、前記第１経路上には、インピーダンス変換を行うものであってインピーダンスが可変なインピーダンス変換部が設けられており、前記バイパス経路上には、入力される電力の電力値に関わらず一定の抵抗値を有する固定負荷が設けられており、前記経路切替部は、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が行われる場合には、前記第１経路の接続先が前記バイパス経路となるよう切り替わるものであるとよい。バッテリは、入力される電力の電力値に応じて、インピーダンスが変動する変動負荷である。このため、インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御の際に、インピーダンス変換部とバッテリとが接続されていると、バッテリのインピーダンスの変動を考慮する必要があり、上記インピーダンスの可変制御が煩雑なものとなり易い。

これに対して、本構成によれば、上記インピーダンスの可変制御が行われる場合には、第１経路の接続先がバイパス経路となるため、バイパス経路上に設けられた固定負荷に電力が伝送される。当該固定負荷は、入力される電力の電力値に関わらず一定の抵抗値を有するものである。これにより、インピーダンスの可変制御の際に、バッテリのインピーダンスの変動を考慮する必要がないため、インピーダンスの可変制御を好適に行うことができる。

上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、交流電力が入力される１次側コイルと、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、負荷と、前記２次側コイルから前記負荷に向けて電力が伝送される電力伝送経路と、前記電力伝送経路とは別に設けられ、当該電力伝送経路の少なくとも一部と協働して閉ループを形成する異常判定経路と、前記異常判定経路上に設けられ、前記閉ループに対して電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部により前記電力が供給されている状況において前記閉ループを伝送する電力を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づいて、前記閉ループを構成している前記電力伝送経路に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部と、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、異常判定経路と電力伝送経路の少なくとも一部とによって形成された閉ループに対して電力を供給し、その閉ループを伝送する電力を測定することにより、閉ループを構成している電力伝送経路に異常が発生しているか否かが判定される。例えば、閉ループを構成している電力伝送経路に断線や短絡等が生じている場合には、閉ループを伝送する電力の電力値が異常な値を示すことが想定される。よって、電力伝送経路の異常を好適に検知することができる。

この発明によれば、２次側コイルから負荷に向けて電力が伝送される電力伝送経路の異常を好適に検知することができる。

受電機器及び非接触電力伝送装置を示すブロック回路図。 車両側コントローラにて実行される異物確認処理を示すフローチャート。 車両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。 別例の受電機器及び非接触電力伝送装置を示すブロック回路図。

以下、受電機器（受電装置）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、非接触で電力伝送が可能な送電機器１１（地上側機器、１次側機器）及び受電機器２１（車両側機器、２次側機器）を備えている。送電機器１１は地上に設けられており、受電機器２１は車両に搭載されている。

送電機器１１は、予め定められた周波数の交流電力を出力可能な交流電源１２を備えている。交流電源１２は、インフラとしての系統電源から系統電力が入力された場合に、当該系統電力を交流電力に変換し、その変換された交流電力を出力可能に構成されている。また、交流電源１２は、電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能に構成されている。なお、本実施形態において、交流電源１２は、例えば電圧源である。

交流電源１２から出力された交流電力は、非接触で受電機器２１に伝送され、受電機器２１に設けられたバッテリ２２の充電に用いられる。具体的には、非接触電力伝送装置１０は、送電機器１１及び受電機器２１間の電力伝送を行うものとして、送電機器１１に設けられた送電器１３と、受電機器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。両共振回路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、交流電力が送電器１３（１次側コイル１３ａ）に入力された場合、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から交流電力を受電する。

ちなみに、交流電源１２から出力される交流電力の周波数は、送電器１３及び受電器２３間にて電力伝送が可能となるよう、送電器１３及び受電器２３の共振周波数に対応させて設定されている。例えば、交流電力の周波数は、送電器１３及び受電器２３の共振周波数と同一に設定されている。なお、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で、交流電力の周波数と、送電器１３及び受電器２３の共振周波数とがずれていてもよい。

受電機器２１は、受電器２３からバッテリ２２に向けて電力が伝送される電力伝送経路ＥＬ１を備えている。電力伝送経路ＥＬ１は、２本の電力線２４ａ，２４ｂで構成されている。第１電力線２４ａは、２次側コイル２３ａの一端が接続された受電器２３の一方の出力端と、バッテリ２２の一端とを接続しており、第２電力線２４ｂは、２次側コイル２３ａの他端が接続された受電器２３の他方の出力端と、バッテリ２２の他端とを接続している。

受電機器２１は、電力伝送経路ＥＬ１上に設けられ、受電器２３によって受電された交流電力を整流する整流器２５（整流部）と、電力伝送経路ＥＬ１上であって整流器２５とバッテリ２２との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ２６とを備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、整流器２５によって整流された直流電力が入力されるものであって、当該直流電力の電圧値変換を行う。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６によって電圧値変換された直流電力がバッテリ２２に入力されることによってバッテリ２２が充電される。ちなみに、バッテリ２２は、入力される直流電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する変動負荷である。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、周期的にオンオフするスイッチング素子を有し、当該スイッチング素子が周期的にオンオフすることにより電圧値変換を行う。

