JP2015186393A - 送電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ／ＡＣ変換部の異常を好適に抑制できる送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】送電機器１１は、直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを有する交流電源１２と、交流電力が入力される送電器１３とを備えている。ここで、送電機器１１は、入力電力値Ｐｉｎを測定する入力電力値測定部３１と、力率を検出する力率検出部３２と、入力電力値測定部３１によって測定された入力電力値Ｐｉｎが閾値入力電力値よりも大きく、且つ、力率検出部３２によって検出された力率が閾値力率よりも低い場合に、交流電力の出力を停止させる送電側コントローラ１４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、送電機器及び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、予め定められた周波数の交流電力を出力する交流電源、及び、当該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。

特開２００９−１０６１３６号公報

交流電源は、例えば直流電力を上記交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部を備えている。ここで、ＤＣ／ＡＣ変換部に対して過度な電力値の直流電力が入力されていない場合であっても、力率が低い場合にはＤＣ／ＡＣ変換部の電力損失が過度に大きくなる場合がある。この場合、ＤＣ／ＡＣ変換部の発熱などといった異常が懸念される。

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、ＤＣ／ＡＣ変換部の異常を好適に抑制できる送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送電機器は、直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部を有し、当該交流電力を出力する交流電源と、前記交流電力が入力される１次側コイルと、を備え、２次側コイルを有する受電機器の前記２次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能なものであって、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の入力電力値、入力電流値、出力電力値又は出力電流値と、力率又は前記入力電流値及び前記出力電流値の電流差と、に基づいて、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくする制御部を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、ＤＣ／ＡＣ変換部の入力電力値、入力電流値、出力電力値又は出力電流値と、力率又は入力電流値及び出力電流値の電流差とに基づいて、交流電力の出力停止等が行われる。これにより、例えば入力電力値等が正常値である状況下において力率が過度に低いことに起因してＤＣ／ＡＣ変換部の電力損失が過度に大きくなっている事態が生じている場合に交流電力の出力停止等を行うことができ、それを通じてＤＣ／ＡＣ変換部の異常を回避できる。よって、ＤＣ／ＡＣ変換部の異常を好適に抑制できる。

上記送電機器について、前記入力電力値、前記入力電流値、前記出力電力値又は前記出力電流値を測定する測定部と、前記力率を検出する力率検出部と、を備え、前記制御部は、前記測定部によって測定された測定値が予め定められた閾値測定値よりも大きく、且つ、前記力率検出部によって検出された前記力率が予め定められた閾値力率よりも低い場合に、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくするとよい。かかる構成によれば、測定値が閾値測定値よりも大きく、且つ、力率が閾値力率よりも低い場合には、交流電力の出力が停止する、又は、交流電力の電力値が小さくなる。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換部の異常を好適に抑制できる。

上記送電機器について、前記制御部は、前記力率が前記閾値力率よりも低い場合であっても、前記測定値が前記閾値測定値以下である場合には、電力値を変更することなく前記交流電力の出力を継続するとよい。力率が閾値力率よりも低い場合であっても、測定値が閾値測定値以下である場合には、ＤＣ／ＡＣ変換部における電力損失は比較的小さい。この点、本構成によれば、力率が閾値力率よりも低い場合であっても、測定値が閾値測定値以下である場合には、電力値が変更されることなく交流電力の出力が継続される。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換部における電力損失が比較的小さい状況において不要な交流電力の出力停止等が行われることを回避できる。

上記送電機器について、前記閾値測定値は第１閾値測定値であり、前記制御部は、前記力率が前記閾値力率以上であり、且つ、前記測定値が予め定められた第２閾値測定値よりも大きい場合に、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくするものであり、前記第２閾値測定値は前記第１閾値測定値よりも大きく設定されているとよい。かかる構成によれば、力率が閾値力率以上であり、且つ、測定値が第２閾値測定値よりも大きい場合には、交流電力の出力停止等が行われる。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換部の異常を、より好適に抑制できる。

