JP2022039628A - 非接触充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】中継装置を備える非接触充電システムであって、中継コイルと受電コイルの間の相互インダクタンスが大きく変動する場合であっても、インバータの出力の過電流、過電圧を防止することが可能な非接触充電システムを提供する。【解決手段】この非接触充電システムは、電源から給電される電力を送電コイルで送電する送電装置と、送電コイルにより送電される電力を受電コイルで受電する受電装置と、送電装置と受電装置の間に配置され送電コイルから受電コイルに送電される電力を中継コイルで中継する中継装置と、制御装置とを備える。送電装置は、インバータの出力側に並列に接続され、導通か非導通かを切り替えることが可能なキャパシタを含んでいる。制御装置は、中継コイルと受電コイルの間の相互インダクタンスが相当程度大きいことを検出した場合に、キャパシタを非導通とする。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリを電源と非接触で充電する非接触充電システムに関する。

非接触充電システムにおいて、電力を非接触で受電する受電装置は、一般にバッテリを備える車両、ドローン等の移動体に搭載される。一方で、電源から給電される電力を送電する送電装置は、一般に地面、路面、床面等に定置され、１つの送電装置が多数の移動体を対象として充電を行う場合が考えられる。

従って、送電装置のコイル（送電コイル）に対する受電装置のコイル（受電コイル）の位置（以下単に「受電コイルの位置」とも称する。）は、充電を行う都度変動する。受電コイルの位置が変動すると、コイル間の相互インダクタンス及び結合係数が変動し、延いては送電装置に含まれるインバータの入力インピーダンスが変動することとなる。これにより、インバータ出力の過電流、過電圧を引き起こし、充電が正常に行えなくなる虞がある。またインバータ出力の力率が低下し、電力の伝送効率が低下する虞がある。

このような受電コイルの位置の変動に伴う充電効率の低下が課題となっており、これまで充電効率を改善するための様々な技術が提案されている。

特許文献１には、広い結合係数の変動範囲に対してインバータの出力力率を向上させることができる非接触充電システムが開示されている。この非接触充電システムでは、送電装置の共振回路に並列に接続される容量性リアクタンス調整部と、直列に接続されるインダクタを備えている。結合係数が大きくなるに従って、共振回路の端子間の容量性リアクタンスと、インバータと容量性リアクタンス調整部との間の誘導性リアクタンスの差を小さくすることで、インバータ出力の力率を向上させることができる。

特開２０１９－１９３４３１号公報

昨今、送電装置と受電装置との間に、送電される電力を中継する中継装置を備える非接触充電システムが注目されている。中継装置を備えることで、送電距離の拡大や充電効率の向上、延いては送電装置及び受電装置の小型化が可能となる。

しかしながら、中継装置を備える非接触充電システムでは、コイル間の距離が小さくなるために、受電コイルの位置の変動に伴う中継コイルと受電コイルの間の相互インダクタンス（以下「中継／受電間相互インダクタンス」とも称する。）の変動が大きく、インバータの入力インピーダンスの変動が大きくなる。このような大きな変動に対して、従来技術は十分ではなく、インバータ出力の過電流、過電圧が依然として課題となっている。

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたもので、中継装置を備える非接触充電システムであって、受電コイルの位置が変動し中継／受電間相互インダクタンスが大きく変動する場合であっても、インバータの出力の過電流、過電圧を防止することが可能な非接触充電システムを提供することを目的とする。

本発明に係る非接触充電システムは、バッテリを電源と非接触で充電する非接触充電システムであって、送電装置と、受電装置と、中継装置と、制御装置とを備える。

送電装置は、電源から給電される電力を送電コイルで送電する装置である。送電装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、キャパシタとを含んでいる。キャパシタは、インバータの出力側に並列に接続され、導通か非導通かを切り替えることが可能である。

受電装置は、送電コイルにより送電される電力を受電コイルで受電する装置である。中継装置は、送電装置と受電装置の間に配置され、送電コイルから受電コイルに送電される電力を中継コイルで中継する装置である。

