(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を出力可能な交流電源と、
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、
入力される電力に応じて、インピーダンスが異なる可変負荷と、
を備えた非接触電力伝送装置において、
前記交流電源は、前記交流電力として大きさの異なる第１交流電力及び第２交流電力を出力可能に構成されており、
前記交流電源及び前記可変負荷間の電力伝送経路として、第１経路及び当該第１経路とは異なる第２経路が設けられており、
前記交流電源から前記第１交流電力が出力される場合には前記第１経路を介して第１電力が伝送される一方、前記交流電源から前記第２交流電力が出力される場合には前記第２経路を介して第２電力が伝送されるように前記電力伝送経路を切り換える切換手段と、
前記第２経路上に設けられ、前記第２経路を介して前記第２電力が伝送される場合の前記交流電源の出力から前記可変負荷までのインピーダンスを、前記第１経路を介して前記第１電力が伝送される場合の前記交流電源の出力から前記可変負荷までのインピーダンスに近づけるようにインピーダンス変換を行うインピーダンス変換手段と、
を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項２】
前記インピーダンス変換手段は、スイッチング素子を有するとともに当該スイッチング素子のスイッチング動作のデューティ比及び周期の少なくとも一方を調整することによって前記インピーダンス変換を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項３】
前記２次側コイル及び前記可変負荷は車両に搭載されており、
前記２次側コイルにて受電された交流電力を直流電力に整流する整流手段を備え、
前記可変負荷は、前記整流手段により整流された前記直流電力が入力されることにより充電される車両用バッテリであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。例えば特許文献１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次側の共鳴コイルとが設けられた給電機器を備えている。また、非接触電力伝送装置は、車両に設けられ、１次側の共鳴コイルと磁場共鳴可能な２次側の共鳴コイルを備えている。そして、１次側の共鳴コイルと２次側の共鳴コイルとが磁場共鳴することにより、給電機器から車両に交流電力が伝送される。また、その交流電力は、車両に設けられた車両用バッテリ（可変負荷）の充電に用いられる。
【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、状況に応じて、大きさの異なる交流電力を伝送したい場合がある。この場合、伝送される交流電力の大きさが異なることに起因して、交流電源の出力端から車両用バッテリまでのインピーダンスが変動し、インピーダンスの不整合等が発生する場合がある。これに対して、電力伝送経路上に、伝送される電力に応じてインピーダンスを変換する変換器を設け、伝送される電力に関わらず一定のインピーダンスになるようにすることも考えられる。しかしながら、上記変換器を設ける場合、当該変換器を介することによって電力損失が発生し、伝送効率が低下する。
【０００５】
なお、上述した事情は、磁場共鳴にて非接触の電力伝送を行うものに限られず、電磁誘導にて非接触の電力伝送を行うものについても共通の事情である。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであって、異なる大きさの交流電力を好適に伝送可能であるとともに、伝送効率の向上を図ることができる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ために、請求項１に記載の発明は、交流電力を出力可能な交流電源と、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、入力される電力に応じて、インピーダンスが異なる可変負荷と、を備えた非接触電力伝送装置において、前記交流電源は、前記交流電力として大きさの異なる第１交流電力及び第２交流電力を出力可能に構成されており、前記交流電源及び前記可変負荷間の電力伝送経路として、第１経路及び当該第１経路とは異なる第２経路が設けられており、前記交流電源から前記第１交流電力が出力される場合には前記第１経路を介して第１電力が伝送される一方、前記交流電源から前記第２交流電力が出力される場合には前記第２経路を介して第２電力が伝送されるように前記電力伝送経路を切り換える切換手段と、前記第２経路上に設けられ、前記第２経路を介して前記第２電力が伝送される場合の前記交流電源の出力から前記可変負荷までのインピーダンスを、前記第１経路を介して前記第１電力が伝送される場合の前記交流電源の出力から前記可変負荷までのインピーダンスに近づけるようにインピーダンス変換を行うインピーダンス変換手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
