WO2014010518A1

WO2014010518A1 - 受電機器及び電力伝送システム

Info

Publication number: WO2014010518A1
Application number: PCT/JP2013/068436
Authority: WO
Inventors: 中島　豊; 古池　剛; 田口　雄一; 博樹戸叶; 啓介松倉; 琢磨小野
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2014-01-16
Also published as: JP2014018031A; EP2874268A4; EP2874268A1; US20150200547A1; US9806535B2; JP5853889B2

Abstract

受電機器は、第１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第１交流電力を受電可能な２次側コイルを含む。受電機器は、第１電力伝送経路と、第２電力伝送経路と、第１及び第２電力伝送経路に共通して設けられた共通経路と、共通経路上に設けられた電圧調整部とを含む。電圧調整部は、２次側コイルにて受電した第１交流電力、又は接続部からの第２交流電力を整流し、且つ該整流された電力を予め定められた特定電圧値に変換して出力する。

Description

受電機器及び電力伝送システム

　本発明は、受電機器及び電力伝送システムに関する。

　従来から、電力伝送システムには、電源コードや送電ケーブルといった有線を用いて電力伝送を行う接触式のものと、電源コードや送電ケーブルを用いない非接触式のものがある。非接触式の電力伝送システムとしては、例えば磁場共鳴を用いたものが知られている。例えば特許文献１の非接触式の電力伝送システムは、交流電源から交流電力が入力される１次側の共振コイルを有する送電機器と、１次側の共振コイルと磁場共鳴可能な２次側の共振コイルを有する受電機器とを備えている。そして、１次側の共振コイルと２次側の共振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。

特開２００９－１０６１３６号公報

　ここで、利便性の観点から、接触式での電力伝送と、非接触式での電力伝送との双方に対応することができる受電機器又は電力伝送システムが考えられる。この場合、両方に対応するために構成の複雑化が懸念される。

　本発明の目的は、比較的簡素な構成で、接触式の電力伝送と、非接触式の電力伝送との双方に好適に対応することができる受電機器及びその受電機器を備えた電力伝送システム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の態様は、受電機器を提供する。受電機器は、第１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第１交流電力を受電可能な２次側コイルと、第２交流電力の伝送に用いられるケーブルが接続される接続部と、負荷と、前記２次側コイルと前記負荷とを互いに接続する第１電力伝送経路と、前記接続部と前記負荷とを互いに接続する第２電力伝送経路と、前記第１及び第２電力伝送経路に共通して設けられた共通経路と、前記共通経路上に設けられ、前記２次側コイルにて受電した前記第１交流電力、又は前記接続部からの前記第２交流電力を整流し、且つ該整流された電力を予め定められた特定電圧値に変換して出力する電圧調整部とを備える。

　本発明の第２の態様は、送電機器と、第１の態様の受電機器とを備える電力伝送システムを提供する。前記送電機器は、前記第１交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器を含む。

　上記構成によれば、受電機器が第１交流電力又は第２交流電力を受電した場合には、共通経路上に設けられた電圧調整部によって、いずれの交流電力も整流されることにより特定電圧値を有する直流電力に変換されて出力される。これにより、いずれの交流電力が入力された場合であっても、負荷に対して安定した直流電力を供給することができるとともに、各電力伝送経路上それぞれに電圧調整部を設ける構成と比較して、構成の簡素化を図ることができる。したがって、比較的簡素な構成で、接触式の電力伝送と、非接触式の電力伝送との双方に好適に対応することができる。

本発明に係る電力伝送システムのブロック図。昇圧整流回路の回路図。充電処理を示すフローチャート。

　以下、本発明に係る電力伝送システムについて図１～図３を用いて説明する。

　図１に示すように、電力伝送システム１０は、地上に設けられた地上機器１１と、車両に搭載された車両機器２１とを備えている。地上機器１１が送電機器、即ち１次側機器に対応し、車両機器２１が受電機器、即ち２次側機器に対応する。

　ここで、電力伝送システム１０は、ケーブルを用いることなく、地上機器１１から車両機器２１への電力伝送を行う非接触式の第１電力伝送経路ＥＬ１と、ケーブルＣ１を用いて系統電源Ｅから車両機器２１への電力伝送を行う接触式の第２電力伝送経路ＥＬ２とを備えている。

