JP2016092959A - 送電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源負荷インピーダンスの変動に好適に対応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】受電器２３及びバッテリ２２を有する受電機器２１に対して非接触で交流電力を送電可能な送電機器１１は、交流電源１２と、交流電源１２から出力された交流電力が入力される送電器１３と、交流電源１２を制御する送電側コントローラ１４とを備えている。交流電源１２は、外部電力としての系統電力を所定の電圧値Ｖｔの直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａによって変換された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変換器１２ｂとを有している。【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次側コイル及び負荷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

ここで、交流電源の出力端から負荷までのインピーダンスである電源負荷インピーダンスは、１次側コイルと２次側コイルとの相対位置等に応じて変動する。電源負荷インピーダンスが変動すると、例えば交流電源の出力電力値等が変動する。このため、電源負荷インピーダンスが変動する状況において、出力電力値を目標値である目標電力値に近づけるためには、交流電源として定格電圧値や定格電流値が高いものを採用する必要が生じたり、出力電圧値や出力電流値の可変幅が広いものを採用する必要が生じたりする。このような交流電源を採用することは、コストや大型化等の観点から好ましくない。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は電源負荷インピーダンスの変動に好適に対応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である。

上記目的を達成する送電機器は、外部電力を所定の電圧値の直流電力に変換する外部電力変換部と、前記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変換部と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、前記交流電源の出力電力値の可変制御を含む前記交流電源の制御を行う制御部と、を備え、前記１次側コイルから、２次側コイル及び負荷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変換部は、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を２つ含むフルブリッジ回路を備え、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の動作モードは、前記２つのハーフブリッジ回路の双方が動作するフルブリッジモードと、前記２つのハーフブリッジ回路のうちいずれか一方が動作するハーフブリッジモードと、を含み、前記制御部は、目標電力値の交流電力の出力を開始する前に、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の動作モードが前記ハーフブリッジモードに設定された状態で、前記交流電力として前記目標電力値よりも小さい電力値の判定用電力が出力されるように前記交流電源を制御する判定用電力出力制御部と、前記判定用電力が出力されている状況において、前記交流電源の出力端から前記負荷までのインピーダンスである電源負荷インピーダンスを把握する把握部と、前記把握部により把握された前記電源負荷インピーダンスが予め定められた閾値電源負荷インピーダンス以下である場合には、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の動作モードが前記ハーフブリッジモードに維持された状態で前記目標電力値の交流電力が出力されるように、前記交流電源を制御する第１目標電力出力制御部と、前記把握部により把握された前記電源負荷インピーダンスが前記閾値電源負荷インピーダンスよりも高い場合には、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の動作モードが前記ハーフブリッジモードから前記フルブリッジモードに切り替わった状態で前記目標電力値の交流電力が出力されるように、前記交流電源を制御する第２目標電力出力制御部と、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、目標電力値の交流電力が出力される前に、判定用電力出力制御部によって、動作モードがハーフブリッジモードに設定された状態で交流電源から判定用電力が出力される。そして、判定用電力の出力時における電源負荷インピーダンスが把握される。

ここで、電源負荷インピーダンスが閾値電源負荷インピーダンス以下といった比較的低い場合には、目標電力値の交流電力を出力するために、比較的低い出力電圧値が要求される場合がある。この点、本構成によれば、電源負荷インピーダンスが閾値電源負荷インピーダンス以下である場合には、第１目標電力出力制御部によって、動作モードがハーフブリッジモードに維持された状態で目標電力値の交流電力の出力が行われる。これにより、電源負荷インピーダンスが比較的低い場合であっても、好適に目標電力値の交流電力を出力させることができる。

一方、電源負荷インピーダンスが比較的高い場合、詳細には電源負荷インピーダンスが閾値電源負荷インピーダンスよりも高い場合には、目標電力値の交流電力を出力するために、比較的高い出力電圧値が要求される場合がある。この点、本構成によれば、電源負荷インピーダンスが閾値電源負荷インピーダンスよりも高い場合には、第２目標電力出力制御部によって、動作モードがハーフブリッジモードからフルブリッジモードに切り替わった状態で目標電力値の交流電力の出力が行われる。これにより、電源負荷インピーダンスが比較的高い場合であっても、好適に目標電力値の交流電力を出力させることができる。

また、目標電力値の交流電力の出力前に、ハーフブリッジモードで判定用電力を出力させ、その状況における電源負荷インピーダンスを把握する構成を採用したことにより、目標電力値の交流電力の出力前に動作モードを決定することができる。また、判定用電力の電力値は目標電力値よりも小さいため、電源負荷インピーダンスが大きくずれている場合であっても、交流電源に過電圧や過電流は生じにくい。よって、動作モードの決定の際に、電源負荷インピーダンスに起因して過電圧又は過電流が生じることを抑制できる。以上のことから、電源負荷インピーダンスの変動に好適に対応できる。

上記送電機器について、前記制御部は、前記外部電力変換部によって変換される前記直流電力の電圧値を可変制御することにより、前記交流電源の出力電力値を可変制御するとよい。かかる構成によれば、直流電力の電圧値の可変制御とＤＣ／ＡＣ変換部の動作モードとを組み合わせることにより、好適に交流電源から判定用電力を出力させたり、目標電力値の交流電力を出力させたりすることができる。

上記送電機器について、前記制御部は、前記２つのハーフブリッジ回路のうち動作対象のハーフブリッジ回路の両スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を可変制御することにより、前記交流電源の出力電力値を可変制御するとよい。かかる構成によれば、上記デューティ比の可変制御とＤＣ／ＡＣ変換部の動作モードとを組み合わせることにより、好適に交流電源から判定用電力を出力させたり、目標電力値の交流電力を出力させたりすることができる。

上記送電機器について、前記目標電力値に応じて、前記閾値電源負荷インピーダンスを変更する閾値変更部を備えているとよい。かかる構成によれば、目標電力値に応じて閾値電源負荷インピーダンスを変更することにより、目標電力値に応じて最適な動作モードを選択することができる。

上記送電機器について、前記目標電力値は、予め定められた規定範囲内の値に設定されるものであり、前記閾値電源負荷インピーダンスは、前記ハーフブリッジモードで前記規定範囲の上限値の交流電力を出力可能な前記電源負荷インピーダンスの上限値に設定されているとよい。かかる構成によれば、目標電力値に応じて閾値電源負荷インピーダンスを変更する必要がないため、制御の簡素化を図ることができる。

上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、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、電源負荷インピーダンスの変動に好適に対応できる。

上記非接触電力伝送装置について、前記負荷のインピーダンスは、状況に応じて変動するものであり、前記受電機器は、前記負荷とは別に設けられ、一定のインピーダンスを有する固定負荷と、前記２次側コイルによって受電される交流電力又はその交流電力を変換することによって得られる直流電力の入力先を、前記負荷又は前記固定負荷に切り替える切替部と、を備え、前記非接触電力伝送装置は、前記判定用電力出力制御部によって前記交流電源から前記判定用電力が出力される場合には前記入力先が前記固定負荷となり、前記第１目標電力出力制御部又は前記第２目標電力出力制御部によって前記交流電源から前記目標電力値の交流電力が出力される場合には前記入力先が前記負荷となるように、前記切替部を制御する切替制御部を備えているとよい。かかる構成によれば、判定用電力が出力される場合には、２次側コイルによって受電される交流電力又はその交流電力を変換することによって得られる直流電力の入力先が、負荷ではなく、固定負荷となる。これにより、把握部によって把握される電源負荷インピーダンスは、負荷のインピーダンスの変動の影響を受けない。よって、負荷のインピーダンスの変動の影響を考慮することなく、動作モードを決定することができる。

