JP2019004613A - 非接触充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換による電力損失を低減させることができる非接触充電システムを提供する。【解決手段】非接触充電システム１Ａは、送電装置１０Ａが、三相交流電源２と、マトリックスコンバータ３と、出力端子３ｕと出力端子３ｖとの間に接続され、マトリックスコンバータ３から出力された単相交流電力を受電装置２０に非接触で送電する送電部４とを備える。受電装置２０は、送電部４から送電された単相交流電力を受電する受電部２１と、受電部２１で受電した単相交流電力を整流して直流電力を出力する整流器２２と、整流器２２から出力された直流電力を蓄電するバッテリ２３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触充電システムに関する。

近年、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等を含む車両に対して、非接触状態で電力の伝送を行う非接触充電システムの適用が検討されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−２５７１９号公報

従来の非接触充電システムでは、送電コイルに電力を供給する場合、三相交流電力を整流器で直流電力に変換したのち、単相インバータで単相交流電力に変換する必要があり、２回の電力変換が行われている。そのため、送電コイルに電力を供給するまでに電力損失が多くなり、改善の余地がある。

本発明は、電力変換による電力損失を低減させることができる非接触充電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る非接触充電システムは、送電装置と受電装置とを備える非接触充電システムであって、前記送電装置は、三相交流電源と、３つの入力端子と、２つの出力端子と、３つの前記入力端子と第１出力端子との間を接続する３つの双方向スイッチから成る第１双方向スイッチ群と、３つの前記入力端子と第２出力端子との間を接続する３つの双方向スイッチからから成る第２双方向スイッチ群とを含んで構成され、前記三相交流電源からの三相交流電力を単相交流電力に直接変換して出力するマトリックスコンバータと、前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に接続され、かつ前記マトリックスコンバータから出力された前記単相交流電力を前記受電装置に非接触で送電する送電コイルと、を備え、前記受電装置は、前記送電コイルから送電された前記単相交流電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルで受電した前記単相交流電力を整流して直流電力を出力する整流器と、前記整流器から出力された前記直流電力を蓄電する電池と、を備えることを特徴とする。

また、上記非接触充電システムにおいて、前記マトリックスコンバータは、さらに、第３出力端子と、３つの前記入力端子と前記第３出力端子との間を接続する３つの双方向スイッチで構成された第３双方向スイッチ群を備え、前記送電装置は、さらに、前記送電コイルに直列に接続され、かつ前記受電装置側のインピーダンスの変化に応じて前記送電コイルに電力を供給する電力補償用素子を備え、前記電力補償用素子は、一方の端子が前記第２出力端子に接続され、かつ他方の端子が前記第３出力端子に接続されることが好ましい。

また、上記非接触充電システムにおいて、前記送電装置は、さらに、前記マトリックスコンバータを制御する送電側制御部を備え、前記送電側制御部は、前記受電装置側のインピーダンスの変化に応じて、前記電力補償用素子から前記送電コイルに給電するように前記第１双方向スイッチ群、前記第２双方向スイッチ群、および前記第３双方向スイッチ群のスイッチング動作を制御することが好ましい。

また、上記非接触充電システムにおいて、前記電力補償用素子は、キャパシタ、または、インダクタ、または、前記キャパシタと前記インダクタの直列回路、または、前記キャパシタと前記インダクタの並列回路のいずれかで構成されることが好ましい。

本発明に係る非接触充電システムによれば、電力変換による電力損失を低減させることができるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態に係る非接触充電システムの構成概略図である。 図２は、第１実施形態に係る送電側ＥＣＵの動作例を示すフローチャート図である。 図３は、第２実施形態に係る非接触充電システムの構成概略図である。 図４は、第２実施形態に係る送電側ＥＣＵの動作例を示すフローチャート図である。 図５は、第２実施形態に係る送電装置のインピーダンス変化時の電力フローを示す模式図である。 図６は、第２実施形態に係る送電装置の通常時の電力フローを示す模式図である。 図７は、第２実施形態の変形例１に係る非接触充電システムの構成概略図である。 図８は、第２実施形態の変形例２に係る非接触充電システムの構成概略図である。 図９は、第２実施形態の変形例３に係る非接触充電システムの構成概略図である。

