JP2016010284A - 送電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力値が異なる交流電力を好適に送電可能な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、系統電力を第２直流電力値Ｐ２の直流電力に変換可能なＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を送電器１３（１次側コイル１３ａ）に出力するＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとを備えている。ここで、送電機器１１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力を、第２直流電力値Ｐ２よりも小さい第１直流電力値Ｐ１の直流電力に変換可能なＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元を、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ又はＤＣ／ＤＣコンバータ３１に切り替える切替リレー３２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。また、特許文献１においては、受電機器は車両に搭載され、受電機器にて受電された交流電力は、例えば車両に搭載された蓄電装置の充電に用いられる。

特開２００９−１０６１３６号公報

ここで、例えば本格的な電力伝送を行う前段階にて、交流電源から交流電力を出力することにより、送電機器から受電機器への電力伝送が正常に行われるか否かの判定を行いたい場合がある。交流電源への負担や電力損失などの観点から、上記判定時には、交流電源から出力される交流電力の電力値は小さい方が好ましい場合がある。一方、蓄電装置の充電時間の短縮化等の観点に着目した場合、蓄電装置の充電時には、交流電源から出力される交流電力の電力値は大きい方が好ましい場合がある。

これに対して、例えば交流電源が、外部電力が入力された場合に直流電力を出力する変換部と、直流電力を上記交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部とを備えている場合には、上記相反する要求に応えるべく、変換部から出力される直流電力の電力値を可変制御することにより、交流電力の電力値を可変にすることも考えられる。しかしながら、変換部における電力値の可変制御にも限界があり、上記相反する要求に十分に対応できない場合がある。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は電力値が異なる交流電力を好適に送電可能な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、外部から電力が入力されるとともに直流電力を出力する第１変換部、及び、直流電力が入力された場合に当該直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換部を有する交流電源と、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、前記第１変換部から出力される直流電力が入力されるとともに、当該入力された前記直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換可能な第２変換部と、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元を、前記第１変換部又は前記第２変換部に切り替える切替部と、を備え、前記第１直流電力の電力値は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が前記第１変換部である場合に、当該第１変換部から出力される第２直流電力の電力値よりも小さく、前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記第１変換部から前記第２直流電力が入力されている場合には前記交流電力として第２交流電力を出力し、前記第２変換部から前記第１直流電力が入力されている場合には前記交流電力として前記第２交流電力よりも電力値が小さい第１交流電力を出力することを特徴とする。

かかる構成によれば、ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が第１変換部であり、第１変換部からＤＣ／ＡＣ変換部に対して比較的電力値が大きい第２直流電力が入力されている場合には、比較的電力値が大きい第２交流電力が出力される。また、ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が第２変換部であり、第２変換部からＤＣ／ＡＣ変換部に対して比較的電力値が小さい第１直流電力が入力されている場合には、比較的電力値が小さい第１交流電力が出力される。これにより、第１変換部のみを用いる構成と比較して、第１交流電力及び第２交流電力の双方を好適に出力することができる。

上記送電機器について、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が前記第２変換部である場合に、前記１次側コイルから前記２次側コイルへの電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定が行われ、前記切替部は、前記伝送判定によって前記１次側コイルから前記２次側コイルへの電力伝送が行われていると判定された場合には、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元を前記第２変換部から前記第１変換部に切り替えるとよい。かかる構成によれば、比較的電力値が小さい第１交流電力を用いて伝送判定を行うことができるため、当該伝送判定に係る電力損失の軽減を図ることができる。そして、伝送判定の判定結果が肯定判定である場合には、ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が第１変換部に切り替わるため、送電機器から受電機器に向けて、比較的電力値が大きい第２交流電力の送電が可能となる。

上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、外部から電力が入力されるとともに直流電力を出力する第１変換部、及び、直流電力が入力された場合に当該直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換部を有する交流電源と、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、前記第１変換部から出力される直流電力が入力されるとともに、当該入力された前記直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換可能な第２変換部と、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元を、前記第１変換部又は前記第２変換部に切り替える切替部と、を備え、前記第１直流電力の電力値は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が前記第１変換部である場合に、当該第１変換部から出力される第２直流電力の電力値よりも小さく、前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記第１変換部から前記第２直流電力が入力されている場合には前記交流電力として第２交流電力を出力し、前記第２変換部から前記第１直流電力が入力されている場合には前記交流電力として前記第２交流電力よりも電力値が小さい第１交流電力を出力することを特徴とする。

