JP2015109724A - 非接触電力伝送装置及び受電機器 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング損失を抑制できる非接触電力伝送装置及び受電機器を提供すること。
【解決手段】非接触電力伝送装置１０は、電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能な交流電源１２と、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から交流電力を非接触で受電可能な２次側コイル２３ａと、２次側コイル２３ａによって受電された交流電力を整流する整流器２４とを備えている。また、非接触電力伝送装置１０は、整流器２４によって整流された直流電力の電圧値変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ２５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５に電圧値変換された直流電力が入力される車両用バッテリ２２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触電力伝送装置及び受電機器に関する。

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非接触で交流電力が伝送される。

また、受電機器は、２次側コイル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変換部として整流器を備えている。ＡＣ／ＤＣ変換部によって変換された直流電力がバッテリに入力されることにより当該バッテリが充電される。

特開２００９−１０６１３６号公報

ここで、上記のようなバッテリは、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。当該変動負荷のインピーダンスの変動に対応するべく、例えば、ＡＣ／ＤＣ変換部はスイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータを有し、スイッチング素子を周期的にオンオフさせることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端から変動負荷までのインピーダンスが一定になるようにインピーダンス変換を行うことも考えられる。この場合、スイッチング素子のオンオフに起因するスイッチング損失が発生する。特に、ＤＣ／ＤＣコンバータに入力される直流電力の電力値が大きくなると、スイッチング損失も大きくなる。

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、スイッチング損失を抑制できる非接触電力伝送装置及び受電機器を提供することである。

上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能な交流電源と、前記交流電力が入力される１次側コイルと、前記１次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電可能な２次側コイルと、前記２次側コイル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変換部と、前記直流電力が入力されるものであって、当該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と、を備え、前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、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インピーダンス変換を行うものであり、前記非接触電力伝送装置は前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部を備え、前記制御部は、前記交流電源から前記交流電力として第１交流電力が出力されている場合には、前記スイッチング素子が周期的にオンオフするよう前記スイッチング素子を制御する一方、前記交流電源から前記第１交流電力よりも電力値が大きい第２交流電力が出力されている場合には、前記スイッチング素子がオン状態又はオフ状態のいずれか一方となるよう前記スイッチング素子を制御することを特徴とする。

かかる構成によれば、比較的電力値が小さい第１交流電力が出力されている場合には、スイッチング素子が周期的にオンオフすることにより、インピーダンス変換が行われる。一方、比較的電力値が大きい第２交流電力が出力されている場合には、スイッチング素子がオン状態又はオフ状態のいずれか一方となる。これにより、第２交流電力が出力されている場合には、スイッチング損失が発生しない。よって、スイッチング損失が比較的大きくなり易い状況においては、スイッチング素子の周期的なオンオフを行わないことを通じて、比較的大きなスイッチング損失の発生を抑制できる。したがって、全体としてスイッチング損失を抑制できる。

上記非接触電力伝送装置について、前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、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整流部と、前記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、前記整流部によって整流された直流電力の電圧値変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えているとよい。かかる構成によれば、スイッチング素子が周期的にオンオフすることにより、電圧値変換が行われる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端から変動負荷までのインピーダンスは、スイッチング素子のオンオフのデューティ比に対応した値となる。よって、インピーダンス変換を実現することができる。

上記非接触電力伝送装置について、前記交流電源から前記第２交流電力が出力され、且つ、前記スイッチング素子がオン状態又はオフ状態のいずれか一方となっている場合の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端から前記変動負荷までのインピーダンスを特定インピーダンスとすると、前記制御部は、前記交流電源から前記第１交流電力が出力されている場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端から前記変動負荷までのインピーダンスが前記特定インピーダンスに近づくよう前記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とよい。かかる構成によれば、第１交流電力が出力されている場合と、第２交流電力が出力されている場合とで、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端から変動負荷までのインピーダンスが変動しにくい。よって、スイッチング損失を抑制しつつ、交流電源から第２交流電力が出力されている場合にスイッチング素子を周期的にオンオフさせないことによる不都合である上記インピーダンスの変動を抑制できる。

