JP2019154117A - 非接触受電装置および非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置に用いられる電気回路の配線構造を単純化することを目的とする。【解決手段】電力供給ユニットから非接触給電によって電力を取得する受電コイル２６と、受電コイル２６で取得された電力が供給される駆動回路３６と、受電コイル２６と駆動回路３６との間の電力伝送経路に設けられた抵抗アレイ３４と、駆動回路３６およびスイッチング素子１６についての回路状態を判定する回路状態判定部と、回路状態判定部によって判定された回路状態に応じて回路特性を設定する制御部とを備える。駆動回路３６は、プログラムを実行するプロセッサを備えていてもよい。この場合、プロセッサは、プログラムの実行によって回路状態判定部および制御部を実現する。【選択図】図２

Description

本発明は、非接触受電装置および非接触給電装置に関し、特に、非接触受電装置の状態を検出する技術に関する。

モータジェネレータの駆動力によって走行する電気自動車や、モータジェネレータおよびエンジンの駆動力によって走行するハイブリッド自動車が広く用いられている。このような電動車両には、モータジェネレータとの間で電力を授受する電力変換装置が設けられている。モータジェネレータにトルクを発生させて電動車両を力行させるときは、電力変換装置はモータジェネレータに電力を供給する。モータジェネレータが電動車両に対して回生制動をするときは、電力変換装置はモータジェネレータが発電した回生電力を回収する。

一般に、電力変換装置は複数のスイッチング素子を有している。電動車両が備える制御ユニットは、走行状態に応じて各スイッチング素子のオンオフ制御を行うことで電力変換装置を制御し、モータジェネレータにトルクを発生させ、あるいは、モータジェネレータに回生制動をさせる。

以下の特許文献１には、電動車両に搭載されるパワーカードが記載されている。パワーカードには電力変換装置を構成するスイッチング素子が封入され、パワーカードは冷却部材に取り付けられている。パワーカードからは、周辺の装置に接続される複数の端子が引き出されている。

特開２０１６−５４１７５号公報

一般に、車両搭載用の電力変換装置には多数のスイッチング素子が用いられる。スイッチング素子に接続される配線には、電力供給用のものだけでなく、スイッチング素子に流れる電流やスイッチング素子の温度等、スイッチング素子の状態を電力変換装置が検出するためのものがある。そのため、電力変換装置に至る配線の構造は複雑である。

本発明は、電力変換装置に用いられる電気回路の配線構造を単純化することを目的とする。

本発明は、電力供給ユニットから非接触給電によって電力を取得する受電コイルと、 前記受電コイルで取得された電力が供給される電気回路と、前記受電コイルと前記電気回路との間の電力伝送経路に設けられ、回路特性が可変である可変特性回路と、前記電気回路についての回路状態を判定する回路状態判定部と、前記回路状態判定部によって判定された回路状態に応じて前記回路特性を設定する制御部と、を備えることを特徴とする。

望ましくは、前記回路状態判定部は、前記電気回路に含まれる電子部品に異常があるか否かを判定すると共に、異常の種類を特定し、前記制御部は、異常の種類に応じて予め定められた特性に前記回路特性を設定する。

望ましくは、前記可変特性回路は、複数の回路素子と、各前記回路素子の接続状態を変更するスイッチ回路と、を備える。

本発明は、非接触給電によって受電装置に電力を供給する送電コイルと、前記送電コイルの電気的状態を検出する電気的状態検出部と、前記電気的状態に応じて、前記受電装置の状態を認識する認識部と、を備えることを特徴とする。

望ましくは、前記受電装置は複数の電子部品を含み、前記認識部は、前記電気的状態に応じて、複数の前記電子部品のうち異常があるものを特定する特定部を含む。

望ましくは、前記特定部は、前記電気的状態に応じて、複数の前記電子部品のうち異常があるものを特定すると共に、前記電気的状態に応じて、異常の種類を特定する。

望ましくは、前記認識部は、前記電気的状態に応じて、前記受電装置に含まれる電子部品が異常であることを認識すると共に、前記電気的状態に応じて異常の種類を特定する特定部を含む。

望ましくは、前記電気的状態は、前記送電コイルに流れる電流または前記送電コイルの端子間電圧である。

本発明によれば、電力変換装置に用いられる電気回路の配線構造を単純化することができる。

スイッチングアーム駆動システムを示す図である。 基本駆動システムを示す図である。 状態認識テーブルに含まれる情報を概念的に示す図である。 コンデンサアレイ型基本駆動システムを示す図である。 コンデンサアレイを示す図である。 スイッチングコンデンサ回路を示す図である。 スイッチングコンデンサ回路を示す図である。 スイッチングアーム駆動システムを示す図である。 スイッチングアーム駆動システムを示す図である。

（１）スイッチングアーム駆動システム
図１には、本発明の実施形態に係るスイッチングアーム駆動システムが示されている。スイッチングアーム駆動システムは、制御ユニット１０、電力供給ユニット１２、スイッチング素子ドライバ１４Ａおよび１４Ｂを備えている。スイッチングアーム駆動システムは、２つのスイッチング素子１６Ａおよび１６Ｂのそれぞれをオンからオフに、またはオフからオンに制御する。各スイッチング素子（１６Ａ，１６Ｂ）は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に用いられる電力変換装置には、２つのスイッチング素子が直列接続されたスイッチングアーム（ハーフブリッジ）が用いられている。スイッチング素子がＩＧＢＴである場合、２つのＩＧＢＴのうちの一方のエミッタが他方のＩＧＢＴのコレクタに接続されることでスイッチングアームが構成される。

なお、以下の説明においては、スイッチング素子ドライバ１４Ａおよび１４Ｂについては、「１４」の符号によってスイッチング素子ドライバ１４Ａおよび１４Ｂの両者を示すものとし、スイッチング素子１６Ａおよび１６Ｂについても、「１６」の符号によってスイッチング素子１６Ａおよび１６Ｂの両者を示すものとする。末尾に符号「Ａ」または「Ｂ」が付されたその他の構成要素についても同様である。

