WO2014069148A1 - 非接触電力伝送装置および受電機器 - Google Patents

Abstract

　非接触電力伝送装置（１０）は、交流電力を出力する交流電源（１２，５２）と；交流電力が入力される１次側コイル（１３ａ）と；１次側コイル（１３ａ）から非接触で交流電力を受電可能な２次側コイル（２３ａ）と；２次側コイル（２３ａ）によって受電された交流電力を整流する整流部（２４）と；整流部（２４）によって整流された直流電力が入力される蓄電部（２２）と；整流部（２４）と蓄電部（２２）との間に設けられ、周期的にスイッチングするスイッチング素子（２５ａ）を有するＤＣ／ＤＣコンバータ（２５）と；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って、蓄電部（２２）に対して入力される直流電力の電力値を、蓄電部（２２）の充電に適した電力値に近づける調整を行う制御部（２７）とを備える。

Description

非接触電力伝送装置および受電機器

　本開示は、非接触電力伝送装置に関する。

　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ものが知られている。例えば特開２００９－１０６１３６号公報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次側の共振コイルとを有する送電機器を備えている。非接触電力伝送装置は、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って、送電機器から受電機器に交流電力が伝送され、受電機器に設けられた蓄電部としての車両用バッテリが充電される。

特開２００９－１０６１３６号公報

　ここで、例えば車両用バッテリの充電を好適に行うために、車両用バッテリに対して充電に適した電力値の直流電力を供給する必要がある。また、状況によっては、上記充電に適した電力値が変動する場合が生じ得る。

　なお、上述した事情は、磁場共鳴によって非接触の電力伝送を行うものに限られず、電磁誘導によって非接触の電力伝送を行うものについても同様である。

　本開示は、蓄電部の充電を好適に行うことが可能な非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
　本開示の一側面によれば、非接触電力伝送装置であって、交流電力を出力する交流電源と；前記交流電力が入力される１次側コイルと；前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な２次側コイルと；前記２次側コイルによって受電された交流電力を整流する整流部と；前記整流部によって整流された直流電力が入力される蓄電部と；前記整流部と前記蓄電部との間に設けられ、周期的にスイッチングするスイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータと；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って、前記蓄電部に対して入力される直流電力の電力値を、前記蓄電部の充電に適した電力値に近づける調整を行う制御部とを備える。

　この態様によれば、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で、交流電源の出力端から蓄電部までのインピーダンスを調整し、蓄電部に入力される直流電力の電力値を充電に適した電力値に近づける。これにより、蓄電部の充電を好適に行うことができる。

　特に、本開示を適用することにより、内部で出力される交流電力の電力値を変更することができない交流電源を用いつつ、蓄電部に入力される直流電力の電力値の調整を実現することができる。このような交流電源は、交流電源内において出力される交流電力の電力値を変更することができる交流電源と比較して、簡素な構成となり易い。よって、蓄電部に対して入力される直流電力の電力値を蓄電部の充電に適した電力値に近づけつつ、交流電源の構成の簡素化を図ることができる。

　仮に内部で出力される交流電力の電力値を変更することができる交流電源を用いる場合においては、スイッチング素子のオンオフのデューティ比と組み合わせることにより、蓄電部に入力される直流電力の電力値の可変幅を広げることができる。さらに、仮に蓄電部のインピーダンスが、交流電源から出力される交流電力の電力値が変更されることに起因して変動する構成にあっては、蓄電部のインピーダンスの変動に起因して、蓄電部に対して入力される直流電力の電力値と、蓄電部の充電に適した電力値とのズレが生じる場合がある。これに対して、この態様によれば、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、蓄電部のインピーダンスが変動した場合であっても、蓄電部に対して入力される直流電力の電力値を、蓄電部の充電に適した電力値に近づけることができる。

　一態様としては、前記制御部は、前記蓄電部に入力される直流電力の電力値と、前記蓄電部の充電に適した電力値とのズレが生じる場合に、前記調整を行う。この態様によれば、蓄電部に対して入力される直流電力の電力値と、蓄電部の充電に適した電力値とのズレが生じる場合に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、そのズレが小さくすることができる。これにより、蓄電部の充電を好適に行うことができる。

