WO2015198895A1

WO2015198895A1 - 送電機器及び非接触電力伝送装置

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Publication number: WO2015198895A1
Application number: PCT/JP2015/067064
Authority: WO
Inventors: 伸也脇阪
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2016-12-26
Also published as: EP3163704A1; JP2016010284A; US20170133880A1

Abstract

　送電機器は、ＡＣ／ＤＣ変換器及びＤＣ／ＡＣ変換器を備えている。ＡＣ／ＤＣ変換器は、系統電力を、第２直流電力値の直流電力に変換可能である。ＤＣ／ＡＣ変換器は、直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を送電器の１次側コイルに出力する。また、送電機器は、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び切替リレーを備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＡＣ／ＤＣ変換器から出力される直流電力を、第２直流電力値よりも小さい第１直流電力値の直流電力に変換可能である。切替リレーは、ＤＣ／ＡＣ変換器の電力の入力元を、ＡＣ／ＤＣ変換器又はＤＣ／ＤＣコンバータに切り替える。

Description

送電機器及び非接触電力伝送装置

　本発明は、送電機器及び非接触電力伝送装置に関する。

　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が知られている。例えば、特許文献１に開示の装置は、予め定められた周波数の交流電力を出力する交流電源と、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。車両には、受電機器や蓄電装置が搭載されている。この装置では、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。この装置では、受電機器に受電された交流電力は、車両の蓄電装置に充電される。

　本格的に電力を伝送する前に、交流電源から交流電力を出力して、送電機器から受電機器へ電力が正常に伝送されるか否かを判定する場合がある。この場合、交流電源への負担や電力損失を抑えるため、交流電力の電力値は小さい方が好ましい。一方、蓄電装置の充電時、充電時間を短くするため、交流電力の電力値は大きい方が好ましい。

　外部電力が入力された場合に直流電力を出力する変換部と、直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部とを、交流電源が備えている場合、上記相反する要求に応えるため、変換部から出力される直流電力の電力値を制御し、交流電力の電力値を変更することが考えられる。しかしながら、変換部における電力値の制御にも限界があり、上記の要求に十分に対応できない場合がある。

特開２００９－１０６１３６号公報

　本発明の目的は、電力値が異なる交流電力を効果的に送電可能な送電機器及び非接触電力伝送装置を提供することである。

　上記目的を達成するため、本願発明の第一の態様によれば、外部から電力が入力されるとともに直流電力を出力する第１変換部、及び直流電力が入力された場合に直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換部を有する交流電源と、交流電力が入力される１次側コイルとを備え、受電機器が有する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が提供される。送電機器は、第１変換部から出力される直流電力が入力されるとともに、直流電力を、直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換可能な第２変換部と、ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元を、第１変換部又は第２変換部に切り替える切替部とを備え、第１直流電力の電力値は、ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が第１変換部である場合に第１変換部から出力される第２直流電力の電力値よりも小さく、第１変換部から第２直流電力が入力されている場合、ＤＣ／ＡＣ変換部は、交流電力として、第２交流電力を出力し、第２変換部から第１直流電力が入力されている場合、ＤＣ／ＡＣ変換部は、交流電力として、第２交流電力よりも電力値が小さい第１交流電力を出力する。

　上記目的を達成するため、本願発明の第二の態様によれば、外部から電力が入力されるとともに直流電力を出力する第１変換部、及び直流電力が入力された場合に直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換部を有する交流電源と、交流電力が入力される１次側コイルと、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次側コイルと、第１変換部から出力される直流電力が入力されるとともに、直流電力を、直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換可能な第２変換部と、ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元を、第１変換部又は第２変換部に切り替える切替部とを備えた非接触電力伝送装置が提供される。第１直流電力の電力値は、ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が第１変換部である場合に、第１変換部から出力される第２直流電力の電力値よりも小さく、第１変換部から第２直流電力が入力されている場合、ＤＣ／ＡＣ変換部は、交流電力として、第２交流電力を出力し、第２変換部から第１直流電力が入力されている場合、ＤＣ／ＡＣ変換部は、交流電力として、第２交流電力よりも電力値が小さい第１交流電力を出力する。

送電機器及び非接触電力伝送装置の電気的構成を示すブロック図。送電側コントローラにて実行される充電制御処理を示すフローチャート。設定電力値と出力電力値との関係を示すグラフ。