かかる発明によれば、第１電力を伝送する場合と第２電力を伝送する場合とで、交流電源の出力から可変負荷までのインピーダンスの変動が抑制されている。これにより、異なる電力を伝送することに起因して上記インピーダンスが変動し、インピーダンスの不整合が発生することを抑制することができる。
【０００８】
また、第１電力は、インピーダンス変換手段を介することなく可変負荷に伝送される。これにより、予め第１電力に合わせて電力伝送系のインピーダンスの設定しておくことにより、第１電力を伝送する場合には、インピーダンスの不整合を抑制しつつインピーダンス変換手段にて発生する電力損失を回避することができる。これにより、第１電力を伝送する際の電力損失を抑制することができ、それを通じて伝送効率の向上を図ることができる。
【０００９】
なお、「第１電力」は第１交流電力に対応した電力であり、「第２電力」は第２交流電力に対応した電力である。例えば、２次側コイル及び可変負荷間に交流電力を直流電力に整流する整流手段が設けられている場合には、「第１電力」は第１交流電力又は当該第１交流電力が整流された第１直流電力であり、「第２電力」は第２交流電力又は当該第２交流電力が整流された第２直流電力である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記インピーダンス変換手段は、スイッチング素子を有するとともに当該スイッチング素子のスイッチング動作のデューティ比及び周期の少なくとも一方を調整することによって前記インピーダンス変換を行うものであることを特徴とする。かかる発明によれば、スイッチング素子のスイッチング動作によってインピーンダンス変換を行うことにより、インピーダンス変換を比較的容易に実現することができる。
【００１１】
特に、インピーダンス変換を行う構成として、例えばコンデンサ等を設ける構成が考えられる。しかしながら、上記のようなコンデンサ等を設ける場合、実装面積が大きくなり易い。また、扱うインピーダンス（容量）によっては上記のようなコンデンサは現実的でない場合があったり、コストが非常に高くなったりする場合がある。これに対して、本発明によれば、比較的簡素な構成であるスイッチング素子のスイッチング動作を用いてインピーダンス変換を行うことができるため、上記のような不都合を回避することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記２次側コイル及び前記可変負荷は車両に搭載されており、前記２次側コイルにて受電された交流電力を直流電力に整流する整流手段を備え、前記可変負荷は、前記整流手段により整流された前記直流電力が入力されることにより充電される車両用バッテリであることを特徴とする。かかる発明によれば、２次側コイルにて受電された交流電力は車両用バッテリを充電するのに用いられる。
【００１３】
ここで、車両用バッテリは、携帯電話等のバッテリと比較して、大きな蓄電量が求められる。このため、車両用バッテリは、複数の電池セルを直列に接続させることが考えられる。この場合、車両用バッテリの充電の初期段階においては、相対的に大きい電力を車両用バッテリに供給し、その後、各電池セルの蓄電量のばらつきを補償するために相対的に小さい電力を車両用バッテリに供給することが考えられる。
【００１４】
また、１つの交流電源を用いて、複数の車両の車両用バッテリを充電することが想定される。この場合、交流電源の最大電力との関係で、各車両用バッテリに供給する電力を小さくする必要が生じ得る。以上のことから、車両用バッテリを充電する際に、異なる電力を伝送したい場合がある。
【００１５】
この点、本発明によれば、車両用バッテリを充電する際に異なる電力を伝送する必要がある場合であっても、好適に電力伝送を行うことができる。これにより、車両用バッテリの充電を好適に行うことができる。そして、使用する頻度が比較的高い電力（供給される時間が長い電力）を第１交流電力とすることにより、車両用バッテリの充電に係る時間の短縮化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、異なる大きさの交流電力を好適に伝送可能であるとともに、伝送効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る非接触電力伝送装置の電気的構成を示すブロック図。
【図２】２次側ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図。
【図３】電力伝送経路の別例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る非接触電力伝送装置（非接触電力伝送システム）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、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１次側機器（送電機器）に対応し、車両側機器２１が２次側機器（受電機器）に対応する。
【００１９】
