WO2014003026A1 - 非接触電力伝送装置及び受電機器 - Google Patents

Abstract

　非接触電力伝送装置は、地上側機器と車両側機器とインピーダンス調整器とを備える。地上側機器は、高周波電源と１次側コイルとを含む。車両側機器は、２次側コイルと整流器とバッテリとＤＣバイアス電源とを含む。２次側コイルは、１次側コイルから非接触で交流電力を受電する。整流器は、予め定められた閾値電圧以上の電圧が印加された場合に動作するダイオードを用いて、交流電力を直流電力に整流する。バッテリには直流電力が入力される。インピーダンス調整器は、地上側機器及び車両側機器の少なくとも一方に設けられる。ＤＣバイアス電源は、インピーダンス調整が行われる場合には半導体素子に対して閾値電圧以上のバイアス電圧を印加する。

Description

非接触電力伝送装置及び受電機器

　本発明は、非接触電力伝送装置及び受電機器に関する。

　従来から、電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送装置として、例えば磁場共鳴を用いた装置が知られている。例えば特許文献１の非接触電力伝送装置は、交流電源と、交流電源から交流電力が入力される１次側の共鳴コイルとが設けられた送電機器を備えている。さらに、電動車両に搭載された受電機器には、１次側の共鳴コイルと磁場共鳴可能な２次側の共鳴コイルが設けられている。そして、１次側の共鳴コイルと２次側の共鳴コイルとが磁場共鳴することにより、送電機器から受電機器に交流電力が伝送される。その伝送された交流電力は、受電機器に設けられた整流器により直流電力に整流される。そして、整流された直流電力が整流器の出力端子に接続された負荷としてのバッテリに入力されることにより、バッテリが充電される。

特開２００９－１０６１３６号公報

　ここで、両コイル間の距離やバッテリに入力される電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する場合があるため、伝送効率を高めるべく、充電を行う際にインピーダンス調整を行う場合がある。この場合、充電を行う際に伝送される交流電力の電力値よりも小さい電力値の交流電力を伝送してインピーダンス調整を行うことがある。交流電源から出力される交流電力の電力値が小さいと、整流器に入力される交流電力の電力値が小さくなり、整流器が動作しない場合がある。すると、整流器の出力端子に接続されたバッテリのインピーダンスが反映されない。このため、正確なインピーダンス測定ができず、インピーダンス調整の精度が低下する。かといって、整流器が動作するのに十分な電力値を確保するべく、交流電源から出力する交流電力の電力値を大きくすると、インピーダンス調整に係る消費電力の増大化が懸念される。また、交流電源への反射電力が大きくなり、交流電源の負担が大きくなることが懸念される。

　なお、上記の事情は、磁場共鳴によって電力伝送を行う構成に限られず、電磁誘導によって電力伝送を行う構成においても同様に発生する。
　本発明の目的は、インピーダンス調整を好適に行うことができる非接触電力伝送装置及び受電機器を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る非接触電力伝送装置は、送電機器と、受電機器と、インピーダンス調整部とを備える。前記送電機器は、交流電力を出力する交流電源と、前記交流電源から前記交流電力が入力される１次側コイルと、を含む。前記受電機器は、２次側コイルと、整流部と、負荷と、バイアス電圧印加部と、を含む。前記２次側コイルは、前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電するように構成される。前記整流部は、予め定められた閾値電圧以上の電圧が印加された場合に動作する半導体素子を有する。前記整流部は前記半導体素子を用いて前記２次側コイルにて受電された交流電力を直流電力に整流する。前記負荷は、前記直流電力が入力されるように構成される。前記インピーダンス調整部は、前記送電機器及び前記受電機器の少なくとも一方に設けられ、インピーダンス調整を行う。前記バイアス電圧印加部は、少なくとも前記インピーダンス調整が行われる場合には前記半導体素子に対して前記閾値電圧以上のバイアス電圧を印加する。

　かかる発明によれば、半導体素子に対してバイアス電圧を印加することにより、整流部に入力される交流電力の電力値に関わらず半導体素子が動作する。これにより、整流部に入力される交流電力の電力値が小さい場合であっても、その交流電力は整流部によって整流されて負荷に入力され得る。よって、整流部の入力から負荷までのインピーダンスを把握することができる。したがって、交流電源から出力される交流電力の電力値が小さい状況において高精度のインピーダンス調整を行うことができる。よって、インピーダンス調整において、精度の向上と低消費電力化との両立を図ることができるとともに、反射電力の低減を通じて交流電源への負担軽減を図ることができる。

