JP2017212854A - 非接触給電システム及び非接触電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】１つのインバータ回路で、複数の負荷の各々に対して大きさの異なる電力を供給できる非接触給電システム及び非接触電力伝送システムを提供する。【解決手段】非接触給電システム２は、複数（３つ）の一次側コイルＬ１と、インバータ回路５１と、複数（３つ）の電力補正回路８と、制御部５２と、を備える。インバータ回路５１は、複数の一次側コイルＬ１の各々に交流電圧を出力する。複数の電力補正回路８は、複数の一次側コイルＬ１に一対一に接続される。制御部５２は、複数（３つ）の電力補正回路８を制御する。複数の一次側コイルＬ１は、複数（２つ）の負荷４に一対一に接続された複数（２つ）の二次側コイルＬ２に非接触で出力電力を供給するように構成される。複数の電力補正回路８は、複数の一次側コイルＬ１の各々に出力する交流電圧の大きさを調整することで複数の一次側コイルＬ１ごとに出力電力の大きさを補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電システム及び非接触電力伝送システムに関し、特に、負荷に非接触で電力を供給できる非接触給電システム及び非接触電力伝送システムに関する。

従来、電気自動車に電力を供給する非接触給電装置（非接触給電システム）が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の非接触給電装置は、例えば道路に設置される。非接触給電装置は、給電コイル（一次側コイル）を備えている。電気自動車は、蓄電池（負荷）と、受電コイル（二次側コイル）と、を備えている。給電コイルは、磁界を発生させることで、非接触で電力を電気自動車の受電コイルに供給する。蓄電池は、受電コイルが受電した電力を蓄積する。非接触給電装置は、１台の電気自動車に電力を供給する。

特開２０１３−２４３９２９号公報

一次側コイルに磁界を発生させて二次側コイルに電力を供給する非接触給電システムでは、一般的に、二次側コイルに電気的に接続された１つの負荷に対して、１つのインバータ回路が必要である。また、インバータ回路は、負荷が必要とする電力に応じて、一次側コイルに供給する電力を調整する。そのため、非接触給電システムが複数の負荷に電力を供給するためには、負荷の数に応じた複数のインバータ回路が必要であった。

本発明は上記課題に鑑みてなされ、１つのインバータ回路で、複数の負荷の各々に対して大きさの異なる電力を供給できる非接触給電システム及び非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。

本発明の非接触給電システムは、複数の一次側コイルと、インバータ回路と、複数の電力補正回路と、制御部と、を備える。前記インバータ回路は、前記複数の一次側コイルの各々に交流電圧を出力する。前記複数の電力補正回路は、前記複数の一次側コイルに一対一に接続される。前記制御部は、前記複数の電力補正回路を制御する。前記複数の一次側コイルは、複数の負荷に一対一に接続された複数の二次側コイルに非接触で出力電力を供給するように構成される。前記複数の電力補正回路は、前記複数の一次側コイルの各々に出力する交流電圧の大きさを調整することで前記複数の一次側コイルごとに前記出力電力の大きさを補正することを特徴とする。

本発明の非接触電力伝送システムは、上記した非接触給電システムと、前記複数の二次側コイルを１つずつ有する複数の非接触受電装置と、を備える。前記複数の非接触受電装置は、前記非接触給電システムから非接触で前記出力電力が供給されるように構成されたことを特徴とする。

本発明の別の非接触電力伝送システムは、非接触給電システムと、複数の負荷に一対一に接続された複数の非接触受電装置と、を備える。前記非接触給電システムは、一次側コイルと、前記一次側コイルに交流電圧を出力するインバータ回路と、を有する。前記複数の非接触受電装置の各々は、前記一次側コイルから非接触で出力電力を供給される二次側コイルと、前記二次側コイルと前記複数の負荷の各々とに電気的に接続された電力補正回路と、前記電力補正回路を制御する制御部と、を有する。前記電力補正回路は、前記複数の負荷の各々に出力する電圧の大きさを調整することで前記複数の負荷の各々に供給する電力の大きさを補正することを特徴とする。

本発明の非接触給電システム及び非接触電力伝送システムは、１つのインバータ回路で、複数の負荷の各々に対して大きさの異なる電力を供給できる。

図１は、本発明の実施形態１に係る非接触給電システム及び非接触電力伝送システムを示すブロック図である。 図２は、同上の非接触給電システムの要部を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施形態２に係る非接触給電システム及び非接触電力伝送システムを示すブロック図である。 図４は、本発明の実施形態２の変形例に係る非接触給電システム及び非接触電力伝送システムを示すブロック図である。

（実施形態１）
本実施形態の非接触給電システム２及びそれを備えた非接触電力伝送システム１の概要について図１を参照して説明する。非接触電力伝送システム１は、非接触給電システム２と、複数（２つ）の二次側コイルＬ２を１つずつ有する複数（２つ）の非接触受電装置３とを備えている。複数（２つ）の二次側コイルＬ２は、複数（２つ）の負荷４に一対一に接続されている。２つの非接触受電装置３は、非接触給電システム２から非接触で出力電力が供給されるように構成されている。２つの非接触受電装置３の各々には、負荷４が接続されている。２つの非接触受電装置３の各々は、非接触給電システム２から供給された電力を負荷４に出力する。

