JP2016208789A - 送電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を抑制しつつ、平滑コンデンサの残留電荷の放電を早期に行うことが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、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と、交流電力が入力される送電器１３とを備えている。交流電源１２は、系統電力を直流電力に変換する第１変換動作を行うＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、直流電力を交流電力に変換する第２変換動作を行うＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂと、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａとＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとの間に設けられた平滑コンデンサＣ１とを備えている。ここで、送電機器１１は、第１変換動作及び第２変換動作が行われている状況において、予め定められた停止条件が成立したことに基づいて、第１変換動作を停止する一方、第２変換動作を継続させる送電側コントローラ１４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。

従来から、例えば交流電力を出力する交流電源及び交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器が知られている（例えば特許文献１参照）。かかる送電機器においては、例えば１次側コイルと、車両等に搭載された２次側コイルとが磁場共鳴することにより、１次側コイルから２次側コイルに向けて非接触で交流電力を送電する。また、特許文献１には、交流電源は、外部電力変換部としてのＡＣ／ＤＣ変換部とＤＣ／ＡＣ変換部とを備えているとともに、ＡＣ／ＤＣ変換部から出力された直流電力を平滑する平滑コンデンサを備えていることが記載されている。

特開２０１４−１１７０１７号公報

ここで、交流電源からの交流電力の出力が停止すると、平滑コンデンサに電荷が残留し得る。平滑コンデンサの残留電荷が保持されていると、平滑コンデンサの電圧値が高い状態が維持されるため、送電機器の誤動作等が生じ得る。このため、平滑コンデンサの残留電荷を放電させることが求められる場合がある。

これに対して、例えば送電機器に放電用抵抗を設け、当該放電用抵抗を用いて平滑コンデンサの残留電荷の放電を行うことも考えられる。この場合、平滑コンデンサの残留電荷を早期に放電させるためには、放電用抵抗としては定格電力が大きいものが求められる。このような定格電力が大きい放電用抵抗は大型となり易いため、送電機器の大型化が懸念される。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は大型化を抑制しつつ、平滑コンデンサの残留電荷の放電を早期に行うことが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、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と、前記交流電力が入力される１次側コイルと、を備え、前記１次側コイルから、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であって、前記交流電源は、外部電力を所定の電圧値の直流電力に変換する第１変換動作を行う外部電力変換部と、前記直流電力を前記交流電力に変換する第２変換動作を行うＤＣ／ＡＣ変換部と、前記外部電力変換部と前記ＤＣ／ＡＣ変換部との間に設けられた平滑コンデンサと、を備え、前記送電機器は、前記外部電力変換部及び前記ＤＣ／ＡＣ変換部を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第１変換動作及び前記第２変換動作が行われている状況において、予め定められた停止条件が成立したことに基づいて、前記第１変換動作を停止させる一方、前記第２変換動作を継続させることにより、前記平滑コンデンサの残留電荷によって生成された交流電力を前記１次側コイルへ入力させて、前記２次側コイルに対して非接触で送電する放電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、平滑コンデンサの残留電荷から交流電力を生成し、その生成された交流電力を１次側コイルに入力させて、２次側コイルに非接触で送電することにより、平滑コンデンサの残留電荷を放電させることができる。これにより、平滑コンデンサの残留電荷を放電させるための放電用抵抗として定格電力の小さいものを採用したり、放電用抵抗を省略したりしても、比較的早期に平滑コンデンサの残留電荷を放電させることができる。よって、送電機器の大型化を抑制しつつ、平滑コンデンサの残留電荷を早期に放電させることができる。

上記送電機器について、前記外部電力変換部は、第１スイッチング素子を有しており、前記第１変換動作は、前記第１スイッチング素子がＯＮ状態である場合に行われ、前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、第２スイッチング素子を有しており、前記第２変換動作は、前記第２スイッチング素子の周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作が行われている場合に行われ、前記制御部は、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を個別に制御するものであるとよい。かかる構成によれば、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を個別に制御することにより、第１変換動作の停止タイミングと第２変換動作の停止タイミングとを異ならせることができる。これにより、第１変換動作の停止後も第２変換動作を継続させることができる。