　先ず、第１電力伝送経路ＥＬ１に係る構成について説明すると、地上機器１１は、第１電力伝送経路ＥＬ１上に設けられ、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変換電源１２（交流電源）を備えている。高周波変換電源１２は、系統電源Ｅからの交流電力を用いて高周波電力を出力可能に構成されている。具体的には、高周波変換電源１２は、スイッチング素子（例えばパワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌｏｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））を有しており、当該スイッチング素子のスイッチングによって所定の周波数の高周波電力を得るスイッチング電源である。

　なお、説明の便宜上、以降の説明においては、系統電源Ｅから出力される５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電力を単に低周波電力と言い、高周波電力及び低周波電力の双方を総称して交流電力という。系統電源Ｅからの低周波電力が「第２交流電力」に対応し、高周波変換電源１２からの高周波電力が「第１交流電力」に対応する。

　高周波変換電源１２から出力される高周波電力は、第１電力伝送経路ＥＬ１を介して、車両機器２１に伝送され、車両機器２１に設けられた車両用バッテリ２２の充電に用いられる。具体的には、電力伝送システム１０は、地上機器１１に設けられた送電器１３（１次側共振回路）と、車両機器２１に設けられた受電器２３（２次側共振回路）とを備えている。

　送電器１３及び受電器２３は同一の構成を有しており、両者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、互いに並列に接続された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、互いに並列に接続された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。送電器１３及び受電器２３の共振周波数は同一に設定されている。

　かかる構成によれば、高周波変換電源１２からの高周波電力が送電器１３（１次側コイル１３ａ）に入力された場合、送電器１３（１次側コイル１３ａ）と受電器２３（２次側コイル２３ａ）とが磁場共鳴する。これにより、受電器２３は送電器１３のエネルギの一部を受け取る。すなわち、受電器２３は、送電器１３から高周波電力を非接触で受電する。

　車両機器２１は、昇圧整流回路２４（電圧調整部）とＤＣ／ＤＣコンバータ２５とを備えている。昇圧整流回路２４は、受電器２３が受電した高周波電力を整流し、且つ所定の電圧値の直流電力を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、昇圧整流回路２４及び車両用バッテリ２２の間に設けられ、昇圧整流回路２４から出力された直流電力を入力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５から出力された直流電力が車両用バッテリ２２に入力される。

　第１電力伝送経路ＥＬ１上には、インピーダンス変換又はインピーダンス整合を行う１次側整合器１４及び２次側整合器２６が設けられている。詳細には、１次側整合器１４は、地上機器１１における高周波変換電源１２と送電器１３との間に設けられており、２次側整合器２６は受電器２３と昇圧整流回路２４との間に設けられている。各整合器１４，２６の定数は予め定められている。

　第１電力伝送経路ＥＬ１上であって、受電器２３と２次側整合器２６との間には、受電器２３にて受電した高周波電力を検知可能な電力検知部２７が設けられている。これにより、電力検知部２７の検知結果に基づき、受電器２３が高周波電力を受電しているか否かを把握することが可能となっている。

　また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５と車両用バッテリ２２との間には、車両用バッテリ２２の充電量を検知するバッテリセンサ２８が設けられている。これにより、バッテリセンサ２８の検知結果に基づき、車両用バッテリ２２の充電量を把握可能となっている。

　以上の通り、高周波変換電源１２から出力された高周波電力は、第１電力伝送経路ＥＬ１上に設けられた送電器１３及び受電器２３を介して伝送され、昇圧整流回路２４にて整流されて車両用バッテリ２２に入力される。これにより、車両用バッテリ２２の充電が行われる。すなわち、第１電力伝送経路ＥＬ１は、系統電源Ｅ→高周波変換電源１２→１次側整合器１４→送電器１３→受電器２３→電力検知部２７→２次側整合器２６→昇圧整流回路→ＤＣ／ＤＣコンバータ２５→バッテリセンサ２８→車両用バッテリ２２の順で電力を伝送する経路である。

　なお、念のため説明すると、本実施形態においては、昇圧整流回路２４が「電圧調整部」に対応し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は「電圧調整部」とは別体として説明する。

