(57)【要約】【課題】構成の複雑化を抑制しつつ、伝送効率の向上を図ることができる受電機器、及びその受電機器を備えた非接触電力伝送装置を提供すること。【解決手段】車両側機器２１は、１次側コイル１３ａから非接触で高周波電力を受電可能な２次側コイル２３ａを有する受電器２３と、受電器２３にて受電された高周波電力が供給される負荷２２とを備えている。ここで、車両側機器２１は、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２と、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２とは別に設けられた可変抵抗４１とを備えている。２次側インピーダンス変換器群Ｇ２及び可変抵抗４１は、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑが特定抵抗値Ｒｏｕｔに近づくようインピーダンスを調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力が供給される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において、
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、
負荷と、
前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられたインピーダンス変換部と、
前記インピーダンス変換部とは別に設けられ、抵抗を有する抵抗部と、
を備え、
前記２次側コイルの出力端から前記負荷までのインピーダンスの実部には、相対的に他の抵抗値よりも伝送効率が高くなる特定抵抗値が存在し、
前記インピーダンス変換部及び前記抵抗部は、前記２次側コイルの出力端から前記負荷までのインピーダンスが前記特定抵抗値に近づくようにインピーダンスを調整することを特徴とする受電機器。
【請求項２】
前記抵抗部の抵抗値は可変である請求項１に記載の受電機器。
【請求項３】
前記インピーダンス変換部のインピーダンスは可変であり、
前記抵抗部の抵抗値の可変制御は、前記インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御後に更にインピーダンスの調整を行う必要がある場合に行われる請求項２に記載の受電機器。
【請求項４】
前記送電機器と、
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の受電機器と、
を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受電機器及びその受電機器を備えた非接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、例えば交流電力を供給可能な交流電源、及び交流電力が供給される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交流電力が伝送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記のような受電機器においては、伝送効率の向上が求められている。かといって、設置スペースやコストの観点から、構成の複雑化は好ましくない。なお、上述した事情は、磁場共鳴を用いて非接触の電力伝送を行うものに限られず、電磁誘導を用いて非接触の電力伝送を行うものについても同様である。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、構成の複雑化を抑制しつつ、伝送効率の向上を図ることができる受電機器、及びその受電機器を備えた非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する受電機器は、交流電力が供給される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であり、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、負荷と、前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられたインピーダンス変換部と、前記インピーダンス変換部とは別に設けられ、抵抗を有する抵抗部と、を備え、前記２次側コイルの出力端から前記負荷までのインピーダンスの実部には、相対的に他の抵抗値よりも伝送効率が高くなる特定抵抗値が存在し、前記インピーダンス変換部及び前記抵抗部は、前記２次側コイルの出力端から前記負荷までのインピーダンスが前記特定抵抗値に近づくようにインピーダンスを調整することを特徴とする。
【０００７】
本発明者らは、２次側コイルの出力端から負荷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、相対的に伝送効率が高くなる特定抵抗値が存在することを見出した。そこで、上記知見に基づいて、インピーダンス変換部及び抵抗部を設けることにより、２次側コイルの出力端から負荷までのインピーダンスが特定抵抗値に近づくようにした。これにより、伝送効率の向上を図ることができる。
【０００８】
特に、インピーダンス変換部の他に、比較的簡素となり易い構成である抵抗部を用いてインピーダンスの調整を行うことにより、構成の複雑化を抑制しつつ、インピーダンス変換部のみではインピーダンスの調整が煩雑又は困難な場合であってもインピーダンスを好適に調整することができる。
【０００９】
上記受電機器について、前記抵抗部の抵抗値は可変であるとよい。かかる構成によれば、２次側コイルの出力端から負荷までのインピーダンスと特定抵抗値との間にずれが生じた場合には、抵抗部の抵抗値の可変制御を行うことにより、上記ずれを低減させることができる。なお、具体的な構成としては、例えば前記抵抗として抵抗値が可変の可変抵抗を備えている構成や、前記抵抗と当該抵抗に直列に接続されたスイッチング素子との直列接続体が、互いに並列に接続された状態で複数設けられている構成等が考えられる。