スイッチングアーム駆動システムの動作について図１を参照して説明する。制御ユニット１０は、電力供給ユニット１２および各スイッチング素子ドライバ１４を制御する。電力供給ユニット１２は、制御ユニット１０による制御に従って各スイッチング素子ドライバ１４に電力を供給する。スイッチング素子ドライバ１４Ａは、制御ユニット１０による制御に従ってスイッチング素子１６Ａをオンオフ制御し、スイッチング素子ドライバ１４Ｂは、制御ユニット１０による制御に従ってスイッチング素子１６Ｂをオンオフ制御する。

後述するように、電力供給ユニット１２は送電コイルを備えており、各スイッチング素子ドライバ１４は受電コイルを備えている。電力供給ユニット１２から各スイッチング素子ドライバ１４への電力伝送は、送電コイルおよび受電コイルによる非接触給電によって行われる。すなわち、送電コイルが構成する共振回路と、各スイッチング素子ドライバ１４において受電コイルが構成する共振回路との結合共振（共鳴）によって、電力供給ユニット１２から各スイッチング素子ドライバ１４に電力が供給される。また、送電コイルと、各スイッチング素子ドライバ１４における受電コイルとの電磁誘導結合によって、電力供給ユニット１２から各スイッチング素子ドライバ１４に電力が供給されてもよい。

制御ユニット１０は、電力供給ユニット１２における送電コイルの電気的状態を検出し、その電気的状態に応じて各スイッチング素子１６の状態を認識する。送電コイルの電気的状態には、例えば、送電コイルの端子間電圧、送電コイルに流れる電流、送電コイルの端子間のインピーダンス等がある。

（２）基本駆動システム
図２には、スイッチングアーム駆動システムを構成する基本駆動システムが示されている。基本駆動システムは、スイッチングアーム駆動システムのうち、１つのスイッチング素子１６に関する部分に相当する。図１に示された構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。基本駆動システムは、制御ユニット１０、電力供給ユニット１２、およびスイッチング素子ドライバ１４を備えている。電力供給ユニット１２は、電力供給回路１８、送電コイル２０、送電側電流センサ２２、信号線２３および送電側結合導体２４を備えている。スイッチング素子ドライバ１４は、受電コイル２６、受電コンデンサ２８、整流回路３２、抵抗アレイ３４、駆動回路３６、スイッチング素子電流センサ３８、温度センサ４０、受電側結合導体３０および信号線３１を備えている。

送電コイル２０は、電力供給回路１８に含まれるコンデンサと共に送電側の共振回路を構成する。受電コイル２６および受電コンデンサ２８は直列に接続され、受電側の共振回路を構成する。受電側の共振回路は、整流回路３２の一対の入力端子に接続されている。整流回路３２の一対の出力端子は、抵抗アレイ３４の一対の入力端子に接続され、抵抗アレイ３４の一対の出力端子は、駆動回路３６に接続されている。

送電コイル２０および受電コイル２６は磁気的に結合し、送電側の共振回路および受電側の共振回路は、電力供給回路１８から出力された電力を結合共振によって整流回路３２に伝送する。整流回路３２は、受電側の共振回路から伝送された交流電力を整流して直流電力に変換し、抵抗アレイ３４に出力する。

抵抗アレイ３４は、正極線２９Ｐ、負極線２９Ｎ、第１抵抗器Ｒ_１、第２抵抗器Ｒ_２、第３抵抗器Ｒ_３、第１スイッチＳ_１、第２スイッチＳ_２、第３スイッチＳ_３、一対の入力端子および一対の出力端子を備えている。一対の入力端子のうちの上側の入力端子（正極入力端子３５Ｐ）は、一対の出力端子のうちの上側の出力端子（正極出力端子３７Ｐ）に正極線２９Ｐによって接続され、一対の入力端子のうちの下側の入力端子（負極入力端子３５Ｎ）は、一対の出力端子のうちの下側の出力端子（負極出力端子３７Ｎ）に負極線２９Ｎによって接続されている。

第１抵抗器Ｒ_１、第２抵抗器Ｒ_２および第３抵抗器Ｒ_３は、それぞれ、第１スイッチＳ_１、第２スイッチＳ_２および第３スイッチＳ_３に直列に接続されている。抵抗器およびスイッチが直列接続された各直列接続ブロックは、正極線２９Ｐおよび負極線２９Ｎとの間に接続されている。

抵抗アレイ３４の正極出力端子３７Ｐおよび負極出力端子３７Ｎには駆動回路３６が接続されている。後述するように、各スイッチは、スイッチング素子１６の状態に応じて、駆動回路３６によってオフからオンに制御され、またはオンからオフに制御される。第１スイッチＳ_１、第２スイッチＳ_２、および第３スイッチＳ_３のうち少なくとも１つがオンになっている場合、抵抗アレイ３４は、正極入力端子３５Ｐから流入する電流の一部を負極入力端子３５Ｎから整流回路３２に流し、駆動回路３６をバイパスさせる。抵抗アレイ３４は、残りの一部の電流を駆動回路３６に流し、駆動回路３６から負極出力端子３７Ｎに流入した電流を整流回路３２に流す。第１スイッチＳ_１、第２スイッチＳ_２、および第３スイッチＳ_３の総てがオフになっている場合、抵抗アレイ３４は、正極入力端子３５Ｐから流入する電流を駆動回路３６に流し、駆動回路３６から負極出力端子３７Ｎに流入した電流を整流回路３２に流す。このような動作によって、抵抗アレイ３４は、整流回路３２から出力された電力に基づき、自らが備える各スイッチの状態に応じた電力を駆動回路３６に出力する。

制御ユニット１０からは、信号線２３が引き出されており、その信号線２３の先端には送電側結合導体２４が接続されている。送電側結合導体２４の近傍には、受電側結合導体３０が配置されている。受電側結合導体３０からは信号線３１が引き出されており、駆動回路３６に至っている。送電側結合導体２４と受電側結合導体３０は、電気的または磁気的に結合し、信号線２３、送電側結合導体２４、受電側結合導体３０および信号線３１によって、制御ユニット１０と駆動回路３６との間で制御信号を伝送するための信号伝送経路３３が形成される。

駆動回路３６は、電力供給回路１８から、送電側の共振回路、受電側の共振回路、整流回路３２、および抵抗アレイ３４を介して供給された電力に基づいて、制御ユニット１０の制御に従ってスイッチング素子１６をオンオフ制御する。