　次に、第２電力伝送経路ＥＬ２に係る構成について説明する。

　電力伝送システム１０は、第２電力伝送経路ＥＬ２を構成するものとして、低周波電力の伝送に用いられるケーブルＣ１を備えている。ケーブルＣ１の一端は系統電源Ｅに接続されている。ケーブルＣ１の他端には、差し込み可能な充電プラグＰが設けられている。

　充電プラグＰに対応させて、車両機器２１には、充電プラグＰが挿入可能な接続部としてコネクタ２９が設けられている。充電プラグＰとコネクタ２９とが互いに接続されることにより、系統電源Ｅと車両機器２１とが互いに電気的に接続される。

　コネクタ２９は、昇圧整流回路２４に接続されている。これにより、コネクタ２９を介して伝送された低周波電力は整流されて、整流された電力が車両用バッテリ２２に入力されることとなる。これにより、車両用バッテリ２２の充電が行われる。すなわち、第２電力伝送経路ＥＬ２は、系統電源Ｅ→ケーブルＣ１→コネクタ２９→昇圧整流回路２４→ＤＣ／ＤＣコンバータ２５→バッテリセンサ２８→車両用バッテリ２２の順で電力を伝送する経路である。

　ここで、電力伝送経路ＥＬ１，ＥＬ２において、系統電源Ｅから昇圧整流回路２４までの経路は互いに異なる一方、昇圧整流回路２４から車両用バッテリ２２までの経路は互いに共通している。つまり、昇圧整流回路２４から車両用バッテリ２２までの経路は、電力伝送経路ＥＬ１，ＥＬ２の一部を構成し、電力伝送経路ＥＬ１，ＥＬ２に共通して設けられた共通経路ＥＬ３である。換言すれば、共通経路ＥＬ３上に、昇圧整流回路２４、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５及びバッテリセンサ２８が設けられていると言える。

　地上機器１１には、高周波変換電源１２の制御を行う制御部としての電源コントローラ１５が設けられている。また、車両機器２１には、電源コントローラ１５と無線通信可能な制御部としての車両コントローラ３０が設けられている。電力伝送システム１０は、コントローラ１５，３０間での情報のやり取りを通じて、電力伝送、即ち充電の開始又は終了等の各種制御を行う。

　ここで、コネクタ２９は、ケーブルＣ１と接続されているか否か、詳細には充電プラグＰが挿入されているか否かを検知するプラグ検知部２９ａを備えている。プラグ検知部２９ａ及び電力検知部２７は、その検知結果を車両コントローラ３０に送信する。これにより、車両コントローラ３０は、プラグ検知部２９ａ及び電力検知部２７の検知結果に基づき、高周波電力を受電しているのか、低周波電力を受電しているのかを把握することが可能となっている。

　さらに、バッテリセンサ２８は、その検知結果を車両コントローラ３０に送信する。これにより、車両コントローラ３０は、バッテリセンサ２８の検知結果に基づき、車両用バッテリ２２の充電量を把握することが可能となっている。

　ちなみに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、周期的にスイッチングを行うスイッチング素子２５ａを備えている。車両コントローラ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５のスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比を調整することにより、車両用バッテリ２２に対して一定の電流が流れるように制御する。

　次に、昇圧整流回路２４について図２を用いて説明する。

　既に説明したとおり、昇圧整流回路２４は入力される交流電力を整流し、直流電力を出力するものである。詳細には、図２に示すように、昇圧整流回路２４は、高周波電力及び低周波電力を整流するものとして、全波整流を行うダイオードブリッジ３１及びリップル電流を除去する平滑コンデンサ３２を備えている。また、昇圧整流回路２４は、ダイオードブリッジ３１によって全波整流された脈流電力が入力されるチョークコイル３３と、当該チョークコイル３３に対して並列に接続されたスイッチング素子３４とを備えている。スイッチング素子３４は、例えばｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴで構成されている。スイッチング素子３４は、車両コントローラ３０に接続されたゲートと、チョークコイル３３に接続されたドレインと、接地されたソースとを有する。そして、車両コントローラ３０からのパルス信号がスイッチング素子３４のゲートに入力される。また、昇圧整流回路２４は、整流しつつ逆流を抑制するためのダイオード３５と、チョークコイル３３に対して並列に接続された平滑コンデンサ３６とを備えている。ダイオード３５は、チョークコイル３３に対して直列に接続されている。詳細には、ダイオード３５は、チョークコイル３３及びスイッチング素子３４のドレインに接続されたアノードと、昇圧整流回路２４の出力端を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２５に接続されたカソードとを有する。平滑コンデンサ３６は、ダイオード３５のカソードに接続された一端と、接地された他端とを有する。