上記非接触電力伝送装置について、前記２次側コイルと前記整流部との間に設けられ、インピーダンス変換を行うインピーダンス変換部を備え、当該インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記特定インピーダンスに対応させて設定されているとよい。かかる構成によれば、インピーダンス変換部によって、２次側コイルの出力端から変動負荷までのインピーダンスを、所望の値にすることができる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端から変動負荷までのインピーダンスが変動すると、２次側コイルの出力端から変動負荷までのインピーダンスが変動する。すると、２次側コイルの出力端から変動負荷までのインピーダンスが、所望の値からずれてしまう場合が生じ得る。

これに対して、本構成によれば、インピーダンス変換部のインピーダンスは特定インピーダンスに対応させて設定されている。そして、上述した通り、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端から変動負荷までのインピーダンスは、交流電源の出力電力値が変動する場合であっても、特定インピーダンスとなるように構成されている。よって、２次側コイルの出力端から変動負荷までのインピーダンスが所望の値からずれてしまうことを抑制できる。

上記非接触電力伝送装置について、前記２次側コイルと前記変動負荷とを接続する２つの電力線を備え、前記スイッチング素子は、前記２つの電力線を接続する接続線上に設けられており、前記制御部は、前記交流電源から前記第２交流電力が出力されている場合には、前記スイッチング素子がオフ状態となるよう前記スイッチング素子を制御するとよい。かかる構成によれば、スイッチング素子がオフ状態となっているため、接続線を介する電力伝送が規制されている。これにより、接続線を介する電力伝送に起因する損失を抑制できる。また、スイッチング素子がオフ状態であっても、２つの電力線を介して、２次側コイルから変動負荷への電力伝送は行われる。よって、２次側コイルから変動負荷への電力伝送を好適に行いつつ、電力損失の低減を図ることができる。

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次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電可能な２次側コイルと、前記２次側コイル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変換部と、前記直流電力が入力されるものであって、当該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と、を備え、前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、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インピーダンス変換を行うものであり、前記スイッチング素子は、前記２次側コイルによって第１受電電力が受電される場合には、周期的にオンオフする一方、前記２次側コイルによって前記第１受電電力よりも電力値が大きい第２受電電力が受電される場合には、オン状態又はオフ状態のいずれか一方となることを特徴とする。

かかる構成によれば、比較的電力値が小さい第１受電電力が受電される場合には、スイッチング素子が周期的にオンオフすることにより、インピーダンス変換が行われる。一方、比較的電力値が大きい第２受電電力が受電される場合には、スイッチング素子がオン状態又はオフ状態のいずれか一方となる。これにより、第２受電電力が受電される場合には、スイッチング損失が発生しない。よって、スイッチング損失が比較的大きくなり易い状況においては、スイッチング素子の周期的なオンオフを行わないことを通じて、比較的大きなスイッチング損失の発生を抑制できる。したがって、全体としてスイッチング損失を抑制できる。

この発明によれば、スイッチング損失を抑制できる。

受電機器及び非接触電力伝送装置の回路図。 ＤＣ／ＤＣコンバータ及びその周辺の回路図。 交流電源の出力電力値と、負荷インピーダンス及び変換インピーダンスとの関係を示すグラフ。

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に設けられた車両用バッテリ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。

また、送電機器１１は、交流電源１２と送電器１３（１次側コイル１３ａ）とを接続する電力線ＥＬ１１，ＥＬ１２を備えている。送電機器１１の第１電力線ＥＬ１１は、交流電源１２の一端と、送電器１３の一方の入力端（１次側コイル１３ａの一端）とを接続している。送電機器１１の第２電力線ＥＬ１２は、交流電源１２の他端と、送電器１３の他方の入力端（１次側コイル１３ａの他端）とを接続している。これにより、交流電源１２から出力された交流電力は送電器１３に入力される。

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から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。

なお、説明の便宜上、以降の説明においては、送電器１３と受電器２３とは、予め定められた基準位置に配置されており、両者は位置ずれしていないものとする。
受電機器２１は、受電器２３と車両用バッテリ２２とを接続する２つの電力線ＥＬ２１，ＥＬ２２を備えている。受電機器２１の第１電力線ＥＬ２１は、受電器２３の一方の出力端（２次側コイル２３ａの一端）と車両用バッテリ２２の一端を接続している。受電機器２１の第２電力線ＥＬ２２は、受電器２３の他方の出力端（２次側コイル２３ａの他端）と車両用バッテリ２２の他端を接続している。

