JP2017147821A - ワイヤレス受電装置およびワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】走行中給電において、充電部の起動レスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能なワイヤレス受電装置およびワイヤレス電力伝送システムを提供すること。【解決手段】移動体に搭載されるワイヤレス受電装置２００であって、ワイヤレスにて電力を受電する受電部２１０と、受電部２１０が受電した電力を整流する整流部２２０と、整流部２２０が出力する電力を蓄電部Ｂ０に充電する充電部２３０と、整流部２２０と充電部２３０との間に接続され、整流部２２０の出力電力によって蓄電されるコンデンサ部Ｃ１と、充電部２３０の充電動作を制御する制御部２４０と、を備え、制御部２４０は、受電部２１０に生じた電圧または受電部２１０に流れる電流に基づく検出値が基準値以上のとき、充電部２３０の充電動作を開始させ、検出値が基準値を下回ったとき、充電部２３０の充電動作を停止させてコンデンサ部Ｃ１から充電部２３０に電力を供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤレス受電装置およびワイヤレス電力伝送システムに関するものである。

近年、電気自動車や携帯機器において、電源ケーブルを用いることなく外部から電力をワイヤレスで供給するワイヤレス電力伝送技術が注目されている。

このようなワイヤレス電力伝送技術において、例えば、特許文献１では、走行中の車両（電気自動車）へ効率的に電力を供給する走行中給電に関する給電装置が開示されている。

特開２０１１−１６６９９２号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、複数の送電用コイルがそれぞれ離間して道路に敷設されており、車両が複数の送電用コイル間に位置するときは車両への送電が行われず、充電器は電力供給が受けられないため停止してしまう。この状態で次の送電用コイルから電力を受けたとしても、充電器を起動するために時間を要することから、即座に充電動作が開始できないという問題がある。そのため、走行中給電のように電気自動車が高速で給電エリアに進入した場合、蓄電装置への充電が行われない区間が存在することになる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、走行中給電において、充電部の起動レスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能なワイヤレス受電装置およびワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的とする。

本発明に係るワイヤレス受電装置は、移動体に搭載されるワイヤレス受電装置であって、ワイヤレスにて電力を受電する受電部と、受電部が受電した電力を整流する整流部と、整流部が出力する電力を蓄電部に充電する充電部と、整流部と充電部との間に接続され、整流部の出力電力によって蓄電されるコンデンサ部と、充電部の充電動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、受電部に生じた電圧または受電部に流れる電流に基づく検出値が基準値以上のとき、充電部の充電動作を開始させ、検出値が基準値を下回ったとき、充電部の充電動作を停止させてコンデンサ部から充電部に電力を供給することを特徴とする。

本発明によれば、整流部と充電部との間に接続され、整流部の出力電力によって蓄電されるコンデンサ部と、充電部の充電動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、受電部に生じた電圧または受電部に流れる電流に基づく検出値が基準値以上のとき、充電部の充電動作を開始させ、検出値が基準値を下回ったとき、充電部の充電動作を停止させてコンデンサ部から充電部に電力を供給する。そのため、受電部が電力を受電しなくなると、充電部にはコンデンサ部に蓄えられた電力が供給されることとなる。このとき、大電力の消費を伴う充電部の充電動作が停止することから、充電部はコンデンサ部に蓄えられた電力で起動状態を長時間維持することができる。この状態で受電部が再度電力を受電すると、充電部は充電動作を開始することとなるが、充電部は起動状態が維持されていることから、即座に充電動作を実行することができる。その結果、走行中給電において、充電部の起動レスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。

好ましくは、制御部は、受電部が受電した電力を整流し、整流部とは別系統に出力する信号用整流部と、信号用整流部の出力電圧を検出し、検出値に対応する検出信号を出力する電圧検出部と、検出信号と基準値を比較する比較部と、を備え、比較部は、検出信号が基準値以上のとき、充電部の充電動作を開始させる開始信号を出力して、検出信号が基準値を下回ったとき、開始信号の出力を停止するとよい。この場合、充電部は、比較部の開始信号の出力の有無により充電動作を制御しているため、コンデンサ部からの不要な電力の消費が抑えられ、充電部の起動状態を長時間維持することができる。したがって、充電が必要なタイミングで即座に充電動作を実行することができる。その結果、走行中給電において、充電部の起動レスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。

好ましくは、基準値は、充電部の入力電圧範囲の下限値に相当する値よりも高い第１の基準値と、第１の基準値よりも高く、充電部の入力電圧範囲の上限値に相当する値よりも低い第２の基準値を有し、比較部は、検出信号が前記第２の基準値以上のとき、開始信号を出力し、検出信号が第１の基準値を下回ったとき、開始信号の出力を停止するとよい。この場合、充電部が充電部の入力電圧範囲の上限および下限の近傍で動作しなくなるため、充電動作の安定性を向上させることができる。これにより、不安定な充電動作が抑制されることから、コンデンサ部からの不要な電力の消費を一層抑えることができるため、より効率的な充電動作が可能となる。

より好ましくは、整流部は、複数の半導体素子と、平滑コンデンサを有し、信号用整流部は、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する信号用平滑コンデンサを有し、信号用平滑コンデンサの容量値は、平滑コンデンサの容量値よりも小さいとよい。この場合、信号用平滑コンデンサ部の容量が整流部の平滑コンデンサの容量より小さいことで、開始信号および停止信号の出力速度は整流部の出力速度よりも早い。そのため、充電動作の開始と停止の切り替わりが効率的に行われるため、コンデンサ部からの不要な電力の消費がより一層抑えられ、より効率的な充電動作が可能となる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス給電装置と、上記ワイヤレス受電装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、走行中給電において、充電部の起動レスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能なワイヤレス電力伝送システムを得ることができる。

本発明によれば、走行中給電において、充電部の起動レスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能なワイヤレス受電装置およびワイヤレス電力伝送システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１を示す模式構成図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける第１のワイヤレス給電装置の回路構成を示す模式構成図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおけるワイヤレス受電装置の回路構成を示す模式構成図である。 従来の整流部の出力動作、制御回路部の出力動作および充電部の充電動作を模式的に示した図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける整流部の出力動作、制御回路部の出力動作および充電部の充電動作を模式的に示した図である。 従来のワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス給電装置の回路構成を示す模式構成図である。 従来のワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置の回路構成を示す模式構成図である。 本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおけるワイヤレス受電装置を示す模式構成図である。 本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの充電動作のタイミングを示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの充電動作のタイミングを示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおけるワイヤレス受電装置を示す模式構成図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１の全体構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１を示す模式構成図である。

ワイヤレス電力伝送システムＳ１は、図１に示すように、第１のワイヤレス給電装置１００Ａと、第２のワイヤレス給電装置１００Ｂと、ワイヤレス受電装置２００と、を備える。第１のワイヤレス給電装置１００Ａは、電源部ＰＳＡと、駆動回路１１０Ａと、給電部１２０Ａと、を有する。第２のワイヤレス給電装置１００Ｂは、電源部ＰＳＢと、駆動回路１１０Ｂと、給電部１２０Ｂと、を有する。ワイヤレス受電装置２００は、受電部２１０と、整流部２２０と、充電部２３０と、コンデンサ部Ｃ１と、制御部２４０と、を有する。ワイヤレス受電装置２００は、移動体に搭載される。図１に示されているように、第１および第２のワイヤレス給電装置１００Ａ，１００Ｂは、移動体の進行方向に沿って、移動体の走行レーン上に互いに離間して敷設されており、第１のワイヤレス給電装置１００Ａの給電部１２０Ａと第２のワイヤレス給電装置１００Ｂの給電部１２０Ｂにより、給電エリアが形成されている。なお、本実施形態では、ワイヤレス電力伝送システムＳ１は、第１および第２のワイヤレス給電装置１００Ａ，１００Ｂの２つで構成されているがそれに限られず、さらに複数のワイヤレス給電装置が敷設されていてもよい。また、移動体としては、例えば、電気自動車、工場内で物品等を搬送する搬送車、移動して作業を行う移動ロボットやエレベータなどが挙げられる。本実施形態では、移動体が給電エリアに進入し、受電部２１０の一部または全てが給電部１２０と対向するとき（給電部１２０の給電範囲に位置するとき）、給電部１２０から受電部２１０にワイヤレスにて電力伝送が行われる。なお、以下の説明では、ワイヤレス電力伝送システムＳ１を走行中の電気自動車に対してワイヤレスにて給電が可能な設備に適用した例を用いて説明する。