制御装置は、中継コイルと受電コイルとの間の相互インダクタンスが相当程度大きいことを検出した場合に、キャパシタの接続をオフにする。

本発明によれば、中継／受電間相互インダクタンスが相当程度大きいことを検出した場合には、インバータの出力側に並列に接続されるキャパシタが非導通となる。これにより、インバータの入力インピーダンス（以下単に「入力インピーダンス」とも称する。）を大きく調整することができる。従って、受電装置の位置が変動することに伴う入力インピーダンスの大きな変動を抑制し、延いてはインバータ出力の過電流、過電圧を防止することができる。

本実施の形態に係る非接触充電システムの構成を説明するための回路図である。 図１に示す制御装置１４０の処理を示すフローチャートである。 図１に示す制御装置１４０の処理を示すフローチャートである。 中継コイルと受電コイルとの間の距離が最小となるときに、インバータ電流及びインバータ電圧について、ＳＷ１をオンとした場合とＳＷ１をオフとした場合の比較を示すグラフである。 本実施の形態に係る非接触充電システムの変形例１の構成を説明するための回路図である。 本実施の形態に係る非接触充電システムの変形例２の構成を説明するための回路図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施形態において各要素の個数、数量、量、範囲などの数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数が特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造などは、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

１．構成例
図１は、本実施の形態に係る非接触充電システム１０の構成を説明するための回路図である。非接触充電システム１０は、送電装置１００と、中継装置２００と、受電装置３００と、電源４００と、バッテリ５００とを含んでいる。

送電装置１００及び電源４００は、典型的には、地面、路面、床面等に定置される。受電装置３００及びバッテリ５００は、典型的には、充電対象となる移動体に搭載されている。

図１には、１つの受電装置３００及びバッテリ５００が示されているが、充電対象となる移動体が複数ある場合には、それぞれの移動体に図１に示す受電装置３００及びバッテリ５００が搭載される。この場合に、受電装置を備える位置が異なる複数の移動体を充電するときや、移動体を充電する位置が刻々異なるとき等において、受電コイルの位置が変動することとなる。

送電装置１００、中継装置２００、及び受電装置３００の各装置に含まれるコイルが互いに磁界共振することにより、受電装置３００は、中継装置２００を介して、送電装置１００から非接触で電力を受電する。

電源４００は、送電装置１００と接続し、送電装置１００に電力を給電する。電源４００は、例えば電圧１００Ｖ、周波数５０Ｈｚの商用電源である。バッテリ５００は、受電装置３００と接続し、受電装置３００から電力が充電される。バッテリ５００は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池を含む再充電可能な直流電源である。

送電装置１００は、送電コイル部１０１と、インピーダンス調整部１０２と、ＡＣＤＣ変換部１１０と、インバータ１２０とを備えている。ＡＣＤＣ変換部１１０と、インバータ１２０と、インピーダンス調整部１０２と、送電コイル部１０１とはそれぞれ縦続接続するように構成されている。

ＡＣＤＣ変換部１１０は、電源４００から供給される交流電力を整流及び変圧し、インバータ１２０へ直流電力を出力する。ＡＣＤＣ変換部１１０は、例えばダイオード及びコンデンサを含んだ整流回路と、半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等）を含んだ昇降圧回路により構成される。ＡＣＤＣ変換部１１０は、後述する制御装置１４０により半導体スイッチング素子が制御されることで、出力電圧、駆動、及び停止の制御が行われる。

インバータ１２０は、ＡＣＤＣ変換部１１０から出力される直流電力を所定周波数の交流電力に変換し、送電コイル部１０１へ交流電力を出力する。

インバータ１２０は、出力する交流電力の周波数が、後述する受電コイル部３０１の共振周波数と一致するように直流電力を変換する。インバータ１２０が出力する交流電力の周波数は、例えば、８５ｋＨｚ程度の高周波である。以下、インバータ１２０が出力する交流電力の周波数（受電コイル部３０１の共振周波数）を「ｆ」で表す。

インバータ１２０は、例えば複数の半導体スイッチング素子及び帰還ダイオードを含む単相フルブリッジ回路により構成される。インバータ１２０は、後述する制御装置１４０によりパルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）制御が行われることで、直流電力を共振周波数ｆの交流電力に変換する。またインバータ１２０は、制御装置１４０により、駆動及び停止の制御が行われる。