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を備えている。高周波電源１２は、系統電力を用いて正弦波の高周波電力を出力可能に構成されているとともに、その内部抵抗が無視可能（０Ω）とな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整流する１次側整流器１２ａと、その直流電力を変換する１次側ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂとを備えている。また高周波電源１２は、１次側ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂにて変換された直流電力を用いて矩形波の高周波電力を生成するＤ級増幅器から構成されたＤＣ／ＲＦ変換器１２ｃと、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｃから出力される矩形波の高周波電力を正弦波の高周波電力に整形するローパスフィルタ１２ｄとを備えている。１次側ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂ及びＤＣ／ＲＦ変換器１２ｃ（Ｄ級増幅器）はそれぞれ、スイッチング素子（例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ）を有しており、当該スイッチング素子のスイッチング動作によって動作するものである。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動作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り、その電力効率は１００％に近くなっている。
【００２０】
なお、高周波電源１２の具体的な構成はこれに限られず、例えばＤＣ／ＲＦ変換器１２ｃとしてＥ級増幅器を用いる構成としてもよい。また、以降の説明において高周波電力とは正弦波の高周波電力とする。
【００２１】
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（車載蓄電装置）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、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。送電器１３には高周波電力が入力される。
【００２２】
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。両者の共振周波数は同一に設定されている。
【００２３】
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（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から高周波電力を受電する。
【００２４】
車両側機器２１は、受電器２３にて受電した高周波電力を直流電力に整流する整流手段としての２次側整流器２４を備えている。そして、２次側整流器２４によって整流された直流電力は、車両用バッテリ２２に入力されるようになっている。
【００２５】
なお、車両用バッテリ２２は直列に接続された複数の電池セルから構成されている。車両用バッテリ２２は、入力される直流電力に応じてインピーダンスが異なる可変負荷である。
【００２６】
また、２次側整流器２４と車両用バッテリ２２との間には、車両用バッテリ２２の蓄電量を検知する検知センサ２５が設けられている。検知センサ２５の検知結果は、車両側機器２１に設けられた車両側コントローラ２６に入力される。これにより、車両側コントローラ２６は、車両用バッテリ２２の蓄電量を把握することができる。
【００２７】
また、地上側機器１１には、車両側コントローラ２６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２６と情報のやり取りを行うことを通じて、高周波電源１２（１次側ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂ及びＤＣ／ＲＦ変換器１２ｃ）を制御する。
【００２８】
詳細には、電源側コントローラ１４は、高周波電源１２からの高周波電力のオンオフ制御を行うとともに、高周波電源１２の１次側ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂにおけるスイッチング素子のスイッチング動作のデューティ比を制御する。当該デューティ比は、１次側ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂから出力される直流電圧の大きさを規定するものである。これにより、電源側コントローラ１４は、高周波電源１２から出力される高周波電圧の大きさを変更することができ、これを通じて高周波電源１２から出力される高周波電力の大きさを変更することができる。
【００２９】