以下に、本発明の実施形態に係る非接触充電システムを図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る非接触充電システムについて図１および図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る非接触充電システムの構成概略図である。図２は、第１実施形態に係る送電側ＥＣＵの動作例を示すフローチャート図である。

第１実施形態に係る非接触充電システム１Ａは、交流電源の電力によりバッテリ２３を充電する際に、少なくとも一部分をワイヤレスで送電する非接触充電システムである。非接触充電システム１Ａは、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等を含む、電力を蓄電して利用する車両に対して適用される。非接触充電システム１Ａは、送電装置１０Ａと、受電装置２０とを備える。

送電装置１０Ａは、交流電力を送電する回路を含んで構成される。送電装置１０Ａは、例えば、上述した車両（不図示）が利用する充電スタンドや駐車場等に設置される。送電装置１０Ａは、三相交流電源２と、マトリックスコンバータ３と、送電部４と、送電側ＥＣＵ５とを含んで構成される。

三相交流電源２は、電力の供給源である。三相交流電源２は、例えば、商用電源、発電機等によって構成される。三相交流電源２は、マトリックスコンバータ３に接続され、マトリックスコンバータ３に三相交流電力を供給する。

マトリックスコンバータ３は、三相交流電力を単相交流電力に変換するＡＣ−ＡＣ変換器である。本実施形態におけるマトリックスコンバータ３は、三相交流電源２からの三相交流電力を複数の双方向スイッチ３０を用いて単相交流電力に直接変換して出力する。マトリックスコンバータ３は、３つの入力端子３ｒ，３ｓ，３ｔと、２つの出力端子３ｕ，３ｖと、第１双方向スイッチ群３ａと、第２双方向スイッチ群３ｂとを含んで構成される。入力端子３ｒ，３ｓ，３ｔは、三相交流電源２に接続する。出力端子３ｕ，３ｖは、送電部４に接続する。第１双方向スイッチ群３ａは、入力端子３ｒ，３ｓ，３ｔと出力端子３ｕ（第１出力端子）との間を接続する３つの双方向スイッチ３０から成る。第２双方向スイッチ群３ｂは、入力端子３ｒ，３ｓ，３ｔと出力端子３ｖ（第２出力端子）との間を接続する３つの双方向スイッチ３０から成る。双方向スイッチ３０は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）や逆阻止ＩＧＢＴ（ＲＢ−ＩＧＢＴ）等で構成される。マトリックスコンバータ３は、後述する送電側ＥＣＵ５によりＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御される。

送電部４は、単相交流電力を非接触で送電する回路である。送電部４は、マトリックスコンバータ３に接続される。本実施形態における送電部４は、マトリックスコンバータ３の出力端子３ｕと出力端子３ｖとの間に接続され、マトリックスコンバータ３から出力される単相交流電力を受電装置２０に非接触で送電するものである。送電部４は、マトリックスコンバータ３から出力された単相交流電力を非接触で磁界共鳴等により受電装置２０に送電する。送電部４は、送電コイル４ａと、キャパシタ４ｂとを備える。送電コイル４ａとキャパシタ４ｂとは、直列に接続され、直列共振回路を構成する。

送電側ＥＣＵ５は、送電側制御部であり、送電装置１０Ａにおける各部の制御を行う。本実施形態における送電側ＥＣＵ５は、例えば、マトリックスコンバータ３を制御する。送電側ＥＣＵ５は、送電部４に給電するように、マトリックスコンバータ３内の第１双方向スイッチ群３ａおよび第２双方向スイッチ群３ｂのスイッチング動作を制御する。送電側ＥＣＵ５は、無線通信機能を有しており、受電装置２０との間で無線通信を行う。送電側ＥＣＵ５は、例えば受電装置２０との間で、後述する送電要求信号や送電開始信号のやりとりを行う。また、送電側ＥＣＵ５は、受電装置２０から受信した情報に基づいてマトリックスコンバータ３を制御する。受電装置２０から受信する情報には、例えば、バッテリ２３の電圧値やバッテリ２３に流れる電流値等が含まれる。