送電側結合導体２４および受電側結合導体３０は機械的に結合されておらず、送電コイル２０および受電コイル２６もまた機械的に結合していない。そのため、制御ユニット１０および電力供給ユニット１２を送電側基板に実装し、スイッチング素子ドライバ１４およびスイッチング素子１６を受電側基板に実装した場合には、これらの基板の間を配線によって接続しなくてもよい。この場合送電側基板および受電側基板は着脱自在としてもよい。

スイッチング素子電流センサ３８は、スイッチング素子１６に流れる電流を検出し、検出された電流の値を示す情報（その電流に応じた物理量）を駆動回路３６に出力する。温度センサ４０は、スイッチング素子１６の温度を検出し、スイッチング素子１６の温度の値を示す情報（その温度に応じた物理量）を駆動回路３６に出力する。

駆動回路３６は、スイッチング素子電流センサ３８および温度センサ４０から与えられた情報に基づいてスイッチング素子１６の状態を判定する。本実施形態におけるスイッチング素子１６の状態には、温度急上昇、温度異常、過電流、素子故障および定常状態がある。温度急上昇は、所定時間当たりの温度上昇が所定の閾値を超えた状態である。温度異常は、温度が所定の範囲内にない状態である。過電流は、電流値が所定の閾値を超えた状態である。素子故障は、電流値が所定値に満たない状態等、電流経路が遮断されている状態（オープン故障の状態）である。素子故障は、所定の複数箇所が短絡している状態（ショート故障の状態）として定義されてもよい。この場合、スイッチング素子電流センサ３８の代わりに、スイッチング素子１６における複数箇所間の電圧を検出する電圧センサが用いられてもよい。定常状態は、温度急上昇、温度異常、過電流および素子故障のいずれでもない状態である。

駆動回路３６は、スイッチング素子１６の各状態に対して、第１スイッチＳ_１、第２スイッチＳ_２、および第３スイッチＳ_３のそれぞれの状態を対応付けたスイッチ制御テーブルを記憶している。スイッチ制御テーブルは、例えば、定常状態に対して、第１スイッチＳ_１、第２スイッチＳ_２および第３スイッチＳ_３をオフにすべき旨のスイッチ情報が対応付けられた情報であってもよい。温度急上昇に対して、第１スイッチＳ_１をオンにし、第２スイッチＳ_２および第３スイッチＳ_３をオフにすべき旨のスイッチ情報が対応付けられた情報であってもよい。温度異常に対して、第２スイッチＳ_２をオンにし、第１スイッチＳ_１および第３スイッチＳ_３をオフにすべき旨のスイッチ情報が対応付けられた情報であってもよい。過電流に対して、第３スイッチＳ_３をオンにし、第１スイッチＳ_１および第２スイッチＳ_２をオフにすべき旨のスイッチ情報が対応付けられた情報であってもよい。素子故障に対して、第１スイッチＳ_１および第３スイッチＳ_３をオンにし、第２スイッチＳ_２をオフにすべき旨のスイッチ情報が対応付けられたものであってもよい。

スイッチ制御テーブルがこのような情報を有するものである場合、第１抵抗器Ｒ_１の抵抗値ｒ１、第２抵抗器Ｒ_２の抵抗値ｒ２、および第３抵抗器Ｒ_３の抵抗値ｒ_３の間には、ｒ_１＞ｒ_２＞ｒ_３＞（１／ｒ_１＋１／ｒ_３）^−１の関係が成立してもよい。例えば、ｒ_１＝４・ｒ_３、およびｒ_２＝２・ｒ_３の関係が成立してもよい。

駆動回路３６は、スイッチ制御テーブルを参照し、スイッチング素子１６の状態に対応付けられたスイッチ情報を取得する。そして、スイッチ情報に基づいて第１スイッチＳ_１、第２スイッチＳ_２および第３スイッチＳ_３の状態を設定する。

このような処理によれば、各スイッチはスイッチング素子１６の状態に応じてオンまたはオフに設定される。そして、各スイッチがオンであるかオフであるかに応じて、電力供給ユニット１２からスイッチング素子ドライバ１４に供給される電力は異なり、送電コイル２０の電気的状態も異なったものとなる。したがって、送電コイル２０の電気的状態は、スイッチング素子１６の状態に応じて異なったものとなる。

そこで、基本駆動システムでは、以下に説明するように、送電コイル２０の電気的状態を表す物理量の１つである送電コイル電流値（送電コイル２０に流れる電流の値）に基づいて、制御ユニット１０がスイッチング素子１６の状態を認識する。

送電側電流センサ２２は送電コイル２０に流れる電流を検出し、送電コイル電流値を示す電流情報（送電コイル電流値に応じた物理量）を制御ユニット１０に出力する。制御ユニット１０は、温度急上昇、温度異常、過電流および素子故障のそれぞれの状態に対し、送電コイル電流値と基準値との差の絶対値（判定値）が取り得る範囲を対応付けた状態認識テーブルを記憶している。基準値は、例えば、定常状態における送電コイル電流値である。図３には、状態認識テーブルに含まれる情報が概念的に示されている。定常状態、温度急上昇、温度異常、過電流および素子故障の各状態に、それぞれ、判定値の取り得る範囲ｄ０〜ｄ４が対応付けられている。

制御ユニット１０は、送電コイル電流値から基準値を減算して、その減算して得られた値の絶対値を判定値として求める。制御ユニット１０は、状態認識テーブルを参照し、判定値に対応するスイッチング素子１６の状態を認識する。制御ユニット１０は、認識された状態を示すダイアグ情報を、搭載先の車両のコントロールユニットに送信する。

このような基本駆動システムによれば、信号線２３、送電側結合導体２４、受電側結合導体３０、および信号線３１による信号伝送経路３３を用いることなく、制御ユニット１０が、送電コイル２０の電気的状態によってスイッチング素子１６の状態を認識する。信号伝送路３３は、スイッチング素子１６をオンオフ制御する情報を伝送するために用いられる。そのため、スイッチング素子１６の状態をスイッチング素子ドライバ１４から制御ユニット１０に伝送するために信号伝送路３３を用いたのでは、情報の伝送に長時間を要してしまうことがある。基本駆動システムによれば、送電コイル２０の電気的状態によってスイッチング素子１６の状態が迅速に認識される。