次に、図２を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１における第１および第２のワイヤレス給電装置１００Ａ，１００Ｂの回路構成について詳述する。なお、第１および第２のワイヤレス給電装置１００Ａ，１００Ｂが備える回路構成は、同様のため、第１のワイヤレス給電装置１００Ａについて説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける第１のワイヤレス給電装置の回路構成を示す模式構成図である。

駆動回路１１０Ａは、給電用電力変換部１１１と、スイッチ駆動部１１２を有する。この駆動回路１１０Ａは、電源部ＰＳＡから供給される入力直流電力を交流電力に変換する機能を有する。電源部ＰＳＡは、直流電源であれば特に制限されず、例えば直流安定化電源、商用電源にＰＦＣ回路（力率改善回路）を接続したものなどが挙げられる。ここで、電源部ＰＳＡとして、商用電源に力率改善回路を接続したものを用いる場合、力率改善回路は、駆動回路１１０Ａと一体化して構成してもよい。

給電用電力変換部１１１は、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。スイッチング素子としては、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの素子が挙げられる。本実施形態では、スイッチング素子として、ＭＯＳ−ＦＥＴを用い、４つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４がブリッジ接続されたフルブリッジ型回路となっている。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、スイッチ駆動部１１２から供給されるＳＷ制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４に応じてＯＮ動作またはＯＦＦ動作を行う。具体的には、給電用電力変換部１１１は、スイッチング素子ＳＷ１のソースとスイッチング素子ＳＷ３のドレインが接続され、スイッチング素子ＳＷ２のソースとスイッチング素子ＳＷ４のドレインが接続され、スイッチング素子ＳＷ１のドレインとスイッチング素子ＳＷ２のドレインが電源部ＰＳＡの一端に接続され、スイッチング素子ＳＷ３のソースとスイッチング素子ＳＷ４のソースが電源部ＰＳＡの他端に接続されている。また、スイッチ駆動部１１２は、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ４が同期してＯＮ・ＯＦＦするようにＳＷ制御信号ＳＧ１およびＳＧ４をそれぞれスイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４のゲートに送信し、スイッチング素子ＳＷ２とスイッチング素子ＳＷ３が同期してＯＮ・ＯＦＦするようにＳＷ制御信号ＳＧ２およびＳＧ３をそれぞれスイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３のゲートに送信する。これにより、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をＯＮ・ＯＦＦ制御することで、電源部ＰＳＡから供給される入力直流電力が交流電力に変換されて、後述する給電部１２０Ａに交流電流Ｉｏが供給される。

給電部１２０Ａは、給電コイルＬｔと、給電側リアクタンス回路Ｘ１０と、を有する。ワイヤレス電力伝送システムＳ１を電気自動車などの車両への給電設備に用いた場合、給電部１２０Ａは地中または地面近傍に配設されることとなる。この給電部１２０Ａは、給電コイルＬｔと、給電側リアクタンス回路Ｘ１０が樹脂製の筐体で一体化されているとよい。

給電コイルＬｔは、給電側リアクタンス回路Ｘ１０とともに給電側ＬＣ共振回路を形成している。この給電コイルＬｔは、駆動回路１１０Ａから供給された交流電力を後述する受電コイルＬｒに給電する機能を有する。具体的には、給電コイルＬｔは、銅やアルミニウムなどの導線を巻回して構成されており、駆動回路１１０から給電コイルＬｔに交流電圧が印加されることにより、給電コイルＬｔに交流電流が流れ、交流磁界を発生させる。なお、給電コイルＬｔを構成する導線は、単線であってもよく、導線を複数撚り合わせたリッツ線であっても構わない。また、給電コイルＬｔは、導線を平面状に巻回したもの、導線を螺旋状に巻回したものなど様々な形状のものを適用できる。

給電側リアクタンス回路Ｘ１０は、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この給電側リアクタンス回路Ｘ１０は、給電コイルＬｔと共振するためのコンデンサやインダクタから構成される。本実施形態では、給電側リアクタンス回路Ｘ１０は、第１の共振コンデンサＣｔ１と、第２の共振コンデンサＣｔ２と、を有する。第１の共振コンデンサＣｔ１は、給電コイルＬｔの一端と、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ３の接続点との間に接続されている。第２の共振コンデンサＣｔ２は、給電コイルＬｔの他端と、スイッチング素子ＳＷ２とスイッチング素子ＳＷ４の接続点との間に接続されている。つまり、第１の共振コンデンサＣｔ１と第２の共振コンデンサＣｔ２は、それぞれ給電コイルＬｔに直列に接続されている。なお、給電側リアクタンス回路Ｘ１０は、第１の共振コンデンサＣｔ１、第２の共振コンデンサＣｔ２にインダクタが直列又は並列に接続されていてもよい。また、本実施形態では、給電コイルＬｔに、第１の共振コンデンサＣｔ１と第２の共振コンデンサＣｔ２がそれぞれ直列接続されているがこれに限られることなく、例えば、給電コイルＬｔに第１の共振コンデンサＣｔ１のみが直列に接続されていてもよく、給電コイルＬｔに第１の共振コンデンサＣｔ１のみが並列に接続されていてもよく、あるいは、給電コイルＬｔに第１の共振コンデンサＣｔ１が直列に接続され、第２の共振コンデンサＣｔ２が並列に接続される構成としてもよい。これら第１および第２の共振コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２としては、容量誤差の小さいフィルムコンデンサや周波数特性の良い積層セラミックコンデンサなどが挙げられる。

ここで、第１のワイヤレス給電装置１００Ａの給電動作について詳細に説明する。なお、第２のワイヤレス給電装置１００Ｂは、第１のワイヤレス給電装置１００Ａと同様の給電動作を行うため、説明は省略する。本説明においては、給電部１２０Ａに印加される電圧および流れる電流は、スイッチング素子ＳＷ３とスイッチング素子ＳＷ４の接続点を電圧値の基準、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ３の接続点から給電コイルへ電流が流入する方向を電流値の基準とする。第１のワイヤレス給電装置１００Ａが給電動作を開始すると、電源部ＰＳＡから給電用電力変換部１１１の両端に入力電圧Ｖｉｎが印加されるとともに、スイッチ駆動部１１２からＳＷ制御信号ＳＧ１およびＳＧ４とＳＷ制御信号ＳＧ２およびＳＧ３が駆動周波数ｆの周期で交互に送信される。これにより、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４とスイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３が交互にＯＮ・ＯＦＦする。スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ４がＯＮし、スイッチング素子ＳＷ２とスイッチング素子ＳＷ３がＯＦＦしたときに、給電部１２０Ａに電圧Ｖｏが印加され、電流Ｉｏがスイッチング素子ＳＷ１、第１の共振コンデンサＣｔ１、給電コイルＬｔ、第２の共振コンデンサＣｔ２、スイッチング素子ＳＷ４の順に流れる。同様に、スイッチング素子ＳＷ２とスイッチング素子ＳＷ３がＯＮし、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ４がＯＦＦしたときに、給電部１２０Ａに電圧−Ｖｏが印加され、電流−Ｉｏがスイッチング素子ＳＷ２、第２の共振コンデンサＣｔ２、給電コイルＬｔ、第１の共振コンデンサＣｔ１、スイッチング素子ＳＷ３の順に流れる。電圧Ｖｏは絶対値が入力電圧Ｖｉｎとほぼ等しい正の電圧値であり、電圧−Ｖｏは絶対値が入力電圧Ｖｉｎとほぼ等しい負の電圧値であり、電圧Ｖｏと電圧−Ｖｏは駆動周波数ｆの周期で切り替わる。つまり、電源部ＰＳＡから供給される直流の入力電圧Ｖｉｎが、給電用電力変換部１１１で駆動周波数ｆの交流波形に変換され、給電用電力変換部１１１から駆動周波数ｆの交流波形が出力されることにより、給電コイルＬｔには駆動周波数ｆの交流電流Ｉｏが流れる。そして、給電コイルＬｔは、交流電流Ｉｏに基づく交流磁界を発生させる。

