JP2015208100A - 非接触電力伝送装置及び送電機器 - Google Patents

Abstract

【課題】１次側コイルと２次側コイルとの間で電力伝送が行われるか否かを好適に把握できる非接触電力伝送装置及び送電機器を提供すること。
【解決手段】交流電源１２及び１次側共振器１３（１次側コイル１３ａ）を有する送電機器１１は、１次側共振器１３が２次側共振器２３から受電した交流電力を検出する受電検出部３２を備えている。そして、送電機器１１は、受電機器２１が搭載された車両１００が１次側共振器１３の周囲に存在するか否かの存在判定を行う電源側コントローラ１４を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触電力伝送装置及び送電機器に関する。

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、予め定められた周波数の交流電力を出力する交流電源、及び、当該交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器と、１次側コイルから非接触で交流電力を受電可能な２次側コイルを有する受電機器とを備えているものが知られている（例えば特許文献１参照）。かかる非接触電力伝送装置においては、例えば１次側コイルと２次側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非接触で交流電力が伝送される。また、特許文献１には、受電機器が対象物としての車両に搭載されていることが記載されている。

特開２００９−１０６１３６号公報

ここで、１次側コイルと２次側コイルとの相対位置等によっては、１次側コイルから２次側コイルへの電力伝送が十分に行われない場合がある。このため、１次側コイルと２次側コイルとの間で電力伝送が行われるか否かを把握することが求められる場合がある。

本発明の目的は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、１次側コイルと２次側コイルとの間で電力伝送が行われるか否かを好適に把握できる非接触電力伝送装置及び送電機器を提供することである。

上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、交流電力を出力する第１交流電源、及び、前記第１交流電源から交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器と、前記第１交流電源から前記１次側コイルに入力される交流電力を非接触で受電可能な２次側コイル、及び、前記２次側コイルに対して交流電力を出力する第２交流電源を有する受電機器と、前記送電機器に設けられ、前記１次側コイルが前記２次側コイルから非接触で受電した交流電力を検出する受電検出部と、前記受電機器が搭載された対象物が前記１次側コイルの周囲に存在するか否かを判定する存在判定部と、前記存在判定部によって前記対象物が前記１次側コイルの周囲に存在すると判定されたことを契機として前記第２交流電源から前記２次側コイルに交流電力が入力された場合に、前記受電検出部の検出結果に基づいて、前記２次側コイルから前記１次側コイルへの電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定部と、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、存在判定部による判定が行われ、その判定結果が肯定判定である場合には第２交流電源から２次側コイルに交流電力が入力される。そして、第２交流電源から２次側コイルに交流電力が入力された場合に、受電検出部の検出結果に基づいて、２次側コイルから１次側コイルへの電力伝送が行われているか否かが判定される。よって、１次側コイルと２次側コイルとの間で電力伝送が行われるか否かを好適に把握できる。

上記非接触電力伝送装置について、前記存在判定部は、前記送電機器内における電圧値及び電流値の少なくとも一方の変動に基づいて、前記１次側コイルの周囲に前記対象物が存在するか否かを判定するとよい。かかる構成によれば、送電機器内における電圧値及び電流値の少なくとも一方の変動に基づいて、１次側コイルの周囲に対象物が存在するか否かの判定を行うことにより、対象物を検出する専用のセンサ等を設けたり、受電機器と情報のやり取りを行ったりすることなく、上記判定を行うことができる。

なお、「前記送電機器内における電圧値及び電流値の少なくとも一方の変動」とは、例えば交流電源が、外部電力を直流電力に変換する第１変換部、及び、第１変換部から入力される直流電力を交流電力に変換する第２変換部を有する構成においては、第１変換部から１次側コイルまでの電力伝送経路上の所定位置における電圧値及び電流値の少なくとも一方の変動や、当該変動に起因して変動する各種パラメータ、例えば力率や電力値等が含まれる。

上記非接触電力伝送装置について、前記交流電源は、外部電力を直流電力に変換する第１変換部と、前記第１変換部から直流電力が入力されるものであって当該直流電力を交流電力に変換する第２変換部と、を備え、前記送電機器は、前記１次側コイルの接続先を、前記第２変換部又は前記受電検出部に切り替える切替部と、前記第１変換部の出力電圧値及び出力電流値の少なくとも一方を検出対象に含む送電検出部と、を備え、前記存在判定部は、前記送電検出部の検出結果に基づいて、前記対象物が前記１次側コイルの周囲に存在するか否かを判定するものであり、前記非接触電力伝送装置は、前記存在判定部による判定が行われる場合には、前記１次側コイルの接続先が前記第２変換部となっている一方、前記伝送判定部による判定が行われる場合には、前記１次側コイルの接続先が前記受電検出部となるように前記切替部を制御する切替制御部を備えているとよい。かかる構成によれば、存在判定部による判定が行われる場合には、１次側コイルの接続先が第２変換部となっている。これにより、送電検出部の検出結果に基づいて、対象物が１次側コイルの周囲に存在するか否かを判定できる。一方、伝送判定部による判定が行われる場合には、１次側コイルの接続先が受電検出部となっている。これにより、第２変換部として、直流電力及び交流電力間の双方向変換が可能なものを採用することなく、２次側コイルから１次側コイルへの電力伝送が行われているか否かの判定を行うことができる。

なお、「前記１次側コイルの接続先が前記第２変換部となっている」とは、１次側コイルと第２変換部とが直接接続されている場合に限られず、所定の部品を介して接続されている態様を含む。