さらに、制御ユニット１０および電力供給ユニット１２を送電側基板に実装し、スイッチング素子ドライバ１４およびスイッチング素子１６を受電側基板に実装した場合には、これらの基板の間を配線によって接続しなくてもよい。これによって、送電側基板に実装される電気回路および受電側基板に実装される電気回路との間の配線が単純化される。

なお、第１抵抗器Ｒ_１、第２抵抗器Ｒ_２および第３抵抗器Ｒ_３は、トランジスタ等によって構成された可変抵抗器に置き換えられてもよい。この可変抵抗器は、正極線２９Ｐと負極線２９Ｎとの間に接続され、この可変抵抗器の抵抗値は、駆動回路３６によって調整される。駆動回路３６は、スイッチング素子１６の各状態に対して、可変抵抗器の抵抗値を対応付けた抵抗値テーブルを記憶している。抵抗値テーブルでは、定常状態に対し、抵抗値として無限大（開放状態）が対応付けられてもよい。また、温度急上昇、温度異常、過電流、および素子故障に対して、それぞれ異なる抵抗値ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、およびｒ_４が対応付けられてもよい。

この場合制御ユニット１０は、温度急上昇、温度異常、過電流および素子故障のそれぞれの状態に対し、送電コイル電流値についての判定値が取り得る範囲とを対応付けた可変抵抗器用状態認識テーブルを記憶する。このテーブルでは、判定値が取り得る範囲は、各抵抗器ではなく可変抵抗器を用いた場合の範囲とされている。

制御ユニット１０は、送電コイル電流値から基準値を減算して、その減算して得られた値の絶対値を判定値として求める。制御ユニット１０は、可変抵抗器用状態認識テーブルを参照し、判定値に対応するスイッチング素子１６の状態を認識する。制御ユニット１０は、認識された状態を示すダイアグ情報を、搭載先の車両のコントロールユニットに送信する。

（３）コンデンサアレイ型基本駆動システム
図４には、コンデンサアレイ型基本駆動システムが示されている。コンデンサアレイ型基本駆動システムは、図２に示されるスイッチング素子ドライバ１４の抵抗アレイ３４を取り除いて整流回路３２と駆動回路３６とを直結し、受電コンデンサ２８をコンデンサアレイ４２に置き換えたものである。図４では、このようなスイッチング素子ドライバが符号「１５」によって表記されている。図３に示される構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を簡略化する。

コンデンサアレイ４２は、受電コイル２６の一端と整流回路３２における一対の入力端子（２７Ｐ，２７Ｎ）の一方（図の上側の入力端子２７Ｐ）との間に接続されている。コンデンサアレイ４２は、基本共振コンデンサＣ_Ｆ、第１コンデンサＣ_１、第２コンデンサＣ_２、第３コンデンサＣ_３、第１コンデンサスイッチＷ_１、第２コンデンサスイッチＷ_２、および第３コンデンサスイッチＷ_３を備えている。

第１コンデンサＣ_１、第２コンデンサＣ_２および第３コンデンサＣ_３は、それぞれ、第１コンデンサスイッチＷ_１、第２コンデンサスイッチＷ_２および第３コンデンサスイッチＷ_３に直列に接続されている。コンデンサおよびコンデンサスイッチが直列接続された３つの直列接続ブロックおよび基本共振コンデンサＣ_Ｆは並列接続されている。すなわち、各直列接続ブロックは基本共振コンデンサＣ_Ｆと共に、受電コイル２６の一端と整流回路３２における上側の入力端子２７Ｐとの間に接続されている。

駆動回路３６は、スイッチング素子１６の各状態に対して、第１コンデンサスイッチＷ_１、第２コンデンサスイッチＷ_２、および第３コンデンサスイッチＷ_３のそれぞれの状態を対応付けたコンデンサスイッチ制御テーブルを記憶している。コンデンサスイッチ制御テーブルは、例えば、定常状態に対して、第１コンデンサスイッチＷ_１、第２コンデンサスイッチＷ_２および第３コンデンサスイッチＷ_３をオフにすべき旨のスイッチ情報が対応付けられた情報であってもよい。温度急上昇に対して、第１コンデンサスイッチＷ_１をオンにし、第２コンデンサスイッチＷ_２および第３コンデンサスイッチＷ_３をオフにすべき旨のスイッチ情報が対応付けられた情報であってもよい。温度異常に対して、第２コンデンサスイッチＷ_２をオンにし、第１コンデンサスイッチＷ_１および第３コンデンサスイッチＷ_３をオフにすべき旨のスイッチ情報が対応付けられた情報であってもよい。過電流に対して、第３コンデンサスイッチＷ_３をオンにし、第１コンデンサスイッチＷ_１および第２コンデンサスイッチＷ_２をオフにすべき旨のスイッチ情報が対応付けられた情報であってもよい。素子故障に対して、第１コンデンサスイッチＷ_１および第３コンデンサスイッチＷ_３をオンにし、第２コンデンサスイッチＷ_２をオフにすべき旨のスイッチ情報が対応付けられた情報であってもよい。

コンデンサスイッチ制御テーブルがこのような情報を有するものである場合、第１コンデンサＣ_１の容量ｃ_１、第２コンデンサＣ_２の容量ｃ_２、および第３コンデンサＣ_３の容量ｃ_３の間には、ｃ_１＜ｃ_２＜ｃ_３＜ｃ_１＋ｃ_３の関係が成立してもよい。例えば、ｃ_２＝２・ｃ_１、およびｃ_３＝４・ｃ_１の関係が成立してもよい。

駆動回路３６は、コンデンサスイッチ制御テーブルを参照し、スイッチング素子１６の状態に対応付けられたスイッチ情報を取得する。そして、スイッチ情報に基づいて第１コンデンサスイッチＷ_１、第２コンデンサスイッチＷ_２および第３コンデンサスイッチＷ_３の状態を設定する。

