JP2019115148A - 非接触受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送電装置から非接触で受電する非接触受電装置において、整流回路出力側の過電圧を抑制するとともに、受電部に過電流・過電圧が生じるのを抑制する。【解決手段】受電部は、直列接続された受電コイル１０１とキャパシタ１０２とを含む。受電部と整流回路１０５との間に設けられるフィルタ回路は、キャパシタ１０３とインダクタ１０４とを含む。短絡回路１１０は、受電部に並列に接続され、受電装置１００の異常時に受電部の両端を短絡する。受電装置１００の異常が発生すると、短絡回路１１０によって受電部の両端が短絡される。受電部の両端が短絡された後、通信部７００によって送電装置２００へ送電停止指令が出力される。【選択図】図１

Description

本開示は、送電装置から非接触で受電する非接触受電装置に関する。

送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムが知られている（たとえば特許文献１〜５参照）。このような電力伝送システムについて、特開平１１−２７８７０号公報（特許文献６）には、受電装置において電池の充電電圧が異常に上昇した場合に、電圧上昇から回路素子を保護可能な受電装置が開示されている。この受電装置では、整流回路の下アームがトランジスタで構成され、整流回路の出力電圧が基準電圧に達すると、トランジスタがオンされる。これにより、受電コイルの両端が短絡され、整流回路の出力電圧が零となるので、電圧上昇から回路素子が保護される（特許文献６参照）。

特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報 特開平１１−２７８７０号公報

受電コイルにキャパシタを直列に接続して力率を改善する力率補償方式（Ｓ方式）の受電装置に、特許文献６に記載の構成を適用する場合、電圧上昇の異常時に整流回路のトランジスタをオンさせることによって整流回路出力側の過電圧は抑制できるけれども、受電コイルとキャパシタとの共振状態は維持される。これにより、受電コイル及びキャパシタ（以下、纏めて「受電部」と称する場合がある。）に過電流・過電圧が生じ、絶縁故障に至る可能性がある。この場合、送電装置からの送電停止を待つことも考えられるが、送電装置での送電停止処理に時間がかかり、受電部の過電流・過電圧を抑制できない可能性がある。

本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、送電装置から非接触で受電する非接触受電装置において、整流回路出力側の過電圧を抑制するとともに、受電部に過電流・過電圧が生じるのを抑制することである。

本開示における非接触受電装置は、送電装置から非接触で受電する非接触受電装置であって、送電装置から磁界を通じて非接触で受電するように構成された受電部を備える。受電部は、直列接続された受電コイルとキャパシタとを含む。非接触受電装置は、さらに、受電部によって受電された交流電力を整流するように構成された整流回路と、受電部と整流回路との間に設けられるフィルタ回路と、受電部に並列に接続され、受電異常の発生時に受電部の両端を短絡するように構成された短絡回路とを備える。受電異常が発生すると、短絡回路によって受電部が短絡され、受電部の短絡後に送電装置へ送電停止指令が出力される。

この非接触受電装置においては、受電異常が発生すると、送電装置からの送電停止を待つことなく、短絡回路によって受電部の両端が短絡される。これにより、短絡回路による短絡前に対して、送電装置からみた受電側のインピーダンス及び受電装置の共振周波数が変化する。このため、受電装置において、電流及び電圧の位相がずれ、力率が悪化し、受電有効電力が低下する。その結果、受電部の受電コイル及びキャパシタに過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。また、短絡回路によって受電部の両端が短絡されるので、整流回路出力側の過電圧も抑制される。このように、この非接触受電装置によれば、送電装置からの送電停止を待つことなく、整流回路出力側の過電圧を抑制するとともに、受電部の電流及び電圧を速やかに抑制することができる。

短絡回路は、直列接続される少なくとも２つの半導体スイッチにより構成されてもよい。このような構成により、機械式のリレー等に比べて短絡動作移行までの時間を短くすることができ、受電部を良好に保護することができる。

この場合、２つの各半導体スイッチをＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）とし、各ＭＯＳＦＥＴのソース同士が接続されるようにしてもよい。このような構成により、１つの絶縁ドライバで各ＭＯＳＦＥＴを駆動することができるので、非接触受電装置を小型化することができる。

受電異常については、整流回路出力側の電圧が所定のしきい電圧を上回った場合に異常と判定されるようにしてもよい。これにより、整流回路出力側の電圧を検出するだけでよい。また、非接触受電装置が搭載される車両のＥＣＵ（Electric Control Unit）から受電中に異常信号を受信した場合に異常と判定されるようにしてもよい。ＥＣＵによる異常監視の結果を用いることで、高い安全性を確保することができる。