特に、測定値が同一である状況では、力率が閾値力率以上である場合の方が、力率が閾値力率よりも低い場合よりも、ＤＣ／ＡＣ変換部での電力損失が小さい。この点、本構成によれば、比較的力率が高い場合に設定される第２閾値測定値は、比較的力率が低い場合に設定される第１閾値測定値よりも大きく設定されている。これにより、力率が閾値力率以上である状況において、ＤＣ／ＡＣ変換部での電力損失が比較的小さい場合にも関わらず、交流電力の出力停止等が行われることを回避できる。

上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部を有し、当該交流電力を出力する交流電源と、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ＤＣ／ＡＣ変換部の入力電力値、入力電流値、出力電力値又は出力電流値と、力率又は前記入力電流値及び前記出力電流値の電流差と、に基づいて、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくする制御部と、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、ＤＣ／ＡＣ変換部の入力電力値、入力電流値、出力電力値又は出力電流値と、力率又は入力電流値及び出力電流値の電流差とに基づいて、交流電力の出力停止等が行われる。これにより、例えば入力電力値等が正常値である状況下において力率が過度に低いことに起因してＤＣ／ＡＣ変換部の電力損失が過度に大きくなっている事態が生じている場合に交流電力の出力停止等を行うことができ、それを通じてＤＣ／ＡＣ変換部の異常を回避できる。よって、ＤＣ／ＡＣ変換部の異常を好適に抑制できる。

この発明によれば、ＤＣ／ＡＣ変換部の異常を好適に抑制できる。

送電機器及び非接触電力伝送装置の電気的構成を示すブロック回路図。 送電側コントローラにて実行される停止制御処理を示すフローチャート。 力率と許容電力値との関係を示すグラフ。 入力電力値の過渡現象と力率との関係を模式的に示すグラフ。 別例の送電機器を示すブロック回路図。 別例の停止制御処理を示すフローチャート。 別例の停止領域を示すグラフ。

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）の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、例えば電圧源であり、インフラとしての系統電源Ｅから外部電力として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。

詳細には、交流電源１２は、系統電源Ｅから入力される系統電力を直流電力に変換する変換部としてのＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力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を交流電力に変換し、その変換された交流電力を出力するＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ（ＤＣ／ＡＣ変換部）とを備えている。

ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、例えばスイッチング素子１２ａａを有し、当該スイッチング素子１２ａａを周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより直流電力を出力する。ちなみに、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、スイッチング素子１２ａａのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を可変制御することにより、出力する直流電力の電力値を可変（変更可能）に構成されている。

ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、例えばＤ級増幅器である。詳細には、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、互いに直列に接続された第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を有している。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は例えばｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴである。第１スイッチング素子Ｑ１のドレインは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの第１出力端（＋端）に接続されており、第２スイッチング素子Ｑ２のソースは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの第２出力端（−端）に接続されている。第１スイッチング素子Ｑ１のソースと、第２スイッチング素子Ｑ２のドレインとが接続されており、その接続線はＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの第１出力端に接続されている。また、第２スイッチング素子Ｑ２のソースは、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの第２出力端に接続されている。

かかる構成によれば、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にＯＮ／ＯＦＦすることにより、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数に対応した交流電力が出力される。また、例えば、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態であり、第２スイッチング素子Ｑ２がＯＮ状態である場合、又は、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の双方がＯＦＦ状態である場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから交流電力は出力されない、つまり交流電力の出力が停止している。

図１に示すように、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を個別に動作させるドライバ回路１２ｂａを備えている。ドライバ回路１２ｂａは、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作モードを、交流電力が出力される出力モード、又は、交流電力の出力が停止している停止モードに設定するものである。

なお、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ボディダイオード（寄生ダイオード）Ｄ１，Ｄ２を有している。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作モードが出力モードである場合に生じ得る逆起電力に係る電流は、各ボディダイオードＤ１，Ｄ２を伝送する。

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に設けられた負荷２２に入力される。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、互いに並列に接続された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、互いに並列に接続された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。