受電機器２１は、受電器２３によって受電された交流電力（以降単に受電電力ともいう）を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換部として、受電電力を整流する整流器（整流部）２４と、整流器２４と車両用バッテリ２２との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ２５とを備えている。つまり、本実施形態では、整流器２４とＤＣ／ＤＣコンバータ２５とがＡＣ／ＤＣ変換部を構成している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、整流器２４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２５によって電圧値変換された直流電力が車両用バッテリ２２に入力されることによって車両用バッテリ２２が充電される。車両用バッテリ２２は、例えば複数の電池セルで構成されている。

送電機器１１は、交流電源１２等の制御を行う送電側コントローラ１４を備えている。送電側コントローラ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、送電側コントローラ１４は、車両用バッテリ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、詳細には押し込み充電用電力Ｐ１又は通常充電用電力Ｐ２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。電力値の大小関係としては、通常充電用電力Ｐ２＞押し込み充電用電力Ｐ１となっている。押し込み充電用電力Ｐ１が第１交流電力に対応し、通常充電用電力Ｐ２が第２交流電力に対応する。なお、押し込み充電用電力Ｐ１は、車両用バッテリ２２を構成する複数の電池セルの容量ばらつきを補償する押し込み充電を行うための電力である。

この場合、受電器２３は、押し込み充電用電力Ｐ１に対応する交流電力である第１受電電力Ｐｒ１、又は、通常充電用電力Ｐ２に対応する交流電力である第２受電電力Ｐｒ２を受電する。この場合、第２受電電力Ｐｒ２の方が第１受電電力Ｐｒ１よりも電力値が大きい。

受電機器２１は、送電側コントローラ１４と無線通信可能な受電側コントローラ２６を備えている。各コントローラ１４，２６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。

受電機器２１は、車両用バッテリ２２の充電状態（ＳＯＣ）を検知するものであって、その検知結果を受電側コントローラ２６に送信するＳＯＣセンサ２７を備えている。これにより、受電側コントローラ２６は、車両用バッテリ２２の充電状態を把握できる。

図１に示すように、非接触電力伝送装置１０は、交流電源１２から車両用バッテリ２２までの間に設けられた複数のインピーダンス変換器３１，３２（インピーダンス変換部）を備えている。詳細には、非接触電力伝送装置１０は、送電機器１１に設けられた第１インピーダンス変換器３１（第１インピーダンス変換部）と、受電機器２１に設けられた第２インピーダンス変換器３２（第２インピーダンス変換部）とを備えている。第１インピーダンス変換器３１は、交流電源１２と送電器１３との間に設けられており、第２インピーダンス変換器３２は、受電器２３と整流器２４との間に設けられている。

各インピーダンス変換器３１，３２は、例えば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。詳細には、第１インピーダンス変換器３１は、交流電源１２から送電器１３に向かう２つの電力線ＥＬ１１，ＥＬ１２上に設けられた第１インダクタ３１ａ，３１ｂと、当該第１インダクタ３１ａ，３１ｂに対して後段に設けられ、第１インダクタ３１ａ，３１ｂに対して並列に接続された第１キャパシタ３１ｃと、を有するＬＣ回路である。

第２インピーダンス変換器３２は、受電器２３から車両用バッテリ２２に向かう２つの電力線ＥＬ２１，ＥＬ２２上に設けられた第２インダクタ３２ａ，３２ｂと、当該第２インダクタ３２ａ，３２ｂに対して前段に設けられ、第２インダクタ３２ａ，３２ｂに対して並列に接続された第２キャパシタ３２ｃと、を有するＬＣ回路である。

ちなみに、本実施形態では、各インピーダンス変換器３１，３２の定数（インピーダンス）は固定値である。なお、定数とは、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）の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスの実部が、送電器１３及び受電器２３間の伝送効率に寄与していることを見出した。具体的には、受電器２３の出力端から車両用バッテリ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。

第２インピーダンス変換器３２は、上記知見に基づいて、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンス（第２インピーダンス変換器３２の入力端のインピーダンス）が特定抵抗値Ｒｏｕｔに近づく（好ましくは一致する）ように、整流器２４の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスをインピーダンス変換する。

ここで、交流電源１２から出力される交流電力の電力値は、交流電源１２の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンス（第１インピーダンス変換器３１の入力端のインピーダンス）に依存する。