上記非接触電力伝送装置について、前記固定負荷よりも後段であって前記負荷よりも前段に設けられ、インピーダンスが可変に構成さ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の入力インピーダンスが予め定められた特定値に近づくように前記負荷のインピーダンスの変動に対応させて前記インピーダンス変換部のインピーダンスを可変制御するインピーダンス可変制御部と、を備え、前記固定負荷のインピーダンスは、前記特定値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、固定負荷のインピーダンスは特定値に対応させて設定されている。これにより、上記入力先が固定負荷となっている判定用電力の出力時と、上記入力先が負荷となっている目標電力値の交流電力の出力時とで、電源負荷インピーダンスが変動しにくい。よって、判定用電力の出力時と目標電力値の交流電力の出力時とで電源負荷インピーダンスが変動することを抑制できる。

この発明によれば、電源負荷インピーダンスの変動に好適に対応できる。

第１実施形態の非接触電力伝送装置の電気的構成を示すブロック図。 交流電源の詳細な構成を示すブロック回路図。 目標電力値と、ハーフ対応上限値との関係を示すグラフ。 送電開始制御処理を示すフローチャート。 第２実施形態の非接触電力伝送装置の電気的構成を示すブロック図。 第２実施形態の送電開始制御処理を示すフローチャート。

（第１実施形態）
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）を車両に適用した第１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（地上側機器、１次側機器）１１及び受電機器（車両側機器、２次側機器）２１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、移動体としての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、外部電源としての系統電源Ｅから、外部電力としての系統電力が入力された場合に、当該系統電力を予め定められた周波数の交流電力に変換し、その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、系統電力を所定の電圧値Ｖｔの直流電力に変換する外部電力変換部としてのＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａによって変換された直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器（ＤＣ／ＡＣ変換部）１２ｂとを備えている。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に設けられた蓄電装置としてのバッテリ（二次電池）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、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を含む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を含む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、当該送電機器１１に設けられた１次側インピーダンス変換器３１を介して、交流電源１２から出力された交流電力が送電器１３に入力されるように構成されている。

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に、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によって受電される交流電力を整流し、その整流された直流電力を出力する整流器２４を備えている。整流器２４には、受電機器２１に設けられた２次側インピーダンス変換器３２を介して、受電器２３から交流電力が入力される。整流器２４は、受電器２３によって受電される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換部とも言える。なお、整流器２４は、例えば整流ダイオードを有している。

また、受電機器２１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インピーダンス変換部としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２５を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、２次側スイッチング素子２５ａを有し、当該２次側スイッチング素子２５ａが周期的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、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。バッテリ２２は、例えば複数の電池セルで構成されている。本実施形態では、バッテリ２２が「負荷」に対応する。

ここで、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、状況に応じて変動する。詳細には、負荷インピーダンスＺＬは、バッテリ２２の充電状態やバッテリ２２の入力電力値に応じて変動する。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の入力インピーダンスである変換インピーダンスＺｑは、２次側スイッチング素子２５ａのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比である２次側デューティ比に依存する。詳細には、例えば２次側デューティ比が小さくなる、つまり１周期あたりの２次側スイッチング素子２５ａのＯＮ時間が短くなると、変換インピーダンスＺｑが高くなる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、２次側スイッチング素子２５ａが周期的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、変換インピーダンスＺｑが所定値となるようにインピーダンス変換するものである。換言すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、２次側デューティ比が可変制御（変更）されることにより、インピーダンスが可変（変更可能）に構成されたインピーダンス変換部である。

なお、２次側デューティ比の可変制御は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５のインピーダンスの可変制御とも言える。また、変換インピーダンスＺｑは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の入力端からバッテリ２２までのインピーダンスとも言える。

ちなみに、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、降圧型、昇降圧型のいずれであってもよい。また、２次側スイッチング素子２５ａが複数あってもよい。

受電機器２１は、バッテリ２２の充電状態（ＳＯＣ）を検出するＳＯＣセンサ２６を備えている。ＳＯＣセンサ２６は、その検出結果を、受電機器２１に設けられた受電側コントローラ２７に送信する。これにより、受電側コントローラ２７は、バッテリ２２の充電状態を把握できる。

同様に、受電機器２１は、変換インピーダンスＺｑを把握するのに用いられる２次側測定器２８を備えている。２次側測定器２８は、整流器２４とＤＣ／ＤＣコンバータ２５とを接続する電力線の電圧値及び電流値を測定する。そして、２次側測定器２８は、その測定結果を受電側コントローラ２７に送信する。受電側コントローラ２７は、２次側測定器２８の測定結果に基づいて、変換インピーダンスＺｑを把握する。

受電側コントローラ２７は、２次側測定器２８の測定結果から把握される変換インピーダンスＺｑが予め定められた特定値である特定変換インピーダンスＺｑｔに近づく（好ましくは一致する）ように、負荷インピーダンスＺＬの変動に対応させて２次側デューティ比を可変制御する。これにより、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は特定変換インピーダンスＺｑｔとなっている。本実施形態では、受電側コントローラ２７が「インピーダンス可変制御部」に対応する。

図１に示すように、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からの交流電力の出力のＯＮ／ＯＦＦを制御するとともに、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔを制御するものである。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２７とは、無線通信可能に構成されている。非接触電力伝送装置１０は、両コントローラ１４，２７間で情報のやり取りを行うことにより、電力伝送の制御等を行う。

既に説明した通り、非接触電力伝送装置１０は、交流電源１２からバッテリ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を備えている。送電機器１１に設けられた１次側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、受電機器２１に設けられた２次側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。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。

２次側インピーダンス変換器３２は、当該２次側インピーダンス変換器３２の入力インピーダンスが予め定められた特定インピーダンスに近づく（好ましくは一致する）ようにインピーダンス変換を行うものである。特定インピーダンスとは、例えば伝送効率が高くなる値である。例えば、仮に送電器１３の入力端に仮想負荷を設けた場合において、当該仮想負荷の抵抗値をＲａとし、受電器２３（詳細には受電器２３の出力端）から仮想負荷までの抵抗値をＲｂとすると、特定インピーダンスは√（Ｒａ×Ｒｂ）である。２次側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が特定変換インピーダンスＺｑｔである場合に２次側インピーダンス変換器３２の入力インピーダンスが特定インピーダンスとなるように特定変換インピーダンスＺｑｔに対応させて設定されている。なお、２次側インピーダンス変換器３２の入力インピーダンスは、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とも言える。

１次側インピーダンス変換器３１は、交流電源１２の出力端からバッテリ２２までのインピーダンスである電源負荷インピーダンスＺｐが予め定められた特定電源負荷インピーダンスＺｐｔ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を行うものである。詳細には、１次側インピーダンス変換器３１の定数は、送電器１３と受電器２３との相対位置が予め定められた基準位置であり、且つ、変換インピーダンスＺｑが特定変換インピーダンスＺｑｔである場合に、電源負荷インピーダンスＺｐが特定電源負荷インピーダンスＺｐｔとなるように設定されている。