上記送電機器について、前記平滑コンデンサの電圧値を検出する電圧センサを備え、前記放電制御部は、前記第１変換動作が停止してから、前記電圧センサによって検出される前記平滑コンデンサの電圧値が予め定められた閾値電圧値以下となるまで、前記第２変換動作を継続させるとよい。かかる構成によれば、平滑コンデンサの電圧値が閾値電圧値以下となるまで、第２変換動作が継続されるため、１次側コイル及び２次側コイルの相対位置の変動に関わらず、平滑コンデンサの残留電荷の放電を充分に行うことができる。

上記送電機器について、前記放電制御部は、前記第１変換動作が停止してから、予め定められた放電期間が経過するまで、前記第２変換動作を継続させるとよい。かかる構成によれば、比較的簡素な制御で、平滑コンデンサの残留電荷の放電を行うことができる。

上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、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、送電機器の大型化を抑制しつつ、平滑コンデンサの残留電荷を早期に放電させることができる。

この発明によれば、大型化を抑制しつつ、平滑コンデンサの残留電荷の放電を早期に行うことができる。

送電機器及び非接触電力伝送装置の電気的構成を示す回路図。 停止制御処理を示すフローチャート。 別例の停止制御処理を示すフローチャート。 別例の停止制御処理を示すフローチャート。

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及び受電機器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は車両に搭載されている。送電機器１１は、地上側機器とも１次側機器とも言える。受電機器２１は、車両側機器とも２次側機器とも言える。

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所定の電圧値の直流電力に変換する第１変換動作を行う外部電力変換部としてのＡＣ／ＤＣ変換器１２ａを備えている。

詳細には、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、例えば第１スイッチング素子Ｑ１を有しており、当該第１スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態（導通状態）となることによって、系統電力を所定の電圧値の直流電力に変換して出力する。つまり、本実施形態では、第１変換動作は、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態である場合に行われる。

一方、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態（非導通状態）である場合には、系統電力は直流電力に変換されず、直流電力の出力が停止する。すなわち、本実施形態では、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態である場合には、第１変換動作は停止している。

なお、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの具体的な構成は任意であり、例えば系統電力を直流電力に変換する受動回路（例えばダイオードブリッジ等）であってもよい。この場合、例えば第１スイッチング素子Ｑ１は、上記受動回路の前段に設けられ、受動回路への外部電力の入力の有無を切り替えるものであるとよい。この場合、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態である場合には、外部電力が受動回路に入力されることにより、第１変換動作が行われる一方、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態である場合には、外部電力が受動回路に入力されないため、第１変換動作は行われない。

交流電源１２は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力された直流電力を交流電力に変換する第２変換動作を行うＤＣ／ＡＣ変換器（ＤＣ／ＡＣ変換部）１２ｂを備えている。送電機器１１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａとＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとを接続する電力線ＥＬ１，ＥＬ２を備えている。第１電力線ＥＬ１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの第１出力端（＋端）とＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの第１入力端とを接続しており、第２電力線ＥＬ２は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの第２出力端（−端）とＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの第２入力端とを接続している。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力された直流電力は、電力線ＥＬ１，ＥＬ２を介して、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに入力される。

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上側第２スイッチング素子Ｑ２ｕ及び下側第２スイッチング素子Ｑ２ｄを有している。各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄは例えばｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴである。上側第２スイッチング素子Ｑ２ｕのドレインは、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの第１入力端及び第１電力線ＥＬ１を介してＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの第１出力端（＋端）に接続されている。下側第２スイッチング素子Ｑ２ｄのソースは、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの第２入力端及び第２電力線ＥＬ２を介して、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの第２出力端（−端）に接続されている。上側第２スイッチング素子Ｑ２ｕのソースと、下側第２スイッチング素子Ｑ２ｄ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、下側第２スイッチング素子Ｑ２ｄ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、各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄが交互にＯＮ／ＯＦＦすることにより、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから、各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄ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。すなわち、本実施形態において第２変換動作は、各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄが周期的にＯＮ／ＯＦＦ動作（スイッチング動作）している場合に行われる。