　一態様としては、前記交流電源によって設定可能な電力値は、１種類である。
　一態様としては、前記交流電源は、前記交流電源内において電圧値又は電流値を変更することによって、前記交流電源から出力される交流電力の電力値を変更する変更部を備え、前記変更部によって、前記蓄電部に入力される直流電力の電力値が、前記蓄電部の充電に適した電力値に近づくようにし、前記蓄電部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し、前記制御部は、前記変更部による変更が行われた場合、前記蓄電部のインピーダンスの変動に応じて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って、前記蓄電部に入力される直流電力の電力値を前記蓄電部の充電に適した電力値に近づける。

　一態様としては、前記蓄電部の充電に適した電力値の直流電力には、電力値が互いに相違する第１直流電力と第２直流電力とが存在し、前記制御部は、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って、前記第１直流電力又は前記第２直流電力を選択的に前記蓄電部に対して入力させる。

　本開示の他の側面によれば、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可能な受電機器であって、前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な２次側コイルと；前記２次側コイルによって受電された交流電力を整流する整流部と；前記整流部によって整流された直流電力が入力される蓄電部と；前記整流部と前記蓄電部との間に設けられ、周期的にスイッチングするスイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記蓄電部に対して入力される直流電力の電力値と、前記蓄電部の充電に適した電力値とのズレが生じる場合に、前記スイッチング素子のオンオフのデューティ比が調整されることによって、前記蓄電部に対して入力される直流電力の電力値が、前記蓄電部の充電に適した電力値に近づく。

　上記態様との関係においては、交流電源を省略して、系統電源の系統電力が送電機器に入力されるように、送電機器が構成されてもよい。
本開示の他の特徴と利点は、以下の詳細な説明と、本開示の特徴を説明するために付随する図面とによって明らかであろう。

　本開示の新規であると思われる特徴は、特に、添付した請求の範囲において明らかである。目的と利益を伴う本開示は、以下に示す現時点における好ましい実施形態の説明を添付した図面とともに参照することで、理解されるであろう。
図１は、第１実施形態の非接触電力伝送装置のブロック図を示す。 図２は、第２実施形態の非接触電力伝送装置のブロック図を示す。

　（第１実施形態）
　図１に示すように、非接触電力伝送装置（非接触電力伝送システム）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とを備える。地上側機器１１が１次側機器（送電機器、送電装置）に対応し、車両側機器２１が２次側機器（受電機器、受電装置）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）を備える。高周波電源１２は、系統電力を用いて高周波電力を出力できるように構成されている。具体的には、高周波電源１２は、系統電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、その直流電力を高周波電力に変換するＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂとを備える。これら各変換器１２ａ，１２ｂは、スイッチング素子を有し、スイッチング素子のスイッチング（オンオフ）によって動作する。つまり、高周波電源１２は、スイッチング素子のスイッチングによって上記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。

　高周波電源１２から出力された高周波電力は、非接触で車両側機器２１に伝送され、車両側機器２１に設けられた車両用バッテリ２２（蓄電部）の充電に用いられる。具体的には、非接触電力伝送装置１０は、地上側機器１１と車両側機器２１との間の電力伝送を行うものとして地上側機器１１に設けられた送電器１３と、車両側機器２１に設けられた受電器２３とを備える。送電器１３には高周波電力が入力される。

　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。送電器１３及び受電器２３の共振周波数は、同一である。

　かかる構成によれば、高周波電源１２から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から高周波電力を受電する。

　車両側機器２１は、受電器２３によって受電され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と、整流器２４によって整流された直流電力の電圧値を異なる電圧値に変換して車両用バッテリ２２に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ２５とを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、周期的にスイッチング（オンオフ）するスイッチング素子２５ａを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、スイッチング素子２５ａのスイッチングによって、そのスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比に応じた電圧値変換を行う。

　車両用バッテリ２２は、例えば直列に接続された複数の電池セルから構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５から直流電力が入力されることで充電される。
　ここで、車両用バッテリ２２の充電態様には、通常充電と押し込み充電とがある。通常充電は、充電の開始時から充電量が予め定められた閾値量となるまで行われる充電態様である。押し込み充電は、充電量が上記閾値量以上となることに基づき行われ、各電池セルの容量ばらつきを補償（低減）させる充電態様である。