　以下、本発明の送電機器及び非接触電力伝送装置を具体化した一実施形態について図１～図３を参照して説明する。
　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及び受電機器２１を備えている。送電機器１１は、地上に設けられた一次側機器である。受電機器２１は、車両に搭載された２次側機器である。

　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交流電源１２と、交流電源１２から交流電力が入力される送電器１３と、送電側コントローラ１４とを備えている。交流電源１２は、例えば、電圧源である。交流電源１２には、インフラとしての系統電源Ｅから、外部電力としての系統電力が入力される。交流電源１２は、系統電力を交流電力に変換してから、変換後の交流電力を出力する。

　交流電源１２は、第１変換部としてのＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、ＤＣ／ＡＣ変換部としてのＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂと、第２変換部としてのＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、切替部としての切替リレー３２とを備えている。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、系統電源Ｅから系統電力が入力されると共に、直流電力を出力する。ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、入力された直流電力を交流電力に変換して、変換後の交流電力を出力する。

　ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、例えば、昇圧型変換器である。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに２００Ｖの系統電力が入力された場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、予め定められた数ｋＷの第２直流電力値Ｐ２の直流電力（以降、第２直流電力という）を出力する。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、第１スイッチング素子１２ａａを有している。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、第１スイッチング素子１２ａａを、予め定められた特定デューティ比のパルス幅で、周期的にＯＮ／ＯＦＦさせる。こうして、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから第２直流電力が出力される。第２直流電力の電圧値は、例えば、数百Ｖである。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａには、第２直流電力値Ｐ２よりも所定のマージン分だけ高い定格電力を有するＡＣ／ＤＣ変換器が採用されている。

　ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、第１スイッチング素子１２ａａのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を可変させることにより、直流電力の電力値を変更して出力可能に構成されている。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、Ｐｍｉｎ～Ｐｍａｘの電力値の直流電力を出力可能に構成されている。この場合、第２直流電力値Ｐ２は、最小電力値Ｐｍｉｎと最大電力値Ｐｍａｘとの間の値である。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの定格電力は、最大電力値Ｐｍａｘである。

　ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、第２スイッチング素子１２ｂａを備えている。ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、第２スイッチング素子１２ｂａを周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより、直流電力を交流電力に変換する。

　受電機器２１は、車両用バッテリ２２、受電器２３、整流器２４（ＡＣ／ＤＣ変換部）、検知部２５、受電側コントローラ２６を備えている。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、蓄電装置としての車両用バッテリ２２の充電に用いられる。非接触電力伝送装置１０は、送電器１３と受電器２３とを備え、送電機器１１及び受電機器２１間の電力伝送を行うように構成されている。

　送電器１３は、受電器２３と同一の構成を有している。送電器１３は、受電器２３と磁場共鳴可能に構成されている。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からなる共振回路を有している。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からなる共振回路を有している。送電器１３の共振回路の共振周波数は、受電器２３の共振回路の共振周波数と同じである。

　この構成によれば、送電器１３及び受電器２３の相対位置が磁場共鳴可能な位置でありかつ交流電力が送電器１３の１次側コイル１３ａに入力された場合、送電器１３は、受電器２３の２次側コイル２３ａと磁場共鳴する。その結果、受電器２３は、送電器１３からのエネルギの一部を受け取り、送電器１３から交流電力を受電する。

　交流電源１２から出力される交流電力の周波数、即ち、第２スイッチング素子１２ｂａのスイッチング周波数は、送電器１３及び受電器２３間にて電力伝送が可能となるよう、送電器１３及び受電器２３の共振周波数に対応する値に設定されている。例えば、交流電力の周波数は、送電器１３及び受電器２３の共振周波数と同一に設定されている。交流電力の周波数は、電力伝送が可能な範囲内で、送電器１３及び受電器２３の共振周波数と異なっていてもよい。

　整流器２４は、受電器２３によって受電された交流電力を整流する。整流器２４によって整流された直流電力が車両用バッテリ２２に入力されることによって、車両用バッテリ２２が充電される。車両用バッテリ２２は、互いに直列に接続された複数の電池セルにより構成されている。

　検知部２５は、受電器２３によって受電された交流電力を検知し、その検知結果を受電側コントローラ２６に送信する。また、受電機器２１は、図示しないＳＯＣセンサを備えている。ＳＯＣセンサは、車両用バッテリ２２の充電状態（ＳＯＣ）を検知し、その検知結果を受電側コントローラ２６に送信する。