なお、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

非接触電力伝送システム１は、非接触給電システム２から、電動車両に搭載されている非接触受電装置３に非接触で電力を供給する。非接触給電システム２は、一例として、直流電源ＤＣ１から電力が供給されている。直流電源ＤＣ１は、例えば、商用電源（系統電源）の交流電圧を整流及び平滑することにより直流電圧を出力するように構成される。非接触受電装置３は、直流電源ＤＣ１から受けた電力を負荷４（例えば蓄電池）に出力する。ここで言う電動車両とは、負荷４（蓄電池）に蓄積された電気エネルギーを用いて走行する車両であり、電気自動車、二輪車（電動バイク）、電動自転車などである。

非接触電力伝送システム１は、非接触給電システム２の一次側コイルＬ１を含む一次側共振回路と、非接触受電装置３の二次側コイルＬ２を含む二次側共振回路と、を共鳴させることにより電力の伝送を行う磁界共鳴方式（磁気共鳴方式）を採用している。非接触電力伝送システム１は、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２が比較的離れた状態でも、非接触給電システム２の出力電力を非接触受電装置３に対して高効率で伝送可能である。

非接触給電システム２は、例えば商業施設や公共施設、あるいは集合住宅などの駐車場に設置される。非接触給電システム２の３つの一次側コイルＬ１は、例えば床などの地面に設置される。非接触給電システム２は、３つの一次側コイルＬ１のうち少なくとも１つの一次側コイルＬ１の上に駐車された電動車両の非接触受電装置３に対して非接触で出力電力を供給する。このとき、非接触受電装置３の二次側コイルＬ２は、一次側コイルＬ１の上方に位置することで、一次側コイルＬ１と電磁界結合（電界結合及び磁界結合の少なくとも一方による結合）される。

非接触給電システム２の構成について図１及び図２を参照して説明する。非接触給電システム２は、図１に示すように、複数（３つ）の一次側コイルＬ１と、複数（３つ）の電力補正回路８と、インバータ回路５１と、制御部５２と、を備えている。非接触給電システム２は、一対のコンデンサＣ１１，Ｃ１２を３組と、計測部５４（図２参照）と、３つの電流センサ７０（図２参照）と、第１通信部５３と、を更に備えている。

３つの一次側コイルＬ１の各々は、インバータ回路５１から交流電圧が印加されることにより対応する二次側コイルＬ２に非接触で出力電力を供給するように構成されている。出力電力とは、一次側コイルＬ１に交流電圧が印加されることにより、一次側コイルＬ１から対応する二次側コイルＬ２に非接触で供給される電力である。３つの一次側コイルＬ１の各々の第１端には、コンデンサＣ１１を介して電力補正回路８が電気的に接続されている。３つの一次側コイルＬ１の各々の第２端には、コンデンサＣ１２が接続されている。

３つの電力補正回路８の各々は、３つの一次側コイルＬ１の各々に印加される交流電圧の大きさを調整することで、３つの一次側コイルＬ１の各々の出力電力の大きさを補正する。３つの電力補正回路８の各々は、図２に示すように、入力点Ｐ１と、出力点Ｐ２と、コンデンサＣ３１と、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４とを有している。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、例えばｎチャネルのデプレッション型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。なお、図２では、３つの電力補正回路８のうち１つの電力補正回路８を図示しており、他の２つの電力補正回路８の図示を省略している。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３は、互いのドレインが電気的に接続された直列回路を構成している。スイッチング素子Ｑ１のソースは入力点Ｐ１に接続されている。スイッチング素子Ｑ３のソースは出力点Ｐ２に接続されている。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４は、互いのソースが電気的に接続された直列回路を構成している。スイッチング素子Ｑ２のドレインは入力点Ｐ１に接続されている。スイッチング素子Ｑ４のドレインは出力点Ｐ２に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３の接続点と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４の接続点との間には、コンデンサＣ３１が電気的に接続されている。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各々のドレイン−ソース間には、ダイオードＤ１〜Ｄ４が電気的に接続されている。ダイオードＤ１〜Ｄ４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のドレインをカソードとする寄生ダイオードである。

３つの電力補正回路８の各々の入力点Ｐ１は、図１に示すように、インバータ回路５１の第１出力点Ｐ３（後述する）に電気的に接続されている。３つの電力補正回路８の各々の出力点Ｐ２は、コンデンサＣ１１を介して一次側コイルＬ１の第１端に電気的に接続されている。３つの一次側コイルＬ１の各々の第２端は、コンデンサＣ１２を介してインバータ回路５１の第２出力点Ｐ４（後述する）に電気的に接続されている。

本実施形態における非接触給電システム２では、電力補正回路８と、一次側コイルＬ１と、一対のコンデンサＣ１１，Ｃ１２により、コイルユニット７が構成されている。本実施形態の非接触給電システム２は、３つのコイルユニット７を備えている。３つのコイルユニット７の各々は、非接触給電システム２の一次側共振回路を構成する。

３つのコイルユニット７の各々には、電流センサ７０が設けられている。電流センサ７０は、例えば変流器からなる。電流センサ７０は、例えばコイルユニット７の一次側コイルＬ１とコンデンサＣ１２との間に設けられる。

計測部５４は、３つの電流センサ７０を用いて３つのコイルユニット７の各々の一次側コイルＬ１に流れる電流の大きさを計測値として計測する。計測部５４は、３つのコイルユニット７の計測値を制御部５２に出力するように構成されている。

インバータ回路５１は、例えばｎチャネルのデプレッション型ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子を４つ有するフルブリッジインバータ回路である。インバータ回路５１の一対の入力点には、直流電源ＤＣ１が接続されている。インバータ回路５１は、一対の入力点に入力される直流電圧を交流電圧に変換して、変換した交流電圧を一対の出力点（第１出力点Ｐ３、第２出力点Ｐ４）から出力するように構成されている。第１出力点Ｐ３と第２出力点Ｐ４とには、３つのコイルユニット７が並列に接続されている。