かかる構成において、第１インピーダンス変換器３１は、交流電源１２から所望の電力値の交流電力が出力されるべく、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが特定抵抗値Ｒｏｕｔに近づいている状況における送電器１３の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスをインピーダンス変換する。

例えば、交流電源１２から通常充電用電力Ｐ２又は押し込み充電用電力Ｐ１が出力されるための交流電源１２の出力端から車両用バッテリ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、第１インピーダンス変換器３１は、交流電源１２の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンス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の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスをインピーダンス変換する。

換言すれば、交流電源１２は、交流電源１２の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンス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、所望の電力値の交流電力（押し込み充電用電力Ｐ１又は通常充電用電力Ｐ２）を出力可能に構成されているとも言える。なお、特定抵抗値Ｒｏｕｔ、及び、充電に適した入力インピーダンスＺｔ等が所望のインピーダンスに対応する。

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の詳細な構成について説明する。
図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、例えば第１電力線ＥＬ２１上に設けられたコイル４１及びダイオード４２を備えている。コイル４１の一端は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の入力端を介して整流器２４に接続されており、コイル４１の他端は、ダイオード４２のアノードに接続されている。ダイオード４２のカソードはＤＣ／ＤＣコンバータ２５の出力端を介して車両用バッテリ２２に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、コイル４１よりも前段（整流器２４側）に設けられ、コイル４１に対して並列に接続された第１コンデンサ４４と、ダイオード４２よりも後段（車両用バッテリ２２側）に設けられ、当該ダイオード４２に対して並列に接続された第２コンデンサ４５を備えている。

かかる構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、２つの電力線ＥＬ２１，ＥＬ２２を接続する接続線ＥＬ３上に設けられたスイッチング素子４６を備えている。接続線ＥＬ３の一端は、第１電力線ＥＬ２１におけるコイル４１とダイオード４２との間の位置に接続されており、接続線ＥＬ３の他端は、第２電力線ＥＬ２２に接続されている。

スイッチング素子４６は、例えばｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴで構成されている。スイッチング素子４６のドレインは、第１電力線ＥＬ２１（コイル４１とダイオード４２との間）に接続され、スイッチング素子４６のソースは第２電力線ＥＬ２２に接続されている。

かかる構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５に直流電力が入力されている状況において、スイッチング素子４６が周期的にオンオフ（スイッチング、チョッピング）すると、整流器２４によって整流された直流電力が、車両用バッテリ２２のバッテリ電圧と同一電圧の直流電力に変換される。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスである変換インピーダンスＺｑは、スイッチング素子４６のオンオフのデューティ比に依存する。詳細には、例えば上記デューティ比が小さくなる（つまり１周期あたりのスイッチング素子４６のオン時間が短くなる）と、変換インピーダンスＺｑが高くなる。つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、スイッチング素子４６が周期的にオンオフすることにより、変換インピーダンスＺｑが所定の値となるようにインピーダンス変換するものである。

ここで、車両用バッテリ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。詳細には、図３に示すように、車両用バッテリ２２のインピーダンスである負荷インピーダンスＺＬは、交流電源１２から押し込み充電用電力Ｐ１が出力されている場合と、交流電源１２から通常充電用電力Ｐ２が出力されている場合とで変動する。

なお、以降の説明において、交流電源１２から押し込み充電用電力Ｐ１が出力されている場合（すなわち受電器２３によって第１受電電力Ｐｒ１が受電される場合）の負荷インピーダンスＺＬを第１負荷インピーダンスＺＬ１とする。そして、交流電源１２から通常充電用電力Ｐ２が出力されている場合（すなわち受電器２３によって第２受電電力Ｐｒ２が受電される場合）の負荷インピーダンスＺＬを第２負荷インピーダンスＺＬ２とする。

非接触電力伝送装置１０は、送電器１３と受電器２３とが電力伝送可能な位置に配置されている場合、各コントローラ１４，２６間で情報のやり取りを行いながら、車両用バッテリ２２を充電する充電処理を実行する。当該充電処理では、受電側コントローラ２６は、負荷インピーダンスＺＬが変動することに対応させて、スイッチング素子４６のオンオフ制御を行う。つまり、本実施形態では、受電側コントローラ２６が制御部に対応する。