なお、基準位置とは、磁場共鳴可能な位置であれば任意であるが、例えば送電器１３が地面に設置され、受電器２３が車両の底部に取り付けられている構成においては、送電器１３と受電器２３とが鉛直方向に対向する位置である。

ここで、電源負荷インピーダンスＺｐは、交流電源１２の出力電圧値及び出力電流値に影響を与えるパラメータである。例えば交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔが同一条件下においては、電源負荷インピーダンスＺｐが高くなると出力電圧値が高くなる一方、電源負荷インピーダンスＺｐが低くなると出力電流値が高くなる。

かかる構成において、特定電源負荷インピーダンスＺｐｔは、交流電源１２が予め定められた規定範囲（下限値Ｐｓｍｉｎ〜上限値Ｐｓｍａｘ）内の電力値の交流電力を出力可能となるように、交流電源１２の仕様（定格電圧値や定格電流値）に対応させて設定された電源負荷インピーダンスＺｐである。

なお、「変換インピーダンスＺｑが特定変換インピーダンスＺｑｔである場合」とは「２次側インピーダンス変換器３２の入力インピーダンスが特定インピーダンスである場合」とも言える。また、電源負荷インピーダンスＺｐは、１次側インピーダンス変換器３１の入力インピーダンスとも言える。

図１に示すように、送電機器１１は、電源負荷インピーダンスＺｐを把握するのに用いられる１次側測定器４０を備えている。１次側測定器４０は、交流電源１２の出力電圧値及び出力電流値を測定する。そして、１次側測定器４０は、その測定結果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、１次側測定器４０の測定結果に基づいて電源負荷インピーダンスＺｐを把握する。

ここで、電源負荷インピーダンスＺｐは、送電器１３と受電器２３との相対位置や両コイル１３ａ，２３ａの軸線方向等に応じて変動する。このため、送電器１３と受電器２３との相対位置等が変動すると、電源負荷インピーダンスＺｐは特定電源負荷インピーダンスＺｐｔからずれる。この場合、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔが目標値である目標電力値Ｐｓとなる前に、交流電源１２の出力電圧値や出力電流値が定格値に達し、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔが目標電力値Ｐｓとならない場合等が生じ得る。

また、電力伝送を行う状況によって目標電力値Ｐｓが変更される場合がある。この場合、比較的大きい目標電力値Ｐｓと電源負荷インピーダンスＺｐの変動とに対応するべく、定格電圧値や定格電流値が比較的高いものを交流電源１２として採用すると、比較的小さい目標電力値Ｐｓに対応することが困難となる場合がある。かといって、このような条件を全て満たす電源を採用しようとすると、コストの増大化や大型化等が懸念される。

これに対して、本実施形態の送電機器１１は、電源負荷インピーダンスＺｐの変動に対応可能に構成されている。この点について、交流電源１２の詳細な構成と合わせて以下に説明する。

交流電源１２のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは昇圧型である。図２に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、昇圧スイッチング素子１２ａａを有し、当該昇圧スイッチング素子１２ａａが周期的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、外部電力としての系統電力を所定の電圧値Ｖｔの直流電力に変換する。この場合、直流電力の電圧値Ｖｔは、昇圧スイッチング素子１２ａａのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比である昇圧デューティ比に依存する。

なお、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの具体的な構成は任意であるが、例えば整流器と昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとを有する構成が考えられる。この場合、昇圧スイッチング素子１２ａａは、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータの一部を構成する。

図２に示すように、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有するフルブリッジ回路１２ｂａを備えている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は例えばｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴで構成されている。

フルブリッジ回路１２ｂａ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を有する第１ハーフブリッジ回路１２ｂｂと、互いに直列に接続された第３スイッチング素子Ｑ３及び第４スイッチング素子Ｑ４を有する第２ハーフブリッジ回路１２ｂｃとを含む。両ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃは並列に接続されている。

第１スイッチング素子Ｑ１のドレインは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの正（＋）の出力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の負（−）の出力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のドレインとは、接続線Ｌ１を介して接続されている。

同様に、第３スイッチング素子Ｑ３のドレインは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの正（＋）の出力端に接続されており、第４スイッチング素子Ｑ４のソースは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの負（−）の出力端に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ３のソースと第４スイッチング素子Ｑ４のドレインとは、接続線Ｌ２を介して接続されている。

また、送電器１３の一方の入力端（１次側コイル１３ａの一端）は、１次側インピーダンス変換器３１を介して、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との接続線Ｌ１に接続されている。送電器１３の他方の入力端（１次側コイル１３ａの他端）は、１次側インピーダンス変換器３１を介して、第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４との接続線Ｌ２に接続されている。

送電側コントローラ１４は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの昇圧スイッチング素子１２ａａ及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のＯＮ／ＯＦＦ制御（スイッチング制御）を行うものである。

特に、送電側コントローラ１４は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ（詳細にはスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４）を、複数種類の動作モードのうちいずれかの動作モードで制御する。ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの動作モード（以降単に動作モードともいう）には、ＯＦＦモード、ハーフブリッジモード及びフルブリッジモードがある。これらの各動作モードについて詳細に説明する。

ＯＦＦモードとは、第１スイッチング素子Ｑ１及び第３スイッチング素子Ｑ３がＯＦＦ状態であり、第２スイッチング素子Ｑ２及び第４スイッチング素子Ｑ４がＯＮ状態である動作モードである。この場合、送電器１３には、交流電力は入力されない。

ハーフブリッジモードとは、両ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃのうちいずれか一方が動作する動作モードである。詳細には、例えば第１ハーフブリッジ回路１２ｂｂが動作する場合には、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とが交互にＯＮ／ＯＦＦする一方、第３スイッチング素子Ｑ３がＯＦＦ状態であり、且つ、第４スイッチング素子Ｑ４がＯＮ状態である。なお、第２ハーフブリッジ回路１２ｂｃが動作する場合には、第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４とが交互にＯＮ／ＯＦＦする一方、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態であり、且つ、第２スイッチング素子Ｑ２がＯＮ状態である。

フルブリッジモードとは、両ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃの双方が動作する動作モードである。詳細には、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の状態として、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４がＯＮ状態であり、且つ、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３がＯＦＦ状態である状態を第１状態とする。そして、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の状態として、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４がＯＦＦ状態であり、且つ、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３がＯＮ状態である状態を第２状態とする。この場合、フルブリッジモードとは、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の状態が、第１状態と第２状態とに交互に切り替わる動作モードである。

なお、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング周波数が、交流電源１２から出力される交流電力の周波数を規定している。また、動作モードの初期状態はＯＦＦモードである。そして、本実施形態では、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比は、一定値（例えば１／２）である。

ちなみに、図２に示すように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はボディダイオード（寄生ダイオード）Ｄ１〜Ｄ４を有している。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の動作モードが各ハーフブリッジモード又はフルブリッジ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〜Ｄ４を伝送する。