次に、図３を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１におけるワイヤレス受電装置２００の回路構成を示す模式構成図について詳述する。図３は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおけるワイヤレス受電装置の回路構成を示す模式構成図である。

受電部２１０は、受電コイルＬｒと、受電側リアクタンス回路Ｘ２０と、を有する。本実施形態では、受電部２１０は、車両下部に搭載されることとなる。この受電部２１０は、受電コイルＬｒと受電側リアクタンス回路Ｘ２０が樹脂製の筐体で一体化されているとよい。

受電コイルＬｒは、受電側リアクタンス回路Ｘ２０とともに受電側ＬＣ共振回路を形成している。この受電コイルＬｒは、給電コイルＬｔから給電された交流電力を受電する機能を有する。具体的には、受電コイルＬｒは、銅やアルミニウムなどの導線を巻回して構成されており、給電コイルＬｔが発生する交流磁界を受けることで、受電コイルＬｒに交流起電力が発生して、交流電流が流れる。これにより、給電コイルＬｔから受電コイルＬｒにワイヤレスにて交流電力が伝送される。なお、受電コイルＬｒを構成する導線は、単線であってもよく、導線を複数撚り合わせたリッツ線であっても構わない。また、受電コイルＬｒは、導線を平面状に巻回したもの、導線を螺旋状に巻回したものなど様々な形状のものを適用できる。

受電側リアクタンス回路Ｘ２０は、受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この受電側リアクタンス回路Ｘ２０は、受電コイルＬｒと共振するためのコンデンサやインダクタから構成される。本実施形態では、給電側リアクタンス回路Ｘ２０は、第１の共振コンデンサＣｒ１と、第２の共振コンデンサＣｒ２と、を有する。第１の共振コンデンサＣｒ１の一端は、受電コイルＬｒの一端と接続され、第２の共振コンデンサＣｒ２の一端は、受電コイルＬｒの他端と接続されている。つまり、第１の共振コンデンサＣｒ１と第２の共振コンデンサＣｒ２は、受電コイルＬｒに直列接続されている。なお、受電側リアクタンス回路２０は、第１の共振コンデンサＣｒ１、第２の共振コンデンサＣｒ２にインダクタが直列又は並列に接続されていてもよい。また、本実施形態では、受電コイルＬｒに、第１の共振コンデンサＣｒ１と第２の共振コンデンサＣｒ２がそれぞれ直列接続されているがこれに限られることなく、例えば、受電コイルＬｒに第１の共振コンデンサＣｒ１のみが直列に接続されていてもよく、受電コイルＬｒに第１の共振コンデンサＣｒ１のみが並列に接続されていてもよく、あるいは、受電コイルＬｒに第１の共振コンデンサＣｒ１が直列に接続され、第２の共振コンデンサＣｒ２が並列に接続される構成としてもよい。これら第１および第２の共振コンデンサＣｒ１，Ｃｒ２としては、容量誤差の小さいフィルムコンデンサや周波数特性の良い積層セラミックコンデンサなどが挙げられる。

整流部２２０は、受電部２１０が受電した交流電力を整流して、充電部２３０に直流電力を出力する機能を有する。整流部２２０は、複数の半導体素子と、平滑コンデンサＣ０から構成されている。半導体素子としては、例えばショットキーバリアダイオード、ＰＮダイオード、ＰＩＮダイオードなどのダイオード素子が挙げられる。本実施形態においては、半導体素子として、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４がブリッジ接続されたブリッジ型整流回路となっている。具体的には、ダイオードＤ１〜Ｄ４は、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ３のカソードが接続され、ダイオードＤ２のアノードとダイオードＤ４のカソードが接続されており、ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２のカソードが平滑コンデンサＣ０の一端に接続され、ダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のアノードが平滑コンデンサＣ０の他端に接続されている。すなわち、整流部２２０は、ブリッジ型整流回路において、受電部２１０から供給される交流電力を全波整流し、整流された直流電圧を平滑コンデンサＣ０により平滑化して出力する。

コンデンサ部Ｃ１は、整流部２２０から出力された直流電力を蓄電し、充電部２３０へと直流電力を供給する機能を有する。具体的には、コンデンサ部Ｃ１は、整流部２２０と充電部２３０との間において、平滑コンデンサＣ０と並列に接続されている。これにより、整流部２２０からの直流電力が供給されないとき（受電部２１０が電力を受電しないとき）は、コンデンサ部Ｃ１に蓄積された電力が充電部２３０へと供給されることとなる。コンデンサ部Ｃ１の容量値は、少なくとも平滑コンデンサＣ０の容量値以上に設定されていると望ましく、大きければ大きいほど好ましい。コンデンサ部Ｃ１の容量値が大きいと、充電部２３０が長時間起動状態を維持することが可能となる。コンデンサ部Ｃ１としては、例えば、電解コンデンサや電気二重層コンデンサなどが挙げられる。

充電部２３０は、充電用電力変換部２３１と、内部用電力変換部２３２と、制御回路部２３３と、を有する。充電部２３０は、整流部２２０と蓄電部Ｂ０の間に接続され、整流部２２０から出力された直流電力の電流および電圧を変換し、蓄電部Ｂ０へと直流電力を出力する機能を有する。蓄電部Ｂ０は、移動体の駆動に用いられる動力源である主バッテリーであり、二次電池であれば特に制限されず、例えばリチウムイオン二次電池、または、鉛蓄電池が挙げられる。

充電用電力変換部２３１は、インダクタＬ１とコンデンサＣ２とダイオードＤ５とスイッチング素子ＳＷ５で構成されている。具体的には、スイッチング素子ＳＷ５とインダクタＬ１は、コンデンサ部Ｃ１の一端と蓄電部Ｂ０の一端の間に直列に接続され、スイッチング素子ＳＷ５とインダクタＬ１の接続点にダイオードＤ５のカソードに接続され、インダクタと蓄電部Ｂ０の一端の接続点にコンデンサＣの一端が接続されている。ダイオードＤ５のアノードとコンデンサＣ２の他端は、コンデンサ部Ｃ１の他端と蓄電部Ｂ０の他端に接続されている。内部用電力変換部２３２は、充電部２３０の入力両端に接続されている。内部用電力変換部２３２は、小電力用の電力変換回路で構成され、整流部２３０もしくはコンデンサ部Ｃ１からの電力を変換し、後述する制御回路部２３３に電力を供給する。この内部用電力変換部２３２は、電力を供給されてから起動するまでに時間を要する。制御回路部２３３は、スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ・ＯＦＦ動作するようにＳＷ制御信号ＳＧ５をスイッチング素子ＳＷ５のゲートに出力する。つまり、充電部２３０においては、制御回路部２３３が内部用電力変換部２３２からの電力を受け、スイッチング素子ＳＷ５のＯＮ・ＯＦＦ動作を開始させることで、充電用変換部２３１が整流部２２０から出力された電力を蓄電部Ｂ０に蓄電する充電動作を行う。これにより、スイッチング素子ＳＷ５をＯＮ・ＯＦＦ制御することで、整流部の出力電圧Ｖｏ３が充電部の出力電圧Ｖｏ４に変換され、この出力電圧Ｖｏ４が蓄電部Ｂ０に印加される。なお、制御回路部２３３は、充電用電力変換部２３１が充電動作時に出力する直流電力に比べて、消費される電力が極めて小さい。このように、本実施形態では、充電用電力変換部２３１は、非絶縁型降圧コンバータとなっているがこれに限らない。充電用電力変換部２３１は、整流部２２０から出力される直流電圧および蓄電部Ｂ０の定格電圧に応じて、昇圧型コンバータ、昇降圧型コンバータ、降圧型コンバータのいずれかであればよい。また、充電用電力変換部２３１は、トランスを用いる絶縁型であってもよく、複数の素子を用いるインターリーブ型であってもよい。