なお、受電器２３の出力端と、所定の機器としての２次側整流器２４の入力端とが接続されている。このため、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は、２次側整流器２４の入力インピーダンス（２次側整流器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）とも言える。
【００３０】
次に、高周波電源１２及び車両用バッテリ２２間の電力伝送経路について説明する。
非接触電力伝送装置１０は、高周波電源１２及び車両用バッテリ２２間の電力伝送経路として、第１経路ＥＬ１及び第２経路ＥＬ２を備えている。第１経路ＥＬ１及び第２経路ＥＬ２は、２次側整流器２４及び車両用バッテリ２２（検知センサ２５）間を除いて共通している。具体的には、高周波電源１２〜２次側整流器２４と、検知センサ２５〜車両用バッテリ２２とは共通経路となっている。そして、第２経路ＥＬ２において第１経路ＥＬ１と共通していない個別経路ＥＬ２ａ上に、インピーンダンス変換手段としての２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１が設けられている。
【００３１】
また、車両側機器２１には、電力伝送経路を第１経路ＥＬ１と第２経路ＥＬ２とに切り換える切換手段としてのリレー３２が設けられている。リレー３２は２次側整流器２４と２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１との間に設けられている。
【００３２】
ここで、既に説明したとおり、高周波電源１２は、異なる大きさの高周波電力を出力可能であり、具体的には、相対的に大小となる第１高周波電力及び第２高周波電力を出力可能となっている。第１高周波電力は、車両用バッテリ２２を充電するのに供給可能な最大電力であり、車両用バッテリ２２の入力許容電力量、高周波電源１２の出力可能な最大電圧等によって決定されるものである。
【００３３】
この場合、高周波電源１２から第１高周波電力が出力された場合において２次側整流器２４によって整流される直流電力を第１直流電力といい、高周波電源１２から第２高周波電力が出力された場合において２次側整流器２４によって整流された直流電力を第２直流電力という。
【００３４】
さらに、高周波電源１２及び車両用バッテリ２２間を伝送する第１高周波電力又は第１直流電力を総称して第１電力と言い、さらに高周波電源１２及び車両用バッテリ２２間を伝送する第２高周波電力又は第２直流電力を総称して第２電力と言う。換言すれば、第１電力は、高周波電源１２から第１高周波電力が出力された場合に高周波電源１２及び車両用バッテリ２２間を伝送する電力であり、第２電力は、高周波電源１２から第２高周波電力が出力された場合に高周波電源１２及び車両用バッテリ２２間を伝送する電力である。
【００３５】
車両側コントローラ２６は、高周波電源１２から出力される高周波電力に応じて、リレー３２を制御する。具体的には、車両側コントローラ２６は、高周波電源１２から第１高周波電力が出力される場合には、第１電力が第１経路ＥＬ１を介して伝送されるようにリレー３２を切り換える一方、高周波電源１２から第２高周波電力が出力される場合には、第２電力が第２経路ＥＬ２を介して伝送されるようリレー３２を切り換える。つまり、第１電力（第１直流電力）は、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を介することなく、車両用バッテリ２２に伝送され、第２電力（第２直流電力）は２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を介して、車両用バッテリ２２に伝送される。
【００３６】
なお、以降の説明において、第１経路ＥＬ１を介して第１電力が伝送される場合のリレー３２の接点（２次側整流器２４の接続先）から車両用バッテリ２２までのインピーダンスを、第１インピーダンスＺ１という。そして、第２経路ＥＬ２を介して第２電力が伝送される場合のリレー３２の接点から車両用バッテリ２２までのインピーダンスを第２インピーダンスＺ２という。
【００３７】
ここで、電力伝送経路上の各電子部品のインピーダンスは、第１インピーダンスＺ１に対応させて設定されている。例えば、第１経路ＥＬ１を介して第１電力が伝送される場合にインピーダンスの不整合が発生しないように、第１インピーダンスＺ１に対応させて受電器２３の出力インピーダンスが設定されている。
【００３８】
次に、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１について詳細に説明する。図２に示すように、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、２次側整流器２４から出力された直流電圧を、異なる大きさの直流電圧に変換し、その変換された直流電圧を車両用バッテリ２２に向けて出力する。２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、２つのスイッチング素子４１，４２と、コイル４３及びコンデンサ４４とを備えている。各スイッチング素子４１，４２は、例えばｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴで構成されている。なお、これに限られず、ＩＧＢＴ等を用いてもよい。