かかる構成によれば、ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が第１変換部であり、第１変換部からＤＣ／ＡＣ変換部に対して比較的電力値が大きい第２直流電力が入力されている場合には、比較的電力値が大きい第２交流電力が出力される。また、ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が第２変換部であり、第２変換部からＤＣ／ＡＣ変換部に対して比較的電力値が小さい第１直流電力が入力されている場合には、比較的電力値が小さい第１交流電力が出力される。これにより、第１変換部のみを用いる構成と比較して、第１交流電力及び第２交流電力の双方を好適に出力することができる。

この発明によれば、電力値が異なる交流電力を好適に送電できる。

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図。 送電側コントローラにて実行される充電制御処理を示すフローチャート。 設定電力値と出力電力値との関係を示すグラフ。

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の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から系統電力が入力されるとともに直流電力を出力する第１変換部としてのＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、直流電力が入力された場合に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変換部としてのＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとを備えている。

ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、例えば昇圧型であり、２００Ｖの系統電力が入力された場合に、予め定められた第２直流電力値Ｐ２（例えば数ｋＷ）の直流電力（以降第２直流電力という）を出力可能に構成されている。具体的には、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、第１スイッチング素子１２ａａを有し、当該第１スイッチング素子１２ａａを予め定められた特定デューティ比（パルス幅）で周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより第２直流電力を出力する。第２直流電力の電圧値は例えば数百Ｖである。なお、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａには、第２直流電力値Ｐ２よりも所定のマージン分だけ高い定格電力を有するものが採用されている。

ここで、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、第１スイッチング素子１２ａａのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を可変させることにより、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。詳細には、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘの電力値の直流電力を出力可能に構成されている。この場合、第２直流電力値Ｐ２は、最小電力値Ｐｍｉｎと最大電力値Ｐｍａｘとの間の値であり、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの定格電力は最大電力値Ｐｍａｘである。

ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、第２スイッチング素子１２ｂａを備えており、当該第２スイッチング素子１２ｂａを周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより直流電力を交流電力に変換する。

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に設けられた車両用バッテリ２２（蓄電装置）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に設けられ且つ交流電源１２から交流電力が入力される送電器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。

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（第２スイッチング素子１２ｂａ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。

受電機器２１は、受電器２３によって受電された交流電力が入力されるものであって当該交流電力を整流する整流器２４（ＡＣ／ＤＣ変換部）を備えている。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、互いに直列に接続された複数の電池セルで構成されている。

受電機器２１は、受電器２３によって受電された交流電力を検知する検知部２５を備えている。検知部２５は、その検知結果を、受電機器２１に設けられた受電側コントローラ２６に送信する。なお、図示は省略するが、受電機器２１は、車両用バッテリ２２の充電状態（ＳＯＣ）を検知し、その検知結果を受電側コントローラ２６に送信するＳＯＣセンサを備えている。

送電機器１１は、当該送電機器１１の各種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、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａやＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ等の各種制御を行う。例えば、送電側コントローラ１４は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに対して、直流電力の出力のＯＮ／ＯＦＦを指示したり、設定電力値を指示したりする。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、設定電力値が指示された場合、当該設定電力値の直流電力が出力されるように第１スイッチング素子１２ａａのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を調整する。なお、本実施形態では、送電側コントローラ１４が「制御部」に対応する。

送電側コントローラ１４と受電側コントローラ２６とは、互いに無線通信可能に構成されている。送電側コントローラ１４と受電側コントローラ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。

図１に示すように、送電機器１１の交流電源１２は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力を、第２直流電力よりも電力値が小さい第１直流電力に変換可能な第２変換部としてのＤＣ／ＤＣコンバータ３１を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、降圧型であり、第３スイッチング素子３１ａを有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の入力端は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力端に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１には、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力が入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから所定の電力値（例えば最小電力値Ｐｍｉｎ）の直流電力が入力された場合、第３スイッチング素子３１ａが周期的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、当該入力された直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換し、当該第１直流電力を出力する。第１直流電力の電力値である第１直流電力値Ｐ１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａが出力可能な最小電力値Ｐｍｉｎよりも小さい。

ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ又はＤＣ／ＤＣコンバータ３１から電力供給が行われるように構成されている。詳細には、交流電源１２は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元を、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ又はＤＣ／ＤＣコンバータ３１に切り替える切替部としての切替リレー３２を備えている。なお、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元とは、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力端の接続先とも言える。

かかる構成によれば、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａとＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとが接続され、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに第２直流電力が入力されている場合、当該第２直流電力を変換することによって得られた交流電力（以降第２交流電力という）がＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから出力される。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１とＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとが接続され、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに第１直流電力が入力されている場合、当該第１直流電力を変換することによって得られた交流電力（以降第１交流電力という）がＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから出力される。第１交流電力は、第２交流電力よりも電力値が小さい交流電力である。

ちなみに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１から出力される直流電力の電力値は、第３スイッチング素子３１ａのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比によって規定される。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、第３スイッチング素子３１ａのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を変更することにより、出力電力値を変更可能に構成されている。詳細には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に最小電力値Ｐｍｉｎの直流電力が入力されている状況下においてＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力可能な電力値の範囲は、０から最小電力値Ｐｍｉｎまでの範囲（但し０は除く）よりも広い。すなわち、本実施形態の交流電源１２は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ３１とを使い分けることによって、０から最大電力値Ｐｍａｘまでの範囲（但し０は除く）の直流電力をＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに出力可能に構成されている。なお、第１直流電力値Ｐ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力可能な電力値の範囲に含まれる値であるとも言える。

ちなみに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、送電側コントローラ１４から上記出力可能な電力値の範囲内の設定電力値が指示された場合、当該設定電力値の直流電力が出力されるように動作する。

送電側コントローラ１４は、予め定められた充電シーケンス開始条件が成立した場合には、受電側コントローラ２６と無線通信を行いながら、車両用バッテリ２２を充電するための充電制御処理を実行する。当該充電制御処理について以下に詳細に説明する。なお、充電シーケンス開始条件は任意であるが、例えば受電側コントローラ２６から要求があった場合や、所定のセンサなどによって車両が検知された場合等が考えられる。

図２に示すように、まずステップＳ１０１にて、送電側コントローラ１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１とＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとが接続されるように切替リレー３２を制御する。そして、ステップＳ１０２にて、送電側コントローラ１４は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから第１交流電力が出力されるようにＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを制御する。詳細には、送電側コントローラ１４は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから最小電力値Ｐｍｉｎの直流電力が出力されるようにＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに指示を出し、最小電力値Ｐｍｉｎの直流電力を第１直流電力に変換するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３１に指示を出す。そして、送電側コントローラ１４は、第１直流電力を第１交流電力に変換するようにＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに指示を出す。

また、送電側コントローラ１４は、受電側コントローラ２６に対して第１交流電力の出力中である通知を行う。受電側コントローラ２６は、上記通知を受信した場合には、検知部２５の検知結果に基づいて、受電器２３にて予め定められた閾値電力値以上の交流電力が受電されたか否かを判定し、交流電力が受電された場合には、受電確認信号を送電側コントローラ１４に送信する。なお、上記閾値電力値は「０」以外であれば任意であるが、例えば第１交流電力の電力値に対して閾値伝送効率を乗算した値等が考えられる。

続くステップＳ１０３では、送電側コントローラ１４は、所定期間内に受電側コントローラ２６からの受電確認信号を受信したか否かを判定する。
送電側コントローラ１４は、所定期間内に受電確認信号を受信しない場合には、送電機器１１（送電器１３）及び受電機器２１（受電器２３）間の電力伝送に何らかの異常があるとして、ステップＳ１０４の異常対応処理を実行して、本充電制御処理を終了する。異常対応処理では、送電側コントローラ１４は、例えば、第１交流電力の出力を停止したり、エラー報知を行ったりする。