制御部５２は、例えば非接触給電システム２が有するマイコン（マイクロコンピュータ）が、そのメモリに記録されているプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することにより実現される。なお、制御部５２を実現するためのプログラムは、予めマイコンのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。

制御部５２は、計測部５４が出力した３つのコイルユニット７の計測値（電流の大きさ）に基づいて、３つのコイルユニット７の各々の一次側コイルＬ１から出力される出力電力の大きさを監視する。制御部５２は、３つの電力補正回路８の各々に、駆動信号Ｇ１〜Ｇ４を出力する。また、制御部５２は、インバータ回路５１が出力する交流電圧の周波数を制御する機能を更に備えている。なお、制御部５２の動作については後述する。

第１通信部５３は、例えば電波を媒体とした無線通信により、非接触受電装置３が備えている第２通信部６２と通信する。第１通信部５３の通信動作は、制御部５２によって制御される。第１通信部５３は、通信により受信した内容を制御部５２に出力する。なお、第１通信部５３と第２通信部６２との間の通信方法は、例えば、超音波又は光を媒体とした無線通信などでもよい。

非接触給電システム２では、一例として、インバータ回路５１と、制御部５２と、第１通信部５３とが給電ユニット５を構成している。言い換えると、本実施形態における非接触給電システム２は、給電ユニット５と、３つのコイルユニット７とを含んでいることになる。

次に、非接触受電装置３の構成について図１を参照して説明する。非接触受電装置３は、二次側コイルＬ２を備えている。非接触受電装置３は、一対のコンデンサＣ２１，Ｃ２２と、整流回路６１と、平滑コンデンサＣ２と、一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２と、第２通信部６２と、を更に備えている。

整流回路６１は、例えば、一対の入力点と、一対の出力点とを有するダイオードブリッジで構成されている。

二次側コイルＬ２の一端は、コンデンサＣ２１を介して整流回路６１の一方の入力点に電気的に接続されている。二次側コイルＬ２の他端は、コンデンサＣ２２を介して整流回路６１の他方の入力点に電気的に接続されている。非接触受電装置３は、二次側コイルＬ２と、一対のコンデンサＣ２１，Ｃ２２とで二次側共振回路を構成している。

整流回路６１の一対の出力点には、平滑コンデンサＣ２の両端が接続されている。また、整流回路６１の一対の出力点は、一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２に一対一で接続されている。一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２には、負荷４が電気的に接続されている。

第２通信部６２は、給電ユニット５の第１通信部５３と通信する。第２通信部６２の通信動作は、一例として、非接触受電装置３が有するマイコン（マイクロコンピュータ）によって制御される。第２通信部６２は給電指令を送信する。給電指令は、一例として、給電の開始命令及び終了命令と、給電時の電力値を指示する命令と、を含む。

ここで、非接触電力伝送システム１の動作について図１及び図２を参照して説明する。

まず、給電側の動作（非接触給電システム２の動作）について説明する。給電ユニット５の第１通信部５３が給電指令を受信すると、給電ユニット５の制御部５２は、インバータ回路５１が一定の周波数であって一定の振幅の交流電圧を出力するようにインバータ回路５１を制御する。インバータ回路５１は、直流電源ＤＣ１からの直流電圧を、所定の周期で極性反転させることにより交流電圧に変換し、変換した交流電圧を一対の出力点Ｐ３，Ｐ４に出力する。したがって、インバータ回路５１は、一定の周波数の交流電力を一対の出力点Ｐ３，Ｐ４に出力することになる。

制御部５２は、図２に示すように、駆動信号Ｇ１〜Ｇ４の各々を、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲートに出力することにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各々のオン／オフを切り替える。制御部５２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４に対応する駆動信号Ｇ１，Ｇ４と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に対応する駆動信号Ｇ２，Ｇ３として、互いに逆位相（位相差が１８０度）の信号を発生する。このため、電力補正回路８では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のペアと、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のペアとが交互にオンするように制御される。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が全てオンするのを防止するために、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のペアのオン期間と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のペアのオン期間との間には、デッドタイムが設けられている。

その結果、電力補正回路８は、インバータ回路５１の第１出力点Ｐ３と一次側コイルＬ１との間に、コンデンサＣ３１が電気的に接続される状態と、コンデンサＣ３１が電気的に接続されない状態とを切り替える。制御部５２は、インバータ回路５１から出力される交流電圧の位相に対する駆動信号Ｇ１〜Ｇ４の位相差を制御して、コンデンサＣ３１の充電電圧を一次側コイルＬ１の電圧に加減する。これにより、電力補正回路８は、インバータ回路５１から受けた交流電力を補正して一次側コイルＬ１に出力する。電力補正回路８は、例えば、インバータ回路５１の出力する交流電圧に、更にコンデンサＣ３１の充電電圧を一次側コイルＬ１の電圧に加減することで、出力電力の大きさを補正する（変える）ことができる。また、制御部５２は、インバータ回路５１の交流電圧の位相に対する駆動信号Ｇ１〜Ｇ４の位相差を適宜制御することにより、インバータ回路５１が交流電圧を出力していても、コイルユニット７の一次側コイルＬ１からの出力電力を略ゼロにすることができる。