以下、充電処理及びスイッチング素子４６の制御態様について詳細に説明する。
まず、送電側コントローラ１４は、交流電源１２から通常充電用電力Ｐ２が出力されるよう交流電源１２を制御する。そして、送電側コントローラ１４は、通常充電用電力Ｐ２が出力されていることを示す信号を受電側コントローラ２６に送信する。受電側コントローラ２６は、上記信号を受信した場合には、スイッチング素子４６をオフ状態にする。

ここで、交流電源１２から通常充電用電力Ｐ２が出力され、且つ、スイッチング素子４６がオフ状態となっている場合の変換インピーダンスＺｑを特定インピーダンスＺｑｔとする。図３に示すように、特定インピーダンスＺｑｔは、第２負荷インピーダンスＺＬ２とほぼ同一である。

その後、受電側コントローラ２６は、ＳＯＣセンサ２７を用いて車両用バッテリ２２の充電状態を定期的に把握し、当該充電状態が予め定められた切替契機状態となった場合には、送電側コントローラ１４に対して電力切替要求信号を送信する。送電側コントローラ１４は、電力切替信号を受信した場合には、交流電源１２から出力される交流電力を、通常充電用電力Ｐ２から押し込み充電用電力Ｐ１に切り替える。

また、受電側コントローラ２６は、車両用バッテリ２２の充電状態が予め定められた切替契機状態となった場合には、スイッチング素子４６が周期的にオンオフするようスイッチング素子４６を制御する。

ここで、受電側コントローラ２６は、変換インピーダンスＺｑが特定インピーダンスＺｑｔに近づく（好ましくは一致する）ように、スイッチング素子４６のオンオフのデューティ比を制御する。詳細には、スイッチング素子４６のオンオフのデューティ比は、上記インピーダンスＺｑが特定インピーダンスＺｑｔとなるように、第１負荷インピーダンスＺＬ１に対応させて設定される。

その後、受電側コントローラ２６は、車両用バッテリ２２の充電状態が満充電になった場合、終了要求信号を送電側コントローラ１４に送信する。送電側コントローラ１４は、終了要求信号を受信した場合、交流電力の出力が停止するよう交流電源１２を制御する。

ちなみに、第２インピーダンス変換器３２の定数は、特定インピーダンスＺｑｔに対応させて設定されている。詳細には、第２インピーダンス変換器３２の定数は、変換インピーダンスＺｑが特定インピーダンスＺｑｔである場合に受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが特定抵抗値Ｒｏｕｔとなるように設定されている。

次に本実施形態の作用について説明する。
交流電源１２から通常充電用電力Ｐ２が出力されている場合、スイッチング素子４６はオフ状態となっている。この場合、図２に示すように、各電力線ＥＬ２１，ＥＬ２２及び車両用バッテリ２２を介し、且つ、接続線ＥＬ３及びスイッチング素子４６を介さない第１電力伝送経路ＥＣ１には直流電力が伝送される。一方、各電力線ＥＬ２１，ＥＬ２２、接続線ＥＬ３及びスイッチング素子４６を介し、且つ、車両用バッテリ２２を介さない第２電力伝送経路ＥＣ２には直流電力が伝送されない。また、図３に示すように、かかる状態における変換インピーダンスＺｑは特定インピーダンスＺｑｔとなっている。

交流電源１２から押し込み充電用電力Ｐ１が出力されている場合、スイッチング素子４６は周期的にオンオフしている。この場合、スイッチング素子４６のオンオフのデューティ比は、変換インピーダンスＺｑが特定インピーダンスＺｑｔとなるように設定されている。このため、図３に示すように、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であっても、変換インピーダンスＺｑは一定（特定インピーダンスＺｑｔ）となっている。

なお、スイッチング素子４６が周期的にオンオフすることにより、スイッチング損失が発生する。また、スイッチング素子４６がオン状態である場合、直流電力は、第１電力伝送経路ＥＣ１及び第２電力伝送経路ＥＣ２の双方を伝送する。この場合、第２電力伝送経路ＥＣ２を伝送する直流電力は損失となる。但し、上記スイッチング損失及び第２電力伝送経路ＥＣ２に係る損失は、交流電源１２の出力電力値（受電電力値）が小さいほど、小さくなる。このため、交流電源１２から比較的電力値が小さい押し込み充電用電力Ｐ１が出力されている状況においては、上記スイッチング損失及び第２電力伝送経路ＥＣ２に係る損失は、比較的小さい。