上記目的を達成する送電機器は、交流電力を出力する第１交流電源と、前記第１交流電源から交流電力が入力される１次側コイルと、を備え、２次側コイル及び当該２次側コイルに交流電力を出力する第２交流電源を有する受電機器の前記２次側コイルに対して非接触で交流電力を送電可能なものであって、前記１次側コイルが前記２次側コイルから非接触で受電した交流電力を検出する受電検出部と、前記受電機器が搭載された対象物が前記１次側コイルの周囲に存在するか否かを判定する存在判定部と、を備え、前記存在判定部によって前記対象物が前記１次側コイルの周囲に存在すると判定されたことを契機として前記第２交流電源から前記２次側コイルに交流電力が入力された場合に、前記受電検出部の検出結果に基づいて、前記２次側コイルから前記１次側コイルへの電力伝送が行われているか否かの判定が行われることを特徴とする。

かかる構成によれば、存在判定部による判定が行われ、その判定結果が肯定判定である場合には第２交流電源から２次側コイルに交流電力が入力される。そして、第２交流電源から２次側コイルに交流電力が入力された場合に、受電検出部の検出結果に基づいて、２次側コイルから１次側コイルへの電力伝送が行われているか否かが判定される。よって、１次側コイルと２次側コイルとの間で電力伝送が行われるか否かを好適に把握できる。

この発明によれば、１次側コイルと２次側コイルとの間で電力伝送が行われるか否かを好適に把握できる。

非接触電力伝送装置及び送電機器の電気的構成を示すブロック図。 充電準備処理を示すフローチャート。 （ａ），（ｂ）は車両が駐車される様子を示す模式図。 （ａ）は力率の変動を示すグラフであり、（ｂ）は受電電力の変動を示すグラフ。 別例の送電機器の電気的構成を示すブロック図。

以下、非接触電力伝送装置（非接触電力伝送システム）及び送電機器（送電装置）の一実施形態について説明する。
図１に示すように、非接触電力伝送装置１０は、非接触で電力伝送が可能な送電機器１１（地上側機器、１次側機器）と受電機器２１（車両側機器、２次側機器）を備えている。送電機器１１は地上に設けられており、受電機器２１は車両１００に搭載されている。

送電機器１１は、予め定められた周波数の交流電力を出力可能な第１交流電源としての交流電源１２を備えている。交流電源１２は、例えば電圧源であり、インフラとしての系統電源Ｅから外部電力として系統電力が入力された場合に、当該系統電力を交流電力に変換しその変換された交流電力を出力可能に構成されている。

詳細には、交流電源１２は、系統電源Ｅから入力される系統電力を直流電力に変換する第１変換部としてのＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから直流電力が入力されるものであって当該直流電力を交流電力に変換し、その変換された交流電力を出力する第２変換部としてのＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとを備えている。

本実施形態のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、当該ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力の電力値を可変に構成されている。これにより、交流電源１２は、電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能となっている。また、本実施形態のＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、直流電力を交流電力に変換可能である一方、交流電力を直流電力に変換することはできない一方向性の変換器である。

交流電源１２から出力された交流電力は、非接触で受電機器２１に伝送され、受電機器２１に設けられた車両用バッテリ２２（蓄電装置）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、送電機器１１及び受電機器２１間の電力伝送を行うものとして、送電機器１１に設けられ且つ交流電源１２から出力された交流電力が入力される１次側共振器１３と、受電機器２１に設けられた２次側共振器２３とを備えている。

１次側共振器１３及び２次側共振器２３は同一の構成となっており、両者は磁場共鳴可能に構成されている。詳細には、１次側共振器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からなる共振回路を有している。２次側共振器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からなる共振回路を有している。両共振回路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、１次側共振器１３及び２次側共振器２３の相対位置が磁場共鳴可能な位置にある状況において、交流電力が１次側共振器１３（１次側コイル１３ａ）に入力された場合、１次側共振器１３と２次側共振器２３（２次側コイル２３ａ）とが磁場共鳴する。これにより、２次側共振器２３は１次側共振器１３からのエネルギの一部を受け取る。すなわち、２次側共振器２３は、１次側共振器１３から交流電力を受電する。

ちなみに、交流電源１２から出力される交流電力の周波数は、１次側共振器１３及び２次側共振器２３間にて電力伝送が可能となるよう、１次側共振器１３及び２次側共振器２３の共振周波数に対応させて設定されている。例えば、交流電力の周波数は、１次側共振器１３及び２次側共振器２３の共振周波数と同一に設定されている。なお、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で、交流電力の周波数と、１次側共振器１３及び２次側共振器２３の共振周波数とが、ずれていてもよい。

受電機器２１は、交流電力及び直流電力間の双方向変換が可能な電力変換部２４を備えている。電力変換部２４は、２次側共振器２３と車両用バッテリ２２との間に設けられている。電力変換部２４は、２次側共振器２３によって受電された交流電力が入力されている場合には、当該交流電力を直流電力に変換し、その変換された直流電力を車両用バッテリ２２に出力する。この場合、車両用バッテリ２２が充電される。

一方、電力変換部２４は、車両用バッテリ２２の放電が行われることによって車両用バッテリ２２から直流電力が入力されている場合には、当該直流電力を交流電力に変換し、その変換された交流電力を２次側共振器２３に出力する。この場合、仮に１次側共振器１３と２次側共振器２３とが磁場共鳴可能な位置に配置されている場合には、２次側共振器２３から１次側共振器１３への電力伝送が行われる。なお、車両用バッテリ２２及び電力変換部２４は、交流電力を出力する第２交流電源に対応する。

受電機器２１は、２次側共振器２３によって受電された交流電力を検出する２次側検出部２５を備えている。２次側検出部２５は、２次側共振器２３によって受電された交流電力の電圧値及び電流値を検出し、その検出結果を、受電機器２１に設けられた車両側コントローラ２６に送信する。車両側コントローラ２６は、電力変換部２４による電力変換の制御、及び、車両用バッテリ２２の充電又は放電の切替制御を行う。