　好ましくは、前記交流電源は、第１交流電力及び該第１交流電力よりも大きい電力値の第２交流電力を出力するように構成されているとともに、少なくとも前記インピーダンス調整が行われる場合には前記第１交流電力を出力するように構成されている。前記負荷は、入力される前記直流電力の電力値に応じて変動するインピーダンスを有する変動負荷である。前記受電機器は、固定負荷と、接続切換部と、制御部と、を含む。前記固定負荷は、前記整流部と前記変動負荷との間に設けられる。前記固定負荷は、前記交流電源から出力された前記第２交流電力に応じた直流電力が前記変動負荷に入力される場合の前記変動負荷におけるインピーダンスに対応するインピーダンスを有する。前記接続切換部は、前記整流部の接続先を前記変動負荷と前記固定負荷との間で切り換える。前記制御部は、前記インピーダンス調整が行われる場合には、前記整流部が前記固定負荷に接続されるように前記接続切換部を制御する。

　かかる発明によれば、インピーダンス調整を行う場合には、相対的に小さい電力値の第１交流電力を出力することによりインピーダンス調整に係る電力損失の低減等を図ることができる。一方、変動負荷に対して本格的に直流電力を入力させる場合には第２交流電力を用いることにより、変動負荷に好適に直流電力を入力させることができる。

　ここで、変動負荷のインピーダンスは、入力される直流電力の電力値に応じて変動する。このため、交流電源から第１交流電力が出力されている状態でインピーンダンス調整を行った後、交流電源から第２交流電力が出力されると、インピーダンス調整が取れなくなる。

　これに対して、本発明によれば、インピーダンス調整を行う場合には、整流部に対して固定負荷が接続されている。当該固定負荷のインピーダンスは、交流電源から出力された第２交流電力に応じた直流電力が変動負荷に入力された場合のインピーダンスに対応している。これにより、第１交流電力が出力されている状況において、変動負荷に第２交流電力に係る直流電力が入力されている状況を仮想的に作り出すことができる。よって、変動負荷が設けられている構成において、第１交流電力を用いて、第２交流電力が出力される場合におけるインピーダンス調整を行うことができる。したがって、上記不都合を回避することができる。

　好ましくは、前記受電機器はバイアス切換部を含んでいる。該バイアス切換部は、前記インピーダンス調整が行われる場合に前記バイアス電圧が前記半導体素子に印加されるように動作するとともに、前記インピーダンス調整が行われない場合に前記バイアス電圧が前記半導体素子に印加されないように動作するように構成される。

　好ましくは、前記受電機器は車両に搭載されており、前記負荷は車両用バッテリである。
　かかる発明によれば、整流部により整流された直流電力は車両用バッテリの充電に用いられる。ここで、車両用バッテリは、携帯電話等のバッテリと比較して、大きい蓄電容量が求められる。このため、非接触電力伝送装置としては、非常に大きな電力値の電力を扱う。よって、インピーダンス調整の精度が低いことに起因する電力損失及び発熱が無視できないとともに、インピーダンス調整に係る消費電力及び反射電力が無視できない。

　この点、上述したとおり、半導体素子にバイアス電圧を印加することにより、電力値が小さい交流電力にて高精度のインピーダンス調整を行うことを実現することができる。これにより、大電力を好適に扱うことができる車両用バッテリの充電に適した非接触電力伝送装置（非接触充電装置）を提供することができる。

　本発明の第２の態様に係る受電器は、２次側コイルと、整流部と、負荷と、インピーダンス調整部と、バイアス電圧印加部とを備える。前記２次側コイルは、交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器から非接触で前記交流電力を受電するように構成される。前記整流部は、予め定められた閾値電圧以上の電圧が印加された場合に動作する半導体素子を有する。前記整流部は前記半導体素子を用いて前記２次側コイルにて受電された交流電力を直流電力に整流する。前記負荷は、前記整流部にて整流された前記直流電力が入力されるように構成される。前記インピーダンス調整部はインピーダンス調整を行う。前記バイアス電圧印加部は、少なくとも前記インピーダンス調整が行われる場合には前記半導体素子に対して前記閾値電圧以上のバイアス電圧を印加する。

　かかる発明によれば、半導体素子に対してバイアス電圧を印加することにより、整流部に入力される交流電力の電力値に関わらず半導体素子が動作する。これにより、整流部に入力される交流電力の電力値が小さい場合であっても、その交流電力は整流部によって整流されて負荷に入力され得る。よって、整流部の入力から負荷までのインピーダンスを把握することができる。したがって、交流電源から出力される交流電力の電力値が小さい状況において高精度のインピーダンス調整を行うことができる。よって、インピーダンス調整において、精度の向上と低消費電力化との両立を図ることができる。

本発明に係る非接触電力伝送装置の電気的構成を示すブロック図。 図１の整流器の回路図。

　以下、本発明に係る非接触電力伝送装置（非接触電力伝送システム）の一実施形態について図１及び図２を用いて説明する。
　図１に示すように、非接触電力伝送装置１０は、地上に設けられた地上側機器１１と、車両に搭載された車両側機器２１と、により構成されている。地上側機器１１が送電機器（１次側機器）に対応し、車両側機器２１が受電機器（２次側機器）に対応する。