一方、各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄの周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作が停止している場合には、直流電力は交流電力に変換されず、交流電力の出力が停止する。すなわち、第２変換動作は、各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄの周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作が停止している場合には停止している。

なお、各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄの周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作が停止している場合とは、例えば、上側第２スイッチング素子Ｑ２ｕがＯＦＦ状態であり、下側第２スイッチング素子Ｑ２ｄがＯＮ状態である場合、又は、各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄの双方がＯＦＦ状態である場合等である。

図１に示すように、送電機器１１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａとＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとの間に設けられた平滑コンデンサＣ１を備えている。平滑コンデンサＣ１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに対して並列に接続されており、詳細には両電力線ＥＬ１，ＥＬ２に接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力された直流電力は、平滑コンデンサＣ１によって平滑されてＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに入力される。なお、平滑コンデンサＣ１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの一部としてもよいし、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの一部としてもよい。

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、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。

また、送電機器１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから出力される交流電力が送電器１３に入力されるように構成されている。詳細には、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの第１出力端と送電器１３の第１入力端（詳細には１次側コイル１３ａの一端）とが接続されており、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの第２出力端と送電器１３の第２入力端（詳細には１次側コイル１３ａの他端）とが接続されている。

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に入力された場合、送電器１３と受電器２３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、詳細には各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄ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。

図１に示すように、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変換部としての整流器２４を備えている。受電機器２１は、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に入力されるように構成されている。これにより、非接触で受電した交流電力を用いて車両用バッテリ２２の充電が行われる。なお、本実施形態では、車両用バッテリ２２及び整流器２４が、受電器２３（２次側コイル２３ａ）によって受電された交流電力が入力される負荷に対応する。

受電機器２１は、車両用バッテリ２２の充電率を検出するＳＯＣセンサ２５を備えている。ＳＯＣセンサ２５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２６に送信する。これにより、受電側コントローラ２６は、車両用バッテリ２２の充電率を把握できる。なお、充電率とは充電状態（ＳＯＣ）とも言える。

送電機器１１は、交流電源１２を制御する制御部としての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、第１スイッチング素子Ｑ１のスイッチング制御を行うことにより、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａによる第１変換動作を開始させたり、当該第１変換動作を停止させたりする。

また、送電側コントローラ１４は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄのスイッチング制御を行うことにより、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂによる第２変換動作を開始させたり、当該第２変換動作を停止させたりする。

ちなみに、送電側コントローラ１４は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ及びＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ、詳細には第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄとを個別に制御する。このため、送電側コントローラ１４は、第１変換動作の停止タイミングと第２変換動作の停止タイミングとを異ならせることができる。

図１に示すように、送電機器１１は、平滑コンデンサＣ１の電圧値であるコンデンサ電圧値Ｖを検出する電圧センサ１５を備えている。電圧センサ１５は、例えば平滑コンデンサＣ１とＡＣ／ＤＣ変換器１２ａとの間に配置されており、平滑コンデンサＣ１の両端間の電圧値を検出する。そして、電圧センサ１５は、その検出結果を送電側コントローラ１４に送信する。これにより、送電側コントローラ１４は、電圧センサ１５の検出結果からコンデンサ電圧値Ｖを把握可能となっている。

ちなみに、本実施形態では、平滑コンデンサＣ１のキャパシタンスは、１次側コンデンサ１３ｂのキャパシタンスよりも高く設定されている。
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、送電側コントローラ１４と受電側コントローラ２６との間で情報のやり取りを行うことを通じて、電力伝送の開始又は終了等の各種制御を行う。

詳細には、送電側コントローラ１４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ている状況において予め定められた送電開始条件が成立した場合には、交流電源１２から交流電力が出力さ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、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａによる第１変換動作と、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂによる第２変換動作とを開始させる。すなわち、送電側コントローラ１４は、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替え、且つ、上述したスイッチング周波数で各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄを交互にＯＮ／ＯＦＦさせる。これにより、送電器１３に交流電力が入力され、送電器１３及び受電器２３間で非接触の電力伝送が行われる。そして、車両用バッテリ２２の充電が開始される。