送電コイル部１０１は、送電コイルＬ１とキャパシタＣ１により構成される共振回路である。図１では、送電コイルＬ１とキャパシタＣ１を直列に接続する直列共振回路が示されているが、送電コイルＬ１とキャパシタＣ１を並列に接続する並列共振回路であっても良い。

送電コイル部１０１は、共振周波数がｆとなるように構成されている。送電コイル部１０１は、インバータ１２０から共振周波数ｆで出力される電力によって、後述する中継コイル部２０１と磁界共振し、中継コイル部２０１に電力を送電する。

インピーダンス調整部１０２は、インダクタＬＦと、キャパシタＣＦ１により構成されている。インダクタＬＦはインバータ１２０の出力側に直列に接続される。キャパシタＣＦ１はインバータ１２０の出力側に並列に接続される。

インピーダンス調整部１０２は、さらにスイッチＳＷ１を含んでいる。スイッチＳＷ１のオンオフを切り替えることで、キャパシタＣＦ１の導通状態を切り替えることができる。つまり、スイッチＳＷ１がオンのとき、キャパシタＣＦ１は導通となり、スイッチＳＷ１がオフのとき、キャパシタＣＦ１は非導通となる。

インピーダンス調整部１０２は、制御装置１４０によりスイッチＳＷ１のオンオフの切り替え制御が行われることで、インバータ１２０の入力インピーダンスを調整する。制御装置１４０によるスイッチＳＷ１のオンオフの切り替え制御の詳細については後述する。

送電装置１００には、いくつかのセンサが備えられている。センサ１４１は、電流センサでインバータの出力電流を検出する。センサ１４２は、電流センサでＡＣＤＣ変換部１１０の出力電流を検出する。センサ１４３は、電圧センサでインバータ１２０の入力電圧を検出する。

インピーダンス調整部１０２と、ＡＣＤＣ変換部１１０と、インバータ１２０と、送電装置１００に備える各センサは、制御装置１４０と接続している。また制御装置１４０は、通信装置１５０と接続している。

制御装置１４０は、送電装置１００に備える各センサの検出値の情報と、通信装置１５０から取得する情報を入力とし、これらの情報に基づいてインピーダンス調整部１０２、ＡＣＤＣ変換部１１０，及びインバータ１２０に対する制御信号を生成し出力する。これにより、入力インピーダンスの調整、ＡＣＤＣ変換部１１０及びインバータ１２０の出力電力の制御を行い、延いてはバッテリ５００の充電電力を調整する。また制御装置１４０は、取得する各センサの検出値の情報及び制御信号の情報を通信装置１５０に出力する。

制御装置１４０は、メモリと、プロセッサとを備えている。メモリはデータを一時的に記録するＲＡＭ（Random Access Memory）と、プロセッサで実行可能な制御プログラムや制御プログラムに関する種々のデータを保存するＲＯＭ（Read Only Memory）とを含んでいる。制御装置１４０が入力する情報は、メモリに記憶される。プロセッサは、制御プログラムやデータをメモリから読み出して実行し、読み出される情報に基づいて制御信号を生成する。

通信装置１５０は、後述する通信装置２５０及び通信装置３５０と情報を互いに通信することができるように構成されている。通信装置１５０は、制御装置１４０から取得する情報を、通信装置２５０及び通信装置３５０へ出力し、通信装置２５０及び通信装置３５０から取得する情報を、制御装置１４０へ出力する。

制御装置１４０及び通信装置１５０は、図１に示されるように、送電装置１００に備えられる。あるいは、送電装置１００の外部に備えられ、無線で入出力の通信を行うように構成されていても良い。

中継装置２００は、中継コイル部２０１を備えている。中継装置２００は、送電装置１００と受電装置３００との間に配置される。

中継コイル部２０１は、中継コイルＬ２とキャパシタＣ２により構成される共振回路である。図１では、中継コイルＬ２とキャパシタＣ２を直列に接続する直列共振回路が示されているが、中継コイルＬ２とキャパシタＣ２を並列に接続する並列共振回路であっても良い。