　地上側機器１１は、所定の周波数の高周波電力（交流電力）を出力可能な高周波電源１２（交流電源）と送電器１３とを備えている。高周波電源１２は、異なる電力値の高周波電力を供給可能に構成されている。送電器１３には高周波電源１２から高周波電力が入力される。車両側機器２１は、車両用バッテリ２２と、送電器１３から高周波電力を受電可能な受電器２３とを備えている。

　送電器１３及び受電器２３は磁場共鳴可能に構成されている。具体的には、送電器１３は、並列に接続された１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂからなる共振回路で構成されている。受電器２３は、並列に接続された２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂからなる共振回路で構成されている。両者の共振周波数は同一に設定されている。

　車両側機器２１には、受電器２３にて受電した高周波電力を直流電力に整流する整流部としての整流器２４が設けられている。図２に示すように、整流器２４の入力端子２４ａは受電器２３に接続されている。整流器２４の出力端子２４ｂと車両用バッテリ２２との間には、車両用バッテリ２２と並列に配置され、入力される直流電力の電力値が変わっても抵抗値（インピーダンス）が常に一定な固定抵抗２５（固定負荷）が設けられている。さらに、整流器２４の出力端子２４ｂと車両用バッテリ２２との間には、整流器２４の接続先（直流電力の入力先）を、車両用バッテリ２２と固定抵抗２５とに切り換える接続切換部としての切換スイッチ２６が設けられている。切換スイッチ２６によって整流器２４と車両用バッテリ２２とが接続されている場合、整流器２４によって整流された直流電力は車両用バッテリ２２に入力される。

　ちなみに、車両用バッテリ２２は、入力される直流電力の電力値に応じて、インピーダンスが異なるように見える変動負荷である。このため、車両用バッテリ２２のインピーダンスは、高周波電源１２から出力される高周波電力の電力値に応じて異なることとなる。

　図１に示すように、地上側機器１１には、高周波電源１２の制御等を行う電源側コントローラ１４が設けられている。車両側機器２１には、整流器２４及び切換スイッチ２６の制御を行う車両側コントローラ２７が設けられている。車両側コントローラ２７は、電源側コントローラ１４と無線通信可能に接続されている。このため、各コントローラ１４，２７は情報のやり取りが可能となっている。

　車両側コントローラ２７は、充電可能な位置、詳細には送電器１３及び受電器２３が磁場共鳴可能な位置に車両が配置されている場合、電源側コントローラ１４に対して充電可能信号を送信する。電源側コントローラ１４は、充電可能信号を受信した場合に、インピーダンス調整を行い、当該インピーダンス調整が完了した後、充電を開始する。

　インピーダンス調整に係る構成について説明すると、地上側機器１１には、高周波電源１２の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスを測定するインピーダンス測定器１５が設けられている。インピーダンス測定器１５は、電源側コントローラ１４からの要求に応じて上記インピーダンスの測定を行い、その測定結果を電源側コントローラ１４に送信する。

　地上側機器１１において高周波電源１２と送電器１３との間にはインピーダンス調整部としてのインピーダンス調整器１６が設けられている。インピーダンス調整器１６は、インピーダンス測定器１５による測定結果に基づいてインピーダンス調整を行う。インピーダンス調整器１６は、キャパシタンス及びインダクタンスの少なくとも一方が可変となるように構成されており、具体的にはインダクタと可変コンデンサとで構成されている。電源側コントローラ１４は、インピーダンス測定器１５によって測定されたインピーダンスに基づいて、インピーダンス調整器１６の可変コンデンサのキャパシタンスを可変制御することにより、インピーダンス調整を行う。

　次に、整流器２４の構成について詳細に説明する。
　図２に示すように、整流器２４は、受電器２３にて受電した高周波電力を全波整流するダイオードブリッジ３１と、全波整流された電力を平滑化する平滑回路３２と、を備えている。ダイオードブリッジ３１は、整流器２４の入力端子２４ａに接続されており、平滑回路３２はダイオードブリッジ３１の出力側に接続されているとともに、整流器２４の出力端子２４ｂに接続されている。

　ダイオードブリッジ３１は、半導体素子としての複数の正側ダイオード３１ａと複数の負側ダイオード３１ｂとを備えている。複数の正側ダイオード３１ａは、高周波電力の正成分を平滑回路３２に伝送するのに用いられる。複数の負側ダイオード３１ｂは、高周波電力の負成分を反転させて平滑回路３２に伝送するのに用いられる。平滑回路３２は、平滑コンデンサ３２ａとチョークコイル３２ｂとで構成されている。平滑コンデンサ３２ａはダイオードブリッジ３１からの出力に対して並列に接続されており、チョークコイル３２ｂはダイオードブリッジ３１からの出力に対して直列に接続されている。

