JP5874617B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、送電側パッドと受電側パッドを対にして用い、送電側パッドから受電側パッドに非接触で送電する非接触給電装置に関する。

従来、送電側パッドと受電側パッドを対にして用い、送電側パッドから受電側パッドに非接触で送電する非接触給電装置として、例えば特許文献１に開示されている非接触給電装置がある。

この非接触給電装置は、車両外部から車両に搭載された負荷に非接触で送電する装置である。非接触給電装置は、１次コイルと、１次側コンデンサと、２次コイルと、２次側コンデンサと、高周波交流電源部と、整流部とを備えている。

１次コイルは、駐車スペースの地表面の所定位置に設置され、交流が供給されることで交番磁束を発生する装置である。１次側コンデンサは、１次コイルに並列接続され、１次コイルとともに共振回路を構成する素子である。２次コイルは、車両の底部に設置され、駐車スペースに車両を駐車したときに、上下方向に間隔をあけて１次コイルと対向して配置され、１次コイルの発生した交番磁束と鎖交することで電磁誘導によって交流を発生する装置である。２次側コンデンサは、２次コイルに並列接続され、２次コイルとともに共振回路を構成する素子である。高周波交流電源部は、１次側コンデンサの接続された１次コイルに接続され、周波数の高い交流を１次側コンデンサの接続された１次コイルに供給する回路である。整流部は、２次側コンデンサの接続された２次コイルに接続されるとともに、負荷に接続され、２次側コンデンサの接続された２次コイルから供給される交流を整流して直流に変換し、負荷に供給する回路である。

特開２０１２−１０５５０３号公報

ところで、負荷が整流部に接続される前に高周波交流電源部が動作を開始した場合、共振回路の影響によって整流部に過大な電圧が加わることになる。整流部に接続され、整流部から電力を供給されていた負荷が、整流部から切断された場合も、共振回路の影響によって整流部に過大な電圧が加わることになる。そのため、過大な電圧が加わっても破損しないように、整流部の耐圧を上げなければならず、装置が大型化してしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、給電対象が接続されていない状態で送電回路が動作したり、給電中に給電対象が受電回路から切断されたりしても、受電回路に加わる過大な電圧を抑えることができる非接触給電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、コイルを有し、交流電力が供給されることで磁束を発生する送電側パッドと、送電側パッドに接続され、送電側パッドのコイルとともに共振回路を構成する送電側共振用回路と、コイルを有し、送電側パッドの発生した磁束が鎖交することで交流を発生する受電側パッドと、受電側パッドに接続され、受電側パッドのコイルとともに共振回路を構成する受電側共振用回路と、直流電源に接続されるとともに、送電側共振用回路の接続された送電側パッドに接続され、直流電源から供給される直流を交流に変換して、送電側共振用回路の接続された送電側パッドに供給する送電回路と、受電側共振用回路の接続された受電側パッドに接続されるとともに、給電対象に接続され、受電側共振用回路の接続された受電側パッドから供給される交流を直流に変換して給電対象に供給する受電回路と、を備えた非接触給電装置において、受電側共振用回路の接続された受電側パッドと受電回路の間に接続され、リアクトルを有する受電側フィルタ回路と、受電側共振用回路の接続された受電側パッドと受電側フィルタ回路のリアクトルで閉回路を構成する受電側開閉回路と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、受電回路が直流を出力していないとき、開閉回路は、受電側共振用回路の接続された受電側パッドと受電側フィルタ回路のリアクトルで閉回路を構成する。そのため、受電側パッドと受電側共振用回路によって構成される共振回路の共振周波数を、交流の基本周波数からずらすことができる。従って、給電対象が接続されていない状態で送電回路が動作したり、給電中に給電対象が受電回路から切断されたりしても、受電回路に供給される電力を大幅に抑制できる。また、受電側共振用回路の接続された受電側パッドから受電回路に供給される電力を、リアクトルや受電側パッドのコイルによって消費させることができる。そのため、給電対象が接続されていない状態で送電回路が動作しても、受電回路に加わる過大な電圧を抑えることができる。また、リアクトルによって消費させるため、消費の際に流れる突入電流を抑えることができる。しかも、受電側フィルタ回路を構成するリアクトルを利用するため、構成を簡素化することができる。

第１実施形態における非接触給電装置の回路図である。 第２実施形態における非接触給電装置の回路図である。 図２における受電側開閉回路の変形形態の回路図である。 図２における受電側開閉回路の別の変形形態の回路図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る非接触給電装置を、電気自動車やハイブリッド車に搭載された車載バッテリに非接触で送電する非接触給電装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態の非接触給電装置の構成について説明する。

図１に示す非接触給電装置１は、車両外部に設置された外部バッテリＢ１０（直流電源）から車両に搭載された車載バッテリＢ１１（給電対象）に非接触で送電し、車載バッテリＢ１１を充電する装置である。非接触給電装置１は、送電側パッド１０と、送電側共振用回路１１と、受電側パッド１２と、受電側共振用回路１３と、送電回路１４と、送電側フィルタ回路１５と、受電側フィルタ回路１６と、受電回路１７と、制御回路１８と、受電側開閉回路１９とを備えている。