なお、受電機器２１は、車両用バッテリ２２の充電状態（ＳＯＣ）を検知し、その検知結果を車両側コントローラ２６に送信するＳＯＣセンサを備えている（図示略）。
送電機器１１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを制御する電源側コントローラ１４を備えている。電源側コントローラ１４と車両側コントローラ２６とは、互いに無線通信可能に構成されている。非接触電力伝送装置１０は、各コントローラ１４，２６が互いに情報のやり取りを行いながら、電力伝送の開始又は終了などを行う。なお、各コントローラ１４，２６間の無線通信の具体的な方式については任意であるが、例えばＺｉｇｂｅｅ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等が考えられる。

送電機器１１は、交流電源１２（詳細にはＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ）と１次側共振器１３との間に設けられ、インピーダンス変換を行うインピーダンス変換器３０を備えている。インピーダンス変換器３０は、例えばトランスやＬＣ回路等で構成されている。

ここで、インピーダンス変換器３０の入力端（ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力端）から車両用バッテリ２２までを１つの電源負荷とする。インピーダンス変換器３０は、交流電源１２から予め定められた特定電力値の交流電力である充電用電力が出力され、且つ、各共振器１３，２３の相対位置が予め定められた基準位置である場合における電源負荷に対する力率λが「１」に近づく（好ましくは一致する）ように１次側共振器１３（１次側コイル１３ａ）の入力インピーダンスを変換する。すなわち、本実施形態のインピーダンス変換器３０は、力率改善回路である。

ここで、既に説明した通り、１次側共振器１３は、交流電源１２から出力された交流電力を２次側共振器２３に非接触で送電するのに用いられるとともに、２次側共振器２３からの交流電力を非接触で受電するのに用いられる。これに対応させて、送電機器１１は、交流電源１２から出力される交流電力（以降単に送電電力という）に関する電気的特性と、１次側共振器１３が２次側共振器２３から非接触で受電した交流電力（以降単に受電電力という）に関する電気的特性とを検出可能に構成されている。

詳細には、図１に示すように、送電機器１１は、送電電力に関する電気的特性を検出するものとして、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値と力率λとを検出するのに用いられる送電検出部３１を備えている。送電検出部３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電圧値及び出力電流値を検出するとともに、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電流値を検出し、その検出結果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、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電圧値と出力電流値とに基づいてＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値を算出し、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電流値とＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電流値とに基づいて力率λを算出する。なお、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電流値は、例えば実効値である。また、送電検出部３１は、送電機器１１内における電圧値及び電流値の少なくとも一方の変動を検出するものとも言える。

送電機器１１は、１次側共振器１３によって受電された交流電力である受電電力を検出する受電検出部３２と、１次側共振器１３（１次側コイル１３ａ）の接続先を、交流電源１２（詳細にはＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ）又は受電検出部３２に切り替える切替リレー３３（切替部）とを備えている。切替リレー３３は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂと１次側共振器１３との間、詳細にはインピーダンス変換器３０と１次側共振器１３との間に配置されている。受電検出部３２は、切替リレー３３によって１次側共振器１３に接続されている状況において受電電力を検出し、その検出結果を電源側コントローラ１４に送信する。

なお、図１に示すように、切替リレー３３による１次側共振器１３と交流電源１２との接続とは、１次側共振器１３と交流電源１２との間に別の部品（例えばインピーダンス変換器３０）が介在している態様を含む。

電源側コントローラ１４及び車両側コントローラ２６は、本格的な車両用バッテリ２２の充電を開始する前段階において、送電機器１１から受電機器２１への電力伝送が正常に行われることを確認するための充電準備処理を実行する。充電準備処理では、電源側コントローラ１４は、１次側共振器１３の周囲に、受電機器２１が搭載された対象物としての車両１００が存在するか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合に、１次側共振器１３と２次側共振器２３との間で電力伝送が行われるか否かの伝送判定を行う。

ちなみに、本実施形態の充電準備処理は、例えば各コントローラ１４，２６間で情報のやり取りが可能であって、且つ、車両１００が停止する前段階、つまり車両１００の移動中（駐車運転中）に実行される。例えば、充電準備処理の具体的な実行契機は、電源側コントローラ１４の無線通信可能な範囲内に車両１００が進入してきた場合等である。

充電準備処理について図２のフローチャートを用いて説明する。なお、図示の都合上、図２においては、電源側コントローラ１４にて実行される充電準備処理と、車両側コントローラ２６にて実行される充電準備処理とを示す。また、各コントローラ１４，２６間でやり取りされる信号を破線にて示す。

まず、電源側コントローラ１４にて実行される充電準備処理について説明する。図２に示すように、電源側コントローラ１４は、ステップＳ１０１にて１次側共振器１３と交流電源１２（ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ）とが接続されるように切替リレー３３を制御する。

その後、ステップＳ１０２にて、電源側コントローラ１４は仮送電を開始する。詳細には、電源側コントローラ１４は、交流電源１２から仮送電用電力が出力されるようにＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを制御する。当該仮送電用電力の電力値は、充電用電力の電力値よりも小さい。

続くステップＳ１０３では、電源側コントローラ１４は、送電検出部３１の検出結果に基づいて、力率λを算出する。そして、ステップＳ１０４にて、電源側コントローラ１４は、算出された力率λが予め定められた閾値力率λｔｈ以上であるか否かを判定する。電源側コントローラ１４は、算出された力率λが閾値力率λｔｈ以上である場合には、ステップＳ１０５に進む一方、算出された力率λが閾値力率λｔｈ未満である場合には、ステップＳ１０３に戻る。つまり、電源側コントローラ１４は、力率λが閾値力率λｔｈ以上となるまで定期的に、力率λの算出、及び、算出された力率λと閾値力率λｔｈとの比較を行う。