　整流器２４は、正側ダイオード３１ａが動作可能なＤＣバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部としてのＤＣバイアス電源３３を備えている。詳細には、ＤＣバイアス電圧は、正側ダイオード３１ａの順方向の閾値電圧と同一に設定されている。

　さらに、整流器２４は、ＤＣバイアス電源３３に直列に接続されたバイアス切換部としてのスイッチング素子３４を備えている。スイッチング素子３４は、車両側コントローラ２７からの制御信号に基づいてオンオフ動作を行う。

　なお、ＤＣバイアス電源３３の両側にはインダクタ３５がそれぞれ設けられている。当該インダクタ３５によって、スイッチング素子３４がオンとなった場合にＤＣバイアス電源３３の容量成分が整流器２４のインピーダンスに含まれることがないようになっている。

　ここで、図１及び図２に示すように、電源側コントローラ１４は、充電開始信号を受信したことに基づいてインピーダンス調整を開始する場合、充電用の高周波電力の電力値よりも小さい電力値のインピーダンス調整用の高周波電力が出力されるよう高周波電源１２を制御するとともに、インピーダンス測定器１５にインピーダンスの測定を要求する。そして、電源側コントローラ１４は、インピーダンス調整を開始することを示す情報（第１情報）を車両側コントローラ２７に送信する。すなわち、電源側コントローラ１４は情報を送信する情報送信部としても機能する。車両側コントローラ２７は、その情報を受信した場合に、スイッチング素子３４がオンとなるよう制御信号を送信するとともに、整流器２４の接続先が固定抵抗２５となるように切換スイッチ２６を制御する。

　ここで、固定抵抗２５の抵抗値（インピーダンス）は、充電用の高周波電力が出力された場合の車両用バッテリ２２のインピーダンスに対応させて設定されている。具体的には、固定抵抗２５の抵抗値は、整流器２４に入力された充電用の高周波電力を整流して得られる充電用の直流電力が車両用バッテリ２２に入力される場合の当該車両用バッテリ２２のインピーダンスと同一に設定されている。より詳細には、車両用バッテリ２２の電圧をバッテリ電圧とすると、固定抵抗２５の抵抗値は、バッテリ電圧の２乗を、充電用の直流電力で割った数値に設定されている。

　その後、電源側コントローラ１４は、インピーダンス調整が完了（終了）した場合、インピーダンス調整用の高周波電力に代えて、充電用の高周波電力が出力されるよう高周波電源１２を制御するとともに、インピーダンス調整が完了したことを示す情報（第２情報）を車両側コントローラ２７に送信する。車両側コントローラ２７は、その情報を受信した場合に、スイッチング素子３４がオフとなるよう制御信号を送信するとともに、整流器２４の接続先が車両用バッテリ２２となるように切換スイッチ２６を制御する。なお、車両側コントローラ２７におけるスイッチング素子３４及び切換スイッチ２６を制御する機能が制御部に対応する。

　なお、図２に示すように、受電器２３と整流器２４との間にはコンデンサ４１が直列に接続されている。これにより、ＤＣバイアス電源３３の直流電力が受電器２３側に流れることが規制されている。

　本実施形態の非接触電力伝送装置１０における一連の動作及び作用について説明する。
　車両が充電可能な位置に配置されている場合、車両側コントローラ２７から電源側コントローラ１４に向けて充電可能信号が送信される。これにより、インピーダンス調整が開始される。具体的には、高周波電源１２からインピーダンス調整用の高周波電力が出力される。そして、整流器２４のスイッチング素子３４がオンとなるとともに整流器２４の接続先が固定抵抗２５となる。これにより、ＤＣバイアス電圧が正側ダイオード３１ａに印加され、正側ダイオード３１ａが動作するとともに、インピーダンス調整用の高周波電力が固定抵抗２５に入力される。

　この場合、整流器２４が動作している状態が仮想的に実現されている。そして、整流器２４から出力された電力（直流電力）は固定抵抗２５に入力されている。固定抵抗２５の抵抗値は、充電用の電力が入力されている場合の車両用バッテリ２２のインピーダンスに対応させて設定されている。このため、充電用の直流電力が車両用バッテリ２２に入力されている状況が仮想的に実現されている。これにより、インピーダンス測定器１５によって、整流器２４の入力端子２４ａから車両用バッテリ２２までのインピーダンスを含めた正確なインピーダンスが測定される。そして、インピーダンス調整器１６では、その正確に測定されたインピーダンスに基づいてインピーダンス調整が行われる。

　インピーダンス調整が完了した場合、高周波電源１２から充電用の高周波電力が出力されるとともに、車両側コントローラ２７に向けてインピーダンス調整が完了したことを示す情報が送信される。これにより、スイッチング素子３４がオフとなり、ＤＣバイアス電圧の印加が停止されるとともに、整流器２４の接続先が車両用バッテリ２２に切り換わる。よって、車両用バッテリ２２の充電が開始される。