制御部２４０は、充電部２３０の充電動作を制御する機能を有する。具体的には、制御部２４０は、受電部２１０に生じた電圧または受電部２１０に流れる電流に基づく検出値が基準値以上のとき、充電部２３０の充電動作を開始させ、検出値が基準値を下回ったとき、充電部２３０の充電動作を停止させている。つまり、制御部２４０は、受電部２１０に生じた電圧または受電部２１０に流れる電流により、受電部２１０の受電状態を検出し、受電部２１０の受電状態に応じて、充電部２３０の充電動作を制御している。制御部２４０が受電部２１０の受電状態を検出する方法は、磁気的な検出方法や電気的な検出方法が挙げられる。なお、制御部２４０が受電部２１０に生じた電圧に基づく検出値を検出する場合、分圧回路や電圧検出トランスが用いられ、制御部２４０が受電部２１０に流れる電流に基づく検出値を検出する場合、電流センサやカレントトランスが用いられる。その他の検出方法としては、例えば、コイル、ＭＲ素子、電圧計を用いた方法が挙げられる。本実施形態では、制御部２４０が受電部２１０に流れる電流に基づく検出値を検出する場合について説明する。一例として、図３では、制御部２４０が、カレントトランスＣＴ０と信号送信部２４１を備える構成を示している。カレントトランスＣＴ０は、受電部２１０に流れる電流として、受電コイルＬｒを流れる交流電流を検出し、検出値を検出信号として信号送信部２４１に送信する。信号送信部２４１は、その検出信号と予め設定されている基準値から受電状態を判断し、受電部２１０が電力を受電しているとき、つまり、検出値が基準値以上のとき、充電部２３０の制御回路部２３３に開始信号ＳＧ６を出力する。ここで、開始信号ＳＧ６は、整流部２２０により受電部２１０が受電した交流電力を整流して、充電部２３０に直流電力を出力する動作よりも早く充電部２３０の制御回路部２３３に出力される。したがって、制御部２４０は、整流部２２０が出力する電力が充電部２３０に供給される前に、充電部２３０の充電動作を開始させることとなる。また、信号送信部２４１は、検出信号と予め設定されている基準値から受電状態を判断し、受電部２１０が電力を受電していないとき、つまり、検出値が基準値を下回ったとき、充電部２３０の制御回路部２３３に停止信号ＳＧ７を出力する。ここで、受電部２１０が電力を受電していないとき、コンデンサ部Ｃ１に蓄えられている電力が充電部２３０に供給される。言い換えれば、制御部２４０は、受電部２１０に生じた電圧または受電部２１０に流れる電流に基づく検出値が基準値を下回ったとき、充電部２３０の充電動作を停止させてコンデンサ部Ｃ１から充電部２３０に電力を供給する。充電部２３０の内部用電力変換部２３２は、コンデンサ部Ｃ１からの電力を変換し、制御回路部２３３に電力を供給し、制御回路部２３３は、内部用電力変換部２３２からの電力を受け、スイッチング素子ＳＷ５のＯＮ・ＯＦＦ動作を制御するＳＷ制御信号ＳＧ５が出力できる状態となる。このとき、充電部２３０の制御回路部２３３は停止信号ＳＧ７を受け、スイッチング素子ＳＷ５へのＳＷ制御信号ＳＧ５の出力を停止してスイッチング素子ＳＷ５をＯＦＦ状態とし、充電部２３０の充電用電力変換部２３１の充電動作を停止させる。つまり、充電部２３０は、充電動作は停止しているものの、即座に充電動作が可能な起動状態となっている。したがって、受電部２１０が電力を受電していないとき、充電部２３０の充電用電力変換部２３１の充電動作が停止していることから、コンデンサ部Ｃ１に蓄えられている電力により充電部２３０の起動状態を長時間維持することができる。なお、ここで言う充電部２３０の起動状態とは、充電部２３０の充電用電力変換部２３１の充電動作が停止状態であって、内部用電力変換部２３２が起動し、制御回路部２３３がスイッチング素子ＳＷ５にＳＷ制御信号ＳＧ５が出力できる状態のことを意味している。この状態で、受電部２１０が再度電力を受電すると、充電部２３０の制御回路部２３３は開始信号ＳＧ６を受け、スイッチング素子ＳＷ５へＳＷ制御信号ＳＧ５の出力を開始し、充電部２３０の充電用電力変換部２３１の充電動作を開始させる。このとき、充電部２３０は起動状態が維持されていることから、即座に充電動作を実行することができる。なお、基準値は、充電部２３０の入力電圧範囲内で設定される。

ここで、ワイヤレス受電装置２００の受電動作を詳細に説明する。本説明においては、受電部２１０に印加される電圧および流れる電流は、ダイオードＤ１とダイオードＤ３の接続点を電圧値の基準、受電コイルＬｒからダイオードＤ２とダイオードＤ４の接続点に電流が流入する方向を電流値の基準とする。受電コイルＬｒは、給電コイルＬｔが発生する交流磁界を受けて、交流起電力が発生する。これにより、受電部２１０の受電コイルＬｒの両端には、交流起電力である交流電圧Ｖｏ２が印加されるとともに、交流起電力に基づく交流電流Ｉｏ２が受電コイルＬｒに流れる。交流電圧Ｖｏ２および交流電流Ｉｏ２は、整流部２２０により整流・平滑され、直流電圧Ｖｏ３および直流電流Ｉｏ３が生成される。充電動作が停止しているとき、すなわち、スイッチング素子ＳＷ５がＯＦＦ状態のとき、直流電圧Ｖｏ３がコンデンサ部Ｃ１の両端と充電部２３０の両端に印加され、直流電流Ｉｏ３がコンデンサ部Ｃ１に供給されて蓄電される。一方、充電動作が開始し、制御回路部２３３からＳＷ制御信号ＳＧ５が間欠的に送信され、スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ・ＯＦＦすると、直流電圧Ｖｏ３がコンデンサ部Ｃ１の両端と充電部２３０の両端に印加され、充電部２３０により、直流電圧Ｖｏ３および直流電流Ｉｏ３が直流電圧Ｖｏ４および直流電流Ｉｏ４に変換される。このとき、コンデンサ部Ｃ１には、直流電流Ｉｏ３の一部が供給されて蓄電される。そして、充電部２３０から出力される直流電圧Ｖｏ４が蓄電部Ｂ０の両端に印加され、直流電流Ｉｏ４が蓄電部Ｂ０に供給されて蓄電される。なお、直流電圧Ｖｏ４は、スイッチング素子ＳＷ５のＯＮ時間・ＯＦＦ時間により設定される。

このような構成を備えることにより、第１のワイヤレス給電装置１００Ａの給電部１１０Ａとワイヤレス受電装置２００の受電部２１０が対向することで、磁気的に結合し、駆動回路１１０Ａから給電部１２０Ａに供給された交流電力が近接電磁界効果によって受電部２１０に交流起電力が励起される。また、第２のワイヤレス給電装置１００Ｂについても同様である。

次に、図４および図５を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１の給電動作と、従来のワイヤレス電力伝送システムの充電動作の違いについて説明する。図４は、従来の整流部の出力動作、制御回路部の出力動作および充電部の充電動作を模式的に示した図である。図５は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける整流部の出力動作、制御回路部の出力動作および充電部の充電動作を模式的に示した図である。