送電側パッド１０は、駐車スペースの地表面の所定位置に設置され、交流が供給されることで交番磁束を発生する装置である。送電側パッド１０は、コイル１００を備えている。

送電側共振用回路１１は、送電側パッド１０に接続され、送電側パッド１０のコイル１００とともに共振回路を構成する回路である。具体的には、送電側パッド１０に並列接続されるコンデンサ１１０である。

受電側パッド１２は、車両の底部に設置され、駐車スペースに車両を駐車したときに、上下方向に間隔をあけて送電側パッド１０と対向して配置され、送電側パッド１０の発生した交番磁束が鎖交することで電磁誘導によって交流を発生する装置である。受電側パッド１２は、コイル１２０を備えている。

受電側共振用回路１３は、受電側パッド１２に接続され、受電側パッド１２のコイル１２０とともに共振回路を構成する回路である。具体的には、受電側パッド１２に並列接続されるコンデンサ１３０である。

コンデンサ１１０、１３０の容量は、送電側パッド１０と受電側パッド１２が基準となる所定の対向状態のときに、送電回路１４から送電側共振用回路１１の接続された送電側パッド１０に供給される交流の力率が１となるように、又は、選択可能な範囲内で限りなく１に近づくように設定されている。

送電回路１４は、外部バッテリＢ１０に接続されるとともに、送電側フィルタ回路１５を介して送電側共振用回路１１の接続された送電側パッド１０に接続され、外部バッテリＢ１０から供給される直流を交流に変換し、送電側共振用回路１１の接続された送電側パッド１０に供給する回路である。送電回路１４は、送電側コンバータ回路１４０と、インバータ回路１４１とを備えている。

送電側コンバータ回路１４０は、外部バッテリＢ１０及びインバータ回路１４１に接続され、外部バッテリＢ１０から供給される直流を電圧の異なる直流に変換してインバータ回路１４１に供給する回路である。具体的には、外部バッテリＢ１０から供給される直流を降圧してインバータ回路１４１に供給する周知の降圧コンバータ回路である。送電側コンバータ回路１４０は、コンデンサ１４０ａと、ＩＧＢＴ１４０ｂと、リアクトル１４０ｃと、コンデンサ１４０ｄと、ダイオード１４０ｅとを備えている。

コンデンサ１４０ａは、外部バッテリＢ１０から供給される直流を平滑化するための素子である。コンデンサ１４０ａの一端及び他端は、外部バッテリＢ１０の正極端及び負極端にそれぞれ接続されている。

ＩＧＢＴ１４０ｂは、オン、オフすることでリアクトル１４０ｃにエネルギーを蓄積、放出させるための素子である。ＩＧＢＴ１４０ｂは、コレクタとエミッタの間に逆並列接続されるフリーホイールダイオードを備えている。ＩＧＢＴ１４０ｂのコレクタはコンデンサ１４０ａの一端に、エミッタはリアクトル１４０ｃにそれぞれ接続されている。また、ゲートは、制御回路１８に接続されている。

リアクトル１４０ｃは、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。リアクトルの一端はＩＧＢＴ１４０ｂのエミッタに、他端はコンデンサ１４０ｄにそれぞれ接続されている。

コンデンサ１４０ｄは、降圧した直流を平滑化するための素子である。コンデンサ１４０ｄの一端はリアクトル１４０ｃの他端に、他端はコンデンサ１４０ａの他端にそれぞれ接続されている。また、コンデンサ１４０ｄの一端及び他端は、インバータ回路１４１にそれぞれ接続されている。

ダイオード１４０ｅは、ＩＧＢＴ１４０ｂがオフし、リアクトル１４０ｃに蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生する電流を流すための素子である。ダイオード１４０ｅのアノードはコンデンサ１４０ｄの他端に、カソードはリアクトル１４０ｃの一端にそれぞれ接続されている。

インバータ回路１４１は、送電側コンバータ回路１４０に接続されるとともに、送電側フィルタ回路１５を介して送電側共振用回路１１の接続された送電側パッド１０に接続され、送電側コンバータ回路１４０から供給される直流を所定周波数の交流に変換し、送電側フィルタ回路１５を介して送電側共振用回路１１の接続された送電側パッド１０に供給する回路である。インバータ回路１４１は、ＩＧＢＴ１４１ａ〜１４１ｄを備えている。