送電機器１１は、交流電源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、交流電源１２のオンオフ制御を行うとともに、交流電源１２から出力される交流電力の電力値を制御する。例えば、電源側コントローラ１４は、バッテリ２２を充電する一連の充電制御において、電力値が異なる複数（２つ）の交流電力、詳細には調整用電力及び充電用電力が交流電源１２から出力されるように交流電源１２を制御する。調整用電力は、バッテリ２２の充電を開始する前段階にて出力される交流電力である。充電用電力は、バッテリ２２の充電を行うための交流電力である。電力値の大小関係としては、調整用電力＜充電用電力となっている。

また、受電機器２１は、電源側コントローラ１４と無線通信可能な車両側コントローラ２７を備えている。各コントローラ１４，２７は、互いに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。

図１に示すように、非接触電力伝送装置１０の受電機器２１は、受電器２３と整流器２５との間に設けられたインピーダンス変換器３１（インピーダンス変換部）を備えている。インピーダンス変換器３１は、例えばＬＣ回路で構成されている。詳細には、インピーダンス変換器３１は、電力線２４ａ，２４ｂ上に設けられたインダクタ３１ａ，３１ｂと、各インダクタ３１ａ，３１ｂに対して前段に設けられ、各インダクタ３１ａ，３１ｂに対して並列に接続されたキャパシタ３１ｃと、を有するＬＣ回路である。

ここで、本発明者らは、受電器２３（２次側コイル２３ａ）の出力端からバッテリ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が存在することを見出した。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、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。

インピーダンス変換器３１は、上記知見に基づいて、受電器２３の出力端からバッテリ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）ようにインピーダンス変換する。受電器２３の出力端からバッテリ２２までのインピーダンスＺｑは、インピーダンス変換器３１の入力端のインピーダンスとも言える。

特定抵抗値Ｒｏｕｔは、送電器１３及び受電器２３の相対位置によって決定されるものである。このため、送電器１３及び受電器２３が予め定められた基準相対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は変動する。

これに対して、上記特定抵抗値Ｒｏｕｔの変動に追従するべく、インピーダンス変換器３１の定数（インピーダンス）は可変となっている。詳細には、インピーダンス変換器３１のキャパシタ３１ｃのキャパシタンスは可変となっている。この場合、インピーダンス変換器３１の定数の初期値は、受電器２３の出力端からバッテリ２２までのインピーダンスＺｑが、送電器１３及び受電器２３の相対位置が基準相対位置となっている場合の特定抵抗値Ｒｏｕｔと一致するよう設定されている。なお、定数は変換比とも言える。

非接触電力伝送装置１０（詳細には受電機器２１）は、電力伝送経路ＥＬ１の異常を検知するための構成を備えている。当該構成について以下に詳細に説明する。
図１に示すように、受電機器２１は、電力伝送経路ＥＬ１とは別に設けられ、電力伝送経路ＥＬ１の少なくとも一部と協働して閉ループＲ１を形成する異常判定経路ＥＬ２を備えている。異常判定経路ＥＬ２は、一端が第１電力線２４ａに接続されており、他端が第２電力線２４ｂに接続されている。

受電機器２１は、異常判定経路ＥＬ２上に設けられた電力供給部としての異常判定用電源４１と、異常判定用電源４１と電力伝送経路ＥＬ１とを接続又は遮断する接続切替部としての接続スイッチ４２とを備えている。異常判定用電源４１は、異常判定用の交流電力である異常判定電力を供給するものであり、当該異常判定電力の電力値は、調整用電力の電力値よりも小さい。

受電機器２１は、電力伝送経路ＥＬ１、異常判定経路ＥＬ２とは別にバイパス経路ＥＬ３を備えている。バイパス経路ＥＬ３は、インピーダンス変換器３１の後段、詳細にはインピーダンス変換器３１と整流器２５との間に設けられている。そして、受電機器２１は、電力伝送経路ＥＬ１上に設けられ、電力が伝送される経路を切り替える経路切替部としての経路切替リレー４３を備えている。経路切替リレー４３は、各電力線２４ａ，２４ｂのうちインピーダンス変換器３１と整流器２５との間の箇所にそれぞれ設けられている。

この場合、電力伝送経路ＥＬ１は、経路切替リレー４３によって２つに分割されている。詳細には、電力伝送経路ＥＬ１は、受電器２３から経路切替リレー４３までの第１経路ＥＬ１１と、経路切替リレー４３からバッテリ２２までの第２経路ＥＬ１２とから構成されている。換言すれば、第１経路ＥＬ１１は、受電器２３（詳細には２次側コイル２３ａ）を介する経路であり、第２経路ＥＬ１２は、バッテリ２２を介する経路である。本実施形態では、整流器２５、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６及びバッテリ２２が第２経路ＥＬ１２上に設けられている。また、異常判定経路ＥＬ２は第１経路ＥＬ１１に接続されている。