ここで、図４および図５は、横軸を移動体に搭載されるワイヤレス受電装置２００の受電部２１０の位置を示し、ｋ０を移動体が給電エリアに到達する前の任意の位置、ｋ１を第１のワイヤレス給電装置１００Ａの給電開始位置、ｋ２を第１のワイヤレス給電装置１００Ａの給電終了位置、ｋ３を第２のワイヤレス給電装置１００Ｂの給電開始位置、ｋ４を第２のワイヤレス給電装置１００Ｂの給電終了位置とする。つまり、ｋ０からｋ１までが給電エリア到達前であり、ｋ１からｋ２までが第１のワイヤレス給電装置１００Ａの給電可能範囲、ｋ２からｋ３までが第１のワイヤレス給電装置１００Ａと第２のワイヤレス給電装置１００Ｂの間、ｋ３からｋ４までが第２のワイヤレス給電装置１００Ｂの給電可能範囲、ｋ４以降が給電エリア通過後となる。なお、説明の便宜上、図中の動作は全てＯＮもしくはＯＦＦで表している。また、横軸ｋ０〜ｋ４の間隔は、移動体の走行速度や第１および第２のワイヤレス給電装置１００Ａ，１００Ｂの間の距離などによって変化する。

まず、図４を参照して、従来例の充電動作の説明を行う前に、図６を参照して、従来のワイヤレス電力伝送システムにおけるワイヤレス受電装置について説明する。図６ａは、従来のワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス給電装置の回路構成を示す模式構成図である。図６ｂは、従来のワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置の回路構成を示す模式構成図である。従来のワイヤレス電力伝送システムは、第１および第２のワイヤレス給電装置１０Ａ，１０Ｂと、ワイヤレス受電装置２０を備える。なお、第１および第２のワイヤレス給電装置１０Ａ，１０Ｂが備える回路構成は、同様のため、第１のワイヤレス給電装置１０Ａについて説明する。第１のワイヤレス給電装置１０Ａは、電源ＰＳａと、駆動回路１１Ａと、給電部１２Ａと、を有する。駆動回路１１Ａは、４つのスイッチング素子ＳＷ１ａ〜ＳＷ４ａがブリッジ接続されたフルブリッジ型回路となっている給電用電力変換部１１ａと、各スイッチング素子ＳＷ１ａ〜ＳＷ４ａをＳＷ制御信号ＳＧ１ａ〜ＳＧ４ａによりＯＮ・ＯＦＦ制御するスイッチ駆動部１１ｂを有する。給電部１２Ａは、給電コイルＬｔａと、第１の共振コンデンサＣｔ１ａと、第２の共振コンデンサＣｔ２ａを有する給電側リアクタンス回路Ｘ１を有する。ワイヤレス受電装置２０は、受電部２１と、整流部２２と、充電部２３と、を有する。受電部２１は、受電コイルＬｒａと、第１の共振コンデンサＣｒ１ａと、第２の共振コンデンサＣｒ２ａを有する受電側リアクタンス回路Ｘ２と、を有する。整流部２２は、４つのダイオードＤ１ａ〜Ｄ４ａがブリッジ接続されたブリッジ型整流回路と、平滑コンデンサＣ０ａと、を有する。充電部２３は、インダクタＬ１ａとコンデンサＣ２ａとダイオードＤ５ａとスイッチング素子ＳＷ５ａで構成されている充電用電力変換部２３ａと、内部用電力変換部２３ｂと、制御回路部２３ｃと、を有する。つまり、従来のワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス受電装置２０において、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１のワイヤレス受電装置２００から制御部２４０を取り除いた装置である。なお、電源ＰＳａ、駆動回路１１Ａ、給電部１２Ａ、受電部２１、整流部２２、充電部２３、蓄電部Ｂ１の各構成は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１の第１および第２のワイヤレス給電装置１００Ａ，１００Ｂならびにワイヤレス受電装置２００の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。続いて、図４を参照して、従来のワイヤレス電力伝送システムの充電動作の説明を行う。まず、移動体がｋ０からｋ１まで移動するとき、第１および第２の給電部と受電部２１が重なっていないため、受電部２１に電力が伝送されない。このとき、整流部２２の出力動作がＯＦＦ状態のため、充電部２３の制御回路部の出力動作および充電部２３の充電用電力変換部の充電動作もＯＦＦ状態となる。続いて、移動体がｋ１からｋ２まで移動するとき、第１の給電部と受電部２１が重なることで、第１の給電部から受電部２１に電力が伝送される。このとき、整流部２２の出力動作がＯＮ状態になり、コンデンサ部に電力を蓄電しつつ、充電部２３の制御回路部の出力動作および充電部２３の充電用電力変換部の充電動作もＯＮ状態となる。ここで、充電部２３の内部用電力変換部は起動に時間を要するため、ＯＮ状態になるタイミングが遅れ、それに伴い充電部２３の制御回路部および充電部２３の充電用電力変換部のＯＮ状態になるタイミングがさらに遅れる。続いて、移動体がｋ２からｋ３まで移動するとき、第１の給電部および第２の給電部と受電部２１が重なっていないため、受電部２１に電力が伝送されない。このとき、整流部２２の出力動作がＯＦＦ状態となり、充電部２３の制御回路部および充電部２３の充電用電力変換部は、コンデンサ部Ｃ１に蓄電された電力によりＯＮ状態が維持される。しかしながら、充電部２３の充電用電力変換部は充電動作に伴う変換電力が大きいため、コンデンサ部Ｃ１に蓄電された電力がすぐに消費され、充電部２３の充電動作がＯＦＦ状態となり、それに続いて充電部２３の制御回路部の出力動作がＯＦＦ状態となる。続いて、移動体がｋ３からｋ４まで移動するとき、第２の給電部と受電部２１が重なることで、第２の給電部から受電部２１に電力が伝送される。このとき、移動体がｋ１からｋ２まで移動するときと同様に、整流部２２の出力動作がＯＮ状態になり、電力が空になったコンデンサ部Ｃ１に再度電力を蓄電しつつ、充電部２３の制御回路部の出力動作および充電部２３の充電用電力変換部の充電動作が段階的にＯＮ状態となる。そして、移動体がｋ４を通過すると、給電エリアを通過したため、給電動作が終了する。このとき、移動体がｋ２〜ｋ３まで移動するときと同様に、充電部２３の制御回路部の出力動作および充電部２３の充電用電力変換部の充電動作は段階的にＯＦＦ状態となる。

次に、図５を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１の充電動作の説明を行う。まず、移動体がｋ０からｋ１まで移動するとき、第１および第２の給電部１２０Ａ，１２０Ｂと受電部２１０が重なっていないため、受電部２１０に電力が伝送されない。このとき、整流部２２０の出力動作がＯＦＦ状態のため、制御回路部２３３の出力動作および充電用電力変換部２３１の充電動作もＯＦＦ状態となる。続いて、移動体がｋ１からｋ２まで移動するとき、第１の給電部１２０Ａと受電部２１０が重なることで、第１の給電部１２０Ａから受電部２１０に電力が伝送される。このとき、整流部２２０の出力動作がＯＮ状態になり、コンデンサ部Ｃ１に電力を蓄電しつつ、制御回路部２３３の出力動作および充電用電力変換部２３１の充電動作もＯＮ状態となる。ここで、内部用電力変換部２３２は起動に時間を要するため、ＯＮ状態になるタイミングが遅れ、それに伴い制御回路部２３３および充電用電力変換部２３１のＯＮ状態になるタイミングがさらに遅れる。続いて、移動体がｋ２からｋ３まで移動するとき、第１および第２の給電部１２０Ａ，１２０Ｂと受電部２１０が重なっていないため、受電部２１０に電力が伝送されない。このとき、制御部２４０が制御回路部２３３の出力動作をＯＦＦ状態とすることで、充電用電力変換部２３１の充電動作がＯＦＦ状態となり、コンデンサ部Ｃ１に蓄電された電力は内部用電力変換部２３２を介して、消費電力の小さい制御回路部２３３にのみ供給されることとなり、内部用電力変換部２３２の出力動作がＯＮ状態を維持し続け、充電部２３０の起動状態が維持される。つまり、本実施形態では、移動体がｋ２からｋ３を移動する間は内部用電力変換部２３２の出力動作はＯＮ状態となり、制御回路部２３３の出力動作はＯＦＦ状態となっているため、充電用電力変換部２３１の充電動作もＯＦＦ状態となる。続いて、移動体がｋ３からｋ４まで移動するとき、第２の給電部１２０Ｂと受電部２１０が重なることで、第２の給電部１２０Ｂから受電部２１０に電力が伝送される。このとき、内部用電力変換部２３２は既にＯＮ状態のため、整流部２２０がＯＮ状態となるタイミングとほぼ同じタイミングで制御回路部２３３の出力動作がＯＮ状態となるため、充電用電力変換部２３１の充電動作も即座にＯＮ状態となる。したがって、充電部２３０の起動レスポンスが向上することから、移動体がｋ３からｋ４を移動する間においては、従来と比較して、より多く電力を蓄電部Ｂ０に充電することができる。そして、移動体がｋ４を通過すると、給電エリアを通過したため、給電動作が終了する。このとき、制御部２４０が充電用電力変換部２３１の充電動作をＯＦＦ状態とすることで、コンデンサ部Ｃ１に蓄電された電力は内部用電力変換部２３２を介して、消費電力の小さい制御回路部２３３にのみ供給されることとなり、内部用電力変換部２３２の出力動作はコンデンサ部Ｃ１に蓄電された電力を制御回路部２３３が全て消費するまでＯＮ状態を維持し続ける。