　かかる構成によれば、車両コントローラ３０からゲートに対して、所定の周期のパルス信号が入力された場合、当該所定の周期でスイッチング素子３４のスイッチング（オンオフ）が行われる。この場合、チョークコイル３３を流れる電流（以下インダクタ電流Ｉという）は、スイッチング素子３４のオンオフのデューティ比に対応したものとなる。そして、上記脈流電力は、ダイオード３５及び平滑コンデンサ３６によって平滑化されて直流電力になり、当該直流電力が昇圧整流回路２４から出力される。昇圧整流回路２４から出力される直流電力の電圧値は、スイッチング素子３４のオンオフのデューティ比に依存している。

　ここで、車両コントローラ３０は、昇圧整流回路２４からＤＣ／ＤＣコンバータ２５が動作するような電圧値の直流電力が出力されるように、スイッチング素子３４のオンオフのデューティ比を制御している。本実施形態では、車両コントローラ３０は、昇圧整流回路２４から出力される直流電力の電圧値が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５に使用される部品の耐圧範囲内で、力率とＤＣ／ＤＣコンバータ２５での損失とのバランスを考慮した値（以下、特定電圧値という）となるように、スイッチング素子３４のオンオフのデューティ比を制御している。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５での損失は、入力される直流電力の電圧値が高ければ高いほど少なくなる。一方、力率は、インダクタ電流Ｉの包絡線の位相と、チョークコイル３３の印加電圧Ｖの包絡線の位相とが互いに近づけば近づくほど改善するものである。このため、本実施形態では、車両コントローラ３０は、昇圧整流回路２４から出力される直流電力の電圧値が、力率とＤＣ／ＤＣコンバータ２５での損失とのバランスを考慮した値となるようにスイッチング素子３４のオンオフのデューティ比を制御している。

　なお、特定電圧値は、車両用バッテリ２２の電圧値よりも高い。また、特定電圧値は、例えば力率が「１」に近づきつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５での損失が低減されるような値に設定されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５での損失としては、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ２５のスイッチング素子２５ａのスイッチング損失を含む。また、高周波電力の電圧値と、低周波電力の電圧値とが互いに異なる場合、高周波電力に対応した特定電圧値と、低周波電力に対応した特定電圧値とは互いに異なり得る。

　また、詳細な説明は後述するが、スイッチング素子３４のゲートには、昇圧整流回路２４に入力される交流電力の周期よりも短い周期のパルス信号が入力されるように構成されている。これにより、昇圧整流回路２４に入力される交流電力に対してスイッチング素子３４のスイッチングが追従することができるようになっている。

　また、昇圧整流回路２４は、ダイオードブリッジ３１に入力される交流電力を、高周波電力又は低周波電力に切り換えるスイッチ群３７を備えている。スイッチ群３７は、コネクタ２９とダイオードブリッジ３１との間の接続／非接続を切り換える第１スイッチ３７ａと、受電器２３（詳細には２次側整合器２６）とダイオードブリッジ３１との間の接続／非接続を切り換える第２スイッチ３７ｂとを備えている。車両コントローラ３０は、スイッチ群３７のオンオフ制御を行うことにより、ダイオードブリッジ３１の接続先を、コネクタ２９又は受電器２３に切り換える。

　車両コントローラ３０は、非接触式又は接触式のいずれかの電力供給を受けている場合、詳細にはプラグ検知部２９ａによって充電プラグＰが挿入されたことが検知された場合、又は電力検知部２７によって高周波電力を受電していることが検知された場合には、車両用バッテリ２２を充電するための充電処理を実行する。当該充電処理について図３のフローチャートを用いて説明する。

　先ず、ステップＳ１０１にて、車両コントローラ３０は、接触式の充電を行うのか、又は非接触式の充電を行うのかを判定する。具体的には、車両コントローラ３０は、プラグ検知部２９ａ及び電力検知部２７の検知結果に基づいて、充電プラグＰが挿入されているか、または受電器２３が高周波電力を受電しているのかを判定する。