次に、受電装置２０について説明する。受電装置２０は、例えば、上述した車両等に搭載される。受電装置２０は、受電部２１と、整流器２２と、バッテリ２３と、受電側ＥＣＵ２４とを含んで構成される。

受電部２１は、送電部４から送電された単相交流電力を非接触で受電する回路である。受電部２１は、整流器２２に接続される。受電部２１は、受電コイル２１ａと、キャパシタ２１ｂとを備える。受電コイル２１ａとキャパシタ２１ｂとは、直列に接続され、直列共振回路を構成する。受電部２１は、送電コイル４ａから非接触で送電される交流電力を磁界共鳴等により受電する。受電部２１は、受電した交流電力を整流器２２を介してバッテリ２３に供給する。

ここで送電コイル４ａおよび受電コイル２１ａについて説明する。送電コイル４ａおよび受電コイル２１ａは、例えば、共に渦巻状に巻かれた導体コイルによって構成され、軸方向に互いに対向することで、一組の非接触給電用トランスを構成する。非接触給電用トランスは、例えば、電磁誘導方式、電磁界共鳴方式等、種々の方式によって送電コイル４ａから受電コイル２１ａに非接触で電力を伝送することができる。ここで、電磁誘導方式とは、送電コイル４ａに交流電流を流すことで発生する磁束を媒体として受電コイル２１ａに起電力を発生させる電磁誘導を用いて、送電コイル４ａから受電コイル２１ａに電力を伝送する方式である。また、電磁界共鳴方式とは、送電コイル４ａに交流電流を流すことで送電コイル４ａと受電コイル２１ａとを特定の周波数で共鳴させ、電磁界の共鳴現象を用いて送電コイル４ａから受電コイル２１ａに電力を伝送する方式である。

整流器２２は、交流電力を整流する回路である。整流器２２は、受電部２１に接続され、受電部２１から供給される交流電力を整流する。整流器２２は、バッテリ２３に接続され、整流した直流電力をバッテリ２３に供給する。整流器２２は、例えば、ダイオードブリッジ回路等で構成される。

バッテリ２３は、充放電可能な二次電池であり、直流電力を蓄電するものである。バッテリ２３は、例えば、リチウムイオン電池等で構成される。バッテリ２３は、例えば、充電量に応じて当該バッテリ２３のインピーダンスが変化する。

受電側ＥＣＵ２４は、受電側制御部であり、受電装置２０における各部の制御を行う。本実施形態における受電側ＥＣＵ２４は、例えば、バッテリ２３の電圧値や電流値を取得したり、整流器２２を制御する。受電側ＥＣＵ２４は、送電側ＥＣＵ５と同様に、無線通信機能を有しており、送電側ＥＣＵ５との間で無線通信を行う。受電側ＥＣＵ２４は、例えば、バッテリ２３の電圧値やバッテリ２３に流れる電流値等の情報を取得して、送電側ＥＣＵ５に送信する。また、受電側ＥＣＵ２４は、送電側ＥＣＵ５から受信した情報に基づいて受電装置２０を制御する。送電側ＥＣＵ５から受信する情報には、送電コイル４ａに給電される交流電力（＝電圧×電流）が含まれる。

ここで送電側ＥＣＵ５と受電側ＥＣＵ２４について説明する。送電側ＥＣＵ５および受電側ＥＣＵ２４は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等、周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路により構成される。この電子回路は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびインターフェース等を含む。送電側ＥＣＵ５および受電側ＥＣＵ２４における各機能は、ＲＯＭに保持されたプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することにより、ＣＰＵの制御のもとで各部を動作させると共に、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出しおよび書き込みを行うことで実現される。