送電開始条件は、任意であるが、例えば受電側コントローラ２６が送電側コントローラ１４に送電開始要求信号を送信する構成においては、送電開始条件は、送電側コントローラ１４が上記送電開始要求信号を受信したこと等が考えられる。

送電側コントローラ１４は、送電機器１１から受電機器２１への送電中、定期的に停止制御処理を実行する。当該停止制御処理について図２を用いて以下に説明する。なお、本実施形態では、停止制御処理を実行する送電側コントローラ１４が「放電制御部」に対応する。

図２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、予め定められた停止条件が成立しているか否かを判定する。停止条件は、例えば送電側コントローラ１４が受電側コントローラ２６から停止要求信号を受信したこと等が考えられる。

受電側コントローラ２６が停止要求信号を送信する条件は任意であるが、例えばＳＯＣセンサ２５によって検出された車両用バッテリ２２の充電率が予め定められた充電停止率に到達したこと等が考えられる。なお、例えば送電機器１１に充電停止スイッチ等が設けられている構成においては、停止条件は、上記充電停止スイッチが操作されたことを含んでいてもよい。

送電側コントローラ１４は、停止条件が成立していない場合には、そのまま本停止制御処理を終了する一方、停止条件が成立している場合には、ステップＳ１０２に進み、第１変換動作を停止させる一方、第２変換動作を継続させる。詳細には、送電側コントローラ１４は、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える一方、各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄの周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作を継続させる。この場合、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂにて、平滑コンデンサＣ１に残留している電荷を用いて交流電力が生成され、当該交流電力が送電器１３から受電器２３に向けて非接触で送電される。

なお、本実施形態では、送電側コントローラ１４は、停止条件の成立後において、停止条件の成立前と同一態様で第２変換動作を継続させる。詳細には、送電側コントローラ１４は、停止条件の成立前と同一のスイッチング周波数で各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄを交互にＯＮ／ＯＦＦさせる。

その後、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０３にて、電圧センサ１５の検出結果からコンデンサ電圧値Ｖを把握する。そして、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３にて把握されたコンデンサ電圧値Ｖが予め定められた閾値電圧値Ｖｔｈ以下であるか否かを判定する。

閾値電圧値Ｖｔｈは、予め定められた値であれば任意である。例えば、平滑コンデンサＣ１から車両用バッテリ２２までの回路の時定数をτとする。この場合、閾値電圧値Ｖｔｈは、第１変換動作が停止してから、送電器１３及び受電器２３の相対位置が予め定められた基準位置である状況における時定数τと同一期間が経過したタイミングでのコンデンサ電圧値Ｖであり、送電中のコンデンサ電圧値Ｖに対応させて設定されてもよい。

なお、送電中のコンデンサ電圧値Ｖは、放電開始時のコンデンサ電圧値Ｖの初期値ともＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電圧値とも言える。また、送電器１３及び受電器２３の相対位置の基準位置とは、両者間で非接触の電力伝送が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が車両の底部に設置されている構成においては、送電器１３及び受電器２３が車高方向に対向配置されている位置等である。

ちなみに、停止要求信号の送信契機となる充電停止率は、平滑コンデンサＣ１の残留電荷に対応させて設定されている。詳細には、充電停止率は、１００％から、平滑コンデンサＣ１の残留電荷によって生成される交流電力を用いて充電される車両用バッテリ２２の充電率の増加量δＳＯＣを減算した値に設定されている。換言すれば、第１変換動作の停止契機となる停止条件は、当該停止条件が成立後も第２変換動作が継続されること、詳細には第１変換動作の停止後に送電器１３から受電器２３に伝送される交流電力の電力値に対応させて設定されているとも言える。

送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０３にて把握されたコンデンサ電圧値Ｖが閾値電圧値Ｖｔｈよりも高い場合には、ステップＳ１０４を否定判定し、ステップＳ１０３に戻る。すなわち、送電側コントローラ１４は、コンデンサ電圧値Ｖが閾値電圧値Ｖｔｈ以下となるまで、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の処理を繰り返し実行する。つまり、送電側コントローラ１４は、コンデンサ電圧値Ｖが閾値電圧値Ｖｔｈ以下となるまで、第２変換動作を継続させる。