　受電器２３が高周波電力を受電している場合には、車両コントローラ３０は、ステップＳ１０２に進み、非接触式充電を開始する。具体的には、車両コントローラ３０は、スイッチ群３７を制御して、受電器２３とダイオードブリッジ３１とを互いに接続する。そして、車両コントローラ３０は、非接触式充電を開始するための各種初期設定を行う。

　その後、ステップＳ１０３にて、車両コントローラ３０は、スイッチング素子３４のオンオフのデューティ比の設定を行う。具体的には、車両コントローラ３０は、高周波電力の周波数に対応させて、スイッチングを高速化させる。車両コントローラ３０は、例えば、スイッチング周波数を、高周波電力の周波数の１０倍に設定する。換言すれば、車両コントローラ３０は、スイッチング周期を、高周波電力の周期の１／１０に設定する。

　その後、車両コントローラ３０は、ステップＳ１０４にて充電制御を実行する。詳細には、車両コントローラ３０は、昇圧整流回路２４から出力される直流電力の電圧値が特定電圧値となるように、スイッチング素子３４のオンオフのデューティ比を調整する。

　また、車両コントローラ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５に含まれるスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比を調整することにより、車両用バッテリ２２を流れる電流を一定にする。

　その後、車両コントローラ３０は、ステップＳ１０５に進み、バッテリセンサ２８の検知結果に基づいて、車両用バッテリ２２の充電が完了、即ち終了しているか否かを判定する。詳細には、車両コントローラ３０は、車両用バッテリ２２の充電量が予め定められた充電完了量以上であるか否かを判定する。

　車両用バッテリ２２の充電量が充電完了量未満である場合、車両コントローラ３０は、充電が完了していないと判定し、ステップＳ１０４に戻る。すなわち、車両コントローラ３０は、充電が完了するまで、繰り返しステップＳ１０４の処理を実行する。一方、充電が完了したと判定された場合には、車両コントローラ３０は、ステップＳ１０６に進み、充電終了処理を実行して、本充電処理を終了する。車両コントローラ３０は、充電終了処理では、非接触式の充電が行われている場合には、充電終了信号を電源コントローラ１５に対して送信する。電源コントローラ１５は、受電終了信号を受信したことに基づいて、高周波電力の出力が停止するよう高周波変換電源１２を制御する。一方、接触式の充電が行われている場合には、電源コントローラ１５は、系統電源Ｅからの電力供給を止める処理を実行する。なお、本処理の具体的な構成としては任意であるが、例えば第２電力伝送経路ＥＬ２上にリレーを設け、そのリレーの切換を行う構成が考えられる。

　一方、ステップＳ１０１にて、充電プラグＰが挿入されていると判定された場合には、車両コントローラ３０は、ステップＳ１０７に進み、接触式充電を開始する。具体的には、車両コントローラ３０は、スイッチ群３７を制御して、コネクタ２９とダイオードブリッジ３１とを互いに接続する。そして、車両コントローラ３０は、接触式充電を開始するための各種初期設定を行う。

　その後、車両コントローラ３０は、ステップＳ１０８にて、スイッチング素子３４のオンオフのデューティ比の設定を行う。具体的には、車両コントローラ３０は、低周波電力の周波数に対応させて、スイッチングを低速化させる。車両コントローラ３０は、例えば、スイッチングの周波数を、低周波電力の周波数の１０倍に設定する。換言すれば、車両コントローラ３０は、スイッチングの周期を、低周波電力の周期の１／１０に設定する。この場合、低周波電力の周波数は高周波電力の周波数よりも低いため、本処理にて設定された周波数は、ステップＳ１０３の処理にて設定される周波数よりも低い。すなわち、高周波電力が入力された場合のスイッチング周波数は、低周波電力が入力された場合のそれよりも低い。その後、車両コントローラ３０は、ステップＳ１０４～ステップＳ１０６の処理を実行して、充電処理を終了する。

　次に、本実施形態の作用について説明する。

　既に説明したとおり、共通経路ＥＬ３上に昇圧整流回路２４が設けられているため、いずれの電力伝送経路ＥＬ１，ＥＬ２で電力を伝送する場合であっても昇圧整流回路２４が経由されている。