短絡回路による短絡は、所定時間保持されるものとし、所定時間は、送電装置からの送電が停止されるまでに要する最大時間以上に設定されるようにしてもよい。これにより、送電装置からの送電が停止されるまでは短絡回路による短絡が保持されるので、受電部を確実に保護することができる。

なお、短絡回路による短絡は、送電装置の送電状態に拘わらず実行されるようにしてもよい。これにより、受電装置側だけで受電装置の保護を実現することができる。

短絡回路は、半導体スイッチに直列接続される抵抗素子を含んでもよい。このような構成により、短絡回路による短絡時に、半導体スイッチに突入電流が流れるのを抑制することができる。

また、整流回路の下アームを半導体スイッチにより構成し、受電異常が発生した場合に、短絡回路によって受電部を短絡するとともに、整流回路の半導体スイッチをオンさせるようにしてもよい。このような構成とすることにより、受電部と整流回路との間に設けられるフィルタ回路のインピーダンスに拘わらず、整流回路出力側の過電圧を確実に抑制することができる。

本開示における非接触受電装置によれば、整流回路出力側の過電圧を抑制するとともに、受電部に過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。

本開示の実施の形態１に従う非接触受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。 蓄電装置の充電中における電力伝送システムの等価回路を示した図である。 短絡回路の作動中における電力伝送システムの等価回路を示した図である。 蓄電装置の充電中に受電装置の制御部により実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。 整流回路の出力電圧の推移の一例を示した図である。 受電コイルに流れる電流の推移の一例を示した図である。 受電コイルに生じる電圧の推移の一例を示した図である。 実施の形態２に従う非接触受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。 実施の形態３に従う非接触受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。 実施の形態３における制御部により実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。 変形例における電力伝送システムの全体構成図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本開示の実施の形態１に従う非接触受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、この電力伝送システム１０は、受電装置１００と、送電装置２００とを備える。受電装置１００は、たとえば、送電装置２００から供給され蓄えられた電力を用いて走行可能な車両等に搭載され得る。

以下では、受電装置１００は、車両に搭載されるものとして説明する。この実施の形態１では、受電装置１００が搭載される車両は、さらに、蓄電装置３００と、リレー回路４００と、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５００と、通信部７００とを備えている。

受電装置１００は、受電コイル１０１と、キャパシタ１０２，１０３，１０６と、インダクタ１０４と、整流回路１０５と、短絡回路１１０とを含む。

受電コイル１０１及びキャパシタ１０２は、「受電部」の一実施例を構成する。受電コイル１０１は、送電装置２００の送電コイル２０１（後述）から磁界を通じて非接触で受電する。キャパシタ１０２は、受電電力の力率を補償するために設けられ、受電コイル１０１に直列に接続される。受電コイル１０１及びキャパシタ１０２は、共振回路を形成し、形成される共振回路の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。なお、このように、受電コイル１０１にキャパシタ１０２を直列に接続して力率を改善する力率補償方式は「Ｓ方式」とも称される。

キャパシタ１０３及びインダクタ１０４は、受電コイル１０１及びキャパシタ１０２によって構成される受電部と整流回路１０５との間に設けられる「フィルタ回路」の一実施例を構成する。キャパシタ１０３は、上記受電部の両端間に接続される。インダクタ１０４は、キャパシタ１０３の一端と整流回路１０５との間に接続される。キャパシタ１０３及びインダクタ１０４は、ＬＣ回路を形成しており、受電コイル１０１による受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。

整流回路１０５は、受電コイル１０１によって受電された交流電力を整流して蓄電装置３００へ出力する。整流回路１０５は、たとえば４つのダイオードから成るダイオードブリッジ回路によって構成される。キャパシタ１０６は、整流回路１０５の出力側に設けられ、整流回路１０５によって整流された直流電力を平滑化する。

短絡回路１１０は、受電コイル１０１及びキャパシタ１０２によって構成される受電部に並列に接続され、受電部の両端を短絡可能に構成される。この実施の形態１では、短絡回路１１０は、直列接続されるＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２を含んで構成される。