ここで、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力されている直流電力の電圧値Ｖｔが同一条件下において、ハーフブリッジモードにおける交流電源１２の出力電圧値は、フルブリッジモードにおける交流電源１２の出力電圧値の１／２である。また、交流電源１２（ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ）の出力電力値Ｐｏｕｔは上記電圧値Ｖｔに依存し、当該電圧値Ｖｔは昇圧デューティ比に依存する。

以上のことから、交流電源１２は、昇圧デューティ比及び動作モードの少なくとも一方を可変制御（変更）することにより、出力電力値Ｐｏｕｔを変更可能に構成されている。
次に、ハーフブリッジモードで出力可能な電力値と電源負荷インピーダンスＺｐとの関係について図３を用いて説明する。図３は、ハーフブリッジモードで目標電力値Ｐｓの交流電力（以降目標電力とも言う）を出力可能な電源負荷インピーダンスＺｐの上限値であるハーフ対応上限値Ｚｐｈｍを示すグラフである。

ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂがハーフブリッジモードで出力可能な電圧値は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の仕様等によって予め定められている。ここで、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂがハーフブリッジモードで出力可能な電圧値の最大値又はそれよりも所定のマージン分だけ低い値をハーフ最大電圧値Ｖｈｍとする。

かかる構成において、ハーフ対応上限値Ｚｐｈｍは、ハーフ最大電圧値Ｖｈｍの２乗を目標電力値Ｐｓで除算した値である（Ｚｐｈｍ＝Ｖｈｍ^２／Ｐｓ）。図３に示すように、ハーフ対応上限値Ｚｐｈｍは、目標電力値Ｐｓが小さくなるに従って高くなる。なお、目標電力値Ｐｓは、規定範囲（下限値Ｐｓｍｉｎ〜上限値Ｐｓｍａｘ）内の値に設定されるものである。

ここで、送電側コントローラ１４は、予め定められた送電開始条件が成立した場合には、送電機器１１から受電機器２１に向けて送電を行うための送電開始制御処理を実行する。当該送電開始制御処理について以下に詳細に説明する。

ちなみに、送電開始条件は任意であるが、例えば受電機器２１が搭載された車両が停止したことや受電側コントローラ２７から送電要求があったこと等が考えられる。
また、受電側コントローラ２７は、送電側コントローラ１４にて送電開始制御処理が開始されることに基づいて、変換インピーダンスＺｑが特定変換インピーダンスＺｑｔに近づくように、２次側測定器２８の測定結果に基づいて２次側デューティ比を可変制御する処理を開始する。このため、送電開始制御処理中は、変換インピーダンスＺｑは一定値に維持されているものとする。

図４に示すように、送電側コントローラ１４は、まずステップＳ１０１にて、今回交流電源１２から出力する交流電力の電力値の目標値である目標電力値Ｐｓを決定する。
目標電力値Ｐｓは、規定範囲内の電力値であれば任意であるが、例えばバッテリ２２の充電状態に応じて決定されてもよい。詳細には、送電側コントローラ１４は、バッテリ２２の充電状態が予め定められた特定状態に達していない場合には、比較的大きい電力値、例えば規定範囲の上限値Ｐｓｍａｘを目標電力値Ｐｓとして決定する。一方、送電側コントローラ１４は、バッテリ２２の充電状態が上記特定状態に達している場合には、バッテリ２２の充電状態が特定状態に達していない場合に設定された電力値よりも小さい電力値を、目標電力値Ｐｓとして決定するとよい。

なお、これに限られず、受電側コントローラ２７から目標電力値Ｐｓに関する指示がある場合には、送電側コントローラ１４は指示された電力値を目標電力値Ｐｓに決定してもよい。

そして、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３にて、ハーフブリッジモードで目標電力値Ｐｓよりも小さい電力値の判定用電力の出力が行われるように交流電源１２を制御する。詳細には、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０２にて、動作モードをハーフブリッジモードに設定する。続くステップＳ１０３では、送電側コントローラ１４は、１次側測定器４０の測定結果に基づいて、直流電力の電圧値Ｖｔ（詳細には昇圧デューティ比）を可変制御することにより、出力電力値Ｐｏｕｔを判定用電力の電力値に設定する。送電側コントローラ１４がステップＳ１０２及びステップＳ１０３の処理を実行する機能が「判定用電力出力制御部」に対応する。

判定用電力の電力値である判定用電力値は目標電力値Ｐｓよりも小さければ任意である。例えば、判定用電力値は、交流電源１２の出力電圧値がハーフブリッジモードで交流電源１２が出力可能な最小電圧値である場合の出力電力値Ｐｏｕｔであってもよい。また、例えば、判定用電力値は、送電器１３と受電器２３とが予め定められた位置ずれ許容範囲内に配置されている場合において整流器２４の整流ダイオードに順方向電圧以上の電圧が印加されるように交流電源１２の出力電圧値が設定されている場合の出力電力値Ｐｏｕｔであってもよい。

その後、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０４にて、１次側測定器４０の測定結果に基づいて、交流電源１２から判定用電力が出力されている状況の電源負荷インピーダンスＺｐを把握する。送電側コントローラ１４がステップＳ１０４の処理を実行する機能が「把握部」に対応する。

続くステップＳ１０５では、送電側コントローラ１４は、把握された電源負荷インピーダンスＺｐが、予め定められた有効範囲（下限値Ｚｐｍｉｎ〜上限値Ｚｐｍａｘ）内に含まれているか否かを判定する。

ここで、有効範囲とは、交流電源１２が規定範囲内の電力値の交流電力を出力可能な電源負荷インピーダンスＺｐの範囲である。詳細には、有効範囲の上限値Ｚｐｍａｘは、目標電力値Ｐｓが規定範囲の上限値Ｐｓｍａｘである場合（すなわち目標電力値Ｐｓが最大値である場合）に、交流電源１２の出力電圧値が交流電源１２の定格電圧値又は定格電圧値よりも所定のマージン分だけ低い電圧値となる場合の電源負荷インピーダンスＺｐである。有効範囲の下限値Ｚｐｍｉｎは、目標電力値Ｐｓが規定範囲の上限値Ｐｓｍａｘである場合に、交流電源１２の出力電流値が交流電源１２の定格電流値又は定格電流値よりも所定のマージン分だけ低い電流値となる場合の電源負荷インピーダンスＺｐである。

ちなみに、有効範囲は、送電器１３と受電器２３とが位置ずれ許容範囲内に配置されている場合の電源負荷インピーダンスＺｐの変動範囲と同一又はそれよりも広く設定されている。このため、送電器１３と受電器２３とが位置ずれ許容範囲内に配置されていれば、電源負荷インピーダンスＺｐは有効範囲内に収まる。なお、特定電源負荷インピーダンスＺｐｔは、例えば上記有効範囲の上限値Ｚｐｍａｘ又は下限値Ｚｐｍｉｎよりも中央値寄りの値であり、詳細には有効範囲の中央値である。

電源負荷インピーダンスＺｐが有効範囲内に収まっていない場合、送電器１３と受電器２３との位置ずれが想定よりも大きく、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔを目標電力値Ｐｓにすることができない可能性がある。この場合、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０５を否定判定し、ステップＳ１０６に進み、送電停止の処理を実行して、本送電開始制御処理を終了する。詳細には、送電側コントローラ１４は、交流電源１２からの判定用電力の出力を停止する。なお、停止態様について任意であるが、例えば送電側コントローラ１４は、動作モードをＯＦＦモードにするとともに、昇圧スイッチング素子１２ａａをＯＮ状態又はＯＦＦ状態のいずれかにする。