【００１０】
上記受電機器について、前記インピーダンス変換部のインピーダンスは可変であり、前記抵抗部の抵抗値の可変制御は、前記インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御後に更にインピーダンスの調整を行う必要がある場合に行われるとよい。かかる構成によれば、抵抗部及びインピーダンス変換部の双方が可変であるため、いずれか一方のみが可変である場合と比較して、インピーダンスの調整可能範囲が広くなっている。これにより、２次側コイルの出力端から負荷までのインピーダンスと特定抵抗値とのずれが大きい場合であっても、好適に対応することができる。また、抵抗部の抵抗値の可変制御は、インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御が行われた後に行われ得るため、抵抗部の抵抗値及びインピーダンス変換部のインピーダンスの双方を同時に可変制御する構成と比較して、制御の簡素化を図ることができる。
【００１１】
特に、抵抗部の抵抗値の可変制御の前に、インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御を行う構成とすることにより、通常時に発生し得る上記ずれについては、インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御で対応し、通常とは異なる場合に発生し得る上記ずれについては、それに加えて抵抗部の抵抗値の可変制御で対応することができる。これにより、抵抗部という比較的簡素となり易い構成で、通常とは異なる場合に発生し得る上記ずれに好適に対応することができる。
【００１２】
「前記インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御後に更にインピーダンスの調整を行う必要がある場合」とは、例えばインピーダンス変換部のインピーダンスを可変させても、伝送効率が予め定められた閾値効率未満となっている場合である。
【００１３】
上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、前記送電機器と、上述した受電機器と、を備えていることを特徴とする。かかる構成によれば、非接触電力伝送装置において、構成の複雑化を抑制しつつ、伝送効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、構成の複雑化を抑制しつつ、伝送効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】車両側機器及び非接触電力伝送装置の電気的構成を示す回路図。
【図２】車両側コントローラにて実行される調整処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、受電機器（受電装置）及び非接触電力伝送装置（非接触電力伝送システム）を車両に適用した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、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。
【００１７】
地上側機器１１は、所定の周波数の高周波電力（交流電力）を供給可能な高周波電源１２（交流電源）を備えている。高周波電源１２は、インフラとしての系統電源から供給される系統電力を高周波電力に変換し、変換された高周波電力を供給可能に構成されている。また、高周波電源１２は、電力値が異なる複数種類の高周波電力を供給可能である。
【００１８】
高周波電源１２から供給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に設けられた負荷２２に供給される。具体的には、非接触電力伝送装置１０は、地上側機器１１及び車両側機器２１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とを備えている。
【００１９】
送電器１３及び受電器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、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からなる共振回路を有している。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からなる共振回路を有している。両者の共振周波数は同一に設定されている。
【００２０】
かかる構成によれば、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にある状況において、高周波電力が送電器１３（１次側コイル１３ａ）に供給された場合、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。
【００２１】
負荷２２は、受電器２３にて受電された高周波電力が供給されるものである。負荷２２は、受電器２３にて受電された高周波電力を整流する整流器と、整流器にて整流された直流電力の電圧値を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータにより電圧値が変換された直流電力が供給される車両用バッテリとを有している。受電器２３にて受電された高周波電力は車両用バッテリの充電に用いられる。
【００２２】
ちなみに、ＤＣ／ＤＣコンバータは、周期的にオンオフするスイッチング素子を有し、当該スイッチング素子のオンオフによって電圧値変換を行う。この場合、整流器の入力端から車両用バッテリまでのインピーダンスである負荷２２のインピーダンスＺＬは、スイッチング素子のデューティ比により規定される。
【００２３】