ＩＧＢＴ１４１ａ〜１４１ｄは、オン、オフすることで直流を交流に変換するための素子である。ＩＧＢＴ１４１ａ〜１４１ｄは、コレクタとエミッタの間に逆並列接続されるフリーホイールダイオードを備えている。ＩＧＢＴ１４１ａ、１４１ｂ及びＩＧＢＴ１４１ｃ、１４１ｄは、それぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１４１ａ、１４１ｃのエミッタが、ＩＧＢＴ１４１ｂ、１４１ｄのコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続された２組のＩＧＢＴ１４１ａ、１４１ｂ及びＩＧＢＴ１４１ｃ、１４１ｄは、並列接続されている。ＩＧＢＴ１４１ａ、１４１ｃのコレクタはコンデンサ１４０ｄの一端に、ＩＧＢＴ１４１ｂ、１４１ｄのエミッタはコンデンサ１４０ｄの他端にそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１４１ａ〜１４１ｄのゲートは、制御回路１８にそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１４１ａ、１４１ｂの接続点及びＩＧＢＴ１４１ｃ、１４１ｄの接続点は、送電側フィルタ回路１５にそれぞれ接続されている。

送電側フィルタ回路１５は、インバータ回路１４１と、送電側共振用回路１１の接続された送電側パッド１０の間に接続され、インバータ回路１４１から供給される交流に含まれる所定の周波数成分を除去する回路である。送電側フィルタ回路１５は、リアクトル１５０、１５２と、コンデンサ１５１、１５３とを備えている。

リアクトル１５０及びコンデンサ１５１は、直列接続されている。具体的には、リアクトル１５０の一端が、コンデンサ１５１の一端に接続されている。リアクトル１５０の他端はコンデンサ１１０の接続されたコイル１００の一端に、コンデンサ１５１の他端はＩＧＢＴ１４１ａ、１４１ｂの接続点にそれぞれ接続されている。リアクトル１５０が、送電側パッド１０側に配置されている。

リアクトル１５２とコンデンサ１５３は、直列接続されている。具体的には、リアクトル１５２の一端が、コンデンサ１５３の一端に接続されている。リアクトル１５２の他端はコンデンサ１１０の接続されたコイル１００の他端に、コンデンサ１５３の他端はＩＧＢＴ１４１ｃ、１４１ｄの接続点にそれぞれ接続されている。リアクトル１５２が、送電側パッド１０側に配置されている。

送電側フィルタ回路１５は、送電回路１４の供給する交流の基本周波数におけるインピーダンスが、送電側パッド１０と送電側共振用回路１１によって構成される共振回路のインピーダンスより小さくなるように設定されている。具体的には、共振周波数が送電回路１４の供給する交流の周波数になるように、リアクトル１５０、１５２のインダクタンス及びコンデンサ１５１、１５３の容量が設定されている。しかも、リアクトル１５０、１５２のインダクタンス及びコンデンサ１５１、１５３の容量が、互いに等しくなるよう設定されている。

受電側フィルタ回路１６は、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２と受電回路１７の間に接続され、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２から供給される交流に含まれる所定の周波数成分を除去する回路である。受電側フィルタ回路１６は、リアクトル１６０、１６２と、コンデンサ１６１、１６３とを備えている。

リアクトル１６０及びコンデンサ１６１は、直列接続されている。具体的には、リアクトル１６０の一端が、コンデンサ１６１の一端に接続されている。リアクトル１６０の他端はコンデンサ１３０の接続されたコイル１２０の一端に、コンデンサ１６１の他端は受電回路１７にそれぞれ接続されている。リアクトル１６０が、受電側パッド１２側（受電側パッド側）に配置されている。

リアクトル１６２及びコンデンサ１６３は、直列接続されている。具体的には、リアクトル１６２の一端が、コンデンサ１６３の一端に接続されている。リアクトル１６２の他端はコンデンサ１３０の接続されたコイル１２０の他端に、コンデンサ１６３の他端は受電回路１７にそれぞれ接続されている。リアクトル１６２が、受電側パッド１２側に配置されている。

受電側フィルタ回路１６は、送電回路１４の供給する交流の基本周波数におけるインピーダンスが、受電側パッド１２と受電側共振用回路１３によって構成される共振回路のインピーダンスより小さくなるように設定されている。具体的には、共振周波数が送電回路１４の供給する交流の基本周波数になるように、リアクトル１６０、１６２のインダクタンス及びコンデンサ１６１、１６３の容量が設定されている。しかも、リアクトル１６０、１６３のインダクタンス及びコンデンサ１６１、１６２の容量が、互いに等しくなるよう設定されている。

受電回路１７は、受電側フィルタ回路１６を介して受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２に接続されるとともに、メインリレーＭＲ１０、ＭＲ１１を介して車載バッテリＢ１１に接続され、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２から供給される交流を直流に変換し、車載バッテリＢ１１に供給する回路である。ここで、メインリレーＭＲ１０、ＭＲ１１は、車両制御装置ＣＮＴ１によって制御され、車載バッテリＢ１１を受電回路１７に接続するための素子である。受電回路１７は、整流回路１７０と、受電側コンバータ回路１７１とを備えている。

整流回路１７０は、受電側フィルタ回路１６を介して受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２に接続されるとともに、受電側コンバータ回路１７１に接続され、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２から供給される交流を整流して直流に変換し、受電側コンバータ回路１７１に供給する回路である。整流回路１７０は、ダイオード１７０ａ〜１７０ｄを備えている。