第１スイッチング素子Ｑ１のソースと第２スイッチング素子Ｑ２のドレインとの接続線は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの第１出力端及び後述するインピーダンス変換器３０を介して、送電器１３の第１入力端（１次側コイル１３ａの一端）に接続されている。第２スイッチング素子Ｑ２のソースは、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの第２出力端及びインピーダンス変換器３０を介して、送電器１３の第２入力端（１次側コイル１３ａの他端）に接続されている。ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから出力される交流電力は、インピーダンス変換器３０を介して送電器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（各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数）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。

受電器２３によって受電された交流電力が入力される負荷２２は、例えば整流器（ＡＣ／ＤＣ変換部）と、整流器によって整流された直流電力が入力される車両用バッテリとを含む。受電器２３によって受電された交流電力は、車両用バッテリの充電に用いられる。

送電機器１１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａやＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ（詳細にはドライバ回路１２ｂａ）等の制御を行う送電側コントローラ１４を備えている。
詳細には、送電側コントローラ１４は、交流電力の出力を開始させる場合には、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに対して、直流電力の電力値に関する情報である電力値情報が含まれた出力指示信号を送信する。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、上記出力指示信号に基づいて、スイッチング素子１２ａａを、上記電力値情報に対応したデューティ比で周期的にＯＮ／ＯＦＦさせる。これにより、上記電力値情報の電力値の直流電力がＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される。

一方、送電側コントローラ１４は、交流電力の出力を停止させる場合にはＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに停止指示信号を送信する。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、上記停止指示信号に基づいて、スイッチング素子１２ａａを、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから直流電力が出力されない状態（例えばＯＦＦ状態）にする。

また、送電側コントローラ１４は、ドライバ回路１２ｂａに対して、パルス信号と、動作モードを指示する指示信号とを送信する。ドライバ回路１２ｂａは、指示信号にて指示された動作モードが出力モードである場合には、入力されるパルス信号の周波数で各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にＯＮ／ＯＦＦさせる。一方、ドライバ回路１２ｂａは、指示信号にて指示された動作モードが停止モードである場合には、例えば、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦ状態にし、且つ、第２スイッチング素子Ｑ２をＯＮ状態したり、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の双方をＯＦＦ状態にしたりする。

受電機器２１は、送電側コントローラ１４と無線通信可能に構成された受電側コントローラ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間にて情報のやり取りを通じて、電力伝送の開始又は終了などを行う。

図１に示すように、送電機器１１は、交流電源１２（詳細にはＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ）と送電器１３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器３０を備えている。インピーダンス変換器３０は、例えばトランスやＬＣ回路等で構成されている。

ここで、インピーダンス変換器３０の入力端（ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力端）から負荷２２までを１つの電源負荷とする。この場合、インピーダンス変換器３０は、交流電源１２（ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ）から予め定められた特定電力値Ｐｔの交流電力が出力されている場合における電源負荷に対する力率λが「１」に近づく（好ましくは一致する）ように送電器１３（１次側コイル１３ａ）の入力インピーダンスをインピーダンス変換する。換言すれば、インピーダンス変換器３０のインピーダンスは、交流電源１２から特定電力値Ｐｔの交流電力が出力されている場合に力率λが「１」に近づく（好ましくは一致する）ように設定されている。すなわち、本実施形態のインピーダンス変換器３０は、力率改善回路である。なお、力率λとは、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ（交流電源１２）の出力電圧と出力電流との位相差に対応しており、力率λが「１」に近づくとは、上記位相差が「０」に近づくことと等価である。

ちなみに、送電側コントローラ１４は、特定電力値Ｐｔの電力値情報が含まれた出力指示信号をＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに送信し、且つ、出力モードの指示信号及びパルス信号をドライバ回路１２ｂａに送信することにより、交流電源１２から特定電力値Ｐｔの交流電力を出力させる。

ここで、力率λが低く（悪く）なると、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ（詳細には各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２）の電力損失（負担）が大きくなる。このため、仮にＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに入力される電力値である入力電力値Ｐｉｎが正常値であったとしても、力率λが過度に低い場合には、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の電力損失が過度に大きくなり、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに異常が発生し得る。