以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）非接触電力伝送装置１０は、受電器２３（２次側コイル２３ａ）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変換部としての整流器２４及びＤＣ／ＤＣコンバータ２５と、直流電力が入力されるものであって、入力される直流電力の電力値に応じて負荷インピーダンスＺＬが変動する車両用バッテリ２２とを備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、スイッチング素子４６を備え、当該スイッチング素子４６が周期的にオンオフすることによりインピーダンス変換を行う。

かかる構成において、非接触電力伝送装置１０は、スイッチング素子４６のオンオフ制御を行う受電側コントローラ２６を備えている。当該受電側コントローラ２６は、交流電源１２から押し込み充電用電力Ｐ１が出力されている場合には、スイッチング素子４６が周期的にオンオフするようにスイッチング素子４６を制御する。一方、受電側コントローラ２６は、交流電源１２から、押し込み充電用電力Ｐ１よりも電力値が大きい通常充電用電力Ｐ２が出力されている場合には、スイッチング素子４６がオフ状態となるようにスイッチング素子４６を制御する。

かかる構成によれば、比較的電力値が大きい通常充電用電力Ｐ２が出力されている場合には、スイッチング素子４６がオフ状態となる。これにより、スイッチング損失が発生しない。よって、スイッチング損失が比較的大きくなり易い状況においてはスイッチング素子４６を周期的にオンオフさせないことにより、比較的大きなスイッチング損失の発生を抑制できる。したがって、全体としてスイッチング損失の抑制を図ることができる。

なお、上記効果を奏する構成の一部を言い換えれば、スイッチング素子４６は、受電器２３によって押し込み充電用電力Ｐ１に対応した第１受電電力Ｐｒ１が受電される場合には、周期的にオンオフする一方、受電器２３によって通常充電用電力Ｐ２に対応した第２受電電力Ｐｒ２が受電される場合には、オフ状態となるとも言える。

（２）交流電源１２から通常充電用電力Ｐ２が出力され、且つ、スイッチング素子４６がオフ状態である場合のＤＣ／ＤＣコンバータ２５の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスである変換インピーダンスＺｑを特定インピーダンスＺｑｔとする。この場合、受電側コントローラ２６は、交流電源１２から押し込み充電用電力Ｐ１が出力されている場合には、変換インピーダンスＺｑが特定インピーダンスＺｑｔに近づく（好ましくは一致する）ようスイッチング素子４６のオンオフのデューティ比を制御する。これにより、押し込み充電用電力Ｐ１が出力されている場合と、通常充電用電力Ｐ２が出力されている場合とで、変換インピーダンスＺｑが変動しにくい。よって、スイッチング損失を抑制しつつ、交流電源１２から通常充電用電力Ｐ２が出力されている場合にスイッチング素子４６を周期的にオンオフさせないことによる不都合（変換インピーダンスＺｑの変動）を抑制できる。

（３）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２４との間に設けられ、インピーダンス変換を行う第２インピーダンス変換器３２を備えている。第２インピーダンス変換器３２の定数は、特定インピーダンスＺｑｔに対応させて設定されている。かかる構成によれば、第２インピーダンス変換器３２によって、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスを所望の値（本実施形態では特定抵抗値Ｒｏｕｔ）にすることができる。この場合、負荷インピーダンスＺＬの変動に起因して変換インピーダンスＺｑが変動すると、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスも変動し、当該インピーダンスが特定抵抗値Ｒｏｕｔからずれてしまう場合が生じ得る。

これに対して、本実施形態では、第２インピーダンス変換器３２の定数は、特定インピーダンスＺｑｔに対応させて設定されている。詳細には、第２インピーダンス変換器３２の定数は、変換インピーダンスＺｑが特定インピーダンスＺｑｔである場合に、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが特定抵抗値Ｒｏｕｔとなるように設定されている。そして、上述した通り、変換インピーダンスＺｑは、交流電源１２の出力電力値が変動した場合であっても特定インピーダンスＺｑｔとなっている。これにより、交流電源１２の出力電力値の変動に起因して受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが特定抵抗値Ｒｏｕｔからずれてしまうことを抑制できる。