次に、非接触充電システム１Ａにおける送電側ＥＣＵ５の動作について図２を参照して説明する。本実施形態では、例えば、送電装置１０Ａを搭載した車両が、受電装置２０が設置された充電スタンドに駐車してバッテリ２３の充電が行われる場合について説明する。車両が充電スタンドの所定の位置に駐車すると、送電部４の送電コイル４ａと受電部２１の受電コイル２１ａとが軸方向に互いに間隔をあけて対向する状態となる。

まず、ステップＳ１１では、送電側ＥＣＵ５は、受電側ＥＣＵ２４から送電要求信号を受信したか否かを判定する。送電要求信号を受信していない場合は、当該送電要求信号を受信するまで待機状態となる。一方、送電側ＥＣＵ５は、送電要求信号を受信した場合は、ステップＳ１２へ進む。送電要求信号は、受電装置２０から送電装置１０Ａに対して送電を開始するように要求する信号であり、例えば、受電側ＥＣＵ２４から送電側ＥＣＵ５に対して無線通信により送信される。

ステップＳ１２では、送電側ＥＣＵ５は、送電開始信号を受電側ＥＣＵ２４へ送信する。送電開始信号は、送電要求に対して送電を開始することを応答する信号であり、例えば、送電側ＥＣＵ５から受電側ＥＣＵ２４に対して無線通信により送信される。

ステップＳ１３では、送電側ＥＣＵ５は、三相交流電源２から送電コイル４ａに給電するように、マトリックスコンバータ３を制御する。送電側ＥＣＵ５は、マトリックスコンバータ３内の第１双方向スイッチ群３ａおよび第２双方向スイッチ群３ｂを高速にＯＮ／ＯＦＦ制御することで所望の交流電力を出力させる。

ステップＳ１４では、送電側ＥＣＵ５は、受電側ＥＣＵ２４から送電停止信号を受信したか否かを判定する。送電停止信号を受信していない場合は、ステップＳ１３に戻り、当該送電停止信号を受信するまで送電コイル４ａへの給電を継続する。一方、送電停止信号を受信した場合は、ステップＳ１５へ進む。送電停止信号は、受電装置２０から送電装置１０Ａに対して送電を停止するように要求する信号であり、例えば、受電側ＥＣＵ２４から送電側ＥＣＵ５に対して無線通信により送信される。

ステップＳ１５では、送電側ＥＣＵ５は、三相交流電源２から送電コイル４ａへの給電を停止するように、マトリックスコンバータ３を制御して、本処理を終了する。

以上のように、第１実施形態に係る非接触充電システム１Ａは、送電装置１０Ａが、三相交流電源２と、マトリックスコンバータ３と、出力端子３ｕと出力端子３ｖとの間に接続され、マトリックスコンバータ３から出力された単相交流電力を受電装置２０に非接触で送電する送電部４とを備える。受電装置２０は、送電部４から送電された単相交流電力を受電する受電部２１と、受電部２１で受電した単相交流電力を整流して直流電力を出力する整流器２２と、整流器２２から出力された直流電力を蓄電するバッテリ２３とを備える。

上記構成を有する非接触充電システム１Ａによれば、送電装置１０ＡにおけるＡＣ／ＤＣコンバータとインバータによる２回の電力変換を、マトリックスコンバータ３を用いて１回で済ませることができ、複数回の電力変換による電力損失を低減させることができる。従来、送電装置１０Ａから受電装置２０に電力を供給する場合、三相交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータで直流電力に変換したのち、単相インバータで単相交流電力に変換する必要があり、２回の電力変換が行われている。そこで、マトリックスコンバータ３を用いることで、三相交流電力を任意の周波数の単相交流電力に変換することができ、複数回の電力変換による電力損失を低減して、送電装置１０Ａの効率を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る非接触充電システム１Ｂについて図３〜図６を参照して説明する。図３は、第２実施形態に係る非接触充電システムの構成概略図である。図４は、第２実施形態に係る送電側ＥＣＵの動作例を示すフローチャート図である。図５は、第２実施形態に係る送電装置のインピーダンス変化時の電力フローを示す模式図である。図６は、第２実施形態に係る送電装置の通常時の電力フローを示す模式図である。なお、以下の説明において、上記第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付して、その説明を省略または簡略化する（以下、変形例１〜３も同様）。