送電側コントローラ１４は、所定期間内に受電確認信号を受信した場合には、ステップＳ１０５に進み、第１交流電力の出力を停止させる。第１交流電力の出力を停止させる具体的な処理としては、例えば第２スイッチング素子１２ｂａの周期的なＯＮ／ＯＦＦが停止するようＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを制御してもよいし、切替リレー３２の切替先をフローティングにしてもよい。

その後、ステップＳ１０６では、送電側コントローラ１４は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａとＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとが接続されるように切替リレー３２を制御する。そして、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０７にて、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから第２交流電力が出力されるようにＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを制御する。これにより、第２交流電力が送電器１３から受電器２３に向けて伝送され、当該第２交流電力が整流器２４にて整流されて、車両用バッテリ２２に入力される。よって、車両用バッテリ２２の充電が行われる。なお、第２交流電力を用いて行われる車両用バッテリ２２の充電を通常充電という。

その後、ステップＳ１０８では、送電側コントローラ１４は、押し込み充電を行う契機となる押し込み充電条件が成立したか否かを判定する。押し込み充電条件は、例えば車両用バッテリ２２の充電状態（ＳＯＣ）が予め定められた押し込み充電契機状態となることである。押し込み充電とは、第１交流電力の電力値よりも大きく、且つ、第２交流電力の電力値よりも小さい電力値の第３交流電力を用いて車両用バッテリ２２を充電することである。

ステップＳ１０８の具体的な処理構成としては任意であるが、例えば受電側コントローラ２６は、車両用バッテリ２２の充電中、ＳＯＣセンサの検知結果に基づいて、車両用バッテリ２２の充電状態を定期的に把握する。そして、受電側コントローラ２６は、車両用バッテリ２２の充電状態が押し込み充電契機状態となったことに基づいて、押し込み充電の要求信号を送電側コントローラ１４に送信する。この場合、送電側コントローラ１４は、上記要求信号を受信した場合に、押し込み充電条件が成立したと判定する。

送電側コントローラ１４は、押し込み充電条件が成立していない場合には、ステップＳ１１０に進む一方、押し込み充電条件が成立した場合には、ステップＳ１０９にて、押し込み充電を開始してからステップＳ１１０に進む。詳細には、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０９では、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから、第１直流電力値Ｐ１より大きく、且つ、第２直流電力値Ｐ２よりも小さい第３直流電力値Ｐ３の直流電力（以降第３直流電力という）が出力されるようにＡＣ／ＤＣ変換器１２ａを制御する。第３直流電力値Ｐ３は、最小電力値Ｐｍｉｎよりも大きい。そして、送電側コントローラ１４は、第３直流電力を第３交流電力に変換するようにＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを制御する。これにより、押し込み充電が開始される。

ステップＳ１１０では、送電側コントローラ１４は、車両用バッテリ２２の充電の終了条件が成立したか否かを判定する。終了条件は、例えば車両用バッテリ２２の充電状態が終了契機状態となることや、異常が発生した場合等である。

送電側コントローラ１４は、終了条件が成立している場合には、ステップＳ１１１にて、交流電力の出力を停止させる処理を実行し、本充電制御処理を終了する。一方、送電側コントローラ１４は、終了条件が成立していない場合には、ステップＳ１１２に進み、押し込み充電中か否かを判定する。送電側コントローラ１４は、押し込み充電中である場合にはステップＳ１１０に戻る一方、押し込み充電中でない場合、すなわち通常充電中である場合にはステップＳ１０８に戻る。

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、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１における設定電力値に対する出力電力値の関係を示すグラフである。換言すれば、図３のグラフは、仮にＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１が、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに向けて設定電力値の直流電力が出力されるように動作した場合に、当該ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１から実際に出力される直流電力の電力値を示すグラフである。なお、図３においては、図示の都合上、１点鎖線と２点鎖線とを異ならせて示しているが、実際には一部重なっている。