　送電側コントローラ１４は、送電機器１１の各種制御を行う。詳細には、送電側コントローラ１４は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａやＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ等の各種制御を行う。例えば、送電側コントローラ１４は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに対して、直流電力の出力のＯＮ／ＯＦＦを指示したり、設定電力値を指示したりする。設定電力値が指示された場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、設定電力値の直流電力が出力されるように、第１スイッチング素子１２ａａのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を調整する。送電側コントローラ１４は、制御部に対応している。

　送電側コントローラ１４と受電側コントローラ２６とは、互いに無線通信可能に構成されている。送電側コントローラ１４と受電側コントローラ２６とは、互いに情報のやり取りを通じて、電力伝送の開始又は終了等を行う。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力を、第２直流電力よりも電力値が小さい第１直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、降圧型変換器であり、第３スイッチング素子３１ａを有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の入力端は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力端に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１には、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力された直流電力が入力される。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから所定の電力値（例えば最小電力値Ｐｍｉｎ）の直流電力が入力された場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、第３スイッチング素子３１ａを周期的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、入力された直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換し、変換後の第１直流電力を出力する。第１直流電力の電力値である第１直流電力値Ｐ１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａが出力可能な最小電力値Ｐｍｉｎよりも小さい。

　ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ又はＤＣ／ＤＣコンバータ３１から電力供給が行われるように構成されている。切替リレー３２は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元を、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ又はＤＣ／ＤＣコンバータ３１に切り替える。ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの入力端の接続先に対応している。

　ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａとＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとが接続されると、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに第２直流電力が入力される。この場合、第２直流電力を変換して得られた交流電力（以降、第２交流電力という）が、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから出力される。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１とＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとが接続されると、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに第１直流電力が入力される。この場合、第１直流電力を変換して得られた交流電力（以降、第１交流電力という）が、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから出力される。第１交流電力は、第２交流電力よりも電力値が小さい交流電力である。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ３１から出力される直流電力の電力値は、第３スイッチング素子３１ａのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比によって規定される。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、第３スイッチング素子３１ａのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を変更することにより、電力値を変更して出力可能に構成されている。詳細には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に最小電力値Ｐｍｉｎの直流電力が入力されている状況下で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力可能な電力値の範囲は、０から最小電力値Ｐｍｉｎまでの範囲（０は除く）よりも広い。すなわち、交流電源１２は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ３１とを使い分けることによって、０から最大電力値Ｐｍａｘまでの範囲（０は除く）の直流電力をＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに出力可能に構成されている。第１直流電力値Ｐ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力可能な電力値の範囲に含まれる値である。

　送電側コントローラ１４から上記出力可能な電力値の範囲内の設定電力値が指示された場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、設定電力値の直流電力が出力されるように動作する。

　予め定められた充電シーケンス開始条件が成立した場合、送電側コントローラ１４は、受電側コントローラ２６と無線通信を行いながら、車両用バッテリ２２を充電するための充電制御処理を実行する。充電制御処理について、以下に詳細に説明する。充電シーケンス開始条件は、任意であるが、例えば、受電側コントローラ２６から要求を受けた場合や、所定のセンサなどによって車両が検知された場合が考えられる。

　図２に示すように、まず、ステップＳ１０１にて、送電側コントローラ１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１とＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとが接続されるように、切替リレー３２を制御する。次に、ステップＳ１０２にて、送電側コントローラ１４は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから第１交流電力が出力されるように、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂをそれぞれ制御する。詳細には、送電側コントローラ１４は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから最小電力値Ｐｍｉｎの直流電力を出力するようにＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに指示を出し、最小電力値Ｐｍｉｎの直流電力を第１直流電力に変換するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３１に指示を出す。そして、送電側コントローラ１４は、第１直流電力を第１交流電力に変換するようにＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに指示を出す。

　また、送電側コントローラ１４は、第１交流電力が出力中であることを、受電側コントローラ２６に通知する。受電側コントローラ２６は、上記通知を受信した場合、検知部２５の検知結果に基づいて、受電器２３において予め定められた閾値電力値以上の交流電力が受電されたか否かを判定する。また、交流電力が受電された場合、受電側コントローラ２６は、受電確認信号を送電側コントローラ１４に送信する。上記閾値電力値は、「０」以外であれば任意であるが、例えば、第１交流電力の電力値に対して閾値伝送効率を乗算した値等が考えられる。