【００３９】
第１スイッチング素子４１のドレインは、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の入力端子、すなわち２次側整流器２４の出力端子に接続されている。第１スイッチング素子４１のソースは、コイル４３の一端に接続されているとともに、第２スイッチング素子４２のドレインに接続されている。第２スイッチング素子４２のソースは接地されている。コイル４３の他端は、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力端子に接続されており、検知センサ２５を介して車両用バッテリ２２に接続されている。コンデンサ４４の一端はコイル４３の他端に接続され、他端は接地されている。
【００４０】
また、各スイッチング素子４１，４２のゲートは車両側コントローラ２６に接続されている。車両側コントローラ２６は、各スイッチング素子４１，４２が交互にオンとなるように各スイッチング素子４１，４２のゲート電圧を制御する。
【００４１】
かかる構成によれば、各スイッチング素子４１，４２が交互にオンとなるように定期的にスイッチング動作（オンオフ動作、チョッピング）が行われた場合、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力端子から、各スイッチング素子４１，４２のスイッチング動作のデューティ比に応じた直流電圧が出力される。換言すれば、各スイッチング素子４１，４２の定期的なスイッチング動作により発生するパルス波のパルス幅に応じた直流電圧が、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力端子から出力される。この場合、車両用バッテリ２２に入力される直流電力は一定であるため、直流電圧が変動すると、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１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変動する。このため、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスは、上記直流電圧（デューティ比）に応じたものとなる。
【００４２】
ここで、第１経路ＥＬ１経由で第１電力が伝送された場合と、第２経路ＥＬ２経由で第２電力が伝送された場合とで、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が変動しないように、デューティ比が設定されている。具体的には、第２インピーダンスＺ２を、第１インピーダンスＺ１に近づけるよう、詳細には両者を一致させるようにデューティ比が設定されている。
【００４３】
次に、各コントローラ１４，２６の充電に係る制御について説明する。
図１に示すように、車両側コントローラ２６は、充電可能な位置に車両が配置された場合、詳細には送電器１３（１次側コイル１３ａ）と受電器２３（２次側コイル２３ａ）とが磁場共鳴可能な位置に車両が配置された場合、車両用バッテリ２２の現状の蓄電量を把握し、蓄電量に応じた制御を行う。
【００４４】
具体的には、車両側コントローラ２６は、現状の蓄電量が予め定められた閾値蓄電量よりも大きいか否かを判定する。そして、車両側コントローラ２６は、現状の蓄電量が閾値蓄電量よりも小さい場合には、第１高周波電力を要求する第１要求信号を電源側コントローラ１４に送信するとともに、リレー３２を制御して電力伝送経路を第１経路ＥＬ１に切り換える。一方、車両側コントローラ２６は、現状の充電量が閾値蓄電量よりも大きい場合には、第２高周波電力を要求する第２要求信号を電源側コントローラ１４に送信するとともに、リレー３２を制御して電力伝送経路を第２経路ＥＬ２に切り換える。
【００４５】
電源側コントローラ１４は、各要求信号を受信した場合に、当該各要求信号に応じた高周波電力が出力されるよう高周波電源１２（１次側ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂ）を制御する。これにより、車両用バッテリ２２の充電が開始される。
【００４６】
車両側コントローラ２６は、充電中定期的に車両用バッテリ２２の蓄電量を把握する。その際、車両用バッテリ２２の蓄電量が閾値蓄電量よりも大きくなった場合には、車両側コントローラ２６は第２要求信号を電源側コントローラ１４に送信するとともに、リレー３２を制御して電力伝送経路を第１経路ＥＬ１から第２経路ＥＬ２に切り換える。電源側コントローラ１４は、第２要求信号の受信に基づいて、高周波電源１２から出力される高周波電力を、第１高周波電力から第２高周波電力に切り換える。
【００４７】
ちなみに、車両側コントローラ２６は、第２経路ＥＬ２を介して第２電力が伝送されている場合、各スイッチング素子４１，４２（図２参照）がオンオフ動作するように、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を制御する。
【００４８】