ＭＯＳＦＥＴ１１１のドレインは、受電部の一端とインダクタ１０４との間の電力線に接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１１のソースは、ＭＯＳＦＥＴ１１２のソースに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１２のドレインは、受電部の他端に接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１２のソースは、ＭＯＳＦＥＴ１１１のソースに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２は、絶縁ドライバ１４０（後述）によって同時に駆動される。短絡回路１１０の動作については、後ほど詳しく説明する。

整流回路１０５によって整流された電力は、蓄電装置３００に蓄えられる。蓄電装置３００は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置３００は、整流回路１０５から出力される電力を蓄え、その蓄えられた電力を図示しないインバータ及び走行用モータ等の駆動装置等へ供給する。なお、蓄電装置３００として電気二重層キャパシタ等も採用可能である。リレー回路４００は、受電装置１００と蓄電装置３００との間に設けられ、受電装置１００による蓄電装置３００の充電時にオン（導通状態）にされる。

車両ＥＣＵ５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサからの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両における各機器の制御を行なう。一例として、車両ＥＣＵ５００は、車両の走行制御や、受電装置１００による蓄電装置３００の充電制御等を実行する。これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

通信部７００は、送電装置２００の通信部と無線通信可能に構成される。そして、車両ＥＣＵ５００は、送電装置２００から受電装置１００への送電が実行される際は、通信部７００を用いて送電装置２００と通信を行ない、送電装置２００からの送電の開始／停止や受電装置１００の受電状況等の情報を送電装置２００とやり取りする。

受電装置１００は、電圧検出部１２０と、制御部１３０と、絶縁ドライバ１４０とをさらに含む。電圧検出部１２０は、整流回路１０５の出力電圧Ｖｏを検出し、その検出値を制御部１３０へ出力する。

制御部１３０は、マイコンや入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、受電装置１００の出力電圧が上昇する等の受電異常が検出された場合に、マイコン内のメモリに予め格納されたプログラムに従って所定の処理を実行する。具体的には、制御部１３０は、受電装置１００による受電中に受電異常が検知された場合に、短絡回路１１０を作動させるように絶縁ドライバ１４０へ指令を出力する。この制御部１３０により実行される処理については、後ほど詳しく説明する。なお、制御部１３０により実行される処理は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

絶縁ドライバ１４０は、絶縁型のゲート駆動回路であり、制御部１３０からの制御信号に従って、短絡回路１１０のＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２を同時に駆動する。

一方、送電装置２００は、送電コイル２０１と、キャパシタ２０２，２０３と、インダクタ２０４と、インバータ２１０と、力率改善（ＰＦＣ（Power Factor Correction））回路２２０と、送電ＥＣＵ２３０と、通信部２４０とを含む。

ＰＦＣ回路２２０は、商用系統電源等の交流電源６００から受ける電力を整流及び昇圧してインバータ２１０へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善することができる。このＰＦＣ回路２２０には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。なお、ＰＦＣ回路２２０に代えて、力率改善機能を有しない整流器を採用してもよい。

インバータ２１０は、送電ＥＣＵ２３０からの制御信号に従って、ＰＦＣ回路２２０から受ける直流電力を、所定の周波数（たとえば数十ｋＨｚ）を有する送電電力（交流）に変換する。インバータ２１０は、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成される。キャパシタ２０３及びインダクタ２０４は、ＬＣ回路を形成し、インバータ２１０から発生する高調波ノイズを抑制するフィルタとして機能する。

送電コイル２０１及びキャパシタ２０２は、受電装置１００の受電コイル１０１へ非接触で送電する「送電部」を構成する。送電コイル２０１は、インバータ２１０により生成される交流電力をインバータ２１０から受け、送電コイル２０１の周囲に生成される磁界を通じて、受電装置１００の受電コイル１０１へ非接触で送電する。キャパシタ２０２は、送電電力の力率を補償するために設けられ、送電コイル２０１に直列に接続される。送電コイル２０１及びキャパシタ２０２は共振回路を形成し、形成される共振回路のＱ値は１００以上であることが好ましい。

送電ＥＣＵ２３０は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、送電装置２００における各種機器の制御を行なう。たとえば、送電ＥＣＵ２３０は、送電装置２００から受電装置１００への電力伝送の実行時に、所定の周波数を有する送電電力をインバータ２１０が生成するようにインバータ２１０のスイッチング制御を行なう。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

通信部２４０は、受電装置１００が搭載される車両の通信部７００と無線通信可能に構成される。通信部２４０は、電力伝送の開始／停止に関する情報を車両側とやり取りしたり、受電装置１００の受電状況（受電電圧や受電電流、受電電力等）を車両から受信したりする。