ここで、既に説明した通り、インピーダンス変換器３０の定数は、各共振器１３，２３の相対位置が基準位置となっている場合において力率λが「１」に近づくように、各共振器１３，２３の相対位置が基準位置となっている場合の１次側共振器１３の入力インピーダンスに対応させて設定されている。そして、１次側共振器１３の入力インピーダンスは、１次側共振器１３の周囲に車両１００（２次側共振器２３）が存在するか否かによって変動する。このため、力率λは、１次側共振器１３の周囲に車両１００が存在する場合には上昇する一方、１次側共振器１３の周囲に車両１００が存在しない場合には低下する。よって、力率λが閾値力率λｔｈ以上となることは、１次側共振器１３の周囲に車両１００が存在する蓋然性が高いことを意味する。このため、ステップＳ１０４の処理は、１次側共振器１３の周囲に車両１００が存在するか否かの判定処理と言える。電源側コントローラ１４がステップＳ１０４の処理を実行する機能が「存在判定部」に対応する。

ちなみに、交流電源１２から仮送電用電力が出力されている状況下において１次側共振器１３の周囲（例えば電源側コントローラ１４の無線通信範囲内）に車両１００が存在しない場合の力率λを第１力率とする。また、交流電源１２から仮送電用電力が出力されている状況下において各共振器１３，２３の相対位置が基準位置となっている場合の力率λを第２力率とする。この場合、閾値力率λｔｈは、第１力率と第２力率との間の値であれば任意である。例えば、閾値力率λｔｈとして、第１力率と第２力率との平均値と、第１力率との間の値を採用してもよい。

１次側共振器１３の周囲とは、電源側コントローラ１４の無線通信範囲内であれば任意であるが、例えば１次側共振器１３から予め定められた特定距離の範囲内としてもよい。特定距離は、例えば、各共振器１３，２３間の伝送効率が予め定められた閾値効率以上となる距離が考えられる。この場合、閾値力率λｔｈは、交流電源１２から仮送電用電力が出力されている状況下において各共振器１３，２３間の距離が特定距離である場合の力率λに設定されているとよい。この場合、力率λが閾値力率λｔｈ以上である場合には、各共振器１３，２３が閾値効率以上の伝送効率となる位置に配置されている可能性があることを意味する。

なお、上記構成に限られず、１次側共振器１３の周囲は、例えば交流電源１２から充電用電力が出力可能な各共振器１３，２３の位置ずれ許容範囲としてもよい。位置ずれ許容範囲とは、仮に当該位置ずれ許容範囲内にて各共振器１３，２３がどのように配置されている場合であっても、交流電源１２が充電用電力を出力可能な範囲であり、交流電源１２の定格によって規定されるものである。この場合、閾値力率λｔｈは、上記位置ずれ許容範囲内にて各共振器１３，２３が任意に配置される条件下において交流電源１２から仮送電用電力が出力されている場合の最小力率に設定されているとよい。かかる構成において、力率λが閾値力率λｔｈ以上となることは、交流電源１２が充電用電力を出力可能な範囲に２次側共振器２３（車両１００）が配置されている可能性があることを意味する。つまり、ステップＳ１０４の処理は、１次側共振器１３（送電機器１１）が所望の電力値の交流電力を送電可能な範囲内に２次側共振器２３（受電機器２１）が存在しているか否かを判定する処理とも言える。

１次側共振器１３の周囲に車両１００が存在すると判定された場合に実行されるステップＳ１０５では、電源側コントローラ１４は、仮送電を停止し、車両１００の移動停止を要求する移動停止要求信号を送信する。

続くステップＳ１０６では、電源側コントローラ１４は、車両１００が検出されていない未検出状態から、車両１００を仮検出した仮検出状態に移行する。電源側コントローラ１４は、仮検出状態では、仮検出対象の車両１００以外の車両とは通信を行わないように通信を規制する。なお、電源側コントローラ１４は、初期状態では未検出状態であり、当該未検出状態では、通信規制を行わない。

その後、ステップＳ１０７では、電源側コントローラ１４は、１次側共振器１３と受電検出部３２とが接続されるように切替リレー３３を制御する。そして、ステップＳ１０８にて、電源側コントローラ１４は、仮検出されている車両１００の車両側コントローラ２６に対して、放電を要求する放電要求信号を送信する。すなわち、車両用バッテリ２２の放電は、１次側共振器１３の周囲に車両１００が存在することを契機として行われる。

ステップＳ１０９では、電源側コントローラ１４は、放電要求信号を送信してから所定期間内に受電検出部３２にて受電電力が検出されたか否かを判定する。電源側コントローラ１４がステップＳ１０９の処理を実行する機能が「伝送判定部」に対応する。

ちなみに、「受電検出部３２にて受電電力が検出された」とは、例えば受電検出部３２によって検出された受電電力の電圧値、電流値又は電力値が「０」よりも大きい場合や、受電電力の電力値が予め定められた閾値電力値よりも大きい場合等が考えられる。閾値電力値は、例えば車両用バッテリ２２の放電電力の電力値に対して予め定められた閾値伝送効率を乗算した値等が考えられる。