なお、負荷２２に含まれている車両用バッテリは、供給される直流電力の電力値に応じてそのインピーダンスが変動する。この点、本実施形態では、当該変動に対応させて、ＤＣ／ＤＣコンバータの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り、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端から車両用バッテリまでのインピーダンスは一定となっている。このため、負荷２２のインピーダンスＺＬは一定となっている。
【００２４】
地上側機器１１は、高周波電源１２等の制御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、高周波電源１２から高周波電力を供給するか否かの判断を行うとともに、高周波電源１２から供給される高周波電力の電力値制御を行う。
【００２５】
また、車両側機器２１は、電源側コントローラ１４と無線通信可能に構成された車両側コントローラ２４を備えている。非接触電力伝送装置１０は、各コントローラ１４，２４間での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。
【００２６】
非接触電力伝送装置１０は、複数のインピーダンス変換器３１〜３４を備えている。詳細には、非接触電力伝送装置１０は、地上側機器１１に設けられた第１インピーダンス変換器３１及び第２インピーダンス変換器３２を備えている。第１インピーダンス変換器３１及び第２インピーダンス変換器３２は、高周波電源１２と送電器１３との間に設けられており、両者は直列に接続（配置）されている。また、非接触電力伝送装置１０は、車両側機器２１に設けられた第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４を備えている。第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４は、受電器２３と負荷２２との間に設けられており、両者は直列に接続されている。
【００２７】
なお、以降の説明において、第１インピーダンス変換器３１及び第２インピーダンス変換器３２を１次側インピーダンス変換器群Ｇ１と、第３インピーダンス変換器３３及び第４インピーダンス変換器３４を２次側インピーダンス変換器群Ｇ２という。本実施形態では、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２が「インピーダンス変換部」に対応する。
【００２８】
また、各インピーダンス変換器３１〜３４の定数（インピーダンス）は、変換比とも、インダクタンスやキャパシタンスとも言える。この場合、各インピーダンス変換器３１〜３４は、インダクタンス及びキャパシタンスの少なくとも一方を有するものであるとも言える。
【００２９】
図１に示すように、車両側機器２１は、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２とは別に設けられ、抵抗値が可変の可変抵抗４１を備えている。可変抵抗４１は、受電器２３と第３インピーダンス変換器３３との間に設けられており、受電器２３及び第３インピーダンス変換器３３に対して並列に接続されている。詳細には、車両側機器２１には、受電器２３と第３インピーダンス変換器３３とを接続し、且つ、高周波電力の伝送に用いられる２つの配線Ｌ１，Ｌ２が設けられており、可変抵抗４１は、上記２つの配線Ｌ１，Ｌ２の双方に接続されている。かかる構成によれば、受電器２３にて受電された高周波電力は、可変抵抗４１及び２次側インピーダンス変換器群Ｇ２を介して負荷２２に供給（伝送）される。なお、本実施形態では、可変抵抗４１が「抵抗」及び「抵抗部」に対応する。
【００３０】
ちなみに、可変抵抗４１の初期値は、可変抵抗４１に電流が流れにくいように第３インピーダンス変換器３３の入力端から負荷２２までのインピーダンスよりも高く設定されている。なお、可変抵抗４１の抵抗値の可変範囲は、当該可変抵抗４１に印加される電圧が耐圧を超えないように設定されている。
【００３１】
ここで、本発明者らは、受電器２３（２次側コイル２３ａ）の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑの実部が、送電器１３及び受電器２３間の伝送効率に寄与していることを見出した。具体的には、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑの実部には、相対的に他の抵抗値よりも高い伝送効率となる特定抵抗値Ｒｏｕｔが存在することを見出した。換言すれば、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑ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Ｒｏｕｔ（第２抵抗値）が存在することを見出した。
【００３２】
詳細には、仮に送電器１３の入力端に仮想負荷Ｘを設けた場合において、当該仮想負荷Ｘの抵抗値をＲａとし、受電器２３（詳細には受電器２３の出力端）から仮想負荷Ｘまでの抵抗値をＲｂとすると、特定抵抗値Ｒｏｕｔは√（Ｒａ×Ｒｂ）である。
【００３３】
２次側インピーダンス変換器群Ｇ２及び可変抵抗４１は、上記知見に基づいて、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑが特定抵抗値Ｒｏｕｔに近づく（好ましくは一致する）ようにインピーダンスを調整する。
【００３４】
また、高周波電源１２から供給される高周波電力の電力値は、高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐに依存する。かかる構成において、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１は、高周波電源１２から所望の電力値の高周波電力が供給されるべく、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑが特定抵抗値Ｒｏｕｔに近づいている状況における送電器１３の入力端から負荷２２までのインピーダンスＺｉｎをインピーダンス変換する。