　整流器２４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検知センサ２６が設けられている。検知センサ２６の検知結果は、車両側機器２１に設けられた制御部としての車両側コントローラ２７に入力される。これにより、車両側コントローラ２７は、車両用バッテリ２２の充電量を把握することができる。

　地上側機器１１には、車両側コントローラ２７と無線通信可能な電源側コントローラ１４が設けられている。電源側コントローラ１４は、車両側コントローラ２７と情報のやり取りを行うことを通じて、高周波電源１２から高周波電力を出力するかどうか判断する。

　次に、車両用バッテリ２２に入力される直流電力（高周波電源１２から出力される高周波電力）の電力値、及びそれを調整する構成が詳細に説明される。説明の便宜上、以降の説明においては、送電器１３及び受電器２３の相対位置は、予め定められた基準位置であるとする。

　高周波電源１２は、高周波電源１２内で、出力される高周波電力の電圧値及び電流値を変更することができない電源である。換言すれば、高周波電源１２内において設定可能な電力値は、１種類のみとなっている。

　高周波電源１２の出力端から車両用バッテリ２２までを１つの負荷３０とすると、高周波電源１２から出力される高周波電力は、負荷３０に入力される。負荷３０のインピーダンスＺｉｎの基準値（初期値）は、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比が予め定められた基準比である条件下において、高周波電源１２から、車両用バッテリ２２の通常充電に適した電力値の高周波電力（以下、設定値電力という）が出力されるように、設定されている。設定値電力は、通常充電に適した電力値の直流電力（以下、通常充電電力）を車両用バッテリ２２に入力するために必要な電力値を有する高周波電力である。

　高周波電源１２から出力される高周波電力の電力値は、負荷３０のインピーダンスＺｉｎに応じて変動する。高周波電源１２から出力される高周波電力の電力値が変動すれば、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値も変動する。例えば負荷３０のインピーダンスＺｉｎが基準値よりも大きい場合には、通常充電電力の電力値よりも小さい電力値の直流電力が、車両用バッテリ２２に入力される。一方、負荷３０のインピーダンスＺｉｎが基準値よりも小さい場合には、通常充電電力の電力値よりも大きい電力値の直流電力が、車両用バッテリ２２に入力される。つまり、負荷３０のインピーダンスＺｉｎを変えることで、車両用バッテリ２２に所望の電力値の直流電力を入力させることが可能となる。

　ここで、負荷３０のインピーダンスＺｉｎは、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（ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の入力インピーダンス）に依存する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の入力インピーダンスは、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比に依存している。詳細には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の出力側の電圧値は、車両用バッテリ２２のバッテリ電圧値であり、バッテリ電圧値は、車両用バッテリ２２の仕様によって一義的に決まっている。一方、デューティ比に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５に入力される直流電力の電圧値及び電流値の双方が変動し、その結果、上記電圧値の電流値に対する比率であるＤＣ／ＤＣコンバータ２５の入力インピーダンスが変動する。よって、上記デューティ比は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の入力インピーダンスを規定し、その結果、負荷３０のインピーダンスＺｉｎを規定することとなる。

　かかる構成において、地上側機器１１には、測定器４０が設けられ、測定器４０は、高周波電源１２から出力されている高周波電力の電力値を測定する測定部である。測定器４０は、高周波電源１２の出力端（高周波電源１２と送電器１３との間）に設けられ、高周波電源１２の出力電圧及び出力電流を測定し、その測定結果を電源側コントローラ１４に送信する。

　車両側コントローラ２７は、測定器４０の測定結果に基づき、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比を調整（変更）することによって、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値を、換言すれば高周波電源１２から出力される高周波電力の電力値を調整する。詳細には、車両側コントローラ２７は、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場合、電源側コントローラ１４と情報をやり取りすることによって、測定器４０の測定結果を把握する。そして、車両側コントローラ２７は、測定器４０の測定結果に基づき、高周波電源１２から、設定値電力とは異なる電力値の高周波電力が、例えば調整電力が出力されるように、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。調整電力とは、押し込み充電するのに適した電力値の直流電力である「押し込み充電電力」を車両用バッテリ２２に入力させるために必要な電力値を有する高周波電力である。