　続く、ステップＳ１０３では、送電側コントローラ１４は、所定期間内に受電側コントローラ２６からの受電確認信号を受信したか否かを判定する。所定期間内に受電確認信号を受信しない場合、送電側コントローラ１４は、送電機器１１の送電器１３及び受電機器２１の受電器２３間の電力伝送に何らかの異常があると判定する。そして、ステップＳ１０４において、送電側コントローラ１４は、異常対応処理を実行して、本充電制御処理を終了する。異常対応処理では、例えば、第１交流電力の出力停止や、エラーの報知が行われる。

　所定期間内に受電確認信号を受信した場合、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０５に進み、第１交流電力の出力を停止させる。第１交流電力の出力を停止させるため、例えば、第２スイッチング素子１２ｂａの周期的なＯＮ／ＯＦＦが停止するようＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを制御してもよいし、切替リレー３２の切替先をフローティングにしてもよい。

　その後、ステップＳ１０６にて、送電側コントローラ１４は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａとＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとが接続されるように、切替リレー３２を制御する。そして、ステップＳ１０７にて、送電側コントローラ１４は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから第２交流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をそれぞれ制御する。これにより、第２交流電力が送電器１３から受電器２３に伝送されると、第２交流電力が整流器２４にて整流されて、車両用バッテリ２２に入力される。こうして、車両用バッテリ２２の充電が行われる。第２交流電力を用いて行われる車両用バッテリ２２の充電を、通常充電という。

　その後、ステップＳ１０８にて、送電側コントローラ１４は、押し込み充電を行う契機となる押し込み充電条件が成立したか否かを判定する。押し込み充電条件は、例えば、車両用バッテリ２２の充電状態が予め定められた押し込み充電契機状態となることである。押し込み充電とは、第１交流電力の電力値よりも大きく且つ第２交流電力の電力値よりも小さい電力値の第３交流電力を用いて、車両用バッテリ２２を充電することである。

　ステップＳ１０８で行われる処理は、任意であるが、例えば、以下のような処理が考えられる。車両用バッテリ２２の充電中、受電側コントローラ２６は、ＳＯＣセンサの検知結果に基づいて、車両用バッテリ２２の充電状態を定期的に把握する。そして、車両用バッテリ２２の充電状態が押し込み充電契機状態となったことに基づいて、受電側コントローラ２６は、押し込み充電の要求信号を送電側コントローラ１４に送信する。送電側コントローラ１４は、上記要求信号を受信した場合に、押し込み充電条件が成立したと判定する。

　押し込み充電条件が成立していない場合、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１１０に進む。一方、押し込み充電条件が成立した場合、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０９にて押し込み充電を開始してから、ステップＳ１１０に進む。詳細には、ステップＳ１０９にて、送電側コントローラ１４は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから、第１直流電力値Ｐ１より大きく且つ第２直流電力値Ｐ２よりも小さい第３直流電力値Ｐ３の直流電力（以降、第３直流電力という）が出力されるように、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａを制御する。第３直流電力値Ｐ３は、最小電力値Ｐｍｉｎよりも大きい。そして、送電側コントローラ１４は、第３直流電力を第３交流電力に変換するように、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを制御する。こうして、押し込み充電が開始される。

　ステップＳ１１０にて、送電側コントローラ１４は、車両用バッテリ２２の充電の終了条件が成立したか否かを判定する。終了条件は、例えば、車両用バッテリ２２の充電状態が終了契機状態となることや、異常が発生した場合等である。

　終了条件が成立している場合、ステップＳ１１１にて、送電側コントローラ１４は、交流電力の出力を停止させる処理を実行し、本充電制御処理を終了する。一方、終了条件が成立していない場合、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１１２に進み、押し込み充電中か否かを判定する。押し込み充電中である場合、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１１０に戻る。一方、押し込み充電中でない場合、すなわち通常充電中である場合、送電側コントローラ１４は、ステップＳ１０８に戻る。

　次に、本実施形態の作用について図３を用いて説明する。図３は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１における設定電力値に対する出力電力値の関係を示すグラフである。換言すれば、図３のグラフは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１がＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに設定電力値の直流電力を出力するように動作した場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１から実際に出力される直流電力の電力値を示す。図３は、１点鎖線と２点鎖線とを異ならせて示すが、実際には、１点鎖線と２点鎖線とが一部重なっている。