次に、非接触受電装置３の動作について説明する。非接触給電システム２の一次側コイルＬ１に交流電圧が印加されると、二次側コイルＬ２の両端には、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との磁界共鳴により交流電圧が発生する。整流回路６１は、一対の入力点に入力される交流電圧を整流して、整流後の電圧を一対の出力点から出力する。平滑コンデンサＣ２は、整流回路６１の一対の出力点間の電圧を平滑する。交流電圧が平滑化された電圧が、一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２を介して負荷４に印加される。したがって、非接触受電装置３は、二次側コイルＬ２で受けた電力を負荷４に出力する。

ここで、非接触給電システム２における３つの一次側コイルＬ１のうち２つの一次側コイルＬ１の各々が、互いに異なる大きさの出力電力を２つの非接触受電装置３の各々に供給する場合について図１を参照して説明する。図１では、３つの一次側コイルＬ１のうち残り１つの一次側コイルＬ１は、出力電力を供給していない状態を示している。以下、３つのコイルユニット７を区別して説明する場合には、各々をコイルユニット７１〜７３と呼ぶ。また、３つの電力補正回路８を区別して説明する場合には、各々を電力補正回路８１〜８３と呼ぶ。２つの非接触受電装置３を区別して説明する場合には、各々を非接触受電装置３１，３２と呼ぶ。非接触受電装置３１，３２の各々に接続された負荷４を区別して説明する場合には、各々の負荷４を負荷４１，４２と呼ぶ。

図１は、コイルユニット７１，７３の一次側コイルＬ１の各々の上方に非接触受電装置３１，３２が配置されている状態を示している。一方、図１は、コイルユニット７２の上方には非接触受電装置３が配置されていない状態を示している。つまり、コイルユニット７２は無負荷状態である。

制御部５２は、非接触受電装置３１の第２通信部６２からの給電指令に基づいて、コイルユニット７１の一次側コイルＬ１の上方に非接触受電装置３１が配置されていると判定する。非接触受電装置３１は、例えばコイルユニット７１の位置に駐車された電動車両に搭載されている。制御部５２は、非接触受電装置３２の第２通信部６２からの給電指令に基づいて、コイルユニット７３の一次側コイルＬ１の上方に非接触受電装置３２が配置されていると判定する。非接触受電装置３２は、例えばコイルユニット７３の位置に駐車された電動車両に搭載されている。

給電ユニット５の制御部５２は、コイルユニット７２の一次側コイルＬ１の上方に配置されたことを通知する給電指令を受信していないことにより、コイルユニット７２の一次側コイルＬ１の上方に非接触受電装置３が配置されていない（無負荷状態）と判定する。

コイルユニット７２について説明する。制御部５２は、コイルユニット７２が無負荷状態である場合には、電力補正回路８２を制御して、コイルユニット７２の一次側コイルＬ１の出力電力を略ゼロにする。そのため、コイルユニット７２によるインバータ回路５１の電力消費が抑えられる。

コイルユニット７１について説明する。制御部５２は、コイルユニット７１の一次側コイルＬ１における出力電力の電力値が、非接触受電装置３１からの給電指令に含まれる電力値に応じた値となるように、インバータ回路５１の交流電圧の位相に対する駆動信号Ｇ１〜Ｇ４の位相差を制御する。コイルユニット７１の一次側コイルＬ１の出力電力において、電力補正回路８１によって調整された一次側コイルＬ１の出力電力のレベルを「第１電力レベル」と呼ぶ。

コイルユニット７３について説明する。制御部５２は、コイルユニット７３の一次側コイルＬ１における出力電力の電力値が、非接触受電装置３２からの給電指令に含まれる電力値に応じた値となるように、インバータ回路５１の交流電圧の位相に対する駆動信号Ｇ１〜Ｇ４の位相差を制御する。例えば、負荷４２（ここでは蓄電池）の容量が負荷４１（ここでは蓄電池）の容量よりも大きい場合、負荷４２に流れる電流の大きさは負荷４１に流れる電流よりも大きくなる場合がある。その場合、コイルユニット７３の一次側コイルＬ１が二次側コイルＬ２に供給する出力電力のレベルは、第１電力レベルよりも大きい「第２電力レベル」となる。制御部５２は、コイルユニット７３の一次側コイルＬ１から第２電力レベルの出力電力が供給されるように、インバータ回路５１の交流電圧の位相に対する駆動信号Ｇ１〜Ｇ４の位相差を制御する。したがって、非接触給電システム２は、容量の異なる負荷４１，４２（ここでは蓄電池）が接続されている２つの非接触受電装置３１，３２の各々に、効率良く出力電力を供給することができる。

ところで、非接触給電システム２は、１つの一次側コイルＬ１が１つの二次側コイルＬ２に出力電力を供給することに限定されず、例えば２つの一次側コイルＬ１で１つの二次側コイルＬ２に出力電力を供給してもよい。一例として、コイルユニット７２，７３の２つの一次側コイルＬ１が、非接触受電装置３２の１つの二次側コイルＬ２に出力電力を供給してもよい。この場合、コイルユニット７２，７３の２つの一次側コイルＬ１が、非接触受電装置３２の１つの二次側コイルＬ２に供給する出力電力のレベルは、第２電力レベルよりも大きい「第３電力レベル」となる。２つの一次側コイルＬ１が１つの二次側コイルＬ２に出力電力を供給することにより、１つの一次側コイルＬ１が供給するよりも多くの出力電力を、１つの二次側コイルＬ２に供給することができる。