　ここで、昇圧整流回路２４のスイッチング素子３４のスイッチングが行われることによって、インダクタ電流Ｉは、連続した三角波状の電流波形となる。この場合、スイッチング素子３４のオンオフのデューティ比によってインダクタ電流Ｉの振幅が決まっており、当該振幅は、昇圧整流回路２４から出力される電圧値が特定電圧値となるように設定されている。このため、高周波電力及び低周波電力のいずれが入力された場合であっても、車両用バッテリ２２の充電が好適に行われる。

　また、インダクタ電流Ｉの包絡線の位相と、チョークコイル３３の印加電圧Ｖの包絡線の位相とが互いに近づくようにスイッチング素子３４のオンオフのデューティ比を制御しているため、力率が改善されている。

　ここで、昇圧整流回路２４に低周波電力が入力される場合のスイッチング周波数は、昇圧整流回路２４に高周波電力が入力される場合のスイッチング周波数よりも低く設定されている。これにより、低周波電力を整流する場合において、スイッチング素子３４のスイッチング損失が低減されている。

　以上詳述した本実施形態によれば以下の優れた効果を奏する。

　（１）非接触式の第１電力伝送経路ＥＬ１と接触式の第２電力伝送経路ＥＬ２とが設けられている。第１及び第２電力伝送経路ＥＬ１，ＥＬ２の共通経路ＥＬ３上に、高周波電力及び低周波電力のいずれが入力された場合であっても、予め定められた特定電圧値の直流電力を出力する昇圧整流回路２４が設けられている。これにより、非接触式の電力伝送と接触式の電力伝送とにおいて、構成の共通化を図ることができ、それを通じて構成の簡素化を図ることができる。

　（２）昇圧整流回路２４から出力される直流電力の電圧値が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５での損失が低減されるような値に設定されている。これにより、伝送効率を高めることができ、車両用バッテリ２２の充電を好適に行うことができる。

　（３）昇圧整流回路２４に低周波電力が入力されている場合のスイッチング周波数が、昇圧整流回路２４に高周波電力が入力されている場合のスイッチング周波数よりも低く設定されている。これにより、スイッチング周波数と、昇圧整流回路２４への入力電力の周波数とのミスマッチに起因する電力損失を低減することができる。

　詳細には、スイッチング素子３４のスイッチング周波数は、入力される交流電力の周波数に追従できるように、入力される交流電力よりも高い必要がある。このため、高周波電力が入力される場合には、当該高周波電力の周波数よりも高い周波数でスイッチングを行う必要がある。一方、低周波電力が入力されている場合に、上記高周波電力の周波数よりも高い周波数でスイッチングを行うと、必要以上にスイッチングが行われ、スイッチング損失が大きくなる。

　これに対して、本実施形態では、低周波電力が入力される場合には、スイッチング素子３４のスイッチング周波数が相対的に低く設定されている。これにより、低周波電力に追従しつつ、スイッチング損失を低減することができる。よって、高周波電力と低周波電力とで昇圧整流回路２４を共通化することによって生じ得る上記不都合を回避することができる。

　（４）スイッチング素子３４のオンオフのデューティ比を調整することにより、インダクタ電流Ｉの包絡線の位相とチョークコイル３３の印加電圧Ｖの包絡線の位相とが互いに近づいている。これにより、力率が改善されているため、伝送効率の更なる向上を図ることができる。

　なお、昇圧整流回路２４及びＤＣ／ＤＣコンバータ２５を１つの電圧変換器として着目すれば、本電圧変換器の効率が相対的に高くなるように昇圧整流回路２４（電圧調整部）から出力される直流電力の電圧値が設定されているとも言える。

　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、特定電圧値は、力率とＤＣ／ＤＣコンバータ２５での損失とのバランスを考慮して設定されている。これに限られず、例えば力率を考慮せず、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の損失が最小となる値に特定電圧値を設定してもよい。具体的には、特定電圧値として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５に使用される部品の耐圧範囲内で、昇圧整流回路２４が出力可能な最大電圧値を採用してもよい。