一方、送電側コントローラ１４は、電源負荷インピーダンスＺｐが有効範囲内に収まっている場合には、ステップＳ１０５を肯定判定し、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、送電側コントローラ１４は、動作モードをフルブリッジモードに設定するかハーフブリッジモードに設定するかの判断基準となる閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈを決定する。

本実施形態では、閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈは目標電力値Ｐｓに応じて異ならせて設定される。詳細には、送電側コントローラ１４は、閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈを、今回決定された目標電力値Ｐｓに対応したハーフ対応上限値Ｚｐｈｍに決定する。送電側コントローラ１４がステップＳ１０７の処理を実行する機能が「閾値変更部」に対応する。

その後、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０８に進み、ステップＳ１０４にて把握された電源負荷インピーダンスＺｐが閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈ以下であるか否かを判定する。

電源負荷インピーダンスＺｐが閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈ以下である場合には、交流電源１２はハーフブリッジモードで目標電力を出力可能であることを意味する。この場合、送電側コントローラ１４は、動作モードを変更することなく、ステップＳ１０９にて、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔを目標電力値Ｐｓに設定して、本送電開始制御処理を終了する。詳細には、送電側コントローラ１４は、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔが目標電力値Ｐｓとなるように、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力の電圧値Ｖｔ（詳細には昇圧デューティ比）を可変制御する。送電側コントローラ１４がステップＳ１０８を肯定判定し、ステップＳ１０９の処理を実行する機能が「第１目標電力出力制御部」に対応する。

一方、電源負荷インピーダンスＺｐが閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈよりも高い場合には、交流電源１２はハーフブリッジモードでは目標電力を出力することができないことを意味する。この場合、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０８を否定判定し、ステップＳ１１０に進み、動作モードを、ハーフブリッジモードからフルブリッジモードに切り替える。そして、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１１１にて、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔを目標電力値Ｐｓに設定して、本送電開始制御処理を終了する。ステップＳ１１１の詳細は、ステップＳ１０９と同様である。送電側コントローラ１４がステップＳ１０８を否定判定し、ステップＳ１１０及びステップＳ１１１の処理を実行する機能が「第２目標電力出力制御部」に対応する。

なお、交流電源１２から出力される交流電力が判定用電力から目標電力に変更された場合、負荷インピーダンスＺＬが変動する。これに対応させて、受電側コントローラ２７は、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔの変更の前後で、当該変更に伴う負荷インピーダンスＺＬの変動に対応させて２次側デューティ比の可変制御を行うとよい。

次に本実施形態の作用について説明する。
送電開始条件が成立した場合には、交流電源１２から目標電力の出力が開始される前に、動作モードがハーフブリッジモードに設定された状態で交流電源１２から判定用電力が出力され、その状況での電源負荷インピーダンスＺｐが把握される。そして、把握された電源負荷インピーダンスＺｐが閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈ以下であるか否かに応じて、交流電源１２から目標電力が出力される場合における動作モードが決まる。

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）受電器２３（２次側コイル２３ａ）及びバッテリ２２を有する受電機器２１に対して非接触で交流電力を送電可能な送電機器１１は、交流電源１２と、交流電源１２から出力された交流電力が入力される送電器１３（１次側コイル１３ａ）と、交流電源１２を制御する送電側コントローラ１４とを備えている。交流電源１２は、外部電力としての系統電力を所定の電圧値Ｖｔの直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａによって変換された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変換器１２ｂとを有している。ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃを２つ含むフルブリッジ回路１２ｂａを有している。ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃは、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子（第１ハーフブリッジ回路１２ｂｂにおいては両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、第２ハーフブリッジ回路１２ｂｃにおいては両スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４）を有している。

かかる構成において、送電側コントローラ１４は、目標電力（目標電力値Ｐｓの交流電力）の出力を開始する前に、目標電力値Ｐｓよりも小さい電力値の判定用電力が出力されるように交流電源１２を制御する。そして、送電側コントローラ１４は、交流電源１２から判定用電力が出力されている状況における電源負荷インピーダンスＺｐを把握し、当該電源負荷インピーダンスＺｐに基づいて、目標電力の出力時におけるＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの動作モードを決定する。詳細には、送電側コントローラ１４は、電源負荷インピーダンスＺｐが予め定められた閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈ以下である場合には、動作モードがハーフブリッジモードに設定された状態で目標電力が出力されるように交流電源１２を制御する。一方、送電側コントローラ１４は、電源負荷インピーダンスＺｐが閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈよりも高い場合には、動作モードがフルブリッジモードに設定された状態で目標電力が出力されるように交流電源１２を制御する。これにより、電源負荷インピーダンスＺｐの変動に好適に対応できる。

詳述すると、電源負荷インピーダンスＺｐが閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈ以下といった比較的低い場合には、目標電力を出力するために、比較的低い出力電圧値が要求され易い。この点、本実施形態によれば、電源負荷インピーダンスＺｐが閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈ以下である場合には、ハーフブリッジモードで目標電力の出力が行われる。これにより、電源負荷インピーダンスＺｐが比較的低い場合であっても、好適に目標電力を出力させることができる。

一方、電源負荷インピーダンスＺｐが閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈよりも高い場合には、目標電力を出力するために、比較的高い出力電圧値が要求され易い。この点、本実施形態によれば、電源負荷インピーダンスＺｐが閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈよりも高い場合には、動作モードがフルブリッジモードに設定された状態で目標電力の出力が行われる。これにより、電源負荷インピーダンスＺｐが比較的高い場合であっても、好適に目標電力を出力させることができる。

特に、目標電力の出力前に、判定用電力を出力させ、その状況における電源負荷インピーダンスＺｐを把握する構成を採用したことにより、目標電力の出力前に動作モードを決定することができる。また、判定用電力の電力値は目標電力値Ｐｓよりも小さいため、電源負荷インピーダンスＺｐが大きくずれている場合であっても、交流電源１２に過電圧や過電流は生じにくい。よって、動作モードの決定の際に、電源負荷インピーダンスＺｐに起因して過電圧又は過電流が生じることを抑制できる。

また、目標電力値Ｐｓが小さいことに起因してフルブリッジモードでは出力電力値Ｐｏｕｔを目標電力値Ｐｓにすることができない場合であっても、ハーフブリッジモードでは出力電力値Ｐｏｕｔを目標電力値Ｐｓにすることができる場合がある。これにより、動作モードを使い分けることにより、目標電力値Ｐｓの変更、及び、電源負荷インピーダンスＺｐの変動に対応するための交流電源１２の定格値や可変幅を小さくすることができる。

（２）送電側コントローラ１４は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの動作モードがハーフブリッジモードに設定された状態で判定用電力が出力されるように交流電源１２を制御する。これにより、比較的電力値が小さい判定用電力を好適に出力させることができるとともに、判定用電力の出力時における交流電源１２の電力損失を低減できる。