以上説明したように、本実施形態の非接触給電システム２は、複数（３つ）の一次側コイルＬ１と、インバータ回路５１と、複数（３つ）の電力補正回路８と、制御部５２と、を備える。インバータ回路５１は、複数の一次側コイルＬ１の各々に交流電圧を出力する。複数の電力補正回路８は、複数の一次側コイルＬ１に一対一に接続される。制御部５２は、複数（３つ）の電力補正回路８を制御する。複数の一次側コイルＬ１は、複数（２つ）の負荷４に一対一に接続された複数（２つ）の二次側コイルＬ２に非接触で出力電力を供給するように構成される。複数の電力補正回路８は、複数の一次側コイルＬ１の各々に出力する交流電圧の大きさを調整することで複数の一次側コイルＬ１ごとに出力電力の大きさを補正する。

上記構成によれば、１つのインバータ回路５１が複数の一次側コイルＬ１の各々に印加する交流電圧の大きさを、複数（３つ）の電力補正回路８の各々が調整する。そのため、複数の一次側コイルＬ１の各々では、対応する二次側コイルＬ２に供給する出力電力の大きさを補正することができる。したがって、非接触給電システム２は、１つのインバータ回路５１で、複数（２つ）の二次側コイルＬ２の各々に対して、大きさの異なる電力を供給できる。言い換えると、非接触給電システム２は、１つのインバータ回路５１で、複数（２つ）の負荷４の各々に対して大きさの異なる電力を供給できる。

そして、非接触給電システム２は、インバータ回路５１の交流電圧の周波数を固定した場合でも、複数（３つ）の電力補正回路８の各々によって複数（３つ）の一次側コイルＬ１の出力電力を補正することができる。また、非接触給電システム２は、インバータ回路５１を１つ備えていればよいので、例えばインバータ回路５１を複数（３つ）備える場合よりも給電ユニット５を小型化しやすい。

本実施形態の非接触給電システム２において、複数（３つ）の電力補正回路８の各々は、コンデンサＣ３１及び複数（４つ）のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有することが好ましい。複数の電力補正回路８の各々は、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が制御部５２に制御されることでコンデンサＣ３１の充電電圧を複数（３つ）の一次側コイルＬ１の各々の電圧に加減するように構成されている。上記構成によれば、制御部５２は、複数（３つ）の電力補正回路８の各々の動作状態を制御することにより、複数（３つ）の一次側コイルＬ１の出力電力を補正することができる。

本実施形態の非接触給電システム２において、複数（３つ）の一次側コイルＬ１のうち少なくとも２つの一次側コイルＬ１が、複数（２つ）の二次側コイルＬ２のうち１つの二次側コイルＬ２に非接触で出力電力を供給するように構成されたことが好ましい。これにより、非接触給電システム２は、少なくとも２つの一次側コイルＬ１で１つの二次側コイルＬ２に出力電力を供給することができる。そのため、非接触給電システム２は、１つの一次側コイルＬ１で出力電力を供給する場合よりも大きな出力電力を１つの二次側コイルＬ２に供給することが可能になる。

本実施形態の非接触電力伝送システム１は、上記した非接触給電システム２と、上記した複数（２つ）の二次側コイルＬ２を１つずつ有する複数（２つ）の非接触受電装置３と、を備える。複数の非接触受電装置３は、非接触給電システム２から非接触で出力電力が供給されるように構成されている。これにより、非接触電力伝送システム１は、１つのインバータ回路５１で、複数（３つ）の一次側コイルＬ１ごとに出力電力を変えて複数（２つ）の非接触受電装置３に電力を供給することができる。したがって、非接触電力伝送システム１は、１つのインバータ回路５１で、複数（２つ）の二次側コイルＬ２の各々に対して、大きさの異なる電力を供給できる。言い換えると、非接触電力伝送システム１は、１つのインバータ回路５１で、複数（２つ）の負荷４の各々に対して大きさの異なる電力を供給できる。

ところで、本実施形態の非接触給電システム２及び非接触電力伝送システム１では、電気自動車の蓄電池に電力を供給する例を示したが、この例に限定される趣旨ではない。非接触給電システム２及び非接触電力伝送システム１は、例えば、端末装置（スマートフォン及びタブレット端末など）の蓄電池を充電するなどの用途に用いることも可能である。また、非接触受電装置３に接続されている負荷４は、蓄電池の他にも、モータなどの電動装置であってもよい。

本実施形態の非接触給電システム２では、３つのコイルユニット７の各々が、３つの電力補正回路８の各々を有するが、この構成に限定されない。３つの電力補正回路８は、例えば、給電ユニット５に設けられていてもよい。

非接触給電システム２が備える一次側コイルＬ１の数（３つ）は、一例であり、適宜の数でよい。また、非接触電力伝送システム１が備える非接触受電装置３の数（２つ）は、一例であり、１つでもよいし３つ以上でもよい。

本実施形態の非接触給電システム２では、制御部５２が、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲートに駆動信号Ｇ１〜Ｇ４を出力しているが、この構成に限定されない。非接触給電システム２は、例えば、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動回路を更に備えていてもよい。その駆動回路は、例えば制御部５２からの制御信号に応じて、駆動信号Ｇ１〜Ｇ４をスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に出力してもよい。

インバータ回路５１のスイッチング素子、及び電力補正回路８のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体スイッチング素子で構成されていてもよい。

電力補正回路８のダイオードＤ１〜Ｄ４は、それぞれスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の寄生ダイオードに限らず、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に外付けされていてもよい。