図３の２点鎖線に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａはＰｍｉｎ〜Ｐｍａｘの直流電力を出力可能であるため、設定電力値がＰｍｉｎ〜Ｐｍａｘの範囲内においては、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから、設定電力値と同一電力値の直流電力が出力される。そして、第２直流電力値Ｐ２及び第３直流電力値Ｐ３は、最小電力値Ｐｍｉｎと最大電力値Ｐｍａｘとの間の値であるため、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａを用いることにより、第２直流電力及び第３直流電力の出力が可能となっている。

しかしながら、設定電力値が最小電力値Ｐｍｉｎよりも小さくなると、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの第１スイッチング素子１２ａａのパルス幅の制御が困難になり、且つ、第１スイッチング素子１２ａａの立ち上がり時間や立ち下がり時間の影響を無視できなくなる。すると、図３の２点鎖線に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、設定電力値と同一の電力値の直流電力を出力することができない。

一方、図３の１点鎖線に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、設定電力値が０〜Ｐｍｉｎ（但し０は除く）の範囲であれば、設定電力値と同一電力値の直流電力を出力する。また、第１直流電力値Ｐ１は上記範囲内の値である。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を用いることにより、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａでは出力できない程小さな電力値の直流電力である第１直流電力の出力が可能となる。

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）送電機器１１は、直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を送電器１３（１次側コイル１３ａ）に出力するＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを備えている。送電機器１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに対して直流電力を出力するものとして、系統電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ、及び、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力が入力されるとともに、当該入力された直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換可能なＤＣ／ＤＣコンバータ３１の２つを備えている。そして、送電機器１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元を、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ又はＤＣ／ＤＣコンバータ３１に切り替える切替リレー３２を備えている。第１直流電力の電力値である第１直流電力値Ｐ１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＡＣ／ＤＣ変換器１２ａである場合に、当該ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される第２直流電力の電力値である第２直流電力値Ｐ２よりも小さく設定されている。そして、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから第２直流電力が入力されている場合には第２交流電力を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１から第１直流電力が入力されている場合には、第２交流電力よりも電力値が小さい第１交流電力を出力する。これにより、交流電源１２（ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ）から電力値が異なる第１交流電力及び第２交流電力の双方を好適に出力させることができる。

（２）受電機器２１は車両に搭載されており、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２２の充電に用いられる。この場合、車両に搭載される車両用バッテリ２２の容量は、携帯電話等に搭載されるバッテリの容量と比較して、オーダが異なる程大きい場合がある。このような大容量の車両用バッテリ２２の充電を短期間で行うためには、交流電源１２は、比較的高い電力値の交流電力（第２交流電力）を出力する必要がある。そのため、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａには、定格電力が比較的高いものが採用される。しかしながら、このようなＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、上述した通り、小さい電力値の直流電力を出力することが困難である。

これに対して、本実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を用いることによって、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａが出力可能な最小電力値Ｐｍｉｎよりも小さい電力値の第１直流電力をＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに入力させることができる。よって、上記不都合を回避できる。

（３）送電側コントローラ１４は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＤＣ／ＤＣコンバータ３１である場合に、送電器１３から受電器２３への電力伝送が行われている（詳細には受電器２３にて交流電力が受電されている）か否かの伝送判定を行う（ステップＳ１０４）。そして、送電側コントローラ１４は、送電器１３から受電器２３への電力伝送が行われていると判定した場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＤＣ／ＤＣコンバータ３１からＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに切り替わるように切替リレー３２を制御する。これにより、比較的電力値が小さい第１交流電力を用いて伝送判定が行われるため、当該伝送判定に係る電力損失の軽減を図ることができる。そして、伝送判定の判定結果が肯定判定である場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに切り替わるため、送電機器１１から受電機器２１に向けて、比較的電力値が大きい第２交流電力の送電が可能となる。

特に、比較的電力値が大きい第２交流電力を用いて伝送判定を行う場合、各コイル１３ａ，２３ａの位置関係によっては、伝送効率が過度に低くなることに起因して反射波電力の電力値が過度に大きくなり、交流電源１２への負担が大きくなる場合がある。これに対して、本実施形態では、第１交流電力を用いて伝送判定を行うことにより、仮に上記のように伝送効率が過度に低い場合であっても、交流電源１２に過度に負担が付与されることを抑制できる。