【００３５】
例えば、負荷２２の車両用バッテリに対して供給される直流電力の電力値が充電に適した電力値となるのに要する高周波電源１２の供給電力の電力値を、充電に適した電力値とする。そして、高周波電源１２から充電に適した電力値の高周波電力が供給されるための高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐを、充電に適した入力インピーダンスＺｔとする。この場合、１次側インピーダンス変換器群Ｇ１は、高周波電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｐが上記充電に適した入力インピーダンスＺｔに近づく（好ましくは一致する）ように、送電器１３の入力端から負荷２２までのインピーダンスＺｉｎをインピーダンス変換する。
【００３６】
ここで、特定抵抗値Ｒｏｕｔは、送電器１３及び受電器２３の構成（各コイル１３ａ，２３ａの形状及びインダクタンスや各コンデンサ１３ｂ，２３ｂのキャパシタンス等）、送電器１３及び受電器２３の相対位置によって決定される。このため、送電器１３及び受電器２３が予め定められた基準位置からずれた場合、すなわち送電器１３及び受電器２３の相対位置が変動した場合、特定抵抗値Ｒｏｕｔが変動する。すると、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑと特定抵抗値Ｒｏｕｔとの間にずれが生じる。
【００３７】
基準位置とは、例えば送電器１３と受電器２３とが対向しており、その対向方向から見て両者が完全に重なっている位置とする。基準位置においては、例えば上記対向方向から見て１次側コイル１３ａと２次側コイル２３ａとが重なっている。
【００３８】
これに対して、本実施形態の地上側機器１１（非接触電力伝送装置１０）は、上記ずれに対応するために、可変抵抗４１の他にいくつかの構成を備えている。当該構成について説明する。
【００３９】
２次側インピーダンス変換器群Ｇ２、詳細には第３インピーダンス変換器３３の定数は可変となっている。第３インピーダンス変換器３３の定数の可変範囲は、例えば通常の使用態様において発生し得る送電器１３及び受電器２３の位置ずれに対応可能に設定されている。詳細には、例えば車両が設置される設置面に、車両の駐車位置をガイドするガイド部（例えば車輪止めや白線等）があるとする。この場合、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変範囲は、ガイド部のガイドに基づき駐車した場合の車両の駐車位置のばらつき（送電器１３及び受電器２３の位置ずれ）に基づく、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑと特定抵抗値Ｒｏｕｔとのずれを補償することができる程度に設定されている。
【００４０】
ここで、第３インピーダンス変換器３３の定数が可変となるための構成は任意であるが、例えば第３インピーダンス変換器３３がインダクタ及びキャパシタを有するＬＣ回路で構成されている場合には、インダクタンスが可変の可変インダクタ、及び、キャパシタが可変の可変キャパシタの少なくとも一方を備えている構成が考えられる。また、定数が異なる複数のＬＣ回路と、これら複数のＬＣ回路のうち一部のＬＣ回路を、受電器２３及び第４インピーダンス変換器３４の双方に選択的に接続可能なリレーとを備えている構成であってもよい。
【００４１】
なお、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２の初期値及び可変抵抗４１の初期値は、送電器１３及び受電器２３が基準位置に配置されている条件下で、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑが特定抵抗値Ｒｏｕｔとなるよう、負荷２２のインピーダンスＺＬに対応させて設定されている。
【００４２】
地上側機器１１は、高周波電源１２から供給される高周波電力の電圧波形及び電流波形を測定する１次側測定器４２を備えている。１次側測定器４２は、その測定結果を電源側コントローラ１４に送信する。
【００４３】
車両側機器２１は、受電器２３にて受電された高周波電力の電圧波形及び電流波形を測定する２次側測定器４３を備えている。２次側測定器４３は、その測定結果を車両側コントローラ２４に送信する。
【００４４】
車両側コントローラ２４は、送電器１３及び受電器２３が磁場共鳴可能な位置に配置された状況において高周波電源１２から高周波電力が供給されている場合に、各測定器４２，４３の測定結果に基づいて、第３インピーダンス変換器３３の定数及び可変抵抗４１の抵抗値の可変制御を行う調整処理を実行する。
【００４５】
図２を用いて調整処理について説明する。なお、本実施形態では、調整処理の実行中は、高周波電源１２から高周波電力が常時供給されている。
まずステップＳ１０１にて、各測定器４２，４３の測定結果に基づいて伝送効率を算出（測定）する。具体的には、車両側コントローラ２４は、電源側コントローラ１４に対して１次側測定器４２に供給されている高周波電力の電力値を要求する。電源側コントローラ１４は、その要求に基づいて、１次側測定器４２の測定結果を取得し、その測定結果から１次側測定器４２に供給されている高周波電力の電力値を算出する。そして、電源側コントローラ１４は、算出された電力値を車両側コントローラ２４に送信する。車両側コントローラ２４は、２次側測定器４３の測定結果から受電器２３にて受電された高周波電力の電力値を算出し、その電力値と、電源側コントローラ１４から取得した電力値とに基づいて、伝送効率を算出する。
【００４６】
続く、ステップＳ１０２では、上記ステップＳ１０１にて算出された伝送効率が予め定められた閾値効率以上であるか否かを判定する。閾値効率は、例えば受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑが特定抵抗値Ｒｏｕｔとなっている状況における伝送効率又はそれよりも所定のマージン分だけ低い値に設定されている。なお、閾値効率については、これに限られず、電力伝送に支障がない伝送効率であれば任意である。