所定期間内に受電電力が検出された場合、２次側共振器２３から１次側共振器１３への電力伝送が行われていること、換言すれば１次側共振器１３と２次側共振器２３との間で電力伝送が行われることを意味する。この場合、電源側コントローラ１４は、ステップＳ１０９を肯定判定し、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、電源側コントローラ１４は、充電が可能であることを示す充電可能信号を車両側コントローラ２６に送信する。そして、電源側コントローラ１４は、ステップＳ１１１にて、仮検出状態から本検出状態に移行して、本充電準備処理を終了する。電源側コントローラ１４は、本検出状態となったことに基づいて、予め定められた充電終了条件が成立するまで、交流電源１２から充電用電力が出力されるように交流電源１２を制御する。これにより、１次側共振器１３から２次側共振器２３へ充電用電力が伝送される。

充電終了条件は、例えばＳＯＣセンサによって検出される車両用バッテリ２２の充電状態が予め定められた状態（満充電状態）となることや、送電機器１１に充電停止スイッチが設けられている場合には当該充電停止スイッチが操作された場合等である。

なお、電源側コントローラ１４は、充電用電力の出力中定期的に、力率λ及びＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値を把握し、これらの値の少なくとも一方が異常値でないか否かを判定する。電源側コントローラ１４は、力率λ及びＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値が正常値である場合には、充電用電力の出力を継続する一方、力率λ及びＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値が異常値である場合には、充電用電力の出力を停止する。

一方、所定期間内に受電電力が検出されなかった場合、２次側共振器２３から１次側共振器１３への電力伝送が行われていないこと、換言すれば非接触の電力伝送ができないことを意味する。この場合、電源側コントローラ１４は、ステップＳ１０９を否定判定し、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、電源側コントローラ１４は、充電ができないことを示す充電不能信号を車両側コントローラ２６に送信する。そして、電源側コントローラ１４は、ステップＳ１１３にて、例えば充電ができない旨の報知等を行う異常対応処理を実行し、本充電準備処理を終了する。

ちなみに、所定期間内に受電電力が検出されなかった場合とは、例えば１次側共振器１３の周囲に車両１００が存在しないにも関わらず、何らかの要因で力率λが閾値力率λｔｈ以上と誤判定された場合や、１次側共振器１３の周囲に２次側共振器２３が搭載されていない車両１００が存在している場合等が考えられる。また、例えば１次側共振器１３と２次側共振器２３との間に異物が存在する場合も考えられる。

次に、車両側コントローラ２６にて実行される充電準備処理について説明する。なお、既に説明した通り、充電準備処理の実行開始タイミングにおいては、車両１００は移動中である。

図２に示すように、まずステップＳ２０１では、車両側コントローラ２６は、移動停止要求信号を受信するまで待機し、移動停止信号を受信した場合には、ステップＳ２０２に進み、当該移動停止信号を受信したタイミングにて配置されている位置にて車両１００が停止するように移動停止処理を実行する。なお、移動停止処理の具体的な構成としては、例えばカーナビゲーションの表示画面等にその場で停止するよう報知を行うことが考えられる。また、これに限られず、例えば、車両１００に自動停止機能が搭載されている場合には、該自動停止機能を用いて自動で停止させる構成でもよい。

その後、車両側コントローラ２６は、ステップＳ２０３にて、放電要求信号を受信するまで待機し、放電要求信号を受信した場合には、ステップＳ２０４に進み、電力変換部２４から２次側共振器２３に向けて交流電力が出力されるように電力変換部２４及び車両用バッテリ２２を制御する。なお、電力変換部２４から２次側共振器２３に向けて出力される交流電力の電力値は任意であり、仮送電用電力の電力値と同一であってもよいし、異なっていてもよい。

車両側コントローラ２６は、放電が開始された後は、ステップＳ２０５にて、充電可能信号又は充電不能信号を受信するまで待機し、充電可能信号又は充電不能信号を受信した場合には、ステップＳ２０６に進み、車両用バッテリ２２の放電を停止する。そして、車両側コントローラ２６は、ステップＳ２０７にて信号対応処理を実行し、本充電準備処理を終了する。信号対応処理では、例えば充電可能信号を受信した場合には、充電を開始するための各種処理が実行される一方、充電不能信号を受信した場合には、充電を行うことができない旨の報知等が実行される。

次に本実施形態の作用を図３及び図４を用いて説明する。なお、説明の便宜上、１次側共振器１３は、地面に設置されており、２次側共振器２３は、車両１００の底部に設けられているものとする。この場合、基準位置とは、例えば各共振器１３，２３が鉛直方向に対向している位置である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、２次側共振器２３（受電機器２１）が搭載された車両１００が１次側共振器１３の周囲に進入し、各共振器１３，２３が基準位置となる位置に車両１００が配置された場合、図４（ａ）に示すように、力率λが上昇して、閾値力率λｔｈ以上となる。これにより、１次側共振器１３の接続先が受電検出部３２となる。そして、車両用バッテリ２２の放電が開始され、２次側共振器２３に交流電力が入力される。この場合、図４（ｂ）に示すように、受電検出部３２にて受電電力が検出される。当該受電電力が検出されたことを条件として、充電用電力を用いた車両用バッテリ２２の充電が行われる。

以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）交流電源１２及び１次側共振器１３（１次側コイル１３ａ）を有する送電機器１１は、１次側共振器１３が２次側共振器２３（２次側コイル２３ａ）から受電した交流電力を検出する受電検出部３２を備えている。そして、送電機器１１は、受電機器２１が搭載された車両１００が１次側共振器１３の周囲に存在するか否かの存在判定を行う電源側コントローラ１４を備えている。電源側コントローラ１４は、車両１００が１次側共振器１３の周囲に存在すると判定されたことを契機として２次側共振器２３への交流電力の入力が行われた場合に、受電検出部３２の検出結果に基づいて、２次側共振器２３から１次側共振器１３への電力伝送が行われているか否かの伝送判定を行う。これにより、各共振器１３，２３間で電力伝送が行われるか否かを好適に把握できる。換言すれば、送電機器１１が非接触の送電を行うことができる車両１００を好適に把握できる。