このような処理によれば、各コンデンサスイッチはスイッチング素子の状態に応じてオンまたはオフに設定される。そして、各コンデンサスイッチがオンであるかオフであるかに応じて、受電側の共振回路の共振周波数が異なったものとなり、電力供給ユニット１２からスイッチング素子ドライバ１５に供給される電力が異なったものとなる。そのため、スイッチング素子１６の状態に応じて送電コイル２０の電気的状態も異なったものとなる。

制御ユニット１０は、温度急上昇、温度異常、過電流および素子故障のそれぞれの状態に対し、送電コイル電流値についての判定値が取り得る範囲とを対応付けたコンデンサアレイ用状態認識テーブルを記憶している。このテーブルでは、判定値が取り得る範囲は、抵抗器アレイ３４ではなくコンデンサアレイ４２を用いた場合の範囲とされている。

制御ユニット１０は、送電コイル電流値から基準値を減算して、その減算して得られた値の絶対値を判定値として求める。制御ユニット１０は、コンデンサアレイ用状態認識テーブルを参照し、判定値に対応するスイッチング素子１６の状態を認識する。制御ユニット１０は、認識された状態を示すダイアグ情報を、搭載先の車両のコントロールユニットに送信する。

コンデンサアレイ型基本駆動システムによれば、図２に示された基本駆動システムによって得られる効果と同様の効果が得られる。すなわち、送電コイル２０の電気的状態によってスイッチング素子１６の状態が認識されるため、スイッチング素子１６の状態が迅速に認識される。また、送電側基板に実装される電気回路および受電側基板に実装される電気回路との間の配線が単純化される。

なお、図４に示されるコンデンサアレイ４２は、図５に示されているように受電コイル２６に並列に接続されてもよい。

また、図４に示されるコンデンサアレイ４２は、図６に示されるスイッチングコンデンサ回路４４に置き換えられてもよい。スイッチングコンデンサ回路４４は、基本共振コンデンサＣ_Ｆ、スイッチングコンデンサＣ_Ｖ、およびオンオフスイッチＳ_Ｖを備えている。スイッチングコンデンサＣ_ＶおよびオンオフスイッチＳ_Ｖは直列接続されている。スイッチングコンデンサＣ_ＶおよびオンオフスイッチＳ_Ｖが直列接続された直列接続ブロックは、基本共振コンデンサＣ_Ｆと共に、受電コイル２６の一端と整流回路３２における上側の入力端子２７Ｐとの間に接続されている。

駆動回路３６は、オンオフスイッチＳ_Ｖを所定の周期でオフからオン、オンからオフにスイッチングする。１周期においてオンオフスイッチＳ_Ｖがオンになる時間の比率であるデューティ比が大きい程、スイッチングコンデンサＣ_ＶおよびオンオフスイッチＳ_Ｖによる直列接続ブロックの容量の時間平均値（オンオフ周期よりも十分長い時間で観測した場合における見かけ上の容量）が大きくなる。

駆動回路３６は、スイッチング素子１６の各状態に対して、オンオフスイッチＳ_Ｖのデューティ比を対応付けたデューティ比テーブルを記憶している。デューティ比テーブルでは、定常状態に対しデューティ比として０が対応付けられてもよい。また、温度急上昇、温度異常、過電流、および素子故障に対して、それぞれ異なるデューティ比α１、α２、α３、およびα４が対応付けられてもよい。

制御ユニット１０は、温度急上昇、温度異常、過電流および素子故障のそれぞれの状態に対し、送電コイル電流値についての判定値が取り得る範囲とを対応付けたスイッチングコンデンサ用状態認識テーブルを記憶している。このテーブルでは、判定値が取り得る範囲は、コンデンサアレイ４２ではなくスイッチングコンデンサ回路４４を用いた場合の範囲とされている。

制御ユニット１０は、送電コイル電流値から基準値を減算して、その減算して得られた値の絶対値を判定値として求める。制御ユニット１０は、スイッチングコンデンサ用状態認識テーブルを参照し、判定値に対応するスイッチング素子１６の状態を認識する。制御ユニット１０は、認識された状態を示すダイアグ情報を、搭載先の車両のコントロールユニットに送信する。

スイッチングコンデンサＣ_Ｖを用いた基本駆動システムによれば、図２に示された駆動システムによって得られる効果と同様の効果が得られる。すなわち、送電コイル２０の電気的状態によってスイッチング素子１６の状態が認識されるため、スイッチング素子１６の状態が迅速に認識される。また、送電側基板に実装される電気回路および受電側基板に実装される電気回路との間の配線が単純化される。

なお、図６に示されるスイッチングコンデンサ回路４４は、図７に示されているように受電コイル２６に並列に接続されてもよい。

なお、上記では、送電コイル２０の電気的状態を示す物理量としての送電コイル電流値に基づいて、制御ユニット１０がスイッチング素子１６の状態を認識する構成および処理について説明した。送電コイル２０の電気的状態を示す物理量は、送電コイル２０の端子間電圧や、送電コイル２０の端子間インピーダンスであってもよい。送電コイル２０の電気的状態を示す物理量が送電コイル２０の端子間電圧である場合、送電コイル２０の端子間に電圧センサが設けられる。また、状態認識テーブルまたはコンデンサアレイ用状態認識テーブルには、温度急上昇、温度異常、過電流および素子故障のそれぞれの状態に対し、送電コイル端子間電圧と基準値との差の絶対値（判定値）が取り得る範囲を対応付けたものが用いられる。基準値は、例えば、定常状態における送電コイル端子間電圧である。制御ユニット１０は、電圧センサによって検出された送電コイル２０の端子間電圧を用いて状態認識テーブルまたはコンデンサアレイ用状態認識テーブルを参照し、スイッチング素子１６の状態を認識する。

送電コイル２０の電気的状態を示す物理量が送電コイル２０の端子間インピーダンスである場合、送電側電流センサ２２に加えて、送電コイル２０の端子間に電圧センサが設けられる。また、状態認識テーブルまたはコンデンサアレイ用状態認識テーブルには、温度急上昇、温度異常、過電流および素子故障のそれぞれの状態に対し、送電コイル端子間インピーダンスと基準値との差の絶対値（判定値）が取り得る範囲を対応付けたものが用いられる。基準値は、例えば、定常状態における送電コイル端子間インピーダンスである。制御ユニット１０は、送電側電流センサ２２によって検出された送電コイル電流値および電圧センサによって検出された送電コイル２０の端子間電圧を用いて送電コイル端子間インピーダンスを求める。そして、送電コイル端子間インピーダンスを用いて状態認識テーブルまたはコンデンサアレイ用状態認識テーブルを参照し、スイッチング素子１６の状態を認識する。