【００４７】
伝送効率が閾値効率以上である場合には、インピーダンスの調整の必要がないとして、そのまま本処理を終了する。一方、伝送効率が閾値効率未満である場合、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑと、特定抵抗値Ｒｏｕｔとの間にずれがあることを意味する。この場合、ステップＳ１０３に進み、第３インピーダンス変換器３３において未設定の定数があるか否かを判定する。
【００４８】
ここで、未設定の定数とは、第３インピーダンス変換器３３の取り得る定数のうち、今回の調整処理において未だ設定されていない定数である。詳細には、例えば第３インピーダンス変換器３３が定数の異なる複数のＬＣ回路で構成されている場合には、取り得る定数は、各ＬＣ回路の定数及びそれらを組み合わせた場合の定数となる。また、例えば第３インピーダンス変換器３３が可変キャパシタ又は可変インダクタを備えている構成では、第３インピーダンス変換器３３の取り得る定数は、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変範囲の最小値から最大値までを所定値毎に増加した場合の定数である。
【００４９】
つまり、ステップＳ１０３の処理は、第３インピーダンス変換器３３が取り得る全ての定数を設定したか否かを判定する処理である。換言すれば、ステップＳ１０３では、第３インピーダンス変換器３３が取り得る複数の定数のうち、伝送効率を未算出の定数が存在するか否かを判定する。
【００５０】
未設定の定数が存在する場合には、ステップＳ１０３を肯定判定し、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御を行う。詳細には、第３インピーダンス変換器３３の定数を、上記未設定の定数のうちいずれかに設定する。そして、ステップＳ１０１に戻る。
【００５１】
すなわち、（Ａ）伝送効率が閾値効率以上となる、又は、（Ｂ）第３インピーダンス変換器３３の取り得る定数を全て設定する、のいずれか一方が成立するまで第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御（変更）と伝送効率の算出とを行う。なお、第３インピーダンス変換器３３の定数と、その定数に設定されている場合の伝送効率とを対応付けて、所定の記憶領域に記憶させておく。
【００５２】
なお、未設定の定数を設定していく順序は任意であるが、例えば取り得る定数のうち最小のものから順次採用していくとよい。この場合、ステップＳ１０３では、現状設定されている第３インピーダンス変換器３３の定数が最大値であるか否かを判定してもよい。また、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑと特定抵抗値Ｒｏｕｔとのずれ量を考慮して、優先的に設定する定数を絞り込む構成としてもよい。また、初期値に対する差が小さい定数から順次設定する構成であってもよい。
【００５３】
ちなみに、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑと特定抵抗値Ｒｏｕｔとのずれと、伝送効率とが相関していることに着目すれば、伝送効率が閾値効率以上となるよう第３インピーダンス変換器３３の定数を可変制御する処理は、上記インピーダンスＺｑと特定抵抗値Ｒｏｕｔとのずれが許容範囲内となるようにする処理である。後述する可変抵抗４１の抵抗値の可変制御処理についても同様である。
【００５４】
第３インピーダンス変換器３３において未設定の定数が存在しない場合、第３インピーダンス変換器３３の取り得る定数を全て設定したにも関わらず伝送効率が閾値効率以上とならないことを意味する。すなわち、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御では、特定抵抗値Ｒｏｕｔに対する受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑのずれを許容範囲内に収めることができないことを意味する。この場合、更なるインピーダンスの調整を行う必要がある。そこで、ステップＳ１０３を否定判定し、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、複数の設定した定数のうち、最大効率時の定数、詳細には伝送効率が最大となった時の定数を設定する。そして、ステップＳ１０６〜ステップＳ１０８にて、可変抵抗４１を用いたインピーダンスの調整を行う。
【００５５】
続くステップＳ１０６では、可変抵抗４１の抵抗値の可変制御を行う。具体的には、可変抵抗４１の抵抗値を、未設定の抵抗値、詳細には伝送効率が未算出の抵抗値に設定する。なお、可変抵抗４１の抵抗値の可変制御態様は任意であるが、例えば初期値から順次抵抗値を上げる又は下げる態様等が考えられる。また、特定抵抗値Ｒｏｕｔと、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑとのずれ量を考慮して、優先的に設定する抵抗値を絞り込む構成としてもよい。
【００５６】
その後、ステップＳ１０７にて伝送効率を算出し、ステップＳ１０８にて伝送効率が閾値効率以上であるか否かを判定する。伝送効率が閾値効率以上である場合には、そのまま本処理を終了する一方、伝送効率が閾値効率未満である場合には、ステップＳ１０６に戻る。つまり、伝送効率が閾値効率以上となるまで、可変抵抗４１の抵抗値の可変制御を行う。
【００５７】
なお、可変抵抗４１の抵抗値をいずれの値に設定した場合であっても、伝送効率が閾値効率未満である場合には、異常があるとして異常報知を行い、本処理を終了し、電力伝送を中止してもよい。また、異常報知に代えて、伝送効率が閾値効率に最も近づいた場合の可変抵抗４１の抵抗値を設定して、本処理を終了し、電力伝送を行ってもよい。