この場合、送電側コントローラ１４は、電源負荷インピーダンスＺｐが閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈ以下である場合には、動作モードがハーフブリッジモードに維持された状態で目標電力が出力されるように交流電源１２を制御する。一方、送電側コントローラ１４は、電源負荷インピーダンスＺｐが閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈよりも高い場合には、動作モードがハーフブリッジモードからフルブリッジモードに切り替わった状態で目標電力が出力されるように交流電源１２を制御する。

（３）送電側コントローラ１４は、目標電力値Ｐｓに応じて閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈを変更する。これにより、目標電力値Ｐｓに応じて最適な動作モードを選択することができる。

（４）詳細には、送電側コントローラ１４は、目標電力値Ｐｓが小さくなるほど閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈを高くする。より具体的には、ハーフブリッジモードで目標電力を出力可能な電源負荷インピーダンスＺｐの上限値であるハーフ対応上限値Ｚｐｈｍは、目標電力値Ｐｓが小さくなるほど高くなる。そして、送電側コントローラ１４は、閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈを、今回の目標電力値Ｐｓに対応したハーフ対応上限値Ｚｐｈｍにする。これにより、ハーフブリッジモードで目標電力が出力可能な場合には、動作モードとしてハーフブリッジモードが優先的に選択される。当該ハーフブリッジモードのスイッチング損失は、フルブリッジモードと比較して小さい。よって、目標電力の出力を可能としつつ、交流電源１２の電力損失の低減を図ることができる。

（５）非接触電力伝送装置１０は、送電機器１１及び受電機器２１を備えている。受電機器２１は、受電器２３からバッテリ２２までの間に設けられ、インピーダンスが可変に構成されたインピーダンス変換部としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２５を備えている。受電機器２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の入力インピーダンスである変換インピーダンスＺｑが予め定められた特定値（特定変換インピーダンスＺｑｔ）に近づくように負荷インピーダンスＺＬの変動に対応させてＤＣ／ＤＣコンバータ２５のインピーダンス（詳細には２次側デューティ比）を可変制御する受電側コントローラ２７を備えている。

かかる構成によれば、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が状況に応じて変動する場合であっても、変換インピーダンスＺｑの変動を抑制できる。よって、負荷インピーダンスＺＬの変動に伴う電源負荷インピーダンスＺｐの変動を抑制することができる。したがって、交流電源１２としては、負荷インピーダンスＺＬの変動に対応する必要がない。よって、送電器１３と受電器２３との位置ずれだけでなく、負荷インピーダンスＺＬの変動にも対応するために、交流電源１２として、定格値や可変幅が大きく設計されたものを採用するといったことを抑制できる。

また、判定用電力の出力時と目標電力の出力時とで、電源負荷インピーダンスＺｐが変動することを抑制できる。これにより、判定用電力の出力時と目標電力の出力時とで電源負荷インピーダンスＺｐが異なることに起因して、目標電力の出力に最適な動作モードを選択することができないといった不都合を回避できる。

（６）送電側コントローラ１４は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力の電圧値Ｖｔを可変制御することにより、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔを可変制御する。これにより、直流電力の電圧値Ｖｔの可変制御と動作モードとを組み合わせることにより、好適に交流電源１２から判定用電力を出力させたり、目標電力を出力させたりすることが可能となる。

特に、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは昇圧型である。これにより、昇降圧型のものと比較して、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの小型化を図ることができる。しかしながら、この場合、直流電力の電圧値Ｖｔの可変幅が小さくなり易い。このため、例えば目標電力値Ｐｓが小さい場合、フルブリッジモードでは出力電力値Ｐｏｕｔを精度よく目標電力値Ｐｓに合わせることが困難となる不都合が生じ得る。これに対して、本実施形態では、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂが動作モードとしてハーフブリッジモードを有していることにより、上記不都合を抑制できる。

（第２実施形態）
本実施形態では、受電機器５１の構成、及び、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔを可変にするための構成が第１実施形態と異なっている。その異なる点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すとともに、その詳細な説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の受電機器５１は、バッテリ２２とは別に設けられ、一定のインピーダンスを有する固定負荷５２を備えている。固定負荷５２は、受電器２３とＤＣ／ＤＣコンバータ２５との間、詳細には２次側インピーダンス変換器３２と整流器２４との間に設けられている。固定負荷５２のインピーダンスは、特定変換インピーダンスＺｑｔに対応させて設定されている。詳細には固定負荷５２のインピーダンスは、変換インピーダンスＺｑが特定変換インピーダンスＺｑｔである場合の整流器２４の入力インピーダンスと同一に設定されている。

図５に示すように、受電機器５１は、受電器２３によって受電される交流電力の入力先を、バッテリ２２又は固定負荷５２に切り替える切替部として切替リレー５３を備えている。切替リレー５３は、２次側インピーダンス変換器３２と整流器２４とを接続する電力線上に設けられている。切替リレー５３は、受電器２３（詳細には２次側インピーダンス変換器３２）の接続先を、固定負荷５２又はバッテリ２２（詳細にはＤＣ／ＤＣコンバータ２５）に切り替える。また、受電側コントローラ２７は切替リレー５３を制御可能に構成されている。本実施形態では、受電側コントローラ２７が「切替制御部」に対応する。

ここで、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔは、両ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃのうち動作対象のハーフブリッジ回路の両スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比であるＤＣ／ＡＣデューティ比に依存する。詳述すると、交流電源１２から出力される交流電圧の波形は矩形波である。その交流電圧が共振回路である送電器１３及び受電器２３を伝送する場合、送電器１３及び受電器２３がフィルタ回路として機能する。これにより、受電器２３から出力される交流電圧の波形は正弦波となる。そして、上記正弦波の振幅は、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔを規定するパラメータの１つであって、交流電源１２から出力される矩形波の交流電圧のパルス幅（ＤＣ／ＡＣデューティ比）に依存する。以上のことから、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔは、ＤＣ／ＡＣデューティ比に依存する。

本実施形態では、送電側コントローラ１４は、昇圧デューティ比ではなく、ＤＣ／ＡＣデューティ比を可変制御することにより、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔを可変制御する。なお、動作モードがフルブリッジモードである場合における「動作対象のハーフブリッジ回路の両スイッチング素子」とは各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４である。

本実施形態の送電開始制御処理について以下に説明する。ちなみに、本実施形態では、受電側コントローラ２７は、送電側コントローラ１４から指示を受信するまでは、２次側デューティ比の可変制御を行わないように構成されている。

図６に示すように、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０１の処理の実行後は、ステップＳ２０１にて、受電器２３によって受電される交流電力の入力先が固定負荷５２となるように、受電側コントローラ２７に対して切替リレー５３の切替指示を行う。詳細には、送電側コントローラ１４は、上記入力先を固定負荷５２にするための切替指示信号を送信する。受電側コントローラ２７は、上記切替指示信号を受信したことに基づいて、交流電力の入力先が固定負荷５２となるように切替リレー５３を制御する。そして、受電側コントローラ２７は、切替リレー５３の切替制御が完了したことに基づいて、切替完了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、上記切替完了信号を受信したことに基づいて、ステップＳ１０２に進む。

また、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０８を肯定判定した場合にはステップＳ２０２にて、受電側コントローラ２７に対して、変換インピーダンスＺｑの調整開始指示を行う。受電側コントローラ２７は、上記調整開始指示が行われたことに基づいて、変換インピーダンスＺｑが特定変換インピーダンスＺｑｔに近づくように２次側デューティ比の可変制御を開始する。