第２実施形態に係る非接触充電システム１Ｂは、マトリックスコンバータ３が３つの出力端子３ｕ，３ｖ，３ｗを有し、送電装置１０Ｂが送電コイル４ａに直列に接続された電力補償用素子６Ｂを有する点で上記第１実施形態に係る非接触充電システム１Ａとは異なる。

マトリックスコンバータ３は、三相交流電力を単相（または三相）交流電力に変換するＡＣ−ＡＣ変換器である。本実施形態におけるマトリックスコンバータ３は、三相交流電源２からの三相交流電力を複数の双方向スイッチ３０を用いて単相交流電力に直接変換して出力する。マトリックスコンバータ３は、入力端子３ｒ，３ｓ，３ｔと、３つの出力端子３ｕ，３ｖ，３ｗと、第１双方向スイッチ群３ａと、第２双方向スイッチ群３ｂと、第３双方向スイッチ群３ｃとを含んで構成される。第３双方向スイッチ群３ｃは、入力端子３ｒ，３ｓ，３ｔと出力端子３ｗ（第３出力端子）との間を接続する３つの双方向スイッチ３０から成る。

送電装置１０Ｂは、電力補償用素子６Ｂを含んで構成される。本実施形態における電力補償用素子６Ｂは、例えば、キャパシタである。電力補償用素子６Ｂは、送電コイル４ａに直列に接続され、かつ受電装置２０側のインピーダンスの変化に応じて送電コイル４ａに電力を供給するものである。電力補償用素子６Ｂは、一方の端子が出力端子３ｖに接続され、かつ他方の端子が出力端子３ｗに接続される。

送電側ＥＣＵ５は、送電部４に給電するように、マトリックスコンバータ３内の第１双方向スイッチ群３ａ、第２双方向スイッチ群３ｂ、および、第３双方向スイッチ群３ｃのスイッチング動作を制御する。

次に、非接触充電システム１Ｂにおける電力補償について説明する。従来の非接触充電システムでは、送電コイルと受電コイルとの位置ズレや両コイル間に介在する異物（例えばゴミや枯れ葉等）、バッテリの内部抵抗の変化等により、受電装置側のインピーダンスが変化して、瞬時出力電力変化が生じる。そこで、本実施形態に係る非接触充電システム１Ｂは、受電装置２０側のインピーダンスの変化に応じて送電コイル４ａに電力を供給する電力補償用素子６Ｂを備える。電力補償用素子６Ｂは、送電コイル４ａに直列に接続され、かつマトリックスコンバータ３の出力端子３ｖと出力端子３ｗとの間に接続される。電力補償用素子６Ｂは、例えば、アクティブパワーデカップリング方式による単相電力変動補償のバッファとして作用するものである。この方式は、大容量のキャパシタを用いたパッシブ方式に比べて、小容量のキャパシタで単相電力変動補償することが可能である。その結果、キャパシタにフィルムコンデンサやセラミックコンデンサの適用が可能となり、長寿命化が期待できる。ここで、入力直流電力をＰｉｎとすると、送電コイル４ａに出力される瞬時出力電力（Ｐｏｕｔ）と、電力補償用素子６Ｂから送電コイル４ａに出力される補償電力（Ｐｂｕｆ）との関係は下記の式（１）で表すことができる。