ダイオード１７０ａ〜１７０ｄは、交流を整流するための素子である。ダイオード１７０ａ、１７０ｂ及びダイオード１７０ｃ、１７０ｄは、それぞれ直列接続されている。具体的には、ダイオード１７０ａ、１７０ｃのアノードが、ダイオード１７０ｂ、１７０ｄのカソードにそれぞれ接続されている。直列接続された２組のダイオード１７０ａ、１７０ｂ及びダイオード１７０ｃ、１７０ｄは、並列接続されている。ダイオード１７０ａ、１７０ｂの接続点はコンデンサ１３０の接続されたコイル１２０の他端に、ダイオード１７０ｃ、１７０ｄの接続点はコンデンサ１６１の他端にそれぞれ接続されている。また、ダイオード１７０ａ、１７０ｃのカソードとダイオード１７０ｂ、１７０ｄのアノードは、受電側コンバータ回路１７１にそれぞれ接続されている。

受電側コンバータ回路１７１は、整流回路１７０に接続されるとともに、メインリレーＭＲ１０、ＭＲ１１を介して車載バッテリＢ１１に接続され、整流回路１７０から供給される直流を電圧の異なる直流に変換して車載バッテリＢ１１に供給する回路である。具体的には、整流回路１７０から供給される直流を昇圧して車載バッテリＢ１１に供給する周知の昇圧コンバータ回路である。受電側コンバータ回路１７１は、コンデンサ１７１ａと、リアクトル１７１ｂと、ＩＧＢＴ１７１ｃと、ダイオード１７１ｄと、コンデンサ１７１ｅとを備えている。

コンデンサ１７１ａは、整流回路１７０から供給される直流を平滑化するための素子である。コンデンサ１７１ａの一端はダイオード１７０ａ、１７０ｃのカソードに、他端はダイオード１７０ｂ、１７０ｄのアノードにそれぞれ接続されている。

リアクトル１７１ｂは、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。リアクトル１７１ｂの一端はコンデンサ１７１ａの一端に、他端はＩＧＢＴ１７１ｃにそれぞれ接続されている。

ＩＧＢＴ１７１ｃは、オン、オフすることでリアクトル１７１ｂにエネルギーを蓄積、放出させるための素子である。ＩＧＢＴ１７１ｃは、コレクタとエミッタの間に逆並列接続されるフリーホイールダイオードを備えている。ＩＧＢＴ１７１ｃのコレクタはリアクトル１７１ｂの他端に、エミッタはコンデンサ１７１ａの他端にそれぞれ接続されている。また、ゲートは、制御回路１８に接続されている。

ダイオード１７１ｄは、ＩＧＢＴ１７１ｃがオフし、リアクトル１７１ｂに蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生する電流を流すための素子である。ダイオード１７１ｄのアノードはリアクトル１７１ｂの他端に、カソードはコンデンサ１７１ｅにそれぞれ接続されている。

コンデンサ１７１ｅは、昇圧した直流を平滑化するための素子である。コンデンサ１７１ｅの一端はダイオード１７１ｄのカソードに、他端はコンデンサ１７１ａの他端にそれぞれ接続されている。また、コンデンサ１７１ｅの一端及び他端は、メインリレーＭＲ１０、ＭＲ１１を介して車載バッテリＢ１１の正極端及び負極端にそれぞれ接続されている。

制御回路１８は、送電回路１４及び受電回路１７にそれぞれ接続され、外部バッテリＢ１０から車載バッテリＢ１１に送電するために、送電回路１４及び受電回路１７を制御する回路である。制御回路１８は、送電側制御回路１８０と、受電側制御回路１８１とを備えている。

送電側制御回路１８０は、送電回路１４に接続され、受電側制御回路１８１との間で制御に必要な情報を無線通信によって送受信し、送電側コンバータ回路１４０及びインバータ回路１４１を制御する回路である。送電側制御回路１８０は、ＩＧＢＴ１４０ｂ、１４１ａ〜１４１ｄのゲートにそれぞれ接続されている。

受電側制御回路１８１は、受電回路１７及び受電側開閉回路１９に接続され、送電側制御回路１８０との間で制御に必要な情報を無線通信によって送受信し、受電回路１７及び受電側開閉回路１９を制御する回路である。受電側制御回路１８１は、ＩＧＢＴ１７１ｃのゲートに接続されている。また、受電側開閉回路１９に接続されている。

受電側開閉回路１９は、受電側フィルタ回路１６及び受電側制御回路１８１に接続され、受電回路１７が直流を出力していないとき、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２とリアクトル１６０で閉回路を構成するとともに、受電回路１７の入力端とリアクトル１６２で閉回路を構成する回路である。受電側開閉回路１９は、ノーマルクローズタイプのスイッチ１９０によって構成されている。スイッチ１９０の一端はコイル１２０に接続されるリアクトル１６２の他端に、他端はコンデンサ１６１に接続されるリアクトル１６０の一端にそれぞれ接続されている。また、制御端は、受電側制御回路１８１に接続されている。

次に、図１を参照して非接触給電装置の動作について説明する。なお、送電側コンバータ回路１４０、インバータ回路１４１及び受電側コンバータ回路１７１は周知の回路であるため、ＩＧＢＴの詳細な動作については説明を省略する。