中継コイル部２０１は、共振周波数がｆとなるように構成されている。中継コイル部２０１は、送電コイル部１０１から共振周波数ｆで送電される電力によって、送電コイル部１０１及び受電コイル部３０１と磁界共振し、送電コイル部１０１から電力を受電して受電コイル部３０１に電力を送電する。つまり、中継コイル部２０１は、送電コイル部１０１から受電コイル部３０１に送電される電力を中継する。

中継装置２００には、センサ２４１が備えられている。センサ２４１は、電流センサで中継コイルＬ２に流れる電流を検出する。センサ２４１は、検出装置２４０と接続している。また検出装置２４０は、通信装置２５０と接続している。

検出装置２４０は、センサ２４１の検出値の情報を通信装置２５０に出力する。通信装置２５０は、前述するように、通信装置１５０及び通信装置３５０と情報を互いに通信することができるように構成されている。通信装置２５０は、検出装置２４０から取得する情報を、通信装置１５０及び通信装置３５０へ出力し、通信装置１５０及び通信装置３５０から取得する情報を、検出装置２４０へ出力する。

検出装置２４０及び通信装置２５０は、図１に示されるように、中継装置２００に備えられる。あるいは、中継装置２００の外部に備えられ、無線で入出力の通信を行うように構成されていても良い。

受電装置３００は、受電コイル部３０１と、フィルタ部３１０と、整流部３２０とを備えている。受電コイル部３０１と、フィルタ部３１０と、整流部３２０とはそれぞれ縦続接続するように構成されている。

受電コイル部３０１は、受電コイルＬ３とキャパシタＣ３により構成される共振回路である。図１では、受電コイルＬ３とキャパシタＣ３を直列に接続する直列共振回路が示されているが、受電コイルＬ３とキャパシタＣ３を並列に接続する並列共振回路であっても良い。

受電コイル部３０１は、中継コイル部２０１から共振周波数ｆで送電される電力によって、中継コイル部２０１と磁界共振し、中継コイル部２０１から電力を受電する。

フィルタ部３１０は、受電コイル部３０１が受電する電力の電磁ノイズを低減する。フィルタ部３１０は、例えばインダクタとキャパシタにより構成されるローパスフィルタである。

整流部３２０は、受電コイル部３０１が受電する電力を平滑化された直流電力に変換して出力する。整流部３２０から出力される直流電力がバッテリ５００の充電電力となる。整流部３２０は、例えば複数のダイオードによる単相全波整流回路と、平滑化コンデンサにより構成される。

受電装置３００には、いくつかのセンサが備えられている。センサ３４１は、電流センサで受電コイルＬ３に流れる電流を検出する。センサ３４２は、電流センサで整流部３２０の出力電流を検出する。センサ３４３は、電圧センサでバッテリ５００の電圧を検出する。

受電装置３００に備える各センサは、制御装置３４０と接続している。また制御装置３４０は、通信装置３５０と接続している。

制御装置３４０は、受電装置３００に備える各センサの検出値の情報と、通信装置３５０から取得する情報を入力とし、これらの情報に基づいてバッテリ５００の充電電力や、充電電力の指令値（充電電力指令値）を算出し出力する。また制御装置３４０は、取得する各センサの検出値の情報及び算出した値を通信装置３５０に出力する。

制御装置３４０の構成は、制御装置１４０と同等である。制御装置３４０が入力する情報は制御装置３４０のメモリに記憶され、制御装置３４０のプロセッサは、制御プログラムやデータをメモリから読み出して実行し、読み出される情報に基づいて充電電力や充電電力の指令値を算出する。

通信装置３５０は、前述するように、通信装置１５０及び通信装置２５０と情報を互いに通信することができるように構成されている。通信装置３５０は、制御装置３４０から取得する情報を、通信装置１５０及び通信装置２５０へ出力し、通信装置１５０及び通信装置２５０から取得する情報を、制御装置３４０へ出力する。

通信装置１５０、通信装置２５０、及び通信装置３５０により、制御装置１４０、検出装置２４０、及び制御装置３４０の間で共有される情報は、送電装置１００の各センサの検出値及び制御装置１４０の制御信号の情報と、センサ２４１の検出値の情報と、受電装置３００の各センサの検出値及び制御装置３４０の出力の情報である。さらに、その他の非接触充電システム１０の情報を含んでいる。