　次に、各コントローラ１４，２７の制御に係る構成について説明する。
　図１に示すように、各コントローラ１４，２７は、送電器１３及び受電器２３の相対位置が基準位置となるように車両が配置された場合、車両用バッテリ２２の現状の充電量を把握し、充電量に応じた充電制御を行う。

　具体的には、車両側コントローラ２７は、現状の充電量が予め定められた閾値量よりも大きいか否か判定する。車両側コントローラ２７は、現状の充電量が閾値量よりも小さい場合には、高周波電源１２から設定値電力が出力されるように、測定器４０の測定結果を参照しながらスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比を調整する。一方、車両側コントローラ２７は、現状の充電量が閾値量以上である場合には、高周波電源１２から調整電力が出力されるように、測定器４０の測定結果を参照しながらスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比を調整する。

　車両側コントローラ２７は、充電中、定期的に車両用バッテリ２２の充電量を把握する。高周波電源１２から設定値電力が出力されている状況において車両用バッテリ２２の充電量が閾値量以上となった場合には、車両側コントローラ２７は、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って、高周波電源１２から出力される高周波電力を、設定値電力から調整電力に切り換える。これにより、車両用バッテリ２２には、調整電力に対応した直流電力（押し込み充電電力）が入力される（押し込み充電）。

　そして、車両用バッテリ２２の充電が完了（終了）した場合には、車両側コントローラ２７は、停止要求信号を電源側コントローラ１４に送信する。電源側コントローラ１４は、停止要求信号を受信した場合に高周波電源１２を制御して、高周波電力の出力を停止させる。これにより、車両用バッテリ２２の充電が終了する。

　次に、本実施形態の作用が説明される。
　既に説明したとおり、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比が調整されることにより、負荷３０のインピーダンスＺｉｎが調整され、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値（高周波電源１２から出力される高周波電力の電力値）が調整される。これにより、高周波電源１２内で、高周波電源１２から出力される高周波電力の電圧値又は電流値を変更することなく、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値を調整することができる。

　車両用バッテリ２２の充電に適した電力値に着目すれば、車両用バッテリ２２の充電に適した電力値は、充電態様（通常充電、押し込み充電）に応じて変動する。これに対して、車両側コントローラ２７は、車両用バッテリ２２の充電に適した電力値が変動する場合に、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って、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値を、上記車両用バッテリ２２の充電に適した電力値の変動に追従させているとも言える。

　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）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って、負荷３０のインピーダンスＺｉｎを調整し、それを通じて車両用バッテリ２２に対して充電に適した電力値の直流電力（通常充電電力及び押し込み充電電力）を入力させるように、車両側機器２１は構成された。これにより、高周波電源１２内で出力される高周波電力の電圧値、電流値を変更できない場合であっても、車両用バッテリ２２に通常充電電力及び押し込み充電電力を入力することができる。よって、高周波電源１２から出力される高周波電力の電力値を可変させる部品（例えば高周波電源１２内のＤＣ／ＤＣコンバータ等）を省略することができる。したがって、充電に適した電力値の直流電力を車両用バッテリ２２に入力させつつ、高周波電源１２の構成の簡素化を図ることができる。

　ここで、車両用バッテリ２２に対して入力される直流電力の電力値と、車両用バッテリ２２の充電に適した電力値との関係に着目すれば、車両用バッテリ２２の充電に適した電力値が通常充電電力から押し込み充電電力になることによって、両者にズレが生じると言える。そして、デューティ比による調整は、上記ズレが生じる場合に、当該ズレが小さくなるように行われると言える。

　（２）特に、負荷３０のインピーダンスＺｉｎを調整するものとして、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比が採用された。これにより、高耐圧のキャパシタやインダクタ等を設けることなく、直流電力の電力値の調整を行うことができる。

　設定値電力及び調整電力に着目すれば、車両側コントローラ２７は、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って、高周波電源１２から出力される高周波電力の電力値を調整するものであるとも言える。