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２６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。
【００４９】
ちなみに、閾値蓄電量は、車両用バッテリ２２の最大蓄電量寄りに設定されており、具体的には最大蓄電量に対して８０％程度の蓄電量である。このため、車両用バッテリ２２の蓄電量が「０」に近い状況にて当該車両用バッテリ２２の充電を開始した場合には、第１電力が伝送されている時間の方が、第２電力が伝送されている時間よりも長くなっている。すなわち、第１電力は、車両用バッテリ２２に入力されている時間が第２電力よりも相対的に長い電力であるとも言える。
【００５０】
以下、本非接触電力伝送装置１０の作用について説明する。
車両用バッテリ２２の蓄電量が閾値蓄電量よりも小さい場合には、相対的に大きい第１直流電力が車両用バッテリ２２に入力される。これにより、比較的早期に車両用バッテリ２２が充電される。
【００５１】
一方、車両用バッテリ２２の蓄電量が閾値蓄電量よりも大きい場合には、相対的に小さい第２直流電力が車両用バッテリ２２に入力される（押し込み充電）。これにより、車両用バッテリ２２を構成する各電池セルのばらつきを補償するように、車両用バッテリ２２が充電される。
【００５２】
ここで、第１電力は２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を介さない第１経路ＥＬ１経由で伝送される一方、第２電力は、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を介する第２経路ＥＬ２経由で伝送される。このため、第１電力は、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１にて電力損失することなく、車両用バッテリ２２に入力されるようになっている。
【００５３】
また、第２経路ＥＬ２上に設けられた２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１によって、第２インピーダンスＺ２が第１インピーダンスＺ１と同一になっている。これにより、伝送される電力が異なる場合であっても、受電器２３から車両用バッテリ２２側を見たインピーダンス、具体的には受電器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同一となっている。よって、第１インピーダンスＺ１に対応させて各種電子部品のインピーダンスが設定されている構成において第２電力を伝送する場合であっても、インピーダンスの不整合が発生しにくくなっている。
【００５４】
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及び車両用バッテリ２２間の電力伝送経路として、第１経路ＥＬ１及び第２経路ＥＬ２を設け、リレー３２を制御することにより、第１経路ＥＬ１を介して第１電力を伝送し、第２経路ＥＬ２を介して第２電力を伝送する構成とした。そして、当該第２経路ＥＬ２上に、第２インピーダンスＺ２を第１インピーダンスＺ１に近づける２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を設けた。これにより、高周波電源１２から異なる大きさの高周波電力が出力される場合であっても、受電器２３の出力端（２次側整流器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が変動しにくい。よって、第１インピーダンスＺ１に対応させて各種電子部品のインピーダンスが設定されている構成において第２電力を伝送する場合に、インピーダンスの不整合が発生しにくい。したがって、異なる大きさの電力を、好適に伝送することができる。
【００５５】
一方、第１電力を伝送する場合には第１経路ＥＬ１を用いることにより、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を介することなく、第１電力を伝送することができる。これにより、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の電力損失の分だけ伝送効率を高めることができる。
【００５６】
特に、車両用バッテリ２２のインピーダンスは、入力される直流電力に応じて変動する。これに対して、本実施形態によれば、インピーダンス変換を行う２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を、車両用バッテリ２２が搭載されている車両側機器２１、詳細には第２経路ＥＬ２における受電器２３及び車両用バッテリ２２間に設けた。これにより、上記インピーダンスの変動に対して、より好適に追従することができるとともに、上記インピーダンスの変動による影響が地上側機器１１に及ぶことを抑制することができる。
【００５７】