この電力伝送システム１０においては、送電装置２００において、インバータ２１０から送電コイル２０１へ、所定の周波数を有する交流電力が供給される。送電コイル２０１に交流電力が供給されると、送電コイル２０１と受電装置１００の受電コイル１０１との間に形成される磁界を通じて、送電コイル２０１から受電コイル１０１へエネルギー（電力）が移動する。受電コイル１０１へ移動したエネルギー（電力）は、整流回路１０５を通じて蓄電装置３００へ供給される。

このような電力伝送システムにおいて、受電装置（整流回路）の出力電圧が異常に上昇する等の受電異常が発生した場合に、受電装置を保護する対策として、整流回路の下アームをＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタで構成し、受電装置（整流回路）の出力が過電圧となった場合に上記トランジスタをオンさせることが考えられる（たとえば上記の特許文献６参照）。

しかしながら、上記の受電装置１００のようなＳ方式の受電装置に上記の手法を適用する場合、整流回路のトランジスタをオンさせることによって整流回路出力側の過電圧は抑制できるけれども、受電コイル及びキャパシタによって構成される受電部の共振状態は維持される。これにより、受電部に過電流・過電圧が生じ、絶縁故障に至る可能性がある。この場合、送電装置からの送電停止を待つことも考えられるが、送電装置での送電停止処理に時間がかかり、受電部の過電流・過電圧を抑制できない可能性がある。

そこで、本実施の形態１に従う受電装置１００では、受電部に並列に接続される短絡回路１１０が設けられ、整流回路１０５の出力が過電圧となるような受電異常が発生すると、短絡回路１１０を直ちに作動させる。なお、短絡回路１１０は、インダクタ１０４よりも受電部側に設けられている。

すなわち、この受電装置１００では、受電異常が発生すると、送電装置２００からの送電停止を待つことなく、短絡回路１１０によって受電部の両端が短絡される。これにより、短絡回路１１０による短絡前に対して、送電装置２００からみた受電側のインピーダンス及び受電装置１００の共振周波数が変化する。このため、受電装置１００において、電流及び電圧の位相がずれ、力率が悪化し、受電有効電力が低下する。その結果、受電部の受電コイル１０１及びキャパシタ１０２に過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。また、短絡回路１１０によって受電部の両端が短絡されるので、整流回路１０５の出力側の過電圧も抑制される。

このように、この実施の形態１に従う受電装置１００によれば、送電装置２００からの送電停止を待つことなく、整流回路１０５の出力側の過電圧を抑制するとともに、受電部の電流及び電圧を速やかに抑制することができる。以下、短絡回路１１０による短絡前後の回路特性の変化について説明する。

図２は、蓄電装置３００の充電中における電力伝送システム１０の等価回路を示した図である。すなわち、この図２では、短絡回路１１０の非作動時における電力伝送システム１０の等価回路が示されている。なお、この図２では、送電装置２００において、ＰＦＣ回路２２０の図示は省略されている。また、受電装置１００において、インピーダンス１５０は、図１に示した整流回路１０５、キャパシタ１０６及び蓄電装置３００から成る電気負荷の等価インピーダンスであり、そのインピーダンス値をＲＬとする。

図２を参照して、受電装置１００における受電コイル１０１及びインダクタ１０４のインダクタンスをそれぞれＬ２，Ｌ２１とし、受電装置１００におけるキャパシタ１０２，１０３のキャパシタンスをそれぞれＣ２，Ｃ２１とする。蓄電装置３００の充電中における、送電装置２００からみた受電側のインピーダンスＺ２は、次式にて示される。

ここで、ωは、伝送電力の角周波数を示す。式（１）で示されるインピーダンスＺ２の虚部が零となる角周波数ω２及び周波数ｆ２は、式（１）から次式にて示される。

なお、インダクタンスＬ２，Ｌ２１及びキャパシタンスＣ２，Ｃ２１は、式（２）中の等号で示される関係を満たすように設計されているものとする。言い換えると、インダクタンスＬ２，Ｌ２１及びキャパシタンスＣ２，Ｃ２１が式（２）中の等号を満たすように設計されている場合、インピーダンスＺ２の虚部が零となる角周波数ω２及び周波数ｆ２は、式（２）で示される。