　また、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比に応じて、２次側コイル２３ａによって受電される高周波電力の電力値が変動することに着目する。そうすれば、車両側コントローラ２７は、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って、２次側コイル２３ａによって受電される高周波電力の電力値を調整するものであるとも言える。

　（第２実施形態）
　本実施形態では、高周波電源の構成が第１実施形態とは異なっている。その異なる点が、図２を用いて説明される。同一の構成については同一の符号を付すとともに、その説明は省略される。

　図２に示すように、本実施形態の高周波電源５２は、高周波電源５２内において電圧値を可変制御（変更）することで電力値が互いに異なる複数種類の高周波電力を出力できるように構成されている。換言すれば、高周波電源５２内において設定可能な複数種類の電力値が、存在する。詳細には、高周波電源５２は、ＡＣ／ＤＣ変換器５２ａ及びＤＣ／ＲＦ変換器５２ｂを備えるとともに、ＡＣ／ＤＣ変換器５２ａとＤＣ／ＲＦ変換器５２ｂとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ５２ｃ（変更部）を備える。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ５２ｃは、スイッチング素子５２ｃｃを有し、スイッチング素子５２ｃｃのスイッチング（オンオフ）に基づき、ＡＣ／ＤＣ変換器５２ａによって変換された直流電力の電圧値を異なる電圧値に、詳細にはスイッチング素子５２ｃｃのオンオフのデューティ比に対応した電圧値に変換し、ＤＣ／ＲＦ変換器５２ｂに出力する。そして、高周波電源５２は、そのＤＣ／ＤＣコンバータ５２ｃから出力される直流電力の電圧値に対応した電力値の高周波電力を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５２ｃから出力される直流電力の電圧値は、上記デューティ比によって規定されるため、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値は、上記デューティ比によって規定される。

　かかる構成において、電源側コントローラ１４は、状況に応じて、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値を変更する。例えば、車両側コントローラ２７は、充電を行う状況において現状の充電量が閾値量よりも小さい場合には、第１要求信号を電源側コントローラ１４に送信する。一方、充電を行う状況において現状の充電量が閾値量以上である場合には、車両側コントローラ２７は、第２要求信号を電源側コントローラ１４に送信する。

　電源側コントローラ１４は、第１要求信号を受信した場合には、高周波電源５２から第１実施形態と同様の設定値電力が出力されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２ｃ（スイッチング素子５２ｃｃのオンオフのデューティ比）を制御する。これにより、通常充電を行うことが可能となっている。

　電源側コントローラ１４は、第２要求信号を受信した場合には、高周波電源５２から第１実施形態と同様の調整電力が出力されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２ｃを制御する。これにより、押し込み充電を行うことが可能となっている。つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２ｃは、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値が車両用バッテリ２２の充電に適した電力値になるように、高周波電源５２内の電圧値を制御することによって高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値を変更する。

　ここで、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変動する変動負荷である。このため、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値が変更されることによって、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値が変動すると、車両用バッテリ２２のインピーダンスが変動し、高周波電源５２の出力端から車両用バッテリ２２までの負荷３０のインピーダンスＺｉｎが変動する。すると、高周波電源５２内において調整電力が出力されるように高周波電源５２が調整されているにも関わらず、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値が、押し込み充電電力の電力値からズレてしまう場合が生じ得る。

　これに対して、本実施形態においては、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値の変動に起因する負荷３０のインピーダンスＺｉｎの変動に応じて、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比が、調整される。詳細には、車両側コントローラ２７は、電源側コントローラ１４と情報をやり取りすることを通じて、測定器４０の測定結果を取得し、その測定結果に基づき、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値を把握する。そして、車両側コントローラ２７は、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値が調整電力の電力値とは異なる場合には、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値が調整電力の電力値に近づくように、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。換言すれば、車両側コントローラ２７は、車両用バッテリ２２の充電に適した電力値が変動する場合に、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って、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値を、車両用バッテリ２２の充電に適した電力値（押し込み充電電力の電力値）に近づけている。