【００５８】
次に本実施形態の作用について説明する。
受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑと、特定抵抗値Ｒｏｕｔとの間にずれが生じて伝送効率が閾値効率未満となった場合、伝送効率が閾値効率以上となるように第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御が行われる。この場合、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御のみでは、伝送効率が閾値効率以上とならない場合には、伝送効率が閾値効率以上となるように可変抵抗４１の抵抗値の可変制御が行われる。
【００５９】
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）受電器２３（２次側コイル２３ａ）と負荷２２との間に、複数のインピーダンス変換器３３，３４を有する２次側インピーダンス変換器群Ｇ２と、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２とは別に抵抗部としての可変抵抗４１とを設けた。そして、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２と可変抵抗４１とは、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑが特定抵抗値Ｒｏｕｔに近づくようインピーダンスを調整する。この場合、インピーダンスを調整するものとして、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２の他に、比較的簡素な構成である可変抵抗４１を用いることを通じて、構成の複雑化を抑制しつつ、伝送効率の向上を図ることができる。
【００６０】
また、可変抵抗４１を設けることにより、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑを特定抵抗値Ｒｏｕｔにするのに要求される２次側インピーダンス変換器群Ｇ２の構成素子の物性値（インダクタンスやキャパシタンス）を小さくすることができる。これにより、上記構成素子に汎用品を用いることができ、コスト低減を図ることができる。
【００６１】
特に、可変抵抗４１の抵抗値は、高周波電力の周波数変動の影響を受けにくいため、比較的安定した高周波電力の伝送を実現できる。さらに、可変抵抗４１は、受電器２３の共振周波数への影響が少ないため、伝送効率を高めるための構成による磁場共鳴の阻害を抑制できる。
【００６２】
（２）２次側インピーダンス変換器群Ｇ２とは別に設ける抵抗として、抵抗値が可変の可変抵抗４１を採用した。これにより、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑと特定抵抗値Ｒｏｕｔとの間にずれが生じた場合、可変抵抗４１の抵抗値の可変制御を行うことにより、上記ずれを低減することができる。
【００６３】
ここで、上記ずれを低減させる素子として、例えばキャパシタンスが可変の可変キャパシタ等を用いることが考えられる。しかしながら、可変範囲が広い可変キャパシタは、可変抵抗４１と比較して高価になり易い。これに対して、本実施形態では、上記ずれを低減させる素子として、可変範囲が広いものを安価で得られやすい可変抵抗４１を採用した。これにより、比較的低コストで上記ずれに好適に対応することができる。
【００６４】
（３）２次側インピーダンス変換器群Ｇ２（詳細には第３インピーダンス変換器３３）の定数を可変とした。これにより、インピーダンスの調整可能範囲が広くなっているため、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑと、特定抵抗値Ｒｏｕｔとのずれが大きい場合であっても、安定した電力伝送を行うことができる。
【００６５】
（４）第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御が行われた後に更にインピーダンスの調整が必要な場合に、可変抵抗４１の抵抗値の可変制御が行われる構成とした。これにより、第３インピーダンス変換器３３の定数と、可変抵抗４１の抵抗値とを同時に可変制御する場合と比較して、制御の簡素化を図ることができる。
【００６６】
（５）ここで、通常の使用態様（駐車態様）のばらつきによって生じ得る受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑと特定抵抗値Ｒｏｕｔとのずれ量は、ある程度決まっている。このため、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変範囲を上記ずれ量に対応させて設定することが想定される。一方、通常の使用態様と比較して発生頻度は低いが、通常とは異なる使用態様で非接触の電力伝送を行う場合にも、安定して電力伝送を行うことが望まれる。しかしながら、このような発生頻度が低い場合にも対応するべく、定数が可変のインピーダンス変換器等を別途設けたり、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変範囲を広くしたりすることは、構成の簡素化等の観点から好ましくない。
【００６７】
これに対して、可変抵抗４１の抵抗値の可変制御の前に、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御を行うことにより、通常の使用態様で発生し得るずれについては、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御で対応し、通常とは異なる使用態様にて生じ得るずれについては、可変抵抗４１の可変制御で対応することができる。これにより、構成の複雑化の抑制と、通常とは異なる使用態様における安定した電力伝送との両立を図ることができる。
【００６８】