そして、角周波数ω（周波数ｆ）が式（２）で示される角周波数ω２（周波数ｆ２）である場合、インピーダンスＺ２は、次式のように実部で表わされる。

式（２）の関係を満たす状態で送電装置２００から受電装置１００への電力伝送が行なわれると、受電側のインピーダンスＺ２の虚部が零であることにより無効電力が発生せず、高効率な状態で電力を伝送することができる。受電装置１００では、インダクタンスＬ２，Ｌ２１及びキャパシタンスＣ２，Ｃ２１が、伝送電力の周波数ｆ（角周波数ω）に対して式（２）の関係を満たすように設計されている。

図３は、短絡回路１１０の作動中における電力伝送システム１０の等価回路を示した図である。この図３は、図２に対応するものであり、図２で説明した符号については説明を繰り返さない。

図３を参照して、短絡回路１１０の作動中におけるＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２のオン抵抗をＲｏｎとする。ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２のオン抵抗Ｒｏｎは、キャパシタ１０３及びインダクタ１０４のインピーダンスに比べて十分に小さいものとすると、短絡回路１１０の作動中（ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２のオン中）における、送電装置２００からみた受電側のインピーダンスＺ２＊は、次式のように表わすことができる。

インダクタ１０４を通じて整流回路１０５へ流れる電流は十分に小さいので、整流回路１０５及びキャパシタ１０６を保護することができる。

式（４）で示されるインピーダンスＺ２＊の虚部が零となる角周波数ω２＊及び周波数ｆ２＊は、式（４）から次式にて示される。

そして、角周波数ω（周波数ｆ）が式（５）で示される角周波数ω２＊（周波数ｆ２＊）である場合、インピーダンスＺ２＊は、次式にて示される。

式（５），（６）を式（２），（３）と比較すると、短絡回路１１０を作動させることによって、受電側のインピーダンス及び共振周波数が変化し、インピーダンスの虚部が増加する（非零となる）。このことは、受電装置１００において、電流及び電圧の位相がずれ、力率が悪化し、受電有効電力が低下することを意味する。このため、送電装置２００からの送電が継続していても、受電コイル１０１及びキャパシタ１０２に過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。

そして、短絡回路１１０を作動させた後、送電装置２００へ送電停止指令が送信される。すなわち、受電異常（過電圧）が発生した場合に、送電装置２００からの送電停止を待っていると受電部（受電コイル１０１及びキャパシタ１０２）に過電流・過電圧が生じ得るところ、この実施の形態１に従う受電装置１００では、送電装置２００からの送電停止を待つことなく短絡回路１１０を作動させ、その後、送電装置２００へ送電停止指令が送信される。

図４は、蓄電装置３００の充電中に受電装置１００の制御部１３０により実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、受電装置１００による蓄電装置３００の充電中に、所定時間毎又は所定の条件が成立する毎に繰返し実行される。

図４を参照して、制御部１３０は、電圧検出部１２０から整流回路１０５の出力電圧Ｖｏの検出値を取得し、出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈよりも高いか否かを判定する（ステップＳ１０）。このしきい値Ｖｔｈは、整流回路１０５の出側において過電圧が生じているか否かを判定するためのしきい値であり、たとえば、蓄電装置３００の上限電圧とキャパシタ１０６の耐電圧との範囲内において適宜設定される。

ステップＳ１０において出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈ以下であると判定された場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御部１３０は、蓄電装置３００の充電異常を示す充電異常信号を車両ＥＣＵ５００から受信したか否かを判定する（ステップＳ２０）。車両ＥＣＵ５００は、蓄電装置３００の充電中に、たとえば、整流回路１０５の出力電圧Ｖｏや充電電流を監視するとともに、電圧検出部１２０の異常等も監視している。そして、車両ＥＣＵ５００は、電圧或いは電流の異常や電圧検出部１２０の異常等を検知すると、充電異常信号を生成して制御部１３０へ出力する。

ステップＳ２０において車両ＥＣＵ５００から充電異常信号を受信していないと判定されると（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御部１３０は、ステップＳ３０以降の一連の処理を実行することなくリターンへと処理を移行する。

ステップＳ１０において整流回路１０５の出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈよりも高いと判定された場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、又はステップＳ２０において車両ＥＣＵ５００から充電異常信号を受信したと判定された場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御部１３０は、短絡回路１１０を作動させるための短絡動作駆動信号を生成して絶縁ドライバ１４０へ出力する（ステップＳ３０）。そうすると、絶縁ドライバ１４０から短絡回路１１０のＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２へ駆動信号が出力され、ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２がオン（導通状態）される。これにより、受電部（受電コイル１０１及びキャパシタ１０２）の両端が短絡され、受電部に過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。