一方、送電側コントローラ１４は、コンデンサ電圧値Ｖが閾値電圧値Ｖｔｈ以下となった場合には、ステップＳ１０５に進み、第２変換動作（詳細には各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄの周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作）を停止させ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説明する。
交流電源１２から交流電力が出力されている状況、すなわち第１変換動作及び第２変換動作が行われている状況において停止条件が成立した場合、第１変換動作が停止する一方、第２変換動作が継続される。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａからの直流電力の出力は停止される一方、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂでは、平滑コンデンサＣ１の残留電荷を用いて交流電力が生成され、当該交流電力が送電器１３に入力される。これにより、平滑コンデンサＣ１の残留電荷を用いて生成された交流電力が、送電器１３から受電器２３に向けて非接触で伝送される。

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）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。交流電源１２は、系統電力を直流電力に変換する第１変換動作を行うＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、直流電力を交流電力に変換する第２変換動作を行うＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂと、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａとＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとの間に設けられた平滑コンデンサＣ１とを備えている。

かかる構成において、送電機器１１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを制御する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、第１変換動作及び第２変換動作が行われている状況において、予め定められた停止条件が成立したことに基づいて、第１変換動作を停止する一方、第２変換動作を継続させることにより、平滑コンデンサＣ１の残留電荷から交流電力を生成し、その生成された交流電力を送電器１３に入力させる。これにより、平滑コンデンサＣ１の残留電荷から生成された交流電力が受電器２３に対して非接触で送電される。よって、平滑コンデンサＣ１の残留電荷を放電させることができるため、平滑コンデンサＣ１の残留電荷による悪影響を抑制できる。

詳述すると、第１変換動作によって変換された直流電力は、平滑コンデンサＣ１によって平滑化される。そして、第１変換動作及び第２変換動作が行われている場合には、平滑コンデンサＣ１には電荷が蓄積される。平滑コンデンサＣ１に電荷が蓄積されている状態で、第１変換動作及び第２変換動作の双方が同時に停止すると、平滑コンデンサＣ１に電荷が残留した状態が維持される。この場合、コンデンサ電圧値Ｖが高い状態が維持され、送電機器１１の誤動作等が生じるといった不都合が生じ得る。

これに対して、本実施形態では、停止条件が成立した場合には、第１変換動作が停止する一方、第２変換動作は継続される。これにより、平滑コンデンサＣ１の残留電荷によって生成された交流電力を受電器２３に送電できる。したがって、平滑コンデンサＣ１の残留電荷を放電することができ、コンデンサ電圧値Ｖを早期に低減できる。よって、上記不都合を抑制できる。

特に、本実施形態では、放電用抵抗等を設けることなく、平滑コンデンサＣ１の残留電荷の放電を行うことができるため、放電用抵抗を設けることによる送電機器１１の大型化を抑制できる。更に、平滑コンデンサＣ１の残留電荷から生成された交流電力を、車両用バッテリ２２の充電に用いることにより、上記残留電荷の有効活用を図ることができる。

（２）ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、第１スイッチング素子Ｑ１を備えており、第１変換動作は、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態（導通状態）である場合に行われる。また、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄを備えており、第２変換動作は、各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄの周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作が行われている場合に行われる。そして、送電側コントローラ１４は、第１スイッチング素子Ｑ１及び各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄを個別に制御する。これにより、第１変換動作の停止タイミングと第２変換動作の停止タイミングとを異ならせることができるため、第１変換動作の停止後も、第２変換動作を継続させることができる。

（３）送電機器１１は、平滑コンデンサＣ１の電圧値であるコンデンサ電圧値Ｖを検出する電圧センサ１５を備え、送電側コントローラ１４は、コンデンサ電圧値Ｖが予め定められた閾値電圧値Ｖｔｈ以下となるまで、第２変換動作を継続させる。これにより、送電器１３（１次側コイル１３ａ）と受電器２３（２次側コイル２３ａ）との相対位置の変動に関わらず、平滑コンデンサＣ１の残留電荷の放電を充分に行うことができる。