（４）スイッチング素子４６は、受電器２３と車両用バッテリ２２とを接続する２つの電力線ＥＬ２１，ＥＬ２２上ではなく、当該各電力線ＥＬ２１，ＥＬ２２を接続する接続線ＥＬ３上に設けられている。そして、受電側コントローラ２６は、交流電源１２から通常充電用電力Ｐ２が出力されている場合には、スイッチング素子４６をオフ状態にする。これにより、接続線ＥＬ３を介する第２電力伝送経路ＥＣ２上には電力が伝送されない。よって、直流電力が第２電力伝送経路ＥＣ２を伝送することによる損失を抑制できる。また、スイッチング素子４６は、各電力線ＥＬ２１，ＥＬ２２上には存在しないため、スイッチング素子４６がオフ状態であっても、受電器２３から車両用バッテリ２２への電力伝送に支障は生じない。したがって、受電器２３から車両用バッテリ２２への電力伝送を好適に行いつつ、電力損失の低減を図ることができる。

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、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５と整流器２４とがＡＣ／ＤＣ変換部を構成していたが、これに限られない。ＡＣ／ＤＣ変換部は、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ものであって、スイッチング素子が周期的にオンオフすることによりインピーダンス変換を行うことができれば、その具体的な構成は任意である。例えば、ＡＣ／ＤＣ変換部は、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受電器２３によって受電された交流電力を所望の交流電力に変換する交流チョッパ回路と、当該交流チョッパ回路から出力される交流電力を整流する整流部とで構成されていてもよい。

○ 実施形態では、各電力線ＥＬ２１，ＥＬ２２上にはスイッチング素子４６が存在しなかったが、これに限られず、第１電力線ＥＬ２１上にスイッチング素子４６が設けられていてもよい。この場合、受電側コントローラ２６は、交流電源１２から通常充電用電力Ｐ２が出力されている場合には、スイッチング素子４６をオン状態とするとよい。これにより、各電力線ＥＬ２１，ＥＬ２２を介する受電器２３から車両用バッテリ２２への電力伝送がスイッチング素子４６により阻害されることを抑制できる。これにより、受電器２３から車両用バッテリ２２への電力伝送を好適に行うことができる。但し、スイッチング素子４６のオン抵抗に起因する電力損失等を考慮すれば、接続線ＥＬ３上にスイッチング素子４６がある方が好ましい。

○ ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の具体的な回路構成は任意であり、昇圧型又は降圧型のいずれを用いてもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、複数のスイッチング素子を有する構成であってもよい。要は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、少なくとも１つのスイッチング素子を有するものであればよい。

○ 交流電源１２は、少なくとも電力値が異なる２種類の交流電力（相対的に電力値が異なる第１交流電力及び第２交流電力）を出力するものであればよい。例えば、交流電源１２は、電力値が異なる３種類以上の交流電力を出力する構成であってもよい。例えば、交流電源１２は、正常に電力伝送が行われるか否かを確認するためのテスト用電力を出力可能であってもよい。この場合、テスト用電力の電力値は、押し込み充電用電力Ｐ１よりも小さいとよい。

○ スイッチング素子４６のオンオフ制御を行う制御部は、受電側コントローラ２６に限られず、任意である。例えば送電側コントローラ１４がスイッチング素子４６のオンオフ態様を決定し、受電側コントローラ２６に対して指示を出す構成であってもよい。また、各コントローラ１４，２６とは別の専用のコントローラがスイッチング素子４６のオンオフ制御を行ってもよい。

○ 各インピーダンス変換器３１，３２の具体的な回路構成は任意である。例えば、第１インピーダンス変換器３１は、第１インダクタ３１ｂを省略した逆Ｌ型のＬＣ回路等であってもよいし、第２インピーダンス変換器３２は、第２インダクタ３２ｂを省略したＬ型のＬＣ回路等であってもよい。また、各インピーダンス変換器３１，３２は、π型、Ｔ型などであってもよい。

○ 各インピーダンス変換器３１，３２の定数は可変値であってもよい。この場合、例えば、各コントローラ１４，２６は、送電器１３と受電器２３との相対位置が変動する場合には、当該相対位置の変動に対応させて各インピーダンス変換器３１，３２の定数を可変制御するとよい。これにより、送電器１３と受電器２３との位置ずれに好適に対応できる。