その後、送電側コントローラ１４は、ステップＳ２０３にて、受電器２３によって受電される交流電力の入力先がバッテリ２２となるように受電側コントローラ２７に対して切替リレー５３の切替指示を行ってから、ステップＳ１０９に進む。なお、ステップＳ２０３の処理の具体的な構成は、指示する入力先が異なる点を除いて、ステップＳ２０１と同様であるため、詳細な説明を省略する。

同様に、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０８を否定判定した場合には、ステップＳ２０４にて、変換インピーダンスＺｑの調整開始指示を行い、ステップＳ２０５にて、受電器２３によって受電される交流電力の入力先がバッテリ２２となるように切替リレー５３の切替指示を行ってから、ステップＳ１１０に進む。

ちなみに、本実施形態におけるステップＳ１０３では、送電側コントローラ１４は、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔが判定用電力値となるように、１次側測定器４０の測定結果に基づいて、ＤＣ／ＡＣデューティ比を可変制御する。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力の電圧値Ｖｔは、目標電力値Ｐｓに関わらず、予め定められた特定電圧値に設定されている。ステップＳ１０９及びステップＳ１１１についても同様である。

以上詳述した本実施形態によれば（１）〜（５）の効果に加えて以下の作用効果を奏する。
（７）送電側コントローラ１４は、両ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃのうち動作対象のハーフブリッジ回路の両スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比であるＤＣ／ＡＣデューティ比を可変制御することにより、交流電源１２の出力電力値Ｐｏｕｔを可変制御する。これにより、ＤＣ／ＡＣデューティ比と動作モードとを組み合わせることにより、好適に交流電源１２から判定用電力を出力させたり、目標電力を出力させたりすることが可能となる。

（８）受電機器５１は、バッテリ２２とは別に設けられ、一定のインピーダンスを有する固定負荷５２と、受電器２３によって受電される交流電力の入力先を、バッテリ２２又は固定負荷５２に切り替える切替リレー５３とを備えている。そして、受電側コントローラ２７は、交流電源１２から判定用電力が出力される場合には交流電力の入力先が固定負荷５２となる一方、交流電源１２から目標電力が出力される場合には交流電力の入力先がバッテリ２２となるように切替リレー５３を制御する。これにより、判定用電力の出力時に把握される電源負荷インピーダンスＺｐは、負荷インピーダンスＺＬの変動の影響を受けない。よって、負荷インピーダンスＺＬの変動の影響を考慮することなく、動作モードを決定できる。

また、本実施形態では、判定用電力の出力時において、変換インピーダンスＺｑが特定変換インピーダンスＺｑｔとなるように２次側デューティ比の可変制御を行う必要がない。これにより、制御の容易化を図ることができる。

（９）固定負荷５２のインピーダンスは、特定変換インピーダンスＺｑｔに対応させて設定されている。これにより、判定用電力の出力時と目標電力の出力時とで電源負荷インピーダンスＺｐが変動することに起因して適切な動作モードを設定することができないといった不都合を抑制できる。

（１０）受電機器５１は、受電器２３によって受電される交流電力を直流電力に変換するものであって整流ダイオードを有する整流器２４を備えている。固定負荷５２及び切替リレー５３は、整流器２４よりも前段、詳細には受電器２３と整流器２４との間に設けられている。これにより、整流ダイオードに対して順方向電圧以上の電圧を印加する必要がないため、判定用電力値の更なる低減を図ることができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 判定用電力の出力時における動作モードはハーフブリッジモードであったが、これに限られず、フルブリッジモードであってもよい。但し、交流電源１２の電力損失を低減できる点や電力値が小さい判定用電力を精度よく出力できる点等に着目すれば、ハーフブリッジモードの方が好ましい。

○ 閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈは、ハーフブリッジモードで目標電力を出力可能な電源負荷インピーダンスＺｐの上限値であるハーフ対応上限値Ｚｐｈｍに限られず、ハーフ対応上限値Ｚｐｈｍよりも低い値としてもよい。要は、閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈは、目標電力値Ｐｓが小さくなるほど高くなるように設定されればよい。

○ 閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈは、目標電力値Ｐｓに関わらず一定の固定値であってもよい。この場合、閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈは、例えば目標電力値Ｐｓの規定範囲の上限値Ｐｓｍａｘに対応するハーフ対応上限値Ｚｐｈｍ（図３におけるＺｐｈｍ１）に設定されているとよい。換言すれば、閾値電源負荷インピーダンスＺｐｔｈは、ハーフブリッジモードで規定範囲の上限値Ｐｓｍａｘの交流電力を出力可能な電源負荷インピーダンスＺｐの上限値に設定されているとよい。この場合、ステップＳ１０７の処理を省略することができるため、制御の簡素化を図ることができる。

○ 負荷は、バッテリ２２に限られず任意である。例えば、負荷は、インピーダンスが一定のものであってもよいし、交流電力で駆動するものであってもよい。要は、負荷は、受電器２３によって受電される交流電力又はその交流電力を変換することによって得られる直流電力が入力されるものであればよい。

○ 目標電力値Ｐｓの規定範囲は、バッテリ２２の充電を適切に行うことができるように適宜設定されていればよい。
○ 外部電力は、系統電力であったが、これに限られない。例えば、外部電力は、家庭用蓄電装置からの直流電力であってもよい。この場合、外部電力変換部は、家庭用蓄電装置からの直流電力を所定の電圧値Ｖｔの直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータであるとよい。

○ 第２実施形態において、固定負荷５２及び切替リレー５３は、整流器２４とＤＣ／ＤＣコンバータ２５との間に設けられていてもよい。この場合、切替リレー５３によって、整流器２４から出力される直流電力の入力先が、固定負荷５２又はＤＣ／ＤＣコンバータ２５に切り替わる。この場合、固定負荷５２のインピーダンスは、特定変換インピーダンスＺｑｔと同一に設定されているとよい。

○ 第２実施形態において、切替部の具体的な構成は任意である。例えば、固定負荷５２と切替部としての第１スイッチング素子との直列接続体が、２次側インピーダンス変換器３２と整流器２４とを接続する２つの電力線に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５とバッテリ２２とを接続する電力線上に切替部としての第２スイッチング素子が設けられていてもよい。

この場合、受電側コントローラ２７は、両スイッチング素子を制御することにより、交流電力の入力先の切替制御を行うとよい。詳細には、受電側コントローラ２７は、第１スイッチング素子をＯＦＦ状態とし、且つ、第２スイッチング素子をＯＮ状態とすることにより、交流電力の入力先をバッテリ２２にする。一方、受電側コントローラ２７は、第１スイッチング素子をＯＮ状態とし、且つ、第２スイッチング素子をＯＦＦ状態にすることにより、交流電力の入力先を固定負荷５２とする。

○ 第１実施形態と第２実施形態とを適宜組み合わせてもよい。例えば、第１実施形態において、ＤＣ／ＡＣデューティ比を可変制御してもよい。同様に、第２実施形態において、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力の電圧値Ｖｔを可変制御してもよい。また、ＤＣ／ＡＣデューティ比及びＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力の電圧値Ｖｔの双方を可変制御してもよい。