　次に、本実施形態の作用が説明される。
　高周波電源５２は、高周波電源５２内において電圧値を可変制御することで、電力値が異なる複数種類の高周波電力を出力できる。かかる構成において、高周波電源５２内において高周波電源５２から出力される高周波電力が設定値電力から調整電力に変更された場合、負荷３０のインピーダンスＺｉｎの変動に応じて、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比が調整される。詳細には、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比は、高周波電源５２から負荷３０に入力される高周波電力の電力値が調整電力の電力値と一致するように、調整される。これにより、車両用バッテリ２２のインピーダンスが変動する場合であっても、各充電態様に適した電力値の直流電力を車両用バッテリ２２に入力させることができる。

　すなわち、車両用バッテリ２２の充電に適した電力値が通常充電電力から押し込み充電電力になることに応じて、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値が変更される。この場合、負荷３０のインピーダンスＺｉｎの変動に起因して、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値と、車両用バッテリ２２の充電に適した電力値とのズレが生じる。そして、そのズレが小さくなるように、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比は、調整される。

　以上詳述した本実施形態は、以下の優れた効果を奏する。
　（３）ＤＣ／ＤＣコンバータ５２ｃによる設定値電力から調整電力への変更に伴う負荷３０のインピーダンスＺｉｎの変動に応じて、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ように、車両側機器２１は構成された。詳細には、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値が調整電力の電力値に近づくように、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比が調整される。これにより、負荷３０のインピーダンスＺｉｎが変動した場合であっても、押し込み充電に適した電力値の直流電力（押し込み充電電力）を車両用バッテリ２２に入力することができる。よって、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値を決定する際には、上記インピーダンスＺｉｎの変動を考慮する必要がなく、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値は、単純に所望の電力値との関係で設定されればよい。これにより、高周波電源５２の設定値の設計の容易化を図ることができる。換言すれば、車両側コントローラ２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２ｃによる設定値電力から調整電力へ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起因する車両用バッテリ２２の入力電力の電力値の変動が低減されるように、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も言える。

　特に、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値を変更することによって、車両用バッテリ２２に入力される直流電力は、或る程度、押し込み充電電力に近づく。そのため、押し込み充電電力を入力させるのに要するスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比の可変範囲を狭くすることができる。

　（４）また、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比によって負荷３０のインピーダンスＺｉｎを調整することができ、その結果、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値を調整することができる。すなわち、高周波電源５２から出力される高周波電力の電力値を可変させるパラメータとして、高周波電源５２内の電圧値（スイッチング素子５２ｃｃのオンオフのデューティ比）及びスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比の双方が存在する。これにより、スイッチング素子５２ｃｃのオンオフのデューティ比とスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比とを組み合わせることによって、高周波電力の電力値の変動範囲（可変幅）を広くすることができる。よって、仮に仕様の変更等に起因して、電力伝送に用いられる電力値（の最大値）が変更される場合であっても、本実施形態は、好適に対応することができる。

　上記各実施形態は、以下のように変更されてもよい。
　○　各実施形態では、送電器１３及び受電器２３の相対位置は基準位置であるとされたが、これに限定されない。実施形態は、例えば両者の相対位置が基準位置からズレている場合であってもよい。この場合、充電に適した電力値の直流電力が車両用バッテリ２２に入力されるように、測定器４０の測定結果に基づきスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比が調整されるとよい。

　○　調整電力に加えて（又は代えて）、他の電力値の高周波電力が出力されるように、高周波電源１２，５２が構成されてもよい。例えば、通常充電よりも充電時間が短くなる急速充電を行う場合には、通常充電電力の電力値よりも大きな電力値の直流電力が車両用バッテリ２２に入力されるように、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比が調整されてもよい。

　○　各実施形態では、高周波電源１２，５２の出力端に測定器４０を設けたが、これに限定されない。高周波電源１２，５２の設定箇所は、任意である。例えば車両側機器２１に測定器４０を設け、その測定結果に基づき、高周波電源１２，５２から出力される高周波電力の電力値を推定するように、非接触電力伝送装置１０は構成されてもよい。車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値を測定し、その測定結果を車両側コントローラ２７に出力する測定器が、車両側機器２１に設けられてもよい。この場合、電源側コントローラ１４と車両側コントローラ２７とは測定結果に係る情報をやり取りする必要がないため、処理の簡素化を図ることができる。