ここで、送電器１３と受電器２３との相対位置の変動と、負荷インピーダンスＺＬの変動とが発生する場合、２つの変動に対応するべく各インピーダンス変換器３１，３２の定数を可変制御しようとすると、当該可変制御が困難又は煩雑となる。これに対して、負荷インピーダンスＺＬが変動する場合であっても変換インピーダンスＺｑを一定にすることにより、各インピーダンス変換器３１，３２の定数の可変制御においては、負荷インピーダンスＺＬの変動を考慮する必要がない。これにより、各インピーダンス変換器３１，３２の定数の可変制御を好適に行うことができる。

○ 送電機器１１に設けられるインピーダンス変換器の数、及び、受電機器２１に設けられるインピーダンス変換器の数は任意であり、例えば２以上であってもよい。
○ 各インピーダンス変換器３１，３２の少なくとも一方を省略してもよい。

○ 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。
○ 交流電源１２が電力源である構成において、各インピーダンス変換器３１，３２は、インピーダンス整合を行うものであってもよい。第２インピーダンス変換器３２は、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが受電器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。また、第１インピーダンス変換器３１は、交流電源１２の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが交流電源１２の出力インピーダンスと整合するように、送電器１３の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスをインピーダンス変換するものであってもよい。

○ また、第１インピーダンス変換器３１は、力率が改善される（リアクタンスが０に近づく）ように、送電器１３の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスをインピーダンス変換するものであってもよい。

○ 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。
○ 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。

○ 各コンデンサ１３ｂ，２３ｂ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。
○ 実施形態では、受電器２３にて受電された交流電力は車両用バッテリ２２の充電に用いられたが、これに限られず、例えば別の用途に用いてもよい。

○ 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。

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…車両用バッテリ（変動負荷）、２３ａ…２次側コイル、２４…整流器、２５…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２６…受電側コントローラ、３１，３２…インピーダンス変換器、４６…スイッチング素子、ＥＬ２１，ＥＬ２２…受電機器の電力線、ＥＬ３…接続線、Ｚｑｔ…特定インピーダンス。

Claims (6)

1. 電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能な交流電源と、
   前記交流電力が入力される１次側コイルと、
   前記１次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電可能な２次側コイルと、
   を備えた非接触電力伝送装置において、
   前記２次側コイルによって受電された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、
   前記直流電力が入力されるものであって、当該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と、
   を備え、
   前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、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インピーダンス変換を行うものであり、
   前記非接触電力伝送装置は前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記交流電源から前記交流電力として第１交流電力が出力されている場合には、前記スイッチング素子が周期的にオンオフするよう前記スイッチング素子を制御する一方、
   前記交流電源から前記第１交流電力よりも電力値が大きい第２交流電力が出力されている場合には、前記スイッチング素子がオン状態又はオフ状態のいずれか一方となるよう前記スイッチング素子を制御することを特徴とする非接触電力伝送装置。
2. 前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、
   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整流部と、
   前記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、前記整流部によって整流された直流電力の電圧値変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、
   を備えている請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記交流電源から前記第２交流電力が出力され、且つ、前記スイッチング素子がオン状態又はオフ状態のいずれか一方となっている場合の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端から前記変動負荷までのインピーダンスを特定インピーダンスとすると、
   前記制御部は、前記交流電源から前記第１交流電力が出力されている場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端から前記変動負荷までのインピーダンスが前記特定インピーダンスに近づくよう前記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請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 前記２次側コイルと前記整流部との間に設けられ、インピーダンス変換を行うインピーダンス変換部を備え、
   当該インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記特定インピーダンスに対応させて設定されている請求項３に記載の非接触電力伝送装置。
5. 前記２次側コイルと前記変動負荷とを接続する２つの電力線を備え、
   前記スイッチング素子は、前記２つの電力線を接続する接続線上に設けられており、
   前記制御部は、前記交流電源から前記第２交流電力が出力されている場合には、前記スイッチング素子がオフ状態となるよう前記スイッチング素子を制御する請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。
6. 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次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電可能な２次側コイルと、
   前記２次側コイル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変換部と、
   前記直流電力が入力されるものであって、当該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と、
   を備え、
   前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、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インピーダンス変換を行うものであり、
   前記スイッチング素子は、
   前記２次側コイルによって第１受電電力が受電される場合には、周期的にオンオフする一方、
   前記２次側コイルによって前記第１受電電力よりも電力値が大きい第２受電電力が受電される場合には、オン状態又はオフ状態のいずれか一方となることを特徴とする受電機器。