　以上詳述した本実施形態は以下の優れた利点を有する。
　（１）受電器２３にて受電した高周波電力の整流に用いられる正側ダイオード３１ａに対して、その正側ダイオード３１ａの閾値電圧と同一のＤＣバイアス電圧を印加するＤＣバイアス電源３３を整流器２４に設けた。これにより、インピーダンス調整を行う場合に出力するインピーダンス調整用の高周波電力の電力値が小さい場合であっても、整流器２４が動作する状態を仮想的に実現することができる。よって、インピーダンス調整用の高周波電力の電力値が小さい場合であっても、整流器２４の入力端子２４ａから車両用バッテリ２２までのインピーダンスを含めたインピーダンスを正確に測定することができるため、高精度のインピーダンス調整を行うことができる。したがって、インピーダンス調整における精度の向上と低消費電力化との両立を図ることができるとともに、インピーダンス調整における反射電力の抑制を通じて、高周波電源１２の負担を軽減することができる。

　ここで、整流器２４の入力端子２４ａから車両用バッテリ２２までのインピーダンスを、予め定められた固定値として把握しておく構成も考えられる。しかしながら、車両用バッテリ２２のインピーダンスは入力される直流電力の電力値に応じて変動するため、固定値として把握する構成では、高精度なインピーダンス調整を行うことができない。これに対して、本実施形態によれば、車両用バッテリ２２のインピーダンスの変動に対応したインピーダンス調整を、低消費電力で行うことができる。

　また、非接触電力伝送装置１０においては、コイル１３ａ，２３ａ間の距離が変動すると、相互インダクタンスが変動し、インピーダンス調整器１６の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが変動する。すると、コイル１３ａ，２３ａ間の距離によっては、インピーダンス調整器１６によるインピーダンス調整を行わないと伝送効率が低く、高周波電源１２からの高周波電力がわずかにしか伝送されない場合がある。すなわち、インピーダンス調整を行わないと、消費電力及び反射電力の増大化が懸念される。

　これに対して、本実施形態によれば、コイル１３ａ，２３ａ間の距離の変動に起因してインピーダンスが変動しても、整流器２４の入力端子２４ａから車両用バッテリ２２までのインピーダンスを含めた正確なインピーダンスを測定することができる。これにより、コイル１３ａ，２３ａを用いて非接触で電力伝送を行う構成において、好適にインピーダンス調整を行うことができる。

　（２）整流器２４と車両用バッテリ２２との間に固定抵抗２５を設け、整流器２４の接続先を、固定抵抗２５と車両用バッテリ２２とに切り換える切換スイッチ２６を設けた。そして、固定抵抗２５の抵抗値を、充電用の直流電力が車両用バッテリ２２に入力される場合の車両用バッテリ２２のインピーダンスと同一に設定し、高周波電源１２からインピーダンス調整用の高周波電力が出力される場合には、整流器２４と固定抵抗２５とが接続されるよう切換スイッチ２６を制御する。これにより、インピーダンス調整用の高周波電力が出力されている状況において、車両用バッテリ２２に充電用の直流電力が入力されている状況を仮想的に作り出すことができる。よって、インピーダンス調整用の高周波電力を用いたインピーダンス調整の精度向上を図ることができる。

　詳細には、車両用バッテリ２２は、入力される直流電力に応じて異なるインピーダンスに見える。このため、インピーダンス調整を行う場合に入力される直流電力の電力値と、実際に充電する際に入力される直流電力の電力値とが異なると、仮にインピーダンス調整用の高周波電力でインピーダンス調整を取ったとしても、充電の際にはインピーダンス調整が取れなくなる。

　これに対して、本実施形態によれば、インピーダンス調整用の高周波電力が出力されている状況において、仮想的に充電用の直流電力で車両用バッテリ２２の充電が行われている状況を作り出すことができる。これにより、インピーダンス調整用の高周波電力を用いて、充電時におけるインピーダンス調整を行うことができ、上記不都合を回避することができる。

　（３）インピーダンス調整を行なっている場合にＤＣバイアス電圧を印加し、インピーダンス調整を行なっていない場合にはＤＣバイアス電圧を印加しないよう動作するスイッチング素子３４を設けた。これにより、必要な場合にのみＤＣバイアス電圧が印加されることを通じて、ＤＣバイアス電源３３の無駄な電力消費を抑制することができる。また、ＤＣバイアス電圧を印加することに起因して車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値が所望値からずれることを抑制することができる。

　詳細には、電源側コントローラ１４はインピーダンス調整を開始する場合及び完了した場合に、それぞれその旨を示す情報を車両側コントローラ２７に送信し、車両側コントローラ２７は、これらの情報に基づいてスイッチング素子３４のオンオフ制御を行う。これにより、既存の構成を用いつつ、高周波電源１２にてインピーダンス調整用の高周波電力を出力するタイミングと、ＤＣバイアス電圧を印加するタイミングとを同期させることができる。