短絡動作駆動信号が絶縁ドライバ１４０へ出力された後、制御部１３０は、送電装置２００からの送電の停止を指示する送電停止信号を送電装置２００へ送信するように車両ＥＣＵ５００へ指示する（ステップＳ４０）。これにより、通信部７００によって送電装置２００へ送電停止指令が送信される。

次いで、制御部１３０は、短絡動作駆動信号を絶縁ドライバ１４０へ出力してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ５０）。この所定時間は、たとえば、送電装置２００において送電停止指令が受信され、送電停止指令に従って送電ＥＣＵ２３０がインバータ２１０へ駆動停止信号を出力し、送電コイル２０１からの送電が停止されるまでに要する最大時間（予測値）以上に設定される。

そして、ステップＳ５０において、短絡動作駆動信号が絶縁ドライバ１４０へ出力されてから所定時間が経過したと判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、制御部１３０は、短絡回路１１０の作動を停止させるための短絡動作停止信号を生成して絶縁ドライバ１４０へ出力する（ステップＳ６０）。

図５は、整流回路１０５の出力電圧Ｖｏの推移の一例を示した図である。図５を参照して、時刻ｔ０からｔ１の期間では、受電異常（過電圧や充電異常）は発生しておらず、正常に蓄電装置３００の充電が行なわれている。

時刻ｔ１において、受電異常が発生し、出力電圧Ｖｏが上昇している。時刻ｔ２において、出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈを超えると、短絡回路１１０が作動する（ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２がオン）。これにより、時刻ｔ２以降の出力電圧Ｖｏの上昇が抑制されている。

図６は、受電コイル１０１に流れる電流の推移の一例を示した図である。この図６では、定格電力で蓄電装置３００が充電されているとき（正常動作時）に対する電流増加比が示されている。図６において、実線は、本実施の形態１における受電コイル１０１に流れる電流を示す。点線は、比較例として、図１に示した短絡回路１１０に代えて、上述した特許文献６に記載の受電装置のように、整流回路の下アームをトランジスタで構成し、受電異常が発生した場合に当該トランジスタをオンさせる場合の電流推移を示す。

図６を参照して、時刻ｔ０からｔ１の期間では、受電装置１００により蓄電装置３００が定格電力で充電されている（正常動作）。時刻ｔ１において、受電異常が発生し、時刻ｔ２において、出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈを超えることにより短絡回路１１０が作動する（ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２がオン）。これにより、受電コイル１０１の過電流が抑制されている。

これに対して、点線で示される比較例では、時刻ｔ２において、出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈを超えることにより、整流回路の下アームのトランジスタがオンされる。これにより、出力電圧Ｖｏの過電圧は抑制できるけれども（図示せず）、受電コイルにおいて、正常動作時（時刻ｔ０からｔ１）の電流に対して６倍程度の電流（過電流）が流れている。このように、整流回路の下アームのトランジスタによって短絡手段を構成しても、受電コイルの過電流を抑制することができない。

図７は、受電コイル１０１に生じる電圧の推移の一例を示した図である。この図７では、定格電力で蓄電装置３００が充電されているとき（正常動作時）に対する電圧増加比が示されている。図７において、実線は、本実施の形態１における受電コイル１０１に生じる電圧を示す。点線は、比較例として、上記のように、整流回路の下アームをトランジスタで構成し、受電異常が発生した場合に当該トランジスタをオンさせる場合の電圧の推移を示す。

図７を参照して、時刻ｔ０からｔ１の期間では、受電装置１００により蓄電装置３００が定格電力で充電されている（正常動作）。時刻ｔ１において、受電異常が発生し、時刻ｔ２において、出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈを超えることにより短絡回路１１０が作動する（ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２がオン）。これにより、受電コイル１０１の過電圧が抑制されている。

これに対して、点線で示される比較例では、時刻ｔ２において、出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈを超えることにより、整流回路の下アームのトランジスタがオンされる。これにより、出力電圧Ｖｏの過電圧は抑制できるけれども（図示せず）、受電コイルにおいて、正常動作時（時刻ｔ０からｔ１）の電圧に対して７倍程度の電圧（過電圧）が生じている。このように、整流回路の下アームのトランジスタによって短絡手段を構成しても、受電コイルの過電圧を抑制することはできない。