（４）スイッチングアーム駆動システムの具体的な構成
図８には、スイッチング素子ドライバ１４Ａおよび１４Ｂを用いて、スイッチング素子１６Ａおよび１６Ｂをオンオフ制御するスイッチングアーム駆動システムが示されている。スイッチングアーム駆動システムは、図１に示されているスイッチングアーム駆動システムを具体化したものである。図１および図２に示されている構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。また、図８では、２つのスイッチング素子ドライバ１４Ａおよび１４Ｂに属する同一の構成要素については末尾に「Ａ」または「Ｂ」の符号を付して、いずれの駆動システムに属する構成要素であるかが示されている。

受電コイル２６Ａおよび受電コイル２６Ｂは、いずれも電力給電システム１２が備える送電コイル２０に磁気的に結合している。駆動回路３６Ａおよび３６Ｂと制御ユニット１０との間には、図１に示されている基本駆動システムと同様、信号伝送経路３３が設けられているが、図８ではその詳細な構成が省略して描かれている。

図２に示されている制御ユニット１０および電力供給ユニット１２が実行する処理と同様の処理によって、図８に示されている制御ユニット１０および電力供給ユニット１２は、スイッチング素子ドライバ１４Ａおよび１４Ｂに電力を供給すると共に、スイッチング素子ドライバ１４Ａおよび１４Ｂを制御して、スイッチング素子１６Ａおよび１６Ｂをオンオフ制御する。

また、図８には、整流回路３２Ａおよび３２Ｂの具体的な構成が示されている。各整流回路（３２Ａ，３２Ｂ）は、ダイオードＤ_１〜Ｄ_４を備えている。ダイオードＤ１のアノードはダイオードＤ_２のカソードに接続されている。ダイオードＤ_３のアノードはダイオードＤ_４のカソードに接続されている。ダイオードＤ_１およびＤ_２の接続点と、ダイオードＤ_３およびＤ_４の接続点は、一対の入力端子となっている。ダイオードＤ_１およびＤ_３のカソードは、抵抗アレイ３４Ａの正極出力端子３７Ｐに接続され、ダイオードＤ_２およびＤ_４のアノードは、抵抗アレイ３４Ａの負極出力端子３７Ｎに接続されている。抵抗アレイ３４Ａの正極出力端子３７Ｐと負極出力端子３７Ｎとの間には、出力コンデンサＣ_Ｒが接続されている。

スイッチング素子ドライバ１４Ａにおける抵抗アレイ３４Ａは、図２のスイッチング素子ドライバ１４における抵抗アレイ３４と同様の構成を有し、第１抵抗器Ｒ_１、第２抵抗器Ｒ_２、第３抵抗器Ｒ_３、第１スイッチＳ_１、第２スイッチＳ_２および第３スイッチＳ_３を備えている。また、抵抗アレイ３４Ｂは抵抗アレイ３４Ａと同様の構成を有し、抵抗アレイ３４Ａが有する構成要素に対応する構成要素として、第４抵抗器Ｒ_４、第５抵抗器Ｒ_５、第６抵抗器Ｒ_６、第４スイッチＳ_４、第５スイッチＳ_５および第６スイッチＳ_６を備えている。

各抵抗器の抵抗値には、ｒ_１＞ｒ_２＞ｒ_３＞（１／ｒ_１＋１／ｒ_３）^−１＞ｒ_４＞ｒ_５＞ｒ_６の関係が成立してもよい。例えば、ｒ_１＝３２・ｒ_６、ｒ_２＝１６・ｒ_６、ｒ_３＝８・ｒ_６、ｒ_４＝４・ｒ_６、およびｒ_５＝２・ｒ_６の関係が成立してもよい。

電力供給ユニット１２における送電側電流センサ２２は送電コイル２０に流れる電流を検出し、電流情報を制御ユニット１０に出力する。制御ユニット１０は以下のそれぞれの状態に対し、送電コイル電流値と基準値との差の絶対値（判定値）が取り得る範囲を対応付けた状態認識テーブルを記憶している。状態認識テーブルにおいて判定値と対応付けられている状態は次の（ｉ）〜（ｉｖ）である。

（ｉ）スイッチング素子１６Ａの温度急上昇、温度異常、過電流、および素子故障。（ｉｉ）スイッチング素子１６Ｂの温度急上昇、温度異常、過電流、および素子故障。（ｉｉｉ）上記（ｉ）に列挙された状態のうちいずれかの状態と、上記（ｉｉ）に列挙された状態のうちいずれかの状態とが組み合わされた状態。（ｉｖ）スイッチング素子１６Ａおよび１６Ｂのいずれもが定常状態。

制御ユニット１０は、送電コイル電流値から基準値を減算して、その減算して得られた値の絶対値を判定値として求める。制御ユニット１０は、状態認識テーブルを参照し、判定値に対応するスイッチング素子１６Ａおよび１６Ｂの状態を認識する。制御ユニット１０は、認識された状態を示すダイアグ情報を、搭載先の車両のコントロールユニットに送信する。

（５）コンデンサアレイ型スイッチングアーム駆動システム
図９には、コンデンサアレイ型スイッチングアーム駆動システムの構成が示されている。コンデンサアレイ型スイッチングアーム駆動システムは、図８に示される各スイッチング素子ドライバ（１４Ａ，１４Ｂ）の抵抗アレイ（３４Ａ，３４Ｂ）を取り除いて整流回路（３２Ａ，３２Ｂ）と駆動回路（３６Ａ，３６Ｂ）とを直結し、受電コンデンサ２８をコンデンサアレイ（４２Ａ，４２Ｂ）に置き換えたものである。図９では、このようなスイッチング素子ドライバを符号「１５Ａ」および「１５Ｂ」と表記されている。図８に示される構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を簡略化する。