バイパス経路ＥＬ３は、第２経路ＥＬ１２に対して並列に設けられている。そして、経路切替リレー４３は、第１経路ＥＬ１１の接続先を、第２経路ＥＬ１２又はバイパス経路ＥＬ３に切り替える。

かかる構成によれば、接続スイッチ４２がオン状態であり、且つ、経路切替リレー４３によって第１経路ＥＬ１１とバイパス経路ＥＬ３とが接続されている場合、バッテリ２２を介さない閉ループＲ１が形成される。一方、接続スイッチ４２がオフ状態である場合、異常判定用電源４１と電力伝送経路ＥＬ１とが遮断される。この場合、閉ループＲ１は形成されず、異常判定経路ＥＬ２に電力は伝送されない。また、経路切替リレー４３によって第１経路ＥＬ１１と第２経路ＥＬ１２とが接続されている場合、受電器２３によって受電された交流電力は、整流器２５及びＤＣ／ＤＣコンバータ２６を介して、バッテリ２２に伝送される。

また、バイパス経路ＥＬ３上には、入力される電力の電力値に関わらず、一定の抵抗値を有する固定負荷４４が設けられている。経路切替リレー４３によって第１経路ＥＬ１１とバイパス経路ＥＬ３とが接続されている状況において受電器２３によって交流電力を受電した場合には、当該交流電力は固定負荷４４に入力される。

受電機器２１は、閉ループＲ１を伝送する電力を測定する測定部４５を備えている。測定部４５は、閉ループＲ１（第１経路ＥＬ１１）上に設けられており、詳細には異常判定経路ＥＬ２と第１経路ＥＬ１１との接続点と、インピーダンス変換器３１との間に設けられている。測定部４５は、車両側コントローラ２７からの要求に基づいて、第１経路ＥＬ１１を伝送する電力、詳細には電圧値及び電流値を測定し、その測定結果を車両側コントローラ２７に送信する。

車両側コントローラ２７は、送電器１３と受電器２３とが磁場共鳴可能な位置に配置され、バッテリ２２の充電を開始する前段階において、測定部４５の測定結果に基づいて、電力伝送経路ＥＬ１の異常の有無を確認する異常確認処理を実行する。そして、車両側コントローラ２７は、異常確認処理で異常がないと判断された後に、インピーダンス変換器３１の定数を調整（可変制御）する調整処理を実行する。車両側コントローラ２７は、異常確認処理において、異常判定用電源４１、接続スイッチ４２及び経路切替リレー４３を制御し、調整処理において、経路切替リレー４３及びインピーダンス変換器３１（詳細にはキャパシタ３１ｃのキャパシタンス）を制御する。

まず、異常確認処理について以下に説明する。
図２に示すように、まずステップＳ１０１では、車両側コントローラ２７は、第１経路ＥＬ１１とバイパス経路ＥＬ３とが接続されるよう経路切替リレー４３を制御する。続くステップＳ１０２では、車両側コントローラ２７は、接続スイッチ４２をオン状態にする。これにより、閉ループＲ１が形成される。

その後、車両側コントローラ２７は、ステップＳ１０３にて、閉ループＲ１に異常判定電力が供給されるよう異常判定用電源４１を制御する。これにより、閉ループＲ１にて異常判定電力が伝送される。

続くステップＳ１０４では、車両側コントローラ２７は、測定部４５に対して測定結果を要求し、当該測定部４５から測定結果を受信することにより、閉ループＲ１を伝送する異常判定電力の電流値を把握する。そして、ステップＳ１０５では、車両側コントローラ２７は、上記電流値が予め定められた正常値であるか否かを判定する。ステップＳ１０４及びステップＳ１０５の処理が異常判定部に対応する。

電流値が正常値である場合、車両側コントローラ２７は、ステップＳ１０６にて正常対応処理を実行する。正常対応処理では、車両側コントローラ２７は、電力伝送経路ＥＬ１に異常がない旨の通知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、当該通知を受信することを１つの条件として交流電源１２から交流電力を出力させる。

一方、電流値が正常値でない場合、つまり電流値が異常値である場合、第１経路ＥＬ１１、又は第１経路ＥＬ１１上に設けられている各種素子に何らかの異常が発生していることが想定される。この場合、車両側コントローラ２７は、ステップＳ１０５を否定判定し、ステップＳ１０７にて異常対応処理を実行する。異常対応処理では、車両側コントローラ２７は、電力伝送経路ＥＬ１に異常がある旨の通知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、上記通知を受信した場合には、充電に係る一連の処理を停止する。

ここで、異常値とは、正常値に対して予め定められた許容範囲を外れた値等が考えられる。例えば電流値が「０」である場合、第１経路ＥＬ１１にて断線が発生している蓋然性が高い。また、例えば電流値が正常値よりも過度に大きい場合、第１経路ＥＬ１１にて短絡が発生している蓋然性が高い。