　図３の２点鎖線に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、Ｐｍｉｎ～Ｐｍａｘの直流電力を出力可能である。このため、設定電力値がＰｍｉｎ～Ｐｍａｘの範囲内においては、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから、設定電力値と同一の電力値の直流電力が出力される。また、第２直流電力値Ｐ２及び第３直流電力値Ｐ３は、最小電力値Ｐｍｉｎと最大電力値Ｐｍａｘとの間の値である。このため、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａを用いることにより、第２直流電力及び第３直流電力がそれぞれ出力される。

　しかしながら、設定電力値が最小電力値Ｐｍｉｎよりも小さくなると、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの第１スイッチング素子１２ａａのパルス幅の制御が困難になる。また、第１スイッチング素子１２ａａの立ち上がり時間や立ち下がり時間の影響を無視できなくなる。このため、図３の２点鎖線に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、設定電力値と同一の電力値の直流電力を出力することができない。

　一方、図３の１点鎖線に示すように、設定電力値が０～Ｐｍｉｎ（０は除く）の範囲であれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、設定電力値と同一の電力値の直流電力を出力する。また、第１直流電力値Ｐ１は、０～Ｐｍｉｎの範囲内である。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を用いることにより、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａでは出力できない程度の小さな電力値の直流電力である第１直流電力を、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから出力することができる。

　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）送電機器１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを備えている。ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、直流電力を交流電力に変換して、変換後の交流電力を送電器１３の１次側コイル１３ａに出力する。送電機器１１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１を備えている。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１はいずれも、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに対して直流電力を出力する。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、系統電力を直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される直流電力を、入力された直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換する。送電機器１１は、更に、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元をＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ又はＤＣ／ＤＣコンバータ３１に切り替える切替リレー３２を備えている。第１直流電力の電力値である第１直流電力値Ｐ１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＡＣ／ＤＣ変換器１２ａである場合にＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから出力される第２直流電力の電力値である第２直流電力値Ｐ２よりも小さく設定されている。また、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａから第２直流電力が入力されている場合、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、第２交流電力を出力する。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１から第１直流電力が入力されている場合、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、第２交流電力よりも電力値が小さい第１交流電力を出力する。これにより、交流電源１２のＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂから、電力値が異なる第１交流電力及び第２交流電力の双方を効果的に出力することができる。

　（２）受電機器２１は、車両に搭載されている。受電器２３によって受電された交流電力は、車両用バッテリ２２の充電に用いられる。一般に、車両用バッテリ２２の容量は、携帯電話等に搭載されるバッテリの容量よりもかなり大きい。このような大容量の車両用バッテリ２２を短時間で充電するには、交流電源１２が比較的高い電力値の交流電力を出力する必要がある。そのため、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａには、比較的高い定格電力を有する変換器が採用される。しかしながら、このようなＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、小さい電力値の直流電力を出力することが困難である。これに対して、本実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を用いることによって、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａが出力可能な最小電力値Ｐｍｉｎよりも小さい電力値の第１直流電力を、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに入力することができる。よって、上記の問題を回避することができる。

　（３）ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＤＣ／ＤＣコンバータ３１である場合、送電側コントローラ１４は、送電器１３から受電器２３への電力伝送が行われているか否か、詳細には、受電器２３にて交流電力が受電されているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。そして、送電器１３から受電器２３への電力伝送が行われていると判定した場合、送電側コントローラ１４は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＤＣ／ＤＣコンバータ３１からＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに切り替わるように、切替リレー３２を制御する。これにより、比較的小さい電力値の第１交流電力を用いて上記の伝送判定が行われるため、伝送判定時における電力損失を軽減することができる。また、伝送判定の判定結果が肯定判定である場合、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに切り替わるため、送電機器１１から受電機器２１に向けて、比較的大きい電力値の第２交流電力が送電可能となる。

　特に、比較的大きい電力値の第２交流電力を用いて伝送判定を行う場合、各コイル１３ａ，２３ａの位置関係によっては、伝送効率が過度に低くなることに起因して反射波電力の電力値が過度に大きくなり、交流電源１２への負担が大きくなる場合がある。これに対して、本実施形態では、第１交流電力を用いて伝送判定を行うことにより、上記のように伝送効率が過度に低い場合であっても、交流電源１２には過度な負担がかからない。