　（４）車両に車両側機器２１を搭載し、整流器２４にて整流された直流電力を用いて、車両側機器２１に設けられた車両用バッテリ２２を充電する。ここで、車両用バッテリ２２は、携帯電話等のバッテリと比較して、大きい蓄電容量が求められる。このため、非接触電力伝送装置１０が扱う電力の電力値は、上記携帯電話等のバッテリを充電させるものと比較して、非常に大きい。このため、インピーダンス調整の精度が低いことに起因する電力損失及び発熱が無視できないとともに、インピーダンス調整を行う場合の消費電力及び反射電力が無視できない。

　これに対して、本実施形態によれば、ＤＣバイアス電圧を印加することにより、充電用の高周波電力の電力値よりも小さい電力値であるインピーダンス調整用の高周波電力にてインピーダンス調整を行うことができる。これにより、比較的大電力を扱う非接触電力伝送装置１０において上記無視できない電力損失等を抑制することができる。これにより、大電力を好適に扱うことができる車両に適した非接触電力伝送装置１０を提供することができる。

　なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
　実施形態では、インピーダンス測定器１５及びインピーダンス調整器１６を地上側機器１１に設けたが、これに限られず、車両側機器２１に設けてもよい。この場合、例えばインピーダンス測定器１５は、受電器２３の出力端（整流器２４の入力端）から車両用バッテリ２２までのインピーダンスを測定し、インピーダンス調整器１６はその測定結果に基づいてインピーダンス調整を行ってもよい。なお、車両側機器２１にインピーダンス調整器１６を設ける場合には、車両側コントローラ２７がインピーダンス調整器１６を制御する。また、地上側機器１１及び車両側機器２１双方に、インピーダンス調整器１６を設けてもよい。要は、地上側機器１１及び車両側機器２１の少なくとも一方にインピーダンス調整器１６を設ければよく、インピーダンス調整器１６を設ける位置やインピーダンス調整器１６の個数については任意である。

　また、インピーダンスを直接測定する構成に代えて、送電器１３からの反射電力を測定し、その反射電力に基づいてインピーダンス調整を行ってもよい。
　さらに、インピーダンス調整器１６を制御するために電源側コントローラ１４を用いたが、これに限られず、別途制御回路を設けてもよい。この場合、制御回路、インピーダンス測定器１５及びインピーダンス調整器１６を１ユニットにしてもよい。

　ＤＣバイアス電圧は、正側ダイオード３１ａの順方向の閾値電圧以上であればよい。
　正側ダイオード３１ａが動作するＤＣバイアス電圧を正側ダイオード３１ａに印加するが、これに限られず、負側ダイオード３１ｂが動作するＤＣバイアス電圧を負側ダイオード３１ｂに印加してもよい。また、正のＤＣバイアス電圧と負のＤＣバイアス電圧とを交互に印加してもよい。要は、ダイオードブリッジ３１を構成するダイオード３１ａ，３１ｂの少なくとも一方が動作するようにＤＣバイアス電圧を印加するとよい。

　実施形態では、ＤＣバイアス電圧を印加するために、ＤＣバイアス電源３３、スイッチング素子３４及びインダクタ３５を設けたが、これに限られない。要は、ＤＣバイアス電圧を印加することができれば、その具体的な構成は任意である。

　整流器２４は、複数のダイオード３１ａ，３１ｂを用いて全波整流するダイオードブリッジ３１を備えていたが、これに代えて、一つのダイオードを用いて半波整流してもよい。この場合、当該一つのダイオードの閾値電圧と同一又はそれ以上のＤＣバイアス電圧を印加する。要は、整流器２４にて用いられる半導体素子の数は任意であり、整流器２４が仮想的に動作する状況を形成することができれば、ＤＣバイアス電圧を印加する対象の半導体素子の数は任意である。

　整流器２４を構成する半導体素子としては、ダイオード３１ａ，３１ｂに限られず、トランジスタ等の他の半導体素子を用いてもよい。要は、整流器２４は、閾値電圧以上の電圧が印加されることで動作する半導体素子を用いて整流すればよい。

　受電器２３から出力される高周波電力の電力値を測定し、その高周波電力の電力値が整流器２４の動作可能な電力値未満である場合に（詳細には測定された交流電圧の振幅が正側ダイオード３１ａの閾値電圧未満である場合に）、スイッチング素子３４をオンとしてもよい。この場合、受電器２３から出力される高周波電力を、ＤＣバイアス電圧を印加する基準として用いつつ、インピーダンス調整を行うことができる。