以上のように、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１は、ワイヤレス受電装置２００が、整流部２２０と充電部２３０との間に接続され、整流部２２０の出力電力によって蓄電されるコンデンサ部Ｃ１と、充電部２３０の充電動作を制御する制御部２４０と、を備え、制御部２４０は、受電部２１０に生じた電圧または受電部２１０に流れる電流に基づく検出値が基準値以上のとき、充電部２３０の充電動作を開始させ、検出値が基準値を下回ったとき、充電部２３０の充電動作を停止させてコンデンサ部Ｃ１から充電部２３０に電力を供給する。そのため、受電部２１０が電力を受電しなくなると、充電部２３０にはコンデンサ部Ｃ１に蓄えられた電力が供給されることとなる。このとき、大電力の消費を伴う充電部２３０の充電動作が停止することから、充電部２３０はコンデンサ部Ｃ１に蓄えられた電力で起動状態を長時間維持することができる。この状態で受電部２１０が再度電力を受電すると、充電部２３０は充電動作を開始することとなるが、充電部２３０は起動状態が維持されていることから、即座に充電動作を実行することができる。その結果、走行中給電において、充電部２３０の起動レスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。

（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの構成について説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおけるワイヤレス受電装置を示す模式構成図である。第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、第１のワイヤレス給電装置１００Ａと、第２のワイヤレス給電装置１００Ｂと、ワイヤレス受電装置３００を有する。第１のワイヤレス給電装置１００Ａ、第２のワイヤレス給電装置１００Ｂの構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１と同様である。本実施形態では、ワイヤレス受電装置３００が制御部２４０に代えて制御部３４０を備えている点において、第１実施形態と相違し、その他の構成は第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムＳ１のワイヤレス受電装置２００と同様である。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

制御部３４０は、図７に示されるように、信号用整流部３４１と、電圧検出部３４２と、比較部３４３と、を有する。

信号用整流部３４１は、受電部２１０が受電した電力を整流して、整流部２２０とは別系統に出力する機能を有する。具体的には、信号用整流部３４１は、受電部２１０の出力端と接続され、受電部２１０から印加される交流電圧Ｖｏ２を整流して、直流電圧Ｖｏ５を電圧検出部３４２へ出力する。この直流電圧Ｖｏ５は整流部２２０の出力電圧Ｖｏ３とほぼ等しい電圧値を有する。このように信号用整流部３４１としては、ダイオードやスイッチング素子などの半導体素子で構成される。

電圧検出部３４２は、信号用整流部３４１の出力電圧（直流電圧Ｖｏ５）を検出して、検出信号ＳＧ８を比較部３４３に出力する。ここで、検出信号ＳＧ８は、受電部２１０に生じた電圧に基づく検出値に対応するものである。つまり、本実施形態では、制御部３４０は、受電部２１０に生じた電圧により、受電部２１０の受電状態を検出し、受電部２１０の受電状態に応じて、充電部２３０の充電動作を制御することとなる。この電圧検出部３４２は、分圧回路やフィルタ回路から構成され、信号用整流部３４１の出力端と比較部３４３の入力端の間に接続される。例えば、電圧検出部３４２が分圧回路から構成される場合、信号用整流部３４１の出力電圧は２つの抵抗（図示しない）により分圧され、その中間電位を検出信号ＳＧ８として取り出される。すなわち、信号用整流部３４１の出力電圧が大きくても分圧することで取り扱いやすい電圧に降圧することができる。一方、信号用整流部３４１の出力電圧が取り扱える低い電圧であれば、必ずしも分圧する必要はない。

比較部３４３は、電圧検出部３４２が出力した検出信号ＳＧ８を受けて、予め設定した基準値ＢＬ０と検出信号ＳＧ８を比較し、開始信号ＳＧ９の出力動作を制御する機能を有する。本実施形態においては、比較部３４３は、電圧検出部３４２の検出信号ＳＧ８が予め設定した基準値ＢＬ０以上のとき、制御回路部２３３に充電部２３０の充電用電力変換部２３１の充電動作を開始させる開始信号ＳＧ９を出力する。また、比較部３４３は、電圧検出部３４２の検出信号ＳＧ８が予め設定した基準値ＢＬ０を下回ったとき、開始信号ＳＧ９の出力を停止して充電部２３０の充電用電力変換部２３１の充電動作を停止させる。なお、基準値ＢＬ０は、第１実施形態における基準値と同義であり、充電部２３０の入力電圧範囲内で設定される。ただし、電圧検出部３４２が分圧回路から構成される場合、基準値ＢＬ０は、充電部２３０の入力電圧範囲内の値を分圧回路の分圧比により降圧した値となる。