車両側コントローラ２７は、ステップＳ１０６又はステップＳ１０７の処理を実行した後は、ステップＳ１０８にて、異常判定用電源４１からの異常判定電力の供給を停止させる。そして、車両側コントローラ２７は、ステップＳ１０９にて接続スイッチ４２をオフ状態にし、ステップＳ１１０にて第１経路ＥＬ１１と第２経路ＥＬ１２とが接続されるよう経路切替リレー４３を制御して、本処理を終了する。

次に、調整処理について説明する。調整処理は、閉ループＲ１を構成する電力伝送経路ＥＬ１（第１経路ＥＬ１１）に異常がない場合に行われる。
図３に示すように、まずステップＳ２０１にて、車両側コントローラ２７は、第１経路ＥＬ１１とバイパス経路ＥＬ３とが接続されるよう経路切替リレー４３を制御する。そして、ステップＳ２０２にて、車両側コントローラ２７は、調整用電力を電源側コントローラ１４に要求する。電源側コントローラ１４は、その要求に応じて、交流電源１２から調整用電力が出力されるよう交流電源１２を制御する。これにより、受電器２３によって調整用電力に対応する交流電力が受電され、当該交流電力は固定負荷４４に入力される。

ここで、固定負荷４４の抵抗値（インピーダンス）は、交流電源１２から充電用電力が出力されている状況において受電器２３によって受電された充電用電力に対応する交流電力を整流することによって得られた直流電力がバッテリ２２に入力される場合の当該バッテリ２２のインピーダンスに対応する値に設定されている。具体的には、固定負荷４４の抵抗値は、交流電源１２から充電用電力が出力されている状況において受電器２３によって受電される交流電力が整流器２５以降に入力される場合の整流器２５の入力端からバッテリ２２までのインピーダンスと同一に設定されている。このため、充電用電力が整流器２５以降に入力されている状況が仮想的に実現されている。

かかる状況において、車両側コントローラ２７は、ステップＳ２０３にて、伝送効率を算出する。詳細には、車両側コントローラ２７は、測定部４５の測定結果から受電器２３によって受電された交流電力の電力値を測定し、当該電力値と、交流電源１２から出力されている交流電力（調整用電力）の電力値とに基づいて伝送効率を算出する。

その後、車両側コントローラ２７は、ステップＳ２０４にて、伝送効率が、予め定められた閾値効率以上であるか否かを判定する。閾値効率は、例えば受電器２３の出力端からバッテリ２２までのインピーダンスＺｑが特定抵抗値Ｒｏｕｔとなっている状況における伝送効率、又はそれよりも所定のマージン分だけ低い値に設定されている。なお、閾値効率については、これに限られず、電力伝送に支障がない伝送効率であれば任意である。

車両側コントローラ２７は、伝送効率が閾値効率以上である場合、ステップＳ２０５に進み、第１経路ＥＬ１１の接続先が第２経路ＥＬ１２となるよう経路切替リレー４３を制御して、本処理を終了する。

一方、本実施形態において伝送効率が閾値効率未満である場合、受電器２３の出力端からバッテリ２２までのインピーダンスＺｑと、特定抵抗値Ｒｏｕｔとがずれていることを意味する。この場合、車両側コントローラ２７は、ステップＳ２０４を否定判定し、ステップＳ２０６にて、インピーダンス変換器３１の定数の可変制御を行う。

定数の可変制御の具体的な態様としては任意であるが、例えば初期値から予め定められた値だけ順次変化させていく構成であってもよいし、伝送効率と閾値効率との差に基づいて定数を決定する構成であってもよい。

ステップＳ２０６の処理の実行後は、ステップＳ２０３に戻る。つまり、伝送効率が閾値効率以上となるまで、インピーダンス変換器３１の定数の可変制御が行われる。
なお、インピーダンス変換器３１の定数をいずれの値に設定した場合であっても、伝送効率が閾値効率以上とならない場合には、車両側コントローラ２７は異常があると判定して、その後の充電に係る処理を停止してもよい。なお、異常とは、例えば送電器１３と受電器２３との間に異物が存在している、又は、送電器１３と受電器２３との位置ずれが過度に大きい場合等が考えられる。

各コントローラ１４，２７は、車両側コントローラ２７による調整処理が終了した後は、情報のやりとりを行いながら、バッテリ２２の充電を行う。詳細には、電源側コントローラ１４は、交流電源１２から充電用電力が出力されるよう交流電源１２を制御する。この場合、車両側コントローラ２７は、接続スイッチ４２をオフ状態にするとともに、第１経路ＥＬ１１の接続先が第２経路ＥＬ１２となるよう経路切替リレー４３を制御する。これにより、交流電源１２からバッテリ２２に向けて電力伝送が行われる。当該電力伝送は、予め定められた終了条件が成立するまで（例えばバッテリ２２が満充電となるまで）継続される。