これに対して、本実施形態の送電機器１１（非接触電力伝送装置１０）は、上記ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力損失が過度に大きくなることを抑制する構成を備えている。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、送電機器１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力電力値Ｐｉｎを測定する測定部としての入力電力値測定部３１を備えている。入力電力値測定部３１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力電圧値Ｖｉｎ及び入力電流値Ｉｉｎを測定し、その測定結果からＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力電力値Ｐｉｎを算出する。なお、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力電力値Ｐｉｎは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値とも言える。

送電機器１１は、力率λを検出する力率検出部３２を備えている。力率検出部３２は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力電流値Ｉｉｎと、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電流値Ｉｏｕｔとを測定し、その２つの値から力率λを検出する。詳細には、力率λは、出力電流値Ｉｏｕｔに対する入力電流値Ｉｉｎの商（Ｉｉｎ／Ｉｏｕｔ）である。なお、出力電流値Ｉｏｕｔは、例えば実効値である。

図１に示すように、入力電力値測定部３１は、測定された入力電力値Ｐｉｎに関する情報を送電側コントローラ１４に送信する。同様に、力率検出部３２は、検出された力率λに関する情報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、交流電源１２から交流電力が出力されている場合には、これら入力電力値Ｐｉｎ及び力率λに基づいて、当該交流電力の出力の停止制御を行う停止制御処理を定期的に実行している。当該停止制御処理について以下に詳細に説明する。

図２に示すように、まずステップＳ１０１では、送電側コントローラ１４は、力率検出部３２の検出結果及び入力電力値測定部３１の測定結果から、現状の力率λ及び入力電力値Ｐｉｎを把握する。

その後、ステップＳ１０２では、送電側コントローラ１４は、入力電力値Ｐｉｎが予め定められた閾値測定値としての閾値入力電力値Ｐｔｈよりも大きいか否かを判定する。
ここで、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂが正常に動作可能な入力電力値Ｐｉｎの上限値又は当該上限値に対して所定のマージン分だけ小さい値を許容電力値とする。許容電力値は、力率λに依存するパラメータである。この場合、閾値入力電力値Ｐｔｈは、例えば力率λに応じて変動する許容電力値の最小値である。なお、これに限られず、閾値入力電力値Ｐｔｈは任意である。

送電側コントローラ１４は、入力電力値Ｐｉｎが閾値入力電力値Ｐｔｈよりも大きい場合には、ステップＳ１０３にて力率λが予め定められた閾値力率λｔｈよりも低いか否かを判定する。

送電側コントローラ１４は、力率λが閾値力率λｔｈよりも低い場合には、ステップＳ１０４に進み、交流電力の出力を停止させる出力停止処理を実行して、本停止制御処理を終了する。詳細には、送電側コントローラ１４は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに対して停止指示信号を送信するとともに、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂのドライバ回路１２ｂａに対して停止モードの指示信号を送信する。すなわち、送電側コントローラ１４は、入力電力値Ｐｉｎが閾値入力電力値Ｐｔｈよりも大きく、且つ、力率λが閾値力率λｔｈよりも低い場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ、ステップＳ１０３：ＹＥＳ）に、交流電力の出力を停止させる。

一方、送電側コントローラ１４は、入力電力値Ｐｉｎが閾値入力電力値Ｐｔｈ以下の場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、又は、入力電力値Ｐｉｎが閾値入力電力値Ｐｔｈよりも大きい場合であっても力率λが閾値力率λｔｈ以上である場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ、ステップＳ１０３：ＮＯ）には、ステップＳ１０５に進む。送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０５にて、電力値を変更することなく交流電力の出力を継続する出力継続処理を実行して、本停止制御処理を終了する。