駐車スペースに車両を駐車すると、図１に示す送電側パッド１０のコイル１００と受電側パッド１２のコイル１２０が上下方向、前後方向及び左右方向の所定の範囲内で対向する。この状態で充電開始ボタン（図略）が押され、充電の開始が指示されると、車両制御装置ＣＮＴ１は、メインリレーＭＲ１０、ＭＲ１１をオンし、車載バッテリＢ１１を受電側コンバータ回路１７１に接続する。そして、非接触給電装置１は動作を開始する。

送電側制御回路１８０は、受電側制御回路１８１との間で制御に必要な情報を無線通信によって送受信し、制御のための準備を行う。そして、準備が完了すると、送電側コンバータ回路１４０及びインバータ回路１４１の制御を開始する。

スイッチ１９０は、ノーマルクローズタイプのスイッチであり、オンしている。そのため、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２とリアクトル１６０で閉回路が構成されている。また、受電回路１７の入力端とリアクトル１６２で閉回路が構成されている。

受電側制御回路１８１は、送電側制御回路１８０との間で制御に必要な情報を無線通信によって送受信し、制御のための準備を行う。そして、準備が完了し、メインリレーＭＲ１０、ＭＲ１１をオンしたとの情報が車両制御装置ＣＮＴ１から入力されると、スイッチ１９０をオフし、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２とリアクトル１６０で構成される閉回路を開放するとともに、受電回路１７の入力端とリアクトル１６２で構成される閉回路を開放し、受電側コンバータ回路１７１の制御を開始する。

送電側コンバータ回路１４０は、送電側制御回路１８０によって制御され、ＩＧＢＴ１４０ｂをスイッチングすることで外部バッテリＢ１０から供給される直流を降圧してインバータ回路１４１に供給する。インバータ回路１４１は、送電側制御回路１８０によって制御され、ＩＧＢＴ１４１ａ〜１４１ｄを所定のタイミングでスイッチングすることで送電側コンバータ回路１４０から供給される直流を所定周波数、例えば数十ｋＨｚの交流に変換し、送電側フィルタ回路１５を介して送電側共振用回路１１の接続された送電側パッド１０に供給する。送電側フィルタ回路１５は、インバータ回路１４１から供給される交流に含まれる所定の周波数成分を除去する。具体的には、インバータ回路１４１から供給される矩形波状の交流電圧を正弦波状の交流電圧に変換して、送電側共振用回路１１の接続された送電側パッド１０に供給する。送電側共振用回路１１の接続された送電側パッド１０は、インバータ回路１４１から交流電力が供給されることで交番磁束を発生する。

受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２は、送電側パッド１０の発生した交番磁束と鎖交することで電磁誘導によって交流を発生する。受電側フィルタ回路１６は、整流回路１７０に供給される交流に含まれる所定の周波数成分を除去する。具体的には、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２から供給される正弦波状の交流電圧を矩形波状の交流電圧に変換して整流回路１７０に供給する。整流回路１７０は、受電側フィルタ回路１６を介して受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２から供給される交流を整流して直流に変換し、受電側コンバータ回路１７１に供給する。受電側コンバータ回路１７１は、受電側制御回路１８１によって制御され、ＩＧＢＴ１７１ｃをスイッチングすることで整流回路１７０から供給される直流を昇圧して車載バッテリＢ１１に供給し、車載バッテリＢ１１を充電する。このようにして、外部バッテリＢ１０から車載バッテリＢ１１に非接触で送電することができる。

ところで、車両において異常が発生すると、車両制御装置ＣＮＴ１は、メインリレーＭＲ１０、ＭＲ１１をオフし、車載バッテリＢ１１を受電側コンバータ回路１７１から切断する。メインリレーＭＲ１０、ＭＲ１１がオフしたとの情報が車両制御装置ＣＮＴ１から入力、又は、別途監視しているコンデンサ１７１ｅの電圧が上昇して異常閾値を超える等すると、受電側制御回路１８１は、受電側コンバータ回路１７１の制御を停止するとともに、スイッチ１９０をオンし、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２とリアクトル１６０で閉回路を構成するとともに、受電回路１７の入力端とリアクトル１６２で閉回路を構成する。

メインリレーＭＲ１０、ＭＲ１１がオフしたとの情報を無線通信によって受電側制御回路１８１から受信すると、送電側制御回路１８０は、送電側コンバータ回路１４０及びインバータ回路１４１の制御を停止する。これにより、外部バッテリＢ１０から車載バッテリＢ１１への送電が停止する。