詳述すると、ノイズ等の何らかの要因によって、車両１００が１次側共振器１３の周囲に存在しないに関わらず力率λが閾値力率λｔｈ以上と誤って判定される場合がある。また、１次側共振器１３の周囲に車両１００以外の異物や、受電機器２１が搭載されていない車両１００等が存在することによって力率λが閾値力率λｔｈ以上となる場合がある。この場合、そのまま充電用電力の送電が開始されると、無駄な電力損失となるばかりか、交流電源１２に過度な負担が付与されることとなる。かといって、存在判定を省略して、伝送判定のみを行う構成とすると、車両１００が停止する前段階から車両用バッテリ２２の放電を行う必要があるため、放電期間が長くなり易い。このため、伝送判定に要する車両用バッテリ２２の電力消費量が大きくなり易い。これに対して、本実施形態によれば、まず存在判定が行われ、当該存在判定が肯定判定である場合に伝送判定が行われる構成となっているため、上記不都合を抑制できる。

（２）電源側コントローラ１４は、力率λの変動に基づいて、１次側共振器１３の周囲に車両１００が存在するか否かの存在判定を行う。これにより、車両検出センサ等といった専用のセンサを設けることなく、存在判定を行うことができる。

特に、力率λは、送電機器１１にて把握されるパラメータである。このため、電源側コントローラ１４としては、車両側コントローラ２６と通信を行うことなく、存在判定を行うことができる。

また、電源側コントローラ１４は、充電用電力の出力中定期的に力率λ及びＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値を把握し、これらの値の少なくとも一方が異常値である場合には、充電用電力の出力を停止させる。つまり、存在判定で用いられるパラメータと、電力伝送の異常判定に用いられるパラメータとが共通化されている。これにより、構成の簡素化を図ることができる。

（３）交流電源１２は、外部電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ（第１変換部）と、当該直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ（第２変換部）とを備えている。そして、送電機器１１は、１次側共振器１３の接続先を、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ又は受電検出部３２に切り替える切替リレー３３と、少なくともＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電流値を検出する送電検出部３１とを備えている。切替制御部としての電源側コントローラ１４は、存在判定が行われる場合には、１次側共振器１３の接続先がＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとなる一方、伝送判定が行われる場合には、１次側共振器１３の接続先が受電検出部３２となるように切替リレー３３を制御する。

かかる構成によれば、存在判定が行われる場合には、１次側共振器１３の接続先がＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとなっている。この場合、送電検出部３１の検出結果に基づいて、１次側共振器１３の周囲に車両１００が存在するか否かを判定できる。特に、送電検出部３１の検出対象には、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電流値が含まれている。当該ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電流値は直流電流値であるため、交流電流値と比較して比較的容易に且つ精度よく検出できる。よって、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電流値を用いることにより、存在判定を好適に行うことができる。

ここで、送電検出部３１にて受電電力も検出しようとすることも考えられる。しかしながら、送電検出部３１で受電電力を検出するためには、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂによって受電電力を直流電力に変換する必要がある。つまり、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂが、直流電力及び交流電力間の双方向変換が可能に構成されている必要がある。このような双方向変換が可能な電力変換器を採用することは、構成の複雑化及び送電機器１１の大型化等の観点から好ましくない。

これに対して、本実施形態では、送電検出部３１とは別に受電検出部３２が設けられ、１次側共振器１３の接続先を、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ又は受電検出部３２に切り替える切替リレー３３が設けられている。そして、１次側共振器１３の接続先が、存在判定と伝送判定とで切り替わっている。これにより、上記不都合を回避しつつ、存在判定と伝送判定とを好適に行うことができる。

（４）電源側コントローラ１４は、存在判定が行われる場合には、交流電源１２から充電用電力よりも電力値が小さい仮送電用電力が出力されるように交流電源１２を制御する。これにより、電力損失の削減や交流電源１２の負担軽減を図ることができる。

（５）送電機器１１は、交流電源１２と１次側共振器１３との間に設けられ、インピーダンス変換を行うインピーダンス変換器３０を備えている。インピーダンス変換器３０の定数（インピーダンス）は、交流電源１２から充電用電力が出力され、且つ、各共振器１３，２３の相対位置が基準位置となっている状況下において力率λが「１」に近づくように設定されている。これにより、充電用電力による電力伝送を好適に行うことができる。

ここで、上記のように充電用電力に対応させてインピーダンス変換器３０の定数が設定されている場合、充電用電力とは電力値が異なる仮送電用電力が出力されている状況下では力率λが低くなる。この場合、１次側共振器１３の周囲に車両１００（２次側共振器２３）が存在するか否かに応じて変動する力率λの変動量は小さくなり易い。このため、力率λを用いた存在判定では誤判定が生じ易い。かといって、充電用電力を用いた存在判定を行うと、（４）の効果を得ることができない。これに対して、本実施形態では、存在判定が肯定判定である場合に更に伝送判定を行うことによって、充電用電力による電力伝送を好適に行うことを可能としつつ、充電用電力による電力伝送を好適に行うことによって生じ得る上記不都合を好適に回避することができる。

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、受電機器２１が搭載された車両１００が１次側共振器１３の周囲に存在するか否かを判定するパラメータとして、力率λを採用したが、これに限られない。例えば、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値であってもよいし出力電流値であってもよい。また、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電力値であってもよいし出力電流値であってもよい。ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電力値においては、有効電力であってもよいし、皮相電力であってもよい。更に、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電流値とＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電流値との差であってもよい。また、交流電源１２が電圧源ではなく電流源である場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力電圧値や出力電圧値であってもよい。但し、電力伝送の異常判定との共通化等の観点に着目すれば、力率λやＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電力値等が好ましい。