次に本実施形態の作用について図３を用いて説明する。図３は、力率λとＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの許容電力値との関係を示すグラフである。
図３に示すように、許容電力値は、力率λが高くなるに従って大きくなる。そして、図３の１点鎖線で示すように、力率λが閾値力率λｔｈよりも低く、且つ、入力電力値Ｐｉｎが閾値入力電力値Ｐｔｈよりも大きい領域が、交流電力の出力が停止する停止領域Ａ１である。一方、力率λが閾値力率λｔｈ以上、又は、入力電力値Ｐｉｎが閾値入力電力値Ｐｔｈ以下である場合には、電力値が変更されることなく交流電力の出力が継続される。

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）直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを有する交流電源１２と、交流電力が入力される送電器１３（１次側コイル１３ａ）とを備えている送電機器１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力電力値Ｐｉｎと力率λとに基づいて、交流電力の出力を停止させる送電側コントローラ１４を備えている。詳細には、送電機器１１は、入力電力値Ｐｉｎを測定する入力電力値測定部３１と、力率λを検出する力率検出部３２とを備えている。そして、送電側コントローラ１４は、入力電力値測定部３１によって測定された入力電力値Ｐｉｎが閾値入力電力値Ｐｔｈよりも大きく、且つ、力率検出部３２によって検出された力率λが閾値力率λｔｈよりも低い場合に、交流電力の出力を停止させる。これにより、入力電力値Ｐｉｎが正常値であっても力率λが低いことに起因して発生し得るＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの過度な電力損失を抑制できる。

（２）送電側コントローラ１４は、力率λが閾値力率λｔｈよりも低い場合であっても、入力電力値Ｐｉｎが閾値入力電力値Ｐｔｈ以下である場合には、電力値を変更することなく交流電力の出力を継続する。力率λが閾値力率λｔｈよりも低い場合であっても、入力電力値Ｐｉｎが閾値入力電力値Ｐｔｈ以下である場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力損失は比較的小さい。この点、本構成によれば、上記のような場合には、電力値を変更することなく交流電力の出力が継続される。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力損失が比較的小さい（正常値である）状況であるにも関わらず、交流電力の出力停止が行われることを回避できる。なお、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力損失が比較的小さい（正常値である）状況とは、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂが正常に動作する状況とも言える。

また、本構成によれば、入力電力値Ｐｉｎの過渡現象に好適に対応できる。当該効果について図４を用いて詳述する。図４は、送電側コントローラ１４によって特定電力値Ｐｔの交流電力の出力が指示されてからの入力電力値Ｐｉｎと力率λとの変化の様子を模式的に示すグラフである。なお、図４においては、各タイミングｔ１〜ｔ５における力率λ及び入力電力値Ｐｉｎをプロットして示す。

図４に示すように、送電側コントローラ１４からＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに対して特定電力値Ｐｔの交流電力の出力指示が行われると、時間経過に伴って、入力電力値Ｐｉｎが徐々に大きくなる。

ここで、既に説明した通り、送電機器１１のインピーダンス変換器３０は、特定電力値Ｐｔの交流電力が出力される場合に、力率λが「１」に近づくように構成されている。このため、力率λは、入力電力値Ｐｉｎが小さい段階、すなわち送電側コントローラ１４からの出力指示タイミングから十分な時間が経過していない段階では低く、入力電力値Ｐｉｎが大きくなるに従って高くなる。よって、仮に力率λが閾値力率λｔｈよりも低い場合には、入力電力値Ｐｉｎに関わらず交流電力の出力が停止される構成とすると、入力電力値Ｐｉｎが特定電力値Ｐｔに到達する前に、交流電力の出力が停止してしまうという不都合が生じる。

これに対して、本実施形態では、力率λが閾値力率λｔｈよりも低い場合であっても、入力電力値Ｐｉｎが閾値入力電力値Ｐｔｈ以下であれば、電力値が変更されることなく交流電力の出力が継続される。これにより、上記不都合を回避できる。

（３）送電側コントローラ１４は、力率λが閾値力率λｔｈ以上である場合には、入力電力値Ｐｉｎに関わらず、交流電力の出力を継続する。これにより、電源負荷に対して効率的に電力を入力させることができる。