　○　一方、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ２５での損失を考慮せず、力率が「１」となる電圧値を特定電圧値として採用してもよい。但し、好適に電力伝送を行う点に着目すれば、力率が「１」に近づきつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５での損失が低減される電圧値を特定電圧値として設定するとよい。換言すれば、力率とＤＣ／ＤＣコンバータ２５での損失とに基づいて、昇圧整流回路２４から出力される直流電力の電圧値を決定すればよい。この場合、例えば力率が予め定められた閾値以上の範囲内での昇圧整流回路２４の最大電圧値を特定電圧値としてもよいし、特定電圧値を、予め定められた閾値以上且つ耐圧以下の範囲内で力率が高くなるように設定してもよい。

　○　実施形態では、昇圧整流回路２４にはスイッチ群３７が設けられている。これに限られず、スイッチ群３７を省略してもよい。但し、コネクタ２９から低周波電力が供給された場合に、その低周波電力の一部が受電器２３側に逆流することを鑑みれば、スイッチ群３７を設けた方が好ましい。

　○　昇圧整流回路２４は、交流電力を整流し、特定電圧値の直流電力が出力されるように動作するものであれば、具体的な構成は任意である。

　○　また、車両用バッテリ２２の電圧値が高周波電力及び低周波電力の電圧値よりも低い場合には、昇圧する構成に代えて、降圧する構成にするとよい。

　○　実施形態では、高周波電力が入力される場合と、低周波電力が入力される場合とで、スイッチング素子３４のスイッチング周波数が変更される。これに限られず、スイッチング素子３４のスイッチング周波数を変更しない構成としてもよい。この場合、高周波電力に追従することができるように、スイッチング周波数を、高周波電力の周波数よりも高く設定しておくとよい。

　○　実施形態では、各整合器１４，２６の定数は固定値であったが、これに限られず、可変であってもよい。また、各整合器１４，２６を省略してもよい。

　○　実施形態では、スイッチング素子３４のスイッチングを制御する主体は車両コントローラ３０であったが、これに限られず、例えば車両コントローラ３０とは別に専用のコントローラを設けてもよい。また、電源コントローラ１５が制御する構成としてもよい。

　○　高周波変換電源１２から異なる電力値（電圧値）の高周波電力が出力されてもよい。この場合であっても、特定電圧値の直流電力が出力されるようにスイッチング素子３４のオンオフのデューティ比を制御するとよい。また、この場合、高周波変換電源１２からの出力電力の電力値の変更に伴う車両用バッテリ２２のインピーダンスの変動に対応し得る。これに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５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一定となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５に設けられたスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比を調整するとよい。

　○　実施形態では、プラグ検知部２９ａ及び電力検知部２７の検知結果に基づいて、高周波電力又は低周波電力を受電していることが把握される。これに限られず、把握するための具体的な構成は任意である。例えば、電源コントローラ１５が今回採用する充電方式を無線通信で車両コントローラ３０に対して送信する構成であってもよい。

　○　実施形態では、車両機器２１にＤＣ／ＤＣコンバータ２５が設けられているが、これを省略してもよい。

　○　実施形態では、系統電源Ｅから車両用バッテリ２２への一方向の電力伝送である。これに限られず、車両用バッテリ２２を放電させることにより、車両用バッテリ２２から地上機器１１、系統電源Ｅ又は他の蓄電装置（例えば家庭用蓄電装置）等への電力伝送を行うことが可能な双方向の電力伝送システムであってもよい。

　○　高周波変換電源１２から出力される高周波電力の電圧の波形としては、パルス波形、正弦波等任意である。

　○　実施形態では、高周波電力を出力する高周波変換電源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変換電源であればよく、出力される交流電力の周波数は、共振周波数等の関係で適宜設定すればよい。また、高周波変換電源１２を省略してもよい。

　○　実施形態では、各コンデンサ１３ｂ，２３ｂを設けたが、これらを省略してもよい。この場合、各コイル１３ａ，２３ａの寄生容量を用いて磁場共鳴させる。

　○　実施形態では、送電器１３の共振周波数と受電器２３の共振周波数とは同一に設定されていたが、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で両者を異ならせてもよい。