（６）第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御では伝送効率が閾値効率以上とならない場合には、第３インピーダンス変換器３３の取り得る定数のうち伝送効率が最大となった時の定数を設定して、可変抵抗４１を用いたインピーダンスの調整を行う。これにより、可能な限り特定抵抗値Ｒｏｕｔに近づいた状態で可変抵抗４１によるインピーダンスの調整を行うことができる。
【００６９】
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、インピーダンスを調整するものとして、抵抗値が可変の可変抵抗４１を採用したが、これに限られず、抵抗値が固定の固定抵抗を採用してもよい。この場合であっても、（１）の効果を奏する。
【００７０】
○  実施形態では、可変抵抗４１は、受電器２３及び第３インピーダンス変換器３３に対して並列に接続されていたが、これに限られない。例えば、可変抵抗４１を、受電器２３及び第３インピーダンス変換器３３に対して直列に接続してもよい。詳細には、可変抵抗４１を配線Ｌ１上に設けてもよい。ちなみに、電力損失の低減の観点に着目すれば、上記のように直列に接続する場合、可変抵抗４１の抵抗値は小さい方が好ましい。一方、直列に接続された場合の可変抵抗４１の印加電圧は、並列に接続される場合と比較して、低くなり易いため、可変抵抗４１の耐圧は低くてもよい。
【００７１】
○  また、実施形態と上記別例とを組み合わせてもよい。つまり、車両側機器２１は、受電器２３及び第３インピーダンス変換器３３に直列に接続された抵抗と、受電器２３及び第３インピーダンス変換器３３に並列に接続された抵抗を備えていてもよい。
【００７２】
○  実施形態では、抵抗値を可変させるために可変抵抗４１を用いたが、これに限られない。例えば、抵抗値が固定の固定抵抗と、当該固定抵抗に直列に接続されたスイッチング素子との直列接続体を、互いに並列に接続された状態で複数設け、各直列接続体のスイッチング素子のスイッチング制御を行うことにより、合成抵抗値を可変させる構成であってもよい。この場合、複数の直列接続体が抵抗部に対応する。なお、各直列接続体の固定抵抗の抵抗値は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、固定抵抗に代えて可変抵抗を用いてもよい。
【００７３】
○  可変抵抗４１の抵抗値の可変制御を行ってから、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御を行ってもよい。
○  各インピーダンス変換器３１〜３４の具体的な構成については、任意である。例えばＬＣ回路で構成されていてもよいし、トランスで構成されていてもよい。
【００７４】
○  また、ＬＣ回路の具体的な構成は任意であり、例えばＬ型、逆Ｌ型、π型及びＴ型のいずれかであってもよいし、これ以外であってもよい。なお、高周波電源１２の一部としてＤ級増幅器を用いる場合には、第１インピーダンス変換器３１はＬ型以外を用いるとよい。
【００７５】
○  実施形態では、２次側インピーダンス変換器群Ｇ２は、複数のインピーダンス変換器３３，３４を有する多段構成であったが、これに限られない。例えば第４インピーダンス変換器３４を省略してもよい。要は、「インピーダンス変換部」とは、１つのインピーダンス変換器で構成されていてもよいし、複数のインピーダンス変換器で構成されていてもよい。但し、インピーダンス変換器を多段にすることにより、１つのインピーダンス変換器における定数を小さくすることができる点に着目すれば、多段構成の方が好ましい。
【００７６】
○  調整処理の実行タイミングとしては任意である。例えば、車両用バッテリの充電を行う前に実行してもよいし、車両用バッテリの充電中に定期的に実行してもよい。
○  調整処理において、伝送効率の算出時には、高周波電源１２による電力供給を行う一方、第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御時や可変抵抗４１の抵抗値の可変制御時には、高周波電源１２による電力供給を停止してもよい。
【００７７】
○  例えば、高周波電源１２から充電用電力を供給して車両用バッテリの本格的な充電を行う前に、高周波電源１２から、充電用電力よりも電力値が小さい調整用電力を供給する構成にあっては、調整用電力が供給されている状況にて調整処理を実行するとよい。この場合、電力値が異なることに起因する負荷２２のインピーダンスＺＬの変動に対応させて、ＤＣ／ＤＣコンバータの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、負荷２２のインピーダンスＺＬを一定にするとよい。また、デューティ比の調整に代えて、負荷２２とは別に、供給される高周波電力の電力値に関わらず一定の抵抗値を有する固定抵抗、及び、高周波電力の供給先を負荷２２又は固定抵抗に切り替えるリレーを設け、固定抵抗に高周波電力が供給されている状況にて調整処理を行う構成としてもよい。
【００７８】
○  ２次側インピーダンス変換器群Ｇ２を省略してもよい。この場合、抵抗部と、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子のオンオフのデューティ比の調整とによって、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑを特定抵抗値Ｒｏｕｔに近づけてもよい。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータがインピーダンス変換部に対応する。そして、高周波電源１２から供給される高周波電力の電力値（受電器２３にて受電される高周波電力の電力値）に応じて変動する車両用バッテリのインピーダンスの変動に対応させて、スイッチング素子のオンオフのデューティ比を可変制御してもよい。当該可変制御がインピーダンスの可変制御に対応する。なお、上記構成においては、車両用バッテリが負荷に対応する。つまり、負荷とは、受電器２３にて受電された高周波電力、又は、当該高周波電力が整流された直流電力が供給されるものである。