（４）ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂが正常に動作可能な上限値又はそれよりも所定のマージン分だけ小さい入力電力値Ｐｉｎを許容電力値とする。当該許容電力値は力率λに依存するパラメータである。この場合、閾値入力電力値Ｐｔｈは、力率λに応じて変動する許容電力値の最小値に設定されている。これにより、力率λがどのように変動した場合であっても、入力電力値Ｐｉｎが許容電力値よりも大きくなることを抑制できる。

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、ステップＳ１０２の処理では、入力電力値Ｐｉｎを用いたが、これに限られない。例えば、図５に示すように、送電機器１１は、入力電力値測定部３１に代えて、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電力値Ｐｏｕｔを測定する出力電力値測定部４１を備えていてもよい。出力電力値測定部４１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電圧値Ｖｏｕｔ及び出力電流値Ｉｏｕｔを測定し、これらの値から出力電力値Ｐｏｕｔを算出する。そして、出力電力値測定部４１は、算出された出力電力値Ｐｏｕｔ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、ステップＳ１０２では、出力電力値測定部４１によって測定された出力電力値Ｐｏｕｔが予め定められた閾値出力電力値よりも大きいか否かを判定する。この場合であっても、上述した（１）等の効果を奏する。なお、出力電圧値Ｖｏｕｔ及び出力電力値Ｐｏｕｔは、例えば実効値である。

また、ステップＳ１０２の処理では、入力電力値Ｐｉｎに代えて、入力電流値Ｉｉｎを用いてもよいし、出力電流値Ｉｏｕｔを用いてもよい。この場合、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力電圧値Ｖｉｎ又は出力電圧値Ｖｏｕｔの測定、及び、入力電力値Ｐｉｎ又は出力電力値Ｐｏｕｔの算出を省略することができるため、構成の簡素化を図ることができる。

要は、送電機器１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力電力値Ｐｉｎ、入力電流値Ｉｉｎ、出力電力値Ｐｏｕｔ又は出力電流値Ｉｏｕｔを測定する測定部を備え、送電側コントローラ１４は、その測定部によって測定された測定値と閾値測定値との比較を行えばよい。この場合、測定対象に応じて、比較対象の閾値測定値を適宜変更するとよい。また、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂが正常に動作可能な許容値（例えば許容電力値や許容電流値）は、測定対象に合わせて適宜変更される。

○ 送電機器１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力電力値Ｐｉｎ、入力電流値Ｉｉｎ、出力電力値Ｐｏｕｔ及び出力電流値Ｉｏｕｔのうち少なくとも２つを測定する測定部を備えていてもよい。この場合、送電側コントローラ１４は、上記少なくとも２つの測定結果に基づいて、交流電力の出力を停止するか否かを判定してもよい。

○ 実施形態では、ステップＳ１０３の処理では、力率λを用いたが、これに限られない。例えば、力率λに代えて、入力電流値Ｉｉｎと出力電流値Ｉｏｕｔとの電流差を用いてもよい。この場合、送電機器１１は、力率検出部３２に代えて（又は加えて）、上記電流差を検出する電流差検出部を備えているとよい。そして、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０３では、電流差検出部によって検出された上記電流差が予め定められた閾値電流差よりも大きいか否かを判定する。送電側コントローラ１４は、上記電流差が閾値電流差よりも大きい場合にはステップＳ１０４にて出力停止処理を実行する一方、上記電流差が閾値電流差以下である場合にはステップＳ１０５にて出力継続処理を実行する。

また、送電機器１１は、力率検出部３２に代えて、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電圧と出力電流との位相差自体を検出する位相差検出部を備えていてもよい。この場合、ステップＳ１０３では、送電側コントローラ１４は、上記位相差が予め定められた閾値位相差（例えば閾値力率λｔｈに対応する位相差）よりも大きいか否かを判定してもよい。

要は、ステップＳ１０３の判定処理では、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電圧と出力電流との位相差に関する物理量、詳細には相対的に上記位相差に対して変動し易く（変動量が大きく）、且つ、その他のパラメータ（例えば出力電力値Ｐｏｕｔ等）には変動しにくい（変動量が小さい）パラメータを用いるとよい。