次に、効果について説明する。

第１実施形態によれば、メインリレーＭＲ１０、ＭＲ１１がオフし、受電回路１７が直流を出力していないとき、受電側開閉回路１９は、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２とリアクトル１６０で閉回路を構成する。そのため、受電側パッド１２と受電側共振用回路１３によって構成される共振回路の共振周波数を、交流の基本周波数からずらすことができる。従って、車載バッテリＢ１１が接続されていない状態で送電回路１４が動作したり、給電中に車載バッテリＢ１１が受電回路１７から切断されたりしても、受電回路１７に供給される電力を大幅に抑制できる。また、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２から受電回路１７に供給される電力を、リアクトル１６０や受電側パッド１２のコイル１２０によって消費させることができる。そのため、車載バッテリＢ１１が接続されていない状態で送電回路１４が動作しても、受電回路１７に加わる過大な電圧を抑えることができる。また、リアクトル１６０によって消費させため、消費の際に流れる電流を抑えることができる。しかも、受電側フィルタ回路１６を構成するリアクトル１６０を利用するため、構成を簡素化することができる。

第１実施形態によれば、受電側フィルタ回路１６は、直列接続された固定インダクタンスのリアクトル１６０及び固定容量のコンデンサ１６１、直列接続された固定インダクタンスのリアクトル１６２及び固定容量のコンデンサ１６３からなり、共振周波数が送電回路１４の供給する交流の基本周波数に設定されている。そのため、受電側フィルタ回路１６の損失を確実に抑えることができる。従って、非接触給電装置１の送電効率を確実に向上させることができる。また、リアクトルやコンデンサにインダクタンスや容量の可変機構を設けて力率を制御する場合と比べ、素子の信頼性を向上させ、より確実にフィルタ回路を構成することができる。さらに、共振周波数近傍以外の周波数でインピーダンスが増加することで、高調波成分などの不要な周波数成分を低減でき、非接触給電装置１が使用する周波数帯域を最小限に抑えることができる。

第１実施形態によれば、受電側フィルタ回路１６は、インダクタンス及び容量が互いに等しい、２組の直列接続されたリアクトル及びコンデンサ、リアクトル１６０及びコンデンサ１６１、リアクトル１６２及びコンデンサ１６３によって構成されている。一方の直列接続されたリアクトル及びコンデンサであるリアクトル１６０及びコンデンサ１６１は、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２の一端と、受電回路１７の一方の入力端の間に接続されている。他方の直列接続されたリアクトル及びコンデンサであるリアクトル１６２及びコンデンサ１６３は、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２の他端と、受電回路１７の他方の入力端の間に接続されている。そのため、コイル１２０の一端及び他端から受電側フィルタ回路１６を介して整流回路１７０に至る一対の経路のうち、いずれか一方の経路の対地容量が変化しても、もう一方の経路で所定の周波数成分を除去し、ノイズによる影響を抑えることができる。

第１実施形態によれば、受電側開閉回路１９は、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２と一方のリアクトル１６０で閉回路を構成するとともに、受電回路１７の入力端と他方のリアクトル１６２で閉回路を構成する。そのため、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２だけでなく、受電回路１７の電力もリアクトル１６２によって消費させることができる。従って、受電回路１７に加わる過大な電圧を確実に抑えることができる。

第１実施形態によれば、受電側フィルタ回路１６は、直列接続されたリアクトル１６０及びコンデンサ１６１のうち、リアクトル１６０が受電側パッド１２側に配置されている。そのため、コンデンサ１６１を介することなく、受電側共振用回路１３の接続された受電側パッド１２とリアクトル１６０だけで閉回路を構成することができる。従って、閉回路を構成した際の突入電流によるコンデンサ１６１の破損を抑えることができる。

なお、第１実施形態では、受電側フィルタ回路１６が、リアクトル１６０、１６２とコンデンサ１６１、１６３で構成されている例を挙げているが、リアクトル１６０、１６２は、複数の素子を組み合わせて構成されたものあってもよい。この場合、複数の素子のいずれかで閉回路を構成するようにしてもよい。

第１実施形態では、受電側フィルタ回路１６が、２組の直列接続されたリアクトル及びコンデンサ、リアクトル１６０及びコンデンサ１６１、リアクトル１６２及びコンデンサ１６３によって構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。直列接続されたリアクトル１６０及びコンデンサ１６１だけでもよい。リアクトル１６０だけでもよい。リアクトルを有していればよい。

第１実施形態では、送電側共振用回路１１及び受電側共振用回路１３が、コイル１００、１２０に並列接続されるコンデンサ１１０、１３０である例を挙げているが、これに限られるものではない。コイル１００、１２０に直列接続されるコンデンサであってもよい。また、コンデンサとリアクトルを組み合わせたものであってもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の非接触給電装置について説明する。第２実施形態の非接触給電装置は、第１実施形態の非接触給電装置に対して、受電側開閉回路を構成するスイッチとして、ノーマルオープンタイプのスイッチを追加したものである。

まず、図２を参照して、第２実施形態の非接触給電装置の構成について説明する。

図２に示す非接触給電装置２は、車両外部に設置された外部バッテリＢ２０（直流電源）から車両に搭載された車載バッテリＢ２１（給電対象）に非接触で送電し、車載バッテリＢ２１を充電する装置である。非接触給電装置２は、送電側パッド２０と、送電側共振用回路２１と、受電側パッド２２と、受電側共振用回路２３と、送電回路２４と、送電側フィルタ回路２５と、受電側フィルタ回路２６と、受電回路２７と、制御回路２８と、受電側開閉回路２９とを備えている。