次に本実施形態の作用について説明する。
接続スイッチ４２がオン状態となり、第１経路ＥＬ１１の接続先がバイパス経路ＥＬ３となることにより、閉ループＲ１が形成され、異常判定用電源４１から供給される異常判定電力は閉ループＲ１を伝送する。そして、閉ループＲ１を伝送する電力の電流値に基づいて、電力伝送経路ＥＬ１（詳細には第１経路ＥＬ１１）に異常が発生しているか否かの異常判定が行われる。

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）受電機器２１は、受電器２３（２次側コイル２３ａ）からバッテリ２２に向けて電力が伝送される電力伝送経路ＥＬ１と、当該電力伝送経路ＥＬ１とは別に、電力伝送経路ＥＬ１の少なくとも一部（詳細には第１経路ＥＬ１１）と協働して閉ループＲ１を形成する異常判定経路ＥＬ２とを備えている。さらに受電機器２１は、異常判定経路ＥＬ２上に設けられ、電力を供給する異常判定用電源４１と、閉ループＲ１を伝送する電力を測定する測定部４５とを備えている。そして、受電機器２１の車両側コントローラ２７は、測定部４５の測定結果に基づいて、第１経路ＥＬ１１に異常が発生しているか否かの異常判定を行う。これにより、第１経路ＥＬ１１にて断線や短絡が生じていた場合には、当該断線や短絡を検知できる。また、第１経路ＥＬ１１上にある各種素子、例えばインダクタ３１ａ，３１ｂの異常も好適に検知できる。

（２）受電機器２１は、異常判定用電源４１と電力伝送経路ＥＬ１とを接続又は遮断する接続スイッチ４２を備えている。接続スイッチ４２は、車両側コントローラ２７による異常判定（ステップＳ１０４，Ｓ１０５の処理等）が行われる場合には、異常判定用電源４１と電力伝送経路ＥＬ１とが接続されるよう切り替わる。これにより、閉ループＲ１に異常判定電力を供給することができる。

一方、接続スイッチ４２は、受電器２３によって交流電力が受電される場合には、異常判定用電源４１と電力伝送経路ＥＬ１とが遮断されるよう切り替わる。これにより、受電器２３によって受電された交流電力と、異常判定電力とが干渉してしまうことを回避できる。また、受電器２３によって受電された交流電力が異常判定経路ＥＬ２を伝送することに起因する損失を抑制できる。

（３）受電機器２１は、電力伝送経路ＥＬ１とは別に、バッテリ２２を介することなく閉ループＲ１を形成するバイパス経路ＥＬ３と、電力伝送経路ＥＬ１上に設けられ、電力が伝送される経路を切り替える経路切替リレー４３とを備えている。この場合、電力伝送経路ＥＬ１は、受電器２３から経路切替リレー４３までの第１経路ＥＬ１１と、経路切替リレー４３からバッテリ２２までの第２経路ＥＬ１２とに分割される。そして、経路切替リレー４３は、第１経路ＥＬ１１の接続先を、第２経路ＥＬ１２又はバイパス経路ＥＬ３に切り替えるものであり、車両側コントローラ２７による異常判定が行われる場合には、第１経路ＥＬ１１がバイパス経路ＥＬ３に接続されるよう切り替わる。これにより、異常判定が行われる場合には、バッテリ２２を介さない閉ループＲ１が形成され、当該閉ループＲ１に異常判定電力が伝送される。よって、異常判定電力と、バッテリ２２の電力との干渉を回避できる。

（４）交流電源１２は、電力値の異なる調整用電力及び充電用電力を出力可能であり、電源側コントローラ１４は、インピーダンス変換器３１の定数の可変制御が行われる場合には、交流電源１２から調整用電力が出力され、バッテリ２２の充電を行う場合には充電用電力が出力されるよう交流電源１２を制御する。かかる構成において、バイパス経路ＥＬ３上には、入力される電力の電力値に関わらず一定の抵抗値を有する固定負荷４４が設けられている。これにより、インピーダンス変換器３１の定数の可変制御において、バッテリ２２のインピーダンスの変動を考慮する必要がない。よって、閉ループＲ１の一部として使用されるバイパス経路ＥＬ３を有効に利用しつつ、インピーダンス変換器３１の定数の可変制御を容易に行うことができる。

（５）特に、固定負荷４４のインピーダンスは、交流電源１２から充電用電力が出力されている状況において受電器２３によって受電された交流電力を整流して得られた直流電力がバッテリ２２に入力される場合の当該バッテリ２２のインピーダンスに対応する値に設定されている。詳細には、固定負荷４４のインピーダンスは、交流電源１２から充電用電力が出力されている状況において受電器２３によって受電される交流電力が整流器２５以降に入力される場合の整流器２５の入力端からバッテリ２２までのインピーダンスと同一に設定されている。これにより、交流電源１２から充電用電力が出力されている状況が仮想的に実現される。よって、電力値が小さい調整用電力を用いて、インピーダンス変換器３１の定数の可変制御を好適に行うことができる。