Ｐｉｎ＝Ｐｏｕｔ＋Ｐｂｕｆ ・・・（１）

出力電力を一定にするためには、瞬時出力電力（Ｐｏｕｔ）の変動分を補償電力（Ｐｂｕｆ）で補償すべく、マトリックスコンバータ３のスイッチング制御によって、電力補償用素子６Ｂをチャージして所望の電圧および電流にする。マトリックスコンバータ３のスイッチング制御は、送電側ＥＣＵ５で行われる。本実施形態では、マトリックスコンバータ３の出力端子３ｕ，３ｖ間に送電部４を接続し、出力端子３ｖ，３ｗ間にキャパシタを挿入することで、送電コイル４ａを動作させる電圧と、瞬時出力電力の変動分を補償する電力とをそれぞれ独立に制御することができる。

次に、非接触充電システム１Ｂにおける送電側ＥＣＵ５の動作について図４を参照して説明する。本実施形態では、例えば、送電装置１０Ｂを搭載した車両が、受電装置２０が設置された充電スタンドに駐車してバッテリ２３の充電が行われる場合について説明する。車両が充電スタンドの所定の位置に駐車すると、送電部４の送電コイル４ａと受電部２１の受電コイル２１ａとが軸方向に互いに間隔をあけて対向する状態となる。

まず、ステップＳ２１では、送電側ＥＣＵ５は、受電側ＥＣＵ２４から送電要求信号を受信したか否かを判定する。送電要求信号を受信していない場合は、当該送電要求信号を受信するまで待機状態となる。一方、送電側ＥＣＵ５は、送電要求信号を受信した場合は、ステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２２では、送電側ＥＣＵ５は、送電開始信号を受電側ＥＣＵ２４へ送信する。

ステップＳ２３では、送電側ＥＣＵ５は、三相交流電源２から送電コイル４ａに給電するように、マトリックスコンバータ３を制御する。送電側ＥＣＵ５は、マトリックスコンバータ３内の第１双方向スイッチ群３ａおよび第２双方向スイッチ群３ｂを高速にＯＮ／ＯＦＦ制御することで所望の交流電力を出力させる。

ステップＳ２４では、送電側ＥＣＵ５は、受電装置２０側のインピーダンスが変化したか否かを判定する。送電側ＥＣＵ５は、例えば、受電側ＥＣＵ２４から受信した情報に基づいて受電装置２０側のインピーダンスが変化したかを判定する。受電装置２０側のインピーダンスが変化した場合には、ステップＳ２５へ進む一方、受電装置２０側のインピーダンスが変化していない場合には、ステップＳ２８へ進む。

ステップＳ２５では、送電側ＥＣＵ５は、図５に示すように、電力補償用素子６Ｂから送電コイル４ａに給電するように制御して、ステップＳ２６へ進む。送電側ＥＣＵ５は、マトリックスコンバータ３内の第３双方向スイッチ群３ｃを高速にＯＮ／ＯＦＦ制御することで所望の補償電力（Ｐｂｕｆ）を出力させる。

ステップＳ２６では、送電側ＥＣＵ５は、受電側ＥＣＵ２４から送電停止信号を受信したか否かを判定する。送電停止信号を受信していない場合は、ステップＳ２３に戻り、当該送電停止信号を受信するまで送電コイル４ａへの給電を継続する。一方、送電停止信号を受信した場合は、ステップＳ２７へ進む。

ステップＳ２７では、送電側ＥＣＵ５は、三相交流電源２から送電コイル４ａへの給電を停止するように、マトリックスコンバータ３を制御して、本処理を終了する。

ステップＳ２８では、送電側ＥＣＵ５は、電力補償用素子６Ｂへのチャージが必要か否かを判定する。ステップＳ２８の判定の結果、チャージが不要な場合には、ステップＳ２６へ進む一方、チャージが必要な場合には、ステップＳ２９に進む。

ステップＳ２９では、送電側ＥＣＵ５は、図６に示すように、電力補償用素子６Ｂにチャージするように制御して、ステップＳ２６へ進む。

以上のように、第２実施形態に係る非接触充電システム１Ｂは、マトリックスコンバータ３が第３双方向スイッチ群３ｃをさらに備える。送電装置１０Ｂは、さらに、送電コイル４ａに直列に接続され、かつ受電装置２０側のインピーダンスの変化に応じて送電コイル４ａに電力を供給する電力補償用素子６Ｂを備える。電力補償用素子６Ｂは、一方の端子が出力端子３ｖに接続され、かつ他方の端子が出力端子３ｗに接続される。