送電側パッド２０、送電側共振用回路２１、受電側パッド２２、受電側共振用回路２３、送電回路２４、送電側フィルタ回路２５、受電側フィルタ回路２６及び受電回路２７は、第１実施形態の送電側パッド１０、送電側共振用回路１１、受電側パッド１２、受電側共振用回路１３、送電回路１４、送電側フィルタ回路１５、受電側フィルタ回路１６及び受電回路１７と同一構成である。

受電側開閉回路２９は、受電側フィルタ回路２６及び受電側制御回路２８１に接続され、受電回路２７が直流を出力していないとき、受電側共振用回路２３の接続された受電側パッド２２とリアクトル２６０で閉回路を構成するとともに、受電回路２７の入力端とリアクトル２６２で閉回路を構成する回路である。受電側開閉回路２９は、ノーマルクローズタイプのスイッチ２９０と、ノーマルオープンタイプのスイッチ２９１によって構成されている。スイッチ２９０の一端はコイル２２０に接続されるリアクトル２６２の他端に、他端はコンデンサ２６１に接続されるリアクトル２６０の一端にそれぞれ接続されている。スイッチ２９１はスイッチ２９０に並列接続されている。また、スイッチ２９０、２９１の制御端は、受電側制御回路２８１に接続されている。

次に、図２を参照して非接触給電装置の動作について説明する。受電側制御回路２８１及び受電側開閉回路２９以外の動作については、第１実施形態の非接触給電装置１と同一であるため、必要な場合を除いて説明を省略する。受電側制御回路２８１及び受電側開閉回路２９の動作について説明する。

送電側制御回路２８０は、受電側制御回路２８１との間で制御に必要な情報を無線通信によって送受信し、制御のための準備を行う。そして、準備が完了すると、送電側コンバータ回路２４０及びインバータ回路２４１の制御を開始する。

スイッチ２９０は、ノーマルクローズタイプのスイッチであり、オンしている。そのため、受電側共振用回路２３の接続された受電側パッド２２とリアクトル２６０で閉回路が構成されている。また、受電回路２７の入力端とリアクトル２６２で閉回路が構成されている。

受電側制御回路２８１は、送電側制御回路２８０との間で制御に必要な情報を無線通信によって送受信し、制御のための準備を行う。そして、準備が完了し、メインリレーＭＲ２０、ＭＲ２１をオンしたとの情報が車両制御装置ＣＮＴ２から入力されると、スイッチ２９０をオフし、受電側共振用回路２３の接続された受電側パッド２２とリアクトル２６０で構成される閉回路を開放するとともに、受電回路２７の入力端とリアクトル２６２で構成される閉回路を開放し、受電側コンバータ回路２７１の制御を開始する。

ところで、車両において異常が発生すると、車両制御装置ＣＮＴ２は、メインリレーＭＲ２０、ＭＲ２１をオフし、車載バッテリＢ２１を受電側コンバータ回路２７１から切断する。メインリレーＭＲ２０、ＭＲ２１がオフしたとの情報が車両制御装置ＣＮＴ２から入力、又は、別途監視しているコンデンサ２７１ｅの電圧が上昇して異常閾値を超える等すると、受電側制御回路２８１は、受電側コンバータ回路２７１の制御を停止するとともに、スイッチ２９０、２９１をオンし、受電側共振用回路２３の接続された受電側パッド２２とリアクトル２６０で閉回路を構成するとともに、受電回路２７の入力端とリアクトル２６２で閉回路を構成し、受電側コンバータ回路２７１の制御を停止する。

次に、効果について説明する。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第２実施形態では、受電側開閉回路２９が、スイッチ、２９０、２９１によって構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。ノーマルオープンタイプのスイッチ２９１は、図３に示すように、トライアック２９２であってもよい。また、図４に示すように、ダイオード２９３ａ〜２９３ｄからなる整流回路と、整流回路の直流端に接続されるＩＧＢＴ２９３ｅであってもよい。トライアック２９２やＩＧＢＴ２９３ｅは、半導体素子であり、スイッチ２９０に比べ応答速度が速い。そのため、車載バッテリＢ１１の給電中に異常が発生した場合、スイッチ２９０よりも早く、受電側共振用回路２３の接続された受電側パッド２２とリアクトル２６０で閉回路を構成することができる。従って、整流回路２７０の出力電圧の上昇を抑えることができる。これにより、コンデンサ２７１ａの耐圧を抑えることができ、装置の体格及びコストを低減することが可能となる。