　○　実施形態では、送電器１３及び受電器２３の構成は同一であったが、これに限られず、両者が異なる構成であってもよい。

　○　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。

　○　送電器１３に、１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂからなる共振回路と電磁誘導で結合する１次側結合コイルを別途設けてもよい。この場合、１次側結合コイルと高周波変換電源１２とを互いに接続し、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構成とする。同様に、受電器２３に、２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂからなる共振回路と電磁誘導で結合する２次側結合コイルを設け、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。

　○　高周波変換電源１２は電圧源であってもよく、電流源であってもよい。

　○　実施形態では、電力伝送システム１０は、車両に適用されているが、これに限られず、他の機器に適用されてもよい。電力伝送システム１０は、例えば、携帯電話のバッテリを充電するのに適用されてもよい。

　○　実施形態では、比較的低周波数の低周波電力を接触式で伝送し、比較的高周波数の高周波電力を非接触式で伝送する。これに限られず、高周波電力を接触式で伝送し、低周波電力を非接触式で伝送してもよい。

　○　非接触式と接触式とで昇圧整流回路２４に入力される交流電力の電圧値が異なる場合、スイッチング素子３４のオンオフのデューティ比を調整することにより、同一電圧値の直流電力を出力してもよい。但し、例えば、昇圧整流回路２４から出力される直流電力の電圧値を、非接触式で交流電力が入力された時に、力率を改善し、且つ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５での損失を低減する値に設定した場合、接触式で交流電力が入力された時に力率が改善できない場合がある。

Claims

　受電機器であって、
　第１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第１交流電力を受電可能な２次側コイルと、
　第２交流電力の伝送に用いられるケーブルが接続される接続部と、
　負荷と、
　前記２次側コイルと前記負荷とを互いに接続する第１電力伝送経路と、
　前記接続部と前記負荷とを互いに接続する第２電力伝送経路と、
　前記第１及び第２電力伝送経路に共通して設けられた共通経路と、
　前記共通経路上に設けられ、前記２次側コイルにて受電した前記第１交流電力、又は前記接続部からの前記第２交流電力を整流し、且つ該整流された電力を予め定められた特定電圧値に変換して出力する電圧調整部とを備える受電機器。
　前記電圧調整部は、周期的にスイッチングするスイッチング素子を含み、前記電圧調整部は、当該スイッチング素子のオンオフのデューティ比を調整することにより、前記第１交流電力の電圧値、又は前記第２交流電力の電圧値を前記特定電圧値に変換する、請求項１に記載の受電機器。
　前記第２交流電力の周波数は、前記第１交流電力の周波数よりも低く、
　前記電圧調整部に前記第２交流電力が入力されている場合の前記スイッチング素子のスイッチング周波数は、前記電圧調整部に前記第１交流電力が入力されている場合の前記スイッチング素子のスイッチング周波数よりも低い、請求項２に記載の受電機器。
　前記負荷はバッテリを含み、前記特定電圧値は、前記バッテリの電圧値より高い、請求項２又は請求項３に記載の受電機器。
　前記特定電圧値は、力率が高くなるように設定されている、請求項２に記載の受電機器。
　前記電圧調整部と前記負荷との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータを更に備え、前記特定電圧値は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータでの損失が低減されるように設定されている、請求項２に記載の受電機器。
　前記電圧調整部と前記負荷との間に設けられ、スイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータを更に備え、
　前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチング素子のオンオフのデューティ比を調整することにより、前記負荷に入力される電流値が調整される、請求項１～４のうちいずれか一項に記載の受電機器。
　電力伝送システムであって、
　送電機器と、
　前記送電機器から非接触で第１交流電力を受電する受電機器とを備え、
　前記送電機器は、前記第１交流電力が入力される１次側コイルを有し、
　前記受電機器は、
　前記送電機器から非接触で前記第１交流電力を受電可能な２次側コイルと、
　第２交流電力の伝送に用いられるケーブルが接続される接続部と、
　負荷と、
　前記２次側コイルと前記負荷とを互いに接続する第１電力伝送経路と、
　前記接続部と前記負荷とを互いに接続する第２電力伝送経路と、
　前記第１及び第２電力伝送経路に共通して設けられた共通経路と、
　前記共通経路上に設けられ、前記２次側コイルにて受電した前記第１交流電力、又は前記接続部からの前記第２交流電力を整流し、且つ該整流された電力を予め定められた特定電圧値に変換して出力する電圧調整部とを備える、電力伝送システム。