　○　各実施形態では、車両側コントローラ２７がスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比の調整を行う構成であったが、これに限定されない。制御の主体は、任意であり、例えば車両側コントローラ２７とは別に専用の制御回路が設けられてもよい。また、例えばスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比を可変させる駆動回路（パルス信号出力回路）を設けることで、電源側コントローラ１４がその駆動回路の制御を行うように、非接触電力伝送装置１０は構成されてもよい。

　○　各実施形態では、測定器４０が設けられていたが、これに限定されない。測定器４０は、省略されてもよい。この場合、例えば、送電器１３及び受電器２３の相対位置が基準位置となっている条件下においては、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値が充電に適した電力値（例えば押し込み充電電力の電力値）となるスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比を把握（算出）できる。このため、車両用バッテリ２２の充電に適した電力値と、当該充電に適した電力値が車両用バッテリ２２に入力されるためのスイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比とが対応付けられて設定されたマップが、メモリに記憶されるとよい。車両側コントローラ２７は、マップを参照することで、スイッチング素子２５ａのオンオフのデューティ比を特定し、特定結果に基づき上記デューティ比の調整を行う。

　○　高周波電源１２，５２から出力される高周波電力の電圧波形は、パルス波形、正弦波等任意である。
　○　各実施形態では、各コンデンサ１３ｂ，２３ｂが設けられたが、これに限定されない。各コンデンサ１３ｂ，２３ｂは、省略されてもよい。この場合、各コイル１３ａ，２３ａの寄生容量を用いて、送電器１３と受電器２３とは、磁場共鳴する。

　○　各実施形態では、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、これに限定されない。電力伝送が可能な範囲内で、送電器１３の共振周波数と受電器２３の共振周波数とを異ならせてもよい。

　○　各実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴が用いられたが、これに限定されない。電磁誘導が用いられてもよい。
　○　送電器１３は、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、その共振回路に電磁誘導で結合する１次側結合コイルとを有するように構成されてもよい。同様に、受電器２３は、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、その共振回路に電磁誘導で結合する２次側結合コイルとを有するように構成されてもよい。

　○　高周波電源１２，５２は、電圧源でもあってもよいし、電流源であってもよい。高周波電源５２は、高周波電源５２内において電圧値を可変制御することで電力値が異なる複数種類の高周波電力を出力できるように構成されているが、これに限定されない。高周波電源５２は、高周波電源５２内において電流値を可変制御することで電力値が異なる複数種類の高周波電力を出力できるように、構成されていてもよい。「高周波電源５２内において電圧値又は電流値を可変制御（変更）する」とは、高周波電源５２に入力される交流電力（系統電力）の電圧値又は電流値を可変制御するとも言える。つまり、高周波電源５２は、入力される交流電力の電圧値又は電流値を可変制御することで電力値が異なる複数種類の高周波電力を出力できるように、構成されているとも言える。

　○　各実施形態では、非接触電力伝送装置１０は、車両に適用されていたが、これに限定されず、他の機器に適用されてもよい。例えば非接触電力伝送装置１０は、携帯電話のバッテリを充電するのに適用されてもよい。

　○　各実施形態では、充電に適した電力値が変動する場合にデューティ比の調整が行われるように、車両側機器２１は構成されたが、これに限定されない。例えば充電に適した電力値が一定である状況において定期的に車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値を測定し、その測定結果から現状の充電に適した電力値とのズレを算出し、そのズレ量が予め定められた許容値を超えている場合に、デューティ比の調整を行うように、車両側機器２１は構成されてもよい。要は、「前記蓄電部に入力される直流電力の電力値と、前記蓄電部の充電に適した電力値とのズレ」とは、蓄電部の充電に適した電力値の変動、及び、前記蓄電部に対して入力される直流電力の電力値の変動の少なくとも一方に基づき生じ得る。電力伝送に支障が少ない微小なズレを対象外とするべく、上記のように、ズレ量に許容値を設け、ズレ量が許容値を超えた場合にデューティ比の調整が行われるように、車両側機器２１は構成されてもよい。