その他の非接触充電システム１０の情報とは、送電装置１００、中継装置２００、及び受電装置３００の情報（各装置に含まれる回路素子のパラメータや充電対象となる移動体の構成情報等）、各装置の故障等により充電が継続できないことを通知するエラー情報、通信装置が図示されていない情報伝達路を通じて取得する非接触充電システムに関する情報等である。

２．機能
２－１．入力インピーダンスの調整
本実施の形態に係る非接触充電システム１０は、制御装置１４０が、スイッチＳＷ１のオンオフを切り替えることで、インバータ１２０の入力インピーダンスを調整する。

制御装置１４０によるスイッチＳＷ１のオンオフの切り替えは、中継／受電間相互インダクタンスが相当程度大きいことを検出した場合に、スイッチＳＷ１をオフ（キャパシタＣＦ１を非導通）とするように行われる。逆に、中継／受電間相互インダクタンスが相当程度大きいことが検出されない場合は、スイッチＳＷ１はオン（キャパシタＣＦ１を導通）となる。

また、中継／受電間相互インダクタンスが相当程度大きいか否かの検出は、インバータ１２０の出力電流に基づいて行われる。中継／受電間相互インダクタンスが増加すると、インバータ１２０の入力インピーダンスは減少し、インバータ１２０の出力電流が増加する。従って、インバータ１２０の出力電流が所定の値を超過しているか否かを判定することで、中継／受電間相互インダクタンスが相当程度大きいか否かを検出する。

このようにインバータ１２０の出力電流に基づいて検出を行うことは、中継／受電間相互インダクタンスを常時算出するための新たな構成を要せず、コスト低減の効果がある。

キャパシタＣＦ１を非導通とすることにより、インピーダンス調整部のキャパシタンスが減少し、延いてはインバータ１２０の入力インピーダンスを増加させることができる。このとき、キャパシタＣＦ１を非導通とすることはキャパシタンスの変動量が大きいため、インバータ１２０の入力インピーダンスは大きく増加する。

従って本実施の形態に係る非接触充電システム１０は、キャパシタＣＦ１を非導通とすることで、中継／受電間相互インダクタンスが増加することに伴う入力インピーダンスの減少を抑えることができる。特に、受電コイルＬ３の位置が変動し中継／受電間相互インダクタンスが大きく変動する場合であっても、入力インピーダンスの大きな減少を抑制することができる。

２－２．送電装置に対する制御装置の処理
スイッチＳＷ１のオンオフの切り替えを含む送電装置１００に対する制御は、制御装置１４０により行われる。以下、制御装置１４０の処理について説明する。

図２及び図３は、制御装置１４０の処理を示すフローチャートである。図２及び図３に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、図２と図３の間で対応しており、図２及び図３は１つのフローチャートを示している。制御装置１４０は、非接触充電システム１０が充電を開始したとき、図２及び図３に示される処理を実行する。例えば、電源４００と送電装置１００が、充電ケーブルで接続されたときである。なお処理を開始するとき、スイッチＳＷ１はオンである。

ステップＳ１１０において、制御装置１４０は、充電対象及び充電情報の照合を行う。

充電対象の照合とは、充電対象とする移動体の情報から、移動体が充電対象として適しているか否かを判断するものである。例えば、移動体の規格が、非接触充電システム１０が想定する規格と合致しているか否かを照合する。

充電情報の照合とは、バッテリ５００の充電状態やバッテリ５００の充電電力指令値等、充電を開始するために必要な情報を取得するものである。

ステップＳ１１０の処理の後、処理はステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０において、制御装置１４０は、インバータ１２０の駆動周波数を最小値に設定する。ステップＳ１２０の処理の後、処理はステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０において、制御装置１４０は、インバータ１２０の出力電圧を最小値に設定する。ステップＳ１３０の処理の後、処理はステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０において、制御装置１４０は、充電電力指令値が０より大きい値であるか否かを判定する。つまり、バッテリ５００の充電を行う必要があるか否かを判定する。充電を行う必要がある場合（ステップＳ１４０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ
１５０に進む。充電を行う必要が無い場合（ステップＳ１４０；Ｎｏ）、処理を終了する。