図９には、整流回路（３２Ａ，３２Ｂ）の具体的な構成が示されている。各整流回路３２は、整流スイッチング素子Ｇ_１〜Ｇ_４を備えている。整流スイッチング素子Ｇ_１の一端は整流スイッチング素子Ｇ_２の一端に接続されている。整流スイッチング素子Ｇ_３の一端は整流スイッチング素子Ｇ_４の一端に接続されている。整流スイッチング素子Ｇ_１およびＧ_２の接続点と、整流スイッチング素子Ｇ_３およびＧ_４の接続点は、一対の入力端子となっている。整流スイッチング素子Ｇ_１およびＧ_３の各他端は、駆動回路３６Ａの一対の入力端子のうちの上側の端子に接続され、整流スイッチング素子Ｇ_２およびＧ_４の各他端は、駆動回路３６Ａの一対の入力端子のうちの下側の端子に接続されている。流スイッチング素子Ｇ_１およびＧ_３の接続点と、整流スイッチング素子Ｇ_２およびＧ_４の接続点との間には、出力コンデンサＣ_Ｒが接続されている。

スイッチング素子ドライバ１５Ａにおけるコンデンサアレイ４２Ａは、図４に示されるコンデンサアレイ４２と同様の構成を有し、基本共振コンデンサＣ_Ｆ、第１コンデンサＣ_１、第２コンデンサＣ_２、第３コンデンサＣ_３、第１コンデンサスイッチＷ_１、第２コンデンサスイッチＷ_２および第３コンデンサスイッチＷ_３を備えている。また、コンデンサアレイ４２Ｂはコンデンサアレイ４２Ａと同様の構成を有し、コンデンサアレイ４２Ａが有する構成要素に対応する構成要素として、第４コンデンサＣ_４、第５コンデンサＣ_５、第６コンデンサＣ_６、第４コンデンサスイッチＷ_４、第５コンデンサスイッチＷ_５および第６コンデンサスイッチＷ_６を備えている。

コンデンサＣ_１〜Ｃ_６の容量ｃ_１〜ｃ_６には、ｃ_１＜ｃ_２＜ｃ_３＜ｃ_１＋ｃ_３＜ｃ_４＜ｃ_５＜ｃ_６の関係が成立してもよい。例えば、ｃ_２＝２・ｃ_１、ｃ_３＝４・ｃ_１、ｃ_４＝８・ｃ_１、およびｃ_５＝１６・ｃ_１の関係が成立してもよい。

電力供給ユニット１２における送電側電流センサ２２は送電コイル２０に流れる電流を検出し、電流情報を制御ユニット１０に出力する。制御ユニット１０は以下のそれぞれの状態に対し、送電コイル電流値と基準値との差の絶対値（判定値）が取り得る範囲を対応付けたコンデンサアレイ用状態認識テーブルを記憶している。コンデンサアレイ用状態認識テーブルにおいて判定値と対応付けられている状態は次の（ｉ）〜（ｉｖ）である。

（ｉ）スイッチング素子１６Ａの温度急上昇、温度異常、過電流、および素子故障。（ｉｉ）スイッチング素子１６Ｂの温度急上昇、温度異常、過電流、および素子故障。（ｉｉｉ）上記（ｉ）に列挙された状態のうちいずれかの状態と、上記（ｉｉ）に列挙された状態のうちいずれかの状態とが組み合わされた状態。（ｉｖ）スイッチング素子１６Ａおよび１６Ｂのいずれもが定常状態。

制御ユニット１０は、送電コイル電流値から基準値を減算して、その減算して得られた値の絶対値を判定値として求める。制御ユニット１０は、コンデンサアレイ用状態認識テーブルを参照し、判定値に対応するスイッチング素子１６Ａおよび１６Ｂの状態を認識する。制御ユニット１０は、認識された状態を示すダイアグ情報を、搭載先の車両のコントロールユニットに送信する。

なお、図８に示されているスイッチング素子ドライバ１４Ａおよび１４Ｂ、または図９に示されているスイッチング素子ドライバ１５Ａおよび１５Ｂを、スイッチング素子１６Ａおよび１６Ｂと共に受電側基板に実装し、パワーカードが構成されてもよい。

（５）総括
上述のスイッチング素子ドライバ（１４，１５）およびスイッチング素子１６は、非接触給電によって電力供給ユニット１２から電力を取得する非接触受電装置として動作し、次のような構成要素を備える。すなわち、電力供給ユニット１２から非接触給電によって電力を取得する受電コイル２６と、受電コイル２６で取得された電力が供給される電気回路と、受電コイル２６と電気回路との間の電力伝送経路に設けられ、回路特性が可変である可変特性回路と、電気回路についての回路状態を判定する回路状態判定部と、回路状態判定部によって判定された回路状態に応じて回路特性を設定する制御部と、を備える。

上述の実施形態において、電気回路はスイッチング素子１６によって構成される。可変特性回路は、上述の抵抗アレイ３４、抵抗アレイ３４に含まれる各抵抗器の代わりとされる可変抵抗器、コンデンサアレイ４２、またはスイッチングコンデンサ回路４４である。回路状態には、スイッチング素子１６についての定常状態、温度急上昇、温度異常、過電流、素子故障等がある。回路状態判定部および制御部は、駆動回路３６の内部に構成される。駆動回路３６は、プログラムを実行するプロセッサを備えてもよい。この場合、プロセッサは、プログラムの実行によって回路状態判定部および制御部を実現する。回路状態判定部および制御部は、ハードウエアとしてのディジタル回路によって個別に構成されてもよい。

また、回路状態判定部は、電気回路に含まれる電子部品に異常があるか否かを判定すると共に、異常の種類を特定し、制御部は、異常の種類に応じて予め定められた特性に回路特性を設定してもよい。上述の実施形態において電子部品はスイッチング素子１６であり、スイッチング素子１６の異常としては、温度急上昇、温度異常、過電流、素子故障等がある。

また、可変特性回路は、複数の回路素子と、各回路素子の接続状態を変更するスイッチ回路と、を備えてもよい。可変特性回路としての抵抗アレイ３４は、複数の回路素子として複数の抵抗器Ｒ_１〜Ｒ_３を含み、スイッチ回路として各抵抗器に直列接続されたスイッチＳ_１〜Ｓ_３を含む。可変特性回路としてのコンデンサアレイ４２は、複数の回路素子として複数のコンデンサＣ_１〜Ｃ_３を含み、スイッチ回路として各コンデンサに直列接続されたコンデンサスイッチＷ_１〜Ｗ_３を含む。