○ 送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０４の出力停止処理に代えて、交流電力の電力値を小さくする処理を実行してもよい。詳細には、例えば送電側コントローラ１４は、現状の電力値よりも小さい電力値が設定された電力値情報を含む出力指示信号をＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに送信するとよい。この場合であっても、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力損失の軽減を図ることができる。

○ 実施形態では、力率λが閾値力率λｔｈ以上である場合には、入力電力値Ｐｉｎに関わらず、電力値が変更されることなく交流電力の出力が継続されていたが、これに限られない。例えば、図６に示すように、ステップＳ１０２の判定処理にて用いる閾値入力電力値Ｐｔｈを第１閾値入力電力値Ｐｔｈ１（第１閾値測定値）とする。送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０３を否定判定した場合には、ステップＳ２０１にて、入力電力値Ｐｉｎが第２閾値入力電力値Ｐｔｈ２（第２閾値測定値）よりも大きいか否かを判定する。当該第２閾値入力電力値Ｐｔｈ２は、第１閾値入力電力値Ｐｔｈ１よりも大きく設定されている。詳細には、第２閾値入力電力値Ｐｔｈ２は、力率λが閾値力率λｔｈである場合の許容電力値に設定されている。送電側コントローラ１４は、入力電力値Ｐｉｎが第２閾値入力電力値Ｐｔｈ２よりも大きい場合にはステップＳ１０４に進む一方、入力電力値Ｐｉｎが第２閾値入力電力値Ｐｔｈ２以下である場合にはステップＳ１０５に進む。

かかる構成によれば、図７に示すように、本別例の停止領域Ａ２は、実施形態の停止領域Ａ１よりも広がっている。詳細には、力率λが閾値力率λｔｈ以上であっても、入力電力値Ｐｉｎが第２閾値入力電力値Ｐｔｈ２よりも大きければ、交流電力の出力が停止する。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの異常を、より好適に抑制できる。

特に、第２閾値入力電力値Ｐｔｈ２は、第１閾値入力電力値Ｐｔｈ１よりも大きく設定されているため、入力電力値Ｐｉｎが第１閾値入力電力値Ｐｔｈ１よりも大きい場合には力率λに関わらず交流電力の出力を停止する構成と比較して、第１交流電力の出力が継続され易い。よって、不要な交流電力の出力停止を、より好適に抑制できる。

なお、本別例においては、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０１の処理の実行後、ステップＳ１０３の処理を実行し、ステップＳ１０３を否定判定した場合に、ステップＳ１０２の処理を実行してもよい。

○ 入力電力値測定部３１や力率検出部３２は、送電側コントローラ１４に搭載されていてもよい。
○ 外部電力として所定の電力値の直流電力が入力されてもよい。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａを省略してもよいし、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに代えてＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。本別例においては、ＤＣ／ＤＣコンバータが変換部に対応する。

○ インピーダンス変換器３０を複数設けてもよい。また、インピーダンス変換器３０を省略してもよい。
○ ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの具体的な構成は任意であり、例えばスイッチング素子を１つ有するＥ級増幅器であってもよいし、４つのスイッチング素子を有するブリッジ回路であってもよい。

○ ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの具体的な構成は任意であり、直流電力の電力値を可変にできない構成であってもよい。また、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、例えば昇圧型又は昇降圧型であってもよい。

○ 各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はパワー型のＭＯＳＦＥＴであったが、これに限られず、ＩＧＢＴ等他のスイッチング素子を用いてもよい。また、ボディダイオードＤ１，Ｄ２に代えて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に並列に接続される２つのダイオードを別途設けてもよい。要は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対して並列に接続されるダイオードは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に内蔵されたものであってもよいし、別途取り付けられるものであってもよい。

○ 各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のＯＮ／ＯＦＦの切り替わりの間に、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の双方がＯＦＦ状態となるデッドタイムが設けられていてもよい。
○ 交流電力の出力を停止させる具体的な構成は任意であり、例えばＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの前段又は後段の電力伝送経路上にコンタクタを設け、送電側コントローラ１４が当該コンタクタをＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える構成でもよい。