要は、電源側コントローラ１４は、送電機器１１内の電圧値及び電流値の少なくとも一方の変動に基づいて存在判定を行ってもよい。送電機器１１内の電圧値及び電流値の少なくとも一方とは、例えばＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから１次側共振器１３までの電力伝送経路上の所定位置の電圧値及び電流値の少なくとも一方とも言える。

○ さらに、電源側コントローラ１４は、車両側コントローラ２６と無線通信が行われたことにより、１次側共振器１３の周囲に車両１００が存在すると判定してもよい。また、車両側コントローラ２６は、２次側共振器２３によって交流電力が受電された場合に、受電したことを示す受電確認信号を送信する構成であってもよい。この場合、電源側コントローラ１４は、受電確認信号を受信したことに基づいて、１次側共振器１３の周囲に車両１００が存在すると判定してもよい。

○ また、送電機器１１が１次側共振器１３の周囲に存在する車両１００を検出する車両検出センサを備えていてもよい。この場合、車両検出センサによって車両１００が検出された場合に、ステップＳ１０５以降の処理を実行するとよい。かかる構成によれば、車両検出センサでは、比較的容易に車両１００を検出することは可能である一方、当該車両１００に受電機器２１が搭載されているか否かを判定することは困難である。このため、受電機器２１が搭載されていない車両１００が検出された場合であっても、充電用電力の出力が行われてしまうおそれがある。これに対して、存在判定が行われた後に伝送判定を行うことにより、仮に車両検出センサによって受電機器２１が搭載されていない車両１００が検出された場合であっても、充電用電力の出力が行われないようにすることができる。なお、車両検出センサの具体的な構成は任意であるが、例えば１次側共振器１３の周囲の領域に対してレーザスキャンを行う測域センサ等が考えられる。

○ 送電検出部３１と受電検出部３２とが別々に設けられていたが、これに限られず、一体となっていてもよい。例えば、図５に示すように、送電検出部３１に代えて送受電検出部４１を設け、受電検出部３２及び切替リレー３３を省略してもよい。この場合、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに代えて、直流電力及び交流電力間の双方向変換が可能な双方向変換器４２を設けるとよい。これにより、送受電検出部４１によって受電電力を検出できる。なお、送受電検出部４１の具体的な構成は、送電検出部３１と同一である。

○ 実施形態では、送電検出部３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電圧値及び出力電流値と、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの出力電流値とを検出するものであったが、これに限られず、いずれか１つのみ検出するものであってもよい。この場合、構成の簡素化を図ることができる。

○ １次側共振器１３によって受電された交流電力である受電電力を用いて、車両１００の位置合わせを行ってもよい。詳細には、例えば電源側コントローラ１４は、受電検出部３２によって検出される受電電力の電力値が大きくなるように車両１００を誘導してもよい。

○ インピーダンス変換器３０は複数設けられていてもよい。また、受電機器２１に、インピーダンス変換器が設けられていてもよい。さらに、インピーダンス変換器３０を省略してもよい。

○ 存在判定では仮送電用電力を用いたが、これに限られず、充電用電力を用いてもよい。
○ 実施形態では、外部電力は系統電力であったが、これに限られず、直流電力であってもよい。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａを省略してもよいし、当該ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。本別例においては、ＤＣ／ＤＣコンバータが第１変換部に対応する。

○ 伝送判定の実行主体は任意であり、例えば車両側コントローラ２６であってもよいし、各コントローラ１４，２６とは別の専用コントローラであってもよい。この場合、電源側コントローラ１４は、伝送判定に必要な情報（例えば受電検出部３２の検出結果に関する情報）を伝送判定の実行主体に適宜送信するとよい。

○ 充電準備処理の実行契機として、電源側コントローラ１４の無線通信可能な範囲内に車両１００が進入してきた場合であって、各コントローラ１４，２６が互いに通信相手であると認証した通信確立状態となった場合を採用してもよい。通信確立状態は、認証したコントローラとは通信が行われる一方、認証したコントローラ以外のコントローラとの通信が規制される状態である。

○ 充電準備処理の実行契機として、車両１００が停止したことを採用してもよい。この場合、電源側コントローラ１４は、力率λが閾値力率λｔｈ未満である場合には、力率λが閾値力率λｔｈ以上となるように移動要求を行うとよい。移動要求とは、例えば移動を促す報知を行ったり、車両側コントローラ２６に対して車両１００を移動させる旨の信号を送信したりすること等が考えられる。

○ ２次側検出部２５は、電力変換部２４と車両用バッテリ２２との間の直流電力を検出するものであってもよい。
○ 切替リレー３３は、交流電源１２とインピーダンス変換器３０との間に設けられていてもよい。

○ 受電検出部３２は、受電電力に関する物理量、例えば受電電力の電圧値及び電流値の少なくとも一方を検出できれば、その具体的な構成は任意である。
○ 電源側コントローラ１４は、車両１００が存在しない場合の力率λを基準値として予め把握しておき、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３にて算出された力率λと基準値との差が予め定められた閾値以上であるか否かを判定してもよい。この場合、電源側コントローラ１４は、ステップＳ１０３にて算出された力率λと基準値との差が予め定められた閾値以上である場合に、車両１００が存在すると判定する。