　（４）ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、昇圧型変換器である。昇圧型のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、昇降圧型変換器よりも小さい。このため、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの小型化を図ることができる。また、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａが昇圧型変換器である場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａが出力可能な最小電力値Ｐｍｉｎは、大きくなり易い。このため、昇圧型のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａを用いても、伝送判定で要求される電力値（第１直流電力値Ｐ１）を実現できない場合がある。これに対して、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を用いることにより、伝送判定で要求される電力値を実現することができる。

　（５）ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＤＣ／ＤＣコンバータ３１である場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、第２直流電力値Ｐ２よりも小さい電力値、すなわち最小電力値Ｐｍｉｎの直流電力を出力する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、最小電力値Ｐｍｉｎの直流電力を第１直流電力に変換してから、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂに出力する。この構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の降圧比を小さくできるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の小型化を実現することができる。

　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、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、３種類の第２直流電力値Ｐ２、第３直流電力値Ｐ３、及び最小電力値Ｐｍｉｎを出力したが、Ｐｍｉｎ～Ｐｍａｘの範囲内のいずれの電力値の直流電力を出力してもよい。同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１も、第１直流電力値Ｐ１に限られず、０～Ｐｍｉｎの範囲内のいずれの電力値の直流電力を出力してもよい。

　ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＤＣ／ＤＣコンバータ３１である場合におけるＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値は、最小電力値Ｐｍｉｎに限られず、任意である。例えば、上記出力電力値が第２直流電力値Ｐ２よりも小さい場合、上記出力電力値が第２直流電力値Ｐ２である場合と比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の降圧比を小さくすることができる。また、上記出力電力値は、第２直流電力値Ｐ２と同じかそれより大きくてもよい。要は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値が変更可能であれば、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの電力の入力元がＤＣ／ＤＣコンバータ３１である場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値は、Ｐｍｉｎ～Ｐｍａｘの間の所定値であればよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の降圧比は、上記所定値の直流電力を第１直流電力に変換する値に設定すればよい。

　通常充電前に送電側コントローラ１４により行われる伝送判定を、省略してもよい。
　伝送判定で用いられる交流電力の電力値は、押し込み充電で用いられる交流電力の電力値と同一であってもよい。

　送電側コントローラ１４は、押し込み充電時と伝送判定時との双方にて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を用いてもよい。
　第１交流電力の用途は、伝送判定に限られず、任意である。

　押し込み充電を省略してもよい。
　ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、昇降圧型変換器であってもよい。交流電源１２の小型化の観点に着目すれば、昇圧型変換器が好ましい。

　ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、出力する直流電力の電力値を変更可能に構成したが、第２直流電力のみを出力するように構成してもよい。
　外部電力は、系統電力に限られず、任意である。例えば、外部電力は、直流電力であってもよい。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに代えて、電力値変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータを設けるとよい。本別例では、ＤＣ／ＤＣコンバータが第１変換部に対応している。つまり、第１変換部は、交流電力を直流電力に変換する機器に限られず、直流電力の電力値を変換する機器であってもよい。換言すれば、第１変換部は、外部電力を所定の電力値の直流電力に変換する任意の機器を含む。

　ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂを冷却するため、ファン等の冷却部を設けてもよい。
　送電機器１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂと送電器１３との間に１次側インピーダンス変換器を備えてもよい。同様に、受電機器２１は、受電器２３と整流器２４との間に２次側インピーダンス変換器を備えてもよく、整流器２４と車両用バッテリ２２との間にＤＣ／ＤＣコンバータを備えてもよい。

　検知部２５は、整流器２４によって整流された直流電力を検知してもよい。
　ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ及びＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂの具体的な構成は、任意である。即ち、各スイッチング素子１２ａａ，１２ｂａの数は、１つであってもよく、複数であってもよい。

　例えば、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、４つの第２スイッチング素子１２ｂａを有するブリッジ回路を備えてもよい。この場合、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂは、４つの第２スイッチング素子１２ｂａの全てがＯＮ／ＯＦＦするフルブリッジモードで第２交流電力を出力し、４つの第２スイッチング素子１２ｂａのうち２つの第２スイッチング素子１２ｂａが交互にＯＮ／ＯＦＦするハーフブリッジモードで第１交流電力を出力するとよい。これにより、第１交流電力を効果的に出力することができる。

　伝送判定の具体的な処理内容は、任意である。例えば、第１交流電力が出力中である旨の通知を受けた後、受電器２３によって交流電力が受電されていない場合、受電側コントローラ２６は、受電不可信号を送信してもよい。受電不可信号を受信した場合、送電側コントローラ１４は、所定期間を待つことなく、異常対応処理を実行してもよい。