制御部５２は、非接触給電システム２が有するマイコンで実現されることに限定されず、他の機器によって実現されてもよい。

計測部５４は、制御部５２と別に設けられる構成に限らず、制御部５２と一体に設けられていてもよい。更に、計測部５４は３つの一次側コイルＬ１の各々に流れる電流の大きさを計測できればよい。３つの電流センサ７０（図２参照）の各々は、一次側コイルＬ１とコンデンサＣ１２との間に限らず、一次側コイルＬ１に流れる電流の経路上にあればよい。

非接触給電システム２は、３つのコイルユニット７を備えているが、必ずしもコイルユニット７を備えていなくてもよい。非接触給電システム２は、複数の一次側コイルＬ１と、複数の電力補正回路８とが一対一に接続されていればよい。

非接触給電システム２に直流電力を供給する直流電源ＤＣ１は、商用電源（系統電源）の交流電圧を整流及び平滑する構成に限定されない。直流電源ＤＣ１は、例えば、太陽光発電設備などの適宜の発電設備で構成されていてもよい。

非接触給電システム２から非接触受電装置３への出力電力の伝送方式は、上述した磁界共鳴方式に限らず、例えば電磁誘導方式、マイクロ波伝送方式などであってもよい。

３つの電力補正回路８は、制御部５２によって制御されることに限定されない。例えば、３つの電力補正回路８の各々が４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御するための制御回路を有していてもよい。

コンデンサＣ１１，Ｃ１２は、一次側コイルＬ１に直接に電気的に接続される構成に限られない。例えば、コンデンサＣ１１は、インバータ回路５１の第１出力点Ｐ３と、電力補正回路８の入力点Ｐ１との間に設けられてもよい。

一次側コイルＬ１及び二次側コイルＬ２の各々は、平面上において導線が渦巻き状に巻かれたスパイラル型のコイルであることが好ましい。スパイラル型のコイルは、ソレノイド型のコイルに比べて、不要輻射ノイズが生じにくいという利点がある。また、スパイラル型のコイルが用いられることで、不要輻射ノイズが低減される結果、インバータ回路５１において使用可能な動作周波数の範囲が拡大されるという利点もある。なお、一次側コイルＬ１及び二次側コイルＬ２は、コアに対して導線が螺旋状に巻き付けられたソレノイド型のコイルでもよい。

非接触受電装置３の第２通信部６２が非接触給電システム２の第１通信部５３に送信する給電指令には、蓄電池の容量、給電中の電圧値及び電流値、などの情報が含まれていてもよい。蓄電池の容量に関する情報は、例えば非接触受電装置３のマイコンのメモリに保持されている。給電中の電圧値及び電流値は、例えば非接触受電装置３が有するセンサなどで計測される。

非接触給電システム２における給電ユニット５の制御部５２は、給電ユニット５の第１通信部５３が受信した給電指令に基づいて、３つの電力補正回路８の各々の動作を制御することに限定されない。制御部５２は、例えば、３つのコイルユニット７の各々を流れる電流の大きさ（例えば計測部５４が計測した計測値）に基づいて、３つの電力補正回路８の各々の動作を制御するように構成されていてもよい。制御部５２は、例えば、計測部５４の計測結果（３つのコイルユニット７の各々における電流センサ７０の計測値）に基づいて、３つのコイルユニット７の各々における一次側コイルＬ１の上方に非接触受電装置３が配置されているか否かを判定する。制御部５２は、３つのコイルユニット７の各々において、一次側コイルＬ１の上方に非接触受電装置３が配置されている場合、一次側コイルＬ１が供給可能な最大の出力電力となるように電力補正回路８の動作を制御する。

（実施形態２）
本実施形態の非接触電力伝送システム１ａの構成について図３を参照して説明する。非接触電力伝送システム１ａは、非接触給電システム２ａと、複数（３つ）の非接触受電装置３ａと、を備えている。以下、実施形態１の非接触給電システム２及び非接触受電装置３と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

３つの非接触受電装置３ａの各々における二次側コイルＬ２は、非接触給電システム２ａの３つのコイルユニット７ａの各々における一次側コイルＬ１の上方に配置されている。３つの非接触受電装置３ａの各々において、一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２には、負荷４が接続されている。

非接触給電システム２ａは、実施形態１の非接触給電システム２の制御部５２と３つのコイルユニット７とに代えて、第１制御部５２ａと、３つのコイルユニット７ａと、を備えている。第１制御部５２ａは、実施形態１の非接触給電システム２の制御部５２から３つの電力補正回路８を制御する機能（駆動信号Ｇ１〜Ｇ４の出力機能）を除いた構成となっている。第１制御部５２ａの他の構成は、実施形態１の非接触給電システム２の制御部５２と同様である。非接触給電システム２ａは、実施形態１の非接触給電システム２の制御部５２を第１制御部５２ａに代えた給電ユニット５ａと、３つのコイルユニット７ａとを含んでいる。

３つのコイルユニット７ａは、実施形態１の非接触給電システム２から３つの電力補正回路８を除いた構成となっている。つまり３つのコイルユニット７ａの各々は、一次側コイルＬ１と、一次側コイルＬ１の両端にそれぞれ接続された一対のコンデンサＣ１１，Ｃ１２と、を有する。３つのコイルユニット７ａは、互いに電気的に並列に接続された状態でインバータ回路５１に接続されている。

３つの非接触受電装置３ａの各々は、実施形態１の非接触電力伝送システム１における２つの非接触受電装置３の各々に、電力補正回路８ａと、第２制御部９ａ（制御部）と、を追加した構成となっている。以下、１つの非接触受電装置３ａの構成について説明する。