（２）ちなみに、インピーダンス変換を行うものとして、コンデンサ等を設ける構成も考えられる。しかしながら、車両用バッテリ２２は、携帯電話のバッテリ等と比較して大きな蓄電量が要求される。このため、異なる電力が伝送される場合のインピーダンスの変動に追従するためには、大容量のキャパシタンスを有するコンデンサが求められる場合がある。このような大容量のキャパシタンス等を有する素子は、現実的ではない場合があったり、非常にコストが高くなったりする場合がある。さらに、上記のような素子は大型になり易いため、実装面積の拡大化が懸念される。
【００５８】
これに対して、本実施形態によれば、デューティ比を調整することによりインピーダンスの変動に追従する構成を採用したため、上記のような素子を設ける必要がない。これにより、上記のような不都合を回避することができる。
【００５９】
（３）２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を介することなく伝送される第１電力として、車両用バッテリ２２に供給可能な最大電力を採用した。これにより、第１電力で車両用バッテリ２２を充電する場合における伝送効率の向上を図ることができる。よって、車両用バッテリ２２の充電に係る時間の短縮化を図ることができる。
【００６０】
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、２次側整流器２４及び検知センサ２５間に個別経路ＥＬ２ａを形成し、その個別経路ＥＬ２ａ上にインピーダンス変換を行う２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を設けたが、これに限られない。例えば、図３に示すように、受電器２３と２次側整流器２４との間に、第２経路ＥＬ２の個別経路ＥＬ２ｂを形成し、その個別経路ＥＬ２ｂ上にインピーダンス変換器５０を設ける構成としてもよい。この場合、インピーダンス変換器５０は、第２電力が第２経路ＥＬ２経由で伝送された場合のリレー３２の出力端から車両用バッテリ２２までの第２インピーダンスＺ２’を、第１電力が第１経路ＥＬ１経由で伝送された場合のリレー３２の出力端から車両用バッテリ２２までの第１インピーダンスＺ１’に近づける。これにより、上記実施形態と同様の効果を奏する。なお、インピーダンス変換器５０の具体的な構成としては、例えばＬＣ回路が考えられる。
【００６１】
○  また、地上側機器１１における高周波電源１２及び送電器１３間に２つの経路を設け、その経路のいずれか一方に上記インピーダンス変換器を設ける構成としてもよい。この場合であっても、伝送される電力が異なることに起因するインピーダンスの変動を抑制することができる。但し、上記インピーダンスの変動をより好適に抑制することができる点に着目すれば、車両側機器２１に、インピーダンス変換器５０を設ける方が好ましい。
【００６２】
○  実施形態では、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、第２インピーダンスＺ２を第１インピーダンスＺ１に一致させる構成であったが、これに限られない。要は、２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、第２インピーダンスＺ２を第１インピーダンスＺ１に近づくようにインピーダンス変換するものであればよく、厳密に一致させる必要はない。
【００６３】
○  実施形態では、第１電力は、車両用バッテリ２２の供給可能な最大電力であったが、これに限られない。例えば、使用する頻度が高い電力を第１電力としてもよく、供給時間が相対的に長い電力を第１電力としてもよい。要は、用いられる頻度、及び用いられる時間のいずれか一方が相対的に高い（長い）電力を第１電力とするとよい。
【００６４】
○  実施形態では、第２電力は、押し込み充電を行う電力としたが、これに限られず、例えば、商用の充電スタンドにおいて、複数の車両用バッテリ２２の充電を並列で行う場合の電力としてもよい。
【００６５】
○  実施形態では、高周波電源１２は大きさの異なる２つの高周波電力を出力可能であったが、これに限られず、３つ以上であってもよい。この場合、例えば、伝送される電力のうち最大のものについては第１経路ＥＬ１を介して伝送し、その他のものについては第２経路ＥＬ２を介して伝送する。そして、車両側コントローラ２６は、伝送される電力に合わせて各スイッチング素子４１，４２のスイッチング動作のデューティ比を調整する。
【００６６】
○  なお、上記デューティ比の調整する構成に代えて、出力可能な電力数に対応させて、複数の経路を設けるとともに、各経路上に、対応するインピーダンス変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を設ける構成としてもよい。この場合、出力される電力に応じて用いる経路を切り換えるリレーを設ける。
【００６７】
○  各経路ＥＬ１，ＥＬ２の共通経路上、例えば受電器２３及び２次側整流器２４間に、所定のインピーダンスを有する整合器を設けてもよい。この場合、各経路ＥＬ１，ＥＬ２のいずれの経路を電力が伝送される場合であっても、上記整合器が兼用される。これにより、構成の簡素化を図ることができる。
【００６８】