上述のように制御ユニット１０および電力供給ユニット１２は、非接触給電によってスイッチング素子ドライバ１４に電力を供給する非接触送電装置として動作し、次のような構成要素を備える。すなわち、スイッチング素子ドライバ１４およびスイッチング素子１６によって構成される受電装置に非接触給電によって電力を供給する送電コイル２０と、送電コイル２０の電気的状態を検出する電気的状態検出部と、電気的状態に応じて、受電装置の状態を認識する認識部と、を備える。

上述の実施形態において、送電コイル２０の電気的状態を示す物理量には、例えば、送電コイル２０の端子間電圧、送電コイル２０に流れる電流、送電コイル２０の端子間のインピーダンス等がある。送電コイル２０の電気的状態を示す物理量が送電コイル２０に流れる電流である場合、電気的状態検出部は送電側電流センサ２２および制御ユニット１０である。送電コイル２０の電気的状態を示す物理量が送電コイル２０の端子間電圧である場合、電気的状態検出部は、送電コイル２０の端子間に設けられる電圧センサおよび制御ユニット１０である。送電コイル２０の電気的状態を示す物理量が送電コイル２０の端子間のインピーダンスである場合、電気的状態検出部は、送電側電流センサ２２、電圧センサおよび制御ユニット１０である。認識部は、制御ユニット１０の内部に構成される。

また、受電装置は複数の電子部品としてスイッチング素子１６を含んでもよい。認識部は、送電コイル２０の電気的状態に応じて、複数のスイッチング素子１６のうち異常があるものを特定する特定部を含んでもよい。

また、特定部は、送電コイル２０の電気的状態に応じて、複数のスイッチング素子１６のうち異常があるものを特定すると共に、送電コイル２０の電気的状態に応じて、異常の種類を特定してもよい。

また、認識部は、送電コイル２０の電気的状態に応じて、受電装置に含まれる電子部品が異常であることを認識すると共に、送電コイル２０の電気的状態に応じて異常の種類を特定する特定部を含んでもよい。

制御ユニット１０は、プログラムを実行するプロセッサを備えてもよい。この場合、プロセッサは、プログラムの実行によって認識部および特定部を実現する。認識部および特定部は、ハードウエアとしてのディジタル回路によって個別に構成されてもよい。

なお、上述の各実施形態では、送電コイル２０が構成する共振回路と、各スイッチング素子ドライバ１４において受電コイル２６が構成する共振回路との結合共振によって、電力供給ユニット１２から各スイッチング素子ドライバ１４に電力が供給される。このような構成の他、送電コイル２０と受電コイル２６との電磁誘導結合によって、電力供給ユニット１２から各スイッチング素子ドライバ１４に電力が供給される構成が用いられてもよい。

１０ 制御ユニット、１２ 電力供給ユニット、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１５，１５Ａ，１５Ｂ スイッチング素子ドライバ、１６，１６Ａ，１６Ｂ スイッチング素子、１８ 電力供給回路、２０ 送電コイル、２２ 送電側電流センサ、２３，３１ 信号線、２４ 送電側結合導体、２６ 受電コイル、２８ 受電コンデンサ、２９Ｐ 正極線、２９Ｎ 負極線、３０ 受電側結合導体、３２，３２Ａ，３２Ｂ 整流回路、３３ 信号伝送経路、３４，３４Ａ，３４Ｂ 抵抗アレイ、３５Ｐ 正極入力端子、３５Ｎ 負極入力端子、３６，３６Ａ，３６Ｂ 駆動回路、３７Ｐ 正極出力端子、３７Ｎ 負極出力端子、３８ スイッチング素子電流センサ、４０ 温度センサ、４２，４２Ａ，４２Ｂ コンデンサアレイ、４４ スイッチングコンデンサ回路。

Claims (8)

1. 電力供給ユニットから非接触給電によって電力を取得する受電コイルと、
   前記受電コイルで取得された電力が供給される電気回路と、
   前記受電コイルと前記電気回路との間の電力伝送経路に設けられ、回路特性が可変である可変特性回路と、
   前記電気回路についての回路状態を判定する回路状態判定部と、
   前記回路状態判定部によって判定された回路状態に応じて前記回路特性を設定する制御部と、
   を備えることを特徴とする非接触受電装置。
2. 請求項１に記載の非接触受電装置において、
   前記回路状態判定部は、前記電気回路に含まれる電子部品に異常があるか否かを判定すると共に、異常の種類を特定し、
   前記制御部は、異常の種類に応じて予め定められた特性に前記回路特性を設定する、ことを特徴とする非接触受電装置。
3. 請求項２に記載の非接触受電装置において、
   前記可変特性回路は、
   複数の回路素子と、
   各前記回路素子の接続状態を変更するスイッチ回路と、を備えることを特徴とする非接触受電装置。
4. 非接触給電によって受電装置に電力を供給する送電コイルと、
   前記送電コイルの電気的状態を検出する電気的状態検出部と、
   前記電気的状態に応じて、前記受電装置の状態を認識する認識部と、を備えることを特徴とする非接触給電装置。
5. 請求項４に記載の非接触給電装置において、
   前記受電装置は複数の電子部品を含み、
   前記認識部は、
   前記電気的状態に応じて、複数の前記電子部品のうち異常があるものを特定する特定部を含むことを特徴とする非接触給電装置。
6. 請求項５に記載の非接触給電装置において、
   前記特定部は、
   前記電気的状態に応じて、複数の前記電子部品のうち異常があるものを特定すると共に、前記電気的状態に応じて、異常の種類を特定することを特徴とする非接触給電装置。
7. 請求項４に記載の非接触給電装置において、
   前記認識部は、
   前記電気的状態に応じて、前記受電装置に含まれる電子部品が異常であることを認識すると共に、前記電気的状態に応じて異常の種類を特定する特定部を含むことを特徴とする非接触給電装置。
8. 請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の非接触給電装置において、
   前記電気的状態は、
   前記送電コイルに流れる電流または前記送電コイルの端子間電圧であることを特徴とする非接触給電装置。