電力補正回路８ａは、非接触受電装置３ａのコンデンサＣ２１と整流回路６１とに接続されている。電力補正回路８ａの構成は、実施形態１の非接触給電システム２の電力補正回路８と同様であるため説明を省略する。電力補正回路８ａの入力点Ｐ１は、コンデンサＣ２１に接続されている。電力補正回路８ａの出力点Ｐ２は、整流回路６１に接続されている。

第２制御部９ａは、例えば、電動車両に搭載されたマイコン（マイクロコンピュータ）が、そのメモリに記録されているプログラムをＣＰＵで実行することにより実現される。なお、第２制御部９ａを実現するためのプログラムは、予めマイコンのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。

第２制御部９ａは、例えば電圧センサなどを介して二次側コイルＬ２が出力する交流電圧のゼロクロスタイミングを検出することにより、二次側コイルＬ２が出力する交流電圧の位相を検出する。第２制御部９ａは、電力補正回路８ａの４つのスイッチング素子をオンオフする４つの駆動信号を出力する。４つの駆動信号とは、実施形態１の非接触給電システム２の制御部５２の４つの駆動信号Ｇ１〜Ｇ４と同様の信号である。第２制御部９ａは、二次側コイルＬ２が出力する交流電圧の位相に対する駆動信号の位相差を制御して、電力補正回路８ａが出力する電力の大きさを補正する。第２制御部９ａが電力補正回路８ａを制御する動作については、実施形態１の非接触給電システム２の制御部５２が電力補正回路８を制御する動作と同様であるため説明を省略する。

次に、非接触電力伝送システム１ａの動作について説明する。非接触給電システム２ａのインバータ回路５１は、３つのコイルユニット７ａの一次側コイルＬ１に、略同じ周波数及び略同じ大きさの交流電圧を印加する。したがって、３つの非接触受電装置３ａの二次側コイルＬ２の各々には、略同じ出力電力が供給される。

３つの非接触受電装置３ａの各々において、二次側コイルＬ２の両端には、一次側コイルＬ１の出力電力に応じた大きさの交流電圧が生じる。二次側コイルＬ２の交流電圧は、電力補正回路８ａに印加される。電力補正回路８ａは、二次側コイルＬ２の交流電圧に、電力補正回路８ａが有するコンデンサの充電電圧を更に加減することで、出力電力の大きさを調整する。電力補正回路８ａは、調整後の電力を整流回路６１に出力する。

３つの非接触受電装置３ａの各々において、第２制御部９ａは、例えば、非接触受電装置３ａに接続された負荷４の状態に応じて電力補正回路８ａを制御する。第２制御部９ａは、一例として、負荷４（蓄電池）の充電状態が満充電に近づくにつれて、電力補正回路８ａから整流回路６１に出力される電力の大きさを小さくするように電力補正回路８ａを制御する。電力補正回路８ａは、整流回路６１に出力する電力の大きさを補正することにより、整流回路６１から負荷４に供給する電力の大きさを補正することができる（電力を小さくすることができる）。つまり、非接触電力伝送システム１ａでは、１つのインバータ回路５１で、３つの非接触受電装置３ａごとに異なる大きさの電力を３つの負荷４に供給することができる。

以上説明したように、本実施形態の非接触電力伝送システム１ａは、非接触給電システム２ａと、複数（３つ）の負荷４に一対一に接続された複数（３つ）の非接触受電装置３ａと、を備える。非接触給電システム２ａは、一次側コイルＬ１と、一次側コイルＬ１に交流電圧を出力するインバータ回路５１と、を有する。複数（３つ）の非接触受電装置３ａの各々は、二次側コイルＬ２と、電力補正回路８ａと、第２制御部９ａ（制御部）と、を有する。二次側コイルＬ２は、一次側コイルＬ１から非接触で出力電力を供給される。電力補正回路８ａは、二次側コイルＬ２と複数（３つ）の負荷４の各々とに電気的に接続されている。第２制御部９ａ（制御部）は、電力補正回路８ａを制御する。電力補正回路８ａは、複数の負荷４の各々に出力する電圧の大きさを調整することで複数の負荷４の各々に供給する電力の大きさを補正する。

上記構成によれば、電力補正回路８ａは、複数（３つ）の非接触受電装置３ａごとに複数（３つ）の負荷４の各々に供給する電力の大きさを補正することができる。言い換えると、非接触電力伝送システム１ａは、１つのインバータ回路５１で、複数（３つ）の負荷４の各々に対して、大きさの異なる電力を供給できる。また、３つのコイルユニット７ａの構成が、実施形態１の非接触給電システム２における３つのコイルユニット７よりも簡素であるため、３つのコイルユニット７ａを小型化しやすい。

非接触電力伝送システム１ａにおいて、電力補正回路８ａは、コンデンサ及び複数（例えば４つ）のスイッチング素子を有することが好ましい。電力補正回路８ａは、複数（４つ）のスイッチング素子が第２制御部９ａ（制御部）に制御されることでコンデンサの充電電圧を複数（３つ）の負荷４の各々の電圧に加減するように構成される。なお、電力補正回路８ａが有するコンデンサ及び複数（４つ）のスイッチング素子は、実施形態１の非接触給電システム２における電力補正回路８が有するコンデンサＣ３１及び４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と同様である。また、第２制御部９ａが複数（４つ）のスイッチング素子を制御する動作については、実施形態１の非接触給電システム２における制御部５２が４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御する動作と同様である。