ステップＳ１５０において、制御装置１４０は、設定された駆動周波数及び出力電圧となるように、ＡＣＤＣ変換部１１０及びインバータ１２０を駆動する。ステップＳ１５０の処理の後、処理はステップＳ１６０に進む。

ステップＳ１６０において、制御装置１４０は、送電装置１００に備える各センサから各部の電圧及び電流を検出する。制御装置１４０は、更に通信装置１５０を介して、エラー情報と、バッテリ５００の充電情報を取得し、情報の更新を行う。充電情報には、制御装置３４０により算出されるバッテリ５００の充電電力及び充電電力指令値が含まれる。ステップＳ１６０の処理の後、処理はステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１７０において、制御装置１４０は、エラーが発生していないか判定する。エラーが発生していない場合（ステップＳ１７０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１８０に進む。エラーが発生している場合（ステップＳ１７０；Ｎｏ）、処理を終了する。

ステップＳ１８０において、制御装置１４０は、各部の電圧及び電流の値が許容値であるか否かを判定する。ここで、許容値とは、プログラムにあらかじめ与えられる所定の値を超過しない値である。各部の電圧及び電流の値が許容値である場合（ステップＳ１８０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１９０に進む。各部の電圧及び電流の値が許容値でない場合（ステップＳ１８０；Ｎｏ）、処理はステップＳ１８１に進む。

ステップＳ１８１において、制御装置１４０は、インバータ１２０の出力電流が許容値であるか否かを判定する。前述するように、インバータ１２０の出力電流が許容値でない（所定の値を超過する）ことは、中継／受電間相互インダクタンスが相当程度大きいことを示す。

インバータ１２０の出力電流が許容値である（中継／受電間相互インダクタンスが相当程度大きくない）場合（ステップＳ１８１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２１１に進む。インバータ１２０の出力電流が許容値でない（中継／受電間相互インダクタンスが相当程度大きい）場合（ステップＳ１８１；Ｎｏ）、処理はステップＳ１８２に進む。

ステップＳ１８２において、制御装置１４０は、ＡＣＤＣ変換部１１０と、インバータ１２０を停止する。つまり、充電を一時的に停止させる。ステップＳ１８２の処理の後、処理はステップＳ１８３に進む。

ステップＳ１８３において、制御装置１４０は、スイッチＳＷ１をオフにする。つまり、キャパシタＣＦ１を非導通とする。ステップＳ１８３の処理の後、処理はステップ１４０に戻り充電を再開する。

ステップＳ１９０において、制御装置１４０は、充電電力指令値と充電電力を比較し、充電電力指令値に対して実際の充電電力が乖離しているか否かを判定する。つまり、実際の充電電力が十分であるか否かを判定する。充電電力が十分でない場合（ステップＳ１９０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２００に進む。充電電力が十分である場合（ステップＳ１９０；Ｎｏ）、処理はステップＳ１４０に戻り処理を継続する。

ステップＳ２００において、制御装置１４０は、インバータ１２０の出力電圧の設定値を増加させる。これにより、充電電力を増加させる。ステップＳ２００の処理の後、処理はステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０において、制御装置１４０は、インバータの出力電圧の設定値がインバータの最大出力電圧以下であるか否かを判定する。最大出力電圧以下である場合（ステップＳ２１０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１４０に戻り処理を継続する。最大出力電圧以下でない場合（ステップＳ２１０；Ｎｏ）、処理はステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２１１において、制御装置１４０は、インバータの駆動周波数を増加させる。ステップＳ２１１の処理の後、処理はステップＳ２１２に進む。

ステップＳ２１２において、制御装置１４０は、インバータの駆動周波数が許容値であるか否かを判定する。インバータの駆動周波数が許容値である場合（ステップＳ２１２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１３０に戻り処理を継続する。インバータの駆動周波数が許容値でない場合（ステップＳ２１２；Ｎｏ）、つまり充電電力指令値となるように充電電力を与えることができない場合、処理はステップＳ２１３に進む。

ステップＳ２１３において、制御装置１４０は、充電電力指令値を減少させるように制御装置３４０に対して要求する。ステップＳ２１３の処理の後、処理はステップＳ１２０に戻り処理を継続する。