上記構成を有する非接触充電システム１Ｂによれば、上記第１実施形態に係る非接触充電システム１Ａと同様の効果を奏すると共に、送電コイル４ａに電力を供給する電力補償用素子６Ｂを備えるので、受電装置２０側のインピーダンスの変化に応じて送電コイル４ａの電力補償を行うことが可能となる。

［第２実施形態の変形例１］
次に、第２実施形態の変形例１に係る非接触充電システム１Ｃについて図７を参照して説明する。図７は、第２実施形態の変形例１に係る非接触充電システムの構成概略図である。

本第２実施形態の変形例１に係る非接触充電システム１Ｃは、電力補償用素子６Ｃがインダクタである点で上記第２実施形態に係る非接触充電システム１Ｂと異なる。

送電装置１０Ｃは、電力補償用素子６Ｃを含んで構成される。本実施形態における電力補償用素子６Ｃは、例えば、インダクタである。電力補償用素子６Ｃは、送電コイル４ａに直列に接続され、かつ受電装置２０側のインピーダンスの変化に応じて送電コイル４ａに電力を供給するものである。電力補償用素子６Ｃは、一方の端子が出力端子３ｖに接続され、かつ他方の端子が出力端子３ｗに接続される。

以上のように、第２実施形態の変形例１に係る非接触充電システム１Ｃは、電力補償用素子６Ｃがキャパシタに代えてインダクタで構成されるので、上記第２実施形態に係る非接触充電システム１Ｂと同様の効果を奏する。

［第２実施形態の変形例２］
次に、第２実施形態の変形例２に係る非接触充電システム１Ｄについて図８を参照して説明する。図８は、第２実施形態の変形例２に係る非接触充電システムの構成概略図である。

本第２実施形態の変形例２に係る非接触充電システム１Ｄは、電力補償用素子６Ｄがキャパシタとインダクタとが並列接続された並列共振回路である点で上記第２実施形態に係る非接触充電システム１Ｂとは異なる。

送電装置１０Ｄは、電力補償用素子６Ｄを含んで構成される。本実施形態における電力補償用素子６Ｄは、例えば、キャパシタとインダクタの並列回路である。電力補償用素子６Ｄは、送電コイル４ａに直列に接続され、かつ受電装置２０側のインピーダンスの変化に応じて送電コイル４ａに電力を供給するものである。電力補償用素子６Ｄは、一方の端子が出力端子３ｖに接続され、かつ他方の端子が出力端子３ｗに接続される。

以上のように、第２実施形態の変形例２に係る非接触充電システム１Ｄは、電力補償用素子６Ｄがキャパシタに代えて、キャパシタとインダクタの並列回路で構成されるので、上記第２実施形態に係る非接触充電システム１Ｂと同様の効果を奏する。

［第２実施形態の変形例３］
次に、第２実施形態の変形例３に係る非接触充電システム１Ｅについて図９を参照して説明する。図９は、第２実施形態の変形例３に係る非接触充電システムの構成概略図である。

本第２実施形態の変形例３に係る非接触充電システム１Ｅは、電力補償用素子６Ｅがキャパシタとインダクタとが直列接続された直列共振回路である点で上記第２実施形態に係る非接触充電システム１Ｂとは異なる。

送電装置１０Ｅは、電力補償用素子６Ｅを含んで構成される。本実施形態における電力補償用素子６Ｅは、例えば、キャパシタとインダクタの直列回路である。電力補償用素子６Ｅは、送電コイル４ａに直列に接続され、かつ受電装置２０側のインピーダンスの変化に応じて送電コイル４ａに電力を供給するものである。電力補償用素子６Ｅは、一方の端子が出力端子３ｖに接続され、かつ他方の端子が出力端子３ｗに接続される。