詳述すると、バッテリ２２のインピーダンスは、入力される直流電力の電力値に応じて変動する。このため、インピーダンス変換器３１の定数の可変制御の際と、バッテリ２２の充電の際とで、交流電源１２から出力される交流電力の電力値が異なる場合、仮にインピーダンスの可変制御を行った結果、伝送効率が閾値効率以上となったとしても、充電の際には伝送効率が閾値効率未満となってしまう場合がある。

これに対して、本実施形態によれば、調整用電力が出力されている状況において、仮想的に充電用電力に対応した交流電力が整流器２５以降に入力されている状況を作り出すことができる。これにより、調整用電力を用いて、充電時に対応したインピーダンス変換器３１の定数の可変制御を行うことができ、上記不都合を回避できる。

（６）測定部４５は、第１経路ＥＬ１１上に設けられている。当該第１経路ＥＬ１１は、異常判定電力及び受電器２３によって受電された交流電力の双方が伝送される経路である。これにより、測定部４５の測定結果を用いて、異常判定と、インピーダンス変換器３１の定数の可変制御との双方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。
○ 図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６とバッテリ２２との間にバイパス経路ＥＬ３が設けられ、電力伝送経路ＥＬ１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２６とバッテリ２２との間の箇所に経路切替リレー４３が設けられていてもよい。この場合、第１経路ＥＬ１１上に、インピーダンス変換器３１、整流器２５及びＤＣ／ＤＣコンバータ２６が設けられている。一方、第２経路ＥＬ１２上にはバッテリ２２のみが設けられている。そして、バイパス経路ＥＬ３上には、異常判定用電源４１が設けられている。なお、本別例においては実施形態にて示した異常判定経路ＥＬ２が省略されている。

かかる構成によれば、車両側コントローラ２７は、異常判定を行う場合には、第１経路ＥＬ１１とバイパス経路ＥＬ３とが接続されるよう経路切替リレー４３を制御する。これにより、第１経路ＥＬ１１及びバイパス経路ＥＬ３によって閉ループＲ１１が形成される。そして、車両側コントローラ２７は、閉ループＲ１１に異常判定電力が供給されるよう異常判定用電源４１を制御する。これにより、第１経路ＥＬ１１の異常判定が行われる。そして、車両側コントローラ２７は、異常判定が終了した場合には、第１経路ＥＬ１１が第２経路ＥＬ１２に接続されるよう経路切替リレー４３を制御する。この場合、異常判定用電源４１と電力伝送経路ＥＬ１とが遮断される。

本別例においては、バイパス経路ＥＬ３が「異常判定経路」に対応し、経路切替リレー４３が「接続切替部」に対応する。つまり、バイパス経路と異常判定経路とは別体であってもよいし、バイパス経路と異常判定経路とが兼用されていてもよい。また、接続切替部と経路切替部とは別体であってもよいし、兼用されていてもよい。

○ 実施形態及び上記別例においては、車両側コントローラ２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の入力端からバッテリ２２までのインピーダンスが一定となるよう、交流電源１２から出力される交流電力の電力値の変動に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６のスイッチング素子のオンオフのデューティ比を調整してもよい。この場合、固定負荷４４を設けることなく、インピーダンス変換器３１の定数の可変制御を行うことができる。なお、上記別例のように第１経路ＥＬ１１上にＤＣ／ＤＣコンバータ２６が設けられており、且つ、第１経路ＥＬ１１上にＤＣ／ＤＣコンバータ２６のスイッチング素子が設けられている場合には、車両側コントローラ２７は、異常判定を行う場合に、スイッチング素子をオン状態とする。これにより、上記スイッチング素子によって閉ループＲ１１が形成されないことを回避できる。

○ 経路切替リレー４３は、電力伝送経路ＥＬ１における整流器２５とＤＣ／ＤＣコンバータ２６との間にあってもよい。この場合、第１経路ＥＬ１１上に、インピーダンス変換器３１及び整流器２５が設けられ、第２経路ＥＬ１２上にＤＣ／ＤＣコンバータ２６が設けられている。

○ 異常判定用電源４１は、異常判定電力として交流電力を供給する構成であったが、これに限られず、例えば直流電力を供給する構成であってもよい。但し、第１経路ＥＬ１１上にキャパシタ等が設けられている場合には、異常判定用電源４１は、直流電力よりも交流電力を供給する方が好ましい。

○ なお、異常判定電力として直流電力を採用する構成においては、例えば異常判定経路ＥＬ２上に異常判定用抵抗を設け、測定部は、異常判定用抵抗の両端間の電位差を測定する構成であってもよい。この場合、上記電位差から電流値を算出することができる。また、異常判定用抵抗に代えて、固定負荷４４の両端間の電位差を測定する構成であってもよい。

○ なお、異常判定電力の電力値は正常値と異常値とを識別できれば任意であり、例えば調整用電力の電力値と同一又はそれよりも大きくしてもよい。
○ 車両側コントローラ２７は、交流電力の電圧値に基づいて異常判定を行ってもよいし、電圧値及び電流値の双方に基づいて異常判定を行ってもよい。また、車両側コントローラ２７は、交流電力の電圧波形と電流波形との位相差に基づいて異常判定を行ってもよい。この場合、第１経路ＥＬ１１の異常だけでなく、各インダクタ３１ａ，３１ｂの変形等の異常も検知できる。