　充電制御処理の実行主体は、送電側コントローラ１４に限られず任意であり、例えば、受電側コントローラ２６であってもよい。この場合、送電側コントローラ１４は、充電制御処理に必要な情報を受電側コントローラ２６に送信するとよい。また、受電側コントローラ２６は、必要に応じて送電側コントローラ１４に対して各種指示を行い、送電側コントローラ１４は、上記各種指示に従って、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ、ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１等の制御を行うとよい。

　ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電力値が最小電力値Ｐｍｉｎに近い場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａからの出力電圧波形や出力電流波形に歪みが生じ易い。こうした不都合を回避するため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を用いて、最小電力値Ｐｍｉｎに近い電力値の交流電力を出力してもよい。

　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。
　送電器１３の共振周波数は、受電器２３との間で電力伝送が可能であれば、受電器２３の共振周波数と異なっていてもよい。

　送電器１３は、受電器２３と異なる構成を有してもよい。
　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、磁場共鳴させてもよい。

　受電機器２１は、ロボットや電動車いす等に搭載してもよい。
　１次側コイル１３ａと１次側コンデンサ１３ｂとを、直列に接続してもよい。同様に、２次側コイル２３ａと２次側コンデンサ２３ｂとを、直列に接続してもよい。

　非接触の電力伝送を実現させるため、磁場共鳴に代えて、電磁誘導を用いてもよい。
　受電器２３にて受電された交流電力を、車両用バッテリ２２の充電以外の別の用途に用いてもよい。

　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、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。

Claims

外部から電力が入力されるとともに直流電力を出力する第１変換部、及び直流電力が入力された場合に前記直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換部を有する交流電源と、
　前記交流電力が入力される１次側コイルとを備え、
　受電機器が有する２次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能な送電機器であって、
　前記第１変換部から出力される直流電力が入力されるとともに、前記直流電力を、前記直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換可能な第２変換部と、
　前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元を、前記第１変換部又は前記第２変換部に切り替える切替部とを備え、
　前記第１直流電力の電力値は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が前記第１変換部である場合に前記第１変換部から出力される第２直流電力の電力値よりも小さく、
　前記第１変換部から前記第２直流電力が入力されている場合、前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記交流電力として、第２交流電力を出力し、
　前記第２変換部から前記第１直流電力が入力されている場合、前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記交流電力として、前記第２交流電力よりも電力値が小さい第１交流電力を出力する、送電機器。
請求項１記載の送電機器において、
　前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が前記第２変換部である場合、前記１次側コイルから前記２次側コイルへ電力が伝送されているか否かを判定する伝送判定が行われ、
　前記伝送判定によって前記１次側コイルから前記２次側コイルへ電力が伝送されていると判定された場合、前記切替部は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元を前記第２変換部から前記第１変換部に切り替える、送電機器。
請求項１又は２に記載の送電機器において、
　前記第１変換部は、直流電力の電力値を変更して出力可能に構成され、
　前記第１直流電力の電力値は、前記第１変換部が出力可能な最小電力値よりも小さい、送電機器。
請求項３記載の送電機器において、
　前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が前記第２変換部である場合、前記第１変換部は、前記第２直流電力よりも電力値が小さい所定値の直流電力を前記第２変換部に出力し、前記第２変換部は、前記所定値の直流電力を前記第１直流電力に変換する、送電機器。
外部から電力が入力されるとともに直流電力を出力する第１変換部、及び直流電力が入力された場合に前記直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換部を有する交流電源と、
　前記交流電力が入力される１次側コイルと、
　前記１次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電可能な２次側コイルと、
　前記第１変換部から出力される直流電力が入力されるとともに、前記直流電力を、前記直流電力の電力値よりも小さい電力値の第１直流電力に変換可能な第２変換部と、
　前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元を、前記第１変換部又は前記第２変換部に切り替える切替部とを備え、
　前記第１直流電力の電力値は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の電力の入力元が前記第１変換部である場合に前記第１変換部から出力される第２直流電力の電力値よりも小さく、
　前記第１変換部から前記第２直流電力が入力されている場合、前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記交流電力として、第２交流電力を出力し、
　前記第２変換部から前記第１直流電力が入力されている場合、前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記交流電力として、前記第２交流電力よりも電力値が小さい第１交流電力を出力する、非接触電力伝送装置。