○ 停止制御処理の実行主体は、送電側コントローラ１４に限られず任意であり、例えば受電側コントローラ２４が実行してもよい。この場合、送電側コントローラ１４は、上記停止制御処理に必要な情報を適宜受電側コントローラ２４に送信するとよい。また、受電側コントローラ２４は、必要に応じて送電側コントローラ１４に対して各種指示を行い、送電側コントローラ１４は、上記各種指示に従って、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂやＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ等の制御を行うとよい。

○ 交流電源１２は、電圧源に限られず、電力源や電流源であってもよい。
○ 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。

○ 受電機器２１の搭載対象は任意であり、例えばロボットや電動車いす等に搭載されてもよい。
○ 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の充電に用いられたが、これに限られず、別の用途に用いられてもよい。

○ 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）前記制御部は、前記力率が前記閾値力率以上である場合には、電力値を変更することなく前記交流電源からの前記交流電力の出力を継続する請求項２又は請求項３に記載の送電機器。

（ロ）前記交流電源と前記１次側コイルとの間に設けられ、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、前記インピーダンス変換部は、前記交流電源から予め定められた特定電力値の交流電力が出力されている場合に、前記力率が１に近づくように前記１次側コイルの入力インピーダンスをインピーダンス変換する請求項１〜４及び（イ）のうちいずれか一項に記載の送電機器。

（ハ）前記交流電源は、外部電力を直流電力に変換するものであって、当該直流電力の電力値を変更可能な変換部を備えている請求項１〜４及び（イ），（ロ）のうちいずれか一項に記載の送電機器。

（ニ）前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、互いに直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を備え、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子が交互にＯＮ／ＯＦＦすることにより前記交流電力を出力するものである請求項１〜４及び（イ）〜（ハ）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…送電機器、１２…交流電源、１２ａ…ＡＣ／ＤＣ変換器、１２ｂ…ＤＣ／ＡＣ変換器、１３ａ…１次側コイル、１４…送電側コントローラ、２１…受電機器、２２…負荷、２３ａ…２次側コイル、３０…インピーダンス変換器、３１…入力電力値測定部、３２…力率検出部、Ｑ１，Ｑ２…ＤＣ／ＡＣ変換器のスイッチング素子、λ…力率、λｔｈ…閾値力率。

Claims (5)

1. 直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部を有し、当該交流電力を出力する交流電源と、
   前記交流電力が入力される１次側コイルと、
   を備え、２次側コイルを有する受電機器の前記２次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能な送電機器であって、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換部の入力電力値、入力電流値、出力電力値又は出力電流値と、力率又は前記入力電流値及び前記出力電流値の電流差と、に基づいて、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくする制御部を備えていることを特徴とする送電機器。
2. 前記入力電力値、前記入力電流値、前記出力電力値又は前記出力電流値を測定する測定部と、
   前記力率を検出する力率検出部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記測定部によって測定された測定値が予め定められた閾値測定値よりも大きく、且つ、前記力率検出部によって検出された前記力率が予め定められた閾値力率よりも低い場合に、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくする請求項１に記載の送電機器。
3. 前記制御部は、前記力率が前記閾値力率よりも低い場合であっても、前記測定値が前記閾値測定値以下である場合には、電力値を変更することなく前記交流電力の出力を継続する請求項２に記載の送電機器。
4. 前記閾値測定値は第１閾値測定値であり、
   前記制御部は、前記力率が前記閾値力率以上であり、且つ、前記測定値が予め定められた第２閾値測定値よりも大きい場合に、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくするものであり、
   前記第２閾値測定値は前記第１閾値測定値よりも大きく設定されている請求項２又は請求項３に記載の送電機器。
5. 直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部を有し、当該交流電力を出力する交流電源と、
   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ＤＣ／ＡＣ変換部の入力電力値、入力電流値、出力電力値又は出力電流値と、力率又は前記入力電流値及び前記出力電流値の電流差と、に基づいて、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくする制御部と、
   を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。