非接触電力伝送システム１ａの３つの非接触受電装置３ａにおいて、整流回路６１は省略可能である。

（実施形態２の変形例）
実施形態２に係る非接触電力伝送システム１ａの変形例として、非接触電力伝送システム１ｂについて図４を参照して説明する。非接触電力伝送システム１ｂは、例えば、工場内で使用する搬送機などのように、移動する機器に非接触で電力を供給するシステム（所謂トロリーシステム）を構成している。非接触電力伝送システム１ｂは、非接触給電システム２ｂと、複数（３つ）の非接触受電装置３ｂと、を備える。非接触給電システム２ｂは、実施形態２における非接触電力伝送システム１ａの３つのコイルユニット７ａに代えて、１つの一次側コイルＬ３を有するコイルユニット７ｂを含んでいる。

非接触受電装置３ｂは、実施形態２の非接触受電装置３ａが備える３つの二次側コイルＬ２に代えて、３つの二次側コイルＬ４を備えている。非接触給電システム２ｂでは、１つの一次側コイルＬ３が３つの二次側コイルＬ４の各々に出力電力を供給する。なお、実施形態２の非接触電力伝送システム１ａと同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

非接触給電システム２ｂの一次側コイルＬ３は、例えばトロリーシステムのトロリー線を構成している。トロリー線は、例えば、銅などの導電部材と、導電部材の表面を覆う絶縁シースと、を有する。絶縁シースは、例えば、硬質塩化ビニルなどの電気絶縁性を有する部材からなる。

３つの非接触受電装置３ｂの各々は、例えば、トロリーシステムのトロリー線上を移動する機器に設けられる。非接触受電装置３ｂの二次側コイルＬ４は、一次側コイルＬ３が供給する出力電力を受けるためのピックアップコイルを構成している。３つの非接触受電装置３ｂの各々において、一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２には、負荷４が接続されている。負荷４は、例えば、非接触受電装置３ｂが設けられた機器の移動用のモータなどである。

３つの非接触受電装置３ｂの各々は、非接触電力伝送システム１ｂの一次側コイルＬ３が供給する出力電力を二次側コイルＬ４で受ける。３つの非接触受電装置３ｂの各々において、電力補正回路８ａは、整流回路６１に出力する電力の大きさを調整することにより整流回路６１が負荷４に供給する電力の大きさを補正する。つまり、非接触電力伝送システム１ｂでは、１つのインバータ回路５１と１つの一次側コイルＬ３とで、複数（３つ）の非接触受電装置３ｂごとに異なる大きさの電力を負荷４に供給することができる。言い換えると、非接触電力伝送システム１ｂは、１つのインバータ回路５１で、複数（３つ）の負荷４の各々に対して、大きさの異なる電力を供給できる。

なお、非接触電力伝送システム１ｂにおいて、第１通信部５３及び３つの第２通信部６２は省略可能である。

１，１ａ，１ｂ 非接触電力伝送システム
２，２ａ，２ｂ 非接触給電システム
３，３ａ，３ｂ，３１，３２ 非接触受電装置
４，４１，４２ 負荷
５１ インバータ回路
５２ 制御部
６１ 整流回路
８，８ａ，８１〜８３ 電力補正回路
９ａ 第２制御部（制御部）
Ｃ３１ コンデンサ
Ｌ１，Ｌ３ 一次側コイル
Ｌ２，Ｌ４ 二次側コイル
Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング素子

Claims (6)

1. 複数の一次側コイルと、
   前記複数の一次側コイルの各々に交流電圧を出力するインバータ回路と、
   前記複数の一次側コイルに一対一に接続された複数の電力補正回路と、
   前記複数の電力補正回路を制御する制御部と、
   を備え、
   前記複数の一次側コイルは、複数の負荷に一対一に接続された複数の二次側コイルに非接触で出力電力を供給するように構成され、
   前記複数の電力補正回路は、前記複数の一次側コイルの各々に出力する交流電圧の大きさを調整することで前記複数の一次側コイルごとに前記出力電力の大きさを補正する
   ことを特徴とする非接触給電システム。
2. 前記複数の電力補正回路の各々は、コンデンサ及び複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子が前記制御部に制御されることで前記コンデンサの充電電圧を前記複数の一次側コイルの各々の電圧に加減するように構成された
   ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
3. 前記複数の一次側コイルのうち少なくとも２つの一次側コイルが、前記複数の二次側コイルのうち１つの二次側コイルに非接触で出力電力を供給するように構成された
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触給電システム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の非接触給電システムと、
   前記複数の二次側コイルを１つずつ有する複数の非接触受電装置と、
   を備え、
   前記複数の非接触受電装置は、前記非接触給電システムから非接触で前記出力電力が供給されるように構成された
   ことを特徴とする非接触電力伝送システム。
5. 非接触給電システムと、
   複数の負荷に一対一に接続された複数の非接触受電装置と、
   を備え、
   前記非接触給電システムは、
   一次側コイルと、
   前記一次側コイルに交流電圧を出力するインバータ回路と、
   を有し、
   前記複数の非接触受電装置の各々は、
   前記一次側コイルから非接触で出力電力を供給される二次側コイルと、
   前記二次側コイルと前記複数の負荷の各々とに電気的に接続された電力補正回路と、
   前記電力補正回路を制御する制御部と、
   を有し、
   前記電力補正回路は、前記複数の負荷の各々に出力する電圧の大きさを調整することで前記複数の負荷の各々に供給する電力の大きさを補正する
   ことを特徴とする非接触電力伝送システム。
6. 前記電力補正回路は、コンデンサ及び複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子が前記制御部に制御されることで前記コンデンサの充電電圧を前記複数の負荷の各々の電圧に加減するように構成された
   ことを特徴とする請求項５に記載の非接触電力伝送システム。

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