詳述すると、平滑コンデンサＣ１から車両用バッテリ２２までの回路の時定数τは、送電器１３及び受電器２３の相対位置に応じて変動する。このため、平滑コンデンサＣ１の残留電荷の放電速度は、送電器１３及び受電器２３の相対位置に応じて変動し得る。この場合、仮に予め定められた放電期間に亘って第２変換動作が継続される構成とすると、送電器１３と受電器２３との相対位置によっては、放電期間が経過した後であっても、平滑コンデンサＣ１の残留電荷が充分に放電できていない不都合が生じ得る。

これに対して、本実施形態では、コンデンサ電圧値Ｖが閾値電圧値Ｖｔｈ以下となるまで、第２変換動作が継続されるため、送電器１３及び受電器２３の相対位置の変動に起因して時定数τの変動が生じている場合であっても、平滑コンデンサＣ１の残留電荷を充分に放電させることができる。よって、上記不都合を抑制できる。

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、放電用抵抗が設けられていなかったが、平滑コンデンサＣ１と並列に接続された放電用抵抗が設けられていてもよい。この場合、放電用抵抗として、定格電力（許容電力）の比較的小さいものを採用するとよい。当該定格電力の小さい放電用抵抗は、定格電力の比較的大きな放電用抵抗と比較して、小型になり易い。このため、送電機器１１に定格電力の比較的大きな放電用抵抗を設ける構成と比較して、送電機器１１の大型化を抑制できる。

しかしながら、定格電力が比較的小さい放電用抵抗を用いた場合、平滑コンデンサＣ１の残留電荷の放電に要する時間、例えばコンデンサ電圧値Ｖが閾値電圧値Ｖｔｈとなるまでの時間が長くなり易い。これに対して、上述した通り、第１変換動作の停止後に第２変換動作を継続させて残留電荷を放電させることにより、定格電力が比較的小さい放電用抵抗を採用した場合であっても、平滑コンデンサＣ１の残留電荷の放電に要する時間を、定格電力の比較的大きな放電用抵抗を用いた場合と同等又はそれよりも短くすることができる。

○ 図３に示すように、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０２の処理の実行後、ステップＳ２０１にて、第１変換動作を停止してから予め定められた放電期間が経過するまで待機し、その後ステップＳ１０５の処理を実行してもよい。すなわち、送電側コントローラ１４は、第１変換動作が停止してから放電期間が経過するまで第２変換動作を継続させてもよい。この場合、放電期間に亘って平滑コンデンサＣ１の残留電荷の放電が行われる。これにより、比較的簡素な制御で平滑コンデンサＣ１の残留電荷の放電を行うことができる。なお、放電期間は、平滑コンデンサＣ１の残留電荷の放電が充分に行われる期間であれば任意であるが、例えば送電器１３及び受電器２３の相対位置が予め定められた基準位置である状況における時定数τと同一期間等が考えられる。

○ 非接触電力伝送装置１０、詳細には送電側コントローラ１４及び受電側コントローラ２６の少なくとも一方は、送電中、詳細には送電器１３から受電器２３への非接触の電力伝送中の異常を把握する異常把握部を備えていてもよい。例えば送電側コントローラ１４は、異常把握部として、送電中において、電圧センサ１５の検出結果に基づいて、交流電源１２の出力電圧値に異常が発生しているか否かを定期的に判定する送電側異常把握部を備えていてもよい。

また、例えば、受電側コントローラ２６は、異常把握部として、車両用バッテリ２２の入力電圧値及び入力電流値を検出するセンサの検出結果に基づいて、車両用バッテリ２２又は非接触の電力伝送等に異常が発生しているか否かを定期的に判定する受電側異常把握部を備えていてもよい。そして、受電側コントローラ２６は、受電側異常把握部によって異常が把握された場合には異常発生信号を送電側コントローラ１４に送信する。