【００７９】
○  実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子のオンオフのデューティ比の調整により負荷２２のインピーダンスＺＬは一定となっていたが、これに限られず、上記デューティ比の調整を行わない構成としてもよいし、ＤＣ／ＤＣコンバータを省略してもよい。この場合、高周波電源１２から供給される高周波電力の電力値が変更された場合に負荷２２のインピーダンスＺＬが変動し、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑが特定抵抗値Ｒｏｕｔからずれる。当該ずれに対応するべく、車両側コントローラ２４は、高周波電源１２から供給される高周波電力の電力値の変更が行われた場合に調整処理を実行するとよい。なお、負荷２２のインピーダンスＺＬが変動する場合、当該変動にも追従できるよう第３インピーダンス変換器３３の定数及び可変抵抗４１の抵抗値の可変範囲を広く設定するとよい。
【００８０】
○  可変抵抗４１の設置位置は、受電器２３（２次側コイル２３ａ）と負荷２２との間であれば任意である。例えば、第３インピーダンス変換器３３と第４インピーダンス変換器３４との間や、第４インピーダンス変換器３４と負荷２２との間に可変抵抗４１を配置してもよい。要は、抵抗部は、高周波電源１２から負荷（負荷２２又は車両用バッテリ）までの間、すなわち高周波電力の電力伝送経路上のいずれかに設けられていればよい。
【００８１】
○  ステップＳ１０２の判定処理にて用いられる閾値効率（第１閾値効率という）と、ステップＳ１０８の判定処理にて用いられる閾値効率（第２閾値効率という）とを、異ならせてもよい。例えば、第１閾値効率を第２閾値効率よりも高くしてもよい。これにより、通常の使用態様時には比較的高い伝送効率での電力伝送を実現する一方、通常とは異なる使用態様時（比較的位置ずれが大きな場合）には、伝送効率の低下を、ある程度許容しつつ、電力伝送を行わせることができる。
【００８２】
○  調整処理の処理主体は任意である。例えば、電源側コントローラ１４が調整処理を実行してもよい。この場合、車両側コントローラ２４は、処理に必要な情報（例えば２次側測定器４３の測定結果等）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、車両側コントローラ２４に対して各種指令等を送信し、車両側コントローラ２４はその指令に基づいて、可変抵抗４１の抵抗値又は第３インピーダンス変換器３３の定数の可変制御を行うとよい。また、各コントローラ１４，２４とは別のコントローラが調整処理を実行してもよい。
【００８３】
○  第４インピーダンス変換器３４の定数は、固定であってもよいし、可変であってもよい。
○  ２次側インピーダンス変換器群Ｇ２（第３インピーダンス変換器３３）の定数は固定であってもよい。この場合、構成の更なる簡素化を図ることができる。また、この場合であっても、可変抵抗４１の可変制御によって、受電器２３の出力端から負荷２２までのインピーダンスＺｑと特定抵抗値Ｒｏｕｔとのずれを低減することができる。
【００８４】
○  高周波電源１２は、電圧源、電流源及び電力源のいずれであってもよい。
○  高周波電源１２から供給される高周波電力の波形は任意であり、例えば正弦波であってもよいし、矩形波であってもよい。
【００８５】
○  高周波電源１２を省略してもよい。この場合、系統電源と第１インピーダンス変換器３１とを接続する。
○  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。
【００８６】
○  実施形態では、送電器１３と受電器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。
○  実施形態では、１次側コイル１３ａと１次側コンデンサ１３ｂとが並列に接続されていたが、これに限られず、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とが直列に接続されていてもよい。
【００８７】
○  実施形態では、各コンデンサ１３ｂ，２３ｂが設けられていたが、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、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。
【００８８】
○  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、これに限られず、他の機器に適用してもよい。例えば、携帯電話のバッテリを充電するのに適用してもよい。
【００８９】
○  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する構成であってもよい。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する構成であってもよい。
【００９０】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に記載する。
（イ）前記インピーダンス変換部のインピーダンスは固定である請求項２に記載の受電機器。
【００９１】
（ロ）前記１次側コイルの入力端に抵抗値がＲａの仮想負荷を設けた場合の前記２次側コイルから前記仮想負荷までの抵抗値をＲｂとすると、前記特定抵抗値は、√（Ｒａ×Ｒｂ）である請求項１〜３及び（イ）のうちいずれか一項に記載の受電機器。
【符号の説明】
【００９２】
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…負荷、２３ａ…２次側コイル、３１〜３４…インピーダンス変換器、４１…可変抵抗、４２，４３…測定器、Ｇ２…２次側インピーダンス変換器群。
【図１】
2014193028.tif 000003
【図２】
2014193028.tif 000004