○ バッテリ２２に代えて、電気二重層キャパシタを用いてもよい。要は、負荷は、電力の充放電が可能な蓄電部であってもよいし、蓄電部以外であってもよい。負荷が蓄電部以外である場合には、バイパス経路ＥＬ３及び経路切替リレー４３を省略してもよい。この場合、電力伝送経路ＥＬ１の全部と異常判定経路ＥＬ２とによって閉ループが形成される。

○ 測定部４５は、電圧値及び電流値の双方を測定したが、これに限られず、いずれか一方を測定する構成であってもよい。
○ 測定部４５は、第１経路ＥＬ１１上に設けられていたが、これに限られず、異常判定経路ＥＬ２上に設けられていてもよい。但し、インピーダンス変換器３１の定数の可変制御を行う際に、測定部４５の測定結果を用いることができる点に着目すれば、測定部４５は第１経路ＥＬ１１上にある方が好ましい。

○ 接続スイッチ４２を省略してもよい。但し、受電器２３によって受電された交流電力の一部が異常判定経路ＥＬ２に伝送されることに起因する損失等を考慮すると、接続スイッチ４２が設けられている方が好ましい。

○ インピーダンス変換器３１の定数を可変にする構成は任意であり、例えば可変キャパシタや可変インダクタの少なくとも一方を用いる構成であってもよいし、キャパシタとスイッチング素子との直列接続体を複数並列に設け、当該スイッチング素子のオンオフ制御を行うことで合成キャパシタンスを可変にする構成であってもよい。

○ インピーダンス変換器３１の定数は固定値であってもよい。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６のスイッチング素子のオンオフのデューティ比を制御することにより、受電器２３の出力端からバッテリ２２までのインピーダンスＺｑを可変制御してもよい。

○ 受電機器２１は、送電器１３と受電器２３との間に異物が存在するか否かを検出する異物センサを備えていてもよい。この場合、異常判定用電源４１は、異物センサに電力供給を行う構成であってもよい。例えば、受電機器２１は、異常判定用電源４１と異物センサとを接続又は遮断するスイッチを備えている。そして、受電機器２１の車両側コントローラ２７は、例えば異物センサによる異物検知を行う場合には、当該スイッチをオン状態とする一方、異常判定を行う場合には、上記スイッチをオフ状態にするとよい。これにより、異常判定用電源４１が、異物センサ又は閉ループＲ１，Ｒ１１への電力供給を行うことができ、構成の簡素化を図ることができる。なお、異物センサの具体的な構成は、任意であるが、例えば受電器２３のＱ値を測定して、当該Ｑ値が正常値であるか否かを判定する構成であってもよいし、送電器１３及び受電器２３の間にレーザを照射して反射レーザを受信するレーザスキャン方式であってもよい。

○ インピーダンス変換器３１は複数設けられていてもよい。また、送電機器１１に、インピーダンス変換器が１又は複数設けられていてもよい。
○ インピーダンス変換器３１の具体的な回路構成は任意である。

○ 交流電源１２は、電圧源であったが、電力源、電流源であってもよい。
○ インピーダンス変換器３１は、インピーダンス整合を行うものであってもよい。例えば、インピーダンス変換器３１は、受電器２３の出力端からバッテリ２２までのインピーダンスＺｑが受電器２３の出力端から交流電源１２までのインピーダンスと整合するようにインピーダンス変換を行うものであってもよい。

○ インピーダンス変換器３１を省略してもよい。つまり、第１経路ＥＬ１１上に各種素子が設けられていない構成であってもよい。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６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、受電器２３の出力端からバッテリ２２までのインピーダンスＺｑを特定抵抗値Ｒｏｕｔに近づけるとよい。そして、上記デューティ比を可変制御することにより、上記インピーダンスＺｑを可変させて特定抵抗値Ｒｏｕｔの変動に追従させてもよい。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６がインピーダンス変換部に対応する。

○ ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は少なくともスイッチング素子を有するものであれば、その具体的な回路構成は任意であり、昇圧、降圧のいずれであってもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６を省略してもよい。

○ 整流器２５及びＤＣ／ＤＣコンバータ２６に代えて、整流器２５とＤＣ／ＤＣコンバータ２６とが兼用されたＡＣ／ＤＣ変換部を採用してもよい。要は、受電機器２１は、受電器２３によって受電された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換部を有していればよく、そのＡＣ／ＤＣ変換部の具体的な構成は任意である。

○ 第１経路ＥＬ１１に異常がない場合（ステップＳ１０５を肯定判定した場合）、ステップＳ１１０及びステップＳ２０１を省略してもよい。
○ 調整処理の実行タイミングは任意であり、例えばバッテリ２２の充電中に定期的に実行してもよい。