（４）ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは昇圧型である。昇圧型のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、昇降圧型のものと比較して、小型なものとなり易い。これにより、昇降圧型のものを採用する構成と比較して、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの小型化を図ることができる。

ここで、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａが昇圧型である場合、当該ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａが出力可能な最小電力値Ｐｍｉｎは大きくなり易い。このため、昇圧型のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａでは、伝送判定で要求される電力値（第１直流電力値Ｐ１）を実現できない場合がある。

これに対して、本実施形態では、上述した通り、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を用いることにより、伝送判定で要求される電力値を実現している。よって、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの小型化を図りつつ、伝送判定で要求される電力値を実現できる。

（５）ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＤＣ／ＤＣコンバータ３１である場合には、第２直流電力値Ｐ２よりも小さい電力値、すなわち最小電力値Ｐｍｉｎの直流電力を出力する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、最小電力値Ｐｍｉｎの直流電力を第１直流電力に変換して出力する。かかる構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の降圧比を小さくすることができ、これを通じてＤＣ／ＤＣコンバータ３１の小型化等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、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、３種類（第２直流電力値Ｐ２、第３直流電力値Ｐ３及び最小電力値Ｐｍｉｎ）の直流電力を出力する構成であったが、これに限られず、Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘの範囲内のいずれの電力値の直流電力を出力してもよい。同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１も、第１直流電力値Ｐ１に限られず、０〜Ｐｍｉｎの範囲内のいずれの電力値の直流電力を出力してもよい。

○ ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＤＣ／ＤＣコンバータ３１である場合におけるＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値は、最小電力値Ｐｍｉｎに限られず、任意である。例えば上記出力電力値が第２直流電力値Ｐ２よりも小さい場合、上記出力電力値が第２直流電力値Ｐ２である場合と比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の降圧比を小さくすることができる。また、上記出力電力値は、第２直流電力値Ｐ２と同じでも大きくてもよい。要は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値が可変である構成において、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＤＣ／ＤＣコンバータ３１である場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値は、Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘの間の所定値であればよい。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の降圧比は、上記所定値の直流電力を第１直流電力に変換する値に設定されていればよい。

○ 実施形態では、送電側コントローラ１４は、通常充電を行う前に伝送判定を行う構成であったが、これに限られず、上記伝送判定を省略してもよい。
○ 伝送判定で用いられる交流電力の電力値と、押し込み充電で用いられる交流電力の電力値とは同一であってもよい。

○ 送電側コントローラ１４は、押し込み充電時と伝送判定時との双方にてＤＣ／ＤＣコンバータ３１を用いてもよい。
○ 第１交流電力の用途は、伝送判定に限られず、任意である。

○ 押し込み充電を省略してもよい。
○ ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、昇圧型に限られず、昇降圧型であってもよい。但し、交流電源１２の小型化の観点に着目すれば、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは昇圧型である方が好ましい。

○ ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、出力する直流電力の電力値を可変に構成されていたが、これに限られず、第２直流電力のみを出力する構成であってもよい。
○ 外部電力は、系統電力に限られず、任意である。例えば、外部電力は直流電力であってもよい。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに代えて、電力値変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータを設けるとよい。なお、本別例においては、ＤＣ／ＤＣコンバータが第１変換部に対応する。つまり、第１変換部とは、交流電力を直流電力に変換するものに限られず、直流電力の電力値変換を行うものを含む。換言すれば、第１変換部とは、外部電力が入力された場合に当該外部電力を所定の電力値の直流電力に変換するものである。

○ ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを冷却する冷却部（例えばファン）を設けてもよい。
○ 送電機器１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂと送電器１３との間に設けられた１次側インピーダンス変換器を備えていてもよい。同様に、受電機器２１は、受電器２３と整流器２４との間に設けられた２次側インピーダンス変換器を備えていてもよいし、整流器２４と車両用バッテリ２２との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータを備えていてもよい。

○ 検知部２５は、整流器２４によって整流された直流電力を検知してもよい。
○ ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの具体的な構成は任意であり、各スイッチング素子１２ａａ，１２ｂａの個数は１つでもよいし、複数でもよい。