　１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂからなる共振回路に電磁誘導で結合する１次側結合コイルを送電器１３に別途設けてもよい。この場合、１次側結合コイルと高周波電源１２とを接続し、上記共振回路は、上記１次側結合コイルから電磁誘導によって高周波電力を受ける。同様に、２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂからなる共振回路に電磁誘導で結合する２次側結合コイルを受電器２３に設け、２次側結合コイルを用いて受電器２３の共振回路から電力を取り出してもよい。

　高周波電源１２から出力される交流電圧の波形としては、例えばパルス波形、正弦波等任意である。
　高周波電力を出力する高周波電源１２を設けたが、これに限られない。要は、所定の周波数（例えば１０ｋＨｚ～１０ＭＨｚ）の交流電力を出力する交流電源が設けられればよく、出力される交流電力の周波数は共振周波数等との関係で適宜設定すればよい。

　実施形態では、コンデンサ１３ｂ，２３ｂを設けたが、これらを省略してもよい。この場合、コイル１３ａ，２３ａの寄生容量を用いて磁場共鳴させる。
　実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴を用いたが、これに限られず、電磁誘導を用いてもよい。

　実施形態では、地上側機器１１は地上に設けられているが、これに限られず、車両を充電することが可能な位置に設けられていればよい。例えば、駐車スペースに車庫が設けられている場合には、地上側機器１１は車庫の壁部に設けられてもよい。

　実施形態では、充電対象が車両に設けられた車両用バッテリ２２であったが、これに限られず、例えば携帯電話のバッテリ等であってもよい。但し、電力値の大きな高周波電力を用いた充電を好適に行うことができる点に着目すれば、充電対象は車両用バッテリ２２である方が好ましい。

　実施形態では、整流器２４にて整流された直流電力は車両用バッテリ２２を充電にするのに用いられたが、これに限られず、例えば、車両に設けられた他の電子機器等を駆動させるのに用いてもよい。この場合、他の電子機器は、入力される電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する機器であってもよいし、入力される電力の電力値に関わらず同一のインピーダンスを有する機器であってもよい。

　実施形態では、固定抵抗２５の抵抗値は、充電用の高周波電力を整流して得られる充電用の直流電力が車両用バッテリ２２に入力される場合の当該車両用バッテリ２２のインピーダンスと同一に設定されていたが、これに限られない。例えば、固定抵抗２５の抵抗値は上記インピーダンスに近い値であればよく、厳密に同一に設定されている必要がない。

　高周波電源１２は、所定の内部抵抗を有する電圧源であっても、内部抵抗を無視可能な電圧源（スイッチング電源）であってもよく、電流源であってもよい。

Claims (11)