以上のように、この実施の形態１においては、短絡回路１１０が設けられ、受電異常が発生すると、送電装置２００からの送電停止を待つことなく、短絡回路１１０を作動させる。これにより、短絡回路１１０による短絡前に対して、受電側のインピーダンスＺ及び共振周波数ｆを変化させ、受電部（受電コイル１０１及びキャパシタ１０２）に過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。また、短絡回路１１０によって受電部の両端が短絡されるので、整流回路１０５の出力側の過電圧も抑制される。このように、この実施の形態１によれば、送電装置２００からの送電停止を待つことなく、整流回路１０５出力側の過電圧を抑制するとともに、受電部の電流及び電圧を速やかに抑制することができる。

また、この実施の形態１では、短絡回路１１０は、直列接続される２つのＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２により構成される。これにより、仮に短絡回路を機械式のリレーで構成した場合に比べて、短絡動作移行までの時間を短くすることができ、受電部を良好に保護することができる。さらに、ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２は互いにソース同士が接続されるように配置されるので、１つの絶縁ドライバ１４０で各ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２を駆動することができ、受電装置１００を小型化することができる。

但し、本開示の短絡回路は、２つのＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２により構成されるものに限定されるものではなく、１つのＭＯＳＦＥＴにより構成されてもよいし、３つ以上の直列接続されたＭＯＳＦＥＴにより構成されてもよい。

［実施の形態２］
図８は、実施の形態２に従う非接触受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図８を参照して、この電力伝送システム１０Ａは、受電装置１００Ａと、送電装置２００とを備える。

受電装置１００Ａは、図１に示した受電装置１００の構成において、短絡回路１１０に代えて短絡回路１１０Ａを含む。短絡回路１１０Ａは、短絡回路１１０の構成において、抵抗素子１１３をさらに含む。

抵抗素子１１３は、ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２に直列に接続される。このような抵抗素子１１３が設けられることにより、短絡回路１１０Ａの作動時（ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２のオン時）に、キャパシタ１０３に蓄積されている電荷がＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２に流れることで生じる突入電流を抑制することができる。

［実施の形態３］
図９は、実施の形態３に従う非接触受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図９を参照して、この電力伝送システム１０Ｂは、受電装置１００Ｂと、送電装置２００とを備える。

受電装置１００Ｂは、図８に示した受電装置１００Ａの構成において、整流回路１０５及び制御部１３０に代えてそれぞれ整流回路１０５Ａ及び制御部１３０Ａを含み、絶縁ドライバ１４１をさらに含む。

整流回路１０５Ａは、整流回路１０５の構成において、下アームがＭＯＳＦＥＴ１１４，１１５によって構成されている。ＭＯＳＦＥＴ１１４，１１５の各ソースは、リレー回路４００を介して蓄電装置３００の負極に接続される。

絶縁ドライバ１４１は、絶縁型のゲート駆動回路であり、制御部１３０Ａからの制御信号に従って、整流回路１０５ＡのＭＯＳＦＥＴ１１４，１１５を同時に駆動する。

ＭＯＳＦＥＴ１１４，１１５は、絶縁ドライバ１４１によってオン駆動されることにより、整流回路１０５Ａの入力端子間を短絡する。すなわち、この実施の形態３では、短絡回路１１０Ａに加えて、ＭＯＳＦＥＴ１１４，１１５によって構成される短絡手段をさらに備えている。

インダクタ１０４のインピーダンスが小さい場合には、受電異常時にインダクタ１０４を通じて整流回路１０５Ａに過電圧がかかる可能性もある。この実施の形態３では、受電異常の発生時にＭＯＳＦＥＴ１１４，１１５によって整流回路１０５Ａの入力端子間が短絡されるので、インダクタ１０４のインピーダンスが小さい場合においても、整流回路１０５Ａ及び整流回路１０５Ａ出側のキャパシタ１０６に過電圧が生じるのを抑制することができる。

図１０は、実施の形態３において、蓄電装置３００の充電中に受電装置１００Ｂの制御部１３０Ａにより実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。このフローチャートは、図４に示したフローチャートに対応するものである。このフローチャートに示される一連の処理も、受電装置１００Ｂによる蓄電装置３００の充電中に、所定時間毎又は所定の条件が成立する毎に繰返し実行される。

図１０を参照して、ステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１４０，Ｓ１５０の各処理は、それぞれ図４に示したステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ４０，Ｓ５０の各処理と同じであるので、説明を繰り返さない。