かかる構成においては、送電側コントローラ１４は、異常把握部によって異常が把握された場合には、第２変換動作を継続することなく、第１変換動作及び第２変換動作の双方を停止してもよい。

詳細には、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Ｓ３０１にて、通常停止条件が成立しているか否かを判定する。ステップＳ３０１の処理は、ステップＳ１０１の処理と同一であり、通常停止条件とは、実施形態のステップＳ１０１における「停止条件」に相当する。当該通常停止条件には、異常把握部によって異常が把握された場合は含まれていない。

送電側コントローラ１４は、通常停止条件が成立している場合には、ステップＳ３０２〜ステップＳ３０５の処理を実行する。これらの処理はステップＳ１０２〜ステップＳ１０５の処理と同一である。

一方、送電側コントローラ１４は、通常停止条件が成立していない場合には、ステップＳ３０６に進み、異常停止条件が成立しているか否かを判定する。異常停止条件とは、異常把握部によって異常が把握されている場合である。詳細には、例えば送電側コントローラ１４が送電側異常把握部を備え、且つ、受電側コントローラ２６が受電側異常把握部を備えている場合には、異常停止条件とは、送電側異常把握部によって異常が把握された場合、又は、送電側コントローラ１４が異常発生信号を受信した場合である。

送電側コントローラ１４は、異常停止条件が成立していない場合には、そのまま本停止制御処理を終了する一方、異常停止条件が成立している場合には、ステップＳ３０７に進み、第２変換動作を継続させることなく、第１変換動作及び第２変換動作の双方を停止させて本停止制御処理を終了する。これにより、異常が発生している場合には、直ちに交流電源１２からの交流電力の出力を停止させることができる。なお、上記別例に限られず、送電側コントローラ１４は、異常停止条件が成立した場合にも、第２変換動作を継続してもよい。

○ ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、第１スイッチング素子Ｑ１の周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことにより、交流電力を直流電力に変換するものであってもよい。この場合、第１変換動作は、第１スイッチング素子Ｑ１の周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作が行われる場合に行われると言える。

要は、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状況において停止条件が成立したことに基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａからの直流電力の出力を停止させる一方、第２変換動作を継続させることにより、平滑コンデンサＣ１の残留電荷によって生成された交流電力を送電器１３へ入力させるとよい。

○ また、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、例えば第１スイッチング素子Ｑ１とは別の特定スイッチング素子を有するＰＦＣ回路（力率改善回路）を備えていてもよい。この場合、第１変換動作は、力率を改善しつつ、交流電力を直流電力に変換する動作であるとよい。また、上記特定スイッチング素子は、第１変換動作中、周期的にＯＮ／ＯＦＦ動作しているとよい。

○ 充電停止率は１００％に設定されていてもよい。この場合、受電機器２１は、車両用バッテリ２２とは別に設けられた負荷と、受電器２３によって受電された交流電力又は当該交流電力を整流することによって得られる直流電力の入力先を、車両用バッテリ２２又は負荷に切り替える切替部とを備えているとよい。そして、受電側コントローラ２６は、充電停止率が１００％となったことに基づいて、上記入力先が、車両用バッテリ２２から負荷に切り替わるように切替部を制御し、且つ、停止要求信号を送信するとよい。これにより、充電停止率が１００％であっても、平滑コンデンサＣ１の残留電荷の放電による車両用バッテリ２２の過充電を回避できる。

○ 閾値電圧値Ｖｔｈは「０Ｖ」であってもよい。
○ 送電側コントローラ１４は、第１変換動作の停止後の各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄのスイッチング周波数と、第１変換動作の停止前の各第２スイッチング素子Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄのスイッチング周波数とを異ならせてもよい。

○ 実施形態では、外部電力として系統電力が採用されていたが、これに限られず、例えば外部電力として直流電力を採用してもよい。この場合、外部電力変換部として、ＤＣ／ＤＣコンバータを採用するとよい。

○ ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの具体的な構成は、実施形態のものに限られず、任意であり、例えば、第２スイッチング素子を１つ有する構成であってもよい。
○ 平滑コンデンサＣ１のキャパシタンスと１次側コンデンサ１３ｂのキャパシタンスとは同一であってもよいし、平滑コンデンサＣ１のキャパシタンスは、１次側コンデンサ１３ｂのキャパシタンスよりも低くてもよい。

○ 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は整流器２４及び車両用バッテリ２２に限られず任意である。
○ 送電機器１１は、交流電源１２と送電器１３との間にフィルタ回路やインピーダンス変換器等を備えていてもよい。

○ 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。

○ 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。

○ 受電機器２１の搭載対象は車両に限られず任意である。
○ 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）送電中の異常を把握する異常把握部を備え、前記停止条件は通常停止条件であり、前記制御部は、前記第１変換動作及び前記第２変換動作が行われている状況において前記異常把握部によって異常が把握された場合には、前記第２変換動作を継続させることなく、前記第１変換動作及び前記第２変換動作の双方を停止させる請求項５に記載の非接触電力伝送装置。

（ロ）前記受電機器は、前記２次側コイルによって受電された交流電力が入力される負荷を備え、前記閾値電圧値は、前記第１変換動作が停止してから、前記１次側コイル及び前記２次側コイルの相対位置が予め定められた基準位置である状況における前記平滑コンデンサから前記負荷までの回路の時定数と同一期間が経過した場合の前記平滑コンデンサの電圧値に設定されている請求項３に記載の送電機器。

（ハ）前記受電機器は、前記２次側コイルによって受電された交流電力が入力される負荷を備え、前記放電期間は、前記１次側コイル及び前記２次側コイルの相対位置が予め定められた基準位置である状況における前記平滑コンデンサから前記負荷までの回路の時定数と同一期間に設定されている請求項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（外部電力変換部）、１２ｂ…ＤＣ／ＡＣ変換器（ＤＣ／ＡＣ変換部）、１３ａ…１次側コイル、１４…送電側コントローラ（制御部）、１５…電圧センサ、２１…受電機器、２３ａ…２次側コイル、Ｃ１…平滑コンデンサ、Ｑ１…第１スイッチング素子、Ｑ２ｕ，Ｑ２ｄ…第２スイッチング素子。

Claims (5)

1. 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と、
   前記交流電力が入力される１次側コイルと、
   を備え、前記１次側コイルから、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において、
   前記交流電源は、
   外部電力を所定の電圧値の直流電力に変換する第１変換動作を行う外部電力変換部と、
   前記直流電力を前記交流電力に変換する第２変換動作を行うＤＣ／ＡＣ変換部と、
   前記外部電力変換部と前記ＤＣ／ＡＣ変換部との間に設けられた平滑コンデンサと、
   を備え、
   前記送電機器は、前記外部電力変換部及び前記ＤＣ／ＡＣ変換部を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記第１変換動作及び前記第２変換動作が行われている状況において、予め定められた停止条件が成立したことに基づいて、前記第１変換動作を停止させる一方、前記第２変換動作を継続させることにより、前記平滑コンデンサの残留電荷によって生成された交流電力を前記１次側コイルへ入力させて、前記２次側コイルに対して非接触で送電する放電制御部を備えていることを特徴とする送電機器。
2. 前記外部電力変換部は、第１スイッチング素子を有しており、前記第１変換動作は、前記第１スイッチング素子がＯＮ状態である場合に行われ、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、第２スイッチング素子を有しており、前記第２変換動作は、前記第２スイッチング素子の周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作が行われている場合に行われ、
   前記制御部は、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を個別に制御するものである請求項１に記載の送電機器。
3. 前記平滑コンデンサの電圧値を検出する電圧センサを備え、
   前記放電制御部は、前記第１変換動作が停止してから、前記電圧センサによって検出される前記平滑コンデンサの電圧値が予め定められた閾値電圧値以下となるまで、前記第２変換動作を継続させる請求項１又は請求項２に記載の送電機器。
4. 前記放電制御部は、前記第１変換動作が停止してから、予め定められた放電期間が経過するまで、前記第２変換動作を継続させる請求項１又は請求項２に記載の送電機器。
5. 請求項１〜４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。