かかる構成において、整合器のインピーダンスは、第１インピーダンスＺ１に対応させて設定しておくとよい。これにより、第１電力を伝送する場合と第２電力を伝送する場合とで高い整合度合いを維持することができる。
【００６９】
なお、共通経路における高周波電源１２及び送電器１３間に、送電器１３の入力インピーダンスを所定のインピーダンスに変換するインピーダンス変換器を設けてもよい。
○  実施形態では、高周波電源１２は内部抵抗が無視可能な電圧源であったが、これに限られず、内部抵抗が所定の値（例えば５０Ω）を有するものであってもよい。この場合、共通経路における高周波電源１２及び送電器１３間に高周波電源の出力インピーダンスと送電器１３の入力インピーダンスとを整合させる整合器を設けてもよい。
【００７０】
○  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次側誘導コイルを別途設けてもよい。この場合、１次側誘導コイルと高周波電源１２とを接続し、上記共振回路は、上記１次側誘導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次側誘導コイルを設け、２次側誘導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。
【００７１】
○  高周波電源１２から出力される高周波電力の波形としては正弦波に限られず、例えばパルス波であってもよい。
○  高周波電力を出力する高周波電源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との関係で適宜設定すればよい。
【００７２】
○  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、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。
【００７３】
○  実施形態では、車両に車両側機器２１が搭載されていたが、これに限られず、携帯電話等の他の機器に搭載されている構成であってもよい。
○  実施形態では、受電器２３にて受電した高周波電力は車両用バッテリ２２を充電するのに用いられたが、これに限られず、例えば、車両に設けられ、入力される電力に応じてインピーダンスが異なる他の電子機器等を駆動させるのに用いてもよい。
○  実施形態では、各スイッチング素子４１，４２のスイッチング動作のデューティ比によって第２インピーダンスＺ２が調整されている構成であったが、これに限られず、例えば各スイッチング素子４１，４２のスイッチング動作の周期が調整されている構成としてもよい。また、上記スイッチング動作のデューティ比及び周期の双方が調整されている構成であってもよい。要は、デューティ比及び周期の少なくとも一方が調整されていればよい。
【００７４】
○  第１経路ＥＬ１における個別経路に、第１経路ＥＬ１のリアクタンスを、第２経路ＥＬ２のリアクタンスに近づける素子（例えばコンデンサ等）を設けてもよい。例えば、上記個別経路に対して直列又は並列に、各スイッチング素子４１，４２の寄生容量（入力容量）に係るリアクタンス相当の上記素子を設けてもよい。これにより、各経路ＥＬ１，ＥＬ２に応じて、リアクタンス（インピーダンスの虚部成分）が変動することを抑制することができる。
【００７５】
○  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。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術思想について以下に記載する。
【００７６】
（イ）前記第１電力は、前記車両用バッテリに供給可能な最大電力に対応した電力であることを特徴とする請求項３に記載の非接触電力伝送装置。
（ロ）前記第１電力は、前記第２電力と比較して、用いられる頻度が高い、及び供給時間が相対的に長いの少なくとも一方の条件を満たすものであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。
【００７７】
（ハ）前記インピーダンス変換手段は、前記第２経路のうち前記２次側コイル及び前記可変負荷間に設けられていることを特徴とする請求項１〜３及び技術思想（イ），（ロ）のうちいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。
【００７８】
（ニ）前記２次側コイルにて受電された交流電力を直流電力に整流する整流手段を備え、前記インピーダンス変換手段は、前記スイッチング動作により前記整流手段により整流された前記直流電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
【符号の説明】
【００７９】
１０…非接触電力伝送装置、１２…高周波電源、１３ａ…１次側コイル、２２…車両用バッテリ、２３ａ…２次側コイル、３１…２次側ＤＣ／ＤＣコンバータ、３２…リレー、ＥＬ１…第１経路、ＥＬ２…第２経路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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