○ 異常確認処理及び調整処理の実行主体は任意である。例えば、電源側コントローラ１４がこれらの処理を実行してもよいし、各コントローラ１４，２７とは別のコントローラが実行してもよい。この場合、車両側コントローラ２７は、各処理に必要な情報（例えば測定部４５の測定結果等）を、実行主体のコントローラに対して適宜送信するとよい。

○ 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、各コンデンサ１３ｂ，２３ｂを設けたが、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、１次側コイル１３ａと１次側コンデンサ１３ｂとは並列に接続されていたが、これに限られず、両者は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とは、直列に接続されていてもよい。

○ 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。
○ 受電機器２１の搭載対象は任意である。例えば携帯電話、ロボット、又は電動車いす等に搭載されてもよい。

○ 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してもよい。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してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
（イ）前記測定部は、前記第１経路上に設けられており、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は、前記測定部の測定結果に基づいて行われる請求項４に記載の受電機器。

（ロ）前記送電機器は、前記交流電力を出力する交流電源を備え、前記交流電源は、第１交流電力及び第１交流電力よりも大きい電力値の第２交流電力を出力するように構成されているとともに、少なくとも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が行われる場合には前記第１交流電力を出力するものであり、前記固定負荷のインピーダンスは、前記交流電源から前記第２交流電力が出力されている状況において前記２次側コイルによって受電された交流電力を整流することによって得られた直流電力が前記バッテリに入力される場合の当該バッテリのインピーダンスに対応する値に設定されている請求項４又は（イ）に記載の受電機器。

１０…非接触電力伝送装置、１１…送電機器、１２…交流電源、１３ａ…１次側コイル、２１…受電機器、２２…バッテリ（負荷）、２３ａ…２次側コイル、２５…整流器、２６…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２７…車両側コントローラ、３１…インピーダンス変換器、４１…異常判定用電源、４２…接続スイッチ（接続切替部）、４３…経路切替リレー（経路切替部）、４４…固定負荷、４５…測定部、ＥＬ１…電力伝送経路、ＥＬ２…異常判定経路、ＥＬ３…バイパス経路、ＥＬ１１…第１経路、ＥＬ１２…第２経路、Ｒ１，Ｒ１１…閉ループ。

Claims (5)

1. 交流電力が入力される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、
   負荷と、
   前記２次側コイルから前記負荷に向けて電力が伝送される電力伝送経路と、
   前記電力伝送経路とは別に設けられ、当該電力伝送経路の少なくとも一部と協働して閉ループを形成する異常判定経路と、
   前記異常判定経路上に設けられ、電力を供給する電力供給部と、
   前記電力供給部により前記電力が供給されている状況において前記閉ループを伝送する電力を測定する測定部と、
   前記測定部の測定結果に基づいて、前記閉ループを構成している前記電力伝送経路に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部と、
   を備えていることを特徴とする受電機器。
2. 前記異常判定部による判定が行われる場合には、前記電力供給部と前記電力伝送経路とが接続される一方、前記２次側コイルによって前記交流電力が受電される場合には、前記電力供給部と前記電力伝送経路とが遮断されるよう切り替わる接続切替部を備えている請求項１に記載の受電機器。
3. 前記負荷はバッテリであり、
   前記受電機器は、
   前記電力伝送経路とは別に設けられ、前記バッテリを介することなく前記閉ループを形成するバイパス経路と、
   前記電力伝送経路上に設けられ、電力が伝送される経路を切り替える経路切替部と、
   を備え、
   前記電力伝送経路は、前記２次側コイルから前記経路切替部までの第１経路と、前記経路切替部から前記バッテリまでの第２経路と、から構成されており、
   前記経路切替部は、前記第１経路の接続先を、前記第２経路又は前記バイパス経路に切り替えるものであり、前記異常判定部による判定が行われる場合には、前記第１経路の接続先が前記バイパス経路となるよう切り替わる請求項１又は請求項２に記載の受電機器。
4. 前記第１経路上には、インピーダンス変換を行うものであってインピーダンスが可変なインピーダンス変換部が設けられており、
   前記バイパス経路上には、入力される電力の電力値に関わらず一定の抵抗値を有する固定負荷が設けられており、
   前記経路切替部は、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が行われる場合には、前記第１経路の接続先が前記バイパス経路となるよう切り替わるものである請求項３に記載の受電機器。
5. 交流電力が入力される１次側コイルと、
   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、
   負荷と、
   前記２次側コイルから前記負荷に向けて電力が伝送される電力伝送経路と、
   前記電力伝送経路とは別に設けられ、当該電力伝送経路の少なくとも一部と協働して閉ループを形成する異常判定経路と、
   前記異常判定経路上に設けられ、前記閉ループに対して電力を供給する電力供給部と、
   前記電力供給部により前記電力が供給されている状況において前記閉ループを伝送する電力を測定する測定部と、
   前記測定部の測定結果に基づいて、前記閉ループを構成している前記電力伝送経路に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部と、
   を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。