以上のように、第２実施形態の変形例３に係る非接触充電システム１Ｅは、電力補償用素子６Ｅがキャパシタに代えて、キャパシタとインダクタの直列回路で構成されるので、上記第２実施形態に係る非接触充電システム１Ｂと同様の効果を奏する。

なお、上記第１および第２実施形態、並びに、第２実施形態の変形例１〜３では、車両と充電スタンドに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、家電製品や携帯機器と充電機器に適用してもよい。この場合、バッテリ２３が電子機器等の負荷であってもよい。

また、三相交流電源２とマトリックスコンバータ３とは、入力フィルタを介して接続される構成であってもよい。この入力フィルタは、例えば、キャパシタ等で構成される。

また、整流器２２とバッテリ２３とは、直流電力を平滑する平滑回路を介して接続される構成であってもよい。平滑回路は、例えば、キャパシタやインダクタ等で構成される。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 非接触充電システム
２ 三相交流電源
３ マトリックスコンバータ
３ａ 第１双方向スイッチ群
３ｂ 第２双方向スイッチ群
３ｃ 第３双方向スイッチ群
３ｒ，３ｓ，３ｔ 入力端子
３ｕ，３ｖ，３ｗ 出力端子
４ 送電部
４ａ 送電コイル
４ｂ キャパシタ
５ 送電側ＥＣＵ
６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ 電力補償用素子
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｅ 送電装置
２０ 受電装置
２１ 受電部
２１ａ 受電コイル
２１ｂ キャパシタ
２２ 整流器
２３ バッテリ
２４ 受電側ＥＣＵ
３０ 双方向スイッチ

Claims (4)

1. 送電装置と受電装置とを備える非接触充電システムであって、
   前記送電装置は、
   三相交流電源と、
   ３つの入力端子と、２つの出力端子と、３つの前記入力端子と第１出力端子との間を接続する３つの双方向スイッチから成る第１双方向スイッチ群と、３つの前記入力端子と第２出力端子との間を接続する３つの双方向スイッチからから成る第２双方向スイッチ群とを含んで構成され、前記三相交流電源からの三相交流電力を単相交流電力に直接変換して出力するマトリックスコンバータと、
   前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に接続され、かつ前記マトリックスコンバータから出力された前記単相交流電力を前記受電装置に非接触で送電する送電コイルと、
   を備え、
   前記受電装置は、
   前記送電コイルから送電された前記単相交流電力を受電する受電コイルと、
   前記受電コイルで受電した前記単相交流電力を整流して直流電力を出力する整流器と、
   前記整流器から出力された前記直流電力を蓄電する電池と、
   を備える、
   ことを特徴とする非接触充電システム。
2. 前記マトリックスコンバータは、さらに、
   第３出力端子と、３つの前記入力端子と前記第３出力端子との間を接続する３つの双方向スイッチで構成された第３双方向スイッチ群を備え、
   前記送電装置は、さらに、
   前記送電コイルに直列に接続され、かつ前記受電装置側のインピーダンスの変化に応じて前記送電コイルに電力を供給する電力補償用素子を備え、
   前記電力補償用素子は、
   一方の端子が前記第２出力端子に接続され、かつ他方の端子が前記第３出力端子に接続される、
   請求項１に記載の非接触充電システム。
3. 前記送電装置は、さらに、
   前記マトリックスコンバータを制御する送電側制御部を備え、
   前記送電側制御部は、
   前記受電装置側のインピーダンスの変化に応じて、前記電力補償用素子から前記送電コイルに給電するように前記第１双方向スイッチ群、前記第２双方向スイッチ群、および前記第３双方向スイッチ群のスイッチング動作を制御する、
   請求項２に記載の非接触充電システム。
4. 前記電力補償用素子は、
   キャパシタ、または、インダクタ、または、前記キャパシタと前記インダクタの直列回路、または、前記キャパシタと前記インダクタの並列回路のいずれかで構成される、
   請求項２または３に記載の非接触充電システム。

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