３．効果
以上説明したように、本実施の形態に係る非接触充電システム１０は、中継／受電間相互インダクタンスが相当程度大きいことが検出される場合に、キャパシタＣＦ１を非導通とする。これにより、受電コイルＬ３の位置の変動により、中継／受電間相互インダクタンスが大きく増加する場合であっても、インバータ１２０の入力インピーダンスの大きな減少を抑制することができ、インバータ１２０の出力の過電流、過電圧を防止することができる。また、インバータ１２０の出力の力率の低下を抑制することができる。

図４は、中継コイルＬ２と受電コイルＬ３との間の距離が、非接触充電システム１０が想定する環境の中で最小となるときに、インバータの出力の電流（インバータ電流）及びインバータの出力の電圧（インバータ電圧）について、ＳＷ１をオンとした場合とＳＷ１をオフとした場合の比較を示すグラフである。つまり、中継／受電間相互インダクタンスが最も大きくなるときの比較である。

図４に示されるように、ＳＷ１をオフ（キャパシタＣＦ１を非導通）とすることで、インバータ電流及びインバータ電圧の両方を低減できることがわかる。

４．本実施の形態に係る非接触充電システムの変形例
本実施の形態に係る非接触充電システム１０は、以下のように変形した態様を採用しても良い。

４－１．変形例１
インピーダンス調整部１０２は、導通状態を切り替えることが可能な複数のキャパシタにより構成されていても良い。図５は、変形例１に係る非接触充電システム１０の構成を説明するための回路図である。

図５に示されるように、インピーダンス調整部１０２は、インダクタＬＦと、２つのキャパシタＣＦ１及びＣＦ２により構成されている。インピーダンス調整部１０２は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を含んでおり、スイッチＳＷ１及びＳＷ２それぞれのオンオフを切り替えることにより、キャパシタＣＦ１及びＣＦ２それぞれの導通状態を切り替えることができる。

図５では、インピーダンス調整部１０２は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２により導通状態を切り替えることが可能な２つのキャパシタＣＦ１及びＣＦ２により構成されているが、さらに多くの導通状態を切り替えることが可能なキャパシタにより構成されていても良い。

４－２．変形例２
インダクタＬＦは、導通か短絡かを切り替えることができるように構成されていても良い。図６は、変形例２に係る非接触充電システム１０の構成を説明するための回路図である。

図６に示されるように、インダクタＬＦにはスイッチＳＷ３が接続されており、スイッチＳＷ３のオンオフを切り替えることにより、インダクタＬＦを導通するか短絡するかを切り替えることができる。

４－３．効果

このように変形した態様を採用することにより、インピーダンス調整部１０２において各スイッチのオンオフ状態の組み合わせを多様に切り替えることで、インバータ１２０の入力インピーダンスをより多様に調整することができる。これにより、インバータ１２０の出力の電流を多様に調整することができ、インバータ１２０の過電流、過電圧の防止のロバスト性を高めることができる。

１０ 非接触充電システム
１００ 送電装置
１０１ 送電コイル部
１０２ インピーダンス調整部
１２０ インバータ
１４０ 制御装置
１５０ 通信装置
２００ 中継装置
２０１ 中継コイル部
２４０ 検出装置
２５０ 通信装置
３００ 受電装置
３０１ 受電コイル部
３１０ フィルタ部
３２０ 整流部
３４０ 制御装置
３５０ 通信装置
４００ 電源
５００ バッテリ
ＣＦ１ キャパシタ
ＳＷ１ スイッチ

Claims (1)

1. バッテリを電源と非接触で充電する非接触充電システムであって、
   前記電源から給電される電力を送電コイルで送電する送電装置であって、
   直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータの出力側に並列に接続され、導通か非導通かを切り替えることが可能なキャパシタと、
   を含む送電装置と、
   前記送電コイルにより送電される電力を受電コイルで受電する受電装置と、
   前記送電装置と前記受電装置の間に配置され、前記送電コイルから前記受電コイルに送電される電力を中継コイルで中継する中継装置と、
   前記中継コイルと前記受電コイルとの間の相互インダクタンスが相当程度大きいことを検出した場合に、前記キャパシタを非導通とする制御装置と、
   を備える
   ことを特徴とする非接触充電システム。

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