次に、図８を参照して、第２実施形態における充電動作について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの充電動作のタイミングを示す模式図である。電圧検出部３４２から出力される検出信号ＳＧ８が比較部３４３の基準値ＢＬ０以上になるとき、比較部３４３の開始信号ＳＧ９がＯＮ状態となり、充電部２３０の出力電圧Ｖｏ４がＯＮ状態となる。同様に、電圧検出部３４２から出力される検出信号ＳＧ８が比較部３４３の基準値ＢＬ０を下回ったとき、比較部３４３の開始信号ＳＧ９がＯＦＦ状態となり、充電部２３０の出力電圧Ｖｏ４がＯＦＦ状態となる。具体的には、移動体に搭載される受電部２１０が第１あるいは第２の給電部１２０Ａ，１２０Ｂと重なるとき、受電部２１０に電力が伝送され、信号用整流部３４１から出力電圧Ｖｏ５が出力される。この出力電圧Ｖｏ５は電圧検出部３４２により検出され、電圧検出部３４２から受電部２１０に生じた電圧に基づく検出値に対応する検出信号ＳＧ８が出力される。そして、比較部３４３により検出信号ＳＧ８と基準値ＢＬ０が比較され、検出信号ＳＧ８が基準値ＢＬ０以上となるタイミングにて、比較部３４３から開始信号ＳＧ９が出力されて充電部２３０の充電用電力変換部２３１の充電動作が開始する。一方、移動体に搭載される受電部２１０が第１の給電部１２０Ａと第２の給電部１２０Ｂの間に位置するとき、受電部２１０に電力が伝送されないことから、信号用整流部３４１の出力電圧Ｖｏ５が低下する。これに伴い、電圧検出部３４２から出力される検出信号ＳＧ８も低下する。そして、比較部３４３により検出信号ＳＧ８と基準値ＢＬ０が比較され、検出信号ＳＧ８が基準値ＢＬ０を下回るタイミングにて、比較部３４３からの開始信号ＳＧ９の出力が停止し、充電部２３０の充電用電力変換部２３１の充電動作が停止する。つまり、比較部３４３は、検出信号ＳＧ８が基準値ＢＬ０を下回ったとき、開始信号ＳＧ９の出力を停止し、充電部２３０の充電動作を停止させてコンデンサ部Ｃ１から充電部２３０に電力を供給する。このように、受電部２１０で受電する電力が低下するタイミングで充電部２３０の充電用電力変換部２３１の充電動作が停止するため、充電部２３０から蓄電部Ｂ０への出力が行われず、コンデンサ部Ｃ１に蓄電された電力は内部用電力変換部２３２を介して、消費電力の小さい制御回路部２３３にのみ供給されることとなり、制御回路部２３３は、内部用電力変換部２３２からの電力を受け、スイッチング素子ＳＷ５のＯＮ・ＯＦＦ動作を制御するＳＷ制御信号ＳＧ５が出力できる状態を維持し続ける。したがって、充電部２３０は、起動状態を長時間維持できることとなる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス受電装置３００において、制御部３４０は、受電部２１０が受電した電力を整流し、整流部２２０とは別系統に出力する信号用整流部３４１と、信号用整流部３４１の出力電圧を検出し、検出値に対応する検出信号ＳＧ８を出力する電圧検出部３４２と、検出信号ＳＧ８と基準電圧を比較する比較部３４３と、を備え、比較部３４３は、検出信号ＳＧ８が基準値ＢＬ０以上のとき、開始信号ＳＧ９を出力して充電部２３０の充電動作を開始させ、検出信号ＳＧ８が基準値ＢＬ０を下回ったとき、開始信号ＳＧ９を停止して充電部２３０の充電動作を停止させる。そのため、充電部２３０は、比較部３４３の開始信号ＳＧ９の出力の有無により充電動作を制御しているため、コンデンサ部Ｃ１からの不要な電力の消費が抑えられ、充電部２３０の起動状態を長時間維持することができる。したがって、充電が必要なタイミングで即座に充電動作を実行することができる。その結果、走行中給電において、充電部２３０の起動レスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムについて説明する。第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、第１のワイヤレス給電装置１００Ａと、第２のワイヤレス給電装置１００Ｂと、ワイヤレス受電装置３００を有する。第１のワイヤレス給電装置１００Ａ、第２のワイヤレス給電装置１００Ｂ、ワイヤレス受電装置３００の構成は、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムと同様である。本実施形態では、比較部３４３において、検出信号ＳＧ８と比較する基準値を複数備える点において、第２実施形態と相違する。以下、第２実施形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態では、比較部３４３は、基準値として、第１の基準値ＢＬ１と第２の基準値ＢＬ２を有する。第１の基準値ＢＬ１は、充電部２３０の入力電圧範囲であって、充電部２３０の入力電圧範囲の下限値に相当する値よりも高い。一方、第２の基準値ＢＬ２は、充電部２３０の入力電圧範囲であって、第１の基準値ＢＬ１よりも高く、充電部２３０の入力電圧範囲の上限値に相当する値よりも低い。すなわち、第１の基準値ＢＬ１および第２の基準値ＢＬ２により規定される電圧範囲は、充電部２３０の入力電圧範囲よりも狭い。ここで、電圧検出部３４２が分圧回路から構成される場合、充電部２３０の入力電圧範囲の上下限値に相当する値は、分圧回路の分圧比により降圧した値となり、電圧検出部３４２が分圧を必要としない場合、充電部２３０の入力電圧範囲の上下限値に相当する値は、充電部２３０の入力電圧範囲の上下限値となる。なお、第１および第２の基準値ＢＬ１，ＢＬ２も同様に、電圧検出部３４２が分圧回路から構成される場合、分圧回路の分圧比により降圧した値となる。そして、本実施形態では、比較部３４３は、検出信号ＳＧ８が第２の基準値ＢＬ２以上のとき、開始信号ＳＧ９を出力し、検出信号ＳＧ８が第１の基準値ＢＬ１を下回ったとき、開始信号ＳＧ９の出力を停止するように構成されている。

次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける充電動作について説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの充電動作のタイミングを示す模式図である。図中、Ｖｌｉｍ１は、充電部２３０の入力電圧範囲の下限値に相当する値であり、Ｖｌｉｍ２は、充電部２３０の入力電圧範囲の上限値に相当する値である。電圧検出部３４２の検出信号ＳＧ８が第２の基準値ＢＬ２以上のとき、比較部３４３の開始信号ＳＧ９がＯＮ状態となり、充電部２３０の出力電圧Ｖｏ４がＯＮ状態となる。同様に、電圧検出部３４２の検出信号ＳＧ８が第１の基準値ＢＬ１を下回ったとき、比較部３４３の開始信号ＳＧ９がＯＦＦ状態となり、充電部２３０の出力電圧Ｖｏ４がＯＦＦ状態となる。具体的には、移動体に搭載される受電部２１０が第１あるいは第２の給電部１２０Ａ，１２０Ｂと重なるとき、受電部２１０に電力が伝送され、信号用整流部３４１から出力電圧Ｖｏ５が出力される。この出力電圧Ｖｏ５は電圧検出部３４２により検出され、電圧検出部３４２から検出信号ＳＧ８が出力される。そして、比較部３４３により検出信号ＳＧ８と第２の基準値ＢＬ２が比較され、検出信号ＳＧ８が第２の基準値ＢＬ２以上となるタイミングにて、比較部３４３から開始信号ＳＧ９が出力されて充電部２３０の充電動作が開始する。一方、移動体に搭載される受電部２１０が第１の給電部１２０Ａと第２の給電部１２０Ｂの間に位置するとき、受電部２１０に電力が伝送されないことから、信号用整流部３４１の出力電圧Ｖｏ５が低下する。これに伴い、電圧検出部３４２から出力される検出信号ＳＧ８も低下する。そして、比較部３４３により検出信号ＳＧ８と第１の基準値ＢＬ１が比較され、検出信号ＳＧ８が第１の基準値ＢＬ１を下回るタイミングにて、比較部３４３からの開始信号ＳＧ９の出力が停止し、充電部２３０の充電動作が停止する。つまり、比較部３４３は、検出信号ＳＧ８が第１の基準値ＢＬ１を下回ったとき、開始信号ＳＧ９の出力を停止し、充電部２３０の充電動作を停止させてコンデンサ部Ｃ１から充電部２３０に電力を供給する。このように、受電部２１０で受電する電力が低下するタイミングで充電部２３０の充電動作が停止するため、充電部２３０から蓄電部Ｂ０への出力が行われず、コンデンサ部Ｃ１に蓄電された電力は充電部２３０の制御回路部２３３にのみ供給されることとなり、制御回路部２３３は、内部用電力変換部２３２からの電力を受け、スイッチング素子ＳＷ５のＯＮ・ＯＦＦ動作を制御するＳＷ制御信号ＳＧ５が出力できる状態を維持し続ける。したがって、充電部２３０は、起動状態を長時間維持できることとなる。また、本実施形態では、移動体が移動することで、受電部２１０の受電状態が不安定となり、信号用整流部３４１の出力電圧Ｖｏ５が不安定になることも考慮して、上述の構成を採用している。すなわち、比較部３４３が基準値として、第１の基準値ＢＬ１と第２の基準値ＢＬ２を有していることから、充電部２３０が、充電部２３０の入力電圧範囲の上限および下限の近傍で動作しなくなる。また、第１の基準値ＢＬ１と第２の基準値ＢＬ２を有し、ヒステリシスを設けることで、電圧検出部３４２の検出信号ＳＧ８が第１の基準値ＢＬ１あるいは第２の基準値ＢＬ２のいずれかの近傍で不安定な状態となったとしても、制御部３４０の不安定動作を抑制できることから、充電動作の安定性を向上させることができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス受電装置３００において、基準値は、充電部２３０の入力電圧範囲の下限値に相当する値よりも高い第１の基準値ＢＬ１と、第１の基準値ＢＬ１よりも高く、充電部２３０の入力電圧範囲の上限値に相当する値よりも低い第２の基準値ＢＬ２を有し、比較部３４３は、検出信号ＳＧ８が第２の基準値以上のとき、開始信号ＳＧ９を出力し、検出信号ＳＧ８が第１の基準値ＢＬ１を下回ったとき、開始信号ＳＧ９の出力を停止している。そのため、充電部２３０が充電部２３０の入力電圧範囲の上限および下限の近傍で動作しなくなるため、充電動作の安定性を向上させることができる。これにより、不安定な充電動作が抑制されることから、コンデンサ部Ｃ１からの不要な電力の消費を一層抑えることができるため、より効率的な充電動作が可能となる。