ステップＳ１１０において整流回路１０５Ａの出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈよりも高いと判定された場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、又はステップＳ１２０において車両ＥＣＵ５００から充電異常信号を受信したと判定された場合（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、制御部１３０Ａは、短絡回路１１０Ａ及び整流回路１０５Ａの下アームを作動させるための短絡動作駆動信号を生成して絶縁ドライバ１４０，１４１の各々へ出力する（ステップＳ１３０）。

そうすると、絶縁ドライバ１４０から短絡回路１１０ＡのＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２へ駆動信号が出力され、ＭＯＳＦＥＴ１１１，１１２がオン（導通状態）される。これにより、受電部（受電コイル１０１及びキャパシタ１０２）に過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。また、絶縁ドライバ１４１から整流回路１０５ＡのＭＯＳＦＥＴ１１４，１１５へ駆動信号が出力され、ＭＯＳＦＥＴ１１４，１１５がオン（導通状態）される。これにより、インダクタ１０４のインピーダンスが小さい場合においても、整流回路１０５Ａ及びキャパシタ１０６に過電圧が生じるのを抑制することができる。

また、ステップＳ１５０において、短絡動作駆動信号が出力されてから所定時間が経過したと判定されると（ステップＳ１５０においてＹＥＳ）、制御部１３０Ａは、短絡回路１１０Ａ及び整流回路１０５Ａの下アームの作動を停止させるための短絡動作停止信号を生成して絶縁ドライバ１４０，１４１の各々へ出力する（ステップＳ１６０）。

以上のように、この実施の形態３においては、整流回路１０５Ａの下アームがＭＯＳＦＥＴ１１４，１１５によって構成され、受電異常が発生すると、短絡回路１１０を作動させるとともに、整流回路１０５ＡのＭＯＳＦＥＴ１１４，１１５もオンさせる。これにより、インダクタ１０４のインピーダンスの大きさに拘わらず、整流回路１０５Ａ及びキャパシタ１０６の過電圧を確実に抑制することができる。

［変形例］
図１に示した実施の形態１の構成では、受電装置１００において、短絡回路１１０は、キャパシタ１０３とインダクタ１０４との間に設けられるものとしたが、図１１に示すように、短絡回路１１０は、受電コイル１０１及びキャパシタ１０２によって構成される受電部とキャパシタ１０３との間に設けられてもよい。

なお、特に図示しないが、実施の形態２，３においても、短絡回路１１０Ａは、受電コイル１０１及びキャパシタ１０２によって構成される受電部とキャパシタ１０３との間に設けられてもよい。

また、実施の形態３では、実施の形態２における受電装置１００Ａの構成において、整流回路１０５に代えて整流回路１０５Ａを含むものとしたが、実施の形態１や図１１に示した変形例における受電装置１００Ｃの構成において、整流回路１０５に代えて整流回路１０５Ａを含んでもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１０Ａ〜１０Ｃ 電力伝送システム、１００，１００Ａ〜１００Ｃ 受電装置、１０１ 受電コイル、１０２，１０３，１０６，２０２，２０３ キャパシタ、１０４，２０４ インダクタ、１０５，１０５Ａ 整流回路、１１０，１１０Ａ 短絡回路、１１１，１１２，１１４，１１５ ＭＯＳＦＥＴ、１１３ 抵抗素子、１２０ 電圧検出部、１３０，１３０Ａ 制御部、１４０，１４１ 絶縁ドライバ、１５０ インピーダンス、２００ 送電装置、２０１ 送電コイル、２１０ インバータ、２２０ ＰＦＣ回路、２３０ 送電ＥＣＵ、２４０，７００ 通信部、３００ 蓄電装置、４００ リレー回路、５００ 車両ＥＣＵ、６００ 交流電源。

Claims (1)

1. 送電装置から非接触で受電する非接触受電装置であって、
   前記送電装置から磁界を通じて非接触で受電するように構成された受電部を備え、
   前記受電部は、直列接続された受電コイルとキャパシタとを含み、さらに、
   前記受電部によって受電された交流電力を整流するように構成された整流回路と、
   前記受電部と前記整流回路との間に設けられるフィルタ回路と、
   前記受電部に並列に接続され、受電異常の発生時に前記受電部の両端を短絡するように構成された短絡回路とを備え、
   受電異常が発生すると、前記短絡回路によって前記受電部が短絡され、前記受電部の短絡後に前記送電装置へ送電停止指令が出力される、非接触受電装置。

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