また、第１及び第２実施形態では、非接触給電装置が、受電側共振用回路の接続された受電側パッドと受電側フィルタ回路のリアクトルで閉回路を構成する受電側開閉回路を有する例を挙げているが、これに限られるものではない。同様の構成を送電側に設けてもよい。つまり、送電側共振用回路の接続された送電側パッドと送電側フィルタのリアクトルで閉回路を構成する送電側開閉回路を設けてもよい。この場合、送電回路が交流を出力していないときに、送電側共振用回路の接続された前記送電側パッドと送電側フィルタのリアクトルで閉回路を構成すればよい。これにより、車載バッテリの給電中に異常が発生した場合、送電側パッドと送電側共振用回路によって構成される共振回路の共振現象をより速やかに減衰させることができる。そのため、受電回路に供給される電力をより速やかに低減することができる。ここで、送電側開閉回路は、第１実施形態の受電側開閉回路１９と同様に、ノーマルクローズタイプのスイッチを有していてもよい。第２実施形態の受電側開閉回路２９と同様に、ノーマルクローズタイプのスイッチに並列接続される、ノーマルオープンタイプのスイッチを有していてもよい。

１・・・非接触給電装置、１０・・・送電側パッド、１１・・・送電側共振用回路、１２・・・受電側パッド、１３・・・受電側共振用回路、１４・・・送電回路、１５・・・送電側フィルタ回路、１５０、１５２・・・リアクトル、１５１、１５３・・・コンデンサ、１６・・・受電側フィルタ回路、１６０、１６２・・・リアクトル、１６１、１６３・・・コンデンサ、１７・・・受電回路、１８・・・制御回路、１９・・・受電側開閉回路、１９０・・・スイッチ、Ｂ１０・・・外部バッテリ（直流電源）、Ｂ１１・・・車載バッテリ（給電対象）、ＭＲ１０、ＭＲ１１・・・メインリレー、ＣＮＴ１・・・車両制御装置

Claims (10)

1. コイルを有し、交流電力が供給されることで磁束を発生する送電側パッド（１０）と、
   前記送電側パッドに接続され、前記送電側パッドのコイルとともに共振回路を構成する送電側共振用回路（１１）と、
   コイルを有し、前記送電側パッドの発生した磁束が鎖交することで交流を発生する受電側パッド（１２）と、
   前記受電側パッドに接続され、前記受電側パッドのコイルとともに共振回路を構成する受電側共振用回路（１３）と、
   直流電源に接続されるとともに、前記送電側共振用回路の接続された前記送電側パッドに接続され、前記直流電源から供給される直流を交流に変換して、前記送電側共振用回路の接続された前記送電側パッドに供給する送電回路（１４）と、
   前記受電側共振用回路の接続された前記受電側パッドに接続されるとともに、給電対象に接続され、前記受電側共振用回路の接続された前記受電側パッドから供給される交流を直流に変換して前記給電対象に供給する受電回路（１７）と、
   を備えた非接触給電装置において、
   前記受電側共振用回路の接続された前記受電側パッドと前記受電回路の間に接続され、リアクトルを有する受電側フィルタ回路（１６）と、
   前記受電回路が直流を出力していないとき、受電側共振用回路の接続された受電側パッドと受電側フィルタ回路のリアクトルで閉回路を構成する受電側開閉回路（１９）と、
   を有することを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記受電側開閉回路は、ノーマルクローズタイプのスイッチ（１９０）を有することを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 前記受電側開閉回路は、前記ノーマルクローズタイプのスイッチに並列接続される、ノーマルオープンタイプのスイッチ（２９１）を有すること特徴とする請求項２に記載の非接触給電装置。
4. 前記受電側フィルタ回路は、直列接続されたリアクトル及びコンデンサからなり、共振周波数が前記送電回路の供給する交流の基本周波数に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触給電装置。
5. 前記受電側フィルタ回路は、インダクタンス及び容量が互いに等しい、２組の直列接続されたリアクトル及びコンデンサからなり、一方の直列接続されたリアクトル及びコンデンサが、前記受電側共振用回路の接続された前記受電側パッドの一端と、前記受電回路の一方の入力端の間に接続され、他方の直列接続されたリアクトル及びコンデンサが、前記受電側共振用回路の接続された前記受電側パッドの他端と、前記受電回路の他方の入力端の間に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の非接触給電装置。
6. 前記受電側開閉回路は、前記受電側共振用回路の接続された前記受電側パッドと一方のリアクトルで閉回路を構成するとともに、前記受電回路の入力端と他方のリアクトルで閉回路を構成する請求項５に記載の非接触給電装置。
7. 前記受電側フィルタ回路は、リアクトルが前記受電側パッド側に配置されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の非接触給電装置。
8. 前記送電回路と、前記送電側共振用回路の接続された前記送電側パッドの間に接続され、リアクトルを有する送電側フィルタ回路と、
   前記送電回路が交流を出力していないとき、前記送電側共振用回路の接続された前記送電側パッドと前記送電側フィルタのリアクトルで閉回路を構成する送電側開閉回路と、
   を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の非接触給電装置。
9. 前記送電側開閉回路は、ノーマルクローズタイプのスイッチを有することを特徴とする請求項８に記載の非接触給電装置。
10. 前記送電側開閉回路は、前記ノーマルクローズタイプのスイッチに並列接続される、ノーマルオープンタイプのスイッチを有すること特徴とする請求項９に記載の非接触給電装置。

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