　○　車両側機器２１に、詳細には受電器２３と整流器２４との間に、インピーダンス変換を行う２次側インピーダンス変換器が、設けられてもよい。ここで、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスの実部には、他の抵抗値と比較して、相対的に高い伝送効率となる特定抵抗値が存在する。換言すれば、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスの実部には、所定の抵抗値（第１抵抗値）よりも伝送効率が高くなる特定抵抗値（第２抵抗値）が存在する。詳細には、仮に送電器１３の入力端に仮想負荷を設けた場合において、仮想負荷の抵抗値をＲａ１と称し、受電器２３（詳細には受電器２３の出力端）から仮想負荷までの抵抗値をＲｂ１と称すると、特定抵抗値は、√（Ｒａ１×Ｒｂ１）である。

　これに対応して、２次側インピーダンス変換器は、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが特定抵抗値に近づく（好ましくは一致する）ように、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インピーダンス変換してもよい。

　○　地上側機器１１に、詳細には高周波電源１２，５２と送電器１３との間に、インピーダンス変換を行う１次側インピーダンス変換器が設けられてもよい。この場合、１次側インピーダンス変換器は、例えば力率が改善されるように、送電器１３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インピーダンス変換するとよい。

　上記実施形態においては、高周波電源１２，５２を省略して、系統電源の系統電力が送電器１３に入力されるように、送電器１３は構成されてもよい。

　１０…非接触電力伝送装置、１１…地上側機器（送電機器）、１２…高周波電源、１３ａ…１次側コイル、２１…車両側機器（受電機器）、２２…車両用バッテリ（蓄電部）、２３ａ…２次側コイル、２５…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２５ａ…ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子、３０…負荷、４０…測定器、５２…第２実施形態の高周波電源、５２ｃ…ＤＣ／ＤＣコンバータ。

Claims (6)

1. 　非接触電力伝送装置であって、
   　交流電力を出力する交流電源と；
   　前記交流電力が入力される１次側コイルと；
   　前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な２次側コイルと；
   　前記２次側コイルによって受電された交流電力を整流する整流部と；
   　前記整流部によって整流された直流電力が入力される蓄電部と；
   　前記整流部と前記蓄電部との間に設けられ、周期的にスイッチングするスイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータと；
   　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って、前記蓄電部に対して入力される直流電力の電力値を、前記蓄電部の充電に適した電力値に近づける調整を行う制御部と
   を備える、非接触電力伝送装置。
2. 　前記制御部は、前記蓄電部に入力される直流電力の電力値と、前記蓄電部の充電に適した電力値とのズレが生じる場合に、前記調整を行う、
   　請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 　前記交流電源によって設定可能な電力値は、１種類である、
   　請求項１又は請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 　前記交流電源は、前記交流電源内において電圧値又は電流値を変更することによって、前記交流電源から出力される交流電力の電力値を変更する変更部を備え、前記変更部によって、前記蓄電部に入力される直流電力の電力値が、前記蓄電部の充電に適した電力値に近づくようにし、
   　前記蓄電部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し、
   　前記制御部は、前記変更部による変更が行われた場合、前記蓄電部のインピーダンスの変動に応じて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って、前記蓄電部に入力される直流電力の電力値を前記蓄電部の充電に適した電力値に近づける、
   　請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
5. 　前記蓄電部の充電に適した電力値の直流電力には、電力値が互いに相違する第１直流電力と第２直流電力とが存在し、
   　前記制御部は、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って、前記第１直流電力又は前記第２直流電力を選択的に前記蓄電部に対して入力させる、
   　請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
6. 　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可能な受電機器であって、
   　前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な２次側コイルと；
   　前記２次側コイルによって受電された交流電力を整流する整流部と；
   　前記整流部によって整流された直流電力が入力される蓄電部と；
   　前記整流部と前記蓄電部との間に設けられ、周期的にスイッチングするスイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータと
   を備え、
   　前記蓄電部に対して入力される直流電力の電力値と、前記蓄電部の充電に適した電力値とのズレが生じる場合に、前記スイッチング素子のオンオフのデューティ比が調整されることによって、前記蓄電部に対して入力される直流電力の電力値が、前記蓄電部の充電に適した電力値に近づく、受電機器。

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