（第４実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムについて説明する。図１０は、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおけるワイヤレス受電装置を示す模式構成図である。

第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、第１のワイヤレス給電装置１００Ａと、第２のワイヤレス給電装置１００Ｂと、ワイヤレス受電装置４００を有する。ワイヤレス受電装置４００は、図１０に示されるように、受電部２１０と、整流部２２０と、充電部２３０と、コンデンサ部Ｃ１と、制御部４４０を有する。第１のワイヤレス給電装置１００Ａ、第２のワイヤレス給電装置１００Ｂ、受電部２１０、整流部２２０、充電部２３０、コンデンサ部Ｃ１の構成は、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムと同様である。本実施形態では、ワイヤレス受電装置４００が制御部３４０に代えて制御部４４０を備えている点において、第２実施形態と相違し、その他の構成は第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置３００と同様である。以下、第２実施形態と異なる点を中心に説明する。

制御部４４０は、信号用整流部４４１と、電圧検出部３４２と、比較部３４３を有する。なお、電圧検出部３４２、比較部３４３の構成は、第２実施形態に係るワイヤレス受電装置３００と同様である。信号用整流部４４１は、受電部２１０が受電した電力を整流して、整流部２２０とは別系統に出力する機能を有する。具体的には、信号用整流部４４１は、交流電圧を直流電圧に整流する複数の半導体素子で構成される信号用変換部４４４と、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する信号用平滑コンデンサＣ３を有する。本実施形態では、信号用平滑コンデンサＣ３の容量値は、平滑コンデンサＣ０の容量値よりも小さくなっている。これにより、信号用整流部４４１は、整流部２２０が出力電圧Ｖｏ３を出力するよりも早く、電圧検出部３４２へと出力電圧Ｖｏ５を出力することができる。例えば、信号用平滑コンデンサＣ３の容量が、平滑コンデンサＣ０の容量の１／１０００以下であれば、十分な出力速度が確保できる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス受電装置４００において、整流部２２０は、複数の半導体素子と、平滑コンデンサＣ０を有し、信号用整流部４４１は、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する信号用平滑コンデンサＣ３を有し、信号用平滑コンデンサＣ３の容量値は、平滑コンデンサＣ０の容量値よりも小さくなっている。そのため、信号用平滑コンデンサＣ３の容量が整流部２２０の平滑コンデンサＣ０の容量より小さいことで、開始信号ＳＧ９の出力速度は整流部２２０の出力速度よりも早い。したがって、充電動作の開始と停止の切り替わりが効率的に行われるため、コンデンサ部Ｃ１からの不要な電力の消費がより一層抑えられ、より効率的な充電動作が可能となる。

１００Ａ，１００Ｂ…ワイヤレス給電装置、１１０Ａ，１１０Ｂ…駆動回路、１１１…給電用電力変換部、１１２…スイッチ駆動部、１２０Ａ，１２０Ｂ…給電部、２００…ワイヤレス受電装置、２１０…受電部、２２０…整流部、２３０…充電部、２３１…充電用電力変換部、２３２…内部用電力変換部、２３３…制御回路部、２４０，３４０，４４０…制御部、２４１…信号送信部、３４１，４４１…信号用整流部、３４２…電圧検出部、３４３…比較部、４４４…信号用変換部、Ｂ０…蓄電部、ＢＬ０…基準値、ＢＬ１…第１の基準値、ＢＬ２…第２の基準値、Ｃ０…平滑コンデンサ、Ｃ１…コンデンサ部、Ｃ２…コンデンサ、Ｃ３…信号用平滑コンデンサ、Ｃｒ１…第１の共振コンデンサ、Ｃｒ２…第２の共振コンデンサ、ＣＴ０…カレントトランス、Ｃｔ１…第１の共振コンデンサ、Ｃｔ２…第２の共振コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ５…ダイオード素子、Ｉｏ，Ｉｏ２…交流電流、Ｉｏ３…整流部の出力電流、Ｉｏ４…充電部の出力電流、ｋ０を移動体が給電エリアに到達する前の任意の位置、ｋ１を第１のワイヤレス給電装置１００Ａの給電開始位置、ｋ２を第１のワイヤレス給電装置１００Ａの給電終了位置、ｋ３を第２のワイヤレス給電装置１００Ｂの給電開始位置、ｋ４を第２のワイヤレス給電装置１００Ｂの給電終了位置、Ｌ１…インダクタ、Ｌｒ…受電コイル、Ｌｔ…給電コイル、ＰＳＡ，ＰＳＢ…電源部、Ｓ１…ワイヤレス電力伝送システム、ＳＧ１〜ＳＧ５…ＳＷ制御信号、ＳＧ６，ＳＧ９…開始信号、ＳＧ７…停止信号，ＳＧ８…検出信号、ＳＷ１〜ＳＷ５…スイッチング素子、Ｖｉｎ…入力電圧、Ｖｌｉｍ１…充電部の入力電圧範囲の下限値に相当する値、Ｖｌｉｍ２…充電部の入力電圧範囲の上限値に相当する値、Ｖｏ…電圧、Ｖｏ２…交流電圧、Ｖｏ３…整流部の出力電圧、Ｖｏ４…充電部の出力電圧、Ｖｏ５…信号用整流部の出力電圧、Ｘ１０…給電側リアクタンス回路、Ｘ２０…受電側リアクタンス回路。

Claims (5)

1. 移動体に搭載されるワイヤレス受電装置であって、
   ワイヤレスにて電力を受電する受電部と、
   前記受電部が受電した電力を整流する整流部と、
   前記整流部が出力する電力を蓄電部に充電する充電部と、
   前記整流部と前記充電部との間に接続され、前記整流部の出力電力によって蓄電されるコンデンサ部と、
   前記充電部の充電動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記受電部に生じた電圧または前記受電部に流れる電流に基づく検出値が基準値以上のとき、前記充電部の充電動作を開始させ、前記検出値が前記基準値を下回ったとき、前記充電部の充電動作を停止させて前記コンデンサ部から前記充電部に電力を供給することを特徴とするワイヤレス受電装置。
2. 前記制御部は、前記受電部が受電した電力を整流し、前記整流部とは別系統に出力する信号用整流部と、前記信号用整流部の出力電圧を検出し、前記検出値に対応する検出信号を出力する電圧検出部と、前記検出信号と前記基準値を比較する比較部と、を備え、
   前記比較部は、前記検出信号が前記基準値以上のとき、前記充電部の充電動作を開始させる開始信号を出力し、前記検出信号が前記基準値を下回ったとき、前記開始信号の出力を停止することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス受電装置。
3. 前記基準値は、前記充電部の入力電圧範囲の下限値に相当する値よりも高い第１の基準値と、前記第１の基準値よりも高く、前記充電部の入力電圧範囲の上限値に相当する値よりも低い第２の基準値を有し、
   前記比較部は、前記検出信号が前記第２の基準値以上のとき、前記開始信号を出力し、前記検出信号が前記第１の基準値を下回ったとき、前記開始信号の出力を停止することを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス受電装置。
4. 前記整流部は、複数の半導体素子と、平滑コンデンサを有し、
   前記信号用整流部は、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する信号用平滑コンデンサを有し、
   前記信号用平滑コンデンサの容量値は、前記平滑コンデンサの容量値よりも小さいことを特徴とする請求項２または３に記載のワイヤレス受電装置。
5. ワイヤレス給電装置と、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置と、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。

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