例えば、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、４つの第２スイッチング素子１２ｂａを有するブリッジ回路を備えていてもよい。この場合、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、４つの第２スイッチング素子１２ｂａの全てがＯＮ／ＯＦＦするフルブリッジモードで第２交流電力を出力し、４つの第２スイッチング素子１２ｂａのうち２つの第２スイッチング素子１２ｂａが交互にＯＮ／ＯＦＦするハーフブリッジモードで第１交流電力を出力するとよい。これにより、より好適に第１交流電力を出力できる。

○ 伝送判定の具体的な処理内容としては任意である。例えば、受電側コントローラ２６は、第１交流電力の出力中である旨の通知を受けた後、受電器２３によって交流電力が受電されていない場合には受電不可信号を送信してもよい。この場合、送電側コントローラ１４は、受電不可信号を受信した場合には、所定期間を待つことなく異常対応処理を実行してもよい。

○ 充電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２６が実行してもよい。この場合、送電側コントローラ１４は、上記充電制御処理に必要な情報を適宜受電側コントローラ２６に送信するとよい。また、受電側コントローラ２６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、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１等の制御を行うとよい。

○ ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値が最小電力値Ｐｍｉｎに近い場合に生じ得るＡＣ／ＤＣ変換器１２ａからの出力電圧波形や出力電流波形の歪みといった不都合を回避するべく、最小電力値Ｐｍｉｎに近い電力値の交流電力の出力には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を用いてもよい。

○ 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。

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）前記第１変換部は、出力する直流電力の電力値を変更可能に構成されており、前記第１直流電力の電力値は、前記第１変換部が出力可能な最小電力値よりも小さい請求項１又は請求項２に記載の送電機器。

（ロ）前記第１変換部は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が前記第２変換部である場合、前記第２直流電力よりも電力値が小さい所定値の直流電力を出力するものであり、前記第２変換部は、前記所定値の直流電力を前記第１直流電力に変換するものである（イ）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（第１変換部）、１２ｂ…ＤＣ／ＡＣ変換器、１３ａ…１次側コイル、１４…送電側コントローラ（制御部）、２１…受電機器、２２…車両用バッテリ、２３ａ…２次側コイル、３１…ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２変換部）、３２…切替リレー。

Claims (3)

1. 外部から電力が入力されるとともに直流電力を出力する第１変換部、及び、直流電力が入力された場合に当該直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換部を有する交流電源と、
   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、
   前記第１変換部から出力される直流電力が入力されるとともに、当該入力された前記直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換可能な第２変換部と、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元を、前記第１変換部又は前記第２変換部に切り替える切替部と、
   を備え、
   前記第１直流電力の電力値は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が前記第１変換部である場合に、当該第１変換部から出力される第２直流電力の電力値よりも小さく、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記第１変換部から前記第２直流電力が入力されている場合には前記交流電力として第２交流電力を出力し、前記第２変換部から前記第１直流電力が入力されている場合には前記交流電力として前記第２交流電力よりも電力値が小さい第１交流電力を出力することを特徴とする送電機器。
2. 前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が前記第２変換部である場合に、前記１次側コイルから前記２次側コイルへの電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定が行われ、
   前記切替部は、前記伝送判定によって前記１次側コイルから前記２次側コイルへの電力伝送が行われていると判定された場合には、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元を前記第２変換部から前記第１変換部に切り替える請求項１に記載の送電機器。
3. 外部から電力が入力されるとともに直流電力を出力する第１変換部、及び、直流電力が入力された場合に当該直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換部を有する交流電源と、
   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、
   前記第１変換部から出力される直流電力が入力されるとともに、当該入力された前記直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換可能な第２変換部と、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元を、前記第１変換部又は前記第２変換部に切り替える切替部と、
   を備え、
   前記第１直流電力の電力値は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が前記第１変換部である場合に、当該第１変換部から出力される第２直流電力の電力値よりも小さく、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記第１変換部から前記第２直流電力が入力されている場合には前記交流電力として第２交流電力を出力し、前記第２変換部から前記第１直流電力が入力されている場合には前記交流電力として前記第２交流電力よりも電力値が小さい第１交流電力を出力することを特徴とする非接触電力伝送装置。