○ ＤＣ／ＤＣコンバータ２５を省略してもよい。この場合、２次側インピーダンス変換器３２が、インピーダンスを変更可能に構成されているとよい。そして、受電側コントローラ２７は、２次側インピーダンス変換器３２の入力インピーダンスが特定インピーダンスとなるように、負荷インピーダンスＺＬの変動に対応させて２次側インピーダンス変換器３２の定数の可変制御を行うとよい。本別例においては、２次側インピーダンス変換器３２が「インピーダンス変換部」に対応する。

なお、上記別例において固定負荷５２及び切替リレー５３を設ける場合には、固定負荷５２及び切替リレー５３を、２次側インピーダンス変換器３２の前段に設けるとよい。また、本別例の２次側インピーダンス変換器３２の具体的な構成は任意であるが、例えば可変インダクタ及び可変キャパシタの少なくとも一方を有する構成であってもよいし、定数が相違するＬＣ回路を複数有する構成であってもよい。

○ ＤＣ／ＤＣコンバータ２５を省略してもよい。この場合、電源負荷インピーダンスＺｐが負荷インピーダンスＺＬの変動に応じて変動する。この場合であっても、電源負荷インピーダンスＺｐが有効範囲内に収まっている場合には、目標電力値Ｐｓの交流電力の出力が可能となる。但し、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の変動との双方に対応しようとすると、交流電源１２の大型化やコストの増大化が懸念される。この点に着目すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５が設けられている方が好ましい。

○ 両インピーダンス変換器３１，３２を省略してもよい。
○ 交流電源１２は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの後段に設けられたフィルタ回路を有する構成であってもよい。この場合、交流電源１２から正弦波の交流電力が出力される。

○ 判定用電力値は、目標電力値Ｐｓの最小値である規定範囲の下限値Ｐｓｍｉｎよりも小さくてもよいし、上記下限値Ｐｓｍｉｎよりも大きくてもよい。要は、判定用電力値は、出力対象となった目標電力値Ｐｓよりも小さければよい。

○ 目標電力値Ｐｓが予め定められた閾値よりも小さい場合には、判定用電力の出力に代えて、目標電力の出力を行ってもよい。
○ ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、力率改善回路（ＰＦＣ回路）を有していてもよい。

○ １次側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）ようにインピーダンス変換を行うものであってもよい。
○ 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。

○ 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。
○ 各実施形態では、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。

○ 各実施形態では、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。
○ 送電器１３は、１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂを含む共振回路と、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を含む共振回路と、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、上記各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）前記閾値変更部は、前記目標電力値が小さくなるほど、前記閾値電源負荷インピーダンスを高くする請求項４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、１２ｂａ…フルブリッジ回路、１２ｂｂ，１２ｂｃ…ハーフブリッジ回路、１３ａ…１次側コイル、１４…送電側コントローラ、２１，５１…受電機器、２２…負荷としてのバッテリ、２３ａ…２次側コイル、２５…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２７…受電側コントローラ、５２…固定負荷、５３…切替リレー、Ｑ１〜Ｑ４…ＤＣ／ＡＣ変換器のスイッチング素子、Ｚｐ…電源負荷インピーダンス、Ｚｐｔｈ…閾値電源負荷インピーダンス、Ｐｏｕｔ…交流電源の出力電力値、Ｐｓ…目標電力値。

Claims (8)

1. 外部電力を所定の電圧値の直流電力に変換する外部電力変換部と、前記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変換部と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、
   前記交流電源の出力電力値の可変制御を含む前記交流電源の制御を行う制御部と、
   を備え、前記１次側コイルから、２次側コイル及び負荷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において、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を２つ含むフルブリッジ回路を備え、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換部の動作モードは、前記２つのハーフブリッジ回路の双方が動作するフルブリッジモードと、前記２つのハーフブリッジ回路のうちいずれか一方が動作するハーフブリッジモードと、を含み、
   前記制御部は、
   目標電力値の交流電力の出力を開始する前に、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の動作モードが前記ハーフブリッジモードに設定された状態で、前記交流電力として前記目標電力値よりも小さい電力値の判定用電力が出力されるように前記交流電源を制御する判定用電力出力制御部と、
   前記判定用電力が出力されている状況において、前記交流電源の出力端から前記負荷までのインピーダンスである電源負荷インピーダンスを把握する把握部と、
   前記把握部により把握された前記電源負荷インピーダンスが予め定められた閾値電源負荷インピーダンス以下である場合には、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の動作モードが前記ハーフブリッジモードに維持された状態で前記目標電力値の交流電力が出力されるように、前記交流電源を制御する第１目標電力出力制御部と、
   前記把握部により把握された前記電源負荷インピーダンスが前記閾値電源負荷インピーダンスよりも高い場合には、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の動作モードが前記ハーフブリッジモードから前記フルブリッジモードに切り替わった状態で前記目標電力値の交流電力が出力されるように、前記交流電源を制御する第２目標電力出力制御部と、
   を備えていることを特徴とする送電機器。
2. 前記制御部は、前記外部電力変換部によって変換される前記直流電力の電圧値を可変制御することにより、前記交流電源の出力電力値を可変制御する請求項１に記載の送電機器。
3. 前記制御部は、前記２つのハーフブリッジ回路のうち動作対象のハーフブリッジ回路の両スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を可変制御することにより、前記交流電源の出力電力値を可変制御する請求項１又は請求項２に記載の送電機器。
4. 前記目標電力値に応じて、前記閾値電源負荷インピーダンスを変更する閾値変更部を備えている請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の送電機器。
5. 前記目標電力値は、予め定められた規定範囲内の値に設定されるものであり、
   前記閾値電源負荷インピーダンスは、前記ハーフブリッジモードで前記規定範囲の上限値の交流電力を出力可能な前記電源負荷インピーダンスの上限値に設定されている請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の送電機器。
6. 請求項１〜５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。
7. 前記負荷のインピーダンスは、状況に応じて変動するものであり、
   前記受電機器は、
   前記負荷とは別に設けられ、一定のインピーダンスを有する固定負荷と、
   前記２次側コイルによって受電される交流電力又はその交流電力を変換することによって得られる直流電力の入力先を、前記負荷又は前記固定負荷に切り替える切替部と、
   を備え、
   前記非接触電力伝送装置は、前記判定用電力出力制御部によって前記交流電源から前記判定用電力が出力される場合には前記入力先が前記固定負荷となり、前記第１目標電力出力制御部又は前記第２目標電力出力制御部によって前記交流電源から前記目標電力値の交流電力が出力される場合には前記入力先が前記負荷となるように、前記切替部を制御する切替制御部を備えている請求項６に記載の非接触電力伝送装置。
8. 前記固定負荷よりも後段であって前記負荷よりも前段に設けられ、インピーダンスが可変に構成さ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の入力インピーダンスが予め定められた特定値に近づくように前記負荷のインピーダンスの変動に対応させて前記インピーダンス変換部のインピーダンスを可変制御するインピーダンス可変制御部と、
   を備え、
   前記固定負荷のインピーダンスは、前記特定値に対応させて設定されている請求項７に記載の非接触電力伝送装置。