1. 　非接触電力伝送装置であって、
   　送電機器であって、
   　　交流電力を出力する交流電源と、
   　　前記交流電源から前記交流電力が入力される１次側コイルと、を含む、前記送電機器と、
   　受電機器であって、
   　　前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電するように構成される２次側コイルと、
   　　予め定められた閾値電圧以上の電圧が印加された場合に動作する半導体素子を有する整流部であって、該整流部は前記半導体素子を用いて前記２次側コイルにて受電された交流電力を直流電力に整流する、前記整流部と、
   　　前記直流電力が入力されるように構成される負荷と、
   　　バイアス電圧印加部と、を含む、前記受電機器と、
   　前記送電機器及び前記受電機器の少なくとも一方に設けられ、インピーダンス調整を行うインピーダンス調整部と、
   を備え、
   　前記バイアス電圧印加部は、少なくとも前記インピーダンス調整が行われる場合には前記半導体素子に対して前記閾値電圧以上のバイアス電圧を印加する、
   非接触電力伝送装置。
2. 　前記交流電源は、第１交流電力及び該第１交流電力よりも大きい電力値の第２交流電力を出力するように構成されているとともに、少なくとも前記インピーダンス調整が行われる場合には前記第１交流電力を出力するように構成されており、
   　前記負荷は、入力される前記直流電力の電力値に応じて変動するインピーダンスを有する変動負荷であり、
   　前記受電機器は、
   　　前記整流部と前記変動負荷との間に設けられる固定負荷であって、該固定負荷は、前記交流電源から出力された前記第２交流電力に応じた直流電力が前記変動負荷に入力される場合の前記変動負荷におけるインピーダンスに対応するインピーダンスを有する、前記固定負荷と、
   　　前記整流部の接続先を前記変動負荷と前記固定負荷との間で切り換える接続切換部と、
   　　前記インピーダンス調整が行われる場合には、前記整流部が前記固定負荷に接続されるように前記接続切換部を制御する制御部と、
   　を含む、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 　前記受電機器はバイアス切換部を含んでおり、該バイアス切換部は、前記インピーダンス調整が行われる場合に前記バイアス電圧が前記半導体素子に印加されるように動作するとともに、前記インピーダンス調整が行われない場合に前記バイアス電圧が前記半導体素子に印加されないように動作するように構成される、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
4. 　前記送電機器と前記受電機器とは、互いに情報のやり取りを行うように構成されており、
   　前記送電機器は、前記インピーダンス調整が開始される場合に第１情報を前記受電機器に送信し、前記インピーダンス調整が完了した場合に第２情報を前記受電機器に送信するように構成される情報送信部を有しており、
   　前記受電機器は、バイアス切換部と該バイアス切換部を制御する制御部とを含んでおり、
   　前記バイアス切換部は、前記インピーダンス調整が行われる場合に前記バイアス電圧が前記半導体素子に印加されるように動作するとともに、前記インピーダンス調整が行われない場合に前記バイアス電圧が前記半導体素子に印加されないように動作するように構成され、
   　前記制御部は、前記第１情報を受信した場合に前記バイアス電圧の印加が開始されるように前記バイアス切換部を制御するとともに、前記第２情報を受信した場合に前記バイアス電圧の印加が停止されるように前記バイアス切換部を制御する、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
5. 　前記受電機器は車両に搭載されており、
   　前記負荷は車両用バッテリである、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
6. 　前記交流電源は、前記インピーダンス調整が行われる場合、インピーダンス調整用の交流電力を出力するように構成されており、前記インピーダンス調整用の交流電力は前記車両用バッテリを充電する場合に出力される交流電力の電力値よりも小さい電力値を有する、請求項５に記載の非接触電力伝送装置。
7. 　前記半導体素子は、
   　前記２次側コイルにて受電された交流電力の正成分を整流するのに用いられる正側の半導体素子と、
   　前記２次側コイルにて受電された交流電力の負成分を整流するのに用いられる負側の半導体素子と、を含み、
   　前記バイアス電圧印加部は、前記正側の半導体素子及び前記負側の半導体素子のいずれか一方に対して、その半導体素子の閾値電圧以上のバイアス電圧を印加する、請求項１～６のうちいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。
8. 　交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器から非接触で前記交流電力を受電するように構成される２次側コイルと、
   　予め定められた閾値電圧以上の電圧が印加された場合に動作する半導体素子を有する整流部であって、該整流部は前記半導体素子を用いて前記２次側コイルにて受電された交流電力を直流電力に整流する、前記整流部と、
   　前記整流部にて整流された前記直流電力が入力されるように構成される負荷と、
   　インピーダンス調整を行うインピーダンス調整部と、
   　少なくとも前記インピーダンス調整が行われる場合には前記半導体素子に対して前記閾値電圧以上のバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、
   を備える、受電機器。
9. 　　非接触電力伝送装置であって、
   　送電機器であって、
   　　交流電力を出力する交流電源であって、該交流電源は、第１交流電力及び該第１交流電力よりも大きい電力値の第２交流電力を出力するように構成されている、前記交流電源と、
   　　前記交流電源から前記第１交流電力または前記第２交流電力が入力される１次側コイルと、を含む、前記送電機器と、
   　受電機器であって、
   　　前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電するように構成される２次側コイルと、
   　　入力される電力の電力値に応じて変動するインピーダンスを有する変動負荷と、
   　　前記交流電源から出力された前記第２交流電力を整流することによって生成された直流電力が前記変動負荷に入力される場合の該変動負荷におけるインピーダンスに対応するインピーダンスを有する固定負荷と、
   　　前記直流電力の入力先を、前記変動負荷と前記固定負荷との間で切り換える接続切換部と、
   　　前記接続切換部を制御する制御部と、を含む、前記受電機器と、
   　前記送電機器及び前記受電機器の少なくとも一方に設けられ、インピーダンス調整を行うインピーダンス調整部と、
   　を備え、
   　前記交流電源は、少なくとも前記インピーダンス調整が行われる場合には前記第１交流電力を出力するように構成されており、
   　前記制御部は、前記インピーダンス調整が行われる場合には、前記直流電力が前記固定負荷に入力されるように前記接続切換部を制御する、
   非接触電力伝送装置。
10. 　前記変動負荷はバッテリであり、
    　前記交流電源は、前記バッテリの充電が行われる場合には前記第２交流電力を出力し、
    　前記制御部は、前記バッテリの充電が行われる場合には、前記直流電力がバッテリに入力されるように前記接続切換部を制御する、請求項９に記載の非接触電力伝送装置。
11. 　交流電力が入力される１次側コイル及びインピーダンス調整を行うインピーダンス調整部を有する送電機器から非接触で前記交流電力を受電するように構成される２次側コイルと、
    　予め定められた閾値電圧以上の電圧が印加された場合に動作する半導体素子を有する整流部であって、該整流部は前記半導体素子を用いて前記２次側コイルにて受電された交流電力を直流電力に整流する、前記整流部と、
    　前記整流部にて整流された前記直流電力が入力されるように構成される負荷と、
    　少なくとも前記インピーダンス調整が行われる場合には前記半導体素子に対して前記閾値電圧以上のバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、
    を備える、受電機器。

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