○ 閾値力率λｔｈは、ステップＳ１０４にて肯定判定が行われてから車両１００が停止するまでのタイムラグを考慮して設定されていてもよい。詳細には、例えば上記タイムラグ中に車両１００が移動し得る距離をタイムラグ距離とする。この場合、各共振器１３，２３間の伝送効率が予め定められた閾値効率以上となる距離（特定距離）よりも上記タイムラグ距離分だけ長い距離の範囲を、１次側共振器１３の周囲とし、当該範囲に対応させて閾値力率λｔｈを設定してもよい。同様に、位置ずれ許容範囲に対して上記タイムラグ距離分だけ広い範囲を、１次側共振器１３の周囲とし、当該範囲に対応させて閾値力率λｔｈを設定してもよい。

○ 交流電源１２は、電圧源に限られず、電力源や電流源であってもよい。
○ 交流電源１２は、電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能に構成されていたが、これに限られず、１種類の交流電力（例えば充電用電力）のみを出力するものであってもよい。

○ １次側共振器１３の共振周波数と２次側共振器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。
○ １次側共振器１３と２次側共振器２３とは同一の構成であったが、これに限られず、異なる構成であってもよい。

○ 各コンデンサ１３ｂ，２３ｂ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。
○ 受電機器２１の搭載対象は任意であり、例えばロボットや電動車いす等に搭載されてもよい。

○ 実施形態では、１次側コイル１３ａと１次側コンデンサ１３ｂとは並列に接続されていたが、これに限られず、両者は直列に接続されていてもよい。同様に、２次側コイル２３ａと２次側コンデンサ２３ｂとは、直列に接続されていてもよい。

○ 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。
○ 実施形態では、２次側共振器２３にて受電された交流電力は車両用バッテリ２２の充電に用いられたが、これに限られず、別の用途に用いられてもよい。

○ １次側共振器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、その共振回路と電磁誘導で結合する１次側結合コイルとを有してもよい。同様に、２次側共振器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、その共振回路と電磁誘導で結合する２次側結合コイルとを有してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
（イ）前記存在判定部は、力率の変動に基づいて、前記１次側コイルの周囲に前記対象物が存在するか否かを判定するものであり、前記送電機器は、前記交流電源と前記１次側コイルとの間に設けられ、インピーダンス変換を行うインピーダンス変換部を備え、前記インピーダンス変換部は、前記交流電源から予め定められた特定電力値の交流電力が出力され、且つ、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの相対位置が予め定められた基準位置となっている場合に前記力率が１に近づくように前記１次側コイルの入力インピーダンスをインピーダンス変換する請求項１に記載の非接触電力伝送装置。

１０…非接触電力伝送装置、１１…送電機器、１２…交流電源、１２ａ…ＡＣ／ＤＣ変換器、１２ｂ…ＤＣ／ＡＣ変換器、１３ａ…１次側コイル、１４…電源側コントローラ、２１…受電機器、２２…車両用バッテリ、２３ａ…２次側コイル、２６…車両側コントローラ、３０…インピーダンス変換器、３１…送電検出部、３２…受電検出部、３３…切替リレー、１００…車両、λ…力率。

Claims (4)

1. 交流電力を出力する第１交流電源、及び、前記第１交流電源から交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器と、
   前記第１交流電源から前記１次側コイルに入力される交流電力を非接触で受電可能な２次側コイル、及び、前記２次側コイルに対して交流電力を出力する第２交流電源を有する受電機器と、
   前記送電機器に設けられ、前記１次側コイルが前記２次側コイルから非接触で受電した交流電力を検出する受電検出部と、
   前記受電機器が搭載された対象物が前記１次側コイルの周囲に存在するか否かを判定する存在判定部と、
   前記存在判定部によって前記対象物が前記１次側コイルの周囲に存在すると判定されたことを契機として前記第２交流電源から前記２次側コイルに交流電力が入力された場合に、前記受電検出部の検出結果に基づいて、前記２次側コイルから前記１次側コイルへの電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定部と、
   を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。
2. 前記存在判定部は、前記送電機器内における電圧値及び電流値の少なくとも一方の変動に基づいて、前記１次側コイルの周囲に前記対象物が存在するか否かを判定する請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記交流電源は、
   外部電力を直流電力に変換する第１変換部と、
   前記第１変換部から直流電力が入力されるものであって当該直流電力を交流電力に変換する第２変換部と、
   を備え、
   前記送電機器は、
   前記１次側コイルの接続先を、前記第２変換部又は前記受電検出部に切り替える切替部と、
   前記第１変換部の出力電圧値及び出力電流値の少なくとも一方を検出対象に含む送電検出部と、
   を備え、
   前記存在判定部は、前記送電検出部の検出結果に基づいて、前記対象物が前記１次側コイルの周囲に存在するか否かを判定するものであり、
   前記非接触電力伝送装置は、前記存在判定部による判定が行われる場合には、前記１次側コイルの接続先が前記第２変換部となっている一方、前記伝送判定部による判定が行われる場合には、前記１次側コイルの接続先が前記受電検出部となるように前記切替部を制御する切替制御部を備えている請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 交流電力を出力する第１交流電源と、
   前記第１交流電源から交流電力が入力される１次側コイルと、
   を備え、２次側コイル及び当該２次側コイルに交流電力を出力する第２交流電源を有する受電機器の前記２次側コイルに対して非接触で交流電力を送電可能な送電機器において、
   前記１次側コイルが前記２次側コイルから非接触で受電した交流電力を検出する受電検出部と、
   前記受電機器が搭載された対象物が前記１次側コイルの周囲に存在するか否かを判定する存在判定部と、
   を備え、
   前記存在判定部によって前記対象物が前記１次側コイルの周囲に存在すると判定されたことを契機として前記第２交流電源から前記２次側コイルに交流電力が入力された場合に、前記受電検出部の検出結果に基づいて、前記２次側コイルから前記１次側コイルへの電力伝送が行われているか否かの判定が行われることを特徴とする送電機器。